專利名稱:新型的水可分散性合成纖維的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)新型的水可分散性的合成聚合物纖維，較詳細(xì)來說，是有關(guān)聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，及其制備。
最近幾年來，人們對水可分散性合成纖維，特別是聚酯纖維的興趣，在不斷地增長著。這種水可分散性纖維是用于各種非織造物的用途上的，包括造紙和濕法成網(wǎng)非織造物，有時做為混合體的一部分，往往含有大量的木漿粕或玻璃纖維;但也有只需單用聚酯纖維，即和其它纖維不相混合的應(yīng)用情況。這種用法，及對它的需要情況，與以往更為正規(guī)的用做纖維束或切段纖維以轉(zhuǎn)化成最終用于機織或針織織物的紡織用紗是完全不同的，因為需要將其纖維分散在水中，來代替例如在棉花體系中的梳理工藝而把纖維轉(zhuǎn)化成紡織用紗。正是由于這種水可分散性的需要，因而把本發(fā)明的領(lǐng)域與以往更為正規(guī)的聚酯切段纖維區(qū)分開來了。
大多數(shù)水可分散性聚酯纖維是由聚對苯二甲酸乙二醇酯制成的，并且用基本上相同的方法來制備之，如用聚酯切段纖維的正規(guī)紡織方法，但除了大部分水可分散性聚酯纖維是沒有卷曲的外，而用于紡織用紗的其它任何聚酯切段纖維在未轉(zhuǎn)成切段纖維前仍呈纖維束形時是卷曲的。因而，水可分散性聚酯纖維通常是用熔融紡絲法把聚酯制成長絲，并把許多單絲結(jié)成束，拉伸，涂敷適當(dāng)?shù)膹?fù)蓋層以賦予水可分散的性能，其方法與傳統(tǒng)的紡織單絲組成的纖維束的表面處理的一般方法是相同的。而后，通常在無卷曲的情況下(或在某些情況下只賦予輕度的波浪形和獲得額外松散和三維卷曲基質(zhì))，把纖維束轉(zhuǎn)化成切段纖維。某些先有聚酯切段纖維是制成無卷曲形狀的，例如，用于絨頭織物中的纖維屑。但這種用法，并沒有需要具有水可分散性質(zhì)。
通常聚酯纖維是疏水的，因此需在聚酯表面涂敷適當(dāng)?shù)膹?fù)蓋層以克服聚酯固有的疏水性而不致造成泡沫與引致纖維絮凝，上述現(xiàn)象已為林格(Ring)等人在美國專利第4，007，083號、豪瓊(Hawkins)在美國專利第4，137，181號，第4，179，543號及第4，294，883號以及韋斯科西蘇依斯(Viscose Suisse)在英國專利第958，350號中公開過。正是這種復(fù)蓋層較之聚酯本身的固有特征性能或其形狀(例如截面等)更能顯示水可分散性聚酯纖維與更為正規(guī)的聚酯切段纖維的差別。眾所周知，至今為止，各種商品水可分散性聚酯纖維之截面均為園形。誠然大部分商品聚酯切段纖維的截面通常均是園形的，因這是由于提出此種要求所致。
至今，雖然大多數(shù)水可分散性纖維是由聚酯制成的，這是由于廉價及可大量生產(chǎn)。數(shù)量不斷增大的聚烯烴和聚酰胺已開始被用來制備水可分散性纖維，因而本發(fā)明并不只局限于聚酯，而包羅了其它的合成聚合物。
根據(jù)本發(fā)明，提供了新型的水可分散性合成聚合物，特別是聚酯纖維，其特征在于，該纖維的截面是十字形的。
至今為止，如此處描述的十字形截面亦可用于其它的聚酯纖維。除截面之外，雖然本發(fā)明所述的水可分散性纖維可大致上類似于先有的水可分散性聚酯或其它合成聚合物纖維，但在此后所敘述的優(yōu)點可提供各種附加變形的機會。在此之后，雖然本發(fā)明只以敘述聚酯纖維為特別引證，然而，須理解為對其它如聚酰胺或聚烯烴等合成聚合物亦可適用。
本發(fā)明所述的纖維可用熔融紡絲、拉伸適當(dāng)?shù)膯谓z旦數(shù)(dpf)的聚酯單絲及涂敷適宜的復(fù)蓋層以賦予水分散性特征的方法極為便利地制備而成的。而后，通常是把單絲切割成長度為預(yù)期的最終用途所需要的切段纖維。
意外地發(fā)現(xiàn)，發(fā)明本發(fā)明所述的水可分散性纖維所用的十字形截面，比用園形截面更能提高可分散性，這賦予濕法成網(wǎng)纖維更佳的均勻性，更高的不透明性、更好的滲透性以及如實例中即可見到的誘人的法蘭絨般手感。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明所述的式樣纖維的十字形截面。
圖2表示制備本發(fā)明所述紡制單絲的典型噴絲孔。
如上所示，十字形截面已用于更為正規(guī)的聚酯切段纖維、紡成長絲、拉伸、分割、轉(zhuǎn)化成并捻紗線，用于機織或針織織物。這種纖維具有本發(fā)明所需的水可分散性特征。類似地，具十字形截面的聚酯長絲可由萊米克(Lehmicke)美國專利第2，945，739號而得知，該專利公開了熔融紡絲各種截面的，尤其具有十字形截面的聚酰胺或聚酯長絲，以及由切段纖維機織或針織織物的方法。查米遜(Jamieson)美國專利第3，249，669號公開了制造各種截面(包括十字形截面)的聚酯長絲的多絲紗線之方法。福蘭克夫(Frankfort)等人在美國專利第4，134，882號及第4，195，051號中也曾敘述過用高速(6，000碼/分)紡紗法來制備非園形截面的取向聚酯長絲，這種高速紡紗法也可用于制備十字形截面取向聚酯長絲的基質(zhì)，以便于在其上涂敷賦予水可分散性特征的復(fù)蓋層，因而獲得本發(fā)明所述水可分散性纖維。此技術(shù)的任何部分均與本發(fā)明的領(lǐng)域無關(guān)。然而，制備水可分散性纖維所用的聚酯長絲基質(zhì)是可用該專利所述的各種技術(shù)或這些技術(shù)的適當(dāng)變化以及制備非園形截面聚酯長絲的其它已知技術(shù)來制備。
先有技術(shù)資料公開十字形截面的參變數(shù)，而圖1大致上與其中所示的相同。
制備聚酯切段纖維是用常規(guī)的方法，它包括用熔融紡絲法制備聚合物長絲，將長絲收集成纖維束，拉伸，涂敷適宜的復(fù)蓋層以賦予水可分散性特征等步驟。如需低收縮率，通常經(jīng)拉伸的長絲需經(jīng)過退火處理。
為提高水可分散性而選擇適宜的復(fù)蓋層極為重要，在相同的單絲旦數(shù)的情況下，通常十字形截面因周界面積遠較園形截面的周界面積為大，故兩種同重量的纖維所需的復(fù)蓋層的量，則以前者為多。提供良好界面潤滑性能尤其重要。為此采用乙氧基化復(fù)蓋層為最好。
豪瓊美國專利第4137181號，第4，179，543號及第4，294，883號公開了各種適宜的復(fù)蓋層，范伊森和塞路德(Van Issum and Schluter)也在共同未決的美國專利申請?zhí)?USSN)721，344中公開了平均分子量范圍為300至6000，的由聚對苯二甲酸乙二醇酯單元及由聚亞氧烷基乙二醇衍生的聚氧化烯基團的合成共聚聚酯的用途，又同樣地在麥恩泰(Mc Intyre)等人在美國專利第3，416，952號，第3，557，039號及第3，619，269號中公開的有關(guān)用途，其它有用的嵌段共聚聚酯也在雷諾(Raynolds)的美國專利第3，981，807號公開過;所有這些公開部分作為參考與本發(fā)明相結(jié)合。
這種聚酯纖維通常是先以連續(xù)的、不卷曲的長絲纖維束的形狀制備的，如需額外的松散狀態(tài)，及更加三維卷曲基質(zhì)，則可使長絲經(jīng)過輕度卷曲型工藝而獲得輕度被浪形卷曲。不卷曲或輕度被浪形卷曲長絲按所需的長度進行切剖，意即形成通常是以打包形式或其它包裝形式的分割的水可分散性纖維出售。適宜的長度通常約為5～90毫米(1/4至3英寸)，一般為60毫米(2 1/2 英寸)，其長度與直徑比率(L/D)為約100∶1直至2000∶1不等，約150∶1至2000∶1為最好。作為本發(fā)明的一個優(yōu)點，本發(fā)明所推薦的水可分散性纖維所可取得的良好表現(xiàn)，其L/D比率，較我們認(rèn)為滿意的先有技術(shù)中的水可分散性聚酯纖維為高。例如，機械制造商通常推薦L/D比率不宜超過500∶1，許多技術(shù)人員尚且認(rèn)為即使是該數(shù)據(jù)還是不可理喻的偏高。適宜的單絲旦數(shù)通常約5～20。復(fù)蓋層量通常約為其纖維重量的0.04～1%(OWF%)，本發(fā)明之優(yōu)點在于通常所用的量較先有技術(shù)中認(rèn)為滿意的量為小。
此外也提供制備水可分散性聚酯纖維的方法，其中包括聚酯熔融紡絲法制出十字形截面的長絲、由長絲制成纖維束、而后在纖維束上的長絲涂敷合成共聚聚酯復(fù)蓋層，并在適當(dāng)?shù)臅r間后，將涂敷了復(fù)蓋層的絲轉(zhuǎn)化成切段纖維。
最好通過加熱涂敷了復(fù)蓋層的長絲，以在長絲上固化復(fù)蓋層，或必要時在大約100℃到190℃下，加熱生成的切段纖維以改進其耐久性。
本發(fā)明在下列實例中加以說明，其中各部分及其百分率均以重量計，除非特別說明，纖維的重量(固體)以O(shè)WF表之。進行了幾種紗線之性能的測定以供參考，例如，抗拉性能(韌性和斷裂伸長)是根據(jù)福蘭克夫等人在美國專利第4，134，882號中所述的方法測定的。運用其它條件，本技術(shù)中所示例如噴絲孔的設(shè)計，是顯而易見的事。
實例
下述對照纖維A，園形截面;本發(fā)明所述十字形截面，纖維N，皆從聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，固有粘度0.64，包含0.3%的二氧化鈦做為消光劑。
纖維A是用普通徑向空氣驟冷裝置、有著900個孔的噴絲板、園孔徑為0.015英寸、毛細(xì)管長為0.30英寸，270℃座模溫度及聚合物通過率68.2磅/小時的紡絲裝置，以1600碼/分的速度紡成長絲單絲旦數(shù)為3.67。然后讓纖維A以29.3碼/分的速度經(jīng)過一組喂絲輥使其有取向性，緊接著以80碼/分的速度經(jīng)過拉伸輥。在喂絲輥部分之間長絲需經(jīng)45℃之水浴處理。在喂絲輥與拉伸輥之間用98℃水噴射到絲繩上。在拉伸輥和牽引輥之間涂敷一種商品水可分散性復(fù)蓋層(用25摩爾環(huán)氧乙烷，進行乙氧基化50/50月桂基醇/牛酯醇的單或二磷酸酯的鉀鹽混合物)。于是長絲自由松弛地放在150℃的熱爐中6分鐘。
除了十字形截面以及單絲旦數(shù)3.22的625條長絲是通過圖2的毛細(xì)管噴絲板，模座溫度273℃、而通過率為42.9磅/小時進行紡紗之外，用類似于纖維A的方法制備纖維N，使其有取向性的輥速，喂絲輥速為32.1碼/分，拉伸輥速為80.2碼/分而牽引輥速為79.2碼/分，同時水可分散性復(fù)蓋涂層用量稍高些以彌補具十字形截面，使長絲表面積有接近57%的增長。
拉伸涂敷復(fù)蓋層的長絲的性質(zhì)比較于表1中
表1
樣品 A N
截面 園形 十字形
單絲旦數(shù) 1.47 1.56
復(fù)蓋層
(按其纖維重量)% 0.4 0.44
退漿收縮率(%) 1.0 0
干熱收縮率(196℃)(%) 2.45 3.6
斷裂韌性(克/旦) 4.5 4.8
斷裂拉伸(%) 42 26
韌性在2%拉伸(克/旦) 0.93 0.93
兩者皆切割成1/4，3/8，1/2及3/4英寸長的水可分散性纖維，并在有傾斜鋼線網(wǎng)的長網(wǎng)機上進行測試。纖維是于3分鐘內(nèi)分散在0.75%稠度小量漿粕(每100磅，漿料或裝飾體中纖維的磅數(shù))中。柱狀碎漿機約為3英尺直徑及6英尺高。纖維與未精制的亞硫酸漿粕混合以形成50%聚酯混合料，并在一個10立方米的貯存缸中將之稀釋至0.1%稠度。在這部機的高位調(diào)漿箱中將這存料進一步稀釋直至0.0143%稠度，并以20米/分的速度成0.5米寬的濕法成網(wǎng)非織造織物，在長網(wǎng)機的網(wǎng)線末端用噴射法涂敷丙烯酸結(jié)合劑(Acronyl 240D)。在150℃通氣干燥機中使織物固化。制成的織物平均重量為40克/平方米。
其可分散性的質(zhì)量可由織物產(chǎn)品給定的樣品其均勻性來進行判斷。隨著切割長度的增大，通常就可預(yù)計到織物的均勻性受到損害的嚴(yán)重性也越大。然而，使用較長的纖維的益處在于其結(jié)果可獲得較大撕裂強度。因而，實際上，將盡量用最長的纖維以達到制造商所要求的均勻性標(biāo)準(zhǔn)。于是，一種改良型的較長的纖維，或具等效均勻性則為最佳選擇。
纖維A及N制成的織物的質(zhì)量其可分散性，可在長網(wǎng)機上生產(chǎn)時進行評核。其方法是通過觀察長網(wǎng)機線網(wǎng)上織物排出水。對照的結(jié)果列于表2中，同時不管由于十字形截面而使其表面積增大57%仍然顯示良好的分散性。
表2
分散性能說明
切割長度 園形截面 十字形截面
項目(纖維)A 項目(纖維)N
1/4英寸 良好分散性能 良好分散性能
少量缺陷記錄 少量缺陷記錄
3/8英寸 一些缺陷記錄 良好分散性能
一般質(zhì)量不及1/4吋好 相當(dāng)好織物復(fù)蓋層
(不透明性)
1/2英寸 稍好分散性能 正常分散性能
3/4英寸 分散性極差，復(fù)蓋層質(zhì)差 很好的分散性能
對一組織物的標(biāo)準(zhǔn)物理性質(zhì)的測定點按赫迪基金會、薩凡納、美國佐治亞州(Herty Foundation，Savannah，GA)的標(biāo)準(zhǔn)，每次以纖維A為100%，纖維N具有下列平均數(shù)據(jù)
空氣滲透性，哥利(Gurley) 112%
不透明性 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)2471 111%
松散性 紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會 118%
(TAPPI)T410om-83和T411om-83
抗拉強度 紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會 100%
(TAPPI)T494om-81
抗拉伸張 紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會 85%
(TAPPI)T494om-81
撕裂強度 紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會 104%
(TAPPI)T414om-82
衡量結(jié)果，項目N在主要的方面，較對照項目A顯示出較優(yōu)良的滲透性、不透明性、松散性及撕裂強度，相同的抗拉強度，而在伸張方面則稍許降低。復(fù)蓋層的優(yōu)點是重要的，因為就相同性能特征條件的非織造織物來說，可以使用較少的纖維，因而節(jié)省了材料的成本。項目N制成的織物還具有誘人的法蘭絨般的手感。
當(dāng)用適當(dāng)?shù)牧亢瓦m當(dāng)?shù)乃煞稚⑿詮?fù)蓋層時，本發(fā)明所述的十字形截面的纖維具有令人驚奇的優(yōu)良均勻的分散性，以及上面已述的性能。
從理論上的考慮，正規(guī)園形截面水可分散性纖維應(yīng)具有較好的均勻分散性，因此，可制出更均勻的濕法成網(wǎng)織物。這是因為需用于分散纖維或其他物件的表面能量是由下式給出。
能量＝(表面張力)×(已分散表面積-未分散表面積)
未分散的纖維以數(shù)百條纖維形成一柱狀或塊狀體，而它們的大部分是在柱狀體的內(nèi)部。因此，相比之下未分散表面積較已分散表面積是可以忽略不計，因而上述能量公可近似的表達為
能量＝(表面張力)×(纖維的數(shù)量)×(纖維的表面積)
這能量公式描述著分散纖維所必需的能量以及再凝聚作用的驅(qū)動力自由能。因此對任意的復(fù)蓋層及纖維單絲旦數(shù)，具較小表面積的纖維，預(yù)計可提供更為均勻的分散性，因而是更為均勻的織物。每給定單位重量的纖維之最小表面積出現(xiàn)在當(dāng)截面是園形的時候，這完全是預(yù)計可得到的，因此園形截面是最好的。
然而，令人驚奇的是，這些十字形截面的纖維，盡管其表面積比前者大了約60%，卻相反提供了更為均勻的織物。如果不對本發(fā)明作任何理論性的限制，這可能由纖維流體動力學(xué)形狀所致，結(jié)果可更有效的應(yīng)用由混合物的剪切場中獲得的能量。
勘誤表
權(quán)利要求
1、水可分散性合成聚合物纖維，其特征在于，所述的纖維具有十字形截面。
2、按權(quán)利要求
1所要求的纖維，其特征在于，切割長度為5～90毫米，其中長度/直徑比為約100∶1至2000∶1。
3、按權(quán)利要求
1基本上所要求的聚合物長絲，其特征在于，除了它們具有連續(xù)的、長絲狀的、無卷曲纖維束的形狀之處。
4、水可分散性的聚酯纖維，其特征在于，所述的纖維具有十字形截面。
5、按權(quán)利要求
4所要求的纖維，其特征在于，其旦數(shù)約為0.5至約20。
6、按權(quán)利要求
4所要求的纖維，其特征在于，切割長度約為5至90毫米。
7、按權(quán)利要求
6所要求的纖維，其特征在于，其中長度/直徑比約為100∶1至2000∶1。
8、按權(quán)利要求
7所要求的水可分散性纖維，其特征在于，切割的纖維是以包裝的形式。
9、按權(quán)利要求
1所要求的水可分散性纖維，其特征在于，切割的纖維是以包裝的形式。
10、按權(quán)利要求
4所述的聚酯纖維，其特征在于，該纖維實質(zhì)上是由聚對苯二甲酸乙二醇酯構(gòu)成。
11、按權(quán)利要求
4所要求的水可分散性聚對苯二甲酸乙二醇酯，其特征在于，其中的纖維基本上是不卷曲的、切割長度約為5至約90毫米，長度/直徑比約為100∶1至2000∶1，而且其旦數(shù)約為0.5至約20，以及經(jīng)乙氧基化的水可分散復(fù)蓋層，其用量為纖維總重量的0.04至1.0%左右。
12、按權(quán)利要求
11所要求的水可分散性纖維，其特征在于，切割的纖維是以包裝的形式。
13、按權(quán)利要求
11基本上所要求的聚酯長絲，其特征在于，除了它們其有連續(xù)的、長絲性的、無卷曲纖維束之外。
14、按權(quán)利要求
4所述聚酯纖維，其特征在于，用水可分散性復(fù)蓋層涂敷，此復(fù)蓋層實質(zhì)上包含由聚對苯二甲酸乙二醇酯的重復(fù)單元和聚亞氧烷基乙二醇衍生的聚氧化烯基團的嵌段共聚聚酯，其平均分子量范圍為300至6000。
15、按權(quán)利要求
14基本上所要求的聚酯長絲，其特征在于，除了它們具有連續(xù)的、長絲性的纖維束之外。
16、按權(quán)利要求
1所述的水可分散性纖維，其將征在于，十字形截面的比例大致上按如圖1所示。
17、制備水可分散性聚酯纖維的方法，其特征在于，包括用熔融紡絲法制造的、具有十字形截面的聚酯長絲、由長絲制成纖維束、拉伸纖維束、用平均分子量范圍在300至6000的由聚對苯二甲酸乙二醇酯的重復(fù)單元和聚亞氧烷基乙二醇衍生的聚氧化烯基團的嵌段合成共聚聚酯涂敷到纖維束中的長絲作復(fù)蓋層，而把已復(fù)蓋的長絲轉(zhuǎn)化成切割長度由約5至約90毫米的纖維等步驟。
18、按權(quán)利要求
17所要求的方法，其特征在于，其中長絲的復(fù)蓋層是以用量為其重量約0.04%至1.0%的共聚聚酯涂敷。
19、按權(quán)利要求
17所要求的方法，其特征在于，其中涂敷的復(fù)蓋層是通過加熱已涂敷復(fù)蓋層的長絲升溫約100℃至190℃，在長絲上進行固化。
20、按權(quán)利要求
19所要求的方法，其特征在于，長絲的復(fù)蓋層是以用量為其重量的約0.04%至1.0%的共聚聚酯涂敷。
專利摘要
促進可分散性的具有十字形截面的水可分散性聚酯纖維，因而具有更好的均勻性，更好的不透明性、良好的滲透性及濕法成網(wǎng)生成的織物具有誘人的法蘭絨般的手感。
文檔編號D01D5/00GK86102459SQ86102459
公開日1986年10月8日 申請日期1986年4月9日
發(fā)明者唐納德·艾伯特·希弗勒 申請人:納幕爾杜邦公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan