專利名稱：高強度細紡粘纖維及其織物的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的是一種由熱塑性樹脂的細紡粘纖維形成的無紡織物或網(wǎng)及其將它們加工成織物的工藝。
多年來熱塑性樹脂被用來擠出以形成纖維和網(wǎng)。應(yīng)用于這方面的最常規(guī)的熱塑性材料是聚烯烴，特別是聚丙烯。由這類纖維制成的最終產(chǎn)品的性能，使每種材料既有優(yōu)點也有缺點。
無紡織物在很多應(yīng)用領(lǐng)域是有用的，諸如尿布，婦女衛(wèi)生制品，失禁制品，毛巾，醫(yī)用外衣以及很多其它用途。這些應(yīng)用領(lǐng)域的無紡織物通常是疊層形成的，就象紡粘/熔噴/紡粘(SMS)層狀制品。在SMS層狀產(chǎn)品中，外層是紡粘聚丙烯，它的存在通常是為了增強，而內(nèi)層是熔噴聚丙烯，它通常是隔離層。
用來制造無紡織物的纖維的理想特性之一是它們應(yīng)盡可能的細。在很多注重平滑和均勻的應(yīng)用埸合，例如，類似尿布的嬰幼兒護理制品中，希望較細的纖維。希望采用細纖維還因為它們能在指定量的聚合物時提供較好的表面覆蓋并可采用較輕基重的織物?；厥潜砻娓采w性的測量單位，它是以每平方碼(OSY)織物的盎司數(shù)來表達的。降低基重將使得由這類織物制成的產(chǎn)品更輕、薄，并且設(shè)定相同的消耗時，其費用低于那些用普通纖維制成的產(chǎn)品。
同時合乎要求的較細的纖維，具有的缺點通常是，相對較大直徑的纖維而言其強度更低。實際上這就設(shè)定了由纖維制成的織物基重的低限，這是因為存在纖維化或織物加工過程的困難，或是因為最終的織物缺乏強度。工業(yè)上一直在研究一種既很細又能盡可能保持普通紡粘材料強度的纖維。
本發(fā)明的目的在于提供一種纖維，它比那些常規(guī)工藝制備的纖維更細，而且具有類似的強度性能。
本發(fā)明簡要說明提供一種無紡纖維和織物，其具有類似于普通纖維和織物的強度特性并且具有更細的直徑。這個目的可以通過所提供的制備無紡織物的工藝得以實現(xiàn)，所述的工藝包括如下步驟，熔融至少一種聚合物，該聚合物的熔融溫度為約430-460°F(220-240℃)，二甲苯溶解度約為4.5-6.5％，熔融流動速率為約35-41，全同立構(gòu)規(guī)整度至少為約94％通過細孔擠出聚合物，牽伸該聚合物以制備1.4或更小旦尼爾的纖維，然后將纖維化的聚合物沉積在收集表面以形成分布纖維的網(wǎng)。
本發(fā)明所述的無紡織物可以被用在如下產(chǎn)品中，如尿布，婦女衛(wèi)生用品，成年人失禁用品，繃帶，綁帶，消毒巾，醫(yī)用布和毛巾(Wipers)。
定義這里所用的詞“無紡織物或網(wǎng)”指的是一種具有獨立纖維或線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)，它們是層疊的，但不是以規(guī)整方式的，如針織和機織工藝。無紡織物或網(wǎng)可由多種方式制造，如熔噴工藝，紡粘工藝以及粘接梳理網(wǎng)工藝。
這里所用的詞“熔噴纖維”指的是由下述工藝形成的纖維，即從一組細的，通常是圓形的毛細模板中擠出熔融的熱塑性材料，如熔融的線或長絲，使之進入高速氣體(如，空氣)流中使熔融的熱塑性材料的長絲變細以降低它們的直徑，它們可以達到微纖的直徑。其后，熔噴纖維被高速氣流攜帶著并沉積在收集表面以形成隨機分布的熔噴纖維網(wǎng)。這類工藝已被公開，如美國專利3849241，由BuTin申請的。
這里所用的詞“紡粘纖維”指的是小直徑纖細，它的形成如下所述將類似于長絲的熔融熱塑性材料從一組細孔中擠出，所述細孔通常是圓形毛細管的噴絲板，被擠出的長絲具有的直徑然后迅速降低，例如Appel等人申請的美國專利4340563，Dorschner等人申請的美國專利3692618。
這里所用的詞“聚合物”通常包括，但不限制于，均聚物，共聚物，諸如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物、三元共聚物等，以及它們的混合物和改性物。另外，除非特別指出，詞“聚合物”還包括所有可能的幾何構(gòu)型的材料。這些構(gòu)型包括，但不限于，間同立構(gòu)、全同立構(gòu)和無規(guī)對稱。


圖1是2種聚丙烯的分子量分布圖，它們是Shell Chemical公司的5E65和UnipolTM1208。
圖2是UnipolTM1208聚丙烯的碳13核磁共振圖(NMR)，采用三甲基甲硅烷作為載體，在Bruker AC-250核磁共振光譜儀上用已知方式完成的。
詳細說明用于紡粘工藝的聚烯烴的重要性能是那些在現(xiàn)有技術(shù)中已知的。熔融流動速率(MFR)、分子量分布(MWD)以及結(jié)晶度是部份最重要的性能，并且這些性能的每一個通常是通過測量存在的聚丙烯分子的大小而得。
MFR是用來表征聚合物的粘度的，較高的值表征較低的粘度。MFR指的是在指定的負載或剪切速率下測量時間內(nèi)從已知尺寸的毛細管中流出的材料重量，在230℃下以克/10分鐘測得，例如，按照ASTM試驗方法1238，條件E。分子量分布給出了所給試樣主要的分子大小的表征。高分子量分子表征的缺乏是存在于試樣中很長聚丙烯分子缺乏的表征。
二甲苯溶解度(Xylene Solubles)測定聚合物中低分子量全同立構(gòu)和中分子量無規(guī)立構(gòu)試樣的量。分子量分布的二甲苯溶解部份不結(jié)晶而且被認為有助于纖維氣動變細工藝中的纖維牽伸處理。
聚合物結(jié)晶度的另一種測量法是全同立構(gòu)的聚合物相對總的聚合物的百分比。這被定義為全同立構(gòu)整度或全同立構(gòu)整度指數(shù)，并可以通過聚合物核磁共振曲線計算得到。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，用于本發(fā)明實施的聚合物必須具有至少約94％的全同立構(gòu)整度。
可用于本發(fā)明實施的一種聚烯烴是新型的聚丙烯，可從Shell化學公司(Houston，Texas)按注冊商標UnipolTM購得。圖1表明了UnipolTM1208聚丙烯，它比普通的例如被用于高速纖維工藝的5E65聚丙烯有更寬的分子量分布。聚合物相對于普通聚丙烯還具有更高的二甲苯溶解(XS)度。UnipolTM1208聚丙烯有著如下的物理特性熔融流動速率(MFR)約38dg/m，約6％的二甲苯溶解度。
UnipolTM1208聚丙烯的NMR曲線中無規(guī)立構(gòu)和全同立構(gòu)的峰的積分區(qū)域在圖2中已給出，并且顯示全同立構(gòu)部份在21.4ppm是3662而無規(guī)部份在20.8ppm處為99。這就得到了約97％的全同立構(gòu)整度或全同立構(gòu)整度指數(shù)，計算如下3662/(3662+99)。
制備本發(fā)明所述織物的纖維可采用現(xiàn)有技術(shù)的紡粘工藝來制備，例如，在Appel等人的U.S 4340563和Dorschner等人的U.S3692618中已有描述，它們作為參考文獻并入本文。
紡粘工藝通常采用一個擠出器向噴絲板提供熔融的聚合物，其間聚合物在通過設(shè)置在噴絲板上一排或多排細孔時被纖維化，形成長絲簾。長絲通常用低壓空氣冷卻，牽伸(通?？繅嚎s空氣)并沉積在移動的有孔氈、皮帶或成形帶上形成無紡織物。用于紡粘工藝的聚合物通常有約406-608°F(208-320℃)的加工熔融溫度。
由紡粘工藝生產(chǎn)出的纖維的直徑通常在約15-50μm之間，取決于加工條件和用這種纖維制備的織物的期望的最終用途。例如，增加聚合物分子量或降低加工溫度將導致較大直徑的纖維。改變冷卻流體溫度和氣動牽伸壓力也將影響纖維的直徑。正如前面指出的，較細的纖維通常是更理想的，并且是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的織物可以以單層形式實施或作為結(jié)合本發(fā)明織物的多層復合使用，這種復合可采用很多不同的技術(shù)來實施，包括(但不限于此)采用粘接、針刺、超聲波粘合、熱壓和任何其它的已知方法。這類多層復合可以是一個實例，其中部份層是紡粘的而部份是熔噴的，諸如紡粘/熔噴/紡粘(SMS)疊層物，如Brock等人的USP4041203以及Collier等人的USP 5169706中公開的。這類疊層物可以通過如下方式制備，順序地將第一層紡粘織物層鋪放在移動的傳送帶或成型網(wǎng)上，然后是一層熔噴織物層和最后的另一層紡粘織物層，然后用上述一種方法粘合成疊層物。另一種方法是三層織物層可單獨制備，在輥簡中收攏并在單獨的粘合工序中復合。本發(fā)明的織物也可以與膜、玻纖、短纖維、紙、以及其它常用的材料疊層。本發(fā)明織物的應(yīng)用領(lǐng)域是成年人失禁用品，婦女衛(wèi)生用品，繃帶，綁帶，消毒巾，醫(yī)用布和毛巾等。毛巾可以是工業(yè)用或家庭用，如Countertop或浴室揩布。
過去，不能生產(chǎn)出強度類似于普通直徑聚丙烯的細纖維。可以相信，雖然發(fā)明人不希望受特定理論的束縛，其理由是在纖維被牽伸時有竟爭性反應(yīng)發(fā)生。當聚合物由模板毛細管出來時，可以認為聚合物暴露時由于壓力減少而得到膨脹。這種現(xiàn)象被稱為模膨脹。聚合物同時被暴露在牽伸力中，可以認為它將引起應(yīng)力，而應(yīng)力誘導結(jié)晶的發(fā)生。在該位置增加牽伸力以降低纖維大小會導致纖維斷裂或?qū)е赂罄w維，這是因為應(yīng)力的增加誘導了結(jié)晶?？梢韵嘈沤档途酆衔镫x開模板時的膨脹將降低全部纖維的直徑，并且為了降低模膨脹，聚丙烯中很長鏈分子必須剔除?？梢韵嘈牛軡M足本發(fā)明需求的聚合物中很少有很長鏈分子存在。
下面的實施例和比較例顯示了能滿足本發(fā)明需要和不能滿足本發(fā)明需要的聚合物制成的纖維特性。
實施例纖維是在約450-460°F(230-240℃)的溫度下用UnipolTM1208聚丙烯紡制而成。噴絲板孔徑是0.6毫米，并且通量是在0.6-0.7克/孔/分鐘(ghm)之間。纖維采用氣動牽伸，氣動牽伸力以逐步方式增加直至發(fā)生纖維斷裂。其結(jié)果列于表1中。
表1實施例 聚合物 微米 斷裂負荷韌度1 120816.3 4.5 2.72 120814.8 42.93 120815 4.2 2.94 120813.9 3.5 2.95 120813.5 4.2 3.76 120811.3 2.9 3.67 120812.6 2.8 2.88 120814.9 4.5 3.29 120815.4 4.4 2.910 120815.5 4.3 2.911 120815.7 4.4 2.812 120815 4.1 2.913 120814.6 32.314 120814.6 43比較例采用上述實施例中的方式將Exxon化學公司的3445聚丙烯和Shell化學公司的5E65聚丙烯紡成纖維。Exxon 3445聚丙烯的熔融流動速率為35，二甲苯溶解度為約3.5，全同立構(gòu)整度為92％，其加工熔融溫度約為450-460°F。Shell 5E65聚丙烯的熔融流動速率為約36，二甲苯溶解度為約3.5％，全同立構(gòu)整度為92％，其加工熔融溫度約為450-460°F。其結(jié)果列于表2。
表2對比例 聚合物微米斷裂負荷韌度1 3445 17.84.1 22 3445 16.75.7 3.33 5E65 19.14.8 2.1纖維的直徑是以微米給出的，它可以借助求方并將結(jié)果乘以系數(shù)0.00629換算成旦尼爾，因而，15微米相當于約1.42旦尼爾(152X0.00629＝1.415)。斷裂負荷以克給出，且通過使用Instron拉伸試驗機以單纖維拉伸測得。韌度是用斷裂負荷除以旦尼爾數(shù)確定的。
其結(jié)果令人驚異的顯示，由用于本發(fā)明的聚合物紡制的纖維能制備出具有類似于普通大直徑聚丙烯纖維(斷裂負荷優(yōu)選至少4)物理性能的細纖維。直徑幾乎低至11微米的纖維采用紡粘工藝被成功地制備，而且它們具有商業(yè)上可接受的強度。
權(quán)利要求
1.制備無紡織物的工藝，包括如下步驟熔融至少一種聚合物，所述聚合物具有約430-460°F(220-240℃)的熔融溫度，二甲苯溶解度約4.5-6.5％，熔融流動速率約35-41，以及至少約94％的全同立構(gòu)規(guī)整度；將所述聚合物從細孔中擠出；牽伸所述聚合物以制備1.4或更小旦尼爾的纖維，以及；將所述纖維化的聚合物鋪放在收集表面上而形成分布纖維的網(wǎng)。
2.權(quán)利要求1的方法制備的無紡織物，所述織物以如下制品存在尿布、成年人失禁制品、婦女衛(wèi)生用品、繃帶、綁帶、消毒巾、醫(yī)用布和毛巾(Wipers)。
3.權(quán)利要求1的方法制備的無紡織物，所述方法還包括將一層熔噴材料鋪放在所述聚合物之上的工序。
4.權(quán)利要求3的方法制備的無紡織物，所述方法還包括將一層紡粘材料鋪放在所述熔噴材料之上的工序。
5.權(quán)利要求1的方法制備的無紡織物，其中，所述聚合物具有圖2的NMR曲線。
6.無紡織物，包括小于1.4旦尼爾的細纖維，這種纖維由熔融溫度約430-460°F(220-240℃)，二甲苯溶解度約4.5-6.5％，熔融流動速率約35-41之間以及至少約94％的全同立構(gòu)規(guī)整度的聚合物制成。
7.權(quán)利要求6的無紡織物，其制品形式選自尿布、成年人失禁制品、婦女衛(wèi)生用品、繃帶、綁帶、消毒巾、醫(yī)用布和毛巾。
8.權(quán)利要求6的無紡織物，其中，所述纖維的斷裂負荷至少約4磅。
9.權(quán)利要求6的無紡織物，它是由紡粘工藝制成的。
10.權(quán)利要求6的無紡織物，其中，所述聚合物具有圖2的NMR曲線。
11.權(quán)利要求6的無紡織物，它疊合至由如下材料中選出的一種材料上，所述材料包括膜、玻纖、短纖維和紙。
全文摘要
提供一種制備無紡纖維及其織物的工藝，它們具有類似于普通纖維和織物的強度特性，且它們的直徑更細。這個目的實現(xiàn)可通過如下工藝由至少一種熔融溫度約410-470°Ｆ(210-243℃)，二甲苯溶解度在3.5-7.0％之間、熔融流動速率約30-45，全同立構(gòu)規(guī)整度至少約94％的聚合物，紡細孔擠出，牽伸聚合物生成1.4或更小旦尼爾的纖維，然后將纖維化聚合物鋪放在收集表面而形成分布纖維的網(wǎng)。本發(fā)明的無紡織物可用作如下制品，如尿布、成年人失禁制品，婦女衛(wèi)生制品，繃帶，綁帶，消毒巾，醫(yī)用布以及毛巾。
文檔編號D01F6/06GK1135778SQ94194239
公開日1996年11月13日 申請日期1994年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月22日
發(fā)明者R·M·布頓 申請人:金伯利-克拉克公司