CN1934298B - 可拉伸的弹性共轭纤维以及具有不粘感觉的网 - Google Patents

Abstract

可拉伸的双组分纤维和网，具体适用于在一次性个人护理用品组分中的各种应用。与传统的弹性纤维和网相比，皮/芯构形对弹性的实施方案提供了希望的感觉特性，该构形通过特殊的烯烃聚合物结合以及皮部构形而获得。

Description

可拉伸的弹性共轭纤维以及具有不粘感觉的网

技术领域

本申请要求以Joy F.Jordan等人的名义于2004年3月19日申请的、名称为“EXTENSIBLE AND ELASTIC CONJUGATE FIBERS ANDWEBS HAVING A NONTACKY FEEL(可拉伸的弹性共轭纤维以及具有不粘感觉的网)”的美国临时申请No.60/554,482的优先权。

以Chang等人名义申请的代理人档案号63585、名称为“Propylene-Based Copolymers，a Method of Making the Fibers andArticles Made from the Fibers(丙烯基共聚物，制备纤维的方法和由此纤维制得的物品)”的相关申请在此作为参考被全文引入。

本发明涉及由烯烃聚合物构成的、并具有可拉伸和/或弹性特性、而没有先前的弹性纤维和网(web)的粘的感觉的纤维和网。此种纤维和长丝在许多种类的产品中获得应用，例如一次性尿布、游泳裤、失禁穿戴用品、女性卫生用品、兽医用品、绷带之类的个人护理用品，以及手术大褂、手术遮布、消毒裹布等等的卫生保健用品，和例如床上用品、抹布等等的家居用品。

背景技术

低成本纤维和网的生产已经成为一个充分发展的工业，使许多创新型的产品成为可能，例如一次性尿布、儿童游泳裤、儿童训练裤，以及成人失禁穿戴用品，在此仅列出几种产品名。在这些产品发展和改进时，对纤维和网成分的需求也由于对这些材料的持续需求而发生改变。具体地说，期望弹性特性以改进对于以下产品而言的舒适性和合体度：腰带、腿箍，甚至是这些产品的整个基材或吸湿部件，以及其它物品，例如手术大褂的袖口等等。出于成本和在生产这些一次性制品的高速设备上进行加工的难度等原因，传统的橡胶和其它纺织弹性材料在这些场合的用途很受限制。

聚合物生产商已经开发出新的烯烃聚合物种类，该新的烯烃聚合 物种类可以用和传统的聚烯烃同样的方式进行熔融加工，然而却具有与传统的橡胶和纺织弹性材料接近的弹性特性，并且该新的烯烃聚合物种类可以以经济的成本用于例如那些先前描述的一次性纤维和网。然而，对这些烯烃聚合物的使用却被推迟了，因为发粘和不舒服的感觉，使得这些纤维和网不希望被用于与皮肤接触的应用中。

因此，需要具有烯烃聚合物的低成本优势而没有所连带的发粘感觉的弹性纤维和网。本发明提供这样的烯烃聚合物纤维和网，该烯烃聚合物的形式是下文将进一步说明的共轭纤维形式。

发明内容

本发明提供一种可拉伸的共轭纤维，该纤维具有小于约80焦耳/克的总熔化热，优选地小于70焦耳/克，更优选地小于60焦耳/克。此纤维包括所有纤维重量的0.001％至约20％，对于有些用途希望至15％，对另一些用途至大约10％的第一组分A，其包括至少一部分，某些情况下至少三分之一的纤维表面，所述的第一组分包括聚丙烯均聚物或丙烯共聚物，和第二组分B，该第二组分包括弹性的烯烃聚合物，此烯烃聚合物在某些情况下是丙烯基烯烃聚合物。所述组分A可以占所述全部纤维含量的小于8重量％，并形成所述纤维的不连续表面。本发明还提供一种上述的可拉伸的共轭纤维，其中至少5％的熔融热发生在80℃以下，优选地至少25％，更优选地至少40％。实施方式包括皮/芯构形的、偏心皮/芯构形的或其它构形例如中空或饼块排列的共轭纤维。皮是不连续的或断裂的皮/芯构形可以获得有利效果。在一些实施方案中，组分A将构成90％或更多的纤维表面。并且，纤维也可以是沿长丝长度连续的或短纤维长度的，以满足不同的用途。纤维网可以通过纺粘、熔喷、梳理、湿法敷设(wetlaying)、气法敷设(airlaying)或采用织物形成步骤例如针织或机织而形成。

本发明可以使用各种低模量聚合物作为组分A，包括相对无弹性的、高熔点和结晶的聚合物，以及分离到皮部或不连续的聚合物的混合物。典型地，组分B可以从弹性的烯烃聚合物和共聚物中选择，包括单点催化的或茂金属或非茂金属催化的乙烯或丙烯基的聚合物，例如反应器级聚合物，其分子量分布(MWD)小于5和混合物，并且很多情况下熔融热小于大约60焦耳/克。组分A和组分B都可以包含将在 下文详细说明的各种为了特殊性能的添加剂以及附加组分。另外，一些实施方案利用烯烃聚合物作为组分A和B，其中在组分A中的共聚单体至少要少大约2重量％。其它实施方案使用包括至少9重量％的共聚单体的丙烯-α-烯烃共聚物作为组分A或B。

纤维和网也可以用已知技术例如卷曲、起绉、层压和涂敷、印花或用介质浸渍来处理，以得到所希望的特性例如斥水性、可湿性或吸收性。本发明还包括这些弹性纤维和网在一次性或其它产品中的使用。

不同的实施方案包括皮/芯构形，其中皮形成波纹、断口或碎片并且/或者是不连续的。在一个实施方案中，皮可以包括形成碎片的相分离的聚合物的混合物。

根据本发明的网可以通过类似纺粘法或熔融法的熔体挤出气动拉长方法制得，并在80％应变特性处具有的第一永久变形周期小于约40％，而在一些使用中小于约15％。本发明还包括形成此种纤维和网的方法。

附图说明

附图1是双组分纺丝系统的示意图，可以根据本发明而使用以形成纺粘无纺布。

附图2A-2C图解了根据本发明的共轭纤维的皮/芯结构的各种横截面构形。

附图3A-3C是根据本发明的不同的皮部构形的示意图。

附图4是实例1-01的第二DSC温度自记曲线。

附图5是绘示出本发明的共轭纤维(实例1-01到1-06)与比较例(C1，C2，C4，和C5)的韧度、模量和伸长的图。

附图6是绘示出本发明的共轭纤维(实例1-01到1-06)与比较例(C1，C2和C3)的COF的图。

附图7是绘示出本发明的共轭纤维(实例1-01到1-06)与比较例的COF和永久变形的图。

附图8是绘示出本发明的各种织物和比较例的COF图。

附图9是绘示出本发明的共轭纤维(例3-09到3-10)与比较例(C2和C5)的韧度、模量和伸长的图。

附图10是绘示出本发明的共轭纤维(例3-03到3-04)与比较例(C1，C2，C9和C10)的COF的图。

附图11是根据本发明的个人护理用品的示意图。

具体实施方式

虽然本发明是结合了包括最佳方式的特定实施方案而加以说明，可以理解的是，并非要局限于被说明的实施方案，因为这些实施方案的目的是用于例示。相反，本发明意图包括所附的权利要求书限定的精神和范围内所有的替换、修改和等效方案。

测试程序

熔体流动速率：

为了确定聚合物的熔体流动速率，使用ASTM D1238测试方法。带有丙烯的聚合物使用聚丙烯条件230℃和2.16kg。乙烯-辛烯聚合物使用聚乙烯条件190℃和2.16kg。

确定皮部和芯部的含量：

为了确定各纤维皮部的含量，采用以下程序。皮部组分的熔体流动速率与到纺丝盘上的聚合物的全部熔体流动速率的比值就是皮部比率。因此皮部含量就是纤维中皮部聚合物的质量百分比。

密度测量方法：

Coupon样品(1英寸×1英寸×0.125英寸)在190℃下在ASTMD4703-00上压模并使用程序B冷却。当样品冷却到40-50℃时，将其拿掉。当样品到23℃时，它的干重和在异丙醇中的重量使用OhausAP210天平(Ohaus公司，Pine Brook，NJ)测量。密度按照ASTM D792的程序B进行计算。

DSC测量方法：

微分扫描热量测定(DSC)是一种可以用来检验半晶体的聚合物的熔融和结晶的普通技术。DSC测量的一般原理和DSC在研究半晶体 聚合物的使用记载在标准文本中(例如E.A.Turi，ed.，ThermalCharacterization of Polymeric Materials，Academic Press，1981)。本发明实践中使用的几个共聚物通过一条DSC曲线表征，在DSC曲线中，当共聚物中的不饱和共聚单体的数量增加时，T_me基本上保持相同而T_max下降。T_me表示熔融终了的温度。T_max表示峰值熔融温度。

微分扫描热量测定(DSC)分析采用TA instruments，Inc.的一个Q1000 DSC模型来测定。DSC的校准如下进行。首先，通过从-90℃到290℃在铝的DSC盘中不放任何样品运行DSC得到一条基线。然后分析7毫克新鲜铟样品，将样品加热到180℃，以10℃/min的冷却速度冷却样品到140℃，接着在140℃等温保持样品1分钟，然后以10℃/min的加热速度从140℃加热样品到180℃。铟样品的熔化热和熔融开始点被这样确定和检验：对于熔融开始点，在156.6℃上下0.5℃范围之内，而对于熔化热，在28.71焦耳/克上下0.5焦耳/克范围之内。然后，通过以10℃/min的冷却速度从25℃到-30℃在DSC盘中冷却一小滴新鲜样品，来分析去离子水。样品在-30℃等温保持2分钟再以10℃/min的加热速度加热到60℃。熔融开始点确定和检验在0℃上下0.5℃范围之内。

聚合物样品在190℃被压成一个薄膜。约5至8毫克的样品被称出放在DSC盘中。盖子在盘上折边以确保密闭气氛。样品盘放在DSC单元以约100℃/min的高加热速度加热到高出熔融温度约30℃。样品在此温度下保持约3分钟。然后样品以10℃/min的冷却速度冷却到-40℃，然后在此温度下等温保持3分钟。接着样品以10℃/min的加热速度被加热直到完全熔融。此步骤被标定为第二次加热。分析所得的热函曲线得到峰值熔融温度、结晶温度开端和峰值、总熔化热(已知中也称之为熔融热)(ΔH)、80℃以下的熔化(熔融)热(△H_PA(80℃)。总熔化热通过使用一条线性基线从开始熔融到熔融结束的熔融吸热的面积积分而测得。80℃以下的熔化(熔融)热由总熔化热在80℃以下部分的面积确定。该面积典型地通过在80℃划一条垂线并使用标准DSC软件而测得。附图4图示出对于实例1-01的这种计算。

对纤维和织物的DSC测量方法：

设备、校准程序、样品制备和数据分析与上述部分中说明的相似。不同之处在于使用纤维或织物样品来代替薄膜。

纤维拉伸试验：

一条包括144根长丝的丝束在两个隔开2英寸的气动的线接触的夹具间被加载。该2英寸为标定长度。平的夹具表面被涂覆橡胶。调节压力以防止滑动(通常50-100psi)。十字头以10英寸/分钟移动直到试样断裂。应变(strain)通过十字头位移除以2英寸并乘以100而计算得出。简化载荷(g/denier，(克/旦尼尔))等于[载荷(克力)/长丝数量/长丝旦尼尔数]。伸长率由公式1确定：

公式1

其中L₀是初始长度，L_break是断裂长度。L₀设为2英寸。

韧度由公式2确定：

公式2

其中F_break是断裂测量时施加的以克力计量的力，d是每根长丝的旦尼尔数，f是长丝数量。

纤维50％的1-周期测试：

和在拉伸试验中一样，样品被加载并设定夹具间隔。十字头速度设定为10英寸/分钟。十字头在相同速度下延伸到100％应变并回复到0％应变。在回复到0％应变后，十字头以10英寸/分钟的速度延伸。设定开始加载时的应变为永久变形(set)。测量在第一次延伸和第一次收缩期间十字头在30％应变处减小的载荷。剩余载荷计算为收缩时位于30％应变处减小的载荷除以在延伸时位于30％应变处减小的载荷。织物拉伸性能：

测量无纺布的样品通过从纤维网上在机器方向(MD)和横向方向(CD)切下3英寸宽8英寸长的带子而获得。对于每个样品以g/m² 表示的基重，通过在分析天平上测得的重量除以面积而获得。使用一个配置了气动的线接触的夹具的Sintech机械测试设备进行织物拉伸测 试。初始夹具间隔设定为3英寸。8英寸的样品沿平行于十字头移动的方向被夹持然后以12英寸/分钟的速度被拉伸至断裂。对每次拉伸测试记录载荷峰值和应变峰值。

织物弹性：

使用1-周期滞后测试到80％应变测量弹性。在这个测试中，样品在一个配置了气动的线接触的夹具的Sintech机械测试设备中以4英寸的初始间隔被加载。然后样品以500mm/min的速度被拉伸到80％应变，并以相同速度回复到0％应变。设定收缩时10克载荷下的应变为永久变形。滞后损耗定义为在拉伸和收缩周期之间的能量差。降负荷是50％应变处的回缩力。在所有情况下，样品是生的或未老化的状态下测量的。

纤维感觉：

纤维的感觉通过根据ASTM D3108在一个直径0.25英寸的钢柱(洛氏硬度C60-C62；光滑度最大为10微英寸)上以90°包角测量摩擦系数而获得。样品包括144根长丝。测量速度为20米每分钟，预张力为5克力。

无纺布感觉测量：

无纺布的感觉通过将织物以152mm/min的速度在另一个织物上滑过6英寸(152mm)测得的摩擦系数来表征。为了进行测试，一片尺寸为2英寸×4英寸(50.8mm×101.6mm)的滑板，加上泡沫塑料以达到200克的最后重量，用环首螺钉固定在一片120mm长(MD)和67mm宽(CD)的测试材料的样品上。第二个测试材料的样品被固定在一个平面上，此平面至少覆盖滑板移动空间并具有305mm(MD)的宽度和约102mm至127mm(CD)。如果需要，可以在滑板样品上开一个25.4mm的V形口，以安装环首螺钉。滑板位于织物覆盖的测试表面上并与一个设备连接，例如一个用于200克滑片的ChatillionModel DFI COF-2平均量规，可从S.A.Meyer，Milwaukee，WI获得，使用一条充分延伸的金属线，样品的MD平行于金属线。滑板的移动可 以通过一个设备控制，例如一台Kayeness“Combi”Model 1055测试仪，可从Kayeness，Inc.，Honey Brook，PA获得，量规提供60秒移动的连续读数，测得平均COF和COF峰值。测试在标准状态即约23℃和50％的相对湿度下进行。重复10次并平均结果。样品准备为3层厚并在测试开始前去掉作为桌面样品和滑板样品的外层。摩擦系数较高表明织物更粗糙或比希望的“感觉”差。通常小于1.6的系数是可以接受的，小于1.4的系数是所希望的。

扫描电子显微术：

用于扫描电子显微的纤维和无纺布样品固定在铝制的带有碳黑填充带和铜带的样品台上。然后固定的样品被涂覆100-200的金-钯，使用Structure Probe Incorporated(West Chester，Massachusetts)的配置了氩气源和真空泵的SPI-Module Sputter Coater(型号11430)。

然后被涂覆的样品在Hitachi America，Ltd(Shaumerg，Illinois)提供的配置了场效应枪的S4100扫描电子显微镜下被检测。被检测的样品使用3-5kV的加速电压的二次电子像模式，使用数字图像捕捉系统来收集图像。

定义

此处，下述术语具有特定含义，除非文中要求了不同的含义或表达了不同的含义；另外，单数通常包括复数，复数通常也包括单数，除非另有说明。

此处术语“包括”是开放的，包含附加物或与其它不影响本发明的操作和结果的组成成分、设备单元或方法步骤的结合。

此处术语“纤维”概括地表示具有细长构形的物品，其可以有确定长度或者是连续的。

此处术语“长丝”是“纤维”的一种，指熔融挤出并气动拉伸，通常是连续的细股，具有很大长度与直径比率，例如一千或更多。

此处术语“可拉伸的”包括具有或不具有收缩特性的材料，但纤维可以拉伸至初始尺寸的至少50％(即1.5×)，织物可以拉伸至初始尺寸的至少100％(即2×)，使用此处说明的相应的拉伸测试程序。 “弹性的”网是指一片网样品在上面说明的测试程序下在1-周期测试到80％应变时，具有小于40％的永久变形。“弹性的”纤维是指一个纤维样品在上面说明的测试程序下在1-周期测试到50％应变时，具有小于15％的永久变形。

如所知的，永久变形的减小表示弹性性能的提高，例如在一些使用中，本发明的纤维和网具有小于15％的永久变形值。一根纤维或一片网被拉伸到某一点然后释放到拉伸前的初始位置，然后再次拉伸。纤维或网开始加上载荷的点被指定为根据所使用的拉伸周期数的永久变形率。“弹性材料”在本文中也被称为“弹性体”或“弹性的”。弹性材料(有时称为弹性物品)包含聚合物本身，还包括但不限于以纤维、薄膜、条、带、带条、片及类似物形式的聚合物。优选的弹性材料是网(web)。弹性材料可以是已处理的或未处理的、放射的或不放射的、和/或交联的或不交联的。

此处术语“非弹性的”指不符合“弹性的”定义的材料，可以是可拉伸的或不可拉伸的。

此处术语“无纺布”指纤维或长丝形成的网，通过不同于针织或机织的方法，并在一些或全部纤维或长丝间包含粘结；此种粘结可以通过例如热的、胶粘的或例如缠结的机械方法形成。通常无纺布通过纺粘、熔喷、梳理、湿法敷设和气法敷设方法形成。

此处术语“纺粘”指长丝形成的无纺布这样形成，通过聚合物熔融挤出成线并被冷却和拉伸，通常使用高速气流以对收集到一个形成面上并被粘结的长丝进行加强，所述粘结通常通过热压方式进行。纺粘过程在例如以下专利有所描述：授予Appel等人的专利US 4,340,563，授予Matsuki等人的专利US 3,802,817，和授予Dorschner等人的专利US 3,692,618，这些文献在此被全文引用以作参考。

此处术语“熔喷”指这样形成的无纺布：通过熔融聚合物被挤出通过多个细小的通常是圆的毛细管模头形成熔化的线或长丝，汇集到高速、通常是加热的气体(例如空气)流中以使长丝变细，减小它们的尺寸通常到微纤维级(即直径小于10微米)。长丝通过高速气流被运送到一个收集表面，通常那时还是粘的，以形成一个由无规分散的通常连续的长丝构成的网。此过程可以通过例如授予Buntin的专利US 3,849,241说明，该文献在此被全文引用以作参考。

此处术语“共轭”和“多组分”交替使用，并且是指纤维或长丝通过在每根纤维或长丝中联合多种挤出物，导致至少两个不同的部分，这两个部分在纤维或长丝的整个长度上被分开的聚合物组分所占据。纤维的横截面可以具有多种构形，例如并列型、饼型、皮-芯型、偏心皮-芯型和海中岛屿型。在本发明中对皮-芯构形更感兴趣。在某些用途中，共轭纤维或长丝还可以具有一个或多个中空部分。共轭纤维和长丝以及它们的制备可以通过例如授予Shawver等人的专利US5,425,987说明，该文献在此被全文引入以作参考。共轭纤维和长丝可以通过包含但不局限于纺粘或熔喷过程的工艺被处理。

“聚合物”指通过聚合相同或不同类型的单体形成的大分子化合物。“聚合物”包括均聚物、共聚物、三元共聚物、互聚物等。术语“互聚物”指通过聚合至少两种不同类型的单体或共聚单体制得的聚合物。它包括但不局限于共聚物(其通常指的是用两种不同类型的单体或共聚单体制得的聚合物，尽管它经常可交换地与“互聚物”使用，“互聚物”指的是用三种或更多种不同类型的单体或共聚单体制得的聚合物)，三元共聚物(其通常指的是用三种不同类型的单体或共聚单体制得的聚合物)，四元共聚物(其通常指的是用四种单体或共聚单体制得的聚合物)，以及类似物。术语“单体”或“共聚单体”交替使用，并且他们指的是任何带有可聚合部分的可加入到一个反应器中产生聚合物的化合物。在这些例子中，描述的聚合物包括一个或多个单体，举例来说，包括丙烯和乙烯的聚合物，此聚合物当然包括来自单体的单元，例如-CH₂-CH₂-，但不是单体本身，例如CH₂＝CH₂。此处使用的术语“聚合物”通常包含但不限制于均聚物、共聚物，举例来说，嵌段、接枝、无规、交替共聚物、互聚物等，以及它们的混合和变性。另外，除非另有特别限制，此术语包含分子式的所有可能的几何构形。

“P/E^*共聚物”和类似术语指一种丙烯/不饱和共聚单体(典型地和优选地为乙烯)共聚物，特征在于具有以下特性的至少一种：(i)对应于区域误差约在大约14.6和大约15.7ppm的多个¹³C NMR峰值，这些峰值的强度大约相等，(ii)DSC曲线，具有基本上保持相同的 T_me，和在共聚单体数量在共聚物中增加时下降的T_max，共聚单体即来自乙烯的单元和/或不饱和共聚单体，以及(iii)X光衍射图，表现出与Ziegler-Natta(Z-N)催化剂制备的可比较的共聚物相比，具有更多的γ型晶体。典型地在此实施方案中的共聚物具有至少两个，优选为所有三个这些特性。在本发明其它实施方案中，这些共聚物还表征为进一步还包括以下特性：(iv)大于约-1.20的偏斜系数S_ix。

此处术语“丙烯基烯烃聚合物”指用丙烯单元排他性地或者主导性地制得的聚合物或共聚物。

“茂金属催化聚合物”和类似术语指使用茂金属催化剂的聚合物。“限制几何形状的催化剂催化的聚合物”、“CGC-催化的聚合物”和类似术语指在有限制几何形状的催化剂存在的情况下制备的任何聚合物。“Ziegler-Natta催化的聚合物”、“Z-N催化的聚合物”和类似术语指在用Ziegler-Natta催化剂制备的任何聚合物。“茂金属”意思是含有金属的化合物，具有至少一种替代或非替代环茂二烯基和金属耦合。“限制几何形状的催化剂(Constrained Geometry Catalyst)”或“CGC”在这里的意思和在USP 5,272,236和5,278,272中描述和限定的术语意思相同。

“无规共聚物”指单体在聚合物链中无规分布的共聚物。“丙烯均聚物”和类似术语指包含的所有的或基本上所有的单元都来自于丙烯的聚合物。“聚丙烯均聚物”和类似术语指包括来自丙烯和乙烯和/或一种或多种不饱和共聚单体的单元的聚合物。术语“共聚物”包含三元共聚物、四元共聚物等等。

本发明的组分B聚合物，或者是单独的或者是与一种或更多种其它聚合物混合的，如果希望或需要，可以添加各种添加剂例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、成核剂、润滑剂、阻燃剂、防粘剂、着色剂、无机或有机填充物或类似物。这些添加剂以常规剂量用在常规方面中。

虽然用在本发明的纤维的组分B可以包括丙烯共聚物和在本发明中可以实际使用的一种或多种聚合物的混合物，并且聚合物混合比率可以方便地在很大范围内变化，在本发明的一个实施方案中，纤维包括一种组分B，该组分B与重量百分比至少为98、优选为至少99并且更优选为基本上100的丙烯共聚物混合，丙烯共聚物包括至少约50、 优选为至少约60、更优选的为至少约70重量百分比的来自丙烯的单元，并且至少约8重量百分比的单元来自共聚单体而非丙烯(优选为乙烯或C_4-12α-烯烃)，此共聚物特征在于具有60焦耳/克或更少的熔化热，优选为50焦耳/克或更少，更优选为40焦耳/克或更少。在本发明的另一个实施方案中，丙烯共聚物是一种或更多种丙烯/乙烯共聚物。如上文所述，用这些聚合物或聚合物的混合物制得的纤维可以具有许多不同形式或构形中的任何一种。

根据本发明，共轭纤维或长丝用组分A构成，该组分A包括纤维或长丝表面的至少一部分，在某些实施方案中为90％或更多。表面含量可以容易地从挤压比而确定，特别是对组分A为皮部的皮-芯型纤维和长丝而言。皮部组分的含量不超过约10重量％也是重要的，以避免对弹性性能造成有害影响。为了得到不连续的皮部，希望皮部组分不要超过大约6％的重量百分比。

根据本发明，希望组分A从茂金属催化的聚合物和共聚物，或非茂金属催化的乙烯或丙烯基弹性体和塑性体中选择。例子包括但不局限于丙烯基弹性体和塑性体，可以从Dow获得，以及来自Exxon-Mobil的商标为VISTAMAXX的产品，和来自Mitsui的商标为TAFMER的产品。出于功能性优点的考虑，共聚单体可以包括C2，C4-C22以及其它的如二烯、4-甲基戊烯。丙烯共聚物的选择通常为约93摩尔％至基本上100摩尔％的丙烯，特别地约90摩尔％至基本上100摩尔％的丙烯，用于乙烯共聚物。丙烯摩尔％越高，倾向于制得越硬的纤维和长丝，而共聚单体的摩尔％越高，倾向于例如增加弹性。对于某些实施方案，组分A可以是相分离的聚合物的混合物，提供相分离聚合物碎片的独特的皮肤构形。

根据本发明，希望组分B从可以用茂金属催化的弹性聚合物和共聚物，或非茂金属催化的乙烯或丙烯基弹性体中选择。显微结构可以是例如随机的、非随机的或嵌段共聚物。例子包括但不局限于丙烯基弹性体和塑性体，可以从例如Dow的AFFINITY商标的产品或其它产品获得，以及来自Exxon-Mobil的商标为VISTAMAXX或Exact的产品，和来自Mitsui的商标为TAFMER的产品。出于功能性优点的考虑，对于丙烯基共聚物，共聚单体可以是C₂，C₄-C₂₂以及其它的如二烯、4- 甲基戊烯。共聚单体数量的选择取决于具体的共聚单体和希望的弹性性能，数量越小结果是弹性越大而结晶度越低。对于丙烯基共聚物，通常希望丙烯的重量％在大约60至91％的范围内，丙烯的摩尔％在大约79至91摩尔％的范围内。具体对于带有乙烯的共聚物，希望丙烯的重量％在大约84至91％的范围内而摩尔％在大约77至87摩尔％的范围内。对于乙烯基弹性体，希望的选择基于结晶度范围在1至39体积％的范围内，对于某些应用有利地在1至15体积％的范围内。结晶度的体积百分比使用两相模型，定义如下

$\frac{1}{\mathrm{\ρ}}=\frac{x}{{\mathrm{\ρ}}_c}+\frac{1-x}{{\mathrm{\ρ}}_a}$

其中ρ是聚合物密度，ρ_c是晶体密度，ρ_a是非晶体密度，x是晶体重量百分比。x/ρ_c的商乘以100％是结晶度的体积百分比。对于丙烯结晶度，ρ_a取0.853g/cm³而ρ_c取0.936g/cm³。

对于乙烯-辛烯弹性体，希望的密度范围选择在约0.855至0.910g/cc内，对于某些应用有利地约0.855至0.875。其它参数例如熔体流动和分子量分布可以取决于本领域技术人员所知的纺丝条件。

本发明的组分B丙烯共聚物包括至少约50，优选为至少约60，更优选为至少约70的来自丙烯的单元，基于共聚物重量的重量％。来自丙烯的足够的单元存在于共聚物中，保证了熔融纺丝过程中丙烯的应变诱导的结晶度性能。在拉伸中的应变诱导的结晶度有利于纺丝，减少了纤维断裂和条痕。

充足的非丙烯共聚单体水平控制了结晶度，因此保持了弹性性能。尽管丙烯共聚物的剩余单元来自于至少一个共聚单体例如乙烯、C_4-20α烯烃、C_4-20二烯、聚苯乙烯化合物和类似物，优选地共聚单体是乙烯和C_4-12α烯烃中的至少一个，该C_4-12α烯烃例如是1-己烯或1-辛烯。优选地，共聚物的剩余单元仅仅来自于乙烯。

共聚物中的非乙烯共聚单体的数量，至少部分是共聚单体和希望的共聚物的熔融热的一个函数。希望的共聚物的熔融热不超过大约60焦耳/克，对于弹性纤维不超过50焦耳/克。如果共聚单体是乙烯，那么典型地共聚单体衍生的单元包括不超过共聚物重量的16重量％，优选地不超过大约15重量％，更优选地不超过大约12重量％。乙烯衍生 的单元的最小数量典型地至少为共聚物重量的大约5重量％，优选地至少大约6重量％，更优选地至少大约8重量％。

本发明的组分B丙烯共聚物能够用任何工艺制得，并包括通过使用Zeigler-Natta，CGC，茂金属、非茂金属、金属中心的(metal centered)、杂环原子配位体催化的共聚物。这些共聚物包括随机的、嵌段的、接枝共聚物，尽管优选地共聚物为随机构形。示范性的丙烯共聚物包括Exxon-Mobil VISTAMAXX、Mitsui TAFMER以及The Dow ChemicalCompany(陶氏化学公司)的丙烯基弹性体和塑性体。

本发明组分B共聚物的密度典型地为至少大约0.850，优选地至少为大约0.860，更优选地至少为大约0.865克每立方厘米(g/cm³)。典型地丙烯共聚物的最大密度为大约0.915，优选地最大密度为大约0.900，更优选地最大密度为大约0.890g/cm³。

本发明的组分B共聚物的重均分子量(Mw)可以在很大范围内改变，但典型地在10,000和1,000,000之间(在理解了只有最小或最大Mw的界线根据实际的考虑而设定)。对于熔喷纤维的制造所使用的共聚物，优选最小Mw是大约20,000，更优选是大约25,000。

本发明的组分B共聚物的多分散性典型地在大约2至大约4之间。“窄多分散性”、“窄分子量分布”、“窄MWD”和类似术语意思是重均分子量(M_w)和数均分子量(M_n)的比值(M_w/M_n)小于大约3.5，优选为小于大约3.0，更优选为小于大约2.8，更优选为小于大约2.5，更优选为小于大约2.3。用在纤维中的聚合物典型地具有窄多分散性。包括两种或更多种本发明的共聚物的混合物，或者包括至少一种本发明的共聚物和至少一种其它聚合物的混合物，可以具有大于4的多分散性，尽管考虑到用在纺丝上，此种混合物的多分散性优选地在大约2到大约4之间。

合适的组分B聚合物的例子在美国专利申请代理人档案号63585中有更为详细的说明，此专利申请在同一优先权日递交，申请人为Chang等人，名称为“Propylene-Based Copolymers，a Method of Makingthe Fibers and Articles Made from the Fibers”，该文献在此被全文引用以作参考。

组分B还可以包括至少一种丙烯-共聚物例如丙烯-乙烯的混合物。 合适的附加聚合物可以包含其它丙烯共聚物，该丙烯共聚物包含但不限制于丙烯-乙烯、聚丙烯均聚物和聚乙烯。也可以采用乙烯聚合物和共聚物。合适的附加聚合物可以通过使用Zeigler-Natta，CGC，茂金属、非茂金属、金属中心的、杂环原子配位体催化的共聚物。这些共聚物包括随机的、嵌段的、接枝共聚物，尽管优选共聚物为随机构形的。组分B混合物可以在反应器中，在一个反应器构形有多个例如一系列的侧臂挤出工艺中制得，或通过熔融混合而制得。

参看附图1，其中图示了实施本发明的一个实施方案的流水线10。流水线10被安排生产双组分连续长丝，但应该理解到本发明包含用具有多于两种组分的共轭长丝制造的无纺布织物。例如，本发明的长丝和无纺布织物可以使用具有三种、四种或更多种组分的长丝。

流水线10包含一对挤出机12a和12b，用来分别挤出聚合物组分A和聚合物组分B。聚合物组分A从第一料斗14a被喂入挤出机12a，聚合物组分B从第二料斗14b被喂入挤出机12b。被喂入挤出机12a和12b的聚合物组分A和B穿过各自的聚合物导管16a和16b到达喷丝板18。

用来挤出共轭长丝的喷丝板对本领域技术人员来说是熟知的，在此不予详细说明。简单说明如下，喷丝板18包括一个容纳喷丝组件的腔，喷丝组件包括一个叠置在另一个上的多个板，板上安排有孔以形成流体通道以引导组分A和B分别穿过喷丝板。喷丝板18具有安排为一排或多排的孔。喷丝板的孔在聚合物挤出喷丝板时形成向下挤出的长丝帘。喷丝板18可以被安排为皮/芯型、偏心皮/芯型或其它长丝横截面。

流水线10还包含一个冷却风机20，位于邻接从喷丝板18延伸的长丝帘的位置。来自冷却空气风机20的空气冷却从喷丝板18延伸的长丝。冷却空气可以从长丝帘的一侧引入，如附图1所示，也可以从长丝帘的两侧引入。

位于喷丝板18下方有一个纤维拉伸单元或吸出器22，接收冷却的长丝。用在熔融纺丝聚合物的纤维拉伸单元或吸出器如上所述是公知的。用于本发明的工艺中的合适的纤维拉伸单元包含一个吸出器，此吸出器的类型见于美国专利3,802,817和3,423,255，其公开的内容在 此被全文引用以作参考。

概括地说，纤维拉伸单元22包含一个纵向拉长通道，通过此通道长丝被吸出空气拉伸，吸出空气来自通道侧面并穿过通道向下流动。一个加热器或风机24对纤维拉伸单元22提供吸出空气。吸出空气拉伸长丝和周围的空气穿过纤维拉伸单元。

一个环形带孔的成形表面26位于纤维拉伸单元22下面并接收来自纤维拉伸单元出口的连续长丝。成形表面26绕导辊28运动。一个位于成形表面26下面的真空装置30把长丝拉伸到成形表面上。

流水线10进一步包括一个粘结装置，例如点热轧粘合辊34(如虚线所示)或一个穿透空气粘合机36。点热轧粘合和穿透空气粘合对于本领域技术人员是公知的，在此不予详述。概括地说，穿透空气粘合机36包括一个接收网的有孔辊38，和一个包围有孔辊的护罩。最后，流水线10包括一个卷绕辊42，用来卷收成品织物。

要运转流水线10，料斗14a和14b被填充各自的聚合物组分A和B。聚合物组分A和B被熔融并从各自的挤出机12a和12b挤出，穿过聚合物导管16a和16b和喷丝板18。当挤出的长丝伸出喷丝板18之下时，一股来自冷却风机20的气流至少部分地冷却长丝。

冷却后，长丝被拉伸通过一股气体例如空气进入纤维拉伸单元22的纵向通道，空气从加热器或风机24穿过纤维拉伸单元。气流拉伸长丝并使长丝变细，这样提高了形成长丝的聚合物的分子取向度和结晶度。

长丝穿过纤维拉伸单元22出口并沉积到移动的成形表面26上。真空装置30相对于成形表面26拉伸长丝，以巩固连续长丝形成的未粘结的无纺网。如果需要，网可以通过压辊32被进一步压实，然后通过辊34或穿透空气粘合机36而被点热轧粘合。

如附图1所示，在穿透空气粘合机36上，空气的温度高于组分B的熔融温度并等于或低于组分A的熔融温度，从护罩40导出，穿过网并进入有孔辊38。热空气熔化聚合物组分B并因此在双组分纤维之间粘结以形成完整的网。当使用聚丙烯和聚乙烯作为聚合物组分时，进行穿透空气粘结的气流优选的温度范围从230至280

，速度从大约100至大约500英尺/分钟。穿透空气粘合机的停留时间优选为小于大 约6秒钟。然而应该理解，穿透空气粘合机的参数取决于例如所使用的聚合物类型或网厚度等因素。

最后，成品网可以被卷绕在卷绕辊42上或被引导到本领域技术人员可以理解的附加的流水线和/或转换步骤(未示出)。

尽管根据附图1说明了粘结方法是点热轧粘结或穿透空气粘结，应该理解本发明的无纺布织物可以使用其它方法粘结，例如烘箱粘结、超声粘结、水力缠结、针刺或它们的结合。这些方法是公知的，在此不予详述。

根据本发明，也可以预期弹性共轭熔喷纤维和长丝的成形。对于熔喷共轭工艺，授予Lake等人的专利US 6,461,133作为参考被全文引用。通常，可以使用与上文描述相似的聚合物分布和纺丝工艺，除了在成型时，长丝接触高速气体会聚流，该会聚流优选加热并吹到成形表面，形成粘的纤维垫。如果需要，可以使用上文描述的粘结步骤。

参看附图2，其中图示了3种形式的共轭的皮/芯型纤维的横截面。附图2A是一个偏心结构，芯组分B不在中心并可能形成纤维表面的一部分，但仍然主要在纤维的横截面里。附图2B是一个标准的皮/芯结构，芯组分完全在皮组分A内并基本上位于中心位置。附图2C表示一种海中岛屿结构，多个芯组分B被包围在组分A里。其它结构布置对于本领域技术人员是显而易见的。

参看附图3，其中示意性地图示了根据本发明预期的几个类型的皮部安排。附图3A图示了皮部的安排形成表面的碎片，可以由使用皮部组分A为如下文所述的不相容聚合物的混合物而制得。附图3B图示了波纹或起皱的皮部，在芯部组分B周围形成同心的层。附图3C图示了皮部在纤维表面形成不连续的片断。其它结构布置对于本领域技术人员是显而易见的。

实例

使用DSC熔融热小于大约60焦耳/克的聚烯烃共聚物作为组分B。使用DSC熔融热大于大约60焦耳/克的均聚物和共聚物作为组分A。每种聚合物的熔体流动速率(MFR)为20-40(或大约10-20的熔融指数(Melt Index，MI))。

表1

实例1

对于本例使用一条可从Hills of Melbourne，FL获得的纺丝线，其具有两个纺丝泵，一个2.5立方厘米每转用于组分A，第二个6.4立方厘米每转用于组分B。组分A从具有4个区的挤出机出来，4个区保持温度在170℃、200℃、220℃、220℃。组分B从具有4个区的挤出机出来，4个区保持温度在180℃、210℃、230℃、230℃。模头有144个孔，直径0.65mm，长径比3.85L/D，保持在230℃。挤出机的压力设定值为750psi，纤维速度从800米/分在30秒内上升到1350米/分。纤维以指示速度使用导丝辊拉伸。使用3个冷却区，温度为12℃，上气流为0.2米/秒，中气流为0.28米/秒，下气流为0.44米/秒。如表2的实例1-01至1-06显示的皮部含量不同的皮芯型构形，使用一种乙烯-辛烯共聚物(30-40重量％辛烯)为芯部，MI为10，密度为0.870g/cc，使用一种聚丙烯为皮部，MFR为38，密度为0.900g/cc。附图4图示了表2中的DSC特性。温度自记曲线表明实例1-01的熔融热函的99％发生在80摄氏度以下，并且全部熔融热函(ΔH)小于50焦耳/克。实例1-07至1-10描述带有PE1和PE3的皮-芯纤维。比较例C1-C5作为参考被包含在内。

表2

对拉伸力的作用作了检测，通过对于不同纤维改变生产量和纺丝速度。这样生产出不同旦尼尔的纤维。

图5图示了皮部含量对模量、韧度和断裂伸长的影响。示出模量随组分A含量的增加而升高。添加更硬的、结晶度更高的组分是提高柔软材料模量的常用方法。然而，添加一种更硬的第二相经常会降低最终性能。然而这里例子显示添加组分A到约10重量％不会严重影响伸长率和韧度。因此新颖的是这些纤维中的组分A不影响最终的性能。

附图6显示了皮部组分对COF的影响。PP1含量增加将降低COF，并表现出一条具有正曲率的线。此关系低于混合物的线性预测并证明COF比预测的低。较低的COF是直接接触皮肤的卫生用品所希望的，因为较低的COF是手感“更干”和“像棉”感觉的一方面，而不是用典型的弹性体制得的“粘的”、“黏性的”或“湿的”的物品。

附图7图示了实例1-01至1-06中随皮部含量而变化的弹性性能与COF。如所示的那样，皮部含量降低到低于大约10％使得永久变形减小，并表现出形成弹性性能的期望范围。组分A在2-10重量％范围内，COF同样下降。结合的COF和永久变形显示了在保持足够程度的弹性 同时提高手感所希望的范围。虽然本发明并非要受到任何理论的约束，人们相信具有2-10重量％组分A的纤维，具有不连续的皮部结构，将有助于所期望的相对较低COF和相对较低永久变形的结合。

所示出的皮部结构形成一种部分起皱或有波纹的结构，其具有如附图3B所示的相似的特性。虽然未被任何理论所约束，部分起皱或有波纹的结构被认为是组分A的不连续的皮部。组分A的起皱区域被认为赋予了所希望的手感。组分A的不完全覆盖被认为允许了弹性组分B的变形和更自由的回复，因此赋予了“不粘”手感和弹性性能的新颖结合。在所有情况下，得到的网的感觉相较于具有类似的弹性性能的弹性均聚物纤维网均有所改进。

基于上述的COF测试，得到的感觉来自如表1所示的1-01至1-10的纤维制得的网样品。

实例2

使用大致类似于附图1的布置，采用条件为25HPI组件，熔融温度390，0.6克/孔/分钟，4psi纤维拉伸单元，150粘结温度，如上所述的砑光辊金属织纹模式，生产出具有1 osy(34gsm)基重的纺粘网(表3)。

表3

聚丙烯皮部和塑性体皮部材料都被证明具有像布的感觉，但例2-1至2-3的实施方案证明塑性体皮部具有很好的弹性和令人愉悦的手感。另外，对每个组分使用类似的结晶度比率和热性能的树脂，可以对工艺(冷却、纺丝、更均匀的牵伸、粘结和冷却)和材料提供益处。

附图8图示了根据本发明的不同织物和比较例的COF。很明显，例2-1和2-2与纯PE3织物(C6)相比，表现出更低的COF。例2-3显示了比纯PE2织物(C7)更低的COF。

部分良好手感可归因于起皱的皮部结构(附图3B)。在对皮部和芯部的基础树脂成分进行改变时，模量以及模量差别明显地影响了起皱的程度。

实例3

使用一个如实例1的Hills装置，具有有效多相聚合的皮部的纤维如表4被提供：

表4

参考附图9，可以看出拉力响应对于相分离聚合物的混合物的皮部显示模量随PP1含量的增加而增加。与附图5的实例相似，这些实 例也显示出组分A的添加直到大约10重量％并不对伸长率和韧度产生重要影响。因此一个重要属性是，在这些纤维中组分A并不影响最终性能。

纤维用带有PE3的相分离混合物制得，组分A是PP1，组分B是PE3。PP1含量增加则COF降低，描述为一条具有正曲率的线(附图10)。其关系降到混合物的线性预测以下，证明COF比预期的低。

实例2和3的机械性能总结在表5中。

表5

参考附图11，其中图示了结合了本发明的共轭纤维的网的个人护理用品的一个实例。尿布210包括衬垫212，衬垫212是根据本发明的共轭纺粘网。衬垫212允许尿液穿过并被吸收体214吸收，而衬背216(为了清晰起见显示为剥裂状态以显示层118和120)是不透尿液的以防止渗漏。如果需要，衬垫216的外层和暴露的层也可以是根据本发明的共轭纤维网。可以提供一些附加装置，例如钩状紧固元件218，以与约束衬垫216的暴露层或者其它接收成圈元件相接合，以适应穿着者。

基于上述说明，大量的其它个人用品以及附加应用对于本领域技术人员来说是显而易见的。特别是对需要某种程度的伸展性和/或弹性的低成本应用来说，本发明的纤维和网是颇为合适的。除了诸如个人护理用品的衬里、垫层、松紧腰带和/或吊耳部件之外，其它元件的例子包括保健用品以及防护服的袖口和/或腿部部件，延伸到过滤元件和家居用品，在此仅仅列出几种物品。

尽管本发明详细说明了一些具体的实施方案，在理解了上文的说明后，本领域技术人员可以容易地得到这些实施方案的替换、改变以及等同方案。因此，本发明的范围应被评价为所附的权利要求书及其等价方案的范围。

Claims (21)

1.一种可拉伸的共轭纤维，具有小于80焦耳/克的总熔融热，所述纤维包括：

a.占全部纤维重量的0.001％到20％的第一组分A，其包括至少一部分纤维表面，所述第一组分A包括聚丙烯均聚物或丙烯共聚物，

b.以及包括弹性丙烯基烯烃聚合物的第二组分B。

2.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中组分A占全部纤维重量的0.001％到15％。

3.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中包括至少一种熔融温度大于80℃的组分。

4.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中所述第一组分A包括波纹、碎片和断口。

5.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其总熔融热小于70焦耳/克。

6.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中至少5％的热熔融发生在80℃以下。

7.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中至少40％的热熔融发生在80℃以下。

8.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中所述组分A和B都包括丙烯-α-烯烃共聚物，组分A具有的共聚单体比在组分B的少至少2重量％。

9.根据权利要求8的可拉伸的共轭纤维，其中所述组分A或组分B中的至少一个包含9重量％的共聚单体。

10.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中组分A包括至少三分之一的纤维表面。

11.根据权利要求10的可拉伸的共轭纤维，其中组分A形成波纹状的纤维表面。

12.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中所述组分A占所述全部纤维含量的小于8重量％，并形成所述纤维的不连续表面。

13.根据权利要求1的可拉伸的共轭纤维，其中组分A包括形成皮部碎片的相分离的聚合物的混合物。

14.一种可拉伸的无纺布织物，包括熔融挤出的权利要求1的可拉伸的共轭纤维。

15.一种可拉伸的无纺布织物，包括熔融挤出、气动拉伸的权利要求10的纤维。

16.根据权利要求15的无纺布织物，其中当使用1-周期滞后测试在80％应变处测量时具有小于40％的第一周期永久变形。

17.根据权利要求16的无纺布织物，其中当使用1-周期滞后测试在80％应变处测量时具有小于15％的第一周期变形。

18.一种可拉伸的层压制品，其包括权利要求16的无纺布织物。

19.一种个人护理用品，包括权利要求16的无纺布织物。

20.一种个人护理用品，包括权利要求18的可拉伸的层压制品。

21.一种形成包括共轭可拉伸纤维的可拉伸无纺布织物的方法，该纤维具有小于80焦耳/克的总熔融热，该方法包括以下步骤：

a.形成熔融组分A，该组分A包括丙烯均聚物或丙烯共聚物；

b.形成熔融组分B，该组分B包括弹性的丙烯基烯烃聚合物；

c.共同挤出作为熔体的组分A和组分B，以形成多条纤维，

其中组分A沿着所述纤维的长度方向形成所述纤维表面的至少一部分、并形成所述长丝的总重量的0.001％到20％；

d.冷却所述纤维；

e.使用受控的气体装置拉伸所述纤维；

f.收集所述纤维到一个形成表面上以形成纤维网；以及

g.粘结所述网。

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