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      包含親水組分的微纖化制件的制作方法

      文檔序號(hào):5127183閱讀:365來源:國知局
      專利名稱:包含親水組分的微纖化制件的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種親水微纖化制件、親水微纖維和微薄片以及它們各自的制造方法。所述微纖化制件具有親水性和可濕性,且它可以加入或用作各種有用的產(chǎn)品中,如吸水拭布、拖把、墊子、帶背襯、過濾器、織物、織物替換物以及需要親水性的各種其它有用的工業(yè)品和商品。
      背景已經(jīng)鑒別了可加工制成有微纖維的表面的材料,包括取向聚丙烯。見例如美國專利No.6,110,588。由某些材料并使用能進(jìn)行微纖化的各種取向薄膜制造技術(shù),由此可制造加工專利6,110,588中的可微纖化材料。這些取向薄膜的微纖化可以形成例如有微纖維的表面,所述微纖維有特定的大小和形狀。
      纖化(例如,微纖化)表面和制件,其本身或者當(dāng)和其它包含或不含纖化表面的材料混合時(shí),具有各種用途。例如,某些纖化制件可以用作拭布、圍巾、背襯、織物、過濾器等。在這些應(yīng)用中有一些要求選擇具有適于特殊應(yīng)用的物理或化學(xué)性質(zhì)的纖化表面。例如在某些應(yīng)用中,選擇纖化的表面是有用的,所述表面包含一種或多種親水、疏水、親油、疏油、惰性或防污的、可充靜電的材料等。
      某些可熔融加工的聚合物可用于制造可微纖化和微纖化的材料,它們并不是特別親水。聚烯烴如聚丙烯以及其它用于形成微纖化表面的類似聚合物材料通常不是親水的,這是因?yàn)樗鼈兪欠菢O性的。因此,要求開發(fā)一種方法或材料,用于提高這種用于形成微纖化表面的可熔融加工的聚合物的親水性。但是,通過將所述可熔融加工的材料加工到微纖化表面中,所述可熔融加工的材料和親水材料的化學(xué)性質(zhì)能否使所述親水材料結(jié)合并保留在可熔融加工的聚合物中是不可預(yù)知的。例如,預(yù)計(jì)在水力纏結(jié)(thdroentanglement)或其它微纖化過程中,某些水溶性親水表面活性劑或親水聚合物會(huì)被洗去或溶解,因此,預(yù)計(jì)不能保留在微纖化的制件中,以提高親水性。
      而且在制備微纖化的制件中,成分的選擇對(duì)成功制造微纖化表面來說很重要。制造微纖化制件的典型方法包括選擇可熔融加工成微纖化表面如薄膜的聚合物,通過例如拉伸、取向、拉長等方式熔融加工所述薄膜,使所述薄膜能纖維化,并使所述薄膜微纖化(例如,水力纏結(jié)),使薄膜表面變亂,形成微纖化表面。必須進(jìn)行所述各步驟,并在提供擠出、取向薄膜的設(shè)計(jì)前提下選擇薄膜的材料,使之具有將所述薄膜加工成微纖化表面的形態(tài)、機(jī)械及化學(xué)結(jié)構(gòu)。
      雖然可以往可熔融加工或可微纖化的聚合物中加入各種添加劑,以制備微纖化的制件,但是要求形態(tài)如結(jié)晶性和其它性質(zhì)如空隙存在及空隙率、分子取向、聚合物強(qiáng)度等保持平衡,由此從可熔融加工的聚合材料得到微纖化的表面。加工形成微纖化制件的聚合物或聚合物薄膜中包含的任何添加劑材料可能對(duì)將所述薄膜材料加工成微纖化表面的能力有不利影響。例如,添加劑會(huì)妨礙聚合物熔融加工(例如,擠出)、壓延和/或長度取向或微纖化的能力。例如,所述添加劑可能不利于通過熔融加工形成有用的混合物,使熔融加工的聚合材料的組成變差,妨礙加工如取向、拉伸或壓延等,或者可以進(jìn)行熔融加工和取向,但是對(duì)微纖化不利,例如不利于形成空隙,或者用其它方式影響其形態(tài)、結(jié)晶性或者進(jìn)行微纖化的薄膜所需的其它物理性質(zhì)。
      一直需要新的不同的微纖化制件和制造方法。尤其是,仍需要微纖化制件具有高性能,如高潤濕性或親水性。
      發(fā)明概述本發(fā)明涉及親水微纖化的微薄片或者微纖維制件及其制造方法。所述微薄片或微纖維可以通過如下步驟制造將適量的親水組分加入可熔融加工的聚合物中,將所述可熔融加工的聚合物和親水材料的可熔融加工的混合物加工進(jìn)行微纖化,形成微薄片或微纖維。
      本發(fā)明中,將可以提高材料親水性但同時(shí)不會(huì)妨礙將所述材料熔融加工成薄膜的量的親水組分加入可熔融加工的聚合物中,之后通過其它必需工藝形成微纖化的微纖維或微薄片表面。
      可以使用各種可加工形成微薄片或微纖維的可熔融加工的聚合物來完成本發(fā)明。某些重要實(shí)例包括聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、聚酯以及它們的混合物,但是還可以有許多具有或沒有添加成分如空隙形成劑或發(fā)泡劑的其它類型。
      可以將一定量的各種親水組分混入所述可熔融加工的聚合物中,還要使其進(jìn)行形成微纖化表面的各種加工步驟,由此來完成本發(fā)明。重要的實(shí)例包括某些親水聚合物和某些親水表面活性劑,尤其是非離子親水表面活性劑。
      本文所用的,“親水”、“親水性”以及類似術(shù)語用于說明可以被水、酸和堿的水溶液(例如,氫氧化鉀水溶液)、極性液體(例如,硫酸和乙二醇)或者它們的混合物潤濕的材料。(見美國專利No.5,804,625)。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中,微纖化的微薄片或微纖維制件可以充分親水,達(dá)到每克微纖化制件約5-10克的水。本發(fā)明微纖化制件的其它實(shí)施方式可以充分親水,可以將吸收的水量提高至少30%,高達(dá)1000%或以上,例如200%(和沒有親水組分的相同制件比較)。
      因此,本發(fā)明一方面涉及親水的微纖化制件,該制件包括取向的熔融加工的聚合物材料,其中,所述聚合物材料包括熔融加工的聚合物(如聚丙烯、聚乙烯或者它們的混合物)和親水組分,所述親水組分的量能有效提高所述微纖化制件的親水性。
      本發(fā)明另一方面涉及一種親水制件,它包含取向的熔融加工的材料,且所述聚合物材料包含高熔體強(qiáng)度的聚丙烯和親水組分。
      本發(fā)明另一方面涉及一種親水的微纖化制件,它包含取向的熔融加工的聚合物材料,其中,所述聚合物材料包含熔融加工的聚合物和親水表面活性劑。
      本發(fā)明另一方面涉及親水的微纖化制件,所述制件包含取向的熔融加工的聚合物材料,其中,所述聚合物材料包含熔融加工的聚合物和親水聚合物,且所述親水聚合物選自磺化的聚酯和聚乙烯吡咯烷酮。
      本發(fā)明另一方面涉及制造親水的微纖化制件的方法。所述方法包括將可熔融加工的聚合物和親水組分的混合物擠出形成薄膜,使所述薄膜取向,形成可微纖化的材料,并使所述可微纖化的材料微纖化,形成親水的微纖化制件。
      詳述本發(fā)明涉及制造微纖化制件的方法,所述制件包含親水的微纖化的微薄片或微纖維。所述微纖化的制件通常由可熔融加工的組分的混合物制成,所述組分包含可熔融加工的聚合物和親水的組分。所述親水組分本身可以或不可以進(jìn)行熔融加工。
      所述微纖化的制件由所選材料制造,該材料通常呈熔融加工聚合物形式,將其轉(zhuǎn)化成了可以進(jìn)行微纖化形成呈微纖維或微薄片形式的薄膜碎片的聚合物薄膜。這種形成微纖維或微薄片的材料本文是指“可微纖化的材料”。
      本文所用的,術(shù)語“微薄片或微纖維制件”和“微纖化制件”是指通過微纖化形成的具有包括微纖維或微薄片的表面結(jié)構(gòu)或者類似大小和形狀的表面結(jié)構(gòu)的微纖化材料。一類這種結(jié)構(gòu),微纖維應(yīng)理解為其大小和形狀特征為有效直徑小于20微米且橫向?qū)捄癖葹?.5∶1到20∶1,橫截面積約為0.5-3.0μ2,且可以提供表面積約為0.5-30平方米/克的優(yōu)選表面。另一類微纖化的結(jié)構(gòu)、微纖化的微薄片或“微薄片”應(yīng)理解為包括片狀結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中,所述微薄片往往一般相互平行,呈片狀或者類似于片的帶狀,其中,所述微薄片三維中兩個(gè)的長度至少是所述微薄片第三維的長度的10倍,較好是至少20倍。所述微薄片的平均長度或厚度通常小于20微米,較好小于約5微米,更好是約為1-3微米。所述微薄片的平均寬度小于約200微米,較好小于約80微米,更好是約為5-30微米。所述微薄片表面的寬厚比例如為1∶1到1∶20,且取決于取向平衡程度。更加不平衡拉伸將形成更加像帶狀的微薄片。所述薄片可以相互連接,往往在寬度或長度方向上連續(xù)。使用掃描電子纖維鏡可以測(cè)量所述尺寸。
      在受讓人的待審批專利申請(qǐng)USSN 09/602,978(名為“Fibrillated Article andMethod of Making”,提交于2000年6月23日)、USSN 09/858253(提交于2001年5月15日,名為“Fiber Films and Articles from Microlayer Substrates”和美國專利No.6,110,588和6,333,433中說明了微薄片和微纖維結(jié)構(gòu)的例子,以上所述專利均參考引用于此。
      術(shù)語“微薄片”和“微纖維”不包括美國專利No.Re.30,782中所述的駐極體纖維材料,它是通過在取向薄膜的整個(gè)厚度內(nèi)進(jìn)行機(jī)械原纖化,形成纖維。根據(jù)Re.30,782制備的纖維例子的特征揭示了厚10微米,寬40微米的纖維尺寸,有效直徑為25微米。
      可微纖化的材料包括各種可熔融加工的聚合物或者熔融加工的聚合物薄膜,所述薄膜可以進(jìn)一步微纖化加工,形成微纖維或微薄片。通常,可以微纖化形成微纖維或微薄片的可微纖化的材料包括能通過機(jī)械或其它作用,尤其是通過流體微纖化進(jìn)行加工,產(chǎn)生使所述材料斷裂、分裂或者其它破裂或碎裂的形式,在所述材料上或者由其表面形成微纖維或微薄片的材料。可微纖化材料的重要代表例包括擠出、取向的聚合物薄膜材料,它具有合適的形態(tài),尤其是通過水力纏結(jié)技術(shù)可以微纖化成微薄片或微纖維。
      可微纖化的材料通常由熔融加工的聚合物材料制成,其結(jié)構(gòu)或形態(tài)包括在機(jī)械接觸時(shí)能由聚合物薄膜形成微薄片或微纖維的至少一種特征,通常包括合適的聚合材料取向。便于形成薄片或微纖維的薄膜性質(zhì)包括結(jié)構(gòu)特征如空隙、微空隙或者聚合物中的其它斷裂;薄膜的取向如雙軸或單軸取向;多層(尤其是當(dāng)不同層表面的界面使多層薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變?nèi)鯐r(shí),或者當(dāng)所述薄膜極薄如“微層薄膜”)時(shí);以及形態(tài)如結(jié)晶性。在薄膜中可以僅有合適的取向,以進(jìn)行微纖化?;蛘?,取向和這些不同特征中的一種或多種可組合存在。當(dāng)存在不同特性的組合時(shí),相對(duì)于僅存在單個(gè)性質(zhì)時(shí)進(jìn)行微纖化所必需的性質(zhì)的量或強(qiáng)度,所述性質(zhì)中的一個(gè)或兩個(gè)的量或強(qiáng)度會(huì)會(huì)降低。
      可用于制備本發(fā)明親水微薄片或微纖維的聚合物包括各種不同的可熔融加工的聚合材料,以及不同聚合材料的混合物和摻合物。有用的一類可熔融加工的聚合物的重要例子是聚烯烴,包括聚乙烯和聚丙烯,尤其包括全同立構(gòu)(或叫等規(guī))聚丙烯、間規(guī)聚丙烯、全同立構(gòu)、無規(guī)和/或間規(guī)聚丙烯的混合物以及這些中任一種和另一種可熔融加工的聚合物的混合物。
      在加工所述薄膜的過程中,在薄膜中可以獲得便于進(jìn)行微纖化的性質(zhì)。通常,通過選擇如下所述材料中的一種或多種,在所述聚合物薄膜中可獲得所述性質(zhì)以及所述性質(zhì)的綜合聚合物材料的組成、加工條件如在擠出或共擠出可熔融加工的聚合混合物過程中的加工條件、多層薄膜如微層薄膜、在擠出或共擠出之后的加工條件(可能包括如流延、淬火、退火、壓延、取向、固態(tài)拉伸、輥擠出(roll-trusion)等的單獨(dú)步驟或組合步驟)。
      聚合薄膜通常包含具有碳原子主鏈的長分子鏈。由于各聚合物鏈的無規(guī)取向和纏結(jié),常常不能微纖化聚合物薄膜的表面。在一種便于微纖化的方法中,聚合物鏈可以進(jìn)行取向,使相互之間相對(duì)地更加平行,且部分解纏結(jié)。分子取向度可以定義為拉伸比,即最終長度和原來長度的比例??梢酝ㄟ^包括壓延和長度取向步驟的技術(shù)組合來進(jìn)行取向。
      通過薄膜的取向可以促進(jìn)聚合物薄膜的微纖化,上述取向包括雙軸取向或單軸取向。雙軸取向是指基本上沿兩個(gè)方向拉長或拉伸薄膜。單軸取向是指沿一個(gè)方向拉長或拉伸薄膜比沿另一方向例如垂直方向拉伸更多。通過例方法,薄膜可以沿縱向拉伸,這時(shí)其寬度并不固定,且薄膜變得更長、更薄,且寬度變得更窄。在另一示例方法中,當(dāng)長度被拉伸時(shí)其寬度可以保持恒定。換句話說,相比在另一方向尤其是縱向的垂直方向如橫向較小的取向,通過在一個(gè)方向例如縱向上進(jìn)行相對(duì)較多的取向,由此可以獲得足夠的取向,以進(jìn)行微纖化。
      結(jié)晶性也會(huì)影響薄膜可微纖化的能力,尤其是單軸取向的薄膜。各種半結(jié)晶、結(jié)晶和高度結(jié)晶的材料可以加工成可微纖化的,并且能加工形成微纖維或微薄片。用于形成可微纖化的薄膜的聚合物材料例子包括半結(jié)晶的熔融加工薄膜,它具有通過最佳組合使用流延和后續(xù)加工如壓延、退火、拉伸和重結(jié)晶在聚合物薄膜中形成的最大結(jié)晶度。對(duì)于作為實(shí)例的聚丙烯,優(yōu)選的結(jié)晶度要高于60%,較好高于70%,最好高于75%。所述結(jié)晶度可以通過差示掃描量熱計(jì)(DSC)測(cè)量,并和100%結(jié)晶度的聚合物的外推值進(jìn)行比較。例如可見B.Wunderlich,Thermal Analysis,Academic Press,Boston,Mass.,1990。
      形成微薄片和微纖維的可微纖化的材料和薄膜還可以包含球晶和微空隙,便于進(jìn)行纖維化。見例如美國專利No.6,110,588。
      可以使用任何合適的聚合物薄膜組合物和加工步驟以及條件的組合來提供足夠的取向和微觀結(jié)構(gòu),例如結(jié)晶度、空隙或微空隙、球晶、多層、微層等,制備可微纖化的材料,如可以微纖化形成微薄片或微纖維的薄膜或者多層薄膜的層。這些條件可以包括流延、淬火、退火、壓延、取向、固態(tài)拉伸、輥擠出等的組合。
      在美國專利No.6,110,588中公開了可以用于制備可微纖化的材料層的可熔融加工材料的一些具體例子。示例性半結(jié)晶聚合物包括高密度和低密度聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚(甲基戊烯)、聚(乙烯-三氟氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)、聚(對(duì)苯二甲酸丁二酯)、尼龍6、尼龍66、聚丁烯以及熱致液晶聚合物、這些聚合物中的一種或多種和其中另一種或另一種聚合物的摻合物,或者由上述任一單體和上述的另一單體或不同單體形成的共聚物。有用聚合物的重要例子包括聚烯烴如聚丙烯和聚乙烯,它們?nèi)菀滓缘统杀精@得,且為微纖化制件提供所需的性質(zhì),如高模量和高拉伸強(qiáng)度。
      可選擇聚合物的分子量,使所述聚合物在擠出和共擠出所用加工條件下可熔融加工(即可擠出或可共擠出),并且可以和有用量的親水組分混合。對(duì)聚丙烯和聚乙烯而言,所述分子量可以約為5000-499000,較好約為100,000-300,000。
      仍舊參考‘588專利,它說明了可以使用任何合適的加工條件組合,為熔融加工的薄膜提供結(jié)晶性或取向。例如,以熔融加工的平擠薄膜為原料,將所述薄膜壓延、拉伸、取向、流延、淬火、退火、牽伸、輥擠出等。這種加工過程通常起到提高所述聚合物結(jié)晶度以及球晶大小和數(shù)量的作用。
      所述‘588專利說明了用于制造有用的可微纖化的材料材料和技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式以及任選加工步驟的其它細(xì)節(jié)和實(shí)例。這些說明結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容以及技術(shù)人員已知的知識(shí),就可以制造本文所述的薄膜和制件。
      本發(fā)明可以使用的另一類可微纖化的材料包括發(fā)泡和取向的聚合物,較好是熱塑性聚合物。所述泡沫材料可以使用擠出加工,例如通過將一種或多種聚合物和氣體或者超臨界流體(SCF)加入雙螺桿(TSE)或單螺桿擠出機(jī)(SSE)來制備。將氣體加入聚合物流中的一種方法是使用化學(xué)發(fā)泡劑(CBA)如偶氮二甲羰酰胺或碳酸氫鈉/檸檬酸摻合物。所述CBA在高溫下降解,通過分解或反應(yīng)來產(chǎn)生氣體。將氣體加入聚合物流中的另一種方法是使用物理發(fā)泡劑(PBA),如二氧化碳、氮?dú)饣蛘呶焱?。所述氣體或SCF和聚合物在高壓下充分混合,較好混合成單相混合物。當(dāng)所得混合物離開所述擠出機(jī)時(shí),所述聚合物發(fā)泡,并且所得擠出泡沫材料的密度通常比所述純的未發(fā)泡的聚合物低約20-80%。
      然后,所述發(fā)泡聚合物進(jìn)行單軸或雙軸取向。對(duì)于單軸取向所述發(fā)泡聚合物,將所述泡沫材料加入長度取向機(jī)(orienter,LO)中,并取向至原長度的2-12倍。對(duì)于雙軸取向所述泡沫材料,結(jié)合使用LO和拉幅機(jī),依次沿縱向和橫向使所述泡沫材料取向。類似地,可以使用同時(shí)雙軸取向的設(shè)備如具有加速夾的拉幅機(jī),由此產(chǎn)生更加各向同性的取向泡沫材料。所述取向工藝可以提高或降低所述泡沫材料的密度,這取決于工藝條件。但是,所述取向的泡沫材料的密度通常比純的未發(fā)泡的聚合物低約20-80%。通常,密度較低的泡沫材料具有更高的空隙率,這提高了微纖化的速度。
      雖然可以以各種工藝制造取向的泡沫材料,但較好可以受讓人待審批專利申請(qǐng)USSN 09/602032(名為“Foam and Method of Making”,于2001年6月21日)中所述相同的方式制造所述泡沫材料,其內(nèi)容參考引用于此。使用本文所述的工藝和材料所制造的泡沫材料,其泡孔尺寸比常規(guī)泡沫材料小得多,由此提供視覺上更吸引人、更加均勻且更容易微纖化的材料。
      也可以參見受讓人待審批專利申請(qǐng)USSN 09/602978(名為“FibrillatedArticle and Method of Making”,于2000年6月23日提交),其內(nèi)容參考引用于此,公開了由發(fā)泡和取向的高熔體強(qiáng)度的聚丙烯制成的纖化材料,所述聚丙烯是用于制造本發(fā)明泡沫材料的有用聚合物。高熔體強(qiáng)度的聚丙烯被認(rèn)為包括在190℃下熔體強(qiáng)度為25-60CN的聚丙烯。熔體強(qiáng)度可以使用拉伸流變儀進(jìn)行測(cè)量在190℃下以0.030毫升/秒的速度將所述聚合物從長度為41.9mm、直徑為2.1mm的毛細(xì)管中擠出,然后以恒定速度拉伸所述線料,同時(shí)測(cè)量所述作用力。所述高熔體強(qiáng)度的聚丙烯的熔體強(qiáng)度較好為30-55CN,如WO 99/61520所述,其內(nèi)容全文參考引用于此。典型的高熔體強(qiáng)度的聚丙烯例子包括支化聚丙烯。所述聚丙烯可以是均聚物或具有包括乙烯的共聚單體的共聚物。
      示例性高熔體強(qiáng)度的可發(fā)泡聚丙烯由丙烯均聚物組成,或者包含具有50重量%或以上丙烯單體含量的共聚物。所述可發(fā)泡的聚丙烯可以包含丙烯均聚物或共聚物與丙烯均聚物或共聚物以外的其它均聚物或共聚物的混合物或摻合物。
      尤其有用的高熔體強(qiáng)度的丙烯共聚物是丙烯和一種或多種非丙烯類單體的共聚物。丙烯共聚物包括丙烯和選自如下的烯烴單體的無規(guī)、嵌段和接枝共聚物C3-C8α-烯烴和C4-C10二烯。丙烯共聚物還包括丙烯和選自C3-C8α-烯烴的α-烯烴的三聚物,其中,這種三元共聚物中α-烯烴含量較好小于45重量%。所述C3-C8α-烯烴包括1-丁烯、異丁烯、1-戊烯、3-薄荷基-1-丁烯、1-己烯、3,4-二甲基-1-丁烯、1-庚烯、3-甲基-1-己烯等。C4-C10二烯的例子包括1,3-丁二烯、1,4-戊二烯、異戊二烯、1,5-己二烯、2,3-二甲基己二烯等。
      其它可以加入可發(fā)泡組合物中的高熔體強(qiáng)度的聚丙烯中的聚合物包括高密度、中密度、低密度以及線型低密度聚乙烯、含氟聚合物、聚(1-丁烯)、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、離聚物和熱塑性彈性體如苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)和乙烯/丙烯/二烯共聚物(EPDM)。
      如上所述,可以使用各種發(fā)泡劑??蛇x擇往可發(fā)泡聚合物混合物中加入發(fā)泡劑的量,產(chǎn)生空隙率超過10%,甚至20%的泡沫材料,通過密度降低來測(cè)量;即1-(泡沫材料和所述純聚合物的密度比)×100。通常,這些泡沫材料的空隙率更大,能提高纖化,并且纖化表面的產(chǎn)率更高。
      另一種可根據(jù)本發(fā)明用于制造親水微薄片或微纖維以及微纖化制件的可纖化的材料是申請(qǐng)人美國專利6,331,433(名為“Films Having a FibrillatedSurface and Methods of Making”)中所述的那些聚合物取向膜材料。根據(jù)該說明,制備半結(jié)晶聚合物和空隙形成組分的取向、不混溶混合物,使之可以進(jìn)行微纖化。所述薄膜可以通過如下所述步驟制造使之具有包含結(jié)晶聚合物和空隙形成組分的不混溶混合物的取向聚合物薄膜,沿至少一個(gè)主軸拉伸所述薄膜,提供有空隙的形態(tài),任選地沿第二主軸拉伸,并通過例如流體能量使所述有空隙的薄膜微纖化,制造微纖維或微薄片。
      術(shù)語“空隙形成組分”是指能產(chǎn)生便于進(jìn)行微纖化的空隙的成分,包括上述發(fā)泡劑。所述空隙形成組分也可以是聚合物材料或者固體材料,如在可熔融加工聚合物中不混溶的材料。
      空隙形成組分的重要實(shí)例包括有機(jī)和無機(jī)固體,其平均粒度約為0.1-10.0微米,且可以是任何形狀,包括無定形、針狀、紡錘狀、片狀、菱形、立方形和球形。有用的無機(jī)固體空隙形成組分包括實(shí)心或中空的玻璃、陶瓷或金屬顆粒、微球體或珠,沸石顆粒、無機(jī)化合物包括但不限于金屬氧化物如氧化鈦、氧化鋁和二氧化硅,堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽或硫酸鹽,高嶺土、滑石、碳黑、硅酸鹽包括偏硅酸鈣(例如硅灰石)等。當(dāng)分散在半結(jié)晶聚合物組分中時(shí),可選擇無機(jī)空隙形成組分,使其表面相互作用小,這是由其化學(xué)性質(zhì)或物理形狀引起。通常,優(yōu)選的無機(jī)空隙形成組分不應(yīng)和半結(jié)晶聚合物組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),包括路易斯酸/堿相互作用,且較好其范德華(van der Waals)相互作用最小。
      某些優(yōu)選的空隙形成劑可以包括熱塑性聚合物,如半結(jié)晶聚合物和無定形聚合物,以形成和所述半結(jié)晶聚合物組分不混溶的摻合物。不混溶的摻合物顯示為多無定形相,例如根據(jù)存在多個(gè)無定形玻璃化轉(zhuǎn)變溫度確定。
      用作空隙形成組分的聚合物包括本文所述的半結(jié)晶聚合物,以及選擇成由熔體冷卻形成不連續(xù)相的無定形聚合物。有用的無定形聚合物包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、環(huán)狀烯烴共聚物(COCs)如乙烯-降冰片烯共聚物,以及增韌聚合物如苯乙烯/丁二烯橡膠(SBR)和乙烯/丙烯/二烯橡膠(EPDM)。尤其有用的不混溶聚合物摻合物組合包括例如聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚丙烯和聚苯乙烯、聚丙烯和高密度聚乙烯、聚丙烯和低密度聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯、聚丙烯和聚甲基戊烯以及聚丙烯和尼龍。
      可纖化材料中包含的這種空隙形成組分的優(yōu)選量可以為1-約49重量%,例如,5-約40重量%,或者約為10-25重量%,使所述第一半結(jié)晶聚合物形成連續(xù)相,所述空隙形成組分形成離散的不連續(xù)相。
      在受讓人的專利6331433中說明了可微纖化聚合物材料的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)選方面。這種對(duì)所述技術(shù)人員有用的信息以及本發(fā)明,可制造本發(fā)明的親水微薄片和微纖維以及包含親水組分的微纖化的制件。
      本發(fā)明可以用于制造親水微纖維和微薄片以及微纖化制件的另一種可纖化的材料包括那些有時(shí)稱為“微層薄膜”的聚合物多層薄膜。微層薄膜在聚合物薄膜領(lǐng)域中是已知的,且以其光學(xué)性質(zhì)為人熟知。在以下美國專利中說明了微層薄膜結(jié)構(gòu)的例子以及制備微層薄膜的方法(及其用途和操作原則的一些解釋)美國專利號(hào)5269995、6124971和6101032。受讓人待審批美國專利申請(qǐng)(名為“Fiber Films and Articles from Microlayer Substrates”,01/5/15提交,USSN09/858253),其內(nèi)容參考引用于此。
      通常,微層薄膜以其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)為人所知。雖然其結(jié)構(gòu)和制備方法類似,本發(fā)明所用微層薄膜根據(jù)由薄膜形成微薄片或微纖維的理念制備,與提供具有選擇光學(xué)性質(zhì)的薄膜不同。
      可通過共擠出各種聚合材料,形成一種或不同的厚度很小(較好是極小)的聚合物、共聚物或者聚合物混合物的一疊多層(較好數(shù)量大)來制造微層薄膜。
      所述薄膜的總厚度以及微層薄膜的單層可以是任何允許進(jìn)行微纖化的厚度。這些厚度值的各值可根據(jù)加工因素而具有實(shí)際限制,這些因素如使用共擠出工藝流延的層的最大總數(shù),這些層的最小厚度以及可以進(jìn)行流延或進(jìn)一步加工如壓延的共擠出薄膜的總厚度。
      微層薄膜可以包含幾十、幾百、幾千或幾萬層相同、類似或者任意數(shù)量的不同聚合物組合物,它可以是單一的聚合物、共聚物、或者兩種或多種聚合物或共聚物的混合物。選擇聚合物或共聚物作為疊層部分的原因取決于尤其與所述疊層中不同層所需的性質(zhì)有關(guān)的各種因素、那些性質(zhì)如何和疊層的其它層相關(guān)以及不同類型材料形成微薄片或微纖維的能力等。例如,兩種或多種聚合材料的微層可以包含在單一的微層疊層中,制得可以進(jìn)行微纖化的微層薄膜,由此制得在單一微纖化表面上具有任何數(shù)量的不同聚合物和性質(zhì)的微薄片或微纖維。
      所述微層薄膜可以包含與疊層具有的層數(shù)一樣多的材料或更多。為了便于制造,優(yōu)選的疊層可以僅包含幾種不同,或者僅一種或兩種材料。
      用于微層薄膜中各層的聚合材料例子包括這種聚合材料,如聚萘二酸乙二酯(PEN);聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET);無定形共聚酯,PEN共聚物如90/10 Co-PEN;PETG玻璃態(tài)PET;聚(甲基)丙烯酸甲酯及其共聚物;聚丙烯;聚苯乙烯;無規(guī)聚苯乙烯;聚乙烯;在聚丙烯基質(zhì)中的完全飽和的乙烯/丙烯橡膠;茂金屬聚(α-烯烴);乙烯-丙烯;聚丙烯中的乙烯-乙酸乙烯酯;聚丙烯中的馬來酸酯接枝聚丙烯等。
      某些微層薄膜可以進(jìn)行取向,尤其是單軸取向,形成一層或多層,成為可微纖化的層。
      微層薄膜可以使用技術(shù)人員通常已知的共擠出技術(shù)和設(shè)備來制造。根據(jù)共擠出的方法,通常將一種或許多不同的可熔融加工的聚合材料分成多股料流,流經(jīng)組合供料頭,該供料頭可以將其進(jìn)一步分成次級(jí)料流,并再次合并成復(fù)合料流,通過擠出模頭形成多層薄膜,其中,各很薄的層通常和鄰近層的主表面平行。
      可選擇薄膜中的層數(shù),獲得所需纖化性質(zhì),由于薄膜厚度、柔韌性以及經(jīng)濟(jì)性,通常使用最少層數(shù)。雖然具有更多層的薄膜可以使用,例如高達(dá)40000層或以上,有用的薄膜通常具有少于10,000層,更好是小于5000,甚至更好是小于2000或1000層。
      在擠出之后,但在進(jìn)行任何擠出后加工如拉長或壓延之前,平擠(在加工中的微層)薄膜的典型總厚度約為5密耳(127微米)-400密耳(10160微米),例如約為10密耳(254微米)-400密耳(10160微米),例如10-100密耳(254-2540微米),有時(shí)優(yōu)選約為30-65密耳(762-1651微米)。擠出后及在后續(xù)加工如壓延和拉伸之前,微層薄膜典型層厚可以是任意厚度,通常約為2-10,000微米,典型厚度約為2-100微米。
      微層薄膜進(jìn)行微纖化的能力受所述層的組成、層數(shù)和各層的厚度以及用于制備所述薄膜的加工條件的影響。當(dāng)有機(jī)聚合物通過拉伸進(jìn)行取向時(shí),通常通過擠出并在所選溫度下拉伸取向,之后任選地在所選溫度下熱定形,由此制備所述薄膜?;蛘?,所述擠出和取向步驟可以同時(shí)進(jìn)行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),微層薄膜的微纖化可以通過使薄膜基本上沿一個(gè)方向拉伸來進(jìn)行(單軸取向或一個(gè)軸取向)。對(duì)于形成微纖維,通常單軸取向?yàn)?∶1或以上就可以了。
      在聚合材料和膜加工領(lǐng)域中熟知各種可微纖化材料和薄膜的制造方法。可熔融加工的聚合物和其它材料可以和那些方法以及本發(fā)明的親水組分,在適當(dāng)選擇其各自的化學(xué)組成、性質(zhì)和量的基礎(chǔ)上用來制造可微纖化的材料或薄膜,以制造親水的微纖維和微薄片。有用技術(shù)的例子包括擠出、共擠出、層壓以及其它加工薄膜的已知方法,所有這些在聚合物薄膜技術(shù)領(lǐng)域中是為人熟知的。那些制造薄膜的有用設(shè)備對(duì)普通技術(shù)人員來說是顯而易見的,例如擠出機(jī)、多腔模頭擠出機(jī)和層壓機(jī)以及在薄膜和薄膜加工技術(shù)領(lǐng)域中已知的各種其它設(shè)備,其中一些在本文有述。而且熟知用于薄膜的后續(xù)加工技術(shù),如流延、淬火、退火、壓延、取向、固態(tài)拉伸、輥擠出等。使用這些技術(shù)、合適的設(shè)備以及本發(fā)明內(nèi)容,技術(shù)人員可以制備本發(fā)明的可微纖化的材料和微纖化的制件。
      本發(fā)明中,可熔融加工的聚合材料中可以包含和微纖化制件一起加工的親水組分,例如以上所述的。本發(fā)明中,可選擇親水組分的化學(xué)組成和量,使所述包含可熔融加工聚合物和親水組分的可熔融加工的材料仍可以加工成微纖化的微薄片或微纖維表面,這意味著可熔融加工聚合物和親水組分的混合物仍可熔融加工成薄膜,它可以進(jìn)一步加工(例如通過擠出、取向或壓延等)成可微纖化的薄膜,并且該熔融加工和進(jìn)一步加工的薄膜可微纖化,在所述薄膜的表面上形成親水的微薄片或微纖維。
      能在可熔融加工的聚合物中包含是否一定量的特殊親水組分并加制成上述親水微薄片或微纖維可以由本說明開始部分來確定,并如下更具體地說明。作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),親水組分應(yīng)能均勻地混合、摻合、溶解或者以其它方式加入可熔融加工的聚合物中,其加入量會(huì)在所得的微纖化的微薄片或微纖維中產(chǎn)生親水性,但是這并不能除去可熔融加工聚合物和親水組分的混合物的可熔融加工的性質(zhì)。換句話說,親水組分應(yīng)能夠加入可熔融加工的聚合物中,且所述混合物應(yīng)能夠熔融加工成具有有用機(jī)械性能和良好稠度和均勻性的薄膜,使之至少足以將擠出的薄膜進(jìn)一步加工成微纖化的制件。而且,可選擇并加入一定量的親水組分,使所述熔融加工的聚合物和親水組分的混合物的薄膜能進(jìn)行擠出、長度取向或者壓延,形成具有機(jī)械性能、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)(例如空隙)以及形態(tài)性質(zhì)(例如結(jié)晶性和取向)合適組合的薄膜,經(jīng)過微纖化形成微薄片或微纖維,并且所述薄膜應(yīng)能夠拉伸、取向、或者以其它方式進(jìn)行加工,而不會(huì)斷裂或撕裂,形成能微纖化而形成微薄片或微纖維的取向膜。也應(yīng)選擇親水組分,使所述熔融加工及取向的聚合物和親水組分混合物的膜通過微纖化而加工成親水微薄片或微纖維。例如,所述加工的薄膜保持足以耐受微纖化的機(jī)械性能,并且如上所述根據(jù)所述形態(tài)等,當(dāng)進(jìn)行微纖化時(shí)可形成微纖維和/或微薄片。最后,所述親水組分必須還存在于所述微纖化的結(jié)構(gòu)中,并發(fā)揮其作用,提高所述聚合材料的親水性。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),大量的已知和市售親水材料并非都可以和任意一種或多種用于形成可微纖化的薄膜的可熔融加工的聚合物一起使用,根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容,技術(shù)人員足于判斷可用于形成親水微薄片和微纖維的親水組分,及其有效量,并和不同類型的可熔融加工的聚合物,如包含空隙形成組分的聚合物、包含微層的聚合物、以及包含發(fā)泡劑的聚合物等混合使用。
      一種有用的親水組分是已知為親水表面活性劑的一類材料。親水表面活性劑包括熟知的市售材料,具有各種不同的化學(xué)性質(zhì),包括陰離子、非離子、陽離子和兩性化學(xué)性質(zhì)等,以及在這些大類的各類內(nèi)的許多不同化學(xué)性質(zhì)的化合物種類,例如氟化、非氟化的,以及被化學(xué)官能團(tuán)如酸基(例如,羧酸)、酰胺、胺、羥基等取代的那些化合物。
      有用的氟化物表面活性劑包括包含氟代脂族基團(tuán)的非離子化合物,其結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)或多個(gè)水增溶性聚氧化烯基嵌段。這類表面活性劑如美國專利No.5300357(Gardiner)所述,其說明內(nèi)容參考引用于此。通常,本發(fā)明所用的一類氟化物表面活性劑包括以下通式I所示的表面活性劑(Rf-Q)n-Z(I)式中,Rf是至少具有4個(gè)全氟化碳原子的氟代脂族基團(tuán),它可以是直鏈、支鏈或者當(dāng)足夠大時(shí)為環(huán)狀的,或者它們的任意組合。所述氟代脂族基團(tuán)中的主鏈可以包含一個(gè)或多個(gè)懸鏈?zhǔn)?caternary)雜原子,如氧、六價(jià)硫和三價(jià)氮原子,它們僅連接到主鏈的碳原子上。優(yōu)選全氟氟代脂族基團(tuán),但是氫或氯原子可以作為取代基存在,其條件是對(duì)于每兩個(gè)碳原子來說不會(huì)有一個(gè)以上的任何一個(gè)原子存在。雖然Rf可以包含大量的碳原子,其中Rf的碳原子數(shù)不超過20的化合物通常就足夠了,這是因?yàn)楦L的Rf鏈通常表示其氟原子利用效率比相對(duì)較短的鏈要低。優(yōu)選包含約4-12個(gè)碳原子的氟代脂族基團(tuán)或鏈。通常,Rf可以包含約40-78重量%的氟。Rf基團(tuán)的端基部分較好包含至少四個(gè)全氟化的碳原子,例如CF3CF2CF2CF2-,且尤其優(yōu)選的化合物是其中Rf基團(tuán)是全氟化或者基本上完全氟化的化合物,例如Rf是全氟烷基,例如CF3(CF2)n-。合適的Rf基包括例如C4F9-、C8F17-、C6F13CH2CH2-和C10F21-CH2CH2-。
      以上通式I中的Q是多價(jià)、通常是二價(jià)的連接基,或者是共價(jià)鍵,這提供了將Rf和所述Z基連接的方式,Q可以包括含雜原子的基團(tuán),例如-S-、-O-、-CO-、-SO2-、-N(R)-(其中,R是氫或者取代或未取代的C1-C6烷基,所述烷基可以包含懸鏈?zhǔn)诫s原子如O、N、S)、-CnH2n-(n=1-6);Q可以包含如下基團(tuán)的組合-CON(R)CnH2n-,-SO2N(R)CnH2n-,-SO3C6H4N(R)CnH2n-,-SO2N(R)CnH2nO[CH2CH(CH2Cl)O]gCH2CH(CH2Cl)-(n=1-6;g=1-10),-SO2N(CH3)C2H4OCH2CH(OH)CH2-,-SO2N(C2H5)C2H4OCH2CH(OH)CH2-,-SO2N(H)CH2CH(OH)CH2NHC(CH3)CH2-,-(CH2)2S(CH2)2-和-(CH2)4SCH(CH3)CH2-。
      以上通式I中的Z是包含聚(氧化烯)基(OR’)x的非離子水增溶性基團(tuán),其中,R’是具有2-約4個(gè)碳原子的亞烷基,如-CH2CH2-,-CH2CH2CH2-,-CH(CH3)CH2-,和-CH(CH3)CH(CH3)-,且x是約6-20之間的數(shù)字。Z較好包含聚(氧乙烯)基。所述聚(氧化烯)中的氧化烯單元可以相同,如聚(氧丙烯),或者可以以混合物形式存在,如無規(guī)分布的氧乙烯和氧丙烯單元的直鏈或支鏈,即聚(氧乙烯-共聚-氧丙烯),或者是氧丙烯單元的直鏈或支鏈嵌段。所述聚(氧化烯)鏈可以包含或者被一個(gè)或多個(gè)懸鏈?zhǔn)竭B接基中斷,如當(dāng)Z包含通式-O-CH2-CH(O-)-CH2-O-所示的基團(tuán)時(shí),其前提是這種連接基基本上不會(huì)改變所述聚(氧化烯)鏈的水增溶特性。所述Z基可以由羥基、低級(jí)烷基醚、烷芳基醚或者氟代烷基醚,例如-OCH3,-OCH2CH3,-OC6H4C(CH3)2CH2C(CH3)2CH3,-OC6H4(C9H19)2,-OC12H25,-OC14H29,-OC16H33或-O-QRf(其中Q和Rf如上所述)封端,且n是1-6的數(shù)字。
      通式I所述表面活性劑的優(yōu)選例子是C8F17SO2N(CH3)(CH2CH2O)7CH3,C4F9SO2N(CH3)(CH2CH2O)7CH3,C8F17SO2N(CH3)(CH2CH2O)9C8H17,C8F17SO2N(CH3)(CH2CH2O)10C6H4C(CH3)2CH2C(CH3)2CH3和C8F17SO2N(CH3)(CH2CH2O)10C12H25。
      包含氟代脂族基團(tuán)的非離子表面活性劑(包括通式I中所述的那些)可以使用已知的方法(包括在美國專利No.2915554(Albrecht等)所述的那些,其內(nèi)容參考引用于此)制備。所述Albrecht的專利說明了包含氟代脂族基團(tuán)的非離子化合物的制備方法由包含活性氫的氟化物中間體如氟代脂族醇(例如RfC2H4OH)、酸(例如RfSO2N(R)CH2CO2H)和磺酰胺(例如,RfSO2N(R)H)通過中間體和例如環(huán)氧乙烷的反應(yīng)分別制得RfC2H4(OC2H4)nOH,RfSO2N(R)CH2CO2(C2H4O)nH和RfSO2N(R)(C2H4O)nH,其中n是大于約3的數(shù)字,R是氫或者低級(jí)烷基(例如,1-6個(gè)碳原子)。通過用環(huán)氧丙烷處理所述中間體可以制備類似的化合物。美國專利No.3787351(Olson)所述的氟代脂族低聚物以及美國專利No.2723999(Cowen等)所述的某些氟化醇-環(huán)氧乙烷縮合物也是有用的,上述專利的內(nèi)容參考引用于此。包含氟代脂族基團(tuán)的非離子表面活性劑包含疏水的長鏈烴基,它可以在BF3醚化物存在下,通過分別使氟代脂族環(huán)氧化物和例如乙氧基化烷基酚或醇如CH3C(CH3)2CH2C(CH3)2C6H4(OC2H4)9.5OH或C12H25(OC2H4)9OH反應(yīng)來制備。它們也可以通過如下步驟制備首先通過和亞硫酰氯的反應(yīng)將乙氧基化烷基酚或醇轉(zhuǎn)化成氯化物,然后在碳酸鈉和碘化鉀存在下使所得氯化物和包含活性氫的氟代脂族磺酰胺(如C8F17SO2NH(CH3))反應(yīng)。
      一類有用的非氟化非離子的包含聚氧乙烯的親水表面活性劑可以單獨(dú)使用或者和包含氟代脂族基團(tuán)的非離子表面活性劑混合使用,它由以下通式II表示Rh-Z-(C2H4O)x-C2H4-Z-R’h(II)
      式中,Rh是烷基或芳基,或者是它們的組合,它可以被取代或者未取代,并且包含2-約20個(gè)碳原子,其主鏈可以是直鏈、支鏈或者若其足夠大的話還可以是環(huán)狀的,或者它們?nèi)我獾慕M合,且所述主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到主鏈的碳原子上的雜原子,如氧、六價(jià)硫和三價(jià)氮原子;Rh’是氫原子或者烷基或芳基,如以上Rh所述的;Rh和Rh’中的一個(gè)或兩個(gè)可以包含通式R-(Si(R)2-O)n-Si(R)2-所示的聚二烷基硅氧烷基團(tuán),其中所有所述的R基均分別選擇為具有2-約10碳原子的烷基或芳基,它可以被取代或者未取代,直鏈或支鏈,環(huán)狀或無環(huán)的,且可以包含一個(gè)或多個(gè)懸鏈?zhǔn)诫s原子,其中n可以為2-約40,較好是2-約20,使所述表面活性劑中聚氧乙烯的重量百分?jǐn)?shù)約為20-80%,較好為30-60%。
      Z是氧或硫原子,或者是-CO-,-COO-,-NH-,-CONH-或-N(R)-,式中,R是具有1-10個(gè)碳原子的取代或未取代烷基或芳基,它可以包含雜原子如氧、硫或氮,且可以包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán),當(dāng)R是烷基時(shí),烷基可以是環(huán)狀或無環(huán)的;x是選擇成使表面活性劑中環(huán)氧乙烷的重量百分?jǐn)?shù)約為20-80%,較好是約為40-70%的數(shù)字。
      上述通式II所示代表性烴表面活性劑包括乙氧基化烷基酚(如Triton TX,Igepal CA和Igepal CO系列,分別從Union Carbide Corp.和Rhone-PoulencCorp.購得),乙氧基化二烷基酚(如Igepal DM系列,也從Rhone-PoulencCorp.購得),乙氧基化脂肪醇(如Tergitol系列,從Union Carbide Corp.購得)以及聚氧乙烯脂肪酸二酯(如Mapeg DO系列,從PPG Industries,Inc.購得)。
      本發(fā)明所述和氟代脂族表面活性劑混合使用的另一類包含聚氧乙烯的非氟化非離子表面活性劑用以下通式III表示 式中n和m是2-約20的數(shù)字,并選擇成使表面活性劑中聚氧乙烯的重量百分?jǐn)?shù)約為20-80%,較好是30-60%;各R分別選自具有2-約20碳原子的烷基或芳基,它可以被取代或者未取代,其主鏈可以是直鏈或支鏈,或者若足夠大時(shí)可以是環(huán)狀的,或者它們的任意組合,這種主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到所述主鏈的碳原子上的雜原子,如氧、六價(jià)硫和三價(jià)氮原子。
      本發(fā)明實(shí)施中單獨(dú)使用或者和一種或多種氟代脂族表面活性劑混合使用的另一類有用的包含聚氧乙烯的非氟化非離子表面活性劑一般用以下通式IV表示 式中,n、x、y和z表示所述表面活性劑中重復(fù)單元的數(shù)目,且選擇成使表面活性劑中聚氧乙烯的重量百分?jǐn)?shù)為20-80%,較好為40-70%,最好是40-60%。應(yīng)理解所述通式中的重復(fù)硅氧烷單元可以無規(guī)地位于所述表面活性劑分子中。
      Q是多價(jià)、通常是二價(jià)的連接基,或者是共價(jià)鍵,這提供了將硅原子和所述氧化烯基團(tuán)連接的方式,Q可以包括含雜原子的基團(tuán),例如包含-O-、-CO-、-CnH2nO-或-OCnH2nO-的基團(tuán),其中n=1-6;各R分別選自具有2-約20碳原子的烷基或芳基,它可以被取代或者未取代,其主鏈可以是直鏈或支鏈,或者若足夠大時(shí)可以是環(huán)狀的,或者它們的任意組合,這種主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到所述主鏈的碳原子上的雜原子,如氧、六價(jià)硫和三價(jià)氮原子。
      通式IV所示有用的有機(jī)硅氧烷表面活性劑包括乙氧基化聚二甲基硅氧烷,如Silwet L-77,從Union Carbide Corp.購得。
      本發(fā)明所用另一類親水表面活性劑包括甘油單酸酯,優(yōu)選的甘油單酸酯表面活性劑是來自甘油和中等到長鏈(即C8-C16)脂肪酸如辛酸、癸酸和月桂酸的甘油單酸酯。可見PCT國際公開號(hào)WO 00/71789,其整個(gè)說明參考引用于此。所述甘油單酸酯較好由C10-C12脂肪酸形成,且是食用級(jí)的,通常認(rèn)為Safe(“GRAS”)材料。優(yōu)選的甘油單酸酯例子包括甘油單月硅酸酯、甘油單癸酸酯和甘油單辛酸酯。因?yàn)楦视蛦嗡狨ネǔR晕捶磻?yīng)的甘油、甘油單酸酯、甘油二酸酯和甘油三酸酯的混合物形式獲得,因此可以優(yōu)選使用包含高濃度(例如,大于約80重量%,較好是大于約85重量%,更好是大于約90重量%,最好是大于約92重量%)的甘油單酸酯的混合物。確定上述混合物中一種,甚至是具體甘油單酸酯是否會(huì)在本發(fā)明中起到作用的便利方法是計(jì)算混合物的親水-親油平衡(“HLB”值)。通常,上述混合物中一種的HLB值隨脂肪酸鏈長的增大而降低,并且隨混合物中甘油二酸酯和甘油三酸酯含量的增大而降低。有用的材料(包括純的甘油單酸酯)通常具有約為4.5-9,更好約為5.3-8的HLB值。尤其有用的市售材料的例子包括從Med-Chem Laboratories,East Lansing,MI以商品名LAURICIDENTM和Dimodan ML-90購得的那些,和從Danisco USA,Inc.通過批發(fā)商Gillco Ingredients,Vista,CA購得的90%純度的甘油單月硅酸酯。
      本發(fā)明單獨(dú)使用或者和一種或多種甘油單酸酯表面活性劑混合使用的另一類親水表面活性劑是脫水山梨糖醇的脂肪酸酯,如從ICI Americas Inc.購得的SPANTM20(脫水山梨糖醇單月硅酸酯)和SPAN 40(脫水山梨糖醇單棕櫚酸酯),從Exxon購得的EXACTTM4023以及從Montell購得的MONTELLTMDP-8340,以及它們的聚氧乙烯衍生物,如從ICI Americans Inc.購得的TWEENTM20和TWEEN 40。優(yōu)選脂肪酸鏈長為8-16個(gè)碳原子,更優(yōu)選為12-16個(gè)碳原子。
      本發(fā)明微纖化制件的實(shí)例可以通過將親水表面活性劑摻合或用其它方式均勻混合到可熔融加工的固體聚合物中來制備,例如將親水表面活性劑和造粒的或粉狀的可熔融加工的聚合物均質(zhì)混合,并使用任何制造這種薄膜或卷材的工藝,例如通過常規(guī)擠出、共擠出等工藝將所述混合物熔融擠出形成薄膜或卷材。
      可往可熔融加工的聚合物中加入足量的親水表面活性劑,以提高所述微纖化制件例如制件的微薄片或微纖維的親水性。應(yīng)使用足夠的親水表面活性劑來產(chǎn)生所需的親水性,但是不要多到妨礙將可熔融加工的聚合物和親水表面活性劑的混合物加工成微纖化的制件。親水表面活性劑的加入量不應(yīng)導(dǎo)致混合物的產(chǎn)物在熔融、拉伸或取向時(shí)變得很弱或斷裂,或者不能進(jìn)行微纖化。可熔融加工的聚合物中包含的親水表面活性劑的有用量取決于各組分的具體化學(xué)組成和其它因素。以100重量份可熔融加工的聚合物計(jì),所用量的例子可以約為1-10重量%親水表面活性劑,優(yōu)選以100重量份可熔融加工的聚合物計(jì)約1-5重量%親水表面活性劑。
      另一種有用的親水組分包括親水聚合物,它可以是任何具有親水化學(xué)組成的聚合材料,根據(jù)本發(fā)明,它可以加入微纖化的制件中,制得具有所需親水性的微薄片或微纖維。
      親水聚合物例子包括已知的聚合物材料,如包含羧酸的聚合物,例如由丙烯酸和/或甲基丙烯酸(包括其鹽)合成的聚合物和共聚物,聚丙烯酰胺、聚酯、羥甲基纖維素、羥丙基纖維素和其它聚合物。在某些類型的親水聚合物中,在聚合物主鏈上包含一種或多種官能團(tuán),以提高聚合物的親水性質(zhì)。例如,親水聚合物可以包含任意種類的聚合物主鏈,其包含鏈中的親水基團(tuán)、親水側(cè)基、親水端基或者它們的組合。親水基團(tuán)的例子包括羥基、氧化烯基、氨基、羧酸基、酰氨基、環(huán)酰氨基和磺酸基等。氧化烯基團(tuán)的例子可以是氧乙烯或氧乙烯和氧丙烯、氧丁烯或兩者的混合。環(huán)酰氨基可以是2-吡咯烷酮基、2-哌啶酮基等。磺酸基可以是磺酸基及其鹽。羧酸基可以是羧酸及其鹽。重要親水聚合物的具體例子包括磺化聚酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮和包含羧酸的可熔融加工的共聚物的摻合物以及聚丙烯酰胺如聚(二烷基丙烯酰胺)(例如,聚(N,N-二甲基丙烯酰胺))。優(yōu)選用于聚乙烯吡咯烷酮摻合物的包含羧酸的可熔融加工的共聚物是離聚物,例如乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸離聚物。
      親水聚合物本身可能是或者可能不是“可熔融加工的”。本發(fā)明中,親水聚合物(可熔融加工的或不可熔融的)可以加入到可熔融加工的聚合物中,其量足以提高其親水性,但是又足以保持所述薄膜的性質(zhì),使得可以將所述可熔融加工的聚合物形成可微纖化的親水薄膜。
      任何具體的可微纖化的薄膜或者可微纖化制件中包含的親水聚合物的量可以是任何能產(chǎn)生所需親水微纖化制件的量,包括能提高親水性較低的可熔融加工的聚合物的親水性的量。
      任何特定微纖化制件中所用的親水聚合物的具體量基于各種因素,如所需的親水性、所述親水聚合物的化學(xué)組成、可熔融加工的聚合物或其它成分的化學(xué)組成、所述成分的工藝條件和物理性質(zhì),如親水聚合物和可熔融加工聚合物的混合物進(jìn)行擠出、取向、微纖化等的能力。大致認(rèn)為,每100份親水聚合物和可熔融加工的聚合物總量1-70重量份親水聚合物是有用的。通常,親水聚合物相對(duì)可熔融加工聚合物的量約為每100份親水聚合物和可熔融加工的聚合物總量約10-50重量份親水聚合物,有時(shí)優(yōu)選為20-30重量份親水聚合物。任何親水聚合物-可熔融加工聚合物混合的精確量取決于許多因素。作為一類材料的例子,優(yōu)選磺化聚酯在聚乙烯或聚丙烯中的相對(duì)量可以為聚合物總量的10-30重量%,更好是25-30重量%磺化聚酯。
      一旦由可熔融加工的聚合物和親水組分制備可微纖化材料,可以通過各種已知和理解的方法將所述材料微纖化,制得微薄片或微纖維表面。
      本文用的,術(shù)語“微纖化”是指提供能量以釋放可微纖化聚合薄膜中的微纖維、微薄片或類似大小和形狀的結(jié)構(gòu)的方法。在加工聚合材料的技術(shù)領(lǐng)域中已知一些做到這一點(diǎn)的方法,包括使用例如超聲技術(shù)提供氣流的方法、使用例如高壓噴水來提供液流如水的方法。在進(jìn)行微纖化之前,薄膜任選地進(jìn)行其它機(jī)械步驟,由可微纖化的材料制造宏觀的微纖維,例如通過使用具有切割元件(例如和移動(dòng)薄膜接觸的針或齒)的旋轉(zhuǎn)鼓或輥,或者進(jìn)行扭曲、擦刷(用針輥)、例如用皮墊摩擦,并進(jìn)行變曲。
      微纖化的表面是包含來自一層或多層可微纖化的材料的微薄片或微纖維。所述微薄片或微纖維是所述可微纖化材料的部分,它至少部分和連續(xù)薄膜機(jī)械分離或分裂。那些部分可被視為或認(rèn)為或稱為微纖維、微薄片或者其它形式的類似大小和形狀的薄膜碎片,通常具有取決于具體可微纖化材料及其物理和化學(xué)性質(zhì)如取向類型和程度、空隙存在和大小、多層、層厚、球晶等的大小和形狀。這種破碎形式的一個(gè)例子就是微纖維,根據(jù)這些因素,它通常是相對(duì)較扁平、較薄或者較長(例如,帶狀)的,且通常具有矩形橫截面。其它形式可以比微纖維大一些,形狀更象扁平,矩形的“薄片”或者“微薄片”。這些微纖維和微薄片較好通過其一個(gè)末端仍和所述微纖化的材料連接,但是也可以和所述基體薄膜完全分開。
      尤其是,微纖維具有矩形橫截面,其橫截面的寬厚比(橫向的寬度和厚度之比)約為1.5∶1到20∶1,較好是3∶1到9∶1。優(yōu)選的微纖維也可以具有一種或多種以下特征或尺寸平均有效直徑為0.01-10微米,較好小于5微米;平均橫截面積為0.5-3.0μ2(平方微米),較好約為0.7-2.1μ2。而且,所述矩形微纖維的側(cè)面通常是不光滑的,但是在橫截面中具有切成扇形的外觀。優(yōu)選的微纖維表面可以具有每克至少0.25平方米的表面積,如使用Autosorb-6物理吸附分析儀(Quantachrome Instruments,Boynton Beach,F(xiàn)L)并使用氮?dú)庾鳛槲瘴餃y(cè)量的。
      若雙軸取向有空隙或發(fā)泡的材料,在微纖化之后,所述材料表面的大部分包含片狀結(jié)構(gòu),例如微薄片。這些結(jié)構(gòu)的平均厚度為1-20微米,較好小于5微米,其平均厚度為1-數(shù)百微米,較好是約5-30微米。這些片狀結(jié)構(gòu)的表面積通常大于0.5m2/g,較好大于0.7m2/g,如使用Autosorb-6物理吸附分析儀(Quantachrome Instruments,Boynton Beach,F(xiàn)L)并使用氮?dú)庾鳛槲瘴餃y(cè)量的。
      一種使薄膜表面微纖化的方法是噴流體處理。在這一方法中,一股或多股噴射的細(xì)液流沖擊由網(wǎng)或移動(dòng)帶承載的可微纖化材料的表面,由此將薄膜聚合物基體中的微纖維或微薄片釋放。微纖化的程度取決于所述可微纖化材料置于噴射流體下的時(shí)間、噴射流體的壓力、噴射流體的橫截面積、流體的接觸角、聚合物性質(zhì)以及甚至是流體的溫度。
      可以使用任何種類的液流或氣流。液流可以包括水或有機(jī)溶劑,如乙醇或甲醇。可以使用合適氣體如氮?dú)?、空氣或者二氧化碳,以及液體和氣體的混合物。任何這種流體較好是非溶脹性的(即,不被薄膜吸收)。所述流體較好是水。
      雖然使用室溫下的流體可獲得合適的結(jié)果,但是所述流體的溫度可以升高。流體的壓力應(yīng)足以為至少部分可微纖化材料提供一定程度的微纖化,并且根據(jù)所述流體、聚合材料的性質(zhì)(包括組成和形態(tài))、流體噴射的布置、沖擊角度和溫度,合適的條件可以作很大變化。雖然可以使用較低的壓力和較長的作用時(shí)間,但是所述流體通??梢允窃谑覝丶爸辽?400kPa(500psi)壓力下的水?;诩僭O(shè)所述流體是不可壓縮的、表面光滑且沒有摩擦損耗而進(jìn)行的計(jì)算,這種流體通常提供最小5瓦/立方厘米或10瓦/立方厘米的沖擊。
      所述噴射可以布置成使所有或部分薄膜表面進(jìn)行微纖化?;蛘?,所述噴射布置成僅使所選的薄膜面積進(jìn)行微纖化。也可以使用常規(guī)掩模劑將所述薄膜的特定區(qū)域遮蓋,使所選的面積不被微纖化。同樣,可實(shí)施所述方法使所述微纖化表面僅部分或者完全穿透多層可微纖化薄膜中一層可微纖化材料層的厚度,或者完全或部分穿透一層或多層相鄰的可微纖化的材料層。若要求所述微纖化延伸穿透多層可微纖化薄膜的整個(gè)厚度,可以選擇工藝條件,以保持所述微纖化制件的完整性,且薄膜不會(huì)分裂成單獨(dú)的細(xì)紗或微纖維。
      在受讓人待審批美國專利申請(qǐng)No.09/974040(名為“Microfiber Articlesfrom Multi-Layer Substrates”,于2001年10月9日提交)以及No.09/858273(名為“Microfiber-Entangled Products and Related Methods”,于2001年5月15日提交)中說明了本發(fā)明所用的產(chǎn)品和方法的例子,其內(nèi)容參考引用于此。
      例如,可以使用水力纏結(jié)機(jī),通過將所述可微纖化的材料置于噴射流體下將可微纖化材料的表面微纖化?;蛘?,使用具有渦流或振蕩頭的水壓噴射,這可以手動(dòng)控制噴射流體的沖擊。這種機(jī)器可以市售。
      如技術(shù)人員所理解的,也可以通過其它方法來完成微纖化,例如通過將可微纖化材料浸漬在高能抽空介質(zhì)中以及對(duì)流體施加超聲波來形成氣穴現(xiàn)象。
      實(shí)施例術(shù)語表FCS-1-C8F17SO2N(Et)(CH2CH2O)7.2CH3,按照USP 2,915,554(Ahlbrecht等)制備。
      FCS-2-C8F17SO2N(Me)(CH2CH2O)10PhC(CH3)2CH2C(CH3)3,按照美國專利No.5,804,625(Temperante等)中用于化合物F-18的步驟制備。
      NuWetTM500-有機(jī)改性聚二甲基硅氧烷(>65重量%)、聚環(huán)氧烷(<20重量%)和乙氧基化烷基(<20重量%)的摻合物,從OSI Specialties,Danbury,CT購得。
      聚(乙烯吡咯烷酮)-PVP K90,從International Specialty Products,Wayne,NJ購得。
      Surlyn 1705-乙烯和丙烯酸的離聚物共聚物,從Dupont Chemical Co.,Wilmington,DE購得。
      Pycal 94-聚氧乙烯芳基醚,從Uniqema,Wilmington,DE購得。
      MBX-50-玻璃珠,從Sekisui Plastics,Tokyo,Japan購得。
      Irganox 1010-一種抗氧化劑,從Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,NY購得。
      PEG-P20K-聚(環(huán)氧乙烷),PEG Pluracol 20K錠劑樹脂,由BASF,Ludwigshafen,Germany購得。
      脫水山梨糖醇單月硅酸酯-從Uniqema,New Castle,DE以SPANTM20購得。
      Dimodan ML-90-純度為90%的甘油單月硅酸酯,從Danisco USA,Inc.通過批發(fā)商Gillco Ingredients,Vista,CA購得。
      測(cè)試步驟測(cè)試步驟I-密度測(cè)量和空隙率確定根據(jù)ASTM D792-86所述的方法,在去離子水中,在23℃下測(cè)量薄膜和微纖維的密度。在Mettler AG245高精度天平(Mettler-Toledo,Inc.,Highstown,NJ)上稱量樣品,并置于水下。使用密度測(cè)量裝置測(cè)量排出的水量。由此確定樣品排出的水的體積,并結(jié)合樣品的重量計(jì)算所述樣品的密度。然后,如下所述計(jì)算空隙率
      計(jì)算的空隙率={1-(最終密度/起始密度)}×100式中,起始密度是在取向前所述平擠薄膜的密度,所述最終密度是取向薄膜的密度。
      測(cè)試步驟II-拉伸比測(cè)量通過將壓延/長度取向機(jī)的輥4輸出速度除以平擠卷材輸入輥1和2的輸入速度,計(jì)算一些薄膜的拉伸比。輥4和輥1和2如對(duì)比例C1所述。
      測(cè)試步驟III-拉伸比計(jì)算按如下所述方式計(jì)算一些薄膜的拉伸比。測(cè)量所述平擠薄膜和所述取向并形成空隙的薄膜的密度、寬度和厚度。假設(shè)質(zhì)量守恒,根據(jù)下式,通過將所述平擠薄膜的(密度×寬度×厚度)除以所述取向并形成空隙的薄膜的(密度×寬度×厚度),由此計(jì)算所述所述取向并形成空隙的薄膜的拉伸比拉伸比=(密度×寬度×厚度)平擠薄膜/(密度×寬度×厚度)取向膜測(cè)試步驟IV-總吸水性和保水性為了確定各樣品吸收和保持水的良好程度,進(jìn)行以下測(cè)試。首先,在天平上將各纖維化材料稱重。然后,將各樣品浸沒在有溫水的容器中1分鐘。使用鑷子夾住所述樣品的一角,并將樣品一次性轉(zhuǎn)移到天平上??偽杂涗洖?濕重-干重)/干重。通過將所述樣品浸泡在有水的容器中1分鐘,用鑷子夾住樣品的一角,用水中取出所述樣品,用彈簧夾懸掛所述樣品,使樣品滴水1分鐘,并稱量樣品,由此測(cè)量其保水性。保水性記錄為(滴水1分鐘后的重量-干重)/干重。
      此外,由于樣品微纖化程度類似但不一定相同,所以確定樣品的吸油性,這是因?yàn)槲托允俏⒗w化程度粗略的量度。通常,樣品微纖化越徹底,其吸油就越多。將所述干的微纖化薄膜稱重,然后將其浸泡在花生油中1分鐘。除了使用花生油代替水以外,通過上述步驟測(cè)量在滴油1分鐘后總的吸油性和保油性。
      測(cè)試步驟V-吸水速度測(cè)試吸水速度提供了樣品親水性質(zhì)的定量測(cè)量。提出一種測(cè)試方法來確定纖維化樣品的吸水速度。準(zhǔn)備寬2.54cm,至少長10.16cm的樣品,并在垂直于樣品長度方向的間隔0.635cm處用平行線作標(biāo)記。夾住所述樣品的一端,另一端稍稍負(fù)重,以使樣品垂直懸掛在夾子上。所夾住的樣品緩慢降低,進(jìn)入水池中,直到水表面達(dá)到樣品上的第一“標(biāo)記”。注意水毛細(xì)吸到下一“標(biāo)記”時(shí)所需的時(shí)間。并注意水依次毛細(xì)吸到再下一“標(biāo)記”的后一時(shí)間,所述吸水速度計(jì)算為各“標(biāo)記”之間的距離和水從一個(gè)“標(biāo)記”毛細(xì)吸到下一“標(biāo)記”所需時(shí)間的比例平均值。
      實(shí)施例對(duì)比例C1通過在擠出機(jī)溫度分布為210℃、226℃、238℃和249℃下的單螺桿擠出機(jī)中將丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)從進(jìn)料喉擠出到擠出機(jī)的末端,由此制備聚丙烯薄膜。將頸管和模頭的溫度保持在249℃下。所述擠出機(jī)裝有具有混合末梢的阻流銷式螺桿和12.7cm寬且具有??谙毒酁闃?biāo)稱1.27mm的單層模頭。使用一組三輥流延設(shè)備制備厚度為1.36mm,寬度為127mm的薄膜。在一組三輥中,將鍍鉻的不銹鋼下輥設(shè)定為190℃,將鍍鉻的不銹鋼中輥設(shè)定為210℃,且硅橡膠上輥用55℃的水冷卻。所述聚合物的熔體離開擠出機(jī)模頭,進(jìn)入一組三輥的下輥和中輥之間,在下輥和中輥之間通過后,經(jīng)過所述中輥進(jìn)入由中輥和上輥形成的輥隙中。在經(jīng)過上輥后,所得平擠薄膜離開所述一組三輥。在薄膜制備過程中,所述硅橡膠輥加熱最高至接近中輥的溫度。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所述平擠薄膜的密度為0.9g/cm3。
      如下所述將平擠薄膜壓延和長度取向。所述平擠薄膜從解卷裝置以0.27m/min的速度通過一系列空轉(zhuǎn)輥,進(jìn)入壓延機(jī)的加壓輥隙中(輥1和2)。輥1和2的表面速度分別為0.91m/min和1.1m/min,溫度為120℃,輥隙為0.18mm。離開輥1和2的所述薄膜當(dāng)以“S”形經(jīng)過加熱輥3和加熱輥4時(shí)進(jìn)一步取向。輥3的表面速度為6.14m/min,溫度為145℃。輥4的表面速度為6.45m/min,溫度為140℃。所得薄膜經(jīng)過輥5的部分,所述輥5不加熱,僅用于冷卻所述薄膜。所得壓延/長度取向薄膜在張力下纏繞到卷芯上。對(duì)于各薄膜,輥4的速度選擇成僅小于薄膜斷裂時(shí)的速度。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所述薄膜以拉伸比23.6∶1進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為98微米,寬度為165mm,密度為0.87g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出薄膜包含4%的空隙。
      最后,在水力纏結(jié)機(jī)(70cm寬,S/N 101,Project# 2303由HoneycombSystems Inc.,Biddeford,Maine制造)中,將所述壓延/長度取向薄膜的兩個(gè)主表面以如下的條件進(jìn)行微纖化使用約14MPa水壓,通過水力纏結(jié)機(jī)在各面上進(jìn)行6次,帶速度為3.05m/min,噴水帶每厘米具有15.75個(gè)孔,各孔的直徑為110微米。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV測(cè)量,所得結(jié)果列于表1。
      實(shí)施例1除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為204℃、221℃、232℃和243℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為140℃、中輥設(shè)定為150℃以外,在對(duì)比例C1所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含80重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)、17重量%丙烯均聚物(Fina PP3445,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和3重量%FCS-1的摻合物,由此制備薄膜。所得平擠薄膜的厚度為0.99mm,寬度為111mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定的密度為0.91g/cm3。
      除了以0.24m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥3的表面速度為5.49m/min,輥4的表面速度為5.76m/min以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以23.9∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為90微米,寬度為500mm,密度為0.71g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜包含22%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)6次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例2除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為204℃、221℃、232℃和243℃以外,在對(duì)比例C1所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含80重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)、17重量%丙烯均聚物(Fina PP3445,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和3重量%FCS-2的摻合物,由此制備薄膜。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.23mm,寬度為119mm,密度為0.92g/cm3。
      除了以0.23m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥3的表面速度為5.49m/min,輥4的表面速度為5.49m/min以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以24.0∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為110微米,寬度為530mm,密度為0.72g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜包含22%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)6次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例3除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為204℃、221℃、232℃和243℃以外,在對(duì)比例C1所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含99重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和1重量%NuWetTM500的摻合物,由此制備薄膜。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.08mm,寬度為119mm,密度為0.91g/cm3。
      除了輥3的表面速度為5.49m/min,輥4的表面速度為5.76m/min以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以21.6∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為117微米,寬度為540mm,密度為0.80g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜包含12%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)7次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例4除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為188℃、204℃、216℃和227℃,頸管和模頭保持在232℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為170℃、中輥設(shè)定為190℃以外,在對(duì)比例C1所述單螺桿擠出機(jī)中擠出包含90重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和10重量%PEG-P20K的摻合物,由此制備薄膜。所得平擠薄膜的厚度為1.40mm,寬度為159mm,密度為0.91g/cm3。
      除了以0.14m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥3的表面速度為2.85m/min,輥4的表面速度為2.85m/min以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以20.3∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為181微米,寬度為505mm,密度為0.86g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜包含5%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約13.8MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)20次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例5在實(shí)施例4所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含80重量%丙烯均聚物(Fina3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和20重量%PEG-P20K的摻合物,由此制備薄膜。所得平擠薄膜的厚度為1.40mm,寬度為159mm,密度為0.92g/cm3。
      如實(shí)施例4所述,將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以20.3∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為151微米,寬度為610mm,密度為0.93g/cm3。如測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜不包含空隙。但是,所述薄膜看起來渾濁,象是有空隙一樣。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約13.8MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)12次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例6除了如下不同之處以外,在對(duì)比例C1所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含96重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)、1.2重量%脫水山梨糖醇單月硅酸酯和2.8重量%甘油單月硅酸酯的摻合物,由此制備薄膜。所述擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為210℃、226℃、238℃和249℃,且頸管和模頭保持在249℃。在一組三輥中,下輥設(shè)定為210℃,中輥設(shè)定為210℃,硅橡膠上輥用100℃的水冷卻。所得平擠薄膜的厚度為1.18mm,寬度為112mm,密度為0.91g/cm3。
      以1.22m/min的表面速度、121℃的溫度以及3.45MPa的壓力,將平擠薄膜從解卷設(shè)備輸入第一壓延機(jī)(雙輥)的擠壓輥隙中。離開第一壓延機(jī)的薄膜輸入到第二和第三拉伸壓延設(shè)備(各設(shè)備均為雙輥)中,以不會(huì)使該薄膜斷裂的盡可能高的表面速度操作。所得取向和有空隙的薄膜在張力下卷到卷芯上。由測(cè)試步驟III測(cè)定,該薄膜以13.5∶1的拉伸比進(jìn)行取向。其厚度為138微米,寬度為140mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定,所述取向薄膜包含10.8%的空隙。
      最后,除了使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)6次以外,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例7除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為210℃、226℃、238℃和246℃,頸管和模頭保持在246℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為210℃,且硅橡膠上輥用100℃的水冷卻以外,在對(duì)比例C1中所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含90重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和10重量%的可擠出的水溶脹性摻合物的混合物,由此制備薄膜。所述可擠出的水溶脹性摻合物由以下重量%所示物質(zhì)組成57%聚乙烯吡咯烷酮,24% Surlyn 1705,14% Pycal 94,3% MBX-50,2% Irganox 1010。
      由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.27mm,寬度為124mm,密度為0.91g/cm3。
      在實(shí)施例6中所用的相同壓延機(jī)中,以1.22m/min的表面速度、154℃的溫度以及2.76MPa的壓力,將平擠薄膜從解卷設(shè)備輸入第一壓延機(jī)(雙輥)的加壓輥隙中。離開第一壓延機(jī)的薄膜輸入到第二和第三拉伸壓延設(shè)備(各設(shè)備均為雙輥)中,以不會(huì)使該薄膜斷裂的盡可能高的表面速度操作。所得取向和有空隙的薄膜在張力下卷到卷芯上。由測(cè)試步驟III測(cè)定,該薄膜以14.6∶1的拉伸比進(jìn)行取向。其厚度為119微米,寬度為99mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定,所述取向薄膜包含5.5%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約12.4MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)12次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例8制備磺化聚酯將二甲基-5-鈉代磺基間苯二甲酸酯(DMSSIP,117.6g,0.397mol,從E.I.DuPont de Nemours,Wilmington,DE購得)、對(duì)苯二甲酸二甲酯(1228g,6.32mol,購自U.S.Chemicals公司,New Canaan,CT)、乙二醇(914g,14.7mol,從Dow Chemical Co.,Midland,MI購得)、CarbowaxTM聚乙二醇8000(196g,24.5mmol,從Dow Chemical Co.購得),乙酸鋅(0.67g,3.6mmol,從AldrichChemical Co.,Milwaukee,WI購得)以及三氧化銻(0.55g,1.9mmol,從Aldrich購得)加入裝有攪拌器、熱電偶、氮?dú)膺M(jìn)口、填充柱和溶劑分離冷凝器的1加侖不銹鋼反應(yīng)器。所述反應(yīng)器用氮?dú)饧訅褐?38kPa(20psi),用氮?dú)饩徛祾?,攪拌并加熱?90℃,直到停止產(chǎn)生甲醇(約2小時(shí))。然后,將壓力降至大氣壓,并將磷?;宜崛阴?0.82g,3.6mmol,從Aldrich購得)加入所述反應(yīng)混合物中。然后將所述反應(yīng)混合物的溫度升至265℃,并抽真空,從反應(yīng)器中蒸餾出過量的乙二醇。在265℃和1mm的壓力下約45分鐘之后,往所述系統(tǒng)中通入氮?dú)?,并從反?yīng)器中排出所述聚合產(chǎn)物。發(fā)現(xiàn)所述聚合物特性粘度為0.484dL/g(在苯酚/鄰二氯苯混合物(60/40重量比)中濃度為0.40g/dL),熔點(diǎn)為204℃。
      制備纖維化薄膜除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為204℃、208℃、213℃和215℃,頸管和模頭保持在215℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為32℃,中輥設(shè)定為32℃,且硅橡膠上輥用21℃的水冷卻以外,在對(duì)比例C1中所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含80重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和20重量%的磺化聚酯的混合物,由此制備薄膜。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.27mm,寬度為127mm,密度為0.96g/cm3。
      在實(shí)施例6中所用的相同壓延機(jī)中,以1.22m/min的表面速度、137℃的溫度以及3.45MPa的壓力,將平擠薄膜從解卷設(shè)備輸入第一壓延機(jī)(雙輥)的加壓輥隙中。離開第一壓延機(jī)的薄膜輸入到第二和第三拉伸壓延設(shè)備(各設(shè)備均為雙輥)中,以不會(huì)使該薄膜斷裂的盡可能高的表面速度操作。所得壓延/長度取向和有空隙的薄膜在張力下卷至卷芯上。由測(cè)試步驟III測(cè)定,該薄膜以9.2∶1的拉伸比進(jìn)行取向。其厚度為211微米,寬度為89mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定,所述取向薄膜包含6.2%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約9.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)4次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      實(shí)施例9除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為203℃、209℃、213℃和213℃,頸管和模頭保持在213℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為21℃,中輥設(shè)定為21℃,且硅橡膠上輥用21℃的水冷卻以外,在對(duì)比例C1中所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出包含70重量%丙烯均聚物(Fina 3374X,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和30重量%的實(shí)施例8的磺化聚酯的混合物,由此制備薄膜。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.27mm,寬度為124mm,密度為0.98g/cm3。
      在實(shí)施例6中所用的相同壓延機(jī)中,以1.22m/min的表面速度、132℃的溫度以及3.45MPa的壓力,將平擠薄膜從解卷設(shè)備輸入第一壓延機(jī)(雙輥)的加壓輥隙中。離開第一壓延機(jī)的薄膜輸入到第二和第三拉伸壓延設(shè)備(各設(shè)備均為雙輥)中,以不會(huì)使該薄膜斷裂的盡可能高的表面速度操作。所得壓延/長度取向和有空隙的薄膜在張力下卷到卷芯上。由測(cè)試步驟III測(cè)定,該薄膜以7.9∶1的拉伸比進(jìn)行取向。其厚度為203微米,寬度為104mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定,所述取向薄膜包含5.7%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約8.3MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)3次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表1中。
      表1各種微纖化聚丙烯基薄膜的吸水性和吸油性
      表1顯示了在所有實(shí)施例中的總吸水性和保水性均比對(duì)比例C1中的大得多。這些結(jié)果顯示往聚合物熔體中加入親水組分以形成親水聚丙烯微纖維的好處。令人驚奇的是,發(fā)現(xiàn)所述包含親水組分的平擠薄膜以高拉伸比取向,且使用噴水進(jìn)行微纖化,而不會(huì)洗去親水組分。此外,對(duì)于所有的微纖化薄膜所測(cè)得的類似的吸油性顯示出并不因?yàn)閷?duì)比例C1的薄膜的微纖化程度比實(shí)施例的薄膜低而導(dǎo)致其吸水性低。
      對(duì)比例C2除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為188℃、210℃、216℃和227℃,頸管和模頭保持在227℃以外,在對(duì)比例C1中所述的單螺桿擠出機(jī)中擠出高密度乙烯均聚物(Alathon M6020,購自Equistar Chemicals,Houston,TX),由此制備聚乙烯薄膜。所得平擠薄膜的厚度為1.22mm,寬度為130mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定的密度為0.96g/cm3。
      除了以0.24m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥1和2的表面速度各自為0.91m/min,溫度為70℃,輥3的表面速度為3.20m/min且溫度為100℃,輥4的表面速度為6.72m/min且溫度為100℃以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。如測(cè)試步驟II所測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以28.5∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為96微米,密度為0.90g/cm3。由測(cè)試步驟I測(cè)定,計(jì)算出所述取向薄膜包含6%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約13.1MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)6次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      實(shí)施例10如對(duì)比例C2所述,在單螺桿擠出機(jī)中擠出95重量%高密度乙烯均聚物(Alathon M6020,購自Equistar Chemicals,Houston,TX)和5重量%可擠出、水溶脹性摻合物的混合物,由此制備薄膜。所述可擠出、水溶脹性摻合物由以下重量%所示物質(zhì)組成57%聚乙烯吡咯烷酮,24% Surlyn 1705,14% Pycal 94,3% MBX-50,2% Irganox 1010。
      所得平擠薄膜的厚度為1.22mm,寬度為130mm,如測(cè)試步驟I測(cè)定的密度為0.97g/cm3。
      除了以0.29m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥1和2的表面速度各自為0.91m/min,溫度為70℃,輥3的表面速度為3.66m/min且溫度為100℃,輥4的表面速度為7.68m/min且溫度為100℃以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得薄膜以26.3∶1的拉伸比進(jìn)行壓延/長度取向。所述取向薄膜的厚度為117微米,密度為0.94g/cm3。由測(cè)試步驟I所確定,計(jì)算出所述取向薄膜包含3%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)7次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      實(shí)施例11如實(shí)施例10所述,在單螺桿擠出機(jī)中擠出90重量%高密度乙烯均聚物(Alathon M6020,購自Equistar Chemicals,Houston,TX)和10重量%可擠出、水溶脹性摻合物的混合物,由此制備薄膜。所述可擠出、水溶脹性摻合物由以下重量%所示物質(zhì)組成57%聚乙烯吡咯烷酮,24% Surlyn 1705,14% Pycal 94,3% MBX-50,2% Irganox 1010。
      所得平擠薄膜的厚度為1.22mm,寬度為130mm,由測(cè)試步驟I測(cè)定的密度為0.98g/cm3。
      除了輥1和2的表面速度各自為0.91m/min,溫度為70℃,輥3的表面速度為3.66m/min且溫度為100℃,輥4的表面速度為10.97m/min且溫度為100℃以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以39.9∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為116微米,密度為0.98g/cm3。由測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述取向薄膜不包含空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約11.7MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)6次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      實(shí)施例12如對(duì)比例C2所述,在單螺桿擠出機(jī)中擠出80重量%高密度乙烯均聚物(Alathon M6020,購自Equistar Chemicals,Houston,TX)、17重量%丙烯均聚物(Fina PP3445,從Atofina Inc.,Houston,TX購得)和3重量%FCS-1的摻合物,由此制備薄膜。由測(cè)試步驟I測(cè)定,所得平擠薄膜的厚度為1.22mm,寬度為130mm,密度為0.95g/cm3。
      除了以0.40m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥1和2的表面速度各自為0.91m/min,溫度為70℃,輥3的表面速度為3.66m/min且溫度為100℃,輥4的表面速度為10.24m/min且溫度為100℃以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得薄膜以25.7∶1的拉伸比進(jìn)行取向。注意到所述薄膜在一些輥上有所滑動(dòng)。所述取向薄膜的厚度為160微米,密度為0.86g/cm3。由測(cè)試步驟I所述,計(jì)算出所述薄膜包含9%的空隙。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約13.2MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)4次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      實(shí)施例13除了擠出機(jī)溫度分布設(shè)定為171℃、193℃、204℃和216℃,頸管和模頭保持在216℃,且在一組三輥中,下輥設(shè)定為170℃,中輥設(shè)定為190℃以外,如對(duì)比例C1所述,在單螺桿擠出機(jī)中擠出90重量%高密度乙烯均聚物(AlathonM6020,購自Equistar Chemicals,Houston,TX)和10重量%PEG-P20K的摻合物,由此制備薄膜。未測(cè)量該平擠薄膜的厚度、寬度和密度。
      除了以0.2m/min的速度從解卷設(shè)備輸入所述平擠薄膜,輥1和2的表面速度各自為0.91m/min,溫度為70℃,輥3的表面速度為2.29m/mi且溫度為100℃,輥4的表面速度為2.29m/min且溫度為100℃以外,如對(duì)比例C1所述將所述平擠薄膜壓延和長度取向。由測(cè)試步驟II測(cè)定,所得壓延/長度取向薄膜以11.4∶1的拉伸比進(jìn)行取向。所述取向薄膜的厚度為158微米,密度為0.99g/cm3。未計(jì)算所述取向薄膜的空隙率。
      最后,如對(duì)比例C1所述的,所述壓延/長度取向薄膜進(jìn)行微纖化,但是使用約13.1MPa的水壓,并使所述薄膜的每面經(jīng)過所述水力纏結(jié)機(jī)4次。所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      表2各種微纖化聚乙烯基薄膜的吸水性和吸油性
      表2顯示了在實(shí)施例10、11和13中的總吸水性和保水性均比對(duì)比例C2中的大得多。這些結(jié)果顯示通過往聚合物熔體中使薄膜流延、對(duì)薄膜進(jìn)行取向以及使所述薄膜微纖化,可以獲得親水聚乙烯纖維。令人驚奇的是,發(fā)現(xiàn)所述包含親水組分的平擠薄膜以高拉伸比取向,且使用噴水進(jìn)行微纖化,而不會(huì)洗去親水組分。此外,所有的微纖化薄膜所測(cè)得的類似的吸油性顯示出并不是因?yàn)閷?duì)比例C2的薄膜的微纖化程度比實(shí)施例10-13的薄膜低而導(dǎo)致其吸水性低。
      對(duì)比例C3在50rpm和溫度分布設(shè)定為從138℃到246℃到149℃的條件下,在裝有Saxton單級(jí)螺桿的63mm單螺桿擠出機(jī)(購自Davis-Standard Corp.,CedarGrove,NJ)中制備34.2%高熔wsg強(qiáng)度聚丙烯(ProfaxPF814,購自BasellPolyolefins Company,Lansing,MI)、34.2%通用聚丙烯(Fina PP3376,購自Atofina Inc.,Houston,TX)、29.2%聚乙烯彈性共聚物(Affinity 8200,購自Dow Chemical,Midland,MI)和2.4重量%FM1307HTM化學(xué)發(fā)泡劑(加入PE中的50%偶氮二甲羰酰胺,購自Ampacet Co.,Cincinnati,OH)的熔體混合物。所述離開的熔體溫度為133℃,形成10.34MPa的出口壓力。將所述熔體混合物擠入182℃的25.4cm的3層葉片模頭的芯中。使用20rpm的28mm Davis標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機(jī),將兩表層通用聚丙烯(Fina PP3445,購自Atofina Inc.,Houston,TX)加到所述模頭中。
      在16.7℃的鉻流延輥上冷卻所得泡沫材料片,然后以5.1m/min的牽引速度收集。當(dāng)厚度為1.27mm時(shí),所述泡沫材料的密度為0.46g/cc。使用長度取向機(jī)(LO)(購自Killian,Davis-Standard Corp.的一個(gè)部門,Cedar Grove,NJ)和拉幅機(jī)(購自Bruckner,F(xiàn)rance),以縱向(MD)3.0及橫向(TD)3.5的拉伸比對(duì)所述泡沫材料進(jìn)行取向。所述LO輥的溫度為135℃,拉幅機(jī)各區(qū)均為166℃。所述泡沫材料以1.52m/min的速度進(jìn)入LO。所得雙軸取向泡沫材料的密度為0.30g/cc,厚度為114微米。
      最后,所述雙軸取向泡沫材料在水力纏結(jié)機(jī)(Hydrolace 350,購自CELInternational,England)中,使用15MPa的水壓,且所述泡沫材料以5m/min的速度通過,在其兩個(gè)主表面上進(jìn)行微纖化。各面在3-4個(gè)噴水帶(各帶為50cm寬,11-20個(gè)孔/厘米,各孔的直徑為100-150微米)下經(jīng)過。所得微纖化泡沫材料的吸水性和吸油性根據(jù)測(cè)試步驟IV進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表2中。
      這些雙軸微纖化泡沫材料大多數(shù)由平均有效厚度為1-20微米,大多數(shù)小于5微米;且平均寬度為1-幾百微米,大多數(shù)約為5-20微米的片狀結(jié)構(gòu)中的微薄片組成。
      實(shí)施例14在60rpm和溫度分布設(shè)定為從138℃到232℃到148℃的條件下,在裝有Saxton單級(jí)螺桿的63mm單螺桿擠出機(jī)(購自Davis-Standard)中制備35.2重量%ProfaxTMPF814、8%Fina PP3376、22.1%Fina PP3445、29.2重量%Affinity8200、2.7重量%Dimodan ML-90、1.2重量%脫水山梨糖醇單月硅酸酯和1.6重量%FM1307HTM化學(xué)發(fā)泡劑(加入PE中的50%偶氮二甲羰酰胺)的熔體混合物。所述離開的熔體溫度為131℃,形成13.8MPa的出口壓力。將所述熔體混合物擠入182℃的25.4cm的3層葉片模頭的芯中。使用140rpm的28mm Davis標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機(jī),將兩表層通用聚丙烯(Fina PP3155,購自Atofina Inc.,Houston,TX)加到所述模頭中。所得泡沫材料片在15.6℃的鉻流延輥上冷卻,然后以4.05m/min的牽引速度收集。當(dāng)厚度為1.14mm時(shí),所述泡沫材料的密度為0.63g/cc。
      使用長度取向機(jī)(LO)和拉幅批以縱向(MD)3.25及橫向(TD)4.5的拉伸比對(duì)所述泡沫材料進(jìn)行取向。所述LO輥的溫度為130℃,拉幅機(jī)各區(qū)均為166℃。所述泡沫材料以1.52m/min的速度進(jìn)入LO。所得泡沫材料的密度為0.46g/cc,厚度為127微米。
      最后,如對(duì)比例C3中所述雙軸取向泡沫材料進(jìn)行微纖化。所得纖維化泡沫材料的吸水性和吸油性以及吸水速度分別根據(jù)測(cè)試步驟IV和V進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果列于表3中。
      表3微纖化聚丙烯基泡沫材料的吸水性和吸油性以及吸水速度
      表3顯示了在對(duì)比例C3中的總吸水性和保水性均比實(shí)施例14中的低。更重要的是,實(shí)施例14的微纖化泡沫材料以顯著的速度吸水,但對(duì)比例C3的微纖化泡沫材料不能以可測(cè)的速度吸水。這些結(jié)果顯示通過往聚合物熔體中加入親水組分、使泡沫材料流延、對(duì)泡沫材料進(jìn)行取向以及使所述泡沫材料微纖化,可以獲得親水聚丙烯基纖維和薄片。令人驚奇的是,發(fā)現(xiàn)所述包含親水組分的取向泡沫材料通過噴水進(jìn)行微纖化,而不會(huì)洗去親水組分。此外,對(duì)比例C3中較高的吸油性表明這種泡沫材料比實(shí)施例14中的材料能進(jìn)行更大程度的微纖化。由于預(yù)計(jì)微纖化程度增大會(huì)導(dǎo)致吸水性增大,上述結(jié)果更明確地表明實(shí)施例14的泡沫材料的親水性質(zhì)能使其吸水性超過對(duì)比例C3材料的吸水率。
      對(duì)比例C4在180℃下的Plasti-Corder實(shí)驗(yàn)室間歇混合器(DR-2051型,C.W.Brabender Instruments,Inc.,South Hackensack,NJ制造)中以70rpm的速度混合75g 40重量%丙烯均聚物(Fina 3376,購自Atofina Inc.,Houston,TX)和40重量%偏硅酸鈣(硅灰石級(jí)800H,購自Fibertec Inc.,Bridgewater,MA)和20重量%苯乙烯嵌段共聚物(Vector 4114,購自DexcoPolymers,Plaquemine,LA)的批料3分鐘。然后使用0.036英寸的隔片,在200℃、454kg負(fù)載下在熱壓機(jī)(G-30H-1S-LP型,Wabash MPI,Wabash,IN制造)中將所得混合物壓成位于金屬壓板之間的片,之后在18160kg的負(fù)載下再壓30秒,最后在用自來水冷卻的冷卻夾之間淬火3分鐘。所得壓片的密度為1.27g/cm3。從壓片中切割出85mm×85mm的方形樣品,并在180℃的Karo IV實(shí)驗(yàn)室拉伸機(jī)(Bruckner Maschinenbau GmbH,Siegsdorf,Germany制造)中進(jìn)行雙軸取向。在縱向(MD)和橫向(TD)均以4.2m/min同時(shí)平衡拉伸,最終雙軸拉伸比為3.5×3.5(MD×TD)。所得取向薄膜的厚度約為0.20mm,密度為0.67g/cm3,空隙率為47.2%。
      使用在約7MPa的水壓下操作的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的水力纏結(jié)機(jī)(70cm寬,S/N 101,Projecr#2303Honeycomb Systems Inc.,Biddeford,Maine制造),所述取向薄膜置于高壓噴水陣列中。所述噴水孔直徑為110微米,每厘米有15.75個(gè)孔。所述取向薄膜用膠帶粘貼到固體塑料片上,所述塑料片通過以6m/min垂直移動(dòng)的傳送帶在噴水陣列下方運(yùn)送。所述取向薄膜在噴水下方經(jīng)過四次,并且僅暴露其一面。所述薄膜在噴水處理之后進(jìn)行風(fēng)干。根據(jù)測(cè)試步驟IV測(cè)量所得微纖化薄膜的吸水性和吸油性,結(jié)果列于表4中。
      實(shí)施例15以對(duì)比例C4中所述的相同方式混合75g 40重量%丙烯均聚物(Fina 3376,購自Atofina Inc.,Houston,TX)和40重量%偏硅酸鈣(硅類石級(jí)800H,購自Fibertec Inc.,Bridgewater,MA)、15重量%苯乙烯嵌段共聚物(Vector4114,購自Dexco Polymers,Plaquemine,LA)和5重量%甘油單月硅酸酯(LauricidinTM,購自Med-Chem Laboratories,East Lansing,MI)的批料,壓成片狀,并雙軸取向成薄膜(0.20mm)。所述壓片的密度為1.23g/cm3,所述取向薄膜的密度為0.63g/cm3,空隙率為48.8%。
      以和對(duì)比例C4同樣的方式對(duì)所述取向薄膜進(jìn)行噴水處理。所述薄膜在噴水處理之后進(jìn)行風(fēng)干,然后置于60℃的爐子中7小時(shí)。根據(jù)測(cè)試步驟IV測(cè)量所得微纖維薄膜的吸水性和吸油性,結(jié)果列于表4中。
      表4微纖化雙軸取向薄膜的吸水性和吸油性
      表4顯示了在實(shí)施例15中的總吸水性和保水性均比對(duì)比例C4中的大得多。這些結(jié)果顯示通過往聚合物熔體中加入親水組分、使薄膜流延、對(duì)薄膜進(jìn)行雙軸取向以及使所述薄膜微纖化,可以獲得親水聚丙烯基微薄片。令人驚奇的是,發(fā)現(xiàn)所述包含親水組分的平擠薄膜進(jìn)行取向,并通過噴水進(jìn)行微纖化,而不會(huì)洗去親水組分。此外,兩個(gè)微纖化薄膜(實(shí)施例15和對(duì)比例C4的吸油性類似表明對(duì)比例C4的吸水性低不是因其纖維化程度比實(shí)施例15中的纖維化薄膜的低所導(dǎo)致的。
      權(quán)利要求
      1.一種親水的微纖化制件,它包含取向的熔融加工的聚合物材料,所述聚合物材料包含熔融加工的聚合物,它選自聚丙烯、聚乙烯或者它們的混合物;和親水組分,所述親水組分的量能有效提高所述微纖化制件的親水性。
      2.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述制件的吸水性約為每克制件約1.5-10克。
      3.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述熔融加工的聚合物包括乙烯均聚物或丙烯均聚物。
      4.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述制件的總吸水性至少比其中不含親水組分的同樣微纖化制件高30%。
      5.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述親水組分包括選自聚乙烯吡咯烷酮的均聚物和共聚物、磺化聚酯、聚(環(huán)氧乙烷的均聚物和共聚物)、(甲基)丙烯酸的均聚物和共聚物、乙烯和丙烯酸的離聚物共聚物以及它們混合物的的均聚物和共聚物親水聚合物。
      6.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述親水組分包括選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮與乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的離聚物共聚物的摻合物、磺化聚酯以及它們混合物的親水聚合物。
      7.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述制件包含約10-70重量份的親水聚合物。
      8.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述親水組分包括親水表面活性劑。
      9.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述聚合材料包含每100重量份可熔融加工的聚合物包含約1-5重量份親水表面活性劑。
      10.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑包括非離子表面活性劑。
      11.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑包括C8-C16脂肪酸甘油單酸酯。
      12.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑選自甘油單月硅酸酯和脫水山梨糖醇單月硅酸酯。
      13.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑選自甘油單酯和脫水山梨糖醇單酯。
      14.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑包括具有一個(gè)或多個(gè)據(jù)氧化烯基的包含氟代脂族基團(tuán)的非離子表面活性劑,其通式為(Rf-Q)n-Z式中,Rf是至少具有4個(gè)全氟化碳原子的氟代脂族基團(tuán),它可以是直鏈、支鏈或者當(dāng)足夠大時(shí)為環(huán)狀的,或者它們的任意組合,所述氟代脂族基團(tuán)中的主鏈可以包含一個(gè)或多個(gè)僅連接到主鏈碳原子上的是鏈?zhǔn)诫s原子,Q是多價(jià)態(tài)的連接基,包括含雜原子的基團(tuán)、共價(jià)鍵或者它們的組合,Z是包含聚(氧化烯)(OR’)x的非離子水增溶性基團(tuán),其中,R’是具有2-約4個(gè)碳原子的亞烷基,x是約6-20之間的數(shù)字,n是1-6的數(shù)字。
      15.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑包括含聚氧乙烯的非氟化的非離子表面活性劑,其通式如下Rh-Z-(C2H4O)x-C2H4-Z-Rh’式中,Rh是烷基或芳基,或者烷芳基,它可以被取代或者未取代,并包含2-約20個(gè)碳原子,其主鏈可以是直鏈、支鏈或者若其足夠大的話還可以是環(huán)狀的,或者它們?nèi)我獾慕M合,且所述主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到主鏈碳原子上的雜原子;Rh’是氫原子或者烷基或芳基,或者它們的組合,它可以被取代或者未取代,并包含2-約20個(gè)碳原子,其主鏈可以是直鏈、支鏈或者若其足夠大的話還可以是環(huán)狀的,或者它們?nèi)我獾慕M合,且所述主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到主鏈碳原子上的雜原子;Rh和Rh’中的一個(gè)或兩個(gè)可以包含如下通式所示的聚二烷基硅氧烷基團(tuán),R-(SiR2-O)n-SiR2-其中,各R基分別是具有2-約10碳原子的烷基或芳基,它可以被取代或者未取代,直鏈或支鏈,環(huán)狀或無環(huán)的,且可以包含一個(gè)或多個(gè)雜原子,n=2-20,Z是-O-、-S-、-CO-,-C(O)O-,-NH-,-CONH-或-N(R)-,式中,R是具有1-10個(gè)碳原子的取代或未取代烷基、環(huán)烷基或芳基,它可包含雜原子如氧、硫或氮,且可包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán)。
      16.權(quán)利要求8所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑包括氟化化學(xué)表面活性劑和非氟化化學(xué)表面活性劑。
      17.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述制件包含有效直徑小于20微米,橫向?qū)捄癖葹?.5∶1-20∶1的微纖維。
      18.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述制件包含其在兩維上的尺寸至少是其第三維尺寸的10倍的微薄片。
      19.權(quán)利要求1所述的制件,其特征在于,所述微纖化制件包含織布狀的材料,選自吸水拭布、拖把、墊子、織布、織物和帶背襯。
      20.一種親水微纖化制件,它包含取向的熔融加工的聚合材料、所述聚合材料包含高熔體強(qiáng)度的聚丙烯和親水組分。
      21.權(quán)利要求20所述的制件,其特征在于,所述熔融加工的聚合物是支化聚丙烯。
      22.權(quán)利要求20所述的制件,其特征在于,所述制件包含空隙形成劑。
      23.權(quán)利要求20所述的制件,其特征在于,所述親水組分包含選自聚乙烯吡咯烷酮磺化聚酯、聚(環(huán)氧乙烷)和它們混合物的親水聚合物。
      24.一種親水微纖化制件,它包含取向的熔融加工的聚合材料、所述聚合材料包含熔融加工的聚合物和親水表面活性劑
      25.權(quán)利要求24所述的制件,其特征在于,所述表面活性劑包括非離子表面活性劑。
      26.權(quán)利要求24所述的制件,其特征在于,所述親水表面活性劑選自C8-C16脂肪酸甘油單酸酯;脫水山梨糖醇脂肪酸酯或其聚氧乙烯衍生物;具有一個(gè)或多個(gè)聚氧化烯基團(tuán)的包含氟代脂族基團(tuán)的非離子表面活性劑,其通式如下(Rf-Q)n-Z式中,Rf是至少具有4個(gè)全氟化碳原子的氟代脂族基團(tuán),它可以是直鏈、支鏈或者當(dāng)足夠大時(shí)為環(huán)狀的,或者它們的任意組合,所述氟代脂族基團(tuán)中的主鏈可以包含一個(gè)或多個(gè)僅連接到主鏈碳原子上的是鏈?zhǔn)诫s原子,Q是多價(jià)的連接基,包括含雜原子的基團(tuán)、共價(jià)鍵或者它們的組合,Z是包含聚(氧化烯)(OR’)x的非離子水增溶性基團(tuán),其中,R’是具有2-約4個(gè)碳原子的亞烷基,x是約6-20之間的數(shù)字,n是1-6的數(shù)字;包含聚氧乙烯的非氟化的非離子表面活性劑,其通式如下Rh-Z-(C2H4O)x-C2H4-Z-Rh’式中,Rh是烷基或芳基,或者烷芳基,它可以被取代或者未取代,并包含2-約20個(gè)碳原子,其主鏈可以是直鏈、支鏈或者若其足夠大的話還可以是環(huán)狀的,或者它們?nèi)我獾慕M合,且所述主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到主鏈碳原子上的雜原子,Rh’是氫原子或者烷基或芳基,或者它們的組合,它可以被取代或者未取代,并包含2-約20個(gè)碳原子,其主鏈可以是直鏈、支鏈或者若其足夠大的話還可以是環(huán)狀的,或者它們?nèi)我獾慕M合,且所述主鏈也可以任選地包含一個(gè)或多個(gè)連接到主鏈碳原子上的雜原子,Rh和Rh’中的一個(gè)或兩個(gè)可以包含如下通式所示的聚二烷基硅氧烷基團(tuán),R-(SiR2-O)n-SiR2-其中,各R基分別是具有2-約10碳原子的烷基或芳基,它可以被取代或者未取代,直鏈或支鏈,環(huán)狀或無環(huán)的,且可以包含一個(gè)或多個(gè)雜原子,n=2-20,Z是-O-、-S-、-CO-,-C(O)O-,-NH-,-CONH-或-N(R)-,式中,R是具有1-10個(gè)碳原子的取代或未取代烷基、環(huán)烷基或芳基,它可包含雜原子如氧、硫或氮,且可包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)氧乙烷基團(tuán);以及它們的混合物。
      27.權(quán)利要求24所述的制件,其特征在于,所述熔融加工的聚合物包括選自聚丙烯、高密度聚丙烯、低密度聚丙烯、聚甲醛、聚偏二氟乙烯、聚(甲基戊烯)、聚(乙烯-三氟氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)、聚(對(duì)苯二甲酸丁二酯)、尼龍6、尼龍66、聚丁烯、尼龍6,12、聚(乳酸)、熱致液晶聚合物、脂族聚酯類以及它們混合物的聚合物。
      28.一種親水微纖化制件,所述制件包括取向的熔融加工的聚合材料,所述聚合材料包含熔融加工的聚合物和選自磺化聚酯和聚乙烯吡咯烷酮的親水聚合物。
      29.權(quán)利要求28所述的制件,其特征在于,所述聚合材料包含約10-70重量%親水聚合物。
      30.權(quán)利要求29所述的制件,其特征在于,所述制件包含約25-30重量%磺化聚酯。
      31.權(quán)利要求28所述的制件,其特征在于,所述熔融加工的聚合物包含選自聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚乙烯以及它們混合物的聚合物。
      32.一種制造親水微纖化制件的方法,所述方法包括擠出可熔融加工聚合物和親水組分的混合物,形成薄膜,使所述薄膜取向,形成可微纖化的薄膜,使所述可微纖化的薄膜微纖化。
      33.權(quán)利要求32所述的制件,其特征在于,所述親水制件的吸水性為每克制件約1.5-10克。
      全文摘要
      揭示了一種親水的纖化制件和制備這種制件的方法,所述制件包含可熔融加工的聚合物和親水組分如親水表面活性劑或親水聚合物。
      文檔編號(hào)D01F1/10GK1606636SQ02825594
      公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
      發(fā)明者R·S·科迪, M·A·佩雷茲, T·P·克倫, P·D·格拉罕, C·K·哈斯, R·K·蘇拉, D·R·沃爾克, J·S·普魯?shù)峡? L·R·克萊普斯基, T·R·赫布斯, J·W·西巴斯坦恩, P·P·德羅塞爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司
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