CN111836922B - 双组分纤维及其聚合物组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种双组分纤维，其包括由缩聚物形成的第一区和由聚乙烯掺合物形成的第二区。所述聚乙烯掺合物包括(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.970g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及(iii)无机布朗斯台德‑洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于所述聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。所述第一区是所述双组分纤维的芯区，并且所述第二区是所述双组分纤维的鞘区，其中所述鞘区包围所述芯区。

Description

双组分纤维及其聚合物组合物
技术领域
本公开大体上涉及一种纤维，并且更具体地，涉及用于双组分纤维的聚合物组合物。
背景技术
双组分纤维是由两种不同的聚合物构成的长丝，所述聚合物从同一喷丝头挤出，其中同一长丝中含有这两种聚合物。当长丝离开喷丝头时，其由在界面处熔融的非混合组分组成。所述两种聚合物的化学组成和/或物理特性不同，这使得双组分纤维可以满足更广泛的所需特性，因为所述两种聚合物的功能特性可以接合成一根长丝。
在双组分纤维的许多构型中，芯-鞘双组分纤维是一种非常有用的构型。对于芯-鞘结构，所述芯被所述鞘完全包围。因此，第一聚合物形成芯，而不同于第一聚合物的第二聚合物形成鞘。这使得从单纤维结构获得多种特性。例如，可以选择用于芯的聚合物以赋予双组分纤维强度(增强聚合物)，而用于鞘的聚合物可以根据其染色的能力、外观、提供绝缘的能力或其附着力特性等来选择。
然而，持续困扰具有芯-鞘结构的双组分纤维的一个问题是芯聚合物和鞘聚合物之间的界面粘合强度。经验表明，芯-鞘附着力是具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的芯和聚烯烃的鞘的双组分纤维的一个问题。这并非出人意料，因为PET和许多聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯)互不相容。这种不相容性可能导致如梳理期间鞘脱落的问题。在后纺丝工艺步骤期间，PET的芯还有可能与聚烯烃的鞘分离。
因而，在本领域中仍然需要提高PET的芯与聚烯烃的鞘的附着力。
发明内容
本公开提供一种双组分纤维，其有助于提高双组分纤维的层之间的界面粘合的强度。对于本文所提供的各种实施例，双组分纤维包括在双组分纤维的第一区(例如，芯)中的缩聚物(例如，聚酯)和在第二区(例如，鞘)中的聚烯烃掺合物，其中双组分纤维的层之间的界面粘合的强度可以通过马来酸酐接枝聚乙烯的存在而提高。对于具有受不相容性问题(例如，PET芯与聚烯烃鞘)影响的聚合物的双组分纤维，本公开可以有助于提高芯与鞘的附着力。
具体来说，本公开提供一种双组分纤维，其包括由缩聚物形成的第一区和由聚乙烯掺合物形成的第二区。所述聚乙烯掺合物包括(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.970g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；和(iii)无机布朗斯台德-洛里酸(
Figure BDA0002675008500000021
-Lowry acid)，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于所述聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。对于各种实施例，第一区是双组分纤维的芯区，并且第二区是双组分纤维的鞘区，其中所述鞘区包围所述芯区。
对于各种实施例，缩聚物选自由以下组成的组：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚酰胺及其组合。在一个优选实施例中，缩聚物选自由以下组成的组：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其组合。对于各种实施例，缩聚物占第一区的至少75重量％(wt.％)，其中所述重量％是基于第一区的总重量计。
对于各种实施例，基于乙烯的聚合物选自线性低密度聚乙烯、线性中密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其组合。基于马来酸酐接枝聚乙烯的总重量计，所述马来酸酐接枝聚乙烯具有0.05至3重量％的所绘制的马来酸酐。对于各种实施例，马来酸酐接枝聚乙烯的密度为在0.920g/cm3至0.959g/cm3范围内，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至14g/10分钟。优选地，马来酸酐接枝聚乙烯的密度为在0.949g/cm3至0.959g/cm3范围内，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至14g/10分钟。
对于各种实施例，无机布朗斯台德-洛瑞酸选自由以下组成的组：一水合硫酸氢钠、磷酸及其组合。优选地，所述无机布朗斯台德-洛里酸的pKa为2至6。
作为更具体的实例，聚乙烯掺合物包括5至75重量％的基于乙烯的聚合物、2至30重量％的马来酸酐接枝聚乙烯和百万分之20至10000的无机布朗斯台德-洛瑞。所述聚乙烯掺合物还可包括至少75重量％的基于乙烯的聚合物，其中马来酸酐接枝聚乙烯和无机布朗斯台德-洛瑞酸与基于乙烯的聚合物一起存在以提供100重量％的聚乙烯掺合物。
所述聚乙烯掺合物可以还包括具有12至21个碳长的链的极性饱和脂肪酸及其金属盐。对于各种实施例，极性饱和脂肪酸可以包括硬脂酸及其金属盐。
本公开还提供一种形成双组分纤维的方法，其包括在热粘合条件下将(a)缩聚物和(b)聚乙烯掺合物共挤出，其中所述聚乙烯掺合物包括(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.965g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及(iii)无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5。基于聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。缩聚物与聚乙烯掺合物在热粘合条件下接触以形成双组分纤维，所述双组分纤维具有拥有缩聚物的第一区和拥有聚乙烯掺合物的第二区。
在一个实施例中，双组分纤维是通过将(a)和(b)以鞘/芯构型共挤出来制备的，其中(a)选自由以下组成的组：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚酰胺及其组合，并且其中基于马来酸酐接枝聚乙烯的总重量计，聚乙烯掺合物中的马来酸酐接枝聚乙烯具有0.05至3重量％的所绘制的马来酸酐。所述聚乙烯掺合物可以包括5至75重量％的基于乙烯的聚合物、2至30重量％的马来酸酐接枝聚乙烯和百万分之20至10000的无机布朗斯台德-洛瑞。所述聚乙烯掺合物可以还包括具有12至21个碳长的链的极性饱和脂肪酸及其金属盐。
所述双组分纤维可以在熔融纺丝、熔喷、纺粘或短纤维制造工艺条件下形成。本公开还提供包括本文所述的双组分纤维的非织造制品。
具体实施方式
本公开提供一种双组分纤维，其有助于提高双组分纤维的层之间的界面粘合的强度。对于本文所提供的各种实施例，双组分纤维包括在双组分纤维的第一区(例如，芯)中的缩聚物(例如，聚酯)和在第二区(例如，鞘)中的聚烯烃掺合物，其中双组分纤维的层之间的界面粘合的强度可以通过马来酸酐接枝聚乙烯的存在而提高。对于具有受不相容性问题(例如，PET芯与聚烯烃鞘)影响的聚合物的双组分纤维，本公开可以有助于提高芯与鞘的附着力。
如本文所论述，本公开涉及双组分纤维、一种生产双组分纤维的方法、一种包含一种或多种此类双组分纤维的非织造材料以及一种用于制造此类非织造材料的方法。根据本公开的双组分纤维包括由缩聚物形成的第一区和由聚乙烯掺合物形成的第二区。所述聚乙烯掺合物包括(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.970g/cm3，并且如通过ASTMD1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及(iii)无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。
本公开的双组分纤维可以含有任何形状的不同聚合物部分。实例是芯-鞘、并排或海岛构型。优选芯-鞘构型。本公开的双组分纤维可以具有任一形状的横截面。横截面的实例可见于Hearle.J.的“纤维，2.结构(Fiber，2.Structure)”(《乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry)》，威利-德国化学学会出版社(Wiley-VCH)：2002，1-85)。优选横截面的实例是圆形、椭圆形、三角或多角形或三叶或多叶形。因此，对于各种实施例，第一区可以是双组分纤维的芯区，并且第二区可以是双组分纤维的鞘区，其中所述鞘区包围所述芯区。如本文所论述，生物组分纤维的其它构型也是可能的。具体来说，本公开涉及“芯”和“鞘”双组分纤维。本公开的芯和鞘双组分纤维可以为同心构型或偏心构型，其中所述鞘完全包围所述芯。本公开的双组分纤维还可以具有分割的扇形构型，这在本领域中是已知的。其它可能的构型包括已知的并排双组分纤维构型。
如本文所用，术语“共聚物”意指包括具有两种或更多种单体，任选地具有其它单体的聚合物，并且可能意指互聚物、三元共聚物等。如本文所用，术语“聚合物”包括但不限于均聚物、共聚物、三元共聚物等及其合金和掺合物。如本文所用，术语“聚合物”还包括抗冲共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物。除非另有具体说明，否则术语“聚合物”应还包括所有可能的几何构型。此类构型可包括等规、间规和无规对称。如本文所用，术语“掺合物”是指两种或更多种聚合物的混合物。
如本文所用，术语“单体”或“共聚单体”可以指用于形成聚合物的单体，即，呈聚合之前的形式的未反应的化合物，并且还可以指在其已经并入到聚合物中之后的单体，在本文中也称为“[单体]-衍生单元”，其借助于聚合反应通常比在聚合反应之前具有更少的氢原子。本文论述了不同的单体，包括丙烯单体、乙烯单体和二烯单体。
如本文所用，“聚乙烯”包括乙烯的均聚物和共聚物或其混合物。包括与一种或多种额外单体聚合的一种或多种乙烯单体的产品。如本文所用，“基于乙烯的”意指包括包含单独或与一种或多种共聚单体组合的乙烯，其中乙烯是主要组分(例如，大于50重量％乙烯)的任何聚合物。同样地，如本文所用，“基于丙烯的”意指包括包含单独或与一种或多种共聚单体组合的丙烯，其中丙烯是主要组分(例如，大于50重量％丙烯)的任何聚合物。
第一区
双组分纤维包括由缩聚物形成的第一区。如本文所论述，第一区可以是双组分纤维的芯区，并且第二区可以是双组分纤维的鞘区，其中所述鞘区包围所述芯区。意图用于本文所述的双组分纤维的第一区的聚合物包括缩聚物，其是通过缩合反应形成的聚合物。此类缩聚物的实例包括可熔融纺丝的缩聚物，其包括选自由以下组成的组的那些缩聚物：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚酰胺及其组合。
如上所见，种类繁多的缩合聚合物包括聚酯，其对于生物组分纤维第一区是优选的。优选地，缩聚物是选自由以下组成的组的聚酯：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其组合。本公开的被提及的聚酯的密度也可以在1.2g/cm3至1.5g/cm3范围内。优选地，聚酯的密度在1.35g/cm3至1.45g/cm3范围内。此类聚酯通常具有等效于0.5至1.4(dl/g)的固有粘度(IV)的分子量，其中VI根据ASTMD4603或2857测定。
对于各种实施例，缩聚物可以占第一区的至少75重量％(wt.％)，其中所述重量％是基于第一区的总重量计。当少于100重量％的上文所提及的被确定的优选聚酯用于第一区(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)时，达到100重量％的剩余重量％可以由例如二碳酸单元和二醇单元构成，所述二碳酸单元和二醇单元充当所谓的改性剂并且使得所产生的纤维的物理和化学特性能够以特定的方式受到影响。此类二碳酸单元的实例是间苯二甲酸或脂肪族二碳酸的残基，所述脂肪族二碳酸例如戊二酸、己二酸、癸二酸；具有改性作用的二醇残基的实例是较长链二醇的那些二醇残基，所述较长链二醇例如丙二醇或丁二醇、二乙二醇或三乙二醇或(如果可少量获得)分子量为500至2000g/mol的聚乙二醇。对于第一区，尤其优选的是含有至少95mol％聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚酯，尤其未经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的那些聚酯。如本文所论述，用于由聚酯形成芯的处理温度可以为200℃至小于350℃。
第二区
双组分纤维的所述第二区由以下各者的聚乙烯掺合物形成：(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.970g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及(iii)无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于所述聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。根据ASTM D-792测量密度值。
基于乙烯的聚合物
基于乙烯的聚合物可以是乙烯均聚物和/或包括一种或多种共聚单体的乙烯共聚物。所述基于乙烯的聚合物可以包括大于50重量％乙烯和(当存在时)一种或多种选自C3至C12α-烯烃的共聚单体，其中乙烯和一种或多种共聚单体(如果存在)的组合提供100重量％的所述基于乙烯的聚合物。在一个或多个实施例中，α-烯烃共聚单体单元可自丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯及其组合衍生。合适的基于乙烯的聚合物的实例包括选自以下的那些聚合物：线性低密度聚乙烯(LLDPE)、线性中等密度聚乙烯(LMDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及其组合。
如上所论述，LLDPE可以是乙烯均聚物或乙烯与一种或多种其它α-烯烃的共聚物。意图在本文中使用的LLDPE可在本领域已知的反应条件下由任何合适的催化剂系统产生，所述催化剂系统包括常规的齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)型催化剂系统和基于金属茂的催化剂系统。在某些实施例中，LLDPE聚合物的密度可为约0.92g/cm3至0.925g/cm3。
如上所论述，LMDPE可以是乙烯均聚物或乙烯与一种或多种其它α-烯烃的共聚物。意图在本文中使用的LMDPE可在本领域已知的反应条件下由任何合适的催化剂系统产生，所述催化剂系统包括常规的齐格勒-纳塔型催化剂系统和基于金属茂的催化剂系统。在某些实施例中，LMDPE聚合物的密度可为约0.926g/cm3至0.940g/cm3。
HDPE可在由MI或HLMI(熔融指数或高负荷熔融指数)所指示的广泛范围的分子量内获得，并且通常具有至少99摩尔％(基于HDPE的总摩尔数计)的乙烯含量。如果并入到HDPE中，那么共聚单体可选自1-丁烯和其它C3至C20α-烯烃.□在一个实施例中，共聚单体选自1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯及其组合。在某些实施例中，共聚单体可以基于HDPE的总摩尔数计，以至多约1摩尔％存在于HDPE中。在其它实施例中，共聚单体以至多约2摩尔％存在于HDPE中。在一些实施例中，HDPE的密度可为约0.94g/cm3至约0.97g/cm3，或约0.95g/cm3至约0.965g/cm3。在相同或其它实施例中，如通过差示扫描量热计(DSC)所测量，HDPE的熔点可为约120℃至约150℃，或约125℃至约135℃。
HDPE包括使用多种催化剂系统制成的聚合物，所述催化剂系统包括齐格勒-纳塔、菲利浦型(Phillips-type)催化剂、基于铬的催化剂和金属茂催化剂系统，其可与铝氧烷和/或离子活化剂一起使用。适用于制备此类聚乙烯的方法包括气相法、料浆法、溶液法等。
如本文所提供的基于乙烯的聚合物的如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2还为0.5至150g/10分钟。优选地，基于乙烯的聚合物的如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为5至50g/10分钟。最优选地，基于乙烯的聚合物的如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至35g/10分钟。
马来酸酐接枝聚乙烯
马来酸酐接枝聚乙烯可以是乙烯均聚物和/或包括一种或多种共聚单体的乙烯共聚物。马来酸酐接枝聚乙烯可以包括大于50重量％乙烯和(当存在时)一种或多种选自C3至C12α-烯烃的共聚单体，其中乙烯与一种或多种共聚单体(如果存在)的组合连同马来酸酐提供100重量％的马来酸酐接枝聚乙烯。在一个或多个实施例中，α-烯烃共聚单体单元可自丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯及其组合衍生。
根据本公开的马来酸酐接枝聚乙烯的密度可在0.865至0.970g/cm3范围内。本文中包括并且本文中公开0.865至0.970g/cm3的所有个别值和子范围；例如，密度可以为0.870、0.900、0.920、0.940或0.950g/cm3的下限至0.970、0.968、0.966、0.965、0.964或0.963g/cm3的上限。例如，马来酸酐接枝聚乙烯的密度可在0.865至0.970g/cm3范围内；或者，聚乙烯组合物的密度可在0.865至0.970g/cm3范围内。
根据本公开的马来酸酐接枝聚乙烯的如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数(I2)还可以在0.5至150g/10分钟范围内。本文中包括并且本文中公开5至50g/10分钟的所有个别值和子范围；例如，熔融指数(I2)可以为5、10、15、20或25g/10分钟的下限至50、45、40、35或30g/10分钟的上限。例如，马来酸酐接枝聚乙烯的熔融指数(I2)可以在5至50g/10分钟范围内；或者，马来酸酐接枝聚乙烯的熔融指数(I2)可以在5至50g/10分钟范围内。
在优选的实施例中，马来酸酐接枝聚乙烯的密度在0.920g/cm3至0.959g/cm3范围内，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至14g/10分钟。更优选地，马来酸酐接枝聚乙烯的密度在0.949g/cm3至0.959g/cm3范围内，并且如通过ASTMD1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至14g/10分钟。
马来酸酐接枝聚乙烯用马来酸酐来绘制(例如，“官能化”)。如本文所用，术语“接枝”表示接枝单体(马来酸酐)与基于聚乙烯的聚合物的聚合物链的共价键合。对于本文中的实施例，基于马来酸酐接枝聚乙烯的总重量计，马来酸酐接枝聚乙烯具有0.05至3重量％的所绘制的马来酸酐。
可以通过接枝或其它反应方法将马来酸酐官能团并入聚合物中。当接枝时，基于聚合物的重量计，马来酸酐的并入量通常为10重量％或更低。可商购的马来酸酐官能化聚乙烯的实例包括可按商标名AMPLIFYTM自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(美国密歇根州米德兰市(Midland，MI，USA))购得的那些聚乙烯，如AMPLIFYTM GR 204等。马来酸酐官能化聚乙烯的其它实例可按商标名FUSABONDTM自杜邦公司(I.du Pont de Nemoursand Company)(美国特拉华州威尔明顿(Wilmington，DE，USA))购得，如FUSABONDTM E-100、FUSABONDTM E-158、FUSABONDTM E265、FUSABONDTM E528、FUSABONDTM E-589、FUSABONDTM M-603等。其他马来酸酐官能化聚乙烯聚合物、共聚物和三元共聚物可包括自科聚亚公司(Chemtura Corporation)(美国康涅狄格州米德尔伯里(Middlebury，CT，USA))购得的POLYBONDTM，如POLYBONDTM3009和POLYBONDTM 3029等；自阿科玛集团(Arkema Group)(法国科隆布(Colobes，France))购得的OREVACTM，如OREVACTM 1851OP等；自利安德巴塞尔工业公司(LyondellBasellIndustries)(美国德克萨斯州休斯顿(Houston，TX，USA))购得的PLEXARTM，如PLEXARTMPX-2049；还有按商标名YPAREXTM自帝斯曼工程塑料私人有限责任公司(BV DSM Engineering Plastics)(荷兰海尔伦(Heerlen，the Netherlands))购得的等级，如YPAREXTM 8305；以及按商标名EXXELORTM自埃克森美孚化学公司(ExxonMobil ChemicalCompany)(美国得克萨斯州休斯顿)购得的聚合物，如EXXELORTM PE 1040。
无机布朗斯台德-洛瑞酸
聚乙烯掺合物还包括无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5。优选地，无机布朗斯台德-洛瑞酸的pKa为2至6。此外，优选地，无机布朗斯台德-洛瑞酸选自由以下组成的组：一水合硫酸氢钠、磷酸及其组合。
基于聚乙烯掺合物的总重量计，本公开的聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。在优选的实施例中，聚乙烯掺合物包括5至75重量％的基于乙烯的聚合物、2至30重量％的马来酸酐接枝聚乙烯和百万分之20至10000的无机布朗斯台德-洛瑞。在另一优选的实施例中，聚乙烯掺合物包括至少75重量％的基于乙烯的聚合物，其中马来酸酐接枝聚乙烯和无机布朗斯台德-洛瑞酸与基于乙烯的聚合物一起存在以提供100重量％的聚乙烯掺合物。用于由本公开的聚乙烯掺合物形成鞘的处理温度可以为100℃至小于150℃。
取决于预期目的，本公开的聚乙烯掺合物还可以包括多种添加剂。例如，本公开的聚乙烯掺合物可以还包括具有12至21个碳长的链的极性饱和脂肪酸及其金属盐。此类极性饱和脂肪酸的实例包括硬脂酸及其金属盐。其它添加剂包括但不限于，稳定剂、抗氧化剂、填充剂、着色剂、助滑剂、阻燃剂、塑化剂、颜料、加工助剂、增粘树脂等。其它添加剂可包括填充剂和/或增强材料，如碳黑、粘土、滑石、碳酸钙、云母、二氧化硅、硅酸盐、其组合等。
双组分纤维和织物的制备
根据本公开的双组分纤维可经由不同技术生产。用于形成双组分纤维和生物组分纤维的产品的此类技术包括熔融纺丝、熔喷工艺、纺粘工艺、短纤维工艺、梳理纤网工艺、气流成网工艺、热压延工艺、胶粘工艺、热空气粘合工艺、针刺工艺、水刺工艺和电纺丝工艺，其中双组分纤维是在这些制造工艺条件中的任一者下形成的。使用此类制造技术，本公开的双组分纤维可以形成多种织物以用于多种潜在应用。根据本公开的织物包括但不限于非织造织物、织造织物及其组合。
如本文所用，“非织造”织物是指已经通过除编织以外的方法生产的纺织品材料。例如，对于非织造织物，将双组分纤维直接加工成平面片状织物结构，并且然后将其化学粘合、热粘合和/或机械互锁，以获得粘聚(cohesive)织物。本公开的非织造纤维和织物可以通过本领域已知的任何方法形成，例如上文提及的那些方法。优选地，非织造纤维通过熔喷或纺粘工艺生产。
本公开的生物组分纤维还可用于常规的纺织品加工中，例如梳理、上浆、编织等。由本发明的双组分纤维制成的编织物还可经热处理以改变所得织物的特性。
如上文所提及，可以使用熔融纺丝工艺来制造生物组分纤维。在熔融纺丝工艺中，用于制造根据本公开的双组分纤维的组分在挤出机中独立地熔融，并且将处于熔融状态的缩聚物和聚乙烯掺合物中的每一种在热粘合条件下通过具有双组分纤维纺丝喷嘴的喷丝头共挤出，所述双组分纤维纺丝喷嘴被构造成以形成所需结构(例如芯-鞘)的方式挤出熔融聚合物。使用常规设备，例如挤出机、齿轮泵等，完成通过模具挤出每种聚合物以形成双组分纤维。优选采用分开的挤出机，其向齿轮泵进料以将双组分纤维的分开的熔融聚合物流供应至模具，其中，缩聚物与聚乙烯掺合物在热粘合条件下接触以形成双组分纤维，所述双组分纤维具有拥有缩聚物的第一区和拥有聚乙烯掺合物的第二区。热粘合条件包括对于用于形成本公开双组分纤维的芯的聚酯在200℃至小于350℃的温度下，并且对于用于形成鞘的聚乙烯掺合物在100℃至小于150℃的温度下，操作用于分开的熔融聚合物流中的每一个的挤出机。优选地将根据本公开的聚乙烯掺合物在挤出机的混合区域中和/或在例如处于齿轮泵上游的静态混合器中混合，以使聚合物组分更均匀地分散。
通过模具挤出后，双组分纤维以固体形式卷绕在导丝辊或另一卷绕表面上。在双组分短纤维形成过程中，双组分纤维被卷绕在导丝辊上，导丝辊以与被卷绕的导丝辊成比例的速度拉下纤维。在纺粘工艺中，双组分纤维被收集在例如气枪之类的射流中，并且被吹到例如辊或移动带的卷绕表面上。在熔喷工艺中，空气在喷丝头的表面喷出，当双组分纤维沉积在冷却空气通道中的卷绕表面上时，所述空气用以同时拉下和冷却双组分纤维。
无论使用哪种类型的工序，双组分纤维都可以在熔融状态下，即在发生固化之前，部分地熔融拉伸，以帮助定向聚合物分子。取决于喷丝头模具直径和纺丝速度，可采用高达约1∶1000的熔融拉伸，优选地约1∶10至约1∶200，并且尤其是1∶20至1∶100。
在采用短纤维形成工艺的情况下，可能期望使用例如以不同速度操作的连续导丝辊的常规拉伸设备对双组分纤维进行冷拉伸。双组分纤维还可通过采用加热的导丝辊来进行热处理或退火。还可使双组分纤维变形，例如，通过卷曲和切割双组分纤维以形成短纤维。在纺粘或喷气工艺中，固化的双组分纤维的冷拉伸和变形分别在喷气中和通过冲击卷绕表面来实现。类似的变形在熔喷工艺中通过冷却流体来实现，所述流体与熔融聚合物双组分纤维剪切，并且还可在双组分纤维固化之前无规地使双组分纤维呈非线性。
本公开的双组分纤维可以以同心的芯-鞘构型(同轴构型)制造。在额外的实施例中，双组分纤维可以以偏心的芯-鞘构型制造。双组分纤维的其它可能的构型还包括50/50并排、不相等的并排、分割的扇形和“海岛”构型，如本领域已知的。本公开的双组分纤维还可以具有80/20至40/60的芯/鞘比；例如，80/20至40/60的芯/鞘比；或者，70/30至40/60的芯/鞘比；或者，75/25至40/60的芯/鞘比；或者，70/30至50/50的芯/鞘比。
根据本公开的双组分纤维的单丝旦数可在小于50g/9000m的范围内。本文中包括并且本文中公开小于50g/9000m的所有个别值和子范围；例如，单丝旦数可以是0.1、0.5、1、1.6、1.8、2.0。2.2、2.4、5、10、15、17、20、25、30、33、40或44g/9000m的下限至0.5、1、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、5、10、15、17、20、25、30、33、40、44或50g/9000m的上限。例如，双组分纤维的单丝旦数可在小于40g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在0.1至10g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在1至5g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在0.1至5g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在0.1至2.6g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在1至3g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在1至2.5g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在1.5至3g/9000m的范围内；或者，双组分纤维的单丝旦数可在1.6至2.4g/9000m的范围内。
上述非织造产品可用于许多制品中，如卫生产品，包括但不限于尿布、女性护理产品和成人失禁产品。非织造产品还可用于医疗产品，如无菌包装、隔离服、手术室服、手术服、手术用消毒帷帘、急救敷料和其它一次性用品。
实例
材料
EastmanTM聚酯F61HC(PET-A)-聚对苯二甲酸乙二醇酯(缩聚物)，其可自伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company)购得。
AMPLIFYTM GR 204(陶氏化学公司，TDCC)。马来酸酐改性的HDPE，其具有大于0.1重量％的MAH。根据ASTM D1238在190℃/2.16kg，g/10分钟下测定的熔融指数(I2)为12.0。根据ASTM D 792测定的密度为0.954g/cm3。
ASPUNTM 6835(TDCC)。基于乙烯的聚合物(乙烯/1-辛烯LLDPE共聚物)，其根据ASTMD1238在190℃/2.16kg，g/10分钟下测定的熔融指数(I2)为17.0。根据ASTM D 792测定的密度为0.950g/cm3。
硫酸氢钠(西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich))。无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在水性系统中在25℃下的pKa为2。
纤维纺丝
根据下表1中提供的信息，制备本文所提供的实例和比较实例的双组分纤维。对于实例1，用催化剂(硫酸氢钠)和矿物油形成母料混合物，并与聚乙烯掺合物(表1)的聚合物(AMPLIFYTM GR 204)掺合以促进催化剂与聚烯烃球粒的表面附着力。如表1中所示的量中所见，向ASPUNTM 6835中添加母料以提供20重量％的聚乙烯掺合物。最终掺合物组合物直接用于纤维纺丝生产线。
实例和比较实例的双组分纤维中的每一种具有使用PET作为芯和使用如表1中所示的聚乙烯掺合物作为鞘的芯/鞘构型。以相同的方式处理和制备实例和比较实例的双组分纤维。
在双组分纺丝装置上生产具有同心横截面的双组分纤维，其中PET为芯，并且如表1所示的聚乙烯掺合物为鞘。在鞘挤出机中混合聚乙烯掺合物的组分。在芯/鞘比为40/60的情况下，总吞吐量为0.6克每孔每分钟(GHM)，孔大小(芯)为0.6mm.以及长径比为4。
保持鞘挤出机的熔融温度为240℃，并且芯挤出机的熔融温度为290℃。在15℃下用空气使双组分长丝骤冷。将骤冷比设定为在600cfm下60％。在纤维断裂之前将拉伸比调节至狭槽中的最大压力手柄。表1和表2中看到的长丝速度是长丝不断裂的最大长丝速度值。
表1
Figure BDA0002675008500000151
1基于聚乙烯掺合物的总重量计的重量％，其中在表1中针对每个比较实例和实例确定的组分总计为100重量％。
表1中所显示的数据表明，与不包括根据本公开的聚乙烯掺合物的所有组分的聚乙烯掺合物相比，本公开的聚乙烯掺合物可以获得更高的长丝速度。此外，如表1中所见，除了更高的长丝速度之外，本公开的聚乙烯掺合物还有助于获得旦尼尔值与不包括根据本公开的聚乙烯掺合物的所有组分的聚乙烯掺合物相比较低的纤维。

Claims (10)

1.一种双组分纤维，其包含：
第一区，所述第一区包括缩聚物；以及
第二区，所述第二区由包括以下各者的聚乙烯掺合物形成：
(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.970g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；
(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及
(iii)无机布朗斯台德-洛瑞酸(
Figure FDA0003750041180000011
-Lowry acid)，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于所述聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐。
2.根据权利要求1所述的双组分纤维，其中所述第一区是所述双组分纤维的芯区，并且所述第二区是所述双组分纤维的鞘区，其中所述鞘区包围所述芯区。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的双组分纤维，其中所述缩聚物选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚酰胺及其组合；或
其中所述缩聚物占所述第一区的至少75重量％(wt.％)，其中所述重量％是基于所述第一区的总重量计。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的双组分纤维，其中所述缩聚物选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其组合；或
其中所述基于乙烯的聚合物选自以下各者：线性低密度聚乙烯、线性中等密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其组合。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的双组分纤维，其中基于所述马来酸酐接枝聚乙烯的总重量计，所述马来酸酐接枝聚乙烯具有0.05至3重量％的接枝的马来酸酐；或
其中所述马来酸酐接枝聚乙烯密度为在0.920g/cm3至0.959g/cm3范围内，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为10至14g/10分钟。
6.根据权利要求1所述的双组分纤维，其中所述无机布朗斯台德-洛瑞酸选自：一水合硫酸氢钠、磷酸及其组合；或
其中所述无机布朗斯台德-洛瑞酸的pKa为2至6；或
其中所述聚乙烯掺合物包括5至75重量％的所述基于乙烯的聚合物、2至30重量％的所述马来酸酐接枝聚乙烯和百万分之20至10000的所述无机布朗斯台德-洛瑞酸；或
其中所述聚乙烯掺合物包括至少75重量％的所述基于乙烯的聚合物，其中所述马来酸酐接枝聚乙烯和所述无机布朗斯台德-洛瑞酸与所述基于乙烯的聚合物一起存在，以提供100重量％的所述聚乙烯掺合物。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的双组分纤维，其中所述聚乙烯掺合物还包括具有12至21个碳长的链的极性饱和脂肪酸及其金属盐；或
其中所述极性饱和脂肪酸是硬脂酸及其金属盐。
8.一种非织造制品，其包含根据权利要求1至2中任一项所述的双组分纤维。
9.一种形成双组分纤维的方法，其包含：
在热粘合条件下共挤出(a)缩聚物和(b)以下各者的聚乙烯掺合物：
(i)基于乙烯的聚合物，其密度为0.920g/cm3至0.965g/cm3，并且如通过ASTM D1238在190℃和2.16kg下测定的熔融指数I2为0.5至150g/10分钟；
(ii)马来酸酐接枝聚乙烯；以及
(iii)无机布朗斯台德-洛瑞酸，其在25℃下的酸强度pKa值为1至6.5，其中基于所述聚乙烯掺合物的总重量计，所述聚乙烯掺合物具有0.03至0.5重量％的接枝的马来酸酐，其中所述缩聚物和所述聚乙烯掺合物在热粘合条件下接触以形成具有拥有所述缩聚物的第一区和拥有所述聚乙烯掺合物的第二区的所述双组分纤维。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述双组分纤维通过将(a)和(b)以鞘/芯构型共挤出来制备，并且其中(a)选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯、聚酰胺及其组合，以及
其中基于所述马来酸酐接枝聚乙烯的总重量计，所述聚乙烯掺合物的所述马来酸酐接枝聚乙烯具有0.05至3重量％的接枝的马来酸酐；或
其中所述聚乙烯掺合物包括5至75重量％的所述基于乙烯的聚合物、2至30重量％的所述马来酸酐接枝聚乙烯和百万分之20至10000的所述无机布朗斯台德-洛瑞酸；或
其中所述聚乙烯掺合物还包括具有12至21个碳长的链的极性饱和脂肪酸及其金属盐；或
其中所述双组分纤维在熔喷、纺粘或短纤维制造工艺条件下形成。
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