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TWI878751B - 熔噴纖維膜的製造方法 - Google Patents

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TWI878751B
TWI878751B TW111146055A TW111146055A TWI878751B TW I878751 B TWI878751 B TW I878751B TW 111146055 A TW111146055 A TW 111146055A TW 111146055 A TW111146055 A TW 111146055A TW I878751 B TWI878751 B TW I878751B
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林英騏
陳威宏
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財團法人紡織產業綜合研究所
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Abstract

一種熔噴纖維膜的製造方法包括以下步驟：使熔噴膜材行經第一壓合輪與第二壓合輪間，以對熔噴膜材進行壓光製程，其中熔噴膜材包括複數條熔噴纖維，每一條熔噴纖維包括高流動性聚酯以及經改性聚酯，高流動性聚酯在溫度為230℃時具有介於350g/10min至550g/10min間的熔融指數，經改性聚酯在溫度為230℃時具有介於200g/10min至400g/10min間的熔融指數，且第一壓合輪以及第二壓合輪各自的輪溫度介於100℃至155℃間。

Description

熔噴纖維膜的製造方法
本揭露內容是有關於一種纖維膜的製造方法，特別是有關於一種熔噴纖維膜的製造方法。
在紡織產業中，由於不織布可不經編織形成，因此與不織布相關的議題逐漸成為發展重點。此外，由於不織布具有製程時間短、產量高、成本低以及原料來源廣等優點，因此適合應用於消費市場。不織布的廣泛的定義可以是利用壓力形成或利用黏性來形成的布狀物。然而，不織布的製程可具有相當多變化，且隨著製程改變，不織布的性質亦會隨之改變。
一般而言，相較於熔噴製程，藉由電紡製程所形成不織布通常具有較細的纖維，亦可稱作纖維膜。然而，由於電紡設備的限制，其相較於熔噴製程的生產速度較為緩慢。因此，如何藉由熔噴製程製造出具有低的纖維細度及高的纖維分布均勻性的纖維膜，並使纖維膜具備適當且集中的孔徑，從而使纖維膜兼具高透氣性及高透濕性，為目前相當重要的議題。
本揭露內容提供一種熔噴纖維膜的製造方法，其可製備出兼具高透濕性及高透氣性的熔噴纖維膜。
根據本揭露一些實施方式，熔噴纖維膜的製造方法包括以下步驟：使熔噴膜材行經第一壓合輪與第二壓合輪間，以對熔噴膜材進行壓光製程，其中熔噴膜材包括複數條熔噴纖維，每一條熔噴纖維包括高流動性聚酯及經改性聚酯，高流動性聚酯在溫度為230℃時具有介於350g/10min至550g/10min間的熔融指數，經改性聚酯在溫度為230℃時具有介於200g/10min至400g/10min間的熔融指數，且第一壓合輪及第二壓合輪各自的輪溫度介於100℃至155℃間。
在本揭露一些實施方式中，第一壓合輪與第二壓合輪間的輪距介於0.05mm至0.10mm間。
在本揭露一些實施方式中，高流動性聚酯是聚對苯二甲酸丁二酯，且第一壓合輪及第二壓合輪各自的輪溫度介於130℃至155℃間。
在本揭露一些實施方式中，高流動性聚酯是熱塑性聚酯彈性體，且第一壓合輪及第二壓合輪各自的輪溫度介於100℃至115℃間。
在本揭露一些實施方式中，第一壓合輪與第二壓合輪的線壓力介於50kg/cm至70kg/cm間。
在本揭露一些實施方式中，50%以上的數量的熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.5μm間。
在本揭露一些實施方式中，75%以上的數量的熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.0μm間。
在本揭露一些實施方式中，經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且軟鏈聚酯具有以式(1)表示的單體單元： 式(1)。
在本揭露一些實施方式中，經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且軟鏈聚酯具有以式(2)表示的單體單元： 式(2)。
在本揭露一些實施方式中，經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且該軟鏈聚酯具有以式(3)表示的單體單元： 式(3)，其中x為介於1至12間的正整數，且y為介於1至12間的正整數。
根據本揭露上述實施方式，由於本揭露所使用的熔噴膜材中的熔噴纖維包括高流動性聚酯及經改性聚酯，且高流動性聚酯以及經改性聚酯各自具有特定範圍的熔融指數，因此熔噴纖維可具有低且集中的纖維細度，從而可均勻地分佈於熔噴纖維膜中，再搭配使用具有特定範圍的輪溫度的壓合輪來對熔噴膜材進行壓光製程，使熔噴纖維膜可具有適當且集中的孔徑，從而使熔噴纖維膜兼具高透濕性及高透氣性。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確地說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
在本文中，有時以鍵線式(skeleton formula)表示聚合物或基團的結構。這種表示法可省略碳原子、氫原子以及碳氫鍵。當然，結構式中有明確繪出原子或原子基團的，則以繪示者為準。
應當理解，儘管術語「第一」、「第二」以及「第三」等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分彼此區分。因此，下文中所述的「第一元件」、「部件」、「區域」、「層」或「部分」亦可被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。
本揭露提供一種熔噴纖維膜的製造方法，其包括對包括多條熔噴纖維的熔噴膜材進行壓光製程，藉由調整熔噴纖維中各材料的性質，熔噴纖維可具有低且集中的纖維細度，從而可均勻地分佈於熔噴纖維膜中，並藉由調整壓光製程期間的輪溫度，熔噴纖維膜可具有適當且集中的孔徑，從而兼具高透濕性及高透氣性。
本揭露的熔噴纖維膜的製造方法包括步驟S10至步驟S20。在步驟S10中，形成包括複數條熔噴纖維的熔噴膜材。在步驟S20中，對熔噴膜材進行壓光製程，使熔噴膜材成型為熔噴纖維膜。在下文的敘述中，將詳細說明上述各步驟。
首先，在步驟S10中，形成包括複數條熔噴纖維的熔噴膜材。本揭露的熔噴纖維包括高流動性聚酯以及經改性聚酯。在一些實施方式中，高流動性聚酯的含量可介於90重量份至95重量份間，且經改性聚酯的含量可介於5重量份至10重量份間。落在上述比例範圍中的高流動性聚酯及經改性聚酯可使由高流動性聚酯及經改性聚酯混合而成的聚酯混合物在熔噴製程期間兼具良好的流動性及分子柔軟性(flexibility)，從而有利於降低所形成的熔噴纖維的纖維細度，並且可使多條熔噴纖維的纖維細度趨於集中。另一方面，高流動性聚酯及經改性聚酯各自具有合適的熔融指數，使其於熔噴製程期間可各自具有良好的流動性，從而降低熔噴纖維的纖維細度。具體而言，熔噴製程的溫度可介於約250℃至300℃間，而本揭露的高流動性聚酯在溫度為230℃時具有介於350g/10min至550g/10min間的熔融指數(Melt Index，MI)，且本揭露的經改性聚酯在溫度為230℃時具有介於200g/10min至400g/10min間的熔融指數。
在一些實施方式中，高流動性聚酯可以是聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)。在另一些實施方式中，高流動性聚酯可以是熱塑性聚酯彈性體。在一些實施方式中，高流動性聚酯的重量平均分子量可介於20000g/mole至60000g/mole間，以確保高流動性聚酯的熔融指數維持在上述範圍中，從而有利於形成纖維細度低的熔噴纖維。
在一些實施方式中，經改性聚酯可以包括低熔點聚酯，其可提升聚酯混合物(包括高流動性聚酯以及經改性聚酯)在熔噴製程期間的流動性。在一些實施方式中，經改性聚酯可包括軟鏈聚酯，其可提升聚酯混合物在熔噴製程期間的分子柔軟性。整體而言，經改性聚酯可提升聚酯混合物在熔噴製程期間的流動性以及分子柔軟性，從而提升聚酯混合物的抽絲延展性，以利於形成纖維細度低的熔噴纖維。
針對低熔點聚酯而言，可視實際需求調整低熔點聚酯的熔點，從而使聚酯混合物具有合適的流動性。在一些實施方式中，低熔點聚酯可以是第一低熔點聚酯、第二低熔點聚酯或其組合，其中第一低熔點聚酯的熔點可介於150℃至155℃間，且第二低熔點聚酯的熔點可介於160℃至165℃間。在一些實施方式中，低熔點聚酯的重量平均分子量可介於8000g/mole至11000g/mole間，以確保低熔點聚酯的熔點維持在上述範圍中。
針對軟鏈聚酯而言，可視實際需求調整軟鏈聚酯的鏈段軟硬度，以使聚酯混合物具有合適的分子柔軟性。舉例而言，可調整軟鏈聚酯的鏈段長度及支鏈多寡，使軟鏈聚酯具有合適的鏈段軟硬度。在一些實施方式中，軟鏈聚酯可例如是由對聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)進行改質後所形成的衍生物。在一些實施方式中，軟鏈聚酯可以是第一軟鏈聚酯、第二軟鏈聚酯、第三軟鏈聚酯或上述任意的組合。在一些實施方式中，第一軟鏈聚酯可具有以式(1)表示的結構： 式(1)。在一些實施方式中，第二軟鏈聚酯可具有以式(2)表示的結構： 式(2)。在一些實施方式中，第三軟鏈聚酯可具有以式(3)表示的結構： 式(3)，其中x可為介於1至12間的正整數，且y可為介於1至12間的正整數。由於在以式(1)及式(2)表示的結構中具有直鏈烷鏈段，因此其可提供軟鏈聚酯良好的分子柔軟性。由於在以式(3)表示的結構中具有醚基，因此其可進一步提升軟鏈聚酯的柔韌性，從而有利於提升聚酯混合物的抽絲延展性。在一些實施方式中，軟鏈聚酯的重量平均分子量可介於8000g/mole至11000g/mole間，以確保軟鏈聚酯具有足夠長的鏈段，從而具有良好的分子柔軟性。
在一些實施方式中，當溫度介於260℃至280℃間時，經改性聚酯的特性黏度可介於0.9dL/g至1.3dL/g間，使聚酯混合物在熔噴製程期間具有良好的流動性，有助於形成具有低纖維細度的熔噴纖維。詳細而言，若經改性聚酯的特性黏度大於1.3dL/g，將導致經改性聚酯的流動性過低，不足以在熔噴製程期間提供聚酯混合物良好的抽絲延展性，無法有效地降低熔噴纖維的纖維細度；若經改性聚酯的特性黏度小於0.9dL/g，將導致經改性聚酯的流動性過高，不利於控制熔噴纖維的成型。在一些實施方式中，基於聚酯混合物具有良好的流動性，熔噴設備的吐出孔的孔徑可配置為約0.15mm至0.30mm，且吐出孔的長度對孔徑的比值可配置為約20，從而有助形成具有低纖維細度的熔噴纖維。
接著，在步驟S20中，對熔噴膜材進行壓光製程(calendering process)，使得熔噴膜材成型為熔噴纖維膜。詳細而言，請參閱第1圖，其繪示根據本揭露一些實施方式的熔噴纖維膜的製造方法在壓光製程期間的立體示意圖。具體而言，本揭露使熔噴膜材100行經第一壓合輪210與第二壓合輪220間，以對熔噴膜材100進行壓光製程。透過調整第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度，可控制熔噴膜材100的D90平均孔徑(即，90%數量的孔徑尺寸的分佈範圍的平均值)，使熔噴纖維膜不僅具有合適的孔徑尺寸，還具有高的孔徑尺寸均勻性，從而使熔噴纖維膜具備高透濕性及高透氣性。詳細而言，第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度介於100℃至155℃間。若第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度小於100℃，可能導致壓光製程的溫度未達熔噴膜材100中的熔噴纖維的熔點，無法達到將熔噴纖維緊密壓合的效果，且造成熔噴纖維膜的D90平均孔徑過大，無法具備良好的結構強度，且不利於在後續的應用中製備出具備高防水性的布料結構；而若第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度大於155℃，則可能導致熔噴膜材100中的熔噴纖維過度地熔融，造成熔噴纖維膜的D90平均孔徑過小，無法具備高透濕性及高透氣性。此外，上述第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度設計還可解決纖維膜的層間剝離問題。
在一些實施方式中，當熔噴纖維中的高流動性聚酯是聚對苯二甲酸丁二酯時，第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度可介於130℃至155℃間。在另一些實施方式中，當熔噴纖維中的高流動性聚酯是熱塑性聚酯彈性體時，第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度可介於100℃至115℃間。換句話說，透過對應不同材料的高流動性聚酯來對應調整第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度，可使不同材料的熔噴纖維膜具有合適的D90平均孔徑，從而使熔噴纖維膜兼具高透濕性及高透氣性。整體而言，本揭露透過調整第一壓合輪210與第二壓合輪220各自的輪溫度，可使熔噴纖維膜的D90平均孔徑落在2.5微米至3.5微米間(例如，2.6微米或3.4微米)。
在一些實施方式中，可透過調整壓光製程的其他操作參數，來進一步地控制熔噴纖維膜的D90孔徑分佈範圍(即，90%數量的孔徑尺寸的分佈範圍)，使得熔噴纖維膜具備高的孔徑尺寸均勻性，從而提供更佳的透濕性及透氣性。在一些實施方式中，第一壓合輪210與第二壓合輪220間的輪距可介於0.05mm至0.10mm間，且第一壓合輪210與第二壓合輪220的線壓力可介於50kg/cm至70kg/cm間。整體而言，本揭露透過調整上述壓光製程的操作參數，可使熔噴纖維膜的D90孔徑分佈範圍落在2微米至4微米的範圍中。
在以下敘述中，將對多個比較例及多個實施例的熔噴纖維膜進行多項測試(實驗例)，以具體驗證本揭露的功效。應瞭解到，在不逾越本揭露範疇的情況下，可適當地改變所用材料、其量及比例、處理細節及處理流程等。因此，不應由下文所述的各實施例對本揭露作出限制性的解釋。 ＜實驗例1：熔噴纖維膜中熔噴纖維的纖維直徑測試＞
在本實驗例中，對多個比較例及多個實施例的熔噴纖維膜中的熔噴纖維進行纖維直徑的量測。各比較例及實施例的熔噴纖維膜的相關說明及量測結果如表一所示。其中，各實施例的熔噴纖維膜的製造方法如前文所述，且在各比較例及各實施例中，第一壓合輪與第二壓合輪各自的輪溫度設定為150℃。
表一
   熔噴纖維中的成分與各成份佔比(重量份) 平均纖維直徑 (μm) 纖維直徑為0.5μm~1μm的纖維數量佔比 (%) 纖維直徑為0.5μm~1.5μm的纖維數量佔比 (%)
高流動性聚酯 經改性聚酯
比較例1 使用常規PBT(100) 2.35 1~2 18
比較例2 PBT (100) 無 2.09 4 36
實施例1 PBT (95) PEAT (5) 1.54 14 54
實施例2 PBT (90) LTm2 (10) 1.69 16 51
實施例3 PBT (95) LTm2 (5) 1.55 16 60
實施例4 PBT (90) PBST (10) 1.54 20 56
實施例5 PBT (90) PEAT (10) 1.66 23 56
實施例6 PBT (90) PBST+LTm2 (5+5) 1.66 28 52
實施例7 PBT (95) LTm1 (5) 1.44 30 64
實施例8 PBT (90) PBAT+LTm2 (5+5) 1.62 31 55
實施例9 PBT (90) PBST+LTm1 (5+5) 1.50 41 63
實施例10 PBT (90) PBST+LTm1 (3+7) 1.24 42 79
實施例11 PBT (90) PEAT+LTm1 (3+7) 1.31 44 68
實施例12 PBT (90) LTm1 (10) 1.33 48 67
實施例13 PBT (90) PEAT+LTm1 (5+5) 1.34 53 73
實施例14 PBT (90) PBAT+LTm1 (5+5) 0.89 69 94
實施例15 PBT (90) PBAT+LTm1 (3+7) 0.91 76 90
註1：在溫度為230℃時，常規聚酯的MI值為100g/10min；高流動性聚酯PBT的MI值為350 g/10min~550 g/10min；經改性聚酯的MI值為200 g/10min~400 g/10min。 註2：LTm1代表第一低熔點聚酯；LTm2代表第二低熔點聚酯。 註3：PBST代表第一軟鏈聚酯；PBAT代表第二軟鏈聚酯；PEAT代表第三軟鏈聚酯。
由表一的量測結果可知，各實施例的熔噴纖維膜所具有的熔噴纖維的平均纖維直徑明顯小於各比較例的熔噴纖維膜所具有的熔噴纖維的平均纖維直徑。由所有實施例的量測結果可知，50%以上的數量的熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.5μm間，且14%以上的數量的所述熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.0μm間，顯示各實施例的熔噴纖維可具有低且集中的纖維細度。由實施例13~15可知，當選用特定比例的第二或第三軟鏈聚酯及第一低熔點聚酯搭配高流動性聚酯時，高達73%以上的數量的熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.5μm間，且高達53%以上的數量的所述熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.0μm間，其中由實施例15更可見高達75%以上的數量的所述熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.0μm間，顯示實施例13~15的熔噴纖維可具有極低且極度集中的纖維細度。 ＜實驗例2：熔噴纖維膜的D90平均孔徑、透氣性、透濕性以及厚度測試＞
在本實驗例中，對表一中的比較例2以及實施例14、15的熔噴纖維膜進行D90平均孔徑、透氣性、透濕性以及厚度的量測。其中，在實施例14、15中，與表一不同的是，第一壓合輪與第二壓合輪各自的輪溫度分別修改為145℃及155℃。應瞭解到，D90平均孔徑測試是採用購自Porous Materials Inc.(PMI)的孔徑分析儀量測而得，透氣性測試是採用標準方法ASTM D737進行量測，而透濕性測試是採用標準方法CNS 12222 L3223-2009 B-1進行量測。各量測結果如表二所示。
表二
   D90平均孔徑 (微米) 透氣值 (cfm) 透濕值 ((g/m 2)/24hr) 厚度 (微米)
比較例2 ≧15 -- -- 30~35
實施例14 3.4 1.6 28993 28.0
實施例15 2.6 0.7 23282 24.7
由表二的量測結果可知，各實施例的熔噴纖維膜的D90平均孔徑皆小於5微米，透氣值皆大於0.5cfm，且透濕性皆大於20000(g/m 2)/24hr。由此可知，由本揭露的熔噴纖維膜的製造方法製備出的熔噴纖維膜可具有高透氣性及高透濕性。應瞭解到，由其他實施例(表中未示出)可知，本揭露的熔噴纖維膜的D90平均孔徑、透氣值、透濕值及厚度可介於表二中任意兩數值之間，於此便不逐一列出。
根據本揭露上述實施方式，由於本揭露所使用的熔噴膜材中的熔噴纖維包括高流動性聚酯及經改性聚酯，且高流動性聚酯以及經改性聚酯各自具有特定範圍的熔融指數，因此熔噴纖維可具有低且集中的纖維細度，從而可均勻地分佈於熔噴纖維膜中，再搭配使用具有特定範圍的輪溫度的壓合輪來對熔噴膜材進行壓光製程，使熔噴纖維膜可具有適當且集中的孔徑，從而使熔噴纖維膜兼具高透濕性及高透氣性。此外，藉由調整壓光製程期間壓合輪的輪距及線壓力，還可使熔噴纖維膜具備高的孔徑均勻性，從而提供更佳的透濕性及透氣性。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:熔噴膜材 210:第一壓合輪 220:第二壓合輪
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的熔噴纖維膜的製造方法在壓光製程期間的立體示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:熔噴膜材
210:第一壓合輪
220:第二壓合輪

Claims (10)

  1. 一種熔噴纖維膜的製造方法，包括： 使一熔噴膜材行經一第一壓合輪與一第二壓合輪間，以對該熔噴膜材進行一壓光製程，其中該熔噴膜材包括複數條熔噴纖維，該些熔噴纖維的每一者包括一高流動性聚酯及一經改性聚酯，該高流動性聚酯的含量介於90重量份至95重量份間，且該經改性聚酯的含量介於5重量份至10重量份間，該高流動性聚酯在溫度為230℃時具有介於350g/10min至550 g/10min間的熔融指數，該經改性聚酯在溫度為230℃時具有介於200g/10min至400g/10min間的熔融指數，且該第一壓合輪及該第二壓合輪各自的一輪溫度介於100℃至155℃間。
  2. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該第一壓合輪與該第二壓合輪間的輪距介於0.05mm至0.10mm間。
  3. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該高流動性聚酯是聚對苯二甲酸丁二酯，且該第一壓合輪及該第二壓合輪各自的該輪溫度介於130℃至155℃間。
  4. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該高流動性聚酯是熱塑性聚酯彈性體，且該第一壓合輪及該第二壓合輪各自的該輪溫度介於100℃至115℃間。
  5. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該第一壓合輪與該第二壓合輪的線壓力介於50kg/cm至70kg/cm間。
  6. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中50%以上的數量的該些熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.5μm間。
  7. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中75%以上的數量的該些熔噴纖維的纖維直徑介於0.5μm至1.0μm間。
  8. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且該軟鏈聚酯具有以式(1)表示的單體單元： 式(1)。
  9. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且該軟鏈聚酯具有以式(2)表示的單體單元： 式(2)。
  10. 如請求項1所述的熔噴纖維膜的製造方法，其中該經改性聚酯包括軟鏈聚酯，且該軟鏈聚酯具有以式(3)表示的單體單元： 式(3)， 其中x為介於1至12間的正整數，且y為介於1至12間的正整數。
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