颗粒状填料.pdf

本发明涉及不含或者含有非常少量粗料的颗粒状填料、包含所述填料的组合物及其用途。本发明还涉及所述颗粒状填料和组合物生产方法。

权利要求书
1.  一种颗粒状填料，所述颗粒状填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。

2.  如权利要求1所述的颗粒状填料，其中，粒径大于或等于约40μm的颗粒的量少于或等于约2ppm。

3.  如权利要求1所述的颗粒状填料，其中，粒径大于或等于约40μm的颗粒的量少于或等于约1ppm。

4.  如权利要求1所述的颗粒状填料，其中，粒径大于或等于约40μm的颗粒的量少于或等于约0.5ppm。

5.  如权利要求1所述的颗粒状填料，其中，粒径大于或等于约40μm的颗粒的量为0ppm或约0ppm或约0.1ppm。

6.  如权利要求1所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料包含少于约3ppm的粒径大于约38μm或大于约30μm的颗粒。

7.  如权利要求2所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料包含少于或等于约2ppm的粒径大于约38μm或大于约30μm的颗粒。

8.  如权利要求3所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料包含少于或等于约1ppm的粒径大于约38μm或大于约30μm的颗粒。

9.  如权利要求4所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料包含少于或等于约0.5ppm的粒径大于约38μm或大于约30μm的颗粒。

10.  如权利要求5所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料包含0ppm或约0ppm或约0.1ppm的粒径大于约38μm或大于约30μm的颗粒。

11.  如权利要求1～10中任一项所述的颗粒状填料，其中，所述填料包含以下物质、由以下物质构成或主要由以下物质构成：碱土金属碳酸盐(例如，白云石或碳酸钙)、金属硫酸盐(例如，重晶石或石膏)、金属硅酸盐、金属氧化物(例如，氧化钛、铁氧化物、氧化铬、三氧化二锑或二氧化硅)、金属氢氧化物(例如，氧化铝三水合物)、高岭土、煅烧高岭土、钙硅石、铁矾土、滑石或云母，包括其组合。

12.  如权利要求11所述的颗粒状填料，其中，所述填料是经涂布的或经处理的。

13.  如权利要求12所述的颗粒状填料，其中，所述填料涂布有一种或多种脂肪 酸或其盐或酯，其中，所述脂肪酸可以例如选自硬脂酸、棕榈酸、山萮酸、褐煤酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、异硬脂酸和蜡酸。

14.  如权利要求1～13中任一项所述的颗粒状填料，其中，所述颗粒状填料为碳酸钙或经涂布的碳酸钙。

15.  如权利要求14所述的颗粒状填料，其中，所述碳酸钙涂布有硬脂酸。

16.  如权利要求1～15中任一项所述的颗粒状填料，其中，所述填料为研磨碳酸钙(GCC)或经涂布的GCC。

17.  如权利要求1～16中任一项所述的颗粒状填料，其中，所述填料的d50为约0.5μm～约5μm，例如约1μm～约3μm。

18.  如权利要求17所述的颗粒状填料，其中，所述填料的d50为约1μm或约1.5μm或约2μm。

19.  一种组合物，所述组合物包含权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

20.  如权利要求19所述的组合物，其中，所述组合物为聚合物组合物，并且所述聚合物组合物包含聚合物树脂。

21.  如权利要求20所述的聚合物组合物，其中，所述聚合物树脂为热塑性树脂。

22.  如权利要求21所述的聚合物组合物，其中，所述热塑性树脂为聚烯烃树脂，例如乙烯、丙烯或丁烯的单烯烃聚合物。

23.  如权利要求21所述的聚合物组合物，其中，所述树脂为聚乙烯树脂，例如低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯(乙烯-α-烯烃共聚物)、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯；或聚丙烯树脂，例如聚丙烯或乙烯-聚丙烯共聚物；或聚丁烯树脂；或聚戊烯树脂，例如聚(4-甲基戊烯)。

24.  如权利要求21所述的聚合物组合物，其中，所述树脂为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

25.  如权利要求20～24中的任一项所述的聚合物组合物，其中，所述聚合物树脂为均聚物或共聚物。

26.  如权利要求20～25中的任一项所述的聚合物组合物，其中，所述聚合物树脂包含聚合物的混合物或共混物。

27.  一种聚合物膜，所述聚合物膜能够由或由权利要求20～26中任一项所述的聚合物组合物形成。

28.  如权利要求27所述的聚合物膜，其中，所述填料以最终聚合物膜的约2重量％～55重量％的浓度存在，例如以约5重量％～50重量％、例如约10重量％～25重量％的浓度存在。

29.  如权利要求27或28所述的聚合物膜，其中，所述膜的平均厚度小于约250μm，例如约5μm～小于约250μm，例如约30μm。

30.  如权利要求27所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜为透气膜。

31.  如权利要求30所述的透气膜，其中，所述填料以最终聚合物膜的约30重量％～约55重量％的浓度存在，例如以约45重量％～约55重量％的浓度存在。

32.  如权利要求30或31所述的透气膜，其中，所述膜的平均厚度为约5μm～约25μm，例如约8μm～约18μm，例如约10μm～约15μm。

33.  如权利要求30～32中任一项所述的透气膜，其中，所述填料为涂布有硬脂酸的碳酸钙。

34.  一种制造权利要求20～33中任一项所述的聚合物组合物的方法，所述方法包括将聚合物树脂与颗粒状填料共混。

35.  如权利要求34所述的方法，所述方法还包括使所述聚合物组合物形成为聚合物膜。

36.  一种纺丝纤维，所述纺丝纤维包含聚合物树脂和权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

37.  如权利要求36所述的纺丝纤维，其中，所述聚合物树脂选自聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯均聚物和共聚物，或与1-丁烯、4-甲基-1-戊烯和1-己烷的共聚物；聚酰胺，例如尼龙；聚酯；任何上述聚合物的共聚物；及其共混物。

38.  如权利要求36或37所述的纺丝纤维，其中，所述颗粒状填料可以以相对于所述纤维总重量为约5重量％～约40重量％的量存在，例如以相对于所述纤维总重量为约10重量％～约25重量％的量存在，例如以相对于所述纤维总重量为约10重量％～约15重量％的量存在。

39.  一种无纺织物，所述无纺织物包含权利要求36～38中任一项所述的纺丝纤维。

40.  尿布、女性卫生用品、成人失禁用品、包装材料、抹布、毛巾、墩布、工业服装、医用布帘、医用服、足套、灭菌包装、桌布、油漆刷、餐巾、垃圾袋、个人护 理品、地面覆盖物和过滤介质中的任一种，其包含权利要求36～38中任一项所述的纺丝纤维或权利要求39所述的无纺织物。

41.  一种短纤维，所述短纤维包含权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

42.  一种毡毯，所述毡毯包含权利要求41所述的短纤维。

43.  一种毡毯，所述毡毯包含权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

44.  一种从颗粒状材料中除去粗颗粒的方法，所述方法包括：对所述颗粒状材料进行干式过筛或筛分，以生产权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

45.  如权利要求44所述的方法，其中，所述过筛或筛分使用离心旋转筛分器来进行。

46.  如权利要求44或45所述的方法，其中，所述筛或筛分器包括具有方形孔的网筛。

47.  如权利要求44～46中任一项所述的方法，其中，所述筛或筛分器包括尼龙或金属网筛。

48.  一种从颗粒状材料中除去粗颗粒的方法，所述方法包括：对所述颗粒状材料进行磨机分级，以生产权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

49.  一种从颗粒状材料中除去粗颗粒的方法，所述方法包括：对所述颗粒状材料进行风力分级，以生产权利要求1～18中任一项所述的颗粒状填料。

50.  如权利要求44～47中任一项所述的方法，其中，颗粒状填料的回收率大于约90％，例如大于约96％，例如大于约99％，并可选地最高为100％。

51.  如权利要求48所述的方法，其中，颗粒状填料的回收率大于约70％，例如大于约80％，例如大于约96％，例如大于约99％，并可选地最高为约100％。

52.  如权利要求49所述的方法，其中，颗粒状填料的回收率大于约60％，例如大于约70％，例如大于约80％，例如大于约90％，例如大于约96％，例如大于约99％，并可选地最高为约100％。

说明书颗粒状填料
技术领域
本发明涉及不含粗料或者含有非常少量粗料的颗粒状填料、包含所述填料的组合物及其用途。本发明还涉及制造所述颗粒状填料和组合物的方法。
背景技术
经加工的矿物在各种应用中的用途是已知的。例如，将加工的矿物用于例如纸制品、涂料(例如油漆)和聚合物组合物等应用中是已知的。
已有大量的研究致力于开发出具有特定粒径分布(psd)的经加工的矿物，因为粒径分布通常会影响可针对特定应用而添加有该矿物的组合物的性质。当表达颗粒状材料的psd时，经常包括对所谓的“上限阈值(top cut)”的引用。上限阈值是指这样的粒径值：填料样品中98％(或99％)的颗粒的直径都小于所述粒径值。例如，上限阈值为10μm以下的填料可认为意味着该填料样品中98％的颗粒的直径都小于10μm。这意味着约2％的颗粒的粒径大于所述上限阈值。常用于测量上限阈值的方法通常对于约100ppm以上是灵敏的。
本发明人惊讶地发现，填料中存在的含量非常低的大于特定尺寸的颗粒(其在本说明书中可被称作“粗料”(或者称作“硬料”))，例如经加工的矿物，对于使用该填料的多种应用而言是有害的；对于将填料混入聚合物组合物中的那些应用而言尤其如此。例如，本发明人已经发现，在计划用于聚合物纤维类应用的材料中，仅存在几个ppm的粗料就导致了在挤出该聚合物纤维时不合需要的压力升高。本发明至少部分地立足于此发现，因而本发明人已发现，提供不含或者含有非常少量粗料(或硬料)的颗粒状填料是符合期望的。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种颗粒状填料，所述填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。
该颗粒状填料可适用于许多应用。例如，本发明第一方面的填料可适用于纸制品、涂料(例如油漆或屏蔽涂料)，但更特别的是适用于聚合物组合物、聚合物膜(特别是透气膜)、聚合物纤维(例如纺丝纤维(spunlaid fibre)和无纺产品)。本发明第一方面的填料也可用于短纤维(staple fiber)和毡毯。
因此，在另一方面，本发明提供一种包含本发明第一方面的颗粒状填料的组合物，即，提供一种包含颗粒状填料的组合物，所述填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。
该组合物可以是可包含聚合物树脂的聚合物组合物，并且所述聚合物组合物可以能够成型为或可以已成型为聚合物膜(例如透气膜)。作为另外一种选择，该聚合物组合物可以能够成型为或可以已成型为聚合物纤维(例如纺丝纤维)或无纺产品。
因此，在另一方面，本发明提供一种包含聚合物树脂和颗粒状填料的聚合物组合物，所述填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。
本发明的某些实施方式还提供一种短纤维，所述短纤维包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。本发明的某些实施方式还提供一种包含所述短纤维的毡毯，或者一种包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒的毡毯。此处所用的“短纤维”是指具有特定长度的离散纤维。例如，短纤维的长度可以是约25mm～约150mm。在另一些情况下，短纤维的长度可以是约35mm～约100mm。在又一些情况下，短纤维的长度可以是约50mm～约75mm。
在本发明的另一些方面中，提供了制造本发明的组合物、聚合物组合物、膜和其他聚合物类产品的方法。还提供了制造本发明的一些实施方式的短纤维和毡毯的方法。因此，根据本发明的另一些方面，提供了所述聚合物组合物的生产工艺，所述工艺包括：将聚合物或聚合物前体与颗粒状填料共混，所述填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。然后可以将组合物成型为聚合物膜或无纺产品或聚合物纤维(例如，纺丝纤维)。聚合物膜可以是透气膜。还提供了一种短纤维的制造方法或生产工艺，其包括将短纤维与颗粒状填料组合，所述填料包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒。然后可以将短纤维成型为毡毯或者用于毡毯的各部分中。
用于聚合物组分的术语“前体”很容易为本领域普通技术人员所理解。例如，适当的前体可以包括下述物质中的一种或多种：单体、交联剂、包含交联剂和促进剂的固 化体系，或其任何组合。在根据本发明将填料与聚合物前体混合时，之后可以通过使前体组分固化和/或聚合形成所需的聚合物来形成聚合物组合物。
聚合物膜可适用于包装产品，包括食品包装产品和消费者包装产品。
所述填料可以包含以下物质、由以下物质构成或主要由以下物质构成：碱土金属碳酸盐(例如，白云石，即CaMg(CO3)2，或碳酸钙)、金属硫酸盐(例如，重晶石或石膏)、金属硅酸盐、金属氧化物(例如，氧化钛、铁氧化物、氧化铬(chromia)、三氧化二锑或二氧化硅)、金属氢氧化物(例如，氧化铝三水合物)、高岭土、煅烧高岭土、钙硅石、铁矾土、滑石或云母，包括其组合。上述材料中的任一种均可以是经涂布(或未涂布)的或经处理(或未处理)的。具体而言，填料可以包含以下物质、由以下物质构成或主要由以下物质构成：经涂布的碳酸钙、经处理的煅烧高岭土或经处理的滑石。下文中，将针对碳酸钙或经涂布的碳酸钙，并针对加工和/或处理碳酸钙或经涂布的碳酸钙的方面，来讨论本发明。本发明不应被理解为限于这些实施方式。
填料可以是经涂布的。例如，填料可以涂布有疏水化表面处理剂。具体而言，碳酸钙可以是经涂布的。例如，碳酸钙可以涂布有一种或多种具有至少10个链碳原子的脂肪族羧酸。例如，碳酸钙可以涂布有一种或多种脂肪酸，包括其盐或酯。脂肪酸可以选自硬脂酸、棕榈酸、山萮酸、褐煤酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、异硬脂酸和蜡酸。经涂布的碳酸钙可以是经硬脂酸盐/酯涂布的碳酸钙。经涂布的碳酸钙可以是经硬脂酸盐/酯涂布的经研磨的天然碳酸钙(GCC)或经硬脂酸盐/酯涂布的沉淀碳酸钙(PCC)。
煅烧高岭土可以用有机硅烷或丙二醇处理。滑石可以用硅烷、例如有机硅烷处理。
颗粒状填料的平均等效粒径(d50)可以是约0.5μm～约5μm，例如约1μm～约3μm，例如约2μm或约1.5μm或约1μm。
本发明人已经发现，本发明的具有低粗颗粒含量的颗粒状填料可以使用干式过筛法、例如筛分法来制造。
因此，在另一方面，本发明提供一种从颗粒状材料中除去颗粒的方法，所述方法包括：
对颗粒状材料进行干式过筛(例如，筛分)，以生产包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒的颗粒状填料。筛分器可以是离心或旋转筛分器。筛或筛分器可以包含具有适当尺寸的孔的网筛。例如，网筛尺寸可以具有方形孔。网筛的孔尺寸 可以是53μm、48μm、41μm、30μm、25μm、20μm或15μm。网筛可以由尼龙或其他适当的材料(例如不锈钢)制成。
本发明人还发现，本发明的具有低粗颗粒含量的颗粒状填料可以利用磨机分级机来制造。
因此，在另一方面，本发明提供一种从颗粒状材料中除去颗粒的方法，所述方法包括：
对颗粒状材料进行磨机分级，以生产包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒的颗粒状填料。
本发明人还发现，本发明的具有低粗颗粒含量的颗粒状填料可以利用风力分级机制造。
因此，在另一方面，本发明提供一种从颗粒状材料中除去颗粒的方法，所述方法包括：
对颗粒状材料进行风力分级，以生产包含少于约3ppm的粒径大于或等于约40μm的颗粒的颗粒状填料。
关于本发明的各个方面和实施方式，填料可以包含少于约3ppm的粒径大于约38μm、或大于约30μm、或大于约25μm、或大于约20μm的颗粒。在本文中，可以将这些颗粒和粒径大于或等于约40μm的颗粒描述为“粗颗粒”或“粗料”或者描述为“硬颗粒”或“硬料”。
此外，关于本发明的各个方面和实施方式，粗颗粒的含量可以为：少于或等于约2ppm；少于或等于约1ppm；少于或等于约0.5ppm；少于或等于约0.2ppm。粗颗粒的含量可以是从0ppm或约0ppm至约2ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至约1ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至0.5ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至约0.2ppm。在所有上述范围内，粗颗粒含量的下限可以是约0.1ppm。
关于本发明的各个方面和实施方式，颗粒状填料可以是颗粒状矿物。颗粒状矿物可以是经加工的颗粒状矿物。
为了确定粗颗粒的存在量，将颗粒状填料悬浮在该填料不会在其中聚集的液体中。本发明人已经发现，适当的液体为异丙醇，在本文中可以称其为丙-2-醇，或简称为IPA。然后将该悬浮液馈送通过具有方形孔的尺寸适当的网筛。将筛上残余物在室温下静置干燥，并取下残留的残余物称重。与初始样品重量相比，残余物的量使得 可以以ppm表征粗颗粒的量。过筛的(或经过筛分的)材料和筛上残余物可以用光学显微镜进行分析。
与本发明相关的优点有很多。例如，使用本发明的填料可在各种应用中提供改进的加工性。例如，当将颗粒状填料混入聚合物组合物中并在挤出机或吐丝头中加工该聚合物组合物时，这类设备的筛组件不会或者极少会被该颗粒状填料堵塞。将该颗粒状填料包含在聚合物膜中会减少单位面积加工膜上的膜缺陷数量，在膜厚降低(减小量表值)时尤其如此。使用本发明的填料提供了改进的机械性能，例如与冲击强度和/或撕裂强度相关的性能。
具体实施方式
颗粒状填料
适合的填料包括颗粒状无机填料。例如，矿物填料，例如碱土金属碳酸盐(例如，白云石，即CaMg(CO3)2，或碳酸钙)、金属硫酸盐(例如，重晶石或石膏)、金属硅酸盐、金属氧化物(例如，氧化钛、铁氧化物、氧化铬、三氧化二锑或二氧化硅)、金属氢氧化物(例如，氧化铝三水合物)、高岭土、煅烧高岭土、钙硅石、铁矾土、滑石或云母，包括其组合。上述材料中的任一种均可以是经涂布(或未涂布)的或经处理(或未处理)的。具体而言，填料可以包含以下物质、由以下物质构成或主要由以下物质构成：经涂布的碳酸钙、经处理的煅烧高岭土或经处理的滑石。其他适合的填料可以包括具有低吸水量的那些填料。填料可以是单一填料或可以是填料的共混物。例如，填料可以是两种以上本文所列填料的共混物。
颗粒状填料的平均粒径(d50)可以是约0.5μm～约5μm、例如约1μm～约3μm、例如约1μm或约1.5μm或约2μm。颗粒状填料的d98可以是约8μm或小于约8μm、例如约4μm～约8μm、或约4μm～约5μm、或约5μm～约6μm、或约6μm～约8μm。颗粒状填料的d90可以是约5μm以下，或约4μm以下。例如，颗粒状填料的d90可以是约3μm～约5μm，或约3μm～约4μm。粒径分布的具体实例为：d90等于约4μm且d98等于约8μm；d90等于约3μm～约4μm且d98等于约6μm～约8μm；d90等于约3μm～约4μm且d98等于约4μm～约5μm；d90等于约3μm～约5μm且d98等于约5μm～约8μm或约5μm～约6μm。
除非另有说明，否则本说明书中对于颗粒状填料或材料所提及的粒径性质都以公 知方式测量，即，利用Sedigraph5100机将在完全分散的状态下的颗粒状填料或材料沉降在水性介质中，所述Sedigraph5100机在本说明书中被称作“Micromeritics Sedigraph5100单元”，由Micromeritics Instruments Corporation(Norcross,Georgia,USA)(电话：+17706623620；网站：www.micromeritics.com)提供。所述机器提供了对粒径(本领域中称作“等效球直径”(e.s.d))小于给定e.s.d值的颗粒的累积重量百分比的测量及作图。平均粒径d50是通过下述颗粒e.s.d确定的值：在取该e.s.d值时，有50重量％的颗粒的等效球直径小于该d50值。d98和d90是通过下述颗粒e.s.d确定的值：在取该e.s.d时，分别有98重量％和90重量％的颗粒的等效球直径小于该d98或d90值。
本发明中使用的颗粒状碳酸钙可以由天然来源通过研磨获得，或者可以通过沉淀而合成制备(PCC)，或者可以是此二者的组合，即，天然来源的研磨材料和合成的沉淀材料的混合物。PCC也可以被研磨。
研磨碳酸钙(GCC)，即经研磨的天然碳酸钙，通常通过下述方式获得：研磨诸如白垩、大理石或石灰石等矿物源，然后执行粒径分级步骤，以获得具有所需精细度的产物。颗粒状固体材料可以被自体研磨，即通过固体材料自身的颗粒之间的摩擦而进行研磨，或者可以在包含与碳酸钙不同的材料的颗粒的颗粒状研磨介质的存在下进行研磨。
碳酸钙的湿式研磨包括形成碳酸钙的水性悬浮液，随后可对其进行研磨，可选的是，在适合的分散剂的存在下进行研磨。可以参考例如EP-A-614948(通过援引将其全部内容并入本说明书中)以获得有关碳酸钙湿式研磨的更多信息。
当填料由天然存在的来源获得时，会存在某些矿物杂质将不可避免地污染研磨的材料的情况。例如，天然存在的碳酸钙与其他矿物联合存在。此外，在一些情况下，可能包括其他矿物的少量掺杂，例如也可能存在高岭土、煅烧高岭土、钙硅石、铁矾土、滑石或云母中的一种或多种。然而，通常本发明中所使用的填料将含有少于5重量％、优选少于1重量％的其他矿物杂质。
PCC可以用作本发明中颗粒状碳酸钙的来源，并可以通过本领域中可用的任何已知方法生产。TAPPI专题系列的第30号“Paper Coating Pigments”的第34～35页描述了制备沉淀碳酸钙的三种主要商业化工艺，沉淀碳酸钙适合用于制备造纸工业中所用的产品，但也可以用在本发明的实施中。在所有这三种工艺中，都要首先煅烧石灰 石以产生生石灰，然后将生石灰在水中熟化以产生氢氧化钙或石灰乳。在第一种工艺中，使用二氧化碳气体直接将石灰乳碳酸化。该工艺具有下述优点：不形成副产物，并且较容易控制碳酸钙产物的性质和纯度。在第二种工艺中，将石灰乳与苏打灰接触，从而通过双分解来产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液。如果要使该工艺具有商业吸引力，则必须使氢氧化钠与碳酸钙基本完全分离。在第三种主要商业化工艺中，首先使石灰乳与氯化铵接触，以获得氯化钙溶液和氨气。然后使氯化钙溶液与苏打灰接触，从而通过双分解来产生沉淀碳酸钙和氯化钠溶液。
该PCC制造工艺产生了非常纯的碳酸钙晶体和水。这些晶体可以形成为多种不同的形状和大小，这取决于所采用的具体反应过程。三种主要形式的PCC晶体是霰石、菱方(rhombohedral)晶体和偏三角面体(scalenohedral)晶体，所有这些(包括其混合物)都适合用在本发明中。
在研磨工序之后，颗粒状填料的d50可以是约0.5μm～约5μm。研磨之后，填料的d50可以小于或等于约2μm、例如小于或等于1.5μm、例如小于或等于约1μm。当用于聚合物膜中时，颗粒的最大尺寸通常小于膜厚度。
可选的是，颗粒状填料可以是经涂布的。例如，碳酸钙(GCC或PCC)可以涂布有疏水化表面处理剂。例如，碳酸钙可以涂布有一种或多种具有至少10个链碳原子的脂肪族羧酸。例如，碳酸钙可以涂布有一种或多种脂肪酸或其盐或酯。脂肪酸可以选自硬脂酸、棕榈酸、山萮酸、褐煤酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、异硬脂酸和蜡酸。经涂布的碳酸钙可以是经硬脂酸盐/酯涂布的碳酸钙。本发明的发明人已经发现，经硬脂酸盐/酯涂布的碳酸钙特别有效，而经硬脂酸盐/酯涂布的GCC则更是特别有效。基于颗粒状填料的干重，涂层的含量可以为约0.5重量％～约1.5重量％，例如约0.8重量％～约1.3重量％。
其他适合的经涂布的或经处理的填料包括经处理的煅烧高岭土或经处理的滑石。煅烧高岭土可以例如用硅烷(例如，有机硅烷)或丙二醇处理，而滑石可以用硅烷(例如，有机硅烷)处理。
可以在将填料包含进组合物之前干燥填料。例如，可以在将填料与聚合物树脂组合之前干燥填料。通常，可以在常规烘箱中于约80℃干燥填料。聚合物可以在真空烘箱中于约80℃干燥。可以将颗粒状填料干燥至下述程度：颗粒状填料的吸附的水(或水分)含量不大于该颗粒状填料干重的约0.5重量％、例如且特别有利的是不大于该颗 粒状填料干重的约0.1重量％，并保持这样的含量。这包括未涂布的和经涂布的颗粒状填料。较低的吸附水含量在将填料用于形成透气膜时特别有利。
理想的是，颗粒状填料(包括经涂布或未涂布的)不易于进一步大量摄取水分。颗粒状填料在20℃的温度下暴露于相对湿度为80％以上的气氛40小时之后，其水分含量可以不大于约0.5重量％、例如不大于约0.1重量％。
颗粒状填料可以不包含或基本不含吸湿或亲水性化合物。例如，在研磨颗粒状填料的过程中，研磨可以在不添加吸湿或亲水性化合物的情况下进行，或者如果是湿式研磨，则所采用的任何分散剂都可以被最少化且/或可以在之后以已知方式从填料中除去。例如，相对于颗粒状填料的干重，颗粒状填料上可以存在不大于约0.05重量％的亲水性组分。例如，相对于颗粒状填料的干重，颗粒状填料上可以存在不大于约0.05重量％的分散剂，例如亲水性分散剂。这种分散剂的一个实例是聚丙烯酸钠。水分含量可以以已知方式测量，例如通过Karl Fischer(KF)滴定设备测量。在该方法中，可以通过加热将水从样品中驱除，然后利用水与碘的定量反应来测量水。在库仑法KF滴定中，将样品添加至吡啶-甲醇溶液中(以碘和二氧化硫作为主要组分)。阳极电解生成的碘与水反应。水的量可以由电解所需的电荷量直接确定。
可以将颗粒状填料中存在的粗料的量降低至非常低的值或者零。这可以通过使用筛或筛分器(例如可称作旋转筛分器的离心筛分器)来实现。筛或筛分器可以包含细网筛。细网筛可以具有等大小和等间隔的孔，孔可以是方形的。孔可以是矩形的或狭槽形的。网筛可以由尼龙或金属线制成。网筛可以是细纺筛或激光烧蚀筛。使用适当的网筛会使粗颗粒含量降低至非常低的水平，同时保持良好的过程速率或处理量。过筛或筛分之后的粗颗粒的存在量可以是0ppm或约0ppm～约2ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至约1ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至约0.5ppm，或者可以是从0ppm或约0ppm至约0.2ppm。在所有上述范围内，粗颗粒含量的下限可以为约0.1ppm。粗颗粒的粒径可以大于或等于约40μm，或者大于约38μm，或者大于约30μm，或者大于约25μm，或者大于约20μm。
本发明部分地基于下述发现：在颗粒状填料中仅几个ppm的粗颗粒在将所述填料用于各种应用时也可能有害，所述应用包括用于聚合物组合物中，所述聚合物组合物之后可以用于形成聚合物膜(例如，透气聚合物膜)和无纺产品等，所述无纺产品可以混有纺丝纤维等。这些有害效应可能与加工本身有关，或者与最终产品的性能有联 系。截至目前为止，过筛和筛分技术仅被用于包括诸如面粉或小麦等粮食在内的粗料，这些粗料的粒径通常比本发明所考虑的那些颗粒的粒径明显更高。
通过使用干式过筛技术，特别是离心筛分器，d50为约0.5μm～5μm(例如，1.5μm)的颗粒状填料可以以非常高的回收率以约1t/hr(吨/小时)筛出。适当的回收率(产品/进料×100)包括例如大于约90％，且至多达到大于约96％或大于约99％的回收率，最高可以达到约100％。适当的处理量为例如至少约1t/hr，或至少2t/hr。
筛分器的适当实例包括旋转筛分器，例如可获自Kek-Gardner(Kek-Gardner Ltd,Springwood Way,Macclesfield,Cheshire SK102ND；www.kekqardner.com)的离心(旋转)筛分器。可获自Kek-Gardner的适当的筛分器系列的实例为K系列离心旋转筛分器。例如，K650C是滚筒长度为650mm的小型试验机，而K1350的滚筒长度为1350mm。筛分器可以配备有具有适当筛目尺寸的筛。筛可以是细纺筛或激光烧蚀筛。筛可以由尼龙或不锈钢制成。其他适当的旋转(或离心)筛分器可以获自KASON(KASON Corporation,67-71East Willow Street,Millburn,New Jersey,USA；www.kason.com)和SWECO(SWECO,PO Box1509,Florence,KY41022,USA；www.sweco.com)。
在常见的离心筛分器中，材料被进给至进料口中并通过进给螺杆而重定向至圆筒形筛分腔中。在该腔中，旋转的螺旋桨连续地推进材料并使其抵靠在网筛上，同时所产生的作用于颗粒的离心力会促使它们通过筛孔。这些不与筛面接触的旋转的桨还起到破碎软聚集体的作用。大多数过大的颗粒和废料通过超粒排料槽排出。通常，离心筛分器被设计用于重力给料应用和用于串联有风动传送系统的筛分。适合的筛分器包括单一模式和双重模式，还包括具有皮带驱动或直接驱动的那些筛分器。这些单元可以是自立式的，或者可以适配成容易地安装在新型或现有的加工设备上。可拆卸的端壳使得能够实现快速清洁和筛网的更换。
在另一些实施方式中，通过使用磨机分级机(例如动态磨机分级机或配备有分级机的蜂巢式磨机(cell mill))，可以将颗粒状填料中存在的粗料的量降低至非常低的值或零。磨机分级机可以包括块状转子(block rotor)、叶片转子和/或叶片分离机。通过磨机分级机加工之后的粗颗粒的存在量可以为0ppm或约0ppm～约4ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至小于或约3ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约2ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约1ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约0.5ppm。在所有上述范围内，粗颗粒含量的下限可以为约0.1ppm。粗颗粒的粒 径可以大于或等于约40μm，或者大于约38μm，或者大于约30μm，或者大于约25μm，或者大于约20μm。
通过使用磨机分级机，可以在大于约30kg/h以上、130kg/h以上、180kg/h以上、300kg/h以上、350kg/h以上或450kg/h以上(例如至少1000kg/h，或至少5000kg/h，或至少6000kg/h)的速率下以非常高的回收率加工颗粒状填料。适合的回收率(产品/进料×100)包括例如大于或约40％、大于约70％、大于约80％，并且至多达到大于约96％或大于约99％的回收率，并最高可以达到约100％。
磨机分级机的适合实例包括动态磨机分级机和配备有分级机的蜂巢式磨机。它们可以获自Atritor(Atritor Limited,Coventry,West Midlands,England；www.atritor.com)，适合的实例为多转子蜂巢式磨机。
在另一些实施方式中，通过使用风力分级机，可以将颗粒状填料中存在的粗料量降低至非常低的值或零。风力分级机可以与旋风分离器和/或过滤器联用。通过风力分级机加工之后的粗颗粒的存在量可以为0ppm或约0ppm～约4ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至小于或约3ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约2ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约1ppm，或者可以为从0ppm或约0ppm至约0.5ppm。在所有上述范围内，粗颗粒含量的下限可以为约0.1ppm。粗颗粒的粒径可以大于或等于约40μm，或者大于约38μm，或者大于约30μm，或者大于约25μm，或者大于约20μm。
通过使用风力分级机，可以在大于300kg/h以上、350kg/h以上或450kg/h以上的速率下以非常高的回收率加工颗粒状填料。适合的回收率(产品/进料×100)包括例如大于约60％、大于约70％、大于约80％，大于约90％，且至多达到大于约96％或大于约99％的回收率，并最高可以达到约100％。
风力分级机的适合实例可获自Comex(Comex Polska Sp.z o.o.,Krakow,Poland,www.comex-qroup.com)。
应用
上述颗粒状填料可用于多种应用，包括纸制品、涂料(例如油漆或屏蔽涂料)，但更特别是可用于聚合物组合物、聚合物膜(例如透气膜)、聚合物纤维(例如纺丝纤维和无纺产品)。
聚合物膜
本发明的颗粒状填料可以并入聚合物组合物中，所述聚合物组合物可以是能够成型为聚合物膜或可以已成型为聚合物膜。有利的是，颗粒状填料可用于形成透气聚合物膜。
聚合物膜包含聚合物和颗粒状填料。聚合物膜能够由包含聚合物树脂和填料的聚合物组合物形成。颗粒状填料可以是矿物填料。本发明中所要填充的聚合物可以是均聚物或共聚物。适合的聚合物树脂包括热塑性树脂，例如聚烯烃树脂，例如包括乙烯、丙烯或丁烯等的单烯烃聚合物，其官能化衍生物和物理共混物以及共聚物。聚烯烃树脂的常见实例包括：聚乙烯树脂，例如低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯(乙烯-α-烯烃共聚物)、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯；聚丙烯树脂，例如聚丙烯和乙烯-聚丙烯共聚物；聚(4-甲基戊烯)；聚丁烯；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；及其混合物。这些聚烯烃树脂可以通过已知的方式聚合获得，例如使用齐格勒催化剂，或者通过使用单位点催化剂(例如茂金属催化剂)而获得。
使用之前，聚合物树脂可以先干燥，直至达到所需要的干燥水平。
可选的是，聚合物膜可以还包含一种或多种添加剂。可用的添加剂的实例包括但不限于遮光剂、颜料、着色剂、滑爽剂、抗氧化剂、防雾剂、防静电剂、防结块剂、防潮添加剂、阻气添加剂、烃树脂或烃蜡。
经表面处理或未经表面处理的颗粒状填料可以并入聚合物组合物中，并通常以最终聚合物膜的约2重量％％～55重量％的浓度存在，例如约5重量％～50重量％、例如约10重量％～25重量％。对于在透气膜中的使用，经表面处理或未经表面处理的颗粒状填料可以并入聚合物组合物中，并通常以最终聚合物膜的约30重量％～55重量％的浓度存在，例如约45重量％～55重量％。聚合物组合物包含至少一种聚合物树脂。术语“树脂”是指在成型为制品(例如聚合物膜)之前的固体或液体聚合物材料。聚合物树脂和填料材料可以在混合之前独立干燥。
在形成聚合物膜之前，可以使聚合物树脂熔融(或者软化)，并且通常将不对聚合物进行任何其他化学转化。在形成聚合物膜之后，将聚合物树脂冷却并使之硬化。
聚合物组合物通常可以通过本领域公知的方法制造，其中将颗粒状填料和聚合物树脂以适当比例混合在一起以形成共混物(所谓的“混炼(compounding)”)。聚合物树脂可以为液体形态，以使填料颗粒能够分散于其中。当聚合物树脂在环境温度为固体时，在混炼能够得以实现之前，可能需要先使聚合物树脂熔融。在一些实施方式中，颗粒 状填料可以与聚合物树脂的颗粒干式共混，然后在获得熔体时实现颗粒在树脂中的分散，而后由该熔体形成膜，例如在挤出机自身中形成。
在本发明的实施方式中，可以以本身已知的方式使用适当的混炼机/混合机将聚合物树脂和颗粒状填料和必要的任何其他可选的添加剂形成为适当的母料，并可以将其粒化，例如通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机来粒化，所述挤出机产生长条，可以将这些长条切割或截断成粒料。混炼机可以具有用于将填料和聚合物树脂一起导入的单一入口。作为另外一种选择，可以为填料和聚合物树脂提供单独的入口。适合的混炼机可从例如Coperion(以前的Werner&Pfieiderer)商购获得。
可以以任何适当的方式加工本发明的聚合物组合物，以使其形成或将其并入聚合物膜。聚合物膜的制造方法对于本领域普通技术人员而言是公知的，并可以以常规方式制备。已知的方法包括利用铸塑、挤出和吹塑工艺。例如，可以采用挤出吹塑膜生产线。对于组合使用聚合物的那些实例，之后可以采用共挤出技术。共挤出的方法对于普通技术人员而言是公知的。通常，使两股以上熔融聚合物树脂流以使这些树脂粘接在一起但不混合的方式合并成单一的挤出物流。一般而言，每股流需要单独的挤出机，并且将这些挤出机连接在一起以使得挤出物能够以适于所需应用的适当方式一起流动。为了制造分层的膜，可将数台挤出机组合使用，并一起进料以形成复合模具，该复合模具将使各股树脂流合并为分层膜或夹层材料。
根据本发明制造的膜可以具有适于最终应用的尺寸和厚度。例如，膜的平均厚度可以小于约250μm，例如约5μm～小于约250μm，例如约30μm。对于透气膜而言，膜的厚度可以为约5μm～约25μm，例如约8μm～约18μm，例如约10μm～约15μm。提供薄透气膜的能力代表了本发明的一个特别的优点。
在透气膜中使用填料的情况描述于WO99/61521和US6569527B1中，通过援引将其内容整体并入本说明书中。
在透气膜的制造中，可以在膜生产阶段之前通过混合和混炼首先生产树脂(例如，热塑性聚烯烃树脂)和填料的共混物或母料。除树脂和颗粒状填料外，待混炼共混的成分的混合物还可以包括热塑性膜中采用的其他已知可选成分，例如，一种或多种粘合剂、增塑剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外吸收剂、染料、着色剂。粘合或增粘剂(如果使用的话)可以促进形成后的膜与另一部件(例如无纺纤维层，或一个或多个非多孔层)的粘合。
树脂、填料和必要的其他可选添加剂可以使用适合的混炼机/混合机(例如亨舍尔混合机、超级混合机或翻滚式混合机等)来混合，并捏合，然后可以例如使用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机来粒化，所述挤出机产生长条，可以将这些长条切割或截断成粒料。处于例如粒料形式的母料或共混物可以被熔融，并使用已知的模塑和成膜机来将其模塑或成型为膜。
膜可以是吹塑膜、铸塑膜或挤出膜。最初形成的膜通常可能过厚并且噪音过大，因为其倾向于在振荡时产生咯吱声，并且在利用该膜的水蒸气透过率进行测量时，该膜的透气性程度可能还不够。因此，可以将膜加热至例如比热塑性聚合物的熔点低约5℃以上的温度，然后拉伸至其原始长度的至少约1.2倍、例如至少约2.5倍，以使膜变薄并变得多孔。
薄化过程的附加特征在于膜不透明度的改变。膜在形成时是较透明的，但在拉伸后就变得不透明。另外，虽然膜在拉伸过程中变得取向化，但也变得更软，并且其不具有拉伸前那种程度的咯吱声。考虑所有这些因素，并期望水蒸气透过率为例如至少100克/平方米/24小时，可以使膜薄化至例如下述程度：对于个人护理吸收性制品应用而言，其单位面积重量小于约35克/平方米；而对于某些其他应用而言，其单位面积重量小于约18克/平方米。
模塑和成膜机可以例如包括配备有T形模具等的挤出机，或者配备有圆形模具的吹塑成型机。膜的产生可以在产生母料之后一段时间进行，可以在不同的制造厂进行。在一些情形中，可以直接将母料形成膜，而不产生中间产品(例如通过粒化产生)。
可以以例如辊压法或张布机法等已知方式，在室温至树脂软化点之间的温度下至少沿单轴方向拉伸膜，从而使树脂与颗粒状填料在界面处彼此分离，由此可以制备多孔膜。拉伸可以通过一个步骤或数个步骤进行。拉伸倍数决定了高度拉伸时的膜破裂以及所获得膜的透气性和水蒸气透过率，因此需要避免过高的拉伸倍数和过低的拉伸倍数。拉伸倍数优选在至少单轴方向上为约1.2倍～5倍，例如约1.2倍～4倍。如果进行双轴拉伸，则可以例如沿机器方向或与之垂直的方向施加沿第一方向的拉伸，然后与第一方向呈直角地施加第二方向的拉伸。作为另外一种选择，双轴拉伸可以在机器方向和与之垂直的方向同时进行。
拉伸之后，如果需要，可以进行热定型处理，以使所获得的空隙的形状稳定。热定型处理可以是例如在树脂软化点至低于树脂熔点的温度的温度下进行的历时约0.1 秒～约100秒的热定形处理。厚度应优选使得能够获得不容易撕裂或破裂并且具有适当的柔软性和良好触感的膜。
为了本发明的目的，若膜的水蒸气透过率(利用US-A-5695868(其内容通过援引整体并入本说明书中)所描述的测试方法计算得到)至少为100g/m2/24小时，则该膜是透气的。透气膜的根据ASTM E96/E96M-05计算得到的水蒸气透过率可以为至少3000g/m2/24小时。通常，膜一旦形成，其单位面积重量将小于约100克/平方米，并且拉伸和薄化后其单位面积重量将小于约35克/平方米，更期望的是小于约18克/平方米。多孔膜可以适当地用在需要柔软性的应用中，例如用作一次性尿布的背衬片。
根据本发明制备的多孔或透气膜可以具有适当的透气性、水蒸气透过性和触感以及优异的机械性质和长期粘着性。因此，透气膜可以适当地用于下述产品中：例如一次性尿布、体液吸收垫和床单；医用材料，例如外科手术袍和热敷用基材；服装材料，例如无袖套衫、雨衣；建筑材料，例如壁纸，和屋顶和房屋覆盖物用防水材料；用于包装干燥剂、脱湿剂、脱氧剂、杀虫剂、一次性马甲用包装材料；用于保持各种物品和食物新鲜的包装材料；细胞分隔物；等等。透气膜特别优选作为在诸如一次性尿布和体液吸收垫等产品中所用的材料。透气膜在这些产品中可以通过例如胶黏或粘合剂与一个或多个其他层(例如无纺纤维层)形成复合体或层叠体。
聚合物纤维
本发明的颗粒状填料可以并入聚合物纤维中，例如纺丝纤维和无纺产品。本发明的颗粒状填料也可以并入单纤丝纤维中。
纺丝纤维通常通过连续工艺制造，其中，纤维被纺织并分散在无纺网中。纺丝工艺的两个实例为纺粘或熔喷。特别是，纺粘纤维可以通过将聚合物树脂纺制成纤维形状而生产，例如，将树脂至少加热至其软化温度，使树脂通过吐丝头挤出以形成纤维，并将纤维转移至纤维拉制单元，从而以纺丝网的形式收集纤维。熔喷纤维可以通过以下方式生产：挤出树脂，并利用热空气使树脂流变细以形成具有微细直径的纤维，并收集纤维以形成纺丝网。
纺丝纤维可用于制造尿布、女性卫生用品、成人失禁用品、包装材料、抹布、毛巾、墩布、工业服装、医用布帘、医用服、足套、灭菌包装、桌布、油漆刷、餐巾、垃圾袋、各种个人护理品、地面覆盖物和过滤介质。
本说明书公开的纺丝纤维包括至少一种聚合物树脂。所述至少一种聚合物树脂可 以选自提供任何特定无纺产品或应用所需的性质的常规聚合物树脂。所述至少一种聚合物树脂可以选自热塑性聚合物，包括但不限于：聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯均聚物和共聚物，包括与1-丁烯、4-甲基-1-戊烯和1-己烷的共聚物；聚酰胺，例如尼龙；聚酯；任何上述聚合物的共聚物；及其共混物。
适合作为所述至少一种聚合物树脂的市售产品的实例包括但不限于：Exxon3155，其为一种熔体流速为约30g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Exxon Mobil Corporation获得；PF305，其为一种熔体流速为约38g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Montell USA获得；ESD47，其为一种熔体流速为约38g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Union Carbide获得；6D43，其为一种熔体流速为约35g/10分钟的聚丙烯-聚乙烯共聚物，可由Union Carbide获得；PPH9099，其为一种熔体流速为约25g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Total Petrochemicals获得；PPH10099，其为一种熔体流速为约35g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Total Petrochemicals获得；Moplen HP561R，其为一种熔体流速为约25g/10分钟的聚丙烯均聚物，可由Lyondell Basell获得。
颗粒状填料可以以相对于纤维总重量小于约40重量％的量存在。颗粒状填料可以以相对于纤维总重量小于约25重量％的量存在。颗粒状填料可以以相对于纤维总重量小于约15重量％的量存在。颗粒状填料可以以相对于纤维总重量小于约10重量％的量存在。颗粒状填料可以以纤维总重量的约5重量％～约40重量％的量存在。颗粒状填料可以以纤维总重量的约10重量％～约25重量％的量存在。颗粒状填料可以以纤维总重量的约10重量％～约15重量％的量存在。
所述至少一种聚合物树脂可以以相对于纤维总重量大于或等于约60重量％的量并入本发明的纤维中。所述至少一种聚合物树脂可以以约60重量％～约90重量％的量存在于纤维中。所述至少一种聚合物可以以约75重量％～约90重量％的量存在于纤维中。所述至少一种聚合物可以以约80重量％～约90重量％的量存在于纤维中。所述至少一种聚合物可以以大于或等于约75重量％的量存在于纤维中。
本发明的聚合物纤维也包含颗粒状填料。例如，颗粒状填料可以是本说明书关于用于聚合物组合物和/或膜所列的任何填料，特别是，颗粒状填料可以是经涂布的碳酸钙或未涂布的碳酸钙。更特别是，填料可以是经硬脂酸盐/酯涂布的GCC或PCC。
填料的粒径可以影响可有效地并入本说明书所公开的聚合物纤维中的填料的最大量，和所获得的产品的美学性质及强度。填料的粒径分布可以足够小，以致不会显 著地弱化单个纤维和/或使纤维表面具有摩擦性，但又足够大以致能够产生美观的表面纹理。
除聚合物树脂和填料之外，纺丝纤维可以还包含至少一种添加剂。所述至少一种添加剂可以选自额外的矿物填料，例如，滑石、石膏、硅藻土、高岭土、绿坡缕石、膨润土、蒙脱石和其他天然或合成粘土。所述至少一种添加剂可以选自无机化合物，例如，二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钙和硫酸钡。所述至少一种添加剂可以选自由以下物质组成的组中的一种：光学增白剂；热稳定剂；抗氧化剂；抗静电剂；防粘连剂；染料；颜料，例如二氧化钛；光泽改进剂；表面活性剂；天然油；和合成油。
纺丝纤维可以根据任何适当工艺来生产，所述工艺可产生包含至少一种聚合物树脂的纤维的无纺网。两种示例性纺丝工艺为纺粘和熔喷。纺丝工艺可以始于将至少一种聚合物树脂至少加热至其软化点，或者加热至适于挤出聚合物树脂的任何温度。可以将聚合物树脂加热至约180℃～约260℃的温度。可以将聚合物树脂加热至约220℃～约250℃。
纺粘纤维可以通过任何已知技术生产，所述技术包括但不限于通用的纺粘、闪纺、针刺和水冲孔工艺。示例性纺粘工艺描述于Spunbond Technology Today2-Onstream in the90's(Miller Freeman(1992))、Dorschner等的美国专利3,692,618号、Matuski等的美国专利3,802,817号和Appel等的美国专利4,340,563号，通过援引将其各自整体并入本说明书中。
熔喷纤维可以通过任何已知技术生产。例如，熔喷纤维可以通过以下方式生产：挤出至少一种聚合物树脂，并利用热空气使树脂流变细以形成具有微细直径的纤维，并收集纤维以形成纺丝网。熔喷工艺的一个实例大体描述于Buntin的美国专利3,849,241号中，通过援引将其整体并入本说明书中。
可以使用常规方法将填料并入聚合物树脂中。例如，可以在挤出之前的任意步骤中，例如在加热步骤过程中或之前，将填料添加至聚合物树脂中。在另一实施方式中，可以预先混合至少一种聚合物树脂和填料的“母料”，将其可选地形成粒状物或粒料，并在挤出纤维之前与至少一种附加的新鲜聚合物树脂混合。附加的新鲜聚合物树脂可以与用于制造母料的聚合物树脂相同或不同。在某些实施方式中，母料包含比最终产品中所需的浓度更高的浓度(例如，约20重量％～约75重量％的浓度)的颗粒状填料， 并且可以与聚合物树脂混合，所述聚合物树脂的量适合于在最终纺丝纤维产品中获得所需的填料浓度。例如，包含约50重量％经涂布的碳酸钙的母料可以与等量的新鲜聚合物树脂混合，以生产包含约25重量％经涂布的碳酸钙的最终产品。可使用适合的设备混合并粒化母料。例如，可使用ZSK30Twin挤出机来混合并挤出经涂布的碳酸钙和聚合物树脂母料，并且可以使用Cumberland造粒机可选地使母料形成粒料。
一旦将颗粒状填料或母料与聚合物树脂混合，则可以将该混合物通过至少一个吐丝头连续挤出，以生产长丝。挤出速率可以根据所需的应用而变化。在一个实施方式中，挤出速率为约0.3g/分钟～约2.5g/分钟。在另一实施方式中，挤出速率为约0.4g/分钟～约0.8g/分钟。
挤出温度也可以根据所需的应用而变化。例如，挤出温度可以为约180℃～约260℃。挤出温度可以为约220℃～约250℃。挤出设备可以选自本领域中常用的设备，例如由Reifenhauser生产的Reicofil4设备。Reicofil4的吐丝头例如含有6800个孔/米长度，直径为约0.6mm。
挤出后，可以使长丝变细。例如，纺粘纤维可以通过高速牵伸而变细，其中，利用高速气流(例如空气)将长丝拉出并冷却。气流可以对纤维产生拉力，所述拉力将纤维向下拉至垂坠区，以达到所需的程度。熔喷纤维可以例如通过热空气的汇聚流而变细，以形成具有微细直径的纤维。
变细之后，可以将纤维导引至多孔表面(例如移动的筛网或线)上。然后可以将纤维无规地沉积在该表面上，其中一些纤维沿交叉方向排放，以形成松散粘合的网或片。在某些实施方式中，利用真空力将所述网保持在多孔表面上。在这一点上，网的特征可以在于其基重，所述基重是以克/平方米(gsm)表示的特定面积的网的重量。网的基重可以为约10gsm～约55gsm。网的基重可以为约12gsm～约30gsm。
一旦形成了网，则可以根据常规方法将其粘合，例如，熔融和/或缠结法，例如热点粘合、超声粘合、水缠结和热风粘合(through-air bonding)。热点粘合是一种常用方法，通常包括使纤维网通过至少一个热砑辊(calendar roll)以形成片。在某些实施方式中，热点粘合可以包括两个砑辊，其中一个辊是经凹凸压印的，而另一个是平滑的。所获得的网可以具有对应于辊上凹凸点的热凹凸点。
粘合后，可以对所获得的片可选地执行各种后处理工序，例如方向取向、起绉、水缠结和/或凹凸压印工序。而后，经可选地后处理的片可以用于制造各种无纺产品。 无纺产品的制造方法在本领域中通常有所描述，例如在The Nonwovens Handbook,The Association of the Nonwoven Industry(1988)和Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,vol10,John Wiley and Sons(1987)中。
纺丝纤维的平均直径可以为约0.5μm～约35μm以上。纺粘纤维的直径可以为约5μm～约35μm。纺粘纤维的直径可以为约15μm。纺粘纤维的直径可以为约16μm。熔喷纤维的直径可以为约0.5μm～约30μm。熔喷纤维的直径可以为约2μm～约7μm。熔喷纤维的直径可以小于具有相同或类似组成的纺粘纤维的直径。纺粘或熔喷纤维的尺寸可以为约0.1旦尼尔～约120旦尼尔。纤维的尺寸可以为约1旦尼尔～约100旦尼尔。纤维的尺寸可以为约1旦尼尔～约5旦尼尔。纤维的尺寸可以为约100旦尼尔。
附图说明
下面将参照以下附图和实施例仅通过实例而非限制性方式描述本发明，附图中：
图1a和1b显示的是根据实施例1在离心筛分器中筛分的材料在分别通过100μm筛和48μm筛时的回收百分比与进给速率(kg/小时)关系的图；
图2显示的是实施例2的含有未过筛的和干式过筛的碳酸钙的70重量％填充的母料在Wayne升压测试中的压力与时间关系的图；
图3示出了含有未过筛的和干式过筛的碳酸钙的70重量％填充的母料的压力升高与实施例2的进给的CaCO3中粗颗粒的量的关系的数据。
实施例
测试方法和样品
碳酸钙A为涂布有硬脂酸的经研磨的天然碳酸钙(来源于欧洲的矿床)，其d50为约1.5μm。碳酸钙B为涂布有硬脂酸的经研磨的天然碳酸钙，其d50为约1μm。碳酸钙C为涂布有硬脂酸的经研磨的天然碳酸钙(来源于美国的矿床)，其d50为约1.5μm。碳酸钙D为经研磨的天然碳酸钙，其d50为约1.5μm。高岭土A是d50为约1.5μm的水洗瓷土(china clay)；煅烧粘土A是d50为约2μm的煅烧高岭土。
除非另外指出，否则颗粒状矿物都是在配备有尼龙筛的Kek-Gardner K650C离心筛分机中筛分的，所述尼龙筛具有所指示的尺寸的方形孔。
收集经筛分的材料和残余物用于分析。粗颗粒的量通过以下方式检验：将筛分的材料分散至异丙醇(IPA)中，并使该矿物分散体过筛通过具有方形孔的38μm网筛(获自Endecotts Ltd,Lombard Road,London,SW193TZ)。使用光学显微镜分析筛分的材料和任何残余物，在一些情形中使用红外和EDX以便获得清晰的结果。
实施例1
进给一系列颗粒状材料，以使其通过采用一系列筛目尺寸(100μm、53μm、48μm、41μm、30μm)的K650C离心旋转筛分器(来自Kek-Gardner)。用随时间推移的过筛和收集的材料的量来计算处理量，而回收率则通过对产品和废品的量进行称重来计算。收集筛分出的材料和残余物以进行分析，结果显示在表1中。
对于未筛分的样品(碳酸钙A或碳酸钙B或碳酸钙C)，粗残余物的量为3ppm或高于3ppm，并且主要包含磁铁矿和硬方解石颗粒的混合物。对于筛分的产品，过筛之后仅发现很少颗粒(相当于小于1ppm)。
结果显示，用53μm筛筛分的碳酸钙A具有0.6ppm的大于38μm的颗粒(IPA分散之后)，其主要为磁铁矿和方解石。
用30μm筛筛分的碳酸钙A具有少于0.2ppm的大于38μm的颗粒，这意味着在500g样品中仅发现4个大颗粒。废品分析显示了浓度高得多的大颗粒(200ppm～5.8重量％)，由此确认了旋转筛分器在除去粗颗粒方面是高效的。用30μm筛筛分的碳酸钙B也具有少于0.2ppm的大于38μm的颗粒。
关于回收率所获得的结果有一些显示在图1a和1b中，图1a和1b中显示的是根据实施例1在离心筛分器中筛分的材料在分别通过100μm筛和48μm筛时的回收百分比与进给速率(kg/小时)关系的图。
结果表明，大量的颗粒状材料可以以高速筛分，并且所获得的颗粒状填料含有非常少量的如本说明书所定义的粗料。特别是，结果显示，所述设备成功地生产出非常清洁的GCC，所述GCC具有接近于零的大于38μm的颗粒。
实施例1a
将碳酸钙A以450kg/小时的速率进给通过Attritor DCM300磨机分级机，回收率为98％。大于38μm的所收集的粗颗粒的量为3.3ppm，这与进料中粗颗粒的量相似。
实施例1b
将碳酸钙A以约1000kg/小时～约1300kg/小时的速率进给通过Attritor CM500 磨机分级机。适合的磨机速度和磨机驱动频率分别为4367rpm和53Hz。适合的空气流速为约3200am3/小时，并且出口和入口温度的适当范围分别为54℃～59℃(出口)和24℃～30℃(入口)。大于38μm的所收集的颗粒的量为约0ppm～4ppm，包括2.9ppm。回收率为76.7％。
实施例1c
将碳酸钙A进给通过Comex UCX-200风力分级机。实现了约64％～92％的回收率，并且所收集的粗颗粒的量是总体可接受的。适当的转子速度为约4000rpm～约5000rpm。适当的总空气流速为约620am3/小时～约695am3/小时。
实施例1d
将碳酸钙A进给通过Deltasizer DS2风力分级机(Metso)。粗颗粒的量显著低于进料，即为0.6ppm～1.2ppm(进料包含约6ppm)。回收率为77.5％～87.5％。适当的转子速度为约4000rpm～约5200rpm。适当的总空气流速为约1100am3/小时～约1400am3/小时。
表1


实施例2
进行了测试以测量含有70重量％颗粒状填料的混炼物通过挤出机时的压力。Wayne压力测试包括将1kg70重量％碳酸钙填充的混炼物挤出通过具有给定粒径(400目，对应于37μm)的细过滤筛，所述细过滤筛连接于粗的支撑筛(60目，或250μm)。对使用Werner&Pfeiderer ZSK40双螺杆挤出机制备的母料进行测试。Wayne挤出机首先以未填充的树脂运行(理想的是，所述树脂与用于母料的树脂具有相似的熔体流动性)。然后将母料并入，并监控的筛背后的压力升高。然后用未填充的树脂冲刷该生产线，并将最终压力与初始压力进行比较，将二者之差称作“压升”。
图2是在挤出含有碳酸钙A的70重量％母料时的压力的实例，所述母料(i)未过筛和(ii)30μm干式过筛，二者在相同条件下处理。过筛的碳酸钙产生的压力低于未过筛的碳酸钙。图3是对干式过筛之前和之后各种碳酸钙的压升的比较(来自表1)，图3显示出，随着粗颗粒量的降低，压升减小。
实施例3
研究了在不同混炼条件下挤出的含有70重量％颗粒状填料的母料的压升。表2提供了关于在不同混炼条件下制备的70重量％填充的母料的压升的数据。该数据表 明，本发明的某些实施方式的颗粒状碳酸钙(“过30μm筛”)在矿物得到良好分散时在给定一组混炼条件下提供了较低的压升(p升高)。在减少聚结体的量的特定工艺条件(3号混炼条件)下，使用根据本发明的某些实施方式加工的碳酸钙，在通过非常细的筛(25μm或37μm)时可以获得非常低的压升。
表2

*根据实施例1d进行了风力分级
实施例4
对含有10重量％～15重量％颗粒状填料的混炼物在4M卫生纺粘生产线上的运行性进行了研究。对于纺粘加工，将碳酸钙作为树脂浓缩物(或母料)添加，通常碳酸钙在聚丙烯中的加载量为70重量％。将树脂浓缩物在聚丙烯树脂Basell Moplen HP561R中稀释，以实现纤维中较低的CaCO3加载量。对于未填充的聚丙烯树脂，生产线以300kg/小时运行；对于10重量％填充的聚丙烯，以205kg/小时运行；对于15重量％填充的聚丙烯，以197kg/小时运行。结果显示，所有碳酸钙浓缩物在10重量％和15重量％时均可提供良好的可纺性，但通过挤出机中所用的400#(37μm)筛时，观察到熔体压力存在显著差异。对于未填充的聚丙烯，熔体压力在运行开始时通常为88巴。在以20.5kg/t(对于10重量％加载量而言)添加碳酸钙之后，改变挤出机中的筛，并且监视熔体压力。对于一些混炼物而言，显示出熔体压力升高，并将达到110巴时的时间作为运行时间。
表3提供了关于包含碳酸钙的母料在4M卫生生产线上的运行性的数据。结果表明，本发明的实施方式的碳酸钙的运行性数据从小于2小时显著升高至超过3小时，且没有升高的压力的迹象。表3中称作“过30μm筛”和“过15μm筛”的项目涉及本发明的实施方式的碳酸钙。在将各个筛的一部分浸入热的二甲苯、除去 溶解部分(含有树脂和良好分散的碳酸钙)并洗涤以收集不溶性残余物之后，还测量了筛上收集的残余物的量。对残余物称重，针对被挤出的碳酸钙的量进行归一化，并通过光学显微镜来检查，以确定组成(特别是聚结体与大颗粒含量的比较)。大的压升与筛上的大量残余物有关。
表3

*根据实施例1d进行了风力分级