淀粉-聚合物-油組合物的纖維的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過將組合物溶體紡絲制得的纖維，所述組合物包含（a）熱塑性淀粉；（b）熱塑性聚合物，和（c）油、蠟或它們的組合的均勻混合物，所述油、蠟或它們的組合以基于所述組合物的總重量計(jì)5重量%至40重量%的量存在，并且其中所述油、蠟或組合分散于整個(gè)熱塑性聚合物中。
【專利說明】淀粉-聚合物-油組合物的纖維
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由組合物形成的纖維，所述組合物包含熱塑性淀粉、熱塑性聚合物以及油、蠟或它們的組合的均勻混合物。本發(fā)明還涉及制備這些組合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱塑性聚合物用于多種應(yīng)用中。然而，與其它聚合物物質(zhì)相比，熱塑性聚合物如聚丙烯和聚乙烯具有額外的挑戰(zhàn)，尤其是在例如纖維形成方面。這是因?yàn)橹苽淅w維的材料和工藝要求比制備其它形式如膜的要求更加嚴(yán)格。為制備纖維，相對于其它聚合物加工方法，聚合物熔體流動特征更加取決于材料的物理和流變性能。而且，與其它方法相比，纖維制備中局部剪切/拉伸速率和剪切速率更大，并且為紡絲超細(xì)纖維，熔體中的小缺陷、輕微的不一致性或相不相容性是商業(yè)可行方法所不可接受的。此外，高分子量的熱塑性聚合物不容易或不能有效地紡成細(xì)纖維?？紤]到它們的可得性和潛在的強(qiáng)度改善，期望提供一種容易并且有效紡織此類高分子量聚合物的途徑。
[0003]大多數(shù)熱塑性聚合物如聚乙烯、聚丙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯衍生自單體(例如分別為乙烯、丙烯和對苯二甲酸)，所述單體得自不可再生的化石基資源(例如石油、天然氣和煤炭)。因此，這些資源的價(jià)格和可得性最終對這些聚合物的價(jià)格具有顯著的影響。隨著這些資源的國際價(jià)格迅速升高，由這些聚合物制得的材料的價(jià)格迅速升高。此外，許多消費(fèi)者對購買僅衍生自石油化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)品表現(xiàn)出反感，所述石油化學(xué)產(chǎn)品是不可再生的化石基資源。在一些情況下，消費(fèi)者對購買由不可再生化石基資源制成的產(chǎn)品猶豫不決。其他消費(fèi)者可能會對衍生自石油化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)品具有負(fù)面印象，認(rèn)為是“非天然的”或環(huán)境不友好的。
[0004]熱塑性聚合物和熱塑性淀粉通常與添加劑(例如油、顏料、有機(jī)染料、香料等)不相容或與其具有不佳的混溶性，所述添加劑本來可能有助于降低這些聚合物在下游制品制造中的消耗。迄今為止，本領(lǐng)域尚未有效解決如何在使用這些聚合物的常見制品的生產(chǎn)中降低衍生自不可再生化石基資源的熱塑性聚合物的量。因此，期望解決該缺點(diǎn)?，F(xiàn)有領(lǐng)域使聚丙烯與添加劑混合形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中聚丙烯為微量組分。這些蜂窩狀結(jié)構(gòu)是后面的目的，包括在形成結(jié)構(gòu)后隨后去除或提取出可再生材料。美國專利號3，093，612描述了聚丙烯與多種脂肪酸的組合，其中脂肪酸被去除?？茖W(xué)文章J.Apply.Polym.Sci82 (I)第169-177頁(2001)公開，對聚丙烯使用稀釋劑以熱致相分離，以產(chǎn)生開放并且較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，但是聚合物比率低，其中隨后將稀釋劑從最終結(jié)構(gòu)中去除。科學(xué)文章J.Apply.Polym.Scil05 (4)第2000-2007頁(2007)經(jīng)由熱致相分離，用鄰苯二甲酸二丁酯和大豆油混合物以及聚丙烯微量組分制備微孔膜。稀釋劑從最終結(jié)構(gòu)中去除?？茖W(xué)文章Journal ofMembrane Sciencel08 (1_2)第25-36頁(1995)使用大豆油和聚丙烯混合物，并且采用產(chǎn)生所期望膜結(jié)構(gòu)的熱致相分離，制備中空纖維微孔膜，其中聚丙烯為微量組分。稀釋劑從最終結(jié)構(gòu)中去除。在所有這些情況下，所述稀釋劑均被去除，以獲得最終結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在去除稀釋劑之前是油性的，過量的稀釋劑產(chǎn)生非常開放的微孔結(jié)構(gòu)，具有>10 μ m的孔尺寸。[0005]為制備非織造制品，已進(jìn)行許多嘗試。然而，由于成本、加工困難、和最終使用性能，僅有有限數(shù)目的選擇。與膜和層壓體相比，非織造制品的可用纖維難以生產(chǎn)，并且具有附加的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)?，與生產(chǎn)膜、吹塑制品和注塑制品相比，纖維的材料和加工特性更加嚴(yán)格。為生產(chǎn)纖維，結(jié)構(gòu)形成期間的加工時(shí)間通常更短，并且流動特性對材料的物理和流變特性要求更高。與其它工藝相比，纖維生產(chǎn)中的局部應(yīng)變速率和剪切速率大得多。此外，纖維紡絲需要均勻的組合物。為了紡絲超細(xì)纖維，熔體中的小缺陷、輕微的不一致性或非同質(zhì)性是商業(yè)可行方法所不可接受的。纖維越細(xì)，加工條件和材料選擇越重要。
[0006]因此，需要得自熱塑性聚合物組合物的纖維，所述組合物允許使用較高分子量和/或減量的不可再生資源基材料，和/或摻入其它添加劑如香料和染料。另一個(gè)需要是，得自組合物的纖維存在遞送最終產(chǎn)品中可再生材料的添加劑，并且還可使其它添加劑如染料和香料能夠加入到最終結(jié)構(gòu)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及通過將組合物溶體紡絲制得的纖維，所述組合物包含熱塑性淀粉(TPS)、熱塑性聚合物以及油、蠟或它們的組合的均勻混合物，所述油、蠟或它們的組合以基于所述組合物的總重量計(jì)為約5重量％至約40重量％的量存在。所述組合物可為制得的粒料形式，以按原樣使用，或儲存以為將來使用，例如用于制備纖維。任選地，所述組合物可被進(jìn)一步加工成最終可用形式如纖維、膜和模塑制品。所述纖維可具有小于200 μ m的直徑。除了為圓形或成型以外，所述纖維還可為單組分或雙組分的、不連續(xù)的和/或連續(xù)的。所述纖維可為可熱粘結(jié)的。
[0008]熱塑性聚合物可包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、它們的共聚物、或它們的組合。熱塑性聚合物可包括聚丙烯，并且可具有大于0.5g/10min或大于5g/10min的熔流指數(shù)。熱塑性聚合物可選自聚丙纟布、聚乙纟布、聚丙纟布共聚物、聚乙纟布共聚物、聚對本二甲酸乙二醇酷、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羥基鏈烷酸酯、聚酰胺-6、聚酰胺_6，6、以及它們的組合。優(yōu)選的熱塑性聚合物包括聚丙烯。聚丙烯可具有約20kDa至約400kDa的重均分子量。所述熱塑性聚合物可以基于所述組合物總重量計(jì)約20重量％至約90重量％，約30重量％至約70重量％的量存在于所述組合物中。熱塑性聚合物可衍生自可再生生物基原料源如生物聚乙烯或生物聚丙烯，和/或可為可再循環(huán)資源如消費(fèi)者使用后的可再循環(huán)資源。
[0009]油、蠟或它們的組合可以基于所述組合物總重量計(jì)約5重量％至約40重量％，約8重量％至約30重量％,或約10重量％至約20重量％的量存在于所述組合物中。所述油、蠟或它們的組合可包括脂質(zhì)，所述脂質(zhì)可選自甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、環(huán)氧化脂質(zhì)、馬來酸化脂質(zhì)、氫化脂質(zhì)、衍生自脂質(zhì)的醇酸樹脂、蔗糖聚酯、或它們的組合。所述蠟可選自氫化 植物油、部分氫化植物油、環(huán)氧化植物油、馬來酸化植物油。此類植物油的具體例子包括大豆油、玉米油、卡諾拉油、和棕櫚仁油。所述油、蠟或它們的組合可包括礦物油或蠟，如直鏈烷烴、支化烷烴、或它們的組合。所述油、蠟或它們的組合可選自大豆油、環(huán)氧化大豆油、馬來酸化大豆油、玉米油、棉籽油、卡諾拉油、牛脂、蓖麻油、椰子油、椰樹種子油、玉米胚芽油、魚油、亞麻籽油、橄欖油、奧蒂樹油、棕櫚仁油、棕櫚油、棕櫚種子油、花生油、油菜籽油、紅花油、鯨蠟油、向日葵籽油、妥爾油、桐油、鯨油、三硬脂酸甘油酯、甘油三油酸酯、三棕櫚酸甘油酯、1，2-二棕櫚酸油精、1，3-二棕櫚酸油精、1-棕櫚酸-3-硬脂酸-2-油精、1-棕櫚酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕櫚酸-1-硬脂酸-3-油精、甘油三亞油酸酯、1，2- 二棕櫚酸亞油精、1-棕櫚酸-二亞油精、1-硬脂酸-二亞油精、1，2- 二乙酰棕櫚酸甘油酯、1，2- 二硬脂酸-油精、1，3- 二硬脂酸-油精、三肉豆蘧酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、月桂烯酸、亞油酸、亞麻酸、肉豆蘧酸、肉豆蘧腦酸、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、以及它們的組合。
[0010]所述油、蠟或它們的組合可分散于熱塑性淀粉和熱塑性聚合物中，使得所述油、蠟或它們的組合在所述熱塑性聚合物中具有小于10 μ m,小于5 μ m,小于I μ m,或小于500nm的液滴尺寸。所述油、蠟或它們的組合可為可再生材料。
[0011 ] 熱塑性淀粉(TPS)可包含淀粉或淀粉衍生物以及增塑劑。所述熱塑性淀粉可以基于所述組合物總重量計(jì)約10重量％至約80重量％,或約20重量％至約40重量％的量存在。所述組合物可為制得的粒料形式，以按原樣使用，或儲存以供將來使用，例如用于制備纖維。任選地，所述組合物可被進(jìn)一步加工成最終可用形式如纖維、膜和模塑制品。
[0012]所述增塑劑可包括多元醇。預(yù)期的具體多元醇包括甘露糖醇、山梨醇、甘油、以及它們的組合。所述增塑劑可選自甘油、乙二醇、丙二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、I, 5-戍二醇、1，6-己二醇、1，5-己二醇、1，2, 6-己三醇、1，3, 5-己三醇、新戍二醇、三輕甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇、甘油乙氧基化物、己二酸十三烷酯、苯甲酸異癸酯、檸檬酸三丁酯、磷酸三丁酯、癸二酸二甲酯、脲、季戊四醇乙氧基化物、乙酸山梨醇酯、乙酸季戊四醇酯、乙二撐二甲酰胺、二乙酸山梨醇酯、山梨醇一乙氧基化物、山梨醇二乙氧基化物、山梨醇六乙氧基化物、山梨醇二丙氧基化物、氨基山梨醇、三羥基甲氨基甲烷、葡萄糖/PEG、環(huán)氧乙烷與葡萄糖的反應(yīng)產(chǎn)物、三羥甲基丙烷一乙氧基化物、一乙酸甘露糖醇酯、甘露糖醇一乙氧基化物、丁基葡糖苷、葡萄糖一乙氧基化物、α -甲基糖苷、羧甲基山梨醇鈉鹽、乳酸鈉、聚甘油一乙氧基化物、赤蘚糖醇、阿拉伯糖醇、核糖醇、木糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、半乳糖醇、蒜糖醇、麥芽糖醇、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、二甲基亞砜、烷基酰胺、具有2至10個(gè)重復(fù)單元的聚甘油、以及它們的組合。
[0013]淀粉或淀粉衍生物可選自淀粉、羥乙基淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基化淀粉、淀粉磷酸酯、淀粉乙酸酯、陽離子淀粉、(2-羥基-3-三甲基(銨丙基)淀粉氯化物、通過酸、堿或酶水解改性的淀粉、通過氧化改性的淀粉、以及它們的組合。
[0014]本文所公開的組合物還可包含添加劑。所述添加劑可為油溶性的或油分散性的。添加劑的例子包括香料、染料、顏料、表面活性劑、納米顆粒、成核劑、澄清劑、抗微生物劑、抗靜電劑、填料、或它們的組合。
[0015]在另一方面，提供了制備如本文所公開組合物的方法，所述方法包括a)將熔融態(tài)熱塑性聚合物與同樣熔融態(tài)的蠟混合以形成混合物；以及b)在10秒或更短時(shí)間內(nèi)將所述混合物冷卻至等于或低于熱塑性聚合物固化溫度的溫度，以形成所述組合物。制備組合物的方法可包括a)將熱塑性聚合物熔融以形成熔融的熱塑性聚合物；b)將熔融的熱塑性聚合物和蠟混合以形成混合物；以及c)在10秒或更短時(shí)間內(nèi)將所述混合物冷卻至等于或低于熱塑性聚合物固化溫度的溫度?；旌峡稍诖笥贗OiT1，或約30至約IOOiT1的剪切速率下進(jìn)行?；旌衔锟稍?0秒或更短時(shí)間內(nèi)冷卻至50°C或更低的溫度。可將所述組合物?；?。可在冷卻混合物之后，或在冷卻混合物之前或同時(shí)，進(jìn)行?；??？墒褂脭D出機(jī)如單或雙螺桿擠出機(jī)制備所述組合物。作為另外一種選擇，制備組合物的方法可包括a)將熱塑性聚合物熔融以形成熔融的熱塑性聚合物山)將熔融的熱塑性聚合物和蠟混合以形成混合物；以及c)將所述熔融混合物紡絲以形成長絲或纖維，所述長絲或纖維在冷卻時(shí)固化。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本文所述的纖維通過將本文所公開的組合物溶體紡絲制得，所述組合物包含熱塑性淀粉、熱塑性聚合物以及油、蠟或它們的組合的均勻混合物。術(shù)語“均勻混合物”是指所述油或蠟、熱塑性淀粉和熱塑性聚合物的物理關(guān)系，其中所述油或蠟分散于所述熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中。熱塑性聚合物中所述油或蠟的液滴尺寸是指示所述油或蠟在熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中分散程度的參數(shù)。液滴尺寸越小，所述油或蠟在熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中的分散性越高，液滴尺寸越大，所述油或蠟在熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中的分散性越低。油、蠟或二者與熱塑性聚合物結(jié)合，但是在本文所公開組合物形成期間混入到TPS和熱塑性聚合物中。如本文所用，術(shù)語“混合物”是指本發(fā)明的均勻混合物，而不是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)混合物更廣泛含義中的“混合物”。
[0017]熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中所述油或蠟的液滴尺寸小于10 μ m，并且可小于5 μ m，小于I μ m，或小于500nm。分散于熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中的所述油和/或臘的其它預(yù)期液滴尺寸包括小于9.5 μ m,小于9 μ m,小于8.5 μ m,小于8 μ m,小于7.5 μ m，小于7 μ m，小于6.5 μ m，小于6 μ m，小于5.5 μ m，小于4.5 μ m,小于4 μ m,小于3.5 μ m，小于3 μ m，小于2.5 μ m，小于2 μ m，小于1.5 μ m,小于900nm,小于800nm,小于700nm,小于 600nm,小于 400nm,小于 300nm,和小于 200nm。
[0018]所述油或蠟的液滴尺寸可間接通過測量將所述油或蠟從所述組合物中去除后熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中的空隙尺寸，由掃描電鏡(SEM)測得。所述油或蠟的去除通常在SEM成像之前進(jìn)行，因?yàn)樗鲇突蛳炁cSEM成像技術(shù)不相容。因此，由SEM成像測得的空隙與組合物中所述油或蠟的液滴尺寸相關(guān)。
[0019]實(shí)現(xiàn)所述油或蠟在熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中分散的一種示例性方法是將熔融態(tài)的熱塑性聚合物、熔融態(tài)的熱塑性淀粉與所述油和/或蠟(其也是熔融態(tài)的)混合。將熱塑性聚合物和熱塑性淀粉中的每一者熔融(例如暴露于高于固化溫度的溫度下)，以提供熔融的熱塑性聚合物和熔融的熱塑性淀粉，并且與油或蠟混合。熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉中的一者或兩者可在加入所述油或蠟之前熔融，或該一者或兩者可在油或蠟的存在下熔融。
[0020]可在例如大于IOiT1的剪切速率下，混合熱塑性聚合物、熱塑性淀粉、以及油或蠟。其它預(yù)期的剪切速率包括大于10，約15至約1000，或至多δΟΟ?-1。混合的剪切速率越高，所述油或蠟在本文所公開組合物中的分散性越大。因此，通過在組合物形成期間選擇特定剪切速率，可控制分散性。
[0021]可使用能夠提供所需剪切速率的任何機(jī)械裝置，混合所述油或蠟與熔融熱塑性聚合物和熔融熱塑性淀粉，獲得如本文所公開的組合物。機(jī)械裝置的非限制性例子包括攪拌器如Haake間歇式攪拌器和擠出機(jī)(例如單或雙螺桿擠出機(jī))。
[0022]然后將熔融熱塑性聚合物、熔融熱塑性淀粉、以及油或蠟的混合物迅速(例如在小于10秒內(nèi))冷卻至低于熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉的固化溫度(或經(jīng)由傳統(tǒng)熱塑性聚合物結(jié)晶，或在低于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下通過)的溫度。所述混合物可被冷卻至小于200°C，小于150°C，小于100°C小于75°C，小于50°C，小于40°C，小于30°C，小于20°C，小于15°C，小于10°C，或至約(TC至約30°C，約(TC至約20°C，或約(TC至約10°C的溫度。例如，可將所述混合物放置于低溫液體(例如所述液體為或低于所述混合物冷卻的溫度)或氣體。所述液體可為環(huán)境溫度或受控溫度的水。所述氣體可為環(huán)境空氣或受控溫度和濕度的空氣。可使用任何驟冷介質(zhì)，只要它快速冷卻所述混合物。根椐混合物組成，可使用其它液體如油、醇和酮以及含水混合物(例如氯化鈉)來驟冷。可使用其它氣體如二氧化碳和氮?dú)?，或天然存在于常溫和常壓空氣中的任何其它組分。
[0023]任選地，所述組合物為粒料形式。組合物粒料可在冷卻所述組合物之前、同時(shí)或之后形成。所述粒料可通過股條切割或水下粒化形成。在股條切割中，所述組合物快速驟冷(一般在遠(yuǎn)小于10秒的時(shí)間段內(nèi))，然后切成小片。在水下?；?，將所述混合物切成小片，同時(shí)或在其后立即放入到低溫液體中，所述低溫液體快速冷卻并且固化所述混合物，形成?；慕M合物。此類?；椒ㄊ瞧胀夹g(shù)人員熟知的。粒料形態(tài)可為圓形或圓柱形，并且可具有不大于10_，更優(yōu)選小于5_，或不大于2_的尺寸。
[0024]熱塑性淀粉
[0025]如本文所用，“熱塑性淀粉”或“TPS”是指用一種或多種增塑劑處理使其熱塑的原生淀粉或淀粉衍生物。熱塑性淀粉組合物是熟知的，并且公開于若干專利中，例如:美國專利號 5，280，055 ;5，314，934 ;5，362，777 ;5，844，023 ;6，214，907 ;6，242，102 ;6，096，809 ；6，218，321 ;6，235，815 ;6，235，816 ;和6，231，970，將所述文獻(xiàn)各自以引用的方式并入本文。
[0026]淀盤:用于所公開組合物中的淀粉為變性淀粉。術(shù)語“熱塑性淀粉”是指具有增塑劑的變性淀粉。
[0027]由于天然淀粉一般具有顆粒狀結(jié)構(gòu)，因此需要在它像熱塑性材料一樣熔融加工前進(jìn)行變性。對于糊化，例如淀粉變性過程，淀粉可在用作增塑劑的溶劑存在下變性。溶劑和淀粉混合物通常在加壓條件和剪切下加熱以加速糊化進(jìn)程?；瘜W(xué)試劑或酶試劑也可用于使淀粉變性、氧化或衍生化。通常，通過將淀粉溶于水中，使淀粉變性。當(dāng)任何殘余的未變性淀粉的粒度不影響擠出工藝?yán)缋w維紡絲工藝時(shí)，獲得完全變性的淀粉。任何殘余的未變性淀粉粒度小于30 μ m,優(yōu)選小于20 μ m,更優(yōu)選小于10 μ m,或小于5 μ m。可通過將最終制劑壓入到薄膜(50 μ m或更薄)中，并且將所述膜放入到正交偏光下的光學(xué)顯微鏡中，測定殘余粒度。正交偏光下，可觀察到馬爾他十字標(biāo)記，其為未變性淀粉的指示。如果這些顆粒的平均尺寸高于目標(biāo)范圍，則沒有正確地制備變性淀粉。
[0028]適宜的天然存在的淀粉可包括但不限于玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、小麥淀粉、西谷椰子淀粉、木薯淀粉(tapioca starch)、米淀粉、大豆淀粉、竹竽淀粉、蕨根淀粉、藕淀粉、木薯淀粉(cassava starch)、臘質(zhì)玉米淀粉、高直鏈淀粉玉米淀粉、以及商業(yè)直鏈淀粉粉末。也可使用淀粉的共混物。雖然所有淀粉均可用于本文，但是本發(fā)明最常用的是來源于農(nóng)業(yè)來源的天然淀粉，這提供供應(yīng)充足、易于補(bǔ)充和廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。天然存在的淀粉，尤其是玉米淀粉、小麥淀粉和蠟質(zhì)玉米淀粉，由于它們的經(jīng)濟(jì)性和可得性，是優(yōu)選的淀粉聚合物選擇。
[0029]也可使用改性的淀粉。將改性的淀粉定義為未取代的、或取代的淀粉，其已經(jīng)改變了它的天然分子量特性(即，改變了分子量，但是淀粉不一定發(fā)生其它改變)。如果期望改性的淀粉，則淀粉的化學(xué)改性通常包括酸性或堿性水解，和氧化斷鏈作用來降低分子量或分子量分布。未改性的天然淀粉一般具有非常聞的平均分子量和寬分子量分布(例如，天然玉米淀粉具有最多約60，000, 000克/摩爾(g/mol)的平均分子量)?？赏ㄟ^酸還原、氧化還原、酶還原、水解(酸或堿催化的)、物理/機(jī)械降解(例如通過加工設(shè)備的熱機(jī)械能輸入)、或它們的組合，將淀粉的平均分子量降至本發(fā)明所期望的范圍。當(dāng)就地進(jìn)行的時(shí)候，熱機(jī)械方法和氧化方法提供了額外的優(yōu)勢。只要平均分子量在可接受的范圍內(nèi)，那么淀粉的確切化學(xué)本性和分子量降低方法就不是很重要。
[0030]加入到熔體中的淀粉或淀粉共混物的數(shù)均分子量范圍可為約3，000g/mol至約 20，000，000g/mol,優(yōu)選約 10，000g/mol 至約 10，000，000g/mol,優(yōu)選約 15，000 至約5，000, 000g/mol，更優(yōu)選約20，000g/mol至約3，000, 000g/molo在其它實(shí)施例中，平均分子量在上述范圍內(nèi)，但是為約1，000, 000或更小，或約700，000或更小。
[0031]可使用取代的淀粉。如果期望得到取代的淀粉，那么淀粉的化學(xué)改性典型地包括醚化作用和酯化作用。為了獲得與熱塑性聚合物和增塑劑的更好相容性或混溶性，可能期望取代的淀粉。作為另外一種選擇，可使用改性并且取代的淀粉以通過加快糊化進(jìn)程而有助于變性進(jìn)程。然而，這必須與降解速率降低相平衡?；瘜W(xué)取代的淀粉的取代度為約0.01至3.0?？蓛?yōu)選低取代度0.01至0.06。
[0032]組合物中淀粉的重量包括淀粉及其天然存在的束縛水含量。術(shù)語“束縛水”是指將淀粉和其它組分混合制成本發(fā)明組合物前發(fā)現(xiàn)天然存在于淀粉中的水。術(shù)語“游離水”是指制備本發(fā)明組合物時(shí)加入的水。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會發(fā)現(xiàn)一旦將組分混入組合物中，就不再能按來源區(qū)分水。淀粉通常具有按淀粉重量計(jì)約5%至16%的束縛含水量。已知，額外的游離水可作為極性溶劑或增塑劑摻入，并且不計(jì)入淀粉的重量。
[0033]增塑劑:可在本發(fā)明中使用增塑劑，以使淀粉變性，并且使淀粉能夠流動，即產(chǎn)生熱塑性淀粉?？墒褂孟嗤脑鏊軇┮栽黾尤廴诩庸ば?，或可使用兩種不同的增塑劑。增塑劑還可改善最終產(chǎn)品的柔韌性，據(jù)信這是由于增塑劑使組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。增塑劑應(yīng)優(yōu)選與所公開組合物的聚合物組分基本上相容，使得所述增塑劑可有效改性組合物的性能。如本文所用，術(shù)語“基本上相容”是指當(dāng)加熱到高于組合物的軟化和/或熔融溫度的溫度時(shí)，增塑劑能夠與淀粉形成基本上均勻的混合物。
[0034]可存在附加的熱塑性聚合物增塑劑或稀釋劑，以降低所述聚合物的熔融溫度，并且改善與熱塑性淀粉共混物的整體相容性。此外，如果存在抑制聚合物熔融溫度的增塑劑或稀釋劑，則可使用具有較高熔融溫度的熱塑性聚合物。所述增塑劑通常具有小于約100, 000g/mol的分子量，并且可優(yōu)選為嵌段或無規(guī)共聚物或三元共聚物，其中一種或多種化學(xué)物質(zhì)與另一種增塑劑、淀粉、聚合物或它們的組合相容。
[0035]可用羥基增塑劑的非限制性例子包括糖，如葡萄糖、蔗糖、果糖、棉子糖、麥芽糊精、半乳糖、木糖、麥芽糖、乳糖、甘露糖、赤蘚糖、甘油、和季戊四醇；糖醇如赤蘚醇、木糖醇、麥芽糖醇、甘露糖醇和山梨醇；多元醇如乙二醇、丙二醇、雙丙二醇、丁二醇、己三醇等、以及它們的聚合物；以及它們的混合物。還可用作本文羥基增塑劑的是泊洛沙姆和泊洛沙胺。還適用于本文的是不具有羥基的氫鍵形成有機(jī)化合物，包括脲和脲衍生物；糖醇的酸酐如脫水山梨糖醇；動物蛋白如明膠；植物蛋白如向日葵蛋白、大豆蛋白、棉籽蛋白；以及它們的混合物。其它適宜的增塑劑為鄰苯二甲酸酯、琥珀酸二甲酯和琥珀酸二乙酯以及相關(guān)的酯、三乙酸甘油酯、一乙酸甘油酯和二乙酸甘油酯、一丙酸甘油酯、二丙酸甘油酯、和三丙酸甘油酯、以及丁酸酯，它們是能夠生物降解的。脂族酸如乙烯丙烯酸、乙烯馬來酸、丁二烯丙烯酸、丁二烯馬來酸、丙烯丙烯酸、丙烯馬來酸、以及其它烴基酸。所有增塑劑均可單獨(dú)使用或以其混合物形式使用。
[0036]優(yōu)選的增塑劑包括甘油、甘露糖醇和山梨醇，最優(yōu)選山梨醇。增塑劑的量取決于淀粉的分子量、淀粉量、以及增塑劑對淀粉的親和力。一般來講，增塑劑的量隨著淀粉分子量的增加而增加。
[0037]熱塑性淀粉以基于所述組合物的總重量計(jì)約10重量％至約80重量％，約10重量％至約60重量％，或約20重量％至約40重量％的重量百分比存在于本文所公開組合物中。預(yù)期的熱塑性淀粉具體量包括基于所述組合物的總重量計(jì)約10重量％，約11重量％，約12重量％,約13重量％，約14重量％，約15重量％，約16重量％，約17重量％，約18重量％，約19重量％，約20重量％，約21重量％，約22重量％，約23重量％，約24重量％，約25重量％，約26重量％，約27重量％，約28重量％，約29重量％，約30重量％，約31重量％，約32重量％，約33重量％，約34重量％，約35重量％，約36重量％，約37重量％，約38重量％，約39重量％,約40重量％，約41重量％，約42重量％，約43重量％，約44重量％，約45重量％，約46重量％，約47重量％，約48重量％，約49重量％，約50重量％，約51重量％，約52重量％，約53重量％，約54重量％，約55重量％，約56重量％，約57重量％，約58重量％，約59重量％，約60重量％，約61重量％，約62重量％，約63重量％，約64重量％，約65重量％，約66重量％，約67重量％，約68重量％，約69重量％，約70重量％，約71重量％，約72重量％，約73重量％，約74重量％，約75重量％，約76重量％，約77重量％，約78重量％，約79重量％，和約80重量％。
[0038]熱塑性聚合物
[0039]用于所公開組合物中的熱塑性聚合物是熔融然后在冷卻時(shí)結(jié)晶或硬化，但是在進(jìn)一步加熱時(shí)可再熔融的聚合物。適用于本文的熱塑性聚合物具有約60°C至約300°C，約800C至約250°C，或100°C至215°C，優(yōu)選100°C至180°C的范圍的熔融溫度(還被稱為固化溫度)。
[0040]熱塑性聚合物的分子量足夠高，以使得能夠在聚合物分子之間產(chǎn)生纏結(jié)，但又足夠低以成為可熔體紡絲的。與沒有油的組合物相比，將所述油加入到所述組合物中，允許組合物包含更高分子量的待加工熱塑性聚合物。因此，適宜的熱塑性聚合物可具有約IOOOkDa或更低，約5kDa至約800kDa，約IOkDa至約700kDa，或約20kDa至約400kDa的重均分子量。
[0041]熱塑性聚合物可衍生自可再生資源或化石礦物和油。衍生自可再生資源的熱塑性聚合物是生物基的，例如用于制備聚丙烯和聚乙烯的生物制得的乙烯和丙烯單體。這些材料性能基本上與化石基產(chǎn)品等同物相同，不同的是熱塑性聚合物中碳-14的存在。根椐成本和可得性，在本發(fā)明中可將可再生基和化石基熱塑性聚合物以任何比率混合在一起。也可單獨(dú)或與可再生和/或化石衍生的熱塑性聚合物組合使用可再循環(huán)的熱塑性聚合物。可再循環(huán)的熱塑性聚合物可在混合前被預(yù)調(diào)理以去除任何無用的污染物，或可在混合和擠出過程期間使用它們，以及只是留在混合物中。這些污染物可包括痕量的其它聚合物、紙漿、顏料、無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、以及通常存在于加工聚合物組合物中的其它添加劑。所述污染物不應(yīng)不利地影響混合物的最終工作性能，例如在纖維紡絲過程期間造成紡絲斷裂。
[0042]適宜的熱塑性聚合物一般包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、它們的共聚物、以及它們的組合。熱塑性聚合物可選自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羥基鏈烷酸酯、聚酰胺_6、聚酰胺_6，6、以及它們的組合。所述聚合物可以是基于聚丙烯、基于聚乙烯、基于多羥基鏈烷酸酯的聚合物系統(tǒng)，它們的共聚物和組合。
[0043]然而更具體地講，熱塑性聚合物優(yōu)選包括聚烯烴如聚乙烯或其共聚物，包括低密度、高密度、線性低密度、或超低密度聚乙烯、聚丙烯、或它們的共聚物，包括無規(guī)聚丙烯；全同立構(gòu)聚丙烯、茂金屬全同立構(gòu)聚丙烯、聚丁烯、或它們的共聚物；聚酰胺或它們的共聚物，如尼龍6、尼龍U、尼龍12、尼龍46、尼龍66 ;聚酯或它們的共聚物，如馬來酸酐聚丙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯；烯烴羧酸共聚物，如乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/馬來酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、或它們的組合；聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、以及它們的共聚物如聚(甲基丙烯酸甲酯)。聚合物的其它非限制性例子包括聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚甲醛、苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚醚亞胺、聚砜、或它們的組合。在一些實(shí)施例中，熱塑性聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、乙烯丙烯酸、聚烯烴羧酸共聚物、聚酯、以及它們的組合。
[0044]然而更具體地講，熱塑性聚合物優(yōu)選包括聚烯烴如聚乙烯或其共聚物，包括低密度、高密度、線性低密度、或超低密度聚乙烯，使得聚乙烯密度在介于0.90克/立方厘米和0.97克/立方厘米之間，最優(yōu)選在介于0.92和0.95克/立方厘米之間的范圍內(nèi)。聚乙烯的密度由支化量和類型確定，并且取決于聚合技術(shù)和共聚單體類型。還可使用聚丙烯和/或聚丙烯共聚物，包括無規(guī)聚丙烯；全同立構(gòu)聚丙烯、間同立構(gòu)聚丙烯、以及它們的組合?？墒褂镁郾┕簿畚?，尤其是乙烯，以降低熔融溫度并且改善性能。可采用茂金屬和Ziegler-Natta催化劑系統(tǒng)來制得這些聚丙烯聚合物?？蓪⑦@些聚丙烯和聚乙烯組合物組合在一起以優(yōu)化最終使用性能。聚丁烯也是可用的聚烯烴。
[0045]能夠生物降解的熱塑性聚合物也預(yù)期用于本文中。當(dāng)能夠生物降解的材料埋于地下或換句話講接觸微生物時(shí)(包括在有利于微生物生長的環(huán)境條件下接觸)，能夠生物降解的材料易于被微生物如霉菌、真菌和細(xì)菌消化。適宜的能夠生物降解的聚合物還包括采用有氧或厭氧分解方法或由于暴露于環(huán)境要素如陽光、雨水、水分、風(fēng)、溫度等而可環(huán)境降解的那些能夠生物降解的材料。能夠生物降解的熱塑性聚合物可單獨(dú)使用，或以能夠生物降解或不能夠生物降解的聚合物的組合形式使用。能夠生物降解的聚合物包括包含脂族組分的聚酯。其中聚酯是包含脂族成分和聚(羥基羧酸)的酯縮聚物。酯縮聚物包括二羧酸/ 二醇脂族聚酯如聚琥珀酸丁二酯、聚琥珀酸共聚己二酸丁二酯，脂族/芳族聚酯如由丁二醇、己二酸和對苯二甲酸制成的三元共聚物。聚(羥基羧酸)包括乳酸基均聚物和共聚物、聚羥基丁酸酯(PHB)、或其它多羥基鏈烷酸酯均聚物和共聚物。此類多羥基鏈烷酸酯包括PHB與更長鏈長單體如C6-C12以及更長鏈長單體的共聚物、如美國專利號RE36，548和5，990，271中公開的那些多羥基鏈烷酸酯。
[0046]可商購獲得的適宜聚乳酸的例子為得自Cargi 11 Dow的NATUREW0RKS和得自Mitsui Chemical的LACEA?？缮藤彨@得的適宜二酸/ 二醇脂族聚酯的例子為由Showa HighPolymer Company,Ltd (Tokyo, Japan)以商品名 B10N0LLE1000 和 B10N0LLE3000 出售的聚琥珀酸/己二酸丁二酯共聚物。可商購獲得的適宜脂族/芳族共聚酯的例子為由EastmanChemical以商品名EASTAR BIO Copolyester或由BASF以商品名EC0FLEX出售的聚(四亞甲基己二酸酯-共聚-對苯二甲酸酯)。
[0047]可商購獲得的適宜聚丙烯或聚丙烯共聚物的非限制性例子包括Basell ProfaxPH-835C35 溶體流動速率 Ziegler-Natta 全同立構(gòu)聚丙烯,得自 Lyondell-Basell )、BaselIMetocene MF-650W (500熔體流動速率茂金屬全同立構(gòu)聚丙烯，得自Lyondell-Basell)、Polybond3200 (250熔體流動速率馬來酸酐聚丙烯共聚物，得自Crompton)、ExxonAchieve3854 (25熔體流動速率茂金屬全同立構(gòu)聚丙烯，得自Exxon-Mobil Chemical)、Mosten NB425 (25溶體流動速率Ziegler-Natta全同立構(gòu)聚丙烯，得自Unipetrol)、Danimer27510 (多輕基鏈燒酸酯聚丙烯，得自 Danimer Scientific LLC)、Dow Aspun6811A(27熔體指數(shù)聚乙烯聚丙烯共聚物,得自Dow Chemical)、和Eastman9921 (具有標(biāo)稱0.81特性粘度的聚酯對苯二酸均聚物，得自Eastman Chemical)。
[0048]熱塑性聚合物組分可為如上所述的單一聚合物物質(zhì)，或?yàn)閮煞N或更多種如上所述熱塑性聚合物的共混物。
[0049]如果聚合物為聚丙烯，則由用于測定聚丙烯的ASTM D-1238測得，熱塑性聚合物可具有大于5g/10min的熔流指數(shù)。其它預(yù)期的熔流指數(shù)包括大于10g/10min,大于20g/10min,或約 5g/10min 至約 50g/10min。
[0050]油和蠟
[0051]如公開的組合物中所用，油或蠟為脂質(zhì)、礦物油(或蠟)、或它們的組合。油用于表示在室溫下為液體的化合物(例如具有25°C或更低的熔點(diǎn))，而蠟用于表示在室溫下為固體的化合物(例如具有高于25°C的熔點(diǎn))。蠟還可具有低于組合物中最大體積聚合物組分熔融溫度的熔點(diǎn)。在下文中，術(shù)語蠟可表示根據(jù)溫度為結(jié)晶固態(tài)或熔融態(tài)的組分。蠟可在熱塑性聚合物和/或熱塑性淀粉為固體的溫度下為固體。例如，聚丙烯在高于蠟的熔融溫度的90°C下為半結(jié)晶固體。
[0052]如所公開組合物中所用，蠟為脂質(zhì)、礦物蠟、或它們的組合，其中所述脂質(zhì)、礦物蠟、或它們的組合具有大于25 °C的熔點(diǎn)。更優(yōu)選高于35 °C，還更優(yōu)選高于45 °C，并且最優(yōu)選高于50°C的熔點(diǎn)。所述蠟可具有低于組合物中熱塑性聚合物熔融溫度的熔點(diǎn)。術(shù)語“蠟”和“油”由等于或接近25°C下組分的結(jié)晶度來區(qū)分。在所有情況下，“蠟”將具有低于熱塑性聚合物，優(yōu)選低于100°C，并且最優(yōu)選低于80°C的最大熔融溫度。所述蠟可為脂質(zhì)。所述脂質(zhì)可為甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、環(huán)氧化脂質(zhì)、馬來酸化脂質(zhì)、氫化脂質(zhì)、衍生自脂質(zhì)的醇酸樹脂、蔗糖聚酯、或它們的組合。所述礦物蠟可為直鏈烷烴、支化烷烴、或它們的組合。蠟可為部分或完全氫化的材料，或它們的組合和混合物，它們未改性形式的蠟在室溫下形式上為液體。當(dāng)溫度高于蠟的熔融溫度時(shí)，它為液體油。當(dāng)為熔融態(tài)時(shí)，蠟可被稱為“油”。術(shù)語“蠟”和“油”僅在25°C下測定時(shí)具有意義。蠟在25°C下將為固體，而油在25°C下不是固體。除此以外，它們在高于25°C下互換使用。
[0053]所述脂質(zhì)可為甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、環(huán)氧化脂質(zhì)、馬來酸化脂質(zhì)、氫化脂質(zhì)、衍生自脂質(zhì)的醇酸樹脂、蔗糖聚酯、或它們的組合。所述礦物油或蠟可為直鏈烷烴、支化烷烴、或它們的組合。蠟可為部分或完全氫化的材料，或它們的組合和混合物，它們未改性形式的蠟在室溫下形式上為液體。
[0054]本文所公開組合物中預(yù)期的油或蠟的非限制性例子包括牛脂、蓖麻油、椰子油、椰樹種子油、玉米胚芽油、棉籽油、魚油、亞麻籽油、橄欖油、奧蒂樹油、棕櫚仁油、棕櫚油、棕櫚種子油、花生油、油菜籽油、紅花油、大豆油、鯨蠟油、向日葵籽油、妥爾油、桐油、鯨油、以及它們的組合。具體甘油三酯的非限制性例子包括甘油三酯類，例如，三硬脂酸甘油酯、甘油三油酸酯、三棕櫚酸甘油酯、1，2- 二棕櫚酸油精、1，3- 二棕櫚酸油精、1-棕櫚酸-3-硬脂酸-2-油精、1-棕櫚酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕櫚酸-1-硬脂酸-3-油精、甘油三亞油酸酯、1，2- 二棕櫚酸亞油精、1-棕櫚酸-二亞油精、1-硬脂酸-二亞油精、1，2- 二乙酸棕櫚酸甘油酯、1，2- 二硬脂酸-油精、1，3- 二硬脂酸-油精、三肉豆蘧酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、以及它們的組合。預(yù)期的具體脂肪酸的非限制性例子包括癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、月桂烯酸、亞油酸、亞麻酸、肉豆蘧酸、肉豆蘧腦酸、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、以及它們的混合物。
[0055]由于蠟可具有熔融溫度分布以產(chǎn)生峰值熔融溫度，因此當(dāng)>50重量％的所述蠟組分在等于或低于25°C下熔融時(shí)，則將所述蠟熔融溫度定義為具有25°C或更高的所定義峰值熔融溫度。該測量可采用示差掃描熱量計(jì)(DSC)來進(jìn)行，其中熔化熱相當(dāng)于蠟的重量百分比分?jǐn)?shù)。
[0056]由凝膠滲透色譜法(GPC)測定的所述蠟的數(shù)均分子量應(yīng)小于2kDa，優(yōu)選小于1.5kDa，還更優(yōu)選小于1.2kDa。
[0057]蠟的量由失重法測定。使用回流燒瓶系統(tǒng)，將最窄樣品尺寸不大于Imm的固化混合物以Ig混合物/IOOg丙酮的比率放入到丙酮中。首先在放入到回流燒瓶中之前稱量所述混合物，然后將丙酮和混合物在20小時(shí)內(nèi)加熱至60°C。將樣品取出，并且風(fēng)干60分鐘，并且測定最終重量。計(jì)算蠟重量百分比的公式為
[0058]臘重量％=([初始質(zhì)量-最終質(zhì)量]/ [初始質(zhì)量])X 100%
[0059]由于油可具有熔融溫度分布以產(chǎn)生峰值熔融溫度，因此當(dāng)>50重量％的所述油組分在等于或低于25°C下熔融時(shí)，則將所述油熔融溫度定義為具有25°C或更低的所定義峰值熔融溫度。該測量可采用示差掃描熱量計(jì)(DSC)來進(jìn)行，其中熔化熱相當(dāng)于油的重量百分比分?jǐn)?shù)。
[0060]由凝膠滲透色譜法(GPC)測定的所述油的數(shù)均分子量應(yīng)小于2kDa，優(yōu)選小于1.5kDa，還更優(yōu)選小于1.2kDa。
[0061]所述油或蠟可來自可再生材料(例如衍生自可再生資源)。如本文所用，“可再生資源”是由速率與其消耗速率相當(dāng)?shù)淖匀贿^程產(chǎn)生的資源(例如在100年時(shí)段內(nèi))。所述資源可天然或者通過農(nóng)業(yè)技術(shù)再補(bǔ)充?？稍偕Y源的非限制性例子包括植物(例如甘蔗、甜菜、玉米、馬鈴薯、柑橘類水果、木本植物、木質(zhì)纖維素、半纖維素、纖維素廢物)、動物、魚、細(xì)菌、真菌和林業(yè)產(chǎn)品。這些資源可以是天然存在的、混合的、或遺傳工程有機(jī)體。諸如原油、煤、天然氣和泥炭的天然資源的形成需要超過100年的時(shí)間，它們不被認(rèn)為是可再生資源。礦物油、石油和石油凝膠被視為煤炭的副產(chǎn)物廢物流，雖然不可再生，但是它可被認(rèn)為是副產(chǎn)物油。
[0062]礦物蠟的具體例子包括石蠟(包括凡士林)、蒙旦蠟、以及由裂化法制得的聚烯烴蠟，優(yōu)選聚乙烯衍生的蠟?？蓪⒌V物蠟和植物源蠟混合在一起。植物基蠟可由它們的碳-14含量來區(qū)分。
[0063]本文所公開的油或蠟以基于所述組合物總重量計(jì)約5重量％至約40重量％的重量百分比存在于所述組合物中。所述油或蠟的其它預(yù)期重量百分比范圍包括基于所述組合物的總重量計(jì)約8重量％至約30重量％，優(yōu)選范圍為約10重量％至約30重量％，約10重量％至約20重量％，或約12重量％至約18重量％。預(yù)期的具體油或蠟重量百分比包括基于所述組合物的總重量計(jì)約5重量％，約6重量％，約7重量％，約8重量％，約9重量％，約10重量％，約11重量％，約12重量％，約13重量％，約14重量％，約15重量％，約16重量％，約17重量％，約18重量％，約19重量％，約20重量％，約21重量％，約22重量％，約23重量％，約24重量％，約25重量％，約26重量％，約27重量％，約28重量％，約29重量％，約30重量％，約31重量％，約32重量％，約33重量％，約34重量％，約35重量％，約36重量％，約37重量％，約38重量％，約39重量％，和約40重量％。
[0064]添加劑
[0065]本文所公開的組合物還可包含添加劑。添加劑可分散在整個(gè)組合物中，或可基本上位于熱塑性層的熱塑性聚合物部分中，基本上位于所述組合物的油部分中，或基本上位于所述組合物的TPS部分中。在所述添加劑位于所述組合物的油部分中的情況下，所述添加劑可以是油溶性的或油分散性的。還可將醇酸樹脂加入到所述組合物中。醇酸樹脂包含例如多元醇、多元酸和/或酸酐。
[0066]本文所公開組合物中預(yù)期的添加劑類型的非限制性例子包括香料、染料、顏料、納米顆粒、防靜電劑、填料、以及它們的組合。本文所公開的組合物可包含單一的添加劑或添加劑的混合物。例如，香料和著色劑(例如顏料和/或染料)均可存在于所述組合物中。當(dāng)存在時(shí)，一種或多種添加劑以約0.05重量％至約20重量％，或約0.1重量％至約10重量％的重量百分比存在。具體預(yù)期的重量百分比包括約0.5重量％，約0.6重量％，約0.7重量％，約0.8重量％，約0.9重量％，約I重量％，約1.1重量％，約1.2重量％，約1.3重量％，約1.4重量％，約1.5重量％，約1.6重量％，約1.7重量％，約1.8重量％，約1.9重量％，約2重量％，約2.1重量％，約2.2重量％，約2.3重量％，約2.4重量％，約2.5重量％，約2.6重量％，約2.7重量％，約2.8重量％，約2.9重量％，約3重量％，約3.1重量％，約3.2重量％，約3.3重量％，約3.4重量％，約3.5重量％，約3.6重量％，約3.7重量％，約3.8重量％，約
3.9重量％，約4重量％，約4.1重量％，約4.2重量％，約4.3重量％，約4.4重量％，約4.5重量％，約4.6重量％，約4.7重量％，約4.8重量％，約4.9重量％，約5重量％，約5.1重量％，約5.2重量％，約5.3重量％，約5.4重量％，約5.5重量％，約5.6重量％，約5.7重量％，約5.8重量％，約5.9重量％，約6重量％，約6.1重量％，約6.2重量％，約6.3重量％，約6.4重量％，約6.5重量％，約6.6重量％，約6.7重量％，約6.8重量％，約6.9重量％，約7重量％，約7.1重量％，約7.2重量％，約7.3重量％，約7.4重量％，約7.5重量％，約7.6重量％，約
7.7重量％，約7.8重量％，約7.9重量％，約8重量％，約8.1重量％，約8.2重量％，約8.3重量％，約8.4重量％，約8.5重量％，約8.6重量％，約8.7重量％，約8.8重量％，約8.9重量％，約9重量％，約9.1重量％，約9.2重量％，約9.3重量％，約9.4重量％，約9.5重量％，約9.6重量％，約9.7重量％，約9.8重量％，約9.9重量％，和約10重量％。
[0067]如本文所用，術(shù)語“香料”用于表示隨后從本文所公開組合物中釋放出的任何芳香材料。已知多種化合物用作香料用途，包括如醛、酮、醇和酯的材料。更一般地，已知包含各種化學(xué)組分的復(fù)合混合物的天然存在的植物和動物油以及滲出物用作香料。本文的香料在它們的組成上可以相對簡單，或者可包含天然和合成化學(xué)組分的高度復(fù)雜的復(fù)合混合物，所有組分均選擇用于提供任何所需的氣味。典型的香料可包括例如包含稀有材料如檀木油、麝貓油和綠葉油的木質(zhì)/ 土質(zhì)基底。所述香料可具有輕度的花香(例如玫瑰提取物、紫羅蘭提取物和丁香)。所述香料也可配制以提供所需的水果味，例如酸橙、檸檬和橙。可為芳香療法效應(yīng)選擇本發(fā)明組合物和制品中遞送的香料，如提供松弛或爽快的情緒。因此，可使用釋放出愉悅或換句話講所期望的氣味的任何材料作為本發(fā)明組合物和制品中的香料活性物質(zhì)。[0068]顏料或染料可以是無機(jī)的、有機(jī)的、或它們的組合。預(yù)期的顏料和染料的具體例子包括顏料黃(C.1.14)、顏料紅(C.1.48:3)、顏料藍(lán)(C.1.15:4)、顏料黑(C.1.7)、以及它們的組合。具體的預(yù)期染料包括水溶性油墨著色劑如直接染料、酸性染料、堿性染料，以及多種溶劑可溶解的染料。例子包括但不限于FD&C藍(lán)1(C.1.42090:2)、D&(^I6(C.1.15850)、D&C 紅 7 (C.1.15850:1)、D&C 紅 9 (C.1.15585:1)、D&C 紅 21 (C.1.45380:2)、D&C 紅 22(C.1.45380:3)、D&C 紅 27(C.1.45410:1)、D&C 紅 28(C.1.45410:2)、D&C 紅 30(C.1.73360)、D&C 紅 33 (C.1.17200)、D&C 紅 34 (C.1.15880:1)、和 FD&C 黃 5 (C.1.19140:1)、FD&C 黃 6(C.1.15985:1)、FD&C 黃 10 (C.1.47005:1)、D&C 橙 5 (C.1.45370:2)、以及它們的組合。
[0069]預(yù)期的填料包括但不限于無機(jī)填料如鎂、鋁、硅和鈦的氧化物。這些材料可作為廉價(jià)填料或加工助劑加入?？捎米魈盍系钠渌鼰o機(jī)材料包括水合硅酸鎂、二氧化鈦、碳酸鈣、粘土、白堊、氮化硼、石灰石、硅藻土、云母、玻璃、石英和陶瓷。此外，可使用無機(jī)鹽，包括堿金屬鹽、堿土金屬鹽、磷酸鹽。
[0070]預(yù)期的表面活性劑包括陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、或陰離子和兩性表面活性劑的組合、以及它們的組合，如例如美國專利號3，929，678和4，259，217以及EP414549、W093/08876和W093/08874中公開的表面活性劑。
[0071]預(yù)期的納米顆粒包括金屬、金屬氧化物、碳的同素異形體、粘土、有機(jī)改性粘土、硫酸鹽、氮化物、氫氧化物、氧基/氫氧化物、粒狀水不溶性聚合物、硅酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽。例子包括二氧化硅、炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯、膨脹石墨、碳納米管、滑石、碳酸鈣、膨潤土、蒙脫石、高嶺土、二氧化硅、鋁硅酸鹽、氮化硼、氮化鋁、硫酸鋇、硫酸鈣、氧化銻、長石、云母、鎳、銅、鐵、鈷、鋼、金、銀、鉬、招、韓娃石、氧化招、氧化錯(cuò)、二氧化鈦、氧化鋪、氧化鋅、氧化鎂、氧化錫、鐵氧化物(Fe203、Fe304)、以及它們的混合物。納米顆粒可增加本文所公開組合物的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、和/或耐磨性，并且可賦予組合物電性能。
[0072]其它預(yù)期的添加劑包括熱塑性聚合物的成核劑和澄清劑。適用于例如聚丙烯的具體例子為苯甲酸和衍生物(例如苯甲酸鈉和苯甲酸鋰)、以及高嶺土、滑石和甘油鋅。二亞芐基山梨醇(DBS)是可用的澄清劑的例子。可用的其它成核劑為有機(jī)羧酸鹽、磷酸鈉和金屬鹽(例如二苯甲酸招)?？杉尤?0份每一百萬份(20ppm)至20，OOOppm范圍內(nèi)，更優(yōu)選200ppm至2000ppm范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選1000ppm至1500ppm范圍內(nèi)的成核劑或澄清劑。可采用加入成核劑來改善最終混合物組合物的拉伸和沖擊性能。
[0073]預(yù)期的抗靜電劑包括已知提供防靜電有益效果的織物柔軟劑。例如具有脂肪?；哪切┛椢镘浕瘎渚哂懈哂?0的碘值，如N，N- 二(牛油酰氧乙基)-N，N- 二甲基甲酯硫酸銨。[0074]纖維
[0075]本發(fā)明中的纖維可為單組分或多組分。術(shù)語“纖維”被定義為固化的聚合物形狀，所述形狀具有大于1，000的長度對厚度比率。本發(fā)明的單組分纖維也可為多成分的。如本文所用，成分被定義為是指物質(zhì)或材料的化學(xué)物種。如本文所用的多成分纖維被定義為是指包含一種以上的化學(xué)物種或材料的纖維。多成分和混合體聚合物在本發(fā)明中具有相同的含義并且可互換使用。一般來講，纖維可為單組分類型或多組分類型。如本文所用，組分被定義為是指纖維中與纖維的另一部分具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分。如本文所用的術(shù)語多組分被定義為具有一個(gè)以上的彼此具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分的纖維。術(shù)語多組分包括雙組分，其被定義為具有兩種彼此具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分的纖維。多組分纖維的不同組分排列在橫跨纖維橫截面的基本不同的區(qū)域內(nèi)，并沿纖維的長度連續(xù)地延伸。用于制造多組分纖維的方法是本領(lǐng)域熟知的。多組分纖維的擠出在20世紀(jì)60年代已是人們所熟知的。DuPont為多組分技術(shù)的領(lǐng)先的技術(shù)開發(fā)者，其以US3，244，785和US3，704，971提供了對用來制備這些纖維的技術(shù)的技術(shù)說明。R.Jeffries的“Bicomponent Fibers” (MerrowPublishing, 1971年)為雙組分技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最近的出版物包括“Taylor-MadePolypropylene and Bicomponent Fibers for the Nonwoven Industry，，,Tappi Journal,1991 年 12 月(第 103 頁)；和來自 Woodhead Publishing 由 Nakajima 編訂的 “AdvancedFiber Spinning Technology，，。
[0076]在本發(fā)明中形成的非織造織物可包含多種類型的單組分纖維，它們是從不同的擠出系統(tǒng)中通過同一噴絲頭遞送出來的。在該例子中，擠出系統(tǒng)為一種多組分?jǐn)D出系統(tǒng)，其將不同的聚合物遞送至獨(dú)立毛細(xì)管。例如，一個(gè)擠出系統(tǒng)將遞送聚丙烯和蠟，并且另一個(gè)遞送聚丙烯共聚物，使得共聚物組合物在不同的溫度下熔融。在第二例子中，一個(gè)擠出系統(tǒng)可遞送聚乙烯樹脂，并且另一個(gè)可遞送聚丙烯和蠟。在第三例子中，一個(gè)擠出系統(tǒng)可遞送具有30重量％蠟的聚丙烯樹脂，并且另一個(gè)可遞送具有30重量％蠟的分子量不同于第一聚丙烯樹脂的聚丙烯樹脂。該系統(tǒng)中的聚合物比率可在95:5至5:95，優(yōu)選地90:10至10:90和80:20至20:80范圍內(nèi)。
[0077]雙組分和多組分纖維可以是并列型、皮芯型(對稱的和偏心的)、橘瓣型、帶型、海島型構(gòu)型、或它們的任何組合。外皮在芯周圍可為連續(xù)的或非連續(xù)的。示例性多組分纖維的非包含性例子公開于美國專利6，746，766中。外皮與芯的重量比為約5:95至約95:5。本發(fā)明的纖維可具有不同的幾何形狀，所述幾何形狀包括但不限于:圓形、橢圓形、星形、三葉形、具有3-8片葉的多葉形、矩形、H形、C形、I形、U形和其它各種偏心形。也可使用中空纖維。優(yōu)選的形狀為圓形、三葉形和H形。所述圓形纖維形狀和三葉形纖維形狀也可為中空的。
[0078]優(yōu)選皮芯型雙組分纖維。在一個(gè)優(yōu)選的情況下，芯中的組分包含熱塑性聚合物和蠟，而外皮不包含。在這種情況下，減少或消除了纖維表面上蠟的顯露。在另一個(gè)優(yōu)選的情況下，外皮可包含蠟，而芯不包含。在這種情況下，纖維表面上蠟的濃度高于芯中蠟的濃度。使用皮芯型雙組分纖維，可選擇蠟的濃度，以在外皮或芯中賦予所期望的性能，或一些濃度梯度。應(yīng)當(dāng)理解，海島型雙組分纖維被認(rèn)為是皮芯纖維類別，但是具有多個(gè)芯。可以想到橘瓣型纖維(中空和實(shí)心)。就一個(gè)例子而言，為將包含蠟的區(qū)域與不包含蠟的區(qū)域分開，使用橘瓣型雙組分纖維設(shè)計(jì)。分開可在機(jī)械變形、施加液體動力或其它適宜工藝期間進(jìn)行。[0079]還可以想到三組分纖維?？捎萌M分纖維的一個(gè)例子是三層外皮/皮/芯纖維，其中每個(gè)組分包含不同量的蠟。每層中不同量的蠟可提供附加有益效果。例如，芯可為10熔流聚丙烯與30重量％蠟的共混物。中間層外皮可為25熔流聚丙烯與20重量％蠟的共混物，并且外層可為簡單的35熔體流動速率聚丙烯。優(yōu)選每層之間的蠟含量小于40重量％，更優(yōu)選小于20重量％。另一類可以想到的可用三組分纖維為還具有外皮的橘瓣型雙組分設(shè)計(jì)。
[0080]“高度拉細(xì)的纖維”被定義為具有高拉伸比率的纖維?？偫w維拉伸比率被定義為纖維在其最大直徑(這通常是剛剛退出毛細(xì)管之后的結(jié)果)處對其最終用途時(shí)的最終纖維直徑的比率?？偫w維拉伸比率將大于1.5，優(yōu)選地大于5，更優(yōu)選地大于10，并且最優(yōu)選地大于12。這對于獲得觸覺特性和有用的機(jī)械特性是必要的。
[0081]所述纖維將具有小于200 μ m的直徑。如果所述混合物用于制備細(xì)纖維，則纖維直徑可低達(dá)0.1 μ m。纖維可以是基本上連續(xù)的或基本上不連續(xù)的。常用于制備紡粘非織造物的纖維將具有約5 μ m至約30 μ m,更優(yōu)選10 μ m至約20 μ m,并且最優(yōu)選12 μ m至約18 μ m的直徑。細(xì)纖維直徑將具有0.1 μ m至約5 μ m，優(yōu)選0.2 μ m至約3 μ m，并且最優(yōu)選0.3 μ m至約2 μ m的直徑。纖維直徑由模頭幾何形狀、紡絲速度或拉絲速度、供量、以及共混物組成和流變特性控制。如本文所述的纖維可為環(huán)境可降解的。
[0082]如本文所述的纖維通常用于制備一次性非織造制品。所述制品通常是可沖洗的。如本文所用，術(shù)語“可沖洗的”是指材料能在化糞處理系統(tǒng)例如馬桶中溶解、分散、崩解和/或分解，以使沖洗馬桶時(shí)可將其清除，而不會堵塞馬桶或任何其它污水排放管道。纖維和所得制品也可以是易與水反應(yīng)的。如本文所用，術(shù)語“易與水反應(yīng)的”是指當(dāng)放置于水中或被沖洗時(shí)，得到可觀察到的和可測量的變化。典型的觀察包括記錄制品溶脹、分開、溶解或觀察被總體削弱的結(jié)構(gòu)。
[0083]在本發(fā)明中，可調(diào)整纖維的親水性和疏水性。所述基體樹脂特性可具有通過共聚作用產(chǎn)生的親水特性(諸如某些聚酯(源自Eastman Chemical的EAST0NE，一般為磺基聚酯類聚合物)或聚烯烴諸如聚丙烯或聚乙烯的情況)，或具有被加入到所述基體樹脂中以使其成為親水的材料。添加劑的示例性例子包括CIBA Irgasurf?類添加劑。本發(fā)明中的纖維也可在其制造之后被處理或涂覆以使它們成為親水的。在本發(fā)明中，耐用親水性是優(yōu)選的。耐用親水性被定義為在一次以上的流體交互作用之后保持親水特征。例如，如果測試所評測樣本的耐用親水性，則可將水澆注在樣本上并且觀察潤濕情況。如果樣本浸濕，則其為初始地親水的。然后用水將樣本完全地漂洗并且使其干燥。所述漂洗最好通過將樣本放到大容器中來進(jìn)行，并且攪動十秒鐘，然后進(jìn)行干燥。干燥之后的樣本在再次接觸水時(shí)應(yīng)當(dāng)也會浸濕。
[0084]在纖維形成之后，可進(jìn)一步處理纖維或可處理粘結(jié)織物?？杉尤胗H水性或疏水性整理劑以調(diào)整織物的表面能和化學(xué)性質(zhì)。例如，疏水性纖維可用潤濕劑來處理以有利于吸收含水液體。粘結(jié)織物也可用包含表面活性劑、顏料、增滑劑、鹽或其它材料的局部溶液來處理以進(jìn)一步調(diào)整纖維的表面特性。
[0085]本發(fā)明中的纖維可為卷曲的，雖然優(yōu)選的是它們不是卷曲的。卷曲纖維一般以兩種方法產(chǎn)生。第一方法是在已經(jīng)紡絲了纖維之后機(jī)械地變形所述纖維。將纖維熔體紡絲，拉伸至最終長絲直徑并且一般通過齒輪或填塞箱來機(jī)械地處理，所述齒輪或填塞箱賦予二維或三維褶皺。該方法用于生產(chǎn)大多數(shù)的粗梳短纖維。用于卷曲纖維的第二方法為擠出多組分纖維，所述多組分纖維能夠在紡絲工藝中卷曲。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到，存在許多制造雙組分卷曲紡粘纖維的方法；然而，就本發(fā)明而言，考慮將三種主要技術(shù)用于制造卷曲的紡絲非織造材料。第一方法為卷曲，其由于紡絲線中的差異聚合物結(jié)晶而發(fā)生在紡絲線中，所述差異聚合物結(jié)晶起因于聚合物類型的差別、聚合物分子量特征(例如，分子量分布)或添加劑含量。第二方法為在將纖維紡絲成紡絲基底之后對其進(jìn)行有差別的收縮。例如，加熱紡絲纖維網(wǎng)可因初紡纖維中的結(jié)晶度差異而導(dǎo)致纖維收縮，例如在熱粘結(jié)過程期間。導(dǎo)致卷曲的第三方法是機(jī)械地拉伸纖維或紡絲纖維網(wǎng)(一般用于機(jī)械地拉伸已粘結(jié)在一起的纖維網(wǎng))。所述機(jī)械拉伸可暴露出所述兩種聚合物組分之間應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的差異，這可導(dǎo)致卷曲。
[0086]纖維的拉伸強(qiáng)度約大于25兆帕(MPa)。本文所公開的纖維具有大于約50MPa，優(yōu)選大于約75MPa，并且更優(yōu)選大于約IOOMPa的拉伸強(qiáng)度。依照ASTM標(biāo)準(zhǔn)D3822-91中所述的方法或等效測試，使用Instron測定拉伸強(qiáng)度。
[0087]本文所公開的纖維不易碎，并且具有大于2MPa，大于50MPa，或大于IOOMPa的韌性。韌性定義為樣本標(biāo)距為25mm并且應(yīng)變速率為50mm/min下應(yīng)力-應(yīng)變曲線下方的面積。纖維的彈性或延展性也是所期望的。
[0088]如果纖維中或纖維外部組分(即雙組分的外皮)上存在足量的熱塑性聚合物，則本文所公開纖維可以是可熱粘結(jié)的。可熱粘結(jié)纖維最佳用于加壓加熱和通風(fēng)加熱粘合方法中。當(dāng)所述組合物以按所述纖維重量計(jì)大于約15%，優(yōu)選大于約30%，最優(yōu)選大于約40%，并且最優(yōu)選大于約50%的含量存在時(shí)，通常達(dá)到可熱粘結(jié)。
[0089]根據(jù)存在的組合物量和纖維的具體構(gòu)型，本文所公開纖維可以是環(huán)境可降解的?！碍h(huán)境可降解的”被定義為可生物降解的、可崩解的、可分散的、可沖洗的、或可堆肥的、或它們的組合。纖維、非織造纖維網(wǎng)和制品可為環(huán)境可降解的。因此，纖維可易于并且安全地在現(xiàn)有堆肥場所中處理，并且可以是可沖洗的，并且可安全地沖到排水溝中，而對現(xiàn)有污灌系統(tǒng)沒有不利的后果。當(dāng)用于一次性產(chǎn)品如擦拭物和女性衛(wèi)生品中時(shí)，纖維的可沖洗性向消費(fèi)者提供額外的便利和自由。
[0090]術(shù)語“能夠生物降解的”是指當(dāng)物質(zhì)暴露于有氧和/或無氧環(huán)境時(shí)，由于微生物作用、水解作用和/或化學(xué)作用，最終降解為單體組分。在有氧條件下，生物降解作用導(dǎo)致物質(zhì)轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物，例如二氧化碳和水。在無氧條件下，生物降解作用導(dǎo)致物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和甲烷。生物降解過程通常被描述為礦化。可生物降解性是指物質(zhì)(例如纖維)的所有有機(jī)成分最終通過生物作用發(fā)生分解。
[0091]隨著時(shí)間的推移，已由不同的組織并且在不同的國家中建立了多種不同的標(biāo)準(zhǔn)生物降解方法。盡管試驗(yàn)的具體測試條件、評估方法和所需標(biāo)準(zhǔn)不同，但是不同方案之間存在合理的交匯，使得它們對大多數(shù)物質(zhì)具有相似的結(jié)論。就有氧生物降解而言，美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(ASTM)已建立了 ASTM D5338-92:Test methods for Determining AerobicBiodegradation of Plastic Materials under Controlled Composting Conditions。在58 °C嗜熱溫度下，在活性堆肥存在的情況下，通過監(jiān)測由于被微生物消化吸收而釋放的二氧化碳的量，ASTM試驗(yàn)測量測試材料的礦化百分比與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。二氧化碳產(chǎn)生試驗(yàn)可通過電解呼吸計(jì)法進(jìn)行。也可以使用其它的標(biāo)準(zhǔn)方案，如經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織(OECD)的301B。在沒有氧氣時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)生物降解測試描述于不同方案中，例如ASTM D5511-94。這些試驗(yàn)用于模擬在無氧固體廢物處理設(shè)備中或在衛(wèi)生填理地中材料的生物降解性。然而，這些條件與本文所述纖維和非織造物所描述的一次性應(yīng)用類型較不相關(guān)。
[0092]若纖維基質(zhì)具有能力迅速碎裂并且分解成足夠小的部分，從而在堆肥篩選后不可分辨或在沖洗時(shí)不會引起排水管堵塞，則發(fā)生崩解。可崩解的材料也是可沖洗的。大多數(shù)崩解方案測定測試材料在暴露于不同基質(zhì)一段時(shí)間后的重量損失。采用有氧和無氧崩解測試。在材料暴露于廢水和淤泥后，通過不再收集于具有Imm孔的18目篩網(wǎng)上的纖維測試材料的量，確定重量損失。對于崩解，初始樣品的重量與篩網(wǎng)上回收的樣品干重的差值，將確定崩解的比率和程度。生物降解能力和崩解性的測試由于將采用非常類似的環(huán)境或相同的環(huán)境，因此測試非常類似。為測定崩解性，測定剩余材料的重量，而對于生物降解能力，測定析出的氣體。本文所公開的纖維可快速崩解。
[0093]本文所公開的纖維也可為可堆肥的。ASTM已開發(fā)了可堆肥性的測試方法和說明。試驗(yàn)測定三個(gè)特征:可生物降解性、崩解性和無生態(tài)毒性。測量生物降解性和崩解性的測試已描述于上文中。為滿足可堆肥性的生物降解性標(biāo)準(zhǔn)，材料必須在40天內(nèi)達(dá)到至少約60%的二氧化碳轉(zhuǎn)化率。對于崩解標(biāo)準(zhǔn)，材料必須有小于10%的測試材料保留在2mm篩網(wǎng)上，所述測試材料具有所處理產(chǎn)物的實(shí)際形狀和厚度。為測定最后的標(biāo)準(zhǔn)無生態(tài)毒性，生物降解副產(chǎn)物必須對種子發(fā)芽和植物生長沒有不利的影響。該標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)測試詳細(xì)描述于0ECD208中。國際生物降解產(chǎn)物學(xué)會將為滿足ASTM6400-99規(guī)范的產(chǎn)品頒發(fā)可堆肥性徽標(biāo)。所述方案遵循德國DIN54900，其測定在一個(gè)堆肥周期內(nèi)可完全分解的任何材料的最大厚度。
[0094]本文所述纖維可用于制備一次性非織造制品。所述制品通常是可沖洗的。如本文所用，術(shù)語“可沖洗的”是指材料能在化糞處理系統(tǒng)例如馬桶中溶解、分散、崩解和/或分解，以使沖洗馬桶時(shí)可將其清除，而不會堵塞馬桶或任何其它污水排放管道。纖維和所得制品也可以是易與水反應(yīng)的。如本文所用，術(shù)語“易與水反應(yīng)的”是指當(dāng)放置于水中或被沖洗時(shí)，得到可觀察到的和可測量的變化。典型的觀察包括記錄制品溶脹、分開、溶解或觀察被總體削弱的結(jié)構(gòu)。
[0095]由纖維制得的非織造產(chǎn)品顯示出某些機(jī)械性能，尤其是強(qiáng)度、柔韌性、柔軟性和吸收性。強(qiáng)度的測定包括干拉伸強(qiáng)度和/或濕拉伸強(qiáng)度。柔韌性與硬度有關(guān)并且可以歸因于柔軟性。柔軟性通常被描述為既與柔韌性有關(guān)又與紋理有關(guān)的生理感知屬性。吸收性涉及產(chǎn)品吸收流體的能力以及保留流體的容量。
[0096]纖維構(gòu)型
[0097]本文所公開的纖維可為許多不同的構(gòu)型。所述纖維可以是多成分的。如本文所用，成分被定義為是指物質(zhì)或材料的化學(xué)物種。如本文所用的多成分纖維被定義為是指包含一種以上的化學(xué)物種或材料的纖維。一般來講，纖維可為單組分構(gòu)型或多組分構(gòu)型。如本文所用，組分被定義為是指纖維中與纖維的另一部分具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分。如本文所用的術(shù)語多組分被定義為具有一個(gè)以上的彼此具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分的纖維。術(shù)語多組分包括雙組分，其被定義為具有兩種彼此具有空間關(guān)系的單獨(dú)部分的纖維。多組分纖維的不同組分排列在橫跨纖維橫截面的基本不同的區(qū)域內(nèi)，并沿纖維的長度連續(xù)地延伸。
[0098]紡粘結(jié)構(gòu)、短纖維、中空纖維、異形纖維如多葉形纖維以及多組分纖維均可使用本文所公開的組合物和方法來制造。多組分纖維(通常為雙組分纖維)可為并列型、皮芯型、分割餅型、帶型或海島型構(gòu)型。外皮在芯周圍可為連續(xù)的或非連續(xù)的。外皮與芯的重量比為約5:95至約95:5。本文所公開的纖維可具有不同的幾何形狀，包括圓形、橢圓形、星形、矩形和其它各種偏心率。
[0099]本文所公開的纖維也可為離裂型纖維。流變性、熱和固化差異行為可潛在造成離裂。離裂也可由機(jī)械途徑如環(huán)軋制、應(yīng)力或應(yīng)變、使用研磨劑、或差異拉伸造成，和/或由流體引發(fā)的變形如水力或空氣動力學(xué)造成。
[0100]對于雙組分纖維，本文所公開的組合物可為外皮和芯，一種組分包含比另一種組分更多的油和/或添加劑。作為另外一種選擇，本文所公開組合物可為外皮，芯為一些其它材料如純聚合物。作為另外一種選擇，所述組合物可為芯，外皮為一些其它聚合物如純聚合物。所需纖維的精確構(gòu)型取決于纖維的用途。
[0101]制備本文所公開組合物的方法
[0102]聚合物、淀粉和油的熔融混合:通過在油和/或蠟的存在下熔融所述聚合物和TPS，可適宜地將聚合物、TPS、以及油和/或蠟混合。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)熱塑性聚合物和TPS熔融時(shí)，蠟也為熔融態(tài)。在熔融態(tài)下，使聚合物、TPS、以及油和/或蠟經(jīng)受剪切，所述剪切能夠使所述油分散到所述聚合物和/或TPS中。在熔融態(tài)下，油和/或蠟與聚合物和/或TPS彼此顯著更相容。
[0103]可以多種不同方法實(shí)現(xiàn)熱塑性聚合物、TPS、以及油和/或蠟的熔融混合，但是優(yōu)選高剪切方法以形成優(yōu)選的組合物形態(tài)。所述方法可涉及傳統(tǒng)熱塑性聚合物加工設(shè)備。一般工序涉及將熱塑性聚合物和TPS加入到系統(tǒng)中，熔融熱塑性聚合物和TPS，然后加入油和/或蠟。然而，所述材料可以任何順序加入，這取決于具體混合系統(tǒng)的特性。
[0104]對于所公開的方法，熱塑性淀粉(TPS)在與熱塑性聚合物和/或油和/或蠟混合之前制得。美國專利號7，851，391、6，783，854和6，818，295描述了制備TPS的方法。然而，TPS可在線制得，并且熱塑性聚合物以及油/蠟在同一制程中混合，以單步方法制得本文所公開的組合物。例如，首先在雙螺桿擠出機(jī)中混合淀粉、淀粉增塑劑和熱塑性聚合物，其中TPS在熱塑性聚合物的存在下形成。稍后，經(jīng)由第二進(jìn)料位置，將油/蠟加入到TPS/熱塑性聚合物混合物中。
[0105]單螺桿擠出機(jī):單螺桿擠出機(jī)是大多數(shù)熔融聚合物擠出中所用的典型加工單元。單螺桿擠出機(jī)通常在圓筒內(nèi)包括單個(gè)軸，所述軸和圓筒設(shè)計(jì)具有某些旋轉(zhuǎn)元素(例如形狀和間隙)以調(diào)節(jié)剪切特征。單螺桿擠出機(jī)的典型RPM范圍為約10至約120。單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)由進(jìn)料部分、壓縮部分和計(jì)量部分組成。在進(jìn)料部分中，使用較高空隙體積的刮板，將聚合物加熱并且供入到壓縮部分中，其中熔融完成并且完全熔融的聚合物被剪切。在壓縮部分中，刮板之間的空隙體積減少。在計(jì)量部分中，采用刮板之間的小空隙體積，使聚合物經(jīng)受其最高的剪切量。為此工作，使用通用單螺桿設(shè)計(jì)。在該單元中，實(shí)現(xiàn)連續(xù)或穩(wěn)態(tài)型工藝，其中在所期望的位置引入組合物組分，然后在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)經(jīng)受溫度和剪切。由于單螺桿工藝中每個(gè)位置處的相互作用物理性質(zhì)隨時(shí)間的變化而恒定，所述工藝可被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)工藝。這通過能夠逐區(qū)調(diào)節(jié)溫度和剪切，允許優(yōu)化混合工藝，其中可通過旋轉(zhuǎn)元素和/或圓筒設(shè)計(jì)或螺桿轉(zhuǎn)速，改變剪切。
[0106]然后通過將熔體擠出到液體冷卻介質(zhì)(通常為水)中，接著可將聚合物股條切成小片，可將離開單螺桿擠出機(jī)的混合組合物?；４嬖趦煞N基本類型的聚合物加工中所用的熔融聚合物?；椒?股條切割和水下?；?。在股條切割中，所述組合物在液體介質(zhì)中快速驟冷(一般在遠(yuǎn)小于10秒)，然后切成小片。在水下?；椒ㄖ?，將熔融聚合物切成小片，然后同時(shí)或在其后立即放入到低溫液體中，所述低溫液體使聚合物快速驟冷并且結(jié)晶。這些方法是通常已知的并且用于聚合物加工工業(yè)中。
[0107]將得自擠出機(jī)的聚合物股條快速放入到水浴中，所述水浴通常具有1°C至50°C的溫度范圍(例如通常為約室溫，其為25°C)。混合組合物的可供選擇的最終用途是進(jìn)一步加工成所期望的結(jié)構(gòu)例如纖維紡絲或注塑。單螺桿擠出方法可提供高度的混合以及高驟冷速率。單螺桿擠出機(jī)也可用于將?；M合物進(jìn)一步加工成纖維和注塑制品。例如，纖維單螺桿擠出機(jī)可為37mm系統(tǒng)，具有標(biāo)準(zhǔn)通用螺桿外形和30:1的長度與直徑比率。
[0108]例如，纖維單螺桿擠出機(jī)為37mm系統(tǒng)，具有標(biāo)準(zhǔn)通用螺桿外形和30:1的長度與直徑比率。在單螺桿擠出機(jī)情況下，可將已經(jīng)制得的TPS和熱塑性聚合物與油/蠟混合，或可已經(jīng)制得的TPS與已經(jīng)分散于熱塑性聚合物中的油/蠟混合。在第一種情況下，可將已經(jīng)制得的TPS制劑熔融，并且將油/蠟添加劑直接注入到單螺桿擠出機(jī)中，隨后直接纖維紡絲或獲得最終用途產(chǎn)品。在單螺桿擠出機(jī)中直接實(shí)現(xiàn)混合。在第二種情況中，在制得基本TPS制劑后的第二步中將油/蠟加入到TPS中，與將其加入到熱塑性聚合物如聚丙烯中的方法相似。
[0109]雙螺桿擠出機(jī):雙螺桿擠出機(jī)是其中需要高強(qiáng)度混合的大多數(shù)熔融聚合物擠出中所用的典型單元。雙螺桿擠出機(jī)包括兩個(gè)軸和外部圓筒。雙螺桿擠出機(jī)的典型RPM范圍為約10至約1200。雙軸可共旋或反旋，并且允許緊公差高強(qiáng)度的混合。在該類型單元中，實(shí)現(xiàn)連續(xù)或穩(wěn)態(tài)型工藝，其中在沿螺桿的所期望位置處引入組合物組分，并且在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)經(jīng)受高溫和剪切。由于單螺桿工藝中每個(gè)位置處的相互作用物理性質(zhì)隨時(shí)間的變化而恒定，所述工藝可被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)工藝。這通過能夠逐區(qū)調(diào)節(jié)溫度和剪切，允許優(yōu)化混合工藝，其中可通過旋轉(zhuǎn)元素和/或圓筒設(shè)計(jì)，改變剪切。
[0110]然后通過將熔體擠出到液體冷卻介質(zhì)(通常為水)中，接著將聚合物股條切成小片，可將雙螺桿擠出機(jī)末端的混合組合物?；?。存在兩種基本類型的聚合物加工中所用的熔融聚合物粒化方法，股條切割和水下?；?。在股條切割中，所述組合物在液體介質(zhì)中快速驟冷(一般在遠(yuǎn)小于10s)，然后切成小片。在水下粒化方法中,將熔融聚合物切成小片,然后同時(shí)或在其后立即放入到低溫液體中，所述低溫液體使聚合物快速驟冷并且結(jié)晶。混合組合物的可供選擇的最終用途是進(jìn)一步加工成所期望的結(jié)構(gòu)例如纖維紡絲或注塑。
[0111]可采用三種不同的螺桿外形，使用Baker Perkins CT_2525mm共旋的40:1長度與直徑比率系統(tǒng)。該特定的CT-25由九個(gè)區(qū)域組成，其中可控制溫度以及模溫。同樣可行的四個(gè)液體注射位點(diǎn)位于區(qū)域I和2之間(位置A)、區(qū)域2和3之間(位置B)、區(qū)域4和5之間(位置C)、和區(qū)域6和7之間(位置D)。
[0112]液體注射位置沒有直接加熱，而是間接通過相鄰區(qū)域溫度加熱。位置A、B、C和D可用于注入添加劑。區(qū)域6可包含側(cè)向喂料機(jī)，以加入附加的固體或用于排氣。區(qū)域8按需要包含真空裝置以去除任何殘余的蒸氣。除非另外指明，在位置A注入熔融蠟。蠟經(jīng)由膠罐熔融,并且經(jīng)由熱軟管供向雙螺桿。膠罐和供料軟管均加熱至高于蠟熔點(diǎn)的溫度(例如約 80。。)。[0113]在CT-25中使用兩類區(qū)域，傳輸和混合。在傳輸區(qū)域中，將材料加熱(如果需要的話，包括加熱至熔融，這在區(qū)域I傳輸?shù)絽^(qū)域2時(shí)完成)并且在低至中等剪切下沿著圓筒長度傳輸。混合部分包含顯著增加剪切和混合的特定元件?；旌喜糠值拈L度和位置可按需要改變，以按需要提高或降低剪切。
[0114]使用兩類主要混合元件來剪切和混合。第一種是捏合塊，而第二種是熱機(jī)械能元件。簡單混合螺桿具有10.6%的總螺桿長度，使用由單組捏合塊組成的混合元件，然后使用逆轉(zhuǎn)元件。捏合元件為RKB45/5/12 (向右轉(zhuǎn)的正向捏合塊，45°偏置和五個(gè)葉片，12mm總元件長度)，然后是兩個(gè)RKB45/5/36 (向右轉(zhuǎn)的正向捏合塊，45°偏置和五個(gè)葉片，36mm總元件長度)，其后是兩個(gè)RKB45/5/12和逆轉(zhuǎn)元件24/12LH (向左轉(zhuǎn)的逆轉(zhuǎn)元件，24mm節(jié)距，12mm總元件長度)。
[0115]簡單混合螺桿混合元件位于區(qū)域7中。強(qiáng)力螺桿由共四個(gè)的附加混合部分組成。第一部分為一組捏合塊，其為RKB45/5/36單一元件(位于區(qū)域2)，然后是進(jìn)入?yún)^(qū)域3的傳輸元件，第二混合區(qū)域位于所述區(qū)域3內(nèi)。在第二混合區(qū)域中，兩個(gè)RKB45/5/36元件后直接是四個(gè)TME22.5/12 (熱機(jī)械元件，22.5齒/轉(zhuǎn)，并且總元件長度為12mm)，然后是兩個(gè)進(jìn)入第三混合區(qū)域的傳輸元件。位于區(qū)域4末端進(jìn)入?yún)^(qū)域5的第三混合區(qū)域由三個(gè)RKB45/5/36和一個(gè)KB45/5/12LH (向左轉(zhuǎn)的正向逆轉(zhuǎn)塊，45°偏置和五個(gè)葉片，12mm總元件長度)組成。材料傳輸通過區(qū)域6進(jìn)入最終混合區(qū)域，所述區(qū)域包括兩個(gè)TME22.5/12、七個(gè)RKB45/5/12，然后是SE24/12LH。SE24/12LH是逆轉(zhuǎn)元件，其能夠使最后混合區(qū)域完全填充有聚合物和添加劑，其中發(fā)生強(qiáng)力混合。逆轉(zhuǎn)元件可控制在給定混合區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間，并且是混合程度的關(guān)鍵促成因素。
[0116]高強(qiáng)度混合螺桿由三個(gè)混合部分組成。第一混合部分位于區(qū)域3，并且為兩個(gè)RKB45/5/36，隨后是三個(gè)TME22.5/12，接著傳輸?shù)降诙旌喜糠种?。在第二混合部分之前，使用三個(gè)RSE16/16 (向右轉(zhuǎn)的傳輸元件，具有16mm節(jié)距和16mm總元件長度)元件，以增加向第二混合區(qū)域的泵送。位于區(qū)域5中的第二混合區(qū)域由三個(gè)RKB45/5/36，隨后的KB45/5/12LH，以及接著的全逆轉(zhuǎn)元件SE24/12LH組成?；旌蠀^(qū)域前的SE16/16元件與兩個(gè)逆轉(zhuǎn)元件的組合，大大增強(qiáng)了剪切和混合。第三混合區(qū)域位于區(qū)域7中，并且由三個(gè)RKB45/5/12，隨后的兩個(gè)TME22.5.12，以及接著的另三個(gè)RKB45/5/12組成。逆轉(zhuǎn)元件SE24/12LH使第三混合區(qū)域完整。
[0117]另一種螺桿元件類型是逆轉(zhuǎn)元件，其可提高該螺桿部分的填充度，并且提供更好的混合。雙螺桿混合是成熟的領(lǐng)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員可查閱書籍以進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌虾头稚?。這些類型的螺桿擠出機(jī)是本領(lǐng)域熟知的，并且一般性的描述可見于:“Twin ScrewExtrusion2E:Technology and Principles，，, James White,Hansen Publications。雖然給出了混合的具體例子，但是使用各種元件配置的許多不同組合是可行的，達(dá)到所需的混合度。
[0118]對于TPS的在線制備，可使用70重量％的固體山梨醇溶液，將淀粉變性和塑化，以制得TPS?？稍趨^(qū)域6中安裝側(cè)面喂料機(jī)，以排出淀粉和液體山梨醇中大部分水分。然后可將熱塑性聚合物(例如聚丙烯或本文所述其它熱塑性聚合物)加入到變性淀粉中?？稍谖恢肅或D處將油/蠟加熱并加入到混合系統(tǒng)中。在其中TPS制劑和油/蠟在同一制程中加入的情況下，優(yōu)選采用更長的L:D比率，以增加混合，并且使多個(gè)工序能夠分開。設(shè)想了高于40:1的擠出比，優(yōu)選至多60:1和甚至更長的擠出比被考慮。
[0119]組合物的性能
[0120]本文所公開的組合物可具有一種或多種下列性能，提供優(yōu)于已知熱塑性組合物的優(yōu)點(diǎn)。這些有益效果可單獨(dú)存在或以組合形式存在。
[0121]剪切粘度降低:粘度降低是工藝改善，因?yàn)樗捎诰哂薪档偷墓に噳毫?較低的剪切粘度)而可允許更高的有效聚合物流動速率，或可允許提高聚合物和/或TPS分子量，這改善了材料的強(qiáng)度。不存在油/蠟，可能不能在現(xiàn)有工藝條件下以適宜的方式加工具有高聚合物流量的聚合物和/或TPS。作為另外一種選擇，油/蠟的存在可使工藝溫度能夠更低，這可降低多種組分(例如TPS組分)的降解。
[0122]可持續(xù)性內(nèi)容物:在現(xiàn)有聚合物系統(tǒng)中包含可持續(xù)性材料是強(qiáng)烈期望的特性?？稍谧匀簧L循環(huán)中每年更替的材料有助于整體降低環(huán)境影響，并且是期望的。
[0123]染色:將顏料加入到聚合物中，通常涉及使用昂貴的無機(jī)化合物，所述化合物在聚合物基質(zhì)內(nèi)是顆粒。這些顆粒通常較大，并且可能影響所述組合物的加工。使用本文所公開的油和/或蠟，由于精細(xì)分散體(由液滴尺寸測得)和在整個(gè)熱塑性聚合物和/或TPS內(nèi)的均勻分布，允許經(jīng)由例如傳統(tǒng)油墨化合物來著色。大豆油墨廣泛用于紙材出版中，其不影響可加工性。
[0124]芳香劑:由于油和/或蠟例如SBO或HSBO可比基料熱塑性聚合物和/或TPS尤其更加優(yōu)選包含香料，因此本發(fā)明的組合物可用于包含對最終用途有益的香味。許多香味蠟燭使用SBO基或石蠟基材料制得，因此將這些摻入到用于最終組合物的聚合物中是可用的。
[0125]形態(tài):有益效果經(jīng)由組合物制備中形成的形態(tài)遞送。所述形態(tài)由強(qiáng)力混合和快速結(jié)晶的組合形成。強(qiáng)力混合得自所用的混合方法，而快速結(jié)晶得自所用的冷卻方法。期望高強(qiáng)度混合，并且使用快速結(jié)晶以保持細(xì)小孔尺寸和相對均勻的孔徑分布。
[0126]抗水性:將疏水性材料加入到TPS材料中，改善了淀粉的抗水性。
[0127]表面感覺:油和/或蠟的存在可改變組合物的表面特性，通常使其感覺更柔軟。
[0128]改善的紡絲性能:加入油已示出改善纖維的紡絲，與組合物制備期間已混入添加劑的純聚合物相比，能夠獲得更小直徑的長絲。
[0129]制備纖維的方法
[0130]纖維可由本文所公開組合物的熔體紡成。在熔體紡絲中，擠出物中不存在質(zhì)量損失。熔體紡絲不同于其它紡絲諸如從溶液進(jìn)行的濕紡絲或干紡絲，其中溶劑是通過從擠出物中揮發(fā)或擴(kuò)散來去除，從而導(dǎo)致質(zhì)量損失。
[0131]紡絲可發(fā)生在120°C至約320°C，優(yōu)選185°C至約250°C，并且最優(yōu)選200°C至230°C下。優(yōu)選大于100米/分鐘的纖維紡絲速度。優(yōu)選地，纖維紡絲速度為約1，000至約10，000米/分鐘，更優(yōu)選約2，000至約7，000米/分鐘，并且最優(yōu)選約2，500至約5，000米/分鐘。將聚合物組合物快速進(jìn)行紡制以避免纖維脆化。
[0132]可通過紡粘方法或熔吹方法制得連續(xù)纖維，或可制得非連續(xù)(短紗纖維)纖維。也可以將多種纖維制造方法結(jié)合起來以產(chǎn)生組合技術(shù)。
[0133]可將均質(zhì)共混物在常規(guī)熔體紡絲設(shè)備上熔體紡絲成多組分纖維。將基于所期望的多組分構(gòu)型來選擇所述設(shè)備?？缮藤彨@得的熔體紡絲設(shè)備得自位于Hills，Inc.(Melbourne, Florida)。紡絲溫度為約100°C至約320°C。加工溫度取決于每種組分的化學(xué)性質(zhì)、分子量和濃度。使用常規(guī)的導(dǎo)絲卷繞系統(tǒng)或空氣阻力衰減裝置來收集纖維紡織物。如果使用導(dǎo)絲系統(tǒng)，可通過在約25°C至約200°C的溫度下后擠出拉伸，將纖維進(jìn)一步取向。拉長的纖維然后可以被卷曲和/或剪切以形成用在粗梳法、氣流成網(wǎng)或流體成網(wǎng)方法中的不連續(xù)纖維(短纖維)。
[0134]例如如下所示的將雙組分皮芯型纖維紡絲的適宜方法，所述方法在外皮中使用所述組合物，并且在芯中使用不同的組合物。首先通過混合制備包含10重量％SB0的組合物，并且首先通過混合制備包含30重量％SB0的第二組合物。10重量％SB0組分的擠出機(jī)特征可為三加熱器區(qū)擠出機(jī)的前三個(gè)區(qū)域?yàn)?80°C、200°C和220°C。對于第一組合物，傳輸管線和熔體泵加熱器溫度可為220°C。第二組合物的擠出機(jī)溫度特征可為三加熱器區(qū)擠出機(jī)的前三個(gè)區(qū)域?yàn)?80°C、230°C和230°C。傳輸管線和熔體泵加熱器可加熱至230°C。在這種情況下，噴絲頭溫度可為220°C至230°C。
[0135]細(xì)纖維制各
[0136]在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)由熔膜原纖化將均一化的共混物紡成一根或多根長絲或纖維。適宜的系統(tǒng)和熔膜原纖化方法描述于授予TOTobin等人的美國專利號6，315，806、5，183，670 和 4，536，361,以及授予 Reneker 等人并且轉(zhuǎn)讓給 University of Akron 的美國專利號6，382，526,6, 520，425和6，695，992。其它熔膜原纖化方法和系統(tǒng)描述于授予Johnson等人的美國專利號7，666，343和7，931，457、授予Krause等人的美國專利號7，628，941、以及授予Krause等人的美國專利號7，722，347中。描述于上述專利中的方法和設(shè)備提供具有均勻且窄纖維分布的纖維缺陷減少或最小化的非織造纖維網(wǎng)。熔膜原纖化方法包括提供均一化共混物的一種或多種熔體膜、一種或多種加壓流體流(或纖絲化流體流)，以將熔體膜纖絲化成絲帶，其由加壓流體流細(xì)化。任選地，可提供一種或多種加壓流體流以有助于絲帶細(xì)化和驟冷，以形成纖維。使用一個(gè)均一化共混物實(shí)施例，由熔膜原纖化方法制得的纖維將具有通常在約100納米(0.1微米)至約5000納米(5微米)范圍內(nèi)的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，由均一化共混物熔膜原纖化方法制得的纖維將小于2微米，更優(yōu)選小于I微米(1000納米)，并且最優(yōu)選在100納米(0.1微米)至約900納米(0.9微米)范圍內(nèi)。采用熔膜原纖化制得的均一化共混物纖維的平均直徑(至少100個(gè)纖維樣本的算術(shù)平均直徑)將小于2.5微米，更優(yōu)選小于I微米，并且最優(yōu)選小于0.7微米(700納米)。中值纖維直徑可為I微米或更小。在一個(gè)實(shí)施例中，至少50%的由熔膜原纖化方法制得的均一化共混物纖維可具有小于I微米的直徑，更優(yōu)選至少70%的所述纖維可具有小于I微米的直徑，并且最優(yōu)選至少90%的所述纖維可具有小于I微米的直徑。在某些實(shí)施例中，當(dāng)采用熔膜原纖化方法制得時(shí)，甚至99%或更多的纖維可具有小于I微米的直徑。
[0137]在熔膜原纖化方法中，通常加熱均一化的共混物直至它形成液體并且易于流動。在熔膜原纖化時(shí)，均一化的共混物的溫度可為約120°C至約350°C，在一個(gè)實(shí)施例中為約160°C至約350°C，并且在另一個(gè)實(shí)施例中為約200°C至約300°C。均一化共混物的溫度取決于組成。加熱的均一化共混物的壓力為約15磅每平方英寸絕對壓力(psia)至約400psia，在另一個(gè)實(shí)施例中為約20psia至約200psia,并且在另一個(gè)實(shí)施例中為約25psia至約IOOpsia0
[0138]加壓成纖流體流的非限制性例子為空氣或氮?dú)饣蚩膳c均一化共混物組合物相容的任何其它流體(定義為活性的或惰性的)。成纖流體流的溫度可接近加熱的均一化共混物的溫度。成纖流體流的溫度可為比加熱的均一化共混物更高的溫度，以有助于均一化共混物的流動和熔膜的形成。在一個(gè)實(shí)施例中，成纖流體流溫度比加熱的均一化共混物高約IOO0C，在另一個(gè)實(shí)施例中比加熱的均一化共混物高約50°C，或就為加熱的均一化共混物的溫度。作為另外一種選擇，成纖流體流的溫度可低于加熱的均一化共混物的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，成纖流體流的溫度可比加熱的均一化共混物低約50 V，在另一個(gè)實(shí)施例中比加熱的均一化共混物低約100°C，或比加熱的均一化共混物低200°C。在某些實(shí)施例中，成纖流體流的溫度可在約-100°C至約450°C范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約-50°C至350°C范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選在約0°C至約300°C范圍內(nèi)。成纖流體流的壓力足以將均一化共混物纖絲化成纖維，并且高于加熱的均一化共混物的壓力。成纖流體流的壓力可在約15psia至約500psia,更優(yōu)選約30psia至約200psia,并且最優(yōu)選約40psia至約IOOpsia范圍內(nèi)。成纖流體流在熔膜原纖化位置可具有大于約200米/秒的速度。在一個(gè)實(shí)施例中，在熔膜原纖化位置處，成纖流體流速度將大于約300米/秒，即跨聲速；在另一個(gè)實(shí)施例中大于約330米/秒，即聲速；并且在另一個(gè)實(shí)施例中為約350至約900米/秒(m/s)，即約I馬赫至3馬赫的超聲速。成纖流體流可脈動或可為穩(wěn)定流體。均一化共混物通過量將主要取決于所用的具體均一化共混物、設(shè)備設(shè)計(jì)、以及均一化共混物的溫度和壓力。例如在圓形噴嘴中，均一化共混物通過量將大于約I克/分鐘/孔。在一個(gè)實(shí)施例中，均一化共混物通過量將大于約10克/分鐘/孔，并且在另一個(gè)實(shí)施例中大于約20克/分鐘/孔，并且在另一個(gè)實(shí)施例中大于約30克/分鐘/孔。在使用縫式噴嘴的一個(gè)實(shí)施例中，均一化共混物通過量將大于約0.5千克/小時(shí)/縫式噴嘴米寬。在另一個(gè)縫式噴嘴實(shí)施例中，均一化共混物通過量將大于約5千克/小時(shí)/縫式噴嘴米寬，并且在另一個(gè)縫式噴嘴實(shí)施例中，均一化共混物通過量將大于約20千克/小時(shí)/縫式噴嘴米寬，并且在又一個(gè)縫式噴嘴實(shí)施例中，均一化共混物通過量將大于約40千克/小時(shí)/縫式噴嘴米寬。在縫式噴嘴的某些實(shí)施例中，均一化共混物通過量可超過約60千克/小時(shí)/縫式噴嘴米寬。有可能同時(shí)存在幾個(gè)工作的噴孔或噴嘴，這進(jìn)一步提高了總通過量。在圓形噴嘴和縫式噴嘴的噴孔或噴嘴處，測定通過量以及壓力、溫度和速度。
[0139]任選地，輸送流體可被用來產(chǎn)生脈動或波動壓力場，以有助于形成纖維。輸送流體的非限制性例子為加壓氣體流如壓縮空氣、氮?dú)?、氧氣、或與均一化共混物組合物相容的任何其它流體(定義為活性的或惰性的)。高速度輸送流體可具有接近聲速(即約330m/s)或超聲速(即大于約330m/s)的速度。低速輸送流體通常具有約I至約100m/S，并且在另一個(gè)實(shí)施例中約3至約50m/s的速度。希望在輸送流體流14中具有低湍流，以使纖維與纖維的纏結(jié)最小化，這通常因流體流中存在的高湍流而產(chǎn)生。輸送流體14的溫度可與上述成纖流體流相同，或?yàn)楦叩臏囟龋杂兄陂L絲淬火，并且在約-40°C至40°C范圍內(nèi)，并且在另一個(gè)實(shí)施例中為約0°C至約25°C。附加的流體流可從噴嘴離開的長絲周圍形成“簾”或“罩”。任何流體流均可有助于均一化共混物纖維化，因此可通常稱為成纖流體流。
[0140]本發(fā)明中的紡絲工藝使用如美國專利號3，802，817 ;5，545，371 ;6，548，431和5，885，909中所公開的高速紡絲工藝來進(jìn)行。在這些熔體紡絲工藝中，擠出機(jī)提供熔融聚合物給熔體泵，所述泵遞送比體積的熔融聚合物，所述熔融聚合物通過由大量毛細(xì)管構(gòu)成的紡絲組合件傳送而成形為纖維，其中纖維通過空氣驟冷區(qū)被冷卻并被氣動拉伸以減小它們的尺寸而成為高度拉細(xì)的纖維，從而通過分子水平的纖維取向增加纖維強(qiáng)度。然后將拉伸的纖維沉積到常常稱作成形帶或成形臺的多孔帶上。
[0141]紡絲工藝
[0142]形成本發(fā)明中的基礎(chǔ)基底的纖維優(yōu)選地為形成紡絲織物的連續(xù)長絲。紡絲織物被定義為由基本連續(xù)的長絲形成的基本上不具有內(nèi)聚拉伸特性的未粘結(jié)織物。連續(xù)長絲被定義為具有高的長度對直徑比率的纖維，具有超過10，000:1的比率。本發(fā)明中的構(gòu)成紡絲織物的連續(xù)長絲不是短纖維、短切纖維或其它有意制造的短長度纖維。本發(fā)明中定義為基本上連續(xù)的連續(xù)長絲平均為超過IOOmm長，優(yōu)選地超過200mm長。本發(fā)明中的連續(xù)長絲也不是有意或無意卷曲的。基本上不連續(xù)的纖維和長絲定義為具有小于IOOmm長,優(yōu)選小于50mm長的長度。
[0143]本發(fā)明中的紡絲工藝使用如美國專利號3，802，817 ;5，545，371 ;6，548，431和5，885，909中所公開的高速紡絲工藝來進(jìn)行。在這些熔體紡絲工藝中，擠出機(jī)提供熔融聚合物給熔體泵，所述泵遞送比體積的熔融聚合物，所述熔融聚合物通過由大量毛細(xì)管構(gòu)成的紡絲組合件傳送而成形為纖維，其中纖維通過空氣驟冷區(qū)被冷卻并被氣動拉伸以減小它們的尺寸而成為高度拉細(xì)的纖維，從而通過分子水平的纖維取向增加纖維強(qiáng)度。然后將拉伸的纖維沉積到常常稱作成形帶或成形臺的多孔帶上。
[0144]本發(fā)明中用于制備連續(xù)長絲的紡絲工藝將包含100至10，000毛細(xì)管/米，優(yōu)選200至7，000毛細(xì)管/米，更優(yōu)選500至5，000毛細(xì)管/米。本發(fā)明中的聚合物質(zhì)量流量/毛細(xì)管將大于0.3GHM(克/孔/分鐘)。優(yōu)選的范圍為0.35GHM至2GHM，優(yōu)選地介于0.4GHM和IGHM之間，還更優(yōu)選的介于0.45GHM和8GHM之間，并且最優(yōu)選的范圍為0.5GHM至0.6GHM。
[0145]本發(fā)明中的紡絲工藝包含用于制造高度拉細(xì)的、未卷曲的連續(xù)長絲的單一工序。所擠出的長絲通過驟冷空氣區(qū)被拉伸，其中它們在被拉細(xì)的同時(shí)也被冷卻和固化。此類紡絲工藝公開于 US3338992、US3802817、US4233014US5688468、US6548431B1、US6908292B2 和美國專利申請2007/0057414A1中。EP1340843B1和EP1323852B1中所述的技術(shù)也可用來生產(chǎn)所述紡絲非織造材料。所述高度拉細(xì)的連續(xù)長絲自聚合物從噴絲頭退出開始被直接拉伸至拉細(xì)裝置，其中當(dāng)紡絲織物在成形臺上形成時(shí)，連續(xù)長絲直徑或纖度基本上不改變。
[0146]優(yōu)選的聚合物材料包括但不限于聚丙烯和聚丙烯共聚物、聚乙烯和聚乙烯共聚物、聚酯和聚酯共聚物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚乳酸、多羥基鏈烷酸酯、聚乙烯基醇、乙烯-乙烯醇、聚丙烯酸酯、以及它們的共聚物和它們的混合物、以及本發(fā)明中存在的其它混合物。其它適宜的聚合物材料包括如美國公布2003/0109605A1和2003/0091803中所詳述的熱塑性淀粉組合物。其它適宜的聚合物材料包括乙烯丙烯酸、聚烯烴羧酸共聚物、以及它們的組合。所述聚合物描述于美國專利6746766、US6818295、US6946506和美國公布的專利申請03/0092343中。常見的熱塑性聚合物纖維級的材料是優(yōu)選的，最值得注意的是聚酯基樹脂、聚丙烯基樹脂、聚乳酸基樹脂、多羥基鏈烷酸酯基樹脂、和聚乙烯基樹脂以及它們的組合。最優(yōu)選的為聚酯和聚丙烯基樹脂。
[0147]本發(fā)明的一個(gè)附加元素是在擠出工藝中使用具有高于40重量百分比(重量％)蠟的混合物組合物的能力，其中在擠出期間將母料含量的蠟與較低濃度(低達(dá)O重量％)的熱塑性組合物混合以獲得目標(biāo)范圍內(nèi)的蠟含量。
[0148]在纖維紡絲過程中，尤其是當(dāng)溫度升至105°C以上時(shí)，通常期望殘余水量按所述纖維的重量計(jì)為1%或更低，或0.5%或更低,或0.15%或更低。[0149]Mia
[0150]纖維可通過不同的粘合方法轉(zhuǎn)變成非織造物?？梢允褂霉I(yè)標(biāo)準(zhǔn)紡粘型技術(shù)將連續(xù)纖維編成纖維網(wǎng)，然而可以使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)粗梳法、氣流成網(wǎng)或濕法成網(wǎng)技術(shù)將短纖維編成纖維網(wǎng)。典型的粘合方法包括:壓延機(jī)(加壓和加熱)、透氣加熱、機(jī)械纏結(jié)、水力纏結(jié)、針刺以及化學(xué)粘合和/或樹脂粘合。壓延機(jī)、透氣加熱和化學(xué)粘合是用于淀粉聚合物纖維的優(yōu)選粘合方法。對于加壓加熱和通風(fēng)加熱粘合方法需要熱可粘結(jié)纖維。
[0151]本發(fā)明的纖維也可以與其它合成或天然纖維粘結(jié)或結(jié)合在一起以制造非織造制品?？梢栽诔尚芜^程中將合成或天然纖維混合在一起或以不連續(xù)層使用這些纖維。適宜的合成纖維包括由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚丙烯酸酯、和它們的共聚物、以及它們的混合物制成的纖維。天然纖維包括纖維素纖維及其衍生物。適宜的纖維素纖維包括衍生自任何樹木或植物的那些，包括硬木纖維、軟木纖維、大麻和棉。也包括的是由加工過的天然纖維質(zhì)源(例如人造絲)制成的纖維。
[0152]除了其它適宜的制品以外，本發(fā)明的纖維可用于制備非織造物。非織造制品定義為包含大于15%的纖維的制品，所述纖維為多根連續(xù)或不連續(xù)的并且物理和/或化學(xué)地彼此到附接。非織造物可與附加的非織造物或膜混合以制得層狀產(chǎn)品，所述產(chǎn)品可按其本身來使用，或用作其它材料復(fù)合組合中的組分，例如嬰兒尿布或女性襯墊。優(yōu)選的制品是一次性非織造制品。發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品可用于空氣、油和水的過濾器；真空吸塵過濾器；加熱爐過濾器；面罩；咖啡過濾器、茶或咖啡袋；隔熱材料和隔音材料；用于一次性衛(wèi)生產(chǎn)品如尿布、女性襯墊、和失禁制品的非織造物；可生物降解的織物，用于改善水分吸收和穿著柔軟性，例如微纖維或可透氣織物；帶靜電電荷的結(jié)構(gòu)化纖維網(wǎng)，用于收集和除去灰塵；硬紙級的增強(qiáng)物和纖維網(wǎng)，例如包裝紙、書寫紙、新聞紙、瓦楞紙板，和用于薄紙級的纖維網(wǎng)，例如衛(wèi)生紙、紙巾、餐巾和面巾紙；醫(yī)療用途，例如手術(shù)單、傷口敷料、繃帶、皮膚貼片、和自溶解縫合線；以及牙用，例如牙線或牙刷毛。纖維網(wǎng)還可包括用于專門用途的氣味吸收劑、驅(qū)白蟻劑、殺昆蟲劑、滅鼠劑等。所得產(chǎn)品吸收水和油，并且發(fā)現(xiàn)可用于油或水的溢出清洗，或用于農(nóng)業(yè)或園藝應(yīng)用中的受控水保持和釋放。所得淀粉纖維或纖維網(wǎng)也可摻入到其它材料中，例如鋸屑、木漿、塑料和混凝土，以形成復(fù)合材料，所述復(fù)合材料可用作建筑材料，如墻壁、支撐梁、壓制板、清水墻和支架、以及吊頂板；其它醫(yī)療用途，如固定模、夾板和壓舌板；以及用于壁爐木材中，用作裝飾和/或燃燒用途。本發(fā)明的優(yōu)選制品包括用于衛(wèi)生和醫(yī)療應(yīng)用的一次性非織造物。衛(wèi)生應(yīng)用物品包括物品如擦拭物；尿布，尤其是頂片或背片；以及女性襯墊或產(chǎn)品，尤其是頂片。
[0153]SM
[0154]聚合物:美國專利號6，783，854提供了可與TPS相容的聚合物綜合性列表，然而不是所有均被測試。當(dāng)前聚合物混合物具有下列基本組合物，然而不限于下述一種類型。
[0155]30重量％TPS:為70重量％聚丙烯和30重量％TPS的混合物。TPS為70%淀粉和30%山梨醇。10重量％聚丙烯為馬來酸化PP，Polybond3200。剩余的PP可為任何數(shù)目的材料,但是用于本發(fā)明工作中的那些為50重量％Basel I Profax PH-835和50重量％Basel IMetocene MF650W。
[0156]45重量％TPS:為70重量％聚丙烯和30重量％TPS的混合物。TPS為70%淀粉和30%山梨醇。10重量％聚丙烯為馬來酸化PP，Polybond3200。剩余的PP可為任何數(shù)目的材料，但是用于本發(fā)明工作中的那些為Basell Moplen HP-562T。
[0157]油/蠟:所用的具體實(shí)例為:大豆油(SBO);氫化大豆油(HSBO);部分氫化大豆油(PHSBO);部分氫化棕櫚仁油(PKPKO);加入顏料和芳香劑的蠟燭；以及標(biāo)準(zhǔn)綠色大豆綠油墨顏料。
[0158]使用Baker Perkins CT-25螺桿雙螺桿擠出機(jī)制備組合物，其中區(qū)域設(shè)置如下表中所示:
【權(quán)利要求】
1.一種通過熔體紡絲組合物制得的纖維，所述組合物包含下列的均勻混合物: (a)熱塑性淀粉； (b)熱塑性聚合物；和 (C)油、蠟或它們的組合，所述油、蠟或它們的組合以基于所述組合物的總重量計(jì)5重量％至40重量％的量存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述熱塑性聚合物包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、它們的共聚物、或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維，其中所述熱塑性聚合物選自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羥基鏈烷酸酯、聚酰胺_6、聚酰胺_6，6、以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的纖維，其中所述熱塑性聚合物包括聚丙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的纖維，其中基于所述組合物的總重量計(jì)，所述熱塑性聚合物構(gòu)成所述組合物的20重量％至90重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的纖維，其中所述油、蠟或它們的組合包括脂質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維，其中所述脂質(zhì)包括甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯、月旨肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、環(huán)氧化脂質(zhì)、馬來酸化脂質(zhì)、氫化脂質(zhì)、衍生自脂質(zhì)的醇酸樹脂、鹿糖聚酯、或它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的纖維，其中所述油、蠟或它們的組合選自大豆油、環(huán)氧化大豆油、馬來酸化大豆油、玉米油、棉籽油、卡諾拉油、牛脂、蓖麻油、椰子油、椰樹種子油、玉米胚芽油、魚油、亞麻籽油、橄欖油、奧蒂樹油、棕櫚仁油、棕櫚油、棕櫚種子油、花生油、油菜籽油、紅花油、鯨蠟油、向日葵籽油、妥爾油、桐油、鯨油、三硬脂酸甘油酯、甘油三油酸酯、三棕櫚酸甘油酯、1，2- 二棕櫚酸油精、1，3- 二棕櫚酸油精、1-棕櫚酸-3-硬脂酸-2-油精、1-棕櫚酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕櫚酸-1-硬脂酸-3-油精、甘油三亞油酸酯、1，2- 二棕櫚酸亞油精、1-棕櫚酸-二亞油精、1-硬脂酸-二亞油精、1，2- 二乙酰棕櫚酸甘油酯、1，2- 二硬脂酸-油精、1，3- 二硬脂酸-油精、三肉豆蘧酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、月桂烯酸、亞油酸、亞麻酸、肉豆蘧酸、肉豆蘧腦酸、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、以及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的纖維，其中所述油、蠟或它們的組合分散于所述熱塑性聚合物中，使得所述油、蠟或它們的組合在所述熱塑性聚合物中具有小于ΙΟμπι的液滴尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維，其中所述液滴尺寸小于Iμ m。
【文檔編號】D01F6/92GK103547715SQ201280024333
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】W·M·阿倫, E·B·邦德, 野田勇夫, D·S·默里 申請人:寶潔公司