CN116075540A - 包含二甘醇和乙二醇的磺基聚酯 - Google Patents

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Abstract

提供了一种水分散性磺基聚酯，其中磺基聚酯包含：(a)一种或多种二羧酸的残基；(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，并且其中磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。还提供了包含该水分散性磺基聚酯的织造和非织造制品。

Description

包含二甘醇和乙二醇的磺基聚酯
技术领域
本发明涉及包含二甘醇和乙二醇残基的磺基聚酯、制备该磺基聚酯的方法、包含该磺基聚酯的纤维和纤维制品以及制备这种纤维和纤维制品的方法。本发明还涉及包含磺基聚酯和微旦纤维的多组分纤维以及由其制备的纤维制品。
背景技术
磺基聚酯(SFP)是水分散性的，因为在聚合物骨架内引入了离子基团，如1970年左右开始的许多专利所述。尽管磺基单体提供亲水性的主要来源，但具有下式的聚乙二醇是现有技术的关键方面：H-(OCH2CH2)n-OH，其中“n”是2至4的整数，以提供次级亲水性机制。最常用的聚乙二醇是二甘醇(DEG)和三甘醇(TEG)，优选DEG。DEG和TEG二者都倾向于降低玻璃化转变温度，这对于生产在高温和高湿度的环境条件下储存期间不在线轴上粘连的多组分纤维是有害的。降低聚乙二醇的含量以提高Tg倾向于降低水分散性并使得难以脱除SFP。对于具有低水平的二甘醇或三甘醇的聚酯，增加磺基单体含量会增加熔体黏度，这限制了在熔融相方法中获得高分子量的能力。需要一种Tg为至少58℃的水分散性聚酯，其在小于或等于90℃的温度下单独分散在水中以形成至少5wt％的分散体。分散体不必是澄清的或低浊度的。
纤维、熔喷网及其他熔纺纤维制品已经由热塑性聚合物制成，如聚(丙烯)，聚酰胺和聚酯。这些纤维和纤维制品的一种常见应用是非织造织物，特别是在个人护理产品中，如抹布、女性卫生产品、婴儿尿布、成人失禁内裤、医院/外科和其它的医疗一次性用品、保护织物和层、土工布、工业用拭纸和过滤介质。不幸地，由常规的热塑性聚合物制成的个人护理产品难以处理并且通常置于填埋场中。一种有前途的备选的处理方法是使得这些产品或者其组分“可冲弃(flushable)”，即，与公共排水系统相容。水分散性或水溶性的材料的使用还改进了个人护理产品的再回收性和再生。现在用于个人护理产品中的各种热塑性聚合物不是固有地水分散性或可溶，因此，没有生产出容易分解并且可以在排水系统中处理或者容易循环的制品。
对可冲弃的个人护理产品的期望已经导致一种对具有不同水响应性的纤维、非织造物和其它纤维制品的需要。解决这些需要的各种方法已经描述于例如以下文献中：美国专利号6,548,592；6,552,162；5,281,306；5,292,581；5,935,880；和5,509,913；美国专利申请序列号09/775,312；和09/752,017；和PCT国际公开号WO 01/66666A2。然而，这些方法具有许多缺点并且没有提供一种纤维制品，如纤维或非织造织物，其具有各种表现性能的令人满意的平衡，如拉伸强度，吸收性，柔性和织物完整性，在湿或干条件下。
例如，典型的非织造技术基于多方向纤维沉积，其用树脂结合粘合剂处理以形成一种具有牢固完整性和其它令人期望的性能的网。然而，所得的纤维束(assembly)通常具有差的水响应性并且不适用于可冲弃的应用。粘合剂(binder)的存在还可能导致最终产品中的不希望的性能，如降低的薄板湿润性、提高的刚度、粘性和较高的生产成本。还难以生产一种粘合剂，其将在使用期间显示出足够的湿强度，当弃置时又迅速地分散。因此，使用这些粘合剂的非织造纤维束可能在环境条件下慢慢地分解或者在体液存在下具有不足的湿强度。为解决这种问题，pH和离子敏感的水分散性粘合剂，例如，含丙烯酸或甲基丙烯酸的晶格物(lattices)，添加或不添加盐的情况下，是已知的并且描述于，例如，美国专利6,548,592B1中。在公共污水和住宅污水处理系统中离子浓度和pH水平，然而，可以在各个地理位置中变化很大，并且对于粘合剂来说未必足够以变得可溶和分散。在这种情况下，纤维制品在弃置后将不会分解，并且可能阻塞排水或下水道的支线。
含水分散性组分和热塑性非水分散性组分的多组分纤维已经在例如以下美国专利号中进行了描述：5,916,678；5,405,698；4,966,808；5,525282；5,366,804；5,486,418。例如，这些多组分纤维可以是双组分纤维，具有成形或加工横断的截面，例如海岛型、皮芯型、并列型或者扇饼型(segmented pie)构型。多组分纤维可以经历水或者稀碱性溶液，其中水分散性组分被溶解掉而随后以具有极小细度的独立的、单独的纤维的形式留下非水分散性组分。然而，具有良好的水分散性的聚合物常常将胶粘性赋予给所得的多组分纤维，这导致纤维在缠绕或数天后的存储期间粘在一起粘连或者熔合，特别是在热、潮湿条件下。为防止熔合，常常将脂肪酸或油型整理剂(finish)施加到纤维的表面。另外，有时将大比例的颜料或填料添加到水分散性聚合物以防止纤维的熔合，如美国专利6,171,685中所述的。这种油型整理剂，颜料和填料要求另外的加工步骤并且可能向最终的纤维赋予不希望的性能。许多水分散性聚合物还要求碱性溶液，用于它们的脱除，这可能引起纤维的其它聚合物组分的分解，例如比浓对数黏度、韧度和熔体强度降低。进一步，一些水分散性聚合物在水力缠结期间不能经受暴露于水，因此，不适用于制造非织造网和织物。
或者，水分散性组分可以用作非织造网中的热塑性纤维的粘合剂。当暴露于水时，纤维与纤维的粘合瓦解，使得非织造网失去了其完整性并且分解为单独的纤维。这些非织造网的热塑性纤维组分，然而，不是水分散性，并且保持存在于水介质中，因此，必须最后被从城市废水处理厂中脱除。水力缠结可以用于生产可分离的非织造织物，有或者没有极低水平(<5重量％)的另加的粘合剂，以便将纤维保持在一起。虽然这些织物在弃置时可以分解，但是它们常常利用不是水溶性的或者水分散性纤维，并且可能在污水管道系统中造成缠结和堵塞。任何另加的水分散性粘合剂还必须是受水力缠结影响最小的，并且不形成凝胶状的堆积或交联，由此有助于织物处理或者解决与下水道有关的问题。
一些水溶性的或水分散性聚合物是可以获得的，但是通常不适用于熔喷成纤操作或者熔纺。聚合物，如聚乙烯醇，聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酸不是可熔融加工的，因为热分解在低于其中获得合适的熔体黏度的点的温度下发生。高分子量聚氧乙烯可以具有合适的热稳定性，但是将在聚合物界面处提供高黏度溶液，这产生了慢的分解速率。例如在以下美国专利号中已经描述了水分散性磺基聚酯：6,171,685；5,543,488；5,853,701；4,304,901；6,211,309；5,570,605；6,428,900；和3,779,993。典型的磺基聚酯，然而，是低分子量热塑性塑料，其是脆性的并且缺少柔性，而这种性能使得经受缠绕操作以获得没有断裂或弄碎的一卷材料。在加工成薄膜或纤维期间，磺基聚酯还可以显示出粘连或熔合，这可能要求使用油型整理剂或大量颜料或填料来避免。低分子量聚氧乙烯(更一般被称为聚乙二醇)是一种弱/脆性聚合物，其还不具有纤维应用所需的物理性能。经由溶液技术从已知的水溶性聚合物形成纤维是一种备选方案，但是脱除溶剂(特别是水)的附加的复杂性增加了生产成本。
因此，需要一种水分散性磺基聚酯纤维和由其制备的纤维制品，其在水分存在下，特别是当暴露于人类体液时显示出足够的拉伸强度、吸收性、柔性和织物完整性。另外，需要一种纤维制品，其不要求粘合剂并且完全分散或溶于住宅或市政排水系统中。潜在的应用包括但不局限于，熔喷网、纺粘织物、水力缠结织物、湿法成网非织造物、干法成网非织造物、双组分纤维组分、粘合促进层、纤维素塑料粘合剂、可冲弃的非织造物和薄膜、可溶解的结合纤维、保护层和用于待释放或溶于水中的活性成分的载体。还需要具有水分散性组分的多组分纤维，其在纺丝操作期间不表现出长丝的过度粘连或熔合，易于通过中性或弱酸性pH的热水脱除，适用于水力缠结工艺以制造非织造织物，并且还生产纱线、织造和针织织物、人造绒面革和皮革以及各种其他纤维制品。这些多组分纤维可用于制备微纤维，其可用于制备各种制品。其它可挤出的和熔纺的纤维材料也是可能的。
发明内容
我们已经出乎意料地发现了一种磺基聚酯，其具有允许它被纺丝成纤维并且还防止将纤维熔合在一起的玻璃化转变温度。此外，与其它磺基聚酯相比，该磺基聚酯具有最佳的水分散性。
在本发明的一个实施例中，提供了水分散性磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基；(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在另一实施例中，提供了水分散性磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基；(b)对苯二甲酸的残基；(c)至少一种磺基单体的残基；(d)乙二醇的残基；以及(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
本发明的磺基聚酯可用于生产单组分或多组分纤维，其迅速地分散或溶于水中并且可以通过熔喷或熔纺来生产。纤维可以由单一磺基聚酯或者磺基聚酯与水分散性或非水分散性聚合物的共混物来制备。因此，本发明的纤维可选地可以包括与磺基聚酯共混的水分散性聚合物。另外，纤维可以可选地包括与磺基聚酯共混的非水分散性聚合物，条件是该共混物是不溶混的共混物。本发明还包括纤维制品，其包括我们的水分散性磺基聚酯纤维。因此，本发明的纤维可以用于制备各种的纤维制品，如纱线、熔喷网、纺粘网和非织造织物，其进而是水分散性或可冲弃的。
本发明还提供了包含水分散性磺基聚酯和一种或多种非水分散性聚合物的多组分纤维。该纤维具有加工几何结构，使得非水分散性聚合物作为通过插入的磺基聚酯基本上彼此隔离的链段存在，所述磺基聚酯充当非水分散性链段的粘合剂或包封基质。
因此，在本发明的一个实施例中，提供了具有成形截面的多组分纤维，该多组分纤维包括：(a)水分散性磺基聚酯，其包含-(i)一种或多种二羧酸的残基，(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(b)一个或多个域，其包含与所述磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物。
在本发明的另一实施例中，提供了具有成形截面的多组分纤维，该多组分纤维包括：(a)水分散性无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基，(ii)对苯二甲酸的残基，(iii)至少一种磺基单体的残基，(iv)乙二醇的残基，(iv)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(b)一个或多个域，其包含与所述无定形磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物。
在本发明的另一实施例中，提供了用于生产具有成形截面的至少一种多组分纤维的方法，其包括将至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，该磺基聚酯包括：(a)一种或多种二羧酸的残基；(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(c)两种或更多种二醇的残基，其中二醇包括1,4-环己烷二甲醇和二甘醇，其中磺基聚酯显示出至少57℃的玻璃化转变温度，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在本发明的另一实施例中，提供了用于生产具有成形截面的至少一种多组分纤维的方法，其包括将至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，所述磺基聚酯包括：(a)一种或多种二羧酸的残基；(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在本发明的另一实施例中，提供了用于生产具有成形断面的至少一种多组分纤维的方法，其包括将至少一种水分散性无定形磺基聚酯和至少一种与所述无定形磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成所述多组分纤维，所述无定形磺基聚酯包括：(a)间苯二甲酸的残基；(b)对苯二甲酸的残基；(c)至少一种磺基单体的残基；(d)乙二醇的残基；以及(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
水分散性磺基聚酯可以通过使多组分纤维与水接触而脱除，以留下非水分散性区段作为微旦纤维。因此，本发明还提供了一种用于生产微旦纤维的方法，包括：(A)将水分散性磺基聚酯和一种或多种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，其中磺基聚酯是选自以下的至少一种：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)二甘醇的残基；和(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(B)使多组分纤维与水接触以脱除磺基聚酯，从而形成微旦纤维。
本发明还提供了一种制备水分散性，非织造织物的方法，其包括：(a)将水分散性聚合物组合物加热至高于其流动点的温度，其中聚合物组合物包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)乙二醇的残基；和(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；其中纤维具有多个包括非水分散性聚合物的区段，其中该区段通过介于所述区段之间的磺基聚酯基本上彼此隔离；以及(B)熔纺长丝；以及(C)交叠和收集步骤B的长丝以形成非织造网。
在本发明的另一实施例中，提供了一种制备切段非水分散性聚合物微纤维的方法，该方法包括：(A)将多组分纤维切割成切段多组分纤维；其中多组分纤维包含至少一种选自以下构成的组的水分散性磺基聚酯：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；和(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)二甘醇的残基；和(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)使含纤维的原料与水接触以生产纤维混合浆料；其中含纤维的原料包括切段多组分纤维；(C)加热该纤维混合浆料，生产加热的纤维混合浆料；(D)可选地，在剪切区中混合该纤维混合浆料；(E)从多组分纤维中脱除至少一部分的磺基聚酯，生产出包括磺基聚酯分散体和切段非水分散性聚合物微纤维的浆料混合物；和(F)从该浆料混合物中分离出切段非水分散性聚合物微纤维。
在本发明的另一实施例中，提供了一种生产微纤维产物流的方法。该方法包括：(a)在纤维开松区中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维与加热的含水料流接触以脱除一部分水分散性磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料；其中短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性合成聚合物；其中水分散性磺基聚酯选自：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)乙二醇的残基；以及(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；其中加热的含水料流处于至少40℃的温度；其中开松的微纤维浆料包括水、微纤维、和水分散性磺基聚酯；和(B)将开松的微纤维浆料送至初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流；其中第一母液物流包含水和水分散性磺基聚酯。
在本发明的另一实施例中，提供了另一种生产微纤维产物流的方法。该方法包括：(a)在纤维浆料区中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维与经处理的含水料流接触以产生短切多组分纤维浆料；其中短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性合成聚合物；并且其中经处理的含水料流处于低于40℃的温度；其中水分散性磺基聚酯是选自以下构成的组的至少一种：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)乙二醇的残基；以及(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)在纤维开松区中使短切多组分纤维浆料和加热的含水料流接触以脱除一部分水分散性磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料；其中开松的微纤维浆料包含非水分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水；和(C)将开松的微纤维浆料送至初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流；其中第一母液物流包含水和水分散性磺基聚酯。
在本发明的另一实施例中，提供了另一种生产微纤维产物流的方法。该方法包括：(a)在混合区中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维与加热的含水料流接触以产生短切多组分纤维浆料；其中短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性聚合物；其中水分散性磺基聚酯是选自以下构成的组的至少一种：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)乙二醇的残基；以及(v)二甘醇的残基，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；并且其中加热的含水料流处于40℃或更高的温度；(B)将短切多组分纤维浆料和可选的加热的含水料流送至纤维开松区，以脱除一部分水分散性磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料；其中开松的微纤维浆料包含非水分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水；和(C)将开松的微纤维浆料送至初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流；其中第一母液物流包含水和水分散性磺基聚酯。
在本发明的另一实施例中，提供了另一种生产微纤维产物流的方法。该方法包括：(A)在纤维浆料区中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维与经处理的含水料流接触以产生短切多组分纤维浆料；其中短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性合成聚合物；并且其中经处理的含水料流处于低于40℃的温度；其中水分散性磺基聚酯是选自以下构成的组的至少一种：(1)磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(2)无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基；(ii)对苯二甲酸的残基；(iii)至少一种磺基单体的残基；(iv)二甘醇的残基；以及(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)使短切多组分纤维浆料与加热的含水料流在混合区中接触以产生加热的多组分纤维浆料；(C)将加热的多组分纤维浆料送到纤维开松区以脱除一部分水分散性磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料；(D)将开松的微纤维浆料送至初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流；其中第一母液物流包含水和水分散性磺基聚酯。
在本发明的另一实施例中，提供了一种分离第一母液流的方法。该方法包括将第一母液流送到第二固液分离区以产生次级湿滤饼流和第二母液流；其中第二母液物流包含水和水分散性磺基聚酯；其中次级湿滤饼流包含非水分散性聚合物微纤维。
在本发明的又一个实施例中，提供了回收磺基聚酯的方法。该方法包括：该方法包括：(A)将第二母液送至初级浓缩区以产生初级聚合物浓缩物流和初级回收水流；和(B)可选地，将初级回收水流送至纤维开松区。
附图说明
图1a、1b和1c是三种不同构造的纤维的截面图，特别示出了如何确定与纤维的尺寸和形状相关的各种测量。
图2示出本发明的一个实施例，其中微纤维产物流在一步开松区(one stepopening zone)中产生。
图3a和3b示出本发明的一个实施例，其中微纤维产物流在两步开松区中产生。
图4示出本发明的一个实施例，其中微纤维产物物流在三步开松区中产生。
图5示出了用于切割多组分纤维以生产短切多组分纤维的方法的实施例。
图6a示出了开松区的实施例，其中开松区包括管。
图6b示出了开松区的实施例，其中开松区包括连续搅拌釜。
图6c示出了开松区的实施例，其中开松区包括多于一个连续搅拌釜。
图7a和7b示出了初级固液分离区的一个实施例。
具体实施方式
发明性磺基聚酯
本发明提供了新型水分散性磺基聚酯，其具有至少58℃的玻璃化转变温度并且在低于约90℃的温度下可分散在水中。该新型磺基聚酯特别地可用于生产多组分纤维，其中优异的可脱除性与抗粘连性相结合。
在一个实施例中，提供了水分散性磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基；(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在另一实施例中，提供了一种无定形水分散性磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基；(b)对苯二甲酸的残基；(c)至少一种磺基单体的残基；(d)乙二醇的残基；以及(e)二甘醇的残基，其中磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
这些本发明的磺基聚酯具有至少58℃的Tg，当形成为纤维时，其有助于防止纤维之间的粘结。此外，这些本发明的磺基聚酯在低于90℃的温度下在水中单独地显示出优异的分散性，形成至少5wt％磺基聚酯的分散体。这提供了工艺操作中的成本节约，因为不需要额外的化学品，例如强碱来将磺基聚酯分散在水中。同样，该较低温度也将节省操作成本。
本发明的磺基聚酯包含二羧酸单体残基、磺基单体残基、二醇单体残基和重复单元。磺基单体可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸。因此，本文所用的术语“单体残基”是指二羧酸、二醇或羟基羧酸的残基。本文所用的“重复单元”是指具有2个通过羰氧基键合的单体残基的有机结构。本发明的磺基聚酯含有基本上相等摩尔量的酸残基(100mol％)和二醇残基(100mol％)，它们以基本上相等比例反应使得重复单元的总摩尔数等于100mol％。因此，本公开中提供的摩尔百分比可以基于酸残基的总摩尔数、二醇残基的总摩尔数或重复单元的总摩尔数。例如，基于总重复单元，含有30mol％的磺基单体的磺基聚酯，其可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸，是指磺基聚酯含有在总共100mol％重复单元中的30mol％的磺基单体。因此，在每100摩尔重复单元中存在30摩尔磺基单体残基。类似地，基于总酸残基，含有30mol％的二羧酸磺基单体的磺基聚酯，是指磺基聚酯含有总共100mol％酸残基中的30mol％磺基单体。因此，在后一种情况下，在每100摩尔酸残基中存在30摩尔磺基单体残基。
本文所述的磺基聚酯具有比浓对数黏度，下文缩写为“Ih.V.”，其为至少0.1、0.15、0.2、0.25、或0.3和/或小于0.8、0.7、0.6、0.5或0.45dL/g，是在25℃和0.5g磺基聚酯在100ml溶剂中的浓度下在60/40重量份苯酚/四氯乙烷溶剂中测量的。
分子量方便地用“比浓对数黏度”来描述，缩写为IhV，它是在25℃和0.5克磺基聚酯在100mL溶剂中的浓度下在苯酚/四氯乙烷的60/40w/w溶液中测量的。在IhV低于0.1时，组成的不均匀性和通常低的分子量可能导致问题，例如差的薄膜形成、非分散性的级分、降低的适用性和较差的储存稳定性。这些聚酯的比浓对数黏度(IhV)是分子量的有用规格，根据ASTM D2857-70方法，在具有1/2mL毛细管灯泡的Lab Glass,Inc.的Wagner黏度计中，在60/40重量％的苯酚/四氯乙烷中使用约0.5重量％的聚合物浓度测定。该方法通过在120℃下加热聚合物/溶剂体系15分钟，冷却溶液至25℃并在25℃下测量流动时间来进行。IV由以下等式计算：
Figure BDA0004113412960000151
其中：
η：在0.5g/100mL溶剂的聚合物浓度下在25℃下的比浓对数黏度；
tS：样品流动时间；
T0：空白溶剂流动时间；
C：按g/100mL溶剂计的聚合物浓度(0.5)。
在整个本申请中的比浓对数黏度单位是分升/克。
在下列实施例中，在25℃下测量四氯乙烷/苯酚(60/40，重量比)的黏度，并根据下式计算：
Figure BDA0004113412960000152
其中，ηsp是比黏度，C是浓度。IhV的单位是分升/克(deciliters/g)。
磺基聚酯的分子量与磺基聚酯的熔体黏度有关，这对于熔纺纤维是重要的。本文所用的术语“聚酯”包括“均聚酯”和“共聚酯”两者，并且是指通过双官能羧酸与双官能羟基化合物的缩聚制备的合成聚合物。如本文所用，术语“磺基聚酯”是指包含磺基单体的任何聚酯。通常，双官能羧酸是二羧酸，双官能羟基化合物是二羟醇，例如乙二醇和二醇。本文所用的术语“残基”是指通过涉及相应单体的缩聚反应引入聚合物中的任何有机结构。因此，二羧酸残基可以衍生自二羧酸单体或其相关的酰卤、酯、盐、酸酐或其混合物。因此，如本文所用，术语二羧酸旨在包括二羧酸和二羧酸的任何衍生物，包括其相关的酰卤、酯、半酯、盐、半盐、酸酐、混合酸酐或它们的混合物，其可用于与二醇的缩聚过程以制备高分子量聚酯。
本发明的磺基聚酯包括一种或多种二羧酸残基。取决于磺基单体的类型和浓度，二羧酸残基可以包含约60mol％至约100mol％的酸残基。二羧酸残基的浓度范围的其它实例为约60mol％至约96mol％和约70mol％至约96mol％。可使用的二羧酸的实例包括脂族二羧酸、脂环族二羧酸、芳族二羧酸或两种或更多种这些酸的混合物。因此，合适的二羧酸包括但不限于：琥珀酸；戊二酸；己二酸；壬二酸；癸二酸；富马酸；马来酸；衣康酸；1,3-环己烷二甲酸；1,4环己烷二羧酸；二甘醇；2,5-降莰烷二羧酸；邻苯二甲酸；对苯二甲酸；1,4-萘二甲酸；2,5-萘二甲酸；联苯；4,4'-二苯甲酸；4,4'-磺酰二苯甲酸；和间苯二甲酸。优选的二羧酸残基是间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二羧酸，或者如果使用二酯，则是对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯和1,4-环己烷二羧酸二甲酯，其中间苯二甲酸和对苯二甲酸的残基是特别优选的。尽管二羧酸甲酯是最优选的实施例；包括高级烷基酯，如乙基、丙基、异丙基、丁基等也是可接受的。此外，也可以使用芳族酯，特别是苯基酯。在一个实施例中，磺基聚酯包含一种或多种衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸或其组合的二羧酸的残基。
磺基聚酯可以包含至少20、25、30、35、40、45、50、55或60摩尔百分比和/或不超过99、95、90、85或80摩尔百分比的对苯二甲酸的残基。在另一实施例中，磺基聚酯可包含至少5、10、15、20、25、30、35或40摩尔百分比和/或不超过99、95、90、85或80摩尔百分比的间苯二甲酸的残基。在又一实施例中，磺基聚酯不含间苯二甲酸的残基。
磺基聚酯包括基于总重复单元约4mol％至约40mol％的至少一种磺基化单体的残基，该单体具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团，其中该官能团是羟基、羧基或其组合。磺基单体残基的浓度范围的其它实例是约4mol％至约35mol％，约8mol％至约30mol％，和约8mol％至约25mol％，基于总重复单元。在另一实施例中，磺基单体的量为4、5、6、7、8、8.5、9、9.5、10、11、12、13或14摩尔百分比和/或小于40、35、30、25或20摩尔百分比的磺基单体，基于总重复单元。在另一实施例中，磺基单体的量是至少10、11、12、13或14摩尔百分比和/或小于40、35、30、25或20摩尔百分比，基于总重复单元。
磺基单体可以是含有磺酸酯基团的二羧酸或其酯、含有磺酸酯基团的二醇或含有磺酸酯基团的羟基酸。术语“磺酸盐”指的是具有结构“-SO3M”的磺酸盐，其中M是磺酸盐的阳离子。磺酸盐的阳离子可以是金属离子，如Li+、Na+和K+。或者，磺酸盐的阳离子可以是非金属的，例如美国专利号4,304,901中所述的含氮碱。氮基阳离子衍生自含氮碱，其可以是脂族、脂环族或芳族化合物。这种含氮碱的实例包括氨、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、吡啶、吗啉和哌啶。因为包含氮基磺酸盐的单体通常在制备熔体形式的聚合物所需的条件下是热不稳定的，所以本发明的用于制备包含氮基磺酸盐基团的磺基聚酯的方法是将包含所需量的磺酸盐基团的聚合物以其碱金属盐的形式分散、消散或溶解在水中，然后用氮基阳离子交换碱金属阳离子。
当单价碱金属离子用作磺酸盐的阳离子时，所得到的磺基聚酯完全可分散在水中，分散速率取决于磺基单体在聚合物中的含量、水的温度、磺基聚酯的表面积/厚度等。在单一聚合物组合物中使用多于一种的抗衡离子是可能的，并且可以提供调整或微调所得制品的水响应性的方法。磺基单体残基的实例包括其中磺酸盐基团连接到芳族二羧酸的芳族或脂环族环或其残基上的单体残基，例如苯的环；萘；联苯；氧联联苯；磺酰基联苯；和亚甲基二苯基或环脂族环，例如环己基；环戊基；环丁基；环庚基；和环辛基。可用于本发明的磺基单体残基的其它实例是磺基邻苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸或其组合的金属磺酸盐。可使用的磺基单体的其它实例是5-钠磺基间苯二甲酸及其酯。如果磺基单体残基来自5-钠磺基间苯二甲酸，则典型的磺基单体浓度范围是约4mol％至约35mol％，约8mol％至约30mol％，和约8mol％至25mol％，基于酸残基的总摩尔数。
用于制备磺基聚酯的磺基单体是已知的化合物，并且可以使用本领域公知的方法制备。例如，其中磺酸盐基团连接到芳环上的磺基单体可以通过用发烟硫酸磺化芳族化合物以获得相应的磺酸，然后与金属氧化物或碱例如乙酸钠反应以制备磺酸盐来制备。制备各种磺基单体的方法描述于例如美国专利号3,779,993；3,018,272；和3,528,947。
当聚合物为分散形式时，也可以使用例如磺酸钠和离子交换法以不同的离子如锂置换钠来制备磺基聚酯。
本发明的磺基聚酯包含两种或更多种二醇的残基，其中二醇包含二甘醇和乙二醇。在一个实施例中，磺基聚酯包含小于0.65、小于0.60、小于0.55、小于0.50、小于0.45或小于0.40的二甘醇残基与乙二醇残基的摩尔比。磺基聚酯可以包含至少20、25、30、35、40、45、50、55或60摩尔百分比和/或不超过99、95、90、85或80摩尔百分比的所述乙二醇残基。
本发明的磺基聚酯还可以包含除二甘醇和乙二醇的另外的二醇和二甘醇。磺基聚酯可以包括一种或多种二醇残基，其可以包括脂族、脂环族和芳烷基二醇。脂环族二醇，例如1,3-和1,4-环己烷二甲醇，可以以其纯顺式或反式异构体或以顺式和反式异构体的混合物存在。如本文所用，术语“二醇(diol)”与术语“二醇(glycol)”同义，并且是指任何二元醇。二醇的实例包括但不限于三甘醇；聚乙二醇；1,3-丙二醇；2,4-二甲基-2-乙基己-1,3-二醇；2,2-二甲基-1,3-丙二醇；2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇；2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇；1,3-丁二醇；1,4-丁二醇；1,5-戊二醇；1,6-己二醇；2,2,4-三甲基-1,6-己二醇；硫代二乙醇；1,2-环己烷二甲醇；1,3-环己烷二甲醇；1,4-环己烷二甲醇；2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇；对二甲苯二醇，或这些二醇中一种或多种的组合。
二醇残基可以包括具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)的残基，其中n是3至约500的整数。低分子量聚乙二醇的非限制性实例是三甘醇和四甘醇，例如其中n为3至6。较高分子量的聚乙二醇(本文缩写为“PEG”)，其中n为7至约500，包括商业上可获得的已知的名称为
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的产品，陶氏化学公司(Dow Chemical Company，以前的UnionCarbide)的产品。通常，PEG与其它二醇例如二甘醇或乙二醇组合使用。基于n的值，其范围为大于6至500，分子量可以为大于300至约22,000g/mol范围。分子量和摩尔％彼此成反比；具体地，随着分子量增加，摩尔％将降低以实现指定程度的亲水性。
由于可通过改变工艺条件控制的副反应，可原位形成某些二聚体、三聚体和四聚体二醇。例如，不同量的二甘醇、三甘醇和四甘醇可以由乙二醇从酸催化的脱水反应形成，当缩聚反应在酸性条件下进行时，该脱水反应容易发生。可以将本领域技术人员公知的缓冲溶液加入到反应混合物中以延迟这些副反应。然而，如果省略缓冲液并且允许二聚、三聚和四聚反应进行，则另外的组成范围是可能的。
本发明的磺基聚酯可以包括基于总重复单元0至约25mol％的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基，其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。支化单体的非限制性实例是1,1,1-三羟甲基丙烷、1,1,1-三羟甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤藓醇、苏糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羟甲基丙酸或其组合。支化单体浓度范围的其它实例为0至约20mol％和0至约10mol％。支化单体的存在可以导致本发明的磺基聚酯的许多可能的益处，包括但不限于调节流变、溶解性和拉伸性质的能力。例如，在恒定的分子量下，与线型类似物相比，支化磺基聚酯也将具有更高浓度的端基，这可以促进聚合后交联反应。然而，在高浓度的支化剂下，磺基聚酯可能倾向于凝胶化。
用于本发明的磺基聚酯具有的玻璃化转变温度，在此缩写为“Tg”，为至少58℃，其是使用如本领域技术人员众所周知的差示扫描量热法(“DSC”)的标准技术对干燥的聚合物测量的。本发明的磺基聚酯的Tg测量使用“干聚合物”进行，即其中外来的或吸收的水通过加热聚合物到约200℃的温度和允许样品返回到室温而被驱散的聚合物样品。通常，通过进行第一次热扫描，其中将样品加热到高于水汽化温度的温度，将样品保持在该温度下直到聚合物中吸收的水的汽化完成(如由大的宽吸热所示)，将样品冷却到室温，然后进行第二次热扫描以获得Tg测量，从而在DSC设备中干燥磺基聚酯。在本发明的另一实施例中，磺基聚酯显示至少59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃和/或小于120℃、115℃、110℃、105℃、100℃、95℃或90℃的玻璃化转变温度。
在本发明的另一实施例中，磺基聚酯是无定形的并且不显示出差示扫描量热法(DSC)熔点。
当在恒定搅拌下将磺基聚酯加入90℃的纯水中至少5分钟时，本发明的磺基聚酯可以形成包含至少1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5重量百分比的磺基聚酯的水分散体。
磺基聚酯的制备方法
本发明的磺基聚酯，使用典型的缩聚反应条件，易于由合适的二羧酸、酯、酸酐或盐，磺基单体和合适的二醇或二醇混合物来制备。它们可以通过连续、半连续和间歇的操作方式来制备并且可以利用各种反应器类型。合适的反应器类型的实例包括，但不限于，搅拌釜、连续搅拌釜、浆料、管式、刮膜、降膜或挤出反应器。术语“连续”，如本文中使用的，是指一种方法，其中反应物的引入和产品的回收以非间断方式同时进行。“连续”是指在操作中该方法是基本上或者完全连续的，与“间歇”方法形成对比。“连续”不以任何方式意味着禁止在连续性的方法中由于例如启动、反应器维修或预定停车周期所造成的正常的中断。术语“间歇”方法，如本文中使用的，是指一种方法，其中全部反应物被添加到反应器中，随后根据预定的反应过程进行处理，在此期间，没有团块进料到反应器中或者从反应器中取出团块。术语“半连续”是指一种方法，其中一些反应物在方法开始时加入，而剩余的反应物随着反应发展而连续地进料。或者，半连续过程还可包括一种类似于间歇过程的方法，其中在方法开始时，添加全部的反应物，不同的是，随着反应发展，连续地取出一种或多种产物。所述方法以连续过程的方式操作是有利的，这是出于经济的原因，并且以便产生聚合物的优良颜色，因为如果使磺基聚酯在高温下在反应器中停留太长的时间的话，其在外观上可能变差。
本发明的磺基聚酯通过本领域技术人员已知的方法制备。磺基单体最通常是被直接添加到反应混合物中，由所述反应混合物制备聚合物，但是其他方法是已知的并且可以被使用，例如，如美国专利号3,018,272、3,075,952和3,033,822中所描述的。使用常规的聚酯聚合条件，可以进行磺基单体、二醇组分和二羧酸组分的反应。例如，当通过酯交换反应制备磺基聚酯时，即由二羧酸组分的酯形式来制备，反应过程可以包括两个步骤。在第一步骤中，二醇组分和二羧酸组分，例如间苯二甲酸二甲酯，在升温下进行反应，一般为约150℃至约250℃，进行约0.5至约8小时，压力为约0.0kPa表压至约414kPa表压(60磅/平方英寸，“psig”)。优选地，酯交换反应的温度为约180℃至约230℃，进行约1至约4小时，而优选的压力为约103kPa表压(15psig)至约276kPa表压(40psig)。其后，反应产物在较高的温度和在降低的压力进行加热而形成具有消除二醇的磺基聚酯，其在这些条件下是容易挥发的并且从系统中被脱除。该第二步骤，或者缩聚步骤，在较高的真空和一定温度下继续，通常为约230℃至约350℃，优选地约250℃至约310℃和最优选约260℃至约290℃达约0.1至约6小时，或者优选地，约0.2至约2小时，直到获得具有期望的如根据比浓对数黏度测定的聚合度的聚合物。缩聚步骤可以在降低的压力进行，所述压力为约53kPa(400托)至约0.013kPa(0.1托)。搅拌或者合适的条件被用于两阶段中以确保足够的热传递和反应混合物的表面更新。两阶段的反应可以受到合适的催化剂的促进，例如，烷氧基钛化合物，碱金属氢氧化物和醇化物，有机羧酸的盐，烷基锡化合物，金属氧化物等。还可使用三阶段的制造方法，类似于美国专利号5,290,631中所述的那些的，特别是当使用酸和酯的混合单体进料时。
为了保证驱动二醇组分和二羧酸组分的反应通过酯交换反应机理而完成，优选使用约1.05至约2.5摩尔的二醇组分比一摩尔二羧酸组分。然而，本领域技术人员将理解，二醇组分和二羧酸组分的比值通常是通过其中发生反应过程的反应器的设计所确定的。
在通过直接酯化制备磺基聚酯中，即，从酸式的二羧酸组分出发，通过二羧酸或二羧酸的混合物与二醇组分或二醇组分的混合物的反应生产磺基聚酯。反应在以下条件下进行：压力约7kPa表压(1psig)至约1379kPa表压(200psig)，优选地小于689kPa(100psig)，以生产低分子量线性或分枝的磺基聚酯产物，其具有约1.4至约10的平均聚合度。在直接酯化反应期间使用的温度一般为约180℃至约280℃，更优选地约220℃至约270℃。这种低分子量聚合物然后可以通过缩聚反应来聚合。
磺基聚酯的最终用途
本发明的水分散性磺基聚酯可以用于本领域已知的任何最终用途应用。例如，水分散性磺基聚酯可用于油漆和涂料、油墨、粘合剂、塑料、薄膜和个人护理产品。个人护理产品包括但不限于化妆品、毛发产品、洗剂和防晒霜。在本发明的一个实施例中，本发明的磺基聚酯用作用于软包装的双轴取向PET的底漆或用作铝箔上的涂层。磺基聚酯提供良好的粘合性并且可以是耐水和耐醇的。本发明的磺基聚酯也是低气味的。本发明的水分散性磺基聚酯经常以分散体的形式用于各种最终用途应用。分散体中磺基聚酯的量为约15重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％和约24重量％至约27重量％。
包含发明性磺基聚酯的纤维
本发明的发明性磺基聚酯可以纺成水分散性纤维和纤维制品，其在水分存在下，特别是人类体液时，显示出拉伸强度、吸收性、柔性和织物完整性。本发明的纤维和纤维制品不需要油、蜡或脂肪酸整理剂的存在或使用大量(通常10重量％或更多)颜料或填料来防止纤维在加工过程中粘连或熔合。此外，由本发明的新型纤维制备的纤维制品不需要粘合剂，并且易于分散或溶解在家庭或公共排水系统中。
纤维可以可选地包括与磺基聚酯共混的水分散性聚合物和可选地与磺基聚酯共混的非水分散性聚合物，条件是共混物是不混溶的共混物。该纤维可以包含小于10重量％的颜料或填料，基于纤维的总重量。本发明还包括包含这些纤维的纤维制品，并且可具有一个或多个纤维吸收层。
本发明的磺基聚酯可以用于生产单组分纤维、双组分或多组分纤维。就本发明的目的而言，术语“纤维”是指高纵横比(aspect ratio)的聚合物物体，其能够成形为二维或三维制品，如织造、针织或非织造织物。在本发明的范围内，术语“纤维(fiber)”与“纤维(fibers)”同义，并且意图是指一种或多种纤维。本发明的纤维可以是单组分纤维、双组分，或者多组分纤维。术语“单组分(unicomponent)纤维”，如本文中使用的，是指通过熔纺单一磺基聚酯或一种或多种磺基聚酯的共混物，或者一种或多种磺基聚酯与一种或多种另外的聚合物的共混物来制备的纤维并且包括短纤维、单丝纤维和复丝纤维。“单组分(unicomponent)”意欲与术语“单组分(monocomponent)”同义，并且包括“双成分”或“多成分”纤维，是指已经由至少两种从同一挤出机以混合物的形式挤出的聚合物形成的纤维。单组分或双成分纤维，沿纤维的截面不具有在相对恒定设置的不同区中排列的各种聚合物组分，并且各种聚合物沿纤维的全部长度通常是不连续的，相反，通常形成随意开始和结束的纤丝或原纤丝。因此，术语“单组分”不意图排除由这样的聚合物或一种或多种聚合物的共混物形成的纤维，其中为着色、抗静电性能、润滑、亲水性等可以向其中添加少量的添加剂。
相比之下，术语“多组分纤维”，如本文中使用的，意图是指这样制备的纤维，包括将两种或更多种成纤聚合物在单独的挤出机中熔融，将所得的多个聚合物流导到一个具有多个分布流动路径的喷丝头中，但是纺丝在一起而形成一种纤维。多组分纤维有时还称为共轭或双组分纤维。聚合物沿共轭纤维的截面在基本上固定设置的不同区段(segment)或区中排列并且沿着共轭纤维的长度连续地延伸。这种多组分纤维的构型可以是，例如，皮/芯结构，其中一种聚合物由另一种围绕，或者可以是并列结构，饼状结构或者“海岛型”结构。例如，多组分纤维可以这样制备，包括将磺基聚酯和一种或多种非水分散性聚合物单独地挤出通过喷丝头，所述喷丝头具有成形或者加工横断几何形状，例如“海岛型”或者扇饼型构型。通常，多组分纤维是短纤维、单丝纤维或复丝纤维，其具有成形或圆形截面。大多数纤维形式是热定形的。纤维可以包括各种的抗氧化剂，颜料和添加剂，如本文中所述的。
例如，本发明的纤维可以通过熔纺单一的磺基聚酯或磺基聚酯共混物来制备，并且包括具有成形截面的短纤维、单丝和复丝纤维。此外，我们的发明提供了多组分纤维，例如在美国专利号5,916,678中描述的，其可以通过将磺基聚酯和一种或多种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物单独地通过喷丝头，所述喷丝头具有成形或者加工横断几何形状，例如“海岛型”、皮芯型、并列型、带状(条状)或者扇饼型构型。磺基聚酯可以随后通过溶解界面层或饼扇段并留下非水分散性聚合物的较小长丝或微旦纤维而脱除。非水分散性聚合物的这些纤维在脱除磺基聚酯之前具有比多组分纤维小得多的纤维尺寸。例如，磺基聚酯和非水分散性聚合物可以被进料到聚合物分配系统，在那里聚合物被引入到分段的喷丝板中。聚合物沿着单独的路径到达纤维喷丝头，并在喷丝孔处结合，喷丝孔包括两个同心圆孔，从而提供皮芯型纤维，或者包括沿着直径分成多个部分的圆形喷丝孔，以提供具有并列型的纤维。或者，可以将不混溶的水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物单独地引入到具有多个径向通道的喷丝头中，以生产具有扇饼型截面的多组分纤维。通常，磺基聚酯将形成皮芯构型的“皮”组分。在具有多个区段的纤维截面中，非水分散性区段通常通过磺基聚酯基本上彼此隔离。或者，多组分纤维可以通过在单独的挤出机中熔融磺基聚酯和非水分散性聚合物并且将聚合物流引导到具有多个呈小细管或区段形式的分布流动路径的一个喷丝头中以提供具有海岛型截面的纤维来形成。这种喷丝头的一个实例描述于美国专利5,366,804中。在本发明中，通常，磺基聚酯将形成“海”组分，而非水分散性聚合物将形成“岛”组分。
单组分纤维、由单组分纤维生产的纤维制品、和多组分纤维的磺基聚酯部分或包含多组分纤维的制品是水分散性，并且通常在室温下完全分散。较高的水温可用于加速其分散性或从非织造纤维或多组分纤维中的脱除速率。本文所用的术语“水分散性”相对于单组分纤维和由单组分纤维制备的纤维制品而言，与术语“水消散性”、“水分解性”、“水溶性(water-dissolvable)”、“水驱散性”、“水溶性(water soluble)”、“水脱除性”、“水力溶解性(hydrosoluble)”和“水力分散性(hydrodispersible)”同义，意指纤维或纤维制品在其中或通过其中水的作用分散或溶解。术语“分散的”、“分散性”、“消散”或“消散性”是指，在约60℃的温度下，在至多5天的时间段内，使用足够量的去离子水(例如，100:1重量比的水:纤维)形成纤维或纤维制品的松散悬浮液或浆料，纤维或纤维制品溶解、崩解或分离成多个或多或少地分布在整个介质中的不相干的片或颗粒，使得在脱除水(例如，通过过滤或蒸发)时，不能从介质中回收可识别的长丝。因此，本文所用的“水分散性”不旨在包括缠结或结合的，但水不溶性或非分散性的纤维的集合体的简单分解，其中纤维集合体在水中简单地分裂，产生可通过脱除水而回收的水中纤维的浆料。在本发明的上下文中，所有这些术语指水或水和水混溶性共溶剂的混合物对本文所述磺基聚酯的活性。这种水混溶性共溶剂的实例包括醇、酮、乙二醇醚、酯等。对于该术语，意图包括其中磺基聚酯溶解以形成真溶液的条件以及其中磺基聚酯分散在水介质内的那些条件。通常，由于磺基聚酯组合物的统计学性质，当将单个磺基聚酯样品置于水介质中时，可能具有可溶级分和分散级分。
类似地，如本文所用，关于作为多组分纤维或纤维制品的一种组分的磺基聚酯，术语“水分散性”也旨在与术语“水消散性”、“水分解性”、“水溶性(water-dissolvable)”、“水驱散性”、“水溶性(water soluble)”、“水脱除性”、“水力溶解性”和“水力分散性”同义，并且旨在是指磺基聚酯组分充分地从多组分纤维中脱除，并且通过水的作用分散或溶解，以使得能够实现其中包含的非水分散性纤维的释放和分离。术语“分散的”、“分散性”、“消散”或“消散性”是指，在约60℃的温度下，并且在至多5天的时间段内，使用足够量的去离子水(例如，按重量计100:1的水:纤维)形成纤维或纤维制品的松散悬浮液或浆料，磺基聚酯组分从多组分纤维中溶解、崩解或分离，留下来自非水分散性区段的多个微旦纤维。
术语“区段”或“域”或“区”当用于描述多组分纤维的成形截面时是指在截面内包含非水分散性聚合物的区域，其中这些域或区段通过插入在区段或域之间的水分散性磺基聚酯基本上彼此隔离。如本文所用，术语“基本上分离的”旨在表示链段或域彼此分开以允许链段磺基聚酯域在脱除磺基聚酯时形成单独的纤维。区段或域或区可以具有相似的尺寸和形状或不同的尺寸和形状。再次，区段或域或区可以任何构型来布置。这些区段或域或区沿着多组分挤出物或纤维的长度是“基本上连续的”。术语“基本上连续”是指沿多组分纤维的至少10cm长度是连续的。当水分散性磺基聚酯被脱除时，多组分纤维的这些区段、域或区产生非水分散性聚合物微纤维。
如本公开内容中所述，多组分纤维的成形截面可以例如为皮芯型、海岛型、扇饼型、中空扇饼型；偏心扇饼型、并列式、带状(条状)等。
然而，在另一实施例中，本发明的磺基聚酯可以是单一聚酯或者可以与一种或多种补充聚合物共混以改性所得纤维的性能。补充聚合物可以是或可以不是水分散性，这取决于应用，并且可以是与磺基聚酯混溶或不混溶的。如果补充聚合物是非水分散性，优选与磺基聚酯的共混物是不混溶的。如本文所用，术语“可混溶的”是指该共混物具有单一的均匀无定形相，如单一的组成依赖性Tg所示。例如，如美国专利6,211,309中所示，可使用可与第二聚合物混溶的第一聚合物来“增塑”第二聚合物。相反，本文所用的术语“不混溶的”是指显示至少2个无规混合的相并显示一个以上的Tg的共混物。一些聚合物可以是与磺基聚酯不混溶但相容的。可混溶聚合物共混物和不混溶聚合物共混物的进一步一般描述和表征它们的各种分析技术可以在由D.R.Paul和C.B.Bucknall编辑的Polymer Blends Volumes1and 2,Bucknall,2000,John Wiley&Sons,Inc.中找到。
可以与磺基聚酯共混的水分散性聚合物的非限制性实例是聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯-丙烯酸共聚物、聚乙烯甲基醚、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、异丙基纤维素、甲基醚淀粉、聚丙烯酰胺、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚乙基噁唑啉、聚(2-异丙基-2-噁唑啉)、聚乙烯基甲基噁唑烷酮、水分散性磺基聚酯、聚乙烯基甲基噁唑烷酮、聚(2,4-二甲基-6-三嗪乙烯)和环氧乙烷-环氧丙烷共聚物。可以与磺基聚酯共混的非水分散性聚合物的实例包括但不限于：聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯的均聚物和共聚物；聚(对苯二甲酸乙二醇酯)；聚(对苯二甲酸丁二醇酯)；和聚酰胺，例如尼龙-6；聚乳酸；己内酯；Eastar Bio(聚(四亚甲基己二酸酯-共-对苯二甲酸酯)，伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company)的产品)；聚碳酸酯；聚氨酯；和聚氯乙烯。
根据本发明，多于一种磺基聚酯的共混物可以用于调整所得纤维或纤维制品例如非织造织物或网的最终用途性质。该一种或多种磺基聚酯的共混物的Tg至少为57℃。因此，共混也可以用于改变磺基聚酯的加工特性以促进非织造物的制造。在另一个实例中，聚丙烯和磺基聚酯的不混溶共混物可以提供常规的非织造网，其将分裂并且完全分散在水中，因为不需要真溶解性。在后一实施例中，所需性能涉及保持聚丙烯的物理性能，而磺基聚酯在产品的实际使用过程中仅仅是旁观者，或者，磺基聚酯是短效的，并且在使用最终形式的产品之前被脱除。
磺基聚酯和补充的聚合物可以间歇、半连续或连续方法共混。在熔纺纤维之前，可以在本领域技术人员公知的任何高强度混合设备如Banbury混合机中容易地制备小规模批料。这些组分也可以在适当溶剂中的溶液中共混。熔融共混方法包括在足以熔融聚合物的温度下共混磺基聚酯和补充的聚合物。可以将共混物冷却并造粒以进一步使用，或者可以将熔融共混物直接从该熔融共混物熔融纺丝成纤维形式。本文所用的术语“熔融”包括但不限于仅仅软化聚酯。对于聚合物领域中通常已知的熔融混合方法，参见Mixing andCompounding of Polymers(I.manas-Zlockower&Z.Tadmor编辑，Carl Hanser Verlag出版社，1994，纽约)。
水分散性磺基聚酯、单组分、多组分和短切纤维以及由其制备的纤维制品也可以含有其它常规的添加剂和成分，它们不会有害地影响它们的最终用途。例如，可以使用添加剂如填料、表面摩擦改性剂、光和热稳定剂、挤出助剂、抗静电剂、着色剂、染料、颜料、荧光增白剂、抗微生物剂、防伪标记、疏水和亲水增强剂、黏度改性剂、增滑剂、增韧剂、粘合促进剂等。
本发明的纤维和纤维制品不需要添加剂的存在，例如颜料、填料、油、蜡或脂肪酸整理剂，以防止纤维在加工过程中粘连或熔合。本文所用术语“粘连或熔合”应理解为是指纤维或纤维制品粘在一起或熔合成团块，使得纤维不能被加工或用于其预期目的。粘连和熔合可在纤维或纤维制品的加工过程中或在数天或数周的储存过程中发生，并且在热、潮湿的条件下加剧。
在本发明的一个实施例中，纤维和纤维制品将包含小于10重量％的这种防粘连添加剂，基于纤维或纤维制品的总重量。例如，纤维和纤维制品可以含有小于10重量％的颜料或填料。在其它实例中，纤维和纤维制品可含有基于纤维的总重量计小于9重量％、小于5重量％、小于3重量％、小于1重量％和0重量％的颜料或填料。可以添加着色剂，有时称为呈色剂，以赋予磺基聚酯期望的中性色调和/或亮度。当需要着色纤维时，颜料或着色剂可以在二醇单体和二羧酸单体的反应期间被包括在磺基聚酯反应混合物中，或者它们可以与预先形成的磺基聚酯熔融共混。包括着色剂的优选方法是使用具有热稳定的有机着色化合物的着色剂，该有机着色化合物具有反应性基团，使得着色剂共聚和引入到磺基聚酯中以改进其色调。例如，着色剂如具有反应性羟基和/或羧基的染料，包括但不限于蓝色和红色取代的蒽醌，可以共聚到聚合物链中。当染料用作着色剂时，它们可以在酯交换或直接酯化反应之后加入到共聚酯反应过程中。
单丝纤维通常的尺寸为约15至约8000单丝旦数(在本文中缩写为“d/f”)。包括本发明的磺基聚酯的纤维通常将具有约40至约5000的d/f值。单丝的形式可以是单组分或多组分纤维。本发明的复丝纤维将优选地具有以下尺寸，对于熔喷网，从约1.5微米起，对于短纤维，约0.5至约50d/f，对于单丝纤维，最高约5000d/f。复丝纤维还可用作卷曲或未卷曲的纱线和丝束。用于熔喷网和熔纺织物中的纤维可以以微旦尺寸来生产。术语“微旦(microdenier)”，如本文中使用的，意图是指d/f值为1d/f或以下。例如，本发明的微旦纤维一般d/f值为1或以下，0.5或以下，或者0.1或以下。纳米纤维还可以通过静电纺丝来生产。
如上所述，磺基聚酯还有利于制备具有成形截面的双组分和多组分纤维。
在一个实施例中，提供了具有成形截面的多组分纤维。该多组分纤维包括：(a)水分散性磺基聚酯，其包含：(i)一种或多种二羧酸的残基，(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(iii)两种或更多种二醇的残基，其中二醇包含乙二醇和二甘醇，其中磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(b)一个或多个域，其包含与所述磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物。
在另一实施例中，提供了具有成形截面的多组分纤维。该多组分纤维包括：(a)水分散性无定形磺基聚酯，其包含：(i)间苯二甲酸的残基，(ii)对苯二甲酸的残基，(iii)至少一种磺基单体的残基，(iv)乙二醇的残基；以及(v)二甘醇的残基，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(b)一个或多个域，其包含与磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物。
二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基单体和支化单体残基如前面本发明其它实施例所述。
在本发明的另一实施例中，多组分纤维的水分散性磺基聚酯组分呈现允许下列中的至少一种的性质：(a)多组分纤维纺成所需的低旦数；(b)多组分纤维以防止融和或粘连；(c)在小于或等于90℃的温度下分散磺基聚酯以形成至少5wt％磺基聚酯的分散体；(D)这些多组分纤维中的磺基聚酯在由纤维形成的网的水力缠结期间耐脱除，但在水力缠结之后在升高的温度下被有效地脱除；和(E)多组分纤维是可热定型的，以产生稳定、结实的织物。
多组分纤维的非水分散性组分可以包括本文中所述的那些非水分散性聚合物中的任一种。纤维的纺丝还可根据本文中所述的任何方法来进行。然而，根据本发明的这个方面的多组分纤维的改进的流变性质提供了提高的拉伸速度。当磺基聚酯和非水分散性聚合物被挤出以生产多组分挤出物时，使用本文中所公开的任何方法，以至少约2000m/min的速度，更优选地至少约3000m/min，更优选地至少约4000m/min，和最优选至少约4500m/min，多组分挤出物能够被熔融拉伸以生产该多组分纤维。虽然不意欲受理论学说的约束，在这些速度熔融拉伸多组分挤出物导致在多组分纤维的非水分散性组分中的至少一些取向结晶度。这种取向结晶度可以提高在下一工序期间由多组分纤维制成的非织造材料的尺寸稳定性。
多组分挤出物的另一个优点在于它可以被熔融拉伸成初纺旦数小于6单丝旦数的多组分纤维。多组分纤维尺寸的其它范围包括初纺旦数小于4单丝旦数和小于2.5单丝旦数。
多组分纤维包括与磺基聚酯不溶混的一种或多种非水分散性聚合物的多个区段(segment)或域(domain)，其中所述区段或域通过介于所述区段或域之间的磺基聚酯基本上彼此隔离。如本文所用，术语“基本上分离的”旨在表示链段或域彼此分开以允许链段磺基聚酯域在脱除磺基聚酯时形成单独的纤维。例如，区段或域可以彼此接触，例如，以扇饼型(segmented pie)构型，但是通过冲击或者当脱除磺基聚酯时，可以分裂开。
在本发明的多组分纤维中，磺基聚酯与非水分散性聚合物组分的重量比通常为约60:40至约2:98，或者，在另一实例中，约50:50至约5:95。通常，磺基聚酯占多组分纤维总重量的50重量％或更低。
多组分纤维的区段或域可以包括一种或多种非水分散性聚合物。可用于多组分纤维的区段中的非水分散性聚合物的实例包括但不局限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、纤维素酯和聚氯乙烯。例如，非水分散性聚合物可以是聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚环己烷二甲酸环己二酯，聚对苯二甲酸环己二酯，聚对苯二甲酸(三亚甲基)酯等。在另一实例中，非水分散性聚合物可以是生物可分解的，如根据DIN Standard 54900测定的和/或生物可降解的，如根据ASTM标准方法，D6340-98测定的。生物可降解的聚酯和聚酯共混物的实例公开在美国专利号5,599,858；5,580,911；5,446,079；和5,559,171中。如本文所用，术语“生物可降解的”关系到本发明的非水分散性聚合物，应理解为是指聚合物在合适的并且明显的时间跨度中在环境影响下例如在堆肥环境中降解，例如，由题为″Standard Test Methods for Determining AerobicBiodegradation of Radiolabeled Plastic Materials in an Aqueous or CompostEnvironment(在含水或者堆肥环境中用于测定放射性标记的塑料材料的曝气生物降解的标准测试方法)″的ASTM标准方法，D6340-98所定义的。本发明的非水分散性聚合物也可以是“生物可分解的”，这是指聚合物容易在堆肥环境中支离破碎(fragment)，例如由DINStandard 54900所定义的。例如，可生物降解的聚合物，在热、水、空气、微生物及其他因素的作用下，最初在环境中在分子量方面降低。分子量的这种降低导致物理性能(韧度)的损失并且常常导致纤维断裂。一旦聚合物的分子量足够低，单体和低聚物于是被微生物所同化。在含氧环境中，这些单体或者低聚物最终氧化为CO2、H2O和新的细胞生物质。在无氧环境中，单体或者低聚物最终转化为CO2、H2、乙酸盐(酯)、甲烷和细胞生物质。
例如，非水分散性聚合物可以是脂族-芳族聚酯，其在本文中缩写为“AAPE”。如本文所用，术语“脂族-芳族聚酯”是指包括来自脂族或者环脂族二羧酸或者二醇和芳族二羧酸或者二醇的残基的混合物的聚酯。如本文所用，术语“非芳族”相对于本发明的二羧酸和二醇单体而言，是指单体的羧基或者羟基没有通过芳族环进行连接。例如，己二酸在其主链(即连接羧酸基团的碳原子链)中不包含芳族环，因此是“非芳族”的。相比之下，术语“芳族”是指在主链中二羧酸或者二醇包含芳族环，例如，对苯二甲酸或2,6-萘二甲酸。因此，“非芳族”旨在包括脂族和环脂族结构，例如，二醇和二羧酸，其包含组成碳原子的直链或支链或环状结构作为主链，所述组成碳原子在性质上可以是饱和或链烷的，不饱和的，即包含非芳族碳-碳双键，或者炔属，即，包含碳-碳三键。因此，在本发明的说明书和权利要求的范围内，非芳族旨在包括直链和支链的链结构(在本文中称为“脂族”)和环状结构(在本文中称为“脂环族(的)”或“环脂族(的)”)。术语“非芳族”，然而，不意图排除任何芳族取代基，其可以连接到脂族或环脂族二醇或二羧酸的主链。在本发明中，双官能羧酸一般地是脂族二羧酸，例如己二酸，或芳族二羧酸，例如对苯二甲酸。双官能羟基化合物可以是环脂族二醇，例如1,4-环己烷二甲醇，线性或分枝的脂族二醇，例如1,4-丁二醇，或者芳族二醇，例如对苯二酚。
AAPE可以是线性或分枝的无规的共聚酯和/或链延伸的共聚酯，其包括二醇残基，所述二醇残基包括一种或多种取代的或未被取代的、线性或分枝的二醇的残基，所述二醇选自包含2至约8个碳原子的脂族二醇、包含2至8个碳原子的多亚烷基醚二醇和包含约4至约12个碳原子的环脂族二醇。取代的二醇，一般地，将包括1至约4个取代基，其独立地选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。可以使用的二醇的实例包括但不局限于乙二醇，二甘醇，丙二醇，1,3-丙二醇，2,2-二甲基-1,3-丙二醇，1,3-丁二醇，1,4-丁二醇，1,5-戊二醇，1,6-己二醇，聚乙二醇，二甘醇，2,2,4-三甲基-1,6-己二醇，硫代二乙醇，1,3-环己烷二甲醇，1,4-环己烷二甲醇，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇，三甘醇和四甘醇，优选的二醇包括一种或多种选自1,4-丁二醇；1,3-丙二醇；乙二醇；1,6-己二醇；二甘醇；或1,4-环己烷二甲醇的二醇。AAPE还包括二酸残基，其包含约35至约99摩尔％，基于二酸残基的总摩尔数，的一种或多种取代的或未被取代的、线性或分枝的非芳族二羧酸的残基，所述二羧酸选自包含2至约12个碳原子的脂族二羧酸和包含约5至约10个碳原子的环脂族酸。取代的非芳族二羧酸，一般地，将包含1至约4个取代基，其选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。非芳族二酸的非限制性实例包括丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、2,2-二甲基戊二酸、辛二酸、1,3-环戊烷二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、1,3-环己烷二羧酸、二羟乙酸、衣康酸、马来酸和2,5-降莰烷二羧酸。除了非芳族二羧酸之外，AAPE包括约1mol％至约65mol％，基于二酸残基的总摩尔数，的一种或多种取代的或未被取代的包含6至约10个碳原子的芳族二羧酸的残基。在其中使用取代的芳族二羧酸的情况下，它们将一般地包含1至约4个取代基，其选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基。可用于我们的发明的AAPE中的芳族二羧酸的非限制性实例是对苯二甲酸、间苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸的盐和2,6-萘二羧酸。更优选地，非芳族二羧酸将包括己二酸，芳族二羧酸将包括对苯二甲酸，而二醇将包括1,4-丁二醇。
其它对于我们的发明的AAPE可行的组成是由下列二醇和二羧酸(或其成聚酯的等价物，如二酯)制备的那些，按如下的摩尔百分数，基于100摩尔％的二酸组分和100摩尔％的二醇组分：(1)戊二酸(约30至约75％)；对苯二甲酸(约25至约70％)；1,4-丁二醇(约90至100％)；和改性二醇(0至约10％)；(2)琥珀酸(约30至约95％)；对苯二甲酸(约5至约70％)；1,4-丁二醇(约90至100％)；和改性二醇(0至约10％)；和(3)己二酸(约30至约75％)；对苯二甲酸(约25至约70％)；1，4-丁二醇(约90至100％)；和改性二醇(0至约10％)。
改性二醇优选地选自1,4-环己烷二甲醇，三甘醇，聚乙二醇和新戊二醇。最优选的AAPE是线性、分枝或链延伸的共聚酯，其包括约50至约60摩尔％己二酸残基，约40至约50摩尔％对苯二甲酸残基，和至少95摩尔％的1,4-丁二醇残基。甚至更优选地，己二酸残基占约55至约60摩尔％，对苯二甲酸残基占约40至约45摩尔％，和二醇残基包括约95摩尔％的1,4-丁二醇残基。这种组合物是市售可得的，以商标EASTAR
Figure BDA0004113412960000321
共聚酯获自伊士曼化工公司，Kingsport，TN，和以商标
Figure BDA0004113412960000322
获自巴斯夫公司(BASF Corporation)。
另外，优选的AAPE的特定的实例包括聚(四亚甲基戊二酸酯-共-对苯二甲酸酯)，其包含(a)50摩尔百分比戊二酸残基，50摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基，(b)60摩尔百分比戊二酸残基，40摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基或(c)40摩尔百分比戊二酸残基，60摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基；聚(四亚甲基琥珀酸酯-共-对苯二甲酸酯)，其包含(a)85摩尔百分比琥珀酸残基，15摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基或(b)70摩尔百分比琥珀酸残基，30摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基；聚(亚乙基琥珀酸酯-共-对苯二甲酸酯)，其包含70摩尔百分比琥珀酸残基，30摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比乙二醇残基；和聚(四亚甲基己二酸酯-共-对苯二甲酸酯)，其包含(a)85摩尔百分比己二酸残基，15摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基；或(b)55摩尔百分比己二酸残基，45摩尔百分比对苯二甲酸残基，和100摩尔百分比1,4-丁二醇残基。
AAPE优选包括约10至约1,000个重复单元，优选地，约15至约600个重复单元。AAPE比浓对数黏度可以为约0.4至约2.0dL/g，或者更优选地约0.7至约1.6dL/g，如在25℃的温度使用如下浓度的共聚酯测量的：0.5克共聚酯/100ml的苯酚/四氯乙烷(60/40，按重量计算)的溶液。
可选地，AAPE可以包含支化剂的残基。支化剂的摩尔百分数范围为约0至约2摩尔％，优选地约0.1至约1摩尔％，和最优选约0.1mol％至约0.5mol％，基于二酸或二醇残基的总摩尔数(取决于是否支化剂包含羧基或羟基)。支化剂优选地具有以下重均分子量：约50至约5000，更优选地约92至约3000，和官能度为约3至约6。支化剂例如可以是具有3至6个羟基的多元醇、具有3或4个羧基的多元羧酸(或成酯等价基团)或具有总共3至6个羟基和羧基的羟基酸的酯化残基。另外，在反应挤出期间通过添加过氧化物可以使AAPE支化。
非水分散性聚合物的各个区段可以在细度方面与其它的不同并且可以被排列成本领域技术人员已知的任何成形或加工截面的几何形态。例如，磺基聚酯和非水分散性聚合物可以用于制备具有如下加工几何结构的双组分纤维，例如，并列型，“海岛型”，扇饼型，皮/芯型，带状(条状)或者本领域技术人员已知的其它构型。其它多组分构型也是可能的。随后脱除并列型的一侧，海岛型的“海”或者“饼”的一部分可以获得非常细的纤维。制备双组分纤维的方法也是本领域技术人员众所周知的。在双组分纤维中，本发明的磺基聚酯纤维的含量可以是约10至约90重量％并且将通常用于皮/芯纤维的皮部分。一般地，当使用不溶于水的或非水分散性聚合物时，所得的双组分或多组分纤维不是完全水分散性。在热收缩方面具有重大差别的并列型组合可用于形成螺旋卷曲。如果卷曲是期望的话，锯齿或填塞箱卷曲通常适用于许多应用。如果第二聚合物组分位于皮/芯构型的芯中，这种芯可选地可以被稳定。
磺基聚酯特别可用于具有“海岛型”或“扇饼型”截面的纤维，因为它们仅仅要求中性或者略酸性(即，“软”水)进行分散，相比含苛性碱的溶液而言，后者有时被要求以从多组分纤维中脱除其它水分散性聚合物。本公开内容中使用的术语“软水”是指水具有至多5格令/加仑的CaCO3(1格令/加仑的CaCO3相当于17.1ppm)。
在一个实施例中，多组分纤维具有海岛型或扇饼型截面，并且包含小于10重量％的颜料或填料，基于纤维的总重量。
制造多组分纤维的方法
我们的新型多组分纤维可以通过本领域技术人员已知的任何方法制备。在一个实施例中，提供了一种生产至少一种多组分纤维的方法。该方法包括将至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，该磺基聚酯包括：(i)一种或多种二羧酸的残基；(ii)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；(iii)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在本发明的另一实施例中，提供了一种生产至少一种具有成形截面的多组分纤维的方法。该方法包括将至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，该磺基聚酯包括：(i)间苯二甲酸的残基，(ii)对苯二甲酸的残基，(iii)至少一种磺基单体的残基，(iv)乙二醇的残基，(v)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
在本发明的另一实施例中，提供了一种生产至少一种具有成形截面的多组分纤维的方法。该方法包括将至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与磺基聚酯不混溶的非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，该磺基聚酯包括：(a)间苯二甲酸的残基；(b)对苯二甲酸的残基；(c)至少一种磺基单体的残基；(d)1,4-环己烷二甲醇的残基；以及(e)二甘醇的残基，其中磺基聚酯显示出至少57℃的玻璃化转变温度，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
多组分纤维具有多个包括非水分散性聚合物的区段并且该区段通过介于所述区段之间的磺基聚酯基本上彼此隔离。在一个实施例中，该纤维包含小于10重量％的颜料或填料，基于纤维的总重量。例如，多组分纤维可以这样制备，包括在单独的挤出机中熔融磺基聚酯和一种或多种非水分散性聚合物，并且将单独的聚合物流动导入一个具有多个分布流动路径的喷丝头或挤出模头，使得非水分散性聚合物组分形成小的区段或细的股线，后者通过介于其间的磺基聚酯基本上彼此隔离。这种纤维的截面可以是，例如，扇饼型结构或者海岛型结构。在另一实例中，磺基聚酯和一种或多种非水分散性聚合物被单独地供应给喷丝头孔口，随后以皮芯型形式挤出，其中，非水分散性聚合物形成“芯”，后者基本上被磺基聚酯“皮”聚合物围绕。在这种同心纤维的情况下，供给“芯”聚合物的孔口位于纺丝孔口出口的中心，芯聚合物流体的流动条件被严格地控制以便当纺丝时保持两组分的同心度。喷丝头孔口的改变使得能够在纤维截面内获得不同的芯和/或皮的形状。在又一个实例中，具有并列型截面或构型的多组分纤维可以这样被生产，包括(1)分别地通过孔口共挤出水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物，并且以基本上相同的速度汇集各独立的聚合物物流而以结合物流的形式在喷丝头面以下合并成并列型；或(2)通过在喷丝头表面处汇集的孔口以基本上相同的速度分别地进料两种聚合物物流，从而以结合物流的形式在喷丝头表面处合并成并列型。在两种情况中，在合并点处，各个聚合物物流的速度，是通过其计量泵速度、孔口数目和孔口尺寸来确定的。
通常，当离开喷丝头时，借助空气错流，纤维被骤冷，因此纤维固化。在这一步骤，各种整理剂(finish)和上浆剂(size)可以施加到纤维。通常，冷却的纤维随后被拉伸并且在卷取轴上卷起。其他的添加剂可以以有效量添加到整理剂中，例如乳化剂、防静电剂、抗微生物剂、消泡剂、润滑剂、热稳定剂、紫外稳定剂等。
可选地，拉伸纤维可以变形并且缠绕以形成蓬松连续长丝。这种一步技术在本领域中是已知的，称为纺丝-拉伸-变形。其它实施例包括扁平长丝(非变形的)纱线，或者切段短纤维，卷曲的或者未卷曲的。
多组分纤维的最终用途
本发明的多组分纤维可用于本领域已知的任何最终用途应用中。在本发明的一个实施例中，本发明的多组分纤维用于生产纱线。纱线被定义为连续的纤维束，其适于编织、针织、熔合或以其它方式交织以产生纺织品，例如织物。在本发明的一个实施例中，多组分纤维是长丝纱。长丝纱首先被拉伸成连续长度的纤维，并可以在后加工期间被加捻。在本发明的另一实施例中，多组分纤维被切割成短纤维长度，然后加捻成被称为短纤纱的连续股线。
在本发明的另一实施例中，多组分纤维可以与至少一种其它纤维结合以生产纱线。纱线可以是短纤纱或长丝纱。其它纤维可包括但不限于棉、亚麻、丝、剑麻/草、皮革、乙酸酯、丙烯酸、变性聚丙烯腈、聚乳酸、莎纶、纤维素纤维浆粕、无机纤维(例如玻璃、碳、硼、陶瓷及其组合)、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、莱赛尔纤维、纤维素酯纤维、消费后回收纤维、弹性体纤维、以及它们的组合。
可选地，多组分纤维可以通过各种技术，例如拉伸或变形进行后加工。拉伸纤维可以变形并且缠绕以形成蓬松连续长丝。一步技术在本领域中是已知的，称为纺丝-拉伸-变形。其它实施例包括扁平长丝(非变形的)纱线，或者切段短纤维，卷曲的或者未卷曲的。
如本文所用，变形是指处理扁平长丝(或纤维)，使得它们沿着长丝的长度变形为具有环圈、螺旋、卷曲或其它变形(即，“织构(texture)”)。变形长丝或纤维增加了纤维的膨松度、孔隙率、弹性和/或柔软度。不同量(或程度)的变形可提供具有不同性质的长丝和纤维。变形(texturing)和变形(texturizing)在本文中可互换使用。
然后将长丝和纤维用于制造纱线。长丝或纤维可以与其它长丝或纤维组合以制备纱线，并且多于一种纱线可以通过本领域技术人员已知的方法例如变形、缠绕等组合在一起以制备新纱线。
拉伸的长丝或纤维可以根据所需的性能，使用例如摩擦盘拉伸变形(也称为假捻变形)、喷气变形、刀边卷曲变形、填塞箱变形和拉伸卷绕的方法进行变形，以增加纤维的卷曲或变形以及膨松度。
本发明的多组分纤维可用于生产本领域已知的任何制品。根据本发明的发明制品包括但不限于非织造织物、针织织物、织造织物、编织物、以及它们的组合。也可以生产包含本发明多组分纤维的合成织物，例如人造绒面革和皮革。
根据本发明的织造织物可以由本发明的多组分纤维通过不同的技术制造。这些方法包括但不限于机织、编织和针织工艺。
在机织过程中，两组纱线，即经纱和纬纱，交织以形成本发明的织造织物。两组纱线交织的方式决定了组织(weave)。机织过程可通过不同的设备实现，包括但不限于多臂织机、提花织机和动力织机。通过使用五种基本组织的各种组合，即平纹、斜纹、缎纹、提花和起绒，可以产生几乎无限的各种结构。
在针织过程中，本发明的织物通过一系列环圈或一根或多根纱线的相互环套而形成。两种主要的针织种类包括但不限于经编和纬编。
经编是一种纱线通常在织物中纵向延伸的针织类型。纱线在经轴上制成经纱，每根针用一根或多根纱线。然而，纬编是普通类型的针织，其中一根连续的线在织物中交叉地延伸，从而在一个横列中形成所有的环圈。纬编类型是圆形和平面针织。
编织是一种生产织物的方法，其中交织是在不同于90度的角度。编织是将一种或多种材料的三个或更多个单独的股以对角交叠的模式交织或缠绕。与通常包括两组独立的垂直的绳股(经纱和纬纱)的编织过程相比，编织物通常是长而窄的，其中每个组成绳股在向前曲折穿过其它绳股的交叠团块时功能上等同，从而导致非垂直的交叉角。
机织、针织、编织或组合织物可用于本领域已知的任何制品中。机织、针织或编织制品可用于任何类型的服装、鞋类、家用装饰物品、军事应用和技术应用。服饰可以包括运动和户外服装、工业服装和日常使用的服装。运动和户外服装的实例包括但不限于基础层、夹克和背心、机织运动和钓鱼衬衫、裤子和短裤、袜子、配件、泳衣和中间层、毛衣和运动衫。工业服装的实例包括军事训练服装、洁净室服装、个人防护设备、医用帷帘和罩衣、工业制服和处方压缩矫形。日常服装的实例包括但不限于贴身衣、夹克和背心、套装、女装、牛津和开襟机织衬衫、裙子、上装、衬衫、打腿裤、紧身衣、裤子、短裤和牛仔裤。鞋类包括但不限于凉鞋、靴子、徒步旅行靴、跑鞋、滑雪靴和雪靴、其它运动鞋和户外鞋类、网球鞋、商务鞋、工作靴、其它日常鞋和运动/休闲鞋。家居装饰制品的实例包括但不限于附件、遮篷、沐浴用品、床罩、床单和被子、毯子和披巾、阔幅地毯、地毯背衬、窗帘、帷帘、纤维填料铺垫、厨房用亚麻布、灯罩、衬里、床垫衬垫、床垫布、东方民族和设计师用地毯、户外地毯/室内装饰、通行材料(镶边)、散乱和加强地毯、覆盖物、桌布和亚麻布、室内装饰、壁毯、墙毯、清洁布和织造地垫和广场。技术应用包括但不限于，屏障织物、土工布和汽车织物。屏障织物的实例包括但不限于洁净室布、过滤、旗帜和横幅、包装和胶带。汽车织物包括但不限于汽车内饰件、安全气囊和其它汽车织物。土工布包括可渗透的织物，当与土壤结合使用时，其具有分离、过滤、加固、保护或排水的能力。
根据本发明的非织造织物可以通过不同的技术制造。这些方法包括但不限于熔喷法、纺粘法、梳理成网法、气流成网法、热压延法、粘合剂粘合法、热空气粘合法、针刺法、水力缠结法、电纺丝法、以及它们的组合。
在熔喷工艺中，本发明的非织造织物通过以下步骤形成：将熔融的水分散性聚合物和除了本领域已知的任何其它聚合物之外的非水分散性聚合物挤出通过模头，然后用热的高速空气或气流拉细和/或可选地断裂所得的长丝，从而形成收集在移动筛网上的短或长纤维段，在冷却期间它们在所述移动筛网处粘结。
在替代方案中，熔喷工艺通常包括以下步骤：(a)从喷丝头挤出股线；(b)同时使用高速热空气流在喷丝头正下方骤冷和细化聚合团块流；(c)在多孔表面上将拉伸的股线收集成网。熔喷网可通过多种方式粘合，包括但不限于自生粘合，即不经进一步处理的自粘合、热压延方法、粘合剂粘合方法、热空气粘合方法、针刺法、水力缠结法、以及它们的组合。
在纺粘法中，非织造织物的制造包括以下步骤：(a)从喷丝头挤出除了本领域已知的任何其它聚合物之外的水分散性聚合物和非水分散性聚合物的股线；(b)用空气流骤冷该股线，通常冷却该空气流以加速熔融线材的固化；(c)通过以拉伸张力使长丝前进通过骤冷区而使长丝变细，所述拉伸张力可通过将长丝气动地夹带在空气流中或通过将它们缠绕在纺织纤维工业中常用类型的机械拉伸辊周围来施加；(d)在多孔表面上，例如移动筛网或多孔带上，将拉伸的股线收集成网；和(e)将松散股线的网粘合成非织造织物。可通过各种方法实现粘合，包括但不限于热压延方法、粘合剂粘合方法、热空气粘合方法、针刺法、水力缠结法、以及它们的组合。
本发明的多组分纤维可用于生产各种非织造制品，包括过滤介质(例如HEPA过滤器、ULPA过滤器、聚结过滤器、液体过滤器、脱盐过滤器、汽车过滤器、咖啡过滤器、茶袋和真空集尘袋)、电池隔板、个人卫生制品、卫生巾、棉塞、尿布、一次性擦拭物(例如汽车擦拭物、婴儿擦拭物、手和身体擦拭物、地板清洁擦拭物、面部擦拭物、学步儿擦拭物、除尘和抛光擦拭物、以及指甲油脱除擦拭物)、柔性包装(例如信封、食品包装、多层袋、以及最终消毒的医用包装)、土工布(例如杂草屏障、灌溉屏障、腐蚀屏障、以及种子支撑介质)、建筑和构造材料(例如外壳信封、防潮膜、石膏板、墙纸、壁纸、沥青、纸、垫层和装饰材料)、外科手术和医疗材料(例如手术单和手术服、骨支撑介质、和薄纸支撑介质)、安全纸(例如纸、纸币、钞票和彩票支票、个人彩票、以及彩票记录纸、弹性纸板、弹性合成材料、弹性纸板、和弹性材料、槽绝缘材料、电容器纸和灯罩)、催化支撑膜、热绝缘材料、标签、食品包装材料(例如，无菌的液体包装板、烟草、离型纸、小袋和包、抗油脂的、耐热的板、杯托、食品包装和涂覆的一面)以及印刷和出版用纸(例如，耐水和抗撕裂的印刷纸、商业书籍、横幅、地图和图表、不透明物和无碳)。在一个实施例中，非织造制品选自电池隔膜、高效过滤器和高强度纸。
另外的非织造制品和生产此类非织造制品的方法公开于美国专利6,989,193、美国专利申请公布第2005/0282008号、美国专利申请公布第2006/0194047号、美国专利第7,687,143号、美国专利申请第2008/0311815号和美国专利申请公布第2008/0160859号中，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。
粘合剂分散体可通过本领域已知的任何方法施加到非织造制品上。在一个实施例中，通过将粘合剂分散体喷涂或辊涂到非织造制品上，将粘合剂分散体作为含水分散体施用到非织造制品上。在施加粘合剂分散体之后，可使非织造制品和粘合剂分散体经受干燥步骤以便允许粘合剂凝固。
粘合剂分散体可以包含合成树脂粘合剂和/或酚醛树脂粘合剂。合成树脂粘合剂选自丙烯酸系共聚物、苯乙烯系共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯基共聚物、聚氨酯、磺基聚酯及其组合。在一个实施例中，粘合剂可以包含具有不同磺基单体含量的不同磺基聚酯的共混物。例如，至少一种磺基聚酯包含至少15摩尔百分比的磺基单体和至少45摩尔百分比的CHDM(考虑第一次拼写)和/或至少一种磺基聚酯包含小于10摩尔百分比的磺基单体和至少70摩尔百分比的CHDM。磺基聚酯中存在的磺基单体的量极大地影响其水渗透性。在另一实施例中，粘合剂可以由包含至少一种亲水性磺基聚酯和至少一种疏水性磺基聚酯的磺基聚酯共混物组成。可用作粘合剂的亲水性磺基聚酯的实例是EASTMAN公司的Eastek
Figure BDA0004113412960000411
同样，用作粘合剂的疏水性磺基聚酯的实例包括EASTMAN的Eastek 
Figure BDA0004113412960000412
这两种磺基聚酯可以相应地共混以优化粘合剂的水渗透性。取决于非织造制品的期望最终用途，粘结剂可以是亲水性的或疏水性的。
已知未溶解或干燥的磺基聚酯与各种基板形成强粘合键，所述基板包括但不限于绒毛浆、棉、丙烯酸类树脂、人造丝、莱赛尔、PLA(聚乳酸)、乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸(三亚甲基)酯、聚对苯二甲酸环己二醇酯、共聚酯、聚酰胺(例如，尼龙)、不锈钢、铝、处理的聚烯烃、PAN(聚丙烯腈)和聚碳酸酯。因此，磺基聚酯用作非织造制品的优异粘合剂。因此，当使用磺基聚酯粘合剂时，我们的新型非织造制品可具有多种功能性。
非织造制品还可包括涂料。在非织造制品和可选的粘合剂分散体经受干燥之后，可将涂料施加到非织造制品。涂料可以包括装饰性涂料、印刷油墨、阻隔涂料、粘合剂涂料或热密封涂料。在另一个实例中，涂料可以包括液体屏障和/或微生物屏障。
在生产非织造制品之后，添加可选的粘合剂，和/或在添加可选的涂层之后，非织造制品可经历热定形步骤，所述热定形步骤包括将非织造制品加热到至少100℃，并且更优选地加热到至少约120℃的温度。热定形步骤释放内部纤维应力并且有助于生产尺寸稳定的织物产品。优选的是，当热定形材料被再加热至其在热定形步骤期间被加热至的温度时，其表现出小于其初始表面积的约10％、5％或1％的表面积收缩。然而，如果非织造制品经受热定形，则非织造制品可能无法可再浆化和/或通过在使用后将非织造制品再浆化而回收。
如本文所用，术语“可再浆化(repulpable)”是指任何非织造制品，其未经受热定形并且根据TAPPI标准在5,000、10,000或15,000次旋转后能够在3,000rpm、1.2％稠度下崩解。
在本发明的另一个方面，非织造制品还可包括至少一种或多种附加纤维。该附加纤维可具有与条带纤维不同的组成和/或构型(例如，长度、最小横向尺寸、最大横向尺寸、截面形状、或它们的组合)，并且可为本领域已知的任何类型的纤维，这取决于待生产的非织造制品的类型。在本发明的一个实施例中，该其他纤维可选自纤维素纤维浆粕、无机纤维(例如玻璃、碳、硼、陶瓷、以及它们的组合)、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、莱赛尔纤维、纤维素酯纤维、消费后回收纤维、以及它们的组合。非织造制品可包含非织造制品的至少10重量百分比、15重量百分比、20重量百分比、25重量百分比、30重量百分比、40重量百分比或60重量百分比和/或非织造制品的不超过99重量百分比、98重量百分比、95重量百分比、90重量百分比、85重量百分比、80重量百分比、70重量百分比、60重量百分比或50重量百分比的量的附加纤维。在一个实施例中，附加纤维为纤维素纤维，其构成非织造制品的至少10重量百分比、25重量百分比或40重量百分比和/或不超过80重量百分比、70重量百分比、60重量百分比或50重量百分比。纤维素纤维可包括硬木纸浆纤维、软木纸浆纤维和/或再生纤维素纤维。在另一实施例中，至少一种附加纤维是最小横向尺寸小于30、25、10、8、6、4、2或1微米的玻璃纤维。
非织造制品还可包含一种或多种添加剂。在对非水分散性微纤维的湿浆板进行湿法成网或干法成网工艺之前，可以将添加剂加入到湿浆板中。添加剂包括但不限于淀粉、填料、光和热稳定剂、抗静电剂、挤出助剂、染料、防伪标记物、增滑剂、增韧剂、粘合促进剂、氧化稳定剂、UV吸收剂、着色剂、颜料、遮光剂(消光剂)、光学增白剂、填料、成核剂、增塑剂、黏度改性剂、表面改性剂、抗微生物剂、消泡剂、润滑剂、热稳定剂、乳化剂、消毒剂、冷流抑制剂、支化剂、油、蜡和催化剂。非织造制品可包含至少0.05、0.1或0.5重量百分比和/或不超过10、5或2重量百分比的一种或多种添加剂。
通常，由多组分纤维生产非织造制品的制造方法可分为以下几组：干法成网、湿法成网、这些方法彼此的组合，或其它非织造方法。
通常，干法成网非织造制品用短纤维加工机械制造，所述短纤维加工机械被设计成操纵干燥状态下的纤维。这些方法包括机械方法，例如粗梳法、空气动力学和其它气流成网方法。这一类别中还包括由丝束形式的长丝制成的非织造制品，和由短纤维和缝合长丝或纱线组成的织物(这里应当是粗梳机？)，即缝编非织造物。粗梳法(carding)是解缠、清洁和互混纤维以制备网，以进一步加工成非织造制品的方法。该方法主要是排列纤维，通过机械缠结和纤维-纤维摩擦将纤维结合在一起形成网。粗梳机(card)(例如罗拉粗梳机)通常配置有一个或多个主缸、辊或静止顶部、一个或多个落纱机、或这些主要部件的各种组合。粗梳作用是在一系列相互配合的粗梳辊上的粗梳点之间梳理或加工非水分散性微纤维。粗梳机的类型包括罗拉粗梳机、梳毛机、梳棉机和杂乱梳理机。打回丝机(Garnett)也可用于排列这些纤维。
在干法成网工艺中的多组分纤维也可通过气流成网来排列。这些纤维被气流引导到收集器上，该收集器可以是平板输送机或滚筒。
湿法成网工艺涉及使用造纸技术来生产非织造制品。这些非织造制品用与浆粕纤维化(例如，锤磨机)和纸成形(例如，将浆料泵送到设计成在流体中操纵短纤维的连续筛上)相关的机器制造。
在湿法成网工艺的一个实施例中，多组分纤维悬浮在水中，被带到成形单元，其中水通过成形筛网排出，并且纤维沉积在筛网丝上。
在湿法成网工艺的另一实施例中，在脱水模块(例如，吸水箱、箔片和固化剂)上在液压成型机的开始处以高达1,500米/分钟的高速旋转的筛网或金属丝网上使多组分纤维脱水。将该薄片脱水至大约20至30％的固体含量。然后可以将薄片压制并干燥。
非织造制品通过以下方式结合在一起：1)在网或闷光织物中的机械纤维内聚和联锁；2)纤维熔合的各种技术，包括使用粘合纤维，和/或利用某些聚合物和聚合物共混物的热塑性能；3)使用粘合树脂如淀粉、酪蛋白、纤维素衍生物，或合成树脂，例如丙烯酸共聚物胶乳、苯乙烯共聚物、乙烯基共聚物、聚氨酯或磺基聚酯；4)使用粉末粘合粘合剂；或5)其组合。纤维通常以无规方式进行沉积，但是在一个方向中的取向是可能的，随后使用上述方法之一进行结合/粘合。在一个实施例中，多组分纤维在整个非织造制品中可以基本上均匀分布。
非织造制品也可包括一层或多层水分散性纤维、多组分纤维或微旦纤维。
非织造制品也可包括各种粉末和颗粒以改善非织造制品的吸收性及其充当其它添加剂的递送载体的能力。粉末和颗粒的实例包括但不限于滑石、淀粉、各种吸水剂、水分散性或水溶胀性聚合物(例如，超吸收聚合物、磺基聚酯和聚(乙烯醇))、二氧化硅、活性炭、颜料和微胶囊。如前所述，也可以存在添加剂，但不是必需的，如特定应用所需的。
生产微纤维的方法
本发明的磺基聚酯可以随后通过溶解水分散性磺基聚酯区段和留下非水分散性聚合物的较小长丝或微旦纤维而从多组分纤维中脱除。因此，本发明提供了一种用于微旦纤维的方法，包括：(A)纺丝选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基；(b)对苯二甲酸的残基；(c)至少一种磺基单体的残基；(d)乙二醇的残基；(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；其中纤维具有多个包括非水分散性的聚合物的区段，其中该区段通过介于所述区段之间的磺基聚酯基本上彼此隔离；和(b)使多组分纤维与水接触以去除磺基聚酯，从而形成微旦纤维。
在另一实施例中，多组分纤维包含小于10重量％的颜料或填料，基于纤维的总重量。
典型地，多组分纤维与温度范围为约25℃至约100℃或范围为约50℃至约80℃的水接触约10至约600秒的时间段，由此磺基聚酯消散或溶解。在脱除磺基聚酯之后，剩余的非水分散性聚合物微纤维典型地具有1d/f或更小，典型地0.5d/f或更小，或更典型地0.1d/f或更小的平均细度。
这些剩余的非水分散性聚合物微纤维的典型应用包括非织造织物，例如人造革、绒面革、抹布和过滤介质。由这些微纤维制成的过滤介质可用于过滤空气或液体。用于液体的过滤介质包括但不限于水、体液、溶剂和烃。磺基聚酯的离子性质也导致在盐水介质如体液中有利地差的“溶解度”。这些性质在个人护理产品和可冲弃或以其它方式置于生活污水系统中的清洁用抹布中是理想的。所选择的磺基聚酯也已经作为分散剂用于染料浴中和用于在洗涤周期中的污垢再沉积预防性试剂(soil redeposition preventative agents)中。
在一个实施例中，用于从多组分纤维中脱除磺基聚酯的水高于室温。在其它实施例中，用于脱除磺基聚酯的水为至少约45℃，至少约60℃，或至少约80℃。
生产短切微纤维的方法
在本发明的另一实施例中，提供了一种生产切段非水分散性聚合物微纤维的方法。该方法包括：(A)将多组分纤维切割成切段多组分纤维；其中多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)使含纤维的原料与水接触以生产纤维混合浆料；其中含纤维的原料包括切段多组分纤维；(C)加热该纤维混合浆料，生产加热的纤维混合浆料；(D)可选地，在剪切区中混合该纤维混合浆料；(E)从多组分纤维中脱除至少一部分的磺基聚酯，生产出包括磺基聚酯分散体和非水分散性聚合物微纤维的浆料混合物；和(F)从该浆料混合物中分离出非水分散性聚合物微纤维。
多组分纤维可被切割成可用于生产非织造制品的任何长度。在本发明的一个实施例中，多组分纤维被切割成长度为约1mm至约50mm。在其它实施例中，多组分纤维可被切割成长度范围为约1mm至约25mm、约1mm至约20mm、约1mm至约15mm、约1mm至约10mm、约1mm至约6mm、约1mm至约5mm、约1mm至约5mm。在另一实施例中，将切段多组分纤维切割成小于约25mm、小于约20mm、小于约15mm、小于约10mm或小于约5mm的长度。在本发明的另一方面，多组分纤维可被切割成不同长度的混合物。
如本公开中所用，术语“短纤维(staple fiber)”用于定义被切割成大于25mm至约50mm长度的纤维。术语“短切纤维(short-cut fiber)”用于定义被切割成大约25mm或更小的长度的纤维。
含纤维原料可包括可用于生产非织造制品的任何其它类型的纤维。在一个实施例中，含纤维原料还包含至少一种选自纤维素纤维浆、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维和纤维素酯纤维的纤维。
将含纤维原料与水混合以产生纤维混合浆料。为了促进水分散性磺基聚酯的脱除，所使用的水可以是软水或去离子水。软水已经在本公开内容中预先定义。在本发明的一个实施例中，至少一种水软化剂可用来促进从多组分纤维中脱除水分散性磺基聚酯。可以使用本领域已知的任何水软化剂。在一个实施例中，水软化剂是螯合剂或钙离子掩蔽剂。适用的螯合剂或钙离子掩蔽剂是每分子含有多个羧酸基团的化合物，其中螯合剂的分子结构中的羧酸基团被2至6个原子分开。乙二胺四乙酸四钠(EDTA)是最常用的螯合剂的实例，其每个分子结构含有四个羧酸部分，相邻羧酸基团之间间隔3个原子。聚丙烯酸钠盐是钙掩蔽剂的实例，其含有被羧基之间的两个原子分开的羧基。马来酸或琥珀酸的钠盐是最基本的螯合剂化合物的实例。可应用的螯合剂的其它实例包括在分子结构中通常存在多个羧酸基团的化合物，其中羧酸基团被所需的距离(2至6个原子单元)隔开，这产生与二价或多价阳离子如钙的有利的空间相互作用，这导致螯合剂优先结合二价或多价阳离子。这样的化合物包括但不限于二亚乙基三胺五乙酸；二亚乙基三胺-N,N,N',N',N”-五乙酸；戊二酸；N,N-双(2-(双-(羧甲基)氨基)乙基)-甘氨酸；二亚乙基三胺五乙酸；[[(羧甲基)亚氨基]双(乙二胺)]-四乙酸；乙二胺四乙酸(edetic acid)；乙二胺四乙酸；EDTA，游离碱；EDTA游离酸；乙二胺-N,N,N',N'-四乙酸；乙二胺四乙酸(hampene)；维尔烯；N,N'-1,2-乙烷二基双-(N-(羧甲基)甘氨酸)；乙二胺四乙酸；N,N-双(羧甲基)甘氨酸；次氮基三乙酸；特里隆A(trilone A)；α,α',α”-三甲基胺三羧酸；三(羧甲基)胺；氨基三乙酸；hampshire NTA酸；次氮基-2,2',2”-三乙酸；titriplex i；次氮基三乙酸；和它们的混合物。
水软化剂的需要量取决于所用水的硬度，以Ca++和其它多价离子计。
加热纤维混合浆料以产生加热的纤维混合浆料。温度是足以从多组分纤维中脱除一部分磺基聚酯的温度。在本发明的一个实施例中，将纤维混合浆料加热到约50℃至约100℃的温度。其它温度范围为约70℃至约100℃，约80℃至约100℃，和约90℃至约100℃。
可选地，在剪切区中混合纤维混合浆料。混合的量是足以从多组分纤维中分散和脱除一部分水分散性磺基聚酯并分离非水分散性聚合物微纤维的量。在本发明的一个实施例中，90％的磺基聚酯被脱除。在另一实施例中，95％的磺基聚酯被脱除，且在又一个实施例中，98％或更多的磺基聚酯被脱除。剪切区可以包括任何类型的设备，其可以提供从多组分纤维中分散和脱除一部分水分散性磺基聚酯和分离非水分散性聚合物微纤维所必需的剪切作用。这种设备的例子包括但不限于碎浆机和打浆机。
多组分纤维中的水分散性磺基聚酯在与水接触并加热之后将分散并与非水分散性聚合物纤维分离以产生包含磺基聚酯分散体和非水分散性聚合物微纤维的浆料混合物。然后，非水分散性聚合物微纤维可以通过本领域已知的任何方法从磺基聚酯分散体中分离。例如，浆料混合物可被引导通过分离设备，例如筛网和过滤器。可选地，非水分散性聚合物微纤维可以洗涤一次或多次以脱除更多的水分散性磺基聚酯。
水分散性磺基聚酯的脱除可以通过物理观察浆料混合物来确定。如果水分散性磺基聚酯大部分被脱除，则用于漂洗非水分散性聚合物微纤维的水是澄清的。如果水分散性磺基聚酯仍在被脱除，则用于漂洗非水分散性聚合物微纤维的水可以是乳状的。此外，如果水分散性磺基聚酯保留在非水分散性聚合物微纤维上，则微纤维触摸起来可能有些粘。
水分散性磺基聚酯可以通过本领域已知的任何方法从磺基聚酯分散体回收。
在本发明的另一实施例中，提供了包含至少一种非水分散性聚合物的非水分散性聚合物微纤维，其中非水分散性聚合物微纤维具有小于5微米的当量直径和小于25毫米的长度。该非水分散性聚合物微纤维通过前述生产微纤维的方法而生产。在本发明的另一个方面，非水分散性聚合物微纤维具有小于3微米的当量直径和小于25毫米的长度。在本发明的其它实施例中，非水分散性聚合物微纤维具有小于5微米或小于3微米的当量直径。在本发明的其它实施例中，非水分散性聚合物微纤维可以具有小于12毫米的长度；小于10毫米、小于6.5毫米和小于3.5毫米。多组分纤维中的域或区段一旦分离，就产生非水分散性聚合物微纤维。
本发明还包括一种纤维制品，其包含上文所述的水分散性纤维、多组分纤维、微旦纤维或非水分散性聚合物微纤维。术语“纤维制品”应理解为是指具有或类似纤维的任何制品。纤维制品的非限制性实例包括复丝纤维、纱线、帘线、带、织物、湿法成网的网、干法成网的网、熔喷网、纺粘网、热粘合网、水力缠结网、非织造网和织物、以及它们的组合；具有一层或多层纤维的物品，例如，由这些纤维制成的多层非织造材料、层压材料和复合材料、纱布、绷带、尿布、训练裤、棉塞、手术服和口罩、妇女卫生巾；等等。此外，非水分散性微纤维可用于空气过滤、液体过滤、食品制备过滤、医疗应用过滤和造纸工艺和纸制品的过滤介质中。此外，纤维制品可包括用于各种个人卫生和清洁产品的替换插入件。本发明的纤维制品可以粘合、层压、附着到其它材料上，或与其它材料结合使用，所述其它材料可以是或可以不是水分散性的。纤维制品，例如非织造织物层，可以粘合到柔性塑料薄膜或非水分散性材料如聚乙烯的背衬上。例如，这种组件可以用作一次性尿布的一个部件。此外，纤维制品可由将纤维过吹到另一基材上以形成加工熔喷、纺粘、薄膜或膜结构的高度分类组合而产生。
本发明的纤维制品包括非织造织物和网。非织造织物定义为直接由网制成而无需机织或针织操作的织物。纺织学会(Textile Institute)将非织造物定义为直接由纤维而不是纱线制成的织物结构。这些织物通常由连续长丝或由纤维网或棉絮制成，其通过使用各种技术的粘合而增强，包括但不限于粘合剂粘合、通过针刺或流体喷射缠结的机械联锁、热粘合和缝编。例如，本发明的多组分纤维可以通过任何已知的织物形成方法形成织物。通过施加足够的力以使多组分纤维分裂或通过使网与水接触以脱除磺基聚酯留下剩余的微旦纤维，所得织物或网可以被转化成微旦纤维网。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于生产微旦纤维网的方法，包括：(a)将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和与该磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物纺丝成多组分纤维，其中多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基；(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；其中多组分纤维具有多个包括非水分散性的聚合物的区段，其中该区段通过介于所述区段之间的磺基聚酯基本上彼此隔离；(b)交叠和收集步骤A的多组分纤维以形成非织造网；以及和(c)使非织造网与水接触以脱除磺基聚酯，从而形成微旦纤维网。
在本发明的另一实施例中，所用多组分纤维含有少于10重量％的颜料或填料，基于纤维的总重量。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于微旦纤维网的方法，包括：(a)将至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性聚合物挤出成多组分挤出物，所述多组分挤出物具有多个域，该域包括非水分散性聚合物，其中域通过介于域之间的水分散性磺基聚酯基本上彼此隔离；其中多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)以至少约2000m/min的速度熔融拉伸多组分挤出物以生产多组分纤维；(C)收集步骤(B)的多组分纤维以形成非织造网；以及(D)使非织造网与水接触以脱除磺基聚酯，从而形成微旦纤维网。
在步骤(C)之前，该方法可进一步包括水力缠结非织造网的多组分纤维的步骤。在本发明的一个实施例中，水力缠结步骤导致多组分纤维中包含的磺基聚酯的损失小于约20重量％，或小于15重量％，或小于10重量％。为了促进减少水力缠结期间磺基聚酯损失的目标，在本发明的一个实施例中，在该方法期间使用的水可以具有小于大约45℃，小于大约35℃，或小于大约30℃的温度。在本发明的一个实施例中，为了最小化多组分纤维中磺基聚酯的损失，在水力缠结期间使用的水尽可能接近室温。相反，在步骤(D)期间磺基聚酯聚合物的脱除可以使用温度为至少约45℃、至少约60℃或至少约80℃的水进行。
在水力缠结之后和步骤(D)之前，非织造网可以进行热定形步骤，包括将非织造网加热到至少约100℃或至少约120℃的温度。热定形步骤释放内部纤维应力并且有助于生产尺寸稳定的织物产品。在本发明的其它实施例中，当热定形材料被再加热至其在热定形步骤期间被加热至的温度时，其表现出小于其初始表面积的约5％、小于其初始表面积的约2％或小于其初始表面积的约1％的表面积收缩。
此外，本发明方法可包括以至少2000m/min、至少约3000m/min、至少约4000m/min或至少约5000m/min的纤维速度拉伸多组分纤维的步骤。
在本发明的另一实施例中，可以生产包含非水分散性聚合物微纤维的非织造制品。该非织造制品包含非水分散性聚合物微纤维，并且通过选自干法成网法和湿法成网法的方法制备。多组分纤维和生产非水分散性聚合物微纤维的方法先前在说明书中已经公开。
在本发明的一个实施例中，至少1％的非水分散性聚合物微纤维包含在非织造制品中。包含在非织造制品中的非水分散性聚合物微纤维的其它量为至少10％、至少25％和至少50％。
在本发明的另一个方面，非织造制品还可包括至少一种其它纤维。其它纤维可以是本领域已知的任何纤维，这取决于待生产的非织造制品的类型。在本发明的一个实施例中，其它纤维可选自纤维素纤维浆粕、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、纤维素酯纤维及其混合物。
非织造制品还可进一步包含至少一种添加剂。添加剂包括但不限于淀粉、填料和粘合剂。其它添加剂在本公开的其它部分讨论。
通常，由多组分纤维生产的非水分散性微纤维生产这些非织造制品的制造方法可分为以下几组：干法成网、湿法成网、这些方法彼此的组合，或其它非织造方法。
通常，干法成网非织造制品用短纤维加工机械制造，所述短纤维加工机械被设计成在干燥状态下操纵纤维。这些方法包括机械方法，例如粗梳法、空气动力学和其它气流成网方法。这一类别中还包括由丝束形式的长丝制成的非织造制品，和由短纤维和缝合长丝或纱线组成的织物，即缝编非织造物。粗梳法是解缠、清洁和互混纤维以制备网，以进一步加工成非织造制品的方法。该方法主要是排列纤维，通过机械缠结和纤维-纤维摩擦将纤维结合在一起形成网。粗梳机通常配置有一个或多个主缸、辊或静止顶部、一个或多个落纱机、或这些主要部件的各种组合。粗梳机的一个实例是罗拉粗梳机。粗梳作用是在一系列相互配合的粗梳辊上的粗梳点之间梳理或加工切段多组分纤维或非水分散性聚合物微纤维。粗梳机的其他类型包括梳毛机、梳棉机和杂乱梳理机。打回丝机也可用于排列这些纤维。
在干法成网工艺中，也可通过气流成网来排列切段多组分纤维或非水分散性聚合物微纤维。这些纤维被气流引导到收集器上，该收集器可以是平板输送机或滚筒。
挤出成形的网也可由本发明的多组分纤维生产。实例包括纺粘和熔喷。挤出技术用于生产纺粘、熔喷和多孔膜非织造制品。这些非织造制品用与聚合物挤出方法如熔纺、薄膜流延和挤出涂布相关的机器制造。然后使非织造制品与水接触以脱除水分散性磺基聚酯，由此生产包含非水分散性聚合物微纤维的非织造制品。
在纺粘法中，通过挤出多组分长丝，将它们定向成束或成组，将它们在输送筛上成层，并将它们联锁，将水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物直接转化成织物。互锁可以通过热熔合、机械缠结、水力缠结、化学粘合剂或这些方法的组合来进行。
熔喷织物也直接由水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物制成。将聚合物熔融并挤出。当熔体通过挤出孔时，用高温空气吹入。空气流使熔融聚合物变细并固化。然后，多组分纤维可以作为网从空气流中分离出来，并在加热辊之间压缩。
也可使用纺粘和熔粘结合的方法来生产非织造制品。
湿法成网工艺涉及使用造纸技术来生产非织造制品。这些非织造制品用与浆粕纤维化相关的机器如锤磨机和纸成形制造。例如将浆料泵送到连续的筛上，该筛被设计成用于操纵流体中的短纤维。
在湿法成网工艺的一个实施例中，非水分散性聚合物微纤维悬浮在水中，被带到成形单元，其中水通过成形筛网排出，并且纤维沉积在筛网丝上。
在湿法成网工艺的另一实施例中，非水分散性聚合物微纤维在筛网或金属丝网上脱水，该筛网或金属丝网在液压成型机的开始处旋转经过脱水模块(吸水箱、箔片和固化剂)，速度高达1500米/分钟。然后将该薄片放置在该金属丝网或筛上，脱水进行到固体含量为约20-30重量％。然后可以将薄片压制并干燥。
在湿法成网工艺的另一实施例中，提供了一种方法，其包括：(a)可选地，用水漂洗非水分散性聚合物微纤维；(b)将水加入非水分散性聚合物微纤维以产生非水分散性聚合物微纤维浆料；(c)可选地，向非水分散性聚合物微纤维或浆料中加入其它纤维和/或添加剂；和(D)将含非水分散性聚合物微纤维的浆料转移到湿法成网非织造区以生产非织造制品。
在步骤a)中，漂洗次数取决于所选择的非水分散性聚合物微纤维的具体用途。在步骤b)中，将足够的水加入微纤维中以使它们能够被送至湿法成网非织造区。
湿法成网非织造区包括本领域已知的任何设备以生产湿法成网非织造制品。在本发明的一个实施例中，湿法成网非织造区包括至少一个筛网、网或筛子以从非水分散性聚合物微纤维浆料中脱除水。
在湿法成网工艺的另一实施例中，提供了一种方法，其包括：(a)使切段多组分纤维与水接触以脱除一部分水分散性磺基聚酯，以产生非水分散性聚合物微纤维浆料；其中非水分散性聚合物微纤维浆料包含非水分散性聚合物微纤维和水分散性磺基聚酯；其中切段多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)可选地，用水漂洗非水分散性聚合物微纤维；(C)可选地，向非水分散性聚合物浆料中加入其它纤维和/或添加剂；和(D)将含非水分散性聚合物微纤维的浆料转移到湿法成网非织造区以生产非织造制品。
在本发明的另一实施例中，在转移到湿法成网非织造区之前，混合非水分散性聚合物微纤维浆料。
网粘合工艺也可用于生产非织造制品。这些可以分为化学和物理过程。化学粘合是指使用水基和溶剂基聚合物将纤维和/或网粘合在一起。这些粘合剂可以通过饱和、浸渍、喷涂、印刷或作为泡沫施用来施用。物理粘合方法包括热方法如压延和热空气粘合，和机械方法如针刺和水力缠结。针刺(needling)或针刺(needle-punching)工艺通过将一些纤维从接近水平的位置物理移动到接近竖直的位置而机械地使纤维互锁。可以用针织机进行针刺。针织机通常包括送网机构、由保持针的针板构成的针梁、剥料板、底板、以及织物卷取机构。
缝编是一种机械粘合方法，其使用具有或不具有纱线的针织元件来使纤维网互锁。缝编机的实例包括但不限于Maliwatt、Arachne、Malivile和Arabeva。
非织造制品通过以下方式结合在一起：1)在网或闷光织物中的机械纤维内聚和联锁；2)纤维熔合的各种技术，包括使用粘合纤维，利用某些聚合物和聚合物共混物的热塑性能；3)使用粘合树脂如淀粉、酪蛋白、纤维素衍生物，或合成树脂，如丙烯酸胶乳或尿烷；4)粉末粘合粘合剂；或5)其组合。纤维通常以无规方式进行沉积，但是在一个方向中的取向是可能的，随后使用上述方法之一进行结合/粘合。
本发明的纤维制品进一步还可能包括一层或多层的水分散性的纤维、多组分纤维或微旦纤维。纤维层可以是一或多非织造织物层，松弛结合的交叠(overlapping)纤维的层，或其组合。另外，纤维制品可包括个人和卫生护理产品，例如但不限于，儿童护理产品，如婴儿尿布；儿童训练裤；成人护理产品，如成人尿布和成人失禁衬垫；妇女护理产品，如妇女卫生巾、内裤衬里和棉塞；抹布；含纤维的清洁产品；医用和外科护理产品，如医用抹布、薄纸、纱布、检查床覆盖物、外科口罩、手术服、绷带和伤口涂剂；织物；弹性纱线、抹布、胶带、其它保护性阻隔物和包装材料。纤维制品可用于吸收液体或可以用各种液体组合物来预润湿并且被用于将这些组合物输送至表面。液体组合物的非限制性实例包括洗涤剂；润湿剂；清洁剂；皮肤护理产品，如化妆品、软膏、药物、润滑剂和香料。纤维制品还可以包括各种粉末和颗粒物以便改进吸收性或者用作输送载体。粉末和颗粒的实例包括但不局限于滑石，淀粉，各种吸水性、水分散性或水可膨胀的聚合物，如超吸收聚合物、磺基聚酯和聚(乙烯醇)，二氧化硅，颜料和微胶囊。根据特定应用的需要，还可能存在添加剂，但不是必须的。添加剂的实例包括但不局限于氧化稳定剂，UV吸收剂，着色剂，颜料，遮光剂(消光剂)，荧光增白剂，填料，成核剂，增塑剂，黏度调节剂，表面改性剂，抗微生物剂，消毒剂，冷态流变抑制剂，支化剂和催化剂。
除了是水分散性之外，上述纤维制品可以是可冲弃的。如本文所用，术语“可冲弃的”是指能够在常规盥洗室中被冲弃，并且能够被引入城市污水或住宅污水处理系统，而没有在盥洗室或污水系统中引起阻塞或堵塞。
纤维制品可以进一步包括水分散性薄膜，其包括第二水分散性聚合物。第二水分散性聚合物可以与用于本发明的纤维和纤维制品中的前述的水分散性聚合物相同或不同。在一个实施例中，例如，第二水分散性聚合物可以是另外的磺基聚酯，其因而包括：(a)约50至约96摩尔％的间苯二甲酸或对苯二甲酸的一种或多种残基，基于总酸残基；(b)约4至约30摩尔％的钠代磺基间苯二甲酸的残基，基于总酸残基；(c)一种或多种二醇残基，基于总二醇残基，其中至少15摩尔％是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)，其中n是2至约500的整数；(D)基于总重复单元，0至约20mol％的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基，其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。如上所述，另外的磺基聚酯可以与一种或多种补充聚合物进行共混以改变所得的纤维制品的性能。取决于应用，补充聚合物可以是或者未必是水分散性。补充聚合物可以是与另外的磺基聚酯可混溶的或不溶混的。
另外的磺基聚酯可以包含其它浓度的间苯二甲酸残基，例如，约60至约95摩尔％和约75至约95摩尔％。间苯二甲酸残基浓度范围的进一步的实例为约70至约85摩尔％，约85至约95摩尔％和约90至约95摩尔％。另外的磺基聚酯还可能包括约25至约95摩尔％的二甘醇的残基。二甘醇残基浓度范围的进一步的实例包括约50至约95摩尔％、约70至约95摩尔％和约75至约95摩尔％。另外的磺基聚酯还可能包括乙二醇和/或1,4-环己烷二甲醇的残基。CHDM残基的典型的浓度范围为约10至约75摩尔％、约25至约6摩尔％和约40至约60摩尔％。乙二醇残基的典型的浓度范围为约10至约75摩尔％、约25至约65摩尔％和约40至约60摩尔％。在另一实施例中，另外的磺基聚酯包括为约75至约96摩尔％的间苯二甲酸的残基和约25至约95摩尔％的二甘醇的残基。
根据本发明，纤维制品的磺基聚酯薄膜组件可以以单层或多层薄膜的形式生产。单层薄膜可以通过常规的流延技术来生产。多层化的薄膜可以通过常规的层压方法等来生产。薄膜可以具有任何适宜的厚度，但是总厚度将通常为约2-约50mil。
含薄膜的纤维制品可以包括一层或多层如上所述的水分散性纤维层。纤维层可以是一或多非织造织物层，松弛结合的交叠纤维的层，或其组合。另外，含薄膜的纤维制品可以包括个人和卫生护理产品，如上所述。
如前所述，纤维制品还可以包括各种粉末和颗粒物以便改进吸收性或者用作输送载体。因此，在一个实施例中，我们的纤维制品包括粉末，其包括第三水分散性聚合物，所述第三水分散性聚合物可以与前文中所述的水分散性聚合物组分相同或不同。粉末和颗粒的其它实例包括但不局限于滑石，淀粉，各种的吸水性、水分散性或水可膨胀的聚合物，如聚(丙烯腈)、磺基聚酯和聚(乙烯醇)，二氧化硅，颜料和微胶囊。
除上述应用之外，我们的新型的纤维和纤维制品具有许多可能的用途。一种新的应用包括将薄膜或非织造织物熔喷到扁平、曲线或成形表面以提供保护层。一种这样的层可以在运输期间为耐用设备提供表面保护。在目的地，在将所述设备投入应用前，可以洗刷掉磺基聚酯的外层。这种一般应用观念的进一步的实施例可能涉及个人防护制品以便为一些可再用的或者使用受限的衣服或覆盖物提供临时性阻挡层。对于军队来说，活性碳和化学吸收剂可以刚好在收集器之前被喷涂到变细长丝图案上，使得熔喷的基质能够将这些实体固定在暴露表面上。通过熔喷到另一层上，当出现威胁时，甚至可以在先锋行动区域(forward operation area)中改变化学吸收剂。
磺基聚酯所固有的主要优点是通过添加离子部分(即，盐)经由絮凝或沉淀能够从水分散体中脱除或回收聚合物的容易性。还可使用其它方法，如pH调节、添加非溶剂、冷冻等等。因此，纤维制品，如外套防护服，在成功使用防护阻隔物以后以及即使聚合物变成有害废物时，能够潜在地以低得多的量进行安全处理，对于使用被接受的规程的处理如焚化来说。
已知不溶解的或干燥的磺基聚酯对许多基板形成了强的粘合结合作用，所述基板包括但不限于短纤浆、棉、丙烯酸树酯、人造丝(rayon)、lyocell、PLA(聚乳酸)、醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸(三亚甲基)酯、聚对苯二甲酸环己二酯、共聚酯、聚酰胺(尼龙)、不锈钢、铝、经处理的聚烯径、PAN(聚丙烯腈)和聚碳酸酯。因此，我们的非织造织物可以用作层合粘合剂或粘合剂，其可以通过已知的技术被结合，如热、射频(RF)、微波和超声法。改性磺基聚酯以便能够RF活化公开在许多新近的专利中。因此，我们的新型非织造织物可以具有除粘合剂性能之外的双重或甚至多重功能。例如，可以获得一次性婴儿尿布，其中本发明的非织造物用作最终纤维束的水-响应性粘合剂以及流体管理组分。
本发明还提供了一种用于水分散性磺基聚酯纤维的方法，包括：(a)将水分散性聚合物组合物加热至高于其流动点的温度，其中聚合物组合物包含至少一种选自以下的磺基聚酯：其中多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)二甘醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；和(B)熔纺长丝。
如上所述，水分散性聚合物可选地可以与磺基聚酯共混。另外，非水分散性聚合物可选地可以与磺基聚酯共混而形成这样的共混物，使得该共混物是一种不溶混的共混物。如本文所用，术语“流点(flowpoint)”是指这样的温度，在该温度，聚合物组合物的黏度允许通过喷丝头或挤出模头的挤出或其他形式的加工。
水分散性磺基聚酯纤维是通过熔喷方法制备的。聚合物在挤出机中熔融并且被强迫通过模头。离开模头的挤出物借助热的高速空气迅速变细至超细直径。纤维的取向、冷却速率、玻璃化转变温度(Tg)和结晶速率是重要的，因为它们在变细过程中影响聚合物的黏度和加工性能。长丝被收集在可更换的表面上，例如，运送带、圆柱形鼓轮、旋转心轴等。粒料的预干燥(如果需要的话)，挤出区温度，熔融温度，螺杆设计，通过速率，空气温度，空气流量(速度)，模头空气隙和退位部件，鼻尖孔径尺寸，模头温度，模头-收集器(DCP)距离，骤冷环境，收集器速度和后处理全部是影响产品特性，如长丝直径，基重，网厚度，孔径，柔软性和收缩量，的因素。还可以使用高速空气，从而以略微随机方式移动长丝，这导致了大规模的交织。如果运送带在模头下通过，通过长丝的交叠铺列、机械内聚和热结合的组合，可以生产非织造织物。也可以过吹到另一基板上，如纺粘层或垫层。如果在旋转心轴上卷取长丝，形成了圆柱形产品。水分散性纤维的铺列还可以通过纺粘法来进行。
因此，本发明还提供了一种水分散性、非织造织物的方法，其包括：(a)将水分散性的聚合物组合物加热至高于其流动点的温度，其中聚合物组合物包含至少一种选自以下的水分散性的磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(b)熔纺长丝；以及(c)交叠和收集步骤(b)的长丝以形成非织造织物。如上所述，水分散性聚合物可选地可以与磺基聚酯共混。此外，非水分散性聚合物可选地可以与磺基聚酯共混以形成共混物，使得共混物是不混溶的共混物。水分散性磺基聚酯先前在本公开中描述。
在本发明的某些实施例中，在多组分纤维已被切割、洗涤和排干过量水之后产生的水润湿微纤维产品(湿浆板)可直接用于(即，无需进一步干燥)湿法成网非织造工艺中。在湿法成网非织造工艺中直接使用湿浆板产品避免了对湿浆板完全干燥的需要，从而节省了大量的能量和设备成本。当湿浆板生产设备远离用于制造湿法成网非织造物的设备时，可以将湿浆板包装并从湿浆板生产位置运输到非织造物生产位置。这种湿浆板组合物将在下面进一步详细描述。
本发明的一个实施例涉及包含水和多根合成纤维的湿浆板组合物。水可以占湿浆板组合物的至少50、55或60重量％和/或不超过90、85或80重量％。合成纤维可占湿浆板组合物的至少10、15或20重量％和/或不超过50、45或40重量％。水和合成纤维组合构成湿浆板组合物的至少95、98或99重量％。合成纤维可具有至少0.25、0.5或1毫米和/或不超过25、10或2毫米的长度。合成纤维可具有至少0.1、0.5或0.75微米和/或不超过10、5或2微米的最小横向尺寸。
如本文所用，“最小横向尺寸”表示通过外卡尺法垂直于纤维的伸长轴测量的纤维的最小尺寸。如本文所用，“最大横向尺寸”是通过外卡尺垂直于纤维的伸长轴测量的纤维的最大尺寸。图1a、1b和1c描述了如何在各种纤维截面中测量这些尺寸。在图1a、1a和1c中，“TDmin”是最小横向尺寸，“TDmax”是最大横向尺寸。如本文所用，“外卡尺法”表示测量纤维外部尺寸的方法，其中所测量的尺寸是分开两条共面的平行线的距离，纤维位于所述两条平行线之间，并且其中每条平行线接触纤维的大致相对侧上的纤维外表面。本文提供的所有纤维尺寸(例如，长度、最小横向尺寸和最大横向尺寸)是属于特定组的纤维的平均尺寸。
湿浆板组合物还可包含至少10、50或100ppmw和/或不超过1,000、500、250ppmw的量的纤维整理组合物。在一个实施例中，纤维整理组合物可包含油、蜡和/或脂肪酸。在另一实施例中，纤维整理组合物可以包括天然衍生的脂肪酸和/或天然衍生的油。在另一实施例中，其中纤维整理组合物包括矿物油、硬脂酸酯、脱水山梨糖醇酯和/或牛蹄油。在又一个实施例中，纤维整理组合物包含矿物油。
湿浆板组合物可进一步包含至少0.001、0.01或0.1和/或不超过5、2或1重量％的量的水分散性聚合物。在一个实施例中，水分散性聚合物包含至少一种磺基聚酯。磺基聚酯先前描述于本公开中。
湿浆板组合物的非水分散性合成聚合物可以选自聚烯烃、聚酯、共聚酯、聚酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、纤维素酯、丙烯酸类、聚氯乙烯及其共混物。在一个实施例中，非水分散性合成聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、尼龙6、尼龙66及其共混物。
湿浆板组合物可通过包括以下步骤的方法制备：(A)生产多组分纤维，其包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的一种或多种非水分散性合成聚合物，其中多组分纤维具有小于15dpf的初纺旦数；其中多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)将多组分纤维切割成长度小于25毫米的切段多组分纤维；(C)使切段多组分纤维与洗涤水接触以脱除水分散性磺基聚酯，从而形成合成纤维在磺基聚酯分散体中的浆料，其中磺基聚酯分散体包含水和至少一部分的磺基聚酯；和(D)从浆料中脱除至少一部分磺基聚酯分散体，从而生产湿浆板组合物。
如上所述，湿浆板组合物可直接用于湿法成网工艺以制备非织造制品。为了在湿法成网工艺中使用湿浆板，将湿浆板组合物从其生产位置转移到湿法成网非织造区。湿浆板组合物可与附加纤维在湿法成网非织造区中和/或在湿法成网非织造区的紧上游结合。该附加纤维可选自纤维素纤维浆粕、无机纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、莱赛尔纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、纤维素酯纤维及其组合。
作为湿法成网工艺的一部分，湿浆板组合物可与稀释水在湿法成网非织造区域和/或在湿法成网非织造区域的紧上游结合。稀释水和湿浆板可以以使得每一份湿浆板使用至少50、75、90或95重量份稀释水的量组合。
在本发明的其它实施例中，如图2、3a、3b和4所示，提供了生产微纤维产品流的方法。多组分纤维先前讨论于本公开中。关于多组分纤维的进一步公开在以下专利和专利申请中提供：美国专利6,989,193；7,635,745；7,902,094；7,892,993；7,687,143；和美国专利申请12/199,304；12/909,574；13/273,692；13/273,648；13/273,710；13/273,720；13/273,929、13/273,937；13/273,727、13/273,737；13/273,745；13/273,749；12/966,502；12/966,507；12/975,450；12/975,452；12/975,456；13/053,615；13/352,362；13/433,812；13/433,854；61/471,259；61/472,964；和61/558,744，在不与本文的陈述相抵触的程度上，所有这些文献都通过引用并入本文。
术语“湿浆板”和“微纤维产物流”在本公开中可互换使用。
生产短切微纤维的一步法
在如图2所示的本发明的一个实施例中，提供了一种用于生产微纤维产品流的方法。该方法包括：(a)在纤维开松区400中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维101与加热的含水料流801接触以脱除一部分水分散性的磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料401；其中短切多组分纤维包含至少一种水分散性的磺基聚酯和与水分散性的磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性的合成聚合物；其中加热的含水料流801处于至少40℃的温度；其中开松的微纤维浆料401包括水、微纤维、和水分散性的磺基聚酯；其中短切多组分纤维包含至少一种选自以下的水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)二甘醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)将开松的微纤维浆料401送至初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501；其中第一母液物流501包含水和水分散性的磺基聚酯。
在本发明的该实施例中，如图4所示的纤维浆料区200、混合区300和纤维开松区400在开松处理区1100中合并成一个单元操作。开松处理区1100包括纤维开松区400。
用于该方法的经处理的含水料流103可以通过将含水料流102送至含水处理区1000以产生经处理的含水料流103来产生。含水料流包含水。在本发明的实施例中，经处理的含水料流103中的单价金属阳离子的浓度可以按重量计小于约1000ppm，按重量计小于约500ppm，按重量计小于约100ppm，或按重量计小于约50ppm。从含水料流102中脱除二价和多价金属阳离子是含水处理区1000的一个功能。在本发明的其它实施例中，二价和多价阳离子的浓度按重量计小于约50ppm，按重量计小于约25ppm，按重量计小于约10ppm，或按重量计小于约5ppm。流103的温度可以在地下水温度至约40℃的范围内。
含水料流102在含水处理区1000中的处理可以以本领域已知的任何方式完成。在一个实施例中，含水处理区1000包含蒸馏设备，其中产生水蒸气并将其冷凝以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至能够从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离，以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至离子交换树脂以产生具有可接受的低浓度金属阳离子的经处理的含水料流103。在又一个实施例中，可以将水送至商业水软化装置以产生具有可接受的低浓度的二价和多价金属阳离子的经处理的含水料流103。应理解，可以采用这些水处理选择的任何组合以实现所需的处理水特性。
经处理的含水料流103可以被送至工艺中需要它的任何位置。在一个实施例中，将一部分料流103送至初级固液分离区500以用作洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
在一个实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800以产生加热的含水料流。热交换区800的一个功能是产生特定和受控温度的加热的含水料流801。
在一个实施例中，可进料至热交换区800的流是经处理的含水料流103和第二母液流601。在另一实施例中，可以进料至热交换区800的流包含经处理的含水料流103、一部分初级回收水流703、一部分第一母液流501和一部分第二母液流601。
可以使用本领域已知的用于控制流801的温度的任何设备，包括但不限于用于提供一部分所需能量的具有蒸汽的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有传热流体的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有电加热元件的任何换热器、和其中蒸汽冷凝且冷凝物与供给到热交换区800的水混合的具有直接蒸汽注入的任何容器或罐。将多组分纤维流90送至纤维切割区100以产生切段多组分纤维流101。多组分纤维可以是本领域已知的任何多组分结构。多组分纤维包含水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物，如本公开中先前讨论的。
本领域已知的任何设备都可用于切割多组分纤维流90以产生切段多组分纤维流101。在一个实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约50mm。在其它实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约25mm、小于约20mm、小于约15mm、小于约10mm、小于约5mm或小于2.5mm。
将切段多组分纤维流101和一部分加热的经处理的含水料流801送至纤维开松区400，以产生开松的微纤维浆料401。纤维开松区400的一个功能是将水分散性聚合物与切段多组分纤维分离，使得至少一部分非水分散性聚合物微纤维与切段多组分纤维分离并悬浮在开松的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施例中，包含在切段多组分纤维浆料201中的非水分散性聚合物微纤维的约50重量％至约100重量％变成悬浮在开松的微纤维浆料液401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。在其它实施例中，包含在切段多组分纤维流201中的非水分散性聚合物微纤维约75重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、或约95重量％至约100重量％的变成悬浮在开松的微纤维浆料401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。
流201中的起始切段多组分纤维的直径或旦数影响在纤维开松区400中水分散性磺基聚酯与切段多组分纤维的分离程度。典型的多组分纤维类型通常具有约12微米至约20微米范围内的直径。可用的多组分纤维可具有较大的起始直径，约40微米直径或更大的尺寸。从切段多组分纤维分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随着流201中的切段多组分纤维的直径增加而增加。
在本发明的该实施例中，如图4所示的纤维浆料区200、混合区300和纤维开松区400被组合并且在如图2所示的单一单元操作中完成。在该实施例中，将切段多组分纤维流101直接送至单一单元操作，在那里它与纤维开松区400内的加热的含水料流801混合。例如，间歇混合装置，其中在单一间歇混合装置中完成切段多组分纤维的开松或洗涤，其中将切段多组分纤维流101和加热的含水料流801直接加入到纤维开松区400中。纤维开松区可包括至少一个混合罐。在该实施例中，区200、300和400的组合功能可以在如图5b和5c所示的连续搅拌釜式反应器中完成。在该实施例中，区200、300和400的组合功能可以在任何间歇或连续混合装置中实现，所述装置能够实现区200、300和400的适当功能所需的停留时间、温度和混合剪切力的功能要求。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力也影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。影响纤维开松区400中的开松过程的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力，其中水温、在纤维开松区400中的停留时间和施加的剪切量的范围由将水分散性磺基聚酯从起始多组分纤维分离到足以导致非水分散性聚合物微纤维变得分离和悬浮在开松的微纤维浆料401的连续水相中的需要决定。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。纤维开松区400的温度可在约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度的范围内。在纤维开松区400中的停留时间可在约5分钟至约10秒、约3分钟至约20秒或约2分钟至约30秒的范围内。在纤维开松区400中保持充分混合，以保持切段非水分散性聚合物微纤维的悬浮液，使得切段微纤维的沉降最小。在本发明的其它实施例中，在纤维开松区400中沉降的切段非水分散性微纤维的每单位时间的质量小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约5％，小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约3％，或小于进入纤维开松区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约1％。
纤维开松区400中的纤维开松可在能够允许可接受范围的停留时间、温度和混合的任何设备中完成。合适设备的实例包括但不限于搅拌式间歇釜、连续搅拌釜式反应器(如图6b和6c所示)和具有足够流量以使固体从浆料中沉降出来最小化的管(如图6a所示)。在纤维开松区400中完成纤维开松的单元操作的一个实例是塞流式反应器，其中将加热的多组分纤维浆料301送至区400塞流式装置，通常为圆形管道或导管。通过将装置内的填充体积除以装置中的体积流率来计算材料在塞流式装置中的停留时间。装置中的质量速度由流动通道的截面积除以通过装置的液体的体积流量来限定。
在本发明的其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管，其中在管道中流动的质量速度可在0.1英尺/秒至约20英尺/秒、0.2英尺/秒至约10英尺/秒或约0.5英尺/秒至约5英尺/秒的范围内。对于管道或导管中的流体或浆料的流动，雷诺数Re是无量纲数，其可用于描述关于方向和时间不规则的流体涡流的湍流或运动。对于管道或导管中的流动，雷诺数通常定义为：
Figure BDA0004113412960000661
其中：
·DH是管道的水力直径；L，(m)。
·Q是体积流率(m3/s)。
·A为管道的截面积(m2)。
·v是物体相对于流体的平均速度(SI单位：m/s)。
·μ是流体的动态黏度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s))。
·v是运动黏度(ν＝μ/ρ)(m2/s)。
·ρ是流体的密度(kg/m3)。
对于直径D的管道中的流动，实验观察显示，对于完全展开的流动，当ReD＜2000时出现层流，而当ReD＞4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间中，层流和湍流都是可能的(“转捩”流)，这取决于其它因素，例如管道粗糙度和流动均匀性。
纤维开松区400可包含管道或导管以促进开松过程，且在纤维开松区400中流过管道或导管的雷诺数可在约2,100至约6,000、约3,000至约6,000或约3,500至约6,000的范围内。在其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管以促进开松过程，并且通过管道或导管的流动雷诺数为至少2,500、至少约3,500或至少约4,000。
纤维开松区400可在含有插入管道或导管内的混合装置的管或导管中实现。该装置可以包括在线混合装置。在线混合装置可以是没有移动部件的静态混合器。在另一实施例中，在线混合装置包括移动部件。非限制性地，这种元件是机械装置，其用于将比通过管道的流动所实现的混合能量更多的混合能量赋予加热的多组分纤维浆料301。该装置可以插入到用作纤维开松区的管道部分的开始处、管道部分的末端、或管道流动路径内的任何位置。
包含非水分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的开松的纤维浆料流401可以被送到初级固液分离区500以产生包含微纤维和第一母液流501的微纤维产团块流503。在一个实施例中，第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
开松的微纤维浆料401中的固体的重量％可在约0.1重量％至约20重量％、约0.3重量％至约10重量％、约0.3重量％至约5重量％、或约0.3重量％至约2.5重量％的范围内。
微纤维产物流503中固体的重量％可在约10重量％至约65重量％、约15重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、或约30重量％至约40重量％的范围内。
微纤维产物流503与开松的微纤维浆料401的分离可通过本领域已知的任何方法来实现。在一个实施例中，将包含水的洗液流103送至初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤第一固液分离区500中的微纤维产物流和/或第一固液分离区500中的滤布介质，以产生洗涤液流502。在进入第一固液分离区500之前，一部分(最多100重量％)的洗涤液流502的可与开松的微纤维浆料401结合。可将(最多100重量％)的洗涤液流502送至第二固液分离区600。洗涤液流502可包含微纤维。在一个实施例中，在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/cm2过滤面积。在本发明的其它实施例中，初级固液分离区500中的过滤介质中的过滤孔可以在约43微米至3000微米、约100微米至2000微米或约500微米至约2000微米的范围内。
在初级固液分离区500中，微纤维产物流与开松的微纤维浆料的分离可以通过单个或多个固液分离装置来实现。初级固液分离区500中的分离可通过以间歇和或连续方式操作的一个或多个固液分离装置来完成。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可以包括但不限于以下中的至少一种：多孔篮式离心机、连续真空带式过滤器、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉降槽、双网脱水装置、具有压缩区的连续水平带式过滤器、具有楔形网过滤介质的非振动斜筛装置、连续真空鼓式过滤器、脱水传送带等。
在一个实施例中，初级固液分离区500包括双网脱水装置，其中开松的微纤维浆料401被送至在相同方向上行进的一对行进的滤布之间的锥形间隙。在双网脱水装置的第一区域中，由于重力以及两个移动的滤布之间的每个变窄的间隙，水从开松的微纤维浆料401中排出。在双网脱水装置的下游区中，将两个滤布和两个滤布之间的微纤维料压缩一次或多次，以机械地减少微纤维料中的水分。在一个实施例中，机械脱水通过使两个滤布和所包含的微纤维料通过至少一组辊来实现，所述辊在两个滤布和其间的微纤维料上施加压缩力。在另一实施例中，通过使两个滤布和微纤维料通过至少一组压力辊之间来实现机械脱水。
在本发明的其它实施例中，对于每组压力辊而言，通过机械脱水施加的力可以在约25至约300磅/线性英寸过滤介质宽度、约50至约200磅/线性英寸过滤介质宽度或约70至约125磅/线性英寸过滤介质宽度的范围内。当两个过滤布分离并在装置的固体排放区发散时，微纤维产物流503从双网脱水装置排出。排出的微纤维料的厚度可在约0.2英寸至约1.5英寸、约0.3英寸至约1.25英寸、或约0.4英寸至约1英寸的范围内。在一个实施例中，将包含水的洗液流连续施加至过滤介质。在另一实施例中，将包含水的洗液流周期性地施加到过滤介质。
在另一实施例中，初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器装置，其包含重力排水区和压力脱水区。将开松的微纤维浆料401送至以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙，其首先经过重力排水区，然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊，从固体中挤出水。当带经过该过程中的最后一对辊时，分开过滤布且固体离开带式过滤器装置。
在本发明的另一实施例中，回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水。可以将第一母液流501再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在非水分散性微纤维脱除中的效率，第一母液流501可以再循环至纤维开松区400或在送至区域400之前送至热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含非水分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施例中，在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的非水分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/cm2过滤面积。期望在将料流501送至初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的非水分散性聚合物微纤维固体减至最少，其中非水分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
次级固液分离区600可用于脱除第一母液流501中存在的至少一部分非水分散性聚合物微纤维固体，以生成包含非水分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
在一个实施例中，可以将第二母液流601送至初级浓缩区700和或热交换区800，其中送至初级浓缩区700的第二母液流601的重量％可以为0％至100％，将该料流的其余部分送至热交换区800。第二母液流601可以再循环至纤维开松区400或在送至区域400之前送至热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为基于第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
送至初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702，其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量％可以为大约5重量％至大约85％，大约10重量％至大约65重量％，或大约15重量％至大约45重量％。初级回收水流703可以在被送至区400之前再循环至纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为基于第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
在初级浓缩区700中，可以通过本领域已知的任何方法从第二母液流601中脱除水，以产生初级聚合物浓缩物流702。在一个实施例中，脱除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如，至少一个薄膜蒸发器可用于此应用。在另一实施例中，包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施例中，可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。应当理解，可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
在一个实施例中，可以将初级聚合物浓缩流702送至次级浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量％为大约95％至大约100％)和包含水的蒸气流902。在一个实施例中，903包含水分散性磺基聚酯。适用于次级浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95％至100％水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施例包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到次级浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
在一个实施例中，次级浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置，其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。该夹套或壳是通气的，以便蒸气逸出。可以将壳夹套分区以沿该装置的长度设定不同的温度设定点。在连续运行过程中，初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至次级浓缩区900。在该装置内，在稳态过程中，团块以至少三种明显且不同的形式离开。团块首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置，由于夹套和内部螺杆的热，水蒸发。当足量的水蒸发时，该团块变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过该粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热量、内加热螺杆的热量和归因于这种高粘性塞团块的混合剪切力的热量，这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度，以产生该装置中的团块的第三种和最后一种物理形式，其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。应当理解，用于上述次级浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行，其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种团块物理形式，以水分散体开始、接着粘性塞团块，最后磺基聚酯熔体。
在一个实施例中，可以将次级浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送至热交换区800，排放和/或送至洗液流103。在另一实施例中，可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送至热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量包含在熔融相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中。可以利用一个或多个清除流(603和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分初级回收水流701。
生产短切微纤维的两步法
在如图3a所示的本发明的另一个实施例中，提供了一种用于生产微纤维产品流的方法。该方法包括：
(a)在纤维浆料区200中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维101与经处理的含水料流103接触以产生短切多组分纤维浆料201；其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性合成聚合物；并且其中经处理的含水料流103处于低于40℃的温度；其中多组分纤维包括选自以下的至少一种水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)在纤维开松区400中使短切多组分纤维浆料201和加热的含水料流801接触以除去一部分水分散性的磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料401；其中开松的微纤维浆料包含非水分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水；和(C)将开松的微纤维浆料401送至初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501；其中第一母液物流501包含水和水分散性磺基聚酯。
在本发明的该实施例中，如图4所示的混合区300和纤维开松区400在开松处理区1100中合并成一个单元操作。开松处理区1100包括纤维浆料区200和纤维开松区400。
用于该方法的经处理的含水料流103可以通过将含水料流102送至含水处理区1000以产生经处理的含水料流103来产生。含水料流包含水。在本发明的实施例中，经处理的含水料流103中的单价金属阳离子的浓度可以按重量计小于约1000ppm，按重量计小于约500ppm，按重量计小于约100ppm，或按重量计小于约50ppm。从含水料流102中脱除二价和多价金属阳离子是含水处理区1000的一个功能。在本发明的其它实施例中，二价和多价阳离子的浓度按重量计小于约50ppm，按重量计小于约25ppm，按重量计小于约10ppm，或按重量计小于约5ppm。流103的温度可以在地下水温度至约40℃的范围内。
含水料流102在含水处理区1000中的处理可以以本领域已知的任何方式完成。在一个实施例中，含水处理区1000包含蒸馏设备，其中产生水蒸气并将其冷凝以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至能够从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离，以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至离子交换树脂以产生具有可接受的低浓度金属阳离子的经处理的含水料流103。在又一个实施例中，可以将水送至商业水软化装置以产生具有可接受的低浓度的二价和多价金属阳离子的经处理的含水料流103。应理解，可以采用这些水处理选择的任何组合以实现所需的处理水特性。
经处理的含水料流103可以被送至工艺中需要它的任何位置。在一个实施例中，将一部分料流103送至初级固液分离区500以用作洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
在一个实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至纤维浆料区200。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800，并将至少一部分经处理的含水料流103送至纤维浆料区200。热交换区800的一个功能是产生特定和受控温度的加热的含水料流801。
在一个实施例中，可进料至热交换区800的料流是经处理的含水料流103和第二母液流601。在另一实施例中，可以进料至热交换区800的料流包含经处理的含水料流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
可以使用本领域已知的用于控制流801的温度的任何设备，包括但不限于用于提供一部分所需能量的具有蒸汽的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有传热流体的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有电加热元件的任何换热器、和其中蒸汽冷凝且冷凝物与供给到热交换区800的水混合的具有直接蒸汽注入的任何容器或罐。将多组分纤维流90送至纤维切割区100以产生切段多组分纤维流101。多组分纤维可以是本领域已知的任何多组分结构。多组分纤维包含水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物，如本公开中先前讨论的。
本领域已知的任何设备都可用于切割多组分纤维流90以产生切段多组分纤维流101。在一个实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约50mm。在其它实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约25mm、小于约20mm、小于约15mm、小于约10mm、小于约5mm或小于2.5mm。
将切段多组分纤维流101和一部分经处理的含水料流103送到纤维浆料区200，以产生包含水和切段多组分纤维的切段多组分纤维浆料201。在一个实施例中，在切段多组分纤维浆料201中的切段多组分纤维的重量％可在约35重量％至约1重量％、约25重量％至约1重量％、约15重量％至约1重量％、或约7重量％至约1重量％的范围内。
切段多组分纤维浆料201的温度可在约5摄氏度至约45摄氏度、约10摄氏度至约35摄氏度、或约10摄氏度至约25摄氏度的范围内。在一个实施例中，纤维浆料区200包含存在足以生成在连续水相中的切段多组分纤维悬浮液的搅拌的槽。
在纤维浆料区200中可使用本领域已知的任何适于将固体与水混合并保持切段多组分纤维在连续相中的所得悬浮液的设备。纤维浆料区200可包括以连续或间歇模式操作的间歇或连续混合装置。用于纤维浆料区200的合适装置包括但不限于水力碎浆机、连续搅拌釜式反应器、以间歇模式操作的带搅拌的槽。
然后，可以将切段多组分纤维浆料201送至纤维开松区400。纤维开松区400的一个功能是将水分散性聚合物与切段多组分纤维分离，使得至少一部分非水分散性聚合物微纤维与切段多组分纤维分离并悬浮在开松的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施例中，包含在切段多组分纤维浆料201中的非水分散性聚合物微纤维的约50重量％至约100重量％变成悬浮在开松的微纤维浆料液401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。在其它实施例中，包含在切段多组分纤维流201中的非水分散性聚合物微纤维约75重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、或约95重量％至约100重量％的变成悬浮在开松的微纤维浆料401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。
流201中的起始切段多组分纤维的直径或旦数影响在纤维开松区400中水分散性磺基聚酯与切段多组分纤维的分离程度。典型的多组分纤维类型通常具有约12微米至约20微米范围内的直径。可用的多组分纤维可具有较大的起始直径，约40微米直径或更大的尺寸。从切段多组分纤维分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随着流201中的切段多组分纤维的直径增加而增加。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力也影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。影响纤维开松区400中的开松过程的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力，其中水温、在纤维开松区400中的停留时间和施加的剪切量的范围由将水分散性磺基聚酯从起始多组分纤维分离到足以导致非水分散性聚合物微纤维变得分离和悬浮在开松的微纤维浆料401的连续水相中的需要决定。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。纤维开松区400的温度可在约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度的范围内。在纤维开松区400中的停留时间可在约5分钟至约10秒、约3分钟至约20秒或约2分钟至约30秒的范围内。在纤维开松区400中保持充分混合，以保持切段非水分散性聚合物微纤维的悬浮液，使得切段微纤维的沉降最小。在本发明的其它实施例中，在纤维开松区400中沉降的切段非水分散性微纤维的每单位时间的质量小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约5％，小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约3％，或小于进入纤维开松区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约1％。
纤维开松区400中的纤维开松可在能够允许可接受范围的停留时间、温度和混合的任何设备中完成。合适设备的实例包括但不限于搅拌式间歇釜、连续搅拌釜式反应器(如图6b和6c所示)和具有足够流量以使固体从浆料中沉降出来最小化的管(如图6a所示)。在纤维开松区400中完成纤维开松的单元操作的一个实例是塞流式反应器，其中将加热的多组分纤维浆料301送至区400塞流式装置，通常为圆形管道或导管。通过将装置内的填充体积除以装置中的体积流率来计算材料在塞流式装置中的停留时间。装置中的质量速度由流动通道的截面积除以通过装置的液体的体积流量来限定。
在本发明的其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管，其中在管道中流动的质量速度可在0.1英尺/秒至约20英尺/秒、0.2英尺/秒至约10英尺/秒或约0.5英尺/秒至约5英尺/秒的范围内。对于管道或导管中的流体或浆料的流动，雷诺数Re是无量纲数，其可用于描述关于方向和时间不规则的流体涡流的湍流或运动。对于管道或导管中的流动，雷诺数通常定义为：
Figure BDA0004113412960000761
其中：
·DH是管道的水力直径；L，(m)。
·Q是体积流率(m3/s)。
·A为管道的截面积(m2)。
·v是物体相对于流体的平均速度(SI单位：m/s)。
·μ是流体的动态黏度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s))。
·v是运动黏度(ν＝μ/ρ)(m2/s)。
·ρ是流体的密度(kg/m3)。
对于直径D的管道中的流动，实验观察显示，对于完全展开的流动，当ReD＜2000时出现层流，而当ReD＞4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间中，层流和湍流都是可能的(“转捩”流)，这取决于其它因素，例如管道粗糙度和流动均匀性。
纤维开松区400可包含管道或导管以促进开松过程，且在纤维开松区400中流过管道或导管的雷诺数可在约2,100至约6,000、约3,000至约6,000或约3,500至约6,000的范围内。在其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管以促进开松过程，并且通过管道或导管的流动雷诺数为至少2,500、至少约3,500或至少约4,000。
纤维开松区400可在含有插入管道或导管内的混合装置的管或导管中实现。该装置可以包括在线混合装置。在线混合装置可以是没有移动部件的静态混合器。在另一实施例中，在线混合装置包括移动部件。非限制性地，这种元件是机械装置，其用于将比通过管道的流动所实现的混合能量更多的混合能量赋予加热的多组分纤维浆料301。该装置可以插入到用作纤维开松区的管道部分的开始处、管道部分的末端、或管道流动路径内的任何位置。
包含非水分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的开松的纤维浆料流401可以被送到初级固液分离区500以产生包含微纤维和第一母液流501的微纤维产团块流503。在一个实施例中，第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
开松的微纤维浆料401中的固体的重量％可在约0.1重量％至约20重量％、约0.3重量％至约10重量％、约0.3重量％至约5重量％、或约0.3重量％至约2.5重量％的范围内。
微纤维产物流503中固体的重量％可在约10重量％至约65重量％、约15重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、或约30重量％至约40重量％的范围内。
微纤维产物流503与开松的微纤维浆料401的分离可通过本领域已知的任何方法来实现。在一个实施例中，将包含水的洗液流103送至初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤第一固液分离区500中的微纤维产物流和/或第一固液分离区500中的滤布介质，以产生洗涤液流502。在进入第一固液分离区500之前，一部分(最多100重量％)的洗涤液流502的可与开松的微纤维浆料401结合。可将(最多100重量％)的洗涤液流502送至第二固液分离区600。洗涤液流502可包含微纤维。在一个实施例中，在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/cm2过滤面积。在本发明的其它实施例中，初级固液分离区500中的过滤介质中的过滤孔可以在约43微米至3000微米、约100微米至2000微米或约500微米至约2000微米的范围内。
在初级固液分离区500中，微纤维产物流与开松的微纤维浆料的分离可以通过单个或多个固液分离装置来实现。初级固液分离区500中的分离可通过以间歇和或连续方式操作的一个或多个固液分离装置来完成。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可以包括但不限于以下中的至少一种：多孔篮式离心机、连续真空带式过滤器、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉降槽、双网脱水装置、具有压缩区的连续水平带式过滤器、具有楔形网过滤介质的非振动斜筛装置、连续真空鼓式过滤器、脱水传送带等。
在一个实施例中，初级固液分离区500包括双网脱水装置，其中开松的微纤维浆料401被送至在相同方向上行进的一对行进的滤布之间的锥形间隙。在双网脱水装置的第一区域中，由于重力以及两个移动的滤布之间的每个变窄的间隙，水从开松的微纤维浆料401中排出。在双网脱水装置的下游区中，将两个滤布和两个滤布之间的微纤维料压缩一次或多次，以机械地减少微纤维料中的水分。在一个实施例中，机械脱水通过使两个滤布和所包含的微纤维料通过至少一组辊来实现，所述辊在两个滤布和其间的微纤维料上施加压缩力。在另一实施例中，通过使两个滤布和微纤维料通过至少一组压力辊之间来实现机械脱水。
在本发明的其它实施例中，对于每组压力辊而言，通过机械脱水施加的力可以在约25至约300磅/线性英寸过滤介质宽度、约50至约200磅/线性英寸过滤介质宽度或约70至约125磅/线性英寸过滤介质宽度的范围内。当两个过滤布分离并在装置的固体排放区发散时，微纤维产物流503从双网脱水装置排出。排出的微纤维料的厚度可在约0.2英寸至约1.5英寸、约0.3英寸至约1.25英寸、或约0.4英寸至约1英寸的范围内。在一个实施例中，将包含水的洗液流连续施加至过滤介质。在另一实施例中，将包含水的洗液流周期性地施加到过滤介质。
在另一实施例中，初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器装置，其包含重力排水区和压力脱水区。将开松的微纤维浆料401送至以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙，其首先经过重力排水区，然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊，从固体中挤出水。当带在该过程中通过最后的一对辊时，滤布被分离，并且固体离开带式过滤装置。
在本发明的另一实施例中，回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水。可以将第一母液流501再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在非水分散性微纤维的脱除中的效率，第一母液流501可以在被送至区200和/或400之前再循环至纤维浆料区200、纤维开松区400或热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含非水分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施例中，在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的非水分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/cm2过滤面积。期望在将料流501送至初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的非水分散性聚合物微纤维固体减至最少，其中非水分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
次级固液分离区600可用于脱除第一母液流501中存在的至少一部分非水分散性聚合物微纤维固体，以生成包含非水分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
在一个实施例中，可以将第二母液流601送至初级浓缩区700和或热交换区800，其中送至初级浓缩区700的第二母液流601的重量％可以为0％至100％，将该料流的其余部分送至热交换区800。在被送至区200和/或400之前，第二母液流601可再循环至纤维浆料区200、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
送至初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702，其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量％可以为大约5重量％至大约85％，大约10重量％至大约65重量％，或大约15重量％至大约45重量％。在被送至区200和/或400之前，初级回收水流703可再循环至纤维浆料区200、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
在初级浓缩区700中，可以通过本领域已知的任何方法从第二母液流601中脱除水，以产生初级聚合物浓缩物流702。在一个实施例中，脱除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如，至少一个薄膜蒸发器可用于此应用。在另一实施例中，包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施例中，可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。应当理解，可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
在一个实施例中，可以将初级聚合物浓缩流702送至次级浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量％为大约95％至大约100％)和包含水的蒸气流902。在一个实施例中，903包含水分散性磺基聚酯。适用于次级浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95％至100％水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施例包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到次级浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
在一个实施例中，次级浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置，其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。该夹套或壳是通气的，以便蒸气逸出。可以将壳夹套分区以沿该装置的长度设定不同的温度设定点。在连续运行过程中，初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至次级浓缩区900。在该装置内，在稳态过程中，团块以至少三种明显且不同的形式离开。团块首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置，由于夹套和内部螺杆的热，水蒸发。当足量的水蒸发时，该团块变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过该粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热量、内加热螺杆的热量和归因于这种高粘性塞团块的混合剪切力的热量，这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度，以产生该装置中的团块的第三种和最后一种物理形式，其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。应当理解，用于上述次级浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行，其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种团块物理形式，以水分散体开始、接着粘性塞团块，最后磺基聚酯熔体。
在一个实施例中，可以将次级浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送至热交换区800，排放和/或送至洗液流103。在另一实施例中，可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送至热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量包含在熔融相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中。可以利用一个或多个清除流(603和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分初级回收水流701。
在如图3b所示的本发明的另一个实施例中，提供了一种用于生产微纤维产品流的方法。该方法包括：(a)在混合区中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维101与经处理的含水料流801接触以产生短切多组分纤维浆料301；其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性聚合物；并且其中加热的含水料流801处于40℃或更高的温度；其中短切多组分纤维包括选自以下的至少一种水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(B)将短切多组分纤维浆料301和可选的加热的含水料流801送至纤维开松区400，以脱除一部分水分散性的磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料401；其中开松的微纤维浆料401包含非水分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水；和(C)将开松的微纤维浆料401送至初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501；其中第一母液物流501包含水和水分散性磺基聚酯。
在如图3b所示的本发明的该实施例中，纤维浆料区200和纤维混合区300在开松处理区1100内合并成一个单元操作。开松处理区1100包括混合区200和纤维开松区400。
用于该方法的经处理的含水料流103可以通过将含水料流102送至含水处理区1000以产生经处理的含水料流103来产生。含水料流包含水。在本发明的实施例中，经处理的含水料流103中的单价金属阳离子的浓度可以按重量计小于约1000ppm，按重量计小于约500ppm，按重量计小于约100ppm，或按重量计小于约50ppm。从含水料流102中脱除二价和多价金属阳离子是含水处理区1000的一个功能。在本发明的其它实施例中，二价和多价阳离子的浓度按重量计小于约50ppm，按重量计小于约25ppm，按重量计小于约10ppm，或按重量计小于约5ppm。流103的温度可以在地下水温度至约40℃的范围内。
含水料流102在含水处理区1000中的处理可以以本领域已知的任何方式完成。在一个实施例中，含水处理区1000包含蒸馏设备，其中产生水蒸气并将其冷凝以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至能够从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离，以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至离子交换树脂以产生具有可接受的低浓度金属阳离子的经处理的含水料流103。在又一个实施例中，可以将水送至商业水软化装置以产生具有可接受的低浓度的二价和多价金属阳离子的经处理的含水料流103。应理解，可以采用这些水处理选择的任何组合以实现所需的处理水特性。
经处理的含水料流103可以被送至工艺中需要它的任何位置。在一个实施例中，将一部分料流103送至初级固液分离区500以用作洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
在一个实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至混合区300。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800，并将至少一部分经处理的含水料流103送至混合区300。热交换区800的一个功能是产生特定和受控温度的加热的含水料流801。
在一个实施例中，可进料至热交换区800的料流是经处理的含水料流103和第二母液流601。在另一实施例中，可以进料至热交换区800的料流包含经处理的含水料流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
可以使用本领域已知的用于控制流801的温度的任何设备，包括但不限于用于提供一部分所需能量的具有蒸汽的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有传热流体的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有电加热元件的任何换热器、和其中蒸汽冷凝且冷凝物与供给到热交换区800的水混合的具有直接蒸汽注入的任何容器或罐。将多组分纤维流90送至纤维切割区100以产生切段多组分纤维流101。多组分纤维可以是本领域已知的任何多组分结构。多组分纤维包含水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物，如本公开中先前讨论的。
本领域已知的任何设备都可用于切割多组分纤维流90以产生切段多组分纤维流101。在一个实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约50mm。在其它实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约25mm、小于约20mm、小于约15mm、小于约10mm、小于约5mm或小于2.5mm。
将切段多组分纤维流101和一部分加热的含水料流801送至混合区300以产生包含水和切段多组分纤维的加热的多组分纤维浆料301
加热的多组分纤维浆料301的温度影响在纤维开松区400中切段多组分纤维的水分散性磺基聚酯部分与切段多组分纤维的非水分散性聚合物部分的分离。在本发明的其它实施例中，加热的多组分纤维浆料301的温度可以为约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度。
可以控制加热的多组分纤维浆料301中切段多组分纤维的重量％。在其它实施例中，在加热的多组分纤维浆料301中的切段多组分纤维的重量％可在约10重量％至约0.1重量％、约5重量％至约0.2重量％、约3重量％至约0.3重量％、或约2重量％至约0.4重量％的范围内。
本领域已知的能够将加热的含水料流801与切段多组分纤维101混合的任何装置都可用于混合区300中。合适的装置包括连续和间歇混合装置。在一个实施例中，用于混合区300的合适的混合装置包括罐和搅拌器。在另一实施例中，合适的混合装置包括管道或导管。
在其它实施例中，混合区300中的合适的混合装置包括管道或导管，其直径使得导管中的速度足以混合切段多组分纤维浆料201和加热的含水料流801，其中每分钟进入导管的切段多组分物质的小于约2重量％、小于约1重量％或小于约0.5重量％沉降出来并积聚在导管中。
然后，可以将加热的多组分纤维浆料301送至纤维开松区400。纤维开松区400的一个功能是将水分散性聚合物与切段多组分纤维分离，使得至少一部分非水分散性聚合物微纤维与切段多组分纤维分离并悬浮在开松的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施例中，包含在切段多组分纤维浆料201中的非水分散性聚合物微纤维的约50重量％至约100重量％变成悬浮在开松的微纤维浆料液401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。在其它实施例中，包含在切段多组分纤维流201中的非水分散性聚合物微纤维约75重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、或约95重量％至约100重量％的变成悬浮在开松的微纤维浆料401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。
流201中的起始切段多组分纤维的直径或旦数影响在纤维开松区400中水分散性磺基聚酯与切段多组分纤维的分离程度。典型的多组分纤维类型通常具有约12微米至约20微米范围内的直径。可用的多组分纤维可具有较大的起始直径，约40微米直径或更大的尺寸。从切段多组分纤维分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随着流201中的切段多组分纤维的直径增加而增加。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力也影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。影响纤维开松区400中的开松过程的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力，其中水温、在纤维开松区400中的停留时间和施加的剪切量的范围由将水分散性磺基聚酯从起始多组分纤维分离到足以导致非水分散性聚合物微纤维变得分离和悬浮在开松的微纤维浆料401的连续水相中的需要决定。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。纤维开松区400的温度可在约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度的范围内。在纤维开松区400中的停留时间可在约5分钟至约10秒、约3分钟至约20秒或约2分钟至约30秒的范围内。在纤维开松区400中保持充分混合，以保持切段非水分散性聚合物微纤维的悬浮液，使得切段微纤维的沉降最小。在本发明的其它实施例中，在纤维开松区400中沉降的切段非水分散性微纤维的每单位时间的质量小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约5％，小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约3％，或小于进入纤维开松区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约1％。
纤维开松区400中的纤维开松可在能够允许可接受范围的停留时间、温度和混合的任何设备中完成。合适设备的实例包括但不限于搅拌式间歇釜、连续搅拌釜式反应器(如图6B和6C所示)和具有足够流量以使固体从浆料中沉降出来最小化的管(如图6A所示)。在纤维开松区400中完成纤维开松的单元操作的一个实例是塞流式反应器，其中将加热的多组分纤维浆料301送至区400塞流式装置，通常为圆形管道或导管。通过将装置内的填充体积除以装置中的体积流率来计算材料在塞流式装置中的停留时间。装置中的质量速度由流动通道的截面积除以通过装置的液体的体积流量来限定。
在本发明的其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管，其中在管道中流动的质量速度可在0.1英尺/秒至约20英尺/秒、0.2英尺/秒至约10英尺/秒或约0.5英尺/秒至约5英尺/秒的范围内。对于管道或导管中的流体或浆料的流动，雷诺数Re是无量纲数，其可用于描述关于方向和时间不规则的流体涡流的湍流或运动。对于管道或导管中的流动，雷诺数通常定义为：
Figure BDA0004113412960000861
其中：
·DH是管道的水力直径；L，(m)。
·Q是体积流率(m3/s)。
·A为管道的截面积(m2)。
·v是物体相对于流体的平均速度(SI单位：m/s)。
·μ是流体的动态黏度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s))。
·v是运动黏度(ν＝μ/ρ)(m2/s)。
·ρ是流体的密度(kg/m3)。
对于直径D的管道中的流动，实验观察显示，对于完全展开的流动，当ReD＜2000时出现层流，而当ReD＞4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间中，层流和湍流都是可能的(“转捩”流)，这取决于其它因素，例如管道粗糙度和流动均匀性。
纤维开松区400可包含管道或导管以促进开松过程，且在纤维开松区400中流过管道或导管的雷诺数可在约2,100至约6,000、约3,000至约6,000或约3,500至约6,000的范围内。在其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管以促进开松过程，并且通过管道或导管的流动雷诺数为至少2,500、至少约3,500或至少约4,000。
纤维开松区400可在含有插入管道或导管内的混合装置的管或导管中实现。该装置可以包括在线混合装置。在线混合装置可以是没有移动部件的静态混合器。在另一实施例中，在线混合装置包括移动部件。非限制性地，这种元件是机械装置，其用于将比通过管道的流动所实现的混合能量更多的混合能量赋予加热的多组分纤维浆料301。该装置可以插入到用作纤维开松区的管道部分的开始处、管道部分的末端、或管道流动路径内的任何位置。
包含非水分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的开松的纤维浆料流401可以被送到初级固液分离区500以产生包含微纤维和第一母液流501的微纤维产团块流503。在一个实施例中，第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
开松的微纤维浆料401中的固体的重量％可在约0.1重量％至约20重量％、约0.3重量％至约10重量％、约0.3重量％至约5重量％、或约0.3重量％至约2.5重量％的范围内。
微纤维产物流503中固体的重量％可在约10重量％至约65重量％、约15重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、或约30重量％至约40重量％的范围内。
微纤维产物流503与开松的微纤维浆料401的分离可通过本领域已知的任何方法来实现。在一个实施例中，将包含水的洗液流103送至初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤第一固液分离区500中的微纤维产物流和/或第一固液分离区500中的滤布介质，以产生洗涤液流502。在进入第一固液分离区500之前，一部分(最多100重量％)的洗涤液流502的可与开松的微纤维浆料401结合。可将(最多100重量％)的洗涤液流502送至第二固液分离区600。洗涤液流502可包含微纤维。在一个实施例中，在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/cm2过滤面积。在本发明的其它实施例中，初级固液分离区500中的过滤介质中的过滤孔可以在约43微米至3000微米、约100微米至2000微米或约500微米至约2000微米的范围内。
在初级固液分离区500中，微纤维产物流与开松的微纤维浆料的分离可以通过单个或多个固液分离装置来实现。初级固液分离区500中的分离可通过以间歇和或连续方式操作的一个或多个固液分离装置来完成。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可以包括但不限于以下中的至少一种：多孔篮式离心机、连续真空带式过滤器、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉降槽、双网脱水装置、具有压缩区的连续水平带式过滤器、具有楔形网过滤介质的非振动斜筛装置、连续真空鼓式过滤器、脱水传送带等。
在一个实施例中，初级固液分离区500包括双网脱水装置，其中开松的微纤维浆料401被送至在相同方向上行进的一对行进的滤布之间的锥形间隙。在双网脱水装置的第一区域中，由于重力以及两个移动的滤布之间的每个变窄的间隙，水从开松的微纤维浆料401中排出。在双网脱水装置的下游区中，将两个滤布和两个滤布之间的微纤维料压缩一次或多次，以机械地减少微纤维料中的水分。在一个实施例中，机械脱水通过使两个滤布和所包含的微纤维料通过至少一组辊来实现，所述辊在两个滤布和其间的微纤维料上施加压缩力。在另一实施例中，通过使两个滤布和微纤维料在至少一个压力辊和固定表面之间通过来实现机械脱水。
在本发明的其它实施例中，通过机械脱水施加的力可以在约25至约300磅/线性英寸过滤介质宽度、约50至约200磅/线性英寸过滤介质宽度或约70至约125磅/线性英寸过滤介质宽度的范围内。当两个过滤布分离并在装置的固体排放区发散时，微纤维产物流503从双网脱水装置排出。排出的微纤维料的厚度可在约0.2英寸至约1.5英寸、约0.3英寸至约1.25英寸、或约0.4英寸至约1英寸的范围内。在一个实施例中，将包含水的洗液流连续施加至过滤介质。在另一实施例中，将包含水的洗液流周期性地施加到过滤介质。
在另一实施例中，初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器装置，其包含重力排水区和压力脱水区。将开松的微纤维浆料401送至以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙，其首先经过重力排水区，然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊，从固体中挤出水。当带在该过程中通过最后的一对辊时，滤布被分离，并且固体离开带式过滤装置。
在本发明的另一实施例中，回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水。可以将第一母液流501再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在非水分散性微纤维的脱除中的效率，第一母液流501可以在被送至区200、300和/或400之前再循环至混合区300、纤维开松区400或热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含非水分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施例中，在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的非水分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/cm2过滤面积。期望在将料流501送至初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的非水分散性聚合物微纤维固体减至最少，其中非水分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
次级固液分离区600可用于脱除第一母液流501中存在的至少一部分非水分散性聚合物微纤维固体，以生成包含非水分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
在一个实施例中，可以将第二母液流601送至初级浓缩区700和或热交换区800，其中送至初级浓缩区700的第二母液流601的重量％可以为0％至100％，将该料流的其余部分送至热交换区800。在被送至区200、300和/或400之前，第二母液流601可再循环至纤维浆料区200、混合区300、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
送至初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702，其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量％可以为大约5重量％至大约85％，大约10重量％至大约65重量％，或大约15重量％至大约45重量％。初级回收水流703在被送至区200、300和/或400之前可以是混合区300、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
在初级浓缩区700中，可以通过本领域已知的任何方法从第二母液流601中脱除水，以产生初级聚合物浓缩物流702。在一个实施例中，脱除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如，至少一个薄膜蒸发器可用于此应用。在另一实施例中，包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施例中，可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。应当理解，可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
在一个实施例中，可以将初级聚合物浓缩流702送至次级浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量％为大约95％至大约100％)和包含水的蒸气流902。在一个实施例中，903包含水分散性磺基聚酯。适用于次级浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95％至100％水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施例包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到次级浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
在一个实施例中，次级浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置，其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。该夹套或壳是通气的，以便蒸气逸出。可以将壳夹套分区以沿该装置的长度设定不同的温度设定点。在连续运行过程中，初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至次级浓缩区900。在该装置内，在稳态过程中，团块以至少三种明显且不同的形式离开。团块首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置，由于夹套和内部螺杆的热，水蒸发。当足量的水蒸发时，该团块变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过该粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热量、内加热螺杆的热量和归因于这种高粘性塞团块的混合剪切力的热量，这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度，以产生该装置中的团块的第三种和最后一种物理形式，其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。应当理解，用于上述次级浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行，其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种团块物理形式，以水分散体开始、接着粘性塞团块，最后磺基聚酯熔体。
在一个实施例中，可以将次级浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送至热交换区800，排放和/或送至洗液流103。在另一实施例中，可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送至热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量包含在熔融相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中。可以利用一个或多个清除流(603和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分初级回收水流701。
生产短切微纤维的三步法
在如图4所示的本发明的另一个实施例中，提供了一种用于生产微纤维产品流的方法。该方法包括：(a)在纤维浆料区200中使具有小于25毫米的长度的短切多组分纤维101与经处理的含水料流103接触以产生短切多组分纤维浆料201；其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和与水分散性磺基聚酯不混溶的至少一种非水分散性合成聚合物；并且其中经处理的含水料流103处于低于40℃的温度；其中短切多组分纤维包括选自以下的至少一种水分散性磺基聚酯：(i)磺基聚酯，其包含：(a)一种或多种二羧酸的残基，(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基，(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；以及(ii)磺基聚酯，其包含：(a)间苯二甲酸的残基，(b)对苯二甲酸的残基，(c)至少一种磺基单体的残基，(d)乙二醇的残基，(e)二甘醇的残基，其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比；(b)使短切多组分纤维浆料201与加热的含水料流801在混合区300中接触以产生加热的多组分纤维浆料301；(c)将加热的多组分纤维浆料301送到纤维开松区400以脱除一部分水分散性磺基聚酯以产生开松的微纤维浆料401；(D)将开松的微纤维浆料401送至初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501；其中第一母液物流501包含水和水分散性磺基聚酯。
在如图4所示的本发明的该实施例中，开松处理区1100包括纤维浆料区200、混合区300和纤维开松区400。
用于该方法的经处理的含水料流103可以通过将含水料流102送至含水处理区1000以产生经处理的含水料流103来产生。含水料流包含水。在本发明的实施例中，经处理的含水料流103中的单价金属阳离子的浓度可以按重量计小于约1000ppm，按重量计小于约500ppm，按重量计小于约100ppm，或按重量计小于约50ppm。从含水料流102中脱除二价和多价金属阳离子是含水处理区1000的一个功能。在本发明的其它实施例中，二价和多价阳离子的浓度按重量计小于约50ppm，按重量计小于约25ppm，按重量计小于约10ppm，或按重量计小于约5ppm。流103的温度可以在地下水温度至约40℃的范围内。
含水料流102在含水处理区1000中的处理可以以本领域已知的任何方式完成。在一个实施例中，含水处理区1000包含蒸馏设备，其中产生水蒸气并将其冷凝以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至能够从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离，以产生经处理的含水料流103。在另一实施例中，将水送至离子交换树脂以产生具有可接受的低浓度金属阳离子的经处理的含水料流103。在又一个实施例中，可以将水送至商业水软化装置以产生具有可接受的低浓度的二价和多价金属阳离子的经处理的含水料流103。应理解，可以采用这些水处理选择的任何组合以实现所需的处理水特性。
经处理的含水料流103可以被送至工艺中需要它的任何位置。在一个实施例中，将一部分料流103送至初级固液分离区500以用作洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
在一个实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至纤维浆料区200。在另一实施例中，将至少一部分经处理的含水料流103送至热交换区800，并将至少一部分经处理的含水料流103送至纤维浆料区200。热交换区800的一个功能是产生特定和受控温度的加热的含水料流801。
在一个实施例中，可进料至热交换区800的料流是经处理的含水料流103和第二母液流601。在另一实施例中，可以进料至热交换区800的料流包含经处理的含水料流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
可以使用本领域已知的用于控制流801的温度的任何设备，包括但不限于用于提供一部分所需能量的具有蒸汽的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有传热流体的任何换热器、用于提供一部分所需能量的具有电加热元件的任何换热器、和其中蒸汽冷凝且冷凝物与供给到热交换区800的水混合的具有直接蒸汽注入的任何容器或罐。
将多组分纤维流90送至纤维切割区100以产生切段多组分纤维流101。多组分纤维可以是本领域已知的任何多组分结构。多组分纤维包含水分散性磺基聚酯和非水分散性聚合物，如本公开中先前讨论的。
本领域已知的任何设备都可用于切割多组分纤维流90以产生切段多组分纤维流101。在一个实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约50mm。在其它实施例中，在切段多组分纤维流101中的切段纤维的长度小于约25mm、小于约20mm、小于约15mm、小于约10mm、小于约5mm或小于2.5mm。
将切段多组分纤维流101和一部分经处理的含水料流103送到纤维浆料区200，以产生包含水和切段多组分纤维的切段多组分纤维浆料201。在一个实施例中，在切段多组分纤维浆料201中的切段多组分纤维的重量％可在约35重量％至约1重量％、约25重量％至约1重量％、约15重量％至约1重量％、或约7重量％至约1重量％的范围内。
切段多组分纤维浆料201的温度可在约5摄氏度至约45摄氏度、约10摄氏度至约35摄氏度、或约10摄氏度至约25摄氏度的范围内。在一个实施例中，纤维浆料区200包含存在足以生成在连续水相中的切段多组分纤维悬浮液的搅拌的槽。
在纤维浆料区200中可使用本领域已知的任何适于将固体与水混合并保持切段多组分纤维在连续相中的所得悬浮液的设备。纤维浆料区200可包括以连续或间歇模式操作的间歇或连续混合装置。用于纤维浆料区200的合适装置包括但不限于水力碎浆机、连续搅拌釜式反应器、以间歇模式操作的带搅拌的槽。
将切段多组分纤维浆料201和加热的含水料流801送至混合区300并合并以产生加热的多组分纤维浆料301。加热的多组分纤维浆料301的温度影响在纤维开松区400中切段多组分纤维的水分散性磺基聚酯部分与切段多组分纤维的非水分散性聚合物部分的分离。在本发明的其它实施例中，加热的多组分纤维浆料301的温度可以为约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度。
可以控制加热的多组分纤维浆料301中切段多组分纤维的重量％。在其它实施例中，在加热的多组分纤维浆料301中的切段多组分纤维的重量％可在约10重量％至约0.1重量％、约5重量％至约0.2重量％、约3重量％至约0.3重量％、或约2重量％至约0.4重量％的范围内。
本领域已知的能够将加热的含水料流801与切段多组分纤维纤维浆料201混合的任何装置都可用于混合区300中。合适的装置包括连续和间歇混合装置。在一个实施例中，用于混合区300的合适的混合装置包括罐和搅拌器。在另一实施例中，合适的混合装置包括管道或导管。
在其它实施例中，混合区300中的合适的混合装置包括管道或导管，其直径使得导管中的速度足以混合切段多组分纤维浆料201和加热的含水料流801，其中每分钟进入导管的切段多组分物质的小于约2重量％、小于约1重量％或小于约0.5重量％沉降出来并积聚在导管中。
然后，可以将加热的多组分纤维浆料301送至纤维开松区400。纤维开松区400的一个功能是将水分散性聚合物与切段多组分纤维分离，使得至少一部分非水分散性聚合物微纤维与切段多组分纤维分离并悬浮在开松的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施例中，包含在切段多组分纤维浆料201中的非水分散性聚合物微纤维的约50重量％至约100重量％变成悬浮在开松的微纤维浆料液401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。在其它实施例中，包含在切段多组分纤维流201中的非水分散性聚合物微纤维约75重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、或约95重量％至约100重量％的变成悬浮在开松的微纤维浆料401中作为非水分散性聚合物微纤维，并且不再是切段多组分纤维的一部分。
流201中的起始切段多组分纤维的直径或旦数影响在纤维开松区400中水分散性磺基聚酯与切段多组分纤维的分离程度。典型的多组分纤维类型通常具有约12微米至约20微米范围内的直径。可用的多组分纤维可具有较大的起始直径，约40微米直径或更大的尺寸。从切段多组分纤维分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随着流201中的切段多组分纤维的直径增加而增加。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力也影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。影响纤维开松区400中的开松过程的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力，其中水温、在纤维开松区400中的停留时间和施加的剪切量的范围由将水分散性磺基聚酯从起始多组分纤维分离到足以导致非水分散性聚合物微纤维变得分离和悬浮在开松的微纤维浆料401的连续水相中的需要决定。
纤维开松区400中的停留时间、温度和剪切力影响水分散性磺基聚酯从切段多组分纤维中的分离程度。纤维开松区400的温度可在约55摄氏度至约100摄氏度、约60摄氏度至约90摄氏度、或约65摄氏度至约80摄氏度的范围内。在纤维开松区400中的停留时间可在约5分钟至约10秒、约3分钟至约20秒或约2分钟至约30秒的范围内。在纤维开松区400中保持充分混合，以保持切段非水分散性聚合物微纤维的悬浮液，使得切段微纤维的沉降最小。在本发明的其它实施例中，在纤维开松区400中沉降的切段非水分散性微纤维的每单位时间的质量小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约5％，小于进入区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约3％，或小于进入纤维开松区400的切段非水分散性聚合物微纤维的每单位时间的质量的约1％。
纤维开松区400中的纤维开松可在能够允许可接受范围的停留时间、温度和混合的任何设备中完成。合适设备的实例包括但不限于搅拌式间歇釜、连续搅拌釜式反应器(如图6B和6C所示)和具有足够流量以使固体从浆料中沉降出来最小化的管(如图6A所示)。在纤维开松区400中完成纤维开松的单元操作的一个实例是塞流式反应器，其中将加热的多组分纤维浆料301送至区400塞流式装置，通常为圆形管道或导管。通过将装置内的填充体积除以装置中的体积流率来计算材料在塞流式装置中的停留时间。装置中的质量速度由流动通道的截面积除以通过装置的液体的体积流量来限定。
在本发明的其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管，其中在管道中流动的质量速度可在0.1英尺/秒至约20英尺/秒、0.2英尺/秒至约10英尺/秒或约0.5英尺/秒至约5英尺/秒的范围内。对于管道或导管中的流体或浆料的流动，雷诺数Re是无量纲数，其可用于描述关于方向和时间不规则的流体涡流的湍流或运动。对于管道或导管中的流动，雷诺数通常定义为：
Figure BDA0004113412960000971
其中：
·DH是管道的水力直径；L，(m)。
·Q是体积流率(m3/s)。
·A为管道的截面积(m2)。
·v是物体相对于流体的平均速度(SI单位：m/s)。
·μ是流体的动态黏度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s))。
·v是运动黏度(ν＝μ/ρ)(m2/s)。
·ρ是流体的密度(kg/m3)。
对于直径D的管道中的流动，实验观察显示，对于完全展开的流动，当ReD＜2000时出现层流，而当ReD＞4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间中，层流和湍流都是可能的(“转捩”流)，这取决于其它因素，例如管道粗糙度和流动均匀性。
纤维开松区400可包含管道或导管以促进开松过程，且在纤维开松区400中流过管道或导管的雷诺数可在约2,100至约6,000、约3,000至约6,000或约3,500至约6,000的范围内。在其它实施例中，纤维开松区400可包括管道或导管以促进开松过程，并且通过管道或导管的流动雷诺数为至少2,500、至少约3,500或至少约4,000。
纤维开松区400可在含有插入管道或导管内的混合装置的管或导管中实现。该装置可以包括在线混合装置。在线混合装置可以是没有移动部件的静态混合器。在另一实施例中，在线混合装置包括移动部件。非限制性地，这种元件是机械装置，其用于将比通过管道的流动所实现的混合能量更多的混合能量赋予加热的多组分纤维浆料301。该装置可以插入到用作纤维开松区的管道部分的开始处、管道部分的末端、或管道流动路径内的任何位置。
包含非水分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的开松的纤维浆料流401可以被送到初级固液分离区500以产生包含微纤维和第一母液流501的微纤维产团块流503。在一个实施例中，第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
开松的微纤维浆料401中的固体的重量％可在约0.1重量％至约20重量％、约0.3重量％至约10重量％、约0.3重量％至约5重量％、或约0.3重量％至约2.5重量％的范围内。
微纤维产物流503中固体的重量％可在约10重量％至约65重量％、约15重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、或约30重量％至约40重量％的范围内。
微纤维产物流503与开松的微纤维浆料401的分离可通过本领域已知的任何方法来实现。在一个实施例中，将包含水的洗液流103送至初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤第一固液分离区500中的微纤维产物流和/或第一固液分离区500中的滤布介质，以产生洗涤液流502。在进入第一固液分离区500之前，一部分(最多100重量％)的洗涤液流502的可与开松的微纤维浆料401结合。洗涤液流502可包含微纤维。在一个实施例中，在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/cm2过滤面积。在本发明的其它实施例中，初级固液分离区500中的过滤介质中的过滤孔可以在约43微米至3000微米、约100微米至2000微米或约500微米至约2000微米的范围内。
在初级固液分离区500中，微纤维产物流与开松的微纤维浆料的分离可以通过单个或多个固液分离装置来实现。初级固液分离区500中的分离可通过以间歇和或连续方式操作的一个或多个固液分离装置来完成。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可以包括但不限于以下中的至少一种：多孔篮式离心机、连续真空带式过滤器、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉降槽、双网脱水装置、具有压缩区的连续水平带式过滤器、具有楔形网过滤介质的非振动斜筛装置、连续真空鼓式过滤器、脱水传送带等。
在一个实施例中，初级固液分离区500包括双网脱水装置，其中开松的微纤维浆料401被送至在相同方向上行进的一对行进的滤布之间的锥形间隙。在双网脱水装置的第一区域中，由于重力以及两个移动的滤布之间的每个变窄的间隙，水从开松的微纤维浆料401中排出。在双网脱水装置的下游区中，将两个滤布和两个滤布之间的微纤维料压缩一次或多次，以机械地减少微纤维料中的水分。在一个实施例中，机械脱水通过使两个滤布和所包含的微纤维料通过至少一组辊来实现，所述辊在两个滤布和其间的微纤维料上施加压缩力。在另一实施例中，通过使两个滤布和微纤维料在至少一个压力辊和固定表面之间通过来实现机械脱水。
在本发明的其它实施例中，通过机械脱水施加的力可以在约25至约300磅/线性英寸过滤介质宽度、约50至约200磅/线性英寸过滤介质宽度或约70至约125磅/线性英寸过滤介质宽度的范围内。当两个过滤布分离并在装置的固体排放区发散时，微纤维产物流503从双网脱水装置排出。排出的微纤维料的厚度可在约0.2英寸至约1.5英寸、约0.3英寸至约1.25英寸、或约0.4英寸至约1英寸的范围内。在一个实施例中，将包含水的洗液流连续施加至过滤介质。在另一实施例中，将包含水的洗液流周期性地施加到过滤介质。
在另一实施例中，初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器装置，其包含重力排水区和压力脱水区。将开松的微纤维浆料401送至以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙，其首先经过重力排水区，然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊，从固体中挤出水。当带在该过程中通过最后的一对辊时，滤布被分离，并且固体离开带式过滤装置。
在本发明的另一实施例中，回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水。可以将第一母液流501再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在非水分散性微纤维的脱除中的效率，第一母液流501可以在被送至区200、300和/或400之前再循环至纤维浆料区200、混合区300、纤维开松区400或热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含非水分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施例中，在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的非水分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/cm2过滤面积。期望在将料流501送至初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的非水分散性聚合物微纤维固体减至最少，其中非水分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
次级固液分离区600可用于脱除第一母液流501中存在的至少一部分非水分散性聚合物微纤维固体，以生成包含非水分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
在一个实施例中，可以将第二母液流601送至初级浓缩区700和或热交换区800，其中送至初级浓缩区700的第二母液流601的重量％可以为0％至100％，将该料流的其余部分送至热交换区800。在被送至区200、300和/或400之前，第二母液流601可再循环至纤维浆料区200、混合区300、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为基于第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
送至初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702，其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量％可以为大约5重量％至大约85％，大约10重量％至大约65重量％，或大约15重量％至大约45重量％。在被送至区200、300和/或400之前，初级回收水流703可再循环至纤维浆料区200、混合区300、纤维开松区400或热交换区800。送至纤维开松区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为基于第二母液流的重量％的大约0.01重量％至大约7重量％，或大约0.1重量％至大约7重量％，大约0.2重量％至大约5重量％，或大约0.3重量％至大约3重量％。
在初级浓缩区700中，可以通过本领域已知的任何方法从第二母液流601中脱除水，以产生初级聚合物浓缩物流702。在一个实施例中，脱除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如，至少一个薄膜蒸发器可用于此应用。在另一实施例中，包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施例中，可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。应当理解，可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
在一个实施例中，可以将初级聚合物浓缩流702送至次级浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量％为大约95％至大约100％)和包含水的蒸气流902。在一个实施例中，903包含水分散性磺基聚酯。适用于次级浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95％至100％水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施例包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到次级浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
在一个实施例中，次级浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置，其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。该夹套或壳是通气的，以便蒸气逸出。可以将壳夹套分区以沿该装置的长度设定不同的温度设定点。在连续运行过程中，初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至次级浓缩区900。在该装置内，在稳态过程中，团块以至少三种明显且不同的形式离开。团块首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置，由于夹套和内部螺杆的热，水蒸发。当足量的水蒸发时，该团块变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过该粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热量、内加热螺杆的热量和归因于这种高粘性塞团块的混合剪切力的热量，这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度，以产生该装置中的团块的第三种和最后一种物理形式，其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。应当理解，用于上述次级浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行，其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种团块物理形式，以水分散体开始、接着粘性塞团块，最后磺基聚酯熔体。
在一个实施例中，可以将次级浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送至热交换区800，排放和/或送至洗液流103。在另一实施例中，可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送至热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量包含在熔融相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中。可以利用一个或多个清除流(603和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施例中，可以从该过程中分离并清除一部分初级回收水流701。
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表示成分的量、性质如分子量、反应条件等的数字应理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非有相反说明，否则以下说明书和所附权利要求书中列出的数字参数是近似值，其可根据本发明寻求获得的期望性质而变化。至少，每个数值参数应该至少根据所报告的有效数字的位数并通过应用普通的舍入技术来解释。此外，本公开和权利要求中所陈述的范围旨在具体地包括整个范围，而不仅仅是端点。例如，陈述为0-10范围旨在公开：0-10之间的全部整数，例如1、2、3、4等；0-10之间的所有小数，例如1.5、2.3、4.57、6.1113等；以及端点0和10。此外，与化学取代基相关的范围例如“C1-C5烃”旨在具体包括和公开C1烃和C5烃以及C2烃、C3烃和C4烃。
尽管描述本发明宽范围的数字范围和参数是近似值，但尽可能精确地报告了具体实例中所述的数值。但是任何数值本质上包括了由它们各自的测试测量中存在的标准偏差所必然形成的某些误差。
通过以下实例进一步说明本发明。
实例
实例1：在不添加DEG的情况下获得高Tg磺基聚酯
向500ml圆底烧瓶中装入对苯二甲酸(33.5g，0.20摩尔)、间苯二甲酸(32.9g，0.20摩尔)、5-钠磺基间苯二甲酸(24.7g，0.09摩尔)、乙二醇(62.2g，1.00摩尔)和乙酸钠(0.82g，0.01摩尔)，该圆底烧瓶配备有不锈钢搅拌器、允许氮气/真空入口的玻璃聚合物头部、允许脱除挥发性副产物的玻璃侧臂。加入四异丙醇钛溶液(1.7％的丁醇溶液，184μL)，以基于理论聚合物收率提供30ppm元素钛的催化水平。将烧瓶用氮气吹扫三次，然后浸入预热至170℃的金属浴中。在内容物达到该温度之后，启动搅拌器并在温和的氮气吹扫下保持在200rpm。在170℃下收集水冷凝物1小时，在180℃下收集90分钟，在200℃下收集90分钟，在215℃下收集1小时，在240℃下收集4小时，使酯化反应进行。在酯化结束时，获得浑浊的、白色的、略微半透明的熔体。将温度升至275℃，终止氮气流并用真空代替，在70分钟内将真空逐步降至1托。85分钟后，获得高黏度的透明、淡琥珀色熔体，并终止反应。在冷却至室温之后，聚合物的分析得到0.33的IhV，其组成含有42mol％对苯二甲酸酯、40mol％的间苯二甲酸酯、18mol％的5-钠磺基间苯二甲酸酯、84mol％的EG、15mol％的DEG和1mol％的TEG。通过TA Instruments DSC Q2000，使用20℃/min的升温速率从-85℃到95℃，以50mL/min的氮气吹扫，测量70℃的Tg，并且通过TA数据分析软件测定磺基聚酯的Tg。在75℃下搅拌加热10分钟后，磺基聚酯的粒状形式在水中产生5wt％的分散体。
实例2：添加DEG而合成的高Tg磺基聚酯
在与实例1所用相同的装置中加入对苯二甲酸(35.7克，0.215摩尔)、间苯二甲酸(35.7g，0.215mol)、5-钠磺基间苯二甲酸(18.8克，0.07摩尔)、乙二醇(55.6克，0.90摩尔)、二甘醇(11.2克，0.11摩尔)和乙酸钠(0.57克，0.007摩尔)。加入四异丙醇钛溶液(1.7％的丁醇溶液，189μL)，以基于理论聚合物收率提供30ppm元素钛的催化水平。将烧瓶用氮气吹扫三次，然后浸入预热至170℃的金属浴中。在内容物达到该温度之后，启动搅拌器并在温和的氮气吹扫下保持在200rpm。在170℃下收集水冷凝物1小时，在180℃下收集90分钟，在200℃下收集90分钟，在215℃下收集1小时，在240℃下收集4小时，使酯化反应进行。在酯化结束时，得到无色、稍微混浊的熔体。将温度升至275℃，终止氮气流并用真空代替，在48分钟内分阶段将真空逐步降至1托。90分钟后，获得高黏度的透明、琥珀色熔体，并终止反应。在冷却至室温之后，聚合物的分析得到0.44的IhV，其组成含有44mol％的对苯二甲酸酯、42mol％的间苯二甲酸酯、14mol％的5-钠磺基间苯二甲酸酯、74mol％的EG、24mol％的DEG和2mol％的TEG。通过DSC测量62℃的Tg，以及在75℃下加热45分钟并搅拌之后，粒状形式的磺基聚酯在水中产生5wt％的分散体。
实例3：具有较高PEG含量的较高Tg磺基聚酯
该实例表明，具有所公开的PEGmol％范围的上限的磺基聚酯满足Tg范围要求。
使用与实例1中所述相同的装置并结合实例2中所述的程序，将对苯二甲酸(66.5克，0.40摩尔)、5-钠磺基间苯二甲酸(26.8克，0.10摩尔)、乙二醇(49.5克，0.80摩尔)、二甘醇(22.4克，0.21摩尔)和乙酸钠(0.82克，0.010摩尔)与加入的四异丙醇钛溶液(1.7％的丁醇溶液，189μL)转化，以提供基于理论聚合物的30ppm元素钛的催化水平。得到IhV0.38的磺基聚酯，其组成为83mol％的对苯二甲酸酯、17mol％的5-钠磺基间苯二甲酸酯、61mol％的EG、37mol％的DEG和2mol％的TEG。通过DSC测量62℃的Tg，和在75℃下加热5分钟并搅拌之后，粒状形式的磺基聚酯在水中产生5wt％的分散体。
比较例4：具有差分散性的较高Tg磺基聚酯
使用与实例1所述相同的装置并结合实例1所述的程序，将间苯二甲酸(76.4克，0.46摩尔)、5-钠磺基间苯二甲酸酸(10.7克，0.04摩尔)、乙二醇(62.1克，1.0摩尔)和乙酸钠(0.33克，0.004摩尔)与加入的四异丙醇钛溶液(1.7％的丁醇溶液，177μL)转化，以提供基于理论聚合物产率为30ppm催化水平的元素钛，成为磺基聚酯，其含有91mol％的间苯二甲酸酯、9mol％的5-钠磺基间苯二甲酸酯、87mol％的EG、12mol％的DEG和1mol％的TEG。以与上述相同的方式测量到0.44的IhV。通过DSC测量61℃的Tg，和在90℃下加热50分钟并搅拌之后，粒状形式的磺基聚酯在水中没有产生5wt％的分散体。
比较例5：具有差分散性与较高PEG含量的较高Tg磺基聚酯
本实施例表明，当PEG含量在说明书范围的上限时，磺基聚酯可能具有差的分散性。
使用与实例1所述相同的装置并结合实例2所述的程序，将对苯二甲酸(76.4克，0.46摩尔)、5-钠磺基间苯二甲酸(9.9克，0.04摩尔)、乙二醇(49.1g，0.79mole)、二甘醇(22.4克，0.21摩尔)、乙酸钠(0.33克，0.004摩尔)与加入的四异丙醇钛溶液(1.7％的丁醇溶液，189μL)转化，以提供基于理论聚合物产率为30ppm催化水平的元素钛，成为磺基聚酯，其含有92mol％的间苯二甲酸酯、8mol％的5-钠磺基间苯二甲酸酯、60mol的％EG、37mol％的DEG和3mol％的TEG。以与上述相同的方式测量到0.56的IhV。通过DSC测量58℃的Tg，和在90℃下加热50分钟并搅拌之后，粒状形式的磺基聚酯在水中没有产生5wt％的分散体。
比较例6：由较低Tg磺基聚酯纺丝纤维
本实例显示了使用较低Tg SFP(54℃)得到的结果，该较低Tg SFP含有71mol％的TPA、20mol％的IPA、9mol％的5-SSIPA、65mol％的EG和35mol％的DEG，IhV为0.42。
使用双组分喷丝头以70/30的romal纤维级PET/磺基聚酯的比率在纺丝生产线上进行纤维纺丝实验。在280℃下以3000m/min的卷绕速度共挤出聚合物，并拉伸3.5倍。根据ASTM D1907，在具有1米卷轴直径的amual电子旦数卷轴或Altas旦数卷轴上测量纱线的旦数，并且根据ASTM D2256，在MTS Criterion Model 42 Frame上测量纱线的机械性能，以确定如表1中所列的韧度和断裂伸长率。
表1。纺成纤维的机械性能
旦数(d) 韧度(g/d) 伸长率(％)
121 3.63 31.32
实例7：由较高Tg磺基聚酯纺丝纤维
该实例表明，可以纺出含有68mol％的TPA、20mol％的IPA、12mol％的5-SSIPA、80mol％的EG和20mol％的DEG的较高Tg SFP(65℃)，并产生具有可接受机械性能的双组分纤维。
使用双组分喷丝头以70/30的romal纤维级PET/磺基聚酯的比率在纺丝生产线上进行纤维纺丝实验。在295℃下以3000m/min的卷绕速度挤出聚合物，并以3.5倍拉伸纤维。在使用与比较例6中所述相同的ASTM的相同仪器上测量纱线的旦数和纱线机械性能，以确定如表2中所列的韧度和断裂伸长率：
表2。纺成纤维的机械性能
旦数(d) 韧度(g/d) 伸长率(％)
122 2.50 16.23

Claims (20)

1.一种水分散性磺基聚酯，所述磺基聚酯包含：
(a)一种或多种二羧酸的残基；
(b)至少10摩尔百分比的至少一种磺基单体的残基；以及
(c)两种或更多种二醇的残基，其中所述二醇包含乙二醇和二甘醇，
其中所述磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，
其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比，
其中所述磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且
其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
2.一种水分散性无定形磺基聚酯，所述无定形磺基聚酯包含：
(a)间苯二甲酸的残基；
(b)对苯二甲酸的残基；
(c)至少一种磺基单体的残基；
(d)乙二醇的残基；以及
(e)二甘醇的残基，
其中所述无定形磺基聚酯显示出至少58℃的玻璃化转变温度，
其中所述无定形磺基聚酯含有基本上等摩尔比例的酸部分重复单元(100摩尔百分比)与羟基部分重复单元(100摩尔百分比)，并且
其中所有所述的摩尔百分比基于所有酸和羟基部分重复单元的总和等于200摩尔百分比。
3.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯显示出至少59℃的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含小于0.6的二甘醇与乙二醇的摩尔比。
5.根据权利要求2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含小于0.65的二甘醇与乙二醇的摩尔比。
6.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含至少0.1dL/g的比浓对数黏度。
7.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含两种二醇，其中所述二醇由乙二醇和二甘醇组成。
8.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含至少20摩尔百分比和/或不超过99摩尔百分比的所述乙二醇的残基。
9.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含至少20摩尔百分比和/或不超过99摩尔百分比的所述对苯二甲酸的残基。
10.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯包含至少5摩尔百分比和/或不超过99摩尔百分比的所述间苯二甲酸的残基。
11.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯不包含任何间苯二甲酸的残基。
12.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯是无定形的。
13.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基聚酯不显示出DSC熔点。
14.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中当所述磺基聚酯在90℃下在恒定搅拌下加入到纯水中至少5分钟时，所述磺基聚酯可以形成包含至少1重量百分比的所述磺基聚酯的水分散体。
15.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述磺基单体包含磺基间苯二甲酸。
16.根据权利要求1所述的水分散性磺基聚酯，其中磺基聚酯包含至少11、12、13或14摩尔百分比和/或小于40摩尔百分比的所述磺基单体。
17.根据权利要求2所述的水分散性磺基聚酯，其中磺基聚酯包含至少10、11、12、13或14摩尔百分比和/或小于40摩尔百分比的所述磺基单体。
18.根据权利要求1或2所述的水分散性磺基聚酯，其中所述一种或多种二羧酸的残基衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸或其组合。
19.一种包含根据权利要求1或2所述的磺基聚酯的织造制品。
20.一种包含根据权利要求1或2所述的磺基聚酯的非织造制品。
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