织物及用于生产织物的方法和系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2009年4月28日、申请号为200980122444.X、发明名称为"织物 及用于生产织物的方法和系统"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及织物及用于生产织物的方法和系统。
【背景技术】
[0003]纤维素和木质素纤维素纤维(在本文中统称为"纤维素纤维"）长期用来形成织物。 织物是由纤维例如长丝、短纤维(S化Plefiber)和/或纱线形成的柔性材料。织物通过包括 编织(weaving)、针织化nitting)、钩织（crocheting)、缠结（entanglement)和将纤维压紧 (press)在一起(制拉(felting))在内的各种各样的工艺形成。织物的种类包括编织及针织 布、无纺布、平纹棉麻织物(scrim)等。纤维素纤维包括例如由棉、人造丝、亚麻、黄麻、大麻、 巧麻W及其它天然植物材料形成的织物。
[0004]织物用于要求多种不同性能的各种各样的应用中。例如，织物性能包括抗起球性、 触觉特性例如手感、抗撕裂性、隔热特性、耐污染性和抗皱性等。
【发明内容】
[000引该申请的多个实施方案使用化turalForce?化学。化turalForce?化学方法使 用对物理力例如粒子束、重力、光等的受控施加和操纵来引起希望的结构和化学分子变化。 在优选实现中，化化ralForce?化学方法在没有化学品或微生物的情况下改变分子结构。 通过应用自然过程，可W产生新的有用物质而无有害的环境干扰。
[0006]本发明至少部分基于W下发现:用合适剂量的电离福射照射纤维素或木质素纤维 素材料例如纤维素纤维会例如通过提高被照射材料的至少纤维素部分的分子量和交联程 度而有利地影响材料的物理性能。结果，可有利地改变含纤维素材料的织物的机械和/或其 它性能。例如，通过用电离福射进行照射，可提高含纤维素纤维的织物的抗撕裂性、抗起球 性、电荷密度、可湿性、弯曲复原和其它性能。
[0007]在一个方面，本发明在于包括一种或多种具有小于约93%的a纤维素含量的纤维 素纤维材料的织物，该纤维材料被纺纱、编织、针织或缠结。例如用电子束或其它电离福射 源照射该纤维素纤维材料，其中电离福射的剂量足W提高该纤维素材料的分子量而不导致 该纤维素材料的显著解聚。
[0008]在另一方面，本发明在于包括具有小于约8%的a纤维素含量的纤维素纤维材料的 织物，该纤维材料被纺纱、编织、针织或缠结。用足W提高该纤维素材料的分子量的电离福 射剂量照射了该纤维素纤维材料。
[0009]在另一方面，本发明在于经照射的织物，该经照射的织物具有比未照射形式（即， 仅经受自然存在的照射水平）的相同织物大的分子量。在不同实施例中，该经照射的织物的 分子量比未照射形式的织物的分子量大10 %、25 %、50 %、75%、100 %、150 %、200 %、300% 或高达500%。
[0010] -些实现包括W下特征中的一个或多个。该织物可包括纱线或布(fabriC)。a纤维 素含量可小于约80%。该纤维素纤维材料可选自亚麻、大麻、黄麻、马尼拉麻、剑麻、香蕉纤 维、挪子纤维koconutf化er)、麦杆、LF、巧麻、竹子纤维、铜锭纤维素、再生木质纤维素、莱 塞尔纤维（lyocell)、醋酸纤维素及其混合物。其它有用纤维包括由玉米或其它含淀粉或蛋 白质的植物或蔬菜材料例如大豆制成的纤维、基于乳汁的纤维和由例如邮或蟹壳制成的甲 壳质(Chitin)纤维。该纤维素纤维材料可具有至少2%的木质素含量。可在进行纺纱、编织、 针织或缠结之前、期间或之后照射该纤维素纤维材料。
[0011] 在另一方面，本发明在于处理织物的方法，所述方法包括用电离电子束福射（例 如，至少0.1 OMRad)照射包括具有第一分子量的纤维素纤维材料的织物，W及控制电离照射 的剂量W便提供包括具有高于第一分子量的第二分子量的第二纤维素纤维材料的经照射 织物。
[0012] -些实现包括上述特征中的任意特征和/或W下特征中的一个或多个。电离福射 的剂量可为至少0.IOMRacU例如，电离福射的剂量可被控制到约0.25至约2.SMRad的水平。 电子束中的电子可具有至少0.25MeV的能量，例如约0.25MeV至约7.5MeV的能量。所述方法 还可包括将经照射的织物泽火，该泽火在一些情况下在气体的存在下进行，该气体被选择 为与经照射织物中存在的游离基(radical)反应。该纤维素纤维材料可包括棉。
[0013]在另一方面，本发明在于处理织物的方法，所述方法包括用电离福射照射包括一 种或多种具有第一分子量并具有小于约93%的a纤维素含量的纤维素纤维材料的织物，W 及控制电离照射的剂量W便提供包括具有高于第一分子量的第二分子量的第二纤维素纤 维材料的经照射织物。
[0014]在另一方面，本发明在于处理织物的方法，所述方法包括用至少0.1 OMRad的电离 福射照射包括一种或多种具有第一分子量并具有小于约80 %的a纤维素含量的纤维素纤维 材料的织物，W提供包括具有高于第一分子量的第二分子量的第二纤维素纤维材料的经照 射织物。
[0015] 该方面的一些实现包括W下特征中的一个或多个。电离福射的剂量可为至少 0.IOMRad，例如，电离福射的剂量被控制到约0.25至约2.SMRad的水平。该电离福射可包括 电子束，该电子束中的电子可具有至少0.25MeV的能量，例如约0.25MeV至约7.5MeV的能量。 所述方法还可包括将经照射的织物泽火，该泽火在一些情况下在气体的存在下进行，该气 体被选择为与经照射织物中存在的游离基反应。所述织物可包括纱线或布。所述纤维素或 木质素纤维素纤维材料可选自亚麻、大麻、黄麻、马尼拉麻、剑麻、麦杆、LF、巧麻、竹子纤维、 铜锭纤维素、再生木质纤维素、莱塞尔纤维、藻类、海草、醋酸纤维素和上述材料中任意材料 的混合物W及在本文中描述的其它材料。织物也可包括运些及其它纤维素和木质素纤维素 材料与合成材料例如聚乙締和其它聚合物的混合物。
[0016]在另一方面，本发明在于由包括纤维素材料的织物材料形成衣服，W及用具有足 W穿透该织物材料的能量的粒子束处理该衣服。
[0017]在另一方面，本发明在于将由包括纤维素或木质素纤维素材料的织物形成的衣服 体暴露于具有足W穿透该织物的能量的粒子束。
[0018]在一些实现中，福射将纤维素材料官能化。本发明还在于包括衣服体的衣服，该衣 服被配置为由用户穿着。该衣服包括包含纤维素材料的织物，该纤维素材料包括多个糖类 重复单元，该纤维素材料通过选自W下项的官能团官能化:醒基、締醇基、亚硝基、腊基、硝 基、酬基、氨基、烷基氨基、烷基、氯代烷基、氯氣烷基和簇酸基团。该纤维素材料每250个糖 类重复单元具有至少一个官能团，并且在一些情况下可每50个重复单元或者甚至每2个糖 类单元具有至少一个官能团。
[0019]在另一方面，本发明在于一种方法，该方法包括照射具有至少2%的木质素含量的 织物材料。
[0020] 在另外的方面，本发明在于一种方法，该方法包括照射通过去除木质素纤维素材 料的非纤维素部分制备的材料。在一些实施方案中，所制备的材料具有例如大于70%、大于 80%或大于90%的相对较高的a纤维素含量。本发明还在于W此方式制造的产品。
[0021] 本文中使用的术语"纱线"指适合用于织物制造、缝幼（sewing)、钩织、针织、编织、 刺绣(embroidery)等的、任何长的连续长度的互锁纤维（interlockedf化er)。术语"纱线" 包括线，线是一种可用于例如用手或机器缝幼的细纱线。
[0022] 本文中使用的术语"布"指任何种类的布，包括编织材料、无纺材料、针织或權叠 (plaited)材料、平纹棉麻织物或由缠结的纤维、长丝和/或纱线形成的任何其它种类的材 料。
[0023]本文中使用的术语"织物"指布，也指纤维、长丝和纱线。
[0024] 纱线、布或织物可进行涂布或不进行涂布。例如，纱线、布或织物可用胶料例如淀 粉或淀粉衍生物进行涂布。
[0025]W下各个美国专利申请的全部公开内容在此通过引用纳入本文：美国临时申请 No.61/049,391；61/049,394；61/049,395；61/049,404；61/049,405；61/049,406；61/049, 407; 61/049,413; 61/049,415;和61/049,419,均提交于2008年4月30 日；美国临时申请 No. 61/073,432 ;61/073,436 ;61/073,496 ;61/073,530 ;61/073,665;和 61/073,674,均提交 于2008年6月18日；美国临时申请No. 61/106,861，提交于2008年10月20日；美国临时申请 No. 61/139,324和61/139,453,均提交于2008年12月19日，W及美国专利申请No. 12/417， 707；12/417,720；12/417,840；12/417,699；12/417,731；12/417,900；12/417,880；12/417, 723; 12/417,786W及12/417,904,均提交于 2009年4月3 日。
[0026]除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的 技术人员通常所理解的相同的含义。尽管在本发明的实践或测试中可W使用与本文中所述 的方法和材料类似或等价的方法和材料，但是下面说明了合适的方法和材料。本文中提及 的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过引用全部纳入本文。在冲突的情况下， 本说明书(包括定义)将优先。此外，材料、方法和实例仅仅用于举例说明而不用于限制。
[0027]从W下详细说明和权利要求将会明了本发明的其它特征和优点。
【附图说明】
[0028] 图1是织物制造系统的示意图。
[0029]图2是纱线制造系统的示意图。
[0030]图3是改变纤维材料的分子和/或超分子结构的示意说明。
[0031]图4是容纳在混凝±坑室(vault)中的丫线照射器的透视剖视图。
[0032] 图5是图4的区域R的放大透视图。
[0033] 图6是DC加速器的不意图。
[0034] 图7是场电离源的示意图。
[0035] 图8是静电离子分离器的示意图。
[0036] 图9是场电离发生器的示意图。
[0037] 图10是热离子发射源的示意图。
[0038] 图11是微波放电离子源的示意图。
[0039]图12是循环加速器的不意图。
[0040]图13是静电加速器的示意图。
[0041 ]图14是动态线性加速器的不意图。
[0042] 图15是vandeGraaff加速器的示意图。
[0043] 图16是折叠式串列式加速器的示意图。
【具体实施方式】
[0044] 如本文中所述，本发明部分地基于如下发现:通过W合适的水平照射纤维材料，即 纤维素和木质素纤维素材料，可W改变纤维材料的至少纤维素部分的分子结构。例如，分子 结构的改变可W包括纤维素部分的相区尺寸、平均分子量、平均结晶度、表面积、聚合、孔隙 率、支化和接枝中任意一个或多个的改变。分子结构的运些改变可W反过来导致纤维材料 所表现的物理特征的有利的改变。此外，可W有利地改变纤维材料的官能团。
[004引 美国专利N0.7,307，108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973, 035和5,952,105W及多件专利申请（包括提交于2006年3月23日的"FIBROUSMATERIALS ANDCOMPOS口ES/'PCT/US2006/010648,W及"FIBROUSMATERIALSANDCOMPOS口ES/'美国 专利申请公开No.2007/0045456)中记载了多种纤维素和木质素纤维素材料、它们的用途W 及应用。另外，提交于2007年10月26日的PCT/US2007/0227描述了多种用来预处理纤维素和 木质素纤维素生物质W产生可用来制备多种产品和副产品的材料的方法。运些经预处理的 材料中的一些可用来制造基于淀粉的纤维例如聚乳酸纤维，例如由玉米和其它含淀粉的植 物和蔬菜材料制成。前述文件全都在此通过引用全部纳入本文。
[0046] 另外，由甲壳质制成的纤维可用于本文中描述的方法和产品。甲壳质是由形成共 价e-i，4键(类似于形成纤维素的葡萄糖单元之间的键）的N-乙酷基氨基葡萄糖（更完全地 说是N-乙酷基-D-葡萄糖-2-胺)单元形成的多糖。甲壳质因此是每个单体上的径基被乙酷 胺基团取代的纤维素类型。运使得可W提高相邻的聚合物之间的氨键，赋予甲壳质聚合物 基质提高的强度。甲壳质可从例如邮、龙邮、蟹和昆虫壳获得。
[0047] 相对较低剂量的福射可将纤维素或木质素纤维素材料(例如纤维素）和本文中描 述的其它纤维交联、接枝或W其它方式提高其分子量和交联程度。在一些实施方案中，纤维 素纤维的初始数均分子量(在照射之前)为约200，000至约3，200，000，例如从约250，000至 约1，000,000或从约250,000到约700,000。在一些实施方案中，纤维素纤维的初始数均分子 量(在照射之前)为约20，000到约1，000，000，例如从约25，000到约500，000。在照射之后的 数均分子量比初始数均分子量大例如至少约10%、25%、50%、75%、100%、150%、200%、 300 %或高达500 %。例如，如果初始数均分子量在约20，000至约1，000，000的范围内，在照 射之后的数均分子量在一些情况下为约40，OOO至约2，OOO，OOO。
[0048] 如下面将进一步详细讨论的，将天然或合成纤维素材料交联、接枝或W其它方式 提高其分子量可通过选择所使用的福射的类型和/或所施加的福射的剂量，W受控的预定 的方式进行，W为特定应用提供期望的性能例如强度。
[0049]通过在选定的时间按受控的剂量施加电离福射，上述新方法可用来有利地改变纤 维素纤维的多种选定的性能。
[0050]具有提高的分子量的纤维素和其它纤维可用于制造纱线W及直接用于制造例如 短纤维或线的形式的织物。将选定的材料交联、接枝或W其它方式提高其分子量可相对于 未处理的材料提高材料的热稳定性。提高选定的材料的热稳定性可使得可在较高的溫度下 处理该材料而不发生降解。此外，用福射处理纤维素材料可将材料消毒，运将降低包含纤维 的布促进真菌、霉菌、霉、微生物等生长的倾向。
[0051]电离福射也