专利名称：具有改进拉伸强度特性的无纺织纤维网及其制备方法
具有改进拉伸强度特性的无纺织纤维网在署名为Ronald S．Nohr和J．Gavin MacDonald于1991年10月25日提交，题为“热塑性组合物及由其制备的无纺织纤维网”在未审查共转让的专利申请系列号07／783，438中做了描述和权利要求。
本发明涉及一种含添加剂体系的可熔融挤出热塑性组合物。该组合物当被熔融挤出成形为无纺织纤维网时，生成具有显著改进拉伸强度特性之纤维网。
在做为参考文献的Ronald S．Nohr和J．Gavin MacDonald提出的美国专利号4，923，914中描写了含至少一种热塑性聚合物及至少一种确定添加剂的热塑性组合物。具体地说，该添加剂为一种含硅氧烷的化合物。这类组合物尤其适用于采用例如熔喷、复合纺及纺粘等熔融挤出方法制成无纺织纤维网。熔融挤出后，此类组合物生成一种所含添加剂浓度从纤维轴心至其表面呈递增差异分布的纤维，靠近纤维表面的添加剂浓度高于位于纤维中心地区的添加剂平均浓度，由此而赋于该纤维表面至少一种优良特性，否则将不会存在。该添加剂在熔融挤出温度条件下由于同聚合物生成一种亚稳态溶液故而与聚合物有可混性。随初生纤维滴温度降低致熔融挤出温度以下，该添加剂变得与聚合物明显不相容。与这种相容性显著变化同时出现的是聚合物开始固化。这两种因素都导致添加剂以一种可控方式朝表面迁移或析出。
后来发现，采用一种添加剂体系出乎意料地得到了不可湿的无纺织纤维网，但与缺少憎水煅制二氧化硅的热塑性组合物制成的无纺织纤维网相比，显示出改进的拉伸强度特性。所述添加剂体系包括某种美国专利4，923，914的聚硅氧烷聚醚添加剂及一种具有憎水表面的改性煅制二氧化硅。这一发现是相互对照引用专利申请系列号07／783，438发明的一部分。但是，本发明进一步改进了拉伸强度特性，超出了专利申请系列号07／783，438所指出的改进。
二氧化硅及其它材料已掺入包括聚丙烯在内的热塑性聚合物中。例如，在日本专利公报60-217207号中描述了在聚丙烯内加入一种有机过氧化物和一种成核剂。此种成核剂可以是一种有机盐、一种有机化合物或一种无机物例如二氧化硅、明矾、二氧化钛、炭黑以及各种粘土矿物质。
介绍在聚丙烯或其它热塑性聚合物中加入有机物的参考文献有，Wijga的美国专利号3，207，735(苯甲酸、取代苯甲酸及其六氢同型物以及相关化合物)、Wales的美国专利号3，207，737(苯甲酸铝盐及相关化合物)、Wales美国专利号3，207，739(某种单和多羧酸第I、II族金属盐)、Binsbergen等人的美国专利号3，299，029(苯甲酸铝盐及相关化合物)、Wolfe的美国专利号4，611，024(醛醇与水滑石构成之缩醛)、Titus等人美国专利号4，808，650(氟化二亚苄基山梨醇添加剂等)；以及日本专利公报51-22740(亚苄基山梨醇)。
最后，已有关于聚合物多相成核研究之报道。此类研究之实例包括Chatterjee及Price的“熔融高聚物结晶的多相成核过程L诱导基体的形态学”，J．Polym．Sci．，13，2369(1975)；Collington的“结晶性烯烃成核过程”，于西班牙马德里召开题为“聚丙烯前景展望”的塑料及橡胶学会会议，1989年11月；以及Garg和Stein的“成核聚合物结晶和形态学”，Antec＇88，10211。
应当指出，尽管有上述工作，但不论是硅氧烷共聚物(聚硅氧烷聚醚或烷基取代聚硅氧烷)或是一种改性煅制二氧化硅，当他们单独使用时都不能获得在拉伸强度特性方面的改善。尽管其原因尚未完全理解，但是由于将改性煅制二氧化硅与专利申请号No．07／783，438指出的聚硅氧烷聚醚或本文指出的烷基取代的聚硅氧烷一起使用，产生了一种协同效应。
本文不想过多纠缠于理论探讨，但据信烷基取代聚硅氧烷起三种作用(1)它起一种改性煅制二氧化硅的分散剂作用，从而减少或防止，尤其减少或防止在变性后硅凝聚为较大颗粒；(2)它有助于降低改性煅制二氧化硅表面自由能，从而生成更易被熔融聚烯烃“浸润”的硅石表面；以及(3)在整个体系熔融挤出过程中，它起一种加工助剂的作用。
因而，本发明目的之一是提供一种可熔融挤出的热塑性组合物，它包含热塑性聚烯烃和改进的添加剂体系，该添加剂体系又包括第一组分和第二组分。
本发明的另一个目的是提供一种应用于热塑性聚烯烃的，包括一个第一组分和一个第二组分的改良添加剂体系。
本发明的又一个目的在于提供一种制备无纺织纤维网的方法，所述无纺织纤维网与仅由热塑性聚烯烃制得的无纺织纤维网相比具有显著改进的拉伸强度特性。
本发明进一步目的在于提供一种熔融挤出纤维、一种无纺织纤维网，一种用即弃吸收性制品和一种用即弃制品。
看了下面的详细说明和权利要求，对于本领域普通技术人员来说，上述以及其它目的将是显而易见的。
相应地，本发明提供一种可熔融挤出的纤维，它包括热塑性聚烯烃和具有第一和第二组分的改良添加剂体系，在这种添加剂体系中，(A)第一组分是具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷
其中，(1)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(2)R10为一价C6-C30烷基；(3)m为5至50的整数；(4)n代表从0至200的整数；(5)第一组分具有从3，000至36，000的数均分子量；以及(6)第一组分具有从1．1至2．5的多分散性。
(B)第二组分是一种憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分与第二组分重量比在从10至70的范围内，且基本上所有第二组分都以最大尺寸从0．001至1微米范围内的颗粒形式存在；而且(C)这种改良添加剂体系的数量，以热塑性聚烯烃数量为基从0．01％至3％(重量)。
本发明也提供了一种制备具有显著改进拉伸强度特性无纺织纤维网的方法，该方法包括，
(A)将含有热塑性聚烯烃和具有第一和第二组分的改良添加剂体系之热塑性组合物熔融；(B)通过把所得熔体经模板挤出而制成纤维；(C)将纤维牵伸；并且(D)将纤维以一种交络纤维网形式收集在一个移动的多孔表面上；其中，(1)第一组分为通式如下的烷基取代聚硅氧烷
其中，(a)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(b)R10为一价C6-C30烷基；(c)m代表从5至50的整数；(d)n代表从0至200的整数；(e)第一组分具有数均分子量从3，000至36，000；(f)第一组分具有多分散性从1．1至2．5；(2)第二组分是一种憎水性煅制二氧化硅，其中第一对第二组分重量比在从10至70之间，且基本上所有第二组分均以最大尺寸从约0．001至1微米的颗粒状存在；同时(3)改良添加剂体系的数量为以热塑性聚烯烃数量为基，0．01％至3％(重量)。
在某些理想实施方案中，R1-R9是甲基。在另一些理想实施方案中，R10为一价C15-C22烷基。在其它的另一些理想实施方案中，m代表从15至25的整数。在进一步的另一些理想实施方案中，第一组分具有从8，000至15，000的数均分子量。
本发明的可熔融挤出热塑性组合物尤其适用于制备在生产诸如用即弃吸收性制品，像尿布，一次性产品像卫生餐巾、擦灰布、揩拭布等，以及像手术衣，鞋罩、工作服等用即弃产品所使用的无纺织纤维网。
图1-7，(包括首、尾两图)为按本发明制备的无纺织纤维网与对照纤维网拉伸强度特性的对比框形图。
图8-10，(包括首、尾两图)是按本发明制备纤维与对照纤维强度特性的对比框形图。
图11表示按本发明制备纤维及对照纤维的典型应力一应变曲线。
本文采用的“纤维”一词的含义包括基本连续的纤维，其长度与其直径相比，可视为连续的，例如可用熔喷法生产的纤维材料。该术语也包含例如用纺粘法或典型熔纺法生产的连续状纤维材料。于是，“连续纤维”一词就不包括基本连续的纤维。
这里所用的术语“拉伸强度特性”主要指按5100联邦测试方法(标准号191A)测定的峰值能量、峰值负荷、峰值伸长以及峰值应变等数值。然而，诸如夹紧撕裂测试等其它方法也可使用。
诸如“可熔融挤出”“熔融挤出”等术语系指或涉及制备无纺织纤维网的任何熔融挤出工艺，其中熔融挤出制成纤维后通常是在一个多孔支撑物上同时形成纤维网。该术语除其它方法外还包括熟知的象熔喷、复合成形、纺粘等等方法。这些术语也指或涉及纤维网成形是在纤维成形后的一个分立进行的步骤的那些方法；用这类方法制备的无纺织纤维网包括粘合梳理纤维网等等。
本文采用的“重量比”一词意指在改良添加剂体系中，第一组分与第二组分重量的近似关系。较具体地说，第一组分重量除以第二组分重量所得商即是重量比。而该重量比以一个表示每单位重量第二组分的第一组分的近似重量的整数来表示。因此，重量比没有单位。
“解构”以及由其演变的术语表示第二组分颗粒尺寸的减少。术语“添加剂体系”一般指第一和第二组分的组合。术语“改良添加剂体系”具体地指第一与第二组分的某种组合，其中第二组分已被解构，即其中第二组分的粒度在本文规定的范围之内。
这里使用的术语“热塑性聚烯烃”一般意指可用于用熔融挤出方法制备无纺织纤维网的任何热塑性聚烯烃。热塑性聚烯烃的例子有，聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚(1，3-丁二烯)、1，4-聚(1，3-丁二烯)、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚(乙酸乙烯酯)、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯等等。
较好的聚烯烃是那些仅含有氢和碳原子，并通过一种或多种不饱和单体加成聚合而制备的。此类聚烯烃的例子，连同其它的一道，包括聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚(1，3-丁二烯)、1，4-聚(1，3-丁二烯)、聚异戊二烯、聚苯乙烯等等。由于工业上的重要性，最好的聚烯烃是聚乙烯和聚丙烯。
此外，术语“热塑性聚烯烃”也用来包括两种或多种聚烯烃的混合物，以及由两种或多种不同不饱和单体制备的无规或嵌段共聚物。两种或多种聚烯烃混合物在某些情况下能使拉伸强度特性方面有显著和出乎意料的改进，具不同熔体流率的两种丙烯聚合物的混合物就是其例证之一。较具体地说，此种混合物由(1)从60％到40％(重量)、熔体流率在30到45的聚烯烃和(2)从40％到60％(重量)、熔体流率为2到10的聚丙烯构成。此种混合物典型地具有从18至30的熔体流率。
本发明组合物及添加剂体系必须既含有第一组分也含有第二组分。第一组分是一种具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(2)R10是一价C6-C30烷基；(3)m代表从5至50的整数；(4)n代表从0至200的整数；(5)第一组分具有从3，000到36，000的数均分子量；及(6)第一组分具有多分解性从1．1至2．5。
上面提到，R1-R9独立地选自一价C1-C3烷基。具体地说，R1-R9独立选自甲基或乙基。更具体说，R1-R9是甲基。虽然一般地说，R10为从C6到C30之烷基，但具体地说R10为一价C15-C22烷基。
一般地说，m代表从5至50之整数，且n代表从0至200之整数。具体地说，m代表从15至25的整数，且n代表从40至80的整数。
第一组分数均分子量可在从3，000至36，000之间。具体地说，第一组分具有从8，000至15，000的数均分子量。虽然一般地说，第一组分多分散性在从1．1至2．5范围里，具体地说，其多分散性在从1．1至1．5。
第一组分一般既可是液体也可是固体。不论其类型如何，液态第一组分是较好的。使用液态第一组分，正如下面所述的那样，简化权利要求的改良添加剂体系及组合物的制备过程。
术语“第一组分”在这里被广义地用来包含在已知的组合物或改良添加剂体系中使用一种以上第一组分，即是说一种由两种或两种以上第一组分或烷基取代聚硅氧烷构成之混合物。而且，本领域普通技术人员应该理解到，这里所定义的第一组分通常不以纯化合物形式存在。所以，上面给出的第一组分通式中可能没有包括的杂质或相关物质的存在并不意味着将任何给定物质排除于本发明的精神和范围之外。
本发明组合物和改良添加剂体系的第二组分是一种憎水性煅制二氧化硅。此种憎水性二氧化硅表面的性质据知并非关键。如同第一组分一样，必要的话也可以使用一种以上第二组分或憎水性煅制二氧化硅。
一般地，煅制二氧化硅通常介于80至410平方米／克的比表面积。煅制二氧化硅可借助已知方法容易地制备；例如，仅举例说明之，如下美国专利Antwerp的专利号2，863，738、Biegler等人的3，423，184、Chilton等人的3，642，453、Lee的4，048，290以及Tunison III的4，292，290。
煅制二氧化硅表面具有三种化学基团(1)孤立羟基、(2)氢键键合羟基、(3)硅氧烷基。因此，尽管硅氧烷基为憎水性，但总的说其表面呈亲水性。但是，可以通过一种憎水性试剂与表面羟基反应使煅制二氧化硅的亲水性二氧化硅表面呈憎水性。适合的试剂包括聚二甲基硅氧烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷等等。实际上，这三种试剂工业上已被用来生产憎水性煅制二氧化硅，它们可以商品名CAB-D-SIL型号分别为TS-720、TS-610和TS-530从伊利诺斯州Tuscola的Cabot公司Cab-O-Sil分部购得。然而已知所用试剂的性质并不重要。预期任何赋予煅制二氧化硅表面憎水性的试剂均可使用。仅以例说明，Kobayashi和Ohnishi的美国专利号4，849，022可资参考。
如在专利申请系列号07／783，438中所述，煅制二氧化硅特征在于粒度极小而表面积极大。二氧化硅的熔球或初生粒子系通过四氯化硅蒸汽在氢氧焰中水解而产生的。此种二氧化硅初生粒子通常具有从0．007至0．027微米直径。但是一经生成之后，此种初生粒子便互相碰撞、熔融而生成支化、三维、链状凝聚体。随着凝聚体温度降到二氧化硅熔融温度以下，也出现某些可逆性机械聚集或缠结。故而，市售煅制二氧化硅的粒度从1到80微米，其中大多数在40-60微米之间。在应用于专利申请系列号07／783，438中，据推测由于熔融挤出温度与在挤出机内及通过模口挤出过程中产生的剪切力之联合作用，出现了机械性粒子细化。据信这种粒子细化导致粒度分布从约1至约20微米左右。大部分粒子据信位于这个范围上限，即大约10-20微米。
由于对工业化改性煅制二氧化硅进行的持续的研究，现在可以根据显微分析结果，相信大多数凝聚粒子在70到80微米范围内。此外，现在断定因熔融挤出产生的粒子细化程度小于原来推测的。据此，本发明的一个特别优选的实例是基于发现了将第二组分粒子解构导致了拉伸强度特性更大的改善。为方便计，术语“改良添加剂体系”系指第二组分已被如所描述地解构的添加剂体系。
一般，据知所用解构方法并不重要。但由于凝聚过程是个可逆现象，故解构必须在不允许凝聚再发生的条件下发生。目前所知防止解构后凝聚过程的最好方法是在第一组分存在下进行解构。第一组分，除防止解构后第二组分凝聚之外，还对第二组分起一种分散助剂的作用以及在含改良添加剂体系之组合物熔融挤出过程中的一种加工助剂的作用。由于这些原因，改良添加剂体系本身具有重要的意义。
第二组分解构通常是将添加剂体系置于在球磨机中加工来实现的。虽然依据所用球磨的型式和运转方式的不同工艺条件将有所变化，但本领域普通技术人员很容易地确定适宜的条件。一般地说，第二组分颗粒需要降低到0．001到1微米范围内。较好的解构颗粒粒径范围是从0．2到0．8微米，而最好范围是从0．4到0．6微米。
改良添加剂体系中第一对第二组分之重量比一般在从10至70范围内。具体地，第一对第二组分重量比在从10至30的范围内。
改良添加剂体系向热塑性聚烯烃中加入的量是，以热塑性聚烯烃用量为基0．01％至3％(重量)。具体地，改良添加剂体系用量在约0．1％至约1％(重量)的水平，而更具体地，在约0．1％至0．5％(重量)的水平。
本发明热塑性组合物可通过多种本领域普通技术人员熟知的方法来制备。例如，聚合物切片或颗粒和改良添加剂体系可经机械混合以使聚合物粒子被一层改良添加剂体系包复。尽管使用溶剂不是一种较好的方法，必要的话，改良添加剂体系可以分散，或在第一组分为可溶的情况下，溶解和分散于一种适当溶剂中以加速包复过程。包复后的聚合物可随之加入用于纤维成形之挤出机的加料斗。但必须注意确保在挤出过程中，改良添加剂体系充分、彻底分散于聚合物本体中。
任选地，包复后聚合物可加入一台加热的混炼机，例如加热的双螺杆混炼机，以便将改良添加剂体系充分地分散在整个聚合物中。得到的热塑性组合物通常被挤成条状，填入切粒机。所得切粒(或切片)随后作为熔融加工挤出机的原料。这种方法的一种变更是，改良添加剂体系在聚合物中含量高于待挤出成为纤维之聚合物所需的含量。随后，含改良添加剂体系之聚合物切片(通常称之为母粒)被掺入或计量加入聚合物原料当中。
在另一种方法中，改良添加剂体系被计量加入盛有粒状聚合物的料斗导口，将其加入挤出机。又在另一个方法中，改良添加剂体系可直接计量加入挤出机筒体内，在此随混合物向口模运动，而实现与熔融聚合物掺混。
现在转向本发明的方法，具有显著改善拉伸强度特性无纺织纤维网通过一种包括如下步骤的方法制备(A)将含有热塑性聚烯烃和具有第一和第二组分的改良添加剂体系的一种热塑性组合物熔融；(B)将所获熔体经口模挤出成形为纤维；(C)将纤维进行牵伸；并且(D)将纤维在一个移动的多孔表面上收集成一种交络的纤维网；其中(1)第一组分是具有如下通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(a)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(b)R10是一价C6-C30烷基；(c)m代表从5至50的整数；(d)n代表从0至200的整数；(e)第一组分具有数均分子量从3，000至36，000；而且(f)第一组分具有多分散性从1．1到2．5；(2)第二组分是憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分与第二组分重量比在10到70之间，且基本上所有第二组分是最大尺寸在0．001至1微米间的颗粒；而且(3)改良添加剂体系用量为，以热塑性聚烯烃量为基0．01％至3％(重量)。
在本发明的第一步中，包括热塑性聚烯烃和具有上面已定义的第一和第二组分之改良添加剂体系的热塑性组合物被熔融。这一步通常是用一个做为成纤设备组成部分的挤出机实现的。挤出机内温度和停留时间主要根据所用热塑性聚烯烃确定。故而，这些参数可以由本领域普通技术人员，不经过多实验而容易地加以确定。
随后将熔融混合物经口模挤出而成形为纤维。虽然，据知口模的性质并不重要，它多数具有沿整个机器宽度排列成一排或多排的许多喷丝孔。这些喷丝孔断面可以是圆形或非圆形的。
接着，对纤维进行牵伸，通常做法是把它们引到一个有足够流速的流体中。在生产连续性纤维时，首先把纤维在一种通常为低压空气的骤冷流体中加以冷却。使纤维牵伸的流体流，一般是空气，可以是从骤冷流体中分离出来的一股高速空气，或者它也可以是经一狭窄喷嘴而加速的部分骤冷流体。另一方面，在生产基本上连续性纤维时，流体流一般是高速热空气流，它是趁纤维尚处在至少是部分熔融或软化状态时将纤维拉伸。
牵伸纤维接着被收集在一个移动的多孔表面形成交络纤维网。多孔表面，比如说，可以是一个转鼓、或一个连续带或金属网，后者是工业设备上最常使用的。
一般来讲，按诸如熔喷、纺粘等工艺中所描述实施熔融、成形、牵伸以及收集等步骤。仅举例说明，这些方法由下面引用的参考文献做实例说明(a)比如，熔喷法参考文献包括如下的美国专利小R．W．Perry的专利号3，016，599、J．S，Prentice的3，704，198、J．P．Keller等的3，755，527、R．R．Butin等人的3，849，241、R．R．Butin等人的3，978，185以及T．J．Wisneski等人的4，663，220。同样还可参看V．A．Wente，“超细热塑性纤维”，工业及工程化学，第48卷，No．8，第1342-1346页(1956)；V．A．Wente等“超细有机纤维的制造”华盛顿特区海军研究图书馆，NRL报告4364(111437)，日期1954年5月25日，美国商业部，技术服务处；以及Robert R．Butin和Dwight T．Lohkamp，“熔喷法-生产新型无纺织产品的一步纤维网工艺”，浆粕及造纸工业技术协会会刊，第56卷，No．4，第7477页(1973)；以及(b)纺粘法参考文献之中例如，下列美国专利号Kinney的3，341，394、Dorscher等的3，655，862、Dorschner等的3，692，618、Dobo等人的3，705，068、Matsuki等的3，802，817、Porte的3，853，651、Akiyama等的4，064，605、Harmon的4，091，140、Schwartz的4，100，319、Appel及Morman的4，340，563、Appel及Morman的4，405，297、Hartman等的4，434，204、Greiser及Wagner的4，6 27，811以及Fowells的4，644，045。
若采用诸如纺粘法制成连续性纤维，则所获得之纤维网须施行热、压花纹粘合来使无纺织纤维网表现出改进拉伸强度特性。所施上述热、压较好分别在约80℃至约180℃和每线英寸约150至约1，000磅(59-178千克／厘米)的范围内。更好地是使用一种从约10到约250粘结点／平方英寸(1-40粘结点／平方厘米)、覆盖无纺织纤维网表面积约5％至约30％的花纹。
这种花纹粘合是按照已知的程序进行的。对于粘合花纹的实例以及粘合程序之讨论，可参见例如Vogt的美国设计专利号239，566、Rogers的美国设计专利号264，512、Hansen等的美国专利号3，855，046以及他们的美国专利号4，493，868。
一种具有改进拉伸强度特性无纺织纤维网也可用由包含以下步骤方法制备(A)将包括热塑性聚烯烃以及具有第一和第二组分的改良添加剂体系的热塑性组合物熔融；(B)通过将所获熔体经口模挤出而形成连接性纤维；(C)牵伸该连续性纤维；
(D)把连续性纤维集束为纤维束；(E)将纤维束切断为短纤维；(F)把短纤维铺到移动的多孔表面上而成为一个交络纤维网；然后(G)施以热、压将所得交络纤维网花纹粘合；其中，第一组分和第二组分的定义同上。
上述每一步骤按已说明的方式，或按任何本领域普通技术人员已知的一些方式完成。需要时，各连续性纤维可在集为纤维束之前先进行假捻。并且，纤维束可在切断成短纤长度纤维前进行卷曲。虽然短纤维可以用任何已知方法铺到移动、多孔的支持材料上，但纤维采用气流成网或湿法成网为好。最后，做成无纺织纤维网可用任何上述的方法进行花纹粘合。
本发明通过下面的实例予以进一步说明。但是，这些实例都不能认为是对本发明原则和范围的任何形式的限制。在这些实例里，除非另外说明，所有份数均为重量份数。
实施例1纺粘法纤维网的制备在一个基本上如美国专利号4，340，563(做为本文参考文献)中描述的中试规模装置上，制备了纺粘法无纺织纤维网。
所用热塑性聚烯烃为“Escorene 3445”聚丙烯(Exxon ChemicalAmericas，Houston，Taxas 77079)。据制造商提供，该聚合物具有密度为0．90克／立方厘米，以及熔体流率35克／10分钟。
改良添加剂体系的第一组分为具有如下式结构的烷基取代聚硅氧烷
该聚硅氧烷第一组分具有数均分子量约11，000和多分散性约1．3。
改良添加剂体系的第二组分为CAB-O-SIL TS-720，是一种由Cabot公司(Tuscola，伊利诺斯)Cab-O-Sil分部提供的憎水性煅制二氧化硅。
第二组分按重量比20(即20份第一组分和1份第二组分)分散于第一组分中。第一和第二组分的混合物(共计2，500克)通过一个五升“Eiger Mark II Motormill”电动磨(Eiger公司，Mundelein，伊利诺斯)处理三次。总研磨时间为约两小时。
取一份所得的添加剂体系125克在球磨机内研磨以解构第二组分。该球磨机使用容积为4到6升的陶瓷罐(Paul O．Abbe公司，Little Falls，新泽西州)以及2厘米氧化铝磨料(Coors Ceramics公司，Golden，科罗拉多)。解构进行约30分钟。
在解构前、后分别测定了添加剂体系挑选的物理性质，即粘度和二氧化硅分散细度。粘度测定采用一台Brookfield LVT粘度计选用4号转子，25℃，单位为厘泊；转子转速设定为6转／分。分散细度测定按ASTM测试方法D1210-79(1983重审版)，颜料一载色剂体系分散细度标准测试方法；测定结果以Hegman标度值表示。这些测定结果汇总于表1。表1解构前、后添加剂体系物理性质添加剂体系粘度 Hegman值解构前 4，000 5．5解构后 10，500 8+为制备纺粘原料切粒，将添加剂体系计量地(泵入)加入挤出机加料斗下游双螺杆挤出机内，比率相当于以聚丙烯量为基的3％(重量)。为了控制聚合物内添加剂体系含量，对添加剂体系泵供速率、添加剂体系容器重量以及聚合物进给速率进行监测。所生成的聚合物与添加剂体系熔融混合物以多根直径2-3毫米的带条被挤出。这些带条通过一个水浴、吹干然后切粒。所得切粒中添加剂体系含量通过对元素硅分析测出。切粒存放在塑料衬里箱子内。
纺粘法中较为重要的工艺参数通常如下挤出机温度 182-238℃；熔体进口温度182-238℃；小时产量25千克(每孔每分钟0．7克)；纺丝头温度 238℃；组件温度231℃；组件压力490磅／平方英寸·表；及熔体温度238℃；成形了两张单位重量均分别为约每平方米38克(gsm)的纤维网(1)由纯聚丙烯制备的对照纤维网，以及(2)由含3％(重量)改良添加剂体系聚丙烯原料切粒制备的纤维网，即其中添加剂体系中第二组分已经解构。每张纤维网均在约138-140℃以及约12磅／平方英寸下施以热花纹粘合。使用的花纹形式具有123粘结点／平方英寸(19粘结点／平方厘米)覆盖约16．9％纤维网面积。
按照联邦测试方法5100(标准号191A)测定了每个纤维网的峰值能量、峰负荷以及伸长百分率等数值。使用的仪器为一台带InstronMicron II Desk Top Console Integrator，即桌上微机控制台积分仪-II型的Instron 1122型万能试验机(Instron公司，Canton，马萨诸塞)。夹距为3英寸(7．6厘米)，纤维网试样尺寸为3英寸×6英寸(7．62厘米×15．2厘米)。一般每个纤维网至少做10个样。对每张纤维网均测定了机器方向(MD)和横向(CD)性质。测定结果汇总于表2和表3。
为便于看出由于改良添加剂体系存在导致每种试验参数值的改善或提高的程度，表2和表3在每项测试值后面包括了“提高百分数”一列。在每种情况下，提高百分数(PI)的计算方法是从含改良添加剂聚合物制成之纤维网数值中减去对照组数值，再用前面对照组值除上面所得之差，然后乘上100，即PI=100×(改进值-对照值)／对照值。表2实施例1纤维网拉伸强度特性峰值能量 提高峰值负荷 提高纤维网 方向 (米-千克力)百分数(千克力)百分数1MD 0．365-11．7-CD 0．351- 7．8-2MD 0．50739 16．339CD 0．518 48 12．965表3实施例1纤维网拉伸强度特性伸长 提高纤维网方向百分数(％)百分数1MD61-CD81-2MD9251CD102 26表2及表3表明，使用按本发明的改良添加剂体系无纺织纤维网拉伸强度性能方面产生显著提高。一般来说，峰值能量改善在机器方向和横向基本上一样。峰值负荷改善在机器方向较横向更为显著，但关于伸长百分数方面的改进，情况恰恰相反。
为便于将表2和表3数据所表示的改进看得更清楚起见，在图1至图3中将这些数据划成框形图。每张图中既包括了每张纤维网的机器方向值也包括了横向值。实施例2纺粘法纤维网制备重复实例1的制造过程，不同之处在于，热塑性聚合物由50％(重量)实例1中使用的Escorene3445聚丙烯和50％(重量)Escorene 1052(Exxon Chemical Americas，Houston，得克萨斯77079)混合物组成，据厂商提供，Escorene 1052具有熔体流率5克／10分钟。混合物熔体流率为22克／10分钟。
制备了三种单位重量约38克／平方米的不同纺粘法纤维网
(1)第一种参照纤维网由仅为聚丙烯混合物制成；(2)第二种参照纤维网由含0．3％(重量)、包括未经解构之第二组分的添加剂混合物的聚丙烯混合物制成；以及(3)一种由含0．3％(重量)、包括经解构第二组分的添加剂混合物的聚丙烯混合物制成的纤维网。
每种纤维网按实例1所述方法施行热花纹粘合。与实例1一样，按联邦测试方法5100(标准号191A)测定了各种拉伸强度特性。在这种情况，测定的拉伸强度特性为平均峰值能量、峰值负荷、峰值伸长、峰值应变。结果载于表4和表5。与实例1一样，表中包括对每种特性的提高百分数一列。
表4实施例2纤维网拉伸强度特性峰值能量 提高 峰值负荷 提高纤维网方向(米-千克力)百分数(千克力) 百分数1MD 0．365- 11．7 -CD 0．351- 7．8 -2MD 0．41812 9．3 -21CD 0．40816 7．0 -103MD 1．304257 18．2 56CD 1．182237 12．5 60
表5实施例2纤维网拉伸强度特性峰值伸长提高 峰值应变 提高纤维网方向(厘米)百分数(％)百分数1MD5．1 -67．1 -CD7．6 -99．7 -2MD7．1 39 94．6 41CD10．0 32 125 253MD11．2 120146 118CD15．2 100201 102从表4、表5清楚看出，使用按本发明改良添加剂体系显著提高了无纺织纤维网拉伸强度特性。一般来讲，这种改进在沿机器方向更为明显，尽管在横向的改进也是显著的。鉴于表4和表5已给出了相对于第一对照物或纤维网1的提高百分数，表6列出纤维网3相对于纤维网2(第二对照物)每项拉伸强度特性方面的提高百分数。在该表中“PI”代表“提高百分数”。表6着重反映本发明改良添加剂体系第二组分粒径范围体现出的重要性。表6纤维网3与第二参照纤维网-纤维网2对比的提高百分数PI PI PI PI峰值峰值峰值峰值纤维网方向能量负荷伸长应变3MD212975754CD190795860为便于清楚看出表4和表5数据证实的改进，在图4至图7中，给出了与各项拉伸特性数据相应的框形图。在每幅图中，同时给出了每种纤维网机器方向和横向数值。从图4-7清楚看出，峰值能量对于在聚合物中加入本添加剂体系更为敏感。也就是说，峰值能量值较其他三种拉伸强度特性指标提高得更为显著。
为评价改良添加剂体系对单纤维的影响，对纺粘过程中铺到移动的多孔支持物表面之前取出的纤维进行了强度测定。将该纤维与取自第一参照试样，即仅由聚丙烯混合物制成的纤维做了比较。这两种纤维分别称做“纤维网3纤维”和“纤维网1纤维”。这些测试结果汇总于表7，表中数值为25次测定的平均值。该表也包括了提高百分数(PI)数据，做为表中第三行而不是做为单独的列。但在每种情况下，改进百分数的计算方法仍如前述。表7单纤维强度测定模量 应力 应变试样(千兆帕)(兆帕)(E％)纤维网1纤维2．2183．7174．8纤维网3纤维5．2293．7527．4PI 136 60202为把表7数据反映的改进表现得更清楚，仿照以前，将强度数据画成如图8-10所示的框形图。图11是典型的应力-应变曲线，其中曲线A代表纤维网1纤维而曲线B代表纤维网3纤维。
经对本发明如此描述后，对本领域普通技术人员来说，进行不致偏离本发明的原则和范围的诸多变动与改进是显而易见的。
权利要求
1．一种制备具有显著改进拉伸强度特性的无纺织纤维网的方法，它包括下列步骤，(A)将包括了一种热塑性聚烯烃和一种含有第一组分和第二组分改良添加剂体系的热塑性组合物熔融；(B)通过把所得熔体经口模挤出而生成纤维；(C)将所得纤维牵伸；并且(D)把纤维收集在一个移动的多孔表面上面成为交络纤维网；其中(1)第一组分是具有下面通式的聚硅氧烷聚醚，
其中(a)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(b)R10为一价C6-C30烷基；(c)m代表从5至50的整数；(d)n代表从0至200的整数；(5)所说第一组分具有数均分子量从约3，000到约36，000；且(e)第一组分具有多分散性在1．1到2．5之间；(f)第二组分是憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分对第二组分重量比在约10至约70之间；以及(3)改良添加剂体系含量为以热塑性聚烯烃数量为基，约0．01％至3％(重量)范围内。
2．权利要求1的方法，其中基本上全部所说第二组分以具有最大尺寸在从约0．001至约1微米间的颗粒存在。
3．权利要求2的方法，其中所说混合聚烯烃为聚丙烯。
4．权利要求3的方法，其中所说聚丙烯是有不同熔体流率的两种丙烯聚合体之混合物。
5．权利要求4的方法，其中所说混合物包括(a)约60％至约40％(重量)、具有熔体流率介于约30到约45之间的聚丙烯以及(b)约40％到约60％(重量)、具有熔体流率在约2到约10之间的聚丙烯。
6．权利要求1的方法，它包括对得自步骤(D)的交络纤维网施行热压花纹粘合的附加步骤。
7．一种制备具有改进拉伸强度特性之无纺织纤维网的方法，它包括(A)将含有一种热塑性聚烯烃和一种由第一组分和第二组分构成的改良添加剂体系的热塑性组合物熔融；(B)通过将所得熔体经口模挤出生成连续性纤维；(C)牵伸所说连续性纤维；(D)将所说连续性纤维集为丝束；(E)将所说丝束切断为短纤维；(F)把所说短纤维铺到一个移动的多孔表面上而形成一种交络纤维网；(G)施加热压作用将生成的交络纤维网花纹粘合；其中(A)所说第一组分为具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(2)R10为一价C6-C30烷基；(3)m代表从5至50的整数；(4)n代表从0至200的整数；(5)所说第一组分具有数均分子量介于约3，000到约36，000之间；且(6)所说第一组分具有多分散性介于约1．1到2．5之间；(B)所说第二组分为憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分对所说第二组分重量比在约10到70之间；且(C)所说改良添加剂体系用量为以热塑性聚烯烃用量为基，从约0．01％到约3％(重量)。
8．按照权利要求7的方法，其中基本上所有所说第二组分以具有最大尺寸介于约0．001至约1微米之间的颗粒存在。
9．权利要求8的方法，其中所说混合聚烯烃为聚丙烯。
10．权利要求9的方法，其中所说聚丙烯是两种具有不同熔体流率的丙烯聚合物的混合物。
11．权利要求10的方法，其中所说混合物包括(a)约60％至约40％(重量)、具有熔体流率在约30到约45之间的聚丙烯和(b)约40％到60％(重量)、具有熔体流率在约2到约10的聚丙烯。
12．一种由包括一种热塑性聚烯烃和含有第一组分和第二组分的改良添加剂体系的组合物制备的可熔融挤出的纤维，其中(A)所说第一组分是具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(2)R10为一价C6-C30烷基；(3)m代表从5至50的整数；(4)n代表从0至200的整数；(5)所说第一组分具有数均分子量在3，000到36，000之间；以及(6)所说第一组分具有多分散性在1．1到2．5之间；(B)所说第二组分是一种憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分与第二组分重量比在10到70范围，而且(C)所说改良添加剂体系含量是以热塑性聚烯烃为基，0．01％到3％(重量)之间。
13．按照权利要求12的可熔融剂出纤维，其中基本上全部所说第二组分以最大尺寸范围在0．001到1微米之间的颗粒形态存在。
14．按照权利要求12的可熔融剂出纤维，其中R1-R9中的每一个为甲基，R10为一价C15-C22烷基，m代表从15到25的整数，n代表从40到80整数，且所说第一组分具有数均分子量从8，000到15，000，而所说聚烯烃是聚丙烯。
15．按照权利要求14的可熔融剂出纤维，其中所说聚丙烯是两种具有不同熔体流率的丙烯聚合物之混合物。
16．一种包含纤维的无纺织纤维网，所说纤维是由包括一种热塑性聚烯烃和含有第一组分和第二组分的改良添加剂体系的组合物制备的，其中(A)所说第一组分是具有下面通式的烷基取代聚硅氧烷，
其中(1)R1-R9独立选自一价C1-C3烷基；(2)R10为一价C6-C30烷基；(3)m代表从5至50的整数；(4)n代表从0至200的整数；(5)所说第一组分具有数均分子量在3，000到36，000之间；以及(6)所说第一组分具有多分散性在1．1到2．5之间；(B)所说第二组分是一种憎水性煅制二氧化硅，其中第一组分与第二组分重量比在10到70范围，而且(C)所说改良添加剂体系含量是以热塑性聚烯烃为基，0．01％到3％(重量)之间。
17．权利要求16的无纺织纤维网，其中所述纤维网已被施以热压作用花纹粘合。
18．按照权利要求16的无纺织纤维网，其中基本上全部所说第二组分以最大尺寸范围在0．001到1微米之间的颗粒形态存在。
19．权利要求18的无纺织纤维网，其中所述纤维网已被施以热压作用花纹粘合。
20．按照权利要求16的无纺织纤维网，其中R1-R9中的每一个为甲基，R10为一价C15-C22烷基，m代表从15到25的整数，n代表从40到80整数，且所说第一组分具有数均分子量从8，000到15，000，而所说聚烯烃是聚丙烯。
21．权利要求20的无纺织纤维网，其中所述纤维网被施以热压作用花纹粘合。
22．按照权利要求20的无纺织纤维网，其中所说聚丙烯是两种具有不同熔体流率的丙烯聚合物之混合物。
23．权利要求22的无纺织纤维网，其中所述纤维网被施以热压作用花纹粘合。
全文摘要
本发明公开了一种具有改进拉伸强度特性的无纺织纤维网及其制备方法。
文档编号C08K3/34GK1205368SQ9810745
公开日1999年1月20日 申请日期1998年4月24日 优先权日1992年10月9日
发明者R·S·诺尔, J·G·麦克唐纳德 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司