高效率濾材的制作方法

專利名稱：高效率濾材的制作方法
技術領域：
本發明涉及高效率濾材和用作高效率濾材的無紡纖維網幅(nonwoven fibrousweb)。相關領域描述設計高效率濾材(如HEPA濾材)以便從它們周圍的環境中除去微觀粒子和污染物。這些高效率濾材通常由隨機排列在氈墊中的玻璃纖維組成。公知的是，衍生自玻璃纖維的這些高效率濾材表現出優異的孔隙率，并由此在過濾微觀粒子和(取決于存在于濾材中的玻璃纖維的數量)納米粒子方面異常出色。盡管衍生自玻璃纖維的高效率濾材表現出優異的孔隙率，由于極小的孔徑，需要更多的能量以促進氣體和/或液體移動穿過該濾材。此外，由于玻璃纖維的脆弱性，衍生自玻璃纖維的高效率濾材表現出在抗張強度、耐久性和撓性方面的不足。因此，需要能夠在低能量水平下發揮作用并表現出合意的孔隙率、強度和耐久性的高效率濾材。發明概述在本發明的一種實施方案中，提供了包含至少一個無紡網幅層的高效率濾材。該無紡網幅層包含多個第一纖維、多個第二纖維和粘合劑。該第一纖維包含水不分散性合成聚合物。該第一纖維具有小于25毫米的長度和小于5微米的最小橫向尺寸。該第一和第二纖維具有不同的構造和/或組成。該第一纖維構成該無紡網幅層的至少20重量％。同樣地，該第二纖維構成該無紡網幅層的至少10重量％，該粘合劑構成所述無紡網幅層的至少I重量％和/或不超過40重量％。該無紡網幅具有規格等級HlO或更高的過濾效率(DINEN1822)、最大流率下小于2英寸水的壓降(DIN EN1822)和至少I磅/平方英寸的Mullen爆破強度(TAPPI403)。附圖
概述在本文中參考下列附圖描述本發明的實施方案，其中:圖la、lb和Ic是三種不同構造的纖維的橫截面圖，特別描述了如何確定與該纖維的尺寸和形狀有關的各種測量；圖2是含有色帶纖維的無紡網幅的橫截面圖，特別描述了其中所含的色帶纖維的取向。發明詳述本發明提供具有合意的孔隙率和耐久性并同時能夠在較低的能量水平下發揮作用的聞效率濾材。本發明的聞效率濾材具有HlO或更聞的過濾效率規格等級、最大流率下小于2英寸水的壓降和至少I磅/平方英寸的Mullen爆破強度。
本發明的高效率濾材由水不分散性微纖維構成的至少一個無紡網幅層組成。在一種實施方案中，該無紡網幅層是本發明的高效率濾材的唯一濾材層。“無紡網幅”在本文中定義為未經機織或針織而直接由纖維制成的網幅。本文中所用的術語“微纖維”意在指最小橫向尺寸小于5微米的纖維。本文中所用的“最小橫向尺寸”是指通過外部卡鉗法垂直于該纖維伸長軸測得的纖維的最小尺寸。本文中所用的“外部卡鉗法”是指測量纖維外景的方法，其中測得的尺寸是分隔纖維位于其間且各平行線在纖維通常相對一側上接觸纖維外表面的兩條共面平行線的距離。圖la、lb和Ic描述了在各種纖維橫截面中如何測量這些尺寸。在圖la、lb和Ic中，“TDmin”是最小橫向尺寸，“TDmax”是最大橫向尺寸。形成所述高效率濾材的該無紡網幅表現出多種對濾材介質而言合意的性質。例如，該無紡網幅可以具有根據DIN EN1822測定的至少85%、至少95%、至少99.5%、至少99.95%、至少99.995%、至少99.9995%和至少99.99995%的過濾效率。在本發明的另一種實施方案中，該無紡網幅可以具有根據DIN EN1822測定的HlO或更高、Hll或更高、H12或更高、H13或更高、H14或更高、U15或更高、U16或更高或U17或更高的過濾效率規格等級。此外，該無紡網幅可以具有根據ASTM E1294-89測得的至少0.2,0.5、1、2或3微米和/或不超過10、5、4、3、2或I微米的平均流量孔徑。本發明的高效率濾材可以用作空氣過濾器、用于其它類型的氣體的過濾器和/或液體過濾器。此外，本發明的無紡網幅可以表現出對用于高效率濾材合意的強度和耐久性性質。例如，該無紡網幅可以包含根據TAPPI410測得的至少10、30、50、70或90克/平方米和/或不超過200、150或100克/平方米的基重。此外，該無紡網幅可以具有根據TAPPI403測得的至少1、2、4、6、10、20、40或60psi的Mullen爆破強度。此外，該無紡網幅可以具有根據TAPPI T494測得的至少0.5、1、2、3、4或5千克/15毫米的抗張強度。本發明的高效率濾材還能夠在比玻璃纖維制得的HEPA濾材更低的能量水平下發揮作用。這種較低的能量要求由運行時穿過該濾材的壓降來顯示。例如，該無紡網幅可以具有根據DIN EN1822測得的最大流率下小于2、1、0.75、0.5或0.25英寸水的壓降。在本發明的一種實施方案中，提供一種制造適于用作高效率濾材的無紡網幅的方法。該方法可以包括下列步驟:(a)將至少一種水分散性磺基聚酯和一種或多種不與所述磺基聚酯混溶的水不分散性合成聚合物紡成多組分纖維，其中所述多組分纖維具有多個包含該水不分散性合成聚合物的區域(domain)，由此該區域基本上被插入到所述區域之間的磺基聚酯彼此隔離；其中該水分散性磺基聚酯表現出在240°C下在I弧度/秒的應變速率下測得的小于大約12，000泊的熔體粘度；并且其中該磺基聚酯包含二酸或二醇殘基總摩爾數的小于大約25摩爾％的至少一種磺基單體的殘基；(b)將步驟a)的多組分纖維切割至小于25、10或2毫米但大于0.1,0.25或0.5毫米的長度以制造多組分短纖維；(C)將所述多組分短纖維與水接觸以除去所述磺基聚酯，由此形成包含所述水不分散性合成聚合物的水不分散性微纖維的濕衆板(wet lap)；(d)對水不分散性微纖維的濕漿板施以濕法成網以制造所述無紡網幅；和(e)任選地將粘合劑分散液施加到該無紡網幅上并干燥該無紡網幅和在其上的粘合劑分散液。
在本發明的另一種實施方案中，在步驟b)中，將步驟a)的多組分纖維切割至小于10、5或2毫米但大于0.1,0.25或0.5毫米的長度。在一種實施方案中，該多組分纖維具有小于大約15旦尼爾/長絲、小于大約10旦尼爾/長絲和小于5旦尼爾/長絲的紡成旦數。在本發明的一種實施方案中，該無紡網幅的至少0.5、1、2、10、15、20、25、30、40或
50重量％和/或不超過90、85或80重量％包含該水不分散性微纖維。該粘合 劑分散液可以通過本領域已知的任何方法施加到該無紡網幅上。在一種實施方案中，通過將該粘合劑分散液噴涂或滾壓到該無紡網幅上，將該粘合劑分散液以水分散體形式施加到該無紡網幅。在另一種實施方案中，該粘合劑分散液可以在經濕法成網非織造法形成該無紡網幅前與該水不分散性微纖維混合。在施加該粘合劑分散液后，可以對該無紡網幅和該粘合劑分散液施以干燥步驟以便令該粘合劑定形。該粘合劑分散液可以包含合成樹脂粘合劑和/或酚醛樹脂粘合劑。該合成樹脂粘合劑選自丙烯酸類共聚物、苯乙烯類共聚物、乙烯基共聚物、聚氨酯、磺基聚酯及其組合。在磺基聚酯粘合劑的情況下，進一步的實施方案可以包含具有不同的聚合物組成，特別是不同的磺基單體含量的不同磺基聚酯的共混物。例如，該磺基聚酯的至少一種包含至少15摩爾％的磺基單體和至少45摩爾％的CHDM和/或該磺基聚酯的至少一種包含小于10摩爾％的磺基單體和至少70摩爾％的CHDM。存在于磺基聚酯中的磺基單體的量極大地影響其滲水性和/或抗水性。在另一種實施方案中，該粘合劑可以由包含至少一種親水性磺基聚酯和至少一種疏水性磺基聚酯的磺基聚酯共混物組成。可用作粘合劑的親水性磺基聚酯的一個實例是EASTMAN的Eastek 11 00 ,,同樣地，可用作粘合劑的疏水性磺基聚酯的一個實例包括EASTMAN的Eastek 1200 因此取決于所需的粘合劑滲水性，可以將這兩種磺基聚酯共混。取決于該無紡網幅的所需最終用途，該粘合劑可以是親水性或疏水性的。使用粘合劑可以提高該無紡網幅的多種性質，尤其是當該粘合劑組合物中包括磺基聚酯時。例如，當使用磺基聚酯粘合劑時，該無紡網幅可以表現出大于1.5,2.0,3.0或
3.5千克/15毫米的干抗張強度和/或大于1.0、1.5、2.0或2.5千克/15毫米的濕抗張強度。類似地，當使用磺基聚酯粘合劑時，該無紡網幅可以表現出大于420、460或500克的撕破強力和/或大于50、60或70psig的爆破強度。此外，取決于所用粘合劑的性質(例如疏水性或親水性)，該無紡網幅可以表現出小于20、15或10秒和/或大于5、50、100、120或140秒的Hercules Size。通常,該粘合劑分散液可以構成該無紡網幅的至少1、2、3、4、5或7重量％和/或該無紡網幅的不超過40、30、20、15或12重量％。不溶的或干燥的磺基聚酯已知可以牢固地粘結結合到一大批基底上，所述基底包括但不限于短纖槳、棉紗、丙烯酸樹脂、人造絲、萊賽爾(lyocell)、PLA(聚交酯)、醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸環己二醇酯、共聚多酯、聚酰胺(例如尼龍)、不銹鋼、鋁、處理過的聚烯烴、PAN(聚丙烯腈)和聚碳酸酯。由此，磺基聚酯充當該無紡網幅的優異粘合劑。因此，當使用磺基聚酯粘合劑時，我們的新型無紡網幅可以具有多種功能。該無紡網幅可以進一步包含涂層。在對無紡網幅與粘合劑分散液施以干燥后，可以將涂層施加到該無紡網幅上。該涂層可以包含裝飾涂層、印刷墨水、阻隔涂層和/或熱密封。在另一個實施例中，該涂層可以包含液體阻隔層和/或微生物阻隔層。
在制造該無紡網幅、加入任選粘合劑后和/或在添加該任選涂層后，該無紡網幅可以經受熱定形步驟，所述熱定形步驟包括將該無紡網幅加熱到至少100°c的溫度，更優選加熱到至少大約120°c。該熱定形步驟緩和了纖維內部應力，并輔助制造尺寸穩定的織物產品。優選當熱定形材料再加熱至其在熱定形步驟過程中加熱達到的溫度時，其表現出小于其原始表面積的大約10、5或1%的表面積收縮。但是，如果對該無紡網幅施以熱定形，之后該無紡網幅可能無法在使用后再制漿和/或通過將該無紡網幅再制漿而回收。本文中所用的術語“可再制漿”指的是未施以熱定形并且能夠根據TAPPI標準以3，OOOrpm在1.2%的稠度下在5，000、10，000或15，000轉后分解的任何無紡網幅。在本發明的另一方面，該無紡網幅可以進一步包含至少一種或多種附加纖維。該附加纖維可以具有與水不分散性微纖維相比不同的組成和/或構造(例如長度、最小橫向尺寸、最大橫向尺寸、橫截面形狀或其組合)，并且取決于要制造的無紡網幅的類型可以是本領域已知的任何纖維。在本發明的一種實施方案中，其它纖維可以選自纖維素纖維漿、無機纖維(例如，玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維及其組合)、聚酯纖維、尼龍纖維、聚烯烴纖維、人造絲纖維、萊賽爾纖維、纖維素酯纖維及其組合。在一種實施方案中，該附加纖維是至少一種玻璃纖維。該無紡網幅可以以該無紡網幅的至少10、15、20、25或40重量％和/或該無紡網幅的不超過95、90、85、80、70、60或50重量％的量包含附加纖維。在一種實施方案中，該附加纖維的至少一種是具有小于30、25、10、8、6、4、2或I微米的最小橫向尺寸的玻璃纖維。在一種實施方案中，水不分散性微纖維、至少一種或多種附加纖維和粘合劑的組合構成該無紡網幅的至少75、85、95或98重量％。該無紡網幅可以進一步包含一種或多種添加劑。該添加劑可以在對濕漿板施以濕法成網或干法成網過程之前添加到水不分散性微纖維的濕漿板中。該添加劑還可以作為任選粘合劑或涂料組合物的成分添加到該濕法成網無紡織物中。添加劑包括但不限于電荷控制劑、親水性添加劑、抗菌添加劑、抗靜電添加劑、阻燃添加劑及其組合。該無紡網幅可以包含至少0.05,0.1或0.5重量％和/或不超過10、5或2重量％的一種或多種添加劑。在本發明的一種實施方案中，用于制造無紡網幅的短切微纖維是衍生自具有條紋構造的多組分纖維的色帶纖維。此類色帶纖維可以表現出至少2: 1、6:1或10:1和/或不超過100: 1,50: I或20: I的橫向長寬比。本文中所用的“橫向長寬比”指的是纖維的最大橫向尺寸對該纖維的最小橫向尺寸的比。本文中所用的“最大橫向尺寸”是通過上述外部卡鉗法垂直于該纖維伸長軸測得的纖維的最大尺寸。盡管在本領域已知的是橫向長寬比為1.5: I或更大的纖維可以通過原纖化基礎構件(例如片材或根纖維)制得，根據本發明的一種實施方案提供的該色帶纖維并非通過將片材或根纖維原纖化以制造具有附著于其上的微纖維的“覆絨毛的”片材或根纖維來制造的。相反，在本發明的一種實施方案中，用于該無紡網幅的色帶纖維的少于50、20或5重量％接合到具有與所述色帶纖維相同組成的基礎構件上。在一種實施方案中，該色帶纖維衍生自具有所述色帶纖維作為其組分的條紋狀多組分纖維。當本發明的無紡網幅包含短切色帶纖維時，該無紡網幅中的色帶微纖維的至少50,75或90重量％的主橫軸可以以與該無紡網幅的最接近表面成小于30、20、15或10度的角度取向。本文中所用的“主橫軸”指的是垂直于該纖維伸長方向并貫穿該纖維外表面上兩點(在這兩點之間通過上述外部卡鉗法測得該纖維的最大橫向尺寸)的軸。可以通過提高濕法成網工藝中的纖維稀釋和/或在該無紡網幅形成后機械擠壓該無紡網幅來促進無紡網幅中色帶纖維的這種取向。圖2描述了如何確定色帶纖維相對于該主橫軸的取向角度。通常，由衍生自多組分纖維的水不分散性微纖維制造無紡網幅的制造方法可以分為以下幾組:干法成網、濕法成網以及這些方法彼此或與其它非織造法的組合。通常，干法成網的無紡網幅用設計為在干燥狀態下處理纖維的切斷纖維加工機械制得。這些包括機械過程，如梳理、空氣動力和其它氣流成網途徑。還包括在這一分類中的是由絲束形式的長絲、由切斷纖維組成的織物以及縫編長絲或紗線(即縫編法非織織物)制成的無紡網幅。梳理是解開、清潔并混合纖維以制造用于進一步加工成無紡網幅的網幅的方法。該方法主要是調整(align)該纖維，所述纖維通過機械纏結和纖維-纖維摩擦力以網幅形式固定在一起。粗梳機(例如羅拉粗梳機)通常配置具有一個或多個主液壓缸、輥或固定頂部、一個或多個落紗機，或這些主要部件的各種組合。梳理動作是在一系列交互工作的粗梳機輥上的粗梳機點之間水不分散性微纖維的精梳或加工。粗梳機的類型包括羅拉粗梳機、紡毛梳理機、梳棉機和無規粗梳機(random cards)。回絲機也可用于調整這些纖維。干法成網法中的水不分散性微纖維也可以通過氣流成網來調整。通過氣流將這些纖維引導到收集器上，所述收集器可以是平坦的輸送機或鼓輪。濕法成網法涉及使用造紙技術以制造無紡網幅。這些無紡網幅用與制漿纖維化(例如錘磨機)和紙張成型(例如將紙漿泵送到設計為處理流體中的短纖維的連續篩網上)相關的機械制造。在濕法成網法的一種實施方案中，水不分散性微纖維懸浮在水中，送至成型裝置，在成型裝置中，水通過成型篩網浙干，纖維沉積在網線上。在濕法成網法的另一種實施方案中，水不分散性微纖維在篩或金屬絲網上脫水，該篩或金屬篩網在水力圓網成形器入口處在脫水模塊(例如吸水箱和curatures)上以高至1，500米/分鐘的高速旋轉。將該片材脫水至固含量為大約20至30%。隨后將該片材擠壓并干燥。在濕法成網法的另一種實施方案中，提供一種方法，包括:(a)任選地，用水沖洗水不分散性微纖維；(b)向所述水不分散性微纖維中加入水以制造水不分散性微纖維漿料；(C)任選向所述水不分散性微纖維漿料中加入其它纖維和/或添加劑；和(d)將所述水不分散性微纖維水漿料轉移到濕法成網非織造區以制造該無紡網幅。在步驟(a)中，沖洗的次數取決于對所述水不分散性微纖維所選擇的特定用途。在步驟(b)中，將足夠的水添加到該微纖維以便將其送至濕法成網非織造區。步驟⑷中的濕法成網非織造區包括可以制造濕法成網無紡網幅的任何本領域已知設備。在本發明的一種實施方案中，該濕法成網非織造區包括至少一種篩網、絲網或篩子以便從所述水不分散性微纖維漿料中除去水。在本發明的另一種實施方案中，所述水不分散性微纖維漿料在轉移到濕法成網非織造區之前混合。該無紡網幅可以通過以下手段結合在一起:1)機械纖維抱合力和在網幅或墊中咬合；2)熔融纖維的各種技術，包括使用粘合纖維和/或利用某些聚合物或聚合物共混物的熱塑性性質；3)使用粘合樹脂，如淀粉、酪蛋白、纖維素衍生物或合成樹脂，如丙烯酸類共聚物膠乳、苯乙烯類共聚物、乙烯基共聚物、聚氨酯或磺基聚酯；4)使用粉末粘結劑；或5)其組合。該纖維通常以隨機方式沉積，盡管在一個方向上取向是有可能的，接著使用上述方法之一粘合。在一種實施方案中，該微纖維可以基本均勻地分布在整個無紡網幅中。該無紡網幅還可以包含一個或多個水分散性纖維、多組分纖維或微旦纖維的層。該無紡網幅還可以包括各種粉末和顆粒以改善無紡網幅的吸收性及其充當其它添加劑的載體的能力。粉末和顆粒的實例包括但不限于滑石、淀粉、各種吸水性、水分散性或水溶脹性聚合物(例如高吸水性聚合物、磺基聚酯和聚乙烯醇)、二氧化硅、活性炭、顏料和微膠囊。如前所述，也可以存在添加劑，但并非必須，如具體用途所需。添加劑的實例包括但不限于填料、光和熱穩定劑、抗靜電劑、擠出助劑、染料、防偽標記、滑爽劑、增韌劑、增粘劑、氧化穩定劑、UV吸收劑、著色劑、顏料、遮光劑(消光劑)、熒光增白劑、填料、成核劑、增塑劑、粘度改進劑、表面改性劑、殺菌劑、消泡劑、潤滑劑、熱穩定劑、乳化劑、消毒劑、冷流抑制劑、支化劑、油、蠟和催化劑。該無紡網幅可以進一步包含水分散性膜，所述水分散性膜包含至少一種第二水分散性聚合物。該第二水分散性聚合物可以與用于本發明的纖維與無紡網幅的前述水分散性聚合物相同或不同。在一種實施方案中，例如，第二水分散性聚合物可以是附加的磺基聚酯，其又可以包含:(a)總酸殘基的至少50、60、70、75、85或90摩爾％和不超過95摩爾％的一種或多
種間苯二甲酸或對苯二甲酸的殘基；(b)總酸殘基的至少4摩爾％至大約30摩爾％的鈉代磺基間苯二甲酸的殘基；(c) 一種或多種二醇殘基，其中總二醇殘基的至少15、25、50、70或75摩爾％和不超過95摩爾％是具有H-(OCH2-CH2)n-OH結構的聚(乙二醇)，其中η是2至大約500的整數；(d)總重復單元的O至大約20摩爾％的具有三個或更多官能團的支化單體的殘
基，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。該附加的磺基聚酯可以與一種或多種如上所述的補充聚合物共混以改變所得無紡網幅的性質。取決于用途，該補充聚合物可以是水分散性的或不是水分散性的。該補充聚合物可以與附加的磺基聚酯混溶或不混溶。附加的磺基聚酯還可以包括乙二醇和/或I，4-環己烷二甲醇(CHDM)的殘基。附加的磺基聚酯可以進一步包含至少10、20、30或40摩爾％和/或不超過75、65或60摩爾％的CHDM。附加的磺基聚酯可以以至少10、20、25或40摩爾％和不超過75、65或60摩爾％的乙二醇殘基的量進一步包含乙二醇殘基。在一種實施方案中，附加的磺基聚酯包含大約75至大約96摩爾％的間苯二甲酸殘基和大約25至大約95摩爾％的二乙二醇殘基。根據本發明，該無紡網幅的磺基聚酯膜成分可以以單層或多層膜形式制得。單層膜可以通過常規流延技術制得。多層膜可以通過常規層壓法等等制得。該膜可以具有任何方便的厚度，但是總厚度通常為大約2至大約50毫米。
相對于本領域已知的苛性分解聚合物(包括磺基聚酯)，本發明的水分散性磺基聚酯所固有的主要優點是能夠輕易地通過添加離子部分(即鹽)的絮凝和沉淀從水分散體中除去或回收該聚合物。也可使用PH調節、添加非溶劑、冷凍、膜過濾等等。回收的水分散性磺基聚酯可用于包括但不限于以下的用途:用于包含本發明的水不分散性微纖維的濕法成網無紡織物的前述磺基聚酯粘合劑。本發明提供生成微纖維的多組分纖維，其包括至少兩種組分，其至少一種是水分散性磺基聚酯，其至少一種是水不分散性合成聚合物。如下文中進一步詳細描述的那樣，該水分散性組分可以包含磺基聚酯纖維，該水不分散性組分可以包含水不分散性合成聚合物。本文中所用的術語“多組分纖維”意在指通過以下方法制備的纖維:在分離的擠出機中熔融至少兩種或多種成纖聚合物，引導所得多聚合物流進入具有多個分配流路的一個噴絲板，并將該流路紡在一起形成一根纖維。多組分纖維有時還可以稱為組合纖維或雙組分纖維。該聚合物排列在該多組分纖維整個橫截面的不同片段或構型中并沿著多組分纖維的長度延伸。此類多組分纖維的構造可以包括例如皮芯型、并列型、桔瓣型、條紋型或海島型。例如，多組分纖維可以通過單獨將該磺基聚酯和一種或多種水不分散性合成聚合物擠出通過具有成形或設計的橫向幾何形狀，如“海島型”、條紋型或桔瓣型構造的噴絲板來制備。關于多組分纖維、如何制造它們以及它們產生微纖維的用途的附加公開內容公開在美國專利號6，989，193、美國專利號7，902，094、美國專利號7，892，993、美國專利號7,687, 143、美國專利申請號2008/0311815和美國專利申請公開號2008/0160859中，其公開內容經此引用并入本文。術語“片段”和/或“區域”當用于描述多組分纖維的成形橫截面時指的是包含該水不分散性合成聚合物的橫截面中的區域。這些區域或片段基本上被水分散性磺基聚酯彼此隔離，該水分散性磺基聚酯插在該片段或區域之間。本文中所用的術語“基本隔離”意在指該片段或區域彼此分開以便在除去該磺基聚酯時該片段或區域能夠形成單獨的纖維。片段或區域可以具有類似的形狀或尺寸，或者可以改變形狀和/或尺寸。此外，該片段或區域可以是沿該多組分纖維的長度“基本連續”的。術語“基本連續”指的是該片段或區域沿該多組分纖維長度至少10厘米是連續的。該多組分纖維的這些片段或區域在除去水分散性磺基聚酯時產生該水不分散性微纖維。參考水分散性成分和磺基聚酯所使用的術語“水分散性”意在與術語“水消散性”、“水崩解性”、“水溶解性”、“水驅散性”、“水溶液”、“水去除性”、“水溶的”和“水分散的”同義，并意欲指該磺基聚酯成分可以通過水的作用從該多組分纖維中充分去除以及分散和/或溶解以便能夠釋放和分離其中所含的水不分散性纖維。術語“分散的”、“分散性”、“消散”或“消散性”指的是當在大約60°C的溫度下使用足夠量的去離子水(例如按重量計100: I的水:纖維)以形成該多組分纖維的稀薄懸浮液或漿料時并在最多5天的時間里，該磺基聚酯成分溶解、消散或從該多組分纖維中分離，由此留下大量來自該水不分散性片段的微纖維。在本發明的上下文中，所有這些術語指的是水或水與水混溶性的助溶劑的混合物對本文中所述的磺基聚酯的活性。此類水混溶性助溶劑的實例包括醇類、酮類、乙二醇醚類、酯類等等。該術語想要包括其中該磺基聚酯溶解以形成真溶液的條件以及其中該磺基聚酯分散在水介質中的那些條件。通常，由于磺基聚酯組合物的統計性質，當單一磺基聚酯放置在水介質中時可能具有可溶解部分和分散的部分。本文中所用的術語“聚酯”包括“均聚酯”和“共聚多酯”，并指的是通過雙官能羧酸與雙官能羥基化合物的縮聚反應制備的合成聚合物。通常，該雙官能羧酸是二羧酸，該雙官能羥基化合物是二元醇，如甘醇和二醇。或者，該雙官能羧酸可以是羥基羧酸，如對羥基苯甲酸，該雙官能羥基化合物可以是帶有兩個羥基取代基的芳族核，例如對苯二酚。本文中所用的術語“磺基聚酯”指的是任何包含磺基單體的聚酯。本文中所用的術語“殘基”指的是通過涉及相應單體的縮聚反應并入聚合物中的任何有機結構。由此，該二羧酸殘基可以衍生自二羧酸單體或其相關的酸齒化物、酯、鹽、酸酐或其混合物。因此，術語二羧酸意在包括二羧酸和可用于與二醇的縮聚過程以制造高分子量聚酯的二羧酸的任意衍生物，包括其相關酸齒化物、酯、半酯、鹽、半鹽、酸酐、混合酸酐或其混合物。該水分散性磺基聚酯通常包含二羧酸單體殘基、磺基單體殘基、二醇單體殘基以及重復單元。該磺基單體可以是二羧酸、二醇或羥基羧酸。本文中所用的術語“單體殘基”指的是二羧酸、二醇或羥基羧酸的殘基。本文中所用的“重復單元”指的是具有2個經羰氧基鍵合的單體殘基的有機結構。本發明的磺基聚酯含有基本等摩爾比例的酸殘基(100摩爾％)和二醇殘基(100摩爾％)，其以基本等比例反應，使得重復單元的總摩爾數等于100摩爾％。本公開中提供的摩爾百分比因此可以基于酸殘基的總摩爾數、二醇殘基的總摩爾數或重復單元的總摩爾數。例如，含有全部重復單元的30摩爾％的磺基單體(其可以是二羧酸、二醇或羥基羧酸)的磺基聚酯指的是該磺基聚酯由總計100摩爾％的重復單元中含有30摩爾％的磺基單體。由此，在每100摩爾的重復單元中存在30摩爾的磺基單體殘基。類似地，含有全部酸殘基的30摩爾％的磺化二羧酸的磺基聚酯指的是該磺基聚酯由總計100摩爾％的酸殘基中含有30摩爾％的磺化二羧酸。由此，在后面這種情況下，在每100摩爾的重復單元中存在30摩爾的磺化二羧酸殘基。此外，我們的發明還提供了制造所述多組分纖維和由此衍生的微纖維的方法，所述方法包括(a)制造所述多組分纖維，和(b)由所述多組分纖維生成所述微纖維。該方法開始于(a)將玻璃化轉變溫度(Tg)為至少36°C、40°C或57°C的水分散性磺基聚酯和一種或多種不與所述磺基聚酯混溶的水不分散性合成聚合物紡成多組分纖維。該多組分纖維可以具有多個包含該水不分散性合成聚合物的區域(domain)，所述區域基本上被所述磺基聚酯彼此隔離，所述磺基聚酯插入到所述區域之間。所述磺基聚酯包含:(i)總酸殘基的大約50至大約96摩爾％的一種或多種間苯二甲酸和/或對苯二甲酸的殘基；(ii)總酸殘基的大約4至大約30摩爾％的鈉代磺基間苯二甲酸的殘基；(iii) 一種或多種二醇殘基，其中總二醇殘基的至少25摩爾％是具有H-(OCH2-CH2)n-OH結構的聚(乙二醇)，其中η是2至大約500的整數；和(iv)總重復單元的O至大約20摩爾％的具有3個或更多官能團的支化單體的殘基，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。理想地，所述磺基聚酯具有在I弧度/秒的應變速率下在240°C下測得的小于12，000,8, 000或6，000泊的熔體粘度。所述微纖維通過(b)使所述多組分纖維與水接觸以除去該磺基聚酯，由此生成包含水不分散性合成聚合物的微纖維來生成。本發明的水不分散性微纖維可以具有至少0.001,0.005或0.1dpf和/或不超過0.1或0.5dpf的平均細度。通常，該多組分纖維在大約25°C至大約100°C、優選大約50°C至大約80°C的溫度下與水接觸大約10至大約600秒的時間，由此該磺基聚酯消散或溶解。在本發明的多組分纖維中磺基聚酯對水不分散性合成聚合物成分的重量比通常為大約98: 2至大約2: 98，或者在另一實施例中為大約25: 75至大約75: 25。通常，該磺基聚酯占該多組分纖維的總重量的50重量％或更少。該多組分纖維的成形橫截面可以例如為皮芯型、海島型、桔瓣型、中空桔瓣型、偏心桔瓣型或條紋型的形式。例如，條紋型構造可以具有交替的水分散性片段和水不分散性片段，并具有至少
4、8或12個條紋和/或少于50、35或20個條紋。本發明的多組分纖維可以以多種方法制備。例如，在美國專利號5，916，678中，多組分纖維可以通過將該磺基聚酯和一種或多種不與所述磺基聚酯混溶的水不分散性合成聚合物單獨擠出通過具有成形或設計的橫向幾何形狀，如海島型、皮芯型、并列型、條紋型或桔瓣型的噴絲板來制備。該磺基聚酯稍后可以通過溶解界面層或桔瓣片段來去除，并留下所述水不分散性合成聚合物的微旦纖維。這些水不分散性合成聚合物的微旦纖維具有遠小于所述多組分纖維的纖維尺寸。另一實例包括將磺基聚酯和水不分散性合成聚合物進料到聚合物分配系統，其中聚合物被引入扇形(segmented)噴絲板。聚合物沿著單獨的路徑到達噴絲板，并在噴絲孔處結合。該噴絲孔包含兩個同心的圓孔，由此提供皮芯型纖維，或者包括沿著直徑分為多個部分的圓形噴絲孔以提供具有并列型的纖維。或者，該磺基聚酯和水不分散性合成聚合物可以單獨地引入具有多個徑向通道的噴絲板以制造具有桔瓣型橫截面的多組分纖維。通常，該磺基聚酯將形成皮芯構造的“皮”組分。另一種備選方法包括在單獨的擠出機中熔融該磺基聚酯和水不分散性合成聚合物，并引導聚合物流進入一個具有多個小細管或片段形式的分布流路的噴絲板以提供具有海島型成形橫截面的纖維，由此形成所述多組分纖維。此類噴絲板的一個實例描述在美國專利號5，366，804中。在本發明中，該磺基聚酯通常將形成“海”組分，而該水不分散性合成聚合物將形成“島”組分。由于某些水分散性磺基聚酯在隨后的水刺法過程中通常難以除去，優選的是用于從所述多組分纖維中除去該磺基聚酯的水高于室溫，更優選該水為至少大約45°C、60°C或85。。。在本發明的另一種實施方案中，提供另一種方法以制造水不分散性微纖維。該方法包括:(a)將多組分纖維切割成具有小于25毫米的長度的多組分短纖維；(b)將包含所述多組分短纖維的含纖維原料與洗滌水接觸至少0.1,0.5或I分鐘和/或不超過30、20或10分鐘以制造纖維混和漿料，其中該洗滌水具有小于10、8、7.5或7的pH，并基本不含加入的苛性堿；(c)加熱所述纖維混合衆料以制造加熱的纖維混合衆料；(d)任選地，在剪切區混合所述纖維混和漿料；(e)從所述多組分纖維中除去至少一部分磺基聚酯以制造包含磺基聚酯分散體和水不分散性微纖維的漿料混合物；
(f)從該漿料混合物中除去至少一部分磺基聚酯分散體以由此提供包含所述水不分散性微纖維的濕漿板，其中該濕漿板由至少5、10、15或20重量％和/或不超過70、55或40重量％的水不分散性微纖維和至少30、45或60重量％和/或不超過90、85或80重量％的磺基聚酯分散液組成；和(g)任選地，將該濕漿板與稀釋液混合以制造以至少0.001,0.005或0.01重量％和/或不超過1、0.5或0.1重量％的量包含水不分散性微纖維的稀釋濕法成網漿料或“纖維配比”。在本發明的另一種實施方案中，該濕漿板由至少5、10、15或20重量％和/或不超過50、45或40重量％的水不分散性微纖維和至少50、55或60重量％和/或不超過90、85
或80重量％的磺基聚酯分散體組成。該多組分纖維可以切割至可用于制造無紡網幅的任何長度。在本發明的一種實施方案中，將該多組分纖維切割至至少0.1,0.25或0.5毫米和/或不超過25、10、5或2毫米的長度。在一種實施方案中，該切割確保一致的纖維長度，使得單個纖維的至少75、85、90、95或98%具有在所有纖維的平均長度的90、95或98%內的個別長度。含纖維原料可以包含可用于制造無紡網幅的任何其它類型的纖維。在一種實施方案中，該含纖維原料進一步包含選自纖維素纖維漿、無機纖維(包括玻璃纖維、碳纖維、硼纖維和陶瓷纖維)、聚酯纖維、萊賽爾纖維、尼龍纖維、聚烯烴纖維、人造絲纖維和纖維素酯纖維的至少一種纖維。該含纖維原料與洗滌水混合以制造纖維混合漿料。優選地，為了促進水分散性磺基聚酯的去除，所用的水可以是軟水或去離子水。該洗滌水可以具有小于10、8、7.5或7的PH并可以基本不含加入的苛性堿。該洗滌水在步驟(b)的接觸過程中可以保持在至少140° F、150° F或160° F和/或不超過210° F、200° F或190° F的溫度下。在一種實施方案中，步驟(b)接觸的洗滌水可以分散該多組分纖維的基本所有水分散性磺基聚酯片段，使得解離的水不分散性微纖維具有少于5、2或I重量％的位于其上的殘余水分散性磺基聚酷。可以將該纖維混合漿料加熱以促進水分散性磺基聚酯的去除。在本發明的一種實施方案中，將該纖維混合漿料加熱至至少500C、60°C、70°C、80°C或90°C且不超過100°C。任選地，在剪切區混合所述纖維混和漿料。混合量使得足以分散并從多組分纖維中除去一部分水分散性磺基聚酯。在混合過程中，至少90、95或98重量％的磺基聚酯可以從水不分散性微纖維中除去。該剪切區可以包含能夠提供分散并從多組分纖維中除去一部分水分散性磺基聚酯并分離該水不分散性微纖維所需的湍流的任何類型設備。此類設備的實例包括但不限于碎漿機和勻漿機。在所述多組分纖維與水接觸后，該水分散性磺基聚酯與水不分散性合成聚合物纖維解離以制造包含磺基聚酯分散體和水不分散性微纖維的漿料混合物。該磺基聚酯分散體可以通過本領域已知的任何方法與該水不分散性微纖維分離以制造濕漿板，其中該磺基聚酯分散體與該水不分散性微纖維結合可以構成該濕漿板的至少95、98或99重量％。例如，該漿料混合物可以經分離設備，如篩網和過濾器發送(routed)。任選地，該水不分散性微纖維可以洗滌一次或多次以除去更多的水分散性磺基聚酯。該濕漿板可以包含多至至少30、45、50、55或60重量％和/或不超過90、86、85或80重量％的水。即使在除去部分磺基聚酯分散體之后，該濕漿板可以包含至少0.001,0.01或0.1和/或不超過10、5、2或I重量％的水分散性磺基聚酯。此外，該濕漿板可以進一步包含纖維染整組合物，所述纖維染整組合物包含油、蠟和/或脂肪酸。用于所述纖維染整組合物的脂肪酸和/或油可以是天然衍生的。在另一種實施方案中，該纖維染整組合物包含礦物油、硬脂酸酯、脫水山梨糖醇酯和/或牛腳油。該纖維染整組合物可以構成該濕漿板的至少 10,50 或 IOOppmw 和 / 或不超過 5，000、1，000 或 500ppmw。可以通過物理觀察該漿料組合物來確定該水分散性磺基聚酯的去除。如果水分散性磺基聚酯已經大部分被除去，用于沖洗所述水不分散性微纖維的水是澄清的。如果該水分散性磺基聚酯仍以顯著量存在，那么用于沖洗所述水不分散性微纖維的水在顏色上是乳白色的。此外，如果水分散性磺基聚酯保留在所述水不分散性微纖維上，該微纖維仍然有些粘手。步驟(g)的稀釋濕法成網(wet-lay)漿料可以以至少90、95、98、99或99.9重量％的量包含該稀釋液體。在一種實施方案中，附加纖維可以與該濕漿板和稀釋液體混合以制造稀釋濕法成網漿料。該附加纖維可以具有與水不分散性微纖維相比不同的組成和/或構造并且取決于要制造的無紡網幅的類型可以是本領域已知的任何纖維。在本發明的一種實施方案中，其它纖維可以選自纖維素纖維漿、無機纖維(例如，玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維及其組合)、聚酯纖維、尼龍纖維、聚烯烴纖維、人造絲纖維、萊賽爾纖維、纖維素酯纖維及其組合。該稀釋濕法成網漿料可以以至少0.001,0.005或0.01重量％和/或不超過1、0.5或0.1重量％的量包含附加纖維。在本發明的一種實施方案中，可以使用至少一種水軟化劑以促進從該多組分纖維中除去該水分散性磺基聚酯。可以使用本領域已知的任何水軟化劑。在一種實施方案中，該水軟化劑是螯合劑或鈣離子多價螯合劑。可用的螯合劑或鈣離子多價螯合劑是每分子含有多個羧酸基團的化合物，其中該螯合劑的分子結構中的羧酸基團相隔2至6個原子。乙二胺四乙酸四鈉(EDTA)是最常見的螯合劑的一個實例，每分子結構含有四個羧酸部分，相鄰羧酸基團之間相隔3個原子。馬來酸或琥珀酸的鈉鹽是最基本的螯合劑化合物的實例。可用的螯合劑的其它實例包括在分子結構中具有多個羧酸基團的化合物，其中該羧酸基團相隔所需距離(2至6個原子單元)，與二價或多價陽離子(如鈣)產生有利的立體相互作用，使得該螯合劑優先結合到二價或多價陽離子上。此類化合物包括例如二乙烯三胺五乙酸；二乙烯三胺-N，N，N’，N’，N”-五乙酸；噴替酸；N，N-雙(2_(雙-(羧甲基)氨基)乙基)_甘氨酸；二乙烯三胺五乙酸；[[(羧甲基)亞氨基]雙(乙烯次氮基)]_四乙酸；依地酸；乙二胺四乙酸；EDTA，游離堿；EDTA，游離酸；乙二胺-N，N，N’，N’ -四乙酸；Hampene ；Versene ；N, N’ -1,2-乙烷二基雙_(N-(羧甲基)甘氨酸)；乙二胺四乙酸；N，N-雙(羧甲基)甘氨酸；氨基三乙酸Jrilone Α；α , α \ α ”_5_三甲胺三羧酸；三(羧甲基)胺；氨三乙酸；氮三乙酸；次氮基_2，2’，2” -三乙酸Jitriplex I ;次氮基三乙酸；及其混合物。該水分散性磺基聚酯可以通過本領域已知的任何方法從該磺基聚酯中回收。如上所述，通過該方法制得的水不分散性微纖維包含至少一種水不分散性合成聚合物。取決于由此生成微纖維的多組分纖維的橫截面構造，該微纖維可以具有小于15、10、5或2微米的等效直徑；小于5、4、3微米的最小橫向尺寸；至少2: 1、6:1或10:1和/或不超過100: 1,50: I或20: I的橫向比；至少0.1、0.5或0.75微米和/或不超過10、5或2微米的厚度；至少0.001,0.005或0.0ldpf和/或不超過0.1或0.5dpf的平均細度；和/或至少0.1,0.25或0.5毫米和/或不超過25、12、10、6.5、5、3.5或2.0毫米的
長度。本文中提供的所有纖維尺寸(例如等效直徑、長度、最小橫向尺寸、最大橫向尺寸、橫向長寬比和厚度)是規定組中的纖維的平均尺寸。如上文簡要描述的那樣，本發明的微纖維是有利的，因為它們并非通過原纖化形成。原纖化微纖維直接連接到基礎構件(即根纖維和/或片材)上并具有與基礎構件相同的組分。相反，本發明的水不分散性微纖維的至少75、85或95重量％是不相連的、獨立的和/或分立的，并且不會直接連接到基礎構件上。在一種實施方案中，該微纖維的少于50、20或5重量％直接連接到具有與該微纖維相同組成的基礎構件上。本文中所述的磺基聚酯具有在25°C下的苯酚/四氯乙烷溶劑的60/40重量份溶液中并在100毫升溶劑中大約0.5克磺基聚酯的濃度下測得的至少大約0.1、0.2或0.3dL/g、優選大約0.2至0.3dL/g和最優選大于大約0.3dL/s的特性粘度,下文中縮寫為“1.V.”。本發明的磺基聚酯可以包括一種或多種二羧酸殘基。取決于磺基單體的類型和濃度，該二羧酸殘基可以占酸殘基的至少60、65或70摩爾％和不超過95或100摩爾％。可以使用的二羧酸的實例包括脂族二羧酸、脂環族二羧酸、芳族二羧酸或這些酸的兩種或多種的混合物。由此，合適的二羧酸包括但不限于琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、馬來酸、衣康酸、1，3-環己烷二羧酸、1，4_環己烷二羧酸、二羥乙酸、2，5-降莰烷二羧酸、鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、1，4_萘二羧酸、2，5-萘二羧酸、聯苯甲酸、4，4’ -氧代二苯甲酸、4，4’_磺酰基二苯甲酸和間苯二甲酸。優選的二羧酸殘基是間苯二甲酸、對苯二甲酸和1，4_環己烷二羧酸，或者如果使用二酯的話為對苯二甲酸二甲酯、間苯二甲酸二甲酯和1，4_環己烷二羧酸二甲酯，間苯二甲酸和對苯二甲酸的殘基是尤其優選的。盡管該二羧酸甲酯是最優選的實施方案，但是也可以包括更高級的烷基酯，如乙酯、丙酯、異丙酯、丁酯等等。此外，芳族酯，特別是苯基酯也可以使用。該磺基聚酯可以包括總重復單元的至少4、6或8摩爾％和不超過大約40、35、30或25摩爾％的具有2個官能團和一個或多個連接到芳族或脂環族環上的磺酸根的至少一種磺基單體的殘基，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。該磺基單體可以是含有磺酸根基團的二羧酸或其酯、含有磺酸根基團的二醇或含有磺酸根基團的羥基酸。術語“磺酸根”指的是具有“_S03M”結構的磺酸的鹽，其中M是磺酸鹽的陽離子。該磺酸鹽的陽離子可以是金屬離子，如Li+、Na+、K+等等。當一價堿金屬離子用作該磺酸鹽的陽離子時，所得磺基聚酯可以以取決于聚合物中磺基單體含量、水的溫度、磺基聚酯的表面積/厚度等等的分散速率完全分解在水中。當使用二價金屬離子時，所得磺基聚酯不能輕易地被冷水分散，但是更容易被熱水分散。在單一聚合物中使用超過一種抗衡離子是可能的，并可以提供一種設計或微調所得制品的水響應性的手段。磺基單體殘基的實例包括其中磺酸鹽基團連接到芳族酸核(例如，苯、萘、聯苯、氧代聯苯、磺酰基聯苯、亞甲基聯苯)或脂環族環(例如，環戊基、環丁基、環庚基和環辛基)上的單體殘基。可用于本發明的磺基單體殘基的其它實例是磺基鄰苯二甲酸、磺基對苯二甲酸、磺基間苯二甲酸的金屬磺酸鹽或其組合。可以使用的磺基單體的其它實例包括5-鈉代磺基間苯二甲酸及其酯。用于制備該磺基聚酯的磺基單體是已知化合物，并可以使用本領域公知的方法制備。例如，其中磺酸根基團連接到芳環的磺基單體可以通過用發煙硫酸磺化該芳族化合物以獲得相應的磺酸并接著與金屬氧化物或堿，例如乙酸鈉反應以制備該磺酸鹽。制備各種磺基單體的程序描述在例如美國專利號3，779，993 ;美國專利號3，018，272 ;和美國專利號3，528, 947中，其公開內容經此引用并入本文。該磺基聚酯可以包括一種或多種二醇殘基，其可以包括脂族、脂環族和芳烷基二醇。該脂環族二醇，例如1，3_和1，4_環己烷二甲醇，可以以它們的純順式或反式異構體形式或以順式與反式異構體的混合物形式存在。本文中所用的術語“二醇”與術語“二元醇”同義，并可以包括任何二元醇。二醇的實例包括但不限于乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、1，3-丙二醇、2,4- 二甲基_2_乙基己烷_1，3-二醇、2, 2- 二甲基-1, 3_丙二醇、2_乙基 _2- 丁基-1, 3_ 丙二醇、2_ 乙基 _2_ 異丁基-1, 3-丙二醇、1, 3- 丁二醇、1,4- 丁二醇、I,5-戍二醇、1,6_己二醇、2, 2,4- 二甲基-1,6_己二醇、硫代二乙醇、1，2_環己烷二甲醇、1，
3-環己烷二甲醇、1，4-環己烷二甲醇、2，2，4，4-四甲基-1，3-環丁二醇、對苯二甲醇或這些二醇的一種或多種的組合。該二醇殘基可以包括總二醇殘基的大約25摩爾％至大約100摩爾％的具有H-(OCH2-CH2)n-OH結構的聚(乙二醇)的殘基，其中η是2至大約500的整數。低分子量聚乙二醇(例如其中η為2至6)的非限制性實例是二乙二醇、三乙二醇和四乙二醇。在這些低分子量二醇中，二乙二醇和三乙二醇是最優選的。更高分子量的聚乙二醇(本文中縮寫為“PEG “)，其中η為7至大約500，包括名為CARB0WAX 的市售產品——Dow ChemicalCompany (從前為Union Carbide)的產品。通常，PEG與其它二醇結合使用，其它二醇例如二乙二醇或乙二醇。基于η的值(其可以為大于6至500)，該分子量可以為大于300至大約22，000克/摩爾。該分子量和該摩爾百分比彼此成反比，具體而言，當分子量增加時，該摩爾百分比將降低以實現特定的親水性程度。例如，為了例示這一概念，分子量為1，000克/摩爾的PEG可以構成總二醇的最多10摩爾％，而分子量為10，000克/摩爾的PEG通常以小于總二醇的I摩爾％的量并入。由于可以通過改變工藝條件控制的副反應，可以原位生成某些二聚物、三聚物和四聚物。例如，變化量的二乙二醇、三乙二醇和四乙二醇可以采用在酸性條件下進行縮聚反應時容易發生的酸催化脫水反應衍生自乙二醇。本領域那些技術人員公知的緩沖溶液可以加入到反應混合物中以阻礙這些副反應。附加的組成余地是可能的，但是，如果省略緩沖液的話，允許進行二聚、三聚和四聚反應。本發明的磺基聚酯可以包括總重復單元的O至小于25、20、15或10摩爾％的具有3個或更多個官能團的支化單體的殘基，其中所述官能團是羥基、羧基或其組合。支化單體的非限制性實例是1，1，1-三羥甲基丙烷、1，1，1-三羥甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤蘚醇、蘇糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羥甲基丙酸或其組合。存在支化單體會令該磺酸聚酯獲得許多可能的益處，這些益處包括但不限于能夠調節流變學性質、溶解度和拉伸性質。例如，在恒定分子量下，與直鏈類似物相比，支化磺基聚酯還將具有更大的端基濃度，這可以促進聚合后交聯反應。但是，在高濃度支化劑下，該磺基聚酯傾向于膠凝。用于該多組分纖維的磺基聚酯可以具有使用本領域技術人員公知的標準技術，如差示掃描量熱法(“DSC”)對干聚合物測得的至少25°C、30°C、36°C、40°C、45°C、5(rC、55°C、57°C、60°C或65°C的玻璃化轉變溫度，本文中縮寫為“Tg”。使用“干聚合物”(即其中通過將聚合物加熱至大約200°C的溫度并令樣品返回室溫以驅除外來的或吸收的水的聚合物樣品)進行磺基聚酯的Tg測量。通常，通過進行其中樣品加熱至高于水蒸發溫度并將該樣品保持在此溫度下直到聚合物中吸收的水完全蒸發(如通過大的、寬的吸熱峰所示)的第一次熱掃描、將樣品冷卻至室溫并隨后進行第二熱掃描以獲得該Tg測量值，由此在DSC設備中將該磺基聚酯干燥。
在一種實施方案中，我們的發明提供玻璃化轉變溫度(Tg)為至少25V的磺基聚酯，其中該磺基聚酯包含:
(a)總酸殘基的至少50、60、75或85摩爾％和不超過96、95、90或85摩爾％的一種或多種間苯二甲酸和/或對苯二甲酸的殘基；
(b)總酸殘基的大約4至大約30摩爾％的鈉代磺基間苯二甲酸的殘基；
(c) 一種或多種二醇殘基，其中總二醇殘基的至少25、50、70或75摩爾％是具有H-(OCH2-CH2)n-OH結構的聚(乙二醇)，其中η是2至大約500的整數；和
(d)總重復單元的O至大約20摩爾％的具有3個或更多官能團的支化單體的殘基，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。
本發明的磺基聚酯可以容易地由適當的二羧酸、酯、酸酐、鹽、磺基單體和適當的二醇或二醇混合物采用通常的縮聚反應條件來制備。它們可以通過連續、半連續和分批操作模式制得，并可以采用多種反應器類型。合適的反應器類型的實例包括但不限于攪拌槽、連續攪拌槽、漿料反應器、管式反應器、刮膜式反應器、降膜式反應器或擠出反應器。本文中所用的術語“連續”是指其中以不間斷方式同時地引入反應物和抽出產物的工藝過程。“連續”指的是該過程在操作上是基本或完全連續的，并且與“分批”法形成對照。“連續”并不意味著以任何方式禁止例如啟動、反應器維護或排定的停機期造成的工藝連續性中的正常中斷。本文中所用的術語“分批”法指的是其中將所有反應物加入反應器并隨后根據預定反應進程進行的工藝過程，在此過程中既無材料送入反應器，也不從反應器中取出材料。術語“半連續”指的是其中在工藝過程開始時充入部分反應物，并在反應進行時將剩余反應物連續進料的工藝過程。或者，半連續法也可以包括類似于分批法的工藝過程，其中在該工藝開始時加入所有反應物，除了在反應進行時將一種或多種產物連續地取出。出于經濟的原因和為了制造優異的聚合物著色，該方法有利地以連續法形式運行，因為如果允許在提高溫度下駐留在反應器中過長的持續時間，該磺基聚酯會在外觀方面劣化。
該磺基聚酯可以通過本領域技術人員已知的程序制備。該磺基單體最通常直接添加到由此制造聚合物的反應混合物中，盡管其它方法也是已知并可使用的，例如，如美國專利號3，018, 272、美國專利號3，075, 952和美國專利號3，033, 822中所述。該磺基單體、二醇組分和二羧酸組分的反應可以使用常規聚酯聚合條件進行。例如，當通過酯交換反應，即由該二羧酸組分的酯形式制備該磺基聚酯時，該反應過程可以包括兩個步驟。在第一步驟中，該二醇組分和該二羧酸組分，例如間苯二甲酸二甲酯在大約150°C至大約250°C的提高的溫度下在大約0.0千帕表壓至大約414千帕表壓(60磅/平方英寸，“psig”)的壓力下反應大約0.5至8小時。酯交換反應的溫度優選為大約180°C至大約230°C下大約I至4小時，而優選壓力為大約103千帕表壓(15psig)至大約276千帕表壓(40psig)。隨后，反應產物在更高的溫度和在降低的壓力下加熱以形成磺基聚酯并除去容易在這些條件下揮發并從體系中除去的二醇。第二步驟或縮聚步驟在更高的真空條件和通常為大約230°C至大約350°C、優選大約250°C至大約310°C且最優選大約260°C至大約290°C的溫度下持續進行大約0.1至大約6小時或優選大約0.2至大約2小時，直到獲得具有通過特性粘度測得的所需聚合度的聚合物。該縮聚步驟可以在大約53千帕(400托)至大約0.013千帕(0.1托)的降低的壓力下進行。在兩個階段中使用攪拌或適當條件以確保足夠的熱轉移和反應混合物的表面更新。通過適當的催化劑促進兩個階段的反應，所述催化劑例如烷氧基鈦化合物、堿金屬氫氧化物和醇化物、有機羧酸的鹽、烷基錫化合物、金屬氧化物等等。也可以使用類似于美國專利號5，290，631中所述方法的三階段制造程序，特別是當使用酸與酯的混合的單體物料時。為了確保驅使二醇組分與二羧酸組分通過酯交換反應機理的反應完全，優選使用大約1.05至大約2.5摩爾的二醇組分對一摩爾的二羧酸組分。但是，本領域技術人員將理解，通常通過其中發生該反應過程的反應器設計來確定二醇組分對二羧酸組分的比。在通過直接酯化，即由二羧酸組分的酸形式制備磺基聚酯時，通過令二羧酸或二羧酸的混合物與該二醇組分或二醇組分的混合物反應以制造磺基聚酯。該反應在大約7千帕表壓(Ipsig)至大約1,379千帕(200psig)、優選低于689千帕(IOOpsig)的壓力下進行以制造低分子量的平均聚合物為大約1.4至大約10的直鏈或支鏈磺基聚酯產品。直接酯化反應過程中采用的溫度通常為大約180°C至大約280°C，更優選大約220°C至大約270°C。這種低分子量聚合物可以隨后通過縮聚反應聚合。如上文所述，該磺基聚酯有利于制備具有成形橫截面的雙組分和多組分纖維。我們已經發現，玻璃化轉變溫度(Tg)為至少35°C的磺基聚酯或磺基聚酯共混物特別可用于多組分纖維以防止在紡織和卷取過程中纖維的粘連和熔合。此外，為了獲得Tg為至少35°C的磺基聚酯，可以以不同比例使用一種或多種磺基聚酯的共混物以獲得具有所需Tg的磺基聚酯共混物。磺基聚酯共混物的Tg可以通過使用磺基聚酯組分的Tg的重均值計算。例如，Tg為48°C的磺基聚酯可以以25: 75的重量比與Tg為65°C的另一種磺基聚酯共混以獲得Tg為大約61°C的磺基聚酯共混物。在本發明的另一種實施方案中，所述多組分纖維的水分散性磺基聚酯組分具有允許下列至少一種的性質:(a)該多組分纖維被紡成所需的低旦尼爾，(b)這些多組分纖維中的磺基聚酯在由該多組分纖維形成的網幅的水刺過程中難以被除去，但是在水刺處理后在提高的溫度下可以有效地被除去，和(C)該多組分纖維是可熱定形的，以便生成穩定的、牢固的織物。在使用具有特定熔體粘度和磺基單體殘基含量的磺基聚酯促進這些目標時獲得了令人驚訝和預料不到的結果。如前所述，在該多組分纖維或粘合劑中使用的磺基聚酯或磺基聚酯共混物可以具有在240°C下和在I弧度/秒的剪切速率下測得的通常小于大約12，000、10，000,6, 000或4，000泊的熔體粘度。在另一方面，該磺基聚酯或磺基聚酯共混物表現出在240°C下和在I弧度/秒的剪切速率下測得的大約1，000至12，000泊、更優選2，000至6，000泊和最優選2，500至4，000泊的熔體粘度。在測定該粘度前，樣品在真空爐中在60°C下干燥2天。該熔體粘度在流變儀上在I毫米輥隙調整下使用25毫米直徑的平行盤幾何結構測得。動態掃頻在I至400弧度/秒的應變速率和10%的應變幅度下進行。隨后在240°C和I弧度/秒的應變速率下測量該粘度。
磺基聚酯聚合物中磺基單體殘基的含量為至少4或5摩爾％和小于大約25、20、12或10摩爾％，以磺基聚酯中總二酸或二醇殘基的百分比報道。用于本發明的磺基單體優選具有2個官能團或一個或多個連接到芳族或脂環族環上的磺酸根基團，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。鈉代磺基間苯二甲酸單體是特別優選的。
除了上述磺基單體之外，該磺基聚酯優選包含一種或多種二羧酸的殘基、一種或多種二醇殘基，其中總二醇殘基的至少25摩爾％是具有H-(OCH2-CH2)n-OH結構的聚(乙二醇)，其中η是2至大約500的整數；以及總重復單元的O至大約20摩爾％的具有3個或更多個官能團的支化單體的殘基，其中該官能團是羥基、羧基或其組合。
在特別優選的實施方案中，該磺基聚酯包含大約60至99、80至96或88至94摩爾％的二羧酸殘基、大約I至40、4至20或6至12摩爾％的磺基單體殘基，以及100摩爾％的二醇殘基(總摩爾百分比為200%，即100摩爾％的二酸和100摩爾％的二醇)。更具體而言，該磺基聚酯的二羧酸部分包含大約50至95、60至80或65至75摩爾％的對苯二甲酸，大約0.5至49、I至30或15至25摩爾％的間苯二甲酸，和大約I至40、4至20或6至12摩爾％的5-鈉代磺基間苯二甲酸(5-SSIPA)。該二醇部分包含大約O至50摩爾％的二乙二醇和大約50至100摩爾％的乙二醇。隨后描述根據本發明的這種實施方案的一種示例性配方。
權利要求
1.包含至少一個無紡網幅層的高效率濾材，其中所述無紡網幅層包含多個第一纖維、多個第二纖維和粘合劑，其中所述第一纖維包含水不分散性聚合物，其中所述第一纖維具有小于25毫米的長度和小于5微米的最小橫向尺寸，其中所述第一和第二纖維具有不同的構造和/或組成，其中所述第一纖維構成所述無紡網幅層的至少15重量％，其中所述第二纖維構成所述無紡網幅層的至少10重量％，其中所述粘合劑構成所述無紡網幅層的至少I重量％和/或所述無紡網幅層的不超過40重量％，其中所述無紡網幅具有至少85%的過濾效率(DIN EN1822)。
2.權利要求1的高效率濾材，其中所述無紡網幅具有至少95%、至少99.5%、至少99.95%、至少 99.995%、至少 99.9995%、至少 99.99995% 或至少 99.999995% 的過濾效率(DINEN1822)。
3.權利要求1的高效率濾材，其中所述無紡網幅具有在最大流率下小于2、1、0.75、0.5,0.25 英寸水的壓降(DIN EN1822)。
4.權利要求1的高效率濾材,其中所述無紡網幅具有至少1、2、4、6、10、20、40或60磅/平方英寸的Mullen爆破強度(TAPPI403)。
5.權利要求1的高效率濾材，其中所述無紡網幅具有至少0.5、1、2、3、4或5千克/15毫米的抗張強度(TAPPI T494)。
6.權利要求1的高效率濾材，其中所述無紡網幅具有至少0.2,0.5、1、2或3微米和/或不超過10、5、4、3、2或I微米的平均流量孔徑(ASTM E1294-89)。
7.權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維構成所述無紡網幅層的至少10、20、30、40或50重量％和/或不超過90、75、60重量％。
8.權利要求1的高效率濾材，其中所述第二纖維構成所述無紡網幅層的至少10、25或40重量％和/或不超過80 、70、60或50重量％。
9.權利要求1的高效率濾材，其中所述粘合劑構成所述無紡網幅層的至少1、2或4重量％和/或不超過40、30或20重量％。
10.權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維具有小于25、10、5或2毫米的長度或小于10、5或2毫米的長度。
10.權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維具有小于5、4、3微米的最小橫向尺寸。
11.權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維衍生自多組分纖維。
12.權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維通過從包含多根所述第一纖維的多組分纖維中除去水分散性聚合物而形成。
13.權利要求12的高效率濾材，其中所述第一纖維通過在除去所述水分散性聚合物之前將所述多組分纖維切割至所述第一纖維的長度而形成。
14.權利要求12的高效率濾材，其中所述水分散性聚合物是磺基聚酯。權利要求1的高效率濾材，其中所述第一纖維包含至少一種選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、聚交酯、纖維素酯、聚己內酯、聚交酯、聚氨酯、聚氯乙烯及其組合的聚合物。
15.權利要求1的高效率濾材，其中所述第二纖維選自纖維素纖維漿、無機纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚烯烴纖維、人造絲纖維、萊賽爾纖維、纖維素酯纖維及其組合。
16.權利要求1的高效率濾材，其中所述第二纖維是選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維及其組合的無機纖維。
17.權利要求1的高效率濾材，其中所述粘合劑選自合成樹脂粘合劑、酚醛樹脂粘合劑及其組合。
18.權利要求1的高效率濾材，其中所述粘合劑包含選自磺基聚酯、丙烯酸類共聚物、苯乙烯類共聚物、乙烯基共聚 物、聚氨酯及其組合的合成樹脂。
全文摘要
提供包含至少一個無紡網幅層的高效率濾材。該無紡網幅層包含多個第一纖維、多個第二纖維和粘合劑。該第一纖維包含水不分散性合成聚合物并具有小于25毫米的長度和小于5微米的最小橫向尺寸。該無紡網幅層包含至少至少15重量%的第一纖維、至少10重量%的第二纖維和至少1重量%的粘合劑。該高效率濾材具有85%(DIN EN1822)或更高的過濾效率。還公開了制造該第一纖維及其由此衍生的多組分纖維的方法。
文檔編號B01D39/10GK103180023SQ201180051001
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月20日 優先權日2010年10月21日
發明者拉克什·庫馬爾·古普塔, 梅爾文·格倫·米切爾, 丹尼爾·威廉·克勞斯艾維茨, 馬克·德懷特·克拉克, 克里斯·德爾伯特·安德森, 馬文·林恩·米切爾, 保拉·海因斯·米切爾, 安布爾·萊恩·烏爾夫 申請人:伊士曼化工公司