CN103069059B - 韧化的聚乳酸纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明提供由包含聚乳酸和聚合的增韧添加剂的热塑性组合物形成的聚乳酸纤维。本发明人已经发现可以仔细地控制这些组分的特定特性以及将它们共混的方法来实现具有希望的形态特征的组合物。更具体地，增韧添加剂可以以分离物理闭域来分散在聚乳酸的连续相中。这些闭域具有特定的尺寸、形状和分布，使得它们在拉伸纤维时吸收能量并变长。这使得得到的组合物相比于其它刚硬的聚乳酸而言显示出更柔韧且更柔软的行为。虽然选择地控制了使用的组分和方法，但是本发明人已经发现得到的纤维可以因此在熔纺期间和之后显示出良好的机械性能。

Description

韧化的聚乳酸纤维
发明背景
为了从生物可降解的聚合物形成无纺纤网，已进行了各种尝试。尽管由生物可降解的聚合物制备的纤维是已知的，但是它们的使用已经遇到了问题。例如，聚乳酸(“PLA”)是用于形成无纺纤网最常见的生物可降解且可持续的(可再生的)聚合物之一。不幸的是，由于聚乳酸高的玻璃化转变温度和低的结晶速率PLA无纺纤网通常具有低的粘合柔韧性(bondflexibility)和高的粗糙度。而相反地，热粘合的PLA无纺纤网通常显示低的伸长率，该伸长率在某些应用(例如，吸收性制品)中是不可接受的。同样地，尽管聚乳酸可承受高的拉伸比，但是其需要高水平的拉伸能量以实现克服热收缩所需的结晶。为了适应这些困难，已经使用了增塑剂以试图降低玻璃化转变温度和改进粘合性以及柔软度。一种普遍的增塑剂为聚乙二醇。不幸地是，在老化过程中特别是在高湿度和高温度的环境中聚乙二醇倾向于与聚乳酸进行相分离，这使得得到的纤维的机械性能随时间恶化。加入增塑剂还造成了其它问题，如熔融纺丝的降解以及熔体强度和拉伸能力的降低。
因此，当前对显示出良好伸长性能且仍保持强硬的聚乳酸纤维存在需求。
发明概述
根据本发明的一个实施方案，公开了聚乳酸纤维，该聚乳酸纤维在纵向方向上延伸并具有大约2至大约25微米的平均直径。所述纤维包括热塑性组合物，所述热塑性组合物包含许多分散在连续相中的分离区域，所述分离区域包含聚合的增韧添加剂并且所述连续相包含聚乳酸。所述分离区域中的至少一个在纤维的纵向方向上伸长并且具有大约5至大约400微米的长度。所述纤维显示出大约25％或更大的最大伸长率以及大约0.75至大约6克-力每但尼尔的韧度。
根据本发明的另一个实施方案，公开了形成聚乳酸纤维的方法。所述方法包括：将聚乳酸与聚合的增韧添加剂共混以形成热塑性组合物，其中所述组合物包含许多分散在连续相中的分离区域。所述分离区域包含聚合的增韧添加剂并且所述连续相包含聚乳酸。将所述热塑性组合物通过模头挤出并拉伸以形成纤维。经拉伸的纤维的区域在纤维的纵向方向上伸长，使得经伸长的区域的长度大于在拉伸前区域的长度。
下面将对本发明的其它特征和方面进行更详细地描述。
附图的简要说明
在说明书的剩余部分中，参照附图，更具体地阐述对本领域普通技术人员而言的本发明的全面和可实施的公开内容，包括其最佳实施方式，其中：
图1为可以用于本发明的一个实施方案中以形成纤维的方法的示意图；
图2为在拉伸纤维时形成增韧添加剂的分离区域的示意图，其中图2A显示出在纤维拉伸前的区域并且图2B显示出在纤维拉伸后的区域；
图3为实施例1的聚合物共混物(样品2)的横截面的SEM图像(7kV，3000X)；
图4为实施例1的聚合物共混物(样品2)的横截面的SEM图像(7kV，10,000X)；
图5为实施例2的纤维(样品2)的横截面的SEM图像(7kV，9,000X)；
图6为实施例2的纤维(样品2)的横截面的SEM图像(7kV，10,000X)；
图7为实施例2的纤维(样品2)的轴向维度上的SEM图像(7kV，7,500X)；和
图8为实施例2的纤维(样品2)的轴向维度上的SEM图像(7kV，5,000X)；
在本说明书和附图中重复使用的附图标记用于代表本发明的相同或相似的特征或元件。
代表性实施方案的详述
现在将对本发明的各个实施方案进行详细说明，以下描述本发明的一个或多个实施例。提供每个实施例都是用于解释本发明，而不是限制本发明。实际上，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分阐明或描述的特征，可以应用于另一个实施方案，从而得到又一个实施方案。因此，本发明意在覆盖这些属于所附的权利要求及其等同方式范围内的修改和变化。
定义
如在本文中所用的，术语“生物可降解”或“生物可降解聚合物”通常是指由天然存在的微生物例如细菌、真菌和藻类，环境热，湿度或者其它环境因素的作用而降解的材料。可以采用ASTMTestMethod5338.92来测定材料的生物可降解能力。
如本文所使用的，术语“纤维”是指通过将聚合物穿过成型孔(如，模头)而形成的伸长的压出物。除非另外说明，术语“纤维”包括具有特定长度的非连续纤维和基本连续的丝。基本连续的丝例如，可以具有远大于其直径的长度，如长度与直径之比(“纵横比”)大于约15,000比1，并且在一些情况下，大于约50,000比1。
如本文所使用的，术语“单组分”是指由一种聚合物形成的纤维。当然，这并不排除为了颜色、防静电性、润滑性、亲水性、拒液性等而加入了添加剂的纤维。
如本文所使用的，术语“多组分”是指由从分离型挤出机挤出的至少两种聚合物(如双组分纤维)形成的纤维。所述聚合物被布置在纤维横截面上基本上恒定定位的不同区域中。所述组分可以以任何希望的构型来布置，如皮芯型、并列型、橘瓣型(segmentedpie)、海中岛型等等。形成多组分纤维的不同方法在Taniguchi等人的第4,789,592号美国专利、Strack 等人的第5,336,552号美国专利、Kaneko等人的第5,108,820号美国专利、Kruege等人的第4,795,668号美国专利、Pike等人的第5,382,400号美国专利、Strack等人的第5,336,552号美国专利、和Marmon等人的第6,200,669号美国专利中有描述，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。具有各种不规则形状的多组分纤维也可以诸如以下美国专利所描述的来形成：Hogle等人的第5,277,976号美国专利、Hills的第5,162,074号美国专利、Hills的第5,466,410号美国专利、Largman等人的第5,069,970号美国专利、Largman等人的第5,057,368号美国专利中，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
如本文所使用的，术语“无纺纤网”是指具有单纤维结构的纤网，所述单纤维是随机地而不像编织织物那样以可确认的方式插入中间。无纺纤网包括，例如熔喷纤网、纺粘纤网、梳理纤网、湿法纤网、气流纤网、共成形纤网、水刺缠绕纤网等。无纺纤网的基重通常可以变化，但一般为约5克每平方米(“gsm”)至200gsm，在一些实施方案中，为约10gsm至约150gsm，并且在一些实施方案中，为约15gsm至约100gsm。
如本文所使用的，术语“熔喷”纤网或层通常是指通过以下方法形成的无纺纤网：将熔融的热塑性材料挤压穿过多个精细的、通常为环形的模头毛细管，作为熔融纤维进入会聚的高速气(例如，空气)流中，所述会聚的高速气流会使熔融的热塑性材料的纤维变细以减小它们的直径，可减小到微纤维直径；随后，熔喷纤维由高速气流携带并且沉积在收集表面上，以形成随机分散的熔喷纤维纤网。这样的方法在例如Butin等人的第3,849,241号美国专利、Meitner等人的第4,307,143号美国专利和Wisneski 等人的第4,707,398号美国专利中公开，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。熔喷纤维可以是基本连续或非连续的，并且当沉积到收集面上时通常是粘的。
如本文所使用的，术语“纺粘”纤网或层通常是指含有小直径、基本连续的丝的无纺纤网。所述丝通过将熔融的热塑性材料从多个精细的、通常为环形的喷丝头毛细管挤出，然后将挤出丝的直径通过例如离析拉伸(eductivedrawing)和/或其它熟知的纺粘机理迅速减小而形成。粘纺纤网的生产例如在Appel等人的第4,340,563号美国专利、Dorschner等人的第3,692,618号美国专利、Matsuki等人的第3,802,817号美国专利、Kinney的第3,338,992号和第3,341,394号美国专利、Hartman的第3,502,763号美国专利、Levy的第3,502,538号美国专利、Dobo等人的第3,542,615号美国专利以及Pike等人的第5,382,400号美国专利中有描述和说明，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。当沉积到收集表面上时，纺粘丝通常不是粘的。有时纺粘丝的直径可以小于大约40微米，并且通常为大约5至大约20微米。
测试方法
熔体流动速率：
熔体流动速率(“MFR”)为通常在190℃或230℃下、在10分钟内给予2160克的负载时，挤压穿过挤出流变仪孔(0.0825-英寸直径)的聚合物的重量(以克计)。除非另外说明，熔体流动速率是根据ASTM测试方法D1239，利用TiniusOlsenExtrusionPlastometer测定的。
热性能：
使用差示扫描量热仪(DSC)来确定熔融温度和玻璃化转变温度。差示扫描量热仪可以是DSCQ100差示扫描量热仪，其配备有液氮冷却配件和具有UNIVERSALANALYSIS2000(4.6.6版)分析软件程序，二者均可购自NewCastle,Delaware的T.A.InstrumentsInc.。为了避免直接处置样品，使用镊子或其它工具。将样品放置于铝盘中，并在分析天平上称至0.01毫克的精确度。将盖子盖在盘上的材料样品上。通常，树脂颗粒直接放置于称重盘上，并且将纤维切割以适应放置于称重盘上并由盖覆盖。
如差示扫描量热仪的操作手册中所描述的，利用铟金属标准来校准差示扫描量热仪并且进行基线矫正。将材料样品放置在差示扫描量热计的测试室用于测试，并且使用空盘作为参比物。所有测试在每分钟在测试室上灌注55立方厘米的氮气(工业级)下进行。对于树脂颗粒样品而言，加热和冷却程序为2-循环测试，该测试以将室平衡至-30℃开始，随后在第一加热周期中以每分钟10℃的加热速率加热到200℃的温度，随后将样品在200℃平衡3分钟，随后在第一冷却周期中以每分钟10℃的冷却速率冷却到-30℃的温度，随后将样品在-30℃下平衡3分钟，并随后在第二加热周期中以每分钟10℃加热速率加热到200℃的温度。对于纤维样品而言，加热和冷却程序为1-循环测试，该测试以将室平衡至-25℃开始，随后在加热周期中以每分钟10℃加热速率加热至200℃的温度，随后将样品在200℃平衡3分钟，随后在冷却周期中以每分钟10℃的冷却速率冷却至-30℃的温度。所有测试在每分钟在测试室上灌注55立方厘米的氮气(工业级)下进行。
利用UNIVERSALANALYSIS2000分析软件程序来评价结果，该软件程序识别并量化拐点(inflection)的玻璃化转变温度(Tg)、吸热峰和放热峰，以及DSC图的峰下面积。玻璃化转变温度被确认为图线上斜率发生明显变化的区域，而使用自动拐点计算来确定熔融温度。
拉伸性能：
将单个的纤维样本减短(例如，使用剪刀剪)到长度为38毫米，并分开放置在黑色的丝绒布上。以这种方式收集10-15个纤维样本。然后，以基本上直的方式将纤维样本固定在矩形纸框上，所述矩形纸框外部尺寸为51毫米×51毫米和内部尺寸为25毫米×25毫米。通过使用胶带将纤维末端仔细地固定到框边上来将各个纤维样本的末端有效地结合到框上。然后使用常规的实验室显微镜(已经适当地校准并设置为40×放大率)来测量各个纤维样本的外部、相对较短的交叉纤维尺寸。所述交叉纤维尺寸被记录为单个纤维样本的直径。框有助于将试样纤维样品的末端以避免对纤维样本的过度损坏的方式固定在恒定伸长率的拉伸测试机的上夹具和下夹具中。
使用恒定伸长率的拉伸测试机和合适的负载元件来进行测试。选择负载元件(例如，10N)使得测试值落入满负载规格的10-90％之内。所述拉伸测试机(即，MTSSYNERGY200)和负载元件得自MTSSystemsCorporationofEdenPrairie,Michigan。然后，将框组件中的纤维样本固定在拉伸测试机夹具之间，使得纤维的末端可以有效地被拉伸测试机的夹具夹住。然后，将平行于纤维长度延伸的纸框的边切掉或分开以使得拉伸测试机仅将测试力施加至纤维。然后，对纤维以每分钟12英寸的牵拉速度和夹具速度进行牵拉测试。使用购自MTSCorporation的TESTWORKS4软件程序来分析得到的数据，所述程序具有以下测试设定：
韧度值以每但尼尔克力的单位来表示。也测量了峰值伸长率(断裂时的％应变)。
水分含量
基本上根据ASTMD-7191-05(将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文)，可以利用ArizonaInstrumentsComputracVaporPro水分分析仪(ModelNo.3100)来测定水分含量。测试温度(§X2.1.2)可以为130℃，样品尺寸(§X2.1.1)可以为2至4克，而小瓶清洗时间(§X2.1.4)可以为30秒。此外，最终的标准(§X2.1.3)可以以“预计”模式来限定，意思是当设计的程序标准被满足时(所述程序标准经数学计算出最终的水分含量)，结束测试。
详述
一般来讲，本发明涉及由包含聚乳酸和聚合的增韧添加剂的热塑性组合物形成的聚乳酸纤维。本发明人已经发现可以仔细地控制这些组分的特定特性以及将它们共混的方法来实现具有希望的形态特征的组合物。更具体地，增韧添加剂可以以分离物理区域来分散在聚乳酸的连续相中。这些区域具有特定的尺寸、形状和分布，使得它们在拉伸纤维时吸收能量并变长。这使得得到的组合物相比于其它刚硬的聚乳酸而言显示出更柔韧且更柔软的行为。虽然选择地控制了组分和使用的方法，但是本发明人已经发现得到的纤维在熔纺期间和之后可以因此显示出良好的机械性能。
现在将对本发明的各个实施方案进行更详细地描述。
I热塑性组合物
A.聚乳酸
聚乳酸通常可以由乳酸的任何异构体的单体单元生成，如左旋乳酸(“L-乳酸”)、右旋乳酸(“D-乳酸”)、内消旋乳酸、或其混合物。单体单元还可以由乳酸的任何异构体(包括，L-丙交酯、D-丙交酯、内消旋丙交酯或其混合物)的酸酐形成。还可以使用这样的乳酸和/或丙交酯的环状二聚体。可以使用任何已知的聚合方法(如缩聚或开环聚合)使乳酸聚合。还可以使用少量的增链剂(如二异氰酸酯化合物、环氧化合物或酸酐)。所述聚乳酸可以为均聚物或者共聚物，如含有由L-乳酸生成的单体单元和由D-乳酸生成的单体单元的共聚物。尽管不作要求，但是由L-乳酸生成的单体单元和D-乳酸生成的单体单元之一的含量比率优选为约85摩尔％或更高，在一些实施方案中，为约90摩尔％或更高，并且在一些实施方案中，为约95摩尔％或更高。可以将多种聚乳酸以任意百分比共混，各聚乳酸中由L-乳酸生成的单体单元与由D-乳酸生成的单体单元的比例不同。当然，聚乳酸还可以与其它种类的聚合物(如聚烯烃、聚酯等)共混以提供大量不同的益处，如加工性、纤维成形等。
在一个特定的实施方案中，聚乳酸具有以下的通式结构：
可用于本发明的适合的聚乳酸聚合物的一个具体实例可以BIOMERTML9000名称商购自Biomer,Inc.ofKrailling,Germany。其它适合的聚乳酸聚合物可商购自NatureworksLLCofMinnetonka,Minnesota()或MitsuiChemical(LACEATM)。还有其它适合的聚乳酸可如第4,797,468号、第5,470,944号、第5,770,682号、第5,821,327号、第5,880,254号和第6,326,458号美国专利中所描述的，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
所述聚乳酸的熔点通常为约140℃至约260℃，在一些实施方案中为约150℃至约250℃，并且在一些实施方案中，为约160℃到约220℃。这样的聚乳酸由于其可以快速生物降解而有用。所述聚乳酸的玻璃化转变温度(“Tg”)可能相对高，如约40℃至约80℃，在一些实施方案中为约50℃到约80℃，并且在一些实施方案中，为约55℃至约65℃。如以上详细讨论的，熔融温度和玻璃化转变温度均可以利用差示扫描量热仪(“DSC”)根据ASTMD-3147来确定。
所述聚乳酸的数均分子量("Mn")通常为每摩尔约40,000克至约160,000克，在一些实施方案中，为每摩尔约50,000至约140,000克，并且在一些实施方案中，为每摩尔约80,000至约120,000克。类似地，该聚合物的重均分子量("Mw")通常也为每摩尔约80,000至约200,000克，在一些实施方案中，为每摩尔约100,000至约180,000克，并且在一些实施方案中，为每摩尔约110,000至约160,000克。重均分子量与数均分子量之比(“Mw/Mn”)，即“多分散指数”也相对低。例如，所述多分散指数通常为约1.0至约3.0，在一些实施方案中，为约1.1至约2.0，并且在一些实施方案中，为约1.2至约1.8。重均分子量和数均分子量可以通过本领域技术人员已知的方法来确定。
在190℃温度下和1000秒-1的剪切速率下确定时，所述聚乳酸还可以具有表观粘度为约50至约600帕斯卡秒(Pa·s)，在一些实施方案中，为约100至约500Pa·s，并且在一些实施方案中，为约200至约400Pa·s。在190℃、负载为2160克下测定，所述聚乳酸的熔体流动速率(折干计算)也可以为约0.1至约40克每10分钟，在一些实施方案中，为约0.5至约20克每10分钟，并且在一些实施方案中，为约5至约15克每10分钟。
B.聚合的增韧添加剂
本发明的热塑性组合物还含有聚合的增韧添加剂。由于其聚合的特性，因此增韧添加剂具有相对高的分子量，该相对高的分子量可以有助于改进热塑性组合物的熔融强度和稳定性。通常希望的是，聚合的增韧添加剂通常是不与聚乳酸混溶的。这样，增韧添加剂可以以在聚乳酸连续相中的分离区域而变得分散。分离区域能够吸收从在纤维拉伸过程中的组合物伸长过程中所施加的应力中产生的能量，这提高了得到的纤维的整体韧性和强度。尽管聚合物通常是不混溶的，但是可以选择增韧添加剂以使其具有与聚乳酸的溶解度参数相对类似的溶解度参数。这通常改进了分离相与连续相边界的界面粘附和物理相互作用，并且因此降低了组合物在拉伸时会断裂的可能性。在这方面，聚乳酸的溶解度参数与增韧添加剂的溶解度参数的比率通常为大约0.5至大约1.5，并且在一些实施方案中为大约0.8至大约1.2。例如，聚合的增韧添加剂的溶解度参数可以为大约15至大约30MJoles1/2/m3/2，并且在一些实施方案中为大约18至大约22MJoles1/2/m3/2，而聚乳酸的溶解度参数可以为大约20.5MJoles1/2/m3/2。如本文所使用的，术语“溶解度参数”是指“Hildebrand溶解度参数”，其为内聚能密度的平方根并且根据以下公式来计算：
δ = ( ( ΔH v - RT ) / V m )
其中：
ΔHv＝蒸发热
R＝理想气体常数
T＝温度
Vm＝分子体积
许多聚合物的Hildebrand溶解度参数也可从SolubilityHandbookofPlastics,byWyeych(2004)找到，将其通过引用并入本文。
还选择聚合的增韧添加剂以具有特定的熔体流动速率(或粘度)以确保分离区域可以被充分地保留。例如，如果增韧添加剂的熔体流动速率太高，那么它就倾向于流动且不可控制地分散于连续相。这导致了层状或盘状的区域难以保留并还可能在纤维拉伸过程中过早的破裂。相反地，如果增韧添加剂的熔体流动速率过低，那么它就倾向于团聚在一起并且形成非常大的椭圆区域，这在共混过程中难以分散。这样会造成增韧添加剂在整个连续相中不均匀地分布。在这方面，本发明人已经发现增韧添加剂的熔融流动速率与聚乳酸的熔融流动速率的比率通常为大约0.2至大约0.8，在一些实施方案中为大约0.5至大约6，并且在一些实施方案中为大约1至大约5。例如，在190℃下，以2160克负载测得，聚合的增韧添加剂的熔体流动速率可以为大约0.1至大约250克每10分钟，在一些实施方案中为大约0.5至大约200克每10分钟，并且在一些实施方案中为大约5至大约150克每10分钟。
除如上所述的性质之外，通常还可以选择聚合的增韧添加剂的机械性质以实现在纤维韧性方面希望的增大。例如，当聚乳酸与增韧的添加剂的共混物在纤维拉伸过程中延伸时，在分离相区域处和分离相区域周围可能产生剪切和/或塑性屈服区作为由增韧添加剂与聚乳酸的弹性模量的差值而产生的应力集中的结果。较大的应力集中促进了在区域中更强的局部塑性流动，这使得它们在纤维拉伸过程中变得显著地长。这些长的区域使得组合物显示出比其它刚性的聚乳酸树脂更柔韧且更柔软的行为。为了增强应力集中，选择相比于聚乳酸而具有相对低的杨氏弹性模量的增韧添加剂。例如，聚乳酸的弹性模量与增韧添加剂的弹性模量的比率通常为大约1至大约250，在一些实施方案中为大约2至大约100，并且在一些实施方案中为大约2至大约50。例如，增韧添加剂的弹性模量可以为大约2至大约500兆帕(MPa)，在一些实施方案中为大约5至大约300Mpa，并且在一些实施方案中为大约10至大约200Mpa。相反地，聚乳酸的弹性模量通常为大约800Mpa至大约2000Mpa。
为了引起希望的韧性增大，聚合的增韧添加剂还可以显示出比聚乳酸大的峰值伸长率(即，聚合物在其最大负载时的伸长百分率)。例如，本发明的聚合的增韧添加剂可以显示出的峰值伸长率为大约50％或更大，在一些实施方案中为大约100％至更大，在一些实施方案中为大约100％至大约2000％，并且在一些实施方案中为大约250％至大约1500％。
尽管可以使用具有上述性质的各种聚合物添加剂，具体地，这样的聚合物的适合的实例可以包括，例如，聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)；聚四氟乙烯；聚酯(例如，环状聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯等)；聚乙酸乙烯酯(例如，聚乙烯乙酸乙烯酯、聚乙酸氯乙烯酯等)；聚乙烯醇(例如，聚乙烯醇、聚乙烯基乙醇等)；聚乙烯基缩丁醛；丙烯酸树脂(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)；聚酰胺(例如，尼龙)；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚氨酯等。适合的聚烯烃可以例如包括乙烯聚合物(例如，低密度聚乙烯(“LDPE”)、高密度聚乙烯(“HDPE”)、线性低密度聚乙烯(“LLDPE”)等)、丙烯均聚物(例如，间同立构的、无规立构的、全同立构的等)、丙烯共聚物等。
在一个特定的实施方案中，聚合物为丙烯聚合物，如丙烯的均聚物或丙烯的共聚物。丙烯聚合物可以例如由基本上全同立构的聚丙烯均聚物或含有等于或小于大约10重量％的其它单体(即，以重量计至少大约90％的丙烯)的共聚物来形成。这样的均聚物的熔点可以为大约160℃至大约170℃。
在又一个实施方案中，聚烯烃可以为乙烯或丙烯与另一种α-烯烃例如C3-C20的α-烯烃或C3-C12的α-烯烃的共聚物。适合的α-烯烃的具体实例包括1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、3,3-二甲基-1-丁烯、1-戊烯、具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯、具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己烯、具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯、具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯、具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬烯、乙基、甲基或二甲基取代的1-癸烯、1-十二烯和苯乙烯。特别希望的α-烯烃共聚单体为1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。这样的共聚物的乙烯或丙烯的含量可以为大约60摩尔％至大约99摩尔％，在一些实施方案中为大约80摩尔％至大约98.5摩尔％，并且在一些实施方案中为大约87摩尔％至大约97.5摩尔％。同样地，α-烯烃的含量可以为大约1摩尔％至大约40摩尔％，在一些实施方案中为大约1.5摩尔％至大约15摩尔％，并且在一些实施方案中为大约2.5摩尔％至大约13摩尔％。
用于本发明的示例性的烯烃共聚物包括购自ExxonMobilChemicalCompanyofHouston,Texas的商品名为EXACTTM的基于乙烯的共聚物。其它适合的乙烯共聚物的商品名为ENGAGETM,AFFINITYTM,DOWLEXTM(LLDPE)和ATTANETM(ULDPE)，购自DowChemicalCompanyofMidland,Michigan。其它适合的乙烯聚合物公开于Ewen等人的第4,937,299号美国专利、Tsutsui等人的第5,218,071号美国专利、Lai 等人的第5,272,236号美国专利、和Lai等人的第5,278,272号美国专利，将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。适合的丙烯共聚物也为购自ExxonMobilChemicalCo.ofHouston,Texas的商品名为VISTAMAXXTM、购自AtofinaChemicalsofFeluy,Belgium的商品名为FINATM(例如8573)、购自MitsuiPetrochemicalIndustries的TAFMERTM、购自DowChemicalCo.ofMidland,Michigan的VERSIFYTM。适合的丙烯聚合物的其它实例公开于Datta.等人的第6,500,563号美国专利、Yang等 人的第5,539,056号美国专利、Resconi等人的第5,596,052号美国专利，将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
任何的各种已知技术通常都可以被使用以形成烯烃共聚物。例如可以利用自由基或配位催化剂(例如，Ziegler-Natta)来形成烯烃聚合物。优选地，由单位点配位催化剂例如金属茂催化剂来形成烯烃聚合物。这样的催化剂体系生成乙烯共聚物，在该乙烯共聚物中，共聚单体随机分布在分子链中并贯穿不同的分子量分数来均匀分布。金属茂催化的聚烯烃被描述于例如McAlpin等人的第5,571,619号美国专利、Davis等人的第5,322,728号美国专利、Obijeski等人的第5,472,775号美国专利、Lai等人的第5,272,236号美国专利和Wheat等人第6,090,325号美国专利，将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。金属茂催化剂的实例包括：双(正丁基环戊二烯基)二氯化钛、双(正丁基环戊二烯基)二氯化锆、双(环戊二烯基)氯化钪、双(茚基)二氯化锆、双(甲基环戊二烯基)二氯化钛、双(甲基环戊二烯基)二氯化锆、二茂钴、环戊二烯基三氯化钛、二茂铁、二氯化铪茂、异丙基(环戊二烯基-1–亚氟基)二氯化锆，二氯二茂钼、二茂镍、二氯二茂铌、二茂钌、二氯二茂钛、氢氯二茂锆、二氯二茂锆等。利用金属茂催化剂制备的聚合物通常具有窄的分子量范围。例如，金属茂催化的聚合物的多分散指数(Mw/Mn)可以为4以下，具有经控制的短链支化分布以及经控制的全同立构。
不管使用的材料，选择在热塑性组合物中的聚合的增韧添加剂的相对百分数以在不显著影响得到的组合物的生物可降解能力的情况下获得希望的性质。例如，基于组合物中使用的聚乳酸的重量计，通常使用的增韧添加剂在热塑性组合物中的量为大约0.1重量％至大约30重量％，在一些实施方案中为大约0.5重量％至大约20重量％，并且在一些实施方案中为大约2重量％至大约12重量％。取决于所使用的其它组分的种类，增韧添加剂在整个热塑性组合物中的实际浓度可以与如上所述的范围相同或小于如上所述的范围。例如，在特定的实施方案中，增韧添加剂占热塑性组合物的大约1重量％至大约30重量％，在一些实施方案中占大约2重量％至大约25重量％，并且在一些实施方案中占大约5重量％至大约20重量％。同样地，聚乳酸占组合物的大约70重量％至大约99重量％，在一些实施方案中占大约75重量％至大约98重量％，并且在一些实施方案中占大约80重量％至大约95重量％。
C.增容剂
如上所述，通常选择聚合的增韧添加剂使得其具有相对接近于聚乳酸溶解度参数的溶解度参数。在其它方面，这可以提高相的粘附并改进在连续相中分离区域的整体分布。然而，在特定的实施方案中，可以任选地使用增容剂以进一步增强聚乳酸与聚合的增韧添加剂之间的相容性。这可以是特别被希望的，当聚合的增韧添加剂具有极性部分时(所述增韧添加剂如聚氨酯、丙烯酸树脂等)。当使用时，增容剂通常占热塑性组合物的大约1重量％至大约20重量％，在一些实施方案中占大约2重量％至大约15重量％，并且在一些实施方案中占大约4重量％至大约10重量％。适合的增容剂的一个实例为官能化的聚烯烃，其具有由一种或多种与水溶性聚合物相容的官能团提供的极性组分以及具有由与烯烃的弹性体相容的烯烃提供的非极性组分。极性组分可以例如由一种或多种官能团来提供，而非极性组分可以由烯烃来提供。增容剂的烯烃组分通常可以由任何直链或支链的α-烯烃单体、寡聚体、或如上所述由烯烃单体生成的聚合物(包括共聚物)来形成。
增容剂的官能团可以是任何向分子提供极性部分的基团。特别适合的官能团为马来酸酐、马来酸、富马酸、马来酰亚胺、马来酸酰肼、马来酸酐与二胺的反应产物、甲基纳迪克酸酐、二氯马来酸酐、马来酸酰胺等。经马来酸酐改性的聚烯烃特别适用于本发明。这样的改性聚烯烃一般通过将马来酸酐接枝到聚合骨架材料上来形成。这样的马来酸化聚烯烃可购自E.I.duPontdeNemoursandCompany，商品名为例如，P系列(化学改性的聚丙烯)、E系列(化学改性的聚乙烯)、C系列(化学改性的乙烯乙酸乙烯酯)、A系列(化学改性的乙烯丙烯酸酯共聚物或三元共聚物)、或N系列(化学改性的乙烯-丙烯，乙烯-丙二烯单体("EPDM")或乙烯-辛烯)。供选择地，马来酸化的聚烯烃也可以名称购自ChemturaCorportation，和以EastmanG系列名称购自EastmanChemicalCompany。
D.其它组分
本发明的一个有利方面在于在不需要常规的增塑剂的情况下可以提供良好的机械性能(例如，伸长率)，所述增塑剂如亚烷基二醇(例如，聚乙二醇，如购自DowChemical名称为CarbowaxTM的那些)、烷基二醇、以及具有一个或多个进攻聚乳酸的酯键且导致水解降解的羟基基团的烯化氧。这样的增塑剂的其它实例描述于Topolkaraev等人的第2010/0048082号美国专利中，将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。因此，本发明的热塑性组合物可以基本上不含有这样的增塑剂。然而，应当理解的是，在本发明的特定实施方案中可以使用增塑剂。然而，一旦使用，增塑剂通常在热塑性组合物中的量为小于大约10重量％，在一些实施方案中为大约0.1重量％至大约5重量％，并且在一些实施方案中为大约0.2重量％至大约2重量％。
当然，由于各种不同的原因可以使用其它成分。例如，可以使用的材料包括，但不限于，催化剂、染料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动促进剂、固体溶剂、成核剂(例如，二氧化钛、碳酸钙等)、颗粒和其它材料，加入这些材料以改进热塑性组合物的加工性。当使用时，通常希望的是，使这些添加成分的量最小化以确保最佳的相容性和成本的有效性。因此，例如，通常希望的是这样的成分占热塑性组合物的量小于大约10重量％，在一些实施方案中小于大约8重量％，并且在一些实施方案中小于大约5重量％。
应当理解的是，其它组分可以被包括在热塑性组合物中。可以使用的一种这样的组分为额外的生物可降解聚酯，包括脂肪族聚酯如聚己酸内酯、聚酰胺酯、改性的聚对苯二甲酸乙二酯、聚乳酸(PLA)及其共聚物、基于聚乳酸的三元共聚物、聚乙醇酸、聚碳酸亚烷基酯(如聚碳酸亚乙基酯)、聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚3-羟基戊酸酯(PHV)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸的共聚物(PHBV)、3-羟基丁酸酯与3-羟基己酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基辛酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基癸酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基十八酸酯的共聚物以及基于丁二酸酯的脂肪族聚合物(如聚丁二酸丁二酯、聚丁二酸己二酸丁二酯、聚丁二酸乙二酯等)；脂肪族-芳香族共聚酯(例如，聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚己二酸对苯二甲酸乙二酯、聚己二酸间苯二甲酸乙二酯、聚己二酸间苯二甲酸丁二酯等)等等。
II共混
纯粹的聚乳酸通常会从周围环境中吸收水，使其具有基于初始聚乳酸干重计的大约500至大约600份每百万(“ppm”)的水分含量或甚至更多。可以通过现有技术中已知的各种方式来测定水分含量，例如根据如上所述的ASTMD7191-05来测定的。由于在熔融加工过程中存在的水可以水解降解聚乳酸并降低其分子量，所以有时希望的是在共混前将聚乳酸干燥。在绝大多数实施方案中，例如希望的是，在与增韧添加剂共混之前，聚乳酸的水分含量为大约300份每百万(“ppm”)或更少，在一些实施方案中为大约200ppm或更少，并且在一些实施方案中为大约1至大约100ppm。例如可以在大约50℃至大约100℃的温度下并在一些实施方案中为大约70℃至大约80℃的温度下对聚乳酸进行干燥。
一旦任选地被干燥，可以利用任何各种已知的技术来对聚乳酸和增韧添加剂进行共混。在一个实施方案中，例如，可以将原材料(例如，聚乳酸和增韧添加剂)分别供应或组合供应。例如，首先可以将原材料干混在一起以形成基本上均匀的干混合物。同样地，可以将原材料同时或相继供应至将材料分散共混的熔融加工设备中。可以使用批次式和/或连续式熔融加工技术。例如，可以使用混合机/捏合机、Banbury混合机、Farrel连续混合机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、滚磨机等来将材料共混并进行熔融加工。一种特别适合的熔融加工设备可以是同向旋转双螺杆挤出机(例如，ZSK-30挤出机，购自Werner&PfleidererCorporationofRamsey，NewJersey，或者ThermoPrismTMUSALAB16挤出机，购自ThermoElectronCorp.,Stone,England)。这样的挤出机可以包括进料口和排出口，并可以提供高强度的分布和分散混合。例如，可以将聚乳酸和增韧添加剂投料至双螺杆挤出机的相同或不同的进料口，并熔融共混以形成基本上均匀的熔融混合物。如果希望的话，还可以将其它添加剂注入到聚合物熔体中和/或沿其长度的不同点处分别投料至挤出机中。供选择地，可以将添加剂与聚乳酸和/或增韧添加剂进行预共混。
不管选择何种特定加工技术，可以将原材料在足够的剪切/压力和热下共混以确保充分分散，但又不至于高到不利地降低分离区域的尺寸，使得它们不能获得希望的纤维韧性和伸长率。例如，共混通常发生在约170℃至约230℃的温度下，在一些实施方案中，发生在约175℃至约220℃，并且在一些实施方案中，发生在约180℃至约210℃。同样地，在熔融加工期间的表观剪切速率可以为约10秒-1至约3000秒-1，并且在一些实施方案中，为约50秒-1至约2000秒-1，并且在一些实施方案中，为约100秒-1至约1200秒-1。表观剪切速率等于4Q/πR3，其中Q为聚合物熔体的容积流动速率("m3/s")，而R为熔融聚合物流动穿过的毛细管(例如，挤出机模头)半径("m")。当然，其它变量，例如熔融加工过程中的停留时间，其与通过速率成反比，也可以被控制来实现希望的均匀度。
为了实现希望的剪切条件(例如，速率、停留时间、剪切速率、熔融加工温度等)，可以在特定的范围内选择挤出机螺杆的速率。通常，由于将额外的机械能输入到系统中，因此观察到了产品的温度随螺杆速度的提高而升高。例如，螺杆的速率可以为大约50至大约300转每分钟(“rpm”)，在一些实施方案中为大约70至大约250rpm，并且在一些实施方案中为大约100至大约200rpm。这可以产生足够高的温度以在没有不利地影响得到的区域的尺寸的情况下使增韧添加剂分散。熔融剪切速率且换句话说是聚合物的分散度，也可以通过在挤出机混合段中使用一个或多个分布和/或分散混合元件来提高。用于单螺杆挤出机的适合的分布混合器可以包括，例如Saxon、Dulmage、CavityTransfer混合器等。同样地，适合的分散混合器可以包括Blister环、Leroy/Maddock、CRD混合器等。如本领域所熟知的，可以通过使用使聚合物熔体产生折叠或再取向的桶中的针来进一步改进混合，例如使用在BussKneader挤出机、CavityTransfer混合器和VortexIntermeshingPin(VIP)混合器中的那些。
熔融共混的结果是，形成许多分离相的区域并且这些区域贯穿连续的聚乳酸基质而分布。区域可以具有许多不同的形状，如椭圆形、球形、圆柱形等。在一个实施方案中，例如，区域在聚合物共混后具有大体上的椭圆形状。参照图2A，例如，显示了在主要聚合物基质110中的这样的椭圆形区域100的一个示意图。在共混后，单个区域的物理尺寸通常足够小以将在拉伸时穿过聚合物材料的裂缝扩展最小化，但又足够大以引起微观的塑性形变并使得在颗粒包含物处和周围产生剪切区。例如，区域的轴向尺寸(例如，长度)通常为大约0.05μm至大约30μm，在一些实施方案中为大约0.1μm至大约25μm，在一些实施方案中为大约0.5μm至大约20μm，并且在一些实施方案中为大约1μm至大约10μm。另一个形态特征涉及在热塑性组合物中区域的体积含量。体积含量是指被组合物的给定单位体积(其可以被限定为1立方厘米(cm3))的分散区域占用的平均体积百分比。为了提供增强的韧性，区域的平均体积含量通常为每cm3的组合物大约3％至大约20％，在一些实施方案中为大约5％至大约15％，并且在一些实施方案中为大约6％至大约12％。
得到的热塑性组合物的熔体流动速率、玻璃化转变温度和熔融温度在某种程度上仍可以与聚乳酸的熔体流动速率、玻璃化转变温度和熔融温度相似。例如，组合物的熔体流动速率(折干计算)可以为大约0.1至大约40克每10分钟，在一些实施方案中为大约0.5至大约20克每10分钟，并且在一些实施方案中为大约5至大约15克每10分钟，这些是在190℃下，以2160克负载测定的。同样地，热塑性组合物的Tg可以为大约50℃至大约80℃，并且在一些实施方案中为大约55℃至大约65℃，且熔点为大约150℃至大约250℃，并且在一些实施方案中为大约160℃至大约220℃。
III纤维的形成
由共混的热塑性组合物形成的纤维通常可以具有任何希望的构型，包括单组分和多组分(皮芯型、并列型、橘瓣型、海中岛型等)。在一些实施方案中，所述纤维可以包含一种或多种附加聚合物作为组分(如双组分)或成分(如双成分)，以进一步提高强度和其它机械性能。例如，热塑性组合物可以形成皮/芯双组分纤维的皮组分，而附加聚合物可以形成芯组分，反之亦然。附加聚合物可以为通常认为不可被生物降解的热塑性聚合物，例如聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚四氟乙烯；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯等；聚乙酸乙烯酯；聚氯乙烯乙酸酯；聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂，如聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等；聚酰胺，如尼龙；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；和聚氨酯。然而，更希望的是，附加聚合物是生物可降解的，如脂肪族聚酯，如聚酯酰胺，改性的聚对苯二甲酸乙二酯，聚乙醇酸、聚碳酸亚烷基酯(如聚碳酸亚乙基酯)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)和聚己酸内酯、以及基于琥珀酸的脂肪族聚合物(如聚琥珀酸丁二酯、聚琥珀酸己二酸丁二酯和聚琥珀酸乙二酯)；芳香族聚酯；或其它脂肪族-芳香族共聚酯。
各种工艺中的任何一种均可以被用于形成根据本发明的纤维。例如，可以将上述热塑性组合物挤压穿过喷丝头，淬火，并引入纤维拉伸装置的竖直通道中。一旦成形，就可以将纤维切割成平均长度为约3至约80毫米的短纤维，在一些实施方案中，为约4至约65毫米，并且在一些实施方案中，为约5至约50毫米。然后可以将所述短纤维加入到如现有技术已知的无纺纤网，例如，粘合梳理纤网、风透粘合纤网(through-airbondedwebs)等中。所述纤维也可以沉积到带孔表面上以形成无纺纤网。
参照图1，例如，更详细地显示了形成纤维的方法的一个实施方案。在该特定的实施方案中，将聚乳酸/增韧添加剂的共混物从料斗14进料至挤出机12中。利用任何常规的方法将共混物提供至料斗14。无论如何，通常希望的是共混物具有低的水分含量以使聚乳酸的水解降解最小化，例如为约300份每百万(“ppm”)或更小，在一些实施方案中为约200ppm或更小，在一些实施方案中为约1至约100ppm。这样的水分含量可以通过例如在约50℃至约100℃的温度下并且在一些实施方案中在约70℃至约80℃的温度下进行干燥来实现。
将挤出机12加热到足以将熔融的聚合物挤出的温度。然后将挤出的组合物穿过聚合物导管16至喷丝头18。例如，喷丝头18可以包括含有喷丝组件的外罩，所述喷丝组件具有多个顶部彼此重叠的板，且具有设置以形成用于引导聚合物组分流动路径的开口模式。喷丝头18还具有排成一排或多排的开口。当聚合物从开口中挤出时，所述开口形成向下的一帘挤出丝。工艺10还使用了淬火鼓风机20，该淬火鼓风机20设置在从喷丝头18伸出的该纤维帘附近。来自淬火鼓风机20的空气将从喷丝头18伸出的纤维淬火。淬火风可以从纤维帘的两侧或如图1所示的从纤维帘的一侧引入。
淬火后，将纤维拉进纤维拉伸装置22的竖直的通道中。在熔融纺丝聚合物中使用的纤维拉伸装置或吸气器是本领域中熟知的。适合在本发明的方法中使用的纤维拉伸装置包括于第3,802,817号和第3,423,255号美国专利中所示的线性纤维吸气器类型，将所述专利的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。纤维拉伸装置22通常包括长的垂直通道，纤维经由该通道通过从该通道边上进入且向下流过穿过该通道的吸入空气(aspiratingair)来拉伸。加热器或鼓风机24向纤维拉伸装置22提供吸入空气。吸入空气将纤维和周围的空气牵引穿过纤维拉伸装置22。气体的流动造成纤维被拉伸或变细，这增加了聚合物形成纤维的分子取向性或结晶度。将纤维通过纤维拉伸装置22的排出口来布置在导丝辊42上。
由于本发明的纤维的增强的韧性，在不导致断裂的情况下可以在本发明中采用高的拉伸比。拉伸比是指拉伸后纤维的线速度(例如，导丝辊42或带孔表面(未显示)的线速度)除以挤出后纤维的线速度。例如，该拉伸比在特定的实施方案中可以如下计算：
拉伸比＝A/B
其中，
A为拉伸之后的纤维的线速度(即，导丝辊速度)并且是直接测量的；以及
B为挤出的纤维的线速度并可以如下计算：
挤出机的线性纤维速度＝C/(25*π*D*E2)
其中，
C为单个孔的通量(克每分钟)；
D为该聚合物的熔化物密度(克每立方厘米)；以及
E为孔口的直径(以厘米计算)，通过该孔口将纤维挤出。在本发明的某些实施方案中，所述拉伸比可以为约200：1至约8500：1，在一些实施方案中为约500：1至约7500：1，并且在一些实施方案中为1000：1至约6000：1。如果希望的话，在导丝辊42上收集的纤维可以任选地进行附加的线加工和/或转化步骤(未示出),这将会被本领域技术人员所理解。例如，短纤维可以通过在其软化温度以下的温度下，将所收集的纤维“冷拉伸”到希望的直径，并随后将纤维折迭(crimping)、卷曲(texturizing)和/或切割成为希望的纤维长度。
不管它们形成的特定方式，本发明人已经发现纤维的拉伸显著地增大了分散的分离区域的轴向尺寸，使得它们具有一般的线性且伸长的形状。如图2B所示的，例如，经拉伸的区域120具有伸长的形状，其中轴向的尺寸基本上大于椭圆形区域的轴向尺寸(图2A)。例如，伸长的区域的轴向尺寸可以比在纤维拉伸前区域的轴向尺寸大大约10％或更多，在一些实施方案中大大约50％至大约1000％，并且在一些实施方案中大大约100％至大约500％。例如，在纤维拉伸之后，轴向尺寸可以为大约5μm至大约400μm，在一些实施方案中为大约10μm至大约350μm，并且在一些实施方案中为大约20μm至大约250μm。区域还可以相对薄，且因此在正交于轴向尺寸的方向上具有小的尺寸(即，横截面尺寸)。例如，横截面尺寸在长度上可以为大约0.02至大约75微米，在一些实施方案中为大约0.1至大约40微米，并且在一些实施方案中为0.4至大约20微米。这可以导致区域的纵横比(轴向尺寸与横截面尺寸的比率)为大约3至大约200，在一些实施方案中为大约5至大约100，并且在一些实施方案中为大约5至大约50。
这些伸长的区域的存在指示了热塑性组合物吸收在纤维拉伸过程中引入的能量的能力。这样，组合物就不会如纯粹的聚合物一样脆并且因此可以在施加应变时释放而不是断裂。通过在应变下释放，聚合物可以持续起到承受荷载元件的作用，甚至是在纤维显示了实质性的伸张率之后。在这方面，本发明的纤维能够显示改进的“峰值伸长率”的性质，即纤维在其最大负载时的伸长百分数。例如，本发明的纤维可以显示出的峰值伸长率为大约25％或更大，在一些实施方案中为大约30％至更大，在一些实施方案中为大约40％至大约350％，并且在一些实施方案中为大约50％至大约250％。具有各种平均直径的纤维可以实现这样的伸长率，例如平均直径为大约0.1至大约50微米，在一些实施方案中为大约1至大约40微米，在一些实施方案中为大约2至大约25微米，并且在一些实施方案中为大约5至大约15微米。
尽管具有在应变下延伸的能力，但是本发明的纤维还可以保持相对的强硬。指示本发明的纤维的相对强度的一个参数为“韧度”，其显示为以每单位限定密度的力来表示的纤维的拉伸强度。例如，本发明的纤维的韧度可以为大约0.75至大约6.0克-力(“gf”)每但尼尔，在一些实施方案中为大约1.0至大约4.5gf每但尼尔，并且在一些实施方案中为大约1.5至大约4.0gf每但尼尔。纤维的但尼尔可以依据希望的应用而变化。通常，形成的纤维的但尼尔每个丝(即，相等于每9000米纤维以质量克计的线性密度的单位)小于大约6，在一些实施方案中为小于大约3，并且在一些实施方案中为大约0.5至大约3。
如果希望的话，本发明的纤维还可以通过将纤维随机地沉积在成形表面上(任选地借助真空)并且然后利用任何已知的技术来粘合得到的纤网以形成粘附纤网结构。例如，可以将环形有孔成形表面置于纤维拉伸装置以下并且接收来自排出口的纤维。可以将真空置于成形表面以下以拉伸纤维并巩固未粘合的无纺纤网。一旦成形，然后就可以将无纺纤网以任何常规的技术粘合，例如使用粘结剂或者自发粘合(例如，在不施加额外粘合剂的情况下，将纤维熔融和/或自粘结)。自发粘合，例如，可以通过在半熔融或粘的时候使纤维接触或简单地通过将粘性树脂和/或溶剂与用于形成纤维的聚乳酸共混来实现。适合的自发粘合技术可以包括超声粘合、热粘合、风透粘合、热轧粘合(calendarbonding)等。例如，可以通过热-机械工艺(其中，纤网通过加热的光滑砧辊与加热的图样辊之间)进一步将纤网粘合或利用图案印花。图样辊可以具有任何的凸起图样，该图样提供了希望的纤网性质或外观。希望地，图样辊限定为凸起图样，其限定了多个粘合位置，所述粘合位置限定粘合面积为辊总面积的约2％至30％。例如，示例性的粘合图样包括以下所描述的那些：Hansen等人的第3,855,046号美国专利、Levy等人的第5,620,779号美国专利，Hayens等人的第5,962,112号美国专利、Sayovitz等人的第6,093,665号美国专利、以及Romano等人的第428,267号美国外观设计专利、Brown的第390,708号美国外观设计专利、Zander等人的第418,305号美国外观设计专利、Zander等人的第384,508号美国外观设计专利、Zander等人的第384,819号美国外观设计专利、Zander等人的第358,035号美国外观设计专利、以及Blenke等人的第315,990号美国外观设计专利，在此将所述专利出于所有目的通过引用并入本文。辊与辊之间的压力可以为约5至约2000磅每线英寸。通过平衡辊与辊之间的压力和辊的温度以得到希望的纤网性质或外观，同时保持类似布一样的性质。如本领域技术人员所熟知的，所需的温度和压力可以依据许多因素而变化，所述因素包括但不限于，图样粘合面积、聚合物性质、纤维性质和无纺性质。
除了纺粘纤网之外，多种其它无纺纤网也可以由根据本发明的热塑性组合物来形成，例如，熔喷纤网、粘合梳理纤网、湿法纤网、气流纤网、共成形纤网、水刺缠绕纤网等。例如，热塑性组合物可以通过多个精细的模头毛细管挤出，进入会聚的高速气流(如空气)中，该气流使纤维变细以缩小其直径。随后，将熔喷纤维由高速气流携带并沉积于收集表面上以形成随机分散的熔喷纤维的纤网。可供选择地，可以通以将大捆的由热塑性组合物形成的纤维放置于将纤维分开的拣选机中以将聚合物形成梳理纤网。随后，将纤维穿过精梳或者梳理单元，所述精梳或梳理单元进一步将纤维分开并沿机器方向排列，以便形成沿机器方向的纤维无纺纤网。一旦成形，一般就通过一种或多种已知的粘合技术使无纺纤网稳定。
如果希望的话，无纺纤网还可以为含有热塑性组合物纤维和其它类型纤维(例如，短纤维、丝等)组合的复合材料。例如，可以使用其它的合成纤维，例如由聚烯烃形成的那些，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚四氟乙烯；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯等；聚乙酸乙烯酯；聚氯乙烯乙酸酯、聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂，如聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等；聚酰胺，如尼龙；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；聚氨酯；聚乳酸等。如果希望的话，还可以使用生物可降解聚合物，如聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚(β-苹果酸)(PMLA)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚(ρ-二环氧己酮)(PDS)、聚(琥珀酸丁二酯)(PBS)以及聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)。一些已知的合成纤维的实例包括，皮芯型双组分纤维，得自KoSaInc.ofCharlotte,NorthCarolina，商品名为T-255和T-256，这两者均使用聚烯烃皮，或者T-254，其具有低熔点的共聚酯皮。可以使用的其它已知的双组分纤维包括得自ChissoCorporationofMoriyama,Japan或者FibervisionsLLCofWilmington,Delaware的那些。还可以使用聚乳酸短纤维，如可购自FarEasternTextile,Ltd.ofTaiwan的那些。
所述复合材料还可以含有纸浆纤维，如高平均纤维长度的纸浆、低平均纤维长度的纸浆、或其混合物。适合的高平均长度的绒纸浆纤维的一个实例包括软木牛皮纸浆纤维。软木牛皮纸浆纤维得自松类树木，并且包括纸浆纤维，例如但不限于，北方、西方以及南方软木种类，包括红木、红刺柏、铁杉、花旗松(Douglasfir)、冷杉(truefir)、松树(例如，南方松树)、云杉(例如，黑云杉)、竹、它们的组合等。北方软木牛皮纸浆纤维可以被用于本发明中。商业上可得的适用于本发明的南方软木牛皮纸浆纤维的实例包括那些购自办公地址位于FederalWay,Washington的WeyerhaeuserCompany，商品名为"NF-405"。用于本发明的另一种适合的纸浆是漂白的、主要含有软木纤维的硫酸盐木纸浆，购自办公地点位于Greenville,SouthCarolina的BowaterCorp.，商品名为CoosAbsorbSpulp。低平均长度的纤维也可以用于本发明中。适合的低平均长度的纸浆纤维的实例为硬木牛皮纸浆纤维。硬木牛皮纸浆纤维得自落叶树木并且包括纸浆纤维，例如但不限于，桉树、枫树、桦树、白杨等。可能尤其希望桉树牛皮纸浆纤维来提高柔软度，增加亮度，增加不透明度以及改变纸幅的孔结构以提高其芯吸能力。也可以使用竹或棉纤维。
无纺复合材料可以使用多种已知的技术来形成。例如，所述无纺复合材料可以为“共成形材料”，其包含热塑性组合物纤维和吸收性材料的混合物或稳定的基质。举个例子来说，共成形材料可以通过以下工艺来制备：在纤网成形的同时，将至少一个熔喷模头放置在斜槽附近，将吸收性材料通过该斜槽加入纤网中。这样的吸收性材料可以包括，但不限于，纸浆纤维、超吸收性颗粒、无机和/或有机吸收性材料，经处理的聚合短纤维等。吸收性材料的相对百分比可以依据无纺复合材料的希望的性质而在宽的范围内变化。例如，所述无纺复合材料可以含有约1重量％至约60重量％，在一些实施方案中，为约5重量％至约50重量％，并且在一些实施方案中，为约10重量％至约40重量％的热塑性组合物纤维。同样地，无纺复合材料可以含有约40重量％至约99重量％，在一些实施方案中，为约50重量％至约95重量％，并且在一些实施方案中，为约60重量％至约90重量％的吸收性材料。这样的共成形材料的一些实例在Anderson等人的第4,100,324号美国专利、Everhart等人的第5,284,703号美国专利、和Georger 等人的第5,350,624号美国专利中公开，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
在本发明中也可以形成无纺层压物，其中，一个或多个层由热塑性组合物形成。例如，一个层的无纺纤网可以是纺粘的，其包含热塑性组合物，而另一层的无纺纤网包含热塑性组合物、其它生物可降解的聚合物、和/或任何其它聚合物(如聚烯烃)。在一个实施方案中，无纺层压物包含位于两个纺粘层之间的熔喷层以形成纺粘/熔喷/纺粘(“SMS”)层压物。如果希望的话，纺粘层(或多个层)可以由热塑性组合物形成。熔喷层可以由热塑性组合物、其它生物可降解的聚合物、和/或任何其它聚合物(如聚烯烃)形成。用于形成SMS层压物的不同技术在Brock等人的第4,041,203号美国专利、Timmons等人的第5,213,881号美国专利、Timmons等人的第5,464,688号美国专利、Bornslaeqer等人的第4,374,888号美国专利、Collier等人的第5,169,706号和Brock等人的第4,766,029号美国专利、以及Fitting等人的公开号为2004/0002273的美国专利申请中有描述，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。当然，无纺层压物可以具有其它构型并具有任何希望数量的熔喷层和纺粘层，如纺粘/熔喷/熔喷/纺粘层压物(“SMMS”)，纺粘/熔喷层压物(“SM”)等。尽管无纺层压物的基重可以根据希望的应用来调整，但是其通常为约10至约300克每平方米(“gsm”)，在一些实施方案中，为约25至约200gsm，并且在一些实施方案中，为约40至约150gsm。
如果希望的话，可以对无纺纤网或层压物进行各种处理以赋予希望的性质。例如，可以用防液添加剂、防静电剂、表面活性剂、着色剂、防雾剂、氟化物血液(fluorochemicalblood)或醇防护剂、润滑剂、和/或抗微生物剂来处理纤网。此外，可以赋予静电荷来对纤网进行驻极体处理以改进过滤效率。电荷可以包括在聚合物表面处或附近俘获的正电荷层或负电荷层，或储存于聚合物体内的电荷云。电荷还可以包括沿分子偶极取向冻结的极化电荷。对织物进行驻极体处理的技术为本领域技术人员所熟知的。这样的技术的实例包括，但不限于，热、液体接触、电子束和电晕放电技术。在一个特别的实施方案中，驻极体处理为电晕放电技术，其包括使层压物受到具有相反极性的一对电场的作用。形成驻极体材料的其它方法在Kubik等人的第4,215,682号美国专利、Wadsworth的第4,375,718号美国专利、Nakao的第4,592,815号美国专利、Ando的第4,874,659号美国专利、Tsai等人的第5,401,446号美国专利、Reader等人的第5,883,026号美国专利、Rousseau等人的第5,908,598号美国专利、Knight等人的第6,365,088号美国专利中公开，在此将其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
IV制品
无纺纤网可以被用于广泛的应用中。例如，可以将纤网引入到“医用产品”中，例如袍、手术帘、口罩、头罩、手术帽、鞋套、灭菌包装、保暖毯、加热垫等。当然，无纺纤网也可以被用于各种其它制品中。例如，无纺纤网可以被引入能够吸收水或其它流体的“吸收性制品”中。一些吸收性制品的实例包括，但不限于，个人护理吸收性制品，例如尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁制品、女性卫生制品(如卫生巾)、泳装、婴儿揩巾、手套擦等；医用吸收性制品，例如衣服、开窗术材料、底垫、床垫、绷带、吸收性帘，和医用揩巾；食品揩巾；成衣制品；袋等。适用于形成这样的制品的材料和工艺为本领域技术人员所熟知。例如，吸收性制品，一般包括基本上不可渗透液体的层(如外罩)、可渗透液体的层(如体侧衬里、波浪层等)以及吸收芯。例如，在一个实施方案中，可以使用根据本发明成形的无纺纤网以形成吸收性制品的外罩。如果希望的话，可以将无纺纤网层压成可透气或不可透气的不可渗透液体的膜。
参照以下的实施例可以更好地理解本发明。在以下各个实施例中，在与增韧添加剂共混之前，将聚乳酸在干燥剂的干燥器中以大约77℃的温度进行干燥(至300ppm以下的水分含量)。在进行纺纤之前，也将得到的共混物在干燥剂的干燥器中以125°F至150°F的温度进行干燥(至300ppm以下的水分含量，且任选为200ppm以下的水分含量)。
以下样品涉及包含增韧添加剂的聚乳酸(PLA)的共混物。这些共混物在实施例1-2中以如下的样品号来表示：
样品1-100重量％PLA6021D.PLA6021D为在190℃下熔体流动速率为10g/10min的聚乳酸(Natureworks)。
样品2-90重量％PLA6201D和10重量％EscoreneTMUltra7720。EscoreneTMUltra7720为190℃下熔体流动速率为150g/10min的且密度为0.946g/cm3的乙烯乙酸乙烯酯("EVA")树脂(Exxonmobil)。
样品3-92.5重量％PLA6201D和7.5重量％EscoreneTMUltra7720。
样品4-90重量％PLA6201D和10重量％123。123为在170℃下熔体流动速率为70至90g/10min的热塑性聚己酸内酯聚氨酯弹性体(Merquinsa)。
样品5-90重量％PLA6201D和10重量％AffinityTMEG8185。AffinityTMEG8185为190℃下熔体流动速率为30g/10min的且密度为0.885g/cm3的α-烯烃/乙烯共聚物塑性体(DowChemical)。
样品6-90重量％PLA6201D和10重量％AffinityTMEG8200。AffinityTMEG8200为190℃下熔体流动速率为5g/10min的且密度为0.870g/cm3的辛烯/乙烯共聚物塑性体(DowChemical)。
样品7-90重量％PLA6201D和10重量％AffinityTMGA1950。AffinityTMGA1950为190℃下熔体流动速率为500g/10min的且密度为0.874g/cm3的辛烯/乙烯共聚物塑性体(DowChemical)。
样品8-90重量％PLA6201D和10重量％PearlthaneTMClear15N80。PearlthaneTMClear15N80为190℃下熔体流动速率为10至90g/10min的热塑性基于聚醚的聚氨酯弹性体(Merquinsa)。
样品9-92.5重量％PLA6201D和7.5重量％EscoreneTMUltraLD755.12.EscoreneTMUltraLD755.12为190℃下熔体流动速率为25g/10min的且密度为0.952g/cm3的乙烯乙酸乙烯酯("EVA")树脂(Exxonmobil)。
样品10-92.5重量％PLA6201D和7.5重量％AffinityTMEG8200。
样品11-92.5重量％PLA6201D和7.5重量％123。
实施例1
说明了形成聚乳酸和增韧添加剂的共混物的能力。更具体地，由WernerandPfleidererCorporationofRamsey,NewJersey制造的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径30毫米，长度1328毫米)被用来进行复合。挤出机具有14个区域，从进料斗到模头连续编号为1-14。第一个桶#1号通过两个重力进料器(一个是载有PLA，另一个是载有增韧添加剂)以总吞吐量为20磅每小时接收树脂。用来挤出树脂的模头含有3个模头开口(直径为6毫米)，所述开口被4毫米的间隔隔开。挤出机以每分钟160转的速度运行。在形成时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且通过Conair制球机制成小球。复合的条件在下表1中显示。
表1：复合的条件
然后测定了得到的若干热塑性共混物的熔体流动速率和水分含量。结果如下所示。
表2：MFR和水分含量
如表所示，水分含量高于100％PLA(通常情况下小于100ppm)，但是低于当常规的增塑剂(例如，聚乙二醇)被使用时所见到的水分含量-即，300-500ppm。
在约85℃下退火10分钟以后，也取得了样品2横截面的SEM图像。结果显示在图3-4。如所示，组合物包含多个聚合的增韧添加剂的大体上的球区域。区域具有大约1微米至3微米的轴向尺寸。
实施例2
展示了由聚乳酸和增韧添加剂的共混物形成纤维的能力。更具体地，将实施例1中的若干共混物(样品2、3、4和5)进料至由WernerandPfleidererCorporationofRamsey,NewJersey制造的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径30毫米，长度1328毫米)中进行复合。挤出机具有14个区域，从进料斗到模头连续编号1-14。第一个桶#1从重力进料器以总吞吐量为20磅每小时接收树脂。用来挤出树脂的模头具有3个模头开口(直径为6毫米)，所述开口被4毫米的间隔隔开。在形成时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且通过Conair制球机制成小球。螺杆转速为每分钟160转(“rpm”)。在形成时，将经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并形成小球。然后将小球供应至加热到240℃的挤出机中。熔体通过单组分喷嘴组件(16孔，孔大小为0.600mm)以0.23克每孔每分钟的速率被挤出以形成连续的纤维，然后将所述纤维在25℃下用由鼓风机提供的压缩气流来淬火。然后将连续的纤维经机械拉伸并在导丝辊上收集，将收集的速度一直增加直到纤维断裂。在将共混物加工成纤维时，不使用加热淬火，因为其会导致无法收集纤维。
与PLA共混物形成对照，PLA对照(样品1)在被纺成纤维之前在165°F下干燥大约一星期。下表显示了纺纤的参数。
表3：纺纤的条件
样品2(PLA和10％EVA7720)难以加工是因为挤出机的压力的波动会导致螺杆转速从36至44rpm变化。因此，在断裂之前，样品只能以1800mpm(2789拉伸比)收集。相似地，样品4(PLA和10％PB123)也增加了转速。在加工过程中，螺杆转速达到约60rpm以维持600psi的挤出机对照压力，并且纤维只能以1500mpm收集(2324拉伸比)。
样品3(PLA和7.5％EVA7720)比较稳定，并且可以以2300mpm收集。样品5(PLA和10％AffinityEG8185)有最高的出口压力但是稳定，并且能以2300mpm收集(3563拉伸比)。
在所有纤维被纺之后，从每个样品中取出10个纤维对其各种性质进行测试。纤维样品都经过三次测量，取其平均直径。下表显示了纤维测试的结果并还包括纤维的总产量、导丝辊的速度以及拉伸比。
表4：纤维的机械性能
如所示，共混物(样品2-5)的韧度值不比100重量％PLA的韧度值明显小，仅仅下降了约3％至5％。尽管相比于100％的PLA(样品1)，所有的共混物在峰值伸长率方面显示了增加，但它们还具有高水平的可变性。样品2具有最高的峰值伸长率，因为其达到100％的PLA的伸长率的2至3倍。样品4具有第二最高伸长率，但是该样品也得到最长的纤维。样品3和样品5显示出了相似水平的伸长率。
还测试了纤维的热性能。结果列于下表中。
表5：纤维的热性能
如所示，当加入了增韧添加剂时，聚乳酸(样品1)的玻璃化转变温度没有显著的降低。
对样品2的纤维的横截面以及沿着纤维的长度取得了SEM图像。横截面图像是将样品在30℃下，用氧气等离子体刻蚀处理后取得的。横截面的图像在图5-6中显示。如图所示，聚合的增韧添加剂在聚乳酸中形成了纳米圆柱分散相，区域的直径或者横截面的尺寸从大约0.25至大约0.3微米。图7和8同样地显示了纤维沿着轴向的尺寸。如图所示，分散的增韧添加剂区域很大地被延伸了并且导致了10倍或更大的纵横比。
实施例3
展示了由90重量％的聚乳酸(PLA6201D,)和10重量％的增韧添加剂的共混物形成纤维的能力。增韧添加剂为VistamaxxTM2120(Exxonmobil)，它是聚烯烃共聚物/弹性体，其熔体流动速率为29克每10分钟(190℃，2160g)，密度为0.866g/cm3。将聚合物进料至由WernerandPfleidererCorporationofRamsey,NewJersey制造的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径30毫米，长度1328毫米)中进行复合。挤出机具有14个区域，从进料斗到模头连续编号1-14。第一个桶#1从重力送料器以总吞吐量为11磅每小时接收树脂。用来挤出树脂的模头具有3个模头开口(直径为6毫米)，所述开口被4毫米的间隔隔开。在形成时，将经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且通过Conair制球机制成小球。螺杆转速为每分钟100转(“rpm”)。在形成时，将经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且形成小球。所得小球以15lb/hr的速率，在200℃的熔体温度下第二次通过螺杆转速为200rpm的双螺杆挤出机并且再次被制成小球。接着将小球供应至加热到240℃的挤出机中。挤出机的吞吐量为0.20克每孔每分钟(在16孔的喷嘴组件上)。通过喷嘴组件挤出熔体形成连续纤维，所述连续纤维然后被由鼓风机提供的压缩气流在25℃下淬火。然后将连续纤维通过纤维拉伸装置拉伸伸长该纤维并且送到速度为2800米每分钟(“mpm”)的导丝辊上。由此得到的拉伸比为4338。
实施例4
按照实施例3所描述的方法来形成纤维，除了增韧添加剂是VistamaxxTM2320(Exxonmobil)之外，此添加剂是一种聚烯烃共聚物/弹性体，其熔体流动速率为40克每10分钟(190℃，2160g)，密度为0.864g/cm3。
实施例5
按照实施例3所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入3重量％的MD-353D之外，该化合物是改性的马来酸酐聚丙烯共聚物(DuPont)。
实施例6
按照实施例4所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入3重量％的MD-353D之外。
实施例7
按照实施例3所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837(Exxon3155PP/TiO2，比例为50:50)之外。
实施例8
按照实施例4所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837之外。
实施例9
按照实施例3所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837和3重量％的MD-353D之外。
实施例10
按照实施例4所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837和3重量％的MD-353D(DuPont)之外。
根据实施例3-10的方法来制备10个样品，然后进行了韧度和伸长率的测试。其结果(平均值)显示如下。
表6：实施例3-10的纤维性质
实施例11
展示了由90重量％的聚乳酸(PLA6201D,)和10重量％的增韧添加剂的共混物来形成纤维的能力。增韧添加剂为EscoreneTMUltra7720。将聚合物进料至由WernerandPfleidererCorporationofRamsey,NewJersey制造的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径30毫米，长度1328毫米)中进行复合。挤出机具有14个区域，从进料斗到模头连续编号1-14。第一个桶#1通过重力送料器以总吞吐量为11磅每小时接收树脂。用来挤出树脂的模头具有3个模头开口(直径为6毫米)，所述开口被4毫米的间隔隔开。当形成时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却，然后通过Conair制球机制成小球。螺杆转速为每分钟100转(“rpm”)。当成形时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且形成小球。将小球以15lb/hr的速率，在200℃的熔体温度下第二次通过螺杆转速为200rpm的双螺杆挤出机，然后再次被制成小球。接着将小球供应至加热到230℃的挤出机中。挤出机的吞吐量为0.20克每孔每分钟(在一个16孔的喷嘴组件上)。通过喷嘴组件挤出的熔体形成的连续纤维接着被由鼓风机提供的压缩气流在25℃下淬火。然后将连续纤维通过纤维拉伸装置拉伸伸长该纤维并且送到速率为1800米每分钟(“mpm”)的导丝辊上，由此得到的拉伸比为2789。
实施例12
按照实施例11所描述的方法来形成纤维，除了纤维在210℃的挤出机的温度下形成之外。
实施例13
按照实施例3所描述的方法来形成纤维，除了所用的增韧添加剂为EscoreneTMUltra7840(Exxonmobil)之外，此添加剂是乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物，其熔体流动速率为43克每10分钟(190℃，2160g)，密度为0.955g/cm3。而且，小球在温度为235℃的温度下被挤出成纤维。
实施例14
按照实施例11所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837(Exxon3155PP/TiO2，比例为50:50)之外。而且，小球在温度为240℃的温度下被挤出成纤维。
实施例15
按照实施例11所描述的方法来形成纤维，除了向共混物中加入2重量％的SCC4837之外。而且，小球在温度为220℃的温度下被挤出成纤维。
根据实施例11-15方法来制备十个(10)样品，然后进行了韧度和伸长率的测试。其结果(平均值)显示如下。
表7：实施例11-15的纤维性质
实施例16
展示了由90重量％的聚乳酸(PLA6201D,)和10重量％的增韧添加剂的共混物形成纤维的能力。增韧添加剂为聚丙烯均聚物的PP3155(ExxonMobil)。将聚合物进料至由WernerandPfleidererCorporationofRamsey,NewJersey制造的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径30毫米，长度1328毫米)中进行复合。挤出机具有14个区域，从进料斗到模头连续编号1-14。第一个桶#1通过重力送料器以总吞吐量为15磅每小时接收树脂。用来挤出树脂的模头具有3个模头开口(直径为6毫米)，所述开口被4毫米的间隔隔开。当形成时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并且通过Conair制球机制成小球。螺杆转速为每分钟100转(“rpm”)。当形成时，经挤出的树脂在风扇冷却传送带上冷却并形成小球。然后将小球供应至加热到230℃的挤出机中。挤出机的吞吐量为0.40克每孔每分钟(在一个16孔的喷嘴组件上)。通过喷嘴组件挤出的熔体形成的连续纤维接着被由鼓风机提供的压缩气流在25℃下淬火。然后将连续纤维通过纤维拉伸装置拉伸伸长该纤维并送到速率为2000米每分钟(“mpm”)的导丝辊上，由此得到的拉伸比为3099。
实施例17
按照实施例16所描述的方法来形成纤维，除了在235℃的挤出机的温度下形成纤维之外。连续纤维被拉伸到速率为2800米每分钟(mpm)的导丝辊上，由此得到的拉伸比为4338。
实施例18
按照实施例16所描述的方法来形成纤维，除了在240℃的挤出机的温度下形成纤维之外。连续纤维被拉伸到速率为2000米每分钟(mpm)的导丝辊上，由此得到的拉伸比为3099。
根据实施例16-18方法来制备十个(10)样品，然后进行了韧度和伸长率的测试。其结果(平均值)显示如下。
表8：实施例16-18的纤维性质
尽管本发明已经详细描述了关于其具体的实施方案，但是要理解的是，所属领域的技术人员在获得上述理解的同时，可以轻易地想到这些实施方案的改变以及这些实施方案的等同方式。因此，本发明的范围应当以附加的权利要求及其任何等同方式来评价。

Claims (19)

1.一种在纵向方向上延伸并具有2至25微米平均直径的聚乳酸纤维，所述纤维包括熔融共混的热塑性组合物，所述热塑性组合物包含许多分散在连续相中的分离区域，所述分离区域包含聚合的增韧添加剂，其中，所述聚合的增韧添加剂包括丙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/α-烯烃共聚物或它们的组合，并且所述连续相包含聚乳酸，其中所述分离区域中的至少一个在纤维的纵向方向上伸长并且具有5至400微米的长度和3至200的纵横比，其中所述纤维显示出40％至350％的峰值伸长率以及0.75至6克-力每但尼尔的韧度，其中所述峰值伸长率和韧度通过拉伸测试机MTSSYNERGY200使用负载元件以每分钟12英寸的牵拉速度和夹具速度而测得。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚乳酸的溶解度参数与所述聚合的增韧添加剂的溶解度参数的比率为0.5至1.5。
3.根据权利要求2所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚合的增韧添加剂具有15至30MJoles1/2/m3/2的溶解度参数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚乳酸的熔体流动速率与所述聚合的增韧添加剂的熔体流动速率的比率为0.2至8，并且其中所述聚合的增韧添加剂具有5至150克每10分钟的熔体流动速率，其中所述聚乳酸和聚合的增韧添加剂的熔体流动速率在负载为2160克、温度为190℃下测定。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚乳酸的杨氏弹性模量与所述聚合的增韧添加剂的杨氏弹性模量的比率为2至500，并且其中所述聚合的增韧添加剂具有10至200兆帕的杨氏弹性模量。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚合的增韧添加剂显示出100％至2000％的峰值伸长率。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述聚合的增韧添加剂占所述热塑性组合物的2重量％至25重量％，而所述聚乳酸占所述热塑性组合物的75重量％至98重量％。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述热塑性组合物不含增塑剂。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述分离区域具有20微米至250微米的长度并且具有3至200的纵横比。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述区域的体积含量为每立方厘米所述组合物的3％至20％。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的聚乳酸纤维，其中，所述纤维显示出1.5至4.0克-力每但尼尔的韧度。
12.一种包含权利要求1至3中任一项所述的纤维的无纺纤网。
13.一种包含位于可渗透液体层与通常不可渗透液体层之间的吸收芯的吸收性制品，所述吸收性制品包含权利要求12所述的无纺纤网。
14.一种形成如权利要求1所述的聚乳酸纤维的方法，所述方法包括：
将聚乳酸与聚合的增韧添加剂共混以形成热塑性组合物，其中所述组合物包含许多分散在连续相中的分离区域，所述分离区域包含聚合的增韧添加剂并且所述连续相包含聚乳酸；
将所述热塑性组合物通过模头挤出；和
拉伸经挤出的组合物以形成纤维，其中经拉伸的纤维的区域在纤维的纵向方向上伸长，使得经伸长的区域的长度大于在拉伸前区域的长度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述的拉伸比为200:1至8500:1。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在拉伸前所述区域的长度为0.5至20微米，而在拉伸后所述伸长的区域的长度为5至400微米。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述聚合的增韧添加剂具有15至30MJoules1/2/m3/2的溶解度参数。
18.一种形成无纺纤网的方法，所述方法包括：
通过权利要求14至17中任一项所述的方法形成纤维；和
将所述纤维随机地沉积在表面上以形成无纺纤网。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述拉伸比为1000:1至6000:1。
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