專利名稱：含顆粒的纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制作熱粘合非織造布的性能有改善的含顆粒聚烯烴纖維及長(zhǎng)絲。本發(fā)明還涉及由此種含顆粒聚烯烴纖維或長(zhǎng)絲制作的非織造布。
背景技術(shù)：
非織造布是由纖維或長(zhǎng)絲粘合在一起而制成的多孔片材。它們可以是扁平的或蓬松的，依其生產(chǎn)方法之不同，性能也可能千差萬別。非織布已應(yīng)用在各種各樣的領(lǐng)域，包括作為服裝、建筑、居室裝修、保健、工程、工業(yè)及消費(fèi)品等產(chǎn)品的組成部分。一項(xiàng)重要的用途就是用于生產(chǎn)衛(wèi)生吸收制品，如用即棄尿布、婦女衛(wèi)生用品以及成人失禁用品的各種零件。
作為非織布的基礎(chǔ)，纖維網(wǎng)中的纖維或長(zhǎng)絲之間的粘合賦予纖網(wǎng)以強(qiáng)度并影響到其總體性能。一種廣泛用于此種纖網(wǎng)的粘合方法是借助加熱使熱塑性的，如聚烯烴或聚酯，纖維或長(zhǎng)絲粘合在一起。非織布的制造方法可見諸于各種出版物，如《非織造手冊(cè)》(“非織造工業(yè)協(xié)會(huì)”，1988)以及《聚合物科學(xué)及工程大全》第10卷，“非織造布”(John Wiley and Sons,1987)。
非織造產(chǎn)品消費(fèi)量的日益增長(zhǎng)迫使人們加快生產(chǎn)速度以增加生產(chǎn)能力。然而，問題就來了，例如當(dāng)熱壓粘合速度提高時(shí)，為維持粘合質(zhì)量，溫度也必須提高。而這又導(dǎo)致出現(xiàn)非織布粘附到熱軋輥上的問題。
一般而言，無機(jī)顆粒在塑料工業(yè)中用于各種目的，而先有技術(shù)的纖維中也不乏用于非織布的含無機(jī)顆粒纖維的例子。
比如，JP 4194026及JP 4170463公開一種含0.01～3.0％(重量)作為成核劑的諸如滑石或二氧化硅之類無機(jī)惰性顆粒的聚酯纖維。
EP 569 860-A公開一種包含如聚丙烯或聚乙烯之類紡粘熱塑性長(zhǎng)絲的非織造纖網(wǎng)，此種長(zhǎng)絲含有0.1～0.3％(重量)作為成核劑的粒度最大為1微米的煅制二氧化硅。
EP 539 890-A公開一種包含聚硅氧烷及疏水性煅制二氧化硅的可熔融擠出熱塑性聚烯烴組合物，用于制備可溫性非織造纖網(wǎng)用纖維。
JP 3069675公開一種如聚丙烯或聚乙烯之類的合成纖維，它包含3～30％(重量)發(fā)出遠(yuǎn)紅外射線的氧化物陶瓷顆粒。此種顆粒例如是Al2O3、MgO、SiO2、ZrO2或TiO2，粒度優(yōu)選為小于1微米。此種纖維的表面是用硅氧烷化合物處理過的。
JP 2169718公開一種以聚酯為芯、以聚烯烴為皮的皮芯復(fù)合纖維，皮組分包含0.3～10％(重量)TiO2或滑石之類平均粒度為0.05～5微米的無機(jī)顆粒。加入無機(jī)顆粒的目的在于改善纖網(wǎng)的柔軟性并使之不透明。
JP 1266216公開一種包含如聚丙烯或聚酯之類的高熔點(diǎn)組分以及如聚乙烯之類的低熔點(diǎn)組分的復(fù)合纖維，其中高熔點(diǎn)組分包含占高熔點(diǎn)組分重量的0.1～13％的如滑石、云母或鋁土之類片狀顆粒形式的無機(jī)填料，其粒度最大為110微米。
JP 61155437公開用于生產(chǎn)連續(xù)長(zhǎng)絲非織布的樹脂組合物，該樹脂包含聚丙烯和0.05～0.5％(重量)晶體成核劑，該成核劑例如是鋁土或二氧化硅，粒度小于5微米。
雖然，以上所援引的先有技術(shù)文獻(xiàn)全都是公開各種用于非織布的含顆粒纖維或長(zhǎng)絲的，可是，其中沒有一個(gè)涉及提供專門適合高速生產(chǎn)非織造布的，比如在衛(wèi)生材料工業(yè)中所使用的非織造布，要能做到以高達(dá)例如200～250米/分鐘或更高的高速連續(xù)成網(wǎng)并熱壓粘合，制成強(qiáng)度和均勻性等性能俱佳的非織布。
現(xiàn)已出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在以聚烯烴為主的纖維或長(zhǎng)絲中加入相對(duì)少量精細(xì)的軟無機(jī)顆粒，如滑石，可帶來多種優(yōu)點(diǎn)，包括在不提高粘合溫度、又維持強(qiáng)度不變的同時(shí)允許提高纖網(wǎng)成形及粘合速度以生產(chǎn)非織布的能力，和/或不降低諸如輸理之類的纖網(wǎng)成形以及粘合速度以取得強(qiáng)度改善的能力。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供含顆粒的聚烯烴纖維或長(zhǎng)絲，當(dāng)它以高速連續(xù)成形為纖網(wǎng)并熱粘合為非織布時(shí)，所獲得的非織布強(qiáng)度(粘合指數(shù))要高于用不含所述顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲按同樣方式制備的非織布強(qiáng)度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供其粘合范圍(bonding window)比不含所述顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲寬的含顆粒聚烯烴纖維或長(zhǎng)絲。
本發(fā)明的又一目的是提供所帶靜電比不含所述顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲少的含顆粒聚烯烴纖維或長(zhǎng)絲。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供摩擦系數(shù)比不含所述顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲低的含顆粒、含聚烯烴的纖維或長(zhǎng)絲。
本發(fā)明的上述及其他目的，在研讀了下文之后便很清楚了。
因此，就一個(gè)方面而言，本發(fā)明涉及適合制作非織布的纖維或長(zhǎng)絲，該纖維或長(zhǎng)絲基本上由聚烯烴或其共聚物以及0.01～10％(重量)無機(jī)顆粒所組成，基本上所有這些顆粒的莫氏硬度均小于約5，至少90％(重量)無機(jī)顆粒的粒度小于10微米。
發(fā)明詳述在本說明書及權(quán)利要求書中，術(shù)語“粘合指數(shù)”的定義是，沿機(jī)器方向(縱向)(MD)與沿橫向(CD)的粘合強(qiáng)度乘積的平方根，以牛/5厘米為單位表示的值。
粘合指數(shù)是非織布強(qiáng)度的標(biāo)示。鑒于沿機(jī)器方向(平行于纖網(wǎng)/非織布移動(dòng)方向)強(qiáng)度通常不同于橫向強(qiáng)度，因此粘合指數(shù)是這兩個(gè)變量的函數(shù)。在最好的情況下，MD強(qiáng)度與CD強(qiáng)度之間的比值接近為一。
術(shù)語“粘合范圍”是指一定的溫度區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)可獲得合格的粘合指數(shù)。在本說明書上下文中，“粘合范圍”是指粘合指數(shù)與最大粘合指數(shù)(BImax)之差不超過BImax的15％的溫度區(qū)間(以K為單位)。在用作衛(wèi)生吸收制品的質(zhì)量良好的典型非織布情況下，該區(qū)間對(duì)應(yīng)于粘合指數(shù)與BImax之差為約3N/5厘米。
粘合溫度范圍越寬，使非織布的生產(chǎn)者獲得均勻產(chǎn)品的幾率越大，即使當(dāng)所使用的熱壓系統(tǒng)在沿?zé)彳堓伇砻鏈囟扔胁▌?dòng)時(shí)，或者當(dāng)采用較高粘合速度或降低粘合溫度時(shí)亦然。
本發(fā)明提供用于制作非織布的新型、改良的含聚烯烴纖維或長(zhǎng)絲。這是通過在纖維或長(zhǎng)絲中加入無機(jī)顆粒來達(dá)到的，即由于無機(jī)顆粒的加入使纖維或長(zhǎng)絲的物理性能發(fā)生了出乎意料的改變，顯示出有利于纖維或長(zhǎng)絲結(jié)合為非織布的纖網(wǎng)的例如纖維或長(zhǎng)絲之間熱粘合性能方面的變化。在下文中，盡管常常為簡(jiǎn)單起見，只提“纖維”，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明同時(shí)適用于纖維，例如切斷短纖維，和長(zhǎng)絲，例如連續(xù)的紡粘長(zhǎng)絲。
特別是，當(dāng)在本發(fā)明的纖維及長(zhǎng)絲中加入“軟”無機(jī)顆粒，如滑石、高嶺土(水合硅酸鋁)、碳酸鈣、云母(硅酸鋁礦)、硅灰石(硅酸鈣)、硫酸鈣、硫酸鋇等時(shí)，它們將獲得有利的性能。就顆粒的硬度而言，顆粒的莫氏硬度(根據(jù)原來從1～10的范圍的莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn))不應(yīng)超過約6，優(yōu)選不大于約5，尤其是不大于約4，特別是不大于約3。由于滑石和高嶺土特別適合摻入到該纖維或長(zhǎng)絲中，因此莫氏硬度常常會(huì)比這還要低，例如不大于2，或甚至是1，即對(duì)應(yīng)于滑石的硬度。優(yōu)選的是，至少一部分無機(jī)顆粒是滑石顆粒；在特別令人感興趣的實(shí)施方案中，基本上所有顆粒都是滑石顆粒。雖然含較硬顆粒的纖維，例如含二氧化硅，其莫氏硬度為7，也可能具備某些適合制作非織布的特性，但仍然優(yōu)選軟無機(jī)顆粒，原因在于，堅(jiān)硬、磨蝕性顆粒往往會(huì)損壞纖維生產(chǎn)設(shè)備。這也是為什么按莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn)最軟的礦物質(zhì)滑石乃是用于本發(fā)明目的的優(yōu)選無機(jī)顆粒種類。
術(shù)語“滑石”按本發(fā)明的用法是指一類高硅酸鎂含量(如對(duì)應(yīng)于大于約90％MgO+SiO2)的寬范圍的天然礦物。大多數(shù)市售滑石等級(jí)據(jù)信適合本發(fā)明的使用，不過，那些粒度小，粒度分布均勻的則為優(yōu)選的(見下文有關(guān)優(yōu)選粒度的討論)。
無機(jī)顆粒可在制備一般供制備纖維使用的聚合物切片之前引入到聚合物物料中，或者該顆粒也可直接加入到聚合物熔體中。為了能夠調(diào)節(jié)無機(jī)顆粒的含量，同時(shí)達(dá)到顆粒在纖維成品中均勻分布，通常有利的是，制備高顆粒含量，如30％，40％或50％(重量)，的聚合物顆粒母料，然后將部分母料顆粒與不含顆粒的普通聚合物切片相混合，再放在擠出機(jī)中制備成熔體以獲得要求的顆粒濃度。
關(guān)于含聚烯烴纖維中無機(jī)顆粒的含量，該含量不應(yīng)過低，因?yàn)樵诶w維表面的附近應(yīng)當(dāng)有足夠量的顆粒(考慮到顆粒將基本上均勻地分布在聚合物熔體中，因此也就是均勻分布在整個(gè)纖維中)，且該含量又不應(yīng)過高，因?yàn)槔w維機(jī)械性能不應(yīng)受到損害(就大多數(shù)目的而言，纖維強(qiáng)度下降不足10％，例如小于5％是可接受的)，而且也因?yàn)轭w粒含量過多可能引起紡絲過程中的問題。對(duì)許多與這方面關(guān)系最密切的聚合物種類來說，這些聚合物下面還將談到，據(jù)信，無機(jī)顆粒的含量占纖維的0.01～20％(重量)，典型情況占0.1～15％(重量)、更為典型的占0.2～10％(重量)，特別是0.5～5％(重量)，如1.0～2.5％(重量)將是合適的。該含量可隨著各種因素而改變，包括顆粒粒度及粒度分布(顆粒越細(xì)，能夠加入的數(shù)量越多)，以及纖維或長(zhǎng)絲聚集成非織布的速度(因?yàn)椋职l(fā)現(xiàn)，顆粒的效果在非織布生產(chǎn)速度較高時(shí)尤為顯著，故在生產(chǎn)速度較高的情況下提高顆粒含量是有利的)。
至于無機(jī)顆粒的品質(zhì)，據(jù)推想，粒度應(yīng)與纖維橫斷面尺寸相適應(yīng)。然而，即便纖維比較粗，顆粒粒度也不應(yīng)過大，因?yàn)楫吀?jìng)表面較為光滑的纖維是希望的。因此，就衛(wèi)生制品工業(yè)用非織布生產(chǎn)所使用的典型纖維纖度而論(即纖維直徑一般在約0.5～7分特(dtex)，下面還將進(jìn)一步說明)，顆粒的優(yōu)選粒度和粒度分布應(yīng)滿足，至少90％(重量)顆粒的尺寸(最大尺寸)小于10微米。顆粒優(yōu)選地盡可能小，因此優(yōu)選的是，至少90％(重量)顆粒的粒度小于8微米，更優(yōu)選小于6微米，最優(yōu)選小于4微米。
還優(yōu)選的是，粒度分布比較窄，以便使纖維紡絲過程的穩(wěn)定性不受干擾，避免因不均勻性過大而造成纖維斷頭。因此，顆粒粒度分布優(yōu)選地應(yīng)滿足，使90％百分位(percentile)(重量)處的粒度與10％百分位(重量)處的粒度之比最大為約20∶1，更優(yōu)選最大為約15∶1，最優(yōu)選最大為約10∶1，特別是窄到最大約8∶1。
本發(fā)明纖維及長(zhǎng)絲中的聚烯烴可包含聚烯烴均聚物或共聚物。合適的聚烯烴，例如是全同立構(gòu)聚丙烯均聚物及其與乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烷等的無規(guī)共聚物，以及不同密度的線型聚乙烯，如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及線型低密度聚乙烯。優(yōu)選的聚烯烴是丙烯均聚物或最多含10％(重量)其他α烯烴，如乙烯、1-丁烯、4-甲基戊烯或1-己烯的丙烯共聚物。作為纖維生產(chǎn)的原料的此種聚合物，合適的熔體流動(dòng)速率(MFR)低于500克/10分鐘，例如低于25克/10分鐘。用于生產(chǎn)基于聚烯烴的纖維的熔體還可含有各種傳統(tǒng)的纖維添加劑，如硬脂酸鈣、抗氧劑、加工穩(wěn)定劑以及顏料，包括增白劑及著色劑，如二氧化鈦等。
正如以上所指出的，本發(fā)明涉及兩種纖維，如用于梳理纖網(wǎng)中的切斷的短纖維，也涉及連續(xù)長(zhǎng)絲，如紡粘長(zhǎng)絲。就短纖維而言，它們既可以是單組分的，也可以是雙組分的，后者例如皮芯型雙組分纖維，其中芯組分可以是偏心(偏離中心)的或同心的(基本在中心)。典型的雙組分纖維所包含的芯和皮又分別包含聚丙烯/聚乙烯、高密度聚乙烯/線型低密度聚乙烯、聚丙烯無規(guī)共聚物/聚乙烯、或聚丙烯/聚丙烯無規(guī)共聚物。它們還可以是以聚酯為高熔點(diǎn)組分、以聚丙烯或其共聚物或聚乙烯為低熔點(diǎn)組分的雙組分纖維。
在本發(fā)明的說明書中，至少該低熔點(diǎn)組分(皮組分)包含無機(jī)顆粒。
為了使纖維及長(zhǎng)絲適用于衛(wèi)生吸收制品用非織布的制作，該纖維或長(zhǎng)絲應(yīng)具有的典型纖度在0.5～7分特范圍，如1～7分特，更典型地1.5～5分特，如1.7～3.3分特。
按照本發(fā)明的纖維的紡絲可采用“短程紡絲”法或采用傳統(tǒng)熔融紡絲(亦稱之為“長(zhǎng)程紡絲”)。這兩類紡絲方法在技術(shù)上都是熟知的。傳統(tǒng)紡絲是兩步工藝，第一步是熔體擠出及絲束的實(shí)際紡出，這一步以高速進(jìn)行，而第二步是紡出絲束的牽伸及隨后的卷曲、干燥并切斷為短纖維。短程紡絲是一步工藝，其中紡絲與牽伸在一步操作中同時(shí)完成。這種紡絲工藝可見諸于，例如Ahmed所著《聚丙烯纖維-科學(xué)與技術(shù)》，1982年出版。用于生產(chǎn)衛(wèi)生吸收制品用非織布的長(zhǎng)程紡絲工藝可見諸于，例如WO 89/10989、WO 93/01334、WO 94/20664、WO 95/19465及WO 96/33303。紡粘法例如可見諸于《現(xiàn)代紡粘技術(shù)2-90年代的潮流》，Miller Freeman著，1992年版。在該紡絲過程中，絲束以適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣⒖轨o電劑等進(jìn)行處理。
從以上討論中可清楚地看出，本發(fā)明還涉及包括本文所描述的含無機(jī)顆粒的纖維或長(zhǎng)絲的非織布。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及由短纖維制備非織布的方法，該方法包括以下步驟(a)成形包含按照本文纖維規(guī)格的短纖維的纖維網(wǎng)，以及(b)使該纖維網(wǎng)粘合。特別是，該粘合過程優(yōu)選在至少150米/分鐘，更優(yōu)選至少200米/分鐘，最優(yōu)選在至少250米/分鐘的速度下完成。該粘合優(yōu)選采用熱粘合，如熱軋輥粘合或熱空氣粘合，以及紅外粘合或超聲粘合來完成。
本發(fā)明還涉及由長(zhǎng)絲制備非織布的方法，該方法包括以下步驟(a)成形包含按照由本文纖維規(guī)格的長(zhǎng)絲構(gòu)成的纖維網(wǎng)，以及(b)使該纖維網(wǎng)粘合。有關(guān)前面一種方法(短纖維)的討論中的實(shí)施方案也適用于采用長(zhǎng)絲的方法。
上面曾指出，已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的新型含顆粒的纖維或長(zhǎng)絲可產(chǎn)生多方面出乎意料的優(yōu)點(diǎn)，包括該纖維或長(zhǎng)絲能以比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維更高的速度成形為纖網(wǎng)和熱粘合。雖不擬囿于任何理論，但本發(fā)明人相信，這是由于顆粒對(duì)纖維或長(zhǎng)絲所產(chǎn)生的多種有利效應(yīng)的綜合作用結(jié)果。主要優(yōu)點(diǎn)之一據(jù)信是纖維或長(zhǎng)絲熱力學(xué)性質(zhì)的改善，尤其是導(dǎo)熱性的提高，這種提高據(jù)信是導(dǎo)致纖維能夠用例如熱軋輥以較高速度進(jìn)行粘合的原因，就是說，如果將這種速度用到不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲上，就會(huì)造成粘合質(zhì)量差并從而生產(chǎn)出質(zhì)量差的非織布來。也就是說，已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的纖維能夠在一套給定的條件下在更寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿意的粘合。尤其要指出的是，這對(duì)于要求更小心控制各種條件以便生產(chǎn)出，就強(qiáng)度等指標(biāo)而言，性能滿意的非織布的更高生產(chǎn)速度來說，既是必然又是重要的。
從本發(fā)明纖維上觀察到的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是靜電的減少，它使纖維得以在較高的速度下進(jìn)行梳理，因此有利于梳理過程的進(jìn)行。還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，至少在含滑石，也就是目前本發(fā)明所優(yōu)選的那種顆粒的纖維上，可達(dá)到減少磨擦的效果。這同樣可促進(jìn)梳理過程，從而有助于高速生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)而不招致成品非織布質(zhì)量受損。此外還發(fā)現(xiàn)，含滑石的聚烯烴纖維的疏水性有所降低，這對(duì)于那些旨在用于打濕的非織布來說可能是寶貴的。
顆粒的作用是雙重的首先，靜電和磨擦性能方面的改善使得本發(fā)明的短纖維得以在較高速度下梳理而無損于纖網(wǎng)的均勻性，第二，熱性質(zhì)的改善使得例如用熱軋輥粘合的熱粘合得以在較高的速度下進(jìn)行而不必求助于粘合溫度的提高。由于非織布生產(chǎn)過程既取決于纖網(wǎng)成形速度，例如梳理速度，又取決于粘合速度，二者在連續(xù)生產(chǎn)線中必須保持基本一致，因此其效果是大大改善了生產(chǎn)率，即保持生產(chǎn)線的較高速度，而同時(shí)質(zhì)量沒有任何顯著損失。然而，較高的非織布線速度并非唯一可能的優(yōu)點(diǎn)，事實(shí)上還可借助本發(fā)明來獲得，例如不是提高速度(或者，很可能二者兼得)，而是取其能生產(chǎn)單位重量較低的非織布而不降低強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。
可見，對(duì)非織布的生產(chǎn)者來說，按照本發(fā)明纖維的上述各項(xiàng)改良特征，包括粘合范圍的拓寬及粘合指數(shù)的改善，以及靜電和磨擦的降低，將導(dǎo)致由于下述的生產(chǎn)參數(shù)的修改而帶來生產(chǎn)成本的降低●在熱粘合溫度不變的情況下以更高的生產(chǎn)速度生產(chǎn)出單位重量不變的非織布，同時(shí)保持非織布強(qiáng)度不變；●不改變生產(chǎn)速度和熱粘合溫度，可生產(chǎn)出單位重量較小的非織布，同時(shí)保持非織布強(qiáng)度不變；●在不改變生產(chǎn)速度和熱粘合溫度的條件下可采用較低的熱軋輥壓力生產(chǎn)非織布，同時(shí)保持非織布強(qiáng)度不變；●生產(chǎn)速度不變，卻可在較低熱粘合溫度下生產(chǎn)出單位重量相同的非織布，同時(shí)保持非織布強(qiáng)度不變。
在上述各種情況下，盡管都采取了降低成本的措施，但由于本發(fā)明的采用，使得非織布強(qiáng)度和質(zhì)量得以維持不變。
因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，包含聚烯烴并含有0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒的纖維，其中至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)，并以100米/分鐘的速度在比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合范圍寬出至少10％，優(yōu)選至少20％，更優(yōu)選至少30％的粘合范圍內(nèi)用熱軋輥連續(xù)進(jìn)行粘合，其中粘合范圍的定義是一個(gè)溫度區(qū)間，在此區(qū)間粘合指數(shù)不超出BImax±15％這一范圍。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，包含聚烯烴并含有0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒的纖維，其中至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)，并用熱軋輥以100米/分鐘的速度，及比不含顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合指數(shù)高出至少10％、優(yōu)選至少20％，更優(yōu)選至少30％的粘合指數(shù)連續(xù)粘合為單位重量為20克/平方米的非織布。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，該纖維包含聚烯烴并含有0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒，其中至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)并用熱軋輥進(jìn)行粘合，制造出單位重量為20克/平方米的非織布，其中在該非織布卷上空3厘米處測(cè)得的靜電數(shù)值比從不含顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)的非織布上測(cè)得的低至少20％，例如低至少30％，優(yōu)選至少40％，更優(yōu)選低至少50％，特別是低至少70％。
至于上述(粘合范圍、粘合指數(shù)及靜電值的)實(shí)施方案中所選用的聚烯烴，優(yōu)選采用聚丙烯或其共聚物(如上所描述)。單組分纖維或長(zhǎng)絲，由于其生產(chǎn)成本低而為一般所優(yōu)選，但是，在特殊情況下，雙組分纖維或長(zhǎng)絲也可使用，或者單獨(dú)或者與單組分纖維或長(zhǎng)絲一起使用均可。
在本發(fā)明的更為有趣的實(shí)施方案中，上述有關(guān)粘合范圍、粘合指數(shù)及靜電等諸特征，即使在采用更高的速度，如175米/分鐘或200米/分鐘或250米/分鐘，或甚至300米/分鐘或350米/分鐘的情況下，仍可獲得。
如上所述，纖維或長(zhǎng)絲磨擦的降低可通過加入軟無機(jī)顆粒來實(shí)現(xiàn)。顯然，這將降低對(duì)纖維或長(zhǎng)絲生產(chǎn)設(shè)備以及用該纖維或長(zhǎng)絲生產(chǎn)非織布的生產(chǎn)設(shè)備的磨損，因此，涉及到機(jī)器零件的更換及能源的消耗也就相應(yīng)減少了。為此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該含顆粒的纖維或長(zhǎng)絲的摩擦系數(shù)比不含顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲降低了至少10％，例如至少20％，優(yōu)選至少30％，更優(yōu)選至少40％，尤其是降低50％。
試驗(yàn)方法粘合指數(shù)測(cè)定拉伸強(qiáng)度是按照EDANA 70.2-89沿機(jī)器方向(縱向)(MD)及橫向(CD)測(cè)定的。粘合指數(shù)(BI)，以牛/5厘米為單位表示，是在不同的粘合溫度下計(jì)算的，該粘合指數(shù)的定義為縱向與橫向強(qiáng)度乘積的平方根。為了推算出標(biāo)準(zhǔn)非織布單位重量20克/平方米下的標(biāo)準(zhǔn)粘合指數(shù)(BI20-本文簡(jiǎn)稱BI)，將給定試樣的粘合指數(shù)計(jì)算值乘上20，再用以克/平方米為單位的實(shí)際單位重量去除，從而消除非織布強(qiáng)度隨單位重量變化的因素。Bimax是指粘合溫度范圍內(nèi)的最大粘合指數(shù)。
粘合范圍測(cè)定在一定溫度區(qū)間內(nèi)的數(shù)種溫度下分別測(cè)定粘合指數(shù)，該溫度區(qū)間的溫度上限由纖維或長(zhǎng)絲開始粘連到熱軋輥上的溫度來界定，其溫度下限則為不再發(fā)生粘合的溫度。然后，確定最大粘合指數(shù)(BImax)。粘合范圍(以K為單位)系粘合指數(shù)與BImax的偏差小于15％所對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間。
粒度分布測(cè)定無機(jī)顆粒的粒度可采用自動(dòng)沉淀粒度分析儀測(cè)定，例如采用SediGraph 5000粒度分析儀(Micromeritics公司出品，佐治亞，美國(guó))，按照紙及紙板測(cè)試委員會(huì)(P 115 X第4版建議，1987年)的“斯堪地納維亞漿粕的推薦方法”進(jìn)行測(cè)定。
靜電值測(cè)定非織布上空靜電值測(cè)定是在非織布收集成卷后，采用Electrostatic Meter Statiron M，型號(hào)7204(Haug公司制造，德國(guó))進(jìn)行測(cè)定的。
在下面的實(shí)施例中將進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)例1～6以下實(shí)例中使用的所有聚丙烯品級(jí)均系由Borealis OY公司(芬蘭)生產(chǎn)的。
采用一條干法鋪網(wǎng)非織布生產(chǎn)線制備了非織布。用于梳理及熱壓的最重要設(shè)備為Hergeth Card Akg-1-5-FI-dl-R2(工作幅寬1000毫米)和Küsters Three-bowl Carlender 410.30。該熱軋機(jī)備有2個(gè)輥筒，圓柱直徑400毫米，圓柱部分幅寬600毫米，最大加工材料幅寬500毫米，粘合面積21.8％。最大速度是350米/分鐘。所有非織布的單位重量均為約20克/平方米。
所提到的材料中的滑石含量為0.5～20％(重量)，參比材料中含量為0％。
實(shí)例1MFR為12的聚丙烯在熔融階段與0、5、10、15及20％滑石(Finntalc M03,Finnminerals OY出品，芬蘭)一起混煉。該滑石的粒度分布如下(％(重量))＜10微米 99％＜5微米96％＜2微米74％＜1微米40％在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)紡絲生產(chǎn)線上用含填料的聚合物紡出纖度2.5分特的纖維。纖維經(jīng)假捻變形至約12個(gè)卷曲/厘米的水平并切斷為40毫米的短纖維，用該短纖維制作非織布。最高含15％滑石顆粒的非織布的強(qiáng)度與不含滑石的對(duì)比非織布處于同一水平。但是，對(duì)含顆粒的纖維進(jìn)行粘合可采用更寬的粘合范圍，也可以采用更高的粘合溫度而不致使非織布粘連到熱軋輥上。
在該實(shí)例中，由于紡絲組件的堵塞而未能紡制出含20％滑石顆粒的纖維。據(jù)信，這是由于所使用的顆粒粒度所致，因而本發(fā)明人相信，若采用更細(xì)的顆粒，本可以紡出顆粒含量等于或大于20％的纖維來。
實(shí)例2MFR為8的聚丙烯在熔融狀態(tài)與0、0.5及1.0％滑石(Micro-TalcI.T.Extra，挪威滑石公司，挪威)一起混煉。該滑石的粒度分布如下(％(重量))＜20微米 100％＜10微米 99％＜5微米85％＜3微米60％＜2微米43％這種稍許白一些的滑石對(duì)纖維的顏色沒有影響。(纖維紡絲稍困難些，由于顆粒粒度比實(shí)例1所使用的滑石稍大的緣故。)用另一種滑石品級(jí)，加入量1％，又做了一次試驗(yàn)，該滑石為L(zhǎng)uzenac Prever-M8(Luzenac公司，意大利)，其粒度較小，具體如下＜8微米97.5％＜5微米85.4％＜2微米34.5％＜1微米12.8％本實(shí)例所獲得的結(jié)果與采用Finntalc(實(shí)例1)大致相同。
實(shí)例3MFR為18的聚丙烯與0、0.5、1.0％滑石(Finntalc M03,Finnminerals OY，芬蘭)一起混煉。發(fā)現(xiàn)，含0.5或1％滑石的粘合范圍要比不含滑石的對(duì)比纖維的寬。
實(shí)例4用MFR為15的聚丙烯與滑石(Finntalc M03,Finnminerals OY，芬蘭)制成母科。該母料顆粒包含40％(重量)滑石。按如上方法紡制成包含0、0.5、1.0及1.5％(重量)滑石的纖維，并用這種纖維以從100～295米/分鐘的各種不同梳理速度制成非織布。發(fā)現(xiàn)，在低速時(shí)，無論在最大粘合指數(shù)還是在粘合范圍寬度方面，各試樣均無顯著差別(該范圍寬度被定義為允許獲得給定粘合指數(shù)的溫度區(qū)間；在下表中，給出了分別對(duì)應(yīng)于粘合指數(shù)至少是15和10的范圍寬度)。但是在較高的速度下，滑石含量的提高導(dǎo)致最大粘合指數(shù)和范圍寬度二者的提高。試驗(yàn)結(jié)果載于下表。
表1．實(shí)施例4的結(jié)果
實(shí)例5用MFR等于12的聚丙烯，不含或含1.5％滑石，在270℃條件下紡絲制備了纖維。該纖維隨后用于制備非織布，采用線速度為30米/分鐘及各種不同熱壓粘合溫度。含滑石的非織布即使當(dāng)采用高熱軋輥粘合溫度生產(chǎn)時(shí)其感覺也非常柔軟。不同粘合溫度下的最大粘合指數(shù)在下表2中給出，從中可以看出，在不含滑石顆粒的纖維已無法實(shí)現(xiàn)熱壓粘合的高粘合溫度下用含顆粒的纖維卻可以生產(chǎn)出強(qiáng)度極好的非織布。
表2實(shí)例5的結(jié)果
*粘輥筒實(shí)例6用MFR等于12的聚丙烯在270℃紡制成纖維，然后在線速度100米/分鐘、粘合溫度149℃條件下制成非織布。
對(duì)于用不含無機(jī)顆粒的纖維制作的非織布，沿非織布卷上空3厘米處測(cè)定的靜電值介于-5.0～-8.0kv(波動(dòng)幅度大)。
對(duì)于用含1.0％(重量)Finntalc M03的纖維制作的非織布，靜電值為+2.0～+3.0kv(波動(dòng)幅度小)。
實(shí)例7用Borealis OY生產(chǎn)的不同品級(jí)聚丙烯在可購(gòu)得的紡絲及牽伸試驗(yàn)設(shè)備(Fourn，德國(guó))上按傳統(tǒng)長(zhǎng)程紡絲程序生產(chǎn)出短纖維。該紡絲過程對(duì)應(yīng)于本文所描述的長(zhǎng)程紡絲(傳統(tǒng)紡絲)。實(shí)例7的結(jié)果載于表3。
從表3可以看出，與不含顆粒的纖維相比較，含顆粒的纖維基本上保持了纖維強(qiáng)度特征。
從DSC(差試掃描量熱)分析可看出，含顆粒纖維與不含顆粒纖維相比較，其ΔT值降低了。雖不擬囿于任何理論，但是，這可能是含顆粒纖維的熱力學(xué)性能改善的標(biāo)志。
實(shí)例8～9采用帶有2個(gè)小滾筒的Spinbau Random Card(梳理機(jī))和Ramisch-Kleinewerfers 2 Bowl Calender(二輥熱軋機(jī))，二者幅寬均為700毫米，生產(chǎn)出非織布。該熱軋機(jī)備有一個(gè)光輥(直徑250毫米)和一個(gè)軋花輥(直徑240毫米)。刻花(NW 99型)是由Casaretto公司完成的，對(duì)應(yīng)于粘合面積21.78％(每平方厘米60,1點(diǎn))。生產(chǎn)線速度為175米/分鐘。用兩種不同原料(“HD350 J”及“HE 350 J”)試驗(yàn)的結(jié)果載于表4和5從各實(shí)例的結(jié)果可看出，采用含滑石纖維的非織布的粘合指數(shù)，與纖維不含滑石的非織布相比，非織布粘合指數(shù)提高了。
表3實(shí)例7的結(jié)果纖維特征及DSC分析纖維拉伸MFR滑石粉MFR 纖度 強(qiáng)度伸長(zhǎng)編號(hào)原料品級(jí) g/10min％ g/min dtex CN/dtex ％1HD350J 8 0.038.52.31.9315.02HD350J 8 2.546.32.41.7362.03HD350J 8 0.027.32.22.0405.04HD350J 8 2.026.32.31.9387.05HD350J 8 2.531.42.11.9370.06HD950K 8 CR 0.027.92.22.5301.07HD950K 8 CR 1.530.32.22.3284.08HD350J 12 0.039.32.31.8387.09HD350J 12 0.546.22.31.8377.010 HD350J 12 1.046.12.41.8392.011 HD350J 12 1.542.82.31.8396.012 HD350J 12 0.042.32.31.8401.013 HD350J 12 1.544.02.21.7420.014 HD350J 12 2.044.02.31.7411.015 HD350J 12 2.540.72.41.7409.0
DSC分析第一次加熱 冷卻第二次加熱ΔT編號(hào) H J/g T峰值℃ H J/g T峰值℃ H J/g T峰值℃℃1 90.5160.179.4104.0 -- 56.12 93.2160.864.4117.0106.6161.143.83 92.8161.665.5102.9115.1160.758.84 94.4161.970.3115.5112.2161.846.45 88.7162.166.1116.1100.1161.046.06 88.8159.161.6102.8113.4159.956.37 91.3159.654.4115.1112.0155.544.58 84.3166.183.1101.493.7 161.564.79 90.2161.559.2111.6115.5160.749.91095.3163.145.7112.1 - - 51.01189.8160.857.2112.998.2 161.747.91292.6161.677.3102.595.6 160.059.11398.4161.158.1113.0112.7156.648.41490.9161.058.1116.1134.5156.844.91591.1162.563.9117.3113.8158.345.2表4實(shí)例8的結(jié)果纖維 MD MD CDCD滑石粉 MFR纖度 拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) NW重量 拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) 拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) 粘合指數(shù) 梳理速度％ g/mmdtexCN/dtex％g/m2N/5cm％N/5cm％N/5cmm/min0.027.32.2 2.0 40520.040.540.65.454.114.71751.530.8- -- 20.037.846.07.973.516.91752.531.42.1 1.9 37020.037.737.08.277.415.5175
表5實(shí)例8的結(jié)果纖維MD MD CDCD滑石粉 MFR纖度拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) NW重量 拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) 拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng) 粘合指數(shù) 梳理速度％g/mindtexCN/dtex ％g/m2N/5cm％N/5cm％N/5cmm/min0.039.32.31.8 38720.041.543.68.471.417.71550.546.22.31.8 37720.041.237.87.772.017.81751.046.12.41.8 39220.044.844.68.179.318.71751.542.82.31.8 39620.044.149.48.883.719.717權(quán)利要求
1．一種適用于制作非織造布的纖維或長(zhǎng)絲，該纖維或長(zhǎng)絲基本上由聚烯烴或其共聚物，以及0.01～20％(重量)無機(jī)顆粒所組成，這些顆粒的莫氏硬度基本上全都小于約5，至少90％(重量)的無機(jī)顆粒的粒度小于10微米。
2．按照權(quán)利要求1的纖維或長(zhǎng)絲，其中無機(jī)顆粒選自滑石、高嶺土、碳酸鈣、云母、硅灰石、硫酸鈣及硫酸鋇。
3．按照權(quán)利要求1的纖維或長(zhǎng)絲，其中基本上所有無機(jī)顆粒的莫氏硬度都小于約4.0，優(yōu)選小于約3.0，更優(yōu)選小于約2.0。
3．按照權(quán)利要求1的纖維或長(zhǎng)絲，其中無機(jī)顆粒包括滑石顆粒。
4．按照權(quán)利要求1的纖維或長(zhǎng)絲，其中基本上全部顆粒都是滑石顆粒。
5．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，它包含0.2～10％(重量)無機(jī)顆粒。
6．按照權(quán)利要求5的纖維或長(zhǎng)絲，它包含0.5～5％(重量)無機(jī)顆粒。
7．按照權(quán)利要求6的纖維或長(zhǎng)絲，它包含1.0～2.5％(重量)無機(jī)顆粒。
8．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，其中聚烯烴或其共聚物是聚丙烯或聚丙烯共聚物。
9．按照權(quán)利要求8的纖維或長(zhǎng)絲，其中聚丙烯或其共聚物是丙烯均聚物，或者是最多含10％(重量)如乙烯、1-丁烯、4-甲基戊烯或1-己烯之類的另一個(gè)α烯烴的共聚物。
10．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，它選自短纖維或紡粘長(zhǎng)絲。
11．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，其中90％(重量)無機(jī)顆粒的粒度小于8微米，更優(yōu)選小于6微米，最優(yōu)選小于4微米。
12．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，它是單組分纖維。
13．按照權(quán)利要求1～11中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，它是雙組分纖維，其高熔點(diǎn)組分包含聚丙烯或其共聚物，低熔點(diǎn)組分包含聚乙烯或其共聚物，至少低熔點(diǎn)組分包含無機(jī)顆粒。
14．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的纖維或長(zhǎng)絲，其纖度介于0.5～7分特，1～7分特，典型的為1.5～5分特，例如1.7～3.3分特。
15．按照以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的含顆粒纖維或長(zhǎng)絲，其中纖維或長(zhǎng)絲的摩擦系數(shù)較不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲降低了至少10％。
16．按照權(quán)利要求15的含顆粒纖維或長(zhǎng)絲，其中纖維或長(zhǎng)絲的摩擦系數(shù)較不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維或長(zhǎng)絲降低至少20％。
17．一種適用于制作非織造布的纖維，該纖維包含聚烯烴并包含0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒，至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)，并用熱軋輥以100米/分鐘的速度在比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合范圍寬出至少10％的粘合范圍內(nèi)進(jìn)行粘合。
18．按照權(quán)利要求17的纖維，其中聚烯烴由聚丙烯或其共聚物組成。
19．一種適用于制作非織布的纖維，該纖維包含聚烯烴并含有0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒的纖維，其中至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)，并用熱軋輥以100米/分鐘的速度，及以比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合指數(shù)高出至少10％的粘合指數(shù)連續(xù)粘合為單位重量為20克/平方米的非織布。
20．按照權(quán)利要求19的纖維，其中聚烯烴由聚丙烯或其共聚物組成。
21．按照權(quán)利要求20的纖維，它能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)并用熱軋輥粘合為單位重量為20克/平方米的非織布，其粘合指數(shù)比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合指數(shù)高出至少20％。
22．按照權(quán)利要求21的纖維，它能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)并用熱軋輥粘合為單位重量為20克/平方米的非織布，其粘合指數(shù)比不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)非織布的粘合指數(shù)高出至少30％。
23．適用于制作非織布的纖維，該纖維包含聚烯烴并含有0.1～20％(重量)無機(jī)顆粒的纖維，其中至少90％(重量)的顆粒的粒度小于10微米，該纖維能夠以100米/分鐘的速度連續(xù)成形為纖網(wǎng)，并用熱軋輥以100米/分鐘的速度連續(xù)粘合為單位重量為20克/平方米的非織布，其中在該非織布卷上空3厘米處測(cè)得的平均靜電數(shù)值比從不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)的非織布卷上空測(cè)得的低至少20％。
24．按照權(quán)利要求23中任何一項(xiàng)的纖維，其中聚烯烴包含聚丙烯或其共聚物。
25．按照權(quán)利要求23或24的纖維，其中在非織布卷上空3厘米處測(cè)得的平均靜電數(shù)值比從不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)的非織布卷上空測(cè)得的低至少30％。
26．按照權(quán)利要求25的纖維，其中在非織布卷上空3厘米測(cè)得的平均靜電數(shù)值比從不含無機(jī)顆粒的對(duì)應(yīng)纖維以相同方式生產(chǎn)的非織布卷上空測(cè)得的低至少40％。
27．包含按照權(quán)利要求1～16中任何一項(xiàng)的含無機(jī)顆粒纖維或長(zhǎng)絲的非織造布。
28．一種制備非織造布的方法，它包括成形包含按照權(quán)利要求1～16的短纖維的纖網(wǎng)，以及將該纖網(wǎng)粘合。
29．按照權(quán)利要求28的方法，其中纖網(wǎng)以至少150米/分鐘的速度進(jìn)行梳理并接著進(jìn)行粘合。
30．按照權(quán)利要求29的方法，其中該速度至少是200米/分鐘，優(yōu)選是250米/分鐘。
31．按照權(quán)利要求29或30的方法，其中纖網(wǎng)是采用熱粘合，如熱軋輥粘合或熱空氣粘合、紅外線粘合或超聲波粘合等方法進(jìn)行粘合的。
32．一種用于制備非織造布的方法，它包括成形包含按照權(quán)利要求1～16中任何一項(xiàng)的長(zhǎng)絲的紡粘纖網(wǎng)，以及將該纖網(wǎng)粘合。
全文摘要
適用于制作非織造布的纖維或長(zhǎng)絲,該纖維或長(zhǎng)絲基本上由聚烯烴或其共聚物,以及0.01～20%(重量)無機(jī)顆粒所組成,這些顆粒的莫氏硬度基本上全都小于約5,優(yōu)選小于約2,至少90%(重量)的無機(jī)顆粒的粒度小于10微米,滑石顆粒是特別優(yōu)選的。按照本發(fā)明的含顆粒短纖維可以高速連續(xù)成形為纖網(wǎng)并熱粘合為非織造布,它們具有寬粘合范圍,較少的靜電及較小的摩擦系數(shù)。
文檔編號(hào)D04H1/54GK1211292SQ9719221
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1997年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月12日
發(fā)明者O·托米仁, O·T·圖魯仁, E·欣利希森, K·佩特森 申請(qǐng)人:菲伯維森斯公司, 波里阿利斯有限公司