干聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的閃紡法的制作方法

專利名稱：干聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的閃紡法的制作方法
本申請(qǐng)是1988年8月30日提交的相關(guān)申請(qǐng)07/238，639號(hào)，名稱為“聚乙烯超細(xì)纖維叢絲的閃蒸紡絲”的部分繼續(xù)。
本發(fā)明涉及一種基本上干的聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的閃蒸紡絲法。尤其是本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的方法，其中，基本上干的帶是由成纖聚烯烴、二氯甲烷和二氧化碳組成的混合物閃紡而成的。
Blades和White的美國(guó)專利3，081，519及英國(guó)專利891，943和891，945描述了由成纖聚合物閃紡超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的方法，該聚合物溶于一種在等于或低于其正常沸點(diǎn)時(shí)不溶解此聚合物的液體中形成一種溶液，該溶液在高于此液體的正常沸點(diǎn)溫度及自生壓力或較高壓力下擠出到溫度和壓力較低的介質(zhì)中，這樣的閃蒸紡絲使液體蒸發(fā)，并由此冷卻擠出物，形成該聚合物的超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶。優(yōu)選的聚合物包括結(jié)晶聚烯烴類，例如聚乙烯和聚丙烯。
根據(jù)3，081，519，891，943和891，945，下列液體可用于閃紡工藝芳香烴類，例如苯，甲苯等;脂族烴類，例如丁烷，戊烷，己烷，庚烷，辛烷及它們的異構(gòu)體和同系物;脂環(huán)族烴類，例如環(huán)己烷;不飽和烴類;鹵代烴類，例如二氯甲烷，四氯化碳，氯仿，氯代乙烷，氯代甲烷;醇類;酯類;醚類;酮類;腈類;胺類;氟碳化合物類;二氧化硫;二硫化碳;硝基甲烷;水及上述液體的混合物。該專利還進(jìn)一步描述了閃紡溶液還可含有可溶性氣體，例如氮?dú)?，二氧化碳，氦氣，氫氣，甲烷，丙烷，丁烷，乙烯，丙烯，丁烯等。?duì)于改進(jìn)超細(xì)纖維叢絲的原纖化而言，那些溶解性小的氣體是優(yōu)選的，即在紡絲條件下溶于聚合物溶液中的氣體濃度小于7%是優(yōu)選的。在US3，081，519實(shí)施例Ⅵ中，提供了僅用二氯甲烷和二氧化碳作閃紡介質(zhì)的例子，濃度為13%的線性聚乙烯的二氯甲烷溶液在200℃和1000磅的總平衡壓力下，用二氧化碳飽和，然后在1060磅下閃紡。溶解的二氧化碳濃度為3.7%。
三氯氟甲烷(氟里昂11)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)聚乙烯超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶是一種非常有用的溶劑。但是泄漏進(jìn)大氣中的這種鹵代烴是影響地球臭氧消耗的一個(gè)重要原因。關(guān)于臭氧消耗問題的一般論述刊載于Chemical&EngineeringNews第17-20頁(1988，2，8)，P.S.Zurer的“SearchIntensi-fiesforAlternatinestoOzone-Deple-tingHalocarbons”一文中。以二氯甲烷代替工業(yè)化閃紡工藝中的三氯氟甲烷可以避免臭氧消耗問題。
本發(fā)明提供一種由二氯甲烷、二氧化碳和成纖聚烯烴組成的紡絲混合物閃紡基本上干的聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的方法。
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的閃紡聚合物超細(xì)纖維薄膜原纖帶的方法，其中形成的紡絲混合物包括二氯甲烷、成纖聚烯烴和二氧化碳，然后該紡絲混合物在高于紡絲混合物自生壓力下閃紡，并進(jìn)入一個(gè)實(shí)際上溫度和壓力較低的區(qū)域，生產(chǎn)干帶的改進(jìn)包括二氧化碳的量為紡絲混合物重量的9-25%，聚烯烴的量為紡絲混合物重量的18-33%，二氯甲烷的量為紡絲混合物重量的42-73%，聚烯烴的混合和閃紡在130-220℃范圍內(nèi)進(jìn)行。
本發(fā)明還包括一種新的溶液，該溶液含有占紡絲混合物重量18-33%的成纖聚烯烴，42-73%的二氯甲烷及9-25%的二氧化碳。
在此使用的術(shù)語“聚烯烴”是指僅僅由碳和氫組成的一系列大的開鏈飽和聚合烴。典型的聚烯烴包括聚乙烯，聚丙烯，聚甲基戊烯及單體乙烯、丙烯、甲基戊烯的各種結(jié)合，但并不限于這些。
術(shù)語“聚乙烯”不僅包括乙烯均聚物，還包括共聚物，其中共聚物中至少85%的重復(fù)單元是乙烯單元。優(yōu)選的聚乙烯是線性聚乙烯均聚物，它的熔點(diǎn)范圍上限為約130-135℃，密度范圍為0.94-0.98克/厘米3，熔融指數(shù)(按ASTMD-D-1238-57T，條件E測(cè)定)為0.1至6.0。
術(shù)語“聚丙烯”不僅包括丙烯均聚物，還包括共聚物，其中，共聚物中至少85%的重復(fù)單元是丙烯單元。
在此使用的術(shù)語“超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶”是指一種帶，其特征是許多薄的、帶狀的、沒有一定長(zhǎng)度和平均厚度小于約4微米的薄膜原纖單元呈三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通常沿帶的縱軸方向延伸成一直線。這些薄膜原纖單元在整個(gè)帶的長(zhǎng)度、厚度、寬度各個(gè)位置上以不規(guī)則的間距斷斷續(xù)續(xù)地粘合及分開，以形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種帶在Blades和White的美國(guó)專利3，081，519和Anderson和Romano的美國(guó)專利3，227，794中有詳細(xì)描述。
本發(fā)明是生產(chǎn)超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的已知方法的改進(jìn)，通過閃紡一種成纖聚烯烴在二氯甲烷和二氧化碳中的紡絲混合物，生產(chǎn)基本上干的聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶。本發(fā)明方法要求進(jìn)行閃紡的紡絲混合物包括18-23%成纖聚烯烴，42-73%二氯甲烷和9-25%二氧化碳(以整個(gè)紡絲混合物重量計(jì))。
在本發(fā)明如上所述的工藝條件下，閃紡帶從紡絲頭噴出時(shí)是干的或基本上干的。也就是說，“紡絲帶”基本上沒有二氯甲烷，這特別可以與上面引用的美國(guó)專利3，081，519實(shí)施例Ⅵ相比。該例中由3.7%二氧化碳、13%聚乙烯和二氯甲烷組成的混合物紡成的帶是濕的，在紡絲時(shí)它與二氯甲烷接觸。
從紡絲頭噴出的干的或基本上干的帶具有一系列優(yōu)點(diǎn)，采用自然氣流控制移動(dòng)基本上干的帶要比移動(dòng)濕帶容易得多，殘余溶劑的揮發(fā)脫除也更容易進(jìn)行。此外，濕帶容易粘附并纏繞在用于把帶子固定到片狀構(gòu)件上的輥?zhàn)由?，而這種現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備上是不允許出現(xiàn)的。最后，隨著必須揮發(fā)的二氯甲烷含量的減少，可降低紡絲溫度，為了減少溶劑、二氯甲烷的降解，使用比美國(guó)專利3，081，519低的紡絲溫度也是所希望的。
用于本發(fā)明的優(yōu)選的成纖聚烯烴是美國(guó)專利3，081，519中描述的聚乙烯和聚丙烯，所用聚烯烴濃度為紡絲混合物重量的18-23%。
在紡絲混合物中二氧化碳的濃度范圍為9-25%。
通常，為了從本發(fā)明的紡絲混合物紡出干的帶，聚烯烴的量少，就需要有較多的二氧化碳存在于紡絲混合物中。本發(fā)明的實(shí)踐要求根據(jù)混合物的組成、溫度和壓力找出合適的二氯甲烷、二氧化碳和聚烯烴的配比。
制備紡絲混合物的溫度通常與閃紡該混合物所需的溫度相同，為130℃至220℃范圍。
混合和閃紡在高于混合物的自生壓力下完成。在制備紡絲混合物的過程中，通常壓力至少為800磅，雖然也可使用高達(dá)8000磅的壓力，但一般不高于2500磅。雖然通常使用稍高的紡絲壓力，但閃紡壓力通常至少為600磅。
紡絲混合物最好包括成纖聚烯烴、二氯甲烷和二氧化碳。但一般的閃紡添加劑也可采用已知技術(shù)加到紡絲混合物中，這些添加劑可起到紫外線穩(wěn)定劑，抗氧劑，填料和染料等作用。
本發(fā)明的新穎溶液包括18-33%重量成纖聚烯烴，42-73%重量二氯甲烷和9-25%重量二氧化碳。優(yōu)選的成纖聚烯烴是聚乙烯和聚丙烯。
實(shí)施例本發(fā)明將用所有的實(shí)施例進(jìn)行舉例說明。這些實(shí)施例采用間歇式工藝，有時(shí)采用尺寸較小的設(shè)備。這種間歇式工藝可按比例放大并轉(zhuǎn)變成連續(xù)閃紡工藝，例如用Andersen和Romano在美國(guó)專利3，227，794中披露的設(shè)備實(shí)施本發(fā)明。這些實(shí)施例使用通常使用的聚乙烯。
設(shè)備實(shí)施例1，2，3和4的超細(xì)纖維叢絲帶是用這樣的設(shè)備進(jìn)行的，該設(shè)備包括一個(gè)5加侖的反應(yīng)釜，該反應(yīng)釜裝有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，封閉裝置，螺旋葉片攪拌器，溫度和壓力測(cè)量裝置，加熱裝置及向反應(yīng)釜加入必要成分的入口。反應(yīng)釜出口管線通過速動(dòng)閥連接到Marshall的美國(guó)專利4，352，650所述的那種類型的紡絲組件上，在此將該專利的全部論述引進(jìn)本文供參考。這個(gè)紡絲組件包括直徑為0.072，0.068，或0.062時(shí)的壓力減低紡絲孔，該孔通向一個(gè)5.5吋長(zhǎng)的減低室，隨后與直徑為0.064，0.058或0.046吋的紡絲孔相連接，然后是一個(gè)0.27時(shí)長(zhǎng)、入口直徑為0.33吋、出口直徑為0.45吋的“通道”。
方法對(duì)于實(shí)施例1，2和3，將熔融指數(shù)為0.76的高密度線性聚乙烯和二氯甲烷加入反應(yīng)釜中，并關(guān)閉反應(yīng)釜。抽真空并開始中速攪拌，加入二氧化碳并開始升溫。當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度升至140℃時(shí)，添加更多的二氧化碳，使內(nèi)壓增至1500磅。由于添加二氧化碳會(huì)引起嚴(yán)重的壓力和溫度波動(dòng)，因此，每次添加二氧化碳后，讓壓力穩(wěn)定15分鐘。當(dāng)二氧化碳溶解在二氯甲烷聚乙烯混合物中時(shí)，壓力會(huì)下降。所以反復(fù)用二氧化碳將反應(yīng)釜壓力升至1800磅，直到確認(rèn)已達(dá)到飽和。反應(yīng)釜內(nèi)保持1800磅的穩(wěn)定壓力。然后將反應(yīng)釜溫度保持在150℃。從反應(yīng)釜溫度達(dá)到140℃開始計(jì)算，加熱和混合的時(shí)間大約為1小時(shí)。將攪拌葉片的轉(zhuǎn)速降至其初始速度的三分之一，如果需要，用氮?dú)庋杆賹⒎磻?yīng)釜壓力調(diào)至1800磅，接著馬上打開出口閥，使紡絲混合物流向已加熱到150℃的紡絲組件，結(jié)果見表1。
實(shí)施例4，將前面所用類型的高密度線性聚乙烯加入反應(yīng)釜中，關(guān)閉反應(yīng)釜，抽真空，并加入二氯甲烷，用泵在壓力下加入所需量的二氧化碳，用中速開始攪拌并加熱。當(dāng)?shù)谝淮芜_(dá)到150℃時(shí)，定時(shí)，將混合物在終溫170℃保持1小時(shí)?；旌掀鲾嚢杷俣冉抵疗涑跏妓俣鹊拇蠹s三分之一，根據(jù)需要用氮?dú)饣蛲ㄟ^排氣將反應(yīng)釜壓力調(diào)至1800磅，最后馬上打開通向紡絲組件的出口閥，進(jìn)行紡絲。
表1實(shí)施例1234紡絲混合物聚乙烯wt%22.120.920.425.0二氧化碳wt%17.513.115.412.0二氯甲烷wt%60.466.064.263.0混合溫度(℃)150150150170壓力(磅)1800180018001800紡絲溫度(℃)150150150170壓力(磅)1100110011001100帶產(chǎn)品干的干的干的干的實(shí)施例5，6及A和B方法實(shí)施例5和6及對(duì)比例A和B。首先將預(yù)定量的熔融指數(shù)為0.76的高密度線性聚乙烯顆粒料裝入反應(yīng)釜，關(guān)閉反應(yīng)釜，將空氣抽至最終壓力低于1磅(一般為0.5磅)。在室溫下加入二氯甲烷，開始中速攪拌，以便使聚乙烯顆粒懸浮在其中。然后在室溫下添加所有二氧化碳，并對(duì)反應(yīng)釜中的物料加熱。通常將反應(yīng)釜加熱到150℃需約45分鐘，并攪拌，在此溫度保持30分鐘。在此期間，聚乙烯熔融并溶解在二氯甲烷/二氧化碳混合物中。如此得到的聚合物溶液加熱到最終所需溫度，并攪拌保持大約30分鐘，以確保均勻。
選擇聚乙烯，二氯甲烷和二氧化碳的總加料量，使容器中的物料加熱到最終所需溫度時(shí)，聚合物溶液產(chǎn)生1800至1900磅液壓壓力。在這種液壓條件和壓力范圍下，聚乙烯，二氯甲烷和二氧化碳形成單一的均勻的溶液，其中所有組分完全徹底地充分混合，溶液中沒有氣體或蒸汽氣泡。
一旦形成溶液并獲得最終溫度和壓力，就停止攪拌，并將與容器內(nèi)的溶液壓力相同的氮?dú)馔ǖ饺萜鞯念^部，然后通過噴絲孔立即噴出溶液。由于沒有進(jìn)行攪拌及氮?dú)夂腿芤洪g的接觸時(shí)間短，因此幾乎沒有或沒有氮?dú)膺M(jìn)入聚合物溶液中。氮?dú)馄鸬搅嗽诩徑z過程中保持溶液壓力的“氣體活塞”的作用。根據(jù)噴絲孔的大小，容器內(nèi)的所有溶液在1.5-3分鐘內(nèi)噴完。結(jié)果概括在表2中。
表2實(shí)施例56AB紡絲混合物聚乙烯wt%18321225二氧化碳wt%15104.57.5二氯甲烷wt%675883.567.5混合溫度(℃)185210170170壓力(磅)1800180018001800帶產(chǎn)品干的干的濕的濕的
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的聚合物超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的閃蒸紡絲方法，其中，制成的紡絲混合物包括二氯甲烷，成纖聚烯烴和二氧化碳，此混合物在高于該混合物的自生壓力下閃紡，進(jìn)入實(shí)際上溫度和壓力較低的區(qū)域，制造基本上干的帶，其改進(jìn)在于在組合物中，含有占紡絲混合物重量9-25%的二氧化碳，18-33%的聚烯烴和42-73%的二氯甲烷，在130℃至220℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行聚烯烴的混合及閃紡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中成纖聚烯烴是聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中成纖聚烯烴是聚丙烯。
4.一種溶液，它含有18-33%重量成纖聚烯烴，42-73%重量二氯甲烷和9-25%二氧化碳。
5.一種溶液，它含有18-33重量聚乙烯，42-73%重量二氯甲烷和9-25%重量二氧化碳。
6.一種溶液，它含有18-33%重量聚丙烯，42-73%重量二氯甲烷和9-25%重量二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由成纖聚烯烴閃蒸紡絲超細(xì)纖維叢絲薄膜原纖帶的改進(jìn)方法。混合聚烯烴，制成一種含18-33％重量聚烯烴，42-73％重量二氯甲烷和9-25％重量二氧化碳的溶液，然后將該混合物閃蒸紡絲形成基本上干的超細(xì)纖維叢絲帶。
文檔編號(hào)D01F6/04GK1046000SQ8910788
公開日1990年10月10日 申請(qǐng)日期1989年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月30日
發(fā)明者唐·梅奧·科茨, 加里·斯蒂芬·胡法德, 辛顯國(guó) 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司