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    重庆时时彩快速开奖器: 有机半导体组合物.pdf

    关 键 词:
    有机半导体 组合
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    摘要
    申请专利号:

    CN201380015974.0

    申请日:

    2013.02.25

    公开号:

    CN104736597A

    公开日:

    2015.06.24

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C08G 61/12申请日:20130225|||公开
    IPC分类号: C08G61/12 主分类号: C08G61/12
    申请人: 斯马特凯姆有限公司
    发明人: R.J.格里菲思
    地址: 英国大曼彻斯特
    优先权: 1203159.7 2012.02.23 GB
    专利代理机构: 北京市柳沈律师事务所11105 代理人: 宋莉
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201380015974.0

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.08.22|||2015.07.22|||2015.06.24

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及有机共聚物和包含这些材料的有机半导体组合物,包括包含这样的有机半导体组合物的层和器件。本发明还涉及这样的有机半导体组合物和层的制备方法及其用途。本发明具有在印刷电子器件领域中的应用并且作为用于显示器用有机薄膜晶体管(OTFT)背板、集成电路、有机发光二极管(OLED)、光电探测器、有机光伏(OPV)电池、传感器、存储元件和逻辑电路的配制物的半导体材料是特别有用的。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  制造微纤维产物流的方法,所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在纤维浆区中与处理过的水性流接触以产生短切多组分纤维浆;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;且其中所述处理过的水性流在低于40℃的温度下;
    (B) 使所述短切多组分纤维浆和加热的水性流在纤维打开区中接触以除去一部分所述水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆;其中所述打开的微纤维浆包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    (C) 将所述打开的微纤维浆送往初级固液分离区以产生所述微纤维产物流和第一母液流;其中所述第一母液流包含水和所述水分散性磺基聚酯。

    2.  根据权利要求1的方法,其中通过切割多组分纤维制造所述短切多组分纤维。

    3.  根据权利要求1的方法,其中所述切断多组分纤维具有小于5毫米或小于2.5毫米的长度。

    4.  根据权利要求1的方法,其中所述加热的水性流包含通过将未处理的水性流送往水性处理区制成的处理过的水性流;其中所述处理过的水性流含有小于50 ppm的二价和多价阳离子;并将所述处理过的水性流送往热交换区以产生所述加热的水性流。

    5.  根据权利要求1的方法,其中所述纤维浆区中的所述切断多组分纤维浆中切断多组分纤维的重量%为大约35重量%至大约1重量%。

    6.  根据权利要求1的方法,其中所述纤维浆区包含选自水力碎浆机、连续搅拌釜反应器和搅拌间歇釜的至少一个设备件。

    7.  根据权利要求1的方法,其中所述纤维打开区包含选自混合槽、搅拌间歇釜、活塞流反应器、管道和连续搅拌釜反应器的至少一个设备件。

    8.  根据权利要求1的方法,其中所述打开的微纤维浆在所述纤维打开区中的温度为大约55℃至大约100℃。

    9.  根据权利要求1的方法,其中所述打开的微纤维浆中的固体重量%为大约0.1重量%至大约20重量%。

    10.  根据权利要求1的方法,其中所述初级固液分离区包含选自多孔篮离心机、连续真空带式过滤机、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉淀池、双网脱水设备、带有压缩区的连续水平带式过滤机、带有楔形丝过滤介质的非振动倾斜筛网装置、连续真空转鼓过滤机和脱水传送带的至少一个设备件。

    11.  根据权利要求1的方法,其中所述微纤维产物流中的固体重量%为大约10重量%至大约65重量%。

    12.  根据权利要求1的方法,其进一步包括将至少一部分所述第一母液流送往:
    (A)所述纤维浆区;
    (B)所述纤维打开区;
    (C)热交换区,以产生所述加热的水性流,并将至少一部分所述加热的水性流送往所述纤维打开区;和/或
    (D)所述初级固液分离区。

    13.  根据权利要求1的方法,其进一步包括将至少一部分所述第一母液流送往第二固液分离区以产生第二湿滤饼流和第二母液流;其中所述第二母液流包含水和水分散性磺基聚酯;且其中所述第二湿滤饼流包含微纤维。

    14.  根据权利要求13的方法,其进一步包括将至少一部分所述第二母液流送往初级浓缩区以产生初级聚合物浓缩流和初级回收水流。

    15.  根据权利要求13的方法,其进一步包括将至少一部分所述第二母液流送往:
    (A)所述纤维浆区;
    (B)所述纤维打开区;
    (C)热交换区,以产生所述加热的水性流,并将至少一部分所述加热的水性流送往所述纤维打开区;和/或
    (D)所述初级固液分离区以用作洗液流。

    16.  根据权利要求14的方法,其进一步包括从所述方法中清除所述第一母液流、所述第二母液流和/或所述初级回收水流以再利用或送往废水处理系统。

    17.  根据权利要求14的方法,其进一步包括将所述初级回收水流送往:
    (A)所述纤维浆区;
    (B)所述纤维打开区;
    (C)热交换区,以产生所述加热的水性流,并将至少一部分所述加热的水性流送往所述纤维打开区;和/或
    (D)所述初级固液分离区以用作洗液流。

    18.  根据权利要求14的方法,其进一步包括将至少一部分所述初级聚合物浓缩物送往二次浓缩区以产生蒸气流和熔融聚合物流。

    说明书

    说明书制造短切微纤维的方法
    相关申请
    本申请要求2012年1月31日提交的美国临时申请序号No. 61/592,854、61/592,867;61/592,917;和61/592,974的优先权,它们的公开内容在不与本文中的陈述冲突的程度上经此引用并入本文。
    发明领域
    本发明涉及包含磺基聚酯的水分散性纤维和纤维制品。本发明还涉及包含磺基聚酯的多组分纤维和由其制成的微旦纤维(microdenier fibers)和纤维制品。本发明还涉及制造水分散性的多组分和微旦纤维的方法和由其制成的制品。
    发明背景
    纤维、熔喷网和其它熔纺纤维制品已由热塑性聚合物,如聚(丙烯)、聚酰胺和聚酯制成。这些纤维和纤维制品的一种常见用途是非织造织物,特别是在个人护理产品,如擦拭布、女性卫生产品、婴儿尿布、成人失禁内裤、医院/外科手术和其它医疗一次性产品、?;ば灾锖筒?、土工织物、工业擦拭布和过滤介质中。不幸地,由传统热塑性聚合物制成的个人护理产品难以处置并通常置于垃圾填埋场。一种有希望的替代性处置方法是使这些产品或它们的组分“可冲弃”,即与公共排污系统相容。水分散性或水溶性材料的使用也改进个人护理产品的再循环性和回收。如今用于个人护理产品的各种热塑性聚合物并非固有地为水分散性或水溶性的,因此没有制成易解体并可以弃置在排污系统中或容易再循环的制品。
    可冲弃型个人护理产品的合意性导致需要具有各种程度的水响应性的纤维、非织造织物和其它纤维制品。例如在美国专利No.6,548,592;6,552,162;5,281,306;5,292,581;5,935,880;和5,509,913;美国专利申请序号No.09/775,312;和09/752,017;和PCT国际公开No. WO 01/66666 A2中已经描述了致力于解决这些需求的各种途径。但是,这些途径具有许多缺点并且没有提供具有令人满意的性能平衡(如拉伸强度、吸收能力、挠性和在湿或干条件下的织物完整性)的纤维制品,如纤维或非织造织物。
    例如,典型的非织造技术基于用树脂粘合添加剂处理的纤维的多向沉积以形成具有强完整性和其它合意性质的网。但是,所得组装件通常具有差的水响应性并且不适合可冲弃用途。粘合剂的存在还可能造成最终产品中的不合意性质,如降低的片材可润湿性、提高的刚度、粘性和更高的生产成本。也难以制造在使用过程中表现出充足的湿强度但在弃置时快速分散的粘合剂。因此,使用这些粘合剂的非织造组装件可能在环境条件下缓慢解体或在体液存在下的湿强度性质不足。为了解决这一问题,pH和离子敏感的水分散性粘合剂,如含或不含外加盐的含有丙烯酸或甲基丙烯酸的lattices是已知的并描述在例如美国专利No. 6,548,592 B1中。但是,公共排污和住宅化粪池系统中的离子浓度和pH水平随地理位置广泛变动并可能不足以使粘合剂变得可溶和分散。在这种情况中,该纤维制品在弃置后不解体并堵塞排水管或污水支管。
    例如在美国专利No. 5,916,678;5,405,698;4,966,808;5,525282;5,366,804;5,486,418中描述了含有水分散性组分和热塑性水不分散性组分的多组分纤维。例如,这些多组分纤维可以是具有成形或工程设计的横截面,例如海岛型、皮芯型、并列型或桔瓣型构造的双组分纤维??梢远愿枚嘧榉窒宋┮运蛳〖钚匀芤?,其中溶解掉水分散性组分以作为细度极小的单独的单纤维留下水不分散性组分。但是,具有良好水分散性的聚合物通常赋予所得多组分纤维粘着性,这在缠绕或储存过程中在数天后使纤维粘在一起、粘连或熔结,尤其是在湿热条件下。为防止熔结,通常在纤维表面施加脂肪酸或油基整理剂。此外,如例如美国专利No. 6,171,685中所述,有时在水分散性聚合物中加入大比例的颜料或填料以防止纤维熔结。这样的油整理剂、颜料和填料需要额外加工步骤并可能赋予最终纤维不合意的性质。许多水分散性聚合物也需要用碱性溶液除去它们,这可能造成该纤维的其它组分劣化,例如特性粘度、韧度和熔体强度的降低。此外,一些水分散性聚合物无法承受水刺(hydroentanglement)过程中的水暴露,因此不适用于制造非织造网和织物。
    或者,水分散性组分可能充当非织造网中的热塑性纤维的粘合剂。暴露在水中时,纤维与纤维的粘合分开以致该非织造网失去其完整性并分解成单纤维。但是,这些非织造网的热塑性纤维组分是水不可分散的并留在水性介质中,因此必须最终从城市污水处理厂除去??梢岳盟讨圃煲捉馓宸侵熘锒挥没蚴褂眉土浚?lt; 5重量%)的外加粘合剂将纤维结合在一起。尽管这些织物在弃置时可能解体,但它们常采用非水溶性或水分散性纤维并可能在排水系统内造成缠结和堵塞。任何添加的水分散性粘合剂也必须在最低程度上受水刺影响并且不形成胶状积聚或交联,并因此有助于织物处理或下水道相关问题。
    可获得几种水溶性或水分散性聚合物,但通常不适用于熔喷纤维成形操作或一般而言熔体纺丝。聚合物,如聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酸由于在达到合适熔体粘度的点以下的温度就发生热分解而不可熔体加工。高分子量聚环氧乙烷可能具有合适的热稳定性,但在聚合物界面处提供高粘溶液以造成慢解体速率。例如在美国专利No.6,171,685;5,543,488;5,853,701;4,304,901;6,211,309;5,570,605;6,428,900;和3,779,993中已经描述了水分散性磺基聚酯。但是,典型的磺基聚酯是低分子量热塑性塑料,其脆并缺乏承受缠绕操作的挠性以致无法产生不断裂或破碎的材料卷?;腔埘セ乖诩庸こ赡せ蛳宋墓讨斜硐殖稣沉蛉劢?,这可能要求使用油整理剂或大量颜料或填料以避免这一点。低分子量聚环氧乙烷(更通常被称作聚乙二醇)是弱/脆的聚合物,其也没有纤维用途所需的物理性质。由已知的水溶性聚合物通过溶液技术形成纤维是一种备选方案,但除去溶剂,尤其是水增加的复杂性提高了制造成本。
    相应地,需要表现出充足的拉伸强度、吸收能力、挠性和在水分存在下,尤其是暴露在人体液下时的织物完整性的水分散性纤维和由其制成的纤维制品。此外,需要不用粘合剂并在住宅或城市排污系统中完全分散或溶解的纤维制品??赡艿挠猛景?,但不限于,熔喷网、纺粘织物、水刺织物、湿法成网非织造织物、干法成网非织造织物、双组分纤维部件、增粘层、纤维素材料的粘合剂、可冲弃非织造织物和膜、可溶性粘合剂纤维、?;げ愫驮谒惺头呕蛉芙獾幕钚猿煞值脑靥??;剐枰哂兴稚⑿宰榉值亩嘧榉窒宋?,其在纺丝操作过程中没有表现出过度的长丝粘连或熔结、容易被在中性或微酸性pH下的热水除去并适用于水刺法以制造非织造织物。这些多组分纤维可用于制造可用于制造各种制品的微纤维。其它可挤出和熔纺的纤维材料也有可能。
    发明概述
    我们已经意外地发现,可以由磺基聚酯制备挠性水分散性纤维。因此本发明提供水分散性纤维,其包含:
    (A) 具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
      (i) 一种或多种二羧酸的残基;
      (ii) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐(sulfonate)基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    (B) 任选地,与所述磺基聚酯共混的水分散性聚合物;和
    (C) 任选地,与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物,条件是所述共混物是不混溶共混物;
    其中所述纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    本发明的纤维可以是在水中快速分散或溶解并可通过熔喷或熔纺制造的单组分纤维。该纤维可以由单一的磺基聚酯或磺基聚酯与水分散性或水不分散性聚合物的共混物制备。因此,本发明的纤维任选可包括与所述磺基聚酯共混的水分散性聚合物。此外,该纤维可任选包括与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物,只要所述共混物是不混溶共混物。本发明还包括包含我们的水分散性纤维的纤维制品。因此,本发明的纤维可用于制备各种纤维制品,如纱线、熔喷网、纺粘网和非织造织物,它们又进而是水分散性的或可冲弃的。本发明的短纤维还可以与天然或合成纤维共混在纸、非织造网和纺织纱线中。
    本发明的另一方面是一种水分散性纤维,其包含:
    (A) 具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    (B) 任选地,与所述磺基聚酯共混的第一水分散性聚合物;和
    (C) 任选地,与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物以形成共混物,条件是所述共混物是不混溶共混物;
    其中所述纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    本发明的水分散性纤维制品包括个人护理制品,例如擦拭布、纱布、面巾纸、尿布、训练裤、卫生巾、绷带、伤口护理和外科敷料。除水可分散外,本发明的纤维制品可冲弃,即与住宅和城市排污系统相容并适合弃置在其中。
    本发明还提供包含水分散性磺基聚酯和一种或多种水不分散性聚合物的多组分纤维。该纤维具有工程设计的几何以使水不分散性聚合物作为被插入的磺基聚酯基本互相隔开的片段存在,插入的磺基聚酯充当该水不分散性片段的粘合剂或包封基质。因此,本发明的另一方面是具有成形横截面的多组分纤维,其包含:
    (A) 具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
      (i) 一种或多种二羧酸的残基;
      (ii) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开。
    该磺基聚酯具有至少57℃的玻璃化转变温度,这极大降低该纤维在缠绕和长期储存过程中的粘连和熔结。
    可通过使该多组分纤维与水接触除去磺基聚酯以留下作为微旦纤维的水不分散性片段。因此本发明还提供制造微旦纤维的方法,其包括:
    (A) 将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    其中所述纤维具有多个包含水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开;和
    (B) 使所述多组分纤维与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维。
    该水不分散性聚合物可以如通过DIN标准54900测定是可生物分解的(biodistintegratable)和/或如通过ASTM标准方法D6340-98测定是可生物降解的。该多组分纤维还可用于制备纤维制品,如纱线、织物、熔喷网、纺粘网或非织造织物并可能包含一个或多个纤维层。具有多组分纤维的纤维制品又可与水接触以产生含微旦纤维的纤维制品。
    因此,本发明的另一方面是制造微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合,
    其中所述多组分纤维具有多个包含水不分散性聚合物的片段,且所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 交叠和收集步骤A的多组分纤维以形成非织造网;和
    (C) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。
    本发明还提供制造水分散性非织造织物的方法,其包括:
    (A) 将水分散性聚合物组合物加热至高于其流动点的温度,其中所述聚合物组合物包含
      (i) 具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
        (a) 一种或多种二羧酸的残基;
        (b) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的金属磺酸盐(metal sulfonate)基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
        (c) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少20摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
          其中n是2至大约500的整数;
        (d) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      (ii) 任选地,与所述磺基聚酯共混的水分散性聚合物;和
      (iii) 任选地,与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物以形成共混物,条件是所述共混物是不混溶共混物;
      其中所述聚合物组合物含有占聚合物组合物总重量的低于10重量%的颜料或填料;
    (B) 熔纺长丝;和
    (C) 交叠和收集步骤B的长丝以形成非织造网。
    在本发明的另一方面中,提供具有成形横截面的多组分纤维,其包含:
    (A) 至少一种水分散性磺基聚酯;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的微纤维区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基。
    在本发明的另一方面中,提供具有成形横截面的多组分挤出物,其包含:
    (A) 至少一种水分散性磺基聚酯;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开,其中所述挤出物能以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸。
    在本发明的另一方面中,提供制造具有成形横截面的多组分纤维的方法,其包括将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺丝,其中所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域且所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基。
    在本发明的另一方面中,提供制造具有成形横截面的多组分纤维的方法,其包括挤出至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物以产生多组分挤出物,其中所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域且所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;和以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以产生多组分纤维。
    另一方面,本发明提供制造微旦纤维的方法,其包括:
    (A) 将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,其中所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基;和
    (B) 使所述多组分纤维与水接触以除去所述水分散性磺基聚酯,由此形成水不分散性聚合物的微旦纤维。
    另一方面,本发明提供制造微旦纤维的方法,其包括:
    (A) 挤出至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物以产生多组分挤出物,其中所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以形成多组分纤维;和
    (C) 使所述多组分纤维与水接触以除去所述水分散性磺基聚酯,由此形成水不分散性聚合物的微旦纤维。
    在本发明的另一方面中,提供制造微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的水分散性磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基;
    (B) 收集步骤(A)的多组分纤维以形成非织造网;和
    (C) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。
    在本发明的另一方面中,提供制造微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 挤出至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物以产生多组分挤出物,所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以形成多组分纤维;
    (C) 收集步骤(B)的多组分纤维以形成非织造网;和
    (D) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造切断水不分散性聚合物微纤维(cut water non-dispersible polymer microfibermicrofibers)的方法,所述方法包括:
    (A) 将多组分纤维切割成短切多组分纤维;
    (B) 使含纤维的原料与水接触以产生纤维混合浆;其中所述含纤维的原料包含短切多组分纤维;
    (C) 加热所述纤维混合浆以产生加热的纤维混合浆;
    (D) 任选地,在剪切区中混合所述纤维混合浆;
    (E) 从所述切断多组分纤维中除去至少一部分磺基聚酯以产生包含磺基聚酯分散体和切断水不分散性聚合物微纤维的浆料混合物;和
    (F) 从所述浆料混合物中分离出所述切断水不分散性聚合物微纤维。
    在本发明的另一实施方案中,提供包含至少一种水不分散性聚合物的切断水不分散性聚合物微纤维,其中所述切断水不分散性聚合物微纤维具有小于5微米的等效直径和小于25毫米的长度。
    在本发明的另一实施方案中,提供由水不分散性聚合物微纤维制造非织造制品的方法,所述方法包括:
    (A) 提供由多组分纤维制成的水不分散性聚合物微纤维;和
    (B) 利用湿法成网法或干法成网法制造非织造制品。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在纤维打开区(fiber opening zone)中与加热的水性流接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的(opened)微纤维浆料;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;其中所述加热的水性流在至少40℃的温度下;其中所述打开的微纤维浆料包含水、微纤维和水分散性磺基聚酯;和
    (B) 将所述打开的微纤维浆料送往初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流;其中第一母液流包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在纤维打开区中与加热的水性流接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物;其中所述加热的水性流在至少40℃的温度下;其中所述打开的微纤维浆料包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    (B) 将所述打开的微纤维浆料送往初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流;其中第一母液流包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的另一方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在纤维浆区中与处理过的水性流接触以产生短切多组分纤维浆;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;且其中所述处理过的水性流在低于40℃的温度下;
    (B) 使短切多组分纤维浆和加热的水性流在纤维打开区中接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料;其中所述打开的微纤维浆料包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    (C) 将所述打开的微纤维浆料送往初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流;其中第一母液流包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的另一方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在混合区中与加热的水性流接触以产生短切多组分纤维浆;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物;且其中所述加热的水性流在40℃或更高的温度下;
    (B) 将所述短切多组分纤维浆和任选地,加热的水性流送往纤维打开区以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料;其中所述打开的微纤维浆料包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    c) 将所述打开的微纤维浆料送往初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流;其中第一母液流包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的另一方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维在纤维浆区中与处理过的水性流接触以产生短切多组分纤维浆;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;且其中所述处理过的水性流在低于40℃的温度下;
    (B) 使所述短切多组分纤维浆在混合区中与加热的水性流接触以产生加热的多组分纤维浆;
    (C) 将所述加热的多组分纤维浆送往纤维打开区以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料;和
    (D) 将所述打开的微纤维浆料送往初级固液分离区以产生微纤维产物流和第一母液流;其中第一母液流包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供分离第一母液流的方法。该方法包括将第一母液流送往第二固液分离区以产生第二湿滤饼流和第二母液流;其中第二母液流包含水和水分散性磺基聚酯;其中第二湿滤饼流包含水不分散性聚合物微纤维。
    在本发明的再一实施方案中,提供回收磺基聚酯的方法。所述方法包括:
    (A) 将第二母液送往初级浓缩区以产生初级聚合物浓缩流和初级回收水流;和
    (B) 任选地,将初级回收水流送往纤维打开区。
    附图简述
    图1a、1b和1c是三种不同构造的纤维的横截面视图,特别显示了如何测定与纤维的尺寸和形状有关的各种量度。
    图2图解本发明的一个实施方案,其中在单步打开区中产生微纤维产物流。
    图3a和3b图解本发明的一个实施方案,其中在两步打开区中产生微纤维产物流。
    图4图解本发明的一个实施方案,其中在三步打开区中产生微纤维产物流。
    图5图解切割多组分纤维以产生短切多组分纤维的方法的一个实施方案。
    图6a图解打开区的一个实施方案,其中该打开区包含管道。
    图6b图解打开区的一个实施方案,其中该打开区包含连续搅拌釜。
    图6c图解打开区的一个实施方案,其中该打开区包含多于一个连续搅拌釜。
    图7a和7b图解初级固液分离区的一个实施方案。
    详述
    本发明提供表现出拉伸强度、吸收能力、挠性和在水分存在下,尤其是暴露在人体液下时的织物完整性的水分散性纤维和纤维制品。本发明的纤维和纤维制品不要求存在油、蜡或脂肪酸整理剂或使用大量(通常10重量%或更多)的颜料或填料以防止纤维在加工过程中粘连或熔结。此外,由我们的新型纤维制成的纤维制品不需要粘合剂并在家庭或公共排污系统中容易分散或溶解。
    在通用实施方案中,本发明提供水分散性纤维,其包含具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯,其中所述磺基聚酯包含:
    (A) 一种或多种二羧酸的残基;
    (B) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    (C) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
    其中n是2至大约500的整数;和占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。我们的纤维可任选包括与所述磺基聚酯共混的水分散性聚合物,和任选地,与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物,条件是所述共混物是不混溶共混物。我们的纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。本发明还包括包含这些纤维的纤维制品并可包括个人护理产品,如擦拭布、纱布、面巾纸、尿布、成人失禁内裤、训练裤、卫生巾、绷带和外科敷料。该纤维制品可具有一个或多个吸收性纤维层。
    本发明的纤维可以是单组分纤维、双组分或多组分纤维。例如,本发明的纤维可通过单一磺基聚酯或磺基聚酯共混物的熔体纺丝制备并包括具有成形横截面的短纤维、单丝纤维和复丝纤维。此外,本发明提供如例如美国专利No. 5,916,678中所述的多组分纤维,其可通过分别经具有成形或工程设计的横向几何,例如“海岛型”、皮芯型、并列型、条纹型(条带型)或桔瓣型构造的喷丝头挤出磺基聚酯和一种或多种与该磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物制备。随后可通过溶解界面层或桔瓣除去磺基聚酯并留下水不分散性聚合物的较小长丝或微旦纤维。水不分散性聚合物的这些纤维具有比除去磺基聚酯前的多组分纤维小得多的纤维尺寸。例如,可以将磺基聚酯和水不分散性聚合物送入聚合物分配系统,在此将聚合物引入分段喷丝板。聚合物沿单独路径到达纤维喷丝头并在喷丝孔结合,喷丝孔包含两个同心圆孔由此提供皮芯型纤维,或沿直径分成多个部分的圆形喷丝孔以提供并列型纤维?;蛘?,不混溶的水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物可分开引入具有多个径向通道的喷丝头以产生具有桔瓣型横截面的多组分纤维。通常,磺基聚酯构成皮芯构造的“皮”组分。在具有多个片段的纤维横截面中,水不分散性片段通常被磺基聚酯基本互相隔开?;蛘?,可通过在分开的挤出机中熔融磺基聚酯和水不分散性聚合物并将聚合物流导入具有多个小细管或片段形式的分配流径的一个喷丝头来形成多组分纤维,以提供具有海岛形横截面的纤维。在美国专利No. 5,366,804中描述了这种喷丝头的一个实例。在本发明中,通常,磺基聚酯构成“?!弊榉?,水不分散性聚合物构成“岛”组分。
    除非另行指明,说明书和权利要求书中所用的表示成分量、性质如分子量、反应条件等的所有数值应被理解为在所有情况中都被术语“大约”修饰。相应地,除非作出相反的指示,下列说明书和所附权利要求书中所列的数值参数是可能随试图通过本发明获得的所需性质而变的近似值。至少,各数值参数应至少依据所报道的有效位数和通过应用普通舍入技术来解释。此外,本公开和权利要求书中所述的范围旨在明确包括整个范围而不仅仅端点。例如,被描述为0至10的范围旨在公开0和10之间的所有整数,例如1、2、3、4等,0和10之间的所有分数,例如1.5、2.3、4.57、6.1113等,以及端点0和10。此外,与化学取代基相关的范围,例如“C1至C5烃”旨在明确包括和公开C1和C5烃以及C2、C3和C4烃。
    尽管阐述本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值,但具体实施例中列出的数值是尽可能精确报道的。但是,任何数值都固有地含有其各自的试验测量中存在的标准偏差必然造成的某些误差。
    单组分纤维和由本发明的单组分纤维制成的纤维制品是水分散性的,并通常在室温下完全分散??梢允褂媒细咚录铀倨浞稚⑿曰虼臃侵旎蚨嘧榉窒宋谐サ乃俾?。本文就单组分纤维和由单组分纤维制成的纤维制品使用的术语“水分散性”意在与术语“水可消散的”、“水可分解的”、“水可溶解的”、“水可驱散的”、“水可溶的”、“水可除去的”、“水溶性的”和“水可分散的”同义,并意在表示该纤维或纤维制品可通过水的作用分散或溶解在其中。术语“分散的”、“可分散的”、“消散”或“可消散的”是指当在大约60℃的温度下和在最多5天的时间内使用足量去离子水(例如按重量计100:1的水:纤维)形成该纤维或纤维制品的稀薄悬浮液或浆料时,该纤维或纤维制品溶解、崩解或分离成或多或少遍布于介质中的许多不连贯的碎片或粒子以致在例如通过过滤或蒸发除水时无法从该介质中回收可识别的长丝。因此,本文所用的“水分散性”无意包括缠结或粘合但水不可溶或不可分散的纤维的组装件的简单崩解,其中该纤维组装件在水中简单分开以产生纤维在水中的浆料,其可通过除水回收纤维。在本发明的上下文中,所有这些术语都是指水或水与水混溶性助溶剂的混合物对本文所述的磺基聚酯的活性。这样的水混溶性助溶剂的实例包括醇、酮、二醇醚、酯等。该术语意在包括磺基聚酯溶解形成真溶液的状况以及磺基聚酯分散在水性介质中的那些状况。通常,由于磺基聚酯组合物的统计性质,在将单一磺基聚酯样品置于水性介质中时可能具有可溶部分和分散部分。
    类似地,本文就作为多组分纤维或纤维制品的一个组分的磺基聚酯使用的术语“水分散性”也意在与术语“水可消散的”、“水可分解的”、“水可溶解的”、“水可驱散的”、“水可溶的”、“水可除去的”、“水溶性的”和“水可分散的”同义,并意在表示磺基聚酯组分可通过水的作用从多组分纤维中充分除去并分散或溶解以便能够释放和分离其中所含的水不分散性纤维。术语“分散的”、“可分散的”、“消散”或“可消散的”是指当在大约60℃的温度下和在最多5天的时间内使用足量去离子水(例如按重量计100:1的水:纤维)形成该纤维或纤维制品的稀薄悬浮液或浆料时,磺基聚酯组分从多组分纤维中溶解、崩解或分离,以留下来自水不分散性片段的许多微旦纤维。
    术语“片段”或“区域”或“区”在用于描述多组分纤维的成形横截面时是指横截面内的包含该水不分散性聚合物的区域,其中这些区域或片段被介于这些片段或区域之间的水分散性磺基聚酯基本互相隔开。本文所用的术语“基本隔开”意在表示这些片段或区域互相分开以便在除去磺基聚酯时这些片段或区域能够形成独立纤维。片段或区域或区可具有类似尺寸和形状,或不同的尺寸和形状。此外,片段或区域或区可以以任何构造布置。这些片段或区域或区沿该多组分挤出物或纤维的长度“基本连续”。术语“基本连续”是指沿该多组分纤维的至少10厘米长度连续。该多组分纤维的这些片段、区域或区在除去水分散性磺基聚酯时产生水不分散性聚合物微纤维。
    如本公开中所述,多组分纤维的成形横截面可以例如是皮芯型、海岛型、桔瓣型、中空桔瓣型;偏心桔瓣型、并列型、条纹型(条带型)等形式。
    本发明的水分散性纤维由聚酯,或更具体地,包含二羧酸单体残基、磺基单体残基、二醇单体残基和重复单元的磺基聚酯制备。该磺基单体可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸。因此,本文所用的术语“单体残基”是指二羧酸、二醇或羟基羧酸的残基。本文所用的“重复单元”是指具有2个经羰氧基键合的单体残基的有机结构。本发明的磺基聚酯含有基本等摩尔比例的酸残基(100摩尔%)和二醇残基(100摩尔%),它们以基本等比例反应,以使重复单元的总摩尔数等于100摩尔%。本公开中提供的摩尔百分比因此可以基于酸残基的总摩尔数、二醇残基的总摩尔数或重复单元的总摩尔数。例如,含有占总重复单元的30摩尔%的磺基单体(其可以是二羧酸、二醇或羟基羧酸)的磺基聚酯是指该磺基聚酯在总计100摩尔%重复单元中含有30摩尔%的磺基单体。因此,在每100摩尔重复单元中存在30摩尔磺基单体残基。类似地,含有占总酸残基的30摩尔%的二羧酸磺基单体的磺基聚酯是指该磺基聚酯在总计100摩尔%酸残基中含有30摩尔%磺基单体。因此,在后一种情况中,在每100摩尔酸残基中存在30摩尔磺基单体残基。
    本文所述的磺基聚酯具有在25℃的苯酚/四氯乙烷溶剂的60/40重量份溶液中并在100毫升溶剂中大约0.5克磺基聚酯的浓度下测得的至少大约0.1 dL/g,优选大约0.2至0.3 dL/g,最优选大于大约0.3 dL/g的特性粘度,在下文中缩写为“Ih.V.”。本文所用的术语“聚酯”包括“均聚酯”和“共聚酯”,并指通过双官能羧酸与双官能羟基化合物的缩聚制成的合成聚合物。本文所用的术语“磺基聚酯”是指包含磺基单体的任何聚酯。通常,该双官能羧酸是二羧酸,该双官能羟基化合物是二羟基醇,例如二元醇和二醇?;蛘?,该双官能羧酸可以是羟基羧酸,例如对羟基苯甲酸,该双官能羟基化合物可以是带有2个羟基取代基的芳族核,例如对苯二酚。本文所用的术语“残基”是指通过涉及相应单体的缩聚反应并入聚合物中的任何有机结构。因此,二羧酸残基可衍生自二羧酸单体或其相关的?;?、酯、盐、酸酐或其混合物。因此,本文所用的术语二羧酸意在包括可用于与二醇的缩聚过程中以制造高分子量聚酯的二羧酸和任何二羧酸衍生物,包括其相关的?;?、酯、半酯、盐、半盐、酸酐、混合酸酐或其混合物。
    本发明的磺基聚酯包括一种或多种二羧酸残基。根据磺基单体的类型和浓度,二羧酸残基可以占酸残基的大约60至大约100摩尔%。二羧酸残基的浓度范围的另一些实例是大约60摩尔%至大约95摩尔%,和大约70摩尔%至大约95摩尔%??捎玫亩人岬氖道ㄖ宥人?、脂环族二羧酸、芳族二羧酸或两种或更多种这些酸的混合物。因此,合适的二羧酸包括但不限于丁二酸;戊二酸;己二酸;壬二酸;癸二酸;富马酸;马来酸;衣康酸;1,3-环己烷二甲酸;1,4-环己烷二甲酸;二羟乙酸;2,5-降冰片烷二甲酸;邻苯二甲酸;对苯二甲酸;1,4-萘二甲酸;2,5-萘二甲酸;联苯甲酸;4,4'-氧基二苯甲酸;4,4'-磺?;郊姿岷图浔蕉姿?。优选的二羧酸残基是间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二甲酸,或者如果使用二酯,为对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯和1,4-环己烷二甲酸二甲酯,其中间苯二甲酸和对苯二甲酸的残基尤其优选。尽管二羧酸甲酯是最优选的实施方案,但也可以包括更高级的烷基酯,如乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯等。此外,也可以使用芳族酯,特别是苯基酯。
    该磺基聚酯包括占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。该磺基单体残基的浓度范围的另一些实例是总重复单元的大约4至大约35摩尔%,大约8至大约30摩尔%,和大约8至大约25摩尔%。该磺基单体可以是含有磺酸盐基团的二羧酸或其酯、含有磺酸盐基团的二醇或含有磺酸盐基团的羟基酸。术语“磺酸盐”是指具有结构“–SO3M”的磺酸盐,其中M是该磺酸盐的阳离子。该磺酸盐的阳离子可以是金属离子,如Li+、Na+、K+、Mg++、Ca++、Ni++、Fe++等?;蛘?,该磺酸盐的阳离子可以是非金属的,如例如美国专利No. 4,304,901中所述的含氮碱。氮基阳离子衍生自含氮碱,其可以是脂族、脂环族或芳族化合物。这样的含氮碱的实例包括氨、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、吡啶、吗啉和哌啶。由于含有氮基磺酸盐的单体通常在制造熔体聚合物所需的条件下不热稳定,本发明的制备含有氮基磺酸盐基团的磺基聚酯的方法是将含有所需量的磺酸盐基团(为其碱金属盐形式)的聚合物分散、消散或溶解在水中,然后用氮基阳离子交换碱金属阳离子。
    当使用一价碱金属离子作为该磺酸盐的阳离子时,所得磺基聚酯可以以取决于该聚合物中的磺基单体含量、水温、磺基聚酯的表面积/厚度等的分散速率完全分散在水中。当使用二价金属离子时,所得磺基聚酯不容易被冷水分散,但更容易被热水分散。在单一聚合物组合物中可利用多于一种抗衡离子并可提供调节或细调所得制品的水响应性的手段?;腔ヌ宀谢氖道ㄆ渲谢撬嵫位帕拥椒甲逅岷?,例如苯;萘;二苯基;氧二苯基;磺?;交?;和亚甲基二苯基,或脂环族环,例如环己基;环戊基;环丁基;环庚基;和环辛基上的单体残基??捎糜诒痉⒚鞯幕腔ヌ宀谢钠渌道腔腔诒蕉姿?、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸的金属磺酸盐或其组合??捎玫幕腔ヌ宓钠渌道?-钠代磺基间苯二甲酸及其酯。如果该磺基单体残基来自5-钠代磺基间苯二甲酸,典型的磺基单体浓度范围为酸残基总摩尔数的大约4至大约35摩尔%,大约8至大约30摩尔%,和大约8至25摩尔%。
    用于制备该磺基聚酯的磺基单体是已知化合物并可以使用本领域中公知的方法制备。例如,其中磺酸盐基团连接到芳环上的磺基单体可如下制备:用发烟硫酸磺化该芳族化合物以获得相应的磺酸并接着与金属氧化物或碱,例如乙酸钠反应以制备该磺酸盐。例如在美国专利No.3,779,993;3,018,272;和3,528,947中描述了各种磺基单体的制备程序。
    当该聚合物为分散形式时,也可以使用例如磺酸钠盐和离子交换法制备聚酯以将钠替换成不同离子,如锌。就钠盐通常更可溶于该聚合物反应物熔体相而言,这种类型的离子交换程序通常优于用二价盐制备该聚合物。
    该磺基聚酯包括一种或多种二醇残基,其可包括脂族、脂环族和芳烷基二醇。脂环族二醇,例如1,3-和1,4-环己烷二甲醇,可以以它们的纯顺式或反式异构体形式或以顺式与反式异构体的混合物形式存在。本文所用的术语“二醇”与术语“二元醇(glycol)”同义并且是指任何二羟基醇。二醇的实例包括但不限于乙二醇;二乙二醇;三乙二醇;聚乙二醇;1,3-丙二醇;2,4-二甲基-2-乙基-己-1,3-二醇;2,2-二甲基-1,3-丙二醇;2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇;2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇;1,3-丁二醇;1,4-丁二醇;1,5-戊二醇;1,6-己二醇;2,2,4-三甲基-1,6-己二醇;硫代二乙醇;1,2-环己烷二甲醇;1,3-环己烷二甲醇;1,4-环己烷二甲醇;2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇;对亚二甲苯基醇或一种或多种这些二元醇的组合。
    二醇残基可包括占总二醇残基的大约25摩尔%至大约100摩尔%的具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)残基,其中n是2至大约500的整数。较低分子量聚乙二醇(例如其中n为2至6)的非限制性实例是二乙二醇、三乙二醇和四乙二醇。在这些较低分子量二元醇中,二乙二醇和三乙二醇最优选。更高分子量的聚乙二醇(在本文中缩写为“PEG”)(其中n为7至大约500)包括名为CARBOWAX?的市售产品——Dow Chemical Company(前身为Union Carbide)的产品。PEG通常与其它二醇,例如二乙二醇或乙二醇结合使用?;趎的值(其为大于6至500),该分子量可以为大于300至大约22,000 g/mol。分子量和摩尔百分比彼此成反比;具体而言,随着分子量提高,摩尔百分比降低以实现指定的亲水性程度。例如,为了例示这一概念,分子量为1000的PEG可构成总二醇的最多10摩尔%,而分子量为10,000的PEG通常以小于总二醇的1摩尔%的量并入。
    由于副反应,可能原位形成某些二聚物、三聚物和四聚物二醇,可通过改变工艺条件控制所述副反应。例如,由乙二醇可能由在酸性条件下进行缩聚反应时容易发生的酸催化脱水反应形成不同量的二乙二醇、三乙二醇和四乙二醇??梢韵蚍从旌衔镏屑尤氡玖煊蚣际跞嗽惫幕撼迦芤阂宰璋庑└狈从?。但是,如果省略缓冲液并使二聚、三聚和四聚反应进行,可能存在其它组成范围。
    本发明的磺基聚酯可包括占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。支化单体的非限制性实例是1,1,1-三羟甲基丙烷、1,1,1-三羟甲基乙烷、甘油、季戊四醇、赤藓糖醇、苏糖醇、二季戊四醇、山梨糖醇、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二羟甲基丙酸或其组合。支化单体浓度范围的另一些实例是0至大约20摩尔%,和0至大约10摩尔%。支化单体的存在可以为本发明的磺酸聚酯带来许多可能的益处,包括但不限于能够调节流变性质、溶解度和拉伸性质。例如,在恒定分子量下,与线型类似物相比,支化磺基聚酯还具有更大的端基浓度,这可促进聚合后交联反应。但是,在高浓度支化剂下,该磺基聚酯倾向于胶凝。
    用于本发明的纤维的磺基聚酯具有使用本领域技术人员公知的标准技术,如差示扫描量热法(“DSC”)在干聚合物上测得的至少25℃的玻璃化转变温度,在本文中缩写为“Tg”。使用“干聚合物”(即通过将聚合物加热至大约200℃的温度并使该样品恢复室温而逐出外来或吸收的水的聚合物样品)进行本发明的磺基聚酯的Tg测量。通常,该磺基聚酯在DSC装置中如下干燥:进行第一热扫描,其中将样品加热至高于水汽化温度的温度,使样品保持在此温度直至该聚合物中吸收的水的汽化完全(如大的宽的吸热线所示),将样品冷却至室温、然后进行第二热扫描以获得Tg测量值?;腔埘ケ硐殖龅牟AЩ湮露鹊牧硪恍┦道侵辽?0℃、至少35℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少65℃、至少80℃和至少90℃。尽管其它Tg也可行,但本发明的干磺基聚酯的典型玻璃化转变温度为大约30℃、大约48℃、大约55℃、大约65℃、大约70℃、大约75℃、大约85℃和大约90℃。
    我们的新型纤维可以基本由或由上述磺基聚酯构成。但是,在另一实施方案中,本发明的磺基聚酯可以是单一聚酯或可以与一种或多种补充聚合物共混以改变所得纤维的性质。根据用途,该补充聚合物可以是水可分散或不可分散的,并可以与该磺基聚酯混溶或不混溶。如果该补充聚合物是水不可分散的,与磺基聚酯的共混物优选不混溶。本文所用的术语“混溶”意在表示该共混物具有如单一的组成依赖性Tg所示的单一的、均匀的非晶相。例如,如美国专利No. 6,211,309中所述,与第二聚合物混溶的第一聚合物可用于“塑化”第二聚合物。相反,本文所用的术语“不混溶”是指表现出至少两个随机混合的相并表现出多于一个Tg的共混物。一些聚合物可能与该磺基聚酯不混溶但相容?;烊芎筒换烊艿木酆衔锕不煳锛坝糜诒碚魉堑母髦址治黾际醯慕徊礁攀隹杉贒.R. Paul和C.B. Bucknall编辑的Polymer Blends, 第1和2卷, 2000, John Wiley & Sons, Inc。
    可以与该磺基聚酯共混的水分散性聚合物的非限制性实例是聚甲基丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯-丙烯酸共聚物、聚乙烯基甲基醚、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、异丙基纤维素、甲基醚淀粉、聚丙烯酰胺、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚乙基噁唑啉、聚(2-异丙基-2-噁唑啉)、聚乙烯基甲基噁唑烷酮、水分散性磺基聚酯、聚乙烯基甲基噁唑烷酮(polyvinyl methyl oxazolidimone)、聚(2,4-二甲基-6-三嗪基乙烯)和环氧乙烷-环氧丙烷共聚物??梢杂敫没腔埘ス不斓乃环稚⑿跃酆衔锏氖道ǖ幌抻诰巯┨?,如聚乙烯和聚丙烯的均聚物和共聚物;聚(对苯二甲酸乙二醇酯);聚(对苯二甲酸丁二醇酯);和聚酰胺,如尼龙-6;聚交酯;己内酯;Eastar Bio?(聚(四亚甲基己二酸酯-共-对苯二甲酸酯),Eastman Chemical Company的产品);聚碳酸酯;聚氨酯;和聚氯乙烯。
    根据我们的发明,多于一种磺基聚酯的共混物可用于调节所得纤维或纤维制品,例如非织造织物或网的最终用途性质。一种或多种磺基聚酯的共混物在水分散性单组分纤维的情况下具有至少25℃的Tg,在多组分纤维的情况下具有至少57℃的Tg。因此,也可以利用共混改变磺基聚酯的加工特性以利于非织造物的制造。在另一实例中,聚丙烯和磺基聚酯的不混溶共混物可提供传统非织造网,其会在水中分开并完全分散,因为不需要真实可溶性。在这种后一实例中,所需性能涉及保持聚丙烯的物理性质,而磺基聚酯在该产品的实际使用过程中仅是旁观者(spectator),或磺基聚酯是易消失的并在利用该产品的最终形式之前除去。
    该磺基聚酯和补充聚合物可以以间歇、半连续或连续法共混。在熔纺纤维之前可以容易地在本领域技术人员公知的任何高强度混合设备,如班伯里密炼机中制备小规模批料。组分还可以溶解在适当的溶剂中共混。熔体共混法包括在足以熔融该聚合物的温度下共混磺基聚酯和补充聚合物。该共混物可以冷却并造粒以便进一步使用,或该熔体共混物可以由这种熔融共混物直接熔纺成纤维形式。本文所用的术语“熔体”包括但不限于仅软化该聚酯。关于聚合物领域中通常已知的熔体混合法,参见Mixing and Com-pounding of Polymers (I. Manas-Zloczower & Z. Tadmor编辑, Carl Hanser Verlag Publisher, 1994, New York, N. Y.)。
    本发明还提供一种水分散性纤维,其包含具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯,其中所述磺基聚酯包含:
    (A) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
    (B) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
    (C) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
    其中n是2至大约500的整数;占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。如上所述,该纤维可任选包括与所述磺基聚酯共混的第一水分散性聚合物;和任选地,与所述磺基聚酯共混的水不分散性聚合物,以使所述共混物是不混溶共混物。我们的纤维含有占纤维总重量的低于10重量%、低于8重量%或低于6重量%的颜料或填料。第一水分散性聚合物如上所述。该磺基聚酯应具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg),但可具有例如大约35℃、大约48℃、大约55℃、大约65℃、大约70℃、大约75℃、大约85℃和大约90℃的Tg。该磺基聚酯可含有其它浓度的间苯二甲酸残基,例如大约60至大约95摩尔%,和大约75至大约95摩尔%。间苯二甲酸残基浓度范围的另一些实例是大约70至大约85摩尔%,大约85至大约95摩尔%,和大约90至大约95摩尔%。该磺基聚酯还可包含大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。二乙二醇残基浓度范围的另一些实例包括大约50至大约95摩尔%,大约70至大约95摩尔%,和大约75至大约95摩尔%。该磺基聚酯还可包括乙二醇和/或1,4-环己烷二甲醇(在本文中缩写为“CHDM”)的残基。CHDM残基的典型浓度范围是大约10至大约75摩尔%,大约25至大约65摩尔%,和大约40至大约60摩尔%。乙二醇残基的典型浓度范围是大约10至大约75摩尔%,大约25至大约65摩尔%,和大约40至大约60摩尔%。在另一实施方案中,该磺基聚酯包含大约75至大约96摩尔%的间苯二甲酸残基和大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。
    本发明的磺基聚酯容易由适当的二羧酸、酯、酐或盐、磺基单体和适当的二醇或二醇混合物使用典型的缩聚反应条件制备。它们可通过连续、半连续和间歇操作模式制造并可以采用多种反应器类型。合适的反应器类型的实例包括,但不限于,搅拌釜、连续搅拌釜、淤浆、管式、刮膜、降膜或挤出反应器。本文所用的术语“连续”是指以不间断方式同时引入反应物和取出产物的方法?!傲笔侵父梅椒ɑ净蛲耆僮鞑⑶乙鹩凇凹湫狈??!傲蔽蘼廴绾挝抟饨褂衫缙舳?、反应器维护或排定的停工期造成的该方法的连续性的正常中断。本文所用的术语“间歇”法是指将所有反应物添加到反应器中并随后根据预定反应进程(在此期间不向反应器中进给或取出材料)加工的方法。术语“半连续”是指在该方法开始时装入一些反应物并随着反应进展连续进给剩余反应物的方法?;蛘?,半连续法还可包括与间歇法类似的方法,其中在该方法开始时加入所有反应物,只是随着反应进展连续取出一种或多种产物。出于经济原因和为了实现该聚合物的优异着色,该方法有利地作为连续法运行,因为如果使其在升高的温度下在反应器中停留太久,磺基聚酯的外观会变差。
    通过本领域技术人员已知的程序制备本发明的磺基聚酯。最通常将磺基单体直接添加到用于制造该聚合物的反应混合物中,尽管其它方法是已知并且也可用的,例如如美国专利No.’s 3,018,272、3,075,952和3,033,822中所述??梢允褂贸9婢埘ゾ酆咸跫谢腔ヌ?、二醇组分和二羧酸组分的反应。例如,当借助酯交换反应,即由二羧酸组分的酯形式制备磺基聚酯时,该反应法可包含两个步骤。在第一个步骤中,二醇组分和二羧酸组分,例如间苯二甲酸二甲酯在通常大约150℃至大约250℃的升高的温度下在大约0.0千帕表压至大约414千帕表压(60磅/平方英寸,“psig”)的压力下反应大约0.5至大约8小时。酯交换反应的温度优选为大约180℃至大约230℃大约1至大约4小时,而优选压力为大约103千帕表压(15 psig)至大约276千帕表压(40 psig)。此后,反应产物在更高温度下和在减压下加热以形成磺基聚酯并除去在这些条件下易挥发并从该系统中除去的二醇。这种第二步骤或缩聚步骤在较高真空和通常为大约230℃至大约350℃,优选大约250℃至大约310℃,最优选大约260℃至大约290℃的温度下继续大约0.1至大约6小时,或优选大约0.2至大约2小时,直至获得具有通过特性粘度测得的所需聚合程度的聚合物。该缩聚步骤可以在大约53千帕(400托)至大约0.013千帕(0.1托)的减压下进行。在这两个阶段中都使用搅拌或适当的条件以确保反应混合物的充分传热和表面更新。这两个阶段的反应都用适当的催化剂,例如烷氧基钛化合物、碱金属氢氧化物和醇化物、有机羧酸的盐、烷基锡化合物、金属氧化物等促进。也可以使用与美国专利No. 5,290,631中所述类似的三阶段制造程序,特别是在使用酸和酯的混合单体进料时。
    为了确保驱使二醇组分与二羧酸组分通过酯交换反应机制的反应完全,优选使用大约1.05至大约2.5摩尔二醇组分/1摩尔二羧酸组分。但是,本领域技术人员会理解,二醇组分/二羧酸组分比通常取决于用于进行该反应过程的反应器的设计。
    在通过直接酯化,即由二羧酸组分的酸形式制备磺基聚酯时,通过使二羧酸或二羧酸的混合物与二醇组分或二醇组分的混合物反应制造磺基聚酯。该反应在大约7千帕表压(1 psig)至大约1379千帕表压(200 psig),优选小于689 kPa (100 psig)的压力下进行以产生平均聚合度为大约1.4至大约10的低分子量的线型或支化磺基聚酯产品。直接酯化反应过程中所用的温度通常为大约180℃至大约280℃,更优选大约220℃至大约270℃。这种低分子量聚合物可随后通过缩聚反应聚合。
    本发明的水分散性、多组分和短切纤维和由其制成的纤维制品还可含有不会有害地影响它们的最终用途的其它常规添加剂和成分。例如,可以使用添加剂,如填料、表面摩擦改进剂、光和热稳定剂、挤出助剂、抗静电剂、着色剂、染料、颜料、荧光增白剂、抗微生物剂、防伪标记、疏水和亲水增强剂、粘度改进剂、滑爽剂、增韧剂、增粘剂等。
    本发明的纤维和纤维制品不要求存在用于防止该纤维在加工过程中粘连或熔结的添加剂,例如颜料、填料、油、蜡或脂肪酸整理剂。本文所用的术语“粘连或熔结”被理解为是指该纤维或纤维制品粘在一起或熔结成块以致纤维无法加工或用于其预期用途。在纤维或纤维制品的加工过程中或在储存几天或几周的过程中会发生粘连和熔结并在湿热条件下加剧。
    在本发明的一个实施方案中,该纤维和纤维制品含有占该纤维或纤维制品总重量的小于10重量%的此类防粘连添加剂。例如,该纤维和纤维制品可含有小于10重量%的颜料或填料。在另一些实例中,该纤维和纤维制品可含有占纤维总重量的小于9重量%、小于5重量%、小于3重量%、小于1重量%和0重量%的颜料或填料??商砑幼派?,有时称为调色剂以赋予该磺基聚酯所需的中性色调和/或亮度。当需要有色纤维时,在二醇单体和二羧酸单体的反应过程中在磺基聚酯反应混合物中可包括颜料或着色剂或它们可以与预形成的磺基聚酯熔体共混。包含着色剂的优选方法是使用具有含反应性基团的热稳定有机着色化合物的着色剂,以使该着色剂共聚并并入该磺基聚酯中以改进其色调。例如,着色剂,如具有反应性羟基和/或羧基的染料,包括但不限于蓝色和红色取代蒽醌,可共聚到该聚合物链中。当使用染料作为着色剂时,它们可以在酯交换或直接酯化反应后添加到共聚酯反应过程中。
    对本发明而言,术语“纤维”是指能够形成二维或三维制品,如机织织物或非织造织物的高纵横比的聚合体。在本发明的背景中,术语“纤维(fiber)”与“fibers”同义并意在表示一根或多根纤维。本发明的纤维可以是单组分纤维、双组分或多组分纤维。本文所用的术语“单组分纤维”意在表示通过单一磺基聚酯、一种或多种磺基聚酯的共混物或一种或多种磺基聚酯与一种或多种附加聚合物的共混物的熔体纺丝制成的纤维并包括短纤维、单丝纤维和复丝纤维?!暗プ榉郑║nicomponent)”意在与术语“monocomponent”同义并包括“双成分”或“多成分”纤维,并且是指由作为共混物从相同挤出机中挤出的至少两种聚合物形成的纤维。单组分或双成分纤维没有排列在纤维横截面上的位置相对恒定的不同区域中的各种聚合物组分且各种聚合物通常并非沿纤维的整个长度延续,而是通常形成随意起止的纤丝或原纤丝。因此,术语“单组分”无意排除由为了着色、抗静电性质、润滑、亲水性等而添加了少量添加剂的聚合物或一种或多种聚合物的共混物形成的纤维。
    相反,本文所用的术语“多组分纤维”意在表示如下制成的纤维:在分开的挤出机中熔融两种或更多种成纤维聚合物并将所得多个聚合物流导入具有多个分配流径的一个喷丝头并纺在一起以形成一根纤维。多组分纤维有时也被称为复合纤维(conjugate fiber)或双组分纤维。聚合物排列在该复合纤维横截面上的基本位置不变的不同片段或区域中并沿复合纤维的长度连续延伸。此类多组分纤维的构造可以是例如皮/芯排列——其中一种聚合物被另一种包围,或可以是并列排列、条纹或条带排列、桔瓣排列或“海岛”排列。例如,可通过分别经具有成形或工程设计的横向几何,例如“海岛型”或桔瓣型构造的喷丝头挤出磺基聚酯和一种或多种水不分散性聚合物来制备多组分纤维。多组分纤维通常是具有成形或圆形横截面的短纤维、单丝纤维或复丝纤维。大多数纤维形式是热定型的。该纤维可包括各种抗氧化剂、颜料和如本文所述的添加剂。
    单丝纤维的尺寸通常为大约15至大约8000旦/长丝(在本文中缩写为“d/f”)。我们的新型纤维通常具有大约40至大约5000的d/f值。单丝可以是单组分或多组分纤维的形式。本发明的复丝纤维的尺寸优选对熔喷网而言为大约1.5微米,对短纤维而言为大约0.5至大约50 d/f,和对单丝纤维而言为最多大约5000 d/f。复丝纤维也可用作卷曲或未卷曲纱和丝束。熔喷网和熔纺织物中所用的纤维可以以微旦尺寸制造。本文所用的术语“微旦”意在表示1 d/f或更小的d/f值。例如,本发明的微旦纤维通常具有1或更小、0.5或更小、或0.1或更小的d/f值。也可以通过静电纺丝制造纳米纤维。
    如上所述,该磺基聚酯也有利于制备具有成形横截面的双组分和多组分纤维。我们已经发现,具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的磺基聚酯或磺基聚酯共混物特别可用于多组分纤维以防止在纺丝和卷取过程中的纤维粘连和熔结。因此,本发明提供具有成形横截面的多组分纤维,其包含:
    (A) 具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
      (i) 一种或多种二羧酸的残基;
      (ii) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
      其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    任选地,其中所述纤维具有海岛型或桔瓣型横截面并含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基单体和支化单体残基如上文对本发明的其它实施方案所述。对于多组分纤维,磺基聚酯有利地具有至少57℃的Tg。我们的多组分纤维的磺基聚酯或磺基聚酯共混物表现出的玻璃化转变温度的另一些实例是至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少80℃、至少85℃和至少90℃。此外,为了获得具有至少57℃的Tg的磺基聚酯,可以以不同比例使用一种或多种磺基聚酯的共混物以获得具有所需Tg的磺基聚酯共混物??梢允褂没腔埘プ榉值腡g的加权平均值计算磺基聚酯共混物的Tg。例如,具有48℃的Tg的磺基聚酯可以与具有65℃的Tg的另一磺基聚酯以25:75 wt:wt比率共混以产生具有大约61℃的Tg的磺基聚酯共混物。
    在本发明的另一实施方案中,该多组分纤维的水分散性磺基聚酯组分表现出能够实现下列至少一项的性质:
    (A) 能将该多组分纤维纺成所需的低旦数,
    (B) 这些多组分纤维中的磺基聚酯在由该纤维形成的网幅的水刺过程中难除去,但在水刺后在升高的温度下可有效除去,和
    (C) 该多组分纤维可热定形以生成稳定的牢固织物。使用具有特定熔体粘度和磺基单体残基含量的磺基聚酯在促进这些目标时实现令人惊讶和出乎预料的结果。
    因此,在本发明的另一实施方案中,提供具有成形横截面的多组分纤维,其包含:
    (A) 至少一种水分散性磺基聚酯;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开,
    任选地,其中所述纤维具有小于大约6旦/长丝的初纺旦数;
    其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,和
    其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基。
    这些多组分纤维中所用的磺基聚酯具有通常小于大约12,000泊的熔体粘度。在另一些实施方案中,在240℃和1 rad/sec剪切速率下测得的该磺基聚酯的熔体粘度优选小于大约10,000泊、小于大约6,000或小于大约4,000泊。另一方面,该磺基聚酯表现出在240℃和1 rad/sec剪切速率下测得的大约1,000至大约12,000泊、大约2,000至大约6,000泊或大约2,500至大约4,000泊的熔体粘度。在测定该粘度前,样品在真空炉中在60℃下干燥2天。在流变仪上在1毫米辊隙设置下使用25毫米直径的平行板几何测量熔体粘度。动态扫频(dynamic frequency sweep)在1至400 rad/sec的应变速率范围和10%应变幅度下进行。然后在240oC和1 rad/sec的应变速率下测量该粘度。
    根据本发明的这一方面使用的磺基聚酯聚合物中的磺基单体残基含量通常小于大约25摩尔%,或小于大约20摩尔%,以磺基聚酯中总二酸或二醇残基的百分比报道。在另一些实施方案中,这一含量为大约4至大约20摩尔%,大约5至大约12摩尔%,或大约7至大约10摩尔%。用于本发明的磺基单体优选具有2个官能团或一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。在一个实施方案中,使用钠代磺基间苯二甲酸单体。
    除上述磺基单体外,该磺基聚酯还可包含一种或多种二羧酸的残基、一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇),其中n是2至大约500的整数,和占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。
    在另一实施方案中,该磺基聚酯包含大约80-96摩尔%二羧酸残基、大约4至大约20摩尔%磺基单体残基和100摩尔%二醇残基(总摩尔%为200%,即100摩尔%二酸和100摩尔%二醇)。更具体地,该磺基聚酯的二羧酸部分包含大约60-80摩尔%对苯二甲酸、大约0-30摩尔%间苯二甲酸和大约4-20摩尔% 5-钠代磺基间苯二甲酸(5-SSIPA)。二醇部分包含大约0-50摩尔%二乙二醇和大约50-100摩尔%乙二醇。随后阐述根据本发明的这一实施方案的一种示例性配方。
      近似摩尔%(基于二醇或二酸残基的总摩尔数) 对苯二甲酸 71 间苯二甲酸 20 5-SSIPA 9 二乙二醇 35 乙二醇 65
    该多组分纤维的水不分散性组分可包含本文所述的任何水不分散性聚合物。纤维的纺丝也可以根据本文中描述的任何方法进行。但是,根据本发明的这一方面的多组分纤维的改进的流变性质提供了提高的拉伸速度。当挤出该磺基聚酯和水不分散性聚合物以制造多组分挤出物时,该多组分挤出物能够使用本文中公开的任何方法以至少大约2000 m/min,更优选至少大约3000 m/min,再更优选至少大约4000 m/min,最优选至少大约4500 m/min的速度熔体拉伸以制造多组分纤维。尽管无意受理论束缚,该多组分挤出物在这些速度下的熔体拉伸在该多组分纤维的水不分散性组分中带来至少一定的取向结晶度。这种取向结晶度可以提高由该多组分纤维制得的非织造材料在后继加工过程中的尺寸稳定性。
    该多组分挤出物的另一优点在于其可以熔体拉伸为初纺旦数小于6旦/长丝的多组分纤维。多组分纤维尺寸的另一些范围包括小于4旦/长丝和小于2.5旦/长丝的初纺旦数。
    因此,在本发明的另一实施方案中,具有成形横截面的多组分挤出物,其包含:
    (A) 至少一种水分散性磺基聚酯;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开,
    其中所述挤出物能以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸。
    该多组分纤维包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的多个片段或区域,其中这些片段或区域被介于这些片段或区域之间的磺基聚酯基本互相隔开。本文所用的术语“基本隔开”意在表示这些片段或区域互相分开以便在除去磺基聚酯时这些片段或区域能够形成独立纤维。例如,这些片段或区域可能如例如桔瓣型构造中那样互相接触,但可通过冲击或在除去磺基聚酯时分开。
    本发明的多组分纤维中磺基聚酯与水不分散性聚合物组分的重量比通常为大约60:40至大约2:98,或在另一实例中大约50:50至大约5:95。该磺基聚酯通常占多组分纤维总重量的50重量%或更少。
    多组分纤维的片段或区域可包含一种或多种水不分散性聚合物??捎迷诟枚嘧榉窒宋钠沃械乃环稚⑿跃酆衔锏氖道?,但不限于,聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、纤维素酯和聚氯乙烯。例如,该水不分散性聚合物可以是聚酯,如聚对苯二甲酸(乙二醇)酯、聚对苯二甲酸(丁二醇)酯、聚环己烷二甲酸(环己二酯)(poly(cyclohexylene) cyclohexanedicarboxylate,)、聚对苯二甲酸(环己二酯)(poly(cyclohexylene) terephthalate)、聚对苯二甲酸(丙二醇酯)等。在另一实例中,该水不分散性聚合物可以如通过DIN标准54900测定是可生物分解的和/或如通过ASTM标准方法D6340-98测定是可生物降解的。在美国专利No.5,599,858;5,580,911;5,446,079;和5,559,171中公开了可生物降解的聚酯和聚酯共混物的实例。本文中关于本发明的水不分散性聚合物所用的术语“可生物降解”被理解为是指聚合物如例如题为“Standard Test Methods for Determining Aerobic Biodegradation of Radiolabeled Plastic Materials in an Aqueous or Compost Environment”的ASTM标准方法D6340-98所规定在适当且可论证的时间跨度中在环境影响下,例如在堆肥环境中降解。本发明的水不分散性聚合物还“可生物分解”,意味着该聚合物如例如DIN标准54900所规定在堆肥环境中容易粉碎。例如,最初在环境中通过热、水、空气、微生物和其它因素的作用降低该可生物降解的聚合物的分子量。这种分子量降低导致物理性质(韧度)损失并常常导致纤维断裂。一旦该聚合物的分子量足够低,该单体和低聚物随后被微生物同化。在需氧环境中,这些单体或低聚物最终氧化成CO2、H2O和新的细胞生物质。在厌氧环境中,该单体或低聚物最终转化成CO2、H2、乙酸盐、甲烷和细胞生物质。
    例如,水不分散性聚合物可以是脂族-芳族聚酯,在本文中缩写为“AAPE”。本文所用的术语“脂族-芳族聚酯”是指包含来自脂族或脂环族二羧酸或二醇和芳族二羧酸或二醇的残基的混合物的聚酯。本文中对于本发明的二羧酸和二醇单体使用的术语“非芳族”是指该单体的羧基或羟基没有通过芳族核连接。例如,己二酸在其主链(即连接羧酸基团的碳原子链)中不含芳族核,因此是“非芳族”。相反,术语“芳族”是指该二羧酸或二醇在主链中含有芳族核,例如对苯二甲酸或2,6-萘二甲酸?!胺欠甲濉币虼艘庠诎ㄖ搴椭纷褰峁?,例如含有组成碳原子的直链或支链或环状排列作为主链的二醇和二羧酸,其在性质上可以是饱和或链烷的、不饱和的(即含有非芳族碳-碳双键)或炔属的(即含有碳-碳三键)。因此,在本发明的说明书和权利要求书背景中,非芳族意在包括直链和支链的链结构(在本文中称作“脂族”)和环状结构(在本文中称作“脂环的”或“脂环族”)。但是,术语“非芳族”无意排除可连接到脂族或脂环族二醇或二羧酸的主链上的任何芳族取代基。在本发明中,双官能羧酸通常是脂族二羧酸,例如己二酸,或芳族二羧酸,例如对苯二甲酸。双官能羟基化合物可以是脂环族二醇,例如1,4-环己烷二甲醇,直链或支化的脂族二醇,例如1,4-丁二醇,或芳族二醇,例如氢醌。
    该AAPE可以是包含二醇残基的直链或支化无规共聚酯和/或增链共聚酯,所述二醇残基包含选自含有2至8个碳原子的脂族二醇、含有2至8个碳原子的聚亚烷基醚二醇和含有大约4至大约12个碳原子的脂环族二醇的一种或多种取代或未取代的、直链或支化二醇的残基。该取代二醇通常包含1至大约4个独立地选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基的取代基??捎玫亩嫉氖道ǖ幌抻谝叶?、二乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、聚乙二醇、二乙二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、硫代二乙醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇、三乙二醇和四乙二醇,优选的二醇包含选自1,4-丁二醇;1,3-丙二醇;乙二醇;1,6-己二醇;二乙二醇;或1,4-环己烷二甲醇的一种或多种二醇。该AAPE还包含二酸残基,其含有占二酸残基总摩尔数的大约35至大约99摩尔%的一种或多种取代或未取代的、直链或支化的非芳族二羧酸的残基,所述非芳族二羧酸选自含有2至大约12个碳原子的脂族二羧酸和含有大约5至大约10个碳原子的脂环族酸。该取代的非芳族二羧酸通常含有1至大约4个选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基的取代基。非芳族二酸的非限制性实例包括丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、2,2-二甲基戊二酸、辛二酸、1,3-环戊烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、1,3-环己烷二甲酸、二羟乙酸、衣康酸、马来酸和2,5-降冰片烷二甲酸。除非芳族二羧酸外,该AAPE还包含占二酸残基总摩尔数的大约1至大约65摩尔%的一种或多种含有6至大约10个碳原子的取代或未取代的芳族二羧酸的残基。在使用取代芳族二羧酸的情况下,它们通常含有1至大约4个选自卤素、C6-C10芳基和C1-C4烷氧基的取代基??捎糜诒痉⒚鞯腁APE中的芳族二羧酸的非限制性实例是对苯二甲酸、间苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸的盐和2,6-萘二甲酸。更优选地,非芳族二羧酸包含己二酸,芳族二羧酸包含对苯二甲酸,且二醇包含1,4-丁二醇。
    本发明的AAPE的其它可能的组合物是由下列二醇和二羧酸(或其成聚酯的等效物,如二酯)以基于100摩尔%二酸组分和100摩尔%二醇组分的下列摩尔百分比制成的那些:
    (A) 戊二酸(大约30至大约75%);对苯二甲酸(大约25至大约70%);1,4-丁二醇(大约90至100%);和改性二醇(0至大约10%);
    (B) 丁二酸(大约30至大约95%);对苯二甲酸(大约5至大约70%);1,4-丁二醇(大约90至100%);和改性二醇(0至大约10%);和
    (C) 己二酸(大约30至大约75%);对苯二甲酸(大约25至大约70%);1,4-丁二醇(大约90至100%);和改性二醇(0至大约10%)。
    该改性二醇优选选自1,4-环己烷二甲醇、三乙二醇、聚乙二醇和新戊二醇。最优选的AAPE是包含大约50至大约60摩尔%己二酸残基、大约40至大约50摩尔%对苯二甲酸残基和至少95摩尔%1,4-丁二醇残基的直链、支化或增链的共聚酯。再更优选地,己二酸残基占大约55至大约60摩尔%,对苯二甲酸残基占大约40至大约45摩尔%,且二醇残基包含大约95摩尔% 1,4-丁二醇残基。此类组合物可以以商标EASTAR BIO?共聚酯购自Eastman Chemical Company, Kingsport, TN和以商标ECOFLEX?购自BASF Corporation。
    优选的AAPE的另一些具体实例包括聚(戊二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸丁二醇酯)(poly(tetra-methylene glutarate-co-terephthalate)),其含有(a) 50摩尔%戊二酸残基、50摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基,(b) 60摩尔%戊二酸残基、40摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基,或(c) 40摩尔%戊二酸残基、60摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基;聚(丁二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸丁二醇酯),其含有(a) 85摩尔%丁二酸残基、15摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基,或(b) 70摩尔%丁二酸残基、30摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基;聚(丁二酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸乙二醇酯),其含有70摩尔%丁二酸残基、30摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%乙二醇残基;和聚(己二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸丁二醇酯),其含有(a) 85摩尔%己二酸残基、15摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基;或(b) 55摩尔%己二酸残基、45摩尔%对苯二甲酸残基和100摩尔%1,4-丁二醇残基。
    该AAPE优选包含大约10至大约1,000个重复单元,优选大约15至大约600个重复单元。该AAPE可具有大约0.4至大约2.0 dL/g,或更优选大约0.7至大约1.6 dL/g的特性粘度,该特性粘度如在25℃的温度下使用在100毫升60/40(按重量计)的苯酚/四氯乙烷溶液中0.5克共聚酯的浓度测得。
    该AAPE任选可含有支化剂的残基。支化剂的摩尔百分比范围为二酸或二醇残基(取决于支化剂是否含有羧基或羟基)总摩尔数的大约0至大约2摩尔%,优选大约0.1至大约1摩尔%,最优选大约0.1至大约0.5摩尔%。支化剂优选具有大约50至大约5000,更优选大约92至大约3000的重均分子量,和大约3至大约6的官能度。该支化剂例如可以是具有3至6个羟基的多元醇、具有3或4个羧基(或成酯的等效基团)的多羧酸或具有总计3至6个羟基和羧基的羟基酸的酯化残基。此外,可以在反应性挤出过程中通过添加过氧化物来支化该AAPE。
    该水不分散性聚合物的各片段可能在细度上彼此不同并可能以本领域技术人员已知的任何成形或工程设计的横截面几何排列。例如,该磺基聚酯和水不分散性聚合物可用于制备具有工程设计的几何,例如并列、“海岛”、桔瓣、皮芯、条纹(条带)或本领域技术人员已知的其它构造的双组分纤维。其它多组分构造也有可能。随后除去一侧(side)、“?!被蛞徊糠帧敖郯辏╬ie)”可产生极细纤维。制备双组分纤维的方法也是本领域技术人员公知的。在双组分纤维中,本发明的磺基聚酯纤维可以以大约10至大约90重量%的量存在并通常用在皮/芯纤维的皮部分中。通常,在使用水不溶性或水不分散性聚合物时,所得双组分或多组分纤维不是完全水可分散的。热收缩率存在显著差异的并列组合可用于产生螺旋卷曲。如果需要卷曲,锯齿形或填塞箱卷曲(stuffer box crimp)通常适用于许多用途。如果第二聚合物组分在皮/芯构造的芯中,这种芯任选可以稳定化。
    该磺基聚酯特别可用于具有“海岛型”或“桔瓣型”横截面的纤维,因为它们只需要用中性或微酸性水(即“软”水)分散,而非从多组分纤维中除去其它水分散性聚合物有时需要的含苛性碱的溶液。本公开中所用的术语“软水”是指该水具有最多5格令/加仑CaCO3(1格令CaCO3/加仑相当于17.1 ppm)。
    本发明的另一方面是一种多组分纤维,其包含:
    (A) 具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
      其中n是2至大约500的整数;
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;和
    (B) 多个包含一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开。
    在一个实施方案中,该多组分纤维具有海岛型或桔瓣型横截面并含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基单体、支化单体残基和水不分散性聚合物如上所述。对于多组分纤维,磺基聚酯有利地具有至少57℃的Tg。该磺基聚酯可以是单一磺基聚酯或一种或多种磺基聚酯聚合物的共混物。该磺基聚酯或磺基聚酯共混物表现出的玻璃化转变温度的另一些实例是至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少85℃和至少90℃。例如,该磺基聚酯可包含大约75至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基和大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。如上所述,水不分散性聚合物的实例是聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、纤维素酯和聚氯乙烯。此外,该水不分散性聚合物可以是可生物降解或可生物分解的。例如,该水不分散性聚合物可以是如上所述的脂族-芳族聚酯。
    我们的新型多组分纤维可通过本领域技术人员已知的许多方法制备。本发明因此提供具有成形横截面的多组分纤维的方法,其包括:将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成纤维,所述磺基聚酯包含:
    (A) 一种或多种二羧酸的残基;
    (B) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    (C) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
    其中n是2至大约500的整数;和
    (D) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
    其中所述纤维具有多个包含水不分散性聚合物的片段和所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开。在一个实施方案中,该纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。例如,该多组分纤维可如下制备:在分开的挤出机中熔融磺基聚酯和一种或多种水不分散性聚合物并将独立的聚合物流导入具有多个分配流径的一个喷丝头或挤出模头以使水不分散性聚合物组分形成被插入的磺基聚酯基本互相隔开的小片段或薄条。此类纤维的横截面可以是例如桔瓣型排列或海岛型排列。在另一实例中,磺基聚酯和一种或多种水不分散性聚合物分开进给到喷丝孔中,然后以皮芯形式挤出,其中水不分散性聚合物构成基本被磺基聚酯“皮”聚合物包围的“芯”。在这种同心纤维的情况中,供应“芯”聚合物的孔位于纺丝孔出口的中心并严格控制芯聚合物流体的流动条件以在纺丝时保持这两种组分的同心性。喷丝孔的改变能够在纤维横截面内获得芯和/或皮的不同形状。在再一实例中,具有并列横截面或构造的多组分纤维可如下制造:(1) 经由孔分开共挤出水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物,将分开的聚合物流以基本相同的速度会聚以在喷丝头平面的下方作为复合流并列会合;或(2) 经由孔分开进给这两种聚合物流,它们以基本相同的速度在喷丝头表面会聚以在喷丝头表面作为复合流并列会合。在这两种情况中,各聚合物流在会合点的速度都取决于其计量泵速度、孔数和孔尺寸。
    二羧酸、二醇、磺基聚酯、磺基单体、支化单体残基和水不分散性聚合物如上所述。该磺基聚酯具有至少57℃的玻璃化转变温度。该磺基聚酯或磺基聚酯共混物表现出的玻璃化转变温度的另一些实例是至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少85℃和至少90℃。在一个实例中,该磺基聚酯可包含占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;和占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;和占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。在另一实例中,该磺基聚酯可包含大约75至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基和大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。如上所述,水不分散性聚合物的实例是聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯。此外,该水不分散性聚合物可以是可生物降解或可生物分解的。例如,该水不分散性聚合物可以是如上所述的脂族-芳族聚酯。成形横截面的实例包括但不限于海岛型、并列型、皮芯型、桔瓣型或条纹型(条带型)构造。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造具有成形横截面的多组分纤维的方法,其包括:将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺丝以产生多组分纤维,其中所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域且所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基。在另一实施方案中,所述多组分纤维具有小于大约6旦/长丝的初纺旦数。
    这些多组分纤维中所用的磺基聚酯和水不分散性聚合物如本公开上文中论述。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造具有成形横截面的多组分纤维的方法,其包括:
    (A) 挤出至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物以产生多组分挤出物,其中所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域且所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;和
    (B) 以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以产生多组分纤维。
    本发明的这一实施方案的特征还在于,该方法包括以至少大约2000 m/min,至少大约3000 m/min,或至少4500 m/min的速度熔体拉伸多组分挤出物的步骤。
    通常,在离开喷丝头后,纤维用空气交叉流骤冷,此时纤维固化。在此阶段可以在纤维上施加各种整理剂和施胶剂。冷却的纤维通常随后拉伸并卷绕在卷轴上。在整理剂中可以以有效量掺入其它添加剂,如乳化剂、抗静电剂、抗微生物剂、防沫剂、润滑剂、热稳定剂、UV稳定剂等。
    任选地,可以使拉伸的纤维变形并卷绕形成bulky连续长丝。这种单步技术在本领域中被称作纺丝-拉伸-变形。另一些实施方案包括松捻纱(非变形纱)或短切纤维(卷曲或未卷曲)。
    随后可通过溶解界面层或桔瓣除去磺基聚酯并留下水不分散性聚合物的较小长丝或微旦纤维。我们的发明因此提供获得微旦纤维的方法,其包括:
    (A) 将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
      其中n是2至大约500的整数;and
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      其中所述纤维具有多个包含水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开;和
    (B) 使所述多组分纤维与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维。
    在另一实施方案中,该多组分纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    通常,使多组分纤维与水在大约25℃至大约100℃,或大约50℃至大约80℃的温度下接触大约10至大约600秒的时间,由此使磺基聚酯消散或溶解。在除去磺基聚酯后,剩余的水不分散性聚合物微纤维通常具有1 d/f或更低,通常0.5 d/f或更低或更通常0.1 d/f或更低的平均细度。
    这些剩余水不分散性聚合物微纤维的典型用途包括非织造织物,例如人造革、绒面革、擦拭布和过滤介质。由这些微纤维制成的过滤介质可用于过滤空气或液体。液体过滤介质包括但不限于水、体液、溶剂和烃?;腔埘サ睦胱有灾室驳贾略谘嗡橹?,如体液中有利地差的“可溶性”。这些性质在可冲弃或以其它方式弃置在生活污水系统中的个人护理产品和清洁擦拭布中合意。所选磺基聚酯也已用作染料浴中的分散剂和洗衣周期中的防污垢再沉积剂。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微旦纤维的方法,其包括将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,其中所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基;和使所述多组分纤维与水接触以除去所述水分散性磺基聚酯,由此形成微旦纤维。在一个实施方案中,该多组分纤维具有小于大约6旦/长丝的初纺旦数。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微旦纤维的方法,其包括:
    (A) 挤出至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物以产生多组分挤出物,其中所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以形成多组分纤维;和
    (C) 使所述多组分纤维与水接触以除去所述水分散性磺基聚酯,由此形成微旦纤维。
    该多组分挤出物可以以至少大约2000 m/min、至少大约3000 m/min或至少4500 m/min的速度熔体拉伸。
    适合根据本发明使用的此类磺基单体和磺基聚酯如上所述。
    在一个实施方案中,用于从多组分纤维中除去磺基聚酯的水高于室温。在另一些实施方案中,用于除去磺基聚酯的水为至少大约45℃,至少大约60℃,或至少大约80℃。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造切断水不分散性聚合物微纤维的另一方法。所述方法包括:
    (A) 将多组分纤维切割成短切多组分纤维;
    (B) 使含纤维的原料与水接触以产生纤维混合浆;其中所述含纤维的原料包含短切多组分纤维;
    (C) 加热所述纤维混合浆以产生加热的纤维混合浆;
    (D) 任选地,在剪切区中混合所述纤维混合浆;
    (E) 从所述切断多组分纤维中除去至少一部分磺基聚酯以产生包含磺基聚酯分散体和水不分散性聚合物微纤维的浆料混合物;和
    (F) 从所述浆料混合物中分离出所述水不分散性聚合物微纤维。
    可以将该多组分纤维切割成可用于制造非织造制品的任何长度。在本发明的一个实施方案中,将该多组分纤维切割成大约1毫米至大约50毫米的长度。在另一些实施方案中,可以将该多组分纤维切割成大约1毫米至大约25毫米,大约1毫米至大约20毫米,大约1毫米至大约15毫米,大约1毫米至大约10毫米,大约1毫米至大约6毫米,大约1毫米至大约5毫米,大约1毫米至大约5毫米的长度。在另一实施方案中,可以将该切断多组分纤维切割成小于大约25毫米,小于大约20毫米,小于大约15毫米,小于大约10毫米,或小于大约5毫米的长度。
    在本发明的另一方面中,可以将该多组分纤维切割成不同长度的混合物。
    本公开中所用的术语“短纤维”用于定义切割成大于25毫米至大约50毫米的长度的纤维。术语“短切纤维”用于定义切割成大约25毫米或更短的纤维。
    该含纤维的原料可包含可用于制造非织造制品的任何其它类型的纤维。在一个实施方案中,该含纤维的原料进一步包含选自纤维素纤维浆、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维和纤维素酯纤维的至少一种纤维。
    将该含纤维的原料与水混合产生纤维混合浆。有利地,为了利于除去水分散性磺基聚酯,所用的水可以是软水或去离子水。在本公开中之前已定义了软水。在本发明的一个实施方案中,可以使用至少一种水软化剂以促进从多组分纤维中除去水分散性磺基聚酯??梢允褂帽玖煊蛑幸阎娜魏嗡砘?。在一个实施方案中,水软化剂是螯合剂或钙离子多价螯合剂??捎玫尿霞粱蚋评胱佣嗉垓霞潦敲糠肿雍卸喔鲷人峄诺幕衔?,其中该螯合剂的分子结构中的羧酸基团被2至6个原子隔开。乙二胺四乙酸四钠(EDTA)是最常见的螯合剂的一个实例,每分子结构含有四个羧酸部分,相邻羧酸基团之间相隔3个原子。聚丙烯酸钠盐是含有羧酸基团且羧酸基团之间相隔2个原子的钙多价螯合剂的一个实例。马来酸或丁二酸的钠盐是最基本的螯合剂化合物的实例??捎玫尿霞恋牧硪恍┦道ㄔ诜肿咏峁怪卸即嬖诙喔鲷人峄诺幕衔?,其中羧酸基团相隔所需距离(2至6个原子单元),其与二价或多价阳离子(如钙)产生有利的空间相互作用,这使该螯合剂优先结合到二价或多价阳离子上。这样的化合物包括,但不限于,二亚乙基三胺五乙酸;二亚乙基三胺-N,N,N',N',N''-五乙酸;喷替酸;N,N-双(2-(双-(羧甲基)氨基)乙基)-甘氨酸;二亚乙基三胺五乙酸;[[(羧甲基)亚氨基]双(亚乙基次氮基)]-四乙酸([[(carboxymethyl)imino]bis(ethylenenitrilo)]-tetra-acetic acid);依地酸;亚乙基二次氮基四乙酸;EDTA,游离碱;EDTA游离酸;乙二胺-N,N,N',N'-四乙酸;hampene;versene;N,N'-1,2-乙烷二基双-(N-(羧甲基)甘氨酸);乙二胺四乙酸;N,N-双(羧甲基)甘氨酸;次氮基三乙酸(triglycollamic acid);trilone A;α,α',α''-三甲基胺三羧酸;三(羧甲基)胺;氨基三乙酸;hampshire NTA酸;次氮基-2,2',2''-三乙酸;titriplex i;次氮基三乙酸;及其混合物。
    所需水软化剂的量取决于就Ca++和其它多价离子而言所用的水的硬度。
    加热该纤维混合浆以产生加热的纤维混合浆。温度为足以从多组分纤维中除去一部分磺基聚酯的温度。在本发明的一个实施方案中,将该纤维混合浆加热至大约50℃至大约100℃的温度。其它温度范围是大约70℃至大约100℃,大约80℃至大约100℃,和大约90℃至大约100℃。
    任选地,在剪切区中混合该纤维混合浆?;旌狭孔阋源佣嘧榉窒宋蟹稚⒑统ヒ徊糠炙稚⑿曰腔埘ゲ⒎掷胨环稚⑿跃酆衔镂⑾宋?。在本发明的一个实施方案中,除去90%的磺基聚酯。在另一实施方案中,除去95%的磺基聚酯,在再一实施方案中,除去98%或更多的磺基聚酯。该剪切区可以包含能够提供从多组分纤维中分散和除去一部分水分散性磺基聚酯并分离水不分散性聚合物微纤维所必需的剪切作用的任何类型的设备。此类设备的实例包括但不限于碎浆机和精磨机(refiner)。
    与水接触和加热后,多组分纤维中的水分散性磺基聚酯分散并与水不分散性聚合物纤维分离以产生包含磺基聚酯分散体和水不分散性聚合物微纤维的浆料混合物。然后可通过本领域中已知的任何手段将水不分散性聚合物微纤维与磺基聚酯分散体分离。例如,可以使该浆料混合物经过分离设备,例如筛网和过滤器。任选地,该水不分散性聚合物微纤维可以洗涤一次或多次以除去更多的水分散性磺基聚酯。
    可以通过物理观察该浆料混合物来确定水分散性磺基聚酯的去除。如果水分散性磺基聚酯已大部分脱除,用于冲洗该水不分散性聚合物微纤维的水是澄清的。如果水分散性磺基聚酯仍在被脱除,用于冲洗该水不分散性聚合物微纤维的水是乳状的。此外,如果水分散性磺基聚酯留在水不分散性聚合物微纤维上,该微纤维仍有些粘手。
    可以通过本领域中已知的任何方法从磺基聚酯分散体中回收水分散性磺基聚酯。
    在本发明的另一实施方案中,提供包含至少一种水不分散性聚合物的水不分散性聚合物微纤维,其中所述水不分散性聚合物微纤维具有小于5微米的等效直径和小于25毫米的长度。通过之前描述的制造微纤维的方法制造这种水不分散性聚合物微纤维。在本发明的另一方面中,该水不分散性聚合物微纤维具有小于3微米的等效直径和小于25毫米的长度。在本发明的另一些实施方案中,该水不分散性聚合物微纤维具有小于5微米或小于3微米的等效直径。在本发明的另一些实施方案中,该水不分散性聚合物微纤维可具有小于12毫米;小于10毫米、小于6.5毫米和小于3.5毫米的长度。该多组分纤维中的区域或片段一旦分离,即产生水不分散性聚合物微纤维。
    本发明还包括包含上述水分散性纤维、多组分纤维、微旦纤维或水不分散性聚合物微纤维的纤维制品。术语“纤维制品”被理解为是指具有或类似纤维的任何制品。纤维制品的非限制性实例包括复丝纤维、纱线、绳索、带材、织物、湿法成网、干法成网、熔喷网、纺粘网、热固结网、水刺网、非织造网和织物及其组合;具有一个或多个纤维层的物品,例如由此类纤维制成的多层非织造织物、层合合材料和复合材料、纱布、绷带、尿布、训练裤、卫生棉条(tampon)、手术衣和口罩、女性卫生巾;等。此外,该水不分散性微纤维可用在用于空气过滤、液体过滤、食品制备中的过滤、医疗用途中的过滤和用于造纸法和纸产品的过滤介质中。此外,该纤维制品可包括多种个人卫生和清洁产品的替换插件。本发明的纤维制品可以粘合、层合、粘附到水可分散或水不可分散的其它材料上或与水可分散或水不可分散的其它材料结合使用。该纤维制品,例如非织造织物层可以粘合到水不分散性材料,如聚乙烯的挠性塑料膜或背衬上。这种组装件例如可用作一次性尿布的一个部件。此外,该纤维制品可以由将纤维过吹(overblowing)到另一基底上得到以形成工程熔喷、纺粘、膜或膜结构的高度配套的组合。
    本发明的纤维制品包括非织造织物和网。非织造织物是指未经织造或针织操作而直接由纤维网制成的织物。Textile Institue将非织造织物定义为直接由纤维而非纱线制成的织物结构。这些织物通常由连续长丝或由纤维网或絮(batts)制成,其使用各种技术通过固结增强,所述技术包括但不限于粘合剂固结、通过针刺或流体射流缠结(fluid jet entanglement)机械联锁、热固结和缝合固结。例如,本发明的多组分纤维可通过任何已知的织物形成法成形为织物。所得织物或网可通过施加足以使多组分纤维分裂的力或通过使该网与水接触以除去磺基聚酯并留下剩余的微旦纤维而转化成微旦纤维网。
    在本发明的另一实施方案中,提供制造微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 将具有至少57℃的玻璃化转变温度(Tg)的水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述磺基聚酯包含:
      (i) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
      (ii) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少25摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
      其中n是2至大约500的整数;和
      (iv) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合,
      其中所述多组分纤维具有多个包含水不分散性聚合物的片段,其中所述片段被介于所述片段之间的磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 交叠和收集步骤A的多组分纤维以形成非织造网;和
    (C) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。
    在本发明的另一实施方案中,所用多组分纤维含有占纤维总重量的低于10重量%的颜料或填料。
    在本发明的另一实施方案中,提供获得微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物纺成多组分纤维,所述多组分纤维具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的磺基聚酯基本互相隔开;其中所述水分散性磺基聚酯表现出在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000泊的熔体粘度,且其中所述磺基聚酯包含占二酸或二醇残基总摩尔数的低于大约25摩尔%的至少一种磺基单体的残基;
    (B) 收集步骤A)的所述多组分纤维以形成非织造网;和
    (C) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。在另一实施方案中,所用的多组分纤维具有小于大约6旦/长丝的初纺旦数。
    在本发明的另一实施方案中,提供获得微旦纤维网的方法,其包括:
    (A) 将至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物挤出成多组分挤出物,所述多组分挤出物具有多个包含所述水不分散性聚合物的区域,其中所述区域被介于所述区域之间的所述水分散性磺基聚酯基本互相隔开;
    (B) 以至少大约2000 m/min的速度熔体拉伸所述多组分挤出物以产生多组分纤维;
    (C) 收集步骤(B)的所述多组分纤维以形成非织造网;和
    (D) 使所述非织造网与水接触以除去磺基聚酯,由此形成微旦纤维网。
    在步骤(C)之前,该方法可进一步包括水刺非织造网的多组分纤维的步骤。在本发明的一个实施方案中,水刺步骤导致多组分纤维中所含的磺基聚酯的小于大约20重量%或小于15重量%或小于10重量%的损失。以降低水刺过程中的磺基聚酯损失为目的,这一过程中所用的水可具有小于大约45℃、小于大约35℃或小于大约30℃的温度。在本发明的一个实施方案中,为使磺基聚酯从多组分纤维中的损失最小化,水刺过程中所用的水尽可能接近室温。相反,步骤(D)的过程中的磺基聚酯聚合物的脱除可以使用温度为至少大约45℃、至少大约60℃或至少大约80℃的水进行。
    在水刺之后和在步骤(D)之前,该非织造网可经过热定形步骤,其包括将该非织造网加热至至少大约100℃或至少大约120℃的温度。该热定形步骤释放出内部纤维应力并有助于产生尺寸稳定的织物产品。在本发明的另一些实施方案中,在将热定形材料再加热到其在热定形步骤过程中加热到的温度时,其表现出小于其原始表面积的大约5%、小于原始表面积的大约2%或小于原始表面积的大约1%的表面积收缩。
    该多组分纤维中所用的磺基聚酯可以是本文所述的任何磺基聚酯。在一个实施方案中,该磺基聚酯具有在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约6000泊的熔体粘度并包含占总重复单元的低于大约12摩尔%的至少一种磺基单体的残基。在上文中描述了这些类型的磺基聚酯。
    此外,本发明的方法可包括以至少2000 m/min、至少大约3000 m/min、至少大约4000 m/min或至少大约5000 m/min的纤维速度拉伸多组分纤维的步骤。
    在本发明的另一实施方案中,可以制造包含水不分散性聚合物微纤维的非织造制品。该非织造制品包含水不分散性聚合物微纤维并通过选自干法成网法和湿法成网法的方法制造。本说明书中之前公开了多组分纤维和制造水不分散性聚合物微纤维的方法。
    在本发明的一个实施方案中,在非织造制品中含有至少1%的水不分散性聚合物微纤维。非织造制品中所含的水不分散性聚合物微纤维的其它量为至少10%、至少25%和至少50%。
    在本发明的另一方面中,该非织造制品可进一步包含至少一种其它纤维。所述其它纤维可以是本领域中已知的任何纤维,其取决于要制造的非织造制品的类型。在本发明的一个实施方案中,所述其它纤维可选自纤维素纤维浆、玻璃纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、纤维素酯纤维及其混合物。
    该非织造制品还可进一步包含至少一种添加剂。添加剂包括但不限于淀粉、填料和粘合剂。在本公开的其它部分中论述了其它添加剂。
    通常,由自多组分纤维制得的水不分散性微纤维制造这些非织造制品的制造方法可分成下列几类:干法成网、湿法成网、这些方法与彼此或与其它非织造法的组合。
    通常,用设计成在干状态下处理纤维的短纤维加工机械制造干法成网非织造制品。这些包括机械法,如梳理、空气动力和其它气流成网途径。在这类中还包括由丝束形式的长丝制成的非织造制品、和由短纤维和缝合长丝或纱线构成的织物,即缝编固结的非织造织物。梳理是解开、清洁并混合纤维以制造用于进一步加工成非织造制品的网幅的方法。该方法主要排列纤维,通过机械缠结和纤维-纤维摩擦力将它们以网幅形式固定在一起。梳理机通常配置一个或多个主锡林(cylinders)、罗拉(roller)或固定顶部、一个或多个道夫(doffers)或这些主要部件的各种组合。梳理机的一个实例是罗拉梳理机。梳理动作是在一系列交互工作的梳理机罗拉上的梳理点之间梳理或加工切断多组分纤维或水不分散性聚合物微纤维。其它类型的梳理机包括梳毛机、梳棉机和无规梳理机(random cards)??℅arnett)也可用于排列这些纤维。
    干法成网法中的短切多组分纤维或水不分散性聚合物微纤维也可以通过气流成网排列。通过气流将这些纤维引导到收集器上,所述收集器可以是平型输送机或转鼓。
    也可以由本发明的多组分纤维制造挤出成形网。实例包括纺粘和熔喷。挤出技术用于制造纺粘、熔喷和多孔膜非织造制品。这些非织造制品用与聚合物挤出法,如熔纺、薄膜流延和挤出涂布相关的机械制造。然后使该非织造制品与水接触以除去水分散性磺基聚酯,由此产生包含水不分散性聚合物微纤维的非织造制品。
    在纺粘法中,通过挤出多组分长丝、使它们成束或成组取向、将它们铺放在输送筛网上并将它们互锁,将水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物直接转化成织物??梢酝ü热?、机械缠结、水刺、化学粘合剂或这些方法的组合进行互锁。
    也由水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物直接制造熔喷织物。熔融和挤出该聚合物。当熔体经过挤出孔时,将其用高温下的空气吹送??掌魇谷廴诘木酆衔锉湎负凸袒?。多组分纤维然后以网形式与空气流分离并在加热辊之间压制。
    也可以使用联合纺粘和熔体粘合法制造非织造制品。
    湿法成网法涉及使用造纸技术制造非织造制品。这些非织造制品用与纸浆纤维化(例如锤磨机)和纸张成型相关的机械制造。例如,将浆料泵送到设计成处理流体中的短纤维的连续筛网上。
    在湿法成网法的一个实施方案中,将水不分散性聚合物微纤维悬浮在水中,送至成形单元,在此通过成形筛网沥除水,并使纤维沉积在网线上。
    在湿法成网法的另一实施方案中,水不分散性聚合物微纤维在位于脱水??椋ㄎ舷?、箔和curatures)上的水力圆网成形器入口处的以高至1500米/分钟的高速旋转的筛或丝网上脱水。然后使片材静置在这种丝网或筛上并脱水至大约20-30%的固含量。然后将该片材压制并干燥。
    在湿法成网法的另一实施方案中,提供方法,包括:
    (A) 任选地,用水冲洗水不分散性聚合物微纤维;
    (B) 将水添加到水不分散性聚合物微纤维中以制造水不分散性聚合物微纤维浆料;
    (C) 任选地,将其它纤维和/或添加剂添加到水不分散性聚合物微纤维或浆料中;和
    (D) 将含水不分散性聚合物微纤维的浆料转移到湿法成网非织造区以制造非织造制品。
    在步骤A)中,冲洗次数取决于为该水不分散性聚合物微纤维选择的特定用途。在步骤B)中,将足够的水添加到该微纤维中以便将它们送往湿法成网非织造区。
    湿法成网非织造区包含本领域中已知用于制造湿法成网的非织造制品的任何设备。在本发明的一个实施方案中,该湿法成网非织造区包含至少一个筛网、丝网或筛以从水不分散性聚合物微纤维浆料中除去水。
    在湿法成网法的另一实施方案中,提供方法,包括:
    (A) 使切断多组分纤维与水接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生水不分散性聚合物微纤维浆料;其中所述水不分散性聚合物微纤维浆料包含水不分散性聚合物微纤维和水分散性磺基聚酯;
    (B) 任选地,用水冲洗所述水不分散性聚合物微纤维;
    (C) 任选地,将其它纤维和/或添加剂添加到水不分散性聚合物浆料中;和
    (D) 将含水不分散性聚合物微纤维的浆料转移到湿法成网非织造区以制造非织造制品。
    在本发明的另一实施方案中,该水不分散性聚合物微纤维浆料在转移到湿法成网非织造区之前混合。
    网固结法也可用于制造非织造制品。这些可分成化学和物理方法?;Ч探崾侵甘褂盟腿芗粱酆衔锝宋?或纤维网结合在一起。这些粘合剂可通过饱和(saturation)、浸渍、喷涂、印刷施加或以泡沫形式施加。物理固结法包括热法,如压延和热空气固结,和机械法,如针刺和水刺。针刺法通过将一些纤维从近水平位置物理移向近垂直位置而使纤维机械互锁??梢杂烧胫姓氪?。针织机通常含有网幅进给机构、针梁(其包含固定针的针板、上托板、底板)和织物卷取机构。
    缝编固结是使用针织元件(使用或不使用纱线)互锁纤维网的机械固结法。缝编机的实例包括,但不限于,Maliwatt、Arachne、Malivlies和Arabeva。
    该非织造制品可通过下列手段结合在一起:1) 在网或垫中的机械纤维粘着和互锁;2) 纤维的各种熔结技术,包括使用粘合纤维、利用某些聚合物和聚合物共混物的热塑性性质;3) 使用粘合树脂,如淀粉、酪蛋白、纤维素衍生物或合成树脂,如丙烯酸胶乳或聚氨酯;4) 粉末粘结剂;或5) 它们的组合。纤维通常以无规方式沉积,尽管也可能在一个方向上取向,接着使用上述方法之一固结。
    本发明的纤维制品还可包含一个或多个水分散性纤维、多组分纤维或微旦纤维层。该纤维层可以是一个或多个非织造织物层、松散结合的交叠纤维层或其组合。此外,该纤维制品可包括个人和健康护理产品,例如但不限于,儿童护理产品,如婴儿尿布;儿童训练裤;成人护理产品,如成人尿裤和成人失禁垫;女性护理产品,如女性卫生巾、护垫和卫生棉条;擦拭布;含纤维的清洁产品;医疗和手术护理产品,如医用擦拭布、纸巾、纱布、检查床罩、外科口罩、长袍、绷带和创伤敷料;织物;弹性纱线、擦拭布、带、其它?;て琳虾桶安牧?。该纤维制品可用于吸收液体或可以用各种液体组合物预润湿并用于向表面提供这些组合物。液体组合物的非限制性实例包括洗涤剂;润湿剂;清洁剂;护肤品,如化妆品、软膏、药物、润肤剂和香料。该纤维制品还可包括各种粉末和微粒以改进吸收性或作为输送载体。粉末和微粒的实例包括,但不限于,滑石、淀粉、各种吸水剂、水分散性或水溶胀性聚合物,如超吸水性聚合物、磺基聚酯和聚(乙烯醇)、二氧化硅、颜料和微囊。视具体用途的需要,还可能存在添加剂,但不是必须的。添加剂的实例包括但不限于氧化稳定剂、UV吸收剂、着色剂、颜料、乳浊剂(消光剂)、荧光增白剂、填料、成核剂、增塑剂、粘度改进剂、表面改性剂、抗微生物剂、消毒剂、冷流抑制剂(cold flow inhibitors)、支化剂和催化剂。
    除水可分散外,上述纤维制品可能是可冲弃的。本文所用的术语“可冲弃”是指能在传统马桶中冲弃并引入城市排污或住宅化粪池系统,而不造成马桶或排污系统的阻滞或堵塞。
    该纤维制品可进一步包含含有第二水分散性聚合物的水分散性膜。第二水分散性聚合物可以与本发明的纤维和纤维制品中所用的上述水分散性聚合物相同或不同。在一个实施方案中,例如,第二水分散性聚合物可以是附加的磺基聚酯,其又包含:
    (A) 占总酸残基的大约50至大约96摩尔%的一种或多种间苯二甲酸或对苯二甲酸残基;
    (B) 占总酸残基的大约4至大约30摩尔%的钠代磺基间苯二甲酸的残基;
    (C) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少15摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
      其中n是2至大约500的整数;
    (D) 占总重复单元的0至大约20摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合。该附加的磺基聚酯可以与一种或多种如上所述的补充聚合物共混以改变所得纤维制品的性质。根据用途,该补充聚合物可以是或不是水分散性的。该补充聚合物可以与附加的磺基聚酯混溶或不混溶。
    该附加的磺基聚酯可含有其它浓度的间苯二甲酸残基,例如大约60至大约95摩尔%,和大约75至大约95摩尔%。间苯二甲酸残基浓度范围的另一些实例是大约70至大约85摩尔%,大约85至大约95摩尔%和大约90至大约95摩尔%。该附加的磺基聚酯还可包含大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。二乙二醇残基浓度范围的另一些实例包括大约50至大约95摩尔%,大约70至大约95摩尔%,和大约75至大约95摩尔%。该附加的磺基聚酯还可包括乙二醇和/或1,4-环己烷二甲醇的残基。CHDM残基的典型浓度范围是大约10至大约75摩尔%,大约25至大约65摩尔%,和大约40至大约60摩尔%。乙二醇残基的典型浓度范围是大约10至大约75摩尔%,大约25至大约65摩尔%,和大约40至大约60摩尔%。在另一实施方案中,该附加的磺基聚酯包含大约75至大约96摩尔%的间苯二甲酸残基和大约25至大约95摩尔%的二乙二醇残基。
    根据本发明,该纤维制品的磺基聚酯膜组分可作为单层或多层膜制成??赏ü9媪餮蛹际踔圃斓ゲ隳???赏ü9娌愫戏ǖ戎圃於嗖隳?。该膜可具有任何方便的厚度,但总厚度通常为大约2至大约50密尔。
    该含膜纤维制品可包括一个或多个如上所述的水分散性纤维层。该纤维层可以是一个或多个非织造织物层、松散结合的交叠纤维层或其组合。此外,该含膜纤维制品可包括如上所述的个人和健康护理产品。
    如上所述,该纤维制品还可包括各种粉末和微粒以改进吸收性或作为输送载体。因此,在一个实施方案中,我们的纤维制品包含含有可能与上文所述的水分散性聚合物组分相同或不同的第三水分散性聚合物的粉末。其它粉末和微粒的实例包括,但不限于,滑石、淀粉、各种吸水剂、水分散性或水溶胀性聚合物,如聚(丙烯腈)、磺基聚酯和聚(乙烯醇)、二氧化硅、颜料和微囊。
    我们的新型纤维和纤维制品除上述用途外还具有许多可能的用途。我们的新型用途包括将膜或非织造织物熔喷到平坦、弯曲或成形表面上以提供?;げ?。一种这样的层可以在运输过程中为耐用设备提供表面?;?。在目的地,在该设备投入使用之前,可以洗掉磺基聚酯外层。这种一般应用概念的另一实施方案涉及个人防护制品以向一些可重复使用或有限度使用的服装或覆盖物提供临时阻挡层。对于军事用途,可以刚好在收集器前将活性炭和化学吸收剂喷涂到变细的长丝形式上以使熔喷基质将这些物质锚定在暴露的表面上。甚至可以在前沿操作区域随威胁的演变通过熔喷在另一层上而改变化学吸收剂。
    磺基聚酯固有的主要优点是能轻易地通过添加离子部分(即盐)经絮凝或沉淀从水分散体中除去或回收该聚合物。也可使用其它方法,如pH调节、添加非溶剂、冷冻等等。因此,纤维制品,如外穿防护服在成功起到防护屏障的作用后并且即使该聚合物呈现为有害废物,也可能使用认可的程序,如焚化以低得多的弃置体积安全处理。
    未溶解或干燥的磺基聚酯已知与多种多样的基底,包括但不限于绒毛桨、棉、丙烯酸树脂、人造丝、莱赛尔(lyocell)、PLA(聚交酯)、醋酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚对苯二甲酸(乙二醇)酯、聚对苯二甲酸(丁二醇)酯、聚对苯二甲酸(丙二醇)酯、聚对苯二甲酸(环己二醇)酯、共聚酯、聚酰胺(尼龙)、不锈钢、铝、处理过的聚烯烃、PAN(聚丙烯腈)和聚碳酸酯形成强粘结。因此,我们的非织造织物可用作可通过已知技术,如热、射频(RF)、微波和超声法结合的层合粘合剂或粘结剂。在许多最近的专利中公开了磺基聚酯的调节以便能RF活化。因此,我们的新型非织造织物除粘合性质外还可具有双重或甚至多重功能。例如,可以获得一次性婴儿尿布,其中本发明的非织造织物充当最终组装件的水响应性粘合剂以及流体管理组件。
    本发明还提供获得水分散性纤维的方法,其包括:
    (A) 将水分散性聚合物组合物加热至高于其流动点的温度,其中所述聚合物组合物包含:
      (i) 一种或多种二羧酸的残基;
      (ii) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的金属磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;和
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少20摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;其中所述聚合物组合物含有占聚合物组合物总重量的低于10重量%的颜料或填料;和(II) 熔纺长丝。如上所述,水分散性聚合物任选可以与磺基聚酯共混。此外,水不分散性聚合物任选可以与磺基聚酯共混形成共混物以使共混物是不混溶共混物。本文所用的术语“流动点”是指某温度,在此温度下,聚合物组合物的粘度允许挤出或经过喷丝头或挤出模头的其它加工形式。根据磺基单体的类型和浓度,二羧酸残基可以占酸残基的大约60至大约100摩尔%。二羧酸残基的浓度范围的另一些实例是大约60摩尔%至大约95摩尔%,和大约70摩尔%至大约95摩尔%。优选的二羧酸残基是间苯二甲酸、对苯二甲酸和1,4-环己烷二甲酸,或者如果使用二酯,为对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯和1,4-环己烷二甲酸二甲酯,其中间苯二甲酸和对苯二甲酸的残基尤其优选。
    该磺基单体可以是含有磺酸盐基团的二羧酸或其酯、含有磺酸盐基团的二醇或含有磺酸盐基团的羟基酸。该磺基单体残基的浓度范围的另一些实例是占总重复单元的大约4至大约25摩尔%,大约4至大约20摩尔%,大约4至大约15摩尔%,和大约4至大约10摩尔%。该磺酸盐的阳离子可以是金属离子,如Li+、Na+、K+、Mg++、Ca++、Ni++、Fe++等?;蛘?,该磺酸盐的阳离子可以是非金属的,如上述含氮碱??捎糜诒痉⒚鞯姆椒ǖ幕腔ヌ宀谢氖道腔腔诒蕉姿?、磺基对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸的金属磺酸盐或其组合??捎玫幕腔ヌ宓牧硪皇道?-钠代磺基间苯二甲酸或其酯。如果该磺基单体残基来自5-钠代磺基间苯二甲酸,典型的磺基单体浓度范围为总酸残基的大约4至大约35摩尔%,大约8至大约30摩尔%,和大约10至25摩尔%。
    我们的磺基聚酯包括一种或多种二醇残基,其可包括脂族、脂环族和芳烷基二醇。脂环族二醇,例如1,3-和1,4-环己烷二甲醇,可以以它们的纯顺式或反式异构体形式或以顺式与反式异构体的混合物形式存在。低分子量聚乙二醇(例如其中n为2至6)的非限制性实例是二乙二醇、三乙二醇和四乙二醇。在这些低分子量二醇中,二乙二醇和三乙二醇最优选。该磺基聚酯可任选包括支化单体。支化单体的实例如上所述。支化单体浓度范围的另一些实例是0至大约20摩尔%,和0至大约10摩尔%。我们的新型方法的磺基聚酯具有至少25℃的Tg?;腔埘ケ硐殖龅牟AЩ湮露鹊牧硪恍┦道侵辽?0℃、至少35℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少65℃、至少80℃和至少90℃。尽管其它Tg也可行,但本发明的干磺基聚酯的典型玻璃化转变温度为大约30℃、大约48℃、大约55℃、大约65℃、大约70℃、大约75℃、大约85℃和大约90℃。
    该水分散性纤维可通过熔喷法制备。该聚合物在挤出机中熔融并挤过模头。通过热的高速空气使离开模头的挤出物快速变细至超细直径。纤维的取向、冷却速率、玻璃化转变温度(Tg)和结晶速率是重要的,因为它们影响该聚合物在变细过程中的粘度和加工性质。将长丝收集在可更新表面,如传送带、圆柱形转鼓、旋转心轴等上。丸粒的预干燥(如果需要)、挤出机区域温度、熔体温度、螺杆设计、吞吐速率、空气温度、空气流速(速度)、模头气隙和set back、鼻尖孔径(nose tip hole size)、模头温度、模头-至-收集器(DCP)距离、骤冷环境、收集器速度和后处理都是影响产品特征,如长丝直径、基重、网厚度、孔径大小、柔软度和收缩率的因素。高速空气也可用于使长丝以略微无规的方式移动,这导致大范围的交错。如果传送带经过模头下方,可通过长丝的交叠铺设、机械凝聚和热固结的组合制造非织造织物。也可以过吹到另一基底,如纺粘或背衬层上。如果将长丝卷取在旋转心轴上,形成圆柱形产品。也可以通过纺粘法制备水分散性纤维铺设。
    本发明因此进一步提供获得水分散性非织造织物的方法,其包括:
    (A) 将水分散性聚合物组合物加热至高于其流动点的温度,其中所述聚合物组合物包含:
      (i) 一种或多种二羧酸的残基;
      (ii) 占总重复单元的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的金属磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;
      (iii) 一种或多种二醇残基,其中总二醇残基的至少20摩尔%是具有结构H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)
        其中n是2至大约500的整数;
      (iv) 占总重复单元的0至大约25摩尔%的具有3个或更多个官能团的支化单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合;其中所述磺基聚酯具有至少25℃的玻璃化转变温度(Tg);其中所述聚合物组合物含有占聚合物组合物总重量的低于10重量%的颜料或填料;
    (B) 熔纺长丝;和
    (C) 交叠和收集步骤(B)的长丝以形成非织造织物。如上所述,水分散性聚合物可任选与磺基聚酯共混。此外,水不分散性聚合物可任选与磺基聚酯共混形成共混物以使共混物是不混溶共混物。二羧酸、磺基单体和支化单体残基如上所述。该磺基聚酯具有至少25℃的Tg?;腔埘ケ硐殖龅牟AЩ湮露鹊牧硪恍┦道侵辽?0℃、至少35℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少65℃、至少80℃和至少90℃。尽管其它Tg也可行,但本发明的干磺基聚酯的典型玻璃化转变温度为大约30℃、大约48℃、大约55℃、大约65℃、大约70℃、大约75℃、大约85℃和大约90℃。
    在本发明的某些实施方案中,在多组分纤维已切割、洗涤和沥除过量水后制成的水湿微纤维产物(湿浆板(wet lap))可直接用于(即不经进一步干燥)湿法成网非织造法。湿浆板产物在湿法成网非织造法中的直接使用避免了完全干燥该湿浆板的需要,由此节省大量的能量和设备成本。当湿浆板生产设施远离制造湿法成网非织造物的设施时,可以将湿浆板包装并从湿浆板生产地运往非织造物生产地。下面立刻更详细描述这种湿浆板组合物。
    本发明的一个实施方案涉及包含水和许多合成纤维的湿浆板组合物。水可构成该湿浆板组合物的至少50、55或60重量%和/或不多于90、85或80重量%。合成纤维可构成该湿浆板组合物的至少10、15或20重量%和/或不多于50、45或40重量%。水和合成纤维一起构成该湿浆板组合物的至少95、98或99重量%。合成纤维可具有至少0.25、0.5或1毫米和/或不大于25、10或2毫米的长度。合成纤维可具有至少0.1、0.5或0.75微米和/或不大于10、5或2微米的最小横向尺寸。
    本文所用的“最小横向尺寸”是指通过外卡钳法(external caliper method)垂直于纤维伸长轴测得的纤维的最小尺寸。本文所用的“最大横向尺寸”是通过外卡钳垂直于纤维伸长轴测得的纤维的最大尺寸。图1a、1b和1c描绘在各种纤维横截面中如何测量这些尺寸。在图1a、1b和1c中,“TDmin”是最小横向尺寸,“TDmax”是最大横向尺寸。本文所用的“外卡钳法”是指测量纤维外尺寸的方法,其中测得的尺寸是两条共面平行线——它们将纤维夹在中间并且其中各平行线在纤维的大致相对侧上接触纤维外表面——相隔的距离。本文中提供的所有纤维尺寸(例如长度、最小横向尺寸和最大横向尺寸)是属于指定组的纤维的平均尺寸。
    该湿浆板组合物可进一步包含至少10、50或100 ppmw和/或不多于1,000、500、250 ppmw的量的纤维整理组合物。在一个实施方案中,该纤维整理组合物可包含油、蜡和/或脂肪酸。在另一实施方案中,该纤维整理组合物可包含天然衍生的脂肪酸和/或天然衍生的油。在再一实施方案中,该纤维整理组合物包含矿物油、硬脂酸酯、脱水山梨糖醇酯和/或牛脚油。在再一实施方案中,该纤维整理组合物包含矿物油。
    该湿浆板组合物可进一步包含至少0.001、0.01或0.1重量%和/或不多于5、2或1重量%的水分散性聚合物。在一个实施方案中,该水分散性聚合物包含至少一种磺基聚酯。在本公开上文中描述了磺基聚酯。
    该磺基聚酯可包含:
    (A) 占总酸残基的大约50至大约96%的一种或多种二羧酸的残基,其中所述一种或多种二羧酸包含对苯二甲酸和间苯二甲酸,
    (B) 占总酸残基的大约4至大约40摩尔%的至少一种具有2个官能团和一个或多个连接到芳族或脂环族环上的磺酸盐基团的磺基单体的残基,其中所述官能团是羟基、羧基或其组合,和
    (C) 一种或多种二醇残基。
    该磺基聚酯可具有至少40oC或至少50oC的玻璃化转变温度(Tg)、在40℃的苯酚/四氯乙烷溶剂的60/40重量份溶液中并在100毫升溶剂中0.5克磺基聚酯的浓度下测得的至少0.2 dL/g的特性粘度和在240℃下在1 rad/sec应变速率下测得的小于大约12,000、8,000或6,000泊的熔体粘度。
    该湿浆板组合物的水不分散性合成聚合物可选自聚烯烃、聚酯、共聚酯、聚酰胺、聚交酯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚氨酯、纤维素酯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯及其共混物。在一个实施方案中,该水不分散性合成聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、尼龙6、尼龙66及其共混物。
    该湿浆板组合物可通过包含下列步骤的方法制造:
    (A) 制造包含至少一种水分散性磺基聚酯和一种或多种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物的多组分纤维,其中所述多组分纤维具有小于15 dpf的初纺旦数;
    (B) 将所述多组分纤维切割成具有小于25毫米的长度的切断多组分纤维;
    (C) 使所述切断多组分纤维与洗水接触以除去水分散性磺基聚酯,由此形成合成纤维在磺基聚酯分散体中的浆料,其中所述磺基聚酯分散体包含水和至少一部分磺基聚酯;和
    (D) 从浆料中除去至少一部分磺基聚酯分散体,由此产生湿浆板组合物。
    如上论述,该湿浆板组合物可直接用于湿法成网法以制造非织造制品。为了在湿法成网法中使用该湿浆板,将湿浆板组合物从其生产地转移到湿法成网非织造区。该湿浆板组合物可以在湿法成网非织造区中和/或紧邻湿法成网非织造区的上游与附加纤维合并。附加纤维可选自纤维素纤维浆、无机纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、莱赛尔纤维、聚烯烃纤维、人造丝纤维、纤维素酯纤维及其组合。
    作为湿法成网法的一部分,该湿浆板组合物可以在湿法成网非织造区中和/或紧邻湿法成网非织造区的上游与稀释水合并。稀释水和湿浆板可以以每1份湿浆板使用至少50、75、90或95重量份稀释水的量合并。
    在本发明的另一些实施方案中,如图2、3a、3b和4中所示,提供制造微纤维产物流的方法。多组分纤维在本公开上文中论述。在下列专利和专利申请中提供了关于多组分纤维的进一步公开:美国专利6,989,193;7,635,745;7,902,094;7,892,993;7,687,143;和美国专利申请12/199,304;12/909,574;13/273,692;13/273,648;13/273,710;13/273,720;13/273,929、13/273,937;13/273,727、13/273,737;13/273,745;13/273,749;12/966,502;12/966,507;12/975,450;12/975,452;12/975,456;13/053,615;13/352,362;13/433,812;13/433,854;61/471,259;61/472,964;和61/558,744,它们都在不与本文中的陈述冲突的程度上经此引用并入本文。
    术语“湿浆板”和“微纤维产物流”在本公开中可互换使用。
    在如图2中所示的本发明的一个实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维101在纤维打开区400中与加热的水性流801接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料401;其中所述短切多组分纤维包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;其中加热的水性流801在至少40℃的温度下;其中打开的微纤维浆料401包含水、微纤维和水分散性磺基聚酯;和
    (B) 将打开的微纤维浆料401送往初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501;其中第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的这一实施方案中,如图4中所示的纤维浆区200、混合区300和纤维打开区400已合并成在打开工艺区1100中的一个单元操作。打开工艺区1100包含纤维打开区400。
    用于该方法的处理过的水性流103可通过将水性流102送往水性处理区1000制造,以制成处理过的水性流103。该水性流包含水。在本发明的实施方案中,处理过的水性流103中的一价金属阳离子浓度可以小于大约1000重量ppm,小于大约500重量ppm,小于大约100重量ppm或小于大约50重量ppm。从水性流102中除去二价和多价金属阳离子是水性处理区1000的一个功能。在本发明的另一些实施方案中,二价和多价阳离子的浓度小于大约50重量ppm,小于大约25重量ppm,小于大约10重量ppm或小于大约5重量ppm。料流103的温度可以为地下水温度至大约40℃。
    可通过本领域中已知的任何方式实现水性处理区1000中的水性流102的处理。在一个实施方案中,水性处理区1000包含蒸馏设备,其中生成水蒸汽并冷凝以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往能从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往离子交换树脂以生成具有可接受地低的金属阳离子浓度的处理过的水性流103。在再一实施方案中,可以将水送往商业水软化装置以生成具有可接受地低的二价和多价金属阳离子浓度的处理过的水性流103。要理解的是,可以使用这些水处理选项的任何组合实现所需的处理过的水特性。
    处理过的水性流103可送往该方法中需要其的任何位置。在一个实施方案中,将一部分料流103送往初级固液分离区500以充当洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗水。
    在一个实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800以产生加热的水性流。热交换区800的一个功能是生成在特定受控温度下的加热的水性流801。
    在一个实施方案中,可送入热交换区800的料流是处理过的水性流103和第二母液流601。在另一实施方案中,可送入热交换区800的料流包含处理过的水性流103、一部分初级回收水流703、一部分第一母液流501和一部分第二母液流601。
    可以使用本领域中已知用于控制料流801的温度的任何设备,包括但不限于,用蒸汽提供一部分所需能量的任何热交换器、用传热流体提供一部分所需能量的任何热交换器、用电加热元件提供一部分所需能量的任何热交换器和具有直接蒸汽注入的任何容器或罐,在此蒸汽冷凝且冷凝物与热交换区800的水进料混合。将多组分纤维流90送往纤维切割区100以生成切断多组分纤维流101。该多组分纤维可具有本领域中已知的任何多组分结构。该多组分纤维包含如本公开中之前论述的水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物。
    本领域中已知的任何设备可用于切割多组分纤维流90以生成切断多组分纤维流101。在一个实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约50毫米。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约25毫米、小于大约20毫米、小于大约15毫米、小于大约10毫米、小于大约5毫米或小于2.5毫米。
    将切断多组分纤维流101和一部分加热的处理过的水性流801送往纤维打开区400以生成打开的微纤维浆料401。纤维打开区400的一个功能是从切断多组分纤维中分离水分散性聚合物以使至少一部分水不分散性聚合物微纤维从切断多组分纤维中分离并悬浮在打开的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施方案中,切断多组分纤维浆201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约50重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约75重量%至大约100重量%、大约90重量%至大约100重量%或大约95重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成短切多组分纤维的一部分。
    料流201中的起始切断多组分纤维的直径或旦数影响在纤维打开区400中从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。典型的多组分纤维类型通常具有大约12微米至大约20微米的直径??捎玫亩嘧榉窒宋删哂懈蟮钠鹗贾本吨链笤?0微米直径或更大的尺寸。从切断多组分纤维中分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随料流201中切断多组分纤维的直径提高而提高。
    在本发明的这一实施方案中,如图4中所示的纤维浆区200、混合区300和纤维打开区400合并在如图2中所示的单个单元操作中实施。在这一实施方案中,将切断多组分纤维流101直接送往单个单元操作,在此其在纤维打开区400内与加热的水性流801混合。例如间歇混合装置,其中在单个间隙混合装置中实现切断多组分纤维的打开或洗涤,其中将切断多组分纤维流101和加热的水性流801直接添加到纤维打开区400中。该纤维打开区可包含至少一个混合槽。在这一实施方案中,可以在如图5b和5c中所示的连续搅拌釜反应器中实现区域200、300和400的综合功能。在这一实施方案中,可以在能够实现区域200、300和400的适当功能所需的停留时间、温度和混合剪切力的功能要求的任何间歇或连续混合器中实现区域200、300和400的综合功能。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力也影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。影响纤维打开区400中的打开工艺的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力,其中纤维打开区400中的水温、停留时间和施加的剪切量的范围取决于从起始多组分纤维中充分分离水分散性磺基聚酯以使水不分散性聚合物微纤维分离并悬浮在打开的微纤维浆料401的连续水相中的需要。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。纤维打开区400的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。纤维打开区400中的停留时间可以为大约5分钟至大约10秒,大约3分钟至大约20秒,或大约2分钟至大约30秒。在纤维打开区400中保持充分混合以保持切断水不分散性聚合物微纤维的悬浮,以使切断微纤维的沉降最小化。在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400中沉降的短切水不分散性微纤维的每单位时间质量小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约5%,小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约3%,或小于进入纤维打开区400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约1%。
    纤维打开区400中的纤维打开可以在能实现可接受的停留时间、温度和混合的范围的任何设备中实现。合适的设备的实例包括,但不限于,搅拌间歇釜、如图6b和6c中所示的连续搅拌釜反应器和如图6a中所示的存在充分流动以将从浆料中沉降出的固体减至最少的管道。用于实现纤维打开区400中的纤维打开的单元操作的一个实例是活塞流反应器,其中将加热的多组分纤维浆301送往区域400活塞流装置,通常是圆形管道或导管。通过将该装置内的装填体积除以该装置中的体积流速计算活塞流装置中的材料停留时间。通过流道的横截面积除以经过该装置的液体的体积流量,确定该装置中的物料的速度。
    在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400可包括管道或导管,其中在管道中流动的物料的速度可以为0.1英尺/秒至大约20英尺/秒,0.2英尺/秒至大约10英尺/秒,或大约0.5英尺/秒至大约5英尺/秒。对于管道或导管中的流体或浆料流,雷诺数Re是可用于描述在方向和时间方面都不规则的流体涡流的紊流或运动的无量纲数。对于管道或管中的流,雷诺数通常被定义为:

    其中:
    DH是管道的水力直径;L, (m).
    Q是体积流速(m3/s).
    A是管道横截面积(m2).
    是物体相对于流体的平均速度(SI单位: m/s).
    μ是流体的动态粘度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s)).
    ν是运动粘度(ν = μ / ρ) (m2/s).
    是流体的密度(kg/m3).
    对于直径为D的管道中的流,实验观察表明,对于充分展开的流,当ReD < 2000时出现层流,当ReD > 4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间,层流和湍流都有可能(“过渡”流),取决于其它因素,如管道粗糙度和流动均匀性。
    纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过纤维打开区400中的管道或导管的流体的雷诺数可以为大约2,100至大约6,000,大约3,000至大约6,000,或大约3,500至大约6,000。在另一些实施方案中,纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过该管道或导管的流体的雷诺数为至少2,500、至少大约3,500或至少大约4,000。
    纤维打开区400可以在含有插在该管道或导管内的混合装置的管道或导管中实现。该装置可包含在线混合装置。该在线混合装置可以是没有活动件的静态混合器。在另一实施方案中,该在线混合装置包含活动件。非限制性地,这种元件是用于为加热的多组分纤维浆301提供比流经管道所实现的混合能多的混合能的机械装置??梢栽谟米飨宋蚩墓芏蔚目?、在该管段的末端或在管道流径内的任何位置插入该装置。
    可以将包含水不分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的打开的纤维浆流401送往初级固液分离区500以生成包含微纤维的微纤维产物流503和第一母液流501。在一个实施方案中,第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    打开的微纤维浆料401中的固体重量%可以为大约0.1重量%至大约20重量%,大约0.3重量%至大约大约10重量%,大约0.3重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约2.5重量%。
    微纤维产物流503中的固体重量%可以为大约10重量%至大约65重量%,大约15重量%至大约50重量%,大约25重量%至大约45重量%,或大约30重量%至大约40重量%。
    可通过本领域中已知的任何方法实现从打开的微纤维浆料401中分离微纤维产物流503。在一个实施方案中,将包含水的洗液流(wash stream)103送往初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤初级固液分离区500中的微纤维产物流和/或初级固液分离区500中的过滤布介质以生成洗涤液流(wash liquor stream)502。最多100重量%的一部分洗涤液流502可以在进入初级固液分离区500之前与打开的微纤维浆料401合并。最多100重量%的一部分洗涤液流502可送往第二固液分离区600。洗涤液流502可含有微纤维。在一个实施方案中,在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/平方厘米过滤面积。在本发明的另一些实施方案中,初级固液分离区500中过滤介质的过滤孔(filter openings)可以为大约43微米至3000微米,大约100微米至2000微米,或大约500微米至大约2000微米。
    可通过单个或多个固液分离装置实现在初级固液分离区500中从打开的微纤维浆料中分离微纤维产物流??赏ü约湫突蛄绞皆诵械墓桃悍掷胱爸檬迪殖跫豆桃悍掷肭?00中的分离。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可包括,但不限于,下列至少一种:多孔篮离心机、连续真空带式过滤机、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉淀池、双网脱水设备(twin wire dewatering devices)、带有压缩区的连续水平带式过滤机、带有楔形丝过滤介质的非振动倾斜筛网装置(non vibrating inclined screen devices with wedge wire filter media)、连续真空转鼓过滤机、脱水传送带等。
    在一个实施方案中,初级固液分离区500包含双网脱水设备,其中将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙。在双网脱水设备的第一区域中,由于重力和这两个活动的过滤布之间的每个渐窄间隙,水从打开的微纤维浆料401中沥出。在双网脱水设备的下游区域中,挤压这两个过滤布和这两个过滤布之间的微纤维料一次或多次以机械减少微纤维料中的水分。在一个实施方案中,通过使这两个过滤布和所含的微纤维料经过至少一组对这两个过滤布及其之间的微纤维料施加压缩力的辊,实现机械脱水。在另一实施方案中,通过使这两个过滤布和微纤维料经过至少一组压力辊之间,实现机械脱水。
    在本发明的另一些实施方案中,每组压力辊通过机械脱水施加的力可以为大约25至大约300磅/线性英寸过滤介质宽度,大约50至大约200磅/线性英寸过滤介质宽度,或大约70至大约125磅/线性英寸过滤介质宽度。随着这两个过滤布在该设备的固体排放区分开和发散,从该双网脱水设备中排出微纤维产物流503。排出的微纤维料的厚度可以为大约0.2英寸至大约1.5英寸,大约0.3英寸至大约1.25英寸,或大约0.4英寸至大约1英寸。在一个实施方案中,对过滤介质连续施加含水洗液流。在另一实施方案中,对过滤介质定期施加含水洗液流。
    在另一实施方案中,初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器,其包含重力排水区和压力脱水区。将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙,其首先经过重力排水区,然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊,从固体中挤出水。当带经过该过程中的最后一对辊时,分开过滤布且固体离开带式过滤装置。
    在本发明的另一实施方案中,回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水??梢越谝荒敢毫?01再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在水不分散性微纤维脱除中的效率,第一母液流501可以再循环至纤维打开区400或在送往区域400之前送往热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含水不分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施方案中,在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的水不分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/平方厘米过滤面积。最好在将料流501送往初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的水不分散性聚合物微纤维固体减至最少,其中水不分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
    二次固液分离区600可用于除去第一母液流501中存在的至少一部分水不分散性聚合物微纤维固体,以生成包含水不分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
    在一个实施方案中,可以将第二母液流601送往初级浓缩区700和或热交换区800,其中送往初级浓缩区700的第二母液流601的重量%可以为0%至100%,将该料流的其余部分送往热交换区800。第二母液流601可以再循环至纤维打开区400或在送往区域400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    送往初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702,其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量%可以为大约5重量%至大约85%,大约10重量%至大约65重量%,或大约15重量%至大约45重量%。初级回收水流703可以再循环至纤维打开区400或在送往区域400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    可以在初级浓缩区700中通过本领域中已知的任何方法从第二母液流601中除去水以产生初级聚合物浓缩流702。在一个实施方案中,除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如,至少一个薄膜蒸发器可用于此用途。在另一实施方案中,包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施方案中,可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。要理解的是,可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
    在一个实施方案中,可以将初级聚合物浓缩流702送往二次浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量%为大约95%至大约100%)和包含水的蒸气流902。在一个实施方案中,903包含水分散性磺基聚酯。适用于二次浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95%至100%水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施方案包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到二次浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
    在一个实施方案中,二次浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置,其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。将该夹套或壳放气以便蒸气逸出??梢越羌刑追智匝馗米爸玫某ざ壬瓒ú煌奈露壬瓒ǖ?。在连续运行过程中,初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至二次浓缩区900。在该装置内,在稳态过程中,物料以至少三种明显且不同的形式离开。物料首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置,由于夹套和内部螺杆的热,水蒸发。当足量的水蒸发时,该物料变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过这一粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热、内加热螺杆的热和归因于这种高粘性塞物料的混合剪切力的热,这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度,以产生该装置中的物料的第三种和最后一种物理形式,其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。要理解的是,用于上述二次浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行,其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种物料物理形式,以水分散体开始、接着粘性塞物料,最后磺基聚酯熔体。
    在一个实施方案中,可以将二次浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送往热交换区800,排放和/或送往洗液流103。在另一实施方案中,可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送往热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量。包含在熔融相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
    杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中??梢岳靡桓龌蚨喔銮宄鳎?03和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分初级回收水流701。
    在如图3a中所示的本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维101在纤维浆区200中与处理过的水性流103接触以产生短切多组分纤维浆201;其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;且其中处理过的水性流103在低于40℃的温度下;
    (B) 使短切多组分纤维浆201和加热的水性流801在纤维打开区400中接触以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料401;其中所述打开的微纤维浆料包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    (C) 将打开的微纤维浆料401送往初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501;其中第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    在本发明的这一实施方案中,如图4中所示的混合区300和纤维打开区400已合并成在打开工艺区1100中的一个单元操作。打开工艺区1100包含纤维浆区200和纤维打开区400。
    用于该方法的处理过的水性流103可通过将水性流102送往水性处理区1000制造,以制成处理过的水性流103。该水性流包含水。在本发明的实施方案中,处理过的水性流103中的一价金属阳离子浓度可以小于大约1000重量ppm,小于大约500重量ppm,小于大约100重量ppm或小于大约50重量ppm。从水性流102中除去二价和多价金属阳离子是水性处理区1000的一个功能。在本发明的另一些实施方案中,二价和多价阳离子的浓度小于大约50重量ppm,小于大约25重量ppm,小于大约10重量ppm或小于大约5重量ppm。料流103的温度可以为地下水温度至大约40℃。
    可通过本领域中已知的任何方式实现水性处理区1000中的水性流102的处理。在一个实施方案中,水性处理区1000包含蒸馏设备,其中生成水蒸汽并冷凝以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往能从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往离子交换树脂以生成具有可接受地低的金属阳离子浓度的处理过的水性流103。在再一实施方案中,可以将水送往商业水软化装置以生成具有可接受地低的二价和多价金属阳离子浓度的处理过的水性流103。要理解的是,可以使用这些水处理选项的任何组合实现所需的处理过的水特性。
    处理过的水性流103可送往该方法中需要其的任何位置。在一个实施方案中,将一部分料流103送往初级固液分离区500以充当洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
    在一个实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800并将至少一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200。热交换区800的一个功能是生成在特定受控温度下的加热的水性流801。
    在一个实施方案中,可送入热交换区800的料流是处理过的水性流103和第二母液流601。在另一实施方案中,可送入热交换区800的料流包含处理过的水性流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
    可以使用本领域中已知用于控制料流801的温度的任何设备,包括但不限于,用蒸汽提供一部分所需能量的任何热交换器、用传热流体提供一部分所需能量的任何热交换器、用电加热元件提供一部分所需能量的任何热交换器和存在直接蒸汽注入的任何容器或槽,在此蒸汽冷凝且冷凝物与热交换区800的水进料混合。将多组分纤维流90送往纤维切割区100以生成切断多组分纤维流101。该多组分纤维可具有本领域中已知的任何多组分结构。该多组分纤维包含如本公开中之前论述的水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物。
    本领域中已知的任何设备可用于切割多组分纤维流90以生成切断多组分纤维流101。在一个实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约50毫米。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约25毫米、小于大约20毫米、小于大约15毫米、小于大约10毫米、小于大约5毫米或小于2.5毫米。
    将切断多组分纤维流101和一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200以生成包含水和切断多组分纤维的切断多组分纤维浆201。在一个实施方案中,切断多组分纤维浆201中的切断多组分纤维的重量%可以为大约35重量%至大约1%重量%,大约25重量%至大约1重量%,大约15重量%至大约1重量%,或大约7重量%至大约1重量%。
    切断多组分纤维浆201的温度可以为大约5℃至大约45℃,大约10℃至大约35℃,或大约10℃至大约25℃。在一个实施方案中,纤维浆区200包含存在足以生成在连续水相中的切断多组分纤维悬浮液的搅拌的槽。
    在纤维浆区200中可以使用本领域中已知的适合将固体与水混合并使所得切断多组分纤维悬浮液保持在连续相中的任何设备。纤维浆区200可包含以连续或间歇模式运行的间歇或连续混合装置。适用于纤维浆区200的装置包括,但不限于,水力碎浆机、连续搅拌釜反应器、以间歇方式操作的具有搅拌的槽。
    可随后将切断多组分纤维浆201送往纤维打开区400。纤维打开区400的一个功能是从切断多组分纤维中分离水分散性聚合物以使至少一部分水不分散性聚合物微纤维从切断多组分纤维中分离并悬浮在打开的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施方案中,切断多组分纤维浆201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约50重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中,并且不再构成切断多组分纤维的一部分。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约75重量%至大约100重量%、大约90重量%至大约100重量%或大约95重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。
    料流201中的起始切断多组分纤维的直径或旦数影响在纤维打开区400中从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。典型的多组分纤维类型通常具有大约12微米至大约20微米的直径??捎玫亩嘧榉窒宋删哂懈蟮钠鹗贾本吨链笤?0微米直径或更大的尺寸。从切断多组分纤维中分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随料流201中切断多组分纤维的直径提高而提高。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力也影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。影响纤维打开区400中的打开工艺的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力,其中纤维打开区400中的水温、停留时间和施加的剪切量的范围取决于从起始多组分纤维中充分分离水分散性磺基聚酯以使水不分散性聚合物微纤维分离并悬浮在打开的微纤维浆料401的连续水相中的需要。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。纤维打开区400的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。纤维打开区400中的停留时间可以为大约5分钟至大约10秒,大约3分钟至大约20秒,或大约2分钟至大约30秒。在纤维打开区400中保持充分混合以保持切断水不分散性聚合物微纤维的悬浮,以使切断微纤维的沉降最小化。在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400中沉降的切断水不分散性微纤维的每单位时间质量小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约5%,小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约3%,或小于进入纤维打开区400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约1%。
    纤维打开区400中的纤维打开可以在能实现可接受的停留时间、温度和混合的范围的任何设备中实现。合适的设备的实例包括,但不限于,搅拌间歇釜、如图6b和6c中所示的连续搅拌釜反应器和如图6a中所示的存在充分流动以将从浆料中沉降出的固体减至最少的管道。用于实现纤维打开区400中的纤维打开的单元操作的一个实例是活塞流反应器,其中将加热的多组分纤维浆301送往区域400活塞流装置,其通常是圆形管道或导管。通过将该装置内的装填体积除以该装置中的体积流速计算活塞流装置中的材料停留时间。通过流道的横截面积除以经过该装置的液体的体积流量,确定该装置中的物料的速度。
    在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400可包括管道或导管,其中在管道中流动的物料的速度可以为0.1英尺/秒至大约20英尺/秒,0.2英尺/秒至大约10英尺/秒,或大约0.5英尺/秒至大约5英尺/秒。对于管道或导管中的流体或浆料流,雷诺数Re是可用于描述在方向和时间方面都不规则的流体涡流的紊流或运动的无量纲数。对于管道或管中的流,雷诺数通常被定义为:

    其中:
    DH是管道的水力直径;L, (m).
    Q是体积流速(m3/s).
    A是管道横截面积(m2).
    是物体相对于流体的平均速度(SI单位: m/s).
    μ是流体的动态粘度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s)).
    ν是运动粘度(ν = μ / ρ) (m2/s).
    是流体的密度(kg/m3).
    对于直径为D的管道中的流,实验观察表明,对于充分展开的流,当ReD < 2000时出现层流,当ReD > 4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间,层流和湍流都有可能(“过渡”流),取决于其它因素,如管道粗糙度和流动均匀性。
    纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过纤维打开区400中的管道或导管的流体的雷诺数可以为大约2,100至大约6,000,大约3,000至大约6,000,或大约3,500至大约6,000。在另一些实施方案中,纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过该管道或导管的流体的雷诺数为至少2,500、至少大约3,500或至少大约4,000。
    纤维打开区400可以在含有插在该管道或导管内的混合装置的管道或导管中实现。该装置可包含在线混合装置。该在线混合装置可以是没有活移动件的静态混合器。在另一实施方案中,该在线混合装置包含活动件。非限制性地,这种元件是用于为加热的多组分纤维浆301提供比流经管道所实现的混合能多的混合能的机械装置??梢栽谟米飨宋蚩墓芏蔚目?、在该管段的末端或在管道流径内的任何位置插入该装置。
    可以将包含水不分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的打开的纤维浆流401送往初级固液分离区500以生成包含微纤维的微纤维产物流503和第一母液流501。在一个实施方案中,第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    打开的微纤维浆料401中的固体重量%可以为大约0.1重量%至大约20重量%,大约0.3重量%至大约大约10重量%,大约0.3重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约2.5重量%。
    微纤维产物流503中的固体重量%可以为大约10重量%至大约65重量%,大约15重量%至大约50重量%,大约25重量%至大约45重量%,或大约30重量%至大约40重量%。
    可通过本领域中已知的任何方法实现从打开的微纤维浆料401中分离微纤维产物流503。在一个实施方案中,将包含水的洗液流103送往初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤初级固液分离区500中的微纤维产物流和/或初级固液分离区500中的过滤布介质以生成洗涤液流502。最多100重量%的一部分洗涤液流502可以在进入初级固液分离区500之前与打开的微纤维浆料401合并。最多100重量%的一部分洗涤液流502可送往第二固液分离区600。洗涤液流502可含有微纤维。在一个实施方案中,在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/平方厘米过滤面积。在本发明的另一些实施方案中,初级固液分离区500中过滤介质的过滤孔可以为大约43微米至3000微米,大约100微米至2000微米,或大约500微米至大约2000微米。
    可通过单个或多个固液分离装置实现在初级固液分离区500中从打开的微纤维浆料中分离微纤维产物流??赏ü约湫突蛄绞皆诵械墓桃悍掷胱爸檬迪殖跫豆桃悍掷肭?00中的分离。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可包括,但不限于,下列至少一种:多孔篮离心机、连续真空带式过滤机、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉淀池、双网脱水设备、带有压缩区的连续水平带式过滤机、带有楔形丝过滤介质的非振动倾斜筛网装置、连续真空转鼓过滤机、脱水传送带等。
    在一个实施方案中,初级固液分离区500包含双网脱水设备,其中将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙。在双网脱水设备的第一区域中,由于重力和这两个活动的过滤布之间的每个渐窄间隙,水从打开的微纤维浆料401中沥出。在双网脱水设备的下游区域中,挤压这两个过滤布和这两个过滤布之间的微纤维料一次或多次以机械减少微纤维料中的水分。在一个实施方案中,通过使这两个过滤布和所含的微纤维料经过至少一组对这两个过滤布及其之间的微纤维料施加压缩力的辊,实现机械脱水。在另一实施方案中,通过使这两个过滤布和微纤维料经过至少一组压力辊之间,实现机械脱水。
    在本发明的另一些实施方案中,每组压力辊通过机械脱水施加的力可以为大约25至大约300磅/线性英寸过滤介质宽度,大约50至大约200磅/线性英寸过滤介质宽度,或大约70至大约125磅/线性英寸过滤介质宽度。随着这两个过滤布在该设备的固体排放区分开和发散,从该双网脱水设备中排出微纤维产物流503。排出的微纤维料的厚度可以为大约0.2英寸至大约1.5英寸,大约0.3英寸至大约1.25英寸,或大约0.4英寸至大约1英寸。在一个实施方案中,对过滤介质连续施加含水洗液流。在另一实施方案中,对过滤介质定期施加含水洗液流。
    在另一实施方案中,初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤装置,其包含重力排水区和压力脱水区。将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙,其首先经过重力排水区,然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊,从固体中挤出水。当带经过该过程中的最后一对辊时,分开过滤布且固体离开带式过滤器。
    在本发明的另一实施方案中,回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水??梢越谝荒敢毫?01再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在水不分散性微纤维脱除中的效率,第一母液流501可以再循环至纤维浆区200、纤维打开区400或在送往区域200和/或400之前送往热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含水不分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施方案中,在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的水不分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/平方厘米过滤面积。最好在将料流501送往初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的水不分散性聚合物微纤维固体减至最少,其中水不分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中而对它们的功能具有负面影响。
    二次固液分离区600可用于除去第一母液流501中存在的至少一部分水不分散性聚合物微纤维固体以生成包含水不分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
    在一个实施方案中,可以将第二母液流601送往初级浓缩区700和或热交换区800,其中送往初级浓缩区700的第二母液流601的重量%可以为0%至100%,将该料流的其余部分送往热交换区800。第二母液流601可以再循环至纤维浆区200、纤维打开区400或在送往区域200和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    送往初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702,其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量%可以为大约5重量%至大约85%,大约10重量%至大约65重量%,或大约15重量%至大约45重量%。初级回收水流703可以再循环至纤维浆区200、纤维打开区400或在送往区域200和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    可以在初级浓缩区700中通过本领域中已知的任何方法从第二母液流601中除去水以产生初级聚合物浓缩流702。在一个实施方案中,除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如,至少一个薄膜蒸发器可用于此用途。在另一实施方案中,包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施方案中,可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。要理解的是,可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
    在一个实施方案中,可以将初级聚合物浓缩流702送往二次浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量%为大约95%至大约100%)和包含水的蒸气流902。在一个实施方案中,903包含水分散性磺基聚酯。适用于二次浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95%至100%水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施方案包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到二次浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
    在一个实施方案中,二次浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置,其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。将该夹套或壳放气以便蒸气逸出??梢越羌刑追智匝馗米爸玫某ざ壬瓒ú煌奈露壬瓒ǖ?。在连续运行过程中,初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至二次浓缩区900。在该装置内,在稳态过程中,物料以至少三种明显且不同的形式存在。物料首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置,由于夹套和内部螺杆的热,水蒸发。当足量的水蒸发时,该物料变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过这一粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热、内加热螺杆的热和归因于这种高粘性塞物料的混合剪切力的热,这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度,以产生该装置中的物料的第三种和最后一种物理形式,其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。要理解的是,用于上述二次浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行,其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种物料物理形式,以水分散体开始、接着粘性塞物料,最后磺基聚酯熔体。
    在一个实施方案中,可以将二次浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送往热交换区800,排放和/或送往洗液流103。在另一实施方案中,可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送往热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量。包含在熔体相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
    杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中??梢岳靡桓龌蚨喔銮宄鳎?03和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分初级回收水流701。
    在如图3b中所示的本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维101在混合区中与加热的水性流801接触以产生短切多组分纤维浆301;其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性聚合物;且其中加热的水性流801在40℃或更高的温度下;
    (B) 将短切多组分纤维浆301和任选地,加热的水性流801送往纤维打开区400以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料401;其中所述打开的微纤维浆料401包含水不分散性聚合物微纤维、水分散性磺基聚酯和水;和
    (C) 将所述打开的微纤维浆料401送往初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501;其中第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    在如图3b中所示的本发明的这一实施方案中,纤维浆区200和纤维混合区300已合并成在打开工艺区1100中的一个单元操作。该打开工艺区1100包含混合区200和纤维打开区400。
    用于该方法的处理过的水性流103可通过将水性流102送往水性处理区1000制造,以制成处理过的水性流103。该水性流包含水。在本发明的实施方案中,处理过的水性流103中的一价金属阳离子浓度可以小于大约1000重量ppm,小于大约500重量ppm,小于大约100重量ppm或小于大约50重量ppm。从水性流102中除去二价和多价金属阳离子是水性处理区1000的一个功能。在本发明的另一些实施方案中,二价和多价阳离子的浓度小于大约50重量ppm,小于大约25重量ppm,小于大约10重量ppm或小于大约5重量ppm。料流103的温度可以为地下水温度至大约40℃。
    可通过本领域中已知的任何方式实现水性处理区1000中的水性流102的处理。在一个实施方案中,水性处理区1000包含蒸馏设备,其中生成水蒸汽并冷凝以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往能从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往离子交换树脂以生成具有可接受地低的金属阳离子浓度的处理过的水性流103。在再一实施方案中,可以将水送往商业水软化装置以生成具有可接受地低的二价和多价金属阳离子浓度的处理过的水性流103。要理解的是,可以使用这些水处理选项的任何组合实现所需的处理过的水特性。
    处理过的水性流103可送往该方法中需要其的任何位置。在一个实施方案中,将一部分料流103送往初级固液分离区500以充当洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
    在一个实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往混合区300。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800并将至少一部分处理过的水性流103送往混合区300。热交换区800的一个功能是生成在特定受控温度下的加热的水性流801。
    在一个实施方案中,可送入热交换区800的料流是处理过的水性流103和第二母液流601。在另一实施方案中,可送入热交换区800的料流包含处理过的水性流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
    可以使用本领域中已知用于控制料流801的温度的任何设备,包括但不限于,用蒸汽提供一部分所需能量的任何热交换器、用传热流体提供一部分所需能量的任何热交换器、用电加热元件提供一部分所需能量的任何热交换器和存在直接蒸汽注入的任何容器或槽,在此蒸汽冷凝且冷凝物与热交换区800的水进料混合。将多组分纤维流90送往纤维切割区100以生成切断多组分纤维流101。该多组分纤维可具有本领域中已知的任何多组分结构。该多组分纤维包含如本公开中之前论述的水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物。
    本领域中已知的任何设备可用于切割多组分纤维流90以生成切断多组分纤维流101。在一个实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约50毫米。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约25毫米、小于大约20毫米、小于大约15毫米、小于大约10毫米、小于大约5毫米或小于2.5毫米。
    将切断多组分纤维流101和一部分加热的水性流801送往混合区300以生成包含水和切断多组分纤维的加热的多组分纤维浆301。
    加热的多组分纤维浆301的温度影响在纤维打开区400中切断多组分纤维的水分散性磺基聚酯部分与切断多组分纤维的水不分散性聚合物部分的分离。在本发明的另一些实施方案中,加热的多组分纤维浆301的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。
    可以控制加热的多组分纤维浆301中切断多组分纤维的重量%。在另一些实施方案中,加热的多组分纤维浆301中切断多组分纤维的重量%可以为大约10重量%至大约0.1%重量%,大约5重量%至大约0.2重量%,大约3重量%至大约0.3重量%,或大约2重量%至大约0.4重量%。
    在混合区300中可以使用本领域中已知的能将加热的水性流801与切断多组分纤维101混合的任何装置。合适的装置包括连续和间歇混合装置。在一个实施方案中,适用于混合区300的混合装置包括槽和搅拌器。在另一实施方案中,合适的混合装置包含管道或导管。
    在另一些实施方案中,混合区300中的合适混合装置包含管道或导管,其直径使得导管中的速度足以混合切断多组分纤维浆201和加热的水性流801,其中每分钟进入导管的切断多组分物料的低于大约2重量%、低于大约1重量%或低于大约0.5重量%沉降并积聚在导管中。
    加热的多组分纤维浆301可随后送往纤维打开区400。纤维打开区400的一个功能是从切断多组分纤维中分离水分散性聚合物以使至少一部分水不分散性聚合物微纤维从切断多组分纤维中分离并悬浮在打开的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施方案中,切断多组分纤维浆201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约50重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约75重量%至大约100重量%、大约90重量%至大约100重量%或大约95重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。
    料流201中的起始切断多组分纤维的直径或旦数影响在纤维打开区400中从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。典型的多组分纤维类型通常具有大约12微米至大约20微米的直径??捎玫亩嘧榉窒宋删哂懈蟮钠鹗贾本吨链笤?0微米直径或更大的尺寸。从切断多组分纤维中分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随料流201中切断多组分纤维的直径提高而提高。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力也影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。影响纤维打开区400中的打开工艺的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力,其中纤维打开区400中的水温、停留时间和施加的剪切量的范围取决于从起始多组分纤维中充分分离水分散性磺基聚酯以使水不分散性聚合物微纤维分离并悬浮在打开的微纤维浆料401的连续水相中的需要。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。纤维打开区400的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。纤维打开区400中的停留时间可以为大约5分钟至大约10秒,大约3分钟至大约20秒,或大约2分钟至大约30秒。在纤维打开区400中保持充分混合以保持切断水不分散性聚合物微纤维的悬浮,以使切断微纤维的沉降最小化。在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400中沉降的切断水不分散性微纤维的每单位时间质量小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约5%,小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约3%,或小于进入纤维打开区400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约1%。
    纤维打开区400中的纤维打开可以在能实现可接受的停留时间、温度和混合的范围的任何设备中实现。合适的设备的实例包括,但不限于,搅拌间歇釜、如图6b和6c中所示的连续搅拌釜反应器和如图6a中所示的存在充分流动以将从浆料中沉降出的固体减至最少的管道。用于实现纤维打开区400中的纤维打开的单元操作的一个实例是活塞流反应器,其中将加热的多组分纤维浆301送往区域400活塞流装置,通常是圆形管道或导管。通过将该装置内的装填体积除以该装置中的体积流速计算活塞流装置中的材料停留时间。通过流道的横截面积除以经过该装置的液体的体积流量,确定该装置中的物料的速度。
    在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400可包括管道或导管,其中在管道中流动的物料的速度可以为0.1英尺/秒至大约20英尺/秒,0.2英尺/秒至大约10英尺/秒,或大约0.5英尺/秒至大约5英尺/秒。对于管道或导管中的流体或浆料流,雷诺数Re是可用于描述在方向和时间方面都不规则的流体涡流的紊流或运动的无量纲数。对于管道或管中的流,雷诺数通常被定义为:

    其中:
    DH是管道的水力直径;L, (m).
    Q是体积流速(m3/s).
    A是管道横截面积(m2).
    是物体相对于流体的平均速度(SI单位: m/s).
    μ是流体的动态粘度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s)).
    ν是运动粘度(ν = μ / ρ) (m2/s).
    是流体的密度(kg/m3).
    对于直径为D的管道中的流,实验观察表明,对于充分展开的流,当ReD < 2000时出现层流,当ReD > 4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间,层流和湍流都有可能(“过渡”流),取决于其它因素,如管道粗糙度和流动均匀性。
    纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过纤维打开区400中的管道或导管的流体的雷诺数可以为大约2,100至大约6,000,大约3,000至大约6,000,或大约3,500至大约6,000。在另一些实施方案中,纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过该管道或导管的流体的雷诺数为至少2,500、至少大约3,500或至少大约4,000。
    纤维打开区400可以在含有插在该管道或导管内的混合装置的管道或导管中实现。该装置可包含在线混合装置。该在线混合装置可以是没有活动件的静态混合器。在另一实施方案中,该在线混合装置包含活动件。非限制性地,这种元件是用于为加热的多组分纤维浆301提供比流经管道所实现的混合能多的混合能的机械装置??梢栽谟米飨宋蚩墓芏蔚目?、在该管段的末端或在管道流径内的任何位置插入该装置。
    可以将包含水不分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的打开的纤维浆流401送往初级固液分离区500以生成包含微纤维的微纤维产物流503和第一母液流501。在一个实施方案中,第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    打开的微纤维浆料401中的固体重量%可以为大约0.1重量%至大约20重量%,大约0.3重量%至大约大约10重量%,大约0.3重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约2.5重量%。
    微纤维产物流503中的固体重量%可以为大约10重量%至大约65重量%,大约15重量%至大约50重量%,大约25重量%至大约45重量%,或大约30重量%至大约40重量%。
    可通过本领域中已知的任何方法实现从打开的微纤维浆料401中分离微纤维产物流503。在一个实施方案中,将包含水的洗液流103送往初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤初级固液分离区500中的微纤维产物流和/或初级固液分离区500中的过滤布介质以生成洗涤液流502。最多100重量%的一部分洗涤液流502可以在进入初级固液分离区500之前与打开的微纤维浆料401合并。最多100重量%的一部分洗涤液流502可送往第二固液分离区600。洗涤液流502可含有微纤维。在一个实施方案中,在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/平方厘米过滤面积。在本发明的另一些实施方案中,初级固液分离区500中过滤介质的过滤孔可以为大约43微米至3000微米,大约100微米至2000微米,或大约500微米至大约2000微米。
    可通过单个或多个固液分离装置实现在初级固液分离区500中从打开的微纤维浆料中分离微纤维产物流??赏ü约湫突蛄绞皆诵械墓桃悍掷胱爸檬迪殖跫豆桃悍掷肭?00中的分离。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可包括,但不限于,下列至少一种:多孔篮离心机、连续真空带式过滤机、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉淀池、双网脱水设备、带有压缩区的连续水平带式过滤机、带有楔形丝过滤介质的非振动倾斜筛网装置、连续真空转鼓过滤机、脱水传送带等。
    在一个实施方案中,初级固液分离区500包含双网脱水设备,其中将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙。在双网脱水设备的第一区域中,由于重力和这两个活动的过滤布之间的每个渐窄间隙,水从打开的微纤维浆料401中沥出。在双网脱水设备的下游区域中,挤压这两个过滤布和这两个过滤布之间的微纤维料一次或多次以机械减少微纤维料中的水分。在一个实施方案中,通过使这两个过滤布和所含的微纤维料经过至少一组对这两个过滤布及其之间的微纤维料施加压缩力的辊,实现机械脱水。在另一实施方案中,通过使这两个过滤布和微纤维料经过至少一个压力辊与固定表面之间,实现机械脱水。
    在本发明的另一些实施方案中,通过机械脱水施加的力可以为大约25至大约300磅/线性英寸过滤介质宽度,大约50至大约200磅/线性英寸过滤介质宽度,或大约70至大约125磅/线性英寸过滤介质宽度。随着这两个过滤布在该设备的固体排放区分开和发散,从该双网脱水设备中排出微纤维产物流503。排出的微纤维料的厚度可以为大约0.2英寸至大约1.5英寸,大约0.3英寸至大约1.25英寸,或大约0.4英寸至大约1英寸。在一个实施方案中,对过滤介质连续施加含水洗液流。在另一实施方案中,对过滤介质定期施加含水洗液流。
    在另一实施方案中,初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器,其包含重力排水区和压力脱水区。将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙,其首先经过重力排水区,然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊,从固体中挤出水。当带经过该过程中的最后一对辊时,分开过滤布且固体离开带式过滤器。
    在本发明的另一实施方案中,回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水??梢越谝荒敢毫?01再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在水不分散性微纤维脱除中的效率,第一母液流501可以再循环至混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含水不分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施方案中,在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的水不分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/平方厘米过滤面积。最好在将料流501送往初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的水不分散性聚合物微纤维固体减至最少,其中水不分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
    二次固液分离区600可用于除去第一母液流501中存在的至少一部分水不分散性聚合物微纤维固体以生成包含水不分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
    在一个实施方案中,可以将第二母液流601送往初级浓缩区700和或热交换区800,其中送往初级浓缩区700的第二母液流601的重量%可以为0%至100%,将该料流的其余部分送往热交换区800。第二母液流601可以再循环至纤维浆区200、混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    送往初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702,其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量%可以为大约5重量%至大约85%,大约10重量%至大约65重量%,或大约15重量%至大约45重量%。初级回收水流703可以送往混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    可以在初级浓缩区700中通过本领域中已知的任何方法从第二母液流601中除去水以产生初级聚合物浓缩流702。在一个实施方案中,除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如,至少一个薄膜蒸发器可用于此用途。在另一实施方案中,包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施方案中,可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。要理解的是,可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
    在一个实施方案中,可以将初级聚合物浓缩流702送往二次浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量%为大约95%至大约100%)和包含水的蒸气流902。在一个实施方案中,903包含水分散性磺基聚酯。适用于二次浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95%至100%水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施方案包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到二次浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
    在一个实施方案中,二次浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置,其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。将该夹套或壳放气以便蒸气逸出??梢越羌刑追智匝馗米爸玫某ざ壬瓒ú煌奈露壬瓒ǖ?。在连续运行过程中,初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至二次浓缩区900。在该装置内,在稳态过程中,物料以至少三种明显且不同的形式存在。物料首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置中。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置,由于夹套和内部螺杆的热,水蒸发。当足量的水蒸发时,该物料变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过这一粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热、内加热螺杆的热和归因于这种高粘性塞物料的混合剪切力的热,这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度,以产生该装置中的物料的第三种和最后一种物理形式,其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。要理解的是,用于上述二次浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行,其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种物料物理形式,以水分散体开始、接着粘性塞物料,最后磺基聚酯熔体。
    在一个实施方案中,可以将二次浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送往热交换区800,排放和/或送往洗液流103。在另一实施方案中,可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送往热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量。包含在熔体相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
    杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中??梢岳靡桓龌蚨喔銮宄鳎?03和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分初级回收水流701。
    在如图4中所示的本发明的另一实施方案中,提供制造微纤维产物流的方法。所述方法包括:
    (A) 使长度小于25毫米的短切多组分纤维101在纤维浆区200中与处理过的水性流103接触以产生短切多组分纤维浆201;其中短切多组分纤维101包含至少一种水分散性磺基聚酯和至少一种与所述水分散性磺基聚酯不混溶的水不分散性合成聚合物;且其中处理过的水性流103在低于40℃的温度下;
    (B) 使短切多组分纤维浆201在混合区300中与加热的水性流801接触以产生加热的多组分纤维浆301;
    (C) 将加热的多组分纤维浆301送往纤维打开区400以除去一部分水分散性磺基聚酯,从而产生打开的微纤维浆料401;和
    (D) 将打开的微纤维浆料401送往初级固液分离区500以产生微纤维产物流503和第一母液流501;其中第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    在如图4中所示的本发明的这一实施方案中,打开工艺区1100包含纤维浆区200、混合区300和纤维打开区400。
    用于该方法的处理过的水性流103可通过将水性流102送往水性处理区1000制造,以制成处理过的水性流103。该水性流包含水。在本发明的实施方案中,处理过的水性流103中的一价金属阳离子浓度可以小于大约1000重量ppm,小于大约500重量ppm,小于大约100重量ppm或小于大约50重量ppm。从水性流102中除去二价和多价金属阳离子是水性处理区1000的一个功能。在本发明的另一些实施方案中,二价和多价阳离子的浓度小于大约50重量ppm,小于大约25重量ppm,小于大约10重量ppm或小于大约5重量ppm。料流103的温度可以为地下水温度至大约40℃。
    可通过本领域中已知的任何方式实现水性处理区1000中的水性流102的处理。在一个实施方案中,水性处理区1000包含蒸馏设备,其中生成水蒸汽并冷凝以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往能从水中分离一价和二价金属阳离子的反渗透膜分离以产生处理过的水性流103。在另一实施方案中,将水送往离子交换树脂以生成具有可接受地低的金属阳离子浓度的处理过的水性流103。在再一实施方案中,可以将水送往商业水软化装置以生成具有可接受地低的二价和多价金属阳离子浓度的处理过的水性流103。要理解的是,可以使用这些水处理选项的任何组合实现所需的处理过的水特性。
    处理过的水性流103可送往该方法中需要其的任何位置。在一个实施方案中,将一部分料流103送往初级固液分离区500以充当洗布液和/或初级固液分离区500中所含的固体的洗液。
    在一个实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200。在另一实施方案中,将至少一部分处理过的水性流103送往热交换区800并将至少一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200。热交换区800的一个功能是生成在特定受控温度下的加热的水性流801。
    在一个实施方案中,可送入热交换区800的料流是处理过的水性流103和第二母液流601。在另一实施方案中,可送入热交换区800的料流包含处理过的水性流103、初级回收水流703、第一母液流501和第二母液流601。
    可以使用本领域中已知用于控制料流801的温度的任何设备,包括但不限于,用蒸汽提供一部分所需能量的任何热交换器、用传热流体提供一部分所需能量的任何热交换器、用电加热元件提供一部分所需能量的任何热交换器和存在直接蒸汽注入的任何容器或槽,在此蒸汽冷凝且冷凝物与热交换区800的水进料混合。
    将多组分纤维流90送往纤维切割区100以生成切断多组分纤维流101。该多组分纤维可具有本领域中已知的任何多组分结构。该多组分纤维包含如本公开中之前论述的水分散性磺基聚酯和水不分散性聚合物。
    本领域中已知的任何设备可用于切割多组分纤维流90以生成切断多组分纤维流101。在一个实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约50毫米。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流101中的切断纤维的长度小于大约25毫米、小于大约20毫米、小于大约15毫米、小于大约10毫米、小于大约5毫米或小于2.5毫米。
    将切断多组分纤维流101和一部分处理过的水性流103送往纤维浆区200以生成包含水和切断多组分纤维的切断多组分纤维浆201。在一个实施方案中,切断多组分纤维浆201中的切断多组分纤维的重量%可以为大约35重量%至大约1%重量%,大约25重量%至大约1重量%,大约15重量%至大约1重量%,或大约7重量%至大约1重量%。
    切断多组分纤维浆201的温度可以为大约5℃至大约45℃,大约10℃至大约35℃,或大约10℃至大约25℃。在一个实施方案中,纤维浆区200包含存在足以生成在连续水相中的切断多组分纤维悬浮液的搅拌的槽。
    在纤维浆区200中可以使用本领域中已知的适合将固体与水混合并使所得切断多组分纤维悬浮液保持在连续相中的任何设备。纤维浆区200可包含以连续或间歇模式运行的间歇或连续混合装置。适用于纤维浆区200的装置包括,但不限于,水力碎浆机、连续搅拌釜反应器、以间歇方式操作的具有搅拌的槽。
    将切断多组分纤维浆201和加热的水性流801送往混合区300并合并以生成加热的多组分纤维浆301。加热的多组分纤维浆301的温度影响在纤维打开区400中切断多组分纤维的水分散性磺基聚酯部分与切断多组分纤维的水不分散性聚合物部分的分离。在本发明的另一些实施方案中,加热的多组分纤维浆301的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。
    可以控制加热的多组分纤维浆301中切断多组分纤维的重量%。在另一些实施方案中,加热的多组分纤维浆301中切断多组分纤维的重量%可以为大约10重量%至大约0.1%重量%,大约5重量%至大约0.2重量%,大约3重量%至大约0.3重量%,或大约2重量%至大约0.4重量%。
    在混合区300中可以使用本领域中已知的能将加热的水性流801与切断多组分纤维浆201混合的任何装置。合适的装置包括连续和间歇混合装置。在一个实施方案中,适用于混合区300的混合装置包括槽和搅拌器。在另一实施方案中,合适的混合装置包含管道或导管。
    在另一些实施方案中,混合区300中的合适混合装置包含管道或导管,其直径使得导管中的速度足以混合切断多组分纤维浆201和加热的水性流801,其中每分钟进入导管的切断多组分物料的低于大约2重量%、低于大约1重量%或低于大约0.5重量%沉降并积聚在导管中。
    加热的多组分纤维浆301可随后送往纤维打开区400。纤维打开区400的一个功能是从切断多组分纤维中分离水分散性聚合物以使至少一部分水不分散性聚合物微纤维从切断多组分纤维中分离并悬浮在打开的微纤维浆料401中。在本发明的另一实施方案中,切断多组分纤维浆201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约50重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。在另一些实施方案中,切断多组分纤维流201中所含的水不分散性聚合物微纤维的大约75重量%至大约100重量%、大约90重量%至大约100重量%或大约95重量%至大约100重量%作为水不分散性聚合物微纤维悬浮在打开的微纤维浆料401中并且不再构成切断多组分纤维的一部分。
    料流201中的起始切断多组分纤维的直径或旦数影响在纤维打开区400中从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。典型的多组分纤维类型通常具有大约12微米至大约20微米的直径??捎玫亩嘧榉窒宋删哂懈蟮钠鹗贾本吨链笤?0微米直径或更大的尺寸。从切断多组分纤维中分离所需量的水分散性磺基聚酯所需的时间随料流201中切断多组分纤维的直径提高而提高。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力也影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。影响纤维打开区400中的打开工艺的条件包括停留时间、浆料温度和剪切力,其中纤维打开区400中的水温、停留时间和施加的剪切量的范围取决于从起始多组分纤维中充分分离水分散性磺基聚酯以使水不分散性聚合物微纤维分离并悬浮在打开的微纤维浆料401的连续水相中的需要。
    纤维打开区400中的停留时间、温度和剪切力影响从切断多组分纤维中分离水分散性磺基聚酯的程度。纤维打开区400的温度可以为大约55℃至大约100℃,大约60℃至大约90℃,或大约65℃至大约80℃。纤维打开区400中的停留时间可以为大约5分钟至大约10秒,大约3分钟至大约20秒,或大约2分钟至大约30秒。在纤维打开区400中保持充分混合以保持切断水不分散性聚合物微纤维的悬浮,以使切断微纤维的沉降最小化。在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400中沉降的切断水不分散性微纤维的每单位时间质量小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约5%,小于进入区域400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约3%,或小于进入纤维打开区400的切断水不分散性聚合物微纤维的每单位时间质量的大约1%。
    纤维打开区400中的纤维打开可以在能实现可接受的停留时间、温度和混合的范围的任何设备中实现。合适的设备的实例包括,但不限于,搅拌间歇釜、如图6b和6c中所示的连续搅拌釜反应器和如图6a中所示的存在充分流动以将从浆料中沉降出的固体减至最少的管道。用于实现纤维打开区400中的纤维打开的单元操作的一个实例是活塞流反应器,其中将加热的多组分纤维浆301送往区域400活塞流装置,通常是圆形管道或导管。通过将该装置内的装填体积除以该装置中的体积流速计算活塞流装置中的材料停留时间。通过流道的横截面积除以经过该装置的液体的体积流量,确定该装置中的物料的速度。
    在本发明的另一些实施方案中,纤维打开区400可包括管道或导管,其中在管道中流动的物料的速度可以为0.1英尺/秒至大约20英尺/秒,0.2英尺/秒至大约10英尺/秒,或大约0.5英尺/秒至大约5英尺/秒。对于管道或导管中的流体或浆料流,雷诺数Re是可用于描述在方向和时间方面都不规则的流体涡流的紊流或运动的无量纲数。对于管道或管中的流,雷诺数通常被定义为:

    其中:
    DH是管道的水力直径;L, (m).
    Q是体积流速(m3/s).
    A是管道横截面积(m2).
    是物体相对于流体的平均速度(SI单位: m/s).
    μ是流体的动态粘度(Pa·s或N·s/m2或kg/(m·s)).
    ν是运动粘度(ν = μ / ρ) (m2/s).
    是流体的密度(kg/m3).
    对于直径为D的管道中的流,实验观察表明,对于充分展开的流,当ReD < 2000时出现层流,当ReD > 4000时出现湍流。在2300至4000之间的区间,层流和湍流都有可能(“过渡”流),取决于其它因素,如管道粗糙度和流动均匀性。
    纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过纤维打开区400中的管道或导管的流体的雷诺数可以为大约2,100至大约6,000,大约3,000至大约6,000,或大约3,500至大约6,000。在另一些实施方案中,纤维打开区400可包含管道或导管以促进打开过程,且经过该管道或导管的流体的雷诺数为至少2,500、至少大约3,500或至少大约4,000。
    纤维打开区400可以在含有插在该管道或导管内的混合装置的管道或导管中实现。该装置可包含在线混合装置。该在线混合装置可以是没有活动件的静态混合器。在另一实施方案中,该在线混合装置包含活动件。非限制性地,这种元件是用于为加热的多组分纤维浆301提供比流经管道所实现的混合能多的混合能的机械装置??梢栽谟米飨宋蚩墓芏蔚目?、在该管段的末端或在管道流径内的任何位置插入该装置。
    可以将包含水不分散性聚合物微纤维、水和水分散性磺基聚酯的打开的纤维浆流401送往初级固液分离区500以生成包含微纤维的微纤维产物流503和第一母液流501。在一个实施方案中,第一母液流501包含水和水分散性磺基聚酯。
    打开的微纤维浆料401中的固体重量%可以为大约0.1重量%至大约20重量%,大约0.3重量%至大约大约10重量%,大约0.3重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约2.5重量%。
    微纤维产物流503中的固体重量%可以为大约10重量%至大约65重量%,大约15重量%至大约50重量%,大约25重量%至大约45重量%,或大约30重量%至大约40重量%。
    可通过本领域中已知的任何方法实现从打开的微纤维浆料401中分离微纤维产物流503。在一个实施方案中,将包含水的洗液流103送往初级固液分离区500。洗液流103可用于洗涤初级固液分离区500中的微纤维产物流和/或初级固液分离区500中的过滤布介质以生成洗涤液流502。最多100重量%的一部分洗涤液流502可以在进入初级固液分离区500之前与打开的微纤维浆料401合并。洗涤液流502可含有微纤维。在一个实施方案中,在初级固液分离区500中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的微纤维料的克数为大约1至2克/平方厘米过滤面积。在本发明的另一些实施方案中,初级固液分离区500中过滤介质的过滤孔可以为大约43微米至3000微米,大约100微米至2000微米,或大约500微米至大约2000微米。
    可通过单个或多个固液分离装置实现在初级固液分离区500中从打开的微纤维浆料中分离微纤维产物流??赏ü约湫突蛄绞皆诵械墓桃悍掷胱爸檬迪殖跫豆桃悍掷肭?00中的分离。初级固液分离区500中的合适的固液分离装置可包括,但不限于,下列至少一种:多孔篮离心机、连续真空带式过滤机、间歇真空吸滤器、间歇多孔沉淀池、双网脱水设备、带有压缩区的连续水平带式过滤机、带有楔形丝过滤介质的非振动倾斜筛网装置、连续真空转鼓过滤机、脱水传送带等。
    在一个实施方案中,初级固液分离区500包含双网脱水设备,其中将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙。在双网脱水设备的第一区域中,由于重力和这两个活动的过滤布之间的每个渐窄间隙,水从打开的微纤维浆料401中沥出。在双网脱水设备的下游区域中,挤压这两个过滤布和这两个过滤布之间的微纤维料一次或多次以机械减少微纤维料中的水分。在一个实施方案中,通过使这两个过滤布和所含的微纤维料经过至少一组对这两个过滤布及其之间的微纤维料施加压缩力的辊,实现机械脱水。在另一实施方案中,通过使这两个过滤布和微纤维料经过至少一个压力辊与固定表面之间,实现机械脱水。
    在本发明的另一些实施方案中,通过机械脱水施加的力可以为大约25至大约300磅/线性英寸过滤介质宽度,大约50至大约200磅/线性英寸过滤介质宽度,或大约70至大约125磅/线性英寸过滤介质宽度。随着这两个过滤布在该设备的固体排放区分开和发散,从该双网脱水设备中排出微纤维产物流503。排出的微纤维料的厚度可以为大约0.2英寸至大约1.5英寸,大约0.3英寸至大约1.25英寸,或大约0.4英寸至大约1英寸。在一个实施方案中,对过滤介质连续施加含水洗液流。在另一实施方案中,对过滤介质定期施加含水洗液流。
    在另一实施方案中,初级固液分离区500包含如图7中所示的带式过滤器,其包含重力排水区和压力脱水区。将打开的微纤维浆料401送往以相同方向行进的一对活动过滤布之间的锥形间隙,其首先经过重力排水区,然后经过包含如图6b中所示的复杂的辊布置的压力脱水区或压榨区。随着带进给经过这些辊,从固体中挤出水。当带经过该过程中的最后一对辊时,分开过滤布且固体离开带式过滤装置。
    在本发明的另一实施方案中,回收和再循环包含水和水分散性磺基聚酯聚合物的第一母液流501中所含的至少一部分水??梢越谝荒敢毫?01再循环至初级固液分离区500。根据初级液体分离区在水不分散性微纤维脱除中的效率,第一母液流501可以再循环至纤维浆区200、混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。第一母液流501可由于漏出和洗布而含有少量包含水不分散性聚合物微纤维的固体。在一个实施方案中,在初级固液分离区中漏过开孔最多为2000微米的过滤介质的水不分散性聚合物微纤维料的克数为大约1至大约2克/平方厘米过滤面积。最好在将料流501送往初级浓缩区700和热交换区800之前将第一母液流501中的水不分散性聚合物微纤维固体减至最少,其中水不分散性聚合物微纤维固体会收集和积聚在这些区域中以对它们的功能具有负面影响。
    二次固液分离区600可用于除去第一母液流501中存在的至少一部分水不分散性聚合物微纤维固体以生成包含水不分散性微纤维的第二湿滤饼流602和包含水和水分散性磺基聚酯的第二母液流601。
    在一个实施方案中,可以将第二母液流601送往初级浓缩区700和或热交换区800,其中送往初级浓缩区700的第二母液流601的重量%可以为0%至100%,将该料流的其余部分送往热交换区800。第二母液流601可以再循环至纤维浆区200、混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    送往初级浓缩区的第二母液601的任何部分经受分离过程以生成初级回收水流703和富集水分散性磺基聚酯的初级聚合物浓缩流702,其中初级聚合物浓缩流702中水分散性磺基聚酯的重量%可以为大约5重量%至大约85%,大约10重量%至大约65重量%,或大约15重量%至大约45重量%。初级回收水流703可以再循环至纤维浆区200、混合区300、纤维打开区400或在送往区域200、300和/或400之前送往热交换区800。送往纤维打开区400的第二母液流中水分散性磺基聚酯的量可以为第二母液流的重量%的大约0.01重量%至大约7重量%,或大约0.1重量%至大约7重量%,大约0.2重量%至大约5重量%,或大约0.3重量%至大约3重量%。
    可以在初级浓缩区700中通过本领域中已知的任何方法从第二母液流601中除去水以产生初级聚合物浓缩流702。在一个实施方案中,除水包括通过在间歇或连续蒸发设备中蒸发掉水的蒸发法。例如,至少一个薄膜蒸发器可用于此用途。在另一实施方案中,包含纳米过滤介质的膜技术可用于生成初级聚合物浓缩流702。在另一实施方案中,可以使用包含萃取设备的方法从第二母液流601中萃取水分散性聚合物并生成初级聚合物浓缩流702。要理解的是,可以使用蒸发、膜和萃取步骤的任何组合从第二母液流601中分离水分散性磺基聚酯并生成初级聚合物浓缩流702。初级聚合物浓缩流702可随后离开该过程。
    在一个实施方案中,可以将初级聚合物浓缩流702送往二次浓缩区900以生成包含水分散性磺基聚酯的熔融聚合物流903(其中聚合物的重量%为大约95%至大约100%)和包含水的蒸气流902。在一个实施方案中,903包含水分散性磺基聚酯。适用于二次浓缩区900的设备包括本领域中已知的能进给水分散性聚合物的水分散体并生成95%至100%水分散性聚合物流903的任何设备。这一实施方案包括将水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体进给到二次浓缩区902。进料流的温度通常低于100℃。
    在一个实施方案中,二次浓缩区900包含至少一个以含有旋转传送螺杆的夹套管壳为特征的装置,其中用传热流体或蒸汽加热该传送螺杆并包含传送和高剪切混合元件。将该夹套或壳放气以便蒸气逸出??梢越羌刑追智匝馗米爸玫某ざ壬瓒ú煌奈露壬瓒ǖ?。在连续运行过程中,初级聚合物浓缩流702包含水和水分散性磺基聚酯并连续进给至二次浓缩区900。在该装置内,在稳态过程中,物料以至少三种明显且不同的形式存在。物料首先作为水分散性磺基聚酯聚合物的水分散体存在于该装置内。随着磺基聚酯聚合物的水分散体经过该装置,由于夹套和内部螺杆的热,水蒸发。当足量的水蒸发时,该物料变成包含在比该磺基聚酯聚合物的熔体温度低的温度下的粘性塞的第二形式。水分散体无法流过这一粘性塞并局限于该装置的第一水分散体区域。由于夹套的热、内加热螺杆的热和归因于这种高粘性塞物料的混合剪切力的热,这一位置存在的基本所有的水蒸发且温度升高直至达到磺基聚酯的熔体温度,以产生该装置中的物料的第三种和最后一种物理形式,其包含熔融磺基聚酯聚合物。该熔融磺基聚酯聚合物随后经挤出模头离开该装置并通常冷却和通过本领域中已知的任何方式切割成丸粒。要理解的是,用于上述二次浓缩区900的装置也可以以间歇方式运行,其中在该装置的整个长度内但在不同时间以相继次序出现上述三种物料物理形式,以水分散体开始、接着粘性塞物料,最后磺基聚酯熔体。
    在一个实施方案中,可以将二次浓缩区900中生成的蒸气冷凝并送往热交换区800,排放和/或送往洗液流103。在另一实施方案中,可以将包含水蒸气的冷凝蒸气流902送往热交换区800以提供生成料流801需要的温度所需的至少一部分能量。包含在熔体相中的含磺基聚酯的水分散性聚合物的熔融聚合物流903可以冷却并通过本领域中已知的任何方法切碎成丸粒。
    杂质可进入该方法并浓缩在回收和再循环的水中??梢岳靡桓龌蚨喔銮宄鳎?03和701)将第二母液601和初级回收水流701中的杂质浓度控制在可接受的水平。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分第二母液流601。在一个实施方案中,可以从该方法中分离并清除一部分初级回收水流701。
    通过下列实施例进一步例示本发明。
    实施例
    所有丸粒样品在真空下在室温下预干燥至少12小时。表3中所示的分散时间是用于非织造织物样品的完全分散或溶解。表2和3中所用的缩写“CE”是指“对比例”。
    实施例1
    具有0.29的Ih.V.和48℃的Tg的含有76摩尔%间苯二甲酸、24摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、76摩尔%二乙二醇和24摩尔% 1,4-环己烷二甲醇的磺基聚酯使用表1中所示的条件经由标称6英寸模头(在喷嘴(nosepiece)中30孔/英寸)熔喷到圆柱形收集器上。不需要插入纸?;竦萌崛?、可操作的挠性网,其在辊卷绕过程中不会粘连。物理性质提供在表2中。如表3中的数据所示,在轻微搅拌下小块(1” x 3”)非织造织物容易分散在室温(RT)和50℃水中。



    实施例2
    具有0.4的Ih.V.和35℃的Tg的含有89摩尔%间苯二甲酸、11摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、72摩尔%二乙二醇和28摩尔%乙二醇的磺基聚酯使用与表1中的那些类似的条件经由6英寸模头熔喷?;竦萌崛?、可操作的挠性网,其在辊卷绕过程中不会粘连。物理性质提供在表2中。小块(1” x 2”)非织造织物在50℃和80℃下容易完全分散;在RT(23℃)下,如表3中的数据所示,该织物需要更长时间才能完全分散。
    据发现,实施例1和2中的组合物可以过吹到其它非织造基底上。也可以冷凝和包裹代替传统网收集器使用的成型或有轮廓(contoured)的形式(forms)。因此,可以获得该网幅的圆形“粗纱(roving)”或plug形式。
    对比例1-3
    将具有0.4的Ih.V.和35℃的Tg的含有89摩尔%间苯二甲酸、11摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、72摩尔%二乙二醇和28摩尔%乙二醇的磺基聚酯丸粒与聚丙烯(Basell PF 008)丸粒以下列双组分比率(按重量%计)合并:
    75 PP : 25磺基聚酯(实施例3)
    50 PP : 50磺基聚酯(实施例4)
    25 PP : 75磺基聚酯(实施例5)
    该PP具有800的MFR(熔体流动速率)。在具有24英寸宽的模头的线路上进行熔喷操作以产生具有表2中提供的物理性质的可操作的柔软、挠性但不粘连的网。小块(1” x 4”)非织造织物如表3中报道的那样容易解体。但是,由于不可溶聚丙烯组分,没有纤维是完全水可分散的。
    实施例3
    实施例2中制成的非织造织物的圆形片(4''直径)用作两片棉织物之间的粘合层。使用Hannifin熔体压机通过在200℃下施加35 psig的压力30秒,将两片棉布熔结在一起。所得组装件表现出格外强的固结强度。棉基底在粘合或固结破坏前撕裂。用其它纤维素和用PET聚酯基底也获得类似的结果。通过超声结合技术也产生强固结。
    对比例4
    使用24”模头熔喷具有1200 MFR的PP (Exxon 3356G)以产生挠性非织造织物,其不粘连并容易从辊上退卷。小布块(1” x 4”)在RT或50℃的水中浸泡15分钟时没有表现出对水的任何响应(即没有解体或基重损失)。
    实施例4
    在实验室短纤维纺丝生产线上在245℃(473℉)的熔体温度下熔纺具有55℃的Tg的含有82摩尔%间苯二甲酸、18摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、54摩尔%二乙二醇和46摩尔% 1,4-环己烷二甲醇的磺基聚酯的单组分纤维。初纺旦数为大约8 d/f。在卷取管上遇到一定粘连,但10-长丝束在82℃和pH为5至6的未搅拌的软化水中在10-19秒内容易溶解。
    实施例5
    在实验室短纤维纺丝生产线上熔纺分别由含有82摩尔%间苯二甲酸、18摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、54摩尔%二乙二醇和46摩尔% 1,4-环己烷二甲醇的磺基聚酯(Tg为55℃)和含有91摩尔%间苯二甲酸、9摩尔%钠代磺基间苯二甲酸、25摩尔%二乙二醇和75摩尔% 1,4-环己烷二甲醇的磺基聚酯(Tg为65℃)的共混物(75:25)获得的单组分纤维。该共混物具有57℃的Tg——通过取组分磺基聚酯的Tg的加权平均值计算。该10-长丝束在卷取管上没有表现出任何粘连,但在82℃和pH为5至6的未搅拌的软化水中在20-43秒内容易溶解。
    实施例6
    实施例5中描述的共混物与PET共纺以产生双组分海岛型纤维。在获得的构造中,磺基聚酯“?!蔽?0重量% PET“岛”的纤维的20重量%。纺成纱在刚纺成后的伸长为190%。没有遇到粘连,因为该纱线在纺成后1周令人满意地从线轴上退卷并加工。在随后的操作中,通过使纱线经过88℃软水浴,溶解“?!币越隽粝孪窹ET长丝。
    实施例7
    这种预言性实施例例示本发明的多组分和微旦纤维可能可用于制备特种纸。实施例5中描述的共混物与PET共纺以产生双组分海岛型纤维。该纤维含有大约35重量%磺基聚酯“?!弊榉趾痛笤?5重量% PET“岛”。将未卷曲的纤维切成1/8英寸长。在模拟造纸中,将这些短切双组分纤维添加到精制操作中。在搅拌的水性浆中除去磺基聚酯“?!?,由此将微旦PET纤维释放到该混合物中。在相当的重量下,微旦PET纤维(“岛”)比添加粗PET纤维更有效地提高纸拉伸强度。
    对比例8
    在纺粘生产线上使用来自Hills Inc., Melbourne, FL的24”宽的双组分喷丝模头(在模板中具有总共2222个??祝┲圃煸诤=峁怪芯哂?08个岛的双组分纤维。两个挤出机连向熔体泵,熔体泵又连向纤维纺丝模头中的这两种组分的入口。主挤出机(A)连向计量加入Eastman F61HC PET聚酯流的入口以形成海岛型纤维横截面结构中的岛区域。挤出区设定为在285℃的温度下熔融进入模头的PET。辅助挤出机(B)加工来自Eastman Chemical Company, Kingsport, TN的Eastman AQ 55S磺基聚酯聚合物,其具有大约0.35的特性粘度和在Rheometric Dynamic Analyzer RDAII (Rheometrics Inc. Piscataway, New Jersey)流变仪中在240℃和1 rad/sec剪切速率下测得的大约15,000泊和在240℃和100 rad/sec剪切速率下测得的9,700泊的熔体粘度。在进行熔体粘度测量前,样品在真空炉中在60℃下干燥2天。使用25毫米直径平行板几何在1毫米间隙设定下进行粘度试验。在1至400 rad/sec的应变速率范围和10%应变幅度下进行动态扫频。然后在240o C和1 rad/sec的应变速率下测量粘度。在后续实施例中所用的磺基聚酯材料的粘度测定中,遵循这一程序。辅助挤出机设定为在255℃的熔体温度下熔融并将AQ 55S聚合物进给到喷丝模头。这两种聚合物通过以0.6克/孔/分钟的吞吐速率挤出而形成双组分挤出物。调节双组分挤出物中PET与AQ 55S的体积比以产生60/40和70/30比率。
    使用吸气装置熔体拉伸双组分挤出物以产生双组分纤维。经过吸气室的空气流将所得纤维向下拉。通过进入吸气器的空气压力控制向下流经吸气器组装件的空气量。在这一实施例中,吸气器中用于熔体拉伸双组分挤出物的空气的最大压力为25 psi。在这一值以上,经过吸气器的空气流使该挤出物在这一熔体拉伸纺丝过程中断裂,因为施加在该双组分挤出物上的熔体拉伸速率大于该双组分挤出物的固有延展性。将该双组分纤维铺设成具有95克/平方米(gsm)织物重量的非织造网。通过光学显微术评估这种非织造网中的双组分纤维表明PET在该纤维结构的中心以岛形式存在,但围绕双组分纤维外周的PET岛几乎聚结在一起以形成围绕纤维周边的几乎连续的PET聚合物环,这是不合意的。显微术发现该非织造网中的双组分纤维的直径通常为15-19微米,相当于大约2.5旦/长丝(dpf)的平均纤维初纺旦数。这代表大约2160米/分钟的熔体拉伸纤维速度。初纺旦数是指通过熔体挤出和熔体拉伸步骤获得的纤维旦数(9000米纤维长度的以克计的重量)。双组分纤维直径的变化表明纤维的纺丝拉伸的不均匀性。
    非织造网样品在强制通风炉中在120℃下调节5分钟。热处理的网表现出显著收缩,非织造网的面积降至加热前的网的初始面积的仅大约12%。尽管无意受制于理论,但由于该纤维中所用的AQ 55S磺基聚酯的高分子量和熔体粘度,该双组分挤出物无法熔体拉伸到造成该纤维中的PET片段的应变诱发结晶所需的程度。总之,具有这一具体特性粘度和熔体粘度的AQ 55S磺基聚酯不可接受,因为该双组分挤出物无法均匀熔体拉伸至所需细旦数。
    实施例8
    制造具有与商业Eastman AQ55S聚合物相同的化学组成的磺基聚酯聚合物,但是,将分子量控制在以大约0.25的特性粘度为特征的较低值。在240℃下和1 rad/sec剪切速率下测得的这种聚合物的熔体粘度为3300泊。
    实施例9
    在纺粘设备上使用来自Hills Inc., Melbourne, FL的双组分喷丝模头(在24英寸宽的模板中具有总共2222个??祝┲圃炀哂?6瓣桔瓣型结构的双组分挤出物。使用两个挤出机将两种聚合物熔融和进给到这种喷丝模头。主挤出机(A)连向进给Eastman F61HC PET聚酯熔体的入口以形成桔瓣型横截面结构中的区域或段片(segment slices)。挤出区设定为在285℃的温度下熔融进入喷丝模头的PET。辅助挤出机(B)熔融并进给实施例8的磺基聚酯聚合物。辅助挤出机设定为在255℃的熔体温度下将磺基聚酯聚合物挤出到喷丝模头中。除所用喷丝模头和磺基聚酯聚合物的熔体粘度外,这一实施例中所用的程序与对比例8中相同。每孔的熔体吞吐率为0.6 gm/min。该双组分挤出物中PET与磺基聚酯的体积比设定为70/30,这代表大约70/30的重量比。
    该双组分挤出物使用对比例8中所用的相同吸气器熔体拉伸以产生双组分纤维。最初,将吸气器的进气设定为25 psi且该纤维具有大约2.0的初纺旦数,该双组分纤维表现出大约14-15微米的均匀直径分布。将进入吸气器的空气提高至45 psi的最大可用压力而不在熔体拉伸过程中使熔体挤出物断裂。使用45 psi空气,将双组分挤出物熔体拉伸至大约1.2的纤维初纺旦数且该双组分纤维在显微镜下观察时表现出11-12微米的直径。经计算熔体拉伸过程中的速度为大约4500 m/min。尽管无意受制于理论,但在接近这一速度的熔体拉伸速率下,相信在熔体拉伸过程中开始发生PET的应变诱发结晶。如上指出,在纤维熔体拉伸过程中希望在PET纤维片段中形成一定的取向结晶,以使该非织造网在后继加工过程中更尺寸稳定。
    使用45 psi吸气器空气压力将双组分纤维铺设成重量140克/平方米(gsm)的非织造网。通过将该材料在强制通风炉中在120℃下调节5分钟,测量该非织造网的收缩率。这一实施例代表与对比例8的纤维和织物相比显著的收缩率降低。
    将这种具有140 gsm织物重量的非织造网在静态去离子水浴中在多种温度下浸泡5分钟。将浸泡的非织造网干燥,如表4中所示测量在多种温度下的去离子水中浸泡造成的重量损失百分比。
    表4
    浸泡温度 25℃ 33℃ 40℃ 72℃ 非织造网重量损失(%) 3.3 21.7 31.4 31.7
    该磺基聚酯极易消散到大约25℃的去离子水中。由重量损失%指示从非织造网中的双组分纤维中的磺基聚酯脱除。在等于或高于33℃的温度下观察到从双组分纤维中大量或完全脱除磺基聚酯。如果利用水刺制造包含实施例8的本磺基聚酯聚合物的这些双组分纤维的非织造网,预计如果水温高于环境温度,通过水刺水射流会大量或完全除去磺基聚酯聚合物。如果希望在水刺步骤过程中从这些双组分纤维中除去极少的磺基聚酯聚合物,应该使用低于大约25℃的低水温。
    实施例10
    用下列二酸和二醇组合物制备磺基聚酯聚合物:二酸组合物(71摩尔%对苯二甲酸、20摩尔%间苯二甲酸和9摩尔% 5-(钠代磺基)间苯二甲酸)和二醇组合物(60摩尔%乙二醇和40摩尔%二乙二醇)。通过在真空下的高温聚酯化制备该磺基聚酯??刂契セ跫灾圃炀哂写笤?.31的特性粘度的磺基聚酯。在240℃和1 rad/sec剪切速率下测得这种磺基聚酯的熔体粘度为大约3000-4000泊。
    实施例11
    根据实施例9中描述的相同程序将实施例10的磺基聚酯聚合物纺成双组分桔瓣型纤维和非织造网。主挤出机(A)进给Eastman F61HC PET聚酯熔体以形成桔瓣结构中的较大段片。挤出区设定为在285℃的温度下熔融进入喷丝模头的PET。辅助挤出机(B)加工实施例10的磺基聚酯聚合物,其在255℃的熔体温度下进给到喷丝板模头中。每孔的熔体吞吐速率为0.6 gm/min。该双组分挤出物中PET与磺基聚酯的体积比设定为70/30,其代表大约70/30的重量比。该双组分挤出物的横截面具有楔形PET区域,且磺基聚酯聚合物隔开这些区域。
    使用对比例8中所用的相同吸气器组装件将该双组分挤出物熔体拉伸以产生双组分纤维。在拉伸过程中不使双组分纤维断裂的情况下可向吸气器提供的最大空气压力为45 psi。使用45 psi空气,将双组分挤出物熔体拉伸成初纺旦数为大约1.2的双组分纤维,且该双组分纤维在显微镜下观察时表现出大约11-12微米的直径。经计算熔体拉伸过程中的速度为大约4500 m/min。
    将该双组分纤维铺设成重量为140 gsm和110 gsm的非织造网。通过将该材料在强制通风炉中在120℃下调节5分钟,测量该网的收缩率。收缩后的非织造网的面积为该网的起始面积的大约29%。
    熔体拉伸纤维和取自非织造网的纤维的横截面的显微检查显示非常好的桔瓣结构,其中各个片段界限清晰并表现出类似的尺寸和形状。PET片段彼此完全分离以致在从双组分纤维中除去磺基聚酯后它们将形成八根分离的扇形(pie-slice shape)PET单组分纤维。
    将具有110 gsm织物重量的非织造网在静态去离子水浴中在各种温度下浸泡8分钟。将浸泡的非织造网干燥,并如表5中所示测量在各种温度下的去离子水中浸泡造成的重量损失百分比。
    表5
    浸泡温度 36℃ 41℃ 46℃ 51℃ 56℃ 72℃ 非织造网重量损失(%) 1.1 2.2 14.4 25.9 28.5 30.5
    该磺基聚酯聚合物极易消散到温度高于大约46℃的去离子水中,如重量损失所示,在高于51℃的温度下从该纤维中非常大量或完全除去磺基聚酯聚合物。大约30%的重量损失代表从非织造网中的双组分纤维中完全除去磺基聚酯。如果利用水刺加工包含这种磺基聚酯的双组分纤维的这种非织造网,预计在低于40℃的水温下通过水刺水射流无法大量除去该聚合物。
    实施例12
    使用Fleissner, GmbH, Egelsbach, Germany制造的水刺设备水刺具有140 gsm和110 gsm基重的实施例11的非织造网。该机器具有总共5个水刺站,其中三组射流接触非织造网的顶侧,两组射流接触非织造网的相反侧。水喷射器包含一系列直径大约100微米的细孔,其制造在2英尺宽的喷射器带中。到喷射器的水压设定在60巴(喷射器带#1)、190巴(喷射器带#2和3)和230巴(喷射器带#4和5)。在水刺过程中,发现到达喷射器的水的温度为大约40至45℃。离开水刺装置的非织造织物牢固地结合在一起。连续纤维缠结在一起以产生在双向拉伸时具有高抗撕裂性的水刺非织造织物。
    接着,将该水刺非织造织物固定到拉幅机上,其包含围绕其周边具有一系列销钉的刚性矩形框架。将织物固定到销钉上以在其受热时抑制织物收缩。将带有织物样品的框架在强制通风炉中在130℃下放置3分钟以使织物在受约束的同时热定形。在热定形后,将调节过的织物切割成测得尺寸的试样,并使该试样在不受拉幅机约束的情况下在130℃下调节。测量这种调节后的水刺非织造织物的尺寸并仅观察到极小收缩(尺寸减少<0.5%)。显而易见的是,该水刺非织造织物的热定形足以产生尺寸稳定的非织造织物。
    该水刺非织造织物在如上所述热定形后在90℃去离子水中洗涤以除去磺基聚酯聚合物并使PET单组分纤维片段留在该水刺织物中。在反复洗涤后,干燥织物表现出大约26%的重量损失。洗涤水刺前的非织造网表现出31.3%的重量损失。因此,水刺过程从非织造网中除去一些磺基聚酯,但该量相对较小。为了减少水刺过程中除去的磺基聚酯的量,应将水刺喷射器的水温降至40℃以下。
    发现实施例10的磺基聚酯产生具有良好片段分布的桔瓣型纤维,其中水不分散性聚合物片段在除去磺基聚酯聚合物后形成尺寸和形状类似的单纤维。该磺基聚酯的流变性适合使该双组分挤出物高速熔体拉伸以获得初纺旦数低至大约1.0的细旦双组分纤维。这些双组分纤维能够铺设成非织造网,其可以被水刺以制造非织造织物而不发生磺基聚酯聚合物的显著损失。通过水刺非织造网制成的非织造织物表现出高强度并可以在大约120℃或更高温度下热定形以制造具有优异尺寸稳定性的非织造织物。在洗涤步骤中从水刺非织造织物中除去磺基聚酯聚合物。这产生具有更轻的织物重量和大得多的挠性和更柔软的手感的牢固非织造织物产品。这种非织造织物产品中的单组分PET纤维为楔形并表现出大约0.1的平均旦数。
    实施例13
    用下列二酸和二醇组合物制备磺基聚酯聚合物:二酸组合物(69摩尔%对苯二甲酸、22.5摩尔%间苯二甲酸和8.5摩尔% 5-(钠代磺基)间苯二甲酸)和二醇组合物(65摩尔%乙二醇和35摩尔%二乙二醇)。通过在真空下的高温聚酯化制备该磺基聚酯??刂契セ跫灾圃炀哂写笤?.33的特性粘度的磺基聚酯。在240℃和1 rad/sec剪切速率下测得这种磺基聚酯的熔体粘度为大约3000-4000泊。
    实施例14
    在纺粘生产线上将实施例13的磺基聚酯聚合物纺成具有16个岛的双组分海岛型横截面构造。主挤出机(A)进给Eastman F61HC PET聚酯熔体以形成海岛结构中的岛。挤出区设定为在大约290℃的温度下熔融进入喷丝模头的PET。辅助挤出机(B)加工实施例13的磺基聚酯聚合物,其在大约260℃的熔体温度下进给到喷丝模头中。该双组分挤出物中PET与磺基聚酯的体积比设定为70/30,其代表大约70/30的重量比。经过喷丝头的熔体吞吐速率为0.6克/孔/分钟。该双组分挤出物的横截面具有圆形PET岛区域,且磺基聚酯聚合物隔开这些区域。
    使用吸气器组装件熔体拉伸该双组分挤出物。在熔体拉伸过程中不使双组分纤维断裂的情况下可向吸气器提供的最大空气压力为50 psi。使用50 psi空气,将双组分挤出物熔体拉伸成初纺旦数为大约1.4的双组分纤维,且该双组分纤维在显微镜下观察时表现出大约12微米的直径。经计算拉伸过程中的速度为大约3900 m/min。
    实施例15
    使用双组分挤出生产线将实施例13的磺基聚酯聚合物纺成具有64个岛纤维的双组分海岛型横截面纤维。主挤出机进给Eastman F61HC聚酯熔体以形成海岛型纤维横截面结构中的岛。辅助挤出机进给磺基聚酯聚合物熔体以形成海岛型双组分纤维中的海。聚酯的特性粘度为0.61 dL/g,而使用上述熔体粘度测量程序在240℃和1 rad/sec应变速率下测得的干磺基聚酯的熔体粘度为大约7,000泊。使用具有198个孔的喷丝头和0.85克/分钟/孔的吞吐速率制造这些海岛型双组分纤维?!暗骸本埘ビ搿昂!被腔埘ブ涞木酆衔锉嚷饰?5%比35%。使用280℃的聚酯组分挤出温度和260℃的磺基聚酯组分挤出温度纺成这些双组分纤维。该双组分纤维含有多根长丝(198根长丝)并以大约530米/分钟的速度熔纺,以形成具有大约14的每长丝标称旦数的长丝。使用辊舐式涂施机(kiss roll applicator)将来自Goulston Technologies的24重量% PT 769整理剂的整理剂溶液施加到该双组分纤维上。然后使用一组分别加热至90℃和130℃的两个导丝辊在线拉伸该双组分纤维的长丝,最终拉伸辊以大约 1750米/分钟的速度运行,以提供大约3.3X的长丝拉伸比,以形成具有大约4.5的每长丝标称旦数或大约25微米的平均直径的拉伸海岛型双组分长丝。这些长丝包含平均直径为大约2.5微米的聚酯微纤维“岛”。
    实施例16
    将实施例15的拉伸海岛型双组分纤维切割成3.2毫米和6.4毫米切割长度的短长度纤维,由此制造具有64岛的海岛型横截面构造的短长度双组分纤维。这些短切双组分纤维包含聚酯的“岛”和水分散性磺基聚酯聚合物的“?!?。岛和海的横截面分布沿这些短切双组分纤维的长度基本一致。
    实施例17
    将实施例15的拉伸海岛型双组分纤维在软水中浸泡大约24小时,然后切割成3.2毫米和6.4毫米切割长度的短长度纤维。在切割成短长度纤维之前将水分散性磺基聚酯至少部分乳化。因此实现岛与海组分的部分分离,由此制造部分乳化的短长度海岛型双组分纤维。
    实施例18
    实施例16的短切长度海岛型双组分纤维用80℃的软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该双组分纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的聚酯微纤维的光学显微镜观察显示大约2.5微米的平均直径和3.2与6.4毫米的长度。
    实施例19
    实施例17的短切长度部分乳化的海岛型双组分纤维用80℃的软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的聚酯微纤维的光学显微镜观察显示具有大约2.5微米的平均直径和3.2与6.4毫米的长度的聚酯微纤维。
    对比例20
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将7.5 gm来自International Paper, Memphis, Tennessee, U.S.A.的Albacel Southern Bleached Softwood Kraft (SBSK)和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造浆状混合物。将这种浆状混合物与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)纸浆。这种纸浆用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种纸浆制造手抄纸的程序如下。在继续搅拌的同时将该纸浆注入25厘米×30厘米的手抄纸模具中。拉下落阀,并使纸浆纤维在筛网上沥干以形成手抄纸。在成型的手抄纸上放置750克/平方米(gsm)的吸墨纸,并将该吸墨纸碾平到该手抄纸上。提起筛网框,并翻转到干净的离型纸上并使其搁置10分钟。将筛网垂直提离该成型手抄纸。在成型手抄纸上放置两张750 gsm吸墨纸。使用Norwood干燥机在大约88℃下将该手抄纸与这三张吸墨纸一起干燥15分钟。移除一张吸墨纸,在手抄纸各侧上留下一张吸墨纸。该手抄纸使用Williams干燥机在65℃下干燥15分钟。然后使用40千克干压机将手抄纸进一步干燥12至24小时。移除吸墨纸以获得干燥的手抄纸样品。将该手抄纸修整至21.6厘米×27.9厘米尺寸以供测试。
    对比例21
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将7.5 gm来自International Paper, Memphis, Tennessee, U.S.A.的Albacel Southern Bleached Softwood Kraft (SBSK)、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造浆状混合物。将这种浆状混合物与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生纸浆。这种纸浆用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种纸浆制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。
    实施例22
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。6.0 gm来自International Paper, Memphis, Tennessee, U.S.A.的Albacel Southern Bleached Softwood Kraft (SBSK)、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉、1.5 gm实施例16的3.2毫米切割长度海岛型纤维和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造纤维混合浆。将这种纤维混合浆加热至82℃ 10秒以乳化和除去海岛型纤维中的水分散性磺基聚酯组分并释放聚酯微纤维。然后将该纤维混合浆粗滤(strained)以制造包含磺基聚酯的磺基聚酯分散体和包含纸浆纤维和聚酯微纤维的含微纤维的混合物。该含微纤维的混合物用500 gm室温水进一步冲洗以从该含微纤维的混合物中进一步除去水分散性磺基聚酯。将这种含微纤维的混合物与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生含微纤维的浆料。这种含微纤维的浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种含微纤维的浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。
    对比例23
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将7.5 gm可获自Johns Manville, Denver, Colorado, U.S.A.的MicroStrand 475-106玻璃微纤维、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造玻璃纤维混合物。将这种玻璃纤维混合物与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生玻璃纤维浆料。这种玻璃纤维浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种玻璃纤维浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。
    实施例24
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将3.8 gm可获自Johns Manville, Denver, Colorado, U.S.A.的MicroStrand 475-106玻璃微纤维、3.8 gm实施例16的3.2毫米切割长度海岛型纤维、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造纤维混合浆。将这种纤维混合浆加热至82℃ 10秒以乳化和除去该海岛型双组分纤维中的水分散性磺基聚酯组分并释放聚酯微纤维。然后将该纤维混合浆粗滤(strained)以制造包含磺基聚酯的磺基聚酯分散体和包含玻璃微纤维和聚酯微纤维的含微纤维的混合物。该含微纤维的混合物用500 gm室温水进一步冲洗以从该含微纤维的混合物中进一步除去磺基聚酯。将这种含微纤维的混合物与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生含微纤维的浆料。这种含微纤维的浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种含微纤维的浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。
    实施例25
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将7.5 gm实施例16的3.2毫米切割长度海岛型纤维、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒以制造纤维混合浆。将这种纤维混合浆加热至82℃ 10秒以乳化和除去海岛型纤维中的水分散性磺基聚酯组分并释放聚酯微纤维。然后将该纤维混合浆粗滤以制造磺基聚酯分散体和聚酯微纤维。该磺基聚酯分散体由水分散性磺基聚酯构成。用500 gm室温水冲洗该聚酯微纤维以从聚酯微纤维中进一步除去磺基聚酯。将这些聚酯微纤维与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生微纤维浆料。这种微纤维浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种微纤维浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。
    测试实施例20-25的手抄纸样品,性质提供在下表中。
    实施例号 组成 基重(gsm) 手抄纸厚度(mm) 密度(gm/cc) 孔隙率Greiner(秒/100 cc) 拉伸强度(kg/15mm) 断裂伸长率(%) 拉伸x伸长 20 100% SBSK 94 0.45 0.22 4 1.0 7 7 21 SBSK+ 4%淀粉 113 0.44 0.22 4 1.5 7 11 22 80% SBSK + 淀粉 + 20% 3.2mm实施例19的聚酯微纤维 116 0.30 0.33 4 2.2 9 20 23 100% Glass MicroStrand 475-106 + 淀粉 103 0.68 0.15 4 0.2 15 3 24 50% Glass Microstand 475-106 + 50% 3.2mm实施例19的聚酯微纤维+ 淀粉 104 0.45 0.22 4 1.4 7 10 25 100% 3.2mm实施例19的聚酯微纤维 80 0.38 0.26 4 3.0 15 44
    通过将手抄纸称重并以克/平方米(gsm)计算重量来测定手抄纸基重。使用Ono Sokki EG-233厚度计测量手抄纸厚度,并以毫米为单位报道厚度。以重量克数/立方厘米为单位计算密度。使用具有1.9×1.9厘米正方形开口头和100cc容量的Greiner孔隙率压力计测量孔隙率。以100cc的水穿过该样品所需的以秒为单位的平均时间(平行测定(replicate)4次)报道孔隙率。使用Instron Model TM对六条30毫米 x 105毫米试带测量拉伸性质。对各实施例报道六次测量的平均值。由这些试验数据可以观察到,通过添加本发明的聚酯微纤维获得湿法成网纤维结构的拉伸性质的显著改进。
    实施例26
    使用双组分挤出生产线将实施例13的磺基聚酯聚合物纺成具有37个岛纤维的双组分海岛型横截面纤维。主挤出机进给Eastman F61HC聚酯以形成海岛横截面结构中的“岛”。辅助挤出机进给水分散性磺基聚酯聚合物以形成海岛型双组分纤维中的“?!?。聚酯的特性粘度为0.61 dL/g,而使用上述熔体粘度测量程序在240℃和1 rad/sec应变速率下测得的干磺基聚酯的熔体粘度为大约7000泊。使用具有72个孔的喷丝头和1.15克/分钟/孔的吞吐速率制造这些海岛型双组分纤维?!暗骸本埘ビ搿昂!被腔埘ブ涞木酆衔锉嚷饰?比1。使用280℃的聚酯组分挤出温度和255℃的水分散性磺基聚酯组分挤出温度纺成这些双组分纤维。这种双组分纤维含有多根长丝(198根长丝)并以大约530米/分钟的速度熔纺,以形成具有19.5的每长丝标称旦数的长丝。使用辊舐式涂施机(kiss roll applicator)将来自Goulston Technologies的24重量% PT 769整理剂的整理剂溶液施加到该双组分纤维上。然后使用一组分别加热至95℃和130℃的两个导丝辊在线拉伸该双组分纤维的长丝,最终拉伸辊以大约 1750米/分钟的速度运行,以提供大约3.3X的长丝拉伸比,以形成具有大约5.9的每长丝标称旦数或大约29微米的平均直径的拉伸海岛型双组分长丝。这些长丝包含平均直径大约3.9微米的聚酯微纤维岛。
    实施例27
    将实施例26的拉伸海岛型双组分纤维切割成3.2毫米和6.4毫米切割长度的短长度双组分纤维,由此制造具有37岛的海岛型横截面构造的短长度双组分纤维。这些纤维包含聚酯的“岛”和水分散性磺基聚酯聚合物的“?!??!暗骸焙汀昂!钡暮峤孛娣植佳卣庑┧榉窒宋某ざ然疽恢?。
    实施例28
    实施例27的短切长度海岛型纤维用80℃的软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该双组分纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的聚酯微纤维的光学显微镜观察具有大约3.9微米的平均直径和3.2与6.4毫米的长度。
    实施例29
    使用双组分挤出生产线将实施例13的磺基聚酯聚合物纺成具有37个岛纤维的双组分海岛型横截面纤维。主挤出机进给聚酯以形成海岛型纤维横截面结构中的“岛”。辅助挤出机进给水分散性磺基聚酯聚合物以形成海岛型双组分纤维中的“?!?。聚酯的特性粘度为0.52 dL/g,而使用上述熔体粘度测量程序在240℃和1 rad/sec应变速率下测得的干水分散性磺基聚酯的熔体粘度为大约3500泊。使用各具有175个孔的两个喷丝头和1.0克/分钟/孔的吞吐速率制造这些海岛型双组分纤维?!暗骸本埘ビ搿昂!被腔埘ブ涞木酆衔锉嚷饰?0%比30%。使用280℃的聚酯组分挤出温度和255℃的磺基聚酯组分挤出温度纺成这些双组分纤维。该双组分纤维含有多根长丝(350根长丝)并使用加热至100℃的卷取辊以大约1,000米/分钟的速度熔纺,以形成具有大约9的每长丝标称旦数和大约36微米的平均纤维直径的长丝。使用辊舐式涂施机将24重量% PT 769整理剂的整理剂溶液施加到该双组分纤维上。合并该双组分纤维的长丝,然后在拉伸生产线上在100米/分钟的拉伸辊速度和38℃的温度下拉伸3.0x,以形成具有大约3的每长丝平均旦数和大约20微米的平均直径的拉伸海岛型双组分长丝。将这些拉伸海岛型双组分纤维切割成长度大约6.4毫米的短长度纤维。这些短长度海岛型双组分纤维包含平均直径为大约2.8微米的聚酯微纤维“岛”。
    实施例30
    实施例29的短切长度海岛型双组分纤维用80℃的软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的纤维的光学显微镜观察显示平均直径为大约2.8微米且长度为大约6.4毫米的聚酯微纤维。
    实施例31
    使用下列程序制备湿法成网微纤维原料(stcok)手抄纸。将56.3 gm实施例16的3.2毫米切割长度海岛型双组分纤维、2.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和1410 gm室温水置于2升烧杯中以制造纤维浆。搅拌该纤维浆。将1/4量的这种纤维浆,大约352毫升,置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒。将这种纤维浆加热至82℃ 10秒以乳化和除去该海岛型双组分纤维中的水分散性磺基聚酯组分并释放聚酯微纤维。然后将该纤维浆粗滤以制造磺基聚酯分散体和聚酯微纤维。这些聚酯微纤维用500 gm室温水冲洗以从聚酯微纤维中进一步除去磺基聚酯。加入足够的室温水以制造352毫升微纤维浆料。这种微纤维浆料在7000 rpm下再制浆30秒。将这些微纤维转移到8升金属烧杯中。剩余3/4的纤维浆类似地制浆、洗涤、冲洗、再制浆并转移到该8升金属烧杯中。然后添加6090 gm室温水以制造大约0.49%稠度(7500 gm水和36.6 gm聚酯微纤维)以产生微纤维浆料。这种微纤维浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种微纤维浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同。该基重大约490 gsm的微纤维原料手抄纸包含平均直径为大约2.5微米且平均长度为大约3.2毫米的聚酯微纤维。
    实施例32
    使用下列程序制备湿法成网手抄纸。将7.5 gm实施例31的聚酯微纤维原料手抄纸、0.3 gm来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉和188 gm室温水置于1000毫升碎浆机中并在7000 rpm下制浆30秒。将该微纤维与7312 gm室温水一起转移到8升金属烧杯中以制造大约0.1%稠度(7500 gm水和7.5 gm纤维材料)以产生微纤维浆料。这种微纤维浆料用高速叶轮式混合机搅拌60秒。由这种浆料制造手抄纸的其余程序与实施例20中相同?;竦闷骄本段笤?.5微米的聚酯微纤维的100 gsm湿法成网手抄纸。
    实施例33
    实施例29的6.4毫米切割长度海岛型双组分纤维用80℃的软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该双组分纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的聚酯微纤维的光学显微镜观察显示大约2.5微米的平均直径和6.4毫米的长度。
    实施例34
    实施例16、实施例27和实施例29的短切长度海岛型双组分纤维分别用含有占双组分纤维重量的大约1重量%的来自Sigma-Aldrich Company, Atlanta, Georgia的乙二胺四乙酸四钠盐(Na4EDTA)的80℃软水洗涤以除去水分散性磺基聚酯“?!弊榉?,由此释放作为该双组分纤维的“岛”组分的聚酯微纤维。至少一种水软化剂,如Na4 EDTA的添加有助于从该海岛型双组分纤维中除去水分散性磺基聚酯聚合物。洗涤过的聚酯微纤维用25℃的软水冲洗以基本除去大部分“?!弊榉?。洗涤过的聚酯微纤维的光学显微镜观察显示聚酯微纤维的优异的释放与分离。在水中使用水软化剂,如Na4EDTA防止磺基聚酯上的任何Ca++离子交换——这会不利地影响磺基聚酯的水分散性。典型的软水可能含有最多15ppm的Ca++离子浓度。本文所述的方法中使用的软水最好具有基本零的Ca++和其它多价离子浓度,或者,使用足够量的水软化剂,如Na4EDTA以结合这些Ca++离子和其它多价离子。这些聚酯微纤维可以用前面公开的实施例的程序用于制备湿法成网纸张。
    实施例35
    分别使用下列程序加工实施例16和实施例27的短切长度海岛型双组分纤维。将17克来自Avebe, Foxhol, the Netherlands的Solivitose N预胶凝季铵阳离子马铃薯淀粉添加到蒸馏水中。在淀粉完全溶解或水解后,随后将429克短切长度海岛型双组分纤维缓慢添加到该蒸馏水中以制造纤维浆。启动Williams Rotary Continuous Feed Refiner(5英寸直径)以精制或混合该纤维浆以提供足以使水分散性磺基聚酯与聚酯微纤维分离的剪切作用。将该贮浆池(stock chest)的内容物倒入24升不锈钢容器中并紧闭盖子。将该不锈钢容器放置在丙烷灶上并加热直到该纤维浆在大约97℃下开始沸腾以除去该海岛型纤维中的磺基聚酯组分并释放聚酯微纤维。在该纤维浆达到沸腾后,其用手工搅拌桨搅拌。将该不锈钢容器的内容物倒入27英寸×15英寸×6英寸的具有30目筛网的深False Bottom Knuche中以制造磺基聚酯分散体和聚酯微纤维。该磺基聚酯分散体包含水和水分散性磺基聚酯。在该Knuche中用10升17℃的软水冲洗该聚酯微纤维15秒,并压榨除去过量水。
    将20克聚酯微纤维(干纤维基)在70℃下添加到2000毫升水中并使用Hermann Manufacturing Company制造的2升3000rpm ?马力水力碎浆机搅拌3分钟(9,000转)以制造1%稠度的微纤维浆料。使用之前在实施例20中描述的程序制造手抄纸。
    这些手抄纸的光学和扫描电子显微镜观察显示聚酯微纤维的优异分离和成型。
    实施例36
    这一实施例包括打开以形成4.5旦/长丝的纤维的方式挤出的双组分海岛型(INS)纤维,各长丝具有37个包含Eastman F-61HC聚酯的PET岛和包含Eastman磺基聚酯聚合物的海部分。聚酯组分与磺基聚酯海组分的比率为70 PET/30磺基聚酯。使用Hills Inc. (Melbourne, Fl)制造的双组分海岛型纺丝组件(spin pack)制造纤维。调节挤出和拉伸条件以获得标称22微米的总起始纤维,其中各岛的目标平均直径为2.0微米。制造拉伸纱线,将其切割成1.5毫米长的短纤维。将双组分纤维切割成1.5毫米总长度以产生切断双组分纤维,并在评估中用于制造在打开法后包含独立的3.0微米PET岛的打开的微纤维。
    使用间歇打开法打开包含37根切割成1.5毫米长度的INS长丝的双组分纤维以除去磺基聚酯海组分,其是在切断双组分纤维中将37个PET岛结合在一起的粘合剂。在实施例36的打开法中,将20千克去离子水装料添加到10加仑实验室水力碎浆机(Adirondack Machinery Co.)中并在使用30%速度设定搅拌的同时通过添加低压蒸汽加热至79℃。当去离子水达到79℃时,将400克37根 INS切断双组分纤维快速添加到搅拌水中,并在加入所有切断双组分纤维后启动计时器。在搅拌10秒后,提取打开的微纤维浆料的标称400 cc样品,并立即使用滤器筛分以将微纤维产物与含有在79℃水中10秒接触过程中除去的磺基聚酯聚合物的第一母液快速分离。对着筛网压榨微纤维产物样品以使微纤维产物脱水至大约20%-25%湿含量。在20秒、60秒和120秒混合时间后从水力碎浆机中提取样品并类似地筛分各样品以回收与微纤维产物分离的第一母液。
    通过测量从四个试样中各回收的第一母液的固含量,评估磺基聚酯海组分的脱除程度。在该方法中,在长的120秒接触时间后提取的最终样品中的固含量%代表接近定量脱除的从起始切断双组分纤维中除去最大量的磺基聚酯的状况。通过测量3英寸 x 5英寸铝盘(+/- 0.001 g)的重量、然后加入100.0克含有脱除的磺基聚酯的第一母液样品,测量各样品中的固含量。使用热板以中等速率蒸发掉水以防止液体爆沸(bump)出盘。在热板上除去几乎所有水后,通过将该盘在强制通风炉中在180℃下放置5分钟以将残留物调节至均匀湿含量,将含有聚合物残留物的样品盘进一步干燥至均匀湿含量。将该盘再称重(+/- 0.001 g)并通过减去起始盘重量,计算残留物重量。通过将残留物重量除以起始样品重量,计算固含量。
    从实施例36的打开法中回收的第一母液中的固含量变化显示在图1中。

    在从切断多组分纤维中定量除去磺基聚酯聚合物后,第一母液中的固体残留不提高。试验结果发现在提取前10秒样品后,回收的第一母液中的固含量的提高极小。在20秒、60秒和120秒提取的样品中的固含量差异在测试可变性内。在79℃水中仅接触10秒后的脱除效率为95%或在被视为定量的脱除水平的5%内。在实施例36中,在79℃的搅拌水中使用15秒或更短的接触时间从4.5 dpf的37 INS切断双组分纤维中有效除去磺基聚酯海组分。
    实施例37
    重复实施例36的方法,变化在于将Adirondack水力碎浆机的速度设定从30%设定提高至80%设定,以改进37 INS切断双组分纤维在加热79℃的去离子水中的混合。观察到与图1类似的磺基聚酯脱除分布,其中前10秒样品的%固含量值在随后的固含量值的测试精度内,表明在79℃下在10秒接触时间后的定量磺基聚酯脱除。
    实施例38
    37 INS双组分纤维打开法以与实施例36相同的方式进行,修改在于将接触切断双组分纤维的去离子水的温度降至74℃或比实施例36中所用的温度低5℃。

    在20秒、60秒和120秒后提取的样品表现出与从该切断双组分纤维中定量脱除磺基聚酯一致的固含量。甚至在74℃下接触10秒时,磺基聚酯脱除在定量脱除的5%内,表明在74℃下从该切断双组分纤维中快速除去海组分。
    实施例39
    以与实施例36中所述类似的方式打开具有37 INS构造和4.5 dpf细度的实施例36的切断双组分纤维,其中将水力碎浆机的搅拌设定为50%设定并将打开步骤中所用的去离子水的温度降至68℃。在搅拌的68℃水中调节该切断双组分纤维15秒、30秒、60秒和120秒后提取样品。通过使用实施例36中所述的方法测量固含量,分析从各样品中回收额第一母液的磺基聚酯含量。第一母液中的磺基聚酯含量作为调节时间的函数显示在图3中。固含量达到渐近线(在此磺基聚酯脱除接近定量水平)所需的时间指示打开步骤的速度。

    在68℃下,在68℃水中在60秒或更长接触时间后实现磺基聚酯海组分的定量脱除,但在短(15秒)接触后的脱除远未达到定量(最大值的80%)并仅在30秒后接近定量脱除。相比之下,实施例36至实施例38在10秒接触时间后提取的样品中表现出磺基聚酯海组分的接近定量脱除,其中这些实施例中的水温也高于实施例39中。实施例39展示了一种双组分纤维打开法,其如果在68℃下采用大约60秒或更久的较长纤维/热水接触时间则有效,但其中在更短调节时间下发生海组分的不完全脱除。
    对比例40
    以与实施例36中相同的方式进行双组分纤维打开法,但其中将打开法过程中所用的去离子水的温度进一步降至63℃。在15秒、30秒、60秒和120秒后提取样品,并分析从各样品中回收的第一母液的固含量以测定除去的磺基聚酯的量和打开效率?;腔埘ネ殉俾氏允驹谕?中。这一响应证实磺基聚酯海组分的较慢脱除行为。

    在15秒接触时间后从切断双组分纤维中除去大约2/3的磺基聚酯海组分,在30秒接触后除去大约85%。脱除水平在60秒接触时间时高但不是定量。在63℃下需要超过2分钟的打开时间确保被视为定量的从切断双组分纤维中脱除海组分的水平。该打开法的主要作用是除去海组分至被视为定量的水平,在这方面,对比例40中测得的缓慢脱除速率表明这是在商业规模上较慢的用于打开包含磺基聚酯作为可脱除组分的切断双组分纤维的打开条件。在对比例40中,搅拌设定为30%,其中打开过程中的较高搅拌或湍流水平可以降低实现定量打开所需的时间,混合能量的降低会减慢打开过程并需要更长时间实现磺基聚酯组分的完全脱除。
    这一和所有前述实施例中记录的脱除速率基于包含磺基聚酯作为可脱除组分的切断双组分纤维。如果将可脱除组分换成更容易或更难脱除(溶解或乳化)到水相中的聚合物类型,打开法的温度会随可脱除聚合物的特性改变。这些实施例用于例证含有特定类型的可脱除磺基聚酯聚合物的双组分纤维的脱除特征,但无意限制适用于包含不同类型的可脱除聚合物的双组分纤维的打开条件。
    对比例41
    在对比例41中使用实施例36中所述的相同程序,其中将充足的CaCl2添加到去离子水装料中以在水相中加入20重量ppm含量的Ca+2阳离子,且打开法的温度为77℃。在这些条件下的纤维打开的磺基聚酯脱除分布显示在图5中。

    与在类似打开温度下进行但使用去离子水的实施例36和37相比,对比例41中的磺基聚酯脱除速率慢得多。在这两个之前的实施例中,都在79℃的去离子水中在大约10秒接触时间后记录磺基聚酯的接近定量脱除。在对比例41中,在类似搅拌水平下在30秒后仅实现大约90%脱除。
    与实施例36、37和38中的脱除特征相比,对比例41中的磺基聚酯脱除特征较慢,其中在对比例41中在30秒后仅测得90%脱除,而在之前的实施例中在10-15秒后测得接近定量脱除。对比例41的脱除特征类似于对在低14℃的打开温度下但使用无硬阳离子的去离子水进行的对比例40测得的特征(图4)。对比例41用于例证,打开法中所用的水的硬度极大影响打开包含水分散性磺基聚酯组分的双组分纤维所需的接触时间和温度,其中20 ppm Ca+2硬度是边界线,更高的含量可能使完全纤维打开极慢或不可能。
    实施例42
    连续双组分纤维打开法
    之前的实施例36至39例示使用间歇打开法从双组分纤维中除去水分散性聚合物部分。在商业生产中,由于连续运行提供的更高效率,通常使用连续类型法。效率的重大改进归因于消除整个间歇周期的间歇装料和间歇排料阶段,这相当大量降低间歇周期中的加工时间,进而允许使用较小设备尺寸实现相同生产量。
    有两种主要类型的连续运行适用于双组分纤维打开法——由从水不分散性聚合物纤维材料中除去或萃取水分散性聚合物到水相中构成。第一种类型的方法是连续搅拌釜反应器(CSTR),其中可以将水和切断多组分纤维以恒定比例和恒定进料速率添加到搅拌釜中,同时以相同质量流速从搅拌釜中取出打开的微纤维浆料以保持切断多组分纤维浆在搅拌釜中的恒定水平。
    CSTR的缺点是在该过程中切断多组分纤维在搅拌釜内的停留时间分布。在间歇法中,所有产物在装料阶段结束与排料阶段开始之间的间歇周期的过程中加工名义上相同的时间量。在CSTR中,添加到搅拌釜中的切断多组分纤维与该釜中的材料混合,加工不同时长,从该釜中排出的材料包含在该釜内处理不同时长的微纤维。微纤维在CSTR打开法的过程中在该釜内停留的时间量通过统计平均值规定,其中统计平均值的中点是微纤维材料在该釜内停留的平均时间。微纤维在搅拌釜内停留的这种统计平均停留时间(RT)通过量RT = Vt / Q规定,其中Vt是搅拌釜内所含的液体总体积,且Q是在连续运行过程中离开该釜的液体的体积流速。
    用于连续运行的CSTR的问题在于,基于这种统计分布,添加到该釜中的一些切断多组分纤维在其内仅停留不足以完全打开纤维的短时间,而在分布的另一端,一些切断多组分纤维在该釜中的停留比目标平均RT长得多,在此期间在该釜内的长时间过度混合会机械破坏小直径微纤维。
    因此,另一连续纤维打开法是化学加工中常用的活塞流法。在这种类型的加工中,流体以恒定速率添加到工艺容器中,且添加到该容器中的流体的各成分以名义上相同的速度行经该容器,以致流体的所有成分包含在该容器内名义上相同的时间量。与CSTR相比,活塞流打开法可消除与一部分切断多组分纤维在工艺容器内的停留时间不足以使其完全打开和一部分纤维在该釜内停留过长时间造成微纤维机械损伤相关的问题。
    在双组分纤维的活塞流打开法的一个实施方案中,活塞流容器可以是长管段,其中将热的水性多组分纤维浆以恒定体积流速添加到该管段的一端,多组分纤维浆以名义上恒定的流速经过该管道,且多组分纤维浆在该管内的停留时间(其通过将工艺管内的总容积除以多组分纤维浆在工艺管内的体积流速确定)后离开工艺管的另一端。
    通用活塞流双组分纤维打开法
    提供用于打开包含水分散性磺基聚酯相(其在打开过程中从切断多组分纤维中除去)的切断多组分纤维的连续活塞流法的若干实施例。整个活塞流运行中的具体工艺步骤可归为下列类别:
    1) 由切断多组分纤维制备浓缩的冷的切断多组分纤维浆;
    2) 制造要与冷的切断多组分纤维浆混合的热的处理过的水性流;
    3) 合并料流(1)和(2)以产生热的多组分纤维浆;
    4) 随着热的多组分纤维浆(3)以活塞流形式流经工艺管,打开纤维以产生打开的微纤维浆料;和
    5) 使用筛滤装置从打开的微纤维浆料(其含有脱除的磺基聚酯聚合物)中分离微纤维产物流。
    下面提供这一实施例中所用的各这些具体工艺步骤的更详细描述。
    1) 由切断多组分纤维制备冷的切断多组分纤维浆
    含有标称25 ppm硬阳离子的自来水经过水软化剂以将硬阳离子浓度降至小于1 ppm。将大约18℃的软化水以目标流速连续计量到含有10加仑流体量的搅拌釜中以维持该搅拌釜中的恒定流体量。将实施例36的切断多组分纤维以恒定速率和相对于水流的比例连续添加到充分搅拌的混合釜中以生成含有目标浓度的切断多组分纤维的冷的切断多组分纤维浆。使用变速离心泵从冷浆料混合釜中泵出切断多组分纤维的冷的切断多组分纤维浆,从而以与成分进给到混合釜中相同的速率泵出冷的切断多组分纤维浆以维持冷浆料混合釜中的恒定水平。
    冷浆料工艺步骤的运行原理是将切断多组分纤维分散到含有低浓度硬阳离子的冷水中以使所提供的搅拌足以使切断多组分纤维保持悬浮并防止切断多组分纤维在混合釜中沉降。设计水温和切断多组分纤维在冷浆料釜中的停留时间以防止在冷浆料釜中显著脱除磺基聚酯并将在该釜中对纤维的机械损伤减至最小。
    2) 用于纤维打开法的热的处理过的水性流的制备
    使用微动流量控制器将去离子水计量到蒸汽加热的管式热交换器的入口以维持在目标速率下的恒定热水流。对热交换器施加蒸汽以将去离子水流加热至在目标流速下的96℃ - 98℃的出口温度。
    将离开热交换器的热的去离子水送往混合三通并与前述冷的切断多组分纤维浆流合并。
    3) 热水流和冷纤维浆流的合并
    在1 ?英寸三通管中如下合并热水流(2)和冷的切断多组分纤维浆(1):仅利用流体流中的湍流连续合并这两个流以均匀混合这两个流并使合并流从混合三通中连续流出到由1 ?英寸Schedule 40 CPVC管构成的纤维打开段。选择热水(98℃)流速与冷的多组分纤维浆(18℃)的比率以使合并流的温度高到足以从切断多组分纤维中快速打开或除去磺基聚酯聚合物。该合并流的目标温度在70℃至80℃的标称范围内以在流经1 ?英寸管式打开装置的过程中快速除去磺基聚酯。
    4) 经过1 ?英寸管装置在活塞流中的纤维打开
    由(5)个10英尺1 ?英寸CPVC管段构造打开装置,其从入口到出口提供总共55英尺的流动长度。计算出0.78 ft3的所含管道容积。合并的纤维浆流的典型流速为大约1.1 ft3/min.,相当于在合并的纤维浆流经活塞流打开装置时40秒的标称停留时间。
    提供实施例,其中将活塞流管段的长度延长至110英尺总长度以在纤维打开步骤的过程中提供80秒的总停留时间。
    5) 打开的微纤维的回收
    由含有3/16”穿孔的多孔钢板金属构造18”直径 x 12”高的篮??鬃愎恍∫苑乐估肟蚩街璧奈⑾宋锞?,但允许工艺水沥出。来自1 ?”管式打开装置的流出物直接引入该篮以使含有磺基聚酯的第一母液沥过并回收包含打开的PET微纤维的湿滤饼。
    通过对实施例36的切断双组分纤维施以上述通用活塞流双组分纤维打开法,进行具有37个岛的海岛型双组分纤维的连续打开。在这一实施例中,可通过使18℃的原自来水经过水软化装置以除去硬阳离子至小于1 ppm并将软化水以大约2.3加仑/分钟(gpm)或标称9千克/分钟计量加入到以标称12加仑液位装有之前处理的水的搅拌釜中,制造冷的切断双组分纤维浆。在将冷水添加到该釜中时,其利用具有4英寸叶轮的变速离心泵从釜底泵出并送入该打开法的混合三通和活塞流管段,其中调节泵速度以在与其添加相同的标称2.3 gpm速率下从釜中泵出液体以维持恒定的釜料位。
    在将水添加到该釜中时,经由釜顶部的开口以325克/分钟的速率将实施例36的37 INS切断双组分纤维连续添加到混合釜中的液体中,同时对该釜中的双组分纤维浆施加充分搅拌以使起始切断双组分纤维在该釜内保持悬浮并防止沉降。在连续运行过程中,冷的多组分纤维浆中的切断多组分纤维浓度接近水中大约3.5重量%纤维的稳态浆料浓度。
    使用Pic加热器生成用于实施例42的方法的热水流,其中经由微动流量控制器将去离子水以6 gpm或22 kg/min.的标称速率计量到蒸汽加热的热交换器的入口。通过温度控制器将离开热交换器的去离子水的出口温度控制在97℃,该温度控制器调节热交换器夹套的蒸汽压力以调节出口温度。
    离开Pic加热器的热水流流向混合三通的入口,在此其在经过活塞流接触装置之前与来自冷的双组分纤维浆釜的流体流合并。热水流和冷的双组分纤维浆流的总合并流为8.3 gpm或31 kg/min。热水流占合并流的大约71重量%。测得离开混合三通的合并流的温度为75℃,其中通过各料流的各自温度和这些料流在混合三通中合并时的相对比例控制出口温度。同样地,基于混合前的各独立料流的比例,合并流中的切断双组分纤维浓度从冷浆料中的3.5%降至合并流中的1.0%。
    将在75℃温度下的含有1.0重量%切断双组分纤维的合并纤维浆流引入活塞流打开装置的入口。该活塞流打开装置由具有55英尺总流动长度的(5)个1 ?英寸Schedule 40 CPVC管段构成。在实施例42中施加的流动条件下,经过管段的切断双组分纤维浆的平均活塞流速度经计算为1.2英尺/秒,且切断双组分浆在活塞流段中的平均停留时间经计算为45秒。在这些条件下的管道流的雷诺数的计算确定该流为湍流状态,其中由湍流提供的混合能有助于从切断双组分纤维中除去磺基聚酯聚合物,从而产生打开的微纤维浆料。在管段内在45秒接触时间内从双组分前体纤维中基本定量除去磺基聚酯是这一实施例中的工艺要求。
    使用具有3/16”穿孔(表面积的40%)的篮式过滤器从离开活塞流接触段的打开的微纤维浆料中滤出微纤维。与实施例36-38的微纤维相比,考虑到较慢渗透速率和穿过过滤器的细纤维,实施例42的微纤维较低效过滤。该效应由微纤维在流经实施例42的活塞流段的过程中的较低缠结造成。实施例42中的湍流混合在比之前的实施例中的剧烈搅拌低的程度上使微纤维变形和缠结,且实施例42的微纤维需要具有较小开孔的脱水筛网。
    实施例42的微纤维的质地与初始的1.5毫米切断双组分纤维的质地明显不同。初始的湿切断双组分纤维的质地非常粗和砂砾状。实施例42的过滤后的微纤维的质地光滑到触感发粘,表明纤维特性显著改变。
    实施例42的微纤维在额外的水中再分散至低稀释度并施加到显微镜载玻片上以供表征。显微镜检查发现实施例42的微纤维是标称纤维直径为大约3微米的极细纤维,相当于具有37个岛的海岛型切断双组分纤维中的起始PET岛区域的起始直径。显微镜检查发现很少的在产物纤维中将3微米岛纤维粘结在一起的残留海材料的迹象。只观察到小部分的不完全打开的纤维,包含通过在实施例42的方法的过程中未完全除去的残留海材料粘结在一起的多个岛原纤。
    通过将过滤的微纤维产物以水中0.02%的固体纤维浓度再分散在水中并使用标准6.25英寸直径TAPPI纸页成形器将稀释的纤维溶液转化成手抄纸(paper hand sheet)样品,评估实施例42的微纤维。使用通过实施例36-38中所述的间歇打开法打开的微纤维进行对比试验。就在水中再分散成低固含量浆料时的加工特性而言以及就通过使用常规6.25英寸直径TAPPI纸页成形器的高稀释成形技术将再分散的稀释纤维浆转化成纸类产品时的纸张特性而言,注意到实施例42的微纤维在性质上与通过间歇法打开的纤维相当。
    实施例43
    在实施例43中,进行实施例42的方法,其中将切断双组分纤维添加到冷浆料釜中的速率从325克/分钟提高到475克/分钟,相当于冷浆料流中的固含量从3.5重量%提高到5.0重量%。进入活塞流管段的热浆料中切断双组分纤维的标称浓度为1.5重量%。与实施例42的方法相比,冷浆料段和合并的热浆料段中都提高的切断双组分纤维含量不造成任何显著的加工困难。
    实施例43的微纤维以与实施例42中所述相同的方式表征并发现就打开程度和在通过常规高稀释纸成型技术再分散到稀纤维浆中并转化成纸张样品时的后继性能而言在功能上相当。
    实施例44
    在实施例44中,进行实施例42的方法,其中将送入冷浆料釜的冷水的流速从2.3 gpm降至大约2.0 gpm并将从Pic加热器送往混合三通的97℃水的流速从6.0 gpm提高到7.2 gpm。热水流与冷水流的比率的改变用于将合并流的温度从实施例42中的75℃提高到实施例44中的80℃。将切断双组分纤维以大约320克/分钟连续添加到冷浆料釜中,相当于在冷的双组分纤维浆流中4.0重量%切断双组分纤维的浓度。在合并后,离开混合三通的合并流中的切断双组分纤维浓度相当于0.90重量%。
    与实施例42和43的微纤维相比,实施例44的微纤维由于与实施例42和43相比在更高温度下流经实施例44中的1 ?”管的过程中更高的缠结程度而过滤得更好。实施例44的微纤维的显微镜检查发现它们由具有标称3微米直径的细原纤构成,相当于海岛型切断双组分纤维中的岛区域的起始直径。
    实施例44的微纤维以高稀释度再分散在水中并以实施例42中所述的方式转化成纸张样品。注意到实施例44的微纤维的特征在性质上与在相同活塞流打开法中在更低温度下打开的实施例42的微纤维的特征相当。
    实施例45
    重复实施例44的方法,其中将用于在热水中接触切断双组分纤维的1 ?”活塞流管段的长度提高至110英尺。合并的双组分纤维浆在80℃下的有效停留时间在实施例45的方法中翻倍至大约90秒。微纤维的过滤非常有效并类似于在实施例44中观察到的行为。实施例45的微纤维的显微镜检查确定,该微纤维基本完全打开并包含具有标称3微米直径的独立细原纤。实施例45的产物以与实施例44相同的方式进行的高稀释成形试验没有识别出行为的任何特征差异。
    在实施例45中,提高在实施例42-45中所用的装置的活塞流管段中的停留时间没有表现出与实施例42-44中所用的较低停留时间相比的任何显著改进。在这些实施例中,由于实施例42-44的打开法过程中所用的高温,45秒停留时间足以充分除去磺基聚酯海聚合物以使切断双组分纤维打开。如果在从切断双组分纤维中有效除去水分散性磺基聚酯聚合物所需的尽可能最低温度下运行打开法中会实现工艺优点,如在实施例45中实施的那样使用较长活塞流接触时间可提供比在这些实施例中观察到的更大的优点。

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