包含至少一种填料的纤维、它们的制造方法及其用图
【专利说明】
[0001] 本申请是一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2010年9月2日、申 请号为201080049758. 4 (PCT/US2010/047722)、发明名称为"包含至少一种填料的纤维、它 们的制造方法及其用途"。
[0002] 优先权声明和经此引用并入 此PCT国际申请据此要求2009年9月4日提交的美国申请No. 12/554,371的优先权 权利和利益，其主题全部经此引用并入本文。
技术领域
[0003] 本文中的公开内容大致论述和设及包含填料，如涂布重质碳酸巧的纤维，特别是短纤 维，和包含其的地毯。
【背景技术】
[0004] 许多商品由可包括聚合树脂的单丝纤维的组分形成。例如，长单丝纤维（continuous monofilamentfibers)可用于制造短纤维、纱线、钓鱼线、织造织物、非织造织物、人造毛 皮、尿布、女性卫生产品、成人失禁产品、包装材料、擦布、毛巾、工业服装、医用桐巾、医疗 月良、足套、消毒包装、台布、表面清洁布(干和湿)、漆刷、餐巾、垃圾袋、各种个人护理制品和 其它纺织品。 阳0化]通常通过烙体纺丝、干纺或湿纺制造单丝纤维。特别地，通过将聚合树脂纺成纤维 形状来制造单丝纤维，例如通过将该树脂至少加热至其软化溫度并经喷丝头挤出该树脂W 形成单丝纤维。也可W通过挤出该树脂并用热空气使树脂流变细W形成细直径纤维来制造 单丝纤维。单丝纤维在转化成短纤维后又可用于制造水刺（spunlaced)(也称作水力缠结)、 针刺、热粘合和梳理固结（card-and-bind)产品，它们可置于网幅上。
[0006] 使用大量聚合树脂纤维的另一纺织用途是地毯生产。可W使用例如包含聚丙締、 聚醋、尼龙或其组合的纱制造地毯。可W由膨化长丝（bu化continuousfilament)或短纤 维形成该纱。当使用短纤维时，可W梳理短纤维W使纤维相互平行排列，由此形成大、软、无 加抢的纤维束或绳（即纤维条（sliversoffiber))。可W例如使用针梳牵伸机梳理和拉伸 运些纤维条。然后可W使用纺纱机进一步拉伸该纤维条并将纱抢成所需尺寸。通常将单纱 束与其它纱束一起加抢W产生适合制造地毯的纱。
[0007] 制造地毯的方法通常设及织造或缝合。目前，大部分地毯通过使针缝合（即簇 绒）制成，所述针用将纱W规则间隔刺到衬底材料(例如预织造织物）中W形成起毛线圈 (raisedloops)或绒头（tufts)。可W将粘合剂施加到衬底材料背面W固定绒头。可W 切割运些绒头W产生割绒地毯（cup-pileCa巧et)，或可W保持未切割W产生毛圈地毯 (looped-pilecarpet)。
[0008] 纺织工业，包括地毯工业，每年消耗大量热塑性聚合树脂，大约3亿磅单丝纤维。 尽管在非织造产品和塑料产品如膜和模制部件的制造过程中渗入多种矿物填料，如碳酸巧 和高岭±是已知的，在单丝纤维中包含大量运样的填料目前不是一般做法。W前，纯树脂的 成本低于包含树脂和矿物填料的浓缩物的成本，因此不需要渗入显著量的运样的填料。但 是，树脂价格的提高在许多情况下在许多产品中产生与提高矿物填料量和降低树脂量相关 联的成本效益。通过渗入至少一种矿物填料，例如碳酸巧，纯树脂材料的所需量降低，同时 最终产品在若干领域中具有相当品质，包括但不限于，纤维强度、质地和外观。
[0009] 包含各种量的无机化合物和/或矿物填料的产品是已知的。例如，美国专利No. 6, 797, 377看似公开了包含0. 1至10重量％的至少一种矿物填料，如碳酸巧的非织造网 幅，但限制在至少两种树脂聚合物的混合物中与二氧化铁联合使用的填料。美国专利No. 6, 759, 357同样看似公开了包含0. 0015至0. 09重量％的至少一种无机化合物的织物。S. Nago^RY.Mizutani,MicroporousPolypropyleneFibersContainingCaCOgFiller, 62J.Appl.PolymerSci. 81-86 (1996)也看似论述包含25重量％碳酸巧的聚丙締基非 织造纤维。WO97/30199公开了基本由大约0.Ol至大约20重量％无机颗粒构成的纤维，基 本都具有小于大约5的莫氏硬度，且至少大约90重量％的无机颗粒具有小于大约10微米 的粒度。但是，运些参考资料无一看似公开了至少通过改变涂布重质碳酸巧的粒度(通过其 平均粒度和/或通过其上限）来降低填料对最终纤维性质的影响。
[0010] 需要包含更大量的至少一种填料如碳酸巧的纤维，而不损失与含有较低量填料或 无填料的纤维关联的合意物理和/或化学性质。进一步需要除主要聚合树脂外还具有至少 一种附加聚合物的包含更大量的至少一种填料如碳酸巧的单丝纤维，而不损失与含有较低 量填料或无填料的单丝纤维关联的所需物理和/或化学性质。
【发明内容】
[0011] 一方面，本公开大致描述了包含至少一种聚合树脂和至少一种具有小于或等于大约3 微米的平均粒度的填料的纤维，如短纤维。在一个实施方案中，该短纤维包含至少一种聚合 树脂，如聚丙締，和至少一种填料，如表面处理的重质碳酸巧（GCC)。纤维的特定实施方案 可在几乎或完全不添加人造丝或二氧化铁的情况下转化成梳理网幅或用在地毯中W制造 具有与含人造丝的类似纤维或地毯同等或更好的物理性质的纤维网幅或地毯。该网幅的某 些实施方案可成形成织物W制造多种可用制品，如婴儿擦拭巾、手术服和表面清洁布(湿或 干)。
[0012] 另一方面，本申请公开了制造短纤维的方法，所述方法包括（a)将至少一种聚合 树脂与至少一种具有小于或等于大约3微米的平均粒度的涂布重质碳酸巧混合；（b)将所 述混合物加热至至少所述至少一种聚合树脂的软化点；（C)挤出所述混合物W形成单丝纤 维；和（d)将所述单丝纤维转化成短纤维。
[0013] 另一方面，本公开描述了包含许多包括至少一种聚合树脂和至少一种涂布填料的 纤维的地毯，其中所述至少一种涂布填料具有小于或等于大约10微米的平均粒度。各纤维 邻接另一纤维、衬底材料或两者。
[0014] 要理解的是，上文的概述和下文的详述都仅是示例性和解释性的并且不限制要求 保护的本发明。
[0015] 并入本说明书并构成其一部分的附图图解本发明的示例性实施方案，并与描述一 起用于解释本发明的一些示例性原理。
【附图说明】
[0016] 图1是显示对硬脂酸涂布的重质碳酸巧在纤维中的各百分比而言在纤维断裂之前施 加到单丝纤维的各具体实施方案上的最大力（"最大载荷"）的图。
[0017] 图2是显示对硬脂酸涂布的重质碳酸巧在纤维中的各百分比而言单丝纤维的具 体实施方案的伸长百分比的图。
[0018] 图3是显示对硬脂酸涂布的重质碳酸巧在纤维中的各百分比而言单丝纤维的具 体实施方案的初度的图。
[0019] 图4是显示用于制造短纤维的水刺复丝网幅的示例性布置的示意图。
[0020] 图5是显示填充和未填充的复丝纤维的具体实施方案的应力-应变曲线的图。
[0021] 图6是显示在织物断裂之前施加到填充和未填充的水刺织物的各种实施方案上 的最大纵向力（"最大载荷"）的图。
[0022] 图7是显示在织物断裂之前施加到填充和未填充的水刺织物的各种实施方案上 的最大横向力（"最大载荷"）的图。
[0023]图8是显示填充和未填充的水刺织物的各种实施方案的不透明度的图。
[0024] 图9A和9B是显示如实施例5中所述的在根据本发明的实施方案制成的地毯上的 颜色测试的结果的图。
【具体实施方式】 阳0巧] 示例性纤维 根据本发明的一个方面，已经令人惊讶地和意外地发现，改变聚合纤维中的至少一种 填料的粒度，如将粒度降至低于大约10微米（即小于或等于10微米的上限）和/或将平均 粒度降至3微米或更低，能在提高纤维中的填料总量(作为重量％测得）的同时使聚合纤维 保持或改进所需性质(例如最大载荷、断裂伸长率和/或初度)。
[00%] 本文所用的术语"纤维"不仅包括传统单纤维和长丝巧日短纤维和单丝纤维)，还包 括由多根运些纤维制成的纱线。通常，纱线用于制造服装、织物、纺织品（例如地毯）等。因 此，纤维的各种实施方案的本文中公开的特征用于公开短纤维和单丝纤维（除其它类型的 纤维外)的某些实施方案的特征。根据具体实施方案，纤维和纱线可W使用目前使用或此后 发现的用于将纤维和纱线制成织物的任何方法(包括但不限于机织和针织)制成织物。在某 些实施方案中，短纤维也可使用目前使用或此后发现的任何方法(包括水刺、针刺、热粘合 和梳理固结加工法）制成非织造网幅和织物。
[0027]本文所用的"短纤维"是指具有特定长度的离散纤维。例如，短纤维可具有大约25 毫米至大约150毫米的长度。在另一些情况下，短纤维可具有大约35毫米至大约100毫米 的长度。在又一些情况下，短纤维可具有大约50毫米至大约75毫米的长度。本文所用的 "单丝纤维"是指可含有一根大纤维或缠结在一起的许多较小纤维的单股（singlestrand) 材料。在一些实施方案中，单丝纤维可W是无加抢纤维。
[0028] 根据具体实施方案，包括至少一种聚合树脂和至少一种涂布填料的纤维具有第一 最大载荷，该第一最大载荷等于或大于包括所述至少一种聚合树脂但不含所述至少一种涂 布填料的第二纤维的第二最大载荷。给定纤维的最大载荷取决于组成、尺寸和工艺变量，如 拉伸百分比。在2旦聚丙締纤维的情况下，在某些实施方案中，该纤维具有大约2化f至大 约20化f的最大载荷。在另一些实施方案中，该纤维具有大约5化f至大约15化f的最 大载荷。在又一些实施方案中，该纤维具有大约7化f至大约10化f的最大载荷。
[0029] 根据具体实施方案，包括至少一种聚合树脂和至少一种涂布填料的纤维具有第一 断裂伸长率，该第一断裂伸长率等于或大于包括所述至少一种聚合树脂但不含所述至少一 种涂布填料的第二纤维的第二断裂伸长率。断裂伸长率主要取决于生产过程中的拉伸量。 比较使用相同工艺条件制成的纤维上的断裂伸长率结果表明，在添加填料时该值仅轻微降 低。在某些实施方案中，含有10%碳酸巧的纤维具有大约0%至大约50%的断裂伸长率降低。 在另一些实施方案中，该纤维具有大约0%至大约25%的断裂伸长率降低。在又一些实施方 案中，该纤维具有大约0%至大约10%的断裂伸长率降低。
[00