專利名稱:生產(chǎn)非織造織物用的熱塑性可熱粘結(jié)的聚烯烴纖維以及通過(guò)熱粘結(jié)獲得的非織造織物的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及生產(chǎn)非織造織物用的熱塑性可熱粘結(jié)的聚烯烴纖維，以及通過(guò)熱粘結(jié)這種聚烯烴纖維獲得的非織造織物。
發(fā)明背景聚烯烴纖維，和更特別地，聚丙烯纖維本身，或者它與其它纖維，例如羊毛、棉、聚酯的共混物，廣泛用于生產(chǎn)具有不同形態(tài)的數(shù)種制品。
這一用途可通過(guò)這些纖維的數(shù)個(gè)特征，例如高的化學(xué)惰性和不存在極性基團(tuán)、沒(méi)有毒性和細(xì)胞學(xué)毒性、低的比重、低的導(dǎo)熱率和高的絕緣能力、高的耐磨性、高的抗霉菌和細(xì)菌性、高的固色性，最后，但并非最不重要的是，容易生產(chǎn)以及低成本得到顯著改進(jìn)。
紡織品(內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衣)、地板覆蓋物(地毯)、工業(yè)和衛(wèi)生方面是基于以上提及的一種或更多種纖維行為而開(kāi)發(fā)的最重要的應(yīng)用中的一些。
公知通過(guò)熔體紡絲技術(shù)生產(chǎn)聚烯烴纖維，和更特別地，聚丙烯纖維，所述熔體紡絲技術(shù)包括在一個(gè)擠出機(jī)中，在高溫下熔融聚合物。熔融的聚合物之后被強(qiáng)制通過(guò)維持在控制溫度下的紡絲板。
為了在纖維上獲得一些重要額外的行為，在紡絲步驟之前或之中，將特定的化學(xué)品加入到聚合物中·穩(wěn)定劑(工藝穩(wěn)定劑、抗氧劑等)·著色的顏料·改進(jìn)白度的熒光增白劑·改良透明度的消光劑在流出紡絲板之后，通過(guò)空氣驟冷熱的初生絲，并經(jīng)歷隨后的拉伸、卷曲、干燥加工步驟，達(dá)到下述纖維加工所要求的最終的內(nèi)聚和機(jī)械特征。
之后切割通過(guò)以上提及的步驟獲得的纖維并成包。在生產(chǎn)工藝的一些步驟期間采用特別處理的紡絲整理配方，賦予纖維加工所需的抗靜電、潤(rùn)滑和內(nèi)聚特征。此外，上述紡絲整理配方必需賦予纖維最終的用途所要求的額外的親水或疏水行為。
現(xiàn)有技術(shù)的用于熱粘結(jié)的聚烯烴纖維顯示出數(shù)種不同的形態(tài)和結(jié)構(gòu)組成-在例如US4473677、US5985193、WO9955942或US5460884中公開(kāi)的雙組分纖維，例如鞘-芯或者并列型雙組分纖維。
通過(guò)使用獨(dú)立地通過(guò)單獨(dú)的齒輪泵供料兩種不同的聚合物(即，聚丙烯/聚乙烯或聚丙烯/聚烯烴共聚物)到專門設(shè)計(jì)的紡絲板上的兩個(gè)擠出機(jī)，從而獲得這些纖維。
-在例如US5985193、WO9955942或US5460884中公開(kāi)的由在紡絲擠出機(jī)內(nèi)部直接獲得的聚合物共混物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)雙組分或“雙成分”。
-在例如US5281378、US5318735、US5431994、US5705119、US5882562、US5985193或US6116883中公開(kāi)的顯示出“皮-芯”形態(tài)并通過(guò)使用生產(chǎn)工藝中專門的紡絲條件和驟冷步驟(其導(dǎo)致在纖維上形成降解表皮)，由單一的聚合物或者由聚合物的共混物獲得的“天然”雙組分。
以上提及的專利和專利申請(qǐng)認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)皮-芯纖維的粘結(jié)行為是由于形成降解表皮導(dǎo)致的且宣稱總是通過(guò)使用合適的加工條件獲得這種表皮。
相反，證明在不存在特別調(diào)整聚合物穩(wěn)定性的情況下，這些纖維的熱粘結(jié)行為可能差，這是因?yàn)榫酆衔镞^(guò)度或者相反有限地降解?，F(xiàn)有技術(shù)的主要局限是對(duì)于長(zhǎng)的紡絲工藝來(lái)說(shuō)，非織造織物限制柔軟度和對(duì)于短的紡絲工藝來(lái)說(shuō)，非織造織物低的韌度。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是生成非織造織物韌度高的熱粘結(jié)纖維，它允許較寬的工藝操作窗和較好地控制纖維和非織造織物的質(zhì)量一致性。
本發(fā)明另一目的是當(dāng)使用來(lái)自長(zhǎng)程紡絲或短程紡絲工藝的標(biāo)準(zhǔn)均聚丙烯纖維時(shí)，解決熱粘結(jié)工藝的多樣性和非織造織物質(zhì)量方面的一些主要的局限。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具有權(quán)利要求
1特征的熱塑性可熱粘結(jié)的聚烯烴纖維，具有權(quán)利要求
7特征的這一聚烯烴纖維的紡絲工藝和通過(guò)熱粘結(jié)具有權(quán)利要求
9特征的這一聚烯烴纖維獲得的非織造織物來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
本發(fā)明希望兼有因提高的纖維的塑性行為導(dǎo)致的焊接效果以及焊接表皮的最小有用厚度的效果。本發(fā)明的纖維在紡絲過(guò)程中顯示出非常低的表面降解和在壓力下壓延之后完全的塑性可變形。因此，在熱粘結(jié)非織造織物內(nèi)的熱粘結(jié)點(diǎn)象薄和均勻的聚合物箔一樣。所有纖維釋放出其單獨(dú)的特性，并一起完全焊接到熱粘結(jié)點(diǎn)上。在壓延壓縮下強(qiáng)制接觸的區(qū)域內(nèi)，纖維顯示出完全熔融和表面的分子間滲透。
為了生產(chǎn)這一纖維，提出了紡絲工藝，其中設(shè)定合適的紡絲頭溫度，以便獲得纖維特定的熱降解。
與在熱粘結(jié)點(diǎn)內(nèi)纖維全部緊密堆積的現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)熱粘結(jié)所述纖維獲得的本發(fā)明的非織造織物顯示出較高的韌度。
通過(guò)這一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的下述優(yōu)點(diǎn)·紡絲工藝的操作溫度變得顯著較寬，于是改進(jìn)纖維的質(zhì)量均勻度·通過(guò)有利于韌度或柔軟度或者居間結(jié)合來(lái)優(yōu)化非織造織物特征進(jìn)行的處理變得可行。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要利用聚合物體系，其中可能的情況是，可提高壓延階段過(guò)程中塑性變形現(xiàn)象。在第二個(gè)實(shí)例中，聚合物的添加劑配方必需使得可形成表皮最小的有用厚度。
參考關(guān)于在焊接工藝中實(shí)際上可用的測(cè)定表皮深度的分析問(wèn)題，降解指數(shù)(DI)層的數(shù)值范圍介于1.50至3.0，這取決于在非織造織物上作為靶而選擇的特征。降解指數(shù)DI是正如隨后將詳細(xì)地描述的纖維熔體流動(dòng)速度和樹(shù)脂熔體流動(dòng)速度之比的數(shù)值。采用范圍為2.0至2.5的降解指數(shù)DI，將實(shí)現(xiàn)在熱粘結(jié)物品過(guò)程中特別良好的效果。
如前所述，為了實(shí)現(xiàn)塑性變形，需要添加結(jié)構(gòu)無(wú)序劑(structuraldisorder)到晶相中，使得在應(yīng)力下容易觸發(fā)分子滑動(dòng)。
在可能的聚合物體系的結(jié)合當(dāng)中，作為非限制性實(shí)例可提及下述·PP+PP/PE+PP/PB·PP+PP/PB·PP+PP/PB/PE此外，含有高結(jié)晶度的均聚物或共聚物作為基礎(chǔ)成分，由PP均聚物或PP/PE共聚物構(gòu)成的一種或更多種組分，和由PP或PE與α-烯烴的共聚物構(gòu)成的額外組分的所有其它的組合的特征在于具有有限結(jié)晶度的結(jié)構(gòu)。該共混物的重量比例范圍可以是0％至90％的均聚物和100％至10％的PP-α-烯烴的共聚物。
所有上述組分尤其必需顯示出全部相容，以便確保在紡絲階段過(guò)程中良好的加工性。
上述共聚物的重要特征是其聚丙烯晶相的熔融溫度，它通常與共聚單體的含量成反比(“Polypropylene Handbook”，EdwardP.Moore，Jr.，1996，Chapt.6.3.2，圖6.6)。
為了清楚起見(jiàn)，可以粗略地認(rèn)定結(jié)晶PP的較低熔融溫度與微晶本身的較低粘結(jié)能相附，且它與前面所述的比較容易塑性變形的概念完全地匹配。
事實(shí)上，本發(fā)明涉及通過(guò)少量地允許(dole out)表皮降解，和通過(guò)利用一些聚合物共混物的塑性行為的PP纖維的紡絲工藝。通過(guò)使用特殊調(diào)整的解決方案·添加劑配方·原材料共混物·工藝條件從而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。
更特別地，通過(guò)添加劑配方和通過(guò)合適的工藝條件來(lái)控制纖維表皮降解的計(jì)量。含有范圍為150ppm至600ppm的主抗氧化劑的原材料導(dǎo)致良好的降解控制。
通過(guò)使用特定的原材料共混物，優(yōu)化在壓延裝置內(nèi)纖維的熱塑性行為，以便還通過(guò)控制輥的溫度和壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)韌度上限。
考慮到聚烯烴的導(dǎo)熱率差，以及纖維在壓延處理中非常短的停留時(shí)間，在壓延機(jī)中，在熱粘結(jié)過(guò)程中，半晶聚烯烴的熱塑性行為可承擔(dān)主要的作用。
表格和附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1現(xiàn)有技術(shù)的皮-芯纖維的熱粘結(jié)模型圖2在壓延現(xiàn)有技術(shù)的纖維之后非織造織物的粘結(jié)點(diǎn)圖3根據(jù)本發(fā)明的纖維的熱粘結(jié)圖4在壓延本發(fā)明的纖維之后非織造織物的粘結(jié)點(diǎn)表1紡絲溫度對(duì)纖維降解(MFR)和非織造織物的影響表2穩(wěn)定配方對(duì)PP熱穩(wěn)定性和聚丙烯的熱氧化穩(wěn)定性的影響表3聚合物共混物組合物和降解指數(shù)(DI)水纖維熱粘結(jié)性的影響。
發(fā)明詳述聚合物的塑性行為是耐受大的變形(在一些情況下，直到600-700％)且在除去變形應(yīng)力之后保留變形狀態(tài)的能力。在這一變形工藝中，認(rèn)為具有兩個(gè)不同的步驟。
在第一步中，低于1％，變形是彈性且對(duì)于施加的應(yīng)力是可逆的。在彈性變表過(guò)程中，在笏體中可以觀察到某些溫度下降。在第二步中，在彈性上限內(nèi)變形變?yōu)樗苄曰蛘卟豢赡?，且觀察到在物體內(nèi)材料的相對(duì)流動(dòng)。若相對(duì)于因材料的導(dǎo)熱率導(dǎo)致的散熱效果，變形工藝足夠快，則由于上述流動(dòng)導(dǎo)致的分子摩擦可產(chǎn)生物體溫度的增加。
在非織造網(wǎng)輻的壓延工藝中，若以合適的方式進(jìn)行纖維部分寬的塑性變形，則材料的塑性行為可在熱粘結(jié)結(jié)果中起到積極的作用。為此，要求下述主要措施
·在紡絲裝置內(nèi)，使用合適的聚烯烴原材料(其在晶相內(nèi)含有分子無(wú)序劑)·在壓延裝置內(nèi)，增加壓力，和視需要降低輥的溫度。
關(guān)于分子無(wú)序劑，必需考慮到這一區(qū)域可以是在外部應(yīng)力下，分子的塑性流動(dòng)的起始點(diǎn)。事實(shí)上，它們是其中結(jié)晶形成的粘結(jié)能較低的區(qū)域。
當(dāng)結(jié)晶度高時(shí)，可按照不同的方式使PP均聚物無(wú)序。比較直接的方式之一是將某些用量的PP與(α-烯烴)共聚單體之間的相容聚烯烴共聚物共混到PP均聚物中，其中(α-烯烴)共聚單體低于10％。通過(guò)在PP鏈的結(jié)晶過(guò)程中，(α-烯烴)鏈增長(zhǎng)的無(wú)序效果來(lái)說(shuō)明上述解決方案的效果。
由上述說(shuō)明可以看出，聚烯烴纖維的熱粘結(jié)機(jī)理是降解表皮的存在和在機(jī)械應(yīng)力下纖維部分的塑性行為的結(jié)果。
象現(xiàn)有技術(shù)一樣的纖維粘結(jié)機(jī)理是使用皮-芯PP纖維。正如所知道的，這種皮-芯PP纖維廣泛用于熱粘結(jié)中。上述纖維的主要特征是表皮和核心之間的熔點(diǎn)之差。更特別地，與高分子量的核心部分相比，在表皮分子量降解的情況下，其熔點(diǎn)下降。更具體地，在壓延操作過(guò)程中，當(dāng)表皮層完全處于熔融狀態(tài)時(shí)，纖維的核心仍然為固體?？紤]到上述之后，圖1可列出采用現(xiàn)有技術(shù)的表皮纖維的熱粘結(jié)模型，其中示出了·在熱輥壓下，單根纖維的目的是保持其起始的圓形截面·輥壓使所有纖維靠近在一起且表皮層首先熔融，結(jié)果流動(dòng)到在纖維之間殘留的自由孔隙內(nèi)并象膠水一樣·在非常短的時(shí)間(約10ms)之后，終止壓縮，且纖維組件旨在殘留的彈性作用下，再重排其位置，直到熔融表皮層硬化。在這一重排過(guò)程中，拉伸“膠水”并傾向于形成膜和/或相鄰纖維之間的長(zhǎng)絲的橋梁，正如圖2所示。當(dāng)然，橋的數(shù)量和尺寸取決于許多工藝變量(表皮的厚度和質(zhì)量、溫度、壓力、速度等)。
·為證明通過(guò)單根纖維保持單獨(dú)的核心，盡管在壓延過(guò)程中，在點(diǎn)上施加壓縮應(yīng)力，但可看出(圖2)，盡管施加壓縮應(yīng)力，但在纖維交叉區(qū)域內(nèi)，單根纖維也是可視的。
采用除了可能存在的降解表皮以外的本發(fā)明的纖維，圖3列出了本發(fā)明的目的，熱粘結(jié)模型，其中示出了·在壓延機(jī)中，在輥壓下的單根纖維使起始的圓形截面完全松散并變形，以便允許纖維緊密地堆積。在這種體積排列中，所有纖維也使其單一的同一性松散，且焊接點(diǎn)變得象薄和均勻的聚合物箔一樣。
·如圖3所示，即使若存在降解的表皮，纖維也緊密地堆積，在相鄰纖維之間“膠水”橋的數(shù)量和尺寸非常低。
·關(guān)鍵的是要注意，纖維截面高塑性變形的第一結(jié)果是，獲得強(qiáng)的熱粘結(jié)效果和降解表皮的最小厚度。
·如圖4所示，焊接點(diǎn)非常均勻。采用弱眼，焊接點(diǎn)看起來(lái)是透明的，這是由于聚合物本體內(nèi)的光學(xué)均勻度導(dǎo)致的。
可通過(guò)差示掃描量熱(DSC)分析，觀察在聚合物內(nèi)存在的結(jié)晶無(wú)序劑，其中測(cè)量了熔融焓和熔融溫度。
在這一分析中，通過(guò)PP均聚物和PP-PE無(wú)規(guī)共聚物制造的共混物顯示出兩種組分之間的熔融溫度且更接近于PP，而不是根據(jù)正好共混的線性下限正好在中間。
通過(guò)假設(shè)在共混物的硬化工藝中，通過(guò)具有獨(dú)特熔融過(guò)程的獨(dú)特晶相包括兩種組分，從而將更好地解釋這一效果。根據(jù)聚合物物理的已知理論，與純的均聚物相比，共混物的熔融溫度的下限值是指晶相較低的粘結(jié)能。當(dāng)然，在均聚物結(jié)晶形成中包括共聚物將引起在共混物硬化過(guò)程中無(wú)序的效果，這是因?yàn)椴煌姆肿恿Ⅲw規(guī)則度導(dǎo)致的。
在不同的技術(shù)中，可就下述方面觀察X-射線衍射(XRD)、聚合物的結(jié)晶無(wú)序-晶面距離的變化-晶面的完整程度在分子級(jí)上，結(jié)晶無(wú)序劑是指“在PP的結(jié)晶薄層內(nèi)原子/鏈段的位移/插入”。事實(shí)上，例如，PE含量低的PP-PE無(wú)規(guī)共聚物可被視為不完美的PP，其中PE中的鏈段強(qiáng)制停留在硬化過(guò)程中形成的PP晶體內(nèi)部，結(jié)果產(chǎn)生無(wú)序并降低固體內(nèi)分子鍵的數(shù)量和能量。這是為何純的聚烯烴無(wú)規(guī)共聚物對(duì)于塑性熱粘結(jié)效果來(lái)說(shuō)是合適的樹(shù)脂的原因。另一方面，對(duì)于纖維本體特征的柔性來(lái)說(shuō)，與純的共聚物相比，聚烯烴共混物可能更合適。
在纖維紡絲之后數(shù)天由短纖維生產(chǎn)壓延的非織造織物。成本有效的工具是就在紡絲之后，包裝之前測(cè)試短纖維的熱粘結(jié)性。
為此，開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)W.I.(F.Polato，private com的Weldability Index，1998年11月30日)。
在該方法中，梳理數(shù)克短纖維。對(duì)小的網(wǎng)輻在高溫下置于壓縮負(fù)載下短的時(shí)間。測(cè)量熱粘結(jié)網(wǎng)輻的韌度。
對(duì)于所有步驟來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用控制條件，試驗(yàn)結(jié)果與工業(yè)非織造織物的韌度緊密相關(guān)。
不同的紡絲技術(shù)可用于工業(yè)生產(chǎn)聚烯烴短纖維。當(dāng)今，最廣泛使用的通常稱為“長(zhǎng)程紡絲”和“短程紡絲”。
就技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素兩方面來(lái)說(shuō)，這兩種技術(shù)是不同的。車間裝置的常見(jiàn)趨勢(shì)是尋找具有下述特征的皮-芯纖維·表皮是通過(guò)熱氧化降解(鏈分解)的聚合物的外層，其中-平均MW比起始樹(shù)脂低得多-MFR比纖維的核心高得多-熔融溫度明顯低于起始樹(shù)脂·纖維的核心是在內(nèi)部的其余部分，且與起始聚合物相比，完全不變。
事實(shí)上，在細(xì)孔噴絲板之后，處于高溫下的纖維浸漬到空氣內(nèi)，并立即從纖維表面開(kāi)始氧化過(guò)程并在徑向上滲透到纖維內(nèi)。正如已知的，PP的氧化降解是其中聚合物分子量下降的鏈分解工藝。
目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)較低的熔融溫度和合適的表皮厚度，以便在壓延機(jī)裝置內(nèi)獲得最高的韌度和小的輥壓溫度。
裝置實(shí)驗(yàn)的事實(shí)是，僅僅在窄的紡絲溫度范圍內(nèi)獲得對(duì)于熱粘結(jié)非織造織物的高韌度來(lái)說(shuō)，具有恰當(dāng)質(zhì)量的降解表皮(參見(jiàn)表1)。對(duì)于表皮的質(zhì)量和厚度來(lái)說(shuō)，最重要的工藝條件是·在細(xì)孔噴絲板外部的聚合物溫度(在紡絲線內(nèi)部的高溫是無(wú)效的)·對(duì)于通過(guò)降低纖維溫度熱氧化降解的冷凍效果來(lái)說(shuō)，利用熱力流動(dòng)的空氣驟冷流。
降解表皮的“厚度”是離開(kāi)細(xì)孔噴絲板的纖維的溫度和在對(duì)于在纖維本身內(nèi)其中心擴(kuò)散來(lái)說(shuō)，可獲得氧氣的高溫下的時(shí)間之間的相互作用的結(jié)果。
換句話說(shuō)，通過(guò)兩個(gè)最小的閾值溫度和時(shí)間來(lái)控制形成表皮的熱氧化工藝。關(guān)于時(shí)間，以上提及的兩種技術(shù)允許在高溫下纖維類似的停留時(shí)間(10ms是時(shí)間大小的數(shù)量級(jí))。另一方面，公知短程紡絲技術(shù)不允許PP表皮以容易的方式降解。為此，必需考慮到短程紡絲技術(shù)必需使用高速驟冷流體且非常接近于噴絲板細(xì)孔。最終的效果是在噴絲板的輸出中纖維的較低溫度和降解動(dòng)力學(xué)較低的速度。
另外，用于纖維的商業(yè)等級(jí)的PP含有在其中熱氧化反應(yīng)比較容易的長(zhǎng)程紡絲技術(shù)中優(yōu)化的比較重質(zhì)的添加劑配方。
此外，必需涉及具有非織造織物最終特征的表皮的熱降解工藝。
在表1中示出了在所有其它工藝條件保持恒定的情況下，“纖維MFR”和“非織造織物TBI”與紡絲溫度的關(guān)系。
首先，隨著溫度增加，聚合物降解(MFR)緩慢增加，直到280℃的“閾值”。在這一閾值之上，降解工藝越來(lái)越快地加速。與此同時(shí)，非織造織物的韌度在280℃時(shí)開(kāi)始改進(jìn)，在290℃時(shí)達(dá)到峰值，且之后盡管以上提及的降解增加，但韌度下降。當(dāng)然，關(guān)系定量地取決于裝置類型和添加劑配方。
根據(jù)表1，可如下所述解釋標(biāo)準(zhǔn)工藝動(dòng)力學(xué)直到280℃的紡絲頭溫度時(shí)，才在纖維上發(fā)生表皮降解。
超過(guò)這一閾值，降解的表皮層的厚度相對(duì)于溫度以指數(shù)定律方式增長(zhǎng)。當(dāng)然，表皮厚度的增加意味著作為中間的函數(shù)(versus themiddle)進(jìn)行降解，結(jié)果降低殘留未變核心的尺寸和纖維的韌度。對(duì)于非常高的紡絲溫度來(lái)說(shuō)，纖維的熱粘結(jié)性優(yōu)良，但由于降解纖維非常差的機(jī)械特征，因此非織造織物的韌度最差。
根據(jù)所有上述點(diǎn)，可得出結(jié)論·可僅僅在溫度閾值以上才可獲得表皮-芯結(jié)構(gòu)·對(duì)于最高的非織造織物韌度和通過(guò)使用PP均聚物與標(biāo)準(zhǔn)紡絲技術(shù)來(lái)說(shuō)，紡絲溫度操作窗窄(僅僅數(shù)度)此外，考慮到數(shù)個(gè)變量的相互作用，一些補(bǔ)償效果可用于裝置調(diào)整中-紡絲頭溫度-驟冷流體溫度-驟冷流體速度-紡絲板表面和驟冷流體的上表面之間的距離(＝驟冷距離)事實(shí)上，上述變量對(duì)于表皮的形成來(lái)說(shuō)是互相依賴的。特別地，對(duì)于相同的添加劑配方來(lái)說(shuō)，上述變量的調(diào)整使得可控制表皮數(shù)量和質(zhì)量。
其它有用的注解是-在其最小閾值內(nèi)，紡絲頭溫度對(duì)于表皮控制來(lái)說(shuō)是主導(dǎo)的-低于它，表皮是不可檢測(cè)的-遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于閾值時(shí)，非織造織物的韌度最差-在聚合物配方內(nèi)抗氧劑添加劑的含量對(duì)于表皮降解來(lái)說(shuō)是主導(dǎo)的。更特別地，對(duì)于在短程紡絲線中表皮的降解來(lái)說(shuō)，抗氧劑含量必需低。
-對(duì)于由皮-芯PP纖維獲得的熱粘結(jié)的非織造織物的熱粘結(jié)韌度來(lái)說(shuō)，要求表皮的最佳厚度和低的熔融溫度(參見(jiàn)圖1的模型)-對(duì)于由塑性PP纖維獲得的熱粘結(jié)的非織造織物的高韌度來(lái)說(shuō)，所要求的表皮厚度比皮-芯纖維低得多(參見(jiàn)圖3的模型)為了檢測(cè)PP纖維內(nèi)的表皮，考慮了一些試驗(yàn)方法
·在高溫下纖維的硅油超聲提取物的光學(xué)顯微分析(Takeuchi等人的USP5705119；1998年1月6日)·由RuO4事先染色的纖維截面的TEM分析(Trent等人，Rutheniumtetra-oxide staining of polymers for electron microscopy(用于電子顯微術(shù)的聚合物的四氧化釕染色)，Macromolecules，vol.16，No.4，1983)。
遺憾的是，發(fā)現(xiàn)對(duì)于分析使用來(lái)說(shuō)，這兩種試驗(yàn)方法是不可靠的。因?yàn)楸砻髟谠囼?yàn)結(jié)果和PP的熱粘結(jié)性之間沒(méi)有緊密的關(guān)系。另一方面，廣泛被接受的是，在紡絲過(guò)程中，在纖維表面上形成焊接表皮，且由于通過(guò)鏈分解而降解。按照這一概念，可表明在紡絲過(guò)程中，非織造織物的韌度(TBI)和聚合物的降解指數(shù)(DI)之間存在緊密的關(guān)系。
定義(1)TBI＝SQRT(CD*MD)*20/W(2)DI＝(MFR纖維)/(MFR樹(shù)脂)其中CD＝非織造織物的橫向韌度MD＝非織造織物的縱向韌度W＝非織造織物的重量MFR＝根據(jù)ASTM D-1238-L，聚合物的流度當(dāng)然，可在紡絲溫度變化的情況下，通過(guò)保持壓延工藝調(diào)整和樹(shù)脂紡絲工藝恒定，從而獲得上述緊密的關(guān)系。在這一結(jié)構(gòu)中，降解效果(DI)是紡絲溫度的直接效果。
以下是第一參考數(shù)值-DI＝1.0是在沒(méi)有任何降解情況下的(理論)下限-1.5＜DI＜3是對(duì)于中間降解和部分表皮的形成而言的-3＜DI＜4是典型的皮芯商業(yè)纖維的范圍-DI＞4是對(duì)于過(guò)度降解、發(fā)脆纖維和最差的非織造織物韌度而言的。
參考熱粘結(jié)機(jī)理(圖3，4)，若在壓延機(jī)中，纖維的塑性行為是合適的，則發(fā)現(xiàn)
-與皮-芯均聚PP纖維相比，對(duì)于相同的DI值來(lái)說(shuō)，非織造織物的韌度較高-對(duì)于低的DI值來(lái)說(shuō)，非織造織物的韌度也是高的，這對(duì)應(yīng)于低的表皮壓力。
聚合物中的添加劑配方是關(guān)鍵特征，因?yàn)橥ㄟ^(guò)定義，它控制聚合物的降解機(jī)理。當(dāng)熾熱的聚合物與大氣中的氧氣接觸時(shí)，在模頭的出口處，這種控制對(duì)于纖維的外層來(lái)說(shuō)尤其有效。
通?；谟上率鰜?lái)推導(dǎo)的主要的降解機(jī)理來(lái)研究在衛(wèi)生應(yīng)用中，用于非織造織物的聚丙烯纖維的添加劑配方。
a)高溫下的氧b)在不存在氧的情況下高的加工溫度c)長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間(貨架期)通常通過(guò)主抗氧化劑，例如之后報(bào)道為AO1的位阻酚(C.A.S.Nos.6683-19-8、27676-62-6、2082-79-3和其它)，或者最近開(kāi)發(fā)的添加劑，例如之后報(bào)道為AO2的內(nèi)酯(C.A.S.No.181314-48-7和其它)，進(jìn)行在高溫下對(duì)氧的防護(hù)。
通常通過(guò)仲抗氧劑，例如有機(jī)亞磷酸酯(CAS Nos.31570-04-4、119345-01-6和其它)或有機(jī)亞膦酸酯(CAS No.119345-01-6和其它)結(jié)合AO1或AO2，進(jìn)行在不存在氧的情況下對(duì)高的加工溫度的防護(hù)。
通過(guò)AO1和位阻胺(聚合HALS；CAS Nos.71878-19-8，106990-43-6和其它)二者來(lái)確保對(duì)長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間(貨架期)的防護(hù)。
在以上提及的機(jī)理當(dāng)中，最重要的機(jī)理是其中在高溫下控制聚合物熱氧化降解的機(jī)理。更具體地說(shuō)，必需定量控制熱氧化機(jī)理，以獲得降解表皮所要求的厚度。
就其它方面來(lái)說(shuō)，當(dāng)降解和低熔點(diǎn)的聚合物具有不足的機(jī)械特征時(shí)，需要計(jì)量(dose)熱氧化降解，以達(dá)到降解表皮最小有用的厚度。過(guò)度降解導(dǎo)致粘結(jié)表皮增加，但非織造織物的機(jī)械特征變差，且纖維的核心也經(jīng)歷降解(參見(jiàn)表1)。
為了獲得合適地計(jì)量的熱氧化降解，根據(jù)本發(fā)明，主抗氧化劑的濃度必需介于150ppm(最高降解)和600ppm(最低降解)之間。
T.O.S.I.(熱氧化穩(wěn)定指數(shù))，“F.Polatocomunicazione privata1998年11月30日”代表獨(dú)立和聯(lián)合評(píng)價(jià)在高溫下聚丙烯對(duì)氧的穩(wěn)定性，和在不存在氧的情況下，對(duì)高的加工溫度的穩(wěn)定性的非常有效的試驗(yàn)方法。
這一方法認(rèn)為公知的MFR是平均Mw的良好指示劑，且它基于由下述導(dǎo)致的聚合物的分子降解的評(píng)價(jià)-在密閉的隔室內(nèi)，在不存在氧的情況下，暴露于恒溫下確定的時(shí)間-通過(guò)在高溫下，在氧存在下擠出聚合物，暴露于熱氧化作用下。
在測(cè)量MFR中常見(jiàn)的儀器用于上述試驗(yàn)。
如表2所示，聚合物中不同的添加劑配方導(dǎo)致在不存在氧的情況下，在高加工溫度下降解和熱氧化降解之間明顯的差別(配方1、2)。
同時(shí)，一些添加劑配方可顯示出非常類似的熱氧化降解水平和對(duì)在不存在氧的情況下對(duì)高加工溫度穩(wěn)定性的顯著差別(配方1、3)。
聚烯烴均聚物和共聚物，例如PP和PE在衛(wèi)生應(yīng)用中廣泛用于生產(chǎn)非織造織物用的可熱粘結(jié)纖維。
盡管如此，但PE均聚物就價(jià)格和非織造織物的韌度來(lái)說(shuō)，顯示出一些重要的局限性，即使它對(duì)非織造織物柔軟度的相關(guān)貢獻(xiàn)是公知的。
在已有的專利文獻(xiàn)中數(shù)次報(bào)道了使用與聚烯烴均聚物和共聚物共混的低濃度的其它聚合物，例如含有極性單體，如乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯和其它的乙烯共聚物。
盡管如此，但在實(shí)際工業(yè)實(shí)踐中使用這種聚合物由于下述數(shù)個(gè)因素導(dǎo)致非常有限，例如·原材料的價(jià)格·與聚烯烴的相容性局限導(dǎo)致在紡絲工藝過(guò)程中的麻煩因此，PP均聚物在衛(wèi)生應(yīng)用中顯示出生產(chǎn)用于非織造織物的短纖維的主要興趣，這是因?yàn)橄率鲈颉ぽ^低的原材料成本
·良好的可加工性·非織造織物滿意的韌度行為另一方面，PP均聚物纖維的熱焊接性是由于在根據(jù)前面報(bào)道的工藝階段紡絲的過(guò)程中形成的降解表皮導(dǎo)致的。
僅僅在其中希望改進(jìn)柔軟度的情況下使用不同于均聚物PP的聚合物(排除通過(guò)給噴絲板供料兩種不同聚合物獲得的雙組分殼-芯纖維)。
即使在這種情況下，以及在使用均聚物PP，以優(yōu)化表皮的形成的情況下，以達(dá)到非織造織物最高韌度的方式進(jìn)行紡絲工藝。
以上提及的這一技術(shù)的局限在任何情況下仍然存在。
在表3中示出了在NEUMAG紡絲線上進(jìn)行通過(guò)實(shí)驗(yàn)性的紡絲試驗(yàn)獲得的結(jié)果。
通過(guò)采用數(shù)種聚合物組合物和通過(guò)保持所有工藝參數(shù)恒定，從而生產(chǎn)2.2dtex/40mm切割長(zhǎng)度的PP纖維，所不同的是紡絲頭的溫度。
專門微調(diào)這些溫度，以達(dá)到在紡絲纖維上充分確定的DI值水平。
之后通過(guò)W.I.試驗(yàn)方法測(cè)量纖維的焊接性可如下所述概述結(jié)果·在不存在這兩種焊接機(jī)理(纖維的塑性行為和降解表皮的存在)的情況下，DI＜1.50的100％均聚PP纖維顯示出非常低的W.I.值(試驗(yàn)編號(hào)1)·在存在唯一的塑性行為機(jī)理(通過(guò)在聚合物配方中使用增加含量的raco PP而獲得)的情況下，DI＜1.50的PP行為顯示出隨raco PP濃度增加而增加的W.I.值，直到達(dá)到高水平的焊接性(試驗(yàn)2-8)·當(dāng)在纖維中存在這兩種焊接機(jī)理(纖維的塑性行為和DI＞1.50的降解表皮的存在)時(shí)，纖維本身在W.I.試驗(yàn)中達(dá)到非常高的數(shù)值(試驗(yàn)9-10)。
表1紡絲溫度對(duì)聚合物降解(MFR)和非織造織物韌度(TBI)的影響
表2穩(wěn)定配方對(duì)PP熱穩(wěn)定性和聚丙烯熱氧化降解的影響
其中-MFR＝聚合物的起始流度-TSI＝熱穩(wěn)定指數(shù)-OSI＝氧穩(wěn)定指數(shù)表3聚合物共混物組合物和降解性(DI)對(duì)纖維人粘結(jié)性(WI)的影響
其中DI＝降解指數(shù)WI＝焊接指數(shù)
權(quán)利要求
1.適用于生產(chǎn)非織造織物的熱塑性可熱粘結(jié)的聚烯烴纖維，其特征在于，在熱粘結(jié)點(diǎn)內(nèi)和在壓延工藝下的完全塑性變形，和在紡絲過(guò)程中低的表面降解。
2.權(quán)利要求
1的纖維，其特征在于纖維的熔體流動(dòng)速度(MFR纖維)與樹(shù)脂的熔體流動(dòng)速度(MFR樹(shù)脂)之比DI數(shù)值(DI＝(MFR纖維)/(MFR樹(shù)脂))范圍介于1.5至3.0之間。
3.權(quán)利要求
2的纖維，其特征在于，(MFR纖維)/(MFR樹(shù)脂)之比DI值的范圍介于2.0至2.5。
4.權(quán)利要求
2或3的纖維，其特征在于，它由第一組分PP均聚物和第二組分制成，該第二組分與第一組分共混相容且由PP與至少一種α-烯烴共聚單體的共聚物構(gòu)成。
5.權(quán)利要求
4的纖維，其特征在于，共混物的重量比例為0％至90％的PP均聚物和100％至10％的PP-α-烯烴共聚物。
6.權(quán)利要求
2-5任何一項(xiàng)的纖維，其特征在于原材料含有范圍介于150至600ppm的主抗氧化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-6任何一項(xiàng)制造的聚烯烴纖維的紡絲方法，其特征在于，紡絲頭溫度的調(diào)整是合適的，以便獲得纖維的熱降解，結(jié)果纖維的熔體流動(dòng)速度和樹(shù)脂的熔體流動(dòng)速度之比(MFR纖維)/(MFR樹(shù)脂)DI數(shù)值范圍介于1.5至3.0之間。
8.權(quán)利要求
7的紡絲方法，其特征在于驟冷流體溫度或者驟冷流體速度或者驟冷距離或者驟冷變量的結(jié)合適合于在纖維上獲得非常低的表皮降解。
9.通過(guò)熱粘結(jié)根據(jù)權(quán)利要求
1-6任何一項(xiàng)制造的聚烯烴纖維而獲得的非織造織物，其特征在于在壓縮下壓延之后，在熱粘結(jié)點(diǎn)內(nèi)纖維完全緊密的堆積，這是由于纖維的完全塑性變形導(dǎo)致的。
10.權(quán)利要求
9的非織造織物，其特征在于通過(guò)在介于2.5至3.0的較高范圍的DI數(shù)值內(nèi)紡絲熱降解纖維，其中通過(guò)降低到最小允許的壓延機(jī)溫度來(lái)獲得最好的柔軟度。
11.權(quán)利要求
9的非織造織物，其特征在于通過(guò)在介于1.5至2.0的較低范圍的DI數(shù)值內(nèi)紡絲熱降解纖維，其中通過(guò)增加壓延機(jī)溫度直到所要求的韌度，從而獲得最好的柔軟度。
12.權(quán)利要求
9的非織造織物，其特征在于通過(guò)在介于2.5至3.0的較高范圍的DI數(shù)值內(nèi)紡絲熱降解纖維，其中通過(guò)增加壓延機(jī)溫度來(lái)獲得最好的柔軟度。
專利摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)非織造織物用的熱塑性、可熱粘結(jié)的聚烯烴纖維以及通過(guò)熱粘結(jié)這種聚烯烴纖維而獲得的非織造織物。用于最終的衛(wèi)生應(yīng)用中的非織造織物的生產(chǎn)具有取決于纖維的熱粘結(jié)和柔軟度特征。為了改進(jìn)，本發(fā)明的纖維在壓延工藝中在熱粘結(jié)點(diǎn)內(nèi)顯示出全部塑性變形性，和在紡絲過(guò)程中顯示出低的表面降解。因此，非織造織物的熱粘結(jié)點(diǎn)的特征在于全部緊密堆積的纖維。采用合適的紡絲頭溫度調(diào)整值的紡絲工藝，將達(dá)到纖維的熱粘結(jié)行為，以便獲得特定的熱降解。
文檔編號(hào)D04H1/54GK1993505SQ200580026038
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年7月5日
發(fā)明者F·波拉托, G·圭拉尼 申請(qǐng)人:蘇拉有限及兩合公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan