[发明专利]新型聚烯烃纤维及其织物

说明书

发明领域

本发明涉及由反应器级全同聚烯烃制备的新型纤维及其织物。这种新型的纤维和织物是以全同聚烯烃为原料，该原料是一种反应级的聚合物，用于形成纤维时、不需经反应后处理以降低其分子量，或者可进行反应后处理，但该聚合物树脂的分子量分布(MWD)不产生显著变化。

发明背景

聚α-烯烃传统上是在熟知的多活性中心催化剂催化下制备的，其中包括齐格勒-纳塔型催化剂如四氯化钛。虽然这些催化剂在制备α-烯烃树脂或聚合物(包括聚丙烯)时是很有用的，但得到的聚合物具有较宽的分子量分布或多分散性，比起聚α-烯烃的平均的或名义上的分子量来说，它们同时包括显著量的较高和较低分子量的聚合物级分。

对聚丙烯纤维或含纤维产品的制造者来说，传统催化工艺的聚合物中的高分子量级分会给他们带来加工上的困难。虽然不想受理论的限制，但据研究，这些包含在传统的反应级聚丙烯中的高分子量的级分会大大增加本体的熔体强度，从而降低聚合物的加工性，尤其是在纤维制造领域中。由多活性中心催化剂或其它传统工艺制造的聚丙烯具有较高的熔体强度，当用熔体纺丝工艺制造纤维时，在较为经济的生产速度下，得到直径较大的纤维。同其它纤维尤其是天然纤维或具有较小直径或小旦尼尔(denier)的纤维相比，这种纤维的手感较粗硬。

从概念上可以容易设想为什么期望在一批具有特定平均分子量的聚丙烯产品中聚低高分子量级分的含量。较长的高分子链在构型上趋向庞大、卷曲或甚至于缠结，它们在聚合物中的移动是比较困难的。高分子量的聚丙烯具有较长的链，因而需要较高的加工温度而且使熔融本体的强度较高。从动力学观点看，给这些分子链施加足够的能量使其运动是比较困难的。一旦这些较高分子量的聚合物链处于熔融状态，因其体积的庞大它们变得更趋向于缠结起来。正是由于这些高分子量的聚合物链的存在，才给纤维的高速生产带来了许多问题，例如在熔体纺丝中的熔喷和纺粘过程，以及优质织物的生产过程中。

因高分子量的级分造成、甚至加剧的问题之一是需要使用更高的加工温度来降低内在熔体强度和粘度，使高分子量的聚合物链产生运动。也就是需要用更高的能量来使包含高分子量级分的聚合物产生运动以通过挤出机或其它加工设备。这不仅会使包括挤出机在内的加工设备产生磨损，而且可能使聚合物产生降解和降低产品的性能。

含有较多高分子量级分的非均聚聚乙烯的高分子量聚烯烃用于制造纤维时一般都有一些困难。除加工该类材料所遇到的一般困难外，在纤维加工中还有其它困难，其中包括，拉伸熔体聚合物的纤丝时，在实用生产速率下很难制造细纤维。这与含有高分子量级分的熔融聚烯烃、特别是聚丙烯的较高的熔体强度有关。熔体强度高也使熔融树脂通过小的喷丝孔成纤变得困难。因此，高分子量的分子链在挤出喷丝孔时会产生较大的阻力，降低挤出速率，同时因其固有的恢复构象的弹性响应趋势而使聚合物纤维产生明显的挤出胀大。高分子量的级分使熔融聚丙烯的熔体强度比名义上分子量的聚丙烯应有的熔体强度要高。总的说来，高分子量的级分的存在需要较高的熔化温度，需要往加工设备中输入较多的能量，施加较大的压力使原料通过成纤喷丝孔，这样就会产生较高的磨损速率。同时高温高压的要求也会缩短成纤喷丝板的寿命。

对纤维制造者来说，除了加工上的困难外，由传统工艺的聚丙烯生产的纤维一般较粗，这与其熔体强度有关。这种纤维制成的织物手感较粗，如果缝制成衣物则没有弹性、不伸展或在弯折处产生折摺。这种聚α-烯烃织物的粗质和缺乏挺直性影响了其在衣物或其它要求有较好手感的方面的应用。

由于传统催化的聚烯烃尤其是聚丙烯制造的纤维以及织物较为僵硬，因此就需要一些复杂的后成型加工工艺。例如，Kobayoshi等在美国专利US5,078,935中叙述了一个机械制皱工序，即在织物形成后在纤维和织物中造成卷曲从而使织物用作衣物时具有一定的挺直性。

为提高聚丙烯的加工性能，在七十年代，人们在聚丙烯的反应后处理方面取得了较大的进展。大部分的反应后处理方法和成纤后处理方法集中在一些高分子链的切断上，这种分子链的切断是通过热、氧或自由基如有机过氧化物处理聚烯烃，尤其是聚丙烯来完成的。一些此类技术在美国专利No.3,608,011、3,563,972、3,862,265和3,898,209中有叙述。