CN101854818B - 污染控制服装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种洁净室服装，所述洁净室服装包括以面对面的关系结合织物和第二织物的纳米纤维网。所述服装具有至少1m.min-1.m-2的透气率，以及按照IEST-RP-CC003.3，在0.5微米粒径下一次洗涤后具有至少90％的颗粒过滤效率并且在25次洗涤后具有至少50％的颗粒过滤效率。

Description

污染控制服装
发明领域
本发明一般涉及污染控制服装领域。更具体地讲，本发明涉及具有改善的阻隔性能和改善的舒适性的可重复使用的污染控制服装。
发明背景
洁净室广泛用于制造、组装和包装敏感性产品和组件，其中各种工艺必须在基本上不含颗粒和其他可能污染物的可控环境下进行。因此，洁净室通常为密闭环境，其中对湿度、温度和颗粒物质进行精确控制，从而防止敏感性产品和组件被灰尘、霉菌、病毒、有害气体和其他可能有害的颗粒污染。
污染控制服装，例如一次性工作服、连体衣、手套，鞋套、头套，是进行许多工作所需的服装。需要安全服装的某些工作在洁净室环境中进行，其中必须尽可能少地引入外源物质。例如，某些敏感性医疗领域中处理传染性物质和使用超纯材料的技术人员均需在洁净室环境中穿着污染控制服装。这些服装执行双重功能：防止穿着者接触可能有害的物质以及防止来自穿着者的有害物质污染工作产品。
用于洁净室环境的一次性污染控制服装通常由非织造一次性材料制成，例如由纺粘/熔喷/纺粘(SMS)材料等片材制成。将此类片材材料剪切为多种样式并缝合在一起，从而形成所需的污染控制服装。
可重复使用的污染控制服装通常由紧密编织的连续长丝纤维制成。在某些情况下，将这些编织物进行压延以改善其阻隔性能。使用连续长丝纤维是因为其在洗涤时产生的颗粒往往较少。
非织造织物层压体可用于多种应用。非织造织物层压体尤其可用于擦拭物、毛巾、工业服装、医用服装、医疗消毒盖布、无菌包装等。由全同立构聚丙烯制成的织物层压体例如短纤SMS织物层压体已经在手术室中广泛用于消毒盖布、长外衣、毛巾、无菌包装、足套等。此类织物层压体已为人们所熟知，如授予Kimberly-Clark的美国专利4,041,203中所示。此类SMS织物层压体具有耐用的外部纺粘层和内部熔喷阻挡层，该阻挡层是多孔的但可抑制流体和细菌渗透复合织物层压体。通过在织物离散区域进行点结合将这些层热结合在一起。
广义上讲，颗粒可以是具有明确限定边界即明确限定的轮廓的固体或液体状态的任何微小物质。此类颗粒可为灰尘、人体皮肤或毛发或其他碎片。就相对的数量级而言，人体每分钟均脱落100,000至5000,000个尺寸为0.3微米或更大的颗粒。在某些环境中，此类颗粒可为微生物或活体颗粒(即，能在水和营养物质的存在下在合适的环境温度下繁殖的单细胞生物体)。这些活体颗粒可包括细菌、霉菌、酵母等。颗粒可来自外部空气、空调***，并且可由洁净室内的流程或使用洁净室的人们释放出来。进入洁净室的所有制品和人都可能将此类污染物带入洁净室中。
ISO标准是基于具有特定尺寸的颗粒可存在的最大数量而对洁净室进行分类的。例如，在微芯片制造中，洁净室通常被认定为ISO 3级环境。ISO3级环境中每立方米仅可具有最多8个1微米或更大的颗粒；每立方米仅可具有35个0.5微米或更大的颗粒；每立方米仅可具有102个0.3微米或更大的颗粒；每立方米仅可具有237个0.2微米或更大的颗粒；并且每立方米可具有最多1000个0.1微米或更大的颗粒。ISO 4级和5级环境允许洁净室中存在的颗粒逐步增加，这适合于对环境的要求低于ISO 3级环境的制造环境。
由全同立构聚丙烯制成的常规SMS织物层压体还未在要求更严苛的洁净室(尤其是无菌洁净室)和油漆室中广泛用作服装和保护性覆盖物，因为此类应用要求较高，而此类SMS织物层压体在洗涤后常会排出颗粒，该颗粒或来自织物本身或经穿着者进入空气。本发明描述了克服了常规层压体在这方面的缺点的织物。
发明概述
本发明涉及可重复使用的污染控制服装，该污染控制服装包括位于第一织物和第二织物之间以面对面关系对齐的纳米纤维网，所述服装具有至少1cm3.s-1.cm-2的透气率和在0.5微米下一次洗涤后至少90％的颗粒过滤效率以及25次洗涤后至少50％的颗粒过滤效率。
发明详述
术语“ESD织物”是指具有织造或针织至结构中的导电纤维从而实现静态耗散的静电耗散织物。这些织物通常用于电子洁净室中。
如本文所用，“纳米纤维”是指具有小于约1000nm、甚至小于约800nm、甚至介于约50nm和500nm之间、并且甚至介于约100nm和400nm之间的数均直径或横截面的纤维。如本文所用，术语“直径”包括非圆形形状的最大横截面。
术语“非织造材料”是指包括多根无规分布的纤维的纤维网。纤维通常可以彼此结合，或者可以不结合。纤维可以是短纤维或连续纤维。纤维可包含一种材料或多种材料，也可以是不同纤维的组合，或者是分别包含不同材料的类似纤维的组合。“纳米纤维网”是包含纳米纤维的非织造纤维网。
“压延”是将纤维网通过两个辊之间的辊隙的工艺。辊可以彼此接触，或者可以在辊表面之间有固定的或可变的间隙。“无图案的”辊是指在能够制造它们的过程中具有平滑表面的辊。当纤维网通过辊隙时，没有点或图案使得可在纤维网上特意生成图案，这不同于点结合辊。
初生纳米纤维网主要包含纳米纤维或仅包含纳米纤维，该纳米纤维有利地通过静电纺纱来制备，例如传统的静电纺纱或电吹法；在某些情况下通过熔喷法或其他此类合适的方法制成。传统的静电纺纱是在全文并入本文中的美国专利4,127,706中所述的技术，其中向聚合物溶液施加高电压以生成纳米纤维和非织造垫。然而，静电纺纱方法中的总生产能力太低，因此无法商业化生产基重较重的纤维网。
本发明涉及可重复使用的污染控制或洁净室服装，该服装具有在两种织物之间对齐的纳米纤维网层压体。该服装具有至少1.0cm3s-1cm-2的透气率，并且在0.5微米粒径下在加入洗涤剂的水中进行一次洗涤循环后具有至少90％的颗粒过滤效率，以及在进行25次洗涤后具有至少50％的颗粒过滤效率。织物为通过编织、针织或滚压纤维制备的布料。例如可使用织物、特里科经编织物、塔夫绸或格子布(ripstop)。特里科经编织物为平针经线针织织物，可用纤维与纤维混合物例如棉花、羊毛、丝绸、人造丝或尼龙(聚酰胺)的阵列形成特里科经编针织织物。塔夫绸为可由天然或合成纤维制成的平织织物，格子布为用大约四分之一英寸的双头螺纹织造以防止小裂口扩大的织物。对于本领域技术人员而言，可用于本发明的其他织物是显而易见的。
可通过适用于制备直径小于约1微米的纤维的任何方法来制备本发明的纳米纤维网。例如，纳米纤维可包括由聚合物熔体制成的纤维。用于由聚合物熔体生产纳米纤维的方法描述于例如以下专利中：授予University ofAkron的U.S.6,520,425、U.S.6,695,992、和U.S.6,382,526；授予Torobin等人的U.S.6,183,670、U.S.6,315,806、和U.S.4,536,361；以及美国专利公布2006/0084340。还可通过电吹法制备纳米纤维。
“电吹”法在世界专利公布WO 03/080905中有所公开，其全文以引用方式并入本文。将包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从储罐送至喷丝头内的一系列纺丝喷嘴中，向喷丝头施加高电压，聚合物溶液经喷丝头排出。同时，任选地加热的压缩空气由空气喷嘴排出，该空气喷嘴设置在纺丝喷嘴的侧面或周边。通常向下引导空气以形成吹气流，吹气流包裹住新排出的聚合物溶液并使其向前，并且有助于形成纤维网，纤维网被收集在真空室上方的接地多孔收集带上。电吹法使得可在相对短的时间周期内形成商用尺寸和数量的纳米纤维网，其基重超过约1gsm，甚至高达约40gsm或更高。
可将基底或稀松布布置在收集器上以便收集和组合在基底上纺成的纳米纤维网，使得可将组合的纤维网用作高性能过滤器、擦拭物等。基底的实例可包括多种非织造布，例如熔喷非织造布、针刺或射流喷网非织造布、织造布、针织布、纸材等，对其使用并无限制，只要能将纳米纤维层添加到基底上。非织造布可包含纺粘纤维、干法成网或湿法成网纤维、纤维素纤维、熔喷纤维、玻璃纤维、或它们的共混物。
对可用于形成本发明的纳米纤维网的聚合物材料没有具体限制，所述聚合物材料包括加聚物和缩聚物材料，例如聚缩醛、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、纤维素醚和酯、聚烯化硫、聚亚芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物、以及它们的混合物。这些种类中优选的材料包括交联和非交联形式的、不同水解程度(87％至99.5％)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸类树脂)、聚苯乙烯、和它们的共聚物(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。优选的加聚物往往是玻璃状的(Tg大于室温)。聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚合物的组合物或合金或低结晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一类优选的聚酰胺缩聚物为尼龙材料，例如尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙6，6-6，10等。当通过熔喷法形成本发明的聚合物纳米纤维网时，可使用能够熔喷形成纳米纤维的任何热塑性聚合物，包括聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；以及聚酰胺，例如上述尼龙聚合物。
可能有利的是，向上述多种聚合物中加入本领域已知的增塑剂以降低纤维聚合物的Tg。适合的增塑剂取决于将被静电纺纱或电吹的聚合物，并且取决于纳米纤维网具体的最终应用。例如，尼龙聚合物可用水或甚至用静电纺纱或电吹工艺中的残余溶剂来增塑。本领域已知的可用于降低聚合物Tg的其他增塑剂包括但不限于脂族二元醇类、芳族磺胺类、邻苯二钾酸酯类。邻苯二钾酸酯类包括但不限于选自下列的那些：邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二己酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双十二酯和邻苯二甲酸二苯酯等。“Handbook of Plasticizers”(George Wypych编辑，2004ChemtecPublishing)公开了可用于本发明的其他聚合物/增塑剂组合，该文献以引用方式并入本文。
本发明的初生纳米纤维网可被压延以赋予本发明织物所需的物理特性，如提交于2006年9月20日的共同未决的美国专利申请11/523,827中所公开，该专利申请全文以引用方式并入本文。
通过电吹法沉积的纳米纤维的平均纤维直径小于约1000nm，或甚至小于约800nm，或甚至介于约50nm至约500nm之间，以及甚至介于约100nm至约400nm之间。各个纳米纤维层具有至少约1g/m2、甚至介于约1g/m2至约40g/m2之间、并且甚至介于约5g/m2至约20g/m2之间的基重，以及介于约20μm至约500μm、和甚至介于约20μm至约300μm之间的厚度。
可在纳米纤维网纺丝期间或之后通过各种结合技术将非织造材料和织物彼此结合。本领域技术人员已知的许多结合技术适用于结合本发明所公开的织物，例如热结合、粘合剂结合、超声波结合、点结合、真空层压、机械结合、溶剂结合和化学结合。
热结合包括向两个表面施加热量和压力，从而产生使表面达到所需结合程度所需的物理变化。通常通过介于一对辊之间的辊隙来施加此类热量和压力。热结合还可包括粘合剂结合，其中一个或两个表面具有施加于需要产生结合的地方的粘合剂。一般来讲，粘合剂的存在使得在较温和的温度和压力结合条件下足以形成结合。此外，要结合的材料可涂敷有压力或温度敏感性粘合剂，或者换句话讲，可使要结合的材料与压力或温度敏感性粘合剂接触，并在施加合适的能量(热量或压力)后实现结合。
超声波结合通常指例如通过在超声头和砧辊之间经过材料而进行的方法，如美国专利4,374,888和5,591,278中所述，其公开内容的全文以引用方式并入本文中。在超声波结合的一个示例性方法中，可将需要进行彼此结合的各个层同时送入超声波装置的结合辊隙中。多种此类装置可商购获得。一般来讲，这些装置在层内的结合部位处产生可熔融热塑性组分并将它们接合在一起的高频率振动能量。因此，诱导能源的量、组合组分经过辊隙的速度、辊隙的间隙以及结合部位的数量决定各个层之间的粘附程度。可获得非常高的频率，超过18,000cps(每秒循环次数)的频率通常被称为超声波，但根据各层之间所需的粘附性和材料的选择，低至5,000cps或者甚至更低的频率可产生合格的结合。为了维持可渗透结构，超声波结合必须是不连续的。
点结合通常包括在多个离散点处将一种或多种材料被结合在一起。例如，热点结合通常涉及在加热的辊例如刻花辊和光滑的压延辊之间穿过要结合的一个或多个层。刻花辊所形成的图案并未结合整个织物的全部表面，压延辊通常是光滑的。因此，出于功能性以及美观的原因，开发了用于刻花辊的多种图案。
粘合层压通常是指使用涂覆于纤维网上以实现两个纤维网之间的结合的一种或多种粘合剂的任何方法。可通过例如辊涂布、喷雾或经纤维施加的方法将粘合剂涂覆于纤维网上。合适的粘合剂实例提供于美国专利6,491,776中，其公开内容的全文以引用方式并入本文中。在采用粘合层压时，优选使用不连续图案，例如通过凹版涂布。如果使用粘合剂连续层，层压体会完全失去透气性。对于污染控制层压体而言，还优选使用热熔性粘合剂，因为它含有低残留的挥发性有机化合物(VOC)。对于某些电子洁净室而言，基于溶剂的方法中粘合剂残留的VOC可能成为一个问题。
测试方法
根据ASTM D-3776测定基重(BW)，并以g/m2(gsm)为单位予以记录，该方法以引用方式并入本文。
纤维直径如下测量。为各细旦纤维层样本采集十张放大5,000倍的扫描电镜(SEM)图像。由照片测量十一(11)个清晰可辨的细旦纤维的直径并进行记录。不包括瑕疵(即，细旦纤维的凸块、聚合物球、细旦纤维的交叉处)。计算每个样本的平均(中值)纤维直径。
污染控制服装的性能通常根据IEST-RP-CC003.3“Garment SystemConsiderations for Cleanrooms and Other Controlled Environments”进行测试，该注意事项的全文以引用方式并入本文中，是环境科学和技术协会(IEST)所公布的推荐实施规程。此处所示实例是在RTI International(Research Triangle Park，NC)根据IEST标准进行测试的。
按照IEST-RP-CC003.3附录B1.1确定0.5微米下的颗粒过滤效率(PFE)，并以％记录除去的颗粒，该方法以引用方式并入本文中。在该测试中，将一部分织物夹在夹具中并使其受控，使带有颗粒的空气在整个织物上以恒定压降通过该织物。通过用自动离子计数器测试织物两侧的空气来确定织物过滤穿着者所生成颗粒的能力。
按照IEST-RP-CC003.3附录B2.3确定纤维脱落，并以每0.1m2样品的颗粒数量予以记录，该方法以引用方式并入本文中。
在该方法中，将一部分织物置于筛网上并在恒压下抽真空。然后过滤空气以收集用于计数的颗粒。
在125Pa下通过ASTM D-737确定透气率(AP)，并以cm3/sec/cm2为单位予以记录，该方法以引用方式并入本文中。
实施例1
两层的织物构造是由70旦尼尔、60gsm的DWR尼龙塔夫绸织物(得自Rose City Textiles，Portland，Oregon)和纳米纤维网制成的，该纳米纤维网尼龙6，6(得自Dupont，Wilming ton，De)制成，基重为10gsm(克每平方米)、平均纤维直径为421nm，并且125Pa下的透气率为110L/m2/s。使用热熔融反应性氨基甲酸酯粘合剂将尼龙织造织物层压到纳米纤维网上。在276kPa(标准规格)的施用装置压力和2.8mpm的线速度下，在135℃下使用45％覆盖率的点状图案凹版辊施用装置来施加粘合剂。然后通过相同方法将两层构造层压至70旦尼尔、60gsm的尼龙塔夫绸附加层上，从而制备塔夫绸/纳米纤维网/塔夫绸的三层结构。然后将层压体进行剪切并缝制成正方形以用于测试。
使用缝式EFb-1(按照ASTM D6193-97)将样本缝制为具有连续长丝线的38cm正方形。在商业污染控制洗衣房(Prudential，Richmond，VA)中洗涤(洗涤/干燥)样品。然后评价其颗粒过滤效率、颗粒脱落和透气率。
实施例2
按照实施例1中所述制备三层织物构造，不同的是层压体的最后一层为66gsm尼龙特里科经编织物(Rose City Textiles，Portland，OR)。
实施例3
按照实施例1中所述制备三层织物构造，不同的是两个外层均为尼龙特里科经编针织织物(得自Rose City Textiles)。
实施例4
按照实施例1中所述制备三层织物构造，不同的是第一层为尼龙特里科经编织物，并且最后一层为70旦尼尔、60gsm的DWR尼龙塔夫绸织物(Rose City Textiles)。
实施例5
如实施例1中所述，不同的是通过使用基于溶剂的反应性氨基甲酸酯粘合剂将尼龙织造织物层压到纳米纤维网上以制备两层织物构造。在276kPa(标准规格)的施用装置压力和2.9mpm的线速度下，使用45％覆盖率的点状图案凹版辊施用装置来施加粘合剂。然后通过相同方法将两层构造层压至尼龙特里科经编织物附加层上，从而制备塔夫绸/尼龙纳米纤维网/特里科经编织物的三层结构。
实施例6
实施例6为超声波层压的塔夫绸/纳米纤维网/塔夫绸。三层织物构造由51gsm的尼龙塔夫绸织物、纳米纤维网和另一层塔夫绸制成，该纳米纤维网由尼龙6，6制成，基重为11gsm(克每平方米)，平均纤维尺寸为430nm。将这三层整理后在Beckmann转换机(Beckmann Converting)(Amsterdam，NY)上进行超声波结合。所用的图案为点状图案。
实施例7
实施例7为超声波层合的塔夫绸/纳米纤维网/特里科经编织物，按照实施例6所述进行构造。所用的特里科经编织物具有36gsm的基重。
比较实施例-市售对照物
102gsm可商购获得的污染控制静电释放(ESD)织物得自PrecisionFabrics Group(Greensboro，NC)。
表
Figure GPA00001135035300091
外层(1，3，6)上具有类似面料的所有样品均能在洗涤后有效保持阻隔性能。但是，不对称结构(实施例5)的溶剂层压在洗涤后同样有效。
尽管本发明已经描述了多种具体的实施方案，但根据本发明的公开内容，各种修改形式将是显而易见的并且旨在被包括在以下权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.污染控制服装，所述污染控制服装包括位于第一织物和第二织物之间以面对面关系对齐的初生纳米纤维网，其中所述第一织物和第二织物为通过编织或针织纤维制备的布料，并且所述纳米纤维网被结合到所述第一织物和第二织物中的一种或两种上，所述服装具有至少1.0cm3s-1cm-2的透气率和在0.5微米下一次洗涤后至少90％的颗粒过滤效率以及25次洗涤后至少50％的颗粒过滤效率。
2.权利要求1的服装，其中所述第一织物和第二织物独立地为塔夫绸、特里科经编织物或格子布。
3.权利要求1的服装，其中所述第一织物和第二织物中的一种或两种为ESD织物。
4.权利要求1的服装，其中所述纳米纤维网具有2至50gsm的基重。
5.权利要求1的服装，其中所述纳米纤维网被结合到稀松布上，所述稀松布被结合到所述第一织物和第二织物中的一个上。
6.权利要求1的服装，其中所述纳米纤维网直接纺制在稀松布上，所述稀松布加上纳米纤维网的结构被结合在所述第一织物和第二织物之间。
7.权利要求1的服装，其中所述第一织物和第二织物通过下述方法独立地结合到所述纳米纤维网上，所述方法选自粘合剂结合、溶剂结合和超声波结合。
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