清洁用具及其制作方法

专利名称：清洁用具及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别适合做家务的植绒清洁用具。还涉及该用具的制作方法。
植绒技术是一种非常古老的技术，是把叫做短绒的纺织短纤维(一般长度在0.1-20mm之间)分布在事先涂上合适的粘合剂的表面上，从而随着使用单元的不同而具有鹿皮、毛毡、丝绒或毛皮的外观。
上述技术可用不同条件实现。目前实际上有三大类--该底材的钩刺和抖动，--纤维的气流安插(casting)，或--纤维的静电安插，这几种方法还可结合起来，形成所谓的电刺法或所谓的电气流法。
上述技术在文献里已描述清楚且已被专业技术人员掌握。它的应用范围很广，特别适用于特地在下列行业使用的材料的制作纺织、汽车、建筑、包装、造纸印刷、行李箱包制造、塑料、木器家具、鞋袜及玩具。
专利GB-B-1539477建议将此植绒技术应用于清洁用具的制造。
根据GB-B-1539477，这种清洁用具包括底材，其一端粘上细状短纤维，此纤维的另一端，即其自由端附着少量丙烯酸树脂。此少量丙烯酸树脂不必是分散的，这时一团树脂会粘住几根纤维。
在一种方法中，磨粒固定在纤维一端的少量树脂中。该磨粒加入到树脂成分当中不是发生在树脂喷到纤维上之前，而是在它之后，也就是说，是在树脂已经喷到纤维上后再加入到树脂中的。磨粒散布在其自由端已携带树脂(尚未聚合)的纤维上。因此该磨粒不能牢固地固定在树脂中，如果情况是这样，则用具的磨蚀能力仅限于加入的磨粒。一旦此“表面的”磨粒磨损掉，不再使用。
最后，根据GB-B-1539477，纤维之间应留足够的间隔，以确保用具使用后不会产生粘住或洗净性差等问题，而不好用。
本发明的发明人的目的是开发一种植绒的清洁用具，即在20多年前上述专利GB-B-1539477中所述那种用具，本用具由于其耐磨特性而获得优化。为此，它们在短绒密度产量方面与上述专利的规定相违背，可使磨粒很好地结合。该磨粒在本发明用具结构上十分稳定。它们是在所述用具制造工艺的上游加入进来的。
现在继续说明本发明的植绒清洁用具及其制造工艺。
该用具在结构上包括底材，其至少一侧上用植绒工艺将纤维固定，该纤维覆盖了至少一部分侧面，并且主要在其自由端(未与底材固定的那一端)携带粘合剂微滴。就这一点而论，所述用具便是在专利GB-B-1539477意义上的清洁用具。
本发明所述用具在结构上的特点是--粘合剂中(in its bulk)加入磨粒；及--在所述至少一部侧面上的纤维(或短绒)密度大于1000根/cm2。
根据本发明，粘合剂中有磨粒，更精确地说，粘合剂微滴中有磨粒。它们牢固地粘连，大部分完全埋入，因此相当稳固。
除了整个埋入的颗粒外，还有很有利的露出来的颗粒。就其与粘合剂的结合(参见下面的制法说明)而言，其粘连牢固度一般保持适中。不能完全排除有不稳固、易剥落的露出颗粒情况存在。较佳地是，本发明的清洁用具不含(或很少有)这种露出过多的磨粒。
如有这种情况，则当使用本发明的植绒清洁用具时，所述过分露出的磨粒，所述露出的颗粒，及最后所述(新用具的)埋入颗粒会(由于剥落或磨损)逐渐消耗。
粘合剂微滴在其体积中以使植绒用具磨粒特性最佳条件加入磨粒。在此微粒中，粘合剂以比例λ加入，λ定义如下 λ值应大于0.5，最好大于0.9。
颗粒容积浓度(PVC)和临界容积浓度(CPVC)这二个概念专业技术人员是熟悉的。
作为数据，这里指出，充填物颗粒容积浓度(PVC)由下式定义PVC(%)=100·VfVf+Vb]]>式中Vf是充填物(本例中是磨粒)的容积，而Vb是粘合剂容积。这二个容积可从本公式成分(在本例中为粘合剂和磨粒)的重量和密度求出。还应指出，充填物的临界颗粒容积浓度(CPVC)可根据ISO787-5标准测量该充填物的吸油量确定。
因此，在本发明范围内，不论从磨料特性优化观点还是从经济观点，上面定义的参量λ大于0.5是有利的，最好大于0.9，实际上应尽可能接近1。这里附带指出，不排除此值大于1，但实际上是不希望有过量的露出颗粒发生的。
在本发明范围内，以填满磨粒之间的间隙所必须的最低量(但决非充分量)注入粘合剂是有利的。
磨粒微滴内充填物与粘合剂的数量的优化是植绒制品成品的磨料特性的优化问题。
根据本发明，还试图使磨料成分(加注微滴的母体)分布优化，以便获得每根纤维有一滴微滴且微滴间聚合最少的产品。用这样方法使聚合最少，可节省所需加注的粘合剂的量，优化植绒制品成品的耐磨性，并提高其可冲洗性(减少堵塞)。
根据这一优化精神，本发明的植绒清洁用具在其纤维(植绒)自由端携带的加注粘合剂微滴，其平均当量直径φm为φm＜f+4c，式中f是该纤维的平均当值直径，c是存在于液微滴中的磨粒的平均当量直径。
微滴平均当量直径φm与f+2c同一数量级，或等于f+2c时更有利。(f是所述纤维的平均当量直径，c是所述磨粒的平均当量直径)。
因而根据本发明所述清洁用具底材的植绒侧面的植绒密度大于1000根/cm2，植绒的自由端携带内充填磨粒的粘合剂微滴。该微滴有利的特征是--比值λ＞0.5，λ＞0.9则更有利；
--平均当量直径φm＜f+4c，若数量级为f+2c或等于f+2c更有利。
植绒密度可进一步规定于下它大于1000根/cm2。小于4000根/cm2时较好，小于3500根/cm2时更好。
在2000-2500根/cm2时最好。
令人惊奇的是，根据本发明具有这样的植绒密度的用具性能好，微滴的聚合受到限制，甚至完全避免。
根据本发明将此植绒密度与粘合剂液滴的最佳特性(λ，φm)结合起来可获得性能十分好的用具。
这里附带指出，本发明用具的底材植绒固定的纤维主要在其自由端上携带加注的粘合剂液滴，虽然不能完全排除沿此纤维全长上有此液滴。
本发明用具可有二种形式存在--带有一个或多个植绒侧面；--其表面的全部或一部分上均匀或非均匀地植绒。
本第一种形态中，本发明清洁用具在其一个主要侧面上全部均匀地植绒。
在第二种形态中，本发明清洁用具在一个侧面至少一部分上非均匀地植绒。因而使用的植绒纤维有不同长度，较有利地是有二种长度，不同长度纤维可随意或有序地分布。
在一个侧面至少二个区域上可有不同长度的纤维，在每个区域上纤维长度基本一样。因而可产生一强摩擦区(短纤维区)和弱摩擦区(长而软的纤维区)。
另一可能是在一个侧面至少一部分上长纤维和短纤维混合。这时，不同颜色分别表示有树脂的长纤维和短纤维，使材料磨损度可确定，有树脂的长纤维的颜色与短纤维颜色不同。完全可用其它方案。
植绒的用具在其二个主侧面上可做成正好两面对称。
现在介绍几种有关本发明用具每种主要组分特点非限制性的细节，包括底材、纤维、粘合剂和磨粒。
所述的底材通常柔软易弯，由非织造、合成或人造多孔材料，或固定到这种多孔材料上的无纺织物构成。由固定在多孔材料上的无织织物构成十分有利。无纺织物可用任何方法固定到多孔材料上，特别是用层压、针刺结合、缝纫方法。
特别是纤维可以是聚酰胺、聚酯，聚丙烯或丙烯酸纤维。用聚酰胺组成很有利。有关植绒工艺，所用纤维并不长(见引言)。从别处可知，组件的耐磨性随纤维长度而下降，采用的纤维长度最好是2-5mm.
使用的粘合剂用热固性树脂较有利，特别是热固性的酚醛树脂，丙烯酸树脂，环氧树脂，或三聚氰胺树脂，采用热固性酚醛树脂特别有利。其它类型的树脂，特别是在紫外线或其他射线下能固化的树脂无论如何不可排除。已经看到，粘合剂以注入的、未固化状态在上游喷射，携带该注入的、未固化粘合剂液滴的底材随后进行处理，通常是热处理，以便使该注入的粘合剂液滴固化。
磨粒或充填物较佳选自氧化硅、氧化铝、方解石、碳化硅，滑石及其混合物的矿物颗粒。由氧化硅及/或氧化铝组成有利。如要求清扫力弱些，则不排除使用合成(有机的)充填物，如聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)，聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，聚氨脂(PU)，聚苯乙烯(PS)等的颗粒。
本文中所有无机和有机充填物都叫做磨料充填物。
不管情况如何，根据本发明使用的材料(粘合剂+磨粒)的数量原则上可通过仅在纤维自由端供给加注的粘合剂液滴而降低到最小值，且由植入密度高的短而“刚性”的纤维，其液滴有效性最好。
在一特别优选的变型中，本发明清洁用具包括具有聚酰胺短纤维的无纺织物，或由其所组成，主要在该短纤维自由端上有加入氧化硅及/或氧化铝颗粒的交联酚醛树脂的液滴。这种短纤维完全是个体化的。显然不能完全排除有少量的液滴发生聚合。
我们现在转向本发明清洁用具(即最优植绒工具)的制造工艺。
此工艺的特征包括--制备注入磨粒(此磨粒在本工艺上游加入)的可固化的(通常是热固性的)粘合剂；--在所述底材的至少一个侧面的至少一部分上植入纤维(已经看到，一个或几个侧面的全部或一部分上均匀或不均匀地植入纤维)，所述纤维已预先涂布有粘合剂(以已知的方法)，并且所述植绒工艺应使纤维密度大于1000根/cm2(业已发现此密度是最佳的)；--获得的植绒底材上涂上(通常是喷射)加注的可固化粘合剂，使此加注粘合剂液滴主要定位在纤维自由端上；及--对携带加注的可固化粘合剂的植绒底材进行处理，通常是热处理，处理的目的是使粘合剂固化(即，使颗粒注入其体积中的位于“绒状”纤维自由端液滴稳定化)。
植绒工艺是一种本来就知道的工艺。这方面可参看本文的前言。根据本发明完成的植绒工艺是为了使产生的清洁用具具有较高纤维密度且同时将注入磨粒的粘合剂液滴涂到纤维的自由端。
在本发明工艺实施时，植绒是在运动的底材带上连续进行静电植绒。
就本发明的用具制备而言，其中该用具及同一侧上有不同长度纤维，植绒作业可用几种方法。为了将不同长度的纤维布置在不同区域，或者，连续进行至少二次单独的植绒作业(在有二种纤维，即一长一短的情况下，一次植入短纤维，另一次植入长纤维)，或者一次植绒作业植入长纤维，而将某些长纤维在相应区域上剪短使之成为短纤维。
如果所使用的混合物有不同纤维长度，则一次植入此混合物。
现在用下面例子说明本发明。
下面详细说明制造本发明清洁用具所使用的原材料。
底材是比值(weighing)约60g/m2的无纺织物，是由粘胶纤维和聚脂纤维用针刺连接并涂上乳胶树脂构成。
植绒纤维是长4mm的聚酰胺6.6纤维，纤维细度22dtex，作植绒修整。其平均当量直径为50μm。
采用的磨料成分(粘合剂液滴的初级粒子)每100g有--23.4g的可熔性酚醛树脂，由CRAY VALLEY出售，商品名为Norsophen，--20.7g的蒸馏水，--0.3g的绿色颜料，由FAPCO出售，商品名Vert 60202，及
--55.6g的磨粒充填物(包括氧化硅)，由SIFRACO出售，商标C4。二氧化硅颗粒的平均当量直径c＝55μm。对于这种二氧化硅(密度2.65)而言。根据IS0787-5标准化试验的吸油量每100g充填物吸收19ml的亚麻子油(密度0.935)。因此CPVC等于64.99％。(CPVC=100·100/2.65100/2.65+19/0.935=64.99%)]]>它是用其组分简单混合而成。其特征参数为λ=PVCCPVC=0.94]]>(以干树脂计算)实例一a.底材(无纺织物)存放在卷轴上呈松散状。其一侧面在圆筒上用湿重为200g/m2的粘合剂刮板涂布，其中90％重量百分比是丙烯酸胶水，10％重量百分比是硬化剂。
涂了粘合剂的无纺织物通过AIGLE型植绒槽。落到粘合层上的植绒纤维在100KV电场的作用下直立。无纺织物打浆(beating)系统确保纤维嵌进粘合剂中并用抽吸法去除过剩纤维。
使植绒无纺织物通过180C°的隧道式热风炉，保持5分钟，粘合剂便干燥并发生交联。
然后，植绒的无纺织物在圆筒上冷却，刷除嵌入不当的纤维然后卷起来。
植绒作业完成后得到纤维密度为每cm2有2500根纤维。
b.植绒的无纺织物不断从卷绕状态下松开，植绒的一面朝上。使用压缩空气喷嘴将磨料成分均匀喷在该植绒侧面。
喷射后在180℃热风炉内保持5分钟进行热处理，使磨料成分干燥和交联。
附着磨料按干重计每平米有150g。在纤维自由端上形成的微滴的平均当量直径为2.2c+f≈171μm。此值通过理论计算得出，并被显微镜证实。一般每根纤维上有一滴加注的微滴。
c.得到的清洁用具作试验用传统方法在泰氏(Taber-type)耐磨试验面上测量其磨蚀性。
试验时卷成直径为125mm的所述用具湿的试件以60rpm旋转。用二个直径50mm，厚12mm的铝质滚轮摩擦试件的植绒侧。每个滚轮上加力1.5kg。
滚轮重量损失用磨擦50转、再摩擦200转之前与之后的重量差计算。
本发明用具的特性及泰氏试验的结果列于下表。
实例二根据本发明的清洁用具的试件用如上原材料生产且应用例一所述工艺。
各个试件的纤维密度是不一样的。磨料成分的喷射率适合于每种纤维密度，使每根纤维上沾一滴，各液滴的平均当量直径为2c+f≈160μm。
试件在泰氏耐磨试验机上作试验。该试件的特性及试验结果示于下表
这些结果表明，磨蚀性随纤维根数增加而提高，最佳值为2500-3000根/cm2。此外，使用性能下降是由于难以在喷射时将液滴分散。事实上，液滴密集是由于纤维密度大。因而有聚合物倾向。
权利要求
1.一种清洁用具，其结构包括一底材，在其至少一个侧面上用植绒法使纤维固定，该纤维覆盖该侧面的至少一部分而主要在其自由端携带粘合剂微滴，其特征在于，所述粘合剂中加入磨粒，且所述纤维在至少一部分侧面上的密度大于1000根/cm2。
2.根据权利要求1所述的清洁用具，其特征在于，粘合剂中注入的磨粒致使比值λ＝颗粒容积浓度/临界颗粒容积浓度，λ大于0.5，最好大于0.9。
3.根据权利要求1或2所述的清洁用具，其特征在于，所述加注粘合剂液滴的平均当量直径φm为φm＜f+4c式中，f是其端部有液滴的纤维的平均当量直径，而c是该液滴中磨粒的平均当量直径。
4.根据权利要求3所述的清洁用具，其特征在于，所述加注粘合剂液滴的平均当量直径φm的数量级为f+2c，或等于f+2c。
5.根据权利要求1-4任一项所述的清洁用具，其特征在于，在所述至少一部分侧面上存在的纤维，其密度小于4000根/cm2，最好小于3500根/cm2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的清洁用具，其特征在于，在所述至少一部分侧面上存在的纤维，其密度在2000-2500根/cm2之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的清洁用具，其特征在于，侧面上存在的纤维有不同长度，最好有二种长度。
8.根据权利要求7所述的清洁用具，其特征在于，在所述侧面的至少二个区域内有纤维，纤维长度不同，同一区域中纤维的长度基本相同。
9.根据权利要求1-8任一项所述的清洁用具其特征在于，所述底材是由无纺织物、合成或人造多孔材料，或此多孔材料上固定一无纺织物构成。
10.根据权利要求1-9任一项所述的清洁用具，其特征在于，所述纤维是聚酰胺、聚脂或聚丙烯纤维，最好是聚酰胺纤维。
11.根据权利要求1-10任一项所述清洁用具，其特征在于，粘合剂是以固性的酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂或三聚氰胺树脂为基础，最好是热固性酚醛树脂。
12.根据权利要求1-11任一项所述清洁用具，其特征在于，所述磨粒选自氧化硅、氧化铝、方解石、碳化硅、滑石及其混合物。
13.一种制造权利要求1-12任一项所述清洁用具的方法，其特征在于，该方法包括--制备加注磨粒的可固化粘合剂；--在底材至少一个侧面的至少一部分上植上纤维，该部分已经事先抹上粘合剂且植绒后的纤维密度大于1000根/cm2，--植绒后的底材上涂加注磨粒的可固化粘合剂，使加注磨粒的粘合剂液滴主要定位在纤维的自由端；及--对携带加注磨粒的可固化粘合剂进行处理，一般是热处理，处理的目的是使粘合剂固化。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述植绒是在运动的底材条上不断进行静电植绒。
全文摘要
本发明涉及一种清洁用具，其结构包括底材，在其至少一个表面上用植绒法固定纤维，该纤维覆盖至少一部分表面且主要在其自由端有粘合剂的液滴。本发明特征在于，该粘合剂中加入磨粒，且存在于至少一部分表面上的纤维的密度大于1000根/cm
文档编号B24D11/00GK1443105SQ0181292
公开日2003年9月17日 申请日期2001年7月16日 优先权日2000年7月17日
发明者V·布瓦索, C·克鲁克斯, J·屈尔泰, B·约翰松, N·保帕 申请人:费南榭丽舍巴尔扎克有限公司