專利名稱：聚烯烴纖維和采用該纖維制成的非織造織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚烯烴纖維和采用該纖維制成的非織造織物。更精確地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種聚烯烴纖維，它可用熱熔粘合方法處理成具有高強(qiáng)度和優(yōu)良手感的非織造織物，以及涉及采用該纖維制成的非織造織物。
背景技術(shù)：
由于采用熱熔粘合纖維制成的非織造織物不含如粘合劑之類的化學(xué)結(jié)合劑，織物的安全性能優(yōu)良，因此已得到廣泛應(yīng)用。特別是由于聚烯烴類的非織造織物在性能和經(jīng)濟(jì)性方面非常優(yōu)異，它們已應(yīng)用于很多領(lǐng)域中，如工作服、尿布和衛(wèi)生巾之類的衛(wèi)生用品、民用工程材料、農(nóng)用材料和工業(yè)材料等。制造熱熔粘合類的非織造織物方法大致可分成利用熱空氣的貫穿空氣法和加熱滾筒法。盡管貫穿空氣法可用于聚乙烯/聚丙烯復(fù)合纖維，其存在問(wèn)題是生產(chǎn)率低，因?yàn)槠涮幚硭俣鹊陀诩訜釢L筒法。另一方面，由于處理速度高，加熱滾筒法具有生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。作為適合采用加熱滾筒法的纖維，在日本專利公開號(hào)Sh062-156310中推薦了包含乙烯/丙烯無(wú)規(guī)共聚物的聚丙烯纖維，它具有低于132℃的軟化點(diǎn)和含有規(guī)定數(shù)量的乙烯單元。然而，該纖維存在這樣的缺陷采用該纖維制成的非織造織物的手感較差，以及纖維的處理溫度范圍太窄，在該溫度范圍內(nèi)才能制造出在實(shí)際使用中具有足夠強(qiáng)度的非織造織物。在日本專利公開號(hào)Hei2-112456中推薦了包含低立構(gòu)規(guī)整性聚丙烯纖維的非織造織物，它具有專門的全同立構(gòu)五價(jià)物部分。盡管該非織造織物手感良好，但其強(qiáng)度不滿意。盡管在日本專利公開號(hào)Hei2-264012中推薦了摻入專門化合物的聚丙烯纖維，但其手感和強(qiáng)度均不滿意。在日本專利公開號(hào)Hei4-228666中公開了一種制造非織造織物的方法，其中纖維被強(qiáng)烈地?zé)崛壅澈?，因而具有高的?qiáng)度，通過(guò)從纖維表面向中心的氧化降解，所采用的纖維形成三個(gè)區(qū)域(即表面區(qū)、中間區(qū)和內(nèi)部區(qū))，其聚合物的分子量從表面向中心逐漸增加。此外，在日本專利公開號(hào)Hei7-11508中公布了這樣的事實(shí)采用具有皮芯結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)纖維或短纖維，可得到纖維被強(qiáng)烈熱熔粘合的非織造織物。然而，從非織造織物強(qiáng)度與手感相匹配的觀點(diǎn)看，這些非織造織物不能認(rèn)為是滿意的。
本發(fā)明的說(shuō)明如上所述，通過(guò)常規(guī)技術(shù)，不可能制造出在強(qiáng)度和手感上同時(shí)滿意的非織造織物。因此，本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，并提出聚烯烴纖維來(lái)制備高強(qiáng)度和手感優(yōu)異的非織造織物。
本發(fā)明的方面或?qū)嵤├缦?1)一種表層為低取向區(qū)和內(nèi)層為高取向區(qū)的聚烯烴纖維，用Raman分光鏡測(cè)定的取向參數(shù)，在低取向區(qū)比高取向區(qū)小2.2以上，但不超過(guò)8.0。
(2)在以上(1)中所述的聚烯烴纖維，其中低取向區(qū)截面積與纖維總截面積之比(面積百分比)大于5％，但不超過(guò)40％。
(3)在以上(1)或(2)中所述的聚烯烴纖維，其中聚烯烴纖維是聚丙烯纖維。
(4)在以上(1)至(3)任一個(gè)中所述的聚烯烴纖維，其中聚烯烴纖維的聚丙烯是采用Ziegler-Natta催化劑或二茂金屬絡(luò)合物催化劑聚合的聚丙烯。
(5)一種非織造織物，它由以上(1)至(4)任一個(gè)中所述的聚烯烴纖維的凝聚物，采用點(diǎn)粘結(jié)法作熱熔粘合而制成。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明中取向參數(shù)的曲線圖。
圖2表示一個(gè)截面簡(jiǎn)圖，說(shuō)明本發(fā)明中具低取向區(qū)的表層截面積與纖維總截面積之比(面積百分比)。
圖3表示在非織造織物中軋花點(diǎn)上的纖維結(jié)構(gòu)截面簡(jiǎn)圖，非織造織物由本發(fā)明的聚烯烴纖維采用點(diǎn)粘結(jié)法制成。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式在本發(fā)明中，“取向參數(shù)”由具規(guī)定波長(zhǎng)的光的相對(duì)強(qiáng)度R‖和R⊥之比(R‖/R⊥)來(lái)定義，光在纖維的一個(gè)測(cè)點(diǎn)上被分子散射，并由Raman分光鏡確定(Raman激光微探針?lè)?。在平行纖維長(zhǎng)度方向并通過(guò)纖維橫截面中心的斷面中，對(duì)表面、中心和另一側(cè)表面上的許多測(cè)點(diǎn)確定取向參數(shù)。R‖/R⊥(在兩個(gè)極化方向上R的比)與取向程度有關(guān)，該值愈大，分子的取向程度愈高。在公式R‖/R⊥中，R‖是當(dāng)光極化布置與纖維軸平行時(shí)確定的散射光(波長(zhǎng)為810cm-1或840cm-1)的相對(duì)強(qiáng)度(I810/I840)，R⊥是當(dāng)光極化布置與纖維軸垂直時(shí)確定的散射光(波長(zhǎng)為810cm-1或840cm-1)的相對(duì)強(qiáng)度(I810/I840)。
圖1以圖解形式說(shuō)明了纖維表層中低取向區(qū)的取向參數(shù)與中間層及芯子中高取向區(qū)的取向參數(shù)之間的取向參數(shù)差ΔR，例如，其值為6.0(在2.2至8.0范圍內(nèi))。即，圖1是一個(gè)曲線圖，它是根據(jù)直徑18.5μm(細(xì)度2.2d/f)的聚丙烯纖維所確定的R‖/R⊥值作出的。如圖1所示，如把表示取向參數(shù)值的線的兩端用直線連接，則構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱的梯形，纖維中心軸是梯形的中心。由于在具有這種取向參數(shù)的纖維中，芯子提供了纖維的強(qiáng)度和表層提供了纖維的熱粘合或熔粘合性能，因而如果用這種纖維處理成纖維網(wǎng)并對(duì)纖維網(wǎng)作熱熔粘合處理，可得到極高強(qiáng)度的非織造織物而不會(huì)犧牲良好的手感。取向參數(shù)的差值優(yōu)選取4.0以上，但不超過(guò)8.0，特別是，最理想是取5.0以上，但不超過(guò)8.0。如果取向參數(shù)差值小于2.2，則由點(diǎn)粘結(jié)法通過(guò)熱粘合在非織造織物中得到的粘合是不充分的。另一方面，如果取向參數(shù)差值超過(guò)8.0，則在制備非織造織物時(shí)纖維網(wǎng)的梳理通過(guò)能力變得很差。
在本發(fā)明中，取向參數(shù)比高取向參數(shù)區(qū)小2.2至8.0的區(qū)面積與纖維總截面積之比(面積百分比)優(yōu)選取5％以上，但不超過(guò)40％，特別是，最理想是取15％以上，但不超過(guò)30％。這種纖維的整個(gè)橫截面簡(jiǎn)化地表示在圖2中，其中用斜線表示的部分(1)是具有上述低取向參數(shù)的區(qū)域，該區(qū)與纖維總截面積的面積百分比用下式表示

如果面積百分比小于5％，則在纖維處理成點(diǎn)粘結(jié)的非織造織物時(shí)，纖維的粘合不充分。然而，如果它超過(guò)40％，則在制備非織造織物時(shí)的梳理通過(guò)能力和非織造織物的手感均很差。
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“聚烯烴纖維”是指這樣的含義纖維組成為丙烯均聚物，或者是以丙烯單元為主要成分的烯烴共聚物或三元共聚物。
作為以丙烯單元為主要成分的烯烴共聚物，可舉出的例子如具有乙烯(重量小于15％)的丙烯(重量大于85％)無(wú)規(guī)共聚物和具有1-丁烯(重量小于50％)的丙烯(重量大于50％)無(wú)規(guī)共聚物。作為以丙烯單元為主要成分的三元共聚物，可舉出的例子如由丙烯(重量大于85％)、乙烯(重量小于10％)和1-丁烯(重量小于15％)制備的三元共聚物。
作為這些聚烯烴，可采用所謂的Ziegler-Natta催化劑或二茂金屬絡(luò)合物催化劑來(lái)聚合而成。
本發(fā)明的纖維可以是單成分纖維，或者是皮/芯或并列型結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。
纖維的細(xì)度通常為0.5至30d/f，優(yōu)選取1.0至15d/f，更理想是1.5至6.0d/f。如果細(xì)度太小，則在制備非織造織物時(shí)的可紡性和梳理通過(guò)能力均差。另一方面，如果細(xì)度太大，則非織造織物的手感變差。盡管對(duì)用于纖維的潤(rùn)滑劑沒(méi)有專門限制，但最好至少?gòu)牡V物油、二元酸酯和脂肪酸酯組成的一類中選取一種潤(rùn)滑劑，因?yàn)樗鼘?duì)改進(jìn)纖維的粘合性能特別有效。
制備本發(fā)明聚烯烴纖維的條件并不受特別限制。然而，本發(fā)明的纖維通常如下法制造在320至350℃溫度下把聚烯烴樹脂擠壓成纖維，把已形成的纖維以高于800m/min速率卷繞，然后在低于100℃的拉伸溫度下以小于3倍的拉伸比對(duì)纖維作拉伸。特別是，如果樹脂的擠壓溫度高于323℃但低于350℃，可穩(wěn)定地形成具有上述面積百分比的低取向參數(shù)區(qū)的本發(fā)明纖維。
為了采用本發(fā)明的聚烯烴纖維來(lái)制備非織造織物，可應(yīng)用至今已公開的各種方法，如使用軋花滾筒、貫穿空氣、或砑光滾筒的處理方法，或者聲粘結(jié)處理方法。特別是，最理想的方法是把上述纖維凝聚物經(jīng)受梳理后得到的纖維網(wǎng)，用軋花滾筒或其它方法作處理，制備成點(diǎn)粘接的非織造織物。此外，必要時(shí)可在已梳理的纖維網(wǎng)經(jīng)受如針刺或水針之類的處理后，用軋花滾筒來(lái)處理已梳理的纖維網(wǎng)，制備成點(diǎn)粘接的非織造織物。另外，對(duì)于由溫紙制造工藝得到的纖維網(wǎng)，或者由用軋花滾筒之類的氣流輔置工藝得到的纖維網(wǎng)作處理后，可制備成點(diǎn)粘接的非織造織物。如果采用本發(fā)明的纖維來(lái)制備點(diǎn)粘接的非織造織物，則最好選取軋花滾筒的條件，使得在軋花點(diǎn)上形成如圖3的凹截面形狀的纖維結(jié)構(gòu)。如果在軋花點(diǎn)上纖維截面形狀變凹的條件下制備非織造織物，則在織物中的纖維相互以抱合狀態(tài)粘合，因此進(jìn)一步提高了非織造織物的強(qiáng)度。由于這種纖維足以支承拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力和壓縮應(yīng)力，非織造織物也具有優(yōu)異的構(gòu)型穩(wěn)定性。本發(fā)明的主要特征之一是因?yàn)槔w維具有上述規(guī)定低取向參數(shù)區(qū)的表面和高取向參數(shù)區(qū)的內(nèi)部，纖維可處理成非織造織物的范圍很寬，因而可容易地處理纖維。也就是說(shuō)，在本發(fā)明的纖維中，在把纖維處理成非織造織物時(shí)的很寬溫度范圍中，其表面的低取向區(qū)均具有處理纖維所需的熱熔粘合性質(zhì)。因此，在非織造織物中的纖維可在其接觸點(diǎn)上相互充分熔粘合。另一方面，纖維的所有內(nèi)部提供了纖維的強(qiáng)度。因此，所得非織造織物的強(qiáng)度增高。特別是，如果選取的滾筒軋花條件，使得在上述的纖維熔粘合點(diǎn)上形成具有凹截面的纖維結(jié)構(gòu)，則上述優(yōu)點(diǎn)非常顯著。此外，與內(nèi)部較高取向區(qū)相比，可在較低溫度下處理表面的較低取向區(qū)，因此不會(huì)損害非織造織物的手感。另一方面，由于常規(guī)聚烯烴纖維在纖維表面和內(nèi)部均具有高的取向區(qū)，因此可以預(yù)計(jì)采用本發(fā)明纖維能得到上述優(yōu)點(diǎn)。
舉例現(xiàn)參照例子和對(duì)比例來(lái)對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明。當(dāng)然，應(yīng)理解到本發(fā)明決不限于這些規(guī)定的例子。在每個(gè)例子中，采用以下方法來(lái)進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的評(píng)估(1)取向參數(shù)在平行于纖維長(zhǎng)度方向把采樣的纖維切成試樣，從纖維表面通過(guò)中心到相對(duì)的表面，以1μm的步長(zhǎng)作出測(cè)量點(diǎn)，確定R‖和R⊥，R‖是當(dāng)光極化布置與纖維軸平行時(shí)，采用Raman分光鏡(Raman激光微探針?lè)?確定的波長(zhǎng)810cm-1與840cm-1的散射光相對(duì)強(qiáng)度，R⊥是當(dāng)光極化布置與纖維軸垂直時(shí)，采用上述相同分光鏡確定波長(zhǎng)810cm-1與840cm-1的散射光相對(duì)強(qiáng)度。把所得兩類相對(duì)強(qiáng)度比(R‖/R⊥)設(shè)定為取向參數(shù)，取向參數(shù)愈大，分子的取向程度愈高。從Raman分光鏡中典型測(cè)點(diǎn)與圖1所示取向參數(shù)的關(guān)系，計(jì)算出取向參數(shù)差和面積百分比。(2)纖維的梳理通過(guò)能力用滾筒梳理機(jī)在速率20m/min下梳理采樣纖維，凡滿足以下所有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的纖維為“優(yōu)”等，至多滿足一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的纖維為“差”等①采樣纖維應(yīng)不嵌進(jìn)梳理機(jī)的滾筒表面中。
②由梳理采樣纖維所得的纖維網(wǎng)應(yīng)無(wú)肉眼看得見的不平度。
③從纖維網(wǎng)的10個(gè)任選點(diǎn)上取得25cm×25cm見方的試樣，其中任一個(gè)試樣的單位面積重量應(yīng)在試樣平均單位面積重量的±15％以內(nèi)。(3)非織造織物的CD強(qiáng)度采用130℃加熱的滾筒，把由滾筒梳理機(jī)所得纖維網(wǎng)處理成單位面積重量為20g/m2的非織造織物，把非織造織物沿平行于機(jī)器方向切成5cm、沿垂直于機(jī)器方向切成15cm，得到一個(gè)試樣。在夾持距離為10cm、拉伸速率為10cm/min的條件下，采用破壞強(qiáng)度拉伸機(jī)對(duì)試樣作試驗(yàn)，把所得強(qiáng)度設(shè)定為非織造織物的CD強(qiáng)度。(4)非織造織物的手感采用預(yù)定溫度(以2℃的間隔作改變)加熱的滾筒，把由滾筒梳理機(jī)所得纖維網(wǎng)處理成單位面積重量為20g/m2的非織造織物。非織造織物采樣的手感由有組織的功能試驗(yàn)來(lái)判斷，五名有代表性的用戶憑手感判定為“優(yōu)”或“差”，三名或三名以上用戶的相同判斷作為非織造織物手感的結(jié)論。(5)處理纖維網(wǎng)的可用溫度范圍如果采用上述(4)的方法，可得到CD強(qiáng)度在0.6kg/5cm或以上和手感優(yōu)良的非織造織物，則該加熱滾筒的溫度范圍被設(shè)定為把纖維網(wǎng)處理成非織造織物的可用溫度范圍。例如，如果采用126至130℃溫度的加熱滾筒可滿足上述條件，則處理纖維網(wǎng)的可用溫度范圍為4℃。(6)在軋花點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)形狀采用130℃加熱滾筒所得的非織造織物中，用掃描電子顯微鏡(日本電子公司生產(chǎn)的JEOL JSM-T220)觀察在軋花點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)截面形狀。例1至例5，對(duì)比例1至對(duì)比例3采用丙烯均聚物(用Ziegler-Natta催化劑作聚合，其MFR為10g/10min)作為聚烯烴樹脂，在樹脂溫度從273至342℃和卷繞速度為1000m/min下進(jìn)行熔紡。熔紡后，采用80℃加熱滾筒把所得纖維拉伸1.3倍，用填塞箱作機(jī)械卷曲，然后切成纖維段，其細(xì)度為1.8至3.3d/f，長(zhǎng)度為38mm。采用分光鏡在規(guī)定波長(zhǎng)下，在纖維表層、內(nèi)層和另一側(cè)表層的同一縱向截面的測(cè)點(diǎn)上，對(duì)所得纖維段中的一根確定其取向參數(shù)。其余的纖維在20m/min速率下經(jīng)受滾筒梳理機(jī)的梳理，以得到單位面積重量為20g/m2的纖維網(wǎng)。然后，采用在規(guī)定溫度上加熱、具接觸面積百分比25％的軋花滾筒，以6m/min速率把所得纖維網(wǎng)處理成非織造織物。評(píng)估所得非織造織物的CD強(qiáng)度和手感，以及在軋花點(diǎn)上的纖維結(jié)構(gòu)形狀。例6和例7除了采用由二茂金屬絡(luò)合物催化劑聚合的丙烯均聚物(MFR為14g/10min)作為聚烯烴樹脂，以及在樹脂溫度從326至330℃下進(jìn)行熔紡?fù)?，其余均重?fù)例1。例8和例9，以及對(duì)比例4除了采用由Ziegler-Natta催化劑聚合的丙烯/乙烯無(wú)規(guī)共聚物(pp無(wú)規(guī)①的MFR為10g/10min，pp無(wú)規(guī)②的MFR為12g/10min)作為聚烯烴樹脂，以及在樹脂溫度從323至357℃下進(jìn)行熔紡?fù)?，其余均重?fù)例1。
纖維的制備條件，使纖維網(wǎng)成為非織造織物的處理?xiàng)l件，以及評(píng)估結(jié)果均一起在表1中說(shuō)明。
從表1可知，在用點(diǎn)粘結(jié)法制備非織造織物時(shí)，本發(fā)明的聚烯烴纖維具有范圍很寬的可用處理溫度。此外，也可了解到所得非織造織物在軋花點(diǎn)上具有凹狀的纖維結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高、手感優(yōu)良。
工業(yè)應(yīng)用從本發(fā)明的聚烯烴纖維可得到強(qiáng)度高、手感優(yōu)良的非織造織物。此外，由于在使用點(diǎn)粘結(jié)法把纖維處理成非織造織物時(shí)，纖維具有很寬的可用處理溫度范圍，因此本發(fā)明的纖維可制造出性質(zhì)穩(wěn)定的非織造織物。
表1

注1)樹脂pp均勻①聚丙烯均聚物；MFR＝10g/10min(Ziegler-Natta催化劑)pp均勻②聚丙烯均聚物；MFR＝14g/10min(二茂金屬絡(luò)合物催化劑)pp無(wú)規(guī)①聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物；MFR＝12g/10min(Ziegler-Natta催化劑)乙烯含量0.7％(重量百分比)pp無(wú)規(guī)②聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物；MFR＝10g/10min(Ziegler-Natta催化劑)乙烯含量2.0％(重量百分比)表1(續(xù))

注2)形狀在軋花點(diǎn)上非織造物中纖維結(jié)構(gòu)的橫截面形狀3)潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑①成分包括50％(重量百分比)二月桂酸聚乙二醇50％(重量百分比)單月桂酸聚乙二醇潤(rùn)滑劑②成分包括10％(重量百分比)鈉磺基硬脂酰35％(重量百分比)甘油三硬脂酸20％(重量百分比)己二酸二辛脂35％(重量百分比)二硬脂酸聚乙二醇
權(quán)利要求
1.一種聚烯烴纖維，它包括低取向區(qū)的表面和高取向區(qū)的內(nèi)部，低取向區(qū)的取向參數(shù)(用Raman分光鏡測(cè)量)比高取向區(qū)小2.2以上，但不超過(guò)8.0。
2.權(quán)利要求1的聚烯烴纖維，其中，低取向區(qū)的截面積與纖維總截面積之比(面積百分比)為5％以上，但不超過(guò)40％。
3.權(quán)利要求1或2的聚烯烴纖維，其中，聚烯烴纖維是聚丙烯纖維。
4.權(quán)利要求1至3任一個(gè)中的聚烯烴纖維，其中，聚烯烴纖維的聚丙烯是采用Ziegler-Natta催化劑或二茂金屬絡(luò)合物催化劑聚合的聚丙烯。
5.一種非織造織物，它采用點(diǎn)粘結(jié)法對(duì)聚烯烴纖維(已在權(quán)利要求1至4任一個(gè)中規(guī)定)凝聚物作熱熔粘合而制成。
全文摘要
一種聚烯烴纖維,它包括低取向區(qū)的表面層和高取向區(qū)的內(nèi)層,其特征在于:用Raman分光鏡測(cè)量的低取向區(qū)的取向參數(shù)比高取向區(qū)小2.2以上,但不超過(guò)8.0。如采用這種聚烯烴纖維,可提供強(qiáng)度高和手感優(yōu)良的非織造織物。由于使用點(diǎn)粘結(jié)法制造非織造織物時(shí),纖維具有很寬的處理溫度范圍,因此可提供性質(zhì)穩(wěn)定的非織造織物。
文檔編號(hào)D04H1/544GK1189861SQ97190430
公開日1998年8月5日 申請(qǐng)日期1997年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月25日
發(fā)明者荒武一彥, 谷口雅彥, 伊東秀富 申請(qǐng)人:智索公司