高强度细纺粘纤维及其织物

发明背景

本发明涉及的是一种由热塑性树脂的细纺粘纤维形成的无纺织物 或网及其将它们加工成织物的工艺。

多年来热塑性树脂被用来挤出以形成纤维和网。应用于这方面的 最常规的热塑性材料是聚烯烃，特别是聚丙烯。由这类纤维制成的最 终产品的性能，使每种材料既有优点也有缺点。

无纺织物在很多应用领域是有用的，诸如尿布，妇女卫生制品， 失禁制品，毛巾，医用外衣以及很多其它用途。这些应用领域的无纺 织物通常是叠层形成的，就象纺粘/熔喷/纺粘(SMS)层状制品。 在SMS层状产品中，外层是纺粘聚丙烯，它的存在通常是为了增强， 而内层是熔喷聚丙烯，它通常是隔离层。

用来制造无纺织物的纤维的理想特性之一是它们应尽可能的细。 在很多注重平滑和均匀的应用埸合，例如，类似尿布的婴幼儿护理制 品中，希望较细的纤维。希望采用细纤维还因为它们能在指定量的聚 合物时提供较好的表面覆盖并可采用较轻基重的织物。基重是表面覆 盖性的测量单位，它是以每平方码(OSY)织物的盎司数来表达的。 降低基重将使得由这类织物制成的产品更轻、薄，并且设定相同的消 耗时，其费用低于那些用普通纤维制成的产品。

同时合乎要求的较细的纤维，具有的缺点通常是，相对较大直径 的纤维而言其强度更低。实际上这就设定了由纤维制成的织物基重的 低限，这是因为存在纤维化或织物加工过程的困难，或是因为最终的 织物缺乏强度。工业上一直在研究一种既很细又能尽可能保持普通纺 粘材料强度的纤维。

本发明的目的在于提供一种纤维，它比那些常规工艺制备的纤维 更细，而且具有类似的强度性能。

本发明简要说明

提供一种无纺纤维和织物，其具有类似于普通纤维和织物的强度 特性并且具有更细的直径。这个目的可以通过所提供的制备无纺织物 的工艺得以实现，所述的工艺包括如下步骤，熔融至少一种聚合物， 该聚合物的熔融温度为约430-460°F(220-240℃)，二甲苯溶解度 约为4.5-6.5％，熔融流动速率为约35-41，全同立构规整度至 少为约94％：通过细孔挤出聚合物，牵伸该聚合物以制备1.4或更 小旦尼尔的纤维，然后将纤维化的聚合物沉积在收集表面以形成分布 纤维的网。

本发明所述的无纺织物可以被用在如下产品中，如尿布，妇女卫 生用品，成年人失禁用品，绷带，绑带，消毒巾，医用布和毛巾 (Wipers)。

定义

这里所用的词“无纺织物或网”指的是一种具有独立纤维或线结 构的网，它们是层叠的，但不是以规整方式的，如针织和机织工艺。 无纺织物或网可由多种方式制造，如熔喷工艺，纺粘工艺以及粘接梳 理网工艺。

这里所用的词“熔喷纤维”指的是由下述工艺形成的纤维，即从 一组细的，通常是圆形的毛细模板中挤出熔融的热塑性材料，如熔融 的线或长丝，使之进入高速气体(如，空气)流中使熔融的热塑性材 料的长丝变细以降低它们的直径，它们可以达到微纤的直径。其后， 熔喷纤维被高速气流携带着并沉积在收集表面以形成随机分布的熔喷 纤维网。这类工艺已被公开，如美国专利3849241，由BuTin申请 的。

这里所用的词“纺粘纤维”指的是小直径纤细，它的形成如下所 述：将类似于长丝的熔融热塑性材料从一组细孔中挤出，所述细孔通 常是圆形毛细管的喷丝板，被挤出的长丝具有的直径然后迅速降低， 例如Appel等人申请的美国专利4340563，Dorschner等人申请的美 国专利3692618。

这里所用的词“聚合物”通常包括，但不限制于，均聚物，共聚 物，诸如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三元共聚物等，以及它们 的混合物和改性物。另外，除非特别指出，词“聚合物”还包括所有 可能的几何构型的材料。这些构型包括，但不限于，间同立构、全同 立构和无规对称。

附图说明

图1是2种聚丙烯的分子量分布图，它们是Shell Chemical公 司的5E65和UnipolTM 1208。

图2是UnipolTM 1208聚丙烯的碳13核磁共振图(NMR)，采 用三甲基甲硅烷作为载体，在Bruker AC-250核磁共振光谱仪上用 已知方式完成的。

详细说明

用于纺粘工艺的聚烯烃的重要性能是那些在现有技术中已知的。 熔融流动速率(MFR)、分子量分布(MWD)以及结晶度是部份 最重要的性能，并且这些性能的每一个通常是通过测量存在的聚丙烯 分子的大小而得。

MFR是用来表征聚合物的粘度的，较高的值表征较低的粘度。 MFR指的是在指定的负载或剪切速率下测量时间内从已知尺寸的毛 细管中流出的材料重量，在230℃下以克/10分钟测得，例如，按 照ASTM试验方法1238，条件E。分子量分布给出了所给试样主要 的分子大小的表征。高分子量分子表征的缺乏是存在于试样中很长聚 丙烯分子缺乏的表征。

二甲苯溶解度(Xylene Solubles)测定聚合物中低分子量全同 立构和中分子量无规立构试样的量。分子量分布的二甲苯溶解部份不 结晶而且被认为有助于纤维气动变细工艺中的纤维牵伸处理。

聚合物结晶度的另一种测量法是全同立构的聚合物相对总的聚合 物的百分比。这被定义为全同立构整度或全同立构整度指数，并可以 通过聚合物核磁共振曲线计算得到。业已发现，用于本发明实施的聚 合物必须具有至少约94％的全同立构整度。

可用于本发明实施的一种聚烯烃是新型的聚丙烯，可从Shell 化学公司(Houston，Texas)按注册商标UnipolTM购得。图1表明了 UnipolTM 1208聚丙烯，它比普通的例如被用于高速纤维工艺的5E65 聚丙烯有更宽的分子量分布。聚合物相对于普通聚丙烯还具有更高的 二甲苯溶解(XS)度。UnipolTM 1208聚丙烯有着如下的物理特 性：熔融流动速率(MFR)约38dg/m，约6％的二甲苯溶解度。

UnipolTM 1208聚丙烯的NMR曲线中无规立构和全同立构的峰的 积分区域在图2中已给出，并且显示全同立构部份在21.4ppm是3662 而无规部份在20.8ppm处为99。这就得到了约97％的全同立 构整度或全同立构整度指数，计算如下：3662/(3662+99)。

制备本发明所述织物的纤维可采用现有技术的纺粘工艺来制备， 例如，在Appel等人的U.S 4340563和Dorschner等人的U.S 3692618中已有描述，它们作为参考文献并入本文。

纺粘工艺通常采用一个挤出器向喷丝板提供熔融的聚合物，其间 聚合物在通过设置在喷丝板上一排或多排细孔时被纤维化，形成长丝 帘。长丝通常用低压空气冷却，牵伸(通常靠压缩空气)并沉积在移 动的有孔毡、皮带或成形带上形成无纺织物。用于纺粘工艺的聚合物 通常有约406-608°F(208-320℃)的加工熔融温度。

由纺粘工艺生产出的纤维的直径通常在约15-50μm之间， 取决于加工条件和用这种纤维制备的织物的期望的最终用途。例如， 增加聚合物分子量或降低加工温度将导致较大直径的纤维。改变冷却 流体温度和气动牵伸压力也将影响纤维的直径。正如前面指出的，较 细的纤维通常是更理想的，并且是本发明的目的。

本发明的织物可以以单层形式实施或作为结合本发明织物的多层 复合使用，这种复合可采用很多不同的技术来实施，包括(但不限于 此)采用粘接、针刺、超声波粘合、热压和任何其它的已知方法。这 类多层复合可以是一个实例，其中部份层是纺粘的而部份是熔喷的， 诸如纺粘/熔喷/纺粘(SMS)叠层物，如Brock等人的USP 4041203以及Collier等人的USP 5169706中公开的。这类叠层物 可以通过如下方式制备，顺序地将第一层纺粘织物层铺放在移动的传 送带或成型网上，然后是一层熔喷织物层和最后的另一层纺粘织物层， 然后用上述一种方法粘合成叠层物。另一种方法是三层织物层可单独 制备，在辊简中收拢并在单独的粘合工序中复合。本发明的织物也可 以与膜、玻纤、短纤维、纸、以及其它常用的材料叠层。本发明织物 的应用领域是成年人失禁用品，妇女卫生用品，绷带，绑带，消毒巾， 医用布和毛巾等。毛巾可以是工业用或家庭用，如Countertop或浴室 揩布。

过去，不能生产出强度类似于普通直径聚丙烯的细纤维。可以相 信，虽然发明人不希望受特定理论的束缚，其理由是在纤维被牵伸时 有竟争性反应发生。当聚合物由模板毛细管出来时，可以认为聚合物 暴露时由于压力减少而得到膨胀。这种现象被称为模膨胀。聚合物同 时被暴露在牵伸力中，可以认为它将引起应力，而应力诱导结晶的发 生。在该位置增加牵伸力以降低纤维大小会导致纤维断裂或导致更大 纤维，这是因为应力的增加诱导了结晶。可以相信降低聚合物离开模 板时的膨胀将降低全部纤维的直径，并且为了降低模膨胀，聚丙烯中 很长链分子必须剔除。可以相信，能满足本发明需求的聚合物中很少 有很长链分子存在。

下面的实施例和比较例显示了能满足本发明需要和不能满足本发 明需要的聚合物制成的纤维特性。

实施例

纤维是在约450-460°F(230-240℃)的温度下用UnipolTM 1208 聚丙烯纺制而成。喷丝板孔径是0.6毫米，并且通量是在0.6-0.7 克/孔/分钟(ghm)之间。纤维采用气动牵伸，气动牵伸力以逐步 方式增加直至发生纤维断裂。其结果列于表1中。

表1 实施例      聚合物       微米     断裂负荷    韧度   1          1208        16.3     4.5          2.7   2          1208        14.8     4            2.9   3          1208        15       4.2          2.9   4          1208        13.9     3.5          2.9   5          1208        13.5     4.2          3.7   6          1208        11.3     2.9          3.6   7          1208        12.6     2.8          2.8   8          1208        14.9     4.5          3.2   9          1208        15.4     4.4          2.9  10          1208        15.5     4.3          2.9  11          1208        15.7     4.4          2.8  12          1208        15       4.1          2.9  13          1208        14.6     3            2.3  14          1208        14.6     4            3

比较例

采用上述实施例中的方式将Exxon化学公司的3445聚丙烯和 Shell化学公司的5E65聚丙烯纺成纤维。Exxon 3445聚丙烯的 熔融流动速率为35，二甲苯溶解度为约3.5，全同立构整度为92％， 其加工熔融温度约为450-460°F。Shell 5E65聚丙烯的熔融流动 速率为约36，二甲苯溶解度为约3.5％，全同立构整度为92％，其加 工熔融温度约为450-460°F。其结果列于表2。

表2 对比例       聚合物    微米    断裂负荷    韧度   1          3445      17.8    4.1         2   2          3445      16.7    5.7         3.3   3          5E65      19.1    4.8         2.1

纤维的直径是以微米给出的，它可以借助求方并将结果乘以系数 0.00629换算成旦尼尔，因而，15微米相当于约1.42旦尼尔(152X 0.00629＝1.415)。断裂负荷以克给出，且通过使用Instron拉伸试 验机以单纤维拉伸测得。韧度是用断裂负荷除以旦尼尔数确定的。

其结果令人惊异的显示，由用于本发明的聚合物纺制的纤维能制 备出具有类似于普通大直径聚丙烯纤维(断裂负荷优选至少4)物理 性能的细纤维。直径几乎低至11微米的纤维采用纺粘工艺被成功地制备， 而且它们具有商业上可接受的强度。