用于生产染色的焊接基质的方法、工艺和设备技术

一种染色和焊接工艺可以被配置成通过将其中具有染料和/或着色剂的工艺溶剂施加到基质，将基质转换成具有由染料和/或着色剂赋予的至少某种颜色的焊接基质，其中该工艺溶剂中断该基质中的一种或多种成分之间的一种或多种分子间作用力。该基质可以被配置为天然纤维，例如纤维素、半纤维素和丝。该工艺溶剂可以包括粘合剂，例如溶解的生物聚合物(例如，纤维素)。在施加包含染料和/或着色剂的工艺溶剂后，可以将包含粘合剂的工艺溶剂第二次施加于该基质，该第二次施加可以在工艺温度/压强区、工艺溶剂回收区和/或干燥区之前或之后发生。

Method, process and equipment for producing welding substrates for dyeing

A dyeing and welding process can be configured to convert a substrate into a welding substrate with at least one color given by a dye and/or a colorant by applying a process solvent containing a dye and/or a colorant to the matrix, where the process solvent interrupts one or more intermolecular forces between one or more components of the matrix. The matrix can be configured as natural fibers such as cellulose, hemicellulose and silk. The process solvents may include adhesives, such as dissolved biopolymers (e.g., cellulose). After applying process solvents containing dyes and/or colorants, process solvents containing adhesives can be applied to the matrix for a second time, which can occur before or after the process temperature/pressure zone, process solvent recovery zone and/or drying zone.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产染色的焊接基质的方法、工艺和设备相关申请的交叉引用本申请要求于2016年5月3日提交的美国临时申请No.62/331,256、于2016年7月22日提交的美国临时申请No.62/365,752、于2017年1月16日提交的美国临时申请No.62/446,646和于2017年2月6日提交的美国临时申请No.62/455,504的优先权，所有这些美国临时申请通过引用整体并入本文。
本公开涉及用于生产纤维复合材料的方法、可以由这些纤维复合材料制成的产品以及用于生产着色的焊接基质的方法。
技术介绍
合成聚合物(诸如聚苯乙烯)通常使用溶剂(诸如二氯甲烷)焊接。离子液体(例如1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐)能够在无需衍生化的情况下溶解天然纤维生物聚合物(例如纤维素和丝)。天然纤维焊接是生物聚合物纤维以与传统塑料焊接大致类似的方式熔合的工艺。如美国专利No.8,202,379(其通过引用整体并入本文)中所公开的，可以用于部分溶解天然纤维以进行结构和化学改性的一种类型的工艺溶剂(processsolvent)是离子液体基溶剂。该专利公开了使用台式设备和材料开发的基本原理。然而，在其他方面，该专利未公开用于以商业规模制造复合材料的方法和设备。具有天然纤维生物聚合物溶液被浇铸到模具中以产生期望的大致二维形状的示例。在这些情况下，生物聚合物被完全溶解，从而破坏原始结构并使生物聚合物变性。相比之下，对于纤维焊接，纤维内部(每一根纤维的芯)被有意地留在其原生状态。因为由生物聚合物构成的最终结构保留了一些原始材料性质，以从诸如丝、纤维素、甲壳素、壳聚糖、其他多糖及其组合的生物聚合物产生耐性材料，所以这是有利的。使用生物聚合物溶液的传统方法的缺点是：在溶液中能够溶解多少聚合物存在物理限制。例如，即使在升高温度的情况下，棉(纤维素)的质量比为10％和离子液体溶剂的质量比为90％的溶液也是粘性的并且难以处理的的。纤维焊接工艺允许在焊接开始之前将纤维束操纵成所需的形状。天然纤维的使用和处理通常允许控制最终产品的设计，这对于基于溶液的技术是不可能的。附图说明被包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了实施例，并与说明书一起用于解释方法和系统的原理。图1提供了用于生产焊接基质的工艺的各个方面的示意图。图2提供了用于生产焊接基质的另一工艺的各个方面的示意图。图2A提供了可以与焊接工艺一起使用的一种类型的工艺溶剂回收区的示意图。图3示出了使用图3(也被称为图3A-3E)的子工艺或组分在纤维基复合物内添加和物理截留固体材料的工艺。功能材料在焊接前被预先分散在纤维基质中。图4示出了使用图4(也被称为图4A-4D)的子工艺或组分，利用(预)分散在IL基溶剂中的材料，在纤维基复合物内添加和物理截留固体材料的工艺。图5示出了使用图5(也被称为图5A-5D)的子工艺或组分，利用(预)分散在IL基溶剂中的材料与另外的溶解的聚合物，在纤维基复合物内添加和物理截留固体材料的工艺。图6A提供了工艺溶剂应用区的一种配置的侧视剖视图。图6B提供了工艺溶剂应用区的另一配置的透视图。图6C提供了工艺溶剂应用区的另一配置的透视图。图6D提供了可以与各种焊接工艺一起使用的设备的侧视图。图6E提供了图6D的设备的侧视图，其中板相对于彼此被不同地设置。图6F提供了可以与各种焊接工艺一起使用的设备的侧视图，其中该设备可以被配置成与彼此相邻设置的多个1D基质一起使用。图7A是可以用于生产图7C中所示的焊接基质的焊接工艺的示意图。图7B提供了由30/1环锭纺棉纱组成的原始1D基质的扫描电子显微镜图像。图7C提供了图7B中所示的原始基质在另一种焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂被处理以生产焊接基质之后的扫描电子显微镜图像。图7D提供了代表性原始纱线基质样品和图7C的代表性焊接纱线基质样品相对于百分比伸长率的应力(以克为单位)的图示，其中顶部曲线是焊接纱线基质，而底部迹线是原始纱线基质。图8A是可以用于生产图8C中所示的焊接基质的焊接工艺的示意图。图8B提供了由30/1环锭纺棉纱组成的原始1D基质的扫描电子显微镜图像。图8C提供了图8B中所示的原始基质在另一种焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂被处理以生产焊接基质之后的扫描电子显微镜图像。图8D提供了代表性原始纱线基质样品和图8C的代表性焊接纱线基质样品相对于百分比伸长率的应力(以克为单位)的图示，其中顶部曲线是焊接纱线基质，而底部迹线是原始纱线基质。图9A是可以被配置成生产图9C-9E中所示的焊接基质的焊接工艺的透视图。图9B提供了由30/1环锭纺棉纱组成的原始1D基质的扫描电子显微镜图像。图9C提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是轻度焊接的。图9D提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是中度焊接的。图9E提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是高度焊接的。图9F提供了由图9D中所示的焊接基质制成的织物的图像。图9G提供了代表性原始纱线基质样品和图9C和图9K的代表性焊接纱线基质样品相对于百分比伸长率的应力(以克为单位)的图示，其中顶部曲线是焊接纱线基质，而底部迹线是原始纱线基质。图9H在图片的左侧提供了由图9B中所示的原始基质制成的织物并在图片的右侧提供了由图9D中所示的焊接基质制成的织物的图像。图9I和图9J提供了可以被认为是壳焊接基质的焊接基质的图像。图9K提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是轻度焊接的。图9L提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是中度焊接的。图9M提供了图9B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括离子液体的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是高度焊接的。图10A是可以被配置成生产图10C-10F中所示的焊接基质的焊接工艺的透视图。图10B提供了由30/1环锭纺棉纱组成的多个原始1D基质的扫描电子显微镜图像。图10C提供了图10B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括氢氧化物的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是轻度焊接的。图10D提供了图10B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括氢氧化物的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是中度焊接的。图10E提供了图10B中所示的原始基质在焊接工艺中使用包括氢氧化物的工艺溶剂处理之后的扫描电子显微镜图像，其中焊接基质是高度焊接的。图10F提供了图10E的中心焊接基质的一部分的放大图像。图10G提供了代表性原始纱线基质样品和图10C的代表性焊接纱线基质样品相对于百分比伸长率的应力(以克为单位)的图示，其中顶部曲线是焊接纱线基质，而底部迹线是原始纱线基质。图11A提供了示出调节纤维焊接工艺的各个方面的示意图。图11B提供了示出调节纤维焊接工艺的其他方面的示意图。图11C提供了示出调节纤维焊接工艺的其他方面的示意图。图11D提供了示出调节纤维焊接工艺的其他方面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纱线，包括：a.多个纤维基质，所述多个纤维基质彼此相邻以形成所述纱线，其中所述多个纤维基质包含生物聚合物；b.颜料，所述颜料分散遍及所述纱线的至少外部，其中所述颜料包括多个颜料颗粒；c.粘合剂，所述粘合剂包围所述多个颜料颗粒的一部分和所述多个纤维基质的一部分，其中所述粘合剂将所述多个靛蓝颗粒的所述部分固定到所述多个纤维基质的一部分；以及d.粘合剂壳，所述粘合剂壳包围所述粘合剂的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.03 US 62/331,256;2016.07.22 US 62/365,752;1.一种纱线，包括：a.多个纤维基质，所述多个纤维基质彼此相邻以形成所述纱线，其中所述多个纤维基质包含生物聚合物；b.颜料，所述颜料分散遍及所述纱线的至少外部，其中所述颜料包括多个颜料颗粒；c.粘合剂，所述粘合剂包围所述多个颜料颗粒的一部分和所述多个纤维基质的一部分，其中所述粘合剂将所述多个靛蓝颗粒的所述部分固定到所述多个纤维基质的一部分；以及d.粘合剂壳，所述粘合剂壳包围所述粘合剂的一部分。2.根据权利要求1的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含所述生物聚合物。3.根据权利要求1所述的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含第二生物聚合物。4.根据权利要求1的纱线，其中所述粘合剂壳中不含任何颜料颗粒。5.根据权利要求1所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大25％。6.根据权利要求1所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大50％。7.根据权利要求1所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大75％。8.根据权利要求1所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大100％。9.根据权利要求1的纱线，其中所述颜料被进一步限定为包含靛蓝。10.根据权利要求1的纱线，其中所述生物聚合物被进一步限定为纤维素基生物聚合物。11.根据权利要求1所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少30％。12.根据权利要求1所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少65％。13.一种纱线，包括：a.多个纤维基质，所述多个纤维基质彼此相邻以形成所述纱线，其中所述多个纤维基质包含生物聚合物；b.颜料，所述颜料分散遍及所述纱线的至少外部，其中所述颜料包括多个颜料颗粒，所述颜料的第一部分染色至少一个所述纱线基质，并且所述颜料的第二部分导致对至少一个所述纤维基质的颜料填充；以及c.粘合剂，所述粘合剂包围所述多个颜料颗粒的所述第二部分，其中所述粘合剂将所述多个靛蓝颗粒的所述第二部分固定到所述多个纤维基质的一部分。14.根据权利要求13所述的纱线，还包括位于所述粘合剂的一部分周围的粘合剂壳。15.根据权利要求13所述的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含所述生物聚合物。16.根据权利要求13所述的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含第二生物聚合物。17.根据权利要求14所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含所述生物聚合物。18.根据权利要求14所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含第三生物聚合物。19.根据权利要求14所述的纱线，其中所述粘合剂壳中不包含任何颜料颗粒。20.根据权利要求16所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含所述第二生物聚合物。21.根据权利要求13的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大50％。22.根据权利要求13所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大75％。23.根据权利要求13所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大100％。24.根据权利要求13所述的纱线，其中所述颜料被进一步限定为包含靛蓝。25.根据权利要求13所述的纱线，其中所述生物聚合物被进一步限定为纤维素基生物聚合物。26.根据权利要求13所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少30％。27.根据权利要求13所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少65％。28.一种纱线，包括：a.多个纤维基质，所述多个纤维基质彼此相邻以形成所述纱线，其中所述多个纤维基质包含生物聚合物；b.染料，所述染料分散遍及所述纱线的至少外部，其中所述染料包含多个染料分子，其中一部分所述染料分子染色至少一个所述纤维基质；以及c.其中，所述多个纤维基质中的第一纤维基质和所述多个纤维基质中的第二纤维基质被焊接在一起。29.根据权利要求28所述的纱线，还包括围绕所述粘合剂的一部分的粘合剂壳。30.根据权利要求28所述的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含所述生物聚合物。31.根据权利要求28所述的纱线，其中所述粘合剂被进一步限定为包含第二生物聚合物。32.根据权利要求29所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含所述生物聚合物。33.根据权利要求29所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含第三生物聚合物。34.根据权利要求29所述的纱线，其中所述粘合剂壳中不包含任何颜料颗粒。35.根据权利要求31所述的纱线，其中所述粘合剂壳被进一步限定为包含所述第二生物聚合物。36.根据权利要求28所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大50％。37.根据权利要求28所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大75％。38.根据权利要求28所述的纱线，其中所述纱线的模量比原纱线基质对应物的模量至少大100％。39.根据权利要求28所述的纱线，其中所述颜料被进一步限定为包含靛蓝。40.根据权利要求28所述的纱线，其中所述生物聚合物被进一步限定为纤维素基生物聚合物。41.根据权利要求28所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少30％。42.根据权利要求28所述的纱线，其中，与原纱线基质对应物相比，所述纱线的毛羽减少至少65％。43.一种染色和焊接工艺，包括：a.在工艺溶剂中产生多个靛蓝染料分子的溶液；b.将所述工艺溶剂施加到基质，其中所述基质包含生物聚合物；c.控制所述工艺溶剂和所述基质的温度；d.控制所述工艺溶剂和所述基质相互作用的时间；以及e.去除至少部分所述工艺溶剂。44.根据权利要求43所述的染色和焊接工艺，还包括将第二工艺溶剂施加到所述基质的步骤，其中所述第二工艺溶剂包含在溶液中的所述生物聚合物。45.根据权利要求44所述的染色和焊接工艺，其中施加所述第二工艺溶剂的所述步骤被进一步限定为在去除至少所述部分所述工艺溶剂的所述步骤之后发生。46.根据权利要求44所述的染色和焊接工艺，其中施加所述第二工艺溶剂的所述步骤被进一步限定为在去除至少所述部分所述工艺溶剂的所述步骤之前发生。47.根据权利要求43所述的染色和焊接工艺，其中所述工艺溶剂被进一步限定为包含1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。48.根据权利要求47所述的染色和焊接工艺，其中所述工艺溶剂被进一步限定为包含二甲基亚砜。49.根据权利要求47所述的染色和焊接工艺，其中所述工艺溶剂被进一步限定为包含二甲基甲酰胺。50.根据权利要求43所述的染色和焊接工艺，其中所述工艺溶剂被进一步限定为包含1-丁基-3-甲基咪唑氯化物。51.根据权利要求50所述的染色和焊接工艺，其中所述工艺溶剂被进一步限定为包含二甲基亚砜。52.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·迈克尔·哈弗哈尔兹，亚伦·肯尼斯·阿姆斯图兹，崔琼植，唐西灵，迈克尔·莫特，斯宾塞·雅各布·努尔，
申请(专利权)人：天然纤维焊接股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US