CN113227244A - 具有较快结晶时间的基于丙烯的纺粘织物 - Google Patents
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Abstract
形成长丝的方法可包括：挤出聚合物组合物以形成多个长丝，其中该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯‑乙烯共聚物，0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，和0.005重量％至1重量％的成核剂；和由该多个长丝形成纺粘材料。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月27日提交的U.S.S.N.62/785,261的优先权，其通过引用并入本文。
背景
本公开涉及由聚合物组合物形成纺粘材料的方法，并且涉及由这样的纺粘材料形成的复合材料和制品。
包含经加工的聚合物的无纺织物非常需要它们在多种产品(包括衣服和卫生织物如尿布、手术口罩、手术袍等)中使用。在无纺织物中，纺粘织物由于这样的织物提供的透气性是特别引人注目的。另外，存在许多纺粘生产线，其允许大量的制造产量。
纺粘工艺通常包括将聚合物组合物通过挤出机(任选地与一种或多种添加剂例如着色剂、树脂改性剂等组合)，在挤出机中熔融聚合物组合物。将熔融的聚合物组合物通过包含多个小孔的纺丝头，熔融的聚合物组合物通过该小孔，由此形成熔融的聚合物组合物长丝。当长丝离开时冷的或急冷的空气通过长丝上方，其目的是冷却长丝以便在将它们设置在收集表面(例如传送带)上之前使它们凝固，在该收集表面长丝形成网。经常地，纺粘工艺采用一些粘合手段以在长丝沿收集表面移动时将网的长丝粘合在一起。实例包括水刺、针刺、热粘合和化学粘合。在织物粘合之后，当它们沿着收集传送带进一步移动时还可以(例如通过染色、树脂涂覆等)进一步处理它们，其后将它们卷起并准备装运。有关纺粘工艺大体上的更多细节，参见Lim,H.，A Review of Spun Bond Process.，Journal of Textileand Apparel，Technology and Management，第6卷，第3期(2010年春)。
通常，在这些纺粘工艺中聚合物组合物中使用聚合物诸如苯乙烯嵌段共聚物、烯烃嵌段共聚物(OBC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚酯-聚氨酯共聚物(例如斯潘德克斯(spandex)，其还已知为弹性纤维(elastane))、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚酯、聚酰胺和其他聚合物。对通常使用在纺粘工艺中的这样的聚合物组合物的替代是所期望的。
已经进行了使用包含100％或接近100％弹性体(例如丙烯-乙烯共聚物)的聚合物组合物的各种尝试。在这样的尝试中遇到的困难是以下权衡之一：为了获得适合于加工聚合物组合物的性质(例如足够高的MFR、熔体强度、和结晶度、和/或足够迅速的可结晶性中的一个或多个)，经常损害最终产品的弹性。例如，导致较短平均链的聚合物链的断链(和因此对于良好的可加工性而言所期望的较高的MFR)趋向损害所得制品的弹性。为了克服诸如丙烯-乙烯共聚物的弹性体组合物中这些不足，经常取而代之使用共混物，将高-MFR聚合物与低-MFR聚合物结合，和/或将高结晶度聚合物和低结晶度聚合物结合，以形成待加工成纺粘材料和其他无纺材料的聚合物组合物。虽然这些解决方案中的一些可以提供期望的可加工性，但是它们遭受所得无纺物的差的弹性性质、过度复杂性或两者。在另一方面，改性组合物以改进最终产品的弹性和/或简单性经常导致不易加工的组合物。获得对于维持弹性性质而言适当低的MFR通常需要聚合物组合物的挤出在较高温度下进行；然而，这转而意味着聚合物组合物在被挤出时将不会容易地或快速地结晶，使得在将来自挤出机的聚合物组合物设置在收集表面上时，其将仍然是过于粘性且非晶的，使其不能够进一步充分加工(例如进一步粘合、压延、卷起等)。
背景参考文献可以包括美国专利号6,218,010、6,342,565、6,525,157、6,635,715、7,863,206、和8,013,093，其描述了在纺粘工艺中使用丙烯-乙烯共聚物的之前的尝试。这种尝试在加工丙烯-乙烯共聚物中遇到明显困难，使得仅为了获得合适的加工性，在共混物中需要大量的高-MFR聚丙烯(其显著地损害所得无纺物的期望的弹性和拉伸强度)。
概述
本公开涉及由聚合物组合物形成纺粘材料的方法，并且涉及由这样的纺粘材料形成的复合材料和制品。更具体地，本发明使用成核剂以及丙烯-乙烯共聚物以降低聚合物结晶时间，其使得丙烯-乙烯共聚物更可加工。
第一实施方案是方法，其包括：挤出聚合物组合物以形成多个长丝，其中该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物，0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，和0.005重量％至1重量％的成核剂；和由该多个长丝形成纺粘材料。
第二实施方案是由第一实施方案的方法制成的纺粘织物。
第三实施方案是具有纵向(MD)和横向(CD)的纺粘织物，其包含聚合物组合物，该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物、0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物、和0.005重量％至1重量％的成核剂。
第四实施方案是由第三实施方案的纺粘织物形成的制品。制品可以选自由以下组成的组：尿布片，侧片，腿部护围，顶片，背片，胶带，女性卫生制品，游泳裤，婴儿上拉裤，失禁穿戴组件，和绷带。
附图简要描述
包括以下附图来说明实施方案的某些方面，并且不应将以下附图看作排他性的实施方案。公开的主题能够显著的修改、改变、组合、和形式与功能上的等同，如受益于本公开的本领域技术人员将进行的那样。
图1是就说明测定本文所述的各种弹性性质的目的而言提供的典型滞后曲线的图示。
图2是理想的滞后曲线的图示。
图3是对于对比样品和成核的本发明样品而言在纵向(MD)上第一循环的100％滞后曲线。
图4是对于对比样品和成核的本发明样品而言在MD上第二循环的100％滞后曲线。
图5是对于对比样品和成核的本发明样品而言在横向(CD)上第一循环的100％滞后曲线。
图6是对于对比样品和成核的本发明样品而言在CD上第二循环的100％滞后曲线。
详细描述
本公开涉及由聚合物组合物形成纺粘材料的方法，并且涉及由这样的纺粘材料形成的复合材料和制品。更具体地，本发明使用成核剂以及丙烯-乙烯共聚物以降低聚合物结晶时间，其使得丙烯-乙烯共聚物更可加工。
本发明的组合物包括聚合物组合物，其包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物、0.5重量％至15重量％ppm的基于丙烯的热塑性聚合物、和0.005重量％至1重量％的成核剂。不受理论限制，据信当上述组合物的纺粘长丝冷却和凝固时，成核剂引起基于丙烯的热塑性聚合物比在不存在该成核剂的情况下更迅速地结晶。然后，结晶的基于丙烯的热塑性聚合物充当丙烯-乙烯共聚物结晶的成核位点。因此，整个聚合物组合物比没有成核剂的情况下更快地结晶。
丙烯-乙烯共聚物
丙烯-乙烯共聚物优选是具有被非结晶区域中断的结晶区域的丙烯-乙烯无规共聚物。不受理论限制，据信非结晶区域可以由不可结晶的聚丙烯链段区域和/或包括共聚单体单元产生。与高度全同立构的聚丙烯相比，通过在丙烯的插入中错误(立构缺陷和区域缺陷)的引入和/或通过共聚单体的存在减小丙烯-乙烯无规共聚物的结晶度和熔点。
然而，优选地，将共聚单体的引入限制在特定的量，从而维持用于纺粘工艺目的的共聚物的充分高的结晶度。因此，共聚物优选具有基于丙烯-乙烯共聚物的总重量约1.5重量％至约20重量％、或约5重量％至约10重量％、或约10重量％至约15重量％的乙烯含量。丙烯衍生单元形成这样的实施方案的共聚物的余量(即共聚物包含约80重量％至约98.5重量％丙烯、或约90重量％至约95重量％、或约85重量％至约90重量％)。
丙烯-乙烯共聚物具有约10g/10min(dg/min)至约120g/10min、或约15g/10min至约100g/10min、或约25g/10min至约50g/10min、或约10g/10min至约40g/10min的熔体流动速率(MFR)。MFR是按照ASTM D1238-13在230℃下和2.16kg重量测量的。
丙烯-乙烯共聚物可以具有如通过差示扫描量热法(DSC)测定的单峰熔融转变。在一个实施方案中，共聚物具有约60℃至约70℃(优选约60℃至约65℃)的主峰转变，与约80℃至约105℃例如约85℃至约95℃、或约88℃至约92℃的宽熔融转变终点。
峰值“熔点”(“Tm”)被定义为在样品熔融范围内最大热吸收的温度。然而，共聚物可以显示与主峰相邻和/或在熔体转变终点处的次熔融峰。就本公开的目的而言，这样的次熔融峰一起被视为单一熔点，其中这些峰中最高的被认为是共聚物的Tm。丙烯-乙烯共聚物可以具有范围在从约58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、和65℃中的任何一个的下限至约62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、和70℃中的任何一个的上限的Tm，条件是上限大于下限。
通过DSC的测定方法如下：可以使用Perkin-Elmer DSC 7获得DSC数据。应在大约200℃至230℃下压制约5mg至约10mg的待测试的聚合物片，然后用冲模移取并在室温下退火48小时。然后应将样品密封在铝样品盘中。应通过首先将样品冷却至-50℃和然后逐渐将其以10℃/分钟的速率加热至230℃从而记录DSC数据。在施用第二冷却-加热循环之前将样品保持在230℃持续10分钟。应记录第一和第二循环热事件两者。在第二加热循环(或二次熔融)过程中测量并报告熔融温度。
可以继续DSC程序以测定聚合物样品的熔化热和结晶度。应使用公式X％＝[曲线下方面积(焦耳/克)/B(焦耳/克)]*100来计算百分数结晶度(X％)，其中B是主要单体组分的均聚物的熔化热。可以从John Wiley and Sons(纽约)于1999年出版的PolymerHandbook(第四版)查找这些B值。使用189J/g的值(B)作为100％结晶聚丙烯(本文所述的各种实施方案的丙烯-乙烯共聚物的主要组分)的熔化热。
丙烯-乙烯共聚物可以具有约17.5至约25J/g、或约18至约22J/g、或约19至约20J/g的熔化热(Hf)。丙烯-乙烯共聚物可以具有约5％至约15％、或约9％至约11％、或约10％至约10.5％的百分数结晶度。根据如上述DSC程序测定Hf和百分数结晶度。
丙烯-乙烯共聚物可以具有在室温下按照ASTM D1505-18测量的约0.850g/cm3至约0.920g/cm3、或约0.860g/cm3至约0.890g/cm3、或约0.860g/cm3至约0.870g/cm3的密度。
丙烯-乙烯共聚物可以具有约100,000g/摩尔至约130,000g/摩尔、或约115,000g/摩尔至约125,000g/mol的重均分子量(“Mw”)。丙烯-乙烯共聚物可以具有约40,000g/摩尔至约60,000g/摩尔、或约50,000g/摩尔至约55,000g/mol的数均分子量(“Mn”)。丙烯-乙烯共聚物可以具有约180,000g/摩尔至约200,000g/摩尔、或约185,000g/摩尔至约195,000g/mol的z-均分子量(“Mz”)。丙烯-乙烯共聚物可以具有范围在从约1.6至约3.25、或约1.75至约2.25、或约1.9至约2.1的分子量分布MWD(定义为Mw/Mn)。
丙烯-乙烯共聚物可以具有约60至约80、或约65至约75、或约69至约72的肖氏A硬度(如按照ASTM D2240-15e1测定)。
丙烯-乙烯共聚物的维卡软化温度(按照ASTM D1525-17e1测定)可以为约40℃至约60℃、或约48℃至约52℃、或约49℃至约52℃。
在一些实施方案中，适合于制备丙烯-乙烯共聚物的方法可以包括茂金属-催化方法或齐格勒-纳塔催化方法，其包括溶液、气相、淤浆、和/或流化床聚合反应。合适的聚合方法描述于例如美国专利号4,543,399、4,588,790、5,001,205、5,028,670、5,317,036、5,352,749、5,405,922、5,436,304、5,453,471、5,462,999、5,616,661、5,627,242、5,665,818、5,668,228、和5,677,375，PCT公开文本WO 96/33227和WO 97/22639，以及欧洲公开文本EP-A-0 794 200、EP-A-0 802 202、和EP-B-634 421中，其全部内容通过引用并入本文。
在某些优选实施方案中，丙烯-乙烯共聚物是反应器共混物。即，其为来自两个或更多个聚合反应器区域(例如并联溶液聚合反应器，每个区域包括茂金属-催化聚合方法)的流出物的共混物。特别合适的是描述于美国专利号6,881,800和8,425,847(其通过引用并入本文)中的那些聚合方法和反应器。
虽然以上描述丙烯-乙烯共聚物为仅具有两种单体(即丙烯和乙烯)，但是在一些实施方案中，只要丙烯-乙烯共聚物的MFR、Tm和结晶度(或Hf)保持在关于丙烯-乙烯共聚物的上述范围内，丙烯-乙烯共聚物除乙烯之外还可具有共聚单体，和/或具有不同于乙烯的一种或多种共聚单体。例如，丙烯-乙烯共聚物可以是丙烯-α-烯烃共聚物，其包含衍生自丙烯的单元和一种或多种衍生自C4-C20α-烯烃的共聚单体单元，作为乙烯的补充或替代。丙烯-α-烯烃共聚物可以任选地还包含一种或多种衍生自二烯的共聚单体单元。那么，在一些实施方案中，α-烯烃共聚单体单元可以衍生自例如1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和/或1-辛烯。在一个或多个实施方案中，二烯共聚单体单元可以衍生自5-亚乙基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、二乙烯基苯、1,4-己二烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、1,6-辛二烯、5-甲基-1,4-己二烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯、1,3-环戊二烯、1,4-环己二烯、二环戊二烯、或其组合。
本文所述的聚合物组合物可包括75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物，或80重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物，或90重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物。
基于丙烯的热塑性聚合物
如上所述，据信基于丙烯的热塑性聚合物首先结晶并充当丙烯-乙烯共聚物结晶的成核剂。本文所述的聚合物组合物可包括0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，或1重量％至10重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，或0.5重量％至5重量％的基于丙烯的热塑性聚合物。
基于丙烯的热塑性聚合物包括主要包含衍生自丙烯的聚合的单元的那些聚合物。在某些实施方案中，基于丙烯的热塑性聚合物的至少96％的单元衍生自丙烯的聚合。即，基于丙烯的热塑性聚合物可以是无规丙烯共聚物，该无规丙烯共聚物具有基于该无规丙烯共聚物的总重量的4重量％或更少的共聚单体含量。共聚单体的实例包括相对于丙烯-乙烯共聚物而言上述α-烯烃共聚单体单元。供选择地，基于丙烯的热塑性聚合物是聚丙烯均聚物。
基于丙烯的热塑性聚合物可以具有大于120℃、或大于155℃、或大于160℃的熔融温度(Tm)。在一些实施方案中，基于丙烯的热塑性聚合物可以具有小于180℃、或小于170℃、或小于165℃的Tm。
基于丙烯的热塑性聚合物可以具有如通过DSC测量的等于或大于80J/g、或大于100J/g、或大于125J/g、或大于140J/g的熔化热(Hf)。
基于丙烯的热塑性聚合物可以包括结晶和半结晶聚合物。这些聚合物可以由通过DSC测定的以重量计至少40％、或以重量计至少55％、或至少65％、或以重量计至少70％的结晶度表征。可以通过将样品的熔化热除以100％结晶聚合物的熔化热(对于全同立构聚丙烯而言认定为189J/g)确定结晶度。
大体上，可以合成具有宽的分子量范围的基于丙烯的热塑性聚合物和/或可以由宽的MFR范围表征基于丙烯的热塑性聚合物。例如，基于丙烯的热塑性聚合物可具有至少2g/10min、或至少4g/10min、或至少6g/10min、或至少10g/10min的MFR，其中根据ASTMD1238-13，2.16kg在230℃下测量MFR。在一些实施方案中，基于丙烯的热塑性聚合物可具有小于2,000g/10min、或小于400g/10min、或小于250g/10min、或小于100g/10min、或小于50g/10min的MFR，其中根据ASTM D1238-13，2.16kg在230℃下测量MFR。
基于丙烯的热塑性聚合物可以具有从约50至约2,000kg/摩尔、或从约100至约600kg/摩尔的Mw。它们还可以具有如通过采用聚苯乙烯标准物的GPC测量的从约25kg/摩尔至约1,000kg/摩尔、或从约50kg/摩尔至约300kg/摩尔的Mn。
基于丙烯的热塑性聚合物包括高结晶度全同立构或间同立构聚丙烯的均聚物。这种聚丙烯可具有从约0.85g/cm3至约0.91g/cm3的密度，而大部分全同立构聚丙烯具有从约0.90g/cm3至约0.91g/cm3的密度。任选地，基于丙烯的热塑性聚合物包括具有双峰分子量分布的全同立构聚丙烯。
可以通过本领域已知的任何适当的聚合技术例如淤浆、气相、或溶液，使用催化剂体系例如常规的齐格勒-纳塔催化剂或其他单活性位点有机金属催化剂如茂金属或非茂金属来合成基于丙烯的热塑性聚合物。
成核剂
成核剂可以以0.005重量％至1重量％、或0.01重量％至0.5重量％、或0.05重量％至0.1重量％存在于本公开的聚合物组合物中。成核剂的量取决于其功效。例如，苯甲酸钠是相对弱的成核剂并且与较强力的成核剂如
HPN-68L(其可从MillikenChemicals得到)相比应使用更高的浓度。
成核剂的实例包括但不限于苯甲酸钠、滑石、
添加剂(例如HPN-68L)、
添加剂(例如
3988，其可从Milliken Chemicals得到)、和有机磷酸酯(例如NA-11和NA-21，其可从Amfine Chemicals得到)。
可将成核剂原样地添加至聚合物组合物的组分中。供选择地，在将成核剂添加至聚合物组合物的组分中之前可将成核剂与基于丙烯的热塑性聚合物共混。通常，这被称作成核剂母料。
添加剂
一些实施方案的聚合物组合物任选地包括一种或多种添加剂。可以与丙烯-乙烯共聚物一起采用已知适合于纺粘工艺的任何添加剂。
在一些优选实施方案中，任何添加剂以10重量％或更少、或6重量％或更少例如3重量％或更少的量存在于聚合物组合物中。在各种实施方案中，一种或多种添加剂以基于聚合物组合物重量的小于或等于10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、和0.5重量％的量存在。
添加剂的实例包括但不限于稳定剂、抗氧化剂、填料、助滑剂(slip aid)(或供选择地，增滑剂或增滑添加剂)、着色剂、脱模剂、蜡、和加工油。主要和次要抗氧化剂包括例如受阻酚、受阻胺、和亚磷酸酯。还可包括其他的添加剂例如分散剂，例如ACROWAXTM C(其可从Lonza得到)。还可以使用催化剂减活剂，其包括例如硬脂酸钙、水滑石、和氧化钙、和/或本领域已知的其他酸中和剂。
在一个或多个实施方案中，可用的助滑剂包括与纤维的聚合物基质不相容并因此一旦形成就迁移至纤维表面的那些化合物或分子。在一个或多个实施方案中，助滑剂在纤维的表面(或其部分)上方形成单层。在这些或其他的实施方案中，通过相对低的分子量表征可用的助滑剂，相对低的分子量可促进迁移至表面。助滑剂的类型包括如在Handbook ofAntiblocking,Release and Slip Additives，George Wypych，第23页中公开的脂肪酸酰胺。脂肪酸酰胺的实例包括但不限于山嵛酸酰胺、芥酸酰胺、N-(2-羟基乙基)芥酸酰胺(N-(2-hdriethyl)erucamide)、月桂酸酰胺、N,N’-乙撑-双-油酸酰胺、N,N’-乙撑双硬脂酸酰胺、油酸酰胺、油基棕榈酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、牛脂酰胺、及其混合物。
其他添加剂包括例如防火剂/阻燃剂、增塑剂、硫化试剂或固化试剂、硫化或固化促进剂、固化延迟剂、加工助剂等。前述添加剂还可以包括独立地添加或被包含在添加剂中的填料和/或增强材料。实例包括炭黑、粘土、滑石、碳酸钙、云母、氧化硅、硅酸盐、其组合等。可以采用来增强性质的其他添加剂包括防粘连剂或润滑剂。
可以将任何添加剂以纯净形式或作为母料包括在聚合物组合物中。当添加剂作为母料存在时，将添加剂母料的以重量计％(即载体树脂加上添加剂的重量％)作为聚合物组合物中所包括的添加剂的量。因此，当以母料形式包括添加剂时，10重量％的该添加剂将意指10重量％的母料(即载体树脂和添加剂的总量将为10重量％)。可以使用任何合适的载体树脂以形成添加剂母料，例如聚丙烯、聚乙烯、丙烯-乙烯共聚物等。
加工聚合物组合物
由上述聚合物组合物形成无纺织物可以包括通过挤出制造纤维。挤出工艺可以伴随纤维的机械或空气动力学牵拉。可以通过本领域已知的任何技术和/或设备(其中很多是公知的)制造本发明的纤维和织物。例如，可以通过由德国Troisdorf的ReifenhauserGmbH&Co.生产的纺粘无纺物生产线来生产纺粘无纺织物。Reifenhauser系统利用如描述于美国专利号4,820,142中的狭缝牵拉(slot drawing)技术。
更特别地，纺粘或纺粘的纤维包括例如通过从具有几千个孔的大的纺丝头或者采用含有例如仅仅40个孔的成排的较小纺丝头挤出熔融的聚合物长丝生产的纤维。纺丝头操作的温度(即挤出机的“熔体温度”)可以是约270℃或更低、或从约180℃至约260℃、或约200℃至约250℃。即，根据一些实施方案的方法可以包括通过在约270℃或更低、或从约180℃至约270℃的温度下的纺丝头挤出聚合物组合物。产量优选地范围在从约0.10ghm(克/孔/min)至约0.30ghm、或从约0.15ghm至约0.25ghm。
在离开纺丝头之后，通过交叉流空气淬火系统淬火熔融长丝，然后通过高速空气拉拔远离纺丝头并且变细拉伸(attenuate)(牵拉)。通常存在两种空气变细拉伸方法，其都使用文丘里效应。第一种方法使用吸气狭缝(狭缝牵拉)牵拉长丝，该吸气狭缝可以贯穿纺丝头的宽度或机器的宽度。第二种方法通过喷嘴或吸气枪牵拉长丝。可以在收集表面(例如丝网(“线”)或多孔成型输送带)上收集以这种方式形成的长丝以形成冷却的纤维网。然后可将该网通过压缩辊，然后通过加热的压延辊之间，其中一个或两个辊上的凸起的区域在覆盖例如其面积的10％至40％的点处粘合网以形成无纺织物(例如点粘合)。在另一个实施方案中，还可使用对流或辐射热实现所设置纤维的接合。在又一个实施方案中，可通过使用水刺或针刺方法的摩擦实现纤维接合。
此外可以使纤维和/或网退火。可以在纤维形成连续长丝或由纤维制造无纺材料之后进行退火。退火可以部分减轻已拉伸纤维中的内应力和还原纤维中共混物的弹性恢复性质。已经显示退火导致结晶结构中内部组织的显著改变和非晶相与半结晶相的相对有序性。这可以导致弹性性质的恢复。例如，在室温以上至少40℃(但是稍微小于共混物的结晶熔点)的温度下退火纤维对于纤维中弹性性质的还原而言可以是充足的。
可通过维持纤维(或由纤维制成的织物)在例如室温直至160℃之间、或供选择地至130℃的最大值的温度下持续几秒至小于1小时之间的时间段进行纤维的热退火。在约100℃下典型的退火时间段是1至5分钟。可基于采用的组合物调节退火时间和温度。在其他实施方案中，退火温度范围在从60℃至130℃，或可以是约100℃。
在某些实施方案中，例如常规的连续纤维纺丝，可通过使纤维通过加热的辊(导丝辊)而不施加常规的退火技术来进行退火。可以期望地在非常低的纤维张力下完成退火从而允许纤维的收缩以便赋予纤维弹性。以上提及的纤维通过加热的压延辊可以完成这样的退火步骤。与纤维退火类似，可以期望地在低张力下形成无纺网以允许在纵向(MD)和横向(CD)两者中网的收缩从而增强无纺网的弹性。在其他实施方案中，粘合压延辊温度范围在从35℃至85℃、或在约60℃的温度下。对于任何特定共混物而言可调节退火温度。由加工的聚合物组合物中弹性体组分(例如以上所述丙烯-乙烯共聚物)的高浓度所致，这些压延辊温度可以小于通常使用的温度。
无纺材料
由各种实施方案的加工所得的无纺材料可以是纺粘无纺材料，例如纺粘织物或纤维。纺粘材料可以表现出在测试的第二循环中45％或更小、或10％至45％、或20％至40％、或25％至35％的在纵向(MD)和横向(CD)任一中或在纵向(MD)和横向(CD)两者中的滞后。根据以下“实施例”部分中关于“滞后(％)”的描述定义和测定“滞后”。
无纺材料还可以表现出0％至20％、或2％至15％、或4％至10％(同样在MD和CD任一中或在MD和CD两者中)的永久变形(在测试的2个循环之后)。
无纺材料还可以表现出在第2循环和在MD和CD任一中或在MD和CD两者中大于或等于0.1N/5cm至5.0N/5cm、或0.5N/5cm至4.0N/5cm、或1N/5cm至3.0N/5cm的50％卸载力(unloading force)。可基于具有10克每平方米(gsm)基重的纺粘织物测定50％卸载力。
无纺材料还可以或替代地表现出在CD中10N或更小、或1N至10N、或2N至8N、或5N至10N的峰值载荷。无纺材料还可以或替代地表现出在MD中20N或更小、或1N至20N、或5N至15N、或10N至20N的峰值载荷。
根据以下在“实施例”部分中，特别是在滞后测试的讨论中的描述在滞后测试的第二循环定义和测定每个“永久变形”、“50％卸载力”、和“峰值载荷”。
此外，无纺材料还可以表现出优异的拉伸强度和弹性，例如在最大应变处伸长率大于或等于250％、或大于或等于270％、或大于或等于277％。在MD和/或CD中无纺材料的拉伸强度可以使得该材料可承受(即无纺材料的断裂力可以为)6N至30N、或10N至25N、或15N至20N的力。
以具有以下基重的无纺材料为基础测量每个前述弹性性质(即永久变形、50％卸载力、和滞后％)，和每个前述拉伸强度性质(即断裂力、最大应变下伸长率)：10gsm或更大、或约10gsm至500gsm、或约10gsm至100gsm、或约25gsm至200gsm、或约50gsm至300gsm、或约100gsm至500gsm。
复合材料
各种实施方案的纺粘材料可以形成多层复合材料的无纺织物层。例如，纺粘材料在其加工过程中或在加工之后可以与其他织造或无纺材料的一个或多个层(例如一个或多个其他的纺粘层、一个或多个熔喷层等)结合以形成复合材料。合适的复合材料包括S、SS、SSS、SMS、MSM、MSxM、SMxS、SMM、MMS等，其中每个S表示复合材料中的纺粘层，且每个M表示复合材料中的熔喷层(其中每个下标的x表示从1-10的整数，指出所标记层的重复)。前文所述的纺粘材料可以形成这样的实施方案的复合材料中任何一个或多个纺粘层。
另一个实例是SSMMS构造，其中外部的S基材可以是双组分拉伸层合体(例如PE皮/PP芯)，内部的S可以是弹性的无纺网，熔喷(M)层可以包含一种或多种结晶聚烯烃(PP，PE)、基于丙烯的弹性体、及其共混物，且外部的S层可以包含具有弹性的无纺芯和聚烯烃皮的双组分网。还可以通过本领域技术人员已知的任何合适的添加剂(例如二氧化钛)改性弹性的无纺物以改进不透明度。
纺粘制品
可以在若干应用中采用本发明的纤维和无纺织物。在一个或多个实施方案中，它们可以有利地被用于尿布和/或类似的个人卫生制品中，例如在诸如尿布片，侧片，腿部护围，顶片，背片，胶带，女性卫生制品，游泳裤，婴儿上拉裤，失禁穿戴组件，和绷带的应用中。特别地，可将它们用作这些制品的活动的或可拉伸的组件，例如但不限于弹性收紧带。在其他实施方案中，可以将纤维和无纺织物制作成其他的保护性服装或遮盖物例如医用袍或围裙、手术单、消毒包、擦拭巾、床上用品、或类似的一次性服装和覆盖物。这些材料还可以应用于保护性覆盖物，家居用品例如床上用品，地毯防滑衬垫，墙面覆盖物，地板覆盖物，窗帘，柔光布和先前已经使用传统织物的任何其他应用。
在其他实施方案中，本发明的纤维和织物可被用于过滤介质(气体和液体)的制造中。例如，特别的应用包括用于功能树脂中，其中无纺织物可带静电以形成驻极体。
此外，本发明的纤维和织物可以被用于任一结构和其他的最终用途应用中，或连同描述于美国专利号7,902,093、7,943,701、和8,728,960中添加剂和其他组合物中任一种一起使用。
实例实施方案
第一实施方案是一种方法，其包括：挤出聚合物组合物以形成多个长丝，其中该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物，0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，和0.005重量％至1重量％的成核剂；和由该多个长丝形成纺粘材料。该实施方案可以任选地包括以下中的一个或多个：要素1：其中该丙烯-乙烯共聚物具有基于该丙烯-乙烯共聚物的总重量的1.5重量％至20重量％的乙烯含量和80重量％至98.5重量％的丙烯含量；要素2：其中该丙烯-乙烯共聚物具有10g/10min至120g/10min的熔体流动速率(MFR)(ASTM D-1238，2.16kg重量在230℃下)；要素3：其中该基于丙烯的热塑性聚合物是丙烯均聚物；要素4：其中该基于丙烯的热塑性聚合物是无规丙烯共聚物，该无规丙烯共聚物具有基于该无规丙烯共聚物的总重量的4重量％或更少的共聚单体含量；要素5：其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、和成核剂组成；要素6：其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、成核剂、和助滑剂组成；要素7：其中该聚合物组合物还包含一种或多种选自以下的添加剂：稳定剂、抗氧化剂、填料、助滑剂、着色剂、脱模剂、蜡、和加工油；和要素8：其中在270℃或更低的熔体温度下通过纺丝头挤出该聚合物组合物，由此形成多个长丝。组合的实例包括但不限于要素1和2组合和任选地与要素3和4中的一个进一步组合；要素5-7中的一个与要素1和/或2组合和任选地与要素3和4中的一个进一步组合；要素5-7中的一个与要素3和4中的一个组合；和要素8与要素1-7中的一个或多个组合。
第二实施方案是纺粘织物，其通过任选地包括要素1-8中的一个或多个的第一实施方案的方法制成。
第三实施方案是具有纵向(MD)和横向(CD)的纺粘织物，其包含聚合物组合物，该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物、0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物、和0.005重量％至1重量％的成核剂。该实施方案可以任选地包括以下中的一个或多个：要素1；要素2；要素3；要素4；要素5；要素6；要素7；要素9：其中该纺粘织物表现出在MD和CD任一中或在MD和CD两者中20％或更少的永久变形，所述永久变形是以具有大于10gsm基重的所述纺粘织物为基础测定的；要素10：其中该纺粘织物表现出以下任一或两者：(i)在MD中小于或等于2.5N/5cm的50％卸载力，和(ii)在CD中小于或等于0.9N/5cm的50％卸载力，所述50％卸载力是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的；要素11：其中该纺粘织物表现出在纺粘织物的MD和CD任一或两者中45％或更小的滞后，所述滞后是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的；和要素12：其中该纺粘织物表现出以下任一或两者：(i)在MD中20N或更小的峰值载荷，和(ii)在CD中10N或更小的峰值载荷，所述峰值载荷是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的。组合的实例包括但不限于要素1和2组合和任选地与要素3和4中的一个进一步组合；要素5-7中的一个与要素1和/或2组合和任选地与要素3和4中的一个进一步组合；要素5-7中的一个与要素3和4中的一个组合；要素9-12中的一个或多个与要素1-7中的一个或多个组合；和要素9-12中的两个或更多个组合。
第四实施方案是由任选地包括要素1-7和9-12中的一个或多个的第三实施方案的纺粘织物形成的制品。此外，该制品可以选自由以下组成的组：尿布片，侧片，腿部护围，顶片，背片，胶带，女性卫生制品，游泳裤，婴儿上拉裤，失禁穿戴组件，和绷带。
除非另外指出，否则用于本说明书和有关权利要求书的表示成分、性质(例如分子量、反应条件等)的量的所有的数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非指出相反情况，否则以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以取决于由本发明的实施方案寻求获得的所需性质而改变。至少，且不作为限制等同物原则应用于权利要求范围的尝试，每个数值参数至少应该根据所报告的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解释。
本文提出了一个或多个包含本文所公开的发明实施方案的说明性实施方案。为了清楚起见，在本申请中没有描述或显示物理实现的所有特征。应理解在包含本发明实施方案的物理实施方案的开发中，为了实现开发者的目标，必须做出许多实现特定的决定，例如遵守系统相关的、商业相关的、政府相关的以及其他约束，其随实现不时变化。虽然开发者的努力可能是耗时的，但是这样的努力对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说将是常规任务。
虽然本文以“包含”各种组分或步骤措辞描述了组合物和方法，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。
为了促进更好地理解本发明的实施方案，给出了优选的或代表性实施方案的以下实施例。绝不应该将以下实施例视为限制或限定本发明的范围。
实施例
滞后测试
如下进行滞后测试。以500mm/min的十字机头速度将尺寸为150mm长度乘50mm宽度的测试样品拉伸至100％伸长率。在100％伸长率时，在使其返回起始位置(同样以500mm/min的速度)之前保持样品1秒。然后在未拉伸位置保持样品30秒，并且第二次重复伸长循环。在第二循环过程中，测量了0.1N载荷处达到的百分比伸长率。在20℃下和50％相对湿度下进行测试。绘制在每个循环中样品的延伸对施用以拉伸样品的载荷(力)曲线，产生滞后曲线。从滞后曲线，还可确定峰值载荷(N)、50％卸载力(N/5cm)(还被称作50％处的回缩力)、永久变形、和滞后(％)。可在纵向(MD)或横向(CD)中测试每个织物样品的滞后性质。
图1是就说明测定本文滞后数据的目的而言提供的通用模型滞后曲线。如图1所示，第一循环提供数据产生曲线OACD。第二循环提供数据产生曲线EBCD’。
“峰值载荷”是在滞后测试过程中当样品处于最大伸长率时施加在样品上的力。在图1中，峰值载荷是A点处Y轴值。
“50％卸载力”是50％伸长率下样品所施加的每样品宽度的力(N/5cm)，其当样品在第一滞后循环过程中从100％伸长率回缩时测量。在图1中，50％卸载力是H点处Y值。
“永久变形”量化了在延伸和松弛的第一循环完成之后样品经历的长度增加，表示由于第一延伸和松弛循环，样品已经被永久拉伸了多少。参考图1，可看出在第一循环之后去除了所有的力，样品的延伸没有返回0；相反，其位于D点处。可通过线OD除以线OF(表示在测试过程中样品的最大延伸)并乘以100％确定永久变形。即，参考图1，永久变形是(OD/OF)乘以100％。
“滞后％”被定义为滞后除以机械滞后的商。从滞后曲线测定滞后和机械滞后。参考图1，可以按照由曲线OACD限定的面积除以由曲线OAFO限定的面积乘以100％确定滞后(％)。即，参考图1，滞后(％)是(OACD/OAFO)乘以100％。
就关于滞后的视觉参考而言，图2说明对于弹性材料而言理想的滞后曲线，其表明与胡克定律的近似一致性(并说明在去除应变时弹性材料返回至其原始长度，即永久变形为0％)。所期望地，对于给定的基重，无纺物将表现出以下的组合：(i)低的滞后，(ii)低的永久变形，(iii)高的50％卸载力，和(iv)低的峰值载荷，所有性质在滞后测试的第2循环中测定。
实施例1.在根据表1的工艺参数下由根据表1的三种不同的聚合物组合物制备无纺织物。
表1-无纺织物组成和工艺参数
*VISTAMAXXTM是可从ExxonMobil商购得到的丙烯-乙烯共聚物)。
*成核剂母料＝聚丙烯树脂(EXXONMOBILTMPP3155，其可从ExxonMobil ChemicalCompany得到)与1重量％成核剂(
HPN-68L，其可从Milliken Chemical得到)
**增滑母料＝聚丙烯树脂(EXXONMOBILTMPP3155，其可从ExxonMobil ChemicalCompany得到)与15重量％增滑添加剂
分别在表2和3中提供结晶度和物理性质。T1/2数据是纤维结晶的速度。本发明样品1比对照物1显著更快地结晶，因为样品1具有包含在其中的成核剂。
表2-纤维结晶度性质
| 对照物1 | 对照物2 | 样品1 | |
| 在125℃下T<sub>1/2</sub>(min) | 5.126 | -- | 1.323 |
| 在125℃下T<sub>1/2</sub>(min) | 6.127 | -- | 2.500 |
| Tc1(℃) | 48.14 | -- | 54.85 |
| ΔH1(熔体)(J/g) | 8.53 | -- | 9.19 |
| 计算的结晶度(％) | 4.5 | -- | 4.9 |
| Tc2(℃) | 89.24 | 116.87 | 129.46 |
| ΔH2(熔体)(J/g) | 5.86 | 107.33 | 58.57 |
| 计算的结晶度(％) | 3.1 | 56.8 | 4.5 |
表3-纤维物理性质
*在机器力限制下未断裂。
图3是对于对比样品和成核的本发明样品而言在MD上第一循环的100％滞后曲线。图4是对于对比样品和成核的本发明样品而言在MD上第二循环的100％滞后曲线。图5是对于对比样品和成核的本发明样品而言在CD上第一循环的100％滞后曲线。图6是对于对比样品和成核的本发明样品而言在CD上第二循环的100％滞后曲线。分别在表4和5中提供了100％伸长率和200％伸长率的无纺织物滞后数据。附图清楚说明样品1具有较窄且较低的滞后，其较接近对于弹性体组合物而言理想的滞后曲线。
表4-无纺织物滞后(100％伸长率)
表5-无纺织物滞后(200％伸长率)
*纤维断裂
因此，本发明非常适合于获得所提及的结果和优点以及其中固有的那些。以上公开的特定实施方案仅是说明性的，因为本发明可以对于受益于本文教导的本领域技术人员而言明显的不同但等效的方式修改和实施。此外，除了在下面的权利要求书中所述的以外，不意在限制本文所示的构造或设计的细节。因此显然的是，可以改变、组合或修改以上公开的特定说明性实施方案，并且所有这样的变化被认为在本发明的范围和精神内。可以在不存在本文未具体公开的任何要素和/或本文公开的任何任选要素的情况下合适地实施本文说明性公开的发明。虽然在“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤方面描述了组合物和方法，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。以上公开的所有数值和范围可以改变一些量。每当公开了具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数值和任何被包括的范围。特别地，本文公开的每个值的范围(具有“从约a至约b”、或等同地“从大约a至b”、或等同地“从大约a-b”的形式)应被理解为列出被包括在该值的较宽范围内的每个数值和范围。另外，除非专利权人另外明确并清楚地限定，否则在权利要求书中的术语具有它们平常普通的含义。此外，如权利要求书中使用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中被限定为表示一种或多于一种其引导的要素。
Claims (24)
1.方法，包括：
挤出聚合物组合物以形成多个长丝，其中该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物，0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物，和0.005重量％至1重量％的成核剂；和
由该多个长丝形成纺粘材料。
2.权利要求1的方法，其中该丙烯-乙烯共聚物具有基于该丙烯-乙烯共聚物的总重量的1.5重量％至20重量％的乙烯含量和80重量％至98.5重量％的丙烯含量。
3.任一前述权利要求的方法，其中该丙烯-乙烯共聚物具有10g/10min至120g/10min的熔体流动速率(MFR)(ASTM D-1238，2.16kg重量在230℃下)。
4.任一前述权利要求的方法，其中该基于丙烯的热塑性聚合物是丙烯均聚物。
5.权利要求1-3中任一项的方法，其中该基于丙烯的热塑性聚合物是无规丙烯共聚物，该无规丙烯共聚物具有基于该无规丙烯共聚物的总重量的4重量％或更少的共聚单体含量。
6.任一前述权利要求的方法，其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、和成核剂组成。
7.任一前述权利要求的方法，其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、成核剂、和助滑剂组成。
8.权利要求1-5中任一项的方法，其中该聚合物组合物还包含一种或多种选自以下的添加剂：稳定剂、抗氧化剂、填料、助滑剂、着色剂、脱模剂、蜡、和加工油。
9.任一前述权利要求的方法，其中在270℃或更低的熔体温度下通过纺丝头挤出该聚合物组合物，由此形成多个长丝。
10.纺粘织物，其通过任一前述权利要求的方法制成。
11.具有纵向(MD)和横向(CD)的纺粘织物，其包含聚合物组合物，该聚合物组合物包含75重量％至99重量％的丙烯-乙烯共聚物、0.5重量％至15重量％的基于丙烯的热塑性聚合物、和0.005重量％至1重量％的成核剂。
12.权利要求11的纺粘织物，其中该丙烯-乙烯共聚物具有基于该丙烯-乙烯共聚物的总重量的1.5重量％至20重量％的乙烯含量和80重量％至98.5重量％的丙烯含量。
13.权利要求11-12中任一项的纺粘织物，其中该丙烯-乙烯共聚物具有10g/10min至120g/10min的熔体流动速率(MFR)(ASTM D-1238，2.16kg重量在230℃下)。
14.权利要求11-13中任一项的纺粘织物，其中该基于丙烯的热塑性聚合物是丙烯均聚物。
15.权利要求11-13中任一项的纺粘织物，其中该基于丙烯的热塑性聚合物是无规丙烯共聚物，该无规丙烯共聚物具有基于该无规丙烯共聚物的总重量的4重量％或更少的共聚单体含量。
16.权利要求11-15中任一项的纺粘织物，其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、和成核剂组成。
17.权利要求11-15中任一项的纺粘织物，其中该聚合物组合物由丙烯-乙烯共聚物、基于丙烯的热塑性聚合物、成核剂、和助滑剂组成。
18.权利要求11-15中任一项的纺粘织物，其中该聚合物组合物还包含一种或多种选自以下的添加剂：稳定剂、抗氧化剂、填料、助滑剂、着色剂、脱模剂、蜡、和加工油。
19.权利要求11-18中任一项的纺粘织物，其中该纺粘织物表现出在MD和CD任一中或在MD和CD两者中20％或更少的永久变形，所述永久变形是以具有大于10gsm基重的所述纺粘织物为基础测定的。
20.权利要求11-19中任一项的纺粘织物，其中该纺粘织物表现出以下任一或两者：(i)在MD中小于或等于2.5N/5cm的50％卸载力，和(ii)在CD中小于或等于0.9N/5cm的50％卸载力，所述50％卸载力是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的。
21.权利要求11-20中任一项的纺粘织物，其中该纺粘织物表现出在纺粘织物的MD和CD任一或两者中45％或更小的滞后，所述滞后是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的。
22.权利要求11-21中任一项的纺粘织物，其中该纺粘织物表现出以下任一或两者：(i)在MD中20N或更小的峰值载荷，和(ii)在CD中10N或更小的峰值载荷，所述峰值载荷是以具有10gsm或更大基重的所述纺粘织物为基础测定的。
23.由权利要求11-22中任一项的纺粘织物形成的制品。
24.权利要求23的制品，其中该制品选自由以下组成的组：尿布片，侧片，腿部护围，顶片，背片，胶带，女性卫生制品，游泳裤，婴儿上拉裤，失禁穿戴组件，和绷带。
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