改性聚烯烃纤维以及用该纤维制得的无纺织物的制作方法

专利名称：改性聚烯烃纤维以及用该纤维制得的无纺织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及最好用作热熔性粘合聚烯烃无纺织物的原材料的改性聚烯烃纤维和无纺织物。更具体地说，本发明涉及在加工无纺织物时具有优异的梳理通过性和低温粘合性和宽的加工温度并在加热滚筒上具有优异的工作特性的改性聚烯烃纤维和无纺织物。
热熔性粘合剂型无纺织物由于具有防护性、经济性和卫生性等优点而得到广泛使用，因为该织物不需要任何粘合剂。在这些织物中，聚烯烃无纺织物具有优异的性能和经济性；因而被用于许多领域例如纸巾的表面材料、月经用品等，手术穿着用医学或卫生材料等、土木工程材料、农用材料等，其原材料纤维是聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚丙烯单纤维等。
加工热熔性粘合无纺织物的方法可大致分为使用热气的气流通过法(air-through process)和加热滚筒法(heating roll process)。其中气流通过法适用于聚乙烯/聚丙烯复合纤维。用气流通过法获得的无纺织物强而柔，但加工速度却比加热滚筒法的低并且加工的生产率低。此外，由于使用了聚乙烯/聚丙烯复合纤维，有聚乙烯特有的蜡状手感的缺点。
另一方面，加热滚筒法具有高的加工速度和高的生产率，并进行热熔性粘合，因而即使使用聚丙烯单纤维也可以由纤维制得无纺织物，并且有一个优点，即没有聚乙烯产生的蜡状手感。
然而，人们一直认为用加热滚筒法难以制得同时具有强度和柔软手感的无纺织物。其原因如下为了用加热滚筒法制得聚丙烯无纺织物，必须改善聚丙烯纤维之间的热熔性粘合，因此必须在高温下制备无纺织物，在高温下聚丙烯才能在其热熔性粘合时充分软化。
然而，当在如此高的温度下制备无纺织物时，热熔性粘合点变形为薄膜的形式，除粘合点之外的聚丙烯纤维也受热的影响，使得手感变差。此外，当加工在低温下进行时，在粘合点的热熔性粘合不够，不能得到可耐受实际使用的强度。从而，获得强度高并具有柔软手感的聚丙烯的生产条件的范围很窄，所以产生由于加工温度的微小变化而使强度降低并使手感变差的生产问题。从而，人们期待能开发出具有宽的获得软而强的聚丙烯无纺织物的加工温度并适用加热滚筒法的聚丙烯纤维。
日本专利申请公开昭62-156310提出了适用加热滚筒法的聚丙烯纤维，该纤维由含有一定量乙烯的乙烯-丙烯无规共聚物组成并且软化点不超过132℃。然而，该纤维的缺点是手感太硬，能够制得同时具有适合实际使用的强度和手感的无纺织物的加工温度范围非常窄。
此外，日本专利申请公开平2-112456公开了一种由具有特定全同立构五元组的聚丙烯纤维组成的无纺织物。该无纺织物具有良好的手感，但其强度不够。此外，一般来说，由这样的低立构规整性聚丙烯组成的纤维梳理特性较差；因而，该纤维的缺陷使得在无纺织物的内在生产(intrinsic production)中产生严重的问题。
此外，日本专利申请公开平2-264012提出了混有1，3，5-三甲基-2，4，6-三苯和二肉豆蔻基-3，3′-二丙酸酯的聚丙烯纤维，但其手感和韧性均不足。
如上所述，关于用加热滚筒法制备具有较高的强度和较好的手感的聚丙烯无纺织物已经作出了许多尝试，但制得的无纺织物的性能不够好，并且其生产时的加工温度范围窄；从而至今尚未开发出令人满意的聚丙烯纤维。
为解决上述问题，本发明人进行了深入的研究，结果发现通过将主要由二元酸酯和/或脂肪酸酯组成的油剂粘附在双折射指数不超过0.054的低度取向的聚烯烃纤维上获得的产物即使在低的加工温度范围内也表现出所需的无纺织物的高强度和软度，从而完成了本发明。
由上文显而易见，本发明的目的是提供能够容易地生产柔软和手感良好的聚烯烃无纺织物并具有宽的加工温度范围并适用加热滚筒法的优等聚烯烃纤维。
本发明具有下述(1)至(6)几方面的内容(1)改性聚烯烃纤维，其中0.1-1.0％(重量)主要由二元酸酯或脂肪酸酯或二元酸酯和脂肪酸酯组成的油剂粘附在双折射指数不超过0.054的聚烯烃纤维上。(2)按照第(1)项的改性聚烯烃纤维，其中聚烯烃纤维是聚丙烯纤维。(3)按照第(1)或第(2)项的改性聚烯烃纤维，其中聚烯烃纤维是烯烃二元共聚物或三元共聚物的纤维，它由主要成分丙烯和乙烯或丁烯-1组成。(4)按照第(1)项的改性聚烯烃纤维，其中所述二元酸酯是选自己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、琥珀酸和马来酸中的至少一种酸的酯。(5)按照第(1)项的改性聚烯烃纤维，其中所述脂肪酸酯是选自辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中的至少一种酸的酯。(6)一种改性聚烯烃无纺织物，其特征在于使用第(1)至(5)项中所提出的任意一种改性聚烯烃纤维。
下面将更详细地描述本发明。
本发明的聚烯烃纤维不但指100％丙烯聚合物的纤维，而且也指主要由丙烯组成的烯烃二元共聚物或三元共聚物的纤维。
本发明所述的主要由丙烯组成的烯烃二元共聚物是指由低于100％且不低于85％的丙烯和高于0％且低于15％的乙烯组成的无规共聚物，或由低于100％且高于50％的丙烯和高于0％且低于50％的丁烯-1组成的无规共聚物。主要由丙烯组成的烯烃三元共聚物是指由高于85％且低于100％的丙烯、高于0％且低于10％的乙烯和高于0％且低于15％的丁烯-1组成的无规共聚物。
上述主要由丙烯组成的二元共聚物或三元共聚物是将丙烯、乙烯和丁烯-1在常规Ziegler-Natta型催化剂的存在下以上述相应成分含量聚合而获得的固体聚合物，它实际上是无规共聚物。这样的聚合物可按照从一开始便将混合气体聚合的方法获得，此外，为提高生产率，可按照这样的方法制备通过将丙烯单独聚合接着将相应成分的混合气体送入以使其聚合的聚合方法获得不超过20％的聚合物(基于总聚合物计)。
此外，如果上述二元共聚物、三元共聚物等混有少量另一种能够混入的聚烯烃成分或非聚烯烃成分也没有关系。
制备的本发明的改性聚烯烃纤维应能够提供低度取向性能(双折射指数≤0.054)。该低度取向性能可通过将纺丝时所用的拉伸比加以限制(.限制在不超过3倍)，使其低于常规使用的拉伸比(大约4倍或更高)，拉伸比优选不超过2.5倍，更优选不超过2.0倍。如果拉伸比超过3.0倍，则分子取向度升高，使得热软化点和熔点升高并使热熔性粘合变差。而且不可能如下述那样获得油剂渗透和吸附进入纤维的足够的作用和有效性。
就本发明所用的作为油剂的主要成分的二元酸酯而言，可以是例如至少一种选自己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、琥珀酸和马来酸的酸与脂肪醇的二酯。特别优选的例子是己二酸二辛酯、癸二酸二丁氧基乙酯和邻苯二甲酸二辛酯。
就脂肪酸酯而言，可以是例如至少一种选自辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸的酸的酯。特别优选的例子是辛酸甲酯、月桂酸辛酯和棕榈酸甲酯。
此处所说的主要成分是指它占了油剂的15％。此外，二元酸酯和脂肪酸酯可以单独或以混合的形式粘附在聚烯烃纤维上。而且，除了二元酸酯和脂肪酸酯外，还可以混入抗静电剂、乳化剂等成分，其用量应在不阻碍本发明的有效性的范围内。在这些试剂中，可提及聚乙二醇一酯或二酯、烷基磺酸钠、脂肪酰胺等。
在本发明中，粘附在聚烯烃纤维上的油剂的百分率在0.1-1.0％(重量)、优选0.2-0.5％(重量)的范围内。如果粘附的油剂的百分率低于0.1％(重量)，则在梳理过程中的抗静电性能变差，使得在纤维网上出现成形不平整；但无法为避免不平整的出现而提高线速度。如果降低粘附试剂的量，则试剂渗透或吸附进入聚烯烃纤维的表面部分以促进粘合的作用不足，难以形成吸附有二元酸酯或脂肪酸酯的表皮层；从而妨碍了热熔性粘合的改善。
粘附的油剂的百分率值的上限最好是1.0％(重量)。即使该百分率超过1.0％(重量)也不会出现抗静电性能方面的问题，但这样的百分率是不合需要的，因为过量的渗透吸附进入纤维会降低纤维强度，并且会降低卷曲保持性和梳理通过性能，因为纤维表面的软化变差了。
就将油剂粘附到纤维上的方法而言，可以采用已知的方法，例如在纤维纺丝步骤中使用接触辊的方法，在拉伸步骤中使用接触辊的方法，经机械卷曲过程后喷洒粘合的方法等。
关于用加热滚筒法制得的无纺织物的拉伸强度，当纤维的粘合点足够紧密时，强度通常主要取决于单丝的强度。另一方面，当粘合点是脆性的时，由于粘合点的开裂造成无纺织物的断裂，无纺织物的拉伸强度几乎不受单纤维强度的影响，而且该值也很小。
对于本发明的改性聚烯烃纤维，通过采用不超过3倍的低拉伸比来遏制分子取向(双折射指数≤0.54)，提高了粘附的油剂渗透进入表皮层的功能。结果，由于溶胀了的表皮层比芯层更易于加热软化，提高了加热软化性，从而能够在不对芯层产生影响的低的加工温度下使纤维粘合点热熔性粘合。
根据本发明，通过将主要由二元酸酯和/或脂肪酸酯组成的油剂施加到分子取向被不超过3倍的低拉伸比遏制的聚烯烃纤维(双折射指数≤0.054)上，二元酸酯和/或脂肪酸酯通过扩散从聚烯烃纤维表面传递到表层部分，形成吸附有二元酸酯和/或脂肪酸酯的表皮层。该表皮层被二元酸酯和/或脂肪酸酯溶胀，使得表皮层的密度比芯层的低并使得表皮层的软化点也比芯层的低。结果，可以在低的加工温度下制备紧密的纤维粘合点，因而表现出高的无纺织物强度。
下面将通过实施例正确地说明本发明，但不应理解为本发明仅限于这些实施例。
此外，实施例中描述的各物理性能的值是用下述方法测定的○熔体流动速率(MFR)按照ASTM D 1238的条件(L)测定。○无纺织物的强度从单位重量为20克/平方米的无纺织物上切下5cm长，15cm宽的试片，用拉伸强度试验仪测定其断裂强度，测定条件是试片-夹具距离为10cm，拉伸速率为10cm/min。○柔软度按照JIS L1018(第6项6.21A)测定。
从单位重量为20克/平方米的无纺织物上切下5cm长，15cm宽的试片，将其置于有一个平滑的带有刻度(以便用刻度表示)的45°斜面的水平台面(Cantilever型试验仪)上，接着用手使无纺织物沿斜面方向轻轻滑动，读出无纺织物的一端与倾斜表面接触时的输送值(mm)，以该输送数值表示柔软度。该值越小，则无纺织物的柔软性越好。当柔软度值不超过3mm时，无纺织物的手感良好。如果柔软度值超过30mm，无纺织物的手感较硬；因而不能将该织物用于直接与皮肤接触的卫生材料的应用。○加工温度范围这时指提供柔软度不超过30mm、强度不低于0.6Kg/cm的无纺织物的加热滚筒的温度范围，它是低温粘合和高加工温度范围的评定标准。例如，如果有一种无纺织物满足在130-140℃的温度范围内的条件，则加工温度范围就是10(度)。○低温加工性能评定了134℃加工时的无纺织物(柔软度24mm)的强度。具有较高强度的无纺织物是好的。○油剂粘附的百分率用Soxhoet提取器，用甲醇与石油醚的混合溶剂(1∶1)将试样(10g)回流提取3小时，接着除去溶剂，测定重量。○双折射指数用偏光显微镜测和Babinet氏补偿计进行测定。
实施例1和2和比较例1使用MFR 25的聚丙烯成分以310℃的纺丝温度熔融纺丝。在紧接着纺丝的拉伸步骤中，用接触辊粘附表1所述的油剂。纺丝后，用40℃的热滚筒将纤维拉伸1.5倍，接着填塞箱进行机械卷曲，干燥并进行切割处理制得2d×38mm的聚丙烯短纤维。
用罗拉式梳理机以20米/分钟的速度将该短纤维梳理，得到单位重量为20克/平方米的纤维网，接着用粘附区域百分率为24％的轧花辊筒以同样的速度将该纤维网加工成无纺织物。轧花辊筒的加热温度在130-140℃每隔0.5度取一个。用分别在各加热温度下获得的无纺织物制成一定的试片，测定强度和柔软度。由该结果可求出134℃低温加工时无纺织物(柔软度24mm)的强度、加工温度和加工温度范围。各实施例的值以及梳理通过性示于表1和表2中。
在实施例1和2中，在134℃的低温加工时无纺织物(柔软度24mm)的强度是高的。加工温度宽并且梳理通过性良好。
在比较例1中，在134℃时无纺织物(柔软度24mm)的强度低，并且加工温度范围窄。梳理通过性由于明显产生的静电而较差。
比较例2按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用表2所示的油剂，测定了其特性。所得无纺织物的强度低并且手感、梳理通过性和加工温度范围均不能令人满意。
实施例3按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用的拉伸比为3倍，测定了其特性。所得无纺织物的强度高并且手感、梳理通过性和加工温度范围均能令人满意。
比较例3按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用的拉伸比为4倍，测定了其特性。粘附与实施例1相同的油剂，但双折射指数为0.072；由于取向度高而未形成表皮层；无纺织物的强度低并且加工温度范围窄。
从而，未得到令人满意的无纺织物。
实施例4按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用MFR为25的99.8％丙烯与0.2％乙烯的无规共聚物，测定其特性。所得无纺织物的强度高并且手感、梳理通过性和加工温度范围均能令人满意。
实施例5按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用表1所示的油剂2，测定其特性。所得无纺织物的强度高并且手感、梳理通过性和加工温度范围均能令人满意。
实施例6按照与实施例1相同的方式制得无纺织物，不同的是使用表1所示的油剂3，测定其特性。所得无纺织物的强度高并且手感、梳理通过性和加工温度范围均能令人满意。
油剂组成(重置百分数
PEG(400)dL聚乙醇(400)二月桂酸酯GmS 甘油-硬脂酸酯SPhNa 磷酸鲸腊酯PEG(500)mL聚乙二醇(500)-月桂酸酯二元酸酯dOA 己二酸二辛酯dOPh 邻苯二甲酸二辛酯脂肪酸酯OL月桂酸辛酯通过将本发明的改性聚烯烃纤维进行加热滚筒加工，能够生产具有高强度和柔软手感的聚烯烃无纺织物。而且，与常规的无纺织物相比，该无纺织物在低温加工时具有较高的强度，并且由于其加工温度范围宽，因而能够容易地制得无纺织物。
权利要求
1.改性聚烯烃纤维，其中0.1-1.0％(重量)主要由二元酸酯或脂肪酸酯或二元酸酯和脂肪酸酯组成的油剂粘附在双折射指数不超过0.054的聚烯烃纤维上。
2.按照权利要求1的改性聚烯烃纤维，其中聚烯烃纤维是聚丙烯纤维。
3.按照权利要求1或2的改性聚烯烃纤维，其中聚烯烃纤维是烯烃二元共聚物或三元共聚物的纤维，它由主要成分丙烯和乙烯或丁烯-1组成。
4.按照权利要求1的改性聚烯烃纤维，其中所述二元酸酯是选自己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、琥珀酸和马来酸中的至少一种酸的酯。
5.按照权利要求1的改性聚烯烃纤维，其中所述脂肪酸酯是选自辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中的至少一种酸的酯。
6.一种改性聚烯烃无纺织物，其特征在于使用权利要求1至5中所提出的任意一种改性聚烯烃纤维。
全文摘要
本发明提供易于制备具有高强度和良好手感的无纺织物的改性聚烯烃纤维，该纤维具有宽的加工温度范围和低温粘合性并适用于加热滚筒法加工；本发明还提供使用该纤维的无纺织物。该纤维是通过将0.1-1.0％(重量)主要由二元酸酯和/或脂肪酸酯组成的油剂粘附到双折射指数不超过0.054的聚烯烃纤维上获得的。所述无纺织物的强度在134℃时不低于0.85(kg/5cm)，加工温度范围为132-138℃。
文档编号D06M101/16GK1135540SQ9610256
公开日1996年11月13日 申请日期1996年2月2日 优先权日1995年2月2日
发明者辻山义实, 谷口雅彦, 伊东秀实, 胜矢正人 申请人:智索股份有限公司