專利名稱：適合纖維和無紡布的聚丙烯樹脂的制作方法
本申請要求2004年2月12日提出的美國專利申請60/543,964的權(quán)益。
背景技術(shù)：
發(fā)明領域本發(fā)明的實施方案一般而言涉及共混的聚丙烯樹脂。更具體地說，本發(fā)明的實施方案涉及用于制備紡粘纖維和由其制備的層壓材料的共混的聚丙烯樹脂。
相關技術(shù)的描述聚烯烴樹脂已用來形成適用于制作無紡布(nonwoven fabrics)和無紡織物(nonwoven webs)的纖維。無紡布和無紡織物適用于多種消費品和工業(yè)用途，例如尿布、婦女衛(wèi)生用品、毛巾、娛樂織物和保護性織物。當產(chǎn)品的纖維摸起來是軟的并且貼合穿戴者的身體時，目的是由消費者穿戴的這樣的產(chǎn)品是更理想的。例如，從具有更高伸長率的纖維制作的紡織品或無紡布可拉伸性更好，并因此具有更好的身體適應性。因此，很多研究致力于改善聚烯烴纖維的伸長率，和改善從這樣的纖維制作的無紡布的伸長性。
然而，改善無紡布的伸長性通常伴隨犧牲纖維的加工性和紡絲速率。因此，需要提供比通常生產(chǎn)的那些具有更大伸長率并且還能夠被以高紡絲速率加工的聚烯烴纖維。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了適用于纖維和從所述纖維制作的無紡制品的共混的聚丙烯組合物。在一個方面，所述共混的聚丙烯組合物包含分子量分布是2.5～8的第一聚合物組分，以及分子量分布是1.8～3的第二聚合物組分。所述第一聚合物組分具有大于20g/10min的熔體流動速率，而所述第二聚合物組分具有小于40g/10min的熔體流動速率。所述共混的聚丙烯組合物具有大于5g/10min的熔體流動速率。
在另一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含一種具有小于40g/10min的熔體流動速率和2.5～8的分子量分布的高分子量組分，和一種具有大于20g/10min的熔體流動速率和1.8～3的分子量分布的低分子量組分。所述共混的聚丙烯組合物具有大于5g/10min的熔體流動速率。
在又一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含一種具有小于40g/10min的熔體流動速率和1.8～3的分子量分布的高分子量組分，和一種具有大于20g/10min的熔體流動速率和2.5～8的分子量分布的低分子量組分。所述共混的聚丙烯組合物具有大于5g/10min的熔體流動速率。
在又一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含至少一種高分子量聚合物組分以及至少一種低分子量聚合物組分，所述高分子量聚合物組分具有大于140,000的重均分子量，根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的小于40g/10min的熔體流動速率，和2.5～8的分子量分布；所述低分子量聚合物組分具有小于200,000的重均分子量，根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的大于20g/10min的熔體流動速率，和1.8～3的分子量分布。所述共混的聚丙烯組合物具有根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的大于5g/10min的熔體流動速率。
在又一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含至少一種高分子量組分以及至少一種低分子量組分，所述高分子量組分具有大于140,000的重均分子量，小于40g/10min的熔體流動速率，和1.8～3的分子量分布；所述低分子量組分具有小于200,000的重均分子量，大于20g/10min的熔體流動速率，和2.5～8的分子量分布。所述共混的聚丙烯組合物具有根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的大于5g/10min的熔體流動速率。
在又一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含基本上由第一聚丙烯構(gòu)成的第一聚合物組分和基本上由第二聚丙烯構(gòu)成的第二聚合物組分，所述第一聚丙烯具有大于140,000的重均分子量，根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的40g/10min或更小的熔體流動速率；所述第二聚丙烯具有小于200,000的重均分子量，根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的20g/10min或更大的熔體流動速率。所述第一聚丙烯的分子量分布是1.8～3，而所述第二聚丙烯的分子量分布是2.5～8，或者作為可選擇的方案，所述第一聚丙烯的分子量分布是2.5～8，而所述第二聚丙烯的分子量分布是1.8～3。
在又一方面，所述共混的聚丙烯組合物包含10～30重量％的、具有根據(jù)ASTM D-1238條件230/2.16測定的約2g/10min的熔體流動速率的第一聚合物組分；以及90～70重量％的、具有根據(jù)ASTM D-1238條件230/2.16測定的約36g/10min或更大的熔體流動速率的第二聚合物組分，其中所述第一聚合物組分和所述第二聚合物組分各自具有2.5～8的分子量分布或1.8～3的分子量分布。所述共混的聚丙烯組合物具有根據(jù)ASTM D-1238條件230/2.16測定的大于20g/10min的熔體流動速率。
詳細描述本發(fā)明提供了能夠以大于3000m/min的紡絲速率制備高伸長率纖維的聚合物樹脂。該聚合物樹脂優(yōu)選是至少兩種聚合物組分的共混物，其中至少一種聚合物組分具有寬分子量分布(MWD)，而且至少一種聚合物組分具有窄MWD。例如，該聚合物樹脂可以是具有寬MWD的低分子量聚合物組分和具有窄MWD的高分子量聚合物組分的共混物。該聚合物樹脂還可以是具有窄MWD的低分子量聚合物組分和具有寬MWD的高分子量聚合物組分的共混物。
分子量分布(MWD)是給定聚合物樣品內(nèi)分子量范圍的量度。眾所周知，MWD的寬度可通過各分子量平均值的比率來表征，例如重均分子量(Mw)與數(shù)均分子量(Mn)的比率，或者Z均分子量(Mz)與重均分子量(Mw)的比率。除非另外說明，本文使用的“MWD”是指Mw與Mn的比率。
在一個方面，所述聚合物樹脂具有2.5或更大的MWD。在另一方面，所述聚合物樹脂具有3或更大的MWD。在又一方面，所述聚合物樹脂具有4或更大的MWD。在又一方面，所述聚合物樹脂具有5或更大的MWD。在又一方面，所述聚合物樹脂具有2.5～6、或3～5、或2.5～5的MWD。
本文使用的術(shù)語“聚合物”包括但不限于均聚物、共聚物、三元共聚物等，以及它們的合金和共混物。本文使用的術(shù)語“聚合物”還包括抗沖共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、無規(guī)共聚物和交替共聚物。除非另外具體說明，術(shù)語“聚合物”應該還包括所有可能的幾何構(gòu)型。這樣的構(gòu)型可以包括全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和無規(guī)對稱的。
本文使用的術(shù)語“共混物”是指兩種或更多種聚合物的混合物。本文使用的術(shù)語“合金”是指共混物的一個亞類，其中各組分是不溶混的，但是已被增容。“溶混性”和“不溶混性”定義為分別具有負的和正的混合自由能值的共混物。此外，“增容”定義為為了制備合金而改變不溶混的聚合物共混物的界面性能的過程。
優(yōu)選地，各聚合物組分包括聚丙烯。本文使用的“聚丙烯”包括丙烯的均聚物、共聚物，或它們的混合物。包括與一種或多種另外的單體聚合的一種或多種丙烯單體的產(chǎn)品通常被稱為無規(guī)共聚物(RCP)或抗沖共聚物(ICP)?？箾_共聚物在本領域還被稱為多相共聚物。
在一個實施方案中，各聚合物組分還包括一種或多種選自下組的烯烴乙烯或者直鏈或支化的C4～C20α-烯烴，優(yōu)選乙烯或C4～C8α-烯烴，更優(yōu)選乙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、3，5，5-三甲基-1-己烯和1-辛烯，更更優(yōu)選丙烯或1-丁烯，并任選地還包括少量非共軛的二烯烴，優(yōu)選C6～C20二烯烴。所述α-烯烴可以含有完全飽和的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這樣α-烯烴單體不含有具有任何烯屬不飽和度或任何芳香結(jié)構(gòu)的環(huán)狀部分。優(yōu)選的α-烯烴是單烯烴。
在一個實施方案中，各聚合物組分優(yōu)選包含作為主要單體的丙烯以及一種或多種除丙烯外的α-烯烴。丙烯的含量通常是88mol％或更多，更優(yōu)選是99mol％或更多。所述除丙烯以外的一種或多種α-烯烴(例如乙烯)的含量通常是12mol％或更小，更優(yōu)選是1mol％或更小。
在一個實施方案中，至少一種聚合物組分主要是結(jié)晶性的，意思是它具有大于110℃、優(yōu)選大于115℃、最優(yōu)選大于130℃的熔點。本文使用的術(shù)語“結(jié)晶性的”是指具有大于60J/g、優(yōu)選至少70J/g、或更優(yōu)選至少80J/g的熔化熱的那些聚合物，所述熔化熱通過差示掃描量熱法(DSC)以10℃/分鐘的加熱速率測定。
結(jié)晶溫度(Tc)和熔解溫度(Tm)可如下測定。例如，在約150℃～200℃下壓制并用沖模取下約6～10mg的聚合物或增塑聚合物的片。將樣品放入差示掃描量熱計(Perkin Elmer 7系列熱分析系統(tǒng))，加熱到200℃并保持10分鐘。將樣品以10℃/min的速率冷卻到25℃的最終溫度。記錄熱輸出，并且通過電子區(qū)分熱輸出數(shù)據(jù)確定指示熱容變化的熱輸出數(shù)據(jù)中的拐點。差示熱輸出數(shù)據(jù)中的最大值相應于樣品的結(jié)晶溫度。將樣品在25℃保持10分鐘，再以10℃/min的速率加熱到200℃。記錄熱輸入，并且通過電子區(qū)分熱輸入數(shù)據(jù)確定指示熱容變化的熱輸入數(shù)據(jù)中的拐點。差示熱輸入數(shù)據(jù)中的最大值相應于樣品的熔解溫度。
在另一個實施方案中，至少一種聚合物組分是基本上全同立構(gòu)的聚丙烯均聚物或者含有等于或小于10重量％的其它單體的丙烯共聚物。在又一個實施方案中，至少一種聚合物組分呈接枝或嵌段共聚物的形式。在又一個實施方案中，至少一種聚合物組分是均聚丙烯和/或無規(guī)和/或嵌段共聚物的組合。
當所述聚合物組分是無規(guī)共聚物時，在所述共聚物中共聚的α-烯烴的百分比是至多9重量％，優(yōu)選1～8重量％，最優(yōu)選2～6重量％。優(yōu)選的α-烯烴含有2個或4～12個碳原子。所述共聚物可以包括但不限于一種、兩種或更多種與丙烯共聚的α-烯烴。示例性的α-烯烴包括但不限于例如乙烯、丁烯-1、戊烯-1、2-甲基戊烯-1、3-甲基丁烯-1、己烯-1、3-甲基戊烯-1、4-甲基戊烯-1、3，3-二甲基丁烯-1、庚烯-1、己烯-1、甲基己烯-1、二甲基戊烯-1、三甲基丁烯-1、乙基戊烯-1、辛烯-1、甲基戊烯-1、二甲基己烯-1、三甲基戊烯-1、乙基己烯-1、甲基乙基戊烯-1、二乙基丁烯-1、丙基戊烯-1、癸烯-1、甲基壬烯-1、壬烯-1、二甲基辛烯-1、三甲基庚烯-1、乙基辛烯-1、甲基乙基丁烯-1、二乙基己烯-1、十二烯-1和十六烯-1。
任何已知聚合方法都可用來制備所述聚合物組分。例如，聚丙烯均聚物可以通過在一段或多段反應器內(nèi)的丙烯均聚而獲得。共聚物可通過將丙烯與一種或多種具有2個或4～20個碳原子的α-烯烴(優(yōu)選乙烯)在一段或多段反應器內(nèi)共聚合而獲得。聚合方法包括高壓、淤漿、氣相、本體或溶液相，或其任意組合。還可以使用任何催化劑或催化劑體系，例如齊格勒-納塔催化劑和金屬茂催化劑。聚合可以通過連續(xù)或間歇工藝進行，并且可以包括鏈轉(zhuǎn)移劑、清除劑或被認為合適的其它這樣的添加劑的應用。
根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定，所述具有低分子量的聚合物組分或者“低分子量聚合物組分”在230℃下通常具有約20g/10min或更大的熔體流動速率(MFR)。優(yōu)選地，所述低分子量聚合物組分具有30g/10min或更大、或35g/10min或更大、或40g/10min或更大、或50g/10min或更大、或100g/10min或更大、或200g/10min或更大、或300g/10min或更大、或400g/10min或更大的MFR。更優(yōu)選地，所述低分子量聚合物組分具有30g/10min～400g/10min、或40g/10min～200g/10min、或40g/10min～100g/10min、或40g/10min～60g/10min的MFR。而且，所述低分子量聚合物組分具有小于200,000重均分子量(基于GPC分析)，例如小于180,000、小于170,000或小于165,000的分子量。優(yōu)選地，所述低分子量聚合物組分具有約160,000，例如156,000～164,000的分子量。
所述具有高分子量的聚合物組分或者“高分子量聚合物組分”通常具有約40g/10min或更小的熔體流動速率(MFR)。更優(yōu)選地，所述高分子量聚合物組分具有35g/10min或更小、或30g/10min或更小、或25g/10min或更小、或20g/10min或更小、或15g/10min或更小、或12g/10min或更小、或10g/10min或更小、或5g/10min或更小的MFR。在一個方面，所述MFR可以低到2或0.1。在另一個方面，所述高分子量聚合物組分具有0.1g/10min～30g/10min、或2g/10min～30g/10min、或5g/10min～30g/10min、或5g/10min～10g/10min、或1g/10min～5g/10min、或0.1g/10min～5g/10min的MFR。熔體流動速率(MFR)是聚合物或聚合物共混物的粘度的量度。MFR以在2.16kg負荷下10分鐘內(nèi)從已知尺寸的毛細管流過的材料的重量表示，并且根據(jù)例如ASTMD-1238測試、條件230/2.16，在230℃下，以克/10分鐘為單位測定。另外，所述高分子量聚合物組分具有大于140,000重均分子量(基于GPC分析)，例如大于160,000或大于180,000或大于200,000的分子量。
通過受控制的流變學方法，可以將聚合物組分的分子量和分子量分布調(diào)節(jié)到所希望的水平?？梢允褂萌魏魏线m的受控制的流變學方法。例如，一個典型的受控制的流變通過在用于將聚合物顆粒轉(zhuǎn)化為丸粒的擠出機中進行的自由基解聚過程實現(xiàn)。優(yōu)選加入過氧化物作為熱活化的引發(fā)劑，以引發(fā)所述解聚反應。
共混的聚合物樹脂將所述各聚合物組分以一定的比率共混，使得共混的聚合物樹脂具有5g/10min或更大的MFR。優(yōu)選地，所述共混的聚合物樹脂具有10g/10min或更大的MFR。更優(yōu)選地，所述共混的聚合物樹脂具有20g/10min或更大的MFR。甚至更優(yōu)選地，所述聚合物樹脂具有25g/10min或更大的MFR。在一個方面，所述共混的聚合物樹脂具有約20g/10min～約60g/10min的MFR。在另一個方面，所述共混的聚合物樹脂具有約20g/10min～約50g/10min的MFR。在又一方面，所述共混的聚合物樹脂具有約20g/10min～約40g/10min的MFR。在又一方面，所述共混的聚合物樹脂具有約25g/10min～約35g/10min的MFR。在又一方面，所述共混的聚合物樹脂具有約20g/10min～約30g/10min的MFR。
在一個方面，所述共混的聚合物樹脂包含約10重量％的高分子量聚合物組分～約40重量％的高分子量聚合物組分。在另一個方面，所述共混的聚合物樹脂包含約10重量％的高分子量聚合物組分～約35重量％的高分子量聚合物組分。在另一個方面，所述共混的聚合物樹脂包含約10重量％的高分子量聚合物組分～約30重量％的高分子量聚合物組分。在另一個方面，所述共混的聚合物樹脂包含約10重量％的高分子量聚合物組分～約25重量％的高分子量聚合物組分。在另一個方面，所述共混的聚合物樹脂包含約10重量％的高分子量聚合物組分～約20重量％的高分子量聚合物組分。
因此，所述共混的聚合物樹脂包含約90重量％的低分子量聚合物組分～約70重量％的低分子量聚合物組分。優(yōu)選地，所述共混的聚合物樹脂包含約85重量％的低分子量聚合物組分～約75重量％的低分子量聚合物組分。
所述聚合物樹脂可以通過任何保證各組分的緊密混合物的后反應器(post reactor)方法共混。聚合物的共混和均化是本領域熟知的，包括單螺桿和雙螺桿混合擠出機、用于混合低粘度的熔融聚合物流的靜態(tài)混合機、撞擊式混合機以及設計成以緊密接觸的方式分散高分子量聚合物組分和低分子量聚合物組分的其它機械和方法。例如，可以通過熔體共混或干混，在連續(xù)或間歇方法中摻合所述聚合物組分和其它少量組分。這些方法是本領域熟知的，并且包括單螺桿和雙螺桿混合擠出機，以及設計成熔化或充分均化聚合物組分的其它機械和方法。熔體摻合或混合擠出機通常裝備了造粒模頭，以便將均化的聚合物轉(zhuǎn)化為丸粒形式。然后可以將所述均化的丸粒進料到纖維擠出機或無紡加工設備中，以生產(chǎn)纖維或織物。
所述聚合物樹脂還可以通過本領域目前已知的任何反應器共混方法生產(chǎn)。反應器共混物是高度分散的和機械作用不可分離的聚合物共混物，是由于一種或多種單體的序列聚合(在另一種聚合物存在下形成一種聚合物)而就地產(chǎn)生的。所述聚合物可以通過任何上述聚合方法生產(chǎn)。所述反應器共混物可以在單個反應器或者依序排列的兩個或更多個反應器中生產(chǎn)。
所述聚合物樹脂還可以通過將反應器共混與后反應器共混相結(jié)合來生產(chǎn)。
纖維產(chǎn)品所述共混的聚合物樹脂可以被用于生產(chǎn)纖維產(chǎn)品。示例性的纖維產(chǎn)品包括但不限于用于下列產(chǎn)品的長絲紡織品、無紡織品、地毯、尿布、泳裝、小孩訓練褲、成人失禁患者衣服、婦女護理用品、醫(yī)療服裝、床墊、手術(shù)室帷簾、衣服襯里、擦腳墊(scrubbing pads)、機動車內(nèi)部部件、服裝、膠布、面具和口罩、空氣過濾器、真空袋、油和化學品濺出吸附劑、絕熱材料、急救敷料、醫(yī)療包扎物、纖維填塞物、外衣、床被填充物、家具墊、過濾器介質(zhì)、擦腳墊、揩擦材料及其組合。
本文使用的“無紡織物”是指通過非紡織方法生產(chǎn)的織物材料。在無紡布中，通過中間體一維紗線態(tài)，所述纖維被直接加工成平的片狀織物結(jié)構(gòu)，然后被化學法或熱法粘結(jié)或機械互連(或二者)而獲得粘結(jié)的織物。
紡粘方法所述纖維產(chǎn)品可以通過任何方法形成，包括例如熔融紡絲、干紡、濕紡、熱變定、熱松弛、加捻、交織、捆扎、卷曲、熔體噴射、紡粘、氣流成網(wǎng)(air laying)、粘合粗梳織物加工和切割。優(yōu)選地，通過紡粘法生產(chǎn)所述纖維產(chǎn)品例如無紡織品。在一種典型的紡粘方法中，可以使用配備或沒有配備摻合裝置的料斗。所述料斗供應聚合物給加熱的擠出機，以熔化和均化所述聚合物。擠出機供應熔化的聚合物給噴絲頭，在此聚合物在通過在噴絲頭中呈一行或多行排列的細開口時變成絲，形成長絲的幕簾。所述長絲通常用低溫空氣驟冷，拉伸(通常氣動拉伸)，然后淀積在移動的墊、皮帶或“成型絲網(wǎng)”上，以形成無紡布。參見例如美國專利4,340,563、美國專利3,692,618、美國專利3,802,817、美國專利3,338,992、美國專利3,341,394、美國專利3,502,763和美國專利3,542,615。
在紡粘方法中生產(chǎn)的纖維的直徑通常在約10～約50微米的范圍內(nèi)，取決于工藝條件和將從這樣的纖維生產(chǎn)的織物所要求的最終用途。例如，增大聚合物分子量或降低加工溫度導致更大直徑的纖維。驟冷空氣溫度和氣動拉伸壓力的變化也影響纖維直徑。
熔體噴出法本文使用的術(shù)語“熔噴纖維”是指通過如下方法形成的纖維將熔化的熱塑性材料擠出通過多個細的、通常圓形的模頭毛細管，以熔融的線或絲的形式進入高速氣流(例如空氣)中，所述高速氣流使熔化的熱塑性材料的絲變細以減小它們的直徑，所述纖維的直徑可以到微纖維的直徑。所述纖維由所述高速氣流攜帶到收集表面，以在移動的傳送帶絲網(wǎng)上形成無規(guī)分布的熔噴纖維的網(wǎng)。然后，所述微纖維網(wǎng)可以被熱粘合以使它的強度和表面穩(wěn)定性最大化，或者不被粘合以使其容量和過濾效果最大化。這樣的方法例如公開于美國專利3,849,241和6,268,203中。熔噴纖維是直徑通常小于10微米的微纖維。本文使用的術(shù)語熔體噴出意圖包括熔體噴射(meltspray)法。
層壓法所述聚合物樹脂還適用于制備多層層壓材料。本文使用的“多層層壓材料”是指一種層狀結(jié)構(gòu)，其中一些層是紡粘型非織造織物，而一些是熔噴法非織造織物。例如，一種常見的多層層壓材料是紡粘/熔噴/紡粘(SMS)層壓材料。其它層壓材料結(jié)構(gòu)描述于例如美國專利4,041,203、5,169,706、5,145,727、5,178,931和5,188,885中。本發(fā)明制備的紡粘型非織造織物(在所述織物的另外的下游處理前或后)可與其它基材例如膜或其它類型的無紡布層壓。
熔體添加劑可利用某些添加劑來改變所述聚合物樹脂的物理和/或化學性能，從而改變纖維產(chǎn)品的性能。這樣的性能包括例如強度、排斥性、吸收性、阻燃性、抗靜電性、紫外線穩(wěn)定性和γ射線穩(wěn)定性。添加劑可以包括但不限于穩(wěn)定劑、抗氧化劑、填料、著色劑、成核劑、分散劑、脫模劑、增滑劑、阻燃劑、增塑劑、顏料、硫化劑或固化劑、硫化或固化促進劑、硫化延遲劑、加工助劑、增粘樹脂等。其它添加劑可以包括填料和/或增強材料，例如炭黑、粘土、滑石、碳酸鈣、云母、二氧化硅、硅酸鹽、它們的組合等。這里所述的列表并不是意圖包括所有類型的可以使用的添加劑。在閱讀了本文公開內(nèi)容后，本領域技術(shù)人員將明白，可以使用其它添加劑來提高所述組合物的性能。
最終用途上述無紡產(chǎn)品可以用于很多制品中，例如衛(wèi)生用品，包括但不限于尿布、婦女護理用品和成人失禁產(chǎn)品，這僅是幾個例子。所述無紡產(chǎn)品還可以用于醫(yī)療產(chǎn)品，例如無菌包裹料、隔離外衣、手術(shù)室長袍、手術(shù)衣和其它一次性用品。其它一些具體的無紡制品包括但不限于手術(shù)室帷簾、婦女衛(wèi)生用品、失禁患者衣服、訓練褲、泳裝、外衣、床被填充物、家具墊、過濾器介質(zhì)、擦腳墊、衣服襯里、機動車內(nèi)部部件、面具和口罩、真空袋、油和化學品濺出吸附劑、絕熱材料、急救敷料、醫(yī)療包扎物、揩擦材料和其它產(chǎn)品。一些具體的產(chǎn)品包括但不限于小孩訓練褲、床墊、帶材、空氣過濾器和纖維填塞物。
實施例為了提供對前文討論的更好的理解，給出如下非限制性的實施例。雖然這些實施例可能針對具體的實施方案，它們不應被看成在任何具體的方面限制本發(fā)明。除非另外說明，所有的份、比例和百分數(shù)都基于重量。除非另外指出，所有的分子量都是重均分子量。包括重均分子量(Mw)、數(shù)均分子量(Mn)和z-均分子量(Mz)的分子量都是通過凝膠滲透色譜法(GPC)，也稱為尺寸排阻色譜法(SEC)測定的。在如下實施例中，使用的GPC儀是在145℃下操作的、配備了ultrastyro凝膠柱的Waters色譜儀。使用的洗脫溶劑是三氯苯。使用十六個已知準確分子量的聚苯乙烯標準物校準所述柱。從所述標準物獲得的聚苯乙烯的保留體積與被測試的聚合物的保留體積的關系得出聚合物的分子量。
實施例1～18在各實施例中，將標記為“組分A”的聚丙烯組分與標記為“組分B”的另一個聚丙烯組分以特定的比率共混，以獲得聚合物樹脂，然后將所述聚合物樹脂紡粘以形成紡粘的無紡布。下表1總結(jié)了各組分A和B的特性以及聚合物樹脂的物理性能和測定的特性。還示出了各聚合物樹脂的最大紡絲速度和纖維性能(伸長率和韌度)。
實施例1～8、10～13和15～18的共混物是通過熔體混合方法制備的，而實施例9和14的共混物是通過干混方法制備的。在熔體混合方法中，將聚合物組分A和B以所述比率加到旋轉(zhuǎn)的雙錐式摻合機中并混合，以形成物理共混物。將該物理共混物進料到雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機中，在那里所述共混物被熔化和均化。然后利用水下造粒機將所述均化的熔融聚合物造粒。然后將所述已造粒的材料(熔體共混物)進料到纖維紡絲擠出機中。在干混方法中，將聚合物組分A和B翻滾混合，以形成均勻的丸粒共混物，但沒有熔化該丸粒共混物。隨后將所述丸粒共混物直接進料到纖維紡絲擠出機中?；蛘撸梢詫⒔M分A和B按所述比率分別進料到纖維紡絲擠出機的料斗中。在擠出機料斗中的攪拌器摻合所述組分A和B，這樣在纖維紡絲以前，在纖維紡絲擠出機中完成所述兩種組分的均化。
纖維紡絲機從位于West Melbourne，F(xiàn)lorida的Hills，Inc.商購得到。所述纖維紡絲機是實驗室規(guī)模的，具有2英寸的單螺桿擠出機。噴絲頭具有72個毛細管。各毛細管直徑是0.6mm，并且紡絲速度大于1,500m/min。將纖維收集在線軸上，并且按照標準試驗測定所述纖維的韌度和伸長率。具體地說，使用裝載了Textechno程序FPAM0210E的Textechno Statimat M測定纖維伸長率和韌度。這些Tetechno產(chǎn)品從位于德國Monchengladbach的Textechno Herbert Stein GmbH & Co.商購得到。
為了測試所述纖維，使纖維束穿過Statimat M上的陶瓷導軌進入氣動夾。將纖維束以1270mm/min的速度拉伸直到其被破壞。記錄拉伸纖維束的力和纖維束的應變，直到破壞發(fā)生。破壞是突發(fā)性斷裂或從試驗期間記錄的峰值力減小90％。進行最少五次拉伸來完成試驗。收集的數(shù)據(jù)包括峰值力、極限伸長率和韌度，韌度是通過將峰值力除以纖維的旦尼爾或重量計算的。下表1中總結(jié)了所述數(shù)據(jù)。
表1
續(xù)表1
續(xù)表1
如上表1中所示，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)了，具有300％或更大伸長率的聚烯烴纖維能以高于4,000m/min的速率紡絲。甚至更驚奇的是，這些聚烯烴纖維在高達5,000m/min的紡絲速率下具有大于250克/旦尼爾的韌度。
下表2總結(jié)了根據(jù)本文描述的實施方案制備的各種紡粘的無紡布樣品。提供了各樣品所采用的關鍵加工條件，即生產(chǎn)率、織物基本重量、吸風機RPM、冷風機RPM和熱粘合輥的溫度設置。生產(chǎn)率以克/噴絲頭毛細管孔/分鐘表示。使用吸風機和冷風機速率(RPM)來控制纖維驟冷速率和纖維拉伸速度。表2還示出了纖維樣品的峰值載荷和峰值伸長率。
在加固的一米Reicofil線上生產(chǎn)了這些無紡布樣品，Reicofil線可從位于Tennessee-Knoxville大學的The Textiles and NonwovensDevelopment Center(TANDEC)的德國Troisdorf的Reifenhauser Gmbh& Maschinenfabrik商購得到。擠出機為70mm(2.75英寸)，具有30∶0的長度與直徑比。有4036個口模板孔，每個孔直徑為0.6mm。Reifenhauser系統(tǒng)的其它細節(jié)可見于美國專利4,820,142。
根據(jù)ASTM標準D5035-90(如下例外)進行了織物測試。使用了5英寸的標距和5英寸/分鐘的十字頭速度。沿測試用紡粘織物的縱向(MD)和橫向(TD)切割六條1英寸寬的條?？椢锲茐亩x為拉力下降到峰值載荷的90％時的點。關于MD和TD測試了最大載荷、最大載荷時的伸長率，和斷裂伸長率。
樣品A是根據(jù)前述熔體混合法制備的74％的36MFR PP均聚物和26％的4.2MFR PP均聚物的熔體共混料。
樣品B是根據(jù)前述熔體混合法制備的70％的36MFR PP均聚物和30％的400MFR PP均聚物的熔體共混料。
樣品C是根據(jù)前述熔體混合法制備的57.5％的20MFR PP均聚物和42.5％的400MFR PP均聚物的熔體共混料。
樣品D是根據(jù)前述熔體混合法制備的74％的36MFR PP均聚物和26％的4.2MFR PP均聚物的干混料。
樣品E是根據(jù)前述熔體混合法制備的43％的2MFR PP均聚物和57％的400MFR PP均聚物的熔體共混料。
樣品F是根據(jù)前述熔體混合法制備的75％的36MFR PP均聚物和25％的2MFR PP均聚物的熔體共混料。
對比實施例是可從ExxonMobil Chemical Company of Houston，Texas商購的PP3155聚丙烯均聚物。PP3155具有約36g/10min的MFR。
表2紡粘織物制備和對比
除非另外說明，本文提到的ASTM試驗方法都按照目前的2003方法進行。此外，本文使用了敘述的參數(shù)范圍。這些范圍包括所述端點值以及由所述端點值定義或在所述端點值之間的那些值。一個給定的范圍意圖包含在具體測定方法的誤差范圍以內(nèi)的、在所敘述范圍之外的值。所敘述范圍還應當延伸到統(tǒng)計上并非與所敘述那些值不同的值。此外，所述范圍應當延伸超過所敘述的端點值以包括已知或已發(fā)現(xiàn)在功能上等于所敘述范圍內(nèi)的值或其端點值的所有值。
雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實施方案，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以設想本發(fā)明的其它或進一步的實施方案，并且本發(fā)明的范圍由下文的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.共混的聚丙烯組合物，它包含70～90重量％的第一丙烯聚合物組分，它具有約30g/10min～約400g/10min的根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的熔體流動速率；以及30～10重量％的第二丙烯聚合物組分，它具有約.1g/10min～約30g/10min的根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.16測定的熔體流動速率，其中所述共混的聚丙烯組合物具有大于5g/10min的根據(jù)ASTMD-1238、條件230/2.16測定的熔體流動速率。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一聚合物組分具有小于200,000的重均分子量，而且其中所述第二聚合物組分具有大于140,000的重均分子量。
3.權(quán)利要求1或2的組合物，其中所述第一聚合物組分具有約40g/10min～約200g/10min的根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.1測定的熔體流動速率。
4.權(quán)利要求1～3的組合物，其中所述第二聚合物組分具有約.1g/10min～約10g/10min的根據(jù)ASTM D-1238、條件230/2.1測定的熔體流動速率。
5.權(quán)利要求1～4的組合物，它具有大于10dg/10min的根據(jù)ASTMD-1238、條件230/2.1測定的熔體流動速率。
6.權(quán)利要求1～5的組合物，它具有大于25dg/10min的根據(jù)ASTMD-1238、條件230/2.1測定的熔體流動速率。
7.權(quán)利要求1～6的組合物，其中所述共混的聚丙烯組合物被用于制備纖維，當在正常冷卻條件下以1,500m/min的速度和0.6克/孔/分鐘的生產(chǎn)率紡制時，所述纖維具有大于1克/旦尼爾的韌度。
8.權(quán)利要求1～7的組合物，其中所述兩種組分中的至少一種是丙烯均聚物。
9.權(quán)利要求1～8的組合物，其中一種或兩種組分是使用金屬茂催化劑生產(chǎn)的。
10.包含權(quán)利要求1～9任一項的組合物的纖維。
11.權(quán)利要求10的纖維，當在正常冷卻條件下以1,500m/min的速度和0.6克/孔/分鐘的生產(chǎn)率紡制時，它具有大于200％的伸長率。
12.權(quán)利要求10的纖維，當在正常冷卻條件下以1,500m/min的速度和0.6克/孔/分鐘的生產(chǎn)率紡制時，它具有大于1克/旦尼爾的韌度。
13.包含權(quán)利要求10～12任一項的纖維的無紡布。
全文摘要
提供了共混的聚丙烯組合物、纖維和由其制備的無紡制品。在一個方面，所述共混的聚丙烯組合物包含分子量分布是2.5～8的第一聚合物組分，以及分子量分布是1.8～3的第二聚合物組分。所述第一聚合物組分具有大于30g/10min的熔體流動速率，而第二聚合物組分具有小于40g/10min的熔體流動速率，而且所述共混的聚丙烯組合物具有大于5g/10min的熔體流動速率。
文檔編號D04H1/42GK1918228SQ200580004639
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者程佳永, G·C·理查森 申請人:埃克森美孚化學專利公司