专利名称：多孔非织造平形薄片的制作方法
技术领域：
本发明涉及高抗张强度、多孔、非织造、纤维薄片，特别是涉及由高膨松非织造垫形成压缩的高抗张强度多孔平形薄片的方法。
迄今为止，通过将无规取向的合成纤维松散地粘接在一起已制得非织造垫。这些垫可含大量纤维或少量纤维，且可以是高膨松非织造垫。
现已发现，可用大量有机粘合剂处理高膨松非织造垫、干燥以除去挥发物、然后在高压和高温下压缩，从而制得具有高孔隙度的高抗张强度压缩纤维平形薄片。高孔隙度、高抗张强度、压缩的非织造纤维薄片特别适合用作空气过滤介质、包装弹性材料、织物的增强垫片家用包装物以及类似的要求高孔隙度、高抗张强度纤维薄片的应用场合。通过参照附图、本发明的详细描述和实施例可明显地看出本发明的优点。
因此，可通过用每100份重量高膨松非织造垫至少5份重量的有机粘合剂处理高膨松非织造垫，在加压和高温下以及足以形成具有高孔隙度和高抗张强度的压缩的纤维薄片的时间内压缩该处理的垫的方法制得高孔隙度、高抗张强度、压缩非织造纤维薄片。
图1说明通过将高膨松非织造纤维垫与树脂粘合剂相混合并压缩粘合剂-垫复合材料，从而制得高抗张强度、多孔非织造平形薄片的本发明方法。
根据本发明的概念，用大量有机聚合粘合剂处理高膨松非织造纤维垫并在加热和加压条件下压缩，从而形成压缩的纤维薄片。
现在参照附图(类似的参照特性参见类似的部分)，图1(a)表示厚度超过通常1/8英寸的高膨松纤维垫，该垫一般由含无规取向的长纤维11的数目10表示。在图1(b)中，将聚合树脂粘合剂16通过喷洒装置14喷洒到该垫10上，从而形成树脂浸透的复合材料12。在图1(c)中，在超过1psi的足够压力下，将粘合剂-垫复合体在上加热板18和下加热板20之间压缩足够的时间，该时间能使粘合剂从复合材料12中流出，从而制得图1(d)所示的高抗张强度、多孔、非织造纤维平形薄片24。
就有机聚合粘合剂而言，它们可以是在本技术领域和文献中已知的任何粘合剂。适合的粘合剂包括聚合物和共聚物，如聚氯乙烯、聚氯乙烯-丙烯酸酯类、聚丙烯酸类、聚乙烯基酯类、聚乙烯基酯-丙烯酸类、聚乙烯-乙烯基酯类、聚氨酯类、聚苯乙烯-丁二烯胶乳、聚丙烯腈类、聚丁二烯共聚物等。优选的是丙烯酸聚合物和共聚物，特别是与聚氯乙烯的聚合物和共聚物。
丙烯酸聚合物和共聚物是由可聚合的含碳-碳不饱和双键的烯属不饱和单体制得的加聚物。除丙烯酸单体外，丙烯酸共聚物可包括共聚的乙烯基单体、腈单体、烯丙基单体和丙烯酰胺单体。丙烯酸单体包括诸如丙烯酸或异丁烯酸低级烷酯类(烷酯部分含1至12个碳原子)以及丙烯酸和异丁烯酸的芳族衍生物之类的单体。有用的丙烯酸单体包括例如丙烯酸和异丁烯酸、丙烯酸和异丁烯酸甲酯、丙烯酸和异丁烯酸乙酯、丙烯酸和异丁烯酸丁酯、丙烯酸和异丁烯酸丙酯、丙烯酸和异丁烯酸2-乙基己酯、丙烯酸和异丁烯酸环己酯、丙烯酸和异丁烯酸癸酯、丙烯酸和异丁烯酸异癸酯、丙烯酸和异丁烯酸苄酯以及各种反应产物，例如丁基、苯基和甲苯基缩水甘油醚类与丙烯酸和异丁烯酸、丙烯酸和异丁烯酸羟烷基(例如丙烯酸和异丁烯酸羟乙酯和羟丙酯)以及氨基丙烯酸酯类和异丁烯酸酯类的反应产物。丙烯酸类包括丙烯酸和异丁烯酸、乙基丙烯酸、α-氯丙烯酸、α-氰基丙烯酸、丁烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸和β-苯乙烯丙烯酸。乙烯基酯类包括乙酸乙烯基酯、丙酯乙烯基酯、丁酸乙烯基酯、苯甲酸乙烯基酯、乙酸乙烯基异丙酯等。苯乙烯型单体包括苯乙烯、甲基苯乙烯类和类似的低级烷基苯乙烯类、氨苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基萘、苯甲酸二乙烯基酯和环己烷。乙烯型单体包括α-烯烃类，例如乙烯、丙烯、异丁烯和环己基、二烯单体包括1，3-丁二烯、甲基-2-丁二烯、1，3-戊二烯、2，3-二甲基丁二烯、异戊间二烯、环戊间二烯和二环戊间二烯。丙烯腈型单体包括丙烯腈和异丁烯腈。通常优选的单体包括氯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、乙烯基酯、乙烯、苯乙烯、丁二烯、丙烯腈或其混合物。
可采用任何常规方法，如在水性介质中以及50至98℃的典型温度下乳化聚合的方法共聚上述单体。用产生游离基的引发剂如有机过氧化物或偶氮化合物引发烯属双键的聚合。适宜的有机过氧化物可包括过氧化苯甲酰、过氧化二枯基、氢过氧化枯烯、氢过氧化对甲烷和类似的过氧化物。偶氮化合物包括二甲苯偶氮二异丁酸和偶氮二异丁腈。还可使用过硫酸盐引发剂，例如过硫酸钠盐、钾盐和铵盐类。
聚氯乙烯均聚物和共聚物基于乙烯基-CH＝CH-并含与其它共聚单体如乙酸乙烯基酯、乙烯基醇、乙烯基缩醛类和偶尔地与氟乙烯以及少量类似的乙烯基单体相结合的共聚氯乙烯、乙酸乙烯基酯均聚物含共聚的乙酸乙烯基酯，而其共聚物含与乙酸乙烯基酯共聚的其它上述乙烯基单体。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物通常含5至50%重量的与乙烯单体相结合的共聚的乙酸乙烯基酯，其中单体是在高压下共聚的。苯乙烯-丁二烯聚合物是嵌段共聚物，该共聚物中共聚的苯乙烯的重量百分率比丁二烯高。苯乙烯和1，3-丁二烯单体是通过各个单体单独与引发剂在水性介质中顺序多级加入的方法共聚的，丁二烯共聚物是类似地与上述各种能共聚单体合成的。
聚氨基甲酸酯聚合物是多元醇和聚异氰酸酯的反应产物，其中含二个或更多的异氰酸酯基的异氰酸酯与含二个或更多羟基的多元醇相连接。典型的聚异氰酸酯类包括甲苯二异氰酸酯、1，6-环己烷二异氰酸酯和各种异佛尔酮二异氰酸酯。典型的多元醇包括低分子量二元醇类，如乙二醇类、低级烷基二元醇类、各种聚醚二元醇类或三元醇类和各种聚酯二元醇类或三元醇类。
聚合粘合剂的软化点或Tg高于-45℃，较好的为0至10℃其条件是粘合剂的Tg比聚合纤维组合物的软化点低至少10℃。聚合粘合剂可以是热塑性的或热固性的。热固性聚合物还可含本技术领域和文献中已知的反应性官能团，例如羧基、羟基、氨基或酰胺基。作为交联剂的官能单体包括含羧基、羟基、氨基和酰胺基官能团单体。含羧基的单体包括丙烯酸和低级烷基取代的丙烯酸类，其中优选的含羧基的单体是丙烯酸和异丁烯酸。含羟基的单体是含羟基的烯属不饱和单体，包括丙烯酸羟基烷酯，如丙烯酸和异丁烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸和异丁烯酸2-羟基丙酯和类似的丙烯酸羟基烷酯。含酰胺基的单体包括丙烯酰胺、异丁烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或类似的烷基羟基丙烯酰胺单体。
根据本发明，通过将粘合剂施用到高膨松垫的一面或两面的方法用粘合剂处理高膨松的非织造纤维垫。施用方法可以是喷洒、浸渍，优选的是喷洒发泡法。基于100份欲制得粘合剂和垫的粘合剂浸渍的复合材料的高膨松垫的重量，粘合剂聚合固体的用量通常约为5至200份(重量)，较好的约为20至50份(重量)。
高膨松非织造垫通常是无规取向的长合成纤维松散地粘接在一起所构成的高孔隙度复合体，其厚度至少约为1/16英寸或更厚，典型的厚度约为3/16至1/4英寸。合成纤维的长度可为0.5至4或5英寸，典型的长度为1.5至2英寸。其直径约为1.5至20旦，较好的约为6至10旦。高膨松垫由无规取向的长纤维制得，这些纤维以无规形式非均质地排列、缠绕、卷曲或缭绕，形成高孔隙度的相互连结的长纤维的垫。合成纤维通常由聚合材料制得，这些聚合材料的例子有聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯酸或人造丝，较好的是聚酯。无规取向和卷曲的纤维是通过用少量的有机粘合剂(例如粘合剂或胶乳粘合剂)或其它水分散聚合粘合剂以垫的形式松散地连结在一起的。
然后将粘合剂浸渍的垫-粘合剂的复合体在压缩装置(如热板压机或热辊压机)中在加压条件下压缩，从而形成压缩的纤维薄片，压缩装置施压足够的压力使在纤维中的聚合粘合剂均匀从整个垫中流出，典型的压力为1至1000psi，较好的为10至150psi。压缩装置可包括可加热至一定温度的加热平板表面，上述温度高于粘合剂聚合物颗粒的软化点和/或熔点，但低于合成纤维的软化点，从而有助于粘合剂从垫中流出。如果粘合剂是热塑性的，则聚合粘合剂要进行冷却。如果粘合剂是热固性的，必须保持足够热量使官能单体或交联剂活化并使粘合剂热固。在任何一种情况下，保持的温度必须首先要获得流动，然后再固化或硬化。有效的温度约为120至160℃，较好的约为130至140℃。压缩和加热浸渍的垫的有效时间范围约为10至30秒，较好的约为15至25秒。希望的压缩操作过程的例子可包括采用Tg为7℃的乙烯基共聚物粘合剂，在42psi的压力下在135℃的加热平板下压缩浸渍的垫-粘合剂复合体。
从压缩装置中取出由弹性压缩的纤维薄片组成的成品，并冷却至室温。弹性压缩纤维薄片具有高孔隙度，但显示出意想不到高的抗张强度，其强度至少为每英寸5磅，希望的至少为每英寸10磅，优选的至少为每英寸15磅。压缩纤维非织造薄片的孔隙度随粘合剂固体与纤维垫的重量比的增大而减小。该孔隙度通常为至少2.5至约40秒。较好的约为10至35秒。虽然可采用连续压缩方法，该方法包括将连续的高膨松非织造垫通过树脂浸渍浴，然后通过加热轧辊压缩树脂浸渍的粘合剂-垫复合体，但优选的压缩法是薄片压缩法。
下列实施例将进一步说明本发明，除非另外说明，温度是℃，压力是pi(磅/英寸)，份和百分率是重量。
将0.1平方英寸的锐孔装在Curley密度计中，把十层压缩的高膨松非织造垫固定在锐孔和测试仪底板之间，并使400cc空气通过叠合的样品。记录空气通过样品所需的时间作为孔隙度，单位为秒。
＊由W&IE Gurley-Troy，NY制造采用下列参数确定INTELLECT Ⅱ＊恒速拉伸测试仪
200磅测力计
50%夹头空间
2英寸机器灵敏度
5%十字头速度
12英寸/分钟样品宽度
1英寸平均状态(每个样品试验4次)＊由Thwing-Albert Instrument Co.，philadelpbia，PA制造实施例1用乙烯基丙烯酸粘合剂喷涂粘结尺寸为6英寸×6英寸且密度为4盎司/平方码的高膨松非织造聚酸垫，其用量为每100份重量的垫使用40份聚合粘合剂固体，上述粘合剂含共聚的热反应氯乙烯单体(41%)和丙烯酸丁酯单体(59%)。将聚合粘合剂施加到该垫的两面。在100℃干燥粘合剂浸渍的垫约3分钟。然后将预先干燥的浸渍的垫放在铬铁合金板上并在135℃和1.500psig的压力下压缩20秒。得到的压缩弹性纤维薄片具有光亮的外观，高孔隙度和高抗张强度。用Gurley密度计法测得的孔隙度为9秒，用CRE法测得的抗张强度为13.9pi。该压缩薄片作为污染气体的过滤介质作用较好，其厚度约为0.008至0.012英寸。与此相比，相同的高膨松非织造聚酯垫(未粘结)的抗张强度为0.35pi，孔隙度为2.5秒。
实施例2按实施例1所述方法，用含共聚的热反应丙烯酸乙酯单体(61%)。异丁烯酸甲酯单体(33%)和丙烯腈单体(1%)的丙烯酸粘合剂喷洒粘结高膨松非织造聚酯垫。得到的孔隙度为10秒，抗张强度为18.4pi。
实施例3按实施例1所述方法，用含聚合的热反应乙酸乙烯基酯单体的乙酸乙烯基酯粘合剂喷洒粘结高膨松非织造聚酯垫。得到的孔隙度为14秒，抗张强度为14.1pi。
实施例4按实施例1所述方法，用含共聚的热反应乙烯单体(19%)。氯乙烯单体(78%)和乙酸乙烯基单体(3%)的乙烯基粘合剂喷洒粘结高膨松非织造聚酯垫。得到的孔隙度10秒，抗张强度为15.1pi。
实施例5按实施例1所述的方法，用含共聚的热反应丙烯酸乙酯单体(70%)和苯乙烯单体(30%)的丙烯酸粘合剂喷洒粘结高膨松非织造聚酯垫。得到的孔隙度为28秒，抗张强度为24.1pi。
实施例6按实施例1所述的方法，用含共聚的热反应苯乙烯单体(65%)和丁二烯单体(35%)的SBR粘合剂喷洒粘结高膨松非织造聚酯垫。得到的孔隙度为34秒，抗张强度为20.4pi。
上述粘合剂是按本技术领域和文献中熟知的常规乳化聚合法制备的。
从上述数据明显看出，得到的产物具有较好的孔隙度和大大改进的抗张强度。
生产多孔、非织造、纤维平形薄片的方法，该方法包括下列步骤提供含无规取向纤维的高膨松非织造垫;
将有机聚合粘合剂施加到所述高膨松非织造垫的至少一面上，形成每100份(重量)所述高膨松非织造垫含至少5份(重量)聚合粘合剂固体的粘合剂-垫复合体;
用压缩装置在至少1psi的压力和高于聚合粘合剂的软化点的温度下，在足以使聚合粘合剂流出复体并形成压缩的平形薄片的时间内压缩所述的粘合剂-垫复合体;
从压缩装置中取出所述压缩的平形薄片，并将其在室温下冷却，从而形成高抗张强度、多孔、非织造纤维平形薄片。
由高膨松非织造有机纤维垫生产高抗张强度、多孔、非织造平形薄片的方法，该方法包括下列步骤将高膨松非织造纤维垫与聚合粘合剂相组合，从而形成每100份(重量)所述垫含约5至200份(重量)聚合粘合剂固体的粘合剂垫复合体，其中所述粘合剂聚合物颗粒的软化点实质上低于所述垫中有机纤维的软化点;
在10至150psi的压力下将粘合剂-垫复合体压缩一定的时间，该时间足以使聚合物粘合剂均匀地流出所述的粘合剂-垫复合体并使该粘合剂-垫复合体压缩成非织造纤维平形薄片，上述压缩过程是在高于所述聚合粘合剂的软化点使粘合剂聚合颗粒熔化，但低于有机纤维的软化点的温度下进行的，从而生产抗张强度至少为5磅/英寸和孔隙度至少为2.5秒的高抗张强度、多孔、非织造平形薄片。
通过压缩和热固化树脂浸渍的非织造高膨松纤维垫生产的具有高抗张强度的非织造、多孔纤维薄片，该薄片包括含约5至30(重量)聚合粘合剂的聚合树脂浸渍的薄片，上述粘合剂散布在非织造纤维薄片中的纤维之间，从而在纤维之间形成多孔粘合剂的膜;
所述的聚合粘合剂是共聚的烯属不饱和单体的加成共聚物或聚氨基甲酸酯，所述粘合剂的Tg软化点高于约-45℃，但低于所述纤维的软化点;
含长度约为0.5至5英寸的无规取向的有机聚合纤维的所述非织造纤维;
孔隙度为2.5至40秒和抗张强度至少为5磅/英寸的所述非织造纤维薄片。
权利要求
1.生产多孔、非织造、纤维平形薄片的方法，该方法包括下列步骤提供含无规取向纤维的高膨松非织造垫，将有机聚合粘合剂施加到所述高膨松非织造垫的至少一面上，形成每100份(重量)所述高膨松非织造垫含至少5份(重量)聚合粘合剂固体的粘合剂一垫复合体；用压缩装置在至少1Psi的压力和高于聚合粘合剂的软化点的温度下，在足以使聚合粘合剂流出复体并形成压缩的平形薄片的时间内压缩所述的粘合剂一垫复合体；从压缩装置中取出所述压缩的平形薄片，并将其在室温下冷却，从而形成高抗张强度，多孔、非织造纤维平形薄片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤的压力为10至150psi。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的聚合粘合剂是以每100份(重量)所述垫用约5至200份(重量)聚合粘合剂固体的量施加到高膨松非织造垫上的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的聚合粘合剂是以每100份(重量)所述垫用约15至30份(重量)聚合粘合剂固体的量施用的。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述的聚合粘合剂是以每100份(重量)所述垫用约5至200份(重量)聚合粘合剂固体的量施用到所述高膨松非织造垫上的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在压缩步骤期间的温度高于所述聚合粘合剂的软化点，但低于所述垫中纤维的软化点。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合粘合剂是用喷洒法施加到所述高膨松非织造垫上的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合粘合剂施加在所述高膨松非织造垫的两面上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合粘合剂由下列单体制得氯乙烯单体、丙烯酸酯单体、异丁烯酸酯单体、乙烯基酯单体、乙烯单体、苯乙烯单体、丁二烯单体或丙烯腈单体或其混合物。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是胶乳。
11.根据权利要求6所述的方法，其中聚合粘合剂由下列单体制得氯乙烯单体、丙烯酸酯单体、异丁烯酸酯单体、乙烯基酯单体乙烯单体、苯乙烯单体、丁二烯单体、或丙烯腈单体或其混合物。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是热塑性聚合粘合剂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是热固性聚合粘合剂。
14.根据权利要求3所述的方法生产的压缩的高膨松非织造垫的高抗张强度、多孔、平形非织造纤维薄片，其中高抗张强度。多孔非织造纤维平形薄片的抗张强度至少为5磅/英寸，孔隙度至少为22.5秒，所述的平形非织造纤维薄片中每100份(重量)非织造纤维含5至200份(重量)聚合粘合剂固体。
15.由高膨松非织造有机纤维垫生产高抗张强度、多孔、非织造平形薄片的方法，该方法包括下列步骤将高膨松非织造纤维垫与聚合粘合剂相组合，从而形成每100份(重量)所述垫含约5至200份(重量)聚合粘合剂固体的粘合剂垫复合体，其中所述粘合剂聚合物颗粒的软化点实质上低于所述垫中有机纤维的软化点;在10至150psi的压力下将粘合剂-垫复合体压缩一定的时间，该时间足以使聚合物粘合剂均匀地流出所述的粘合剂-垫复合体并使该粘合剂-垫复合体压缩成非织造纤维平形薄片，上述压缩过程是在高于所述聚合粘合剂的软化点使粘合剂聚合颗粒熔化，但低于有机纤维的软化点的温度下进行的，从而生产抗张强度至少为5磅/英寸和孔隙度至少为2.5秒的高抗张强度、多孔、非织造平形薄片。
16.根据权利要求15所述的方法，其中压缩步骤包括在一对加热平板中压缩粘合剂-垫复合体，所述粘合剂-垫复合体中每100份(重量)所述垫含约15至30份(重量)聚合粘合剂，所述的非织造平形薄片的抗张强度至少为10磅/英寸，孔隙度约为10至35秒秒。
17.通过压缩和热固化树脂浸渍的非织造高膨松纤维垫生产的具有高抗张强度的非织造、多孔纤维薄片，该薄片包括含约5至30(重量)聚合粘合剂的聚合树脂浸渍的薄片，上述粘合剂散布在非织造纤维薄片中的纤维之间，从而在纤维之间形成多孔粘合剂的膜;所述的聚合粘合剂是共聚的烯属不饱和单体的加成共聚物或聚氨基甲酸酯，所述粘合剂的Tg软化点高于约-45℃，但低于所述纤维的软化点;含长度约为0.5至5英寸的无规取向的有机聚合纤维的所述非织造纤维;孔隙度为2.5至40秒和抗张强度至少为5磅/英寸的所述非织造纤维薄片。
18.根据权利要求17所述的压缩纤维薄片，其中聚合纤维包括聚酯聚合纤维，所述的非织造平形薄片的抗张强度至少为10磅/英寸，孔隙度约为10至35秒。
19.权利要求18所述的压缩纤维薄片，其中所述聚合粘合剂是热塑性粘合剂。
20.权利要求18所述的压缩纤维薄片，其中所述聚合粘合剂是热固性粘合剂。
全文摘要
用粘合剂处理高膨松非织造垫并在形成平形薄片的加热和加压条件下压缩，生产高抗张强度、多孔、非织造平形薄片。压缩非织造平形薄片的抗张强度至少为5磅/英寸，孔隙度为2.5至40秒。压缩的非织造平形薄片可用作污染气体的过滤介质。
文档编号D04H1/64GK1040236SQ8910639
公开日1990年3月7日 申请日期1989年8月10日 优先权日1988年8月11日
发明者德雷斯尔·斯莱特泽克, 多纳尔的·詹姆斯罗干斯塔的 申请人:B.F.谷的里奇公司