包含聚合物-蠟組合物的纖維的一次性制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 在一個(gè)方面，本發(fā)明設(shè)及纖維，所述纖維由包含熱塑性聚合物和蠟的均勻混合物 的組合物形成。本發(fā)明的另一個(gè)方面還設(shè)及制備運(yùn)些組合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 熱塑性聚合物用于多種應(yīng)用中。然而，與其它聚合物物質(zhì)相比，熱塑性聚合物如聚 丙締和聚乙締具有額外的挑戰(zhàn)，尤其是在例如纖維形成方面。運(yùn)是因?yàn)橹苽淅w維的材料和 工藝要求比制備其它形式如膜的要求更加嚴(yán)格。為制備纖維，相對于其它聚合物加工方法， 聚合物烙體流動特征更加取決于材料的物理和流變性能。而且，與其它方法相比，纖維制備 中局部拉伸速率和剪切速率更大，并且為紡絲超細(xì)纖維，烙體中的小缺陷、輕微的不一致性 或相不相容性是商業(yè)可行方法所不可接受的。此外，高分子量的熱塑性聚合物不易于或不 能有效地紡成細(xì)纖維。如果它們的可得性和潛在的強(qiáng)度改善，則期望提供一種容易并且有 效紡織此類高分子量聚合物的途徑。
[0004] 大多數(shù)熱塑性聚合物如聚乙締、聚丙締和聚對苯二甲酸乙二醇醋衍生自單體（例 如分別為乙締、丙締和對苯二甲酸），所述單體得自不可再生的化石基資源（例如石油、天 然氣和煤炭）。因此，運(yùn)些資源的價(jià)格和可得性最終對運(yùn)些聚合物的價(jià)格具有顯著的影響。 隨著運(yùn)些資源的國際價(jià)格迅速升高，由運(yùn)些聚合物制得的材料的價(jià)格迅速升高。此外，許多 消費(fèi)者對購買僅衍生自石油化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)品表現(xiàn)出反感，所述石油化學(xué)產(chǎn)品是不可再生的 化石基資源。其他消費(fèi)者可能會對來源于石油化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)品具有負(fù)面印象，認(rèn)為是"非天 然的"或環(huán)境不友好的。
[0005] 熱塑性聚合物通常與添加劑（例如蠟、顏料、有機(jī)染料、香料等）不相容或與其具 有不佳的混溶性，所述添加劑本來可能有助于降低運(yùn)些聚合物在下游制品制造中的消耗。 迄今為止，本領(lǐng)域尚未有效解決如何在使用運(yùn)些聚合物的常見制品的生產(chǎn)中降低衍生自不 可再生化石基資源的熱塑性聚合物的量。因此，期望解決該缺點(diǎn)。現(xiàn)有領(lǐng)域使聚丙締與添 加劑混合形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中聚丙締為微量組分。運(yùn)些蜂窩狀結(jié)構(gòu)是后面的目的，包括在 形成結(jié)構(gòu)后隨后去除或提取出可再生材料。美國專利3, 093, 612描述了聚丙締與多種脂肪 酸的組合，其中脂肪酸被去除?？茖W(xué)文章J.Apply.化Iym.Sci82(1)第169-177頁（2001) 公開，對聚丙締使用稀釋劑W熱致相分離，W產(chǎn)生開放并且較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，但是聚合物 比率低，其中隨后將稀釋劑從最終結(jié)構(gòu)中去除?？茖W(xué)文章J.Apply.化Iym.Sci105(4)第 2000-2007頁（2007)經(jīng)由熱致相分離，用鄰苯二甲酸二下醋和大豆油混合物W及聚丙締微 量組分制成微孔膜。稀釋劑在最終結(jié)構(gòu)中去除?？茖W(xué)文章化urnalofMembraneScience 108(1-2)第25-36頁（1995)使用大豆油和聚丙締混合物，并且采用產(chǎn)生所期望膜結(jié)構(gòu)的熱 致相分離，制成中空纖維微孔膜，其中聚丙締為微量組分。稀釋劑在最終結(jié)構(gòu)中去除。在所 有運(yùn)些情況下，所述稀釋劑均被去除，W獲得最終結(jié)構(gòu)。運(yùn)些結(jié)構(gòu)在去除稀釋劑之前是油性 的，過量的稀釋劑產(chǎn)生非常開放的微孔結(jié)構(gòu)，具有〉10ym的孔尺寸。
[0006] 為制備非織造制品，已進(jìn)行許多嘗試。然而，由于成本、加工困難、和最終使用性 能，僅有有限數(shù)目的選擇。與膜和層壓體相比，非織造制品的可用纖維難W生產(chǎn)，并且具有 附加的挑戰(zhàn)。運(yùn)是因?yàn)?，與生產(chǎn)膜、吹塑制品和注塑制品相比，纖維的材料和加工特性更加 嚴(yán)格。為生產(chǎn)纖維，結(jié)構(gòu)形成期間的加工時(shí)間通常更短，并且流動特性對材料的物理和流變 學(xué)特性要求更高。與其它工藝相比，纖維生產(chǎn)中的局部應(yīng)變速率和剪切速率更大。此外，纖 維紡絲需要均勻的組合物。為了紡出超細(xì)纖維，烙體中的小缺陷、輕微的不一致性或非同質(zhì) 性是商業(yè)可行方法所不可接受的。纖維越細(xì)，加工條件和材料選擇越重要。
[0007] 因此，需要得自熱塑性聚合物組合物的纖維，所述組合物允許使用較高分子量和/ 或減量的不可再生資源基材料，和/或滲入其它添加劑如香料和染料。另一個(gè)需要是，得自 組合物的纖維存在遞送最終產(chǎn)品中可再生材料的添加劑，并且還可使其它添加劑如染料和 香料能夠加入到最終結(jié)構(gòu)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個(gè)方面，本發(fā)明設(shè)及通過烙體紡絲組合物制得的纖維，所述組合物包含熱塑 性聚合物和烙點(diǎn)大于25°c的蠟的均勻混合物。所述蠟可具有低于熱塑性聚合物烙融溫度的 烙點(diǎn)。所述組合物可為制得的粒料形式，W按原樣使用，或儲存W為將來使用，例如用于制 備纖維。任選地，所述組合物可被進(jìn)一步加工成最終可用形式如纖維、膜和成型制品。所述 纖維可具有小于200ym的直徑。除了為中空、圓形和/或成型W外，所述纖維還可為單組 分或雙組分的，不連續(xù)的和/或連續(xù)的。所述纖維可為可熱粘結(jié)的。
[0009] 所述熱塑性聚合物可包括聚締控、聚醋、聚酷胺、它們的共聚物、或它們的組合。所 述熱塑性聚合物可選自聚丙締、聚乙締、聚丙締共聚物、聚乙締共聚物、聚對苯二甲酸乙二 醇醋、聚對苯二甲酸下二醇醋、聚乳酸、多徑基鏈燒酸醋、聚酷胺-6、聚酷胺-6, 6、W及它們 的組合?？墒褂美恿髦笖?shù)大于0.5g/10min或大于lOg/lOmin的聚丙締。聚丙締可具有約 20kDa至約700kDa的重均分子量。熱塑性聚合物可衍生自可再生生物基原料源如生物聚乙 締或生物聚丙締，和/或可為可再循環(huán)資源如消費(fèi)者使用后的可再循環(huán)資源。
[0010] 所述蠟可W基于所述組合物總重量計(jì)約1重量％至約20重量％，約2重量％至約 15重量％，或約3重量％至約10重量％的量存在于所述組合物中。所述蠟可包括脂質(zhì)，所 述脂質(zhì)可選自甘油單醋、甘油二醋、甘油S醋、脂肪酸、脂肪醇、醋化脂肪酸、環(huán)氧化脂質(zhì)、馬 來酸化脂質(zhì)、氨化脂質(zhì)、衍生自脂質(zhì)的醇酸樹脂、薦糖聚醋、或它們的組合。所述蠟可包括礦 物蠟，如直鏈燒控、支化燒控、或它們的組合。礦物蠟的具體例子為石蠟和凡±林。所述蠟可 選自氨化大豆油、部分氨化大豆油、環(huán)氧化大豆油、馬來酸化大豆油、=硬脂酸甘油醋、=棟 桐酸甘油醋、1，2-二棟桐酸-油精、1，3-二棟桐酸-油精、1-棟桐酸-3-硬脂酸-2-油精、 ^棟桐酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棟桐酸硬脂酸-3-油精、1，2-二棟桐酸-亞油精、 1，2-二硬脂酸-油精、1，3-二硬脂酸-油精、=肉豆違酸甘油醋、=月桂酸甘油醋、癸酸、己 酸、辛酸、月桂酸、肉豆違酸、棟桐酸、硬脂酸、W及它們的組合。所述蠟可選自氨化植物油、 部分氨化植物油、環(huán)氧化植物油、馬來酸化植物油。此類植物油的具體例子包括大豆油、玉 米油、卡諾拉油、和棟桐仁油。
[0011] 所述蠟可分散于熱塑性聚合物中，使得所述蠟在熱塑性聚合物中具有小于2ym， 小于1ym，或小于500nm的液滴尺寸。所述蠟可為可再生材料。
[0012] 本文所公開的組合物還可包含添加劑。所述添加劑可為油溶性的或油分散性的。 添加劑的例子包括香料、染料、顏料、成核劑、澄清劑、抗微生物劑、表面活性劑、納米顆粒、 抗靜電劑、填料、或它們的組合。
[0013] 在另一方面，提供了制備如本文所公開的組合物的方法，所述方法包括a)將烙融 態(tài)熱塑性聚合物與同樣為烙融態(tài)的蠟混合W形成混合物；W及b)在10秒或更短時(shí)間內(nèi)將 所述混合物冷卻至等于或低于熱塑性聚合物固化溫度的溫度，W形成所述組合物。制備組 合物的方法可包括a)將熱塑性聚合物烙融W形成烙融的熱塑性聚合物；b)將烙融的熱塑 性聚合物和蠟混合W形成混合物；W及C)在10秒或更短時(shí)間內(nèi)將所述混合物冷卻至等于 或低于熱塑性聚合物固化溫度的溫度?；旌峡稍诖笥贗Os1，或約30至約IOOs1的剪切速 率下進(jìn)行。混合物可在10秒或更短時(shí)間內(nèi)冷卻至50°C或更低的溫度?？蓪⑺鼋M合物粒 化?？稍诶鋮s混合物之后，或在冷卻混合物之前或同時(shí)，進(jìn)行?；??？墒褂脭D出機(jī)如單或雙 螺桿擠出機(jī)制備所述組合物。作為另外一種選擇，制備組合物的方法可包括a)將熱塑性聚 合物烙融W形成烙融的熱塑性聚合物；b)將烙融的熱塑性聚合物和蠟混合W形成混合物； W及C)將所述烙融混合物紡絲W形成長絲或纖維，所述長絲或纖維在冷卻時(shí)固化。
【附圖說明】
[0014] 為了更全面地理解本公開，對下列【具體實(shí)施方式】和其中附圖應(yīng)提供參考：
[0015] 圖1示出未改性聚丙締和本文所公開實(shí)例1-3組合物的粘度；
[0016] 圖2示出未改性聚丙締（A)和本文所公開實(shí)例1-3度-D)組合物的掃描電鏡（SEM) 圖像；并且
[0017] 圖3為一次性吸收制品的示意圖；
[0018] 盡管本公開發(fā)明可能有各種形式的實(shí)施例，在附圖中圖示的（并且將在下文中描 述的）是本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是應(yīng)理解的是，本公開旨在是說明性的，而不旨在將本發(fā) 明限制于本文所描述和圖示的具體實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明包括W下實(shí)施方案：
[0020] 1. 一種一次性制品，其特征在于，其包含：
[0021] 通過烙體紡絲組合物制得的纖維，所述組合物包含下列的均勻混合物： 陽0巧 （a)熱塑性聚合物訊
[0023] 化）具有大于25°C烙點(diǎn)的蠟。
[0024] 2.根據(jù)實(shí)施方案1所述的一次性制品，其特征在于，所述熱塑性聚合物包括聚締 控、聚醋、聚酷胺、它們的共聚物、或它們的組合。
[00巧]3.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述熱塑性聚合 物包括聚丙締。
[0026] 4.根據(jù)實(shí)施方案4所述的一次性制品，其中所述聚丙締具有約20kDa至約400kDa 的重均分子量。
[0027] 5.根據(jù)實(shí)施方案3或4所述的一次性制品，其中所述聚丙締具有大于5g/10min的 烙流指數(shù)。
[0028] 6.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述組合物包含 基于所述組合物的總重量計(jì)5重量％至40重量％的所述蠟。
[0029] 7.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述蠟包括脂質(zhì)。
[0030] 8.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述蠟分散于所 述熱塑性聚合物中，使得所述蠟在所述熱塑性聚合物中具有小于2ym的液滴尺寸。
[0031] 9.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述組合物還包 含添加劑，所述添加劑選自香料、染料、顏料、表面活性劑、納米顆粒、抗靜電劑、填料、或它 們的組合。
[0032] 10.根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的一次性制品，其特征在于，所述制品為一次 性吸收制品，包括液體可透過層、液體不可透過層、W及設(shè)置于所述液體可透過層與所述液 體不可透過層之間的吸收忍。
[0033] 本文所公開的纖維通過將熱塑性聚合物和蠟的均勻混合物的組合物烙體紡絲而 制得。術(shù)語"均勻混合物"是指所述蠟和熱塑性聚合物的物理關(guān)系，其中所述蠟分散于所述 熱塑性聚合物中。熱塑性聚合物中所述蠟的液滴尺寸是指示所述蠟在熱塑性聚合物中分散 程度的參數(shù)。液滴尺寸越小，所述蠟在熱塑性聚合物中的分散度越高，液滴尺寸越大，所述 蠟在熱塑性聚合物中的分散度越低。如本文所用，術(shù)語"混合物"是指本文所公開的發(fā)明中 的一個(gè)的均勻混合物，而不是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)混合物更廣泛含義中的"混合物"。
[0034] 熱塑性聚合物中所述蠟的液滴尺寸小于2ym，并且可小于1ym，或小于500nm。分 散于所述熱塑性聚合物中的所述蠟的其它預(yù)期液滴尺寸包括小于1. 5ym，小于900皿，小 于SOOnm,小于700nm，小于600nm，小于400nm，小于300nm，和小于200nm。
[0035] 所述蠟的液滴尺寸可間接通過測量將所述蠟從所述組合物中去除后熱塑性聚合 物中的空隙尺寸，由掃描電鏡（SEM)測得。所述蠟的去除通常在SEM成像之前進(jìn)行，因?yàn)樗?述蠟與沈M成像技術(shù)不相容。因此，由沈M成像測得的空隙與組合物中所述蠟的液滴尺寸 相關(guān)，如圖2中所示。
[0036] 實(shí)現(xiàn)所述蠟在熱塑性聚合物中適當(dāng)分散的一種示例性方法是將烙融態(tài)的熱塑性 聚合物與所述蠟混合。將熱塑性聚合物烙融（例如暴露于高于熱塑性聚合物固化溫度的溫 度下），W提供烙融的熱塑性聚合物，并且與蠟混合。熱塑性聚合物可在加入所述蠟之前烙 融，或可在蠟的存在下烙融。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)聚合物烙融時(shí)，蠟也為烙融態(tài)。在下文中，術(shù)語蠟 可表示根據(jù)溫度為固（任選結(jié)晶）態(tài)或烙融態(tài)的組分。不需要蠟在聚合物固化的溫度下固 化。例如，聚丙締在90°C下為半結(jié)晶固體，所述溫度高于許多蠟的烙點(diǎn)。
[0037] 可在例如大于IOs1的剪切速率下，混合熱塑性聚合物和蠟。其它預(yù)期的剪切速率 包括大于10,約15至約1000,約20至約200,或至多500s1。混合的剪切速率越高，所述蠟 在本文所公開的組合物中的分散度越大。因此，通過在組合物形成期間選擇特定剪切速率， 可控制分散度。
[0038] 可使用能夠提供所需剪切速率的任何機(jī)械裝置，混合所述蠟和烙融熱塑性聚合 物，獲得如本文所公開的組合物。機(jī)械裝置的非限制性例子包括攬拌器如化ake間歇式攬 拌器和擠出機(jī)（例如單或雙螺桿擠出機(jī)）。
[0039] 然后將烙融熱塑性聚合物和蠟的混合物迅速（例如在小于10秒內(nèi)）冷卻至低于 熱塑性聚合物固化溫度（或經(jīng)由傳統(tǒng)熱塑性聚合物結(jié)晶，或在低于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 下通過）的溫度。所述混合物可被冷卻至小于200°C，小于150°C，小于100°C小于75°C，小 于50°C，小于40°C，小于30°C，小于20°C，小于15°C，小于10°C，或至約(TC至約30°C，約(TC 至約20°C，或約0°C至約10°C的溫度。例如，可將所述混合物放置于低溫液體（例如所述液 體為或低于所述混合物冷卻的溫度）或氣體。所述液體可為環(huán)境溫度或受控溫度的水。所 述氣體可為環(huán)境空氣或受控溫度和濕度的空氣?？墒褂萌魏误E冷介質(zhì)，只要它快速冷卻所 述混合物。根據(jù)混合物組成，可使用其它液體如油、醇和酬W及含水混合物（例如氯化鋼） 來驟冷?？墒褂闷渌鼩怏w如二氧化碳和氮?dú)?，或天然存在于常溫和常壓空氣中的任何其?組分。
[0040] 任選地，所述組合物為粒料形式。組合物粒料可在冷卻所述組合物之前、同時(shí)或之 后形成。所述粒料可通過股條切割或水下?；纬?。在股條切割中，所述組合物快速驟冷 (一般在遠(yuǎn)小于10秒的時(shí)間段內(nèi)），然后切成小片。在水下粒化中，將所述混合物切成小 片，同時(shí)或在其后立即放入到低溫液體中，所述低溫液體快速冷卻并且固化所述混合物，形 成?；慕M合物。此類?；椒ㄊ瞧胀夹g(shù)人員熟知的。粒料形態(tài)可為圓形或圓柱形，并 且可具有不大于15mm，