具有拉伸能力改進的密封外表面的粘合聚酯填充纖維棉絮的制作方法

專利名稱：具有拉伸能力改進的密封外表面的粘合聚酯填充纖維棉絮的制作方法
技術領域：
本發明涉及粘合聚酯填充纖維棉絮拉伸能力的改進。
背景技術：
聚酯填充纖維(有時稱為聚酯填充纖維材料)作為枕頭、襯墊和其他裝飾材料，包括床上用品材料的合理廉價的填充和/或隔熱材料，以及在服裝方面均是被廣泛接受的，并且在商業上已大量制造和使用。對于許多這些用途，象例如Tolliver的US 3772137；Stanistreet的US 4068036；Scott的US 4129675；Pamm的US 4281042；Frankosky的US 4304817；Siniscalchi的US 4551383；和LeVan的US 4869771中公開的，理想的是例如通過噴涂通常為丙烯酸聚合物的樹脂粘合劑，或通過將聚酯填充纖維與諸如現有技術中公知的粘合劑纖維共混，或通過同時使用樹脂粘合劑和粘合劑纖維來制造粘合的棉絮。
為了改善聚酯填充纖維的外觀，一般證明理想的是“磨光”帶有耐久(即耐洗)涂料涂層的填充纖維，所述涂料通常為硅氧烷，即例如Hofmann的US 3271189；Mead等的US 3454422；Ryan的US3488217；Salamon等的US 4146674；LeVan的US 4869771；TakemotoOil and Fat Co.，Ltd.的日本公開申請58-214585(1983)公開的固化聚硅氧烷；或諸如由例如Marcus的US 4818599公開的聚烯化氧類的其他類型涂料。
US 5527600公開了一種容易制造的、均勻的棉絮，其特征是符合穿戴者身體的柔軟性和懸垂性、良好的隔熱性能、即使在洗滌后也具有的纖維穿過面料的低泄漏水平，增強的耐清洗/干燥或干洗的耐洗滌性，以及增強的結構整體性，從而使棉絮不需要將其縫入小尺寸的飾條就能自由懸垂。然而，對于某些用途，特別是在服裝方面，希望提供具有一定程度“可拉伸”特征的棉絮，使得由可拉伸面料和可拉伸毛層制成的服裝因具有增強的活動自由度而可舒適地控制。
發明概述本發明通過提供可拉伸的毛層解決了現有技術的問題。本發明毛層的“可拉伸性”通過毛層的拉伸應變測量，因為拉伸應變是給定負載下材料中有多少拉伸的量度。因此，根據本發明，提供了一種粘合毛層，其包含與粘合用纖維緊密混和的聚酯填充纖維的混紡紗，其中該毛層在3磅負載下具有大于約35％的拉伸應變。
本發明的毛層的拉伸應變通過制造該毛層的加工條件實現。因此，根據本發明的另一方面，提供了制備粘合毛層的方法，包括形成與粘合用纖維緊密混和的聚酯填充纖維混紡紗，由所述混紡紗制備連續的毛層，所述毛層具有一個上表面和一個下表面，推進所述毛層通過一個或多個噴射區，使毛層的兩面都噴上樹脂，在烘箱中加熱已噴涂的毛層以固化樹脂并軟化粘合劑材料，然后在200-220℃下將熱毛層熱輥約8秒，實現毛層表面上樹脂與纖維間的緊密接觸，并冷卻輥軋的毛層。這種熱輥軋用S形抱輥構型的熱軋輥進行。軋輥可具有2-10mm間隙，取決于要求的最終棉絮厚度。
附圖簡述

圖1表示根據現有技術制成的毛層的一組拉伸應變曲線。
圖2表示根據本發明制成的毛層的一組拉伸應變曲線。

發明內容
因此，本發明通過首先制備聚酯填充纖維(占混紡紗重量的70-96％)和合適的粘合用纖維(占混紡紗重量的4-30％)的均勻混紡紗，提供了例如用于優質服裝所需要的填充纖維毛層。該混紡紗可在梳理機或扯松機上轉換成織物，然后成層或交叉搭接形成棉絮，并通過例如噴涂在其上表面(優選地也連續地在其下表面)上涂覆合適的膠乳(例如丙烯酸聚合物和/或共聚物在水中的膠態分散體，將在下文更詳細討論)。加熱已噴涂的棉絮，例如方便地通過熱烘箱加熱，以干燥涂層和將聚合物組分聚合至高分子量，并活化粘合用纖維。可通過這種烘箱例如三遍來方便地干燥，兩遍用于依次干燥并部分固化每一涂層，每一面都這樣干燥后，最后一遍補充其他面，并保證準備進行任何熱輥軋的粘合用纖維的活化，其中粘合毛層通過呈S形抱輥構型的熱軋輥，以軟化和分散固化的樹脂，并保證樹脂在毛層表面(大表面)中的纖維間完全且均勻的分布，以避免纖維通過毛層的這些表面泄漏，并同時保證毛層達到要求的厚度。
本文所用樹脂根據不同制造商而分別稱為“柔軟”或“適中”或甚至“非常柔軟”，但其特征是都具有約0℃或更低，且優選約0℃至約-30℃的二級玻璃化轉變溫度(Tg)。它們在用于例如服裝時都給毛層提供柔軟性和懸垂性，同時起到防止纖維從毛層漏出的阻擋層的作用。毛層中纖維(即聚酯填充纖維與粘合用纖維的混紡紗)的重量稱為毛層的“基重”，即噴涂密封樹脂前的重量。最終毛層可具有1.5至12oz/yd2(50至400g/m2)的基重和0.07至0.20英寸/oz/yd2(0.05至0.15mm/g/m2)的厚度。
因此本發明的毛層由聚酯填充纖維與粘合用纖維的混紡紗制備，且面層中的纖維用合適的柔軟型樹脂涂層密封。聚酯填充纖維可以都被磨光，例如本文描述的那樣，或可以是磨光的和不磨光的纖維的混紡紗。填充纖維可以是實心的、中空的，或實心與中空纖維的混紡紗，且不限于任何纖維截面類型，即它可以是十字形、三葉形、Y形、啞鈴形、荷葉形橢圓，和其他非圓形截面，以及圓形。填充纖維具有0.2至10的旦/絲(dpf)，非常有用的是約1.50至1.65的dpf，并構成混紡紗(重量)的約70-96％。兩種計量單位，例如dtex和旦在本文都采用，1dtex等同于0.9旦/絲(dpf)。每根纖維都用傳統方法提供卷曲，一般表現為5-15卷/英寸(cpi)，并具有3/4至3英寸的長度。粘合用纖維構成毛層(重量)的約4-30％，可以是殼/核型(s/c)、并列型(s/s)或單組分型。它們可以由(共)聚酯、聚烯烴、聚烯烴/聚酯、聚酰胺/聚酰胺等獲得。粘合用纖維的可用類型及它們的作用模式描述在例如“Nonwovens World”，三月/四月，1990，37頁中。混紡紗中合適的粘合用纖維的初始dpf一般在2-15的范圍，常用dpf為4。可用的粘合用纖維包括上述Scott、Pamm、Frankosky和Marcus的美國專利中公開的那些，和Harris等的US 4732809；Taniguchi等的US 4789592；Tomioka等的US 4500384；Hirose等的日本專利公開Kokai 57-210015(1982)中公開的那些；以及將在本文公開的烘箱溫度內起作用的現有技術中已知的其他纖維。優選的粘合用纖維包括市售的“Melty 4080”(Unitika Co.，日本)和“ES”及“EA”聚烯烴(Chisso Corporation，日本)。
毛層兩個表面上的固化樹脂涂層可方便地構成最終粘合毛層重量的約10-30％，對于1.5至1.65dpf(1.83dtex)優選的是12-25％，樹脂用量太少會降低耐洗性和密封率，而用量太多又會增加硬度并降低隔熱效率。而且表面上樹脂的用量不必取決于棉絮的基重，因此，對于較重的棉絮，總樹脂加入量可以低至3％，甚至對于磨光的填充纖維毛層也是如此。對于完全干燥的(未磨光的)纖維，比采用磨光的填充纖維時需要的樹脂更少。
如上所述，合適的密封樹脂具有約0℃或更低的Tg。可用的樹脂從市售的丙烯酸和乙烯基膠乳組合物獲得，其中包括例如Rhoplex E-32(Rohm and Haas Co.)、TR-934(Rohm and Haas Co.)、X-4280J(Kanebo，日本)，B.F.Goodrich Co.的這類Hycar□膠乳組合物26146、26171、26322、26083、26092、2671、26120、2679、26796，National Starch and Chemical Corporation的這類膠乳產品NACRYLIC X 4445、NACRYLIC X 788-6007、NACRYLIC X 4483、NACRYLICX 4460、NACRYLIC X 4260、NACRYLIC X 4425、NACRYLIC X 4465、NACRYLIC 4401、NACRYLIC X 78-3990、NACRYLIC X 78-3997、NACRYLICX 78-3905、NACRYLIC X 4280、NACRYLIC 4441、NACRYLIC 78-614、X-LINK 2873、X-LINK 2849、X-LINK 78-6119、X-LINK 2893、X-LINK2833、X-LINK 78-6004、X-LINK 2813、RESYN 2375、DUR-O-SET E-230、DUR-O-SET E-669，以及可固化成Tg值為約0℃或更低的樹脂的其他市售膠乳。某些這種市售樹脂及其Tg值列于手冊中，例如B.F.Goodrich，1989年出版，標題為“HYCAR□Acrylic Latexes”的手冊，和National Starch and Chemical Corporation，標題為“Binders，Saturants，Laminants”的手冊。由于密封樹脂的Tg達到(比0℃)低得多的溫度，這種樹脂往往變得更粘稠。盡管這種樹脂能給棉絮表面提供良好的密封和良好的耐洗滌性能，但密封樹脂的粘著性會帶來縫紉問題，需要降低縫紉速度，而這一般是不優選的。因此，根據本發明采用的密封樹脂的Tg優選的為約0℃至約-30℃。
毛層的制備一般從傳統的打開和混合聚酯填充纖維和粘合用纖維開始，然后梳理或扯松而制造織物。該織物可與來自梳棉機組或扯松機組的其他織物層壓，或與其他織物交叉搭接和結合，形成非粘合的棉絮。然后用膠乳組合物在棉絮的一面或兩面上噴涂該棉絮，并送入烘箱中固化樹脂和粘合粘合用纖維。烘箱處理在150-190℃下進行2-5分鐘，可如上所述方便地將毛層烘干三遍。然后將粘合的毛層穿過/繞過(優選至少兩個)表面溫度為200-220℃的熱輥(可用兩個以上軋輥)。棉絮的構型是S型抱輥，使其與軋輥最大接觸。軋輥可根據最終希望的棉絮厚度具有2-10mm的間隙。在該處理中，如果希望，可僅加熱一個軋輥，即使要密封毛層的兩面，也可穿過/繞過軋輥第二次，以加熱毛層反面，如果希望密封兩面。軋輥上的接觸時間為約8秒。這種熱輥處理軟化和分散樹脂，保證樹脂徹底和均勻地分布在毛層表面，防止纖維泄漏，并提供無瘤節的均勻表面，賦予舒適和美觀的使用性能。毛層表現出前文指出的基重和厚度范圍。
本發明的毛層表現出理想的耐熱或隔熱水平，通常作為CLO等級報導(見Hwang的US 4514455)。本發明的毛層理想地表現出至少約0.36CLO/oz/yd2，優選0.48CLO/oz/yd2或更高的CLO值。
可以理解的是，此處描述的組分和方法的選擇應能提供本發明的毛層。必須小心選擇確實能提供如此效果的結合。例如，纖維上的磨光劑和施加到毛層的膠乳的選擇應能充分地粘合，使最終毛層表現出例如足夠的耐洗滌性能。
測試方法CLO等級如上述Hwang的專利中描述的那樣獲得。
本發明以及比較例的毛層的耐洗滌性等級(“WD”)通過ASTMD-4770-88的方法評價，飾條的尺寸為24英寸×24英寸，并根據8.6.1段進行的測量報導。本發明的毛層表現出3或更高(8.5段標度)的等級。
穿過面料的纖維泄漏或滲濾通過LeVan的US 4869771中描述的方法作為密封等級(“SR”)測量(除非另外指出，均指三次洗滌循環后)，密封等級(SR)為5時優異，密封等級(SR)為1時差。本發明的毛層表現出3或更高(三次洗滌循環后)的密封等級(SR)。在表1和3中，另外報導了在一次洗滌(1W)后以及三次洗滌(3W)后的密封值，并與未進行任何洗滌前(NEW)的初始值比較。
本發明毛層的柔軟性或懸垂性根據German Industrial Standard53362 Cantilever(DIN 53362 Cantilever)測量，該方法確定和概括了棉絮在機器方向和橫向機器方向上的彎曲韌性(“B”)；結合的結果涉及懸垂性和柔軟性。棉絮測試試樣針對這些測量切成25cm長和2.5cm寬，測試試樣針對這些測量在機器方向(MD)和橫向機器方向(XD)上切斷。對每個測試試樣稱重并記為“W”。然后通過在平臺上水平滑動測試試樣，直到彎曲測試試樣前端達到41度30秒的角度，確定彎曲長度(“LU”)。然后進行以下計算B＝F1(LU/2)3其中B＝彎曲韌度，cN/cm2LU＝彎曲長度，cmF1＝9.8×(W/L)W＝樣品試樣的重量，gL＝試樣樣品長度，cm本發明的毛層表現出80cN/cm2或更低的彎曲韌度(“B”是由該毛層的MD和XD試樣測定的值的和)，優選的是較低的彎曲韌度。
實施例本發明在以下實施例中進一步說明，除非另外指出，所有份和百分比均為重量的，計算基于“BW”(基重，即僅基于聚酯填充纖維和粘合用纖維的量，即不包括表面噴涂添加以改善密封的樹脂)。
實施例1將(1)1.5dpf(1.66dtex)、實心、圓形截面、51mm切斷長度、帶有聚烯化氧磨光劑的聚對苯二甲酸乙二酯短纖維，(2)42.5％、1.5dpf、實心、圓形截面、51mm切斷長度、無磨光劑的聚對苯二甲酸乙二酯短纖維和(3)15％(重量)的“Melty 4080”粘合用纖維(4dpf，2英寸切斷長度)的混紡紗的82磅試樣通過傳統的機械開棉機開松并喂入給料斗。在該混紡紗中，粘合用纖維已在開松和梳理前與填充用纖維結合。
將混合纖維送入兩個分開的扯松機(garnet)，分別制備約60英寸寬和約1oz/yd2(34g/m2)基重的連續織物。每種織物穿過分開的交叉搭接機，制備交叉搭接的毛層，并置于速度約為8yd/min(7.3m/min)的傳送帶上。傳送帶收集并結合兩種交叉搭接的毛層，形成最終的基重約為2.7oz/yd2(90g/m2)的多層毛層。在連續運行中，該毛層通入噴射區，將Kanebo的X-4280J膠乳(Tg為-4℃)施加到毛層的上表面，然后通入3路徑烘箱(施加足夠的膠乳，在毛層上提供9％(重量)的固化樹脂)。該路徑為150℃，在烘箱中停留約1分鐘期間固化樹脂并活化粘合用纖維。毛層離開烘箱后，反轉，在毛層頂面(“新”)施加膠乳，毛層通過第二傳送帶送入烘箱的第二路徑(170℃)，固化樹脂并活化粘合用纖維(在毛層的該表面上得到9％(重量)的樹脂，制成共18％(重量)樹脂的毛層)。將棉絮送入烘箱的第三路徑(170℃)，另外再加熱毛層幾分鐘(共加熱3分鐘)。
粘合的毛層通過呈S形抱輥構型的一對熱軋輥(輥表面為220℃)，與輥的接觸時間約8秒鐘；輥分開6mm。該棉絮(18％樹脂，15％粘合用纖維)具有3.33oz/yd2的重量、0.37英寸的厚度，表現出的洗滌耐久性(WD)等級為4，密封等級(SR)為5，總彎曲韌度(B)為37.8cN/cm2。測量所制備毛層的應力/應變性能示于下表2和圖2中。該附圖比較了本發明熱軋輥方法的不同溫度、時間和輥間隙的效果。在該附圖中，同樣的試樣裝載和卸載四次，得到四條曲線。該毛層的其他性能如下表1中的項目1所示。
比較例1在該比較例中，由(1)1.5dpf(1.66dtex)、實心、圓形截面、帶有硅氧烷磨光劑的聚對苯二甲酸乙二酯短纖維，(2)27％、1.65dpf、實心、圓形截面、51mm切斷長度、無磨光劑的聚對苯二甲酸乙二酯短纖維和(3)18％(重量)的“Melty 4080”粘合用纖維的混紡紗制備另一種毛層。同樣，如實施例1所示，在該混紡紗中，粘合用纖維已在開松和梳理前與填充纖維結合。
用與上述實施例1中相同的扯松方法，以及Tg低于約0℃的相同的密封樹脂(Kanebo的X-4280J，Tg為-4℃)制備毛層。用于制備該棉絮的方法與實施例1相同，不同的是熱軋輥過程。在該比較例中，粘合的毛層通過呈S形抱輥構型的一對熱軋輥(輥表面為200℃)，與輥的接觸時間約12秒鐘；輥分開2mm。將毛層壓緊到約一半的原始厚度，并卷成一卷。測量這樣制備的毛層的應力/應變性能示于圖1。同樣，在該附圖中，同樣的試樣裝載和卸載四次，得到四條曲線。該毛層的其他性能如下表1中的項目2所示。
表1

權利要求
1.一種粘合毛層，包含與粘合用纖維緊密混合的聚酯填充纖維的混紡紗，其中毛層具有3磅負載下大于35％的拉伸應變。
2.權利要求1的粘合毛層，其中毛層與低熔點粘合劑材料以占毛層重量約2-25％(重量)的補足量完全粘合。
3.權利要求1的粘合毛層，其中聚酯填充纖維占毛層的約70-96％(重量)，粘合用纖維占毛層的約4-30％(重量)。
4.權利要求1的粘合毛層，其中毛層的上表面和下表面用玻璃化轉變溫度(Tg)為約0℃或更低的樹脂密封，用量占毛層的約10-30％(重量)。
5.制備粘合毛層的方法，包括形成聚酯填充纖維與粘合用纖維的混紡紗，用該混紡紗制備連續的毛層，所述毛層具有上表面和下表面，將毛層推過至少一個噴涂區，從而用樹脂噴涂毛層的兩個表面，在烘箱中加熱噴涂的毛層，固化樹脂并軟化粘合劑材料，然后在200-220℃熱輥軋加熱的毛層約8秒，實現毛層表面上樹脂與纖維間的緊密接觸，并冷卻已輥軋的毛層。
6.權利要求5的方法，其中熱輥軋通過S形抱輥構型的熱軋輥進行。
7.權利要求5的方法，其中軋輥具有2-10mm的間隙。
8.權利要求5的方法，其中聚酯填充纖維占毛層的約70-96％(重量)，粘合用纖維占毛層的約4-30％(重量)。
9.權利要求5的方法，其中樹脂占包括該樹脂在內的已噴涂毛層的約10-300％(重量)。
10.權利要求4的方法，其中所選擇的樹脂在固化后提供玻璃化轉變溫度(Tg)約0℃或更低的固化樹脂。
全文摘要
用于服裝和其他用途的具有增強的拉伸能力的聚酯填充纖維毛層用聚酯纖維和粘合用纖維制成，通過在某種特定條件下的烘箱粘合和熱輥軋處理，用軟化的樹脂噴涂。這樣提供的粘合棉絮的特征在于柔軟性和懸垂性、良好的隔熱性能、纖維通過面料泄漏或滲濾的水平低、當通過洗滌/干燥或通過干洗洗滌時具有增強的耐久性，以及增強的結構整體性，從而不必縫入小尺寸的飾條就能自由懸垂，以及改進的拉伸能力。
文檔編號D04H1/58GK1612959SQ03801939
公開日2005年5月4日 申請日期2003年1月3日 優先權日2002年1月4日
發明者P·K·F·蘇 申請人:納幕爾杜邦公司