具有热致变色感应元件的工业织物 |
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申请号 | CN200880009224.1 | 申请日 | 2008-02-29 | 公开(公告)号 | CN101641473A | 公开(公告)日 | 2010-02-03 |
申请人 | 阿尔巴尼国际公司; | 发明人 | 约瑟夫·G·奥康纳; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种环形带和织物,其结合有用作工艺控制辅助手段的热致变色材料如聚噻吩,该热致变色材料可以应用于监测工业 热处理 中的热分布,以及应用于该热处理中的工业织物、该热处理中工业织物的制造和/或工业织物上生产或承载的产品。 | ||||||
权利要求 | 1.一种工业织物,取自由成形织物、压榨织物、干燥织物、造 纸过程中的处理带、压印或压花织物、空气穿透干燥(TAD)织物、 非织造生产中使用的织物、以及整理织品中使用的织物所组成的组, 所述织物由含热致变色材料的纤维、纱线、或薄膜组成,用作工艺控 制的辅助手段。 |
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说明书全文 | 技术领域[0001]本发明涉及一种工业织物,其利用热致变色材料来监测热 分布(thermal profile)。 背景技术[0002]工业织物指环形带,诸如用作成形织物、压榨织物、干燥 织物或处理带(“造纸机底布”)的织物。它也可以是用作压印织物 (impression fabric)、TAD织物、压花织物(embossing fabric)的 织物,通过诸如熔流工艺的非织造生产中所使用的织物,或者织物整 理工艺中所使用的织物。 [0003]通常,在造纸过程中,例如,在造纸机成形部,通过将纤 维浆也就是纤维素纤维的水分散体沉积到移动的成形织物上形成纤 维素纤维网。浆体中大量的水通过成形织物排出,而纤维素纤维网则 留在成形织物的表面。 [0004]刚形成的纤维素纤维网从成形部进入压榨部,压榨部包括 一系列压榨压区。纤维素纤维网由压榨织物支撑,或者通常情况下位 于两层这样的压榨织物之间,穿过压榨压区。在压榨压区中,纤维素 纤维网受到压缩力的作用,压缩力将水从纤维素纤维网中挤出,并使 网中的纤维素纤维彼此粘附,从而将纤维素纤维网转变为纸幅。挤出 的水由一层压榨织物或多层压榨织物所吸收,并且理想的情况是不再 回到纸幅中。 [0005]纸幅最终进入干燥部,干燥部至少包括一系列可转动干燥 转鼓或干燥转筒,这些转鼓或转筒由蒸汽在内部进行加热。干燥织物 引导刚形成的纸幅以弯曲路径依次绕行系列转鼓中的每一个,干燥织 物保持纸幅紧贴于转鼓的表面。加热的转鼓通过蒸发作用降低纸幅的 含水量至期望水平。 [0006]应该了解的是,成形、压榨及干燥织物在造纸机上都采用 无端环的形式,并且都起到传送带的作用。应该进一步了解的是,纸 张生产是一种以相当快的速度进行的连续过程。也就是说,在成形部 中纤维浆连续沉积到成形织物上,而刚生产出的纸幅则在离开干燥部 后连续卷绕到辊筒上。 [0007]在工业织物的使用中,对于机器的操作人员而言,掌握关 于工业织物和/或机器上传送的产品的操作状况的相关信息通常是比 较有益的,这些信息中最为重要的用于制造产品的热条件。具体而言, 操作人员可能想要监测织物或带的热分布(thermal profile),以确 认制造产品的热处理在机器的整个宽度和/或在机器的运转方向上处 于均匀温度。 [0009]美国专利5,806,528教导了一种装置及方法,用于在将流 体输送给患者之前,测量流体温度并提供温度的视觉指示。温度感测 装置包括通过挤出或模塑工艺进入流体输送管中的热致变色液晶聚 合物。这种聚合物能够响应于温度方面的变化而呈现至少一种颜色变 化。 [0010]美国专利5,503,583披露了一种涂有包含热致变色材料的 涂料的玩具,其中的热致变色材料随着玩具的温度变化而改变颜色。 玩具的选择部分涂有热致变色材料,其可使图案、图形、数字、字母 或其它标记的颜色随着温度改变而变化。另外,玩具的不同部分可以 涂有包含不同颜色热致变色材料的不同的涂料。 [0011]美国专利5,085,607涉及一种玩具装置,该装置的至少一 个部分,具有电子供应有机着色化合物、电子接收化合物、以及酯的 彩色记忆染料(color memory dye)。彩色记忆染料在t1(℃)以下 具有第一颜色、以及t2(℃)以上具有第二颜色。在t1和t2之间可 以显示第一颜色和第二颜色两种颜色。为了给颜色特性确定适当的温 度范围,设置温度敏感视觉指示器,其为可逆热致变色材料,含有树 脂固溶体形式的可逆热致变色颜料。 [0012]美国专利5,053,339披露了一种颜色变化装置,用于检测 时间-温度贮存期,也就是易腐坏产品的保存期限。该装置包括:活 化剂带,含有活化剂组分基体;指示带,含有指示组分基体(indicating composition matrix);以及,在活化剂带与指示带之间的选择隔离基 体(optional barrier matrix)。活化组分,例如有机酸如柠檬酸,通 过隔离基体和/或指示基体扩散,以持续接触指示组分例如酸基染色 指示器,以在被监测温度产生视觉可见的颜色变化。随着更多的活化 剂组分扩散进入指示基体,颜色随时间和温度而加深。基体是不透水 的,以及,该装置优选具有用于颜色变化的活化能量和速率常量,其 与产品腐烂大致相同。这使得能够准确连续地可视监测附有该装置的 易腐坏产品的保存期限。 [0013]美国专利4,156,365涉及一种食物温度容器或盛放其他东 西的器皿,在该容器表面含有热致变色层,通过下述方式以指示容器 内食物温度在60℃以上及70℃以下的安全范围(与达到安全条件相 对应),通过升高食物温度,使其高于该范围的最低温度,此时,在 一定的微生物中产生可逆蛋白质变性以限制孢子形成,而在范围上端 则低于这样的温度界限,该温度界限与不可逆蛋白质变性和用户的 舌、唇或咽喉组织受到伤害相对应。在该范围内热致变色层经历从红 色到黑色的转变。 [0014]美国专利6,706,218披露了一种基于热致变色聚合物的温 度指示剂合成物,其含有聚噻吩和载体介质。合成物的特征在于:在 合成物的总重量中,聚噻吩按大约0.05%至大约5.0%的重量百分比 存在于介质中。这样设计化合物的结构,使得当合成物与物品处于热 交换关系中,当物品的温度达到设计温度或超过设计温度时,合成物 将呈现颜色变化。 [0015]美国专利5,420.224和5,266,677涉及一种基于聚合物诸如 聚亚芳基醚酮、聚酰胺、和聚苯并噁唑的噻吩(它们在芳族聚合物主 链内含有噻吩环),以及由该噻吩形成的纤维、薄膜和其他物品。 [0016]然而,由于热致变色材料较差的挤出性(在挤出期间热致 变色材料断裂)、在所需温度处颜色的可逆性、严酷化学环境及热环 境下的存留性能、可视波长的变化性、以及使用含有这些材料的纱线 或纤维的工业织物的颜色的亮度和对比度,使得适合用于工业织物 (例如造纸工业中所使用的工业织物)的热致变色材料很少。 [0017]据此,用于工业织物的热致变色材料非常有限。例如, WO97/02360披露了一种工业带,其包括含有热致变色材料的聚合物 基体。以下列几种方式将热致变色材料结合进织物结构,诸如使用含 有热致变色材料的聚合物基体挤出纱线、以微囊法包装的形式用热致 变色染料填充空心纤维、或者在皮-芯纱线的皮中设置热致变色材料。 可将在不同温度显示颜色转变的不同热致变色材料混进聚合物基体 并挤成丝或纱。 [0018]据此,有关工业织物中如何使用热致变色材料、以及该工 业织物中哪些热致变色材料可以使用,现有技术中都相对较少涉及。 [0019]本发明描述了一种工业织物,这种工业织物具有由热致变 色材料制成的纱线或涂有热致变色材料的纱线,在使用工业织物及对 它们进行组配的过程中,该热致变色材料做为工艺控制的辅助手段。 发明内容[0020]本发明的目的是提供一种工业织物或其组分,其结合有用 作工艺控制辅助手段的热致变色材料诸如聚噻吩。 [0021]本发明的另一目的是提供一种方法,用于监测工业织物或 带的不同区域所经历的热能度(degree of thermal energy)。 [0022]本发明的又一目的是提供一种监测在传送带生产过程中 有关织物或带的固化温度的方法,诸如在生产织物过程中监测热分布 及其变化,诸如涂层的热定形或干燥和固化。 [0023]根据下文说明,本发明的其他目的将更为明了。 [0024]本发明涉及一种工业织物,包括但并不局限于用在造纸过 程中诸如成形、压榨或干燥织物或其它工业应用中使用的工业织物。 此织物可以由例如含有或涂敷有可逆热致变色聚合物特别是诸如聚 噻吩的单丝形成。可逆热致变色材料会随温度变化而改变颜色,以及, 每种热致变色聚合物或材料具有在颜色上呈现变化的热致变色转变 温度。通过改变侧链中分子的长度和/或取向或方向,可以更改这种 颜色变化的转变温度。以这种方式,可以监测织物的温度。例如,通 过肉眼观察或者借助于成像技术的帮助,可以观察或监测热分布,特 别是分布中的不均匀性。织物自身成为活性感应元件,可以用于工艺 监测或控制。 附图说明为了更完整地理解本发明,参见以下说明及附图,其中: 图1图示根据本发明的工业织物。 具体实施方式[0026]热致变色感应元件是一种通过改变颜色响应其热环境的 材料。对于造纸和其他工业中所使用的工业织物而言,这种材料将具 有很广泛的实际应用。已知聚噻吩是热致变色材料,尽管人们更多关 注其导电特性。 [0027]本发明涉及的技术采用了带有侧链的噻吩聚合物。在确定 温度转变方面,侧链是相当重要的。通过改变侧链的长度和分布,可 以设计聚合物的热致变色转变温度。例如,转变温度可以为低至室温 高至180℃的范围。转变也可以调整至在较窄的范围内出现,大约10 ℃范围或者20℃或更多的较宽范围。这种转变是可逆的,而且改变 可以非常迅速。聚噻吩的独特特性在于:其颜色转变是聚合物中构象 变化的结果,这使颜色变化的机制有别于其他热致变色材料诸如染 料、液晶或金属复合物。由于构象变化是物理效应,使得颜色变化是 可逆并且快速的。取决于使用目的,聚噻吩在控制规整性 (regioregularity)也就是控制急剧的温度转变方面可能具有其优势。 此外,虽然热致变色涂料的耐久性可能有其自身问题;但这并不意味 在工业纤维、纱线、纤维、或单丝、成形丝、或直接位于其表面的纤 维、或在具有热致变色材料组分的可挤出树脂中,排除使用可逆热致 变色材料或涂料作为其组分。 [0028]理想的是,将热致变色材料结合进纤维、纱线或薄膜,即 使磨损时仍保证热致变色材料的存在。然而,除了高温热致变色材料 之外,大多数热致变色材料不能经受挤出工艺的条件,而高温热致变 色材料在工业织物领域的应用相对受到限制。噻吩属于热稳定性材 料,并由本发明人成功地挤进热塑性材料中,该热塑性材料包括聚对 苯二甲酸乙二醇酯PET。例如,通过挤出105℃的热致变色聚合物生 产出0.35mm的单丝。当纤维离开拉伸炉时,可以观察到从高温黄色 到低温(周围温度)葡萄酒色的急剧转变。随其进出炉区,这种观察 证实了颜色变化的可逆性,并检验了颜色转变的速度。 [0029]本发明披露了使用这种材料作为工业织物的组分。例如, 在编织物或其部分中,通过使用含有热致变色聚合物的单丝纱线,沿 CD(横机器方向)可以生成条带。如图1所示,由CD纱线12、14、 16和MD纱线18形成的织物10,可以用沿CD的复合单丝纱线条带 构成,使得易于利用热致变色聚合物以例如不同的温度转变段对条带 进行排序,从例如一个条带中心转变温度为95℃(16),到下一个 条带中心为105℃(14)、再下一个条带中心为115℃(12)。沿条 带的运行方向或MD的长度可以有足够的长度,以便用肉眼或借助 于成像技术的帮助,例如,使用频闪或照相机或视频装置来观察织物, 进行织物操作中的检测。换而言之,各CD条带将包含至少一根或优 选多根含有热致变色聚合物材料的纱线。按这种方式,可以观测或监 测热分布情况,特别是分布中的不均匀性。 [0030]例如,用喷洒器向干燥织物的CD条带中施加含有在 105℃处发生热致变色转变的噻吩的涂料。施加聚氨酯外层以封装热 致变色涂层。将样品织物置于Mathis炉(标准实验室炉)中,在炉 中,易于编程控制暴露的温度和时间。织物最初在85℃下暴露一分 钟时间,然后按5℃增量升高温度。可观察到热致变色转变在100℃ 开始,且在110℃完成。 [0031]操作中本发明的织物成为活性感应元件。根据该示例可以 派生出利用热致变色元件的许多其他概念。此外,尽管例示了纺织织 物,但也可以预想具有热致变色元件的其他织物,诸如上述的那些, 还可以是非织造结构诸如MD和/或CD纱线阵列、网织品、编织品、 拉伸网丝(extended meshes)、螺旋链或其叠层。 [0032]尽管此处使用术语“织物”,但根据本发明,取决于其应用, 该结构可以包括纱线或薄膜、甚或是单丝材料的形式,该单丝材料选 自由单丝、复丝纤维、双组分(皮/芯)纤维、甚至短纤维组成的组, 其中任意一种或全部含有热致变色材料。本结构可以有一层或多层, 其中任意一层或全部都可以包含热致变色材料。例如,通过使用以皮 -芯形式挤出的双组分纱线(其中皮和芯由相同或不同材料形成), 可以生产出热致变色材料的薄层。可选择地,借助于本领域技术人员 周知的方法,包括但不局限于浸渍或浴涂(bath coating)、喷涂、喷 射、刮涂、丝网印刷、染料涂布或其它适合于本目的的方法,在纱线 上涂敷热致变色材料薄层。尽管使用这些技术也可以实现厚层涂敷, 但在本发明中优选使用薄层。进一步,可选择地,使用上述技术的任 意一种,可以使织物自身涂敷有热致变色材料的薄层。 [0033]噻吩聚合物的颜色转变是化学结构改变的结果并且是材 料的固有特性。典型地,随着温度升高,由于聚合物侧链的构象变化, 发生从一种颜色到下一种颜色的转变。然而,还存在这样的选择:在 单丝的状况下,通过在单丝挤出过程中添加带有聚噻吩的颜料,调整 转变颜色。例如,蓝颜料的添加,随温度升高越过热致变色转变温度, 将出现从紫红色开始到绿色的最终转变。 [0034]此外,热致变色材料可以用于工业织物的在线处理控制, 诸如在织物或带的生产中用于帮助监测涂层的固化温度。 |