NO315906B1 - Fibröst materiale, fremgangsmåte for fremstilling av lavkrympings-polylaktid-inneholdende fibrer, og flerkomponentfiber - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår fiberteknologi. Den er f.eks. lett anvendelig for vevede og ikke-vevede fibrøse materialer. Den angår generelt teknikker, metoder og materialer som relaterer seg til nedbrytbare polymerfibrer, spesielt de som lett innarbeides i vevede og ikke-vevede produkter og substrater.

I de senere år har man rettet fokus mot foretrukne nedbrytbare polymerer, som kan omdannes til ønskede substrater eller artikler. Mye av denne oppmerksomhet er fokusert på polymerer som omfatter, som en monomerenhet deri, resultatet av melkesyre eller laktidpolymerisasjon. Oppmerksomhet er rettet mot f.eks. US

S 525 701(Cargill Incorporated, Minneapolis, Minnesota, USA, dvs. patenthaveren).

Andre publiserte patenter som angår polymerer av melkesyre eller laktid omfatter: US 5 444 113, US 5 424 346, US 5 216 050, EP Al 747065, EP A2 723043, FR

A 2725731 og EP Al 637641.

Innarbeidelse av slik teknologi i foretrukne fibrøse materialer, spesielt i utviklingen av ikke-vevede fibersubstrater, er her et fokus av betydning.

Den foreliggende oppfinnelsen angår et fibrøst materiale, som er kjennetegnet ved at det omfatter: et stort antall av polylaktid-inneholdende fibrer fremstilt fra en polylaktidblanding inneholdende polylaktid som har mindre enn 5 vekt% R-melkesyrerester, en laktidkonsentrasjon på mindre enn 0,5 vekt% og en antallsmidlere molekylvekt på mellom 25000 og 150000;

det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer har en krystallinitet på mer enn 20 J/g, en tenasitet på mer enn 1,5 g/denier og en gjennomsnittelig fiberkokevann-krympingstilbøyelighet på mindre enn 15 %; og

hvor det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er fremstilt ved spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3 g/min./kapillær og en temperatur på mellom 200°C og 250°C og er avsatt som et flor.

Videre angår den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av lavkrympings-polylaktid-inneholdende fibrer som angitt i krav 1, som er kjennetegnet ved at den omfatter trinnene: (a) spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3,0 g/min./kapillær, og en temperatur på mellom 200°C og 250°C for å tilveiebringe det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer; og (b) avsetning av det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer som et flor. Videre angår den foreliggende oppfinnelsen en flerkomponentfiber som omfatter en første komponent og en andre komponent, som er kjennetegnet ved at den første komponenten omfatter polylaktidblanding inneholdende polylaktid som har mindre enn 5 vekt% R-melkesyrerester, en laktidkonsentrasjon på mindre enn 0,5 vekt% og en antallsmidlere molekylvekt på mellom 25000 og 150000; hvor flerkomponentfiberen blir fremstilt ved spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3 g/min./kapillær og en temperatur på mellom 200°C og 250°C og er avsatt som et flor. Fig. 1 beskriver en smeltespinningsprosess; Fig. 2 beskriver en spinnbindingsprosess; Fig. 3 viser en smelteblåsingsprosess; Eig. 4 viser konstruksjoner av bikomponentfibrer (tilpasset fra Hills, Inc.); Fig. 5 er en kurve som viser effekten av filamenthastighet på krympning for en polylaktidfiber; Fig. 6A-D er fotografier av side-ved-side bikomponentfibrer; Fig. 7 viser fiberdiameter som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 8 viser krystallinitetsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 9 viser dobbeltbrytning som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 10 viser krympningsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 11 viser krystallinitetsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 12 viser dobbeltbrytning som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 13 viser krympningsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 14 viser krystallinitetsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 15 viser dobbeltbrytning som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 16 viser krympningsmengde som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 17 viser effekter av tverrbinding; Fig. 18 viser % krympning som en funksjon av opptakshastighet; Fig. 19 viser forgreningseffekter på dobbeltbrytning; Fig. 20 viser forgreningseffekter på prosent krympning;

Fig. 21 viser dobbeltbrytning som en funksjon av opptakshastighet; og

Fig. 22 viser krympning som en funksjon av opptakshastighet.

Den foreliggende oppfinnelsen angår fiberteknologi og hvordan den kan anvendes for å utvikle ønskede produkter. Særlig angår den foreliggende oppfinnelsen fremstillingen og anvendelsen av fibrer inneholdende polylaktidpolymer for å tilveiebringe ønskede karakteristikker i vevede og ikk-vevede stoffer. Det vil forstås at denne fremstillingen angår spesielt hvordan fibrer inneholdende polylaktidpolymer kan modifiseres for å tilveiebringe ønskede egenskaper i ikke-vevede sluttprodukter.

Det uendelige antall referanser i denne fremstillingen til "modifisering" av fibrer kan henvise til både kjemisk modifisering, fysisk modifisering, begge deler, eller npen kombinasjon av begge deler, som skal være åpenbar ut fra sammenhengen av diskusjonen. Ved kjemisk modifisering menes at kjemien av fiber- eller polymerblandingen kan reguleres ved innarbeidelsen eller fjerningen av en bestanddel eller komponent. Bestanddelen eller komponenten kan være en reaktant, kimdanner, additiv, kompatibiliseringsmiddel og lignende, som kan endre en spesiell egenskap. Ved fysisk modifisering menes at fiber- eller polymerblandingen kan være fysisk behandlet på en måte som øker eller senker eller reduserer en spesiell egenskap. Eksempler på fysisk modifisering omfatter f.eks. strekking, trekking, avkjøling og bråkjøling. Som diskutert i nærmere detalj under kan nivået av krystallinitet i en polylaktidblanding endres ved både kjemisk modifisering og fysisk modifisering. F.eks. kan krystallinitetsnivået tilveiebragt av en polylaktidpolymer økes ved å senke komponenten av R-melkesyrerest i polymeren, og kan økes ved belastning under spinning eller trekking. Oppnåelsen av disse karakteristikker i tillegg til andre karakteristikker for nyttige applikasjoner er beskrevet i det etterfølgende.

Fibrene ifølge oppfinnelsen kan anvendes for å tilveiebringe vevede og ikke-vevede stoffer. For enkelhets skyld kan ikke-vevede stoffer refereres til som ikke-vevede. Det skal forstås at i sammenhengen med den foreliggende oppfinnelsen, refererer "ikke-vevedé stoffer" til stoffer fremstilt fra fibrer ved en fremgangsmåte som er en annen enn veving eller strekking. De ikke-vevede stoffene ifølge oppfinnelsen omfatter stoffer fremstilt ved avsetning av fibrer eller filamenter av lange, middels, eller kort lengde. Lange fibrer anses generelt å være kontinuerlige fibrer som er kjennetegnet ved en lengde større enn avstanden mellom spinnbunten og floret eller sylindervalser som er fremskaffet under spinnbearbeiding. I kraft av dette er lengden av fibrene minst mer enn 2 meter. Fiber av teoretisk diskontinuerlig lengde produseres generelt i smelteblåste operasjoner. Kortlengdefibrer kan ha en lengde fra ca. 0,5 cm til ca. 10 cm, og har ofte en lengde på mindre enn ca. 5 cm. Middels fibrer kan være i området fra 5 cm til ca. 10 m. Alternativt kan middels lengdefibrer være kjennetegnet til å ha en lengde på mellom 5 m og 1 m. Dessuten kan fibrer eller filamenter være sammenfiltrete bundet og lignende. I tillegg kan de ikke-vevede stoffene være innarbeidet som en del av et laminat eller en annen struktur som fordelaktig benytter karakteirstikkene av et ikke-vevet stoff. Et eksempel på en type laminat er SMS-stoff (dvs. spinnbundet-smelteblåst-spinnbundet).

Det ikke-vevede stoffet ifølge oppfinnelsen kan benyttes i applikasjoner innen jordbruk, medisin, hygiene, filtrering, barriere, industri, deponering samt innen bestandige ikke-vevede applikasjoner. Av særlig betydning er applikasjoner hvor bionedbrytbarhet fordelaktig kan kombineres med et stoff eller laminatfunksjon for å tilveiebringe ønske mykhet, drapé, barriereegenskaper, forlengelse, tilpasning, komfort og lignende. Eksempler på foretrukne ikke-vevede stoffer omfatter absorpsjonsmiddel og væskeoverføring (slik som tilgangs-/fordelingslag) som kan anvendes f.eks. i hygieneprodukter slik som bleier, treningsunderbukser, feminine absorpsjonsartikler og lignende; filtrerings- og barrierestoffer; tekstiler som kan anvendes f.eks. i medisinske eller industrielle klesplaggapplikasjoner; isolerings-applikasjoner; svelle- og fyllapplikasjoner omfattende pakkematerialer; som en erstatning for cellulose; og som feårappretering. Fibrene kan også fordelaktig anvendes som bindefibrer ved binding av andre fibrer, slik som ikke-vevede stoffer, papir, garn og lignende. Fibrene kan modifiseres for å skaffe de ønskede egenskapene som kan omfatte spinnbarhet, florforming, termisk bindingsområde, god bindingsstyrke, termisk-dimensjonsstabilitet, mykhet, drapé, stabilitet overfor ioniseringsstråling, styrke, seighet, differensialkrymping og fibrillering. Oppnåelsen av ønskede egenskaper for enhver gitt produktapplikasjon er omtalt i denne fremstillingen. Med andre ord beskriver denne fremstillingen hvordan egenskaper av polylaktid-inneholdende fibrer kan modifiseres for å skaffe ønskede sluttprodukter.

I. Materialer

Generelt omfatter foretrukne fibrer, som kan tilveiebringes ifølge den foreliggende oppfinnelsen, minst én komponent, polylaktid eller polymelkesyre (polylaktid og polymelkesyre er foretrukket kollektivt her som polylaktid eller PLA). Følgelig angår oppfinnelsen anvendelsen av polylaktid i fibrer eller filamenter.

Oppfinnelsen betrakter anvendelsen av fibrer eller filamenter inneholdende polylaktid i ikke-vevede materialer. Fibrene eller filamentene kan klassifiseres som monokomponentfibrer eller flerkomponentfibrer.

Monokomponentfibrene vil omfatte minst en del av polylaktid. Flerkomponentfibrene vil omfatte minst én komponent basert på polylaktid og minst én ytterligere komponent som kan være basert på polylaktid eller på et materiale som er forskjellig fra polylaktid. Hvis flerkomponentfibrene omfatter minst én komponent basert på PLA og en annen komponent basert på polylaktid, er det generelt forventet at de to polylaktidkomponentene vil ha forskjellige egenskaper som vil tillate sluttproduktet å ha egenskaper som ellers ikke ville være oppnåelig ved anvendelse av en monokomponentfiber basert på polylaktid.

Polymernomenklatur refererer noen ganger til polymerer på basis av monomeren hvorfra polymeren er laget, og i andre tilfeller kjennetegner polymeren basert på den minste repeterende enheten funnet i polymeren. F.eks., den minste repeterende enheten i polylaktid er melkesyre (i virkeligheten rester av melkesyre). Imidlertid vil i typiske tilfeller kommersielt polylaktid være fremstilt ved polymerisasjon av laktidmonomer, istedenfor melkesyre. Laktidmonomer er selvfølgelig en dimer av melkesyre. Her er uttrykkene "polymelkesyre", "polylaktid" og "PLA" ment å omfatte innenfor deres ramme både polymelkesyre-baserte polymerer og polylaktid-baserte polymerer, idet uttrykkene kan brukes om hverandre. Det vil si at uttrykkene "polymelkesyre", "polylaktid" og "PLA" er ikke ment å være begrensende med hensyn på måten hvori polymeren dannes.

Uttrykket "polylaktid-basert" polymer eller "polymelkesyre-basert" polymer er ment å referere til polymerer av polymelkesyre eller polylaktid, og også kopolymerer av melkesyre eller laktid, hvor den resulterende polymeren omfatter minst 50 vekt% melkesyrerest-repeterende enheter eller laktidrest-repeterende enheter. I denne sammenheng er uttrykket "melkesyrerest-repeterende enhet" ment å referere til den følgende enheten:

I lys av den ovennevnte definisjonen bør det være klart at polylaktid kan være referert til både som en melkesyrerest- og en laktidrest-inneholdende polymer. Her er uttrykket "laktidrest-repeterende enhet" ment å referere til den følgende repeterende enheten:

Det bør forstås at laktidrest-repeterende enhet kan være oppnådd fra L-laktid, D-laktid og meso-Iaktid. L-laktiden er strukturert fra to S-melkesyrerester; og D-laktiden er strukturert fra to R-melkesyrerester; og meso-laktiden er strukturert fra både en S-melkesyrerest og en R-melkesyrerest.

Videre bør det forstås at uttrykket "PLA" ikke er ment å begrense en blanding til én inneholdende bare polylaktid eller polymelkesyre som polymerkomponenten. Som anvendt her dekker uttrykket "PLA" blandinger som inneholder en polymer inneholdende den ovennevnte melkesyrerest-repeterende enheten i en mengde på minst 50 vekt%, basert på de totalt repeterende enhetene i polymeren. En PLA-blanding kan omfatte andre komponenter blandet i med polymerene inneholdende minst 50 vekt% melkesyre-repeterende enheter. I de fleste applikasjoner er det antatt at komponenten av den fiberinneholdende polylaktiden vil være det dominerende materialet. Generelt er det forventet at minst ca. 20 % av komponenten vil være omfattet av et polylaktidmateriale. Fortrinnsvis vil komponenten omfatte minst ca. 70 vekt% polylaktid, og nærmere foretrukket minst ca. 90 vekt% polylaktid. Det bør forstås at mengden av polylaktid tilstede i en spesiell komponent avhenger av den ønskede egenskapen som skal gis til den komponenten.

A. PLA ( polymelkesyre eller polylaktid)

Anvendelige PLA-baserte polymerer for omdannelse til fibrøse materialer ifølge de foreliggende teknikkene beskrevet her, er fremstilt fra polymerisasjon av laktid eller melkesyre. I noen applikasjoner kan polymerisasjonen være en kopolymerisasjon, med laktid- eller melkesyremonomeren kopolymerisert med et annet materiale. I noen tilfeller kan melkesyren eller laktatet først være polymerisert, og så reagere den resulterende polymerblandingen, f.eks. kopolymerisert, med et annet materiale for å sørge for noe ønsket modifisering, f.eks. som angår molekylvekt eller polydispersitet.

I sammenhengen med den foreliggende oppfinnelsen omfatter referanser til nedbrytbare fibrer komposterbare fibrer. Komposterbare fibrer er fibrer som har minst én del som vil brytes ned og bli en del av kompost når det utsettes for fysisk, kjemisk, termisk og/eller biologisk nedbrytning i et fast avfallskompost- eller bioforgassingsanlegg. Som anvendt i denne fremstillingen har et kompost- eller bioforgassingsanlegg et spesifikt miljø som induserer rask eller akselerert nedbrytning. Generelt er betingelser som gir rask eller akselerert nedbryting, sammenlignet med lagring eller bruksbetingelser, her referert til som kompostbetingelser.

Det bør forstås at fibrene ifølge oppfinnelsen enten helt eller delvis kan være komposterbare, avhengig av mengden av komposterbart materiale innarbeidet i fibrene. Den komposterbare komponenten av fibrene bør være komposterbar og bionedbrytbar under kompost/bioforgassing, eller i kompostforbedret jord, ved en hastighet og/eller rekkevidde som er sammenlignbar med det som er kjent for referansematerialer slik som cellulose eller papir. Dette betyr i grunnen at komponentene bør være nedbrytbare innenfor en tidsramme hvori produkter laget derfra, etter anvendelse, kan være resirkulert ved kompostering og brukt som kompost. Det bør forstås at visse materialer slik som hydrokarboner og andre polymerharpikser omfattende polyetylener, polypropylener, polyvinyler, poly-styrener, polyvinylkloridharpikser, ureaformaldehydharpikser, polyetylentereftalat-harpikser, polybutylentereftalatharpikser, og lignende ikke er ansett å være komposterbare eller bionedbrytbare for formål med denne oppfinnelsen fordi det tar for lang tid å nedbryte disse når de er alene i et komposteirngsmiljø. Hastigheten og graden av bionedbrytning av komposterbare materialer er beskrevet i detalj i US patentsøknad 08/642 329.

Melkesyrerest-inneholdende polymerer er spesielt foretrukket for anvendelse i den foreliggende oppfinnelsen på grunn av deres hydrolyserbare og bionedbrytbare natur. En teori vedrørende nedbrytningen av melkesyrerest-inneholdende polymerer er at de kan nedbrytes ved hydrolyse av hydrolyserbare grupper til melkesyremolekyler som utsettes for enzymatisk spalting av en rekke mikroorganismer. Det skal imidlertid forstås at den nøyaktige mekanismen for nedbryting ikke er et kritisk trekk med den foreliggende oppfinnelsen. Det er isteden tilstrekkelig at man erkjenner at polymerer som tilveiebringer lignende rask nedbrytning til naturlig forekommende sluttprodukter kan være nyttige i den foreliggende oppfinnelsen. US 5 142 023 (Gruber et al.) omtaler generelt en kontinuerlig prosess for fremstillingen av laktidpolymerer fra melkesyre. Relaterte prosesser for utvikling av renset laktid og dannelse av polymerer derfra er omtalt i US 5 247 058, US 5 247 059 og US 5 274 073 (Gruber et al.). Det skal forstås at valgte polymerer fra disse patentene med de fysikalske egenskaper egnet for anvendelse i den foreliggende oppfinnelsen kan benyttes. Generelt kan polymerer ifølge US 5 338 822 (Gruber et al.) og US 5 594 095 (Gruber et al.) anvendes i den foreliggende oppfinnelsen. Eksempler på melkesyrerest-inneholdende polymerer som kan anvendes er beskrevet i US 5 142 023, US 5 274 059, US 5 274 073, US 5 258 488, US 5 357 035, US 5 338 822, US 5 359 026, US 5 484 881, US 5 536 807 og US 5 594 095 (Gruber et al.). Polylaktidpolymerer som kan anvendes i oppfinnelsen er tilgjengelig under handelsnavnet EcoPLA TM.

B. Fordelaktige egenskaper av polylaktid

I sammenhengen med fiberdannelse er det ønskelig å tilveiebringe polylaktidpolymeren med ønskede molekylvektområder, PDI, optisk blanding, og smeltestabilitet. Det skal forstås at hver av disse egenskaper kan reguleres for en gitt anvendelse.

I tilfellet av smelteblåstefibrer er det foretrukket at polylaktidpolymeren er tilveiebragt med en antallsmidlere molekylvekt på 25000-110000. Eller fortrinnsvis er den antallsmidlere molekylvekt som er tilveiebragt på 30000-75000, og spesielt 32000-60000.1 de fleste foretrukne anvendelser er det foreslått at polylaktidpolymeren vil ha en antallsmidlere molekylvekt på 35000-45000. Det skal forstås at den nedre grensen av den antallsmidlere molekylvekten er bestemt ved fysikalske egenskaper slik som strekkfasthet. Den øvre grensen for antallsmidlere molekylvekt er generelt bestemt ved betraktning av slikt som viskositet i den smelteblåste prosessen. Målingen av molekylvekt utføres fortrinnsvis ved GPC ved anvendelse av polystyrenstandarder som omtalt, f.eks. i US 5 338 822.

I tilfellet av spinnbinding eller smeltespinning, er det ønskelig å tilveiebringe en antallsmidlere molekylvekt på 25000-150000. Fortrinnsvis er den antallsmidlere molekylvekten tilveiebragt på 45000-105000, spesielt på 50000-90000. Det er antatt at den antallsmidlere molekylvekten mest foretrukket ville være på 55000-75000 for spinnbindingsprosesser og på 75000-90000 for smeltespinningsprosesser. I spinnbindings- eller smeltespinningsprosesser skal det forstås at den nedre grensen av molekylvekten generelt er en funksjon av smeltestyrke og strekkfasthet. Den øvre grensen av molekylvekten bestemmes generelt ved reologiske betraktninger slik som nedtrekkingshastighet og også trykkfall gjennom dysen, og ønske om å ikke bearbeide polymeren ved for høye temperaturer.

Polydispersitetsindeksen (PDI) av polylaktidpolymeren er generelt en funksjon av forgrening eller tverrbinding på et mål på bredden av molekylvektfordelingen. I de fleste applikasjoner hvor krystallinsk polylaktid er ønskelig, bør PDI av polylaktidpolymeren være på 1,5-3,5, og fortrinnsvis på 2,0-3,0. Øket brodannelse eller tverrbinding kan selvfølgelig øke PDI. Videre bør smelteflytindeksen av polylaktidpolymeren være i foretrukne områder, ved anvendelse av standard ASTM og smelteflyttestprosedyrer, målt ved 210°C med en 2,16 kg vekt. For smelteblåste fibrer bør smelteflytindeksen være på 50-5000, og fortrinnsvis på 100-2000. For spinnbundne fiber bør smelteflytindeksen være på 10-100, og spesielt på 25-75. For smeltespinningsfiber bør den foretrukne polymeren ha en smelteflytindeks på 10-100, spesielt på 10-50 og mest foretrukket på 10-30.

De foretrukne polylaktidpolymerene for anvendelse i fiberdannelse er fortrinnsvis smeltestabile. Med dette menes at polylaktidpolymeren vil være relativt stabil overfor laktidreformasjon og depolymerisasjon ved temperaturer som oppstår under smeltebearbeiding. Angående dette vises til omtalene som angår smeltestabilitet som er angitt i US 5 338 822 og US 5 525 706 og US patentsøknad nr. 09/053 836 innlevert 1. april 1998.

Videre skal det forstås at foretrukne smeltestabile polylaktidblandinger fortrinnsvis omfatter en laktidkonsentrasjon på mindre enn 2 vekt%, nærmere foretrukket en laktidkonsentrasjon på mindre enn 1 vekt%, og enda mer foretrukket en laktidkonsentrasjon på mindre enn 0,5 vekt%. Mest foretrukket, for å sikre smelte-stabilitetsegenskaper, er det foretrukket at laktidkonsentrasjonen er mindre enn 0,3 vekt%. I tillegg er det foretrukket at graden av laktidgenerering under smeltebearbeiding, slik som gjennom en ekstruder, genererer mindre enn 2 vekt% laktid. Jo mer smeltestabil polylaktidpolymeren er som et resultat av de lavere nivåene av restlaktid, jo mindre er det forventet at ytterligere laktid vil genereres under smeltebearbeiding. Således er det forventet at for smeltestabile polylaktidpolymerer vil smeltebearbeiding bare generere mindre enn 1 % laktid, og enda mer foretrukket mindre enn 0,5 vekt% laktid. Mens lav restlaktid kan være viktig for å opprettholde smeltestabilitet, skal det forstås at ytterligere additiver i tillegg kan anvendes for å tilveiebringe smeltestabilitet. Eksempler på additiver er omtalt i US 5 338 822 og US 5 525 706 og US patentsøknad 09/053 836. Det vil forstås at flere av eksemplene reflekterer anvendelsen av vinsyre som stabilisator for polylaktidpolymerer. Det er forventet at ytterligere karboksylsyrer vil fungere for å øke polylaktidstabiliteten under smeltebearbeiding.

Man har nå oppdaget at betingelsene for fiberdannelse er svært ekstreme, som fremmer laktidreformasjon og molekylvektnedbrytning. Tilstander i ekstruderen går ofte over 200°C, og overflatearealet generert under fiberdannelse i en økning gir kontaktarealet mellom utstyr og/eller luft og smeltet polylaktid sammenlignet med filmdannelse eller formstøpningsdannelse. Som et resultat begunstiger betingelser under fiberdannelse nedbrytning av polymeren. Man har oppdaget at det er fordelaktig å øke smeltestabilitet utover smeltestabilitetskravene som man ofte møter på under filmdannelse eller formstøpingsdannelse.

Følsomheten for polylaktid til hydrolyse gir faktisk en mulig fordel for fibrer og artikler laget derfra. Hvis betingelser kan gjøres gunstige for overflatehydrolyse av fiberen når den dannes, eller etterfølgende til dens dannelse, dannes en fiber eller et fil amen t som har en lavere molekylvektark. Dannelsen av det arket har forskjellige mulige fordeler, slik som forbedret binding. Det er f.eks. forventet at en monokomponentfiber kan være innført i en fuktig atmosfære under betingelser som vil resultere i et ønsket hydrolysenivå i det ytre laget av fiberen. Det er forventet at hydrolysen vil gi en senkning i polylaktidmolekylvekten ved fiberoverflaten, som er forventet å påvirke smeltetemperaturen av fiberens overflate. Den resulterende monokomponentfiberen kan være referert til som en pseudo-bikomponentfiber.

C. Kopolymerer

Melkesyrerest-inneholdende polymerer omfatter kopolymerer og fremstilles generelt fra monomerer som omfatter melkesyre, laktid eller en kombinasjon derav. Polymerer som anses som melkesyrerest-inneholdende polymerer omfatter poly(laktid)polymerer, poly(melkesyre)polymerer og kopolymerer slik som vilkårlige og/eller blokk-kopolymerer av laktid og/eller melkesyre. Melkesyre-komponenter som kan anvendes for å danne melkesyrerest-inneholdende polymerer omfatter L-melkesyre og D-melkesyre. Laktidkomponenter som kan anvendes for å danne melkesyrerest-inneholdende polymerer omfatter L-laktid, D-laktid og meso-laktid. En særlig foretrukket kopolymer omfatter rester av både L-laktidrest og D-laktidrest som komonomerer.

Mens polylaktid foretrekkes for å tilveiebringe lavkrympningsfibrer, kan viskositetsmodifisert laktid anvendes. Slike polymerer er beskrevet i detalj i US 5 359 026 og US 5 594 085. Viskositetsmodifiserte polylaktidpolymerer er viktige fordi de gir ønskede bearbeidingskarakteristikker slik som redusert viskositet og økt smeltestyrke.

Særlig foretrukne viskositetsmodifiserte polylaktidpolymerer omfatter kopolymerer av laktid og epoksidert flerfunksjonen olje slik som epoksidert linsefrøolje og epoksidert soyaolje. I mange situasjoner er det foretrukket at polymeren fremstilles fra 0,1-0,5 vekt% epoksidert flerfunksjonen olje og smeltet laktidmonomer. Katalysator kan tilsettes, og blandingen kan polymeriseres mellom 160-200°C. Den resulterende polymeren har fortrinnsvis en antallsmidlere molekylvekt på 50000-105000.

Det skal forstås at mens mange forskjellige typer av komponenter eller reaktanter kan innføres i polylaktidpolymeren, gjør ikke nærværet av disse dem nødvendigvis til repeterende enheter. Det er klart at nærværet av en komponent eller rest derav ved en konsentrasjon som tilsvarer nærværet av noen få komponenter eller rester i en polymerkjede ikke er repeterende, og resten vil ikke anses å være en repeterende enhet.

Andre foretrukne kopolymerer omfatter kopolymerer av PLA med andre bionedbrytbare polymerer, spesielt alifatiske polyestere. En foretrukket metode for å danne kopolymerene ville være gjennom interestifisering eller kobling i en etter-polymerisasjonsproess, slik som reaksjonsekstrudering. Alternativt er kopolymerer av laktid og andre sykliske estere, syklisk ester, etere, og sykliske estere amider mulige. Komonomerer i dette tilfellet vil omfatte et laktid med morfolin-2-5-dion, doksepan-2-on, dioksanoner (slik som p-dioksanon), laktoner (slik som epsilon-kaprolakton eller 4-valerolakton), dioksan (dion)er (slik som glykolid eller tetrametyl-l,4-dioksan-2,5-dion), eller ester-amider (slik som morfolin-2-5-dion). Angående kopolymerer kan referanse gjøres til diskusjonen i US 5 359 026. Kopolymerer av melkesyre og andre hydroksysyrer eller hydroksy og/eller syreterminerte lav-molekylvekt polyestere er også mulige. Alifatiske polyestere eller polyester-amider er foretrukket.

D. Andre komponenter

Polylaktidpolymerblandingen kan omfatte ytterligere komponenter eller additiver omfattende myknere, reologimodifiserende midler, krystallinitetsmodiflserende midler, antioksidanter, stabilisatorer, pigmenter, kimdannere, kompatibilisatorer og lignende.

Mykner

For de fleste melkesyrerest-inneholdende polymerer antas det at glassoverførings-temperaturen kan senkes til ønskede nivåer ved tilsetning av en myknerkomponent for å tilveiebringe en konsentrasjon på 0,5-20 vekt% mykner, basert på vekten av polymerblandingen. Generelt bør en tilstrekkelig mengde av mykner innarbeides for å tilveiebringe en ønsket reduksjon i Tg. Det antas at myknemivået bør være over minst 1 vekt%, og nærmere foretrukket over minst 2 vekt%, for å tilveiebringe tilstrekkelig fleksibilitet og mykhet. Følgelig bør mykneren innarbeides for å tilveiebringe et konsentrasjonsnivå på 1-10 vekt%.

Det er foretrukket å anvende en mykner som er bionedbrytbar, ikke-giftig, kompatibel med harpiksen og relativ ikke-flyktig. På grunn av det store overflatearealet av polymer som eksponeres under fiberdannelse, er det særlig ønskelig å tilveiebringe en mykner som ikke forflyktiges i en betydelig grad. De fleste foretrukne myknerne har et damptrykk på mindre enn 1 mm Hg ved 200°C.

Interne myknere, som er bundet til melkesyrerest-inneholdende polymer, kan også være nyttige i den foreliggende oppfinnelsen. Eksempler på mykner som kan være bundet til polymeren omfatter epoksider. Myknere som vanligvis er faste ved romtemperatur kan i tillegg anvendes.

Kimdannere

I en foretrukket blanding kan kimdannere være innarbeidet. Kimdannere kan omfatte utvalgte myknere, finoppdelte mineraler, organiske forbindelser, salter av organiske syrer og imider og finoppdelte krystallinske polymerer med smeltepunkt over bearbeidingstemperaturen til poly(laktid). Eksempler på nyttige kimdannere omfatter talkum, natriumsalt av sakkarin, kalsiumsilikat, natriumbenzoat, kalsium-titanat, bornitrid, kobberftalocyanin, isotaktisk polypropylen, lav-molekylvekt poly(laktid) og polybutylentereftalat.

Overflatebehandlinger

Overflatebehandlinger kan også anvendes for å redusere blokkering eller modifisere binding, fargemottagelighet eller kjemisk reaktivitet. Slike behandlinger omfatter å eksponere smeltet fiber til hydrolytisk atmosfærekorona og flamme-behandlinger som modifiserer lim-, kjemisk eller fraksjonelle egenskaper av fiberen.

For bestemte anvendelser er det ønskelig for stoffet som skal modifiseres til å endre vanntransportegenskapene. Overflateaktive midler kan være innarbeidet i floret ifølge den foreliggende oppfinnelsen for å øke vanntransportegenskapene.

Overflateaktive midler som er nyttige kan være oppdelt i kationiske, anioniske og ikke-ioniske midler. Angående kationiske forbindelser består den aktive molekyldelen generelt av et voluminøst kation som ofte inneholder en lang alkylrest (f.eks. et kvaternært ammonium, fosfonium eller sulfoniumsalt) hvorved den kvaternære gruppen også kan forekomme i et ringsystem (f.eks. imidazolin). I de fleste tilfeller er anionet kloridet, metosulfatet eller nitratet som stammer fra kvaterniseringsprosessen. I de anioniske forbindelsene er den aktive molekyldelen i denne klassen forbindelser anionet, oftest et alkylsulfonat, sulfat eller fosfat, et ditiokarbamat eller karboksylat. Alkalimetaller fungerer ofte som kationer. Ikke-ioniske antistatiske midler er uladede overflateaktive molekyler av en betydelig lavere polaritet enn de ovennevnte ioniske forbindelsene og omfatter polyetylen-glykolestere eller etere, fettsyreestere eller etanolamider, mono- eller diglyserider eller etoksylerte fettaminer. De ovennevnte overflateaktive midlene kan også fungere som antistatiske midler, som kan være ønskelig.

Pigmenter

Pigmenter, farger eller fargestoffer kan også være tilsatt om nødvendig. Eksempler omfatter titandioksid, leire, kalsiumkarbonat, talkum, glimmer, silika, silikater, jernoksider og hydroksider, sot og magnesiumoksid. Titandioksid er nyttig som et hvitgjøringsmiddel som forbedrer opasiteten eller "dekket" av et flor, som gir fremtoningen av forbedret fllamentfordeling.

Katal<y>satorer

I fremstillingen av polylaktidblandinger ifølge den foreliggende oppfinnelsen katalyseres reaksjonen for å polymerisere laktid. Mange katalysatorer er blitt anført i litteraturen for anvendelse i ring-åpningspolymerisasjonen av laktoner. Disse omfatter men er ikke begrenset til: SnCh, SnBr2, SnCU, SnBr4, aluminium-alkoksider, tinnalkoksider, sinkalkoksider, SnO, PbO, Sn (2-etylheksanoater), Sb (2-etylheksanoater) (noen ganger kalt oktoater), Ca-stearater, Mg-stearater, Zn-stearater og tetrafenyltinn. Man har også testet flere katalysatorer for polymerisasjon av laktid ved 180°C, som omfatter: tinn(II) bis(2-etyIheksanoat)

(kommersielt tilgjengelig fra Atochem, som Fascat 2003, og AirProducts som DABCO T-9), dibutylindiacetat (Fascat 4200<®>, Atochem), butylin tris (2-etyl-

heksanoat) (Fascat 9102<®>, Atochem), hydratisert monobutylinoksid (Fascat 9100<®>, Atochem), antimontriacetat (S-21, Atochem), og antimontris(etylenglykoksid)

(S-24, Atochem). Av disse katalysatorene synes tinn(II) bis(2-etylheksanoat), butylin tris (2-etylheksanoat) og dibutylindiacetat å være de mest effektive.

Appreturolier

For noen anvendelser kan det være nyttig å utføre overflatebehandlinger for å tilveiebringe fibersmørbarhet endre hydrofilisitet, endre statiske karakteristikker, modifisere fiberfremtoning og til slutt påvirke fiberkohesjon. Et eksempel på slike overflatebehandlinger er appreturoljer. Appreturoljer kan besørge de ovennevnte fiberegenskaper, men også besørge nedstrøms fiberprosesser. Slike prosesser omfatter fremstilling av garn og karding. Eksempler på slike appreturoljer som kan anvendes for PLA omfatter stearater eller andre kommersielt tilgjengelige merkevareoljer.

E. Andre polymerer

Som diskutert ovenfor kan mange forskjellige typer polymerer være blandet med polylaktid og anvendt i den foreliggende oppfinnelsen. Attraktivt kan polymerer være anvendt som andre komponenter i flerkomponentfiber som er diskutert i nærmere detalj under. Eksempler på typer polymerer som kan være blandet med polylaktid eller anvendt som separate komponenter i en flerkomponentfiber omfatter polyolefiner, polyamider, aromatiske/alifatiske polyestere, omfattende polybutylentereftalat og kombinasjoner derav. Ytterligere typer polymerer som kan være anvendt omfatter destrukturiserte stivelsesblandinger, polyhydriske alkoholer og derivater, hydroksypropylcellulosederivater, celluloseestere, bionedbrytbare alifatiske polyestere, etere, uretaner og bionedbrytbare alifatiske-aromatiske polyestere. Eksempler på destrukturerte stivelsesblandinger omfatter stivelse i kombinasjon med etylenvinylalkohol (EVOH) tilgjengelig som Mater-Bi fra Novamont. Eksempler på polyhydriske alkoholer og derivater omfatter polyvinylalkohol modifisert med passende myknere, slik som glyserol, etylenglykol, polyvinylalkohol i kombinasjon med poly(alkenoksy)akrylat som er tilgjengelig som VINEX fra Air Products and Chemicals. Et eksempel på hydroksypropylcellulosederivat omfatter hydroksypropylcellulose ikke-ionisk celluloseetere, slik som det tilgjengelig som KLUCEL fra Hercules. Eksempler på celluloseestere omfatter celluloseacetater (Tenites tilgjengelig fra Eastman og omfattende propionater og butyrater), celluloseacetatpropionater og celluloseacetatbutyrater. Eksempler på bionedbrytbare alifatiske polyestere omfatter polyesterbutyrat (PHP), polyhydroksybutyrat-ko-valerat (PHBV) tilgengelig som BIOPOL, polykaprolaktam tilgjengelig som TONE fra Union Carbide, polybutylensukkinat tilgjengelig som Bionolle™ 1000 serier av Showa, polybutylensukkinat-ko-adipat tilgjengelig som Bionolle™ 3000 av Showa, polyglykolsyre (PGA), forskjellige kvaliteter av polylaktid (PLA), polybutylen-oksalat, polyetylenadipat, polyparadioksanon, polymorfolinvioner, og polydioksipan-2-on. Eksempler på etere omfatter polypropylenoksid og kopolymerer av polypropylenoksid og polyetylenoksid og kopolymerer av polyetylenoksid. Eksempler på polykarbonater omfatter polyetylenkarbonat, polybutylenkarbonat, og polytrimetylenkarbonat og dets derivater. Eksempler på uretaner omfatter uretaner laget med polyester eller etere eller blandinger derav, eller laget fra polyestere og uretaner for å tilveiebringe alifatiske polyesteruretaner. Bionedbrytbare alifatiske-aromatiske polyestere omfatter polybutylensukkinat-ko-tereftalat tilgjengelig fra Eastman, og BIOMAX fra Dupont.

Ytterligere komponenter som kan være enten blandet med PLA eller benyttet som en annen komponent av en flerkomponentfiber omfatter termoplastiske harpikser, slik som hydrokarboner, polyestere, polyvinylalkoholer, poly(akrylonitril) polymerer, og utvalgte høy-substituerte celluloseestere. Eksempler på hydrokarboner omfatter polyetylen, polypropylen. Eksempler på polyestere omfatter aromatiske polyestere, slik som polyetylentereftalat (PET) og polybutylentereftalat (PBT).

PLA-blandinger kan også være nyttige i forbedring av adhesjonen av PLA-komponenten til en ikke-polylaktidkomponent, slik som et polyolefin. Materialer som er nyttige som et "sammenkoblingslag" kan på denne måten være nyttige.

Polymerer som kan anvendes i den foreliggende oppfinnelsen omfatter PLA og PLA-baserte polymerer, andre bionedbrytbare eller vannoppløselige polymerer, slik som PVA, andre melkesyre-inneholdende polymerer (f.eks. melkesyre-baserte polyuretaner, polykaprolakton (PCL), polypropionlakton, celluloseacetater, glykolid-inneholdende polymerer (PGAer), nedbrytbare polyestere (alifatiske), polyhydroksypropionat (eller butylat, kapriolat, hepanoat, valerat eller oktanoat), polyesteramider, alifatiske diolpolymerer, alifatiske og aromatiske dikarboksyl-syrer, og, hvor anvendelig, kopolymerer og blandinger derav.

Et eksempel på foretrukket polymer er en polybutylensukkinat-homopolymer solgt under varemerket Bionolle™ 1000 og er tilgjengelig fra Showa Highpolymer Co., Ltd.

Anvendelsen av kompabilisatorer, delvis kopolymerisasjon eller transesterisering, reaktiv ekstruderingskobling, og andre teknikker kan anvendes for å tilveiebringe mer kompatible blandinger.

II. Fiberdannelse

A. Fiberdannelsesprosesser

Fiber ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan fremstilles ved en rekke forskjellige teknikker som vanligvis anvendes på området. Flere av de vanlige metoder for fiberdannelse omfatter smeltespinning, smelteblåsing og spinnbinding. Ytterligere mindre vanlige metoder, som kan fortsatt karakteriseres ifølge den foreliggende oppfinnelsen, omfatter utflytningsspinning (flash spun), våtspinning og tørrspinning. Generelt anvendes smeltespinning for å tilveiebringe lengre fibrer for vevede og ikke-vevede produkter. Typiske anvendelser for fibrer fremstilt ved smeltespinning omfatter anvendelser hvor lange fibrer og relativt store diametre er fordelaktige. Eksempler på type artikler omfatter tekstiler, absorberende materialer, og overførings- eller veke(stoff)materialer. Fibrer fremstilt ved smelteblåsing er derimot generelt finere diameter men mindre orienterte. Fibrene fremstilt ved smelteblåsing resulterer generelt i pustbare stoffer med forbedrede barriereegenskaper men stoffer som har en svakere konstruksjon på grunn av den lave orienteringen. Eksempler på typer artikler som kan være fremstilt fra smelteblåse-fibrer omfatter filtermedier, svellingsmaterialer, fuktige halmmaterialer fra landbruket, kirurgiske draper, sorapreteringer, og erstatning av konvensjonelle ikke-vevede stoffer omfattende stoff. Spinnbindingsprosesser anses ofte å være en type smeltespinning. En betydelig forskjell er at spinnbinding omfatter luftinnblanding for å trekke fibrene istedenfor bruk av sylindervalser som typisk anvendes i smeltespinningsprosesser med unntaket av Reemay™ og Typar™ prosesser som anvender sylindervalser for å trekke filamentene, og luft for å fordele filamentene inn i et flor.

Under henvisning til fig. 1 er et diagram som viser en konvensjonell smeltespinningsprosess fremskaffet. Som vist kan polymerpellets 50 innføres i en forseglet eller fuktighetskontrollert trakt 52 hvor de mates inn i ekstruder 54 for smelting og ekstrudering. Ekstruderen 54 ekstruderer smeltet polymer gjennom målepumpen 56 til en spinnebunt 58 som omfatter en dyse for spinning eller ekstrudering av polymerfibrer 60. Polymerfibrene eller spinnefilamentene bråkjøles så ved et bråkjølingssystem 62 som er vist til å være et luftbråkjølingssystem. Selvfølgelig kan alternative bråkjølingssystemer anvendes. Luftbråkjølingen forårsaker at spinnefilamentene størkner, slik at fibrene ikke kleber seg sammen. Spinnefilamentene 60 passeres valgfritt over en snørevalse 64 og over sylindervalser 66 og til slutt et vikleapparat 68. Funksjonen til sylindervalsene er å trekke fibrene, for derved å indusere belastning og kontrollere hastighet for fiberbedring. Prosessen for å indusere belastning øker krystallitetsdannelse som er viktig om man ønsker å kontrollere, eller å redusere, krymping av fibrene.

En typisk spinnbindingsprosess som kan utøves ifølge den foreliggende oppfinnelsen er illustrert i fig. 2. Det skal forstås at spinnbindingsprosessen kan være ganske lik smeltespinningsprosessen avbildet i fig. 1. Spinnbindingsprosessen omfatter generelt en innføring av pellets 70 inn i en ekstruder 72 hvor de smeltes og bearbeides til en spinneblokk 74. Spinneblokken 74 omfatter generelt en dyse eller spinnevorte 76. Kraften som genereres av ekstruderen 72 skaffer trykkhøyde til å mate en målepumpe, som forårsaker at den smeltede polymeren strømmer gjennom spinnevorten 76 til multiple fibrer 78. Fibrene 78 passerer gjennom luftattenuator 80 (som kan være en Iuftpistol) som bevirker attenuering eller medrivning av fibrene 78. Attenueringen av fibrer 78 besørger belastning som igjen induserer krystallisasjon i fibrene. Det skal forstås at den smeltede polymeren fra ekstruderen kan passere gjennom en smeltepumpe for å kontrollere kapillærgjennomstrømningen og dysetrykket i spinneblokken 74.

Straks fibrene 78 passerer gjennom pistolen 80, legges de på et belte 82 for å danne et flor 84. Hastigheten på beltet 82 er bestemt ved driftshastigheten til transportøren 86. Når floret 84 separeres fra beltet 82, passerer det generelt gjennom en bindingsoperasjon, slik som pregevalser, for å bevirke et koherent flor. Bindingsoperasjonen kan omfatte et kalander, ovn, oppvarmet kanne eller et hvilket som helst antall termiske, mekaniske, hydrauliske eller kjemiske bindingsteknikker. Det bundne floret 90 kan så mates til et viklingsapparat 92 for opptak og lagring.

Det skal forstås at i spinnbindingsprosessen er det ønskelig å tilveiebringe fibrer som er lavkrympet under kalanderingsoperasjonen. Forskjellige måter for binding og/eller innbyrdes låsing av fibrene omfatter generelt kjemiske, mekaniske, hydrauliske og termiske anordninger. Eksempler på kjemiske anordninger omfatter anvendelse av lim eller andre kjemikalier for å danne en binding mellom fibrene. Eksempler på mekaniske operasjoner omfatter nålestansing, maskebinding og hydro-sammenfiltring. Eksempler på termisk binding omfatter overflatesmelting av fibrer gjennom strålekonjuktiv konveksjon eller lydenergikilder. Tradisjonell valsebinding/kalandering ville være vurdert som en kombinasjon av mekanisk (trykk) og termisk binding.

Det vil forstås at mens fig. 1 og 2 generelt viser en enkelt ekstruder, kan multiple ekstrudere anvendes særlig i situasjoner hvor multikomponentfibrer er ønsket. Disse typer fibrer er beskrevet i nærmere detalj senere i denne fremstillingen. I de fleste forhåndskjente søknader er det antatt at to ekstrudere vil anvendes for å tilveiebringe separate komponenter i en bikomponentfiber. Videre skal det forstås at når det her snakkes om blandinger av polymerer, kan blandingen skje inne i ekstruderen. I tillegg kan blanding skje før innføring av pelletene i trakten eller ekstruderen ved ytterligere oppstrøms bearbeiding.

Fibrene ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan fremstilles på forskjellige typer apparater. Apparatet kan generelt klassifiseres i tre kategorier. Disse kategorier omfatter sakte filamenthastighet, middels filamenthastighet og høy filamenthastighet. Sakte filamenthastighet omfatter generelt apparat som drives ved 500-1500 m/min. Middels hastighet omfatter generelt apparat som drives ved 1500-2500 m/min. Høyhastighetsutstyr drives vanligvis ved mer enn 2500 m/min., og fortrinnsvis større enn 4000 m/min.

Det skal forstås at kapillær diameter beskriver størrelsen av blendestørrelsen i spinnevorten. Den foretrukne diameter er 0,2-1 mm, og en mer foretrukket diameter er 0,3-0,8 mm for runde hull avhengig av kapillærgjennomstrømning. Ikke-runde hull, eller profilerte hull, kan også anvendes. Profilerte hull omfatter trilobale, multilobale, kryssede, solsikke, hull og ytterligere eksempler vist i fig. 4.

Under henvisning til fig. 3 er det vist et eksempel på smelteblåst prosess. En polymerføde fra en ekstruder er vist ved 100. Polymerføden, i smelteform, passerer gjennom dyse 102 og er innblandet ved høyhastighetsluft 104. Høyhastighetsluften fungerer generelt som en dyse som omgir smeltet polymer som strømmer gjennom dysen 102 og som gjør at den smeltede polymeren attenuerer. Attenuerte fibrer 106 blåser så bort fra overflaten av dysen 108. Sekundært kjølemedium 110 (som kan være luft, vann eller en annen gass) gjør at de attenuerte fibrene størkner. De attenuerte fibrene 112 samles så opp på en roterende trommel 114.

Smelteblåsingsprosessen induserer generelt ikke mye belastning på fibrene når de genereres. Som et resultat utøves mindre kontroll over krystallisasjonsgraden i fibrene.

B. Monokomponent og flerkomponentflbrer

Generelt er to typer fibrer av hovedinteresse i denne fremstillingen. Den første typen fiber omfatter monokomponentfibrer som hovedsakelig er fibrer fremstilt ved ekstrudering i en enkelt blanding. Blandingen kan være basert på en enkelt polymer eller en blanding av to eller flere polymerer, som kan være blandbar, halvveis blandbar eller ublandbar. Generelt er tverrsnittet av en monokomponentfiber relativt konsistent langs fiberens lengde. Det kan være ujevnheter som resulterer fra blant annet forenligheten/uforenligheten av blandingens komponenter. Imidlertid gir fibertverrsnittet ikke avgrensningen eller diskontinuiteten som finnes f.eks. i flerkomponentflbrer. Denne andre type fiber omfatter flerkomponentfibrer som generelt fremstilles ved koekstrudering av to eller flere polymerblandinger for å danne en enkelt fiber med minst to komponenter. Således vil tverrsnittet av en flerkomponentfiber generelt vise minst to komponenter (fiberens lengde). Videre vil de relative blandingsforholdene av komponentene generelt være konstante. Under henvisning til fig. 4, fra Hills, Inc. i West Melbourne, Florida, USA, er gitt eksempler på konstruksjoner av bikomponentfibrer. Som vist er der hovedsakelig fem vanlige typer bikomponentfibrer. Disse omfatter kjerne og ark, side-ved-side, tuppede, mikro-denier og blandede fibrer. Kjerne og ark er viktige fordi kjernekomponenten kan gi ønskede strukturelle egenskaper mens arkkomponenten kan gi ønskede bearbeidingskarakteristikker og/eller fargings- (fargestoff-) eller bindings-karakteirstikker. Ark- og kjernekonstruksjonen kan være gitt i ethvert av disse arrangementer vist i fig. 4, når det spesielle arrangementet er ønskelig. I mange anvendelser er det ønskelig å senke mengden av materiale som er gitt i arket når det ikke er nødvendig av strukturelle grunner. Eksempler på konstruksjoner av side ved side konstruksjon er i tillegg vist. Side ved side konstruksjonen er særlig fordelaktig for å få krymping eller selv-krøllingsegenskaper. I denne situasjonen er en av komponentene mer krympbar enn den andre komponenten ved en gitt krympetemperatur. Det antas at forskjeller i krystallinitet, glassoverførings-temperatur og amorf orientering mellom de forskjellige komponentene fører til differensialkrymping i fiberen. Det skal forstås at side-ved-side konstruksjon er fordelaktig når det er ønskelig å tilveiebringe et stoff som har en betydelig luftighetsgrad. Eksempler på typiske stoffer kan omfatte hygiene og barrierestoffer, filtrering, pakkematerialer og isolering.

Andre mindre vanlige fiberkonstruksjoner er ytterligere vist i fig. 4 (fra Hills, Inc.). Det er forventet at de tuppede konstruksjonene kan gi ønsket binding, luftighet, vikling, tekstur eller komfortrekk. Videre antas det at mikro-denier konstruksjonen kan sørge for selv-fibirllering. Disse kan gi veldig tynne fibrer. Det skal forstås at andre fibrillerbare fibrer kan fibrilleres ved anvendelse av kjemiske, termiske, mekaniske og hydrauliske metoder. I tillegg kan, som vist, fibrene blandes og kombineres i ønskede blandingsforhold for å gi fordelaktige egenskaper.

C. Krymping generelt

Generelt er en egenskap av særlig interesse i denne sammenhengen av oppfinnelsen og det er krymping. Det er generelt to typer krymping som er av grunnleggende interesse i denne fremstillingen. Den første type krymping kan refereres til som fiberkrymping og er definert som den innledningsvise lengden av fiberen minus lengden av fiber etter varmebehandling, dividert med den innledningsvise lengden av fiberen, ganger 100. Varmebehandlingen kan være enten en kokevannstest eller en varmluftstest.

Kokevannstester for testing av krymping av fibrer er beskrevet ved ASTM D2102-90. Når denne testen utføres ifølge den foreliggende oppfinnelsen, er den blitt modifisert for å gi en koketid på mellom fem og seks minutter. Det er nå funnet at for polylaktidfibrer er det generelt ikke noen særlig forskjell mellom krymping etter fem minutter og krymping etter 15 minutter. Kokevannstesten utført i henhold til denne oppfinnelsen benyttet startfiberlengder på ca. 30 cm. Det vises her til beskrivelsen i ASTM D2102-90.

Den andre type krymping kan refereres til som stoffkrymping. Krympingen i stoffet måles i de to hovedretninger, dvs. maskinretningen og tverretningen. Stoffkrympingen bestemmes og rapporteres som krympingen i maskinretningen og krympingen i tverretningen. Verdiene rapporteres separat for hver retning. Krympingen i maskinretningen bestemmes som en prosent ved måling av den innledningsvise maskinretningslengden, med fratrekk av sluttmaskinretnings-lengden og dividert med den innledningsvise maskinretningslengden, og deretter multiplisert med 100. Krympingen ved tverretningen bestemmes på lignende måte. Krympingen kan gjøres ved enten en kokevannstest eller en varmluftstest. Kokevannstesten utføres som beskrevet ovenfor med hensyn til fiberkrympings-testene. Det vil si ASTM test D2102-90 utøves med modifiseringen av koking for fem til seks minutter.

En varmluftstest kan utøves for bestemmelse av krymping hvor materialene plasseres i en ovn ved en temperatur på 60°C eller 100°C i 1 time. Det er forventet at krympingsverdier som fås ved varmluftstesten ved 100°C grovt sett bør korrespondere med krympingsverdiene som fås ved kokevannstesten. Det forventes videre at varmluftstesten som utført ved 60°C vil gi mindre krymping enn kokevannstesten eller varmluftstesten utført ved 100°C.

To typer fibrer eller komponenter av fibrer vil diskuteres i detalj i denne fremstillingen. Den første type omfatter stabile, eller lavkrympings, fibrer. Disse fibrer har vanligvis en krymping på mindre enn ca. 20 % og generelt har de krymping på mindre enn ca. 15 %, og fortrinnsvis mindre enn ca. 10 %, og nærmere foretrukket mindre enn ca. 8 %, når målt ifølge kokevannstesten beskrevet ovenfor. Mest foretrukket er det ønskelig å få fibrer som har en krymping på mindre enn 5 %. Grunnen til dette er at mer termisk stabile fibrer gir et mer dimensjonalt stabilt produkt eller komponent av et produkt. Det skal generelt forstås at høykrympingsmaterialer kan være ufordelaktig når de innarbeides i andre komponenter slik som bleier, fordi krympingen vil ha en tendens til å forårsake at bleien fordreies under høytemperatur-lagringsbetingelser.

Det skal forstås at et grunnleggende fokus på denne oppfinnelsen er anvendelsen av lavkrympningsfibrer. Et nøkkel funn med denne oppfinnelsen er oppdagelsen av betingelser som tillater eller sørger for produksjon av lavkrympingsfibrer, spesielt polylaktidfibrer. Fremstillingen angir i tillegg detaljert forholdet mellom krympingsegenskapene til fibrer og andre parameter omfattende polymerblanding, molekylvekt, grad av forgrening eller tverrbinding, nærvær av additiver omfatter kimdannere, og belastningsinduserende teknikker. Det er nå funnet at lavkrymp-ingsmiddel gir overlegne bearbeidingsfordeler under kalanderingsoperasjoner fordi den fører til at det oppnås termisk binding til lav kostnad mens den bevarer fiordimensjoner.

Den ønskede graden av fiberkrymping angår den tilsiktede anvendelsen av fiberen. F.eks. kan kalanderingsoperasjonen resultere i et sluttprodukt med mindre krymping enn den opprinnelige fiberen. Derfor kan høyere krympingsfibrer tolereres i et stoff som tilfredsstiller krympingskravet for en spesiell sluttbruksanvendelse. Med andre ord kan høyere krympingsfiber anvendes for å gi lavkrympingsstoffer, skjønt man kan støte på vanskeligheter ved kalandering.

Den andre type omfatter høykrympingsfibrer. Høykrympingsfibrer vil generelt ha en krympningsgrad på mer enn 10 %, og fortrinnsvis mer enn 15%. Egnede verdier kan være så høye som 20-80 %. Høye krympningsverdier kan oppnås ved å kjøre ved filamenthastigheter som er under den kritiske hastigheten for å etablere krystallisasjon. Dette resulterer i forlengelse og orientering av fiberen, men gir ikke de fysiske tverrbindinger av krystallisasjon til å varmestabilisere fiberen. Således kan høykrympingsfiber oppnås.

Graden hvortil fibrer av PLA eller PLA-baserte polymerer krymper, når de utsettes for varme, relaterer seg til graden hvortil metoden hvorved fibrene ble dannet genererer en fullstendig relaksert fiber. En foretrukket prosess for generering av lavkrympingsfibrer er å lage svært krystalliserte og belastningsrelakserte fibrer. I tillegg bevirkes krymping ved blandingen av fiberen. Andre faktorer som bevirker nærværet av belastning er molekylvekt, molekylvektfordeling, smeltetemperatur for polymeren, trekkehastighet, massegjennomstrømning, bråkjølingshastighet, orientering og krystallinitet.

Et viktig aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er evnen til å kontrollere krymping for å endre sluttegenskaper i en bestemt anvendelse. Hver type krymping kan være nyttig, avhengig av den involverte anvendelsen. Her tilveiebringes teknikker som er anvendelige for selektivt å oppnå hver. Evnen til å kontrollere krymping ved ønskede mellomnivåer er også beskrevet. Anvendelse av temperatur-, hastighet og polymerblandingsvariabler slik som molekylvekt, resterende laktid, PDI, optisk blanding, og forgreningsgrad gir alle måter for å oppnå et krympningsnivå, som vist i de forskjellige figurene og eksemplene i denne fremstillingen.

Det er nå funnet at generelt polylaktidpolymerer utstyrt med lavt D-laktidnivå (og tilsvarende høyt L-laktidnivå) vil krystallisere ved lavere nivåer av spinnelinjebelastning. Lavere nivåer av D-laktid tilsvarer nivåer på mindre enn ca. 5 % R-melkesyrerester som fås enten gjennom D-laktid eller meso-laktid. Nærmere foretrukket er nivået av R-melkesyrerester mindre enn 3 %, og nærmere foretrukket mindre enn 1 % i ellers S-melkesyrebasert polymer. Reduksjonen i R-melkesyrerest tilsvarer senkning i spinnelinjebelastning som er nødvendig for å indusere en lignende krystallisasjonsgrad. I tillegg kan lave R-melkesyrepolymerer oppnå et høyere krystallinitetsnivå. Essensen av dette er å tilveiebringe polylaktidpolymer med høy enantiomerisk renhet. Dette kan tilveiebringes ved enten å tilveiebringe lave R-melkesyrerester eller lave S-melkesyrerester. Skjønt i dette tilfellet av lave S-melkesyrerester, kan grunnkomponenten i polymeren være vanskelig å oppnå økonomisk. Det antas at høyere krystallinitetsfiber vil gi lavere fiberkrymping og stoffkrymping.

Det er også blitt funnet at et lineært polylaktid resulterer i lavere sluttkrymping. Sluttkrymping karakteriseres generelt som minimumsverdien for krymping for enhver oppnåelig filamenthastighet. Dette er beskrevet i nærmere detalj med henvisning til forsøksdata under. Forgrening og tverrbinding av polylaktidpolymer har blitt funnet å påvirke krymping. Generelt er det lineært polylaktid som tilveiebringer fibrer med den laveste sluttkrympingen. Det vil si at forgrening og tverrbinding har en tendens til å resultere i høyere sluttkrymping. Imidlertid synes forgrening og tverrbinding å øke spinnelinjebelastning ved en gitt filamenthastighet og har derfor en lavere hastighet for starten av krympingsreduksjonen.

D. Krystallisasjon generelt

Polymerer kan generelt klassifiseres i kategorier av amorfe polymerer, og halv-krystallinske polymerer. I den foreliggende oppfinnelsen anses en polymerblanding å være halvkrystallinsk hvis den har en nettosmeltingsendoterm på mer enn 10 J/g av polymer når den blir analysert ved differensialskanningskalorimetri (DSC). For å bestemme om et polymerblandingslag er halvkrystallinsk, kan den testes i et differensialskanningskalorimeter, slik som av Mettler. Detaljene for å utføre en test med hensyn på krystallinitet er kjent for fagmenn på området og er identifisert i US 5 536 807 (Gruber et al.). Under betingelser som er spesifikke for polymerraaterialet som bearbeides, kan en amorf polymer transformeres til en halvkrystallinsk polymer. Krystallisasjon omfatter prosessen for spontan organisering av polymerkjeder til en ordnet konfigurasjon.

Det er generelt to typer mekanismer for indusering av krystallisasjon. Disse omfatter hvilende og belastningsindusert. Hvilende krystallisasjon innledes av en kilde for kimdannelse. Rimdannelse er prosessen som gir seter eller kim for å promotere krystalldannelse og vekst. Det er to typer kimdannelse som det ofte refereres til, enten homogen kimdannelse eller heterogen kimdannelse. Den førstnevnte resulterer spontant fra superkjøling mens den sistnevnte innledes ved en andre fase i polymersystemet. Disse heterogene kjernene som utgjør den andre fasen kan være urenheter, rester av ufullstendig smelte- eller kimdannere. Faktorer som er kjent til å innvirke på hvilende krystallisasjonskinetikker er temperatur, kimdannelsesgrad og polymerryggkjedestruktur.

For polylaktidpolymerer generelt er det funnet at krystallisasjon er raskest ved temperaturer i området på 85-115°C. Generelt er polylaktid en heller sakte-krystalliserende polymer. Som et resultat er det særlig ønskelig å indusere krystallisasjon ved anvendelse av spinnelinjebelastning som står over alt annet eller påfølgende trekking og kjøling. For smeltespinningsoperasjoner er trekkeforhold på mer enn 2 foretrukket. Den øvre grensen for trekkeforhold er anskaffet slik at den ikke brekker filamentet. Generelt er imidlertid større trekkeforhold ønskelig for å tilveiebringe lavkryrnpningsfibrer. For fibrer produsert ved høye spinnehastigheter, som allerede er svært orienterte, kan et trekkeforhold på mindre enn to være grensen.

Den andre krystallisasjonsmekanismen er belastningsindusert krystallisasjon som er resultatet av mekanisk innretning av polymerkjedene i én eller flere retninger. Molekylorientering av polymerer er et viktig fenomen som i sterk grad påvirker polymerstruktur. Krystallinitetsgrad påvirkes i sterk grad av hastigheten, forholdet og temperatur på strekking. For eksempel vil mengden av krystallinitet indusert i en PLA-fiber under spinning i stor grad avhenge av smeltetemperatur, filamenthastighet, R/S-forhold av polymeren, gjennomstrømning, grad og type forgrening eller tverrbinding, nærvær av additiver og bråkjølingstemperatur.

Ved lave fUamenthastigheter forventes den sfærolittiske strukturen å gjøre seg gjeldende. Med andre ord forventes ikke belastningsindusert krystallisasjon å gi betydelige krystallisasjonsmengder inntil høyere fUamenthastigheter er tilveiebragt. Høyere fUamenthastigheter vil gradvis erstatte denne strukturen med en forlenget kjedekrystallstruktur, som oppstår ved belastningsindusert orientering og krystallisasjon. I noen tilfeller dannes en grillspyd-struktur på grunn av laminær krystallvekst som vokser ut på en forlenget kjedekrystallstruktur.

I en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen produseres lavkryrnpningsfibrer ved å generere høye nivåer av belastningsindusert krystallinitet. Det er funnet at denne krystalliniteten kan utvikles ved anvendelse av en kombinasjon av lavere smeltetemperaturer, høyere fUamenthastigheter, høyere enantiomerisk renhets-polymer og høy molekylvekt. Ved å kontrollere noen av disse faktorene, kan man tilveiebringe en lavkrympningsfiber. Etter-filamentformingsteknikker for å kontrollere krympning er også tilgjengelig, omfattende trekking/strekking og kjøling.

E. Dobbeltbrytning generelt

Dobbeltbrytning er et mål på forskjellen i brytningsindeks parallelt og vinkelrett til fiberaksen og er en indikator på total orientering i fiberen. Alt av det følgende kan bidra til den totale målte dobbeltbrytningen i en fiber: belastningsindusert krystallinitet, orientert amorf polymer og belastning på amorf polymer. Generelt kan dobbeltbrytning måles ved en kompensatormetode ved anvendelse av krosspolarmikroskop i kombinasjon med en kondensator for å måle retardasjon og diameteren av fiberen som muliggjør beregningen av dobbeltbrytning. Hovedsakelig beregnes dobbeltbrytning (dimensjonløst) som kompensator-retardasjon (nm) delt med 1000 og igjen delt med fiberdiameter (mikron).

Dobbeltbrytning er et viktig mål for den foreliggende oppfinnelsen fordi den bidrar til bestemmelse av den totale orienteringen av prøven. Ved at man også tar hensyn til prosenten av krystallinitet, gjør en måling av dobbeltbrytning det mulig å bestemme orientering av det amorfe området i en polymer.

Fordi dobbeltbrytning er en ikke-invasiv teknikk for måling av en viktig egenskap av en fiber, er det forventet at den kan anvendes under fiberdannelse for å hjelpe fagfolk til å ytterligere kontrollere fiberspinningsprosessen for å tilveiebringe det ønskede fiberproduktet. Som visse eksempler demonstrerer, ettersom fiberhastigheten øker mens andre parametere forblir relativt konstante, øker først dobbeltbrytningen og passerer så gjennom et maksimum og begynner å synke. Man har funnet at i dette området av synkende dobbeltbrytning, med økende hastighet, kan lavkrympningsfiber produseres. Fiber produsert i dette området av synkende dobbeltbrytning vil generelt ha en krymping som tilsvarer den absolutte krymping. Dobbeltbrytningsverdier, opprettholdt innenfor et område på 0,017-0,012, vil gi fibrer med en krympning på mindre enn ca. 15 %, for den delen av kurven for synkende dobbeltbrytning ved økende hastighet.

For noen driftsbetingelser er det mulig å lage lavkrympningsfiber uten at dobbeltbrytningen synker ved økende hastighet. Dobbeltbrytningsverdier på mer enn 0,010 produserer generelt fibrer med krympning på mindre enn ca. 20 %. Dobbeltbrytningsverdier på mer enn 0,012 produserer generelt fibrer med krympning på mindre enn 15 %. Dobbeltbrytningsverdier på mer enn 0,015 produserer generelt fibrer med den laveste krympningen med verdier på mindre enn 12 % som er oppnåelig.

Dobbeltbrytningsverdier på 0,003-0,007 er nyttige for å lage høykrympningsfibrer. Fiber med krympning på mer enn 40 % er lette å produsere under disse forholdene.

F. Tenasltet generelt

I fiberteknologi er tenasitet ansett å være et mål for strekkfasthet av en fiber. Målingen av tenasitet er spesielt viktig i situasjoner hvor fiberstyrke er viktig. Slike anvendelser omfatter hyssing, flerfilamenttråder, helt eller delvis orienterte garn, strukturelle tekstiler og ikke-vevede produkter. Tenasitet måles typisk på en strekktestemaskin slik som en Instron strekkfester. Tenasitet vil generelt avhenge av graden av orientering og krystallinitet i fiberen. I anvendelser hvor høye tenasitetsfibrer er ønskelig, antas det at tenasitetsverdier på mer enn 1,5 g/denier bør anskaffes. Mer foretrukket er tenasitetsverdier på mer enn 3 g/denier og mest foretrukket mer enn 5 g/denier. Fordi tenasitet øker med økende orientering, øker den også generelt med øket krystallinitet. Derfor vil lavkrympningsfiber ha tendens til å ha høyere tenasitet.

Mens det generelt er en sannhet at tenasitet vil øke og krymping synke når spinnelinjebelastning øker, har man funnet at kontroll av optisk blanding gir en separasjon av disse to effekter. Med andre ord, for å oppnå høy tenasitet kan en lavere optisk renhet være ønskelig. For eksempel kan dette korrelere med en optisk renhet på mellom 2 % og 4 % av R-melkesyreenheter for å oppnå høy tenasitet. For å oppnå lav krympning er optisk renhet på mindre enn 2 % R-melkesyrerester ønskelig, skjønt lav krympning kan oppnås med mer polymer inneholdende mer enn 2 % R-melkesyrerester med den passende anvendelse av trekking, kjøling og relaksering av fiberen.

Det forventes at polymerer med høye nivåer av R-melkesyrerester kan trekkes ytterligere uten overdreven krystallisasjon. Dette høyere trekkeforhold fører til større tenasitet.

G. Monokomponentfibrer

Som anført ovenfor er monokomponentfibrer fibrer fremstilt ved ekstrudering av en enkelblanding. Blandingen kan omfatte en enkeltpolymer eller en blanding av to eller flere polymerer og også andre additiver. Monokomponentfibrer dannes ofte via enkelblandingsføde. I motsetning til dette dannes flerkomponentflbrer fra minst to komposisjonelle føder. De to blandingene føres så sammen og danner en enkel fiber. I de fleste anvendelser hvor monokomponentfibrer er ønsket, er det generelt fordelaktig å tilveiebringe lavkryrnpningsfibrer.

1. Tilveiebringelse av lavkryrnpningsfibrer

Som anført ovenfor er lavkrympningsfiber generelt ønskelig fra det synspunkt av å tilveiebringe stoffer som har dimensjonsstabilitet og et område for håndtering og lagringsbetingelser. Det er funnet at krymping kan kontrolleres ved å balansere mellom økningseffekten av molekylorientering og stabiliseringseffekten av krystallinitet. For å tilveiebringe lavkryrnpningsfibrer, er det viktig å tilveiebringe en betydelig krystallinitetsmengde. Generelt vil dette korrespondere med en krystallinitetsmengde på mer enn 20 J/g, og nærmere foretrukket mer enn 25 J/g. Det skal forstås at denne smeltevarmeverdien er gitt på en polylaktidbasis.

Det kan ses fra eksempler 1 og 2 i denne fremstillingen at for polylaktidfibrer, synes filamentkrystallinitet og orientering generelt å øke med (a) økning i opptakshastighet; (b) senkning i smeltetemperatur; (c) senkning i smeltemasse-gjennomstrøraning; og (d) økning i molekylvekt og polydispersitet. I tillegg er det blitt funnet at blanding av harpikser med forskjellige molekylvekter generelt har produsert redusert krymping innenfor området av betingelser som er vist i eksempel 1. Imidlertid kan et nøye valg av blandingskomponenter kombinert med intim blanding av komponenter produsere forskjellige resultater. Videre har tverrbinding blitt runnet å redusere spinnehastigheten som er nødvendig for å oppnå krystallinitet og et stort fall i krymping, men som kan resultere i høyere absolutt krymping ved høyere spinnehastigheter.

Lineært polylaktid er blitt funnet å gi den laveste absolutte krympingen ved høye spinnehastigheter. Strekkfasthet, Youngs modul og flytgrense er blitt funnet å øke med økning i spinnehastighet opptil en maksimalverdi og synker så noe med høyere spinnehastigheter. Videre har det blitt funnet at forlengelse-til-brudd først øker med spinnehastigheter og orientering, oppnår en maksimums verdi, og synker så når krystalliniteten og orienteringen ytterligere øker.

Det har i tillegg blitt funnet at smeltetemperatur og smeltegjennomstrømning påvirker krystalliniteten og orienteringen av PLA-fibrer som igjen påvirker krympingen av fibrene. Generelt vil fibrer med krymping på mindre enn ca. 20 % ha krystallinitet over 20 J/g. For å produsere fibrer med en krymping på mindre enn 15 % vil generelt dette kreve krystallinitet som er over 25 J/g.

Ved konstant smeltegjennomstrømning, jo lavere smeltetemperaturen er jo lavere er hastigheten hvorved krymping oppnår sitt minimum. Når smeltetemperaturen holdes konstant, oppnår krympingen sitt minimum tidligere for lavere smeltegjennomstrømning: Selvfølgelig vil variasjoner i blanding også påvirke resultatene. Det antas at molekylvekt og molekylmikrostruktur vil ha betydelige innvirkninger på utviklingen av krystallinitet, orienteringen og krympingen i smeltespunnede filamenter.

Eksempel 1 ble utført for (a) å bestemme området av betingelser hvorunder en typisk polylaktidharpiks kan spinnes; og for (b) å karakterisere de produserte filamentene. Eksemplet vurderer krympningsoppførselen av de spunnede filamentene og vurderer påvirkningen av prosessvariabler på krympingsmengden.

Formålet med eksempel 2 er å vise effekten av tverrbinding, forgrening og blandingsforhold på krympningsmengden. Generelt påvirker tverrbinding, forgrening og blanding av forskjellige molekylvekt-PLAer orienteringen og krystalliniteten som igjen påvirker krympingen. Ved konstant massegjennom-strømning og smeltetemperatur, resulterer høyere tverrbindingsinnhold i høyere spinnlinjebelastning for en bestemt opptakningshastighet som klart tenderer i å akselerere krystallisasjonsprosessen i spinnelinjen. I tillegg senker tverrbinding hastigheten hvorved krymping oppnår sitt minimum, skjønt den laveste oppnåelige krympingen (absolutt krymping) er fortsatt relativt høy.

Lavere forgreningsinnhold (mer lineær) senker den absolutte krympingen. I fig. 20, viser polymer 2g det laveste forgreningstnnholdet, oppnådd ved den laveste krympeverdien på 7 %. Således er høyere molekylvekt og lavere forgreningsinnhold forventet å ha bedre krympingsegenskaper.

Ytterligere faktorer som mer sannsynlig påvirker fiberegenskaper omfatter anvendelsen av kimdanner og taktisitet. Det er forventet at kimdannere vil danne krystallisasjon tidligere i spinnelinjen. Eksempler på typer kimdannere er tidligere omtalt og var også omtalt i US 5 525 706. Det antas generelt at kimdannelse letter krystallisasjon. I tilfelle av spinning antas det at krystallisasjon vil skje ved en høyere polymertemperatur. Med andre ord vil krystallisasjon skje nærmere spinhevorten. Videre er den krystallinske domenestørrelsen forventet å være mindre ved det at det vil være mange flere krystallinske domener.

En forventet fordel ved å lette krystallisasjon ved en høyere polymertemperatur er evnen til å redusere bråkjølingsmengden. Grunnen til dette er at polymeren blir et faststoff ved en høyere temperatur. Videre er det ventet at en mer ensartet trekking kan tilveiebringes ved anvendelsen av kimdannere, og at det maksimale trekk-forholdet ville være høyere. Generelt er det forventet at en kimdanner vil gi mindre og flere krystaller. Det er forventet at dette fører til en utvidelse av bindingsvinduet, og mer ensartet dyseopptak.

Det er forventet at kimdannere kan anvendes for å påvirke krymping og termisk stabilitet. Det er antatt at økt termisk stabilitet kan skaffes ved lavere fiberhastighet. Da nivået av D-laktid økes i en PLA-blanding, er det generelt nødvendig å spinne polymeren raskere og få en kaldere bråkjøling.

Skjønt polymeregenskaper, slik som molekylvekt, optisk blanding, og forgrenings-og tverrbindingsgrad påvirker fiberdannelsesprosesser, har man funnet at de følgende områder er generelt nyttige for å produsere lavkryrnpningsfibrer via smeltespinning. Disse områder omfatter, sammen eller i kombinasjon, gjennom-strømning av 0,3-3 g/min./kapillær; antallsmidlere molekylvekt i området 50000-100000; en temperatur i området 200-250°C; og en fiberhastighet i området 1000-10000 m/min. Det skal forstås at den maksimale fiberhastigheten vil bestemmes ved fiberbrudd, og at området som er rapportert her representerer toppen i dobbelbrytingen sammenlignet med hastighetskurven.

2. Tilveiebringelse av høykrympningsfibrer

Den foreliggende oppfinnelsen angår i tillegg fremstillingen av høykrympnings-fibrer fra polylaktid. Det antas at høykrympningsfibrer kan gi fordelaktige egenskaper i visse anvendelser. Generelt vil høykrympningspolylaktidfibrer gi en smeltevarmeverdi på mindre enn 25 J/g, og nærmere foretrukket mindre enn 20 J/g. Angående dette viser flg. 5 et typisk forhold som er blitt observert mellom kokekrymping og filament eller fiberhastighet. Krystallisasjon av polylaktidfibrer kan hindres ved anvendelse av en polymer med lavere enantiomerisk renhet.

Karakteriseringen av om en fiber er høykrympende eller lavkrympende, avhenger selvfølgelig av anvendelsen som denne er ment å brukes til. I visse anvendelser kan en fiber anses å være lavkrympende mens i andre anvendelser kan den anses å være en høykrympende.

Som det generelt ses i fig. 7-20 korresponderer høykrympning til lav krystallinitet, og skjer ved et punkt før maksimumet (hvis noe) i dobbeltbrytningen i forhold til hastighetskurven.

Mens dette avsnittet tar for seg hovedsakelig monokomponentfibrer, skal det forstås at høykrympningsfibrer er av særlig interesse i forhold til flerkomponentflbrer, og særlig i forhold til side-ved-side bikomponentfibrer. Grunnen til dette er at ved å kontrollere den relative krympningen av komponenter i en bikomponent-flber, er det mulig å kontrollere krymping og luftighet.

H. Flerkomponentflbrer

Flerkomponentfibrene ifølge oppfinnelsen er ment å gi fordeler for en gitt anvendelse som ikke er tilgjengelig fra monokomponentfibrer. Disse fordelene kan angå produktkarakteristikker slik som luftighet, mykhet, og svellingsegenskaper; bearbeidingskarakteristikker slik som lignende smeltetemperatur, høyere fUamenthastigheter og reduksjon i bråkjøling. Sekundære fordeler kan realiseres ved forbedringer i én eller flere av disse karakteristikkene, f.eks. forbedret krympning kan forbedre florkohesjon for derved å resultere i forbedret karding- og garn-bearbeiding. Således gir anvendelsen av flerkomponentflbrer evnen til å gi multippelt ønskelige egenskaper til komposterbare eller minst delvis komposterbare fibrer, filamenter og fibrøse artikler. Egenskaper som er enten umulige, vanskelige eller uøkonomiske å produsere i monokomponentfibrer kan oppnås ved å kombinere polymerer i en strukturert geometri i forhold til filament tverrsnittet. Komponentene av fiberen kan være valgt basert på deres enkeltvise og komplemen-tære egenskaper, som beskrevet her.

Flerkomponentflbrer er generelt karakterisert til å ha et strukturert tverrsnitt. Med andre ord er den totale strukturen eller konfigurasjonen av tverrsnittet relativt konstant langs lengden av fiberen. I tilfellet av en ark/kjerne-flber, viser et tverrsnitt av fiberen en arkfase og en kjernefase. I tilfellet av side-ved-side flerkomponentfiber, er de relative forholdene av hver deltagende sidemateriale relativt konstant. Det skal forstås at hver av komponentene av en flerkomponentfiber kan omfatte en enkelt polymersammensetning eller en blanding av polymersammensetninger. I tilfellet av blandede polymersammensetninger kan blandingen være blandbar (enkeltfase), halv-blandbar eller ublandbar med diskontinuerlig eller ko-kontinuerlige faser. Dette er lik den situasjonen diskutert ovenfor med hensyn på monokomponentfibrer hvor monokomponentfibrern kan omfatte en blanding av polymerer som utviser en diskontinuerlig eller ko-kontinuerlige faser.

De mest vanlige konstruksjoner av flerkomponentfibrer omfatter ark/kjernekonstruksjonen og side-ved-side konstruksjonen. Forskjellige hybrider og modifikasjoner av disse to typer av konstruksjoner kan i tillegg være tilveiebragt. Slike konstruksjoner kan omfatte navnene segmentert pai, øyer-i-sjø og lignende, og kan være beskrevet f.eks. ved fig. 4.

Flerkomponentfiberen ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter minst én komponent som er PLA eller PLA-basert. Man har oppdaget en rekke fordeler med innarbeidelsen av en PLA eller PLA-basert komponent i flerkomponentfiberen. Flere av disse fordelene er diskutert under i detalj.

Krympningen av flerkomponentfibrer kan kontrolleres ved forskjellig krympning aV to PLA'er eller en laktidpolymer som har en annen krystallisasjonshastighet, og/eller starttemperatur og/eller utstrekning og/eller krystallinsk morfologi: side-ved-side eller asymmetrisk konfigurasjon. For eksempel ved anvendelse av en høy "D" og lav "D" PLA.

Styrken og bindingen av flerkomponentflbrer kan kontrolleres. Et eksempel er ark-kjerne konfigurasjon som anvender en laveresmeltende eller overlegen bindings-nedbrytbar polymerarkkomponent i kombinasjon med en kjerne av en polymer med overlegne strekkfastegenskaper og/eller høyere relaksasjonstemperatur og/eller saktere relaksasjonshastighet.

Det lave krympningstrekket kan være fordelaktig. Et eksempel er ark-kjerne konfigurasjon som anvender en arkkomponent som egner seg for binding, til tross for mulig å ha dårlig termisk-dimensjonsstabilitet, i kombinasjon med en termisk stabil kjerne. F.eks. kan en polylaktid eller høyentantomerisk enhet anvendes for termisk stabil, lavkrympningskjeme og polylaktid av lavere enantomerisk renhet (amorf) kan anvendes for å tilveiebringe et termisk bindbart ark. Omvendt kan en lavmodul PLA, slik som en som har lavere enantiomerisk renhet, til en annen polymer som har en lav modul plasseres i kjernen for å tilveiebringe en fiber med lavere stivhet, forbedret håndførelse, drapé, eller mykhet, mens arket tilveiebringer akseptabel binding og lav klebrighet. Andre polymerer, slik som polykaprolakton eller Binolle kan også anvendes som et ark.

De fibrillerbare egenskapene kan reguleres ved valg av nedbrytbare eller oppløselige polymerer hvis domener oppløses under eller etter spinning, eller etter behandling, og produserer en blandet denier eller mikrofibrøs-inneholdende struktur.

Nedbrytbarheten av flerkomponentfibrer kan kontrolleres ved kontroll av krystallinitetsgraden og/eller krystallinitetsmorfologi eller ved komposisjonen kontroll.

Det følgende er en delvis liste av dokumenter som omtaler nedbrytbare fibrer som kunne anvendes i den foreliggende oppfinnelsen: US 5 525 706, EP-Al 637 641, US 5 437 918 og US 5 010 145.

Det følgende er en liste av patentdokumenter som generelt beskriver bikomponent fiberdannelsesprosesser: US 3 595 731 (Davies et al.), US 3 382 305 (Breen), US 4 211 816 (Booker et al.), US 4 361 609 (Gerlach et al.), US 4 381 335 (Okamoto et al.), US 4 420 534 (Matsui et al.), US 4 473 617 (van Leeuwen et al.), US 4 477 516 (Sugihara et al.), US 4 830 904 (Gessner), US 5 308 697 (Muramoto et al.), US 5 336 552 (Strack et al.) og EP A2 486 934 (Yousuke).

Overlegenheten i forhold til teknikkens stand vil avhenge av de spesifikke polymerkombinasjonene og -konfigurasjonene. Det antas at den generelle fordelen ligger i kombinasjonen av nedbrytbarhet og bearbeidingsegenskaper slik som utmerket spinning, florforming og binding i kombinasjon med filament eller stoffegenskaper, slik som termisk-dimensjonsstabilitetsmykhet, drapé, stabilitet til ioniseringsstråling, styrke, forlengelse, seighet, differensialkrympning, fibrillering og kombinasjoner derav.

I tilfellet av polyolefin/PET eller polyolefin/polyolefin-bikomponentfibrer, eller andre ikke-nedbrytbare biokomponentfilamenter og stoffer, er den åpenbare fordelen nedbrytbarhetsevne i kombinasjon med en rekke kommersielle egenskaper.

I tilfellet av monokomponentfiberkonfigurasjoner laget fra nedbrytbare polymerer, er fordelene uendelige, men avhenger av den spesifikke kombinasjonen av polymerer og deres konfigurasjon.

Bionedbrytbare materialer av bikomponent tilbyr en rute til redusert total anvendelse av additiver, særlig de som besørger overflateegenskaper, slik som overflateaktive stoffer eller hydrofobiske midler, og pigmenter (pigment i arket, ingen pigmentkjeme). Ved tilsetning av midlene til arket eller den ytre komponenten, kan lavere nivåer anvendes for å oppnå ekvivalent utførelse.

1. Forbedrede utførelseskarakteristikker for ark/ kiernekonstruksjoner PLA og PLA-baserte sammensetninger kan være fordelaktig anvendt som arkkomponenten i en ark/kjernekonstruksjon. Som vist ved eksempler 5 og 6 kan anvendelsen av PLA i arkkomponenten resultere i økte spinnehastigheter sammenlignet med anvendelsen av polyetylentereftalat eller polypropylen som arkkomponenten. I tillegg kan reduserte bråkjølingsbehov tilveiebringes. Som et resultat reduserer dette mengden av kald luft som det er behov for å bråkjøle fiberen.

Det skal forstås at i bråkjølings-begrensede prosesser er det mulig å øke gjennom-gangen ved å anvende PLA i arkkomponenten. Ved sammenligning med en monokomponent av polypropylen, kan stikkepunktet reduseres til 20 cm ved anvendelsen av et PLA-ark.

Som vist i eksempel 3 resulterer substitusjonen av PLA med PET som arkkomponenten med en kjerne som består av polypropylen i evnen til å spinne ved lavere kapillære gjennomstrømninger, slik at lavere denierfilamenter således kan spinnes. Ved gjennomganger under ca. 0,6 g/min.-kap, brekker PET-arkfilamentene ved diametre mellom ca. 15-19 mikron, mens PLA-arkfilamentene ikke brakk ved kapillære gjennomganger så lave som 0,1 g/min.-kap og filamentdiametre så lave som ca. 8 mikron. Typisk omfatter fine denierfibrer under 10, og nærmere bestemt under 3 g pr. 9000 meter.

2. Anvendelsen av PLA i kjernen

Anvendelsen av PLA som kjernekomponenten i en ark/kjernekonstruksjon gir flere fordeler. Generelt når man kjører to flere komponenter i en flerkomponentfiber, er det ønskelig å være under en 10°C optimal temperaturforskjell mellom de to polymersammensetningene. Polymerene kan opprettholdes ved separate temperaturer hvor de er hver i deres egen ekstruder, men straks de føres sammen i en dyse, er temperaturen som må opprettholdes i dysen den temperaturen som er påkrevet av den høyere temperaturbearbeidingspolymeren. Som et resultat av dette må den lavere temperaturbearbeidingspolymeren oppvarmes ved den høyere temperaturen som kan ha ugunstige effekter slik som nedbrytning, oksidering, tverrbinding, karbonisering, osv. Polyolefiner bearbeides ideelt sett ved en temperatur i området 210-240°C. I motsetning til dette er tereftalatbasert polyester optimalt bearbeidet ved temperaturer på minst 280°C. Når polyolefin og polyester er tilveiebragt som separate komponenter i en flerkomponentfiber, er det således minst en 40° temperaturforskjell mellom de ideelle bearbeidingstemperaturene. PLA er fordelaktig som en substitutt for polyester (PET) fordi den gir en optimal bearbeidingstemperatur på 220-230°C, avhengig av molekylvekten av PLA. Denne optimale temperaturen er mye nærmere bearbeidingstemperaturen til polyolefiner.

En ytterligere fordel med bearbeiding av en polymersammensetning i kjernelaget ved en kaldere temperatur er at den vil sannsynligvis belaste bråkjølingssystemet i mindre grad. Således for bråkjølings-begrensede prosesser, kan anvendelsen av PLA i kjernen øke gjennomstrømningen. Videre er den lavere bearbeidingstemperaturen i dysen forventet å øke dysens levetid. En ytterligere fordel med å kjøre ved en lavere temperatur er redusert energiforbruk.

Det er forventet at anvendelsen av orientert og krystallinsk PLA i kjernelaget kan øke den termiske stabiliteten av fiberen.

Kjernen er generelt den strukturelle delen av fiberen. Arket er generelt tilveiebragt for bindingshensikter med andre fibrer. Som et resultat kan det være ønskelig at arkkomponenten blir så liten som mulig. Arkkomponenten kan også være fordelaktig for å tilveiebringe dyseegenskaper, abrasjonsmotstand, flammeretardasjon, fuktighetstransport, hydrofilisitet, hydrofobisitet, UV-stabilitet, osv.

Det skal være klart at en ark/kjerne-konstruksjon kan tilveiebringes med PLA som kjernekomponenten og en annen PLA som arkkomponenten. En fordel her er at hele fiberen kan være bionedbrytbar.

3. Side- ved- side flerkomponentkonstruksjon

Anvendelsen av side-ved-side konstruksjonen kan være fordelaktig når det er ønskelig i hver av komponentene å gi dem forskjellige krype- eller krympehastigheter.

I tilfellet av en 100 % PLA, side-ved-side flerkomponentkonstruksjon kan en komponent ha en liten prosent av D-laktid eller meso-laktid og den andre komponenten kan ha PLA-polymer med en høy prosent av D-laktid eller meso-laktid. Det er forventet at den høye prosent D-laktid eller meso-laktidpolymeren ville gi mer krymping når de utsettes for varme. En annen fordel ved anvendelsen av en 100 % PLA, side-ved-side konstruksjon er at fiberen kan anses som selvkrympende.

Et eksempel på side-ved-side konstruksjon kan omfatte polypropylen som én komponent og PLA som en annen komponent. Det er forventet at denne side-ved-side konstruksjon vil være selvkrympende. PLA, i en slik konstruksjon, gir en fordel i forhold til anvendelsen av PET fordi den kan aktiveres ved en lavere temperatur enn PET. Som et resultat kan det være mulig å tilveiebringe et stoff med lik luftighet eller bedre ved anvendelsen av PLA ved en lavere energikostnad og ved en raskere hastighet. Fotoene som er vist i fig. 6(a)-(d) viser krympinger i termisk behandlede fibrer.

I. PLA som en bindefiber

1. PLA: KoPET substitutt:

Laktidpolymerer kan anvendes som lavkostnadserstatninger for kopolyestere. Kopolyestere slik som DuPonts Merge 3991 (40 % DMI, 0,653IV) og Merge 3946

(17 % DMI, 0,653IV) eller EMSs Grilene D1352G (40 % IPA), er anvendt som "kospunnede" filamenter med PET eller som en komponent av bi- eller fler-komponentfibersystem. I begge tilfeller er funksjonen av koPET å binde de andre komponentene sammen.

A. Kospunnende filamenter

Filamenter spinnes vanligvis fra den samme spinnevortens om filamenter som består av forskjellige polymerer. Mens de to av flere typer filamenter ekstruderes fra den samme spinnevorten, ekstruderer hver kapillær bare én polymerblanding. I motsetning til dette har en bikomponentfilament to eller flere polymerblandinger ekstrudert fra den samme kapillære blenderen.

Spinnbundet:

Kopolyester kospinnes for tiden med PET ved BBAs Reemay® spinnbindingsprosess. Kopolyesterfilamenter spinnes sammen med PET-filamenter. Filamentene er tilstrekkelig blandet slik at når det kospunnede floret innføres til en bindeenhet, blir det laveresmeltende koPET klebrig eller smelter som resultat av addisjonen av PET-filamentene til et koherent flor. Luftighet, styrke, forlengelse, drapé og en rekke andre sto f f egenskaper kontrolleres via valget av det passende materialet og bearbeidingsbetingelser.

Garn/ tekstiler:

I tilfellet av kontinuerlig eller stapelfilamentgarnfremstilling kunne de laveresmeltende koPET-filamentene når de kombineres med andre filamenter anvendes for å varme garntvister, eller garnmasse eller tekstur etter trykkluftteksturering. Draperier og teppetråder kunne muligvis inneha slike egenskaper slik som feiltoleranse, slitasjebestandighet og håndegenskaper ved valg av passende PLA (smelte eller bindingstemperatur bestemt ved % D MV, MVD og forgrening), bearbeidingsbetingelser og kvantitet.

Stabel

I tilfellet av stabelfiber kan koPET være spunnet med andre polymerer eller av seg selv, når trukket, krympet og kuttet for å danne stabel. Stabelen kan så blandes med andre fibrer eller kardes direkte til vev som skal termisk bindes (kalander, gjennom-luft, dampkanne, varm luft-kniv, sonisk, IR) for å produsere ikke-vevd "rollstock". Alternativt kan fiberen være kardet eller luftlagt, så sammenfiltret ved anvendelse av en hvilken som helst prosess omfattende nålestansing eller spinnesnorer. Det sammenfiltrede floret kan så termisk behandles for å danne bindinger. Et eksempel er en trunk-medløper anvendt i biler. Typiske nålestansede felter eller ikke-vevede produkter termodannes til formen av en artikkel som et bagasjerom til en bil. Når substratet kjøles til under det for mykningspunktet av limpolymeren, bibeholder artikkelen så formen til støpeformen.

Våtlagt:

I tilfellet av oppkuttet eller kuttet fiber, kan koPET være spunnet med andre polymerer eller med seg selv, så trukket og kuttet slik at fiberen er egnet til våtlegnings (papirfremstilling) prosesser. Den syntetiske fiberen virker ikke bare som en forsterkning for cellulosesubstratet, men virker også som et bindemiddel, og tilfører stivhet, reduserer lo og lignende.

Smelteblåst:

Kopolyester kan være "ko-blåst" md PET, PBT eller andre polyestere eller polymerer. Idéen ville være å tilveiebringe et laveresmeltende bindingsmiddel i med matrikspolymeren. Ved å kontrollere forholdet av kopolyesteren med matrikspolymeren kan en rekke ønskede egenskaper oppnås. Tilstrekkelig koPET ville gjøre mulig laminering av det smelteblåste floret med ytterligere flor for å danne laminater og komposittstrukturer. De fleste spinnbundne-smelteblåste-spinnbundne-strukturer benytter kalandering for å bevirke binding. Med tilstrekkelig koPET i det smelteblåste og/eller spinnbundne, kunne hele strukturen konsolideres ved anvendelse av gjennom-luft eller damp-kannebinding, som tilveiebringer en barrierestruktur med større luftighet, filterkapasitet, komfort, pustbarhet, styrke, forlengelse og drapé, bare for å nevne noen få fordeler.

B. Bikomponent:

I motsetning til kospunnede filamenter kan koPET anvendes som én av komponentene i bi- eller flerkomponentfibrer og artikler laget fra dem. Det å ha limpolymeren tilstede kontinuerlig langs overflaten av filamentet og støttet av andre komponenter i det filamentet kan være en fordel i forhold til den tradisjonelle bindingsfiberen eller kospunnede tilnærmelse. Mens tilnærmelsen er forskjellig, er sluttbrukene svært like. Freudenberg, Hoechst og andre produserer ikke-vevede produkter fra bikomponentfibrer som består av PET og koPET. Bikomponentfibrer kan også anvendes i garn- og tekstilprodukter, luftlagt, kardet eller våtlagt ikke-vevede produkter, eller spinnbundne eller smelteblåste produkter. Fibrene eller florene beskrevet ovenfor kan også anvendes i kombinasjon med en rekke andre substrater for å danne nye laminater og komposittstrukturer.

C. Bindingsfiber:

Alternativt til kospunnede eller bi- eller flerkomponentfibrer kan bindingsfibrer produseres alene fra koPET, og deretter blandes eller kombineres med fibrer eller substrater for å fungere som et bindemiddel. Bindefibrer kan også anvendes i garn og tekstilprodukter, luftlagt, kardet eller våtlagte ikke-vevede produkter. Fibrene eller florene beskrevet ovenfor kan også anvendes i kombinasjon med en rekke andre substrater for å danne nye laminater og komposittstrukturer.

En anvendelse av koPET-bindefibrer er å lime luftlagte pulpfibrer til en koherent matte som anvendes for isolering.

III. Anvendelser av materialer

Materialene og teknikkene omtalt her kan anvendes for å fremstille en rekke ikke-vevede stoffer, for anvendelse i et enda videre produktområde. Det er en fordel at materialet som er omtalt her kan omdannes til stoffer ved en rekke stoffproduksjonsteknikker. Som et resultat kan de foretrukne materialene være innarbeidet, på en fordelaktig måte, i mange stoffer og i mange sluttprodukter.

Generelt kan ikke-vevede stoffer som anvender materialer omtalt her fremstilles ved anvendelse av hvilke som helst av de tre følgende generelle teknikkene for fremstilling av ikke-vevede stoffer: tekstilproduksjonsteknikker; papirproduksjons-teknikker og ekstruderingsproduksjonsmetoder. I tillegg kan hybrid- eller kombinasjonsmetoder anvendes.

Generelt omfatter tekstilteknologi eller -systemer oppriving, karding og aerodynamisk forming av fiber i fortrinnsvis orienterte flor. Stoffer produsert ved disse systemer omfatter generelt tørrlagte ikke-vevede stoffer. Stoffene eller fiberstrukturene er laget med maskineri anvendt i stabelfibeirndustrien, som manipulerer preformede fibrer i den tørre tilstanden. Tekstilteknologi omfatter også strukturer formet fra en strie av fibrer og stoffer som består av stabelfibrer bundet ved hefting av filamenter eller garn.

Generelt omfatter papir-type-prosesser tørrlagte teknikker og modifisere våtlagte teknikker utformet for å tilpasse fibrer lenger enn tremasser og forskjellig fra cellulose. Disse stoffene (tørrlagte eller våtlagte ikke-vevede stoffer) fremstilles med maskineriet fra pulp-fibergjøirngsindustrien (valsemøller) og papirformings-industrien (slurrypumping oppå sikter). Slikt utstyr utformes generelt for å manipulere relativt korte fibrer som er suspendert i fluider.

Ekstruderingsteknologimetodene eller -systemene omfatter spinnebindings-teknikker, smelteblåste og porøse filmsystemer. Slike stoffer omfatter spinnbundne, smelteblåste, teksturerte og apperturerte filmer. Disse er noen ganger referert til generelt som "polymerlagt" stoffer eller ikke-vevede stoffer. Stoffene er produsert med maskineri som forbindes med polymerekstrudering (fiberspinning, filmstøping eller ekstruderingsbelegning).

Til tross for teknologien anvendt for å fremstille stoffet, angår generelt de prinsipielle variablene for fremstilling: fibervalg og fremstilling, flordannelse, florkonsolidering (binding) og ferdigbehandling.

Flordannelsesteknikker ble generelt diskutert ovenfor. Fibervalg er diskutert et

annet sted her, når foretrukne blandinger er omtalt. Florkonsolidering eller binding er prosessen hvorved fibrene eller fibrøse materialer er grepet inn i hverandre for å gi integriteten eller styrken til stoffstrukturen. Forskjellige typer binding omfatter f.eks.: mekanisk bundne systemer, maskebundet, nål filtet, nålstanset, spinnsnorer, luftsporer, hydrosammenfiltret, hullet, kjemisk bundet, harpiksbundet, lateks-bundet, pulverbundet, trykkbundet, mettet, sprøytebundet, skumbundet, skummet, termisk bundet, punktbundet og ultrasonisk sveiset eller bindingsarrangementer. Disse forskjellige teknikkene kan anvendes med systemer ifølge den foreliggende omtalen, på en fordelaktig måte.

Prosessen for ferdigbehandling omfatter slissklipping av stoffet til den ønskede bredden, opprulling av stoffet på rulleform eller på annen måte å putte den i form for manipulering, og behandling av sto ffo ver flat en, om ønskelig, enten kjemisk eller mekanisk for å oppnå de ønskede egenskaper.

Den følgende tabellen, innarbeidet fra "Nonwoven Fabric Primer and Reference

Sampler", Inda, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 1992, skisserer de tre grunnleggende fremstillingssystemene, typer fibervalg og fremstilling anvendt i hver, flordannelsesteknikker anvendt i hver, florkonsolideirngsteknikker anvendt i hver, og sluttbehandlingsteknikker anvendt i hver, i typiske applikasjoner. Materialer ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som omtalt her, kan være innarbeidet i de forskjellige systemer, på en fordelaktig måte.

Generelt i tekstiltypeprosesser er fiberen forhåndslaget, og så innarbeidet i tekstil-prosessen for generering av det ønskede ikke-vevede materialet, ved anvendelse av de forskjellige teknikker i den industrien som beskrevet ovenfor. Produkter kan formes fra ikke-vevede stoffer laget ved tekstiltypebearbeiding: forskjellige filtreringsmedia; adsorbentmedia slik som avtrekningsmidler og medisinske bandasjer; forskjellige typer puter eller stoppinger slik som anvendt i hjemmeinnretningsindustriene (sengetøy, ulltepper, teppeunderlag, drapering, stopping, osv.), sko, eller andre vatterte strukturer, eller kledning. I disse typer produkter er ofte holdbarhet, dimensjonsstabilitet, elastisitet, luftighet og lignende fysiske egenskaper av tekstilet viktig.

I noen industrier er en nøkkelutførelseskarakteristikk ønsket i det ikke-vevede tekstilet operasjon som en fluidbarriere, f.eks. i medisinsk kledning. I slike industrier i tillegg til egenskaper som en fluidbarriere, kan egenskaper som virker som sterilisering av substratet være viktig.

Vekestoffevner og tendenser kan være viktige når mediet anvendes som del av en adsorbent (eller absorbent) konstruksjon, f.eks. for å omgi et adsorbent (eller absorbent).

Når tekstilet anvendes som et belegningsmateriale er egenskaper slik som styrke, varmekrympingstendenser, porøsitet og permeabilitet av største betydning.

Papirtypebearbeiding kan også anvendes for å lage en rekke produkter av fibrer ifølge den foreliggende omtalen. Som med tekstiltype bearbeiding, er i papirtypebearbeiding preformede fibrer generelt påført ved papirfremstillingsutstyret som skal danne produktet. Typiske våtlagte produkter lages, men tørrlagte bearbeidinger er også mulige. Variasjoner for å oppnå ønsket våtstyrke, dimensjonsstabilitet, adsorbens (eller absorbens) og luft kan tilpasses med teknikkene beskrevet her. Produkter som kan lages ved hjelp av en slik bearbeiding omfatter f.eks. substitut-ter for cellulosefiber eller papirmaterialer i produkter slik som: teposer, kirurgiske drapéer, luftfiltreringsmedia, absorbenthåndkler og avtørkinger, og som komponenter i kledning.

Generelt kan ekstruderingsbearbeidingen gjøres slik at den danner kontinuerlige fibrer fra materialene omtalt her. Disse teknikker vil være spesielt viktige for dannelse av en rekke flash-spundne, spinnbundne eller smelteblåste produkter. Sluttbrukprodukter som innarbeider slike materialer ville omfatte: beskyttende klesdrakt, geotekstiler, belegningsmaterialer, filtreringsmedia, takkomponenter, teppeunderlag og fluidadsorbens (eller absorbens). F.eks. kan et belegningsmateriale omgi adsorbenter i slike materialer som bleier, voksne inkontinensprodukter, og oljeadsorbentputer og kvinnelige hygieneprodukter. Belegningsmaterialet kan anvendes i tørrere ark for å omgi de aktive ingrediensene. De forskjellige ytelseskarakteristikkene som skal oppnås for slike materialer avhenger selvfølgelig av sluttbruken. Generelt vil slike egenskaper som styrke, porøsitet og dimensjonsstabilitet være den prinsipielle karakteristikken av interesse.

Hybrid- eller kombinasjonssysterner tar hensyn til kombinasjon av to eller flere fremstillingssystemer for å produsere spesialiserte strukturer. F.eks. kan materialet slik som pulvere eller granulater være innarbeidet i fibermatriksen. Et stoff kan lages ved stoff/ark-kombinering for å oppnå ønskede egenskaper av begge, i et laminat. F.eks. kan et laminert system av smelteblåste fibrer og spinnbundne fibrer konstrueres for å dra fordel av den relativt høye styrken av det spinnbundne stoffet og barriere- eller absorpsjonsegenskaper av det smelteblåste stoffet.

Hybridprosesser, eller kombinasjonsprosesser, vil anvendes på en rekke måter. F.eks. kan film-ikke-vevede fiberlaminater være anvendelige som kirurgiske drapéer, på grunn av adsorbente bæreegenskaper av det ikke-vevede materialet, eller som bleiestøtteark hvor filmen tilveiebringer en væskebarriere og det ikke-vevede stoffet tilveiebringer tekstil som estetikk. Et dobbeltsidet laminat omfattende et media for absorbenskarakteristikker og et annet for oppdemmings-karakteristikker kan anvendes som en sårbandasje.

En SMS-kombinasjon (spinnbundet-smelteblåst-spinnbundet) kan anvendes i medisinsk påkledning som en fluidbarriere eller en bakteriell barriere. Denne applikasjon vil anvendes med de spinnbundne lagene som gir styrke og integritet og det smelteblåste laget som sørger for noe ønsket beskyttelsesnivå eller barriereegenskaper.

Materialene kan også innarbeides i elastiske-laminater for å gi forbedret tilpasning og komfort til slike artikler som bleier, ansiktsmasker eller renromsklesplagg.

I mange av applikasjonene beskrevet ovenfor vil over et område av temperaturer være en ønsket karakteristikk for det ikke-vevede materialet. Teknikker omtalt her for å oppnå lav varmekrympning kan anvendes for å danne fibrer anvendt i de forskjellige materialformteknikkene omtalt ovenfor.

Luftighetskarakteristikker er viktig i mange av produktene omtalt ovenfor. Luftighet kan forbedres ved teknikker omtalt her som relaterer seg til f.eks.: anvendelse av varmekrympingskarakteristikker for å generere krympning, spesielt i flerkomponentsystemer, eller tilbøyelighet til mekanisk indusert krymping. F.eks. kan formuleringer av polylaktid som vil selvkrympe ved anvendelse av varme, anvendes i stoffer hvori høy luftighet er ønsket, på en fordelaktig måte.

Når styrkekarakteristikker er viktig, vil kontroll av krystallinitet eller optisk blanding typisk være ønsket. På denne måte kan tenasiteten for sluttproduktet eller enkeltvise fibrer tilveiebringes ved ønskede nivåer. Når absorbens (eller adsorbens) er viktig, er generelt slike faktorer som fiberoverflatearealet i det ikke-vevede materialet og overflatefinish viktig. De generelle teknikkene omtalt her kan anvendes med hensyn på denne variablen.

Filtreringsegenskaper av et ikke-vevet materiale angår typisk fiberstørrelse, overflateareal og mediaporøsitet, blant andre faktorer. Teknikkene omtalt kan anvendes i en rekke applikasjoner for å lette filtreringsapplikasjoner.

EKSEMPLER

Eksempel 1

En polylaktidblanding ble tilveiebragt med en antallsmidlere molekylvekt på 93000, vektmidlere molekylvekt på 212000, en polydispersitetsindeks på 2,28,

0,9 % D-laktid, Mz på 369000, Mz+1 på 562000, Mz/Mv på 1,74, 0,7 % resterende laktid og 2,3 % oligomerer. Polylaktidblandingen var smeltespunnet.

Spinning ble utført ved anvendelse av en Forne-ekstruder. Fiber ble tatt opp på to måter: (a) ved anvendelse av en luftmotstand-nedtrykningsanordning og (b) ved anvendelse av en vikler. Vikleren ble anvendt for spinnehastigheter mindre enn 1500 m/min. i tilfellet av de systematiske eksperimentene omtalt under. Alle eksperimenter anvendte en fire-hulls spinnevorte. Opptakshastighetene ble beregnet fra kontinuitetsligningen og de målte verdiene av massegjennomstrømning og sluttfilamentdiameter. Tetthet ble estimert fra verdier av de krystallinske og amorfe tetthetene rapportert i litteraturen og målt krystallinitet. De krystallinske og amorfe tetthetene av polylaktid er blitt rapportert som henholdsvis 1,290 og 1,248 g/cm<3>, jfr. E.W. Fischer, HJ. Sterzet og G. Wegner, Kolloid - Z.U.Z. Polymers 251. 980 (1973). En rekke ekstruderingstemperaturer og massegjennomstrømninger ble anvendt. Disse er omtalt i resultatene. Det er imidlertid viktig å legge merke til at de indikerte massegjennomstrømningene er summen av alle fire spunnede filamenter. Filamentene ble spunnet i omgivende, statisk luft; dette er en mindre kraftig bråkjøling enn det som er sannsynlig i enhver kommersiell prosess. Spinnelinjelengde var omtrent 3 m. Prøver ble oppsamlet og lagret i plastposer med et tørkemiddel for å opprettholde tørre forhold før ytterligere testing.

Kokevannskrympingen av filamentene ble målt ifølge prosedyren omtalt ovenfor.

Krystalliniteten ble målt ved DSC-teknikk ved en oppvarmingshastighet på 20°C/min. Etterfølgende Tg "toppen" observeres en "kald" krystallisering hvis prøven ikke er svært krystallinsk når den innføres i DSC. Denne "kalde" krystalliseringen observeres som en liten eksotermisk topp eller dupp i kurven. Alle krystaller, omfattende de som var tilstede i startprøven og de som ble dannet i DSC under "den kalde" krystalliseringen, smeltes så i nærheten av 165°C. Derfor er krystalliniteten av fiberen før oppvarming den totale krystalliniteten, målt ved smelteendotermen, minus krystalliniteten utviklet i DSC under oppvarmings-prosessen. De sistnevnte måles ved den "kalde" krystalliseringseksotermen. Man skal også legge merke til at noen DSC-kurver viser to smeltetopper. Opprinnelsen av disse topper er ennå ikke kjent.

Dobbeltbrytning ble anvendt som mål for molekyloirentering. Dette målet ble utført ved anvendelse av en fire systems Berek-kompensator og et Olympus optisk mikroskop.

Variasjon av ekstruderingstem<p>eratur. massegjennomstrømning og opptakshastighet

De første seriene av spinneksperimenter ga et stort område ekstruderingstemperaturer, massegjennomstrømninger og opptakningshastigheter. Dette resulterte i en rekke sluttfilamentdiametre som illustrert i fig. 7.

Krystalliniteten, dobbeltbrytningen og kokevannskrympningen av disse filamenter er gitt i henholdsvis flg. 8, 9 og 10. Fig. 8 viser at krystalliniteten utvikles i filamentene er en sterk funksjon av hver av de studerte prosessvairablene. F.eks. krever spinning ved 235°C med en massegjennomstrømning (mtp) på 6,34 g/min. en opptakningshastighet i nærheten av 1500 m/min. før betydelig krystallinitet utvikles i filamentene. Spinning ved lavere massegjennomstrømning eller lavere temperatur produserer betydelig krystallinitet ved mye lavere opptakshastigheter. Lavere ekstruderingstemperaturer resulterer i høyere spinnelinjestress for en gitt opptakshastighet som klart går i tendens av å akselerere krystalliseringsprosessen i spinnelinjen. Lavere massegjennomstrømning øker også spinnelinjestresset. I de foreliggende eksperimentene betyr også lavere spinnehastigheter større filamentdiametre og saktere kjølehastigheter. Således kan man anta at filamentet forblir i krystalliseringstemperaturområdet lengre, et faktum som bør resultere i høyere krystallinitet. Resultatene indikerer at økningen av krystalliseringshastigheten på grunn av økningen i stress/belastning er mye mer signifikant, generelt en effekten av å endre kjølehastigheten.

Fig. 9 viser at dobbeltbrytning (og orientering) har en tendens til å øke med opptakshastigheten som forventet. Videre har høyere dobbeltbrytning en tendens til å korrelere med høyere krystallinitet.

Krympningsresultatene i fig. 10 viser at lav krympning kan oppnås ved lave opptakshastigheter og lave smeltetemperaturer. Imidlertid ble disse verdier oppnådd på bekostning av høye trykkfall, noen ganger overskridende 0,45 MPa (65 psi), i nedtrekningsanordningen. Under disse forhold var det ikke mulig å fremstille små diameterfilamenter; og således er slike filamenter ikke sannsynlig å være kommersielt mulige eller kan anvendes for spinnbundne produkter. I tillegg kan det observeres at ved konstant hastighet og smeltegjennomstrømning, utviser filamenter spunnet ved høyere ekstruderingstemperatur (Tm=246) høyere krymping.

Etter oppnåelse av de preliminære resultatene omtalt ovenfor, ble området for spinneforhold snevret inn til å omfatte et forhold som kan velges for en praktisk smeltespinnings- eller spinnbindingsprosess. Fig. 11, 12 og 13 viser krystalliniteten, dobbeltbrytningen og kokevannskrympningen av filamenter spunnet med en massegjennomstrømning på 2,95 g/min. (0,74 g/min. pr. hull) og tre forskjellige spinnetemperaturer. I alle tilfeller dekker data et betydelig område for spinnehastigheter. Ved en gitt spinnehastighet øker krystallinitet og dobbeltbrytning med reduksjon i ekstruderingstemperatur. Krympning viser et maksimum i kurven ved lavere spinnehastigheter forårsaket av kompenseringseffekter av økt amorf orientering (som øker krymping) og øket krystallinitet (som stabiliserer filamentet mot krymping). Utover maksimumet faller krympningen til ca. 10 % i hvert tilfelle.

Det er viktig å legge merke til at den øvre grensen for spinnehastighet for hver kurve i fig. 11, 12 og 13 representerer opptakshastigheten hvorover filamentene begynner å brekke i spinnelinjen og hvorunder filamentene lett spinnes ved ubetydelig filamentsvikt. Dette viser klart at denne øvre kritiske spinnehastigheten øker med økning av spinnetemperatur ved konstant massegjennomstrømning.

Fig. 14, 15 og 16 viser effekten av å endre massegjennomstrømning ved konstant ekstruderingstemperatur på 233°C. Høyere massegjennomstrømning endrer klart området for høyere krystallinitet og orientering og lavere krymping til høyere spinnehastigheter. Økning av massegjennomstrømning øker filamentdiameteren ved en bestemt opptakshastighet. Dette senker belastninger på filamentet, som igjen senker krystalliniteten og orienteringen.

Krystallinitets- og dobbeltbrytningskurvene i fig. 11, 12, 14 og 15 viser et maksimum som en funksjon av opptakshastighet. Grunnen til disse maksimumene er per i dag ikke helt forstått, men vi legger merke til at ved hastigheter høyere enn hastigheten som tilsvarer maksimumet i dobbeltbrytningskurven, er krympningen vesentlig ved dens absolutte eller lavest mulige verdi.

Eksempel 2

Åtte blandinger ble testet.

En oppsummering av polylaktidblandinger anvendt i dette eksemplet er gitt i tabell 1.

Studier av blandinger av høy og lav molekylvekt PLA ble utført med forskjellige blandeforhold.

Den første kategorien av blandinger (2a, 2b og 2c) ble tidligere studert og diskutert i eksempel 1.

Den andre kategorien av blandinger (2d, 2e og 2f) omfatter polylaktid med forskjellige tverrbindingsmengder. Blandinger 2e og 2f ble fremstilt fra blanding 2d ved behandling med henholdsvis 0,05 % og 0,1 % peroksid. Tegn på tverrbinding er basert på stigningen i Mz, M^i, Mz/Mn som er rapportert i tabell 1. Det tredje sett med harpikser (2g, 2h) inneholder to polymerer som skiller seg med hensyn på forgreningsinnhold. Polymer 2g inneholder ingen epoksidert soyaolje og bør være en mer lineær PLA enn polymerer 2a, 2b og 2c. Polymer 2h er en "stjerne" formet polymer laget ved anvendelse av en initiator som består av epoksidert soyaolje som er blitt reagert med melkesyre.

Spinneprosedyre

Spinning og beregning ble utført ved anvendelse av Forne-ekstruderen omtalt i eksempel 1. Ekstruderingstemperaturen var 233°C og massegjennomstrømningen var ca. 2,85 g/min. Det er imidlertid viktig å legge merke til at de indikerte masse-gjennomstrømningene er summen for alle fire spunnede filamenter. Hvis masse-gjennomstrømningen er spinnevortehull eller pr. filament er ønsket, er det nødvendig å dele de indikerte massegjennomstrømningene med fire.

Effekt av tverrbinding

Fig. 17 viser effekten av tverrbinding på krympemengden. Det er klart at PLA (2f), som ble behandlet med 0,1 % peroksid og hadde den høyeste tverrbindingsmengden, har den laveste krympningen ved konstant opptakshastighet (V). Det kan utledes fra fig. 17 og 18 at jo høyere tverrbindingsmengden er i fiberen, jo lavere er hastigheten for å nå den absolutte eller minimale krympningen. Man skal også legge merke til at denne verdien, ca. 15 %, er høyere enn det for fibrene i eksempel 1. Under fibertrykking fra smeiten, ble det også notert at (2f) viste høyere viskositet enn de to andre. Åpenbart forhøyet tverrbinding viskositeten av smeiten.

Når dette settet av polymerer sammenlignes med tidligere undersøkte harpikser, (2a) og (2c) observeres interessante resultater, fig. 18. For det første har (2d) lignende krymperesultater som (2c). Ifølge tabell 1 har disse to polymerer lignende molekylvekter og molekylvektfordelinger. Selv om det ikke er konkluderende viser resultatene at krympekurven av (2d) er noe til venstre for den i (2c). Det antas at dette skyldes de noe høyere verdiene av molekylvekt og polydispersitet av (2d) sammenlignet med verdiene av (2c). For det andre utvikler (2f) et platå av minimum krympning på ca. 15 %, noe høyere enn det for (2a) og (2c). Vi har observert under smeltespinning av fibrene at tverrbinding hevet viskositeten av smeiten som igjen økte orienteringen til molekylene. Forbedringen i krympe-egenskaper på grunn av tverrbinding er, til vår viten, på grunn av økningen av viskositet som resulterer i en høyere molekylorientering og krystallisering ved en høyere hastighet. Imidlertid bør de tverrbundne molekylene utvise lavere sluttkrystallinitet og derav relativt høyere krymping enn de ikke-tverrbundne molekylene.

Effekt a<y> for<g>rening

To prøver ble tilført med forskjellig forgreningsmengde. PLA 2h har høyere forgreningsgrad enn 2g. Ifølge fig. 19 har 2g utviklet høyere dobbeltbrytning enn 2h og derav høyere fiberorientering og krystallinitet. Mer lineære kjeder er lettere å orientere og krystallisere enn forgrenede. Således senker forgrening molekylorientering og krystalliseringshastighet for PLA.

Krympningsresultatene av 2g og 2h er vist i fig. 20. Det er klart at 2g utviser lavere krymping over hele hastighetsområdet. I tillegg utvikler den lavere minimums-krymping på ca. 7 %. Det er også verdt å legge merke til at når man sammenlignet de to første datapunktene som ble tatt fra spinnevorten uten ytterligere nedtrekning, korresponderte deres krympning til den lavest oppnåelige krympningen ved høyere hastigheter. Dette faktum antyder at det er en begrensende krympefaktor, som kontrolleres ved molekylære arkitekturer, hvorunder mengden av krystallinitet ikke har noen kontroll over den.

Effekt av blandingsforhold

To polymerer med forskjellige molekylvekter ble dannet som pelleter med forskjellige blandingsforhold varierende fra 25,50 og 75 %. Dobbeltbrytningen av fibrene av disse prøvene er vist i fig. 21. Følgelig ligger dobbeltbrytningen av blandingene alle nært opptil den lave molekylvektprøven (2c).

Idéen bak blanding av to polymerer med forskjellige molekylvekter kan forbedre krympeegenskapene. Ved utførelse av denne studien så håpet vi at de bedre krympeegenskapene ville gjelde for blandingen av lave og høye molekylvektprøver. Vi forventet at når en liten mengde av høy molekylvektprøve blandes med den lave molekylvektprøven, vil høymolekylvektmolekyler ha mer orientering og derav forbedre krystallinitet som igjen ville senke krympningen. Imidlertid skjedde det motsatte av det vi håpet på. I virkeligheten har ifølge fig. 22 alle blandinger høyere krympning enn den laveste molekylvektprøven 2c.

Eksempel 3

En polymelkesyrepolymer (Cargill Lot/Box 515-710, med en Mn: 69000 og Mv: 146000 og 1,2 % R) ble kombinert med polypropylen (Montell, MFI-35) i en ark-kjerne konfigurasjon ved et 50/50 og 30/70 vektbasisforhold. Både PLA og PP ble ekstrudert ved 230°C. To 1-1/4" diameterekstrudere med 30:1 L/D ble anvendt for å befordre, smelte og ekstrudere pelletene. Skruhastighet ble kontrollert ved å opprettholde innstillingstrykket ved inngangen til målepumpen. Pumpehastigheter ble regulert for å produsere 0,1 g/min./kapillær til 1,2 g/min./kapillær for 50/50 komponentforholdene, og 0,1 g/min./kapillær til 0,9 g/min./kapillær for 30/70 komponentforholdene, på grunn av målepumpebegrensninger. En bikomponent-spinnepakke med 288 kapillære ble anvendt med hver kapillærmåling 0,35 mm. Filamenter ble bråkjølt og attenuert ved anvendelse av en Lurgi-type luftaspirasjonsanordning. Luftaspirasjonsanordningen ble holdt ved et konstant lufttrykk på 0,55 MPa (80 psi). Filamenter ble oppsamlet ved hver gjennomstrømning i 0,1 g/min. inkrementer, merket og lagt i poser. Stikkpunktet ble målt for hver gjennomstrømning. Stikkpunkt ble målt som avstanden i tommer fra spinnevorten hvor filamenter kleber seg til en stav av rustfritt stål. Klebing var en indikator på bråkjølingsbegrensningen av polymeren(e). Med PLA på overflaten, ble klebing forhindret.

Ark-kjerne bikomponenter ble også laget ved anvendelse av PET som overflatekomponenten (Wellman, 0,64 IV) med en PP-kjerne og 50/50 30/70 vektbasisforholdene. PET og PP ble ekstrudert ved en sluttsmeltetemperatur på 295°C. PET/PP, S/C bikomponentfilamentene ble bråkjølt og attenuert ved anvendelse av den samme Lurgi-type luftaspirasjonsanordmngen. Aspirasjonsanordningen anvendte en konstant trekkraft på 0,55 MPa (80 psi). Prøver ble merket og forsiktig lagt i poser.

Tabell 2 sammenligner stikkpunktene for PP/PP, PLA/PP og PET/PP ark-kjerne bikomponenter. Klebing er en indikator på bråkjølingsbegrensningen av polymeren(e). Med PLA på overflaten ble klebing forhindret. Tabell 2 viser fordelen med å anvende PLA på overflaten av polypropylen, men viser også den dramatiske ytelsesfordelen ved anvendelse av PLA istedenfor PET. Filament-bruddene registrert for PET/PP forhindrer vellykket trekking av spinnelinjen ved 0,55 MPa (80 psi). Følsomhet til nedtrekningshastigheten eller luftpistoltrykket ikke bare begrenser gjennomstrømning og totale produksjonshastigheter, men begrenser den absolutte filamentdiameteren som kan oppnås. Lavere gjennomstrømninger med høye nedtrekningskrefter gir finere filamentdiametere. Dette eksemplet viser at ved anvendelse av PLA som en fornybar og/eller nedbrytbar-inneholdende komponent av et fierkomponentsystem tilbyr, i tillegg til dens inherente nedbrytbarhet, forbedret spinnoppførsel i forhold til konvensjonelle polyester/polyolefinsystemer.

Tabeller 3 og 4 angir filamentdiametrene for hver ark-kjerne bikomponentsystem: PP/PP, PLA/PP og PET/PP i respektive forhold på 50/50 og 30/70. Bruddhastighet defineres til å være gjennomstrømningen hvor filamenter under en konstant ned-trekningskraft kontinuerlig brekker og brytes av. Uavbrutte brudd fører til uregel-messigheter i spinnelinjen, som forhindrer prøveoppsamling. I et produksjonssett vil brudd i spinnelinjen forhindre akseptabel flordannelse.

Tabell 3 viser fordelene ved å anvende PLA. Absolutt denier som er mulig uten brudd eller klebing er bedre enn PP/PP. Og med PLA, finere denier pr. filament (dpf) ved lavere hastigheter enn mulig for PET/PP.

Filamentbrudd indikerer spinnelinjesensitivitet til nedtrekningshastighet eller luftpistoltrykk som ikke bare begrenser gjennomstrømningen og totale produksjonshastigheter, men i stor grad reduserer filamentdiameterkontroll. Lavere gjennomstrømninger og moderate til høye nedtrekningshastigheter gir typisk finere denierfilamenter som er påkrevet ved noen applikasjoner.

Dette eksemplet viser at ved anvendelse av PLA som overflatekomponenten med en polyolefinkjerne gir finere spinnedenierfilamenter enn monokomponent PP/PP og/eller PET/PP flerkomponenter.

Eksempel 4

For å demonstrere den selv-fibrillerbare beskaffenheten av PLA/PP side-ved-side komponenter ble et fotomikrogram tatt. Fotomikrogrammer ble tatt ved TPC Labs (Minneapolis, Minnesota, USA). Fotograferte filamenter var side-ved-side bikomponenter inneholdende 50/50 (vektforhold) PLA og PP. Fibrer ble spunnet ved Hill's, Incorporated, lokalisert i West Melbourne, Florida, USA.

Det synes som at den mekaniske fremstillingen av sleiden for disse spesielle fibrene var nok energi til å separere de to komponentene av disse fibrene som ble fotografert. Fig. 6(a) viser en side-ved-side PET/PP bikomponentfiber; fig. 6(b) viser en side-ved-side (30/70) PET/PP bikomponentfiber; fig. 6(d) viser en side-ved-side (30/70) PET/PP bikomponentfiber; fig. 6(c) viser en (30/70) PLA/PP bikomponent; og fig. 6(d) viser en side-ved-side (30/70) PLA/PP bikomponentfiber.

Disse fibrene ble spunnet ved anvendelse av en polymelkesyrepolymer (Cargill Lot/Box 515-710) konfigurert i et side-ved-side bikomponentsystem med polypropylen (Montell, MFI~35) i et 50:50 forhold. Hver polymer ble ekstrudert separat med en sluttsmeltetemperatur på 230°C. Gjennomstrømning var 1,0 g/min./kapillær med en total gjennomstrømning på 288 g/min. Filamenter ble bråkjølt og attenuert ved anvendelse av en slissedyse. Prøver ble forsiktig oppsamlet, merket og plassert i poser.

Dette eksemplet viser at et bikomponentsystem med PLA/PP, eller en annen polymer med lav gjensidig affinitet for PLA, konfigurert side-ved-side, eller tuppet, eller "multilobal", men ikke begrenset til, for å tilveiebringe et selv-fibrillerende, nedbrytbar-inneholdende mikrofilament.

Eksempel 5

For å demonstrere høyere spinnehastigheter av PLA/PP side-ved-side bikomponenter, ble et forsøk utført for å undersøke en polymelkesyrepolymer (Cargill Lot/Box: 515-710, ca. Mn: 69000/Mv: 146000 og 1,2 % R) kombinert med polypropylen (Montell, MFI:35) i et 50:50 og 30:70 vektbasisforhold til ark-kjernekonfigurasjon. Både PLA og PP ble ekstrudert ved en sluttsmeltetemperatur på 230°C. Pumpehastigheter ble regulert til å levere 0,8 g/min./kapillær i totalt 230,4 g/min. Filamenter ble bråkjølt og attenuert med en Lurgi-type luftaspirasjonsanordning. Lufttrekkekrafter mellom 0,14 MPa (20 psi) og 0,76 MPa (110 psi) ble påført. Prøver ble oppsamlet ved inkrementer på 0,069 MPa (10 psi) og merket. Tabell 5 viser de beregnede filamenthastighetene for PP/PP, PLA/PP og PET/PP ved hver nedtrekningshastighet. Finere fUamenthastigheter korresponderer med høyere fUamenthastigheter.

Dette eksemplet viser at en side-ved-side bikomponent med PLA/PP, eller en annen polymer med lav gjensidig affinitet for PLA, produserer en selv-fibrillerbar, nedbrytbar-inneholdende mikrofilament som kan spinnes ved høyere gjennom-strømninger enn konvensjonell mikrofilamentspinning.

Eksempel 6

En polymelkesyrepolymer fra Lot/Box:515-710 ble kombinert med et 35 MFR polypropylen (Montell) i et 50/50 og 30/70 vektforhold til en side-ved-side bikomponent. PP/PP og PLA/PP ble ekstrudert ved en sluttsmeltetemperatur på 230°C. PET og PP ble konfigurert side-ved-side ved de samme forholdene. Pumpehastigheter ble regulert til å levere 0,8 g/min./kapillær for en total gjennomstrømning på 230,4 g/min. Filamenter ble bråkjølt og attenuert med en Lurgi-type luftaspirasjonsanordning. Lufttrekkrefter mellom 0,14 MPa (20 psi) og 0,76 MPa (110 psi) ble påført. Prøver ble forsiktig oppsamlet ved inkrementer på 0,069 MPa (10 psi) og merket. Tabell 6 inneholder filamentdiametre for PP/PP, PLA/PP og PET/PP side-ved-sider. Det er klart at PLA/PP-fimalenter har de fineste diametrene. Finere filamentdiametre gir fordeler som nedjusteringsflortykkelse, mens det får mer ensartet filamentfordeling på floret. Igjen gjør evnen til å kunne spinne filamenter ved høyere hastighet fabrikanten i stand til enten å produsere finere denier eller å øke produksjonshastigheten.

Dette eksemplet viser at ved anvendelse av PLA i en flerkomponentfiber konfigurert side-ved-side med et polyolefin for å lage finere denier filamenter på konvensjonelt utstyr.

Eksempel 7

Polymelkesyrepolymer fra Cargill Lot/Box 515-710 (Mn:69000; Mv: 146000 og 1,2 % R) ble kombinert med polypropylen (Montell, MFI~35) i en side-ved-side bikomponent ved 50:50 og 30:70. Side-ved-side bikomponenter ved de samme vektforholdene ble laget for PET (IV 0,64) /PP (Montell, 35 MFR), imidlertid var sluttekstrudersmeltetemperaturen for PET/PP 295°C. Gjennomstrømninger for begge side-ved-side systemer ble øket fra 0,1 g/min./kapillær til 1,2 g/min./hull med inkrementer på 0,1 g/min.

En polymelkesyrepolymer (Cargill Lot/Box: 515-710, tilnærmet Mn: 69000/Mv: 146000 og 1,2 % R) kombinert med polypropylen (Montell, MFI:35) i en 50:50 og 30:70 vektbasis forhold til ark-kjerne konfigurasjon. Både PLA og PP ble ekstrudert ved en sluttsmeltetemperatur på 230°C. PET og PP ble kombinert ved de samme vektbasisforholdene og konfigurasjonene. Pumpehastigheter ble regulert til å levere 0,8 g/min./kapillær i totalt 230,4 g/min. Filamenter ble bråkjølt og attenuert med en Lurgi-type luftaspirasjonsanordning. Lufttrekkekrefter på mellom 0,14 MPa (20 psi) og 0,83 MPa (120 psi) ble påført. Prøver ble oppsamlet ved inkrementer på 0,069 MPa (10 psi) og merket. Tabell 8 viser krympefrekvensen for PLA/PP og PET/PP side-ved-sider ved hver nedtrekningshastighet.

Dette eksemplet viser at ved anvendelse av PLA som én av komponentene i et flerkomponentsystem for å lage en fiber som tilbyr mer krymping i det som spunnet og som bevirker ytterligere krymping ved lavere temperaturer enn konvensjonelle polyestere anvendt i høye luftighetsapplikasjoner. En sammenligning mellom tabeller 7 og 8 viser at PLA-inneholdende fibrer begynner krymping ved en lavere temperatur enn PET/PP-fibrer. Krympefrekvensmålingen er vanskelig, noe som forklarer noe spredning i data.

Eksempel 8

Det er nyttig å forstå hvordan D-nivå påvirker den krystallinske smeltetemperaturen og termisk bindbarhetkarakteristikker av PLA-fibrer. De ønskede egenskapene av bikomponentfibrer er å ha høy varmeresistens og lave termiske bindetemperaturer. Data utviklet fra dette forsøket sørger for utvelgelsen av PLA-kvaliteter som skal anvendes i bikomponentfibrer for forskjellige applikasjoner.

Polylaktidprøver med et Mn på 90000-100000 og forskjellige optiske blandinger, vist i tabell 9, ble smeltet i en kapillær reometer og trukket fra smeiten til produkt som-spunnede (as-spun) fibrer. De som-spunnede fibrer ble deretter orientert ved trekking til tre ganger deres opprinnelige lengde ved 70°C, for å produsere orienterte fibrer. Prøver av polymerpelletene ble også herdet ved 100°C i 48 timer.

Data i tabellen under viser en dramatisk senkning i både krystallinitet (J/g) og toppsmeltetemperatur ettersom D-nivået økes. Det synes å være liten eller ingen forskjell i toppsmeltepunktet mellom den som-spunnede fiber og den orienterte fiberen, skjønt den orienterte fiberen har mye høyere nivåer av krystallinitet i dette forsøket. Den orienterte fiberen har en høyere Tg enn det for som-spunnet fiber og, viser en 10°C senkning i Tg ettersom D-nivået økes. Således ville vi forvente en høy D-nivåfiber til å binde ved en lavere temperatur og til å være mindre krystallinsk enn en lav D-nivåfiber.

Eksempel 9

En polymelkesyrepolymer (Cargill Lot/Box:474-703-~4 % D) ble kombinert i et l:lforhold med en polybutylen-sukkinat-adipat-kopolymer (Bionolle 3020, av Showa Highpolymer Co., Ltd.) til en ark-kjerne konfigurasjon. PLAen utgjorde arket, Binollen utgjorde kjernen. Hver polymer ble ekstrudert separat til en spesiell spinnevorte utformet av Hills, Inc. hvor de to ble koekstrudert til biokomponentfilamenter. PLA ble ekstrudert ved en sluttsmeltetemperatur på ca. 230°C. Binollen ble ekstrudert ved en smeltetemperatur på ca. 200°C. Spinneholdet ble opprettholdt ved en temperatur på ca. 235°C. Pumpehastigheter ble regulert til å gi ca. 0,6 ml/min./kapillær for totalt 144 kapillærer eller 86,4 ml/min./totalt. Filamentene ble bråkjølt og attenuert ved anvendelse av en Lurgi-type luftaspirasjonsanordning. Aspirasjonsanordningen påfører en trekkekraft til filamentene ved å regulere lufttrykk. Et lufttrykk på 0,41 MPa overtrykk (60 psig) ble påført filamentene som så ble oppsamlet for hånd, forsiktig ført til poser for å unngå tilfeldig trekking av filamentene, og så testet for å bestemme egenskaper og merket 3067-12-8 (tabell 1). Under spinneprosedyren ble relativ spinnbarhet observert for hver prøve og trekkekraft. Spinnehastigheter ble beregnet basert på filamentdiametre og formelen på bunnen av tabell 10. Filamentene ble observert til å spinne riktig bra, uten at noen filamenter brekker. De som-spunnede filamenter fremkom med svært fine diametre og hadde en myk "hånd".

Eksempel 10

For å demonstrere mekanisk spinning og trekking av en laktidpolymer-inneholdende bikomponent, ble en polymelkesyrepolymer (Cargill Lot 474-703) ekstrudert med en annen polymelkesyre (Cargill Lot 513-701— 1,6 % D) i en side-ved-side konfigurasjon. Den kapillære gjennomførselen var ~ 0,6 ml/min./hull, og forholdet mellom hver polymer var ca. 1:1. En 144 kapillær-spinnevorte ble anvendt, og ekstruderingsbetingelser var i alt vesentlig de samme som omtalt i eksempel 9. Filamentene ble bråkjølt, ført over en finapplikasjonsvalse, akselerert med en rekke sylindervalser, og oppsamlet på en spole ved 100 m/min. Spolen ble satt til aldring over natten. Filamentene ble så trukket og utherdet ved anvendelse av oppvarmede sylindere og igjen oppsamlet på en spole og merket 3067-13-1. Disse egenskapene fremkommer i tabell 11. Filamentene fremkom til å ha vesentlig styrke og forlengelse.

Eksempel 11

For å vise trekking og utherding av de mekanisk spunnede filamentene, ble filamentbunten ifølge prøve 3067-13-1 tredd fra spolen over en rekke av tre oppvarmede sylindervalser. Hver sylindertemperatur og opm ble kontrollert uavhengig av hverandre. Den differensierte hastigheten til sylindrene bestemmer trekkeforholdet som angitt i tabell 12. Filamentbunten oppvarmes for å lette trekking og for å herde belastninger fra trekkfilamentene. Trekkbetingelser og filamentegenskaper fremkommer i tabell 12. Trekkfilamentene innehar betydelig styrke og forlengelse.

EKSEMPEL 12

Dette eksemplet evaluerer spinnegenskaper og fysikalske egenskaper av hydrolysert

PLA.

En pilotspinnelinje ble anvendt for å teste spinneutførelse av en PLA hydrolysert ved anvendelse av ekstrudering av fuktig smeltet polymer. Termisk-hydrolyse ble anvendt for å redusere molekylvekten av PLA som igjen reduserte viskositeten til et nivå som er mer egnet for spinnbindings-bearbeiding. Polymer ble hydrolysert ved tilsetning av vann til overflaten av PLA-pelletter, og deretter ekstrudering og repelletisering av PLA ved anvendelse av en 30 mm ekstruder.

Hydrolyserte PLA-pelleter ble krystallisert og tørket til < 100 ppm fuktighet ved anvendelse av Karl-Fisher-analyse. Tørkede pelleter ble lagret i forseglede sekker inntil de ble anvendt. I fremstilling for anvendelse er pelletene overført direkte fra den forseglede sekken til en N2-overrislet trakt i pilotspinnelinjen.

Høyere molekylvekt PLA'er ble blandet før hydrolyse-rebearbeidingen. PLA'er ble valgt som hadde lave %D nivåer (< 1,5 % D). Deres gjennomsnittlige verdier fremkommer under:

Spinnelinjen omfattet en forseglet trakt med N2 som gikk inn i bunnen av trakten, og som gikk ut av toppen. I toppen av trakten er en vannkjølt matningsseksjon av en 1" ekstruder, med 24:1 lengde:diameter forhold (l/d). Polymeren ble ført til en Zenith tannhjulspumpe som førte 0,9 g/min./kapillær til 68-kapillær-spinnevorten. Opm. av ekstruderen ble kontrollert ved en konstant trykkhøyde på 2,07 MPa overtrykk (300 psig).

En Lurgi-Docan type luftaspirasjonsanordning ble plassert - 2 m fra spinnevorten. Trekkraften kan varieres ved å regulere lufttrykket påført aspiratoranordningen. Filamenter ble oppsamlet da de gikk ut av attenuatoren (luftaspiratoranordning). Egenskaper fremkommer i tabell 13. På samme måte som standardreaktorkvaliteter av PLA, hadde hydrolyserte PLA de følgende karakteristikkene: - Høyere attenuatortrykk produserte lavere filamentdiametre (høyere hastighet).

- Dobbeltbrytning økte med beregnet filamenthastighet

- Krystallinitet økte med beregnet filamenthastighet

- Kokekrympning sank (ikke-lineært) med økning i filamenthastighet Lavere smeltetemperatur produserte lavere krympeverdier i forhold til filamenthastighet. Med andre ord beveget krympe/hastighetskurven seg til venstre med lavere smeltetemperatur.

Tilsetningen av vinsyre som en stabilisator (0,05 %) syntes ikke å negativt påvirke fiberbearbeidbarhet, attenuering, krystallinitet eller krymping.

Tilsetningen av T1O2 synes heller ikke å negativt innvirke på bearbeidbarhet, attenuering eller krymping.

Man fant ut at hydrolysert PLA synes å være egnet til bruk i fiber og ikke-vevede prosesser og applikasjoner. Videre synes anvendelsen av hydrolyse å være et levedyktig alternativ for å produsere fiberkvaliteter av PLA utelukkende ved polymerisering. Det er forventet at en polymerisasjonsprosess kunne anvendes for å produsere en enkelt kvalitet av PLA, som så ville rebearbeides for å imøtekomme enkelte markeds- eller kundespesifikasjoner. Ved å gjøre dette, kan kostnadene til polymerisasjonen og produksjonen forbedres, siden produksjonen av færre kvaliteter betyr mindre overgangsavfall.

Det er forventet at det hydrolyserte PLA kan kombineres med valgte additiver for å forbedre egenskaper, slik som hvithet eller stabilitet, uten å påvirke bearbeidbarhet eller krympeutførelse.

EKSEMPEL 13

Dette eksemplet viser produksjonen av lavkrympningsstoff ved anvendelse av høy filamentomdreiningshastighet og lav %D PLA.

Nippon-Kodoshi er en japansk leverandør av spinnbindingsutstyr. En lav molekylvekt PLA med 1,1 %D isomerinnhold ble bearbeidet på dette utstyret for å produsere lavkrympningsstoff. Prosessen er omtalt under:

Polymer ble tørket i mindre enn 100 ppm fuktighet og matet til en dobbeltskinet, avgassingsekstruder utstyrt med fire varmesoner. Sluttsmeltetemperatur var ca. 225°C. Ekstrudatet ble ført gjennom et filter til et par av 20 ml/omdreinings-tannhjulspumper. For å produsere lave denierstoffprøver førte pumpen smeltet polymer til en 0,5 m bred spinnevorte utstyrt med ca. 700 kapillærer, ved en hastighet på 0,35 g/min./kapillær. For å produsere høyere denierprøver ble pumpehastigheten økt i forhold til fibermassen.

De ekstruderte filamentene ble trukket ved anvendelse av en slisseattenuator etter først å ha passert gjennom en tverrstrøms-bråkjølingssone. Trykk ble registrert til slissen for å bevirke en filamenthastighet nær 5000 m/min. Under disse forholdene var spinning utmerket. Det ble i alt vesentlig ikke observert noe filamentbrudd.

Filamentene ble oppsamlet på et porøst transportbånd og bundet ved å passere floret gjennom klemmen av et oppvarmet kalandersystem utstyrt med jevne og pregede stål val ser. Kalandertemperatur ble opprettholdt nær 130°C. Forskjellige stoffvekter ble oppnådd ved å regulere hastigheten på transportbåndet. Resultatene fremkommer i tabell 14.

Man fant ut at termisk stabilt stoff (~ 15, 19, 24 g) ble produsert ved to gjennom-strømninger, at kalandrering av floret øker polymerkrystallinitet og reduserte krymping, at utmerkede stoffegenskaper ble observert for både høye og lave denierstoffprøver og at filamentegenskaper var svært lik de observert i tidligere forsøk.

EKSEMPEL 14

Dette eksemplet vurderer innvirkningen av smeltetemperatur på krympning av som-spunnede filamenter.

PLA anvendt i disse studier var et reaktorprodukt:

Man fant ut at krympe/filamenthastighetskurven (jfr. tabell 15) går mot høyre (høyere hastighet er nødvendig for å oppnå lavere krympning) når smeltetemperatur økes, og den absolutte krympningen (minimum krympning oppnådd ved høy filamenthastighet) er generelt høyere for filamenter spunnet ved høyere temperaturer.

EKSEMPEL 15

Dette eksemplet vurderer innvirkningen av bearbeidingsbetingelser (kapillær-diameter, kapillærgjennomstrømning, smeltetemperatur) på termisk stabilitet av som-spunnede filamenter. Resultater er rapportert i tabell 16.

Man fant ut at høyere smeltetemperaturer generelt produserte filamenter med høyere krymping, uansett om vinsyrestabilisator var tilstede eller ikke; at kapillær-diameter (0,4 sammenlignet med 0,8 mm) hadde minimal effekt på filament- . egenskaper (sammenlign eksempler G&D); at høyere kapillærgjennomstrømning produserte noe høyere krympninger ved en gitt trekkekraft; og termisk stabilitet (som målt ved kokekrymping) generelt øker med luftpistoltrykk.

EKSEMPEL 16

Dette eksemplet evaluerer effekten av bearbeidingsbetingelser (smeltetemperatur, kapillærgjennomgang og attenuatortrykk) og polymerparametre (molekylvekt og %D) på spinning, krymping, krystallinitet av som-spunnede filamenter.

En statistisk utførelsesmetode ble anvendt for å bestemme prosess- og polymereffekter og interaksjoner. Resultater er gitt i tabell 17.

Man fant at høyere molekylvektprøver generelt produserte filamenter med lavere krymping, ved et bestemt sett av bearbeidingsbetingelser (smeltetemperatur, gjennomstrømning, osv.); og at lavere luftpistoltrykk (derfor lavere filamenthastighet) generelt produserte filamenter med høyere krymping, lavere krystallinitet og lavere dobbeltbrytning. Unntaket eksisterer ved høyere hastighet hvor en minimal krympning oppnås. Etter at den minimale krympningen er oppnådd, resulterer ikke høyere hastigheter nødvendigvis i ytterligere krympnings-reduksjon. Man fant videre ut at kombinasjonen av lavere filamenthastighet og høyere temperaturer (250 mot 240) produserte filamenter med lavere orientering, lavere krystallinitet og høyere krymping. Videre identifiserte man ikke en signifikant effekt på krympning ved enten %D (0,8 og 1,3 %D), eller kapillær-gjennomstrømning 0,6 og 0,8 cm<3>/min./kapillær (ml/m/h).

RAPPORTERTE POLYMER VERDIER:

SPINNELINJEBESKRIVELSE:

Claims (46)

1. Fibrøst materiale, karakterisert ved at det omfatter: et stort antall av polylaktid-inneholdende fibrer fremstilt fra en polylaktidblanding inneholdende polylaktid som har mindre enn 5 vekt% R-melkesyrerester, en laktidkonsentrasjon på mindre enn 0,5 vekt% og en antallsmidlere molekylvekt på mellom 25000 og 150000; det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer har en krystallinitet på mer enn 20 J/g, en tenasitet på mer enn 1,5 g/denier og en gjennomsnittelig fiberkokevarinkrympingstilbøyelighet på mindre enn 15 %; og hvor det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer er fremstilt ved spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3 g/min./kapillær og en temperatur på mellom 200°C og 250°C og er avsatt som et flor.

2. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at de polylaktid-inneholdende fibrene er fremstilt fra polylaktid som inneholder mindre enn 1 vekt% R-melkesyrerester.

3. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer har en dobbeltbrytning på mellom 0,017 og 0,012.

4. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer har en tenasitet på mer enn 5 g/denier.

5. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer er monokomponentfibrer omfattende minst 50 vekt% polylaktidpolymer.

6. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antall av polylaktid-inneholdende fibrer er monokomponentfibrer omfattende en blanding av polylaktidpolymer og ikke-polylaktidpolymer.

7. Fibrøst materiale som angitt i krav 6, karakterisert ved at den ikke-polylaktid-inneholdende polymeren er en polymer valgt fra gruppen bestående av polyolefiner, polyamider, polyestere, blandinger derav, legeringer derav og kopolymerer derav.

8. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fibrøse materialet er tilveiebragt som et kalandert ikke-vevet produkt.

9. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fibrøse materialet er tilveiebragt som et varmebundet ikke-vevet produkt.

10. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er flerkomponentfibrer omfattende en første komponent omfattende polylaktidpolymer og en andre komponent omfattende polylaktidpolymer eller ikke-polylaktidpolymer.

11. Fibrøst materiale som angitt i krav 10, karakterisert ved at den andre komponenten omfatter en ikke-laktidpolymer valgt fra gruppen bestående av polyolefiner, polyamider, polyestere, blandinger derav, legeringer derav og kopolymerer derav.

12. Fibrøst materiale som angitt i krav 10, karakterisert ved at flerkomponentfiberen er tilveiebragt i en ark/kjerne-konstruksjon omfattende en arkkomponent eksternt til en kj ernekomponent.

13. Fibrøst materiale som angitt i krav 12, karakterisert ved at den første komponenten omfattende en polylaktidpolymer er tilveiebragt som arkkomponenten av ark/kjernekonstruksjonen.

14. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter et stort antall av ikke-polylaktid-inneholdende fibrer.

15. Fibrøst materiale som angitt i krav 12, karakterisert ved at den første komponenten er tilveiebragt som kjernekomponenten av ark/kjerne-konstruksjonen.

16. Fibrøst materiale som angitt i krav 15, karakterisert ved at den andre er tilveiebragt som arkkomponenten og omfatter polylaktidpolymer.

17. Fibrøst materiale som angitt i krav 16, karakterisert ved at polylaktidpolymeren av kjernekomponenten er tilveiebragt med en enantiomerisk renhet som er større enn den enantiomeriske renheten av polylaktidpolymeren av arkkomponenten.

18. Fibrøst materiale som angitt i krav 10, karakterisert ved at flerkomponentfiberen er tilveiebragt i en konstruksjon valgt fra gruppen bestående av side-ved-side-konstruksjon, segmentert paikonstruksjon og øyer-i-sjø-konstruksjon.

19. Fibrøst materiale som angitt i krav 10, karakterisert ved at den første komponenten omfatter en blanding av polylaktidpolymer og ikke-polylaktidpolymer.

20. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er tilveiebragt som et ikke-vevet materiale.

21.. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at de polylaktid-inneholdende fibrene har en krystallinitet på mer enn 25 J/g.

22. Fibrøst materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at gjennomstrømningen er mellom 1000 m/min. og 10000 m/min.

23. Fremgangsmåte for fremstilling av lavkrympings-polylaktid-inneholdende fibrer som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter trinnene: (a) spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3,0 g/min./kapillær, og en temperatur på mellom 200°C og 250°C for å tilveiebringe det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer; og (b) avsetning av det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer som et flor.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er monokomponentfibrer omfattende minst 50 vekt% polylaktidpolymer.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er tilveiebragt som et varmebundet ikke-vevet produkt.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er flerkomponentfibrer omfattende en første komponent omfattende polylaktidpolymer og en andre komponent omfattende polylaktidpolymer eller ikke-polylaktidpolymer.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at den andre komponenten omfatter en ikke-laktidpolymer valgt fra gruppen bestående av polyolefiner, polyamider, polyester, blandinger derav, legeringer derav og kopolymerer derav.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at flerkomponentfiberen er tilveiebragt i en ark/kjerne-konstruksjon omfattende en arkkomponent eksternt til en kjernekomponent.

29. Fremgangsmåte som angitt i krav 28, karakterisert ved at den første komponenten omfattende en rJolylaktidpolymer er tilveiebragt som arkkomponenten av ark/kjernekonstruksjonen.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere omfatter det å tilveiebringe et stort antall av ikke-polylaktid-inneholdende fibrer.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 28, karakterisert ved at den første komponenten er tilveiebragt som kjernekomponenten av ark/kjerne-konstruksjonen.

32. Fremgangsmåte som angitt i krav 31, karakterisert ved at den andre er tilveiebragt som arkkomponenten og omfatter polylaktidpolymer.

33. Fremgangsmåte som angitt i krav 31, karakterisert ved at polylaktidpolymeren av kjernekomponenten er tilveiebragt med en enantiomerisk renhet som er større enn den enantiomeriske renheten av polylaktidpolymeren av arkkomponenten.

34. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at flerkomponentfiberen er tilveiebragt i en konstruksjon valgt fra gruppen bestående av side-ved-side-konstruksjonen, segmentert paikonstruksjon og øyer-i-sjø-konstruksjon.

35. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at den første komponenten omfatter en blanding av polylaktidpolymer og ikke-polylaktidpolymer.

36. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer har en krystallinitet på mer enn 25 J/g.

37. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer er fremstilt fra polylaktid inneholdende mindre enn 1 vekt% R-melkesyrerester.

38. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer har en dobbeltbrytning på mellom 0,017 og 0,012.

39. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer har en tenasitet på mer enn 5 g/denier.

40.. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at trinnet for spinnbinding ytterligere omfatter trekking av det store antallet av polylaktid-inneholdende fibrer i en luftattenuator.

41. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere omfatter trinnet: (a) binding av fibrene sammen.

42. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere omfatter trinnet: (a) binding av fibrene i floret ved minst én av nålpunching, sybinding og hydrosammenfiitring.

43. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere omfatter trinnet: (a) binding av fibrene i floret ved minst én av smeltingen av fibrene og ved kjemisk binding.

44. Flerkomponentfiber som omfatter en første komponent og en andre komponent, karakterisert ved at den første komponenten omfatter polylaktidblanding inneholdende polylaktid som har mindre enn 5 vekt% R-melkesyrerester, en laktidkonsentrasjon på mindre enn 0,5 vekt% og en antallsmidlere molekylvekt på mellom 25000 og 150000; hvor flerkomponentfiberen blir fremstilt ved spinnbinding av polylaktidblandingen ved en fiberhastighet på minst 1000 m/min., en gjennomstrømning på mellom 0,3 og 3 g/min./kapillær og en temperatur på mellom 200°C og 250°C og er avsatt som et flor.

45. Flerkomponentfiber som angitt i krav 44, karakterisert ved at den andre komponenten omfatter minst én av polykaprolakton, polypropylen og polyetylentereftalat.

46. Flerkomponentfiber som angitt i krav 44, karakterisert ved at den andre komponenten omfatter en polylaktidblanding forskjellig fra den første komponenten.