新型的水可分散性合成纤维

摘要

促进可分散性的具有十字形截面的水可分散性聚酯纤维，因而具有更好的均匀性，更好的不透明性、良好的渗透性及湿法成网生成的织物具有诱人的法兰绒般的手感。

说明书

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本发明是有关新型的水可分散性的合成聚合物纤维，较详细来说，是有关聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，及其制备。

最近几年来，人们对水可分散性合成纤维，特别是聚酯纤维的兴趣，在不断地增长着。这种水可分散性纤维是用于各种非织造物的用途上的，包括造纸和湿法成网非织造物，有时做为混合体的一部分，往往含有大量的木浆粕或玻璃纤维;但也有只需单用聚酯纤维，即和其它纤维不相混合的应用情况。这种用法，及对它的需要情况，与以往更为正规的用做纤维束或切段纤维以转化成最终用于机织或针织织物的纺织用纱是完全不同的，因为需要将其纤维分散在水中，来代替例如在棉花体系中的梳理工艺而把纤维转化成纺织用纱。正是由于这种水可分散性的需要，因而把本发明的领域与以往更为正规的聚酯切段纤维区分开来了。

大多数水可分散性聚酯纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的，并且用基本上相同的方法来制备之，如用聚酯切段纤维的正规纺织方法，但除了大部分水可分散性聚酯纤维是没有卷曲的外，而用于纺织用纱的其它任何聚酯切段纤维在未转成切段纤维前仍呈纤维束形时是卷曲的。因而，水可分散性聚酯纤维通常是用熔融纺丝法把聚酯制成长丝，并把许多单丝结成束，拉伸，涂敷适当的复盖层以赋予水可分散的性能，其方法与传统的纺织单丝组成的纤维束的表面处理的一般方法是相同的。而后，通常在无卷曲的情况下（或在某些情况下只赋予轻度的波浪形和获得额外松散和三维卷曲基质），把纤维束转化成切段纤维。某些先有聚酯切段纤维是制成无卷曲形状的，例如，用于绒头织物中的纤维屑。但这种用法，并没有需要具有水可分散性质。

通常聚酯纤维是疏水的，因此需在聚酯表面涂敷适当的复盖层以克服聚酯固有的疏水性而不致造成泡沫与引致纤维絮凝，上述现象已为林格（Ring）等人在美国专利第4，007，083号、豪琼（Hawkins）在美国专利第4，137，181号，第4，179，543号及第4，294，883号以及韦斯科西苏依斯（Viscose    Suisse）在英国专利第958，350号中公开过。正是这种复盖层较之聚酯本身的固有特征性能或其形状（例如截面等）更能显示水可分散性聚酯纤维与更为正规的聚酯切段纤维的差别。众所周知，至今为止，各种商品水可分散性聚酯纤维之截面均为园形。诚然大部分商品聚酯切段纤维的截面通常均是园形的，因这是由于提出此种要求所致。

至今，虽然大多数水可分散性纤维是由聚酯制成的，这是由于廉价及可大量生产。数量不断增大的聚烯烃和聚酰胺已开始被用来制备水可分散性纤维，因而本发明并不只局限于聚酯，而包罗了其它的合成聚合物。

根据本发明，提供了新型的水可分散性合成聚合物，特别是聚酯纤维，其特征在于，该纤维的截面是十字形的。

至今为止，如此处描述的十字形截面亦可用于其它的聚酯纤维。除截面之外，虽然本发明所述的水可分散性纤维可大致上类似于先有的水可分散性聚酯或其它合成聚合物纤维，但在此后所叙述的优点可提供各种附加变形的机会。在此之后，虽然本发明只以叙述聚酯纤维为特别引证，然而，须理解为对其它如聚酰胺或聚烯烃等合成聚合物亦可适用。

本发明所述的纤维可用熔融纺丝、拉伸适当的单丝旦数（dpf）的聚酯单丝及涂敷适宜的复盖层以赋予水分散性特征的方法极为便利地制备而成的。而后，通常是把单丝切割成长度为预期的最终用途所需要的切段纤维。

意外地发现，发明本发明所述的水可分散性纤维所用的十字形截面，比用园形截面更能提高可分散性，这赋予湿法成网纤维更佳的均匀性，更高的不透明性、更好的渗透性以及如实例中即可见到的诱人的法兰绒般手感。

图1表示根据本发明所述的式样纤维的十字形截面。

图2表示制备本发明所述纺制单丝的典型喷丝孔。

如上所示，十字形截面已用于更为正规的聚酯切段纤维、纺成长丝、拉伸、分割、转化成并捻纱线，用于机织或针织织物。这种纤维具有本发明所需的水可分散性特征。类似地，具十字形截面的聚酯长丝可由莱米克（Lehmicke）美国专利第2，945，739号而得知，该专利公开了熔融纺丝各种截面的，尤其具有十字形截面的聚酰胺或聚酯长丝，以及由切段纤维机织或针织织物的方法。查米逊（Jamieson）美国专利第3，249，669号公开了制造各种截面（包括十字形截面）的聚酯长丝的多丝纱线之方法。福兰克夫（Frankfort）等人在美国专利第4，134，882号及第4，195，051号中也曾叙述过用高速（6，000码/分）纺纱法来制备非园形截面的取向聚酯长丝，这种高速纺纱法也可用于制备十字形截面取向聚酯长丝的基质，以便于在其上涂敷赋予水可分散性特征的复盖层，因而获得本发明所述水可分散性纤维。此技术的任何部分均与本发明的领域无关。然而，制备水可分散性纤维所用的聚酯长丝基质是可用该专利所述的各种技术或这些技术的适当变化以及制备非园形截面聚酯长丝的其它已知技术来制备。

先有技术资料公开十字形截面的参变数，而图1大致上与其中所示的相同。

制备聚酯切段纤维是用常规的方法，它包括用熔融纺丝法制备聚合物长丝，将长丝收集成纤维束，拉伸，涂敷适宜的复盖层以赋予水可分散性特征等步骤。如需低收缩率，通常经拉伸的长丝需经过退火处理。

为提高水可分散性而选择适宜的复盖层极为重要，在相同的单丝旦数的情况下，通常十字形截面因周界面积远较园形截面的周界面积为大，故两种同重量的纤维所需的复盖层的量，则以前者为多。提供良好界面润滑性能尤其重要。为此采用乙氧基化复盖层为最好。

豪琼美国专利第4137181号，第4，179，543号及第4，294，883号公开了各种适宜的复盖层，范伊森和塞路德（Van    Issum    and    Schluter）也在共同未决的美国专利申请号（USSN）721，344中公开了平均分子量范围为300至6000，的由聚对苯二甲酸乙二醇酯单元及由聚亚氧烷基乙二醇衍生的聚氧化烯基团的合成共聚聚酯的用途，又同样地在麦恩泰（Mc    Intyre）等人在美国专利第3，416，952号，第3，557，039号及第3，619，269号中公开的有关用途，其它有用的嵌段共聚聚酯也在雷诺（Raynolds）的美国专利第3，981，807号公开过;所有这些公开部分作为参考与本发明相结合。

这种聚酯纤维通常是先以连续的、不卷曲的长丝纤维束的形状制备的，如需额外的松散状态，及更加三维卷曲基质，则可使长丝经过轻度卷曲型工艺而获得轻度被浪形卷曲。不卷曲或轻度被浪形卷曲长丝按所需的长度进行切剖，意即形成通常是以打包形式或其它包装形式的分割的水可分散性纤维出售。适宜的长度通常约为5～90毫米（1/4至3英寸），一般为60毫米（2 1/2 英寸），其长度与直径比率（L/D）为约100∶1直至2000∶1不等，约150∶1至2000∶1为最好。作为本发明的一个优点，本发明所推荐的水可分散性纤维所可取得的良好表现，其L/D比率，较我们认为满意的先有技术中的水可分散性聚酯纤维为高。例如，机械制造商通常推荐L/D比率不宜超过500∶1，许多技术人员尚且认为即使是该数据还是不可理喻的偏高。适宜的单丝旦数通常约5～20。复盖层量通常约为其纤维重量的0.04～1%（OWF%），本发明之优点在于通常所用的量较先有技术中认为满意的量为小。

此外也提供制备水可分散性聚酯纤维的方法，其中包括聚酯熔融纺丝法制出十字形截面的长丝、由长丝制成纤维束、而后在纤维束上的长丝涂敷合成共聚聚酯复盖层，并在适当的时间后，将涂敷了复盖层的丝转化成切段纤维。

最好通过加热涂敷了复盖层的长丝，以在长丝上固化复盖层，或必要时在大约100℃到190℃下，加热生成的切段纤维以改进其耐久性。

本发明在下列实例中加以说明，其中各部分及其百分率均以重量计，除非特别说明，纤维的重量（固体）以OWF表之。进行了几种纱线之性能的测定以供参考，例如，抗拉性能（韧性和断裂伸长）是根据福兰克夫等人在美国专利第4，134，882号中所述的方法测定的。运用其它条件，本技术中所示例如喷丝孔的设计，是显而易见的事。

实例

下述对照纤维A，园形截面;本发明所述十字形截面，纤维N，皆从聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，固有粘度0.64，包含0.3%的二氧化钛做为消光剂。

纤维A是用普通径向空气骤冷装置、有着900个孔的喷丝板、园孔径为0.015英寸、毛细管长为0.30英寸，270℃座模温度及聚合物通过率68.2磅/小时的纺丝装置，以1600码/分的速度纺成长丝单丝旦数为3.67。然后让纤维A以29.3码/分的速度经过一组喂丝辊使其有取向性，紧接着以80码/分的速度经过拉伸辊。在喂丝辊部分之间长丝需经45℃之水浴处理。在喂丝辊与拉伸辊之间用98℃水喷射到丝绳上。在拉伸辊和牵引辊之间涂敷一种商品水可分散性复盖层（用25摩尔环氧乙烷，进行乙氧基化50/50月桂基醇/牛酯醇的单或二磷酸酯的钾盐混合物）。于是长丝自由松弛地放在150℃的热炉中6分钟。

除了十字形截面以及单丝旦数3.22的625条长丝是通过图2的毛细管喷丝板，模座温度273℃、而通过率为42.9磅/小时进行纺纱之外，用类似于纤维A的方法制备纤维N，使其有取向性的辊速，喂丝辊速为32.1码/分，拉伸辊速为80.2码/分而牵引辊速为79.2码/分，同时水可分散性复盖涂层用量稍高些以弥补具十字形截面，使长丝表面积有接近57%的增长。

拉伸涂敷复盖层的长丝的性质比较于表1中

表1

样品    A    N

截面    园形    十字形

单丝旦数    1.47    1.56

复盖层

（按其纤维重量）%    0.4    0.44

退浆收缩率（%）    1.0    0

干热收缩率（196℃）（%）    2.45    3.6

断裂韧性（克/旦）    4.5    4.8

断裂拉伸（%）    42    26

韧性在2%拉伸（克/旦）    0.93    0.93

两者皆切割成1/4，3/8，1/2及3/4英寸长的水可分散性纤维，并在有倾斜钢线网的长网机上进行测试。纤维是于3分钟内分散在0.75%稠度小量浆粕（每100磅，浆料或装饰体中纤维的磅数）中。柱状碎浆机约为3英尺直径及6英尺高。纤维与未精制的亚硫酸浆粕混合以形成50%聚酯混合料，并在一个10立方米的贮存缸中将之稀释至0.1%稠度。在这部机的高位调浆箱中将这存料进一步稀释直至0.0143%稠度，并以20米/分的速度成0.5米宽的湿法成网非织造织物，在长网机的网线末端用喷射法涂敷丙烯酸结合剂（Acronyl    240D）。在150℃通气干燥机中使织物固化。制成的织物平均重量为40克/平方米。

其可分散性的质量可由织物产品给定的样品其均匀性来进行判断。随着切割长度的增大，通常就可预计到织物的均匀性受到损害的严重性也越大。然而，使用较长的纤维的益处在于其结果可获得较大撕裂强度。因而，实际上，将尽量用最长的纤维以达到制造商所要求的均匀性标准。于是，一种改良型的较长的纤维，或具等效均匀性则为最佳选择。

纤维A及N制成的织物的质量其可分散性，可在长网机上生产时进行评核。其方法是通过观察长网机线网上织物排出水。对照的结果列于表2中，同时不管由于十字形截面而使其表面积增大57%仍然显示良好的分散性。

表2

分散性能说明

切割长度    园形截面    十字形截面

项目（纤维）A    项目（纤维）N

1/4英寸    良好分散性能    良好分散性能

少量缺陷记录    少量缺陷记录

3/8英寸    一些缺陷记录    良好分散性能

一般质量不及1/4吋好    相当好织物复盖层

（不透明性）

1/2英寸    稍好分散性能    正常分散性能

3/4英寸    分散性极差，复盖层质差    很好的分散性能

对一组织物的标准物理性质的测定点按赫迪基金会、萨凡纳、美国佐治亚州（Herty    Foundation，Savannah，GA）的标准，每次以纤维A为100%，纤维N具有下列平均数据

空气渗透性，哥利（Gurley）    112%

不透明性    国际标准化组织（ISO）2471    111%

松散性    纸浆与造纸工业技术协会    118%

（TAPPI）T410om-83和T411om-83

抗拉强度    纸浆与造纸工业技术协会    100%

（TAPPI）T494om-81

抗拉伸张    纸浆与造纸工业技术协会    85%

（TAPPI）T494om-81

撕裂强度    纸浆与造纸工业技术协会    104%

（TAPPI）T414om-82

衡量结果，项目N在主要的方面，较对照项目A显示出较优良的渗透性、不透明性、松散性及撕裂强度，相同的抗拉强度，而在伸张方面则稍许降低。复盖层的优点是重要的，因为就相同性能特征条件的非织造织物来说，可以使用较少的纤维，因而节省了材料的成本。项目N制成的织物还具有诱人的法兰绒般的手感。

当用适当的量和适当的水可分散性复盖层时，本发明所述的十字形截面的纤维具有令人惊奇的优良均匀的分散性，以及上面已述的性能。

从理论上的考虑，正规园形截面水可分散性纤维应具有较好的均匀分散性，因此，可制出更均匀的湿法成网织物。这是因为需用于分散纤维或其他物件的表面能量是由下式给出。

能量＝（表面张力）×（已分散表面积-未分散表面积）

未分散的纤维以数百条纤维形成一柱状或块状体，而它们的大部分是在柱状体的内部。因此，相比之下未分散表面积较已分散表面积是可以忽略不计，因而上述能量公可近似的表达为：

能量＝（表面张力）×（纤维的数量）×（纤维的表面积）

这能量公式描述着分散纤维所必需的能量以及再凝聚作用的驱动力自由能。因此对任意的复盖层及纤维单丝旦数，具较小表面积的纤维，预计可提供更为均匀的分散性，因而是更为均匀的织物。每给定单位重量的纤维之最小表面积出现在当截面是园形的时候，这完全是预计可得到的，因此园形截面是最好的。

然而，令人惊奇的是，这些十字形截面的纤维，尽管其表面积比前者大了约60%，却相反提供了更为均匀的织物。如果不对本发明作任何理论性的限制，这可能由纤维流体动力学形状所致，结果可更有效的应用由混合物的剪切场中获得的能量。

勘误表