CN1272149A - 多组分长丝用卷曲增强剂 - Google Patents

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Abstract

公开一种纺粘多组分长丝和由该长丝制成的非织造纤网。按照本发明,多组分长丝包含卷曲增强添加剂。具体地说,该卷曲增强添加剂被加入到聚合物组分之一中以便加速其固化速度。该添加剂可增强卷曲,允许制成更小旦数的高卷曲长丝,并生产出弹性改善且有似织物性能的低密度纤网。具体地说,结合到长丝中的该添加剂是一种非离子表面活性剂,例如烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、多链烷二醇的酯、聚糖衍生物、甘油酯及其混合物。

Description

多组分长丝用卷曲增强剂
发明领域
概括地说,本发明涉及纺粘多组分长丝以及由该长丝制成的非织造纤网。更具体地说,本发明涉及在用于制造多组分长丝的聚合物之一中加入一种添加剂。该添加剂可增强卷曲,允许旦数做得更小,通常能简化使长丝产生自然卷曲的方法,并生产出弹性改善且有类似织物性能的纤网。具体地说,结合到长丝中的该添加剂是一种非离子表面活性剂。
发明背景
非织造布被用于制造各种各样希望具备特定水平的柔软、强度、均匀性、诸如吸收之类的液体处理能力以及其他物理性能的产品。此类产品包括各种巾类、工业揩布、失禁用品、过滤介质制品、诸如婴儿尿布之类婴儿护理用品、吸收性女性护理制品以及服装如医用服装。这些产品常常由多层非织造布构成以便获得要求的性能组合。例如,由聚合物非织造布制成的用即弃婴儿尿布可包括柔软且多孔的紧贴婴儿皮肤的衬里层、结实且柔软的不透水的外包覆层,以及1个或多个柔软、蓬松且具有吸收性的内部液体处理层。
如上所述的非织造布通常采用热塑性材料的熔融纺丝(熔纺)制成。此种布料叫做纺粘材料一般由热塑性材料制造纺粘非织造聚合物纤网的方法包括,将热塑性材料经纺丝板挤出并利用高速空气流对挤出的材料拉伸制成长丝,从而在收集表面上成形为无规纤网。
迄今所生产的纺粘材料具有各项物理性能的所期望的组合,特别是柔软、强度及吸收性的组合,然而仍然存在许多局限。例如对某些用途来说,诸如聚丙烯之类聚合物材料可具有要求水平的强度,然而柔软程度不尽人意。另一方面,诸如聚乙烯之类的材料,在某些情况下可具有要求水平的柔软,但是强度水平不尽人意。
为了制成具有要求的物理性能组合的非织造布材料,已开发出由多组分或双组分长丝及纤维构成的聚合物非织造布。双组分或多组分聚合物纤维或长丝包括2种或更多种聚合物组分,它们保持着各自不同的特性。本文所使用的术语长丝是指材料的连续丝,而纤维则是指具有有限长度的切断的或不连续的丝。多组分长丝的第1和其余的组分沿着长丝的断面排列在基本上分明的不同区内,并沿着长丝的全长连续地延伸。典型地,一种组分表现出与另一组分不同的性能,因此长丝表现出这2种组分的性能。例如,一种组分可以是聚丙烯,它比较结实,而另一种组分可以是聚乙烯,它比较柔软。最终结果是既结实且柔软的非织造布。
为提高双组分非织造纤网的蓬松或丰满以改善纤网对流体的控制性能或提高“类似布料的”感觉,常常使双组分长丝或纤维发生卷曲。双组分长丝可借助机械方法卷曲,或者,倘若使用合适的聚合物,自然地卷曲。本文所使用的术语“自然卷曲长丝”是这样一种长丝,其卷曲是通过将存在于长丝中的潜在卷曲激活而取得的。例如在一种实施方案中,长丝可通过长丝在拉伸后暴露于一种气体,如加热的气体,来自然卷曲。
一般而言,制造一种能自然卷曲的长丝与必须通过单独的机械加工使其卷曲相比远为优越。然而过去,在生产能自然卷曲到符合特定用途要求程度的长丝方面一直遇到困难。
还有,以往要使多组分长丝发生自然卷曲一般都需要让长丝与加热空气进行接触。具体地说,在典型情况下需要将空气加热到高达350°F的温度,方能将存在于长丝内部的潜在卷曲激活。遗憾的是,将气体加热到如此高的温度将大大增加生产的能量需求。倘若多组分长丝能够不需要暴露于加热气流而自然地发生卷曲,那将是特别希望的。
因此,目前存在着对生产自然卷曲性能改善的多组分长丝方法的需要。同样,也存在着对由此种长丝制成的非织造纤网的需要。
发明概述
本发明认识到并着手解决上述缺点和先有技术结构及方法中存在的其他问题。
据此,本发明的目的是提供改进的非织造布及其制造方法。
本发明另一个目的是提供一种包含高卷曲长丝的非织造布及其经济的制造方法。
本发明又一个目的是提供一种控制聚合物非织造布性能的方法,这是通过改变用于制造布料的长丝及纤维的卷曲度实现的。
本发明另一个目的是提供一种使多组分长丝自然卷曲的改良方法。
本发明另一个目的是提供一种通过在长丝组分之一中加入卷曲增强添加剂使多组分长丝自然卷曲的方法。
本发明又一个目的是提供一种制造多组分卷曲长丝的方法,其中在用于制造长丝的聚合物组分之一中加入非离子表面活性剂。
本发明另一个目的是提供一种通过将长丝暴露于常温的气体使多组分长丝自然卷曲的方法。
本发明这些以及其他目的是通过提供一种非织造纤网成形方法实现的。该方法包括多组分长丝的熔融纺丝步骤。该多组分长丝包含第1聚合物组分和第2聚合物组分。第1聚合物组分的固化速率比第2聚合物组分快,从而提供具有潜在卷曲的长丝。按照本发明,第1聚合物组分包含卷曲增强添加剂。具体地说,该卷曲增强添加剂是非离子表面活性剂。
一旦被熔融纺出,该多组分丝束便接受拉伸并自然卷曲。随后,卷曲的丝束被成形为用于各种各样用途的非织造纤网。
在一种实施方案中,卷曲增强添加剂例如可以是脂肪醇的醚。本文所使用的术语脂肪醇是指具有20个或更少,特别是10个或更少碳原子碳链的醇。例如,脂肪醇的醚可包含烷氧基化烷基醚。
可用于本发明的其他非离子表面活性剂包括烷氧基化硅氧烷和聚亚烷基二醇的酯,如聚乙二醇或聚丙二醇的脂肪酸酯。特别适合用于本发明的聚亚烷基二醇的具体例子是聚乙二醇的单月桂酸酯。
非离子表面活性剂的其他例子包括甘油酯和多糖衍生物。例如,在一种实施方案中,卷曲增强添加剂可以是山梨糖醇酐单油酸酯和烷氧基化蓖麻油,例如聚乙氧基化氢化蓖麻油的混合物。
优选的是,第1聚合物组分是聚丙烯或主要含聚丙烯的共聚物。另一方面,第2聚合物组分可以是聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯以及聚乙烯共聚物。
一般地,本发明卷曲增强添加剂可加入到第1聚合物组分中,其加入量最高约5wt%,特别是约0.5~约5wt%。在一种优选的实施方案中,卷曲增强添加剂在第1聚合物组分中的加入量为约1.5%~约3.5wt%。
当存在时,卷曲增强添加剂可导致长丝产生较大程度的自然卷曲。例如,按本发明制备的长丝具有的典型卷曲数至少是10个每英寸,特别是约15个每英寸~约25个每英寸。作为与先有技术构造相比的特殊优点,本发明长丝可无需以加热气体处理长丝便自然地发生卷曲。代之以存在于此种长丝中的潜在卷曲可通过在成形期间与常温空气相接触而简单地激活。
本发明上述及其他目的还通过提供一种由纺粘多组分卷曲长丝制成的非织造纤网而得以实现。该多组分卷曲长丝至少由第1聚合物组分和第2聚合物组分制成。具体地说,聚合物组分的选择应满足一第1聚合物组分的固化速率比第2聚合物组分快。按照本发明,第1聚合物组分包含一种卷曲增强添加剂,该添加剂包含非离子表面活性剂。
例如,在一种实施方案中,卷曲的长丝可以是双组分长丝,它包括聚丙烯组分,以及第2聚丙烯组分或聚乙烯组分。非离子表面活性剂在聚丙烯组分中的加入量可最高约5wt%。非离子表面活性剂例如可以是烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物或其混合物。
本发明其他目的、特征及方面将在下面做更详细的讨论。
附图简述
有关本发明的全面和便于本领域普通技术人员掌握的公开内容,包括其最佳实施方案,将在本说明其余部分更具体地给出,包括附图参考,其中:
图1是制造本发明优选实施方案的生产线示意图;
图2A是表示根据本发明一种实施方案制造的单丝断面的示意图,其中聚合物组分A与B按并列方式排列;以及
图2B是表示根据本发明一种实施方案制造的单丝断面的示意图,其中聚合物组分A与B按偏心皮/芯方式排列。
在本说明及附图中反复提到各项参考特征的目的在于着重阐明本发明的同一或类似的特征或要素。
优选实施方案详细描述
本领域普通技术人员懂得,下面的讨论仅仅是有关范例实施方案的描述,不拟作为对本发明涵盖更宽的各方面的限制,这些较宽的方面体现在这些范例构造中。
概括地说,本发明涉及多组分长丝以及由此种长丝生产的纺粘纤网。具体地说,该长丝自然卷曲为例如螺旋形的排列。长丝的卷曲增加了由此种长丝制成的纤网的蓬松、柔软、悬垂性,还可增强其强度。非织造纤网同时还具有改进的流体控制性能并具有增强的似织物外观及手感。
用于本发明的多组分长丝至少包含2种聚合物组分。该聚合物组分例如可处于并列构型或处于偏心皮-芯构型。聚合物组分选自那些固化速率彼此不同的半结晶和结晶热塑性聚合物,以便使长丝发生自然卷曲。更具体地说,一种聚合物组分的固化速率比另一种聚合物组分快。
本文所使用的术语“聚合物固化速率”是指软化或熔融的聚合物变硬并形成固定构造的速率。据信,聚合物固化速率受包括聚合物熔融温度和结晶速率在内的不同参数的影响。例如,快速固化聚合物的典型熔点比固化速率较慢的聚合物高出约10℃或更高,更希望地约20℃或更高,最希望约30℃或更高。然而要知道,2种聚合物组分,倘若其结晶速率之间具有可测量的差异,仍可具有相近的熔点。
尽管尚属未知,但据信多组分长丝在长丝内形成潜在卷曲性的原因,是由于不同聚合物组分之间收缩性能的差异所致。另外,还相信,聚合物组分之间的收缩差异的主要原因是纤维生产过程中固化较慢的聚合物结晶不完全。例如在长丝成形期间,当快速固化聚合物固化时,慢速固化聚合物仅部分地固化且不再显著拉长,故而不再经受显著的取向力。当不存在取向力时,慢速固化聚合物在冷却和固化期间将不再发生显著结晶。因此,形成的长丝就具有了潜在可卷曲性,而此种潜在可卷曲性则可通过使长丝经受一种允许慢速固化聚合物的聚合物分子充分的分子运动,从而进一步促进结晶和收缩的方法来达到激活。
本发明涉及将卷曲增强添加剂加入到多组分长丝所含聚合物组分之一中。该卷曲增强添加剂在长丝内部产生较大程度的自然卷曲潜能,这是通过在聚合物组分之间造成或增加固化速率差异实现的。具体地说,已发现本发明卷曲增强添加剂,当与聚合物相结合时,将导致聚合物固化速率的加速。
例如在一种实施方案中,双组分长丝可构造成包含聚丙烯组分和聚乙烯组分。众所周知,聚丙烯组分比聚乙烯组分固化速率快。按照本发明,卷曲增强添加剂可加入到聚丙烯组分中,从而进一步加速聚丙烯的固化。照此种方式,聚丙烯与聚乙烯之间的固化速率差异变得更大,从而创造出一种具有更大潜在卷曲性的长丝。
除了在2种聚合物组分的固化速率之间造成较大差异之外,本发明卷曲增强添加剂还可用来在由2种或更多种全部具有相同或相近固化速率的聚合物组分构成的长丝中造成潜在卷曲。例如在一种替代的实施方案中,该添加剂可加入到那些所含第1聚合物组分与第2聚合物组分由相同聚合物构成的双组分长丝中。例如,在所含第1聚合物组分由聚丙烯,而第2聚合物组分也由聚丙烯构成的双组分长丝中,本发明卷曲增强添加剂可与组分之一结合在一起。当加入到聚合物组分之一中时,该聚合物组分的固化速率增加,从而造成与另一聚合物组分之间的固化速率差,进而在长丝内部生产潜在可卷曲性。通过此种方法的采用,由全部具有相近固化速率的聚合物组分单独制成的多组份长丝能够自然地发生卷曲,无需借助机械卷曲。
本发明卷曲增强添加剂,即,已发现能提高聚合物材料固化速率,并已发现特别适合纺粘方法使用的这种,一般涉及非离子表面活性剂,或与聚合物熔体相容的非离子表面活性剂的共混物。譬如,非离子表面活性剂的例子包括脂肪醇醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物及其混合物。
譬如,脂肪醇醚的例子尤其包括烷氧基化烷基醚,如乙氧基化烷基醚和丙氧基化烷基醚。一种适用于本发明方法的市售烷氧基化烷基醚是ANTAROX BL-214表面活性剂,由罗纳.普朗克(Cranbury,新泽西)供应。ANTAROX BL-214表面活性剂是乙氧基化和丙氧基化的C8~C10醇的混合物。
烷氧基化硅氧烷是包括乙氧基化硅氧烷和丙氧基化硅氧烷的硅氧烷表面活性剂。可用作本发明卷曲增强添加剂的市售硅氧烷表面活性剂的一例是MASIL SF 19表面活性剂,由PPG工业公司(Gurnee,伊利诺斯)供应。
另一类可用作本发明卷曲增强添加剂的化合物包括聚亚烷基二醇的酯,特别是聚乙二醇和聚丙二醇的脂肪酸酯。譬如,可与聚亚烷基二醇相结合的脂肪酸包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等。例如,一种市售聚亚烷基二醇的脂肪酸酯是MAPEG 400 ML,由PPG工业公司(Gurnee,伊利诺斯)供应。MAPEG 400 ML是聚乙二醇的单月桂酸酯。具体地说,尽管本发明并不严格要求,MAPEG 400 ML由分子量约400的聚乙二醇制成。
其他可用于本发明的非离子表面活性剂包括多糖衍生物及甘油酯。多糖衍生物的例子例如是山梨糖醇酐单油酸酯,而甘油酯则可包括,例如烷氧基化蓖麻油。一种包含山梨糖醇酐单油酸酯与聚乙氧基化氢化蓖麻油混合物的市售非离子表面活性剂是AHCOVEL BASE N-62,由ICI(美洲)公司(Wilmington,特拉华)供应。
前面已经提到,据发现上述非离子表面活性剂,当与聚合物材料结合在一起时,可提高聚合物的固化速率。当加入到多组分长丝中时,本发明卷曲增强添加剂可用于在由固化速率相近聚合物构成的长丝中造成潜在卷曲,或者可用来在由不同固化速率的聚合物制成的长丝中造成更大程度的潜在卷曲。
除了生产较大自然卷曲的多组分长丝之外,还发现,本发明卷曲增强添加剂还提供许多其他好处和优点。譬如,由于本发明长丝具有较大程度的卷曲,故由该长丝制成的布料和纤网具有较高蓬松和较低密度。由于能够制成较低密度的纤网,制造纤网所需要的材料因而较少,且纤网生产成本因而也较低。除了密度较小之外,还发现,该纤网更像织物、手感更柔软、弹性更大、回复更好并且耐磨也更好。
本发明卷曲增强添加剂的另一项优点是,该添加剂允许具有较高自然卷曲并同时具有较低旦数的多组分长丝的成形。本文所使用的术语(单丝)旦数是指单丝的线密度。过去,要生产低线密度或例如旦数小于2,且自然卷曲较高的长丝是非常困难的。过去,生产低旦数纤维所使用的拉伸力通常会防止或消除在长丝内的任何有意义潜在卷曲。另一方面,按本发明制造的长丝则可在低于2,甚至低于1.2旦条件下达到大于10个每英寸的卷曲数。
如上所述,本发明布料包含连续多组分聚合物长丝,该长丝包含至少第1和第2聚合物组分。本发明优选的实施方案是一种包含连续双组分长丝的聚合物布料,其中长丝包含第1聚合物组分A和第2聚合物组分B。该双组分长丝具有一定的断面、长度和周边表面。第1与第2组分A和B,沿着双组分单丝断面上基本分明的不同区排列并沿着双组分单丝全长连续延伸。第2组分B构成双组分单丝周边表面的至少1部分,这种状态沿双组分单丝全长连续延伸。
第1与第2组分A和B可并列排列,如图2A所示,或者按偏心皮/芯排列,如图2B所示,从而使获得的长丝表现出自然螺旋卷曲。在皮/芯排列中,聚合物组分A是单丝的芯,而聚合物组分B是皮。将多组分聚合物长丝挤出为此种排列的方法乃是本领域普通技术人员所熟知的。
有多种多样聚合物适用于实施本发明。优选用来构造本发明长丝的聚合物是聚烯烃,如聚乙烯和聚丙烯。就大多数用途而言,本发明卷曲增强添加剂被加入到上面所描述的聚合物组分A中。进而还发现,卷曲增强添加剂应加入到聚丙烯或含聚丙烯的共聚物中。
于是,在一种实施方案中,聚合物组分A可包含聚丙烯或含聚丙烯的无规共聚物,例如丙烯与丁烯的共聚物。
另一方面,聚合物组分B优选包含聚乙烯,如线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯、聚丙烯或者丙烯与乙烯的无规共聚物。尤其有利的是,聚合物组分A和聚合物组分B可由同一聚丙烯聚合物构成,通过将卷曲增强添加剂加入到组分之一中,可成形为具有自然卷曲的长丝。
制备本发明多组分长丝的合适材料包括ESCORENE PD-3445聚丙烯,由埃克森(休士敦,得克萨斯)供应;由埃克森供应的丙烯与乙烯的无规共聚物;ASPUN 6811A、XU 61800和2553聚乙烯,由道化学公司(Midland,Mich.)供应;25355及12350高密度聚乙烯,由道化学公司供应。
当聚丙烯是组分A且聚乙烯或聚丙烯是组分B时,双组分长丝可包含约20~约80wt%组分A和约20~约80%组分B。更优选该长丝包含约40~约60wt%组分A和约40~约60wt%组分B。
为了将卷曲增强添加剂与聚合物组分相结合,在一种实施方案中,聚合物与添加剂可在多组分长丝成形期间一起掺混并挤出。在替代的方案中,卷曲增强添加剂与聚合物组分可在成形为本发明长丝之前先进行熔融掺混。例如,在熔融纺丝为长丝之前,聚合物组分与添加剂可通过双螺杆挤出机挤出,并形成粒料。在按照上面所述进行长丝成形之前,将聚合物组分与卷曲增强添加剂一起混炼,可促进各成分之间更好的混合。
一般地,卷曲增强添加剂可按照最高约5wt%的用量加入到聚合物组分之一中去。具体地说,在一种优选的实施方案中,卷曲增强添加剂可按约0.5~约5wt%,特别是约1.5%~约3.5wt%的用量加入到上述聚合物组分A中。倘若将过多的添加剂与聚合物混合,聚合物粘度可能增加到使得该聚合物无法有效地纺成丝的地步,并可能出现丝束断头。
现在,将参照图1详细讨论一种生产本发明多组分长丝及非织造纤网的方法。下面的方法类似于授予Pike等人的美国专利5,382,400中所述,在此将其全部内容并入本文作为参考。
来看图1,现在讨论制备本发明优选实施方案的生产线10。生产线10被安排用来生产双组分连续长丝,但要知道,本发明包括由具有多于2种组分的多组分长丝制成的非织造布。譬如,本发明布料可由具有3种或4种组分的长丝构成。
生产线10包括一对挤出机12a和12b,分别用于挤出聚合物组分A和聚合物组分B。聚合物组分A由第1料斗14a喂入到相应的挤出机12a中;聚合物组分B由第2料斗14b喂入到相应的挤出机12b中。聚合物组分A和B分别通过聚合物管道16a和16b从挤出机12a和12b喂入到纺丝板18中。
用于双组分长丝挤出的纺丝板乃是本领域普通技术人员所熟知的,故在此无需详细描述。大致地说,纺丝板18包括一个壳体,其中装有喷丝组合,它包括多个彼此重叠码放的板,板上带有通孔阵列,它们排列起来形成导引聚合物组分A和B分开地通过纺丝板的流路。纺丝板具有排列成1或多排的通孔。这些纺丝板通孔在聚合物被挤过纺丝板时,形成朝下延伸的丝束幕。就本发明目的而言,纺丝板18可安排成能形成并列或偏心皮/芯双组分长丝,分别如图2A和2B所示。
生产线10还包括骤冷风机20,它位于从纺丝板18延伸出来的丝束幕附近的位置。来自骤冷风机20的空气将从纺丝板18延伸出来的丝束骤冷。骤冷空气可从丝束幕一侧吹出,如图1所示,或者从丝束幕两侧吹出。
在纺丝板18下方设有纤维拉伸(吸丝)单元或吸丝器22,它接受骤冷的丝束。用于如上面所讨论的聚合物熔融纺丝的所用纤维拉伸单元或吸丝器也是熟知的。适合本发明方法使用的纤维拉伸单元包括如美国专利3,802,817所示类型的线性纤维吸丝器,以及如美国专利3,692,618和3,423,266所示类型的吸丝枪(educative guns),在此将其公开内容并入本文作为参考。
大致地说,纤维拉伸单元22包括细长的垂直通道,丝束在通过它时受到从通道侧面进入的吸丝空气的拉伸并一起朝下流经整个通道。加热器或风机24向纤维拉伸单元22供应吸丝空气。吸丝空气将丝束和环境空气吸入并一起流经纤维拉伸单元。
在纤维拉伸单元22下方设有无接头多孔成形表面26,它接受从纤维拉伸单元出口出来的连续丝束。成形表面26围绕导辊28移动。在接受长丝沉积的成形表面26下面设有真空30,它将丝束紧紧吸附在成形表面上。
生产线10还包括粘合设备,如热点粘合辊34(虚线所示)或穿透-空气粘合机36。热点粘合辊和穿透-空气粘合机乃是本领域技术人员所熟知的,故在此不做详细描述。大致地说,穿透-空气粘合机36包括:接受纤网的网眼辊38;以及包围网眼辊的罩子40。最后,生产线10包括卷绕辊42,用于卷取成品布。
为运转生产线10,在料斗14a和14b中装入相应的聚合物组分A和B。聚合物组分A和B分别由挤出机12a和12b挤出通过聚合物导管16a和16b,进而通过纺丝板18。按照本发明,聚合物组分A优选包含本发明卷曲增强添加剂。如上所述,添加剂可在其喂入并通过挤出机12a期间与聚合物实现掺混,或者聚合物可与添加剂预先混合。虽然熔融聚合物的温度将视所使用的聚合物不同而不同,但是,当以聚丙烯或聚乙烯作为组分时,优选的聚合物挤出温度在约370°F~约530°F的范围,优选在400°F~约450°F。
随着挤出的丝束延伸到纺丝板18以下,来自骤冷风机20的气流将丝束至少部分地骤冷,从而在丝束内产生潜在螺旋卷曲。骤冷空气优选沿着基本垂直于丝束长度的方向流动,其温度为约45°F~约90°F,且速度为约100~约400ft/min。
骤冷后,丝束被来自加热器或风机24的诸如空气之类的气流吸入到纤维拉伸单元22的竖直通道内,并穿过纤维拉伸单元。纤维拉伸单元优选位于纺丝板18以下30~60英寸的位置。
过去,为了激活长丝的潜在卷曲,加热器24供应的空气温度必须加热到通常大于170°F的温度,特别是到约350°F的温度。然而,已出乎意料地发现,通过将本发明卷曲增强添加剂加入到多组分长丝中,为了使长丝发生自然卷曲就不再需要让长丝与加热的气流接触了。相反,据发现,按本发明构造的长丝中潜在的卷曲可仅仅通过让长丝与常温的,例如温度低至约60°F或更低的气流相接触,便可激活。于是,在加工含卷曲增强添加剂的长丝时,加热器24就不再需要了,且生产卷曲长丝所需要的能量就大大减少了。
然而,希望的话,接触长丝的空气仍旧可以接受加热。在某些用途中,倘若对空气加热,尽管不要求,可发生较大程度的卷曲。就此而论,可改变从加热器24出来的空气温度,以便达到不同程度的卷曲。
能够对长丝卷曲程度实施控制的能力是特别有利的,因为,这样便可以通过简单地调节纤维拉伸单元内的空气温度来改变布料的最终密度、孔隙尺寸分布及悬垂性。
卷曲的长丝从纤维拉伸单元22出口出来,沉积到移动的成形表面26上。真空20将长丝吸牢在成形表面26上,从而形成连续长丝构成的未粘合非织造纤网。如果需要的话,纤网随后可由压辊32略微压实,再由辊筒34实施热点粘合,或者在穿透-空气粘合机36中接受穿透-空气粘合。
在穿透-空气粘合机36中,如图1所示,温度高于组分B的熔融温度并等于或小于组分A的熔融温度的空气由罩子40穿过纤网并进入到网眼辊38内。热空气将聚合物组分B熔融,从而在双组分单丝之间形成粘合点,于是使纤网成为一体。当以聚丙烯和聚乙烯作为聚合物组分时,流过穿透-空气粘合机的空气温度优选在约230°F~280°F之间,且速度为约100~约500ft/min。纤网在穿透-空气粘合机中的停留时间优选短于约6s。然而要知道,穿透-空气粘合机的参数取决于诸如所用聚合物类型、纤网厚度之类的因素。
最后,成品纤网卷绕到卷取辊42上并可进一步加工或供使用。当用作液体吸收制品时,本发明布料可用传统表面处理剂进行处理或者可包含传统聚合物添加剂,以提高布料的吸湿性。例如,本发明布料可用聚亚烷基氧化物改性的硅氧烷及硅烷,如美国专利5,057,361公开的聚亚烷基氧化物改性的聚二甲基硅氧烷进行处理。此种表面处理可提高布料的吸湿性。
然而对本发明来说,已发现,该表面活性添加剂本身又起到粘合后纤网的润湿剂作用。因此,纤网就自然变得可被含水液体润湿。于是,后处理就不再必须。进一步说,倘若希望进行此种后处理的话,原来纤网的润湿特性将有助于后处理过程的进行。
当穿透-空气粘合时,本发明布料具有蓬松度相对较高的特征。长丝的螺旋卷曲造就了一种疏松的纤网结构,其中单丝间存在相当大比例的孔隙,且单丝在接触点处被粘合。本发明穿透一空气粘合纤网的典型密度在约0.015g/cc~约0.040g/cc的范围,基重为约0.25~约5盎司每平方码,更优选约1.0~约3.5盎司每平方码。
单丝旦数一般介于从不足1.0直至约8 dpf(单丝旦数)的范围。上面已经讨论过,本发明卷曲增强添加剂一般允许生产高卷曲、低旦数长丝。过去,自然卷曲的低旦数长丝的生产,即便不是不可能也是非常困难的。按照本发明,自然卷曲至少约10个每英寸的长丝能够在低于2旦的条件下,特别是低于约1.5旦条件下生产出来。就大多数非织造纤网而言,优选长丝具有约10个每英寸~约25个每英寸的卷曲数。
热点粘合可按照美国专利3,855,046实施,在此将其公开内容并入本文作为参考。当热点粘合时,本发明布料表现出更似织物的外观,例如可用作个人护理制品的外包覆层或作为服装材料。
尽管在图1中所示的粘合方法为热点粘合及穿透-空气粘合的,然而要知道,本发明布料可以采用其他方法粘合,例如烘炉粘合、超声波粘合、水力缠结或其组合。这些粘合技术乃是本领域普通技术人员所熟知的,故在此不再赘述。
虽然实施本发明的优选方法包括让多组分长丝与吸丝空气相接触,但是本发明也包括在长丝成形为纤网之前将连续长丝中的潜在螺旋卷曲激活的方法。譬如,多组分长丝可在骤冷之后但在吸丝器上游与空气接触。另外,该多组分长丝还可在吸丝器与纤网成形表面之间与空气接触。再有,长丝还可暴露于电磁能量,如微波或红外辐射。
制成后,本发明非织造纤网可用于多种不同且多种多样的用途。例如,该纤网可用于过滤器产品中、液体吸收产品中、个人护理制品中、服装中以及各种各样其他产品中。
本发明通过参照下列实施例获得更好的理解。
实例1
基重2.6盎司每平方码的纺粘双组分长丝纤网,采用授予Pike等人的美国专利5,382,400所描述的方法来生产。制造该纤网使用的双组分长丝包含聚乙烯组分和聚丙烯组分,二者按并列构型排列。用于制造长丝的聚乙烯是ASPUN XU61800,由道化学公司提供。
另一方面,用于制造长丝的聚丙烯是ESCORENE 3445,由埃克森公司提供,它还包含2wt%二氧化钛。按照本发明,聚丙烯还包含2.5wt%MASIL SF-19非离子乙氧基化硅氧烷表面活性剂,由PPG工业公司提供。该非离子表面活性剂按本发明加入到聚丙烯中的作用是作为卷曲增强添加剂。
聚丙烯组分和聚乙烯组分分别喂入到各自的挤出机中。挤出的聚合物被纺成圆形双组分长丝,采用的喷丝头具有50孔每英寸。
从喷丝头出来,丝束被吸入并通过操作在3.5psi吸丝压力和通过量(聚合物--译注)0.5ghm的纤维拉伸单元中。成形的单丝旦数为2.1dpf。纤维是利用3.5psi及65°F的空气吸入的。尤其有利的是,就在丝束被拉伸的同时,温度只有65°F的空气激活了潜在卷曲并使得长丝转变为高度卷曲的。
经过拉伸的丝束沉积在多孔表面上,形成非织造纤网,随后通过操作在255°F的穿透-空气粘合机。所获得的布料具有0.024g/cm3的密度,据发现可被水瞬间润湿。
又采用类似的方法成形一种不包含本发明卷曲增强添加剂的双组分长丝。此种长丝在采用与上述大致相同温度下的纤维拉伸单元与空气接触时,未获得任何卷曲。而且,由该长丝制成的纤网不具有上面按照本发明制备的布料那样大的蓬松度。
实例2
重复实例1中所描述的制造双组分长丝以及由长丝制造非织造纤网的方法。然而,在本实例中,不是用MASIL SF-19非离子表面活性剂,而是采用了由罗纳.普朗克提供的ANTAROX BL-214。ANTAROXBL-214,即,一种乙氧基化烷基醚,按照3wt%的用量被加入到聚丙烯组分中。
生产期间,纤维拉伸(吸丝)压力为3psi,聚合物通过量为0.5ghm,穿透-空气粘合机温度为250°F。拉伸期间,丝束与只有约54°F温度的空气相接触以使丝束卷曲。丝束被拉伸到约2.2旦的粗细。
获得的布料基重为3.5盎司每平方码,密度为0.020g/cm3
与实例1中制备的布料类似,用ANTAROX BL-214制备的该非织造纤网,据发现具有高蓬松且可瞬间被水润湿。还观察到,该双组分长丝在暴露于只有54°F温度的空气时,转变为高度卷曲。因此,本实例进一步证明,不需要热空气来激活存在于长丝内的潜在卷曲。
实例3
重复实例2中所描述的过程。具体地说,聚丙烯组分仍旧包含3wt%ANTAROX BL-214非离子表面活性剂。然而不同于实例2,聚合物流经喷丝组合的通过量为0.4ghm。
在本实例中,长丝的单丝旦数为1.7,而获得的布料基重为3.1盎司每平方码,密度为0.021g/cm3。再次生产出具有相当蓬松度的非织造纤网,且它可被水瞬间润湿。在本实例中还发现,按本发明可生产低旦数长丝,它仍能仅仅通过让长丝与接近室温的空气相接触而发生高度卷曲。
实例4
重复实例1中所描述的制造长丝非织造纤网的程序。然而,在本实例中,不是用MASIL SF-19非离子表面活性剂,而是在聚丙烯组分中加入PPG工业公司提供的MAPEG 400 ML与ANTAROX BL-214的混合物,加入量为3wt%,且重量比为1∶1。MAPEG 400 ML含有聚乙二醇的单月桂酸酯。
聚合物丝束以0.5ghm的通过量,在2psi压力条件下拉伸。
制备的长丝单丝旦数为约2.3。拉伸过程中,丝束暴露于室温空气,以便激活潜在卷曲。在此加工期间,丝束转化为高度卷曲的。
由该长丝制成的非织造纤网的密度为约0.025g/cm3。观察到,非织造纤网具有高蓬松度。
实例5
重复上面实例4中所描述的长丝及纤网加工过程,但在本实例中,作为卷曲增强添加剂,使用一种下列成分的混合物:AHCOVEL BaseN-62,由ICI(美洲)公司提供,它本身是一种山梨糖醇酐单油酸酯与聚乙氧基化氢化蓖麻油的混合物;以及ANTAROX BL-214.该混合物按照3wt%的用量加入到聚丙烯组分中。AHCOVEL Base N-62和ANTAROX BL-214按等比例加入。
为使丝束卷曲,让丝束在拉伸期间与约64°F温度的空气相接触。当与空气接触时,丝束转变为高度弯曲的。生产的长丝单丝旦数为约2.3。
由该长丝制成的非织造纤网的密度为0.030g/cm3并具有很高的蓬松度。
实例6
进行如下实例的目的在于证明,除了聚丙烯/聚乙烯长丝之外,本发明卷曲增强添加剂也可用于聚丙烯/聚丙烯长丝中。
按照类似于实例1所描述的方法制备聚丙烯/聚丙烯双组分长丝。具体地说,该双组分长丝由含2wt%二氧化钛的聚丙烯构成。按照本发明,以3wt%的量加入到单丝一侧中的是ANTAROX BL-214乙氧基化烷基醚非离子表面活性剂。
采用20孔的纤维喷丝组件制备了并列长丝。聚合物流经喷丝组件的通过量为0.35ghm。丝束采用Lurgi(鲁奇)枪在压力表读数75的压力下拉伸。拉伸期间,丝束与常温空气相接触,导致丝束卷曲。由此种长丝获得高蓬松、疏松纤网。
又按类似方法制备了不含ANTAROX非离子表面活性剂的聚丙烯/聚丙烯双组分长丝。与上面所描述的长丝相反,不含非离子表面活性剂的双组分长丝在拉伸期间与空气接触时未发生任何实质性卷曲。该长丝还生产出平的纤网。
本发明上述以及其他修改及变化方案可由本领域普通技术人员在不偏离本发明精神和范围的情况下去实践,而本发明的范围则更具体地规定在所附权利要求中。另外,应理解,各种实施方案的各个方面可全部或部分地互换。而且,本领域普通技术人员懂得,以上的描述不过是举例说明而已,不对在所附权利要求中进一步描述的本发明构成限制。

Claims (30)

1.一种成形非织造纤网的方法,包括下列步骤:
熔融纺制多组分长丝,所述长丝包含第1聚合物组分及第2聚合物组分,所述第1聚合物组分的固化速率比所述第2聚合物组分快。所述第1聚合物组分包含卷曲增强添加剂,所述卷曲增强添加剂包含非离子表面活性剂;
对所述多组分长丝实施拉伸;
使所述多组分长丝自然卷曲;以及
随后将所述多组分长丝成形为非织造纤网。
2.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂包含脂肪醇的醚。
3.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂包含烷氧基化烷基醚。
4.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂包含烷氧基化硅氧烷。
5.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂包含聚亚烷基二醇的酯。
6.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂包含甘油酯与多糖衍生物的混合物。
7.权利要求6的方法,其中所述甘油酯包含烷氧基化蓖麻油,且所述多糖衍生物包含山梨糖醇酐单油酸酯。
8.权利要求1的方法,其中所述第1聚合物组分包含聚丙烯,且所述第2聚合物组分包含聚丙烯。
9.权利要求1的方法,其中所述第1聚合物组分包含聚丙烯,而所述第2聚合物组分包含聚乙烯。
10.权利要求1的方法,其中所述非离子表面活性剂被加入到所述第1聚合物组分中,其加入量最高约5wt%、
11.一种成形非织造纤网的方法,包括下列步骤:
熔融纺制双组分长丝,所述双组分长丝包含第1聚合物组分及第2聚合物组分,所述第1聚合物组分包含与卷曲增强添加剂共混的聚丙烯,所述卷曲增强添加剂包含非离子表面活性剂,所述第2聚合物组分包含选自聚丙烯和聚乙烯的材料;
对所述双组分长丝实施拉伸;
使所述双组分长丝卷曲;以及
随后将所述双组分长丝成形为非织造纤网。
12.权利要求11的方法,其中所述非离子表面活性剂包含选自烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物及其混合物。
13.权利要求11的方法,其中所述非离子表面活性剂包含聚乙二醇单月桂酸酯。
14.权利要求11的方法,其中所述非离子表面活性剂包含山梨糖醇酐单油酸酯与烷氧基化蓖麻油的混合物。
15.权利要求11的方法,其中所述非离子表面活性剂在所述第1聚合物组分中存在的量为约0.5%~约5wt%。
16.权利要求11的方法,其中所述非离子表面活性剂在所述第1聚合物组分中存在的量为约1.5%~约3.5wt%。
17.权利要求11的方法,其中所述卷曲的双组分长丝包含每英寸至少10个的卷曲。
18.一种包含纺粘多组分卷曲长丝的非织造纤网,所述多组分卷曲长丝至少由第1聚合物组分和第2聚合物组分组成,所述第1聚合物组分的固化速率比所述第2聚合物组分快,所述第1聚合物组分包含卷曲增强添加剂,所述卷曲增强添加剂包含非离子表面活性剂。
19.权利要求18的非织造纤网,其中所述非离子表面活性剂包含选自烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物及其混合物的材料。
20.权利要求18的非织造纤网,其中所述纺粘多组分长丝是自然卷曲的。
21.权利要求18的非织造纤网,其中所述第1聚合物组分包含聚丙烯,而所述第2聚合物组分是选自聚丙烯和聚乙烯的材料。
22.权利要求18的非织造纤网,其中所述非离子表面活性剂在所述第1聚合物组分中存在的量为约0.5%~约5wt%。
23.一种包含纺粘多组分卷曲长丝的非织造纤网,所述多组分卷曲长丝包含至少第1聚合物组分和第2聚合物组分,所述第1聚合物组分包含与卷曲增强添加剂共混的聚丙烯,所述卷曲增强添加剂包含选自烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物及其混合物的材料,所述第2聚合物组分包含选自聚丙烯及聚乙烯的材料。
24.权利要求23的非织造纤网,其中所述卷曲增强添加剂在所述第1聚合物组分中存在的量为约0.5%~约5wt%。
25.权利要求23的非织造纤网,其中所述卷曲增强添加剂包含烷氧基化烷基醚。
26.权利要求23的非织造纤网,其中所述卷曲增强添加剂包含烷氧基化硅氧烷。
27.权利要求23的非织造纤网,所述卷曲增强添加剂包含山梨糖醇酐单油酸酯与烷氧基化蓖麻油的混合物。
28.权利要求23的非织造纤网,其中所述纤网的基重为约0.5盎司每平方码~约5盎司每平方码,密度为约0.02g/cm3~约0.03g/cm3,且其中所述多组分长丝的旦数小于5,且具有每英寸至少10个的卷曲。
29.一种自然卷曲双组分长丝,它至少包含第1聚合物组分和第2聚合物组分,所述第1聚合物组分包含与卷曲增强添加剂共混的聚丙烯,所述卷曲增强添加剂包含非离子表面活性剂,所述第2聚合物组分包含选自聚丙烯及聚乙烯的材料,所述多组分长丝的旦数小于约5并具有每英寸至少10个的卷曲。
30.权利要求29的自然卷曲双组分长丝,其中所述非离子表面活性剂包含选自烷氧基化烷基醚、烷氧基化硅氧烷、聚亚烷基二醇的酯、甘油酯、多糖衍生物及其混合物的材料。
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