CN1288296C - 亲水性纤维 - Google Patents
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Abstract
一种亲水性纤维，其组成为聚烯烃占纤维横截面周边的30%以上，其特征在于：按如下方法测定的亲水性能为30秒以下，和在温度40℃、相对湿度80%的条件下处理30天之后该亲水性能保留率为90%以上。上述亲水性能按如下方法测定，将5.0g纤维样品装在内径25mm、外径30mm、长度25mm的聚甲基丙烯酸甲酯管中。将该管竖直置于装有30℃的1000cc水的、直径为105mmφ的容器中，直至其下沉到容器底部。然后从管中取出纤维样品，并在常温下进行空气干燥。重复上述步骤4次。在第5次中，测定自样品置于水中至到达底部的时间，以秒为单位，取所得时间作为纤维样品的亲水性能。
Description
发明领域
本发明涉及具有优良亲水性能、随着时间推移亲水稳定性良好的亲水性纤维。更具体地说，本发明特别涉及即使亲水性纤维长期保持在高温和高湿环境下，亲水性能几乎也不恶化的亲水性纤维。
背景技术
迄今，已经提出多种以聚烯烃为基础的纤维的建议，例如：只包含聚烯烃的纤维，或者，聚烯烃暴露在纤维部分表面或全部表面上的复合纤维。诸如非织造织物、机织织物或针织织物之类的包含纤维的产品具有广泛的用途，例如：在家用领域中如化妆垫布、湿用织物或沥干袋，在医疗应用领域中如热敷底布、在农业和土木工程应用领域中如溶液培养席或沥干席，在服装应用领域中如内衣，等等。
在这些应用领域中，上述产品常常需要优良的亲水性。因此，迄今提出了多种向以聚烯烃为基础的纤维表面涂布亲水处理剂的方法，例如：向纤维表面涂布含聚氧化烯改性的硅氧烷的处理剂的方法(特开平1-148879号公报)。向纤维表面涂布含醇酰胺型化合物和聚氧化烯改性的硅氧烷的处理剂的方法(特开平1-148880号公报)和向纤维表面涂布含脂肪酸聚甘油酯的处理剂的方法(特开平2-216265号公报)。
通过这些方法所得到的纤维或包含所述纤维的产品在开始时具有优良的亲水性能。然而，还存在着一些问题，当纤维或产品长期贮存的时候亲水性能容易恶化；当贮存在环境主要为高温高湿的仓库等处时亲水性显著恶化。另外，还存在的问题是，在施涂上述聚氧化烯改性的硅氧烷或脂肪酸的以聚甘油为基础的酯时，纤维表面摩擦性降低，不能改善梳理速度。
所以，本发明研究了上述现有技术所遇到的问题。本发明的目的是，提供一种即使在高温高湿严酷的环境中亲水性能几乎不恶化的、并且随着时间的推移稳定性优良的亲水性纤维。
发明内容
为达到所述目的进行了深入细致的研究，结果本发明人等发现，施加同时含有特定聚醚聚酯嵌段共聚物和/或聚氧化烯烷基醚和链烯基丁二酸金属盐的处理剂，提供了即使长期贮存在高温高温下也保持优良亲水性能的纤维。作为进一步精心研究的结果，得到了本发明。
按照本发明，提供了具有下述特征的亲水性纤维∶聚烯烃所占据的周长与纤维横截面的总周长之比为30％以上，纤维亲水性为30秒以下，纤维随着时间的推移亲水性保留率为90％以上，所述性能分别按下述定义：
纤维亲水性：
在用聚甲基丙烯酸甲酯制的、内径25mm、外径30mm、长度25mm的管内，充填5.0g纤维，所充填纤维不凸出管。所述管浮在口径105mmφ的、装有1000cc 30℃软水的容器中，使管沉到底部一次。然后将纤维从管内取出，并在常温下进行空气干燥。重复所述操作四次，接着在第五次操作中，测定管浮在水中至下沉到容器底部所需要的秒数，以提供纤维的亲水性能。
纤维随时间推移的亲水性能保留率：
当按照上述方法测定的、随着时间推移处理(温度40℃、相对湿度80％下，30天)前纤维的亲水性能为a1，和随着时间推移处理后纤维的亲水性是b1时，将b1/a1的倒数(用％表示)定义为纤维的随时间推移的亲水性能保留率。
按照本发明，还提供了纤维特征如下的亲水性纤维∶聚烯烃所占据的周长与纤维横截面总周长之比为30％以上；向所述纤维表面涂布包含下述(A)和/或(B)和(C)成分的处理剂，其中下文所述的成分(A)和/或成分(B)用量为15-95wt％，以纤维处理剂有效成分为基准计，和下文所述成分(C)用量为5-40wt％，以纤维处理剂有效成分为基础计；所述纤维处理剂涂布量为0.05-5wt％，以所述纤维重量为基准计。
(A)一种聚醚聚酯嵌段共聚物，包含由聚氧化烯单元组成的聚醚嵌段和聚氧己酰基单元组成的聚酯嵌段。
(B)具有聚氧化乙烯单元的聚氧化烯二醇的高级烷基醚；和
(C)链烯基丁二酸金属盐。
实施本发明的最好方式
本发明的目标纤维，可以是只包含聚烯烃纤维的纤维，或者，如果聚烯烃占据纤维横截面的总周长的至少30％、优选50％以上，那末可以是与其它聚合物的混合纺丝纤维或者复合纤维(皮芯型、并列型、交替排列型或海岛型等)。
例如：作为优选使用的聚烯烃能够列出聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚戊烯-1和它们的无规共聚物或嵌段共聚物，或者，与选自诸如下述的不饱和羧酸的至少一种或多种单体进行共聚的以聚烯烃为基础的聚合物，所述不饱和羧酸例如甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸、富马酸、丁烯酸和衣康酸，以及它们的衍生物如酯和酸酐。此外，能够列出至少一种上述不饱和羧酸或其衍生物至少一种接枝到上述以聚烯烃为基础的聚合物上而得的接枝共聚物。在这些聚合物中优选的是聚乙烯。
当上述纤维是复合纤维或共混纺丝纤维时，作为与聚烯烃混合或复合的聚合物，能够列出聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯或聚对苯二甲酯丁二酯、和聚酰胺如尼龙-6或尼龙-66。
在纤维中，特别优选包含具有形成熔点比聚烯烃高的、纤维的性能的和机械性能良好的、诸如聚对苯二甲酸乙二酯或聚对苯二甲酸丁二酯之类的聚酯以及聚烯烃的复合纤维，其原因在于复合纤维能够用作热粘合纤维，并且最终制得的诸如非织造织物之类的产品具有良好的膨松性、耐疲劳永久定型性、弹性和手感等。
虽然对聚烯烃与其它聚合物的复合重量比或混合重量比没有特别的限制，但是，当聚烯烃用作如上所述的热粘合组分时，优选聚烯烃所占比例为30-70wt％。
对于用作需要上述亲水性能的产品来说，本发明的亲水性纤维必须具有按照如下测定方法测定的纤维亲水性能，其值为30秒以下，优选为20秒以下。当亲水性能高于30秒时，是不适宜的，其原因在于，亲水性能不足，和即使在开始时(初始时间)亲水性能良好，在与水接触短时间也会引起亲水性能恶化。
纤维的亲水性能：
在内径25mm、外径30mm、长度25mm的聚甲基丙烯酸甲酯制的管内，充填5.0g纤维，所充填纤维不凸出管。所述管浮在口径105mmφ的、装有30℃的1000cc软水的容器中，使管沉到底部一次。然后将纤维从管内取出，并在常温下进行空气干燥，重复所述操作四次，接着在第五次操作中，测定管浮在水中至下降到容器底部所需要的秒数，以提供纤维的亲水性能。
在本发明中，重要的是除了上述特性之外，将纤维亲水性保留率随时间推移为90％以上，优选100％以上。当纤维亲水性保留率随着时间推移为90％以下时，是不适宜的，原因在于当纤维长期保持在高温高湿下时，亲水性能不足，该纤维往往不适用于上述等用途。
随时间推移的纤维亲水性能保留率：
当按照上述方法测定的、随着时间推移处理(温度40℃、相对湿度80％下，30天)前纤维的亲水性能为a1，随着时间推移处理后的纤维的亲水性能是b1时，将纤维随时间推移的亲水性能保留率定义为b1/a1的倒数(用％表示)。
上文说明的本发明亲水纤维的单纤维细度可以按照用途进行适当的调整；然而，在诸如短纤维之类的情况生产非织造织物或短纤纱的时候，从梳理性能的观点看，优选细度为0.1-20旦，特别优选1-10旦。可以对所述纤维按其用途适宜地进行卷曲，当在诸如纸尿布等中作为热粘合纤维时，优选其卷曲数为10-30峰/25mm。
另外，本发明的亲水性纤维可以是短纤维或长丝；然而，在诸如短纤维等情况下，纤维长度能够按照应用进行适当选择。例如，能够将亲水性纤维切为长度25-200mm，并应用于非织造织物、短纤纱等之中。
将上述亲水性赋于聚烯烃所占据的周长与纤维横截面整个周长之比为30％以上的纤维，能够通过将包含下述成分的处理剂涂布在所述纤维表面上来实现，所述处理剂包含下述的成分(A)和/或成分(B)，这两种成分的量为15-95wt％，优选15-80wt％，A/B重量比优选为3/1至1/10，还有成分(C)，其量为5-40wt％，优选10-30wt％。
(A)聚醚聚酯嵌段共聚物，包含由聚氧化烯单元组成的聚醚嵌段和聚氧己酰基单元组成的聚酯嵌段；
(B)含有聚氧化乙烯单元的聚氧化烯二醇的高级烷基醚；和
(C)链烯基丁二酸金属盐。
在本发明中使用的聚醚聚酯共聚物(成分A)和聚氧化烯二醇的高级烷基醚(成分B)，为赋于纤维良好亲水性能而使用。当它们在处理剂中的总含量，以处理剂有效成分为基准计，低于15wt％时是不适宜的，因为亲水性能不足，并且往往发生亲水性能的波动。相反，在所述含量大于95wt％时，也是不适宜的，因为下述链烯基丁二酸金属盐(成分C)的含量不能充足地增加，不仅纤维随时间推移的亲水性能保留率恶化，使本发明的目的不能实现，而且使在生产非织造织物、短纤纱等时高速梳理性能恶化。当成分A和B两者一起以重量比3/1至1/10应用时，这是优选的，因为亲水性能得到进一步改善。
另一方面，为改善纤维随时间推移的亲水性能保留率，将链烯基丁二酸金属盐(成分C)与上述成分一起使用，在140m/min以上的高纺出速度下的梳理性能能够得到显著改善。当所述纤维处理剂中其含量低于5wt％时，难以将纤维随时间推移的亲水性能保留率提高到90％以上，并且对高速梳理性能的改进作用也不足。相反，在所述含量超过40wt％时，是不适宜的，因为在随时间推移处理之前纤维亲水性能往往超过30秒。
上述优选使用的聚醚聚酯共聚物是含有诸如氧化乙烯基团、氧化丙烯基团或氧化丁烯基团等的2-4个碳原子的、无规和/或嵌段共聚合的氧化烯单元的共聚物；其中，从增加亲水性能的观点看，40mol％以上的无规和/或嵌段共聚合的氧化乙烯单元作为聚醚嵌段。在聚醚嵌段中的氧化烯单元的摩尔数优选为5-200，特别优选为50-120。另一方面，优选聚酯嵌段中的氧己酰基单元的摩尔数与上述聚醚嵌段中的氧化烯单元的摩尔数之比(氧己酰基单元摩尔数/氧化烯单元摩尔数)为1/1至1/10，优选1/1.5至1/4，从而在应用中显现良好的亲水性能。
作为含氧化乙烯单元的聚氧化烯二醇的高级烷基醚(成分B)，优选聚氧化烯二醇的聚合度为25-70，特别优选为30-60。优选氧化烯单元是含2-4个碳原子的氧化烯单元，如氧化乙烯单元、氧化丙烯单元或氧化丁烯单元。所必须的是：在聚氧化烯二醇中含氧化乙烯单元，其含量优选为50mol％以上。特别优选其中所有单元都是氧化乙烯单元的聚乙二醇，以便显现良好的亲水性能。另一方面，从应用中具有良好亲水性能的观点出发，优选高级烷基中的碳原子数为18-40，特别优选为20-30。上述高级烷基醚通常通过把需要量的氧化烯加到具有相应碳原子数的高级醇中来制备。此外，端羟基可以进一步用烷基、烷氧基等封端。
另外，作为与上述聚醚聚酯共聚物(成分A)和/或上述聚氧化烯烷基醚(成分B)一起使用的链烯基丁二酸金属盐可列出辛烯基丁二酸钾、癸烯基丁二酸钾、十二碳烯基丁二酸钾、十四碳烯基丁二酸钾、十六碳烯基丁二酸钾、十八碳烯基丁二酸钾、辛烯基丁二酸钠、癸烯基丁二酸钠、十二碳烯基丁二酸钠、十四碳烯基丁二酸钠、十六碳烯基丁二酸钠以及十八碳烯基丁二酸钠。其中优选十二碳烯基丁二酸钾和十二碳烯丁二酸钠，特别优选十二碳烯基丁二酸钾。
在不妨碍本发明目的的条件下，在本发明范围内，在上述处理剂中可以含有其它成分，例如处理剂中的已知成分如抗静电剂、pH调节剂、润滑剂，乳化剂，抗菌剂和抗真菌剂等。
优选，将上述纤维处理剂以所述纤维的重量为基准计，以0.05-5wt％，优选以0.2-1.0wt％涂布到所述纤维的表面上。当上油率小于0.05wt％时，是不适宜的，因为没有得到足够的亲水性能，并且在制造非织造物或混纺纱中的梳理工艺发生恶化。另一方面，当上油率超过5wt％时，也是不适宜的，因为在将纤维成形为非织造织物等时，形成的泡沫或缠辊均增加。
可以在形成纤维之后的任意步骤中，将上述纤维处理剂加到纤维上，可以进行涂布的步骤包括，例如，或者纱线制造步骤，或者丝束制造步骤，或者在切断所得纤维之后。优选在纱线制造步骤或丝束制造步骤中涂布处理剂的方法，因为这样能均匀地涂布处理剂，并能简化工艺。此外，处理剂通常以水乳液的形式，通过油浴浸渍法、给油辊法或喷雾法等，涂布到拉伸之后的纤维上；或者涂布在切断为短纤维之后的纤维上，或者在成形为诸如非织造织物等产品之后，采用喷雾法等进行涂布。
本发明的上述亲水性纤维能够单独应用，或者与其它纤维混合，用于提供具有优良亲水性能的、优良随时间推移亲水稳定性的产品。例如，本发明的亲水性纤维占构成纤维的80wt％以上、优选90wt％以上的非织造织物或机织物或针织物显现出诸如优良吸水性能等特性，并且即使贮存或应用在高温高湿环境中亲水性能也罕见恶化。
下文通过实例详述本发明，这些实例并不是用来限制本发明的范围。按照下述方法评定纤维的各种物理性能。
(1)上油率
以规定纤维重量为基础，测定通过在30℃下、浴比1∶20、用甲醇萃取纤维60min所得到的残余物重量，采用除以规定纤维重量所得数值。
(2)纤维的亲水性能
在用聚甲基丙烯酸甲酯制的、内径25mm、外径30mm、长度25mm的管内，充填5.0g纤维，所充填纤维不凸出管。所述管浮在口径105mmφ的、装有30℃的1000cc软水的容器中，使管沉到底部一次。然后将纤维从管内取出，并在常温下进行空气干燥，重复所述操作四次，接着在第五次操作中，测定管从浮在水中至下降到容器底部所需要的秒数，以提供纤维的亲水性能。
(3)纤维随时间推移的亲水性能保留率
当按照上述方法测定的、随着时间推移处理(温度40℃、相对湿度80％下，30天)前纤维的的亲水性能为a1，和随着时间推移处理后纤维的亲水性是b1时，将b1/a1的倒数(用％表示)定义为纤维的随时间推移的亲水性能保留率。
(4)高速梳理性能
使纤维长度为50mm的短纤维和罗拉梳理机处于温度为25℃、相对湿度为45％的室内两天，然后调整梳理条件，结果经罗拉梳理机梳理之后，得到网重20g/m2的纤维网。将使纤维网在梳理机出口侧每小时断裂1次的最小纤维网梳理速度定义为高速梳理性能。
实例1-11和比较例1-5
使用在265℃熔融的高密度聚乙烯(HDPE)切片作为皮组分(热粘合组分)，使用以邻氯苯酚作溶剂测定特性粘度为0.64、在290℃熔融的聚对苯二甲酸乙二酯作芯组分(成纤组分)。将上述两者喂入孔径0.4mmφ、1032孔的皮芯型复合喷丝板，在熔融聚合物排料温度250℃下排料，以1100m/min的速度卷绕，制得皮芯型热粘合复合纤维。此时，芯组分和皮组分的复合重量比为50/50。
所得未拉伸丝在70℃下，以拉伸比3.0进行拉伸，将纤维处理剂以浓度为8％的水乳液形式按照油浴浸渍法涂布在拉伸丝的纤维表面上；所述纤维处理剂以表1所述组分比含有化合物a～c，POE改性的硅氧烷(分子量80,000，硅氧烷含量40wt％)和下述的单硬脂酸六甘油酯，结果得到表1所示上油率。
然后，使上述纤维通过填塞箱式卷曲机，得到卷曲数为13峰/25mm，随后切断，得到单根纤维细度为2旦、纤维长度为50mm的短纤维。评定所得短纤维的亲水性能和高速梳理性能，所得结果示于表1。
表1中的符号表示下列化合物
化合物a：聚醚聚酯嵌段共聚物，其包含由100mol氧化乙烯单元与30mol氧化丙烯单元无规共聚的聚醚嵌段，和50mol氧己酰基基单元组成的聚酯嵌段，并且在所述聚醚嵌段中的氧化烯单元的摩尔数为所述聚酯嵌段中的氧己酰基单元的摩尔数的2.6倍。
化合物b：聚合度为50的聚乙二醇的含25个碳原子的高级烷基醚；和
化合物c：十二碳烯基丁二酸钾。
实例12和13
按照与实例1中相同的步骤进行，只是使用尼龙-6(Ny6)或聚丙烯(PP)代替PET作为皮芯型复合纤维的芯组分。表1示出所得结果。
实例14
按照与实例1相同的步骤进行，只是用含有100％HDPE的纤维代替皮芯型复合纤维。表1示出所得结果。
工业应用可能性，
本发明的亲水性纤维，即使长期暴露在高温高湿的条件下，也几乎不发生亲水性能的恶化；其广泛用于贮存或应用在上述环境下并需要亲水性能的所有产品。另外，涂布含有上述链烯基丁二酸金属盐的纤维处理剂的本发明亲水性纤维，具有优良的高速梳理性能，为140m/min以上，并且具有高的工业应用价值，其原因在于，当制造非织造物、短纤维纱等时，它能够显著提高生产能力。
[表1]
| 纤维组成(皮组分/芯组分) | 纤维处理剂的上油率(重量％) | 纤维处理剂组成 | 纤维亲水性 | 高速梳理性能(m/分) | |||||||
| 聚醚聚酯共聚物化合物a(重量％) | 聚氧化烯烷基醚化合物b(重量％) | 链烯基丁二酸金属盐化合物c(重量％) | POE改性硅氧烷(重量％) | 单硬脂酸六甘油酯(重量％) | 随时间推移处理前的亲水性能(秒) | 40℃×80％随时间推移处理后的亲水性能(秒) | 亲水性保留率(％) | ||||
| 实施例1 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 8 | 4 | 200 | 170 |
| 实施例2 | HDPE/PET | 0.20 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 10 | 5 | 200 | 162 |
| 实施例3 | HDPE/PET | 1.00 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 7 | 3 | 233 | 170 |
| 实施例4 | HDPE/PET | 0.35 | 5.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 45.0 | 10 | 6 | 167 | 160 |
| 实施例5 | HDPE/PET | 0.35 | 50.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 0 | 3 | 1 | 300 | 160 |
| 实施例6 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 15.0 | 20.0 | 0 | 50.0 | 10 | 8 | 125 | 155 |
| 实施例7 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 65.0 | 20.0 | 0 | 0 | 5 | 4 | 125 | 160 |
| 实施例8 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 5.0 | 0 | 50.0 | 5 | 5 | 100 | 140 |
| 实施例9 | HDPE/PET | 0.35 | 30.0 | 30.0 | 40.0 | 0 | 0 | 10 | 5 | 200 | 145 |
| 实施例10 | HDPE/PET | 0.35 | 0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 50.0 | 10 | 9 | 111 | 150 |
| 实施例11 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 0 | 20.0 | 0 | 65.0 | 13 | 12 | 108 | 145 |
| 比较例1 | HDPE/PET | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 0 | 0 | 55.0 | 10 | 13 | 77 | 90 |
| 比较例2 | HDPE/PET | 0.35 | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 | 14 | ＞60 | ＜23 | 80 |
| 比较例3 | HDPE/PET | 0.35 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 3 | ＞60 | ＜5 | 90 |
| 比较例4 | HDPE/PET | 0.35 | 0 | 50 | 0 | 50.0 | 0 | 14 | ＞60 | ＜23 | 80 |
| 比较例5 | HDPE/PET | 0.35 | 0 | 0 | 0 | 30.0 | 70.0 | 3 | ＞60 | ＜5 | 90 |
| 实施例12 | HDPE/PP | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 7 | 3 | 233 | 150 |
| 实施例13 | HDPE/Ny6 | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 8 | 3 | 267 | 145 |
| 实施例14 | HDPE(100) | 0.35 | 15.0 | 30.0 | 20.0 | 0 | 35.0 | 8 | 3 | 267 | 155 |
Claims (2)
1.一种亲水性纤维，该纤维的特征在于：纤维表面暴露有聚烯烃，并且聚烯烃所占据的纤维横截面的周长与纤维横截面的总周长之比为50％或以上，并且向所述纤维表面涂布基于所述纤维重量，其用量为0.2～1.0重量％的处理剂，该处理剂含有基于有效成分，总量为15～80重量％的组分(A)和组分(B)，其中(A)/(B)的重量比为3/1～1/10，以及基于有效成分，用量为5～40重量％的组分(C)，或者该处理剂含有基于有效成分，用量为15～80重量％的组分(A)或组分(B)，以及基于有效成分，用量为5～40重量％的组分(C)，这些组分(A)、(B)和(C)如下所述，
(A)聚醚聚酯嵌段共聚物，包含由碳原子数为2～4的氧化烯单元构成的聚醚嵌段和由氧己酰基单元构成的聚酯嵌段，而且氧化烯单元的摩尔数为5～200，聚酯嵌段中的氧己酰基单元的摩尔数与聚醚嵌段中的氧化烯单元的摩尔数之比为1∶1～1∶4，
(B)具有聚氧乙烯单元的聚氧化烯二醇的高级烷基醚，聚氧化烯二醇的聚合度为25～70，并且高级烷基的碳原子数为18～40，和
(C)碳原子数为8、10、12、14、16、18的链烯基丁二酸钠盐或链烯基丁二酸钾盐。
2.按照权利要求1的亲水性纤维，其中纤维是包含聚烯烃和聚酯的复合纤维。
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