熔噴方法、低收縮率熔噴聚合物纖維和纖維結(jié)構(gòu)體、以及可熔噴聚合物組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔噴方法，所述熔噴方法包括：(a)提供熱塑性聚合物材料，所述熱塑性聚合物材料包含至少一種或多種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合；以及(b)將所述熱塑性聚合物材料熔噴成至少一種纖維或多種纖維，每種纖維具有小于約10微米的直徑或厚度。所述金屬次膦酸鹽的量使得(a)減小所述聚酯聚合物的粘度和(b)用作結(jié)晶劑，所述結(jié)晶劑在將所述熱塑性聚合物材料熔噴成所述至少一種纖維時至少促進所述聚酯聚合物的結(jié)晶。利用根據(jù)本方法制備的纖維可制備非織造和織造纖維結(jié)構(gòu)體。
【專利說明】熔噴方法、低收縮率熔噴聚合物纖維和纖維結(jié)構(gòu)體、以及可 熔噴聚合物組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熔噴聚合物纖維的方法，特別地涉及熔噴包含聚酯聚合物的纖維的方 法，并且更特別地涉及熔噴具有小于約10微米的直徑或厚度的此類纖維的方法。本發(fā)明還 涉及此類熔噴聚合物纖維和由其制備的表現(xiàn)出低收縮率的纖維結(jié)構(gòu)體，以及可熔噴成此類 纖維的聚合物組合物。

【背景技術(shù)】
[0002] 熔噴是一種直接由聚合物生產(chǎn)細旦纖維幅材的擠出技術(shù)。在熔噴中，將熱塑性聚 合物流擠出通過包括貼近布置的小孔口的模具并通過兩個高速熱空氣的收斂流而變細成 細旦纖維。這些細旦纖維可用于形成熔噴幅材，通常稱為噴制微纖維幅材。噴制微纖維幅 材使用于多種應(yīng)用中，包括隔音和隔熱、過濾、屏蔽幅材和揩布，等等。使用于噴制微纖維過 程的主要樹脂為聚丙烯（PP)。
[0003] 本發(fā)明是對熔噴聚合物纖維以及熔噴纖維和纖維幅材的現(xiàn)有技術(shù)的改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在本發(fā)明之前，難于熔噴包含聚酯聚合物的熱塑性聚合物纖維，尤其是具有小于 約10微米的直徑或厚度的此類纖維。為熔噴此類纖維，相應(yīng)熱塑性聚酯聚合物必須加熱至 遠高于其熔點的溫度。熱塑性聚酯聚合物的此類高溫加熱可導(dǎo)致一種問題或多種問題的任 何組合，所述問題可包括例如聚合物的過度劣化、脆弱和易碎纖維幅材，和熔噴過程中的砂 形成。即使在熔噴聚酯聚合物纖維利用常規(guī)方法來生產(chǎn)時，由此類纖維制成的纖維幅材和 其它纖維結(jié)構(gòu)體在等于或高于用于制備纖維的聚酯聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下通 常表現(xiàn)出過度收縮或其它不良的尺寸穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)了一種利用包含至少一種聚酯聚合物或多種聚酯聚合物的熱塑 性聚合物來熔噴纖維的方式，其中所述纖維可適于在等于或高于用于制備所述纖維的聚酯 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下使用，即使在所述纖維的直徑小于約10微米時。此類纖 維可表現(xiàn)出一種或多種所需性質(zhì)，包括例如以下性質(zhì)的一種或任何組合：較低的成本（例 如，制造和/或原材料成本）、耐久性、減小熱暴露的收縮、增加高溫下的尺寸穩(wěn)定性和阻燃 性質(zhì)。本發(fā)明也可用于提供環(huán)境友好的非鹵代阻燃聚酯基非織造或織造纖維材料。
[0006] 本發(fā)明包括用纖維制備尺寸穩(wěn)定的熔噴微纖維結(jié)構(gòu)體（例如，墊、幅材、片材、稀 松布、織物，等等）的方法，該纖維包含、基本上由或由一種聚酯聚合物或多種聚酯聚合物 的組合組成。因為它們用在高溫下尺寸穩(wěn)定的含聚酯的聚合物材料制成，所以由此類纖維 制成的非織造和織造纖維結(jié)構(gòu)體（例如，墊、幅材、片材、稀松布、織物，等等）和由此類纖維 結(jié)構(gòu)體制成的制品（例如，隔熱、隔音和絕緣制品、液體和氣體濾網(wǎng)、服裝和個人防護設(shè)備） 可使用于較高的溫度環(huán)境中，同時表現(xiàn)出僅輕微（如果有）的收縮。在暴露于熱時不會顯 著收縮的尺寸穩(wěn)定的聚酯噴制微纖維幅材的開發(fā)將拓寬這些幅材的應(yīng)用性。通過制備成表 現(xiàn)出除了收縮抗性之外的充分阻燃性質(zhì)和/或耐久性，此類熔噴微纖維幅材可變得特別可 用于隔熱和隔音。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，該方法包括：(a)提供熱塑性聚合物材 料，該熱塑性聚合物材料包含至少一種或多種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸鹽或 不同可熔金屬次膦酸鹽的組合；(b)將該熱塑性聚合物材料熔噴成至少一種纖維或多種纖 維；以及（c)將至少一種纖維加熱至等于或高于聚酯聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T g)的溫 度。在熱塑性聚合物材料被熔噴成至少一種纖維時，金屬次膦酸鹽的量使得加速、誘導(dǎo)或至 少促進聚酯聚合物的結(jié)晶。至少一種纖維的聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶的。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個額外方面，提供了一種方法，該方法包括：(a)提供熱塑性聚合 物材料，該熱塑性聚合物材料包含至少一種或多種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸 鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合；以及（b)將該熱塑性聚合物材料熔噴成至少一種纖維 或多種纖維，每種纖維具有小于約10微米的直徑或厚度。在將熱塑性聚合物材料熔噴成至 少一種纖維時，金屬次膦酸鹽的量使得（a)減小聚酯聚合物的粘度和（b)用作結(jié)晶劑，該結(jié) 晶劑加速、誘導(dǎo)或至少促進聚酯聚合物的結(jié)晶。至少一種纖維的聚酯聚合物為至少部分地 結(jié)晶的。
[0009] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制備非織造或織造纖維結(jié)構(gòu)體（例如，墊、片 材、稀松布、幅材、織物，等等）的方法，其中該方法包括利用根據(jù)本發(fā)明的熔噴方法制備纖 維，以及將這些纖維形成非織造或織造纖維結(jié)構(gòu)體。
[0010] 在本發(fā)明的一個額外方面，提供了至少一種或多種熔噴纖維，其中每種纖維具有 小于約10微米的直徑并包含一種熱塑性聚合物材料,該熱塑性聚合物材料包含至少一種 或多種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合。雖然 100 %的結(jié)晶聚酯聚合物在理論上是可能的，但作為實際問題，聚合物結(jié)構(gòu)體的某些部分將 保持無定形的。因此，這些纖維中所用的聚酯聚合物為半結(jié)晶的。即，至少所需最小百分比 的聚酯聚合物為結(jié)晶的。最小百分比的所需結(jié)晶度將取決于具體纖維應(yīng)用。
[0011] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種纖維結(jié)構(gòu)體，該纖維結(jié)構(gòu)體包含多根根據(jù)本 發(fā)明的熔噴纖維。纖維結(jié)構(gòu)體可為非織造的、織造的，或其組合。
[0012] 在本發(fā)明的一個額外方面，提供了一種纖維結(jié)構(gòu)體，該纖維結(jié)構(gòu)體包含多根熔噴 纖維。每根熔噴纖維包含熱塑性聚合物材料，該熱塑性聚合物材料包含至少一種聚酯聚合 物或多種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合。至少 一種聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶的，并且纖維結(jié)構(gòu)體被操作性地調(diào)整（例如，結(jié)構(gòu)體尺 寸、形狀，或其它方面被配置或設(shè)計）以用于其中該纖維結(jié)構(gòu)體暴露于等于或高于至少一 種聚酯聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度的環(huán)境（例如，相鄰于內(nèi)燃機，等等）中。
[0013] 在本發(fā)明的又一個方面，提供了一種低收縮率熱塑性聚合組合物，該低收縮率熱 塑性聚合組合物包含至少一種或多種聚酯聚合物和小于或等于約2重量％的至少一種可 熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合。
[0014] 在本發(fā)明的附圖和詳細描述中，還展示和描述了本發(fā)明的上述和其它方面及優(yōu) 點，其中相似的附圖標記用于代表類似部件。然而，應(yīng)當理解，附圖和描述僅用于舉例說明 的目的，而不應(yīng)被理解為是對本發(fā)明范圍的不當限制。
[0015] 本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意在描述本發(fā)明的每個公開的實施例或每種實施方 式。以下描述更具體地例示了示例性實施例。在本申請中的若干處通過列舉實例提供指導(dǎo)， 可以使用這些實例的不同組合。在每一種情形下，所列舉的列表僅僅作為代表性群組，而不 應(yīng)被理解為排他性列表。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 在附圖中：
[0017] 圖la為根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)體實施例的1800X顯微照片，其中所述纖維的熱塑 性聚合物材料包含約2. 5重量％的可熔金屬次膦酸鹽；
[0018] 圖lb為根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)體實施例的1800X顯微照片，其中所述纖維的熱塑 性聚合物材料包含約5重量％的可熔金屬次膦酸鹽；
[0019] 圖lc為根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)體實施例的1800X顯微照片，其中所述纖維的熱塑 性聚合物材料包含約10重量％的可熔金屬次膦酸鹽；
[0020] 圖2a為根據(jù)本發(fā)明的卷繞成卷的纖維幅材的前視圖；
[0021] 圖2b為從圖2a的纖維幅材切割的片材或墊的頂視圖；
[0022] 圖2c為圖2a的纖維幅材的橫截面的450X纖維照片；
[0023] 圖2d為圖2a的纖維幅材的表面的450X纖維照片。

【具體實施方式】
[0024] 在描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例時，為清楚起見，將使用特定的術(shù)語。然而，本發(fā)明并 非意圖受限于如此選擇的特定術(shù)語，并且每一個如此選擇的術(shù)語都包括相似地工作的所有 技術(shù)等同物。
[0025] 除非另外指明，否則本說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特 性的所有數(shù)字均應(yīng)該理解為在所有情況下均是由術(shù)語"約"來修飾的。因此，除非有相反的 說明，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，根據(jù)本領(lǐng)域的技 術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性，這些近似值可以變化。
[0026] 以端點表述的數(shù)值范圍包括歸入該范圍內(nèi)的所有數(shù)值（例如，1到5包括1、1. 5、 2、2. 75、3、3. 80、4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。
[0027] 術(shù)語"聚合物"應(yīng)理解為包括聚合物、共聚物（例如，使用兩種或多種不同單體形 成的聚合物）、低聚物和它們的組合，以及可形成為可混容共混物的聚合物、低聚物或共聚 物。
[0028] 出現(xiàn)在說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語"包括"、"含有"、"包含"及其變型不具有限 制的意思。
[0029] 詞語"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"指在某些情況下可以提供某些有益效果的本發(fā)明實施 例。然而，在相同的情況或其它情況下，其它實施例也可以是優(yōu)選的。此外，對一個或多個 優(yōu)選實施例的表述并不暗示其它實施例不是可用的，并且并非意圖從本發(fā)明的范圍中排除 其它實施例。
[0030] 如本文所用，"一個"、"一種"、"該"、"至少一種"和"一種或多種"可互換地使用并 且涵蓋具有多個指代物的實施例，除非內(nèi)容另有明確規(guī)定。因此，例如，包含"一種"聚酯聚 合物的熔噴纖維可解釋為意味著該纖維包含"一種或多種"聚酯聚合物。
[0031] 術(shù)語"和/或"意指所列要素中的一個或全部或所列要素中的任何兩個或更多個 的組合（如防止和/或處理災(zāi)難意指防止、處理或既處理又防止更多的災(zāi)難）。
[0032] 如本文所用，術(shù)語"或"通常是以其包括"和/或"的含義使用，除非所述內(nèi)容另外 明確指出。
[0033] 另外，本文通過端點表述的數(shù)值范圍包括所述范圍內(nèi)包含的所有數(shù)值（例如，1至 5 包括 1、1· 5、2、2· 75、3、3· 80、4、5 等）。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明的熔噴方法中，提供了一種熱塑性聚合物材料，該熱塑性聚合物材 料包含至少一種或多種聚酯聚合物（諸如，例如PET、PBT、PLA和可能的PHB和PTT)和至少 一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合。該熱塑性聚合物材料被熔噴成多 根纖維，每根纖維具有小于約10微米的直徑或厚度。
[0035] 商業(yè)所需纖維的直徑小于或等于約9、8、7、6或甚至5微米或更小。甚至商業(yè)所 需纖維的直徑為4、3、2或1微米或更小。金屬次膦酸鹽的存在量使得減小所使用的一種 或多種聚酯聚合物和可能的其它聚合物的粘度，使得熱塑性聚合物材料可在小于或等于約 370°C的溫度下且優(yōu)選地在小于或等于約360°C的溫度下被熔噴成此類尺寸的纖維。金屬次 膦酸鹽含量理想的是，允許熱塑性聚合物材料在小于或等于約350°C、340°C、330°C、320°C、 310°C或甚至小于或等于300°C的溫度下被熔噴成此類尺寸的纖維的量。在將熱塑性聚合 物材料熔噴成至少一種纖維時，也存在用作結(jié)晶劑的足量金屬次膦酸鹽，該結(jié)晶劑加速、誘 導(dǎo)或至少促進聚酯聚合物的結(jié)晶。存在有熔噴溫度，聚合材料在該熔噴溫度下將開始降解 (即，它們的降解溫度）。例如，PET降解的起始溫度為約380°C。在加熱至低于該降解溫度 時，熔噴聚合纖維仍可表現(xiàn)出多個問題。例如，在聚合物在高于約350°C的溫度下熔噴時， PET可表現(xiàn)出諸如"脫砂"的問題。
[0036] 熔噴應(yīng)在熱足以使熱塑性聚合物材料能夠進行熔噴但該熱不會造成該熱塑性聚 合物材料的不可接受的變質(zhì)的溫度范圍內(nèi)進行。例如，熔噴可在促使熱塑性聚合物材料達 到從至少約290°C至小于或等于約360°C、350°C、340°C、330°C、320°C、310°C或300°C的范 圍內(nèi)的溫度的溫度下進行。
[0037] 在熔噴方法中，熱塑性聚合物材料被融化以形成熔融聚合物材料。熔噴方法可包 括使熔融聚合物材料形成（例如，擠出成）至少一種或多種纖維預(yù)成型件和使該至少一種 纖維預(yù)成型件固化（例如，冷卻）成至少一種纖維。在第一次制備預(yù)成型件時，熱塑性聚合 物材料仍可進行熔融。金屬次膦酸鹽理想的是在處于或低于至少聚酯聚合物的熔點處熔融 并用作結(jié)晶促進劑或結(jié)晶劑，該結(jié)晶促進劑或結(jié)晶劑促使熔融聚合物材料的至少聚酯聚合 物相在熔融聚合物材料固化之前或至少大約同時結(jié)晶（即，作為固化成纖維的纖維預(yù)成型 件）。
[0038] 金屬次膦酸鹽促進固化熔融聚酯聚合物的更快速結(jié)晶。因此，熔噴纖維和纖維的 非織造幅材將表現(xiàn)出熱誘導(dǎo)收縮率的減少。該收縮率減少參照由纖維制備的纖維幅材的長 度和寬度尺寸是尤其明顯的。如果金屬次膦酸鹽使用的量等于或小于約10%，那么金屬次 膦酸鹽的使用可實際上改善熔噴纖維的機械性能。
[0039] 如本文所用，金屬次膦酸鹽包含次膦酸金屬鹽（一種或多種）。金屬次膦酸鹽 可包括例如鋅、鋁和鈣次膦酸鹽，并且優(yōu)選地鋅次膦酸鹽，諸如美國專利No. 6, 365, 071和 No. 6, 255, 371 ;美國專利公布No. US2004/1076506中所公開的那些，這些專利的全文以引 用方式并入本文中。此外，根據(jù)所用的具體聚酯聚合物（例如，PET)，10、9、8、7、6或5微米 的纖維厚度分別相當于約1. 〇、〇. 8、0. 6、0. 5、0. 4或0. 3旦尼爾。
[0040] 根據(jù)在本發(fā)明中如何使用和迄今所測試的至少聚合組合物，拒信，在使用約20% 或更少的金屬次膦酸鹽時，金屬次膦酸鹽將僅充分地減少聚酯聚合物組合物的粘度（即， 允許將該組合物熔噴成此類小直徑纖維）。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，在不存在金屬次膦酸鹽的情況 下，熔噴聚酯聚合物將結(jié)晶至一定程度，但不夠快速。在無金屬次膦酸鹽的情況下，聚酯聚 合物結(jié)晶不足以防止熔噴聚酯聚合物的顯著熱誘導(dǎo)收縮率。雖然不希望受理論束縛，但拒 信，金屬次膦酸鹽通過在熔噴之后促使聚酯聚合物的更快速成核可加速、誘導(dǎo)或至少促進 聚酯聚合物的結(jié)晶。
[0041] 提供熱塑性聚合物材料的步驟可包括金屬次膦酸鹽與聚酯聚合物的熔融共混。聚 酯在與金屬次膦酸鹽熔融共混時為聚合物形式。此外，熔噴的步驟可包括將熱塑性聚合物 材料直接地擠出通過至少一個或多個經(jīng)設(shè)計（例如，尺寸和形狀）的相應(yīng)模具開口以形成 至少一種纖維。熔噴纖維通過利用常規(guī)技術(shù)可形成為非織造纖維幅材。例如，非織造纖維 幅材可通過允許熔噴纖維由于出自擠出過程仍為溫的而彼此自粘或粘結(jié)而形成。通過利用 壓光輥（例如，雖然纖維仍為溫的和/或在纖維已冷卻之后）、受熱空氣、粘合劑涂層（一個 或多個）、機械粘合技術(shù)或其任何組合，熔噴纖維也可粘合在一起以形成非織造纖維幅材。
[0042] 熱塑性聚合物材料可包含聚酯聚合物和至少一種其它聚合物的共混物以形成兩 種或兩種以上的聚合物相的聚合物共混物。聚酯聚合物可理想的為脂族聚酯、芳族聚酯，或 脂族聚酯和芳族聚酯的組合。熱塑性聚合物材料可包含至少約〇. 1、〇. 2、0. 3、0. 4或0. 5重 量％的金屬次膦酸鹽。熱塑性聚合物材料可理想的是包含小于約20重量％的金屬次膦酸 鹽。在高于約20%的濃度處，金屬次膦酸鹽作為結(jié)晶促進劑變得有效性較低。另外，在此高 金屬次膦酸鹽濃度處，熔融共混的聚酯聚合物和金屬次膦酸鹽的粘度將增加，從而干擾熱 塑性聚合物材料被熔噴成纖維的能力。該粘度增加可使得不可能或至少難以熔噴具有10 微米或更小的直徑的小直徑纖維。
[0043] 聚酯聚合物可形成唯一的、大多數(shù)的或至少基本的的熱塑性聚合物材料的聚合物 部分或相。在熱塑性聚合物材料可進行熔噴并且所得纖維表現(xiàn)出可接受的機械性能和熱特 性時，聚酯聚合物形成熱塑性聚合物材料的基本的部分。例如，至少約70體積％的聚酯聚 合物含量可形成熱塑性聚合物材料的基本的聚合物部分或相?？山邮艿臋C械性能或特性可 包括（例如）抗拉強度、初始模量、厚度，等等。該纖維可視為表現(xiàn)出可接受的熱特性，例如 在由纖維制備的非織造幅材在加熱至約150°C的溫度下約4小時后表現(xiàn)出小于約30、25、20 或15%并且優(yōu)選地小于或等于約10或5%的線性收縮率時。
[0044] 在熔噴之后，熱塑性聚合物材料的聚酯聚合物相為完全地、大多數(shù)地、部分地或至 少基本上結(jié)晶的并且聚酯聚合物的其余部分為無定形的。如本文所用，在足量的聚酯聚合 物結(jié)晶使得由熔噴纖維制成的非織造幅材在加熱至約150°C的溫度下約4小時后表現(xiàn)出小 于約30、25、20或15%的線性收縮率并且優(yōu)選地小于或等于約10或5%的線性收縮率時， 聚酯聚合物相可看作基本上結(jié)晶的。線性收縮率為縱向和橫向幅材收縮率的平均值。
[0045] 不旨在進行如此限制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，通過提供（a)包含最小約70重量％并且優(yōu) 選地約80重量％的聚酯的熱塑性聚合物材料和（b)最小約30質(zhì)量％并且優(yōu)選地約35質(zhì) 量％ (如差示掃描量熱法所測量）的使纖維形成為結(jié)晶的的熱塑性聚合物材料，可獲得商 業(yè)可接受的性能（例如，低幅材收縮率）。商業(yè)上顯著的是，由根據(jù)本發(fā)明的纖維制備的幅 材表現(xiàn)出小于10%的熱誘導(dǎo)收縮率。拒信，根據(jù)本發(fā)明的商業(yè)顯著的纖維可利用熱塑性聚 合物材料獲得，該熱塑性聚合物材料包含最小至少約90重量％、85重量％、80重量％、75重 量％或甚至70重量％的聚酯，其中結(jié)晶度的程度不同。
[0046] 在相比于用相同熱塑性聚合物材料制備的熔紡或紡粘纖維時，根據(jù)本發(fā)明進行熔 噴的纖維的熱塑性聚合物材料可表現(xiàn)出低分子取向和/或不同晶體形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明制備 的熔噴纖維可表現(xiàn)出小于或等于約〇· 1〇、〇· 09、0· 08、0· 07、0· 06、0· 05、0· 04、0· 03、0· 02或 0. 01的雙折射率。纖維的雙折射率與存在于纖維中的聚合物分子取向的水平相關(guān)。在某種 程度上，雙折射率也可用于測量纖維中的結(jié)晶的程度（即，晶體結(jié)構(gòu)體的體積）。
[0047] 通過利用本文所公開的熔噴方法制備纖維和使這些纖維形成為非織造或織造 纖維結(jié)構(gòu)體，可根據(jù)本發(fā)明來制備非織造和織造纖維結(jié)構(gòu)體（例如，稀松布、幅材、墊、片 材、織物，等等）。下述為對參考文件的描述和引用，這些參考文件描述了可用于使本發(fā)明 的熔噴微纖維形成為非織造幅材或其它纖維結(jié)構(gòu)體的不同技術(shù)，以及可用于使熔噴微纖 維形成為織造幅材或其它纖維結(jié)構(gòu)體的那些。例如，熔噴纖維的概念首先由V.A.Wente 在"Manufacture of Superfine Organic Fibers(《超細有機纖維的織造》）"（美國商務(wù) 部技術(shù)服務(wù)局，報告No. PBI 11437,海軍研究實驗室，報告4364、1954(U. S. Department of Commerce, Office of Technical Services Report No. PBI 11437, Naval Research Laboratory, Report 4364,1954))和在"Superfine Thermoplastic Fibers (《超細熱塑性纖 維》），' (Industrial and Engineering Chemistry (《工業(yè)和工程化學(xué)》），48 :第 1342-1346 頁，1956年）中提出。合并顆粒或纖維，諸如短纖維、膨化纖維或粘合纖維，的方法可與例如 美國專利No. 4, 118, 531、No. 4, 429, 001或No. 4, 755, 178中所公開的形成熔噴微纖維幅材 的方法一起使用，其中顆?；蚶w維被輸送入單流的熔噴纖維。此外，美國專利No. 3, 971，373 教導(dǎo)了如何將顆粒（纖維）合并入雙流的熔噴纖維。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的熔噴纖維可具有小于約10微米，或小于或等于約9、8、7或6微米的 直徑或厚度。熔噴纖維還可包含熱塑性聚合物材料，該熱塑性聚合物材料包含至少一種或 多種聚酯聚合物（諸如，例如PET、PBT、PLA和可能的PHB和PTT)和至少一種可熔金屬次 膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合。聚酯聚合物為至少基本上結(jié)晶的。即，至少基本 量的聚酯聚合物的結(jié)構(gòu)體為結(jié)晶形式。可能理想的是，聚酯聚合物為至少約30質(zhì)量％結(jié)晶 的，并且優(yōu)選地在從約30質(zhì)量％至約70質(zhì)量％結(jié)晶的范圍或在從約35質(zhì)量％至約65質(zhì) 量％結(jié)晶的范圍內(nèi)。
[0049] 用于制備本發(fā)明熔噴纖維的熱塑性聚合物材料可包含聚酯聚合物和至少一種其 它聚合物的共混物，以形成聚合物共混物。聚酯聚合物可為脂族聚酯、芳族聚酯，或脂族聚 酯和芳族聚酯的組合。聚酯聚合物形成（a)僅聚合物相或所有的熱塑性聚合物材料，（b)大 多數(shù)的聚合物相或主要部分的熱塑性聚合物材料，或（c)至少基本部分的聚合物相或熱塑 性聚合物材料。雖然所有、大多數(shù)或至少基本部分的熱塑性聚合物材料的聚酯聚合物相為 結(jié)晶的，但是聚酯聚合物的其余部分為無定形的。足量的聚酯聚合物結(jié)晶使得包含多根熔 噴纖維的非織造幅材在加熱至約150°C的溫度下約4小時后表現(xiàn)出小于約30% 或15%并且優(yōu)選地小于或等于約10%或5%的線性回縮。
[0050] 熱塑性聚合物材料科包含約20重量％或更少的金屬次膦酸鹽。如果使用20%以 上的金屬次膦酸鹽，則纖維形成受干擾，從而使其難于紡織纖維?？赡芾硐氲氖牵瑹崴苄跃?合物材料包含至少約0. 1重量％、0. 2重量％、0. 3重量％、0. 4重量％或0. 5重量％的金屬 次膦酸鹽。金屬次膦酸鹽可為次膦酸鋅。
[0051] 在相比于由相同聚合物材料所制備的熔紡或紡粘纖維時，熔噴纖維可表現(xiàn)出低分 子取向。此外，熔噴纖維可表現(xiàn)出小于或等于約0.01的雙折射率。纖維的雙折射率涉及存 在于該纖維中的聚合物分子取向的水平。
[0052] 雖然可熔金屬次膦酸鹽用于將阻燃特性賦予聚合物材料，但是根據(jù)本發(fā)明的低收 縮率熱塑性聚合組合物可包含結(jié)合至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽 的組合的至少一種或多種聚酯聚合物，其中金屬次膦酸鹽（一種或多種）的量將不足以使 該組合物充分地阻燃，但出于商業(yè)目的，在將該熱塑性聚合物材料熔噴成纖維時，該量足以 加速、誘導(dǎo)或至少促進聚酯聚合物（一種或多種）的結(jié)晶。例如，一些此類組合物可不表現(xiàn) 出商業(yè)可接受的阻燃特性，其量小于或等于約2重量％的至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不 同可熔金屬次膦酸鹽的組合。同時，該低收縮率熱塑性聚合組合物可包含最小量的至少一 種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合，該最小量是允許將該組合物熔噴成 具有小于約10微米的直徑的纖維，并且將仍為充分結(jié)晶的以在高溫下表現(xiàn)出低收縮率所 需要的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，如果此類組合物包含至少約0. 5重量％的至少一種可熔金屬次膦 酸鹽，那么此類組合物可被熔噴成此類纖維。在一個示例性實施例中，具有小于約10微米 的直徑的纖維利用具有100重量％的聚酯和至少約〇. 5重量％的至少一種可熔金屬次膦 酸鹽的聚合物組分的組合物已成功地熔噴。拒信，甚至在該組合物的聚合物組分含量在小 于100重量％的聚酯至所需最小量的聚酯的范圍內(nèi)時（即，約90重量％、85重量％、80重 量％、75重量％或70重量％ )，該量的可熔金屬次膦酸鹽（S卩，約0. 5重量％ )也可為熔噴 10微米直徑纖維所需的最小量的金屬次膦酸鹽。
[0053] 參考圖la-lc，根據(jù)本發(fā)明的熔噴纖維10可為纖維結(jié)構(gòu)體12的形式（例如，幅材、 稀松布、墊、片材、織物，等等），該纖維結(jié)構(gòu)體可為非織造的、織造的或其組合。圖la實施 例的纖維10的熱塑性聚合物材料包含約2. 5重量％的二乙基次膦酸鋅（以名稱Exolit? 0P 950出售并由克萊恩國際有限公司（Clariant International Ltd.)制造，該公司 位于瑞士穆頓茲的 Rothausstrasse 61，郵編 4132(Rothausstrasse 61,4132 Muttenz， Switzerland))，其中該纖維組合物的其余部分為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)型8416。圖 lb實施例的纖維10的熱塑性聚合物材料包含約5重量％的EX0litTM 0P 950,其中其余部分 為PET型8416。圖lc實施例的纖維10的熱塑性聚合物材料包含約10重量％的Exolit? OP 950,其中其余部分為PET型8416。在10%負荷和以上處，Exolit? OP 950往往聚集起 來并變得難于分布和分散在纖維橫截面內(nèi)，如附圖標記14所指出。還已示出的是，更高負 荷的Exolit? 0P 950(10重量％和以上）可需要樹脂與次膦酸鋅在制備纖維之前的預(yù)配 混。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)體還可包含至少一種或多種其它類型的纖維（未示出）， 諸如，例如短纖維或其它不連續(xù)纖維、熔紡連續(xù)纖維或其組合。參考圖2a_2d，本發(fā)明的纖維 結(jié)構(gòu)體12可形成為（例如）非織造幅材20,非織造幅材20可關(guān)于管或其它芯22卷繞以形 成輥24 (參見圖2a)，并且可保存用于后續(xù)加工或直接地轉(zhuǎn)移至另一加工步驟。在幅材20 被制造或此后某個時間之后，幅材20還可被直接地切割成單獨的片材或墊24。幅材20可 用于制備任何合適的制品20,諸如，例如車輛（例如，火車、飛機、汽車和船）的隔熱和/或 隔音構(gòu)件。其它制品，諸如，例如被褥、遮擋、帳篷、隔離制品、絕緣制品、液體和氣體濾網(wǎng)、揩 布、服裝和服裝構(gòu)件、個人防護設(shè)備、呼吸面罩等，也可利用根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)體來制 備。圖2c示出了幅材20的橫截面，并且圖2d示出了幅材20的暴露表面。
[0055] 選擇以下實例僅僅為了進一步說明本發(fā)明的特征、優(yōu)點以及其它細節(jié)。然而，應(yīng)當 理解，雖然這些實例可起到示例之用，但是不應(yīng)以不當?shù)叵拗票景l(fā)明范圍的方式理解其所 用的具體成分、量以及其它條件和細節(jié)。
[0056] 測試方法
[0057] 焙啼纖維非織誥幅材的機械件能
[0058] 熔噴幅材的斷裂力和彈性模量利用配備有氣動夾鉗的英斯特朗（Instron)張力 機根據(jù)ASTM D5035-06來確定。從每個幅材樣品在縱向（MD)和橫向（⑶）兩個方向上切割 五個試件。每個試件的厚度利用卡尺規(guī)（caliper gauge)來測量。試件的尺寸為2. 54cm 寬X 15. 24cm長（1英寸X 6英寸）。使用7. 62cm (3英寸）的隔距和30. 48cm/min (12英寸 /min)的夾頭測試速度。獲得縱向和橫向兩個方向的斷裂力和模量的值并對五次重復(fù)（試 件）進行平均，并且記錄在下表1中。
[0059] Μ 1

【權(quán)利要求】
1. 一種方法，所述方法包括： (a) 提供熱塑性聚合物材料，所述熱塑性聚合物材料包含至少一種或多種聚酯聚合物 和至少一種可熔金屬次膦酸鹽或不同可熔金屬次膦酸鹽的組合； (b) 將所述熱塑性聚合物材料熔噴成至少一種纖維；以及 (c) 將所述至少一種纖維加熱至等于或高于所述聚酯聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)的 溫度， 其中在將所述熱塑性聚合物材料熔噴成所述至少一種纖維并且所述至少一種纖維的 所述聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶時，所述金屬次膦酸鹽的量至少促進所述聚酯聚合物的 結(jié)晶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括： 將所述至少一種纖維設(shè)置成相鄰于內(nèi)燃機， 其中所述加熱通過所述內(nèi)燃機產(chǎn)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括： 制造包含所述至少一種纖維的紡織物產(chǎn)品， 其中所述加熱包括洗滌和/或干燥所述紡織物產(chǎn)品。
4. 一種方法，所述方法包括： (a) 提供熱塑性聚合物材料，所述熱塑性聚合物材料包含至少一種聚酯聚合物和至少 一種可熔金屬次膦酸鹽；以及 (b) 將所述熱塑性聚合物材料熔噴成至少一種纖維，所述至少一種纖維具有小于約10 微米的直徑， 其中在將所述熱塑性聚合物材料熔噴成所述至少一種纖維并且所述至少一種纖維的 所述聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶時，所述金屬次膦酸鹽減小所述聚酯聚合物的粘度且至 少促進所述聚酯聚合物的結(jié)晶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述熱塑性聚合物材料包含至少約 0. 1重量％的所述金屬次膦酸鹽直至小于約20重量％的所述金屬次膦酸鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述熔噴在促使所述熱塑性聚合物 材料達到小于或等于約360°C的溫度的溫度下進行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中所述聚合物材料被熔噴成纖維，所述 纖維在相比于以相同聚合物材料制備的相同尺寸的熔紡或紡粘纖維時表現(xiàn)出低分子取向。
8. -種制備纖維結(jié)構(gòu)體的方法，所述方法包括： 利用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的熔噴方法來制備纖維；以及 使所述纖維形成纖維結(jié)構(gòu)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述纖維結(jié)構(gòu)體被操作性地調(diào)整以用于其中所述 纖維結(jié)構(gòu)體暴露于等于或高于所述聚酯聚合物的所述T g的溫度的環(huán)境中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中每根熔噴纖維中足量的所述聚酯聚合物結(jié) 晶，使得所述纖維結(jié)構(gòu)體在加熱至約150°C的溫度下約4小時后表現(xiàn)出小于約30%的線性 收縮率。
11. 至少一種熔噴纖維，所述至少一種熔噴纖維具有小于約10微米的直徑且包含熱塑 性聚合物材料，所述熱塑性聚合物材料包含至少一種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦 酸鹽，其中所述聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的熔噴纖維，其中所述熔噴纖維在相比于以相同聚合物材料 制備的熔紡或紡粘纖維時表現(xiàn)出低分子取向。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的熔噴纖維，其中所述至少一種熔噴纖維表現(xiàn)出小于或 等于約0. 01的雙折射率。
14. 一種纖維結(jié)構(gòu)體，所述纖維結(jié)構(gòu)體包含多根根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的 熔噴纖維。
15. -種纖維結(jié)構(gòu)體，所述纖維結(jié)構(gòu)體包含多根熔噴纖維，每根熔噴纖維包含熱塑性 聚合物材料，所述熱塑性聚合物材料包含至少一種聚酯聚合物和至少一種可熔金屬次膦酸 鹽，其中所述至少一種聚酯聚合物為至少部分地結(jié)晶的，并且所述纖維結(jié)構(gòu)體被操作性地 調(diào)整以用于其中所述纖維結(jié)構(gòu)體暴露于等于或高于所述至少一種聚酯聚合物的T g的溫度 的環(huán)境中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的纖維結(jié)構(gòu)體，其中每根熔噴纖維中足量的所述至少一 種聚酯聚合物結(jié)晶，使得所述纖維結(jié)構(gòu)體在加熱至約150°C的溫度下約4小時后表現(xiàn)出小 于約10%的線性收縮率。
17. -種熱塑性聚合物組合物，所述熱塑性聚合物組合物包含至少一種聚酯聚合物和 小于或等于約2重量％的至少一種可熔金屬次膦酸鹽。
【文檔編號】C08L67/02GK104126034SQ201280070196
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】納塔利婭·V·費多羅夫亞, 埃里克·M·摩爾, 南世鉉, 帕梅拉·A·佩爾亞, 薩欽·塔瓦爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司