包含合成微纖維粘合劑的紙和非織造制品的制作方法
【專利說明】包含合成微纖維粘合劑的紙和非織造制品 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及包含合成粘合劑微纖維的紙和非織造制品。本發(fā)明還涉及制造包含合 成微纖維粘合劑的紙和非織造制品的方法。
[0002] 發(fā)明背景 在濕法成網(wǎng)非織造布中，必須將構(gòu)成非織造布的相對較短的纖維粘合在一起以使所產(chǎn) 生的網(wǎng)具有任何顯著強(qiáng)度。通常，液體粘合劑和/或粘合劑纖維用于此用途。在液體粘合 劑的情況下，將聚合物溶液或分散體(例如膠乳）施加到非織造網(wǎng)上并隨后干燥。盡管通過 這種方法可實(shí)現(xiàn)顯著強(qiáng)度，但其會造成問題。第一個問題是該液體粘合劑在其施加中需要 額外的工藝步驟。具體而言，該粘合劑溶液/分散體必須以使粘合劑聚合物在非織造布片 材中均勻分布的方式施加。濕法成網(wǎng)非織造布通常可包括對此類液體材料的可濕性廣為不 同的纖維(例如纖維素纖維vs合成纖維)以致該液體粘合劑的均勻施加成為一個挑戰(zhàn)。此 外，一經(jīng)施加，必須將該液體粘合劑干燥以完成非織造布制造。這種方法不僅需要能量消耗 (水的高汽化熱)，可能存在于非織造布表面的不均勻粘合劑層還會造成該網(wǎng)粘到該方法中 使用的高溫烘筒上。
[0003] 另一方面，粘合劑纖維是在濕法成網(wǎng)配料中可容易地與其它纖維結(jié)合但與典型 "結(jié)構(gòu)"纖維略微不同在于它們可以在比非織造布中存在的其它纖維的軟化溫度低的溫度 下熱活化或軟化的纖維材料?，F(xiàn)有粘合劑纖維受困于它們與該片材中存在的其它纖維材料 相比通常相當(dāng)大(大約10-20微米)的事實(shí)。這種較大尺寸對非織造介質(zhì)的孔徑/孔隙率造 成相當(dāng)顯著的不利變化。此外，單組分粘合劑纖維(例如聚乙烯醇）在這些相對較大的直徑 下具有低表面積/體積比，這會造成熔融的聚合物像液體粘合劑那樣流動并填充非織造布 孔隙。
[0004] 作為這一問題的部分解決方案，通常使用皮芯型粘合劑纖維。在皮芯型粘合劑纖 維中，皮聚合物的熔點(diǎn)低于(通常低>20°C)芯聚合物。結(jié)果是在高于皮熔點(diǎn)但低于芯熔點(diǎn) 的溫度下，皮粘合到非織造網(wǎng)中存在的其它纖維上，而芯使得皮芯型粘合劑纖維保持基本 纖維態(tài)，以致不像上述聚乙烯醇纖維，不太可能堵塞非織造布的孔隙。但是，皮芯型粘合劑 纖維仍然是可顯著提高非織造網(wǎng)的平均孔徑的相當(dāng)大的纖維。
[0005] 在紙和非織造工業(yè)中需要（1)足夠小以致不會不利地提高非織造布的孔徑/孔 隙率(特別是在提供高強(qiáng)度的使用率下)和（2)能在與非織造網(wǎng)中的其它纖維熱粘合后（即 在其熔融后）保持纖維形態(tài)的粘合劑纖維。
[0006] 概述 在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，提供包含非織造網(wǎng)層的紙或非織造制品，其中所述非織 造網(wǎng)層包含許多纖維和許多粘合劑微纖維，其中所述粘合劑微纖維包含水不分散性合成聚 合物；其中所述粘合劑微纖維具有小于25毫米的長度和小于0. 5d/f的細(xì)度；且其中所述 粘合劑微纖維的熔融溫度小于所述纖維的熔融溫度。
[0007] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供制造紙或非織造制品的方法。所述方法包括： a)提供包含許多纖維和許多粘合劑微纖維的纖維配料，其中所述粘合劑纖維包含水 不分散性合成聚合物；其中所述粘合劑纖維具有小于25毫米的長度和小于0. 5d/f?的細(xì) 度；且其中所述粘合劑微纖維的熔融溫度小于所述纖維的熔融溫度； b) 將所述纖維配料送往濕法成網(wǎng)非織造工藝以制造至少一個濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng) 層； c) 從所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)層中除去水；和 d) 在步驟（c)后熱粘合所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)層；其中在使所述粘合劑微纖維的 表面至少部分熔融而不使所述纖維熔融的溫度下進(jìn)行所述熱粘合，由此將所述粘合劑微纖 維粘合到所述纖維上以制造紙或非織造制品。
[0008] 附圖簡述 在本文中參考下列附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中： 圖la、lb和Ic是三種不同構(gòu)造的纖維的剖視圖，特別圖解如何測定與纖維的尺寸和形 狀有關(guān)的各種量度； 圖2是含有帶狀纖維的非織造網(wǎng)的剖視圖，特別圖解其中所含的帶狀纖維的取向； 圖3a和3b是實(shí)施例14的手抄紙的掃描電子顯微圖。
[0009] 詳述 提供包含至少一個非織造網(wǎng)層的紙或非織造制品，其中所述非織造網(wǎng)層包含許多纖維 和許多粘合劑微纖維，其中所述粘合劑微纖維包含水不分散性合成聚合物；其中所述粘合 劑微纖維具有小于25毫米的長度和小于0.5d/f?的細(xì)度；且其中所述粘合劑微纖維的熔融 溫度小于所述非織造網(wǎng)層中的其它纖維的熔融溫度。
[0010] 本發(fā)明的粘合劑微纖維用作將非織造網(wǎng)層粘結(jié)在一起的粘合劑并明顯小于現(xiàn)有 粘合劑纖維。結(jié)果是這些本發(fā)明的粘合劑微纖維均勻得多地分布在非織造網(wǎng)內(nèi)，由此帶來 顯著的強(qiáng)度改進(jìn)。此外，該可熱粘合的粘合劑微纖維的高表面積/體積比特征使得熔融時 的粘合水平極高而沒有明顯的聚合物流入非織造網(wǎng)的孔隙中。結(jié)果，甚至極好粘合的非織 造布制品和/或紙(例如具有極高量的粘合劑微纖維)也保持基本開放的纖維結(jié)構(gòu)。這些本 發(fā)明的粘合劑微纖維的細(xì)得多的直徑也能使非織造網(wǎng)內(nèi)的孔徑比使用目前可得的粘合劑 纖維(無論橫截面是單組分還是皮芯型）時觀察到的孔徑細(xì)得多。
[0011] 本文所用的術(shù)語"微纖維"意在表示具有小于5微米的最小橫向尺寸的纖維。本文 所用的"最小橫向尺寸"是指通過外卡尺法垂直于纖維伸長軸測得的纖維的最小尺寸。本文 所用的"外卡尺法"是指測量纖維外形尺寸的方法，其中測得的尺寸是兩條共面平行線一一 它們將纖維夾在中間并且其中各平行線在纖維的大致相對側(cè)上接觸纖維外表面一一相隔 的距離。圖la、lb和Ic描繪在各種纖維橫截面中如何可以測量這些尺寸。在圖la、la和 Ic中，"TDmin"是最小橫向尺寸，且"TDmax"是最大橫向尺寸。
[0012] 該粘合劑微纖維為非織造網(wǎng)層提供的屬性包括與包含現(xiàn)有技術(shù)中描述的粘合劑 材料(液體和纖維）的非織造布相比在強(qiáng)度、均勻性和孔徑/孔隙率控制方面的改進(jìn)。
[0013] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，提供制造紙和/或非織造制品的方法。該方法包括： a) 提供包含許多纖維和許多粘合劑微纖維的纖維配料，其中所述粘合劑微纖維包含 水不分散性合成聚合物；其中所述粘合劑微纖維具有小于25毫米的長度和小于0. 5d/f的 細(xì)度；且其中所述粘合劑微纖維的熔融溫度小于所述纖維的熔融溫度； b) 將所述纖維配料送往濕法成網(wǎng)非織造工藝以制造至少一個濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng) 層； C)從所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)層中除去水；和 d)在步驟（C)后熱粘合所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)層；其中在使所述粘合劑微纖維的 表面至少部分熔融而不使所述纖維熔融的溫度下進(jìn)行所述熱粘合，由此將所述粘合劑微纖 維粘合到所述纖維上以制造紙和/或非織造制品。
[0014] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供制造紙和/或非織造制品的方法。該方法可包 括下列步驟： (a) 將至少一種水分散性磺基聚酯和一種或多種與所述磺基聚酯不混溶的水不分散 性合成聚合物紡成多組分纖維，其中所述多組分纖維具有多個包含所述水不分散性合成聚 合物的區(qū)域，由此所述區(qū)域被介于所述區(qū)域之間的磺基聚酯基本互相隔開；其中所述多組 分纖維具有小于大約15旦/長絲的紡成旦數(shù)；其中所述水分散性磺基聚酯表現(xiàn)出在240°C 下在Irad/sec的應(yīng)變速率下測得的小于大約12, 000泊的熔體粘度；且其中所述磺基聚酯 包含基于二酸或二醇?xì)埢目偰枖?shù)計(jì)小于大約25摩爾％的至少一種磺基單體的殘基； (b) 將步驟a)的多組分纖維切割成小于25、12、10或2毫米但大于0. 1、0. 25或0. 5 毫米的長度以產(chǎn)生短切多組分纖維； (c) 使所述短切多組分纖維與水接觸以除去磺基聚酯，由此形成包含所述水不分散性 合成聚合物的粘合劑微纖維的濕衆(zhòng)板（wetlap); (d) 對許多纖維和所述粘合劑微纖維施以濕法成網(wǎng)非織造工藝以制造濕法成網(wǎng)的非 織造網(wǎng)；其中所述水不分散性微纖維具有小于〇. 5d/f的細(xì)度；且其中所述粘合劑微纖維 的熔融溫度小于所述纖維的熔融溫度；和 (e) 從所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)中除去水；和 (f) 在步驟（e)后熱粘合所述濕法成網(wǎng)的非織造網(wǎng)；其中在使所述粘合劑微纖維的表 面至少部分熔融而不使所述纖維熔融的溫度下進(jìn)行所述熱粘合，由此將所述粘合劑微纖維 粘合到所述纖維上以制造紙或非織造制品。
[0015] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該非織造網(wǎng)的至少5、10、15、20、30、40或50重量％ 和/或不多于90、75或60重量％包含該粘合劑微纖維。
[0016] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，在步驟b)中，將步驟a)的多組分纖維切割成小于 25、20、15、12、10、5或2毫米但大于0? 1、0. 25或0? 5毫米的長度。
[0017] 可以通過本領(lǐng)域中已知的任何方法將液體粘合劑施加到非織造網(wǎng)上或可以在非 織造網(wǎng)工藝中加入另一粘合劑纖維。如果施加一定量的液體粘合劑，其在粘合劑微纖維的 熱粘合步驟前(優(yōu)選在比粘合劑微纖維的熱粘合所需的溫度低的溫度下）或與粘合劑微纖 維的熱粘合步驟同時干燥。但是，由于該粘合劑微纖維的強(qiáng)粘合性質(zhì)，通常不需要附加粘合 劑。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，在該非織造網(wǎng)層中基本不存在附加粘合劑。"基本不存在" 定義為在該非織造網(wǎng)層中少于1重量％的液體粘合劑、纖維粘合劑或粘合劑分散體。
[0018] 在制成非織造網(wǎng)、添加任選粘合劑和/或添加任選涂層后，該非織造網(wǎng)經(jīng)過在使 粘合劑微纖維的表面至少部分熔融而不使其它纖維熔融的溫度下進(jìn)行的熱粘合步驟，由此 將水不分散性微纖維粘合到其它纖維上以制造紙或非織造制品?？赏ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任 何方法進(jìn)行熱粘合。在熱粘合中，通過使粘合劑微纖維表面軟化，將纖維表面互相熔結(jié)。兩 種常見的熱粘合法是熱風(fēng)加熱（through-airheating)和壓延。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案 中，熱風(fēng)法使用熱空氣通過使粘合劑微纖維軟化而熔結(jié)非織造網(wǎng)內(nèi)和該網(wǎng)表面上的纖維。 在傳送帶式烘箱中將熱空氣鼓過非織造網(wǎng)或在非織造網(wǎng)經(jīng)過多孔鼓(在其內(nèi)建立真空）時 將熱空氣吸過非織造網(wǎng)。在壓延熱粘合中，在加熱的圓筒之間牽拉該網(wǎng)。超高頻能量形式 的超聲也可用于熱粘合。
[0019] 該非織造網(wǎng)層可進(jìn)一步包含涂層。在對該非織造網(wǎng)層施以干燥和熱粘合后，可以 在該非織造網(wǎng)和/或紙上施加涂層。該涂層可包含裝飾涂層、印刷油墨、阻隔涂層、粘合涂 層和熱封涂層。在另一實(shí)例中，該涂層可包含液體阻隔層和/或微生物阻隔層。
[0020] 該非織造網(wǎng)層中所用的纖維可以是本領(lǐng)域中已知的可用于濕法成網(wǎng)非織造工藝 的任何纖維。該纖維可具有與粘合劑微纖維不同的組成和/或構(gòu)造(例如長度、最小橫向尺 寸、最大橫向尺寸、橫截面形狀或其組合)。該纖維可選自玻璃、纖維素和合成聚合物。在本 發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該纖維可選自纖維素纖維漿、無機(jī)纖維(例如玻璃、碳、硼、陶瓷及 其組合)、聚酯纖維、尼龍纖維、聚烯烴纖維、人造絲纖維、萊賽爾纖維、丙烯酸纖維、纖維素 酯纖維、消費(fèi)后再生纖維及其組合。
[0021] 該非織造網(wǎng)可包含該非織造網(wǎng)的至少10、15、20、25、30或40重量％和/或該非織 造網(wǎng)的不大于99、98、95、90、85、80、70、60或50重量％的量的纖維。在一個實(shí)施方案中，該 纖維是占該非織造網(wǎng)的至少1〇、25或40重量％和/或不大于90、80、70、60或50重量％的 纖維素纖維。該纖維素纖維可包含硬木漿纖維、軟木漿纖維和/或再生纖維素纖維。
[0022] 在一個實(shí)施方案中，該纖維和粘合劑微纖維的組合構(gòu)成該非織造網(wǎng)的至少75、85、 95或98重量％。
[0023] 該非織造網(wǎng)可進(jìn)一步包含一種或多種添加劑。該添加劑可以在對濕漿板施以濕法 成網(wǎng)或干法成網(wǎng)工藝之前添加到粘合劑微纖維的濕漿板中。該添加劑也可以作為任選的附 加粘合劑或涂料組合物的組分添加到濕法成網(wǎng)的非織造布中。添加劑包括但不限于淀粉、 填料、光和熱穩(wěn)定劑、抗靜電劑、擠出助劑、染料、防偽標(biāo)記、滑爽劑、增韌劑、增粘劑、氧化穩(wěn) 定劑、UV吸收劑、著色劑、顏料、遮光劑(消光劑)、熒光增白劑、填料、成核劑、增塑劑、粘度改 進(jìn)劑、表面改性劑、抗微生物劑、防沫劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、乳化劑、消毒劑、冷流抑制劑、支 化劑、油、蠟和催化劑。在一個實(shí)施方案中，該非織造網(wǎng)包含熒光增白劑和/或抗微生物劑。 該非織造網(wǎng)可包含至少0. 05、0. 1或0. 5重量％和/或不多于10、5或2重量％的一種或多 種添加劑。
[0024] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，用于制造非織造網(wǎng)的粘合劑微纖維具有衍生自具有 海島型構(gòu)造的多組分纖維的基本圓形橫截面，其中水不分散性聚合物構(gòu)成"島"，且水分散 性磺基聚酯構(gòu)成"海"。
[0025] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，用于制造非織造網(wǎng)的粘合劑微纖維具有衍生自具有 桔瓣型構(gòu)造的多組分纖維的基本楔形橫截面，其中交替的片段由水不分散性聚合物和水分 散性磺基聚酯構(gòu)成。可通過桔瓣型構(gòu)造中的片段數(shù)(例如16、32或64個片段）和/或通過 多組分纖維中存在的水不分散性聚合物和水分散性磺基聚酯的比率控制楔形橫截面的相 對"平面度"。
[0026] 在本發(fā)明的再一實(shí)施方案中，用于制造非織造網(wǎng)的粘合劑微纖維是衍生自具有條 紋構(gòu)造的多組分纖維的帶狀纖維，其中交替的片段由水不分散性聚合物和水分散性磺基聚 酯構(gòu)成。這樣的帶狀纖維可以表現(xiàn)出至少2 :1、4:1、6:1、8:1或10:1和/或不大于100:1、 50:1或20:1的橫向?qū)捀弑取１疚乃玫?橫向?qū)捀弑?是指纖維的最大橫向尺寸與纖維的 最小橫向尺寸的比率。本文所用的"最大橫向尺寸"是通過上述外卡尺法垂直于纖維伸長 軸測得的纖維的最大尺寸。
[0027] 盡管本領(lǐng)域中已知可通過基底構(gòu)件(例如片材或根纖維）的原纖化制造橫向?qū)捀?比為1. 5:1或更大的纖維，但根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案提供的帶狀纖維并非通過將片材 或根纖維原纖化以制造具有附著于其上的微纖維的"覆絨毛的"片材或根纖維來制造的。相 反，在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該非織造網(wǎng)中所用的帶狀纖維的少于50、20或5重量％接 合到具有與所述帶狀纖維相同組成的基底構(gòu)件上。在一個實(shí)施方案中，該帶狀纖維衍生自 以所述帶狀纖維作為其組成部分的條紋狀多組分纖維。
[0028] 當(dāng)本發(fā)明的非織造網(wǎng)包含短切帶狀微纖維作為粘合劑微纖維時，該非織造網(wǎng)中至 少50、75或90重量％的帶狀微纖維的主橫軸可以與該非織造網(wǎng)的最近表面呈小于30、20、 15或10度的角度取向。本文所用的"主橫軸"是指垂直于纖維伸長方向并貫穿該纖維外表 面上最中心的