多组分脂肪族聚酯混合纤维的制作方法
【专利说明】多组分脂肪族聚酯混合纤维发明领域
[0001]本发明涉及一种多组分热塑性纤维。特别是，该纤维可以呈现出有用的热粘合特性，例如在热粘合过程中，包括不需要使用压力的热粘合过程。
【背景技术】
[0002]合成纤维被广泛的用于许多不同的应用，用来提供更强的，更薄的和更轻量的产品。合成热塑性纤维通常是热粘合性的(热结合(thermobondable))，并且因此在非织造织物的制造中是非常引人注目的，或者单独的或者与其他纤维组合(例如棉，羊毛，和木纸浆)。非织造织物转而广泛的用作各种各样的制品的组分，包括但不限于，吸收性个人护理产品，例如尿布，失禁垫，卫生巾产品，和类似产品；医用产品，例如手术单，消毒包布，和类似产品；过滤装置；衬布；湿巾；家具和寝具构造；服装；绝缘材料；和其他应用。
[0003]但传统的合成热塑性纤维不能自然降解，因此这就造成了处置含有这种纤维的产品的相关问题。特别是，再循环包含天然纤维和常规合成纤维的混合物的制品一般不是成本经济的，但是，在垃圾填埋场处理这些制品就会形成大量的不可降解的废物。当垃圾填埋场达到饱和，就更需要在一次性产品中掺入降解性更好的物质，也更需要设计出能够通过除了投入固体废物处置设施之外的方法被处理掉的产品。
[0004]为了解决固体废物处置的问题，生物可降解聚合物越来越多的作为传统合成聚合物的替代品来使用。令人关注的生物可降解聚合物包括水溶性聚合物，例如聚乙烯醇；天然合成的聚合物例如藻酸钠和微生物聚酯；可水解脂肪族聚酯和聚氨酯聚合物；和类似的聚合物。合成生物可降解脂肪族聚酯包括聚乙交酯和聚乳酸聚合物。参见，例如，U.S.专利号 5，166，231 ;5，506，041 ;5，759，569 ;5，171，309 ;6，177，193 ;6，441，267 ;6，953，622 和7，338，877，它们通过参考全部引入。
[0005]特别令人关注的是使用乳酸来制造生物可降解树脂。聚乳酸(以下称“PLA”)最初被提出是作为用于医用产品的生物可降解聚合物。Gruber等人的U.S Pant号5，142,023和5，807，973，披露了制备非医用级别聚乳酸并将其应用在非织造织物中的方法，它们通过参考全部引入。完全由聚乳酸聚合物和/或共聚物组成的生物可降解纤维的例子见U.S.专利号5，010, 145和5，760，144，它们通过参考全部引入。也参照U.S.专利号5，698，322和5，593，778 (涉及包含聚乳酸组分的双组份纤维)，它们通过参考全部引入。
[0006]将生物可降解材料成功加入在一次性吸收产品中，提供了一旦产品的使用寿命结束时丢弃产品的多个途径。首先，这些制品可以通过堆肥被容易地和有效地处理。或者，一次性产品可以被容易地和有效地处理到液体污水系统中，在其中一次性吸收产品可以被降解。
[0007]尽管生物可降解纤维是已知的，在它们的使用中还是遇到了问题。例如，已知的生物可降解纤维在压力下熔化时可以结合(热轧粘合)，但是此类纤维在其他过程中可能不会形成强结合，例如热风(air bonding)粘合过程。进一步的，许多常规的粘合剂纤维在热风粘合的温度下呈现出收缩，因为在粘合剂组分变软或者流动的温度下或者高于该温度时，纤维不能热定形，但是在粘合中，纤维必须暴露在足够高温度下来获得所需的粘合剂组分的熔融流动特性。因此，需要提供一种在热风粘合过程中能够形成强的结合的完全生物可降解纤维。
【发明内容】
[0008]本发明提供多组分热塑性纤维，其是生物可降解的并且其在热粘合过程中是有用的，特别是热风粘合过程。多组分纤维可以选自由连续纤丝，短纤维，纺粘型纤丝和熔喷型纤维组成的组。在不同的实施方式中，多组分纤维包含含有第一脂肪族聚酯的第一聚合物组分，和也含有脂肪族聚酯的第二聚合物组分，其中第一聚合物组分构成至少一部分多组分纤维的暴露表面。在一些实施方式中，大约5%或者更大的，大约15%或者更大的，大约25%或者更大的，大约50%或者更大的，或者大约75%或者更大的多组分纤维的暴露表面可以由第一聚合物组分形成。在一个优选的实施方式中，多组分纤维的全部暴露表面可以由第一聚合物组分形成。此外，多组分纤维可具有截面区域，该区域包括第一聚合物组分和第二聚合物组分，比例为大约1: 9到大约9: 1，或者大约1: 3到大约3: 1在一些实施方式中，截面区域的比例大约为1:1。
[0009]在不同的实施方式中，第一聚合物组分是聚乳酸。在一些实施方式中，第一聚合物组分包含完全无定形的聚乳酸，其中无定形的聚乳酸中右旋体的含量为大约5%或者更大，或者大约8%或者更大。此外，在不同的实施方式中，当根据熔体流动实验ASTM D1238在210°C温度下和使用2160g基重评价时，第一聚合物组分可能的熔体流动指数是大约30或者更大。在不同的实施方式中，第一聚合物组分的熔体流动指数为大约45或者更大，或者大约60或者更大。在一些实施方式中，第一聚合物组分可以进一步的包含添加剂，该添加剂适应以下的一种或两种情况，提高第一聚合物组分的熔体流动速率和降低在目标粘合温度下第一聚合物组分的粘度。因此，添加剂可降低令人满意的粘合可以发生的温度。粘合温度可以用在该温度下第一聚合物组分充分地变软或者流动可以使邻近的纤维粘合来定义，并且其中第二聚合物组分不会变软，流动或者熔化，从而多组分纤维的纤维形状得以保持。添加剂以足够使得多组分纤维发生令人满意的粘合的粘合温度降低10°C或者更多的量存在。这是有利的，因为在传统的热风粘合中，壳组分需要的令人满意的粘合温度可能高于芯组分或者变软或者熔融或者收缩到不可接受的程度的温度。因此，降低粘合温度可以提供能量节省，提高线速，并且使热风粘合成为这里披露的粘合纤维的一种可行的选择，而传统纤维仅局限于采用压力粘合的方法，如热轧粘合或者点粘合。
[0010]在多组分纤维的不同实施方式中，第一聚合物组分用第一分子量定义，第二聚合物组分用第二分子量定义。并且，第一聚合物组分可以包含添加剂，该添加剂的量足够将第一分子量降低到第一降低分子量。在不同的实施方式中，第一降低分子量少于第一分子量大约10%或者更多。例如，第一降低分子量与第一分子量的比率为大约0.9或者更低，或者约0.85或者更低。此外，第一聚合物组分与第二聚合物组分的重量比可以变化。例如，在一些实施方式中，第一聚合物组分可以具有的分子量为第二聚合物组分分子量的大约90%或者更低，或者大约85 %或者更低，或者大约80 %或者更低。在一些实施方式中，第一聚合物组分可以包含分子量降低添加剂。在不同的实施方式中，第一聚合物组分可以包含大约
0.5重量％到大约8重量％的分子量降低添加剂。在进一步的实施方式中，示例性的分子量降低添加剂可以选自季戊四醇，水，氢氧化钠，水合氧化铝三水合物，乙二醇和它们的组合。
[0011]在不同的实施方式中，第二聚合物组分是聚乳酸。在一些实施方式中，第二聚合物组分包含半结晶聚乳酸，其中半结晶聚乳酸中右旋组分的含量为大约2%或者更少，大约I %或者更少，或者大约0.6%或者更少。在一些实施方式中，第二聚合物组分包含第一半结晶聚乳酸和第二半结晶聚乳酸的混合物，其中该第一半结晶聚乳酸中右旋组分的含量为大约1.2%或者更少，该第二半结晶聚乳酸中右旋组分的含量为大约2%或者更少。该混合物的比例可为大约10: 90到大约90: 10或者大约25: 75到大约75: 25。在不同的实施方式中，第二聚合物组分的熔融温度为大约160°C或者更高。
[0012]本发明也解决了本领域中涉及到的在热风粘合过程中粘合纤维的可接受的粘合的已知问题。特别是，本发明披露的纤维的特征为在加热过程中能够抵抗收缩。在一些实施方式中，该纤维可以用良好的热收缩值来界定。特别是，根据本发明披露的纤维，可以界定为处于热风粘合环境时的热收缩值少于20%，优选地少于15%，和更优选的少于大约10%。特别地，热收缩值可以在暴露在约130°C的空气下大约5分钟的情况下来评估。收缩可以在不同的温度和时间长度下评估，取决于实施方式中多组分纤维的目标粘合温度。
[0013]此外，本发明的披露提供了一种织物，其包含多种如这里描述的热粘合多组分纤维。在特定的实施方式中，该织物可以呈现出的抗张强度为每克织物重量大约500克力到大约4500克力或者更大。在进一步的实施方式中，根据披露的一种热粘合非织造织物可以呈现出抗张强度为大约150克力或者更大，样品织物的长度和宽度分别为大约1.5英寸和大约2英寸，并且其重量为大约0.1克到大约0.3克。
[0014]特别的，本发明的多组分纤维可适用于给予粘合非织造物的粘合网强度为大约150克力或者更大，该织物包含多组分纤维作为唯一的粘合剂，其中粘合网强度是用梳理过的非织造网来测量的，该网包含75重量％ PLA 6202D纤维和25重量％的多组分纤维，其长度为大约1.5英寸，宽度大约