Патент на изобретение №2169216

(54) ВОЛОКНА, СОДЕРЖАЩИЕ ЧАСТИЦЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии получения нетканых материалов из содержащих неорганические частицы полиолефиновых волокон или нитей. Волокна выполнены из полиолефина или его сополимера и 0,1-20% по весу неорганических частиц, имеют твердость по Моосу меньше 5. По меньшей мере 90 вес.% неорганических частиц имеет размер частицы меньше 10 мкм. Волокна способны формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости по меньшей мере 100 м/мин в “окне” склеивания, которое по меньшей мере на 10% шире “окна” склеивания нетканого материала из волокон, не содержащих неорганические частицы. Нетканый материал имеет базовый вес 20 г/см, среднечисленное значение статистического электрического заряда, измеренное на 3 см над рулоном материала по меньшей мере на 20% ниже, чем измеренное над рулоном нетканого материала из волокон, не имеющих неорганические частицы. Изготавливают нетканый материал формированием волокнистого полотна из штапельных волокон и склеивают волокнистые полотна или формируют из пряжи полотна и склеивают их. Повышается индекс склеивания нетканых материалов при сохранении всех физико-механических свойств материала. 7 с. и 25 з.п.ф-лы, 5 табл.

Настоящее изобретение относится к содержащим частицы полиолефиновым волокнам и нитям, имеющим улучшенные свойства по отношению к их применению для термосклеенных нетканых материалов. Настоящее изобретение относится также к нетканым материалам, полученным из таких содержащих частицы полиолефиновых волокон или нитей.

Нетканые материалы представляют собой пористые полотна, изготовленные склеиванием волокон или нитей. Они могут быть плоскими или объемными и могут иметь множество различных свойств в зависимости от способа, которым они изготовлены. Нетканые материалы имеют различные применения, включающие их использование в качестве компонентов одежды, построек, домашнего убранства, охраны здоровья, техники, промышленных и потребительских товаров. Одним из важных применений является их использование при производстве различных частей гигиенических абсорбирующих изделий, таких как разовые пеленки, женские гигиенические изделия и изделий для недержания у взрослых.

Соединение волокон или нитей в волокнистый материал, на котором основано получение нетканых материалов, придает прочность материалу и влияет на его свойства в целом. Одним широко используемым методом склеивания таких волокнистых материалов является использование тепла для того, чтобы склеить в единое целое термопластичные волокна или нити, например, из полиолефина или полиэфира. Промышленные способы получения нетканых материалов описаны во многих публикациях, например, в “The Nonwowen Handbook” (The Association of the Nonwowen Industry, 1988) и в “Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”, Vol. 10, Nonwowen Fabrics (John Wiley and Sons, 1987).

Растущее потребление нетканых изделий заставляет увеличивать производственную мощность за счет повышения производительности. Однако существует такая проблема, что когда, например, увеличивается скорость склеивающего каландра, то температура должна быть увеличена, чтобы сохранить качество склеивания. Это, в свою очередь, приводит к проблеме прилипания нетканого материала к каландру.

Неорганические частицы используются для многих целей в промышленности пластических материалов в целом, и существующая практика производства волокон знает ряд примеров использования волокон, содержащих неорганические частицы волокон для получения нетканых материалов.

Например, японские патенты JP 4194026 и JP 4170453 описывают полиэфирные волокна, содержащие 0,01-3,0 мас.% неорганических инертных частиц, например талька или кремнезема, в качестве ядрообразующего агента.

Европейский патент ЕР 569860-А описывает нетканый материал, содержащий спряденные термопластичные нити из, например, полипропилена или полиэтилена, содержащие 0,1-0,3 мас.% возогнанного кремнезема с частицами размером до 1 мкм в качестве ядрообразующего агента.

Европейский патент EP 539890-A описывает экструдируемую из расплава термопластическую полиолефиновую композицию, содержащую полисилоксан и гидрофобный, возогнанный кремнезем, для получения волокон для смачиваемых нетканых материалов.

Японский патент JP 3069675 описывает синтетические волокна из, например, полипропилена или полиэтилена, содержащие 3-30 мас.% оксидных керамических частиц, отражающих дальние инфракрасные лучи. Эти частицы представляют собой, например, Al₂O₃, MgO, SiO₂, ZrO₂ или TiO₂ и имеют предпочтительно диаметр частиц меньше 1 мкм. Поверхность этих волокон обрабатывали силоксановым соединением.

Японский патент JP 2169718 описывает композитные волокна оболочка-ядро с полиэфирным ядром и полиолефиновой оболочкой, где оболочка содержит 0,3-10 мас. % неорганических частиц, например, TiO₂ или талька со средним диаметром 0,05-5 мкм. Неорганические частицы вводили ля того, чтобы получить лучшую мягкость и непрозрачность материала.

Японский патент JP 1266216 описывает композитные волокна с высокоплавким компонентом, например полипропиленом или полиэфиром, и низкоплавким компонентом, например полиэтиленом, в которых высокоплавкий компонент содержит 0,1-13% от массы высокоплавкого компонента неорганического наполнителя с пластинчатой формой частиц, например талька, слюды или глинозема, с размером частиц до 110 мкм.

Японский патент JP 61155437 описывает композиции смол для получения нетканых материалов с непрерывной нитью, где смола содержит полипропилен и 0,05-0,5 мас. % кристаллического ядрообразующего агента, которым является, например, глинозем или кремнезем, с размером зерна ниже 5 мкм.

Хотя все приведенные выше, ранее известные источники описывают различные содержащие частицы волокна или нити для получения нетканых материалов, ни в одном из них не рассматривается проблема получения волокон или нитей, которые были бы особо пригодны для высокопроизводительного производства нетканых материалов, например нетканых материалов для гигиенических изделий, которые были бы способны непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре с высокой скоростью, например, до 200-250 м/мин или более, давая нетканые материалы с превосходными свойствами с точки зрения прочности и однородности.

Было найдено, что волокна и нити на основе полиэтилена, содержащие относительно малые количества тонкоразмолотых мягких неорганических частиц, таких как тальк, способны дать ряд преимуществ, включая возможность получения нетканых материалов при использовании увеличенных скоростей формования и склеивания, сохранив при этом прочностные характеристики без повышения температуры склеивания, и/или получения повышенной прочности без понижения скоростей формования, например, в кардном процессе, и склеивания. Эти и другие преимущества будут подробно объяснены ниже.

Одной из задач настоящего изобретения является получение содержащих частицы полиолефиновых волокон или нитей, которые при непрерывном формовании в полотно и термосклеивании в нетканый материал при высокой скорости дают прочность нетканого материала (индекс склеивания), которая выше чем прочность нетканного материала, полученного таким же способом из соответствующих волокон или нитей без указанных частиц.

Другой задачей изобретения является получение содержащих частицы полиолефиновых волокон или нитей, которые имеют более широкое “окно” склеивания, чем соответствующие волокна или нити без указанных частиц.

Еще одной задачей изобретения является получение содержащих частицы полиолефиновых волокон или нитей, которые имеют меньшую статическую электризуемость, чем соответствующие волокна или нити без указанных частиц.

Дополнительной задачей изобретения является получение содержащих частицы полиолефиновых волокон или нитей, которые имеют меньший коэффициент трения, чем соответствующие волокна или нити без указанных частиц.

Эти и другие задачи изобретения будут понятны из нижеследующего описания.

В едином аспекте, настоящее изобретение таким образом относится к волокнам или нитям, пригодным для получения нетканых материалов, где волокна или нити содержат главным образом полиолефин или его сополимеры и 0,01-20 мас.% неорганических частиц, причем существенно, что все эти частицы имеют твердость по Моосу менее чем примерно 5, и по меньшей мере 90 мас.% неорганических частиц, имеет размер частиц менее чем 10 мкм.

В настоящем описании и формуле изобретения термин “индекс склеивания” определяется как корень квадратный из произведения прочности склеивания в направлении машины (НМ) и в поперечном сечении (ПС), обозначаемый как N/5 см.

Индекс склеивания является показателем прочности нетканого материала. Поскольку прочность в направлении машины (параллельно движению полотна) часто отличается от прочности в поперечном сечении, индекс склеивания является функцией обеих величин. В оптимальных случаях соотношение между НМ-прочностью и ПС-прочностью составляет около единицы.

Термин “окно склеивания” введен, чтобы обозначить определенный температурный интервал, в котором достигается приемлемый индекс склеивания. В данном контексте “окно склеивания” определяется как температурный интервал (в градусах Кельвина), в котором индекс склеивания отличается от максимального индекса склеивания (BI_max) не более чем на 15% от BI_max. В случае типичного нетканого материала хорошего качества для изготовления гигиенических абсорбирующих изделий это соответствует разнице в индексе склеивания в примерно 3 N/5 см.

Широкое окно склеивания дает производителю нетканых материалов лучшую возможность получить однородный продукт даже при использовании каландровой системы с изменением температуры по поверхности каландра или при использовании более высокой скорости склеивания или более низкой температуры склеивания.

Настоящее изобретение предлагает новые и улучшенные полиолефиносодержащие волокна и нити для нетканых материалов. Это достигается введением неорганических частиц в волокна или нити, благодаря чему физические свойства волокон или нитей изменяются таким образом, что они обнаруживают преимущества в отношении, например, способности волокон или нитей к термосклеиванию при их соединении в связанное полотно для нетканого материала. Следует понимать, что настоящее изобретение применимо и к волокнам, например к штапельным волокнам, и к нитям, например к нитям непрерывного прядения, хотя в последующем описании для простоты часто будет говориться просто о “волокнах”.

Волокна и нити по настоящему изобретению имеют особенно улучшенные свойства, когда в них вводятся “мягкие” частицы, такие как тальк, каолин (гидратированный алюмосиликат), карбонат кальция, слюда (алюмосиликатные минералы), волластонит (силикат кальция), сульфат кальция, сульфат бария, и т. п. Что касается твердости частиц, то предпочтительно, чтобы частицы имели твердость по Моосу (основываясь на первоначальной 10-балльной шкале твердости по Moocy) не более чем примерно 5, предпочтительно не более чем примерно 4, и особо предпочтительно не более чем примерно 3. Так как тальк и каолин особенно подходят для введения в волокна и нити, твердость по Moocy часто будет даже ниже, например не выше 2 или даже 1, что соответствует твердости талька. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть неорганических частиц представляла собой тальк, и в наиболее предпочтительных осуществлениях почти все частицы являются частицами талька. Хотя волокна, содержащие относительно твердые частицы, например кремнезем с твердостью по Moocy 7, могут иметь хорошие характеристики, что делает их пригодными для получения нетканых материалов, мягкие неорганические частицы предпочтительны по той причине, что твердые абразивные частицы будут постепенно портить производящее волокно оборудование. Это является одной из причин почему тальк, являющийся самым мягким минералом по шкале твердости Мооса, является предпочтительным типом неорганических частиц для целей настоящего изобретения.

Термин “тальк”, используемый в настоящем изобретении, относится к широкому кругу природных минералов с высоким содержанием силиката магния (например, соответствующим более чем 90% MgO+SiO₂). Можно считать, что большинство промышленных сортов талька пригодны для использования по настоящему изобретению, хотя предпочтительны сорта, имеющие малый размер частиц и однородное распределение частиц по размерам (см. ниже указанные предпочтительные размеры частиц).

Неорганические частицы могут быть введены в полимерную массу перед получением полимерного гранулята, обычно используемого для получения волокон, или частицы могут быть введены непосредственно в расплав полимера. Для того чтобы иметь возможность регулировать содержание неорганических частиц и в то же самое время получить равномерное распределение частиц в конечном волокне, часто предпочтительно готовить маточную смесь полимерных гранулятов, имеющую высокое содержание частиц, например, 30, 40 или 50 мас.%, и перед приготовлением расплава полимера в экструдере подмешивать часть маточной смеси гранулятов к обычным полимерным гранулятам без частиц для получения заданной концентрации частиц.

Что касается содержания неорганических частиц в полиолефиносодержащих волокнах, то их содержание должно быть не слишком низким, так как достаточное количество неорганических частиц должно быть размещено вблизи поверхности волокна (учитывая, что частицы должны быть существенно однородно распределены в полимерном расплаве и таким образом также однородно распределены по волокнам), и должно быть не слишком высоким, так как механическая прочность волокон не должна ухудшаться (для большинства целей может быть приемлемым снижение прочности волокон менее чем на 10%, такое как менее чем на 5%), и так как избыточное содержание частиц может вызвать проблемы при вытягивании нити. Для многих наиболее подходящих типов полимеров, которые будут описаны ниже, считается, что будет приемлемым содержание неорганических частиц 0,01-20% от массы волокна, обычно 0,1-15% от массы, более предпочтительно 0,2-10% от массы, и наиболее предпочтительно 0,5-5% от массы, такое как 1,0-2,5% от массы. Количество может варьироваться в соответствии с различными факторами, включающими тонкость размола частиц и распределение частиц по размерам (более тонкие частицы могут вводиться в больших количествах) и скорость, с которой волокна и нити соединяются в нетканый материал (так как было найдено, что влияние частиц особенно проявляется при более высоких скоростях получения нетканого материала, то может быть выгодно увеличивать содержание частиц при более высоких скоростях).

Что касается качества неорганических частиц, то следует иметь в виду, что размер частиц должен соответствовать размеру волокон в поперечном сечении. Однако, даже если волокна относительно крупные, размер частиц не должен быть слишком большим, так как желательно получить волокна с относительно гладкой поверхностью. Так, учитывая размеры волокон, обычно используемых для изготовления нетканых материалов для гигиенических изделий (где диаметр волокна обычно в интервале около 0,5-7 дтекс, как будет описано ниже), частицы предпочтительно должны иметь такие размеры и распределение, чтобы по меньшей мере 90 мас.% частиц имели размер (наибольшее измерение) менее чем 10 мкм. Предпочтительно, чтобы частицы были так малы, как только возможно, и потому предпочтительно, чтобы по меньшей мере 90 мас.% частиц имели размер частиц менее чем 8 мкм, более предпочтительно меньше 6 мкм и наиболее предпочтительно меньше 4 мкм.

Предпочтительно также, чтобы распределение размеров частиц было относительно узким, так, чтобы стабильность процесса прядения не нарушалась, и так, чтобы избежать разрывов волокна, вызванных большими неоднородностями. Так, распределение частиц по размерам должно быть предпочтительно таким, чтобы отношение между размером частиц 90%-ной части и размером частиц 10%-ной части было самое большее около 20:1, более предпочтительно самое большее около 15:1, наиболее предпочтительно самое большее около 10:1, и в особенности таким узким как самое большее около 8:1.

Полиолефин в волокнах и нитях по изобретению может представлять собой полиолефиновый гомополимер или сополимер. Подходящими полиолефинами являются, например, изотактические полипропиленовые гомополимеры, а также их статистические сополимеры с этиленом, 1-бутеном, 4-метил-1-пентеном, 1-гексеном т. д., и линейные полиэтилены различной плотности, такие как полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности. Предпочтительным полиолефином является гомополимер пропилена или его сополимер, содержащий до 10 мас.% другого альфа-олефина, например этилена, 1-бутена, 4-метилпентена или 1-гексена. Подходящая скорость подачи расплава (СПР) для такого полимера в качестве исходного материала для получения волокон ниже 500 г/10 мин, а именно 25 г/10 мин. Расплавы, используемые для получения волокон на основе полиолефинов, могут также содержать различные обычные добавки к волокну, такие как стеарат кальция, антиоксиданты, стабилизаторы и пигменты, включая отбеливатели и окрашиватели, такие как TiO₂, и т.д.

Как показано выше, настоящее изобретение относится и к волокнам, например штапельным волокнам для использования в кардных тканях, и к непрерывным нитям, таким как спряденные нити. Что касается штапельных волокон, то они могут быть или однокомпонентными или двухкомпонентными волокнами, причем последние могут быть, например, двухкомпонентными волокнами ядро-оболочка с ядром, расположенным или эксцентрично (со сдвигом от центра) или концентрично (существенно по центру). Двухкомпонентные волокна обычно будут иметь ядро и оболочку, которые представляют собой, соответственно, полипропилен-полиэтилен, полиэтилен высокой плотности – линейный полиэтилен низкой плотности, статистический сополимер полипропилена-полиэтилен, или полипропилен – статистический сополимер полипропилена.

В контексте настоящего изобретения по меньшей мере низкоплавкий компонент (оболочка) содержит неорганические частицы.

При использовании волокон и нитей в нетканых материалах для гигиенических поглощающих изделий волокна и нити должны обычно иметь тонкость в интервале 0,5-7 дтекс, предпочтительно 1-7 дтекс, более предпочтительно 1,5-5 дтекс, например 1,7-3,3 дтекс.

Прядение волокон по изобретению может осуществляться процессом “короткого прядения” или обычным прядением из расплава (известным также как “длинное прядение”). Оба эти процесса прядения хорошо известны на практике. Обычное прядение представляет собой двухстадийный процесс, где первая стадия представляет собой экструзию расплава и собственно прядение нитей, происходящее с очень большой скоростью, а вторая стадия представляет собой вытягивание спряденных нитей и последующие гофрирование, сушку и нарезку для формирования штапельного волокна. Короткое прядение представляет собой одноступенчатый процесс, в котором волокно и прядется и растягивается в одной операции. Эти процессы прядения описаны, например, в Ahmed, “Polypropylene Fibers – Science and Technology”, 1982. Процессы длинного прядения для получения волокон на основе полиолефинов, предназначенных для использования в нетканых материалах для гигиенических абсорбирующих изделий, описаны, например, в WO 89/10989, WO 93/01334, WO 94/20664, WO 95/19465 и WO 96/33303. Процессы прядения описаны, например, в “Spunbond Technology Today 2- Onstream in the 90’s”. Miller Freeman, 1992. В процессе прядения нити могут быть обработаны подходящими поверхностно-активными агентами, антистатическими агентами и т.п.

Как ясно из предшествующего обсуждения, настоящее изобретение относится также к нетканым материалам, изготовленным из описанных в нем содержащих неорганические частицы волокон или нитей.

Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу получения нетканых материалов из штапельных волокон, где способ включает стадии (а) формирования волокнистого полотна, состоящего из штапельных волокон, соответствующих приведенным здесь требованиям к волокнам, и (b) склеивания волокнистого полотна. В частности процесс склеивания предпочтительно проводится при скорости по меньшей мере 150 м/мин, более предпочтительно минимум 200 м/мин, наиболее предпочтительно минимум 250 м/мин. Склеивание предпочтительно осуществляется термосклеиванием, например, на каландрах, или склеиванием горячим воздухом, инфракрасным склеиванием или склеиванием ультразвуком.

Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу получения нетканых материалов из нитей, где способ включает стадии (а) формирования полотна, состоящего из нитей, соответствующих приведенным здесь требованиям к нитям, и (b) склеивания волокнистого полотна. Осуществления, указанные в вышеописанном способе (штапельные волокна), применимы также для способа, в котором используются нити.

Как указано выше, было найдено, что новые содержащие частицы волокна или нити по изобретению дают ряд преимуществ, включая способность волокон или нитей к формированию полотна и термосклеиванию при более высоких скоростях по сравнению с соответствующими волокнами без неорганических частиц. Не желая связывать это с какой-либо теорией, можно считать, что это обусловлено сочетанием ряда благоприятных влияний частиц на волокна или нити. Одним из главных преимуществ можно считать улучшение термодинамических свойств волокна или нити, в особенности, увеличение теплопроводности, которое, как считают, определяет тот факт, что волокна способны термосклеиваться, например, склеиваться при каландровании, с большими скоростями, т.е. при таких скоростях, при которых соответствующие волокна или нити без неорганических частиц дали бы плохое склеивание и потому нетканый материал низкого качества. Так, было найдено, что волокна по изобретению имеют широкое окно склеивания, т.е. более широкий температурный интервал, в котором может иметь место удовлетворительное склеивание при заданном наборе условий. Это, конечно, также является важным, в особенности при более высоких производительностях, которые требуют более тщательного контроля условий для получения нетканых материалов с удовлетворительными свойствами с точки зрения прочности и т.п.

Другим преимуществом, наблюдаемым у волокон по изобретению, является снижение статической электризуемости, что облегчает процесс прочеса, позволяя прочесывать волокна при более высоких скоростях. Кроме того, было найдено, что по меньшей мере для волокон, содержащих тальк, в настоящее время предпочтительный тип неорганических частиц, достигается снижение трения. Это также облегчает процесс прочеса и помогает сделать возможным увеличение производительности без потери качества получаемых нетканых материалов. Кроме того, было найдено, что тальксодержащие полиолефиновые волокна имеют пониженную гидрофобность, что может быть ценным при получении смачиваемых нетканых материалов.

Общее влияние частиц оказывается таким образом двойным: во-первых, улучшение свойств статической электризуемости и трения позволяет штапельным волокнам по изобретению прочесываться с большей скоростью без потери однородности ткани и, во-вторых, улучшение термических свойств позволяет вести термосклеивание, например склеивание на каландрах, при более высоких скоростях без повышения температуры склеивания. Поскольку процесс получения нетканого материала зависит и от скорости формирования ткани, например от скорости прочеса, и от скорости склеивания, которые в непрерывных производственных линиях должны быть одинаковы, результатом является значительное увеличение производительности, т. е. более высокие скорости производственной линии без сколько-нибудь существенного снижения качества. Более высокие скорости линии нетканых материалов являются, однако, не единственным возможным преимуществом, так как посредством настоящего изобретения возможно также, например, получить вместо увеличения скорости (или, может быть, в дополнение к нему) улучшенное нетканое полотно с меньшим базовым весом, но без снижения прочности.

Таким образом для производителя нетканых материалов вышеупомянутые улучшенные характеристики волокон по изобретению, которые могут включать более широкое окно склеивания, улучшенный индекс склеивания и снижение статической электризуемости и трения, приводят к снижению производственных затрат благодаря модификации нижеперечисленных производственных параметров:
могут быть получены нетканые материалы с неизмененным базовым весом при повышенных производительностях при неизмененных температурах термосклеивания, при сохранении прочности нетканого материала;
могут быть получены нетканые материалы с пониженным базовым весом при прежних производительностях и температурах термосклеивания, при сохранении прочности нетканого материала;
могут быть получены нетканые материалы при использовании пониженного давления каландра при прежних производительностях и температурах термосклеивания, при сохранении прочности нетканого материала;
могут быть получены нетканые материалы с неизмененным базовым весом при прежних производительностях и пониженных температурах термосклеивания, при сохранении прочности нетканого материала.

В этих случаях изобретение также позволяет сохранять прочность и качество нетканого материала несмотря на проведенные мероприятия по снижению затрат.

Таким образом при осуществлении настоящего изобретения волокна, состоящие из полиолефина и содержащие 0,1-20% по весу неорганических частиц, где по меньшей мере 90% от веса частиц имеет размер частицы меньше чем примерно 10 микрон, способны непрерывно формоваться в полотно и подвергаться склеиванию каландрованием при скорости 100 м/мин в окне склеивания, которое по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 20%, более предпочтительно по меньшей мере на 30%, шире, чем окно склеивания для нетканых материалов, получаемых подобным способом из соответствующих волокон, не содержащих неорганических частиц, где окно склеивания определяется как температурный интервал, в котором индекс склеивания не более чем на 15% ниже чем величина BI_max.

По другому осуществлению настоящего изобретения волокна, состоящие из полиолефина и содержащие 0,1-20% по весу неорганических частиц, где по меньшей мере 90% от веса частиц имеют размер частицы меньше чем примерно 10 микрон, способны непрерывно формоваться в полотно и подвергаться склеиванию каландрованием при скорости 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м² и индексом склеивания, который по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 20%, более предпочтительно по меньшей мере на 30%, выше, чем индекс склеивания для нетканых материалов, получаемых подобным способом из соответствующих волокон, не содержащих органических частиц.

По еще одному осуществлению настоящего изобретения волокна, состоящие из полиолефина и содержащие 0,1-20% по весу неорганических частиц, где по меньшей мере 90% от веса частиц имеют размер частицы меньше чем примерно 10 микрон, способны непрерывно формоваться в полотно и подвергаться склеиванию каландрованием при скорости 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м², где численное значение статического электрического заряда, замеренного на расстоянии 3 см над рулоном нетканой материи, по меньшей мере на 20%, а именно по меньшей мере на 30%, предпочтительно по меньшей мере на 40%, более предпочтительно по меньшей мере на 50%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 70% ниже, чем замеренного для нетканых материалов, получаемых подобным способом из соответствующих волокон, не содержащих неорганических частиц.

Что касается полиолефина, выбираемого для вышеупомянутых осуществлений (окно склеивания, индекс склеивания и статическое электричество), то предпочтителен полипропилен или его сополимер (как описано выше). Однокомпонентные волокна или нити обычно предпочтительны благодаря более низкой стоимости продукции, однако в особых случаях могут быть использованы двухкомпонентные волокна или нити или одни, или в сочетании с однокомпонентными волокнами или нитями.

В еще более интересном осуществлении настоящего изобретения вышеупомянутые характеристики, относящиеся к окну склеивания, индексу склеивания и электризуемости, могут быть также получены при использовании еще более высоких скоростей, таких как 175 м/мин или 200 м/мин, или 250 м/мин, или даже 300 м/мин или 350 м/мин.

Как описано выше, снижение трения волокон или нитей может быть достигнуто при введении мягких неорганических частиц. Очевидно, что это снижает износ оборудования, используемого для получения волокон или нитей и нетканых материалов, производимых из этих волокон или нитей, благодаря чему будут снижены расходы на замену деталей машин и расход энергии. Так, при осуществлении настоящего изобретения содержащие частицы волокна или нити имеют коэффициент трения, который снижен по меньшей мере на 10%, а именно по меньшей мере на 20%, предпочтительно по меньшей мере на 30%, более предпочтительно по меньшей мере на 40%, и наиболее предпочтительно на 50% по сравнению с соответствующими волокнами или нитями, не содержащими неорганические частицы.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Определение индекса склеивания
Прочность на разрыв определяли в соответствии с EDANA 70.2-89 в направлении машины (НМ) и в поперечном направлении (ПН). Индекс склеивания (BI), выраженный как N/5 см, рассчитывали при разных температурах склеивания, причем индекс склеивания определяли как корень квадратный из произведения прочности в направлении машины и прочности в поперечном направлении. Для того, чтобы придти к стандартному индексу склеивания для стандартного базового веса нетканого материала 20 г/м² (BI₂₀ – здесь просто BI), рассчитанный индекс склеивания для данного образца умножали на 20 и делили на действительный базовый вес в г/м², компенсируя тем самым тот факт, что прочность нетканого материала меняется при изменении базового веса. Максимальный индекс склеивания в интервале температур склеивания обозначали как BI_max.

Определение окна склеивания
Измеряли индексы склеивания при разных температурах в температурном интервале, ограниченном верхней температурой, при которой волокна или нити прилипают к каландру, и нижней температурой, при которой не происходит склеивание. Затем определяли максимальный индекс склеивания (BI_max). Окно склеивания (в градусах Кельвина) определяли как интервал температур, в котором индекс склеивания отличается от BI_max менее чем на 15%.

Определение распределения частиц по размерам
Распределение неорганических частиц по размерам частиц может быть определено при использовании автоматического седиментационного анализатора размеров частиц, такого как SediGraph 5000 Particle Size Analyzer (Micromeritics, Georgia, USA) в соответствии с рекомендациями Scandinavian Pulp, Peper and Board Committee (P 115X Fourth proposal, 1987).

Измерение статического электричества
Измерение статического электричества над нетканной материей проводили после сборки материи в рулон с использованием Electrostatic Meter Statiron М, Type 7204, Haug GmbH, Germany.

Изобретение дополнительно поясняется в нижеследующих примерах.

ПРИМЕРЫ
Примеры 1 – 6
Все использованные в этих примерах сорта полипропилена произведены Borealis Polymer Oy, Finland.

Нетканые материалы изготовляли, используя линию сухой укладки нетканых волокон. Наиболее важным оборудованием, использованным для прочеса и каландрования, были: Hergeth Card Akg-l-5-FI-dl-R2 (рабочая ширина 1000 мм) и Kusters Three-bowls Calender 410.30. Каландр был оборудован двумя валками, диаметр цилиндра 400 мм, ширина цилиндра 600 мм, максимальная ширина материала 500 мм и площадь склеивания 21,8%. Максимальная скорость 350 м/мин. Все нетканые материалы имели базовый вес около 20 г/м².

Количество талька было от 0,5 до 20% вес. и 0% в сравнительных материалах.

Пример 1
Полипропилен с MFR 12 компаундировали на стадии плавления с 0, 5, 10, 15 и 20% талька (Finntalc MOЗ, Finnminerals Oy, Finland). Тальк имел следующее распределение размеров частиц, вес.%
< 10 мкм – 99
< 5 мкм – 96
< 2 мкм – 74
< 1 мкм – 40
Волокна с тонкостью 2,5 дтекс пряли из содержащего наполнитель полимера на обычной прядильной линии пилотного типа. Волокна текстурировали до уровня примерно 12 извивов/см и резали на 40 мм штапельные волокна, которые использовали для изготовления нетканого материала. Прочность нетканого материала, содержавшего до 15% частиц талька, была такой же, как и у сравнительного нетканого материала без талька. Однако для содержащих частицы волокон склеивание могло быть достигнуто в более широком окне склеивания, и было возможно использовать более высокие температуры без прилипания материала к каландру.

В этом примере оказалось невозможным прядение волокон с 20% частиц талька из-за забивки прядильного узла. Можно считать, что это связано с размерами использованных частиц, и можно предполагать, что при более мелких частицах окажется возможным прядение волокон с содержанием частиц 20% или более блока.

Пример 2
Полипропилен с MFR 8 смешивали в расплавленном состоянии с 0, 0,5 и 1,0% вес. талька (Micro-Talc I.Т. Extra, Norwegian Talc AS, Norway). Тальк имел следующее распределение размеров частиц, вес.%:
< 20 мкм – 100
< 10 мкм – 99
< 5 мкм – 85
< 3 мкм – 60
< 2 мкм – 43
Этот несколько белый тальк не оказал влияния на цвет волокна (Прядение волокна было несколько затруднено из-за немного более крупного размера частиц по сравнению с тальком, использованным в Примере 1).

Другой опыт был сделан с еще одним сортом талька, с 1% вес Luzenac Prever-M8 (Luzenac, Italy), который имел более мелкие частицы, вес.%:
< 8 мкм – 97,5
< 5 мкм – 85,4
< 2 мкм – 34,5
< 1 мкм – 12,8
Результаты в этом случае были подобны полученным для Finntalc (Пример 1).

Пример 3
Полипропилен, имеющий MFR 18, компаундировали с 0, 0,5 и 1,0% талька (Finntalc МОЗ, Finnminerals Oy, Finland). Было найдено, что окно склеивания при 0,5 или 1,0% талька шире по сравнению с волокнами без талька.

Пример 4
Готовили маточную смесь из полипропилена с MFR 15 и талька (Finntalc MOЗ, Finnminerals Oy, Finland). Маточная смесь содержала 40 вес.% талька. Волокна, содержащие 0, 0,5, 1,0 и 1,5 вес.% талька пряли, как описано выше, и нетканый материал изготовляли из этих волокон при различных скоростях прочеса от 100 до 295 м/мин. Было найдено, что при низких скоростях прочеса не было существенной разницы ни в максимальном индексе склеивания, ни в ширине окна склеивания (ширину окна склеивания определяли как ширину температурного интервала, позволяющего получить заданный индекс склеивания; в нижеприведенной таблице приведена ширина окна для индекса склеивания по меньшей мере 15 и 10, соответственно). При более высоких скоростях, однако, было найдено, что увеличенные количества талька приводят и к более высокому индексу склеивания и к большей ширине окна. Результаты показаны в табл. 1.

Пример 5
Волокна изготовляли из полипропилена, имеющего MFR 12 и не содержащие тальк или содержащие 1,5% талька прядением при 270^oC. Затем волокна использовали для изготовления нетканого материала при скорости линии 30 м/мин и различных температурах каландрования. Нетканый материал, содержащий тальк, был очень мягкий на ощупь, даже когда использовали высокие температуры склеивания на каландре. Максимальный индекс склеивания при различных температурах склеивания приведен в табл. 2, из которой можно видеть, что нетканый материал с превосходной прочностью может быть получен из содержащих частицы волокон при высоких температурах, при которых склеивание на каландре волокон, не содержащих частиц талька, невозможно.

Пример 6
Волокна пряли при 270^oC из полипропилена, имеющего MRF 12 и использовали для изготовления нетканого материала при скорости линии 100 м/мин и температуре склеивания 149^oC.

Для нетканых материалов, изготовленных из волокон без неорганических частиц, заряд статического электричества, измеренный в 3 см над рулоном нетканого материала, был в интервале от -5,0 до -8,0 кВ (сильные вариации).

Для нетканых материалов, изготовленных из волокон, содержащих 1 вес.% Finntalc MOЗ, заряд статического электричества составлял от +2,0 до +3,0 кВ (слабые вариации).

Пример 7
Штапельные волокна изготавливали из различных сортов полипропилена от Borealis OY по обычным методам длинного прядения, используя промышленно доступное пилотное оборудование для прядения и растяжения (Fourne, Germany). Прядение соответствует длинному (обычному) прядению, описанному здесь. Результаты примера 7 показаны в табл. 3.

Из таблицы 3 можно видеть, что характеристики прочности волокна в основном сохранены в содержащих частицы волокнах по сравнению с волокнами без частиц.

Из анализа DSC (дифференциальной сканирующей калориметрией) видно, что величина Т снижена для содержащих частицы волокон по сравнению с волокнами без частиц. Не связывая это с какой-либо теорией, это может быть показателем улучшенных термодинамических свойств содержащих частицы волокон.

Примеры 8 – 9
Нетканые материалы изготавливали, используя Spinbau Random Card с двумя дофферами и Ramish-Kleinewerfers 2 Bowls Calender, каждый из которых имел ширину 700 мм. Каландр был оборудован гладким валком (диаметр 250 мм) и рельефным валком (диаметр 240 мм). Рельефы (Тип NW 99) были изготовлены Casaretto и соответствовали площади склеивания 21,78% (60,1 точек на см²). Скорость рабочей линии была 175 м/мин. Результаты экспериментов с двумя разными видами сырья (“HD 350 J” и “НЕ 350 J”) показаны в табл. 4 и 5.

Из иллюстраций ясно, что индекс склеивания нетканых материалов при использовании штапельных волокон, содержащих тальк, увеличен по сравнению с неткаными материалами, в которых использованы соответствующие волокна без талька.

Формула изобретения

1. Волокна или нити, пригодные для изготовления нетканых материалов, отличающиеся тем, что волокна или нити, состоящие по существу из полиолефина или его сополимера и 0,1 – 20% по весу неорганических частиц, имеют твердость по Моосу меньше 5 и по меньшей мере 90% от веса неорганических частиц имеет размер частицы меньше 10 мкм.

2. Волокна или нити по п.1, отличающиеся тем, что неорганические частицы выбраны из группы, включающей тальк, каолин, карбонат кальция, слюду, волластонит, сульфат кальция и сульфат бария.

3. Волокна или нити по п.1, отличающиеся тем, что неорганические частицы имеют твердость по Моосу меньше, чем примерно 4,0, предпочтительно меньше, чем примерно 3,0, более предпочтительно меньше, чем примерно 2,0.

4. Волокна или нити по п.1, отличающиеся тем, что, по существу, все неорганические частицы являются частицами талька.

5. Волокна или нити по любому из пп.1 – 4, отличающиеся тем, что содержат 0,2 – 10% по весу неорганических частиц.

6. Волокна или нити по п.5, отличающиеся тем, что содержат 0,5 – 5% по весу неорганических частиц.

7. Волокна или нити по п.6, отличающиеся тем, что содержат 1,0 – 2,5% по весу неорганических частиц.

8. Волокна или нити по любому из пп.1 – 7, отличающиеся тем, что полиолефин или его сополимер представляют собой полипропилен или сополимер полипропилена.

9. Волокна или нити по п.8, отличающиеся тем, что полипропилен или его сополимер представляют собой гомополимер полипропилена или сополимер, содержащий до 10 вес.% другого -олефина, например этилена, 1-бутена, 4-метилпентена или 1-гексена.

10. Волокна или нити по любому из пп.1 – 9, отличающиеся тем, что они выбраны из штапельных волокон и спряденных нитей.

11. Волокна или нити по любому из пп.1 – 10, отличающиеся тем, что, по меньшей мере, 90% от веса неорганических частиц имеют размер частиц меньше, чем 8 мкм, более предпочтительно меньше, чем 6 мкм, наиболее предпочтительно меньше, чем 4 мкм.

12. Волокна по любому из пп.1 – 11, отличающиеся тем, что они являются однокомпонентными волокнами.

13. Волокна по любому из пп.1 – 11, отличающиеся тем, что они являются двухкомпонентными волокнами, где высокоплавкий компонент состоит из полипропилена или его сополимера, а низкоплавкий компонент состоит из полиэтилена или его сополимера, и по меньшей мере, низкоплавкий компонент содержит неорганические частицы.

14. Волокна или нити по любому из пп.1 – 13, отличающиеся тем, что они имеют тонкость в интервале 0,5 – 7 дтекс, предпочтительно 1 – 7 дтекс, более предпочтительно 1,5 – 5 дтекс, например, такую, как 1,7 – 3,3 дтекс.

15. Волокна или нити, содержащие частицы по любому из пп.1 – 14, отличающиеся тем, что коэффициент трения волокон или нитей снижен, по меньшей мере, на 10% по сравнению с соответствующими волокнами или нитями без неорганических частиц.

16. Волокна или нити, содержащие частицы по п.15, отличающиеся тем, что коэффициент трения волокон или нитей снижен, по меньшей мере, на 20% по сравнению с соответствующими волокнами или нитями без неорганических частиц.

17. Волокна, пригодные для изготовления нетканых материалов, отличающиеся тем, что волокна состоят из полиолефина и содержат 0,1 – 20 вес.% неорганических частиц, по меньшей мере, 90 вес.% которых имеет размер частицы меньше 10 мкм, волокна, способные непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости, по меньшей мере, 100 м/мин в “окне” склеивания, которое, по меньшей мере, на 10% шире, чем “окно” склеивания нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон без неорганических частиц.

18. Волокна по п.17, отличающиеся тем, что полиолефин состоит из полипропилена или его сополимера.

19. Волокна, пригодные для изготовления нетканых материалов, отличающиеся тем, что волокна состоят из полиолефина и содержат 0,1 – 20 вес.% неорганических частиц, по меньшей мере, 90 вес.% которых имеет размер частицы меньше 10 мкм, волокна, способные непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости, по меньшей мере, 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м² и “окном” склеивания, которое, по меньшей мере, на 10% шире, чем “окно” склеивания нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон без неорганических частиц.

20. Волокна по п.19, отличающиеся тем, что полиолефин состоит из полипропилена или его сополимера.

21. Волокна по п. 20, отличающиеся тем, что они способны непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м² и индексом склеивания, который, по меньшей мере, на 20% выше, чем индекс склеивания нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон без неорганических частиц.

22. Волокна по п. 21, отличающиеся тем, что они способны непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м² и индексом склеивания, который, по меньшей мере, на 30% выше, чем индекс склеивания нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон без неорганических частиц.

23. Волокна, пригодные для изготовления нетканых материалов, отличающиеся тем, что волокна состоят из полиолефина и содержат 0,1 – 20 вес.% неорганических частиц, по меньшей мере, 90 вес.% которых имеет размер частицы меньше 10 мкм, волокна, способные непрерывно формоваться в полотно и склеиваться на каландре при скорости, по меньшей мере, 100 м/мин, давая в результате нетканый материал с базовым весом 20 г/м², где среднее численное значение статического электрического заряда, измеренное на 3 см над рулоном нетканого материала, по меньшей мере, на 20% ниже, чем измеренное над рулоном нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон.

24. Волокна по п.23, отличающиеся тем, что полиолефин состоит из полипропилена или его сополимера.

25. Волокна по пп. 23 и 24, отличающиеся тем, что среднее численное значение статического электрического заряда, измеренное на 3 см над рулоном нетканого материала, по меньшей мере, на 30% ниже, чем измеренное над рулоном нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон.

26. Волокна по п.25, отличающиеся тем, что среднее численное значение статического электрического заряда, измеренное на 3 см над рулоном нетканого материала, по меньшей мере, на 40% ниже, чем измеренное над рулоном нетканого материала, изготовленного таким же образом из соответствующих волокон.

27. Нетканый материал, отличающийся тем, что он состоит из содержащих неорганические частицы волокон или нитей по любому из пп.1 – 16.

28. Способ изготовления нетканого материала, отличающийся тем, что осуществляют формирование волокнистого полотна из штапельных волокон по любому из пп.1 – 16 и склеивание волокнистого полотна.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что волокнистое полотно прочесывают и затем склеивают со скоростью, по меньшей мере, 150 м/мин.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что скорость составляет, по меньшей мере, 200 м/мин, предпочтительно 250 м/мин.

31. Способ по любому из пп.29 и 30, отличающийся тем, что волокнистое полотно склеивают термосклеиванием, таким как склеивание на каландре или склеивание горячим воздухом, инфракрасное склеивание или ультразвуковое склеивание.

32. Способ изготовления нетканого материала, отличающийся тем, что осуществляют формирование полученного из пряжи полотна из нитей по любому из пп. 1 – 16 и склеивание полученного из пряжи полотна.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.02.2003

Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004