JP2020524225A - Method, process, and apparatus for making dyed and deposited substrates - Google Patents
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Abstract
溶着プロセスは、短ステープル繊維を有する基材を、未加工基材に比較して、顕著に上昇した強度を有する溶着基材へと変換するように構成されてよい。糸等の1次元基材に適用する場合、溶着プロセスは、未加工基材に比較して、溶着基材の直径を低減することもできる。加えて、溶着プロセスは、未加工基材の色特性に比較して優れた色特性を溶着基材に与えるように構成されてもよく、有色及び/又は染色されたリサイクル繊維を有する未加工基材に溶着プロセスを実行する場合、優れた色特性が非常に顕著になる。【選択図】図22The fusing process may be configured to convert a substrate having short staple fibers into a fusing substrate having a significantly increased strength as compared to a raw substrate. When applied to one-dimensional substrates such as yarns, the welding process can also reduce the diameter of the welded substrate as compared to the raw substrate. In addition, the fusing process may be configured to impart superior color properties to the fusing substrate as compared to the color properties of the raw substrate, and the raw substrate having colored and/or dyed recycled fibers. Excellent color properties are very noticeable when the welding process is performed on the material. [Selection diagram] Fig. 22
Description
関連出願の相互参照 Cross-reference of related applications
出願人は、2017年6月15日に出願された米国特許出願第62/520,056号の優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に援用される。 Applicant claims priority to US Patent Application No. 62/520,056, filed June 15, 2017, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. ..
本開示は、繊維複合材の製造方法及び当該繊維複合材から製造され得る製品、並びに着色溶着基材の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing a fiber composite material, a product that can be produced from the fiber composite material, and a method for producing a colored welded substrate.
ポリスチレンのような合成ポリマーは、通常、ジクロロメタン等の溶媒を用いて溶着される。イオン液体(例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩)は、天然繊維バイオポリマー(例えば、セルロース及び絹)を、誘導体化することなく溶解できる。天然繊維溶着は、バイオポリマー繊維が、従来のプラスチック溶着と概ね類似した方法で融合されるプロセスである。 Synthetic polymers such as polystyrene are typically deposited using a solvent such as dichloromethane. Ionic liquids (eg 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate) can dissolve natural fiber biopolymers (eg cellulose and silk) without derivatization. Natural fiber welding is a process in which biopolymer fibers are fused in a manner generally similar to conventional plastic welding.
参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許第8,202,379号(特許文献1)に開示されているように、構造的及び化学的改質のための天然繊維の部分的溶解に使用できるプロセス溶媒の1種は、イオン液体系(IL系)溶媒である。この特許は、卓上装置及び材料を用いて開発された基本原理を開示する。ただし、この特許は特に、複合材料を商業規模で製造するためのプロセス及び装置は開示していない。 Partial dissolution of natural fibers for structural and chemical modification, as disclosed in US Pat. No. 8,202,379, which is incorporated herein by reference in its entirety. One of the process solvents that can be used for is an ionic liquid-based (IL-based) solvent. This patent discloses the basic principles developed using tabletop equipment and materials. However, this patent does not specifically disclose the process and equipment for producing the composite material on a commercial scale.
成形型に注いで所望の2次元形状を作製する、天然繊維バイオポリマー溶液の例が存在する。この場合、バイオポリマーは完全に溶解され、その結果、元の構造は破壊されて、バイオポリマーは変性される。対照的に、繊維溶着では、繊維内部(各個別繊維のコア)を、故意に未変性状態のまま残す。これは、バイオポリマーで構成される最終構造が、元々の材料の特性の一部を保持することから、絹、セルロース、キチン、キトサン、その他の多糖類及びこれらの組み合わせ等のバイオポリマーから強靭な材料を製造するのに有利である。 There are examples of natural fiber biopolymer solutions that are poured into a mold to create the desired two-dimensional shape. In this case, the biopolymer is completely dissolved, resulting in the destruction of the original structure and modification of the biopolymer. In contrast, fiber welding deliberately leaves the interior of the fiber (the core of each individual fiber) unmodified. It is tough from biopolymers such as silk, cellulose, chitin, chitosan, other polysaccharides and combinations thereof, because the final structure composed of biopolymer retains some of the properties of the original material. Advantageous in producing the material.
バイオポリマー溶液を使用する従来方法は、溶液に溶解できるポリマーの量に物理的限度があるという点でも不利である。例えば、10質量%の綿(セルロース)と90質量%のイオン液体溶媒の溶液は、高温でも粘稠で取扱いが難しい。 The conventional method of using a biopolymer solution is also disadvantageous in that there is a physical limit to the amount of polymer that can be dissolved in the solution. For example, a solution of 10% by weight cotton (cellulose) and 90% by weight of an ionic liquid solvent is viscous and difficult to handle even at high temperatures.
溶着実施前に、繊維束を操作して所望の形状にすることができる繊維溶着プロセスを提供する。 Provided is a fiber welding process that allows the fiber bundle to be manipulated into the desired shape prior to performing the welding.
繊維溶着プロセスは、溶着実施前に、繊維束を操作して所望の形状にすることができる。天然繊維の使用及び取扱いは、しばしば、溶液系技術では不可能な最終生成物のエンジニアリングに対する制御を可能にする。 The fiber welding process can manipulate the fiber bundle into the desired shape prior to performing the welding. The use and handling of natural fibers often allows for control over the engineering of the final product, which is not possible with solution-based technology.
添付図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を形成するものであり、実施形態を例証し、その記述と共に方法及びシステムの原理を説明する役割を果たす。 The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, serve to illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of methods and systems.
本発明の方法及び装置を開示する前に、方法及び装置は、特定の方法、特定の構成要素、又は特定の実施に限定されないことが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態/態様の説明のみを目的としており、限定することを意図するものではないことも理解されるべきである。 Before disclosing the method and apparatus of the present invention, it should be understood that the method and apparatus are not limited to a particular method, a particular component, or a particular implementation. It should also be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments/aspects only and is not intended to be limiting.
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「1つの」(「a」、「an」及び「the」)は、別段の明確な指示がない限り、複数の参照物を包含する。本明細書で、範囲は、「おおよそ(約)」1つの特定の値から、及び/又は「おおよそ(約)」別の特定の値まで、として表記される場合がある。このような範囲が表記されている場合、別の実施形態は、その1つの特定の値から、及び/又は他の特定の値まで、を含む。同様に、値が概数として表記されている場合、前に「約」を使用することで、その特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。範囲のそれぞれの端点は、他の端点との関係において、及び他の端点から独立して、のいずれでも重要であることは、更に理解されるであろう。 As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a" ("a", "an" and "the") refer to plural references unless the context clearly dictates otherwise. Includes. Ranges may be expressed herein as from "approximately" one particular value, and/or to "approximately" another particular value. When such a range is expressed, another embodiment includes from the one particular value and/or to the other particular value. Similarly, where a value is expressed as an approximate number, it will be understood that the use of "about" in front of that particular value forms another embodiment. It will be further understood that the endpoints of each of the ranges are significant both in relation to the other endpoint, and independently of the other endpoint.
「任意選択の」又は「任意選択的に」は、その後に記載される事象又は状況が起こっても起こらなくてもよいこと、並びに当該記載が、上記事象又は状況が起こる場合及び起こらない場合を包含することを意味する。 “Optional” or “optionally” means that the events or circumstances described thereafter may or may not occur, and that such statements may or may not occur. Means inclusion.
「態様」は、方法、装置、及び/又はこれらの構成要素を参照するとき、態様として参照された限定、機能、構成要素等が必要であることを意味するのではなく、それが特定の例示的開示の一部であり、以下の請求項にそのように示されない限り、方法、装置、及び/又はこれらの構成要素の範囲を限定するものではない。 "Aspect" does not mean that the limitation, function, component, etc. referred to as an aspect is required when referring to a method, apparatus, and/or these components, but rather as a specific example. It is not intended to limit the scope of methods, devices, and/or components thereof, unless specifically set forth in the following claims as such.
本明細書の記載及び特許請求の範囲を通して、「含む」(comprise)という語及び当該語の変形(例えば、「含んでいる」(comprising)及び「含む」(comprises))は、「含むがそれらに限定しない」ことを意味し、例えば、他の構成要素、整数又は工程を除外することを意図するものではない。「例示的な」は「〜の一例」を意味し、好ましい又は理想的な実施形態の指示を伝達することを意図するものではない。「〜等の」(such as)は、制限的な意味で使用されるのではなく、説明の目的で使用される。 Throughout the description and claims of this specification, the word “comprise” and variations thereof are meant to include “including but not limited to” and “comprises.” Is not meant to be exclusive, and is not intended to exclude other components, integers, or steps, for example. “Exemplary” means “an example of” and is not intended to convey the instructions of the preferred or ideal embodiments. “Such as” is used for descriptive purposes rather than in a limiting sense.
開示されるのは、開示される方法及び装置を実施するために使用できる構成要素である。これら及びその他の構成要素は、本明細書に開示されており、これらの構成要素の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループ等が開示されるとき、それぞれの多様な別個の及び集合的な組み合わせ及びこれらの並べ替えの具体的な参照が明示的に開示されていない場合があるが、全ての方法及び装置について、それぞれが明確に想到され、本明細書に記載されていることは理解される。これは、開示される方法の工程を含むがこれらに限定されない、本明細書の全ての態様に適用される。したがって、実施できる種々の追加工程がある場合、これらの追加工程のそれぞれを、開示される方法の任意の特定の実施形態又は実施形態の組み合わせで実施できることは理解される。 Disclosed are components that can be used to implement the disclosed methods and apparatus. These and other components are disclosed herein, and when combinations, subsets, interactions, groups, etc. of these components are disclosed, each of the various separate and collective combinations and Although no specific reference to the permutation of the above may be explicitly disclosed, it is understood that all methods and apparatus are each explicitly conceived and described herein. This applies to all aspects herein, including but not limited to steps of the disclosed method. Thus, where there are various additional steps that can be performed, it is understood that each of these additional steps can be performed in any particular embodiment or combination of embodiments of the disclosed method.
本発明の方法及び装置は、以下の好ましい態様の詳細な説明及びそこに含まれる実施例、並びに図及びその前後の説明を参照することによって、より容易に理解される場合がある。構成の一般論及び/又は対応する構成要素、態様、特徴、機能、方法、及び/又は構造材料等を参照している場合、これらの用語に相当する用語を互換可能に使用できる。 The method and apparatus of the present invention may be more readily understood by reference to the following detailed description of the preferred embodiments and the examples contained therein, as well as the figures and the description before and after it. When referring to general constructions and/or corresponding components, aspects, features, functions, methods, and/or structural materials, terms equivalent to these terms can be used interchangeably.
本開示は、その適用が以下の説明に記載された又は図に例証された構成要素の詳細な構造及び構成に限定されないことは、理解されるべきである。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実践又は実施することができる。デバイス又は要素の向きを参照して本明細書で使用される術語及び用語(例えば、「前方」「後方」「上」「下」「頂部」「底部」等の用語)は、記載を単純にするために使用しているにすぎず、単独で、参照されたデバイス又は要素が特定の向きでなければならないことを指示又は暗示するものではないことも理解されるべきである。更に、「第1」、「第2」、及び「第3」等の用語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で説明のために使用され、相対的な重要性又は有意性を指示又は暗示することを意図するものではない。 It is to be understood that this disclosure is not limited in its application to the detailed structure and construction of the components described in the following description or illustrated in the drawings. The disclosure is capable of other embodiments and of being practiced or being carried out in various ways. The nomenclature and terms used herein with reference to the orientation of the device or element (eg, "anterior," "rearward," "top," "bottom," "top," "bottom," etc.) are simplified in description. It is also to be understood that it is only used to do so and does not, by itself, indicate or imply that the referenced device or element must be in a particular orientation. Furthermore, terms such as "first," "second," and "third" are used herein for purposes of illustration and in the appended claims, to indicate their relative importance or significance. Nor is it intended to be implied.
1.定義 1. Definition
本開示全体を通して、プロセスの特定の構成要素、装置、及び/又は本開示と共に使用できるその他の構成要素を記述するために種々の用語が使用され得る。明瞭化のため、これらの用語のいくつかの定義をこの後に示す。しかし、かかる構成要素を記載するために使用するとき、これらの用語及びその定義は、後続の特許請求の範囲にそのように示されない限り、範囲を限定することを意味するものではなく、本開示の1つ以上の態様の例示を意味する。更に、任意の用語及び/又はその定義の包含は、以下の請求項にそのように示されない限り、本明細書に開示されるいかなる特定のプロセス又は装置においても構成要素の明示を要求することを意味するものではない。 Throughout this disclosure, various terms may be used to describe particular components of a process, apparatus, and/or other components that may be used with this disclosure. For clarity, some definitions of these terms appear below. However, when used to describe such components, these terms and their definitions are not meant to limit the scope unless so indicated in the following claims, and to the present disclosure. Is meant to exemplify one or more aspects of Furthermore, the inclusion of any term and/or definition thereof requires explicit mention of components in any particular process or apparatus disclosed herein, unless so indicated in the following claims. It does not mean.
A.基材材料 A. Base material
「基材」は、本明細書で使用するとき、1つの純粋な生体材料(例えば、綿糸等)、複数の生体材料(例えば、絹繊維と混合されたリグノセルロース繊維)、又は既知量の生体材料を含有する材料のいずれかを含み得る。一態様において、基材は、水素結合によって結合された少なくとも1つのバイオポリマー構成要素(例えば、セルロース)を含有する天然材料を含有し得る。いくつかの態様において、用語「基材」は、ポリエステル、ナイロン等の合成材料を指す可能性があるが、用語「基材」が合成材料を指す場合は、通常、全体を通して明確に注記されるであろう。融合又は溶着プロセスは、基材の少なくとも1つの構成要素の変性を限定するやり方で実施されてもよい。例えば、リグノセルロース繊維の変性を制限するため、限られた量のプロセス溶媒を、中程度の温度及び圧力で、制御された時間にわたって添加してもよい。 “Substrate” as used herein means one pure biomaterial (eg, cotton thread, etc.), multiple biomaterials (eg, lignocellulosic fibers mixed with silk fibers), or a known amount of biomaterial. It may include any of the materials containing materials. In one aspect, the substrate may contain a natural material containing at least one biopolymer component (eg, cellulose) bound by hydrogen bonds. In some embodiments, the term "substrate" may refer to synthetic materials such as polyester, nylon, etc., however, when the term "substrate" refers to synthetic materials, it is typically explicitly noted throughout. Will. The fusing or welding process may be performed in a manner that limits the modification of at least one component of the substrate. For example, a limited amount of process solvent may be added at moderate temperatures and pressures for a controlled period of time to limit modification of the lignocellulosic fibers.
「セルロースベースの基材」としては、綿、パルプ、及び/若しくはその他の精製セルロース繊維並びに/又は粒子等が挙げられる。 "Cellulose-based substrates" include cotton, pulp, and/or other purified cellulosic fibers and/or particles and the like.
「リグノセルロースベースの基材」としては、木材、麻、トウモロコシ茎葉、豆藁、草等が挙げられる。 Examples of the "lignocellulose-based base material" include wood, hemp, corn stover, soybean straw, grass and the like.
「その他の糖ベースのバイオポリマー基材」としては、キチン、キトサン等が挙げられる。 Examples of the "other sugar-based biopolymer base material" include chitin, chitosan and the like.
「タンパク質ベースの基材」としては、ケラチン(例えば、羊毛、蹄、角、爪)、絹、コラーゲン、エラスチン、組織等が挙げられる。 Examples of the “protein-based substrate” include keratin (eg, wool, hoof, horn, nail), silk, collagen, elastin, tissue and the like.
「未加工基材」は、本明細書で使用するとき、いかなる溶着プロセスも施されていない任意の基材を含む。 "Raw substrate", as used herein, includes any substrate that has not been subjected to any welding process.
B.基材フォーマットの種類 B. Substrate format types
基材フォーマットは、様々な市販製品又はカスタマイズした製品とすることができる。「ルーズ」な1次元(1D)、2次元(2D)、及び/又は3次元(3D)基材は、全て、本開示による種々のプロセスへの使用が可能である。完成した溶着基材又は複合材は、1D、2D、及び/又は3Dそれぞれに成形されてもよい。以下の定義は、基材及び溶着基材(更に下の定義による)のいずれにも適用される。 The substrate format can be various commercial or customized products. "Loose" one-dimensional (1D), two-dimensional (2D), and/or three-dimensional (3D) substrates can all be used in various processes according to the present disclosure. The finished welded substrate or composite may be molded in 1D, 2D, and/or 3D, respectively. The following definitions apply to both substrates and weld substrates (as defined further below).
「ルーズ」は、溶着プロセスに、ルーズな(緩んだ)、及び/又は、比較的もつれてないフォーマットで供給される任意の天然繊維及び/若しくは粒子又は天然繊維及び/若しくは粒子の混合物(例えば、ルーズな綿と木材繊維及び/又は粒子との混合物)を含み得る。 "Loose" means any natural fiber and/or particle or mixture of natural fibers and/or particles supplied to the welding process in a loose (loose) and/or relatively entangled format (eg, A mixture of loose cotton and wood fibers and/or particles).
「1D」としては、撚っていない単糸及び撚糸の両方の編織糸(yarn)及び縫糸(thread)が挙げられる。 "1D" includes both untwisted single and twisted yarns and threads.
「2D」としては、紙基材(例えば、ボール紙代替品、包装紙等)、板基材(例えば、ハードボード代替品、合板、OSB、MDF、規格材等)が挙げられる。 Examples of “2D” include a paper base material (eg, cardboard substitute, wrapping paper, etc.) and a board base (eg, hard board substitute, plywood, OSB, MDF, standard material, etc.).
「3D」としては、自動車部品、構造建築構成要素(例えば、押出成形された梁、根太、壁等)、家具部品、玩具、電子機器ケース及び/又は構成要素等が挙げられる。 “3D” includes automobile parts, structural building components (eg, extruded beams, joists, walls, etc.), furniture parts, toys, electronic device cases and/or components.
一般的に、得られる溶着基材又は複合材料は、かなりの量の天然材料(例えば、生命体及び/又は酵素から生産された材料)を含む場合があり、この天然材料は、糊、樹脂、及び/又はその他の接着剤ではなく、天然材料のバイオポリマーを融合又は溶着することによって結合されていてもよい。 In general, the resulting welded substrate or composite material may contain significant amounts of natural materials (eg, materials produced from living organisms and/or enzymes), which natural materials include glues, resins, And/or may be joined by fusing or welding biopolymers of natural materials rather than other adhesives.
C.プロセス溶媒系 C. Process solvent system
「プロセス溶媒」としては、基材の分子間力(例えば、水素結合)を破壊する能力のある材料が挙げられ、かつ基材中の少なくとも1つのバイオポリマー構成要素を膨潤、可動化、及び/若しくは溶解できるか、及び/又は他の方法で、バイオポリマー構成要素同士を結合し得る力を破壊する材料が挙げられる。 A “process solvent” includes a material capable of breaking intermolecular forces (eg, hydrogen bonds) on a substrate and swelling, mobilizing, and/or swelling at least one biopolymer component in the substrate. Or materials that can be dissolved and/or otherwise disrupt the force that may bind the biopolymer components together.
「純プロセス溶媒」としては、追加の添加剤を含まないプロセス溶媒が包含され、イオン液体、3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩、3−ブチル−1−メチルイミジゾリウム塩化物、及びその他の現在知られているか又は後に開発された、基材の分子間力を破壊する役割を果たす類似の塩が挙げられる。 “Pure process solvent” includes process solvents without additional additives, including ionic liquids, 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate, 3-butyl-1-methylimidizolium chloride, And other currently known or later developed similar salts that serve to disrupt the intermolecular forces of the substrate.
「深共晶プロセス溶媒」としては、1種以上の化合物を1つの混合物形態に組込んで、当該混合物を構成する構成要素の1つ以上よりも低い融点を有する共晶を与えるイオン溶媒が挙げられ、更には、他のイオン液体及び/又は分子種と混合された純イオン液体プロセス溶媒が挙げられる。 "Deep eutectic process solvent" includes an ionic solvent that incorporates one or more compounds into a mixture form to give a eutectic having a melting point lower than one or more of the constituent components of the mixture. And further include pure ionic liquid process solvents mixed with other ionic liquids and/or molecular species.
「混合有機プロセス溶媒」としては、極性プロトン性溶媒(例えば、メタノール)及び/又は極性非プロトン性溶媒(例えば、アセトニトリル)と混合されたイオン液体(例えば、3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩)、及びN−メチルモルホリンN−オキシド(NMMO)としても知られる4−メチルモルホリン4−オキシド)が挙げられる。 "Mixed organic process solvent" refers to an ionic liquid (eg, 3-ethyl-1-methylimidizolium) mixed with a polar protic solvent (eg, methanol) and/or a polar aprotic solvent (eg, acetonitrile). Acetate), and 4-methylmorpholine 4-oxide, also known as N-methylmorpholine N-oxide (NMMO).
「混合無機プロセス溶媒」としては、塩水溶液(例えば、LiOH及び/又はNAOHの水溶液で、尿素又その他の分子添加剤、水性塩化グアニジン、LiClのN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)溶液等と混合されていてもよい)が挙げられる。 The “mixed inorganic process solvent” is an aqueous salt solution (for example, an aqueous solution of LiOH and/or NAOH, mixed with urea or other molecular additive, aqueous guanidine chloride, a solution of LiCl in N,N-dimethylacetamide (DMAc)) It may be).
一態様では、プロセス溶媒は、比較的少量(例えば、10質量%未満)の完全に可溶化された天然ポリマー(例えば、セルロース)等の追加の機能性材料を含有してもよいが、選択された合成ポリマー(例えば、メタ−アラミド)、並びに他の機能性材料も含有してもよい。 In one aspect, the process solvent may contain a relatively small amount (eg, less than 10% by weight) of additional functional material such as a fully solubilized natural polymer (eg, cellulose), but is selected. Synthetic polymers (eg meta-aramid) as well as other functional materials may be included.
D.機能性材料 D. Functional material
「機能性材料」としては、天然又は合成無機材料(例えば、磁性又は導電性材料、磁性微粒子、触媒等)、天然又は合成有機材料(例えば、炭素、染料(蛍光及びリン光を含むがこれらに限定されない)、酵素、触媒、ポリマー等)、及び/又は特徴、機能、及び/又は有益性を基材に加え得るデバイス(例えば、RFIDタグ、MEMSデバイス、集積回路)が挙げられる。さらに、機能性材料は、基材及び/又はプロセス溶媒中に配置されてもよい。 “Functional materials” include natural or synthetic inorganic materials (eg, magnetic or conductive materials, magnetic fine particles, catalysts, etc.), natural or synthetic organic materials (eg, carbon, dyes (including fluorescent and phosphorescent, but (Without limitation), enzymes, catalysts, polymers, etc.) and/or devices (eg, RFID tags, MEMS devices, integrated circuits) that can add features, functions, and/or benefits to the substrate. Further, the functional material may be placed in the substrate and/or process solvent.
E.プロセス湿潤基材 E. Process wet base material
「プロセス湿潤基材」は、基材の全部又は一部に適用されたプロセス溶媒で湿潤された、任意の組み合わせのフォーマット及び種類の基材を指すことができる。したがって、プロセス湿潤基材は、いくらかの部分的に溶解され、可動化された天然ポリマーを含有し得る。 "Process wet substrate" can refer to substrates of any combination of formats and types that have been wet with process solvent applied to all or part of the substrate. Thus, the process wet substrate may contain some partially dissolved and mobilized natural polymer.
F.再構成溶媒系 F. Reconstituted solvent system
「再構成溶媒」としては、非ゼロ蒸気圧(ゼロではない蒸気圧)を有し、かつプロセス溶媒系由来のイオンとの混合物を形成することができ得る液体が挙げられる。一態様では、再構成溶媒系の1つの特徴は、そのままでは天然基材を溶解することができないことである。一般に、再構成溶媒は、プロセス溶媒イオンを基材から分離及び除去するために使用できる。つまり、一態様では、再構成溶媒は、プロセス溶媒をプロセス湿潤基材から除去する。その際に、プロセス湿潤基材を、下記のように再構成湿潤基材に変換することができる。 "Reconstituted solvents" include liquids that have a non-zero vapor pressure (non-zero vapor pressure) and are capable of forming a mixture with ions from the process solvent system. In one aspect, one feature of the reconstituted solvent system is that it cannot dissolve the natural substrate as it is. Generally, the reconstitution solvent can be used to separate and remove process solvent ions from the substrate. That is, in one aspect, the reconstitution solvent removes the process solvent from the process wet substrate. In doing so, the process wet substrate can be converted to a reconstituted wet substrate as described below.
再構成溶媒としては、極性プロトン性溶媒(例えば、水、アルコール等)及び/又は極性非プロトン性溶媒(例えば、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。再構成溶媒は、分子成分の混合物でもよく、イオン性成分を含んでもよい。一態様では、再構成溶媒は、基材内での機能性材料の分布を制御するのに有用となり得る。再構成溶媒は、プロセス溶媒系における分子添加剤と化学的に類似しているか又は実質的に化学的に同一であるように構成されてもよい。 Examples of the reconstitution solvent include a polar protic solvent (eg water, alcohol etc.) and/or a polar aprotic solvent (eg acetone, acetonitrile, ethyl acetate etc.). The reconstitution solvent may be a mixture of molecular components or may include ionic components. In one aspect, the reconstitution solvent can be useful in controlling the distribution of the functional material within the substrate. The reconstitution solvent may be configured to be chemically similar or substantially chemically identical to the molecular additive in the process solvent system.
一態様では、(純粋な)再構成溶媒をイオン性成分と混合して、プロセス溶媒を形成してもよい。再構成溶媒は、プロセス溶媒系における分子添加剤と化学的に類似しているか又は実質的に化学的に同一であるように構成されてもよい。例えば、アセトニトリルは、純粋なときにはセルロースを溶解することができない、非ゼロ蒸気圧を有する極性非プロトン性分子液体である。アセトニトリルは、十分な量の3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩と混合して、水素結合を破壊できる溶液を形成してもよく、アセトニトリルを再構成溶媒として使用してもよい。したがって、適切なイオンを十分な濃度(イオン強度)で含有する混合物は、プロセス溶媒として機能できる。本開示内で、天然基材のポリマーを溶解又は可動化するのに十分なイオン強度を含有しない3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩の任意のアセトニトリル中混合物は、再構成溶媒とみなされる。 In one aspect, the (pure) reconstitution solvent may be mixed with the ionic component to form the process solvent. The reconstitution solvent may be configured to be chemically similar or substantially chemically identical to the molecular additive in the process solvent system. For example, acetonitrile is a polar aprotic molecular liquid with a non-zero vapor pressure that is incapable of dissolving cellulose when pure. Acetonitrile may be mixed with a sufficient amount of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate to form a solution capable of breaking hydrogen bonds, and acetonitrile may be used as the reconstitution solvent. Therefore, a mixture containing appropriate ions in sufficient concentration (ionic strength) can function as a process solvent. Within this disclosure, any mixture of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate in acetonitrile that does not contain sufficient ionic strength to dissolve or mobilize the natural matrix polymer is considered a reconstitution solvent. Be done.
G.再構成湿潤基材 G. Reconstituted wet base material
「再構成湿潤基材」は、プロセス湿潤基材の全部又は一部に適用された再構成溶媒で湿潤された、任意の組み合わせのフォーマット及び種類のプロセス湿潤基材を指すことができる。一般に、再構成湿潤基材は、部分的に溶解され、可動化された天然ポリマーを含有せず、これは、再構成溶媒の適用によりプロセス溶媒が除去されるためだと考えられる。 "Reconstituted wet substrate" can refer to any combination of format and type of process wet substrate that has been wetted with a reconstituted solvent applied to all or a portion of the process wet substrate. Generally, the reconstituted wet substrate does not contain the partially dissolved, mobilized natural polymer, which is believed to be due to the application of the reconstitution solvent to remove the process solvent.
H.乾燥ガス系 H. Dry gas system
「乾燥ガス」は、室温及び大気圧で気体である材料を含んでもよいが、超臨界流体であってもよい。一態様では、乾燥ガスは、プロセス湿潤基材及び/又は再構成湿潤基材の両方に由来する非ゼロ蒸気圧成分(例えば、再構成溶媒の全部又は一部)との混合及びその運搬ができる。乾燥ガスは、純粋な気体(例えば、窒素、アルゴン等)でもよく、気体の混合物(例えば、空気)でもよい。 A "dry gas" may include materials that are gases at room temperature and atmospheric pressure, but may also be supercritical fluids. In one aspect, the dry gas can be mixed with and carry a non-zero vapor pressure component (eg, all or part of the reconstituted solvent) originating from both the process wet substrate and/or the reconstituted wet substrate. .. The dry gas may be a pure gas (eg nitrogen, argon etc.) or a mixture of gases (eg air).
I.溶着基材 I. Welding base material
「溶着基材」(溶着された基材)は、1つ以上の個別の繊維及び/又は粒子が、当該繊維及び/又は粒子のいずれかに由来するバイオポリマーに作用するプロセス溶媒によって、及び/又は基材内の別の天然材料への作用によって、融合又は溶着されている少なくとも1つの天然基材を含む、完成複合材を指して使用され得る。一般に、溶着基材は、「完成複合材」及び/又は「繊維−マトリックス複合材」を含み得る。具体的には、「繊維−マトリックス複合材」は、溶着基材の繊維及びマトリックスのいずれとしても作用する天然基材を有する溶着基材を指して使用され得る。 "Welded substrate" (fused substrate) means that one or more individual fibers and/or particles act on a process polymer that acts on a biopolymer derived from any of the fibers and/or particles, and/or Alternatively, it may be used to refer to a finished composite that includes at least one natural substrate that has been fused or welded by action on another natural material within the substrate. In general, the weld substrate may include "finished composite" and/or "fiber-matrix composite". Specifically, "fiber-matrix composite" can be used to refer to a welded substrate having a natural substrate that acts as both the fiber and matrix of the welded substrate.
J.溶着 J. Welding
「溶着」は、本明細書で使用するとき、ポリマーの密接な分子間会合による材料の結合及び/又は融合を指して使用され得る。 "Welding" as used herein may be used to refer to the binding and/or fusing of materials by the close intermolecular association of polymers.
2.一般的な溶着プロセス 2. General welding process
本開示は、繊維状及び/又は粒子状基材を含有するバイオポリマーを、溶着基材(その一例は複合材料である)に変換するための種々のプロセス及び/又は装置を提供し、更に、溶着基材から製造され得る種々の製品も開示する。概して、繊維状及び/又は粒子状基材を含有するバイオポリマーを溶着基材に変換するためのプロセス工程及び/又はプロセス工程の組み合わせは、本明細書において「溶着プロセス」と呼ばれることがあり、以下の請求項にそのように示されない限り、制限はない。プロセスの一態様において、プロセス溶媒は、天然材料を含有する1つ以上の基材に適用されてもよい。一態様において、プロセス溶媒は、天然材料を含有する基材の少なくとも1つの構成要素内で1つ以上の分子間力(分子間力は、水素結合を含み得るがこれに限定されない)を破壊し得る。 The present disclosure provides various processes and/or apparatus for converting a biopolymer containing a fibrous and/or particulate substrate into a welded substrate, an example of which is a composite material, and Also disclosed are various products that can be made from the welded substrate. Generally, the process steps and/or combination of process steps for converting a biopolymer containing a fibrous and/or particulate substrate into a welded substrate may be referred to herein as a "welding process", There is no limitation unless so indicated in the following claims. In one aspect of the process, the process solvent may be applied to one or more substrates containing natural materials. In one aspect, the process solvent disrupts one or more intermolecular forces within the at least one component of the substrate containing the natural material, the intermolecular forces can include, but are not limited to, hydrogen bonds. obtain.
プロセス溶媒の一部の除去(以下に更に詳述する再構成溶媒と共に実施されてもよい)を行うと、基材中の繊維及び/又は粒子は、融合又は溶着され、溶着された基材が得られる場合がある。試験により、溶着された基材は、(加工される前の)元の基材と比べて増強された物理的特性(例えば、増強された引張強度)を有し得ることが明らかにされた。溶着基材は、溶着プロセス自体に選択されたパラメータにより、又は基材を溶着基材に変換する溶着プロセスの実施前又は実施中に、基材に機能性材料を含めることにより、増強された化学的特性(例えば、疎水性)又はその他の特徴/機能も有し得る。 Removal of a portion of the process solvent (which may be performed with a reconstitution solvent, which is described in further detail below) causes the fibers and/or particles in the substrate to fuse or weld together, leaving the welded substrate untouched. May be obtained. Testing revealed that the deposited substrate may have enhanced physical properties (eg, enhanced tensile strength) compared to the original substrate (prior to being processed). The welded substrate has enhanced chemistry due to the parameters selected for the welding process itself, or by including a functional material in the substrate before or during the welding process that transforms the substrate into the welded substrate. It may also have specific properties (eg, hydrophobicity) or other features/functions.
本明細書に開示される種々のプロセス及び/又は装置は、当該プロセス及び/又は装置が、任意の数のプロセス溶媒及び/又は基材(学術又は特許文献で、天然材料のバイオポリマーを完全に溶解できることが既知であるか又は後に開発されたプロセス溶媒及び/又は基材を含む)を使用するように構成できるように一般化されている場合がある。本開示の一態様では、溶着プロセスは、バイオポリマー含有基材が処理プロセスにおいて完全には溶解されないように構成されてもよい。別の態様では、種々の組成及び形状の強靭な複合材料を、糊及び/又は樹脂を用いることなく(バイオポリマー含有基材を完全には溶解しないように構成されたプロセスでも)製造できる。 The various processes and/or apparatus disclosed herein are such that the processes and/or apparatus are capable of completely removing a biopolymer of a natural material, in any number of process solvents and/or substrates (academic or patent literature). In some cases, it is known that it can be dissolved or it has been generalized so that it can be configured to use process solvents and/or substrates that were developed later). In one aspect of the present disclosure, the fusing process may be configured such that the biopolymer-containing substrate is not completely dissolved in the treatment process. In another aspect, tough composites of various compositions and shapes can be made without the use of glues and/or resins (even processes configured to completely dissolve the biopolymer-containing substrate).
一般に、溶着プロセス及び/又は装置は、プロセス溶媒の量、温度、圧力、天然材料をプロセス溶媒に曝す時間、及び/又はその他のパラメータを慎重にかつ意図的に制御するように構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り、制限はない。加えて、プロセス溶媒、再構成溶媒、及び/又は乾燥ガスを、再使用のために効率的にリサイクルできる手段が、商業化のために最適化され得る。したがって、本明細書に開示されるのは、従来技術からは自明ではない新規概念及び特徴の集まりである。天然材料は一般的に豊富で安価であり、持続的に製造できることを考慮すると、本明細書に開示されるプロセス及び装置は、年間何兆ドルもの価値の材料を製造する、変形可能で持続可能な手段の原型となり得る。この技術は、人類が、石油及び石油含有材料等の限りある資源による制限を受けずに前進することを可能にする。一態様では、本開示は、この結果を、従来技術で開示されていない基材、プロセス溶媒、及び/又は再構成と共に使用するように構成された新規かつ非自明的なプロセス及び/又は装置を使用して達成することができ、これは種々の新規かつ非自明的な最終生成物を生じる可能性がある。 In general, the deposition process and/or equipment may be configured to carefully and intentionally control the amount of process solvent, temperature, pressure, time of exposing the natural material to the process solvent, and/or other parameters. There is no limitation, unless so indicated in the following claims. In addition, the means by which the process solvent, reconstituted solvent, and/or dry gas can be efficiently recycled for reuse can be optimized for commercialization. Accordingly, disclosed herein is a collection of novel concepts and features that are not obvious from the prior art. Given that natural materials are generally plentiful, inexpensive, and sustainable to manufacture, the processes and devices disclosed herein produce deformable and sustainable materials that produce trillions of dollars of value per year. It can be a prototype of various means. This technology allows mankind to move forward without being limited by limited resources such as petroleum and petroleum-containing materials. In one aspect, the present disclosure provides a novel and non-obvious process and/or apparatus configured to use this result with a substrate, process solvent, and/or reconstitution not disclosed in the prior art. Can be achieved using, which can result in various new and non-trivial end products.
A.基材供給ゾーン A. Substrate supply zone
ここで図を参照すると、複数の図を通して参照番号が同一の又は対応する部品を示すように、図1は、溶着基材を製造するように構成された1つの溶着プロセスの種々の態様を示す概略図を提供する。この一般的な溶着プロセスは、少なくとも特定の基材、特性のプロセス溶媒系、製造しようとする特定の溶着基材、利用する機能性材料、及び/又はこれらの組み合わせに基づいて変更及び/又は最適化されてもよい。図1に概略的に示された溶着プロセスは、限定することを意味するものではなく、以下の請求項にそのように示されない限り、例示のみを目的とする。溶着基材を製造するための溶着プロセスのある態様の更なる詳細(例えば、特定の装置、プロセスパラメータ、プロセス溶媒系等)は、以下に更に提供され、すぐ下の溶着プロセスの実施例は、広範な基材、プロセス溶媒系、再構成溶媒系、溶着基材、機能性材料、基材フォーマット、溶着基材フォーマット、及び/又はこれらの組み合わせに適用され得る本開示の1つの態様を強調する包括的枠組みを提供することを意図する。 Referring now to the drawings, FIG. 1 illustrates various aspects of one welding process configured to produce a weld substrate, such that like reference numerals refer to like or corresponding parts throughout the several views. A schematic diagram is provided. This general deposition process may be modified and/or optimized based on at least the particular substrate, the particular process solvent system, the particular deposition substrate to be manufactured, the functional material utilized, and/or combinations thereof. It may be embodied. The welding process schematically illustrated in FIG. 1 is not meant to be limiting and is for illustrative purposes only, unless so indicated in the following claims. Further details of certain aspects of the welding process for producing the welded substrate (eg, specific equipment, process parameters, process solvent system, etc.) are provided further below, with examples of the welding process immediately below. It highlights one aspect of the disclosure that may be applied to a wide range of substrates, process solvent systems, reconstitution solvent systems, welded substrates, functional materials, substrate formats, welded substrate formats, and/or combinations thereof. It is intended to provide a comprehensive framework.
一般的に、溶着プロセスは、基材供給ゾーン1が溶着プロセス部分を備え、当該部分で、基材フォーマットが、溶着プロセス及び/又は関連する装置に制御可能に供給(導入)され得るように構成されてもよい。基材供給ゾーン1は、特定の基材材料又は基材材料の組み合わせから特定の基材フォーマットを作製するための装置を含み得る。あるいは、基材供給は、予め作られた基材フォーマットのロールを送達するように構成されてもよい。基材は、基材供給ゾーン1を通して押したり引いたりされてもよい。基材は、動力付きコンベアシステムに載ってもよい。基材は、押出型のスクリューによって基材供給ゾーン1を通して供給されてもよい。したがって、本開示の範囲は、以下の請求項にそのように示されない限り、基材が基材供給ゾーン1で移動するか否か及び/若しくはどのように移動するか、並びに/又は基材が静止した状態で、溶着プロセスの装置及び/若しくはその他の構成要素が基材に対して移動するか否かによって限定されない。 Generally, the welding process is configured such that the substrate feed zone 1 comprises a welding process portion at which the substrate format can be controllably fed (introduced) to the welding process and/or associated equipment. May be done. Substrate supply zone 1 may include an apparatus for making a particular substrate format from a particular substrate material or combination of substrate materials. Alternatively, the substrate supply may be configured to deliver a roll of pre-made substrate format. The substrate may be pushed or pulled through the substrate feed zone 1. The substrate may be mounted on a powered conveyor system. The substrate may be fed through the substrate feeding zone 1 by an extrusion type screw. Therefore, the scope of the present disclosure is whether and/or how the substrate moves in the substrate feed zone 1 and/or when the substrate is not otherwise indicated in the following claims. It is not limited by whether the equipment and/or other components of the welding process, when stationary, move relative to the substrate.
基材は、基材供給ゾーン1内の基材に添加され得る機能性材料を含有してもよい。装置及び計装を使用して、少なくとも基材供給ゾーン1内の材料の温度、圧力、組成、及び/又は供給速度を監視及び制御してもよい。一般的に、基材又は複数の基材が、基材供給ゾーン1からプロセス溶媒適用ゾーン2へ移動してもよい。 The substrate may contain a functional material that can be added to the substrate in the substrate supply zone 1. The equipment and instrumentation may be used to monitor and control at least the temperature, pressure, composition, and/or feed rate of the material in the substrate feed zone 1. Generally, the substrate or substrates may be moved from the substrate feed zone 1 to the process solvent application zone 2.
ある特定の1D基材(例えば、編織糸及び/又は類似の基材)に使用するように構成された本開示による溶着プロセスの一態様において、基材が溶着プロセスに入る前に基材に応力を適用する装置を包含することは有利となり得る。繊維溶着プロセスに入る前に基材に所定の応力を適用することによって、基材の弱い部分が破損され露出する場合がある。装置は、結び目を作って連続基材を再構築するメカニズムを有するように構成されてもよい。最終的に、そのように構成された溶着プロセスは、ダウンタイムを制限するように、基材の弱い部分を場所を見つけて修復することができる。この装置は、溶着プロセス実施のずっと前に特定の基材を改善する独立型の機械であってもよい。あるいは、この装置は、基材供給ゾーン1に直接組み込むことができる。 In one aspect of the welding process according to the present disclosure configured for use with certain 1D substrates (eg, textile yarns and/or similar substrates), the substrate is stressed before it enters the welding process. It may be advantageous to include a device that applies By applying a predetermined stress to the substrate prior to entering the fiber welding process, weak areas of the substrate may be damaged and exposed. The device may be configured to have a mechanism to tie a knot and reconstruct a continuous substrate. Finally, the welding process so configured can locate and repair weak areas of the substrate so as to limit downtime. The device may be a stand-alone machine that improves a particular substrate long before performing the welding process. Alternatively, the device can be incorporated directly into the substrate feed zone 1.
B.プロセス溶媒適用 B. Process solvent application
プロセス溶媒適用ゾーン2では、基材がプロセス溶媒適用ゾーン2を通過する際に、1種以上のプロセス溶媒を、浸漬、吸上げ、塗装、インクジェット印刷、噴霧等によって、又はこれらの任意の組み合わせによって、基材に適用してもよい。プロセス溶媒は、機能性材料及び/又は分子添加剤を含んでもよく、これらのいずれについても以下に更に詳述する。 In the process solvent application zone 2, as the substrate passes through the process solvent application zone 2, one or more process solvents are dipped, wicked, painted, inkjet printed, sprayed, etc., or by any combination thereof. , May be applied to the substrate. The process solvent may include functional materials and/or molecular additives, any of which are described in further detail below.
一態様では、プロセス溶媒適用ゾーン2は、機能性材料を、プロセス溶媒とは別に基材に添加する追加装置を用いて構成されてもよい。装置及び計装を使用して、少なくともプロセス溶媒適用中のプロセス溶媒、基材、及び/又は大気の温度及び/又は圧力を監視及び制御してもよい。適用されるプロセス溶媒の組成、量、及び/又は速度を監視及び制御する装置及び計器を使用してもよい。プロセス溶媒は、プロセス溶媒適用方法に応じて、特定の場所に適用しても、基材全体に適用してもよい。 In one aspect, the process solvent application zone 2 may be configured with an additional device that adds the functional material to the substrate separately from the process solvent. The apparatus and instrumentation may be used to monitor and control at least the temperature and/or pressure of the process solvent, substrate, and/or atmosphere during process solvent application. Devices and instruments that monitor and control the composition, amount, and/or rate of applied process solvent may be used. The process solvent may be applied at a specific location or over the substrate, depending on the process solvent application method.
押出を用いて溶着基材を製造するための溶着プロセスの態様では、プロセス溶媒適用ゾーン2の最後にダイを用いてもよい。そのように構成された溶着プロセスは、基材がプロセス溶媒適用ゾーン2を通過するときにプロセス溶媒が適用されたルーズな基材から、1D、2D、又は3D形状を形成する装置も含んでもよい。一般的に、溶媒適用ゾーン2の最適構成は、少なくとも、基材フォーマット、プロセス溶媒及び/若しくはプロセス溶媒系の選択、並びにプロセス溶媒を適用するために使用される装置に応じて変動し得る。これらのパラメータは、所望の量の粘性抵抗を達成するように構成されてもよい。「粘性抵抗」は、本明細書で使用するとき、プロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系粘度と、プロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系を基材に適用する機械的な力(例えば、圧力、摩擦、剪断等)との間のバランスを意味する。後で更に詳述するように、一部の事例では、最適な粘性抵抗は、終止一貫した特性を有する溶着基材が得られるように構成され、他の事例では、最適な粘性抵抗は、変調された溶着基材が得られるように構成される。 In aspects of the welding process for producing a weld substrate using extrusion, a die may be used at the end of process solvent application zone 2. The welding process so configured may also include apparatus for forming a 1D, 2D, or 3D shape from the loose substrate to which the process solvent has been applied as the substrate passes through the process solvent application zone 2. .. In general, the optimum configuration of the solvent application zone 2 may vary depending at least on the substrate format, the choice of process solvent and/or process solvent system, and the equipment used to apply the process solvent. These parameters may be configured to achieve the desired amount of viscous drag. "Viscosity resistance," as used herein, refers to the viscosity of a process solvent and/or process solvent system and the mechanical force (eg, pressure, friction, etc.) that applies the process solvent and/or process solvent system to a substrate. (Shear etc.). As will be discussed in more detail below, in some cases the optimum viscous drag is configured to result in a weld substrate with consistent consistent properties, while in other cases the optimum viscous drag is modulated. It is configured so as to obtain a welded base material.
ある特定の1D基材(例えば、編織糸及び/又は類似の基材)に使用するように構成された本開示による溶着プロセスの一態様において、基材にプロセス溶媒を適切に適用し(それによって粘性抵抗を作用させ)、溶着基材の所望の特性を生じるように設計できる、適切なサイズの針様オリフィスを用いることは有利となり得る。プロセス溶媒は、基材がオリフィス内を移動している間に、同時にデバイス内に制御可能に計量されてもよい。少なくともプロセス溶媒の温度、流量及び流動特性、並びに/又は基材供給速度を監視及び/又は制御して、完成した溶着基材に所望の特性を付与してもよい。以下で図6A〜図6Cに関して更に詳述するように、オリフィスのサイズ、形状及び構成(例えば、直径、長さ、勾配等)は、プロセス溶媒が基材に適用されたときの基材への応力を制限又は追加するように設計されてもよい。この設計の検討は、細糸又はコーミングによる短繊維除去が行われていない編織糸にとって特に重要となり得る。 In one aspect of the welding process according to the present disclosure configured for use with certain 1D substrates (eg, textile yarns and/or similar substrates), the process solvent is suitably applied to the substrate (whereby It may be advantageous to use an appropriately sized needle-like orifice that can be designed to exert a viscous drag) and produce the desired properties of the weld substrate. The process solvent may be controllably metered into the device while the substrate is moving within the orifice. At least the temperature, flow rate and flow characteristics of the process solvent, and/or substrate feed rate may be monitored and/or controlled to impart desired properties to the finished welded substrate. As described in more detail below with respect to FIGS. 6A-6C, the size, shape and configuration of the orifice (eg, diameter, length, gradient, etc.) will depend on the substrate when the process solvent is applied to the substrate. It may be designed to limit or add stress. This design consideration can be particularly important for knitted or woven yarns that have not undergone fines or short fiber removal by combing.
プロセス溶媒適用ゾーン2の具体的な構成は、少なくともプロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系に使用される具体的な化学に応じて変動し得る。例えば、一部のプロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系は、バイオポリマーを比較的低い温度で膨潤及び可動化するのに有効であり(すなわち、約−5℃以下のLiOH−尿素)、他のもの(すなわち、イオン液体、NMMO等)は比較的高温で有効である。NMMOは90℃を超える温度を必要とする場合があるが、いくつかのイオン液体は50℃超で有効となる。更に、多数のプロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系は、温度と相関する場合があり、そのため、プロセス溶媒適用ゾーン2の種々の態様(又は溶着プロセスの他の態様)の最適な構成は、プロセス溶媒適用ゾーン2の温度、プロセス溶媒自体、及び/又はプロセス溶媒系に依存し得る。すなわち、特定のプロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系が低温で有効であり、当該低温で比較的粘稠でもあるとき、プロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系を基材に適用するために使用される装置は、上記の温度及び粘度に適応するように設計されなければならない。所与のプロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系の有効温度範囲内で、当該範囲内の温度、プロセス溶媒及び/又はプロセス溶媒系の化学(例えば、共溶媒の添加及び/又は比率等)、プロセス溶媒適用ゾーン2に関連する装置の構成等の更なる改良を実施して、溶着プロセスの残りの工程に望ましい特性を有する湿潤基材が得られるようにプロセス溶媒を基材に適切に適用する、適量の粘性抵抗を得てもよい。ただし、プロセス溶媒適用ゾーン2内の具体的な操作温度は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 The specific configuration of process solvent application zone 2 may vary depending at least on the specific chemistry used for the process solvent and/or process solvent system. For example, some process solvents and/or process solvent systems are effective at swelling and mobilizing biopolymers at relatively low temperatures (ie, LiOH-urea below about -5°C), and others. (Ie, ionic liquids, NMMOs, etc.) are effective at relatively high temperatures. While NMMOs may require temperatures above 90°C, some ionic liquids are effective above 50°C. Further, many process solvents and/or process solvent systems may be correlated with temperature, so the optimal configuration of various aspects of process solvent application zone 2 (or other aspects of the deposition process) is It may depend on the temperature of the application zone 2, the process solvent itself, and/or the process solvent system. That is, an apparatus used to apply a process solvent and/or process solvent system to a substrate when the particular process solvent and/or process solvent system is effective at low temperatures and is also relatively viscous at such low temperatures. Must be designed to accommodate the above temperatures and viscosities. Within the effective temperature range of a given process solvent and/or process solvent system, temperatures within that range, chemistry of the process solvent and/or process solvent system (eg, cosolvent addition and/or ratios, etc.), process solvent Appropriate amount of process solvent is applied to the substrate so as to obtain a wet substrate with desirable properties for the rest of the deposition process by making further improvements such as the configuration of the equipment associated with application zone 2. Viscosity resistance of However, the specific operating temperatures within the process solvent application zone 2 do not limit the scope of the present disclosure in any way, unless so indicated in the following claims.
C.プロセス温度/圧力ゾーン C. Process temperature/pressure zone
プロセス溶媒を基材に適用すると、湿潤基材は、少なくとも制御された温度、圧力、及び/又は雰囲気(組成)で、制御された時間の量にわたって、溶着プロセスゾーンに入り得る。装置及び計装を使用して、少なくとも基材供給ゾーン1内のプロセス湿潤基材の温度、圧力、組成、及び/又は供給速度を監視、変調、及び/又は制御してもよい。具体的には、温度は、チラー、対流式オーブン、マイクロ波、赤外線、又は任意の数のその他の好適な方法又は装置を使用することによって制御及び/又は変調されてもよい。 Upon application of the process solvent to the substrate, the wet substrate can enter the deposition process zone at least at a controlled temperature, pressure, and/or atmosphere (composition) for a controlled amount of time. The apparatus and instrumentation may be used to monitor, modulate, and/or control at least the temperature, pressure, composition, and/or feed rate of the process wet substrate within the substrate feed zone 1. Specifically, the temperature may be controlled and/or modulated by using a chiller, convection oven, microwave, infrared, or any number of other suitable methods or devices.
一態様では、プロセス溶媒適用ゾーン2は、プロセス温度/圧力ゾーン2から分離している。しかし、本開示の別の態様では、溶着プロセスは、上記の2つのゾーン2、3が、1つの隣接するセグメントになるように構成されてもよい。例えば、基材が、特定の時間にわたって、制御温度及び圧力下でプロセス溶媒浴に浸漬され、通過するように構成された溶着プロセスは、プロセス溶媒適用ゾーン2とプロセス温度/圧力ゾーン3とを組み合わせることになる。一般的に、プロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3は、合わせて、溶着ゾーンとみなすことができる。 In one aspect, the process solvent application zone 2 is separate from the process temperature/pressure zone 2. However, in another aspect of the present disclosure, the welding process may be configured such that the two zones 2, 3 above are one adjacent segment. For example, a deposition process in which a substrate is immersed in and passed through a process solvent bath under controlled temperature and pressure for a specified time combines process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3. It will be. In general, the process solvent application zone 2 and the process temperature/pressure zone 3 together can be considered a welding zone.
押出が実施される本開示による溶着プロセスの態様では、プロセス温度/圧力ゾーン3の中又は終端部に、ダイが含まれてもよい。本開示による溶着プロセスの他の態様は、プロセス溶媒が適用され、かつプロセス温度/圧力ゾーン3を通過したルーズな基材から、1D、2D、又は3D形状を形成する装置も含んでもよい。 In aspects of the welding process according to the present disclosure in which extrusion is performed, a die may be included in or at the end of the process temperature/pressure zone 3. Other aspects of the welding process according to the present disclosure may also include an apparatus for forming a 1D, 2D, or 3D shape from a loose substrate to which a process solvent has been applied and passed through a process temperature/pressure zone 3.
D.プロセス溶媒回収ゾーン D. Process solvent recovery zone
プロセス溶媒は、プロセス溶媒回収ゾーン4内で基材から分離されてもよい。一態様では、プロセス溶媒は、蒸気圧がほとんど又は全くない塩を含有してもよい。プロセス溶媒(当該プロセス溶媒の少なくとも一部はイオンを含み得る)を基材から除去するため、再構成溶媒を導入してもよい。再構成溶媒をプロセス湿潤基材に塗布すると、プロセス溶媒は、基材から出て再構成溶媒中へと移動する場合がある。必須ではないが、一部の態様では、再構成溶媒が基材の動きと対向する方向に流れてもよく、その結果、プロセス溶媒の回収に必要な再構成溶媒はごく少量で、ごくわずかな時間、空間、及びエネルギー(該当する場合)を用いる。 The process solvent may be separated from the substrate within the process solvent recovery zone 4. In one aspect, the process solvent may contain salts with little or no vapor pressure. A reconstitution solvent may be introduced to remove the process solvent (at least some of which may include ions) from the substrate. When the reconstituted solvent is applied to the process wetting substrate, the process solvent may exit the substrate and migrate into the reconstituted solvent. Although not required, in some embodiments, the reconstituted solvent may flow in a direction opposite to the movement of the substrate, so that the reconstituted solvent required to recover the process solvent is very small and very small. Use time, space, and energy (if applicable).
本開示により構成された溶着プロセスの一態様では、プロセス溶媒回収ゾーン4は、浴、一連の浴、又は再構成溶媒がプロセス湿潤基材と対向又は横断する方向に流れる一連のセグメントであってもよい。装置及び計装を使用して、少なくともプロセス溶媒回収ゾーン4内の再構成溶媒の温度、圧力、組成、及び/又は流量を監視及び制御してもよい。このゾーン4を出ると、基材は再構成溶媒で湿潤されてもよい。 In one aspect of the deposition process constructed in accordance with the present disclosure, the process solvent recovery zone 4 may be a bath, a series of baths, or a series of segments in which the reconstituted solvent flows in a direction opposite or across the process wet substrate. Good. Equipment and instrumentation may be used to monitor and control at least the temperature, pressure, composition, and/or flow rate of the reconstituted solvent in the process solvent recovery zone 4. Upon exiting this zone 4, the substrate may be wetted with the reconstitution solvent.
一態様では、イオン液体プロセス溶媒を有するプロセス溶媒系を、分子添加剤と組み合わせて構成すること、及び再構成溶媒を、分子添加剤と化学的に類似若しくは化学的に同一であるように構成することが最適な場合がある。イオン液体を含むプロセス溶媒の場合、比較的低沸点であるが比較的高い蒸気圧を有する分子添加剤を選択することが有用となり得る。更に、かかる分子添加剤は、一般的に、極性非プロトン性であることが有用となる場合があり(極性プロトン性溶媒は一般的に、イオン液体からの分離がより困難であり、かつイオン液体含有溶媒系の効力を低下させる傾向もあるため)、その例としては、アセトニトリル、アセトン、及び酢酸エチル等が挙げられるが、以下の請求項に示されない限り、これらに限定されない。水酸化物(例えば、LiOH)水溶液を含むプロセス溶媒の場合、極性プロトン性である水を含む再構成溶媒を選択することが有利となり得る。再構成溶媒と化学的に類似又は化学的に同一の分子添加剤を用いて溶着プロセスを構成することは、少なくともプロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、及び溶媒リサイクル8に必要な装置及び/又はエネルギー及び/又は時間を簡素化する可能性があることから、溶着プロセスの経済性に有益となり得る。更に、再構成溶媒及び/又はプロセス溶媒回収ゾーン4の温度を上げると、再構成に必要な時間が大幅に短縮される可能性があり、その結果、溶着プロセス及び関連装置の全長が縮小される可能性があり、それが次には基材張力の複雑さ及び/又は変動の低減並びに体積圧密制御能力(以下により詳細に説明する)につながる。 In one aspect, a process solvent system having an ionic liquid process solvent is configured in combination with a molecular additive, and the reconstitution solvent is configured to be chemically similar or chemically identical to the molecular additive. It may be optimal. For process solvents that include ionic liquids, it may be useful to select a molecular additive that has a relatively low boiling point but a relatively high vapor pressure. Furthermore, it may be useful for such molecular additives to be generally polar aprotic (polar protic solvents are generally more difficult to separate from ionic liquids and Examples thereof include, but are not limited to, acetonitrile, acetone, ethyl acetate, and the like, because they also tend to reduce the efficacy of the solvent-containing system). For process solvents that include an aqueous hydroxide (eg, LiOH) solution, it may be advantageous to choose a reconstitution solvent that includes water that is polar protic. Constructing the deposition process using a molecular additive that is chemically similar or chemically identical to the reconstituted solvent is necessary for at least the process solvent recovery zone 4, solvent collection zone 7, and solvent recycle 8 equipment and It may be beneficial to the economics of the welding process because it may simplify energy and/or time. Further, increasing the temperature of the reconstitution solvent and/or process solvent recovery zone 4 can significantly reduce the time required for reconstitution, which results in a reduction in the overall length of the welding process and associated equipment. Potential, which in turn leads to reduced substrate tension complexity and/or variability and volume consolidation control capabilities (discussed in more detail below).
あるいは、溶着プロセスは、特定の特質を有する溶着基材を生成する再構成溶媒の組成及び温度で構成されてもよい。例えば、以下により詳細に記載するように、EMIm OAc及び水を含む再構成溶媒を含むプロセス溶媒を用いる1つの溶着プロセスにおいて、水の温度は、溶着糸基材の特質に影響し得る。 Alternatively, the deposition process may consist of a composition of reconstituted solvent and a temperature that produces a deposited substrate having certain characteristics. For example, as described in more detail below, in one deposition process using a process solvent that includes a reconstitution solvent that includes EMIm OAc and water, the temperature of the water can affect the properties of the welded yarn substrate.
E.乾燥ゾーン E. Drying zone
再構成溶媒は、乾燥ゾーン5内で基材から分離されてもよい。すなわち、再構成湿潤基材は、乾燥ゾーン5で完成(乾燥)した溶着基材に変換されてもよい。必須ではないが、一態様において、乾燥ガスは、再構成湿潤基材の動きと対向する方向に流れてもよく、その結果、ごくわずかな時間、空間、及び/又はエネルギー(該当する場合)を用いる再構成溶媒の除去により、再構成湿潤基材の乾燥に必要な乾燥ガスはごく少量となり得る。装置及び計装を使用して、少なくとも乾燥ゾーン5内のガスの温度、圧力、組成、及び/又は流量を監視及び制御してもよい。 The reconstituted solvent may be separated from the substrate in the drying zone 5. That is, the reconstituted wet substrate may be converted to the completed (dry) welded substrate in the drying zone 5. Although not required, in one aspect, the dry gas may flow in a direction opposite the movement of the reconstituted wet substrate, resulting in negligible time, space, and/or energy (if applicable). Removal of the reconstitution solvent used may require very little dry gas to dry the reconstituted wet substrate. Equipment and instrumentation may be used to monitor and control at least the temperature, pressure, composition, and/or flow rate of gas in the drying zone 5.
乾燥ゾーン5は、乾燥工程の間に、基材、プロセス湿潤基材、再構成された基材、及び/又は溶着基材において「制御された体積圧密」が観察されるように構成されてもよい。「制御された体積圧密」とは、本明細書で使用するとき、完成した溶着基材が、乾燥及び/又は再構成時に体積収縮し、かつ/又は特定の形状に合致する特定の方式を意味する。例えば、編織糸のような1次元基材では、制御された体積圧密は、編織糸の直径が縮小されたとき及び/又は編織糸の長さが短縮されたときのいずれかに起こり得る。 The drying zone 5 may also be configured such that "controlled volume consolidation" is observed in the substrate, process wet substrate, reconstituted substrate, and/or welded substrate during the drying process. Good. "Controlled volume consolidation", as used herein, means a particular manner in which the finished welded substrate undergoes volume shrinkage during drying and/or reconstitution and/or conforms to a particular shape. To do. For example, for one-dimensional substrates such as knitting yarns, controlled volume consolidation can occur either when the knitting yarn diameter is reduced and/or when the knitting yarn length is shortened.
制御された体積圧密は、乾燥プロセスの間に、少なくとも再構成湿潤基材を適切に制約することによって、1又は複数の方向/次元に限定することができる。更に、使用するプロセス及び/又は再構成溶媒の量及び種類、プロセス及び/又は再構成溶媒の適用方法(粘性抵抗の程度及び種類等を含む)は、再構成湿潤基材が乾燥時に収縮しようとする度合に影響し得る。例えば、1D基材(例えば、編織糸、縫糸)において、制御された体積圧密は、溶着プロセス(特にプロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、及び/又は溶着基材捕集ゾーン6)のうちの1つ以上の工程の間に基材に適切な量の張力がかかるように、乾燥ゾーン5を構成することによって、直径の縮小のみに制限される。同様に、2次元のシート型基材の例では、溶着プロセス(特にプロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、及び/又は溶着基材捕集ゾーン6)のうちの1つ以上の工程における基材の適切な張力及びピン止めは、制御された体積圧密を、基材厚さのみに影響し、基材の面積(長さ及び/又は幅)は変更しないように制約することができる。あるいは、シート型基材は、1つ以上の次元の方向において制御された体積減少を可能にし得る。 Controlled volume consolidation can be limited to one or more directions/dimensions by appropriately constraining at least the reconstituted wet substrate during the drying process. Further, the amount and type of process and/or reconstitution solvent used, the method of application of the process and/or reconstitution solvent (including the degree and type of viscous drag, etc.) should be such that the reconstituted wet substrate will shrink when dried. It can affect how much you do. For example, in 1D substrates (eg, knitting yarns, sutures), controlled volumetric compaction is one of the deposition processes (particularly process solvent recovery zone 4, drying zone 5, and/or deposition substrate collection zone 6). By configuring the drying zone 5 such that the substrate is subjected to the proper amount of tension during one or more steps, it is limited to only a reduction in diameter. Similarly, in the example of a two-dimensional sheet-type substrate, the substrate in one or more steps of the fusing process (particularly process solvent recovery zone 4, drying zone 5, and/or fusing substrate collection zone 6). Appropriate tensioning and pinning of the can constrain the controlled volume consolidation such that it affects only the substrate thickness and does not change the substrate area (length and/or width). Alternatively, the sheet-type substrate may allow controlled volume reduction in one or more dimension directions.
制御された体積圧密は、乾燥ゾーン5で、基材が収縮する方向性を制御するため、又は完成した溶着基材を特定の形状又は形態に物理的に合致させるために、再構成湿潤基材の乾燥時に当該基材を保持する専用の装置によって、促進及び/又は制限することができる。例えば、ボール紙代用品型製品を、ロールの長さ又は幅方向に収縮することを防ぐが、材料が厚さ方向に収縮することは許容する、一連のローラーがある。別の例は、再構成湿潤基材をその上にプレスして、特定の3D形状をとり、乾燥時にその形状を保持することができる成形型である。 Controlled volume consolidation is a reconstitution wet substrate in the drying zone 5 to control the direction in which the substrate shrinks or to physically match the finished welded substrate to a particular shape or morphology. Can be promoted and/or limited by a dedicated device that holds the substrate as it dries. For example, there are a series of rollers that prevent the cardboard substitute product from shrinking in the length or width of the roll, but allow the material to shrink in the thickness direction. Another example is a mold on which a reconstituted wet substrate can be pressed to take a specific 3D shape and retain that shape when dried.
本開示による溶着プロセスの一態様では、乾燥ゾーン5は、再構成湿潤基材が、気圧未満の圧力を受けることができ、比較的少量の乾燥ガスに曝露され得るように構成されてもよい。かかる構成において、再構成湿潤基材は、凍結乾燥されてもよい。この種の乾燥は、再構成溶媒が昇華したときに起こる収縮の量を防止又は最少化するのに有利となり得る。 In one aspect of the welding process according to the present disclosure, the drying zone 5 may be configured such that the reconstituted wet substrate can be subjected to a pressure below atmospheric pressure and exposed to a relatively small amount of dry gas. In such a configuration, the reconstituted wet substrate may be lyophilized. This type of drying can be advantageous in preventing or minimizing the amount of shrinkage that occurs when the reconstituted solvent sublimes.
用いられる再構成溶媒が無害(例えば、水)である本開示による溶着プロセスの一態様では、乾燥ゾーン5を省略して、再構成湿潤基材が直接捕集へと進んでもよい。例えば、編織糸として構成された再構成湿潤基材は、捕集リールに巻き取られ、捕集後及び/又は捕集中に空気乾燥されてもよい。 In one aspect of the deposition process according to the present disclosure, where the reconstitution solvent used is harmless (eg, water), the drying zone 5 may be omitted and the reconstitution wet substrate proceeds directly to collection. For example, the reconstituted wet substrate configured as a knitted yarn may be wound onto a collection reel and air dried after collection and/or collection.
F.溶着基材捕集ゾーン F. Welding base material collection zone
溶着基材捕集ゾーン6は、溶着プロセスのうちの溶着基材(例えば、完成複合材)が捕集される部分であってもよい。本開示のいくつかの態様では、溶着基材捕集ゾーン6は、材料のロール(例えば、編織糸のコイル、ボール紙代用品等)として構成されてもよい。溶着基材捕集ゾーン6は、例えば、複合材押出品として構成された溶着基材からシート切断及び/又は成形する鋸又は打ち抜きスタンプを用いてもよい。一態様では、完成複合材の束を包装するために自動スタッキング装置を使用してもよい。更に、巻かれて包装された1D溶着基材の例では、巻取り及び包装の方法は、溶着プロセスの粘性抵抗に影響する1つ以上の変数に作用するように構成されてもよい。 The welding base material collecting zone 6 may be a portion of the welding process where the welding base material (for example, the finished composite material) is collected. In some aspects of the present disclosure, the weld substrate collection zone 6 may be configured as a roll of material (eg, a coil of weaving yarn, a cardboard substitute, etc.). The welding base material collecting zone 6 may use, for example, a saw or a stamp for cutting and/or forming a sheet from the welding base material configured as a composite material extruded product. In one aspect, an automatic stacking device may be used to package the bundle of finished composites. Further, in the example of a rolled and wrapped 1D welded substrate, the method of winding and wrapping may be configured to act on one or more variables that affect the viscous drag of the welding process.
ある特定の1D基材(例えば、編織糸及び/又は類似の基材)に使用するように構成された本開示による溶着プロセスの一態様において、プロセス溶媒適用ゾーン2の直後又はプロセス温度/圧力ゾーンの直後のいずれかに、溶着基材を円筒又は管様構造の上にコイル状に巻く装置を用いることが有利となり得る。当該装置を使用して、基材がプロセス溶媒回収ゾーン4に入る前に、1次元基材から3次元の管様構造を製造することができる。その際、基材は新たな管様形状に合致してもよい。そのような装置は、以下の請求項にそのように示されない限り制限なく、機能性材料(例えば、編織糸に埋め込まれた触媒)を含有する編織糸基材から機能性複合材料を製造するように少なくとも部分的に構成された溶着プロセスを用いたときに、特に有用となり得ることが想到される。 In one aspect of the welding process according to the present disclosure configured for use with certain 1D substrates (eg, textile yarns and/or similar substrates), immediately after process solvent application zone 2 or process temperature/pressure zone. Either immediately following, it may be advantageous to use a device for coiling the welded substrate onto a cylindrical or tube-like structure. The apparatus can be used to produce a three-dimensional tube-like structure from a one-dimensional substrate before the substrate enters the process solvent recovery zone 4. The substrate may then conform to the new tube-like shape. Such apparatus is intended to produce a functional composite material from a textile yarn substrate containing a functional material (eg, a catalyst embedded in a textile yarn), without limitation unless so indicated in the following claims. It is envisioned that it may be particularly useful when using a welding process that is at least partially configured in.
ある特定の1D基材(例えば、編織糸及び/又は類似の基材)に使用するように構成された本開示による溶着プロセスの別の態様において、プロセス溶媒適用ゾーン2の直後又はプロセス温度/圧力ゾーン3の直後のいずれかに、基材を製編又は製織することができる装置を用いることが有利となり得る。装置は、基材がプロセス溶媒回収ゾーン4に入る前に、基材から布地構造を製造するように構成されてもよい。かかる装置は、溶着プロセスが、他の製造手段では達成できない特異な特性を有する2D布地を製造し得るように構成されてもよい。 In another aspect of the welding process according to the present disclosure configured for use with certain 1D substrates (eg, textile yarns and/or similar substrates), immediately after process solvent application zone 2 or at process temperature/pressure. It may be advantageous to use a device capable of knitting or weaving the substrate, either immediately after zone 3. The apparatus may be configured to produce a fabric structure from the substrate before it enters the process solvent recovery zone 4. Such a device may be configured such that the welding process can produce 2D fabrics with unique properties that cannot be achieved by other manufacturing means.
ある特定の1D基材(例えば、編織糸及び/又は類似の基材)に使用するように構成された本開示による溶着プロセスの更に別の態様において、編織糸のコイル状パッケージを製造できる装置(例えば、トラバースカム)を用いることが有利となり得る。かかる装置は、溶着基材を巻いて、後で絡まることなく巻き出すことができるコイル様パッケージにするように構成されてもよい。 In yet another aspect of the welding process according to the present disclosure configured for use with certain specific 1D substrates (eg, textile yarns and/or similar substrates), an apparatus capable of producing a coiled package of textile yarns ( For example, it may be advantageous to use traverse cams. Such a device may be configured to wind the welded substrate into a coil-like package that can be subsequently unwound without entanglement.
G.溶媒捕集ゾーン G. Solvent collection zone
上記のように、プロセス溶媒は、プロセス溶媒回収ゾーン4内で、再構成溶媒によってプロセス湿潤基材から洗い流されてもよい。したがって、再構成溶媒は、プロセス溶媒の種々の部分(例えば、イオン及び/又は任意の分子構成要素等)と混合されてもよい。この混合物(又は比較的純粋なプロセス溶媒又は再構成溶媒)は、溶媒捕集ゾーン7内の適切な点で捕集されてもよい。一態様において、捕集点は、プロセス湿潤基材の導入点付近に配置されてもよい。プロセス湿潤基材中のプロセス溶媒構成要素の濃度が最も低いのは、再構成溶媒中のプロセス溶媒構成要素の濃度が最も低い点であることから、かかる構成は、プロセス湿潤基材に対して向流の再構成溶媒を利用する構成にとって特に有用となり得る。この構成は、プロセス及び再構成溶媒の分離及びリサイクルを容易にするだけでなく、再構成溶媒の使用量を削減し得る。 As mentioned above, the process solvent may be washed from the process wet substrate by the reconstituted solvent in the process solvent recovery zone 4. Thus, the reconstituted solvent may be mixed with various portions of the process solvent (eg, ions and/or any molecular components, etc.). This mixture (or relatively pure process solvent or reconstituted solvent) may be collected at any suitable point within the solvent collection zone 7. In one aspect, the collection point may be located near the point of introduction of the process wet substrate. Since the lowest concentration of process solvent component in the process-wet substrate is the lowest concentration of process solvent component in the reconstitution solvent, such a configuration is suitable for process-wet substrates. It can be particularly useful for configurations that utilize a stream of reconstituted solvent. This configuration not only facilitates separation and recycling of the process and reconstituted solvent, but may reduce the amount of reconstituted solvent used.
溶媒捕集ゾーン7では、種々の装置及び計装を使用して、再構成溶媒、プロセス湿潤基材、及び/又は再構成湿潤基材の少なくとも温度、圧力、組成、及び流量を監視及び制御してもよい。 In the solvent collection zone 7, various devices and instrumentation are used to monitor and control at least the temperature, pressure, composition, and flow rate of the reconstituted solvent, process wet substrate, and/or reconstituted wet substrate. May be.
H.溶媒リサイクル H. Solvent recycling
一態様では、本開示による溶着プロセスは、混合された溶媒(例えば、部分再構成溶媒及び部分プロセス溶媒)を回収するように構成されてもよく、比較的純粋なプロセス溶媒、及び/又は比較的純粋な再構成溶媒は回収され、リサイクルされてもよい。再構成溶媒及びプロセス溶媒の分離、精製、及び/又はリサイクルには、様々な装置及び/又は方法を使用してもよい。任意の既知の又は後に開発された方法及び/又は装置を使用して、再構成溶媒及びプロセス溶媒を分離してもよく、かかる分離に最適な装置は、少なくとも上記2種の溶媒の化学組成に依存するであろう。したがって、本開示の範囲は、再構成溶媒及びプロセス溶媒の分離に使用される特定の装置及び/又は方法によって何ら限定されるものではなく、かかる装置及び/又は方法としては、共溶媒及び/又はイオン液体の単蒸留(例えば、米国特許第8,382,926号(特許文献2)に記載されている方法)、分別蒸留、膜を使用した分離(例えば、浸透気化及び電気化学的クロスフロー分離)、及び超臨界CO2相等が挙げられるがこれらに限定されない。再構成溶媒及びプロセス溶媒を十分に分離した後、それぞれの溶媒を、プロセス内の適切なゾーンへとリサイクルしてもよい。 In one aspect, the deposition process according to the present disclosure may be configured to recover mixed solvents (eg, partially reconstituted solvent and partially processed solvent), a relatively pure process solvent, and/or a relatively pure process solvent. The pure reconstituted solvent may be recovered and recycled. A variety of equipment and/or methods may be used to separate, purify, and/or recycle the reconstituted solvent and process solvent. Any known or later-developed method and/or device may be used to separate the reconstituted solvent and the process solvent, the optimum device for such separation is at least the chemical composition of the two solvents. Will depend. Accordingly, the scope of the present disclosure is in no way limited by the particular apparatus and/or method used to separate the reconstituted solvent and the process solvent, as such apparatus and/or method may include cosolvents and/or Simple distillation of ionic liquids (eg, the method described in US Pat. No. 8,382,926), fractional distillation, membrane-based separations (eg, pervaporation and electrochemical crossflow separations). ), supercritical CO 2 phase, and the like, but are not limited thereto. After sufficient separation of reconstituted solvent and process solvent, each solvent may be recycled to the appropriate zone within the process.
I.混合ガス捕集 I. Mixed gas collection
上記のように、再構成湿潤基材に絡む再構成溶媒は、乾燥ゾーン5で当該基材から除去されてもよい。一態様では、再構成溶媒ガスの一部をその中に有するキャリア乾燥ガスを含む混合ガス又は再構成溶媒ガスのいずれかが、乾燥ゾーン5から回収されてもよい。装置及び/又は計装を使用して、少なくとも回収ガスの温度、圧力、組成、及び/又は流量を監視及び制御してもよい。 As mentioned above, reconstituted solvent entangled in the reconstituted wet substrate may be removed from the substrate in drying zone 5. In one aspect, either the mixed gas containing the carrier dry gas having a portion of the reconstituted solvent gas therein or the reconstituted solvent gas may be recovered from the drying zone 5. Devices and/or instrumentation may be used to monitor and control at least the temperature, pressure, composition, and/or flow rate of the recovered gas.
J.混合ガスリサイクル J. Mixed gas recycling
ガスは、回収されると、キャリア乾燥ガス、再構成溶媒のいずれか又は両方を分離及びリサイクルする装置に送られてもよい。一態様において、この装置は、一段又は多段凝縮器の技術であってもよい。分離及びリサイクルは、ガス透過膜及びその他の技術も含んでもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない。キャリアガスは、その選択に応じて、大気中に排出されても乾燥ゾーン5に戻されてもよい。再構成溶媒は、その選択に応じて、廃棄されても、プロセス溶媒回収ゾーン4にリサイクルされてもよい。 Once recovered, the gas may be sent to a device that separates and recycles the carrier dry gas, the reconstituted solvent, or both. In one aspect, the apparatus may be single or multi-stage condenser technology. Separation and recycling may also include gas permeable membranes and other technologies and is not limited unless so indicated in the following claims. The carrier gas may be discharged into the atmosphere or returned to the drying zone 5, depending on the choice. The reconstituted solvent may be discarded or recycled to the process solvent recovery zone 4, depending on the choice.
一般的に、上記の態様にしたがって構成された溶着プロセスは、基材を含有する天然繊維及び/又は粒子を、基材供給ゾーン1、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、及び溶着基材捕集ゾーン6を使用する連続及び/又はバッチ式溶着プロセスにおいて、完成した溶着基材に変換するように構成されてもよい。いくつかの態様では、基材を基準としたプロセス溶媒の量、組成、時間、温度、及び圧力を監視及び制御することがきわめて重要となり得る。 In general, a welding process configured according to the above aspects comprises the step of converting natural fibers and/or particles containing a substrate into a substrate feed zone 1, a process solvent application zone 2, a process temperature/pressure zone 3, a process solvent. It may be configured to convert to a finished weld substrate in a continuous and/or batch welding process using a recovery zone 4, a drying zone 5 and a weld substrate collecting zone 6. In some embodiments, monitoring and controlling the amount, composition, time, temperature, and pressure of process solvent based on the substrate can be extremely important.
3.溶着プロセスの例(図1及び図2) 3. Example of welding process (Figs. 1 and 2)
図1を参照すると、基材は、任意の好適な方法及び/又は装置(例えば、押し込み、引抜き、搬送システム、スクリュー押出システム等)によって制御された速度で移動してもよい。一態様では、基材は、基材供給ゾーン1、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、及び/又は溶着基材捕集ゾーン6を連続的に通過してもよい。しかし、基材が1つのゾーン1、2、3、4、5、6から別のゾーンへと進む具体的な順序は溶着プロセスごとに異なっていてもよく、本開示による溶着プロセスのいくつかの態様で上述したように、基材は、乾燥ゾーン5へ移動する前に、溶着基材捕集ゾーン6を通過してもよい。加えて、一部の態様では、溶媒及び/若しくはその他の溶着プロセス構成要素並びに/又は装置が移動している間、基材は比較的静止したままでもよい。本開示により構成された溶着プロセスの任意の点で、自動化、計装、及び/又は装置を用いて、溶着プロセス及び/又はその装置の1つ以上の構成要素の監視、制御、報告、操作、及び/又はその他の方法での相互作用を行うことができる。かかる自動化、計装、及び/又は装置としては、基材、プロセス湿潤基材、再構成された基材、及び/又は完成した溶着基材に加えられる力(例えば、張力)を監視及び制御し得るものが挙げられるが、(以下の請求項に示されない限り)これらに限定するものではない。一般的に、溶着プロセスに用いられる種々のプロセスパラメータ及び装置は、所望のプロセス溶媒適用に対する粘性抵抗の量を制御するように構成されてもよい。溶着プロセスに用いられる種々のプロセスパラメータ及び装置は、制御された体積圧密を実施して、所望の特質、形状因子等を有する溶着基材が得られるように構成されてもよい。 Referring to FIG. 1, the substrate may be moved at a controlled rate by any suitable method and/or apparatus (eg, pushing, drawing, conveying system, screw extrusion system, etc.). In one aspect, the substrate continuously comprises a substrate feed zone 1, a process solvent application zone 2, a process temperature/pressure zone 3, a process solvent recovery zone 4, a drying zone 5, and/or a welded substrate collection zone 6. You may pass to. However, the specific order in which the substrate progresses from one zone 1, 2, 3, 4, 5, 6 to another may vary from welding process to welding process, and in some welding processes according to the present disclosure. The substrate may pass through the welded substrate collection zone 6 prior to moving to the drying zone 5, as described above for aspects. Additionally, in some aspects, the substrate may remain relatively stationary while the solvent and/or other deposition process components and/or equipment are in transit. At any point in a welding process constructed in accordance with the present disclosure, automation, instrumentation, and/or equipment may be used to monitor, control, report, operate, or process the welding process and/or one or more components of the equipment. And/or otherwise interact. Such automation, instrumentation, and/or equipment may monitor and control the force (eg, tension) exerted on the substrate, process wet substrate, reconstituted substrate, and/or finished welded substrate. These include, but are not limited to (unless indicated in the following claims). In general, the various process parameters and equipment used in the deposition process may be configured to control the amount of viscous drag to a desired process solvent application. The various process parameters and equipment used in the deposition process may be configured to perform controlled volume consolidation to obtain a deposited substrate with desired properties, form factors, and the like.
図1を更に参照すると、図に描かれている溶着プロセスの態様において、プロセス溶媒ループは、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、及び溶媒リサイクル8として定義でき、その後、プロセス溶媒は再度プロセス溶媒適用ゾーン2へと移動してもよい。 With further reference to FIG. 1, in the embodiment of the deposition process depicted, the process solvent loop comprises a process solvent application zone 2, a process temperature/pressure zone 3, a process solvent recovery zone 4, a solvent collection zone 7, and It can be defined as solvent recycle 8, after which the process solvent may be transferred to the process solvent application zone 2 again.
図1に示す溶着プロセスの別の態様では、再構成溶媒ループは、1つは液体状態の再構成溶媒のループで、もう1つはガス状態の再構成溶媒のループである、2つの別々のループとして定義されてもよい。液体再構成溶媒ループは、回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、及び溶媒リサイクル8を含んでもよく、その後、再構成溶媒は再度プロセス溶媒回収ゾーン4へと移動してもよい。ガス状再構成溶媒ループは、プロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクル10を含んでもよく、その後、再構成溶媒は再度プロセス溶媒回収ゾーン4へと移動してもよい。ガス状気体再構成溶媒ループの態様では、再構成溶媒の一部が、再構成湿潤基材によって乾燥ゾーン5に運ばれてもよい。 In another aspect of the deposition process shown in FIG. 1, the reconstituted solvent loop is two separate reconstituted solvent loops, one in the liquid state and one in the gas state. It may be defined as a loop. The liquid reconstituted solvent loop may include a recovery zone 4, a solvent collection zone 7, and a solvent recycle 8, after which the reconstituted solvent may be transferred back to the process solvent recovery zone 4. The gaseous reconstituted solvent loop may include a process solvent recovery zone 4, a drying zone 5, a mixed gas collection 9, and a mixed gas recycle 10, after which the reconstituted solvent moves back to the process solvent recovery zone 4. May be. In the gaseous gas reconstitution solvent loop embodiment, some of the reconstitution solvent may be carried to the drying zone 5 by the reconstitution wet substrate.
キャリアガスが使用される本開示による溶着プロセスでは、キャリアガスは、乾燥ゾーン5、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクル10を含むループ内でリサイクルされてもよく、その後、乾燥ガスは再度乾燥ゾーン5へと移動してもよい。 In a welding process according to the present disclosure in which a carrier gas is used, the carrier gas may be recycled in a loop that includes a drying zone 5, a mixed gas collection 9, and a mixed gas recycle 10, after which the dried gas is dried again. You may move to zone 5.
商業化のため、プロセス溶媒、再構成溶媒、キャリアガス、及び/又はその他の溶着プロセス構成要素のリサイクルはきわめて重要となり得る。更に、プロセス溶媒、再構成溶媒、キャリアガス、及び/又はその他の溶着プロセス構成要素のいずれのループも、バッファタンク、貯蔵容器等を含んでもよく、以下の請求項に示されない限り制限はない。以下に更に詳述するように、基材、プロセス溶媒、再構成溶媒、乾燥ガス、及び/又は所望の完成溶着基材の具体的な選択は、少なくとも、最適な溶着プロセス工程、その順序、溶着プロセスパラメータ、及び/又はそれに使用する装置に大きく影響し得る。 For commercialization, recycling of process solvent, reconstitution solvent, carrier gas, and/or other deposition process components can be very important. Further, any loop of process solvent, reconstitution solvent, carrier gas, and/or other deposition process components may include buffer tanks, storage vessels, etc., without limitation unless otherwise indicated in the following claims. As will be discussed in further detail below, the specific choice of substrate, process solvent, reconstitution solvent, dry gas, and/or desired finished weld substrate will be at least the optimum weld process steps, sequence thereof, weld deposition. It can significantly affect the process parameters and/or the equipment used for them.
上記説明を考慮すれば、本開示による溶着プロセスは、別個の処理工程に分離されてもよいことは明らかであろう。例えば、1つの溶着プロセスは、基材供給ゾーン1、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、及び溶着基材捕集ゾーン6の順序で構成され、続いて、プロセス湿潤基材をしばらく貯蔵又はエージングし、その後、プロセス溶媒回収ゾーン4及び/又は乾燥ゾーン5の機能を果たしてもよい。この場合も、いくつかの態様では、1つ以上の処理工程を省略してもよい(例えば、水を再構成溶媒として使用するときの乾燥ゾーン5)。更に、本開示による溶着プロセスのいくつかの態様では、いくつかの処理工程が同時に行われてもよく、又は以下の詳述するように、処理工程の終端部が自然に別の処理工程の開始部へ流れてもよい。 In view of the above description, it will be apparent that the welding process according to the present disclosure may be separated into separate processing steps. For example, one deposition process consists of a substrate feed zone 1, a process solvent application zone 2, a process temperature/pressure zone 3, and a deposited substrate collection zone 6, followed by a process wet substrate for some time. It may be stored or aged and then serve as the process solvent recovery zone 4 and/or the drying zone 5. Again, in some embodiments one or more treatment steps may be omitted (eg, drying zone 5 when water is used as the reconstitution solvent). Further, in some aspects of the welding process according to the present disclosure, several process steps may occur simultaneously, or, as will be detailed below, the end of the process will naturally start another process step. You may flow to the section.
ここで図2を参照すると、溶着基材を製造するように構成できる別の溶着プロセスの種々の態様を示す概略図を与えている。図示されている溶着プロセスは、図1に示されたものと類似しているが、図2では、プロセス温度/圧力ゾーン3及びプロセス溶媒回収ゾーン4が、別個の溶着プロセス工程を構成するのではなく、合わせて1つの連続する溶着プロセス工程となっていてもよい。したがって、図2に示された溶着プロセスは、2つの混合ガス回収ゾーン9を用いてもよく、溶媒捕集ゾーン7は主にプロセス溶媒を捕集し、溶媒リサイクルは主にプロセス溶媒に適応されてもよい(プロセス溶媒と再構成溶媒の混合物とは反対に)。かかる構成は、装置の単純化及び/又は圧密化に関連するいくつかの利点をもたらし得ると想到される。本開示による種々の溶着プロセスでは、プロセス溶媒回収ゾーン4は、図2Aに概略的に示すように、再構成溶媒及びプロセス湿潤基材が対向して移動するように構成されてもよい。 Referring now to FIG. 2, a schematic diagram illustrating various aspects of another deposition process that can be configured to produce a deposited substrate is provided. The illustrated deposition process is similar to that shown in FIG. 1, but in FIG. 2 the process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4 constitute separate deposition process steps. Instead, they may be combined into one continuous welding process step. Therefore, the deposition process shown in FIG. 2 may use two mixed gas recovery zones 9, the solvent collection zone 7 mainly collecting the process solvent and the solvent recycling mainly adapted to the process solvent. (As opposed to a mixture of process solvent and reconstitution solvent). It is envisioned that such an arrangement may provide some advantages associated with device simplification and/or consolidation. In various deposition processes according to the present disclosure, the process solvent recovery zone 4 may be configured such that the reconstituted solvent and the process wetting substrate move in opposite directions, as shown schematically in FIG. 2A.
図2にしたがって構成された溶着プロセスの態様では、溶着プロセスは、再構成溶媒がプロセス溶媒の構成要素(例えば、3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩とアセトニトリルとの混合物を含むプロセス溶媒、及びアセトニトリルの再構成溶媒)である使用法に適応されてもよい。かかる構成では、以下にその利点のいくつかを詳述するが、揮発性アセトニトリルの一部を、溶着プロセスの任意の点でプロセス溶媒から捕獲及び分離することができ、当該プロセス溶媒は、制御された低圧力環境、キャリアガス、及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない任意の好適な方法及び/又は装置を介して存在し、以下の請求項に指示のない限り制限はない。一般的に、十分な濃度の3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩は、いくつかの基材において分子間力を破壊し得る(例えば、セルロース中の水素結合)。したがって、プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせは、3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩のアセトニトリルに対するモル比が基材中の分子間力の破壊という所望の特性を引き起こすのに適している任意の場所で、一般的な溶着プロセスゾーンを構成し得る。この一般的な溶着プロセスゾーンは、適切な流量、温度、圧力、その他の溶着プロセスパラメータ等が正しく設計及び/又は制御されていれば、再構成及びリサイクルゾーンの全部又は一部をも構成し得る。 In an aspect of the deposition process configured according to FIG. 2, the deposition process is such that the reconstituted solvent comprises a component of the process solvent (eg, a mixture of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate and acetonitrile). , And a reconstitution solvent of acetonitrile) may be applied. In such a configuration, some of its advantages are detailed below, but some of the volatile acetonitrile can be captured and separated from the process solvent at any point in the deposition process, and the process solvent is controlled. Exist via any suitable method and/or device including, but not limited to, a low pressure environment, a carrier gas, and/or combinations thereof, without limitation unless the following claims indicate otherwise. In general, a sufficient concentration of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate can disrupt intermolecular forces in some substrates (eg hydrogen bonds in cellulose). Therefore, the combination of process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4 provides the desired property that the molar ratio of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate to acetonitrile destroys the intermolecular force in the substrate. The general welding process zone may be configured anywhere suitable to cause This general welding process zone may also constitute all or part of the reconstitution and recycling zone, provided that the proper flow rates, temperatures, pressures and other welding process parameters are properly designed and/or controlled. ..
図2を更に参照すると、基材は、この場合も、以下の請求項に示されない限り制限なく、任意の好適な方法及び/又は装置(例えば、押し込み、引抜き、搬送システム、スクリュー押出システム等)を使用して、制御された速度で溶着プロセス内を移動してもよい。一態様では、基材は、基材供給ゾーン1、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4の組み合わせ、乾燥ゾーン5、及び/又は溶着基材捕集ゾーン6を連続的に通過してもよい。しかし、基材が1つのゾーン1、2、3、4、5、6から別のゾーンへと進む具体的な順序は溶着プロセスごとに異なっていてもよく、本開示による溶着プロセスのいくつかの態様で上述したように、基材は、乾燥ゾーン5へ移動する前に、溶着基材捕集ゾーン6を通過してもよい。加えて、一部の態様では、溶媒及び/若しくはその他の溶着プロセス構成要素並びに/又は装置が移動している間、基材は比較的静止したままでもよい。本開示により構成された溶着プロセスの任意の点で、自動化、計装、及び/又は装置を用いて、溶着プロセス及び/又はその装置の1つ以上の構成要素の監視、制御、報告、操作、及び/又はその他の方法での相互作用を行うことができる。かかる自動化、計装、及び/又は装置としては、基材、プロセス湿潤基材、再構成された基材、及び/又は完成した溶着基材に加えられる力(例えば、張力)を監視及び制御し得るものが挙げられるが、(以下の請求項に示されない限り)これらに限定するものではない。 With further reference to FIG. 2, the substrate is again, without limitation, unless otherwise indicated in the following claims, any suitable method and/or apparatus (eg, pushing, drawing, conveying system, screw extrusion system, etc.). May be used to move through the deposition process at a controlled rate. In one aspect, the substrate comprises a substrate feed zone 1, a process solvent application zone 2, a combination of a process temperature/pressure zone 3 and a process solvent recovery zone 4, a drying zone 5, and/or a deposited substrate collection zone 6. You may pass continuously. However, the specific order in which the substrate progresses from one zone 1, 2, 3, 4, 5, 6 to another may vary from welding process to welding process, and in some welding processes according to the present disclosure. The substrate may pass through the welded substrate collection zone 6 prior to moving to the drying zone 5, as described above for aspects. Additionally, in some aspects, the substrate may remain relatively stationary while the solvent and/or other deposition process components and/or equipment are in transit. At any point in a welding process constructed in accordance with the present disclosure, automation, instrumentation, and/or equipment may be used to monitor, control, report, operate, or process the welding process and/or one or more components of the equipment. And/or otherwise interact. Such automation, instrumentation, and/or equipment may monitor and control the force (eg, tension) exerted on the substrate, process wet substrate, reconstituted substrate, and/or finished welded substrate. These include, but are not limited to (unless indicated in the following claims).
図2を更に参照すると、図に描かれている溶着プロセスの態様において、プロセス溶媒ループは、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせ、(プロセス)溶媒捕集ゾーン7として定義でき、その後、プロセス溶媒は再度プロセス溶媒適用ゾーン2へと移動してもよい。 With further reference to FIG. 2, in the embodiment of the deposition process depicted, the process solvent loop comprises a process solvent application zone 2, a combination of process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4, a (process) solvent. It can be defined as the collection zone 7, after which the process solvent may again be transferred to the process solvent application zone 2.
図2に示す溶着プロセスの別の態様では、再構成溶媒ループは、1つは液体状態の再構成溶媒のループで、もう1つはガス状態のプロセス溶媒のループである2つの別々のループとして定義されてもよい。液体再構成溶媒ループは、プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせ、及び1つ以上の混合ガス捕集ゾーンを含んでもよく、その後、再構成溶媒は再度プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせへと移動してもよい。ガス状再構成溶媒ループは、乾燥ゾーン5、少なくとも1つの混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクル10を含んでもよく、その後、再構成溶媒は再度プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせへと移動してもよい。ガス状気体再構成溶媒ループの態様では、再構成溶媒の一部が、再構成湿潤基材によって乾燥ゾーン5に運ばれてもよい。 In another aspect of the deposition process shown in FIG. 2, the reconstituted solvent loop is as two separate loops, one for the reconstituted solvent in the liquid state and one for the process solvent in the gas state. May be defined. The liquid reconstituted solvent loop may include a combination of process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4, and one or more mixed gas collection zones, after which the reconstituted solvent is again processed in the process temperature/pressure zone. 3 may be moved to the combination of the process solvent recovery zone 4 and the process solvent recovery zone 4. The gaseous reconstituted solvent loop may include a drying zone 5, at least one mixed gas collection 9, and a mixed gas recycle 10, after which the reconstituted solvent is once again process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4. You may move to the combination with. In the gaseous gas reconstitution solvent loop embodiment, some of the reconstitution solvent may be carried to the drying zone 5 by the reconstitution wet substrate.
キャリアガスを使用する本開示による溶着プロセスでは、キャリアガスは、乾燥ゾーン5、少なくとも1つの混合ガス捕集8、及び混合ガスリサイクル10を含むループ内でリサイクルされてもよく、その後、乾燥ガスは再度乾燥ゾーン5へと移動してもよい。 In a welding process according to the present disclosure using a carrier gas, the carrier gas may be recycled in a loop that includes a drying zone 5, at least one mixed gas collection 8, and a mixed gas recycle 10, after which the dry gas is You may move to the drying zone 5 again.
図2に示す溶着プロセスの態様では、溶着プロセスは、キャリア揮発分捕獲ループも含んでもよく、当該ループは、プロセス温度/圧力ゾーン3とプロセス溶媒回収ゾーン4との組み合わせ、少なくとも1つの混合ガス捕集8、及び混合ガスリサイクル10を含んでもよい。再構成溶媒がプロセス溶媒中に存在し得る本開示による溶着プロセスの態様では、溶着プロセスは1つよりも多くのキャリアガスループを含んでもよい。例えば、プロセス溶媒が3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩とアセトニトリルとの混合物として構成された場合、アセトニトリルは再構成溶媒の役割を果たすことができる。 In the embodiment of the deposition process shown in FIG. 2, the deposition process may also include a carrier volatiles capture loop, which loop comprises a combination of process temperature/pressure zone 3 and process solvent recovery zone 4, at least one mixed gas trap. Collection 8 and mixed gas recycle 10 may be included. In aspects of the welding process according to the present disclosure in which the reconstituted solvent may be present in the process solvent, the welding process may include more than one carrier gas loop. For example, if the process solvent was configured as a mixture of 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate and acetonitrile, acetonitrile can act as a reconstitution solvent.
いくつかの溶着プロセスでは、1つ以上の電気制御弁、駆動輪、及び/又は基材ガイド(例えば、新しいルーズな端部又は破断した編織糸の端部を、人間の介入がほとんど又はまったくなく、溶着プロセスの装置に(再)糸掛けする糸ガイド)を含むことが有利となり得ると想到される。そのように構成された溶着プロセスは、そのように構成されていない溶着プロセスと比較して、溶着プロセスのダウンタイムの量及び溶着プロセスに必要な人間の接触の量の両方を削減し得ると想到される。 Some welding processes include one or more electrically controlled valves, drive wheels, and/or substrate guides (eg, new loose ends or broken yarn ends, with little or no human intervention). It is envisaged that it may be advantageous to include a (re)threading thread guide in the apparatus of the welding process. It is envisioned that a welding process so configured may reduce both the amount of downtime of the welding process and the amount of human contact required for the welding process as compared to a welding process not so configured. To be done.
一態様では、プロセス溶媒回収ゾーン4は、再構成溶媒がプロセス湿潤基材に導入される間にプロセス湿潤基材が捕集され得るように構成されてもよい。例えば、編織糸及び/又は縫糸を基材として使用するように構成された溶着プロセスでは、巻取り機構をプロセス温度/圧力ゾーン3の終端部に配置することができる。一態様では、巻取り機構は、再構成溶媒がプロセス湿潤基材に導入されるように(例えば、噴霧によって)含まれてもよく、プロセス湿潤基材は連続的に洗浄されて再構成湿潤基材に変換されてもよい。かかる構成は、基材がプロセス溶媒回収ゾーン4から乾燥ゾーン5へと連続的に流れる必要がない点で、溶着プロセス全体の大幅な簡素化につながる可能性がある。代わりに、再構成は、バッチプロセスとして起こる可能性がより大きく、基材の特定の部分(例えば、編織糸を巻いて、連続する、もつれていない実体にした、編織糸の円筒又はボール)を製造及び再構成できる。ある点で、再構成湿潤されたパッケージを二次再構成プロセスに移送すること及び/又は乾燥ゾーンに送って再構成溶媒を除去することが可能である。 In one aspect, the process solvent recovery zone 4 may be configured such that the process wet substrate can be collected while the reconstituted solvent is introduced to the process wet substrate. For example, in a welding process configured to use knitting and/or sewing threads as the substrate, the winding mechanism can be located at the end of the process temperature/pressure zone 3. In one aspect, a winding mechanism may be included so that the reconstitution solvent is introduced into the process wetting substrate (eg, by spraying), and the process wetting substrate is continuously washed to reconstitute the wetting group. It may be converted into wood. Such a configuration may lead to a significant simplification of the overall welding process in that the substrate need not continuously flow from the process solvent recovery zone 4 to the drying zone 5. Instead, the reconstitution is more likely to occur as a batch process, causing certain parts of the substrate (eg, a cylinder or ball of yarn to be wound into a continuous, untangled entity). Manufacturable and reconfigurable. At some point, the reconstituted wetted package can be transferred to a secondary reconstitution process and/or sent to a drying zone to remove reconstitution solvent.
別の態様では、溶着プロセスは、基材がプロセス温度/圧力ゾーン3〜プロセス溶媒回収ゾーン4〜乾燥ゾーン5と連続的に移動できる連続プロセスとして構成される。かかる構成では、基材に張力が加わる場合があり、時として破損を引き起こすことがあり、これは溶着プロセスの効率にとって非常に問題となり得る。したがって、溶着プロセスは、ローラー、滑車、並びに/又は溶着プロセスを通る基材の動きを補佐し、破損を低減及び/若しくは排除するその他の好適な方法及び/又は装置を用いて構成されてもよい。 In another aspect, the deposition process is configured as a continuous process in which the substrate can move continuously through the process temperature/pressure zone 3-process solvent recovery zone 4-drying zone 5. In such a configuration, the substrate may be under tension and sometimes cause breakage, which can be very problematic for the efficiency of the welding process. Accordingly, the welding process may be configured with rollers, pulleys, and/or other suitable methods and/or devices that assist movement of the substrate through the welding process and reduce and/or eliminate damage. ..
追加的に及び/又は代替的に、溶着プロセスは、基材が溶着プロセスの全部又は一部で受ける張力の量を低減するように構成されてもよい。かかる構成では、基材は、個別の管を通る(これは高額で、再糸掛け(rethreading)がより困難にもなり得る)のではなく、再構成溶媒がプロセス湿潤基材に適用され得る(例えば、以下に更に詳述するアプリケータを介して)、特定の空間内を移動してもよい。かかる構成は、任意の基材フォーマットと共に使用してもよく、かかる構成は、単独又は互いに隣接して配置された複数の別個の基材を含むシート状の構成のいずれかの1D基材(例えば、編織糸及び/又は縫糸)、及び/又は2D基材(例えば、布地及び/又は織物)にも特に有用となり得ると想到される。そのように構成されたプロセス溶媒回収ゾーン4は、基材への摩擦及び/又は不要な張力の蓄積を軽減及び/又は排除し、これは溶着プロセスの基材処理量を増大し得る。 Additionally and/or alternatively, the welding process may be configured to reduce the amount of tension the substrate experiences during all or part of the welding process. In such a configuration, the reconstitution solvent can be applied to the process-wet substrate, rather than the substrate passing through a separate tube, which is expensive and can also be more difficult to rethread. It may be moved within a particular space (eg, via an applicator, which is described in more detail below). Such a configuration may be used with any substrate format, such a configuration may be any 1D substrate (e.g., in a sheet-like configuration that includes a plurality of separate substrates disposed alone or adjacent to each other (eg, , Knitting and/or sewing threads), and/or 2D substrates (eg, fabrics and/or fabrics) may be particularly useful. The process solvent recovery zone 4 so configured reduces and/or eliminates friction and/or unwanted tension buildup on the substrate, which can increase substrate throughput of the deposition process.
4.溶媒適用ゾーン:装置/方法 4. Solvent Application Zone: Equipment/Method
プロセス溶媒適用に関連する粘性抵抗の概念の種々の態様を図6Aに示す。この図はプロセス溶媒適用ゾーン2に使用され得る装置の断面図を与える。天然繊維基材は、単位断面及び/又は単位面積当たりの繊維密度が異なる場合がある。基材の単位質量当たりの基材に適用されるプロセス溶媒の質量比が十分に制御されるように、基材へのプロセス溶媒適用を変調することができる。これは、基材の相違を適切なセンサで積極的に監視すること、及びこのデータを用いてプロセス溶媒ポンプの速度及び/若しくはプロセス溶媒適用ゾーンを通る基材の速度及び/又はプロセス溶媒組成を制御することによって実現できる。あるいは、プロセス溶媒適用を制御するために、適切な搾力(squeezing force)及び/又は剪断をプロセス湿潤基材に適用する粘性抵抗の点を作ることが可能である。粘性抵抗の設計は、プロセス溶媒を適切にプールできる小さい体積を含んでよい。その際、プロセス溶媒は、プロセス溶媒の基材に対する質量比が、安定した値を保つか又は所望の許容範囲内で変調されるかのいずれかとなるように適用することができる。(変調された繊維溶着プロセスは、以下により詳細に記載する)。 Various aspects of the viscous drag concept associated with process solvent application are shown in FIG. 6A. This figure provides a cross-sectional view of an apparatus that may be used in process solvent application zone 2. Natural fiber substrates may differ in fiber density per unit cross section and/or unit area. The process solvent application to the substrate can be modulated such that the mass ratio of process solvent applied to the substrate per unit mass of substrate is well controlled. This involves actively monitoring substrate differences with appropriate sensors, and using this data to determine the speed of the process solvent pump and/or the speed of the substrate through the process solvent application zone and/or the process solvent composition. It can be realized by controlling. Alternatively, it is possible to create a point of viscous drag that applies appropriate squeezing force and/or shear to the process wet substrate to control the process solvent application. The viscous drag design may include a small volume that allows the process solvent to be properly pooled. The process solvent can then be applied such that the mass ratio of process solvent to substrate either remains stable or is modulated within the desired tolerance. (The modulated fiber welding process is described in more detail below).
溶着プロセスの一態様(以下の請求項にそのように示されない限り制限されることなく、変調又は非変調のいずれか)では、溶着プロセスは、インジェクタを介してプロセス溶媒を適用するように構成されてもよい。インジェクタの1つの構成では、インジェクタは、2つの入口及び1つの出口を有する細管を備えてもよい。編織糸(又はその他の1D基材)を含む基材は、1つの入口から入ってもよく、プロセス溶媒はもう1つの入口に流れ込んでもよい。プロセス湿潤基材(プロセス溶媒が適用された編織糸)は、出口から出てもよい。インジェクタは、機能性材料、追加のプロセス溶媒、及び/又はその他の構成要素を添加するための追加の入口を含んでもよい。本明細書で上述したように、プロセス湿潤基材(例えば、プロセス溶媒が適用された編織糸、縫糸、布地、及び/又は織物)は、プロセス溶媒適用ゾーン2の後、プロセス温度/圧力ゾーン3へと進んでもよい。 In one aspect of the deposition process (either modulated or unmodulated unless otherwise indicated in the claims below), the deposition process is configured to apply the process solvent via an injector. May be. In one configuration of injector, the injector may comprise a capillary having two inlets and one outlet. Substrates, including textile yarns (or other 1D substrates) may enter through one inlet and process solvent may flow through the other inlet. The process-wet substrate (textile yarn to which the process solvent has been applied) may exit from the outlet. The injector may include additional inlets for adding functional material, additional process solvent, and/or other components. As described hereinabove, process wet substrates (eg, process solvent applied textile yarns, sutures, fabrics, and/or fabrics) are processed solvent application zone 2 followed by process temperature/pressure zone 3. You may proceed to.
図6Aに示すように、インジェクタ60は、1D又は2D基材(例えば、それぞれ、編織糸又は布地)のいずれかに使用するように構成されてもよい。インジェクタは、基材入口61及び反対側の基材出口64を含んでもよい。インジェクタ60は、制御された量のプロセス溶媒を1つ以上の基材(当該基材は、布地、織物、編織糸、縫糸等を含んでもよい)に送達するように構成されてもよく、一般的には、プロセス溶媒を基材周辺及び基材内に適切に分配するように更に構成されてもよい。例えば、非変調溶着プロセスでは、プロセス溶媒を所与の基材全体に均一に分布させることが望ましい場合があるのに対し、変調された溶着プロセスでは、所与の基材におけるプロセス溶媒の分布に変化をつけることが望ましい場合がある。 As shown in FIG. 6A, injector 60 may be configured for use with either 1D or 2D substrates (eg, knitting yarn or fabric, respectively). The injector may include a substrate inlet 61 and an opposite substrate outlet 64. Injector 60 may be configured to deliver a controlled amount of process solvent to one or more substrates, which may include fabrics, fabrics, knitting yarns, sutures, etc., generally In particular, it may be further configured to properly distribute the process solvent around and within the substrate. For example, in a non-modulation deposition process, it may be desirable to have the process solvent evenly distributed throughout a given substrate, whereas in a modulated deposition process, the process solvent distribution in a given substrate may vary. It may be desirable to make a change.
そのように構成されたインジェクタ60の一例は、T字形の断面を有するシェルを備えてもよく、その際1D又は2D基材は、インジェクタに入り、比較的真っ直ぐな経路を通って出てもよい。プロセス溶媒は、二次的入口を通って圧送されてもよく、当該入口は基材の入口に対して概ね垂直な経路にあってもよい。かかる構成のインジェクタ60を図6Aに示す。 One example of an injector 60 so configured may include a shell having a T-shaped cross section, with the 1D or 2D substrate entering the injector and exiting through a relatively straight path. .. The process solvent may be pumped through the secondary inlet, which may be in a path that is generally perpendicular to the substrate inlet. An injector 60 having such a structure is shown in FIG. 6A.
図6Aに示すように、インジェクタ60は、未加工基材(編織糸、縫糸、布地、織物等)が供給され得る基材入口61を備えてもよい。インジェクタ60は、基材入口61の一部と流体連通するプロセス溶媒入口62も含んでもよい。したがって、プロセス溶媒は、プロセス溶媒入口62を通ってインジェクタ60に流れ込み、適用界面63に隣接する基材に絡んでもよい。インジェクタ60のこの部分は、上記のように、プロセス溶媒適用ゾーン2を構成してもよい。 As shown in FIG. 6A, the injector 60 may include a base material inlet 61 to which a raw base material (knitting yarn, sewing thread, cloth, fabric, etc.) may be supplied. The injector 60 may also include a process solvent inlet 62 in fluid communication with a portion of the substrate inlet 61. As such, process solvent may flow into the injector 60 through the process solvent inlet 62 and entangle the substrate adjacent the application interface 63. This part of the injector 60 may constitute the process solvent application zone 2 as described above.
1D基材に使用するように構成されたとき、インジェクタ60の基材入口61から基材出口64までの部分は、管様に構成されてもよい。2D基材に使用するように構成されたとき、インジェクタ60の上記部分は、間隔を空けた2枚のプレートとして構成されてもよい(以下に更に詳述する図6Cに示す装置と類似している)。基材及び/又はプロセス湿潤基材は、2枚のプレート82、84の間の空間に配置されてもよく、少なくとも1つのプレート82、84は少なくとも1つのプロセス溶媒入口63を有して形成されてもよい。 When configured for use with a 1D substrate, the portion of injector 60 from substrate inlet 61 to substrate outlet 64 may be configured like a tube. When configured for use with a 2D substrate, the portion of injector 60 may be configured as two spaced plates (similar to the device shown in FIG. 6C, which is described in further detail below). Exist). The substrate and/or the process wet substrate may be disposed in the space between the two plates 82, 84, at least one plate 82, 84 being formed with at least one process solvent inlet 63. May be.
基材出口64は、一般的に基材入口61の反対側にあるインジェクタ60の部分と係合してもよい。インジェクタ60の1つの構成において、基材出口64は、図6Aに示すように、非直線状でもよい。非直線状の基材出口64は、プロセス湿潤基材の外面と物理的に接触して、プロセス溶媒を基材の所望の部分へと方向づけるように構成されてもよく、この物理的接触は、少なくとも1つ以上の変曲点で達成されてもよく、これは剪断力及び/又は圧縮力を基材にもたらし得る。加えて、非直線状の基材出口64は、プロセス湿潤基材の外面と物理的に接触するように構成されてもよい。この物理的接触は、所与の溶着プロセスの所望の粘性抵抗を達成する一態様となり得る。物理的接触は、プロセス湿潤基材の外面に更に平滑性を加え、得られる溶着基材の短い毛/繊維を排除及び/又は削減するように構成されてもよい。プロセス湿潤基材との物理的接触は、プロセス溶媒から基材及び/又はプロセス湿潤基材への熱伝達も改善する場合があり、この熱伝達は、必要な処理時間(例えば、溶着時間)を短縮し、それによって溶着チャンバの長さの短縮及び所与の溶着プロセスに関連する装置に必要なスペースの削減がなされる可能性がある。基材及び/又はプロセス湿潤基材との物理的接触は、(1、2、及び/又は3次元で変曲点を作るための)多数の設計を検討することによって、達成されてもよく、その例としては、限定するものではないが、基材入口61、適用界面63、及び/又は基材出口64の寸法(例えば、直径、幅等)及び/又は湾曲を変えること、及び/又はこれらの組み合わせ、別の構造を基材及び/又はプロセス湿潤基材に隣接して配置すること(例えば、ワイパー、バッフル、ローラー、可撓性オリフィス等)等が挙げられ、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない。 The substrate outlet 64 may engage a portion of the injector 60 that is generally opposite the substrate inlet 61. In one configuration of injector 60, substrate outlet 64 may be non-linear, as shown in Figure 6A. The non-linear substrate outlet 64 may be configured to physically contact the outer surface of the process wet substrate to direct the process solvent to the desired portion of the substrate, which physical contact comprises: It may be achieved at at least one or more inflection points, which may impart shear and/or compression forces to the substrate. Additionally, the non-linear substrate outlet 64 may be configured to make physical contact with the outer surface of the process wet substrate. This physical contact can be one way of achieving the desired viscous drag of a given welding process. Physical contact may be configured to add further smoothness to the outer surface of the process wet substrate, eliminating and/or reducing short hairs/fibers of the resulting welded substrate. Physical contact with the process-wet substrate may also improve heat transfer from the process solvent to the substrate and/or the process-wet substrate, which heat transfer reduces the required processing time (eg, welding time). Shortening, which may result in shortening the length of the welding chamber and reducing the space required for the equipment associated with a given welding process. Physical contact with the substrate and/or the process-wet substrate may be achieved by considering a number of designs (for making inflection points in one, two, and/or three dimensions), Examples include, but are not limited to, varying the dimensions (eg, diameter, width, etc.) and/or curvature of the substrate inlet 61, application interface 63, and/or substrate outlet 64, and/or these. , Placing another structure adjacent to the substrate and/or the process-wet substrate (eg, wiper, baffle, roller, flexible orifice, etc.), and the like in the claims below. There is no limitation unless otherwise indicated.
あるいは、インジェクタは、Y字形であるように構成されてもよく、及び/又は1つ以上のインジェクタが、プロセス溶媒、機能性材料、及び/又はその他の構成要素を、特定の場所で、特定の条件下で、溶着プロセスの1つ以上の点において加えるための複数段階に構成されてもよい。 Alternatively, the injector may be configured to be Y-shaped and/or the one or more injectors may add process solvent, functional material, and/or other components to a particular location, at a particular location. Under conditions, it may be configured in multiple stages for addition at one or more points in the welding process.
一態様において、インジェクタは、編織糸受取部と共に使用されてもよく、その際インジェクタ及び編織糸受取部はいずれも、レールシステム及び/又はインジェクタ及び編織糸受取部を一方向に沿って選択的に配置できるその他の好適な方法及び/又は装置上を滑動するように構成されてもよい。1つ以上のインジェクタ及び/又は編織糸受取部を少なくとも1つの方向に選択的に操作できるように(例えば、レールシステムの長さ方向に沿って滑動できるようにすることで)構成された溶着プロセスは、かかる選択的操作のない溶着プロセスと比べて、編織糸及び/又は縫糸を溶着プロセスの任意の点(特に、プロセス温度/圧力ゾーン3で)に再度通すために必要な時間及び/又は資源を削減する可能性があり、同時に、(より)高密度の溶着プロセスを比較的小さい空間内で多重化することを可能にし得る。 In one aspect, the injector may be used with a knitting yarn receiver, wherein both the injector and the knitting yarn receiver selectively move the rail system and/or the injector and knitting yarn receiver along one direction. It may be configured to slide over any other suitable method and/or device that can be placed. A welding process configured to selectively manipulate one or more injectors and/or knitting yarn receivers in at least one direction (eg, by allowing sliding along the length of the rail system). Is the time and/or resources required to re-pass the weaving thread and/or the sewing thread to any point in the welding process (especially in the process temperature/pressure zone 3) as compared to the welding process without such selective manipulation. Can be reduced, while at the same time allowing a (more) dense welding process to be multiplexed in a relatively small space.
例えば、同時に処理される「n」本の編織糸で構成される溶着プロセスでは、外側の糸にしか容易にアクセスできない。このため、個々の編織糸が切れた場合に、再糸掛けが困難となり得る。取り外し可能な、軌道搭載型インジェクタを、基材供給ゾーン1、プロセス溶媒適用ゾーン2、及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3の開始部分に有することによって、(人又は自動化装置は)インジェクタを容易に外し、それを、溶着プロセスに配置された基材のグループの終端部に動かして、再糸掛けすることができる。一部の用途では、インジェクタをクラムシェル(2枚貝)型に構成すると有利となり得るが、以下の請求項にそのように示されない限り制限されることなく、管のアセンブリであることもできると想到される。すなわち、インジェクタは、少なくとも2つの材料が編織糸又は編織糸のグループを包囲する「クラムシェル」形状に設計することができる。これは、最初に溶着プロセス機械に編織糸を装填するのを容易にし、編織糸の複数の端部に適切な粘性抵抗を同時にもたらすシステムの設計にも適する。任意の特定のインジェクタが除去されると、他のインジェクタが既存の空隙を閉じる位置まで滑り落ち、溶着プロセス用装置の1つの縁部に位置する新たな空隙を形成する。任意の所与のプロセスゾーンの端部又はその付近に配置された一連の受取ユニットは、連携して作動し、それに応じて移動する場合もあり、その結果個々の編織糸は、それぞれの新たな位置へと移動する。 For example, in a fusing process consisting of "n" knitting yarns processed simultaneously, only the outer yarns are easily accessible. For this reason, when the individual knitting yarns are broken, it may be difficult to carry out rethreading. By having a removable, orbital injector at the beginning of the substrate feed zone 1, the process solvent application zone 2, and/or the process temperature/pressure zone 3, (human or automated equipment) facilitates the injector. It can be removed and moved to the end of a group of substrates that have been placed in the welding process and rethreaded. For some applications it may be advantageous to configure the injector in a clamshell type, but it is also possible to be an assembly of tubes, without limitation unless so indicated in the following claims. Inspired. That is, the injector can be designed in a "clamshell" shape in which at least two materials surround the yarn or group of yarns. This also lends itself to the design of a system that facilitates the loading of the yarn into the fusing process machine initially and simultaneously provides suitable viscous drag to multiple ends of the yarn. When any particular injector is removed, the other injector slides down to a position that closes the existing void, creating a new void located at one edge of the equipment for the welding process. A series of receiving units located at or near the end of any given process zone may operate in concert and move accordingly, so that the individual yarns are each renewed. Move to position.
受取ユニットの最適構成は、溶着プロセスの態様ごとに変動する場合があり、少なくとも基材のサイズ、使用するプロセス溶媒、及び/又は使用する基材の種類によって変わり得る。一態様において、受取ユニットは、編織糸をプロセス溶媒回収ゾーン4及び/又は乾燥ゾーン5へ方向付ける単純な滑車又は編織糸ガイドを含んでもよい。別の態様では、受取ユニットは、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4、及び/又は乾燥ゾーン5の構成等、溶着プロセスがどのように構成されているかに応じて、かなり複雑(すなわち、巻取機構)になり得る。 The optimum configuration of the receiving unit may vary depending on the aspect of the welding process and may depend at least on the size of the substrate, the process solvent used, and/or the type of substrate used. In one aspect, the receiving unit may include a simple pulley or yarn guide to direct the yarn to the process solvent recovery zone 4 and/or the drying zone 5. In another aspect, the receiving unit is dependent on how the deposition process is configured, such as the configuration of process solvent application zone 2, process temperature/pressure zone 3, process solvent recovery zone 4, and/or drying zone 5. Can be quite complex (ie, the winding mechanism).
プロセス溶媒適用に関係する粘性抵抗の概念を例証する別の装置を図6Bに示す。装置は、トレイ70として構成されてもよく、図6Bに示すように1D及び2Dの両方の基材を使用するように構成されてもよい。表示のとおり、トレイ70は、トレイ70の表面に形成された1つ以上の基材溝72と共に構成されてもよい。トレイ70は、プロセス溶媒を複数の基材(図6Bに示す1D基材)に同時に適用できるような、複数の溝72を有してもよい。 Another device illustrating the concept of viscous drag related to process solvent application is shown in FIG. 6B. The device may be configured as a tray 70 and may be configured to use both 1D and 2D substrates as shown in Figure 6B. As shown, the tray 70 may be configured with one or more substrate grooves 72 formed in the surface of the tray 70. The tray 70 may have multiple grooves 72 such that the process solvent can be applied to multiple substrates simultaneously (1D substrate shown in FIG. 6B).
図6Bに示す溝72は直線的でもよいが、トレイ70の他の態様では、溝は、図6Aに示すインジェクタ60及び図6Cに示すプレートと相関的に非直線的であってもよい。すなわち、トレイ70及びその溝72は、トレイ70及び/又は溝の一部が基材の一部と物理的に接触するように構成されてもよい(物理的接触は、粘性抵抗を最適化するための検討事項となり得る)。物理的接触は、(変曲点、剪断力、圧縮等を1、2、及び/又は3次元で生じるための)多数の設計上の検討によって達成されてもよく、その例としては、限定するものではないが、溝72の深さ、溝72の断面形状、溝72の幅、溝72の湾曲及び/又はこれらの組み合わせを変えること、及び/又は別の構造を基材及び/又はプロセス湿潤基材に隣接して配置すること(例えば、ワイパー、バッフル、ローラー、可撓性オリフィス等)等が挙げられ、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。 The groove 72 shown in FIG. 6B may be linear, but in other aspects of the tray 70, the groove may be non-linear relative to the injector 60 shown in FIG. 6A and the plate shown in FIG. 6C. That is, the tray 70 and its groove 72 may be configured such that a portion of the tray 70 and/or groove is in physical contact with a portion of the substrate (physical contact optimizes viscous drag. Can be a consideration for). Physical contact may be achieved through a number of design considerations (to produce inflection points, shear forces, compression, etc. in one, two, and/or three dimensions), examples of which include, but are not limited to, Although not by varying the depth of the groove 72, the cross-sectional shape of the groove 72, the width of the groove 72, the curvature of the groove 72 and/or a combination thereof, and/or another structure for substrate and/or process wetting. Placement adjacent to the substrate (eg, wipers, baffles, rollers, flexible orifices, etc.) and the like, without limitation, unless otherwise indicated in the following claims.
1つの構成において、1D基材の間隔は、図6Cに更に例示するように、多数の基材が2次元平面又は「シート」内で本質的に一緒に移動する点まで削減できる。別の構成では、溝72の幅は、概して2次元の布地及び/又は織物のシートが、溝72を通ってトレイ70に対して移動できるように選択されてもよい。 In one configuration, the spacing of 1D substrates can be reduced to the point where multiple substrates essentially move together in a two-dimensional plane or "sheet", as further illustrated in Figure 6C. In another configuration, the width of the groove 72 may be selected to allow a generally two-dimensional sheet of fabric and/or fabric to move through the groove 72 relative to the tray 70.
一般的に、プロセス溶媒は、基材が溝72に沿って移動すると、プロセス溶媒が当該基材に適用されてプロセス湿潤基材を形成するように、各溝72及び/又はその一部に連続的に供給されてもよい。溝72にはプロセス溶媒が溢れてもよく(この構成では、溝72は、プロセス溶媒浴に似た機能を果たし得る)、かつ/又はプロセス溶媒は溝72の先端に隣接する基材に適用され、その後基材が溝の後端に向って移動するときに基材の外面部分に沿って適切に拭き取られてもよい。溶着プロセスの1つの構成では、トレイ70は、プロセス溶媒への重力を用いるために水平に対して角度をつけてもよく、最適な角度は、少なくとも、トレイ70に対する基材の移動の速度及び方向に依存し得る。 Generally, the process solvent is continuous in each groove 72 and/or a portion thereof such that as the substrate moves along the grooves 72, the process solvent is applied to the substrate to form a process wet substrate. May be supplied in a positive manner. The groove 72 may be flooded with process solvent (in this configuration, the groove 72 may function similar to a process solvent bath) and/or the process solvent is applied to the substrate adjacent the tip of the groove 72. , May then be suitably wiped along the outer surface portion of the substrate as it moves toward the trailing edge of the groove. In one configuration of the deposition process, the tray 70 may be angled with respect to the horizontal to use gravity to the process solvent, the optimal angle being at least the speed and direction of movement of the substrate relative to the tray 70. May depend on.
各溝72の最適な構成は、溶着プロセスの適用ごとに変動すると予想され、したがって、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。各基材の平均直径以上の距離で横方向に間隔を空けた複数の1D基材を構成する場合、溝72の幅は、その深さとほぼ同じであってもよく、各寸法は、基材の平均直径よりも約10%大きくてもよいことが想到される。 The optimum configuration of each groove 72 is expected to vary from application to application of the welding process, and therefore does not limit the scope of the present disclosure in any way, unless so indicated in the following claims. When configuring a plurality of 1D substrates laterally spaced at a distance equal to or greater than the average diameter of each substrate, the width of the groove 72 may be approximately the same as its depth, and each dimension is a substrate. It is envisioned that the average diameter may be about 10% larger.
各溝72の最適な断面形状も、溶着プロセスごとに変動し得る。例えば、一部の用途では、溝72(又は少なくともその底部分)の断面形状は、基材(又は少なくともその一部)の断面形状とほぼ同じ及び/又は一致することが最適となり得る。例えば、1Dの編織糸又は縫糸を含む基材に使用するために構成される場合、溝72は、U字形の断面で構成されてもよい。2Dの布地又は織物を含む基材に使用するために構成される場合、溝72は、幅がその深さよりもはるかに大きく(例えば、10倍、20倍等)構成されてもよい。ただし、溝72の特定の断面形状、深さ、幅、構成等は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 The optimum cross-sectional shape of each groove 72 may also vary from welding process to welding process. For example, in some applications it may be optimal for the cross-sectional shape of the groove 72 (or at least its bottom portion) to be approximately the same and/or to match the cross-sectional shape of the substrate (or at least a portion thereof). For example, the groove 72 may be configured with a U-shaped cross section when configured for use with a substrate that includes 1D knitting or sewing threads. When configured for use with substrates including 2D fabrics or fabrics, the grooves 72 may be configured with a width much larger than their depth (eg, 10 times, 20 times, etc.). However, the particular cross-sectional shape, depth, width, configuration, etc. of groove 72 does not limit the scope of the present disclosure in any way, unless so indicated in the following claims.
2Dシートに近い複数の1D基材(縫糸及び/又は編織糸を含み得る)に使用するために構成されたプロセス溶媒適用ゾーン2の構成を図6Cに示す。プロセス溶媒適用ゾーン2は、少なくとも1つの次元において少なくとも3点の物理的接触(すなわち、変曲点)を生じるように、相当する屈曲を有する第1のプレート82及び第2のプレート84を用いてもよい。その他の構成では、プレート82、84を異なる構成として、1つ以上の寸法(次元)において、より多い又は少ない変曲点を作ってもよく、その際変曲点は、基材及び/又はプロセス湿潤基材に、より多くの抵抗又はより少ない抵抗を加えるように構成されてもよい。物理的接触は、(1、2、及び/又は3次元で変曲点を作るための)多数の設計上の検討によって達成されてもよく、その例としては、限定するものではないが、プレート82、84間の距離、プレート82、84のいずれかの湾曲を変えること、一方のプレート82、84の曲面の凹部が他方のプレート82、84の曲面の凸部と対応するか否か、及び/若しくはこれらの組み合わせ、並びに/又は別の構造を基材及び/又はプロセス湿潤基材に隣接して配置すること(例えば、ワイパー、バッフル、ローラー、可撓性オリフィス等)等が挙げられ、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。 The configuration of process solvent application zone 2 configured for use with multiple 1D substrates (which may include sutures and/or weaving yarns) close to a 2D sheet is shown in FIG. 6C. The process solvent application zone 2 uses a first plate 82 and a second plate 84 having corresponding bends to create at least three points of physical contact (ie, inflection points) in at least one dimension. Good. In other configurations, the plates 82, 84 may be configured differently to create more or less inflection points in one or more dimensions, where the inflection points are the substrate and/or process. It may be configured to add more or less resistance to the wet substrate. Physical contact may be achieved by a number of design considerations (to create inflection points in one, two, and/or three dimensions), including, but not limited to, plates. Changing the distance between 82, 84, the curvature of one of the plates 82, 84, whether the concave portion of the curved surface of one plate 82, 84 corresponds to the convex portion of the curved surface of the other plate 82, 84, and And/or combinations thereof, and/or disposing another structure adjacent to the substrate and/or the process wet substrate (eg, wiper, baffle, roller, flexible orifice, etc.) and the like, including: There is no limitation unless so indicated in the claims of.
別の構成では、粘性抵抗は、少なくとも、1つ以上の構造上の構成要素の相対的位置に基づいて変動し得る。例えば、具体的に図6D、図6E、及び図6Fを参照すると、プレートは、その内縁が調節可能な量で重なり合うように構成されてもよい。図6Eに示すように、内縁の重なりがより大きい場合、対応するプレート間に配置された基材は、プレートに対する移動への物理的抵抗がより大きくなる可能性がある。図6Eに示すように、内縁の重なりがより小さい場合、対応するプレート間に配置された基材は、プレートに対する移動への物理的抵抗がより小さくなる可能性がある。互いに隣接して配置された複数の1D基材に使用するために構成された溶着プロセスに適用された調節可能な重なりを図に示す。プレートの相対的位置が調節可能であることにより、所与の装置に使用する複数のプロセス溶媒及び/又は溶着プロセスに用いる所与の装置を、異なる特質を有する溶着基材を製造するように構成することができる。 In another configuration, the viscous drag may vary based at least on the relative position of one or more structural components. For example, referring specifically to FIGS. 6D, 6E, and 6F, the plate may be configured such that its inner edges overlap by an adjustable amount. If the inner edge overlap is greater, as shown in FIG. 6E, the substrate placed between the corresponding plates may have greater physical resistance to movement relative to the plates. If the inner edge overlap is smaller, as shown in FIG. 6E, the substrate placed between the corresponding plates may have less physical resistance to movement relative to the plates. The figure shows an adjustable overlap applied to a welding process configured for use with a plurality of 1D substrates placed adjacent to each other. The adjustable relative position of the plates allows multiple process solvents for a given device and/or a given device for a welding process to be configured to produce a weld substrate having different attributes. can do.
粘性抵抗の概念並びに図6A及び図6Bに関して上に記載したように、図6C、図6D、及び図6Eにおけるプレート82、84は、プロセス溶媒適用を制御するように構成されてもよい。図6A〜図6Eに示す設計は、以下の請求項にそのように示されない限り何ら限定することを意味するものではなく、プロセス溶媒を基材に適切に適用して、並びに/又は基材及び/若しくはプロセス湿潤基材と適切に相互作用して、溶着基材に所望の特質を達成するために、任意の好適な構造及び/又は方法を使用してもよい。すなわち、適切な量の粘性抵抗は、任意の数の構造(当該構造は、所望のプロセス溶媒適用効果を達成するための予め設定された公差まで移動できる)又は方法によって達成することができ、その例としては、ローラー、形状化された縁部、平滑面、変曲点の数及び/又は向き、相対的移動に対する抵抗、温度変動等が挙げられるが、以下の請求項に他の指示がない限り、これらに限定されない。 As described above with respect to the viscous drag concept and FIGS. 6A and 6B, the plates 82, 84 in FIGS. 6C, 6D, and 6E may be configured to control process solvent application. The designs shown in FIGS. 6A-6E are not meant to be limiting in any way, unless so indicated in the following claims, as long as the process solvent is properly applied to the substrate and/or the substrate and Any suitable structure and/or method may be used to properly interact with the process wet substrate and/or achieve the desired attributes for the weld substrate. That is, a suitable amount of viscous drag can be achieved by any number of structures (which can be moved to preset tolerances to achieve the desired process solvent application effect) or method, Examples include rollers, shaped edges, smooth surfaces, number and/or orientation of inflection points, resistance to relative movement, temperature fluctuations, etc., but no other indications in the following claims. As long as it is not limited to these.
溶着プロセスの別の構成(変調又は非変調のいずれかであり、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない)では、溶着プロセスは、アプリケータを用いてプロセス溶媒を適用するように構成されてもよい。アプリケータの1つの構成では、適用は、インクジェットプリンタ、スクリーン印刷技術、スプレーガン、ノズル、浸漬タンク、又は傾斜トレイ、及び/又はこれらの組み合わせで使用されるものと相関関係にあってもよく(その一部は少なくとも図6A〜図6Fに示され、上に詳述されている)、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。溶着プロセスは、基材(例えば、編織糸、縫糸、布地、及び/又は織物)がアプリケータに対して正しく配置されているときに、アプリケータがプロセス溶媒を基材へと方向付け、それによってプロセス湿潤基材を作製するように構成されてもよいと想到される。かかる溶着プロセスは、プロセス溶媒及び/又は機能性材料が、多次元パターンに適用され得るように構成されてもよく、これは溶着プロセスを使用して織物及び/又は布地にパターンをエンボス加工するのに有用となり得る。かかるパターンは、変調された溶着プロセス(以下に更に詳述する)を構成してもよく、その際変調は、少なくとも、基材へのプロセス溶媒適用の結果である。本明細書で上述したように、プロセス湿潤基材(例えば、プロセス溶媒が適用された編織糸、縫糸、布地、及び/又は織物)は、プロセス溶媒適用ゾーン2の後、プロセス温度/圧力ゾーン3へと進んでもよい。 In another configuration of the deposition process (either modulated or unmodulated, without limitation unless so indicated in the following claims), the deposition process uses an applicator to apply the process solvent. It may be configured. In one configuration of the applicator, the application may be correlated with that used in inkjet printers, screen printing technology, spray guns, nozzles, dip tanks, or tilt trays, and/or combinations thereof ( There are no limitations, at least some of which are shown in Figures 6A-6F and detailed above), unless so indicated in the following claims. The welding process involves the applicator directing the process solvent to the substrate when the substrate (eg, weaving thread, suture, fabric, and/or fabric) is properly positioned relative to the applicator, thereby It is envisioned that it may be configured to make a process wet substrate. Such a deposition process may be configured such that the process solvent and/or the functional material can be applied to the multi-dimensional pattern, which uses the deposition process to emboss the pattern on the fabric and/or fabric. Can be useful to. Such a pattern may constitute a modulated deposition process (discussed further below), where the modulation is at least a result of application of the process solvent to the substrate. As described hereinabove, process wet substrates (eg, process solvent applied textile yarns, sutures, fabrics, and/or fabrics) are processed solvent application zone 2 followed by process temperature/pressure zone 3. You may proceed to.
図11A〜図11Dを参照すると、インジェクタ又はアプリケータを使用した変調溶着プロセスの構成において、変調溶着プロセスは、少なくとも、個別プロセス溶媒構成要素の少なくともポンプ流量を制御することによって、リアルタイムでプロセス溶媒の組成を変動させることができる。変調溶着プロセスは、少なくとも、プロセス溶媒構成要素のポンプ流量を制御することによって及び/又は少なくともプロセス溶媒適用ゾーン2を通る基材の可変速度によって、プロセス溶媒の基材に対する比(体積基準又は質量基準のいずれか)を変動させることができるように構成されてもよい。かかる変調溶着プロセスの概略図を、2D基材用は図11Bに示し、1D基材用は図11Dに示し、その全てについて、以下に更に詳述する。 Referring to FIGS. 11A-11D, in the configuration of a modulation deposition process using an injector or applicator, the modulation deposition process comprises at least controlling the at least pump flow rate of the individual process solvent components in real time for the process solvent. The composition can be varied. The modulated deposition process is at least controlled by controlling the pump flow rate of the process solvent components and/or at least by the variable speed of the substrate through the process solvent application zone 2 to a ratio of process solvent to substrate (volume or mass basis). May be changed). A schematic diagram of such a modulation welding process is shown in FIG. 11B for 2D substrates and in FIG. 11D for 1D substrates, all of which are described in further detail below.
ここで図11A(2D基材)及び11C(1D基材)を参照すると、変調溶着プロセスは、任意の好適な方法及び/又は装置によって温度を変調できるように構成されてもよく、その例としては、限定するものではないが、マイクロ波加熱、対流、伝導、放射、及び/又はこれらの組み合わせが挙げられ、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない。変調溶着プロセスは、基材及び/又はプロセス湿潤基材が受ける圧力、張力、粘性抵抗等の変調が可能となるように構成されてもよい。変調溶着プロセスの種々のパラメータ(上記の条件を含むがこれらに限定されない)の変調の総合的作用により、特異な染料及び/又は着色パターン並びに特異な感触及び/又は仕上げを示す溶着糸を含む溶着基材を製造することができる。 Referring now to FIGS. 11A (2D substrate) and 11C (1D substrate), the modulation welding process may be configured to allow temperature modulation by any suitable method and/or apparatus, as an example. Includes, but is not limited to, microwave heating, convection, conduction, radiation, and/or combinations thereof, unless otherwise indicated in the claims below. The modulation deposition process may be configured to allow modulation of the pressure, tension, viscous drag, etc. experienced by the substrate and/or process wet substrate. Welding including weld yarns that exhibit a unique dye and/or coloring pattern and a unique feel and/or finish due to the combined action of the modulation of various parameters of the modulation welding process, including but not limited to the above conditions. The substrate can be manufactured.
逆に、上記のように、溶着プロセスは、種々のプロセスパラメータ(例えば、プロセス溶媒組成、プロセス溶媒の基材に対する質量比、温度、圧力、張力等)を変調することなく、溶着プロセスが非常に一貫して作動するように構成することによって、終始一貫した特徴(例えば、着色、サイズ、形状、感触、仕上げ等)を有する溶着基材が得られるように構成されてもよい。 Conversely, as noted above, the deposition process can be made very difficult without modulation of various process parameters (eg, process solvent composition, process solvent to substrate mass ratio, temperature, pressure, tension, etc.). By being configured to operate consistently, it may be configured to provide a weld substrate with consistent features (eg, color, size, shape, feel, finish, etc.) throughout.
互いに隣接して配置された複数の1D基材から溶着基材(例えば、隣接して配置された複数の編織糸を含むシート状構造)を大量生産するために構成された溶着プロセスの一態様では、編織糸の複数の端部をシートとして移動させることができ、これは一部の溶着プロセスの規模の経済を改善し得る。本明細書に開示されたものと同じ2D基材(例えば、布地、紙基材、織物、及び/又は複合材マット基材)用に構成された溶着プロセスに関する概念及び原則は、互いに隣接して配置された複数の1D基材に適用され得る。 In one aspect of a welding process configured for mass production of a weld substrate (eg, a sheet-like structure including a plurality of adjacent knitting yarns) from a plurality of 1D substrates disposed adjacent to each other , Multiple ends of a knitting yarn can be moved as a sheet, which can improve the economies of scale of some welding processes. The concepts and principles relating to the welding process configured for the same 2D substrates (eg, fabric, paper substrate, woven, and/or composite mat substrate) disclosed herein are adjacent to one another. It can be applied to multiple ID substrates arranged.
例で説明すると、複数の1D基材をシート様の構成に溶着するように構成された溶着プロセスは、2D基材(例えば、布地及び/又は織物)を溶着するように構成された溶着プロセスと類似し得るが、1D基材用溶着プロセスは、いくつかの重要な差異を有し得ると想到される。かかる差異としては、限定するものではないが、1つの基材がそれ自体及び/又は別の基材(例えば、個別の編織糸)と絡まる可能性を低減及び/又は排除するための適応(例えば、編織糸ガイド)が挙げられ、プロセス溶媒適用には、個別の編織糸用又は編織糸のグループ用のいずれかのインジェクタを使用し得る。あるいは、溶着プロセスは、プロセス溶媒が、噴霧、含浸、吸上げ、浸漬、及び/又はその他の方法でプロセス溶媒を制御された速度でシート様構成に導入されることによって、シート様構成の1D基材に直接適用される場合に、インジェクタを必要としないように構成されてもよい。したがって、本開示によると、種々の装置及び/又は方法は、大量生産規模の高度に多重化された溶着プロセスが得られるように構成されてもよい。 Illustrating by example, a welding process configured to weld a plurality of 1D substrates into a sheet-like configuration includes a welding process configured to weld a 2D substrate (eg, fabric and/or fabric). Although similar, it is envisioned that the welding process for 1D substrates may have some important differences. Such differences include, but are not limited to, adaptations to reduce and/or eliminate the likelihood that one substrate may become entangled with itself and/or another substrate (eg, a separate yarn). , Yarn guides), and process solvent applications can use injectors, either for individual yarns or for groups of yarns. Alternatively, the fusing process may be performed by spraying, impregnating, wicking, dipping, and/or otherwise introducing the process solvent into the sheet-like configuration at a controlled rate to form a sheet-like configuration of a 1D group. It may be configured so that it does not require an injector when applied directly to the material. Thus, according to the present disclosure, various devices and/or methods may be configured to provide mass production scale highly multiplexed deposition processes.
A.低水分基材 A. Low moisture base material
セルロース(すなわち、綿、亜麻布、再生セルロース等)及びリグノセルロース(すなわち、工業用大麻、アガーベ等)繊維は、十分な(5〜10質量%)水分を含有することが知られている。水分レベルは、例えば、綿では、拾遺温度及び相対湿度に応じて概ね6〜9%で変動し得る。加えて、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩(「EMIm OAc」)、1−ブチル−3−メチルイミジゾリウム塩化物(「BMIm Cl」)、及び1,5−ジアザ−ビシクロ[4.3.0]ノン−5−エニウム酢酸塩(「DBNH OAc」)等のIL系溶媒は、合成中及び/又は周囲からの吸収により、水で汚染されていることが多い。更に、アセトニトリル(ACN)のような、プロセス溶媒への分子成分添加剤も含水性である。一般的に、水の存在は、純粋なイオン液体及び分子成分添加剤を有するIL系溶媒のバイオポリマー基材溶解に対する有効性に悪影響を与える。ただし、最小で数ポイント(質量%)の水をこれらの溶液から除去することは困難及び/又は資源集約的である場合がある。イオン液体及びIL系溶媒のコストは、その純度、特に、水分含有量と直接相関し得る。したがって、溶着プロセスは、溶着基材の性能を改良するため並びにかかる溶着プロセスの全体的な経済性を改良するために、低水分基材を利用するように構成されてもよい。 Cellulose (ie, cotton, linen cloth, regenerated cellulose, etc.) and lignocellulose (ie, industrial cannabis, agave, etc.) fibers are known to contain sufficient (5-10% by weight) water. Moisture levels, for example for cotton, can vary by approximately 6-9% depending on pick-up temperature and relative humidity. In addition, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (“EMIm OAc”), 1-butyl-3-methylimidizolium chloride (“BMIm Cl”), and 1,5-diaza-bicyclo[4 .3.0] IL-5 solvents such as non-5-enium acetate (“DBNH OAc”) are often contaminated with water during synthesis and/or by absorption from the environment. Furthermore, molecular component additives such as acetonitrile (ACN) to the process solvent are also hydrous. In general, the presence of water adversely affects the effectiveness of IL-based solvents with pure ionic liquids and molecular component additives to dissolve biopolymer substrates. However, it can be difficult and/or resource intensive to remove a minimum of a few points (mass %) of water from these solutions. The cost of ionic liquids and IL-based solvents can be directly correlated with their purity, especially the water content. Accordingly, the welding process may be configured to utilize a low moisture substrate to improve the performance of the welding substrate as well as to improve the overall economics of such a welding process.
低水分基材材料は、イオン液体及びIL系プロセス溶媒を使用する溶着プロセスに有用であることに加え、プロセス溶媒としてN−メチルモルホリンN−オキシド(NMMO)を使用する繊維溶着プロセスにも有用となり得る。一般的に、4〜17質量%が水であるNMMO溶液は、セルロース溶解の能力があり、リヨセル型プロセスに使用できる。十分な乾燥バイオポリマー含有基材材料を使用することは、上限(約17質量%)の含水量のプロセス溶媒を用いて溶着プロセスを構成してもよく、なおも効率的かつ経済的に所望の溶着基材を製造することを意味する。感湿性であるイオン液体(例えば、1−ブチル−3−メチルイミジゾリウム塩化物(「BMIm」)Cl、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩(「EMIm OAc」)、1,5−ジアザ−ビシクロ[4.3.0]ノン−5−エニウム酢酸塩(「DBNH OAc」)等)を含むプロセス溶媒を使用するために構成された溶着プロセスでは、基材中の水分量が、溶着が起こる速度に影響し、したがって、関連するプロセスパラメータ及び装置設計に影響する可能性がある。上に開示されたいくつかのイオン液体よりも感湿性が低いプロセス溶媒(例えば、NMMO、LiOH−尿素等)を使用するために構成された溶着プロセスでは、比較的乾燥した基材の利点が低減及び/又は排除される。 In addition to being useful for welding processes that use ionic liquids and IL-based process solvents, low moisture substrate materials are also useful for fiber welding processes that use N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) as the process solvent. obtain. Generally, NMMO solutions with 4 to 17 wt% water have the ability to dissolve cellulose and can be used in lyocell-type processes. The use of sufficient dry biopolymer-containing substrate material may constitute the deposition process with a process solvent having a water content above the upper limit (about 17% by weight) and still be efficient and economically desirable. It means to produce a welding base material. Ionic liquids that are moisture sensitive (eg, 1-butyl-3-methylimidizolium chloride (“BMIm”) Cl, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (“EMIm OAc”), 1,5- In a deposition process configured to use a process solvent that includes diaza-bicyclo[4.3.0]non-5-enium acetate ("DBNH OAc", etc.), the amount of water in the substrate is Can affect the rate at which they occur and, thus, the associated process parameters and equipment design. Welding processes configured to use process solvents that are less moisture sensitive than some of the ionic liquids disclosed above (eg, NMMO, LiOH-urea, etc.) reduce the benefits of relatively dry substrates. And/or eliminated.
したがって、実験は、溶着前に低水分状態(<5質量%)まで人工的に乾燥したバイオポリマー基材を使用するように構成された溶着プロセスの驚くべき結果を示している。低水分基材は、溶着プロセスの速度を上げると同時に、溶着基材の品質(すなわち、強度、浮遊繊維(stray fiber)の欠如等)を改良する。更により意外なことに、水は、低水分バイオポリマー基材の強力な乾燥特性によってイオン液体及びIL系プロセス溶媒から除去される。一態様において、水は、非水性媒体(例えば、ACN)によって再構成されたイオン液体及びIL系プロセス溶媒から除去されてもよい。事実、低水分基材は、プロセス溶媒及び再構成溶媒の水のいずれも、それが繊維溶着プロセス内を連続的にリサイクルされる間に精製する。 Thus, the experiments show the surprising results of a welding process configured to use a biopolymer substrate that was artificially dried to a low moisture state (<5 wt%) before welding. The low moisture substrate speeds up the deposition process while at the same time improving the quality of the deposition substrate (ie, strength, lack of stray fiber, etc.). Even more surprisingly, water is removed from ionic liquids and IL-based process solvents due to the strong drying properties of low moisture biopolymer substrates. In one aspect, water may be removed from ionic liquids and IL-based process solvents reconstituted with a non-aqueous medium (eg, ACN). In fact, the low moisture substrate purifies both process solvent and reconstitution solvent water while it is continuously recycled within the fiber deposition process.
低水分基材材料は、例えば、感湿性イオン液体を含むプロセス溶媒を利用する溶着プロセスに導入する前に、十分に乾燥した(及び場合により、温暖な、例えば約40〜80℃)の雰囲気で、制御された時間にわたり、材料をプレコンディショニングすることによって得てもよい。バイオポリマー含有基材を、溶着プロセスの前及び実施中に、制御された環境下に保つことは重要となり得る。更に、バイオポリマー基材内の空間の特定の領域に意図的に水を導入することは、その場所での溶着を遅延する効果がある場合があり、溶着プロセスを変調する別の方法も可能になる場合がある。その方法を数種類、以下に記載する。 The low moisture substrate material is, for example, in a sufficiently dry (and optionally warm, e.g., about 40-80<0>C) atmosphere prior to introduction into a deposition process utilizing a process solvent containing a moisture sensitive ionic liquid. , May be obtained by preconditioning the material over a controlled period of time. It can be important to keep the biopolymer-containing substrate in a controlled environment before and during the welding process. In addition, the intentional introduction of water into certain areas of the space within the biopolymer substrate may have the effect of delaying the in-situ deposition, allowing another way of modulating the deposition process. May be. Several methods are described below.
一般的に、人工的に乾燥した基材(例えば、基材供給ゾーン1への導入の前に乾燥された基材及び/又は基材供給ゾーン1の全部又は一部で乾燥された基材)を利用するように構成された溶着プロセスは、溶着プロセス及び/又はそれによって製造された溶着基材の経済性を改良する驚くべき新たな相乗効果をもたらすことが、実験で明らかになっている。例えば、綿基材を水分5質量%未満まで乾燥することで、BMIm Cl+ACN溶液(又はその他の感湿性プロセス溶媒系)を使用したときの溶着の一貫性及び/又は制御を劇的に改良できる。更に、乾燥綿基材を連続使用した場合及びプロセス溶媒を複数回リサイクルした場合、装置が外部の水(例えば、大気中の水)から適切に封止されている限り、プロセス溶媒(例えば、BMIm Cl+ACN)及び再構成溶媒(例えば、ACN)の両方の水分が低下し得ることが実験で明らかにされている。乾燥綿基材の乾燥特性は、含水量が低下するにつれて大きくなる。換言すれば、水分3質量%の綿は、水分4質量%の綿よりも乾燥作用が大きい。 Generally, an artificially dried substrate (eg, substrate dried prior to introduction into substrate feed zone 1 and/or substrate dried in all or part of substrate feed zone 1). Experiments have shown that a welding process configured to utilize H.sub.2 results in a surprising new synergistic effect that improves the economics of the welding process and/or the welding substrates produced thereby. For example, drying a cotton substrate to less than 5 wt% moisture can dramatically improve the consistency and/or control of deposition when using a BMImCl+ACN solution (or other moisture sensitive process solvent system). Furthermore, when the dry cotton substrate is used continuously and when the process solvent is recycled multiple times, as long as the device is properly sealed from external water (eg, atmospheric water), the process solvent (eg, BMIm). Experiments have shown that the water content of both Cl+ACN) and reconstitution solvent (eg ACN) can be lowered. The drying characteristics of dry cotton substrates increase as the water content decreases. In other words, cotton with a water content of 3% by weight has a greater drying action than cotton with a water content of 4% by weight.
5.商業規模で製造された溶着基材の特性 5. Characteristics of welded substrates produced on a commercial scale
上の記載は、本開示による溶着プロセスを用いて製造され得る種々の新規材料(当該材料は一般的に、1D溶着基材及び2D溶着基材と呼ばれる)の特性を開示する。以下の特性は、以下の材料が大量に(例えば、商業規模で)製造された場合に、当該材料にのみ存在することから、従来技術に照らして、新規かつ非自明的である。当該材料特性は、織物の製造コスト削減並びに天然基材(例えば、綿)含有織物の新規利用を可能にし得る。 The above description discloses the properties of various novel materials that may be produced using the welding process according to the present disclosure, which materials are commonly referred to as 1D and 2D welded substrates. The following properties are novel and non-obvious in the light of the prior art, since the following materials are only present in the materials produced in large quantities (eg on a commercial scale): Such material properties may allow for reduced manufacturing costs for textiles as well as new uses for textiles containing natural substrates (eg, cotton).
石油系材料(例えば、ポリエステル等)は、フィラメント型編織糸及びステープルファイバー編織糸の両方を製造するように構成できることは周知である。本明細書で使用するとき、「ステープルファイバー編織糸」という用語は、比較的短い、別個の長さを有する繊維(ステープルファイバー)から紡糸した編織糸を意味する。ただし、本明細書に開示するプロセス及び装置以前には、天然ステープルファイバーから誘導されたフィラメント型編織糸であって、天然ステープルファイバー(及び、結果的に、当該ファイバーから誘導されたフィラメント型編織糸)が当該ステープルファイバーの元々の特性、構造等をある程度保持するものは存在しなかった。本明細書に開示されるプロセス及び装置は、レーヨン、モダール、テンセル(登録商標)等に関する全ての先行教示との差別化が可能であり、人工ステープルファイバーは、セルロースの完全溶解及び/又は誘導体化から製造され、その後押出加工される(完全溶解は、NMMO、イオン液体系のシステム等を用いて達成され得る)。レーヨン、モダール、テンセル(登録商標)等の場合、セルロース性前駆体は完全に溶解及び変性されて、ステープルファイバーの元となったセルロース源(例えば、ブナ木パルプ、竹パルプ、綿繊維等)を判断することは事実上不可能である。対照的に、本開示に従って製造された溶着基材は、以下に更に詳述するように、基材中のステープルファイバーのいくつかの特性、特徴等を維持する。これらの本来の特質、特徴等の維持において、本発明の方法及び装置は、従来技術と比べて、使用する溶着基材の単位当たりのプロセス溶媒が相対的に少量であり、更には従来は合成及び/又は石油系のフィラメント型編織糸に付随していた新たな機能(例えば、水分低下、強度増大等)を可能にする。これらの新規溶着基材及びその機能は、次には、従来技術では不可能であった新たな布地全体への適用を可能にする。溶着基材がこれらの機能をどの程度発揮するかは、少なくとも、溶着基材の製造に使用した溶着プロセスの構成に依存する。 It is well known that petroleum-based materials (eg, polyester, etc.) can be configured to produce both filament type and staple fiber yarns. As used herein, the term "staple fiber knitting yarn" means a knitting yarn spun from fibers having relatively short, discrete lengths (staple fibers). However, prior to the processes and devices disclosed herein, filament-type yarns derived from natural staple fibers, including natural staple fibers (and, consequently, filament-type yarns derived therefrom). ) Did not retain the original properties and structure of the staple fiber to some extent. The process and apparatus disclosed herein are capable of differentiating from all previous teachings regarding rayon, modal, TENCEL®, etc., where artificial staple fibers are used for complete dissolution and/or derivatization of cellulose. Manufactured by and then extruded (complete dissolution can be achieved using NMMO, ionic liquid based systems, etc.). In the case of rayon, modal, TENCEL (registered trademark), etc., the cellulosic precursor is completely dissolved and modified to remove the cellulose source (for example, beech wood pulp, bamboo pulp, cotton fiber, etc.) from which staple fibers are derived. It is virtually impossible to judge. In contrast, a welded substrate produced in accordance with the present disclosure retains some of the properties, characteristics, etc. of staple fibers in the substrate, as further detailed below. In maintaining these original characteristics, features, etc., the method and apparatus of the present invention uses a relatively small amount of process solvent per unit of the welding base material used, as compared with the prior art, and moreover, is conventionally synthesized. And/or enables new functions associated with petroleum-based filament-type knitting yarns (eg, lowering water content, increasing strength, etc.). These new welded substrates and their capabilities, in turn, enable new fabric-wide applications not possible with the prior art. To what extent the welding base material performs these functions depends on at least the configuration of the welding process used for manufacturing the welding base material.
本開示の溶着プロセスを用いて製造され得る1D溶着基材に含まれるのは、撚っていない「単糸」及び撚糸(編織糸及び縫糸)並びに「溶着糸基材」である。上記の特質及び例は、溶着糸基材に帰属され得るが、本開示の範囲は、以下の請求項に示されない限り、そのように限定されず、用語「1D溶着基材」はそのように限定されない。 Included in the 1D fusing substrates that may be produced using the fusing process of the present disclosure are untwisted "single yarns" and twisted yarns (woven and sewing yarns) and "fused yarn substrates." Although the above attributes and examples may be attributed to a welded yarn substrate, the scope of the present disclosure is not so limited unless indicated in the following claims, and the term "1D welded substrate" is so. Not limited.
一般的に、溶着糸基材は、少なくとも次の点で従来の原糸基材相当品と区別される:(1)編織糸を構成する個別の繊維の間の空きスペースの量:溶着糸基材は、従来の未加工基材相当品よりもかなり高密度で、単位長さ当たりのバイオポリマー基材の重量が等しい従来の編織糸よりも約20%〜200%小さい平均直径を有する;及び(2)溶着糸基材は、一般的に、その表面にルーズ繊維があったとしても多くはなく、したがって剥離しない(その表面のルーズ繊維の量及び特徴は、溶着プロセスの間に操作され得る)。溶着基材及び対応する天然繊維基材の具体的な経験的データを以下に詳細に説明する。 Generally, a welded yarn base material is distinguished from a conventional raw yarn base material equivalent product in at least the following points: (1) Amount of empty space between individual fibers constituting a knitting yarn: welded yarn base material The material is much denser than conventional raw substrate equivalents and has an average diameter of about 20% to 200% less than conventional knitting yarns of equal weight of biopolymer substrate per unit length; and (2) The welded yarn substrate is generally not abundant, if any, on the surface of loose fibers and therefore does not delaminate (the amount and characteristics of loose fibers on the surface can be manipulated during the welding process. ). Specific empirical data for the welded substrates and corresponding natural fiber substrates are detailed below.
一般的に、ルーズ繊維が溶着糸基材の表面に存在するとき、ルーズ繊維の少なくとも一部は溶着糸基材に溶着される。つまり、繊維は、実際には溶着糸基材から分離するほどルーズではなく、溶着糸基材の中央部で溶着繊維のコアに固定されている。これは、プロセス溶媒が、溶着プロセス中に基材編織糸の中心に移行する傾向がある場合に起こり得る。ただし、溶着プロセスは、少なくともプロセス溶媒の組成を変えることによって編織糸基材のコア又は外側部分のいずれかにおける溶着を制限若しくは促進するように、及び/又は複数のプロセス溶媒組成を異なる時間に添加するように、構成されてもよい。 Generally, when the loose fibers are present on the surface of the welded yarn substrate, at least a portion of the loose fibers are welded to the welded yarn substrate. That is, the fibers are not so loose that they actually separate from the welding yarn base material, but are fixed to the core of the welding fiber at the central portion of the welding yarn base material. This can occur when the process solvent tends to migrate to the center of the base knitting yarn during the fusing process. However, the welding process is such that at least the composition of the process solvent is varied to limit or promote welding in either the core or the outer portion of the textile yarn substrate, and/or multiple process solvent compositions are added at different times. May be configured to do so.
上記の2つの特質は、単独で及び/又は組み合わせで、多数の理由から望ましい/有利となり得る。例えば、剥離しない編織糸は、ルーズ繊維(リント)量が削減及び/又は排除され、編機に問題を生じないことから、スパンデックス(ライクラ(Lycra)又はエラスタンとしても知られる)又はその他の合成繊維と、より効率的に製編できる。リント及び剥離は、織物の欠陥の原因となり、リント蓄積により清掃及び/又は修理が必要な装置のダウンタイムを生じることから、織物産業で既知の問題である。静電気による付着は、ルーズ繊維が自然に合成繊維に固着する原因となり、問題である。溶着糸基材は、剥離を排除及び/又は緩和することから、これらの問題を大幅に軽減する。溶着糸基材及びスパンデックス(又はライクラ等)から製造された布地及び/又は織物は、活動着(例えば、シャツ、パンツ、靴等)及び/又は肌着(例えば、下着、ブラジャー等)として有用となる場合があり、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない。 The above two attributes, alone and/or in combination, can be desirable/advantageous for a number of reasons. For example, non-peelable knitted yarns are spandex (also known as Lycra or elastane) or other synthetic fibers because loose fiber (lint) content is reduced and/or eliminated and does not cause problems on the knitting machine. And it can be knitted more efficiently. Lint and delamination are known problems in the textile industry as they cause defects in the fabric and lint buildup results in downtime of equipment that needs cleaning and/or repair. Adhesion by static electricity is a problem because it causes loose fibers to naturally adhere to synthetic fibers. The welded yarn substrate eliminates and/or mitigates delamination, thus greatly reducing these problems. Fabrics and/or fabrics made from welded yarn substrates and spandex (or lycra, etc.) are useful as active wear (eg shirts, pants, shoes etc.) and/or underwear (eg underwear, bras etc.) In some cases, and without limitation, as set forth in the following claims.
溶着糸基材は、従来の未加工基材相当品(単位長さ当たり並びに単位直径当たりの重量がほぼ同じもの)よりも強力となるように製造されてもよい。溶着糸基材により、織物材料(例えば、デニム)の製造中に「スラッシング」(又は「サイジング」)(たて糸糊付)する必要がなくなる可能性がある。編織糸サイジングは、製織プロセスで処理するのに十分な強度を与えるために、サイズ剤(例えば、デンプン)を編織糸に適用する(ほとんどの場合は製織の前に)プロセスである。織物の製造時に、サイズ剤を洗い流さなければならない。編織糸のスラッシングは、費用を追加するだけでなく、資源(例えば、水)集約的でもある。サイズ剤を除去すると編織糸は元々の(より低い)強度に戻るという点で、スラッシングは永久的でもない。対照的に、溶着プロセスは、生成する溶着糸基材が従来の編織糸と比較して強化され、スラッシングが不要となるように構成でき、その結果費用及び資源を節約すると同時に、より永久的な強度改良を与える。 The welded yarn substrate may be manufactured to be stronger than conventional raw substrate equivalents (having similar weight per unit length and per unit diameter). The welded yarn substrate may eliminate the need for "slashing" (or "sizing") (warp sizing) during the manufacture of textile materials (eg, denim). Weaving yarn sizing is a process in which a sizing agent, such as starch, is applied to the yarn (most often before weaving) in order to provide sufficient strength to be processed in the weaving process. The size must be washed out during manufacture of the fabric. The slashing of textile yarns is not only costly, but also resource (eg, water) intensive. Thrashing is also not permanent in that the sizing removes the knitting yarn to its original (lower) strength. In contrast, the welding process can be configured such that the resulting welded yarn substrate is reinforced compared to traditional knitting yarns and eliminates the need for slashing, resulting in cost and resource savings as well as more permanent Gives strength improvement.
布目曲がり(スキュー)は、たて糸及びよこ糸が真っ直ぐではあるが、互いに正しい角度になっていない布地の状態である。これは、従来の編織糸が製造中に撚られ、そのため解撚する(ほどく)ためのバイアスがかかるという事実に起因する。溶着糸基材は、個別の繊維が融合/溶着され得ることから、溶着糸基材から製造された布地は溶着プロセス後に解撚(ほどける)ことがないという特質を有し得ることから、従来の未加工基材相当品から製造された布地よりも布目曲がりがはるかに少ないという特質を有し得る。 Textile bowing (skew) is a condition in which the warp and weft threads are straight but not at the correct angles to each other. This is due to the fact that conventional knitted yarns are twisted during manufacture and therefore biased for untwisting. Conventionally, the welded yarn base material has the property that, since the individual fibers can be fused/welded together, the fabric produced from the welded yarn base material can not be untwisted after the welding process. It may have the property of being much less warped than fabrics made from its raw substrate equivalents.
溶着糸基材は、低撚編織糸、繊維長がより短い編織糸、及び/又は低品質繊維から製造された編織糸(例えば、異なるデニールの繊維)を、より価値のある、より強い溶着糸基材へと変換し得る。例えば、従来の編織糸では、撚係数は、強度と大いに相関する。単位長さ当たりの撚りが多いほど、より多くの費用がかかる。本開示の溶着プロセスで基材として使用される低撚編織糸は、個別の繊維を融合するように溶着プロセスが構成されることから、従来の編織糸基材よりもはるかに強い溶着糸基材が得られる場合がある。 The fusing yarn base material is a low-twist knitting yarn, a knitting yarn having a shorter fiber length, and/or a knitting yarn manufactured from low-quality fibers (for example, fibers having different denier), which are more valuable and stronger It can be converted into a substrate. For example, in conventional knitting yarns, the twist factor correlates well with the strength. The more twists per unit length, the more costly. The low-twist knitted yarn used as a substrate in the welding process of the present disclosure is much stronger than the conventional knitted yarn substrate because the welding process is configured to fuse individual fibers. May be obtained.
溶着糸基材は、コーミングされていない編織糸を、より価値のある、より強い溶着糸基材へと変換できる。従来の編織糸では、コーミングプロセスはスライバから短繊維を除去して、より高強度の編織糸を、製造チェーンの更に下方で生成する。コーミングは機械及びエネルギー集約的であり、編織糸の製造にコストを追加する。短繊維及び長繊維を融合して強度を増強するように溶着プロセスを構成し得ることから、コーミングされていないスライバを含む基材から製造された編織糸基材は、従来の編織糸基材よりもはるかに強い溶着糸基材を生成できる。溶着プロセスは、より強い編織糸を大幅なコスト削減で製造するように構成されてもよい。 Fused yarn substrates can convert uncombed knitted yarns into more valuable, stronger fused yarn substrates. In conventional yarns, the combing process removes short fibers from the sliver, producing higher strength yarns further down the manufacturing chain. Combing is mechanical and energy intensive and adds cost to the production of knitted yarns. Because the welding process can be configured to fuse short fibers and long fibers together to enhance strength, a textile yarn substrate made from a substrate that includes uncombed sliver is better than a conventional textile yarn substrate. Can produce much stronger welded yarn substrates. The fusing process may be configured to produce stronger knit yarns at significant cost savings.
溶着糸基材から製造した織物は、その形状を保持する特性を有してもよく、従来の編織糸から製造された布地ほど収縮する傾向及び/又は性向を有さない。溶着プロセスは、従来の編織糸と比較してその表面のルーズ繊維が大幅に少ない(ほとんど〜全くない)溶着糸基材を生成するように構成されてもよいことから、織物は、従来の編織糸から製造されたものよりもはるかに低い充填係数を有する溶着糸基材から、単一フィラメント合成編織糸(例えば、ポリエステル)で実施される方法と類似の方法で、製造できる。 Woven fabrics made from fusible yarn substrates may have the property of retaining their shape and are not as prone to shrinkage and/or propensity as fabrics made from conventional knitting yarns. Since the fusing process may be configured to produce a fusing yarn substrate that has significantly less loose fibers (little to no) on its surface as compared to conventional braiding yarns, the fabric is a conventional knitting fabric. It can be produced from a welded yarn base material having a much lower packing factor than that made from the yarn, in a manner similar to that performed with single filament synthetic textile yarns (eg polyester).
ここで図12A及び図12Bを参照すると、未加工デニム2D基材、及び得られた溶着2D基材(図12Aの未加工基材を出発物質として使用)のSEM画像がそれぞれ示されており、未加工基材と比べて、溶着基材では隣接繊維との係合が大きくなっていることが、容易に目視観察できる。隣接繊維間の係合の増大は、未加工基材に存在しない種々の特質を溶着基材にもたらし、その例としては、より高い剛性、より少ない吸湿、及び/又は乾燥速度の上昇が挙げられるがこれらに限定されない。 12A and 12B, SEM images of a raw denim 2D substrate and the resulting welded 2D substrate (using the raw substrate of FIG. 12A as the starting material) are shown, respectively. It can be easily visually observed that engagement with adjacent fibers is greater in the welded substrate than in the unprocessed substrate. The increased engagement between adjacent fibers provides the weld substrate with various qualities that are not present in the green substrate, including higher stiffness, lower moisture absorption, and/or increased drying rate. Are not limited to these.
ここで図12C及び図12Dを参照すると、未加工ニット2D基材、及び得られた溶着2D基材(図12Cの未加工基材を出発物質として使用)のSEM画像がそれぞれ示されており、未加工基材と比べて、溶着基材では隣接繊維との係合が大きくなっていることが、容易に目視観察できる。隣接繊維間の係合の増大は、未加工基材に存在しない種々の特質を溶着基材にもたらし、その例としては、より高い剛性、より少ない吸湿、及び/又は乾燥速度の上昇が挙げられるがこれらに限定されない。 Referring now to FIGS. 12C and 12D, SEM images of the raw knit 2D substrate and the resulting welded 2D substrate (using the raw substrate of FIG. 12C as the starting material) are shown, respectively. It can be easily visually observed that engagement with adjacent fibers is greater in the welded substrate than in the unprocessed substrate. The increased engagement between adjacent fibers provides the weld substrate with various qualities that are not present in the green substrate, including higher stiffness, lower moisture absorption, and/or increased drying rate. Are not limited to these.
2D基材に作用するように構成された溶着プロセス(例えば、図12B又は図12Dに示すものと類似の溶着基材を製造するために構成された溶着プロセス)において、可溶化されたポリマーを(基材及び/又はプロセス溶媒に)添加すること及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3においてプロセス湿潤基材への圧力を増やすことは、複数の層状及び/又は積層複合材の製造において層間接着の増大を促進し得る。一般的に、基材が溶着される度合(例えば、高、中、低)は、得られる溶着基材の可撓性に影響し得る。 In a fusing process configured to act on a 2D substrate (eg, a fusing process configured to produce a fusing substrate similar to that shown in FIG. 12B or FIG. 12D), the solubilized polymer is ( Adding to the substrate and/or the process solvent) and/or increasing the pressure on the process wet substrate in the process temperature/pressure zone 3 increases interlaminar adhesion in the production of multiple layered and/or laminated composites. Can be promoted. In general, the degree to which the substrate is welded (eg, high, medium, low) can affect the flexibility of the resulting welded substrate.
破裂強度の増大に加え、図12B及び図12Dに示すような布地は、マーチンデールピリング試験(Martindale Pill Test)を用いて試験したときに布地のスコアの大幅な上昇を示し得る。例えば、この試験のスコアが1.5又は2となる原糸基材を含む布地は、その布地に溶着プロセスを施した場合、当該基材への適切な溶着の中程度の量であっても、スコアが5に上がる。 In addition to increasing burst strength, fabrics such as those shown in Figures 12B and 12D can exhibit a significant increase in fabric score when tested using the Martindale Pilling test. For example, a fabric containing a yarn base material that has a score of 1.5 or 2 in this test may have a moderate amount of suitable adhesion to the base material when the fabric is subjected to a welding process. , The score goes up to 5.
溶着糸基材は、従来の編織糸、具体的には従来の綿糸と比較して、卓越した水分吸上げ及び吸収特性を有し得る。したがって、溶着糸基材は、従来の編織糸よりも素早く乾燥し、それによって、関連する費用及び資源の削減をもたらす。収縮の傾向及び/又は性向がより小さいことと合わせて、溶着糸基材を含む布地は、水分管理と収縮しないことの組み合わせが重要な特質となる活動着(例えば、スポーツウエア)、肌着(例えば、ランジェリー)等における有用性がかなり大きくなり得る。 The fusible yarn base material may have excellent moisture wicking and absorption properties as compared to conventional knitted fabric yarns, specifically conventional cotton yarns. Accordingly, the welded yarn substrate dries faster than conventional knitted yarns, thereby providing associated cost and resource savings. In combination with a lesser tendency and/or tendency to shrink, fabrics containing a welded yarn substrate have a combination of moisture management and non-shrinkage that is an important attribute for active wear (eg sportswear), underwear (eg , Lingerie) and the like can be quite useful.
溶着糸基材から製造された織物は、従来の編織糸から製造された織物と比べて、その重量に対する強度がはるかに高くなるように構成できる。所与の重量の編織糸に対する溶着糸基材の平均直径は、従来の編織糸の平均直径よりも小さい可能性があることから、溶着糸基材を用いて製造された織物の破裂強度は、大幅に増大することが観察される。 Woven fabrics made from fusible yarn substrates can be constructed to be much stronger by weight than fabrics made from conventional knitting yarns. Since the average diameter of the welding yarn base material for a given weight of the textile yarn may be smaller than the average diameter of conventional knitting yarn yarns, the burst strength of a fabric produced using the welding yarn base material is A significant increase is observed.
加えて、溶着糸基材から製造された織物は、織物の「手触り」(hand)(例えば、感触、質感)及び仕上げにおいて幅広い変形及び制御可能な結果が可能となるように構成できる。これは、溶着プロセスが、基材にコーティングを追加し、及び/又は基材へのプロセス溶媒浸透の深さを調節するように構成できるためである。例えば、溶着プロセスの一態様において、溶着プロセスは、編織糸基材をフィルムとしての可溶化セルロースでコーティングするように構成することができ、これは、得られる溶着糸基材の外面の平滑性を、従来の未加工基材相当品と比較して、大きく変える可能性がある。 In addition, fabrics made from the fused yarn substrate can be configured to allow a wide range of deformations and controllable results in the "hand" (eg, feel, texture) and finish of the fabric. This is because the deposition process can be configured to add a coating to the substrate and/or adjust the depth of process solvent penetration into the substrate. For example, in one aspect of the fusing process, the fusing process can be configured to coat the textile yarn substrate with solubilized cellulose as a film, which can improve the smoothness of the outer surface of the resulting fusing yarn substrate. , There is a possibility of significant changes compared with the conventional equivalent to the unprocessed base material.
本開示の溶着プロセスを用いて製造できる2D溶着基材の例としては、溶着基材ボール紙、溶着基材紙型材料、及び/又は溶着基材紙代替材料が挙げられる。上記の特質及び例は、溶着基材紙代替材料に帰属され得るが、本開示の範囲はそのように限定されず、用語「2D溶着基材」は、以下の請求項に示されない限りそのように限定されない。一般的に、2D溶着基材の材料及び/又はその特質は、紙型材料及び建築材料の製造コスト削減を可能し、更に、従来材料と比較してこれらの材料の新たな用途を可能にする。 Examples of 2D fusing substrates that can be produced using the fusing process of the present disclosure include fusing substrate cardboard, fusing substrate paper mold materials, and/or fusing substrate paper replacement materials. While the above attributes and examples may be attributed to fusing substrate paper alternatives, the scope of the present disclosure is not so limited, and the term "2D fusing substrate" is such unless otherwise indicated in the following claims. Not limited to. In general, the materials of 2D welded substrates and/or their qualities allow a reduction in the manufacturing costs of paper-type materials and building materials, as well as new applications of these materials compared to conventional materials. ..
一般的に、溶着基材紙代替材料は、少なくとも、かなりの量の(例えば、10質量%又は体積%を超える)リグノセルロース材料を含有し得るという事実により、従来の未加工基材相当品と区別できる。逆に、従来のボール紙及びその他の紙材料は、リグノセルロース材料をほとんど又はまったく含まない精製セルロースパルプを含有する。本開示による溶着プロセスは、かなりの量のリグノセルロース材料を含有する溶着基材紙代替材料を製造するように構成されてもよい。リグノセルロース材料は、低コスト充填剤及び/又は強化(補強)剤のいずれとしても機能し得る。これらの溶着基材紙代替材料は、紙及びボール紙産業内での差別化(これは現時点では見られない)を可能にし得る。例えば、コーヒーカップ、ピザ、及びその他の食品配達/包装用の箱の低コストサーマルスリーブ、船積み用途用の箱、衣類ハンガー等である。これらの溶着基材紙代替材料は、パルプ化(例えば、クラフトパルプ化)のコストが排除される点で改革的となり得る。2次元及び/又は3次元溶着基材は、より強い及び/又はより軽い材料を提供することによって、紙及び/又はボール紙を利用する用途、例えば、おむつ、ボール紙代替品、紙代替品等で、以下の請求項にそのように示されない限り制限されず、有用となり得る。 In general, the welded substrate paper replacement material is at least as good as the conventional raw substrate equivalent due to the fact that it may contain a significant amount (eg, greater than 10 wt% or volume%) of lignocellulosic material. Can be distinguished. Conversely, conventional cardboard and other paper materials contain refined cellulosic pulp with little or no lignocellulosic material. The fusing process according to the present disclosure may be configured to produce a fusing substrate paper replacement material that contains a significant amount of lignocellulosic material. The lignocellulosic material can function as either a low cost filler and/or a reinforcing (reinforcing) agent. These fusing-based paper alternatives may enable differentiation within the paper and cardboard industry, which is not currently seen. For example, low cost thermal sleeves for coffee cups, pizza, and other food delivery/packing boxes, boxes for shipping applications, clothes hangers, and the like. These fusing-based paper alternatives can be revolutionary in that the cost of pulping (eg, kraft pulping) is eliminated. Two-dimensional and/or three-dimensional fused substrates are used in paper and/or cardboard applications by providing stronger and/or lighter materials such as diapers, cardboard substitutes, paper substitutes, etc. , And may be useful without limitation unless so indicated in the following claims.
溶着基材の卓越した特質を、その未加工基材相当品と比較して検証及び定量化するために使用されている標準的な織物/布地試験の一部としては、限定するものではないが、以下のものが挙げられる:(1)AATCC 135(洗濯試験−布地);(2)AATCC 150(洗濯試験−衣類);(3)ASTM D2256(単糸試験);(4)ASTM D3512(ピリング試験−ランダムタンブル法);及び(5)ASTM D4970(マーチンデールピリング試験)。このリストは全てを網羅するものではなく、その他の試験が本明細書で述べられる場合がある。したがって、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、特定の未加工基材又は溶着基材に関する特定の試験及び/又は定量的データに限定されるものではない。 As part of a standard woven/fabric test used to validate and quantify the superior properties of a welded substrate in comparison to its raw substrate equivalent, including but not limited to: , (1) AATCC 135 (Washing Test-Cloth); (2) AATCC 150 (Washing Test-Clothing); (3) ASTM D2256 (Single Yarn Test); (4) ASTM D3512 (Pilling). Test-random tumble method); and (5) ASTM D4970 (Martindale pilling test). This list is not exhaustive and other tests may be mentioned herein. Therefore, the scope of the present disclosure is not intended to be limited to particular testing and/or quantitative data relating to particular raw or welded substrates unless otherwise indicated in the following claims.
6.種々の溶着プロセスの特定の態様及び得られる溶着基材の特性 6. Specific aspects of various welding processes and properties of the resulting weld substrate
本開示に従って種々の方法及び装置を使用して製造された溶着基材のデータを以下に示す。ただし、以下に開示される特定の実施例(例えば、種々の溶着基材の製造に使用されたプロセスパラメータ、その溶着基材の特質、次元、構成等)のいずれも、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲を限定することを意味するものではなく、例示を目的とするものである。 Presented below are data for welded substrates produced using various methods and apparatus in accordance with the present disclosure. However, any of the specific examples disclosed below (eg, process parameters used in the manufacture of various weld substrates, the characteristics, dimensions, configurations, etc. of the weld substrates) are set forth in the following claims. Unless otherwise stated, it is not meant to limit the scope of the present disclosure, but for purposes of illustration.
溶着基材を製造する1つのプロセスは、EMIm OAc及びACNを含むプロセス溶媒を使用し、原糸の30/1リング紡績綿糸(「30単糸」、tex=19.69(重量)編織糸)を含む基材に適用するように構成されてもよい。かかる基材の走査電子顕微鏡(SEM)画像を図7Bに示し、得られる溶着基材のSEM画像を図7Cに示す。表1.1は、図7Cの溶着基材の製造に使用した主なプロセスパラメータの一部を示す。この構成では、プロセス溶媒適用は、基材を長さ33インチの管を通して引っ張ることによって達成され、その際この管はプロセス溶媒で満たされていた。したがって、かかる構成は、別個のプロセス溶媒適用ゾーン2を生じない。管の端部で、可撓性オリフィス(例えば、スキージ)は、プロセス湿潤基材と物理的に接触して、プロセス溶媒の一部をプロセス湿潤基材の外面から除去するように、及びプロセス溶媒を基材に対して正しく分配させるように、設計された。 One process for making a welded substrate uses a process solvent containing EMIm OAc and ACN and uses a 30/1 ring spun cotton yarn (“30 single yarn”, tex=19.69 (weight) knitting yarn) of the original yarn. May be configured to be applied to a substrate including. A scanning electron microscope (SEM) image of such a substrate is shown in Figure 7B, and an SEM image of the resulting welded substrate is shown in Figure 7C. Table 1.1 shows some of the key process parameters used to make the weld substrate of FIG. 7C. In this configuration, process solvent application was accomplished by pulling the substrate through a 33 inch long tube, which tube was filled with process solvent. Therefore, such an arrangement does not result in a separate process solvent application zone 2. At the end of the tube, a flexible orifice (eg, a squeegee) is in physical contact with the process wetting substrate to remove a portion of the process solvent from the outer surface of the process wetting substrate, and the process solvent. Was designed to allow proper distribution to the substrate.
溶着プロセスの概略図を図7Aに示す。当該溶着プロセスは、図7Cに示す溶着基材を製造するように構成できる。図7Aに示す溶着プロセスは、本明細書で図1、図2、及び図6A〜6Eについて述べた、粘性抵抗、プロセス溶媒適用、プロセス湿潤基材との物理的接触に関する種々の原理及び概念に従って構成されてもよい。簡略のため、プロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、溶媒リサイクル8、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクルゾーン10に関するこの溶着プロセスの態様は省略する。粘性抵抗は、プロセス溶媒組成、温度、スキージオリフィスの可撓性及びサイズ等の共最適化(co−optimization)によって達成した。溶着基材の体積制御された圧密化は、プロセス溶着基材及び/又は再構成湿潤基材にその乾燥ゾーンでの乾燥中に加わる線形張力を制御することによって、及び制御された張力条件下で溶着基材を巻き取る捕集方法によって、編織糸直径縮小のみに限定された。ただし、2D又は3D基材の場合、溶着基材の体積制御された圧密化は、他の次元におけるプロセス湿潤基材、再構成湿潤基材等への張力を限定する場合があり、これは、少なくとも第1の線形張力、第2の線形張力、及び/又は第3の線形張力を制御することを必要とする場合がある。 A schematic diagram of the welding process is shown in FIG. 7A. The welding process can be configured to produce the welding substrate shown in FIG. 7C. The deposition process shown in FIG. 7A follows various principles and concepts for viscous drag, process solvent application, physical contact with a process wet substrate described herein with respect to FIGS. 1, 2 and 6A-6E. It may be configured. For simplicity, aspects of this deposition process for process solvent recovery zone 4, solvent collection zone 7, solvent recycle 8, mixed gas collection 9, and mixed gas recycle zone 10 are omitted. Viscosity resistance was achieved by co-optimization of process solvent composition, temperature, flexibility and size of squeegee orifice. Volume controlled consolidation of the welded substrate is achieved by controlling the linear tension applied to the process welded substrate and/or the reconstituted wet substrate during drying in its drying zone, and under controlled tension conditions. Due to the collection method of winding the welded substrate, it was limited to the reduction of the diameter of the knitting yarn. However, in the case of 2D or 3D substrates, volume controlled consolidation of the welded substrate may limit the tension on the process wetted substrate, reconstituted wetted substrate, etc. in other dimensions, which It may be necessary to control at least the first linear tension, the second linear tension, and/or the third linear tension.
表1.1は、図7Aに示した溶着プロセスを使用した、図7Cに示す溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表1.1において、「溶着ゾーン時間」は、基材がプロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3に置かれた時間の長さを指すことに注意されたい。この時間は、従来技術と比較して、溶着時間がほぼ1桁短縮されたことを表す。当然ながら、サンプルが数分〜数時間処理されることが明らかにされているプロセスは多数存在する。ただし、従来技術は、このような短時間で所望の効果を達成できる部分的可溶化型のプロセスを開示していない。この溶着時間の大幅な削減は、プロセス溶媒の化学と所望の効果が得られるように開発されたハードウェア及び制御システムを共最適化することによってのみ可能であった。すなわち、適切な粘性抵抗及び制御された体積圧密を達成するように化学とハードウェアとを組み合わせることによって、完成した溶着糸基材に驚くべき新たな効果が達成される。代表的な原糸基材サンプル及び代表的な溶着糸基材の両方について、応力(g)を伸び率に対してプロットしたグラフを図7Dに示す。上側の曲線が溶着糸基材、下側の曲線が原糸である。 Table 1.1 shows some of the main process parameters used to make the weld substrate shown in FIG. 7C using the weld process shown in FIG. 7A. Note that in Table 1.1, "weld zone time" refers to the length of time that the substrate has been in process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3. This time represents that the welding time was shortened by almost one digit as compared with the conventional technique. Of course, there are many processes in which samples have been shown to be processed for minutes to hours. However, the prior art does not disclose a partial solubilization type process capable of achieving a desired effect in such a short time. This significant reduction in deposition time was only possible by co-optimizing the chemistry of the process solvent and the hardware and control system developed to achieve the desired effect. That is, by combining chemistry with hardware to achieve proper viscous drag and controlled volume consolidation, a surprising new effect is achieved on the finished welded yarn substrate. A graph plotting stress (g) against elongation is shown in FIG. 7D for both a representative raw yarn substrate sample and a representative welded yarn substrate. The upper curve is the welded yarn base material, and the lower curve is the raw yarn.
さらに表1.1を参照すると、「引張り速度」は、基材が溶着プロセス内を移動する線形速度(これは粘性抵抗に影響する)を指し、「溶媒比」は、プロセス溶媒の基材に対する質量比を指す。 Still referring to Table 1.1, "pull rate" refers to the linear rate at which the substrate moves through the deposition process, which affects viscous drag, and "solvent ratio" is the ratio of process solvent to substrate. Refers to the mass ratio.
表1.2は、図7Cに示す溶着基材の種々の特性値を与える(溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した)。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表1.2で使用されるとき、破壊強度は、溶着基材の平均絶対力をグラム単位で表す。正規化破壊強度は、グラムをセンチニュートンに変換して原糸基材の重量(このサンプルの場合、19.69tex)で正規化した値である。伸び率(%)は、破壊が起こった変位をゲージ長さで除算して100を乗じた値である。 Table 1.2 gives various property values of the weld substrate shown in Figure 7C (performed on about 20 unique samples of the weld yarn substrate). The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. As used in Table 1.2, breaking strength represents the average absolute force of the welded substrate in grams. The normalized breaking strength is a value obtained by converting grams to centinewton and normalizing by the weight of the raw yarn base material (19.69 tex in this sample). The elongation rate (%) is a value obtained by dividing the displacement at which the fracture has occurred by the gauge length and multiplying by 100.
溶着基材を製造する別のプロセスは、EMIm OAc及びACNを含むプロセス溶媒を使用して、原糸の30/1リング紡績綿糸を含む基材に適用するように構成されてもよい。かかる溶着プロセスの概略図を図8Aに示す。図8Aに示す溶着プロセスは、本明細書で図1、図2、及び図6A〜6Eについて述べた、粘性抵抗、プロセス溶媒適用、プロセス湿潤基材との物理的接触等に関する種々の原理及び概念に従って構成されてもよい。簡略のため、プロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、溶媒リサイクル8、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクルゾーン10に関する本溶着プロセスの態様は省略する。この例では、溶着プロセスに使用するための装置の態様は、基材編織糸を含む基材がプロセス内を移動できる速度を増大するために特に構成された。具体的には、図6Aで記載したデバイスに似たインジェクタ60デバイスを使用して、プロセス溶媒適用2をプロセス温度/圧力ゾーン3から分離することによる。 Another process for making a welded substrate may be configured to apply to a substrate containing 30/1 ring spun cotton yarn of the raw yarn using a process solvent containing EMIm OAc and ACN. A schematic diagram of such a welding process is shown in FIG. 8A. The welding process shown in FIG. 8A is based on various principles and concepts relating to viscous drag, process solvent application, physical contact with a process wet substrate, etc., described herein with respect to FIGS. 1, 2 and 6A-6E. May be configured according to. For simplification, aspects of the present welding process relating to the process solvent recovery zone 4, the solvent collection zone 7, the solvent recycle 8, the mixed gas collection 9, and the mixed gas recycle zone 10 are omitted. In this example, aspects of the apparatus for use in the welding process were specifically configured to increase the speed at which the substrate, including the substrate knitting yarn, can move through the process. Specifically, by separating the process solvent application 2 from the process temperature/pressure zone 3 using an injector 60 device similar to the device described in FIG. 6A.
表2.1は、図8Aに示した溶着プロセスを使用した、図8Cに示す溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表2.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。この溶着プロセスでは、所望の量の粘性抵抗を共最適化し、プロセス溶媒の有効性増大を促進するため、プロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3の温度を、異なる値に保った。更に、定量ポンプを用いてプロセス溶媒適用を達成すること及びプロセス溶媒適用ゾーン2の主要点での粘性抵抗を適用することによって、編織糸基材への摩擦力(例えば、剪断)を制限し、より大きな張力制御を達成することができた。これは、編織糸基材直径の体積制御された縮小を更に促進する効果があった。全体的な設計は、以前の例よりも速い総処理速度を可能とし、それは表1.1と表2.1との比較から明らかである。 Table 2.1 shows some of the key process parameters used to make the weld substrate shown in FIG. 8C using the weld process shown in FIG. 8A. The process parameters for each column heading in Table 2.1 are the same as described above for Table 1.1. In this deposition process, the temperatures of process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3 were kept at different values in order to co-optimize the desired amount of viscous drag and promote increased process solvent effectiveness. Further, by limiting the frictional force (eg, shearing) on the textile yarn substrate by achieving process solvent application with a metering pump and applying viscous drag at key points of process solvent application zone 2, Greater tension control could be achieved. This had the effect of further facilitating a volume controlled reduction of the textile yarn substrate diameter. The overall design allowed a faster total processing speed than the previous example, which is clear from a comparison of Table 1.1 and Table 2.1.
図8Aの溶着プロセスに使用できる30/1リング紡績綿糸の原糸を含む基材の走査電子顕微鏡(SEM)画像を図8Bに示す。得られる溶着基材のSEM画像を図8Cに示す。表2.1は、図8Cの溶着基材の製造に使用した主なプロセスパラメータの一部を示す。 A scanning electron microscopy (SEM) image of a substrate containing a 30/1 ring spun cotton yarn raw yarn that can be used in the welding process of FIG. 8A is shown in FIG. 8B. The SEM image of the obtained welding base material is shown in FIG. 8C. Table 2.1 shows some of the key process parameters used to make the weld substrate of FIG. 8C.
表2.2は、表2.1に記載のパラメータを用いて製造された図8Cに示す溶着基材の種々の特質を示す。特質は、溶着糸基材の約20の特異な試料で実施した平均であり、この特質は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表2.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。代表的な原糸基材サンプル及び代表的な溶着糸基材サンプルの両方について、応力(g)を伸び率に対してプロットしたグラフを図8Dに示す。上側の曲線が溶着糸基材、下側の曲線が原糸である。 Table 2.2 shows various attributes of the welded substrate shown in Figure 8C, which was manufactured using the parameters set forth in Table 2.1. The characteristics are averages carried out on about 20 unique samples of the welded yarn substrate, this characteristic being operated in a tensile test mode approximating ASTM D2256 using an Instron mechanical property tester. Collected. The mechanical properties of each column heading in Table 2.2 are the same as described above for Table 1.2. A graph plotting stress (g) against elongation is shown in FIG. 8D for both a representative raw yarn substrate sample and a representative welded yarn substrate sample. The upper curve is the welded yarn base material, and the lower curve is the raw yarn.
溶着基材を製造する別のプロセスは、原糸の30/1リング紡績綿糸又は10/1オープンエンド紡績綿糸を含む基材に適用するためのEMIm OAc及びACNを含むプロセス溶媒を使用するように構成されてもよい。かかるプロセスは、図8Aに概略的に示すプロセスに類似していてもよい。表3.1は、10/1オープンエンド紡績綿糸を含む基材から溶着基材を製造するために使用された主要プロセスパラメータの一部を示し、表3.2は、溶着プロセスを表3.1に示すパラメータで用いた溶着基材及び未加工基材の種々の特質を示す。当然ながら、これらのデータは、溶着プロセスにより達成され得る溶着基材の特質を例示するものであり、以下の請求項にそのように示されない限り、溶着できる編織糸基材の種類及び/又は溶着基材の特質を限定することを意味しない。 Another process for making a welded substrate is to use a process solvent containing EMIm OAc and ACN for application to a substrate containing 30/1 ring spun cotton yarn or 10/1 open end spun cotton yarn of the raw yarn. It may be configured. Such a process may be similar to the process schematically shown in Figure 8A. Table 3.1 shows some of the key process parameters used to produce weld substrates from substrates containing 10/1 open-ended spun cotton yarn, and Table 3.2 describes the weld processes. 2 shows various characteristics of the welded base material and the raw base material used in the parameters shown in FIG. Of course, these data exemplify the characteristics of the welding substrate that can be achieved by the welding process, and unless otherwise indicated in the following claims, the type of textile yarn substrate that can be welded and/or the welding substrate. It is not meant to limit the quality of the substrate.
溶着基材を製造する別のプロセスは、EMIm OAc及びACNを含むプロセス溶媒を使用して、原糸を含む基材に適用するように構成されてもよい。かかる溶着プロセスを実施するために構成され得る種々の装置の透視図を図9Aに示す。図9Aに示す溶着プロセス及びその装置は、本明細書で図1、図2、及び図6A〜6Eについて述べた、粘性抵抗、プロセス溶媒適用、プロセス湿潤基材との物理的接触等に関する種々の原理及び概念に従って構成されてもよい。簡略のため、プロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、溶媒リサイクル8、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクルゾーン10に関する本溶着プロセスの態様は省略する。 Another process for making a welded substrate may be configured to apply to a substrate containing raw yarn using a process solvent containing EMIm OAc and ACN. A perspective view of various devices that may be configured to perform such a welding process is shown in FIG. 9A. The welding process and apparatus shown in FIG. 9A can be used in various methods for viscous drag, process solvent application, physical contact with process wet substrates, etc., described herein with respect to FIGS. 1, 2 and 6A-6E. It may be constructed according to the principles and concepts. For simplification, aspects of the present welding process relating to the process solvent recovery zone 4, the solvent collection zone 7, the solvent recycle 8, the mixed gas collection 9, and the mixed gas recycle zone 10 are omitted.
図9Aの溶着プロセス及び装置に使用され得る基材の走査電子顕微鏡(SEM)画像を図9Bに示し、得られた溶着基材のSEM画像を図9Cに示す。表3.1は、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて図9Kに示す溶着基材(これは軽く溶着されているという点で図9Cに示す溶着基材に類似している)を製造した際に、溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表3.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 A scanning electron microscope (SEM) image of a substrate that can be used in the welding process and apparatus of FIG. 9A is shown in FIG. 9B, and an SEM image of the resulting welded substrate is shown in FIG. 9C. Table 3.1 shows the welding substrate shown in FIG. 9K (similar to the welding substrate shown in FIG. 9C in that it is lightly welded) using the welding process and equipment shown in FIG. 9A. Some of the main process parameters used to produce the welded substrate are shown below. The process parameters for each column heading in Table 3.1 are the same as described above for Table 1.1.
この溶着プロセスは、編織糸基材の複数の端部を同時に移動させるように構成されてもよいこと、及びプロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等、事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節され得ることに注意されたい。具体的には、この溶着プロセス及び装置は、特定の製品向けに設計された特定の溶着基材に関して、粘性抵抗及び制御された体積圧密の共最適化を可能にし得る。溶着糸基材のいくつかを、図9C〜図9E及び図9I〜図9Mに示す。 This welding process may be configured to move multiple ends of the textile yarn substrate at the same time, and virtually all weights such as process solvent flow rates, temperatures, substrate feed rates, substrate tensions, etc. Note that the process parameters can be adjusted. Specifically, the welding process and apparatus may allow co-optimization of viscous drag and controlled volume consolidation for a particular weld substrate designed for a particular product. Some of the fusing yarn substrates are shown in Figures 9C-9E and 9I-9M.
表3.2は、表3.1に記載のパラメータを用いて製造された図9Kに示す溶着基材の種々の特質を示す。特質は、溶着糸基材の約20の特異な試料で実施した平均であり、この特質は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表3.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。代表的な原糸基材サンプル及び代表的な溶着糸基材サンプル(例えば、軽く溶着されている図9C及び図9Kに示す溶着基材)の両方について、応力(g)を伸び率に対してプロットしたグラフを図9Gに示す。上側の曲線が溶着糸基材、下側の曲線が原糸である。 Table 3.2 shows various characteristics of the weld substrate shown in FIG. 9K, which were manufactured using the parameters set forth in Table 3.1. The characteristics are averages carried out on about 20 unique samples of the welded yarn substrate, this characteristic being operated in a tensile test mode approximating ASTM D2256 using an Instron mechanical property tester. Collected. The mechanical properties of each column heading in Table 3.2 are the same as described above for Table 1.2. The stress (g) was measured against the elongation for both the representative raw yarn base material sample and the representative welded yarn base material sample (for example, the lightly welded welded base material shown in FIGS. 9C and 9K). The plotted graph is shown in FIG. 9G. The upper curve is the welded yarn base material, and the lower curve is the raw yarn.
表4.1は、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて図9Lに示す溶着基材(これは中程度に溶着されているという点で図9Dに示す溶着基材に類似している)を製造した際に、溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表4.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 Table 4.1 shows the weld substrate shown in FIG. 9L using the weld process and equipment shown in FIG. 9A (which is similar to the weld substrate shown in FIG. 9D in that it is moderately welded). Some of the main process parameters used in the production of the welding base material during the production of are shown below. The process parameters for each column heading in Table 4.1 are the same as described above for Table 1.1.
この溶着プロセスは、編織糸基材の複数の端部を同時に移動させるように構成されてもよいこと、及びプロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等、事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節され得ることに注意されたい。具体的には、この溶着プロセス及び装置は、特定の製品向けに設計された特定の溶着基材に関して、粘性抵抗及び制御された体積圧密の共最適化を可能にし得る。 This welding process may be configured to move multiple ends of the textile yarn substrate at the same time, and virtually all weights such as process solvent flow rates, temperatures, substrate feed rates, substrate tensions, etc. Note that the process parameters can be adjusted. Specifically, the welding process and apparatus may allow co-optimization of viscous drag and controlled volume consolidation for a particular weld substrate designed for a particular product.
表4.2は、表4.1に記載のパラメータを用いて製造された図9Lに示す溶着基材の種々の特質を示す。特質は、溶着糸基材の約20の特異な試料で実施した平均であり、この特質は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表4.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 4.2 shows various characteristics of the weld substrate shown in FIG. 9L, which was manufactured using the parameters set forth in Table 4.1. The characteristics are averages carried out on about 20 unique samples of the welded yarn substrate, this characteristic being operated in a tensile test mode approximating ASTM D2256 using an Instron mechanical property tester. Collected. The mechanical properties of each column heading in Table 4.2 are the same as described above for Table 1.2.
表5.1は、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて図9Mに示す溶着基材(これはしっかりと溶着されているという点で図9Eに示す溶着基材に類似している)を製造した際に、溶着基材の製造に使用した主なプロセスパラメータの一部を示す。表5.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 Table 5.1 shows the welding substrate shown in FIG. 9M using the welding process and equipment shown in FIG. 9A (which is similar to the welding substrate shown in FIG. 9E in that it is firmly welded). As produced, some of the main process parameters used to make the weld substrate are shown. The process parameters for each column heading in Table 5.1 are the same as described above for Table 1.1.
この溶着プロセスは、編織糸基材の複数の端部を同時に移動させるように構成されてもよいこと、及びプロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等、事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節され得ることに注意されたい。具体的には、この溶着プロセス及び装置は、特定の製品向けに設計された特定の溶着基材に関して、粘性抵抗及び制御された体積圧密の共最適化を可能にし得る。 This welding process may be configured to move multiple ends of the textile yarn substrate at the same time, and virtually all weights such as process solvent flow rates, temperatures, substrate feed rates, substrate tensions, etc. Note that the process parameters can be adjusted. Specifically, the welding process and apparatus may allow co-optimization of viscous drag and controlled volume consolidation for a particular weld substrate designed for a particular product.
表5.2は、表5.1に記載のパラメータを用いて製造された図9Mに示す溶着基材の種々の特質を示す。特質は、溶着糸基材の約20の特異な試料で実施した平均であり、この特質は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表5.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 5.2 shows various attributes of the weld substrate shown in Figure 9M, which was manufactured using the parameters set forth in Table 5.1. The characteristics are averages carried out on about 20 unique samples of the welded yarn substrate, this characteristic being operated in a tensile test mode approximating ASTM D2256 using an Instron mechanical property tester. Collected. The mechanical properties of each column heading in Table 5.2 are the same as described above for Table 1.2.
基材が溶着される度合の進行を図9C〜図9Eに示す。この全てで、溶着基材は、プロセスパラメータを変えることによって、図9Aに示すプロセス及び装置を用いて製造できる。具体的には、SEMデータは、綿糸上のルーズな毛が徐々に排除されていること、並びに図9Cの軽く溶着されている基材、図9Dの中程度に溶着されている基材、及び図9Eのしっかりと溶着されている基材について、制御された体積圧密の度合が異なることを示す。これらの溶着基材は全て、30/1綿原糸を含む基材を用いて製造された。「軽く」「中程度に」及び「しっかりと」という用語は、本明細書又は以下の請求項に他の指示がない限り、いかなる意味でも限定を意味するものではなく、相対的な、定性的態様を意味する。 The progress of the degree to which the base material is welded is shown in FIGS. 9C to 9E. In all of this, the welded substrate can be manufactured using the process and apparatus shown in Figure 9A by varying the process parameters. Specifically, the SEM data show that loose bristles on the cotton yarn are gradually eliminated, and the lightly welded substrate of FIG. 9C, the medium welded substrate of FIG. 9D, and 9E shows different degrees of controlled volume consolidation for the firmly welded substrates of FIG. 9E. All of these welded substrates were made using a substrate containing 30/1 cotton yarn. The terms "lightly," "moderately," and "tightly" are not meant to be limiting in any way, unless stated otherwise in the specification or the claims below, and are relative, qualitative. It means an embodiment.
軽く溶着されている基材(この溶着基材図9C又は図9Kに示す溶着基材と類似し得る)から製造された試験布地を図9Fに示す。溶着基材から製編又は製織された布地の絶対的特質は、変動する可能性があり、少なくともプロセスパラメータ及び当該布地を含む溶着基材に実施される溶着の度合を介して操作できる。表6.1は、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて図9Fに示す布に使用する溶着基材を製造した際に、溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表6.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 A test fabric made from a lightly welded substrate (which may be similar to the weld substrate shown in Figure 9C or 9K) is shown in Figure 9F. The absolute quality of the fabric knitted or woven from the welded substrate can vary and can be manipulated through at least the process parameters and the degree of welding performed on the welded substrate containing the fabric. Table 6.1 shows some of the main process parameters used for manufacturing the welding base material when the welding base material used for the fabric shown in FIG. 9F was manufactured using the welding process and apparatus shown in FIG. 9A. Show. The process parameters for each column heading in Table 6.1 are the same as described above for Table 1.1.
表6.2は、図9C及び図9K(30/1リング紡績編織原糸基材)のもの等の軽く溶着した基材の3つの別個のサンプルを含む布地及び原糸基材を使用して製造した対応する布地の種々の特質を示す。破裂強度は、ASTM D3786を用いて測定した。「破裂強度」という列見出しは、ポンド毎平方インチ単位の絶対的な破裂強度を指し、「破裂強度改良」という列見出しは、原糸基材(対照)を含む布地と比較したときの溶着糸基材を含む布地の改良率を指す。 Table 6.2 shows the use of fabric and yarn substrates containing three separate samples of lightly welded substrates such as those of Figures 9C and 9K (30/1 ring spun knit woven substrate). 9 shows various attributes of the corresponding fabrics produced. Bursting strength was measured using ASTM D3786. The column heading "burst strength" refers to the absolute burst strength in pounds per square inch, and the column heading "improved burst strength" is the welded yarn when compared to the fabric containing the base yarn base (control). Refers to the rate of improvement of the fabric containing the substrate.
破裂強度の増大に加え、図9Fに示すような布地は、マーチンデールピリング試験(ASTM D4970)を用いて試験したときに布地のスコアの大幅な上昇を示し得る。例えば、この試験のスコアが1.5又は2となる原糸基材を含む布地は、同じ原糸基材を溶着プロセスで処理した場合、中程度に溶着された場合でも、スコアが5に上がる。 In addition to increasing burst strength, fabrics such as those shown in Figure 9F may show a significant increase in fabric score when tested using the Martindale Pilling test (ASTM D4970). For example, a fabric containing a yarn base material that has a score of 1.5 or 2 in this test will have a score of 5 when the same yarn base material is treated in the welding process, even if it is moderately welded. ..
基材が溶着される度合の別の進行を図9K〜図9Mに示す。この全てで、溶着基材は、各溶着基材を製造する溶着プロセスに関連する表について上に記載したように、プロセスパラメータを変えることによって、図9Aに示すプロセス及び装置を用いて製造できる。具体的には、SEMデータは、綿糸上のルーズな毛が徐々に排除されていること、並びに図9Kの軽く溶着された基材、図9Lの中程度に溶着された基材、及び図9Mのしっかりと溶着された基材について、制御された体積圧密の度合が異なることを示す。これらの溶着基材は全て、30/1綿原糸を含む基材を用いて製造された。図9K〜図9M並びに図9I及び図9Jに示す編織糸のいくつかの機械的特性を表7.1に示し、同じ機械的特性の原糸基材との比較を与える。表7.1において、「引張強度」は、重量正規化した強度の尺度を指し、一般的に編織糸及び繊維産業で使用されている。 Another progression in the degree to which the substrate is welded is shown in Figures 9K-9M. In all of this, the weld substrates can be manufactured using the process and apparatus shown in FIG. 9A by varying the process parameters as described above for the tables associated with the weld processes that make each weld substrate. Specifically, the SEM data show that loose bristles on the cotton yarn are gradually eliminated, as well as the lightly welded substrate of FIG. 9K, the medium welded substrate of FIG. 9L, and FIG. 9M. 3 shows different degrees of controlled volume consolidation for the firmly welded substrates of. All of these welded substrates were made using a substrate containing 30/1 cotton yarn. 9K-9M and some mechanical properties of the knitted yarns shown in FIGS. 9I and 9J are shown in Table 7.1 and give a comparison with a base yarn substrate of the same mechanical properties. In Table 7.1, "tensile strength" refers to a weight-normalized measure of strength and is commonly used in the textile and textile industries.
一般的に、溶着基材では、その未加工基材相当品と比較して、強度の増大が観察される。上記のように、図9Fに示す布地は、原糸基材から製造された類似の対照編布地の破裂強度よりも約30%大きい破裂強度を有する。未加工基材相当品と比較して、乾燥時間削減(洗濯後の)、耐摩耗性の増大、及び染色の鮮やかさ向上等のその他の改良も観察される。これについては以下に更に詳述する。これらの特質が観察される絶対的度合は、少なくともプロセスパラメータ(例えば、溶着プロセスの度合及び品質)によって制御できる。溶着プロセスの度合及び品質は、更には、少なくともプロセス溶媒適用及び粘性抵抗の共最適化並びに溶着プロセスのさまざまな段階で起こる制御された体積圧密と相関し得る。 Generally, an increase in strength is observed with the welded substrate compared to its raw substrate equivalent. As noted above, the fabric shown in Figure 9F has a burst strength that is about 30% greater than the burst strength of a similar control knit fabric made from a raw yarn substrate. Other improvements are also observed, such as reduced dry time (after washing), increased abrasion resistance, and improved dye brilliance, as compared to the raw substrate equivalent. This will be described in more detail below. The absolute degree to which these attributes are observed can be controlled at least by the process parameters (eg, the degree and quality of the welding process). The degree and quality of the welding process may further be correlated with at least co-optimization of process solvent application and viscous drag and controlled volume consolidation that occurs at various stages of the welding process.
図9Gを再度参照すると、未加工基材及び溶着基材の両方に適用された線形張力(g単位)に対する伸び率の比較を示し、溶着基材は卓越した機械的特性を示す。図9Cに示す溶着基材は、「コア溶着された」基材とみなすことができ、ここで「コア溶着された」という用語は、プロセス溶媒適用及び溶着作用の基材への浸透が、基材直径全体に比較的均一である溶着基材を指す。 Referring again to FIG. 9G, there is shown a comparison of elongation versus linear tension (in g) applied to both raw and welded substrates, which shows excellent mechanical properties. The welded substrate shown in FIG. 9C can be considered a “core-deposited” substrate, where the term “core-deposited” means that process solvent application and penetration of the welding action into the substrate is the basis. Refers to a welded substrate that is relatively uniform across the material diameter.
図9I及び図9Jに示す溶着基材は、「シェル溶着された」基材とみなすことができ、ここで「シェル溶着された」という用語は、基材の外面に優先的に溶着された(すなわち、溶着されたシェルを形成する)溶着基材を指す。図9Jの中央の溶着基材の中心部分にはっきりと見えるように、溶着されたシェルは、微溶着/非溶着コアと区別される。 The welded substrates shown in FIGS. 9I and 9J can be considered as "shell welded" substrates, where the term "shell welded" is preferentially welded to the outer surface of the substrate ( That is, a welded substrate that forms a welded shell). The welded shells are distinguished from the micro-welded/non-welded cores as can be clearly seen in the central portion of the central welded substrate in FIG. 9J.
このシェル溶着基材は、30/1リング紡績綿糸の原糸を含む基材から、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて製造できる。表8.1は、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて図9I及び図9Jに示す溶着基材を製造した際に、シェル溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表8.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 This shell welded substrate can be manufactured from a substrate containing a raw yarn of 30/1 ring spun cotton yarn using the welding process and apparatus shown in FIG. 9A. Table 8.1 shows a part of the main process parameters used for manufacturing the shell welding base material when manufacturing the welding base material shown in FIGS. 9I and 9J using the welding process and apparatus shown in FIG. 9A. Show. The process parameters for each column heading in Table 8.1 are the same as described above for Table 1.1.
この溶着プロセスは、編織糸基材の複数の端部を同時に移動させるように構成されてもよいこと、及びプロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等、事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節され得ることに注意されたい。具体的には、この溶着プロセス及び装置は、特定の製品向けに設計された特定の溶着基材に関して、粘性抵抗及び制御された体積圧密の共最適化を可能にし得る。 This welding process may be configured to move multiple ends of the textile yarn substrate at the same time, and virtually all weights such as process solvent flow rates, temperatures, substrate feed rates, substrate tensions, etc. Note that the process parameters can be adjusted. Specifically, the welding process and apparatus may allow co-optimization of viscous drag and controlled volume consolidation for a particular weld substrate designed for a particular product.
表8.2は、表8.1に記載のパラメータを用いて製造された図9I及び図9Jに示す溶着基材の種々の特性値を示す。特性値は、溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した平均である。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表8.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 8.2 shows various characteristic values of the welding base materials shown in FIGS. 9I and 9J manufactured using the parameters described in Table 8.1. Characteristic values are averages performed on about 20 unique samples of welded yarn substrate. The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. The mechanical properties of each column heading in Table 8.2 are the same as described above for Table 1.2.
種々のプロセスパラメータ(例えば、プロセス溶媒と基材の比、温度、圧力等、及び得られるプロセス溶媒の有効性)及び粘性抵抗を最適化することによって、基材の外面からその内面までの次元において基材が溶着される深さを制御することが可能である。すなわち、溶着プロセスは、基材の外側領域を優先的に溶着し、基材コアはその外面と同程度には溶着されないように、構成されてもよい。これは、多くの場合は未加工基材の伸び特性を保持しながら、未加工基材と比べて強度を増大する効果を有し、したがって、強靭性の増大(破断までのエネルギーの増大)を生じる。コア溶着基材及びシェル溶着基材はいずれも、未加工基材相当品と比較して、より速い乾燥、より大きい耐摩耗性、より大きい耐ピリング性、より鮮やかな色等の、良好な特性を示し得る。 By optimizing various process parameters (eg process solvent to substrate ratio, temperature, pressure, etc., and effectiveness of the resulting process solvent) and viscous drag, in the dimension from the outer surface of the substrate to its inner surface. It is possible to control the depth to which the substrate is deposited. That is, the welding process may be configured such that the outer regions of the substrate are preferentially welded and the substrate core is not welded to the same extent as its outer surface. This often has the effect of increasing the strength compared to the raw substrate, while retaining the elongation properties of the raw substrate, thus increasing the toughness (increasing the energy to break). Occurs. Both core-deposited and shell-deposited substrates have good properties such as faster drying, greater abrasion resistance, greater pilling resistance, brighter colors, etc., as compared to raw substrate equivalents. Can be shown.
約50%の原(未加工)綿糸基材及び50%の中程度に溶着された編織糸基材で構成される1枚の布地の写真を図9Hに示す。図の左側は原綿糸を示し、図の右側は溶着された綿基材を示す。この布地片にポット染色加工を施したところ、溶着糸基材から製編された布地側に、より強く、豊かで、深く、鮮やかな色が示された。少なくとも共最適化されたプロセス溶媒適用方法、粘性抵抗、及び溶媒効率により、溶着糸基材及び得られる布地の方が、毛が少ない。更に、溶着プロセスの溶着、再構成、及び乾燥工程に関連する制御された体積削減は、表面積及び溶着糸基材内の空きスペースを削減するように構成されてもよい。これは、光が散乱し得る界面の数を減少する。これらの効果が組み合わさった結果、最終的に、染料着色剤を溶着基材を通して見ることがより可能となり、溶着基材は未加工基材よりも透明になる。 A photograph of a piece of fabric composed of about 50% raw (raw) cotton yarn substrate and 50% medium welded textile yarn substrate is shown in FIG. 9H. The left side of the figure shows the raw cotton yarn and the right side of the figure shows the welded cotton substrate. When this fabric piece was subjected to pot dyeing processing, a stronger, richer, deeper, brighter color was exhibited on the fabric side knitted from the welded yarn base material. At least due to the co-optimized process solvent application method, viscous drag, and solvent efficiency, the welded yarn substrate and resulting fabric are less hairy. In addition, the controlled volume reduction associated with the welding, reconstitution, and drying steps of the welding process may be configured to reduce surface area and open space within the weld yarn substrate. This reduces the number of interfaces that light can scatter. The net effect of these effects is that the dye colorant is more visible through the fused substrate, making the fused substrate more transparent than the raw substrate.
毛が相対的に少ないこと及び繊維溶着基材内の空きスペースの削減は、繊維溶着基材を乾燥するために必要な時間を、驚くほど、かつ劇的に削減する役割も果たす。ここでも、基材表面に毛がないこと及び制御された体積圧密による溶着基材内の空きスペースの削減は、バルク水が溶着基材内で一体化できる程度を制限するように構成されてもよい。この理由により、溶着基材は、多くの場合、未加工基材の2倍超速く(必要なエネルギーは半分で)乾燥される。最後に、原綿の水保持力の低下に有用なコーティング及び表面改質化学と同じものが、繊維溶着された綿基材ではより一層有効であることが観察される。絹、亜麻布、及びその他の天然基材でも同様の結果が観察される。 The relatively low bristles and the reduction of open space in the fiber-bonded substrate also serve to surprisingly and dramatically reduce the time required to dry the fiber-bonded substrate. Again, the lack of bristles on the substrate surface and the reduction of open space in the weld substrate due to controlled volume consolidation may be configured to limit the extent to which bulk water can be integrated within the weld substrate. Good. For this reason, welded substrates are often dried more than twice as fast (with half the energy required) as the raw substrates. Finally, it is observed that the same coating and surface modification chemistries that are useful in reducing the water retention of raw cotton are even more effective with fiber-bonded cotton substrates. Similar results are observed with silk, linen, and other natural substrates.
溶着基材を製造する別のプロセスは、水酸化リチウム及び尿素を含むプロセス溶媒を使用して、30/1リング紡績綿原糸を含む基材に適用するように構成されてもよい。かかる溶着プロセスを実施するために構成され得る種々の装置の透視図を図10Aに示す。図10Aに示す溶着プロセス及びその装置は、本明細書で図1、図2、及び図6A〜図6Fについて述べた、粘性抵抗、プロセス溶媒適用、プロセス湿潤基材との物理的接触等に関する種々の原理及び概念に従って構成されてもよい。この構成において、基材(例えば、図10Aに示す具体的な構成における編織糸)は、図6Bに示すように、溝付きトレイを通して複数回引き出される。トレイを通過するごとに、追加のプロセス溶媒が基材に与えられる。基材の溶着経路全体は、温度制御された環境内(−17℃〜−12℃で運転される一構成)に含まれてもよい。溶着糸基材は、一般的に、14分の低温溶着時間の後に、最適強度に達し得る。この時間の後、プロセス湿潤基材は、再構成ゾーンへと移動し得る。簡略のため、プロセス溶媒回収ゾーン4、溶媒捕集ゾーン7、溶媒リサイクル8、混合ガス捕集9、及び混合ガスリサイクルゾーン10に関するこの溶着プロセスの態様は省略する。 Another process for producing a welded substrate may be configured to apply to a substrate containing 30/1 ring spun cotton yarn using a process solvent containing lithium hydroxide and urea. A perspective view of various devices that may be configured to perform such a welding process is shown in FIG. 10A. The welding process and apparatus therefor shown in FIG. 10A are various with respect to viscous drag, process solvent application, physical contact with a process wetted substrate, etc. described herein with respect to FIGS. 1, 2 and 6A-6F. May be configured according to the principles and concepts of. In this configuration, the substrate (eg, the knitting or weaving yarn in the specific configuration shown in FIG. 10A) is drawn multiple times through the grooved tray, as shown in FIG. 6B. Additional process solvent is provided to the substrate as it passes through the tray. The entire substrate welding path may be included in a temperature controlled environment (one configuration operating at -17°C to -12°C). Weld yarn substrates can generally reach optimum strength after a low temperature fusing time of 14 minutes. After this time, the process wet substrate can move to the reconstitution zone. For simplicity, aspects of this deposition process for process solvent recovery zone 4, solvent collection zone 7, solvent recycle 8, mixed gas collection 9, and mixed gas recycle zone 10 are omitted.
図10Aの溶着プロセス及び装置に使用され得る基材の走査電子顕微鏡(SEM)画像を図10Bに示し、得られた溶着基材のSEM画像を図10Eに示す。表9.1は、図10Aに示す溶着プロセス及び装置を使用した図10Eに示す溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表8.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。この溶着プロセスは、編織糸基材の複数の端部を同時に移動させるように構成されてもよく、プロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等、事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節され得る。具体的には、この溶着プロセス及び装置は、特定の製品向けに設計された特定の溶着基材に関して、粘性抵抗及び制御された体積圧密の共最適化を可能にし得る。溶着糸基材のいくつかを、図10B〜図10Fに示す。 A scanning electron microscope (SEM) image of a substrate that may be used in the welding process and apparatus of FIG. 10A is shown in FIG. 10B, and an SEM image of the resulting welded substrate is shown in FIG. 10E. Table 9.1 shows some of the key process parameters used to make the weld substrate shown in FIG. 10E using the weld process and equipment shown in FIG. 10A. The process parameters for each column heading in Table 8.1 are the same as described above for Table 1.1. The welding process may be configured to move multiple ends of the textile yarn substrate at the same time, including virtually all heavy process parameters such as process solvent flow rate, temperature, substrate feed rate, substrate tension, etc. Can be adjusted. Specifically, the welding process and apparatus may allow co-optimization of viscous drag and controlled volume consolidation for a particular weld substrate designed for a particular product. Some of the welded yarn substrates are shown in Figures 10B-10F.
LiOH及び尿素を含むプロセス溶媒を使用するように構成されたその他の溶着プロセスにおいて、プロセス溶媒の基材に対する質量比は、表9.1に示す値よりも小さい場合がある。例えば、ある溶着プロセスでは、この比は0.5:1でもよく、別の溶着プロセスでは1:1でもよく、別の溶着プロセスでは2:1でもよく、更に別の溶着プロセスでは3:1でもよく(当該溶着プロセス及びそれによって製造される溶着基材は、以下に少なくとも表10.1に関して詳細に論じる)、別の溶着プロセスでは4:1でもよく、更に別の溶着プロセスでは5:1でもよい。更に、この比は、4.5:1のような、整数以外の値であってもよい。したがって、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、この比の特定の値に限定されるものではない。 In other deposition processes configured to use process solvents that include LiOH and urea, the weight ratio of process solvent to substrate may be less than the values shown in Table 9.1. For example, in one welding process this ratio may be 0.5:1, in another welding process 1:1 and in another welding process 2:1 and in yet another welding process 3:1. Often (the welding process and the welding substrate produced thereby are discussed in detail below with respect to at least Table 10.1), it may be 4:1 for another welding process and 5:1 for yet another welding process. Good. Further, this ratio may be a non-integer value, such as 4.5:1. Therefore, the scope of the present disclosure is not limited to the specific values of this ratio unless otherwise indicated in the following claims.
表9.2は、図10Aの溶着プロセス及び装置、図10Bに示す未加工基材、及び表9.1に記載のパラメータを用いて製造された溶着基材の種々の特性値を示す。特性値は、溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した平均である。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表9.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。代表的な原糸基材サンプル及び代表的な溶着糸基材の両方について、応力(g)の伸び率に対するグラフを図10Gに示す。上側の曲線が溶着糸基材、下側の曲線が原糸である。 Table 9.2 shows various property values for the welding process and equipment of FIG. 10A, the raw substrate shown in FIG. 10B, and the welded substrates produced using the parameters listed in Table 9.1. Characteristic values are averages performed on about 20 unique samples of welded yarn substrate. The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. The mechanical properties of each column heading in Table 9.2 are the same as described above for Table 1.2. A graph of stress (g) versus elongation is shown in FIG. 10G for both a representative raw yarn substrate sample and a representative welded yarn substrate. The upper curve is the welded yarn base material, and the lower curve is the raw yarn.
基材が溶着される度合の進行を図10C〜図10Eに示す。この全てで、溶着基材は、プロセスパラメータを変えることによって、図10Aに示すプロセス及び装置を用いて製造できる。図10Aに示すプロセス及び装置に使用されるプロセス溶媒の化学は、図9Aに示すプロセス及び装置と比較して、根本的に異なる場合があり、種々の工学的考慮が関与し得る。すなわち、溶着プロセス全体が、図7A、図8A、及び図9Aに示す溶着プロセス及び関連装置について上に記載されたものと同様の原理及び設計概念に従って運転されてもよい。 The progress of the degree to which the base material is welded is shown in FIGS. 10C to 10E. In all of this, the welded substrate can be manufactured using the process and equipment shown in FIG. 10A by varying the process parameters. The chemistry of the process solvent used in the process and apparatus shown in FIG. 10A may be fundamentally different compared to the process and apparatus shown in FIG. 9A, and various engineering considerations may be involved. That is, the entire welding process may be operated according to similar principles and design concepts as described above for the welding process and associated apparatus shown in FIGS. 7A, 8A, and 9A.
更に、図1及び図2に関して記載された原理及び概念は、包括的プロセス設計の理解に関係する。図9C〜図9Eに関して上に記載した方法と同様にして、図10Aに示す溶着プロセス及び関連装置は、溶着の度合を制御できるように構成されてもよい。種々の溶着パラメータを用いたときの、綿糸基材の向上した毛の削減及び制御された体積圧密の進行を、10C〜10Eに示す。これらの溶着基材は全て、30/1綿原糸を含む基材を用いて製造された。SEMデータは、綿糸上のルーズな毛が徐々に排除されていること、並びに図10Cの軽く溶着された基材、図10Dの中程度に溶着された基材、及び図10Eのしっかりと溶着された基材について、制御された体積圧密の度合が異なることを示す。ここでも、溶着基材から製編又は製織された溶着布地の絶対的特質は、変動する可能性があり、少なくともプロセスパラメータを介して操作できる。 Further, the principles and concepts described with respect to FIGS. 1 and 2 are relevant to understanding a comprehensive process design. Similar to the method described above with respect to FIGS. 9C-9E, the welding process and associated apparatus shown in FIG. 10A may be configured to control the degree of welding. The improved bristling and controlled volume consolidation progression of cotton yarn substrates when using various deposition parameters is shown in 10C-10E. All of these welded substrates were made using a substrate containing 30/1 cotton yarn. SEM data show that loose bristles on the cotton thread are gradually eliminated, as well as the lightly welded substrate of FIG. 10C, the medium welded substrate of FIG. 10D, and the firmly welded substrate of FIG. 10E. It is shown that the controlled degree of volume consolidation is different for different substrates. Again, the absolute quality of the welded fabric knitted or woven from the welded substrate can vary and can be manipulated via at least process parameters.
種々のプロセスパラメータ(例えば、有効性及び粘度のためのプロセス溶媒組成、プロセスゾーンの適切な粘性抵抗、温度、及び時間の調節によって、乾燥ゾーンの通過速度等)を適切に共最適化することで、溶着プロセスを制御して、図9C〜図9Eに詳細に示すように、類似の効果を達成できることは明らかである。これらのデータは、粘性抵抗の概念及び制御された体積圧密を用いてプロセスを共最適化することによって達成できる驚くべき効果の一部を示す。別の言い方をすれば、これらのデータは、共最適化されたハードウェア、ソフトウェア、及び化学は、所望の結果を達成することができ、この独創性に富んだ研究で実証された強力な新たな教示であることを示す。 By properly co-optimizing various process parameters (eg, process solvent composition for effectiveness and viscosity, proper viscous drag of the process zone, temperature and time adjustments, and the like, transit speed through the drying zone). It is clear that the welding process can be controlled to achieve a similar effect, as detailed in Figures 9C-9E. These data show some of the surprising effects that can be achieved by co-optimizing the process using the concept of viscous drag and controlled volume consolidation. Put another way, these data show that co-optimized hardware, software, and chemistry can achieve the desired results, and the powerful new evidence demonstrated in this original study. It shows that it is a simple teaching.
ジャージーニット綿を含む未加工2D基材のSEM画像を図12Eに示し、その拡大画像を図12Gに示す。軽く溶着した後の同じ布地のSEM画像を図12Fに示し、その拡大画像を図12Hに示す。表10.1は、図12F及び図12Hに示す溶着2D基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。この溶着プロセスは、プロセス溶媒流量、温度、基材供給速度、基材張力等の事実上全ての重量なプロセスパラメータが調節できるように構成されてもよい。具体例では、溶着プロセスをバッチプロセスとして実施し、その際プロセス溶媒を未加工基材に均一に適用し、基材上で7分間作用させた。具体例では、より長い又は短い溶着ゾーン時間を用いて製造して類似の結果が得られており、より長い溶着ゾーン時間は、概してより高い溶着度に対応し、より短い溶着ゾーン時間は、概してより低い溶着度に対応している。水を、再構成溶媒として使用した。プロセス溶媒適用2、プロセス圧力/温度ゾーン3、及びプロセス溶媒回収ゾーン4、及び乾燥ゾーン5の間に、基材は、制御された体積圧密の制約があり、個別の編織糸は互いに強く接着しなかった。結果として、溶着2D基材は、未加工基材の比較的柔らかな手触りと可撓性を保持するが、未加工基材と比べて卓越した破裂強度(約20%大きい)及びマーチンデールピリング試験スコア(1.5又は2から少なくとも4に上昇)を示す。 An SEM image of the raw 2D substrate with jersey knit cotton is shown in Figure 12E and its magnified image is shown in Figure 12G. An SEM image of the same fabric after light welding is shown in FIG. 12F and its magnified image is shown in FIG. 12H. Table 10.1 shows some of the key process parameters used to make the welded 2D substrates shown in Figures 12F and 12H. The deposition process may be configured such that virtually all heavy process parameters such as process solvent flow rate, temperature, substrate feed rate, substrate tension, etc. can be adjusted. In the specific example, the welding process was carried out as a batch process in which the process solvent was uniformly applied to the raw substrate and allowed to act on the substrate for 7 minutes. In the Examples, similar results were obtained with longer or shorter deposition zone times, with longer deposition zone times generally corresponding to higher degrees of deposition and shorter deposition zone times generally It corresponds to a lower degree of welding. Water was used as the reconstitution solvent. Between the process solvent application 2, the process pressure/temperature zone 3, and the process solvent recovery zone 4, and the drying zone 5, the substrate has a controlled volume consolidation constraint and the individual yarns strongly adhere to each other. There wasn't. As a result, the welded 2D substrate retains the relatively soft hand and flexibility of the raw substrate, but has superior burst strength (about 20% greater) and Martindale pilling test compared to the raw substrate. Scores (up from 1.5 or 2 to at least 4) are shown.
プロセス溶媒の化学が複数あることは、機能性材料及び添加剤を溶着基材に添加する際、並びに所望の特質を示す溶着基材を製造するための特定の溶着プロセスを構成する際に、大きな柔軟性を与えることに注意することは重要である。イオン液体系溶媒(例えば、図9Aに示す溶着プロセス及び装置)は、例えば、特に、使用するカチオンがイミダゾリウム系の場合、わずかに酸性になる傾向がある。他方、アルカリ金属尿素型のプロセス溶媒(例えば、図10Aに示す溶着プロセス及び装置)は塩基性である。プロセス溶媒の選択は、多くの場合、特定の添加剤を有するプロセス溶媒の適性に基づいて記載され、以下に更に詳述するように、機能性材料は繊維溶着プロセスによって捕捉されることから、留意すべき重要な新たな教示である。 The multiple process solvent chemistries are important in adding functional materials and additives to the weld substrate, and in configuring the particular weld process to produce the weld substrate exhibiting the desired attributes. It is important to note that it gives flexibility. Ionic liquid-based solvents (eg, the deposition process and apparatus shown in FIG. 9A), for example, tend to be slightly acidic, especially when the cations used are imidazolium-based. On the other hand, alkali metal urea type process solvents (eg, the deposition process and apparatus shown in FIG. 10A) are basic. It should be noted that the choice of process solvent is often described based on the suitability of the process solvent with specific additives, and the functional material is captured by the fiber welding process, as further detailed below. It is an important new teaching to be made.
7.機能性材料 7. Functional material
上記のように、本開示による溶着プロセスの一態様では、基材は、その後の基材及び/又はその特性の物理的又は化学的操作を目的としてプロセス溶媒に曝露されてもよい。プロセス溶媒は、基材の分子間結合を少なくとも部分的に破壊し、基材を改質のため開裂及び可動化(溶媒和)し得る。溶着プロセスによる機能性材料組み込みに関する上記の例示及び記載は、天然繊維を含む基材を取り上げているが、本開示の範囲は、以下の請求項に指示のない限り、そのように限定されるものではない。 As noted above, in one aspect of the welding process according to the present disclosure, the substrate may be exposed to a process solvent for subsequent physical or chemical manipulation of the substrate and/or its properties. The process solvent can at least partially break the intermolecular bonds of the substrate and can cleave and mobilize (solvate) the substrate for modification. While the above examples and descriptions of functional material incorporation by the welding process refer to substrates that include natural fibers, the scope of the present disclosure is so limited unless otherwise indicated by the following claims. is not.
上記のように、1つ以上の機能性材料、化学品、及び/又は構成要素を、1D、2D、及び3D基材及び/又は溶着基材のための溶着基材内に統合してもよい。一般的に、機能性材料の組込は、バイオポリマーの完全変性(これは他の方法では基材の性能特性(物理的及び化学的特性)に有害になると考えられる)を起こすことなく新規機能(例えば、磁性、導電性)を付与し得ると想到される。 As noted above, one or more functional materials, chemicals, and/or components may be integrated within a weld substrate for 1D, 2D, and 3D substrates and/or weld substrates. .. In general, the incorporation of functional materials does not lead to complete modification of the biopolymer, which would otherwise be detrimental to the performance properties (physical and chemical properties) of the substrate, which would lead to new functionality. It is envisioned that (eg, magnetism, conductivity) can be imparted.
一般的に、溶着基材への機能性材料の最適な統合は、粘性抵抗(主にプロセス溶媒適用ゾーン2及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3に関連し得る)の最適化及び/又は体積制御された圧密の調節を必要とする場合があると想到され、このいずれも、上に詳述されている。例えば、機能性材料が溶着基材の表面積全体に均一に分布されることが望ましい場合、粘性抵抗は、そこに配置された機能性材料を有するプロセス溶媒の基材全体への均一な分布を促進するように構成されてもよい。機能性材料が溶着基材上の特定の場所で濃縮されることが望ましい場合、粘性抵抗は、かかるプロセス溶媒の不均一分布を促進するように構成されてもよい。したがって、機能性材料を溶着基材に統合するように構成された溶着プロセスは、上記の、及び/又は以下に更に詳述する、概念、実施例、方法、及び/又は装置に従って最適化されてもよい。 In general, the optimal integration of functional materials into the weld substrate is the optimization of viscous drag (which may be primarily associated with process solvent application zone 2 and/or process temperature/pressure zone 3) and/or volume control. It is envisioned that there may be a need for controlled consolidation, both of which are detailed above. For example, if it is desired that the functional material be evenly distributed over the surface area of the welded substrate, the viscous drag promotes a uniform distribution of the process solvent having the functional material disposed therein over the substrate. May be configured to do so. If it is desired that the functional material be concentrated at specific locations on the weld substrate, the viscous drag may be configured to promote a non-uniform distribution of such process solvent. Accordingly, a deposition process configured to integrate a functional material into a deposition substrate may be optimized according to the concepts, examples, methods, and/or apparatus described above and/or further detailed below. Good.
本開示による溶着プロセスの一態様において、基材(セルロース、キチン、キトサン、コラーゲン、ヘミセルロース、リグニン、絹、その他の水素結合によって保持されるバイオポリマー構成要素及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない)は、基材の分子間力を破壊できる適切なプロセス溶媒によって膨潤されてもよく、更に、炭素粉末、磁性微粒子、及び染料等の化学品又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない機能性材料が、プロセス溶媒の適用の前、同時、又は後に導入されてもよい。本開示による溶着プロセスの一態様では、繊維状バイオポリマー基材、機能性材料、及びプロセス溶媒(これはイオン系液体又は「有機電解質」でもよいが、以下の請求項に指示のない限り、そのように限定されるものではない)を、制御された温度(レーザー使用又はその他の指向性エネルギー加熱等)、並びに特定の雰囲気及び圧力条件の下で相互作用させてもよい。予め定められた長さの時間の後、プロセス溶媒を除去してもよい。乾燥すると、得られる機能性材料は、基材に結合されてもよく、当初の基材材料の特性と比較して追加の機能特性を溶着基材にもたらしてもよい。 One aspect of the welding process according to the present disclosure includes substrates (cellulose, chitin, chitosan, collagen, hemicellulose, lignin, silk, other biopolymer components retained by hydrogen bonding and/or combinations thereof. May be swollen by a suitable process solvent capable of destroying the intermolecular force of the substrate, and further includes chemicals such as carbon powder, magnetic fine particles, and dyes, or a combination thereof. Non-limiting functional materials may be introduced prior to, concurrently with, or after application of the process solvent. In one aspect of the welding process according to the present disclosure, the fibrous biopolymer substrate, the functional material, and the process solvent (which may be an ionic liquid or "organic electrolyte", unless otherwise indicated in the claims below, are May be allowed to interact under controlled temperature (such as laser use or other directed energy heating), as well as specific atmospheric and pressure conditions. The process solvent may be removed after a predetermined amount of time. Upon drying, the resulting functional material may be bonded to the substrate and may impart additional functional properties to the welded substrate as compared to the properties of the original substrate material.
繊維状材料への機能性材料の良好かつ永久的な統合は、本開示による溶着プロセスによって可能となり得る。機能性材料は、プロセス溶媒と共に導入されてもよく、及び/又は溶着前に基材と係合されてもよい。一般的に、溶着プロセスの一態様において、天然繊維は、中に機能性材料が配置され得るエンベロープに繋がれ、溶着プロセスの間に空きスペースの全部又は一部が取り除かれると、機能性材料が捕捉され得る。例えば、溶着プロセスの一態様において、溶着プロセスは、マイクロRFIDチップのように、編織糸の中央にデバイスを埋め込むように構成されてもよい。別のプロセスでは、機能性材料は、基材結合剤として作用する材料の中に配置される。例えば、溶着プロセスは、基材の繊維が、溶着プロセスの間に、溶解された基材結合剤でコーティングされ得るように構成されてもよい。 Good and permanent integration of the functional material into the fibrous material can be enabled by the welding process according to the present disclosure. The functional material may be introduced with the process solvent and/or engaged with the substrate prior to welding. Generally, in one aspect of the welding process, the natural fibers are tethered to an envelope in which the functional material can be placed, and when all or part of the open space is removed during the welding process, the functional material is removed. Can be captured. For example, in one aspect of the fusing process, the fusing process may be configured to embed the device in the center of the yarn, such as a micro-RFID chip. In another process, the functional material is placed in a material that acts as a substrate binder. For example, the welding process may be configured such that the fibers of the substrate can be coated with the dissolved substrate binder during the welding process.
溶着プロセスの一態様では、プロセス溶媒は、天然基材中のバイオポリマーに対して活性であり、かつ、機能性材料との適合性もある。一態様において、機能性材料は、基材材料と統合された別の生体材料を含んでもよく、かかる構成の一例は、セルロース中の抗菌材料として、又は創傷包帯に血液凝固剤として、溶解されたキチンを使用するものである。上記から、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、特定の基材、プロセス溶媒、溶着プロセスにおいて機能性材料が導入される点、並びに/又は機能性材料を導入する方法及び/若しくはビヒクル、機能性材料が溶着基材に保持される方法、及び/又は機能性材料の種類によって限定されないことは明らかなはずである。 In one aspect of the welding process, the process solvent is active with respect to the biopolymer in the natural substrate and is also compatible with the functional material. In one aspect, the functional material may include another biomaterial integrated with the base material, an example of such a composition being dissolved as an antimicrobial material in cellulose or as a blood coagulant in a wound dressing. It uses chitin. From the above, unless otherwise indicated in the following claims, the scope of the present disclosure is to the particular substrate, process solvent, point at which the functional material is introduced in the deposition process, and/or the method and/or method of introducing the functional material. Or it should be clear that it is not limited by the vehicle, the manner in which the functional material is retained on the weld substrate, and/or the type of functional material.
基材への溶媒及び/又は機能性材料の浸透の深さ並びに基材繊維が互いに溶着する度合は、少なくとも、溶媒の量、温度、圧力、繊維の間隔、機能性材料の形態及び/又は粒径(例えば、分子、ポリマー、RFIDチップ等)、滞留時間、その他の溶着プロセス工程、基材の特性(例えば、含水量及び/又はグラジエント)再構成方法、及び/又はこれらの組み合わせによって制御され得る。ある長さの時間の後、プロセス溶媒を、上記のように(例えば、水、再構成溶媒等と共に)除去して、機能性材料が組み込まれた(捕捉された)溶着基材を生成してもよく、これは共有結合によって保持されてもよい。ポリマー移動に加えて、化学的誘導体化も、このプロセスの間に実施されてもよい。 The depth of penetration of the solvent and/or the functional material into the substrate and the degree to which the substrate fibers are welded to each other are at least the amount of solvent, temperature, pressure, fiber spacing, morphology and/or grain of the functional material. Can be controlled by diameter (eg, molecule, polymer, RFID chip, etc.), residence time, other deposition process steps, substrate property (eg, water content and/or gradient) reconstitution method, and/or combinations thereof. .. After a period of time, the process solvent is removed as described above (eg, with water, reconstituted solvent, etc.) to produce a welded substrate with incorporated (captured) functional material. May also be held by a covalent bond. In addition to polymer transfer, chemical derivatization may also be performed during this process.
本開示による溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、基材の材料密度及び表面積と比較して、材料密度を増大し(例えば、繊維間の空間の全部又は一部を取り除く)、繊維の束を含む完成した溶着基材の表面積を低減すると同時に、溶着基材内に機能性材料を捕捉するように構成できる。一般的に、溶着プロセスが所与の基材内の空きスペース量に影響する度合は、少なくとも、溶媒及び/又は機能性材料の浸透の深さに関して上に記載したものと同じ変数を用いて操作することができ、当該変数としては、溶媒の量、温度、圧力、繊維の間隔、機能性材料の形態及び/又は粒径(例えば、分子、ポリマー、RFIDチップ等)、滞留時間、その他の溶着プロセス工程、基材の特性(例えば、含水量及び/又はグラジエント)再構成方法、及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。別の態様では、溶着プロセスは、所与の基材の空きスペースが取り除かれる特定の領域を制御するように構成されてもよく、これについて以下に更に詳述する。ここでも、機能性材料は、基材(溶着前に)に、プロセス溶媒と共に、及び/又はプロセス溶媒が除去される前の任意の時点で、直接添加されてもよい。 In one aspect of the welding process according to the present disclosure, the welding process increases the material density (eg, removes all or some of the spaces between the fibers) and the bundle of fibers as compared to the material density and surface area of the substrate. It can be configured to reduce the surface area of the finished welded substrate including, and at the same time capture the functional material in the welded substrate. In general, the extent to which the deposition process affects the amount of open space in a given substrate is manipulated using at least the same variables described above for the depth of penetration of the solvent and/or functional material. The variables may include the amount of solvent, temperature, pressure, fiber spacing, morphology and/or particle size of functional material (eg, molecule, polymer, RFID chip, etc.), residence time, and other deposition. Examples include, but are not limited to, process steps, substrate property (eg, water content and/or gradient) reconstitution methods, and/or combinations thereof. In another aspect, the deposition process may be configured to control the specific areas where the open space of a given substrate is cleared, which is described in further detail below. Again, the functional material may be added directly to the substrate (prior to deposition) with the process solvent and/or at any time before the process solvent is removed.
本開示による溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、多次元印刷技術の概念に似た概念を使用して、基材の物理的及び化学的特性の変更の空間的制御が可能となるように構成されてもよい。例えば、インクジェットプリンタに類似したデバイスで、又は基材の選択部分を指向性エネルギービーム(例えば、赤外レーザー又は当該技術分野で既知のその他の手段)で加熱することによってプロセス溶液を基材に添加し、選択部分の溶着を活性化することによる。かかる溶着プロセスは、変調溶着プロセスに関する図11A〜図11Eについて、以下に更に詳述する。 In one aspect of the deposition process according to the present disclosure, the deposition process uses a concept similar to that of multidimensional printing technology to enable spatial control of changes in physical and chemical properties of a substrate. It may be configured. The process solution is added to the substrate, for example by heating in a device similar to an inkjet printer, or by heating a selected portion of the substrate with a directed energy beam (eg, an infrared laser or other means known in the art). By activating the welding of the selected portion. Such a welding process is described in further detail below with respect to FIGS. 11A-11E for modulation welding processes.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセス中に基材が改質される度合を制限するため、基材の量に対するプロセス溶媒の量は、比較的低く保たれてもよい。上記のように、プロセス溶媒は、第2の溶媒系(例えば、再構成溶媒)によって、プロセス溶媒が十分に揮発性である場合には蒸発によって、又は任意のその他の好適な方法及び/又は装置によって、のいずれかで除去されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り、制限されない。溶着プロセスは、プロセス湿潤基材を真空下に置くこと及び/又は熱処理することによって、プロセス溶媒の蒸発速度を上げるように構成されてもよい。 In one aspect of the deposition process, the amount of process solvent relative to the amount of substrate may be kept relatively low to limit the extent to which the substrate is modified during the deposition process. As noted above, the process solvent may be provided by a second solvent system (eg, a reconstitution solvent), by evaporation if the process solvent is sufficiently volatile, or any other suitable method and/or apparatus. May be removed by any of, and is not limited, unless so indicated in the following claims. The deposition process may be configured to increase the evaporation rate of the process solvent by placing the process wet substrate under vacuum and/or heat treating.
溶着プロセスは、溶着プロセスの前に別々に観察した場合には溶着基材を構成する個別の基材及び/又は構成要素に観察されない機能(例えば、物理的及び/又は化学的特性)を示す「天然繊維機能性複合材」又は「繊維−マトリックス複合材」を構成し得る溶着基材を製造するように構成されてもよい。 The deposition process exhibits functions (eg, physical and/or chemical properties) not observed in the individual substrates and/or components that make up the substrate when viewed separately prior to the deposition process. It may be configured to produce a welded substrate that may comprise a "natural fiber functional composite" or a "fiber-matrix composite."
溶着プロセスは、以下に更に詳述するように、イオン液体系溶媒(「IL系溶媒」)を含むプロセス溶媒を使用することによって、機能性材料を含有する繊維−マトリックス複合材を含む溶着基材を製造するように構成されてもよい。プロセス溶媒中の1つ以上の分子添加剤は、膨潤剤及び可動化剤としてのプロセス溶媒の有効性を増大する、及び/又はプロセス溶媒と機能性材料の1つ以上との相互作用を増強する、及び/又はプロセス溶媒及び/又は機能性材料の天然繊維基材への取込みを増強する可能性がある。IL系プロセス溶媒は、一般的に、再構成溶媒によって溶着基材(繊維−マトリックス複合材を構成し得る)から除去され、これは一般的にプロセス湿潤基材を再構成溶媒ですすぐ/洗浄することを含み、当該再構成溶媒は、過剰な分子溶媒を含んでもよい。乾燥(昇華、蒸発(エバポレーション)、沸騰蒸発、又はその他の再構成溶媒除去方法によって、又は任意のその他の好適な方法及び/又は装置によって達成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り、制限されない)すると、溶着基材は、完成した、そして関連する新規物理的及び化学的特徴を有する、機能性材料繊維−マトリックス複合材を構成し得る。 The welding process is a welding substrate comprising a fiber-matrix composite containing a functional material by using a process solvent comprising an ionic liquid-based solvent (“IL-based solvent”), as described in further detail below. May be configured to manufacture. One or more molecular additives in the process solvent increase the effectiveness of the process solvent as a swelling agent and mobilizer, and/or enhance the interaction of the process solvent with one or more functional materials. , And/or may enhance the uptake of process solvents and/or functional materials into natural fiber substrates. The IL-based process solvent is generally removed from the welded substrate (which may make up the fiber-matrix composite) by the reconstitution solvent, which generally rinses/washes the process wet substrate with the reconstitution solvent. In addition, the reconstitution solvent may include an excess of molecular solvent. It may be achieved by drying (sublimation, evaporation, boiling evaporation, or other reconstituted solvent removal method, or by any other suitable method and/or apparatus, as such in the following claims. Unless otherwise indicated), the welded substrate may constitute a functional material fiber-matrix composite with finished and associated novel physical and chemical characteristics.
基材は天然繊維を含んでもよく、天然繊維はセルロース、リグノセルロース、タンパク質及び/又はこれらの組み合わせを含んでもよい。セルロースは、綿、精製セルロース(クラフトパルプ等)、微結晶セルロース等を含んでもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセス及びそれに関連する装置は、綿の形態のセルロース又はそれらの組み合わせを含む基材に使用するように構成されてもよい。リグノセルロースを含む基材としては、亜麻、工業用大麻、及びこれらの組み合わせからの靭皮繊維が挙げられる。タンパク質を含む基材としては、絹、ケラチン等が挙げられる。一般的に、「天然繊維」という用語は、本明細書で基材に関係するとき、生物及び/又は酵素によって生産される任意の高アスペクト比の繊維含有天然材料を含むことを意味する。一般的に、「繊維」という用語の使用は、材料の巨視的(大スケールの)観点への注目を示す。天然繊維のその他の例としては、亜麻、絹、羊毛等が挙げられるがこれらに限定されない。本開示により製造され得る溶着基材の一態様では、天然繊維は、一般的に、繊維−マトリックス複合材の繊維構成要素を強化し得る。したがって、天然繊維は、不織マット、編織糸、及び/又は織物等のフォーマットに使用され得る。 The substrate may include natural fibers, which may include cellulose, lignocellulose, proteins and/or combinations thereof. The cellulose may include cotton, purified cellulose (kraft pulp, etc.), microcrystalline cellulose, etc. In one aspect of the welding process, the welding process and associated apparatus may be configured for use with substrates that include cellulose in the form of cotton or a combination thereof. Lignocellulosic-containing substrates include bast fibers from flax, industrial cannabis, and combinations thereof. Examples of the protein-containing base material include silk and keratin. In general, the term "natural fiber" as used herein is meant to include any high aspect ratio fiber-containing natural material produced by living organisms and/or enzymes. In general, the use of the term "fiber" refers to the macroscopic (large-scale) aspect of the material. Other examples of natural fibers include, but are not limited to, flax, silk, wool and the like. In one aspect of the welded substrate that may be produced in accordance with the present disclosure, natural fibers may generally reinforce the fiber component of the fiber-matrix composite. Thus, natural fibers may be used in formats such as non-woven mats, yarns, and/or fabrics.
天然繊維は、典型的には、主にバイオポリマーを含み、一般的には天然繊維とみなされないバイオポリマー含有材料が存在する。例えば、カニ殻は、主にキチンであり、N−アセチルグルコサミンモノマー(グルコースの誘導体)を含むバイオポリマーであるが、一般的に繊維状とは呼ばれない。同様に、コラーゲン及びエラスチンは、一般的に繊維状とみなされない多くの組織内で構造的支持を提供するタンパク質バイオポリマーの例である。 Natural fibers typically include predominantly biopolymers, and there are biopolymer-containing materials that are generally not considered natural fibers. For example, the crab shell is predominantly chitin, a biopolymer containing N-acetylglucosamine monomers (a derivative of glucose), but is not commonly referred to as fibrous. Similarly, collagen and elastin are examples of protein biopolymers that provide structural support within many tissues that are not generally considered fibrous.
植物によって生産される天然繊維は、一般的に異なるバイオポリマー(セルロース、ヘミセルロース、及び/又はリグニン)の混合物である。セルロース及びヘミセルロースは、糖であるモノマー単位を有する。リグニンは、架橋されたフェノール系モノマーを有する。架橋により、リグニンは一般的にIL系溶媒によって可溶化(例えば、膨潤又は可動化)することはできない。ただし、かなりの量のリグニンを含有する天然繊維は、複合材において構造的支持繊維として機能する。更に、かなりの量のリグニンを含有する天然繊維基材は、IL系ではないプロセス溶媒を用いて膨潤又は可動化されてもよい。 Natural fibers produced by plants are generally a mixture of different biopolymers (cellulose, hemicellulose, and/or lignin). Cellulose and hemicellulose have monomer units that are sugars. Lignin has a crosslinked phenolic monomer. Due to crosslinking, lignin generally cannot be solubilized (eg, swelled or mobilized) by IL-based solvents. However, natural fibers containing significant amounts of lignin function as structural support fibers in the composite. Moreover, natural fiber substrates containing significant amounts of lignin may be swollen or mobilized using process solvents that are not IL-based.
動物が生産する天然繊維は、多くの場合、タンパク質バイオポリマーを含む。タンパク質のモノマー単位は、アミノ酸である。例えば、絹を形成する多数の特異な絹フィブロインタンパク質が存在する。羊毛、角、及び羽毛は、ケラチンとして分類される構造タンパク質を主に含む。天然繊維としては、セルロース、リグノルロース、タンパク質及び/又はこれらの組み合わせが挙げられる。一般的に、「天然繊維」としては、セルロース、キチン、キトサン、コラーゲン、ヘミセルロース、リグニン、絹、及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるが、以下の請求項にそのように示されない限り限定されない。 Natural fiber produced by animals often contains protein biopolymers. The monomeric units of proteins are amino acids. For example, there are many unique silk fibroin proteins that form silk. Wool, horns, and feathers mainly contain structural proteins classified as keratin. Natural fibers include cellulose, lignolsulose, proteins and/or combinations thereof. Generally, "natural fibers" include, but are not limited to, cellulose, chitin, chitosan, collagen, hemicellulose, lignin, silk, and/or combinations thereof, unless so indicated in the following claims.
本開示の溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、天然繊維及び機能性材料を含む基材を組み合わせて、連続する繊維−マトリックス複合材である溶着基材に変換するように構成されてもよい。溶着プロセスの1つの目的は、天然繊維及び機能性材料を含む基材を組み合わせて、天然繊維機能性複合材を構成する溶着基材(本明細書で「連続する繊維−マトリックス複合材」又は単に「繊維−マトリックス複合材」とも呼ばれる)に変換することであってもよい。典型的には、機能性材料は、繊維−マトリックス複合材のマトリックス部分内に捕捉される。溶着プロセスは、天然繊維が溶着基材繊維−マトリックス複合材の繊維部分の大部分を構成し、典型的には本質的強化剤として機能するように構成されてもよい。 In one aspect of the welding process of the present disclosure, the welding process may be configured to combine a substrate comprising natural fibers and a functional material into a welding substrate that is a continuous fiber-matrix composite. .. One purpose of the welding process is to combine a substrate comprising natural fibers and a functional material to form a natural fiber functional composite (herein "continuous fiber-matrix composite" or simply (Also referred to as “fiber-matrix composite”). Typically, the functional material is entrapped within the matrix portion of the fiber-matrix composite. The welding process may be configured so that the natural fibers make up the majority of the fiber portion of the welded substrate fiber-matrix composite, and typically function as the essential reinforcing agent.
A.イオン液体系プロセス溶媒溶着プロセス A. Ionic liquid process solvent welding process
上記のように、溶着プロセスは、イオン液体を含むプロセス溶媒を使用するように構成されてもよい。本明細書で使用するとき、「イオン液体」という用語は、比較的純粋なイオン液体(例えば、本明細書で上に定義した「純粋なプロセス溶媒」)を指して使用され、「イオン液体系溶媒」(「IL系溶媒」)は一般的に、アニオン及びカチオンを両方含む液体を指し、分子(例えば、水、アルコール、アセトニトリル等)種等であってもよく、(溶媒媒混合物は)高分子基材を可溶化、可動化、膨潤、及び/又は安定化できる場合がある。イオン液体は、不揮発性、不燃性で、高い熱安定性を有し、比較的安価に製造でき、環境に優しいことから魅力的な溶媒であり、加工方法全体における制御と柔軟性をより大きくするために使用できる。 As mentioned above, the deposition process may be configured to use a process solvent that includes an ionic liquid. As used herein, the term "ionic liquid" is used to refer to a relatively pure ionic liquid (eg, a "pure process solvent" as defined above), and refers to an "ionic liquid system". A “solvent” (“IL-based solvent”) generally refers to a liquid that contains both anions and cations, and may be a molecular (eg, water, alcohol, acetonitrile, etc.) species, etc. In some cases, the molecular substrate can be solubilized, mobilized, swelled, and/or stabilized. Ionic liquids are attractive solvents because they are non-volatile, non-flammable, have high thermal stability, are relatively inexpensive to produce, and are environmentally friendly, making them more controllable and flexible throughout the processing process. Can be used for
米国特許第7,671,178号(特許文献3)は、本開示による種々の溶着プロセスに使用できる好適なイオン液体溶媒の例を含む。1つの溶着プロセスでは、溶着プロセスは、約200℃、150℃又は100℃未満の融点を有するイオン液体溶媒を使用するように構成されてもよい。1つの溶着プロセスでは、溶着プロセスは、イミダゾリウム系カチオンをアセタート及び/又は塩化物アニオンと共に含むイオン液体溶媒を使用するように構成されてもよい。溶着プロセスの別の態様では、アニオンは、アセタート、ホルマート、塩化物、臭化物等のカオトロピックアニオンを、単独で、又はこれらの組み合わせで含んでもよい。 US Pat. No. 7,671,178 includes examples of suitable ionic liquid solvents that can be used in various deposition processes according to this disclosure. In one deposition process, the deposition process may be configured to use an ionic liquid solvent having a melting point of less than about 200°C, 150°C, or 100°C. In one deposition process, the deposition process may be configured to use an ionic liquid solvent that includes imidazolium-based cations with acetate and/or chloride anions. In another aspect of the deposition process, the anions may include chaotropic anions such as acetate, formate, chloride, bromide, alone or in combination.
溶着プロセスの別の態様では、溶着プロセスは、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル(EtOAc)、アセトン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の極性非プロトン性溶媒を分子添加剤として含み得るIL系溶媒を使用するように構成されてもよい。より一般的には、IL系プロセス溶媒系のための分子添加剤は、比較的低い沸点(例えば、大気圧で80℃未満)及び比較的高い蒸気圧を有する極性非プロトン性溶媒であってもよい。一態様では、IL系溶媒は、イオン液体1molにつき約0.25mol〜約4molの極性非プロトン性溶媒であってもよい。別の態様では、極性非プロトン性溶媒は、全極性非プロトン性溶媒がイオン液体1molにつき約0.25mol〜約2molの範囲で、IL系溶媒に添加されてもよい。極性プロトン性溶媒(例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール)は、典型的には、1molのIL系溶媒に対して1mol未満の全極性プロトン性溶媒の範囲で存在する。別の態様では、IL系溶媒は、イオン液体1molに対して約0.25〜約2molの極性非プロトン性溶媒を含んでもよい。 In another aspect of the deposition process, the deposition process uses a polar aprotic solvent such as acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO) as a molecular additive. It may be configured to use an IL-based solvent that may be included. More generally, a molecular additive for an IL-based process solvent system is even a polar aprotic solvent having a relatively low boiling point (eg, below 80° C. at atmospheric pressure) and a relatively high vapor pressure. Good. In one aspect, the IL-based solvent may be about 0.25 mol to about 4 mol of polar aprotic solvent per mol of ionic liquid. In another aspect, the polar aprotic solvent may be added to the IL-based solvent in the range of about 0.25 mol to about 2 mol of total polar aprotic solvent per mol of ionic liquid. The polar protic solvent (eg, water, methanol, ethanol, isopropanol) is typically present in the range of less than 1 mol of all polar protic solvent to 1 mol of IL-based solvent. In another aspect, the IL-based solvent may include about 0.25 to about 2 mol of polar aprotic solvent per mol of ionic liquid.
プロセス溶媒としてのIL系溶媒に使用するように構成された溶着プロセスの一態様では、添加されるIL系プロセス溶媒の量は、1質量部の基材に対し約0.25〜約4質量部であってもよい。 In one aspect of the deposition process configured for use with an IL-based solvent as the process solvent, the amount of IL-based process solvent added is from about 0.25 to about 4 parts by weight per part by weight of substrate. May be
一態様において、溶着プロセスは、1種以上の極性プロトン性溶媒を含むIL系溶媒を使用するように構成されてもよく、極性プロトン性溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。一態様では、約1mol未満の極性プロトン性溶媒を、最大で約1molのイオン液体と組み合わせてもよい。溶着プロセスは、1種以上の極性非プロトン性溶媒(これはプロセス溶媒系への分子添加剤を構成し得る)を含むIL系溶媒を使用するように構成されてもよく、極性非プロトン性溶媒としては、アセトニトリル、アセトン、及び酢酸エチルが挙げられるがこれらに限定されない。分子添加剤をIL系プロセス溶媒に添加する理由としては、膨潤及び可動化剤としてのプロセス溶媒の有効性の調節、及び/又はプロセス溶媒と能性材料との相互作用の増強、及び/又はプロセス溶媒及び機能性材料の基材への導入の強化が挙げられる。かかる分子添加剤としては、ILの有効性並びにプロセス溶媒のレオロジー特性の両方を調節できる低沸点溶媒が挙げられるがこれらに限定されない。すなわち、分子添加剤及びその相対量は、少なくとも所望の粘性抵抗及び制御された体積圧密が得られるように選択されてもよい。 In one aspect, the deposition process may be configured to use an IL-based solvent that comprises one or more polar protic solvents, such as water, methanol, ethanol, isopropanol and/or these. However, the present invention is not limited to these. In one aspect, less than about 1 mol of polar protic solvent may be combined with up to about 1 mol of ionic liquid. The deposition process may be configured to use an IL-based solvent that includes one or more polar aprotic solvents, which may constitute molecular additives to the process solvent system, and polar aprotic solvents. Include, but are not limited to, acetonitrile, acetone, and ethyl acetate. The reason for adding the molecular additive to the IL-based process solvent is to control the effectiveness of the process solvent as a swelling and mobilizing agent, and/or to enhance the interaction between the process solvent and the potency material, and/or the process. Examples include enhanced introduction of solvents and functional materials into the substrate. Such molecular additives include, but are not limited to, low boiling solvents that can control both the effectiveness of the IL as well as the rheological properties of the process solvent. That is, the molecular additives and their relative amounts may be selected to provide at least the desired viscous drag and controlled volume consolidation.
一般的に、分子構成要素単独では、関連するバイオポリマー材料の大部分にとって非溶媒である。溶着プロセスの一態様では、バイオポリマー又は合成ポリマー材料の部分的溶解は、最大で約4molの分子構成要素に対して約1molのイオン液体(イオン)が存在するという適切な濃度である場合に限られ得る。分子構成要素は、イオン液体イオンが基材中のポリマーを可溶化、可動化、及び/又は膨潤する能力全体を低下させるか、又はIL系プロセス溶媒の全体的有効性を増大する場合があり、これは、少なくとも、分子構成要素の水素結合供与及び受入能力に依存する。 In general, the molecular component alone is a non-solvent for most of the relevant biopolymer materials. In one aspect of the deposition process, partial dissolution of the biopolymer or synthetic polymeric material is only at the proper concentration of about 1 mol of ionic liquid (ion) for up to about 4 mol of molecular constituents. Can be done. Molecular components may reduce the overall ability of ionic liquid ions to solubilize, mobilize, and/or swell polymers in a substrate, or increase the overall effectiveness of IL-based process solvents, This depends at least on the hydrogen bond donating and accepting capacities of the molecular components.
バイオポリマー基材中に存在するポリマー並びに多数の合成ポリマー基材中のポリマーは、一般的に、分子間力及び分子内水素結合によってまとまり、分子レベルで組織化される。分子構成要素がIL系プロセス溶媒の有効性を低下させる場合、これらの分子構成要素は、溶着プロセスの速度を下げること、及び/又は純粋なイオン液体を使用する他の方法では不可能な特殊な空間及び時間的制御を可能にすることに有用となり得る。溶着プロセスの一態様では、分子構成要素がIL系プロセス溶媒有効性を増大する場合、これらの分子構成要素は、溶着プロセスの速度を上げること、及び/又は、純粋なイオン液体を用いる場合には不可能な特殊な空間及び時間的制御を可能にすることに有用となり得る。加えて、別の態様では、分子構成要素は、溶着プロセスの全体的コスト、特にプロセス溶媒に関連するコストを大幅に低下し得る。アセトニトリルは、例えば、3−エチル−1−メチルイミダゾリウム酢酸塩よりも低コストである。したがって、所与の基材の溶着プロセスの操作を可能にすることに加え、アセトニトリルは、単位使用体積(又は質量)当たりのプロセス溶媒のコストも低減し得る。 The polymers present in biopolymer substrates as well as in many synthetic polymer substrates are generally organized by intermolecular forces and intramolecular hydrogen bonds and organized at the molecular level. If the molecular constituents reduce the effectiveness of the IL-based process solvent, these molecular constituents may slow down the deposition process and/or have special properties not possible with other methods using pure ionic liquids. It can be useful in enabling spatial and temporal control. In one aspect of the deposition process, if the molecular components increase the IL-based process solvent effectiveness, these molecular components increase the speed of the deposition process and/or when using pure ionic liquids. It can be useful in allowing special spatial and temporal controls that are not possible. In addition, in another aspect, the molecular components can significantly reduce the overall cost of the deposition process, especially the costs associated with process solvents. Acetonitrile is less expensive than, for example, 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. Thus, in addition to allowing operation of the deposition process for a given substrate, acetonitrile can also reduce the cost of process solvent per unit volume (or mass) used.
比較的大量のIL系プロセス溶媒が、主に天然繊維で構成される基材(参考のため、「大量」とは、本明細書で使用するとき、基材1質量部につき約10質量部を超えるプロセス溶媒を意味する)に、十分な時間及び好適な温度で導入されるとき、基材中のバイオポリマーは完全に溶解され得る。本発明の議論において、完全溶解とは、基材内の天然の構造、特徴、及び/又は特性を保全するために必要となり得る分子間力の破壊(例えば、溶媒の作用による水素結合の破壊)及び/又は分子内力の破壊を示す。一般的に言えば、本開示による多くの溶着プロセスについて、大部分のバイオポリマーの完全溶解を伴わないように溶着プロセスを構成することは有利になると想到される。具体的には、完全溶解は、多くの場合、具現化された天然バイオポリマー構造を不可逆的に変性することによって天然繊維補強材を劣化させる。ただし、バイオポリマーを機能性材料として使用する場合のような、溶着プロセスのある態様では、バイオポリマー材料を完全溶解することが有利となり得る。そのように構成された溶着プロセスでは、使用される完全溶解ポリマー(機能性材料)の量は、典型的には使用されるIL系プロセス溶媒の質量に対して1質量%未満であってもよい。比較的少量のIL系プロセス溶媒が天然繊維に添加されることを考慮すると、任意の完全溶解したバイオポリマー材料は、得られる溶着基材の微量構成要素となり得る。 A relatively large amount of IL-based process solvent is a substrate that is primarily composed of natural fibers (for reference, "large amount" as used herein means about 10 parts by weight per 1 part by weight of substrate). Biopolymer in the substrate can be completely dissolved when it is introduced for a sufficient time and at a suitable temperature. In the context of the present invention, complete dissolution refers to the disruption of intermolecular forces that may be necessary to preserve the native structure, features, and/or properties within the substrate (eg, breaking of hydrogen bonds due to the action of solvents). And/or indicate destruction of intramolecular forces. Generally speaking, for many deposition processes according to the present disclosure, it is believed to be advantageous to configure the deposition process without complete dissolution of most biopolymers. Specifically, complete dissolution often degrades natural fiber reinforcement by irreversibly modifying the embodied natural biopolymer structure. However, in certain aspects of the welding process, such as when using a biopolymer as the functional material, it may be advantageous to completely dissolve the biopolymer material. In a welding process so configured, the amount of completely dissolved polymer (functional material) used may typically be less than 1% by weight, based on the weight of the IL-based process solvent used. .. Given the relatively small amount of IL-based process solvent added to natural fibers, any fully dissolved biopolymer material can be a minor component of the resulting welded substrate.
本来の構造が失われると、天然材料は、未変性状態における物理的及び化学的特性を失う可能性がある。したがって、溶着プロセスは、天然繊維を含む基材に対して添加されるIL系プロセス溶媒の量を制限するように構成されてもよい。基材に導入されるプロセス溶媒の量を制限することは、次には、バイオポリマーがその本来の構造から変性される程度を制限する場合があり、したがって、基材本来の機能及び/又は特徴(例えば、強度)を保全し得る。 When the native structure is lost, the natural material can lose its physical and chemical properties in its native state. Accordingly, the deposition process may be configured to limit the amount of IL-based process solvent added to substrates containing natural fibers. Limiting the amount of process solvent introduced into the substrate, in turn, may limit the extent to which the biopolymer is modified from its native structure, and thus the substrate's native function and/or characteristics. (Eg strength) can be preserved.
驚くべきことに、本開示による溶着プロセスは、機能的構造を備える溶着基材の製造を促進し、機能性材料を添加した繊維状縫糸、織物材料、繊維状マット、及び/又はこれらの組み合わせの制御された融合/溶着により製造され得る。溶着基材の物理的及び化学的特性は、少なくとも、適用されるIL系プロセス溶媒の量、IL系プロセス溶媒への曝露持続時間、温度、処理中に適用される温度及び圧力、及び/又はこれらの組み合わせの厳密な制御によって再現可能に操作され得る。1種以上の基材及び/又は機能性材料を溶着して、プロセス変数の適切な制御により積層構造を形成してもよい。これらの基材及び/又は機能性材料の表面は、好ましくは、基材及び/又は機能性材料の一部を未変性状態で残しながら、変性されてもよい。表面改質としては、材料表面化学の直接的な操作、又は所望の物理的又は化学的特性を付与するための追加の機能性材料の組込による間接的な操作が挙げられるがこれらに限定されない。機能性材料としては、1種以上の基材との適合性がある薬剤及び染料分子、ナノ材料、磁性微粒子等が挙げられるがこれらに限定されない。 Surprisingly, the welding process according to the present disclosure facilitates the production of a welded substrate with a functional structure, including fibrous sutures, woven materials, fibrous mats, and/or combinations thereof, to which functional materials have been added. It can be manufactured by controlled fusion/welding. The physical and chemical properties of the weld substrate are at least the amount of IL-based process solvent applied, the duration of exposure to the IL-based process solvent, the temperature, the temperature and pressure applied during processing, and/or these. It can be operated reproducibly by strict control of the combination of One or more substrates and/or functional materials may be deposited to form a laminated structure with appropriate control of process variables. The surface of these substrates and/or functional materials may be modified, preferably leaving some of the substrates and/or functional materials in their unmodified state. Surface modification includes, but is not limited to, direct manipulation of material surface chemistry or indirect manipulation by the incorporation of additional functional materials to impart desired physical or chemical properties. .. Functional materials include, but are not limited to, drugs and dye molecules that are compatible with one or more substrates, nanomaterials, magnetic particles, and the like.
機能性材料は、IL系溶媒に懸濁されるか、溶解されるか又はこれらの組み合わせであってもよい。機能性材料としては、導電性炭素、活性炭等が挙げられるがこれらに限定されず、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。活性炭としては、木炭、グラフェン、ナノチューブ等が挙げられるがこれらに限定されず、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。一態様において、溶着プロセスは、NdFeB、SmCo、酸化鉄等の磁性材料を含み得る機能性材料に使用するように構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。 The functional material may be suspended, dissolved in an IL-based solvent, or a combination thereof. Examples of the functional material include, but are not limited to, conductive carbon and activated carbon, and there is no limitation unless otherwise indicated in the following claims. Activated carbon includes, but is not limited to, charcoal, graphene, nanotubes and the like, without limitation unless otherwise indicated in the following claims. In one aspect, the deposition process may be configured for use with functional materials that may include magnetic materials such as NdFeB, SmCo, iron oxide, etc., without limitation unless so indicated in the following claims.
本明細書に開示される溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、量子ドット及び/又はその他のナノ材料を含み得る機能性材料に使用するように構成されてもよい。溶着プロセスの別の構成では、機能性材料は、粘土等であるがこれに限定されない鉱物沈殿を含んでもよい。溶着プロセスの更に別の構成では、機能性材料は染料を含んでもよく、染料としては、限定するものではないが、UV−可視光吸収染料、蛍光染料、リン光染料等が挙げられ、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。本開示による溶着プロセスの更に別の構成では、溶着プロセスは、医薬品、選択された合成ポリマー(例えば、Nomex(登録商標)としても知られるメタアラミド)、量子ドット、炭素の種々の同素体(例えば、ナノチューブ、活性炭、グラフェン及びグラフェン様材料)を含む機能性材料に使用するように構成されてもよく、更に天然材料(例えば、カニ殻、角等)及び天然材料の誘導体(例えば、キトサン、微結晶セルロース、ゴム)、及び/又はこれらの組み合わせも含んでもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。 In one aspect of the deposition process disclosed herein, the deposition process may be configured for use with functional materials that may include quantum dots and/or other nanomaterials. In another configuration of the deposition process, the functional material may include a mineral precipitate such as, but not limited to, clay. In yet another configuration of the welding process, the functional material may include a dye, which includes, but is not limited to, UV-visible light absorbing dyes, fluorescent dyes, phosphorescent dyes, and the like. There is no limitation unless so stated in the claims. In yet another configuration of the deposition process according to the present disclosure, the deposition process comprises a drug, a selected synthetic polymer (eg, meta-aramid, also known as Nomex®), quantum dots, various allotropes of carbon (eg, nanotubes). , Activated carbon, graphene and graphene-like materials), as well as natural materials (eg, crab shell, horns, etc.) and derivatives of natural materials (eg, chitosan, microcrystalline cellulose). , Rubber), and/or combinations thereof, without limitation unless so indicated in the following claims.
一態様では、溶着プロセスは、ポリマーを含む機能性材料に使用するように構成されてもよい。かかる構成では、架橋ポリマーではないポリマーを選択することが、所望の機能特性の達成に有利となり得ると想到される。ただし、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、そのように限定されない。溶着プロセスのかかる構成の1つでは、ポリマーは、天然ポリマー又はタンパク質、セルロースデンプン、絹、ケラチン等を含んでもよい。溶着プロセスの一態様では、機能性材料を構成するポリマーは、IL系プロセス溶媒の約1質量%未満であってもよい。加えて、種々の天然材料を機能性材料として使用してもよい。 In one aspect, the welding process may be configured for use with functional materials including polymers. With such a configuration, it is envisioned that selecting a polymer that is not a cross-linked polymer may be advantageous in achieving the desired functional properties. However, the scope of the present disclosure is not so limited unless indicated by the following claims. In one such configuration of the welding process, the polymer may include natural polymers or proteins, cellulosic starch, silk, keratin and the like. In one aspect of the deposition process, the polymer that comprises the functional material may be less than about 1% by weight of the IL-based process solvent. In addition, various natural materials may be used as the functional material.
上記のように、溶着プロセスは、1種以上の機能性材が基材の天然繊維と共に予め分散されるように構成されてもよく、当該基材は、不織マット及び紙、編織糸、織布等の形態であってもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。あるいは、機能性材料は、IL系プロセス溶媒を天然繊維基材に適用する前に、IL系プロセス溶媒内に溶解及び/又は懸濁してもよい。天然繊維基材中のバイオポリマーを膨潤及び可動化すると、機能性材料は、生成した溶着基材のマトリックス内に捕捉される場合があり、これが繊維−マトリックス複合材を構成し得る。 As mentioned above, the welding process may be configured such that one or more functional materials are predispersed with the natural fibers of the substrate, which substrate is a non-woven mat and paper, knitting yarn, woven yarn, woven fabric. It may be in the form of a cloth or the like and is not limited unless the following claims so indicate. Alternatively, the functional material may be dissolved and/or suspended in the IL-based process solvent prior to applying the IL-based process solvent to the natural fiber substrate. Upon swelling and mobilization of the biopolymer in the natural fiber matrix, the functional material may become entrapped within the matrix of the resulting weld matrix, which may constitute the fiber-matrix composite.
種々のプロセスパラメータの最適値は、溶着プロセスごとに変動すると予想され、少なくとも、溶着基材の所望の特性、選択される基材、プロセス溶媒、機能性材料、基材がプロセス溶媒適用ゾーン2及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3にある時間、及び/又はこれらの組み合わせに依存する。1つの溶着プロセスでは、プロセス溶媒の最適温度(及びその結果として、プロセス温度/圧力ゾーン3の温度)は、約0℃〜約100℃となり得ると想到される。 Optimum values for the various process parameters are expected to vary from welding process to welding process, including at least the desired properties of the welding substrate, the substrate selected, the process solvent, the functional material, the substrate in the process solvent application zone 2 and Depending on the time in process temperature/pressure zone 3, and/or a combination thereof. It is envisioned that in one deposition process, the optimum temperature of the process solvent (and consequently the temperature of the process temperature/pressure zone 3) can be from about 0°C to about 100°C.
溶着プロセスは、IL系プロセス溶媒と基材とを、約1秒〜約1時間、又は基材がIL系プロセス溶媒で少なくとも1.5%飽和、2%〜5%飽和、少なくとも10%飽和されるまで、組み合わせる工程を含むように構成されてもよい。かかる溶着プロセスは、機能性材料が、IL系プロセス溶媒が基材と組み合わせられるのと同時に、又はその後に、基材と混合されるように構成されてもよい。 The welding process may comprise IL-based process solvent and substrate for about 1 second to about 1 hour, or the substrate is at least 1.5% saturated, 2%-5% saturated, at least 10% saturated with IL-based process solvent. It may be configured to include a combining step until the above. Such a deposition process may be configured such that the functional material is mixed with the substrate at the same time as or after the IL-based process solvent is combined with the substrate.
IL系プロセス溶媒及び機能性材料への十分な曝露の後、IL系プロセス溶媒の一部は、続いて、プロセス湿潤基材から除去されてもよい。一態様において、溶着プロセスは、IL系プロセス溶媒の一部が、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル(EtOAc)、アセトン、ジメチルホルムアミド(DMF)ですすぐことによって、又は具体的な溶着プロセスに好適な任意のその他の方法及び/又は装置によって、除去されるように構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限はない。 After sufficient exposure to the IL-based process solvent and the functional material, a portion of the IL-based process solvent may subsequently be removed from the process wet substrate. In one aspect, the deposition process is performed by rinsing a portion of the IL-based process solvent with water, methanol, ethanol, isopropanol, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, dimethylformamide (DMF). Alternatively, it may be configured to be removed by any other method and/or apparatus suitable for the particular welding process, without limitation unless so indicated in the following claims.
一態様では、溶着プロセスは、バイオポリマー又は合成ポリマーのいずれかをIL系プロセス溶媒で部分的に溶解することによって、天然繊維状基材の中に機能性材料を捕捉するように構成されてもよい。溶着プロセスの1つの構成では、溶着プロセスは、カチオン及びアニオンを含有し、150℃未満の融点を有するIL系プロセス溶媒を使用するように構成されてもよく、IL系プロセス溶媒は、上記のように分子構成要素を含んでもよい。ただし、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、そのように限定されない。溶着プロセスは、基材の天然繊維と機能性材料との間にイオン結合を形成するように構成されてもよい。 In one aspect, the deposition process may be configured to entrap the functional material in the natural fibrous substrate by partially dissolving either the biopolymer or the synthetic polymer with the IL-based process solvent. Good. In one configuration of the deposition process, the deposition process may be configured to use an IL-based process solvent containing cations and anions and having a melting point of less than 150° C., the IL-based process solvent as described above. May include a molecular component. However, the scope of the present disclosure is not so limited unless indicated by the following claims. The welding process may be configured to form an ionic bond between the natural fibers of the substrate and the functional material.
本開示にしたがって構成された溶着プロセスの一態様では、1種以上の機能性材料は、繊維状基材の部分的溶解のためにIL系プロセス溶媒を導入する前に繊維状基材に組み込まれてもよい。別の態様では、機能性材料は、繊維状基材の部分的溶解のためにIL系溶媒内に分散されてもよい。別の態様では、1種以上の機能性材料は、IL系溶媒内に分散されてもよい。溶着プロセスの更に別の態様では、溶着プロセスは、天然繊維基材及び/又は機能性材料の部分的溶解を活性化するために熱を使用するように構成されてもよい。溶着プロセスの別の態様では、部分的に溶解される機能性材料は、バイオポリマー及び/又は合成ポリマーであってもよい。 In one aspect of a welding process configured in accordance with the present disclosure, one or more functional materials are incorporated into the fibrous substrate prior to introducing the IL-based process solvent for partial dissolution of the fibrous substrate. May be. In another aspect, the functional material may be dispersed in an IL-based solvent for partial dissolution of the fibrous substrate. In another aspect, one or more functional materials may be dispersed in the IL-based solvent. In yet another aspect of the welding process, the welding process may be configured to use heat to activate the partial dissolution of the natural fiber substrate and/or the functional material. In another aspect of the welding process, the partially dissolved functional material may be a biopolymer and/or a synthetic polymer.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、天然繊維基材、IL系溶媒、及び機能性材料を使用することによって天然繊維の機能性複合材を製造するように構成されてもよい。最初に、天然繊維基材をIL系プロセス溶媒と混合してもよく、この混合は、天然繊維が適切に膨潤されるまで継続してもよい。次に、機能性材料を、膨潤した天然繊維基材及びIL系プロセス溶媒混合物に添加してもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、圧力及び温度を、ある時間にわたって混合物に適用するように構成されてもよい。次に、少なくとも上記圧力及びIL系プロセス溶媒の少なくとも一部を除去することで、天然繊維機能性複合材として、1、2、又は3次元で構成された、完成した溶着基材が得られてもよい。 In one aspect of the welding process, the welding process may be configured to produce a functional composite of natural fibers by using a natural fiber substrate, an IL-based solvent, and a functional material. First, the natural fiber substrate may be mixed with the IL-based process solvent, and this mixing may continue until the natural fibers are properly swollen. The functional material may then be added to the swollen natural fiber substrate and IL-based process solvent mixture. In one aspect of the welding process, the welding process may be configured to apply pressure and temperature to the mixture over a period of time. Next, at least the pressure and at least a part of the IL-based process solvent are removed to obtain a completed welded base material composed of one, two, or three dimensions as a natural fiber functional composite material. Good.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、基材1質量部につき4質量部未満のプロセス溶媒を使用するように構成されてもよく、この質量比は、基材の天然繊維の外鞘のみで水素結合を破壊するのに十分となり得る。水素結合が破壊され、天然構造が変性される度合は、少なくとも、プロセス溶媒組成、並びに天然繊維基材がIL系プロセス溶媒に曝露される時間の長さ、温度、及び圧力条件に依存し得る。 In one aspect of the welding process, the welding process may be configured to use less than 4 parts by weight of process solvent per 1 part by weight of substrate, the weight ratio being only the outer sheath of the substrate's natural fibers. It may be sufficient to break hydrogen bonds. The degree to which hydrogen bonds are broken and the native structure is modified can depend at least on the process solvent composition, as well as the length of time the natural fiber substrate is exposed to the IL-based process solvent, temperature, and pressure conditions.
バイオポリマーの膨潤及び可動化が起こる程度は、定性的に評価でき、また場合によっては、少なくともX線回折、赤外分光法、共焦点蛍光顕微鏡法、走査型電子顕微鏡、及びその他の分析方法によって定量的に評価できる。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、少なくとも図15A及び図15Bに関して以下に更に詳述するようにして起こる、セルロースIからIIへの変換の量を制限するために、特定の変数を制御するように構成されてもよい。この変換は、溶着基材における繊維−マトリックス複合材の生成を実証する限り、重要となる可能性があり、その複合材において、天然繊維はその本来の構造の一部を維持し、ひいてはそれに対応する本来の化学的及び物理的特性を維持し得る。基材繊維の膨潤は、典型的には、長さ方向よりも幅方向に沿って観察され、溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、天然繊維直径を約5%、10%、又は更には25%を超えて増大するように構成されてもよい。 The extent to which swelling and mobilization of biopolymers occurs can be qualitatively assessed, and in some cases, at least by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, confocal fluorescence microscopy, scanning electron microscopy, and other analytical methods. It can be evaluated quantitatively. In one aspect of the welding process, the welding process controls certain variables to limit the amount of conversion of cellulose I to II that occurs at least as further detailed below with respect to FIGS. 15A and 15B. May be configured as follows. This transformation can be important as long as it demonstrates the formation of a fiber-matrix composite in the welded substrate, in which the natural fiber retains part of its original structure, and thus the corresponding It retains its original chemical and physical properties. Substrate fiber swelling is typically observed along the width rather than the length, and in one aspect of the welding process, the welding process reduces the natural fiber diameter by about 5%, 10%, or even It may be configured to increase by more than 25%.
天然繊維を含む基材における最も外側のバイオポリマーの可動化は、一般的に、本開示による溶着プロセスの特徴とみなすことができる。可動化されたポリマーは、生成する溶着基材中の繊維−マトリックス複合材のマトリックス内に機能性材料を挿入及び捕捉できるように膨潤されてもよい。IL系プロセス溶媒の主な作用機序は、水素結合の破壊によってバイオポリマーを膨潤及び可動化することであると考えられることから、比較的大量のリグニン(概ね10%を超えるリグニン)を含有する天然繊維基材は、一般的にIL系プロセス溶媒での膨潤及び可動化に適さない。これらのリグノセルロース天然繊維(例えば、木材繊維)は、比較的不活性な繊維補強材として組み込むことができるが、概ね10%を超えるリグニンを含有するリグノセルロース繊維は、セルロース又はヘミセルロースマトリックスには多くを提供しない。これは、少なくとも部分的には、他の方法ではIL系プロセス溶媒によって膨潤及び可動化されると思われるセルロース及びヘミセルロースバイオポリマーが、架橋されたリグニンバイオポリマー内に本質的に固定されるためである。本明細書で使用するとき、「可動化された」という用語は、基材繊維コア内の材料を未変性状態のまま残しながら、機能性材料が基材繊維の外面から移動して、隣接する基材繊維からの機能性材料と同化する作用を包含する。バイオポリマーの膨潤及び可動化並びに機能性材料の捕捉を行うと、IL系プロセス溶媒は、一般的に、新たに生成した繊維−マトリックス複合材溶着基材から除去されてリサイクルされる。 Mobilization of the outermost biopolymer in substrates containing natural fibers can generally be considered a feature of the welding process according to the present disclosure. The mobilized polymer may be swollen so that the functional material can be inserted and entrapped within the matrix of the fiber-matrix composite in the resulting welded substrate. IL-based process solvents contain relatively large amounts of lignin (generally greater than 10% lignin) as it is believed that the main mechanism of action is to swell and mobilize biopolymers by breaking hydrogen bonds. Natural fiber substrates are generally not suitable for swelling and mobilization in IL-based process solvents. Although these lignocellulosic natural fibers (eg, wood fibers) can be incorporated as relatively inert fiber reinforcements, lignocellulosic fibers containing greater than about 10% lignin are common in cellulose or hemicellulose matrices. Do not provide. This is at least in part because the cellulose and hemicellulose biopolymers, which would otherwise be swollen and mobilized by the IL-based process solvent, are essentially immobilized within the cross-linked lignin biopolymer. is there. As used herein, the term "mobilized" means that the functional material migrates from the outer surface of the base fiber into abutment while leaving the material within the base fiber core in an unmodified state. It includes the action of assimilation with the functional material from the base fiber. Upon swelling and mobilization of the biopolymer and entrapment of the functional material, the IL-based process solvent is generally removed from the freshly formed fiber-matrix composite welded substrate and recycled.
本明細書で使用するとき、「再構成」という用語は、プロセス湿潤基材からプロセス溶媒がすすぎ/洗い流されるプロセスを指して使用される。これは、典型的には、過剰な分子溶媒(例えば、水、アセトニトリル、メタノール)を、プロセス湿潤基材の周囲及び基材中に流すことによって、又はプロセス湿潤基材を分子溶媒の浴に浸漬することによって、達成される。再構成溶媒の選択は、基材に含まれるバイオポリマーの種類、並びにプロセス溶媒の組成及びプロセス溶媒を再使用のために回収及び精製することの容易さ等の要因に依存する。 As used herein, the term "reconstitution" is used to refer to the process in which process solvent is rinsed/washed out of the process wet substrate. This is typically done by flowing excess molecular solvent (eg, water, acetonitrile, methanol) around and into the process-wetting substrate or by dipping the process-wetting substrate in a bath of molecular solvent. It is achieved by The choice of reconstitution solvent depends on factors such as the type of biopolymer contained in the substrate, and the composition of the process solvent and the ease with which the process solvent can be recovered and purified for reuse.
プロセス溶媒の除去後、再構成溶媒は、典型的には除去される。これは、典型的には、昇華、蒸発、又は沸騰の任意の組み合わせによって達成され得る。天然繊維基材、機能性材料の選択、及び溶着プロセスの全部又は一部で基材が物理的に制約されるか否かに応じて、基材は、大幅な寸法(次元)変化を起こす場合がある。例えば、編織糸の直径は、個別の天然繊維間の空きスペースが溶着基材中の連続する繊維−マトリックス複合材に統合されることから、最大で2分の1に縮小し得る。 After removal of the process solvent, the reconstituted solvent is typically removed. This can typically be accomplished by any combination of sublimation, evaporation, or boiling. Depending on the natural fiber substrate, the choice of functional material, and whether the substrate is physically constrained during all or part of the welding process, the substrate undergoes significant dimensional (dimensional) changes. There is. For example, the diameter of a knitting yarn can be reduced by up to one-half, because the open spaces between the individual natural fibers are integrated into the continuous fiber-matrix composite in the welded substrate.
溶着プロセスの態様では、溶着プロセスは、天然繊維を含む基材中の天然繊維の一部が、直径において約2%〜約6%膨潤するように構成されてもよい。より具体的には、溶着プロセスの一態様では、かかる天然繊維の一部は、直径において約3%を超えて膨潤され得る。 In aspects of the welding process, the welding process may be configured such that a portion of the natural fibers in the substrate, including the natural fibers, swell from about 2% to about 6% in diameter. More specifically, in one aspect of the welding process, a portion of such natural fibers may be swollen by more than about 3% in diameter.
溶着プロセスの一態様では、混合物は、約90質量%の天然繊維基材及び機能性材料並びに約10質量%のIL系プロセス溶媒であってもよい。あるいは、基材及び/又は基材と機能性材料の混合物に添加されるIL系プロセス溶媒の量は、天然繊維1質量部に対して約0.25質量部〜約4質量部のプロセス溶媒であってもよい。 In one aspect of the welding process, the mixture may be about 90% by weight natural fiber substrate and functional material and about 10% by weight IL-based process solvent. Alternatively, the amount of the IL-based process solvent added to the base material and/or the mixture of the base material and the functional material is about 0.25 part by weight to about 4 parts by weight of the process solvent per 1 part by weight of natural fiber. It may be.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、プロセス温度/圧力ゾーン3の圧力がほぼ真空となり得るように構成されてもよい。あるいは、溶着プロセスは、プロセス温度/圧力ゾーン3の圧力が約1気圧であるように構成されてもよい。更に別の構成では、プロセス温度/圧力ゾーン3の圧力は、約1気圧〜約10気圧であってもよい。上記のように、基材がプロセス溶媒に曝露される温度及び/又は時間も制御されてもよい。 In one aspect of the welding process, the welding process may be configured such that the pressure in the process temperature/pressure zone 3 can be approximately a vacuum. Alternatively, the welding process may be configured such that the process temperature/pressure zone 3 pressure is about 1 atmosphere. In yet another configuration, the process temperature/pressure zone 3 pressure may be from about 1 atmosphere to about 10 atmospheres. As mentioned above, the temperature and/or time that the substrate is exposed to the process solvent may also be controlled.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、複数の天然繊維を含む基材を提供する工程、IL系プロセス溶媒を提供する工程、及び少なくとも1つの機能性材料を提供する工程を含んでもよい。そのように構成された溶着プロセスは、基材、IL系プロセス溶媒及び機能性材料を、天然繊維機能性複合材を構成する溶着基材を製造する化学反応を起こす所定の順序で混合する工程を含んでもよく、この天然繊維機能性複合材においては、機能性材料が天然繊維に浸透しており、複数の天然繊維及び機能性材料の両方が共有結合してもよい。溶着プロセスの一態様では、少なくとも、化学反応の温度、圧力及び時間が制御されてもよい。溶着プロセスは、プロセス溶媒の一部を除去するように構成されてもよく、特定の用途では、プロセス溶媒の大部分、又は実質的に全部のプロセス溶媒を除去することが有利となり得ると想到される。 In one aspect of the welding process, the welding process may include providing a substrate comprising a plurality of natural fibers, providing an IL-based process solvent, and providing at least one functional material. The welding process so configured comprises the steps of mixing the substrate, the IL-based process solvent and the functional material in a predetermined order to cause a chemical reaction to produce the welded substrate that constitutes the natural fiber functional composite. In the natural fiber-functional composite material, the functional material may penetrate into the natural fiber, and the plurality of natural fibers and the functional material may be covalently bonded. In one aspect of the welding process, at least the temperature, pressure and time of the chemical reaction may be controlled. It is contemplated that the deposition process may be configured to remove a portion of the process solvent, and in certain applications it may be advantageous to remove a majority, or substantially all, of the process solvent. R.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、所定のプロセスの順序により、天然繊維基材がプロセス溶媒と混合され、天然繊維基材が膨潤を達成した後に、機能性材料が導入されるように構成されてもよい。かかる溶着プロセスの一態様では、IL系プロセス溶媒を分子溶媒構成要素で希釈してもよく、その際バイオポリマー又は合成ポリマー材料の部分的溶解プロセスは、分子溶媒構成要素の除去後に開始する(当該除去は、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない任意の好適な方法及び/又は装置で実施されてもよく、例としては蒸発又は蒸留が挙げられるがこれらに限定されない)。 In one aspect of the welding process, the welding process is configured such that the functional material is introduced after the natural fiber substrate is mixed with the process solvent and the natural fiber substrate achieves swelling according to a predetermined process sequence. May be done. In one aspect of such a deposition process, the IL-based process solvent may be diluted with a molecular solvent component, where the partial dissolution process of the biopolymer or synthetic polymeric material begins after the removal of the molecular solvent component (such Removal may be carried out by any suitable method and/or apparatus, which is not limited unless so indicated in the claims below, examples include but are not limited to evaporation or distillation).
ある溶着プロセスでは、炭素−綿−プロセス溶媒混合物を使用して、プロセス溶媒を含む溶液に綿布地が曝露されたときに、炭素を綿布地に結合する薄いコーティングの炭素/綿結合を有する溶着基材を作製してもよい。 In one deposition process, a carbon-cotton-process solvent mixture is used to provide a thin coating of carbon/cotton bond to a carbon-cotton bond when the cotton fabric is exposed to a solution containing the process solvent. The material may be made.
溶着プロセスの一態様では、プロセス溶媒及び天然繊維基材をブレンドして、機能性材料(例えば、導電性炭素)が天然繊維基材の中に移動すること及び/又は炭素機能性材料の薄いコーティングを綿等の天然繊維基材上に形成することを可能にする表面張力特性を生じ得る。以下の実施例は、機能化が達成される溶着基材及び/又は溶着プロセスを説明する。以下の実施例は、限定的な意味で読まれることを意図するものではなく、むしろ、本明細書に開示する、より広い概念及び溶着プロセスの例証として読まれることを意図する。 In one aspect of the welding process, the process solvent and the natural fiber substrate are blended to transfer the functional material (eg, conductive carbon) into the natural fiber substrate and/or a thin coating of the carbon functional material. Can produce surface tension properties that allow it to be formed on natural fiber substrates such as cotton. The following examples describe welding substrates and/or welding processes in which functionalization is achieved. The following examples are not intended to be read in a limiting sense, but rather as an exemplification of the broader concepts and welding processes disclosed herein.
B.機能性材料捕捉 B. Functional material capture
以下の実施例は、1種以上の機能性材料が、天然繊維状材料を含む基材に捕捉され、機能性材料が基材に組み込まれた後でIL系プロセス溶媒を導入され得る溶着プロセスを詳述する。ここでも、以下の実施例は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。本発明の一実施形態では、捕捉は、イオン液体系溶媒を導入する前に、機能性材料を繊維状基材に組み込むことを伴う。 The following example illustrates a deposition process in which one or more functional materials can be entrapped in a substrate that includes a natural fibrous material and an IL-based process solvent introduced after the functional material is incorporated into the substrate. Detailed description. Again, the following examples do not limit the scope of this disclosure in any way, unless so indicated in the following claims. In one embodiment of the invention, trapping involves incorporating the functional material into the fibrous substrate prior to introducing the ionic liquid-based solvent.
図3は、繊維−マトリックス複合材内への固体材料の追加及び物理的捕捉のためのプロセスを、図3A〜3Eと表記された図3のサブプロセス又は構成要素と共に例証する。図3Aに示すように、天然繊維基材10は、ある量の空きスペースを含んでもよい。図3Bに示すように、分配された機能性材料20は、天然繊維基材10に組み込まれてもよい。IL系プロセス溶媒30が(プロセス湿潤基材を形成するため)天然繊維基材10及び機能性材料20に導入された後の時点を、図3Cに示す。その後、制御された圧力、温度、及び時間を用いて、分散及び結合された機能性材料21を有する膨潤天然繊維基材11(図3Dに示す)を作製してもよい。 FIG. 3 illustrates a process for the addition and physical entrapment of a solid material within a fiber-matrix composite with the sub-processes or components of FIG. 3 labeled FIGS. 3A-3E. As shown in FIG. 3A, the natural fiber substrate 10 may include a certain amount of empty space. As shown in FIG. 3B, the dispensed functional material 20 may be incorporated into the natural fiber substrate 10. The time after the IL-based process solvent 30 has been introduced into the natural fiber substrate 10 and the functional material 20 (to form the process wet substrate) is shown in FIG. 3C. The controlled pressure, temperature, and time may then be used to make the swollen natural fiber substrate 11 (shown in FIG. 3D) with the dispersed and bonded functional material 21.
溶着プロセスの一態様では、IL系プロセス溶媒30の全部又は一部を、その後、結合された機能性材料21及び膨潤天然繊維基材11から除去して、複数の天然繊維基材10の機能特性及び複数の機能性材料20の機能特性を維持すると同時に、捕捉された機能性材料22を有する、溶着繊維40を生成する。特記のない限り、溶着繊維40、42に関して本明細書に記載されるいかなる特質、特徴及び/又は特性も、溶着繊維40、42を含む布地、織物、及び/又はその他の物品へと拡大できる。 In one aspect of the welding process, all or part of the IL-based process solvent 30 is then removed from the bonded functional material 21 and swollen natural fiber substrate 11 to provide the functional properties of the plurality of natural fiber substrates 10. And maintaining the functional properties of the plurality of functional materials 20 while at the same time producing a welded fiber 40 having entrapped functional material 22. Unless otherwise specified, any of the features, characteristics and/or properties described herein with respect to the weld fibers 40, 42 can be extended to fabrics, fabrics, and/or other articles containing the weld fibers 40, 42.
溶着プロセスの一態様では、溶着繊維40は、共有結合した機能性材料21と膨潤天然繊維基材11との組み合わせであってもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、走査型電子顕微鏡データで観察されるように、生成する溶着基材が、捕捉された磁性(NdFeB)微粒子で機能化された綿布を含むように構成されてもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、布材料を含む天然繊維基材10内に乾燥粉末として組み込まれ得る消磁された微粒子を含む機能性材料20用に構成されてもよい。驚くべきことに、溶着プロセスは、天然繊維基材10のバイオポリマー内に粒子を捕捉し得、これにより磁性粒子が溶着繊維40内に強く保持されることが観察され、激しく洗濯しても除去されない。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、上記の手順と類似の手順により、類似の利点が得られるように、並びに/又は編織糸及び不織、繊維状マット天然繊維基材10(綿及び絹編織糸マトリックスを含む)を生成するように、構成されてもよい。 In one aspect of the fusing process, fusing fiber 40 may be a combination of covalently bonded functional material 21 and swollen natural fiber substrate 11. In one aspect of the fusing process, the fusing process is configured such that the resulting fusing substrate comprises a cotton cloth functionalized with entrapped magnetic (NdFeB) particulates, as observed in scanning electron microscopy data. May be. In one aspect of the welding process, the welding process may be configured for a functional material 20 that includes demagnetized particulates that may be incorporated as a dry powder into a natural fiber substrate 10 that includes a fabric material. Surprisingly, the welding process was observed to be able to trap the particles within the biopolymer of the natural fiber substrate 10, which causes the magnetic particles to be strongly retained within the welded fibers 40 and removed even with vigorous washing. Not done. In one aspect of the welding process, the welding process is similar to that described above, with similar advantages, and/or weaving yarns and non-woven fibrous matte natural fiber substrates 10 (cotton and silk). (Including a weaving yarn matrix).
上述のように、直前の実施例に記載の溶着プロセスは、機能性材料又は天然繊維基材10をIL系プロセス溶媒に曝露する前に、ナノ材料機能性材料20の懸濁液がバイオポリマー天然繊維基材10に添加されるように構成されてもよい。少なくとも機能性材料20(これは量子ドットを含み得る)の表面化学に応じて、水性又は有機(例えば、トルエン)等の異なる分子溶液を、単独で又はIL系プロセス溶媒30と共に使用してもよい。ナノ材料機能性材料20の表面化学(すなわち、疎水性/親水性)は、天然繊維基材10と共に、生成する溶着繊維40内でのナノ材料機能性材料20の最終的な位置及び分散に強く影響し得る。 As mentioned above, the deposition process described in the immediately preceding example was performed by exposing the suspension of nanomaterial functional material 20 to biopolymer natural before exposing the functional material or natural fiber substrate 10 to the IL-based process solvent. It may be configured to be added to the fiber base material 10. Depending on at least the surface chemistry of the functional material 20, which may include quantum dots, different molecular solutions such as aqueous or organic (eg toluene) may be used alone or with the IL-based process solvent 30. .. The surface chemistry (ie, hydrophobic/hydrophilic) of the nanomaterial functional material 20 is strong with the natural fiber substrate 10 as well as the final location and dispersion of the nanomaterial functional material 20 within the resulting weld fiber 40. Can affect.
表面化学は、天然繊維基材10及び機能性材料20がIL系プロセス溶媒と自己集合して、複合材料内に機能の微細加工を作るための戦略として使用されてもよい。例えば、溶着プロセスの一態様では、量子ドットは、サイズ依存性の特性を有する半導体材料を含んでもよい。表面は、以下の請求項にそのように示されない限り制限なく、医薬、センシング、及び情報戦略用途で使用するための異なる化学的環境に適合するように機能化することができる。 Surface chemistry may be used as a strategy for natural fiber substrate 10 and functional material 20 to self-assemble with IL-based process solvents to create functional microfabrication within the composite. For example, in one aspect of the deposition process, the quantum dots may include a semiconductor material that has size dependent properties. The surface can be functionalized to accommodate different chemical environments for use in pharmaceutical, sensing, and information strategy applications, without limitation unless so indicated in the following claims.
C.プロセス溶媒/機能性材料混合物からの機能性材料捕捉 C. Capture of functional material from process solvent/functional material mixture
図4は、繊維−マトリックス複合材内への固体材料の追加及び物理的捕捉のためのプロセスを、IL系溶媒中に(予備)分散された材料を用いて、図4A〜4Dと表記された図4のサブプロセス又は構成要素と共に示す。図4Aに、最初の天然繊維基材10が、分散された機能性材料20をその中に有するIL系プロセス溶媒30と共に、プロセス溶媒/機能性材料混合物32を作製することを示す。図4Aに示すように、天然繊維12の導入前に、機能性材料20は、IL系プロセス溶媒30内に予め配置されて、プロセス溶媒/機能性材料混合物32を形成し得る。 FIG. 4 describes the process for the addition and physical entrapment of the solid material within the fiber-matrix composite, with the material (pre-)dispersed in the IL-based solvent and labeled as FIGS. 4 is shown with the sub-process or components of FIG. FIG. 4A shows that the initial natural fiber substrate 10 creates a process solvent/functional material mixture 32 with an IL-based process solvent 30 having dispersed functional material 20 therein. As shown in FIG. 4A, prior to the introduction of the natural fibers 12, the functional material 20 may be pre-placed in the IL-based process solvent 30 to form a process solvent/functional material mixture 32.
次いで、天然繊維基材10及びプロセス溶媒/機能性材料混合物32を、図4Bに示すように組み合わせて(プロセス湿潤基材を生成して)もよい。少なくとも、制御された圧力、温度、及び/又は時間を使用して、図4Cに示すように、プロセス溶媒/機能性材料混合物32内に膨潤天然繊維基材112を形成してもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、図4Dに示すように、その後、IL系プロセス溶媒30の全部又は一部を膨潤天然繊維基材112から除去して、複数の天然繊維基材10の機能特性及び複数の機能性材料20の機能特性を維持すると同時に、捕捉された機能性材料22を有する、溶着繊維42を生成するように構成されてもよい。 The natural fiber substrate 10 and process solvent/functional material mixture 32 may then be combined (to produce a process wet substrate) as shown in Figure 4B. At a minimum, controlled pressure, temperature, and/or time may be used to form the swollen natural fiber substrate 112 within the process solvent/functional material mixture 32, as shown in FIG. 4C. In one aspect of the welding process, the welding process then removes all or a portion of the IL-based process solvent 30 from the swollen natural fiber substrate 112 to remove the plurality of natural fiber substrates 10 as shown in FIG. 4D. It may be configured to maintain the functional properties and the functional properties of the plurality of functional materials 20 while at the same time producing a weld fiber 42 having the entrapped functional material 22.
溶着プロセスの一態様では、溶着繊維42は、共有結合した機能性材料20と膨潤天然繊維基材112との組み合わせであってもよい。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、生成する溶着基材が、コットンペーパー(繊維状マット)を含む天然繊維基材10の中に捕捉された分子染料を含む機能性材料20を含むように構成されてもよく、機能性材料20は、天然繊維基材10への適用の前に、(プロセス溶媒/機能性材料混合物32を形成するため)IL系プロセス溶媒30に分散されてもよい。溶着プロセスの間、バイオポリマー(例えば、コットンペーパーを含む天然繊維基材10中のセルロース等)は膨潤されて、染料を含む機能性材料20は、ポリマーマトリックス内に物理的に拡散され、共有結合によって捕捉される可能性がある。溶着プロセスの後、染料は、明らかにポリマーマトリックス内に捕捉された状態を保ち得る。 In one aspect of the fusing process, fusing fiber 42 may be a combination of covalently bonded functional material 20 and swollen natural fiber substrate 112. In one aspect of the fusing process, the fusing process is such that the resulting fusing substrate comprises a functional material 20 comprising a molecular dye entrapped within a natural fibrous substrate 10 comprising cotton paper (fibrous mat). The functional material 20 may be configured and dispersed in the IL-based process solvent 30 (to form the process solvent/functional material mixture 32) prior to application to the natural fiber substrate 10. During the welding process, the biopolymer (eg, cellulose in natural fiber substrate 10 including cotton paper) is swollen and the dye-containing functional material 20 is physically diffused and covalently bound within the polymer matrix. May be captured by. After the deposition process, the dye can clearly remain entrapped within the polymer matrix.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、特定の情報及び/又は化学的機能を、生成する溶着繊維40、42の中の天然繊維基材10に制御可能に融合し得るように構成されてもよい。かかる溶着繊維40、42は、少なくとも、紙幣の偽造防止、衣類の染色(染色堅牢度)、薬剤送達デバイス、及びその他の関連技術への応用の可能性がある。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、天然繊維基材10への組み込みのためにIL系プロセス溶媒30に分散することができる分子又はイオン性種を含み得る機能性材料20に使用するように構成されてもよい。 In one aspect of the welding process, the welding process may also be configured to controllably fuse certain information and/or chemical functions to the natural fiber substrate 10 in the resulting weld fibers 40, 42. Good. Such fusing fibers 40, 42 have potential applications in at least banknote counterfeiting, garment dyeing (dye fastness), drug delivery devices, and other related technologies. In one aspect of the welding process, the welding process is for use with a functional material 20 that may include a molecular or ionic species that can be dispersed in an IL-based process solvent 30 for incorporation into the natural fiber substrate 10. It may be configured.
一般的に、機能性材料20を添加する目的は、用途特異的となり得る。例えば、セルロースと共有結合する結合化学を有する染料は、比較的高額となり得る。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、溶着繊維40、42内で特殊な結合化学を有さない低コストの代替染料を捕捉するように構成されてもよい。かつて膨潤及び可動化されたバイオポリマー(例えば、膨潤天然繊維基材11、112)であったものの内部に捕捉された1種以上の染料を含む機能性材料20は、容易に洗い流されず、少なくとも織物及び/又はバーコード化/情報記憶用途に適用可能となり得る。その他の態様では、導電性機能性材料20を、エネルギー貯蔵用途のために溶着繊維40、42内に捕捉できる。磁性材料を含む機能性材料20の捕捉は、織物ベースのアクチュエータに関連し得る。医薬品及び/又は量子ドットを含む機能性材料20の捕捉は、医学用途に関連し得る。粘土を含む機能性材料20の捕捉は、難燃性強化と関係がある。機能性材料20としてのバイオポリマーキチンの添加は、その既知の抗菌特性による用途を見出し得る。手短に言えば、可能性のある用途の数はきわめて大きい。機能性材料20としては、電子、分光、熱伝導性、磁性、抗菌及び/又は抗微生物特性を有する有機及び/又は無機材料(例えば、キチン、キトサン、銀ナノ粒子等)、及び/又はこれらの組み合わせに作用するのに適切な粘土、全ての炭素同素体、NdFeB、二酸化チタン、これらの組み合わせ等が挙げられるが、これらに限定されない。したがって、以下の請求項に示されない限り、本開示の範囲は、特定の機能性材料20及び/又は生成する溶着基材及び/又は溶着繊維40、42の特定の応用に何ら限定されるものではない。 In general, the purpose of adding the functional material 20 can be application specific. For example, dyes that have a coupling chemistry that covalently bonds to cellulose can be relatively expensive. In one aspect of the fusing process, the fusing process may be configured to capture low cost alternative dyes within the fusing fibers 40, 42 that do not have special binding chemistries. Functional materials 20 containing one or more dyes entrapped within what was once a swollen and mobilized biopolymer (eg, swollen natural fiber substrates 11, 112) are not easily washed away and at least are woven. And/or may be applicable for barcoded/information storage applications. In other aspects, the electrically conductive functional material 20 can be entrapped within the weld fibers 40, 42 for energy storage applications. The capture of the functional material 20, including magnetic material, may be associated with fabric-based actuators. The entrapment of pharmaceuticals and/or functional materials 20 containing quantum dots may be relevant for medical applications. The capture of the functional material 20 containing clay is associated with flame retardancy enhancement. The addition of biopolymer chitin as functional material 20 may find use due to its known antibacterial properties. In short, the number of possible uses is quite large. The functional material 20 is an organic and/or inorganic material having electron, spectral, thermal conductivity, magnetic, antibacterial and/or antimicrobial properties (for example, chitin, chitosan, silver nanoparticles, etc.), and/or these Suitable clays to act on the combination include, but are not limited to, all carbon allotropes, NdFeB, titanium dioxide, combinations thereof, and the like. Therefore, unless otherwise indicated in the following claims, the scope of the present disclosure is not intended to be limited in any way to the particular application of particular functional material 20 and/or the resulting weld substrate and/or fibers 40, 42. Absent.
溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、関連する機能性材料20を確実に捕捉するために特殊な共有結合化学を必要とせず、むしろ、機能性材料20が溶着繊維40、42内に物理的に捕捉され得るように構成されてもよい。溶着プロセスの一態様では、機能性材料20は、情報コード化又は堅牢性染料の作製のため、より一般的には、デバイス機能を統合するための、高い空間的制御にて組み込まれてもよい。多次元印刷及び製造技術は、単一の材料又は物体の中に多くの種類の機能を層化することを可能にする。 In one aspect of the welding process, the welding process does not require special covalent chemistry to ensure entrapment of the associated functional material 20, rather the functional material 20 is physically contained within the weld fibers 40, 42. May be configured to be captured. In one aspect of the fusing process, the functional material 20 may be incorporated with high spatial control for information coding or for making robust dyes, and more generally for integrating device functionality. .. Multi-dimensional printing and manufacturing techniques allow for the layering of many types of functions in a single material or object.
D.プロセス溶媒/機能性材料/ポリマー混合物からの機能性材料捕捉 D. Capture of functional material from process solvent/functional material/polymer mixture
図5A〜図5Dに種々のサブプロセス及び構成要素を更に示した図5からわかるように、一態様では、溶着プロセスは、IL系プロセス溶媒及び追加の可溶化ポリマーも含有する溶媒の混合物に機能性材料20を導入することによって、機能性材料20を天然繊維基材10に組み込むように構成されてもよい。 As can be seen in FIG. 5, which further illustrates various sub-processes and components in FIGS. 5A-5D, in one aspect, the deposition process operates on a mixture of IL-based process solvent and a solvent that also contains additional solubilizing polymer. The functional material 20 may be configured to be incorporated into the natural fiber substrate 10 by introducing the functional material 20.
図5Aに示すように、かかるプロセスは、天然繊維基材10及び機能性材料20と混合したIL系プロセス溶媒30から始まってもよく、機能性材料20は、IL系プロセス溶媒30中に分散されてプロセス溶媒/機能性材料混合物32を構成する。ポリマー53は、ポリマー53がプロセス溶媒機能性材料混合物32に溶解及び/又は懸濁されるように、プロセス溶媒/機能性材料混合物32に含まれてもよい。繊維マトリックス複合材の中に固体材料を添加及び物理的に捕捉するためのプロセスを示した図5も参照されたい。図5のサブプロセス又は構成要素を図5A〜図5Dとして示す。天然繊維基材10への適用の前にポリマー53と混合されたプロセス溶媒/機能性材料混合物32を図5Aに示す。図5Bに示すように、ポリマー53をその中に有するプロセス溶媒/機能性材料混合物32を、その後、天然繊維基材10に導入して、プロセス湿潤基材を形成してもよい。溶着プロセスは、制御された圧力、温度、及び時間により、図5Cに示すように、組み合わされたプロセス溶媒/機能性材料混合物32、ポリマー53、及び天然繊維基材10内に膨潤天然繊維基材11、112を形成するように構成されてもよい。 As shown in FIG. 5A, such a process may begin with the IL-based process solvent 30 mixed with the natural fiber substrate 10 and the functional material 20, the functional material 20 being dispersed in the IL-based process solvent 30. To form the process solvent/functional material mixture 32. The polymer 53 may be included in the process solvent/functional material mixture 32 such that the polymer 53 is dissolved and/or suspended in the process solvent functional material mixture 32. See also FIG. 5, which illustrates a process for loading and physically entrapping solid material in a fiber matrix composite. The sub-processes or components of Figure 5 are shown as Figures 5A-5D. Process solvent/functional material mixture 32 mixed with polymer 53 prior to application to natural fiber substrate 10 is shown in FIG. 5A. The process solvent/functional material mixture 32 having the polymer 53 therein may then be introduced into the natural fiber substrate 10 to form a process wet substrate, as shown in FIG. 5B. The deposition process involves controlled pressure, temperature, and time to swell the combined process solvent/functional material mixture 32, polymer 53, and natural fiber substrate 10 into the natural fiber substrate 10, as shown in FIG. 5C. It may be configured to form 11, 112.
溶着プロセスの一態様では、IL系プロセス溶媒30の全部又は一部を、その後、プロセス湿潤基材(これは、結合された機能性材料21及び膨潤天然繊維基材11、112を含んでもよい)から除去して、図5Dに示すように、複数の天然繊維基材10の機能特性及び複数の機能性材料20の機能特性を維持すると同時に、捕捉された機能性材料22及びポリマー53を有する、溶着繊維40を生成する。 In one aspect of the deposition process, all or part of the IL-based process solvent 30 is then processed into a wet substrate (which may include bonded functional material 21 and swollen natural fiber substrate 11, 112). And retains the functional properties of the plurality of natural fiber substrates 10 and the plurality of functional materials 20 while having the entrapped functional material 22 and polymer 53, as shown in FIG. 5D. The fused fiber 40 is produced.
溶着プロセスの一態様では、溶着繊維40は、共有結合した機能性材料21、ポリマー53、及び膨潤天然繊維基材11の組み合わせであってもよい。ポリマーは、バイオポリマー及び/又は合成ポリマーを含んでもよい。特定のポリマー53に使用するように構成された溶着プロセスでは、追加ポリマーは、結合剤(例えば、膠)並びに溶液粘度を変えるためのレオロジー変性剤の両方として作用してもよい。更に、かかる溶着プロセスは、溶着基材内の機能性材料20の最終的な位置に対する更なる空間的制御を可能にし得る。溶着プロセスの一態様では、溶着プロセスは、炭素材料を含む機能性材料20に使用するように構成されてもよく、天然繊維基材10は、溶着繊維40、42を生成する綿糸を含んでもよく、当該繊維は、試験により、織布において高エネルギー密度スーパーキャパシタ用電極としての使用に好適であることが実証されている。これは、可撓性でウェアラブルなエネルギー貯蔵デバイスを提供するように適応できる。 In one aspect of the fusing process, fusing fiber 40 may be a combination of covalently bonded functional material 21, polymer 53, and swollen natural fiber substrate 11. The polymer may include biopolymers and/or synthetic polymers. In a welding process configured for use with a particular polymer 53, the additional polymer may act both as a binder (eg, glue) as well as a rheology modifier to alter the solution viscosity. Moreover, such a welding process may allow for additional spatial control over the final location of the functional material 20 within the welding substrate. In one aspect of the welding process, the welding process may be configured for use with the functional material 20 including a carbon material, and the natural fiber substrate 10 may include cotton yarn to produce the weld fibers 40, 42. The fibers have been tested and have been shown to be suitable for use as electrodes for high energy density supercapacitors in woven fabrics. This can be adapted to provide a flexible and wearable energy storage device.
溶着プロセスは、有機材料(例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン等)又は無機材料(銀ナノ粒子、ステンレス鋼、ニッケル、金属及び金属酸化物でコーティングされた繊維等)のような1種以上の導電性添加剤を含む機能性材料20を用いて、溶着繊維40、42を製造するように構成されてもよい。かかる溶着繊維40、42は、導電性の増強を示す場合があり、適切な電解質(例えば、ゲル、ポリマー電解質等のいずれか)と組み合わせたときには、これらの溶着繊維40、42(及び/又はそれから製造された布地及び/又は織物)は、電気化学反応及び/又は容量型エネルギー貯蔵が可能な場合がある。 The deposition process may include one or more conductive additions such as organic materials (eg carbon nanotubes, graphene, etc.) or inorganic materials (silver nanoparticles, stainless steel, nickel, fibers coated with metal and metal oxides, etc.). The functional material 20 containing the agent may be used to fabricate the welded fibers 40, 42. Such weld fibers 40, 42 may exhibit enhanced conductivity and, when combined with a suitable electrolyte (eg, gel, polymer electrolyte, etc.), these weld fibers 40, 42 (and/or therefrom). The manufactured fabrics and/or textiles) may be capable of electrochemical reactions and/or capacitive energy storage.
溶着プロセスは、容量型添加剤(例えば、MnO2等)を含む機能性材料20を用いて溶着繊維40、42を製造するように構成されてもよい。かかる溶着繊維40、42は、ゲル又はポリマー20のいずれかの電解質を含む適切な電解質と組み合わせたときに、エネルギー貯蔵特性の増強を示す。 The fusing process may be configured to produce the fusing fibers 40, 42 with the functional material 20 including a capacitive additive (eg, MnO2, etc.). Such welded fibers 40, 42 exhibit enhanced energy storage properties when combined with a suitable electrolyte, including either gel or polymer 20 electrolytes.
溶着プロセスは、光活性添加剤(例えば、TiO2等)を含む機能性材料20を用いて溶着繊維40、42を製造するように構成されてもよい。かかる溶着繊維40、42は、自己洗浄性(例えば、TiO2のようなワイドギャップ半導体の場合)及び/又は耐紫外線特性の増強を示し得る。 The fusing process may be configured to produce the fusing fibers 40, 42 with the functional material 20 including a photoactive additive (eg, TiO2, etc.). Such weld fibers 40, 42 may exhibit enhanced self-cleaning properties (eg, for wide-gap semiconductors such as TiO2) and/or UV resistance.
本明細書の溶着プロセスにより製造された溶着繊維40、42のその他の用途としては、偽造防止から薬剤送達用途にまで及ぶ技術が挙げられるが、これらに限定されない。更に、上記の機能性材料の列挙は、排他的及び/又は限定的であることを意味するものではなく、以下の請求項にそのように示されない限り制限なく、その他の機能性材料を使用してもよい。 Other uses for the welded fibers 40, 42 produced by the welding process herein include, but are not limited to, technologies ranging from anti-counterfeiting to drug delivery applications. Furthermore, the above listing of functional materials is not meant to be exclusive and/or limiting, and other functional materials may be used without limitation unless so indicated in the following claims. May be.
8.変調溶着プロセス 8. Modulation welding process
本明細書で上に記載したように、溶着プロセスは、多種多様な溶着基材の仕上げ(例えば、編織糸の仕上げ)を従来基材(繊維溶着されていない)から製造できるように構成されてもよく、当該基材は、溶着プロセスの特定の構成において編織糸及び/又は織物基材を含んでもよい。例えば、溶着プロセスは、制御された可変速度及び/又は変調された速度でポンプ輸送されたプロセス溶媒の使用によって、及び/又は基材(例えば、編織糸、縫糸、布地、及び/又は織物)を溶着プロセス中に可変速度で移動させることによって、及び/又はプロセス溶媒組成を変えることによって、及び/又はプロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4の温度及び/又は圧力を変えることによって、張力(例えば、基材、プロセス湿潤基材等の)を変えることによって、及び/又はこれらの組み合わせにより、変調溶着プロセスとして構成されてもよい。 As described herein above, the fusing process is configured to allow a wide variety of fusing substrate finishes (eg, knitting yarn finishes) to be produced from conventional substrates (non-fiber fused). Also, the substrate may include knitting yarn and/or woven substrate in certain configurations of the welding process. For example, the deposition process may involve the use of a process solvent that is pumped at a controlled variable rate and/or a modulated rate, and/or the substrate (eg, weaving thread, sewing thread, fabric, and/or fabric). Temperature and/or pressure in the process solvent application zone 2, process temperature/pressure zone 3, process solvent recovery zone 4 by moving at a variable speed during the deposition process and/or by changing the process solvent composition. May be configured as a modulated deposition process by varying the tension (eg, substrate, process wet substrate, etc.) and/or combinations thereof.
一態様では、溶着プロセスは、溶着プロセスが基材内の繊維の制御可能な量を溶着状態に変換し得るように、繊維を含む基材に対するプロセス溶媒の比を特異的かつ厳密に制御できるように構成されてもよい。プロセス溶媒の基材に対する比は、少なくとも、具体的なプロセス溶媒及び基材の特性に応じて最適化されてもよい。例えば、極性非プロトン性添加剤(例えば、アセトニトリル)と混合したイオン液体(例えば、3−エチル−1−メチルイミジゾリウム酢酸塩、3−ブチル−1−メチルイミジゾリウム塩化物等)等のプロセス溶媒混合物を使用するように構成された溶着プロセスでは、1質量部の基材に1質量部のプロセス溶媒添加〜1質量部の基材に4質量部のプロセス溶媒添加、という範囲のプロセス溶媒比を使用してもよい。溶着プロセスの別の態様は、冷アルカリ(水酸化ナトリウム及び/又は水酸化リチウム)を尿素溶液と共に含むプロセス溶媒を使用してもよく、プロセス溶媒の比率は、1質量部の基材に対して2質量部のプロセス溶媒〜1量部の基材に対して10質量部を超えるプロセス溶媒、という範囲であってもよい。表11.1は、溶着システムを、イオン液体を含むプロセス溶媒及び水酸化物水溶液を含むプロセス溶媒を使用した溶着糸の製造に問題なく使用できたプロセスパラメータの例である。パラメータを表11に示すが、当該パラメータは、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を限定するものではない。 In one aspect, the fusing process is capable of specifically and closely controlling the ratio of process solvent to the substrate containing the fibers such that the fusing process can convert a controllable amount of fibers in the substrate to a fused state. May be configured as. The ratio of process solvent to substrate may be optimized at least depending on the particular process solvent and substrate properties. For example, an ionic liquid (eg, 3-ethyl-1-methylimidizolium acetate, 3-butyl-1-methylimidizolium chloride, etc.) mixed with a polar aprotic additive (eg, acetonitrile), etc. In a deposition process configured to use a process solvent mixture, 1 part by weight of substrate to 1 part by weight process solvent addition to 1 part by weight substrate to 4 parts by weight process solvent addition. Ratios may be used. Another aspect of the deposition process may use a process solvent comprising cold alkali (sodium hydroxide and/or lithium hydroxide) with a urea solution, the ratio of process solvent being 1 part by weight of substrate. It may range from 2 parts by weight of process solvent to more than 10 parts by weight of process solvent with respect to 1 part by weight of substrate. Table 11.1 is an example of process parameters in which the welding system could be successfully used for the production of welded yarn using a process solvent containing an ionic liquid and a process solvent containing an aqueous hydroxide solution. The parameters are shown in Table 11, but the parameters do not limit the scope of the present disclosure unless so indicated in the following claims.
水酸化物及び尿素の水溶液を含むプロセス溶媒を使用する1つの溶着プロセスでは、水酸化物は、NaOH及び/又はLiOHを含んでもよい。溶着プロセスでは、水酸化物は、4〜15重量%のLiOH及び8〜30%の尿素を含んでもよい。特定の用途では、プロセス溶媒を、6〜12重量%のLiOH及び10〜25%の尿素を含むように構成することが有利となり得る。更に別の用途では、プロセス溶媒を、8〜10重量%のLiOH及び12〜16%の尿素を含むように構成することが有利となり得る。 In one deposition process using a process solvent that includes an aqueous solution of hydroxide and urea, the hydroxide may include NaOH and/or LiOH. In the deposition process, the hydroxide may include 4-15 wt% LiOH and 8-30% urea. In certain applications, it may be advantageous to configure the process solvent to contain 6-12 wt% LiOH and 10-25% urea. In yet another application, it may be advantageous to configure the process solvent to contain 8-10 wt% LiOH and 12-16% urea.
表11.1に明記した温度範囲に関して、温度は、プロセス溶媒系の具体的な組成に対して最適化してもよいことに注意されたい。更に、プロセス溶媒系の温度及び組成は、基材上の所望の量及び位置での溶着を実施するために、少なくとも溶媒適用ゾーン2ハードウェア及び/又はプロセス制御ソフトウェア及び/又は装置と共最適化されてもよい。すなわち、一貫した溶着基材特性又は変調された基材特性のいずれかを提供する繊維溶着である。これは、溶媒適用中並びにプロセス温度/圧力ゾーン3に必要に応じて粘性抵抗を適用することによっても達成され得る。 Note that for the temperature ranges specified in Table 11.1, the temperatures may be optimized for the particular composition of the process solvent system. Further, the temperature and composition of the process solvent system is co-optimized with at least solvent application zone 2 hardware and/or process control software and/or equipment to effect deposition at desired amounts and locations on the substrate. May be done. That is, fiber fusing that provides either consistent welded substrate properties or modulated substrate properties. This can also be achieved during solvent application as well as by applying viscous drag as needed in the process temperature/pressure zone 3.
表11.1に示し、本明細書で上に記載のように、プロセス溶媒系は、IL液体及び分子添加剤の混合物として構成されてもよい。IL液体の分子添加剤に対するモル比は溶着プロセスごとに変動する場合があり、その基材への適用中にプロセス溶媒系の最適温度に影響し得る。例えば、1molのACNに対して1molのBMIm Clを含むプロセス溶媒系を利用するよう構成された溶着プロセスにおいて、温度が120℃を超えて上昇すると(この場合、溶着速度が最適となり得る)、ACNの蒸気圧は(安全衛生に関して)制御が困難な処理条件を生じ得る。この制約の結果、溶着温度は、より低い温度(例えば、105℃)に設定されるが、かかる温度ではより長い持続時間(>30秒)を必要とする。対照的に、EMIm OAcを含むプロセス溶媒系を使用するように構成された溶着プロセスでは、プロセス溶媒の有効性がBMIm Clよりも高いことから、最適温度は80℃〜100℃であり、したがってこの温度範囲でのEMIm OAcの溶着時間は5〜15秒の範囲となり得る。したがって、少なくともプロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、及び溶着プロセスのその他の工程の最適温度は、その用途ごとに変動する場合があり、ゆえに、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 As shown in Table 11.1 and described herein above, the process solvent system may be configured as a mixture of IL liquid and molecular additive. The molar ratio of IL liquid to molecular additive can vary from deposition process to deposition process and can affect the optimum temperature of the process solvent system during its application to the substrate. For example, in a deposition process configured to utilize a process solvent system containing 1 mol BMIm 2 Cl to 1 mol ACN, if the temperature rises above 120° C. (in which case the deposition rate may be optimal), ACN The vapor pressure of can result in process conditions that are difficult to control (in terms of health and safety). As a result of this constraint, the deposition temperature is set to a lower temperature (eg 105° C.), but such a temperature requires a longer duration (>30 seconds). In contrast, in a deposition process configured to use a process solvent system containing EMIm OAc, the optimum temperature is between 80°C and 100°C, since the effectiveness of the process solvent is higher than that of BMImCl. The deposition time of EMIm OAc in the temperature range can be in the range of 5-15 seconds. Thus, the optimum temperatures of at least the process solvent application zone 2, the process temperature/pressure zone 3, and other steps of the deposition process may vary from application to application and are therefore not so indicated in the following claims. As long as it does not limit the scope of the present disclosure in any way.
ここで表9.1、表10.1、及び表11.1(いずれも、水酸化物水溶液を含むプロセス溶媒を使用するように構成された溶着プロセスの主なプロセスパラメータを提供する)を参照すると、プロセス溶媒の基材に対する最適な比率(質量又は重量比)は、少なくとも基材フォーマットの種類に基づいて変動し得る。例えば、2D基材に使用するように構成された溶着プロセスは、比が0.5〜7であってもよく、一部の溶着プロセスは約3.7の比で最適に構成される。1D基材に使用するように構成された溶着プロセスは、比が4〜17であってもよく、一部の溶着プロセスは約10の比で最適に構成される。比が約10以上、具体的には17の場合、プロセス湿潤基材がプロセス溶媒で飽和を超えた状態を生じ、それによって、基材及び/又はプロセス湿潤基材に吸収されない余分な溶媒が、プロセス湿潤基材の外側に存在することが観察された。ただし、IL系プロセス溶媒又は水酸化物水溶液のプロセス溶媒を使用する溶着プロセスに関する特定の比は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 See Table 9.1, Table 10.1, and Table 11.1 (all of which provide the main process parameters of the deposition process configured to use a process solvent containing an aqueous hydroxide solution). The optimal ratio of process solvent to substrate (mass or weight ratio) can then vary based at least on the type of substrate format. For example, a welding process configured for use with a 2D substrate may have a ratio of 0.5 to 7, with some welding processes optimally configured with a ratio of about 3.7. Welding processes configured for use with 1D substrates may have ratios of 4 to 17, with some welding processes optimally configured with a ratio of about 10. When the ratio is greater than or equal to about 10, specifically 17, the process-wet substrate results in over-saturation with the process solvent, whereby excess solvent not absorbed by the substrate and/or process-wet substrate is It was observed to reside outside the process wet substrate. However, the specific ratios for the deposition process using IL-based process solvents or aqueous hydroxide process solvents do not limit the scope of the present disclosure unless so indicated in the following claims.
表11.2に示すプロセス溶媒の値及び組成に関して、追加の機能性材料添加剤は、溶着の空間的変調及び特異な制御された体積圧密を可能にすることに注意されたい。溶解セルロース等の機能性材料を適切なハードウェア及び制御を用いて溶着プロセスに添加することで、少なくとも図9I及び図9Jに関して上に詳述したように、シェル溶着糸に驚くべき作用を及ぼし得る。つまり、溶着の量は、基材断面(すなわち、図9I及び9Jの具体例では、編織糸直径)によって制御されてもよく、未加工基材の対照サンプルと比較して、強靭性及び伸びの両方が改善された溶着基材(すなわち、この具体例では溶着糸基材)が製造され得る。 It should be noted that for the process solvent values and compositions shown in Table 11.2, the additional functional material additive allows spatial modulation of the weld and unique controlled volume consolidation. The addition of functional materials such as dissolved cellulose to the welding process with appropriate hardware and controls can have a surprising effect on the shell welded yarn, at least as detailed above with respect to FIGS. 9I and 9J. .. That is, the amount of deposition may be controlled by the cross-section of the substrate (ie, the yarn diameter in the embodiment of FIGS. 9I and 9J) to provide a measure of toughness and elongation as compared to a control sample of the raw substrate. Weld substrates with both improved (ie, weld yarn substrates in this embodiment) can be produced.
表11.1に記載の種々の値と共に、再構成溶媒の種類及びその温度も、再構成湿潤基材が乾燥されたときに、制御された体積圧密に対して驚くべき影響を及ぼし得ることにも注意されたい。18/1リング紡績綿糸を含む未加工1D基材のSEM画像を図13に示す。1つの溶着基材を図14Aに示し、別の溶着基材を図14Bに示し、いずれも図13に示す基材から製造した。図14A及び図14Bに示す溶着基材はいずれも、図9Aに示す溶着プロセス及び装置を用いて製造した。 The type of reconstituted solvent and its temperature, along with the various values listed in Table 11.1 can also have a surprising effect on the controlled volume consolidation when the reconstituted wet substrate is dried. Also be careful. A SEM image of a raw 1D substrate containing 18/1 ring spun cotton yarn is shown in FIG. One welded substrate is shown in Figure 14A and another welded substrate is shown in Figure 14B, both made from the substrate shown in Figure 13. Both the welding base materials shown in FIGS. 14A and 14B were manufactured using the welding process and apparatus shown in FIG. 9A.
表12.1は、図13に示す未加工基材の種々の特質を示す。特性値は、溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した平均である。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表12.1の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 12.1 shows various characteristics of the raw substrate shown in FIG. Characteristic values are averages performed on about 20 unique samples of welded yarn substrate. The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. The mechanical properties of each column heading in Table 12.1 are the same as described above for Table 1.2.
表13.1は、図14Aに示す溶着基材及び図14Bに示す溶着基材の両方の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示す。表13.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 Table 13.1 shows some of the key process parameters used to make both the weld substrate shown in Figure 14A and the weld substrate shown in Figure 14B. The process parameters for each column heading in Table 13.1 are the same as described above for Table 1.1.
表13.2は、表13.1に記載のパラメータを用いて製造された図14Aに示す溶着基材の種々の特質を示す。特性値は、溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した平均である。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表13.2の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 13.2 shows various properties of the weld substrate shown in FIG. 14A manufactured using the parameters set forth in Table 13.1. Characteristic values are averages performed on about 20 unique samples of welded yarn substrate. The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. The mechanical properties of each column heading in Table 13.2 are the same as described above for Table 1.2.
表13.3は、表13.1に記載のパラメータを用いて製造された図14Bに示す溶着基材の種々の特質を示す。特性値は、溶着糸基材の約20の固有の試料で実施した平均である。特性値は、インストロン社製の機械的特性試験機を用い、ASTM D2256を近似した引張試験モードで操作して収集した。表13.3の各列見出しの機械的特性は、上で表1.2に関して記載したものと同じである。 Table 13.3 shows various characteristics of the weld substrate shown in FIG. 14B manufactured using the parameters set forth in Table 13.1. Characteristic values are averages performed on about 20 unique samples of welded yarn substrate. The characteristic values were collected by using a mechanical characteristic tester manufactured by Instron Co., Ltd. by operating in a tensile test mode similar to ASTM D2256. The mechanical properties of each column heading in Table 13.3 are the same as described above for Table 1.2.
図14Aを図14Bと比較すると、体積制御された圧密を操作して、どのように特定の特質の溶着糸基材が得られるかが明らかである。具体的には、図14Aと図14Bの対比は、方法、再構成溶媒の組成、及び/又はプロセス溶媒回収ゾーン4(及び/又は溶着プロセスのその他の工程)の構成が、溶着糸基材の制御された体積圧密にいかに影響し、その結果、溶着基材の機械的特性及び/又はその他の重要な特質に影響し得るかを示す。かかる特質の1つは、編織糸及びそれから製造して得られる布地の「手触り」(すなわち、人が触ったときの感じ方)である。 Comparing FIG. 14A with FIG. 14B reveals how volume controlled consolidation can be manipulated to obtain a particular quality of the welded yarn substrate. Specifically, the comparison between FIGS. 14A and 14B shows that the method, the composition of the reconstituted solvent, and/or the configuration of the process solvent recovery zone 4 (and/or other steps of the welding process) is We will show how it can affect the controlled volume consolidation and consequently the mechanical properties and/or other important attributes of the welded substrate. One of such attributes is the "feel" (i.e., how people feel when touching) of knitted and woven yarns and fabrics made therefrom.
具体的には、図14Aに示す溶着糸基材及び図14Bに示す溶着糸基材はいずれも、再構成溶媒が水を含む溶着プロセスを用いて製造された。ただし、図14Aの着編織糸基材では、水の温度は22℃であり、図14Bでは、40℃であった。図14Aと図14Bの対比から明らかなように、図14A(より冷たい再構成溶媒)に示す溶着基材の製造に使用した溶着プロセスで得られる溶着基材は、図14B(より温かい再構成溶媒)に示す溶着基材と比べて、大幅に柔らかい手触りを有する。40℃を超える再構成溶媒を有する溶着プロセスを用いて製造された同様の溶着糸基材で製造した布地は、室温で再構成溶媒を有する溶着プロセスを用いて製造された溶着糸基材から製造した布地と大きく異なる手触り特性を有し得る。したがって、プロセス溶媒回収ゾーン4の構成(例えば、再構成方法)及びその条件は、重要な新規パラメータである。 Specifically, both the welded yarn base material shown in FIG. 14A and the welded yarn base material shown in FIG. 14B were manufactured using a welding process in which the reconstituted solvent contains water. However, the temperature of water was 22° C. in the knitted or knitted yarn base material of FIG. 14A, and was 40° C. in FIG. 14B. As is clear from the comparison between FIG. 14A and FIG. 14B, the welding substrate obtained by the welding process used to manufacture the welding substrate shown in FIG. 14A (cold reconstitution solvent) is the same as that of FIG. 14B (warmer reconstitution solvent). It has a significantly softer hand than the welding base material shown in FIG. Fabrics made with a similar weld yarn substrate made using a welding process having a reconstitution solvent above 40° C. are made from a weld yarn substrate made using a welding process having a reconstitution solvent at room temperature. It may have texture properties that are very different from the textured fabric. Therefore, the configuration of the process solvent recovery zone 4 (for example, the reconstruction method) and its conditions are important new parameters.
更に図14A及び図14Bを参照すると、これらは同じ溶着プロセスから製造したが、再構成溶媒の温度が異なっており、溶着糸基材の制御された体積圧密において再構成の温度が重要な役割を果たすことが明らかである。ここでも、図14A及び図14Bの溶着糸基材の一部の機械的特性を、それぞれ表13.2及び表13.3に示す。いずれの溶着糸基材も、原糸基材と比べて機械的特性の大幅な改良(例えば、原糸基材と比べて15〜23%の改良)を示すが、高温で再構成溶媒処理した図14B(表13.3も参照)に示す溶着糸基材は、直径がわずかに大きく、表面に、より多くのルーズ繊維/毛を有した。図14Bの溶着糸基材は、図14Bに示す基材よりもわずかに繊維状であるが、図14Bの繊維の量は、図13に示す対応する原糸基材の量よりも少ないことがわかる。更に、図14Bの溶着糸基材上の繊維は、リントとしての溶着糸基材からの分離に耐えるように溶着糸基材に固着されている。溶着プロセスを通して、溶着糸基材の表面又はその近くにおける改質された繊維/毛は、溶着糸基材から製編又は製織された布地の手触りに影響する重要な特質となり得る。 Still referring to FIGS. 14A and 14B, these were produced from the same welding process, but with different reconstitution solvent temperatures, and the temperature of reconstitution plays an important role in the controlled volume consolidation of the welded yarn substrate. It is clear that they will fulfill. Again, some mechanical properties of the welded yarn substrates of Figures 14A and 14B are shown in Table 13.2 and Table 13.3, respectively. All of the welded yarn substrates show significant improvement in mechanical properties over the original yarn substrate (eg, 15-23% improvement over the original yarn substrate), but were treated with reconstituted solvent at elevated temperature. The welded yarn substrate shown in Figure 14B (see also Table 13.3) was slightly larger in diameter and had more loose fibers/hair on the surface. 14B is slightly fibrous than the substrate shown in FIG. 14B, but the amount of fibers in FIG. 14B may be less than the corresponding amount of raw yarn substrate shown in FIG. Recognize. Further, the fibers on the welded yarn base material of FIG. 14B are fixed to the welded yarn base material so as to withstand separation from the welded yarn base material as lint. Throughout the fusing process, the modified fibers/hairs at or near the surface of the fusing substrate can be an important attribute that affects the feel of fabric knitted or woven from the fusing substrate.
一般的に、直前に記載の範囲内の特定の値の溶媒比は、比が変動せず一定に保たれ、そして温度等のその他の重要な変数も溶着プロセスの間一定に保たれる限り、その比を使用して、編織糸を含む基材に対して非常に一貫した溶着糸を製造することができる。その際、溶着プロセスは、溶着糸の長さ方向に一定量の溶着繊維を有し得るような一定量の溶着を示す溶着基材を生成するように構成されてもよい。 In general, the solvent ratio of a particular value within the range just described will remain constant, as long as the ratio remains constant, and other important variables such as temperature will also remain constant during the deposition process. That ratio can be used to produce a very consistent welded yarn to a substrate that includes a knitted yarn. The fusing process may then be configured to produce a fusing substrate that exhibits a certain amount of fusing such that there may be a certain amount of fusing fiber in the length of the fusing yarn.
動的なプロセス溶媒比(本明細書では、基材の質量に対するプロセス溶媒の質量の比と定義される)、プロセス溶媒の組成、圧力及びプロセス溶媒を適用する方法の適切な制御により、新たな効果が得られる。例えば、適切な動的制御を溶着プロセスに使用することで、ヘザー及び/又はスペース染色(多色効果)の外観をもつ溶着基材を生成でき、このとき編織糸又は織物を含む溶着基材は、溶着プロセスの動的制御の結果であり得る、さまざまな程度の着色を有し得る。ヘザー及び/又はスペース染色効果の生成は、これらの織物製造工程が溶着プロセス後に達成される場合は、染色及び仕上げ時にのみ明らかになり得る。 The dynamic process solvent ratio (defined herein as the ratio of the weight of the process solvent to the weight of the substrate), the composition of the process solvent, the pressure, and the appropriate control of the method of applying the process solvent allow The effect is obtained. For example, suitable dynamic controls can be used in the welding process to produce a welded substrate with the appearance of heather and/or space dyeing (multicolor effect), where the welded substrate containing the knitting yarn or fabric is , May have varying degrees of coloration, which may be the result of dynamic control of the welding process. The production of heather and/or space dyeing effects can only be apparent during dyeing and finishing if these textile manufacturing steps are achieved after the welding process.
ただし、変調溶着プロセスは、ヘザー又はスペース染色効果を生むことに限定されず、可変直径を有する(可変長及び/又は直径の基材の必要なしに、異なる編織糸重量を有する)「エンボス加工された」編織糸や、まだそれを表現する技術用語が織物産業に存在しないような、任意の数のその他の特異な効果を製造するようにも構成できる。効果が観察される程度は、それが作用する編織糸又は織物基材とも相関し得る。例えば、編織糸を含む基材の製造に使用された紡績プロセスの種類(例えば、リング紡績、オープンエンド紡績、ボルテックス紡績等)は、互いに異なる溶着条件(例えば、異なるプロセス溶媒比及び/又は適用方法)を必要とする場合がある。 However, the modulation welding process is not limited to producing a heather or space dyeing effect, having a variable diameter (having different yarn weights, without the need for substrates of variable length and/or diameter) "embossed. It can also be configured to produce any number of other unique effects, such as knitting yarns or the technical terms that describe them do not yet exist in the textile industry. The degree to which the effect is observed can also be correlated with the yarn or textile substrate on which it acts. For example, the types of spinning processes (eg, ring spinning, open-end spinning, vortex spinning, etc.) used to produce the substrate containing the knitting yarn are different from each other under different welding conditions (eg, different process solvent ratios and/or application methods). ) May be required.
A.変調溶着プロセスと非変調溶着プロセスの比較 A. Modulation and non-modulation welding processes compared
ここで変調溶着プロセスの1つの代表例を記載し、非変調溶着プロセス(上記のような)と比較する。ただし、上記の例示は、いかなる限定も意味するものではなく、したがってその特定のパラメータは、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を限定するものではない。 One representative example of a modulated welding process is now described and compared to a non-modulated welding process (as above). However, the above illustrations are not meant to imply any limitation, and the particular parameters thereof, therefore, do not limit the scope of the disclosure, unless so indicated in the following claims.
非変調溶着プロセスでは、溶着プロセスは、30/1リング紡績糸を含む基材用に構成されてもよく、当該基材は、溶着プロセスを一貫して操作することによって、一貫した着色、一貫した感触及び仕上げ、並びに一貫した量の目に見える外部繊維「毛」を有するきわめて一貫した溶着基材に変換され得る。例えば、安定なプロセス溶媒対基材の質量比、溶着プロセス全体を通して定常的な編織糸移動速度、一貫した温度及び圧力等を使用するように溶着プロセスを構成することによって、この溶着基材は、本明細書で上に記載した溶着基材の全部又は一部も示す可能性がある。 In the non-modulation deposition process, the deposition process may be configured for a substrate that includes 30/1 ring spun yarn, which substrate is consistently colored, consistently operated by consistently operating the deposition process. It can be converted to a highly consistent weld substrate with a feel and finish, and a consistent amount of visible outer fiber "hair". For example, by configuring the fusing process to use a stable process solvent to substrate mass ratio, constant yarn transfer rate throughout the fusing process, consistent temperature and pressure, etc. It may also represent all or part of the weld substrate described herein above.
あるいは、所望であれば、変調溶着プロセスのいくつかのパラメータを劇的に変えることによって、変調溶着プロセスを、30/1リング紡績糸を含む基材を、多色ヘザー又はスペース染色の外観を有する編織糸を含む溶着基材に変換するように構成してもよい。溶着プロセスは、商品の30/1リング紡績糸(これは大量生産された概ね均一な製品である)を含む基材を、多数の最終用途及び応用のための固有の外観、感触、及び/又は仕上げを有する溶着糸を含む溶着基材に変換するように自動化できることから、これは意外かつ非常に有用な結果である。相関する変調溶着プロセスでは、溶着プロセスは、より重い(Ne18編織糸が挙げられるがこれに限定されない)及び軽い(Ne40編織糸が挙げられるがこれに限定されない)商品並びに特殊な編織糸を含む基材に使用するように構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り限定されない。 Alternatively, if desired, the modulation welding process may have the appearance of a multicolored heather or space dyeing substrate with 30/1 ring spun yarn by dramatically changing some parameters of the modulation welding process. It may be configured to be converted into a welding base material including a knitting yarn. The fusing process uses a substrate containing a 30/1 ring spun yarn of a commodity, which is a mass-produced, generally uniform product, with a unique appearance, feel, and/or texture for a number of end uses and applications. This is a surprising and very useful result because it can be automated to convert to a welded substrate that includes a welded yarn with a finish. In a correlated modulation welding process, the welding process is based on heavier (including but not limited to Ne18 knitting yarn) and light (including but not limited to Ne40 knitting yarn) articles and substrates that include special knitting yarn. It may be configured for use in wood and is not limited unless so indicated in the following claims.
更に、変調溶着プロセスは、編織糸を含む基材のみに特化した効果及び仕上げを生じるための構成に限定されない。例えば、水酸化リチウム及び/又はナトリウムと尿素の水溶液のような混合無機溶媒が挙げられるがこれらに限定されないプロセス溶媒の適用は、編織糸を含む基材、更には従来材料(例えば、溶着プロセスを通っていない編織糸)又は溶着基材(例えば、溶着糸)のいずれかから製造された織物全体を含む基材にも適用できる。 Furthermore, the modulation welding process is not limited to configurations that produce effects and finishes that are specific to only substrates that include knitting yarns. For example, application of process solvents including, but not limited to, mixed inorganic solvents such as aqueous solutions of lithium hydroxide and/or sodium and urea may be applied to substrates including textile yarns as well as conventional materials (eg, welding processes). It can also be applied to substrates including whole fabrics made from either unthreaded textile yarns) or welded substrates (eg welded yarns).
溶着プロセスを使用した布地の処理は、布地又は衣類の局所的な領域(1つ又は複数)に対して実施できる。例えば、プロセス溶媒のインクジェット及び/又はスクリーン印刷に使用されるプロセスのようなプロセスは、2D及び/又は3D基材に領域特異的な溶着プロセスを達成するのに非常に有用な方法となり得る。あるいは、溶着プロセスは、材料又は衣類の全体と比べて比較的均一な特性の2D及び/又は3D溶着基材を製造するように構成されてもよい。 Treatment of the fabric using the fusing process can be performed on localized area(s) of the fabric or garment. For example, processes such as those used for inkjet and/or screen printing of process solvents can be very useful methods for achieving area-specific deposition processes on 2D and/or 3D substrates. Alternatively, the welding process may be configured to produce a 2D and/or 3D welded substrate with relatively uniform properties compared to the overall material or garment.
溶着プロセスが、その種々のパラメータが適切に制御されて(例えば、限られた溶着時間、比較的低いプロセス溶媒比等)構成及び使用されるとき、当該溶着プロセスは、織物内の編織糸接合部に過度の溶着を行うことなく、製織及び製編される布の強度及びピリング特性が、対応する従来の未加工基材と比較して改善される溶着基材を生成し得る。あるいは、異なる構成(例えば、より長い溶着時間、より高いプロセス溶媒比等)の溶着プロセスは、製織及び製編材料中に溶着及び/又は部分的に溶着された溶着糸接合部を有する製織及び製編材料を含み、より剛直な及び/又はより頑丈な材料を提供する溶着基材を生成し得る。1D基材(例えば、編織糸、縫糸)と比べて、2D及び/又は3D基材(例えば、布地、織物)に溶着プロセスを用いることの利点は、大量の材料が同時に処理されることである。ただし、上記のように、編織糸及び/又は縫糸を含む基材を製織及び/又は製編前に溶着することで、多数の製造及び性能面での相乗効果が得られる場合がある。所与の溶着プロセスを、特定の基材にいつどのように適用するかという選択は、目指す結果の種類/溶着基材の最終使用用途に大きく依存し、したがって、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 When a welding process is configured and used with its various parameters properly controlled (eg, limited welding time, relatively low process solvent ratio, etc.), the welding process produces a knitting yarn bond within a fabric. It is possible to produce a welded substrate in which the strength and pilling properties of the woven and knitted fabrics are improved compared to the corresponding conventional raw substrate without undue excessive welding. Alternatively, welding processes of different configurations (e.g., longer welding times, higher process solvent ratios, etc.) can be used for weaving and weaving with welded yarn joints welded and/or partially welded into weaving and knitting materials. Welded substrates may be produced that include a knitted material to provide a stiffer and/or more robust material. The advantage of using a welding process for 2D and/or 3D substrates (eg fabrics, textiles) as compared to 1D substrates (eg weaving threads, sewing threads) is that a large amount of material is processed simultaneously. .. However, as described above, by welding the base material including the knitting yarn and/or the sewing yarn before the weaving and/or the knitting, a large number of synergistic effects in manufacturing and performance may be obtained. The choice of when and how a given deposition process is applied to a particular substrate is highly dependent on the type of outcomes aimed at/the end use application of the deposited substrate, and thus as such in the following claims. Unless otherwise indicated, the scope of the present disclosure is not limited in any way.
上記の可能性に加えて、1D(例えば、編織糸及び/又は縫糸)、2D、及び/又は3D基材(例えば、2D及び/又は3D基材に該当する布地及び/又は織物)及び/又は基材の構成要素(例えば、2D及び/又は3D基材の個別の編織糸又は縫糸)の断面を円形以外の形状にするように、又は円形の断面形状を有する溶着基材を形成するように、溶着プロセスを構成することが可能である。可能な形状としては、限定するものではないが、平楕円又はリボン様形状が挙げられる。これは、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、プロセス溶媒回収ゾーン4、乾燥ゾーン5、及び/又はこれらの組み合わせ内に配置された適切な形状のダイ及び/又はローラーを利用するように溶着プロセスを構成することによって達成され得る。 In addition to the above possibilities, 1D (eg knitting and/or sewing threads), 2D and/or 3D substrates (eg fabric and/or fabrics corresponding to 2D and/or 3D substrates) and/or To make the cross-sections of the components of the substrate (eg individual knitting or sewing threads of 2D and/or 3D substrates) other than circular, or to form a welded substrate having a circular cross-sectional shape. , It is possible to configure the welding process. Possible shapes include, but are not limited to, flat oval or ribbon-like shapes. This may utilize appropriately shaped dies and/or rollers located within process solvent application zone 2, process temperature/pressure zone 3, process solvent recovery zone 4, drying zone 5, and/or combinations thereof. Can be achieved by configuring a welding process for
基材として使用される従来の編織糸は、通常、溶着後に概ね円形の断面形状を示す溶着基材を生成する。一般的に、これは、繊維が溶着/融合されたときに、毛細管力がプロセス溶媒を編織糸のコアに向って吸い上げることから、位置エネルギーが最小化され得るためである。溶着プロセスは、プロセス湿潤基材を操作するための少なくとも特異な成形方法及び/又は装置を用いることによって、及び/又は再構成湿潤基材を、その乾燥時に成形することによって、非円形の断面を有する溶着糸基材が得られるように構成されてもよい。 Conventional knitting yarns used as substrates typically produce a welded substrate that exhibits a generally circular cross-sectional shape after welding. In general, this is because when the fibers are welded/fused, the capillary forces wick the process solvent towards the core of the textile yarn, so that potential energy can be minimized. The welding process provides a non-circular cross section by using at least a unique molding method and/or apparatus for operating the process wet substrate and/or by molding the reconstituted wet substrate during its drying. It may be configured so as to obtain a welded yarn base material having the same.
B.空間的に制御された加熱及び/又は空間的に制御されたプロセス溶媒適用を用いた変調及び非変調溶着プロセス B. Modulated and non-modulated deposition processes using spatially controlled heating and/or spatially controlled process solvent application
基材への化学物質の添加の空間的制御(例えば、イオン液体のインクジェット印刷)は、米国特許第6,048,388号(特許文献4)等に既に開示されている。溶着プロセスの空間的制御は、少なくとも、基材内の選択領域を熱活性化する(上に詳述したように、得られる溶着基材の任意の特性及び/又は特質を操作するために)ことによっても、直接制御でき、ここで溶着プロセスは、空間的に制御された加熱を使用する変調溶着プロセスとして構成されてもよい。IL系溶媒は、典型的には、室温(約20℃)、分のオーダーの時間枠では、はっきり認識できるほど天然繊維基材10を溶着(改質)しない。典型的には、溶着プロセスを活性化及び/又はスピードアップするために、熱の適用が有利となり得る。これは、基材全体を、約40℃を超える温度で少なくとも数秒加熱することを含む。 Spatial control of the addition of chemicals to substrates (eg inkjet printing of ionic liquids) has already been disclosed in US Pat. No. 6,048,388 (Patent Document 4) and the like. Spatial control of the deposition process is at least to thermally activate selected areas within the substrate (to manipulate any properties and/or characteristics of the resulting deposited substrate, as detailed above). Can also be controlled directly, where the welding process may be configured as a modulation welding process using spatially controlled heating. IL-based solvents typically do not appreciably deposit (modify) the natural fiber substrate 10 at room temperature (about 20° C.) over a time frame on the order of minutes. Typically, the application of heat can be advantageous to activate and/or speed up the welding process. This involves heating the entire substrate at a temperature above about 40° C. for at least a few seconds.
変調溶着プロセスとして構成され得る溶着プロセスの概略図を、2D基材を利用し得る図11Aに示す。図11Aに示す変調溶着プロセスは、赤外(レーザー)光を用いて、プロセス溶媒が事前に適用された基材の特定の場所を加熱するように構成されてもよい。指向性エネルギービームからの熱は、基材の特定の場所において溶着プロセスを活性化する可能性があり、溶着プロセスの1つの構成において、セルロースI(天然綿基材)からセルロースII(溶着後の綿基材)への変換及び制御された体積圧密(すなわち、作用を受けていない領域で基材の厚さが低減する場合がある)によって明らかである。 A schematic of a welding process that may be configured as a modulation welding process is shown in FIG. 11A, which may utilize a 2D substrate. The modulated deposition process shown in FIG. 11A may be configured to use infrared (laser) light to heat specific locations on the substrate to which the process solvent was previously applied. Heat from the directed energy beam can activate the welding process at specific locations on the substrate, and in one configuration of the welding process, cellulose I (natural cotton substrate) to cellulose II (after welding) (Cotton substrate) and controlled volume consolidation (ie the thickness of the substrate may be reduced in the unaffected areas).
図10Bと図11Eの比較により明らかなように、基材の表面に対する変化は目視検査で明らかであり、この変化は、指向性エネルギー源による曝露の結果である。更に、エネルギー源の出力を制御する(出力を十分に低く保つ)ことによって、基材(この例では、セルロース)は削磨されなかった。溶着プロセスは、以下の請求項にそのように示されない限り制限なく、空間的に制御された加熱を達成するための任意の好適な波長の電磁エネルギーを使用して構成されてもよく、その例としては、可視光線、マイクロ波、紫外線、及び/又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない。 As is apparent by comparing FIGS. 10B and 11E, changes to the surface of the substrate are apparent upon visual inspection, which changes are the result of exposure by the directional energy source. Furthermore, by controlling the output of the energy source (keeping the output low enough), the substrate (cellulose in this example) was not abraded. The welding process may be configured using electromagnetic energy of any suitable wavelength to achieve spatially controlled heating, without limitation unless so indicated in the following claims, examples of which Include, but are not limited to, visible light, microwaves, ultraviolet light, and/or combinations thereof.
ここで図11A及び図11Bの両方を参照すると、2D基材に適用される変調溶着プロセスの概略図が示されており、図11Aは、空間的に制御された加熱を示し、図11Bは、空間的に制御されたプロセス溶媒適用を示す。ここでも、図11Aは、基材、プロセス湿潤基材、及び/又はプロセス溶媒への指向性エネルギービームによる加熱を示している。プロセス溶媒の量及び/又は組成は、基材の特定の場所で又は広く全体にわたって変調されてもよい。図11Bを参照すると、プロセス溶媒の量及び/又はその組成は、特定の場所で変調されてもよく、その後、プロセス湿潤基材の大きな領域が、広エネルギー源によって加熱されてもよい。いずれの変調溶着プロセスも、再構成及び乾燥後に、基材の体積制御された圧密を生じ得る。 Referring now to both FIGS. 11A and 11B, there is shown a schematic diagram of a modulation welding process applied to a 2D substrate, FIG. 11A showing spatially controlled heating, and FIG. 3 shows spatially controlled process solvent application. Again, FIG. 11A shows heating with a directed energy beam to the substrate, process wet substrate, and/or process solvent. The amount and/or composition of process solvent may be modulated at a particular location on the substrate or widely throughout. Referring to FIG. 11B, the amount of process solvent and/or its composition may be modulated at a particular location and then a large area of the process wet substrate may be heated by a broad energy source. Any modulation welding process can result in volume controlled consolidation of the substrate after reconstitution and drying.
ここで図11C及び図11Dの両方を参照すると、1D基材に適用される変調溶着プロセスの概略図が示されており、図11Cは、空間的に制御された加熱を示し、図11Dは、空間的に制御されたプロセス溶媒適用を示す。図11Aに示すように、熱は、パルスエネルギー源により、基材、プロセス湿潤基材、及び/又はプロセス溶媒に加えられてもよい。プロセス溶媒の量及び/又は組成は、基材の特定の場所で又は広く全体にわたって変調されてもよい。図11Dを参照すると、プロセス溶媒の量及び/又はその組成は、特定の場所で変調されてもよく、その後、プロセス湿潤基材の大きな領域が、広エネルギー源及び/又はパルスエネルギー源によって加熱されてもよい。いずれの溶着プロセスも、所望の効果を達成するために、プロセス溶媒有効性及びレオロジー、並びに関連する粘性抵抗を、慎重に制御するように構成されてもよい。 Referring now to both FIG. 11C and FIG. 11D, there is shown a schematic diagram of a modulation deposition process applied to a 1D substrate, FIG. 11C showing spatially controlled heating, and FIG. 3 shows spatially controlled process solvent application. As shown in FIG. 11A, heat may be added to the substrate, process wet substrate, and/or process solvent by a pulsed energy source. The amount and/or composition of process solvent may be modulated at a particular location on the substrate or widely throughout. Referring to FIG. 11D, the amount of process solvent and/or its composition may be modulated at a particular location, after which a large area of the process wetting substrate is heated by a broad energy source and/or a pulsed energy source. May be. Any deposition process may be configured to carefully control the process solvent effectiveness and rheology and associated viscous drag to achieve the desired effect.
プロセス溶媒の流量が変調された(例えば、図11Dと同様の方法でパルス状にされた)変調溶着プロセスによって製造された変調溶着糸基材の画像を、図11Eに示す。所望の粘性抵抗を達成するように変調溶着プロセスを構成すると(この例では、プロセス湿潤基材と物理的に接触させて、プロセス溶媒を最初の接触点から広げることによって実施した)、溶着基材の長さ方向に沿って軽く溶着した部分としっかりと溶着した部分とが交互に生じる。図11Eでは、図の右側部分は軽く溶着されており、図の右側部分はしっかりと溶着されている。 An image of a modulated weld yarn substrate produced by a modulated weld process in which the process solvent flow rate is modulated (eg, pulsed in a manner similar to FIG. 11D) is shown in FIG. 11E. Once the modulated deposition process is configured to achieve the desired viscous drag (in this example, by physical contact with the process wetting substrate and spreading the process solvent from the initial contact point), the deposition substrate Lightly welded portions and firmly welded portions alternate along the length direction of the. In FIG. 11E, the right part of the figure is lightly welded and the right part of the figure is firmly welded.
変調溶着プロセスで処理された溶着基材から製造した布地の画像を、図11Fに示す。図11Fの布地の製造に使用された溶着基材は、図9Aに示す、本明細書で上述した溶着プロセス及び装置により製造され得る。変調溶着プロセスは、プロセス溶媒ポンプ速度及び粘性抵抗を変調することによって達成された。溶着プロセスの適切な制御により、様々な度合の制御された体積圧密及び特定の度合の溶着が達成された。最終的な結果として、溶着糸基材における毛及び空きスペースの量が変調された。 An image of a fabric made from a welded substrate treated with the modulation welding process is shown in FIG. 11F. The fusing substrate used to fabricate the fabric of FIG. 11F may be produced by the fusing process and apparatus described above herein, as shown in FIG. 9A. The modulated deposition process was achieved by modulating the process solvent pump speed and viscous drag. With proper control of the welding process, varying degrees of controlled volume consolidation and specific degrees of welding were achieved. The net result was a modulation of the amount of bristles and open spaces in the welded yarn substrate.
変調溶着糸基材を布地に製編し、染料した後、色の深度は、溶着の度合によって変動することが見出された。この結果、図11Fから明らかなように、驚くべき「スペース染色」又は「ヘザー」効果が得られた。典型的には、ファッション産業において、この効果を得るには、複数の編織糸を1枚の布地に製編することを必要とする。変調繊維溶着は、より短い乾燥時間及び増強された水分管理という先述の利益だけでなく、この場合、様々なファッション用途で興味が持たれる特異な、しかし制御可能な色変調も加える。変調溶着効果を、所定の編み目長さ及び/又は織布の充填度(tightness factor)と組み合わせることで、布地の色及び質感が更に増強される。この新たな結果は、任意の数の従来製品及び機能性製品に用途を見出す可能性がある。 After knitting a modulated welded yarn substrate into a fabric and dyed, the depth of color was found to vary with the degree of welding. This resulted in a surprising "space stain" or "heather" effect, as is apparent from Figure 11F. Typically, in the fashion industry, achieving this effect requires knitting multiple knitting yarns into a single fabric. Modulated fiber fusing not only adds the previously mentioned benefits of shorter drying times and enhanced moisture management, but in this case also adds a unique but controllable color modulation of interest in various fashion applications. Combining the modulation welding effect with a given stitch length and/or the tightness factor of the woven fabric further enhances the color and texture of the fabric. This new result may find application in any number of conventional and functional products.
上に簡単に述べたように、溶着プロセスは、セルロースII結晶に変換されるセルロースI結晶の量を制御するように構成されてもよい。ここで図15Aを参照すると、原綿糸基材(プロットA)及び過剰なイオン液体プロセス溶媒に完全に溶解し、その後再構成した綿糸(プロットB)のX線回折データ(XRD)を図示している。本明細書で使用するとき、プロットBは、原糸基材全体が変性され、未変性バイオポリマーの構造が完全に変更されていることから、以下の請求項に特記のない限り、「溶着基材」又は「溶着糸基材」又は本開示に従って製造された任意のその他の基材を表さない。プロットAでは、未変性の綿セルロースポリマーは、セルロースI状態にはっきりと示されている。プロットBでは、セルロースIIの明らかに少ない結晶性の特徴がある。これは、完全に溶解されて、その未変性構造が完全に破壊された綿を表す。 As briefly mentioned above, the welding process may be configured to control the amount of cellulose I crystals converted to cellulose II crystals. Referring now to FIG. 15A, an X-ray diffraction data (XRD) of a cotton yarn substrate (Plot A) and cotton yarn completely dissolved in excess ionic liquid process solvent and then reconstituted (Plot B) is illustrated. There is. Plot B, as used herein, is based on the fact that the entire yarn base material has been modified and the structure of the unmodified biopolymer has been completely altered, unless otherwise noted in the claims below. Material" or "welded yarn substrate" or any other substrate made in accordance with the present disclosure. In plot A, the unmodified cotton cellulose polymer is clearly shown in the cellulose I state. In plot B there is a distinctly less crystalline character of cellulose II. This represents cotton that has been completely dissolved and its native structure completely destroyed.
表14.1は、3種の別々の溶着基材の製造に用いた主なプロセスパラメータの一部を示し、ここで、最初の2行のプロセスパラメータは、図9Aに示す溶着プロセス及び装置に用いられてもよく、3行目の溶着プロセス及び装置は、図10Aに示す溶着プロセス及び装置に用いられてもよい。表6.1の各列見出しのプロセスパラメータは、上で表1.1に関して記載したものと同じである。 Table 14.1 shows some of the main process parameters used to make three separate weld substrates, where the first two rows of process parameters are for the welding process and equipment shown in FIG. 9A. The third row welding process and apparatus may be used for the welding process and apparatus shown in FIG. 10A. The process parameters for each column heading in Table 6.1 are the same as described above for Table 1.1.
ここで図15Bを参照すると、表14.1に示すプロセスパラメータを用いて製造された3種の溶着糸基材のXRDデータのプロットが与えられており、プロットAは表14.1の1行目に対応し、プロットBは2行目に対応し、プロットCは表14.1の最後の行に対応する。図15A及び図15Bを比較対照すると、それぞれ表14.1のプロセスパラメータを用いて図9A及び図10Aの溶着プロセス及び装置で製造した溶着糸基材は、綿の未変性セルロースI構造を有し、それと同時に、溶着糸基材は制御可能に改質されて、増強された特性及び/又は特質を示すことは明白である。未変性セルロースI構造の保全は、本明細書で上に詳述したように、様々なプロセス溶媒系及び様々な装置を用いて達成され得る。 Referring now to FIG. 15B, a plot of XRD data for three welded yarn substrates made using the process parameters shown in Table 14.1 is provided, with Plot A being one row of Table 14.1. Corresponding to the eye, plot B corresponds to the second row, plot C corresponds to the last row of Table 14.1. By comparing and contrasting FIGS. 15A and 15B, the welded yarn substrates produced with the welding process and apparatus of FIGS. 9A and 10A using the process parameters of Table 14.1 respectively have a cotton unmodified cellulose I structure. At the same time, it is clear that the welded yarn substrate is controllably modified to exhibit enhanced properties and/or attributes. Preservation of the unmodified Cellulose I structure can be achieved using a variety of process solvent systems and a variety of equipment, as detailed herein above.
9.染色のための溶着プロセス及び得られる製品 9. Welding process for dyeing and resulting product
A.藍染め(インジゴ染色)の背景技術 A. Background technology of indigo dyeing
インジゴ染料は、綿織物の処理に広く使用されている。インジゴ分子である2,2’−ビス(2,3−ジヒドロ−3−オキソインドリリデン)は、一般的に水溶性であり、したがって織物の染色に直接使用されない。代わりに、従来技術では、ロイコインジゴ(又はホワイトインジゴ)と呼ばれる水溶性の還元体を織物の染色に使用する。これは、その後酸素に曝露すると、特徴的な青色を有する酸化状態に戻る。従来技術の藍染め工程は、非常に水集約的であり、亜ジチオン酸ナトリウム(ハイドロサルファイトナトリウム)、水酸化ナトリウム、及び洗剤(湿潤剤及び洗浄剤)等の補助的プロセス薬品を大量に必要とする。従来技術の藍染め法では、染料は編織糸の中に短い距離しか浸透できず、したがって、所望の色強度を蓄積するためには、染色バットに複数回通す(浸漬する)必要がある。 Indigo dyes are widely used in the treatment of cotton fabrics. The indigo molecule, 2,2'-bis(2,3-dihydro-3-oxoindolidene), is generally water soluble and therefore not used directly for dyeing textiles. Instead, in the prior art, a water-soluble reductant called leuco indigo (or white indigo) is used for dyeing textiles. Upon subsequent exposure to oxygen, it reverts to its oxidized state, which has a characteristic blue color. The prior art indigo dyeing process is very water intensive and requires large amounts of auxiliary process chemicals such as sodium dithionite (sodium hydrosulfite), sodium hydroxide and detergents (wetting and cleaning agents). And In the prior art indigo dyeing process, the dye can penetrate into the knitting yarn only for a short distance and therefore requires multiple passes (dipping) through the dye vat in order to accumulate the desired color strength.
染色プロセスを改良するための技術は、当該技術分野で提案されてきたが、水需要並びに酸及び/又はアルカリ溶液の必要量を大幅に低減するものはない。Bianchini et.al,ACS Sustainable Chem.Eng.2015,3,2303−2308(非特許文献1)は、2g/Lのイオン液体を染料溶液に添加することで、布地内の分散染料の取込を改善することを提案している。この技術は、ある程度のレベルの水溶性を有するこの分類の染料には有効であることが明らかにされているが、非水溶性の染料(例えば、インジゴ)には適用できない。 Techniques for improving the dyeing process have been proposed in the art, but none significantly reduce the water demand and the required amount of acid and/or alkaline solution. Bianchini et. al, ACS Sustainable Chem. Eng. 2015, 3, 2303-2308 (Non-Patent Document 1) propose to improve the uptake of disperse dyes in fabric by adding 2 g/L of ionic liquid to the dye solution. Although this technique has been shown to be effective for this class of dyes that have some level of water solubility, it is not applicable to water insoluble dyes (eg, indigo).
米国特許第7731762号(特許文献5)は、染料の担体としてのイオン液体の使用を開示している。上記特許に開示されているイオン液体は、セルロース系材料と強く相互作用することは知られておらず、カオトロピックとみなされない。さらに、上記特許は、セルロース系製品の染色においてインジゴ染料と共に使用するために特に選択されたイオン液体を開示していない。 US Pat. No. 7,731,762 discloses the use of ionic liquids as carriers for dyes. The ionic liquids disclosed in the above patents are not known to interact strongly with cellulosic materials and are not considered chaotropic. Moreover, the above patent does not disclose ionic liquids specifically selected for use with indigo dyes in the dyeing of cellulosic products.
米国特許出願公開第2006/0090271号(特許文献6)は、セルロース系繊維の外面を部分的に溶解するためのイオン液体の使用、及び同時又は逐次的のいずれかで、染料又は染料固着剤を含む有益剤を適用することを開示している。上記開示のどこにも、藍染めのプロセスに特に適したイオン液体と染料の組み合わせの具体的な実施形態はない。 U.S. Patent Application Publication No. 2006/0090271 discloses the use of ionic liquids to partially dissolve the outer surface of cellulosic fibers, and dyes or dye fixing agents, either simultaneously or sequentially. The application of benefit agents including is disclosed. Nowhere in the above disclosure is the specific embodiment of the ionic liquid and dye combination particularly suitable for the indigo dyeing process.
本明細書の定義による従来の染色では、分子染料等の着色剤は、分子レベルで溶液中に溶解/分散される。かかる溶液に曝露すると、基材(例えば、編織糸、布地等)は、染料を吸収して、染料の色を帯びる。染料は、染料と基材との間に共有結合を形成する特殊な連結化学物質と反応し得る。あるいは、染料は、非反応性で、単に吸収すること、及び分子間会合(例えば、分散、双極子−双極子、水素結合、イオン−双極子、イオン−イオン、及び/又はその他の引力)により基材と会合すること、ができる。 In conventional dyeing as defined herein, colorants such as molecular dyes are dissolved/dispersed in solution at the molecular level. Upon exposure to such a solution, the substrate (eg, textile yarn, fabric, etc.) absorbs the dye and assumes the color of the dye. Dyes can react with special linking chemicals that form covalent bonds between the dye and the substrate. Alternatively, the dye is non-reactive, simply by absorbing and by intermolecular association (eg, dispersion, dipole-dipole, hydrogen bond, ion-dipole, ion-ion, and/or other attractive forces). Can be associated with a substrate.
図16Aに示す、典型的なリング紡績未染色編織糸基材90の断面では、個別の未染色繊維基材92が表示されており、未染色編織糸基材90は、無色で(周囲条件下で白に見えるように)表示されている。従来技術の藍染めプロセスで処理した後の同じ未染色編織糸基材90の断面図を図16Bに示す。染色編織糸基材90’及び個別の染色繊維基材92’が表示されている。図16Bに示すように、染色編織糸基材90’の外面からその内部に向かい概ね半径方向に進行する色勾配が存在し、その結果、染色編織糸基材90’の外面に近い染色繊維基材92’は、染色編織糸基材90’の内部に近い繊維基材よりも着色されている。 In the cross section of a typical ring-spun undyed textile yarn base material 90 shown in FIG. 16A, individual undyed textile textile substrates 92 are displayed, and the undyed textile yarn base material 90 is colorless (under ambient conditions. It is displayed so that it looks white). A cross-sectional view of the same undyed knitted yarn base material 90 after being treated with a prior art indigo dyeing process is shown in FIG. 16B. A dyed knitted yarn base material 90' and an individual dyed fiber base material 92' are displayed. As shown in FIG. 16B, there is a color gradient that progresses from the outer surface of the dyed knitting/woven yarn base material 90′ toward the inside thereof in a substantially radial direction, and as a result, the dyed fiber base close to the outer surface of the dyed/knitted textile yarn base material 90′. The material 92' is more colored than the fiber base material that is closer to the inside of the dyed knitting or weaving yarn base material 90'.
本明細書の定義による従来の顔料パディングでは、着色剤(例えば、インジゴ)のマイクロ〜ナノメートルサイズの顔料粒子であるがこれらに限定されない着色剤が、結合剤(多くの場合、ポリマー結合剤材料)も含有する溶液中に分散される。かかる溶液に曝露すると、結合剤及び顔料粒子が基材繊維上に配置され、結合剤が顔料粒子を基材及びその中に保持する。結合剤は、基材と反応性(新規化学結合を形成する)でも、非反応性(上記のものを含むがこれらに限定されない分子間相互作用により会合する)でもよい。 In conventional pigment padding as defined herein, a colorant, such as, but not limited to, micro- to nanometer-sized pigment particles of a colorant (eg, indigo) is a binder (often a polymeric binder material). ) Is also dispersed in the solution containing. Upon exposure to such a solution, the binder and pigment particles are placed on the substrate fiber, and the binder holds the pigment particles in and on the substrate. The binder may be reactive (forming a new chemical bond) with the substrate or non-reactive (associating by intermolecular interactions, including but not limited to those mentioned above).
B.染色溶着プロセスの概要 B. Overview of dyeing and welding process
本開示による染色溶着プロセスは、インジゴ用の驚くべき新規顔料パディング技術を可能にする。具体的には、染色溶着プロセスは、インジゴ顔料粒子をセルロース系基材(例えば、綿基材)に添加する顔料パディングプロセスの1種として構成されてもよい。例えば、本明細書に開示される染色溶着プロセスの1つでは、プロセスは、水性プロセス溶媒を用いて構成されてもよく、水性プロセス溶媒は、アルカリ金属水酸化物及び尿素を、インジゴを綿糸に付加するために利用され得るセルロース及びインジゴ顔料粒子が溶解された状態で、使用してもよい。染色溶着プロセスを実施して、顔料パディング技術の主要態様を達成することができる。これを達成すると同時に、現在商業的藍染めプロセスで使用される(インジゴを還元してアニオン形態にする役割を果たす)きつい(harsh)化学物質の使用が避けられる。これは、プロセスコスト、特に藍染めの実施に利用される水の量に対して重要な影響を与える。溶着プロセスは、天然繊維基材の物理的特性を調整するようにも構成できることから、本明細書に記載の染色溶着プロセスは、これまで伝統的な染色及び/又は顔料パディング技術では不可能だったやり方で、織物(すなわち、布地)の追加調整も可能にする。 The dye fusing process according to the present disclosure enables a surprising new pigment padding technique for indigo. Specifically, the dye welding process may be configured as one type of pigment padding process in which indigo pigment particles are added to a cellulosic substrate (eg, cotton substrate). For example, in one of the dye fusing processes disclosed herein, the process may be configured with an aqueous process solvent, the aqueous process solvent comprising alkali metal hydroxide and urea, indigo on cotton yarn. The cellulose and indigo pigment particles that can be used for addition may be used in a dissolved state. The dye fusing process can be carried out to achieve key aspects of the pigment padding technology. While accomplishing this, the use of the harsh chemicals currently used in commercial indigo dyeing processes (which serve to reduce indigo to its anionic form) is avoided. This has a significant impact on the process costs, especially on the amount of water used to carry out the indigo dyeing. The dyeing and welding process described herein has heretofore not been possible with traditional dyeing and/or pigment padding techniques because the welding process can also be configured to adjust the physical properties of the natural fiber substrate. In a manner, it also allows for additional conditioning of the fabric (ie, fabric).
更に、バイオポリマー材料(すなわち、セルロース、絹等)の溶媒であるプロセス溶媒(これは、いくらかの量の顔料(分子及び/又はイオン)も溶解できる)の使用は、顔料粒子を結合剤で付加するだけでなく、分子及び/又はイオン性染料種を繊維基材及びその中に導入することもできる、新規「ハイブリッド」染色技術を可能にする可能性がある。かかるハイブリッド技術は、伝統的な染色技術と顔料パディング技術の両方の要素を取り入れることができる。ある染色溶着プロセスでは、インジゴ染料粒子を、可溶化ポリマー(例えば、セルロース系結合剤)を含有し、かつインジゴ染料分子の溶解に対する追加効果もある、プロセス溶媒中に分散できる。具体的には、特定の分子共溶媒添加剤を有するイオン液体系溶媒を、このハイブリッド方法に合わせて調整できる。本明細書で上に記載したような溶着プロセスを用いて、新規かつ独特のやり方で、プロセス溶媒を、適切な粘性抵抗で、かつプロセス溶媒に溶解又は懸濁した材料、例えば、セルロース系結合剤及びインジゴ染料(顔料粒子及び分子インジゴ種の両方)と共に、編織糸に適用する。 Further, the use of a process solvent that is a solvent for the biopolymer material (ie, cellulose, silk, etc.) that can also dissolve some amount of pigment (molecules and/or ions) adds pigment particles with a binder. In addition, it may enable new “hybrid” dyeing techniques, in which molecular and/or ionic dye species can be introduced into and into the fiber substrate. Such hybrid techniques can incorporate elements of both traditional dyeing techniques and pigment padding techniques. In one dye fusing process, the indigo dye particles can be dispersed in a process solvent that contains a solubilizing polymer (eg, a cellulosic binder) and that also has an additive effect on the dissolution of the indigo dye molecules. Specifically, ionic liquid-based solvents with specific molecular cosolvent additives can be tailored for this hybrid method. A material in which a process solvent is dissolved or suspended in a process solvent with suitable viscous resistance and in a novel and unique manner using a welding process as described herein above, such as a cellulosic binder. And with indigo dye (both pigment particles and molecular indigo species) applied to textile yarns.
イオン液体を含むプロセス溶媒を用いて構成された染色溶着プロセスでは、アセトニトリル(「CAN」)、ジメチルスルホキシド(「DMSO」)、ジメチルホルムアミド(「DMF」)等の分子共溶媒を適宜利用して、例えば、セルロース系結合剤及び分子インジゴ染料/インジゴ顔料粒子に対する溶媒の効果を調整することができる。適切な粘性抵抗が、染色溶着プロセス(例えば、少なくとも、プロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、及び/又はプロセス溶媒回収ゾーン4)全体を通して用いられると仮定すると、染色溶着プロセス全体が、所望の色(必要に応じて、一貫した、制御可能な色合い及び/又は変調色のいずれか)を有する溶着基材が得られるように構成されてもよい。さらに、追加の結合剤(例えば、イオン液体系プロセス溶媒に溶解されたセルロース)を含有する追加のプロセス溶媒を添加することによって、上記の効果(少なくとも図9I及び9Jに示され、「シェル溶着(され)」と称される)と同様に、得られる溶着基材内に染料が捕捉される度合を調整し、同時に、得られる溶着基材の物理的特性(例えば、制御された体積圧密、基材表面の毛の量、強度及びその他の機械的特性等)を調整する効果を得ることができる。すなわち、染色溶着プロセスは、得られる溶着基材(例えば、溶着糸基材)の色の送達及び調整を同時に行い、更に同時に、その物理的特性も調整するように構成できる。 In the dyeing and welding process constituted by using a process solvent containing an ionic liquid, a molecular co-solvent such as acetonitrile (“CAN”), dimethylsulfoxide (“DMSO”), dimethylformamide (“DMF”) is appropriately used, For example, the effect of the solvent on the cellulosic binder and the molecular indigo dye/indigo pigment particles can be adjusted. Assuming appropriate viscous drag is used throughout the dye deposition process (eg, at least process solvent application zone 2, process temperature/pressure zone 3, and/or process solvent recovery zone 4), the entire dye deposition process is It may be configured to provide a weld substrate having a desired color (either a consistent, controllable shade and/or a modulated color, if desired). In addition, by adding an additional process solvent containing an additional binder (eg, cellulose dissolved in an ionic liquid-based process solvent), the effects described above (at least shown in FIGS. 9I and 9J, “shell welding ( )))) to control the degree of entrapment of dye in the resulting weld substrate, while at the same time controlling the physical properties of the resulting weld substrate (eg, controlled volume consolidation, substrate The effect of adjusting the amount of hair on the material surface, strength, and other mechanical properties) can be obtained. That is, the dye fusing process can be configured to simultaneously deliver and adjust the color of the resulting fusing substrate (eg, fusing yarn substrate) and, at the same time, adjust its physical properties.
以下の記述は、概して、溶着基材の製造方法に関し、当該方法において、溶着プロセスは、得られる溶着基材が、溶着と同時に着色及び/又は染色もされるように構成されてもよい(本明細書で一般的に「染色溶着プロセス」と呼ぶ)。以下の記載は、セルロース系基材に適用されるインジゴ染料に主に焦点を合わせるが、本開示の範囲は、以下の請求項に指示のない限り、そのように限定されるものではなく、一般的概念は、該当する場合には、他の着色及び/若しくは染色剤並びに/又は基材に適用されてもよい。 The following description generally relates to a method of making a welded substrate, in which the welding process may be configured such that the resulting welded substrate is also colored and/or dyed simultaneously with welding (the present Generally referred to herein as the "dye welding process"). Although the following description focuses primarily on indigo dyes applied to cellulosic substrates, the scope of the present disclosure is not so limited, unless otherwise indicated in the claims below, and in general The concepts may be applied to other coloring and/or dyeing agents and/or substrates, if applicable.
染色溶着プロセスの一態様では、カオトロピックイオン液体(すなわち、セルロースを少なくとも部分的に溶解できるイオン液体)を、非プロトン性溶媒との溶液中に含むプロセス溶媒系は、インジゴ染料をセルロース系基材の中に運び、有効な染色を行い得る。本明細書で用いる場合、「繊維」、「セルロース系繊維」、「セルロース」、「編織糸」、及び「縫糸」は、全て互換可能に使用されてもよく、本開示の範囲は、以下の請求項に他の指示がない限り、かかる形態のセルロース系材料全てに拡大される。着色及び/又は染色剤と共に使用するように構成された溶着プロセスの別の態様では、基材は2D基材又は3D基材として構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り、制限されない。 In one aspect of the dye deposition process, a process solvent system comprising a chaotropic ionic liquid (ie, an ionic liquid capable of at least partially dissolving cellulose) in a solution with an aprotic solvent comprises an indigo dye of a cellulosic-based substrate. It can be carried in and do an effective dyeing. As used herein, "fiber", "cellulosic fiber", "cellulose", "braided yarn", and "suture" may all be used interchangeably and the scope of the present disclosure is as follows: Unless otherwise indicated in the claims, it extends to all such cellulosic materials. In another aspect of the fusing process configured for use with a coloring and/or dyeing agent, the substrate may be configured as a 2D substrate or a 3D substrate, unless so indicated in the following claims. , Not limited.
意外にも、プロセス湿潤基材の再構成の間(例えば、イオン液体及び非プロトン性溶媒が繊維から除去されるプロセス溶媒回収ゾーン4において)、プロセス溶媒又はプロセス溶媒の一部の除去は、除去されるインジゴ染料分子が全くないか又は無視できる量となるように実施されてもよい。すなわち、インジゴ染料分子は、セルロース繊維内に運ばれると、それによって、セルロース繊維に強く結合され、プロセス溶媒(この場合、イオン液体及び非プロトン性溶媒)を除去(洗浄)するために必要な除去力は、結合されたインジゴ染料を取り除くには不十分となる。 Surprisingly, during reconstitution of the process wet substrate (eg, in the process solvent recovery zone 4 where ionic liquid and aprotic solvent are removed from the fiber), removal of the process solvent or a portion of the process solvent is There may be no or negligible amount of the indigo dye molecule that is applied. That is, when the indigo dye molecule is carried into the cellulose fiber, it is thereby strongly bound to the cellulose fiber and the removal required to remove (wash) the process solvent (in this case, the ionic liquid and aprotic solvent). The force is insufficient to remove bound indigo dye.
従来技術と対照的に、染色溶着プロセスは、染色工程と同時に起こり得る繊維改質の利益も追加し得る。この繊維改質は、参照により本願にその全体が援用される米国特許第8,202,379号(特許文献1)、又は上記の同時係属出願のいずれかに開示されているような溶着プロセスを通じて編織糸を平滑化及び/又は強化するように構成されてもよい。溶着プロセスを通じて繊維の染色及び繊維の改質の両方が得られるように構成された溶着プロセスでは、イオン液体は、インジゴ染料を編織糸内に運ぶことができ、繊維の外層を部分的に溶解して、その強度及び/又は平滑性を改良すること、及び/又は溶着プロセスにより他の機能性材料を繊維に添加すること、ができる場合がある。 In contrast to the prior art, the dye fusing process may also add fiber modification benefits that may occur concurrently with the dyeing process. This fiber modification is through a welding process as disclosed in US Pat. No. 8,202,379, which is incorporated herein by reference in its entirety, or in any of the above-mentioned co-pending applications. It may be configured to smooth and/or strengthen the knitting yarn. In a fusing process configured to provide both dyeing and modification of the fiber through the fusing process, the ionic liquid can carry the indigo dye into the yarn and partially dissolve the outer layer of the fiber. In some cases, it may be possible to improve its strength and/or smoothness and/or to add other functional materials to the fiber by the welding process.
溶着プロセスによる機能性材料の捕捉に関して先に詳述したように(かつ、少なくとも図4A〜D及び5A〜Dを参照して)、染色溶着プロセスは、着色剤(例えば、インジゴ染料)をバイオポリマーマトリックスで捕捉するように構成されてもよい。かかる染色溶着プロセスは、顔料パディングと似た様式で着色される溶着基材を生成してもよく、ここでバイオポリマーは結合剤として作用し得る。 As detailed above with respect to the capture of functional materials by the fusing process (and at least with reference to FIGS. 4A-D and 5A-D), the dye fusing process involves the addition of a colorant (eg, indigo dye) to a biopolymer. It may be configured to capture in a matrix. Such a dye fusing process may produce a fusing substrate that is colored in a manner similar to pigment padding, where the biopolymer may act as a binder.
さらに、染色溶着プロセスは、様々な適合性に関する制約(例えば、化学的適合性、特質適合性等)を受ける染色溶着プロセスによって製造される溶着基材に関して本明細書で先述した溶着基材の特質のいずれかを付与するように構成されてもよく、以下の請求項にそのように示されない限り、制限されない。 In addition, the dye-fusing process is subject to various compatibility constraints (eg, chemical compatibility, property compatibility, etc.) that are characteristic of the fusing substrate described herein above with respect to fusing substrates produced by the dye-fusing process. May be configured to impart any of the following, and is not limited unless so indicated in the following claims.
C.例示的染色溶着プロセス C. Exemplary dye welding process
セルロース繊維の藍染め用に構成された染色溶着プロセスの種々の例示を、以下に詳述する。ただし、上記例示は、いかなる限定も意味するものではなく、したがってその特定のパラメータ、温度、圧力、比等は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を限定するものではない。 Various examples of dyeing and fusing processes designed for indigo dyeing of cellulose fibers are detailed below. However, the above illustration is not meant to imply any limitation, and its specific parameters, temperatures, pressures, ratios, etc., therefore, do not limit the scope of the present disclosure, unless so indicated in the following claims. Absent.
染色溶着プロセスの一態様では、インジゴ染料粉末は、カオトロピックイオン液体溶媒を含むプロセス溶媒に懸濁され、部分的に可溶化されていてもよい。かかる溶媒としては、限定するものではないが、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩(「EMIm OAc」)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム塩化物(「BMIm Cl」)、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩(「PMIm OAc」)、及び米国特許第7,671,178号(特許文献3)(参照によりその全体を本明細書に援用する)に記載のような、その他の既知のイオン液体溶媒(天然繊維を溶解できるもの)が挙げられる。ただし、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲は、特定のイオン液体によって限定されない。さらに、インジゴ染料及び/又はその他の材料の送達に使用されるプロセス溶媒は、純粋であることはまれである。事実、プロセス溶媒は、多くの場合、イオン種と分子種との混合物(例えば、EMIm Ac+DMSO+ACN又はLiOH+尿素+水)であり、プロセス溶媒が分子種のみで構成されることさえある。一般的に、粉末形態のインジゴの個々の粒径が小さいほど、染色溶着プロセスを用いた着色の有効性は大きい。ある染色着色プロセスでは、粒径が0.01〜10μmの範囲のインジゴ粉末を使用すると有利となり得る。他のプロセスでは、粒径が0.1〜1.0μmの範囲のインジゴ粉末を使用すると有利となり得る。したがって、染色溶着プロセスに使用するインジゴの特定の粒径、物理的特性、及び/又はその他の特徴は、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲をなんら限定するものではない。 In one aspect of the dye fusing process, the indigo dye powder may be suspended and partially solubilized in a process solvent that includes a chaotropic ionic liquid solvent. Such solvents include, but are not limited to, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (“EMIm OAc”), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (“BMIm Cl”), 1- Propyl-3-methylimidazolium acetate ("PMIm OAc"), and as described in US Pat. No. 7,671,178 (Patent Document 3), which is incorporated herein by reference in its entirety. Other known ionic liquid solvents (those capable of dissolving natural fibers) can be mentioned. However, the scope of the present disclosure is not limited by the particular ionic liquid, unless so indicated in the following claims. Moreover, the process solvents used to deliver indigo dyes and/or other materials are rarely pure. In fact, the process solvent is often a mixture of ionic and molecular species (eg EMIm Ac+DMSO+ACN or LiOH+urea+water), and the process solvent may even consist solely of molecular species. In general, the smaller the individual particle size of indigo in powder form, the greater the effectiveness of coloring using the dye welding process. In some dyeing and coloring processes it may be advantageous to use indigo powder with a particle size in the range of 0.01 to 10 μm. In other processes, it may be advantageous to use indigo powder with a particle size in the range of 0.1-1.0 μm. Therefore, the particular particle size, physical properties, and/or other characteristics of the indigo used in the dye welding process do not limit the scope of the present disclosure unless so indicated in the following claims. ..
非プロトン性極性溶媒(例えば、DMSO、DMF等)をイオン液体との共溶媒(プロセス溶媒系を形成する)として使用することは、プロセス溶媒の粘度を低下させ得ることから、処理の促進に特に有利であることが見出されている。ただし、他の添加剤をイオン液体と共に使用してもよく、以下の請求項にそのように示されない限り制限されない。一般的に、イオン液体及び当該液体への任意の添加剤は、本明細書で「プロセス溶媒」と呼ばれるが、「プロセス溶媒系」と呼ばれることもある。インジゴ染料は、DMSO及びDMFに少ししか溶解しない。したがって、特定の染色溶着プロセスにおいて、イオン液体とDMSO又はDMFとの混合物を用いる直接染色の利益は、インジゴ染料のプロセス溶媒への溶解度の改善が主な要因となってもたらされるのではない。ただし、他の染色溶着プロセスでは、DMSO又はDMFを含むプロセス溶媒は、染色により、溶着基材に比較的大量の着色をもたらすことがある(顔料パディングとは反対に)。 The use of aprotic polar solvents (eg DMSO, DMF, etc.) as co-solvents (forming process solvent systems) with ionic liquids can reduce the viscosity of the process solvent and is thus particularly useful for facilitating processing. It has been found to be advantageous. However, other additives may be used with the ionic liquid and are not limited unless so indicated in the following claims. In general, ionic liquids and any additives to such liquids are referred to herein as "process solvents", but may also be referred to as "process solvent systems". The indigo dye is only slightly soluble in DMSO and DMF. Therefore, the benefits of direct dyeing with a mixture of ionic liquids and DMSO or DMF in a particular dye deposition process are not primarily attributed to the improved solubility of the indigo dye in the process solvent. However, in other dye fusing processes, process solvents containing DMSO or DMF can result in a relatively large amount of coloration on the fusing substrate (as opposed to pigment padding).
インジゴ染料は、EMIm OAc中で時間の経過とともにゆっくりと還元され、特徴的な青色から緑の色相に変わることが見出されている。したがって、多くの用途において、懸濁液を最初に調製してから48時間以内に使用すると有利となり得ることが想到される。 It has been found that the indigo dye is slowly reduced in EMIm OAc over time, changing from a characteristic blue to green hue. Therefore, it is envisioned that in many applications it may be advantageous to use the suspension within 48 hours of its initial preparation.
実験では、インジゴ染料は、以下のプロセス工程に従って、編織糸に上手く適用された。インジゴ染料粉末(0.5〜3重量%)を、EMIm OAcとDMSOの重量比50:50の溶液中に懸濁する。この混合物を撹拌して、微細流体懸濁液を調製する。その後、この懸濁液を、>50メッシュのふるいに通して濾過し、塗布の非一貫性又はプロセス装置の閉塞を招く可能性のある染料の未懸濁粒子を除去する。このプロセス溶媒を、編織糸に適用するためのインジェクタに送る。EMIm OAcとDMSOをブレンドしたプロセス溶媒を使用するとき、プロセス溶媒と繊維の比として、処理する糸の質量に対するプロセス溶媒の質量が1〜6倍であることが好ましい。溶着及び同時染色の時間は、70℃〜100℃のプロセス温度で5〜15秒である。溶着及び染色された編織糸を、その後、すすぎ及び再構成工程に進めて、溶着プロセスを止めてもよい。編織糸からプロセス溶媒を除去しても、インジゴ染料は除去されないことが見出されている。次いで、溶着及び染色された編織糸を、現在業界で実施されている方法と類似の方法により、乾燥及び包装してもよい。 In the experiment, the indigo dye was successfully applied to the yarn according to the following process steps. Indigo dye powder (0.5-3% by weight) is suspended in a solution of EMIm OAc and DMSO in a weight ratio of 50:50. The mixture is agitated to prepare a microfluidic suspension. The suspension is then filtered through a >50 mesh screen to remove unsuspended particles of dye that could lead to application inconsistencies or blockage of process equipment. This process solvent is sent to an injector for application to the textile yarn. When using a process solvent in which EMIm OAc and DMSO are blended, it is preferable that the ratio of the process solvent to the fiber is 1 to 6 times the mass of the process solvent with respect to the mass of the yarn to be treated. The time of fusing and simultaneous dyeing is 5 to 15 seconds at a process temperature of 70°C to 100°C. The welded and dyed textile yarn may then proceed to a rinsing and reconstitution step to stop the welding process. It has been found that removing the process solvent from the textile yarn does not remove the indigo dye. The welded and dyed textile yarn may then be dried and packaged by methods similar to those currently practiced in the industry.
一般的に、綿糸を含む未加工1D基材は、上記のような溶着プロセス、特に、インジゴ染料がプロセス溶媒の一部として含まれる図9Aに示すプロセスと類似の構成の溶着プロセスで、溶解される場合がある。プロセス溶媒は、イオン液体(例えば、EMIm OAc)、共溶媒、インジゴ粉末、及び場合によっては、溶解したセルロースを含んでもよい。これらの実験では、特定の共溶媒(例えば、アセトニトリル(ACN)、DMSO、DMF等)は、インジゴ染料を化学的に改変しないように、プロセス温度/圧力ゾーン4における滞留時間が比較的短くなるように構成された溶着プロセスで理想的に実施されることが見出された。このような共溶媒は、インジゴ粉末が共溶媒に長時間曝された場合、インジゴ粉末の還元を引き起こすことがある。対照的に、ジメチルスルホキシド(DMSO)は、EMIm OAcと共に使用したときに、インジゴ染料が素早く還元されず、DMSO(又はDMF)がインジゴ染料の少なくとも一部を可溶化できるという点で、他の染色溶着プロセスにとって有利な共溶媒となり得る。さらに、ある特定の染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒中に溶解したセルロースをいくらか含むことが有利となり得る。 In general, the raw 1D substrate comprising cotton yarn is melted in a fusing process as described above, in particular a fusing process of similar construction to that shown in FIG. 9A in which the indigo dye is included as part of the process solvent. There are cases where The process solvent may include an ionic liquid (eg, EMIm OAc), a co-solvent, an indigo powder, and optionally dissolved cellulose. In these experiments, certain co-solvents (eg acetonitrile (ACN), DMSO, DMF, etc.) have been shown to have a relatively short residence time in process temperature/pressure zone 4 so as not to chemically modify the indigo dye. It has been found to be ideally performed with a welding process configured to. Such cosolvents can cause reduction of the indigo powder if the indigo powder is exposed to the cosolvent for an extended period of time. In contrast, dimethyl sulphoxide (DMSO), when used with EMIm OAc, does not reduce the indigo dye quickly and DMSO (or DMF) can solubilize at least a portion of the indigo dye in comparison with other dyes. It can be an advantageous co-solvent for the welding process. Furthermore, in certain dye-fusing processes, it may be advantageous to include some cellulose dissolved in the process solvent.
染色された編織糸のクロッキング(染料の摩損)に対する抵抗性は、AATCC8に従って、クロックメーターを使用して測定する。この手順によると、編織糸を剛性パネル上に巻き、装置のアームの移動方向に平行に取り付ける。清浄な白色の試験布地パッチを、編織糸に当てて合計20ストローク(10往復)摩擦し、この試験布地パッチの色を、グレースケール対照品と比較する。染色試料で、色移りのないものを評点5(非常に良い)とし、試験布地パッチの汚染が激しいものを評点1(非常に悪い)とする。編織糸の試料は、以下の実験の記述に説明するように、様々なプロセス条件に従って調製し、その後AATCC8に従って試験した。 The resistance of the dyed textile yarn to clocking (dye erosion) is measured according to AATCC 8 using a crock meter. According to this procedure, the knitting yarn is wound on a rigid panel and mounted parallel to the direction of movement of the device arm. A clean white test fabric patch is rubbed against the knitting yarn for a total of 20 strokes (10 strokes) and the color of the test fabric patch is compared to the grayscale control. The dyed sample having no color transfer is given a rating of 5 (very good), and the test cloth patch with severe contamination is given a rating of 1 (very bad). Textile yarn samples were prepared according to various process conditions and then tested according to AATCC 8 as described in the experimental description below.
第1の例示的染色溶着プロセス First exemplary dye welding process
この染色溶着プロセスでは、10/1リング紡績綿糸を含む未加工基材を、EMimOAc:ACNを重量比67:33(1M:2M)で含むプロセス溶媒に3重量%のインジゴ粉末を添加したものを使用して溶着した。プロセス溶媒を確実に完全に混合するため、この混合物を、フラックテック(FlackTek)ミキサーで、二重非対称遠心混合処理した。このプロセス溶媒を、溶着プロセスで編織糸基材に適用した。このとき、編織糸は完全には溶解しなかったが、編織糸を部分的に溶解し、それによって編織糸繊維を一緒に融合することによって、編織糸の特性が改善された。ここで、プロセス溶媒適用ゾーン2は、75℃に保たれたインジェクタ60(ここで、プロセス溶媒は編織糸上に衝突する)と共に構成され、基材出口64(これは、プロセス温度/圧力ゾーン3の全部又は一部を構成してもよい)は100℃に保たれた。プロセス溶媒は、編織糸重量の3倍の適用量で編織糸に適用された(つまり、インジェクタを通る編織糸10gごとに、30gのプロセス溶媒が、インジェクタ60内に圧送された)。編織糸を、溶着カラム(すなわち、プロセス温度/圧力ゾーン3)を通して引き、その速度は、全溶着時間がおおよそ10秒になる速度とした。その後、編織糸を、70℃ ACNの向流カラム内で再構成した。向流速度は、プロセス溶媒投与速度の10倍よりも大きかった。この溶着糸基材をスプール上に巻き取った後、スプールを水ですすぎ、その後乾燥した。得られた溶着糸基材を、次に、剛性保持デバイス上に巻き取り、AATCC8に従って試験した。試験の結果、クロッキング抵抗性は非常に低く、評点は1.5であった。 In this dyeing and welding process, a raw substrate containing 10/1 ring spun cotton yarn was prepared by adding 3% by weight of indigo powder to a process solvent containing EMImOAc:ACN at a weight ratio of 67:33 (1M:2M). Used and welded. This mixture was subjected to a double asymmetric centrifugal mixing process in a FlackTek mixer to ensure thorough mixing of the process solvents. This process solvent was applied to the textile yarn substrate in a welding process. At this time, the knitting yarn was not completely dissolved, but the properties of the knitting yarn were improved by partially dissolving the knitting yarn, thereby fusing the knitting yarn fibers together. Here, the process solvent application zone 2 is configured with an injector 60 (where the process solvent impinges on the weaving yarn) kept at 75° C. and a substrate outlet 64 (this is the process temperature/pressure zone 3). Which may constitute all or part of) was kept at 100°C. The process solvent was applied to the weaving yarn at an applied amount of 3 times the weaving yarn weight (that is, for every 10 g of the weaving yarn passing through the injector, 30 g of the process solvent was pumped into the injector 60). The knitted yarn was drawn through the welding column (ie process temperature/pressure zone 3) at a speed such that the total welding time was approximately 10 seconds. The knitted yarn was then reconstituted in a countercurrent column at 70°C ACN. The countercurrent velocity was greater than 10 times the process solvent dose rate. After winding the fused thread base material on a spool, the spool was rinsed with water and then dried. The resulting welded yarn substrate was then wound onto a rigid holding device and tested according to AATCC8. As a result of the test, the clocking resistance was very low, and the score was 1.5.
第2の例示的染色溶着プロセス Second exemplary dye welding process
第2の例示的プロセスは、すぐ上で論じた第1の染色溶着プロセスで使用したプロセスときわめてよく似た染色溶着プロセスであり、当該プロセスにおいて、原糸基材は、分散されたインジゴ粉末3重量%及び溶解したセルロース0.3重量%の両方を含むプロセス溶媒を用いて調製された。この編織糸基材を、同様に溶着及び再構成した後、上に第1の例示的染色溶着プロセスについて記載したように、すすぎ及び乾燥した。得られた溶着糸基材を、AATCC8に従って試験した。試験の結果、クロッキング抵抗性は非常に低く、評点は1.5であった。 The second exemplary process is a dye fusing process very similar to the process used in the first dye fusing process discussed immediately above, in which the raw yarn substrate is the dispersed indigo powder 3 It was prepared with a process solvent containing both wt% and 0.3 wt% dissolved cellulose. The textile yarn substrate was similarly fused and reconstituted, then rinsed and dried as described above for the first exemplary dye fusing process. The resulting welded yarn substrate was tested according to AATCC8. As a result of the test, the clocking resistance was very low, and the score was 1.5.
第3の例示的染色溶着プロセス Third Exemplary Dye Welding Process
第1の例示的染色溶着プロセスにより作製された溶着糸基材を、染料を編織糸に更にしっかりと固定し、クロッキングを最小限に抑える試みとして、2回目の溶着プロセスで処理した。2回目の溶着プロセスは、インジゴ粉末を含まないが0.5重量%の溶解セルロースを含むプロセス溶媒を使用した。2回目の溶着のためのプロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3は、第1の染色溶着プロセスに関する記載のとおりに構成した。この2回溶着糸を、同様に70℃の向流ACN中で再構成した。この2回溶着糸を、水ですすぎ、乾燥した後、AATCC8クロッキング試験に供した。この2回溶着糸のクロッキング抵抗性は評点2.5まで改善されたが、試験布地パッチは、インジゴブルーの色ではなく、緑色の色相でもあった The weld yarn substrate made by the first exemplary dye welding process was treated in a second welding process in an attempt to further secure the dye to the textile yarn and minimize clocking. The second welding process used a process solvent containing no indigo powder but 0.5% by weight of dissolved cellulose. Process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3 for the second fusing were constructed as described for the first dye fusing process. The double welded yarn was reconstituted in countercurrent ACN at 70°C as well. The twice-welded yarn was rinsed with water, dried, and then subjected to the AATCC8 clocking test. The clocking resistance of this double-bonded yarn improved to a rating of 2.5, but the test fabric patch also had a green hue rather than an indigo blue color.
第4の例示的染色溶着プロセス Fourth exemplary dyeing and welding process
第2の例示的染色溶着プロセスにより作製された溶着糸基材を、染料を編織糸に更にしっかりと固定し、クロッキングを最小限に抑える試みとして、2回目の溶着プロセスで処理した。ここでは、2回目の溶着プロセスは、0.5重量%の溶解セルロースを含むプロセス溶媒を使用した。2回目の溶着のためのプロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3は、第1の例示的染色溶着プロセスに関する記載のとおりに構成した。この2回溶着糸を、同様に70℃の向流ACN中で再構成した。この2回溶着糸を、水ですすぎ、乾燥した後、AATCC8クロッキング試験に供した。この2回溶着糸のクロッキング抵抗性は評点2まで改善されたが、試験布地パッチは、真のインジゴブルーの色ではなく、緑色の色相を有した。 The welded yarn substrate made by the second exemplary dyeing and welding process was treated in a second welding process in an attempt to further secure the dye to the textile yarn and minimize clocking. Here, the second welding process used a process solvent containing 0.5 wt% dissolved cellulose. Process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3 for the second fusing were constructed as described for the first exemplary dye fusing process. The double welded yarn was reconstituted in countercurrent ACN at 70°C as well. The twice-welded yarn was rinsed with water, dried, and then subjected to the AATCC8 clocking test. The clocking resistance of this double-bonded yarn was improved to a rating of 2, but the test fabric patch had a green hue rather than the true indigo blue color.
第5の例示的染色溶着プロセス Fifth exemplary dyeing and welding process
この溶着糸基材を、再構成溶媒として高温のACNを使用する代わりに70℃の水を使用したことを除き、上記第4の例示的染色溶着プロセスと全く同一の方法で処理した。この2回溶着糸は、評点2.5という、やや改善されたクロッキング抵抗性を示した。試験布地パッチは、なおも真のインジゴブルーではなかったが、第3の例示的染色溶着プロセスで2回溶着糸基材の試験に使用した試験布地パッチよりは緑色が少なかった。 The welded yarn substrate was treated in exactly the same manner as the fourth exemplary dyeing and welding process described above, except that water at 70° C. was used instead of using hot ACN as the reconstitution solvent. The double-bonded yarn exhibited a slightly improved clocking resistance with a rating of 2.5. The test fabric patch was still not true indigo blue, but was less green than the test fabric patch used to test the double-bonded yarn substrate twice in the third exemplary dye-weld process.
第6の例示的染色溶着プロセス Sixth Exemplary Dyeing and Welding Process
第4の例示的染色溶着プロセスにより作製された2回溶着糸を、染料を編織糸に更にしっかりと固定し、クロッキングを最小限に抑える試みとして、3回目の溶着プロセスで処理した。3回目の溶着プロセスは、0.5重量%の溶解セルロースを含むプロセス溶媒を使用した。この3回溶着糸を、70℃の向流水中で再構成した。この3回溶着糸を、水ですすぎ、乾燥した後、AATCC8クロッキング試験に供した。この3回溶着糸のクロッキング抵抗性は評点3.5まで改善された。試験布地パッチは、なおも真のインジゴブルーではなかったが、第3の例示的染色溶着プロセスで2回溶着糸基材の試験に使用した試験布地パッチよりは緑色が少なかった。 A double fusing yarn made by the fourth exemplary dye fusing process was treated with a third fusing process in an attempt to further lock the dye to the textile yarn and minimize clocking. The third welding process used a process solvent containing 0.5 wt% dissolved cellulose. The three times welded yarn was reconstituted in countercurrent water at 70°C. The three times welded yarn was rinsed with water, dried, and then subjected to the AATCC8 clocking test. The clocking resistance of this three-time fused yarn was improved to a score of 3.5. The test fabric patch was still not true indigo blue, but was less green than the test fabric patch used to test the double-bonded yarn substrate twice in the third exemplary dye-weld process.
第7の例示的染色溶着プロセス Seventh exemplary dyeing and welding process
この染色溶着プロセスでは、10/1リング紡績綿糸を含む未加工基材を、EMIm OAc:DMSOを重量比50:50で含むプロセス溶媒に2.5重量%のインジゴ粉末及び0.25重量%のセルロースを添加したものを使用して溶着した。プロセス溶媒を確実に完全に混合するため、この混合物を、フラックテック(FlackTek)ミキサーで、二重非対称遠心混合処理した。このプロセス溶媒を、天然繊維溶着プロセスで編織糸に適用した。このとき、編織糸は完全には溶解されなかったが、編織糸を部分的に溶解し、それによって編織糸繊維を一緒に融合することによって、編織糸の特性が改善された。ここで、プロセス溶媒適用ゾーン2は、75℃に保たれたインジェクタ60(ここで、プロセス溶媒は編織糸上に衝突する)と共に構成され、基材出口64(これは、プロセス温度/圧力ゾーン3の全部又は一部を構成してもよい)は100℃に保った。プロセス溶媒は、編織糸重量の4倍の適用量で適用した(つまり、インジェクタを通る編織糸10gごとに、40gのプロセス溶媒を、インジェクタ60内に圧送した)。編織糸を、溶着カラム(すなわち、プロセス温度/圧力ゾーン3)を通して引き、その速度は、全溶着時間がおおよそ10秒になる速度とした。その後、編織糸を、70℃の水の向流通路内で再構成した。向流速度は、プロセス溶媒投与速度の10倍よりも大きかった。この溶着糸基材をスプール上に巻き取った後、スプールを水ですすぎ、その後乾燥した。溶着糸基材を、次に、剛直な保持デバイス上に巻き取り、AATCC8に従って試験した。試験の結果、クロッキング抵抗性は非常に低く、評点1であった。 In this dyeing and fusing process, a green substrate containing 10/1 ring spun cotton yarn was treated with 2.5% by weight of indigo powder and 0.25% by weight of process solvent containing EMIm OAc:DMSO in a weight ratio of 50:50. Welding was performed using the one to which cellulose was added. This mixture was subjected to a double asymmetric centrifugal mixing process in a FlackTek mixer to ensure thorough mixing of the process solvents. This process solvent was applied to the textile yarn in a natural fiber welding process. At this time, the knitting yarn was not completely dissolved, but the properties of the knitting yarn were improved by partially melting the knitting yarn, thereby fusing the knitting yarn fibers together. Here, the process solvent application zone 2 is configured with an injector 60 (where the process solvent impinges on the weaving yarn) kept at 75° C. and a substrate outlet 64 (this is the process temperature/pressure zone 3). Which may constitute all or part of) was kept at 100°C. The process solvent was applied at an applied amount of 4 times the weight of the weaving yarn (that is, 40 g of the process solvent was pumped into the injector 60 for each 10 g of the weaving yarn passing through the injector). The knitted yarn was drawn through the welding column (ie process temperature/pressure zone 3) at a speed such that the total welding time was approximately 10 seconds. The braided yarn was then reconstituted in a 70° C. water countercurrent passage. The countercurrent velocity was greater than 10 times the process solvent dose rate. After winding the fused thread base material on a spool, the spool was rinsed with water and then dried. The fused yarn substrate was then wound onto a rigid holding device and tested according to AATCC8. As a result of the test, the clocking resistance was very low and the score was 1.
第8の例示的染色溶着プロセス Eighth exemplary dyeing and welding process
第7の例示的染色溶着プロセスにより作製された溶着糸基材を、染料を編織糸に更にしっかりと固定し、クロッキングを最小限に抑える試みとして、2回目の溶着プロセスで処理した。第2の溶着プロセスは、インジゴ粉末は含まないが0.5重量%の溶解セルロースを含む、EMIm OAc:DMSOを重量比50:50で含むプロセス溶媒を使用した。この2回溶着糸を、同様に70℃の向流水中で再構成した。この2回溶着糸を、水ですすぎ、乾燥した後、AATCC8クロッキング試験に供した。この2回溶着糸のクロッキング抵抗性は評点3まで改善され、試験布地は、特徴的なインジゴブルーの色を呈した。 Weld yarn substrates made by the seventh exemplary dye welding process were treated in a second welding process in an attempt to more firmly secure the dye to the textile yarn and minimize clocking. The second welding process used a process solvent containing EMIm OAc:DMSO in a weight ratio of 50:50 without indigo powder but with 0.5% by weight of dissolved cellulose. The double welded yarn was similarly reconstituted in countercurrent water at 70°C. The twice-welded yarn was rinsed with water, dried, and then subjected to the AATCC8 clocking test. The clocking resistance of the double-bonded yarn was improved to a score of 3, and the test fabric exhibited a characteristic indigo blue color.
第9の例示的染色溶着プロセス Ninth Exemplary Dye Welding Process
ケブラー(Kelvar)(登録商標)編織糸基材を、第2の例示的染色溶着プロセス(すなわち、プロセス溶媒は3重量%の分散インジゴ粉末、0.3重量%の溶解した綿、重量比67:33のEMIm OAc:ACNを含む)で処理し、再構成されたインジゴブルーの綿が、黄色いケブラー(登録商標)編織糸基材に付着するか否かを調べた。得られた溶着糸基材は青色に変わらず、青い色合いは、すすぎにより容易に取り除かれた。 A Kelvar® knitting yarn substrate was used as a second exemplary dyeing and fusing process (ie, process solvent was 3 wt% dispersed indigo powder, 0.3 wt% dissolved cotton, weight ratio 67: 33 of EMIm OAc:ACN) and reconstituted indigo blue cotton was examined to see if it adhered to the yellow Kevlar® knitting yarn substrate. The resulting welded yarn substrate did not turn blue and the blue tint was easily removed by rinsing.
第10の例示的染色溶着プロセス Tenth Exemplary Dyeing and Welding Process
この染色溶着プロセスでは、染色溶着プロセスは、2つ以上のプロセス溶媒適用ゾーン2、2種以上のプロセス溶媒、2つ以上のプロセス温度/圧力ゾーン3、及び/又は2つ以上のプロセス溶媒回収ゾーン4(これは、再構成ゾーンとも呼ばれることがある)を有するように構成されてもよい。したがって、かかる染色溶着プロセスは、上記の2回及び/又は3回溶着糸基材に類似した溶着糸基材が得られるが、1つの基材供給ゾーン1、1つのプロセス溶媒回収ゾーン4、1つの乾燥ゾーン5、及び/又は1つの溶着基材捕集ゾーン7から得られる効率を実現するように、構成されてもよい。一般的に、染色溶着プロセス(又はその工程)の様々なゾーンは、互いに分離していてもよく、又は1つ以上のゾーンが互いに隣接し、1つのゾーンから次のゾーンへの遷移が漸進的であってもよく、かつ1つのゾーンの特定の終点と別のゾーンの開始が判定できなくてもよい。 In this dye welding process, the dye welding process comprises two or more process solvent application zones 2, two or more process solvents, two or more process temperature/pressure zones 3, and/or two or more process solvent recovery zones. 4 (which may also be referred to as the reconstruction zone). Therefore, such a dyeing and fusing process results in a fusing yarn substrate that is similar to the two and/or three times fusing yarn substrate described above, but with one substrate feed zone 1, one process solvent recovery zone 4, 1. It may be configured to achieve the efficiencies obtained from one drying zone 5 and/or one deposition substrate collection zone 7. In general, the various zones of the dye welding process (or steps thereof) may be separate from each other, or one or more zones may be adjacent to each other with a gradual transition from one zone to the next. And it may not be possible to determine the specific end point of one zone and the start of another zone.
染色溶着プロセスは、2種の別個のプロセス溶媒を順次基材に適用し、2つのプロセス溶媒適用ゾーン2及び2つのプロセス温度/圧力ゾーン3を使用するように構成されてもよい。しかし、染色溶着プロセスは、プロセス溶媒回収ゾーン4を1つだけ必要とするように構成されてもよく、このプロセス溶媒回収ゾーン4は、両方のプロセス溶媒の全部又は一部を除去する。あるいは、染色溶着プロセスは、2種の別個のプロセス溶媒並びに1つのプロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3を用いて構成されてもよい。 The dye deposition process may be configured to apply two separate process solvents to the substrate sequentially, using two process solvent application zones 2 and two process temperature/pressure zones 3. However, the dye fusing process may be configured to require only one process solvent recovery zone 4, which removes all or part of both process solvents. Alternatively, the dye deposition process may be configured with two separate process solvents and one process solvent application zone 2 and process temperature/pressure zone 3.
さらに別の染色溶着プロセスでは、2種の別個のプロセス溶媒を順次基材に適用し、2つのプロセス溶媒適用ゾーン2及び2つのプロセス温度/圧力ゾーン3を使用してもよく、この場合、染色溶着プロセスは、2つのプロセス溶媒回収ゾーン4を使用する。第1のプロセス溶媒回収ゾーン4は、第1のプロセス溶媒(したがって、第1のプロセス溶媒適用ゾーン2及び第1のプロセス温度/圧力ゾーン3)と関連してもよく、第2のプロセス溶媒回収ゾーン4は、第2のプロセス溶媒(したがって、第2のプロセス溶媒適用ゾーン2及び第2のプロセス温度/圧力ゾーン3)と関連してもよい。プロセス溶媒回収ゾーン4の組成、温度、流動特性等は、得られる溶着基材に望まれる特性に少なくとも基づいて、各プロセス溶媒及び/又は染色溶着プロセスで異なっていてもよい。したがって、これらのパラメータは、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲を限定するものではない。本開示に照らして、当業者は、本開示の範囲が、2種のプロセス溶媒、2つのプロセス溶媒適用ゾーン2及び2つのプロセス温度/圧力ゾーン3、及び/又は2つのプロセス溶媒回収ゾーン4に限定されず、以下の請求項にそのように示されない限り制限なく、その任意の数に拡大することを理解するであろう。 In yet another dye fusing process, two separate process solvents may be applied to the substrate sequentially and two process solvent application zones 2 and two process temperature/pressure zones 3 may be used, in which case dyeing The deposition process uses two process solvent recovery zones 4. The first process solvent recovery zone 4 may be associated with the first process solvent (hence the first process solvent application zone 2 and the first process temperature/pressure zone 3) and the second process solvent recovery zone Zone 4 may be associated with a second process solvent (hence, second process solvent application zone 2 and second process temperature/pressure zone 3). The composition, temperature, flow characteristics, etc. of the process solvent recovery zone 4 may be different for each process solvent and/or dye welding process, based at least on the desired properties of the resulting weld substrate. Therefore, these parameters do not limit the scope of the present disclosure unless so indicated in the following claims. In the light of the present disclosure, one of ordinary skill in the art will appreciate that the scope of the present disclosure is to include two process solvents, two process solvent application zones 2 and two process temperature/pressure zones 3, and/or two process solvent recovery zones 4. It will be understood that it is not limited, and extends to any number without limitation unless so indicated in the following claims.
第11の例示的染色溶着プロセス Eleventh Exemplary Dyeing and Welding Process
別の染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒は、水性水酸化物塩を含んでもよい。かかる染色溶着プロセスは、図10Aに示す機器及び/又は装置を使用するように構成されてもよい。例えば、8重量%の水酸化リチウム、15重量%の尿素、及び2.5重量%のインジゴ粉末を含むプロセス溶媒を、インジゴ粉末が還元されない(すなわち、プロセス溶媒はインジゴ粉末を懸濁するだけで、溶解したり化学的に改変したりしない)やり方で、30/1リング紡績綿糸を含む基材に適用してもよい。プロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーン3は、プロセス溶媒と基材との質量比が7:1となるように構成されてもよい。プロセス溶媒適用ゾーン2及びプロセス温度/圧力ゾーンの温度は−12℃に保たれてもよく、プロセス溶媒と基材とを、3〜4分間相互作用させてもよく、その後水を基材に適用してプロセス溶媒を回収して、インジゴで着色された溶着基材を得てもよい。この溶着糸を、水ですすぎ、乾燥した後、AATCC8クロッキング試験に供した。この溶着糸のクロッキング抵抗性は評点1であり、試験布地は、特徴的なインジゴブルーの色を呈した。 In another dye welding process, the process solvent may include an aqueous hydroxide salt. Such a dye welding process may be configured to use the equipment and/or apparatus shown in FIG. 10A. For example, a process solvent containing 8 wt% lithium hydroxide, 15 wt% urea, and 2.5 wt% indigo powder is not reduced by the indigo powder (ie, the process solvent only suspends the indigo powder. , Which does not dissolve or chemically modify), and may be applied to a substrate comprising 30/1 ring spun cotton yarn. The process solvent application zone 2 and the process temperature/pressure zone 3 may be configured such that the mass ratio of process solvent to substrate is 7:1. The temperature of the process solvent application zone 2 and the process temperature/pressure zone may be kept at -12°C and the process solvent may interact with the substrate for 3-4 minutes, after which water is applied to the substrate. Then, the process solvent may be recovered to obtain a welding substrate colored with indigo. The welded yarn was rinsed with water, dried, and then subjected to the AATCC8 clocking test. The flocking resistance of this fused yarn was a rating of 1, and the test fabric exhibited a characteristic indigo blue color.
1種のプロセス溶媒を使用して製造され得る溶着糸基材100の図を図17Aに示し、当該溶着糸基材100から、個別のしっかりと溶着された基材繊維105を図17Bに示す。染色溶着プロセスは、溶着糸基材100の溶着度が、溶着糸基材100の外面から内部へ向かって半径方向に低下するように構成され得ることが想到される。したがって、外面から内部へと進むと、しっかりと溶着した基材繊維105、中程度に溶着した基材繊維104、軽く溶着した基材繊維103、及び基材繊維102(一般的に、溶着糸基材100の中心付近)のうちの1つ以上の層が存在し得る。溶着糸基材100上の溶着度は、上記の種々のプロセスパラメータを調節することによって操作してもよい。 A view of a welded yarn substrate 100 that may be produced using one process solvent is shown in FIG. 17A, and from the welded yarn substrate 100, individual tightly welded substrate fibers 105 are shown in FIG. 17B. It is envisioned that the dyeing and fusing process may be configured such that the degree of fusing of the fusing yarn substrate 100 decreases radially from the outer surface of the fusing yarn substrate 100 inward. Thus, going from the outside to the inside, the firmly welded substrate fibers 105, the medium welded substrate fibers 104, the lightly welded substrate fibers 103, and the substrate fibers 102 (generally, the welded yarn substrate) One or more layers (around the center of the material 100) may be present. The degree of deposition on the welded yarn substrate 100 may be manipulated by adjusting the various process parameters described above.
染料及び/又は着色剤は、個別の溶着基材繊維103、104、105の中で、及び/又はこれらの溶着基材繊維103、104、105の間の領域において、結合剤106を介して捕捉されてもよい。結合剤106の最適な化学組成は、染色溶着プロセスごとに異なる場合があり、少なくとも基材の化学組成に応じて変動し得る。基材が綿糸を含む染色溶着プロセスでは、結合剤を、バイオポリマーを含むように構成することが有利であり、特に、バイオポリマーがセルロースを含む場合に有利であることが見出されている。結合剤106は、結合剤106を適切な溶媒に溶解することによって溶着糸基材100に適用されてもよく、当該溶媒は、その後、基材又は溶着基材に適用されてもよい。ある染色溶着プロセスでは、溶媒は、その中に溶解しているセルロースを有するプロセス溶媒であってもよく、その結果、プロセス溶媒回収ゾーン4(例えば、再構成ゾーン)において、結合剤106は、溶着基材の上及び/又は中に配置される。 Dyes and/or colorants are trapped via the binder 106 in the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 and/or in the region between these welded substrate fibers 103, 104, 105. May be done. The optimum chemical composition of the binder 106 may vary from dye to dye deposition process and may vary depending at least on the chemical composition of the substrate. In dyeing and welding processes where the substrate comprises cotton threads, it has been found to be advantageous to configure the binder to include a biopolymer, especially when the biopolymer comprises cellulose. The binder 106 may be applied to the weld yarn substrate 100 by dissolving the binder 106 in a suitable solvent, which solvent may then be applied to the substrate or the weld substrate. In some dye welding processes, the solvent may be a process solvent having cellulose dissolved therein, such that in process solvent recovery zone 4 (eg, the reconstitution zone), binder 106 is deposited. Placed on and/or in the substrate.
ここで図17Bを参照すると、個別の顔料粒子109が個別の溶着基材繊維103、104、105の外面上に示されており、かつ結合剤106内に捕捉されている。個別の溶着基材繊維103、104、105の間に、溶着糸基材100の外面から内部へ半径方向に進む色勾配があるだけでなく、個別の溶着基材繊維103、104、105の中にも、個別の溶着基材繊維103、104、105の外面からその内部へ半径方向に進む色勾配が存在する場合がある。個別の溶着基材繊維103、104、105と係合する顔料粒子109の濃度は、図17Bに示すように、その外表面の近傍が最も大きくなり得る。一般的に、顔料粒子109の一部分は、溶着基材繊維103、104、105の中に捕捉されてもよく、その第2の部分は溶着基材繊維103、104、105の間に捕捉されてもよく、その第3の部分は、結合剤106の中に捕捉されてもよい。個別の基材繊維103、104、105の半径方向に最も遠い場所に位置する顔料粒子109(この個別の基材繊維103、104、105は、溶着糸基材100の半径方向に最も遠い場所に位置する)は、他の顔料粒子109と比較したときに、相対的に低い染色堅牢度を示し得ることが想到される。 Referring now to FIG. 17B, individual pigment particles 109 are shown on the outer surface of the individual fused substrate fibers 103, 104, 105 and are entrapped within the binder 106. Not only is there a radial color gradient from the outer surface to the inner portion of the welding thread base material 100 between the individual welding base material fibers 103, 104 and 105, but also among the individual welding base material fibers 103, 104 and 105. Also, there may be a color gradient that advances radially from the outer surface of the individual welded base fiber 103, 104, 105 to the inside thereof. The concentration of pigment particles 109 that engage the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 can be greatest near their outer surface, as shown in FIG. 17B. Generally, a portion of the pigment particles 109 may be entrapped within the welded substrate fibers 103, 104, 105 and a second portion thereof may be entrapped between the welded substrate fibers 103, 104, 105. Alternatively, the third portion may be entrapped within the binder 106. The pigment particles 109 located at the farthest radial positions of the individual base fibers 103, 104, 105 (the individual base fibers 103, 104, 105 are located at the farthest radial positions of the welding yarn base 100). It is envisaged that the (positioned) may exhibit a relatively low dyefastness when compared to the other pigment particles 109.
複数のプロセス溶媒を使用して製造され得る溶着糸基材100の図を図18Aに示し、当該溶着糸基材100から、個別のしっかりと溶着された基材繊維105を図18Bに示す。ここでも、染色溶着プロセスは、溶着糸基材100の溶着度が、溶着糸基材100の外面から内部へ向かって、半径方向に低下するように構成され得ることが想到される。したがって、外面から内部へと進むと、しっかりと溶着した基材繊維105、中程度に溶着した基材繊維104、軽く溶着した基材繊維103、及び基材繊維102(一般的に、溶着糸基材100の中心付近)のうちの1つ以上の層が存在し得る。溶着糸基材100上の溶着度は、上記の種々のプロセスパラメータを調節することによって操作してもよい。 A view of a welded yarn substrate 100 that may be manufactured using multiple process solvents is shown in FIG. 18A, and individual, firmly welded substrate fibers 105 from the welded yarn substrate 100 are shown in FIG. 18B. Here again, it is envisioned that the dyeing and fusing process may be configured such that the degree of fusing of the fusing yarn substrate 100 decreases radially from the outer surface of the fusing yarn substrate 100 toward the interior. Thus, going from the outside to the inside, the firmly welded substrate fibers 105, the medium welded substrate fibers 104, the lightly welded substrate fibers 103, and the substrate fibers 102 (generally, the welded yarn substrate) One or more layers (around the center of the material 100) may be present. The degree of deposition on the welded yarn substrate 100 may be manipulated by adjusting the various process parameters described above.
図17Aの溶着糸基材100と同様に、図18Aの染料及び/又は着色剤は、個別の溶着基材繊維103、104、105の中で、及び/又はこれらの溶着基材繊維103、104、105の間の領域において、結合剤106を介して捕捉されてもよい。結合剤106の最適な化学組成は、染色溶着プロセスごとに異なる場合があり、少なくとも基材の化学組成に応じて変動し得る。基材が綿糸を含む染色溶着プロセスでは、結合剤がバイオポリマーを含むように構成することが有利であり、特に、バイオポリマーがセルロースを含む場合に有利であることが見出されている。結合剤106は、結合剤106を適切な溶媒に溶解することによって基材に適用されてもよく、当該溶媒は、その後、基材又は溶着基材に適用されてもよい。結合剤106は、染料及び/又は着色剤と同じ工程で(例えば、インジゴ粉末をプロセス溶媒に混合することによって)、基材に適用されてもよい。ある染色溶着プロセスでは、溶媒は、その中に溶解しているセルロースを有するプロセス溶媒であってもよく、その結果、プロセス溶媒回収ゾーン4(例えば、再構成ゾーン)において、結合剤106は、溶着基材の上及び/又は中に配置される。 Similar to the welded yarn substrate 100 of FIG. 17A, the dyes and/or colorants of FIG. 18A can be incorporated into and/or within the individual welded substrate fibers 103, 104, 105. , 105, may be captured via the binder 106. The optimum chemical composition of the binder 106 may vary from dye to dye deposition process and may vary depending at least on the chemical composition of the substrate. In dyeing and welding processes where the substrate comprises cotton yarns, it has been found to be advantageous to configure the binder to comprise a biopolymer, especially when the biopolymer comprises cellulose. The binder 106 may be applied to the substrate by dissolving the binder 106 in a suitable solvent, which solvent may then be applied to the substrate or the welded substrate. The binder 106 may be applied to the substrate in the same step as the dye and/or colorant (eg, by mixing the indigo powder with the process solvent). In some dye welding processes, the solvent may be a process solvent having cellulose dissolved therein, such that in process solvent recovery zone 4 (eg, the reconstitution zone), binder 106 is deposited. Placed on and/or in the substrate.
図18Aに示す溶着糸基材100は、基材の半径方向外側部分に位置する結合剤シェル108も含んでもよい。結合剤シェル108は、染料及び/若しくは着色剤並びに/又は結合剤106が既に適用されている溶着糸基材100に適用されてもよく、この染料及び/若しくは着色剤並びに/又は結合剤106の適用は、1種以上のプロセス溶媒を基材に適用することによって行われてもよい。1つの染色溶着プロセスでは、結合剤シェル108は、結合剤106を適切な溶媒に溶解することによって適用されてもよく、当該溶媒は、その後、基材又は溶着基材編織糸基材100に適用されてもよい。一般に、一部の染色溶着プロセスでは、結合剤シェル108を適用するときにプロセス溶媒から染料及び/又は着色剤を除去することが、溶着糸基材100の染色堅牢度に有利となり得ることが見出されている。 The welded yarn substrate 100 shown in FIG. 18A may also include a binder shell 108 located on a radially outer portion of the substrate. The binder shell 108 may be applied to the fused yarn substrate 100 to which the dye and/or colorant and/or binder 106 has already been applied, the dye and/or colorant and/or binder 106 Application may be done by applying one or more process solvents to the substrate. In one dye welding process, the binder shell 108 may be applied by dissolving the binder 106 in a suitable solvent, which is then applied to the substrate or the welded substrate knitted yarn substrate 100. May be done. In general, in some dye fusing processes, it has been found that removal of dyes and/or colorants from the process solvent when applying the binder shell 108 can be beneficial to the dye fastness of the fused yarn substrate 100. Has been issued.
ここで図18Bを参照すると、個別の顔料粒子109が個別の溶着基材繊維103、104、105の外面上に示されており、かつ結合剤106内に捕捉されている。顔料粒子109がその中に捕捉されていない結合剤シェル108は、溶着糸基材100の外面の周囲に位置していてもよい。このような結合剤シェル108は、溶着糸基材100の染色堅牢度を、従来技術と比較して、増大し得る。個別の溶着基材繊維103、104、105の間に、溶着糸基材の外面から内部へ半径方向に進む色勾配があるだけでなく、個別の溶着基材繊維103、104、105の中にも、個別の溶着基材繊維103、104、105の外面からその内部へ半径方向に進む色勾配が存在する場合がある。個別の溶着基材繊維103、104、105と係合する顔料粒子109の濃度は、図18Bに示すように、その外表面の近傍が最も大きくなり得る。 Referring now to FIG. 18B, individual pigment particles 109 are shown on the outer surface of individual fused substrate fibers 103, 104, 105 and are entrapped within binder 106. The binder shell 108 without the pigment particles 109 entrapped therein may be located around the outer surface of the fused yarn substrate 100. Such a binder shell 108 can increase the dyeing fastness of the fused yarn base material 100 as compared to the prior art. Not only is there a color gradient between the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 that progresses radially from the outer surface to the inside of the welded yarn substrate, but also within the individual welded substrate fibers 103, 104, 105. Also, there may be a color gradient that advances radially from the outer surface of the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 to their interior. The concentration of pigment particles 109 that engage the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 can be greatest near their outer surfaces, as shown in FIG. 18B.
一部の染色溶着プロセスでは、結合剤106と結合剤シェル108の化学組成は、類似又は同一(例えば、セルロースポリマー)であってもよい。ただし、他の染色溶着プロセスでは、結合剤106及び結合剤シェル108は、異なる化学組成を有してもよく、この化学組成は、少なくとも顔料粒子、基材等に依存し得る。 In some dye welding processes, the chemical composition of binder 106 and binder shell 108 may be similar or identical (eg, a cellulosic polymer). However, in other dye fusing processes, the binder 106 and binder shell 108 may have different chemical compositions, which may depend at least on the pigment particles, substrate, etc.
図17Aの溶着糸基材100は、プロセス溶媒適用にインジェクタ60を使用する染色着色プロセスにより製造され、インジェクタ60は、図6Aに示す方法と同様に構成されてもよい。同様に、図18Aに示すような溶着糸基材100は、プロセス溶媒適用にインジェクタ60を使用する染色着色プロセスにより製造されてもよい。図18Aに示す溶着糸基材100を製造するように構成された染色溶着プロセスは、2種の別々のプロセス溶媒(例えば、1つは、染料及び/又は着色剤を有する、1回目の適用のための溶媒、2つ目は、染料及び/又は着色剤を含まず、結合剤シェル108を適用する後続の適用のための溶媒)を使用してもよいことから、このようなインジェクタ60は、2つ以上のプロセス溶媒入口62及び適用インターフェイス63を有するように構成されてもよい。ただし、1種以上のプロセス溶媒を適用するためのその他の構造及び/又は方法を、以下の請求項にそのように示されない限り、本願の趣旨又は範囲から逸脱することなく、使用してもよい。 The welded yarn substrate 100 of FIG. 17A is manufactured by a dyeing and coloring process that uses the injector 60 for process solvent application, and the injector 60 may be configured similar to the method shown in FIG. 6A. Similarly, the fused yarn substrate 100 as shown in FIG. 18A may be manufactured by a dyeing and coloring process that uses the injector 60 for process solvent application. The dye fusing process configured to produce the fusing yarn substrate 100 shown in FIG. 18A uses two separate process solvents (eg, one having a dye and/or a colorant for the first application). Such an injector 60 may be used as a solvent for the second, which does not include dyes and/or colorants, and may be used for subsequent applications that apply the binder shell 108. It may be configured to have more than one process solvent inlet 62 and application interface 63. However, other structures and/or methods for applying one or more process solvents may be used without departing from the spirit or scope of the present application, unless so indicated in the following claims. ..
溶着プロセス又は染色溶着プロセスにより製造される可能性のある数種類の溶着糸基材の断面図を、図19A〜19Cに示す。簡略のため、用語「溶着プロセス」は、図19A〜19Cを参照して使用されるとき、本明細書で先述したような染色溶着プロセス並びに溶着プロセス、特許請求の範囲に特に明記されない限り限定されることのない後述される開発物を含むがこれらに限定されない。均一に溶着された糸基材(均一溶着糸基材)を、図19Aに示す。本明細書で使用するとき、用語「均一に溶着された」(均一溶着)は、溶着糸基材の断面全体にわたって、空間的に一貫した、制御された体積圧密を示すために使用される。 19A-19C are cross-sectional views of several types of welded yarn substrates that may be produced by a welding or dyeing and welding process. For brevity, the term "fusing process", as used with reference to Figures 19A-19C, is limited to the dye fusing process as well as the fusing process as previously described herein, unless otherwise specified in the claims. It includes, but is not limited to, the later-described developments that do not occur. The uniformly welded yarn base material (uniformly welded yarn base material) is shown in FIG. 19A. As used herein, the term "uniformly welded" (uniform weld) is used to indicate spatially consistent, controlled volume consolidation across the cross section of the welded yarn substrate.
シェル溶着糸基材を、図19Bに示す。均一溶着糸基材と対照的に、シェル溶着糸基材は、所与の基材の最も外側の繊維が、密接な分子レベルの溶着相互作用及び溶着効果を達成するようにポリマーが膨潤及び可動化された溶着プロセスから得られる。このため、基材中のコア繊維とは異なる繊維溶着基材の環様の勾配が存在する場合があり、コア繊維は、溶着プロセスによって大きく乱れることはない。 The shell welded yarn substrate is shown in Figure 19B. In contrast to a uniform welded yarn substrate, a shell welded yarn substrate allows the polymer to swell and move so that the outermost fibers of a given substrate achieve intimate molecular level welding interactions and welding effects. Resulting from a tailored welding process. As a result, there may be a ring-like gradient in the fiber-welded substrate that is different from the core fibers in the substrate, and the core fibers are not significantly disturbed by the welding process.
コア溶着糸基材を図19Cに示す。コア溶着基材(これも、本明細書に開示される溶着プロセスにより製造できる)では、最も内側の繊維のバイオポリマーが膨潤及び可動化され、その結果、溶着基材のコアは、密接な分子レベルの相互作用の勾配を示すが、繊維の外側の環は、主に未変性状態のまま残される。図19A〜19Cでは、より暗い灰色は、繊維間の分子レベル相互作用が相対的に大きいことを表す。 The core welded yarn base material is shown in FIG. 19C. In the core-welded substrate (which can also be produced by the welding process disclosed herein), the biopolymer of the innermost fiber is swollen and mobilized, so that the core of the welded substrate forms intimate molecules. Although exhibiting a level of interaction gradient, the outer rings of the fiber remain largely undenatured. In Figures 19A-19C, the darker gray color indicates that the molecular level interactions between fibers are relatively large.
溶着基材の均一溶着、シェル溶着、又はコア溶着されている度合は、溶着基材の物理的特性に対して重要な影響及び結果をもたらすことに注意することは重要である。例えば、均一溶着糸基材は、毛羽が大幅に減少すると同時に、モジュラス(少なくとも表2.2、表3.2等に示すように、強度/引張強度を伸びで除算することによって算出できる)の増大を示す場合がある。例えば、染色溶着プロセスにより製造された溶着基材は、その原糸基材相当品のモジュラスよりも100%大きいモジュラスを有すると同時に、毛羽を、その原糸基材相当品と比べて約30%〜99%(ウスター毛羽指数(Uster Hairiness Index)により測定)減少し得る。対照的に、シェル溶着糸基材は、毛羽の大幅な減少を示し得るが、均一溶着基材ほど大きなモジュラス増大はなく、これは、溶着されておらず、編織糸及び/又は溶着糸基材に対してスリップし得る、繊維のコアが存在するからである。逆に、コア溶着糸基材は、モジュラスの増大を示すが、同時に、所望の量の毛羽を維持し得る。均一溶着、シェル溶着、又はコア溶着基材の特性を選択でき、又は変調さえもできることは、布地に最適化された特性を有する溶着基材編織糸を製造するためにきわめて重要な観点である。溶着糸基材の空間制御された体積圧密で最適化された溶着糸基材を使用することによって、天然繊維を含有する編織糸から、驚くべき新規布地を構築することができる。 It is important to note that the degree of uniform, shell, or core deposition of the weld substrate has significant effects and consequences on the physical properties of the weld substrate. For example, the uniform welded yarn base material has a significant decrease in fluff while at the same time having a modulus (calculated by dividing strength/tensile strength by elongation as shown in Table 2.2, Table 3.2, etc.). May show an increase. For example, a welding base material produced by a dyeing and welding process has a modulus that is 100% greater than that of its raw yarn base material equivalent, while at the same time having a fluff of about 30% compared to its raw yarn base material equivalent. ˜99% (as measured by the Worster Hairiness Index). In contrast, the shell welded yarn substrate may show a significant reduction in fluff, but does not have as large a modulus increase as the uniform welded substrate, which is unfused, knitted and/or welded yarn substrate. This is because there is a fiber core that can slip against. Conversely, core welded yarn substrates exhibit increased modulus, while at the same time maintaining a desired amount of fluff. The ability to select, or even modulate, the properties of a uniform weld, a shell weld, or a core weld substrate is a very important aspect for producing a weld substrate knitting yarn with optimized properties for fabrics. By using an optimized welded yarn substrate with spatially controlled volume consolidation of the welded yarn substrate, surprising new fabrics can be constructed from knitting yarns containing natural fibers.
溶着プロセスは、プロセス溶媒の有効性及びレオロジーと適用方法(基材がプロセス溶媒適用ゾーン2、プロセス温度/圧力ゾーン3、及びプロセス溶媒回収ゾーン4を通る間の様々な適切な点で起こり得る粘性抵抗を有する溶媒の量を含む)との組み合わせの適切な制御により、均一溶着糸基材を製造するように構成されてもよい。一貫した溶着結果がどの程度得られるかは、温度及び加熱方法(すなわち、放射若しくは非放射熱伝達又はこれらの組み合わせ)、並びに大気圧、大気組成、プロセス溶媒回収ゾーン4中のプロセス溶媒再利用の種類及び方法(例えば、再構成溶媒の種類の選択、温度、流動特性等)、更には、再構成溶媒を基材から除去するために使用する乾燥プロセスの種類及び方法と関係がある。 The deposition process involves the effectiveness and rheology of the process solvent and the method of application (viscosity that can occur at various suitable points while the substrate passes through process solvent application zone 2, process temperature/pressure zone 3, and process solvent recovery zone 4). With suitable control in combination with (including the amount of resistant solvent) it may be configured to produce a uniform welded yarn substrate. The extent to which consistent deposition results are obtained depends on the temperature and heating method (ie, radiative or non-radiative heat transfer or a combination thereof), atmospheric pressure, atmospheric composition, process solvent recycling in process solvent recovery zone 4. It is related to the type and method (eg, choice of reconstitution solvent type, temperature, flow characteristics, etc.) as well as the type and method of the drying process used to remove the reconstitution solvent from the substrate.
ここで再度図19B及び19Cを参照すると、シェル溶着糸基材及びコア溶着糸基材をそれぞれ示しており、溶着プロセスは、溶着プロセスパラメータの慎重な操作及び制御によって、これらの代替的溶着基材を製造するように構成されてもよい。さらに、変調繊維溶着プロセスは、上に詳細に記載したように、主要プロセス変数がリアルタイムで変調されたときに、少なくとも均一溶着、シェル溶着、及び/又はコア溶着の結果の間で基材を変調することを可能にする。 Referring now to FIGS. 19B and 19C again, showing a shell weld core and a core weld core, respectively, the weld process is illustrated by careful manipulation and control of the weld process parameters for these alternative weld bases. May be configured to manufacture. In addition, the modulated fiber deposition process, as described in detail above, modulates the substrate at least during the uniform, shell, and/or core deposition results when the key process variables are modulated in real time. To be able to do.
一般的に、シェル溶着は、プロセス溶媒組成(これは、溶媒有効性、レオロジー、又はその両方に作用する)、プロセス溶媒適用温度及び圧力、プロセス温度/圧力ゾーン3での滞留時間、熱伝達法を含めた温度制御方法、プロセス溶媒回収ゾーン4の構成(再構成溶媒組成、流動特性、温度等であるがこれらに限定されない)、及び/又は再構成溶媒除去に用いる方法等(これらに限定されない)の任意の組み合わせにより、溶着条件を、編織糸基材の外側に空間的に制限することによって実施されてもよい。 In general, shell deposition refers to process solvent composition (which affects solvent effectiveness, rheology, or both), process solvent application temperature and pressure, process temperature/pressure zone 3 residence time, heat transfer method. (Including but not limited to, the composition of the process solvent recovery zone 4 (reconstituted solvent composition, flow characteristics, temperature, etc.), and/or the method used for removing the reconstituted solvent, etc.) ) May be carried out by spatially limiting the welding conditions to the outside of the textile yarn substrate.
例えば、シェル溶着は、プロセス溶媒が主に編織糸基材の外面に付着するように溶媒粘度を上げることによって実施されてもよく、かつ、プロセス溶媒適用ゾーン2及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3の持続時間及び温度を調節して、プロセス溶媒が基材の中に入り、繊維性基材のバイオポリマーを膨潤及び可動化するのに有効となる度合を制限してもよい。具体的には、比較的少量(0.02〜1質量%)の可溶化バイオポリマーを、プロセス溶媒に添加して、様々な度合及び/又は厚さのシェル溶着効果を達成してもよい。 For example, shell welding may be performed by increasing the solvent viscosity so that the process solvent adheres primarily to the outer surface of the textile yarn substrate, and process solvent application zone 2 and/or process temperature/pressure zone 3 The duration and temperature of the can be adjusted to limit the extent to which the process solvent enters the substrate and is effective in swelling and mobilizing the biopolymer of the fibrous substrate. Specifically, a relatively small amount (0.02-1% by weight) of solubilized biopolymer may be added to the process solvent to achieve varying degrees and/or thickness of shell welding effect.
コア溶着は、上記条件の全ての代替条件及び/又はプロセスパラメータ(例えば、粘性抵抗条件の変動が挙げられるがこれに限定されない)によって実施されてもよい。例えば、プロセス溶媒適用は、適用されるプロセス溶媒の量を制限する適切なプロセス溶媒送達システムを用いて、及び、例えば、溶着が起こる前に、適切な時間の長さで、プロセス溶媒が基材のコアの中に入るようにする条件を用いて、調整されてもよい。特にこの場合、プロセス溶媒を配合し、プロセス溶媒適用ゾーン2及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン3の温度を、温度が適切な範囲に達するまで溶着条件が達成されないように別々に制御することは有益となり得る。 Core welding may be performed with all alternatives to the above conditions and/or process parameters including, but not limited to, variations in viscous drag conditions. For example, process solvent application may be performed with a suitable process solvent delivery system that limits the amount of process solvent applied, and for example, for a suitable length of time before welding occurs, when the process solvent is applied to the substrate. May be adjusted using conditions that allow it to enter the core of Particularly in this case, it is beneficial to compound the process solvent and separately control the temperature of the process solvent application zone 2 and/or the process temperature/pressure zone 3 so that the welding conditions are not achieved until the temperature reaches the appropriate range. Can be.
別の実施例では、溶着抑制剤(例えば、水、水蒸気等)をプロセス湿潤基材に適用して(プロセス溶媒適用ゾーン2の終端部で、及び/又はプロセス温度/圧力ゾーン4内で、のいずれか)、基材の断面全体の溶着度に影響するように、プロセス湿潤基材の外面におけるプロセス溶媒の組成を(拡散により)改変してもよい。すなわち、プロセス湿潤基材の外面に隣接するプロセス溶媒の中に溶着抑制剤が拡散すると、その場所で溶着が抑制及び/又は停止し得るが、溶着は、プロセス湿潤基材の更に内部でなおも起こっている可能性がある。 In another example, deposition inhibitors (eg, water, steam, etc.) are applied to the process wetting substrate (at the end of process solvent application zone 2 and/or in process temperature/pressure zone 4). In any case, the composition of the process solvent on the outer surface of the process-wet substrate may be modified (by diffusion) to affect the degree of deposition across the cross section of the substrate. That is, if the deposition inhibitor diffuses into the process solvent adjacent to the outer surface of the process-wet substrate, the deposition may be suppressed and/or stopped at that location, but the deposition still occurs within the process-wet substrate. It may be happening.
図17A〜19Cに示す溶着糸基材100は、その中の個別の溶着基材繊維103、104、105それぞれについて別個の境界を示すが、溶着糸基材100の製造に使用される溶着プロセス又は染色溶着プロセスにより、実際には、隣接する溶着基材繊維103、104、105の間の境界が混ざる場合がある。すなわち、個別の溶着基材繊維103、104、105のバイオポリマーは、膨潤及び可動化されて、その個別の境界がもはや存在しない場合がある。したがって、溶着糸基材100において隣接する溶着基材繊維103、104、105は、上に詳述したように、一緒に融合される場合がある。 17A-19C show the separate boundaries for each of the individual weld substrate fibers 103, 104, 105 therein, although the weld process used to make the weld yarn substrate 100 or The dyeing and welding process may actually cause the boundaries between adjacent welded substrate fibers 103, 104, 105 to mix. That is, the biopolymers of the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 may be swollen and mobilized and their individual boundaries no longer exist. Thus, adjacent weld substrate fibers 103, 104, 105 in weld yarn substrate 100 may be fused together, as detailed above.
基材を少なくとも部分的に染色するように、かつ結合剤106を使用して1つ以上の顔料粒子109を基材に少なくとも部分的に係合するように、構成された染色溶着プロセスは、上に簡単に記載したように、ハイブリッド染色溶着プロセスと呼ばれる場合がある。かかる染色溶着プロセスは、DMSO又はDMFを含むプロセス溶媒を用いて構成されてもよく、その際、プロセス溶媒は、バイオポリマーを膨潤及び可動化し、同時に所望の染料及び/又は着色剤を溶解し得ることが想到される。DMSO又はDMFを含むプロセス溶媒は、プロセス溶媒内で必要とされるインジゴ染料の溶解度をもたらし、その結果、基材の一部が、染色(当該用語の伝統的な意味で)される。さらに、かかる染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒内の染料及び/又は着色剤の量は、プロセス溶媒が、特定の染料及び/又は着色剤の飽和点を超えるようなものであってもよい。すなわち、プロセス溶媒は、染料及び/又は着色剤で完全に飽和され、染料及び/又は着色剤の一部分は、この完全に飽和したプロセス溶媒中に懸濁してもよい。 A dye fusing process configured to at least partially dye the substrate and to use the binder 106 to at least partially engage the one or more pigment particles 109 to the substrate comprises: Sometimes referred to as the hybrid stain welding process, as briefly described in. Such a dye welding process may be configured with a process solvent comprising DMSO or DMF, wherein the process solvent may swell and mobilize the biopolymer while at the same time dissolving the desired dye and/or colorant. It is thought. A process solvent containing DMSO or DMF provides the required solubility of the indigo dye in the process solvent so that a portion of the substrate is dyed (in the traditional sense of the term). Further, in such dye fusing processes, the amount of dye and/or colorant in the process solvent may be such that the process solvent exceeds the saturation point of the particular dye and/or colorant. That is, the process solvent may be fully saturated with the dye and/or colorant, and a portion of the dye and/or colorant may be suspended in the fully saturated process solvent.
別の染色溶着プロセスでは、インジゴ染料は、プロセス溶媒内に全部可溶化されてもよい。かかる染色溶着プロセスでは、得られる溶着基材には、結合剤106の中に捕捉された認識可能な顔料粒子109がない場合がある。すなわち、溶着基材は、その特性がもっぱら染色によるものとなる可能性があり、その結果、個別の溶着基材繊維103、104、105のそれぞれ及び各溶着糸基材100の外面は、均質な色となる。そのように構成された染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒回収ゾーン4で使用される再構成溶媒は、プロセス溶媒中に可溶化されたインジゴ染料の量の10%未満を保持してもよい。より具体的には、再構成溶媒は、プロセス溶媒中に可溶化されたインジゴ染料の量の5%未満を保持してもよい。ここでも、染色溶着プロセスは、先に開示された特性のいずれかを溶着基材100に付与するように構成されてもよい。かかるプロセスにより製造された溶着基材100は、比較的高いクロッキング抵抗性を示し得ると想到される。 In another dye fusing process, the indigo dye may be wholly solubilized in the process solvent. In such a dye fusing process, the resulting fusing substrate may lack recognizable pigment particles 109 entrapped within the binder 106. That is, the welded substrate may be exclusively dyed in character, so that the individual welded substrate fibers 103, 104, 105 and the outer surface of each welded yarn substrate 100 are homogeneous. It becomes a color. In a dye fusing process so configured, the reconstitution solvent used in the process solvent recovery zone 4 may retain less than 10% of the amount of solubilized indigo dye in the process solvent. More specifically, the reconstitution solvent may retain less than 5% of the amount of solubilized indigo dye in the process solvent. Again, the dye fusing process may be configured to impart to the fusing substrate 100 any of the properties previously disclosed. It is envisioned that the welded substrate 100 produced by such a process may exhibit relatively high clocking resistance.
染色溶着プロセスの概要 Overview of dyeing and welding process
インジゴ粉末は、染色溶着プロセスを使用して、綿糸基材に固定されてもよい。このインジゴ粉末は、染色溶着プロセスにより綿糸基材上に結合されてもよく、プロセス溶媒に対する基材の溶解度は、得られる溶着基材における顔料の保持の鍵となり得る。ケルバー(登録商標)編織糸は、この染色溶着プロセスを用いて、認識できるほど染色されなかったという事実は、顔料が編織糸基材の表面のみに単に付着しているのではないことを示す。インジゴ粉末は、染色溶着プロセスに使用したプロセス溶媒中にセルロースが溶解しているか否かにかかわらず、摩擦により、溶着糸基材の表面から摩損(機械的に)され得る。溶解したセルロースを含む無色のプロセス溶媒を使用した後続のプロセス溶媒適用(例えば、溶着糸基材を別の溶着プロセスに供すること)は、インジゴ粉末顔料を有効に固定し、かつクロッキングを低減する可能性がある(下の表15.1参照)。ある染色溶着プロセスでは、DMSOは、インジゴを化学的に還元せず、インジゴが共溶媒に長時間さらされても、糸に緑色の色相を生じないことから、溶着に好ましい共溶媒である。 The indigo powder may be fixed to the cotton yarn substrate using a dye welding process. The indigo powder may be bonded onto the cotton yarn substrate by a dye welding process, and the solubility of the substrate in the process solvent may be the key to retention of the pigment in the resulting weld substrate. The fact that Kelver® yarns were not appreciably dyed using this dye fusing process indicates that the pigment is not merely attached to the surface of the yarn substrate. Indigo powder can be abraded (mechanically) from the surface of the welded yarn substrate by friction, whether or not the cellulose is dissolved in the process solvent used for the dyeing and welding process. Subsequent process solvent application using a colorless process solvent containing dissolved cellulose (eg, subjecting the welded yarn substrate to another welding process) effectively immobilizes the indigo powder pigment and reduces clocking. Possible (see Table 15.1 below). In one dye welding process, DMSO is a preferred cosolvent for welding because it does not chemically reduce indigo and does not produce a green hue on the yarn when indigo is exposed to the cosolvent for a long time.
一般的に、染色溶着プロセスに使用するための所与のプロセス溶媒中のインジゴ粉末の最適な重量パーセントは、その中に溶解しているセルロース(又は以下の請求項にそのように示されない限り制限されないその他の結合剤)の重量パーセントと同様に、適用ごとに変動し得る。一部の染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒中のインジゴ粉末の最適な重量パーセントは、0.25〜8.5であってもよく、溶解セルロースの最適な重量パーセントは、0.01〜1.5であってもよい。他の染色溶着プロセスでは、プロセス溶媒中のインジゴ粉末の最適な重量パーセントは、1.0〜4.0であってもよく、溶解セルロースの最適な重量パーセントは、0.1〜1.0であってもよい。したがって、以下の請求項にそのように示されない限り、本開示の範囲は、プロセス溶媒中のインジゴ粉末の重量パーセント又はその中に溶解しているセルロースの重量パーセントによって何ら限定されるものではない。 Generally, the optimum weight percent of indigo powder in a given process solvent for use in a dye welding process is limited by the cellulose (or unless otherwise indicated in the claims below) dissolved therein. It may vary from application to application, as well as the weight percentage of other binders not included). For some dye welding processes, the optimum weight percentage of indigo powder in the process solvent may be 0.25 to 8.5 and the optimum weight percentage of dissolved cellulose is 0.01 to 1.5. May be In other dye welding processes, the optimum weight percentage of indigo powder in the process solvent may be 1.0-4.0 and the optimum weight percentage of dissolved cellulose is 0.1-1.0. It may be. Accordingly, unless otherwise indicated in the claims below, the scope of the present disclosure is in no way limited by the weight percent of indigo powder in the process solvent or weight percent of cellulose dissolved therein.
D.再構成溶媒の検討 D. Examination of reconstituted solvent
上記のように、ACNは、インジゴに化学的変化を生じ、長時間曝されると溶着糸基材に緑色の色相を生じる場合があることから、特定の染色溶着プロセスにとって理想的な再構成溶媒ではない場合がある。一般的に、水を再構成溶媒として使用すると、同様の色ずれは起こらないが、水は、高い抗力等の、その他の望ましくない作用を示す可能性がある。 As mentioned above, ACN causes a chemical change in indigo, which may result in a green hue on the welded yarn substrate upon prolonged exposure, making it an ideal reconstitution solvent for certain dyeing and welding processes. Not always. Generally, when water is used as the reconstitution solvent, similar color shifts do not occur, but water may exhibit other undesirable effects, such as high drag.
編織糸をプロセス溶媒回収ゾーン4(再構成ゾーンと呼ばれることもある)を通して引くことで、糸に、その破壊強度を超える可能性のある高い抗力が生じ得る。ある染色溶着プロセスでは、長さ7フィートの再構成ゾーンで、水を再構成溶媒として使用したときに(1/4インチのPFA管の中を牽引)、編織糸は最大80重量グラム(gf)の抗力を経験した。比較実験では、水に石鹸(0.5重量%のマーフィーオイルソープ)を添加すると、抗力が約55gfまで低下した。純ACNを再構成溶媒として使用すると、抗力は約45gfまで低下し、一方で、純酢酸エチルを再構成溶媒として使用すると、抗力は35gfまで低下した。ただし、特定の染色溶着プロセスでは、純酢酸エチルは、編織糸からのイオン液体除去に対して、相対的に効果がない場合がある。したがって、水におよそ5重量%の酢酸エチルを含む再構成溶媒は、かかる再構成溶媒は、水の再構成特性を維持しながら、抗力低下において純酢酸エチルにほぼ等しい効果があることから、特定の染色溶着プロセスに理想的となり得る。 Pulling the textile yarn through the process solvent recovery zone 4 (sometimes referred to as the reconstitution zone) can create a high drag force on the yarn that can exceed its breaking strength. In one dye-weld process, in a 7 foot long reconstitution zone, when water was used as the reconstitution solvent (towed through 1/4 inch PFA tubing), the yarn was up to 80 gram (gf). Experienced the drag of. In a comparative experiment, the addition of soap (0.5 wt% Murphy Oil Soap) to water reduced the drag to about 55 gf. When pure ACN was used as the reconstituted solvent, the drag dropped to about 45 gf, while when pure ethyl acetate was used as the reconstituted solvent, the drag dropped to 35 gf. However, in certain dye welding processes, pure ethyl acetate may be relatively ineffective at removing ionic liquids from textile yarns. Therefore, reconstituted solvents containing approximately 5% by weight of ethyl acetate in water have been identified because such reconstituted solvents have an effect approximately equal to pure ethyl acetate in drag reduction while maintaining the reconstitution properties of water. Can be ideal for the dyeing and welding process of
E.効果及び応用 E. Effect and application
本開示に従って構成された方法を用いて染色された編織糸は、従来手段により製造された編織糸と比べて、様々な利益を示し得る。本開示に従って構成された方法で編織糸内に溶着されたインジゴ染料は、「クロックする」(すなわち、後続の洗浄によって除去される、及び/又は摩擦若しくはその他の物理的接触により除去される)傾向がより低い。本開示に従って製造された編織糸は、溶着された外面に付随する有益な物理的特性を示す場合があり、その例としては、限定するものではないが、改良された強度、改良された平滑性(毛羽が少ない)、より短い乾燥時間、及びより優れた製編特性等が挙げられる。色の保持と編織糸の物理的特性の利益の組み合わせにより、少なくともデニム産業で広く利用できる、改良された布地が得られる。 A textile yarn dyed using a method constructed in accordance with the present disclosure may exhibit various benefits as compared to a textile yarn produced by conventional means. Indigo dye deposited in a yarn in a manner constructed in accordance with the present disclosure tends to "clock" (ie, be removed by subsequent washing and/or removed by rubbing or other physical contact). Is lower. A knitted yarn produced in accordance with the present disclosure may exhibit beneficial physical properties associated with the welded outer surface, including, but not limited to, improved strength, improved smoothness. (Less fluff), shorter drying time, and better knitting characteristics. The combination of color retention and the benefits of the physical properties of the knitting yarn results in an improved fabric that is at least widely available in the denim industry.
商業的染色プロセスは、染色する繊維1kgにつき約125リットルの水を消費する。本開示に従って構成された製造プロセスは、染色プロセスで必要な水を大幅に削減する場合がある。加えて、かかる製造プロセスのすすぎ及び再構成工程は、イオン液体の98%超を回収するように設計されてもよく、これは、現在の溶着染色プロセスのコスト及び環境影響を低減し得る。 The commercial dyeing process consumes about 125 liters of water per kg of dyed fiber. A manufacturing process constructed according to the present disclosure may significantly reduce the water required in the dyeing process. In addition, the rinse and reconstitution steps of such manufacturing processes may be designed to recover greater than 98% of ionic liquids, which may reduce the cost and environmental impact of current weld dyeing processes.
編織糸を同時に溶着及び染色することの更なる利益は、染料の存在が、編織糸の一貫した溶着を検証することである。染料を用いない溶着は既知であり、機械的利益を有するが、容易な検出手段がなく、溶着プロセスが一貫しない場合がある。染料をプロセス溶媒に含めることで、溶着プロセスに非一貫性があった場合、色の変化によって容易に検出できる編織糸が作製される。 A further benefit of simultaneously welding and dyeing textile yarns is that the presence of the dye verifies a consistent welding of the textile yarn. Welding without dyes is known and has mechanical benefits, but without easy means of detection, the welding process may be inconsistent. Inclusion of the dye in the process solvent creates a textile yarn that can be easily detected by color changes if there is inconsistency in the deposition process.
10.反毛基材を使用する溶着プロセス及び得られた製品 10. Welding process using anti-wool substrate and resulting product
A.反毛の背景技術 A. Anti-hair background technology
一般的に、反毛とは、織物やその他の繊維状物質を解体又は破壊し、個々の繊維、糸又は織物片に戻すリサイクルプロセスのことである。得られた繊維は、その後原繊維糸と同様の品質を有する糸に再紡績することが可能であるが、再紡績糸は一般的に対応する原繊維糸に比較して、強度が低いことがある。また、再紡績糸では、対応する原繊維糸よりも、非常に多くのリント(しばしば「フライ」と称する)を取り除くことが多い。使用前又は使用後のデニムを反毛(リサイクル)して個々の綿繊維を回収した後、再紡績して他のデニム糸にすることができる。新しい糸の反毛部は、「アップサイクルされた内容物」と呼ばれることがあり、紡績プロセスの途中で一定の重量パーセントで原綿繊維と混合してもよい。デニムは一般的にはリング染色したインジゴの縦糸と未染色の横糸の混合物であるが、反毛繊維の一部で作製した糸は、非常に変化に富んだ色の明るい青である。本明細書で使用するとき、用語「反毛した」及び「リサイクルした」は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、限定又は制限なしに互換的に使用される。さらに、以下に記載の利点と改善は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、繊維の供給源(例えば、反毛、リサイクル、未使用等)にかかわらず、(以下に定義する)短又は中位長のステープル繊維の少なくとも一部を有する任意の糸及び/又は織物に適用される。 Generally, fluff is a recycling process in which textiles and other fibrous materials are disassembled or destroyed and returned to individual fibers, threads or pieces of textile. The resulting fibers can then be re-spun into yarns with similar qualities as the fibril yarns, but the re-spun yarns generally have lower strength than the corresponding fibril yarns. is there. Also, re-spun yarns often remove much more lint (often referred to as "fly") than the corresponding fibril yarns. The denim before use or after use can be fluffed (recycled) to recover individual cotton fibers, and then re-spun into another denim yarn. The fluff of the new yarn is sometimes referred to as the "up-cycled content" and may be mixed with the raw cotton fiber at a constant weight percentage during the spinning process. Denim is generally a mixture of ring-dyed indigo warp yarns and undyed weft yarns, while yarns made from some of the fluff fibers are light blue with a very variable color. As used herein, the terms "refurbished" and "recycled" are used interchangeably without limitation or restriction, unless expressly specified in the claims. Further, the advantages and improvements described below are short or medium (as defined below) regardless of the source of the fiber (eg, fluff, recycled, virgin, etc.), unless otherwise specified in the claims. Applies to any yarn and/or fabric having at least a portion of staple fibers of length.
反毛(リサイクル)糸における、原繊維から作製された同等の糸との比較における、強度の低下は、反毛(リサイクル)プロセスの際に起こるステープル繊維長の低下による可能性がある。したがって、原繊維の添加又は特に短い繊維の除去に頼ることなく糸の強度を改善する方法が望まれる。さらに、反毛(リサイクル)糸は一般に変化に富んだ(かつ、一般的に明るい)色を呈するので、糸を二次染色することなく、色を均一にし、色彩(例えば、彩度)及び暗化を改良する方法が望まれている。 The loss of strength in the fluff (recycled) yarn compared to an equivalent yarn made from fibrils may be due to the reduced staple fiber length that occurs during the fluff (recycle) process. Therefore, a method of improving yarn strength without resorting to the addition of fibrils or the removal of particularly short fibers is desired. In addition, fluff (recycled) yarns generally exhibit a variegated (and generally bright) color, so that the yarns are evenly colored, without any secondary dyeing, color (eg saturation) and darkness. There is a demand for a method of improving the conversion.
一般的に、ここでは、短ステープル繊維は0.25〜0.99インチの長さを有するステープル繊維として定義してよく、中位長のステープル繊維は1.00〜1.10インチの長さを有するステープル繊維として定義してよく、長ステープル繊維は1.11〜1.26インチの長さを有するステープル繊維として定義してよく、極長ステープル繊維は1.27〜2.00インチの長さを有するステープル繊維と定義してよい。一般的に、反毛、リサイクル及び/又はアップサイクルされた繊維はステープル繊維の長さが短く、コーミングした高地綿糸はステープル繊維の長さが長く、スーピマ綿糸のステープル繊維の長さは非常に長いことが多い。もちろん、全ての繊維の全てが上述の長さのカテゴリーのいずれかに整然と分類されるわけではない。したがって、本明細書中において既定される糸のステープル繊維の長さについて言及する場合、そのステープル繊維の長さは、その糸のステープル繊維長さの平均値を意味する。また、上記で使用された糸(例えば、「30/1」は30重量の単糸を示し、「26/2」は26重量の二重糸を示す)を参照するための記号は、以下においても使用される。 Generally, short staple fibers may be defined herein as staple fibers having a length of 0.25 to 0.99 inches, medium length staple fibers having a length of 1.00 to 1.10 inches. Staple fibers having a length of 1.11 to 1.26 inches, long staple fibers having a length of 1.11 to 1.26 inches, and ultra-long staple fibers having a length of 1.27 to 2.00 inches. May be defined as staple fibers having a toughness. Generally, fluffed, recycled and/or up-cycled fibers have short staple fiber lengths, combed high up cotton yarns have long staple fiber lengths, and Suupima cotton yarns have very long staple fiber lengths. Often. Of course, not all fibers are neatly classified into any of the above length categories. Therefore, when referring to the staple fiber length of a yarn as defined herein, the staple fiber length means the average value of the staple fiber length of the yarn. Further, the symbols for referring to the yarns used above (for example, "30/1" indicates a single yarn of 30 weights and "26/2" indicates a double yarn of 26 weights) are as follows. Also used.
短ステープル繊維(アップサイクル素材や反毛素材等から得られる短ステープル繊維)を有する綿をいつ、どのように織物に戻すかを決定する、少なくとも3つの主要な制限因子が存在し、その3つ因子とは、(1)紡績技術上の制限、(2)織物構築上の制限及び(3)取引上の制限である。これらの制限を図24のグラフに示す。X軸上の糸重量に対して短ステープル繊維のパーセント(Y軸の「アップサイクル含有量(%)」)をプロットする。1つの線は紡績技術上の制限を示し、他の1つは織物構築の効率上の制限を示し、最後の1つは取引上の制限を示す。以下に示すそれぞれの制限の概要は網羅的ではないが、本明細書に記載の本方法及び/又は装置により克服されると思われる、先行技術におけるさまざまな欠陥を開示している。 There are at least three major limiting factors that determine when and how cotton with short staple fibers (short staple fibers obtained from up-cycle material, fluff material, etc.) is returned to the woven fabric. Factors are (1) spinning technology restrictions, (2) textile construction restrictions, and (3) trading restrictions. These limits are shown in the graph of FIG. Plot the percentage of short staple fibers ("Up Cycle Content (%) on the Y axis") against yarn weight on the X axis. One line shows spinning technology limits, another one shows textile construction efficiency limits, and the last one shows trade limits. The following summary of each limitation is not exhaustive, but discloses various deficiencies in the prior art that may be overcome by the methods and/or apparatus described herein.
紡績技術上の制限(図24の上部の点線) Restrictions on spinning technology (dotted line at the top of Figure 24)
工業用及び使用後の反毛織物から得られる繊維は、原繊維より非常に短い。概して、短繊維では紡績糸が弱くなり、これらの糸はより切れ易く、その取扱い中、特に織物の構築中に、不必要なリント及びゴミ(「フライ」としても知られている)が産生される。実際、短繊維の含有量が多すぎると、紡績繊維糸を作製するための紡績機械に問題を起こすこともあり得る。比較的軽く細い糸(例えば、図24の左に向かって60/1NE綿糸)にとって、短ステープル繊維が含まれると紡績機の破損を起こし、これらの糸基材の製造を制限することになりかねない。比較的重く重なる糸(例えば、図24の右に向かって60/1NE綿糸)では、100%の短ステープル繊維から糸を紡績することは可能かもしれないが、そのような糸は製造及び得られた織物の両者において重大な性能上の欠点を有する。紡績中に使用できる短繊維の絶対量は、繊維の長さのヒストグラム、使用する紡績機、選択された紡績技術の操作パラメータに依存する。図24の点線は、現在使用可能な技術して何が可能かの上限を示している。 The fibers obtained from fluff fabrics for industrial use and after use are much shorter than the fibrils. In general, staple fibers weaken spun yarns, which are more prone to breakage and produce unwanted lint and debris (also known as "fly") during their handling, especially during the construction of textiles. It In fact, too much short fiber content can cause problems for spinning machines for making spun fiber yarns. For relatively light and thin yarns (eg 60/1 NE cotton yarn towards the left in Figure 24) the inclusion of short staple fibers can cause damage to the spinning machine and limit the production of these yarn substrates. Absent. For relatively heavy overlapping yarns (eg, 60/1 NE cotton yarn to the right of Figure 24), it may be possible to spun yarn from 100% short staple fibers, but such yarns are not manufactured and obtained. Both fabrics have significant performance drawbacks. The absolute amount of short fibers that can be used during spinning depends on the fiber length histogram, the spinning machine used, and the operating parameters of the chosen spinning technique. The dotted line in FIG. 24 shows the upper limit of what is possible with the currently available technologies.
織物構築上の制限(図24の中央の点線) Restrictions on fabric construction (dotted line in the center of Fig. 24)
一般的に、工業用及び使用後の反毛織物から得られる繊維を含有する紡績糸は非常に弱く、製編(例えば、縦及び横編み)又は機織りのいずれかによる織物構築において破壊が起こり易い。加えて、リントの増加による問題の著し上昇も観察され、短繊維紡績糸が製編及び機織機により織物に変換される際には対処されなければならない。これには、縫い針と糸ガイドの結合及び破壊や、糸の切断と結び直し等が含まれる。一般的に、リントを発生する弱い糸により引き起こされる問題の全てが、製造コストを増加し、製造速度を低減する。 Generally, spun yarns containing fibers obtained from industrial and post-use fluff fabrics are very weak and subject to failure in fabric construction, either by knitting (eg warp and weft) or by weaving. In addition, a significant increase in problems due to increased lint has been observed and must be dealt with when short fiber spun yarns are converted into fabrics by knitting and weaving machines. This includes connecting and breaking the sewing needle and thread guide, cutting and reconnecting thread, and the like. In general, all of the problems caused by lint-producing weak yarns increase manufacturing costs and reduce manufacturing speed.
他の問題は、糸「トルク」の問題である。糸の強度は、一般的に、単位長さ当たりの撚りが増えると増加するが、密に紡績された糸は、「撚りをほどく」(「トルク」として知られる)傾向も強くなり、布目曲がりと呼ばれる特定の種類の織物の欠陥を引き起こす可能性がある。歪曲した織物は、一般的に、横糸は互いに平行であるが織物の幅に対して垂直ではないものとして定義される。この欠陥は、糸のトルクが強すぎると起こることが多い。要するに、極端に短い繊維でできている紡績糸は、より高い(長さ単位当たりの)撚りによって作製されることが多く、不必要な織物の布目曲がりを起こす可能性のある、より強いトルクを引き起こすことになる。 Another problem is the yarn "torque" problem. While yarn strength generally increases with increasing twist per unit length, densely spun yarn also has a greater tendency to "untwist" (known as "torque"), which results in fabric bending. Can cause defects in certain types of fabrics called. Distorted fabric is generally defined as the weft threads being parallel to each other but not perpendicular to the width of the fabric. This defect often occurs when the torque of the yarn is too high. In short, spun yarns made of extremely short fibers are often made with higher (per unit of length) twists, resulting in higher torques that can cause unnecessary weave bowing. Will cause it.
取引上の制限(図24の下部の点線) Trading restrictions (dotted line at the bottom of Figure 24)
上述の技術的制限に加え、短(アップサイクル)物を含有する織物を製造及び販売する機会が限られているのは、さまざまな取引上の理由による。非常に多くのアップサイクル物を含む細い糸が利用できないため、細い糸の使用を必要とする多くの機能性織物は、たとえあったとしても、短ステープル繊維を多く含む糸により作製することはできない。加えて、短繊維を生じる糸から作製された織物は、ピリングが起き易く、耐摩耗性に劣り易い。これらの因子(及びその他の因子)は、アップサイクル物を利用できる多くの製品が、経済的又は市場の利益に比較して、性能の低下が大き過ぎるという環境を同時に作り出してしまうことになる。 In addition to the technical limitations described above, the limited opportunities to manufacture and sell fabrics containing short (up-cycle) products are due to various commercial reasons. Many functional fabrics that require the use of thin yarns, if any, cannot be made with yarns that are rich in short staple fibers, as thin yarns containing so many upcycles are not available. .. In addition, woven fabrics made from yarns that produce staple fibers are prone to pilling and poor wear resistance. These factors (and others) at the same time create an environment in which many products that can utilize up-cycle products suffer too much degradation in performance compared to economic or market benefits.
B.溶着プロセスと得られる製品の実例 B. Examples of welding process and resulting products
図24の「織物構築」と「取引」上の制限の境界は、現在比較的小さい。これは、重要な工業用及び/又は使用後の物を使用する製品が今日製造及び販売されている例はほとんどないという事実と一致する。糸(及び得られた織物)中の短ステープル繊維含有量をより大幅に増やすことができる技術的解決法は、環境にとって非常に有利であり有益であることが良く知られている。 The boundary between the “textile construction” and “transaction” restrictions in FIG. 24 is currently relatively small. This is consistent with the fact that few products are manufactured and sold today that use important industrial and/or post-consumer goods. It is well known that technical solutions that can increase the content of short staple fibers in yarns (and the resulting fabrics) to a much greater extent are very advantageous and beneficial to the environment.
従来技術で今日可能であるよりも短ステープル繊維を多く含有する溶着糸は、本明細書に開示される溶着プロセスを使用することができる。溶着糸は一般的に、原糸の対応物よりも強く及び/又は細い。さらに、溶着糸は一般的にトルクが少ないため、溶着糸から作製した織物は、従来の原糸に関連する布目曲がりの問題がないであろう。溶着糸を使用すると、かつてないほどの薄さと耐久性(例えば、耐ピリング性)を同時に有する優れた織物を作製しながら、より効率的で高速な(例えば、製編又は機織りによる)織物構築が可能である。本明細書で前述した溶着基材の様々な他の利点、属性及び/又は特性は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、短ステープル繊維糸110を含む未加工基材を利用する溶着プロセスにより得られる溶着基材によるものである。溶着糸は織物構築上の制限が少ないので、溶着糸は紡績技術上の制限に近い機会の範囲を埋めることができ、図24の斜線部分で表示される。溶着糸は、織物の短い自然のステープル繊維(例えば、綿や絹等)を使用にあたり、著しい進歩を示す。 Weld yarns containing more staple fiber than is possible today in the prior art can use the welding process disclosed herein. Fused yarns are generally stronger and/or thinner than their raw yarn counterparts. Moreover, because the weld yarns generally have less torque, fabrics made from the weld yarns will not have the fabric bowing problems associated with conventional raw yarns. The use of fusible threads allows for more efficient and faster fabric construction (eg by knitting or weaving) while producing superior fabrics with unprecedented thinness and durability (eg pilling resistance) at the same time. It is possible. Various other advantages, attributes and/or properties of the welded substrates described hereinabove are provided by the welding process utilizing a green substrate comprising short staple fiber yarn 110, unless otherwise specified in the claims. It depends on the obtained welding base material. Since the fusible yarn has few restrictions on fabric construction, the fusible yarn can fill the range of opportunities close to the restrictions on the spinning technology, and is indicated by the shaded portion in FIG. Fused yarns represent a significant advance in using short, natural staple fibers of textiles (eg, cotton, silk, etc.).
本明細書で前述した溶着プロセスは、反毛糸の強度の低さを改善するのに特に有用であることが分かっており、この結果は、原繊維から作製された糸に適用される、本明細書に開示されている溶着プロセスに関する前述の観察に一致している。簡潔にするために、図20A〜28Bを参照するときに使用される用語「溶着プロセス」には、染色及び溶着プロセス並びに本明細書において前述した溶着プロセス、特許請求の範囲に特に明記されない限り限定されることのない後述される開発物が含まれるが、これらに限定されない。 The welding process described hereinabove has been found to be particularly useful in improving the low strength of anti-wool yarns, the results of which are applied to yarns made from fibrils. Consistent with the above observations on the welding process disclosed in the publication. For the sake of brevity, the term "fusing process" as used in reference to Figures 20A-28B is limited to the dyeing and fusing processes as well as the fusing processes previously described herein, unless otherwise specified in the claims. It includes, but is not limited to, the developments described below that are not done.
驚くべきことに、反毛デニム廃棄物から作製されたデニム繊維を含む短ステープル繊維糸110に対して溶着プロセスを実行すると、溶着糸が追加の染色を必要とせずにデニムの縦糸として適する、溶着糸の均一な色、増加した彩度及び溶着糸の色の暗化を示す溶着糸基材が得られる。 Surprisingly, when the fusing process is performed on short staple fiber yarn 110 containing denim fibers made from fluff denim waste, the fusing yarn is suitable as a warp for denim without the need for additional dyeing. A welded yarn substrate is obtained which exhibits a uniform color of the yarn, increased saturation and darkening of the color of the welded yarn.
溶着プロセス中、短ステープル繊維糸110(例えば、原糸基材)に存在するインジゴで染色された繊維の部分溶解により、基材の周り及び基材全体に染料が再分布され、毛状物の部分的な圧密と減少により光の回折を引き起こす可能性のある界面が除去される可能性がある一方、染料の分布の均一性が改善され、したがって、彩度が上昇し、得られた溶着糸111を濃くする。得られた溶着糸111の色の均一性、濃色化、彩度の上昇の改善と強い結びつきのある改善は、これまで開示も予想もされていなかった、短ステープル繊維糸110に適用された溶着プロセスに帰するものである。この有益な属性のセットは、添付の特許請求の範囲に示されない限り、限定されることなく本明細書に開示されるような溶着プロセスに供されるあらゆる短ステープル繊維糸110に適用され得る。 During the fusing process, partial dissolution of the indigo-dyed fibers present in the short staple fiber yarn 110 (eg, the raw yarn substrate) redistributes the dye around and throughout the substrate, resulting in hairs. Partial compaction and reduction may eliminate interfaces that may cause light diffraction, while improving the uniformity of dye distribution and thus increasing saturation and resulting welded yarn. Thicken 111. The resulting improvements in color uniformity, darkening, and increased saturation of the welded yarn 111 and the strongly associated improvements were applied to the short staple fiber yarn 110, which had never been disclosed or anticipated. It is attributed to the welding process. This set of beneficial attributes may be applied to any short staple fiber yarn 110 that is subjected to the welding process as disclosed herein without limitation, unless otherwise indicated in the appended claims.
短ステープル繊維糸110を含む未加工基材と共に使用されるように構成された溶着プロセスは、任意の好適な溶着プロセスであってよく、イオン液体ベースのプロセス溶媒、NaOH又はLiOHを含む冷アルカリプロセス溶媒、又は水酸化オニウムを含むプロセス溶媒を使用する、本明細書に開示されるものを挙げることができるが、これらに限定されない。図20A〜22を参照して以下に説明する2つの実施形態では、短ステープル繊維糸110は、20/1リング紡績糸で50重量%の未使用のコーミングした高地綿繊維と50重量%の反毛デニム繊維よりなる。しかし、これらの実施形態は、単に例示目的であり、添付の特許請求の範囲に特に明記されない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。 The fusing process configured for use with the raw substrate comprising short staple fiber yarn 110 may be any suitable fusing process, including ionic liquid based process solvents, cold alkaline processes including NaOH or LiOH. Examples include, but are not limited to, those disclosed herein using a solvent or process solvent including onium hydroxide. In the two embodiments described below with reference to FIGS. 20A-22, the short staple fiber yarn 110 comprises 50% by weight of 20/1 ring spun yarn of unused combed high cotton fiber and 50% by weight of fluff. Made of wool denim fiber. However, these embodiments are for illustrative purposes only and in no way limit the scope of the present disclosure, unless expressly specified in the appended claims.
ここで図20A〜22を参照すると、典型的には、その1つを図20Aに示すように、未加工の短ステープル繊維糸110を含む基材は、プロセス溶媒を基材に適用するプロセス装置に供給される。このステップは、上で詳述したように、溶着プロセスのプロセス溶媒適用ゾーン2を構成しても良い。次に、基材は、プロセス温度/圧力ゾーン3(又は「溶着ゾーン」)を通って移動してもよく、その後基材はプロセス溶媒回収ゾーン4(又は「再構成ゾーン」)に入り、ゾーン4内で溶着プロセスは停止し、プロセス溶媒を回収してもよい。適切な溶着プロセスの様々な態様を上記では詳細に説明したが、簡潔にするためにここでは繰り返さない。驚くべきことに、プロセス溶媒は、溶着プロセス中に基材から染料を除去せずに、代わりに基材の周囲及び基材中の染料を分配するだけであることが分かった。すなわち、再構成ステップ中に除去されるプロセス溶媒自体は着色されておらず、むしろ、染料は糸基材内に残っている。 Referring now to FIGS. 20A-22, typically a substrate comprising raw short staple fiber yarns 110, one of which is shown in FIG. 20A, is a process device that applies a process solvent to the substrate. Is supplied to. This step may constitute the process solvent application zone 2 of the deposition process, as detailed above. The substrate may then move through the process temperature/pressure zone 3 (or "fusion zone") after which the substrate enters the process solvent recovery zone 4 (or "reconstitution zone") The welding process may stop within 4 and the process solvent may be recovered. Various aspects of a suitable welding process have been described in detail above, but are not repeated here for the sake of brevity. It has been surprisingly found that the process solvent does not remove the dye from the substrate during the deposition process, but instead only partitions the dye around and in the substrate. That is, the process solvent removed during the reconstitution step is not itself colored, but rather the dye remains in the yarn substrate.
一実施形態では、短ステープル繊維糸110を含む基材は、イオン液体を含むプロセス溶媒を基材に適用するプロセス溶媒適用ゾーン2に供給されてもよい。上記に詳細したように、プロセス溶媒は、溶着効果を高める共溶媒を含有する液体に応用してもよい。好適なイオン液体としては、限定されるわけではないが、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム酢酸塩(「EMIm OAc」)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム塩化物(「BMIm Cl」)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルリン酸塩(EMIm DEP)、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム塩化物(AMIm Cl)及び特許請求の範囲に特に明記されない限り、同様のイミダゾール型イオン液体を挙げることができる。そのようなイオン液体の好適な共溶媒としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル(ACN)及び1−メチルイミダゾールが挙げられる。 In one embodiment, the substrate containing short staple fiber yarns 110 may be fed to a process solvent application zone 2 that applies a process solvent containing an ionic liquid to the substrate. As detailed above, the process solvent may be applied to a liquid containing a co-solvent that enhances the welding effect. Suitable ionic liquids include, but are not limited to, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (“EMIm OAc”), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (“BMIm Cl”). , 1-Ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate (EMIm DEP), 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AMImCl) and similar imidazole-type ions unless otherwise specified in the claims. A liquid can be mentioned. Suitable co-solvents for such ionic liquids include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), acetonitrile (ACN) and 1-methylimidazole.
繰り返しになるが、上記に詳述したように、プロセス溶媒を適用する短ステープル繊維糸110(基材)は、短ステープル繊維糸110の一部が溶解するプロセス温度/圧力ゾーン3に入る。イオン液体で構成されるプロセス溶媒を使用するように構成された溶着プロセスでは、プロセス温度/圧力ゾーン3を50℃から120℃の温度に熱しても良い。プロセス温度/圧力ゾーン3内での基材の滞留時間は2秒から60秒の間でよい。基材が完全に溶解する前に、基材はプロセス溶媒回収ゾーン4に入る。ここで、基材からプロセス溶媒を除去するセルロース系逆溶剤を使用することによって溶着プロセスを停止しても良い。イオン液体を含むプロセス溶媒を使用するように構成された溶着プロセスでは、上記再構成溶媒は水(又は水ベース)であっても、又はイオン液体の回収がより容易である代替溶媒をベースにしても良い。基材はその後乾燥ゾーン5及び/又は溶着基材捕集ゾーン6へと進み、そこで溶着糸111が乾燥及び/又は回収される。 Again, as detailed above, the short staple fiber yarn 110 (base material) to which the process solvent is applied enters the process temperature/pressure zone 3 where a portion of the short staple fiber yarn 110 melts. In a deposition process configured to use a process solvent composed of an ionic liquid, the process temperature/pressure zone 3 may be heated to a temperature of 50°C to 120°C. The residence time of the substrate in the process temperature/pressure zone 3 may be between 2 and 60 seconds. The substrate enters the process solvent recovery zone 4 before it completely dissolves. Here, the welding process may be stopped by using a cellulosic anti-solvent that removes the process solvent from the substrate. In a deposition process configured to use a process solvent containing an ionic liquid, the reconstituted solvent may be water (or water based), or based on an alternative solvent that is easier to recover the ionic liquid. Is also good. The substrate then proceeds to the drying zone 5 and/or the welded substrate collecting zone 6 where the welded yarn 111 is dried and/or collected.
短ステープル繊維糸110を含む基材を利用するように構成された溶着プロセスの他の実施形態では、短ステープル繊維糸110はプロセス溶媒適用ゾーン2に供給され、そこで冷アルカリ溶液を含むプロセス溶媒が基材に適用される。冷アルカリプロセス溶媒は、上記にさらに詳しく説明したように、一般的に、NaOHやLiOH等の好適な塩基を含有する。冷アルカリプロセス溶媒にその他の添加剤を添加してプロセス溶媒系を作製し、プロセス溶媒の有効性を向上させることができる。そのような添加剤としては、限定されるものではないが、尿素、チオ尿素、ポリエチレングリコール界面活性剤、環状クラウンエーテル及び/又は酸化亜鉛が挙げられるが、添付の特許請求の範囲に特に明記されない限り、限定されない。 In another embodiment of the fusing process configured to utilize a substrate comprising short staple fiber yarn 110, short staple fiber yarn 110 is fed to process solvent application zone 2 where process solvent including cold alkaline solution is added. Applied to the substrate. Cold alkaline process solvents generally contain a suitable base such as NaOH or LiOH, as described in more detail above. Other additives can be added to the cold alkaline process solvent to make the process solvent system and improve the effectiveness of the process solvent. Such additives include, but are not limited to, urea, thiourea, polyethylene glycol surfactants, cyclic crown ethers and/or zinc oxide, but not otherwise specified in the appended claims. As long as it is not limited.
例示的なプロセス溶媒系の1つは、水溶液中に約9重量%のLiOHと約16重量%の尿素を含有する。冷アルカリプロセス溶媒溶液で処理された基材は、プロセス温度/圧力ゾーン3を通り、そこで部分的に溶解されて移動する。プロセス温度/圧力ゾーン3は−17℃から−5℃の温度に冷やされていてもよい。基材のプロセス温度/圧力ゾーン3での滞留時間は40秒から345秒である。 One exemplary process solvent system contains about 9 wt% LiOH and about 16 wt% urea in aqueous solution. The substrate treated with the cold alkaline process solvent solution passes through the process temperature/pressure zone 3 where it is partially dissolved and migrates. The process temperature/pressure zone 3 may be cooled to a temperature of -17°C to -5°C. The residence time of the substrate in the process temperature/pressure zone 3 is 40 seconds to 345 seconds.
基材が完全に溶解される前に、基材はプロセス溶媒回収ゾーン4に移動する。その段階で、温度の上昇及びプロセス溶媒溶液の除去により、溶着プロセスを停止しても良い。好適な再構成溶媒としては、水(又は水性液体)を挙げることができるが、特許請求の範囲に明記されていない限りこれらに限定されることなく、プロセス溶媒系のアルカリ成分を容易に回収できる代替溶媒をベースにすることができる。次いで、基材は、溶着基材捕集ゾーン6及び/又は溶媒捕集捕集ゾーン7に移動し、そこで溶着糸111が乾燥及び/又は回収される。溶着プロセスの本実施形態に従って作製された溶着糸111は、図22に示されるように、また以下でさらに説明するように、未加工の短ステープル繊維糸110と比較して約50%の強度改善を示した。 The substrate moves to the process solvent recovery zone 4 before the substrate is completely dissolved. At that stage, the welding process may be stopped by increasing the temperature and removing the process solvent solution. Suitable reconstitution solvents can include water (or aqueous liquids), but are not limited to these unless explicitly stated in the claims, and the alkaline component of the process solvent system can be readily recovered. Alternative solvents can be based. Next, the base material moves to the welding base material collecting zone 6 and/or the solvent collecting and collecting zone 7, where the welding yarn 111 is dried and/or collected. The welded yarn 111 made in accordance with this embodiment of the welding process has a strength improvement of about 50% compared to the raw short staple fiber yarn 110, as shown in FIG. 22 and as further described below. showed that.
図20B及び21Bは、水酸化物を含むプロセス溶媒を用いる溶着プロセスにより作製された溶着糸111及び短ステープル繊維糸110を含む未加工基材の図である。溶着プロセスの本実施形態に従って作製された溶着糸111は、未加工の短ステープル繊維糸110に比較して約50%の強度改善を示した。図20C及び21Cは、イオン液体を含むプロセス溶媒を用いる溶着プロセスにより作製された溶着糸111及び短ステープル繊維糸110を含む未加工基材の図である。溶着プロセスの本実施形態に従って作製された溶着糸111は、未加工の短ステープル繊維糸110に比較して約50%の強度改善を示した。 20B and 21B are diagrams of a green substrate including a welded yarn 111 and a short staple fiber yarn 110 made by a welding process using a process solvent containing a hydroxide. The welded yarn 111 made according to this embodiment of the welding process showed a strength improvement of about 50% compared to the raw short staple fiber yarn 110. 20C and 21C are diagrams of a green substrate including a weld yarn 111 and a short staple fiber yarn 110 made by a welding process using a process solvent containing an ionic liquid. The welded yarn 111 made according to this embodiment of the welding process showed a strength improvement of about 50% compared to the raw short staple fiber yarn 110.
溶着プロセスによるこの強度の増加を示すグラフが図22である。図22では、未加工の短ステープル繊維糸110サンプル(図20A及び21Aに示す)、水酸化物を含むプロセス溶媒を使用して未加工の短ステープル繊維糸110基材から作製した溶着糸111(図20B及び21Bに示す)及びイオン液体を含むプロセス溶媒を使用して未加工の短ステープル繊維糸110基材から作製した溶着糸111(図20C及び21C)の引張強度(cN/dtex)を伸び率に対してプロットしている。 A graph showing this increase in strength due to the welding process is shown in FIG. In FIG. 22, a raw short staple fiber yarn 110 sample (shown in FIGS. 20A and 21A), a welded yarn 111 (made from a raw short staple fiber yarn 110 substrate using a process solvent containing hydroxide). 20B and 21B) and elongation of the tensile strength (cN/dtex) of a welded yarn 111 (FIGS. 20C and 21C) made from a raw short staple fiber yarn 110 substrate using a process solvent containing an ionic liquid. It is plotted against rate.
引き続き図22を参照すると、溶着基材において観察された強度の改善は、比較的短いステープル繊維を有する任意の未加工基材で達成でき、特許請求の範囲に特に明記されない限り、短ステープル繊維糸110を含む未加工基材に限定されない。この強度の改善は、断面積当たりの強度に正規化すると、以下でさらに詳細に説明するように、1D原糸基材に溶着プロセスを行うことにより同時に観察されることが多い強度の改善と直径の低減により、さらに顕著になる。 Continuing to refer to FIG. 22, the improvement in strength observed in the welded substrate can be achieved with any green substrate having relatively short staple fibers, unless otherwise specified in the claims. It is not limited to raw substrates including 110. This strength improvement, normalized to strength per cross-sectional area, is often observed at the same time by performing the welding process on the 1D yarn base material, as will be described in more detail below. It becomes more remarkable by the reduction of.
C.強度改善の第1実施例 C. First example of strength improvement
第1の実験では、50%の反毛デニム繊維と50%の原綿繊維とからなる原糸基材をオープンエンド紡績し、20/1Ne重量糸を得た。この原糸基材は、以下のパラメータを使用して溶着プロセス中で処理される。 In the first experiment, a raw yarn base material composed of 50% fluff denim fiber and 50% raw cotton fiber was subjected to open-end spinning to obtain a 20/1 Ne heavy yarn. This raw yarn substrate is processed in the welding process using the following parameters.
1.EMIm OAc及びDMSOをそれぞれ30重量%及び70重量%で混合したプロセス溶媒を原糸基材重量の4倍の適用率で原糸基材に適用した。
2.基材を、長さ2mの溶着カラム(すなわち、プロセス温度/圧力ゾーン3)に12m/分の速度で通して引いた。
3.溶着カラムは80℃の温度に保持され、基材に対する粘性抵抗を示す管状通路を有していた。
4.基材を約50℃の水と約35gの張力で再構成(すなわち、プロセス溶媒回収ゾーン4に適用)した。
5.基材を仕上げ洗浄し、乾燥させた。
1. The process solvent mixed with EMIm OAc and DMSO at 30 wt% and 70 wt% respectively was applied to the yarn base material at an application rate of 4 times the weight of the raw yarn base material.
2. The substrate was drawn through a 2 m long weld column (ie, process temperature/pressure zone 3) at a rate of 12 m/min.
3. The deposition column was maintained at a temperature of 80° C. and had tubular passages that exhibited viscous resistance to the substrate.
4. The substrate was reconstituted with water at about 50° C. and a tension of about 35 g (ie, applied to process solvent recovery zone 4).
5. The substrate was finish washed and dried.
本実験で使用した原糸基材は、0.32mmの溶着前直径、270cN(9.2cN/tex)の強度及び6.7%の伸びを有していた。この実験に従って製造した得られた溶着糸基材は、0.20mmの溶着後直径、380cN(12.7cN/tex)の強度及び4%の伸びを示した。原糸基材と溶着糸基材の直径を考慮すると、原糸基材の強度は34MPaであり、モジュラスは0.5GPaである。溶着糸基材の強度は、118MPaであり、モジュラスは3.0GPaである。 The raw yarn base material used in this experiment had a diameter before welding of 0.32 mm, a strength of 270 cN (9.2 cN/tex) and an elongation of 6.7%. The resulting welded yarn substrate produced according to this experiment exhibited a post weld diameter of 0.20 mm, a strength of 380 cN (12.7 cN/tex) and an elongation of 4%. Considering the diameters of the raw yarn base material and the fused yarn base material, the strength of the raw yarn base material is 34 MPa and the modulus is 0.5 GPa. The strength of the fused yarn base material is 118 MPa and the modulus is 3.0 GPa.
この実験の原糸基材及び溶着糸基材をAATCC試験方法8−2007に従って乾式クロッキング試験に供した。原糸基材のサンプルを図23Aに、溶着糸基材のサンプルを図23Bに示す。原糸基材は3−4のクロッキング測定値を示した。溶着糸基材は(溶着糸基材の色は、実際には原糸基材の色よりも濃いにもかかわらず)4−5のクロッキング測定値を示した。 The raw yarn substrate and the fused yarn substrate of this experiment were subjected to a dry clocking test according to AATCC Test Method 8-2007. A sample of the base yarn base material is shown in FIG. 23A, and a sample of the welded yarn base material is shown in FIG. 23B. The raw yarn substrate showed a 3-4 clocking measurement. The fused yarn substrate showed a 4-5 clocking measurement (although the fused yarn substrate color is actually darker than the original yarn substrate color).
D.強度向上の第2の実施例 D. Second example of strength improvement
第2の実験では、100%の原ピマ繊維を含む原糸基材をリング紡績し、30/1Ne重量糸を得た。この原糸基材は、以下のパラメータを使用して溶着プロセス中で処理される。 In the second experiment, a raw yarn base material containing 100% of raw pima fiber was ring spun to obtain a 30/1 Ne heavy yarn. This raw yarn substrate is processed in the welding process using the following parameters.
1.EMIm OAc及びDMSOをそれぞれ30重量%及び70重量%で混合したプロセス溶媒を原糸基材重量の5倍の適用率で原糸基材に適用した。
2.基材を、長さ2mの溶着カラム(すなわち、プロセス温度/圧力ゾーン3)に18m/分の速度で通して引いた。
3.溶着カラムは95℃の温度に保持され、基材に対する粘性抵抗を示す管状通路を有していた。
4.基材を約50℃の水と約35gの張力で再構成(すなわち、プロセス溶媒回収ゾーン4に適用)した。
5.基材を仕上げ洗浄し、乾燥させた。
1. The process solvent mixed with EMIm OAc and DMSO at 30 wt% and 70 wt% respectively was applied to the yarn base material at an application rate of 5 times the weight of the yarn base material.
2. The substrate was drawn through a 2 m long deposition column (ie, process temperature/pressure zone 3) at a rate of 18 m/min.
3. The fusing column was maintained at a temperature of 95°C and had tubular passages that exhibited viscous resistance to the substrate.
4. The substrate was reconstituted with water at about 50° C. and a tension of about 35 g (ie, applied to process solvent recovery zone 4).
5. The substrate was finish washed and dried.
本実験で使用した原糸基材は、0.22mmの溶着前直径、350cN(17.8cN/tex)の強度及び6.1%の伸びを有していた。この実験に従って製造した得られた溶着糸基材は、0.15mmの溶着後直径、340cN(17.3cN/tex)の強度及び4.3%の伸びを示した。原糸基材と溶着糸基材の直径を考慮すると、原糸基材の強度は89MPaであり、モジュラスは1.5GPaである。溶着糸基材の強度は、197MPaであり、モジュラスは4.6GPaである。 The raw yarn base material used in this experiment had a diameter before welding of 0.22 mm, a strength of 350 cN (17.8 cN/tex) and an elongation of 6.1%. The resulting welded yarn substrate prepared according to this experiment exhibited a post weld diameter of 0.15 mm, a strength of 340 cN (17.3 cN/tex) and an elongation of 4.3%. Considering the diameters of the raw yarn base material and the welded yarn base material, the strength of the raw yarn base material is 89 MPa, and the modulus is 1.5 GPa. The strength of the welded yarn base material is 197 MPa and the modulus is 4.6 GPa.
上で説明した第1及び第2の実験結果を比較すると、実質的に短いステープル繊維から作られた原糸基材は、溶着プロセスにより処理した場合、一般的に長いステープル繊維を含有する原糸を含む基材に溶着プロセスを適用した場合に比較して、重量当たりの強度、断面積当たりの強度及びモジュラスが大幅に増加した溶着糸基材を与えることが分かる。以下の表16.1にこの情報を要約する。 Comparing the first and second experimental results described above, a raw yarn substrate made from substantially short staple fibers generally contains long staple fibers when treated by a welding process. It can be seen that a welded yarn base material having a significantly increased strength per weight, strength per cross-sectional area and modulus as compared to the case where the welding process is applied to a base material containing Table 16.1 below summarizes this information.
他の実験では、短ステープル繊維糸110は8cN/tex未満の強度を有することが分かった。例えば、70重量%の原高地綿と30重量%の反毛綿繊維からなる26/1の強度は7.3cN/texであり、溶着プロセス処理後の溶着糸111の強度は、直径が原糸基材よりも50%以上減少したにもかかわらず、11cN/texを超えていた。さらに、溶着糸111の破断点伸びは3%を超えていた。他の実験では、溶着糸111の直径が原糸基材よりも30%減少した。 In other experiments, short staple fiber yarn 110 was found to have a strength of less than 8 cN/tex. For example, the strength of 26/1 composed of 70% by weight of raw cotton and 30% by weight of anti-wool fiber is 7.3 cN/tex, and the strength of the welded yarn 111 after the welding process treatment is Although it was reduced by 50% or more compared with the base material, it exceeded 11 cN/tex. Furthermore, the elongation at break of the welded yarn 111 exceeded 3%. In another experiment, the diameter of the welded yarn 111 was reduced by 30% compared to the raw yarn base material.
未加工基材を溶着プロセスにより処理すると、未加工基材の密度に比較して、溶着糸111の密度が増加することも分かった。例えば、原綿の密度はおよそ1.55g/ccであるが、未加工の短ステープル繊維糸110の有効密度はおよそ0.36g/cc、原ピマ糸ではおよそ0.53g/ccである。密度を決定するには、(さまざまな直径測定に基づいて)単に平均断面積を見つけ、特定の長さの糸の密度を計算する。溶着後、未加工の短ステープル繊維糸から作られた溶着糸111の有効密度はおよそ0.92g/ccであるのに対し、原ピマ糸から作られた溶着糸111の有効密度はおよそ1.13g/ccである。 It has also been found that treating the green substrate by a welding process increases the density of the weld yarn 111 compared to the density of the green substrate. For example, the density of raw cotton is approximately 1.55 g/cc, while the effective density of raw short staple fiber yarn 110 is approximately 0.36 g/cc and that of raw pima yarn is approximately 0.53 g/cc. To determine the density, one simply finds the average cross-sectional area (based on various diameter measurements) and calculates the density of the yarn of a particular length. After welding, the effective density of the welded yarn 111 made of raw short staple fiber yarn is about 0.92 g/cc, whereas the effective density of the welded yarn 111 made of the original pima yarn is about 1. It is 13 g/cc.
したがって、溶着糸111の密度及び強度を試験することにより、溶着糸111が短ステープル繊維糸110を含む基材を溶着して作製されたかどうかを決定することができる。溶着糸111が短ステープル繊維糸110を含む基材を溶着して作製されたならば、溶着糸111の密度は0.5〜1.0g/ccであり、強度は10〜15cN/texであると予想される。これらの値は、中、長又は超長ステープル繊維を含む原糸基材から作製した溶着糸111は、前述のように15cN/texを超える強度を示すので、短ステープル繊維糸110を含む基材から作製した溶着糸111に特有である。個々の繊維を融合させるための溶着糸111の検査により、溶着の程度(例えば、軽度、中度又は高度に溶着)を決定することができる。 Therefore, by testing the density and strength of the weld yarn 111, it is possible to determine whether the weld yarn 111 was made by welding a substrate containing short staple fiber yarn 110. If the fusing yarn 111 is made by fusing a base material including the short staple fiber yarn 110, the fusing yarn 111 has a density of 0.5 to 1.0 g/cc and a strength of 10 to 15 cN/tex. It is expected to be. These values show that the welded yarn 111 made from the raw yarn base material containing medium, long or ultra-long staple fiber exhibits a strength exceeding 15 cN/tex as described above, so that the base material containing the short staple fiber yarn 110 is used. Peculiar to the welded yarn 111 produced from. Inspection of the weld yarn 111 for fusing the individual fibers can determine the extent of the weld (eg, mild, moderate or highly welded).
表16.2は、短ステープル繊維糸110を含む基材を使用するように構成された溶着プロセスにより作製された種々の溶着糸111の実験データを示す。様々な溶着プロセスを3つの異なる原糸基材、(1)26/1オープンエンド紡績短ステープル繊維糸110(表16.2では「アップサイクル糸」と記す)、(2)30/1リング紡績コーミングした高地糸、及び(3)30/1ピマ糸、に対して行った。測定された各属性の原糸コトロール値を、溶着糸111について記録した実験データの下の表16.2に示す。 Table 16.2 shows experimental data for various weld yarns 111 made by the welding process configured to use a substrate that includes short staple fiber yarn 110. Various welding processes were carried out on three different raw yarn substrates, (1) 26/1 open-end spinning short staple fiber yarn 110 (referred to as "up-cycle yarn" in Table 16.2), (2) 30/1 ring spinning. This was done for the combed high ground yarn and (3) 30/1 pima yarn. The measured raw yarn control values for each attribute are shown in Table 16.2 below the experimental data recorded for the fused yarn 111.
図16.2に示すように、全ての溶着糸111の密度は、対応する原糸基材に比較して、著しく増加していた。加えて、全ての溶着糸111において、対応する原糸基材に比較して、強度が向上した。しかし、短ステープル繊維糸110を含む基材から作製した溶着糸111は、高地又はピマ糸を含む基材から作製した溶着糸111による相対強度の増加よりも、対応する原糸基材よりもはるかに高い相対強度の向上を示した。加えて、短ステープル繊維糸110を含む基材から作製した溶着糸111の強度は、対応する原糸基材よりも大幅な強度増加を示すが、溶着糸111の強度は原高地糸の強度と同等であり、原ピマ糸の強度よりも低い。 As shown in FIG. 16.2, the densities of all the welded yarns 111 were significantly increased as compared with the corresponding base yarn base material. In addition, in all of the welded yarns 111, the strength was improved as compared with the corresponding base yarn base material. However, the welded yarn 111 made from the base material containing the short staple fiber yarn 110 is far more than the corresponding original yarn base material than the increase in the relative strength by the welded yarn 111 made from the base material containing highland or pima yarn. Showed a high relative strength improvement. In addition, the strength of the welded yarn 111 made from the base material including the short staple fiber yarn 110 shows a significant strength increase over the corresponding base yarn base material, but the strength of the welded yarn 111 is the same as that of the raw high ground yarn. It is equivalent and lower than the strength of the original pima yarn.
図15A及び15Bに関連して上述したように、溶着プロセスは、セルロースII結晶に変換されるセルロースI結晶の量を制御するように構成されてもよい。一般的に、セルロースI結晶は未変性セルロース結晶とみなされ、原綿は一般的に、原綿の所定のサンプルの少なくとも65重量%の量のセルロースI結晶を有する。溶着プロセスを行った場合、綿の中のセルロースI結晶の量は減少し、非結晶性セルロース及びセルロースII結晶は増加する。したがって、溶着糸111は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、何ら制限されることなく、所定のサンプル当たり75重量%未満のセルロースI結晶量を有すると認識され、他の場合には所定のサンプル当たり70重量%未満のセルロースI結晶量を有すると認識され、さらに他の場合には所定のサンプル当たり65重量%未満のセルロースI結晶量を有すると認識され、さらに他の場合には所定のサンプル当たり60重量%未満のセルロースI結晶量を有すると認識される。 As described above in connection with Figures 15A and 15B, the welding process may be configured to control the amount of cellulose I crystals converted to cellulose II crystals. Generally, cellulose I crystals are considered unmodified cellulose crystals, and raw cotton generally has an amount of cellulose I crystals of at least 65% by weight of a given sample of raw cotton. When the welding process is carried out, the amount of cellulose I crystals in the cotton is reduced and the amorphous cellulose and cellulose II crystals are increased. Accordingly, the weld yarn 111 is recognized as having, without any limitation, less than 75% by weight of Cellulose I crystallite per given sample, unless otherwise specified in the claims, and otherwise given. Recognized to have less than 70% by weight of Cellulose I crystals per sample, and in yet other cases recognized to have less than 65% by weight of Cellulose I crystals per sample, and in other cases to a predetermined amount. It is recognized as having a Cellulose I crystal content of less than 60% by weight per sample.
ここで、本明細書に開示する3つの異なる溶着プロセスにより原糸基材を処理した場合に生じる強度増(左側のY軸)及び断面積当たりの強度増(右側のY軸)をグラフ表示する図25A〜25Cを参照すると、両方の強度測定基準における測定値の上昇は、短ステープル繊維糸110を含む未加工基材において最大であることを容易に観察することができる(「アップサイクル」とラベル付けされた図25A〜25Cの左端のカラム)。図25A〜25Cに示されるグラフでは、左側のY軸は実線のバーに対応し、右側Y軸は線状のバーに対応する。図25A〜25Cに示すグラフを構築するために使用したデータを表16.3に示す。 Here, the strength increase (Y axis on the left side) and the strength increase per cross-sectional area (Y axis on the right side) that occur when the raw yarn base material is treated by the three different welding processes disclosed herein are displayed in a graph. With reference to FIGS. 25A-25C, it can be readily observed that the increase in measured value for both strength metrics is greatest in the green substrate containing short staple fiber yarn 110 (“up cycle”). Labeled Figures 25A-25C, leftmost column). In the graphs shown in FIGS. 25A-25C, the left Y-axis corresponds to the solid bar and the right Y-axis corresponds to the linear bar. The data used to build the graphs shown in Figures 25A-25C are shown in Table 16.3.
一般的に、図25A〜25Cに示す3つのグラフは、前述の3つの異なる溶着度を表す。図25Aは、基材を高度に溶着(硬溶着とも称する)するように構成された溶着プロセスにより処理した未加工基材の実験データを示す。それに応じて、図25Bは、基材を中程度度に溶着(中溶着とも称する)するように構成された溶着プロセスにより処理した未加工基材の実験データを示し、図25Cは、基材を軽度に溶着(軟溶着とも称する)するように構成された溶着プロセスにより処理した未加工基材の実験データを示す。 In general, the three graphs shown in Figures 25A-25C represent the three different degrees of deposition described above. FIG. 25A shows experimental data for a raw substrate treated by a welding process configured to highly weld the substrate (also referred to as hard welding). Accordingly, FIG. 25B shows experimental data for a raw substrate treated by a welding process configured to moderately weld the substrate (also referred to as medium welding), and FIG. 25C shows the substrate 7 shows experimental data for a raw substrate treated by a welding process configured to lightly weld (also referred to as soft weld).
図25A及び25Bにそれぞれ示す高度に溶着された基材データと中程度に溶着された基材データは、3種類の原糸基材、(1)短ステープル繊維を含む原糸、(2)コーミングした高地繊維を含む原糸、及び(3)ピマ繊維を含む原糸、に適用される。軽度に溶着された基材を生成するように構成された溶着プロセスに供したピマ繊維を含む原糸基材についてのデータは得られない(図25C参照)。3つの異なる溶着プロセスについての3つの実験に使用された短ステープル繊維を含む原糸として、70重量%の原高地綿と30重量%の反毛綿からなる26/1リング紡績綿糸を使用した。コーミングした高地繊維を含む原糸は30/1リング紡績であり、ピマ繊維を含む原糸もまた30/1リング紡績であった。しかし、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲に特に明記されない限り、特定の割合の反毛繊維及び/又は原繊維の種類、パーセント、構成等に限定されない。代わりに、これらの例とデータは、短ステープル繊維を含む未加工基材を本明細書に開示の溶着プロセスで処理して得られる溶着基材は、対応する未加工基材よりも劇的に強く、より細く、かつ中、長及び/又は超長繊維を有する未加工基材を本明細書に開示の溶着プロセスで処理した場合に得られる属性と比較しても、強く、より細いことを示している。すなわち、特定の溶着プロセス及び未加工基材について、特許請求の範囲に特に明記されない限り、何ら制限されることなく、未加工基材の一般的特性が低いほど、本明細書に開示の溶着プロセスで未加工基材を処理することにより実現される改善が大きくなる。 Highly welded and medium welded base material data shown in FIGS. 25A and 25B respectively show three types of raw yarn base materials, (1) a raw yarn containing short staple fibers, and (2) combing. The present invention is applied to a raw yarn containing the above-mentioned highland fiber and (3) a raw yarn containing pima fiber. No data is available for a raw yarn substrate containing pima fibers that have been subjected to a welding process configured to produce a lightly welded substrate (see Figure 25C). A 26/1 ring spun cotton yarn consisting of 70% by weight of raw high cotton and 30% by weight of fluff cotton was used as the yarn containing short staple fibers used in three experiments on three different welding processes. The yarn containing the combed upland fibers was 30/1 ring spun and the yarn containing the pima fibers was also 30/1 ring spun. However, the scope of the present disclosure is not limited to the particular proportions, types, percentages, compositions, etc. of the fluff fibers and/or fibrils, unless otherwise specified in the following claims. Instead, these examples and data show that a welded substrate obtained by treating a raw substrate containing short staple fibers with the welding process disclosed herein is more dramatic than the corresponding raw substrate. Compared to the attributes obtained when a raw substrate that is strong, thinner, and has medium, long and/or ultralong fibers is treated with the welding process disclosed herein, it should be noted that it is stronger and thinner. Showing. That is, for a particular deposition process and raw substrate, unless otherwise specified in the claims, without any limitation, the lower the general properties of the raw substrate, the less the deposition process disclosed herein. The improvement realized by treating the raw substrate with
一般的に、短ステープル長の繊維を含む未加工基材を作製する能力は、図24を参照した上記の議論に従って制限され得る。出願人は、所定の糸中のリサイクル綿の重量パーセント(すなわち、短ステープル繊維の重量パーセント)を増加させるために、しばしばポリエステルキャリア繊維が使用されることを見出した。しかし、本開示は、合成又はその他の任意のキャリア繊維の必要性を排除し得る。一般的に、本明細書で上記に開示した原糸に加え、出願人は、反毛繊維(すなわち、短ステープル繊維)のみで構成された6/1糸を含む未加工基材、50重量%の原高地綿繊維と50重量%のリサイクルデニムを原料とする反毛繊維を含む20/1糸、70重量%の原高地綿繊維と30重量%の反毛繊維を含む26/1糸、50重量%の原高地綿繊維と50重量%の反毛繊維を含む30/1糸との溶着の結果として、未加工基材と同様の強度及び断面積当たりの強度の改善を見出した。繰り返しになるが、特許請求の範囲に特に明記されない限り、本開示の範囲は、特定の割合の反毛繊維及び/又は原繊維の種類、パーセント、構成等に限定されない。代わりに、これらの例とデータは、短ステープル繊維を含む未加工基材を本明細書に開示の溶着プロセスで処理して得られる溶着基材は、対応する未加工基材よりも劇的に強く、より細く、かつ中、長及び/又は超長繊維を有する未加工基材を本明細書に開示の溶着プロセスで処理した場合に得られる属性と比較しても、強く、より細いことを示している。 In general, the ability to make raw substrates containing short staple length fibers may be limited according to the discussion above with reference to FIG. Applicants have found that polyester carrier fibers are often used to increase the weight percentage of recycled cotton (ie, the weight percentage of short staple fibers) in a given yarn. However, the present disclosure may eliminate the need for synthetic or any other carrier fiber. Generally, in addition to the yarns disclosed herein above, Applicants have found that a raw substrate comprising 6/1 yarns composed only of fluff fibers (ie short staple fibers), 50% by weight. 20/1 yarn containing 50% by weight of raw highland cotton fiber and 50% by weight recycled denim as raw materials, 26/1 yarn containing 70% by weight of highland cotton fiber and 30% by weight of anti-wool fiber, 50 As a result of the welding of 30% yarn containing 50% by weight of raw high cotton fiber and 50% by weight of fluff fiber, the same improvement in strength and strength per cross-sectional area as the raw substrate was found. Again, unless otherwise specified in the claims, the scope of the present disclosure is not limited to the particular proportions, percentages, configurations, etc. of roving fibers and/or fibrils. Instead, these examples and data show that a welded substrate obtained by treating a raw substrate containing short staple fibers with the welding process disclosed herein is more dramatic than the corresponding raw substrate. Compared to the attributes obtained when a raw substrate that is strong, thinner, and has medium, long and/or ultralong fibers is treated with the welding process disclosed herein, it should be noted that it is stronger and thinner. Showing.
E.溶着基材の色の改善 E. Improving the color of the welding substrate
本開示に従って行われる溶着プロセスは、(少なくとも図21A〜21Cの比較により示されるように)糸直径の低減及び糸の毛状性の低減の両方を示す溶着糸111基材をもたらし得る。加えて、イオン液体を含むプロセス溶媒を使用するように構成された溶着プロセスは、少なくとも図20A〜20Cの比較及び図21A〜21Cの比較により示されるように、溶着糸111の彩度及び暗化を増加することに特に有効であることが見出された。この彩度及び暗化の変化は、追加の染料又は他の色強化添加剤を必要とすることなく達成することができるが、これは、染料の一部を含有する何らかの繊維を有する短ステープル繊維糸110に対して溶着プロセスを行う結果である。 The fusing process performed in accordance with the present disclosure can result in a fusing yarn 111 substrate that exhibits both reduced yarn diameter and reduced yarn hairiness (as shown by a comparison of at least FIGS. 21A-21C). In addition, the fusing process configured to use a process solvent that includes an ionic liquid has a saturation and darkening of the fusing yarn 111, as shown by at least the comparison of FIGS. 20A-20C and the comparison of FIGS. It has been found to be particularly effective in increasing This change in saturation and darkening can be achieved without the need for additional dyes or other color-enhancing additives, but it is short staple fiber with some fibers containing some of the dye. This is the result of performing the welding process on the yarn 110.
短ステープル繊維糸110における染料増大についてのこの発見は、1次元基材(例えば、糸)だけでなく、2次元(例えば、織物、パネル、マット等)及び3次元基材にも適用される。すなわち、(ステープル繊維まで)サイズを最小限、部分的又は完全に縮小したリサイクル織物をパネルに配置し、そのような基材用に構成された溶着プロセスに適用する。溶着プロセスは、上述した短ステープル繊維糸110において観察された彩度及び暗さの上昇と同様に、2次元及び3次元基材においても、彩度及び暗さを実質的に上昇させることが見出された。 This finding of dye enhancement in short staple fiber yarn 110 applies not only to one-dimensional substrates (eg, yarns), but also to two-dimensional (eg, fabrics, panels, mats, etc.) and three-dimensional substrates. That is, a minimum or partially or completely reduced size (up to staple fibers) recycled fabric is placed on the panel and applied to a welding process configured for such substrates. It has been found that the fusing process substantially increases the saturation and darkness in two-dimensional and three-dimensional substrates, similar to the increase in saturation and darkness observed in the short staple fiber yarn 110 described above. Was issued.
定量的に、デニムから製造された短ステープル繊維糸110は、次のL*C*h*色空間におけるグローバルな平均色を持ち得る。
L*=40−60(明るい糸)
C*=3−12(低彩度)
h*=250°−310°(インジゴ色)
(図20A〜20C及び21A〜21Cも参照)
Quantitatively, short staple fiber yarn 110 made from denim can have a global average color in the following L * C * h * color space.
L * =40-60 (bright thread)
C * =3-12 (low saturation)
h * =250°-310° (Indigo color)
(See also Figures 20A-20C and 21A-21C)
水酸化物を含むプロセス溶媒を使用するように構成された本明細書に開示される溶着プロセスにより処理した短ステープル繊維糸110(図20B及び21Bに示される溶着糸111)から得られる溶着糸111では、輝度L*が暗い方に2〜6ユニットシフトし、彩度C*が0〜5ユニット飽和側にシフトし、色相h*はほとんど又は全く変化しない。イオン液体を含むプロセス溶媒を使用するように構成された本明細書に開示される溶着プロセスにより処理した短ステープル繊維糸110(図20C及び21Cに示される溶着糸111)から得られる溶着糸111では、輝度L*が暗い方に20〜40ユニットシフトし、彩度C*が2〜10ユニット飽和側にシフトし、色相h*はほとんど又は全く変化しない。 Weld yarn 111 obtained from short staple fiber yarn 110 (weld yarn 111 shown in FIGS. 20B and 21B) treated by the welding process disclosed herein configured to use a process solvent that includes hydroxide. , The luminance L * shifts to the dark side by 2 to 6 units, the saturation C * shifts to the side of 0 to 5 units, and the hue h * changes little or not. A fusing yarn 111 obtained from a short staple fiber yarn 110 (fusing yarn 111 shown in FIGS. 20C and 21C) that has been treated by the fusing process disclosed herein configured to use a process solvent that includes an ionic liquid. , The luminance L * shifts to the dark side by 20 to 40 units, the saturation C * shifts to the side of 2 to 10 units, and the hue h * changes little or not.
一組の実験データにおいて、短ステープル繊維糸110は、撮影された短ステープル繊維糸110の画像処理による分析では、L*C*h*=(52、8、304°)の初期グローバル平均色を示した。水酸化物を有するプロセス溶媒を使用するように構成された本明細書に開示される溶着プロセスにより処理した場合(図20B及び21Bに示される溶着糸111)、得られる溶着糸111では、L*C*h*=(50、8、299°)の撮影された溶着糸111の画像処理による分析ではグローバル平均色が示された。イオン液体を有するプロセス溶媒を使用するように構成された本明細書に開示される溶着プロセスにより処理した場合(図20C及び21Cに示される溶着糸111)、得られる溶着糸111では、L*C*h*=(23、11、294°)の撮影された溶着糸111の画像処理による分析ではグローバル平均色が示された。 In one set of experimental data, the short staple fiber yarn 110 had an initial global average color of L * C * h * =(52,8,304°), as analyzed by image processing of the taken short staple fiber yarn 110. Indicated. When treated by the welding process disclosed herein configured to use a process solvent with hydroxide (fused yarn 111 shown in FIGS. 20B and 21B), the resulting fused yarn 111 has L * Image processing analysis of the imaged weld yarn 111 at C * h * =(50,8,299°) showed a global average color. When treated by the welding process disclosed herein configured to use a process solvent with an ionic liquid (fused yarn 111 shown in FIGS. 20C and 21C), the resulting fused yarn 111 has L * C * h * =(23, 11, 294°) imaged analysis of the imaged welded yarn 111 showed a global average color.
ここで、30/1高地糸から編まれた織物と30/1高地糸を溶着した織物の写真である図26A及び26Bを参照すると、両方の織物を35℃で30分間染色した後、標準の洗濯機で洗い、タンブラー乾燥した。溶着糸の溶着プロセスは、EMIm OAcとDMSOの30:70の重量比の溶液を有するプロセス溶媒を使用するように構成され、基材を、長さ2mの溶着カラム(すなわち、プロセス温度/圧力ゾーン3)に12m/分の速度で通して引いた。溶着カラムは82.5℃の温度に保持され、基材に対する粘性抵抗を示す管状通路を有していた。特に図26Aを参照すると、原糸基材で作製された織物はL*C*h=(51.39、48.63、143.00°)を示す。対照的に、図26Bに示すように、溶着糸基材で作製された織物はL*C*h=(46.90、44.95、146.89°)を示す。 Referring now to FIGS. 26A and 26B, which are photographs of fabrics knitted from 30/1 highland yarn and fabrics welded with 30/1 highland yarn, both fabrics were dyed at 35° C. for 30 minutes and then the standard Machine washed and tumbler dried. The welding process of the welded yarn was configured to use a process solvent having a solution of EMIm OAc and DMSO in a weight ratio of 30:70, and the substrate was welded to a 2 m long weld column (ie process temperature/pressure zone). It was pulled through 3) at a speed of 12 m/min. The deposition column was maintained at a temperature of 82.5°C and had tubular passages that exhibited viscous resistance to the substrate. With particular reference to FIG. 26A, the woven fabric made from the raw yarn substrate exhibits L * C * h=(51.39, 48.63, 143.00°). In contrast, as shown in FIG. 26B, the fabric made with the welded yarn substrate exhibits L * C * h=(46.90, 44.95, 146.89°).
ここで、図26A及び26Bに示す織物それぞれの写真である図27A及び27Bを参照すると、ピリング試験を行った後、溶着糸から構築された織物(図26B及び27Bに示す)は、原糸から構築された織物(図26A及び27Aに示す)に比べて非常に優れた方法で機能したことが観察できる。ピリング試験は、ASTM D4970−織布の耐ピリング性及び他の関連する表面変化の標準試験方法:マーティンデイル試験機を使用し、各織物を1,000回の摩擦サイクルに供した。ピリング試験後、原糸基材から作製した織物は、顕著なピリング及びL*C*h=(46.95、43.46、142.68°)を示す。対照的に、溶着糸基材から作製した織物は、図27Bに示すように、ほとんど又は実質的に全くピリングを示さず、L*C*h=(43.81、41.61、145.81°)を示す。 Referring now to FIGS. 27A and 27B, which are photographs of the fabrics shown in FIGS. 26A and 26B, respectively, after the pilling test, the fabric constructed from the welded yarn (shown in FIGS. 26B and 27B) is It can be observed that it performed in a very good way compared to the constructed fabric (shown in Figures 26A and 27A). The pilling test was ASTM D4970-a standard test method for pilling resistance of woven fabrics and other relevant surface changes: a Martindale tester was used and each fabric was subjected to 1,000 rub cycles. After the pilling test, fabrics made from the raw yarn substrate show significant pilling and L * C * h=(46.95, 43.46, 142.68°). In contrast, the fabric made from the fused yarn substrate showed little or substantially no pilling, as shown in Figure 27B, with L * C * h = (43.81, 41.61, 145.81. °).
ここで、50%原高地綿繊維と50%リサイクルデニム繊維(すなわち、短ステープル繊維)からなる20/1リング紡績原糸及びその原糸を基材として使用する溶着糸それぞれの写真である図28A及び28Bを参照すると、溶着糸の色特性が優れていることが観察される(図28B)。図28Aに示すように、原糸はL*C*h=(53.18、55.62、286.87°)を示した。毛状物が少なく、直径が小さいことに加え、図28Bに示す溶着糸は、L*C*h=54.66、68.18、290.86°)を示した。 28A is a photograph of a 20/1 ring spun yarn composed of 50% raw high-grade cotton fiber and 50% recycled denim fiber (that is, short staple fiber) and a fused yarn using the raw yarn as a base material. FIG. And 28B, it is observed that the color characteristics of the fused yarn are excellent (FIG. 28B). As shown in FIG. 28A, the raw yarn showed L * C * h=(53.18, 55.62, 286.87°). In addition to having a small amount of hairs and a small diameter, the welded yarn shown in FIG. 28B exhibited L * C * h=54.66, 68.18, 290.86°).
本明細書に記載及び開示された溶着プロセス(及び溶着染色プロセス、特許請求の範囲に明記されていない限りこれらに制限されない)は、天然繊維を含む基材を使用するように構成されてもよいが、本開示の範囲、任意の別個のプロセス工程及び/又はそのパラメータ、及び/又は当該プロセスに使用するための装置は、そのように限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に示されない限り制限されることなく、その有益な及び/又は有利な使用に拡大される。 The fusing processes described and disclosed herein (and the fusing dyeing process, without limitation unless otherwise specified in the claims) may be configured to use a substrate comprising natural fibers. However, the scope of the present disclosure, any discrete process steps and/or their parameters, and/or the apparatus for use in the process are not so limited and are set forth in the following claims. Unless otherwise limited, it is extended to its beneficial and/or advantageous uses.
特定のプロセスの装置及び/又はその構成要素の構築に使用される材料は、その特定の用途に応じて変動すると予想されるが、ポリマー、合成材料、金属、金属合金、天然材料、及び/又はこれらの組み合わせは、一部の用途で特に有用となり得ると想到される。したがって、上記の要素は、当業者に既知又は後に開発された任意の材料で構成されてもよく、当該材料は、以下の特許請求の範囲にそのように示されない限り、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の特定の用途に適している。 The materials used to construct the equipment and/or its components of a particular process will vary depending on its particular application, but may be polymers, synthetic materials, metals, metal alloys, natural materials, and/or It is envisioned that these combinations may be particularly useful in some applications. Accordingly, the elements described above may be constructed of any material known or later developed by one of ordinary skill in the art, which material, unless otherwise indicated in the claims below, has the spirit and scope of the disclosure. It is suitable for the particular application of the present disclosure without departing from it.
種々のプロセス及び装置の好ましい態様を記載したが、本開示のその他の特徴は、並びに本明細書に例示する実施形態及び/又は態様の多数の修正及び改変は、間違いなく当業者に明らかであり、その全てが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく実施され得る。したがって、本明細書に図示及び記載された方法及び実施形態は、例示のみを目的とし、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲にそのように示されない限り、本開示の種々の利益及び/又は特徴を提供するための全てのプロセス、装置、及び/又は構造に拡大される。 While preferred aspects of various processes and apparatus have been described, other features of the present disclosure, as well as numerous modifications and variations of the embodiments and/or aspects illustrated herein, will no doubt become apparent to those skilled in the art. , All of which may be implemented without departing from the spirit and scope of this disclosure. Accordingly, the methods and embodiments illustrated and described herein are for purposes of illustration only, and the scope of the present disclosure includes various benefits and advantages of the present disclosure unless the claims below are so indicated. And/or extend to all processes, devices, and/or structures to provide features.
本開示による溶着プロセス、染色溶着プロセス、プロセス工程、その構成要素、そのための装置、及び溶着基材は、好ましい態様及び具体例と関連づけて記載されているが、本明細書の実施形態及び/又は態様は、あらゆる点で制限的ではなく例示的となることを意図するものであることから、本開示の範囲を、記載された特定の実施形態及び/又は態様に限定することを意図するものではない。したがって、本明細書に図示及び記載されたプロセス及び実施形態は、以下の特許請求の範囲にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 The fusing process, dye fusing process, process steps, components thereof, apparatus therefor, and fusing substrate according to the present disclosure have been described in connection with the preferred aspects and examples, but not in the embodiments and/or herein. Aspects are intended in all respects to be illustrative rather than restrictive, and thus are not intended to limit the scope of the present disclosure to the particular embodiments and/or aspects described. Absent. Accordingly, the processes and embodiments illustrated and described herein are not intended to limit the scope of the disclosure in any way, unless so indicated in the following claims.
数枚の図は正確な縮尺で描かれているが、本明細書で与えられるいかなる寸法も例示のみを目的とし、以下の特許請求の範囲にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。溶着プロセス、装置及び/又はそのための機器、及び/又はそれによって製造された溶着基材は、本明細書に図示及び記載された特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示による発明的特徴の範囲は、以下の特許請求の範囲によって画定されることに注意すべきである。当業者は、記載された実施形態からの修正及び変更を、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく実施するであろう。 Although some of the drawings are drawn to scale, any dimensions given herein are for illustration purposes only and do not limit the scope of the present disclosure unless so indicated in the following claims. It is not limited. The welding process, the apparatus and/or the equipment therefor, and/or the welding substrate produced thereby are not limited to the particular embodiments illustrated and described herein, and are inventive according to the present disclosure. It should be noted that the range of features is defined by the following claims. Those skilled in the art will make modifications and variations to the described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention.
溶着プロセスの種々の特徴、構成要素、機能、利点、態様、構成、プロセス工程、プロセスパラメータ等、染色溶着プロセス、プロセス工程、基材、及び/又は溶着基材のいずれも、その特徴、構成要素、機能、利点、態様、構成、プロセス工程、プロセスパラメータ等との適合性に応じて、単独で使用しても別のものと組み合わせて使用してもよい。したがって、本開示の変形は、ほぼ無限に存在する。1つの特徴、構成要素、機能、態様、構成、プロセス工程、プロセスパラメータ等の別のものへの改変及び/又は置換は、以下の特許請求の範囲にそのように示されない限り、本開示の範囲を何ら限定するものではない。 Various features, components, functions, advantages, aspects, configurations, process steps, process parameters, etc. of the welding process, any of the dyeing and welding processes, process steps, substrates, and/or welding substrates, their features, components , May be used alone or in combination with another, depending on compatibility with features, advantages, aspects, configurations, process steps, process parameters, etc. Therefore, there are almost limitless variations of the present disclosure. Modifications and/or substitutions of one feature, component, function, aspect, configuration, process step, process parameter, etc., to another, unless otherwise indicated in the claims below, are within the scope of the disclosure. Is not intended to be limited.
本開示は、記載された、文及び/又は図から明らかな、及び/又は本質的に開示された、個別の特徴の1つ以上の全ての代替的組み合わせまで拡大されることは理解される。これらの異なる組み合わせの全てが、本開示及び/又はその構成要素の種々の代替的態様を構成する。本明細書に開示される実施形態は、本明細書に開示される装置、方法、及び/又は構成要素の実施のための既知のベストモードを説明し、その他の当業者がそれを使用することを可能とする。特許請求の範囲は、従来技術によって許容される範囲まで、代替実施形態を含むと解釈されるべきである。 It is understood that the present disclosure extends to all alternative combinations of one or more of the individual features disclosed, apparent from the text and/or figures, and/or essentially disclosed. All of these different combinations constitute various alternative aspects of the present disclosure and/or its components. The embodiments disclosed herein describe the best known modes for practicing the devices, methods, and/or components disclosed herein, and which other persons skilled in the art can use. Is possible. The claims should be construed to include alternative embodiments, to the extent permitted by the prior art.
特許請求の範囲に特に明記されない限り、本明細書に記載の任意のプロセス又は方法は、その工程が特定の順序で実施されることを要求すると解釈されることを何ら意図するものではない。したがって、方法クレームがその工程が従うべき順序を実際に列挙しないとき、又は特許請求の範囲若しくは記載において、特定の順序に限定されるべきという指定がないとき、いかなる点でも順序を推論することを意図するものではない。このことは、以下のことを含むがこれらに限定されない解釈に関するあらゆる起こり得る非明示の根拠となる:工程の配置又は動作フローに関する論理事項;文法上の構成又は句読法から引き出される明白な意味;明細書に記述された実施形態の数又は種類等。 Unless specifically stated in the claims, any process or method described herein is not intended to be construed to require that the steps be performed in a particular order. Therefore, if a method claim does not actually list the order in which the steps should be followed, or if there is no indication in the claims or the description to be limited to a particular order, the order may be inferred at any point. Not intended. This provides all possible implied grounds for interpretation, including but not limited to: logical arrangement of process steps or operational flow; explicit meaning derived from grammatical construction or punctuation; The number or type of the embodiments described in the specification.
染色及び溶着された基材を作製するための方法、プロセス、及び装置の実施形態のリスト List of embodiments of methods, processes, and apparatus for making dyed and deposited substrates
1.有効糸密度が0.5g/cc〜1.0g/ccであり、溶着糸の強度が10cN/tex〜15cN/texである溶着されたセルロース系糸。
2.実施形態1による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、短ステープル繊維糸を有する未加工基材から溶着プロセスを利用して作製されたものとして更に定義される、溶着糸。
3.実施形態1又は2による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸を作製するための溶着プロセスが、イオン液体ベースのプロセス溶媒を使用するように構成されている、溶着糸。
4.実施形態1〜4による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が65重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
5.実施形態1〜4による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が60重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
6.溶着糸を作製する方法であって、
a.未加工基材を準備する工程であって、前記未加工基材が短ステープル繊維糸を有する、工程;
b.前記基材にプロセス溶媒を適用して、プロセス湿潤基材を作製する工程であって、前記プロセス溶媒は、前記基材中の少なくとも1つのポリマーを膨潤及び可動化する、工程;
c.前記プロセス溶媒が前記プロセス湿潤基材と相互作用する温度と時間を少なくとも制御する工程;及び
d.前記プロセス湿潤基材から前記プロセス溶媒の少なくとも一部を除去する工程
を含む、方法。
7.実施形態6による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記短ステープル繊維糸が1.00インチ未満の平均短ステープル繊維長さを有すると更に定義される、方法。
8.実施形態6又は7による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記短ステープル繊維糸は少なくとも5重量%の原繊維を有するものと更に定義され、前記短ステープル繊維糸の残部は短ステープル繊維から作製される、方法。
9.実施形態6〜8による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が、前記短ステープル繊維糸よりも少なくとも20パーセント(%)の強度の増加を示す、方法。
10.実施形態6〜9による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が、前記短ステープル繊維糸よりも少なくとも50パーセント(%)の断面積当たりの強度増加を示す、方法。
11.実施形態6〜10による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記短ステープル繊維糸が8cN/tex以下の強度を示すと更に定義される、方法。
12.実施形態1〜11による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が少なくとも11cN/texの強度を示すと更に定義される、方法。
13.実施形態1〜12による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が、前記短ステープル繊維糸の直径よりも少なくとも50パーセント(%)小さい直径を有すると更に定義される、方法。
14.実施形態1〜14による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記短ステープル繊維糸が、0.38g/cc以下の密度を有すると更に定義される、方法。
15.実施形態6〜14による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が、少なくとも0.5g/ccの密度を有すると更に定義される、方法。
16.実施形態6〜15による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記短ステープル繊維糸が少なくとも30重量%の短ステープル繊維を有するものと更に定義され、前記短ステープル繊維糸の残部が原繊維から作製される、方法。
17.実施形態6〜16による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記原繊維が、少なくとも1.00インチの短ステープル繊維長さを有すると更に定義される、方法。
18.実施形態6〜17による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸が、前記短ステープル繊維糸よりも少なくとも20パーセント(%)の強度増加を示す、方法。
19.実施形態6〜18による方法であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記方法が、イオン液体を有するプロセス溶媒を利用すると更に定義される、方法。
20.天然原繊維と天然反毛繊維の組み合わせから作製された溶着糸であって、
前記溶着糸が、
a.0重量パーセント(%)から90重量パーセント(%)の範囲の前記天然原繊維;及び
b.10重量パーセント(%)から100重量パーセント(%)の範囲の前記反毛繊維、
を有する原糸基材から作製され、
前記溶着糸は、前記量の前記天然原繊維が前記量の前記反毛繊維と化学的に溶着して、作製される、溶着糸。
21.実施形態20による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸の断面積当たりの強度が、前記原糸基材の断面積当たりの強度よりも少なくとも20パーセント(%)大きい、溶着糸。
22.実施形態20又は21による溶着糸であって、前記溶着糸を作製するための溶着プロセスが、イオン液体ベースのプロセス溶媒を使用するように構成されている、溶着糸。
23.実施形態20〜22による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が65重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
24.実施形態20〜23による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が60重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
25.原糸基材から作製された溶着糸であって、前記原糸基材が天然原繊維と天然反応繊維とを有し、前記原糸基材の強度が8cN/tex未満であり、前記溶着糸の強度が少なくとも11cN/texであり、前記溶着糸の断面積が原糸基材の直径より少なくとも50パーセント(%)小さく、前記溶着糸の破断点伸びが少なくとも3パーセント(%)である、溶着糸。
26.実施形態25による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸の前記直径が、前記原糸基材の前記直径の30パーセント(%)から50パーセント(%)の間である、溶着糸。
27.実施形態25又は26による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸の前記強度が、前記原糸基材の前記強度よりも少なくとも20パーセント(%)大きい、溶着糸。
28.実施形態25〜27による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸の断面積当たりの強度が、前記原糸基材の断面積当たりの強度よりも少なくとも30パーセント(%)大きい、溶着糸。
29.実施形態25〜28による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が65重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
30.実施形態25〜29による溶着糸であって、開示された全ての特徴及び構造を別個に又は組み合わせて有し、さらに、前記溶着糸は、セルロースI結晶構造が60重量パーセント(%)未満である、溶着糸。
1. A fused cellulosic yarn having an effective yarn density of 0.5 g/cc to 1.0 g/cc and a strength of the fused yarn of 10 cN/tex to 15 cN/tex.
2. A weld yarn according to embodiment 1, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, wherein the weld yarn utilizes a welding process from a raw substrate having short staple fiber yarns. A fused yarn, which is further defined as produced by
3. A weld thread according to embodiment 1 or 2 having all of the disclosed features and structures separately or in combination, wherein the weld process for making the weld thread further comprises an ionic liquid based process solvent. A fused yarn that is configured for use.
4. A welded yarn according to embodiments 1-4, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said welded yarn has a Cellulose I crystal structure of less than 65 weight percent (%). , Welding thread.
5. A welded yarn according to embodiments 1-4, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said welded yarn has a Cellulose I crystal structure of less than 60 weight percent (%). , Welding thread.
6. A method for producing a fused yarn,
a. Preparing a raw substrate, said raw substrate comprising short staple fiber yarns;
b. Applying a process solvent to the substrate to make a process wet substrate, wherein the process solvent swells and mobilizes at least one polymer in the substrate;
c. At least controlling the temperature and time at which the process solvent interacts with the process wet substrate; and d. A method comprising removing at least a portion of the process solvent from the process wet substrate.
7. The method according to embodiment 6, further comprising all of the disclosed features and structures, separately or in combination, and further wherein said short staple fiber yarn has an average short staple fiber length of less than 1.00 inches. A defined method.
8. A method according to embodiment 6 or 7, further defined as having all the disclosed features and structures separately or in combination, further wherein said short staple fiber yarn has at least 5% by weight of fibrils. The method wherein the remainder of the short staple fiber yarn is made from short staple fibers.
9. The method according to embodiments 6-8, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, further wherein the welded yarn has a strength of at least 20 percent (%) greater than the short staple fiber yarn. A method of showing an increase in
10. The method according to embodiments 6-9, having all of the disclosed features and structures, separately or in combination, wherein the fusible yarn has at least 50 percent (%) more breaks than the short staple fiber yarn. A method of exhibiting increased strength per area.
11. The method according to embodiments 6-10, further defined as having all of the disclosed features and structures, either separately or in combination, and wherein the short staple fiber yarn exhibits a strength of 8 cN/tex or less, Method.
12. The method according to embodiments 1 to 11, having all the disclosed features and structures separately or in combination, further defined as the fusible thread exhibiting a strength of at least 11 cN/tex.
13. The method according to embodiments 1-12, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, wherein the weld yarn is at least 50 percent (%) greater than the diameter of the short staple fiber yarn. The method, further defined as having a small diameter.
14. The method according to embodiments 1-14, further comprising all of the disclosed features and structures, either separately or in combination, and further wherein the short staple fiber yarn has a density of 0.38 g/cc or less. Will be done.
15. The method according to embodiments 6-14, further defined as having all the disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said weld yarn has a density of at least 0.5 g/cc. ,Method.
16. A method according to embodiments 6-15, further defined as having all the disclosed features and structures separately or in combination, and wherein said short staple fiber yarns have at least 30% by weight of short staple fibers. Wherein the remainder of the short staple fiber yarn is made from fibrils.
17. The method according to embodiments 6-16, further comprising all of the disclosed features and structures, separately or in combination, and further wherein the fibrils have a short staple fiber length of at least 1.00 inches. A defined method.
18. The method according to embodiments 6-17, having all of the disclosed features and structures, separately or in combination, wherein the weld yarn is at least 20 percent (%) stronger than the short staple fiber yarn. A way to show an increase.
19. 19. The method according to embodiments 6-18, having all the disclosed features and structures separately or in combination, further defined as utilizing a process solvent with an ionic liquid.
20. A welded yarn made from a combination of natural fibrils and natural wool fibers,
The welding thread is
a. Said natural fibrils in the range of 0 weight percent (%) to 90 weight percent (%); and b. Said anti-wool fibers in the range of 10 weight percent (%) to 100 weight percent (%),
Made from a raw yarn base material having
The welded yarn is produced by chemically welding the amount of the natural fibrils to the amount of the wool fibers.
21. A fusion splicer according to embodiment 20, having all of the disclosed features and structures, either separately or in combination, wherein the strength per cross-sectional area of the fusion yarn is A fused yarn that is at least 20 percent (%) greater than the strength.
22. A weld yarn according to embodiment 20 or 21, wherein the weld process for making said weld yarn is configured to use an ionic liquid based process solvent.
23. Welded yarns according to embodiments 20-22, having all disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said welded yarns have a Cellulose I crystal structure of less than 65 weight percent (%). , Welding thread.
24. Welded yarns according to embodiments 20-23, having all disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said welded yarn has a Cellulose I crystalline structure of less than 60 weight percent (%). , Welding thread.
25. A welded yarn produced from a base yarn base material, wherein the base yarn base material has natural fibrils and natural reaction fibers, and the strength of the base yarn base material is less than 8 cN/tex. The strength is at least 11 cN/tex, the cross-sectional area of the weld yarn is at least 50 percent (%) smaller than the diameter of the base yarn base material, and the elongation at break of the weld yarn is at least 3 percent (%). yarn.
26. A weld yarn according to embodiment 25, having all of the disclosed features and structures, separately or in combination, wherein said diameter of said weld yarn is 30 percent (%) of said diameter of said raw yarn substrate. ) To 50 percent (%).
27. A welded yarn according to embodiment 25 or 26 having all of the disclosed features and structures separately or in combination, further wherein said strength of said welded yarn is at least greater than said strength of said base yarn substrate. 20% (%) larger, welded yarn.
28. A welded yarn according to embodiments 25-27, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, wherein the strength per cross-sectional area of the welded yarn is greater than that of the base yarn substrate. A welded yarn that is at least 30 percent (%) greater than the strength per hit.
29. A weld yarn according to embodiments 25-28, having all of the disclosed features and structures separately or in combination, wherein the weld yarn has a Cellulose I crystal structure of less than 65 weight percent (%). , Welding thread.
30. Welded yarns according to embodiments 25-29, having all disclosed features and structures separately or in combination, and further wherein said welded yarn has a Cellulose I crystalline structure of less than 60 weight percent (%). , Welding thread.
(図1及び図2)
1 基材供給ゾーン
2 プロセス溶媒適用ゾーン
3 プロセス温度/圧力ゾーン
4 プロセス溶媒回収ゾーン
5 乾燥ゾーン
6 溶着基材捕集ゾーン
7 溶媒捕集ゾーン
8 溶媒リサイクル
9 混合ガス捕集
10 混合ガスリサイクル
(図3A−22)
10 天然繊維基材
11、112 膨潤天然繊維基材
12 溶着基材
20 機能性材料
21 結合された機能性材料
22 捕捉された機能性材料
30 IL系プロセス溶媒
32 プロセス溶媒/機能性材料混合物
40、42 溶着された繊維
53 ポリマー
60 インジェクタ
61 基材入口
62 プロセス溶媒入口
63 アプリケーションインターフェース
64 基材出口
70 トレイ
72 基材溝
82 第1プレート
84 第2プレート
90 未染色編織糸基材
92 未染色繊維基材
90’ 染色編織糸基材
92’ 染色繊維基材
100 溶着糸基材
102 未変性基材繊維
103 軽く溶着された基材繊維
104 中程度に溶着された基材繊維
105 しっかりと溶着された基材繊維
106 結合剤
108 結合剤シェル
109 顔料粒子
(Figs. 1 and 2)
1 Base Material Supply Zone 2 Process Solvent Application Zone 3 Process Temperature/Pressure Zone 4 Process Solvent Recovery Zone 5 Drying Zone 6 Weld Base Material Collection Zone 7 Solvent Collection Zone 8 Solvent Recycle 9 Mixed Gas Collection 10 Mixed Gas Recycle (Figure 3A-22)
10 Natural Fiber Substrate 11, 112 Swelled Natural Fiber Substrate 12 Weld Substrate 20 Functional Material 21 Bound Functional Material 22 Entrapped Functional Material 30 IL-Based Process Solvent 32 Process Solvent/Functional Material Mixture 40, 42 Welded Fiber 53 Polymer 60 Injector 61 Base Material Inlet 62 Process Solvent Inlet 63 Application Interface 64 Base Material Outlet 70 Tray 72 Base Material Groove 82 First Plate 84 Second Plate 90 Undyed Knitting Yarn Base Material 92 Undyed Fiber Base Material 90' Dyeing woven yarn base material 92' Dyeing fiber base material 100 Welding yarn base material 102 Unmodified base material fiber 103 Lightly welded base material fiber 104 Mediumly welded base material fiber 105 Firmly welded base material Material fiber 106 Binder 108 Binder shell 109 Pigment particles
Claims (30)
a.未加工基材を準備する工程であって、前記未加工基材が短ステープル繊維糸を有する、工程;
b.前記基材にプロセス溶媒を適用して、プロセス湿潤基材を作製する工程であって、前記プロセス溶媒は、前記基材中の少なくとも1つのポリマーを膨潤及び可動化する、工程;
c.前記プロセス溶媒が前記プロセス湿潤基材と相互作用する温度と時間を少なくとも制御する工程;及び
d.前記プロセス湿潤基材から前記プロセス溶媒の少なくとも一部を除去する工程
を含む、方法。 A method for producing a fused yarn,
a. Preparing a raw substrate, said raw substrate comprising short staple fiber yarns;
b. Applying a process solvent to the substrate to make a process wet substrate, wherein the process solvent swells and mobilizes at least one polymer in the substrate;
c. At least controlling the temperature and time at which the process solvent interacts with the process wet substrate; and d. A method comprising removing at least a portion of the process solvent from the process wet substrate.
前記溶着糸が、
a.0重量パーセント(%)から90重量パーセント(%)の範囲の前記天然原繊維;及び
b.10重量パーセント(%)から100重量パーセント(%)の範囲の前記反毛繊維、
を有する原糸基材から作製され、
前記溶着糸は、前記量の前記天然原繊維を前記量の前記反毛繊維と化学的に溶着して、作製される、溶着糸。 A welded yarn made from a combination of natural fibrils and natural wool fibers,
The welding thread is
a. Said natural fibrils in the range of 0 weight percent (%) to 90 weight percent (%); and b. Said anti-wool fibers in the range of 10 weight percent (%) to 100 weight percent (%),
Made from a raw yarn base material having
The welded yarn is produced by chemically welding the amount of the natural fibrils to the amount of the fluff fibers.
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