專利名稱：具有改進(jìn)的舒適性和阻隔性的輕質(zhì)無紡纖網(wǎng)層合物的制作方法
發(fā)明的背景無紡布層合物具有廣泛的用途。這種無紡布層合物能用于揩布、毛巾、工業(yè)服、醫(yī)用服、醫(yī)用布簾等等。單位重量較重的層合物被用來做象帳蓬和汽車罩蓋等休閑用途。而一次性無紡布層合物則在醫(yī)院手術(shù)室里被用作布簾、手術(shù)衣、毛巾類、襪套、消毒用包布等方面獲得尤其廣泛的應(yīng)用。這種外科無紡布層合物通常為紡粘/熔噴/紡粘(SMS)層合物，由紡粘聚烯烴無紡布外層和熔噴聚烯烴中間阻隔層構(gòu)成。特別要指出的是，本發(fā)明的受讓人，Kimberly-Clark公司，多年來制造和出售了SMS無紡?fù)饪朴脤雍衔?，消毒用包布及休閑用無紡布，商品名稱Spunguard和Evolution，這種SMS無紡布層合物外面有堅固的紡粘層，內(nèi)部是多孔熔噴阻隔層，與紡粘層結(jié)合則表現(xiàn)出防止流體透過或細(xì)菌從無紡布層合物的外面透入其內(nèi)部的能力。為使這種醫(yī)用無紡布具有適當(dāng)?shù)墓δ?，熔噴阻隔層必須具有適當(dāng)?shù)睦w維尺寸和孔隙率以便保證該無紡布的透氣性，而同時又能阻止流體透過。
個人護(hù)理吸收性制品，例如一次性尿布、(嬰兒)訓(xùn)練襯褲、防失禁用品和婦女衛(wèi)生用品和用無紡布來做許多功能材料，象內(nèi)襯、轉(zhuǎn)移層、吸收性介質(zhì)、襯底等等。對于上述的許多用途而言，無紡布的阻隔性能起著重要的作用，例如授予Enloe的共同指定的U.S.專利4,704,116(1987年11月3日)所描述的保持片，該文全文收做本發(fā)明的參考文獻(xiàn)。對于象保持片之類的個人護(hù)理制品而言，還希望所用無紡布是柔軟的和舒適的，而且無紡布的孔隙度能提供一定程度的透氣性以便進(jìn)一步改善舒適性。由于成本總是要考慮的因素之一，所以在提供上述特性的同時，盡量低的成本便成為另一重要考慮。
盡管已有了兼具符合要求性能的某種綜合的無紡布層合物，但是由于在一個或多個重要性能方面尚缺乏或未盡人意，故這些層合物尚未廣泛應(yīng)用于象前面提到的保持片那樣的實際用途。本發(fā)明的目的就是要改進(jìn)無紡布層合物以滿足上述以及其他所希望的要求。
至于本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點，在讀過下面的詳細(xì)說明并參考附圖之后將變得一目了然。
概述本發(fā)明涉及包含至少一個細(xì)纖維成分層和至少一個連續(xù)長絲層的改進(jìn)的輕質(zhì)無紡布層合物。該細(xì)纖維層包括平均直徑至多約為10μ且單位重量在約3gsm(克/米2)～約26gsm(克/米2)之間的纖維。該連續(xù)長絲纖網(wǎng)所含量長絲的平均直徑在約12μ～約22μ之間，單位重量介于約10gsm～約30gsm。各層被斷續(xù)地粘合構(gòu)成總單位重量不超過約55gsm，且細(xì)纖維與連續(xù)長絲的比例至少為20％。制成的層合物具有改進(jìn)的包括柔軟和舒適性(按壓杯峰值載荷試驗值不超過150gsm，壓杯試驗?zāi)芰恐挡怀^2250g-mm衡量)阻隔性(測得的靜水壓頭至少為15cm)以及透氣性(按Frazier孔隙度至少為50scfm(標(biāo)英尺3/分))在內(nèi)的綜合性能。較好的實施例包括相應(yīng)層分別含有紡粘連續(xù)長絲纖網(wǎng)和熔噴細(xì)纖維纖網(wǎng)。


圖1是一臺成形機(jī)的示意圖，用于制造包含本發(fā)明熔噴阻隔層的無紡布層合物；
圖2是本發(fā)明無紡布層合物的斷面圖，表示出包括按本發(fā)明制造的細(xì)纖維阻隔中間層的層狀構(gòu)造；圖3是兩層構(gòu)造的本發(fā)明無紡布層合物的另一實施例的斷面圖，以及圖4是本發(fā)明無紡布層合物的第三個實施例的斷面圖，其外部是細(xì)纖維層。
本發(fā)明的詳細(xì)說明雖然本發(fā)明將結(jié)合一種較好的實施例予以說明，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于該實施例。相反，我們意在涵蓋由后附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神和范圍可能包括的所有選擇、修正以及等同的方案。
本發(fā)明主要是關(guān)于改進(jìn)的輕質(zhì)無紡布層合物，它包含至少一個細(xì)纖維成分層和至少一個連續(xù)長絲層。該細(xì)纖維層包含平均直徑至多約10微米(μ)且單位重量介于約3gsm～約26gsm之間的纖維。該連續(xù)長絲纖網(wǎng)具有平均直徑在約12μ～22μ之間且單位重量在約10gsm～約30gsm之間的長絲。這些層被斷續(xù)粘合，總單位重量不超過55gsm，而且細(xì)纖維的含量為層合物重量的至少20％。制成的層合物具有包括柔軟和舒適性(按壓杯試驗值不大于150gsm)、阻隔性(按靜水壓頭測定至少15cm)和透氣性(按Frazier孔隙度測定至少50scfm)在內(nèi)的改進(jìn)的綜合性能。較好的實施例包括各相應(yīng)層分別含有的紡粘連續(xù)長絲纖維網(wǎng)和熔噴細(xì)纖維纖網(wǎng)。
上述目的較好按如下方法實現(xiàn)按U.S.專利號5,213,881(1993年5月25日，同時該全文也收做本發(fā)明的參考文獻(xiàn))采用熔噴成形纖網(wǎng)，原料為聚丙烯樹脂，具有寬分子量分布和高熔體流體速率，在加工前該樹脂中還加入了少量過氧化物予以改性以獲得更高的熔體流動速率(低粘度)。一般地，本發(fā)明涉及以反應(yīng)器粒料形式的丙烯聚合物為起始物料，該物料的分子量分布為3.6～4.8(Mw/Mn)，較好為3.6～4.0(Mw/Mn)，且其熔體流動速率(230℃下)約為o400g/10min～3000g/10min。隨后把具有這種分子量的反應(yīng)器粒料，通過加入至多3000ppm的過氧化物改性，以降低分子量并把分子量分布壓縮到2.2～3.5(Mw/Mn)范圍之內(nèi)。在熔噴過程中，該改性反應(yīng)器粒狀聚合物的熔體流動速率獲得提高，從400g/10min增至3000(230℃下)，例如達(dá)到介于800～最高5000g/10min。
尤其好的實施例包括一種反應(yīng)器粒料形式的聚丙烯樹脂，其起始分子量分布為3.6～4.8(Mw/Mn)，230℃下的熔體流動速率為600～3000g/10min，將其與少量(＜500ppm)的過氧化物相結(jié)合后產(chǎn)生一種改性聚丙烯，其在230℃下熔體流動速率非常高，最高可達(dá)5000g/10min，且分子量分布較窄，為2.8～3.5(Mw/Mn)。
另一種方案，可以制成用作阻隔層的改良細(xì)纖維纖網(wǎng)，具體方法是，采用一種樹脂，特別是聚丙烯，它具有較窄的分子量分布和較低的熔體流動速率，這種樹脂通過在熔噴之前加入較大量的過氧化物而獲得高熔體流動速率。在這種情況下，起始反應(yīng)器粒料聚丙烯樹脂的分子量分布Mw/Mn，介于4.0～4.8，熔體流動速率介于400～1000g/10min，230℃。這種聚丙烯樹脂通過加入500～3000(ppm)數(shù)量的過氧化物進(jìn)入改性(初始熔體流動速率愈低，過氧化物用量愈高)。該改性聚丙烯樹脂的熔體流動速率(230℃下)例如最高達(dá)約3000g/10min，分子量分布(Mw/Mn)窄至2.2～2.8。
最好的是，用作本發(fā)明輕質(zhì)無紡布層合物細(xì)纖維纖網(wǎng)的起始聚丙烯樹脂為一種聚丙烯反應(yīng)器粒料，該樹脂的分子量分布(Mw/Mn)介于3.6～4.8，其230℃下熔體流動速率最高3000g/10min，然后通過用約500ppm過氧化物處理生成改性樹脂，其230℃下熔體流動速率大于2000g/10min，且分子量分布(Mw/Mn)介于2.8～3.5。在高熔體流動速率下，這種較寬的分子量分布有助于最大限度減少飛花和聚合物液滴(短絨)的生成。
下面來看圖1，其中示意性地表示出一臺能用來生產(chǎn)改良無紡布層合物12的成形機(jī)10，層合物12具有按照本發(fā)明的細(xì)纖維熔噴阻隔層32。特別應(yīng)注意，該成形機(jī)10由一條無端、小孔成形帶14構(gòu)成，帶14繞過輥子16和18，于是帶14便被沿箭頭所示方向驅(qū)動。成形機(jī)10包括有3個站，即紡粘站20、熔噴站22和紡粘站24。應(yīng)該理解到，可以使用3個以上的成形站來制造基本重量更高的多層構(gòu)造。另一種辦法，也可以將層合物中的每一層單獨成形做成卷，隨后在生產(chǎn)線之外將各層轉(zhuǎn)化為層合物。另外，根據(jù)無紡布層合物12的最終用途要求之不同，無紡布層合物12也可以由多于或少于3層組成。譬如，對某些用途而言，可能希望有至少2個內(nèi)部熔噴層以便改善性能，而對于要求極端輕薄的場合則可制成2-層層合物。
紡粘站20和24為傳統(tǒng)的擠出機(jī)，其紡絲板產(chǎn)出聚合物連續(xù)長絲，隨后將這些長絲以隨機(jī)交纏的方式鋪在成形帶14上。根據(jù)過程的速度和使用的具體聚合物種類的不同，紡粘站20和24可以包括一至多個噴絲頭不等。紡粘材料的成形為本門技術(shù)的常規(guī)，而紡粘成形站的設(shè)計也被認(rèn)為純屬一般本專業(yè)技術(shù)人員所熟知的。無紡布紡粘纖網(wǎng)28和36的傳統(tǒng)制備方法可以見諸于下列的專利Dorschner等人，U.S.專利號3,692,618；Kinney，U.S.專利號3,338,992和3,341,394；Levy，U.S.專利號3,502,538；Hartmann，U.S.專利號3,502,763和3,909,009；Dobo等，U.S.專利號3,542,615；Harmon，加拿大專利號803,714；以及Appel等，U.S.專利號4,340,563。還設(shè)想了其他一些用于本發(fā)明的包含聚合物連續(xù)長絲的無紡纖網(wǎng)成形方法。
用連續(xù)長絲制備的紡粘材料一般至少有3個共同特征。第一，聚合物被連續(xù)地經(jīng)噴絲板擠出形成彼此分立的單絲。隨后，將這些長絲借機(jī)械或氣力進(jìn)行拉伸不使其斷裂，以便讓聚合物絲條發(fā)生分子取向從而獲得強(qiáng)度。最后，讓連續(xù)長絲以無規(guī)的方式沉積在運載帶上而生成纖網(wǎng)。具體地說，紡粘站20將成纖聚合物制成紡粘長絲26。將該長絲無規(guī)地鋪在帶14上面而形成紡粘外層28。有關(guān)成纖聚合物將在下面詳細(xì)說明。
熔噴站22由用以制成微纖維30的模板31構(gòu)成。模板31的產(chǎn)出量用每小時每英寸模板寬度聚合物熔體磅數(shù)來規(guī)定(PIH)。隨著熱塑性聚合物從模板31流出，高壓流體，通常為空氣，把聚合物流股拉細(xì)并吹散開來而形成微纖維30。該微纖維30被隨機(jī)地沉積在紡粘層28的上面而形成熔噴層32。用來生成微纖維30和熔噴層32的熔噴站22的構(gòu)造和操作被認(rèn)為是傳統(tǒng)的，故其設(shè)計和操作方法則完全屬一般熟悉這項專業(yè)的人員所已經(jīng)掌握的。該種技藝可見諸于NRL(海軍研究實驗室)報告4364，“超細(xì)有機(jī)纖維的制造”，作者V.A.Wendt；E.L.Boon和C.D.Fluharty；NRL報告5265，“超細(xì)熱塑性纖維成形的一種改良裝置”，作者K.D.LawrenceR.T.Lukas和S.A.Young；以及U.S.專利號3,849,241，1974年11月19日發(fā)表，屬于Buntin等人。還可設(shè)想出其他能用在本發(fā)明上的微纖無纖網(wǎng)成形方法。
熔噴站22由成纖聚合物生產(chǎn)出細(xì)纖維30，下面將進(jìn)一步詳細(xì)說明該聚合物。纖維30隨機(jī)地鋪在紡粘層28的頂面上形成熔噴內(nèi)層32。舉例說，用于阻隔片無紡布層合物時，該熔噴阻隔層32的單位重量較好在約3gsm～約26gsm之間，更好在約6gsm～約12gsm之間。
經(jīng)熔噴站22在層28上鋪上內(nèi)層32之后，紡粘站24生產(chǎn)出紡粘長絲34，該長絲沿熔噴層32的頂面無規(guī)取向地鋪網(wǎng)，形成外部紡粘層36。以阻隔片無紡布層合物為例，層28和36各自的單位重量較好介于約10～30gsm，更好介于約15～25gsm。
隨后，形成的SMS無紡布層合物纖網(wǎng)12(圖2)被喂過粘合輥38和40。粘合輥38和40的表面帶有諸如塊狀或格子的凸棱花紋。粘合輥被加熱至用以制造纖網(wǎng)12的各層的聚合物軟化溫度。當(dāng)看纖網(wǎng)12通過熱粘合輥38和40之間時，該材料被粘合輥38和40與輥上的圖案相吻合地壓縮并加熱從而形成由不連續(xù)區(qū)域構(gòu)成的圖案，如圖2所示的41，在這些區(qū)域內(nèi)層與層之間被粘合，同時每一層之內(nèi)單根纖維和/或長絲也被粘合。此種不連續(xù)區(qū)或塊的粘合方式為本項技術(shù)所熟知，可以通過加熱輥也可以借助對纖網(wǎng)12實施超聲波加熱來生產(chǎn)出不連續(xù)區(qū)熱粘合長絲。纖維以及層。按照Brock等人在U.S.專利號4,041,203中所描述的傳統(tǒng)做法，較好讓無紡布層合物內(nèi)的熔噴層纖維在粘合部位熔化而同時紡粘層長絲則保持其完整性，以便取得良好的強(qiáng)度特性。對于較厚重的層合物，較好采用諸如U.S.專利號4,374,888所描述的超聲波粘合方法，該專利也收做本發(fā)明的參考文獻(xiàn)。
現(xiàn)在來看圖3和4，其中給出了另外的選擇實施例。圖3是類似于圖2但有2層的層合物13的斷面圖，這2層分別是借熱粘合部39結(jié)合成一體的細(xì)纖維層32和連續(xù)長絲層36。圖4是又一種3層實施例15的類似視圖，它包括2層外面的細(xì)纖維層32，中間夾著連續(xù)長絲層36，層間借熱粘合部37結(jié)合為一體。
按本發(fā)明，層合物的總單位重量至多達(dá)約55gsm，較好最高達(dá)約34gsm，最好至多達(dá)29gsm，而微細(xì)纖維與連續(xù)長絲的相對數(shù)量，前者較好占細(xì)纖維與連續(xù)長絲總重量的至少約20％，更好至少約25％。
根據(jù)本發(fā)明，采用了按照U.S.專利5,213,881(Timmons、Kobylivker及Woo等人，1993年5月25日發(fā)表，該文也收做本發(fā)明的參考文獻(xiàn))制成的一種熔噴纖網(wǎng)的較好實施例作為一個或多個細(xì)纖維成分層。
以該種細(xì)纖維制成的熔噴纖網(wǎng)32以及由其形成的小孔徑分布，當(dāng)被結(jié)合到無紡層合物中時，具備優(yōu)異的阻隔性能。特別是，層合前的熔噴纖網(wǎng)32的平均纖維尺寸在1～3μ之間，多數(shù)的孔隙尺寸分布在7～12μ，較少一部分孔在12～25μ之間，且實際上沒有超過25μ的孔，孔隙尺寸分布的峰(值)小于10μ。
本發(fā)明可以采用聚烯烴實施，包括以聚丙烯類為主但其中還可含有聚乙烯或其他用齊格勒-納塔催化劑技術(shù)聚合的α-烯烴，以及上述的二元、三元共聚物及其共混物。作為連續(xù)長絲纖網(wǎng)，較好采用聚丙烯。
實施例大體上按照U.S.專利4,041,203提出的方法制取了一種輕質(zhì)無紡層合物。該專利屬于Brock和Meitner，1977年8月9日發(fā)表，并全文收做本發(fā)明的參考文獻(xiàn)。采用的是如圖1所示的連續(xù)生產(chǎn)線工藝，其中第一紡粘層先鋪在成形金屬絲網(wǎng)上，隨后鋪上熔噴層，最后鋪最終紡粘層。規(guī)定的無紡布總單位重量指標(biāo)介于25～34gsm之間，而熔噴層占該總單位重量中的6～12gsm。就此例而言，熔噴纖網(wǎng)兩面的紡粘層量是相等的，但就本發(fā)明而言，這一點并非關(guān)鍵。
繼而，利用如同前述的U.S.專利4,041,203描述的熱機(jī)械粘合機(jī)將這種三層層合物材料粘合。作為一個較好的實例，采用了一種粘合面積百分率介于5～20％，目標(biāo)值13％，針密度50～350針/平方英寸，目標(biāo)值300針/平方英寸的花紋粘合輥。系統(tǒng)的溫度介于200°F～300°F，目標(biāo)值250°F。設(shè)定適當(dāng)?shù)恼澈蠅毫σ员阊卦撗b置的幅寬保持均勻的鉗口。
按上述的工藝，制成了一連續(xù)SMS無紡布，其總重量為29gsm，其中熔噴層占25％。紡粘聚合物為Exxon PD3445聚丙烯，而熔噴聚合物是Exxon3495G聚丙烯，二者均可從Exxon化學(xué)公司獲得。該無紡布隨后用“金屬絲織造”花紋輥進(jìn)行粘合，其粘合面積占13％，針密度300針/平方英寸，而操作溫度為250°F。
表1給出了由該實例無紡層合材料測得的綜合性能?；局亓肯蹈鶕?jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)試驗D3775-9測定的。靜水壓頭系按照方法5514聯(lián)邦試驗方法標(biāo)準(zhǔn)號(STD)191A，還有AATCC STD 127-1980。Frazier空氣孔隙度系根據(jù)ASTM D737，還有聯(lián)邦試驗方法5450標(biāo)準(zhǔn)號191A測定的。壓杯試驗的結(jié)果是這樣確定的用一只直徑為4.5cm的半球形的錘來壓扁一只由9英寸×9英寸的一塊無紡布制成的直徑大約6.5cm高6.5cm的倒置杯，測量此過程中的峰值載荷，測量時杯形無紡布被一只直徑大約6.5cm的圓筒包圍著以保證杯形無紡布均勻地變形。錘與杯是對中的，以避免杯壁與錘之間發(fā)生接觸以及因而可能引起的對峰值載荷值的影響。測定該峰值過程中，錘以大約每秒0.25英寸(每分15英寸)的速度下降，同時利用一只能提供能量值的型號為FTD-G-500的載荷傳感器(量程500g)(提供者Schaevitz公司，Tennsauben.New Jersey)。
表1細(xì)纖維層組成聚丙烯平均纖維直徑(μ) 3單位重量(gsm) 7.2連續(xù)長絲層組成聚丙烯平均長絲直徑(μ) 21單位重量(gsm) 10.8層合物單位重量(gsm) 28.82Frazier孔隙度(SCFM) 75靜水壓頭(cm H2O) 45壓杯峰值載荷(g) 70壓杯能量(g-mm)1500當(dāng)作為阻隔片部件被結(jié)合到一種個人護(hù)理制品中去時，該實例的層合物顯示出十分理想的功能和明顯感覺出的舒適。
這樣，按照本發(fā)明，本文描述了一種改進(jìn)的輕質(zhì)無紡布層合物。熟悉此門技術(shù)的人很清楚尚有各種變換和改進(jìn)，所有這些均被涵蓋于后附的權(quán)利要求之中。
權(quán)利要求
1.一種無紡布層合物，包含a)一個無紡成分層，包含平均直徑最大為約10μ，單位重量介于約3～26gsm(克/米2)之間的細(xì)纖維，以及b)一個無紡成分層，包含平均直徑介于約12μ～約22μ，單位重量介于約10gsm～約30gsm之間的連續(xù)長絲，其中所說各層之間面對面地相互斷續(xù)地被粘合成一體，總單位重量不超過大約55gsm而且細(xì)纖維層對層合物的重量百分率至少為20％，以及其中所說層合物的壓杯峰值載荷值不超過150g，壓杯能量值不超過2250g-mm，靜水壓頭至少為15cm，以及孔隙度至少為50scfm。
2.權(quán)利要求1的無紡布層合物，其中所說總單位重量至多約34gsm。
3.權(quán)利要求2的無紡布層合物，其中所說連續(xù)長絲成分層包含一種丙烯聚合物。
4.權(quán)利要求2的無紡布層合物，其中所說細(xì)纖維成分層包含一種丙烯聚合物，其分子量分布(Mw/Mn)介于3.6～4.8之間，且230℃下的熔體流動速率最高約為3000g/10min。
5.權(quán)利要求1的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
6.權(quán)利要求2的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
7.權(quán)利要求3的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
8.權(quán)利要求4的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
9.權(quán)利要求6的無紡布層合物，其中細(xì)纖維與連續(xù)長絲的比例至少為25％。
10.一種含有權(quán)利要求5的無紡布層合物成分的個人護(hù)理制品。
11.權(quán)利要求6的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
12.權(quán)利要求7的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
13.權(quán)利要求8的無紡布層合物，在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
14.權(quán)利要求9的無紡布層合物.在一個細(xì)纖維層的兩面各包含一個連續(xù)長絲層。
15.用作一次性尿布的權(quán)利要求10的個人護(hù)理制品。
16.用作一次性尿布的權(quán)利要求11的個人護(hù)理制品。
17.用作一次性尿布的權(quán)利要求12的個人護(hù)理制品。
18.用作一次性尿布的權(quán)利要求13的個人護(hù)理制品。
19.用作一次性尿布的權(quán)利要求14的個人護(hù)理制品。
20.權(quán)利要求2的無紡布層合物，其中所說總單位重量最大約為29gsm。
全文摘要
披露了一種輕質(zhì)無紡層合物，尤其適合作為一種個人護(hù)理制品的組成材料，例如作為一次性尿布的阻隔層封套材料。該層合物的成分包括至少一層單位重量為約3gsm到26gsm的細(xì)纖維和至少一層單位重量為約10到30gsm的連續(xù)長絲。該種細(xì)纖維成分占至少20％的比例，各層之間斷續(xù)地粘合組成總單位重量最高約55gsm的層合物。獲得了理想的柔軟性、透氣性和隔水性。
文檔編號D04H13/00GK1124047SQ94192166
公開日1996年6月5日 申請日期1994年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月20日
發(fā)明者J·R·布特, C·C·克里根, C·A·鄧克利, R·S·C·楊 申請人:金伯利-克拉克公司