具有排流層的可透氣衣服的製作方法

2023-05-22 09:41:46

專利名稱：具有排流層的可透氣衣服的製作方法
技術領域：
本發明涉及包含可透氣的複合織物和任選的包封該複合織物的內織物層和外織 物層的衣服，所述複合織物由兩個納米纖維網層和它們之間的排流層構成。
背景技術：
長期以來，人們希望使衣服能夠不易受到流體例如雨水、血液和油的透溼，尤其是 在高壓點或高壓區域諸如肘部和褲的座區。眾所周知，向衣服中加入可透氣並且防水的膜可在賦予衣服透氣性的同時使衣服 防水，從而讓使用者感覺更加舒適。例如膨脹的聚四氟乙烯(ePTFE)膜已被用於該應用中。隨著時間的推移，以身體油脂和流出物形式的汙垢可堵塞薄膜中的孔，從而嚴重 影響膜的性能。人們曾嘗試通過向所述膜塗覆允許水蒸汽通過的聚合物以便對該膜進行保 護，但這會導致衣服的透氣性下降。因此，需要在使用壽命和舒適性之間進行權衡。期望提供具有改善的透溼抗性(尤其是在高壓區域)而不會不利地影響衣服的透 氣性的衣服。發明概述本發明涉及一種衣服，該衣服包括可透氣的複合織物、外織物層和內織物層，所述 可透氣的複合織物包括兩個納米纖維網層和設置在它們之間的多孔的排流層。發明詳述術語「納米纖維層」、「納米纖維網層」、「納米纖維網」和「納米網層」在本文中可互 換使用，其是指包含納米纖維的非織造材料。如本文所用，術語「納米纖維」是指具有小於約lOOOnm，甚至小於約800nm，甚至介 於約50nm和500nm之間，並且甚至介於約100和400nm之間的數均直徑的纖維。就非圓形 橫截面的納米纖維而言，如本文所用，術語「直徑」是指最大的橫截面尺寸。術語「非織造材料」是指包括多根無規分布的纖維的纖維網。纖維通常可以彼此 結合，或者可以不結合。纖維可以是短纖維或連續纖維。纖維可包含一種材料或多種材料， 也可以是不同纖維的組合，或者是分別包含不同材料的類似纖維的組合。所謂「衣服」是指由使用者穿著以覆蓋或保護使用者身體的某些部位免受氣候或 體外環境中的其他因素影響的任何物品。例如外套、夾克、褲子、帽子、手套、鞋子、襪子、和 襯衫均被認為是符合該定義的衣服。當術語「外」被用於描述層的位置時，其是指衣服的背向穿著者的表面。術語「內」 是指面向使用者的衣服的一側。術語「壓延」是指使纖維網穿過兩個輥之間的輥隙的工藝。輥可以彼此接觸，或者 可以在輥表面之間有固定的或可變的間隙。「無圖案的」棍是指在能夠製造它們的過程中具 有平滑表面的輥。當纖維網通過輥隙時，沒有點或圖案使得可在纖維網上特意生成圖案，這 不同於點粘合輥。術語「稀鬆布」、「基底」和「支撐層」可互換使用，其是指任何平面結構；納米網可 與所述結構結合、粘附或層壓。有利的是，可用於本發明的稀鬆布層為紡粘非織造層，但也可由非織造纖維的梳理纖維網等製成。可用於本發明的衣服的複合織物的納米纖維網層可通過靜電紡紗諸如傳統的靜 電紡紗或電吹法來生產，並且在某些情況下可通過熔噴法來生產。傳統的靜電紡紗是在全 文併入本文中的美國專利4，127，706中所述的技術，其中向聚合物溶液施加高電壓以生成 納米纖維和非織造墊。然而，靜電紡紗法中的總生產能力太低，因此無法商業化生產基重較 大的納米網。電吹法在PCT專利公布W0 03/080905中有所公開，其全文以引用方式併入本文。 將包含聚合物和溶劑的聚合物溶液流從儲罐送至噴絲頭內的一系列紡絲噴嘴中，向噴絲頭 施加高電壓，聚合物溶液經噴絲頭排出。同時，任選地加熱的壓縮空氣由空氣噴嘴排出，該 空氣噴嘴設置在紡絲噴嘴的側面或周邊。通常向下引導空氣以形成吹氣流，吹氣流包裹住 新排出的聚合物溶液並使其向前，並且有助於形成纖維網，纖維網被收集在真空室上方的 接地多孔收集帶上。電吹法使得可在相對短的時間周期內形成商用尺寸和數量的納米纖維 網，其基重超過約lgsm，甚至高達約40gsm或更高。對於可用來製備本發明的納米網的聚合物材料並沒有特別限制，所述聚合物材料 包括加聚物和縮聚物材料諸如聚縮醛、聚醯胺、聚酯、聚烯烴、纖維素醚和纖維素酯、聚亞烷 基硫、聚亞芳基氧、聚碸、改性聚碸聚合物、以及它們的混合物。這些種類中優選的材料包括 交聯和非交聯形式的、不同水解程度(87%至99. 5%)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯 (和其他丙烯酸類樹脂)、聚苯乙烯、和它們的共聚物(包括ABA型封端共聚物)、聚(偏二 氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。優選的加聚物往往是玻璃狀的(Tg大於室溫)。聚 氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚合物的組合物或合金或低結晶度的聚偏氟乙烯和 聚乙烯醇材料便是如此。一類優選的聚醯胺縮聚物為尼龍材料，例如尼龍_6、尼龍-6，6、尼 龍6，6-6，10等。當通過熔噴法形成本發明的聚合物納米纖維網時，可使用能夠熔噴形成納 米纖維的任何熱塑性聚合物，包括聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯；聚酯，例如聚對苯 二甲酸乙二醇酯；以及聚醯胺，例如上述尼龍聚合物。納米網可由相同的聚合物形成，或者 納米網可各自由不同的聚合物形成。可能有利的是，向上述多種聚合物中加入本領域已知的增塑劑以降低纖維聚合物 的Tg。在本文中Tg被定義為聚合物經歷從玻璃態向橡膠態轉變時的溫度。適合的增塑劑 取決於將被靜電紡紗或電吹的聚合物，並且取決於納米纖維網具體的最終應用。例如，尼龍 聚合物可用水或甚至用靜電紡紗或電吹工藝中的殘餘溶劑來增塑。可用於降低聚合物Tg 的本領域已知的其他增塑劑包括但不限於脂族二元醇類、芳族磺胺類、鄰苯二甲酸酯類。鄰 苯二甲酸酯類包括但不限於選自下列的那些鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二己酯、鄰苯 二甲酸二環己酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸雙十一酯、鄰苯二 甲酸雙十二酯、以及鄰苯二甲酸二苯酯等。「Handbook of Plasticizers」(增塑劑手冊) (George Wypych編輯，2004 Chemtec Publishing)公開了可用於本發明的其他聚合物/增 塑劑組合，該文獻以引用方式併入本文。本發明的初生納米纖維網可被壓延以賦予本發明織物所需的物理特性，如提交於 2006年9月20日的共同未決的美國專利申請11/523，827中所公開，該專利申請全文以引 用方式併入本文。可將初生納米網餵送到兩個無圖案輥之間的輥隙中，其中一個輥是無圖 案的軟輥，一個輥是無圖案的硬輥，並且將硬輥的溫度保持在Tg和Tom之間的溫度，其中Tom在本文中被定義為聚合物開始熔融的溫度，使得納米網的納米纖維在穿過壓延輥隙時 處於塑性狀態。輥的組成和硬度可以變化以生成織物的所需最終使用特性。一個輥可以是 硬金屬例如不鏽鋼，另一個輥可以是軟金屬或聚合物塗覆的輥或硬度小於Rockwell B 70 的複合材料輥。纖維網在兩個輥之間的輥隙中的停留時間由纖維網的線速度控制，所述線 速度優選介於約lm/min和約50m/min之間，並且兩輥之間的佔有面積為纖維網與雙輥同時 接觸時的縱向距離。該佔有面積受施加在兩輥之間的輥隙處的壓力所控制，並通常以輥的 每線性橫向尺寸上的力來測定，所述佔有面積優選介於約1mm和約30mm之間。此外，納米纖維網還可被拉伸，任選地被同時加熱至納米纖維聚合物的Tg和最低 Tom之間的溫度。拉伸可以在將纖維網餵入壓延輥中之前和/或之後進行，可以在縱向或橫 向上進行，或在兩個方向上同時進行。納米纖維網還可包括抗靜電劑、抗微生物劑、加工添加劑、著色劑等。根據本發明的可透氣的複合織物包括設置在所述兩個納米纖維層之間的排流層。 排流層通過如下方式防止經受力或壓力的流體諸如受驅動的雨水、被肘部、座區等處的壓 縮擠進的流體發生流體透溼減小流體穿透外納米網的壓力，使得內納米網經受顯著減小 的流體壓力。排流層為柔性結構，所述柔性結構具有足以允許流體快速穿過排流層並遠離 壓縮區域的厚度和平均孔徑，所述流體已透過了內納米纖維網層或外納米纖維網層並且接 觸到了排流層。排流層的平均孔徑可在排流層的任一側面上均大於內納米纖維網層和外納 米纖維網層的平均孔徑。排流層的厚度可相同於並且有利地厚於納米纖維網層的厚度。當 排流層為疏水性時，較大的孔徑和孔隙率是優選的以有利於流體的排洩。排流層的材料可 為非吸收性的和多孔的，以便在流體透入到排流層上的情況下，流體不太可能完全潤溼排 流層和/或透入到另一個納米纖維網層上。所謂「多孔的」是指該層在20mm水標下具有至 少0. 05立方米/分鐘/平方米(m7min/m2)的透氣率。可使用在20mm水標下具有200m3/ min/m2的透氣率或更大透氣率的層。作為另外一種選擇，排流層的材料可為吸收性的並且具有高芯吸速率，以便在流 體透入到排流層上的情況下，流體將被快速傳送而遠離透入點。排流層可選自紡粘非織造材料、梳理非織造材料、針刺非織造材料、氣流成網非織 造材料、溼法成網非織造材料、射流噴網非織造材料、紡粘-熔噴-紡粘非織造材料、織造織 物、編織織物、熔噴非織造材料、三維織網、納米纖維層、它們的組合等。可將排流層任選地 質構化或縐紋化以在引流層中產生溝道，所述溝道引導並有利於流體穿過排流層並遠離壓 縮區域。如果排流層包括納米纖維層，則可有利地提供對納米纖維層的親水性處理以增大 排流層的芯吸速率。在用於形成納米纖維網的方法中，排流層可用作收集基底，通過將排流層布置在 納米纖維網收集器上來收集和組合在基底上所紡成的納米纖維網。可將所得組合的纖維網 /排流層用於本發明的衣服的複合織物。由所述兩個納米纖維網層和它們之間的排流層形成的複合織物為可透氣的，並且 可具有介於約 0. 5CFM/ft2 (0. 15m3/min/m2)和約 25CFM/ft2 (7. 6m3/min/m2)之間的透氣率以 及至少約500g/m2/24hr的溼汽透過率。排流層和納米網可任選地彼此結合。所有三個層可同時通過點結合或超聲波結合 而彼此結合，或者所述三個層中的僅兩個層可結合。例如，排流層可結合到相鄰的納米纖維網層上。作為另外一種選擇，納米纖維網層可以如下方式彼此結合結合區域的圖案限定納 米網之間的空隙或空間，其中納米網未結合。排流層可設置在該空隙中，而不連結到納米網 上。合適的結合技術的實例包括粘合劑結合、熱結合諸如點結合、和超聲波結合，然而也可 利用本領域的技術人員已知的任何用於結合的方法。為了改善複合織物和包括複合織物的衣服的抗流體透溼性，可用本領域已知的含 氟化合物來處理納米纖維網層中的至少一個，優選地處理最外面的納米纖維網層，以改善 所述層的流體排斥性並且使納米纖維網層成為疏水性的和疏油性的。在粘合劑結合的情形中，所用的粘合劑可為多種粘合劑中的任何粘合劑，包括分 散體和合成膠乳。優選地，與複合織物中所用的纖維的耐化學品特性和耐熱特性相比，粘合 劑應當具有類似的或更好的耐化學品特性和耐熱特性。可能的粘合劑體系包括以下共聚物 的含水陰離子分散體丁二烯丙烯腈共聚物；基於丙烯酸酯、乙烯基和偏二氯乙烯聚合物 的共聚物和通過乳液聚合作用製備的共聚物；苯乙烯-丁二烯共聚物；以及丁二烯、苯乙烯 和乙烯基吡啶的三元共聚物。可使用不同的方法將納米網以粘合劑方式結合到排流層上。例如，可首先將納米 網在所需區域中塗布上粘合劑，然後將排流層放置成接觸塗布過的納米網上的粘合劑。施 加足夠的熱和壓力以使粘合劑流進納米網和排流層的一些孔中。如果粘合劑是可交聯的， 則粘合劑會由於受熱而發生交聯，因而導致納米網和排流層的機械連結。在一個優選的實 施方案中，納米網和排流層使用合適的層壓技術來結合，諸如使材料在足以熔融粘合劑的 溫度下穿過輥隙。咬送輥中的一個在其表面上可具有凸起圖案以在層壓體中產生點結合圖 案。複合織物在衣服中位於外織物層和內織物層之間。有許多種天然織物和合成織物 是已知的並且可用作外織物層和內織物層。通常，設計用作耐用外衣的衣服由相對疏鬆織 造的織物構成，該織物由具有相對低強度或韌度的天然和/或合成纖維(例如尼龍、棉、聚 酯、聚丙烯酸類、聚丙烯等)製成，每種纖維可具有小於約8克/旦尼爾(gpd)，更典型小於 約5gpd，以及在某些情況下小於約3gpd的拉伸強度或韌度。此類材料可具有多種有益特 性，例如可染性、透氣性、亮度、舒適度、以及在某些情況下的耐磨性。可使用不同的編織結構和不同的編織密度來形成幾種可供選擇的織造織物，作為 本發明的組成。編織結構例如平紋結構、增強平紋結構(具有雙或多經線和/或緯紗)、斜 紋結構、增強斜紋結構(具有雙或多經線和/或緯紗)、緞面結構、增強緞面結構(具有雙或 多經線和/或緯紗)均可使用。拉伸織造織物、格子布、多臂織物和提花織物也適用於本發 明。作為另外一種選擇，可將非織造織物用作外織物層和任選的內織物層。非織造片 材的實例包括紡粘纖維網、熔噴纖維網、多方向多層的梳理成網纖維網、氣流法纖維網、溼 法纖網、射流噴網法纖維網和包括一種以上的非織造片材的複合纖維網。合適的紡粘纖維 網包括聚烯烴纖維，尤其是聚乙烯或聚丙烯。聚烯烴纖維可包含微量的其它共聚單體單元。 如本文所用，術語「紡粘纖維網」是指由長絲形成的非織造纖維網，所述長絲被擠出、拉伸和 沉積在連續的收集表面上。結合可通過若干種方法中的任何方法來實現，包括點結合或圖 案結合、壓延或使非織造織物在高壓下穿過飽和蒸汽室。合適的紡粘聚烯烴薄片材料的一 個實例為以商品名Tyvek 得自E. I. duPont de Nemours and Company的閃紡聚乙烯。
可通過任何已知的方法例如以粘合劑方式、以熱方式、使用超聲波場或通過溶劑 結合，將複合織物在其表面的一部分上結合到內織物層和/或外織物層上。可任選地使用 一種或多種粘合劑將複合織物結合到內層和/或外層織物上。一種合適的粘合劑是熱塑性 粘合劑。在一些加熱和冷卻循環中，該粘合劑在加熱後軟化，然後在冷卻後硬化。這種熱塑 性粘合劑的一個實例為熱熔性粘合劑。在一個實施方案中，納米纖維網使用聚合物粘合劑 的溶液例如聚氨酯粘合性地結合，然後使溶劑蒸發。在另一個實施方案中，當納米纖維網直 接靜電紡紗至織物上時，紡成納米纖維網的溶劑用於實現溶劑結合。
權利要求
包括可透氣的複合織物、外織物層和內織物層的衣服，所述可透氣的複合織物包括兩個納米纖維網層和設置在它們之間的多孔的排流層。
2.權利要求1的衣服，其中通過粘合劑結合、熱結合、超聲波結合、溶劑結合或它們的 任何組合，將所述排流層結合到一個或兩個納米纖維網層上。
3.權利要求1的衣服，其中所述複合織物結合到所述外織物層和內織物層中的至少一 個上。
4.權利要求1的衣服，其中所述排流層選自紡粘非織造材料、梳理非織造材料、針刺 非織造材料、氣流成網非織造材料、溼法成網非織造材料、射流噴網非織造材料、紡粘-熔 噴_紡粘非織造材料、織造織物、編織織物、熔噴非織造材料、三維織網、納米纖維層以及它 們的組合。
5.權利要求4的衣服，其中將所述排流層質構化或縐紋化以利於流體從其中穿過。
6.權利要求1的衣服，其中所述可透氣的複合織物具有介於約0.15m7min/m2和約 7. 6m3/min/m2之間的透氣率以及至少約500g/m2/目的溼汽透過率。
7.權利要求1的衣服，其中將所述最外面的納米纖維網層用含氟化合物進行處理。
8.權利要求1的衣服，其中所述排流層的平均孔徑至少與所述納米纖維網層中的一個 的平均孔徑一樣大，並且所述排流層至少與所述納米纖維網層的厚度一樣厚。
9.權利要求1的衣服，其中所述排流層為非吸收性的。
10.權利要求1的衣服，其中所述排流層為吸收性的。
11.權利要求1的衣服，其中所述外織物層和內織物層為織造織物，所述織造織物包括 選自下列的纖維尼龍、棉、聚酯、聚丙烯酸類、聚丙烯、以及它們的組合。
12.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層以限定它們之間的空隙的圖案彼此結 合，並且所述排流層在所述空隙內以不連結方式設置在所述納米纖維網層之間。
13.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層通過直接靜電紡紗或電吹到所述排流 層的表面上來製備，並且所述納米纖維網層和所述排流層通過源自所述靜電紡紗法或電吹 法的殘餘溶劑彼此結合。
14.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層包括聚合物的納米纖維，所述聚合物選 自聚縮醛、聚醯胺、聚酯、纖維素醚、纖維素酯、聚亞烷基硫、聚亞芳基氧、聚碸、改性的聚碸 聚合物以及它們的組合。
15.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層包括聚合物的納米纖維，所述聚合物選 自下列交聯和非交聯形式的聚合物聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、以及它們 的共聚物、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。
16.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層包括聚合物的納米纖維，所述聚合物選 自尼龍6、尼龍6，6、和尼龍6，6-6，10。
17.權利要求1的衣服，其中所述兩個納米纖維網層中的每一個包含不同的聚合物。
18.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層為壓延過的。
19.權利要求1的衣服，其中所述複合織物為壓延過的。
20.權利要求1的衣服，其中將所述複合織物在接觸所述內織物層和外織物層時進行壓延。
21.權利要求1的衣服，其中所述納米纖維網層中的至少一個為疏油性的或疏水性的。
22.權利要求1的衣服，其中所述外織物層和內織物層為非織造織物。
全文摘要
本發明公開了包括位於外織物層和內織物層之間的可透氣的複合織物的衣服。該可透氣的複合織物包括兩個納米纖維網層和設置在它們之間的多孔的排流層。
文檔編號A41D31/02GK101854820SQ200880116005
公開日2010年10月6日 申請日期2008年3月11日 優先權日2007年11月13日
發明者J·A·康利, R·A·馬林 申請人:納幕爾杜邦公司