低收缩聚丙烯纤维、由其制得的织物及它们的制备方法技术

本发明专利技术涉及对聚丙烯纤维热收缩和缩水问题的改进。这类纤维要求存在热定形后能迅速和有效地给它提供硬度的化合物。这些化合物包括这样的结构，在曝露于足够热量以熔融初始粒状聚合物，并使该熔体冷却后，这种结构能够使聚合物晶体在目标聚丙烯中成核。这类化合物必须在冷却过程中在比没有成核剂的聚丙烯高的温度下使该聚合物晶体成核。这样，这种“硬化”成核化合物就为聚丙烯晶体的生长提供了成核点。在把成核后的组合物拉伸成纤维形式（１１）后，纤维被曝露于足够的热量下以产生结晶结构（２６），从而使纤维保持在一个理想的位置。优选的“硬化”化合物包括二亚苄基山梨糖醇基化合物，以及较不优选的化合物，例如苯甲酸钠，某些磷酸钠盐和磷酸锂盐（例如２，２’－亚甲基－双（４，６－二－叔丁基苯基）磷酸钠）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对特定聚丙烯纤维在防止热收缩和缩水问题上的改进。这类纤维要求存在某些对目标聚丙烯纤维进行热定形后，能快速并有效地给它提供硬度的化合物。一般来说，这些化合物包括任意结构，在曝露于足够热量以熔融初始粒状聚合物，并使该熔体冷却后，这种结构能够使聚合物晶体在目标聚丙烯中成核。这类化合物必须在冷却过程中没有成核剂存在的情况下，在比目标聚丙烯较高的温度下使聚合物晶体成核。在这种方式下，该“硬化”成核化合物为聚丙烯晶体的生长提供了成核点。在把成核后的组合物拉伸成纤维形式后，然后将该纤维曝露于足够的热量下以生长晶格结构，从而使纤维保持在一个理想的位置。优选的“硬化”化合物包括二亚苄基山梨糖醇类化合物，以及较不优选的化合物，例如苯甲酸钠，某些磷酸钠盐和磷酸锂盐(例如2，2’-亚甲基-双(4，6-二-叔丁基苯基)磷酸钠，也称作NA-11)。本专利技术还包含制备这类纤维的特定方法，以及由其制得的纺织品。现有技术的描述一直以来，很多各种各样的产品，从服装到地毯的底布(还有地毯绒头织物)再到加固织物，等等，都需要使用聚丙烯纤维。聚丙烯纤维具有良好的强度特性，很令人满意的手感，并且当曝露于某些“破坏性”化学物质时不容易被降解和腐蚀。然而，即使具有这些不寻常和有益的性能，并且大量聚丙烯可以相对廉价地生产且作为石油精炼的副产品容易得到，但是这类纤维并不能广泛地应用于那些在使用、清洁及其类似情况时需要曝露于相对高温下的产品中。这主要是因为典型的聚丙烯纤维具有较高的且通常不均匀的热收缩性和缩水性。这类纤维受热不稳定并且当被曝露于标准温度下(例如150℃和130℃)时，它们的收缩范围为约5％(在沸水中)到约7-8％(曝露于热空气中)到12-13％(对于更高温度的热空气)。因此，这种极高和变化的收缩率导致非常理想的聚丙烯的利用率和可加工性非常低，特别是对于要求热稳定性的最终用途(例如服装，地毯绒头，地毯底布，模压布匹，及其类似物)。直到目前，仍然没有找到解决这个问题的简便方案。一些观点认为可以缩小和控制每份纤维中聚丙烯组分自身的摩尔重量分布或者在进行热定形的过程中或之前对目标纤维进行机械处理。令人遗憾的是，最开始是很难完成对摩尔重量的控制的，只能得到上述的收缩率(这些比例仍然太高而不能广泛应用于纺织工业)。另外，在机械处理过程中应用很高的热定形温度，在大多数情况下，都将导致目标纤维手感的降低。该问题的另一种解决方案是对纤维进行预收缩，这包括将纤维缠绕在一个压不皱的纸卷上，把纤维放置在烤箱中并收缩较长时间，(挤压该纸卷)，然后重绕在适合进行下一步处理的纸卷上。虽然生产出满意的纱线，但这种方法花费高，使得制成的纤维与聚酯和尼龙纤维相比没有竞争力。结果，在相关的现有技术中，一直没有任何提供对聚丙烯纤维工艺的热收缩和/或缩水进行改进的教导或公开。专利技术描述因此，本专利技术的一个目的是为标准聚丙烯纤维提供提高的收缩率。本专利技术进一步的目的在于提供一类在一定浓度范围内能减小收缩率的添加剂。本专利技术进一步的目的还在于提供一种制备含有成核剂的能够最终制备低收缩性织物的聚丙烯纤维的特定方法。因此，本专利技术包括一种具有最高为5,000单丝旦数并且在至少150℃的热空气中热收缩率最大为11％的聚丙烯纤维，其中所述的纤维还包含至少一种成核剂。另外，本专利技术还包括一种具有最高为5,000单丝旦数并且在至少150℃的热空气中热收缩率最大为11％的聚丙烯纤维，其中所述的纤维还包含至少一种成核剂，并且其中所述纤维具有至少20nm的长周期，通过小角X-射线散射进行测量。此外，本专利技术还包括一种具有最高为5,000单丝旦数同时包含至少一种成核剂的聚丙烯纤维，其中所述纤维还具有至少20nm的长周期，通过小角X-射线衍射光谱进行测量。另外，本专利技术还包括一种具有最高为5,000单丝旦数，并且根据ASTM测试方法D3417-99在冷却速率为20℃/分下，利用示差扫描量热法测得的最高结晶温度为至少115℃的聚丙烯纤维，其中所述纤维还具有至少20nm的长周期，通过小角X-射线散射进行测量。一些含有本专利技术纤维的纱线和纺织品也被包含在本专利技术范围之内。另外，本专利技术也涉及一种制备这类纤维的方法，它包括下列的顺序步骤a)以颗粒或液体形式制备含有按重量计至少为100ppm成核剂化合物的聚丙烯组合物；b)熔融和混合步骤“a”所述的聚丙烯组合物，形成一基本均匀的熔融塑料配制剂；c)压出所述塑料配制剂以形成纤维结构；d)机械拉伸所述压出的纤维(非必要地同时将所述纤维曝露于最高为105℃的温度下)；以及e)将步骤“d”所述的拉伸纤维曝露在至少为110℃的热定形温度下。优选地，步骤“b”是在足以熔融所有聚合物组分(例如，聚丙烯)，以及可能残留的化合物，包括成核剂的温度下进行的(并不要求成核剂必须熔融，因为有些成核剂在这样的温度下不会熔融)。因此，为此目的适合的温度范围为，例如约175到约300℃，优选约200到约275℃，最优选的是约220到250℃。压出步骤(“c”)应该在将聚丙烯配制剂曝露于约185到约300℃，优选约210到约275℃，最优选约230到约250℃的温度下完成，该温度基本上足以保证完成对液态聚合物的压出同时也能使得在该压出过程中不会破坏其中的任一纤维。拉伸步骤可以在一低于标准聚丙烯(或其它的聚合物)纤维拉伸工艺的正常温度的温度下进行。因此，如果采用冷拉伸法的话，该温度应该低于约105℃，更优选低于约100℃，最优选低于约90℃。当然，如果不使用这种冷拉伸法的话，可以使用更高的温度。最后的热定形温度必须能够“固定”压出和拉伸后的聚丙烯晶体结构。一般来说，这种热定形步骤需要持续几分之一秒到可能为几分钟(例如，从约1/10秒，优选1/2秒，到约3分钟，优选超过1/2秒)。热定形温度必须高于拉伸温度，并且必须至少为110℃，更优选至少为约115℃，最优选至少为125℃。术语“机械拉伸”意欲包括任意量的工序，所述工序主要包括向纤维施加拉伸力以拉长其中的聚合物。这样的工序可以使用任意量的设备来完成，包括但不限于，导丝辊，压送辊，蒸汽发生器，热或冷气体喷射器(空气或蒸汽)，以及其它类似的机械设备。在制备本专利技术纤维的方法的另一实施方案中，上述的步骤“c”可以进一步分为两个不同步骤。其中在第一步中聚合物被压出成片状或管状，在第二步中该片状或管状物被切成小于5000单丝旦数(dpf)的窄纤维。所有有关本专利技术纤维及其制备方法的收缩率值与每个测试(热空气和沸水)约5分钟的曝露时间相一致。如上所述，在约150℃的热空气中的热收缩率对本专利技术纤维来说最大为11％；优选地，此热收缩率最大为9％；更优选最大为8％；最优选最大为7％。并且，在本专利技术纤维中的成核剂含量至少为10ppm；优选含量至少为100ppm最优选为至少1250ppm。任意量的这种成核剂应该足以为纤维自身在热定形后提供理想的收缩率；然而，应该避免过量(例如，超过约10,000ppm或者甚至低至6,000ppm)，这主要是归于成本的原因，但也还归于在目标纤维中存在过量的添加剂可能会出现加工问题的原因。术语“聚丙烯”意欲包括任意含有丙烯单体的聚合组合物，所述丙烯单体或者单独或者以与其它任意选择和取向的聚烯烃、二烯烃或者其它单体(例如乙烯，丁烯及其类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有最高为５，０００单丝旦数并且在至少１５０℃的热空气中热收缩率最大为１１％的聚丙烯纤维，其中所述的纤维进一步包含至少一种成核剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BG莫林，NA梅尔，WS帕克斯，ME考恩，
申请(专利权)人：美利肯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]