專(zhuān)利名稱(chēng)：形成含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法。更具體地講，本發(fā)明涉及利用旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板制備含羥基聚合物纖維的方法、由此類(lèi)旋轉(zhuǎn)紡絲方法制備的含羥基聚合物纖維以及用此類(lèi)含羥基聚合物纖維制備的纖維網(wǎng)。
背景技術(shù)：
用于制備纖維的非旋轉(zhuǎn)紡絲方法例如使用刀口噴絲板和/或紡粘噴絲板和/或熔噴噴絲板的那些已為本領(lǐng)域所知。
用于制備不含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法也為本領(lǐng)域所知。例如，我們知道玻璃纖維材料纖維可通過(guò)旋轉(zhuǎn)紡絲方法形成。然而，現(xiàn)有技術(shù)未能提出或建議制備含羥基聚合物纖維，尤其是適于消費(fèi)品的顯示濕強(qiáng)度性質(zhì)和/或溶解度性質(zhì)的含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法。
因此，需要制備含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法。
發(fā)明概述本發(fā)明通過(guò)提供用于制備含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法滿(mǎn)足了上述需要。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制備含羥基聚合物纖維的方法，所述方法包括使含羥基聚合物的組合物經(jīng)由旋轉(zhuǎn)紡絲方法的步驟從而形成含羥基聚合物纖維。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制備含羥基聚合物纖維的方法，所述方法包括以下步驟a.提供含羥基聚合物的組合物；b.將所述含羥基聚合物的組合物提供給旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板；和
c.操作旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板使得所述含羥基聚合物的組合物作為一種或多種含羥基聚合物纖維離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了由本發(fā)明方法生產(chǎn)的含羥基聚合物纖維。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了包含依照本發(fā)明生產(chǎn)的含羥基聚合物纖維的纖維網(wǎng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制備一種或多種含羥基聚合物纖維的方法，所述方法包括使含羥基聚合物的組合物經(jīng)由旋轉(zhuǎn)紡絲方法的步驟從而生產(chǎn)出一種或多種根含羥基聚合物纖維。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制備一種或多種含羥基聚合物纖維的方法，所述方法包括以下步驟a.提供包含第一材料的第一組合物；b.提供包含第二材料的第二組合物；c.將所述第一和第二組合物提供給旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板；和d.操作旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板使得所述第一和第二組合物作為一種或多種多組分纖維離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板；其中至少第一材料與第二材料之一包含羥基聚合物。
因此，本發(fā)明提供了制備含羥基聚合物纖維的方法、由此類(lèi)方法生產(chǎn)的含羥基聚合物纖維以及包含此類(lèi)含羥基聚合物纖維的纖維網(wǎng)。
附圖概述

圖1是制備含羥基聚合物纖維的非旋轉(zhuǎn)紡絲方法的示意圖。
圖2A是制備如本發(fā)明所述的含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖2B是制備如本發(fā)明所述的含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其為圖2A的一部分。
圖3A是適用于制備本發(fā)明所述含羥基聚合物的組合物的雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒的示意性側(cè)視圖。
圖3B是適用于圖1A機(jī)筒的螺桿與混合元件構(gòu)型的示意性側(cè)視圖。
發(fā)明詳述定義本文所用“非旋轉(zhuǎn)紡絲方法”是指這樣一種方法，其中當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)非旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板時(shí)，含羥基聚合物纖維形成于所述含羥基聚合物的組合物。當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)非旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板時(shí)，所述含羥基聚合物的組合物通過(guò)牽伸流體流和/或重力和/或機(jī)械力和/或電力被抽長(zhǎng)從而形成含羥基聚合物纖維。圖1是制備含羥基聚合物纖維的非旋轉(zhuǎn)紡絲方法的示意圖。如圖1所示，非旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板10包括牽伸流體流開(kāi)口12(牽伸流體流14由此離開(kāi)噴絲板10)和含羥基聚合物的組合物開(kāi)口16(含羥基聚合物的組合物18由此離開(kāi)噴絲板10并僅僅由于牽伸流體流14的作用而被抽長(zhǎng)為含羥基聚合物纖維20的形式)。
本文所用“旋轉(zhuǎn)紡絲方法”是指這樣一種方法，其中當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板時(shí)，不含羥基聚合物纖維形成于所述含羥基聚合物的組合物。當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板時(shí)，所述含羥基聚合物的組合物由于牽伸力被抽長(zhǎng)從而形成含羥基聚合物纖維，所述牽伸力不是單純的牽伸流體流和/或重力和/或機(jī)械力和/或電力。圖2A和2B是制備含羥基聚合物纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
本文所用“牽伸流體流”是指賦予含羥基聚合物的組合物加速度從而優(yōu)選地使得所述含羥基聚合物的組合物被拉成含羥基聚合物纖維的離散流體流。
本文所用“離散流體流”是指一種或多種氣體(如空氣)，其顯示足夠的速率并充分接近含羥基聚合物的組合物，從而所述含羥基聚合物的組合物被一種或多種氣體加速。
本文所用“纖維”或“長(zhǎng)絲”是指一種細(xì)長(zhǎng)、纖薄且高度柔韌的物體，其具有一個(gè)相對(duì)于該纖維的兩個(gè)相互正交軸而言非常長(zhǎng)的長(zhǎng)軸，所述兩個(gè)相互正交軸垂直于所述長(zhǎng)軸。長(zhǎng)軸長(zhǎng)度與垂直于長(zhǎng)軸的纖維橫截面當(dāng)量直徑的縱橫比優(yōu)選大于100/1，更具體地講大于500/1，還更具體地講大于1000/1，甚至更具體地講大于5000/1。所述纖維可以是長(zhǎng)纖維或基本上是長(zhǎng)纖維，或者它們可以是短纖維。
當(dāng)按照本文所述的纖維直徑測(cè)試方法測(cè)量時(shí)，本發(fā)明的纖維可能具有小于約50微米和/或小于約20微米和/或小于約10微米和/或小于約8微米和/或小于約6微米和/或小于約4微米的纖維直徑。
本文所用“紡絲工藝溫度”是指當(dāng)含羥基聚合物纖維形成時(shí)，所述含羥基聚合物纖維在旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板的外表面上被抽長(zhǎng)時(shí)所處的溫度。
本文所用“含羥基聚合物的組合物”是指包含至少一種羥基聚合物的組合物。在一個(gè)實(shí)施例中，所述含羥基聚合物的組合物包含至少一種在其分解前不熔融的材料。例如，羥基聚合物可溶于水中而不熔融，然后可在纖維成形過(guò)程中干燥(除去水)。
含羥基聚合物的組合物所述含羥基聚合物的組合物包含羥基聚合物。本文所用“羥基聚合物”是指包含按重量計(jì)大于10％和/或大于20％和/或大于25％羥基的任何聚合物。
所述含羥基聚合物的組合物可以是包含聚合物共混物(其中至少一種是羥基聚合物)和/或無(wú)機(jī)和有機(jī)填充劑和/或纖維和/或起泡劑的復(fù)合材料。
所述含羥基聚合物的組合物可已成形。在一個(gè)實(shí)施例中，所述羥基聚合物可通過(guò)與液體如水接觸而溶解，以便形成所述含羥基聚合物的組合物。對(duì)本發(fā)明而言，這種液體可看作是起外增塑劑的作用?？晒┻x擇地，也可使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的用于生產(chǎn)含羥基聚合物的組合物的任何其它合適方法，使得所述含羥基聚合物的組合物顯示用于將所述組合物紡成纖維的合適性質(zhì)。
當(dāng)由含羥基聚合物的組合物制備纖維時(shí)，所述含羥基聚合物的組合物可具有和/或暴露于約23℃至約100℃和/或約65℃至約95℃和/或約70℃至約90℃的溫度。
所述含羥基聚合物的組合物的pH值可以是約2.5至約9和/或約3至約8.5和/或約3.2至約8和/或約3.2至約7.5。
當(dāng)按照本文所述的含羥基聚合物的組合物剪切粘度測(cè)試方法測(cè)定時(shí)，所述含羥基聚合物的組合物在所述紡絲工藝溫度和3,000秒-1的剪切速率下測(cè)量時(shí)可具有的剪切粘度小于約300Pa.s和/或約0.1Pa.s至約300Pa.s和/或約1Pa.s至約250Pa.s和/或約3Pa.s至約200Pa.s。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明所述含羥基聚合物的組合物可包含按所述含羥基聚合物的組合物重量計(jì)至少約5％和/或15％和/或從至少約20％和/或30％和/或40％和/或45％和/或50％至約75％和/或80％和/或85％和/或90％和/或95％和/或99.5％的羥基聚合物。交聯(lián)之前所述羥基聚合物可具有的重均分子量大于約100,000g/mol。
交聯(lián)體系可存在于所述含羥基聚合物的組合物中和/或可在所述含羥基聚合物組合物的聚合物加工之前添加到所述含羥基聚合物的組合物中。
所述含羥基聚合物的組合物可包含a)按所述含羥基聚合物的組合物重量計(jì)至少約5％和/或15％和/或從至少約20％和/或30％和/或40％和/或45％和/或50％至約75％和/或80％和/或85％的羥基聚合物；b)包含按所述含羥基聚合物的組合物重量計(jì)約0.1％至約10％交聯(lián)劑的交聯(lián)體系；和c)按所述含羥基聚合物的組合物重量計(jì)約10％和/或15％和/或20％至約50％和/或55％和/或60％和/或70％的外增塑劑，如水。
含羥基聚合物的組合物的合成本發(fā)明所述含羥基聚合物的組合物可利用螺桿擠出機(jī)如排氣式雙螺桿擠出機(jī)來(lái)制備。
APV Baker(Peterborough，England)雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒60示意性圖示說(shuō)明于圖3A中。機(jī)筒60被隔成八個(gè)區(qū)域，標(biāo)為區(qū)域1至8。機(jī)筒60封住了擠出螺桿和混合元件(示意性顯示在圖3B中)，并在擠出過(guò)程中用作保護(hù)殼。固體進(jìn)料口62設(shè)置在區(qū)域1內(nèi)，且液體進(jìn)料口64設(shè)置在區(qū)域1內(nèi)。通風(fēng)孔66包括在區(qū)域7內(nèi)以便在混合物離開(kāi)擠出機(jī)之前冷卻并減少其內(nèi)液體如水的含量?？墒褂檬惺塾贏PV Baker的任選通風(fēng)填充機(jī)來(lái)防止含羥基聚合物的組合物從通風(fēng)66流出。含羥基聚合物的組合物經(jīng)機(jī)筒60的流動(dòng)是從區(qū)域1開(kāi)始，在區(qū)域8離開(kāi)機(jī)筒60。
雙螺桿擠出機(jī)的螺桿和混合元件構(gòu)型示意性圖示說(shuō)明于圖3B。雙螺桿擠出機(jī)包括多個(gè)串聯(lián)安裝的雙頭螺桿(TLS)(標(biāo)為A和B)和單頭螺桿(SLS)(標(biāo)為C和D)。螺桿元件(A-D)的特征在于連續(xù)頭的數(shù)目和這些頭的間距。
頭是包裹螺桿元件芯的螺旋片(處于給定螺旋角)。頭的數(shù)目顯示沿螺桿方向在任何給定位置上包裹芯的螺旋片的數(shù)目。增加頭的數(shù)目將減少螺桿的容積，并增加了螺桿的壓力產(chǎn)生能力。
螺距是螺旋片完全繞芯一周所需要的距離。此螺距表示成每個(gè)螺旋片整周的螺桿元件直徑的數(shù)目。減小螺距將增加螺桿產(chǎn)生的壓力，并減小螺桿的容積。
螺桿元件的長(zhǎng)度被記錄成元件長(zhǎng)度除以元件直徑的比率。
此實(shí)施例使用TLS和SLS。螺桿元件A是具有1.0螺距和1.5長(zhǎng)度比的TLS。螺桿元件B是具有1.0螺距和1.0L/D比的TLS。螺桿元件C是具有螺距和1.0長(zhǎng)度比的SLS。螺桿元件D是具有螺距和長(zhǎng)度比的SLS。
還包含與SLS和TLS螺桿元件串聯(lián)用作混合元件的Bilobal槳E以增強(qiáng)混合。使用各種構(gòu)型的bilobal槳和反向元件F、在相反方向有螺紋的單和雙頭螺桿以便控制流動(dòng)和相應(yīng)的混合時(shí)間。
在區(qū)域1，羥基聚合物以230克/分鐘的速度使用K-Tron(Pitman，NJ)重量減輕進(jìn)料器給料至固體進(jìn)料口。此羥基聚合物在擠出機(jī)(區(qū)域1)內(nèi)與以146克/分鐘的速度使用Roy(Ivyland，PA)隔膜泵(每小時(shí)7.2L(1.9加侖)泵頭)于液體口加入的水-一種外增塑劑混合，形成羥基聚合物/水漿液。然后此漿液被向下傳送到擠出機(jī)的機(jī)筒并蒸煮。表1記述了擠出機(jī)每個(gè)區(qū)域的溫度、壓力和相應(yīng)功能。
表I
當(dāng)漿液離開(kāi)擠出機(jī)后，部分羥基聚合物/水漿液被倒掉，另一部分(100g)被給料于Zenith，類(lèi)型PEP II(Sanford NC)中然后泵吸至SMX型靜態(tài)攪拌器(Koch-Glitsch，Woodridge，Illinois)中。靜態(tài)攪拌器用于將附加的添加劑(如交聯(lián)劑、交聯(lián)促進(jìn)劑)、附加的外增塑劑(如附加的水或其它外增塑劑)與羥基聚合物/水漿液混合形成含羥基聚合物的組合物。添加劑通過(guò)PREP 100HPLC泵(Chrom Tech，Apple ValleyMN)被泵吸至靜態(tài)攪拌器中。這些泵具有高壓、低體積添加能力。本發(fā)明所述含羥基聚合物的組合物已準(zhǔn)備好被紡成含羥基聚合物纖維。
利用旋轉(zhuǎn)紡絲方法的纖維紡絲依照本發(fā)明制備包含羥基聚合物的纖維的旋轉(zhuǎn)紡絲方法的非限制性實(shí)施例如下。
按上述“含羥基聚合物的組合物的合成”制備含羥基聚合物的組合物。如圖4所示，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)紡絲方法(或旋轉(zhuǎn)聚合物加工操作)將含羥基聚合物的組合物紡成含羥基聚合物纖維。本文所用“聚合物加工”是指任何操作和/或方法，通過(guò)所述操作和/或方法將含羥基聚合物的組合物制成含羥基聚合物纖維。
如圖2A和2B所示，在如本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22的一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22可包括旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24，所述噴絲板包括底壁26與外環(huán)形壁28。底壁26與外環(huán)形壁28彼此相連從而限定接受隔室30。旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22還包括與接受隔室30流體連通的含羥基聚合物的組合物源32。所述含羥基聚合物的組合物源32能夠遞送含羥基聚合物的組合物34至接受隔室30。
外環(huán)形壁28包括至少一個(gè)孔36，操作期間含羥基聚合物的組合物34可通過(guò)該孔離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24。旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24還可包括頂壁38，其與外環(huán)形壁28相連以進(jìn)一步限定接受隔室30。旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22還可包括濕空氣源40，如箭頭A所表示的，其能夠遞送濕空氣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24或者在該板周?chē)?br> 底壁26可包括槽和/或凹槽(未示出)，它們有利于和/或幫助含羥基聚合物的組合物34在接受隔室30內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22可包括引導(dǎo)濕空氣A的空氣偏轉(zhuǎn)器42。在一個(gè)實(shí)施例中，將空氣偏轉(zhuǎn)器42連接到旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24。在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣偏轉(zhuǎn)器42是獨(dú)立的且與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24分離。在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣偏轉(zhuǎn)器42包括上蓋板42’和下蓋板42”，其中所述上蓋板42’和下蓋板42”之一被連接到旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24，而另一個(gè)是獨(dú)立的且與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24分離。
空氣偏轉(zhuǎn)器42能夠引導(dǎo)濕空氣A，使得所述濕空氣A接觸離開(kāi)外環(huán)形壁28的孔36的纖維44。
濕空氣A可使含羥基聚合物的組合物34和/或含羥基聚合物纖維44潮濕。濕空氣A可顯示大于50％和/或大于60％和/或大于70％的相對(duì)濕度。在一個(gè)實(shí)施例中，將濕空氣A供給到鄰近旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的外環(huán)形壁28的區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)施例中，濕空氣A通過(guò)外環(huán)形壁28內(nèi)鄰近孔36的開(kāi)口(未示出)來(lái)供給。此類(lèi)開(kāi)口的非限制性實(shí)施例包括孔或狹槽，它們能夠使?jié)窨諝忄徑x開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的一種或多種纖維44。
除了引導(dǎo)濕空氣A之外，空氣偏轉(zhuǎn)器42還可以使接觸旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24和/或纖維44的未潮濕空氣的量最小化。
將濕空氣A添加到噴絲板內(nèi)部可減弱含羥基聚合物的組合物34過(guò)早地干燥至不容易流過(guò)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的孔36的程度的趨勢(shì)。濕空氣A可將含羥基聚合物的組合物34保持在流體狀態(tài)，從而該組合物可自由流過(guò)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的孔36。
旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22還可包括能夠可釋放地接受和/或永久接受旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的支架系統(tǒng)46。支架系統(tǒng)46可與傳動(dòng)馬達(dá)或其它裝置相連，所述裝置能夠在操作期間使所述支架系統(tǒng)46并因此使旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24繞軸R徑向旋轉(zhuǎn)。
在旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22操作期間，由于旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24繞軸R旋轉(zhuǎn)，其可將慣量賦予給存在于接受隔室30內(nèi)并與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的壁接觸的含羥基聚合物的組合物34。含羥基聚合物的組合物34在通過(guò)外環(huán)形壁28的至少一個(gè)孔36離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24之前與所述外環(huán)形壁28接觸并臨時(shí)積聚。由于賦予給含羥基聚合物的組合物28慣量并由于含羥基聚合物的組合物34通過(guò)至少一個(gè)孔36離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24，所述含羥基聚合物的組合物34被抽長(zhǎng)為一種或多種纖維44。由于賦予給含羥基聚合物的組合物34的慣量，需要牽伸流體流以將所述含羥基聚合物的組合物34抽長(zhǎng)為纖維44。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，也可將牽伸流體流施用到含羥基聚合物的組合物34，以附加幫助所述含羥基聚合物的組合物34被抽長(zhǎng)為含羥基聚合物纖維44。
將含羥基聚合物的組合物34給料/供應(yīng)于旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24可為間歇方法和/或連續(xù)方法。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)連續(xù)方法或半連續(xù)方法將含羥基聚合物的組合物34供應(yīng)于旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24。在含羥基聚合物的組合物34供應(yīng)于旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24時(shí)，所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24可正在旋轉(zhuǎn)或沒(méi)有旋轉(zhuǎn)。
可將含羥基聚合物纖維44收集在收集裝置上(未示出)以形成纖維網(wǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用真空以有利于纖維44在收集裝置上的收集。此外，可以均勻方式將纖維44收集在所述收集裝置上。
旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的直徑可使得其外環(huán)形壁的外表面48在操作期間顯示約1m/s至約300m/s和/或約10m/s至約200m/s和/或約10m/s至約100m/s的頂端速度。
可配置外環(huán)形壁28的至少一個(gè)孔36以提供含羥基聚合物的組合物34的生產(chǎn)量為約0.1至約10克/孔/分鐘(ghm)和/或約0.2至約10ghm和/或約0.3至約8ghm。對(duì)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板實(shí)施例(例如沒(méi)有外環(huán)形壁的有孔圓盤(pán)，含羥基聚合物的組合物可通過(guò)該孔離開(kāi)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板)，克/孔/分鐘可被考慮成克/纖維產(chǎn)生流/分鐘，其實(shí)施例在以下描述。
旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板可為一個(gè)圓盤(pán)，含羥基聚合物的組合物在以纖維形式離開(kāi)圓盤(pán)之前可在該蓋圓盤(pán)的一個(gè)其表面上與之接觸。圓盤(pán)可相對(duì)光滑或被設(shè)計(jì)和/或改良成包括凹槽以控制當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)所述圓盤(pán)時(shí)運(yùn)動(dòng)的通道。
在另一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板可為一個(gè)轉(zhuǎn)筒或圓筒，含羥基聚合物的組合物在以纖維形式離開(kāi)轉(zhuǎn)筒或圓筒之前可在該轉(zhuǎn)筒或圓筒一個(gè)表面上與之接觸。與圓盤(pán)類(lèi)似，轉(zhuǎn)筒或圓筒可相對(duì)光滑或被設(shè)計(jì)和/或改良成包括凹槽以控制當(dāng)含羥基聚合物的組合物離開(kāi)所述轉(zhuǎn)筒或圓筒時(shí)運(yùn)動(dòng)的通道。
通常，旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板可為能夠運(yùn)動(dòng)例如旋轉(zhuǎn)的任何表面，使得當(dāng)含羥基聚合物的組合物接觸該表面并隨后離開(kāi)該表面時(shí)形成含羥基聚合物纖維。
盡管圖2A和2B表示具有以相對(duì)軸R(旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24繞該軸旋轉(zhuǎn))垂直的方式生產(chǎn)含羥基聚合物纖維44的旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的旋轉(zhuǎn)紡絲系統(tǒng)22的一個(gè)實(shí)施例，含羥基聚合物纖維44可以相對(duì)軸R平行的方式或者以相對(duì)軸R呈任何其它定向的方式生產(chǎn)于旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可使用與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24相連的干燥空氣系統(tǒng)(未示出)，該系統(tǒng)能夠提供的干燥空氣在小于約50％和/或小于約40％和/或小于約30％和/或小于約20％的相對(duì)濕度下的干燥空氣溫度大于約100℃，以干燥含羥基聚合物纖維44。干燥空氣可在沿徑向距外環(huán)形壁外表面48至少約5mm和/或至少約7mm和/或至少約10mm處接觸含羥基聚合物纖維44?？赏ㄟ^(guò)狹槽、孔或其它定向部件將干燥空氣引導(dǎo)在旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24周?chē)?。干燥空氣可相?duì)旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板安裝，使得在距外環(huán)形壁的外表面48可控制的徑向距離處、發(fā)生纖維的抽長(zhǎng)期間和/或之后，所述干燥空氣與含羥基聚合物纖維混合。通過(guò)干燥空氣的適當(dāng)布置，在外環(huán)形壁的外表面48附近可維持低干燥區(qū)域，而高干燥區(qū)域可維持在距外環(huán)形壁的外表面48較大的徑向距離處。如果需要，干燥空氣系統(tǒng)可幫助抽長(zhǎng)含羥基聚合物纖維44。
當(dāng)使用時(shí)，取決于干燥空氣的相對(duì)濕度，所述干燥空氣可處在低于約100℃的溫度下。
此外，可采用與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24相連的加熱系統(tǒng)(未示出)以加熱含羥基聚合物的組合物36。所述含羥基聚合物的組合物36可顯示大于或等于約23℃至小于或等于約100℃的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可將倒錐50安裝到旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24的底壁26，以使含羥基聚合物纖維44被拉向旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24底壁26的中心最小化。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可采用與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24相連的電荷系統(tǒng)(未示出)，例如靜電紡紗方法中所用的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可將旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板設(shè)計(jì)成同時(shí)加工兩種或多種不同類(lèi)型的材料和/或組合物，其中至少一種材料或組合物是羥基聚合物或含羥基聚合物的組合物?？墒苟喾N材料互相接觸以生產(chǎn)復(fù)合纖維，或者可將它們保持為獨(dú)立纖維。如果材料互相接觸，所述接觸可生產(chǎn)出可能覆蓋一定范圍結(jié)構(gòu)的纖維。一種材料可沿著纖維長(zhǎng)度完全包裹另一種材料，經(jīng)常稱(chēng)其為皮/芯型纖維?？晒┻x擇地，可使材料更簡(jiǎn)單地互相鄰近，得到并列型纖維。此類(lèi)并列型纖維在所有材料流中可為不連續(xù)的，生產(chǎn)不連續(xù)的多組分纖維。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可采用與旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板24相連的牽伸空氣系統(tǒng)(未示出)，以幫助含羥基聚合物纖維44通過(guò)牽伸流體流被抽長(zhǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)紡絲方法可在大于1和/或大于4的毛細(xì)管數(shù)下操作。毛細(xì)管數(shù)在以下更詳細(xì)地討論。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的含羥基聚合物纖維可在約70℃至約200℃和/或約110℃至約195℃和/或約130℃至約185℃的固化溫度下固化約0.01和/或1和/或5和/或15秒至約60分鐘和/或約20秒至約45分鐘和/或約30秒至約30分鐘。可供選擇的固化方法可包括輻射方法如紫外線(xiàn)、電子束、紅外線(xiàn)、對(duì)流加熱和其它升溫方法以及所述方法的組合。
此外，在上述室溫下固化后或者取代在上述室溫下固化，纖維也可在室溫下固化幾天。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的纖維可包括多成分纖維，例如多組分纖維。本文所用的多組分纖維是指具有不止一個(gè)空間關(guān)系上相互分離部分的纖維。多組分纖維包括雙組分纖維，其被定義為具有兩個(gè)空間關(guān)系上相互分離部分的纖維。多組分纖維的不同組分可排列在橫跨纖維橫截面的基本不同區(qū)域內(nèi)，并沿纖維的長(zhǎng)度不斷延伸。多組分纖維的不同組分可在組成上相似，例如第一改性的淀粉和第二不同改性的淀粉?？晒┻x擇地，例如，不同組分可顯示不同的性質(zhì)，如含羥基聚合物與熱塑性材料和/或疏水材料與親水材料。
多組分纖維可形成不同的定向，如芯/皮型定向、并列型定向和/或第一組分的連續(xù)纖維具有分散在第一組分內(nèi)的不同組分的不連續(xù)區(qū)域。
此類(lèi)多組分纖維、具體地講是雙組分纖維的非限制性實(shí)施例是一種雙組分纖維，其中本發(fā)明的羥基聚合物用作該纖維的芯，而另一種聚合物用作外皮，其圍繞或基本圍繞該纖維的芯。由其得到此類(lèi)纖維的含羥基聚合物的組合物可既包含羥基聚合物又包含另一種聚合物。
在另一個(gè)多組分、尤其是雙組分纖維的實(shí)施例中，外皮可包含羥基聚合物和含交聯(lián)劑的交聯(lián)體系，且芯可包含羥基聚合物和含交聯(lián)劑的交聯(lián)體系。就皮與芯而言，羥基聚合物可相同或不同，而交聯(lián)劑也可相同或不同。此外，羥基聚合物的含量可相同或不同，而交聯(lián)劑的含量也可相同或不同。
可將本發(fā)明的一種或多種纖維摻入到纖維結(jié)構(gòu)和/或纖維網(wǎng)內(nèi)。此類(lèi)纖維結(jié)構(gòu)可最終摻入商品中，如單層或多層薄頁(yè)衛(wèi)生紙制品如面巾紙、衛(wèi)生紙、紙巾和/或擦拭物、女性護(hù)理產(chǎn)品、尿布、書(shū)寫(xiě)紙、芯材如紙芯、和其它類(lèi)型的紙制品。
羥基聚合物如本發(fā)明所述的羥基聚合物包括能夠摻入到本發(fā)明纖維內(nèi)的任何含羥基聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，含羥基聚合物不包括未改性的、未取代的纖維素聚合物，例如lyocell纖維。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的羥基聚合物包含按重量計(jì)大于10％和/或大于20％和/或大于25％的羥基部分。
如本發(fā)明所述的羥基聚合物的非限制性實(shí)施例包括多元醇如淀粉和淀粉衍生物，纖維素衍生物如纖維素醚和酯衍生物，脫乙酰殼多糖和脫乙酰殼多糖衍生物，聚乙烯醇和各種其它多糖如樹(shù)膠、阿聚糖和半乳聚糖，以及蛋白質(zhì)。
羥基聚合物優(yōu)選重均分子量大于約10,000g/mol和/或大于約40,000g/mol和/或約10,000至約80,000,000g/mol和/或約10,000至約40,000,000g/mol和/或約10,000至約10,000,000g/mol。較高和較低分子量的羥基聚合物可與具有優(yōu)選重均分子量的羥基聚合物聯(lián)合使用。本文所用“重均分子量”是指按照規(guī)程用凝膠滲透色譜法測(cè)定的重均分子量，所述規(guī)程存在于Colloids and Surfaces A.Physico Chemical& Engineering Aspects，第162卷，2000年，107至121頁(yè)。
如本領(lǐng)域所熟知的，天然淀粉可進(jìn)行化學(xué)改性或酶促改性。例如，天然淀粉可被酸稀化、羥乙基化或羥丙基化或氧化。
本文的“多糖”是指天然多糖和多糖衍生物或改性多糖。合適的多糖包括，但不限于，樹(shù)膠、阿聚糖、半乳聚糖以及它們的混合物。
適用于本發(fā)明的羥基聚合物(單獨(dú)或組合)的聚乙烯醇的特征在于下式 結(jié)構(gòu)IV每個(gè)R選自C1-C4烷基；C1-C4?；?；且x/x+y+z＝0.5至1.0。
交聯(lián)體系除了交聯(lián)劑之外，本發(fā)明的交聯(lián)體系還可包含交聯(lián)促進(jìn)劑。
本文所用“交聯(lián)促進(jìn)劑”是指能夠活化交聯(lián)劑的任何物質(zhì)，從而將交聯(lián)劑從其非活化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài)，使得羥基聚合物通過(guò)所述交聯(lián)劑被交聯(lián)。
合適的交聯(lián)促進(jìn)劑的非限制性實(shí)施例包括pKa介于2和6之間的酸或其鹽。交聯(lián)促進(jìn)劑可以是布朗斯臺(tái)德酸和/或其鹽，優(yōu)選其銨鹽。
此外，金屬鹽如鎂和鋅鹽可作為交聯(lián)促進(jìn)劑單獨(dú)使用或與布朗斯臺(tái)德酸和/或其鹽組合使用。
合適的交聯(lián)促進(jìn)劑的非限制性實(shí)施例包括乙酸、苯甲酸、檸檬酸、甲酸、乙醇酸、乳酸、馬來(lái)酸、鄰苯二甲酸、磷酸、琥珀酸以及它們的混合物和/或它們的鹽，優(yōu)選它們的銨鹽，如乙醇酸銨、檸檬酸銨和硫酸銨。
合適交聯(lián)劑的非限制性實(shí)施例包括由乙二醛與下列物質(zhì)的烷基取代或未取代環(huán)狀加合物產(chǎn)生的化合物尿素(結(jié)構(gòu)V，X＝O)，硫脲(結(jié)構(gòu)V，X＝S)，胍(結(jié)構(gòu)V，X＝NH、N-烷基)，亞甲基二酰胺(結(jié)構(gòu)VI)，和亞甲基二氨基甲酸酯(結(jié)構(gòu)VII)和它們的衍生物，以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)V其中X是O或S或NH或N-烷基，且R1和R2獨(dú)立地為 其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基，以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)VI其中R2獨(dú)立地為 其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基，以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)VII其中R2獨(dú)立地為
其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基，以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
在其它實(shí)施例中，交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)VIII、IX和X)之一 結(jié)構(gòu)VIII其中X是O或S或NH或N-烷基，而R1和R2獨(dú)立地為 其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；y為1至50，R5獨(dú)立地選自-(CH2)n-，其中n是1至12，-(CH2CH(OH)CH2)-， 其中R6和R7獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物，其中在一個(gè)單元中R6和R7不可全是C1-C4烷基；且z是1至100。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
交聯(lián)劑可具有以下結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)IX其中R1和R2獨(dú)立地為
其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為1至100；y為1至50；R5獨(dú)立地為-(CH2)n-，其中n是1至12。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)X其中R1和R2獨(dú)立地為 其中R3和R8獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基、CH2OH以及它們的混合物，R4獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為0至100；而q為0至10，RH獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物；x為1至100；y為1至50；R5獨(dú)立地選自-(CH2)n-，其中n是1至12，-(CH2CH(OH)CH2)-，
其中R6和R7獨(dú)立地選自H、直鏈或支鏈C1-C4烷基以及它們的混合物，其中在一個(gè)單元中R6和R7不可全是C1-C4烷基；且z是1至100。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4不全部是C1-C4烷基。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)單元中的R3、R8和R4只有一個(gè)是C1-C4烷基。
在一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑包含咪唑啉酮(結(jié)構(gòu)V，X＝O)，其中R2＝H，、Me、Et、Pr、Bu、(CH2CH2O)pH、(CH2CH(CH3)O)pH、(CH(CH3)CH2O)pH，其中p為0至100，且R1＝甲基。市售的上述交聯(lián)劑(即購(gòu)自BASF的Fixapret NF)的R1＝甲基，R2＝H。
在另一個(gè)實(shí)施例中，交聯(lián)劑包含咪唑啉酮(結(jié)構(gòu)V，X＝O)，其中R2＝H、Me、Et、Pr、Bu，且R1＝H。二羥基乙烯脲(DHEU)包含咪唑啉酮(結(jié)構(gòu)V，X＝O)，其中R1和R2都是H。DHEU可按照歐洲專(zhuān)利0 294 007A1中的步驟進(jìn)行合成。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解在所有上述化學(xué)式中，OR2部分所聯(lián)接的碳原子也聯(lián)接了H，為了簡(jiǎn)化，其未在結(jié)構(gòu)中示出。
除了以上交聯(lián)劑之外，適用于本發(fā)明含羥基聚合物的組合物的附加非限制性交聯(lián)劑包括環(huán)氧氯丙烷、聚丙烯酰胺和其它已知的永久性和/或暫時(shí)性濕強(qiáng)度樹(shù)脂。
高聚物本文所用“高聚物”是指與能夠摻入到含羥基聚合物的組合物中的羥基聚合物基本相容的高重均分子量聚合物。合適的聚合物的分子量應(yīng)足夠高以實(shí)現(xiàn)與羥基聚合物的纏結(jié)和/或聯(lián)結(jié)。高聚物優(yōu)選具有基本為直鏈的結(jié)構(gòu)，然而具有短(C1-C3)支鏈的直鏈或具有一至三個(gè)長(zhǎng)支鏈的支鏈也適用于本文。本文所用術(shù)語(yǔ)“基本相容”是指當(dāng)加熱到組合物的軟化和/或熔融溫度以上的溫度時(shí)，高聚物能夠與羥基聚合物形成基本均勻的混合物(即，肉眼看來(lái)所述組合物為透明或半透明的)。
可使用Hildebrand溶解度參數(shù)(δ)來(lái)估計(jì)羥基聚合物與高聚物之間的相容性。通常，當(dāng)兩種材料的溶解度參數(shù)值接近時(shí)，可認(rèn)為它們之間基本相容。已知水的δ水值為48.0MPa1/2，可能由于水的強(qiáng)氫鍵能力，該值在常見(jiàn)溶劑中是最高的。淀粉典型具有的δ淀粉值接近纖維素的值(約34MPa1/2)。
不受理論的約束，據(jù)信適用于本文的聚合物優(yōu)選在分子水平上與羥基聚合物相互作用以形成基本相容的混合物。相互作用的范圍從強(qiáng)化學(xué)型的相互作用如高聚物與羥基聚合物之間的氫鍵到它們之間的僅僅物理纏結(jié)?？捎糜诒景l(fā)明的高聚物優(yōu)選為高重均分子量的、基本上為直鏈的分子。由于單個(gè)分子內(nèi)的支鏈相互接近，支鏈淀粉分子的高支鏈結(jié)構(gòu)有利于所述支鏈在分子內(nèi)相互作用。因此，據(jù)信支鏈淀粉分子與其它羥基聚合物，尤其是淀粉分子具有弱的或無(wú)效的纏結(jié)/相互作用。與羥基聚合物的相容性能夠使合適的高聚物與支化的支鏈淀粉分子緊密混合并發(fā)生化學(xué)作用和/或物理纏結(jié)，從而支鏈淀粉分子通過(guò)聚合物相互聯(lián)結(jié)。聚合物的高分子量能夠使其同時(shí)與幾種羥基聚合物相互作用/纏結(jié)。換句話(huà)講，高聚物作為羥基聚合物的分子連接起作用。高聚物的這種連接作用對(duì)于支鏈淀粉含量高的淀粉尤其重要。羥基聚合物與高聚物之間的纏結(jié)和/或聯(lián)結(jié)增強(qiáng)含羥基聚合物的組合物的熔融延展性，以便該組合物適于延展加工。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)所述組合物可單軸向熔融抽長(zhǎng)至非常高的拉伸比(大于1000)。
為了與羥基聚合物有效纏結(jié)和/或聯(lián)結(jié)，適用于本文的高聚物應(yīng)具有至少500,000g/mol的重均分子量。聚合物的重均分子量范圍典型為約500,000至約25,000,000，優(yōu)選約800,000至約22,000,000，更優(yōu)選約1,000,000至約20,000,000，最優(yōu)選約2,000,000至約15,000,000。高分子量聚合物是優(yōu)選的，因?yàn)槠淠軌蛲瑫r(shí)與幾種淀粉分子相互作用，從而增加延展熔融粘度并降低熔融破裂。
合適高聚物的δ聚合物使得δ淀粉與δ聚合物之間的差值小于約10MPa1/2，優(yōu)選小于約5MPa1/2，且更優(yōu)選小于約3MPa1/2。合適的高聚物的非限制性實(shí)施例包括聚丙烯酰胺及其衍生物(如羧基改性的聚丙烯酰胺)；丙烯酸類(lèi)聚合物(包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和它們的部分酯)；乙烯基聚合物(包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯亞胺等)；聚酰胺；聚環(huán)氧烷(如聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷)，以及它們的混合物。由選自任何上述聚合物的單體混合物制得的共聚物也適用于本文。其它示例性高聚物包括水溶性多糖，如藻酸酯、角叉菜膠、果膠及其衍生物、甲殼質(zhì)及其衍生物等；樹(shù)膠，如瓜耳膠、黃多醣膠、瓊脂、阿拉伯樹(shù)膠、刺梧桐樹(shù)膠、黃蓍膠、刺槐豆膠等樹(shù)膠；纖維素的水溶性衍生物，如烷基纖維素、羥烷基纖維素、羧基烷基纖維素等；以及它們的混合物。
一些聚合物(如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸)通常不在高分子量范圍內(nèi)(即500,000或更高)?？杉尤肷倭康慕宦?lián)劑，以產(chǎn)生可用于本發(fā)明的具有適宜高分子量的支鏈聚合物。
可以有效量將高聚物添加到本發(fā)明含羥基聚合物的組合物中，以便在紡絲過(guò)程中顯著減少纖維的熔融破裂和毛細(xì)管破損，從而可紡成具有相對(duì)一致直徑的纖維。這些高聚物典型地占含羥基聚合物的組合物含量的約0.001至約10％重量，優(yōu)選約0.005至約5％重量，更優(yōu)選約0.01至約1％重量，最優(yōu)選約0.05至約0.5％重量。驚奇地發(fā)現(xiàn)，在較低濃度下，這些聚合物顯著改善含羥基聚合物的組合物的熔融延展性。
親水/親脂體系本發(fā)明的親水/親脂體系包含親水組分和親脂組分。所述親水/親脂體系顯示的Tg小于約40℃和/或小于25℃至約-30℃和/或至約-15℃。
親水/親脂體系的非限制性實(shí)施例包含選自以下的成分膠乳接枝淀粉、苯乙烯/丁二烯膠乳、乙烯基/丙烯酸膠乳、丙烯酸膠乳、丙烯酸酯改性的膠乳、水可分散的含氟聚合物、水可分散的硅氧烷以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，親水/親脂體系顯示(用市售于HoribaInternational，Irvine，CA的LB 500測(cè)量)為約10nm和/或約75nm和/或約100nm至約6μm和/或至約3μm和/或至約1.5μm的平均粒度。在一個(gè)實(shí)施例中，親水/親脂體系顯示的平均粒度為約10nm至約6μm。
在一個(gè)實(shí)施例中，親水組分和親脂組分共價(jià)連接在一起。
在另一個(gè)實(shí)施例中，親水組分和親脂組分非共價(jià)連接在一起。
在一個(gè)實(shí)施例中，親水組分和親脂組分存在于所述親水/親脂體系中，其中親水組分的重量百分比與親脂組分的重量百分比之比為約30∶70至約1∶99和/或約20∶80至約5∶95。
在另一個(gè)實(shí)施例中，親水/親脂體系存在于本發(fā)明的聚合物熔融組合物中，其含量按所述淀粉的重量計(jì)為約0.5％和/或約1％至約3％和/或至約10％。
在一個(gè)實(shí)施例中，親水/親脂體系構(gòu)成羥基聚合物中的不連續(xù)相。換句話(huà)說(shuō)，羥基聚合物可存在于連續(xù)相中，而親水/親脂體系可以不連續(xù)相存在于所述羥基聚合物的連續(xù)相中。
a.親水組分合適親水組分的非限制性實(shí)施例選自烷基芳基磺酸鹽、乙氧基化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酯與油、甘油酯、丙氧基化且乙氧基化的脂肪酸、丙氧基化且乙氧基化的脂肪醇、丙氧基化且乙氧基化的烷基酚、季銨表面活性劑、脫水山梨糖醇衍生物、醇硫酸鹽、乙氧基化醇硫酸鹽、磺基琥珀酸酯以及它們的混合物。
b.親脂組分合適親脂組分的非限制性實(shí)施例選自飽和與不飽和的動(dòng)物及植物油、礦物油、凡士林、天然及合成蠟以及它們的混合物。
c.表面活性劑組分本發(fā)明的親水/親脂體系可包含表面活性劑組分。合適表面活性劑組分的非限制性實(shí)施例包括硅氧烷基表面活性劑和有機(jī)磺基琥珀酸酯表面活性劑。
一類(lèi)合適的表面活性劑組分物質(zhì)可包括硅氧烷基表面活性劑(硅氧烷基物質(zhì))。本申請(qǐng)中硅氧烷基表面活性劑可以是用于其它應(yīng)用的硅氧烷聚合物。硅氧烷基表面活性劑典型具有的重均分子量為500至20,000g/mol。這種物質(zhì)，衍生自聚(二甲基硅氧烷)，是本領(lǐng)域熟知的。
合適的硅氧烷基表面活性劑的非限制性市售實(shí)施例為T(mén)SF 4446和Nu Wet 550及625，以及XS 69-B5476(市售于General ElectricSilicones)；Jenamine HSX(市售于DelCon)，Silwet L7087、L7200、L8620、L77和Y12147(市售于OSi Specialties)。
第二類(lèi)優(yōu)選的合適表面活性劑組分物質(zhì)本質(zhì)上為有機(jī)的。優(yōu)選的物質(zhì)是具有約6至約20個(gè)碳原子碳鏈的有機(jī)磺基琥珀酸酯表面活性劑。最優(yōu)選的是包含二烴基鏈的有機(jī)磺基琥珀酸酯，其中每個(gè)烴鏈帶有約6至約20個(gè)碳原子的碳鏈。還優(yōu)選的是包含芳基或烷基芳基、取代或未取代、支鏈或直鏈、飽和或不飽和基團(tuán)的鏈。
合適的有機(jī)磺基琥珀酸酯表面活性劑的市售非限制性實(shí)施例以商品名Aerosol OT和Aerosol TR-70(例如，Cytec)獲得。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果存在的話(huà)，表面活性劑在本發(fā)明聚合物熔融組合物中的存在量按所述淀粉的重量計(jì)為約0.01％至約0.5％和/或約0.025％至約0.4％和/或約0.05％至約0.30％。
其它成分本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物和/或含羥基聚合物纖維還可包含選自以下的添加劑增塑劑、稀釋劑、氧化劑、乳化劑、剝離劑、潤(rùn)滑劑、加工助劑、熒光增白劑、抗氧化劑、阻燃劑、染料、顏料、填充劑、其它蛋白質(zhì)及其鹽、其它聚合物如熱塑性聚合物、增粘性樹(shù)脂、填料、濕強(qiáng)度樹(shù)脂以及它們的混合物。
測(cè)試方法方法A.纖維直徑測(cè)試方法包含適當(dāng)定量(大約5至20克/平方米)纖維的纖維網(wǎng)被切割成大約20mm×35mm的矩形。然后該樣品用SEM濺射鍍膜機(jī)(EMS Inc，PA，USA)鍍金以使纖維相對(duì)不透明。典型的鍍層厚度介于50nm和250nm之間。然后將樣品固定在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡載玻片之間，并用小裝訂夾壓在一起。使用Olympus BHS顯微鏡的10X物鏡得到樣品的圖像，顯微鏡光準(zhǔn)直透鏡盡可能遠(yuǎn)離物鏡。圖像用Nikon D1數(shù)字照相機(jī)捕集。使用玻璃顯微鏡測(cè)微器來(lái)校準(zhǔn)圖像的空間距離。圖像的近似分辨率為1μm/像素。典型地，圖像將在對(duì)應(yīng)于纖維和背景的強(qiáng)度直方圖上顯示出截然不同的雙峰分布。使用相機(jī)調(diào)節(jié)或不同的定量來(lái)獲得可接受的雙峰分布。典型地，每個(gè)樣品拍攝10個(gè)圖像，然后對(duì)圖象分析結(jié)果進(jìn)行平均。
圖像用類(lèi)似于B.Pourdeyhimi，R.和R.Dent在“Measuringfiber diameter distribution in nonwovens”(Textile Res.J.69(4)233-236，1999)中所述的方法進(jìn)行分析。數(shù)字圖像用計(jì)算機(jī)使用MATLAB(版本6.3)和MATLAB圖像處理工具箱(版本3)來(lái)進(jìn)行分析。圖像首先轉(zhuǎn)化成灰度。然后使用使閾值化后的黑色和白色像素的組合方差最小的閾值將圖像二值化為黑色和白色像素。只要圖像被二值化后，圖像就被骨架化以確定圖像中每個(gè)纖維中心的位置。該二值化圖像的距離轉(zhuǎn)換也被計(jì)算出。骨架化后圖像和距離圖的標(biāo)量積提供了其像素強(qiáng)度為零或位于該位置纖維的半徑的圖像。如果在一個(gè)兩重疊纖維的交叉點(diǎn)范圍內(nèi)的像素所表示的距離小于交叉點(diǎn)半徑，則此像素不計(jì)數(shù)。然后使用剩余的像素來(lái)計(jì)算包含在圖像中的纖維直徑長(zhǎng)度加權(quán)直方圖。
方法B.含羥基聚合物的組合物剪切粘度含羥基聚合物的組合物的剪切粘度使用毛細(xì)管流變儀(GoettfertRheograph 6000，Goettfert USA of Rock Hill SC，USA制造)測(cè)量。使用直徑D為1.0mm，長(zhǎng)度L為30mm(即L/D＝30)的毛細(xì)管模來(lái)進(jìn)行測(cè)量。將模連接到流變儀的20mm圓筒的下端，所述圓筒保持在75℃的模測(cè)試溫度。將已預(yù)熱至模測(cè)試溫度的60g聚合物熔融組合物樣品加入流變儀的圓筒部分。去除樣品中所有夾帶的空氣。以一組選定的速率1,000至10,000秒-1將樣品從圓筒推過(guò)毛細(xì)管模。流變儀的軟件可利用樣品從圓筒到毛細(xì)管模時(shí)的壓力降和樣品經(jīng)過(guò)毛細(xì)管模的流速來(lái)計(jì)算表觀剪切粘度?？捎胠og(表觀剪切粘度)對(duì)log(剪切速率)作圖，該圖可根據(jù)公式η＝Kγn-1用冪律關(guān)系擬合，其中K是材料的粘度常數(shù)，n是材料的稀化指數(shù)，而γ是剪切速率。記錄的本文組合物的表觀剪切粘度是使用冪律關(guān)系內(nèi)推至剪切速率為3,000秒-1時(shí)計(jì)算所得的。
C.毛細(xì)管數(shù)測(cè)試方法當(dāng)流體流自噴絲板開(kāi)口流出時(shí)，流體和空氣(或氣體)之間的表面力(表面張力)促使流體破裂成小滴。自水龍頭或軟管流出的水趨于破裂成小滴而不是維持單流股。通過(guò)升高流體的流體速度(或流速)、增加流體粘度或降低流體表面張力可減弱這種成小滴趨勢(shì)。在較高的流體速度下，流體將連續(xù)噴射更遠(yuǎn)的距離。在較高的粘度下，流體還將更穩(wěn)定，例如傾倒蜂蜜而非水。
毛細(xì)管數(shù)是表示這種小滴破裂可能性特征的無(wú)量綱數(shù)。較大的毛細(xì)管數(shù)表征流體離開(kāi)噴絲板時(shí)更大的穩(wěn)定性。毛細(xì)管數(shù)定義如下Ca=V*ησ]]>V是噴絲板出口處的流體速度(單位是長(zhǎng)度每時(shí)間)，η是在噴絲板狀況下的流體粘度(單位是質(zhì)量每長(zhǎng)度*時(shí)間)，σ是流體的表面張力(單位是質(zhì)量每時(shí)間2)。當(dāng)將速度、粘度和表面張力表示成一組一致單位時(shí)，所得毛細(xì)管數(shù)本身將沒(méi)有單位；各個(gè)單位可抵消。
定義毛細(xì)管數(shù)用于噴絲板出口處的狀況。流體速度是流體流經(jīng)噴絲板開(kāi)口的平均速度。平均速度定義如下V=Vol′Area]]>Vol′＝體積流速(單位是長(zhǎng)度3每時(shí)間)，Area＝噴絲板出口處的橫截面積(單位是長(zhǎng)度2)。
當(dāng)噴絲板開(kāi)口是圓孔時(shí)，則流體速度可定義如下V=Vol′π*R2]]>R是圓孔半徑(單位是長(zhǎng)度)。
流體粘度將取決于溫度并且可取決于剪切速率。剪切稀化流體的定義包括對(duì)剪切速率的依賴(lài)。表面張力將取決于流體組成和流體溫度。
在纖維紡絲方法中，當(dāng)長(zhǎng)絲離開(kāi)噴絲板時(shí)需要具有最初的穩(wěn)定性。毛細(xì)管數(shù)用于表征這種最初穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。在所述噴絲板的條件下，毛細(xì)管數(shù)應(yīng)大于1，優(yōu)選大于4。
權(quán)利要求
1.一種用于制備一種或多種含羥基聚合物纖維的方法，所述方法的特征在于使含羥基聚合物的組合物經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)紡絲方法從而生產(chǎn)一種或多種含羥基聚合物纖維的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，使含羥基聚合物的組合物經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)紡絲方法的步驟包括以下步驟a.提供包含羥基聚合物的含羥基聚合物的組合物；b.將所述含羥基聚合物的組合物提供給旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板；和c.操作所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板使得所述含羥基聚合物的組合物作為一種或多種含羥基聚合物纖維離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于，所述方法還包括以下步驟d.提供第二組合物，所述第二組合物不同于步驟a中的含羥基聚合物的組合物；e.將所述兩種組合物提供給旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板；和f.操作所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板使得兩種組合物作為一種或多種多組分纖維離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板，優(yōu)選其中一種或多種多組分纖維中的至少一種具有選自下列的形式皮/芯型、并列型或者一種材料分散在另一種材料內(nèi)的不連續(xù)區(qū)域。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物包含5％至100％的所述羥基聚合物，優(yōu)選其中所述羥基聚合物選自聚乙烯醇、淀粉、淀粉衍生物、脫乙酰殼多糖、脫乙酰殼多糖衍生物、纖維素衍生物、樹(shù)膠、阿聚糖、半乳聚糖、蛋白質(zhì)以及它們的混合物，更優(yōu)選其中所述羥基聚合物包含淀粉和/或淀粉衍生物和/或聚乙烯醇，甚至更優(yōu)選其中所述羥基聚合物具有10,000g/mol至80,000,000g/mol的重均分子量。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物還包含溶劑，所述溶劑選自二甲基亞砜、N-甲基嗎啉-N-氧化物、溴化鋰、水以及它們的混合物。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物還包含交聯(lián)體系，優(yōu)選其中所述交聯(lián)體系包含選自下列的交聯(lián)劑聚羧酸、咪唑啉酮、環(huán)氧氯丙烷、聚丙烯酰胺以及它們的混合物，更優(yōu)選其中所述交聯(lián)體系還包含交聯(lián)促進(jìn)劑。
7.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物還包含親水/親脂體系，優(yōu)選其中所述親水/親脂體系包含有機(jī)磺基琥珀酸酯表面活性劑。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物還包含重均分子量為至少500,000的高聚物，優(yōu)選其中所述高聚物選自聚丙烯酰胺及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸及其衍生物、聚乙烯亞胺、它們的共聚物以及它們的混合物。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物的組合物還包含選自下列的添加劑增塑劑、稀釋劑、氧化劑、乳化劑、剝離劑、潤(rùn)滑劑、加工助劑、熒光增白劑、抗氧化劑、阻燃劑、染料、顏料、填充劑、蛋白質(zhì)及其鹽、增粘性樹(shù)脂、填料、濕強(qiáng)度樹(shù)脂以及它們的混合物。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述含羥基聚合物纖維顯示小于50μm的纖維直徑。
11.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法還包括在收集裝置上收集所述含羥基聚合物纖維的步驟，優(yōu)選使得包含所述含羥基聚合物纖維的纖維網(wǎng)被形成。
12.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法還包括使所述含羥基聚合物的組合物和/或所述一種或多種含羥基聚合物纖維潮濕的步驟，優(yōu)選使得所述含羥基聚合物的組合物和/或所述含羥基聚合物纖維經(jīng)受大于50％的相對(duì)濕度。
13.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法還包括干燥所述一種或多種含羥基聚合物纖維的步驟，優(yōu)選使得所述一種或多種含羥基聚合物纖維經(jīng)受大于100℃的溫度和低于20％的相對(duì)濕度。
14 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法在大于1的毛細(xì)管數(shù)下操作。
15 一種通過(guò)如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法形成的含羥基聚合物纖維，優(yōu)選其中包含含羥基聚合物纖維的纖維網(wǎng)是通過(guò)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求生產(chǎn)的。
全文摘要
提供了旋轉(zhuǎn)紡絲方法。更具體地講，提供了利用旋轉(zhuǎn)紡絲噴絲板制備含羥基聚合物纖維的方法、由所述方法制備的含羥基聚合物纖維以及用所述含羥基聚合物纖維制備的纖維網(wǎng)。
文檔編號(hào)D01F8/02GK1894447SQ200480037164
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者J·G·邁克爾, S·R·杰克遜, M·D·詹姆士, H·埃爾奧盧, S·艾多爾, E·A·斯圖爾特 申請(qǐng)人:寶潔公司