CN101573481A - 由包括磺基聚酯的多组分纤维生产的非织造织物 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制造非织造织物的方法,其包括:(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中所述多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;(B)在足够的温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维网;和(C)水缠结微纤维网以生产非织造织物。还提供了一种方法,其中步骤(B)和(C)被合并。还提供了利用非织造织物的纤维制品。

Description

由包括磺基聚酯的多组分纤维生产的非织造织物
技术领域
本发明涉及用于由多组分纤维生产非织造织物的方法,其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物。
背景技术
常规的织物是通过机织或针织而制造的。非织造织物类似于机织和针织织物之处在于两者都是平面的、固有柔性的、由聚合物型材料构成的多孔结构。两者的主要区别在于制造织物的方法。机织织物是通过以所规定的顺序使两或多组纱线彼此成直角地交织在一起而制成。非织造织物是通过将预定数目的纤维或长丝置于二维阵列中并且将它们锁在一起而制成的。非织造织物可以通过机械、化学或热量方式将纤维、长丝或纱线的层或网络联锁起来而组装的。典型地,用于生产非织造织物的方法可以被分为四大类:纺织品,纸,挤出和混合(是指使用这些技术的组合)。这些织物是技术上复杂设计的结构,其可以被制成而相似于机织织物并且可以超过机织织物的性能。
挤出技术用于生产纺粘、熔喷和多孔薄膜非织造布。这类非织造布有时被成为聚合物-铺设的非织造布。纺粘和熔喷方法是非织造织物生产中的改进方法,因为非织造布直接从制造纤维本身所用的材料制成,由此消除了纤维生产步骤。纺粘方法通过以下方式将聚合物直接转移(tranforms)到织物上:挤出长丝,将其取向成束或簇,将其铺层在输送筛网上并且通过热融合、机械缠结、化学粘合或这些方法的组合来将其联锁起来。在熔喷方法中,聚合物被加热到液态并且当其通过挤出孔时,其在大约250至500℃喷射以声速空气。快速移动的空气物流将熔融聚合物拉伸并且将其固化以生产细纤维。纤维然后以缠结网的形式与空气物流分离并且在加热辊之间进行挤压。
在纺织品应用(衣服、窗帘、室内装饰品和制服)中使用非织造布。非织造织物还可以用于个人护理产品,如但不限于抹布、女性卫生产品、婴儿尿布、成人失禁内裤、和医院/外科和其它的医疗一次性用品。其它应用包括但不局限于保护织物和层、土工织物、工业用拭纸和过滤介质。
因此,需要生产非织造织物和由其制备的纤维制品的新方法,其是更有效的和/或更廉价的。本发明提供了新的由包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物的多组分纤维生产非织造织物的方法。
发明内容
在本发明的一种实施方案中,提供了一种制造非织造织物的方法。该方法包括:(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;(B)在足够的温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维网;和(C)水缠结(hydroentangling)微纤维网以生产非织造织物。
在本发明的另一实施方案中,提供了另一种制造非织造织物的方法。该方法包括:(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;和(B)在足够的温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维,并且同时水缠结微纤维以生产非织造织物。
我们的发明由此提供了新的且廉价的生产非织造织物的方法。非织造织物可以是平幅织物(flat fabric)或者三维形状的形式并且可以被结合到各种纤维制品如前述的那些中。
附图说明
图1举例说明了纺粘方法。
图2举例说明实施例如何彼此相关。
具体实施方式
通过参考本发明以下优选实施方案的详细说明和本文中所包含的实施例和参考附图及其先前和随后的说明,本发明可以更易于得到理解。
在公开和描述本发明化合物、组合物、制品、设备和/或方法之前,应当理解本发明并不限于具体的合成方法、具体的工艺或者具体的装置,其当然可以变化。同样应当理解,本文中使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案的目的,并不意图用于进行限制。
在此说明书和随后的权利要求中,将提及若干应当定义为具有以下含义的术语。
除非在上下文中另外进行了清楚说明,在说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“a”、“an”和“the”包括复数提及物。由此,例如,聚合物包括一或多个(种)聚合物。
在本文中,范围可以表示为从“约”一个特定的值开始,和/或至“约”另一个特定的值。当表示为所述范围时,另一实施方案包括从一个具体值开始和/或至另一个具体值。类似地,当通过使用在先的“约”将数值表示为近似值时,应当理解该特定的值形成了另一实施方案。另外应当理解,每个范围的端点在相对于其它端点和独立于其它端点之外两方面都是重要的。进一步,在本说明书和权利要求中所述的范围意图特别包括整个范围,而非仅仅端点。例如,描述为0~10的范围意图公开0~10之间的所有整数,比如1、2、3、4等,0~10之间的所有分数,例如1.5、2.3、4.57、6.1113等,以及端点0和10。并且,与化学取代基团相关的范围,例如“C1-C5烃类”,意图特别地包括和公开了C1和C5烃类以及C2、C3和C4烃类。
“任选的”或者“任选地”是指随后描述的事件或者情况可能存在或者可能不存在,并且所述描述包括其中所述事件或环境存在的情况和其中所述事件或环境不存在的情况。例如,短语“任选加热的”是指该材料可能被加热或者可能未被加热,并且该短语包括加热的和没有加热的过程。
除非另有陈述,说明书和权利要求中所用的表示成分的数量、性能如分子量、反应条件等的所有数字应被理解为在一切情况下被术语″约″所修饰。因此,除非相反地指出,在以下说明书和所附权利要求中所述的数值参数是近似的,其可以变化,这取决于设法通过本发明获得的期望的性能。至少,各个数值参数应当至少根据所报道的有效数字的数目并且通过应用常规的取整技术来理解。尽管在本发明宽泛范围内所列的数值范围和参数都是近似值,但是列于具体实施例中的数值都尽可能精确地进行报告。然而,任何数值都固有地包含某些必然源于其各自测试测量中存在的标准偏差的误差。
如本文中使用的,术语“非织造织物”或“非织造网”是指一种并非以可识别的方式(如在针织物中的那样)插入中间的单根纤维或线的结构。非织造织物的基重通常表示为材料的盎司每平方码(osy)或者克每平方米(gsm)。
如本文中使用的,术语“纤维”是指由使聚合物通过成形孔如模头形成的伸长的挤出物。除非另外指出的,术语“纤维”包括具有确定长度的间歇股线和连续材料股线,如长丝。本发明的非织造织物可以由多组分切断纤维(staple multicomponent fiber)形成。这样的切断纤维可以被梳理并且粘合而形成非织造织物。然而,令人想望地,本发明的非织造织物是使用连续多组分长丝制造的,其被挤出,拉伸和铺设在移动的成形表面上。
如本文中使用的,术语“微纤维”是指小直径纤维,其平均直径不大于约12微米,例如平均直径为约3微米-约8微米。纤维还通常以旦数来描述。较小的旦数表示较细小的纤维,较高的旦数表示较厚或较大的纤维。例如,15微米聚丙烯纤维的旦数为约1.42(152×0.89×0.00707=1.415)。用于生产本发明的非织造织物所使用的微纤维典型地具有如下的d/f值:1或更小,0.5或更小,或0.1或更小。
如本文中使用的,术语“多组分纤维”或“共轭纤维”是指这样的纤维,其已经由至少两种聚合物组分形成。这样的纤维通常从单独的挤出机挤出,但是纺丝在一起而形成一根纤维。相应组分的聚合物通常彼此不同,然而多组分纤维可以包括相似的或相同的聚合物材料的单独的组分。单独的组分典型地沿多组分纤维的断面在基本上固定设置的不同区段(segment)或区中排列并且基本上沿着多组分纤维的整个长度延伸。这样的多组分纤维的构型可以例如是并列型结构、饼型(pie)结构或者其它结构。多组分纤维和制造其的方法在以下文献中得到了教导:U.S.Pat.No.5,108,820(Kaneko等);U.S.Pat.No.4,795,668(Krueger等);U.S.Pat.No.5,382,400(Pike等);U.S.Pat.No.5,336,552(Strack等);U.S.专利申请Ser.No.08/550,042(申请日1996年10月30日,Cook);和U.S.专利申请Ser.No.11/344,320(2006年1月31日,Gupta等)。纤维和包括其的单独的组分还可具有各种不规则的形状,如以下文献中所述的那些:U.S.Pat.No.5,277,976(Hogle等);U.S.Pat.Nos.5,162,074和5,466,410(Hills);和U.S.Pat.Nos.5,069,970和5,057,368(Largman等).上述专利和申请的全部内容,在其不与本文中的陈述相悖的程度下,引入本文作为参考。
如本文中使用的,术语“聚合物”通常包括但不局限于均聚物,共聚物,例如嵌段、接枝、无规和交替共聚物,三聚物等,和其共混物和改性物。此外,除非另外特别限制,术语“聚合物”应包括分子的全部可能的几何构型。这些构型包括但不局限于全同立构,间规立构和无规对称。
如本文中使用的,关于作为多组分纤维的一种组分的水可分散的磺基聚酯,术语“水可分散的”意图与术语“水-可驱散的”、“水-可分离的”、“水-可溶解的”、“水可消除的”、“水溶性的”、“水-可除去的”、“水溶的”和“水分散性的”同义,并且意图是指磺基聚酯组分被充分地从多组分纤维中除去并且在水的作用下被分散或溶解,从而能够释放和分离其中所含的水不可分散的聚合物纤维。术语“分散”、“可分散的”、“驱散”或“可驱散的”是指,使用足够量的去离子水(例如,100∶1的水∶纤维,按重量计)以形成纤维的疏松的悬浮液或浆料,在约60℃的温度下,和在至多5天的时间内,磺基聚酯组分将多组分纤维溶解、分解或与其分离,从水不可分散的聚合物区段(segment)中留下多个微纤维。在本发明的范围内,全部这些术语是指水或者水和水-可混溶的助溶剂的混合物对本文中所述的水可分散的磺基聚酯的活性。这种水-可混溶的助溶剂的实例包括但不局限于醇、酮、二醇醚(glycol ethers)、酯等等。对于这种术语来说,意图包括这样的状况,其中水可分散的磺基聚酯被溶解以形成真溶液,以及其中水可分散的磺基聚酯被分散在水介质中的那些。常常,由于磺基聚酯组合物的统计学性质,当将单个磺基聚酯样品置于水介质中时,有可能具有可溶性级分和被分散的级分。
术语“区段(segment)”或“域”或“区”,当用于描述多组分纤维的成形断面时,是指包括水不可分散的聚合物的断面中的区域,其中这些域或区段(segment)通过介于区段(segment)或域之间的水可分散的磺基聚酯而基本上彼此隔离。如本文中使用的,术语“基本上隔离”,意图是指区段(segment)或域彼此分开,从而当除去磺基聚酯时,允许区段(segment)、域形成单独的纤维。区段(segment)或域或区可以具有相似的大小与形状或者不同的大小与形状。此外,区段(segment)或域或区能够以任何构型排列。这些区段(segment)或域或区沿多组分挤出物或纤维的长度方向,是“基本上连续的”。术语“基本上连续的”是指沿多组分纤维的至少10厘米的长度是连续的。
本发明提供了从多组分纤维生产非织造织物的方法,其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物。
在一个实施方案中,提供了一种方法,其包括:(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;(B)在足够的温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维网;和(C)水缠结微纤维网以生产非织造织物。
我们的发明的多组分纤维可以通过熔纺单一磺基聚酯或磺基聚酯和与磺基聚酯不溶混的水不可分散的聚合物的共混物来制备。例如在美国专利5,916,678中,通过挤出磺基聚酯和一种或多种水不可分散的聚合物,后者是与磺基聚酯不溶混的,单独地通过具有成形或加工横断几何形状(例如,海岛型、皮芯型、并列型或扇饼型(segmented pie)构型)的喷丝板,制备了一种多组分纤维。通过溶解界面层或饼状区段(segment)并且留下水不可分散的聚合物的较小的长丝或微纤维而随后除去水可分散的磺基聚酯。水不可分散的聚合物的这些纤维具有的纤维尺寸远远小于在除去水可分散的磺基聚酯前的多组分纤维的尺寸。
在一个实施方案中,多组分纤维通过下述方式生产:将磺基聚酯和水不可分散的聚合物进料到聚合物分配系统,其中聚合物被引入扇形(segmented)喷丝板。聚合物按照单独的路径到达纤维喷丝板,并且在喷丝板孔处结合,所述喷丝板孔包括两个同心的圆孔,因而提供了皮芯型纤维,或者其包括圆形的喷丝板孔,该喷丝板孔沿着直径分为多个部分,从而提供并列型纤维。或者,不溶混的水可分散的磺基聚酯和水不可分散的聚合物可以被单独地引入具有多个径向通道的喷丝板以生产具有扇饼型(segmented pie)断面的多组分纤维。一般地,磺基聚酯将形成皮芯型构型的“皮”组分。在具有多个区段(segment)的纤维断面中,水不可分散的区段(segment),一般地,被磺基聚酯基本上彼此隔离。
或者,多组分纤维可以这样形成,包括在单独的挤出机中熔融磺基聚酯和水不可分散的聚合物,并且将聚合物流动导入一个具有多个分布流动路径的喷丝板,形式为小的细管或区段(segment)以提供具有海岛型成形断面的多组分纤维。这种喷丝板的实例描述在美国专利5,366,804中,在其不与本文中的陈述相悖的程度下,引入本文作为参考。在本发明中,一般地,磺基聚酯将形成“海”组分,水不可分散的聚合物将形成“岛”组分。
如本发明中所说明的,多组分纤维的成形断面可以例如是以下形式的:皮芯型、海岛型、扇饼型(segmented pie)、空心的扇饼型(hollowsegmented pie)、偏心的扇饼型(off-centered segmented pie)等等。
本发明的多组分纤维是由聚酯,或者更具体地说,磺基聚酯,制备的,其包括二羧酸单体残余物、磺基化单体残余物、二醇单体残余物和重复单元。磺基化单体可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸。因此,术语“单体残余物”,如本文中使用的,是指二羧酸、二醇或羟基羧酸的残余物。“重复单元”,如本文中使用的,是指具有2个通过羰氧基连接的单体残余物的有机结构。本发明的磺基聚酯包含基本上等摩尔比的酸残余物(100mol%)和二醇残余物(100mol%),其以基本上相等的比例反应,使得重复单元的总摩尔数等于100mol%。因此,本公开内容中提供的摩尔百分比可以基于酸残余物的总摩尔数、二醇残余物的总摩尔数或重复单元的总摩尔数。例如,基于总重复单元包含30mol%的可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸的磺基化单体的磺基聚酯是指这样的磺基聚酯,在总共100mol%的重复单元中,包含30mol%磺基化单体。因此,在每100mol重复单元中,存在30mol的磺基化单体残余物。同样,基于总酸残余物包含30mol%的二羧酸磺基化单体的磺基聚酯,是指在总共100mol%酸残余物中,磺基聚酯包含30mol%磺基化单体。因此,在后一情况中,在每100摩尔的酸残余物中存在30mol的磺基化单体残余物。
本文中所述的磺基聚酯具有至少约0.1dL/g的比浓对数粘度,在下文缩写为“Ih.V.”,在25℃在60/40重量份的苯酚/四氯乙烷溶剂的溶液中以及以100mL的溶剂中约0.5g的磺基聚酯的浓度测量的。磺基聚酯的比浓对数粘度可以为约0.2-0.3dl/g。比浓对数粘度的另一范围是大于约0.3dl/g。如本文中使用的,术语“聚酯”包含“均聚酯”和“共聚酯”并且是指通过双官能羧酸与双官能羟基化合物的缩聚而制备的合成聚合物。如本文中使用的,术语“磺基聚酯”意思是任何包含磺基化单体的聚酯。
通常双官能羧酸是二羧酸,双官能羟基化合物是二元醇,例如二醇(glycol)和二醇(diol)。或者,双官能羧酸是羟基羧酸,例如对羟基苯甲酸,而双官能羟基化合物可能是带有2个羟基取代基的芳基核,例如氢醌。如本文中使用的,术语“残余物”意思是任何通过涉及相应的单体的缩聚反应而引入聚合物的有机结构。因此,二羧酸残余物可以衍生自二羧酸单体或其相关的酰卤、酯、盐、酸酐或其混合物。因此,如本文中使用的,术语二羧酸意图包括二羧酸和二羧酸的任何衍生物,包括其相关的酰卤、酯、半酯、盐、半盐、酸酐、混合酸酐或其混合物,它们可用于与二醇的缩聚过程以制备高分子量聚酯。
本发明的磺基聚酯包括一种或多种二羧酸残余物。取决于磺基化单体的类型和浓度,二羧酸残余物可以包含约60-约100摩尔%的酸残余物。二羧酸残余物的浓度范围的其他例子是约60摩尔%-约95摩尔%,和约70摩尔%-约95摩尔%。可以使用的二羧酸的例子包括脂族二羧酸、脂环族二羧酸、芳族二羧酸,或两种或多种这些酸的混合物。因此,合适的二羧酸包括但不局限于,琥珀酸;戊二酸;己二酸;壬二酸;癸二酸;富马酸;马来酸;衣康酸;1,3-环己烷二羧酸;1,4-环己烷二羧酸;二羟乙酸;2,5-降莰烷二羧酸;邻苯二甲酸;对苯二甲酸;1,4-萘二羧酸;2,5-萘二羧酸;联苯甲酸;4,4′-氧联二苯甲酸(oxydibenzoic);4,4′-磺酰二苯甲酸;和间苯二甲酸。优选的二羧酸残余物是间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二羧酸,或者如果使用二酯的话,对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯、和1,4-环己烷二羧酸二甲酯。尽管二羧酸甲酯可以被使用,但是也可接受的是包括高阶(higher order)烷基的酯,例如乙基、丙基、异丙基、丁基等等。此外,芳族酯,特别是苯基酯,也可以使用。
磺基聚酯包括约4-约40mol%,基于总重复单元,的至少一种磺基化单体的残余物,其具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸盐基团,其中该官能团是羟基,羧基或其组合。对于磺基化单体残余物的浓度范围的其它例子是约4-约35摩尔%,约8-约30摩尔%,和约8-约25摩尔%,基于总的重复单元。磺基化单体可以是包含磺酸盐基团的二羧酸或其酯、包含磺酸盐基团的二醇、或包含磺酸盐基团的羟酸。术语“磺酸盐”指的是具有结构“-SO3M”的磺酸盐,其中M是磺酸盐的阳离子。磺酸盐的阳离子可以是金属离子,如Li+、Na+、K+、Mg++、Ca++、Ni++、Fe++等等。或者,磺酸盐的阳离子可以是非金属的,如在,例如,美国专利4,304,901中描述的含氮碱。氮基的阳离子来源于含氮碱,其可以是脂族的、环脂族的、或芳族的化合物。这样的含氮碱的例子包括氨、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、吡啶、吗啉和哌啶。因为包含氮基的磺酸盐的单体通常在需要制备熔融状态的聚合物的条件下是热不稳定的,因此本发明的用于制备含氮基磺酸盐基团的磺基聚酯的方法是以其碱金属盐的形式将包含所需量的磺酸盐基团的聚合物分散、驱散、或溶解在水中,然后用氮基阳离子交换碱金属阳离子。
当一价碱金属离子用作磺酸盐的阳离子时,所得到的磺基聚酯完全地可分散在水中,其分散的速率(rate)取决于聚合物中的磺基化单体的含量、水的温度、磺基聚酯的表面积/厚度等等。当使用二价金属离子时,所得到的磺基聚酯不容易被冷水分散,但是更容易地通过热水分散。在单一的聚合物组合物中利用大于一种的平衡离子是可行的并且可以提供定制或调整所得制品的水响应性(water-responsivity)的方法。磺基化单体残余物的例子包括这样的单体残余物,其中磺酸盐基团连接到芳族酸环(nucleus),例如,苯;萘;联二苯(diphenyl);氧联二苯(oxydiphenyl);磺酰联二苯(sulfonyldiphenyl);和亚甲基联二苯(methylenediphenyl),或环脂族环,例如,环己基;环戊基;环丁基;环庚基和环辛基。可用于本发明的磺基化单体残余物的其它实例是磺基邻苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸或其组合的金属磺酸盐。可以使用的磺基化单体的其它例子是5-钠代磺基间苯二甲酸和其酯。如果磺基化单体残余物来自5-钠代磺基间苯二甲酸,通常磺基化单体浓度范围是约4-约35摩尔%,约8-约30摩尔%,和约8-25摩尔%,基于酸残余物的总摩尔数。
用在制备磺基聚酯中的磺基化单体是已知的化合物,和可以使用本领域众所周知的方法制备。例如,其中磺酸盐基团连接到芳族环的磺基化单体可以这样制备,包括用发烟硫酸磺化芳族化合物以获得相应的磺酸,然后和金属氧化物或碱,例如,乙酸钠,反应来制备磺酸盐。制备不同的磺基化单体的方法描述在,例如,美国专利3,779,993;3,018,272和3,528,947中。
也可能的是当聚合物是分散的形式时,使用,例如,钠磺酸盐,和离子交换方法来用如锌等的不同的离子替换钠来制备聚酯。在钠盐通常更易溶解在聚合物反应物熔融相的范围内,这种类型的离子交换方法通常优于用二价盐制备聚合物。
磺基聚酯包括一种或多种二醇残余物,其可以包括脂族、环脂族和芳烷基二醇。环脂族二醇,例如,1,3-和1,4-环己烷二甲醇,可能以它们的纯顺式或反式异构体的形式或以顺式和反式异构体混合物的形式存在。如本文中使用的,术语“二醇(diol)”是和术语“二醇(glycol)”同义的,并且是指任何的二元醇。二醇的例子包括但是不限于,乙二醇;二甘醇;三甘醇;聚乙二醇;1,3-丙二醇;2,4-二甲基-2-乙基己烷-1,3-二醇;2,2-二甲基-1,3-丙二醇;2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇;2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇;1,3-丁二醇;1,4-丁二醇;1,5-戊二醇;1,6-己二醇;2,2,4-三甲基-1,6-己二醇;硫代二乙醇;1,2-环己烷二甲醇;1,3-环己烷二甲醇;1,4-环己烷二甲醇;2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇;对苯二甲醇(xylylenediol),或这些二醇中的一种或多种的组合。
二醇残余物可以包括约25摩尔%-约100摩尔%,基于总二醇残余物,的具有以下结构的聚(乙二醇)的残余物
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数。较低分子量的聚乙二醇的非限制性实例,例如,其中n是2-6,是二甘醇、三甘醇和四甘醇。在这些较低分子量的二醇中,二甘醇和三甘醇是优选的。较高分子量的聚乙二醇(在此缩写为“PEG”),其中n是7-约500,包括市售可得的已知的名称为
Figure A20078004916900191
的产品,其是Dow Chemical Company(以前的UnionCarbide)的产品。通常,PEG和其它的二醇组合使用,所述二醇例如为,二甘醇或乙二醇。基于n的值,其在大于6至500范围内变化,分子量可以在大于300-约22,000g/mol之间变化。分子量和摩尔%是彼此成反比的;具体地说,随着分子量的增大,摩尔%将会降低以达到指定程度的亲水性。例如,这个概念说明性的是设想具有1000分子量的PEG可构成总二醇的高达10摩尔%,而具有10,000分子量的PEG将通常以低于总二醇的1摩尔%的水平引入。
由于副反应,可能在原位形成某些二聚物、三聚物和四聚物,所述副反应可以通过改变工艺条件来控制。例如,变化量的二甘醇、三甘醇和四甘醇可以由乙二醇形成,这来自于在酸性条件下进行缩聚反应时容易发生的酸催化脱水反应。本领域技术人员众所周知,存在的缓冲溶液可以添加到反应混合物来延迟这些副反应。但是,其它的组成范围是可能的,如果省略缓冲溶液和容许二聚反应、三聚反应和四聚反应进行的话。
本发明的磺基聚酯可以包括0-约25mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合。支化单体的非限制性实例是1,1,1-三羟甲基丙烷、1,1,1-三羟甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤藓醇、苏糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羟甲基丙酸或其组合。支化单体浓度范围的进一步的实例是0-约20mol%和0-约10mol%。支化单体的存在可能导致对本发明的磺基聚酯的许多可能的益处,包括但不限于,对定制流变性、溶解性和拉伸性能的能力。例如,在恒定的分子量下,支化的磺基聚酯,与线性的类似物相比,将会具有更大的端基浓度,其可以促进聚合后交联反应。但是,在高的支化剂浓度下,磺基聚酯可能倾于凝胶化。
用于本发明的多组分纤维的磺基聚酯具有的玻璃化转变温度,在此缩写为“Tg”,为至少25℃,其是使用如本领域技术人员众所周知的差示扫描量热法(“DSC”)的标准技术对干燥的聚合物测量的。本发明的磺基聚酯的Tg测量是使用“干燥的聚合物”进行的,即,一种聚合物样品,其中通过把聚合物加热到约200℃的温度并且使样品回到室温来驱散外来的或吸收的水。通常,磺基聚酯在DSC仪器中通过进行最初的热扫描而干燥,其中,样品加热到大于水汽化温度的温度,样品保持在这个温度下直到聚合物中吸收的水完全汽化为止(如由大的、宽的吸热所指示的),把样品冷却到室温,然后进行第二次热扫描以获得Tg测量。磺基聚酯显示出的玻璃化转变温度的进一步的实例是至少30℃,至少35℃,至少40℃,至少50℃,至少60℃,至少65℃,至少80℃,和至少90℃。尽管其它的玻璃化转变温度是可能的,在我们的发明中,干燥的磺基聚酯的通常的玻璃化转变温度是约30℃,约48℃,约55℃,约65℃,约70℃,约75℃,约85℃和约90℃。
在另一实施方案中,然而,本发明的磺基聚酯可以是单一聚酯,或者,可以与一种或多种辅助的聚合物共混而改变所得的多组分纤维的性能。辅助的聚合物可以是或者可以不是水可分散的,这取决于应用,并且可以是与磺基聚酯可混溶的或者不溶混的。如果辅助的聚合物是水不可分散的,优选的是具有磺基聚酯的共混物是不溶混的。术语“可混溶的”,如本文中使用的,意图是指共混物具有单一、均质的无定形相,如由单一组成-依赖的Tg所指明的。例如,与第二聚合物可混溶的第一聚合物可以用于“增塑”第二聚合物,例如,如在美国专利6,211,309中所举例说明的。相形之下,术语“不溶混的”,如本文中使用的,表示这样的共混物,其显示出至少2个、随机混合的相并且显示出多于一个Tg。一些聚合物可以是与磺基聚酯不溶混的,但与磺基聚酯相容。可混溶的和不溶混的聚合物共混物的进一步的概述和用于其表征的各种分析技术可见于以下文献中:Polymer Blends(聚合物共混物)卷1和2,编者D.R.Paul和C.B.Bucknall,2000,John Wiley & Sons,Inc。
可以与磺基聚酯共混的水可分散的聚合物的非限制性实例是聚甲基丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯-丙烯酸共聚物、聚乙烯甲醚、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、羟基丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、异丙基纤维素、甲基醚淀粉、聚丙烯酰胺、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚乙基噁唑啉、聚(2-异丙基-2-噁唑啉)、聚乙烯基甲基噁唑烷酮、水可分散的磺基聚酯、聚乙烯基甲基噁唑烷酮(oxazolidimone)、聚(2,4-二甲基-6-三嗪基乙烯)和氧化乙烯-氧化丙烯共聚物。可以与磺基聚酯共混的水不可分散的聚合物的实例包括但不局限于聚烯径,如聚乙烯和聚丙烯的均聚物和共聚物;聚(对苯二甲酸乙二酯);聚(对苯二甲酸丁二酯);和聚酰胺,如尼龙-6;聚交酯;己内酯;Eastar
Figure A20078004916900211
(聚(四亚甲基己二酸酯-co-对苯二甲酸酯),Eastman ChemicalCompany的产品);聚碳酸酯;聚氨酯;和聚氯乙烯。
根据我们的发明,多于一种的磺基聚酯的共混物可以用于定制所得非织造织物或纤维网的终端使用性能。一种或多种磺基聚酯的共混物将具有至少25℃的玻璃化转变温度。因此,共混还可被利用而改变磺基聚酯的加工特性从而促进非织造织物的制造。
磺基聚酯和辅助的聚合物可以以间歇、半连续或连续过程进行共混。小规模的批料可易于在本领域技术人员众所周知的任何高强度的混合设备中进行制备,如班伯里密炼机,然后熔纺纤维。所述组分还可在合适的溶剂中在溶液中进行共混。熔融共混方法包括在足以熔融聚合物的温度下共混磺基聚酯和辅助的聚合物。共混物可以被冷却并且粒化以便进一步的使用,或者熔融共混物可以被直接地由这种熔融共混物熔纺成纤维形式。术语“熔融”,如本文中使用的,包括但不局限于仅仅软化聚酯。对于聚合物技术领域中通常已知的熔融混合方法来说,参见Mixing and Compounding of Polymers(I.Manas-Zloczower & Z.Tadmoreditors,Carl Hanser Verlag Publisher,1994,New York,N.Y.).
在本发明的另一实施方案中,多组分纤维中的磺基聚酯的玻璃化转变温度(Tg)为至少25℃,并且该磺基聚酯包括:
(A)约50-约96mol%的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残余物,基于总酸残余物;
(B)约4-约30mol%,基于总酸残余物,的钠代磺基间苯二甲酸的残余物;
(C)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;(iv)0-约20mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合。
如上文中所述,多组分纤维可以任选地包括与磺基聚酯共混的第一水可分散的聚合物;和,任选地,与磺基聚酯共混的水不可分散的聚合物,使得该共混物是不溶混的共混物。第一水可分散的聚合物是如上文所描述的。磺基聚酯可以具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg),但是可以具有例如下述的Tg:约35℃、约48℃、约55℃、约65℃、约70℃、约75℃、约85℃和约90℃。磺基聚酯可以包含其它浓度的间苯二甲酸残余物,例如,约60摩尔%-约95摩尔%,和约70摩尔%-约95摩尔%。间苯二甲酸残余物的浓度范围的进一步的实例是约70摩尔%-约85摩尔%,约85摩尔%-约95摩尔%,和约90摩尔%-约95摩尔%。磺基聚酯还可以包含约25-约95mol%的二甘醇的残余物。二甘醇残余物的浓度范围的进一步的实例包括约50-约95mol%、约70-约95mol%和约75-约95mol%。磺基聚酯还可以包括乙二醇和/或1,4-环己烷二甲醇(在本文中缩写为“CHDM”)的残余物。CHDM残余物的典型的浓度范围为约10-约75mol%、约25-约65mol%和约40-约60mol%。乙二醇残余物的典型的浓度范围为约10-约75mol%、约25-约65mol%和约40-约60mol%。在另一实施方案中,磺基聚酯包括约75-约96mol%的间苯二甲酸的残余物和约25-约95mol%的二甘醇的残余物。
本发明的磺基聚酯,使用典型的缩聚反应条件,易于由合适的二羧酸、酯、酸酐或盐,磺基化单体和合适的二醇或二醇混合物来制备。它们可以通过连续、半连续和间歇的操作方式来制备并且可以利用各种反应器类型。合适的反应器类型的实例包括但不局限于搅拌罐、连续搅拌罐、浆液反应器、管式反应器、揩薄膜反应器(wiped-film reactor)、降膜反应器或挤出反应器。术语“连续”,如本文中使用的,是指一种方法,其中反应物的引入和产品的回收以非间断方式同时进行。“连续”是指在操作中该方法是基本上或者完全连续的,与“间歇”方法形成对比。“连续”不以任何方式意味着禁止在连续性的方法中由于例如启动、反应器维修或预定停车周期所造成的正常的中断。术语“间歇”方法,如本文中使用的,是指一种方法,其中全部反应物被添加到反应器中,随后根据预定的反应过程进行处理,在此期间,没有物料进料到反应器中或者从反应器中取出物料。术语“半连续”是指一种方法,其中一些反应物在方法开始时加入,而剩余的反应物随着反应发展而连续地进料。或者,半连续过程还可包括一种类似于间歇过程的方法,其中在方法开始时,添加全部的反应物,不同的是,随着反应发展,连续地取出一种或多种产物。所述方法以连续过程的方式操作是有利的,这是出于经济的原因,并且以便产生聚合物的优良颜色,因为如果使磺基聚酯在高温下在反应器中停留太长的时间的话,其在外观上可能变差。
本发明的磺基聚酯通过本领域技术人员已知的方法制备。磺基化单体最通常是被直接添加到反应混合物中,由所述反应混合物制备聚合物,但是其他方法是已知的并且可以被使用,例如,如美国专利3,018,272、3,075,952和3,033,822中所描述的。使用常规的聚酯聚合条件,可以进行磺基化单体、二醇组分和二羧酸组分的反应。
例如,当通过酯交换反应制备磺基聚酯时,即由二羧酸组分的酯形式来制备,反应过程可以包括两个步骤。在第一步骤中,二醇组分和二羧酸组分,例如间苯二甲酸二甲酯,在升温下进行反应,一般为约150℃-约250℃,进行约0.5-约8小时,压力为约0.0kPa(表压)-约414kPa(表压)(60磅/平方英寸,“psig”)优选地,酯交换反应的温度为约180℃-约230℃,进行约1-约4小时,而优选的压力为约103kPa(表压)(15psig)-约276kPa(表压)(40psig)。
其后,反应产物在较高的温度和在降低的压力进行加热而形成具有消除二醇的磺基聚酯,其在这些条件下是容易挥发的并且从系统中被除去。该第二步骤,或者缩聚步骤,在较高的真空和温度下继续,通常为约230℃.-约350℃,优选地约250℃-约310℃和最优选约260℃-约290℃达约0.1-约6时,或者优选地,约0.2-约2小时,直到获得具有期望的如根据比浓对数粘度测定的聚合度的聚合物。缩聚步骤可以在降低的压力进行,所述压力为约53kPa(400托)-约0.013kPa(0.1托)。搅拌或者合适的条件被用于两阶段中以确保足够的热传递和反应混合物的表面更新。两阶段的反应可以受到合适的催化剂的促进,例如,烷氧基钛化合物,碱金属氢氧化物和醇化物,有机羧酸的盐,烷基锡化合物,金属氧化物等。还可使用三阶段的制造方法,类似于美国专利5,290,631中所述的那些的,特别是当使用酸或酯的混合单体进料时。
为了保证驱动二醇组分和二羧酸组分的反应通过酯交换反应机理而完成,优选使用约1.05-约2.5摩尔的二醇组分:1摩尔二羧酸组分。然而,本领域技术人员将理解,二醇组分和二羧酸组分的比值通常是通过其中发生反应过程的反应器的设计所确定的。
在通过直接酯化制备磺基聚酯中,即,从酸式的二羧酸组分出发,通过二羧酸或二羧酸的混合物与二醇组分或二醇组分的混合物的反应生产磺基聚酯。反应在以下条件下进行:压力约7kPa(表压)(1psig)-约1379kPa(表压)(200psig),优选地小于689kPa(100psig),以生产低分子量线性或分枝的磺基聚酯产物,其具有约1.4-约10的平均聚合度。在直接酯化反应期间使用的温度一般为约180℃-约280℃。另一范围是约220℃-约270℃。这种低分子量聚合物然后可以通过缩聚反应来聚合。
本发明的多组分的纤维、非织造织物和纤维制品还可能包含其它常规添加剂和成分,其没有有害地影响它们的最终用途。例如可以使用添加剂如填料,表面摩擦改性剂,光和热稳定剂,挤出助剂,抗静电剂,着色剂,染料,颜料,荧光增白剂,抗微生物,防伪标记,疏水和亲水增强剂,粘度调节剂,滑爽剂,增韧剂,粘合增进剂等。
我们的发明的多组分纤维、非织造织物和纤维制品没有要求存在添加剂,例如颜料,填料,油、蜡或脂肪酸面层(finish),以阻止在加工期间纤维的粘连或融合。术语“粘连或融合”,如本文中使用的,应理解为是指纤维或纤维制品粘在一起或者融合成一团,使得纤维不能被加工或者用于其预定的目的。粘连和融合可以在纤维或纤维制品的加工期间或者在数天或数周的存储期间发生,并且在热、潮湿的条件下加重。
在本发明的一种实施方案中,多组分纤维、非织造织物和纤维制品可以包含小于10wt%的这种防粘连添加剂,基于多组分纤维或纤维制品的总重量。例如,多组分纤维和纤维制品可以包含小于10wt%的颜料或填料。在其它实例中,多组分纤维、非织造织物和纤维制品可以包含小于9wt%,小于5wt%,小于3wt%,小于1wt%和0wt%的颜料或填料,基于多组分纤维的总重量。着色剂,有时称为调色剂,可以被添加以便赋予磺基聚酯所期望的中性的色调(hue)和/或亮度(brightness)。当有色多组分纤维是期望的时候,颜料或着色剂可以在二醇单体和二羧酸单体的反应期间被添加在磺基聚酯反应混合物中,或者它们可以与预成形的磺基聚酯熔融共混。添加着色剂的优选的方法是使用具有热稳定性的有机有色化合物(其具有活性基团)的着色剂,使得着色剂被共聚合并且引入到磺基聚酯中,从而改进其色调。例如,着色剂,如染料,其具有反应性羟基和/或羧基,包括但不限于,蓝和红取代的蒽醌,可以被共聚合到聚合物链中。
在本发明的一种实施方案中,多组分纤维中所包含的的磺基聚酯的玻璃化转变温度(Tg)为至少57℃。已经发现至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)特别有用于多组分纤维,以防止在纺丝和卷取(take up)期间多组分纤维的粘连和融合。因此,在本发明的一种实施方案中,使用一种具有成形断面的多组分纤维以制造非织造织物,其包括:
(A)玻璃化转变温度(Tg)为至少57℃的水可分散的磺基聚酯,该磺基聚酯包括:
(i)一种或多种二羧酸的残余物;
(ii)约4-约40mol%,基于总重复单元,的至少一种磺基化单体的残余物,其具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸根基团,其中该官能团是羟基,羧基或其组合;
(iii)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;和
(iv)0-约25mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合;和
(B)多个区段(segment),其包括与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物,其中该区段(segment)通过介于所述区段(segment)之间的磺基聚酯基本上彼此隔离;
其中纤维具有海岛型或扇饼型(segmented pie)断面。
二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基化单体和支化单体残余物,如前所述的,用于本发明的其它实施方案中。对于多组分纤维来说,有利的是磺基聚酯的Tg为至少57℃。可由我们的多组分纤维的磺基聚酯或磺基聚酯共混物显示出的玻璃化转变温度的进一步的实例是至少60℃,至少65℃,至少70℃,至少75℃,至少80℃,至少85℃,和至少90℃。进一步,为获得具有至少57℃的Tg的磺基聚酯,可以以变化的比例使用一种或多种磺基聚酯的共混物以获得具有期望的Tg的磺基聚酯共混物。可以通过使用磺基聚酯组分的玻璃化转变温度的加权平均值来计算磺基聚酯共混物的Tg。例如,Tg为48℃的磺基聚酯可以与Tg为65℃的另一磺基聚酯以25∶75(wt∶wt)的比例共混而得到Tg为大约61℃的磺基聚酯共混物。
在本发明的另一实施方案中,多组分纤维的水可分散的磺基聚酯组分呈现了各种性能,其容许下列中的至少一种:
(A)多组分纤维被纺丝成期望的低旦数,和
(B)多组分纤维是热可定形的,从而得到一种稳定的、坚固的非织造织物。使用具有某种熔体粘度和磺基化单体残余物水平的磺基聚酯,在促进这些目的中获得了令人惊奇且出人意料的结果。
因此,在本发明的这种实施方案中,使用了一种多组分纤维,其具有成形断面,包括:
(A)至少一种水可分散的磺基聚酯;和
(B)多个域(domains),所述域包括与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物,其中所述域通过介于所述域之间的所述磺基聚酯基本上彼此隔离,
其中该多组分纤维的初纺旦数小于约6单丝旦数;
其中水可分散的磺基聚酯显示出小于约12,000泊的熔体粘度,在240℃在1弧度/秒的应变速率下测量的,和
其中磺基聚酯包括小于约25mol%的至少一种磺基化单体的残余物,基于二酸或二醇残余物的总摩尔数。
在这些多组分纤维中使用的磺基聚酯的熔体粘度通常小于约12,000泊。磺基聚酯的熔体粘度的其它范围是小于10,000泊,小于6,000,和小于4,000泊,测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。在另一方面中,磺基聚酯显示出这样的熔体粘度:约1000-约12000泊,约2000-约6000泊,约2500-约4000泊,测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。在测定粘度前,样品在60℃在真空烘箱中干燥2天。熔体粘度是使用流变仪测量的,以1mm辊隙调定,其具有25mm直径的平行盘几何结构。动态扫频(dynamic frequency sweep)是在应变速率为1-400弧度/秒和10%应变幅度的条件下进行的。然后在240℃和1弧度/秒的应变速率的条件下测量粘度。
用于本发明这一实施方案的磺基聚酯聚合物中的磺基化单体残余物的水平通常是小于约25mol%,或者,小于20mol%,以磺基聚酯中的总二酸或二醇残余物的百分数来报道。磺基聚酯聚合物中的磺基化单体残余物的水平的其它范围为约4-约20mol%,约5-约12mol%,约7-约10mol%。在这一实施方案的另一方面中,用于本发明的磺基化单体可以具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸根基团,其中该官能团是羟基,羧基或其组合,例如,钠代磺基间苯二甲酸单体。
除如前所述的磺基化单体之外,磺基聚酯可以包括一种或多种二羧酸的残余物,一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数,和0-约20mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合。
在本发明的一种实施方案中,磺基聚酯包括约80-96mol%二羧酸残余物,约4-约20mol%磺基化单体残余物,和100mol%二醇残余物(总mol%为200%,即100mol%二酸和100mol%二醇)。更具体地说,磺基聚酯的二羧酸部分包括约60-80mol%对苯二甲酸,约0-30mol%间苯二甲酸,和约4-20mol%的5-钠代磺基间苯二甲酸(5-SSIPA)。二醇部分包括约0-50mol%二甘醇和约50-100mol%乙二醇。下文阐述根据本发明的这种实施方案的示范性的制剂。
  约mol%(基于二醇或二酸残余物的总摩尔)
对苯二甲酸   71
间苯二甲酸   20
5-SSIPA     9
二甘醇     35
乙二醇     65
多组分纤维的水不可分散的组分可以包括本文中所述的那些水不可分散的聚合物中的任一种。多组分纤维的纺丝还可根据本文中所述的任何方法来进行。然而,根据本发明的这个方面的多组分纤维的改进的流变性质提供了提高的拉伸速度。当水可分散的磺基聚酯具有小于约12,000泊的熔体粘度,在240℃在1弧度/秒的应变速率下测量的,并且其中磺基聚酯包括小于约25mol%的至少一种磺基化单体的残余物,基于二酸或二醇残余物的总摩尔数,并且被挤出以生产多组分挤出物时,使用本文中所公开的任何方法,以至少约2000m/min的速度,多组分挤出物能够被熔融拉伸以生产该多组分纤维。在这种实施方案的另一方面中,多组分挤出物能够以如下范围内的速度被熔融拉伸:至少约3000m/min,至少约4000m/min,或至少约4500m/min。虽然不意欲受理论学说的约束,在这些速度熔融拉伸多组分挤出物导致在多组分纤维的水不可分散的组分中的至少一些取向结晶度。这种取向结晶度可以提高在下一工序期间由多组分纤维制成的非织造织物的尺寸稳定性。
由这样的磺基聚酯(具有小于约12,000泊的熔体粘度,在240℃在1弧度/秒的应变速率下测量的,并且其中磺基聚酯包括小于约25mol%的至少一种磺基化单体的残余物,基于二酸或二醇残余物的总摩尔数)生产的多组分挤出物的另一个优点在于它能够被熔融拉伸到初纺旦数(as-spun denier)小于6单丝旦数的多组分纤维。多组分纤维尺寸的其它范围包括初纺旦数小于4单丝旦数和小于2.5单丝旦数。
多组分纤维包括与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物的多个区段(segment)或域,其中所述区段(segment)或域通过介于所述区段(segment)或域之间的磺基聚酯基本上彼此隔离。如本文中使用的,术语“基本上隔离”,意图是指区段(segment)或域彼此分开,从而当除去磺基聚酯时,允许区段(segment)、域形成单独的纤维。例如,区段(segment)或域可以彼此接触,例如,以扇饼型(segmented pie)构型,但是通过冲击或者当除去磺基聚酯时,可以分裂开。
在本发明的多组分纤维中,磺基聚酯与水不可分散的聚合物组分的重量比通常为约60∶40-约2∶98,或者,在另一实例中,约50∶50-约5∶95。一般地,磺基聚酯占多组分纤维总重量的50wt%或以下。
多组分纤维的区段(segment)或域可以包括一种或多种(one of more)水不可分散的聚合物。可用于多组分纤维的区段(segment)中的水不可分散的聚合物的实例包括但不局限于聚烯径、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯。例如,水不可分散的聚合物可以是聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚环己烷二甲酸环己二酯,聚对苯二甲酸环己二酯,聚对苯二甲酸丙二酯等。
在本发明的一种实施方案中,水不可分散的聚合物是聚对苯二甲酸乙二酯,其比浓对数粘度为小于0.6dL/g,在25℃在60/40重量份的苯酚/四氯乙烷溶剂的溶液中以及以100mL的溶剂中约0.5g的聚对苯二甲酸乙二酯的浓度测量的。其它范围是小于0.55dL/g,小于0.4dL/g和小于0.3dL/g。具有这种比浓对数粘度的PET可以生产出在非织造织物的表面上具有优良的纤维缠结和较少散纤维(loose fibers)的改进的非织造织物。
在另一实例中,水不可分散的聚合物可以是生物可分解的(biodistintegratable),如根据德国工业标准54900测定的和/或生物可降解的,如根据ASTM标准方法,D6340-98测定的。生物可降解的聚酯和聚酯共混物的实例公开在美国专利5,599,858;5,580,911;5,446,079;和5,559,171中。术语“生物可降解的(biodegradable)”,如本文中使用的,关系到本发明的水不可分散的聚合物,应理解为是指聚合物在合适的并且明显的时间跨度中在环境影响下例如在堆肥(composting)环境中降解(degrade),例如,由题为″Standard Test Methods for Determining AerobicBiodegradation of Radiolabeled Plastic Materials in an Aqueous or CompostEnvironment(在含水或者堆肥环境中用于测定放射性标记的塑料材料的曝气生物降解的标准测试方法)″的ASTM标准方法,D6340-98所定义的。本发明的水不可分散的聚合物也可以是“生物可分解的(biodisintegratable)”,这是指聚合物容易在堆肥环境中支离破碎(fragment),例如由德国工业标准54900所定义的。例如,可生物降解的聚合物,在热、水、空气、微生物及其他因素的作用下,最初在环境中在分子量方面降低。分子量的这种降低导致物理性能(韧度)的损失并且常常导致纤维断裂。一旦聚合物的分子量足够低,单体和低聚物于是被微生物所同化。在含氧环境中,这些单体或者低聚物最终氧化为CO2、H2O和新的细胞生物质。在缺氧环境中,单体或者低聚物最终转化为CO2、H2、乙酸盐(酯)、甲烷和细胞生物质。
例如,水不可分散的聚合物可以是脂族-芳族聚酯,其在本文中缩写为“AAPE”。术语“脂族-芳族聚酯”,如本文中使用的,是指包括来自脂族或者环脂族二羧酸或者二醇和芳族二羧酸或者二醇的残余物的混合物的聚酯。术语“非芳族”,如本文中使用的,相对于本发明的二羧酸和二醇单体而言,是指单体的羧基或者羟基没有通过芳族环进行连接。例如,己二酸在其主链(即连接羧酸基团的碳原子链)中不包含芳族环,因此是“ 非芳族”的。相形之下,术语“芳族”是指在主链中二羧酸或者二醇包含芳族环,例如,对苯二甲酸或2,6-萘二甲酸。“非芳族”,因此,意图包括脂族和环脂族结构,例如,二醇和二羧酸,其包含组成碳原子的直链或支链或环状结构作为主链,所述组成碳原子在性质上可以是饱和或链烷的,不饱和的,即包含非芳族碳-碳双键,或者炔属,即,包含碳-碳三键。因此,在本发明的说明书和权利要求的范围内,非芳族意图包括线性和分枝的链结构(在本文中称为“脂族”)和环状结构(在本文中称为“脂环族(的)”或“环脂族(的)”)。术语“非芳族”,然而,不意图排除任何芳族取代基,其可以连接到脂族或环脂族二醇或二羧酸的主链。在本发明中,双官能羧酸一般地是脂族二羧酸,例如己二酸,或芳族二羧酸,例如对苯二甲酸。双官能羟基化合物可以是环脂族二醇,例如1,4-环己烷二甲醇,线性或分枝的脂族二醇,例如1,4-丁二醇,或者芳族二醇,例如氢醌。
AAPE可以是线性或分枝的无规的共聚酯和/或链延伸的共聚酯,其包括二醇残余物,所述二醇残余物包括一种或多种取代的或未被取代的、线性或分枝的二醇的残余物,所述二醇选自包含2-约8个碳原子的脂族二醇、包含2-8个碳原子的多亚烷基醚二醇和包含约4-约12个碳原子的环脂族二醇。取代的二醇,一般地,将包括1-约4个取代基,其独立地选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。可以使用的二醇的实例包括但不局限于乙二醇,二甘醇,丙二醇,1,3-丙二醇,2,2-二甲基-1,3-丙二醇,1,3-丁二醇,1,4-丁二醇,1,5-戊二醇,1,6-己二醇,聚乙二醇,二甘醇,2,2,4-三甲基-1,6-己二醇,硫代二乙醇,1,3-环己烷二甲醇,1,4-环己烷二甲醇,2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇,三甘醇和四甘醇,优选的二醇包括一种或多种选自1,4-丁二醇;1,3-丙二醇;乙二醇;1,6-己二醇;二甘醇;或1,4-环己烷二甲醇的二醇。AAPE还包括二酸残余物,其包含约3 5-约99mol%,基于二酸残余物的总摩尔数,的一种或多种取代的或未被取代的、线性或分枝的非芳族二羧酸的残余物,所述二羧酸选自包含2-约12个碳原子的脂族二羧酸和包含约5-约10个碳原子的环脂族酸。取代的非芳族二羧酸,一般地,将包含1-约4个取代基,其选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。非芳族二酸的非限制性实例包括丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、2,2-二甲基戊二酸、辛二酸、1,3-环戊烷二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、1,3-环己烷二羧酸、二羟乙酸、衣康酸、马来酸和2,5-降莰烷二羧酸。除非芳族二羧酸之外,AAPE包括约1-约65mol%,基于二酸残余物的总摩尔数,的一种或多种取代的或未被取代的包含6-约10个碳原子的芳族二羧酸的残余物。在其中使用取代的芳族二羧酸的情况下,它们将一般地包含1-约4个取代基,其选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。可用于我们的发明的AAPE中的芳族二羧酸的非限制性实例是对苯二甲酸、间苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸的盐和2,6-萘二羧酸。更优选地,非芳族二羧酸将包括己二酸,芳族二羧酸将包括对苯二甲酸,而二醇将包括1,4-丁二醇。
其它对于我们的发明的AAPE可行的组合物是由下列二醇和二羧酸(或其成聚酯的等价物,如二酯)制备的那些,按如下的摩尔百分数,基于100mol%的二酸组分和100mol%的二醇组分:
(1)戊二酸(约30-约75%);对苯二甲酸(约25-约70%);1,4-丁二醇(约90-100%);和改性二醇(0-约10%);
(2)琥珀酸(约30-约95%);对苯二甲酸(约5-约70%);1,4-丁二醇(约90-100%);和改性二醇(0-约10%);和
(3)己二酸(约30-约75%);对苯二甲酸(约25-约70%);1,4-丁二醇(约90-100%);和改性二醇(0-约10%)。
改性二醇优选地选自1,4-环己烷二甲醇,三甘醇,聚乙二醇和新戊二醇。最优选的AAPE是线性、分枝或链延伸的共聚酯,其包括约50-约60mol%己二酸残余物,约40-约50mol%对苯二甲酸残余物,和至少95mol%的1,4-丁二醇残余物。更优选地,己二酸残余物占约55-约60mol%,对苯二甲酸残余物占约40-约45mol%,和二醇残余物包括约95mol%的1,4-丁二醇残余物。这种组合物是市售可得的,以商标EASTAR
Figure A20078004916900321
共聚酯获自Eastman Chemical Company,Kingsport,TN,和以商标
Figure A20078004916900322
获自BASF Corporation。
另外,优选的AAPE的特定的实例包括聚(四亚甲基戊二酸酯-co-对苯二甲酸酯),其包含(a)50mol%戊二酸残余物,50mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物,(b)60mol%戊二酸残余物,40mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物或(c)40mol%戊二酸残余物,60mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物;聚(四亚甲基琥珀酸酯-co-对苯二甲酸酯),其包含(a)85mol%琥珀酸残余物,15mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物或(b)70mol%琥珀酸残余物,30mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物;聚(亚乙基琥珀酸酯-co-对苯二甲酸酯),其包含70mol%琥珀酸残余物,30mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%乙二醇残余物;和聚(四亚甲基己二酸酯-co-对苯二甲酸酯),其包含(a)85mol%己二酸残余物,15mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物;或(b)55mol%己二酸残余物,45mol%对苯二甲酸残余物,和100mol%1,4-丁二醇残余物。
AAPE优选包括约10-约1,000个重复单元,优选地,约15-约600个重复单元。AAPE比浓对数粘度可以为约0.4-约2.0dL/g,或者更优选地约0.7-约1.6dL/g,如在25℃的温度使用如下浓度的共聚酯测量的:0.5克共聚酯/100ml的苯酚/四氯乙烷(60/40,按重量计算)的溶液。
AAPE,任选地,可以包含支化剂的残余物。支化剂的摩尔百分数范围为约0-约2mol%,优选地约0.1-约1mol%,和最优选约0.1-约0.5mol%,基于二酸或二醇残余物的总摩尔数(取决于是否支化剂包含羧基或羟基)。支化剂优选地具有以下重均分子量:约50-约5000,更优选地约92-约3000,和官能度为约3-约6。支化剂,例如,可以是具有3-6个羟基的多元醇、具有3或4个羧基的多元羧酸(或成酯当量基团)或具有总共3-6个羟基和羧基的羟基酸的酯化残余物。另外,在反应挤出期间通过添加过氧化物可以使AAPE分枝。
水不可分散的聚合物的各个区段(segment)可以在细度方面与其它的不同并且可以被排列成本领域技术人员已知的任何成形或加工断面的几何形态。例如,磺基聚酯和水不可分散的聚合物可以用于制备具有如下加工几何结构的多组分纤维,例如,并列型,“海岛型”,扇饼型(segmented pie),其它可分裂型(splitables),皮/芯型,或者本领域技术人员已知的其它构型。其它多组分构型也是可能的。随后除去并列型的一侧,海岛型的“海”或者“饼”的一部分可以获得非常细的纤维。制备多组分纤维的方法也是本领域技术人员众所周知的。在多组分纤维中,本发明的磺基聚酯纤维的含量可以是约10-约90wt%并且将通常用于皮/芯纤维的皮部分。其它组分可以来自各种各样的其他的聚合物材料,例如,聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚对苯二甲酸丙二酯,聚交酯等等以及聚烯径,纤维素酯,和聚酰胺。一般地,当使用不溶于水的或水不可分散的聚合物时,所得的双组分或多组分纤维不是完全水可分散的。在热收缩方面具有重大差别的并列型组合可用于形成螺旋卷曲。如果卷曲是期望的话,锯齿或填塞箱卷曲通常适用于许多应用。如果第二聚合物组分位于皮/芯构型的芯中,这种芯任选地可以被稳定。
磺基聚酯特别可用于具有“海岛型”或“扇饼型(segmented pie)”断面的纤维,因为它们仅仅要求中性或者略酸性(即,“软”水)进行分散,相比含苛性碱(caustic)的溶液而言,后者有时被要求以从多组分纤维中除去其它水可分散的聚合物。因此,我们的发明的另一方面是多组分纤维,其包括:
(A)玻璃化转变温度(Tg)为至少57℃的水可分散的磺基聚酯,该磺基聚酯包括:
(i)约50-约96mol%的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残余物,基于总酸残余物;
(ii)约4-约30mol%,基于总酸残余物,的钠代磺基间苯二甲酸的残余物;
(iii)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;
(iv)0-约20mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合;和
(B)多个区段(segment),其包括与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物,其中该区段(segment)通过介于所述区段(segment)之间的磺基聚酯基本上彼此隔离;
其中纤维具有海岛型或扇饼型(segmented pie)。
二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基化单体、支化单体残余物和水不可分散的聚合物是如前所述的。对于多组分纤维来说,有利的是磺基聚酯的Tg为至少57℃。磺基聚酯可以是单一磺基聚酯或者一种或多种磺基聚酯聚合物的共混物。可由磺基聚酯或磺基聚酯共混物显示出的玻璃化转变温度的进一步的实例是至少65℃,至少70℃,至少75℃,至少85℃,和至少90℃。例如,磺基聚酯可以包括约75-约96mol%的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残余物和约25-约95mol%的二甘醇的残余物。如上文所述,水不可分散的聚合物的实例是聚烯径、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯。另外,水不可分散的聚合物可以是生物可降解的或生物可分解的(biodisintegratable)。例如,水不可分散的聚合物可以是脂族-芳族聚酯,如前所述的。
多组分纤维可以由本领域技术人员已知的许多方法来制备。在本发明的一种实施方案中,通过以下方法生产了具有成形断面的多组分纤维,该方法包括:将玻璃化转变温度(Tg)为至少57℃的水可分散的磺基聚酯和与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物纺丝成纤维,所述磺基聚酯包括:
(i)一种或多种二羧酸的残余物;
(ii)约4-约40mol%,基于总重复单元,的至少一种磺基化单体的残余物,其具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸根基团,其中该官能团是羟基,羧基或其组合;
(iii)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;和
(iv)0-约25mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合;
其中该纤维具有多个包括水不可分散的聚合物的区段(segment)并且该区段(segment)通过介于所述区段(segment)之间的磺基聚酯基本上彼此隔离。
例如,多组分纤维可以这样制备,包括在单独的挤出机中熔融磺基聚酯和一种或多种水不可分散的聚合物,并且将单独的聚合物流动导入一个具有多个分布流动路径的喷丝板或挤出模头,使得水不可分散的聚合物组分形成小的区段(segment)或细的股线,后者通过介于其间的磺基聚酯基本上彼此隔离。这种纤维的断面可以是,例如,扇饼型(segmentedpie)结构或者海岛型结构。在另一实例中,磺基聚酯和一种或多种水不可分散的聚合物被单独地供应给喷丝板孔口,随后以皮芯型形式挤出,其中,水不可分散的聚合物形成“芯”,后者基本上被磺基聚酯“皮”聚合物围绕。在这种同心纤维的情况下,供给“芯”聚合物的孔口位于纺丝孔口出口的中心,芯聚合物流体的流动条件被严格地控制以便当纺丝时保持两组分的同心度。喷丝板孔口的改变使得能够在纤维断面内获得不同的芯和/或皮的形状。在又一个实例中,具有并列型断面或构型的多组分纤维可以这样被生产,包括分别地通过孔口共挤出水可分散的磺基聚酯和水不可分散的聚合物,并且以基本上相同的速度汇集各独立的聚合物物流而以结合物流的形式在喷丝板面以下合并成并列型;或(2)通过在喷丝板表面处汇集的孔口以基本上相同的速度分别地进料两种聚合物物流,从而以结合物流的形式在喷丝板表面处合并成并列型。在两种情况中,在合并点处,各个聚合物物流的速度,是通过其计量泵速度、孔口数目和孔口尺寸来确定的。
二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基化单体、支化单体残余物和水不可分散的聚合物是如前所述的。磺基聚酯的玻璃化转变温度为至少57℃。可由磺基聚酯或磺基聚酯共混物显示出的玻璃化转变温度的进一步的实例是至少65℃,至少70℃,至少75℃,至少85℃,和至少90℃。在一个实例中,磺基聚酯可以包括约50-约96mol%的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残余物,基于总酸残余物;和约4-约30mol%,基于总酸残余物,的钠代磺基间苯二甲酸的残余物;和0-约20mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中该官能团是羟基,羧基或其组合。在另一实例中,磺基聚酯可以包括约75-约96mol%的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残余物和约25-约95mol%的二甘醇的残余物。如上文所述,水不可分散的聚合物的实例是聚烯径、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯。另外,水不可分散的聚合物可以是生物可降解的或生物可分解的(biodisintegratable)。例如,水不可分散的聚合物可以是脂族-芳族聚酯,如前所述的。成形断面的实例包括但不局限于海岛型,并列型,皮芯型,或者扇饼型(segmented pie)构型。
在本发明的另一实施方案中,通过以下方法生产了具有成形断面的多组分纤维,该方法包括:纺丝至少一种水可分散的磺基聚酯和与磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物以生产多组分纤维,其中多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物,所述域通过介于所述域之间的所述磺基聚酯基本上彼此隔离;其中水可分散的磺基聚酯显示出小于约12,000泊的熔体粘度,在240℃在1弧度/秒的应变速率下测量的,其中磺基聚酯包括小于约25mol%的至少一种磺基化单体的残余物,基于二酸或二醇残余物的总摩尔数;和其中多组分纤维的初纺旦数小于约6单丝旦数。
在本发明中在前文已经讨论了用于这些多组分纤维和水不可分散的聚合物中的磺基聚酯。
在本发明的另一实施方案中,可以通过以下方法生产具有成形断面的多组分纤维,该方法包括:
(A)挤出至少一种水可分散的磺基聚酯和与所述磺基聚酯不溶混的一种或多种水不可分散的聚合物以生产多组分挤出物,其中多组分挤出物具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物,和所述域通过介于所述域之间的所述磺基聚酯基本上彼此隔离;和
(B)以至少约2000m/min的速度熔融拉伸多组分挤出物以生产该多组分纤维。
这种实施方案的特征还在于所述方法包括以至少约2000m/min的速度熔融拉伸多组分挤出物的步骤,更优选地,至少约3000m/min,和最优选至少4500m/min。
一般地,当离开喷丝板时,借助空气错流,纤维被骤冷,因此纤维固化。在这一步骤,各种整理(finish)和上浆(size)可以施加到纤维。冷却的纤维,一般地,随后被拉伸并且在卷取轴上卷起。其他的添加剂可以以有效量添加到面层(finish)中,例如乳化剂、防静电剂、抗微生物剂、消泡剂、润滑剂、热稳定剂、紫外稳定剂等。
任选地,拉伸纤维可以纹理化并且缠绕以形成蓬松连续长丝。这种一步技术在本领域中是已知的,称为纺丝-拉伸-纹理化。其它实施方案包括扁平长丝(非纹理化的)纱线,或者切段纤维,卷曲的或者未卷曲的。
本发明方法的步骤(A)包括收集多组分纤维以形成非织造网。通过前述方法生产的多组分纤维能够以生产非织造网的方式被收集,使得多组分纤维的载体不是必需的。这可以通过任何本领域已知的方法来完成。例如,多组分纤维可以经受这样的方法如机械缝纫(mechanicalneedling),化学粘结(chemical bindng),热轧光(thermally calendaring),超声融合(ultrasonic fusing)或水缠结(hydroentangling),以便提供足够的强化作用(consolidation),其中多组分纤维的载体不是必需的。机械缝纫的实例是针刺法(needle punching)。
在本发明的一种实施方案中,当选择水缠结来强化或结合多组分纤维时,在这一步骤中仅仅进行足够的水缠结使得载体不是多组分纤维所需要的。在本发明的一种实施方案中,在这一方法中所花费的水缠结能量的数量可以为在该方法的步骤(C)中所花费的水缠结能量的约20%-约50%。如将在下文所论述的,在本发明中,在磺基聚酯除去后的水缠结,所述方法的(步骤C),是其中大部分能量被花费以便使多组分纤维联锁以生产非织造织物的步骤。因为纤维是较细微的,当磺基聚酯被除去时,这提供了改进的非织造织物以及需要较少的水缠结能量,相比于在磺基聚酯除去前水缠结纤维的传统系统而言。
在本发明的另一实施方案中,挤出技术可以被利用以便从用于制造多组分纤维本身所使用的材料来生产步骤(A)的非织造网,由此消除了多组分纤维生产步骤。这些方法包括纺粘和熔喷方法。纺粘方法通过以下方式将水可分散的磺基聚酯和水不可分散的聚合物直接转移(tranforms)到非织造网中:挤出多组分纤维,将其取向成束或簇,将其铺层在输送筛网上,而无需单独的纤维生产步骤。在常规方法中,多组分纤维首先被纺丝和收集,然后通过单独的方法成形为织物。因此,水可分散的磺基聚酯和水不可分散的聚合物经过纺粘方法而得到步骤(A)的非织造网。图1显示了纺粘方法。在熔喷方法中,水可分散的磺基聚酯和水不可分散的聚合物被加热到液态并且当其通过挤出孔时,其在大约250至500℃喷射以声速空气。快速移动的空气物流将熔融聚合物拉伸并且将其固化以生产细多组分纤维。多组分纤维然后以缠结网的形式与空气物流分离并且在加热辊之间进行挤压以生产步骤(A)的非织造网。
通常,非织造网的重量可以为约10克/m2-约800克/m2。其它范围是10克/m2-600克/m2,10克/m2-400克/m2,50克/m2-300克/m2克/m2,和约50克/m2-约150克/m2
本发明方法的步骤(B)包括在足够的提取温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维网。典型地,在约20℃-约100℃的提取温度下多组分纤维可以与水接触。其它提取温度范围为25℃-约100℃和约40℃-约90℃。
提取温度可以通过以下程序来限定。由具有已知的水可分散的磺基聚酯含量的多组分纤维组成的非织造网被称重并随后成带至金属垫板并且在顶部覆盖以100-200目的不锈钢丝网。在约20℃-约60℃的测试温度下将具有非织造织物的背板置于去离子水浴中达10分钟来提取水可分散的磺基聚酯。在调理后,从水中取出样品,通过将吸收性毛巾置于筛眼以上并且挤压来除去过量的水。调理后的织物纤维网在60℃在强制空气烘箱中干燥并且测量最后的重量。由于提取造成的重量损失以起始重量的百分比的形式计算。调理水的温度,在该温度在起始纤维中大于80%的磺基聚酯聚合物在调理期间被除去,被指定为磺基聚酯提取温度。
通常,水的温度、压力、接触时间是这样的,使得除去了水可分散的磺基聚酯,并且非织造网保持了作为结构的足够完整性。水的压力可以为约30barr-约600barr。其它压力范围是50barr-300barr。
在本发明的一种实施方案中,非织造网可以与水接触达足以除去约30wt%-约100wt%的多组分纤维中所含的全部水可分散的磺基聚酯的时间。在本发明的另一实施方案中,大于90wt%的全部水可分散的磺基聚酯从非织造网中除去。在另一实施方案中,大于95wt%的全部水可分散的磺基聚酯从非织造网中除去。
在另一实施方案中,非织造网与水接触达约10-约600秒的时间,其中水可分散的磺基聚酯被驱散或溶解。
在除去磺基聚酯后,剩余的水不可分散的聚合物微纤维可以具有小于30%的起始多组分纤维的旦数的平均细度。剩余的水不可分散的聚合物微纤维一般地将具有这样的平均细度:1d/f或以下,一般地,0.5d/f或以下,或者更一般地,0.1d/f或以下。
通常,通过任何本领域已知的方法,非织造网与水接触。例如,可以使用水喷射器。在本发明的一种实施方案中,可以使用1-8个水喷头。所使用的水量为在与水接触前的非织造网的重量的小于500倍至小于1000倍。
含水可分散的磺基聚酯的洗涤水可以被再循环。在本发明的一种实施方案中,80%或更多的洗涤水被再循环。这是相当的进步,因为在用于生产非织造织物的常规方法中,洗涤水通常不能被再循环,因为水可分散的磺基聚酯可能堵塞设备并且可能引起过度的机器磨损。在本发明的另一实施方案中,基本上全部的磺基聚酯从洗涤水中除去。磺基聚酯再循环方法描述于下述文献中:U.S.专利申请序列号11/343,955,2006年1月31日提交,Gupta,题目为″磺基聚酯再循环(SulfopolyesterRecovery)″,在其不与本文中的陈述相悖的程度下引入本文作为参考。
步骤(C)包括水缠结微纤维网以生产非织造织物。通常,在水缠结期间的水温小于40℃。压力可以为约150巴-约220巴。在这一水缠结步骤中,小于1wt%的水可分散的磺基聚酯从微纤维网中除去。在本发明的其它实施方案中,被除去的水可分散的磺基聚酯的量可以是小于0.8wt%,小于0.5wt%,小于0.25wt%,小于0.1wt%,小于0.08wt%,小于0.05wt%,和小于0.02wt%,基于微纤维网的重量。来自水缠结步骤的水也可以被再循环,如上所述。由于低水平的水可分散的磺基聚酯,磺基聚酯未必需要在再次使用前从洗涤水中除去。
在本发明的一种实施方案中,通过水喷射器进行水缠结。水喷头的数目可以为1-约20,或2-约15或2-约10(个)。因为显著数量的磺基聚酯已经被除去,微纤维网中所含的纤维细微很多,并且在水缠结步骤期间,生产了优良的非织造织物,其具有较致密的构型,较少的纤维磨散(fraying)和散纤维。
另外,本发明的水缠结方法可以被简化,相比于常规的非织造水缠结方法来说,其中在除去水可分散的聚合物之前进行水缠结。因为在微纤维网中的水不可分散的聚合物纤维是较细微的,需要较少的水压能量(hydraulic energy)来缠结纤维。此外,在常规的非织造方法中,水缠结典型地在除去水可分散的磺基聚酯之前进行,并且经常地,需要在除去磺基聚酯之后的进一步水缠结。然而,在本发明中,在没有进一步的水缠结步骤的情况下,可以获得高品质的非织造织物。
在本发明的另一实施方案中,提供了一种用于制造非织造织物的方法,其包括:
(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中多组分纤维具有多个域,所述域包括水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;和
(B)在足够的温度与压力下使非织造网与水接触而除去一部分的所述磺基聚酯,由此形成微纤维,并且同时水缠结微纤维以生产非织造织物。
在本公开内容中已经前述过步骤(A)和(B)。
非织造织物可以经历热定形步骤(heat setting),所述热定形步骤包括将非织造织物加热到至少约100℃的温度,更优选地至少约120℃。热定形步骤缓解了内部纤维应力并且有助于生产尺寸上稳定的织物产品。优选的是当热定形材料被再次加热到其在所述热定形步骤期间所加热到的温度时,其显示出小于约5%的其原始表面面积的表面面积收缩。更优选地,收缩小于约2%的原始表面面积,最优选收缩小于约1%。
非织造织物可以任选地通过以下方式结合在一起:1)在纤维网或闷光织物中的机械纤维内聚和联锁;2)纤维融合的各种技术,包括使用粘合纤维,利用某些聚合物和聚合物共混物的热塑性性能;3)使用粘合树脂如淀粉、酪蛋白、纤维素衍生物,或合成树脂,如丙烯酸胶乳或尿烷;4)粉末粘合结合剂;或5)其组合。非织造织物中的纤维通常以无规方式进行沉积,但是在一个方向中的取向是可能的,随后使用上述方法之一进行结合/粘合。
本发明生产了非织造织物,其可以用于衣服、窗帘、室内装饰品和制服。非织造织物还可以用于个人护理产品,如但不限于抹布、女性卫生产品、婴儿尿布、训练裤、成人失禁内裤、和医院/外科和其它的医疗一次性用品,如但不限于外科手术服、纱布、绷带等。其它应用包括但不局限于多层非织造布、层合物和复合物、保护织物和层、土工织物、工业用拭纸和过滤介质。进一步地,纤维制品可以包括用于各种个人卫生和清洁产品的替换插入物。本发明的纤维制品可以与其它可能是水可分散的或者未必是水可分散的材料粘结、层合、附着或者共同使用。纤维制品,例如,非织造织物层,可以粘结到柔性塑料薄膜或水不可分散的材料如聚乙烯的衬背。这种组件(assembly),例如,可被用作一次性尿布的一个组件。
实施例
以如下所述的方式生产以下实施例中所描述的多组分纤维和非织造织物。能够生产出0.5米宽非织造织物的中试规模双组分纺粘作业线用于纺丝多组分纤维并且生产用于所列实施例中的非织造织物。纺粘作业线的简化工艺图示于图1中。随后描述这种方法的细节。
使用单独的挤出机和纺丝泵来熔融水可分散的磺基聚酯和PET并且将其计量加入双组分喷丝组件中。一个挤出机熔融并且计量加入水可分散的磺基聚酯,而第二个挤出机熔融并且计量加入PET聚合物。在这个方法中,在260℃的熔融温度挤出水可分散的磺基聚酯,并且在285℃熔融温度挤出PET组分。总合并的聚合物流量为约1.33kg/分钟,这使得从具有2222个孔的喷丝板产生约0.60克/孔/分钟的离开各模孔的平均聚合物流速。
两聚合物熔体物流进入分布聚合物熔体的扇饼型(segmented pie)双组分喷丝组件(由Hills Inc.,Melbourne,FL.制造),使得最终的合并的熔体物流的形式是具有扇饼型(segmented pie)聚合物分布的2222根多组分纤维。凸角(lobes)包含PET组分,而这些凸角之间的区域由在该纤维纺丝方法期间与PET共挤出的水可分散的磺基聚酯构成。这种喷丝组件中的喷丝板由2222个模孔构造,所述模孔各自具有0.35毫米的直径。
使用压缩空气的吸气组件被利用以便形成高速向下流动的物流,其将离开喷丝板的被挤出的聚合物熔体物流拉伸成细的多组分纤维。在本发明实施例中,施加足够的空气压力来拉伸多组分纤维至约1.0-约1.5单丝旦数(dpf)的细度或约8-约12微米的标称长丝直径。
拉伸纤维被铺列在收集带上而形成连续的非织造网,其中通过带速和挤出速率来控制非织造网的密度(基重)。在实施例中生产出具有约100-约150克/平方米或者如所说明的典型的基重的非织造网。
使用压紧辊(compacting roll)和卷取台(wind up station)以生产具有扇饼型(segmented pie)纤维断面结构的多组分纤维的轻微压紧化非织造网的卷形物。在室温借助足够的轧点压力使用轧光辊进行非织造网的压紧来强化非织造网,使得其可以在辊上被处理并且退绕以便进一步处理。
通过前述方法生产的非织造网随后使用具有5个水缠结头的中试规模水缠结作业线(制造商Fleissner,Engelsbach,德国)来水缠结。在实施例中,使用如实施例中所说明的不同数目的水缠结头和压力,利用水缠结设备。水缠结设备具有3个高压水缠结头,其接触非织造网,当其在由103目筛网带支撑的水喷射器下通过时。第一个头作为预润湿台操作,使用仅仅约30巴水压,而水缠结头2和3在约100-约200巴的典型水压下操作。最终的两个水缠结头的水喷射器,当其在具有能够使用鼓内真空将水从水缠结喷射器吸入鼓内的多孔表面的水缠结鼓上输送时,撞击非织造网。这最终的两个水缠结喷射器在大约200巴水压下操作,并且喷射器接触相对于前三个水缠结喷射器所接触侧的织物侧。
在各个水缠结头中,插入喷射器带,其由精细加工的孔的作业线构成,所述精细加工的孔的直径为约120微米,孔间的间隔为约0.8mm。在水缠结头内的喷射器带的一侧上的约200巴的水压使得水的高速喷射在各自孔中形成。这些高速水喷射器使得非织造网中的多组分纤维缠结,当所述网在水缠结喷射器下通过时。操作中,每米的非织造网宽度,施加约1200个水喷射器,并且典型地通过喷射器带的水流为约150升/分钟或约0.12升/分钟的流过喷射器带中的各个单独的孔的水。在水缠结方法期间,在约10米/min-约50米/min的速度下,非织造网在水缠结喷射器下通过。织物速度可以被调节以便改变水缠结处理的程度。在水缠结方法期间,水的温度为约30℃-40℃并且没有进行工艺用水的处理如去离子作用或脱矿质作用。在这些实施例中使用的水缠结工艺用水在金属离子含量方面是固有地低的。实际上,在水缠结操作中使用的水的脱矿质作用是令人期望的。
这些方法的详述是通用的并且适用于可用于生产以下实施例的织物的具体的中试设备。所述的条件不意图是限制性的,相反用来举例说明实施例中所述的材料如何能够使用不同于实施例中所用的具体设备的其它类型的非织造织物设备来生产。
实施例1-制备非织造网
根据前述的程序,制备包括具有带16个区段(segment)的扇饼型(segmented pie)结构的双组分纤维的非织造网。双组分纤维的水不可分散的组分是F53HC等级的PET聚酯,其比浓对数粘度为约0.53(EastmanChemical Company,Kingsport,TN,美国)并且与作为第二组分的水可分散的磺基聚酯一起挤出。水可分散的磺基聚酯命名为SP05F,批号TP06038931(Eastman Chemical Company)并且显示出约3000泊的熔体粘度,如测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
使用带2222个孔的喷丝板,在约0.6克/孔-min(ghm)的通过各自孔的总挤出速率下,将两聚合物挤出通过扇饼型(segmented pie)双组分喷丝组件(Hills Inc.,Melbourne FL),其中两聚合物的重量比为70(PET):30(磺基聚酯)。使用吸气组件拉伸熔融纤维挤出物而形成具有约9微米的纤维平均直径、具有期望的扇饼型(segmented pie)聚合物分布的纤维。挤出的多组分纤维被铺列到成形带上以生产基重为135克/平方米(gsm)的非织造网。
在室温下通过在轧光辊间压缩来强化实施例1的非织造网。在此方法期间以超过约5000米/min的估算速度熔融拉伸多组分纤维。当实施例1的非织造网在120℃在烘箱中无限制地调理时,由于多组分纤维的应力松弛,在MD(纵向)和CD(横向)中,非织造网分别收缩至起始尺寸的60%×57%。
这种非织造网具有最小的纤维间粘合并且作为前体通过实施例1的这种非织造网的随后加工来生产水缠结的非织造织物。
实施例2
使用如前所述的水缠结单元,借助于高速水喷射器,水缠结实施例1的非织造网。在水缠结方法期间,织物以40米/分钟的速度通过机器,其中非织造网经受以150巴水压运转的两个高压水缠结喷射器。将第一喷射器施加到非织造网,当其在103目筛网带上输送时,以便将细目图案施加到非织造网。第二水缠结喷射器被施加到所述网的另一侧,当其支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时,以便得到非织造织物。
在水缠结方法的最后步骤中,使润湿的非织造织物通过鼓式干燥器,其中在1.4米直径鼓内保持的真空的作用下70℃空气通过非织造织物。在该方法中,当在烘箱中加热时非织造织物仅仅是半干的并且以湿状态离开。在烘箱中非织造织物的停留时间的测量结果为约5秒。随着非织造织物缠绕到核上,一些多余水被挤出,要指出的是,水是混浊的,由于存在乳化的磺基聚酯,以及形成了粘的薄膜,当干燥时。两观测结果指出一些磺基聚酯在这种干燥步骤期间被乳化。
在水缠结方法期间花费的能量与在喷射器下通过的非织造织物的速度成反比,其中较慢的速度转化为施加到非织造织物的提高的水缠结能量。类似地,所施加的能量与非织造织物通过其下的水缠结喷射器台的数目成正比,其中各个喷射器台所施加的水缠结能量与水压的平方根成正比例。使用这些关系,为了比较可以估计施加到非织造网的水缠结能量的相对量。在实施例2的该情况下,水缠结能量被任意分配的值为1.0,其中在随后的实施例中,该值将代表施加到非织造网的相对于实施例2中的方法的水缠结能量的增加。
实施例2的水缠结的非织造织物的基重是139gsm(干基),这类似于起始非织造网的值并且表明在水缠结期间没有或者仅仅极少的磺基聚酯被除去。
在环境温度去离子水中冲洗实施例2的润湿非织造织物3次而除去在非织造织物中浸透的水相中乳化的磺基聚酯。在冲洗和干燥后,回收柔软的非织造织物。所回收的非织造织物是非常松散的,显示出有限的强度,并且由于在织物表面上的散纤维,具有绒毛质地。非织造织物具有有限的作为织物的实用性。在冲洗步骤期间重量损失是29%,这表明从非织造织物几乎完全除去水可分散的磺基聚酯。
实施例2的这种非织造织物具有有限的作为最终产品的实用性,但是由微纤维的非织造网构成,其中从多组分纤维中除去了磺基聚酯而暴露了PET微纤维。实施例2的这种前体非织造织物被进一步加工而制造随后实施例5和7的非织造织物。
实施例3
使用如前所述的水缠结单元,借助于高速水喷射器,水缠结实施例1的非织造网。在水缠结方法期间,非织造网以10米/min速度通过该单元,其中非织造网经受分别以100巴、150巴、200巴和200巴的喷射压力操作的四个高压水缠结喷射器。将前两个喷射器施加到非织造网,当其在103目筛网带上输送时,以便将细目图案施加到非织造网。第三和第四水缠结喷射器被施加到非织造网的另一侧,当其支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时,以便生产非织造织物。
在水缠结方法的最后步骤中,使润湿的非织造织物通过鼓式干燥器,其中在1.4米直径鼓内保持的真空的作用下70℃空气通过非织造织物。在该方法中,当在烘箱中加热时非织造织物仅仅是半干的并且以湿状态离开。在烘箱中非织造织物的停留时间的测量结果为约18秒。随着非织造织物缠绕,一些多余水被挤出,要指出的是,水是混浊的,由于存在乳化的磺基聚酯。当干燥时,在非织造织物上,乳化的磺基聚酯还形成了粘的薄膜。
在水缠结方法期间花费的能量与在喷射器下通过的非织造织物的速度成反比,其中较慢的速度转化为施加到非织造织物的提高的水缠结能量。类似地,所施加的能量与非织造织物通过其下的水缠结喷射器台的数目成正比,其中各个喷射器台所施加的水缠结能量与水压的平方根成正比例。使用这些关系,为了比较,计算相对于实施例2的施加到实施例3的这种非织造网的水缠结能量的相对量。在该情况下,水缠结能量等于分配给实施例2的基准值8.3倍的值。实施例3中的水缠结的较高程度是由于所使用的水缠结喷射器的数目为2倍,以及1/4的加工作业线速度,这提供了在水缠结喷射器下的4倍停留时间。
实施例3的水缠结的非织造织物的基重是136gsm,这类似于实施例1的起始非织造网的值并且表明在水缠结期间没有或者仅仅极少量的磺基聚酯被除去。
在环境温度去离子水中冲洗实施例3的润湿非织造织物3次而除去在非织造织物中浸透的水相中乳化的任何磺基聚酯。在冲洗和干燥后,回收柔软的非织造织物。观察到约28%的重量损失,这表明从非织造织物除去了基本上全部的磺基聚酯。这种非织造织物是非常柔性的,显示出优良的强度,但具有绒毛表面质地,由于松散表面纤维造成的。实施例3的这种前体织物被用于进一步加工来制造实施例6和9的织物。
实施例4
使用最小的水接触,使实施例2的润湿非织造织物通过如前所述的水缠结单元,以便从非织造织物除去磺基聚酯,而没有施加许多额外的织物中的多组分纤维的缠结。如实施例2中所指出的,发现非织造织物中的磺基聚酯存在于被吸收的水相中而非多组分纤维中,并且发现简单的水冲洗从非织造织物中除去了磺基聚酯。非织造织物以50米/min的速度通过水缠结单元,其中非织造织物经受在100巴压力下操作的单个高压水缠结喷射器。在所述方法期间水的温度为约20℃。
实施例4的织物在环境温度干燥并且随后在50℃在去离子水中洗涤来计算没有被实施例4的方法的单个水喷射器除去的在非织造织物中残余的磺基聚酯的量。在洗涤实施例4的非织造织物后,仅仅测量出3.0%重量损失,这表明通过这种单个头水缠结步骤除去了实施例2的非织造织物中的约90wt%的磺基聚酯。单个水头对于除去非织造织物中的磺基聚酯的本体来说是有效的并且如果对于磺基聚酯除去来说温度较高,优选地约40℃-约50℃,除去将会更有效。
实施例5
使用如前所述的水缠结单元,实施例2的前体非织造织物进一步用高速水喷射器进行水缠结。。在该随后的第二水缠结步骤期间,使实施例2的前体非织造织物以10米/min的速度通过水缠结单元并且使其经受四个高压水缠结喷射器,其分别以130巴、150巴、200巴和200巴的喷射压力操作。前两个喷射器被用于非织造织物,当其在61目筛网带(获自Asten Johnson,Charleston SC)上输送时,以便将筛目图案(meshpattern)施加到非织造织物。第三和第四个水缠结喷射器被用于非织造织物的另一侧,当其被支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时。
使用前述的关系,为比较而计算相对于实施例2的方法的在实施例5的方法中施加到该非织造织物的水缠结能量的相对量。实施例5中的水缠结能量等于分配给实施例2的基准值1的8.5倍的值。在实施例2和5的合并的方法中施加到非织造织物的总水缠结能量等于在实施例2的方法中单独施加的水缠结能量的约9.5倍的值。这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。这种织物显示出优良的平滑的表面质地。
实施例6
使用水缠结单元,实施例3的前体非织造织物进一步用高速水喷射器进行水缠结。在该第二水缠结步骤期间,使非织造织物以10米/min的速度通过水缠结单元,其中使非织造织物经受四个高压水缠结喷射器,其分别以130巴、150巴、200巴和200巴的喷射压力操作。前两个喷射器被用于实施例3的非织造织物,当其在61目筛网带(获自AstenJohnson)上转移时,以便将筛目图案(mesh pattern)施加到织物。第三和第四个水缠结喷射器被用于非织造织物的另一侧,当其被支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时。
使用前述的关系,为比较而计算相对于实施例2的方法的在实施例6的方法中施加到该非织造织物的水缠结能量的相对量。实施例6中的水缠结能量等于分配给实施例2的任意值的8.5倍的值。在实施例3和6的合并的方法中施加到非织造织物的总水缠结能量等于在实施例2的方法中单独施加的水缠结能量的约16.8倍的值。
这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。这种织物显示出优良的平滑的表面质地。
实施例7
使用水缠结单元,实施例2的前体非织造织物进一步用高速水喷射器进行水缠结。在该第二水缠结步骤期间,使非织造织物以10米/min的速度通过水缠结单元,其中使非织造织物经受四个高压水缠结喷射器,其分别以130巴、150巴、200巴和200巴的喷射压力操作。前两个喷射器被用于非织造织物,当其在Formtec 14(14目筛网)带(获自Albany International,Albany NY)上输送时,以便将粗筛目图案(coarsemesh pattern)施加到非织造织物。实施例5的织物和实施例7的织物之间的差别在于所用的成形带,其中实施例7中的带将较粗的方平组织外观给予织物表面,相比于实施例5的织物来说。第三和第四个水缠结喷射器被用于非织造织物的另一侧,当其被支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时。
使用前述的关系,为比较而计算相对于实施例2的方法的在实施例7的方法中施加到该非织造织物的水缠结能量的相对量。实施例7中的水缠结能量等于分配给实施例2的任意值1的8.5倍的值。在实施例2和7的合并的方法中施加到非织造织物的总水缠结能量等于在实施例2的方法中单独施加的水缠结能量的约9.5倍的值。
这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。这种织物显示出优良的平滑的表面质地。
实施例8
通过将织物片放置在约束框上并且在130℃在强制空气烘箱中调理非织造织物达5分钟的调理时间,使实施例5的非织造织物热定形。约束框是14英寸×14英寸的具有围绕框周边的针的框,在针之间以1/2英寸间距隔开。针的约束作用防止当加热时非织造织物的收缩。在升温下的调理引起纤维中的应力松弛。
这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。该织物显示出优良的平滑的表面质地。
实施例9
通过将非织造织物片放置在约束框上并且在130℃在强制空气烘箱中调理非织造织物达5分钟的调理时间,使实施例6的织物热定形。约束框是14英寸×14英寸的具有围绕框周边的针的框,在针之间以1/2英寸间距隔开。针的约束作用防止当加热时非织造织物的收缩。在升温下的调理引起纤维中的应力松弛。
这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。这种织物显示出优良的平滑的表面质地。
实施例10
通过将非织造织物片放置在约束框上并且在130℃在强制空气烘箱中调理非织造织物达5分钟的调理时间,使实施例7的织物热定形。约束框是14英寸×14英寸的具有围绕框周边的针的框,在针之间以1/2英寸间距隔开。针的约束作用防止当加热时非织造织物的收缩。在升温下的调理引起纤维中的应力松弛。
这种织物显示出非常好的纤维缠结,而没有在表面上的散纤维。这种织物显示出优良的平滑的表面质地。
对比例1
使用如前所述的水缠结单元,实施例1的织物用高速水喷射器进行水缠结。在水缠结方法期间,使织物以10米/min的速度通过机器,其中使非织造网经受四个高压水缠结喷射器,其分别以100巴、150巴、200巴和200巴的喷射压力操作。前两个喷射器被用于织物,当其在103目筛网带上转移时,以便将细目图案施加到织物。第三和第四个水缠结喷射器被用于网的另一侧,当其被支撑在于真空条件下操作的水缠结鼓上时。
在水缠结方法的最后步骤中,使润湿织物通过鼓式干燥器,其中在1.4米直径鼓内保持的真空的作用下70℃空气通过织物。在本方法中,织物是仅仅半干的,当在烘箱中加热时,并且以湿状态离开。织物在烘箱中的停留时间的测量结果为约18秒。随着织物缠绕到核上,一些多余水被挤出,要指出的是,水是混浊的,表明一些乳化的磺基聚酯。
通过这种水缠结步骤形成的织物在去离子水中在45℃以及在家用洗衣机中使用热水(48℃)循环来冲洗。织物具有高度折皱的外观,其中许多散纤维在表面上。织物是非常“粘的(tacky)”或“粘的(clingy)”,这是由于在织物中表面纤维的松散本性,并且对于纺织品应用来说不是令人期望的。
对比例2
通过将织物片放置在约束框上并且在130℃在强制空气烘箱中调理非织造织物达5分钟的调理时间,使对比例1的非织造织物热定形。约束框是14英寸×14英寸的具有围绕框周边的针的框,在针之间以1/2英寸间距隔开。针的约束作用防止当加热时非织造织物的收缩。在升温下的调理引起纤维中的应力松弛。
这种织物显示出在表面上的散纤维并且具有“粘的(tacky)”或“粘的(clingy)”手感,由于过量的散纤维在表面上。

Claims (86)

1.一种用于制造非织造织物的方法,其包括:
(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中所述多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中所述多组分纤维具有多个域,所述域包括所述水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的所述水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;
(B)在足够的温度与压力下使所述非织造网与水接触而除去一部分的所述水可分散的磺基聚酯,由此形成微纤维网;和
(C)水缠结所述微纤维网以生产所述非织造织物。
2.根据权利要求1的方法,其中所述磺基聚酯包括二羧酸单体残余物、磺基化单体残余物、二醇单体残余物和重复单元。
3.根据权利要求2的方法,其中所述二羧酸选自脂族二酸、环脂族二羧酸、芳族二羧酸和其组合。
4.根据权利要求3的方法,其中所述二羧酸选自琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、衣康酸、1,3-环己烷二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、二羟乙酸、2,5-降莰烷二羧酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-萘二羧酸、2,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、联苯甲酸、4,4′-氧联二苯甲酸(oxydibenzoic)、4,4′-磺酰二苯甲酸、间苯二甲酸和其组合。
5.根据权利要求2的方法,其中所述磺基化单体是磺基邻苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸或其组合的金属磺酸盐。
6.根据权利要求2的方法,其中所述二醇残余物选自乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、2,4-二甲基-2-乙基己烷-1,3-二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、硫代二乙醇、1,2-环己烷二甲醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇、对苯二甲醇(xylylenediol)和其组合。
7.根据权利要求2的方法,其中所述磺基聚酯进一步包括至少一种支化单体。
8.根据权利要求7的方法,其中所述支化单体为至少一种选自1,1,1-三羟甲基丙烷、1,1,1-三羟甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤藓醇、苏糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羟甲基丙酸或其组合的。
9.根据权利要求1的方法,其中所述水不可分散的聚合物选自聚烯径、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯和其组合。
10.根据权利要求1的方法,其中所述多组分纤维的成形断面是海岛型、扇饼型或皮芯型构型。
11.根据权利要求1的方法,其中所述磺基聚酯具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)并且所述水可分散的磺基聚酯包括
(i)一种或多种二羧酸的残余物;
(ii)约4-约40mol%,基于总重复单元,的至少一种磺基化单体的残余物,其具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸根基团,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
(iii)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;和
(iv)0-约25mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
其中所述纤维具有多个包括所述水不可分散的聚合物的区段并且所述区段通过介于所述区段之间的所述磺基聚酯基本上彼此隔离。
12.根据权利要求1的方法,其中所述磺基聚酯具有小于12,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
13.根据权利要求12的方法,其中所述磺基聚酯具有小于6,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
14.根据权利要求13的方法,其中所述磺基聚酯具有小于4,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
15.根据权利要求1的方法,其中所述收集通过至少一种选自机械缝纫、化学粘结、热轧光、超声融合和水缠结的方法完成。
16.根据权利要求15的方法,其中所述收集通过水缠结完成并且在所述水缠结步骤中的水缠结能量涉及步骤(C)中所花费的水缠结能量的量的约20%-约50%。
17.根据权利要求1的方法,其中所述多组分纤维是通过纺粘方法或熔喷方法生产的。
18.根据权利要求1的方法,其中所述非织造网的重量为约10克/m2-约800克/m2
19.根据权利要求18的方法,其中所述非织造网的重量为约10克/m2-约400克/m2
20.根据权利要求19的方法,其中所述非织造网的重量为约50克/m2-约150克/m2
21.根据权利要求1的方法,其中所述水可分散的磺基聚酯的提取温度为约20℃-约100℃。
22.根据权利要求1的方法,其中在步骤(B)期间水的压力为约30巴-约600巴。
23.根据权利要求22的方法,其中在步骤(B)期间水的压力为约50barr-约300barr。
24.根据权利要求1的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以除去所述非织造网中所含的全部水可分散的磺基聚酯的约30wt%-约100wt%的时间。
25.根据权利要求24的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以从所述非织造网中除去全部水可分散的磺基聚酯的大于90wt%的时间。
26.根据权利要求25的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以从所述非织造网中除去全部水可分散的磺基聚酯的大于95wt%的时间。
27.根据权利要求1的方法,其中所述非织造网与水接触达约10-约600秒的时间,借此所述水可分散的磺基聚酯被驱散或溶解。
28.根据权利要求1的方法,其中微纤维网中的微纤维具有小于30%的所述多组分纤维的旦数的平均细度。
29.根据权利要求28的方法,其中在所述微纤维网中的所述微纤维具有1dpf或更小的平均细度。
30.根据权利要求29的方法,其中在所述微纤维网中的所述微纤维具有0.5dpf或更小的平均细度。
31.根据权利要求1的方法,其中使用水喷射器,在步骤(B)中所述非织造网与水接触。
32.根据权利要求31的方法,其中使用1-8个水喷头。
33.根据权利要求31的方法,其中步骤(B)中所用的水的量为所述非织造网的重量的约500倍至约1000倍。
34.根据权利要求1的方法,其中来自步骤(B)和步骤(C)的洗涤水可以被回收。
35.根据权利要求34的方法,其中80%或更多的洗涤水被回收。
36.根据权利要求1的方法,其中步骤(C)中的水的温度小于40℃。
37.根据权利要求1的方法,其中步骤(C)中的水的压力为约150巴-约250巴。
38.根据权利要求1的方法,其中小于1wt%的步骤(C)中的水可分散的磺基聚酯从所述微纤维网除去。
39.根据权利要求38的方法,其中在步骤(C)中小于0.5wt%的水可分散的磺基聚酯从微纤维网除去。
40.根据权利要求38的方法,其中在步骤(C)中小于0.1wt%的水可分散的磺基聚酯从微纤维网除去。
41.根据权利要求1的方法,其中步骤(C)中的所述水缠结是通过水喷头进行的。
42.根据权利要求41的方法,其中水喷头的数目为1-约20。
43.一种用于制造非织造织物的方法,其包括:
(A)收集多组分纤维以形成非织造网;其中所述多组分纤维包括至少一种水可分散的磺基聚酯和至少一种水不可分散的聚合物;其中所述多组分纤维具有多个域,所述域包括所述水不可分散的聚合物;其中所述域通过介于所述域之间的所述水可分散的磺基聚酯基本上彼此隔离;和
(B)在足够的温度与压力下使所述非织造网与水接触而除去一部分的所述磺基聚酯,由此形成微纤维,并且同时水缠结所述微纤维以生产所述非织造织物。
44.根据权利要求43的方法,其中所述磺基聚酯包括二羧酸单体残余物、磺基化单体残余物、二醇单体残余物和重复单元。
45.根据权利要求44的方法,其中所述二羧酸选自脂族二酸、环脂族二羧酸、芳族二羧酸和其组合。
46.根据权利要求45的方法,其中所述二羧酸选自琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、衣康酸、1,3-环己烷二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、二羟乙酸、2,5-降莰烷二羧酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-萘二羧酸、2,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、联苯甲酸、4,4′-氧联二苯甲酸(oxydibenzoic)、4,4′-磺酰二苯甲酸、间苯二甲酸和其组合。
47.根据权利要求44的方法,其中所述磺基化单体是磺基邻苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸或其组合的金属磺酸盐。
48.根据权利要求44的方法,其中所述二醇残余物选自乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、2,4-二甲基-2-乙基己烷-1,3-二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、硫代二乙醇、1,2-环己烷二甲醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇、对苯二甲醇(xylylenediol)和其组合。
49.根据权利要求44的方法,其中所述磺基聚酯进一步包括至少一种支化单体。
50.根据权利要求49的方法,其中所述支化单体为至少一种选自1,1,1-三羟甲基丙烷、1,1,1-三羟甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤藓醇、苏糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羟甲基丙酸或其组合的。
51.根据权利要求43的方法,其中所述水不可分散的聚合物选自聚烯径、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯和其组合。
52.根据权利要求43的方法,其中所述多组分纤维的成形断面是海岛型、扇饼型或皮芯型构型。
53.根据权利要求43的方法,其中所述磺基聚酯具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)并且所述水可分散的磺基聚酯包括:
(i)一种或多种二羧酸的残余物;
(ii)约4-约40mol%,基于总重复单元,的至少一种磺基化单体的残余物,其具有2个官能团和附着到芳族或环脂族环的一个或多个磺酸根基团,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
(iii)一种或多种二醇残余物,其中至少25mol%,基于总二醇残余物,是具有以下结构的聚(乙二醇)
H-(OCH2-CH2)n-OH
其中n是2-约500的整数;和
(iv)0-约25mol%,基于总重复单元,的具有3或以上官能团的支化单体的残余物,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
其中所述纤维具有多个包括所述水不可分散的聚合物的区段并且所述区段通过介于所述区段之间的所述磺基聚酯基本上彼此隔离。
54.根据权利要求43的方法,其中所述磺基聚酯具有小于12,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
55.根据权利要求54的方法,其中所述磺基聚酯具有小于6,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
56.根据权利要求56的方法,其中所述磺基聚酯具有小于4,000泊的熔体粘度,其测量于240℃和1弧度/秒剪切速率。
57.根据权利要求43的方法,其中所述收集通过至少一种选自机械缝纫、化学粘结、热轧光、超声融合和水缠结的方法完成。
58.根据权利要求57的方法,其中所述收集通过水缠结完成并且在所述水缠结步骤中的水缠结能量涉及步骤(C)中所花费的水缠结能量的量的约20%-约50%。
59.根据权利要求43的方法,其中所述多组分纤维是通过纺粘方法或熔喷方法生产的。
60.根据权利要求43的方法,其中所述非织造网的重量为约10克/m2-约800克/m2
61.根据权利要求60的方法,其中所述非织造网的重量为约10克/m2-约400克/m2
62.根据权利要求61的方法,其中所述非织造网的重量为约50克/m2-约150克/m2
63.根据权利要求43的方法,其中所述水可分散的磺基聚酯的提取温度为约20℃-约100℃。
64.根据权利要求43的方法,其中在步骤(B)期间水的压力为约30巴-约600巴。
65.根据权利要求64的方法,其中在步骤(B)期间水的压力为约50barr-约300barr。
66.根据权利要求43的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以除去所述非织造网中所含的全部水可分散的磺基聚酯的约30wt%-约100wt%的时间。
67.根据权利要求66的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以从所述非织造网中除去全部水可分散的磺基聚酯的大于90wt%的时间。
68.根据权利要求67的方法,其中在步骤(B)中所述非织造网与水接触达足以从所述非织造网中除去全部水可分散的磺基聚酯的大于95wt%的时间。
69.根据权利要求43的方法,其中所述非织造网与水接触达约10-约600秒的时间,借此所述水可分散的磺基聚酯被驱散或溶解。
70.根据权利要求43的方法,其中微纤维网中的微纤维具有小于30%的所述多组分纤维的旦数的平均细度。
71.根据权利要求70的方法,其中在所述微纤维网中的所述微纤维具有1dpf或更小的平均细度。
72.根据权利要求71的方法,其中在所述微纤维网中的所述微纤维具有0.5dpf或更小的平均细度。
73.根据权利要求43的方法,其中使用水喷射器,在步骤(B)中所述非织造网与水接触。
74.根据权利要求73的方法,其中使用1-8个水喷头。
75.根据权利要求73的方法,其中步骤(B)中所用的水的量为所述非织造网的重量的约500倍至约1000倍。
76.根据权利要求43的方法,其中来自步骤(B)和步骤(C)的洗涤水可以被回收。
77.根据权利要求76的方法,其中80%或更多的洗涤水被回收。
78.根据权利要求43的方法,其中步骤(C)中的水的温度小于40℃。
79.根据权利要求43的方法,其中步骤(C)中的水的压力为约150巴-约250巴。
80.根据权利要求43的方法,其中小于1wt%的步骤(C)中的水可分散的磺基聚酯从所述微纤维网除去。
81.根据权利要求80的方法,其中在步骤(C)中小于0.5wt%的水可分散的磺基聚酯从微纤维网除去。
82.根据权利要求81的方法,其中在步骤(C)中小于0.1wt%的水可分散的磺基聚酯从微纤维网除去。
83.根据权利要求43的方法,其中步骤(C)中的所述水缠结是通过水喷头进行的。
84.根据权利要求83的方法,其中水喷头的数目为1-约20。
85.根据权利要求1或43的方法,其中所述非织造织物是热定形的。
86.通过权利要求1或权利要求43的方法生产的非织造织物,其中所述非织造织物用于以下终端用途中的至少一种:衣服、窗帘、室内装饰品、制服、个人护理产品、医院/外科和其它的医疗一次性用品、多层非织造布、层合物和复合物、保护织物和层、土工织物、工业用拭纸和过滤介质。
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