复合结构体的制作方法_2

文档序号:9672045阅读:来源:国知局
征粗颗粒的量。经 筛分(或过筛)的材料和筛渣可以使用光学显微镜进行分析。
[0025] 除非另外指出,否则本说明书中所指的无机颗粒材料的粒径性质是利用 Sedigraph 5100机通过将颗粒填料或材料在完全分散的条件下于水介质中沉降以公知方 式测量,所述Sedigraph 5100机在本说明书中被称作"Micromeritics Sedigraph 5100单 元',,由 Micromeritics Instruments Corporation (Norcross,美国乔治亚州)(网址:www. micromeritics. com)提供。所述机器提供了粒径(本领域中称作"等效球直径"(e. s. d)) 小于给定e. s. d值的颗粒的累积重量百分比的测量及绘图。平均粒径d5。是以此方式确定 的颗粒e. s. d值,等效球直径小于该d5。值的颗粒占50重量%。d 98和d 9。是以此方式确定 的颗粒e. s. d值,等效球直径小于'或d 9。值的颗粒分别占98重量%和90重量%。
[0026] 本发明中使用的颗粒状碳酸钙可以通过研磨由天然来源获得,也可通过沉淀人造 制得(PCC),还可以是上述二者的组合,即天然来源的研磨材料和合成的沉淀材料的混合 物。PCC也可以被研磨。
[0027] 重质碳酸钙(GCC)(即,经研磨的天然碳酸钙)通常通过下述方式获得:将如白垩、 大理石或石灰石等矿物源先粉碎随后研磨,然后进行粒径分级步骤,以便获得具有所需细 度的产物。颗粒状固体材料可以被自体研磨,即通过固体材料自身颗粒之间的摩擦而得到 研磨,作为另外一种选择,也可以在包含不同于被研磨的碳酸钙的材料颗粒的颗粒状研磨 介质存在下被研磨。
[0028] 碳酸钙的湿式研磨涉及碳酸钙水悬浮液的形成,所述碳酸钙水悬浮液随后可以可 选地在适当分散剂存在下研磨。可以参照例如EP-A-614948 (通过援引将其全部内容并 入),以获得更多有关碳酸钙的湿式研磨的信息。
[0029] 当填料获自天然存在的来源时,可能存在一些矿物杂质会不可避免地污染研磨材 料的情况。例如,天然存在的碳酸钙与其他矿物联合出现。另外,在一些情况下,可以包括 其他矿物的少量添加,例如也可以存在高岭土、煅烧高岭土、钙硅石、矾土、滑石或云母中的 一种或多种。但是,通常,本发明采用的填料将包含小于5重量%、优选小于1重量%的其 他矿物杂质。
[0030] PCC可以用作本发明中的颗粒状碳酸钙的来源,并可以通过本领域中现有的任何 已知方法生产。TAPPI的第30号专题"Paper Coating Pigments"第34~35页描述了制 备沉淀碳酸钙(其适合于制备造纸工业中所用的产品)的三种主要商业化工艺,也可以将 它们用于本发明的实施。在所有这三种工艺中,都要首先煅烧例如石灰石等碳酸钙进料以 产生生石灰,然后将生石灰在水中熟化以产生氢氧化钙或石灰乳。在第一种工艺中,使用二 氧化碳气体直接将石灰乳碳酸化。该工艺具有下述优点:不形成副产物,并且较容易控制 碳酸钙产物的性质和纯度。在第二种工艺中,将石灰乳与纯碱接触,以通过复分解产生碳酸 钙沉淀和氢氧化钠溶液。如果要使该工艺具有商业吸引力,则必须将氢氧化钠基本完全地 从碳酸钙中分离出来。在第三种主要的商业化工艺中,石灰乳首先与氯化铵接触以获得氯 化钙溶液和氨气。然后使氯化钙溶液与纯碱接触以通过复分解产生沉淀碳酸钙和氯化钠溶 液。
[0031] PCC的制造方法产生了极纯的碳酸钙晶体和水。可以以各种不同的形状和尺寸生 产晶体,这取决于所采用的具体反应过程。三种主要形式的PCC晶体是霰石晶体、斜方六面 体晶体和偏三角面体晶体,所有这些及其混合物都适用于本发明。
[0032] 当用于本文描述的非织造聚合物层中时,颗粒的最大尺寸通常小于该层的厚度。
[0033] 可选地,可以涂布无机颗粒填料。例如,碳酸钙(GCC或PCC)可以涂布有疏水化表 面处理剂。例如,碳酸钙可以涂布有一种或多种具有至少10个链碳原子的脂肪族羧酸。例 如,碳酸钙可以涂布有一种或多种脂肪酸或其盐或酯。脂肪酸可以选自硬脂酸、棕榈酸、山 嵛酸、褐煤酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、异硬脂酸和蜡酸。经涂布的碳酸钙可以是经硬脂酸 涂布的碳酸钙。基于无机颗粒填料的干重,涂布水平可以是约〇. 5重量%~约1. 5重量%、 例如约0. 8重量%~约1. 3重量%。
[0034] 在至少一个非织造聚合物层中,无机颗粒填料以基于该非织造聚合物层的总重至 多约40重量%的量存在。在一些实施方式中,基于该非织造聚合物层的总重,无机颗粒填 料的存在量为约〇. 1重量%~约35重量%,例如约0. 1重量%~约30重量%、或约0. 1重 量%~约25重量%、或约0. 1重量%~约20重量%、或约1重量%~约30重量%、或约2 重量%~约25重量%、或约3重量%~约20重量%、或约4重量%~约18重量%、或约4 重量%~约16重量%、或约5重量%~约15重量%、或约5重量%~约12重量%、或约5 重量%~约10重量%、或约10重量%~约30重量%、或约10重量%~约25重量%、或约 10重量%~约20重量%、或约10重量%~约18重量%、或约12重量%~约16重量%。 在无机颗粒填料经涂布的实施方式中,本文描述的填料量包括涂层的重量。
[0035] 在多于一个非织造聚合物层包含无机颗粒填料的一些实施方式中,各层中无机颗 粒的量可以相同或不同。
[0036] 在一些实施方式中,至少一个非织造聚合物层基本上不含无机颗粒填料。例如,在 复合结构体包含至少一个经纺粘的非织造聚合物层(如本文所述)和至少一个经熔喷的非 织造聚合物层的实施方式中,该至少一个经熔喷的非织造聚合物层可以基本上不含无机颗 粒填料。
[0037] 非织造聚合物层
[0038] 复合结构体的非织造聚合物层可以包含选自为任何特定复合结构体或其应用提 供所需性质的常规聚合物树脂中的至少一种聚合物树脂。在一些实施方式中,该至少一种 聚合物树脂选自热塑性聚合物,包括但不限于:聚烯烃,如聚丙烯和聚乙烯均聚物和共聚 物,包括与1-丁烯、4-甲基-1-戊烯和1-己烷的共聚物;聚酰胺,如尼龙;聚酯;任意上述 聚合物的共聚物;及其掺合物。在一些实施方式中,各非织造聚合物层包含相同的聚合物树 脂或相同的聚合物树脂掺合物。
[0039] 在一些实施方式中,聚合物树脂包含聚丙烯,或基本上由聚丙烯构成,或由聚丙烯 构成。
[0040] 除了聚合物树脂和无机颗粒填料(如果存在)以外,至少一个非织造聚合物层可 以还包含至少一种添加剂(即无机颗粒填料以外的添加剂)。该至少一种添加剂可以选自 其他矿物填料,例如滑石、石膏、硅藻土、高岭土、绿坡缕石、膨润土、蒙脱土和其他天然或人 造粘土。该至少一种添加剂可以选自无机化合物,例如二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、 氧化钙和硫酸钡。在一些实施方式中,该至少一种另外的添加剂选自由以下物质组成的组 的一种或多种:光学增亮剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、防粘连剂、染料、颜料(包括但 不限于二氧化钛)、光泽改善剂、表面活性剂、天然油和合成油。
[0041] 在一些实施方式中,复合结构体中存在的各非织造聚合物层包含纺丝成网 (spunlaid)的纤维,即通过连续工艺制得的本文所述的聚合物树脂的纤维,其中对该纤维 进行纺织并将其分散在非织造网中。纺丝成网方法的两个实例是纺粘法(生产聚合物纤维 的纺粘网)或熔喷法(生产聚合物纤维的熔喷网)。
[0042] 纺粘纤维可以通过将聚合物树脂纺织成纤维形状而制得,例如通过以下方式:将 树脂至少加热到其软化温度,将树脂通过喷丝头挤出形成纤维,并将纤维转移到纤维拉引 单元从而以纺丝网的形式收集。在一些实施方式中,将聚合物树脂加热至约180°C~约 240°C的温度,例如约200°C~约220°C的温度。纺粘纤维可以通过任何已知技术制得,包 括但不限于常见的纺粘、闪蒸纺丝、针刺和水刺工艺。示例性纺粘方法描述于Smmbond Technology Today2 - Onstream in the90? s (Miller Freeman (1992))、Dorschner 等的美 国专利第3, 692, 618号、Matuski等的美国专利第3, 802, 817号和Appel等的美国专利第 4, 340, 563号,在此通过援引将其各自整体并入。
[0043] 熔喷纤维可以通过任何已知技术生产。例如,熔喷纤维可以通过以下方式生产:将 至少一种聚合物树脂挤出,并利用热空气使树脂流变细来形成具有较细直径的纤维,而后 收集纤维以形成纺丝网。恪喷工艺的一个实例大致描述于Buntin的美国专利第3, 849, 241 号,在此通过援引将其整体并入。
[0044] 可使用常规方法将填料并入聚合物树脂中。例如,填料可以在挤出之前的任何步 骤中(例如在加热步骤之中或之前)添加到聚合物树脂中。在另一实施方式中,至少一种 聚合物树脂和填料的"母料"可以预先混合,可选地将其形成颗粒或丸粒,并在挤出纤维之 前与至少一种另外的原始聚合物树脂混合。另外的原始聚合物树脂可以与用于制造母料的 聚合物树脂相同或不同。在一些实施方式中,母料包含比最终产品中所需的浓度更高浓度 的颗粒填料,例如浓度为约20重量%~75重量%,并且母料可以以适于得到最终纺丝成网 纤维产品中所需的填料浓度的量与聚合物树脂混合。例如,包含约50重量%经涂布的碳酸 钙的母料可以与等量的原始聚合物树脂混合以生成包含约25重量%经涂布的碳酸钙的最 终产品。母料可以使用合适的设备进行混合和造粒。例如,可以采用ZSK 30双螺杆挤出机 来混合和挤出经涂布的碳酸钙和聚合物树脂的母料,并可以采用Cumberland造粒机来可 选地将母料形成为丸粒。
[0045] 在一些实施方式中,在引入聚合物树脂中之前对填料进行涂布或处理。在其他实 施方式中,在聚合物树脂内对填料进行原位涂布或处理。
[0046] 在将颗粒填料或母料与聚合物树脂混合后,混合物可以通过至少一个喷丝头连续 挤出以产生较长的长丝。挤出速率可以根据所需应用而改变。在一个实施方式中,挤出速 率可以为约〇. 3克/孔/分钟(GHM)~约2. 5GHM。在另一实施方式中,挤出速率可以为约 0· 3GHM ~约 2. 0GHM,例如,约 0· 3GHM ~约 1. 5GHM、或约 0· 3GHM ~约 1. 2GHM、或约 0· 4GHM ~ 约 0. 8GHM 或约 0. 4GHM ~约 0. 6GHM。
[0047] 挤出温度也可以根据所需应用而改变。例如,挤出温度可以为约180°C~约 260°C。挤出温度可以为约220°C~约250°C。挤出
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