超吸湿纤维的非织造织物及其制造方法

专利名称：超吸湿纤维的非织造织物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及超吸湿纤维的非织造织物。在其一个方面，本发明涉及制备超吸湿细纤维的制备方法。
2．背景某些聚合物因能够吸收和保持尿体，称作超吸湿聚合物。聚(丙烯酸)共聚物是这种超吸湿聚合物的一个例子。
干纺能将超吸湿聚合物形成连续丝。干纺将聚合物的水溶液挤出到空气中。应用高浓缩的聚合物溶液，挤压成液体丝然后固化、干燥、热拉伸，而后于气体环境中热处理。
可以这样地来生产非织造超吸湿纤维织物首先将纤维形成聚合物的水溶液形成丝，这些丝与具有足以将其拉细的速度的第一气流接触。此拉细了的丝在纤维成形压中与第二气流接触，第二气流所具的速度能有效地将丝拉细、将丝“分裂”成纤维，并将纤维输送入织物成形区。此“已分裂”纤维集合成形成于织物成形区中的网状织物，然后固化此织物。
水溶树脂丝维的非织造物可以包括平均纤维直径为30μs或更细而基重为5～500g/m2的水溶树脂细纤维。这种织物可以这样地生产将水溶树脂或将以水增塑的水溶树脂熔体通过喷嘴挤出水溶液，由高速气流拉伸此挤压的材料形成纤维、加热此纤维蒸发其中的水分，然后收集这些纤维。所述水溶性树脂当主要用途是针对应用出芽短梗孢糖(一种天然的葡聚糖)时可以包括聚(乙烯)醇。上述高速气流可以包括线速度为10～1000m/sec的温度为20～60℃的高速气流。这些纤维可以内位于纤维流向侧并与之平行的成排红外加热器干燥。
由聚合物溶液或溶融聚合物来形成纤维织物或产品的某些方法产生出很短的纤维，因为显著不同于能用来从熔融热塑聚合物来制备非织造织物的熔喷法或纺粘法。
在这种纤维成形过程中可以采用蒸汽。含水的聚合物料可以在采用超临界流体溶液的条件下挤压，用以防止闪蒸和喷射吸水的胶化纤维来形成织物。
熔喷工艺可用于这种纤维的成形。
共成形工艺可用于这种纤维的成形。当纤维或颗粒成形时它们与熔喷的纤维混合。
纺粘工艺也可用于这种纤维的成形。
3．引言高分子量的，例如分子量高于500，000的且具有最少交联的超吸湿母体聚合物，能够在荷载下提供高的流体吸收性。
所谓超吸湿聚合物是指这样的聚合物，它在每克干吸湿纤维或非织造织物有10克0.9％(重量)的Nacl水溶液的荷载下，能提供很高的吸湿性。
高分子量聚合物纺成的纤维非常合乎需要的，甚至当这种聚合物是直链状聚合物，特别是当分子链是可挠的时。
极高分子量的聚乙烯的超高模量和高强纤维只有在慢速的凝胶纺丝条件下才可制备。
由直链状可挠聚合物的溶液来纺丝需要将溶液中卷绕和缠绕的聚合物分子拉伸和解开。当这种分子很大时，解开和拉伸的过程要是成功那是很难和很慢的。松弛的时间要很长。
因此，从高分子量聚合物的溶液来制备基本上连续的纤维已被认为是不可能的，尤其是应用高速非织造纺丝工艺时。这种高速非织造纺丝法是在纺丝速度比传统纺织纤维纺丝速度高出10倍至100倍的条件下进行。在较高的纺丝速度下，已观察到由高分子量(124，000～180，000)聚(乙烯醇)制成的微纤维织物会出现闪光条痕的织疵，预示纤维的断裂。
本发明的第一目的在于提供新颖的非织造织物和制备新颖与显著改进的非织造织物的方法，这种织物包括的基本连续超吸湿微纤维具有所需的机械强度、高的流体吸收性和较好的处理性质。
本发明的第二目的在于提供新颖的非织造织物和制备新颖与显著改进的非织造织物的方法，这种织物包括的连续超吸湿细纤维具有所需的机械强度、高的流体吸收性和较好的处理性质。
本发明的第三目的在于提供新颖的和显著改进的基本连续的超吸湿微纤维和包括这些具有所需机械强度、高的流体吸湿性和较好的处理性质的非织造织物。
本发明的第四目的在于提供显著改进的连续超吸湿细纤维和包括这些具有所需机械强度、高的流体吸湿性和较好处理性质的非织造织物。
本发明的第五目的在于提供一次性的吸湿制品，它包括具有基本连续的超吸湿微纤维的显著改进的非织造织物。
本发明的第六目的在于提供一次性的吸湿制品，它包括具有连续的超吸湿细纤维化显著改进和非织造织物。
通过研究本说明书的详细描述和继后的权利要求书，对本项技术有一般知识的人当会认识到上述目的和其他目的。
发明概述短简地说，本发明提供了新颖的非织造织物和制备基本连续的超吸湿细纤维织物的制造方法。准备好聚合物水溶液，它包括约10～约75％(重量)的线性超吸温母体聚合物，它具有约300，000到约10，000，000的分子量。在约20°～180℃的温度和约3～约1000Pa sec的粘度下，将此聚合物溶液通过具有许多喷丝孔的喷丝板挤压成许多丝条。此喷丝板喷丝孔的直径约0.20～约1.2mm。所得的丝条用第一气源在下述条件下拉细能允这许多丝条的粘度在丝条离开喷丝板喷丝孔并在不超过约8cm的距离内随离开此喷丝板的距离而递增且能沿径向保持粘度基本均匀，同时所具有拉丝速度足以使纤维具有所需的拉细程度和平均纤维直径而不会使纤维显著断裂。此第一气源具有相对温度，约30％～100％；温度，约20°～约100℃；速度，约150～约400m/s；入射的水平角，约70°～约110°；垂直入射角，不超过约90°。用温度约140～约320℃而速度约60～约125m/s的第二气源干燥此丝条形成纤维，此第二气源的水平入射角为约70～约110°，而垂直入射角不超过约90°。这些纤维无规地位于运动的有小孔的面上，按约0.4～约1.9cm2的尺度形成基本均匀的纤维织物，此运动的有小孔面位于距接触丝条的最后的气源出口约10～约60cm处。此纤维的平均直径约0.1～约10μm，基本上不存在闪光条痕。拉细和干燥步骤是在受孔的宏观尺度紊流的条件下进行，纤维的长度使其与其直径相比所视为连续的。此均匀的网暴露于选自热、电子束，微波与射频幅射这一组的高能源之下，以降低此聚合物的可溶性而使此超吸湿母体聚合物中能有稳定的交联。对这种稳定化的织物结构与属性作某些处理如增湿、压缩、压花、粘合与层压。
本发明还提供了新颖的非织造织物以及制备包括连续超吸湿细纤维的显著改进的非织造织物的方法，其中所用的第一气源具有约60～95％的相对湿度、约20～约100℃的温度、约30～约150 m/s的速度、约70～约110°的水平入射角以及不超过约90°的垂直入射角。丝条用温度约140～320℃、速度约30～约150 m/s、水平入射角约70～约110°和垂直入射角不超过约90°的第二气源干燥。纤维随机地置于有小孔的面上，按约1.9至约6.5cm2的尺度形成基本均匀的纤维织物，此运动的有小孔面位于距接触丝条的最后的气源出口约10～约100cm处。此纤维的平均直径约10～约30μm且基本一致。拉细和干燥的步骤在最小宏观尺寸紊流的条件下进行。
本发明还提供了颖的非织造织物以及制造显著改进的连续超吸湿细纤维和包括这种纤维的非织造织物的方法，其中所用的第一气源具有约60～95％的相度湿度、约20～约100℃的温度、低于约30m/s的速度、约70～约110°的水平入射角以及约90°的垂直入射角。丝条用温度约140～320℃、速度小于约30m/s、水平入射角约70～约110°、垂直入射角约90°的第二气源干燥、将这样得到的纤维用温度约10～约50℃、速度约30～240 m/s、水平入射角约70～约110°、垂直入射面不超过约90°的第三空气拉细。纤维无规地置于运动的有小孔面上，按约1.9～约6.5cm2的尺度形成基本均匀的纤维织物，此运动的有小孔面位于距接触丝条的最后的气源出口约10～约100cm处。此纤维的平均直径约10～约30μm且基本一致，其中在最小宏观尺度紊流的条件下进行加工条件调节、干燥及拉细步骤。
本发明还提供了显著改进的基本连续的超吸湿微纤维以及包括这种纤维的非织造织物，其中的纤维具有约0.1～约10μm的平均纤维直径，及基本上无闪光条痕，其长度比其长径相比可以认为是连续的。这种非织造织物的尺寸从0.4至1.9cm2不等，取决于纤维直径的平均值。
本发明还提供了显著改进的非织造织物，它包括连续的超吸湿细纤维，其中纤维具有约10～约100μm的平均纤维直径，基本上无闪光条痕和具有基本一致的直径，同时这种织物取决于平均纤维直径，在约1.9～约6.5cm2的尺度上基本均匀。
本发明提供了一次性吸湿制品，它具有的显著改进了的非织造织物包括有基本连续的或连续的超吸湿纤维。
本发明的超吸湿纤维非织造织物特别适用于生产这类一次性吸湿产品如尿布、训练短裤、月经用装置如卫生巾与止血塞等、失禁衣着、拭巾、等等。
附图简述

图1是示意性透射图，部分地示明了依据本发明一实施例的非织造织物的制备并说明了水平入射角。
图2是图1中沿2～2线截取的喷丝板板梢部分下部的横剖图。此图说明了垂直入射角。
图3是依据本发明生产的超吸湿丝条一部分的透视图。
图4是图3所示丝条一部分的透视图。
图5是本发明一实施例的示意性表示。
发明详述通过实际的开发工作发现，通过高速的非织造纺丝工艺以及新颖的工艺改进，从高达8，000，000的极高分子量的超吸湿母体聚合物，已制得了包括基本连续纤维即只有极少“闪光条痕”的纤维的高吸湿性非织造纤维。
这种新颖纤维的成形机理据信涉及到水分子对聚丙烯酸钠共聚物的羧基有强的亲和性。这种亲和性例如可使长聚合物链变得较硬，因而便于解开缠结和拉伸。这种机理可能要涉及到聚丙烯酸钠聚合物的羧基的离子修复。
显著改进了的非织造织物已由聚烯酸钠聚合物在新的工艺下制成，这种工艺包括精确地挤制溶液丝条的环境、湿度和温度，以防溶剂水在湿的丝条无破裂或“断裂”情形下拉细成所需的细尺寸时过早的过量蒸发。这种基本连续的纤维只含有极少的“闪光条痕”，而相应的织物非常柔和和均匀，特别是当已控制了第一蒸汽和副热干燥空气时。
“织物均匀性”是指依照本发明所生产的非织造织物具有一定面积的任何部分与具有相同面积的任何其他部分相同的程度。织物的均匀性是纤维直径以及纤维配置于所述运动的有小孔面上的方式的函数。理想的情形是，此织物的任何给定区域与任何其他区域相对于孔隙率、孔隙容积、孔隙尺寸、织物厚度等是不可能区别的。但是织物中会表现出均匀性的改变，表现为一些部分比另一些部分较薄。这样一些变化可以用目测评估，给出对均匀性的主观测定。
“相对小尺度”在本说明书中是与织物均匀性相关，同时确定出织物待比较的各部分的近似面积，一般地说，取决于平均纤维直径，这种尺度通常约为0.4～约6.5cm2。当平均纤维直径≤10μm时，用来评价织物一致性以cm2表示的适当面积即这种尺度，乃是以μm表示的平均纤维直径的0.19倍或是0.4cm2这两者中较大的一个。当平均纤维直径约2.1～约10μm时，此尺度是通过以0.19乘此平均纤维直径决定。对于平均纤维直径≤约2.1μm时，此尺度为0.4cm2。当平均纤维直径大于10μm时，合适的乘数是0.215。“在约0.4～约6.5cm2的尺度上”这一短语是指非织造织物的一部分的面积与此同一织物其他部分相比较时，此各个其他部分具有基本与该面积相同的将在上面给出的范围内。所选择的以cm2表示的面积应是(1)当平均纤维直径≤10μm时，近似此平均纤维直径(μm)的0.19倍或0.4cm2这二者中较大的一个；(2)当平均纤维直径大于10μm时，近似此平均纤维直径的0.215倍。
“闪光条痕”在此是指聚合物的一般所具直径大于剂压法生产出的纤维平均直径的那些粒子、闪光条痕的产生通常伴随着断丝和聚合物溶液聚集于喷丝板的梢端之上。
“分子量”除非另有声明外在此是指重量平均的分子量。
“紊流”在此是指流体通常是气体中偏离平滑流或层流的现象。此词是指流体流体流随时间无定地改变其大小与方向的且基本上是改变其流谱的程度。“宏观尺度紊流仅仅是指紊流是在这样一个尺度上，即在纤维或纤维段趋近织物成形面上时，当这里的纤维段的长度等于或小于所述尺度时，它将影响此纤维或纤维段相互相对的取向与间距。紊流当其大小保持于经验测定的水平之下称之为“受控”的。通过适当地选择过程变量可以实现最小的紊流和使之只增大到为实现给定目标的所需程度。
由于难以测量紊流，必须采用一种间接方式来测定受控到充分程度的紊流。这种间接方式就是织物均匀性。织物均匀性是作为织物待评价的面积以及组成织物的纤维的平均直径两者的函数而定义的。例如，所生产的非织造织物当所述尺度即此织物用于比较目的的面积很大，比方说约为几个平方米时，将会给出很均匀的制品。另一个极端则是，要是这种尺度小到相当于纤维平均直径的数量级时，则同一织物的均匀性就极差。因此，选用来评价依据本发明制得的织物的尺度要根据为了不同用途而由不同方法生产出的织物的。
“丝条”在此整个说明书与权利要求书中是用来指聚合物溶液受迫通过喷丝板喷射孔后在其固化或干燥成定形制品前的定形制品形式。丝条基本上是液体或半固体的。“纤维”在此用来指固化或干燥的丝条。从丝条过渡到纤维是渐变的。
至于丝条帘“后侧”上“前侧”，这种帘的后侧是指前述运动的有小孔面所趋近的一侧。然后此有小孔面通过丝条帘之下并离开它，而于此面上形成了非织造织物。有织物形成于其上的这一侧则是丝条帘的前侧。
只要是可能情形下，所有的单位都是SI单位(国际单位制)，基本的或是导出的。例如，粘度单位为Pascal-seconal(巴斯卡-秒)，在此简记为PaS。PaS等于10 poise(泊)，是更普遍的粘度单位。
首先考虑本发明的用于制备包括超吸湿纤维的显著改进了的非织造织物的方法，此方法一般包括以下步骤A．制备线性超吸湿母体聚合物和聚合物水溶液；B．通过具有许多喷丝孔的喷丝板挤压出如上所得的聚合物溶液，形成大量的线条；C．利用第一气源拉细如上形成的丝条；D．用第二气源干燥此拉细的丝条形成纤维；E．将如上形成的纤维无规地置放于运动的小孔面上，形成基本均匀的织物；F．将上述纤维经不溶性处理成可水溶胀但不溶于水的织物。
一般，最前面的两个步骤与所用工艺的设备和细节无关。但从后面可以看到，其余各步骤则不是如此。这就是说，前述拉细、干燥、置放等步骤中的某些限制要取决于所生产出的超级湿母体纤维是基本连续的还是连续的。
本方法的第一步骤(步骤A)涉及到制备超吸湿母体聚合物的水溶液，此溶液中包含10～75％(重量)的聚合物。由于这种聚合物在水中的溶解率反比于此聚合物的分子量，因而只当聚合物的分子量低于约100，000才有可能实现较高的浓度即40％以上的浓度。理想的浓度范围为约20～约60％(重量)。此超吸湿母体聚合物浓度的最佳范围是约25～约40％(重量)。
一般，本发明的超吸湿母体聚合物所具有的分子量是从约300，000至约10，000，000。理想加范围是从约300，000至约8，000，000，更理想的是从约500，000至约4，000，000。
这种超吸湿母体聚合物溶液除聚合物骨架中的可交联的一部分和/或其他的交联剂外，还可包含少量的其他物质，即其他物质量一起组成了少于此溶液中总的固体含量的50％。例如，限于用作说明，其他的这种物质包括增塑剂如聚乙二醇、甘油等；着色剂或染料；补充剂，如粘土、淀粉等；其他的官能物质，等等。
在第二步骤(步骤B)中，此聚合物溶液是在温度约20°～约180℃，在上述温度下的粘度约3～约1000Pa S时，挤压通过具有许多喷丝孔的喷丝板，形成许多丝条，这些喷丝孔的直径约为0.20～1.2mm。挤压温度最好为约70～约95℃。聚合物溶液的粘度最好为约5～约30Pa S。喷丝板中喷丝孔的直径最好从约0.3～约0.6mm。这些喷丝孔排列成多达约7排，这些排垂直于上面形成织物的运动的有小孔面的行进方向。这种排的长度确定出所形成的织物的宽度。喷丝孔的这样的排列形成丝条“片”或丝条“帘”。此种帘的厚度由喷丝孔的排数确定，此厚度与帘的宽度相比非常之小。为方便起见，这种丝条帘以后有时也称作“丝条平面”。此平面垂直于上面有织物形成的运动的有小孔面，但这样的取向既非本质性的也非必须的。
溶液的粘度虽然是温度的函数，但它也是聚合物分子量和溶液中聚合物浓度的函数。因此，为了保持挤压温度下的溶液粘度在合适范围，需要考虑所有这些变数。
然后于步骤C拉细如上形成的丝条，用第一气源在足以允许各丝条的粘度在丝条离开喷丝板喷丝孔并在不超过约8cm的距离内随离开此喷丝板的距离而递增的条件下形成纤维，同时要保持此粘度在径向上均匀。丝条的拉细速率在提供纤维时，要足以提供所需强度和平均纤维直径而不使纤维显著断裂。第一气源的相对温度为约40～100％，温度约20～约100℃，水平入射角约70～约110°，垂直入射角不超过约90°。
当要形成基本连续的纤维时，第一气源的速度为约150～约400m/s。第一气源的速度较理想的是约60～约300 m/s，第一气源的速度最好为约70～约200m/s。为了生产连续的纤维，而最好是约30～约150m/s。
前述拉细的步骤涉及到在拉细方面与干燥方面之间的平衡问题，因为常常不可避免地会从丝条中损失一些水份。但是，最佳的拉细条件未必常能与最佳干燥条件一致。结果这两个参数之间会引起冲突而需求出折衷的条件组。
这方面重要的是，丝条需在不断裂的条件下减薄到所需水平。过大的拉细速率会在丝条上形成过量的应力，这将导致丝条或纤维经常的断裂和增多闪光条痕的形成，特别是对于直径为约0.1～约10μm的微纤维。太慢的拉细速率则不能给出有足够强度的纤维。另一方面，使丝条太快地干燥，特别是在拉细的步骤中时，会增多断裂和增多闪光条痕的产生。要是在干燥步骤中丝条干燥得太慢，由于纤维在置放于运动的有小孔面上时太潮，就会发生过量的纤维闪粘合或熔合，因此，理想的干燥条件通常对于生产极细的结实纤维并非是最佳的。这样，出于拉细和干燥的某些相反要求，在实现此种丝条时要控制第一气源的相对湿度和温度以及它的粘度。拉细的步骤所造成的仅仅是丝条的部分干燥，以在丝条粘度中提供所需的渐增变化。
拉细和部分干燥的丝条的干燥在步骤D中是由第二气源来完成。此第二气源的温度为约140～约320℃。垂直与水平入射角度的要求与第一气源的相同。为了生产基本连续的纤维，此第二气源的速度为约60～约125 m/s。当要生产连续纤维时，则要求此第二气源的速度为约30～约150m/s。
“第一气源”在此是指丝条从喷丝板中出来时首先与其接触的气源。第二气源是指丝条在与第一气源接触之后所接触的气源。这样，“第一”与“第二”乃是相对于丝条从喷丝板出来之后与之接触的两个气源的秩序而言。随后再有要用到的气源时，就将称作“第三”、“第四”等等。虽然在本发明的精神与范围内，应用上述随后的气源通常既不实际也非必须，因而也不需加以介绍，但下面将描述两个例外情形。
步骤C与D所要求的各种气源以及在有需要时的其他各气源最好包括至少两种气流，但以两种气流较好。当采用两种气流时，它们位于丝条帘或丝条平面的相对侧。从丝条帘前侧冲击丝条的这股气流有正的垂直入射角，而从此帘后侧冲击丝条的气流则有负加垂直入射角。但这两个入射角度的绝对值则必须在前述限度内，但这两种气流的垂直入射角度的绝对值不必相同。因此应知，当气源涉及到多于一种气流时，对垂直入射角的要求指的是绝对值。
在本发明的方法的最后步骤即步骤E中，由先前步骤得到的纤维无规地置放于运动中的有小孔面上。在生产基本连续纤维的情形。此运动的有小孔面距接触丝条的最后气源的出口约10～约60cm。此运动的有小气孔面与该出口间的距在此有时称作成形距离。平均纤维直径约0.1～约10μm。纤维的直径基本均匀且基本不存在闪光条痕。
当生产连续纤维时，上述成形距离最好为约10～约100μm，而平均纤维直径则为约10～约100μm。这种连续纤维生产出基本均匀的织物。
在评价织物均匀性中用于比较目的的面积或尺度是纤维直径的函数。用于由基本连续纤维构成的织物的这种尺度从约0.4至约1.9cm2，而连续纤维构成的织物的这种尺度则为约1.9～约6.5cm2。
步骤C要求受控的宏观尺度紊流以及下述各条件足以让各丝条的粘度在丝条离开喷丝板喷丝孔时随离开喷丝板的距离而递增，同时在径向上保持粘度的一致性；且拉细的速率要足以提供具有所需细度和平均纤维直径的速率，并且不合有显著的纤维断裂。用来满足上述两种要求的方法涉及到与气源有关的四个参数，包括相对湿度、温度、粘度与相对丝条帘的取向。宏观尺度紊流基本上是气流速度以及气源在气流冲击丝条帘时取向的函数。丝条的粘度尽管受到气源速度的影响，但是是第一气源的相对湿度与温度的函数。这种参数或变数下面将相对于“宏观尺度紊流”与“丝条粘度”进行讨论。
现在讨论宏观尺度紊流方面，在受控的宏观尺度紊流的条件下进行拉细与干燥。在最佳实施例中，拉细与干燥是在最小宏观尺度紊流的条件下进行，这样有助于形成基本均匀的织物。“最小宏观尺度紊流”在此只是指可允许形成所需均匀织物时所发生的紊流程度，它部分地取决于均匀的纤维间隔与取向。
某种紊流是不可避免的，甚至是必须的，例如在把丝条夹裹于运动中的气流进行拉细的情形下。最低气流速度通过试验确定。此最低气流速度远高于挤压速度。
在某些情形下，宏观尺度紊流大于最小的，但仍然是受控的。例如当纤维或粒子在丝条形成之际与之混杂时，就要求较大程度的紊流来实现足以提供粘合的均匀织物的混杂程度。
宏观尺度稳流也是气源性质以及此气源气流在冲击丝条帘时取向的函数。此外，丝条拉细的效率至少要部分取决于气源气流取向。气流取向内水平入射角与垂直入射角确定。
水平入射角最好参看图1说明。图1是示意性透视图，部分地说明了依据本发明一实施例对非织造物的制备。聚合物溶液挤压通过喷丝板10面11中的许多喷丝孔，形成丝条帘12。随着丝条帘12遇合沿箭头14方向移动的有小孔带13，便形成了非织造织物15。线道16处于丝条帘12的平面中并与喷丝板10的面11平行，前头17表示气流相对于线道16的取向，流动的方向即箭头17的示向。线道16与箭头17形成的角度18便是入射的水平角度。角度18相对于线道16的右侧部分，相对观察者面向喷丝板10，有小孔带13朝向此观察着运动时确定。各气源的水平入射角为约70～110°，而以约90°为最佳。
垂直入射角可参考图2清楚地说明。图2是沿图1中2-2线截取的喷丝板10的具有喷射孔21这一小部分的横剖图。箭头22表示从孔21挤出的丝条(未图示)的中心线，流动的方向与箭头22的示向相同，箭头23表示气流相对于箭头22的取向，流动的方向与箭头23的方向相同。箭头23与22形成的角便是垂直入射。任何气源的垂直入射角一般不大于约90°，较好不超过约60°，而最好不超过约45°。当任何所给气源涉及不止一种气流时，此垂直入射角的最佳值是指绝对值。
宏观尺度紊流部分地是气源取向的函数。根据图1与2，水平入射角在约90°时对宏观尺度紊流(即织幅均匀性)的影响最小。类似地，垂直入射角在约0°时对宏观尺度紊流影响最小。随着水平入射角偏离90°和/或垂下入射角增至0°以上时，通过减小气源速度可使宏观尺度紊流作某种程度的减少。
任何气源的宏观尺度紊流需要沿丝条帘的全宽作仔细的控制。这种控制，部分通过采用管道设计来实现。例如采用了有渐减横剖面的管道。此外，将蜂窝状剖面与屏网或烧结的多孔金属挡板结合，能有效地破坏否则将会形成的，有害的大尺度紊流。
当受控的高速气源从导管或管道口排出时，它夹裹着周围的环境空气，且其速度随着离管口距离的增加而减慢。在高速气源与环境空气间之间的动量传递过程中，紊流的尺寸加大。小尺度的紊流有助于纤维于初始阶段在气源出口附近缠结，但在距此出口约50cm或更远处生成的紊流则不利于织物的均匀性，这是由于会在织物中形成重和轻的基重区。重要的是，必须将所述成形距离保持于这里规定的范围内。此外，一些环境空气的裹入对于将大尺度紊流保持到最小是必不可少的。
现在讨论丝条帘粘度，第一气源的相对湿度为约30～100％，较好应为约60～95％，而最好应为约60～90％。
业已发现，潮湿气源中的水珠存在会不利于丝条和纤维的形成，特别是会形成闪光条痕。为此，潮湿气源中可能存在的任何水珠最好是使其直径能小于丝条的直径。最好是，潮湿气流中基本上不存在水珠。
在实际工作中，通过使用撞击分离器可成功地从潮湿气源中除去水珠。此外，在冲击丝条之前来加热潮湿气源所通过的所有通道是有帮助的。但是，通道的温度应使潮湿气源的温度保持在如前所述的可接收的范围之内。
第一气源的温度为约20～约100℃，更好为约40～约100℃，而最好为约60～约90℃。
粘度的要求可以参考图3与4来理解。图3具有纵轴线31的丝条在其从具有面34的喷丝板33(以局部剖面图示明)出来时的一部分的透视图。平面35垂直于轴线31，与喷丝板面34的距离记为d1。平面36也垂直于轴线31，与喷丝板向34的距离记为d2，且d2＞d1。丝条30的剖面37处于平面35与36之间。由于丝条30正被拉细，丝条的直径随着离开喷丝板的距离增加而减小。结果，丝条30的部段37近似于反转的平截头锥，而更恰当地说，是一个锥的倒截头体。
图3的丝条30的位于平面35和36之间的部段37以透视图示明于图4中。图4中，丝条段40直轴线41，并由上平面42(即图3中的平面35)与下平面43(即图3中的平面36)所限定。这两个平面都垂直于轴线41且相互平行。图中示明了另两个平面44与45，它们也垂直于轴41(或即与平面42和43平行)，分别离未示明的喷丝板面(即图3中喷丝板33的面34)有距离d3与d4。上平面42与下平面43分别与喷丝板面有距离d1与d2。这样，d1＞d3＞d4＞d2。点42A、42B、42C与42D处于上平面42。类似地，点43A、43B与43C处于下平面43上；点44A、44B、44C在平面44中；而点45A、45B与45C处于平面45中。
参考图4，粘度在经向上的一致性保证了丝条在垂直于轴线41的平面中任何点处的粘度近似相同。这就是说，丝条的粘度在点42A、42B、42C与42D处基本相同。此外，43A、43B与43C处的粘度基本相同，点44A、44B与44C处的粘度基本相同；同时，点45A、45B与45C处的粘度也基本相同。
但是，此丝条的粘度随着离开喷丝板距离的加大而递增。再来参看图4，这就是说，丝条在任何点44A、44B与44C处的粘度大于其在任何点42A、42B与42C处的粘度；而在任何点45A、45B与45C处的粘度又大于在任何点44A、44B和44C处的粘度。最后，在任何点45A、45B与45C处的粘度则在于在任何点45A、45B与45C处的粘度。
上述的所有粘度关系可以用数学方法表示如下，其中hpn是在点n处的粘度 在这里所规定的主喷丝板的距离上，粘度随离开喷丝板的距离增加而增加的程度是个关键。但这种增加不能大到影响纤维断裂，也不能小到使丝条在到达非织造织物将形成于其上的运动的有小孔面上之前未能充分地固化。“递增地”一词是粘度的增加相关联，用来表述这样的概念，即这种增加在从具有很薄的给定平面到喷丝板下游的下一个或相邻的平面时是稍有增加或是难以觉察到的增加。于是可把这种粘度变化视作导数dy/dx，其中dy是由于主喷丝板的距离增加了一个趋于零的量dx而增加的粘度。
问题在于如何测量丝条上任意给定点的粘度；或如何去测量或估计据此能计算或估算粘度的浓度与温度。但是，根据经验得知，要想使制得的纤维具有所需的特性，包括不出现闪光条痕、所需的纤维直径和所需的按分子取向的拉细，就必须要有上述的粘度条件。显著地偏离这种粘度要求就会产生闪光条痕、使纤维断裂、形成不规则的织物和/或形成具有高度变动和不规则的直径的纤维。
业已发现，纤维或粒子可以与丝条混杂到一起。采用第一与第二气源时，可使纤维或粒子引入到第二气源中。当采用两种(最好是两种)第二气流时，纤维或粒子则可包括到此一或两种第二气流之中。
另外，在制备共形的织物时，可以采用第一、第二与第三共三种气源。一般要避免使用继后的气源，即第一与第二气源之外的气源，但这方向的第一个例外情形是，纤维或粒子包括在第三气源之中，这时通常只需采用单个的第三气源。当采用载有纤维或载有粒子的第三气源时，此第三气源应在环境温度下并具有约5至约15m/s的速度。虽然也可采用加热了的气源，但这时必须避免将纤维软化到会使超吸湿母体纤维相互过份地粘合和/或粘合到它们所混合的纤维或粒子上。
第二个例外涉及到由连续纤维来形成非织造织物。这种情形下，三种气源都有助于紊流的控制，因而有助于改进织物的均匀性。这三种气源的特征简述如下。
第一气源具有相对湿度约40～100％、温度约20～约100℃、水平入射角约70～约110℃、垂直入射角不超过约90°。第一气源的速度不大于约45m/s而最好为约5～约15m/s。此第一气源的功能在于为前述所需的粘度增加提供必要的条件。这种情况下的第一气源起到调节源的作用。
第二气源的温度从约20℃到约100℃，水平入射角为约70～约110℃，垂直入射角不超过约90°。第二气源的速度一般不超过约45m/s，为约5～约15m/s，用来使丝条部分地干燥，但可能使丝条有少量的拉细。
最后，第三气源与第一或第二气源任一相比，有较低的温度和较高的速度。第三气源用来拉细和更全面地干燥纤维，所具有的温度为约10～50℃，速度为约30～约245m/s，水平入射角为约70～110℃，垂直入射角为不超过约90°。
下面用实例进一步阐述本发明。但这些例子不应理解为以任何方式来限制本发明的精神或范围。
例1用全部购自Aldrich Chemical Company的5.9 kg丙烯酸、2.29kg氢氧化钠、143g 3-氨基-1-丙醇乙烯醚和11.97g的过硫酸钾，加入含有21.78kg蒸馏水和装有搅拌器10加仑的夹套反应器中。将加入的组份于室温下混合，形成完全溶解的溶液。然后将反应器加热到60℃，保持4小时。搅拌器继续工作。所形成的聚丙烯酸钠盐溶液包括73.8％(重量)的丙烯酸钠、24.2％(重量)的丙烯酸和2％(重量)的3-氨基-1-丙醇乙烯醚。
例2将例1中制备成的聚合物溶液于具有6英寸(15.2 cm)宽包括120喷丝孔(每英寸20个喷丝孔或每cm约11.8个喷丝孔)的喷丝板的设备上制备非织造织物。各喷丝孔的直径为0.46mm。喷丝板的结构基本如美国专利No.3，755，527、No.7，395，571、No.3849241中所述，它们的内容已综合于此供参考。第一气源分成两束气流，它们的出口与成排的挤压孔平行且紧邻。各第一气流的出口宽约0.86mm。通向两第一气流出口的导管与垂直方向即与挤压孔中心所在的平面成30°角。于是这两束气流的垂下入射角分别为30°与-30°，即各个这样的角的绝对值为30°。各第一气流的水平入射角为90°。
第二气源也分成两束第二气流。第一个第二气流引到丝条帘的背侧且有-30°的垂直入射角和90°的水平入射角，并以其出口位于喷丝板下约5cm同时距丝条帘约2.5cm处。
第二个第二气流引到丝条帘的前侧且有约0°的垂直入射角和90°的水平入射角。这样，排出此第二个第二气流的第二气流导管即大致平行于丝条帘。此第二个第二气流的出口位于喷丝板梢下约5cm同时距丝条帘约10cm处。运动的有小孔面大致位于第二气源出口之下的22～76cm，近似等于喷丝板梢下方的距离。在此丝网下线保持2～6英寸水柱(0.005～0.015大气压)真空。
将例1中的聚丙烯酸钠共聚物溶液(26％的固体物质)在50℃，空气压力80psig(5.4大气压)下于两升Buchi蒸压器中加热。
用Zenith计量泵将上述溶液通过加热到约82℃的输送管道泵吸入喷丝板内。第一气源是温度约93℃、相对温度(RH)79％的热潮湿空气，在此第一空气间隙出口前方的压力为6psig(0.41大气压)。第二气源是加热到260～316℃的压缩空气，其流率为300～400cfm(42.5～61．4升/秒)。喷丝板梢的温度保持为82℃，挤压率为每分每孔0.33～0.83g。
采用了四种不同的溶液挤压率0.33、0.55、0.67与0.83g/min来形成非织造织物。生产出的各织物的基重为34～38g/m2。对这四种织物测量了它们的纤维尺寸分布。纤维尺寸分布的测量涉及到去测量横过扫描电子显微照片上任意画出的一条直线上的各个纤维的直径，且一般需求测量50根纤维的直径。此测量结果集于表2-1中。
表2-1纤维直径分布
表2-1中的数据按频数相对于纤维直径(μm)的关系绘成曲线图。有助于直观地考察纤维直径频数。
按照标准试验方法(联邦标准191A，方法5102)测量了制得的非织造织物的抗拉性质。织物条抗拉试验给出了峰值负荷、百分拉绅率与能量的结果。
求得了这些非织造织物的抗拉特性。所有报导的值都经过规一化处理以允许基重方向有差别。
为了帮助能直观地考察这些抗拉特性的数据，已将这些数据标绘成线条图，以不同的线条分别表示MD数据、CD数据以及MD与CD数据的平均。
例3为了制备其成形织物，基本上重复例2中的步骤。用锤磨机将大型软木浆粕板(Coosa CR-54，由Kimberly-clork Corporation在其Coosa Pines，Alabama，Mill制造)纤维化，然后用空气于83m/s的速度下喷穿通过深度为2.5cm的矩形导管，以每立方米载气体积纤维化的浆粕g数定义的稀释率保持为约2.8～约8.5，以使絮凝作用最小化。然后将所得的气载纤维流在载丝条的第一个第二气流层与第二个第二气流层汇合处住入载丝条的第一个第二气流中。此气载体纤维流的垂直与水平入射角都是约90°。这股纤维流从矩形导管出来到达距上述两个第二气流汇合处约10cm处。
在各种情况下，所得到的共成形织物都有很好的整体性和强度，但又是柔软、膨松和吸湿的。这种织物包含50～70％(重量)的浆粕纤维并有约500g/m2的基重。即使是在对流恒温器中经热处理使聚丙烯酸共聚物交联化后，这种织物也还是很柔软的、吸湿并具有适当的机械强度，如表3.1所示。这类共成形织物可用作拭布或其他吸湿制品的部件。表3-1峰值抗拉性质
例4本例中，除Coosa浆粕外，在此浆粕流与载丝条的第一个第二气流遇合之前将超吸湿粉料(Favor 880，购自Stockhausen，Inc.)引入浆粕流中，此组成是约33％超吸湿纤维、33％浆粕和34％超吸湿粉。测量了整体基重。这种织物在织成后相当柔软。30分钟后它芯吸0.9％Nacl水溶液至约23cm。
例5本例与例4类似，但材料组成有别。用约3％超吸湿纤维、3％Coosa浆粕和约94％超吸湿粉料(Favor 880，购自stockhausen，Inc.)。这样的材料由于有相当数量的超吸湿粉粒附着于超吸湿纤维之上而具有对SAM超吸湿料的优越保持能力。
例6本例与例2类似，不同的是第一气流的相同湿度改变。根据SEM的测定，只当相对湿度为30％～100％才能获得满意结果。
本发明已如上作了说明，但对于本项技术有一般知识的人，在不脱离本发明的精神或范围内是能够容易地掌握本发明的众多变化与改型的。
权利要求
1．制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，此方法包括下述步骤a)制备聚合物的水溶液，它含有分子量约300，000～约10，000，000的线性超吸湿母体聚合物约10～约75％(重量)，b)将温度约20～约180℃和粘度约3～约1000Pa sec下的上述聚合物溶液挤压通过具有许多喷丝孔的喷丝板而形成许多丝条，所述喷丝孔的直径为约0.20～约1.2mm；c)在足以使各丝条在其离开喷丝板喷丝孔一段不超过的8cm的距离内其粘度随离开喷丝板的距离增加而递增，且基本上保持粘度在径向上的均匀性的条件下，用第一气源来拉细所述丝条，此时的气源速率要足以形成具有所需拉细程度和平均纤维直径且无显著纤维断裂的纤维。
2．权利要求1所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的相对湿度为约30～100％。
3．权利要求2所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的温度为约20～约100℃、粘度为约150～约400m/s、水平入射角约70～约110°、垂直入射角不超过约90°。
4．权利要求1所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的相对湿度约60～约95％。
5．权利要求4所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的温度为约20～约100℃、速度约30～约150m/s、水平入射角约70～约110°、垂直入射角不超过约90°。
6．权利要求1所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的相对湿度约65～90％。
7．权利要求6所述的制备具有基本连续的超吸温细纤维的非织造织物的方法，其中所述第一气源的温度约20～约100℃、速度低于维30m/s、水平入射角约70～约110°、垂直入射角约90°。
8．权利要求3所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤d)以温度约140～约320℃而速度约60～约125m/s的第二气源干燥所述线条来形成纤维，此第二气源的水平入射角为约70～约110°、垂直入射角不超过约90°。
9．权利要求8所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤e)将所述纤维无规地置放于运动的有小孔面上，按约0.4～约1.9cm2的尺度形成基本均匀的织物，此运动的有小孔面距与此丝条接触的最后气源的出口约10～约60cm，这种纤维的平均纤维直径为约0.1～约10μm且基本上无闪光条痕；其中前述的拉细与干燥步骤是在受控的宏观尺度紊流的条件下进行，而所述纤维的长度相对于其直径而言可视为连续的。
10．权利要求9所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤f)将所述均匀织物暴露于选自热、电子束、微波与射频幅射等的高能源之下，以在此织物的超吸湿母体聚合物中形成稳定的交联。
11．权利要求9所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤g)用潮湿化、致密化、压花、粘合或层压或是这些工艺的组合对上述稳定化的织物进行后处理。
12．权利要求5所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤d)以温度约140～约320℃而速度约30～约150m/s的第二气源干燥所述丝条形成纤维，此第二气源的水平入射角约70～约110°，垂直入射角不超过约90°。
13．权利要求12所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤e)将所述纤维无规地置放于运动的有小孔面上，按约1.9～约6.5cm2的尺度形成基本均匀的织物，此运动的有小孔面距与此丝条接触的最后气源的出口约10～约100cm，这种纤维的平均纤维直径为约10～约30μm且直径基本均一；其中前述的拉细与干燥步骤是在最小宏观尺度紊流的条件下进行。
14．权利要求13所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤f)将所述均匀织物暴露于选自热、电子束、微波与射频辐射等的高能源之下，以在此织物的超吸湿母体聚合物中形成稳定的交联。
15．权利要求14所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤g)用潮湿化、致密化、压花、粘合或层压或是这些工艺的综合对上述稳定的织物进行后处理。
16．权利要求7所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤d)以温度约140～约320℃而速度小于约30m/s的第二气源干燥所述丝条形成纤维，此第二气源的水平入射角为约70～约110°，垂直入射角则不超过约90°。
17．权利要求16所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤e)用温度约10～约50℃、速度约30～约240m/s、水平入射角约70～约110°而垂直入射角不超过约90°的第三气源来拉细所述纤维。
18．权利要求17所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤f)将所述纤维无规地置放于运动的有小孔面上，按约1.9～约6.5cm2的尺度形成基本均匀的织物，此运动的有小孔面距与此丝条接触的最后气源的出口约10～约100cm，这种纤维的平均纤维直径为约10～约30μm且直径基本均一；其中前述的拉细与干燥步骤是在最小宏观尺度紊流的条件下进行。
19．权利要求18所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤g)将所述均匀织物暴露于选自热、电子束、微波与射频辐射等的高能源之下，以在此织物的超吸湿母体聚合物中形成稳定的交联。
20．权利要求19所述的制备具有基本连续的超吸湿细纤维的非织造织物的方法，其中还包括下述步骤h)用潮湿化、致密化、压花、粘合或层压或是这些工艺的组合对上述稳定化的织物进行后处理。
21．基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，它包括a)包含有基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，所述超吸湿微纤维具有每克干燥吸湿性纤维能有10克0.9％(重量)氯化钠溶液荷载的高的流体吸收性；b)所述纤维的平均纤维直径为约0.1～约10μm，基本上没有闪光条痕，且其所具长度相对于其直径而言可视作为连续的。
22．权利要求21所述的基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，它是按下述步骤形成的制备聚合物的水溶液，此溶液含有分子量约300，000～约10，000，000的线性超吸湿母体聚合物约10～约75％(重量)；将温度约20～约180℃和粘度约3～约1000Pa sec下的上述聚合物溶液挤压通过具有许多喷丝孔的喷丝板而形成许多丝条，所述丝孔的直径为约0.20～约1.2mm；在足以使各丝条在其离开喷丝板喷丝孔后令其粘度随离开喷丝板的距离增加而递增，且基本上保持粘度在径向上的均匀性的条件下，用第一气源来拉细所述丝条，此时的所述气源速率要足以形成具有所需拉细程度和平均纤维直径且无显著纤维断裂的纤维。
23．权利要求22所述的基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，其中所述织物取决于平均纤维直径在约0.4～约1.9cm2的尺度上基本均匀。
24．基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，此织物包括a)包含有基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，所述超吸湿微纤维具有每克干燥吸湿性纤维能有10克0.9％(重量)氮化钠水溶液荷载的高的流体吸收性；b)所述纤维具有的平均纤维直径为约10～约100μm，基本上没有闪光条痕，且其直径基本均一。
25．权利要求24所述的基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，它是按下述步骤形成的制备聚合物的水溶液，此溶液含有分子量约300，000～10，000，000的线性超吸湿母体聚合物约10～约75％(重量)；将温度约20～约180℃和粘度约3～约1000 Pa sec下上述聚合物溶液挤压通过具有许多喷丝孔的喷丝板而形成许多丝条，所述丝孔的直径为约0.20～约1．2mm；在足以使各丝条在其离开喷丝板的喷丝孔后令其粘度随离开喷丝板的距离增加面递增且基本上保持粘度在径向上的均匀性的条件下，用第一气源来拉细所述丝条，此时的所述气源速率要足以形成具有所需拉细程度和平均纤维直径且无显著纤维断裂的纤维。
26．权利要求25所述的基本连续的超吸湿微纤维的非织造织物，其中所述织物取决于平均纤维直径在约1.9～约6.5cm2的尺度上基本均匀。
27．包含有权利要求23所述基本连续超吸湿微纤维的非织造织物的一次性吸湿产品。
28．权利要求27所述的一次性吸湿产品，它经形成为能提供选自尿布、训练短裤、月经用装置、卫生巾、止血塞、失禁产品与拭布中的一次性吸湿制品。
29．包含有权利要求26所述基本连续超吸湿微纤维的非织造织物的一次性吸湿产品。
30．权利要求29所述的一次性吸湿产品，它经形成为能提供选自尿布、训练短裤、月经用装置、卫生巾、止血塞、止禁产品与拭布中的一次性吸湿制品。
全文摘要
公开了非织造织物和制备超吸湿纤维的新颖非织造织物的方法。在规定的条件下将超吸湿母体聚合物的水溶液挤压通过喷丝板的许多喷丝孔形成一批丝条。在受控的宏观尺度紊流以及足以使各丝条在其离开喷丝孔不超过约8cm距离内其粘度随离开喷丝板的距离增加而递增且基本保持粘度在径向上的均匀性等条件下,用规定的第一气源来拉细所述丝条,而此气源的速率要足以形成具有所述拉细程度和平均纤维直径且无显著纤维断裂的纤维。拉细了的丝条用规定的第二气源干操。所得的纤维无规地置放于运动的有小孔面上形成基本均匀的织物。此有小孔面离开与丝条接触的最后气源约10—约100cm。这种纤维的平均直径为约0.1—30μm且基本上无闪光条痕。所述的拉细与干燥步骤是在受控的宏观尺度紊流下进行。
文档编号D04H3/02GK1285010SQ98813814
公开日2001年2月21日 申请日期1998年12月24日 优先权日1997年12月31日
发明者J·秦, Y·李, W·L·范迪克, A·J·维斯尼斯基, P·R·R·瓦拉雅佩特, H·林 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司