专利名称：由非交联的醇酸低聚物制成的纤维和非织造材料的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及由非交联的醇酸低聚物制成的制品。更具体地讲，本公开涉及由非交联的醇酸低聚物玻璃化形成的纤维、形成这些纤维的方法、以及由这些纤维制成的非织造制品。
背景技术：
非织造制品可由合成纤维制成，所述合成纤维基本上由三类不同的材料组成热塑性树脂、热固性树脂和交联醇酸树脂。非织造制品最常见地通过由热塑性树脂组成的纤维制成。热塑性树脂诸如尼龙、聚苯乙烯、聚异丁烯酸甲酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚三氟氯乙烯是高分子量聚合物，它们当加热时熔融成柔软的可塑材料，并且当冷却时凝固成坚硬的晶体或玻璃态。热塑性树脂可反复经历这种熔融过程，使得它们能够回收利用或再成型成不同的形状。热塑性树脂可溶于某些溶剂中，如邻氯酚、矿物油和苯。虽然热塑性纤维具有良好的机械特性如强度和可再利用性，热塑性塑料的固有特性使得这些纤维非常难以加工。在纤维形成期间，加热高分子量热塑性塑料以产生非常高粘度的熔体。例如，热塑性塑料熔体的典型粘度范围为约300kg HT1iT1至约ZOOOkgnr1iT1,这是当以小于IOiT1的剪切速率测量的结果。随后将这种熔体纺成纤维。为了将所述熔体纺丝，需要能够泵送并运送非常粘稠的材料(例如高功率挤出机)的特殊设备。所述纺丝也必须在非常高的温度下运行以使所述粘稠的熔体流动。此外，热塑性树脂的高粘度熔体限制了所得纤维的特性。例如必须由低粘度熔体(例如远小于约200kg HT1S'通常甚至低于IOkg ι )制成的超细纤维(即，直径小于约10 μ m的纤维)不能使用传统的热塑性材料进行加工，除非将它们加热到非常高的温度(例如高于熔融温度超过100°C)。由热塑性塑料形成的低粘度熔体将使此类高温成为必需，所述热塑性聚合物自身可经受热降解。此外，常规的热塑性树脂通常来源于高成本的石油基原料。传统上非织造制品已经较少地通过由热固性树脂组成的合成纤维制成。热固性树脂例如苯酚、甲醛、脲甲醛和环氧化物是高分子量聚合物，它们通过固化不可逆地转化成不可熔化的和不溶解的聚合物网状物。固化是指通过聚合物链的交联韧化或硬化聚合物材料。交联是使一条聚合物链与另一条聚合物链连接的过程。在固化之前，热固性材料通常是液体或可塑的材料，并且以可被纺成纤维的单体和低聚体的反应性混合物形式存在。与热塑性塑料相比，由热固性树脂制成的纤维具有优异的尺寸稳定性及耐热和耐化学品性。不像热塑性树脂，不能再加工或回收利用由热固性树脂制成的纤维。由热固性树脂制成的纤维的其他缺点包括在加工期间释放不可取的和通常毒性的烟雾、在纤维形成期间难以控制固化、以及与石油基原料相关联的闻成本。最近，已经通过由交联醇酸树脂组成的纤维制成了非织造制品。醇酸树脂是具有酯交联键的聚合物网状物，所述酯交联键由多元醇与多官能酸、酸酐、或多官能酸和酸酐的混合物的缩合反应形成。固化时，醇酸树脂表现出热固性树脂的性能特征。不像由常规的热塑性塑料组成的纤维例如聚烯烃，由交联醇酸树脂组成的纤维具有以下优点高表面能和可润湿性，并且是环境可降解的以及化学上可回收利用的。此外，可将交联醇酸树脂纺成超细纤维。然而，交联醇酸树脂纤维的形成需要在高温下加工以及附加的交联步骤，这两项都可能是不可取的。发明概沭本文公开了由纤维制成的制品，所述纤维由非交联的醇酸低聚物的玻璃化制成。所述非交联的醇酸低聚物当液化时具有约O. Ikg m_1s_1至约ZOkgnT1SH的粘度。所述纤维基本上不含水，其具有小于约200 μ m的当量直径和为当量直径的至少约20倍的纵向尺寸。所述纤维任选地包含一种或多种添加剂例如聚合物、表面活性剂、增塑剂、着色剂、染料、颜料、以及它们的混合物。所述制品可包括非织造材料和由非织造材料制成的制品，例如尿布、擦拭物、妇女卫生产品、消毒盖布、净化衣、床单和绷带。本发明的另一方面是生产非交联的醇酸低聚物纤维的方法。在这种方法中，通过加热液化非交联的醇酸低聚物以形成具有约O. Ikg IrT1S4至约20kg IrT1S4的粘度的熔体。所述熔体经历泵送并通过模头纺丝(不引起交联)以形成熔融纤维。最后，通常通过冷却将熔融纤维玻璃化(不弓I起交联)。对于本领域的技术人员来讲，通过阅读以下结合附图
所作的发明详述、实施例和所附权利要求，发明的附加特征可变得显而易见。附图概沭附图是用扫描电镜拍摄得到的由非交联的醇酸低聚物组成的纤维的图像。图像显示纤维具有在约10 μ m至约20 μ m范围内的当量直径。发明详述现已发现可通过玻璃化低分子量的非交联醇酸低聚物形成纤维。这些水稳定的纤维具有令人惊讶的小直径，这使产生的产物具有高不透明度、柔韧性、良好的液体吸适量、柔软性和强度。此外，在适中温度下可不用高能量传输装置(例如挤出机)加工本发明的纤维，并且不需要附加的交联步骤。多种低分子量材料不能够产生高品质纤维，或甚至不能产生任何纤维。例如，熔融的蜡是低分子量的，但是不能被纺成纤维。在纤维纺丝期间，熔体中的聚合物必须彼此接触以防止分裂成小滴。多种低分子量材料不能用于形成纤维，因为它们不满足防止小滴形成所需的粘度和内聚力要求。虽然一些低分子量材料(例如蔗糖)由于强氢键相互作用的存在可被纺成纤维，所得纤维趋于是非常吸湿的并且是水溶性的。因此，这一点是相当意料不到且令人惊讶的具有良好机械特性如强度的纤维能够由低分子量的非交联醇酸低聚物形成。本发明的纤维是可能的，因为醇酸低聚物的独特化学结构，它是具有酯键的低分子量材料。如本文所用，“醇酸低聚物”是由多元醇与多官能酸、酸酐、或多官能酸和酸酐的混合物缩合产生的化合物，缩合形成的产物具有至多约10，优选至多约7，更优选至多约5 (例如约4)个单体单元和/或小于约3000g/mol，优选小于约2000g/mol，更优选小于约1000g/mol的分子量。因为醇酸低聚物的低分子量，它们可液化成低粘度熔体(例如小于约20kg HT1s-1X醇酸低聚物“熔体”通过加热醇酸低聚物直至出现液体状态来形成。然后将这种低粘度熔体纺成纤维。不期望受任何特定理论的约束，据信醇酸低聚物本身具有足够的氢键以在纺丝期间提供熔体中的充分完整性，同时形成水稳定的产物。
低粘度熔体允许使用比用高粘度熔体纺丝纤维需求更低的加工条件纤维来纺丝纤维。不像例如常规的热塑性塑料，可在相对低的温度下(例如小于200°C )通过简单的喷丝头将非交联的醇酸低聚物纺成纤维，不需要挤出机的辅助。此外，低粘度熔体允许在纺丝前容易地加入添加剂，不需要依靠混合挤出机。此外，这种低粘度熔体能够产生极小直径的纤维(S卩，超细纤维)，导致材料具有高不透明度、柔韧性、良好的液体吸适量、柔软性和强度。相比之下，典型的极性聚合物如聚酯(例如在美国专利公开6，562，938中公开的纤维)和聚酰胺非常难以形成超细纤维，这是由于它们的高熔融温度及其熔体的高粘度(例如在IOiT1或更低的剪切速率下测得的大于300kg HT1s-1的粘度)。非交联的醇酸低聚物纤维的其他有利特性包括高表面能和可润湿性，以及通过改变使用的醇酸低聚物的组成和通过将添加剂混入熔体中来定制纤维特性的能力。此外，本发明的纤维比由交联醇酸树脂形成的纤维更加可塑和可变形。此外，非交联的醇酸低聚物纤维由可生物再生的材料组成，其提供了对石油基原料的发展前景光明的供选择替代方案，期望所述纤维是通过自发水解或生物降解作用是环境可降解的，以及使用酸或碱催化的化学消化是可回收利用的。在一个方面，本发明涉及包含由非交联的醇酸低聚物制成的纤维的制品。如本文所用，“纤维”是纤薄且非常细长的材料，其具有小于约200 μ m的当量直径和为当量直径的至少20倍的纵向尺寸。通常所述纤维的纵向尺寸为当量直径的至少200倍，优选地为当量直径的至少2000倍，并且更优选地为当量直径的至少20，000倍，无上限。在一些实施方案中，所述纤维的当量直径小于约150 μ m,小于约100 μ m,小于约50 μ m,或小于约30 μ m。在其它实施方案中，所述纤维的当量直径为约O. I μ m至约30 μ m,优选约O. 2 μ m至约15 μ m,并且更优选约5μπι至约14 μ m。如本文所用，“当量直径”被定义为四倍的纤维横截面面积除以其周长。例如，具有圆形横截面和200 μ m直径的纤维具有200 μ m的当量直径。注意到本发明的其他实施方案可使用如PERRY’ S CHEMICAL ENGINEERS’HANDBOOK，5_25 (第6版，1984)(还可参见第7版，1997，6-12至6-13)的表5-8定义的当量直径的纤维。例如，具有边长为200 μ m和150 μ m的矩形横截面的纤维具有(200 X 150)/[2 (200+150)]的四倍的当量直径，或约171.4μπι的当量直径。纤维当量直径由纤维纺丝领域所熟知的因素控制，包括例如纺丝速度和质量产出。本发明的这一方面的纤维由非交联的醇酸低聚物组成。所述醇酸低聚物具有不超过3000g/mol,优选不超过2000g/mol,更优选不超过1000g/mol的分子量；以及不超过10个重复单元，优选地不超过7个重复单元,更优选地不超过5个重复单元,例如4个重复单元。当液化时，所述醇酸低聚物具有约0. Ikg ι 至约20kg ι ，优选约0. 5kg ι 至约10kg HT1S4,更优选约Ikg IrT1S4至约5kg m+1的粘度。所述醇酸低聚物是非交联的和非反应性的，并且不包含一定量的能够通过自由基加成化学过程引发交联的官能团(即，不超过5%的碳-碳键为炔烃和/或烯烃)。在一些实施方案中，所述纤维基本上不含水。如本文所用，“基本上不含水”是指纤维包含基于纤维的总重量计小于约2重量％ (例如小于约I重量％,小于约0. 5重量％，小于约0. I重量％，0重量％)的水。如本文所用，“非反应性的”是指在纤维形成期间既不发生化学反应也不需要化学反应的醇酸低聚物。例如，当暴露于本文纤维形成预期的加工温度时，根据本发明使用的非反应性醇酸低聚物没有经历化学反应(除了可能某些附带的反应，如微量氧化以外)。此外，本文使用非反应性以表示醇酸低聚物在纤维形成期间当暴露于本文预期的加工温度时不发生明显的交联。
非交联的醇酸低聚物通过多元醇缩合形成，使用的赋形剂选自多官能酸、酸酐、以及多官能酸和酸酐的混合物。当赋形剂为多官能酸时，多官能酸上的所有酸部分与多元醇上的醇部分的摩尔比为约10:1至约1:10，更优选约3:1至约1:3，并且甚至更优选约1:1。当赋形剂为酸酐时，酸酐上的所有酸酐部分与多元醇上的所有醇部分的摩尔比为约5:1至约1:5,优选约I. 5:1至约I: I. 5,甚至更优选约O. 5: I。所述多元醇优选为包含至少两个醇部分的分子。优选地所述醇部分为伯羟基。多元醇的非限制性实例包括甘油、1，3-丙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、乙二醇、二甘醇、丙二醇、双丙二醇、聚甘油、双甘油、三甘油、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、己二醇、己三醇、葡萄糖、蔗糖、果糖、棉子糖、麦芽葡萄糖(maltodextrose)、半乳糖、木糖、麦芽糖、乳糖、甘露糖、赤藓糖、季戍四醇、赤藓醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、山梨醇、聚乙烯醇、以及它们的混合物。在一些具体的实施方案中，所述多元醇选自甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、以及它们的混合物。所述赋形剂选自多官能酸、酸酐、以及它们的混合物。所述多官能酸优选为包含至少两个羧酸部分的分子。所述酸酐优选为包含至少一个酸酐部分的分子。赋形剂的非限制性实例包括己二酸、马来酸、富马酸、琥拍酸、癸二酸、梓檬酸、草酸、丙二酸、辛二酸、戊二酸、邻苯二甲酸、丙二酸、异酞酸、对苯二甲酸、壬二酸、二聚酸、二羟甲基丙酸、马来酸酐、琥珀酸酐、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、以及它们的混合物。在一些具体的实施方案中，所述赋形剂为选自由下列组成的组酸酐马来酸酐、琥珀酸酐、邻苯二甲酸酐、以及它们的混合物。在一个优选的实施方案中，所述赋形剂为邻苯二甲酸酐。在一些实施方案中，所述非交联的醇酸低聚物还包括脂肪酸、脂肪、油(例如甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯)、或它们的混合物。将脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物混入本发明的醇酸低聚物中有利地允许定制所得纤维的机械特性，例如细度和柔软性。例如，较高浓度的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物产生更柔软的、供应更充足的(与完全石油基的产品相比)纤维。“脂肪酸”是指具有12-30个碳原子链长的直链一元羧酸。“甘油单酯”、“甘油二酯”和“甘油三酯”分别是指(i)甘油与(ii)包含多个不饱和双键的相同或混合脂肪酸的一酯、二酯和三酯。脂肪酸的非限制性实例包括油酸、肉豆蘧脑酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。脂肪的实例包括动物脂。甘油单酯的非限制性实例包括本文所述的任何脂肪酸的甘油单酯。甘油二酯的非限制性实例包括本文所述的任何衍生化脂肪酸的甘油二酯。甘油三酯的非限制性实例包括本文所述的任何脂肪酸的甘油三酯。例如，甘油三酯可选自妥尔油、玉米油、大豆油、向日葵油、红花油、亚麻籽油、紫苏子油、棉籽油、油桐油、花生油、巴西果油、大麻籽油、海产品油(例如碱漂鱼油)、脱水蓖麻油、椰子油、橄榄油、棕榈种子油、棕榈油、油菜籽油、鲸油、以及它们的混合物。在一些实施方案中，甘油三酯油优选为妥尔油、玉米油、大豆油、向日葵油、红花油、紫苏子油、棉籽油、花生油、巴西果油、大麻籽油、海产品油(例如碱漂鱼油)、脱水蓖麻油、或它们的混合物。在一些实施方案中，醇酸低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计至多约80重量％的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物。在一些实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约20重量％至约40重量％的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物。在其他实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约40重量％至约60重量％的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物。在其他实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约60重量％至约80重量％的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物。较高浓度的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物产生较柔软的、供应更充足的纤维。本领域的技术人员将了解如何调节脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物的量以定制所得纤维的特性。在一些实施方案中，所述纤维包含添加剂，其用作加工助剂或影响所得纤维的物理或机械特性。例如，所述添加剂可影响所述纤维的加工条件、其弹性、拉伸强度、模量、氧化稳定性、亮度、颜色、柔韧性、回弹性、可使用性、气味控制、或它们的组合。所述添加剂可在纺丝前混入非交联的醇酸低聚物熔体中。可将聚合物混入纤维中以用作加工助剂和/或用于改变所述纤维的最终用途。例如，具有大于2000g/mol的分子量的聚乙烯醇和多元醇是典型的添加剂。少量的热塑性聚合物(例如基于所述熔体的总重量计小于约5重量％)如聚己内酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、或它们的混合物可用作添加剂以改善非交联醇酸低聚物熔体的可纺性。水溶性合成聚合物如聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷和聚乙二醇是聚合物添加剂的其他实例。可将润滑剂化合物混入非交联的醇酸低聚物熔体中以在加工期间改善所述熔体的流动特性。润滑剂化合物可包括动物或植物脂肪，优选以其氢化形式，尤其是在室温下为固体的那些。附加的润滑剂材料包括甘油单酯(例如一硬脂酸酯)、甘油二酯和磷脂，尤其是卵磷脂。填料化合物如胶质、植物蛋白(例如向日葵蛋白)、大豆蛋白、棉花籽蛋白、水溶性多糖(例如藻酸酯、角叉菜胶、瓜尔胶、琼脂、阿拉伯树胶和相关的树胶)、果胶、纤维素的水溶性衍生物(例如烷基纤维素、羧烷基纤维素、羧甲基纤维素)也可用作添加剂。可加入其它添加剂以作为廉价的填充剂或加工助剂，包括无机填充剂诸如镁、铝、硅和钛的氧化物。可用作添加剂的其它无机材料包括水合硅酸镁、二氧化钛、碳酸钙、粘土、白垩、氮化硼、石灰石、硅藻土、云母、玻璃、石英和陶瓷。此外，可使用无机盐，包括碱金属盐、碱土金属盐、磷酸盐作为加工助剂。基于硬脂酸盐的盐是添加剂的另一个实例，它改变所述纤维的水反应性。基于硬脂酸盐的实例包括钠、镁、钙、以及其他硬脂酸盐和松香组分，包括锚定剂脂松香。 添加剂的附加实例包括抗粘连剂(例如硬脂酸镁)、增滑剂(例如山嵛酸酰胺)、粘度调节剂、抗氧化剂、着色剂、增塑剂、气味掩蔽剂、乳化剂、表面活性剂、环糊精、光学增白剂、阻燃剂、染料、颜料、填料、蛋白质和它们的碱盐、蜡、增粘树脂、以及本领域使用的任何其他加工助剂或特性改性剂、或它们的组合。添加剂的量可为本领域常规使用的任何量。在一些实施方案中，将基于所述熔体的总重量计小于约50重量％的添加剂加入非交联的醇酸低聚物熔体中。优选地，将基于所述熔体的总重量计约O. I重量％至约20重量％的添加剂加入所述熔体中。更优选地，将基于所述熔体的总重量计约O. I重量％至约12重量％的添加剂加入所述熔体中。本发明的纤维可用于常规使用纤维的任何目的。这无限制地包括被结合到非织造纤维网或织造纤维网和基底中。可通过本领域已知的任何合适的方法将本文的纤维转化成非织造材料。可使用工业标准纺粘型技术将连续纤维成型为纤维网，然而可使用工业标准粗梳法、气流成网或湿法成网技术将短纤维成型为纤维网。典型的粘结方法包括压光(压
7力和高温)、通风加热、机械缠结、水力缠结、针刺法和化学粘合和/或树脂粘合。压光、通过空气加热和化学粘合是用于酯缩合物和聚合物多组分纤维的优选粘合方法。对于加压加热和通风加热粘合方法必需能够以加热方式粘结纤维。本发明的纤维可包括具有许多不同构型的多成分纤维。如本文所用，“组分”是指物质或材料的化学种类。例如，多组分纤维可包括不同类型的非交联醇酸低聚物，其由以下物质的不同比率的混合物合成多元醇、赋形剂和脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物。同样地，与不同添加剂混合的相同的非交联醇酸低聚物也可为不同的组分。纤维可为单组分构型或多组分构型。如本文所用，“组分”是指纤维中与纤维的另一部分具有空间关系的单独部分。多成分纤维包括与其它聚合物的共混物，所述其它聚合物为例如天然和合成聚合物以及可生物降解的和不可生物降解的聚合物。适用于本发明的可生物降解的热塑性聚合物的非限制性实例包括脂族聚酯酰胺；二酸/二醇脂族聚酯；改性的芳族聚酯，包括改性聚乙烯对苯二甲酸酯和改性聚丁烯对苯二甲酸酯；脂族/芳族共聚酯；聚己内酯；聚(3_羟基链烷酸酯)，其包括聚(3-羟基丁酸酯)、聚(3羟基己酸酯)和聚(3-羟基戊酸乙酯);聚(3-羟基链烷酸酯)共聚物如聚(羟基丁酸酯-共聚-羟基戊酸乙酯)、聚(羟基丁酸酯-共聚-己酸酯)或其他高级聚(羟基丁酸酯-共聚-链烷酸酯)，上述共聚物参见于如授予Noda的美国专利公开5，498，692中，该专利以引用方式并入本文；衍生自脂族多元醇(即，二烷酰基聚合物)的聚酯和聚氨酯；包括聚乙烯/乙烯醇共聚物的聚酰胺；包括乳酸均聚物和乳酸共聚物的乳酸聚合物；包括交酯均聚物和交酯共聚物的交酯聚合物；包括乙交酯均聚物和乙交酯共聚物的乙交酯聚合物；以及它们的混合物。适用于多组分纤维的优选的热塑性聚合物包括脂族聚酯酰胺、二酸/ 二醇脂族聚酯、脂族/芳族共聚酯、乳酸聚合物和交酯聚合物。纺粘结构、短纤维、中空纤维、成型纤维如多叶形纤维以及多组分纤维均可使用本发明的组合物和方法来产生。多组分纤维(通常为双组分纤维)可为并列型、皮芯型、分割饼型、带型或海岛型构型。外皮在芯周围可为连续的或非连续的。外皮与芯的重量比为约5:95至约95:5。本发明的纤维可具有不同的几何形状，包括圆形、椭圆形、星形、矩形和其它各种异形。本发明的纤维也可为分裂性纤维。分裂可因聚合物的流变性差异而出现，或者分裂可因机械装置和/或因流体诱导的变形而出现。对于双组分纤维，本发明的酯缩合物/聚合物组合物既可为外皮又可为芯，其中一种组分比另一种组分包含更多的酯缩合物或少量的聚合物(例如基于所述组分的重量计小于约5重量％的聚合物)。作为另外一种选择，本发明的酯缩合物/聚合物组合物可为外皮，其中芯为酯缩合物并包含少量的聚合物(例如基于所述芯的重量计小于约5重量％的聚合物)。所述酯缩合物/聚合物组合物也可为芯，其中外皮为酯缩合物并包含少量的聚合物(例如基于所述外皮的重量计小于约5重量％的聚合物)。所需纤维的精确构型取决于纤维的用途。本发明的纤维也可与其他合成或天然纤维粘结或结合在一起以制备非织造制品。所述合成或天然纤维(例如纤维素纤维及其衍生物)可在形成过程中共混在一起或以离散层的形式使用。合适的合成纤维包括由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚丙烯酸酯、它们的共聚物、以及它们的混合物制成的纤维。合适的纤维素纤维包括衍生自任何树木或植被的那些，包括硬木纤维、软木纤维、大麻和棉。还包括由已加工的天然纤维质源(例如人造丝)制成的纤维。本文所述的纤维可用于制备一次性非织造材料以用于具有多种不同应用和用途的制品。这些制品中的一些包括用于卫生或医疗用途的一次性非织造材料，更具体地讲例如用在诸如尿布、擦拭物、妇女卫生制品、消毒盖布、净化衣、床单、绷带等的应用中。在尿布中，非织造材料常用在顶片或底片中，而在妇女衬垫或产品中，非织造材料常用在顶片中。非织造制品通常包含大于约15%的多根纤维，所述纤维为连续或不连续的并且物理地和/或化学地连接到彼此。非织造材料可与附加的非织造材料或薄膜结合来制成单独使用或作为其它材料的混合式结合的组件使用的层压产品。由纤维制成的非织造材料产品也可表现出期望的机械特性，尤其是强度、柔韧性和柔软性。强度的测定包括干拉伸强度和/或湿拉伸强度。柔韧性与硬度有关并且可归因于柔软性。柔软性通常被描述为既与柔韧性有关又与质地有关的生理感知属性。由非交联的醇酸低聚物纤维制成的卫生产品与常规热塑性纤维相比具有更好的液体吸适能力，这是由于醇酸低聚物一般更高的表面能。本领域的技术人员将会知道依照本发明的纤维也适用于除了非织造制品之外的应用。尽管本发明生产的纤维和其它产品具有水稳定性，但取决于所用的任何附加聚合物的量以及产品的具体构型，所述产品可以是环境可降解的。术语“环境可降解的”是指所述质量是可生物降解的、可崩解的、可分散的、可冲洗的、可堆肥的或它们的组合。在本发明中，纤维、非织造纤维网和制品可为环境可降解的。在另一方面，本发明涉及形成由非交联的醇酸低聚物制成的纤维的方法。在这种方法中，液化非交联的醇酸低聚物以产生熔体。所述熔体经过泵送并通过模头纺丝(不引起交联)以形成熔融纤维。这些熔融纤维然后进行玻璃化，但不引起交联。所述非交联的醇酸低聚物具有不超过3000g/mol,优选不超过2000g/mol,更优选不超过lOOOg/mol的分子量。此外，所述醇酸低聚物具有不超过10个重复单元，优选不超过7个重复单元，更优选不超过5个重复单元(例如约4个重复单元)。所述醇酸低聚物是非交联的和非反应性的，并且不包含一定量的能够通过自由基加成化学过程引发交联的官能团(即，不超过5%的碳-碳键是炔烃和/或烯烃)。醇酸低聚物通过多元醇缩合形成，使用的赋形剂选自多官能酸、酸酐、以及多官能酸和酸酐的混合物。当赋形剂为多官能酸时，多官能酸上的所有酸部分与多元醇上的醇部分的摩尔比为如前文所述。当赋形剂为酸酐时，酸酐上的所有酸酐部分与多元醇上的所有醇部分的摩尔比为如前文所述。所述多元醇优选为包含至少两个醇部分的分子。优选地，所述醇部分为伯羟基。多元醇的非限制性实例为如前文所述。所述赋形剂选自多官能酸、酸酐、以及它们的混合物。所述多官能酸优选为包含至少两个羧酸部分的分子。所述酸酐优选为包含至少一个酸酐部分的分子。所述赋形剂的非限制性实例为如前文所述。在一些实施方案中，非交联的醇酸低聚物还包括如前文所述的脂肪酸、脂肪、油(例如甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯)、或它们的混合物。所述脂肪酸、脂肪、或油可包括基于所述低聚物的总重量计至多约80重量％的低聚物。在一些实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约20重量％至约40重量％的低聚物。在其他实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约40重量％至约60重量％的低聚物。在其他实施方案中，所述低聚物可包括基于所述低聚物的总重量计约60重量％至约80重量％的低聚物。较高浓度的脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物产生较柔软的、供应更充足的纤维。
9本领域的技术人员将了解如何调节脂肪酸、脂肪、油、或它们的混合物的量以定制所得纤维的特性。通过加热所述非交联的醇酸低聚物使其液化获得熔体，所述熔体具有约O. IkgHT1S-1 至约 20kg ηι 优选约 O. 5kg IrT1S-1 至约 IOkg ηι 更优选约 Ikg IrT1S-1 至约 5kgHT1iT1的粘度。非交联的醇酸低聚物通常通过在约90°C至约230°C，优选约120°C至约210°C，更优选约150°C至约180°C的温度下加热而发生液化。可通过本领域已知的任何装置加热非交联的醇酸低聚物，例如配备有通常用于热熔性粘合剂体系的加热元件的储罐。非交联的醇酸低聚物熔体的纺丝可利用常规纤维纺丝中使用的各种方法中的任何一种完成，包括使用高速喷气流来拉长形成纤维的材料。取决于此类纺丝装置的构造，可纺织具有普通直径(例如15μπι至25μπι)的纤维以及超细、微米和纳米纤维。有利的是，不像由常规的热塑性塑料形成的纤维，由非交联的醇酸低聚物形成的纤维可使用简单的纺纱机成形，不需要高功率挤出机的辅助。一般来讲,纤维纺丝速率包括约100米/分钟至约3，000米/分钟,或约300米/分钟至约2，000米/分钟,或约500米/分钟至约1，000米/分钟。可使用本领域已知的任何常规方法收集所述纺成纤维，例如使用收集筛网、常规的导丝卷绕系统或通过空气阻力衰减装置。纤维可卷曲和/或切割形成粗梳法、气流成网或流体铺网方法中使用的非连续纤维(短纤维)。可通过例如纺粘方法或熔喷方法来生产连续纤维。作为另外一种选择，可依照本领域熟知的常规短纤维工艺来生产不连续(短纤维)纤维。如本领域的技术人员将理解，也可以将多种纤维制造方法结合起来以产生一种组合技术。此外，可形成如美国专利6，368，990所公开的中空芯纤维。所述模头可具有常用于制备纤维的任何当量直径。在一些实施方案中，所述模头的当量直径小于约1000 μ m,小于约900 μ m,小于约800 μ m,小于约700 μ m,小于约600 μ m,小于约500 μ m,或小于约400 μ m。在其它实施方案中，所述模头的当量直径为约100 μ m至约1000 μ m，优选约200 μ m至约800 μ m。如本文所用，“当量直径”被定义为四倍的模头横截面面积除以其内部周长。例如，具有圆形横截面和200 μ m内径的模头具有200 μ m的当量直径。注意到本发明的其他实施方案可使用如PERRY’S CHEMICAL ENGINEERS’HANDBOOK，5-25(第6版，1984)(还可参见第7版，1997，6-12至6_13)的表5_8定义的当量直径的模头。例如，具有内边长为200μπι和150μπι的矩形横截面的模头具有(200X150)/[2 (200+150)]的四倍的当量直径，或约171.4μπι的当量直径。玻璃化熔融纤维包括冷却熔融纤维的物理反应并且不涉及结晶或化学反应(例如交联)。用于冷却的温度条件取决于具体方法的需要并且对本领域的普通技术人员来说将显而易见。在一些实施方案中，将熔融纤维冷却至室温。将熔融纤维以至少1000°C/秒，并且优选地快于10，OOO0C /秒的速度冷却。在一些实施方案中，在纺丝前将用作加工助剂或影响纤维物理或机械特性的添加剂任选地加入非交联的醇酸低聚物熔体中。如前文所述，所述添加剂可影响所述纤维的加工条件、其弹性、拉伸强度、模量、氧化稳定性、亮度、颜色、柔韧性、回弹性、可使用性、气味控制、或它们的组合。添加剂的实例包括如前文所述的聚合物、润滑剂、增量剂、无机化合物(例如填料、盐)、水反应性的改性剂、环境降解的促进剂、抗粘连剂、增滑剂、粘度调节剂、抗氧化剂、着色剂、增塑剂、气味掩蔽剂、乳化剂、表面活性剂、环糊精、光学增白剂、阻燃剂、染料、颜料、填料、蛋白质和它们的碱盐、蜡、增粘树脂、以及本领域使用的任何其他加工助剂或特性改性剂、或它们的组合。熔体中存在的添加剂的量可为本领域常规使用的任何量。在一些实施方案中、所述熔体包含基于所述熔体的总重量计小于约50重量％的添加剂。优选地，所述熔体包含基于所述熔体的总重量计约O. I重量％至约20重量％的添加剂。更优选地，所述熔体包含基于所述熔体的总重量计约O. I重量％至约12重量％的添加剂。因为在纤维纺丝期间不需要发生化学反应，本发明使用的加工条件比用于制备常规热塑性纤维、热固性纤维和交联醇酸树脂纤维的条件要宽松和灵活的多。因此，使用多种不同的醇酸低聚物可制成非常细的纤维，例如具有高浓度油的柔软的醇酸。在纤维物理结构的化学组成中的这种自由可提供较广范围的机械特性。本文中范围可表示为从“约”或“大约” 一个具体值和/或至“约”或“大约”另一个具体值。当表示此类范围时，另一个实施方案包括从一个具体值和/或至另一个具体值。同样，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，具体值形成另一个实施方案。
实施例给出下述实施例是为了举例说明本发明，并不旨在限制其范围。实施例I中描述的实验展示了非交联的醇酸低聚物的制备。实施例2中的实验展示了由非交联的醇酸低聚物组成的纤维的形成。实施例I :制备甘油-邻苯二甲酸盐低聚物将甘油(92. 09g，Imol)加入烧杯中并将所述烧杯置于位于顶部搅拌器下方的平板上，所述搅拌器配备有一个4叶片浆式混合工具和一个布氏粘度计。将混合工具和粘度计降低到甘油中并在适中加热条件下搅拌样品。将邻苯二甲酸酐(148. lg，Imol)缓慢加入搅拌/加热的甘油中。将连接有温度计的热电偶插入混合物中以监测温度，并且缓慢升高所述溶液的温度而避免过热。所述混合物变成约125-130°C的澄清无色溶液，并且然后将所述溶液的温度调节到190°C。在这时注意到一些气泡产生，它们产生的很快但是速率适中。持续搅拌所述溶液并在190°C下加热直至达到所期望的粘度，一般来讲为O. 5kg Hi-1S-1至IkgHT1S'然后冷却溶液。所得材料是易于倒出并为澄清的，并且其颜色为淡黄-红色。虽然可推断出通过升温使所述反应加快，但可能发生过多的邻苯二甲酸酐升华。实施例2 :使用甘油-邻苯二甲酸盐低聚物牛产非反应件纤维在ITW Dynatec Dynamelt热熔性粘合剂供应单元的加热孔中将来自实施例I的甘油-邻苯二甲酸盐低聚物加热至约200°C。然后将现在的流体低聚物经由Dynatec 8’加热软管(约200°C )泵送(质量流量O. 3%，O. 8-1. Orpm)到并通过具有500 μ m开口的加热熔喷模头(约200°C )。经由也通过了熔喷模头的压缩空气(IOOpsi，260°C )将醇酸低聚物熔喷成流体熔融纤维。这些熔融纤维快速冷却并玻璃化成固体纤维，将它们取出并收集到固定到旋转振荡筒上的移动式真空筛网上以用于进一步加工或贮藏。附图是非交联醇酸树脂纤维的图像，所述图像用扫描电镜拍摄。图像中示出的纤维是水稳定的并且具有令人惊讶地小直径(例如10 μ m至20 μ m)，这允许产生具有高不透明度、柔韧性、良好的液体吸适量、柔软性和强度的产物。本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的量纲“40mm”旨在表示“约40mm”。除非明确地不包括在内或换句话讲限制，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以引用方式全文并入本文。任何文献的引用不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或者其单独地或者与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此，随附权利要求书中旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。
1权利要求
1.一种包含纤维的制品，所述纤维具有小于约200 μ m的当量直径和为所述当量直径的至少20倍的纵向尺寸，所述纤维包含非交联的醇酸低聚物。
2.如权利要求I所述的制品，其中所述非交联的醇酸低聚物是非反应性的。
3.如权利要求I所述的制品，其中所述非交联的醇酸低聚物当液化时具有约O.IkgnrV1至约20kg IrT1S-1的粘度,优选地所述粘度为约O. 5kg nTV1至约IOkg IrT1S'
4.如权利要求I所述的制品,其中所述当量直径为约O.I μ m至约30 μ m。
5.如权利要求I所述的制品，其中所述纤维基本上不含水。
6.如权利要求1-5中任一项所述的制品，其中所述纤维还包含非反应性添加剂。
7.如权利要求6所述的制品，其中所述添加剂选自聚合物、表面活性剂、增塑剂、着色剂、染料、颜料、以及它们的混合物。
8.如权利要求I所述的制品，其中所述制品选自尿布、擦拭物、妇女卫生制品、消毒盖布、净化衣、床单和绷带。
9.一种方法，所述方法包括(a)液化非交联的醇酸低聚物以产生具有约O.Ikg IrT1S4至约20kg IrT1S4的粘度的熔体；(b)泵送并通过模头纺丝所述熔体以形成熔融纤维，但不引起交联，所述模头具有小于约1000 μ m的有效直径；以及(c)玻璃化所述熔融纤维，但不引起交联。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述非交联的醇酸低聚物是非反应性的。
11.如权利要求9所述的方法，其中液化包括将所述非交联的醇酸低聚物加热到约90°C至约230°C的温度。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述温度为约120°C至约210°C。
13.如权利要求9所述的方法,其中所述粘度为约O.5kg IrT1S4至约IOkgnT1S4,优选地所述粘度为约Ikg ι 至约5kg IrT1S'
14.如权利要求9所述的方法，其中所述模头的有效直径为约200μ m至约800 μ m。
15.如权利要求9所述的方法，所述方法包括以小于约3000米/分钟的速率纺丝所述熔体。
16.如权利要求9所述的方法，其中所述熔体还包含非反应性添加剂。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述添加剂选自聚合物、表面活性剂、增塑剂、着色剂、染料、颜料、以及它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了由玻璃化非交联的醇酸低聚物产生的制品。所述制品包括纤维、非织造材料、由非织造材料制成的制品，例如尿布、擦拭物、妇女卫生制品、消毒盖布、净化衣、床单和绷带。本发明还公开了用于制备由非交联的醇酸低聚物组成的制品的方法。
文档编号D01F6/62GK102939411SQ201180027160
公开日2013年2月20日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月3日
发明者野田勇夫, W·M·小艾伦 申请人:宝洁公司