金属可检测擦洗垫
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月13日提交的美国非临时申请序列号16/274,977的优先权权益，该美国非临时申请进而要求于2018年2月19日提交的美国临时申请序列号62/632,087的优先权权益，所述申请的内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及聚合物复合纤维的技术领域，并且具体地涉及具有高负载金属颗粒的聚合物纤维，所述金属颗粒使得由此类纤维形成的擦洗垫可以经由X射线和磁强计检测到。
背景技术
许多行业需要金属可检测的聚合物和由其制造的制品。例如，食品、医疗或药品生产线保持对进入制造设施的服务制品的严格审查控制，以确保这些制品不会作为污染物意外地进入生产流，该污染物可能碎裂成危险的碎片。历史上，由于不能用产品筛选X射线检测器或磁强计探明这样的制品的位置，塑料已经被排除在一些环境之外。最近，已经开发了填充有金属颗粒或电子致密无机物的塑料制品，如美国专利第8,980,982号中详述的，该塑料制品可用磁强计或X射线检测器检测，但仍作为可注射成型的热塑性塑料进行加工并以类似于它们未填充的常规对应物的方式操作。美国专利第5,897,673号教导了含有与聚合物纤维交联的金属细颗粒的纤维。2014年9月25日提交的共同未决专利申请序列号14/496,818和2015年5月6日提交的序列号14/705,565都教导了具有高金属颗粒负载的聚合物纤维，其使得由这样的纤维形成的制品成为X射线或磁性可检测的。
擦洗垫是用于擦洗表面的金属网或塑料网的小垫。一些擦洗垫具有由柔软的海绵状材料制成的一侧，并且另一侧是前述的网。圆环面形金属擦洗垫已经变得不受青睐，因为它将锅上的不粘表面除去，另外它通常太粗糙。
常规磨料产品包括用于家用(例如，洗碗和擦碗)的清洁垫和工具以及用于工业应用(例如盘、带和旋转刷)的各种类型的表面，具有变化的组成和硬度水平，通常被购买用于消费和商业应用。例如，传统的擦洗垫具有由稀疏非织造聚合物(诸如纤维素、尼龙或纺丝聚丙烯纤维)形成的结构。产品使用几种不同的磨料，例如在热固性树脂中的氧化铝和二氧化钛。虽然基础聚合物纤维太软而不能提供擦洗功能，但是在比较刚性的热固性基体中的磨砂外涂层极大地增强了研磨能力，达到了重型擦洗垫实际上会刮伤玻璃的程度。
虽然擦洗垫已经有许多进步，但是这些垫在上述生产环境中不可使用，因为缺乏用于确保所述垫不会作为污染物意外进入生产流的可检测特征。
因此，需要一种X射线或磁强计可检测的擦洗垫。还需要这种垫是在生产环境中用常规检测设备可检测的。这样的纤维还需要加工并保持常规热塑性纤维的性质以促进由纤维生产各种擦洗垫，其在以类似于常规擦洗垫的方式操作时具有X射线或磁性可检测的附加益处。
发明内容
提供了一种可检测的擦洗垫，所述擦洗垫由限定该垫形状的稀疏的非织造基础聚合物、在基础聚合物上的负载有颗粒的固化热固性树脂的外涂层制成，所述颗粒的存在量使得所述聚合物可通过X射线检测或磁强计检测来检测。
一种检测擦洗垫的方法包括形成由具有横截面和长度的基础聚合物组成的纤维，以及将颗粒分布在热固性树脂基质中的热塑性聚合物上。所述方法还包括由所述纤维形成稀疏的非织造热塑性聚合物，以及通过用载有颗粒的热固性树脂外包覆基础聚合物来由稀疏的非织造聚合物制造擦洗垫。使擦洗垫通过X射线检测器或磁强计检测器，并且从X射线检测器或磁强计检测器收集指示擦洗垫存在的信号。
附图说明
参照描述本发明的各个方面的以下附图进一步详细描述本发明。
图1A是现有技术SCOTCH-BRITE垫的透射光学显微照片；
图1B-1F是用于可检测的擦洗垫的具有不同金属负载的本发明材料的样品的透射光学显微照片；
图2是现有技术SCOTCH-BRITE垫的X射线荧光光谱分析；和
图3是用于本发明可检测的擦洗垫的材料的实施例的X射线荧光光谱分析；和
图4是用于本发明可检测的擦洗垫的材料的第二实施例的X射线荧光光谱分析。
具体实施方式
本发明具有用作由载有金属的纤维形成可检测的擦洗垫的实用性，所述纤维是电磁光谱可检测的，并且擦洗垫适合用于各种领域，包括食品生产、医疗和药品生产环境。
如本文所用，术语“纤维”定义了有限长度的纤维，例如常规的预选长度的纤维，以及基本上连续的结构，例如连续的长丝，除非另外指明。本发明的纤维可理解为中空或实心纤维，并且还可具有基本上圆形或环形的横截面或具有不同对称空间群的横截面，其他横截面示例性地包括椭圆形；小叶形；多边形，例如三角形、正方形、矩形、梯形、五边形和六边形。在一些实施例中，本发明的纤维具有在聚合物或颗粒方面变化的鞘，所述变化是关于组成或浓度，或这两种性质。
如本文所用，术语“稀疏”涉及由垫限定的给定体积的2％至70％之间的纤维密度。
应当理解，在提供值的范围的情况下，该范围旨在不仅包括该范围的端点值，而且包括该范围的中间值，如同明确地被包括在该范围内并且根据该范围的最后有效数字而变化。例如，1至4的所述范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4以及1-4。
应理解，纤维的横截面形状和其中的颗粒和其它组分的构造取决于用于制备纤维的设备、加工条件和各种组分的熔体粘度。根据本发明，很容易制造各种纤维构造，以获得足以供磁强计或X射线检测的负载。通常，如图所示，本发明的纤维是由载有一种或多种如下指定的金属材料的一种或多种聚合物材料的熔体形成的单组分或多组分复合纤维。
本发明的可检测的擦洗垫的实施例可以由稀疏的非织造基础聚合物形成，所述聚合物示例性地包括纤维素、尼龙或纺丝聚丙烯纤维。本发明纤维的聚合物组分容易地选自本领域已知的能够形成纤维的任何类型的聚合物，包括聚烯烃、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚酰胺、含有任何上述聚合物作为共聚物的嵌段的共聚物，及其组合。本文中可操作的具体聚烯烃示例性地包括聚丙烯；聚乙烯；聚丁烯；和聚异丁烯；聚酰胺示例性地包括尼龙6和尼龙6,6；聚丙烯酸酯；聚苯乙烯；聚氨酯；缩醛树脂；聚乙烯乙烯醇；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丙二醇酯，聚(对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯)(PCT)，聚碳酸酯；和脂肪族聚酯，例如聚乳酸(PLA)；聚苯硫醚；热塑性弹性体；聚丙烯腈；纤维素和纤维素衍生物；聚芳酰胺；缩醛；含氟聚合物；其共聚物和三元共聚物及其混合物或共混物，并且不考虑给定的聚烯烃是否是间同立构的、低共熔的，全同立构的或无规立构的。
在本发明中可操作的脂肪族聚酯的具体实例包括由脂肪族二醇(例如，乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇或癸二醇)或乙二醇的低聚物(例如，二甘醇或三甘醇)与脂肪族二羧酸(例如，琥珀酸、己二酸、辛二酸或癸酸(decaneolicarboxylic acid))的组合形成的形成纤维的基础聚合物；或不同于聚(乳酸)的羟基羧酸的自缩合，例如，聚羟基丁酸酯，聚己二酸乙二醇酯，聚己二酸丁二醇酯，聚己二酸己烷酯(polyhexane adipate)以及含有它们的共聚物。在本发明中可操作的芳香族聚酯包括由具有2-10个碳原子的亚烷基二醇和芳香族二酸的聚酯形成的形成纤维的聚合物；聚萘二甲酸亚烷基酯(polyalkylenenaphthalates)，其是2,6-萘二羧酸和亚烷基二醇的聚酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯；或衍生自1,4-环己烷二甲醇和对苯二甲酸的聚酯，例如聚对苯二甲酸环己烷酯(polycyclohexane terephthalate)。示例性聚对苯二甲酸亚烷基酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(也是PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯。
用可固化的热固性树脂外包覆稀疏的非织造基础聚合物，所述可固化的热固性树脂包含磁性或X射线信号可检测的颗粒，其含量超过在常规擦洗垫中发现的量并且具有不同的组成。所述颗粒悬浮在未固化的热固性树脂中。本文中可使用的热固性树脂包括通过热、辐射或自由基或酸化学反应交联的那些，并且在本文中示例性地包括聚(甲基)丙烯酸酯、聚酯、环氧树脂、聚氨酯和聚脲，并且服从以下条件：热固性树脂、其固化剂和其载体溶剂是与基础聚合物纤维在化学方面相容的。在具体的发明实施例中，热固性树脂是基于水的丙烯酸和酚醛树脂。通过常规技术施加负载有颗粒的热固性树脂以形成外涂层。这些技术示例性地包括浸涂、喷涂、辊涂或刷涂。
符合食品、医疗和药物加工标准的可检测的擦洗垫的实施例具有颗粒的颗粒组合物以使该垫磁性或X射线信号可检测，该颗粒组合物可以包括铁、青铜、黄铜、钢、钡盐、钴、钛、锡、铜、钨、铂、银、铋、锌、铅、钼、钕、钐、任何前述金属的合金、任何前述金属的氧化物，任何前述金属的氮化物。应当理解，钴合金(例如，钴-钐)以及钕合金具有特别高的磁矩，与铁氧体相比，其允许在较低的重量负载下进行磁性检测。而检测所需的颗粒负载取决于各种因素，包括检测技术、给定颗粒的X射线横截面或磁化率、垫通过检测器的通过速度、颗粒的特性和垫厚度，上述颗粒的典型负载范围为垫的30至85的总重量百分比。在这些情况下，当颗粒为铁氧化物负载时，在一些发明实施例中为37至80的总重量百分比。应理解，颗粒的过度负载导致外涂层由于从颗粒到颗粒的蔓延而破裂，从而导致外涂层太脆。通过比较，常规的不可检测的擦洗垫含有30至45总重量百分比的碳酸钙颗粒，如通过燃烧重量损失所测量的。
选择树脂外涂层的厚度以包含所需量的颗粒。树脂外涂层的典型厚度为基础纤维横截面直径的10％-200％。
在某些实施例中，本发明纤维的每种聚合物组分包括常规已知的用于改变加工性能或性能属性的其它物质。这样的添加剂物质示例性地包括抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动促进剂、固体溶剂、染料、颜料、增塑剂及其组合。应理解，颜料可以涵盖上文详述的颗粒材料的组合物以赋予本发明纤维的可检测性，并且在这种情况下，颜料在组成上不同于颗粒并且以比颗粒更低的重量百分比存在。
为了制造本发明，将颗粒与如上定义的一种或多种合适的可固化的热固性树脂配混，该可固化的热固性树脂将在基础纤维结构上形成外涂层。然后将外涂层施加到基础纤维结构上并使其得以固化。限定垫结构的基础纤维通常具有直径在0.1微米至500微米之间的纤维直径，并且将外涂层施加到如上所述的厚度以使所得的垫可检测。在一些发明实施例中，热固性树脂被选择为在归一化至厚度时具有比下面的基础纤维更大的劲度以赋予所得擦洗垫更大的劲度，并且因此，与未加劲度的垫相比，必须施加至给定目标沉积物的手动力的量减少。
一些发明实施例中的发明非织造垫使用工业中已知的粘合技术来粘合。用于非织造网的示例性粘合技术包括机械粘合，例如水力缠结和针刺、粘合剂粘合、热粘合及诸如此类。尽管容易采用其它热粘合技术，例如压延、微波或其它射频(RF)处理，但热粘合的实例是风透粘合(through air bonding)。因此，本发明的垫容易结合到各种基底，所述基底示例性地包括纺织物、无纺织物、热塑性薄膜、聚合海绵和金属棉；上述织物和薄膜容易由各种材料形成，包括热塑性塑料、纤维素、金属及其组合。
根据本发明由这种载有颗粒的纤维形成的擦洗垫保留了由相同聚合物组合物形成的未载有颗粒的垫的可使用性能，具有用常规食品、医疗和药品生产的磁性或X射线检测器可检测的附加属性。
现代金属检测是基于用反向接线的发射器线圈和两个接收线圈产生磁场。当导电的或磁性的污染物穿过磁场时，所产生的磁场被中断。通过测量超过无污染产品电压变化的电压变化来检测污染物。如果检测到污染物，则驳回该产品。污染物通常归类为以毫米为单位的球体当量(sphere equivalent)。灵敏度和吞吐量是与机器有关的。
X射线检查是基于密度。被检查物体的密度越高，所吸收的能量就越多。X射线检测测量产品或污染物吸收了多少能量。X射线检测可以检测金属检测器检测不到的污染物诸如玻璃或骨头。X射线检测可以执行产品污染范围之外的其他质量功能。本发明集中于污染物检测。污染物通常归类为球体当量。灵敏度和吞吐量是与机器有关的。
以下实例是本发明具体的非限制性实例。这些实例不应被认为是对所附权利要求的范围的限制。
实例
实例1
分别对如图1B-1D所示的本发明的可检测的擦洗垫的三个样品(样品1、样品2、样品3)进行灰分测试，以便根据金属检测器读数的程度确定样品的金属负载量。图1E和1F是发明的第四可检测的擦洗垫的显微照片，该擦洗垫与样品1-3相比，金属负载量发生变化。作为比较实例，还测试了如图1A所示的市售常规垫样品的可检测性和金属负载含量。表2总结了结果。从表中可以看出，样品1具有最高金属浓度72.12％，并且产生最强的金属检测器读数，而样品2具有最低金属浓度32.14％，并且产生最弱的金属检测器读数。
表2灰分含量和金属检测器读数
实例2
使用Xenemetrix Excalibur能量色散X射线荧光光谱仪，对的常规垫(图2)和本发明的可检测的擦洗垫(图3)样品2以及样品4(图4)进行光谱分析。从图2中可以容易地看出，常规的垫使用钙盐(例如CaCO3)作为磨砂。相反，本发明的垫以常规垫负载的几乎两倍的负载使用铁氧化物，以使得本发明的垫可检测。
以上描述是对本发明的特定实施例的说明，但不意味着对其实施的限制。所附权利要求书(包括其所有等同方案)旨在限定本发明的范围。
