具有改進拉伸強度特性的無紡織纖維網的制作方法

專利名稱：具有改進拉伸強度特性的無紡織纖維網的制作方法
具有改進拉伸強度特性的無紡織纖維網在署名為RonaldS.Nohr和J.GavinMacDonald于1991年10月25日提交，題為“熱塑性組合物及由其制備的無紡織纖維網”在未審查共轉讓的專利申請系列號07/783，438中做了描述和權利要求。
本發明涉及一種含添加劑體系的可熔融擠出熱塑性組合物。該組合物當被熔融擠出成形為無紡織纖維網時，生成具有顯著改進拉伸強度特性之纖維網。
在做為參考文獻的RonaldS.Nohr和J.GavinMacDonald提出的美國專利號4，923，914中描寫了含至少一種熱塑性聚合物及至少一種確定添加劑的熱塑性組合物。具體地說，該添加劑為一種含硅氧烷的化合物。這類組合物尤其適用于采用例如熔噴、復合紡及紡粘等熔融擠出方法制成無紡織纖維網。熔融擠出后，此類組合物生成一種所含添加劑濃度從纖維軸心至其表面呈遞增差異分布的纖維，靠近纖維表面的添加劑濃度高于位于纖維中心地區的添加劑平均濃度，由此而賦于該纖維表面至少一種優良特性，否則將不會存在。該添加劑在熔融擠出溫度條件下由于同聚合物生成一種亞穩態溶液故而與聚合物有可混性。隨初生纖維滴溫度降低致熔融擠出溫度以下，該添加劑變得與聚合物明顯不相容。與這種相容性顯著變化同時出現的是聚合物開始固化。這兩種因素都導致添加劑以一種可控方式朝表面遷移或析出。
后來發現，采用一種添加劑體系出乎意料地得到了不可濕的無紡織纖維網，但與缺少憎水煅制二氧化硅的熱塑性組合物制成的無紡織纖維網相比，顯示出改進的拉伸強度特性。所述添加劑體系包括某種美國專利4，923，914的聚硅氧烷聚醚添加劑及一種具有憎水表面的改性煅制二氧化硅。這一發現是相互對照引用專利申請系列號07/783，438發明的一部分。但是，本發明進一步改進了拉伸強度特性，超出了專利申請系列號07/783，438所指出的改進。
二氧化硅及其它材料已摻入包括聚丙烯在內的熱塑性聚合物中。例如，在日本專利公報60-217207號中描述了在聚丙烯內加入一種有機過氧化物和一種成核劑。此種成核劑可以是一種有機鹽、一種有機化合物或一種無機物例如二氧化硅、明礬、二氧化鈦、炭黑以及各種粘土礦物質。
介紹在聚丙烯或其它熱塑性聚合物中加入有機物的參考文獻有，Wijga的美國專利號3，207，735(苯甲酸、取代苯甲酸及其六氫同型物以及相關化合物)、Wales的美國專利號3，207，737(苯甲酸鋁鹽及相關化合物)、Wales美國專利號3，207，739(某種單和多羧酸第Ⅰ、Ⅱ族金屬鹽)、Binsbergen等人的美國專利號3，299，029(苯甲酸鋁鹽及相關化合物)、Wolfe的美國專利號4，611，024(醛醇與水滑石構成之縮醛)、Titus等人美國專利號4，808，650(氟化二亞芐基山梨醇添加劑等);以及日本專利公報51-22740(亞芐基山梨醇)。
最后，已有關于聚合物多相成核研究之報道。此類研究之實例包括Chatterjee及Price的“熔融高聚物結晶的多相成核過程L誘導基體的形態學”，J.Polym.Sci.，13，2369(1975);Collington的“結晶性烯烴成核過程”，于西班牙馬德里召開題為“聚丙烯前景展望”的塑料及橡膠學會會議，1989年11月;以及Garg和Stein的“成核聚合物結晶和形態學”，Antec′88，10211。
應當指出，盡管有上述工作，但不論是硅氧烷共聚物(聚硅氧烷聚醚或烷基取代聚硅氧烷)或是一種改性煅制二氧化硅，當他們單獨使用時都不能獲得在拉伸強度特性方面的改善。盡管其原因尚未完全理解，但是由于將改性煅制二氧化硅與專利申請號No.07/783，438指出的聚硅氧烷聚醚或本文指出的烷基取代的聚硅氧烷一起使用，產生了一種協同效應。
本文不想過多糾纏于理論探討，但據信烷基取代聚硅氧烷起三種作用(1)它起一種改性煅制二氧化硅的分散劑作用，從而減少或防止～尤其在解構后～二氧化硅凝聚為較大顆粒;(2)它有助于降低改性煅制二氧化硅表面自由能，從而生成更易被熔融聚烯烴“浸潤”的硅石表面;以及(3)在整個體系熔融擠出過程中，它起一種加工助劑的作用。
因而，本發明目的之一是提供一種可熔融擠出的熱塑性組合物，它包含熱塑性聚烯烴和改進的添加劑體系，該添加劑體系又包括第一組分和第二組分。
本發明的另一個目的是提供一種應用于熱塑性聚烯烴的，包括一個第一組分和一個第二組分的改良添加劑體系。
本發明的又一個目的在于提供一種制備無紡織纖維網的方法，所述無紡織纖維網與僅由熱塑性聚烯烴制得的無紡織纖維網相比具有顯著改進的拉伸強度特性。
本發明進一步目的在于提供一種熔融擠出纖維、一種無紡織纖維網，一種用即棄吸收性制品和一種用即棄制品。
看了下面的詳細說明和權利要求，對于本領域普通技術人員來說，上述以及其它目的將是顯而易見的。
相應地，本發明提供一種可熔融擠出的纖維，它包括熱塑性聚烯烴和具有第一和第二組分的改良添加劑體系，在這種添加劑體系中，(A)第一組分是具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷
其中，(1)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;
(2)R10為一價C6-C30烷基;
(3)m為約5至約50的整數;
(4)n代表從0至約200的整數;
(5)第一組分具有從約3，000至約36，000的數均分子量;以及(6)第一組分具有從約1.1至約2.5的多分散性。
(B)第二組分是一種憎水性煅制二氧化硅，其中第一組分與第二組分重量比在從約10至約70的范圍內，且基本上所有第二組分都以最大尺寸從約0.001至約1微米范圍內的顆粒形式存在;而且(C)這種改良添加劑體系的數量，以熱塑性聚烯烴數量為基從約0.01%至約3%(重量)。
本發明也提供了一種制備具有顯著改進拉伸強度特性無紡織纖維網的方法，該方法包括，
(A)將含有熱塑性聚烯烴和具有第一和第二組分的改良添加劑體系之熱塑性組合物熔融;
(B)通過把所得熔體經模板擠出而制成纖維;
(C)將纖維牽伸;并且(D)將纖維以一種交絡纖維網形式收集在一個移動的多孔表面上;
其中，(1)第一組分為通式如下的烷基取代聚硅氧烷
其中，(a)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;
(b)R10為一價C6-C30烷基;
(c)m代表從約5至約50的整數;
(d)n代表從0至約200的整數;
(e)第一組分具有數均分子量從約3，000至約36，000;
(f)第一組分具有多分散性從約1.1至約2.5;
(2)第二組分是一種憎水性煅制二氧化硅，其中第一對第二組分重量比在從約10至約70之間，且基本上所有第二組分均以最大尺寸從約0.001至約1微米的顆粒狀存在;同時(3)改良添加劑體系的數量為以熱塑性聚烯烴數量為基，約0.01%至約3%(重量)。
在某些理想實施方案中，R1-R9是甲基。在另一些理想實施方案中，R10為一價C15-C22烷基。在其它的另一些理想實施方案中，m代表從約15至約25的整數。在進一步的另一些理想實施方案中，第一組分具有從約8，000至約15，000的數均分子量。
本發明的可熔融擠出熱塑性組合物尤其適用于制備在生產諸如用即棄吸收性制品，像尿布，一次性產品像衛生餐巾、擦灰布、揩拭布等，以及像手術衣，鞋罩、工作服等用即棄產品所使用的無紡織纖維網。


圖1-7，(包括首、尾兩圖)為按本發明制備的無紡織纖維網與對照纖維網拉伸強度特性的對比框形圖。
圖8-10，(包括首、尾兩圖)是按本發明制備纖維與對照纖維強度特性的對比框形圖。
圖11表示按本發明制備纖維及對照纖維的典型應力一應變曲線。
本文采用的“纖維”一詞的含義包括基本連續的纖維，其長度與其直徑相比，可視為連續的，例如可用熔噴法生產的纖維材料。該術語也包含例如用紡粘法或典型熔紡法生產的連續狀纖維材料。于是，“連續纖維”一詞就不包括基本連續的纖維。
這里所用的術語“拉伸強度特性”主要指按5100聯邦測試方法(標準號191A)測定的峰值能量、峰值負荷、峰值伸長以及峰值應變等數值。然而，諸如夾緊撕裂測試等其它方法也可使用。
諸如“可熔融擠出”“熔融擠出”等術語系指或涉及制備無紡織纖維網的任何熔融擠出工藝，其中熔融擠出制成纖維后通常是在一個多孔支撐物上同時形成纖維網。該術語除其它方法外還包括熟知的象熔噴、復合成形、紡粘等等方法。這些術語也指或涉及纖維網成形是在纖維成形后的一個分立進行的步驟的那些方法;用這類方法制備的無紡織纖維網包括粘合梳理纖維網等等。
本文采用的“重量比”一詞意指在改良添加劑體系中，第一組分與第二組分重量的近似關系。較具體地說，第一組分重量除以第二組分重量所得商即是重量比。而該重量比以一個表示每單位重量第二組分的第一組分的近似重量的整數來表示。因此，重量比沒有單位。
“解構”以及由其演變的術語表示第二組分顆粒尺寸的減少。術語“添加劑體系”一般指第一和第二組分的組合。術語“改良添加劑體系”具體地指第一與第二組分的某種組合，其中第二組分已被解構，即其中第二組分的粒度在本文規定的范圍之內。
這里使用的術語“熱塑性聚烯烴”一般意指可用于用熔融擠出方法制備無紡織纖維網的任何熱塑性聚烯烴。熱塑性聚烯烴的例子有，聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚(1，3-丁二烯)、1，4-聚(1，3-丁二烯)、聚異戊二烯、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚(乙酸乙烯酯)、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯等等。
較好的聚烯烴是那些僅含有氫和碳原子，并通過一種或多種不飽和單體加成聚合而制備的。此類聚烯烴的例子，連同其它的一道，包括聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚(1，3-丁二烯)、1，4-聚(1，3-丁二烯)、聚異戊二烯、聚苯乙烯等等。由于工業上的重要性，最好的聚烯烴是聚乙烯和聚丙烯。
此外，術語“熱塑性聚烯烴”也用來包括兩種或多種聚烯烴的混合物，以及由兩種或多種不同不飽和單體制備的無規或嵌段共聚物。兩種或多種聚烯烴混合物在某些情況下能使拉伸強度特性方面有顯著和出乎意料的改進，具不同熔體流率的兩種丙烯聚合物的混合物就是其例證之一。較具體地說，此種混合物由(1)從約60%到約40%(重量)、熔體流率在約30到45的聚烯烴和(2)從約40%到約60%(重量)、熔體流率為約2到約10的聚丙烯構成。此種混合物典型地具有從約18至約30的熔體流率。
本發明組合物及添加劑體系必須既含有第一組分也含有第二組分。第一組分是一種具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;
(2)R10是一價C6-C30烷基;
(3)m代表從約5至約50的整數;
(4)n代表從0至約200的整數;
(5)第一組分具有從約3，000到約36，000的數均分子量;及(6)第一組分具有多分解性從約1.1至約2.5。
上面提到，R1-R9獨立地選自一價C1-C3烷基。具體地說，R1-R9獨立選自甲基或乙基。更具體說，R1-R9是甲基。雖然一般地說，R10為從C6到C30之烷基，但具體地說R10為一價C15-C22烷基。
一般地說，m代表從約5至約50之整數，且n代表從0至約200之整數。具體地說，m代表從約15至約25的整數，且n代表從約40至80的整數。
第一組分數均分子量可在從約3，000至約36，000之間。具體地說，第一組分具有從約8，000至約15，000的數均分子量。雖然一般地說，第一組分多分散性在從約1.1至約2.5范圍里，具體地說，其多分散性在從約1.1至約1.5。
第一組分一般既可是液體也可是固體。不論其類型如何，液態第一組分是較好的。使用液態第一組分，正如下面所述的那樣，簡化權利要求的改良添加劑體系及組合物的制備過程。
術語“第一組分”在這里被廣義地用來包含在已知的組合物或改良添加劑體系中使用一種以上第一組分，即是說一種由兩種或兩種以上第一組分或烷基取代聚硅氧烷構成之混合物。而且，本領域普通技術人員應該理解到，這里所定義的第一組分通常不以純化合物形式存在。所以，上面給出的第一組分通式中可能沒有包括的雜質或相關物質的存在并不意味著將任何給定物質排除于本發明的精神和范圍之外。
本發明組合物和改良添加劑體系的第二組分是一種憎水性煅制二氧化硅。此種憎水性二氧化硅表面的性質據知并非關鍵。如同第一組分一樣，必要的話也可以使用一種以上第二組分或憎水性煅制二氧化硅。
一般地，煅制二氧化硅通常介于約80至約410平方米/克的比表面積。煅制二氧化硅可借助已知方法容易地制備;例如，僅舉例說明之，如下美國專利Antwerp的專利號2，863，738、Biegler等人的3，423，184、Chilton等人的3，642，453、Lee的4，048，290以及TunisonⅢ的4，292，290。
煅制二氧化硅表面具有三種化學基團(1)孤立羥基、(2)氫鍵鍵合羥基、(3)硅氧烷基。因此，盡管硅氧烷基為憎水性，但總的說其表面呈親水性。但是，可以通過一種憎水性試劑與表面羥基反應使煅制二氧化硅的親水性二氧化硅表面呈憎水性。適合的試劑包括聚二甲基硅氧烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷等等。實際上，這三種試劑工業上已被用來生產憎水性煅制二氧化硅，它們可以商品名CAB-D-SIL型號分別為TS-720、TS-610和TS-530從伊利諾斯州Tuscola的Cabot公司Cab-O-Sil分部購得。然而已知所用試劑的性質并不重要。預期任何賦予煅制二氧化硅表面憎水性的試劑均可使用。僅以例說明，Kobayashi和Ohnishi的美國專利號4，849，022可資參考。
如在專利申請系列號07/783，438中所述，煅制二氧化硅特征在于粒度極小而表面積極大。二氧化硅的熔球或初生粒子系通過四氯化硅蒸汽在氫氧焰中水解而產生的。此種二氧化硅初生粒子通常具有從約0.007至約0.027微米直徑。但是一經生成之后，此種初生粒子便互相碰撞、熔融而生成支化、三維、鏈狀凝聚體。隨著凝聚體溫度降到二氧化硅熔融溫度以下，也出現某些可逆性機械聚集或纏結。故而，市售煅制二氧化硅的粒度從約1到約80微米，其中大多數在40-60微米之間。在應用于專利申請系列號07/783，438中，據推測由于熔融擠出溫度與在擠出機內及通過模口擠出過程中產生的剪切力之聯合作用，出現了機械性粒子細化。據信這種粒子細化導致粒度分布從約1至約20微米左右。大部分粒子據信位于這個范圍上限，即大約10-20微米。
由于對工業化改性煅制二氧化硅進行的持續的研究，現在可以根據顯微分析結果，相信大多數凝聚粒子在約70到約80微米范圍內。此外，現在斷定因熔融擠出產生的粒子細化程度小于原來推測的。據此，本發明的一個特別優選的實例是基于發現了將第二組分粒子解構導致了拉伸強度特性更大的改善。為方便計，術語“改良添加劑體系”系指第二組分已被如所描述地解構的添加劑體系。
一般，據知所用解構方法并不重要。但由于凝聚過程是個可逆現象，故解構必須在不允許凝聚再發生的條件下發生。目前所知防止解構后凝聚過程的最好方法是在第一組分存在下進行解構。第一組分，除防止解構后第二組分凝聚之外，還對第二組分起一種分散助劑的作用以及在含改良添加劑體系之組合物熔融擠出過程中的一種加工助劑的作用。由于這些原因，改良添加劑體系本身具有重要的意義。
第二組分解構通常是將添加劑體系置于在球磨機中加工來實現的。雖然依據所用球磨的型式和運轉方式的不同工藝條件將有所變化，但本領域普通技術人員很容易地確定適宜的條件。一般地說，第二組分顆粒需要降低到約0.001到約1微米范圍內。較好的解構顆粒粒徑范圍是從約0.2到約0.8微米，而最好范圍是從約0.4到0.6微米。
改良添加劑體系中第一對第二組分之重量比一般在從約10至約70范圍內。具體地，第一對第二組分重量比在從約10至約30的范圍內。
改良添加劑體系向熱塑性聚烯烴中加入的量是，以熱塑性聚烯烴用量為基約0.01%至3%(重量)。具體地，改良添加劑體系用量在約0.1%至約1%(重量)的水平，而更具體地，在約0.1%至0.5%(重量)的水平。
本發明熱塑性組合物可通過多種本領域普通技術人員熟知的方法來制備。例如，聚合物切片或顆粒和改良添加劑體系可經機械混合以使聚合物粒子被一層改良添加劑體系包復。盡管使用溶劑不是一種較好的方法，必要的話，改良添加劑體系可以分散，或在第一組分為可溶的情況下，溶解和分散于一種適當溶劑中以加速包復過程。包復后的聚合物可隨之加入用于纖維成形之擠出機的加料斗。但必須注意確保在擠出過程中，改良添加劑體系充分、徹底分散于聚合物本體中。
任選地，包復后聚合物可加入一臺加熱的混煉機，例如加熱的雙螺桿混煉機，以便將改良添加劑體系充分地分散在整個聚合物中。得到的熱塑性組合物通常被擠成條狀，填入切粒機。所得切粒(或切片)隨后作為熔融加工擠出機的原料。這種方法的一種變更是，改良添加劑體系在聚合物中含量高于待擠出成為纖維之聚合物所需的含量。隨后，含改良添加劑體系之聚合物切片(通常稱之為母粒)被摻入或計量加入聚合物原料當中。
在另一種方法中，改良添加劑體系被計量加入盛有粒狀聚合物的料斗導口，將其加入擠出機。又在另一個方法中，改良添加劑體系可直接計量加入擠出機筒體內，在此隨混合物向口模運動，而實現與熔融聚合物摻混。
現在轉向本發明的方法，具有顯著改善拉伸強度特性無紡織纖維網通過一種包括如下步驟的方法制備(A)將含有熱塑性聚烯烴和具有第一和第二組分的改良添加劑體系的一種熱塑性組合物熔融;
(B)將所獲熔體經口模擠出成形為纖維;
(C)將纖維進行牽伸;并且(D)將纖維在一個移動的多孔表面上收集成一種交絡的纖維網;
其中(1)第一組分是具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(a)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;
(b)R10是一價C6-C30烷基;
(c)m代表從約5至約50的整數;
(d)n代表從0至約200的整數;
(e)第一組分具有數均分子量從約3，000至約36，000;而且(f)第一組分具有多分散性從約1.1到約2.5;
(2)第二組分是憎水性煅制二氧化硅，其中第一組分與第二組分重量比在約10到約70之間，且基本上所有第二組分是最大尺寸在約0.001至約1微米間的顆粒;而且(3)改良添加劑體系用量為，以熱塑性聚烯烴量為基約0.01%至約3%(重量)。
在本發明的第一步中，包括熱塑性聚烯烴和具有上面已定義的第一和第二組分之改良添加劑體系的熱塑性組合物被熔融。這一步通常是用一個做為成纖設備組成部分的擠出機實現的。擠出機內溫度和停留時間主要根據所用熱塑性聚烯烴確定。故而，這些參數可以由本領域普通技術人員，不經過多實驗而容易地加以確定。
隨后將熔融混合物經口模擠出而成形為纖維。雖然，據知口模的性質并不重要，它多數具有沿整個機器寬度排列成一排或多排的許多噴絲孔。這些噴絲孔斷面可以是圓形或非圓形的。
接著，對纖維進行牽伸，通常做法是把它們引到一個有足夠流速的流體中。在生產連續性纖維時，首先把纖維在一種通常為低壓空氣的驟冷流體中加以冷卻。使纖維牽伸的流體流，一般是空氣，可以是從驟冷流體中分離出來的一股高速空氣，或者它也可以是經一狹窄噴嘴而加速的部分驟冷流體。另一方面，在生產基本上連續性纖維時，流體流一般是高速熱空氣流，它是趁纖維尚處在至少是部分熔融或軟化狀態時將纖維拉伸。
牽伸纖維接著被收集在一個移動的多孔表面形成交絡纖維網。多孔表面，比如說，可以是一個轉鼓、或一個連續帶或金屬網，后者是工業設備上最常使用的。
一般來講，按諸如熔噴、紡粘等工藝中所描述實施熔融、成形、牽伸以及收集等步驟。僅舉例說明，這些方法由下面引用的參考文獻做實例說明(a)比如，熔噴法參考文獻包括如下的美國專利小R.W.Perry的專利號3，016，599、J.S，Prentice的3，704，198、J.P.Keller等的3，755，527、R.R.Butin等人的3，849，241、R.R.Butin等人的3，978，185以及T.J.Wisneski等人的4，663，220。同樣還可參看V.A.Wente，“超細熱塑性纖維”，工業及工程化學，第48卷，No.8，第1342-1346頁(1956);V.A.Wente等“超細有機纖維的制造”華盛頓特區海軍研究圖書館，NRL報告4364(111437)，日期1954年5月25日，美國商業部，技術服務處;以及RobertR.Butin和DwightT.Lohkamp，“熔噴法-生產新型無紡織產品的一步纖維網工藝”，漿粕及造紙工業技術協會會刊，第56卷，No.4，第7477頁(1973);以及(b)紡粘法參考文獻之中例如，下列美國專利號Kinney的3，341，394、Dorscher等的3，655，862、Dorschner等的3，692，618、Dobo等人的3，705，068、Matsuki等的3，802，817、Porte的3，853，651、Akiyama等的4，064，605、Harmon的4，091，140、Schwartz的4，100，319、Appel及Morman的4，340，563、Appel及Morman的4，405，297、Hartman等的4，434，204、Greiser及Wagner的4，627，811以及Fowells的4，644，045。
若采用諸如紡粘法制成連續性纖維，則所獲得之纖維網須施行熱、壓花紋粘合來使無紡織纖維網表現出改進拉伸強度特性。所施上述熱、壓較好分別在約80℃至約180℃和每線英寸約150至約1，000磅(59-178千克/厘米)的范圍內。更好地是使用一種從約10到約250粘結點/平方英寸(1-40粘結點/平方厘米)、覆蓋無紡織纖維網表面積約5%至約30%的花紋。
這種花紋粘合是按照已知的程序進行的。對于粘合花紋的實例以及粘合程序之討論，可參見例如Vogt的美國設計專利號239，566、Rogers的美國設計專利號264，512、Hansen等的美國專利號3，855，046以及他們的美國專利號4，493，868。
一種具有改進拉伸強度特性無紡織纖維網也可用由包含以下步驟方法制備(A)將包括熱塑性聚烯烴以及具有第一和第二組分的改良添加劑體系的熱塑性組合物熔融;
(B)通過將所獲熔體經口模擠出而形成連接性纖維;
(C)牽伸該連續性纖維;
(D)把連續性纖維集束為纖維束;
(E)將纖維束切斷為短纖維;
(F)把短纖維鋪到移動的多孔表面上而成為一個交絡纖維網;然后(G)施以熱、壓將所得交絡纖維網花紋粘合;
其中，第一組分和第二組分的定義同上。
上述每一步驟按已說明的方式，或按任何本領域普通技術人員已知的一些方式完成。需要時，各連續性纖維可在集為纖維束之前先進行假捻。并且，纖維束可在切斷成短纖長度纖維前進行卷曲。雖然短纖維可以用任何已知方法鋪到移動、多孔的支持材料上，但纖維采用氣流成網或濕法成網為好。最后，做成無紡織纖維網可用任何上述的方法進行花紋粘合。
本發明通過下面的實例予以進一步說明。但是，這些實例都不能認為是對本發明原則和范圍的任何形式的限制。在這些實例里，除非另外說明，所有份數均為重量份數。
實施例1紡粘法纖維網的制備在一個基本上如美國專利號4，340，563(做為本文參考文獻)中描述的中試規模裝置上，制備了紡粘法無紡織纖維網。
所用熱塑性聚烯烴為“Escorene3445”聚丙烯(ExxonChemicalAmericas，Houston，Taxas77079)。據制造商提供，該聚合物具有密度為0.90克/立方厘米，以及熔體流率35克/10分鐘。
改良添加劑體系的第一組分為具有如下式結構的烷基取代聚硅氧烷
該聚硅氧烷第一組分具有數均分子量約11，000和多分散性約1.3。
改良添加劑體系的第二組分為CAB-O-SILTS-720，是一種由Cabot公司(Tuscola，伊利諾斯)Cab-O-Sil分部提供的憎水性煅制二氧化硅。
第二組分按重量比20(即20份第一組分和1份第二組分)分散于第一組分中。第一和第二組分的混合物(共計2，500克)通過一個五升“EigerMarkⅡMotormill”電動磨(Eiger公司，Mundelein，伊利諾斯)處理三次。總研磨時間為約兩小時。
取一份所得的添加劑體系125克在球磨機內研磨以解構第二組分。該球磨機使用容積為4到6升的陶瓷罐(PaulO.Abbe公司，LittleFalls，新澤西州)以及2厘米氧化鋁磨料(CoorsCeramics公司，Golden，科羅拉多)。解構進行約30分鐘。
在解構前、后分別測定了添加劑體系挑選的物理性質，即粘度和二氧化硅分散細度。粘度測定采用一臺BrookfieldLVT粘度計選用4號轉子，25℃，單位為厘泊;轉子轉速設定為6轉/分。分散細度測定按ASTM測試方法D1210-79(1983重審版)，顏料一載色劑體系分散細度標準測試方法;測定結果以Hegman標度值表示。這些測定結果匯總于表1。
表1解構前、后添加劑體系物理性質添加劑體系粘度Hegman值解構前4,0005.5解構后10,5008+為制備紡粘原料切粒，將添加劑體系計量地(泵入)加入擠出機加料斗下游雙螺桿擠出機內，比率相當于以聚丙烯量為基的3%(重量)。為了控制聚合物內添加劑體系含量，對添加劑體系泵供速率、添加劑體系容器重量以及聚合物進給速率進行監測。所生成的聚合物與添加劑體系熔融混合物以多根直徑2-3毫米的帶條被擠出。這些帶條通過一個水浴、吹干然后切粒。所得切粒中添加劑體系含量通過對元素硅分析測出。切粒存放在塑料襯里箱子內。
紡粘法中較為重要的工藝參數通常如下擠出機溫度182-238℃;
熔體進口溫度182-238℃;
小時產量25千克(每孔每分鐘0.7克);
紡絲頭溫度238℃;
組件溫度231℃;
組件壓力490磅/平方英寸·表;及熔體溫度238℃;
成形了兩張單位重量均分別為約每平方米38克(gsm)的纖維網(1)由純聚丙烯制備的對照纖維網，以及(2)由含3%(重量)改良添加劑體系聚丙烯原料切粒制備的纖維網，即其中添加劑體系中第二組分已經解構。每張纖維網均在約138-140℃以及約12磅/平方英寸下施以熱花紋粘合。使用的花紋形式具有123粘結點/平方英寸(19粘結點/平方厘米)覆蓋約16.9%纖維網面積。
按照聯邦測試方法5100(標準號191A)測定了每個纖維網的峰值能量、峰負荷以及伸長百分率等數值。使用的儀器為一臺帶InstronMicronⅡDeskTopConsoleIntegrator，即桌上微機控制臺積分儀-Ⅱ型的Instron1122型萬能試驗機(Instron公司，Canton，馬薩諸塞)。夾距為3英寸(7.6厘米)，纖維網試樣尺寸為3英寸×6英寸(7.62厘米×15.2厘米)。一般每個纖維網至少做10個樣。對每張纖維網均測定了機器方向(MD)和橫向(CD)性質。測定結果匯總于表2和表3。
為便于看出由于改良添加劑體系存在導致每種試驗參數值的改善或提高的程度，表2和表3在每項測試值后面包括了“提高百分數”一列。在每種情況下，提高百分數(PI)的計算方法是從含改良添加劑聚合物制成之纖維網數值中減去對照組數值，再用前面對照組值除上面所得之差，然后乘上100，即PI＝100×(改進值-對照值)/對照值。
表2實施例1纖維網拉伸強度特性峰值能量提高峰值負荷提高纖維網方向(米-千克力)百分數(千克力)百分數1MD0.365-11.7-CD0.351-7.8-2MD0.5073916.339
CD0.5184812.965表3實施例1纖維網拉伸強度特性伸長提高纖維網方向百分數(%)百分數1MD61-CD81-2MD9251CD10226表2及表3表明，使用按本發明的改良添加劑體系無紡織纖維網拉伸強度性能方面產生顯著提高。一般來說，峰值能量改善在機器方向和橫向基本上一樣。峰值負荷改善在機器方向較橫向更為顯著，但關于伸長百分數方面的改進，情況恰恰相反。
為便于將表2和表3數據所表示的改進看得更清楚起見，在圖1至圖3中將這些數據劃成框形圖。每張圖中既包括了每張纖維網的機器方向值也包括了橫向值。
實施例2紡粘法纖維網制備重復實例1的制造過程，不同之處在于，熱塑性聚合物由50%(重量)實例1中使用的Escorene3445聚丙烯和50%(重量)Escorene1052(ExxonChemicalAmericas，Houston，得克薩斯77079)混合物組成，據廠商提供，Escorene1052具有熔體流率5克/10分鐘。混合物熔體流率為22克/10分鐘。
制備了三種單位重量約38克/平方米的不同紡粘法纖維網
(1)第一種參照纖維網由僅為聚丙烯混合物制成;
(2)第二種參照纖維網由含0.3%(重量)、包括未經解構之第二組分的添加劑混合物的聚丙烯混合物制成;以及(3)一種由含0.3%(重量)、包括經解構第二組分的添加劑混合物的聚丙烯混合物制成的纖維網。
每種纖維網按實例1所述方法施行熱花紋粘合。與實例1一樣，按聯邦測試方法5100(標準號191A)測定了各種拉伸強度特性。在這種情況，測定的拉伸強度特性為平均峰值能量、峰值負荷、峰值伸長、峰值應變。結果載于表4和表5。與實例1一樣，表中包括對每種特性的提高百分數一列。
表4實施例2纖維網拉伸強度特性峰值能量提高峰值負荷提高纖維網方向(米-千克力)百分數(千克力)百分數1MD0.365-11.7-CD0.351-7.8-2MD0.418129.3-21CD0.408167.0-103MD1.30425718.256CD1.18223712.560
表5實施例2纖維網拉伸強度特性峰值伸長提高峰值應變提高纖維網方向(厘米)百分數(%)百分數1MD5.1-67.1-CD7.6-99.7-2MD7.13994.641CD10.032125253MD11.2120146118CD15.2100201102從表4、表5清楚看出，使用按本發明改良添加劑體系顯著提高了無紡織纖維網拉伸強度特性。一般來講，這種改進在沿機器方向更為明顯，盡管在橫向的改進也是顯著的。鑒于表4和表5已給出了相對于第一對照物或纖維網1的提高百分數，表6列出纖維網3相對于纖維網2(第二對照物)每項拉伸強度特性方面的提高百分數。在該表中“PI”代表“提高百分數”。表6著重反映本發明改良添加劑體系第二組分粒徑范圍體現出的重要性。
表6纖維網3與第二參照纖維網-纖維網2對比的提高百分數PIPIPIPI峰值峰值峰值峰值纖維網方向能量負荷伸長應變
3MD212975754CD190795860為便于清楚看出表4和表5數據證實的改進，在圖4至圖7中，給出了與各項拉伸特性數據相應的框形圖。在每幅圖中，同時給出了每種纖維網機器方向和橫向數值。從圖4-7清楚看出，峰值能量對于在聚合物中加入本添加劑體系更為敏感。也就是說，峰值能量值較其他三種拉伸強度特性指標提高得更為顯著。
為評價改良添加劑體系對單纖維的影響，對紡粘過程中鋪到移動的多孔支持物表面之前取出的纖維進行了強度測定。將該纖維與取自第一參照試樣，即僅由聚丙烯混合物制成的纖維做了比較。這兩種纖維分別稱做“纖維網3纖維”和“纖維網1纖維”。這些測試結果匯總于表7，表中數值為25次測定的平均值。該表也包括了提高百分數(PI)數據，做為表中第三行而不是做為單獨的列。但在每種情況下，改進百分數的計算方法仍如前述。
表7單纖維強度測定模量應力應變試樣(千兆帕)(兆帕)(E%)纖維網1纖維2.2183.7174.8纖維網3纖維5.2293.7527.4PI13660202為把表7數據反映的改進表現得更清楚，仿照以前，將強度數據畫成如圖8-10所示的框形圖。圖11是典型的應力-應變曲線，其中曲線A代表纖維網1纖維而曲線B代表纖維網3纖維。
經對本發明如此描述后，對本領域普通技術人員來說，進行不致偏離本發明的原則和范圍的諸多變動與改進是顯而易見的。
權利要求
1.一種可熔融擠出的熱塑性組合物，包括一種熱塑性聚烯烴和含有第一組分和第二組分的改良添加劑體系，其中(A)所說第一組分是具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基；(2)R10為一價C6-C30烷基；(3)m代表從約5至約50的整數；(4)n代表從0至約200的整數；(5)所說第一組分具有數均分子量在約3，000到約36，000之間；以及(6)所說第一組分具有多分散性在約1.1到約2.5之間；(B)所說第二組分是一種憎水性煅制二氧化硅，其中第一組分與第二組分重量比在約10到約70范圍，而且(C)所說改良添加劑體系含量是以熱塑性聚烯烴為基，約0.01%到約3%(重量)之間。
2.權利要求1的組合物，其中基本上全部所說第二組分以最大尺寸范圍在約0.001到約1微米之間的顆粒形態存在。
3.權利要求2的組合物，其中R1-R9中的每一個為甲基，R10為一價C15-C22烷基，m代表從約15到約25的整數，n代表從約40到約80的整數，且所說第一組分具有數均分子量從約8，000到約15，000。
4.權利要求3的組合物，其中所說聚烯烴是聚丙烯。
5.權利要求4的組合物，其中所說聚丙烯是兩種具有不同熔體流率的丙烯聚合物之混合物。
6.權利要求5的組合物，其中所說混合物包括(a)約60%到約40%(重量)、具有熔體流率從約30到約45之間的聚丙烯以及(b)約40%到約60%(重量)、具有熔體流率從約2到約10之間的聚丙烯。
7.權利要求3的組合物，其中第一組分含量為以熱塑性聚烯烴含量為基，從約0.1%到約0.5%(重量)之間。
8.權利要求3的組合物，其中所說第一組分對所說第二組分的重量比為約10到約30之間。
9.一種制備具有顯著改進拉伸強度特性的無紡織纖維網的方法，它包括下列步驟，(A)將包括了一種熱塑性聚烯烴和一種含有第一組分和第二組分之改良添加劑體系的熱塑性組合物熔融;(B)通過把所得熔體經口模擠出而生成纖維;(C)將所得纖維牽伸;并且(D)把纖維收集在一個移動的多孔表面上面成為交絡纖維網;其中(1)第一組分是具有下面通式的聚硅氧烷聚醚，
其中(a)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;(b)R10是一價C6-C30烷基;(c)m代表從約5至約50的整數;(d)n代表從0至約200的整數;(e)第一組分具有數均分子量從約3，000到約36，000;且(f)第一組分具有多分散性從約1.1到約2.5;(2)第二組分是憎水性煅制二氧化硅，其中第一組分對第二組分重量比在約10至約70之間;以及(3)改良添加劑體系含量為以熱塑性聚烯烴數量為基，約0.01%至3%(重量)范圍內。
10.權利要求9的方法，其中基本上全部第二組分以具有最大尺寸在從約0.001至約1微米間的顆粒存在。
11.權利要求10的方法，其中所說聚烯烴為聚丙烯。
12.權利要求11的方法中，其中所說聚丙烯是有不同熔體流率的兩種丙烯聚合體之混合物。
13.權利要求12的方法，其中所說混合物包括(a)約60%至約40%(重量)、具有熔體流率介于約30到約45之間的聚丙烯以及(b)約40%到約60%(重量)、具有熔體流率在約2到約10之間的聚丙烯。
14.權利要求9的方法，它包括對得自步驟(D)的交絡纖維網施行熱壓花紋粘合的附加步驟。
15.一種制備具有改進拉伸強度特性之無紡織纖維網的方法，它包括(A)將含有一種熱塑性聚烯烴和一種由第一組分和第二組分構成的改良添加劑體系的熱塑性組合物熔融;(B)通過將所得熔體經口模擠出生成連續性纖維;(C)牽伸所說連續性纖維;(D)將所說連續性纖維集為絲束;(E)將所說絲束切斷為短纖維;(F)把所說短纖維鋪到一個移動的多孔表面上而形成一種交絡纖維網;(G)施加熱壓作用將生成的交絡纖維網花紋粘合;其中(A)所說第一組分為具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;(2)R10是一價C6-C30烷基;(3)m代表從約5到約50的整數;(4)n代表從0到約200的整數;(5)所說第一組分有數均分子量介于約3，000到約36，000之間;且(6)所說第一組分具有多分散性介于約1.1到約2.5之間;(B)所說第二組分為憎水性煅制二氧化硅，其中所說第一組分對所說第二組分之重量比在約10至70之間;且(C)所說改良添加劑體系用量為以熱塑性聚烯烴用量為基，從約0.01%到約3%(重量)。
16.權利要求15的方法，其中基本上所有所說第二組分以具有最大尺寸介于約0.001至約1微米范圍的顆粒存在。
17.權利要求16的方法，其中所說聚烯烴是聚丙烯。
18.權利要求17的方法，其中所說聚丙烯是兩種具有不同熔體流率的丙烯聚合物的混合物。
19.權利要求18的方法，其中所說混合物包括(a)約60%到約40%(重量)、具有熔體流率在約30到約45之間的聚丙烯和(b)約40%到60%(重量)、具有熔體流率在約2到約10的聚丙烯。
20.由權利要求1組合物制備的熔融擠出纖維。
21.由權利要求2組合物制備的熔融擠出纖維。
22.由權利要求4組合物制備的熔融擠出纖維。
23.由權利要求5組合物制備的熔融擠出纖維。
24.用權利要求1組合物制備的纖維構成的無紡織纖維網。
25.權利要求24的無紡織纖維網，其中所述纖維網已被施以熱壓作用花紋粘合。
26.由權利要求2組合物制備纖維構成的無紡織纖維網。
27.權利要求26的無紡織纖維網，其中所述纖維網已被施以熱、壓作用花紋粘合。
28.由權利要求4組合物制備纖維構成的無紡織纖維網。
29.權利要求28的無紡織纖維網，其中所述纖維網被施以熱、壓作用花紋粘合。
30.由權利要求5組合物制備纖維構成的無紡織纖維網。
31.權利要求30的無紡織纖維網，其中所述纖維網被施以熱壓作用花紋粘合。
32.一種用即棄吸收性制品，其中至少一種成分是權利要求24的無紡織纖維網。
33.一種用即棄吸收性制品，其中至少一種成分是權利要求25的無紡織纖維網。
34.一種用即棄吸收性制品，其中至少一種成分是權利要求26的無紡織纖維網。
35.一種用即棄吸收性制品，其中至少一種成分是權利要求27的無紡織纖維網。
36.一種用即棄制品，其中至少一種成分是權利要求24的無紡織纖維網。
37.一種用即棄制品，其中至少一種成分是權利要求25的無紡織纖維網。
38.一種用即棄制品，其中至少一種成分是權利要求26的無紡織纖維網。
39.一種用即棄制品，其中至少一種成分是權利要求27的無紡織纖維網。
40.一種包括第一組分和第二組分的組合物，其中(A)所說第一組分是具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9獨立選自一價C1-C3烷基;(2)R10為一價C6-C30烷基;(3)m代表從約5到約50的整數;(4)n代表從0到約200的整數;(5)所說第一組分具有數均分子量介于約3，000至約36，000;且(6)所說第一組分具有多分散性介于約1.1至約2.5之間;(B)所說第二組分是憎水性煅制二氧化硅，其中所說第一組分對所說第二組分的重量比在約10至約70之間。
41.權利要求40的組合物，其中基本上全部所說第二組分是以具有最大尺寸在約0.001至約1微米之間的顆粒存在。
42.權利要求41的組合物，其中R1-R9均為甲基，R10是一價C15-C22烷基，m代表約15到約25的整數，n代表約40到約80的整數，且所說第一組分具有數均分子量介于約8，000到約15，000之間。
全文摘要
提供了一種包括熱塑性聚烯烴和含有第一組分和第二組分的改良添加劑體系的可熔融擠出熱塑性組合物，其中(A)第一組分為確定的烷基取代聚硅氧烷，數均分子量在約3,000到約36,000之間，且其用量為，以熱塑性聚烯烴為基約0.01％到約3％(重量)之間；(B)第二組分是憎水性煅制二氧化硅，其中第一組分對第二組分之重量比介于約10至70之間。在一個較好的實例中，第二組分顆粒介于約0.001至約1微米之間。這種組合物，經熔融擠出后生產出比單純使用相應的熱塑性聚烯烴拉伸強度有顯著提高的無紡織纖維網。
文檔編號D04H1/42GK1089209SQ93118639
公開日1994年7月13日 申請日期1993年10月8日 優先權日1992年10月9日
發明者R·S·諾爾, J·G·麥克唐納德 申請人:金伯利-克拉克公司