專利名稱：改進的閃蒸紡絲片材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由聚合物閃蒸紡絲(急驟紡絲或閃紡)而成的超細叢絲狀薄膜-原纖束制成的片材。更具體地說，本發(fā)明涉及一種超細叢絲狀片材，其中該片材的物理性能通過閃蒸紡絲前在聚合物中加入少量顏料而得到改善。
背景技術(shù)：
由溶液或分散體形式的聚合物經(jīng)閃蒸紡絲制取超細叢絲狀薄膜-原纖的技術(shù)在本領(lǐng)域是已知的。術(shù)語“超細叢絲狀(的)”是指一種由許多長度為無規(guī)的薄帶狀薄膜-原纖基元構(gòu)成的三維整體網(wǎng)狀物，基元的平均厚度小于約4μm且原纖寬度的平均值小于約25μm。在超細叢絲狀結(jié)構(gòu)中，諸薄膜-原纖基元大致沿著結(jié)構(gòu)的縱軸共同延伸，且它們在結(jié)構(gòu)全長、寬度及厚度的各個部位按不規(guī)則間距時而結(jié)合時而分開，從而構(gòu)成三維網(wǎng)狀物。
成形超細叢絲狀薄膜-原纖束以及將該原纖束成形為非織造片材的方法已公開并廣泛論述于授予Blades等人的美國專利3,081,519；授予Anderson等人的美國專利3,227,794；授予Steuber的美國專利3,169,899；以及授予Brethauer等人的美國專利3,860,369中(所有這些專利均轉(zhuǎn)讓給了杜邦公司)。該方法及其各項改進措施由杜邦公司在其Tyvek紡粘聚烯烴的生產(chǎn)中付諸實施已有多年了。


圖1所示的一般閃蒸紡絲設(shè)備類似于授予Brethauer等人的美國專利3,860,369中所公開的，在此將該專利內(nèi)容收入本文作為參考。按照該閃蒸紡絲法，聚合物與紡絲介質(zhì)的混合物通過壓力供料管13喂入到紡絲孔14。腔16中的聚合物混合物通過紡絲孔14排出，其中紡絲孔入口附近的延展流動促使聚合物取向變成伸展的聚合物分子。當聚合物和紡絲介質(zhì)從紡絲孔排出時，紡絲介質(zhì)迅速膨脹為氣體，從而留下原纖化的超細叢絲狀薄膜-原纖。紡絲介質(zhì)在閃蒸期間的膨脹加速了聚合物的運動，從而正值薄膜-原纖成形以及聚合物依靠絕熱膨脹而冷卻期間，使聚合物分子進一步拉直。聚合物的驟冷將聚合物分子鏈的直線取向凍結(jié)在原地，這對閃蒸紡絲成形的超細叢絲狀聚合物結(jié)構(gòu)的強度作出貢獻。
從紡絲孔14排出的聚合物絲束20沖擊到轉(zhuǎn)動的耳垂狀轉(zhuǎn)向擋塊26上，于是，擋塊將絲束20分布成更為扁平的纖網(wǎng)構(gòu)造24，并隨著纖網(wǎng)降落到移動收集帶32上，將纖網(wǎng)交替地導向左邊和右邊。纖網(wǎng)成形為纖維氈層34并從滾筒31的下面通過，后者將氈層壓實為片材35，該片材由重疊的沿多方向構(gòu)型取向的超細叢絲狀薄膜-原纖網(wǎng)狀物構(gòu)成。片材35經(jīng)由出口12離開紡絲室10，然后被收集在片材收集輥29上。片材35可再進行熱粘合，以便獲得要求的片材強度、不透明度、透濕性和透氣性。
在閃蒸紡絲生產(chǎn)超細叢絲狀片材中，傳統(tǒng)使用的聚合物是聚烯烴，特別是聚乙烯。英國專利說明書891,943(轉(zhuǎn)讓給了杜邦公司)公開道，包括彩色顏料在內(nèi)的添加劑，可加入到生產(chǎn)閃蒸紡絲超細叢絲狀纖維所使用的聚合物材料中。美國專利3,169,899(轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)建議，可在超細叢絲狀片材生產(chǎn)中配合閃蒸紡絲聚合物使用包括顏料在內(nèi)的各種各樣添加劑。然而，該項先有技術(shù)既未公開，也未建議如何使用顏料來生產(chǎn)物理性質(zhì)改善的片材或者所指的此種片材性質(zhì)可能是哪些。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，給定基重的閃蒸紡絲聚乙烯片材的抗脫層強度可通過加大對片材所施的熱粘合力度而獲得顯著改善。然而，隨著熱粘合程度的增加，閃蒸紡的超細叢絲狀片材的不透明度卻不斷降低。不透明度的降低使得許多高度粘合的片材看上去像薄膜似的而且?guī)в邪唿c雜色，盡管此種片材的強度實際上要高于粘合程度較小的片材。不透明度的降低還會使得片材的強度在諸如目光之類的紫外光存在下降低得較快，因為有較多的光透過不透明度較小的片材。另外，當在不透明度較小片材上印刷時，印上去的內(nèi)容讀起來要比不透明度較大片材上印出的困難得多。過去，在許多閃紡片材的最終用途，包括消毒包裝、地圖和信封等，要在它們的脫層強度與片材外觀之間進行權(quán)衡一直是棘手的事情。
當用作消毒包裝材料時，閃紡片材被制成要求消毒物品的包裝，例如用來包裝手術(shù)器械。將物品放在閃紡片材制成的袋子或其他包裝形式中，然后將包裝密封并消毒。以后，打開包裝，取出消過毒的物品。當消毒物品是手術(shù)器械之類的東西時，極其重要的是，在打開時片材務(wù)必不要撕裂或脫層，因為這將產(chǎn)生可能沉積到器械上的顆粒物。要提高抗脫層能力，可提高對片材所施的粘合程度。然而，當基重較小的片材被高度地粘合時，片材就會帶上半透明和斑駁的外觀，這使得使用者對貯存于此種材料中的物品的消毒效果產(chǎn)生懷疑。過去，在消毒包裝中一直使用其基重超過所需強度并具細菌阻隔性能的片材，為的是提供要求程度的不透明度。人們需要的是這樣一種片材，其基重既比目前消毒包裝中所用片材要小，又可熱粘合至為獲得規(guī)定脫層強度所必須的程度，還不會帶上不可接受的半透明和斑駁的外觀。
另一個能發(fā)揮粘合閃紡超細叢絲狀片材高度不透明、優(yōu)良視覺均勻性及高脫層強度等巨大優(yōu)勢的最終用途是作為印刷材料，例如地圖和標簽。某些地圖，如航海地圖和軍事地圖，要求在各種惡劣的條件下經(jīng)久耐用。印在粘合閃紡片材上的地圖據(jù)發(fā)現(xiàn)可提供此種耐久性。由于此種地圖的使用者經(jīng)常在地圖上勾畫出各種路線，隨后又將這些路線標記擦掉，因此，地圖必須具有防止因磨擦引起表面脫層和磨損的能力。達到此種耐磨的最佳方法是提高片材的粘合程度。另外，閃紡超細叢絲狀片材倘若具有光滑的表面，則比較容易印刷。粘合超細叢絲狀片材可借助從熱軋光機輥筒之間通過而變得更為光滑。與此同時，若需要從印有地圖的片材上讀出印刷細節(jié)，就要求高的片材不透明度。遺憾的是，當片材受到較高程度粘合和/或熱軋光時，片材不透明度通常會降低。過去，一直依賴增加超細叢絲狀片材的基重來滿足高片材不透明度、高脫層強度和高片材光滑度的印刷要求。然而，較重的片材也使得印刷片材的重量和體積都嫌過大且柔性達不到要求。
因此，需要一種超細叢絲狀片材，它能夠經(jīng)受相當?shù)臒嵴澈虾?或熱軋光，而不會顯著降低片材不透明度。還需要這樣一種片材，它在印刷后具有高度易讀(取)性，即使采用條碼掃描設(shè)備亦然。最后，需要這樣一種不透明超細叢絲狀片材，它是彩色的，并且在熱粘合后顯示出高顏色飽和度。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種由成纖半結(jié)晶聚烯烴紡制的超細叢絲狀薄膜-原纖束構(gòu)成的改良片材。該非織造纖維片材由聚烯烴聚合物與顏料的連續(xù)長度的粘合的超細叢絲狀原纖束構(gòu)成，其中聚烯烴占原纖束的至少90wt％，而顏料占原纖束的0.05％～10wt％。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，片材的基重小于85g/m2；脫層強度至少為60N/m；且不透明度，當片材的脫層強度小于120N/m時，至少是95％，而當片材的脫層強度在120N/m～150N/m之間時，至少是90％，進而，當脫層強度大于150N/m時，至少是80％。優(yōu)選的是，該聚烯烴聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、主要由乙烯和丙烯單體單元構(gòu)成的共聚物，及上述的共混物。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，片材的基重小于130g/m2；帕克式(Parker)測試儀測定的光潔度小于4.8μm；而且，不透明度，當片材的脫層強度小于150N/m時，至少是92％，而當片材的脫層強度大于150N/m時，至少是80％。
按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方案，片材中的顏料是二氧化鈦。優(yōu)選的是，該二氧化鈦包含平均粒度小于0.5μm的金紅石二氧化鈦顆粒，且該顆粒表面涂有有機硅化合物。包含二氧化鈦顏料的片材優(yōu)選具有的條碼讀取性等級，按照ANSI標準X3.182-1990并采用代碼39符號表示法，其中窄條紋寬度為0.0096英寸(0.0244cm)，至少是2.0(等級C)。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，該顏料是彩色顏料。優(yōu)選的是，該彩色顏料占原纖束的0.1～3wt％，而包含彩色顏料的片材的不透明度至少是90％。經(jīng)粘合后的含彩色顏料的片材的彩度應(yīng)比該片材粘合前的彩度高出至少20％。
附圖簡述下面，將結(jié)合附圖通過對本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細描述更透徹地闡釋本發(fā)明，這些附圖是圖1是將聚烯烴聚合物閃紡成超細叢絲狀薄膜-原纖纖網(wǎng)并將該纖網(wǎng)鋪在移動表面上成為氈層，氈層經(jīng)壓實，成為片材形式--這一過程的設(shè)備示意圖。
圖2是對閃紡聚烯烴聚合物的超細叢絲狀薄膜-原纖片材實施粘合的設(shè)備示意圖。
圖3是表示數(shù)種不同粘合片材的不透明度數(shù)值隨脫層強度變化的曲線圖。
圖4是表示數(shù)種不同粘合片材的條碼質(zhì)量數(shù)值隨脫層強度變化的曲線圖。
圖5是表示數(shù)種不同粘合片材的不透明度數(shù)值隨脫層強度變化的曲線圖。
圖6是表示數(shù)種不同粘合片材的彩度色飽和度值隨脫層強度變化的曲線圖。
發(fā)明詳述現(xiàn)在來看圖1，其中畫出熱塑性聚合物的閃紡設(shè)備和工藝。該閃紡工藝是已知的，而且是采用標準設(shè)備實施的。該過程是在室10，有時亦稱紡絲室中實施的，它包括溶劑排出口11和由過程生產(chǎn)出的非織造片材的出口12。在混合系統(tǒng)或供料罐(未表示)中，在提高的溫度和壓力下連續(xù)或間歇地制備聚合物溶液(或紡絲液)。溶液的壓力大于自生壓力，并優(yōu)選大于溶液的濁點壓力。自生壓力是聚合物溶液在一個封閉容器中的平衡壓力，該容器中僅充滿包括液相和汽相的該溶液，而且其中沒有外界的影響或外力的作用。自生壓力是溫度的函數(shù)。通過提供高于自生壓力下的溶液，可保證溶液內(nèi)部不分離出汽相。溶液的濁點壓力是使聚合物完全溶解在溶劑中從而形成均一的單相混合物的最低壓力。
讓聚合物溶液從制備罐經(jīng)由壓力供料管13和節(jié)流孔15進入低壓(或降壓)腔16。在低壓腔16中，溶液分離為一種兩相液-液分散體，正如授予Anderson等人的美國專利3,227,94中所公開的。該分散體的一個相是主要為溶劑的富溶劑相；分散體的另一個相是主要含聚合物的富聚合物相。該兩相液-液分散體被強制通過紡絲板14，進入到壓力低得多(優(yōu)選大氣壓)的區(qū)域，在此，溶劑急劇膨脹并蒸發(fā)(閃蒸)，于是，聚烯烴以超細叢絲狀絲束20的形式從紡絲板擠出。絲束20直沖轉(zhuǎn)動的擋塊26。轉(zhuǎn)動擋塊26具有能將絲束20轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為扁平、寬度約5～15cm的纖網(wǎng)24的形狀。轉(zhuǎn)動擋塊26引導纖網(wǎng)24做來回擺動，擺動幅度足以在鋪網(wǎng)帶32上形成45～65cm寬的波浪層。纖網(wǎng)24被鋪在位于轉(zhuǎn)動擋塊26下方約50cm處的移動金屬絲鋪網(wǎng)帶32上，同時，上述來回擺動為沿著大致橫跨鋪網(wǎng)帶32的方向，從而形成氈層34。
纖網(wǎng)24在其奔向移動帶32的途中在擋塊26的作用下轉(zhuǎn)向之后，纖網(wǎng)進入固定的多針離子槍28與接地轉(zhuǎn)動靶板30之間的電暈放電區(qū)。帶電的纖網(wǎng)24由高速溶劑蒸汽流攜帶著穿過由前段21和后段23組成的擴散器。擴散器控制紡絲介質(zhì)氣體的膨脹并使纖網(wǎng)24減速。移動帶32通過輥筒33與地相接，使得帶電纖網(wǎng)24在靜電作用下被吸向并貼牢在帶32上。收集在移動帶32上的波浪式重疊的纖網(wǎng)被靜電力固定在原地并成形為氈層34，其厚度由紡絲液流率和帶32的速度控制。氈層34在帶32與壓實輥31之間被壓實，從而成為強度足以承受室10以外操作的片材35并收集在卷取輥29上。
該輕度壓實的薄膜原纖片材35按照傳統(tǒng)方式采用熱粘合法進行粘合，該方法類似于授予David(轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)的美國專利3,532,589中所公開的，并示于圖2中。按照該方法，來自供給輥40的未壓實薄膜-原纖片材35在熱粘合期間接受輕度的壓實，以防止粘合片材的收縮和彎卷。在片材抵著用導熱材料制成的大加熱鼓44進行粘合期間，利用柔性帶42壓實片材35。帶中的張力由輥筒46維持。該帶由加熱輥筒47和/或加熱板48預熱。鼓44的溫度基本上維持在等于或大于正在進行粘合的片材薄膜-原纖成分的熔融范圍上限。將加熱并粘合的片材52在不撤去帶的約束條件下從鼓44上轉(zhuǎn)移到冷卻輥49上，經(jīng)冷卻輥的冷卻，沿整個薄膜-原纖片材厚度方向上的溫度被降到低于片材在去掉約束時將會發(fā)生變形和收縮的溫度。輥筒50將粘合片材從帶42上取下，最后，片材被收集在收集輥54上。加熱鼓44和帶42的溫度，以及鼓44和帶42的轉(zhuǎn)速決定了片材粘合的程度。該片材可再穿過另一個類似圖2中所示的熱粘合裝置，其間讓片材的反面朝向加熱鼓，以便使片材的兩個面都形成硬的粘合表面。
或者，輕度壓實的薄膜-原纖片材35可借助從帶有凸浮雕的加熱輥與彈性輥之間穿過從而實現(xiàn)“點粘合”，正如授予Dempsey等人(轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)的美國專利3,478,141中所描述的。如要獲得較柔軟的閃紡片材，可將該點粘合片材通過一個“扣狀頂破并起縐裝置”使之變得柔軟如同授予Dempsey等人(轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)的美國專利3,427,376中所描述的。
閃紡工藝中所使用的典型聚合物是諸如聚乙烯和聚丙烯之類的聚烯烴。而主要由乙烯和丙烯單體單元組成的共聚物以及烯烴聚合物與共聚物的共混物，則也考慮可以按如上所述進行閃紡?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以按照如上所述的方法制造閃紡聚烯烴片材，而同時其中又摻入了少量沿整個聚合物分散的顏料。此種顏料，據(jù)發(fā)現(xiàn)，可提高閃紡片材的不透明度，特別是當片材接受較高程度的熱粘合時。還發(fā)現(xiàn)，將某種顏料分散到閃紡聚烯烴片材中使得此種片材上印出的內(nèi)容更容易用肉眼和電子掃描設(shè)備讀取。本申請人已分別采用白色和彩色這兩類顏料成功地制造出具備上述優(yōu)點的顏料著色的閃紡聚烯烴片材。
已發(fā)現(xiàn)，用于閃紡聚烯烴片材中效果特別好的白顏料是二氧化鈦。在開始按照上述方法進行閃紡之前在聚烯烴聚合物中加入少量二氧化鈦，據(jù)發(fā)現(xiàn)，可顯著提高粘合閃紡片材的不透明度。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，首先，制備聚烯烴聚合物與二氧化鈦的混合物，其中二氧化鈦占混合物的0.1％～10wt％，更優(yōu)選的占混合物的1％～5wt％。將該混合物與溶劑合在一起，在高的溫度和壓力下制成紡絲溶液。該紡絲溶液的壓力高于自生壓力，且優(yōu)選高于溶液的濁點壓力。該溶劑優(yōu)選具有0℃～150℃范圍的大氣壓沸點，選自烴類、氟代烴、氯化烴、氯氟烴、醇、酮、乙酸酯、氫氟醚、全氟醚以及環(huán)狀烴(具有5～12個碳原子)。溶液閃紡聚烯烴聚合物及共聚物乃至此種聚合物與共聚物的共混物使用的優(yōu)選溶劑包括三氯氟甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、環(huán)戊烷、戊烷、HCFC-141b及溴氯甲烷?？膳c這些溶劑配合使用的優(yōu)選共溶劑包括氟代烴，如HFC-4310mee；氫氟醚，如甲基(全氟丁基)醚；以及全氟化合物，如全氟戊烷和全氟-N-甲基嗎啉。該紡絲溶液隨后按如上所述閃紡方法并如圖1所示自紡絲孔中閃蒸紡出并沉積在移動帶上，從而成形為超細叢絲狀薄膜-原纖束。
二氧化鈦與聚烯烴混合物中的優(yōu)選聚烯烴是聚乙烯。二氧化鈦優(yōu)選以平均粒度小于0.5μm的顆粒形式加入到混合物中。首先，將二氧化鈦顆粒按以聚合物重量為基準10％～80wt％的加入量混煉到聚乙烯中，以制成母料。繼而，母料與高密度聚乙烯，優(yōu)選其190℃時的熔融指數(shù)在0.65～1.0g/10min且密度在0.940～0.965g/cc之間，進行摻混，使得二氧化鈦占到混合物重量的0.10％～10wt％。該聚乙烯與二氧化鈦的混合物，如上所述，在進行閃紡加工之前先與紡絲溶劑混合在一起。
本發(fā)明所使用的二氧化鈦顆粒通常為金紅石或銳鈦礦結(jié)晶形式的，且該顆粒通常采用氯化物法或硫酸鹽法制備。二氧化鈦顆粒還可包含用以改善顆粒耐久性或顆粒在聚合物中的分散性的成分。僅作為例子但不限于此，用于本發(fā)明的二氧化鈦可包含的添加劑和/或無機氧化物例如是鋁、硅或錫，乃至三乙醇胺、三羥甲基丙烷及磷酸鹽。優(yōu)選的是，二氧化鈦顆粒具有，以二氧化鈦重量為基準約0.1wt％～約5wt％的至少1種諸如硅烷或聚硅氧烷的有機硅化合物涂層，以便改善聚合物、二氧化鈦及紡絲介質(zhì)混合物的穩(wěn)定性。優(yōu)選的涂層是具有通式RxSi(R′)4-x的硅烷化合物，其中R是8～20個碳原子的不可水解脂族、環(huán)脂族或芳族基團；R′是選自烷氧基、鹵素、乙酸基或羥基或其混合物的可水解基團；x＝1～3。此種二氧化鈦顆粒更為全面地公開在PCT專利公開號WO 95/23192中，在此并入本文作為參考。在下面的實例1和2中所使用的二氧化鈦，是以噴涂上1wt％辛基三乙氧基硅烷的中和顏料金紅石二氧化鈦顆粒形式加入到聚合物中的。
由聚乙烯與二氧化鈦的超細叢絲狀薄膜-原纖構(gòu)成的閃紡片材，據(jù)發(fā)現(xiàn)，顯示出許多改進的性質(zhì)。例如，在片材最高的不透明度水平上，含有少量二氧化鈦的片材的脫層強度，比不加二氧化鈦的相同片材脫層強度有明顯提高。圖3是關(guān)于3種分別按照對比例1和實例1和2所述方法制備的片材的不透明度-脫層強度曲線圖。第一種片材(曲線62)沒有加二氧化鈦；第二種片材(曲線63)包含2.5wt％的硅烷涂層金紅石二氧化鈦；第三種片材(曲線64)包含5wt％的硅烷涂層金紅石二氧化鈦。從圖3可以看出，在不透明度等于93％的水平，不含二氧化鈦的片材的脫層強度為約125N/cm，然而含有2.5％二氧化鈦的片材的脫層強度則為約140N/cm，進而，含有5％二氧化鈦的片材的脫層強度便達到約165N/cm。雖然脫層強度約60N/cm的(所有的)輕度粘合片材，各自都維持在約98％的不透明度水平，然而，在約140N/cm的較高粘合脫層強度水平，含有5％二氧化鈦的片材能維持94％的不透明度，相比之下不含二氧化鈦的片材則只能維持89.5％的不透明度。這是因為，含有二氧化鈦的片材能夠承受較高程度的熱粘合而不發(fā)生不透明度的過分降低。
聚乙烯與少量二氧化鈦混合物閃紡制成的片材的另一個顯著優(yōu)點在于，在此種片材上印刷的內(nèi)容更容易辨認。例如，在摻入少量二氧化鈦制成的片材(實例1和2)上印出的條碼，遠比不加二氧化鈦制成的片材(對比例1)上印出的條碼更容易被條碼讀取機讀取。從圖4可以看出，摻入2.5％二氧化鈦(曲線67)或5％二氧化鈦(曲線68)制成的片材的條碼讀取性得分，比不含二氧化鈦制成的片材(曲線66)明顯地高出。在給定的粘合水平，5％二氧化鈦片材(實例1)的條碼讀取性得分比不含二氧化鈦片材(對比例1)的讀取性得分，平均高出78％。類似地，2.5％二氧化鈦片材(實例1)的條碼讀取性得分比不含二氧化鈦片材(對比例1)的讀取性得分，平均高出41％。據(jù)信，這種改善是由于2個因素造成的。第一個，含二氧化鈦片材的表面能夠反射更多的光，致使深色條紋與片材之間的反差(對比度)更為顯著。第二，由于含二氧化鈦片材能夠承受更高的熱粘合而不顯著損害不透明度，因此，這種片材表面可做得更為光滑、反射率更高，從而進一步提高了片材與印刷印跡之間的視覺反差。在讀取性方面的這種改善，當片材用于包裝、標簽或其他可能需要印上條碼的物品時，具有很大的優(yōu)點。
如果片材表面光滑，則粘合的超細叢絲狀片材就比較容易印刷。光滑的片材表面所需要的油墨遠比粗糙表面少，因為，前者不具有象粗糙或紋理表面那樣吸收過量油墨的坑洼和裂縫。印在光滑表面上的油墨停留在表面上，油墨在表面上能對印刷圖象的形成作出最大限度的貢獻。在光滑表面上生成圖象所需薄而均勻的油墨層干得更快，因此比起在粗糙或紋理表面上生成圖象所需較厚、均勻性較差的油墨層來，抗涂污能力更強。
粘合的超細叢絲狀片材原本并非光滑的，因為，此種片材是由彼此重疊沉積的高表面積超細纖維構(gòu)成的。為了在粘合的超細叢絲狀片材上獲得光滑、易印刷表面，可能需讓片材經(jīng)受較高溫度的粘合。還發(fā)現(xiàn)，高度可印刷光滑片材表面可通過讓粘合片材從光滑的軋光輥之間穿過來獲得。然而，當對超細叢絲狀片材施加高粘合溫度和/或粘合后進行軋光時，片材的不透明度就會降低。如上面所討論的，不透明度較小片材上印出的內(nèi)容比不透明度較大片材上印出的內(nèi)容在清晰度上差得多。因此，借助將表面做得較為光滑所獲超細叢絲狀片材的可印刷性方面的改善，由于不透明度的降低而大打折扣。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在用于閃紡超細叢絲狀片材的聚合物中加入少量諸如二氧化鈦之類顏料的另一個好處在于，該片材能夠在不犧牲不透明度的情況下進行粘合和/或軋光，以便使片材更為光滑、更容易印刷。正如從表8中的例子(對比例4、實例8及實例11)看出的，在用于制造閃紡超細叢絲狀片材的聚合物中加入二氧化鈦有助于片材在接受冷軋光以改善片材光潔度時保持較高的不透明度。類似地，表9中給出的例子(對比例5、實例9和實例12)顯示，加入二氧化鈦有助于超細叢絲狀片材在接受熱軋光以改善片材光潔度時保持較高的不透明度。還可以看出，實例8和11的加入了二氧化鈦的冷軋光片材(表8)和實例9和實例12的加入了二氧化鈦的熱軋光片材(表9)，二者的條碼讀取性均遠比不加二氧化鈦的片材(對比例4和5)要好。從實例13～21中可以看出，在超細叢絲狀片材中加入二氧化鈦所導致的片材在不透明度及條碼讀取性方面的改善，在一系列片材基重范圍都是明顯的。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，彩色顏料也可被用來改善粘合的閃紡超細叢絲狀薄膜-原纖片材的物理性質(zhì)。少量某些彩色顏料母料可增加閃紡片材的不透明度，改善片材對紫外光照射的穩(wěn)定性和/或改善片材的視覺均勻性。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，包含在聚合物中的彩色顏料母料被分散在準備進行閃紡的聚乙烯中。優(yōu)選的是，該母料是聚乙烯與彩色顏料的混合物，其中彩色顏料占母料的5％～60wt％。母料粒料(母粒)與聚乙烯粒料由失重加料機引入到溶液制備系統(tǒng)中，控制加料比例，使得顏料占到待閃紡聚合物的0.05％～5.0wt％。聚乙烯與彩色顏料的混合物與上面所描述的溶劑之一相混合，在高的溫度和壓力下形成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后按照如上所述并如圖1所示的閃紡方法從紡絲孔中閃紡出來并沉積形成超細叢絲狀薄膜-原纖片材。
用于閃紡的彩色顏料不應(yīng)是能與紡絲介質(zhì)起反應(yīng)的顏料。例如，在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定的彩色顏料，就不應(yīng)與通常在高密度聚乙烯閃紡中使用的三氯氟甲烷紡絲介質(zhì)組合使用。已發(fā)現(xiàn)在三氯氟甲烷紡絲介質(zhì)中不穩(wěn)定的此類彩色顏料之一就是Ampacet公司的群青藍(CI77007)。所使用的彩色顏料還必須是，在聚烯烴溶液閃紡期間通常施于紡絲溶液的高溫(例如對聚乙烯，是180℃～200℃)條件下不可降解的。重要的還有，彩色顏料不應(yīng)使聚合物失去穩(wěn)定性，不論在閃紡過程中抑或在作為最終片材產(chǎn)品期間。例如，用存在于無機配合物顏料中的過渡金屬制備的顏料，如鋇紅顏料，已發(fā)現(xiàn)能加速閃紡聚乙烯片材的氧化降解。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，加入了彩色顏料的粘合片材較之未加入顏料添加劑但其他完全相同的粘合片材具有優(yōu)越得多的不透明度。從圖5可以看出，用約0.4％藍色顏料制備的閃紡聚乙烯片材(曲線73)，如實例3中所描述的，或者用約1.64％紅色顏料制備的(曲線72)，如實例4中所描述的，即使在經(jīng)過蒸汽粘合使脫層強度高達125N/m之后仍具有維持高于98％的不透明度。對比例1中不加顏料片材的不透明度，在片材經(jīng)粘合達到125N/m的脫層強度后，降低到91％。圖5顯示，要在加顏料片材中達到高脫層強度，只需使用很少量的彩色顏料，同時不透明度幾乎沒有損失。
另一個令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是，在本發(fā)明顏料著色片材經(jīng)過熱粘合后閃紡顏料著色片材產(chǎn)品的片材顏色豐滿和顏色飽和度改善的程度。顏色飽和度是通常用來表征顏色的3項顏色屬性之一。在三維表色系統(tǒng)中，例如在顏色表示的孟塞爾(Munsell)系統(tǒng)中，顏色可用明度、色相和飽和度來規(guī)定。按照該系統(tǒng)，將明度從黑到白標記在豎軸上。色相沿著垂直于豎軸的方向標記，它對應(yīng)于圍繞豎軸的色相圓上的某一特定顏色。顏色的飽和度用與豎軸的距離表示。與從黑到白的豎軸相距越遠，則顏色灰度越小且被該純色色相飽和的程度越高。該顏色飽和度與色相無關(guān)，而是用無量綱數(shù)—彩度來表示。
從圖6中可以看出，用約0.4％藍顏料生產(chǎn)的閃紡聚乙烯片材的彩度(曲線76)，如實例3中所述；約1.64％紅顏料的(曲線77)，如實例4中所述；或者約1.0％黃顏料(曲線78)，如實例5中所述，它們對應(yīng)的彩度數(shù)值在粘合到約50N/m的較低脫層強度后，均增加20％～40％。這些片材的彩度數(shù)值，當片材粘合到脫層強度大于150N/m后，則比對應(yīng)的未粘合片材的彩度數(shù)值高出60％～105％。
還發(fā)現(xiàn)，用白色顏料、彩色顏料或者二者的某些組合制備的粘合閃紡聚乙烯片材，與對應(yīng)的不加顏料片材相比，看上去要均勻得多，其中超細叢絲狀纖網(wǎng)的漩渦花紋的顯露程度輕微得多。在許多最終用途中，這種較為均勻的外觀使得有可能使用較少聚合物制成基重較低的片材。
采用本發(fā)明所達到的性能改善在下面的非限定性實施例中將展示得更為清楚。
實施例在以上的說明以及下面的非限定性實施例中，采用如下測試方法確定給出的各項特征和性能。ASTM是指美國材料測試學會，TAPPI是指紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會。ISO是指國際標準化組織，而ANSI是指美國國家標準研究所。
基重，是按照ASTM D-3776測定(在此將該方法并入本文作為參考)，并以g/m2為單位給出。下面實施例中給出的基重，每一項均系根據(jù)對片材進行至少12次測定的平均值得出的。
片材樣品的脫層強度，是采用恒定伸長速率拉伸試驗機，如英斯特朗(Instron)臺式拉伸試驗機測定的。1.0英寸(2.54cm)×8.0英寸(20.32cm)的樣品，通過在其斷面用手插入銳器以引發(fā)分離和脫層并揭開約1.25英寸(3.18cm)(的長度)。(初始)揭開后的樣品兩面(分別)被固定在間距設(shè)定在1.0英寸(2.54cm)的試驗機夾具上。啟動試驗機，滑動橫梁以5.0英寸/分(12.7cm/min)的速度移動。消除松弛，即，滑動橫梁移動約0.5英寸之后，電腦開始讀取力的讀數(shù)。使樣品脫層(沿界面剝離—譯注)達約6英寸(15.24cm)，其間，共讀取3000個力的讀數(shù)，并求平均值。平均脫層強度是平均力除以樣品寬度，并以N/cm為單位表示。該試驗大致按照ASTM D 2724-87的方法進行，在此將該方法并入本文作為參考。下面實施例中給出的基重，每一項均系根據(jù)對片材進行至少12次測定的平均值得出的。
不透明度，是按照TAPPI T-425 om-91測定的，在此并入本文作為參考。不透明度是，來自襯黑色背景的單張片材的反射率與來自白色背景標準的反射率的比值，并表示為百分數(shù)。下面實施例中給出的不透明度，每一項均系根據(jù)對片材進行至少6次測定的平均值得出的。
印刷質(zhì)量，是按照ANSI X3.182-1990測定的，在此并入本文作為參考。該試驗測定條碼的印刷質(zhì)量，以便評價條碼讀取性。該試驗評估條碼符號的反差(對比度)、調(diào)制、疵點及可解碼性，并對每一類的性能別作出A、B、C、D和F(不合格)不同等級的評定。反射率和邊緣對比度之類的附加性能類別則按照合格/不合格的標準評定。樣品的綜合等級是以上類別中任何一個所得到的等級中最低的。下面實施例中給出的條碼質(zhì)量數(shù)值代表80次掃描的平均值，其中等級A＝4，等級B＝3，等級C＝2，等級D＝1，等級F＝0。就每一個樣品而言，對樣品上印出的8種不同條碼各掃描10次，總共掃描80次。ANSI等級是按下表評定的
該試驗采用代碼39符號表示法條碼，其窄條碼寬度為0.0096英寸(0.0244cm)，用Intermec4400印刷機(俄亥俄州辛辛那提市的Intermec公司制造)以及熱轉(zhuǎn)移色帶B110A(日本Ricoh電子公司制造)進行印刷。檢驗(讀取)是采用PSC Quick Check200掃描儀進行的(660nm波長，6密耳狹縫)，由攝影(Photographic)科學公司制造(Webster，紐約)。
熔融指數(shù)，按照ASTM D-1238-90A測定并以g/10min(在190℃用2.16、5或21.6kg荷重)為單位表示。
彩度，是按照孟塞爾(Munsel)系統(tǒng)顏色表示法的顏色飽和度的無量綱測定值。彩度值越高，表明顏色越豐富、越純，無論顏色的色相是什么。彩度是采用MacBeth 2020型積分球分光光度計(MacBeth分部，Kollmorgen公司，Newburgh，紐約)測定的。
片材厚度，是采用ASTM方法D 1777測定的并以微米為單位給出的，在此并入本文作為參考。
片材光潔度，是采用L&W PPS試驗儀(通常所說的帕克式測試儀)測定的，該儀器系由Lorentzen & Wettre公司制造(瑞典)。試驗是按照標準方法TAPPI T 555和ISO 8781-4測定的，在此將該方法并入本文作為參考。按照該測試方法，片材的光潔度或粗糙度的測量過程包括將帕克式測試儀測定的測量環(huán)壓在被測量的片材上。一股受控的壓縮空氣注入到一側(cè)朝向被測片材敞開的環(huán)內(nèi)腔中。從環(huán)下方穿過的空氣進入到一側(cè)朝向被測片材敞開的環(huán)外腔中。測量收集在外腔中的空氣量隨時間變化的情況并利用該測量結(jié)果計算出片材的表面粗糙度(或光潔度)，以微米為單位。
拉伸強度，按照ASTM D 5035-90測定，在此將該標準并入本文作為參考，其中做了如下修改。在該試驗中，將2.54cm×20.32cm(1英寸×8英寸)的樣品沿其相對的2端夾牢。夾在樣品上的夾子彼此相距12.7cm(5英寸)。以5.08cm/min(2英寸/分)的速度勻速地拉伸樣品，直至樣品斷裂。以N/cm為單位記錄斷裂時刻的力并作為拉伸斷裂強度。
片材斷裂伸長，是在條狀樣品拉伸試驗中片材斷裂前伸長程度的測量值。1.0英寸(2.54cm)寬的樣品，固定在諸如英斯特朗(Instron)臺式拉伸試驗儀之類勻速拉伸測試機的夾子之間，夾子間距設(shè)定在5.0英寸(12.7cm)。在滑動橫梁速度為2.0英寸/分(5.08cm/min)的條件下對樣品施加連續(xù)增加的載荷，直至破壞。測量結(jié)果用拉伸破壞前拉長的百分數(shù)表示。該試驗大致按照ASTM D5035-90進行。
埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂強度，是測定使撕裂切口在片材中蔓延所需要的力。通過測定將片材撕裂一個固定的距離所做的功來確定在片材中維持持續(xù)的舌型撕裂所需要的平均力。測試儀由扇形擺組成，擺上帶有夾子，當擺處于升起的初始位置，即，位能最高時，該夾子與固定夾子正好對齊。樣品固定在夾子中，通過在2個夾子之間的樣品上切開一個小口以引發(fā)樣品的撕裂。松開擺，于是樣品隨著動夾脫離定夾運動而被撕裂。埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂強度，以牛頓為單位，按照如下標準方法測定ASTM D 5035-90，在此并入本文作為參考。下面實施例中給出的撕裂強度數(shù)值，每一個均為對片材進行至少12次測定的平均值。
古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率，是片材透氣性的度量。具體地說，它測定在維持一定壓力梯度的條件下，一定體積的氣體透過一定面積片材所需要的時間。古爾勒希耳(Gurley-Hill)孔隙率是按照ASTMD726-84，采用Lorentzen & Wettre Model 121D密度計(Densometer)測定的。該試驗測定100cm3空氣在大約4.9英寸水柱壓力作用下透過1英寸直徑樣品所需要的時間。結(jié)果用秒表示，并常常被稱作古爾勒(Gurley)秒數(shù)。對比例1由溶液閃紡制備超細叢絲狀聚乙烯，該溶液由18.7％線型高密度聚乙烯和81.3％紡絲介質(zhì)組成，后者又由32％環(huán)戊烷及68％正戊烷組成。聚乙烯的熔融指數(shù)(MI)是0.70g/10min(190℃，2.16kg重)；熔體流動比{MI(190℃，2.16kg重)/MI(190℃，21.6kg重)}為34；密度，0.96g/cc。該聚乙烯系由Lyondell石油化學公司(休斯敦，得克薩斯)獲得，商品名ALATHON。ALATHON是Lyondell石油化學公司目前注冊的一個商標。溶液在連續(xù)混合裝置中制備，并在185℃的溫度和約13.8MPa(2000磅/英寸2)的壓力下通過加熱輸送管線輸送到由6個紡絲部位組成的陣列。每個紡絲部位均帶有降壓腔，在此，溶液壓力降低到約6.2MPa(900磅/英寸2)。由每個降壓腔排出的溶液經(jīng)過0.871mm(0.0343英寸)紡絲孔進入到維持在近似大氣壓和約50℃溫度的區(qū)域。通過每個紡絲孔的溶液流率為約106kg/h(232磅/時)。溶液按如上所述閃紡為超細叢絲狀薄膜-原纖，然后沉積在移動帶上，經(jīng)壓實，繼而以蓬松壓實的片材形式收集在卷取輥上。
該片材從帕麥爾(Palmer)粘合機的移動帶與直徑約5英尺的旋轉(zhuǎn)、加熱的光滑金屬鼓之間通過，從而被粘合。帕麥爾(Palmer)粘合機粘合片材的方式類似于圖2中所示的粘合機。金屬鼓以壓力蒸汽加熱，鼓的粘合溫度借助調(diào)節(jié)鼓內(nèi)蒸汽壓力進行控制。壓力蒸汽將鼓的粘合表面加熱到約133℃～137℃。根據(jù)要求的粘合程度，利用蒸汽壓力調(diào)節(jié)鼓的溫度。粘合片材的不透明度、脫層強度及條碼讀取性載于表1中。
表1<
實例1在該實例中，對比例1的聚乙烯按照類似于對比例1中所描述的條件進行閃紡，所不同的是，聚乙烯與溶劑混合之前向聚乙烯中加入二氧化鈦。母料是通過將R104型中和的金紅石二氧化鈦按聚合物重量50％的摻入比混煉到線型低密度聚乙烯中而制成的，該聚乙烯的熔融指數(shù)為3.0g/10min(190℃)；密度為0.917g/cc。二氧化鈦的平均粒度為約0.5μm，表面噴涂了1％(以二氧化鈦重量計)辛基三乙氧基硅烷。該母料是以粒料形式從Ampacet公司(Tarrytown，紐約)按商品名Pigment White 6(CI 77891)獲得的。該母粒隨后與一定數(shù)量對比例1中使用的高密度聚乙烯一起進行轉(zhuǎn)筒混合。所獲得的混合物由95％聚乙烯與5％金紅石二氧化鈦組成。將該混合物按與對比例1相同的比例加入到對比例1的溶劑中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例1相同的條件下進行閃紡，生產(chǎn)出壓實的片材。該片材在與對比例1中所述相同的帕麥爾(Palmer)粘合機上進行熱粘合。粘合片材的不透明度、脫層強度及條碼讀取性載于表2中。
表2
實例2在該實例中，聚乙烯按照類似于實例1中所描述的條件進行閃紡，所不同的是，二氧化鈦與線型低密度聚乙烯的混合物由97.2％聚乙烯與2.5％金紅石二氧化鈦組成。該混合物按與實例1中所描述的相同方式制備。制成的混合物按照與對比例1和實例1相同的比例加入到該二例中所使用的溶劑中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例1和實例1相同的條件下進行閃紡，生產(chǎn)出壓實的片材。該片材在與對比例1中所述的帕麥爾(Palmer)粘合機上進行熱粘合。粘合片材的不透明度、脫層強度及條碼讀取性載于表3中。
表3
實例3在該實例中，對比例1的聚乙烯按照類似于對比例1中所描述的條件進行閃紡，所不同的是，聚乙烯與溶劑混合之前在聚乙烯中加入藍色顏料。由聚乙烯與藍色顏料組成的母料是按如下方法制備的顏料藍15(CI74160)按聚合物20％的摻入比混煉到線型低密度聚乙烯中，該聚乙烯的熔融指數(shù)為2.0g/10min(190℃)；密度，0.924g/cc。該母料是以粒料形式從Ampacet公司(Tarrytown，紐約)按商品名BluePE590547獲得的。該母粒隨后與一定數(shù)量對比例1中使用的高密度聚乙烯一起進行轉(zhuǎn)筒混合。所獲得的混合物由99.6％聚乙烯與0.4％顏料藍15組成。將該混合物按與對比例1相同的比例加入到對比例1的溶劑中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例1相同的條件下進行閃紡，生產(chǎn)出壓實的片材。該片材在與對比例1中所述的帕麥爾(Palmer)粘合機上進行熱粘合。粘合片材的不透明度、脫層強度及彩度等性能載于表4中。
表4
實例4在該實例中，對比例1的聚乙烯按照類似于對比例1中所描述的條件進行閃紡，所不同的是，聚乙烯與溶劑混合之前在聚乙烯中加入紅色顏料。由聚乙烯與紅色顏料組成的母料是按如下方法制備的29％顏料紅53(CI15585)、12％顏料紅48(CI15865)及9％顏料白6(CI77891)與50％線型低密度聚乙烯一起混煉，該聚乙烯的熔融指數(shù)為8.0g/10min(190℃)；密度，0.918g/cc。該母料是以粒料形式從Ampacet公司(Tarrytown，紐約)按商品名Red PE 15151獲得的。該母粒隨后與一定數(shù)量對比例1中使用的高密度聚乙烯一起進行轉(zhuǎn)筒混合。所獲得的混合物由98％聚乙烯與1.16顏料紅53、0.48％顏料紅48和0.36％顏料白6組成。將該混合物按與對比例1相同的比例加入到對比例1的溶劑中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例1相同的條件下進行閃紡，生產(chǎn)出壓實的片材。該片材在與對比例1中所述的帕麥爾(Palmer)粘合機上進行熱粘合。粘合片材的不透明度、脫層強度及彩度等性能載于表5中。
表5
實例5在該實例中，對比例1的聚乙烯按照類似于對比例1中所描述的條件進行閃紡，所不同的是，聚乙烯與溶劑混合之前在聚乙烯中加入黃色顏料。由聚乙烯與黃色顏料組成的母料是按如下方法制備的24％顏料黃138(CI 56300)、6％顏料白6(CI 77891)及1％顏料黃110(CI 56280)，與69％線型低密度聚乙烯一起混煉，該聚乙烯的熔融指數(shù)為20.0g/10min(190℃)；密度，0.920g/cc。該母料是以粒料形式從Ampacet公司(Tarrytown，紐)按商品名Safty Yellow 430191獲得的。該母粒隨后與一定數(shù)量對比例1中使用的高密度聚乙烯一起進行轉(zhuǎn)筒混合。所獲得的混合物由98.76％聚乙烯與0.96顏料黃138、0.24％顏料白6及0.04％顏料黃110組成。將該混合物按與對比例1相同的比例加入到對比例1的溶劑中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例1相同的條件下進行閃紡，生產(chǎn)出壓實的片材。該片材在與對比例1中所述的帕麥爾(Palmer)粘合機上進行熱粘合。粘合片材的不透明度、脫層強度及彩度等性能載于表6中。
表6
實例6由溶液閃紡制成超細叢絲狀聚乙烯，該溶液由聚乙烯與三氯氟甲烷組成。該聚乙烯為高密度聚乙烯，其熔融指數(shù)(MI)是0.74g/10min(190℃，2.16kg重)；熔體流動比{MI(190℃，2.16kg重)/MI(190℃，21.6kg重)}為42；密度，0.955g/cc。該聚乙烯系由Lyondell石油化學公司(休斯敦，得克薩斯)獲得，商品名ALATHON7026T。
聚乙烯加入到三氯氟甲烷溶劑中之前，在聚乙烯中加入黑色顏料。母粒由Ampacet公司按商品名Black PE460637獲得，由聚乙烯與黑色顏料組成?；鞜捔嫌?0％顏料黑7(CI 77226)及90％高密度聚乙烯組成，該聚乙烯的熔融指數(shù)為0.7g/10min(190℃)；密度，0.955 g/cc。該母粒隨后與一定數(shù)量上面一段所描述的高密度聚乙烯一起轉(zhuǎn)筒混合。所獲得的混合物由99.9％聚乙烯及0.1％顏料黑7組成。將該混合物加入到三氯氟甲烷溶劑中制成由11％顏料著色聚乙烯與89％溶劑組成的紡絲溶液。該紡絲溶液是在連續(xù)混合裝置中制備的，并在190℃的溫度和約13.8MPa(2000磅/英寸2)的壓力下通過加熱輸送管線輸送到降壓腔，在此，溶液壓力降低到約8.1MPa(1180磅/英寸2)。由降壓腔排出的溶液經(jīng)過排列成直線陣列的1.67mm(0.0656英寸)紡絲孔之一進入到維持在近似大氣壓和49℃溫度的區(qū)域。通過每個紡絲孔的溶液流率為約647kg/h(1427磅/時)。溶液按如上所述閃紡為超細叢絲狀薄膜-原纖，然后，沉積在移動帶上，經(jīng)壓實形成片材，繼而收集在卷取輥上。
接著，蓬松壓實的片材接受壓花和熱粘合。片材以約203°的包角包裹著20英寸(50.8cm)第一轉(zhuǎn)動壓花輥前進，該輥筒由熱油加熱到160℃～190℃之間的溫度，且表面上刻有細密亞麻布花紋。片材從第一加熱壓花輥與彈性砧輥之間形成的1.25英寸(3.18mm)的輥隙、在600磅/英寸2(4.14kPa)的壓力下通過。接著，片材以約203°的包角繞著20英寸(50.8cm)的第二轉(zhuǎn)動壓花輥前進，該壓花輥由熱油加熱到160℃～190℃的溫度，且表面上刻有小凸起條紋的圖案。片材從第二加熱壓花輥與彈性砧輥之間形成的1.25英寸(3.18mm)的輥隙、在600磅/英寸2(4.14kPa)的壓力下通過，然后，轉(zhuǎn)移到針刺柔軟處理設(shè)備上。該針刺柔軟處理設(shè)備包括2付，每付由2個14英寸(35.57mm)直徑的輥筒組成，輥筒表面遍布著0.040英寸(0.102mm)直徑的針，排成每0.125英寸(0.318mm)見方上1根的圖案。粘合并壓花的片材從每付針輥之間穿過。針輥的設(shè)置是這樣的每付輥的一個輥上的針刺入同一付輥的另一個輥的針之間，其中針的咬合(彼此插入)深度一般為約0.045英寸(0.102mm)。粘合并柔軟處理的片材具有如下性能基重 40.7g/m2不透明度 100％彩度 1.0對比例2在該實例中，實例6的聚乙烯在實例6中所描述的條件下進行閃紡，所不同的是，聚乙烯與溶劑混合之前不加入顏料。粘合并柔軟處理的片材具有如下性能基重 40.7g/m2不透明度 96.0％彩度 0.4對比例3～5由聚乙烯與三氯氟甲烷紡絲介質(zhì)組成的溶液閃紡制成超細叢絲狀聚乙烯薄膜-原纖。該聚乙烯是高密度聚乙烯，熔融指數(shù)為2.3g/10min(190℃，5kg重)；熔體流動比{MI(190℃，21.6kg重)/MI(190℃，5kg重)}為11；密度，0.956g/cc。該聚乙烯系由Hostalen公司(法蘭克福，德國)獲得，商品名HOSTALEN。
將聚乙烯以粒料形式加入到三氯氟甲烷紡絲介質(zhì)中制成由11.4％聚乙烯與88.6％紡絲介質(zhì)組成的紡絲溶液。該溶液是在連續(xù)混合裝置中制備的，然后在181℃的溫度和約13.3MPa(1925磅/英寸2)壓力下通過加熱輸送管線輸送到降壓腔，在此，溶液壓力降低到約6.3MPa(914磅/英寸2)。由降壓腔排出的溶液經(jīng)過64個排列成直線陣列的1.43mm(56.2密耳)紡絲孔之一進入到維持在近似大氣壓和42℃的區(qū)域。通過每個紡絲孔的溶液流率為約440kg/h(965磅/時)。溶液按如上所述閃紡為超細叢絲狀薄膜-原纖，然后，沉積在移動帶上，壓實形成2.92m(115英寸)寬的片材，繼而收集在卷取輥上。片材的基重是通過調(diào)節(jié)供超細叢絲狀材料鋪網(wǎng)(沉積)的金屬絲帶速度(線速度)進行調(diào)節(jié)的。
接著，蓬松壓實的片材進行熱粘合。該壓實片材的每一面是采用大的鼓式(2.7m直徑)粘合機進行全面熱粘合的，該粘合機類似于授予David美國專利3,532,589中所描述的。粘合鼓用蒸汽加熱，調(diào)節(jié)蒸汽壓力和片材速度，以便獲得約0.79N/cm(0.45磅/英寸)的片材脫層強度。對比例3～5的片材基重為約74.2g/m2(2.2盎司/平方碼)，是在片材速度為130m/min和粘合機蒸汽壓力505kPa(73.2磅/英寸2)的條件下粘合的。對粘合片材的每一面以0.0210～0.0244瓦-分/平方英尺的瓦特密度實施電暈處理以改善油墨對片材的粘附性，施涂水溶液形式的抗靜電處理劑丁基硫酸酯鉀(ZELEC-TY，杜邦公司出售)并以熱空氣干燥至45mg/m2的基重。
對比例3的片材不經(jīng)進一步處理就接受測試。對比例4的粘合片材被切割成60英寸(1.52m)寬的卷材，然后接受冷軋光。對比例5的粘合片材接受熱軋光。
冷軋光是在Beloit Super軋光機上進行的，該設(shè)備備有18英寸(45.7cm)直徑鋼輥筒，輥溫維持在100°F(37.8℃)。鋼輥筒的表面粗糙度為約20微英寸(0.51μm)。片材以較光滑的一側(cè)(粘合期間朝向第二粘合鼓的那側(cè))朝向鋼輥筒，包卷在鋼輥筒上。然后，片材從鋼輥筒與90肖爾D硬度的硬填充棉砧輥之間的軋光機輥隙通過。輥隙壓力維持在580磅/線英寸(1015.7N/線cm)。朝向鋼輥筒的軋光片材這一側(cè)是進行光潔度測定并印有條碼以進行條碼讀取試驗的一側(cè)。
熱軋光是在B.F.Perkins公司(Roehlen工業(yè)公司的一個分部，Rochester，紐約)制造的熱軋光印刷機上完成的，該機備有24英寸(61cm)直徑鋼輥筒，輥溫維持在275°F(135℃)。鋼輥筒的表面粗糙度為約8微英寸(0.20μm)。該片材以較光滑的一側(cè)(粘合期間朝向第二粘合鼓的那側(cè))朝向鋼輥筒，包卷在鋼輥筒上。然后，片材從鋼輥筒與90肖爾D硬度的彈性橡膠砧輥之間的軋光機輥隙通過。輥隙壓力維持在500磅/線英寸(875.6N/線cm)。朝向鋼輥筒的軋光片材這一側(cè)是進行光潔度測定并印有條碼以進行條碼讀取試驗的一側(cè)。
在例3～5的每種粘合片材上印刷如上面所述印刷質(zhì)量測試方法中所描述的條碼圖案。這些片材還按照如上所述的測試方法進行了強度、伸長、不透明度及頂破強度的試驗。未軋光片材(對比例3)的片材性能載于下表7中。冷軋光片材(對比例4)的片材性能載于下表8中。熱軋光片材(對比例5)的片材性能載于下表9中。實例7～12在實例7～12中，聚乙烯超細叢絲狀薄膜原纖片材的閃紡和粘合方法與對比例3～5所描述的基本相同，所不同的是，在聚乙烯與溶劑混合之前在聚乙烯中加入實例1的二氧化鈦。
在實例7～9中，母料是通過將R104型中和金紅石二氧化鈦按照聚合物重量50％的摻入比混煉到對比例3～5中的高密度聚乙烯中制成的。該母料是以粒料的形式從Ampacet Europe S.A.(Messancy，比利時)按商品名White HDPE MB 510710獲得的。該母粒隨后與對比例3～5的聚乙烯一起轉(zhuǎn)筒混合，形成由96％聚乙烯與4％金紅石二氧化鈦組成的混合物。將該混合物按照與對比例3～5相同的比例加入到對比例3～5的紡絲介質(zhì)中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例3～5相同的條件下進行閃紡，所不同的是，降壓腔中的壓力稍稍提高到6.4MPa(928磅/英寸2)，從而生產(chǎn)出壓實片材。
在實例10～12中，母料是通過將R104型中和金紅石二氧化鈦按照聚合物重量50％摻入比混煉到對比例3～5中的高密度聚乙烯中制成的。該母料是以粒料的形式從Ampacet Europe S.A.(Messancy，比利時)按商品名White HDPE MB 510710獲得的。該母粒隨后與對比例3～5的聚乙烯一起轉(zhuǎn)筒混合，形成由92％聚乙烯與8％金紅石二氧化鈦組成的混合物。將該混合物按照與對比例3～5相同的比例加入到對比例3～5的紡絲介質(zhì)中制成紡絲溶液。該紡絲溶液隨后在與對比例3～5相同的條件下進行閃紡，所不同的是，降壓腔中的壓力稍稍提高到6.5MPa(943磅/英寸2)，從而生產(chǎn)出壓實片材。
實例7～12的壓實片材按照對比例3～5中所描述的方法進行熱粘合。實例7的粘合片材不經(jīng)進一步處理就接受測試。實例8的粘合片材被切割成60英寸(1.52m)寬的卷材，然后按對比例4中所描述的那樣進行冷軋光。實例9的粘合片材按對比例5中所述接受熱軋光。實例7的未軋光片材的片材性能載于下表7中。實例8的冷軋光片材的片材性能載于下表8中。實例9的熱軋光片材的片材性能載于下表9中。
實例10的粘合片材不經(jīng)進一步處理就接受測試。實例11的粘合片材被切割成60英寸(1.52m)寬的卷材，然后按對比例4中所描述的那樣進行冷軋光。實例12的粘合片材按對比例5中所述接受熱軋光。實例10的未軋光片材的片材性能載于下表7中。實例11的冷軋光片材的片材性能載于下表8中。實例12的熱軋光片材的片材性能載于下表9中。
表7不軋光對比例3實例7實例10聚乙烯中TiO2wt％ 0 48軋光條件鋼輥筒溫度(℃) - --輥隙壓力(N/線cm)- --片材速度(m/min) - --物理性能基重(g/m2) 78.0 74.6 66.1厚度(μm) 188183 170光潔度-帕克式(Parker)測試儀(μm)5.82 5.84 5.31古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率(秒) 22.5 18.1 15不透明度(％)92.8 95.3 95.2脫層(N/m) 91 123 100拉伸強度，縱向(N/cm)82.7 76.7 75.5拉伸強度，橫向(N/cm)115.8 99.6 82.8伸長，縱向(％) 24.8 25.9 30.7伸長，橫向(％) 31.7 30.5 31.4埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，縱向(N/m)154126 77埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，橫向(N/m)201124 140條碼讀取性符號對比度(％) 90/89 86/8485/84邊緣對比度(％) 41/41 50/5353/52調(diào)制(％)45/46 58/6362/64可解碼性(％)60/57 62/6360/61疵點(％)19/18 19/1923/21總ANSI等級 D/DC/B C/C
表8冷軋光對比例4 實例8 實例11聚乙烯中TiO2wt％ 0 4 8軋光條件鋼輥筒溫度(℃) 37.837.8 37.8輥隙壓力(N/線cm)1015.7 1015.71015.7片材速度(m/min) 152.4 152.4 152.4物理性能基重(g/m2) 78.371.9 74.6厚度(μm) 132 127 119光潔度-帕克式(Parker)測試儀(μm)3.413.27 2.72古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率(秒) 82.347.3 31.3不透明度(％)92 93.7 94.8脫層(N/m) 100 123 81拉伸強度，縱向(N/cm)90.5101.6 83.5拉伸強度，橫向(N/cm)104.4 87.9 88.4伸長，縱向(％) 26.928.2 27.3伸長，橫向(％) 29.132.2 29.1埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，縱向(N/m)168 105 68埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，橫向(N/m)162 129 138條碼讀取性符號對比度(％) 80 8382邊緣對比度(％) 37 5557調(diào)制(％) 46 6569可解碼性(％) 55 6564疵點(％) 20 2021總ANSI等級 D B C
表9熱軋光對比例5 實例9 實例12聚乙烯中TiO2wt％04 8軋光條件鋼輥筒溫度(℃) 135 135 135輥隙壓力(N/線cm) 875.6875.6 875.6片材速度(m/min) 114.3114.3 114.3物理性能基重(g/m2) 78.0 71.266.1厚度(μm)154 147 130光潔度-帕克式(Parker)測試儀(μm) 3.22 3.3 3.38古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率(秒)29.9 34.137.8不透明度(％) 90.6 92.495.5脫層(N/m)84 123 84拉伸強度，縱向(N/cm) 91.8 84.978.5拉伸強度，橫向(N/cm) 93.5 99.880.0伸長，縱向(％) 25.9 25.232.2伸長，橫向(％) 37.4 32.730.1埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，縱向(N/m) 152 109 130埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，橫向(N/m) 193 121 130條碼讀取性符號對比度(％) 87 85 85邊緣對比度(％) 43 55 58調(diào)制(％) 49 64 68可解碼性(％) 59 61 62疵點(％) 18 19 19總ANSI等級 DB B實例13～21由聚乙烯與三氯氟甲烷紡絲介質(zhì)組成的溶液閃紡制成超細叢絲狀聚乙烯薄膜-原纖。該聚乙烯是高密度聚乙烯，熔融指數(shù)為2.3g/10min(190℃，5kg重)；熔體流動比{MI(190℃，21.6kg重)/MI(190℃，5kg重)}為11；密度，0.956g/cc。該聚乙烯系由Hostalen公司(法蘭克福，德國)獲得，商品名HOSTALEN。
將實例1的二氧化鈦在聚乙烯與紡絲介質(zhì)混合之前加入到聚乙烯中。母料是通過將R104型中和金紅石二氧化鈦按照聚合物重量50％摻入比混煉到對比例3～5中的高密度聚乙烯中制成的。該母料是以粒料的形式從Ampacet Europe S.A.(Messancy，比利時)按商品名WhiteHDPE MB 510710獲得的。該母粒隨后與對比例3～5的聚乙烯一起轉(zhuǎn)筒混合，形成由96％聚乙烯與4％金紅石二氧化鈦組成的混合物。將該混合物按照與對比例3～5相同的比例加入到對比例3～5的紡絲介質(zhì)中制成紡絲溶液(11.4％聚乙烯/二氧化鈦混合物及88.6％紡絲介質(zhì))。該紡絲溶液隨后在與對比例3～5相同的條件下進行閃紡，所不同的是，降壓腔中的壓力稍稍提高到6.4MPa(928磅/英寸2)，從而生產(chǎn)出壓實片材。片材的基重通過調(diào)節(jié)用于沉積超細叢絲狀材料的移動帶速度(線速度)進行調(diào)節(jié)。
接著，蓬松壓實的片材進行熱粘合。該壓實片材的每一面采用大的鼓式(2.7m)粘合機進行全面熱粘合的，該粘合機類似于授予David美國專利3,532,589中所描述的。粘合鼓用蒸汽加熱，調(diào)節(jié)蒸汽壓力和片材速度，以便獲得約0.79N/cm(0.45磅/英寸)的片材脫層強度。實例13～21的片材在下列條件下進行粘合實例 目標基重 片材速度 粘合輥蒸汽壓力13，14 54g/m2160m/min500kPa15，16 63g/m2140m/min500kPa17，18，19 75g/m2130m/min505kPa20，21 102g/m2110m/min545kPa對粘合片材的每一面以0.0210～0.0244瓦-分/平方英尺的瓦特密度實施電暈處理以改善油墨對片材的粘附性，施涂水溶液形式的抗靜電處理劑丁基硫酸酯鉀(ZELEC-TY，杜邦公司出售)并以熱空氣干燥至45mg/m2的基重。
實例13、15、17和20的粘合片材不經(jīng)進一步處理就進行測試。實例14、16、18和21的粘合片材被切割成60英寸(1.52m)寬的卷材，然后按對比例4中所描述的那樣進行冷軋光。實例19的粘合片材按對比例5中所述接受熱軋光。實例13～21的每一種粘合片材均印刷上按上面印刷質(zhì)量測試方法中所述的條碼圖案。又，按照前面所述方法測定各種片材的強度、伸長、不透明度及頂破強度。片材性能載于下表10中。
表10實例13 14 15 16基重(g/m2) 53.253.6 63.1 62.7聚乙烯中TiO2wt％ 4 4 4 4線速度(m/min) 335 335290290軋光條件軋光機類無 冷 無 冷鋼輥筒溫度(℃) - 37.8 - 37.8輥隙壓力(N/線cm)- 1015.7 - 1015.7(片材)線速度(m/min) - 152.4 - 152.4物理性能厚度(μm) 138 116145117光潔度-帕克式(Parker)測試儀(μm)5.6 3.75.59 3.56古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率(秒) 8.0 17.0 11.9 15.4不透明度(％)93.190.4 93.9 93.5脫層(N/m) 92.880.6 82.3 91.1拉伸強度，縱向(N/cm)56.054.6 67.6 74.8拉伸強度，橫向(N/cm)60.260.1 82.5 80.6伸長，縱向(％) 22.7 28.8伸長，橫向(％) 25.7 29.4埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，縱向(N/m)99.8126.1 98.1 136.6埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，橫向(N/m)131.3 134.8 127.8 133.1條碼讀取性符號對比度(％) 83 81 84 82邊緣對比度(％) 44 51 44 52調(diào)制(％)53 62 52 63可解碼性(％)60 60 54 64疵點(％)20 17 21 19總ANSI等級 CB C B
表10(續(xù))實例 1718 19 20 21基重(g/m2) 71.5 72.9 69.6 97.698.3聚乙烯中TiO2wt％ 4 44 4 4線速度(m/min) 258 258 258190 190軋光條件軋光機類型無冷 熱 無 冷鋼輥筒溫度(℃)- 37.8 135- 37.8輥隙壓力(N/線cm) - 1015.7 875.6 - 1015.7(片材)線速度(m/min) - 152.4114.3 - 152.4物理性能厚度(μm) 168 137 147218 157光潔度-帕克式(Parker)測試儀(μm) 5.57 3.82 3.36.274.28古爾勒希耳(Gurley Hill)孔隙率(秒) 16.1 27.3 34.1 20.452不透明度(％) 95.4 94.9 92.4 97.492.1脫層(N/m) 91.1 87.6 122.6 91.1148.9拉伸強度，縱向(N/cm) 76.0 80.9 84.9 110.6 116.8拉伸強度，橫向(N/cm) 94.9 94.9 99.8 134.1 132.0伸長，縱向(％) 26.7 25.2 34.0伸長，橫向(％) 33.2 32.7 33.2埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，縱向(N/m) 101.6 162.9108.6 122.6 147.1埃爾曼多夫(Elmendorf)撕裂，橫向(N/m) 126.1 169.9120.8 152.4 166.4條碼讀取性符號對比度(％)8586 85 87 87邊緣對比度(％)4756 55 45 55調(diào)制(％) 5464 64 51 63可解碼性(％) 5965 61 51 64疵點(％) 2119 19 20 18總ANSI等級C BB C B
雖然在上面的說明中已就本發(fā)明特定實施方案做了描述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，能夠在本發(fā)明的基礎(chǔ)上作出許多修改、代換和重新安排，這些都不偏離本發(fā)明的精神和根本屬性。關(guān)于本發(fā)明指明的范圍，應(yīng)參閱所附權(quán)利要求，而不是以上的說明正文。
權(quán)利要求
1.一種非織造纖維片材，該片材是由聚烯烴聚合物與顏料的連續(xù)長度的粘合的超細叢絲狀原纖束構(gòu)成的，其中聚烯烴占原纖束的至少90wt％，而顏料占原纖束的0.05％～10wt％，該片材具有小于85g/m2的基重；至少60N/m的脫層強度；以及其不透明度為當片材的脫層強度小于120N/m時，至少是95％，而當片材的脫層強度在120N/m～150N/m之間時，至少是90％，進而，當脫層強度大于150N/m時，至少是80％。
2.權(quán)利要求1的片材，其中該片材的脫層強度至少是100N/m。
3.權(quán)利要求2或權(quán)利要求18的片材，其中所述聚烯烴聚合物選自聚乙烯、聚丙烯以及主要由乙烯及丙烯單元組成的共聚物。
4.權(quán)利要求3的片材，其中所述聚烯烴是聚乙烯。
5.權(quán)利要求3的片材，其中所述顏料的至少85％是二氧化鈦。
6.權(quán)利要求5的片材，其中所述二氧化鈦包含平均粒度小于0.75μm的金紅石二氧化鈦顆粒。
7.權(quán)利要求6的片材，其中二氧化鈦涂有以二氧化鈦重量為基準的約0.1％～約5wt％的至少1種具有通式RxSi(R′)4-x的有機硅化合物涂層，其中R是8～20個碳原子的不可水解的脂族、環(huán)脂族或芳族基團；R′是選自烷氧基、鹵素、乙酸基或羥基或其混合物的可水解基團；且X＝1～3。
8.權(quán)利要求5的片材，其中所述片材按照ANSI標準X3.182-1990的條碼讀取性至少是2.0。
9.權(quán)利要求5的片材，其中二氧化鈦占原纖束重量的2wt％～6wt％。
10.權(quán)利要求1的片材，其中所述顏料的至少90％是彩度值大于0的彩色顏料。
11.權(quán)利要求10的片材，其中彩色顏料占原纖束重量的0.05wt％～3wt％，且該片材的不透明度至少是90％。
12.權(quán)利要求10的片材，其中彩色顏料是藍色顏料，且該片材的不透明度大于95％，彩度值大于25。
13.權(quán)利要求10的片材，其中彩色顏料是紅色顏料，且該片材的不透明度大于95％，彩度值大于30。
14.權(quán)利要求10的片材，其中彩色顏料是黃色顏料，且該片材的彩度值大于25。
15.權(quán)利要求10的片材，其中粘合后的片材的彩度值比粘合前片材的彩度值高出至少20％。
16.一種非織造纖維片材，該片材是由聚烯烴聚合物與黑色顏料的連續(xù)長度的粘合的超細叢絲狀原纖束構(gòu)成的，其中聚烯烴占原纖束的至少90wt％，而顏料占原纖束的0.05wt％～0.5wt％，且該片材的基重小于75g/m2，不透明度至少是98％。
17.一種非織造纖維片材，由聚烯烴聚合物與顏料的連續(xù)長度的粘合的超細叢絲狀原纖束構(gòu)成的，其中聚烯烴占原纖束的至少90wt％，而顏料占原纖束的0.05wt％～10wt％，該片材具有小于130g/m2的基重；小于4.8μm的帕克式測試儀測定的光潔度；以及如下的不透明度當片材脫層強度小于150N/m時，至少是92％，而當片材脫層強度大于150N/m時，至少是80％。
18.權(quán)利要求17的非織造纖維片材，其中該片材的脫層強度至少是70N/cm。
全文摘要
提供一種由聚烯烴和顏料紡制的粘合的超細叢絲狀薄膜－原纖束構(gòu)成的改良片材。聚烯烴占原纖束重量的至少90%,顏料占原纖束重量的0.05－10%。片材在即使粘合到脫層強度大于120N/m之后仍具有高不透明度。片材中的顏料可以是二氧化鈦、黑色顏料或彩色顏料。
文檔編號D06F33/02GK1249791SQ9880305
公開日2000年4月5日 申請日期1998年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月5日
發(fā)明者D·M·哈爾里斯, D·J·麥金蒂, S·K·魯戴斯 申請人:納幕爾杜邦公司