CN101977943A - 包含至少一种填充剂的单丝纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了包含至少一种聚合树脂和至少一种涂覆的填充剂的单丝纤维，其中至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约3微米和/或其顶切小于或等于约10微米，且其中相对于单丝纤维的总重量，至少一种涂覆的填充剂以少于或等于约50％重量的量存在。本文也公开了用于制备单丝纤维的方法，该方法包括将重质碳酸钙加入至至少一种聚合树脂中，并挤出得到的混合物。

Description

包含至少一种填充剂的单丝纤维及其制备方法
优先权的要求
该PCT国际申请在此要求2008年3月31日提交的美国临时专利申请号61/041,237和2008年1月21日提交的美国临时专利申请号61/022,458的优先权的权利和权益，这两篇专利申请均通过引用而整体结合到本文中。
发明领域
本申请和本文描述的发明总体讨论和涉及单丝纤维，此类单丝纤维包含填充剂例如涂覆的重质碳酸钙。
发明背景
许多商品由可包括聚合树脂单丝纤维的组分形成。例如，单丝纤维可用于制造短纤维、纱、钓鱼线、织造织物、非织造织物、人造毛皮、尿布、女性卫生保健产品、成人失禁用品、包装材料、擦拭物、毛巾、工业用服装、医用布帘、医用长大衣、袜套、灭菌包装物、桌布、涂漆刷、餐巾、垃圾袋和各种个人护理用品。
单丝纤维一般通过熔纺、干纺或湿纺来制备。特别是，单丝纤维可通过将聚合树脂纺成纤维的形状来制备，例如，通过将树脂至少加热至其软化温度，并通过喷丝板挤出树脂以形成单丝纤维。单丝纤维也可通过以下方法来制备：挤出树脂，并通过热空气使树脂流变细，以形成细直径的纤维。
纺织工业每年消耗大量的热塑性聚合树脂，约3亿磅的单丝纤维。虽然，已知在非织造产品和塑料产品例如膜和模塑零件的制备期间掺入各种矿物填充剂例如碳酸钙和高岭土，但是在目前通常的实践中，在单丝纤维中并不包括大量的此类填充剂。在以前，纯树脂的成本低于由树脂和矿物填充剂组成的浓缩物的成本，因此不存在掺入可估价量的此类填充剂的需要。然而，在许多情况下，树脂价格增加已经在许多产品中产生了与增加矿物填充剂的量和减少树脂的量相关的成本效益。通过掺入至少一种矿物填充剂例如碳酸钙，纯树脂原料的需要量减少，同时最终产品可在包括但不限于纤维强度、质地和外观的方面具有相当的质量。
已知含各种量的无机化合物和/或矿物填充剂的产品。例如，美国专利号6,797,377似乎公开了含0.1-10％重量的至少一种矿物填充剂例如碳酸钙的非织造网状物，但增加了填充剂的限制，其限于在至少两种树脂聚合物的混合物中与二氧化钛联合使用。美国专利号6,759,357同样似乎公开了含0.0015％重量-0.09％重量的至少一种无机化合物的织物。S.Nago和Y.Mizutani，含CaCO3填充剂的微孔聚丙烯纤维，62 J.Appl.Polymer Sci.81-86(1996)，也似乎讨论了含25％重量碳酸钙的聚丙烯基非织造纤维。WO 97/30199可能公开了基本上由约0.01％重量-约20％重量的无机颗粒(基本上所有颗粒的莫氏硬度均小于约5)和至少约90％重量的无机颗粒(粒度小于约10微米)组成的纤维。然而，这些参考文献显然均没有公开至少通过将其平均粒度和/或将其顶切(top cut)变化至涂覆的重质碳酸钙的粒度，来减少填充剂对最终单丝纤维特性的影响。
对单丝纤维存在需要，此类单丝纤维含较大量的至少一种填充剂例如碳酸钙，而没有损失与有较少量填充剂或没有填充剂的单丝纤维有关的期望物理和/或化学特性。本发明人惊奇地和意外地发现，在增加填充剂的总体数量(按％重量测定)的同时，改变至少一种填充剂的粒度，例如使它下降至约10微米以下，可允许产品纤维保持期望的特性。
附图简述
图1的图显示对于在纤维中各百分比的硬脂酸涂覆的重质碳酸钙，在纤维将断裂(″最大负荷″)之前施加至各单丝纤维的最大力。
图2的图显示对于在纤维中各百分比的硬脂酸涂覆的重质碳酸钙，单丝纤维的伸长百分率。
图3的图显示对于在纤维中各百分比的硬脂酸涂覆的重质碳酸钙，单丝纤维的韧度。
发明概述
本申请总体公开了单丝纤维，此类单丝纤维含至少一种聚合树脂和至少一种填充剂，例如平均粒度小于或等于约3微米的涂覆的重质碳酸钙(GCC)，其中相对于纤维的总重量，至少一种填充剂以少于或等于约50％重量的量存在于纤维中。另外，本申请总体公开了单丝纤维，此类单丝纤维含至少一种聚合树脂和至少一种填充剂，例如顶切小于或等于约10微米的涂覆的重质碳酸钙，其中相对于纤维的总重量，至少一种填充剂存在的量少于约50％重量。
本文也公开了制备单丝纤维的方法，该方法包括将至少一种填充剂加入至至少一种聚合树脂，并将得到的混合物挤出，其中至少一种填充剂以少于或等于约50％重量的量存在于最终产品中。在一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约3微米。在另一个实施方案中，至少一种填充剂的顶切小于或等于约10微米。在再一个实施方案中，至少一种填充剂是涂覆的重质碳酸钙。
发明详述
单丝纤维
当用于本文时，术语″纤维″不仅包括常规的单纤维和长丝，而且包括由许多这些纤维制备的纱。一般而言，纱用于制备衣服、织物等。使用目前使用的或此后发现的用于将纤维和纱制成织物的任何方法，包括但不限于编织和针织，可以将纤维和纱例如上述的那些制成织物。使用目前使用的或此后发现的任何方法，也可以将纤维和纱制成非织造织物。
聚合树脂
本文公开的单丝纤维包含至少一种聚合树脂。技术人员将容易的理解用于所述发明的合适的聚合树脂。在一个实施方案中，至少一种聚合树脂选自常规的聚合树脂，该常规的聚合树脂为任何特定纱、织造产品、非织造产品或应用提供所期望的特性。在另一个实施方案中，至少一种聚合树脂选自热塑性聚合物，包括但不限于：聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯的均聚物和共聚物，包括与1-丁烯、4-甲基-1-戊烯和1-己烷的共聚物；聚酰胺，例如尼龙；聚酯；和任何上述聚合物的共聚物。
在一个实施方案中，至少一种聚合树脂是各向同性半结晶聚合物。在一个实施方案中，各向同性半结晶聚合物可熔体加工，在使得可能在熔融相将聚合物纺成纤维而没有显著分解的温度范围内熔化。示例性的各向同性半结晶聚合物包括但不限于聚对苯二甲酸烷二醇酯；聚萘二甲酸烷二醇酯；聚亚芳基硫醚；脂族和脂族-芳族聚酰胺；聚酯，该聚酯含衍生自环己烷二甲醇和对苯二甲酸的单体单元；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚萘二甲酸乙二醇酯；聚苯硫醚；和聚(1，4-环己烷二甲醇对苯二甲酸酯)，其中1，4-环己烷二甲醇是顺式异构体与反式异构体的混合物；尼龙-6；和尼龙-66。在另一个实施方案中，至少一种聚合树脂是半结晶聚合物聚烯烃，包括但不限于聚乙烯和聚丙烯。在再一个实施方案中，至少一种聚合树脂是具有高拉伸模量的伸长链聚乙烯，通过非常高或超高分子量聚乙烯的凝胶纺或熔纺制备。
不能在熔体中加工的各向同性聚合物也可用作本发明的至少一种聚合树脂。在一个实施方案中，各向同性聚合物是人造纤维。在另一个实施方案中，各向同性聚合物是醋酸纤维素。在再一个实施方案中，各向同性聚合物是聚苯并咪唑、聚[2，2′-(间-亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑]。在一个实施方案中，各向同性聚合物使用丙酮为溶剂干纺。在另一个实施方案中，聚[2，2′-(间-亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑]使用N，N′-二甲基乙酰胺作为溶剂湿纺。在还另一个实施方案中，各向同性聚合物是除可溶于极性非质子溶剂包括但不限于N-甲基吡咯烷酮的对苯二甲酸与对苯二胺的聚合物(例如，对苯二甲酸与一种或多种芳族二胺的聚合物)以外的芳族聚酰胺，其与加入的颗粒一起湿纺，以产生单丝纤维。在再一个实施方案中，也可填充无定形、非结晶、各向同性聚合物，包括但不限于间苯二甲酸、对苯二甲酸与双酚A的共聚物(聚芳酯)，并用于本发明中。
在另一个实施方案中，至少一种聚合树脂由液晶聚合物(LCP)制备。LCP一般产生有高拉伸强度和/或模量的纤维。在一个实施方案中，液晶聚合物可在熔体中加工(即热致性的)。在另一个实施方案中，液晶聚合物不能在熔体中加工。在再一个实施方案中，使用在溶液中显示液晶行为的液晶聚合物，将其与硬填充剂掺混，然后湿纺或干纺，以产生单丝纤维。在还另一个实施方案中，可以填充由对苯二胺和对苯二甲酸制备的芳族聚酰胺(包括但不限于按KEVLAR商标销售的聚合物)，并进行湿纺(例如，通过干喷湿纺法由浓硫酸溶液湿纺)，以产生单丝纤维。在还再一个实施方案中，液晶聚合物是可溶于极性非质子溶剂包括但不限于N-甲基吡咯烷酮，并可以纺成单丝纤维的任何芳族聚酰胺。在还另一个实施方案中，液晶聚合物在一些或所有的给定条件或条件组合下不是液晶，但仍然产生高模量纤维。在还再一个实施方案中，液晶聚合物在一些浓度下和在一些溶剂中显示溶致液晶相，但在其它浓度下和/或在其它溶剂中显示为各向同性溶液。
在一个实施方案中，用于本发明的液晶聚合物(LCP)是热致性LCP。示例性热致性LCP包括但不限于芳族聚酯、脂族-芳族聚酯、芳族聚(酯酰胺)、脂族-芳族聚(酯酰胺)、芳族聚(酯酰亚胺)、芳族聚(酯碳酸酯)、芳族聚酰胺、脂族-芳族聚酰胺和聚甲亚胺。在一个实施方案中，热致性LCP是在温度低于约360℃时形成液晶熔融相的芳族聚酯和聚(酯酰胺)，并包括一种或多种单体单元，所述单体单元衍生自：对苯二甲酸、间苯二甲酸、1，4-氢醌、间苯二酚、4，4′-二羟基联苯、4，4′-联苯二甲酸、4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸、2，6-萘二甲酸、2，6-二羟基萘、4-氨基苯酚和4-氨基苯甲酸。在一个实施方案中，芳基包括在聚合的条件下不反应的取代基，例如具有1-4个碳的低级烷基、芳基、F、Cl、Br和I。在美国专利号4,473,682；4,522,974；4,375,530；4,318,841；4,256,624；4,161,470；4,219,461；4,083,829；4,184,996；4,279,803；4,337,190；4,355,134；4,429,105；4,393,191；和4,421,908中教授了一些典型芳族聚酯的合成和结构。在美国专利号4,339,375；4,355,132；4,351,917；4,330,457；4,351,918；和5,204,443中教授了一些典型芳族聚(酯酰胺)的合成和结构。潜在有用的芳族液晶聚酯和聚(酯酰胺)可以是可按VECTRA商标得自Hoechst Celanese Corporation的那些，以及可得自其它制造商的那些。
在还另一个实施方案中，LCP具有单体重复单元，如在美国专利号4,161,470中所教授，该单体重复单元衍生自4-羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸。在一个实施方案中，衍生自4-羟基苯甲酸的单体单元以摩尔计占聚合物约15％-约85％，衍生自6-羟基-2-萘甲酸的单体单元以摩尔计占聚合物约85％-约15％。在另一个实施方案中，以摩尔计，聚合物包含约73％的衍生自4-羟基苯甲酸的单体单元和约27％的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的单体单元。该聚合物可按纤维形式按VECTRAN商标得自Hoechst Celanese Corporation，Charlotte，N.C。
在还再一个实施方案中，LCP或聚(酯酰胺)包含衍生自6-羟基-2-萘甲酸和4-羟基苯甲酸的上述单体单元，以及衍生自一种或多种以下单体的单体单元：4，4′-二羟基联苯、对苯二甲酸和4-氨基苯酚。在还另一个实施方案中，如在美国专利号4,473,682中所教授的，含这些单体单元的聚酯衍生自4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸、4，4′-联苯酚和对苯二甲酸，且聚合物按约60∶4∶18∶18的摩尔比包含这些单体单元。在另一个实施方案中，如在美国专利号5,204,443中所教授的，聚(酯酰胺)包含衍生自4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸、对苯二甲酸、4，4′-联苯酚和4-氨基苯酚的单体单元。在还另一个实施方案中，组合物按约60∶3.5∶18.25∶13.25∶5的摩尔比包含这些单体单元。
在一个实施方案中，至少一种聚合树脂是合适的聚合树脂商品。适合作为至少一种聚合树脂的示例性商品包括但不限于：Basell Pro-fax 6323聚丙烯树脂，其为密度约0.9g/cm3和熔体流动指数约12.0g/10min的一般用途均聚物，可得自LyondellBasell Industries；Exxon3155，其为熔体流动速率约30g/10min的聚丙烯均聚物，可得自Exxon Mobil Corporation；PF 305，其为熔体流动速率约38g/10min的聚丙烯均聚物，可得自Montell USA；ESD47，其为熔体流动速率约38g/10min的聚丙烯均聚物，可得自Union Carbide；和6D43，其为熔体流动速率约35g/10min的聚丙烯-聚乙烯共聚物，可得自Union Carbide。
相对于纤维的总重量，至少一种聚合树脂可以大于或等于约50％重量的量存在于本公开的单丝纤维中。在一个实施方案中，至少一种聚合树脂以约50％重量-约90％重量的量存在于纤维中。在另一个实施方案中，至少一种聚合树脂以约75％重量-约90％重量的量存在于纤维中。
填充剂
单丝纤维包含至少一种填充剂。技术人员将容易的理解用于本文所述发明的合适的填充剂。在一个实施方案中，至少一种填充剂是任何矿物基基体，该矿物基基体能够用至少一种聚合树脂涂覆、与其混合并挤出。在另一个实施方案中，至少一种填充剂是涂覆的重质碳酸钙。涂覆的重质碳酸钙是通常用于形成各种聚合物产品的填充剂。在再一个实施方案中，至少一种填充剂选自涂覆的重质碳酸钙、石灰石、滑石和粘土产品。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂是选自高岭土和煅烧粘土的粘土产品。
适合用作至少一种填充剂的示例性的涂覆的重质碳酸钙产品包括但不限于可市购的那些。在一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙选自由Imerys，Inc按名称FiberLinkTM销售的那些产品。在另一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙是由Mississippi Lime Company按名称MAGNUM
Figure BPA00001230862600081
销售的产品。在再一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙是由Specialty Minerals，Inc按名称
Figure BPA00001230862600082
销售的产品。在还另一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙是由OMYA，Inc按名称销售的产品。在还再一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙是由Huber，Inc按名称
Figure BPA00001230862600084
销售的产品。在还另一个实施方案中，涂覆的重质碳酸钙是由Imerys，Inc按名称FiberLinkTM 101S销售的产品。示例性的可市购的涂覆的重质碳酸钙产品可以以具有限定粒度范围的干粉形式得到；然而，不是所有的涂覆的重质碳酸钙商品均将显示适用于本公开的粒度和分布。
此外，至少一种填充剂的粒度可影响有效掺入本文所公开的单丝纤维的填充剂的最大量、以及所得到产品的美学特性和强度。在一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约10微米。在另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度范围为约1微米-约10微米。在再一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度为约1微米。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约4微米。在还再一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约3微米。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约2微米。在还再一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约1.5微米。在另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度小于或等于约1微米。在再一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度范围为约1微米-约4微米。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度范围为约1微米-约3微米。在还再一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度范围为约1微米-约2微米。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂的平均粒度范围为约0.5微米-约1.5微米。本文中，平均粒度定义为在
Figure BPA00001230862600091
100粒度分析仪上所测得的d50。
至少一种填充剂的特征可在于″顶切″值。当本文使用时，″顶切″是指可以通过
Figure BPA00001230862600092
100粒度分析仪，在填充剂样品中鉴别的最大粒度。在一个实施方案中，顶切小于约10微米。在再一个实施方案中，顶切小于约8微米。在还另一个实施方案中，顶切小于约6微米。在还再一个实施方案中，顶切小于约4微米。在还另一个实施方案中，顶切范围为约4微米-约10微米。在再一个实施方案中，顶切范围为约4微米-约8微米。在还另一个实施方案中，顶切范围为约4微米-约6微米。在还另一个实施方案中，顶切小于单丝纤维的直径。
本公开的至少一种填充剂的粒度分布可足够小，以便不会显著减弱单一纤维和/或制备纤维研磨剂的表面，但足够大，以便形成美观令人愉悦的表面质地。在一个实施方案中，至少一种填充剂的粒度分布中，全部颗粒有少于约5％大于约10微米，和全部颗粒有少于约5％小于约0.5微米。在约10微米以上的颗粒可趋向于减弱结构，而小于约0.5微米的颗粒可趋向于形成凝聚物，导致形成大于约10微米的结构。
至少一种填充剂可以用至少一种有机材料涂覆。在一个实施方案中，至少一种有机材料选自脂肪酸，包括但不限于硬脂酸及其盐和酯，例如硬脂酸酯(盐)。在另一个实施方案中，至少一种有机材料是硬脂酸铵。在再一个实施方案中，至少一种有机材料是硬脂酸钙。由Imerys，Inc.按商品名FiberLinkTM销售的产品是用硬脂酸涂覆的重质碳酸钙产品的非限制性实例。
在一些实施方案中，用至少一种有机材料表面涂覆至少一种填充剂可用于改善至少一种填充剂颗粒在整个纤维中的分散和/或便于纤维的整体制备。例如，将未涂覆的重质碳酸钙加入至至少一种聚合树脂，与涂覆的重质碳酸钙相反，导致纤维具有未涂覆的重质碳酸钙颗粒位于纤维的外面，这可能成问题，因为未涂覆的颗粒位于纤维的外面可能引起无机沉积物粘附至喷丝板模头孔的金属组件，并阻塞出口，因此妨碍纤维适当地挤出。
如果它超过一定值，那么至少一种填充剂的量可负面影响单丝纤维的强度和/或表面质地。在一个实施方案中，相对于纤维的总重量，至少一种填充剂存在的量少于约50％重量。在另一个实施方案中，至少一种填充剂存在的量少于约25％重量。在再一个实施方案中，至少一种填充剂存在的量少于约20％重量。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂存在的量少于约15％重量。在还再一个实施方案中，至少一种填充剂存在的量少于约10％重量。在又还另一个实施方案中，至少一种填充剂以约5％重量-约40％重量的量存在。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂以约10％重量-约20％重量的量存在。在还另一个实施方案中，至少一种填充剂以约10％重量-约15％重量的量存在。在还另一个实施方案中，当至少一种填充剂的平均粒度小于约3微米和/或顶切小于约10微米时，至少一种填充剂以约10％重量-约25％重量的量存在。
任选的添加剂
除至少一种聚合树脂和至少一种填充剂之外，单丝纤维还可包含至少一种添加剂。至少一种添加剂可选自现在在本领域中已知的那些或以后发现的那些。在一个实施方案中，至少一种添加剂选自另外的矿物填充剂，包括但不限于滑石、石膏、硅藻土、高岭土、绿坡缕石、膨润土、蒙脱石和其它天然或合成粘土。在另一个实施方案中，至少一种添加剂选自无机化合物，包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钙和硫酸钡。在再一个实施方案中，至少一种添加剂选自以下物质中的一种：荧光增白剂；热稳定剂；抗氧化剂；抗静电剂；防粘剂；染料；颜料，包括但不限于二氧化钛；光泽改善剂；表面活性剂；天然油；和合成油。
制备单丝纤维的方法
本文所讨论的单丝纤维可依照任何合适的方法或技术人员现在已知的或以后发现的方法制备，这导致含至少一种聚合树脂和至少一种填充剂的连续单丝纤维的制备。示例性的技术包括但不限于干纺、湿纺、纺粘、闪纺、针刺法、熔喷和水刺法(water-punching)。用于制备单丝纤维的一种特别的示例性方法是熔纺，该方法可利用挤出处理，将熔融的聚合物混合物提供至喷丝板模头。在一个实施方案中，可使用例如在本申请提交的时间，在Clemson University in Clemson，South Carolina，USA可得到的DuPont纤维纺纱设备，来完成熔纺。
在一个实施方案中，本发明的制备单丝纤维的方法包括将至少一种聚合树脂至少加热至约其软化点。在另一个实施方案中，该方法包括将至少一种聚合树脂加热至适用于挤出至少一种聚合树脂的任何温度。在再一个实施方案中，将至少一种聚合树脂加热至约225℃-约260℃的温度范围。
使用在本领域中通常已知的或以后发现的任何方法，可将至少一种填充剂掺入至少一种聚合树脂。例如，可在挤出之前的任何步骤期间，例如，在加热步骤期间或之前，将至少一种填充剂加入至至少一种聚合树脂。在另一个实施方案中，可将至少一种聚合树脂和至少一种填充剂的″母料″预混合，任选形成颗粒或小丸，并在纤维的挤出之前与至少一种另外的纯聚合树脂混合。至少一种另外的纯聚合树脂可与用于制备母料的至少一种聚合树脂相同或不同。在某些实施方案中，母料包含比在最终产品中所期望的更高浓度的至少一种填充剂，例如，范围约20％重量-约75％重量的浓度，并可按适用于在最终单丝纤维产品中获得期望浓度的至少一种填充剂的量，与至少一种另外的聚合树脂混合。在一个实施方案中，至少一种填充剂在母料中的浓度为约20％重量-约75％重量。在另一个实施方案中，浓度为约20％重量-约50％重量。例如，含50％重量的涂覆的重质碳酸钙的母料可与等量的至少一种纯聚合树脂混合，以制备含25％重量涂覆的重质碳酸钙的最终产品。可使用在本领域中已知的或以后发现的任何装置，将母料混合并制粒，例如，ZSK 30双挤出机可用于混合并挤出涂覆的重质碳酸钙和至少一种聚合物树脂的母料，Cumberland造粒机可用于任选使母料形成小丸。
一旦将至少一种填充剂或母料与至少一种聚合树脂混合，则混合物可通过至少一个喷丝板连续挤出，以制备长丝。挤出速率可根据期望的应用而改变，且技术人员将知道合适的挤出速率。
挤出温度也可根据期望的应用和方法而改变。在一个实施方案中，挤出温度为约225℃-约260℃。在另一个实施方案中，挤出温度为约235℃-约245℃。挤出装置可选自在本领域中现在通常使用的或以后发现的那些。在一个实施方案中，挤出装置是Alex James 0.75英寸单螺杆挤出机，配有0.297cc/转计量泵。至少一个喷丝板可选自在本领域中现在通常使用的或以后发现的那些。在一个实施方案中，至少一个喷丝板包含10个孔，各孔的直径约0.022英寸。
在挤出之后，可使单丝纤维变细。在一个实施方案中，通过高速拉伸使纤维变细，其中多股长丝从辊上拉出，致使风速为约1000米/分钟。
单丝纤维可制备成具有期望的尺寸。本领域的普通技术人员将知道用于期望或预期应用的单丝纤维的合适尺寸和测定它们的方法。在一个实施方案中，单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。在另一个实施方案中，单丝纤维的尺寸范围为约1旦尼尔-约100旦尼尔。在再一个实施方案中，单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。在还另一个实施方案中，单丝纤维的尺寸为约100旦尼尔。
测试
本文公开的纤维可通过各种方法中的任何方法，测试各种特性中的任何特性，包括其单一纤维的强度、断裂时伸长率和韧度。可使用例如ASTM D3822进行那三个试验。
除在实施例中以外，或除非另外说明，用于本说明书和权利要求书的表达成分的数量、反应条件等的所有数值均应理解为在所有情况下被术语″约″修饰。因此，除非相反的指出，在说明书和权利要求书中描述的数值参数是近似值，可根据本公开寻求获得的期望特性而改变。最低限度，且不企图将等同理论的应用限于权利要求的范围，各数值参数应该根据有效数字的数目和普通的舍入方法来解释。
虽然，描述本发明的广义范围的数值范围和参数是近似值，但除非另外说明，在具体的实施例中描述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含某些误差，这些误差起因于在各自的测试测量中所发现的标准差。
用于本说明书的标题是为了方便读者而提供，无意限制本文所述的发明。作为非限制性的示例，下面给出本公开的某些实施方案的实施例。
实施例
实施例1
在该实施例中，至少一种填充剂是低固体处理的、未涂覆的重质碳酸钙(
Figure BPA00001230862600131
Imerys，Inc.)，其平均粒度为约1.5微米，顶切为约10微米。填充剂按各种重量百分比与Basell Profax 6323聚丙烯树脂混合，Basell Profax 6323聚丙烯树脂是一种一般用途的均聚物，密度为0.9g/cm3，熔体流动指数为12.0g/10min。当可能时，使用标准熔体纤维纺丝方法制备单丝纤维。
在5％负荷下，未涂覆的产品经历要立即处理的问题，其中甚至按低线速度，无纤维断裂，也不能制备甚至4旦尼尔的纤维。因为粉末从板流出(plate out)并阻塞喷丝板的孔，该试验不进行太长时间，但以前的评价显示它已经发生。
实施例2
作为至少一种填充剂，该实施例使用低固体处理的、硬脂酸涂覆的碳酸钙，其平均粒度为1.5微米，顶切为8微米，由Imerys，Inc.按商品名FiberLinkTM 101S销售。硬脂酸目标是约1％重量。纯树脂是由Atofina提供的12MFI均聚物聚丙烯。使用ASTM D3822y条件，在约0％、约5％、约10％、约20％和约50％的添加剂负荷下，使获得的纤维进行试验。使用与实施例1中相同的标准熔体纤维纺丝方法，按4旦尼尔、3旦尼尔和2旦尼尔的目标尺寸，制备连续的纤维。在2旦尼尔下，不能制备含约50％添加剂负荷的原型。3旦尼尔单丝纤维的强度特性显示于图1、2和3中，并总结在以下表1中。
表1
Figure BPA00001230862600141
对于硬脂酸涂覆的重质碳酸钙在纤维中最高达约20％的百分比，显示于表1和图1中的单一纤维强度(最大负荷)是合理的水平。在50％时结果较低，但在超过1000米/分钟时，仍然可以制备3旦尼尔的纤维。
当测定单一纤维断裂时伸长率时，将冷纤维拉伸，结果显示于表1和图2中。对于3旦尼尔的纤维，在纤维中硬脂酸涂覆的重质碳酸钙为约10％-约20％之间发生断裂时，伸长率急剧降低。
在纤维中硬脂酸涂覆的重质碳酸钙为约0％-约20％的范围内，显示于表1和图3中的单一纤维韧度相当一致。
2旦尼尔和4旦尼尔纤维的结果阐述了相似的趋势，即总体与表1和图1-3的那些并非不一致。

Claims (92)

1.一种单丝纤维，所述单丝纤维包含至少一种聚合树脂和至少一种涂覆的填充剂，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约3微米，且相对于所述单丝纤维的总重量，以少于或等于约50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
2.权利要求1的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约25％重量的量存在。
3.权利要求2的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约20％重量的量存在。
4.权利要求3的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约15％重量的量存在。
5.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂包含至少一种填充剂和至少一种涂料。
6.权利要求5的单丝纤维，其中所述至少一种填充剂选自重质碳酸钙、石灰石、滑石和粘土。
7.权利要求5的单丝纤维，其中所述至少一种涂料是选自脂肪酸及其盐和酯的至少一种有机材料。
8.权利要求7的单丝纤维，其中所述至少一种有机材料选自硬脂酸、硬脂酸酯、硬脂酸铵和硬脂酸钙。
9.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种聚合树脂是至少一种热塑性聚合物。
10.权利要求9的单丝纤维，其中所述至少一种热塑性聚合物选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯及其共聚物。
11.权利要求10的单丝纤维，其中所述聚烯烃选自聚丙烯与聚乙烯的均聚物及其共聚物。
12.权利要求10的单丝纤维，其中所述聚酰胺为尼龙。
13.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种聚合树脂的熔体流动指数为约12g/10min。
14.权利要求1的单丝纤维，所述单丝纤维还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自矿物填充剂、无机化合物、蜡、荧光增白剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、防粘剂、染料、颜料、光泽改善剂、表面活性剂、天然油和合成油。
15.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约2.5微米。
16.权利要求15的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约2微米。
17.权利要求16的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约1.5微米。
18.权利要求17的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度小于或等于约1微米。
19.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度范围为约0.5微米-约2微米。
20.权利要求19的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度范围为约0.5微米-约1.5微米。
21.权利要求20的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度范围为约0.5微米-约1微米。
22.权利要求19的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度范围为约1微米-约1.5微米。
23.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度为约1.5微米。
24.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的平均粒度为约1微米。
25.短纤维，所述短纤维包含至少一种权利要求1的单丝纤维。
26.权利要求1的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切小于或等于约10微米。
27.权利要求26的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切小于或等于约6微米。
28.权利要求27的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切小于或等于约4微米。
29.权利要求26的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切范围为约4微米-约10微米。
30.权利要求29的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切范围为约4微米-约8微米。
31.权利要求30的单丝纤维，其中所述至少一种涂覆的填充剂的顶切范围为约4微米-约6微米。
32.权利要求1的单丝纤维，其中所述单丝纤维为熔纺纤维。
33.一种单丝纤维，所述单丝纤维包含至少一种聚合树脂和顶切小于约10微米的至少一种涂覆的填充剂，其中所述至少一种涂覆的填充剂包含至少一种重质碳酸钙和至少一种涂料，且其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约50％重量的量存在于所述纤维中。
34.权利要求33的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种重质碳酸钙存在的量少于约25％重量。
35.权利要求34的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种重质碳酸钙存在的量少于约15％重量。
36.权利要求35的单丝纤维，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种重质碳酸钙存在的量少于约10％重量。
37.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种涂料是选自脂肪酸及其盐和酯的至少一种有机材料。
38.权利要求37的单丝纤维，其中所述至少一种有机材料选自硬脂酸、硬脂酸酯、硬脂酸铵和硬脂酸钙。
39.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种聚合树脂是至少一种热塑性聚合物。
40.权利要求39的单丝纤维，其中所述至少一种热塑性聚合物选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、其共聚物及其掺混物。
41.权利要求40的单丝纤维，其中所述聚烯烃选自聚丙烯与聚乙烯的均聚物和共聚物。
42.权利要求40的单丝纤维，其中所述聚酰胺是尼龙。
43.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种聚合树脂的熔体流动速率为约12g/10min。
44.权利要求33的单丝纤维，所述单丝纤维还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自另外的矿物填充剂、无机化合物、蜡、荧光增白剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、防粘剂、染料、颜料、光泽改善剂、表面活性剂、天然油和合成油。
45.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切小于约10微米。
46.权利要求45的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切小于约8微米。
47.权利要求46的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切小于约6微米。
48.权利要求47的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切小于约4微米。
49.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切范围为约4微米-约10微米。
50.权利要求49的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切范围为约4微米-约8微米。
51.权利要求50的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的顶切范围为约4微米-约6微米。
52.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约3微米。
53.权利要求52的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约2微米。
54.权利要求53的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约1微米。
55.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度范围为约1微米-约3微米。
56.权利要求55的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度范围为约0.5微米-约2微米。
57.权利要求56的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度范围为约1微米-约2微米。
58.权利要求33的单丝纤维，其中所述至少一种重质碳酸钙的平均粒度为约1.5微米。
59.一种制备单丝纤维的方法，所述方法包括：
(a)将至少一种聚合树脂与至少一种涂覆的重质碳酸钙混合，所述重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约3微米；
(b)将混合物至少加热至所述至少一种聚合树脂的软化点；和
(c)挤出混合物，以形成单丝纤维；
其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以少于约50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
60.权利要求59的方法，其中在所述至少一种涂覆的重质碳酸钙中顶切小于约10微米。
61.权利要求59的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的顶切范围为约4微米-约10微米。
62.一种制备单丝纤维的方法，所述方法包括：
(a)制备母料，包括将至少一种第一聚合树脂与至少一种涂覆的重质碳酸钙混合，然后挤出，所述重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约3微米；
(b)将所述母料与至少一种第二聚合树脂混合，以形成得到的混合物，和
(c)挤出所得到混合物，以形成单丝纤维；
其中相对于所述纤维的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以少于约50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
63.权利要求62的方法，其中在与所述至少一种第二聚合树脂混合之前，将所述母料制粒。
64.权利要求62的方法，其中相对于所述母料的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以约20％重量-约75％重量范围的量存在于所述母料中。
65.权利要求62的方法，所述方法还包括通过高速拉伸使所述纤维变细。
66.权利要求62的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的顶切小于约10微米。
67.权利要求62的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的顶切范围为约4微米-约10微米。
68.一种制备单丝纤维的方法，所述方法包括：
(a)将至少一种聚合树脂与至少一种涂覆的重质碳酸钙混合，所述重质碳酸钙的顶切小于约10微米；
(b)将混合物至少加热至所述至少一种聚合树脂的软化点；和
(c)挤出混合物，以形成单丝纤维；
其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以少于或等于约50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
69.权利要求68的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约3微米。
70.权利要求68的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度范围为约0.5微米-约3微米。
71.权利要求70的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度范围为约1微米-约2微米。
72.一种制备单丝纤维的方法，所述方法包括：
(a)制备母料，包括将至少一种第一聚合树脂与至少一种涂覆的重质碳酸钙混合，然后挤出，所述重质碳酸钙的顶切小于约10微米；
(b)将所述母料与至少一种第二聚合树脂混合，以形成得到的混合物，和
(c)挤出所得到的混合物，以形成单丝纤维；
其中相对于所述纤维的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以大于50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
73.权利要求72的方法，其中在与所述至少一种第二聚合树脂混合之前，将所述母料制粒。
74.权利要求72的方法，其中相对于所述母料的总重量，所述至少一种涂覆的重质碳酸钙以约20％重量-约75％重量范围的量存在于所述母料中。
75.权利要求72的方法，所述方法还包括通过高速拉伸使所述纤维变细。
76.权利要求72的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度小于或等于约3微米。
77.权利要求72的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度范围为约0.5微米-约2.5微米。
78.权利要求77的方法，其中所述至少一种涂覆的重质碳酸钙的平均粒度范围为约1微米-约2微米。
79.一种单丝纤维，所述单丝纤维包含至少一种聚合树脂和至少一种涂覆的填充剂，所述填充剂的平均粒度小于或等于约3微米，且顶切小于约10微米，其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约50％重量的量存在于所述纤维中，且其中所述至少一种涂覆的填充剂是用硬脂酸涂覆的重质碳酸钙。
80.一种制备单丝纤维的方法，所述方法包括：
(a)将至少一种聚合树脂与至少一种涂覆的填充剂混合，所述填充剂的平均粒度小于或等于约3微米，且顶切小于约10微米；
(b)将混合物至少加热至所述至少一种聚合树脂的软化点；和
(c)挤出混合物，以形成单丝纤维；
其中相对于所述单丝纤维的总重量，所述至少一种涂覆的填充剂以少于约50％重量的量存在于所述单丝纤维中。
81.权利要求1的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
82.权利要求81的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
83.权利要求33的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
84.权利要求83的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
85.权利要求59的方法，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
86.权利要求85的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
87.权利要求62的方法，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
88.权利要求87的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
89.权利要求68的方法，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
90.权利要求89的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
91.权利要求72的方法，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.1旦尼尔-约120旦尼尔。
92.权利要求91的单丝纤维，其中所述单丝纤维的尺寸范围为约0.5旦尼尔-约5旦尼尔。
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