拉伸强度提高的纺粘材料的制造方法.pdf

本发明所用丙烯均聚物或丙烯/乙烯无规共聚物的熔体流动速率(MFR)约为3
至30克/10分钟(ASTM D-1238,2.16公斤，230℃)，约3至25克/10分钟更好，
约3至约20克/10分钟则最好。共聚物中乙烯含量以低于10％为佳。

MFR在上述范围内的丙烯聚合物材料可以通过对低MFR聚合物的减粘裂化
得到，即对聚合物进行断链。该过程不仅降低分子量，提高聚合物的熔体流动速
率，而且使得分子量分布变窄。一般说来，分子量较高则物理性能较好但加工性
较差。相反，分子量较低则物理性能较差而加工性较好。分子量低而且分子量分
布窄的聚合物在许多制品中同时提供优良的物理性能和加工性。所以，通常的做
法是将丙烯或丙烯与乙烯聚合至高于最终用途所需的分子量，然后再减粘裂化到
所需的分子量。

在工业过程中，减粘裂化通常是通过在造粒前向聚合物中添加降解助剂进行
的。或者，可在加热的同时在挤塑机中将聚合物和降解助剂相混合。降解助剂是
一种与聚合物混合，然后在挤塑条件下加热聚合物时能促进断链的物质。目前工
业生产中使用的降解助剂主要是烷基氢过氧化物或二烷基过氧化物。此类物质在
高温下引发自由基链式反应，造成丙烯聚合物分子的断裂。

为了克服使用低MFR树脂时难免的纺丝问题，本发明使用较高的纺丝温度，
使得纺丝模头处聚合物的熔体粘度可被维持与高MFR树脂在一般纺丝温度下的
相同。例如，10MFR树脂在536°F熔体温度时的熔体粘度与38MFR树脂在410°F
熔体温度时的相同。所以，上述两种树脂(10和38MFR)在各自纺丝温度下的可纺
性相同。在本发明的方法中，丙烯聚合物在500 °F(260℃)以上的温度纺丝，525
°F(274℃)以上更好。

由于本发明方法中使用了高于一般的纺丝温度，所以需要组合添加剂
(additive package)以有力地抵抗丙烯聚合物的热降解，热降解会使得织物强度变
差。本发明的组合添加剂主要含(a)季戊四醇二亚磷酸盐，(b)受阻酚化合物和(c)
硬脂酸钙。可选组份(a)可以与水滑石混合，例如，它可以以某种产品的形式加入，
例如Ultranox 627A即二(2,4-二叔丁基苯)季戊四醇二亚磷酸盐，其中含有7％分
子式为[Mg_4-5Al₂(OH)₁₃CO₃·3.5H₂O]的DHT-4A水滑石化合物。Ultranox 627A稳
定剂可以向GE Specialty Chemicals购买。水滑石化合物并不是热稳定化所必需
的，但是它提高季戊四醇二亚磷酸盐的水解稳定性，使它易于处理。

季戊四醇二亚磷酸盐可选自具有以下通式的化合物：

其中的R’和R”相同或不同，选自C_1-20直链或支链烷基、C_5-20环烷基、
C_{6- 20}芳基和C_2-20烷氧基烷基、和它们的卤代衍生物、以及例如每分子含多至20个
碳原子的烷芳基这样的组合。较好的是，R’和R”相同而且是烷芳基，最好是烷
基苯基。

合适的季戊四醇二亚磷酸盐的具体例子包括二甲基季戊四醇二亚磷酸盐、二
乙基季戊四醇二亚磷酸盐、二(十二烷基)季戊四醇二亚磷酸盐、二甲苯基季戊四
醇二亚磷酸盐、二(十八烷基)季戊四醇二亚磷酸盐、二苯基季戊四醇二亚磷酸盐、
二苄基季戊四醇二亚磷酸盐、二(2,4-二叔丁基苯)季戊四醇二亚磷酸盐、二对氯苯
基季戊四醇二亚磷酸盐。美国专利4,025,486中说明了有此通式的其它合适的有
机亚磷酸盐化合物，在此作为参考。优选的是二(2,4-二叔丁基苯)季戊四醇二亚磷
酸盐。

季戊四醇二亚磷酸盐在每百万份丙烯聚合物材料中的含量约为250至约
2500份(ppm)，约745份至约1115份更好，约835至约1025份则最好。

在前苏联、Snarum、挪威，水滑石[Mg_4-5Al₂(OH)₁₃CO₃·4H₂O]天然存在于小
沉积岩中。它也可以人工合成。分子式为[Mg_4-5Al₂(OH)₁₃CO₃·3.5H₂O]的产品
DHT-4A是一种水滑石样的化合物，可以向Kyowa Chemical Industry Co.,Ltd.购
买。如果使用，水滑石化合物按每百万份丙烯聚合物约5至约500份的量使用，
约55至85份更好，约60至约80份则最好。

合适的受阻酚化合物包括例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸)甲
烷；1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)苯；1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟
基-2,6-二甲基苯基)-1,3,5-三-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮；3,9-二[2-{3-(3-叔丁基-4-羟
基-5-甲基苯基)丙酰氧基}-1,1-二甲基乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷和1,3,5-
三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮。其中优选的是
1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)苯。

相对每百万份丙烯聚合物，受阻酚的含量为约250至约2500份，约800至
约1200份更好，约900至约1100份则最好。

相对每百万份丙烯聚合物，硬脂酸钙的含量为约100至约1500份，约240
至约360份更好，约270至约330份则最好。

为了获得本发明拉伸强度提高的纺粘材料，必须使用如下组合条件，即(1)
具有特定熔体流动速率的丙烯聚合物，(2)特定的纺丝温度和(3)特定的组合添加
剂。

可以利用各种常规方法将组合添加剂加到丙烯聚合物中，例如本领域中已知
的，利用例如翻滚式混合机和Henschel混合机将添加剂与聚合物颗粒或短纤直接
干混。可以在聚合物颗粒上喷涂以溶液或浆料，或者与之混合。还可以利用例如
Banbury混合机、Brabender混合机、辊磨机或螺杆挤塑机将添加剂与熔融聚合物
混合。

一种简便方法是将干燥的添加剂加到颗粒化的丙烯聚合物中，然后挤塑成颗
粒化的产物，再用于制造纤维。在丙烯聚合物中还可以加入其它添加剂，例如填
料、增量剂、增塑剂、着色剂以及其它聚合物材料。

纺粘材料是通过连续地将聚合物通过喷丝板挤塑成散开的长丝来制备的。然
后，为使聚合物长丝分子取向并获得韧度，可用机械牵伸或气流牵伸长丝但不致
其断裂。然后将连续的长丝基本上随机地沉积在载体带上形成纤维网。

在实施例1和比较实施例1-3中，纤维和非织造材料是在1米宽的Reicofil
小型实验室纺粘线上、按表1指定的条件下制备的。聚合物B(比较实施例1)是用
目前制造聚丙烯纺粘材料所用标准条件下纺成的，即410°F(210℃)的纺丝温度。
聚合物A、C1和C2是在536°F(280℃)纺成的。

纺粘材料的抓样拉伸强度按ASTM-D 1682和ASTM-D 1776测定。

熔体流动速率按ASTM-D 1238(2.16kg,230℃)测定。

在本发明说明书中，所有的份数和本发明除非另作说明都是按重量计算的。

                  实施例和比较实施例1-3

图1和图2显示了与利用标准纺粘树脂在标准条件下纺成的纺粘材料(聚合
物B，比较实施例1)和所用纺丝温度和聚合物熔体流动速率如本发明方法所述但
不含本发明特定添加剂组合物(聚合物C1和C2，比较实施例2和3)制造的纺粘
材料相比，利用本发明方法制造的纺粘材料(聚合物A)拉伸强度大幅提高。纺丝
条件列于表1。图中的osy=盎司/平方码。

在表1和图1和图2中，聚合物A是MFR为10克/10分钟的丙烯均聚物。
聚合物由MFR为1克/10分钟的丙烯聚合物减粘制得。实施例1中使用的添加剂
由以下物质组成(a)1000ppm Ethanox 330即1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-
4-羟基苯基)苯,购自Albemarle Corporation；(b)1000ppm Ultranox 627A即含7
％DHT-4A水滑石化合物的二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸盐，购自GE
Specialty Chemicals；和(c)300ppm硬脂酸钙。

聚合物B是MFR为38克/10分钟的标准纺粘树脂，购自Montell USA Inc.,
通过MFR为0.4克/10分钟的片状丙烯均聚物减粘制备而得。该聚合物含有
1000ppm Irgnaox 1076即防老剂3,5-二叔丁基-4-氢化肉桂酸十八烷酯，购自CIBA
Specialty Chemicals Corporation，和300ppm硬脂酸镁。

聚合物C1和C2是与聚合物A相同的丙烯均聚物，但是含有较少的有效组
合添加剂：(a)1000ppm Irgnaox 1076防老剂和(b)300ppm硬脂酸镁。

图1和图2中的数据显示，当将含有本发明方法所述组合添加剂的10MFR
聚合物(聚合物A)在较高温度下加工成与用标准纺粘树脂(聚合物B)制造的纤维
相同的纤维尺寸时，由它制得的织物的抓样拉伸强度明显高于后者。与含有本发
明有效添加剂组合物MFR相同的聚合物相比，含有受阻酚化合物和硬脂酸钙的
10FMR聚合物(聚合物C1和C2)在纺丝过程中降解程度大，而且产生的织物其抓
样拉伸强度较低。至于10MFR的聚合物C1和C2，用聚合物C1获得的纤维更
细，这使得它的织物强度高于聚合物C2。必须注意的是，要用聚合物C2制造成
相同纤维尺寸，必需降低吸入压力。

                       实施例2

制备在丙烯均聚物(未经减粘裂化)中含有不同组合添加剂、MFR为7.3的样
品。称重每份样品的各组份，然后整包混合(bag blended)。在所有的挤塑中使用
的都是3/4英寸、长径比25∶1的压缩螺杆和60rpm的转速。原样先在245℃混合，
然后按表2所示的温度下通过挤塑机。

表2中的Ultranox 627A稳定剂是二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸
盐，内含7％分子式为[Mg_4-5Al₂(OH)₁₃CO₃·3.5H₂O]的DHT-4A水滑石化合物。
Ultranox 626是不含DHT的相同的季戊四醇二亚磷酸盐。两种Ultranox稳定剂都
购自GE Specialty Chemicals。

在最高使用温度下具有最低MFR的样品最可能产生拉伸强度最高的纺粘材
料。结果显示在表2中。

样品2和5,6和7,9和10的数据比较显示，水滑石化合物并不是热稳
定化作用所必需的。

在阅读了以上说明之后，本发明的其它特征、优点和实施方案对本领域一般
技术人员来说是显而易见的。对此，虽然以上已相当详细地描述了本发明的具体
实施方案，但是，只要不背离本发明权利要求的范围和精神，可以对所述方案进
行多种改变和改进。