多组分脂肪族聚酯混合纤维的制作方法_3

文档序号:9196377阅读:来源:国知局
合纤维芯的聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰胺的纤维相比,可以展现出改善的亲水性,改善的阻燃性能,或者可以染出更深更明亮的色彩。
[0041]在不同的实施方式中,第一聚合物组分包含第一脂肪族聚酯,第二聚合物组分包含第二脂肪族聚酯。但当实施方式中的第一聚合物组分和第二聚合物组分包含相同类型的脂肪族聚酯时,第一脂肪族聚酯和第二脂肪族聚酯可以通过至少一个区别的特征被各自定义。在一个优选的实施方式中,第一脂肪族聚酯和第二脂肪族聚酯均为聚乳酸,其中第一PLA聚合物组分至少通过聚合物组分在目标粘合温度下流动和形成强结合的能力相关的区别特征来定义。
[0042]根据本发明披露的有用的聚乳酸聚合物可以由乳酸聚合或者交酯聚合来制备。PLA 和制造它的方法在 U.S.专利号 5,698,322 ;5,142,023 ;5,760,144 ;5,593,778 ;5,807,973 ;和5,010, 145中披露,并且通过参考全部引入。
[0043]有利的,根据本发明披露的有用的PLA聚合物呈现出的剩余单体百分比对第一聚合物组分和第二聚合物组分起作用,使其显示出令人满意的熔融强度,纤维机械强度,和纤维可纺性。这里所用的“剩余单体百分比”指的是还未反应的并包埋在缠结的PLA聚合物链结构中的乳酸或者交酯单体的量。通常,如果PLA聚合物的剩余单体百分比在一个组分中过高,该组分会由于不稳定的加工性能而不容易加工,这种不稳定的加工性能是由于在加工过程中释放的大量单体蒸气导致的挤出压力变化而引起的。然而,PLA聚合物的少量的剩余单体在一个组分中可以是有利的,因为该剩余单体在纺丝过程中起到了塑化剂的作用。因此,PLA聚合物组分通常呈现出剩余单体百分比少于大约15%,优选地少于大约10%,并且更优选的少于大约7%。
[0044]本发明披露的有用的脂肪族聚酯可以由不同的特征或性能定义。例如,参考PLA,乳酸和交酯为人熟知的是非对称的分子,具有两个旋光异构体,分别是左旋的(以下被称为“L”)对映异构体和右旋的(以下被称为“D”)对映异构体。因此,通过聚合一种特定的对映异构体或者通过使用两种对映异构体的混合物,能够获得化学成分相似的,但是具有显著地不同性能的聚合物。特别的,已经发现通过改变聚乳酸聚合物的立体结构,来控制聚合物的熔融特性是可能的。
[0045]结晶度是另一个可以用来定义脂肪族聚酯的性质。例如,PLA聚合物的结晶程度,是基于聚合物主链的规则性和其与自身或其他链的类似的成形部分整齐排列的能力。即使相当小数量的右旋体(乳酸的或者交酯的),例如大约3到大约4重量百分比的,与左旋体(乳酸的或者交酯的)共聚,聚合物主链通常会变成不规则的形状,使其不能与纯左旋体聚合物的其它主链部分整齐排列和取向,从而减少聚合物的结晶度,并进一步可以降低粘合温度,在低于规定值的温度下聚合物可形成令人满意的粘合。在不同的实施方式中,包含成核剂可以提高聚合物组分的结晶度。
[0046]在不同的实施方式中,用熔体流动指数测定来定义脂肪族聚酯。本领域熟知的测试可以用来测定聚合物组分的熔体流动指数。例如,熔体流动测试ASTMD1238可以用来确定聚合物组分的熔体流动指数。
[0047]此外,脂肪族聚酯可以通过它们的分子量来定义。分子量可以指的是每个聚合物链的长度。因此,第一和第二聚合物组分可以具有相同的或者不同的分子量。虽然分子量的不同是为聚合物级所固有的,但在不同的实施方式中,聚合物组分可以包含添加剂,其导致聚合物分子量的降低。在不同的实施方式中,添加剂在挤出时导致聚合物分子量的降低。在不同的实施方式中,挤出仅仅指的是纤维挤出过程(即,就在纤维挤出之前添加剂被添加)。在一些实施方式中,挤出指的是第一挤出,在其中添加剂可以被添加到聚合物组分中形成混合物,该混合物稍后在第二挤出中被挤出而形成纤维。两次或更多次挤出可以导致比单次挤出更大的分子量降低。在不同的实施方式中,添加剂可以导致聚合物组分分子量的降低大约5%或者更大,大约10%或者更大,或者大约15%或者更大。此外,在一些实施方式中,第一聚合物组分和第二聚合物组分的分子量可以是大体上相同的,并且添加剂可以用来降低第一聚合物组分的分子量到需要的分子量比,如文中另外描述的。在不同的是实施方式中,第一聚合物挤出后对比挤出前的分子量比为少于1.0或者大约0.95或者更少,大约0.9或者更少,或者大约0.85或者更少。
[0048]根据本发明的披露,可作为添加剂使用的一个不受限制的例子是季戊四醇,其可在挤出之前或挤出过程中添加到聚合物组分中。季戊四醇通过水解来降低缩合聚合物(例如酯)的分子量。在优选地实施方式中,第一聚合物组分可以在挤出之前或挤出过程中与大约0.5重量%到大约8重量%或者大约1.5重量%到大约4.5重量%的季戊四醇混合。其他的,不受限制的添加剂的例子,其可以包含在聚合物组分中来降低聚合物组分的分子量,包括水,氢氧化钠,水合氧化铝三水合物,乙二醇,和类似的。
[0049]在一些实施方式中,可以使用改善多组分纤维的粘合性能的添加剂,而不必降低聚合物组分的分子量。例如,塑化剂例如脂肪族二酯和/或聚羟基烷羧酸酯(“PHA”)可以包含在PLA聚合物组分中。此类添加剂可以在挤出之前或挤出过程中与聚合物组分混合,如上所述。
[0050]如这里进一步的描述,本发明的纤维作为粘合纤维可以是特别有用的或者可以适用于改善粘合,特别是如热风粘合的粘合方法中。因此,在不同的实施方式中,第二聚合物组分具有的熔融温度大于第一聚合物组分的软化温度是令人满意的。可以对第二聚合物组分进行选择来提供纤维的强度或者硬度(rigidity),从而提供包含该多组分纤维的非织造结构的强度或者硬度。纤维的强度或者硬度(rigidity)通常是通过选择热熔融温度大于第一聚合物组分的软化温度的第二聚合物组分来获得。因此,当多组分纤维在适当的粘合温度下时,该温度通常高于第一聚合物组分的软化温度但是低于第二聚合物组分的熔融温度,第一聚合物组分将会变软并且较好的流动,而第二聚合物组分将会通常维持它们精确的形状。在如上所述优选的壳/芯排列中这是特别令人满意的。此外,由于第二聚合物组分没有在目标粘合温度下熔融,多组分纤维的纤维形状得以维持。
[0051]在热风粘合过程中PLA粘合纤维会发生热收缩,因为在粘合组分变软或者流动的温度下或者高于该温度时,纤维不能热定形,但是在粘合中,纤维必须暴露在足够高温度下来获得所需的粘合组分的熔融流动特性。热收缩主要是由于存在于非晶相中的聚合物链段的热诱导链放松而发生的。于是在粘合温度下,通常能观察到明显的热收缩。这是PLA特有的问题,因为它的收缩力相当的高,这在领域内是熟知的。因此,当此类纤维用来形成热粘合织物时,收缩粘合纤维更可能会在其收缩时导致织物的洞或者非一致性。但根据本发明,使用相当高左旋体纯度的PLA作为多组分纤维的芯组分可以显著地降低纤维的收缩。
[0052]因此,本发明中有用的聚合物组分可以通过右旋体含量来定义,如上讨论的。特别地,PLA聚合物组分的左旋体纯度可以影响聚合物的熔融特性。聚合物的各自的熔融特性因此可以通过聚合物组分中异构体的含量来定义。在不同的实施方式中,第二聚合物组分的异构体纯度高于第一聚合物组分的异构体纯度。例如,这里描述的多组分纤维的第一聚合物组分可以是在目标粘合温度下软化或者流动的纤维组分,而第二聚合物组分在同一目标粘合温度下没有实质上软化,流动,或者熔融。因此,第一聚合物组分可以包含完全无定形的PLA,其粘合温度等于或低于规定值。在不同的实施方式中,第一聚合物组分包含聚乳酸,其通过右旋体含量为大约2%或更高,大约3%或者更高,大约4%或者更高,或者大约5%或者更高来定义。在一个优选地实施方式中,第一聚合物壳组分是无定形PLA,这可以对其进行改性使得第一聚合物壳组分在目标粘合温度下更容易地变软或者流动。在一些实施方式中,半结晶PLA(如右旋体含量低于大约5% )可以是与高左旋体纯度PLA芯聚合物组合的有用的粘合壳。例如,非粘合(第二)聚合物组分包含大致相等量的相当纯度的PLA与相当纯度的TOLA的混合物(通常被称为“立构复合”),其具有足够高的熔融温度,因此具有右旋体含量为大约0.1%到大约5%的半结晶PLA可以用来作为第一(粘合)聚合物组分。
[0053]在不同的实施方式中,第二聚合物组分包含半结晶PLA。在一些实施方式中,第二聚合物组分包含PLA立构复合物。在一些实施方式中,第二 PLA聚合物组分优选地仅仅包含少量的右旋体从而第二聚合物组分的熔融温度不会降低到低于规定值。此外,第二聚合物组分(例如芯聚合物组分)可以包含右旋体含量大约为2.0%或者更低,大约1.2%或者更低,大约1.0 %或者更低,大约0.8%或者更低、或者大约0.6%或者更低的PLA。如描述的,芯组分聚合物的右旋体含量可以有利地降低纤维的热收缩。因此,根据前述的,第一和第二聚合物组分的右旋体和左旋体的含量可以被结合,从而使得形成的纤维在暴露到约130°C的空气中大约5分
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