專利名稱：聚丙烯纖維的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚丙烯纖維和用自然膨松性改善了的紡絲成網(spunlaid)纖維或短(staple)纖維制造的無紡織物。本發(fā)明也涉及可在低溫下熱粘結且最終織品的“手”感平滑的纖維。
多年來，聚丙烯在作為纖維及紗線，尤其在無紡織物方面有了重要的應用。用于這種場合的聚合物一般都是丙烯的等規(guī)立構結晶均聚物(稱為“iPP”)。
但是，紡絲成網纖維的無紡織物的平滑度和復蓋能力或膨松性均有不足。膨松性不足對于無紡織物的外觀及其復蓋能力不利。對于紡絲成網纖維無紡織物，在熱粘結前未受卷曲或卷曲工藝加工處理時，尤其有害，就象在(切斷)梳理切斷纖維制造無紡織物時的情況一樣。此外，較為膨松的無紡織物可使織品重量減輕，還能保持良好的外觀及復蓋能力。
過去曾經做過許多努力，試圖改善這些性能，例如開發(fā)另外的結構，包括一層紡絲成網纖維、一層熔噴的及一層紡絲成網纖維，或在熱粘結前再向纖維加上進一步的機械卷曲纖維。
我們也注意到了在US 5418045專利中，Kimberley Clack認為，采用聚丙烯與SEBS混合物共擠壓法，可以改進纖維卷曲，并因此改進其覆蓋能力。
但是，所有這些解決辦法都涉及加重處理或另外的操作，因而不很方便。
近來受到明顯關注的一種不同結晶型高分子量的聚丙烯，被確認為是間同立構聚丙烯(稱之為“sPP”)，而這種類型的聚烯烴是Natta等首先發(fā)現(xiàn)的，見USP3,258,455。有商業(yè)價值的sPP型聚丙烯的生產，是用金屬茂系的催化劑進行的。適用于生產sPP的金屬茂或均相催化劑最近已經研制開發(fā)出來，由FINA Technology Inc，(如USP 4,794,096)的W.Kaminsky及其它等人所披露。
EP 0414047(A.Tadashi等)中有關于sPP用于纖維場合的專門披露。Tadashi指出，為了應用一種iPP及sPP的混合物得到高強度的聚丙烯纖維，需要在以下方面對該組合物嚴格限制(1)兩種聚丙烯的本征粘度比必須在一特定范圍內，(2)sPP的間同立構五價體的分數(syndiotactic pentad fraction)在0.7或以上，濃度至少為50重量份；和(3)相應地iPP濃度不能超過50重量份。此參考文獻指出，iPP的纖維強度有一些偏低，故希望對此有所改進，而要達到理想的結果，需采用在含sPP及iPP組合物中的sPP量至少在50份(重)或50份(重)以上。正如Tadashi所述，如果等規(guī)立構的聚丙烯量在50份(重)以上，所得纖維的強度會不夠(3欄，46-49行)。但是Tadashi沒有認識到，采用sPP含量不足50份重的或其中iPP是主要聚合物成分的組合物時，可以得到其它有用的纖維性能；而且，Tadashi并未提及由于sPP存在使纖維的膨松性有所改善的情況。
在EP 634505中，有另一特殊的有關在纖維場合中應用sPP的披露。該專利申請指出，在sPP-iPP混合物中sPP的用量在5～50％(重)時，可以改善主要用于鋪設地毯的收縮性。此專利申請也沒有有關改進纖維膨松性的建議。
不幸的是，添加大量SEBS，增加纖維膨松性問題并未最終解決，而且也未提出在傳統(tǒng)的iPP中增加sPP量的建議。
本發(fā)明目的之一，在于彌補此種缺陷。
本發(fā)明另一目的在于，改善纖維的膨松性及平滑性。
本發(fā)明還有一個目的，在于降低此纖維熱粘結溫度。
本發(fā)明還有另一個目的在于，制出“手”感柔軟性改善了的無紡布。
本發(fā)明申請人意外地發(fā)現(xiàn)，以總聚丙烯重量計(PP)，摻混0.3～3.0％(重)的sPP，構成了一種iPP-sPP的混合物，使我們可以達到本發(fā)明的全部目的。所述的PP混合物優(yōu)選地包括1～3％(重)的sPP。
我們還注意到了，sPP用量高于3％(重)時可以與iPP混合在一起，但所得效果不是最佳，達不到用本發(fā)明所公開范圍得到的結果。我們甚至觀察到，當用量約10％(重)時，纖維的膨松性完全沒有改進。
用丙烯作為唯一單體聚合時形成的合成聚合樹脂稱為聚丙烯。眾所周知的商業(yè)結晶聚丙烯通常是固體，且主要是等規(guī)立構、半結晶熱塑性均聚物，是用Ziegler-Natta催化法用丙烯聚合而形成的。在這中催化聚合中是用通過周期表第I-III族金屬元素的有機化合物(例如烷基鋁)與周期表中第IV-VIII族過渡金屬的化合物(如鹵化鈦)形成的。一般結晶度，用X-光衍射法測定，為至少約60％。這里所用的半結晶，指的是用X-光衍射法測定的結晶度至少約5～10％。此外，通常商業(yè)的固體聚丙烯的重均分子量(Mw)一般為100,000～4,000,000，而數均分子量(Mn)一般為40,000～100,000。此外，通常商業(yè)的固體聚丙烯的熔點為約159～169℃，例如162℃。
間同立構聚丙烯與等規(guī)立構聚丙烯不同之處在于，它的生產是利用了一種不同的全新發(fā)展的基于金屬茂族的成員作為催化劑和利用了通常的鋁氧丙烷(aluminoxane)作為助催化劑；適用的催化劑在有關生產sPP文獻中均有介紹。表征這種性能的一種方法是照如A.Zambelli等利用13C-NMR所定義的五價體分數法，見Macromolecules(大分子)，第6卷，925(1973)及第8卷，687(1975)。這里有用的聚合物間同立構五價體分數為0.7或更高，如0.8。適宜的催化劑體系在EP 0414147(Tadashi等)有介紹，同前一樣，以及在FinaTechnology及Canich的參考文獻中也有介紹，所有這些在此引證以作參考。能用于本發(fā)明sPP制備的催化劑系統(tǒng)的實例，被公開在EP 0414047中，它包括有一種非對稱配位體和鋁氧丙烷的過渡金屬化合物，見J.Am.Chem.Soc.(美國化學學會雜志)，1988，110，6255-6256。生產間同立構聚丙烯優(yōu)選催化劑系統(tǒng)的一個實例，包括過渡金屬化合物和鋁氧丙烷。此過渡金屬化合物有異丙基(環(huán)戊二烯基-1-芴基)二鹵素鉿、異丙基(環(huán)戊二烯基-1-芴基)二鹵素鋯、以及那些至少一個鹵素原子被烷基取代的過渡金屬化合物。以下化學式可表示一般化合物
其中R是1～3碳原子的烴基。
特別有用的的化合物是其中R為甲基，即為甲基鋁氧丙烷，n為5或以上，優(yōu)選為10或以上。所用鋁氧丙烷比例，按前述過渡金屬化合物計，為10～1,000,000摩爾倍，通常為50～5,000摩爾倍。對于聚合過程并無特別的限制，這樣就可以采用使用了惰性溶劑的溶液工藝、基本上無惰性溶劑的整體聚合工藝和氣相聚合工藝的方法。進行聚合時，一般溫度為-100℃～200℃，壓力為1大氣壓～100kg/cm2。-100～100℃的溫度及1大氣壓～50kg/cm2的壓力是優(yōu)選的。
優(yōu)選的是，用于本發(fā)明的sPP分子量分布為約2～5，更優(yōu)選的約3～5，最優(yōu)選的為約4。另外，據報告，sPP可從Fina Inc.，Dallas，Texas和MitsuiToatsu Chemicals，Japan兩公司買到。正如這里所指，丙烯聚合物材料，指的是間同立構丙烯聚合物，其間同立構五價體分數為0.7或0.7以上，和等規(guī)立構結晶丙烯聚合物，每種丙烯聚合物材料選自(I)丙烯均聚物；和(II)隨機結晶丙烯共聚物、三聚物或兩者，其基本上是由約80～98.5％的丙烯、優(yōu)選約90～95％、更優(yōu)選約92～94％的丙烯，和約1.5～20％的至少一種選自乙烯及C4～C8α-烯烴的共聚單體組成。當不存在C4～C8α-烯烴時，共聚物優(yōu)選地含有約2～10％乙烯、更優(yōu)選為約7～9％。當有C4～C8α-烯烴時，三聚物優(yōu)選含有約0.5～5％、更優(yōu)選約1～3％的乙烯和有約2.5～10％、優(yōu)選3～7％、更優(yōu)選約4.0～6.0％的一種烯烴，選自C4～C8α-烯烴。這些共聚物及三聚物的混合物也可包括在內。
實施例1將五價體分數大于0.7的間同立構丙烯均聚物(sPP)與結晶等規(guī)立構均聚丙烯(iPP)按3份sPP及97份iPP的濃度進行混合，以制備纖維和無紡布用。此sPP的MFR，聚合后為4.5。iPP為市購的產品，熔融流速(MFR)＝25。
從此種聚合物組合物制備無紡織物的步驟為1.紡絲——將熔融聚合組合物制成細絲；2.拉細——將細絲在空氣中拉伸及冷卻；3.熱粘結——將成網纖維固結成18g/m2的纖網，用所需的壓花輥圖案熱軋粘合。
用擠壓機產絲，擠壓機操作壓力120巴，在5個區(qū)的擠壓溫度(℃)分別為200、210、220、230及235。拉伸空氣的設定壓力3000mmH2O。產出絲為2～8分特(dtex)。
混合組合物用兩種方法制備(1)預混合各成分的顆粒和將混合物造粒以用于后續(xù)擠壓紡絲；和(2)在擠壓紡絲階段(filament extrusion)混合各成分的顆粒；兩法結果基本相當。預混合通常用Henschel混合機來完成，接著再將纖維(strands)于約200～220℃下擠壓和切斷為顆粒。
通過這樣混合料產出的無紡織物可達到合格的無紡特性，包括強度(N)及伸長率(％)。所產出的無紡布膨松性有所改善，如通過“黑盒”試驗所示那樣。此外，復蓋能力明顯提高，可經過篩分試驗證實。結果見下表。
“黑盒”試驗是一種主觀性試驗，是幾個人憑其對放在“黑盒”內的無紡織物柔軟性感覺的試驗；所報告的是0(最小)到10(最大)尺度的平均數。
篩分試驗是用無紡織物樣品作為篩和用一種恒定粒度的粉末。記錄2分鐘后保留在篩內粉末的百分數。此試驗用于對比無紡布樣品。
實施例2將五價體分數大于0.7的間同立構丙烯均聚物(sPP)與結晶等規(guī)立構均聚丙烯(iPP)按2份sPP及98份iPP的濃度進行混合，制備纖維和無紡織物。sPP的MFR，聚合后為4.5。iPP為市購的產品，熔融流速(MFR)為35。
由此種聚合物組合物制備無紡織物的工藝方法包括步驟有1.紡絲-將熔融聚合物組合物制成細絲。
2.拉細-拉伸細絲。
3.變形-使細絲折疊和任選輕度地空氣交纏，以增加膨松性。
4.切斷及打包。
5.梳理和并股。
6.熱粘結使梳理纖維固結成20g/m2的纖網，用所需的壓花輥圖案熱軋粘合。
運作一臺擠壓機產絲。擠壓機操作壓力120巴，在7個區(qū)的擠壓溫度分別為210、225、245、260、265及275℃。急冷空氣的溫度定為20℃。產出切斷纖維2.2分特(dtex)。
混合組合物用兩種方法制備(1)預混合各成分的顆粒和將混合物造粒以用于后續(xù)擠壓紡絲；和(2)在擠壓紡絲階段(filament extrusion)混合各成分的顆粒；兩法結果基本相當。預混合通常用Henschel混合機來完成，接著再將纖維(strands)于約200～220℃下擠壓和切斷為顆粒。
由這些混合物制得的纖維達到合格的纖維性質，包括旦尼爾、強度(克/旦)及伸長率。檢測由本發(fā)明組合物所產出的無紡織物。其纖維平滑性和“手”感柔軟度均顯著提高，如“黑盒”及篩分試驗所示(見表)表實施例1實施例2參照 改進 參照 改進無紡布重量g/m220 20.7 16.7 16.9纖維纖度 分特 2.2 2.2 1.61.8強度CD 牛7.67.727.231.1強度MD 牛36.9 38.9 32.828.9伸長率CD％10614461 63伸長率MD％65 87 39 48篩分試驗％99.3 99.8 98.499.1黑盒試驗/10 4 6 6.5 8注參照＝用純iPP作比較改進＝按照實施例所得的改進CD＝橫向MD＝縱向(機器方向)。
權利要求
1.聚丙烯纖維，包括0.3～3％重量的sPP和99.7～97％重量的iPP。
2.按照權利要求1的聚丙烯纖維，包括1～3％重量的sPP。
3.按照前述權利要求任意條的聚丙烯纖維，其中sPP分子量分布約2～5。
4.按照權利要求3的聚丙烯纖維，其中sPP分子量分布約3～5。
5.按照權利要求4的聚丙烯纖維，其中sPP的分子量分布約4。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚丙烯纖維及由自然膨松性改善了的紡絲成網纖維或切斷纖維制造的無紡織物。所述聚丙烯纖維是用sPP及iPP混合物制造的。
文檔編號D01F6/46GK1177988SQ97190005
公開日1998年4月1日 申請日期1997年2月11日 優(yōu)先權日1996年2月12日
發(fā)明者丹尼爾·勒克斯, 埃蒂尼·德沃吉福斯, 勒內·維尼曼 申請人:菲納研究公司