專利名稱：熔噴細旦纖維及其制造方法
熔噴細旦纖維及其制造方法相關專利申請的交叉引用本申請要求2008年6月12日提交的美國臨時專利申請No. 61/061，091的優(yōu)先權， 該臨時申請以引用的方式并入本文。
背景技術：
熔噴(或者MB)是通過將熔融聚合物從高速熱噴氣環(huán)繞的小孔擠出形成纖維的工 藝。該工藝也被稱為吹塑微纖維(或BMF)。BMF工藝最常用的熱塑性材料是聚丙烯，聚丙 烯能夠生產(chǎn)出具有良好熱穩(wěn)定性的非常細的纖維。引起更多關注的是，使用可再生資源聚合物，即來源于植物基材料的聚合物來替 代石油基聚合物，例如丙烯。理想的可再生資源聚合物為“二氧化碳零排放的”，意味著植物 基材料生長中所消耗的二氧化碳量與產(chǎn)品制備并處理時的二氧化碳釋放量相當?？缮锝?解的材料的性質(zhì)足以使它們在暴露于導致堆肥的條件時分解。視為可生物降解的材料的實 例包括脂族聚酯，例如聚(乳酸)、聚(乙醇酸)、聚(己內(nèi)酯)、丙交酯與乙交酯的共聚物、 聚丁二酸乙二醇酯以及它們的組合。將例如聚(乳酸)等脂族聚酯用于BMF時遇到了困難，原因在于脂族聚酯熱塑性 塑料具有相對高的熔體粘度，這使得產(chǎn)生的非織造幅材通常不能像聚丙烯那樣被做成同樣 的纖維直徑。由于很多最終產(chǎn)品的性能受纖維直徑控制，所以聚酯幅材的粗纖維直徑會限 制它們的應用。例如，粗纖維在用于皮膚接觸應用時會顯得較硬，并且感覺較差。此外，由 粗纖維生產(chǎn)的幅材具有較大的孔隙率，這會導致幅材具有較低的阻隔特性，例如較低的水 性液體防水性。如微纖維等脂族聚酯的處理已經(jīng)在美國專利No. 6，645，618中有所描述。美國專 利No. 6，111，160 (Gruber等人)公開了使用熔融穩(wěn)定聚交酯，經(jīng)由熔噴和紡粘工藝形成非 織造制品。美國專利No. 5，585，056和6，005, 019描述了一種包含可吸收聚合物纖維的外科 手術制品，以及一種包含硬脂酸及其鹽的增塑劑。


圖1為示出泵出口背壓隨示例性粘度調(diào)節(jié)劑的加入而下降的曲線圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及脂族聚酯的細旦纖維、用該細旦纖維制備的制品以及通過吹塑微纖維 (BMF)工藝制備該脂族聚酯細旦纖維的方法。該纖維可以是可熔融加工的，并且在食品安 全、醫(yī)藥、個人衛(wèi)生、一次性和可重復使用衣服以及水質(zhì)凈化多種用途中具有實用性。該細旦纖維的熔噴幅材可通過使用粘度調(diào)節(jié)劑來降低脂族聚酯，例如PLA的粘度 來形成。在某些優(yōu)選的實施例中，該粘度調(diào)節(jié)劑選自烷基羧酸鹽、烯基羧酸鹽、芳烷基羧酸 鹽、烷基乙氧基化羧酸鹽、芳烷基乙氧基化羧酸鹽、烷基乳酸鹽、烯基乳酸鹽以及它們的混合物。通過在BMF工藝中降低脂族聚酯的粘度，從而降低纖維的平均直徑，在熔噴幅材中形 成通常小于20微米的細旦纖維。示例性的脂族聚酯為聚(乳酸)、聚(乙醇酸)、聚(乳酸-羥基乙酸共聚物)、聚 丁二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯及其共混物和共聚物。由該細旦纖維制成的制品包括由本文所述的細旦纖維制備的包含熱層合物或粘 合劑層合物的模制的聚合物制品、聚合物片、聚合物纖維、織造幅材、非織造幅材、多孔膜、 聚合物泡沫、分層細旦纖維、例如SMS (紡粘-熔噴-紡粘)、SMMS等復合幅材以及它們的組 合。本發(fā)明的可用制品的實例為由包含細旦纖維的膜、泡沫和/或機織物或非織造材料制 成的傷口接觸材料，以及至少部分由細旦纖維制成的消毒包裹物和手術單或手術服。例如醫(yī)療服、醫(yī)用消毒蓋單、消毒包裹物、擦拭物、吸收劑、隔離物和過濾器等產(chǎn)品 可以由熔噴脂族聚酯，例如PLA的細旦纖維制成。膜、薄膜、非織造材料、稀松布等可直接擠 出粘合或者熱層壓到幅材。由于細旦纖維的直徑，幅材具有類似于聚烯烴幅材的柔軟感覺， 但是在多數(shù)情況下，由于使用的脂族聚酯具有更高的模量，因此其具有更優(yōu)異的抗拉強度。本發(fā)明的方法包括提供本文所述的脂族聚酯和粘度調(diào)節(jié)劑，以及將這些材料進 行充分熔噴以生產(chǎn)細旦幅材。在一個方面，該聚合物是可熔融加工的，以使得聚合物混料能夠被擠出。雖然不被理論束縛，但是粘度調(diào)節(jié)劑可能不會使脂族聚酯的可熔融加工的細旦纖 維增塑。該組合物優(yōu)選對哺乳動物皮膚無刺激性和不敏感的，并且是可生物降解的。脂族 聚酯通常具有較低的熔融加工溫度，并且能夠生產(chǎn)出更加柔韌的輸出材料。對于以下給出定義的術語，除非在權利要求書或說明書中的其他地方另外給出了 不同的定義，否則應以這些定義為準。術語“可生物降解的”表示可通過自然產(chǎn)生的微生物，例如細菌、真菌和藻類，和/ 或自然環(huán)境因素，例如水解、酯交換反應、暴露于紫外光或可見光(可光降解的)和酶機制) 或其組合的作用而降解。術語“生物相容性”表示通過不在活體組織中產(chǎn)生有毒的、有害的或免疫學的反應 而在生物學上相容。生物相容性材料也可以通過生化和/或水解過程分解，并被活組織吸 收。使用的測試方法包括ASTMF719，其用于細旦纖維接觸組織，例如皮膚、傷口、包括在諸如 食道或尿道的孔口內(nèi)的粘膜組織的應用情況；以及ASTM F763，其用于細旦纖維被植入組織 中的應用情況。術語“細旦纖維”通常指平均直徑小于20微米，優(yōu)選小于15微米，更優(yōu)選小于10 微米，并且最優(yōu)選小于5微米的纖維。由端值描述的數(shù)值范圍包括包含在該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(例如，1-5包括1、1.5、 2,2. 75,3,3. 80、4 和 5)。如本說明書和所附權利要求書中所用，除非所述內(nèi)容另外明確地指明，否則單數(shù) 形式“一個”和“所述”包括多個指代物。因此，例如，提及的包含“某種化合物”的細旦纖維 包括兩種或多種化合物的混合物。如本說明書和所附權利要求書中所用，術語“或”的含義 一般來講包括“和/或”，除非該內(nèi)容物明確地表示其他含義。除非另外指明，所有用于本說明書和權利要求書中表示成分數(shù)量、特性量度等的 數(shù)字，應當理解為在所有情況下均由術語“約”修飾。因此，除非有相反的說明，上述說明書和附加權利要求書中所述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可由利用本發(fā)明教導內(nèi)容的本領域技術 人員根據(jù)尋求達到的所需特性改變該數(shù)值參數(shù)。在最低程度上，絲毫沒有將等同原則的應 用限制于權利要求書保護的范圍的意思，每一個數(shù)值參數(shù)至少應當根據(jù)所記錄的有效數(shù)字 位數(shù)并采用尋常的四舍五入法進行解釋。
具體實施例方式本發(fā)明公開了熔融添加劑粘度調(diào)節(jié)劑的用途，其能夠?qū)χ寰埘?，例如聚羥基鏈 烷酸酯熱塑性塑料的熔體粘度進行改性。該細旦纖維特別可用于制備吸收或防護脂族聚 酯的非織造手術衣和層疊薄膜消毒蓋布，其用于進行設備消毒的手術消毒包裹物中；以及 制備個人護理吸收物，諸如女性衛(wèi)生墊、尿布、失禁襯墊、擦拭物、流體過濾器、隔離物等等。在一個方面，本發(fā)明提供細旦纖維，其包含熱塑性脂族聚酯聚合物，例如聚乳酸、 聚羥基丁酯等等；以及一種或多種粘度調(diào)節(jié)劑，選自烷基、烯基、芳烷基或烷芳基羧酸鹽或 其組合。粘度調(diào)節(jié)劑以足以對脂族聚酯的熔體粘度進行改性的含量存在于熔融擠出纖維 中。通常，基于脂族聚酯和粘度調(diào)節(jié)劑的混合重量，粘度調(diào)節(jié)劑存在的量小于10重量％，優(yōu) 選小于8重量％，更優(yōu)選小于7重量％，更優(yōu)選小于6重量％，更優(yōu)選小于3重量％，并且最 優(yōu)選小于2重量％。在另一方面，提供了由細旦纖維構造的膜、織物以及幅材。本發(fā)明還提供了由細 旦纖維織物和幅材制成的可用制品，包括醫(yī)療消毒蓋布、消毒包裹物、醫(yī)療手術衣、圍裙、過 濾介質(zhì)、工業(yè)擦拭物以及個人和家庭護理產(chǎn)品，所述個人和家庭護理產(chǎn)品例如為尿布、化妝 紙、面巾紙、濕擦拭物、干擦拭物、一次性吸收制品和衣服，所述衣服例如為一次性和可重復 使用的衣服，包括嬰兒尿布或者訓練褲、成人失禁產(chǎn)品、諸如衛(wèi)生棉、衛(wèi)生護墊等女性衛(wèi)生 產(chǎn)品。本發(fā)明的細旦纖維還可以用于生產(chǎn)隔熱材料以及隔音材料，所述隔熱材料用于衣服， 如外套、夾克、手套、保暖內(nèi)褲、靴子等等。在另一方面，本發(fā)明提供了多層的、可吸收含水液體的制品，其包括水性介質(zhì)不可 透過的背襯片。例如很重要地，一些手術單是液體不可透過的，以防止被吸附到上層中的液 體芯吸到達皮膚表面，在皮膚表面，液體會被皮膚上的細菌所污染。在其它實施例中，所述 構造還可包括水性介質(zhì)可透過的上層，以及水性液體吸收(即親水的)層，該水性液體吸收 層由并置其間的可用于例如構造一次性尿布、擦拭物或毛巾、衛(wèi)生巾和失禁襯墊的如上所 述的幅材或織物構造。在另一方面，單層的或多層的防水制品，例如消毒包裹物、手術或醫(yī)療服或圍裙可 以至少部分地由本文所述的細旦幅材形成，并且具有防水性。例如，SMS幅材可形成為至少 在M(熔噴的吹塑微纖維)層中具有細旦纖維，但是細旦纖維也可包含在S層(紡粘層)中。 該M層還可以在纖維的表面進一步摻入防水添加劑，例如含氟化合物、有機硅、碳氫化合物 蠟或它們的組合。在幅材形成前，可以在幅材制備時將防水添加劑摻入到熔體中，或者在幅 材形成之前將防水添加劑涂布在纖維上，或涂覆在成形的或半成形的幅材上。以這種方式， 使消毒包裹物具有防水性或使手術服具有防流體性，以避免吸收可能含有致病微生物的血 液或體液。本發(fā)明的細旦纖維織物(非織造材料、機織材料或針織品)通過多種化合物處 理后可以具有更高的防水性。例如，織物可以在形成幅材后進行表面處理，該處理包括固體石蠟、脂肪酸、蜂蠟、有機硅、含氟化合物以及它們的組合。例如，可以涂敷美國專利 No. 5，027，803,6, 960，642和7，199，197中公開的防水飾面，這些專利的全文以引用的方式 并入本文。防水飾面還可以是熔體添加劑，例如在美國專利No. 6，262, 180中的描述的那些 熔體添加劑，其全文以引用的方式并入本文。本發(fā)明還提供由熱塑性成膜脂族聚酯聚合物以及至少一種粘度調(diào)節(jié)劑的混合物 或共混物制備細旦纖維的方法。粘度調(diào)節(jié)劑可以便利地與樹脂在漏斗中或沿著擠出機的其 它位置混合，只要能夠充分混合以形成大致均勻的混合物即可。另外，可以例如使用正位移 泵或失重式給料機將粘度調(diào)節(jié)劑直接加入到擠出機中(無需預混合)。MM可用于本發(fā)明的脂族聚酯包括聚羥基鏈烷酸酯的均聚物和共聚物，以及衍生自一 種或多種多元醇與一種或多種多元羧酸的反應產(chǎn)物，并且通常由一種或多種鏈烷二醇與一 種或多種鏈烷二羧酸(或酰基衍生物)的反應產(chǎn)物形成的脂族聚酯的均聚物和共聚物形 成。聚酯還可以衍生自多官能多元醇，例如甘油、山梨醇、季戊四醇以及它們的組合，以形成 支鏈、星形和接枝的均聚物及共聚物。也可以使用脂族聚酯與一種或多種另外的半結(jié)晶或 無定形聚合物的可溶混及不可溶混的共混物。一種可用類的脂族聚酯是由羥基酸或其衍生物的縮合或開環(huán)聚合衍生的聚羥基 鏈烷酸酯。合適的聚羥基鏈烷酸酯可以由以下化學式表示H(0-R-C (0) -)n0H,其中R是亞烷基部分，其可以是直鏈或支鏈的，具有1至20個碳原子，優(yōu)選1至12 個碳原子，可任選地由鏈中(鍵合至碳鏈中的碳原子)氧原子取代；η為重復次數(shù)，使得酯 為聚合物型，并且優(yōu)選碳原子數(shù)為使得脂族聚酯的分子量為至少10，000道爾頓，優(yōu)選為至 少30，000道爾頓，并且最優(yōu)選為至少50，000道爾頓。盡管較高分子量聚合物通常能夠生 產(chǎn)出具有較好機械性能的膜，但對于熔融處理以及溶劑澆鑄聚合物而言，過度粘性通常是 不期望的。脂族聚酯的分子量通常小于1，000，000道爾頓，優(yōu)選小于500，000道爾頓，并且 最優(yōu)選小于300，000道爾頓。R還可以包含一個或多個鏈中(即處于鏈中的)醚氧原子。 一般來講，羥基酸的R基團為使得羥基側(cè)基為伯或仲羥基?？捎玫木哿u基鏈烷酸酯包括例如聚(3-羥基丁酸酯)、聚(4-羥基丁酸酯)、聚 (3-羥基戊酸酯)、聚(乳酸)(也稱為聚交酯)、聚(3-羥基丙酸酯)、聚(4-氫戊酸酯)、聚 (3-羥基戊酸酯)、聚(3-羥基己酸酯)、聚(3-羥基庚酸酯)、聚(3-羥基辛酸酯)、聚對二 氧環(huán)己酮、聚己內(nèi)酯和聚乙醇酸(即聚乙交酯)的均聚物及共聚物。也可以使用兩種或更多 種上述羥基酸的共聚物，例如聚(3-羥基丁酸酯-共聚-3-羥基戊酸酯)、聚(乳酸酯-共 聚-3-羥基丙酸酯)、聚(乙交酯-共聚-對二氧雜環(huán)己酮)、和聚(乳酸-共聚-乙醇酸)。 也可以使用兩種或更多種聚羥基鏈烷酸酯的共混物，以及具有一種或多種聚合物和/或共 聚物的共混物。脂族聚酯可以是聚(乳酸-共聚-乙醇酸)的嵌段共聚物?？捎糜诒景l(fā)明的細旦 纖維的脂族聚酯可以包括均聚物、無規(guī)共聚物、嵌段共聚物、星形支化無規(guī)共聚物、星形支 化嵌段共聚物、枝狀共聚物、超支化共聚物、接枝共聚物以及它們的組合。另一類可用的脂族聚酯包括衍生自一種或多種鏈烷二醇與一種或多種鏈烷二羧 酸(或?；苌?的反應產(chǎn)物的脂族聚酯。這些聚酯具有如下通式
權利要求
1.一種細旦纖維，其包含 一種或多種熱塑性脂族聚酯；以及粘度調(diào)節(jié)劑，其選自烷基羧酸鹽、烯基羧酸鹽、芳烷基羧酸鹽、烷基乙氧基化羧酸鹽、芳 烷基乙氧基化羧酸鹽、烷基乳酸鹽、烯基乳酸鹽以及它們的混合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的細旦纖維，其中所述脂族聚酯選自一種或多種聚(乳酸)、聚 (乙醇酸)、乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯以及 它們的共混物和共聚物。
3.根據(jù)權利要求1所述的細旦纖維，其中所述粘度調(diào)節(jié)劑具有如下結(jié)構 R-CO2If其中R是作為支鏈或直鏈碳鏈的C8-C30烷基或烯基，或者C12-C30芳烷基，并且可以 任選地由如下基團取代0-100個例如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷基團的環(huán)氧烷基團，低聚乳酸和 /或乙醇酸或它們的組合；以及M是H、堿金屬、堿土金屬或者銨基團。
4.根據(jù)權利要求3所述的細旦纖維，其中所述銨基團是質(zhì)子化的叔胺或季胺。
5.根據(jù)權利要求3所述的細旦纖維，其中所述銨基團是質(zhì)子化的三乙醇胺或四甲銨。
6.根據(jù)權利要求3所述的細旦纖維，其中M是堿金屬或堿土金屬。
7.根據(jù)權利要求3所述的細旦纖維，其中M選自鈣、鈉、鉀或鎂。
8.根據(jù)權利要求1所述的細旦纖維，其中所述粘度調(diào)節(jié)劑選自硬脂酰乳酸鹽和硬脂酸鹽。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中基于所述纖維的總重，所述粘度調(diào) 節(jié)劑以小于約10重量％的量存在。
10.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其還包含不同于所述熱塑性脂族聚酯 的熱塑性聚合物。
11.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中所述粘度調(diào)節(jié)劑以小于2重量％的量存在。
12.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中所述粘度調(diào)節(jié)劑包含少于5%的水。
13.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其還包含不同于所述粘度調(diào)節(jié)劑的表 面活性劑。
14.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中所述脂族聚酯是半結(jié)晶的。
15.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其還包含抗微生物組分。
16.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中所述組合物是生物相容性的。
17.根據(jù)前述任一項權利要求所述的細旦纖維，其中所述組合物是可熔融加工的。
18.—種包含前述任一項權利要求所述組合物的制品，所述制品選自模制的聚合物制 品、聚合物片、聚合物纖維、織造幅材、非織造幅材、多孔膜、聚合物泡沫、熱或粘合層合物以 及它們的組合。
19.根據(jù)權利要求18所述的制品，其中所述非織造物選自紡粘幅材、吹塑微纖維幅材 或水刺幅材。
20.一種包含權利要求1至17中任一項所述的細旦纖維的手術單。
21.一種包含權利要求1至17中任一項所述的細旦纖維的手術服。
22.一種包含權利要求1至17中任一項所述的細旦纖維的傷口接觸材料。
23.一種包含權利要求1至17中任一項所述的細旦纖維的個人衛(wèi)生用品。
24.一種包含權利要求1至17中任一項所述的細旦纖維的消毒包裹物。
25.一種制備細旦纖維的方法，該方法包括 提供脂族熱塑性聚酯；提供粘度調(diào)節(jié)劑，所述粘度調(diào)節(jié)劑選自烷基羧酸鹽、烯基羧酸鹽、芳烷基羧酸鹽、烷基 乙氧基化羧酸鹽、芳烷基乙氧基化羧酸鹽、烷基乳酸鹽、烯基乳酸鹽以及它們的混合物；以 及混合所述脂族聚酯和所述粘度調(diào)節(jié)劑；以及 由所述混合物形成纖維。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中所述纖維采用熔噴、紡粘或者溶體紡絲工藝形成。
27.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中所述纖維形成非織造幅材。
28.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中所述脂族熱塑性聚酯和所述粘度調(diào)節(jié)劑在所述 纖維形成工藝前混合。
29.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，該方法還包括擠出與所述粘度調(diào)節(jié)劑共 混的所述脂族聚酯的步驟。
30.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述脂族聚酯和所述粘度調(diào)節(jié)劑的 混合包括擠出所述脂族聚酯和所述粘度調(diào)節(jié)劑。
31.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，該方法還包括后處理所述幅材。
全文摘要
本發(fā)明提供包含脂族聚酯和粘度調(diào)節(jié)劑的細旦纖維。所述細旦纖維優(yōu)選地由吹塑微纖維工藝制備。
文檔編號D01F6/62GK102105625SQ200980129501
公開日2011年6月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2008年6月12日
發(fā)明者凱文·D·蘭格雷布, 埃里克·M·摩爾, 弗朗西斯·E·波爾貝尼, 杰伊·M·杰嫩, 科里·W·卡爾森, 馬修·T·肖爾茨 申請人:3M創(chuàng)新有限公司