專利名稱：新型聚酯及其用作粘合長絲和纖維的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是聚酯的生產，其聚酯所形成的纖維或長絲可用于熱粘合無紡織物，例如低密度纖維絮料絮墊。
已知生產無紡織物例如低密度纖維絮料絮墊是由聚酯纖維或長絲，通常是聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)(縮寫為2G-T)，與較低熔點聚酯粘合性纖維或長絲混合，當進行適當加熱時，其纖維或長絲軟化或熔化以保證纖維間或長絲間粘合，以便使含有纖維狀的結構均勻完整。換句話說，在雙組分纖維或長絲中，低熔粘合物可構成圍繞芯的外層，其芯可為2G-T，然后它們可被單獨的或與其它纖維或長絲混合以生產無紡織物。在美國專利US3，589，956(kranzetal)中披露，當由這種粘合性纖維制備低密度無紡織物例如纖維絮料絮墊時，重要的是，纖維在它們生產期間逐漸冷卻，即熱的松馳使其穩定以阻止粘合過程中的收縮。
根據美國專利US4129675(Scott)所介紹的用于生產無紡織物例如纖維絮料絮墊的較好的聚酯粘合纖維是由對苯二酸乙二醇/間苯二酸酯共聚物組成(縮寫為2G-T/I)，其中T/I摩爾比率約70/30。按照美國專利US4，418，116(Scott)的另一種方法所述的聚酯粘合纖維是由乙二醇和二甘醇混合的對苯二酸乙二醇(縮寫為2G/DEG-T)，其中2G/DEG摩爾比大約80/20～65/45。盡管第二個所述的Scott專利能按需要非常有效地增加結晶度，但上述類型的纖維或長絲實際上都是非晶態的，即通常具有少于25%的結晶度。
適用于大批量生產的另一種類型的粘合纖維可被認為是結晶狀的，即n-丁二醇與n-己二醇混合的對苯二酸酯的共聚物。這些粘合性纖維的一個優點是結晶度導致更迅速地限定其纖維熔點。這又使得有可能影響在較高溫度下纖維的熱松馳，這個溫度接近粘合纖維的熔點，并且這又可減少在粘合期間無紡織物的收縮的趨勢。盡管如此，這個特別的共聚物粘合纖維是由相對比較昂貴的單體組成并且至今它的應用受到限制。
因此，本發明的目的是提供一個改進的聚酯，該聚酯能夠從相對比較便宜的單體獲得，并且它能夠制成結晶狀的纖維和長絲以很好適于粘合無紡織物，例如絮料絮墊。
本發明所提供的聚酯是由對苯二酸與戊二酸或它們的衍生物(它們可選擇地帶有小量的間苯二酸或其衍生物)的混合物，以及乙二醇與二甘醇的混合物衍生出來的。
尤其是，本發明所提供的聚酯適合于用作低熔點、低收縮的粘合纖維或長絲，所說的聚酯主要由下列結構式的再熟化結構單元組成
其中R約為65～95摩爾%對位亞苯基5～35摩爾%-(CH2)3-，以及0～5摩爾%間亞苯基G約為75～95摩爾%-CH2-CH2-，以及5～25摩爾%-(CH2)2-O-(CH2)2-
較好的是，聚酯具有熔點約為160°～220℃。本發明還提供上述聚酯的結晶單組分纖維和長絲，以及雙組分皮芯纖維和長絲，其中芯是聚對苯二甲酸乙二醇酯，外層是上述的聚酯。
上述的聚酯可由傳統的縮聚方法制備，將75～95摩爾%乙二醇與所補充的5～25摩爾%二甘醇相混合，作為1，2-乙二醇組分，將65～95摩爾%對苯二酸與0～5摩爾%間苯二酸以及所補充的5～35摩爾%戊二酸相混合作為酸組分。除了所說的二羧酸，也可使用能夠形成衍生物的酯，如二甲基酯。
在下面的例子中，各種單體組分同時裝入到聚合反應容器中，進行縮聚反應以生成線型聚酯，聚酯中的組分單元都是沿分子鏈任意排列的。因此，我們將知道，首先是將2個或多個單體組分反應到預聚階段，然后添加剩余組分，以完成聚合反應。
在任何情況下，希望選用上述組分的特殊摩爾百分比以形成聚酯的熔點約為160°～220℃，較好的是大約165°～200℃，但最好是約170°-195℃，這是因為它們可便于用作纖維與2G-T纖維(其纖維具有稍微較高熔點245-260℃)生產粘合無紡織物，如纖維絮料絮墊。
我們將知道，本發明的可結晶的聚酯非常適用于用作無紡織物的結晶粘合纖維或長絲，它們也可有利的用于鑄膜形式或模型產品，不管在任何地方，都希望該聚酯具有這樣的熔點和伴隨的特性。
然而，本發明的重要方面是由上述的聚酯來生產纖維或長絲的。在這里的纖維和長絲在一般意義上是可互換術語，但在此處，更特殊地確認長度是恰當的。術語“纖維”意思是“短絲”稱為短纖維，下文中僅使用其中一個名詞。
本發明的聚酯可由一般熔融紡技術轉變為纖維或長絲，2-5dpf旦尼爾是最普通的，它們可生產單組分纖維或長絲，但最好是生產雙組分長絲，在其長絲中，外層為低熔點的聚酯，該外層圍繞芯同軸排列，該芯是相對高熔點的聚酯如2G-T。然而，并列型雙組分長絲用于多組分長絲也是可能的。通常雙組分的纖維或長絲的較高熔融組分構成其纖維或長絲重量的50～90%總之，正如例子的情況，當較高的熔融組分是可結晶的2G-T時，有利的是兩個組分都是結晶的。
長絲可使用初紡的(未拉伸)或拉伸過的(拉伸或取向)，降低旦尼爾的拉伸或為了增加取向以及提高結晶度可用一般工藝方法來完成。
一般將被紡成的纖維，合并成纖維束，在纖維束形成中隨意拉伸和卷曲，然后在一般短纖維切斷操作中切斷所希望的長度，如果希望的話，在這個過程中也可切斷粘合纖維并與一般的纖維絮料或纖維混合，例如聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)纖維。
為了用在聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)的大批量生產的聚酯纖維絮料上，最好是聚酯粘合用的纖維具有低于大約220℃的熔點，粘合用的纖維有高得多的熔點，并要求粘合溫度足夠的大，以致對大部分無紡織物有不利的影響。
如下面的例子詳細說明的，本發明的聚酯在低密度纖維絮料絮墊的產品中可用作粘合用的纖維或長絲，典型的體積密度小于0.05gm/cm3，較好的是小于0.01gm/cm3。絮墊的使用包括用于家用裝璜材料包括枕頭、被褥和襯墊。此外，也有利是使用纖維或長絲來制備較高密度的產品如無紡布，類似于片狀結構，其范圍包括，一些膨松產品如用于尿布布面的片材，或用于汽車的車頂襯料(通常密度為0.05至0.3gm/cm3)以及更密實的類似于紙、氈的片材、或更硬的結構。在上述的產品中，通常用粘合纖維或長絲與較高熔點纖維或長絲(例如來自于一般的結晶性聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)混合。通常粘合用的纖維或長絲將會構成混合物重量的5-75%。然后這個絮墊要在粘合用的纖維或長絲的熔點之上，但低于另外組分的軟化點，受到高溫加熱，通常這個加熱用對流電流或輻射加熱。加熱應至少呈現在絮墊或另外產品的表面以將其封住，并且防止纖維伸出，但更一般地是加熱將呈現于整個產品上。
另一方面，本發明的纖維或長絲可用于制備機織物或針織物，無論用于何處，粘合纖維需要增強強度和結構完整性。例如，在用于汽車和類似的產品的各種絲絨裝飾布的結構中，偶爾有紗線毛茸抽出的傾向，或長絲有小球形成，這種傾向能通過較小量例如3-20重量%的較低熔點結晶纖維或長絲與另外的纖維或長絲如普通聚對苯二甲酸乙二(醇)酯混合，然后在足以熔化低熔點組分的并且將毛茸纖維或長絲粘合到織物上的溫度下進行織物整理來減少。
值得注意的是不管在聚酯鏈中芳(族)環含量的稀釋如何，都產生二乙醚鍵代替乙烯鍵，環丙烷鍵代替苯撐鍵，本發明的可結晶的聚酯可用普通聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)的生產設備進行紡制、卷曲和拉伸。同樣，聚酯也能在普通的聚(對苯二甲酸乙二(醇)酯)設備中聚合。為了滿意的熔融紡性能，為了達到更有效的熔融粘度，聚酯的RV至少具有16，并且較好是至少為18。通常RV將不高于30。
在本發明的聚酯的長絲或纖維的生產中，所希望的是，纖維或長絲在基本上沒有張力下，在它們工藝的某階段被熱松馳，使纖維或長絲穩定以阻止收縮。當它們被用于生產低密度無紡織物時，如纖維絮料絮墊，這是特別重要的。墊松馳是在低于纖維或長絲的熔點的某處來完成的，如低于20°-100℃之間，但最好低于熔點30-50℃。
在這里的聚酯熔點，是用差示掃描量熱計(DSC)裝置以一般方法獲得的，除非另作說明。
“相對粘性”(RV)是指溶于含有80ppmH2SO4的10ml六氟異丙醇中的0.8g聚酯的溶液的粘性與本身含有六氟異丙醇的H2SO4的粘性的比率，它們不但在毛細管粘度計中25℃下測量、而且都是以同樣的單位表示。
在此處的術語“結晶體”意思是表示纖維或長絲具有較大百分比結晶度，如實施例中由密度計量，這就保證纖維的特征在于確定合適的熔點。
本發明將由下面的實施例進一步說明，其中成分和百分比都是重量單位，除非另作說明。
實施例1該實施例說明本發明從包括二甲基戊二酸和二甘醇的組分中制備和應用可結晶的聚酯。
使用普通的4罐連續工作式聚酯的聚合作用系統，并連接一個紡絲機，聚酯從對鄰苯二甲酸二甲酯/二甲基戊二酸(縮寫T/5-80/20摩爾%)和乙二醇/二甘醇(縮寫2G/DEG-85/15摩爾%)中制備并且熔融紡成長絲。
二甲基戊二酸和二甘醇被加到一個含有乙二醇和催化劑的混合罐，其催化劑是醋酸錳，三氧化銻和四異丙基鈦酸酯的混合物。其重量比分別為10.4/9.5/1。整個混合物連續地由混合罐喂入到第一個罐，在此罐酯交換在約177℃的溫度下進行約60分鐘，以熔融形式的對鄰苯二甲酸二甲酯是直接地被計量到第一個罐中，基于要被形成的聚合物，催化劑濃度調節到130-150ppmMn，總的乙二醇與對鄰苯二甲酸二甲酯/二甲基戊二酸的摩爾比是2.1∶1.0。
基于聚合物，對酯交換罐的液體生成物添加足夠的磷酸以生成40-70ppm磷，并且加入足夠量的、溶于乙二醇中的5%Tio2的漿液以生成溶于聚合物0.3%的消光劑。當聚合作用以普通的方式開始進行23分鐘時，然后這個混合物輸送到第二個罐中，此摧溫度增加到約245℃，并且壓力減少到90mm水銀柱，過量的1，2-乙二醇通過一個真空裝置系統被除掉。
然后低分子量材料被抽吸注入到第三個罐中，此罐溫度增到大約275℃并且壓力減到約30mm水銀柱，過量的1，2-乙二醇通過一個真空裝置系統在約10分鐘的一個循環期再一次被除掉。
這樣所獲得的低分子量聚合物然后被輸送到第四個罐，此罐溫度控制在272～278℃，并且壓力減少到3mm水銀柱。在大約180分鐘之后，該聚合物被還原，并且得到具有22.5的相對粘度(RV)。根據分析得知，它由具有約80/20摩爾%的T/5的酸基單元和具有85/15摩爾%的2G/DEG的1，2-乙二醇基單元組成。
下一步聚合物通過噴絲板組件(噴絲孔直徑約0.38mm)在保持260℃溫度下被擠出紡成可結晶的單體組分長絲。在長絲引出于噴絲板時，長絲被21℃的空氣冷卻，長絲聚集成束，然后施加0.1%的整理劑。由數個噴絲板紡出的長絲合并成長絲束，該長絲束具有60000總的旦尼爾，該整理劑是2.5%水的乳化液，該水的乳化液是57.5%的ZelecNK抗靜電劑(一種長鏈醇磷酸酯，它可從E.I.duPontdeNemoursandCompany得到)和34.3%的三羥乙基胺和8.2%的油酸混合物。
該長絲束在60℃下以3.4X拉伸，在填塞卷曲箱中卷曲，在72℃的烘箱里用10分鐘在基本上沒有約束下讓長絲松馳，使長絲收縮趨于最小。所生成的單絲具有2.7旦尼爾，由DSC分析其熔點為171℃，9個卷曲/英寸，卷曲指數為25，相對于無結晶的非晶體間苯二酸基粘合長絲如2G/DEG-T/I(90/10～60/40摩爾%)具有較低的收縮。
該粘合長絲和普通的2G-T長絲喂送到切斷機中，以獲得50/50混合的短纖維，然后該短纖維梳理成具有密度為0.002gm/cm3的無紡絮墊，由200℃的熱空氣吹過該無紡絮墊5分鐘，使其進行粘合，該絮墊得到具有低收縮的高粘合強度的絮墊。
實施例2將可結晶聚酯如在實施例1所述的2G/DEG-T/5(85/15摩爾%～80/20摩爾%)和均聚物2G-T分別熔融，使用一個皮芯型噴絲板組件如US2936482(Kilian)
圖1～14所示的類型，在290℃的條件下將其擠出紡絲組件。2G-T熔體由頂板的每一個毛細管擠出，它通過每一噴絲板平頂的沉孔的中心線，另外的聚酯通過噴絲板的每一個平頂和頂板之間的空間計量進入到噴絲板的沉孔，這樣形成一個雙組分皮芯型長絲。該長絲具有的兩種組分都是可結晶的。在頂板輸送2G-T中每一毛細管的中心線必須精確對準噴絲板的每一平頂的沉孔，以產生同軸橫截面的皮芯型長絲(非同軸皮芯型長絲將會引起絮墊收縮增加)，當由噴絲板引出長絲時，它們在21℃的條件下冷卻，聚集成束并施加整理劑如實施例1。由數個噴絲板組合所得到的長絲束具有總的旦尼爾數為6000。
長絲束在60℃的條件下以3.4X拉伸，在填塞卷曲箱中卷曲，在一個72℃的烘箱中在基本無約束的條件下讓長絲松馳10分鐘，然后在145℃下松馳10分鐘，使長絲收縮趨于最小。最后產品具有旦尼爾為5.3，外層聚合物的熔點171℃，2G-T內芯聚合物熔點為250℃。該產品也具有5.3dpf旦尼爾，約9個卷曲/英寸，卷曲指數為25，與相應的雙組分外層為非結晶如2G/DEG-T/I(90/10摩爾%～60/40摩爾%)的長絲相比，該長絲具有低的收縮。
相等重量的雙組分長絲和普通結晶長絲2G-T喂入到切斷機中，切成1.5英寸長度，然后混合并且梳理成具有密度0.002g/cm3的無紡絮墊，無紡絮墊隨后被粘合，它是由200℃的熱空氣吹過絮墊5分鐘來粘合的，該絮墊具有低絮墊收縮的高粘合強度。
實施例3重復實施例2，除了在低熔聚酯組分有所變化，僅在72℃下松馳，在這種情況下，其組分僅是2G/DEG-T/5(90/10摩爾%～70/30摩爾%)，聚合、紡絲和工藝過程條件都是按照實施例2的相同方法，在雙組分長絲中低熔取酯的熔點為167℃，它是由DSC分析得出的。
實施例4重復實施例2，除了低熔聚酯的組分有所變化，在這種情況下，該組分是2G/DEG-T/5(80/20摩爾%-88/12摩爾%)。聚合、紡絲和工藝過程條件都相同于實施例2。雙組分低熔聚酯的熔點是195℃，它是由DSC分析得出的。
實施例5重復實施例3，除了低熔聚酯的組分有所變化，在這種情況下，該組分為2G/DEG-T/5/I(90/10摩爾%～69/30/1摩爾%)，與粘合長絲2G/DEG-T/5(90/10摩爾%～70/30摩爾%)相對比，在長絲形成中，它具有稍微較低的熔點和收縮。聚合、紡絲和工藝過程相同于實施例3。間苯二酸酯的來源是間苯二甲酸二甲酯，并與二甲基戊二酸酯和二甘油醇一起放入到混合罐中，在雙組分長絲中的低熔聚酯的熔點為163℃。
下面的表1表示了上述所制備的低熔聚酯表1實施例醇組分摩爾%酸組分摩爾%熔點2GDEGT5I℃18515802001712851580200171390107030016748020881201955901069301163產品應用以下部分詳細說明本發明的纖維或長絲在典型產品中的應用。
連續的單體組分粘合用的具有125旦尼爾并且由實施例4所述的聚合物制備的長絲的紗線，由普通的方法以1.78X的拉伸成為73旦尼爾的紗線，該紗線以恒定的時間在140℃下加熱，以減少收縮，然后該紗線以1∶1的比率與普通的聚(對苯二甲酸乙二醇酯)長絲由空氣噴射進行混合，該長絲具有100旦尼爾。這樣所形成的紗線具有一個空氣噴射紗線的正常外形，而這種組分的長絲緊密混合。使用雙針拉舍爾經編機把其紗線織入到絲絨的汽車裝飾布單梳櫛上，普通的聚(對苯二甲酸乙二醇酯)紗線用于織物的另一梳櫛上，如需要同樣可采用尼龍紗線。該產品在200℃下加熱粘合。織物的絨頭阻止了紗線的抽出，并且長絲完全阻止了抽出。
車頂襯墊使用如實施例4所述的皮芯型粘合纖維來制造汽車的車頂襯墊。將纖維梳理成28 oz/平方碼的交叉層狀絮墊(以100%形式)。該絮墊放在涂有兩個聚四氟乙烯玻璃片狀織物之間，并且在壓力板之間(加熱溫度為240℃)在220℃下加熱、壓制4分鐘并合并成密度為0.12g/cm3的產品。然后以合并的形式在壓力板之間冷卻4分鐘。
在所希望的車頂襯墊的形狀中，當在100℃的熱空氣條件下受到粘合時保持的形狀不變，便可得到最后的復合物。由非結晶聚酯粘合纖維是不能生產類似形狀產品的。
用軋光粘合生產無紡織物使用實施例2生產的粘合長絲束來生產一系列無紡織物。該粘合長絲不但用100%的而且與一般為1.5旦尼爾2G-T的長絲混合。如果長絲束與2G-T長絲合并，長絲絲束被開松和混合，然后喂入到梳理機，使其形成纖維網，該纖維網具有織物單位重量的范圍為18～30gm/yd2。然后，將該纖維網喂入到200psi壓力下的兩個熱軋光輥之間，以形成熱粘合的織物。兩個軋光輥具有不同的表面特點，其一為光滑表面，另一個是刻有鉆石圖案的許多點，其圖案具有總粘合區域的20%。兩個軋光輥都是鋼的并能被加熱到所需溫度。使用25%，50%或100%的粘合纖維，軋光溫度大約從150℃到200℃以大約10℃為間隔變化。所形成的該產品與使用已知的粘合纖維同樣制得的織物相比具有高的織物抗拉力值。
權利要求
1.一種適用于用作低熔低收縮粘合纖維或長絲的聚酯，主要由下列結構式的再熟化結構單元組成
其中R為約65～95摩爾%對位亞苯基5～35摩爾%-(CH2)3-，以及0～5摩爾%間亞苯基G為約75～95摩爾%-CH2-CH2-和5～25摩爾%-(CH2)2-O-(CH2)2-
2.根據權利要求1的聚酯，其聚酯熔點為160℃～220℃。
3.根據權利要求2的聚酯，其中R是約80摩爾%對位亞苯基和20摩爾%-(CH2)3-以及G為約85摩爾%-CH2-CH2-和15摩爾%-(CH2)2-O-(CH2)2-。
4.根據權利要求1的聚酯，其中R是約69摩爾%對位亞苯基。300摩爾%-(CH2)3-和1摩爾%異亞苯基以及G為約90摩爾%-CH2-CH2-和10摩爾%-(CH2)2-O-(CH2)2-。
5.如權利要求1所述的結晶性單組分的聚酯纖維或長絲。
6.一種雙組分皮芯型纖維或長絲，其中芯是聚對苯二甲酸乙二醇酯，外層是可結晶的并且是如權利要求1所述的聚酯。
7.根據權利要求5所述的可結晶單組分纖維或長絲與聚(對苯二甲酸乙二醇酯)纖維或長絲混合。
8.一種由權利要求7的混合紗組成的絮墊或其它織物產品，至少在所說的絮墊表面是由熱對流或熱輻射所粘合的。
9.根據權利要求6的雙組分纖維或長絲與聚(對苯二甲酸乙二醇酯)纖維或長絲混合。
10.一種由權利要求9的混合紗組成的絮墊或其它織物產品，至少在所說的絮墊表面是由熱對流或熱輻射所粘合的。
全文摘要
新型聚酯是由對苯二酸與戊二酸或它們的衍生物(它們可選擇地帶有少量的間苯二酸或其衍生物)的混合物以及乙二醇與二甘醇的混合物衍生的，適合用作可結晶的低熔低收縮粘合纖維或長絲以用于無紡織物或類似產品。
文檔編號C08G63/66GK1043165SQ8910954
公開日1990年6月20日 申請日期1989年12月9日 優先權日1988年12月9日
發明者安承彥 申請人:納幕爾杜邦公司