专利名称：新型聚酯及其用作粘合长丝和纤维的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是聚酯的生产，其聚酯所形成的纤维或长丝可用于热粘合无纺织物，例如低密度纤维絮料絮垫。
已知生产无纺织物例如低密度纤维絮料絮垫是由聚酯纤维或长丝，通常是聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)(缩写为2G-T)，与较低熔点聚酯粘合性纤维或长丝混合，当进行适当加热时，其纤维或长丝软化或熔化以保证纤维间或长丝间粘合，以便使含有纤维状的结构均匀完整。换句话说，在双组分纤维或长丝中，低熔粘合物可构成围绕芯的外层，其芯可为2G-T，然后它们可被单独的或与其它纤维或长丝混合以生产无纺织物。在美国专利US3，589，956(kranzetal)中披露，当由这种粘合性纤维制备低密度无纺织物例如纤维絮料絮垫时，重要的是，纤维在它们生产期间逐渐冷却，即热的松驰使其稳定以阻止粘合过程中的收缩。
根据美国专利US4129675(Scott)所介绍的用于生产无纺织物例如纤维絮料絮垫的较好的聚酯粘合纤维是由对苯二酸乙二醇/间苯二酸酯共聚物组成(缩写为2G-T/I)，其中T/I摩尔比率约70/30。按照美国专利US4，418，116(Scott)的另一种方法所述的聚酯粘合纤维是由乙二醇和二甘醇混合的对苯二酸乙二醇(缩写为2G/DEG-T)，其中2G/DEG摩尔比大约80/20～65/45。尽管第二个所述的Scott专利能按需要非常有效地增加结晶度，但上述类型的纤维或长丝实际上都是非晶态的，即通常具有少于25%的结晶度。
适用于大批量生产的另一种类型的粘合纤维可被认为是结晶状的，即n-丁二醇与n-己二醇混合的对苯二酸酯的共聚物。这些粘合性纤维的一个优点是结晶度导致更迅速地限定其纤维熔点。这又使得有可能影响在较高温度下纤维的热松驰，这个温度接近粘合纤维的熔点，并且这又可减少在粘合期间无纺织物的收缩的趋势。尽管如此，这个特别的共聚物粘合纤维是由相对比较昂贵的单体组成并且至今它的应用受到限制。
因此，本发明的目的是提供一个改进的聚酯，该聚酯能够从相对比较便宜的单体获得，并且它能够制成结晶状的纤维和长丝以很好适于粘合无纺织物，例如絮料絮垫。
本发明所提供的聚酯是由对苯二酸与戊二酸或它们的衍生物(它们可选择地带有小量的间苯二酸或其衍生物)的混合物，以及乙二醇与二甘醇的混合物衍生出来的。
尤其是，本发明所提供的聚酯适合于用作低熔点、低收缩的粘合纤维或长丝，所说的聚酯主要由下列结构式的再熟化结构单元组成
其中R约为65～95摩尔%对位亚苯基5～35摩尔%-(CH2)3-，以及0～5摩尔%间亚苯基G约为75～95摩尔%-CH2-CH2-，以及5～25摩尔%-(CH2)2-O-(CH2)2-
较好的是，聚酯具有熔点约为160°～220℃。本发明还提供上述聚酯的结晶单组分纤维和长丝，以及双组分皮芯纤维和长丝，其中芯是聚对苯二甲酸乙二醇酯，外层是上述的聚酯。
上述的聚酯可由传统的缩聚方法制备，将75～95摩尔%乙二醇与所补充的5～25摩尔%二甘醇相混合，作为1，2-乙二醇组分，将65～95摩尔%对苯二酸与0～5摩尔%间苯二酸以及所补充的5～35摩尔%戊二酸相混合作为酸组分。除了所说的二羧酸，也可使用能够形成衍生物的酯，如二甲基酯。
在下面的例子中，各种单体组分同时装入到聚合反应容器中，进行缩聚反应以生成线型聚酯，聚酯中的组分单元都是沿分子链任意排列的。因此，我们将知道，首先是将2个或多个单体组分反应到预聚阶段，然后添加剩余组分，以完成聚合反应。
在任何情况下，希望选用上述组分的特殊摩尔百分比以形成聚酯的熔点约为160°～220℃，较好的是大约165°～200℃，但最好是约170°-195℃，这是因为它们可便于用作纤维与2G-T纤维(其纤维具有稍微较高熔点245-260℃)生产粘合无纺织物，如纤维絮料絮垫。
我们将知道，本发明的可结晶的聚酯非常适用于用作无纺织物的结晶粘合纤维或长丝，它们也可有利的用于铸膜形式或模型产品，不管在任何地方，都希望该聚酯具有这样的熔点和伴随的特性。
然而，本发明的重要方面是由上述的聚酯来生产纤维或长丝的。在这里的纤维和长丝在一般意义上是可互换术语，但在此处，更特殊地确认长度是恰当的。术语“纤维”意思是“短丝”称为短纤维，下文中仅使用其中一个名词。
本发明的聚酯可由一般熔融纺技术转变为纤维或长丝，2-5dpf旦尼尔是最普通的，它们可生产单组分纤维或长丝，但最好是生产双组分长丝，在其长丝中，外层为低熔点的聚酯，该外层围绕芯同轴排列，该芯是相对高熔点的聚酯如2G-T。然而，并列型双组分长丝用于多组分长丝也是可能的。通常双组分的纤维或长丝的较高熔融组分构成其纤维或长丝重量的50～90%总之，正如例子的情况，当较高的熔融组分是可结晶的2G-T时，有利的是两个组分都是结晶的。
长丝可使用初纺的(未拉伸)或拉伸过的(拉伸或取向)，降低旦尼尔的拉伸或为了增加取向以及提高结晶度可用一般工艺方法来完成。
一般将被纺成的纤维，合并成纤维束，在纤维束形成中随意拉伸和卷曲，然后在一般短纤维切断操作中切断所希望的长度，如果希望的话，在这个过程中也可切断粘合纤维并与一般的纤维絮料或纤维混合，例如聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)纤维。
为了用在聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)的大批量生产的聚酯纤维絮料上，最好是聚酯粘合用的纤维具有低于大约220℃的熔点，粘合用的纤维有高得多的熔点，并要求粘合温度足够的大，以致对大部分无纺织物有不利的影响。
如下面的例子详细说明的，本发明的聚酯在低密度纤维絮料絮垫的产品中可用作粘合用的纤维或长丝，典型的体积密度小于0.05gm/cm3，较好的是小于0.01gm/cm3。絮垫的使用包括用于家用装璜材料包括枕头、被褥和衬垫。此外，也有利是使用纤维或长丝来制备较高密度的产品如无纺布，类似于片状结构，其范围包括，一些膨松产品如用于尿布布面的片材，或用于汽车的车顶衬料(通常密度为0.05至0.3gm/cm3)以及更密实的类似于纸、毡的片材、或更硬的结构。在上述的产品中，通常用粘合纤维或长丝与较高熔点纤维或长丝(例如来自于一般的结晶性聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)混合。通常粘合用的纤维或长丝将会构成混合物重量的5-75%。然后这个絮垫要在粘合用的纤维或长丝的熔点之上，但低于另外组分的软化点，受到高温加热，通常这个加热用对流电流或辐射加热。加热应至少呈现在絮垫或另外产品的表面以将其封住，并且防止纤维伸出，但更一般地是加热将呈现于整个产品上。
另一方面，本发明的纤维或长丝可用于制备机织物或针织物，无论用于何处，粘合纤维需要增强强度和结构完整性。例如，在用于汽车和类似的产品的各种丝绒装饰布的结构中，偶尔有纱线毛茸抽出的倾向，或长丝有小球形成，这种倾向能通过较小量例如3-20重量%的较低熔点结晶纤维或长丝与另外的纤维或长丝如普通聚对苯二甲酸乙二(醇)酯混合，然后在足以熔化低熔点组分的并且将毛茸纤维或长丝粘合到织物上的温度下进行织物整理来减少。
值得注意的是不管在聚酯链中芳(族)环含量的稀释如何，都产生二乙醚键代替乙烯键，环丙烷键代替苯撑键，本发明的可结晶的聚酯可用普通聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)的生产设备进行纺制、卷曲和拉伸。同样，聚酯也能在普通的聚(对苯二甲酸乙二(醇)酯)设备中聚合。为了满意的熔融纺性能，为了达到更有效的熔融粘度，聚酯的RV至少具有16，并且较好是至少为18。通常RV将不高于30。
在本发明的聚酯的长丝或纤维的生产中，所希望的是，纤维或长丝在基本上没有张力下，在它们工艺的某阶段被热松驰，使纤维或长丝稳定以阻止收缩。当它们被用于生产低密度无纺织物时，如纤维絮料絮垫，这是特别重要的。垫松驰是在低于纤维或长丝的熔点的某处来完成的，如低于20°-100℃之间，但最好低于熔点30-50℃。
在这里的聚酯熔点，是用差示扫描量热计(DSC)装置以一般方法获得的，除非另作说明。
“相对粘性”(RV)是指溶于含有80ppmH2SO4的10ml六氟异丙醇中的0.8g聚酯的溶液的粘性与本身含有六氟异丙醇的H2SO4的粘性的比率，它们不但在毛细管粘度计中25℃下测量、而且都是以同样的单位表示。
在此处的术语“结晶体”意思是表示纤维或长丝具有较大百分比结晶度，如实施例中由密度计量，这就保证纤维的特征在于确定合适的熔点。
本发明将由下面的实施例进一步说明，其中成分和百分比都是重量单位，除非另作说明。
实施例1该实施例说明本发明从包括二甲基戊二酸和二甘醇的组分中制备和应用可结晶的聚酯。
使用普通的4罐连续工作式聚酯的聚合作用系统，并连接一个纺丝机，聚酯从对邻苯二甲酸二甲酯/二甲基戊二酸(缩写T/5-80/20摩尔%)和乙二醇/二甘醇(缩写2G/DEG-85/15摩尔%)中制备并且熔融纺成长丝。
二甲基戊二酸和二甘醇被加到一个含有乙二醇和催化剂的混合罐，其催化剂是醋酸锰，三氧化锑和四异丙基钛酸酯的混合物。其重量比分别为10.4/9.5/1。整个混合物连续地由混合罐喂入到第一个罐，在此罐酯交换在约177℃的温度下进行约60分钟，以熔融形式的对邻苯二甲酸二甲酯是直接地被计量到第一个罐中，基于要被形成的聚合物，催化剂浓度调节到130-150ppmMn，总的乙二醇与对邻苯二甲酸二甲酯/二甲基戊二酸的摩尔比是2.1∶1.0。
基于聚合物，对酯交换罐的液体生成物添加足够的磷酸以生成40-70ppm磷，并且加入足够量的、溶于乙二醇中的5%Tio2的浆液以生成溶于聚合物0.3%的消光剂。当聚合作用以普通的方式开始进行23分钟时，然后这个混合物输送到第二个罐中，此摧温度增加到约245℃，并且压力减少到90mm水银柱，过量的1，2-乙二醇通过一个真空装置系统被除掉。
然后低分子量材料被抽吸注入到第三个罐中，此罐温度增到大约275℃并且压力减到约30mm水银柱，过量的1，2-乙二醇通过一个真空装置系统在约10分钟的一个循环期再一次被除掉。
这样所获得的低分子量聚合物然后被输送到第四个罐，此罐温度控制在272～278℃，并且压力减少到3mm水银柱。在大约180分钟之后，该聚合物被还原，并且得到具有22.5的相对粘度(RV)。根据分析得知，它由具有约80/20摩尔%的T/5的酸基单元和具有85/15摩尔%的2G/DEG的1，2-乙二醇基单元组成。
下一步聚合物通过喷丝板组件(喷丝孔直径约0.38mm)在保持260℃温度下被挤出纺成可结晶的单体组分长丝。在长丝引出于喷丝板时，长丝被21℃的空气冷却，长丝聚集成束，然后施加0.1%的整理剂。由数个喷丝板纺出的长丝合并成长丝束，该长丝束具有60000总的旦尼尔，该整理剂是2.5%水的乳化液，该水的乳化液是57.5%的ZelecNK抗静电剂(一种长链醇磷酸酯，它可从E.I.duPontdeNemoursandCompany得到)和34.3%的三羟乙基胺和8.2%的油酸混合物。
该长丝束在60℃下以3.4X拉伸，在填塞卷曲箱中卷曲，在72℃的烘箱里用10分钟在基本上没有约束下让长丝松驰，使长丝收缩趋于最小。所生成的单丝具有2.7旦尼尔，由DSC分析其熔点为171℃，9个卷曲/英寸，卷曲指数为25，相对于无结晶的非晶体间苯二酸基粘合长丝如2G/DEG-T/I(90/10～60/40摩尔%)具有较低的收缩。
该粘合长丝和普通的2G-T长丝喂送到切断机中，以获得50/50混合的短纤维，然后该短纤维梳理成具有密度为0.002gm/cm3的无纺絮垫，由200℃的热空气吹过该无纺絮垫5分钟，使其进行粘合，该絮垫得到具有低收缩的高粘合强度的絮垫。
实施例2将可结晶聚酯如在实施例1所述的2G/DEG-T/5(85/15摩尔%～80/20摩尔%)和均聚物2G-T分别熔融，使用一个皮芯型喷丝板组件如US2936482(Kilian)
图1～14所示的类型，在290℃的条件下将其挤出纺丝组件。2G-T熔体由顶板的每一个毛细管挤出，它通过每一喷丝板平顶的沉孔的中心线，另外的聚酯通过喷丝板的每一个平顶和顶板之间的空间计量进入到喷丝板的沉孔，这样形成一个双组分皮芯型长丝。该长丝具有的两种组分都是可结晶的。在顶板输送2G-T中每一毛细管的中心线必须精确对准喷丝板的每一平顶的沉孔，以产生同轴横截面的皮芯型长丝(非同轴皮芯型长丝将会引起絮垫收缩增加)，当由喷丝板引出长丝时，它们在21℃的条件下冷却，聚集成束并施加整理剂如实施例1。由数个喷丝板组合所得到的长丝束具有总的旦尼尔数为6000。
长丝束在60℃的条件下以3.4X拉伸，在填塞卷曲箱中卷曲，在一个72℃的烘箱中在基本无约束的条件下让长丝松驰10分钟，然后在145℃下松驰10分钟，使长丝收缩趋于最小。最后产品具有旦尼尔为5.3，外层聚合物的熔点171℃，2G-T内芯聚合物熔点为250℃。该产品也具有5.3dpf旦尼尔，约9个卷曲/英寸，卷曲指数为25，与相应的双组分外层为非结晶如2G/DEG-T/I(90/10摩尔%～60/40摩尔%)的长丝相比，该长丝具有低的收缩。
相等重量的双组分长丝和普通结晶长丝2G-T喂入到切断机中，切成1.5英寸长度，然后混合并且梳理成具有密度0.002g/cm3的无纺絮垫，无纺絮垫随后被粘合，它是由200℃的热空气吹过絮垫5分钟来粘合的，该絮垫具有低絮垫收缩的高粘合强度。
实施例3重复实施例2，除了在低熔聚酯组分有所变化，仅在72℃下松驰，在这种情况下，其组分仅是2G/DEG-T/5(90/10摩尔%～70/30摩尔%)，聚合、纺丝和工艺过程条件都是按照实施例2的相同方法，在双组分长丝中低熔取酯的熔点为167℃，它是由DSC分析得出的。
实施例4重复实施例2，除了低熔聚酯的组分有所变化，在这种情况下，该组分是2G/DEG-T/5(80/20摩尔%-88/12摩尔%)。聚合、纺丝和工艺过程条件都相同于实施例2。双组分低熔聚酯的熔点是195℃，它是由DSC分析得出的。
实施例5重复实施例3，除了低熔聚酯的组分有所变化，在这种情况下，该组分为2G/DEG-T/5/I(90/10摩尔%～69/30/1摩尔%)，与粘合长丝2G/DEG-T/5(90/10摩尔%～70/30摩尔%)相对比，在长丝形成中，它具有稍微较低的熔点和收缩。聚合、纺丝和工艺过程相同于实施例3。间苯二酸酯的来源是间苯二甲酸二甲酯，并与二甲基戊二酸酯和二甘油醇一起放入到混合罐中，在双组分长丝中的低熔聚酯的熔点为163℃。
下面的表1表示了上述所制备的低熔聚酯表1实施例醇组分摩尔%酸组分摩尔%熔点2GDEGT5I℃18515802001712851580200171390107030016748020881201955901069301163产品应用以下部分详细说明本发明的纤维或长丝在典型产品中的应用。
连续的单体组分粘合用的具有125旦尼尔并且由实施例4所述的聚合物制备的长丝的纱线，由普通的方法以1.78X的拉伸成为73旦尼尔的纱线，该纱线以恒定的时间在140℃下加热，以减少收缩，然后该纱线以1∶1的比率与普通的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)长丝由空气喷射进行混合，该长丝具有100旦尼尔。这样所形成的纱线具有一个空气喷射纱线的正常外形，而这种组分的长丝紧密混合。使用双针拉舍尔经编机把其纱线织入到丝绒的汽车装饰布单梳栉上，普通的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)纱线用于织物的另一梳栉上，如需要同样可采用尼龙纱线。该产品在200℃下加热粘合。织物的绒头阻止了纱线的抽出，并且长丝完全阻止了抽出。
车顶衬垫使用如实施例4所述的皮芯型粘合纤维来制造汽车的车顶衬垫。将纤维梳理成28 oz/平方码的交叉层状絮垫(以100%形式)。该絮垫放在涂有两个聚四氟乙烯玻璃片状织物之间，并且在压力板之间(加热温度为240℃)在220℃下加热、压制4分钟并合并成密度为0.12g/cm3的产品。然后以合并的形式在压力板之间冷却4分钟。
在所希望的车顶衬垫的形状中，当在100℃的热空气条件下受到粘合时保持的形状不变，便可得到最后的复合物。由非结晶聚酯粘合纤维是不能生产类似形状产品的。
用轧光粘合生产无纺织物使用实施例2生产的粘合长丝束来生产一系列无纺织物。该粘合长丝不但用100%的而且与一般为1.5旦尼尔2G-T的长丝混合。如果长丝束与2G-T长丝合并，长丝丝束被开松和混合，然后喂入到梳理机，使其形成纤维网，该纤维网具有织物单位重量的范围为18～30gm/yd2。然后，将该纤维网喂入到200psi压力下的两个热轧光辊之间，以形成热粘合的织物。两个轧光辊具有不同的表面特点，其一为光滑表面，另一个是刻有钻石图案的许多点，其图案具有总粘合区域的20%。两个轧光辊都是钢的并能被加热到所需温度。使用25%，50%或100%的粘合纤维，轧光温度大约从150℃到200℃以大约10℃为间隔变化。所形成的该产品与使用已知的粘合纤维同样制得的织物相比具有高的织物抗拉力值。
权利要求
1.一种适用于用作低熔低收缩粘合纤维或长丝的聚酯，主要由下列结构式的再熟化结构单元组成
其中R为约65～95摩尔%对位亚苯基5～35摩尔%-(CH2)3-，以及0～5摩尔%间亚苯基G为约75～95摩尔%-CH2-CH2-和5～25摩尔%-(CH2)2-O-(CH2)2-
2.根据权利要求1的聚酯，其聚酯熔点为160℃～220℃。
3.根据权利要求2的聚酯，其中R是约80摩尔%对位亚苯基和20摩尔%-(CH2)3-以及G为约85摩尔%-CH2-CH2-和15摩尔%-(CH2)2-O-(CH2)2-。
4.根据权利要求1的聚酯，其中R是约69摩尔%对位亚苯基。300摩尔%-(CH2)3-和1摩尔%异亚苯基以及G为约90摩尔%-CH2-CH2-和10摩尔%-(CH2)2-O-(CH2)2-。
5.如权利要求1所述的结晶性单组分的聚酯纤维或长丝。
6.一种双组分皮芯型纤维或长丝，其中芯是聚对苯二甲酸乙二醇酯，外层是可结晶的并且是如权利要求1所述的聚酯。
7.根据权利要求5所述的可结晶单组分纤维或长丝与聚(对苯二甲酸乙二醇酯)纤维或长丝混合。
8.一种由权利要求7的混合纱组成的絮垫或其它织物产品，至少在所说的絮垫表面是由热对流或热辐射所粘合的。
9.根据权利要求6的双组分纤维或长丝与聚(对苯二甲酸乙二醇酯)纤维或长丝混合。
10.一种由权利要求9的混合纱组成的絮垫或其它织物产品，至少在所说的絮垫表面是由热对流或热辐射所粘合的。
全文摘要
新型聚酯是由对苯二酸与戊二酸或它们的衍生物(它们可选择地带有少量的间苯二酸或其衍生物)的混合物以及乙二醇与二甘醇的混合物衍生的，适合用作可结晶的低熔低收缩粘合纤维或长丝以用于无纺织物或类似产品。
文档编号C08G63/66GK1043165SQ8910954
公开日1990年6月20日 申请日期1989年12月9日 优先权日1988年12月9日
发明者安承彦 申请人:纳幕尔杜邦公司