说明书多孔聚烯烃纤维
相关申请
本申请要求于2013年6月12日提交的申请号为61/833,981和2013年11月22日提交的申请号为61/907,580的美国临时申请的优先权，通过引用于此将它们整体纳入本文。
背景技术
已做出重大努力来生产低密度聚烯烃纤维，从而改善制成品中天然资源的使用和降低碳排放量。生产低密度聚烯烃纤维的典型方法是使用物理或化学发泡剂来使聚合物发泡，所述发泡剂产生穿过本体的气室。化学发泡剂是进行释放气体的化学反应的化合物，该气体穿过聚合物本体产生室结构。物理发泡剂通常是分散在聚合物中并膨胀产生室的压缩气体。无论如何，典型的发泡方法引起低的分子取向，因为室的形成发生在聚合物处于熔融状态时。这阻止了聚合物应变硬化，其通常发生在远高于聚合物的熔融温度或玻璃化转变温度的温度下，产生了具有低机械强度的产品。此外，典型的发泡方法产生大的室尺寸，例如大于100μm。这降低了熔融强度，由此导致了纤维在纺丝过程中的断裂。
因此，目前需要在聚烯烃纤维中产生多孔结构的改进的技术，使得它们可以具有更低的密度。
发明概述
根据本发明的一个实施方案，公开了由热塑性组合物形成的聚烯烃纤维，所述热塑性组合物包含连续相，该连续相包括聚烯烃基质聚合物，其中纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相内。所述组合物中限定了包括多个纳米孔的多孔网络，所述纳米孔的平均宽度为约800纳米或更小。
根据本发明的另一个实施方案，公开了用于形成聚烯烃纤维的方法，所述方法包括：形成包含连续相和以离散区域的形式分散在该连续相内的 纳米包含物添加剂的热塑性组合物，所述连续相包括聚烯烃基质聚合物。将所述组合物通过模具挤出以形成纤维，并且在低于基质聚合物的熔融温度的温度下拉伸纤维，从而形成包含多个纳米孔的多孔网络，所述纳米孔的平均横截面尺寸为约800纳米或更小。
以下将更详细地讨论本发明的其它特征和方面。
附图的简要说明
参考附图，在说明书的其余部分中，对包括最佳方式在内的对本领域技术人员而言完整且能够实现的本发明的公开内容做了更详细的阐述，其中：
图1是可以用于本发明的一个实施方案中以形成纤维的方法的示意图；
图2是在液氮中冷冻断裂后的实施例1的纤维(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)的SEM显微照片(1,000X)；
图3是在液氮中冷冻断裂后的实施例1的纤维(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)的SEM显微照片(5,000X)；
图4是实施例1的纤维表面(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)的SEM显微照片(10,000X)；
图5是在液氮中冷冻断裂后沿实施例2的纤维(聚丙烯和聚环氧化物)的轴向尺寸的SEM显微照片(1,000X)；
图6是在液氮中冷冻断裂后沿实施例2的纤维(聚丙烯和聚环氧化物)的轴向尺寸的SEM显微照片(5,000X)；
图7是在液氮中冷冻断裂后沿实施例3的纤维(聚丙烯、聚乳酸、聚环氧化物和界面改性剂)的轴向尺寸的SEM显微照片(1,000X)；
图8是在液氮中冷冻断裂后沿实施例2的纤维(聚丙烯、聚乳酸、聚环氧化物和界面改性剂)的轴向尺寸的SEM显微照片(5,000X)；
图9是在液氮中冷冻断裂后实施例5的纤维的SEM显微照片(4,270X)；
图10是在液氮中冷冻断裂后实施例5的纤维的SEM显微照片(9,170X)；
图11-12是在液氮中冷冻断裂后实施例6的纤维的SEM显微照片；
图13是在液氮中冷冻断裂后实施例7的纤维的SEM显微照片；和
图14是实施例7的粘合纤网的SEM显微照片。
代表性实施方案的详细描述
现在详细地参考本发明的各种实施方案，在下文阐明本发明实施方案的一个或多个实施例。以解释本发明而非限制本发明的方式来提供各个实施例。实际上，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，作为一个实施方案的部分举例说明或描述的特征可以用于另一个实施方案，从而产生又一其它实施方案。因此，本发明意在涵盖在所附权利要求及其等同方案的范围内的修改和变化。
总体而言，本发明涉及由包含连续相的热塑性组合物形成的聚烯烃纤维，所述连续相包括聚烯烃基质聚合物。该组合物还包含至少部分地与聚烯烃基质聚合物不相容的纳米包含物添加剂，使得其作为离散的纳米级区域分散于所述连续相内。在拉伸纤维的过程中，当组合物经受变形和伸长应变时，本发明人已经发现这些纳米级区域能够以独特的方式相互作用，从而产生孔的网络。也就是说，据信作为由材料的不相容性引起的应力集中的结果，伸长应变可以在离散区域附近引发加强的局部剪切区域和/或应变加强区域(例如，正应力)。这些剪切和/或应力加强区域引起邻近区域的聚烯烃基质中的一些初始剥离。一旦形成初始孔，位于区域之间的基质可以塑性变形以产生局部变窄(或颈缩)和应变硬化的内部拉伸区域。该方法使得遍及组合物本体形成孔，孔在延伸方向上生长，从而导致多孔网络的形成，同时分子取向导致提高机械强度的应变硬化。
通过以上说明的技术，可以在聚烯烃纤维中形成独特的多孔网络，使得在给定的单位体积的纤维内由孔占据的平均体积百分比可以为约15％至约80％每cm3，在一些实施方案中为约20％至约70％，并且在一些实施方案中为约30％至约60％每立方厘米纤维。具有这样的孔体积，组合物可以具有相对低的密度，例如，约0.90克每立方厘米(“g/cm3”)或更低，在一些实施方案中为约0.85g/cm3或更低，在一些实施方案中为约0.80g/cm3或更低，在一些实施方案中为约0.10g/cm3至约0.75g/cm3，并且在一些实施方案中为约0.20g/cm3至约0.70g/cm3。孔网络中的大部分孔也是“纳米级”尺寸(“纳米孔”)，例如具有约800纳米或更小的平均横截面尺寸的那些，在一些实施方案中为约5至约700纳米，并且在一些实施方 案中为约10至约500纳米。术语“横截面尺寸”一般是指孔的特征尺寸(例如，宽度或直径)，其基本上垂直于其主轴(例如，长度)并且也通常基本上垂直于拉伸过程中施加的应力的方向。纳米孔也可以具有约100至约5000纳米范围内的平均轴向尺寸，在一些实施方案中为约50至约2000纳米，并且在一些实施方案中为约100至约1000纳米。术语“轴向尺寸”是主轴(例如，长度)方向上的尺寸，其通常在拉伸方向上。这样的纳米孔可以，例如，占聚烯烃纤维中总孔体积的约15vol.％或更多，在一些实施方案中为约20vol.％或更多，在一些实施方案中为约30vol.％至约100vol.％，以及在一些实施方案中为约40vol.％至约90vol.％。
现在将更详细地描述本发明的各种实施方案。
I.热塑性组合物
A.聚合物基质
聚烯烃通常占热塑性组合物的约60wt.％至约99wt.％，在一些实施方案中为约60wt.％至约98wt.％，以及在一些实施方案中为约80wt.％至约95wt.％。聚烯烃的熔融温度可以为约100℃至约220℃，在一些实施方案中为约120℃至约200℃，以及在一些实施方案中为约140℃至约180℃。可以根据ASTMD-3417使用示差扫描量热法("DSC")测定熔融温度。适合的聚烯烃可以，例如，包括乙烯聚合物(例如，低密度聚乙烯("LDPE")、高密度聚乙烯("HDPE")、线性低密度聚乙烯("LLDPE")等)、丙烯均聚物(例如，间同立构的、无规立构的、全同立构的等)、丙烯共聚物等。在一个具体的实施方案中，所述聚合物为丙烯聚合物，例如，均聚丙烯或者丙烯共聚物。丙烯聚合物可以例如由基本上全同立构的聚丙烯均聚物或者含有等于或低于约10wt.％的其它单体，即按重量计至少约90％的丙烯的共聚物形成。这样的均聚物的熔点可以为约140℃至约170℃。
当然，在本发明的组合物中也可以采用其它聚烯烃。在一个实施方案中，例如，聚烯烃可以是乙烯或丙烯与另外的α-烯烃例如C3-C20α-烯烃或者C3-C12α-烯烃的共聚物。适合的α-烯烃的具体实例包括1-丁烯；3-甲基-1-丁烯；3,3-二甲基-1-丁烯；1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬烯；乙基、甲基或二甲基取代的1-癸烯；1-十二烯；和苯乙烯。特别 期望的α-烯烃共聚单体是1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。这样的共聚物的乙烯或丙烯含量可以为约60摩尔％至约99摩尔％，在一些实施方案中为约80摩尔％至约98.5摩尔％，以及在一些实施方案中为约87摩尔％至约97.5摩尔％。α-烯烃含量同样地可以为约1摩尔％至约40摩尔％，在一些实施方案中为约1.5摩尔％至约15摩尔％，以及在一些实施方案中为约2.5摩尔％至约13摩尔％。
用在本发明中的示例性烯烃共聚物包括可获自Texas的Houston的ExxonMobilChemicalCompany的、名称为EXACTTM的基于乙烯的共聚物。其它适合的乙烯共聚物可获自Michigan的Midland的DowChemicalCompany，名称为ENGAGETM、AFFINITYTM、DOWLEXTM(LLDPE)和ATTANETM(ULDPE)。其它适合的乙烯聚合物描述于Ewen等人的第4,937,299号美国专利、Tsutsui等人的第5,218,071号美国专利、Lai等人的第5,272,236号美国专利和Lai等人的第5,278,272号美国专利。适合的丙烯共聚物也可以商购自Texas的Houston的ExxonMobilChemicalCo.，名称为VISTAMAXXTM；购自Belgium的Feluy的AtofinaChemicals的FINATM(例如，8573)；购自MitsuiPetrochemicalIndustries的TAFMERTM；以及购自Michigan的Midland的DowChemicalCo.的VERSIFYTM。适合的聚丙烯均聚物可以包括ExxonMobil3155聚丙烯、ExxonMobilAchieveTM树脂和TotalM3661PP树脂。适合的丙烯聚合物的其它实例描述于Datta等人的第6,500,563号美国专利、Yang等人的第5,539,056号美国专利和Resconi等人的第5,596,052号美国专利。
一般可以利用各种已知技术中的任一种来形成烯烃共聚物。例如，可以采用自由基或者配位催化剂(例如，Ziegler-Natta)来形成烯烃聚合物。优选地，烯烃聚合物由单中心配位催化剂，例如金属茂催化剂来形成。这样的催化剂体系生成乙烯共聚物，在该乙烯共聚物中共聚单体无规分布在分子链中并在不同的分子量组分中均匀分布。金属茂催化的聚烯烃描述于例如McAlpin等人的第5,571,619号美国专利、Davis等人的第5,322,728号美国专利、Obijeski等人的第5,472,775号美国专利、Lai等人的第5,272,236号美国专利和Wheat等人的第6,090,325号美国专利。金属茂催化剂的实例包括双(正丁基环戊二烯基)二氯化钛、双(正丁基环戊二烯基)二氯化锆、双(环戊二烯基)氯化钪、双(茚基)二氯化锆、双(甲基环戊二烯基)二氯化钛、双(甲基环戊二烯基)二氯化锆、二茂钴、环戊二烯基三氯化 钛、二茂铁、二氯二茂铪、异丙基(环戊二烯基-1-芴基(flourenyl))二氯化锆、二氯二茂钼、二茂镍、二氯二茂铌、二茂钌、二氯二茂钛、氢氯二茂锆、二氯二茂锆等。用金属茂催化剂制得的聚合物通常具有窄的分子量范围。例如，金属茂催化的聚合物可以具有4以下的多分散指数(Mw/Mn)、受控的短链支化分布以及受控的全同立构性。
B.纳米内含添加剂
如本文中使用的，术语“纳米包含物添加剂”一般是指能够以纳米级尺寸的离散区域的形式分散在聚合物基质内的材料。例如，在拉伸之前，区域的平均横截面尺寸可以为约1至约1000纳米，在一些实施方案中为约5至约800纳米，在一些实施方案中为约10至约500纳米，以及在一些实施方案中为约20至约200纳米。这些区域可以具有各种不同的形状，例如椭圆形、球形、圆柱形、盘状、管状等。在一个实施方案中，例如，这些区域具有基本上椭圆的形状。基于连续相聚烯烃基质的重量，所述纳米包含物添加剂通常以热塑性组合物的约0.05wt.％至约20wt.％的量使用，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约10wt.％，以及在一些实施方案中为约0.5wt.％至约5wt.％。所述纳米包含物添加剂在整个热塑性组合物中的浓度同样地可以为热塑性组合物的约0.01wt.％至约15wt.％，在一些实施方案中为约0.05wt.％至约10wt.％，以及在一些实施方案中为约0.3wt.％至约6wt.％。
鉴于纳米包含物添加剂可以基本上均匀地分布在聚烯烃基质内，但是以离散区域的形式，它与聚烯烃是部分不相容的。这样的部分不相容性可以以各种方式实现。在某些实施方案中，例如，纳米包含物添加剂可以具有可以与聚烯烃基质相容并允许其均匀分布于其中的非极性组分(例如，烯烃)。然而，添加剂也可以包含与聚烯烃基质不相容的极性组分，从而允许其合并或分离成离散区域。这样的组分可以包括低或高分子量的极性分子段或嵌段、离子基团、带电或不带电的极性区域和/或极性分子基团。供选择地，添加剂本质上可以是整体非极性的，但是具有仍允许形成离散区域的某些物理性质。例如，在某些实施方案中，所述纳米包含物添加剂在某一温度以上可以与聚烯烃相容或混溶，但是在低于该临界溶解温度的温度下相分离。以这种方式，纳米包含物添加剂可以在熔融相中与聚烯烃形成稳定的共混物，但是随着温度降低，连续相结晶并分离，使得纳米包含物添加剂可以相分离、合并并形成分离的纳米级区域。
只要可以形成期望的区域，纳米包含物添加剂的具体状态或形式不是关键的。例如，在一些实施方案中，纳米包含物添加剂在室温(例如，25℃)下可以是液体或者半固体的形式。这样的液体可以容易地分散在基质中形成亚稳定的分散体，然后通过降低共混物的温度来淬火，从而保持区域尺寸。在40℃下测定时，这样的液体或半固体材料的运动粘度通常为约0.7至约200厘沲("cs")，在一些实施方案中为约1至约100cs，以及在一些实施方案中为约1.5至约80cs。适合的液体或半固体可以包括，例如，硅酮、硅酮-聚醚共聚物、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、亚烷基二醇(例如，乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等)、烷二醇(例如，1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇等)、胺氧化物(例如，辛基二甲胺氧化物)、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺(例如，油酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺、亚乙基二(硬脂酰胺)等)、矿物油和植物油等。一种特别适合的液体或半固体是聚醚多元醇，例如，可商购自BASFCorp，商品名称为WI。
在又一个实施方案中，所述纳米包含物添加剂是固体的形式，所述固体可以是无定形的、结晶的或半结晶的。例如，纳米包含物添加剂在本质上可以是聚合的并具有相对高的分子量，以帮助提高热塑性组合物的熔体强度和稳定性。如以上指出的，纳米包含物添加剂与聚烯烃基质部分地不相容。这样的添加剂的一个实例是微晶聚烯烃蜡，其通常衍生自乙烯和/或C3-C101-烯烃，例如，丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯。微晶蜡通常具有相对低的熔融温度，例如，约30℃至约150℃，在一些实施方案中为约50℃至约140℃，以及在一些实施方案中为约80℃至约130℃。在这样低的熔融温度下，蜡在熔融相时可以与聚烯烃形成混溶的共混物，但是随着温度降低和聚合物结晶或凝固，蜡将分离和合并形成分离的纳米级区域。
聚合物纳米包含物添加剂的另一实例是含有极性和非极性组分的功能化的聚烯烃。该极性组分可以例如由一个或多个官能团提供，而该非极性组分可以由烯烃提供。纳米包含物添加剂的烯烃组分一般可以由任何线性或支化的α-烯烃单体、低聚物或衍生自烯烃单体的聚合物(包括共聚物)形成，如以上所描述的。纳米包含物添加剂的官能团可以为向分子提供极性组分并且与聚烯烃基质聚合物不相容的任何基团、分子段和/或嵌段。与聚烯烃不相容的分子段和/或嵌段的实例可以包括丙烯酸酯、苯乙烯、聚酯、聚酰胺等。所述官能团可以具有离子性质并包括带电金属离子。特别适合的官能团是马来酸酐、马来酸、富马酸、马来酰亚胺、马来酸酰肼、马来酸酐与二元胺的反应产物、甲基纳迪克酸酐(methylnadicanhydride)、二氯马来酸酐、马来酸酰胺等。马来酸酐改性的聚烯烃特别适合用于本发明。这样的改性的聚烯烃通常是通过将马来酸酐接枝到聚合物主链材料形成的。这样的马来酸化的聚烯烃可购自E.I.duPontdeNemoursandCompany，名称为例如，P系列(化学改性的聚丙烯)、E系列(化学改性的聚乙烯)、C系列(化学改性的乙烯醋酸乙烯酯)、A系列(化学改性的乙烯丙烯酸酯共聚物或三元共聚物)或者N系列(化学改性的乙烯-丙烯、乙烯-丙烯二烯单体("EPDM")或者乙烯-辛烯)。供选择地，马来酸化的聚烯烃也可购自ChemturaCorp，名称为可购自EastmanChemicalCompany，名称为EastmanG系列；以及可购自Arkema，名称为
在某些实施方案中，聚合物纳米包含物添加剂也可以是反应性的。这样的反应性纳米包含物添加剂的一个实例是平均每个分子含有至少两个环氧乙烷环的聚环氧化物。不希望受理论限制，据信这样的聚环氧化物分子可以经历与组合物某些组分的反应(例如，扩链、侧链支化、接枝、共聚物形成等)，从而改进熔体强度，而不显著降低玻璃化转变温度。该反应性添加剂还能提供聚烯烃与其它更具极性的添加剂，如微米包含物添加剂之间的相容性，并且能改善分散的均匀性和降低微米包含物添加剂的尺寸。例如，如以下将更详细地描述的，本发明的某些实施方案可以采用聚酯作为微米包含物添加剂。在这样的实施方案中，反应性纳米包含物添加剂可以经由聚酯的羧基末端基团(酯化)或者经由羟基基团(醚化)来实现亲核开环反应。同样可以发生噁唑啉副反应以形成酯酰胺部分。经过这样的反应，可以增加聚酯微米包含物添加剂的分子量以抵消常常在熔融加工过程中观察到的降解。本发明人已发现，过多的反应会导致聚合物主链之间的交联。如果允许这样的交联进行至很大的程度，那么产生的聚合物共混物可变脆并且难以加工成具有期望的强度和伸长性能的纤维。
就这一点而言，本发明人已发现，具有相对低的环氧官能度的聚环氧化物是特别有效的，环氧官能度可以用它的“环氧当量”量化。环氧当量 反映了含有一分子的环氧基团的树脂的量，并且它可以通过用改性剂的数均分子量除以分子中的环氧基团的数量来计算。本发明的聚环氧化物的数均分子量通常为约7,500至约250,000克每摩尔，在一些实施方案中为约15,000至约150,000克每摩尔，以及在一些实施方案中为约20,000至100,000克每摩尔，多分散性指数通常为2.5至7。所述聚环氧化物可含有少于50个，在一些实施方案中为5至45个，以及在一些实施方案中为15至40个环氧基团。进而，环氧当量可以为少于约15,000克每摩尔，在一些实施方案中为约200至约10,000克每摩尔，以及在一些实施方案中为约500至约7,000克每摩尔。
所述聚环氧化物可以是线性的或者支化的均聚物或者共聚物(例如，无规的、接枝的、嵌段的等)，其含有末端环氧基团、骨架环氧乙烷单元和/或侧环氧基团(pendentepoxygroups)。用来形成这样的聚环氧化物的单体可以变化。在一个具体的实施方案中，例如，所述聚环氧化物含有至少一个环氧官能的(甲基)丙烯酸单体组分。如本文中使用的，术语“(甲基)丙烯酸”包括丙烯酸和甲基丙烯酸单体及其盐或酯，例如，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体。例如，适合的环氧官能的(甲基)丙烯酸单体可以包括但不限于含有1,2-环氧基团的那些，例如，丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯。其它适合的环氧官能的单体包括烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidylethacrylate)和衣康酸缩水甘油酯(glycidylitoconate)。
所述聚环氧化物通常具有相对高的分子量，如前文所指出的，使得它不仅可以产生扩链，而且也可以帮助实现所期望的共混物形态。在2160克的负载下和在190℃的温度下测定的，所得到的聚合物的熔体流动速率因此通常为约10至约200克每10分钟，在一些实施方案中为约40至约150克每10分钟，以及在一些实施方案中为约60至约120克每10分钟。
所述聚环氧化物通常还包括至少一种线性的或者支化的α-烯烃单体，例如，具有2至20个碳原子以及优选为2至8个碳原子的那些。具体的实例包括乙烯、丙烯、1-丁烯；3-甲基-1-丁烯；3,3-二甲基-1-丁烯；1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬烯；乙基、甲基或者二甲基取 代的1-癸烯；1-十二烯；和苯乙烯。特别期望的α-烯烃共聚单体是乙烯和丙烯。另一适合单体可以包括非环氧官能的(甲基)丙烯酸单体。这样的(甲基)丙烯酸单体的实例可以包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸甲基环己酯、丙烯酸环戊酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸2-乙基丁酯、甲基丙烯酸甲基环己酯、甲基丙烯酸肉桂酯、甲基丙烯酸巴豆酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸环戊酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯等，以及它们的组合。
在本发明的一个特别期望的实施方案中，所述聚环氧化物是由环氧官能的(甲基)丙烯酸的单体组分、α-烯烃单体组分和非环氧官能的(甲基)丙烯酸单体组分形成的三元共聚物。例如，所述聚环氧化物可以是乙烯与丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物，其具有以下结构：
其中，x、y和z为1或更大。
可以使用各种已知技术将环氧官能的单体形成聚合物。例如，可以将含有极性官能团的单体接枝至聚合物主链上，从而形成接枝共聚物。这样的接枝技术是本领域中公知的，并且描述于，例如，第5,179,164号美国专利。在其它实施方案中，可以采用已知的自由基聚合技术，例如，高压反应、Ziegler-Natta催化剂反应体系、单中心催化剂(例如，金属茂)反应体系等，将含有环氧官能团的单体与单体共聚，从而形成嵌段或无规的共聚物。
可以选择单体组分(或多种单体组分)的相对配比以实现在环氧反应性和熔体流动速率之间的平衡。更具体地，高的环氧单体含量可以导致好的反应性，但是含量太高可以将熔体流动速率降低至使得聚环氧化物不利地影响聚合物共混物的熔体强度的程度。因此，在多数实施方案中，环氧官能的(甲基)丙烯酸单体(或多种环氧官能的(甲基)丙烯酸单体)占共聚物的约1wt.％至约25wt.％，在一些实施方案中为约2wt.％至约20wt.％，以及在一些实施方案中为约4wt.％至约15wt.％。α-烯烃单体(或多种α-烯烃单体)可以同样地占共聚物的约55wt.％至约95wt.％，在一些实施方案中为约60wt.％至约90wt.％，以及在一些实施方案中为约65wt.％至约85wt.％。在使用时，其它单体组分(例如，非环氧官能的(甲基)丙烯酸单体)可以占共聚物的约5wt.％至约35wt.％，在一些实施方案中为约8wt.％至约30wt.％，以及在一些实施方案中为约10wt.％至约25wt.％。可以在本发明中使用的适合的聚环氧化物的一个具体实例可商购自Arkema，名称为AX8950或AX8900。例如，AX8950具有70至100g/10min的熔体流动速率并具有7wt.％至11wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯单体含量、13wt.％至17wt.％的丙烯酸甲酯单体含量和72wt.％至80wt.％的乙烯单体含量。另一种适合的聚环氧化物可商购自DuPont，名称为PTW，其是乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元共聚物并且具有12g/10min的熔体流动速率。
除了控制用于形成聚环氧化物的单体的类型和相对含量以外，也可以控制总的重量百分比以实现所期望的益处。例如，如果改性水平太低，则可能不能实现所期望的熔体强度和机械性能的提高。然而，本发明人也已发现，如果改性水平太高，由于强的分子相互作用(例如，交联)和由环氧官能团形成的物理网络，加工可能受到限制。因此，基于组合物中使用的聚烯烃的重量，使用的聚环氧化物的量通常为约0.05wt.％至约10wt.％，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约8wt.％，在一些实施方案中为约0.5wt.％至约5wt.％，以及在一些实施方案中为约1wt.％至约3wt.％。基于组合物的总重量，聚环氧化物也可以占约0.05wt.％至约10wt.％，在一些实施方案中为约0.05wt.％至约8wt.％，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约5wt.％，以及在一些实施方案中为约0.5wt.％至约3wt.％。
本发明中也可以使用其它反应性纳米包含物添加剂，例如，噁唑啉官能化的聚合物、氰化物官能化的聚合物等。在使用时，这样的反应性纳米包含物添加剂可以在以上针对聚环氧化物说明的浓度内使用。在一个具体的实施方案中，可以使用噁唑啉接枝的聚烯烃，即接枝有含有噁唑啉环的单体的聚烯烃。噁唑啉可以包括2-噁唑啉，例如，2-乙烯基-2-噁唑啉(例 如，2-异丙烯基-2-噁唑啉)、2-脂族烷基-2-噁唑啉(例如，可得自油酸、亚油酸、棕榈油酸(palmitoleicacid)、鳕油酸(gadoleicacid)、芥酸和/或花生四烯酸的乙醇酰胺)及其组合。例如，在另一个实施方案中，噁唑啉可以选自蓖麻醇噁唑啉马来酸酯(ricinoloxazolinemaleinate)、十一烷基-2-噁唑啉、大豆-2-噁唑啉、蓖麻-2-噁唑啉及其组合。在又一个实施方案中，噁唑啉选自2-异丙烯基-2-噁唑啉、2-异丙烯基-4,4-二甲基-2-噁唑啉及其组合。
在本发明的某些实施方案中，可以组合使用多种纳米包含物添加剂。例如，第一纳米包含物添加剂(例如，聚环氧化物)可以以区域的形式分散，该区域的平均横截面尺寸为约50至约500纳米，在一些实施方案中为约60至约400纳米，以及在一些实施方案中为约80至约300纳米。第二纳米包含物添加剂也可以以比第一纳米包含物添加剂小的区域的形式分散，例如，平均横截面尺寸为约1至约50纳米的那些，在一些实施方案中为约2至约45纳米，以及在一些实施方案中为约5至约40纳米。在使用时，基于连续相(基质聚合物或多种基质聚合物)的重量，第一和/或第二纳米包含物添加剂通常占热塑性组合物的约0.05wt.％至约20wt.％，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约10wt.％，以及在一些实施方案中为约0.5wt.％至约5wt.％。第一和/或第二纳米包含物添加剂在整个热塑性组合物中的浓度同样地可以为热塑性组合物的约0.01wt.％至约15wt.％，在一些实施方案中为约0.05wt.％至约10wt.％，以及在一些实施方案中为约0.1wt.％至约8wt.％。
可以任选地将纳米填料用作第二纳米包含物添加剂，其实例可以包括炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米粘土、金属纳米颗粒、纳米二氧化硅、纳米氧化铝等。纳米粘土是特别适用的。术语“纳米粘土”一般是指粘土材料(天然存在的矿物、有机改性的矿物或合成的纳米材料)的纳米颗粒，其通常具有薄板结构。纳米粘土的实例包括，例如，蒙脱土(2:1分层的蒙脱石粘土结构)、膨润土(主要由蒙脱土形成的页硅酸铝)、高岭石(具有板状结构和经验式Al2Si2O5(OH)4的1:1铝硅酸盐)、埃洛石(具有管状结构和经验式Al2Si2O5(OH)4的1:1铝硅酸盐)等。适合的纳米粘土的实例为其是蒙脱土纳米粘土并且可商购自SouthernClayProducts,Inc。合成的纳米粘土的其它实例包括但不限于混合金属氢氧化物纳米粘土、分层的双氢氧化物纳米粘土(例如，海泡石(sepiocite))、锂皂石、水辉石、皂石、indonite等。
如果需要，纳米粘土可以包含表面处理以帮助改善与基质聚合物(例如，聚酯)的相容性。所述表面处理可以是有机的或无机的。在一个实施方案中，采用通过有机阳离子与粘土反应得到的有机表面处理。适合的有机阳离子可以包括，例如，能够与粘土交换阳离子的有机季铵化合物，例如，二甲基双[氢化牛脂基]氯化铵(2M2HT)、甲基苄基双[氢化牛脂基]氯化铵(MB2HT)、甲基三[氢化牛脂基烷基]氯化物(M3HT)等。可商购的有机纳米粘土的实例可以包括，例如，43B(意大利的Livorno的LaviosaChimica，)，其为用二甲基苄基氢化牛脂基铵盐改性的蒙脱土粘土。其它的实例包括25A和30B(SouthernClayProducts)和Nanofil919(Chemie)。如果需要，纳米填料可以与载体树脂共混以形成提高添加剂与组合物中其它聚合物的相容性的母料(masterbatch)。特别适合的载体树脂包括，例如，聚酯(例如，聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)、聚烯烃(例如，乙烯聚合物、丙烯聚合物等)等，如以上详细描述的。
不管采用何种材料，通常选择纳米包含物添加剂以具有特定的粘度(或熔体流动速率)以确保离散区域和产生的孔可以被充分地保持。例如，如果纳米包含物添加剂的粘度过低(或熔体流动速率过高)，则其倾向于流动并不可控地遍及连续相分散。这产生层状或盘状的区域或者难以保持并且还可能过早地断裂的共同连续相结构。相反地，如果添加剂的粘度过高(或熔体流动速率过低)，则其倾向于聚集在一起并形成非常大的椭圆形区域，该椭圆形区域在共混过程中是难以分散的。这可能导致纳米包含物添加剂在整个连续相中的不均匀分布。例如，聚烯烃的熔体流动速率与聚合物纳米包含物添加剂的熔体流动速率的比值例如可以为约0.2至约8，在一些实施方案中为约0.5至约6，以及在一些实施方案中为约1至约5。根据ASTMD1238在2160克的负载和高于熔融温度(例如，在190℃下)至少约40℃的温度下测定时，纳米包含物添加剂的熔体流动速率(以干基计算)可以为例如约0.1至约100克每10分钟，在一些实施方案中为约0.5至约50克每10分钟，以及在一些实施方案中为约5至约15克每10分钟。根据ASTMD1238在2160克的负载和高于熔融温度(例如，在230℃下)至少约40℃的温度下测定时，聚烯烃的熔体流动速率(以干基计算)同样地可以为约0.5至约80克每10分钟，在一些实施方案中为约1至约 40克每10分钟，以及在一些实施方案中为约5至约20克每10分钟。
C.微米包含物添加剂
虽然不是必需的，本发明的组合物还可以采用微米包含物添加剂。如本文中所使用的，术语“微米包含物添加剂”一般是指能够以微米级尺寸的离散区域的形式分散在聚合物基质内的材料。例如，在拉伸之前，区域的平均横截面尺寸可以为约0.1μm至约25μm，在一些实施方案中为约0.5μm至约20μm，以及在一些实施方案中为约1μm至约10μm。在使用时，本发明人已经发现，当经受变形和伸长应变(例如，拉伸)时，微米级和纳米级相区域能够以独特方式相互作用，从而产生孔的网络。也就是说，据信作为由材料的不相容性引起的应力集中的结果，伸长应变可以在微米级离散相区域附近引发加强的局部剪切区段和/或应力加强区段(例如，正应力)。这些剪切和/或应力加强区段引起邻近微米级区域的聚烯烃基质中的一些初始剥离。然而，显著地，在纳米级离散相区域附近产生的局部剪切区段和/或应力加强区段可以与微米级区段重叠，甚至进一步地引起在聚合物基质中发生的剥离，从而邻近纳米级区域和/或微米级区域产生大量的纳米孔。
微米包含物添加剂的具体性质不是关键的，并且可以包括液体、半固体或固体(如，无定形的、结晶的或半结晶的)。在某些实施方案中，微米包含物添加剂在本质上是聚合的并具有相对高的分子量以帮助改善热塑性组合物的熔体强度和稳定性。通常地，微米包含物添加剂聚合物一般可以与基质聚合物不相容。以这种方式，添加剂可以在基质聚合物的连续相中更好地分散成离散相区域。离散区域能够吸收由外力产生的能量，这提高了所获得的纤维的整体韧性和强度。这些区域可以具有各种不同的形状，例如，椭圆、球形、圆柱形、盘状、管状等。在一个实施方案中，例如，这些区域具有基本上椭圆的形状。单个区域的物理尺寸通常小到足以使得在施加外部应力时通过纤维的裂纹传播最小化，但是大到足以引发微观的塑性变形并且获得在颗粒内含物处和周围的剪切区段。
所述微米包含物添加剂可以具有特定的熔体流动速率(或粘度)以确保离散区域和产生的孔可以被充分地保持。例如，如果添加剂的熔体流动速率过高，则其倾向于流动并不可控地遍及连续相分散。这产生层状、盘状的区域或者难以保持并且还可能过早地断裂的共同连续相结构。相反地，如果添加剂的熔体流动速率过低，则其倾向于聚集在一起并形成非常 大的椭圆形区域，该椭圆形区域在共混过程中是难以分散的。这可能导致添加剂遍及整个连续相的不均匀分布。就这一点而言，本发明人已经发现，微米包含物添加剂的熔体流动速率与基质聚合物的熔体流动速率的比值通常为约0.5至约10，在一些实施方案中为约1至约8，以及在一些实施方案中为约2至约6。例如，在2160克的负载和高于其熔融温度(例如，在210℃下)至少约40℃的温度下测定时，所述微米包含物添加剂的熔体流动速率可以为约5至约200克每10分钟，在一些实施方案中为约20至约150克每10分钟，以及在一些实施方案中为约40至约100克每10分钟。
除了以上所说明的性质之外，也可选择微米包含物添加剂的机械特性以实现所期望的孔网络。例如，当施加外力时，作为由添加剂和基质聚合物的弹性模量的差异产生的应力集中的结果，在离散相区域处和周围可以出现应力集中(包括正应力或剪切应力)和剪切和/或塑性屈服区段。较大的应力集中促进了在区域处更强的局部塑性流动，这允许它们在给予应力时被显著地伸长。这些伸长的区域可以使组合物显示出更柔韧和更柔软的行为。为了增强应力集中，可以选择具有与聚合物基质相比相对高的杨氏弹性模量的微米包含物添加剂。例如，添加剂的弹性模量与聚合物基质的弹性模量的比值通常为约1至约250，在一些实施方案中为约2至约100，以及在一些实施方案中为约2至约50。例如，所述微米包含物添加剂的弹性模量可以为约200至约3,500兆帕(MPa)，在一些实施方案中为约300至约2,000MPa，以及在一些实施方案中为约400至约1,500MPa。相反地，聚烯烃的弹性模量例如可以为约100至约1,500MPa，以及在一些实施方案中为约200至约1000MPa。供选择地，微米包含物添加剂的弹性模量可以低于聚烯烃基质的弹性模量。例如，弹性模量可以为约10MPa至约100MPa，以及任选为约20MPa至约80MPa。
虽然可以使用具有上述性质的多种的微米包含物添加剂，但是这样的添加剂的特别适合的实例可以包括苯乙烯共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯等)；含氟聚合物，例如，聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)等；聚乙烯醇；聚醋酸乙烯酯；聚酯，如脂肪族聚酯，如聚己内酯、聚酰胺酯、聚乳酸(PLA)及其共聚物、聚乙醇酸、聚碳酸亚烷基酯(例如，聚碳酸亚乙酯)、聚-3-羟基丁酸酯 (PHB)、聚-3-羟基戊酸酯(PHV)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)、3-羟基丁酸酯与3-羟基己酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基辛酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基癸酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基十八烷酸酯的共聚物和基于琥珀酸酯的脂肪族聚合物(例如，聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸己二酸丁二醇酯、聚琥珀酸乙二醇酯等)，脂肪族-芳香族共聚酯(例如，聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸间苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸间苯二甲酸丁二醇酯等)；芳香族聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)；等等。
特别合适的是通常性质为刚性以达到其具有相对高的玻璃化转变温度的程度的微米包含物添加剂。例如，玻璃化转变温度("Tg")可以为约0℃或更高，在一些实施方案中为约5℃至约100℃，在一些实施方案中为约30℃至约80℃，以及在一些实施方案中为约50℃至约75℃。可以根据ASTME1640-09通过动态力学分析来测定玻璃化转变温度。
一种特别适合的刚性聚酯是聚乳酸，其通常可以源自乳酸的任意异构体的单体单元，例如，左旋乳酸(“L-乳酸”)、右旋乳酸(“D-乳酸”)、内消旋乳酸或其混合物。单体单元也可以由乳酸的任意异构体的酸酐，包括左旋丙交酯、右旋丙交酯、内消旋丙交酯或其混合物形成。也可以采用这样的乳酸和/或丙交酯的环状二聚体。任意已知的聚合方法，如缩聚或开环聚合，均可以用来聚合乳酸。还可以采用少量的扩链剂(例如，二异氰酸酯化合物、环氧化合物或者酸酐)。聚乳酸可以是均聚物或者共聚物，例如，含有源自L-乳酸的单体单元和源自D-乳酸的单体单元的那些。虽然不要求，源自L-乳酸的单体单元和源自D-乳酸的单体单元中之一的含量比例优选为约85摩尔％或者更高，在一些实施方案中为约90摩尔％或者更高，以及在一些实施方案中为约95摩尔％或者更高。多种聚乳酸可以以任意百分比共混，其中每种的源自L-乳酸的单体单元与源自D-乳酸的单体单元之间的比例不同。当然，聚乳酸也可以与其它种类的聚合物(例如，聚烯烃、聚酯等)共混。
在一个具体实施方案中，聚乳酸具有以下通式结构：
可以在本发明中使用的适合的聚乳酸聚合物的一个具体实例可商购自德国Krailling的Biomer,Inc.，名称为BIOMERTML9000。其它适合的聚乳酸聚合物可商购自Minnesota的Minnetonka的NatureworksLLC或者MitsuiChemical(LACEATM)。还有其它适合的聚乳酸可以描述于第4,797,468号、第5,470,944号、第5,770,682号、第5,821,327号、第5,880,254号和第6,326,458号美国专利中，出于所有目的通过引用于此将其全部纳入本文。
聚乳酸的数均分子量("Mn")通常为约40,000至约180,000克每摩尔，在一些实施方案中为约50,000至约160,000克每摩尔，以及在一些实施方案中为约80,000至约120,000克每摩尔。同样地，聚合物的重均分子量("Mw")也通常为约80,000至约250,000克每摩尔，在一些实施方案中为约100,000至约200,000克每摩尔，以及在一些实施方案中为约110,000至约160,000克每摩尔。重均分子量与数均分子量的比例("Mw/Mn")，即"多分散性指数"也是相对低的。例如，多分散性指数通常为约1.0至约3.0，在一些实施方案中为约1.1至约2.0，以及在一些实施方案中为约1.2至约1.8。重均和数均分子量可以通过本领域技术人员已知的方法测定。
一些类型的净聚酯(例如，聚乳酸)可以从周围环境中吸收水，使得其具有基于起始聚乳酸的干重的约每百万分之500至600("ppm")，或者甚至更高的水分含量。水分含量可以用本领域已知的各种方式测定，例如根据ASTMD7191-05，如下面所描述的。因为在熔融加工期间水的存在可以使聚酯水解降解并降低其分子量，有时在共混之前期望干燥聚酯。在大多数的实施方案中，例如，期望可再生的聚酯在与微米包含物添加剂共混之前具有约每百万分之300("ppm")或更低的水分含量，在一些实施方案中为约200ppm或更低，在一些实施方案中为约1至约100ppm。聚酯的干燥可以例如在约50℃至约100℃以及在一些实施方案中为约70℃至约80℃的温度下发生。
无论采用何种材料，选择热塑性组合物中的微米包含物添加剂的相对百分比以获得所期望的性质，而不会显著影响所产生的组合物。例如，基于在组合物中所使用的聚烯烃基质的重量，微米包含物添加剂的量通常为热塑性组合物的约1wt.％至约30wt.％，在一些实施方案中为约2wt.％至约25wt.％，以及在一些实施方案中为约5wt.％至约20wt.％。微米包含物添加剂在整个热塑性组合物中的浓度同样可以占约0.1wt.％至约30wt.％， 在一些实施方案中为约0.5wt.％至约25wt.％，以及在一些实施方案中为约1wt.％至约20wt.％。
D.其它组分
由于各种不同原因，可在组合物中使用多种不同的成分。例如，在一个具体的实施方案中，可在热塑性组合物中使用界面改性剂以帮助降低纳米包含物添加剂和/或微米包含物添加剂与聚烯烃基质之间的摩擦程度和连通性，并因此增强剥离的程度和均匀性。以这种方式，孔可以以更加均匀的方式遍布在组合物中。改性剂可以在室温(例如25℃)下为液体或半固体形式，以使得其具有相对低的粘度，以使其更容易被纳入热塑性组合物以及容易转移至聚合物表面。通过降低聚烯烃基质和添加剂的界面处的物理力，据信改性剂的低粘度、疏水性质可帮助促进剥离。如本文中所使用的，术语“疏水的”通常是指具有约40°或更大，以及在一些情况下为60°或更大的空气中水的接触角的材料。相反地，“亲水的”通常是指具有小于约40°的空气中水的接触角的材料。用于测量接触角的一种适合的测试是ASTMD5725-99(2008)。
虽然不是必需的，但是界面改性剂特别适合于其中使用微米包含物添加剂和其中纳米包含物添加剂是固体(例如，聚合物材料)的实施方案。适合的疏水性、低粘度的界面改性剂可以包括，例如，以上提及的液体和/或半固体。一种特别适合的界面改性剂是聚醚多元醇，例如，可商购自巴斯夫公司，商标名为WI。另一种适合的改性剂是部分可再生酯，例如，可商购自Hallstar，商标名为IM。
当采用时，基于连续相聚烯烃基质的重量，界面改性剂可占热塑性组合物的约0.1wt.％至约20wt.％，在一些实施方案中为约0.5wt.％至约15wt.％，以及在一些实施方案中为约1wt.％至约10wt.％。界面改性剂在整个热塑性组合物中的浓度可以同样地为约0.05wt.％至约20wt.％，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约15wt.％，以及在一些实施方案中为约0.5wt.％至约10wt.％。在上述量时，界面改性剂具有这样的特性，即该特性能够使其容易转移至聚合物的界面并且促进剥离，而不扰乱热塑性组合物的整体熔融性质。例如，热塑性组合物的熔体流动速率可以与聚烯烃基质的熔体流动速率相似。例如，根据ASTMD1238在2160克的负载和在190℃下测定时，组合物的熔体流动速率(以干基计算)可以为约0.1至约250克每10分钟，在一些实施方案中为约0.5至约200克每10分钟，以及在 一些实施方案中为约5至约150克每10分钟。
也可以使用改善区域与基质之间的界面粘附和降低区域与基质之间的界面张力的增容剂，由此使得在混合过程中形成较小的区域。适合的增容剂的例子可以包括例如用环氧基或马来酸酐化学部分(chemicalmoieties)功能化的共聚物。马来酸酐增容剂的一个实例是马来酸酐接枝聚丙烯，其可商购自Arkema，商品名为OrevacTM18750和OrevacTMCA100。在使用时，基于连续相基质的重量，增容剂可以占热塑性组合物的约0.05wt.％至约10wt.％，在一些实施方案中为约0.1wt.％至约8wt.％，以及在一些实施方案中为约0.5wt.％至约5wt.％。
也可以在热塑性组合物中使用其它适合的材料，如催化剂、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、固体溶剂、成核剂、微粒、纳米填料和加入以增强热塑性组合物的加工性能和机械性质的其它材料。然而，本发明的一个有益方面是可以提供良好的性质，而不需要各种常规的添加剂例如发泡剂(例如，氯氟化碳、氢氯氟烃、烃、二氧化碳、超临界二氧化碳、氮等)和引发孔的填料(例如，碳酸钙)。事实上，所述热塑性组合物通常可以不含发泡剂和/或引发孔的填料。例如，这样的发泡剂和/或填料可以以不多于热塑性组合物的约1wt.％的量存在，在一些实施方案中为不多于约0.5wt.％，以及在一些实施方案中为约0.001wt.％至约0.2wt.％。进一步地，由于其应力发白性质，如以下更详细描述的，产生的组合物可以获得不透明颜色(例如，白色)，而不需要常规的颜料如二氧化钛。例如，在某些实施方案中，颜料可以以热塑性组合物的不多于约1wt.％，在一些实施方案中不多于约0.5wt.％，以及在一些实施方案中为约0.001wt.％至约0.2wt.％的量存在。
II.共混
为了形成所述热塑性组合物，通常采用各种已知技术中的任一种将组分一起共混。在一个实施方案中，例如，组分可以单独地或者组合地供应。例如，可以将组分首先干混在一起以形成基本上均匀的干混合物，以及同样地它们可以同时或者依次供应至熔融加工装置，所述熔融加工装置将材料分散地共混。可以使用分批和/或连续的熔融加工技术。例如，可以利用混合器/捏合机、密炼机(Banburymixer)、法雷尔连续混合器、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、辊式破碎机(rollmill)等来共混和熔融加工材料。 特别适合的熔融加工装置可以是同向双螺杆挤出机(例如，可购自NewJersey的Ramsey的Werner&PfleidererCorporation的ZSK-30挤出机或者可购自England的Stone的ThermoElectronCorp.的ThermoPrismTMUSALAB16挤出机)。这样的挤出机可以包括进料口和排气口并且提供高强度的分布和分散混合。例如，可以将组分供入双螺杆挤出机的相同或不同的进料口并且熔融共混以形成基本上均匀的熔融混合物。如果希望，也可以将其它添加剂注入聚合物熔体和/或分别地在沿着其长度、在不同位点来供入挤出机。
不管所选择的具体加工技术如何，产生的熔融共混组合物通常含有纳米包含物添加剂的纳米级区域和任选的微米包含物添加剂的微米级区域。可以控制剪切/压力和加热的程度以确保充分分散，但是没有高到不利地降低区域的尺寸使得它们不能实现所期望的性质。例如，共混通常发生在约180℃至约300℃的温度下，在一些实施方案中为约185℃至约250℃，以及在一些实施方案中为约190℃至约240℃。同样地，在熔融加工过程中的表观剪切速率的范围可以为约10秒-1至约3000秒-1，在一些实施方案中为约50秒-1至约2000秒-1，以及在一些实施方案中为约100秒-1至约1200秒-1。表观剪切速率可以等于4Q/πR3，其中Q为聚合物熔体的体积流动速率("m3/s")，而R为熔融聚合物流过的毛细管(例如，挤出机模具)的半径("m")。当然，也可以控制其它变量，例如，与吞吐量成反比的在熔融加工过程中的停留时间，从而实现所期望的均匀度。
为了实现所期望的剪切条件(例如，速率、停留时间、剪切速率、熔融加工温度等)，可以在某一范围内选择挤出机螺杆(或多个挤出机螺杆)的速度。一般而言，由于输入到体系的额外机械能量，随着螺杆速度的增加，观察到了产品温度的升高。例如，螺杆速度范围可以为约50至约600转每分钟("rpm")，在一些实施方案中为约70至约500rpm，以及在一些实施方案中为约100至约300rpm。这可能导致足够高以分散纳米包含物添加剂，而不会不利地影响产生的区域的尺寸的温度。也可以通过在挤出机的混合段内使用一种或多种分布和/或分散混合构件来提高熔体剪切速率以及进而提高添加剂被分散的程度。用于单螺杆挤出机的适合的分布混合器可以包括，例如，Saxon、Dulmage、CavityTransfer混合器等。同样地，适合的分散混合器可以包括Blister环、Leroy/Maddock、CRD混合器等。如本领域中所熟知的，可以通过使用使聚合物熔体产生折叠或再取向 的桶中的销(pin)来进一步改善混合，例如，在BussKneader挤出机、CavityTransfer混合器和VortexIntermeshingPin(VIP)混合器中使用的那些。
III.纤维的形成
如本文所使用的，术语“纤维”一般是指通过将聚合物通过成型孔例如模具而形成的伸长的挤出物。除非另外说明，术语“纤维”包括具有一定长度的非连续纤维和基本连续的丝。基本连续的丝可以具有例如远大于其直径的长度，如长度与直径之比(“纵横比”)大于约15,000比1，以及在一些情况下大于约50,000比1。
由所述热塑性组合物形成的纤维通常可以具有任何期望的构型，包括单组分和多组分(例如，皮芯型构型、并列型构型、分割的饼构型、海中岛型构型等)。也可以使用中空纤维(单组分和/或多组分)，例如，Carter等人的第6,642,429号美国专利中所描述的。在一些实施方案中，纤维可以包含一种或多种附加聚合物作为组分(例如，双组分)或成分(例如，双成分)，以进一步提高强度、可加工性和其它性质。例如，所述热塑性组合物可以形成皮/芯双组分纤维的芯组分，而附加聚合物可以形成皮组分，反之亦然。附加聚合物可以为期望的任何聚合物，例如，聚酯，如聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯等；聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚四氟乙烯；聚醋酸乙烯酯；聚氯乙烯醋酸酯；聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂，如聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等；聚酰胺，如尼龙；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；和聚氨酯。
各种方法中的任何一种均可以被用来形成根据本发明的纤维。例如，可以将上述热塑性组合物挤出通过喷丝板并淬火。例如，参照图1，更详细地显示了形成纤维的方法的一个实施方案。在该具体实施方案中，将本发明的热塑性组合物从料斗14进料至挤出机12中。可以利用任何常规技术将共混物供给到料斗14。将挤出机12加热到足以将熔融聚合物挤出的温度。然后使挤出的组合物穿过聚合物导管16至喷丝板18。例如，喷丝板18可以包括含有喷丝组件的外壳，所述喷丝组件具有多个堆叠在彼此顶部的板，且具有设置成形成用于引导聚合物组分的流动路径的开口模式。喷丝板18还具有排成一排或多排的开口。当聚合物从开口中挤出时，所述开口形成向下的挤出丝帘。方法10还使用了淬火鼓风机20，淬火鼓 风机20设置在从喷丝板18延伸的纤维帘附近。来自淬火鼓风机20的空气将从喷丝板18延伸的纤维淬火。淬火空气可以如图1所示的从纤维帘的一侧或从纤维帘的两侧引入。
为了形成具有期望长度的纤维，通常将淬火后的纤维熔融拉伸，例如，使用如图1所示的纤维拉伸装置22。用于熔融纺丝聚合物的纤维拉伸装置或抽吸器在本领域是熟知的。用于本发明方法的合适的纤维拉伸装置包括于第3,802,817号和第3,423,255号美国专利所示类型的线性纤维抽吸器。纤维拉伸装置22通常包括伸长的垂直通道，纤维经由该通道被从该通道边上进入且向下流动穿过该通道的吸入空气(aspiratingair)拉伸。加热器或鼓风机24向纤维拉伸装置22提供吸入空气。吸入空气将纤维和周围的空气熔融拉伸穿过纤维拉伸装置22。气体的流动导致纤维被熔融拉伸或变细，这增加了形成纤维的聚合物的分子取向或结晶性。当使用纤维拉伸装置时，可以选择“拉伸”比以帮助实现期望的纤维长度。“拉伸”比是指拉伸后的纤维的线速度(例如，导丝辊42或带孔表面(未显示)的线速度除以挤出后的纤维的线速度)。例如，熔融拉伸过程中的拉伸比可以如下计算：
拉伸比＝A/B
其中，
A为熔融拉伸之后的纤维的线速度(例如，导丝辊速度)并且是直接测量的；以及
B为挤出的纤维的线速度并可以如下计算：
挤出机的线性纤维速度＝C/(25*π*D*E2)
其中，
C为通过单个孔的通量(克每分钟)；
D为聚合物的熔体密度(克每立方厘米)；以及
E为孔的直径(以厘米计)，通过该孔将纤维挤出。在某些实施方案中，拉伸比可以为约20:1至约4000:1，在一些实施方案中为约25:1至约2000:1，以及在一些实施方案中为约50:1至约1000:1，以及在一些实施方案中为约75:1至约800:1。
一旦形成，纤维可以通过纤维拉伸装置22的出口开口存放到导丝辊42上。如果希望，在导丝辊42上收集的纤维可以任选地进行另外的在线加工和/或转化步骤(未示出)，这将会被本领域技术人员所理解。例如， 收集纤维并随后将纤维卷曲、纹理化和/或切割成约3至约80毫米的平均纤维长度，在一些实施方案中为约4至约65毫米，以及在一些实施方案中为约5至约50毫米。然后可以如现有技术已知的将短纤维并入到非织造纤网中，例如，粘合梳理纤网、热风粘合纤网(through-airbondedwebs)等。纤维也可以沉积到带孔表面上以形成非织造纤网，如以下更详细地描述的。
无论其以何种具体方式形成，可以在纵向(例如，机器方向)、横向(例如，机器横向)等，以及它们的组合拉伸组合物以形成多孔网络。如果希望，随着组合物形成为纤维，可以在线拉伸组合物。供选择地，可以在形成纤维之后，在层压到任意可选材料之前和/或之后，拉伸固体状态下的组合物。“固体状态”拉伸一般是指将组合物保持在聚烯烃基质聚合物的熔融温度以下的温度。除了其它方面，这帮助确保聚合物链不被改变到孔网络变得不稳定的程度。例如，组合物可以在约-50℃至约150℃的温度下拉伸，在一些实施方案中为约-40℃至约140℃，在一些实施方案中为约-20℃至约100℃，以及在一些实施方案中为约0℃至约50℃。在某些情况下，拉伸温度可以任选地低于具有最高玻璃化转变温度的组分(例如，微米包含物添加剂)的玻璃化转变温度至少约10℃，在一些实施方案中为至少约20℃，以及在一些实施方案中为至少约30℃。在这样的实施方案中，组合物可以在约0℃至约50℃的温度下拉伸，在一些实施方案中为约15℃至约40℃，以及在一些实施方案中为约20℃至约30℃。
纤维的拉伸可以发生于一个或多个阶段。在一个实施方案中，例如，拉伸在线完成，而不必须将其移走以进行单独的加工。在图1中，例如，纤维可以首先由纤维拉伸装置22熔融拉伸，转移到辊隙(未示出)，在辊隙中使基质聚合物冷却到其熔融温度以下，以及随后使纤维在存放到导丝辊42之前经受另外的拉伸步骤。然而，在其它情况下，将纤维从纤维形成机器移走并经受另外的拉伸步骤。然而，可以使用各种拉伸技术，例如，吸气(例如，纤维拉伸装置)、张力架拉伸、双轴拉伸、多轴拉伸、轮廓拉伸(profiledrawing)、真空拉伸等。组合物通常被固体状态拉伸(例如，在机器方向上)至约1.1至约3.5的拉伸比，在一些实施方案中为约1.2至约3.0，以及在一些实施方案中为约1.3至约2.5。固体状态的拉伸比可以通过用拉伸纤维的长度除以其拉伸前的长度来确定。拉伸比也可以变化以帮助实现期望的性质，例如，在约5％至约1500％每分钟变形，在一些 实施方案中为约20％至约1000％每分钟变形，以及在一些实施方案中为约25％至约850％每分钟变形的范围。虽然组合物通常是在没有施加外热(例如，加热的辊)的情况下拉伸的，但是任选地可以采用这样的加热以改善可加工性，降低拉伸力，提高拉伸速率，以及改善纤维均匀性。
用以上描述的方式拉伸可以导致具有“纳米级”尺寸的孔(“纳米孔”)的形成，例如，平均横截面尺寸为约800纳米或更小，在一些实施方案中为约5至约700纳米，以及在一些实施方案中为约10至约500纳米。纳米孔的平均轴向尺寸(例如，长度)也可以为约100至约5000纳米，在一些实施方案中为约50至约2000纳米，以及在一些实施方案中为约100至约1000纳米。在拉伸过程中也可以形成微米孔，所述微米孔的平均横截面尺寸为约0.2微米或更大，在一些实施方案中为约0.5或更大，以及在一些实施方案中为约0.5至约5微米。在某些情况下，微米孔和/或纳米孔的轴向尺寸可以大于横截面尺寸，使得纵横比(轴向尺寸与横截面尺寸的比例)为约1至约30，在一些实施方案中为约1.1至约15，以及在一些实施方案中为约1.2至约5。例如，微米孔的轴向尺寸可以为1微米或更大，在一些实施方案中为约1.5微米或更大，以及在一些实施方案中为约2至约30微米。
无论它们的具体尺寸如何，本发明人已经发现，孔(例如，纳米孔、微米孔或两者)可以以基本上均匀的方式遍及组合物分布。例如，孔可以在一般垂直于应力施加方向的方向上取向的列中分布。这些列一般可以跨组合物的宽度彼此平行。不希望受理论限制，据信这样的均匀分布的孔网络的存在可以产生良好的机械性能(例如，负载下的能量耗散和冲击强度)。这与产生孔的常规技术形成鲜明对比，所述常规技术包括发泡剂的使用，其趋于产生不受控的孔分布和差的机械性能。
除了形成多孔网络之外，拉伸也可以显著地提高某些离散区域的轴向尺寸，使得它们具有一般线性的、伸长的形状。例如，伸长的微米级区域的轴向尺寸可以比拉伸前区域的轴向尺寸大大约10％或更多，在一些实施方案中为约20％至约500％，以及在一些实施方案中为约50％至约250％。拉伸后的轴向尺寸(例如，长度)可以为，例如约1μm至约400μm，在一些实施方案中为约5μm至约200μm，以及在一些实施方案中为约10μm至约150μm。微米级区域也可以相对薄，并且由此具有小的横截面尺寸，例如约0.02至约20微米，在一些实施方案中为约0.1至约10微米，以及 在一些实施方案中为约0.4至约5微米。这可以导致区域的纵横比(轴向尺寸与垂直于轴向尺寸的尺寸的比例)为约2至约150，在一些实施方案中为约3至约100，以及在一些实施方案中为约4至约50。由于它们小的尺寸，纳米级区域通常不以与微米级区域相同的方式被伸长。因此，纳米级区域可以保持平均轴向尺寸(例如，长度)为约1至约1000纳米，在一些实施方案中为约5至约800纳米，在一些实施方案中为约10至约500纳米，以及在一些实施方案中为约20至约200纳米。
固体状态拉伸也可以沿纤维的纵轴产生在非颈缩区域之间间隔的一个或多个局部颈缩区域。颈缩的纤维也可以沿其纵轴具有非均匀的横截面直径，其可以提供各种不同的益处，例如，提高的表面积等。颈缩区域的数量一般可以变化，并可以基于所选择的延伸比来控制。然而，通常地，颈缩区域的数量可以为约1至约400个颈缩每厘米，在一些实施方案中为约2至约200个颈缩每厘米，以及在一些实施方案中为约5至约50个颈缩每厘米。颈缩区域的数量可以由以下公式式确定：
N＝(1-L2)/(L1+L2)
其中，N为颈缩区域的数量，L1为颈缩区域的平均长度，以及L2为非颈缩区域的平均长度(包括从颈缩到非颈缩的过渡区域)。
甚至在本发明实现的非常低的密度下，产生的纤维不是脆的，并且由此在施加应变时可以变形，而不是断裂。纤维由此可以继续起到承重构件的作用，甚至在纤维已经显示大的伸长之后。就这一点而言，本发明的纤维能够显示改善的“峰值伸长”性质，即在其峰值负载下纤维的伸长百分比。例如，本发明的纤维可以显示约50％或更大的峰值伸长率，在一些实施方案中为约100％或更大，在一些实施方案中为约200％至约1500％，以及在一些实施方案中为约400％至约800％，如在23℃下根据ASTMD638-10测定的。对于具有多种平均直径的纤维可以实现这样的伸长率，例如，约0.1至约50微米的那些，在一些实施方案中为约1至约40微米，在一些实施方案中为约2至约25微米，以及在一些实施方案中为约5至约15微米。
虽然具有在应变下延伸的能力，但是本发明的纤维也可以是相对强健的。例如，纤维可以显示的峰值拉伸应力为约25至约600兆帕(“MPa”)，在一些实施方案中为约50至约450MPa，以及在一些实施方案中为约60至约350MPa，如在23℃下根据ASTMD638-10测定的。显示本发明的 纤维的相对强度的另一参数为“韧度”，其显示了以每单位线密度的力来表示的纤维的拉伸强度。例如，本发明的纤维的韧度可以为约0.75至约7.0克力(“gf”)每旦尼尔，在一些实施方案中为约1.0至约6.0gf每旦尼尔，以及在一些实施方案中为约1.5至约5.0gf每旦尼尔。纤维的旦尼尔可以依据期望的应用而变化。通常地，形成的纤维具有小于约15的旦尼尔每根丝(即，线密度单位等于以克计的每9000米纤维的质量)，在一些实施方案中小于约12，以及在一些实施方案中为约0.5至约6。
如果希望，产生的纤维也可以并入纤维材料，例如，机织物、针织物、非织造纤网等。例如，纤维可以通过将纤维无规地沉积在成形表面上(任选地在真空的帮助下)和然后使用任何已知技术粘合得到的纤网来成形为非织造纤网。非织造纤网可以在纤维拉伸之前或之后形成。在某些实施方案中，例如，可能期望的是，由多个纤维形成非织造纤网，然后通过延伸非织造纤网将纤维拉伸至期望程度以形成多孔网络。在一个供选择的实施方案中，连续成形表面可以简单地放置在纤维吸气装置下方，该纤维吸气装置在纤网形成之前将纤维拉伸到期望程度。
一旦形成，可以使用任何常规技术粘合非织造纤网，例如，使用粘合剂或自身粘合(例如，在没有施加的外部粘合剂的情况下，熔接和/或纤维的自粘合)。自身粘合，例如，可以通过在半熔融或粘的时候接触纤维或简单地通过将粘性树脂和/或溶剂与用于形成纤维的聚合物共混来实现。适合的自身粘合技术可以包括超声粘合、热粘合、热风粘合、热轧粘合(calendarbonding)等。例如，可以通过热-机械工艺进一步将纤网粘合或利用图案印花，在热-机械工艺中纤网通过加热的光滑砧辊与加热的图案辊之间。图案辊可以具有任何的凸起图案，该图案提供了期望的纤网性质或外观。期望地，图案辊限定了凸起图案，所述凸起图案限定了多个粘合位置，所述粘合位置限定的粘合面积为辊总面积的约2％至30％。示例性的粘合图案包括，例如，以下所描述的那些：Hansen等人的第3,855,046号美国专利、Levy等人的第5,620,779号美国专利，Hayens等人的第5,962,112号美国专利、Sayovitz等人的第6,093,665号美国专利以及Romano等人的第428,267号美国外观设计专利、Brown的第390,708号美国外观设计专利、Zander等人的第418,305号美国外观设计专利、Zander等人的第384,508号美国外观设计专利、Zander等人的第384,819号美国外观设计专利、Zander等人的第358,035号美国外观设计专利以及Blenke等人的第 315,990号美国外观设计专利。辊间的压力可以为约5至约2000磅每线英寸。平衡辊辊间的压力和辊的温度以得到期望的纤网性质或外观，同时保持布样性质。如本领域技术人员所熟知的，所需的温度和压力可以依据许多因素而变化，所述因素包括但不限于，图案粘合面积、聚合物性质、纤维性质和非织造布性质。
除了纺粘纤网之外，也可以由根据本发明的热塑性组合物形成各种其它非织造纤网，例如，熔喷纤网、粘合梳理纤网、湿法纤网、气流纤网、共成形纤网、水刺缠绕纤网等。例如，可以将所述热塑性组合物挤出通过多个细的模具毛细管，进入会聚的高速气(如空气)流中，该气流使纤维变细以减小其直径。随后，将熔喷纤维由高速气流携带并沉积于收集表面上以形成无规分散的熔喷纤维。供选择地，可以通过将大捆的由热塑性组合物形成的纤维放置于将纤维分开的拣选机中来将聚合物形成梳理纤网。随后，输送纤维穿过精梳或者梳理装置，所述精梳或梳理装置进一步将纤维分开并沿机器方向排列，以便形成机器方向取向的纤维非织造纤网。一旦形成，通常通过一种或多种已知的粘合技术稳定该非织造纤网。
如果希望，所述非织造纤网还可以为含有所述热塑性组合物纤维和其它种类纤维(例如，短纤维、丝等)的组合的复合材料。例如，可以使用另外的合成纤维，例如由聚烯烃形成的那些，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚四氟乙烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等；聚醋酸乙烯酯；聚氯乙烯醋酸酯、聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂，例如，聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等；聚酰胺，如尼龙；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；聚氨酯；聚乳酸等。如果希望，还可以使用可再生的聚合物。已知的合成纤维的一些实例包括，皮芯型双组分纤维，可购自NorthCarolina的Charlotte的KoSaInc.，商品名为T-255和T-256，这两者均使用聚烯烃皮，或者具有低熔点的共聚酯皮的T-254。还可以使用的其它已知的双组分纤维包括可购自日本的Moriyama的ChissoCorporation或者Delaware的Wilmington的FibervisionsLLC的那些。还可以使用聚乳酸短纤维，如可商购自台湾的FarEasternTextile,Ltd.的那些。
所述复合材料还可以含有纸浆纤维，如高平均纤维长度的纸浆、低平均纤维长度的纸浆或它们的混合物。适合的高平均长度的绒毛浆纤维的一个实例包括软木牛皮纸浆纤维。软木牛皮纸浆纤维可以得自针叶树木(coniferoustrees)，并且包括但不限于，例如，北方、西方以及南方软木 种类，包括红木、红雪衫、铁杉、花旗松(Douglasfir)、冷杉(truefir)、松树(例如，南方松树)、云杉(例如，黑云杉)、竹、它们的组合等的纸浆纤维。北方软木牛皮纸浆纤维可以用于本发明中。适用于本发明的可商购的南方软木牛皮纸浆纤维的实例包括可购自办公地址位于Washington的FederalWay的WeyerhaeuserCompany，商品名为“NF-405”的那些。用于本发明的另一种适合的纸浆是漂白的、主要含有软木纤维的硫酸木纸浆，可购自办公地点位于SouthCarolina的Greenville的BowaterCorp.，商品名为CoosAbsorbSpulp。低平均长度的纤维也可以用于本发明中。适合的低平均长度的纸浆纤维的实例包括硬木牛皮纸浆纤维。硬木牛皮纸浆纤维得自落叶树木并且包括但不限于，例如，桉树、枫树、桦树、白杨等的纸浆纤维。桉树牛皮纸浆纤维可能是特别期望的，以提高柔软度，增强亮度，增加不透明度以及改变纸幅的孔结构以提高其芯吸能力。也可以使用竹或棉纤维。
可以使用各种已知的技术来形成非织造复合材料。例如，非织造复合材料可以为“共成形材料”，其包含所述热塑性组合物纤维和吸收性材料的混合物或稳定的基质。举例而言，可以通过以下工艺制备共成形材料：其中在纤网成形的同时，将至少一个熔喷模头放置在斜槽附近，吸收性材料通过该斜槽加入纤网。这样的吸收性材料可以包括但不限于，纸浆纤维、超吸收性颗粒、无机和/或有机吸收性材料，经处理的聚合物短纤维等。吸收性材料的相对百分比可以依据非织造复合材料的期望的性质而在宽的范围内变化。例如，所述非织造复合材料可以含有约1wt.％至约60wt.％，在一些实施方案中为约5wt.％至约50wt.％，以及在一些实施方案中为约10wt.％至约40wt.％的热塑性组合物纤维。非织造复合材料同样地可以含有约40wt.％至约99wt.％，在一些实施方案中为约50wt.％至约95wt.％，以及在一些实施方案中为约60wt.％至约90wt.％的吸收性材料。这样的共成形材料的一些实例公开于Anderson等人的第4,100,324号美国专利、Everhart等人的第5,284,703号美国专利、Georger等人的第5,350,624号美国专利中。
在本发明中也可以形成非织造层压材料，其中，一个或多个层由所述热塑性组合物形成。例如，一个层的非织造纤网可以是包含所述热塑性组合物的纺粘纤网，而另一层的非织造纤网包含所述热塑性组合物、其它可再生的聚合物(多种其它可再生的聚合物)和/或任何其它聚合物(如聚烯 烃)。在一个实施方案中，非织造层压材料包含位于两个纺粘层之间的熔喷层以形成纺粘/熔喷/纺粘(“SMS”)层压材料。如果希望，纺粘层(多个纺粘层)可以由所述热塑性组合物形成。熔喷层可以由所述热塑性组合物、其它可再生的聚合物(多种其它可再生的聚合物)和/或任何其它聚合物(如聚烯烃)形成。用于形成SMS层压材料的各种技术描述于Brock等人的第4,041,203号美国专利、Timmons等人的第5,213,881号美国专利、Timmons等人的第5,464,688号美国专利、Bornslaeqer等人的第4,374,888号美国专利、Collier等人的第5,169,706号美国专利和Brock等人的第4,766,029号美国专利，以及Fitting等人的公开号为2004/0002273的美国公开专利申请中。当然，非织造层压材料可以具有其它构型并具有任何期望数量的熔喷层和纺粘层，例如，纺粘/熔喷/熔喷/纺粘层压材料(“SMMS”)，纺粘/熔喷层压材料(“SM”)等。尽管非织造层压材料的基重可以根据期望的应用来调整，但是其通常为约10至约300克每平方米(“gsm”)，在一些实施方案中为约25至约200gsm，以及在一些实施方案中为约40至约150gsm。
如果希望，所述纤维、非织造纤网等也可以退火以帮助确保它们保持期望的形状。退火通常发生于约40℃至约120℃的温度下，在一些实施方案中为约50℃至约110℃，以及在一些实施方案中为约80℃至约100℃。也可以使用各种已知技术的任意一种对纤维进行表面处理以改善其性质。例如，可以使用高能束(例如，等离子体、X射线、电子束等)来去除或减少任何在纤维上形成的皮层，以改变表面极性、脆化表面层等。如果希望，这样的表面处理可以在纤网成形之前和/或之后以及纤维的冷拉伸之前和/或之后使用。
除了降低的密度之外，纳米多孔结构也可以向含有本发明的聚烯烃纤维的纤维材料提供各种另外的不同益处。例如，这样的纳米多孔结构可以帮助限制流体流动并且一般是不透流体的(例如，液态水)，从而允许纤维材料的表面隔绝水渗透。就这一点而言，纤维材料可以具有约50厘米(“cm”)或更大的相对高的静水压值，在一些实施方案中为约100cm或更大，在一些实施方案中为约150cm或更大，以及在一些实施方案中为约200cm至约1000cm，如根据ATTCC127-2008测定的。也可以实现其它有益性质。例如，纤维材料一般可以是可透水蒸气的。纤维材料对水蒸气的渗透性可以通过其相对高的水蒸气透过率(“WVTR”)来表征，水蒸 气透过率是以每24小时每平方米的克数(g/m2/24小时)的单位测量的、水蒸气渗透通过材料的速率。例如，纤维物材料可以显示约300g/m2-24小时或更高的WVTR，在一些实施方案中为约500g/m2-24小时或更高，在一些实施方案中为约1,000g/m2-24小时或更高，以及在一些实施方案中为约3,000至约15,000g/m2-24小时，如根据ASTME96/96M-12，程序B或INDA测试程序IST-70.4(01)测定的。
纤维材料也可以充当显示相对低的热导率的热障，例如，约0.40瓦每米-开尔文(“W/m-K”)或更低，在一些实施方案中为约0.20W/m-K或更低，在一些实施方案中为约0.15W/m-K或更低，在一些实施方案中为约0.01至约0.12W/m-K，以及在一些实施方案中为约0.02至约0.10W/m-K。值得注意地，该材料能够在相对低的厚度下实现如此低的热导率值，这可以使该材料具有更大程度的挠性和一致性以及可以降低它在制品中所占的空间。由于该理由，所述纤维材料也可以显示相对低“热导纳”，热导纳等于材料的热导率除以其厚度并以瓦每平米-开尔文(“W/m2K”)的单位提供。例如，材料可以显示约1000W/m2K或更低的热导纳，在一些实施方案中为约10至约800W/m2K，在一些实施方案中为约20至约500W/m2K，以及在一些实施方案中为约40至约200W/m2K。纤维材料的实际厚度可以取决于它的具体形式，但是范围通常为约5微米至约100毫米，在一些实施方案中为约10微米至约50毫米，在一些实施方案中为约200微米至约25毫米。
IV.制品
由于其独特且有益的性质，本发明的产生的聚烯烃纤维很好地适合于在各种不同类型的制品中使用，例如，吸收性制品、医用产品(例如，长外衣、手术帘、口罩、头罩、手术帽、鞋套、灭菌包装、保暖毯、加热垫等)，等等。例如，所述聚烯烃纤维可以被并入能够吸收水或其它流体的“吸收性制品”。一些吸收性制品的实例包括但不限于，个人护理吸收性制品，例如尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁制品、女性卫生制品(如卫生巾)、泳装、婴儿揩巾、手套擦等；医用吸收性制品，例如服装、开窗术材料、底垫、床垫、绷带、吸收性帘，医用揩巾；食品揩巾；成衣制品；袋等。适用于形成这样的制品的材料和方法为本领域技术人员所熟知。吸收性制品，例如，通常包括基本上不可渗透液体的层(如，外罩)、可渗透液体 的层(如体侧衬里、浪涌层等)和吸收芯。例如，在一个实施方案中，所述聚烯烃纤维可以是纤维材料(例如，非织造纤网)的形式，并且用于形成吸收性制品的外罩。如果希望，非织造纤网可以层压至可透气或不可透气的不可渗透液体的膜。所述聚烯烃纤维同样可以是在吸收性制品中使用的膜的形式，例如，外罩的不可渗透液体的膜，该膜是可透气的或不可透气的。
就这一点而言，现将更详细地描述可以使用本发明的聚烯烃纤维的吸收性制品的一个具体实施方案。例如，吸收性制品可以包括主体部分和从主体部分的每个纵向侧面延伸的一对翼片(flaps)，所述主体部分含有顶片、外罩或底片、位于底片和顶片之间的吸收芯。顶片限定了吸收性制品面向身体的表面。吸收芯是从吸收性制品的外周向内放置的，并且包括邻近顶片放置的面向身体的侧面和邻近底片放置的面向服装的表面。如果希望，本发明的聚烯烃纤维可以用于形成顶片、底片和/或吸收芯。例如，在本发明的一个具体的实施方案中，底片是由非织造纤网和透气性膜形成的层压材料。该非织造纤网可以由多种根据本发明形成的聚烯烃纤维形成。
顶片一般被设计成接触使用者的身体并且是液体可渗透的。顶片可以围绕吸收芯，以使其完全包住吸收性制品。供选择地，顶片和底片可以延伸越过吸收芯并且是采用已知技术或者完全地或者部分地在周边连接在一起。通常地，顶片和底片是通过粘合剂粘合、超声粘合或者本领域中已知的任意其它适合的连接方法连接的。顶片是卫生的、外观洁净的并且有些不透明，以便隐藏所收集在吸收芯内并由吸收芯吸收的身体排泄物。顶片进一步显示出优良的透过和再润湿特性，这使身体排泄物能够迅速地透过顶片至吸收芯，但不允许体液回流经过顶片至穿戴者的皮肤。例如，可用于顶片的一些适合的材料包括非织造材料、穿孔热塑性膜或其组合。为了该目的，可以使用由本发明的聚烯烃纤维制得非织造纤网(如纺粘纤网)。
顶片也可以含有穿透其而成的多个开孔，以使体液更容易穿过进入吸收芯。开孔可以是遍及顶片无规或者均匀设置的，或者它们可以仅位于沿着吸收性制品的纵轴设置的窄的纵向带或者条中。开孔使体液迅速向下渗入吸收芯。可以变化开孔的尺寸、形状、直径和数目以符合人的具体的需求。
吸收性制品也可以含有位于顶片和底片之间的吸收芯。吸收芯可以由 单个吸收性构件或者包含分开的且不同的吸收性构件的复合材料形成。然而，应当理解，本发明中可以使用任何数目的吸收性构件。例如，在一个实施方案中，吸收芯可以含有位于顶片和转移延迟构件之间的吸入构件。吸入构件可以由能够在z方向上迅速转移被传送至顶片的体液的材料制成。吸入构件一般可以具有所期望的任意形状和/或尺寸。在一个实施方案中，吸入构件具有矩形形状，而长度等于或者小于吸收性制品的总长度，且宽度小于吸收性制品的宽度。例如，可以采用约150mm至约300mm的长度和约10mm至约60mm的宽度。
各种不同的材料中的任意一种都可以用于吸入构件，以实现以上提及的功能。所述材料可以是合成材料、纤维素材料或者合成材料和纤维素材料的组合。例如，气流法纤维素薄纸可适合用于吸入构件。气流法纤维素薄纸可具有约10克每平方米(gsm)至约300gsm，以及在一些实施方案中为约100gsm至约250gsm的基重。在一个实施方案中，气流法纤维素薄纸的基重为约200gsm。气流法薄纸可以由硬木和/或软木纤维形成。气流法薄纸具有细的孔结构并提供了优异的芯吸能力(wickingcapacity)，特别是对于月经。
如果希望，转移延迟构件可以垂直设置于吸入构件下方。转移延迟构件可以含有与其它吸收性构件相比较不亲水的材料，并且一般可以具有基本上疏水的特征。例如，转移延迟构件可以是由本发明的聚烯烃纤维构成的非织造纤网(例如，纺粘纤网)。纤维的横截面形状可以是圆形、三叶形或者多叶形并且结构可以是中空或者实心的。通常地，纤网在约3％至约30％的纤网面积上是粘合的，例如通过热粘合。可以用于转移延迟构件的适合材料的其它实例描述于Meyer等人的第4,798,603号美国专利和Serbiak等人的第5,248,309号美国专利。为了调节本发明的性能，转移延迟构件也可以用选定量的表面活性剂处理，以增加其初始润湿性。
转移延迟构件一般可以具有任意尺寸，如长度约150mm至约300mm。通常地，转移延迟构件的长度大致等于吸收性制品的长度。转移延迟构件的宽度也可以等于吸入构件，但是通常更宽。例如，转移延迟构件的宽度可以为约50mm至约75mm，特别是约48mm。转移延迟构件的基重通常小于其它吸收性构件的基重。例如，转移延迟构件的基重通常小于约150克每平方米(gsm)，以及在一些实施方案中为约10gsm至约100gsm。在一个具体实施方案中，转移延迟构件是由基重为约30gsm的纺粘 纤网形成的。
除以上提及的构件以外，吸收芯也可以包括复合吸收性构件，如共成型材料。在该情形下，流体可以从转移延迟构件被芯吸入复合吸收性构件。复合吸收性构件可以与吸入构件和/或转移延迟构件分开形成或者可以与它们一起同时形成。例如，在一个实施方案中，复合吸收性构件可以在转移延迟构件或者吸入构件上形成，转移延迟构件或者吸入构件在以上描述的共成型工艺期间充当载体。
所述聚烯烃纤维还可以用于多种其他类型的制品。非限定性实例包括例如，用于制冷装置的隔绝材料(例如，冰箱、冷冻机、自动贩卖机等)；汽车部件(例如，前座和后座、头枕、扶手、车门、后置物架/后窗台板、方向盘和内饰、仪表盘等)；建筑板和块(例如，屋顶、空心墙、地板等)；服装(例如，外套、衬衫、裤子、手套、围裙、连体工作服、鞋、靴子、头饰、鞋垫等)；家具和寝具(例如，睡袋、被子等)；流体储存/转移系统(例如，用于液体/气体烃、液氮、氧、氢或原油的管道或油罐车)；极端环境(例如，水下或太空中)；餐饮产品(例如，杯子、杯架、盘子等)；容器和瓶子；等等。所述聚烯烃材料还可以用于“服装”中，其一般旨在包括成型以在身体的部分上贴合的任何制品。这样的制品的实例包括但不限于，衣服(例如，衬衫、裤子、牛仔裤、休闲裤、裙子、外套、运动服、运动装、有氧运动和锻炼服装、泳装、骑行服或短裤、游泳衣/浴衣、赛车服、潜水服、紧身衣等)、鞋袜(例如，鞋、袜子、靴子等)、防护服(例如，消防衣)、服装配件(例如，皮带、文胸带、侧幅、手套、针织品、裹腿、矫形架)、内衣(例如，内裤、T恤等)、紧身服装、垂褶服装(例如，短裙缠腰布、宽外袍、斗篷、披风、披肩等)等等。
所述聚烯烃纤维可以用于任何具体应用中的多种制品。例如，当考虑汽车应用时，聚烯烃纤维可以用于可以提高车辆舒适和/或美感的制品中(例如，遮阳板的外罩和/或填料(padding)，扬声器外壳和外罩，座套，密封滑动助剂和座套的背衬，包括地毯背衬的地毯和地毯加固物，汽车脚垫和汽车脚垫的背衬，安全带的外罩和安全带锚座，行李箱底板外罩和衬里，后置物架隔板，顶棚饰面和背衬，装潢背衬、一般装饰织物等)，可以提供一般的隔温和/或隔音的材料(例如，柱填料、门饰板垫、引擎盖衬垫、一般的隔音和隔离材料、消声器包裹物、车身零件、窗户、轿车顶和天窗、轮胎加固件等)，和过滤/发动机材料(例如，燃料过滤器、油过滤 器、电池隔板、气滤网、传输隧道材料、燃料罐等)。
所述聚烯烃纤维的这样的广泛应用适用于多种运输领域，并且不旨在以任何方式限于汽车工业。例如，聚烯烃纤维可以在任意适合的应用中，包括但不限于，航空航天应用(例如，飞机、直升机、空间运输、军事航天设备等)，海上应用(船艇、舰船、休闲交通工具)，火车，等等。所述聚烯烃纤维可以任何期望的方式用于运输应用中，例如，美学应用、隔温/隔音、过滤和/或发动机部件、安全部件等。
参照以下实施例可以更好地理解本发明。
测试方法
熔体流动速率：
熔体流动速率(“MFR”)为通常在190℃、210℃或230℃下、在10分钟内给予2160克的负载时，压迫通过挤出流变仪孔(0.0825-英寸直径)的聚合物的重量(以克计)。除非另外说明，熔体流动速率是根据ASTM测试方法D1238，利用TiniusOlsen挤出塑性计测量的。
热性能：
可以根据ASTME1640-09，通过动态力学分析(DMA)测定玻璃化转变温度(Tg)。可以使用来自TAInstruments的Q800仪器。可以在3℃/min的加热速率下，在-120℃至150℃的范围内，在温度扫描模式下，以拉力/拉力几何图形来实施试验运转。应变幅度频率在测试过程中可以保持恒定(2Hz)。可以测试三(3)个独立的样品，以获得用tanδ曲线的峰值来定义的平均玻璃化转变温度，其中tanδ被定义为损耗模量与储能模量的比值(tanδ＝E”/E')。
由差示扫描量热法(DSC)测定熔融温度。差示扫描量热仪可以为DSCQ100差示扫描量热仪，其配备有液氮冷却配件并具有UNIVERSALANALYSIS2000(4.6.6版)分析软件程序，二者均可购自Delaware的NewCastle的T.A.InstrumentsInc.。为了避免直接触摸样品，使用镊子或其它工具。将样品放置于铝盘中，并在分析天平上称重至0.01毫克的精确度。将盖子在材料样品上卷到盘上。通常地，树脂颗粒直接放置于称重盘上。
如差示扫描量热仪的操作手册中所描述的，利用铟金属标准来校准差示扫描量热仪并且进行基线校正。将材料样品放置在差示扫描量热计的测试室中用于测试，并且使用空盘作为参比物。所有测试在以在每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫测试室下进行。对于树脂颗粒样品，加热 和冷却程序为2-循环测试，该测试以将室平衡至-30℃开始，随后为以每分钟10℃的加热速率加热到200℃的温度的第一加热周期，随后将样品在200℃下平衡3分钟，然后为以每分钟10℃的冷却速率冷却到-30℃的温度的第一冷却周期，随后将样品在-30℃下平衡3分钟，并然后是以每分钟10℃的加热速率加热到200℃的温度的第二加热期。所有测试均在每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫测试室下进行。
利用UNIVERSALANALYSIS2000分析软件程序来评价结果，该软件程序识别并量化拐点(inflection)的玻璃化转变温度(Tg)、吸热峰和放热峰，以及DSC图上的峰下面积。玻璃化转变温度被确定为图线上斜率发生明显变化的区域，而使用自动拐点计算来确定熔融温度。
拉伸性质：
可以根据ASTM638-10于23℃下测定拉伸性质。例如，首先将单个纤维样本缩短(例如，使用剪刀剪)到38毫米的长度，并分开放置在黑色的丝绒布上。以这种方式收集10-15个纤维样本。然后，将纤维样本以基本上直的状态固定在矩形纸框上，所述矩形纸框外部尺寸为51毫米×51毫米并且内部尺寸为25毫米×25毫米。通过使用胶带将纤维末端小心地固定到框边上可以将各个纤维样本的末端可操作地结合到框上。使用常规的实验室显微镜来测量各个纤维样本的外部的、相对较短的横向纤维尺寸，常规的实验室显微镜已经适当地校准并设置为40倍放大率。所述横向纤维尺寸记录为单个纤维样本的直径。框有助于以避免过度损坏纤维样本的方式将试样纤维样本的末端固定在恒速延伸型拉力测试仪的上夹具和下夹具中。
可以使用恒速延伸型拉力测试仪和合适的负载元件来进行测试。可以选择负载元件(例如10N)使得测试值落入满量程负载的10-90％之内。所述拉力测试仪(即，MTSSYNERGY200)和负载元件得自密歇根州的EdenPrairie的MTSSystemsCorporation。然后，将框组件中的纤维样本固定在拉力测试仪的夹具之间，使得纤维的末端可以操作地被拉力测试仪的夹具夹住。然后，将平行于纤维长度延伸的纸框边切断或以其它的方式分开，使得拉力测试仪仅将测试力施加至纤维。然后，对纤维以每分钟12英寸的牵拉速率和夹具速度进行牵拉测试。使用购自MTSCorporation的TESTW0RKS4软件程序来分析得到的数据，测试设定如下：
韧度值以每旦尼尔克力的单位来表示。还可以测量峰值伸长率(断裂时的％应变)和峰值应力。
可以使用沿长度(MD)和宽度(CD)切割的2”x6”的条来测定纤网的峰值负载。可以在装配有两个1”x3”的橡胶涂覆的夹具的通用拉力测试仪中进行测试。标距长度可以为76±1mm(3±0.04”)。
密度和空隙体积百分比：
为测定密度和空隙体积百分比，在拉伸前，可以首先测量拉伸前的样品的宽度(Wi)和厚度(Ti)。拉伸前的长度(Li)也可以通过测量样本表面上的两个标记之间的距离来测定。然后，可以拉伸样本以引发孔形成。然后，可以利用DigimaticCaliper(MitutoyoCorporation)测量样本的宽度(Wf)、厚度(Tf)和长度(Lf)至精确到0.01mm。拉伸前的体积(Vi)可以通过Wi×Ti×Li＝Vi来计算。拉伸后的体积(Vf)也可以通过Wf×Tf×Lf＝Vf来计算。密度(Pf)可以通过Pf＝Pi/Φ来计算，其中Pi为前体材料的密度，以及空隙体积百分比(％Vv)可以通过％VV＝(1-1/Φ)×100来计算。
静水压力测试(“静水压”)：
静水压力测试是在静压力下材料抗液体水渗透的量度，并且是根据AATCC试验方法127-2008进行的。可以取各个样本的结果的平均值并以厘米(cm)记录。更高的值表示更大的抗水渗透性。
水蒸气透过率("WVTR")：
用来测定材料的WVTR的测试可以基于材料的性质变化。一种测量 WVTR值的技术是ASTME96/96M-12，方法B。另一方法涉及使用INDA测试方法IST-70.4(01)。INDA测试方法概括如下。用永久防护膜和待测试样品材料将干燥室与已知温度和湿度的潮湿室分开。防护膜的用途是限定一个有限的空气隙，并在表征该空气隙时使该空气隙中的空气不动或静止。干燥室、防护膜和潮湿室形成了将该测试膜密封在其中的扩散单元。样品夹持器是Minnesota的Minneapolis的Mocon/ModemControls,Inc.制造的Permatran-WModel100K。第一个测试是由在产生100％相对湿度的蒸发器组件之间的防护膜和空气隙的WVTR组成。水蒸气扩散通过空气隙和防护膜，然后与正比于水蒸气浓度的干燥气流相混合。将电信号传输至计算机来处理。计算机计算出空气隙和防护膜的透过率，并存储该值以备进一步使用。
防护膜和空气隙的透过率作为CalC存储于计算机中。然后将样品材料密封于测试单元中。再次地，水蒸气扩散通过空气隙至防护膜和测试材料，然后与吹扫测试材料的干燥气流相混合。同样，再次将该混合物运送至蒸气传感器。随后，计算机计算出空气隙、防护膜和测试材料的组合的透过率。随后，使用该信息根据以下公式来计算水分透过测试材料的透过率：
TR-1测试材料＝TR-1测试材料、防护膜、空气隙-TR-1防护膜、空气隙
然后，水蒸气透过率("WVTR")是如下计算的：
WVTR=Fρsat(T)RHAPsat(T)(1-RH)]]>
其中，
F＝水蒸气流量，以cm3/分钟计；
ρsat(T)＝温度T下饱和空气中水的密度；
RH＝该单元中特定位置处的相对湿度；
A＝该单元的横截面积；和
Psat(T)＝温度T下的水蒸气的饱和蒸气压。
传导性质：
可以根据ASTME-1530-11(“ResistancetoThermalTransmissionofMaterialsbytheGuardedHeatFlowMeterTechnique”)使用AnterUnithermModel2022测试仪测定导热率(W/mK)和热阻(m2K/W)。目标测试温度 可以为25℃以及施加的负载可以为0.17MPa。在测试之前，样品于23℃(+2℃)温度和50％(+10％)相对湿度下适应40+小时。也可以通过1除以热阻来计算热导纳(W/m2K)。
弗雷泽(Frazier)孔隙度：
在低压差透气性测试仪(FAP-LP)中，通过切割8”的样品条(沿机器方向测量的)并将样品以可折叠形式折叠(在横向方向上)得到6层来测量Frazier孔隙度。
实施例1
由91.8wt.％的全同立构丙烯均聚物(M3661，230℃下的熔体流动速率为14克/10分钟，熔融温度为150℃，TotalPetrochemicals)、7.4wt.％的聚乳酸(PLA6252，210℃下的熔体流动速率为70至85克/10分钟，)和0.7wt.％的聚环氧化物形成前体共混物。该聚环氧化物是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(AX8900,Arkema)，具有6克/10分钟(190℃/2160g)的熔体流动速率、8wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量、24wt.％的丙烯酸甲酯含量和68wt.％的乙烯含量。这些组分在同向双螺旋挤出机(WernerandPfleidererZSK-30，直径为30mm，且L/D＝44)中配混。该挤出机具有7个加热区。挤出机中温度为180℃至220℃。在给料器(hoper)、以15磅每小时将聚合物以测定重量方式给料到挤出机，并且使用蠕动泵将液体注入桶中。挤出机在200转每分钟("rpm")下操作。在桶(前面)的最后一段，使用直径为6mm的3孔模具来形成挤出物。挤出物在传送带上空气冷却，并使用Conair制粒机形成颗粒。
然后使用Davis标准纤维纺丝生产线由前体共混物制备纤维，Davis标准纤维纺丝生产线装备有0.75英寸的单螺旋挤出机和直径为0.6mm的16孔喷丝板。在不同的拉伸比下收集纤维。收线速率为1至1000m/min。挤出机温度为175℃至220℃。在拉力测试机中、在300mm/min下、于25℃下将纤维延伸至高达400％伸长率。为了分析材料的形貌，将纤维于液氮中冷冻断裂并在高真空下通过扫描电子显微镜Jeol6490LV进行分析。结果显示于图2-4中。如图所示，在延伸方向形成了高度伸长的球状孔。形成了纳米孔(宽度为～50纳米，长度为～500纳米)和微米孔(宽度为～0.5微米，长度为～4微米)两者。
实施例2
在同向双螺旋挤出机(WernerandPfleidererZSK-30，直径为30mm，且L/D＝44)中配混93wt.％的聚丙烯(TotalM3661)和7wt.％的AX8900共混物。该挤出机具有7个加热区。挤出机中温度为180℃至220℃。在给料器、以15磅每小时聚合物按测定重量的方式给料到挤出机。挤出机在200转每分钟(RPM)下操作。在桶(前面)的最后一段，使用直径为6mm的3孔模具来形成挤出物。挤出物在传送带上空气冷却，并使用Conair制粒机形成颗粒。然后使用Davis标准纤维纺丝生产线由前体共混物制备纤维，Davis标准纤维纺丝生产线装备有0.75英寸的单螺杆挤出机和直径为0.6mm的16孔喷丝板。以不同的拉伸比收集纤维。收线速率为1至1000m/min。挤出机温度为175℃至220℃。在拉力测试机中、在300mm/min下、于25℃下将纤维延伸至高达400％伸长率。为了分析材料的形貌，将纤维于液氮中冷冻断裂并在高真空下通过扫描电子显微镜Jeol6490LV进行分析。结果显示于图5-6中。
实施例3
在实施例2中描述的挤出机和条件下配混91.1wt.％的聚丙烯(TotalM3661)、7.4wt.％的聚乳酸(NatureWorks6251)和1.5％的AX8900的共混物。在这种情况下，然后使用蠕动泵将5％的WI285注入到桶中。然后使用Davis标准纤维纺丝生产线由前体共混物制备纤维，Davis标准纤维纺丝生产线装备有0.75英寸的单螺杆挤出机和直径为0.6mm的16孔喷丝板。以不同的拉伸比收集纤维。收线速率为1至1000m/min。挤出机温度为175℃至220℃。在拉力测试机中、在300mm/min下、于25℃下将纤维延伸至高达400％伸长率。为了分析材料的形貌，将纤维于液氮中冷冻断裂并在高真空下通过扫描电子显微镜Jeol6490LV进行分析。结果显示于图7-8中。
实施例4
制备含有91.8wt％的全同立构聚丙烯(M3661，230℃下的熔体流动速率为14克/10分钟，熔融温度为150℃，TotalPetrochemicals)、7.45％的聚乳酸(PLA6251D，210℃下的熔体流动速率为70至85克/10分钟，)和0.75％的聚环氧化物增溶剂(ArkemaAX8900)的前体聚合物共混物。所述聚环氧化物改性剂是乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(AX8900,Arkema)，具有5-6克/10分钟(190℃/2160g)的熔体流动速率、7至11wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量、13至17wt.％的丙烯酸甲酯含量和72至80wt.％的乙烯含量。这些组分在同向双螺旋挤出机(WernerandPfleidererZSK-30，直径为30mm，且L/D＝44)中配混。该挤出机具有7个加热区。挤出机中温度为180℃至220℃。在给料器、以6.8千克每小时(15磅每小时)将聚合物以测定重量的方式给料到挤出机。挤出机在200转每分钟(RPM)下操作。在桶(前面)的最后一段，使用直径为6mm的3孔模具来形成挤出物。挤出物在传送带上空气冷却，并使用Conair制粒机形成颗粒。
实施例5
在装有两个单螺杆挤出机(直径为1.25英寸)的双组分纤维生产线中生产双组分纤维。所述双组分纤维具有30/70的皮/芯型构型，其中皮由100wt.％的聚丙烯(M3661,TotalPetrochemicals)形成，而芯由实施例4的共混物形成。挤出机将皮和芯聚合物组合物给料到直径为0.5mm且4:1的长/直径比(L/D)的一个288个毛细管的喷丝板。在8kg/hr的速率下、以660米每分钟的纺丝速度纺成纤维，并收集在线轴中用于后续拉伸加工。用于皮和芯两者的挤出温度情况如下：区1＝220℃、区2＝225℃、区3＝230℃、区4＝240℃和纺丝箱＝240℃。然后以1200米每分钟的速率、在两个导丝辊之间(一步拉伸)将熔融纺丝纤维在室温下(25℃)延伸至200％。然后，使纤维起皱(19个起皱每英寸)，并切割成38mm的长度。然后在液氮中用刀片切割纤维，并通过扫描电子显微镜分析。在DentonVacuumDeskV溅射系统中使用15mA，以金-钯溅射涂覆断裂的表面75秒，并在FieldEmissionQuanta650中通过SEM分析。结果列于图9-10。
还测试了如下表中提供的纤维的各种性质。
直径(μm)19.4
韧度(克/旦尼尔)5.5
峰值应力(MPa)443.9
断裂应变(％)85.28
断裂单位体积能(J/cm3)269.4
还使用实施例5的纤维(70wt.％)和双组分皮/芯型PE/PP纤维(30wt.％)的共混物形成了100-gsm的、热风粘合梳理纤网(TABCW)。该纤网是在配备AsselinProfile415-FDcrosslaper和FleissnerOven(NCStateUniversity)的TruetzschlerHigh-SpeedCardEWK413中形成的。梳理纤网在260°F下热风粘合，最终厚度为5.5mm。
实施例6
如实施例4中所描述的制备前体聚合物共混物，该前体聚合物共混物含有93wt％的聚丙烯基质(M3661,TotalPetrochemicals)和7wt.％的AX8900。在配备两个单螺杆挤出机(直径为1.25英寸)的双组分纤维生产线中生产中空的双组分纤维。所述双组分纤维具有50/50的皮/芯型构型，其中皮由100wt.％的聚丙烯(Achieve3854)形成，而芯由以上所述的共混物形成。挤出机将皮和芯聚合物组合物给料到4C-段毛细管设计的一个72个毛细管的喷丝板。在2kg/hr的速率下、以198米每分钟的纺丝速度纺成纤维，并收集在线轴中用于后续拉伸加工。用于皮和芯两者的挤出温度情况如下：区1＝220℃、区2＝225℃、区3＝230℃、区4＝240℃和纺丝箱＝240℃。纤维在喷丝板下方35cm处的水浴中淬火。然后以1200米每分钟的速率、在两个导丝辊之间(一步拉伸)将淬火后的纤维在室温下(25℃)延伸至200％。然后在液氮中用刀片切割纤维，并通过扫描电子显微镜分析。在DentonVacuumDeskV溅射系统中使用15mA，以金-钯溅射涂覆断裂的表面75秒，并在FieldEmissionQuanta650中通过SEM分析。结果列于图11-12。还测试了如下表中提供的纤维的各种性质。
直径(μm)31.4
韧度(g/den)3.8
峰值应力(MPa)303.8
断裂应变(％)90.0
断裂单位体积能(J/cm3)223.1
实施例7
除了使用64mm的同向双螺旋挤出机、以270千克每小时(600磅每小时)的生产率、在220℃温度下生产材料之外，如实施例4中所述制备前体共混物。将熔融的聚合物共混物挤出通过多丝模具，通过水淬火，并 通过水下造粒系统诸如可购自Virginia的EagleRock的GalaIndustries的那些切割成颗粒。在单组分纤维纺丝生产线(FiberVisions)中、以22.5千克每小时的速率由共混物形成单组分纤维，该单组分纤维纺丝线配备1.25单螺杆挤出机24L/D和两个喷丝板，每个喷丝板具有675个直径为0.35mm和L/D比为4:1的圆毛细管(共1,350个)。纺丝速度为435米每分钟。7个挤出机加热区和纺丝箱温度状态保持在220℃。纺丝生产线配备单面气流冷却箱且空气温度为21℃。在没有冷拉伸的情况下将熔融拉伸的纤维收集在5磅线轴中。熔融取向的纤维具有10.7旦尼尔每丝的旦尼尔。
在由三排的五辊(五重组)组成的延伸装置中以50米每分钟的速度将纤维延伸至100％。第一个五重组的温度维持在50℃，第二和第三个五重组的温度维持在25℃的温度。将纤维起皱并切割成1.5英寸。在切割单元之前将纺丝整理(spinfinish)调整至0.5％。然后在液氮中用刀片切割纤维，并通过扫描电子显微镜分析。在DentonVacuumDeskV溅射系统中使用15mA，以金-钯溅射涂覆断裂的表面75秒，并在FieldEmissionQuanta650中通过SEM分析。结果列于图13。还测试了如下表中提供的纤维的各种性质。
直径(μm)29.6
韧度(克/旦尼尔)3.1
峰值应力(MPa)244.3
断裂应变(％)298.8
断裂单位体积能(J/cm3)433.0
并且在梳理生产线上生产了热粘合梳理纤网(30gsm)。如图14中所示的，为了热粘合纤网，使用菱形粘合图案。压延机温度为150℃，梳理速度为250英尺每分钟。还测试了如下表中提供的纤维的各种性质。
基重(gsm)30
机器方向峰值负载(lbf)6.46
横向方向峰值负载(lbf)1.2
Frazier测试6层(ft3/min)298
虽然已经针对其具体实施方案对本发明进行了详细描述，但是将领会的是，本领域技术人员一经获得对前述内容的理解，就可以容易地设想这 些实施方案的替代、变型和等同方案。因此，本发明的范围应被认定为所附权利要求和其任意等同方案的范围。