專利名稱：多組分纖維的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及多組分纖維。該多組分纖維包含由作為連續(xù)相的脂族聚酯聚合物，作為非連續(xù)相并嵌入脂族聚酯聚合物連續(xù)相中的聚烯烴微纖以及用于脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑所構(gòu)成的未反應(yīng)混合物。該多組分纖維具有基本上生物可降解性質(zhì)且易于加工。該多組分纖維用于制造無紡織物，該織物可用于制作用即棄吸濕性產(chǎn)品，例如用于吸收體液之類的流體。
相關(guān)技術(shù)的敘述用即棄吸濕性產(chǎn)品當(dāng)前在許多應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛采用。例如在嬰幼兒和兒童護(hù)理領(lǐng)域中，尿布和健身內(nèi)褲通常已代替了可重復(fù)使用的布類吸濕品。其它典型的用即棄吸濕性產(chǎn)品包括女性護(hù)理產(chǎn)品，如衛(wèi)生巾或止血塞；成人便失禁用品；還有醫(yī)療護(hù)理產(chǎn)品，如手術(shù)服或傷口包扎物。一種典型的用即棄吸濕產(chǎn)品通常包括復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中有頂層、底層及介于兩者之間的吸濕性結(jié)構(gòu)。這些產(chǎn)品通常包含某些定位結(jié)構(gòu)以使產(chǎn)品適于穿戴者使用。
用即棄吸濕性產(chǎn)品在使用中通常要受到一種以上液體的浸漬，如水、尿、月經(jīng)或血液等。因此，用即棄吸濕性產(chǎn)品外覆的底層材料一般由液體不可溶或不可滲透的材料如聚丙烯薄膜制成。這類材料具有足夠的強(qiáng)度和耐用性。這樣，用即棄吸濕性產(chǎn)品在穿戴者使用過程中才能保持其完整性且防止浸漬該產(chǎn)品的液體淺漏。
盡管現(xiàn)行的用即棄嬰兒尿布和其它用即棄吸濕性產(chǎn)品一般已被公眾所接受，但這些產(chǎn)品在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域仍需改進(jìn)。例如，許多用即棄吸濕性產(chǎn)品可能難以處理。例如，試圖將某些用即棄吸濕性產(chǎn)品從廁所沖到污水系統(tǒng)中通常會(huì)導(dǎo)致廁所或連接廁所與污水系統(tǒng)之間的管道堵塞。尤其是，用即棄吸濕性產(chǎn)品一般所用的外層覆蓋材料在沖刷廁所時(shí)通常不會(huì)解體或分散開來，所以這種產(chǎn)品就不能以這種方式處理。如果為了減小用即棄吸濕性產(chǎn)品的整體體積以便降低其堵塞廁所或污水管道的可能性，就要把表面覆蓋層做得很薄，然而這樣的表面覆蓋層通常就不具備足夠強(qiáng)度，從而易為穿戴者所撕裂或剝離，因?yàn)楸砻娓采w層材料要承受穿戴者正常使用時(shí)的應(yīng)力作用。
再則，固體廢棄物的處理在全世界越來越受到關(guān)注。隨著陸地填埋場所不斷被填滿，人們對于減少用即棄產(chǎn)品原材料消耗的要求、對于在用即棄產(chǎn)品中增加更多可再生利用和/或可降解組分的要求以及對于不用增加固體廢棄物處理設(shè)施如陸地填埋場所的方法即可進(jìn)行處理的新產(chǎn)品開發(fā)的要求都更加迫切。
正因?yàn)槿绱?，需要開發(fā)制造用即棄吸濕性產(chǎn)品的新材料，以使這種產(chǎn)品在使用中既能保持其完整性和強(qiáng)度而使用后其材料又能被有效地處理掉。例如，這種用即棄吸濕性產(chǎn)品可容易、有效地采用肥料化方法處理掉。換句話說，用即棄吸濕性產(chǎn)品可容易而有效地進(jìn)入流體污水系統(tǒng)處理，從而在該系統(tǒng)中被降解。
盡管可降解的單組分纖維是已知的，但其使用卻遇到許多問題。尤其是，已知的可降解纖維一般不具有尺寸熱穩(wěn)定性，因此，這類纖維在下游產(chǎn)品熱處理加工，如熱粘合或?qū)訅哼^程中，由于聚合物鏈松弛通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱收縮。
相比之下，聚烯烴材料如聚丙烯一般具有良好的尺寸熱穩(wěn)定性，然而其使用也有許多問題。尤其是，聚烯烴纖維具有典型的憎水性，因而其吸濕性極差，這就限制了其在作為吸收流體如體液的用即棄吸濕性產(chǎn)品中的應(yīng)用。盡管可用表面活性劑改善聚烯烴纖維的吸濕性，然而卻帶來新的問題，例如增加成本、表面活性劑的流失或吸濕耐久性差以及毒性等。再則，聚烯烴纖維通常是生物不可降解的或不可肥料化的。
因此，人們希望制造一種纖維，它既具有聚烯烴材料的尺寸熱穩(wěn)定性，基本上又是生物可降解的，同時(shí)不用表面活性劑又具有吸濕性。一種解決問題的簡單方法是直接將聚烯烴材料與可降解材料混合，以便從兩種材料的使用中獲益。但是，多組分纖維中的各組分一般需要化學(xué)上的相容性，以使各組分彼此有效地結(jié)合并具有相似的流變性，同時(shí)具有最低的強(qiáng)度和其它力學(xué)性能及加工性能。事實(shí)證明，要將各組分組合起來以滿足基本的加工要求又要滿足多組分纖維的整體基本上可有效地降解并具有親水性，這一點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說具有挑戰(zhàn)性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在環(huán)境中基本上可降解的多組分纖維。
本發(fā)明的目的還在于提供一種具有良好尺寸熱穩(wěn)定性且基本上不用表面活性劑卻具有親水性的基本上可降解的多組分纖維。
本發(fā)明的目的還在于提供一種易于高效地制備并適用于制造無紡織物的基本上可降解的多組分纖維。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種熱塑性組合物，該組合物基本上是可生物降解的，且易于制備，易于加工成所需的終端產(chǎn)品，例如纖維或無紡織物。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及熱塑性組合物，它包含第一組分、第二組分和第三組分的混合物。
這種熱塑性組合物的一個(gè)實(shí)施方案包含由作為基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物、作為基本上非連續(xù)相并嵌入基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物中的聚烯烴微纖以及用于脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑所構(gòu)成的未反應(yīng)混合物。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種多組分纖維，它基本上可降解又易于制備、易于加工成所需的終端產(chǎn)品，例如纖維或無紡織物。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種多組分纖維，它包含由作為基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物、作為基本上非連續(xù)相并嵌入基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物中的聚烯烴微纖以及用作脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑所構(gòu)成的未反應(yīng)混合物。
本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及包含本文所公開的多組分纖維的無紡織物。
這種無紡織物的一個(gè)實(shí)施方案是將其用于制作用即棄吸濕性產(chǎn)品的片狀底襯。
本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及包含本文所公開的多組分纖維的用即棄吸濕性產(chǎn)品。
本發(fā)明的再一個(gè)方面涉及一種制造本文所公開的多組分纖維的方法。優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明旨在提供一種包含第一組分、第二組分和第三組分的熱塑性組合物。本文中所用的“熱塑性”術(shù)語意指某種材料，當(dāng)其受熱時(shí)即軟化，而當(dāng)其冷卻至室溫后又基本上恢復(fù)原狀。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，采用一種由作為基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物、作為基本上非連續(xù)相并嵌入作為基本上連續(xù)相的脂族聚酯聚合物中的聚烯烴微纖以及一種用作脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑所構(gòu)成的未反應(yīng)混合物為原料，即可制得熱塑性組合物。所述的這種熱塑性組合物是基本上可降解的，同時(shí)又易于加工成具有有效纖維力學(xué)性質(zhì)和流體處理性質(zhì)的纖維和無紡織物。
該熱塑性組合物的第一組分是脂族聚酯聚合物。合適的脂族聚酯聚合物包括但不限于聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯，以及這類聚合物的混合物或共聚物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，要求所用的脂族聚酯聚合物為聚乳酸。聚乳酸聚合物的制備通常由乳酸聚合完成。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，化學(xué)上等效的物質(zhì)也可通過丙交酯的聚合而制得。因此，本文中所用的“聚乳酸聚合物”術(shù)語用于表示由乳酸或丙交酯聚合而制得的聚合物。
已知乳酸和丙交酯是不對稱分子，具有兩種光學(xué)異構(gòu)體，分別稱為左旋(下文中表示為“L”)對映體和右旋(下文中表示為“D”)對映體。因此，通過特定對映體的聚合或用兩種對映體的混合物的聚合，有可能制得化學(xué)結(jié)構(gòu)相似而性質(zhì)各異的不同聚合物。尤其發(fā)現(xiàn)，通過改變聚乳酸聚合物的立體結(jié)構(gòu)，有可能控制諸如聚合物熔融溫度、熔體流變性及結(jié)晶度等性質(zhì)。由于能夠控制這些性質(zhì)，就有可能制得具有所需熔體強(qiáng)度、力學(xué)性質(zhì)、柔軟性及可加工性的多組分纖維，因而也就能制得纖細(xì)的、熱凝固的和卷曲的纖維。
通常要求在熱塑性組合物中的脂族聚酯聚合物的含量應(yīng)足以使該熱塑性組合物獲得所需的性質(zhì)。在熱塑性組合物中脂族聚酯聚合物的重量百分?jǐn)?shù)低于100％，有利的重量百分?jǐn)?shù)為約45％至約90％，合適的為約50％至約88％，更合適的為約55％至約70％。以上的重量百分?jǐn)?shù)均以組合物中的脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。在熱塑性組合物中，三種組分的組成比例通常對于保證該熱塑性組合物達(dá)到基本上生物可降解的目的至關(guān)重要，因?yàn)橐笾寰埘ゾ酆衔镆话慊旧蠟檫B續(xù)相才能保證熱塑性組合物含有生物可降解部分。各組分比例的大約限定值可根據(jù)各組分的密度加以測定。將每一組分的密度換算成體積(假定各組分均取100g)，將各組分的體積相加即為熱塑性組合物的總體積，然后計(jì)算出各組分的平均重量，即可確定為制備脂族聚酯聚合物占體積大部分的熱塑性組合物所需的各組分的大約最小比例。
通常要求脂族聚酯聚合物具有滿意的重均分子量，以使熱塑性組合物具有所需的熔體強(qiáng)度、纖維力學(xué)強(qiáng)度和成纖可紡性。一般而言，如果脂族聚酯聚合物的重均分子量太高，表明聚合物鏈高度纏結(jié)，這會(huì)導(dǎo)致含該脂族聚酯聚合物的組合物難以加工。相反，如果脂族聚酯聚合物的重均分子量太低，表明聚合物分子鏈纏結(jié)程度不夠高，這會(huì)導(dǎo)致含該脂族聚酯聚合物的熱塑性組合物呈現(xiàn)較弱的熔體強(qiáng)度，造成高速加工十分困難。因此，適合本發(fā)明用的脂族聚酯聚合物的重均分子量，其有利值為約10,000至約2,000,000，較有利的為約50,000至約400,000，合適的為約100,000至約300,000。聚合物或其共混物的重均分子量的測定采用下文“測試方法”一節(jié)中所述方法進(jìn)行。
還要求脂族聚酯聚合物的多分散性指數(shù)值能滿足熱塑性組合物獲得所需的熔體強(qiáng)度、纖維力學(xué)強(qiáng)度及成纖可紡性。此處所用的“多分散性指數(shù)”術(shù)語意指聚合物的重均分子量除以數(shù)均分子量所得的值。一般而言，如果脂族聚酯聚合物的多分散性指數(shù)值太高，則含有該脂族聚酯聚合物的熱塑性組合物難以加工，這是因?yàn)榧徑z過程中具有較低熔體強(qiáng)度的低分子量聚合物分子片斷造成不良的加工性能。因此，要求脂族聚酯聚合物應(yīng)具有的多分散性指數(shù)的有利值為約1至約15，較有利的為約1至約4，合適的為約1至約3。聚合物或其共混物數(shù)均分子量的測定采用下文“測試方法”一節(jié)中所述方法進(jìn)行。
本發(fā)明中，要求脂族聚酯聚合物是生物可降解的。因此，含該脂族聚酯聚合物的熱塑性組合物，無論其以纖維或是以無紡織物形式出現(xiàn)，當(dāng)其棄之于環(huán)境中并暴露于空氣和/或水中時(shí)，均應(yīng)基本上可降解。此處所用的“生物可降解”術(shù)語意指一種材料，當(dāng)其受到自然界中存在的微生物，如細(xì)菌、霉菌和藻類作用時(shí)能夠降解。
本發(fā)明中，還要求脂族聚酯聚合物是可肥料化的，因此，含該脂族聚酯聚合物的熱塑性組合物，無論其以纖維或以無紡織物形式出現(xiàn)，當(dāng)其棄之于環(huán)境中并暴露于空氣和/或水中時(shí)，均應(yīng)基本上可肥料化。此處所用的“可肥料化”術(shù)語意指一種材料在堆肥點(diǎn)能遭受生物分解，并以已知可肥料化材料相當(dāng)?shù)姆纸馑俣冗_(dá)到肉眼不可辨認(rèn)的程度，進(jìn)而分解為二氧化碳、水、無機(jī)物和生物基質(zhì)。
本發(fā)明的熱塑性組合物的第二組分是聚烯烴微纖。聚烯烴是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。任何一種可制成制品如微纖的聚烯烴均認(rèn)為適用于本發(fā)明。適用于本發(fā)明的聚烯烴例子包括由一個(gè)或幾個(gè)脂族烴形成的重復(fù)單元的均聚物和共聚物。這些脂族烴包括乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯及2-甲基-1，3-丁二烯。這些聚烯烴可以是高密度的也可是低密度的，一般可以是直鏈的也可是支化鏈的高聚物。生產(chǎn)聚烯烴的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
上述聚烯烴一般本質(zhì)上是憎水性的。此處所用的“憎水性的”術(shù)語意指一種材料，其在空氣中與水的接觸角至少為90°。與之相對，此處所用的“親水性的”術(shù)語意指一種材料，其在空氣中與水的接觸角小于90°。對本申請來說，接觸角的測定可按Robert J.Good and Robert J.Stromberg編寫的“表面和膠體科學(xué)-實(shí)驗(yàn)方法”第2卷(Plenum出版社，1979)63-70頁中敘述的方法進(jìn)行。
通常要求脂族聚酯聚合物和聚烯烴兩者均為可熔融加工的。因此要求脂族聚酯聚合物和聚烯烴所具有的熔體流動(dòng)速率有利值為約1g/10min至約200g/10min，合適的為約10g/10min至約100g/10min，更合適的為約20g/10min至約40g/10min。材料的熔體流動(dòng)速率可按照ASTM測試法D 1238-E中所述方法進(jìn)行，該方法列入本文作為參考。
本發(fā)明中，聚烯烴以微纖形式使用。此處所用的“微纖”術(shù)語意指直徑小于約50微米的纖維材料，其有利的直徑為小于約25微米，更有利者小于約10微米，合適的值為小于約5微米，最合適者為小于約1微米。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚烯烴微纖在由本發(fā)明熱塑性組合物制得的多組分纖維中所占的橫截面積的有效百分比是應(yīng)能賦予該多組分纖維所需的熔體強(qiáng)度、纖維力學(xué)強(qiáng)度和成纖可紡性。一般而言，若聚烯烴微纖在多組分纖維橫截面積中所占的百分比太高，通常會(huì)導(dǎo)致該多組分纖維基本上不能被生物所降解或難以加工。相反，如聚烯烴微纖在多組分纖維橫截面積中所占百分比太低，通常會(huì)導(dǎo)致多組分纖維失去有效的結(jié)構(gòu)性能或難以加工。因此，要求聚烯烴微纖在多組分纖維橫截面中所占的百分比，有利的情況為小于多組分纖維橫截面積的約20％，更有利者小于約15％，合適者小于約10％。
此處所用的術(shù)語“纖維”或“纖維的”意指一種長徑比約大于10的材料。相對的“非纖維”或“非纖維的”意指一種長徑比約為10以下的材料。
通常要求聚烯烴以微纖形式存在，以使其在熱塑性組合物中起到有效的結(jié)構(gòu)支撐體作用，從而保證加工過程中熱塑性組合物基本的尺寸熱穩(wěn)定性，同時(shí)一般又要保證熱塑性組合物達(dá)到基本上生物可降解的所需程度。
通常要求熱塑性組合物中所含的聚烯烴微纖的有效含量能滿足熱塑性組合物具有所需的性能。熱塑性組合物中聚烯烴微纖的重量百分比的有利值為大于0至約45％，合適者為約5％至約40％，較合適者為約10％至約30％，其中所有重量百分?jǐn)?shù)均以熱塑性組合物中的脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。
一般而言，聚烯烴在熱塑性組合物中形成基本上非連續(xù)相是重要的。這樣，聚烯烴微纖既可為熱塑性組合物或由該熱塑性組合物制成的材料，如纖維或無紡布提供結(jié)構(gòu)支撐，又不致于對脂族聚酯的生物可降解性，或?qū)崴苄越M合物或由該熱塑性組合物制成的材料的基本生物可降解性造成不良影響。
脂族聚酯聚合物和聚烯烴微纖，無論單獨(dú)或混合起來使用通常都是憎水性的。但是，一般要求本發(fā)明的熱塑性組合物和由該熱塑性組合物制成的纖維一般是親水性的，這樣該纖維才可用于制造用即棄吸濕性產(chǎn)品而又不被水溶液，例如水、尿、月經(jīng)或血液等所浸漬。因此，為達(dá)到所需的親水性，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)應(yīng)在本發(fā)明的熱塑性組合物中使用另一組分作為表面活性劑。
此外還發(fā)現(xiàn)，需要改善脂族聚酯聚合物和聚烯烴微纖的加工性能，因?yàn)檫@兩種聚合物的化學(xué)性質(zhì)是不同的，所以彼此在某種程度上是不相容的，從而造成對這類聚合物的混合物的加工性能造成不良影響。例如，有時(shí)脂族聚酯聚合物和聚烯烴微纖難以有效地混合而制成基本上均勻的混合物?？傊?，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，需要使用一種相容劑以幫助有效地將脂族聚酯聚合物和聚烯烴微纖制造并加工成均一的熱塑性組合物。
因此，熱塑性組合物中的第三組分是脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑。適于本發(fā)明的相容劑一般包含通常能與脂族聚酯聚合物相容的親水性部分和通常能與聚烯烴微纖相容的憎水性部分。這些親水和憎水部分一般以獨(dú)立鏈段存在，因此整個(gè)相容劑的結(jié)構(gòu)可能是雙鏈段的或是無規(guī)相嵌鏈段的。通常要求相容劑開始時(shí)起著增塑劑作用以改善熱塑性組合物的制備和加工性能。其次一般還要求相容劑起著對熱塑性組合物所制成的材料如纖維或無紡織物的表面活性劑作用，以便改善該材料在空氣中與水的接觸角。相容性的憎水部分可以是但不限于聚烯烴，如聚乙烯或聚丙烯。相容劑的親水部分可含有氧化乙烯、乙氧基化物、乙二醇類、醇類或它們的任意組合物。合適的相容劑包括UNITHOX480和UNITHOX750的乙氧基醇，或UNICIDAcid Amide Ethoxylate，這些產(chǎn)品均可從Petrolite Corporation of Tulsa Oklahoma購得。
通常要求相容劑的重均分子量足以保證熱塑性組合物具有所需的熔體強(qiáng)度、纖維力學(xué)強(qiáng)度和成纖可紡性。一般而言，如果相容劑的重均分子量太高，相容劑就難與熱塑性組合物中的其它組分良好地混合，因?yàn)橄嗳輨┑恼扯忍咭灾略诨旌线^程中遷移性太小。相反，如果相容劑的重均分子量太低，表明它一般不能跟其它組分良好地共混，同時(shí)如此低的粘度也導(dǎo)致加工困難。因此，適于本發(fā)明的相容劑的重均分子量，其有利值為約1,000至約100,000，合適者為約1,000至約50,000，更合適者為約1,000至約10,000。相容劑材料的重均分子量測定可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的方法進(jìn)行。
通常要求相容劑具有有效的親水-親油平衡比(HLB比)。材料的HLB比描述了材料親水性的相對比值。材料親水部分的重均分子量除以材料總的重均分子量再乘以20即計(jì)算出其HLB比。如果HLB比值太低，則該材料一般就不能提供所需的親水性。相反，如果HLB比值太高，該材料一般難以混入熱塑性組合物中去，因它與其它組分在化學(xué)上的不相容性和粘度差異性太大。為此，本發(fā)明所用的相容劑的HLB比的有利值為約10至約40，合適者為約10至約20，更合適者為約12至約18。
通常要求熱塑性組合物中相容劑的有效用量應(yīng)能滿足熱塑性組合物獲得所需的性能。一般而言，相容劑的最低用量應(yīng)能滿足有效地與熱塑性組合物中的其它組分進(jìn)行共混。通常，相容劑的用量太多會(huì)導(dǎo)致熱塑性組合物加工困難。相容劑在熱塑性組合物中的含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，其有利值為約7％至約25％，較有利者為約10％至約25％，合適者為約12％至約20％，更適合者為約13％至約18％，其中所有重量百分?jǐn)?shù)均以熱塑性組合物中的脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。
盡管本發(fā)明的熱塑性組合物的主要組分已如上述，但是這種組合物的組成不限于此，它還可包括不對該組合物性質(zhì)造成不利影響的其它組分。可用作其它組分的物質(zhì)例如包括，但不限于顏料、抗氧劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、石蠟、流動(dòng)促進(jìn)劑、固熔劑、增塑劑、成核劑、固體微粒以及用以改善熱塑性組合物加工性質(zhì)的某些物質(zhì)。如果在熱塑性組合物中包含這些額外加入的組分，則要求這些組分的有利用量小于約5％重量。較有利者小于約3％重量，合適者小于約1％重量，其中全部百分重量均以熱塑性組合物中的脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。
本發(fā)明的熱塑性組合物一般是脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖、相容劑及有選擇的任何其它組分的簡單混合物。為獲得本發(fā)明熱塑性組合物所需的性質(zhì)，要求脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑保持基本上彼此未反應(yīng)的狀態(tài)。也就是說，脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑在熱塑性組合物中保持獨(dú)立的狀態(tài)。再則，要求脂族聚酯聚合物形成基本上連續(xù)相，聚烯烴微纖形成基本上非連續(xù)相，其中脂族聚酯聚合物基本上將聚烯烴微纖包容在自身的結(jié)構(gòu)中。此處所用的術(shù)語“包容”及相關(guān)的術(shù)語用以說明脂族聚酯聚合物連續(xù)相基本上將聚烯烴微纖封閉或包裹起來。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑進(jìn)行干混以制得熱塑性組合物的干混物，將這種熱塑性組合物的干混物再進(jìn)行有效的拌合、攪動(dòng)或勻混，使脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑三者得以充分混勻，從而獲得基本上均勻的干混物。然后將干混物在例如擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混，以使脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑有效地勻混，從而形成基本上均一的熔融共混物。接著，可將該基本上均一的熔融共混物進(jìn)行冷卻并造粒?；蛘?，也可將該基本上均一的熔融共混物直接送入紡絲機(jī)組或其它裝置以制成纖維或無紡織物。
本發(fā)明將多組分混合起來的另一種方法包括，先將脂族聚酯聚合物和聚烯烴微纖混合，然后再向混合各組分的擠出機(jī)中將相容劑加入到前二者的混合物中。此外，也可以一開始就將各組分同時(shí)進(jìn)行熔融混合。還可以有其它方法將本發(fā)明的各組分進(jìn)行混合，這是本領(lǐng)域中技術(shù)人員易于理解的。
本發(fā)明還旨在由本發(fā)明的熱塑性組合物制成的多組分纖維。僅為說明起見，本發(fā)明一般以僅含三種組分的多組分纖維為例加以闡述。但應(yīng)指出，本發(fā)明的范圍包括有三種或更多種組分的纖維。在其中的一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的熱塑性組合物可制成多組分纖維的外層，而聚烯烴如聚丙烯或聚乙烯則用于制作芯層。多組分纖維合適的結(jié)構(gòu)體包括夾芯結(jié)構(gòu)或并列結(jié)構(gòu)。
由于脂族聚酯聚合物形成基本上連續(xù)相，它在多組分纖維中至少有部分構(gòu)成暴躁的表面層，這就使得該多組分纖維能與其它纖維進(jìn)行熱粘合，后者可以是與本發(fā)明的多組分纖維相同的纖維也可是不同的纖維。這樣，該種多組分纖維才可用于制作熱粘合的纖維無紡織物，例如無紡布。本發(fā)明多組分纖維中的聚烯烴微纖通常為該多組分纖維提供強(qiáng)度和剛度，從而也就為含該多組分纖維的任何無紡織物提供強(qiáng)度和剛度。為給該多組分纖維提供強(qiáng)度和剛度，一般要求聚烯烴微纖在沿多組分纖維長度方向基本上是連續(xù)的。
對各個(gè)組分進(jìn)行熱加工的典型條件包括采用一定的剪切速率，有利的剪切速度值為約100秒-1至約10,000秒-1，更有利者為約500秒-1至約5,000秒-1，合適者為約1,000秒-1至約2,000秒-1，最合適者為約1,000秒-1。對各組分進(jìn)行熱加工的典型條件還包括所用的溫度，其有利溫度為約100℃至約500℃，較有利者為約150℃至約300℃，合適者為約175℃至約250℃。
制造多組分纖維的方法是已知的，本文不必詳述。聚合物熔融紡絲包括連續(xù)長絲的生產(chǎn)，例如紡粘法和熔噴法；還有非連續(xù)絲的生產(chǎn)，例如人造短纖和短切纖維的生產(chǎn)。為制造紡粘或熔噴纖維，通常將熱塑性組合物擠入一個(gè)分配系統(tǒng)，然后由此導(dǎo)入噴絲板。紡出的纖維經(jīng)冷卻、凝固并經(jīng)氣動(dòng)系統(tǒng)牽伸而制成常規(guī)的無紡布。然而為了生產(chǎn)短切纖維或人造短纖而非直接制成無紡布，卻是將紡成的纖維冷卻、凝固并通常經(jīng)過機(jī)械輥系統(tǒng)牽伸而成直徑適中的長絲并收集起來。隨后，將其在低于其軟化溫度下進(jìn)行“冷拉”以獲得所需纖度的成品纖維，接著再進(jìn)行卷曲或變形處理，再切斷成所需長度的纖維。
通常采用室溫或準(zhǔn)室溫的空氣流噴吹擠出的熱塑性組合物使之冷卻至室溫。這種冷卻方法可稱為淬火或驟冷，因?yàn)樵诖蠹s以秒計(jì)的相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)溫度變化常常超過100℃，最常見的超過150℃。
多組分纖維也可切成相對短的長度，例如人造短纖，其一般長度為約25毫米至約50毫米；以及短切纖維，其長度則更短，一般短于約18毫米。例如可參見Taniguchi等人的美國專利4,789,592號和Strack等人的美國專利5,336,552號，兩者全文并入本文作為參考。
要求本發(fā)明所制得的多組分纖維在親水性方面有所改善。這一點(diǎn)已被其在空氣中的水接觸角的降低所證實(shí)。纖維樣品在空氣中的水接觸角可用前進(jìn)的或后退的接觸角值來度量，這取決于測試方法的性質(zhì)。前進(jìn)接觸角通常用以度量材料對液體如水的初始響應(yīng)。后退接觸角通常用以度量材料從開始被浸潤或接觸液體期間以及后繼被浸潤期間的行為。較低的后退接觸角意味著在接觸液體期間材料具有較好的親水性，因而能更持久地傳輸液體。后退接觸角數(shù)據(jù)用于確定本發(fā)明的多組分纖維高度的親水性，但較好的是，本發(fā)明多組分纖維前進(jìn)接觸角也發(fā)生下降。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，要求熱塑性組合物或多組分纖維，其后退接觸角的有利值為低于約55度，較有利者為低于約40度，合適者為低于約25度，更合適者為低于約20度，最合適者為低于約10度。其中，后退接觸角是按照下文“測試方法”一節(jié)中所述方法測定的。
在下游產(chǎn)品的熱加工過程中，典型的脂族聚酯聚合物基材常會(huì)產(chǎn)生熱收縮效應(yīng)。之所以產(chǎn)生熱收縮是因?yàn)樵跓o定形相和不完整結(jié)晶相中聚合物鏈段的熱誘導(dǎo)鏈松弛。為解決這一問題，一般要求在熱粘合加工之前使材料獲得最高結(jié)晶度，這樣，熱能就會(huì)直接導(dǎo)向晶區(qū)的熔化而不是導(dǎo)向鏈松弛和不完整結(jié)晶區(qū)的重排。解決這一問題的典型方法是將材料進(jìn)行熱定形處理。為此，所制得的材料如纖維在到達(dá)粘合輥之前先對其進(jìn)行定形，由于纖維已充分或高度取向了，所以就不再收縮。由于本發(fā)明的多組分纖維的形態(tài)特性，從而降低了對這種熱定形的額外加工要求。如上所述，聚烯烴微纖一般提供了一種增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，從而使所預(yù)料的脂族聚酯聚合物的熱收縮降到最低程度。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，要求熱塑性組合物或多組分纖維具有一定的熱收縮量，它用在約100℃溫度下的熱收縮值來定量，其有利的值為小于10％，較有利者為小于約5％，合適者為小于約2％，更合適者為小于約1％，其中，收縮量是將纖維的初始和最終長度之差除以初始長度再乘以100而得的。測定纖維收縮量的方法包括在下文“測試方法”一節(jié)中。
本發(fā)明的多組分纖維適于制造用即棄產(chǎn)品，包括用即棄吸濕性產(chǎn)品，如尿布、成人便失禁用品及床墊；月經(jīng)用產(chǎn)品，如衛(wèi)生巾和止血塞；還有其它的吸濕性產(chǎn)品，如手巾、圍嘴、傷口包扎用品、手術(shù)帽或手術(shù)衣等。因此，另一方面，本發(fā)明所涉及包含本發(fā)明的多組分纖維的用即棄吸濕性產(chǎn)品。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，多組分纖維被制成纖維狀基材用以復(fù)合成用即棄吸濕性產(chǎn)品。纖維基材可以如無紡布的形式存在。纖維狀無紡布可完全用本發(fā)明的多組分纖維制造，也可將其與其它纖維混用。所用的纖維長度取決于具體終端產(chǎn)品的用途。當(dāng)要該種纖維可在諸如廁所的水中降解時(shí)，其長度在約15毫米或以下較好。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中提供了一種用即棄吸濕性產(chǎn)品，這種產(chǎn)品包含可滲液的頂層、附于可滲液頂層上的底層，以及固定于兩者之間的吸濕性結(jié)構(gòu)，其中，底層包含本發(fā)明的多組分纖維。
用即棄吸濕性產(chǎn)品的例子在US-A-4,710,187；US-A-4,762,521；US-A-4,770,656和US-A-4,798,603專利中一般有所敘述，這些參考資料列入本文作為參考。
按照本發(fā)明所有方面的吸濕性產(chǎn)品和織物，在使用過程中通常要經(jīng)受體液的反復(fù)浸漬。因此，要求該吸濕性產(chǎn)品和織物在使用過程中能經(jīng)受與其接觸到的一定量體液的多次浸漬。這種浸漬在一定時(shí)間內(nèi)通常是分別進(jìn)行的。測試方法熔融溫度本發(fā)明中，材料的熔融溫度是采用示差掃描量熱計(jì)測定的。商品牌號為Thermal Analyst 2910型示差掃描量熱計(jì)外裝一個(gè)液氮冷卻附件并與Thermal Analyst 2200分析軟件(8.10版)程序聯(lián)合使用，這兩者均可購自特拉華州，新卡斯特市的T.A.Instruments Inc。
待測的材料試樣是以纖維或樹脂粒子形式提供的。最好不要用手直接取樣，而用攝子或其它工具，以免引入會(huì)導(dǎo)致誤差的任何雜質(zhì)。若為纖維，要將試樣切斷；若為樹脂粒子，則直接置于一個(gè)鋁盤內(nèi)，然后在分析天平上稱量至0.01毫克精度。如必要，在盤中試樣上方扣一蓋子。
如示差掃描量熱計(jì)用戶手冊所述，該示差掃描量熱計(jì)采用金屬銦作標(biāo)樣以及基線校正法進(jìn)行標(biāo)定。將材料試樣置于示差掃描量熱計(jì)的測試腔內(nèi)進(jìn)行測試，另備一空盤作為參比。所有測試均在以55厘米3/分的氮?dú)?工業(yè)級)流噴吹測試腔的條件下進(jìn)行。共進(jìn)行兩輪加熱和冷卻的測試。從測試腔的溫度平衡至-75℃開始，以20℃/分的升溫速度加熱至220℃，接著以20℃/分的降溫速度冷卻至-75℃，然后再以20℃/分的升溫速度加熱至220℃。
使用分析軟件程序評價(jià)測試結(jié)果，其中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、吸熱和放熱峰均進(jìn)行定性和定量分析。根據(jù)斜率發(fā)生突變的曲線下的面積鑒定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，然后再采用自動(dòng)拐點(diǎn)計(jì)算法測定熔融溫度。表觀粘度本發(fā)明使用了商品名為Gttfert Rheograph 2003型毛細(xì)管流變儀并匹配Win RHEO(2.31版)分析軟件測評材料試樣的表現(xiàn)粘度流變特性。該儀器和軟件均購自南卡羅林那州，Rock Hill市的Gttfert公司。該毛細(xì)管流變儀裝置包括一個(gè)2000巴的壓力傳感器和一根30毫米長/30毫米移動(dòng)長度/1毫米直徑/0毫米高度/180°轉(zhuǎn)動(dòng)角的圓孔毛細(xì)管口模。
如果待測材料的試樣顯示或已知對水是敏感的，則應(yīng)將其置于真空爐中進(jìn)行干燥，干燥條件是在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，即對于聚乳酸材料而言在55℃或60℃以上溫度，以及在至少15英寸汞柱真空度下，用至少每小時(shí)為30標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的氮?dú)饬鲊姶抵辽?6小時(shí)。
當(dāng)儀器已經(jīng)溫?zé)崆覍毫鞲衅髯髁藰?biāo)定之后，逐漸將材料試樣填入柱內(nèi)，每一次填樣均應(yīng)使用細(xì)棒將樹脂在柱內(nèi)壓實(shí)，以確保測試期間熔體的連續(xù)性。材料試樣裝填完畢，每次測試需花2分鐘時(shí)間，以使材料試樣在測試溫度下得以完全熔解。該毛細(xì)管流變儀自動(dòng)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)并測定在7個(gè)表現(xiàn)剪切速率(以秒-1為單位)50、100、200、500、1000、2000和5000下的表觀粘度(以帕斯卡·秒為單位)。當(dāng)考察測得的曲線時(shí)，注意該曲線應(yīng)是相當(dāng)平滑的。如果發(fā)現(xiàn)逐點(diǎn)都明顯偏離曲線的整體，則是由于可能柱中存有氣體，那就得重復(fù)該次測試以確認(rèn)其結(jié)果。
所測得的表觀剪切速率對應(yīng)表觀粘度的流變曲線給出材料試樣在擠出加工溫度下流動(dòng)行為的指標(biāo)。在至少1000秒-1的剪切速率下的表觀粘度具有特殊意義，因?yàn)檫@是工業(yè)上纖維紡絲螺桿擠出機(jī)中的典型加工條件。分子量氣相滲透色譜(GPC)法用于測定如聚乳酸試樣的分子量分布，其重均分子量(Mw)為約800-約400,000。
所用的GPC柱為由兩種Plgel Mixed K Linear 5微米填充的、7.5×300毫米的系列分析柱。柱和檢測器的溫度為30℃。流動(dòng)相是高效液體色譜(HPLC)等級的四氫呋喃(THF)。泵速為0.8毫升/分，進(jìn)樣體積為25微升。全部運(yùn)行時(shí)間為30分鐘。特別要注意的是，大約每4個(gè)月必須要安裝新的分析柱，大約每個(gè)月要安裝一次保護(hù)柱，大約每個(gè)月要更換一次管路過濾器。
從Aldrich化學(xué)公司購得的聚苯乙烯聚合物標(biāo)樣應(yīng)與二氯甲烷(DCM)∶THF(10∶90)溶劑(兩者均為HPLC級)混合以獲得1毫克/毫升的濃度。多種聚苯乙烯標(biāo)樣可組合制得一種標(biāo)準(zhǔn)溶液，其條件是它們的色譜峰在色譜分離過程中不應(yīng)重疊。應(yīng)制備分子量為約687至400,000的一系列標(biāo)樣。用具有不同重均分子量的Aldrich聚苯乙烯制得的混合標(biāo)樣包括標(biāo)樣1(401,340；32,660；2,727)，標(biāo)樣2(45,730；4,075)，標(biāo)樣3(95,800；12,860)及標(biāo)樣4(184,200；24,150；687)。
接著，制取備核標(biāo)樣。在一個(gè)帶襯墊蓋子的敞口玻璃瓶中，將10克分子量為200,000的聚乳酸標(biāo)樣(購自Polyscience Inc.，Catalog#19245)溶于100毫升HPLC級的DCM中，將其置于一個(gè)軌道振蕩器中至少振蕩30分鐘，把混合物傾倒于一塊潔凈干燥的玻璃板上，先讓溶劑揮發(fā)，然后將其置于預(yù)熱至35℃的真空爐中，在25毫米汞柱真空度下干燥約14小時(shí)。接著，從爐中取出聚乳酸并將薄膜切成若干小條。立即用研磨機(jī)(安有10目屏罩)研磨該樣品。注意不要加入太多樣品，以免引起研磨機(jī)滯塞。將幾克研磨后的樣品存在于干燥的玻璃瓶內(nèi)并置于保干器中，剩余樣品則存于類似的玻璃瓶并置于冷藏箱中。
至關(guān)重要的是要在每一輪新的測試操作開始之前制備新的備核標(biāo)樣，同時(shí)由于分子量受到樣品濃度的極大影響，所以要特別注意樣品的稱量和溶液的制備。為了制取備核標(biāo)樣，稱取0.0800g±0.0025g重均分子量為200,000的聚乳酸參比標(biāo)樣，將其置于潔凈干燥的閃爍管內(nèi)。然后用一根容量吸管或?qū)Ｓ靡埔汗?，?毫升DCM加入閃爍管中并旋緊蓋子。令樣品完全溶解。如必要，將樣品置于軌道振蕩器如ThermolyneRoto Mix(type 51300)或類似混合器中振蕩。為了判別樣品是否溶解，將閃爍管呈45°角置于燈光下，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)管子，觀察液體從玻璃壁流下的狀況。如果管子底部顯示不光滑，則樣品就沒有完全溶解。也許需要幾個(gè)小時(shí)才能溶解。一旦樣品溶解，即用容量吸管或?qū)Ｓ靡埔汗軐?8毫升THF加入閃爍管中，旋緊蓋子并混勻。
為制備樣品制劑，先稱取0.0800克±0.0025克樣品置于一潔凈干燥的閃爍管內(nèi)(應(yīng)特注意稱重和制備)。用容量吸管或?qū)Ｓ靡埔汗軐?毫升DCM加入閃爍管中并旋緊蓋子。采用上述制取備核標(biāo)樣相同的技術(shù)使樣品完全溶解。然后用容量吸管或?qū)Ｓ靡埔汗軐?8毫升THF加入閃爍管中，旋緊蓋子并混勻。
先嘗試注入標(biāo)樣制劑以檢驗(yàn)系統(tǒng)的平衡性。當(dāng)系統(tǒng)的平衡性經(jīng)確認(rèn)后就注入標(biāo)樣制劑。體系運(yùn)轉(zhuǎn)起來后，先注入備核標(biāo)樣制劑，然后再注入樣品制劑。每注入7個(gè)樣品制劑后就注入一次備核標(biāo)樣制劑，直至測試結(jié)束。務(wù)必注意不得從任一閃爍管中取出超過2次的注入量，而這2次注入量又必須彼此間隔4.5小時(shí)。
有4個(gè)質(zhì)量控制參數(shù)用以評價(jià)測試結(jié)果。第一，相對每一標(biāo)樣計(jì)算得的四階回歸相關(guān)系數(shù)不應(yīng)小于0.950又不應(yīng)大于1.050。第二，備核標(biāo)樣的全部重均分子量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)超過5.0％。第三，后續(xù)各次注入的備核標(biāo)樣的重均分子量的平均值不應(yīng)超過第一次注入的備核標(biāo)樣重均分子量的10％。最后，將每毫升200微克(μg/ml)標(biāo)樣注入量的丙交酯響應(yīng)值記錄在SQC數(shù)據(jù)圖表上。利用該圖表的控制線判定該響應(yīng)值必須落在限定的SQC參數(shù)范圍內(nèi)。
根據(jù)由聚苯乙烯標(biāo)樣所得的標(biāo)定曲線計(jì)算分子統(tǒng)計(jì)分布，并計(jì)算聚乳酸和聚苯乙烯在30℃下的THF中的常數(shù)。這些數(shù)值為聚苯乙烯(K＝14.1×105，α＝0.700)，聚乳酸(K＝54.9×105，α＝0.639)。纖維的熱收縮測定熱收縮所需的設(shè)備包括一個(gè)對流爐(Thelco model 160 DM實(shí)驗(yàn)爐，購自伊利諾伊斯州，芝加哥市的Precision and Scientific公司)，0.5 g(±0.06g)錘砝碼，1/2英寸的固定夾，密封膠帶，至少1/4平方英寸的座標(biāo)紙，泡沫塑料告示板(11×14英寸)或相當(dāng)?shù)囊r板以便將座標(biāo)紙和樣品固定在上面。對流爐應(yīng)能加熱到約100℃。
纖維樣品是在相應(yīng)的紡絲條件下經(jīng)熔紡制得的。一般而言，最好用30根單絲的絲束，并采用等于或大于224倍的紡牽比進(jìn)行機(jī)械牽伸以獲得成品纖維。只有相同紡牽比的纖維其熱收縮才有可比性。纖維的紡牽比是牽伸輥的速度除以從噴絲板吐出的熔融聚合物的擠出線速度(距離/時(shí)間)所得的比值。紡出的纖維通常用卷捲機(jī)將其卷繞在筒管上。如果未得到30根單絲的絲束，則將收集的纖維束分離成30根單絲，并切成9英寸長。
將座標(biāo)紙用膠帶粘貼在告示板上，使座標(biāo)紙的一邊與告示板的邊取齊。將纖維束的一端用膠帶粘上，被粘的纖維束端部都不超過1英寸。將纖維束被粘的那端夾在告示板與座標(biāo)紙取齊的那邊上，并使夾子的一邊正好處于座標(biāo)紙的一條水平線上，同時(shí)也使纖維束端恰好處于同一水平線上(纖維被粘的那端幾乎看不見，因?yàn)樗粖A子夾住了)。將纖維束另一端拉齊并與座標(biāo)紙的垂直線擺齊。接著，從夾子夾住纖維束的那一點(diǎn)開始向下7英寸處，將0.5g的錘碼固定在纖維束上。要重復(fù)嘗試這種固定錘碼的操作。通常，一次實(shí)驗(yàn)要重復(fù)操作三次才能固定住。要在座標(biāo)紙上劃一記號以示錘碼的初始位置。將樣品置于約100℃的爐中，使樣品呈垂直狀態(tài)懸掛而不觸及告示板。在5、10和15分鐘三個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，迅速在座標(biāo)紙上分別劃出錘碼位置的記號并將樣品送回爐內(nèi)。
試驗(yàn)完畢，將告示板從爐中取出，同時(shí)用1/16英寸的刻度尺測量分別在5、10和15分鐘時(shí)所劃的記號到原點(diǎn)(夾子固定纖維處)之間的距離。建議每個(gè)樣品重復(fù)三次測試。計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和百分收縮率。百分收縮率的計(jì)算方法是將(初始長度-測得的長度)除以初始長度再乘以100。正如本文實(shí)施例所報(bào)告的和全部權(quán)利要求中所采用的，熱收縮率表示按上述方法測得的、在約15分鐘內(nèi)和約100℃溫度下纖維樣品的熱收縮量。接觸角所用的設(shè)備包括一個(gè)DCA-322型動(dòng)態(tài)接觸角分析儀和WinDCA軟件(1.02版)，兩者均可購自威斯康星州，Madison市的ATI-CAHNInstruments，Inc.，公司。測試是在一個(gè)安有天平鐙的“A”形架上進(jìn)行的。如用戶手冊所示，馬達(dá)應(yīng)每月標(biāo)定一次，天平(用100毫克質(zhì)量)每天標(biāo)定一次。
將熱塑性組合物紡成纖維，取自由落筒(即紡牽比為0)的樣品用于接觸角測定。在纖維樣品準(zhǔn)備過程中應(yīng)特別注意盡量不用手接觸纖維以確保纖維的玷污降到最小程度。用膠帶將纖維樣品粘在金屬絲掛鉤上，使纖維伸出金屬絲掛鉤端部2-3厘米，然后用剪子將纖維樣品剪短至伸出金屬絲掛鉤端部1.5厘米。使用光學(xué)顯微鏡測量纖維各點(diǎn)的平均直徑(作3-4次測量)。
將金屬絲掛鉤上的樣品懸掛在“A”形架的天平鐙上。浸潤液為蒸餾水，每測一個(gè)試樣都要更換一次。將試樣參數(shù)(即纖維直徑)輸入并開始測試。以151.75微米/秒的速度進(jìn)行分步測試，直至探測到纖維接觸蒸餾水表面時(shí)的零浸深度為止。從零浸深度開始，纖維伸入水中1厘米，停留0秒鐘，然后立即后撤1厘米。軟件對接觸角作自動(dòng)分析，并按用戶手冊確定的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，測定纖維樣品的前進(jìn)和后退接觸角。接觸角為零或小于零表明樣品已完全可潤濕。每個(gè)樣品要進(jìn)行5次重復(fù)測試，然后計(jì)算出統(tǒng)計(jì)分析平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和百分偏差系數(shù)。正如本文實(shí)施例中所報(bào)告的和全部權(quán)利要求中所采用的，前進(jìn)接觸角值表示按上述測試方法所測得的蒸餾水對纖維樣品的前進(jìn)接觸角。同樣，正如本文實(shí)施例中所報(bào)告的和全部權(quán)利要求中所采用的，后退接觸角表示按上述測試方法所測得的蒸餾水對纖維樣品的后退接觸角。
實(shí)施例實(shí)施例1使用不同量的聚乳酸、聚丙烯和相容劑制備纖維。聚乳酸聚合物(PLA)購自科羅拉多州，Golden市的Chronopol Inco.，公司，具有L∶D比率為100至0，熔融溫度約175℃，重均分子量為181,000，數(shù)均分子量為115,000，多分散性指數(shù)約為1.57，殘余乳酸單體約2.3％重量。聚丙烯聚合物(PP)購自Himont公司，其商品牌號為PF 305聚丙烯聚合物，其比重為約0.88至約0.92，熔融溫度為約160℃。相容劑購自Petrolite Corporation公司，Tulsa，Oklahoma，其商品牌號為UNITHOX480乙氧基醇，其熔融溫度為約160℃，數(shù)均分子量為約2250。
為制備特定的熱塑性組合物，先將各組分干混，然后在反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔混，以使各組分均勻混合。熔混包括各組分的部分或完全的熔化并伴隨旋轉(zhuǎn)雙螺桿的剪切作用。這種條件導(dǎo)致最佳的共混，甚至熱塑性組合物各組分的分散。雙螺桿擠出機(jī)如Haake Pheocord90購自Haake GmbH公司，Karlsautte，Germany；或Brabender雙螺桿混煉機(jī)(cat No 05-96-000)，購自新澤西州South Hackensack的Brabender Instruments公司，或其它相當(dāng)?shù)碾p螺桿擠出機(jī)，均適用于這種加工目的。從熔混機(jī)擠出的熔融組合物在液體冷卻輥上或液面上，和/或用壓縮空氣吹動(dòng)擠出物，使之冷卻。然后將冷卻后的組合物進(jìn)行切粒，以備制造纖維。
在一臺(tái)小型紡絲機(jī)組中將這些樹脂轉(zhuǎn)化為纖維和無紡布。該紡絲機(jī)組的螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為0.75英寸，長徑比為L∶D＝24∶1，從擠出機(jī)到紡絲組件的輸料管有三個(gè)加熱段，紡絲組件構(gòu)成第四加熱段并安有一個(gè)0.62英寸(約1.6厘米)直徑的KochSMX型靜態(tài)混合器(購自紐約州，紐約市的Koch Engineering公司)，然后進(jìn)入紡絲頭(第五加熱段)和噴絲板，板上有許多小孔，熔融聚合物就從這些小孔中被擠出。此處所用的噴絲板有15至30個(gè)孔，每個(gè)孔的直徑為約500微米。每一加熱段的溫度依次列于表2的擠出溫度一欄下。用13℃至22℃溫度的空氣對纖維進(jìn)行淬火，經(jīng)機(jī)械輥牽伸，然后，或經(jīng)卷繞頭卷筒取下，或經(jīng)纖維拉伸裝置進(jìn)行紡粘成形和粘合，或在成品收集之前通過附加設(shè)備進(jìn)行熱定形或其它處理。
對纖維進(jìn)行接觸角和熱收縮率評價(jià)。不同纖維的組合物及其評價(jià)結(jié)果列于表1。
表1紡制纖維的組合物(Wt％)接觸角試樣# PLA PP 相容劑前進(jìn)的 后退的 熱收縮*1 100％ -- -- 85.3° 40.7°34％*2 -- 100％ -- 128.1°93.9°0％*3 -- 95％ 5％120.6°79° --*4 -- 95％ 5％124.0°58.5°0％*5 95％ -- 5％89.2° 10.0° --*6 70％ 30％ -- 92.3° 56.5°0％755％ 37％ 8％111.7°51.4°0％864％ 27％ 9％117.4°40.1°0％948％ 39％ 13％ 106.3°0° 0％10 52％ 35％ 13％ 97.6° 16.8°0％11 61％ 26％ 13％ 88.6° 5.8° 0％12 70％ 17％ 13％ 86.7° 0° 0％13 51％ 34％ 15％ 92.8° 3.3° 0％14 76.5％ 8.5％ 15％ 86.1° 0° 0％*不屬于本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)施例2用不同量的聚琥珀酸丁二酯、聚丙烯和相容劑制備纖維。聚琥珀酸丁二酯(PBS)購自Showa Highpolymer Co.，Ltd.，Tokyo，Japan，商品牌號為Bionolle 1020聚琥珀酸丁二酯，其熔融溫度為約95℃，重均分子量為約40,000至約1,000,000，數(shù)均分子量為約20,000至約300,000，多分散性指數(shù)為約2至約3.3。聚丙烯聚合物(PP)購自HimontIncorporated，商品牌號為PF 305聚丙烯聚合物，其比重為約0.88至約0.92，熔融溫度為約160℃。相容劑購自Petrolite Corporation ofTulsa，Oklahoma，商品牌號為UNITHOX480乙氧基醇，其熔融溫度為約160℃，數(shù)均分子量為約2250。
采用與實(shí)施例1基本相同的方法制備纖維。
對纖維進(jìn)行接觸角和熱收縮率評價(jià)。各種纖維組合物及其評價(jià)結(jié)果列于表2。
表2紡制纖維的組合物(Wt％)接觸角試樣# PBSPP 相容劑前進(jìn)的 后退的 熱收縮*15100％ -- --76° 0° 0％16 61％ 26％13％ 21.8° 0° 0％17 70％ 17％13％ 24.1° 0° 0％*不屬于本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)施例3使用不同量的聚乳酸、聚乙烯和相容劑制備纖維。聚乳酸聚合物(PLA)購自科羅拉多州，Golden的Chronopol Inc.公司，其L∶D比率為100至0，熔融溫度為約175℃，重均分子量為約181,000，數(shù)均分子量為約115,000，多分散性指數(shù)為約1.57，殘余乳酸單體為約2.3％重量。聚乙烯聚合物(PE)購自密歇根州，米德至市的道化學(xué)公司，商品牌號為ASPUNPE 6811A聚乙烯聚合物，其熔融溫度為約130℃。相容劑購自Petrolite Corporation公司，Tulsa，Oklahoma，商品牌號為UNITHOX480乙氧基醇，其熔融溫度為約160℃，數(shù)均分子量為約2250。
采用與實(shí)施例1基本相同的方法制備纖維。
對纖維進(jìn)行接觸角和熱收縮率評價(jià)。各種纖維組合物及其評價(jià)結(jié)果列于表3。
表3紡制纖維的組合物(Wt％)接觸角試樣# PLA PE 相容劑 前進(jìn)的后退的 熱收縮1852％ 35％ 13％ 78.3° 0° 2％1978％ 9％ 13％ 66.3° 0° 9％*不屬于本發(fā)明的實(shí)施例本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明可以有許多改進(jìn)和變化而并不偏離本發(fā)明的范圍。理所當(dāng)然，以上詳述和闡明的實(shí)施例僅為了舉例說明，而不是以任何方式對本文所附的權(quán)利要求書中闡明的本發(fā)明范圍構(gòu)成限制。
權(quán)利要求
1.一種熱塑性組合物，其中包含a.一種重量含量為約45％至約90％的脂族聚酯聚合物，其中脂族聚酯聚合物形成基本上連續(xù)相；b.重量含量為大于0至約45％的聚烯烴微纖，其中聚烯烴微纖的直徑小于約50微米，且聚烯烴微纖形成基本上非連續(xù)相并嵌入脂族聚酯聚合物的基本上連續(xù)相中；及c.一種相容劑，其親水-親油的平衡比為約10至約40，其重量含量為約7％至約25％，其中所有重量百分?jǐn)?shù)均以熱塑性組合物中所含的脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。
2.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組化合物聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、聚琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、聚羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯以及這些聚合物的混合物和共聚物。
3.權(quán)利要求2的熱塑性組合物，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸。
4.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物或共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯及2-甲基-1，3-丁二烯。
5.權(quán)利要求4的熱塑性組合物，其中聚烯烴選自由聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
6.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中聚烯烴微纖具有的直徑小于約25微米。7.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中聚烯烴微纖的重量含量為約5％至約40％。
8.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中相容劑為乙氧基醇。
9.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中該熱塑性組合物具有的后退接觸角值小于約55度。
10.權(quán)利要求1的熱塑性組合物，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組聚合物聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯以及這些聚合物的混合物和共聚物；其中，聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物和共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯及2-甲基-1，3-丁二烯，而聚烯烴微纖的重量含量為約5％至約40％；相容劑是乙氧基醇；該熱塑性組合物具有的后退接觸角值小于55度。
11.權(quán)利要求10的熱塑性組合物，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸，且聚烯烴選自由聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
12.由熱塑性組合物制成的一種多組分纖維，其中該熱塑性組合物包括a.重量含量為約45％至約90％的脂族聚酯聚合物，其中脂族聚酯聚合物形成基本上連續(xù)相；b.重量含量為大于0至約45％的聚烯烴微纖，其中聚烯烴微纖的直徑小于約50微米，該聚烯烴微纖形成基本上非連續(xù)相并嵌入脂族聚酯聚合物的基本上連續(xù)相中；及c.一種相容劑，其所具有的親水-親油平衡比為約10至約40，其重量含量為約7％至約25％，其中全部重量百分?jǐn)?shù)均以該熱塑性組合物中所含脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。其中，該多組分纖維的后退接觸角值小于約55度。
13.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中多組分纖維的熱收縮率小于約10％。
14.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組聚合物聚乳酸、聚琥珀丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化對苯二甲酸乙二酯及這些聚合物的混合物和共聚物。
15.權(quán)利要求14的多組分纖維，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸。
16.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物和共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯及2-甲基-1，3-丁二烯。
17.權(quán)利要求16的多組分纖維，其中聚烯烴選自由聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
18.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中聚烯烴微纖的直徑小于約25微米。
19.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中聚烯烴微纖的重量含量為約5％至約40％。
20.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中相容劑是乙氧基醇。
21.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組聚合物聚乳酸、聚琥珀丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯及這些聚合物的混合物和共聚物；其中聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物和共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯和2-甲基-1，3-丁二烯，而聚烯烴微纖的重量含量為約5％至40％；相容劑是乙氧基醇；該多組分纖維的熱收縮率小于約10％。
22.權(quán)利要求21的多組分纖維，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸，聚烯烴選自由聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
23.一種用即棄吸濕性產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含液體可滲透的頂層、附于頂層的底層以及介于液體可滲透頂層和底層之間的吸濕性結(jié)構(gòu)，其中底層包含由熱塑性組合物制成的多組分纖維，其中熱塑性組合物包含a.脂族聚酯聚合物，其重量含量為約45％至約90％，其中脂族聚酯聚合物形成基本上連續(xù)相；b.聚烯烴微纖，其重量含量為大于0至約45％，其中聚烯烴微纖的直徑小于50微米，且聚烯烴微纖形成基本上非連續(xù)相并嵌入脂族聚酯聚合物的基本上連續(xù)相中；及c.一種相容劑，其親水-親油平衡比為約10至約40，其重量含量為約7％至約25％，其中全部重量百分?jǐn)?shù)均以熱塑性組合物中所含脂族聚酯聚合物、聚烯烴微纖和相容劑的總重量計(jì)。其中多組分纖維的后退接觸角值小于約55度。
24.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中多組分纖維的熱收縮率小于約10％。
25.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組聚合物聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯及這些聚合物的混合物和共聚物。
26.權(quán)利要求25的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸。
27.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物和共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯和2-甲基-1，3-丁二烯。
28.權(quán)利要求27的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中聚烯烴選自聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
29.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中聚烯烴微纖的直徑小于約25微米。
30.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中聚烯烴微纖的重量含量為約5％至約40％。
31.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中相容劑是乙氧基醇。
32.權(quán)利要求23的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中脂族聚酯聚合物選自下列一組聚合物聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、琥珀酸-己二酸丁二醇共聚酯、羥基丁酸-戊酸共聚酯、聚己內(nèi)酯、磺化聚對苯二甲酸乙二酯和這些聚合物的混合物及共聚物；其中聚烯烴選自包含下列重復(fù)單元的均聚物和共聚物乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、1，3-丁二烯和2-甲基-1，3-丁二烯，而聚烯烴微纖的重量含量為約5％至約40％；相容劑是乙氧基醇；該多組分纖維的熱收縮率小于約10％。
33.權(quán)利要求32的用即棄吸濕性產(chǎn)品，其中脂族聚酯聚合物是聚乳酸，聚烯烴選自由聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成的一組聚合物。
全文摘要
本申請公開了一種熱塑性組合物,它包含作為連續(xù)相的一種脂族聚酯聚合物、作為非連續(xù)相并嵌入脂族聚酯聚合物連續(xù)相中的聚烯烴微纖以及用于脂族聚酯聚合物與聚烯烴微纖的相容劑所構(gòu)成的未反應(yīng)混合物。該多組分纖維具有基本上生物可降解的性質(zhì)和良好的吸濕性且易于加工。該熱塑性組合物用于制造無紡織物,該織物可用于制作用即棄吸濕性產(chǎn)品,例如用于吸收體液之類的流體。
文檔編號C08L67/02GK1247552SQ97181946
公開日2000年3月15日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月31日
發(fā)明者F·－J·蔡, B·T·埃策爾 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司