柔软的聚丙烯熔纺无织布 本发明涉及无织布(nonwoven fabric)，更具体地说，本发明涉及由热塑性聚合物例如聚丙烯制造的无织布。
一般来说，熔纺(melt spinning)包括将熔融的聚合物通过喷丝板上的大量喷丝孔挤出，形成纤维(fiber)或长丝(filament)。在熟知的纺粘工艺(spunbonding process)中，拉伸这些长丝，然后将其聚集在可移动的多孔表面上，例如金属网传送带上。这种网状物再采用某种方法固结，通常包括加热、加压，例如热点粘(thermalpoint.bonding)。结果得到连续长丝纤维的粘合织物(cohesivefabric)。
相关工艺是熔体喷射(melt blown)工艺，它也是将熔融的聚合物通过模板上大量的喷丝孔挤出。此处，拉伸过程包括使用高温、高速的空气，这大大降低了长丝直径，并将连续长丝断裂为各种长径比的、所谓的微纤维(microfiber)。
目前，许多无纺生产线至少包括两个纺粘工段和在它们之间的任选的一个或多个熔体喷射工段。这就能够连续生产由不连续的纺粘和熔体喷射层构成的复合织物。这些织物通常称为SMS，指的是纺粘-熔体喷射-纺粘层状排列；这样的纤维网(web)一般采用热点粘固结。
许多工业纺粘、熔体喷射和SMS织物都采用聚丙烯作为基础树脂。这样的织物有广泛的最终用途，包括卫生用品的衬料如一次性纸巾和妇女卫生用品以及防护服的衬料。在这些用途中，由于衬料与用户的皮肤密切接触，因此柔软度是特别需要的品质。
有许多方式可以改进触感柔软度(也称手感)。采用聚乙烯作为基础树脂能得到丝般手感。可是这种织物大大降低了耐磨度和拉伸强度，因此不适于许多标准应用。另外，聚乙烯比聚丙烯更难加工，由于加工效率低下致使费用较高。采用双组份的长丝，这些问题可以得到部分解决，这种双组份长丝是在单一长丝中有两种聚合物，这些聚合物处于长丝横切面的关键部位。聚丙烯-聚乙烯或聚酯-聚乙烯双组分纤维是该类技术地例子。长丝的并排式或芯壳式几何结构是现有工艺中常见的。可是这样的纺丝过程需要特殊的喷丝板和额外的挤出机；还有其它操作效率低下之处，且这样的长丝制成的织物不能充分体现聚乙烯组分柔软度方面的好处。已知增加表面光滑度的有关处理，可以提供能感觉到的触感柔软度。现有技术中已经报道采用硅酮和油酸盐进行处理。但是这样处理后织物的油滑感，不为市场所欣赏。现有技术中也已知使用熔体添加剂。在现有技术中被反复引证的甘油单硬脂酸酯和脂肪酸酯，既能提供表面亲水性又有触感柔软度，如美国专利5,244,724中所述。但是触感柔软度有效改进的实际证据并不明显。而且，对衣物(例如婴儿纸尿裤)穿戴者而言，柔软舒适是指两种属性的结合，即触感柔软度和延展柔软度(容易弯曲)。除采用聚乙烯基础树脂生产的无织布外，现有技术的设计均不能提供延展柔软度方面的改进。既提供触感柔软度又提供延展柔软度的机械方法，依赖于纺粘织物中直径极细长丝的生产。此处，纤维直径开始接近熔体喷射微纤维所规定直径的上限。这一技术在美国专利5,810,954和5,733,635中讨论过。这种织物在柔软度方面的优点是被认可的，但是生产效率低下，以致织物在市场上常常缺乏价格竞争力。
通常，人们知道在聚丙烯熔体中加入某些脂肪酸酰胺，可以给生成的纤维或长丝提供耐久的表面润滑剂，如美国专利3,454,519中所述。而且还可注意到这样的添加剂使聚烯烃织物更能吸湿，如美国专利5,033,172中实施例所述。也知道这样的酰胺可以作为生产热塑性薄膜用的防粘连剂，现有技术中有许多这种应用。
本发明发现，在熔纺织物中熔融添加特定组合的脂肪酸酰胺可以获得非常明显的触感柔软度和延展柔软度。脂肪酸酰胺混合物组成是25％～40％的芥酸酰胺(erucamide)和60％～75％的硬脂酰胺。这些酰胺配合到聚丙烯基础树脂中，得到酰胺总含量1％～15％的浓缩粒料。这种浓缩粒料以2％～10％以下、优选3％～6％的含量，与聚丙烯基础树脂一起作为挤出机进料。
在挤出长丝和纤维基础上生成的纤维网，经热点粘得到织物，这种织物绕在辊上。与不使用添加剂的同种工艺相较，这种工艺对织物物理性能，例如拉伸强度或者加工效率没有负面影响，而柔软度得到明显改进。
采用热塑性聚合物熔融挤出制造无织布的工艺已是众所周知，其适用设备也是工业上现有的。在纺粘工艺中，熔融聚合物在压力下通过喷丝板或模板上的大量喷丝孔挤出。生成的长丝可用许多方法进行骤冷、拉伸，例如狭缝拉伸系统(slot draw system)、再割机喷射器(attenuator gun)或导丝辊(Godet roll)。长丝以蓬松网状聚集在可移动的多孔表面例如金属网传送带上。当为形成多层织物而在一条生产线中采用多于一台的挤出机时，后来的纤维网聚集在先前形成的纤维网的最上面。这样的纤维网再由某种包括加热和加压的方法进行固结；对于本发明则优选热点粘法。采用该法，纤维网或多层纤维网从两个热金属辊之间通过，其中一个辊有凸形花纹，使达到理想的粘结程度，通常数量级在15％～35％。如果生产SMS织物时复合织物中纳入一层或多层熔体喷射微纤维，也采用标准的熔体喷射工艺。此时熔融的聚合物于压力下再次通过喷丝板或模板上的喷丝板孔挤出。当长丝离开模板时用高速气流撞击长丝。其后，聚合物物流迅速进行骤冷及拉细。该步骤的能量使形成长丝的直径大大减小，并断裂形成一定长度的纤维。这不同于长丝的连续性被保留的纺粘工艺；该工艺形成的单层或多层织物是连续的，即该工艺步骤从长丝挤出、形成第一层到粘结的纤维网绕在辊子上都不中断。生产这类织物的方法如美国专利4,043,203所述，此处作为本发明的参考文献。
按照本发明，在挤出之前将一种特定的脂肪酸酰胺混合物加入到原料聚丙烯聚合物中。硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的混合物在适当的聚烯烃树脂(如Exxon 3445聚丙烯)中制备成浓缩母料的形式，其脂肪酸酰胺混合物的浓度为1wt％～15wt％。然后该浓缩母料和树脂一起制成浓缩粒料，以便在挤出机中与基础聚烯烃原料进行混合。
以两种添加剂总重量计，混合物的组成是25wt％～40wt％的芥酸酰胺和60wt％～75wt％的硬脂酰胺，优选的比例为1∶2。将浓缩粒料与纯聚丙烯原料一起直接加入挤出机，以浓缩粒料和基础树脂总重量计，其排出量(1etdown)为2wt％～10wt％，优选4wt％～6wt％。这样制得的长丝或纤维中至少含有0.02％的酰胺混合物，优选0.2％～1.0％。这种脂肪酸酰胺添加剂和聚丙烯树脂的组合在加工时对生产效率或织物的连续生产，无明显的有害影响。所得的纤维网进行热粘合，生产出最终织物。
另外，固结后织物的延展柔软性，此处以抗弯性(bendingresistance)表示，用Handle-O-Meter测试仪测得低于0.62g/g织物，这在实施例中将予以描述。该值表明，与未添加所述酰胺混合物的同类织物相比，本发明织物的延展柔软性大约改进10％。这一数值作为舒适度因素能在市场上得到认可，因为这种织物在衣着中的皱褶和设计的叠合处不硬挺，因此不会使皮肤有粗糙和摩擦感。当与实施例中讨论的那样与触感柔软度共同改进时，在预期的最终应用中，如吸水物品和防护服中，本发明的织物提供了可以辨别的、超过目前流行织物的改进。
实施例
生产对比例样品时，采用标准生产线和Exxon 3445聚丙烯或道化学的聚乙烯，而且不加添加剂。对比例1是两层纺粘聚乙烯织物，定量(basis weight)为27g/m2(gsm)；对比例2是定量为15gsm的两层纺粘聚丙烯；对比例3是定量为15gsm的聚丙烯SMS织物。本发明实施例的织物是在与对比例2、3相同的设备中生产的；生产这些织物时，含添加剂的浓缩粒料在挤出物中占4％～6％。实施例1是定量为15gsm的两层纺粘聚丙烯，实施例2是定量为15gsm的聚丙烯SMS。
对按本发明生产的纺粘和SMS织物进行拉伸强度试验。试验结果与同样制备的未加添加剂织物的结果进行对比。这些试验表明，本发明的织物在强度性能方面没有明显影响。
织物的触感柔软度是由10人小组在盲式试验(blind test)中评价；将织物按触感柔软度分为1～8八个档次，其中1是手感最柔软的织物，8是手感最粗糙的织物。对比例与本发明实施例织物由同一试验组评价。通过用指尖摩擦织物(柔软度)和用指尖抚摸织物表面(光滑度)来评价织物的触感柔软度。这些评价结果列于表1。注意，如预期的那样，尽管聚乙烯样品光滑度的评价并不好，但聚乙烯纺粘样品被评价为最柔软，本发明实施例的样品被评价为2。
延展柔软度(抗挠性或抗弯性)是采用购自Thwing-Albert的Handle-O-Meter测试仪进行评价。把织物切割成4″×4″的试验样品，注明MD和CD方向。测试表面的狭缝宽度设定为0.375″。样品置于测试表面上，使得狭缝从边缘移向中间，且使得标注的测试方向MD或CD垂直于狭缝。开启穿透束，并以克数记录抗弯性读数，较高的值表示抗弯性提高，而延展柔软度降低。每个样品旋转90度，读取另一个读数。然后将样品翻转，在90度旋转处，读取另外两个读数。每个测试样品按这种方式读取4个读数。每个织物样品重复测试一次。数据列于表2，包括每个被测织物读数的平均值以及按织物定量进行归一化后的值。可以注意到，与对比例样品相比，本发明的织物明显都处于较低值。实施例1的数值比所有的聚丙烯对比例都低约50％。对SMS织物而言，区别在于本发明的织物延展柔软度的改进约为15％。
表1 触感柔软度评价样品类型 评价值柔软度光滑度对比例1SS18对比例2SS57对比例3SMS87实施例1SS25实施例2SMS63
评价尺度＝1～8，其中1是最柔软的
表2 抗弯性评价样品平均值，g单位基准质量的抗弯性，g/gsm对比例17.090.26对比例210.120.67对比例310.60.71实施例15.080.33实施例29.080.61