阅读说明：本技术 非织造制品及其制备方法 (Nonwoven articles and methods of making the same ) 是由 M·A·克赖顿 E·S·戈纳尔 R·P·约翰斯通 M·A·普里奥洛 J·A·格特舍尔 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种方法,该方法包括将设置在包含可热软化的纤维的非织造纤维网上的颗粒涂层暴露于具有200nm至1000nm范围内的至少一个波长的脉冲电磁辐射。该颗粒涂层包含不同的颗粒,该不同的颗粒彼此不化学键合,并且不保留在除了可热软化的纤维之外的粘结剂材料中。还公开了包括其上设置有颗粒涂层的可热软化的非织造纤维网的非织造制品。该颗粒涂层包含不同的颗粒,该不同的颗粒彼此不化学键合,并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网之外的粘结剂材料中。该颗粒涂层在22℃下浸入异丙醇中一分钟之后保留至少60％。(A method includes exposing a particulate coating disposed on a nonwoven web comprising heat-softenable fibers to pulsed electromagnetic radiation having at least one wavelength in a range of 200nm to 1000 nm. The particle coating comprises different particles that are not chemically bonded to each other and that are not retained in a binder material other than the heat-softenable fibers. Also disclosed are nonwoven articles comprising a heat-softenable nonwoven web having a particulate coating disposed thereon. The particle coating comprises different particles that are not chemically bonded to each other and that are not retained in the binder material other than the heat-softenable nonwoven web. The particle coating remains at least 60% after one minute immersion in isopropanol at 22 ℃.)

非织造制品及其制备方法

技术领域

本公开广义地涉及用于改善非织造纤维网上的颗粒涂层的耐久性的方法，以及由此制备的制品。

背景技术

非织造纤维网上的粉末(例如，石墨)的涂层是众所周知的；然而，粉末通常松散地结合到纤维并且易于脱落。已设计了各种方法来克服该问题，所述方法包括：1)在粉末涂覆之前使用施加到纤维的可固化树脂，并且当固化时将粉末牢固地结合到纤维；2)在非织造纤维网足够耐久的那些情况下，可在已知的摩擦粘附(triboadhesion)的过程中将粉末摩擦到其上；以及3)粉末可被选择成包含在加热时可熔合到纤维的粘结剂组分。

然而，如果期望基本上由无机颗粒组成的颗粒涂层，则这些技术中的每一种均具有缺点。例如，在这种情况下，方法1)和3)中粘结剂组分的存在将是不可接受的，并且由方法2制得的颗粒涂层的耐久性通常是有问题的，因为颗粒涂层通常易于通过诸如用溶剂研磨和/或冲洗的方法而损坏。

发明内容

有利的是，本公开提供了增强颗粒涂层的耐久性的简单方法，该方法涉及通过暴露于具有200nm至1000nm范围内的至少一个波长的脉冲电磁辐射而进行的瞬时加热。不受理论的束缚，本发明人认为，撞击颗粒涂层中的颗粒的经调制的电磁辐射被转化为位于颗粒附近的热量，从而软化相邻纤维并增加那些纤维与颗粒之间的粘附力。

在第一方面，本公开提供了一种制备非织造制品的方法，该方法包括将设置在可热软化的非织造纤维网上的颗粒涂层暴露于具有200纳米至1000至纳米范围内的至少一个波长的脉冲电磁辐射，其中颗粒涂层包含松散结合的不同颗粒，所述松散结合的不同颗粒彼此不化学键合并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网之外的粘结剂材料中，并且其中脉冲电磁辐射具有足够的积分通量和脉冲宽度以增加松散结合的不同颗粒的至少一部分与可热软化的非织造纤维网之间的键合力。

通过这种技术，颗粒涂层的耐久性得到改善，而替代的加热方法易于损坏(例如，翘曲)可热软化的非织造纤维网。

因此，在第二方面，本公开提供了一种根据本公开的上述方法制备的非织造制品。

在第三方面，本公开提供了一种非织造制品，该非织造制品包括其上设置有颗粒涂层的可热软化的非织造纤维网，其中颗粒涂层包含不同的颗粒，所述不同的颗粒彼此不化学键合并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网之外的粘结剂材料中，并且其中颗粒涂层在22℃下浸入异丙醇中一分钟之后保留至少60％。

如本文所用：

术语“可见光”是指具有400纳米(nm)至700纳米(nm)波长的电磁辐射。

术语“粉末”是指微小颗粒的自由流动的集合。

术语“脉冲电磁辐射”是指被调制成为具有增加的强度的一系列离散峰值的电磁辐射。峰值可相对于可忽略或为零的电磁辐射的背景水平，或者该背景水平可处于更高的水平，所述更高的水平对增加颗粒涂层中颗粒对纤维的粘附力基本上无效。

术语“可热软化的”是指加热时可软化。

术语“颗粒涂层”是指可自由流动或不可自由流动的微小颗粒的涂层。

在考虑

具体实施方式

以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。

附图说明

图1为根据本公开的示例性制品100的放大示意性侧视图。

应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。

具体实施方式

有利地，本公开提供了一种通过暴露于经调制的电磁辐射源而使用瞬时加热来增强非织造纤维网上的颗粒涂层的耐久性的简单方法。

现在参见图1，示例性制品100包括其上设置有颗粒涂层120的可热软化的非织造纤维网110。

可热软化的非织造(例如热塑性)纤维网上的颗粒涂层可通过多种已知方法实施，该方法包括例如暴露于雾化颗粒云、与粉末床接触、用溶剂基颗粒分散型涂料涂覆然后蒸发溶剂以及/或者粉末摩擦(抵靠基底摩擦干燥颗粒以形成粉末颗粒的涂层)。粉末摩擦方法的示例可见于美国专利6,511,701B1(Divigalpitiya等人)，6,025,014(Stango)和4,741,918(Nagybaczon等人)。其余方法对于本领域的普通技术人员而言是熟悉的。

可用的颗粒涂层包括能够吸收脉冲电磁辐射的至少一个波长，优选地对应于脉冲电磁辐射的大部分能量的微小松散结合的颗粒。合适的颗粒优选至少基本上不受电磁辐射的影响，而对其强吸收剂是稳健的。希望在不改变颗粒的化学性质的情况下使光(电磁辐射)最大化至热转化产率。

示例性的合适颗粒包括石墨、粘土、六方氮化硼、颜料、无机氧化物(例如，氧化铝、氧化钙、二氧化硅、二氧化铈、氧化锌或二氧化钛)、金属、有机聚合物颗粒(例如，聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯)、碳化物(例如，碳化硅)、阻燃剂(例如，三水合铝、氢氧化铝、氢氧化镁、六偏磷酸钠、有机膦酸盐和磷酸盐及其酯)、碳酸盐(例如，碳酸钙、碳酸镁、碳酸钠)、干燥生物粉末(例如，孢子、细菌)，以及它们的组合。优选地，颗粒的平均粒度为0.1至100微米，更优选地1至50微米，并且更优选地1至25微米，但这不是必须的。石墨和六方氮化硼在许多应用中是尤其优选的。

在暴露于电磁辐射之前，颗粒涂层包含松散结合的不同颗粒，所述松散结合的不同颗粒彼此不化学键合，并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网本身之外的粘结剂材料中。

可热软化的非织造纤维网优选地包含热塑性纤维，但是非热塑性纤维可单独使用或与例如热塑性纤维组合使用。在优选的实施方案中，可热软化的非织造纤维网的纤维是非粘性的和/或非热固性的，但这不是必需的。

示例性的合适的可热软化的非织造纤维网包括熔纺纤维网、吹塑微纤维网、针钉短纤维网、热粘结气流成网纤维网和水刺纤维网。所述可热软化的非织造纤维网可通过任何合适的非织造纤维网制备方法来制备。示例包括熔纺、吹塑微纤维(BMF)、气流成网工艺、湿法成网工艺和水刺。这些方法和其他方法将均为本领域技术人员已知的。作为另外一种选择，包含可热软化的纤维的多种非织造纤维网是可商购获得的。可热软化的非织造纤维网可具有任何基重，并且可例如为致密压实的或膨松的和开放的。

可以适用于纤维成形的热塑性聚合物的一些示例包括聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸类(例如，聚丙烯腈)、嵌段共聚物(诸如苯乙烯一丁二烯-苯乙烯和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、聚烯烃(诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚(4-甲基-1-戊烯))以及此类树脂的组合。可用于制备包含热塑性纤维的非织造纤维网的热塑性聚合物材料的示例公开于美国专利5,706,804(Baumann等人)、4,419,993(Peterson)、Re 28,102(Mayhew)、5,472,481(Jones等人)、5,411,576(Jones等人)和5,908,598(Rousseau等人)。在一些优选的方法中，热塑性纤维网中的纤维的至少一部分具有较高熔点的芯和较低熔点的皮。在此类情况下，较高熔点的芯应优选地为至少25℃。

脉冲电磁辐射可来自能够生成足够的积分通量和脉冲持续时间的任何来源，以实现非织造纤维网的足够加热，从而使颗粒涂层更紧密地结合到其上。至少三种类型的来源可对此目的有效：闪光灯、激光器和快门灯。适当来源的选择将通常受所需的工艺条件(例如，线速度、线宽、光谱输出和成本)的影响。

优选地，脉冲电磁辐射使用闪光灯生成。其中氙闪光灯和氪闪光灯是最常见的。两者均在200纳米至1000纳米的波长范围内提供宽的连续输出，然而与在300nm至750nm的波长范围内具有更多相对输出的氙闪光灯相比，氪闪光灯在750nm至900nm的波长范围内具有更高相对输出强度。一般来讲，氙闪光灯对于大多数应用是优选的，尤其是涉及石墨颗粒的那些应用。许多合适的氙闪光灯和氪闪光灯可从供应商诸如马萨诸塞州沃尔瑟姆的埃赛力达科技公司(Excelitas Technologies Corp.of Waltham,Massachusetts)和德国哈瑙的贺利氏公司(Heraeus of Hanau,Germany)商购获得。

在另一个实施方案中，脉冲电磁辐射可使用脉冲激光器生成。合适的激光器可包括例如准分子激光器(例如，XeF(351nm)、XeCl(308nm)和KrF(248nm))、固态激光器(例如，ruby(694nm))和氮激光器(337.1nm)。

在又一个实施方案中，脉冲电磁辐射使用连续光源和快门(优选用来减少快门的过热的旋转孔/快门)来生成。合适的光源可包括高压汞灯、氙灯和金属卤化物灯。

为了达到最大效率，电磁辐射光谱优选地在被颗粒强烈吸收的波长下最强烈，但这不是要求。同样，就反射颗粒而言，电磁辐射光谱优选地在其中颗粒为反射最少的光谱区域中最强烈，但这不是要求。

优选地，脉冲电磁辐射源能够生成具有高强度(高功率/单位面积)的高积分通量(能量密度)，但这不是要求。这些条件确保吸收足够的热量以实现颗粒对纤维的增加的粘附性。然而，强度和积分通量的组合不应太大/高以引起非织造纤维网中纤维的烧蚀、过度降解或挥发。合适条件的选择在本领域的普通技术人员的能力范围内。

为了使不能与非织造纤维网上的颗粒相互作用的纤维的内部部分的加热最小化，脉冲持续时间优选为短的；例如，小于10毫秒、小于1毫秒、小于100微秒、小于10微秒或甚至小于1微秒，但这不是要求。

为了在连续制造工艺中实现高线速度，不仅脉冲电磁辐射应优选地是强的，而且暴露区域优选地是大的，并且脉冲重复率优选地是快的(例如，100Hz至500Hz)。

为了评估耐久性，所得的暴露颗粒涂覆的非织造纤维网可在约22℃(例如室温)下浸入诸如异丙醇的溶剂中持续固定的间隔(例如，1、2、3、4、或甚至5分钟或更长时间)，然后将其移除，干燥并称重。然后可通过减法运算测定粉末的重量损失。溶剂应被选择成使得其不溶解非织造纤维网。

优选地，非织造制品的微粒涂层充分结合到非织造纤维网，使得在22℃下浸入异丙醇中一分钟之后，至少15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、或甚至至少90％的微粒涂层保持结合到非织造纤维网。

本公开的选择实施方案

在第一实施方案中，本公开提供了一种制备非织造制品的方法，所述方法包括将设置在可热软化的非织造纤维网上的颗粒涂层暴露于具有200纳米至1000纳米范围内的至少一个波长的脉冲电磁辐射，其中所述颗粒涂层包含松散结合的不同颗粒，所述松散结合的不同颗粒彼此不化学键合并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网之外的粘结剂材料中，并且其中所述脉冲电磁辐射具有足够的积分通量和脉冲宽度以增加松散结合的不同颗粒的至少一部分与可热软化的非织造纤维网之间的键合力。

在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的方法，其中所述颗粒涂层包含石墨或六方氮化硼中的至少一种。

在第三实施方案中，本公开提供了根据第一或第二实施方案所述的方法，其中所述颗粒涂层基本上由石墨组成。

在第四实施方案中，本公开提供了根据第一至第三实施方案中任一项所述的方法，其中所述脉冲电磁辐射使用闪光灯生成。

在第五实施方案中，本公开提供了根据第一至第三实施方案中任一项所述的方法，其中所述脉冲电磁辐射使用脉冲激光器生成。

在第六实施方案中，本公开提供了根据第一至第三实施方案中任一项所述的方法，其中所述脉冲电磁辐射使用连续光源和快门生成。

在第七实施方案中，本公开提供了根据第一至第六实施方案中任一项所述的方法，其中所述可热软化的非织造纤维网包含具有较高熔点的芯和较低熔点的皮的纤维。

在第八实施方案中，本公开提供了根据本公开的第一至第七实施方案中任一项制备的非织造制品。

在第九实施方案中，本公开提供了一种非织造制品，所述非织造制品包括其上设置有颗粒涂层的可热软化的非织造纤维网，其中所述颗粒涂层包含不同的颗粒，所述不同的颗粒彼此不化学键合并且不保留在除了可热软化的非织造纤维网之外的粘结剂材料中，并且其中所述颗粒涂层在22℃下浸入异丙醇中一分钟之后保留至少60％。

在第十实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案所述的非织造制品，其中所述颗粒涂层包含石墨或六方氮化硼中的至少一种。

在第十一实施方案中，本公开提供了根据第九或第十实施方案所述的非织造制品，其中所述颗粒涂层基本上由石墨组成。

在第十二实施方案中，本公开提供了根据第九至第十一实施方案中任一项所述的非织造制品，其中颗粒涂层在22℃下浸入异丙醇中一分钟之后保留至少90％。

在第十三实施方案中，本公开提供了根据第九至第十二实施方案中任一项所述的非织造制品，其中所述可热软化的非织造纤维网包含具有较高熔点的芯和较低熔点的皮的纤维。

通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其他条件和细节不应视为对本公开的不当限制。

实施例

除非另有说明，否则实施例及本说明书的其余的部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。用于实施例中的所有试剂均获自或购自一般化学品供应商，例如密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,Saint Louis,Missouri)，或者可通过常规方法合成。

实施例中使用的材料

用于将石墨涂覆到基底上的一般方法

为了制备下文所述的实施例和比较例，将石墨涂层施加在PE非织造基底上，方法是将大约1.5英寸(3.8cm)乘10英寸(25.4cm)尺寸的非织造材料条带和少量的MICRO850放置在可密封塑料袋中。然后密封并摇动所述袋，直到PE非织造材料明显地被石墨覆盖。然后移除非织造材料，并且通过在40磅/平方英寸的压力下用压缩氮气吹扫来移除过量的石墨颗粒。

通过在所述方法之前和之后测量样品的重量来测定沉积在PE非织造膜上的石墨涂层的相对量。

用于测定耐久性的一般方法

测试根据下文所述的实施例和比较例制备的样品的耐久性(涂层的弹性)。

将非织造样品在室温(22℃)下完全浸入(即，浸没)IPA浴中，并且用手搅拌1分钟。然后移除样品并铺展到化学通风橱中的干净表面上，并使其完全干燥。

所有报告的保留的石墨百分比(％R)均由以下公式计算：

其中M_g,i为在恰好浸入异丙醇中之前非织造材料上的石墨的质量，并且M_g,w为在洗涤步骤之后保持在非织造材料上的石墨的质量。

实施例1至11(EX-1至EX-11)和比较例A(CEX-A)

CEX-A和EX-1至EX-12为如上所述制备的石墨涂覆的PE非织造基底。对于CEX-A，基底未经受IPL并且为对照样品。EX-1至EX-11通过使样品经受强脉冲光照射(IPL)来制备。在所有IPL的情况下，所用的来源为Xe闪光灯，其可从马萨诸塞州威明顿的氙气公司(XenonCorporation,Wilmington,Massachusetts)商购获得，作为配备有C型灯泡的SINTERON S-2100Xe闪光灯。将样品放置在用于照射过程的石英板下方。

对于EX-1，以1Hz的脉冲速率和0.1J/cm²的能量密度处理基底1次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-2，以1Hz的脉冲速率和0.1J/cm²的能量密度处理基底3次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-3，以1Hz的脉冲速率和0.1J/cm²的能量密度处理基底5次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-4，以1Hz的脉冲速率和0.2J/cm²的能量密度处理基底1次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-5，以1Hz的脉冲速率和0.2J/cm²的能量密度处理基底3次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-6，以1Hz的脉冲速率和0.2J/cm²的能量密度处理基底5次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-7，以1Hz的脉冲速率和0.3J/cm²的能量密度处理基底1次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-8，以1Hz的脉冲速率和0.3J/cm²的能量密度处理基底3次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-9，以1Hz的脉冲速率和0.3J/cm²的能量密度处理基底5次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-10，以1Hz的脉冲速率和0.4J/cm²的能量密度处理基底1次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

对于EX-11，以1Hz的脉冲速率和0.4J/cm²的能量密度处理基底3次。然后移除基底并翻转，并且在基底的背面上重复该处理。

下表1报告了对PE非织造材料的IPL效果和保留的石墨涂层的测得份数(f)。

表1

实施例	IPL脉冲/侧	能量密度/脉冲，J/cm<sup>2</sup>	％R
				CEX-A	0	0	4.9
EX-1	1	0.1	16.6
				EX-2	3	0.1	26.8
EX-3	5	0.1	31.5
				EX-4	1	0.2	18.6
EX-5	3	0.2	44.0
				EX-6	5	0.2	45.4
EX-7	1	0.3	16.5
				EX-8	3	0.3	52.3
EX-9	5	0.3	60.5
				EX-10	1	0.4	34.8
EX-11	3	0.4	91.0

比较例B至D(CEX-B至CEX-D)

对于CEX-B至CEX-D，将非织造材料PE的样品在725G Isotemp型实验室烘箱(新罕布什尔州汉普顿的飞世尔科技公司(Fisher Scientific,Hampton,New Hampshire))中加热。将样品置于预热烘箱中的铝托盘上持续指定的时间量。结果报告于下表2中。

表2

实施例	温度，℃	持续时间，分钟	％R
				CEX-B	105	5	27.5
CEX-C	105	15	37.0
				CEX-D	105	30	54.8

以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。