JP2004522004A - Hydraulically entangled composite nonwoven structures containing recycled synthetic fiber materials - Google Patents

Abstract

A fibrous material, including a matrix of substantially continuous filaments and recycled synthetic fibers and fibrous material, wherein the fibrous material is suspended while the bonded fibrous material is suspended in a liquid. A hydraulically entangled composite nonwoven structure having at least one yarn element of a synthetic material having at least one irregular strain generated by hydraulic fracturing separating the yarn element from the material. This composite nonwoven mixture can be used as a wiping product or absorbent material. A method for forming a composite nonwoven structure comprises: (a) hydraulic fracturing that separates a yarn element from a bonded fibrous material while the fibrous material is suspended in a liquid. Providing a layer of recycled synthetic fiber and fibrous material having at least one thread element of at least one irregularly strained synthetic material; and (b) providing a substantially continuous layer of recycled synthetic fiber and fibrous material. Overlaying a layer of filaments, (c) hydraulically entangled the layer to form a nonwoven web, and (d) drying the web.

Description

ここで、ｋ＝最大繊維長であり、
ｘ_ｉ＝繊維長
ｎ_ｉ＝長さｘ_ｉを有する繊維の数
ｎ＝測定繊維の総計
である。
カジャーニ繊維分析器により測定された平均繊維長のデータの１つの特徴は、異なる種類の繊維の間で区別をしないことである。したがって、平均長は、あるとすれば、サンプル中の繊維の、すべての異なる種類の長さに基づく平均を表す。
【００１３】
ここで用いられる「スパンボンデッドフィラメント」という用語は、溶融した熱可塑性材料を、紡糸口金の複数の微細な通常円形の毛管からフィラメントとして押し出しして、その押し出されたフィラメントの直径を、例えば、引取式、又は機械的延伸、及び／又は他の周知のスパンボンド機構により、その後急速に縮小させることにより形成される小直径の連続的なフィラメントを意味する。スパンボンド不織布の製法は、例えば、アッペル他に付与された米国特許第４，３４０，５６３号、ドーシュナー他に付与された米国特許第３，６９２，６１８号のような特許に記載されている。これらの特許は、引用によりここに組み入れられる。
【００１４】
ここで用いられる「メルトブロー繊維」は、溶融した熱可塑性材料を、複数の微細な、通常円形のダイ毛管を通じて、高速ガス（例えば空気）流の中へ溶融糸又はフィラメントとして押し出し、溶融した熱可塑性材料のフィラメントがガス流によって細められ、直径が、マイクロファイバーの直径にまで縮小されることにより形成される繊維を指す。その後、メルトブロー繊維は、高速ガス流により運ばれ、集積面に堆積されて、不規則に分散されたメルトブロー繊維のウェブを形成する。このような工程は、例えば、ビューティンに付与された米国特許第３，８４９，２４１号に開示されており、この特許は引用によりここに組み入れられる。
【００１５】
ここで用いられる「マイクロファイバー」という用語は、約１００ミクロン以下の平均直径、例えば、約０．５ミクロンから約５０ミクロンまでの平均直径を有する小直径の繊維を意味し、より特定的には、マイクロファイバーは、約１ミクロンから約４０ミクロンまでの平均直径を有するものとしてもよい。
ここで用いられる「熱可塑性材料」という用語は、熱に曝されたときに軟化し、室温まで冷やされたときに非軟化状態に戻る重合体を意味する。この性質を示す天然物質は、天然ゴム及び多くのワックスである。他の例示的な熱可塑性材料は、制限的ではないが、ポリ塩化ビニール、幾つかのポリエステル、ポリアミド、ポリフルオロカーボン、ポリオレフィン、幾つかのポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニール・アルコール、カプロラクタム、エチレンと少なくとも１つのビニールモノマーの共重合体（例えば、ポリ（エチレン酢酸ビニール）、エチレンとｎ−ブチルアクリル酸塩の共重合体（例えば、エチレンｎ−ブチルアクリル酸塩）、ポリ乳酸、熱可塑性エラストマー及びアクリル樹脂を含む。
ここで用いられる「非熱可塑性材料」は、上記の「熱可塑性材料」の定義に含まれないあらゆる材料を意味する。
【００１６】
ここで用いられる「ほぼ連続的なフィラメント」は、一般的に、溶融紡糸、溶液紡糸、又は、引き取りにより形成されたフィラメントであって、製造中に一般的に中間長さ又は連続長を有するものとなり、堆積及び収集されたときフィラメントのウェブ又はマトリクスを形成するものを意味する。一般に、スパンボンドフィラメントは、典型的には、製造プロセスが短い個別のセグメントを生成するように修正されない限り、又は、フィラメントをチョッピング又は切断することにより、簡単に測定できる長さ、テキスタイル又はステープル繊維に普通に関連する長さにしない限り、ほぼ連続的なフィラメントであると考えられる。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、ほぼ連続的なフィラメントのマトリクスと、このフィラメントのマトリクスに交絡され、かつ絡み合わされたリサイクル合成繊維及び繊維状材料を含む、水圧交絡された複合不織構造物を包含する。この合成繊維及び繊維状材料は、結合繊維性材料から回収され、実質的に個々の繊維及び繊維状材料に変換されたものである。重要なこととして、これらの結合繊維性材料は、合成繊維を含む材料であり、例えば、織成布、編成布、不織ウェブ及びその組み合わせのような結合繊維性材料とすることができる。さらに別の例として、リサイクル繊維は、熱結合された、接着結合された、機械交絡された、溶剤結合された、水圧交絡された、及び／又はそのような技術の組み合わせによる不織ウェブから得られたものでもよく、合成繊維性材料、天然繊維性材料及びその組み合わせを含むことができる。合成繊維性材料は、熱可塑性材料及び熱可塑性フィラメントを含んでもよい。
【００１８】
水圧交絡のために使用可能なリサイクル合成繊維を回収するために、結合された繊維性ウェブが、液体への懸濁に適応する大きさを有する断片に切られるか、又は細断される。次に、断片は液体に懸濁され、機械的な作業が懸濁液の個別の断片に適用されて、結合繊維性材料を、繊維及び繊維状の部分に水圧細分するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力を発生させる。最後に、実質的に個々の繊維及び繊維状の部分が液体から分離される。
【００１９】
結合繊維性材料は、例えば、機械的細断、機械的切断、機械的引き裂き、機械的摩砕、粉砕、水ジェット切断、レーザー切断、ガーネッティング、及びその組み合わせのような通常の作業により、個別の断片に変換される。
重要なこととして、これらの断片の液体懸濁は、結合繊維性材料の断片を、有益な自由繊維及び繊維束又は繊維状材料に細分、破砕、炸裂、解砕するのに十分なだけの水圧、剪断応力、及び／又はキャビテーション力の条件に曝される。細断された材料をリサイクル繊維に変換するのに用いられるこれらのプロセス条件は、従来のパルプ化作業に見られるより、積極的かつ過酷なものである。
【００２０】
一例として、通常のパルプ化行程は、典型的には、乾燥材料１トンに対して１日（２４時間）当たり約３より少ない馬力を用いる。本発明の実施形態は、より大きなエネルギーの入力を利用することになる。本発明によると、液体懸濁に適用される機械的作業のおおよその量は、結合繊維性材料の１乾燥トンに対し、１日（２４時間）当たり約３馬力より大きくなり、これは部材に対して運動を与え、水圧及び剪断応力条件を発生させるためにモータに流れた電流を測定することにより求められる。この数は、１トンについて１日当たり４馬力より大きくなることがあり、さらに、６又はそれ以上より大きくなることがある。例えば、本発明の方法は、３５％大きいエネルギー、５０％大きいエネルギー、又はさらに大きなエネルギーを利用して実行し、有益な自由な繊維及び繊維束を、結合繊維性材料から分離することができる。幾つかの状況において又は幾つかの条件の下では、機械的作業のおおよその量は、乾燥結合繊維性材料１トンに対し１日当たり３馬力より少なくてもよいことも意図されている。
【００２１】
発明者は、特定の作動理論に固執するものではないが、水圧、剪断応力、及びキャビテーション力の組み合わせが、材料を自由繊維及び繊維束に分裂させると信じている。さらに、自由繊維の内容、及び束の平均の大きさは、圧力及び機械的応力を変化させることにより制御できると考えている。自由繊維及び繊維状材料が結合繊維性材料から分離される過程で、プロセスにおける水／液体が発生させられた熱を吸収するため、通常、この高い水準の機械的動作又は作業は、該結合繊維性材料の合成部材の顕著な劣化なしで（例えば、合成熱可塑性材料を溶融することなしで）可能であると考えられる。
【００２２】
一般に、従来の叩解及び／又は精砕装置は、セルロース繊維が水和化及びフィブリル化の製紙特性を展開するように、該セルロース繊維を修正するために用いられる。本発明によると、従来のビータ及び／又は精砕機を、従来とは異なる方法で構成するか又は作動させて、結合繊維性材料を自由繊維、繊維束、及び繊維状材料に細分し、かつ破砕するのに十分なだけの水圧及び剪断応力をもたらすことができる。例示的なビータ装置は、Ｂｅｌｏｉｔ Ｊｏｎｅｓ、Ｅ．Ｄ． Ｊｏｎｅｓ、Ｖａｌｌｅｙ、及びＮｏｂｌｅ＆Ｗｏｏｄのような製造者から入手できる。
結合繊維性材料の断片の液体懸濁がビータ装置に投入される。これに代わり及び／又はこれに付加する形で、結合繊維性材料の断片を、直接ビータのバットの中に投入してもよい。種々の比率の結合繊維性材料及び水を用いることができ、当業者は、適切な比率を定めることができる。
【００２３】
作動中、シリンダロールが回転され、十分な水圧及び剪断応力が、そのブレード又は羽根と固定プレート上に取り付けられたブレードとの間で生成される。
回転速度、バットにおける懸濁液の粘度、及び回転するブレード又は羽根と固定されたブレードとの間の間隙が、自由繊維、繊維束及び繊維のような粒子の長さを切るか又は制御する「繊維対金属」の相互作用を高める条件に、さらに調整される。「繊維対金属」の相互作用という用語は、長い繊維を切断する、切る、又は壊すのに十分なだけの水圧及び剪断応力の条件の下で起こることがある、結合繊維性材料と固定された及び／又は回転するブレードとの間の接触を説明するために用いられる。本発明によると、この相互作用は、懸濁液において存在することがあるパルプ又はステープル繊維の長さ及び／又は自由度に物質的に影響を与えるか、又は低下させることなく、長い繊維を切るように制御されるべきである。
【００２４】
幅広い範囲の長さを有する繊維、繊維束、及び繊維状材料を提供するための装置を作動させて、さらに、おおよそ７ミリメートル又はそれより少ない全長の平均長の分布を有する繊維、及び繊維状材料を発生させるために用いてもよい。一般に、より均一な繊維分布は、処理及び水圧交絡を高める傾向を生じさせる。しかしながら、より長い繊維とより短い繊維との混合が望ましいと思われる。より長い繊維は、強度をもたらすという利点を有することができ、より短い繊維は、例えば、吸収性、手での扱い、ドレープ、及び／又はバルクのような、他の有益な特徴をもたらすという利点を有することができる。
【００２５】
長さの制御に加えて、幾つかの「繊維対金属」の相互作用は、結合繊維性材料の変形及び歪みを発生させることがある。幾つかの変形及び歪みは、結合繊維性材料の水圧細分により発生することがあり、他は、繊維及び／又はフィラメントの引き裂き、削ぎ取り、及び破壊により発生することがある。これらの繊維の変形及び不規則は、ウェブの湿式形成（又は乾式形成）、並びに、後続の水圧交絡を助けると考えられる。リサイクル繊維及び繊維状材料のこれらの特徴は、水圧交絡プロセスにおけるそれらの有用性を高め、１００パーセント再生されたものではない繊維から生成されたものと同じ又は同様の物理特性を示すことができ、潜在的にそれらの特性を越える水圧交絡繊維を生成することを現実的にする。
【００２６】
リサイクル合成繊維の論議は、これらの繊維から構成された水圧交絡された布を理解するために有益である。ここで図１、図３ないし図６、及び図８ないし図１２を参照すると、種々の例示的な繊維、繊維束、及び／又は繊維状材料が示され、該材料は、合成材料からなる少なくとも１つの糸要素を有し、該糸要素の水圧破砕により発生させられた少なくとも１つの不規則の歪みを有して、結合繊維性材料が液体の中で懸濁されている間に、それを該結合繊維性材料から分離する。
【００２７】
糸要素は不連続であり、例として、約１ミリメートルから約１５ミリメートルまでの範囲の長さを有することができる。例えば、糸要素は、約１．５から約１０ミリメートルまでの範囲の長さを有してもよい。別の例として、糸要素は、約２から約５１０ミリメートルまでの範囲の長さを有してもよい。糸要素は、１０マイクロメートルより少ない直径を有することができる。例えば、糸要素は、３０マイクロメートルより少ない直径を有してもよい。一般に、これらの寸法は、ある種類の市販のパルプと同様であり、市販のパルプと容易に混合することができる。幾つかの実施形態において、糸要素は、１０ミクロンより少ない直径を有してもよく、さらに１ミクロンより少ない直径を有してもよい。
【００２８】
不規則な歪みは、糸要素の曲げ、糸要素の平らにされたセグメント、糸要素の膨張されたセグメント、及びその組み合わせの形態とすることができる。
一般に、不規則な歪みは、糸要素の水圧破砕によって、リサイクル材料の糸要素を結合繊維性材料から分離する前の該結合繊維性材料における糸要素より、該リサイクル材料の糸要素が、大きな表面積を有するようにする。例えば、リサイクル糸要素の表面積は、少なくとも５％だけ大きくなる。増加した表面積は、多くの場合、残存する繊維結合領域、交差点、平面的な領域、繊維の歪みなどの結果である。
【００２９】
図１は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。リサイクル繊維は、連続フィラメントウェブと水圧交絡され熱点結合された連続的なポリプロピレンのフィラメントウェブと、パルプ繊維とを含む複合材構造から回収された。顕微鏡写真の中心に見える繊維は、フィラメントにおいて曲げと、相対的に平らにされたセグメントとを有するスパンボンデッド・ポリプロピレンの糸要素である。これらの歪みの少なくとも一部分、例えば、平らにされた部分は、結合された連続的なポリプロピレン繊維ウェブとセルロースパルプ（すなわち、複合材構造）との糸要素の水圧破砕により発生させられたか、又は曝されたことによるものである。糸要素を取り囲む材料が、セルロースパルプである。
図２は、従来のボンデッドカーデッドウェブ構造において見られる従来のポリプロピレンのステープル繊維を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。図１の糸要素とは対照的に、これらの繊維は、不規則な歪みが比較的ないように見える。繊維は、比較的スムーズな表面と一様な又は均一な直径とを有し、図１に示される糸要素において明らかなねじれ、曲げ、もつれ及び他の不規則な歪みがない。
【００３０】
図３は、図１に示される糸要素と同じ種類の複合材構造から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ１２０倍の線倍率）。顕微鏡写真の中央領域を横切って見える繊維は、ループ及び曲げ、並びに、相対的に平らにされたセグメントを示すポリプロピレンの糸要素である。これらの歪みの少なくとも一部分は、結合された連続的なポリプロピレンの繊維ウェブの糸要素の水圧破砕により発生させられたか、又は曝された結果によるものである。糸要素を取り囲む材料が、セルロースパルプである。
図４は、図１に示される糸要素と同じ種類の複合材構造から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ１２０倍の線倍率）。顕微鏡写真の中央に見える繊維は、ポリプロピレンの糸要素である。顕微鏡写真の矢印は、糸要素における鋭い曲げを指している。
図５は、図１に示される糸要素と同じ種類の複合材構造から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。顕微鏡写真の中央に見える繊維は、曲げ、及び／又はねじれ、並びに、粗くされたセグメントを有するポリプロピレンの糸要素である。
【００３１】
図６は、図１に示される糸要素と同じ種類の複合材構造から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。顕微鏡写真の中央領域を横切って見える繊維は、平らにされ、かつ膨張された繊維の切断短部を示すポリプロピレンの糸要素である。
図７は、従来のポリプロピレンのステープル繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。図６の糸要素とは対照的に、繊維は、不規則な歪みが比較的なく、かつ膨張又は他の歪みの形跡なしで、きれいに切られたように見える端部を有する。
【００３２】
図８は、図１に示される糸要素と同じ種類の複合材構造から回収された、２つの例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ２５０倍の線倍率）。顕微鏡写真の中央及び下方部分を横切って見える繊維は、曲げ、並びに、粗くされたセグメントを示すポリプロピレンの糸要素である。
図９は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。リサイクル繊維は、Ｋｉｍｔｅｘ（登録商標）ブランドの拭き取り用製品から回収されたもので、ポリプロピレンのメルトブロー繊維の熱により点結合されたウェブを含む。顕微鏡写真の中央に見える相対的に繊細なメルトブロー繊維は、曲げ、ねじれ、絡まり及び相対的に平らにされたセグメントを有するポリプロピレンの糸要素である。これらの歪みの少なくとも一部分は、結合繊維性材料（すなわち、Ｋｉｍｔｅｘ（登録商標）拭き取り用製品）の糸要素の水圧破砕により発生させられたか、又は曝された結果によるものである。糸要素を取り囲む材料は、セルロースパルプである。
【００３３】
図１０は、図９に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ１００倍の線倍率）。おおよそ５００マイクロメートルの長さの結合点が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、曲げ、ねじれ、絡まり及び相対的に平らにされたセグメントを有するポリプロピレンの糸要素の形態で、結合点の縁から外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも一部分は、結合繊維性材料の糸要素の水圧破砕により発生させられたか、又は曝された結果によるものである。糸要素の背景における幾つかの材料は、セルロースパルプである。
【００３４】
図１１は、図１０に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。おおよそ４０マイクロメートルの幅の、より大きな繊維状材料又は繊維束が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、曲げ、ねじれ、絡まり及び相対的に平らにされたセグメントを有するポリプロピレンの糸要素の形態で、繊維状材料又は繊維束の縁を取り囲み、かつ外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも一部分は、結合繊維性材料の糸要素の水圧破砕により発生させられたか、又は曝された結果によるものである。糸要素の近くのより大きな材料は、セルロースパルプの繊維である。
【００３５】
図１２は、図１０に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である（おおよそ５００倍の線倍率）。セルロースパルプと、曲げ、ねじれ、絡まり及び相対的に平らにされたセグメントを有するポリプロピレンの糸要素の形態におけるリサイクル繊維との混合が示される。
リサイクル繊維及び繊維状材料の水圧交絡された複合不織構造物は、従来の水圧交絡技術により作ることができる。例えば、リサイクル繊維及び繊維状材料の希釈懸濁液を、ヘッドボックスに供給し、桶を介して、従来の製紙機械の成形布の上に均一に分散するように堆積させることができる。
【００３６】
繊維の懸濁液は、従来の製紙プロセスにおいて典型的に用いられる如何なる粘度に希釈してもよい。例えば、懸濁液は、約０．０１から約１．５重量パーセントまでの、水中に懸濁された繊維を含むことができる。繊維の懸濁液から水分が取り除かれて、均一な層が形成される。リサイクル繊維は、さらに、追加のパルプ繊維、及び／又は他の種類の繊維、粒子状物質又は他の材料を含んでもよい。
リサイクル繊維、及びこれらの種々の繊維及び／又は他の材料は、層状の又は不均質のシート又は層に形成してもよいことが意図される。これに代わり及び／又はこれに付加する形で、これらの部材をブレンド又は混合して、均質層を形成することができる。
【００３７】
繊維の中にセルロース部材がある場合、強度及び耐摩耗度を改善するために、少量の耐湿強度樹脂及び／又は樹脂結合剤を加えてもよい。有益な結合剤及び耐湿強度樹脂は、例えば、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＫｙｍｅｎｅ ５５７Ｈ、及び、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｙａｎａｍｉｄ， Ｉｎｃ．から入手できるＰａｒｅｚ６３１を含む。幾つかの場合において、架橋剤及び／又は水和剤を繊維に加えてもよい。さらに、剥離剤を加えることも可能である。１つの例示的な剥離剤は、Ｑｕａｋｅｒ ２００８という商標で、ペンシルバニア州コンショホッケンのＱｕａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。
ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクス（例えば、スパンボンドフィラメントの不織ウェブの形態とすることができる）は、供給ロールから繰り出され、リサイクル繊維及び繊維状材料の層を受けるための位置にあるようにすることができる。
【００３８】
一般に、ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、例えば、既知の溶液紡糸又は溶融紡糸プロセスのような、既知の連続フィラメントの不織押し出しプロセスによって形成することができ、かつ最初に供給ロール上に保管されることなしに、プロセス中において直接形成することができる。ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、スパンボンドプロセスによって形成された連続的なメルトスパンフィラメントの不織ウェブであることが望ましい。スパンボンドフィラメントは、如何なる熱可塑性の溶融紡糸可能なポリマー、共重合体又はその混合物から形成されてもよい。例えば、スパンボンドフィラメントは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、Ａ−Ｂ及びＡ−Ｂ−Ａ’の構造を有するブロック共重合体のような熱可塑性ポリマーから形成することができ、ここで、Ａ及びＡ’は、熱可塑性末端ブロックであり、Ｂはエラストマ中間ブロック、エチレンと少なくとも１つのビニルモノマー（例えば、ビニルアセテートのような）の共重合体、不飽和脂肪族モノカルボン酸、及びそのようなモノカルボン酸のエステルとすることができる。ほぼ連続的なフィラメントが、例えば、ポリプロピレンのようなポリオレフィンから形成されている場合、不織ウェブは、１平方メートル当たり約３．５から約７０グラム（ｇｓｍ）までの坪量を有することができる。より特定的には、不織ウェブは、約１０から約３５ｇｓｍまでの坪量を有することができる。ポリマーは、例えば、顔料、酸化防止剤、流れ促進剤、安定剤のような付加的な材料を含むことができる。
【００３９】
ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーの二成分又は多成分フィラメントのマトリクスである。例えば、二成分又は多成分フィラメントのマトリクスは、二成分又は多成分スパンボンドフィラメントの不織ウェブであってよい。これらの二成分又は多成分フィラメントは、並列、シース・コア又は他の構成を有することができる。そのようなフィラメントの説明、及び該フィラメントを作るための方法は、例えば、Ｒ．Ｄ Ｐｉｋｅらの名で、「多成分不織ポリマー布及びそれを作るための方法」と題された米国特許第５，３８２，４００号において見出すことができ、この開示は引用によりここに組み入れられる。二成分又は多成分スパンボンドフィラメントの例示的な不織ウェブは、ジョージア州ロズウェルのキンバリー−クラーク社から入手することができる。
ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスを、繊維性材料の層がその上に重ねられる前に、熱結合（すなわち、パターン結合）することができる。ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、約３０パーセントより少ない合計結合域と、１平方インチ当たり約１００結合より大きい均一な結合密度とを有することが望ましい。例えば、ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、約２から約３０パーセントまでの合計結合域（通常の光学顕微鏡方法により求められる）と、１平方インチ当たり約２５０から約５００までのピン結合とを有することができる。
【００４０】
そのような合計結合域と結合密度との組み合わせは、ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスを、１平方インチ当たり約１００個のピン結合を有するピン結合パターンと結合させることにより達成することができ、該ピン結合パターンは、滑らかなアンビルロールに完全に接触しているとき、約３０パーセントより少ない合計結合表面積を提供する。結合パターンは、１平方インチ当たり約２５０から約３５０までのピン結合のピン結合密度と、滑らかなアンビルロールに接触しているとき、約１０パーセントから約２５パーセントまでの合計結合表面積とを有することが望ましい。
例示的な結合パターンは、１平方インチ当たり約３０６個のピンがあるピン密度を有する。各々のピンは、約０．０２５インチの長さの側面を有する正方形の結合表面を構成する。ピンが滑らかなアンビルローラと接触するとき、それらは、約１５．７パーセントの合計結合表面積を生成する。一般に、高い坪量のほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスは、その値に接近する結合域を有する傾向がある。より低い坪量のマトリクスは、より低い結合域を有する傾向がある。
別の例示的な結合パターンは、１平方インチ当たり約２７８個のピンがあるピン密度を有する。各々のピンは、約０．０３５インチの長さの（かつ約０．０２インチ離間した）２つの平行な側面と、２つの対向する凸状の側面とを有し、その各々は、約０．０７５インチの半径を有する。ピンが滑らかなアンビルローラと接触するとき、それらは、約１７．２パーセントの合計結合表面積を生成する。
【００４１】
さらに別の例示的な結合パターンは、１平方インチ当たり約１０３個のピンがあるピン密度を有する。各々のピンは、約０．０４３インチの長さの側面を有する正方形の結合表面を構成する。ピンが滑らかなアンビルローラと接触するとき、それらは、約１６．５パーセントの合計結合表面積を生成する。
熱結合ロールによって生成されたピン結合について上述したが、本発明は、最小の全結合域内でフィラメントの良好な取り付け状態を生成するいずれの形態の結合も包含する。例えば、熱結合、空気貫流法結合及び／又はラテックス含浸を用いて、最小の結合域内で望ましいフィラメントのタイダウンを提供することができる。これに代わり及び／又はこれに付加する形で、樹脂、ラテックス、又は接着剤を、例えば、噴霧、印刷により、不織連続フィラメントに適用し、望ましい結合を提供するように乾燥することができる。
【００４２】
リサイクル合成繊維及び繊維状材料の層は、次に、従来の水圧交絡機の小孔のある交絡表面上にある不織ウェブの上に置かれる。リサイクル合成繊維の層は、不織ウェブと水圧交絡マニホルドとの間に（すなわち、不織ウェブの上に）あることが望ましい。リサイクル合成繊維及び繊維状材料、及び不織ウェブの層は、次に、１つ又はそれ以上の水圧交絡マニホルドの下を通り、流体の噴流で処理されて、リサイクル繊維と連続フィラメントの不織ウェブのフィラメントとを交絡させる。流体の噴流は、さらに、リサイクル合成繊維を不織ウェブの中にかつ部分的に該不織ウェブを通して駆動させて、水圧交絡された複合不織構造物を形成する。
代替的に、リサイクル合成繊維及び繊維状材料、及び不織ウェブの層が、同じ小孔のあるスクリーン（すなわち、メッシュ布）にある間に水圧交絡が生じ、該スクリーン上で湿式堆積が生じるようにすることができる。本発明は、さらに、リサイクル合成繊維及び繊維状材料の乾燥シート（パルプ繊維を含むことができる）を、連続フィラメントの不織ウェブ上に重ね、該乾燥シートを指定の粘度にまで再水和化するか、又は濡らし、次に、該再水和化されるか又は濡らされたシートに水圧交絡を受けさせる。
【００４３】
リサイクル合成繊維及び繊維状材料の層が、高度に水と飽和されている間に水圧交絡が生じる。例えば、リサイクル合成繊維の層は、水圧交絡の直前に、約９０重量パーセントまでの水を含むことができる。代替的に、リサイクル繊維の層は、例えば、液体を少ししか有さないか、又は液体の全くない空気堆積層又は乾燥堆積層とすることができる。繊維性材料は、ほぼ連続的な熱可塑性ポリマーのフィラメントのマトリクスの中に埋め込むか又は組み込むか、及び／又は、該マトリクスに絡ませ、かつもつれさせることができるため、リサイクル合成繊維の湿式堆積層を水圧交絡するのは望ましいことである。リサイクル合成繊維がパルプ繊維を含む場合、パルプ繊維は水和状態で維持され、該パルプ繊維は「ペーパー」結合（時には水素結合とも呼ばれる）による干渉なしで、ほぼ連続的なフィラメントのマトリクスの中に組み込まれるため、湿式堆積層を水圧交絡するのは、特に望ましいことである。
【００４４】
水圧交絡は、例えば、引用によりここに組み入れられている、エバンスに付与された米国特許第３，４８５，７０６号に見出すことができるような従来型の水圧交絡装置を利用して達成することができる。本発明の水圧交絡は、例えば水のような適切な作動流体のいずれによっても実行することができる。作動流体は、該流体を、一様に、一連の個々の穴又はオリフィスに分配するマニホルドを通って流れる。これらの穴又はオリフィスは、約０．００３から０．０１５インチまでの直径とすることができる。例えば、本発明は、メイン州、ビデフォードのＨｏｎｅｙｃｏｍｂ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ製の、０．００７インチの直径のオリフィス、１インチ当たり３０個の穴数、及び１列の穴列を含むマニホルドを利用して実施することができる。多くの他のマニホルド構成及び組み合わせを用いることができる。例えば、１つのマニホルドを用いてもよく、又は幾つかのマニホルドを連続して並べてもよい。
【００４５】
水圧交絡プロセスにおいて、作動流体は、約２００から約２００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）までの範囲の圧力でオリフィスを通過する。約２０００ｐｓｉｇで、複合不織構造物は、１分当たり約１０００フィート（ｆｐｍ）の速度で処理できると考えられる。流体は、小孔のある表面により支持された繊維層に衝撃を与え、該表面は、例えば、約４０×４０から約１００×１００までのメッシュの大きさを有する１つの平面のメッシュとすることができる。小孔のある表面は、さらに、約５０×５０から約２００×２００までのメッシュの大きさを有する多重構造のメッシュとすることができる。多くの水ジェット処理プロセスにおいて典型的であるように、真空スロットを、水圧ニードリングマニホルドの直ぐ下に、又は、交絡マニホルドの下流の小孔のある交絡表面の下に配置し、過剰な水が水圧により交絡された材料から取り除かれるようにすることができる。
【００４６】
本発明者らは、特定の作動理論に固執するものではないが、連続フィラメントウェブ上に置かれている、相対的に歪められ、ねじられ、高い表面積を有するリサイクル繊維に直接衝撃を与える作業流体の柱状の噴流は、それらの繊維を互いに（及び、例えば、パルプ繊維のような、存在することがある他の繊維と）、及び連続フィラメントと交絡させ、かつ絡み合わせるように働くと信じている。
一般に、中央の糸要素及び分岐する如何なる糸要素、原繊維などの種々の不規則性は、リサイクル繊維がコヒーレントな交絡されたマトリクスの形成を助けると考えている。リサイクル繊維がパルプ繊維と混合されたとき、このマトリクスは、該パルプ繊維を固定することを助けると考えている。
【００４７】
流体噴流処理の後、水圧交絡された複合構造物を、非圧縮乾燥処理に移送することができる。材料を水圧ニードリングベルトから非圧縮乾燥処理に移送するために差動速度ピックアップロールを用いることができる。或いは、従来の真空式ピックアップ及び移送方式を用いてもよい。所望であれば、交絡された布を、乾燥処理に移す前に、ウェットしぼ寄せしてもよい。交絡された複合構造物の非圧縮乾燥は、従来のドラム型空気貫流乾燥装置を利用して達成することができる。空気貫流乾燥機により、水圧交絡された布を通して押し込まれた空気の温度は、約２００から約５００Ｆまでの範囲とすることができる。他の有益なスルー乾燥方法及び装置は、例えば、米国特許第２，６６６，３６９号、及び第３，８２１，０６８号に見出すことができ、その内容は、引用によりここに組み入れられる。
空気貫流乾燥法は、特に良好に働くことが見出されたが、赤外線放射、ヤンキー乾燥機、蒸気缶、真空脱水、マイクロ波、及び超音波エネルギーを用いる他の乾燥法も、さらに用いることができる。
【００４８】
仕上げのステップ及び／又は後処理プロセスを用いて、選択された特性を水圧交絡された複合構造物に付与することが望ましい。例えば、布を、カレンダーロールにより軽く押し、均一な外観及び／又は特定の触覚特性をもたらすようにしぼ寄せするか、又はブラシ加工することができる。これに代わり及び／又はこれに付加する形で、接着剤又は染料のような化学的な後処理を布に加えてもよい。
本発明の１つの態様において、布は、例えば、活性炭、粘土、スターチ、及び超吸収性材料のような種々の材料を含むことができる。例えば、これらの材料を、繊維層を形成するために用いられるリサイクル繊維の懸濁液に加えてもよい。これらの材料を、さらに、流体噴流処理に先立ち、繊維層上に堆積させ、それらが、該流体噴流の作用によって、水圧交絡された布に組み込まれるようにしてもよい。これに代わり及び／又はこれに付加する形で、これらの材料を、流体噴射処理の後で、水圧交絡された布に加えてもよい。
【００４９】
試験方法
サンプルの台形の引き裂き強度は、引き裂き負荷が、最も低い及び高いピーク負荷の平均ではなく、最初の及び最も高いピーク負荷の平均として計算されたこと以外は、ＡＳＴＭの標準試験Ｄ １１１７−１４に基づいて測定された。
サンプルの水と油の吸収能力は、連邦仕様書番号ＵＵ−Ｔ−５９５Ｃに基づき、工業用及び施設用のタオル及び拭き取り用の紙について測定された。吸収能力は、材料がある期間にわたり液体を吸収する能力を指し、その飽和点で材料に保持される液体の総量に関する。吸収能力は、液体の吸収によりもたらされる材料サンプルの重量増加を測定することにより求められる。吸収能力は、下記の方程式により、吸収された液体の重量を、サンプルの重量で割ることで、百分率で表すことができる。
合計吸収能力＝［（飽和サンプル重量−サンプル重量）／サンプル重量］×１００
【００５０】
サンプルの坪量は、本質的にＡＳＴＭ Ｄ−３７７６−９に基づいて求められたが、下記の変更がある。１）サンプルの大きさは、少なくとも２０平方インチ（１３０平方ｃｍ^２）であり、２）最低限３つの無作為の試料が、各々のサンプルについて試験された。
サンプルのドレープ剛度は、該サンプルの大きさが１インチ×８インチであること以外は、ＡＳＴＭ Ｄ１３８８に基づいて測定された。
サンプルのバルク（すなわち、厚さ）は、Ｅｍｖｅｃｏ ２００−Ａ Ｔｉｓｓｕｅ Ｃａｌｉｐｅｒ Ｔｅｓｔｅｒを利用して、本質的に、ＴＡＰＰＩ ４０２ ｏｍ−９３及びＴ４１１ ｏｍ−８９に基づいて測定された。この試験器は、２５００ｍｍ^２の面積を有する５６．４２ｍｍの直径の足部を備えていた。１０個のサンプルのスタックが２．００ｋＰａの負荷、及び３秒の滞留時間で試験された。
【００５１】
耐磨耗度試験は、ニューヨーク州、ノーストナウォンダのＴｅｌｅｄｙｎｅ Ｔａｂｅｒから入手できるＴａｂｅｒ Ａｂｒａｓｅｒの型番５１３０（ロータリーヘッド、双頭摩耗試験器）を、型番Ｅ．１４０−１５試料保持器と併せて利用し、一般的にＭｅｔｈｏｄ ５３０６の連邦試験方法標準規格番号１９１Ａ、及びＡＳＴＭ標準Ｄ３８８４のテキスタイルの耐摩耗性、に基づいて行われた。測定されたサンプルの大きさは、約５インチ×５インチであった。サンプルは、約２５０グラムの頭部重量の下で磨耗サイクルを受けた。各々の研磨材の頭部は、弾性のないガラス化されたＣａｌｉｂｒａｄｅの砥石車、番号Ｈ−１８の媒体グレイン／媒体結合を積み込んでいた。研磨材の頭部は、各々の試料の後で真空され、各々のサンプル（一般的に約４個の試料）の後に再浮上させられた。研磨材の頭部の再浮上は、ダイアモンドの再浮上器によって実行された。磨耗試験は、サンプルを通る１／２インチの穴を形成するために必要なサイクル数を測定した。
【００５２】
実施例
この実施例は、天然繊維及び合成フィラメントを含む、結合されかつ交絡された複合材料をリサイクルし、該材料を湿式形成プロセスの完成紙料流れに投入し、該材料を不織連続フィラメントの基材の上に堆積し、次に該材料を互いに交絡することに関する。
【００５３】
バージンウールパルプ、及び、ＷＹＰＡＬＬ（登録商標）ＷＯＲＫＨＯＲＳＥ（登録商標）で製造されたラグ、及びＨＹＤＲＯＫＮＩＴ（登録商標）高速吸収材料の商標で、ジョージア州、ロズウェルのキンバリー−クラーク社から入手できる、結合された合成ポリプロピレンのフィラメントの連続ウェブ（おおよそ２０重量パーセント）（すなわち、スパンボンドの連続フィラメントウェブ）を含む、水圧交絡された複合材料が、約１０ないし３５０ｍｍの長さ、及び３ないし７０ｍｍの幅の範囲の断片に細断された。複合材は、おおよそ８０重量パーセントのパルプと、約２０重量パーセントのポリプロピレンのフィラメントを含んでいた。材料は、米国インジアナ州、イーストシカゴ所在のＥａｓｔ Ｃｈｉｃａｇｏ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるシュレッダーを利用して細断された。断片は、ＭＡ、ピッツフィールドのＥ．Ｄ．Ｊｏｎｅｓ＆Ｓｏｎｓにより製造された従来型のオランダー式工業用ビータに移された。ビータは、４５度の対角線の台板を備えた「Ｎｕｍｂｅｒ ３ Ｊｏｎｅｓ Ｂｅａｔｉｎｇ Ｕｎｉｔ」であった。ビータは、ロール上にほぼ位置合わせされたブレード又は羽根を持つ回転ロールを有していた。ブレード又は羽根は、おおよそ１／４インチ（〜６ｍｍ）の幅、おおよそ１／２インチ（〜１２から１３ｍｍ）の高さであった。これらは、回転の方向又は平面に垂直なロールの外側上におおよそ１／２インチ（〜１２から１３ｍｍ）だけ間隔をもって配置された。固定プレートが回転ロールの直ぐ下に取り付けられ、おおよそ１／８インチ（〜３ｍｍ）の幅、１／４インチ（〜６ｍｍ）の高さのブレード又は「ナイフ」を備えており、おおよそ３／８インチ（〜９から１０ｍｍ）だけ間隔をもって配置された。これらは、回転方向又は平面に対して４５度の角度で位置合わせされた。
【００５４】
回転ロールは、７２インチの直径、７２インチの幅、各々が７２インチの長さを有し、２分の１インチだけ間隔をもって配置された１９２枚のブレードを有していた。ロールは、おおよそ１６トンの重量であった。一般に、回転速度は一定であり、修正された変数は、ロール上の圧力又は負荷である。ロールは、０ｐｓｉを示すゲージ圧が、該ロールの重量の非常に小さな部分に対応するか、又は、該ロールの重量の部分には対応せず（〜０トン）、結合繊維性材料の繊維及び断片が、回転ロールの底部のブレードと、該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間に存在するギャップを通過したときに、それらが圧搾されて、該結合繊維性材料の繊維及び断片によって発生させられた力を抑制するという状態で、取り付けられた。ゲージ圧の５０ｐｓｉの読みは、結合繊維性材料の繊維及び断片が回転ロールの底部のブレードと、該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間に存在するギャップを通過するときに、該結合繊維性材料の繊維及び断片によって発生させられた圧力に対抗してそれらを圧搾するためのロールの重量のおおよそ半分に対応した（〜８トン）。１００ｐｓｉを示すゲージ圧は、結合繊維性材料の繊維及び断片が回転ロールの底部のブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間に存在するギャップを通過するときに、該結合繊維性材料の繊維及び断片によって発生させられた圧力に対抗してそれらを圧搾するためのロールの全重量に対応した（〜１６トン）。
【００５５】
水が、細断された材料に加えられ、水圧及び剪断応力が、２つの段階においてオランダ式ビータの中の材料にかけられた。水圧及び剪断応力は、ロールが回転するときの該ロール上の負荷を調整することにより制御された。この特定の配置において、水圧及び剪断応力は、ビータのロールが回転し、その取り付けられたブレード又は羽根が、液体及び濡れた材料を、回転の方向又は平面に対角線状に取り付けられたブレードをもつ固定プレートに対して、押し付けるときに生成される「外車」形式のポンプ作用により発生させられる。一般に、回転ロールにかけられる、より大きな負荷は、該回転ロールと固定プレートとの間により少ない間隙を生成する。これは、より大きな水準の水圧及び剪断応力に対応する。
【００５６】
第１段階の間、回転ロールに対する圧力又は負荷は、１０分間で、０ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）であった。本質的に、如何なる負荷もかけられず、回転ロールの「外車」動作は、該回転ロールのブレードと、固定プレート上に取り付けられたブレードとの間の約１ｃｍ又はそれ以上のギャップを通して、懸濁液の中の断片を圧搾した。一般に、第１段階は、細断された材料を濡らし、合成繊維から天然繊維を分離するために用いられた。粘度は、約３．３パーセントになるように調整された（空気又はオーブンにより乾燥された懸濁液の中の繊維性材料の重量パーセント）。
【００５７】
第２段階の間、回転するロール上の移動するブレードと、それらの接触点に最も近い傍の固定ブレード、又は該接触点に最も近い固定ブレードとの間に、非常に高い水圧、剪断応力、及び可能であればキャビテーション力の小さなゾーンを設けるように条件が調整された。これらの小さなゾーンは、細断された結合繊維性材料上にマイクロバースト作用を発生させて、その結果得られる合成繊維の長さを、水圧細分するか、及び／又は壊し、縮小すると考えられる。さらに、水圧による細分、及び「繊維対金属」又は「結合繊維性材料対金属」の接触は、懸濁液におけるパルプ又は短繊維の長さ及び／又は自由度に、物質的に影響を与えることなく又は低下させることなく、より長い合成フィラメントの長さを制御する。この例において、特定の目的は、合成繊維の長さを制御することであるため、該長さは、均一な外観及び物理的な特性を持ちながら、及び懸濁液の中に存在することがあるパルプ繊維の長さ又は自由度を物質的に低下させることなく、依然としてシートを生成しながら、最大化される。
【００５８】
第２段階において、回転ロールについてのゲージ圧は、５０ｐｓｉｇに増加させられ、該回転ロールのブレードと固定プレートとの間の間隙は、１から１０ｍｍまでの間に減らされ、おおよそ１６トンのロールの重量の半分（〜８トン）が、繊維性の断片が該ロールと該固定プレートとの間のギャップを通して圧搾されたときに発生させられる圧力を抑えるために利用可能であった。これらの条件は、５０分間維持された。
処理後、自由な繊維、繊維束、及び繊維状材料のサンプルが顕微鏡によって調べられた。天然又はパルプ繊維が分離されて、合成繊維とは別に測定された。この例において、平均繊維長は、前述のように、手動で２０本の合成繊維及び２０本のパルプ繊維のサンプルを分離し、顕微鏡を利用して個々の繊維の長さを測定し、次に平均長を計算することによって求められた。結果として得られるリサイクル繊維及び繊維状材料は、下記の特徴を有した。
【００５９】
・合成繊維の平均長は、おおよそ木材パルプ繊維と同じ長さであった。合成繊維の平均長は、４．２１ｍｍであった。サンプルにおける個々の繊維の長さは、２．５４から７．１１ｍｍまでの範囲であった。処理に先立ち、合成繊維は、最初は、中間の長さ、又は少なくとも７．１１ｍｍをはるかに越える長さを有するほぼ連続的なポリプロピレンのフィラメントであった。パルプ部材についての平均繊維長は、２．７ｍｍであった。サンプルにおける個々のパルプ繊維の長さは、１．５２から３．９４ｍｍまでの範囲であった。
・木材パルプの繊維の自由度は、わずかな減少（約１０％）を示すが、これは幾つかの付加的な表面積が、複合材の木材パルプ繊維部材上で作られたことを示すものである。しかしながら、繊維の長さは影響を受けなかった。
・相当な数の合成繊維が、残っている個々の繊維の結合領域、交差、及び平らな領域の結果として、表面積の増加を有する。
【００６０】
処理されたリサイクル繊維の流れ（木材パルプ繊維及び合成繊維を含む）は、湿式形成プロセスの完成紙料流れに投入される。リサイクル繊維は、乾燥重量２０％の水準で、再生されたものではないラジアータマツのパルプ繊維（チリのＣＭＰＣ Ｃｅｌｕｌｏｓａから入手できるＬａｊａ １０）と混合された。
この繊維の混合物は、８４Ｍという商品名で、Ａｌｂａｎｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手できる成形ワイヤを利用して、１平方メートル当たり５０グラム（ｇｓｍ）の坪量を有するウェットシートに形成された。ウェットシートは、次に、おおよそ２４ｇｓｍの坪量を有する連続的なフィラメントのポリプロピレンのスパンボンドの層の上部の上に置かれた。２つの層は、９０ＢＨという商品名で、Ａｌｂａｎｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手できる水圧交絡ワイヤ上に支持された。層は、５つのマニホルドを利用して交絡された。各々のマニホルドは、１インチ当たり４０個の穴密度で、１列の０．００５インチの穴を有するジェットストリップを備えていた。水圧は、１１００ポンド／平方インチゲージであり、ウェブが圧力に曝された合計時間は、２１３マイクロ秒であった。
【００６１】
結果として得られる複合材のシートは、次に最終生成物まで乾燥させられた。結果として得られる生成物は、同じ木材パルプで作られ、同じ割合でスパンボンドされ、かつ同じ条件の下で作られたが、リサイクル繊維はもたない水圧交絡された材料を制御するために比較された。これらの結果は、以下の表１に示される。
【００６２】
【表１】
表１

【００６３】
第２回目は、２０％のリサイクル材料を含むサンプルを水圧交絡するために用いられた圧力が１２００ｐｓｉｇまでに増加されたこと以外は、同じ材料及び条件を利用して実行された。材料は、前と同じ方法で乾燥された。結果として得られる特性は、以下の表２に示される。
【００６４】
【表２】
表２

【００６５】
より高い交絡圧力をリサイクル材料に用いることができることが、表２から明らかである。これらのサンプルは、リサイクル合成繊維（及び付加的なパルプ繊維）が連続フィラメントのマトリクスと互いに交絡されて、水圧交絡された複合不織構造物を形成できることを示す。
【００６６】
水圧細分されたリサイクル繊維は、ほぼ均一であり、以前のリサイクル材料のフロック及び不均一性のない、結合された繊維性のウェブから形成された丈夫でコヒーレントな複合不織構造物を形成するために、ほぼ連続的なフィラメントのマトリクスと併せて、かつ該マトリクスに、容易に水圧交絡することができるため、利点をもたらす。少ない材料しか高圧ジェットにより洗い落とされないため、本発明において用いられる、相対的に歪められ、ねじられた、不規則な性質のリサイクル材料は、より大きな効率を提供すると考えられる。これは、少なくとも部分的には、より高い表面積、及び繊維の形態が、より少ない繊維の損失を生じさせることによると信じられる。リサイクル繊維及び繊維状材料の構造は、それらが簡単に湿式形成プロセスに適応され、形成部分において良好な定着性を有するため、付加的な利点を提供する。さらに、これらのリサイクル繊維が、比較的容易に湿式形成技術により処理することができることは、水圧交絡のために、適切に均一な出発材料をもたらす。
【００６７】
非常に均一な交絡された複合不織混合物は利点を提供する。外観が非常に均一な複合不織混合物は、審美的に感じが良い。より少ないパルプ材料及び／又はより軽い坪量の基材は、隠すか又は覆うという材料の能力を犠牲にすることなく用いることができる。幾つかの場合において、特定の引っ張り特性及び他の物理的な特徴は、強力な変形又は不均一性の局所点を有する傾向が少なくなる。
本発明は、ある好ましい実施形態と関連して述べられてきたが、本発明に含まれる内容が、それらの特定の実施形態に制限されるものではないことが理解されるであろう。対照的に、本発明の内容は、特許請求の精神及び範囲内に含むことができるすべての代替技術、修正、及び均等物を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図２】
例示的な再生されたものではない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図３】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図４】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図５】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図６】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図７】
例示的な再生されたものではない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図８】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いられる種類の多数の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図９】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いることができる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図１０】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いることができる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図１１】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いることができる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図１２】
例示的な水圧交絡された複合不織構造物の形成に用いることができる種類の例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。[0001]
(Technical field)
The present invention relates to a hydraulically entangled composite structure containing recycled fibers and a method for making a composite nonwoven structure.
[0002]
(Background technology)
Non-woven webs of pulp fibers are known to be absorbent, but non-woven webs made solely of pulp fibers lack strength and abrasion resistance, for example, for highly durable wiping products. May not be desirable for certain applications.
Pulp fibers have been combined with staple length fibers and hydraulically entangled. However, adding staple fibers adds cost. In addition, suspensions containing staple fibers can be more difficult to process using conventional papermaking or wet deposition techniques. One known technique for combining these materials is hydraulic entanglement. For example, U.S. Pat. No. 4,808,467 to Suskind discloses a high strength nonwoven made from a mixture of wood pulp and textile fibers entangled with a continuous filament base web. However, textile fibers still add cost when added to the pulp and continuous filament combination.
[0003]
The bonded fibrous web can be mechanically broken down into smaller pieces, such as fiber bundles, yarns, and / or individual fibers, which are then hydraulically entangled into the web. It has been proposed to form. This is usually achieved by mechanically tearing and shredding the dried material. For example, International Application No. PCT / SE95 / 00938 is known to mechanically shred dry nonwoven and textile waste and to use dry mixed waste, including both synthetic and natural fibers. It has said. According to PCT / SE95 / 00938, a remarkable feature of shredding and tearing technology is that recycled fibers are characterized as "flock" or fiber bundles because the tearing or shredding process is often incomplete. , Will be partially present in the form of individual pieces of the original cloth. These flocs are described as providing non-uniformities that will give the web containing the flocs a more textile appearance.
[0004]
Flock and small pieces of fabric make it difficult to process in subsequent steps such as, for example, wet deposition, air deposition, hydraulic entanglement, or other web forming methods. These inhomogeneities will reduce the value of the recycled fiber, as well as degrade its appearance, strength, uniformity, and other desirable properties of a web or fabric made from recycled fiber. In addition, it is difficult to entangle a substrate, such as, for example, continuous filaments, with flocs and individual pieces of fabric.
Eliminating heterogeneity by screening or other techniques reduces the efficiency of fiber recovery. Furthermore, it is impractical to reduce the fiber bundles or flocs to fibers or fibrous materials having a length of less than 5 millimeters by dry mechanical chopping, chopping, tearing, garnetting, or picking. It is. In addition, the additional mechanical work leads to the transfer of considerable energy in the form of heat, the melting of the dry material into unusable masses, and the environment initially provided by recycling the material. The above or economic benefits will be reduced or eliminated.
[0005]
(Disclosure of the Invention)
The present invention includes a substantially continuous matrix of filaments and a fibrous material, including recycled synthetic fibers and fibrous materials, wherein the fibrous materials are suspended while the bonded fibrous materials are suspended in a liquid. A hydraulically entangled composite fiber having at least one yarn element made of a synthetic material having at least one irregular strain generated by hydraulic fracturing separating the yarn element from the bonded fibrous material. Providing a woven structure addresses the needs described above.
The thread element can have a length ranging from about 1 millimeter to about 15 millimeters. For example, the thread element can have a length ranging from about 1.5 millimeters to about 10 millimeters. As another example, the thread element can have a length ranging from about 2 millimeters to about 5 millimeters. The thread element can have a diameter of less than 100 micrometers. For example, the thread element can have a diameter of less than 30 micrometers, and as a specific example, can have a fiber diameter of from about 10 micrometers to about 20 micrometers.
[0006]
According to one aspect of the present invention, the irregular distortion may be in the form of bending of the thread element, flattened segments of the thread element, expanded segments of the thread element, and combinations thereof. In addition, due to recycling, bending and / or twisting results in a more efficient interlock of the fibrous web in the entanglement process.
Generally, the irregular distortion is such that the thread elements of the recycled material have a greater surface area than the thread elements of the combined fibrous material before the thread elements of the recycled material are separated from the combined fibrous material by hydraulic fracturing of the thread elements. To have. For example, the surface area of the recycled yarn element is at least about 5 percent greater.
[0007]
In embodiments of the present invention, the recycled synthetic fibers and fibrous materials can be synthetic fibers selected from polyester, polyamide, polyolefin, glass fibers, and combinations thereof. In embodiments of the present invention, the recycled synthetic fibers and fibrous materials can be synthetic thermoplastic materials. For example, the synthetic thermoplastic material can be a polyolefin such as polypropylene, polyethylene, and combinations thereof. The synthetic thermoplastic material can be in the form of multicomponent fibers, filaments, strands, and the like, and can have fibers and / or filaments having various cross-sectional shapes, protrusions, or other configurations.
In the present invention, the matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments can be a nonwoven web of spunbond filaments. By way of example only, the nonwoven web of spunbond filaments may be a nonwoven web of polypropylene spunbond filaments. As yet another example, the nonwoven web can be a bicomponent spunbond filament nonwoven web.
The matrix of substantially continuous polymer filaments comprises a thermoplastic polymer selected from polyolefins, polyamides, polyesters, specific polyurethanes, block copolymers having the structure AB and ABA '. Wherein A and A ′ are thermoplastic end blocks, and B is an elastomeric midblock, a copolymer of ethylene and at least one vinyl monomer, unsaturated aliphatic monocarboxylic acids, and the like. It can be an ester of a monocarboxylic acid.
When the thermoplastic polymer is a polyolefin, it can be, for example, polyethylene, polypropylene, polybutene, ethylene copolymer, propylene copolymer, butene copolymer and / or a mixture of the above.
[0008]
The hydraulically entangled composite nonwoven structure may further comprise a non-recycled natural fibrous material, a non-recycled natural synthetic material, a recycled natural fibrous material, a synthetic pulp, a particulate material and The combination can be included. For example, the hydraulically entangled composite nonwoven structure can further include pulp fibers. In one embodiment of the present invention, the hydraulically entangled composite nonwoven structure comprises from about 1 to about 85 weight percent recycled synthetic fiber and fibrous material, and from about 15 to about 99 weight percent pulp, and 1 From about 30% by weight of substantially continuous filaments.
The fiber component of the pulp may be wood and / or non-wood plant fiber pulp. The pulp may be a mixture of different types and / or amounts of pulp fibers.
The present invention further provides for the hydraulically entangled composite nonwoven structures to be used in small amounts, such as, for example, binders, surfactants, crosslinkers, release agents, flame retardants, wettable agents, pigments and / or dyes. Including treating with materials. Alternatively or additionally, the present invention involves adding particulate matter, such as, for example, activated carbon, clay, starch, and superabsorbent materials to the composite nonwoven structure. In one embodiment, the hydraulically entangled composite nonwoven structure can further include up to about 3 percent of a release agent.
[0009]
The hydraulically entangled composite nonwoven structure can be used as a highly durable wiping product. In one embodiment, the composite nonwoven structure can be a single or multiple wipes having a basis weight of about 20 to about 200 grams per square meter (gsm). For example, the wiping product can have a basis weight between about 25 and about 150 gsm, and more specifically, can have a basis weight between about 30 and about 110 gsm. The wiping product has a water absorption of greater than about 450 percent, an oil absorption of greater than about 250 percent, a wicking rate of water greater than about 2.0 cm / 15 seconds (machine direction), It is desirable to have an oil wicking speed (machine direction) of greater than 2 seconds.
The present invention further provides (a) at least one irregular strain caused by hydraulic fracturing separating the yarn elements from the bonded fibrous material while the bonded fibrous material is suspended in the liquid. Providing a layer of recycled synthetic fiber and fibrous material having at least one thread element comprising a synthetic material having: (b) overlaying the layer of recycled synthetic fiber and fibrous material on a substantially continuous filament; And (d) drying the web to form a hydraulically entangled composite nonwoven structure.
[0010]
According to the present invention, the step of providing a layer of recycled synthetic fibers and fibrous material and overlaying the layer of recycled synthetic fibers and fibrous material on a substantially continuous layer of filaments comprises a dry forming technique or a wet forming technique. Involves or includes depositing a layer of recycled synthetic fibers and fibrous material directly on a substantially continuous layer of filaments.
In one embodiment of the present invention, the step of providing a layer of recycled synthetic fiber and fibrous material and overlaying the layer of recycled synthetic fiber and fibrous material on a substantially continuous layer of filaments comprises a dry forming technique or The wet forming technique involves or involves depositing a layer of recycled fiber and fibrous material and a layer of fibrous material and pulp fiber directly onto a substantially continuous layer of filaments.
Hydraulic confounding can be performed by conventional hydraulic confounding techniques.
The hydraulically entangled composite nonwoven structure can be dried utilizing a non-compression drying process. The air-through drying process has been found to work particularly well. Other drying processes that incorporate infrared radiation, Yankee dryers, steam cans, vacuum dewatering, microwave, and ultrasonic energy can also be used.
[0011]
Definitions As used herein, the term "machine longitudinal direction" refers to the direction of travel during the formation of a nonwoven web that creates a surface on which fibers are deposited.
The term “cross-machine direction” as used herein means a direction perpendicular to the machine vertical direction described above.
As used herein, the term "pulp" refers to fibers from natural resources such as woody and non-woody plants. Woody plants include, for example, deciduous and coniferous trees. Non-woody plants include, for example, cotton, flax, African honeybee, milkweed, straw, jute, hemp, and bagasse.
[0012]
As used herein, the term "average fiber length" refers to the average length of a fiber, fiber bundle, and / or fibrous material determined by measurement utilizing microscopic techniques. At least 20 randomly selected fibers are separated from the fiber suspension. The fiber is mounted on a microscope slide prepared to suspend the fiber in water. Color dyes can be added to the suspended fibers to color the fibers containing cellulose to distinguish them from or separate from synthetic fibers. The slides are placed under a Fisher Stereomaster II microscope S19642 / S19643 series. Measurements of the 20 fibers in the sample are made at a linear magnification of 20 times using a scale of 0 to 20 mils, and the average length, minimum and maximum length, and the deviation or variation count is calculated. . In some cases, the average fiber length is determined by a fiber (e.g., fiber, fiber, etc.) determined by an instrument such as a Kajani fiber analyzer, Model FS-200, available from Kajani Oy Electronics, Finland. (Bunch, fibrous material). Samples are treated with tissue dissociation fluid according to standard test procedures to ensure that there are no fiber bundles or tie fibers. Each sample is crushed in boiling water and diluted to approximately 0.001% suspension. Individual test samples are withdrawn from the diluent by approximately 50 to 100 ml when tested using the standard Kajani fiber analysis test procedure. The weighted average fiber length can be a phase average, a weighted average of length or a weighted average of weight, and can be represented by the following equation:

Where k = maximum fiber length;
x _i = fiber length n _i = number of fibers with length x _i n = sum of measured fibers.
One feature of the average fiber length data measured by the Kajani fiber analyzer is that it does not distinguish between different types of fibers. Thus, the average length, if any, represents the average based on the length of all the different types of fibers in the sample.
[0013]
As used herein, the term `` spunbonded filament '' refers to extruding molten thermoplastic material as a filament from a plurality of fine, generally circular capillaries of a spinneret, and e.g. By continuous drawing, or by mechanical drawing, and / or by other well-known spunbond mechanisms, is meant a small diameter continuous filament formed by subsequent rapid reduction. Methods for making spunbond nonwovens are described, for example, in patents such as U.S. Pat. No. 4,340,563 to Appel et al. And U.S. Pat. No. 3,692,618 to Dorschner et al. These patents are incorporated herein by reference.
[0014]
As used herein, "meltblown fiber" is a process in which a molten thermoplastic material is extruded as a molten yarn or filament through a plurality of fine, usually circular, die capillaries into a high velocity gas (eg, air) stream. Refers to a fiber formed by filaments of material being reduced by a gas stream and reducing the diameter to the diameter of a microfiber. Thereafter, the meltblown fibers are carried by the high velocity gas stream and are deposited on a collection surface to form a web of randomly dispersed meltblown fibers. Such a process is disclosed, for example, in U.S. Pat. No. 3,849,241 to Butin, which is incorporated herein by reference.
[0015]
As used herein, the term "microfiber" means a small diameter fiber having an average diameter of about 100 microns or less, for example, from about 0.5 microns to about 50 microns, and more particularly. The microfibers may have an average diameter from about 1 micron to about 40 microns.
As used herein, the term “thermoplastic material” refers to a polymer that softens when exposed to heat and returns to a non-softened state when cooled to room temperature. Natural substances that exhibit this property are natural rubber and many waxes. Other exemplary thermoplastic materials include, but are not limited to, polyvinyl chloride, some polyesters, polyamides, polyfluorocarbons, polyolefins, some polyurethanes, polystyrene, polyvinyl alcohol, caprolactam, ethylene and at least one. Copolymer of two vinyl monomers (eg, poly (ethylene vinyl acetate), copolymer of ethylene and n-butyl acrylate (eg, ethylene n-butyl acrylate), polylactic acid, thermoplastic elastomer and acrylic resin including.
As used herein, “non-thermoplastic material” means any material not included in the definition of “thermoplastic material” above.
[0016]
As used herein, a "substantially continuous filament" is generally a filament formed by melt spinning, solution spinning, or drawing and generally having an intermediate or continuous length during manufacture. And that form a web or matrix of filaments when deposited and collected. In general, spunbond filaments typically have a length, textile or staple fiber that can be easily measured unless the manufacturing process is modified to produce short discrete segments, or by chopping or cutting the filament. It is considered to be a substantially continuous filament unless it is of a length normally associated with.
[0017]
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
The present invention includes a hydraulically entangled composite nonwoven structure comprising a matrix of substantially continuous filaments and a recycle synthetic fiber and fibrous material entangled and entangled with the matrix of filaments. The synthetic fibers and fibrous materials are recovered from the bonded fibrous materials and substantially converted to individual fibers and fibrous materials. Importantly, these binding fibrous materials are materials that include synthetic fibers and can be, for example, binding fibrous materials such as woven fabrics, knitted fabrics, nonwoven webs, and combinations thereof. As yet another example, recycled fibers may be obtained from nonwoven webs that are thermally bonded, adhesively bonded, mechanically entangled, solvent bonded, hydraulically entangled, and / or by a combination of such techniques. And may include synthetic fibrous materials, natural fibrous materials, and combinations thereof. Synthetic fibrous materials may include thermoplastic materials and thermoplastic filaments.
[0018]
To recover recycled synthetic fibers that can be used for hydraulic entanglement, the bonded fibrous web is cut or chopped into pieces having a size compatible with suspension in a liquid. The fragments are then suspended in the liquid and mechanical work is applied to the individual fragments of the suspension, only enough to hydraulically subdivide the bonded fibrous material into fibers and fibrous parts. Generates hydraulic and mechanical shear stress. Finally, the substantially individual fibers and fibrous parts are separated from the liquid.
[0019]
The bonded fibrous material can be separated by conventional operations such as, for example, mechanical shredding, mechanical cutting, mechanical tearing, mechanical attrition, grinding, water jet cutting, laser cutting, garnetting, and combinations thereof. Will be converted to fragments.
Importantly, the liquid suspension of these fragments is of sufficient hydraulic pressure to break, crush, explode, and break the fragments of the bonded fibrous material into useful free fibers and fiber bundles or fibrous materials. , Shear stress, and / or cavitation force conditions. These process conditions used to convert the shredded material into recycled fibers are more aggressive and harsher than in conventional pulping operations.
[0020]
As an example, a typical pulping process typically uses less than about 3 horsepower per day (24 hours) per tonne of dry material. Embodiments of the present invention will utilize a larger energy input. According to the present invention, the approximate amount of mechanical work applied to the liquid suspension will be greater than about 3 horsepower per day (24 hours) per dry ton of bonded fibrous material, It is determined by measuring the current flowing through the motor to give motion to and generate hydraulic and shear stress conditions. This number can be greater than 4 horsepower per day per ton, and even greater than 6 or more. For example, the method of the present invention can be practiced utilizing 35% greater energy, 50% greater energy, or even greater energy to separate beneficial free fibers and fiber bundles from the bonded fibrous material. It is also contemplated that in some circumstances or under some conditions, the approximate amount of mechanical work may be less than 3 horsepower per ton of dry bonded fibrous material per day.
[0021]
The inventor, without wishing to be bound by a particular theory of operation, believes that a combination of hydraulic, shear and cavitation forces causes the material to split into free fibers and fiber bundles. It is further believed that the content of the free fibers, and the average size of the bundle, can be controlled by varying the pressure and mechanical stress. Typically, this high level of mechanical action or operation is caused by the binding fibers, as the water / liquid in the process absorbs the generated heat as the free fibers and fibrous material are separated from the bonded fibrous material. It is believed that this is possible without significant degradation of the synthetic component of the conductive material (eg, without melting the synthetic thermoplastic material).
[0022]
Generally, conventional beating and / or refining equipment is used to modify the cellulose fibers so that they develop the hydrated and fibrillated papermaking properties. In accordance with the present invention, a conventional beater and / or refining machine may be constructed or operated in a non-conventional manner to break down and crush the bonded fibrous material into free fibers, fiber bundles, and fibrous materials. To provide sufficient water pressure and shear stress to An exemplary beater device is described in Beloit Jones, E.A. D. Available from manufacturers such as Jones, Valley and Noble & Wood.
A liquid suspension of pieces of the bonded fibrous material is charged to a beater device. Alternatively and / or in addition, pieces of the bonded fibrous material may be introduced directly into the beater bat. Various ratios of bound fibrous material and water can be used, and one skilled in the art can determine the appropriate ratio.
[0023]
In operation, the cylinder roll is rotated and sufficient hydraulic and shear stress is created between its blades or vanes and the blades mounted on the stationary plate.
The speed of rotation, the viscosity of the suspension in the vat, and the gap between the rotating blades or vanes and the fixed blades cut or control the length of particles such as free fibers, fiber bundles and fibers. Conditions are further adjusted to enhance the "fiber-to-metal" interaction. The term "fiber-to-metal" interaction refers to the immobilization of bonded fibrous materials that can occur under conditions of hydraulic and shear stress sufficient to cut, cut, or break long fibers And / or used to describe contact between a rotating blade. According to the invention, this interaction cuts long fibers without materially affecting or reducing the length and / or degrees of freedom of the pulp or staple fibers that may be present in the suspension. Should be controlled as follows.
[0024]
Actuating an apparatus for providing fibers, fiber bundles, and fibrous materials having a wide range of lengths, and further, fibers and fibrous materials having an average length distribution of about 7 millimeters or less in overall length May be used to generate In general, a more uniform fiber distribution creates a tendency to enhance treatment and hydraulic entanglement. However, a mixture of longer and shorter fibers may be desirable. Longer fibers can have the advantage of providing strength, and shorter fibers can have other beneficial characteristics, such as, for example, absorbency, hand handling, drape, and / or bulk. Can be provided.
[0025]
In addition to length control, some "fiber to metal" interactions can cause deformation and distortion of the bonded fibrous material. Some deformations and strains may be caused by hydraulic subdivision of the bonded fibrous material, others may be caused by tearing, chipping, and breaking of the fibers and / or filaments. It is believed that these fiber deformations and irregularities assist in wet forming (or dry forming) of the web, as well as subsequent hydraulic entanglement. These features of recycled fibers and fibrous materials enhance their utility in hydraulic entanglement processes and can exhibit the same or similar physical properties as those produced from fibers that are not 100% regenerated, It makes it practical to produce hydraulically entangled fibers that potentially exceed their properties.
[0026]
The discussion of recycled synthetic fibers is useful for understanding hydraulically entangled fabrics composed of these fibers. Referring now to FIGS. 1, 3-6, and 8-12, various exemplary fibers, fiber bundles, and / or fibrous materials are shown, the materials comprising at least a synthetic material. Having a single thread element and having at least one random strain caused by hydraulic fracturing of the thread element while the bonded fibrous material is suspended in a liquid; Separate from the bonded fibrous material.
[0027]
The thread elements are discontinuous and may have a length, for example, ranging from about 1 millimeter to about 15 millimeters. For example, the thread element may have a length ranging from about 1.5 to about 10 millimeters. As another example, the thread element may have a length ranging from about 2 to about 510 millimeters. The thread element can have a diameter of less than 10 micrometers. For example, the thread element may have a diameter of less than 30 micrometers. Generally, these dimensions are similar to certain types of commercial pulp and can be easily mixed with commercial pulp. In some embodiments, the thread element may have a diameter of less than 10 microns, and may even have a diameter of less than 1 micron.
[0028]
The irregular distortion can be in the form of bending of the thread elements, flattened segments of the thread elements, expanded segments of the thread elements, and combinations thereof.
Generally, irregular distortion is caused by the fact that the thread elements of the recycled material have a greater surface area than the thread elements in the bonded fibrous material prior to separating the yarn elements of the recycled material from the bonded fibrous material by hydraulic fracturing of the yarn elements. To have. For example, the surface area of the recycled yarn element is increased by at least 5%. The increased surface area is often the result of residual fiber bonding areas, intersections, planar areas, fiber distortions, and the like.
[0029]
FIG. 1 is a micrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber (approximately 500 × linear magnification). Recycled fiber was recovered from a composite structure that included a continuous polypropylene filament web that was hydraulically entangled and hot bonded to the continuous filament web and pulp fibers. The fiber visible in the center of the micrograph is a spunbond polypropylene thread element with bends in the filament and relatively flattened segments. At least a portion of these strains, such as the flattened portions, have been generated or exposed to hydraulic fracturing of the thread elements of the bonded continuous polypropylene fiber web and cellulose pulp (ie, composite structure). It is because it was done. The material surrounding the yarn elements is cellulose pulp.
FIG. 2 is a photomicrograph showing a conventional polypropylene staple fiber found in a conventional bonded carded web structure (roughly 500 times linear magnification). In contrast to the thread elements of FIG. 1, these fibers appear relatively free of irregular distortion. The fibers have a relatively smooth surface and a uniform or uniform diameter, with no apparent twists, bends, entanglements, and other irregular distortions in the yarn elements shown in FIG.
[0030]
FIG. 3 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from a composite structure of the same type as the yarn element shown in FIG. 1 (roughly 120x linear magnification). The fibers visible across the central region of the micrograph are polypropylene thread elements that exhibit loops and bends, as well as relatively flattened segments. At least a portion of these distortions are the result of being generated or exposed to hydraulic fracturing of the thread elements of the bonded continuous polypropylene fibrous web. The material surrounding the yarn elements is cellulose pulp.
FIG. 4 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from a composite structure of the same type as the yarn element shown in FIG. 1 (roughly 120x linear magnification). The fiber visible in the center of the micrograph is a polypropylene thread element. The arrow in the micrograph points to a sharp bend in the thread element.
FIG. 5 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from a composite structure of the same type as the yarn element shown in FIG. 1 (roughly 500 × linear magnification). The fibers visible in the center of the micrograph are polypropylene thread elements with bent and / or twisted and roughened segments.
[0031]
FIG. 6 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from a composite structure of the same type as the yarn element shown in FIG. 1 (roughly 500 × linear magnification). The fibers visible across the central region of the micrograph are polypropylene thread elements that show the cut shorts of the flattened and expanded fibers.
FIG. 7 is a photomicrograph showing details of a conventional staple fiber of polypropylene (approximately 500-fold linear magnification). In contrast to the thread elements of FIG. 6, the fibers have ends that appear cleanly cut with relatively little irregular distortion and no evidence of swelling or other distortion.
[0032]
FIG. 8 is a photomicrograph showing details of two exemplary recycled synthetic fibers recovered from a composite structure of the same type as the yarn element shown in FIG. 1 (roughly 250x linear magnification). The fibers visible across the central and lower portions of the micrograph are polypropylene thread elements that exhibit bent and roughened segments.
FIG. 9 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber (approximately 500 × linear magnification). Recycled fibers are recovered from Kimtex® brand wiping products and include a thermally point bonded web of polypropylene meltblown fibers. The relatively delicate meltblown fibers, visible in the center of the micrograph, are polypropylene thread elements with bent, twisted, entangled and relatively flattened segments. At least a portion of these distortions are the result of being generated or exposed to the hydraulic fracturing of the thread elements of the bonded fibrous material (ie, Kimtex® wipe product). The material surrounding the yarn elements is cellulose pulp.
[0033]
FIG. 10 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from the same type of material as the yarn element shown in FIG. 9 (roughly 100 times linear magnification). An attachment point approximately 500 micrometers long is visible in the center of the micrograph. The fibers radiate outward from the edges of the bond points in the form of polypropylene thread elements having bent, twisted, entangled and relatively flattened segments. At least a portion of these distortions are caused by or caused by the hydraulic fracturing of the thread elements of the bonded fibrous material. Some materials in the background of the yarn element are cellulose pulp.
[0034]
FIG. 11 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from the same type of material as the yarn element shown in FIG. 10 (roughly 500 × linear magnification). A larger fibrous material or bundle, approximately 40 micrometers wide, is visible in the center of the micrograph. The fibers surround the edges of the fibrous material or bundle and radiate outwardly in the form of polypropylene thread elements having bent, twisted, entangled and relatively flattened segments. At least a portion of these distortions are caused by or caused by the hydraulic fracturing of the thread elements of the bonded fibrous material. The larger material near the yarn element is the fiber of cellulose pulp.
[0035]
FIG. 12 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber recovered from the same type of material as the yarn element shown in FIG. 10 (roughly 500 × linear magnification). The mixing of cellulose pulp with recycled fibers in the form of a polypropylene thread element having bent, twisted, entangled and relatively flattened segments is shown.
The hydraulically entangled composite nonwoven structure of recycled fibers and fibrous materials can be made by conventional hydraulic entanglement techniques. For example, a diluted suspension of recycled fibers and fibrous material can be fed to a headbox and deposited via a tub so as to be evenly distributed on the forming fabric of a conventional papermaking machine.
[0036]
The fiber suspension may be diluted to any viscosity typically used in conventional papermaking processes. For example, a suspension can include from about 0.01 to about 1.5 weight percent of fibers suspended in water. Moisture is removed from the fiber suspension to form a uniform layer. Recycled fibers may further include additional pulp fibers and / or other types of fibers, particulate matter, or other materials.
It is contemplated that recycled fibers, and these various fibers and / or other materials, may be formed into layered or heterogeneous sheets or layers. Alternatively, and / or in addition, these components can be blended or mixed to form a homogeneous layer.
[0037]
If there is a cellulosic member in the fibers, a small amount of moisture resistant resin and / or resin binder may be added to improve strength and abrasion resistance. Useful binders and moisture-resistant resins are, for example, Kymene 557H available from Hercules Chemical Company, and American Cyanamid, Inc. Includes Parez 631 available from Co., Ltd. In some cases, a crosslinker and / or wettable powder may be added to the fiber. Further, a release agent can be added. One exemplary release agent is available from Quaker Chemical Company, Conshohocken, PA, under the trademark Quake 2008.
A matrix of filaments of the substantially continuous thermoplastic polymer, which may be in the form of a nonwoven web of spunbond filaments, is unwound from a supply roll and is located at a location for receiving a layer of recycled fibers and fibrous material. Can be as in
[0038]
In general, a matrix of filaments of a substantially continuous thermoplastic polymer can be formed by a known non-woven extrusion process of continuous filaments, such as, for example, a known solution spinning or melt spinning process, and first involves feeding a roll. It can be formed directly during the process without being stored on top. Desirably, the matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments is a nonwoven web of continuous melt spun filaments formed by a spunbond process. Spunbond filaments may be formed from any thermoplastic melt-spinnable polymers, copolymers or mixtures thereof. For example, spunbond filaments can be formed from thermoplastic polymers such as polyolefins, polyamides, polyesters, polyurethanes, block copolymers having the structure AB and ABA ', where A And A 'are thermoplastic end blocks, B is an elastomeric midblock, a copolymer of ethylene and at least one vinyl monomer (such as, for example, vinyl acetate), an unsaturated aliphatic monocarboxylic acid, and the like. Esters of various monocarboxylic acids. If the substantially continuous filaments are formed from a polyolefin, such as, for example, polypropylene, the nonwoven web can have a basis weight from about 3.5 to about 70 grams per square meter (gsm). More specifically, the nonwoven web can have a basis weight from about 10 to about 35 gsm. The polymer can include additional materials such as, for example, pigments, antioxidants, flow promoters, stabilizers.
[0039]
The substantially continuous matrix of thermoplastic polymer filaments is a matrix of substantially continuous thermoplastic polymer bi- or multi-component filaments. For example, the matrix of bi- or multi-component filaments may be a non-woven web of bi- or multi-component spunbond filaments. These bi- or multi-component filaments can have side-by-side, sheath-core or other configurations. Descriptions of such filaments, and methods for making the filaments, are provided, for example, in R.S. D Pike et al. Can be found in U.S. Patent No. 5,382,400, entitled "Multicomponent Nonwoven Polymer Fabrics and Methods for Making It," the disclosure of which is incorporated herein by reference. . Exemplary nonwoven webs of bi- or multi-component spunbond filaments are available from Kimberly-Clark, Inc., Roswell, Georgia.
The matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments can be thermally bonded (ie, pattern bonded) before a layer of fibrous material is overlaid thereon. Desirably, the matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments has a total bond area of less than about 30 percent and a uniform bond density of greater than about 100 bonds per square inch. For example, a matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments can have a total bonding area of about 2 to about 30 percent (as determined by conventional light microscopy techniques) and a pinning of about 250 to about 500 pins per square inch. And a bond.
[0040]
Such a combination of total bond area and bond density is achieved by bonding a matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments with a pin bond pattern having about 100 pin bonds per square inch. The pin bonding pattern provides a total bonding surface area of less than about 30 percent when in full contact with the smooth anvil roll. The bond pattern has a pin bond density of about 250 to about 350 pin bonds per square inch, and a total bond surface area of about 10 percent to about 25 percent when in contact with a smooth anvil roll. Is desirable.
An exemplary bond pattern has a pin density of about 306 pins per square inch. Each pin defines a square mating surface with sides about 0.025 inches long. When the pins come in contact with the smooth anvil rollers, they produce a total bonded surface area of about 15.7 percent. In general, a matrix of high basis weight, nearly continuous, thermoplastic polymer filaments will tend to have bonded areas approaching that value. Lower basis weight matrices tend to have lower bond zones.
Another exemplary bond pattern has a pin density of about 278 pins per square inch. Each pin has two parallel sides about 0.035 inches long (and about 0.02 inches apart) and two opposing convex sides, each of which has about 0 It has a radius of 0.075 inches. When the pins come in contact with the smooth anvil rollers, they produce a total bonded surface area of about 17.2 percent.
[0041]
Yet another exemplary bonding pattern has a pin density of about 103 pins per square inch. Each pin defines a square mating surface with sides about 0.043 inches long. When the pins come in contact with the smooth anvil rollers, they produce a total bonded surface area of about 16.5 percent.
Although described above with respect to the pin bond created by the thermal bond roll, the present invention encompasses any form of bond that produces good attachment of the filaments within a minimum total bond area. For example, thermal bonding, air flow bonding, and / or latex impregnation can be used to provide the desired filament tie-down within a minimum bonding area. Alternatively and / or in addition, a resin, latex, or adhesive can be applied to the nonwoven continuous filaments, for example, by spraying, printing, and dried to provide the desired bond.
[0042]
The layer of recycled synthetic fibers and fibrous material is then placed on the nonwoven web on the perforated entangled surface of a conventional hydraulic entangler. Desirably, the layer of recycled synthetic fibers is between the nonwoven web and the hydraulic entanglement manifold (ie, over the nonwoven web). The layer of recycled synthetic fibers and fibrous materials, and the nonwoven web is then passed under one or more hydraulic entangled manifolds and treated with a jet of fluid to produce a nonwoven web of recycled fibers and continuous filaments. Entangled with the filament. The jet of fluid further drives the recycled synthetic fibers into and partially through the nonwoven web to form a hydraulically entangled composite nonwoven structure.
Alternatively, the hydroentanglement occurs while the layers of recycled synthetic fibers and fibrous material and the nonwoven web are on the same perforated screen (ie, a mesh cloth) such that wet deposition occurs on the screen. Can be The present invention further comprises laying a dry sheet of recycled synthetic fibers and fibrous material (which may include pulp fibers) on a nonwoven web of continuous filaments and rehydrating the dry sheet to a specified viscosity. Or wet, and then subject the rehydrated or wet sheet to hydraulic entanglement.
[0043]
Hydraulic entanglement occurs while the layers of recycled synthetic fiber and fibrous material are highly saturated with water. For example, the layer of recycled synthetic fibers can include up to about 90 weight percent water immediately prior to hydraulic entanglement. Alternatively, the layer of recycled fibers can be, for example, an air or dry deposition layer with little or no liquid. The fibrous material can be embedded or incorporated into a matrix of substantially continuous thermoplastic polymer filaments and / or entangled and entangled with the matrix, thus providing a wet-laid layer of recycled synthetic fibers. Hydraulic confounding is desirable. When the recycled synthetic fibers include pulp fibers, the pulp fibers are maintained in a hydrated state, and the pulp fibers are placed in a substantially continuous matrix of filaments without interference by "paper" bonds (sometimes also referred to as hydrogen bonds). It is particularly desirable to hydraulically entangle the wet deposition layer because it is incorporated.
[0044]
Hydraulic confounding can be accomplished, for example, utilizing conventional hydraulic confounding devices such as can be found in U.S. Pat. No. 3,485,706 to Evans, which is incorporated herein by reference. it can. The hydraulic confounding of the present invention can be performed with any suitable working fluid, such as, for example, water. The working fluid flows through a manifold that distributes the fluid uniformly to a series of individual holes or orifices. These holes or orifices can be about 0.003 to 0.015 inches in diameter. For example, the present invention may be implemented using a 0.007 inch diameter orifice, 30 holes per inch, and a manifold comprising one row of holes, manufactured by Honeycomb Systems Incorporated, Bideford, ME. can do. Many other manifold configurations and combinations can be used. For example, one manifold may be used, or several manifolds may be arranged in series.
[0045]
In the hydraulic entanglement process, the working fluid passes through the orifice at a pressure ranging from about 200 to about 200 pounds per square inch gauge (psig). At about 2000 psig, it is believed that the composite nonwoven structure can be processed at a rate of about 1000 feet per minute (fpm). The fluid impacts the fibrous layer supported by the perforated surface, the surface being, for example, a single planar mesh having a mesh size of about 40 × 40 to about 100 × 100. Can be. The perforated surface may further be a multi-structured mesh having a mesh size from about 50 × 50 to about 200 × 200. As is typical in many water jet treatment processes, a vacuum slot is placed just below the hydraulic needling manifold or below the perforated confounding surface downstream of the confounding manifold, and excess water is removed. It can be removed from the entangled material by hydraulic pressure.
[0046]
We do not adhere to a particular theory of operation, but work fluids that directly impact recycled fibers with a relatively distorted, twisted, high surface area that are placed on a continuous filament web Are believed to act to entangle and intertwine the fibers with each other (and with other fibers that may be present, such as, for example, pulp fibers) and with continuous filaments. .
In general, it is believed that various irregularities, such as the central yarn element and any branching yarn elements, fibrils, etc., help the recycled fibers to form a coherent entangled matrix. It is believed that when the recycled fibers are mixed with the pulp fibers, this matrix helps to fix the pulp fibers.
[0047]
After the fluid jet treatment, the hydraulically entangled composite structure can be transferred to a non-compressive drying treatment. A differential speed pickup roll can be used to transfer material from the hydraulic needling belt to a non-compression drying process. Alternatively, a conventional vacuum pickup and transfer system may be used. If desired, the entangled fabric may be wet-wrinkled before being transferred to the drying process. Non-compressive drying of the entangled composite structure can be accomplished utilizing a conventional drum-type air-through dryer. The temperature of the air forced through the hydraulically entangled fabric by the air-through dryer can range from about 200 to about 500F. Other useful through-drying methods and apparatus can be found, for example, in U.S. Patent Nos. 2,666,369 and 3,821,068, the contents of which are incorporated herein by reference.
Air-through drying has been found to work particularly well, but other drying methods using infrared radiation, Yankee dryers, steam cans, vacuum dewatering, microwaves, and ultrasonic energy may also be used. it can.
[0048]
It is desirable to impart selected properties to the hydraulically entangled composite structure using finishing steps and / or post-treatment processes. For example, the fabric can be lightly pressed by a calender roll, fluted or brushed to provide a uniform appearance and / or certain tactile properties. Alternatively and / or additionally, a chemical post-treatment such as an adhesive or dye may be added to the fabric.
In one aspect of the invention, the fabric can include various materials, such as, for example, activated carbon, clay, starch, and superabsorbent materials. For example, these materials may be added to a suspension of recycled fibers used to form a fiber layer. These materials may also be deposited on the fiber layers prior to the fluid jet treatment so that they are incorporated into the hydraulically entangled fabric by the action of the fluid jet. Alternatively and / or additionally, these materials may be added to the hydraulically entangled fabric after the fluid jet treatment.
[0049]
The trapezoidal tear strength of the test method samples was determined by the ASTM standard test D 1117-14, except that the tear load was calculated as the average of the first and highest peak loads rather than the average of the lowest and highest peak loads. It was measured based on.
The water and oil absorption capacity of the samples was measured on industrial and institutional towels and wipes according to Federal Specification No. UU-T-595C. Absorption capacity refers to the ability of a material to absorb a liquid over a period of time and relates to the total amount of liquid retained by the material at its saturation point. Absorption capacity is determined by measuring the weight gain of a material sample resulting from the absorption of a liquid. The absorption capacity can be expressed as a percentage by dividing the weight of the absorbed liquid by the weight of the sample according to the following equation:
Total absorption capacity = [(saturated sample weight−sample weight) / sample weight] × 100
[0050]
The basis weight of the sample was determined essentially according to ASTM D-3776-9, with the following changes. 1) The sample size was at least 20 square inches (130 square cm ² ) and 2) a minimum of three random samples were tested for each sample.
The drape stiffness of the sample was measured according to ASTM D1388, except that the sample size was 1 inch x 8 inches.
The bulk (i.e., thickness) of the samples was measured using an Emveco 200-A Tissue Caliper Tester, essentially based on TAPPI 402 om-93 and T411 om-89. The tester was equipped with a foot of diameter of 56.42mm having an area of 2500 mm ^2. A stack of 10 samples was tested at a load of 2.00 kPa and a dwell time of 3 seconds.
[0051]
The abrasion resistance test was performed using a Taber Abraser Model No. 5130 (rotary head, double-headed abrasion tester) available from Teledyne Taber, North Tonawanda, NY, using Model No. E. Used in conjunction with a 140-15 sample holder, generally performed based on Method 5306 Federal Test Method Standard No. 191A and ASTM Standard D3884 Textile Wear Resistance. The measured sample size was approximately 5 inches x 5 inches. The sample underwent a wear cycle under a head weight of about 250 grams. The head of each abrasive was loaded with a non-elastic vitrified Caliber wheel, number H-18 media grain / media bond. The abrasive head was evacuated after each sample and re-emerged after each sample (typically about 4 samples). Resurfacing of the abrasive head was performed by a diamond resurfacing device. The abrasion test measured the number of cycles required to create a 1/2 inch hole through the sample.
[0052]
EXAMPLE This example recycles a bonded and entangled composite material, including natural fibers and synthetic filaments, injects the material into a furnish stream of a wet forming process and converts the material to a nonwoven continuous filament. Depositing on a substrate and then interlacing the materials with each other.
[0053]
Virgin wool pulp and rugs made of WYPALL® WORKHORSE®, and a trademark of HYDROKNIT® fast absorbing material, available from Kimberly-Clark, Inc., Roswell, Georgia. The hydraulically entangled composite, including a continuous web of synthetic polypropylene filaments (approximately 20 weight percent) (ie, a spunbond continuous filament web), has a length of about 10 to 350 mm and a width of 3 to 70 mm. Range shredded into pieces. The composite contained approximately 80 weight percent pulp and about 20 weight percent polypropylene filaments. The material was shredded using a shredder available from East Chicago Machine Tool Company, East Chicago, Indiana, USA. The fragment was from E. Pittsfield, MA. D. Transferred to a conventional Dutch-style industrial beater manufactured by Jones & Sons. The beater was a "Number 3 Jones Beating Unit" with a 45 degree diagonal base plate. The beater had a rotating roll with blades or vanes approximately aligned on the roll. The blades or vanes were approximately 1/4 inch (〜6 mm) wide and approximately 1/2 inch (〜12 to 13 mm) high. These were spaced approximately 1/2 inch (〜12 to 13 mm) on the outside of the roll perpendicular to the direction of rotation or plane. A stationary plate is mounted just below the rotating roll and is equipped with a blade or "knife" approximately 1/8 inch (~ 3 mm) wide, 1/4 inch (~ 6 mm) high, and approximately 3/8 inch. They were spaced apart by inches (（9 to 10 mm). These were aligned at a 45 degree angle to the direction of rotation or plane.
[0054]
The rotating roll had 192 blades spaced 72 inches apart, 72 inches wide, 72 inches wide, each 72 inches long. The roll weighed approximately 16 tons. Generally, the rotational speed is constant and the modified variable is the pressure or load on the roll. The roll has a gauge pressure indicating 0 psi corresponding to a very small part of the weight of the roll, or not corresponding to a part of the weight of the roll (〜0 tonnes), the fibers of the bonded fibrous material and As the fragments pass through the gap that exists between the blade at the bottom of the rotating roll and the stationary blade mounted underneath the roll, they are squeezed out by the fibers and fragments of the bonded fibrous material. It was mounted with the generated force suppressed. The 50 psi gauge pressure reading indicates that the fibers and pieces of bonded fibrous material pass through the gap existing between the blade at the bottom of the rotating roll and the stationary blade mounted below the roll. It corresponded to approximately half the weight of the roll to squeeze the pressure generated by the fibers and pieces of fibrous material (（8 tonnes). A gauge pressure of 100 psi indicates that the fibers and fragments of the bonded fibrous material pass through the gap that exists between the blade at the bottom of the rotating roll and the stationary blade mounted below the roll. Corresponding to the total weight of the roll to squeeze them against the pressure generated by the fibers and pieces of material (（16 tonnes).
[0055]
Water was added to the shredded material and hydraulic and shear stresses were applied to the material in a Dutch beater in two stages. Hydraulic pressure and shear stress were controlled by adjusting the load on the roll as it rolled. In this particular arrangement, hydraulic and shear stresses cause the rolls of the beater to rotate and the attached blades or vanes to have liquid and wet material with blades attached diagonally in the direction or plane of rotation. It is generated by a pumping action of the "wheel" type created when pressing against the fixed plate. In general, the greater load applied to the rotating roll creates less clearance between the rotating roll and the stationary plate. This corresponds to higher levels of water pressure and shear stress.
[0056]
During the first stage, the pressure or load on the rotating roll was 0 pounds per square inch gauge (psig) for 10 minutes. In essence, without any load, the "wheel" movement of the rotating roll causes the suspension to pass through a gap of about 1 cm or more between the blade of the rotating roll and a blade mounted on a stationary plate. Squeezed the fragments inside. Generally, the first stage was used to wet the shredded material and separate natural fibers from synthetic fibers. The viscosity was adjusted to be about 3.3 percent (weight percent of fibrous material in air or oven dried suspension).
[0057]
During the second stage, very high water pressure, shear stress, between the moving blades on the rotating roll and the stationary blades closest to or near their point of contact, The conditions were adjusted to provide zones of low cavitation force where possible. It is believed that these small zones create a microburst effect on the chopped bonded fibrous material, hydraulically subdividing and / or breaking and reducing the length of the resulting synthetic fiber. In addition, hydraulic subdivision and "fiber-to-metal" or "bonded fibrous material-to-metal" contact can physically affect the length and / or degree of freedom of pulp or staple fibers in suspension. Control the length of longer synthetic filaments without or reducing. In this example, since the specific purpose is to control the length of the synthetic fiber, the length may have uniform appearance and physical properties, and be present in the suspension. It is maximized without materially reducing the length or degrees of freedom of certain pulp fibers, while still producing sheets.
[0058]
In the second stage, the gauge pressure for the rotating roll is increased to 50 psig, the gap between the blades of the rotating roll and the stationary plate is reduced between 1 and 10 mm, and approximately 16 tons of roll Half of the weight (〜8 tonnes) was available to reduce the pressure generated when the fibrous pieces were squeezed through the gap between the roll and the stationary plate. These conditions were maintained for 50 minutes.
After processing, samples of free fibers, fiber bundles, and fibrous material were examined microscopically. Natural or pulp fibers were separated and measured separately from synthetic fibers. In this example, the average fiber length was determined by manually separating a sample of 20 synthetic fibers and 20 pulp fibers, measuring the length of each individual fiber using a microscope, and then It was determined by calculating the average length. The resulting recycled fibers and fibrous materials had the following characteristics.
[0059]
-The average length of the synthetic fibers was approximately the same as the wood pulp fibers. The average length of the synthetic fibers was 4.21 mm. Individual fiber lengths in the samples ranged from 2.54 to 7.11 mm. Prior to treatment, the synthetic fiber was initially a continuous filament of polypropylene having an intermediate length, or at least well beyond 7.11 mm. The average fiber length for the pulp member was 2.7 mm. The length of the individual pulp fibers in the sample ranged from 1.52 to 3.94 mm.
• The fiber freedom of the wood pulp shows a slight decrease (about 10%), indicating that some additional surface area was created on the composite wood pulp fiber component. is there. However, fiber length was not affected.
-A significant number of synthetic fibers have an increase in surface area as a result of the bonding, crossing, and flattening of the remaining individual fibers.
[0060]
The stream of treated recycled fibers (including wood pulp fibers and synthetic fibers) is fed into the furnish stream of the wet forming process. The recycled fibers were mixed at a level of 20% dry weight with non-regenerated pine radiata pulp fibers (Laja 10 available from CMPC Celulosa, Chile).
This mixture of fibers was formed into a wet sheet having a basis weight of 50 grams per square meter (gsm) utilizing molded wire available from Albany International under the trade name 84M. The wet sheet was then placed on top of a continuous filament polypropylene spunbond layer having a basis weight of approximately 24 gsm. The two layers were supported on hydraulically entangled wires available from Albany International under the trade name 90BH. The layers were entangled utilizing five manifolds. Each manifold was equipped with a jet strip having a row of 0.005 inch holes at a density of 40 holes per inch. The water pressure was 1100 pounds per square inch gauge and the total time the web was exposed to pressure was 213 microseconds.
[0061]
The resulting composite sheet was then dried to the final product. The resulting product is made of the same wood pulp, spunbonded in the same proportions, and made under the same conditions, but compared to control hydraulically entangled materials without recycled fibers. Was done. These results are shown in Table 1 below.
[0062]
[Table 1]
Table 1

[0063]
The second round was performed utilizing the same materials and conditions, except that the pressure used to hydraulically entangle the sample containing 20% recycled material was increased to 1200 psig. The material was dried in the same way as before. The resulting properties are shown in Table 2 below.
[0064]
[Table 2]
Table 2

[0065]
It is clear from Table 2 that higher entangling pressures can be used for recycled materials. These samples show that recycled synthetic fibers (and additional pulp fibers) can be entangled with a matrix of continuous filaments to form a hydraulically entangled composite nonwoven structure.
[0066]
The hydraulically refined recycled fibers are substantially uniform and form a tough, coherent composite nonwoven structure formed from a bonded fibrous web without floc and non-uniformity of previous recycled materials. In addition, it is advantageous because it can be easily hydraulically entangled with and to a matrix of substantially continuous filaments. It is believed that the relatively distorted, twisted, irregular nature of the recycled material used in the present invention provides greater efficiency because less material is washed off by the high pressure jet. This is believed to be due, at least in part, to the higher surface area and fiber morphology resulting in less fiber loss. The structure of recycled fibers and fibrous materials offers the added advantage that they are easily adapted to wet forming processes and have good anchorage in the forming part. Furthermore, the fact that these recycled fibers can be processed relatively easily by wet forming techniques results in a suitably homogeneous starting material due to hydraulic entanglement.
[0067]
A highly uniform entangled composite nonwoven mixture offers advantages. A composite nonwoven mixture with a very uniform appearance is aesthetically pleasing. Less pulp material and / or lighter basis weight substrate can be used without sacrificing the material's ability to hide or cover. In some cases, certain tensile properties and other physical characteristics are less likely to have local points of strong deformation or non-uniformity.
Although the invention has been described in connection with certain preferred embodiments, it will be understood that the scope of the invention is not limited to those particular embodiments. On the contrary, the content of the invention is intended to cover all alternatives, modifications, and equivalents, which can be included within the spirit and scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG.
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 2
FIG. 4 is a photomicrograph of details of an exemplary non-regenerated synthetic staple fiber.
FIG. 3
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 4
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 5
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 6
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 7
FIG. 4 is a photomicrograph of details of an exemplary non-regenerated synthetic staple fiber.
FIG. 8
4 is a photomicrograph of details of a number of exemplary recycled synthetic fibers of the type used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 9
5 is a photomicrograph of details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type that can be used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 10
4 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type that can be used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG. 11
5 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type that can be used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.
FIG.
5 is a photomicrograph showing details of an exemplary recycled synthetic fiber of the type that can be used to form an exemplary hydraulically entangled composite nonwoven structure.

Claims (20)

A matrix of nearly continuous filaments;
Fibrous materials, including recycled synthetic fibers and fibrous materials;
Wherein the fibrous material comprises at least one irregular strain caused by hydraulic fracturing separating the yarn elements from the bonded fibrous material while the bonded fibrous material is suspended in a liquid. A hydraulically entangled composite nonwoven structure comprising at least one thread element consisting of a synthetic material having the following: The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, wherein the thread element has a length ranging from about 1 millimeter to about 15 millimeters. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 2, wherein the thread element has a length ranging from about 1.5 millimeters to about 10 millimeters. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 3, wherein the thread element has a length ranging from about 2 millimeters to about 5 millimeters. The method of claim 1, wherein the irregular distortion is in the form of a bending of the thread element, a flattened segment of the thread element, an expanded segment of the thread element, and combinations thereof. Hydraulically entangled composite nonwoven structure. The yarn elements of the recycled material have a larger surface area than the corresponding yarn elements in the bonded fibrous material before separating the yarn elements of the recycled material from the bonded fibrous material by hydraulic fracturing of the yarn elements. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, characterized in that: The surface area of the recycled yarn element is at least about 5% greater than the corresponding yarn element in the bonded fibrous material before separating the yarn element of the recycled material from the bonded fibrous material by hydraulic fracturing of the yarn element. A hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 6, characterized in that: The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, wherein the synthetic material is a synthetic thermoplastic material. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, further comprising pulp fibers. From about 1 to about 85 weight percent recycled synthetic fiber and fibrous material;
From about 15 to about 99 weight percent pulp fiber;
A substantially continuous filament from about 1 to about 30 weight percent;
A hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 9, characterized in that it comprises: The hydraulically entangled composite nonwoven structure of claim 1, wherein the composite has a basis weight of from about 20 to about 200 grams per square meter. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, wherein the recycled synthetic fibers and fibrous material are selected from polyesters, polyamides, polyolefins, and combinations thereof. The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, wherein the pulp fibers are selected from the group consisting of non-regenerated hardwood pulp fibers, secondary fibers, and mixtures thereof. . The hydraulically entangled composite nonwoven structure according to claim 1, further comprising clay, starch, particulate matter, and superabsorbent particulate matter. The hydraulically entangled composite nonwoven structure of claim 1, further comprising up to about 3 percent of a release agent. A wiping product comprising one or more hydraulically entangled nonwoven layers of claim 1, wherein the wiping product has a basis weight from about 20 gsm to about 200 gsm. 17. The wipe of claim 16 having a basis weight from about 40 to about 150 gsm. A method for making a hydraulically entangled composite nonwoven structure, comprising:
At least one synthetic material having at least one irregular strain generated by hydraulic fracturing separating the yarn elements from the binding fibrous material while the binding fibrous material is suspended in the liquid. Providing a layer of recycled synthetic fibers and fibrous material including thread elements;
Layering said layer of recycled synthetic fiber and fibrous material on a layer of substantially continuous filament;
Hydraulically entangling the layers to form a nonwoven web;
Drying the web,
A method that includes: Providing a layer of the recycled synthetic fiber and fibrous material and overlaying the layer of recycled synthetic fiber and fibrous material on a substantially continuous layer of filaments comprises a dry forming technique or a wet forming technique. 19. The method of claim 18, comprising depositing the layer of recycled fibers and fibrous material directly on a substantially continuous layer of filaments. 20. The method of claim 19, wherein the pulp fibers are included in a layer of recycled synthetic fibers and fibrous material.

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