尺寸上稳定的非织造纤维幅材及其制造和使用方法
【专利说明】
[0001 ] 本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2010/028263，国际申请日为2010年3月23 日，进入中国国家阶段的申请号为201080022546.7，发明名称为"尺寸上稳定的非织造纤维 幅材及其制造和使用方法"的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]相关专利申请的交叉引用
[0003] 本专利申请要求于2009年3月31日提交的美国临时专利申请号61/165,316和于 2009年6月11日提交的美国临时专利申请号61/186,374的优先权，W上两个临时专利申请 的公开内容W引用方式全文并入本文。
技术领域
[0004] 本发明设及尺寸上稳定的非织造纤维幅材W及制备和使用运种幅材的方法。本发 明还设及可用于制造制品如可生物降解和可生物相容的制品的尺寸上稳定的非织造纤维 幅材，所述纤维幅材包含聚丙締W及脂族和/或芳族聚醋的共混物。
【背景技术】
[0005] 烙体纺丝法(或纺粘加工)是一种通过经由模具中的小喷丝孔挤出烙融聚合物、在 带材上W均一随机方式收集纺丝、并且使纤维粘合W形成粘结幅材的工艺。烙喷(或MB)是 一种通过经由被高速受热气体射流包围的小喷丝孔挤出烙融聚合物并且使喷丝收集成粘 结幅材的工艺。该工艺也被称作吹塑微纤维(或BM巧工艺。
[0006] 诸如聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)之类的聚醋和诸如聚丙締(PP)之类的聚締控是 通过诸如BMF和纺粘之类的工艺进行纺织物纤维、包装膜、饮料瓶和注模物品的商业生产中 的两类常用石油基聚合物。尽管PET比其他商业上可用的聚合物具有较高的烙点和优越的 机械和物理性质，但在高于其玻璃化转变溫度的溫度下其显现具有差的尺寸稳定性。聚醋 纤维，例如芳族聚醋如PET和二醇类改性的聚对苯二甲酸乙二醇醋(PETG)和/或脂族聚醋如 聚乳酸(PLA)，W及含有运类纤维的幅材在经受高溫时由于分子的取向非晶区段的弛豫可 W收缩最初长度的高达40%，从而经暴露于热而弛豫（参见化rayanan,V.;Bhat,G.S.和 L.C.Wadswo;rth.TAPPIProceedings=NonwovensConference&Trade!^1^.(1998)29-36)0
[0007] 此外，因PET从烙体态的缓慢结晶，其一般不被视作适用于设及高速加工的应用； 在商业生产速率下，该聚合物不太可能形成发展良好的晶体。由PET纤维制成的制品通常在 纤维纺丝工艺中需要经历另外的拉延和热定形（例如，退火)阶段，W在尺寸上稳定所产生 的结构。
[000引另外，还越来越被关注的是，使用可再生资源聚合物，即源自植物基材料的聚合物 来替代石油基聚合物如PET和PP。理想的可再生资源聚合物为"二氧化碳零排放的"，意味着 植物基材料生长中所消耗的二氧化碳量与产品制备并处理时的二氧化碳释放量相当。可生 物降解的材料的性质足W使它们在暴露于导致堆肥的条件时分解。被视为可生物降解的材 料的实例包括脂族聚醋，例如化A、聚乙醇酸、聚己内醋、丙交醋与乙交醋的共聚物、聚下二 酸乙二醇醋W及它们的组合。
[0009] 然而，将诸如聚乳酸之类的脂族聚醋用于BM即寸常常遇到困难，原因在于脂族聚醋 热塑性塑料具有相对较高的烙融粘度，运产生的非织造幅材通常不能像聚丙締那样被制成 同样的纤维直径。由于许多最终产品的性能受纤维直径控制，所W聚醋幅材的粗纤维直径 会限制它们的应用。例如，粗纤维在用于皮肤接触应用时会显得较硬，并且感觉较差。此外， 粗纤维生产出具有较大孔隙率的幅材，运会导致幅材具有较低的阻隔性质，例如对水性流 体较低的排斥性。
[0010] 美国专利齡.6,645,618化〇化3等）中已经描述了作为微纤维的脂族聚醋的加工。 美国专利No.6,111，160 (Gruber等）公开了使用烙体稳定的聚交醋来通过烙喷和纺粘工艺 形成非织造制品。JP6466943A(化igemitsu等)描述了一种低收缩特性的聚醋体系及其制造 途径。美国专利申请公开号2008/0160861(Berrigan等)描述了一种用于制造粘结的非织造 纤维幅材的方法，所述方法包括挤出聚对苯二甲酸乙二醇醋和聚乳酸的烙喷纤维、使烙喷 纤维收集成初始非织造纤维幅材，W及利用受控的加热和冷却操作使该初始非织造纤维幅 材退火。美国专利No.5,364,694(0kada等)描述了一种基于聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)的 烙喷非织造织物及其制造。美国专利No.5,753,736(Bhat等)描述了通过使用成核剂、增强 剂W及二者的组合来制造收缩性减小的聚对苯二甲酸乙二醇醋纤维。美国专利No.5,585， 056和6，005,019描述了一种包含可吸收的聚合物纤维和增塑剂的外科手术制品，所述增塑 剂包含硬脂酸及其盐。
【发明内容】
[0011] 通常，本文所公开的发明设及尺寸上稳定的非织造纤维幅材W及制造和使用运类 幅材的方法。在一个方面，本发明设及含有多根连续纤维的幅材，所述多根连续纤维含有一 种或多种选自脂族聚醋和芳族聚醋的热塑性聚醋；和W所述幅材的重量计其量大于0%且 不超过10%的聚丙締，其中所述纤维显示具有分子取向并且基本上连续地延伸贯穿幅材， 并且另外其中将幅材加热至高于纤维的玻璃化转变溫度、但低于纤维的烙点的溫度时所述 幅材具有至少一个在幅材的平面中缩短不超过10%的维度。在一些示例性实施例中，纤维 的分子取向产生至少0.01的双折射率值。在大多数实施例中，纤维为微纤维，特别是细旦纤 维。
[0012] 在一些示例性实施例中，热塑性聚醋含有至少一种芳族聚醋。在某些示例性实施 例中，芳族聚醋选自聚对苯二甲酸乙二醇醋（PET)、二醇类改性的聚对苯二甲酸乙二醇醋 (PETG)、聚对苯二甲酸下二醇醋(PBT)、聚对苯二甲酸S甲醋（PTT)、它们的共聚物或其组 合。在其他示例性实施例中，热塑性聚醋含有至少一种脂族聚醋。在某些示例性实施例中， 脂族聚合物选自一种或多种聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸乙醇酸共聚物、聚下二酸下二醇醋、 聚径基下酸醋、聚径基戊酸醋、其共混物和共聚物。在某些示例性实施例中，脂族聚醋是半 结晶性的。
[0013] 在另一方面，本发明设及一种含有多根纤维的幅材，所述多根纤维含有一种或多 种选自脂族聚醋的热塑性聚醋；和按所述幅材的重量计其量大于0%且不超过10%的聚丙 締，其中所述纤维不显示具有分子取向，并且另外其中在将幅材加热至高于纤维的玻璃化 转变溫度、但低于纤维的烙点的溫度时所述幅材具有至少一个在幅材的平面中缩短不超过 10%的维度。在某些示例性实施例中，热塑性聚醋含有至少一种选自一种或多种聚乳酸、聚 乙醇酸、聚乳酸乙醇酸共聚物、聚下二酸下二醇醋、聚径基下酸醋、聚径基戊酸醋、其共混物 和共聚物的脂族聚醋。在某些示例性实施例中，脂族聚醋是半结晶性的。在大多数实施例 中，纤维为微纤维，特别是细旦纤维。
[0014] 在另外的示例性实施例中，设及本发明的前述两个方面，所述多根纤维可W包含 不同于热塑性聚醋的热塑性(共)聚合物。在其他示例性实施例中，所述纤维可W包含增塑 剂、稀释剂、表面活性剂、粘度调节剂、抗微生物组分或其组合中的至少一者。在一些特定的 示例性实施例中，所述纤维显示具有不大于约25WI1的中值纤维直径。在运些实施例的某些 中，所述纤维显示具有至少1皿的中值纤维直径。在另外的示例性实施例中，所述幅材是生 物相容的。
[0015] 在其它实施例中，尺寸上稳定的非织造幅材可W通过使用粘度调节剂来降低脂族 聚醋如化A的粘度而形成。在某些示例性实施例中，该粘度调节剂选自烷基簇酸盐、締基簇 酸盐、芳烷基簇酸盐、烷基乙氧基化簇酸盐、芳烷基乙氧基化簇酸盐、烷基乳酸盐、締基乳酸 盐W及它们的混合物。
[0016] 在一些示例性实施例中，所述幅材是由热塑性聚醋和聚丙締的烙融混合物形成的 尺寸上稳定的非织造纤维幅材。在其他示例性实施例中，尺寸上稳定的非织造纤维幅材选 自纺粘幅材、吹塑微纤维幅材、水刺幅材或其组合。
[0017] 在又一方面，本发明设及制造尺寸上稳定的非织造纤维幅材的方法，其包括形成 一种或多种选自脂族聚醋和芳族聚醋的热塑性聚醋与聚丙締的混合物，所述聚丙締的量按 混合物的重量计大于0%且不超过10%;由该混合物形成多根纤维；W及收集纤维的至少一 部分W形成幅材，其中所述纤维显示具有分子取向并且基本上连续地延伸贯穿幅材，并且 另外其中在将幅材加热至高于纤维的玻璃化转变溫度、但低于纤维的烙点的溫度时所述幅 材具有至少一个在幅材的平面中缩短不超过10%的维度。在一些实施例中，可W使用烙体 纺丝法、长丝挤出法、电纺法、气体射流原纤化法或其组合来形成纤维。
[0018] 在又一另外的方面，本发明设及一种制造尺寸上稳定的非织造纤维幅材的方法， 其包括形成一种或多种热塑性脂族聚醋和聚丙締的混合物，所述聚丙締的量按混合物的重 量计大于0%且不超过10% ;由该混合物形成多根纤维；W及收集纤维的至少一部分W形成 幅材，其中所述纤维不显示具有分子取向，并且另外其中在将幅材加热至高于纤维的玻璃 化转变溫度、但低于纤维的烙点的溫度时所述幅材具有至少一个在幅材的平面中缩短不超 过10%的维度。在一些示例性实施例中，可W使用烙喷(例如BM巧工艺形成纤维。
[0019] 在一些示例性实施例中，所述方法还可包括例如通过幅材的受控加热或冷却来后 处理尺寸上稳定的非织造纤维幅材。
[0020] 在又一方面，本发明设及一种制品，其包括如上所述的尺寸上稳定的非织造纤维 幅材，其中该制品选自：气体过滤制品、液体过滤制品、吸声制品、隔热制品、表面清洁制品、 细胞生长载体制品、药物递送制品、个人卫生制品、伤口敷料制品和牙齿卫生制品。在某些 示例性实施例中，所述制品可W是手术单。在其他示例性实施例中，所述制品可W是手术 月良。在其他示例性实施例中，所述制品可W是消毒裹布。在另外的示例性实施例中，所述制 品可W是伤口接触材料。
[0021] 根据本发明的尺寸上稳定的非织造纤维幅材的示例性实施例可W具有使其能够 用于多种应用的结构特征，具有优越的吸收性质，由于其密实度低而显示具有高孔隙率和 渗透性，和/或W高性价比方式进行制备。由于所形成的纤维的直径小，因而幅材具有类似 于聚締控幅材的柔软感，但在许多情况下由于所用聚醋的较高模量而显示具有优越的拉伸 强度。
[0022] 可W制备双组分纤维如皮忍型或并列型双组分纤维，如可W是双组分微纤维，包 括亚微米纤维。然而，本发明的示例性实施例利用单组分纤维可W特别有用而有利。在其它 有益效果当中，能够使用单组分纤维而降低制备的复杂性，并且对幅材的用途限制较少。
[0023] 根据本发明的生产尺寸上稳定的非织造纤维幅材的示例性方法可W在较高的生 产速率、较高的生产效率、较低的生产成本等方面具有优势。
[0024] 已对本发明的示例性实施例的多种方面和优点进行了概述。W上概述并非意图描 述本发明的每个图示实施例或每种实施方式。W下【具体实施方式】和实例更具体地例示了利 用本文所公开的原理的某些目前优选的实施例。
【具体实施方式】
[0025] 本发明整体设及尺寸上稳定的非织造纤维幅材或织物。所述幅材包含由（共)聚合 物混合物形成的多根纤维，所述(共)聚合物混合物优选是可烙融加工的，使得所述(共)聚 合物混合物能够被挤出。尺寸上稳定的非织造纤维幅材可W通过在挤出之前或期间将脂族 和/或芳族聚醋与聚丙締(PP)共混而制得，其中所述聚丙締的量按所述幅材的重量计大于 0%且不超过10%。所得到的幅材在被加热至高于纤维的玻璃化转变溫度的溫度时，所述幅 材具有至少一个在幅材的平面中缩短不超过10%的维度。在某些实施例中，所述纤维可显 示具有分子取向。
[0026] 在幅材的平面中是指幅材的x-y平面，其也可W被称作幅材的纵向和/或横向。因 此，当将幅材加热至高于纤维的玻璃化转变溫度的溫度时，本文所述的纤维和幅材具有至 少一个在幅材的平面中例如纵向或横向缩短不超过10 %的维度。
[0027] 在所述幅材被加热至高于纤维的玻璃化转变溫度的溫度时，如本文所述的纤维幅 材或织物在尺寸上是稳定的。幅材可被加热至比芳族和/或脂族聚醋纤维的玻璃化转变溫 度高15°0、20°0、30°0、45°0^及甚至55°0，并且幅材仍然保持尺寸上稳定，例如具有至少一 个在幅材的平面中缩短不超过10%的维度。不应当将幅材加热至使纤维烙化或导致纤维明 显降解的溫度，如由分子量损失或脱色运类特性所证实那样。
[0028] 尽管无意于受理论的束缚，但据信，PP的聚集体可能由此均匀地分布在整个长丝 的忍中；据信聚締控充当可选择性混溶的添加剂。在幅材的低重量百分比下，PP与聚醋混合 并且在物理上妨碍链的运动，从而抑制了冷结晶，并且没有观察到宏观收缩。如果PP的重量 百分比进一步增加超过10重量％，贝化P和聚醋相分离，聚醋的重新排布不受影响。
[0029] 如本说明书和所附权利要求书中所用，除非所述内容另外明确地指明，否则单数 形式"一个"和"所述"包括多个指代物。因此，例如，提及的包含"某种化合物"的细旦纤维包 括两种或多种化合物的混合物。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语"或"的含义一 般来讲包括"和/或"，除非该内容明确地表示其他含义。
[0030] 如本说明书所用，由端点表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值(例如1至 5 包括 1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
[0031] 除非另外指明，否则所有用于本说明书和权利要求书中表示成分数量、特性量度 等的数字，应当理解为在所有情况下均由术语"约"修饰。因此，除非有相反的说明，上述说 明书和附加权利要求书中所述的数值参数是近似值，其可由利用本发明教导内容的本领域 技术人员根据寻求达到的所需特性改变该数值参数。在最低程度上，丝毫没有将等同原则 的应用限制于权利要求书保护的范围的意思，每一个数值参数至少应当根据所记录的有效 数字位数并采用寻常的四舍五入法进行解释。
[0032]对于W下所定义的术语来说，除了在权利要求书或说明书的其它地方给出不同定 义之外，运些定义都是适用的。
[。。扣]术语表
[0034] 术语"双组分纤维"或"多组分纤维"意指具有两种或更多种组分的纤维，各种组分 占据纤维的横截面积的一部分并且在纤维的基本长度上延伸。合适的多组分纤维构造包括 但不限于皮忍构造、并列构造和"海岛型"构造（例如由KurarayCompany,Ltd. ,Okayama, Japan制备的纤维）。
[0035] 术语"单组分纤维"意指其中纤维在其整个横截面上具有基本相同组成的纤维，但 是单组分包括共混物或包含添加剂的材料，其中基本均一组成的连续相在整个横截面和纤 维长度上延伸。
[0036] 术语"可生物降解的"表示可通过自然产生的微生物例如细菌、真菌和藻类，和/或 自然环境因素，例如水解、醋交换反应、暴露于紫外光或可见光(可光降解的）和酶机制或其 组合的作用而降解。
[0037] 术语"生物相容性"表示通过不在活体组织中产生有毒的、有害的或免疫学的反应 而在生物学上相容。生物相容性材料也可W通过生化和/或水解过程分解，并被活组织吸 收。使用的测试方法包括ASTMF719，其用于细旦纤维接触组织，例如皮肤、伤口、包括在诸如 食道或尿道之类的孔口内的粘膜组织的应用情况；W及ASTMF763，其用于细旦纤维被植入 组织中的应用情况。
[0038] 术语"中值纤维直径"意指通过运样确定的纤维直径:产生纤维结构的一个或多个 图像(例如通过使用扫描电子显微镜）；测量在该一个或多个图像中清楚可见的纤维的纤维 直径，产生纤维直径的总数X;W及计算X个纤维直径的中值纤维直径。通常，X大于约20,更 优选大于约50,并且有利的范围为约50至约200。
[0039] 术语"细旦纤维"一般是指中值纤维直径不大于约50微米(WIi)、优选不大于25WI1、 更优选不大于20WH、还更优选不大于15WI1、甚至更优选不大于IOwik最优选不大于扣m的纤 维。
[0040] "微纤维"是一组中值纤维直径为至少Iwii但不大于IOOwii的纤维。
[0041] "超细微纤维"为一组中值纤维直径为2WI1或更小的微纤维。
[0042] "亚微米纤维"是一组中值纤维直径不大于化m的纤维。
[0043] 当本文中提及某一特定种类的微纤维批、组、阵列时，如"亚微米微纤维阵列"时， 其意指该阵列中的微纤维的完整组，或单个的微纤维批的完整组，而不仅仅是指属于亚微 米尺寸的阵列或批中的一部分。
[0044] "连续取向的微纤维"在本文中是指从模具放出并通过处理工位移动的基本上连 续的纤维，纤维在处理工位被拉伸且纤维内分子的至少部分被取向为与纤维的纵向轴线准 直(相对于纤维使用的"取向的"意指纤维分子的至少部分沿着纤维的纵向轴线准直）。
[0045] "烙喷纤维"在本文中是指通过将烙化的成纤材料穿过模具中的喷丝孔挤出进入 高速气体流中制备的纤维，其中挤出的材料首先被细化，然后硬化为纤维团。
[0046] "单独制备的亚微米纤维"意指从成纤设备(如模具)制备的亚微米纤维流，该成纤 设备被布置为该亚微米纤维流初始与较大尺寸微纤维流在空间上分隔（如在约1英寸 (25mm)或更大的距离上），但在移动行程中与其合并W及分散到其中。
[0047] "自生粘结"被定义为高溫下的纤维之间的粘结，如在不使用例如点粘结或压延中 的直接接触压力的情况下，在烘箱中或用通风粘结器获得的粘结。
[0048] "分子相同"的聚合物是指具有基本相同的重复分子单元的聚合物，但其在分子 量、制备方法、商业形式等方面可W不同。
[0049] "自支承"或"自支持"在描述幅材时意指幅材可W例如在没有支承层或其他支承 辅助下，通过自身而得W保持、处理和加工。
[0050] "密实度"是与密度和幅材渗透性和孔隙度成相反关系的非织造幅材性能(低密实 度对应于高渗透性和高孔隙度），并且由W下公式限定：
[0052] 根据IOcmXIOcm的幅材样品的重量计算。幅材基重"。
[0053] 在施加压力为150Pa的条件下，使用测试脚尺寸为5cmX12.5cm的厚度测试计在 IOcmXIOcm幅材样品上测量"幅材厚度"。
[0054] "堆密度"是取自文献的构成幅材的聚合物或共混聚合物的堆密度。
[0055] W下将描述本发明的多个示例性实施例。因此，应当理解，本发明的实施例不应限 于W下所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制的控制。
[0056] 在贯穿本说明书提及的"一个实施例"、"某些实施例"、"一个或多个实施例"或"实 施例"，无论在术语"实施例"前是否包括术语"示例性"，都意指结合该实施例描述的特定特 征、结构、材料或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的多处出现 的短语(例如"在一个或多个实施例中"