專利名稱：制造交聯(lián)彈性層壓材料的裝置和方法
制造交聯(lián)彈性層壓材料的裝置和方法發(fā)明背景通過將呈薄膜、泡沫、非織造纖網(wǎng)或平行的絲束狀的彈性聚合物層 粘結到一層或多層非織造面層上，可形成各式各樣的彈性復合材料。"拉伸粘結的層壓材料，，("stretch bonded laminate" "SBL，，)是任何一種在彈 性層在被拉伸的同時粘結到一層或多層非織造面層上的層壓材料。當彈 性層隨后發(fā)生松弛時，在面層上形成褶鈹。拉伸粘結的層壓材料例如在 授予Taylor等的美國專利6,387,471,以及授予Thomas等的美國專利 6,323,389中進行了描述，這兩篇專利在此經(jīng)引用而并入。"頸縮粘結的 層壓材料"("neck-bonded laminate" ("NBL"))是任何一種在彈性層粘結 到一層或兩層非彈性面層上的同時，彈性層發(fā)生松弛而面層發(fā)生延展或 頸縮以減小它們在延展垂直方向的尺寸的層壓材料。頸縮粘結的層壓材 料具有交叉方向的拉伸和復原性能。頸縮粘結的層壓材料例如在授予 Estey等的美國專利5,853,881,授予Morman等的美國專利4,965,122， 授予Morman等的美國專利6,001,460,以及授予Haffher等的美國專利 5,789,065中進行了描述，這幾篇專利在此經(jīng)引用而并入。"頸縮拉伸粘 結的層壓材料"("neck-stretch bonded laminate" ("NSBL"))是任何一種 在彈性層粘結到一層或兩層面層上的同時，彈性層發(fā)生拉伸而面層在相 同方向發(fā)生拉伸而導致在延展垂直方向頸縮的層壓材料。因此，NSBL 兼具了 SBL和NBL兩者的特征。"垂直單絲層壓材料"("vertical filament laminate" ("VFL"))或"垂 直單絲4立伸粘結的層壓材誶+" ( "vertical filament stretch bonded lammate ("VFSBL"))是任何一種在由彈性材料形成的基本上平行、無交叉的彈 性絲束的彈性層粘結到一層或兩層面層上的同時，彈性絲束處于拉伸狀 態(tài)而面層處于非拉伸狀態(tài)的層壓材料。當層壓材料發(fā)生松弛時，彈性絲 束縮回，從而層壓材料呈現(xiàn)出一定程度的皺褶和波紋。VFL在彈性絲束 的長度方向，也即非彈性面層的縱向(加工方向)展示出彈性拉伸。"連 續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料"("continuous filament stretch bonded laminate" ("CFSBL"))是任《可一種在被至少一種傳統(tǒng)的熔噴纖維的覆蓋 陣列覆蓋的基本上平行無交叉的彈性絲束形成的彈性層粘結到一層或兩層面層上的同時，彈性層在縱向被拉伸的層壓材料。平行的彈性絲束和傳統(tǒng)的熔噴纖維均由彈性材料形成。當允許CFSBL收縮到松弛狀態(tài) 時，在面層上形成一些褶皴(gathering) 。 +>弛的CFSBL可在層壓材料 的縱向被拉伸。連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料例如在授予Wright的美國 專利5,385,775中有揭露。已知各種熱塑性彈性體用于彈性層中，它們包括但不限于苯乙烯系 嵌段共聚物。例如，授予Thomas等的美國專利6,323,389揭露了使用 具有通式A-B-A'或A-B的嵌段共聚物，其中A和A'各自為熱塑性聚合 物末端嵌段，含有苯乙烯系部分，例如聚乙烯基芳烴，B為彈性聚合物 中間嵌段，例如共軛二烯或低級烯烴聚合物。A和A'嵌段可由相同的或 不同的聚合物鏈段構成。也公開了具有式A-B-A-B的四嵌段共聚物， 其中A是如上描述的熱塑性聚合物嵌段，每個B是異戊二烯鏈段，其進 行了相當程度的氫化而成為聚(乙烯-丙烯)鏈段。彈性層壓材料通常是個人護理用品如尿布，尿布褲，成人失禁衣物， 女性衛(wèi)生用品等中最為昂貴的部分。彈性層壓材料的重要特性包括在使 用中的各種程度的延伸下提供足夠的彈性張力，并在應力松弛(抗蠕變力)時提供足夠的復原。進一步需要能夠在較低成本下更好地制造彈性層壓材料的裝置和方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種制造彈性層壓材料的裝置，包括模具，用于擠出 由可交聯(lián)的彈性共聚物如彈性苯乙烯系嵌段共聚物形成的層，至少一 輥，用于傳送擠出的彈性層，供料源，用于提供至少一非織造纖網(wǎng)，層 壓夾(nip),用于將至少一張非織造纖網(wǎng)層壓到彈性層上，加工單元， 用于交聯(lián)彈性層，以及一巻筒，用于收集彈性層壓材料?？山宦?lián)的彈性 共聚物可以以聚合薄膜，泡沫，非織造纖網(wǎng)，彈性絲帶或彈性絲束層的 形式擠出。擠出模具可以是用于擠出多個平行的可交聯(lián)的彈性單絲的單 絲模具，薄膜模具，泡沫模具，或用于擠出多個可交聯(lián)的彈性絲帶的絲帶模具。加工單元可以向彈性層施加電子束，紫外線(UV)或y輻射來 使彈性共聚物發(fā)生交聯(lián)。 一種適合的加工單元可以是具有開放和封閉構造的電子束加工單元。加工單元可以位于輥和層壓夾之間?；蛘?，加工單元也可置于層壓夾之后。該裝置可進一步包括熔噴模具，其置于纖網(wǎng) 形成器之上，用于噴涂彈性纖維的無規(guī)排列以覆蓋在擠出的彈性層上。本發(fā)明還涉及一種制造彈性層壓材料的方法。該方法包括以下步 驟擠出可交聯(lián)的彈性共聚物如苯乙烯系嵌段共聚物，調(diào)節(jié)擠出的彈性 層的溫度，提供至少一張非織造纖網(wǎng)，將該至少一張非織造纖網(wǎng)層壓到 彈性層上，以及交聯(lián)彈性層。彈性層可在層壓到至少一張非織造纖網(wǎng)上 之前或之后進行交聯(lián)。彈性共聚物的交聯(lián)改善了它的彈性性能。當未交聯(lián)的彈性共聚物是 低性能彈性體時，交聯(lián)將其轉化為高性能的彈性體(或至少轉化為較高 性能的彈性體)。當未交聯(lián)的彈性共聚物是高性能彈性體時，交聯(lián)將其 轉化為更高性能的彈性體。本發(fā)明可以使用相對較廉價的較低性能的彈性體作為起始原料。為 便于加工，彈性層是在不會使聚合物材料發(fā)生顯著交聯(lián)的條件下形成。 在形成了彈性層后，通過交聯(lián)而改善其彈性性能。由上面所述可看出，本發(fā)明的特征和優(yōu)點是提供了使用相對較低性 能(以及更為廉價的)彈性聚合物材料制造出具有相對較高性能的彈性 層壓材料的裝置和方法。本發(fā)明的進一 步的特征和優(yōu)點是提供了可與現(xiàn)有生產(chǎn)設備很容易 整合的制造彈性層壓材料的裝置和方法。


圖1示出了用于制造垂直單絲層壓材料的裝置，其中用于交聯(lián)彈性 共聚物的加工單元置于輥和層壓夾之間。圖2示出了圖1中的裝置進一步包括一控制夾，其置于加工單元和 層壓夾之間。圖3示出了用于制造垂直單絲層壓材料的裝置，其中用于交聯(lián)彈性 共聚物的開放加工單元位于靠近第一輥的外表面處。圖4示出了圖3中的裝置進一步包括第二開放加工單元，其位于靠 近第二輥的外表面處。圖5示出了當?shù)诙伇怀ザ檬箯椥怨簿畚锝宦?lián)的加工單元代替 時的圖1中的裝置。圖6示出了用于制造垂直單絲層壓材料的裝置，其中用于交聯(lián)彈性共聚物的加工單元置于層壓夾之后。圖7示出了用于制造連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料的裝置，其中用 于交聯(lián)彈性共聚物的加工單元位于靠近纖網(wǎng)形成器處。圖8示出了用于制造混合的垂直單絲-連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材 料的裝置，其中用于交聯(lián)彈性共聚物的開放加工單元位于輥和纖網(wǎng)形成 器之間。圖9示出了用于制造混合的垂直單絲-連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料的裝置，其中用于交聯(lián)彈性共聚物的封閉加工單元位于纖網(wǎng)形成器和 層壓夾之間。定義"彈性的"和"彈性體的"是指在施加了導向力(biasing force )后可產(chǎn) 生至少50%的拉伸從而達到拉伸的導向長度至少比其松弛的未拉伸長 度長50%，并且在消除了拉伸、導向力后將復原至少50%的延伸的纖維， 薄膜或織物。"復原"是指對材料施加導向力而使其產(chǎn)生拉伸后除去導向力時產(chǎn) 生的松弛。例如，如果通過拉伸而使具有松弛的非導向長度為1英寸的 材料拉伸其長度的50%,變?yōu)?.5英寸，則該材料將具有比其松弛長度 長50%的拉伸長度。如果上述示例的拉伸的材料收縮，即在消除導向和 拉伸力后復原到1.1英寸，則該材料相對于其未導向長度復原了延伸長 度的90% (0.4英寸)。"高性能彈性體"是指那些當形成薄膜，絲束或類似物品時能夠延伸 到拉伸的長度并在縮回時不會經(jīng)歷顯著的在中等(較低)拉伸長度時的 縮回力損失的彈性體。這些彈性體通常具有一些有用的性質，如高強度， 低遲滯性，低蠕變，低比率的永久變形和低的應力松弛。高性能彈性體 具有的遲滯值為25%或更低，更好為20%或更低，這些數(shù)值根據(jù)本文描 述的遲滯測試方法確定。"低性能彈性體"是指那些當形成薄膜，絲束或類似物品時能夠延伸 到拉伸的長度但在縮回時會顯著失去它們在中等(較低)拉伸長度時的 縮回力的彈性體。這些彈性體在拉伸時通常顯示出較高水平的遲滯性， 蠕變和應力松弛。低性能彈性體具有的遲滯值大于25%，更好為40%或 更高，這些數(shù)值根據(jù)本文描述的遲滯測試方法確定。"聚合物"包括均聚物，共聚物，例如嵌段，接枝，無規(guī)和交替共聚 物，三元共聚物等，以及它們的共混物和改性物。術語"聚合物，，還包括 分子的所有可能的幾何構型。這些構型包括但不限于全規(guī)立構的，間規(guī) 立構的和無規(guī)對稱的。"嵌段共聚物"是聚合物中各自包括一段類似單體單元的不相似的聚合物鏈段通過共價鍵連接在一起的聚合物。例如，SBS嵌段共聚物中包括一段重復的苯乙烯單元，接下來為一段重復的丁二烯單元，再接下來為一段重復的苯乙烯單元。"共混物"是指兩種或多種聚合物和/或添加劑的混合物。 "非織造織物或纖網(wǎng)，，是指具有夾層結構的單股纖維或絲線的纖網(wǎng)，但與針織的或織造的織物的形式明顯不同。非織造織物或纖網(wǎng)可通過許多方法形成，例如熔噴法，紡粘法，以及粘結的梳理纖網(wǎng)法。非織造織物的基礎重量通常以每平方碼材料的盎司數(shù)(osy)或每平方米的材料的 克數(shù)(gsm)的表達，而可用的纖維直徑通常以微米表達。(注意從osy 到gsm的轉化是將osy乘以33.91)。"紡粘纖維，，是指通過從多個細小的通常為圓形毛細管狀的噴絲頭中擠出熔融的熱塑性材料而形成的直徑較小的纖維，這種噴絲頭具有擠 出單絲的直徑且迅速縮小，例如參見授予Appel等的美國專利4,340,563, 授予Dorschner等的美國專利3,692,618,授予Matsuki等的美國專利 3,802,817,授予Kinney的美國專利3,338,992和3,341,394,授予 Hartman的美國專利3,502,763,以及授予Dobo等的美國專利 3，542,615。紡粘纖維在沉積在收集表面上時通常不發(fā)粘。紡粘纖維一般 為連續(xù)的且具有平均直徑(從自少IO個樣品中得到)大于7微米，更 具體的是在約10 ~ 20微米之間。"熔噴纖維"是指通過多個細小且通常為圓形的模具毛細管，將熔融 的熱塑性材料作為熔融的絲線或單絲擠出到集聚了高速的通常是熱的 氣(例如空氣)流中，使熔融熱塑性材料單絲減細以減小它們的直徑到 可達到微纖維直徑而形成的纖維。然后，熔噴纖維由高速氣流攜載并沉 積在收集表面上形成無規(guī)分布的熔噴纖維網(wǎng)。這一過程例如描述在Butin 等的美國專利3,849,241中。熔噴纖維為連續(xù)的或不連續(xù)的微纖維，平 均直徑一般小于IO微米， 一般在沉積到收集表面上時發(fā)粘。"絲帶"或"絲帶形狀的元件"是指具有定義扁平比率至少為2的橫截面尺寸的熱塑性聚合物單絲，薄膜片或其它伸長的元件。"扁平比率，，定 義為最長橫截面尺寸與最短橫截面尺寸的比值。例如，絲帶形狀的元件 可以具有長方形，橢圓形，或啞鈴形的橫截面。"開放的結構，，或"開放的加工單元，，是指如電子束或e-束單元這樣的不完全^f皮封閉在鉛/鋼屏蔽中的系統(tǒng)。開放的加工單元可包括至少部分環(huán) 繞在臨近輥周圍的弓形的輻射屏蔽物。輥起到電子收集器的作用，以減 少釋放到周圍環(huán)境中的輻射。"封閉的結構"或"封閉的加工單元"是指如電子束或e-束單元這樣的 -波封閉在具有入口和出口的鉛/鋼屏蔽物中的系統(tǒng)。"個人護理產(chǎn)品"是指尿布，紙尿褲，吸水內(nèi)褲，成人失禁產(chǎn)品，以 及女性衛(wèi)生用品。具體實施方式

彈性層可包括苯乙烯系嵌段共聚物彈性體，、烯烴彈性體如半結晶的￡烯 烴塑性體或丙烯-乙烯共聚物，和/或其它彈性體材料。術語"交聯(lián)彈性層" 包括任何一種在該層中至少部分彈性體是交聯(lián)的，且交聯(lián)發(fā)生在彈性層 形成之后的這樣的層。參見圖1,裝置10包括模具12,用于擠出含有交聯(lián)的彈性共聚物 14的層，至少一個輥16,用于傳送擠出的彈性層14，供料源18，用于 提供至少一張非織造纖網(wǎng)20，層壓夾22，用于將至少一張非織造纖網(wǎng) 20層壓到彈性層14上，加工單元26,用于交聯(lián)彈性層14，以及巻筒 28,用于收集彈性層壓材料30。模具12經(jīng)設置而將可交聯(lián)的彈性共聚物以薄膜，泡沫層，絲束或 纖維陣列(如基本平行的絲束或纖維)，絲帶陣列，非織造纖網(wǎng)(如紡 粘纖網(wǎng)，熔噴纖網(wǎng)，或其它非織造纖網(wǎng))或上述的組合形式擠出。適合絲模:。i者，模具也可以是^于擠出多個可交聯(lián)的絲帶形狀的彈性體 元件的絲帶模具，這些彈性體元件例如是在共有的Mleziva等的美國專 利6,057,024中揭露的那些，該專利在此經(jīng)引用而并入。適合的可交聯(lián)的彈性共聚物是那些還未發(fā)生交聯(lián)的熱塑性彈性體。 在擠出之前進行交聯(lián)可能會對材料的流動性能產(chǎn)生不利影響，從而使共聚物不適合擠出?？山宦?lián)的彈性共聚物可包括可交聯(lián)的苯乙烯系嵌段共聚物。適合的 苯乙烯系嵌段共聚物彈性體包括苯乙烯-二烯和苯乙烯-烯烴嵌段共聚 物。苯乙烯-二烯嵌段共聚物包括但不限于二嵌段，三嵌段，四嵌段或其 它的嵌段共聚物，并且也可包括苯乙烯-異戊二烯，苯乙烯-丁二烯，苯 乙烯-異戊二烯-苯乙烯，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，苯乙烯-異戊二烯-苯乙 烯-異戊二烯，和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。包括丁二烯 的苯乙烯-二烯聚合物(例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)是特 別適合的。 一種可商業(yè)獲得的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物是VECTOR 8508,可從Dexco Polymers L.P獲得。苯乙烯-異戊二烯-苯乙 烯共聚物的例子包括VECTOR 4111A和4211A,它們可,人Dexco Polymers L.P獲得。苯乙烯-烯烴嵌段聚合物包括但不限于苯乙烯-二烯嵌段共聚物，其 中的二烯基團被完全或部分地選擇氫化，它們包括但不限于苯乙烯-(乙 烯-丙烯)，苯乙烯-(乙烯-丁烯)，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯，苯 乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯-(乙烯-丙 烯)，以及苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯-(乙烯-丁烯)嵌段共聚物。 在上面的結構式中，術語"苯乙烯"表示苯乙烯重復單元的嵌段序列；術語"異戊二烯"和"丁二烯，，是指二烯單元的嵌段序列；術語"(乙烯-丙烯)"表示乙烯-丙烯共聚物單元的嵌段序列，以及術語"(乙烯-丁烯)"表示 乙烯-丁烯共聚物單元的嵌段序列。苯乙烯-二烯或苯乙烯-烯烴嵌段共聚物具有的苯乙烯的重量含量應為約10~約50%,適合值為約15%~約 25%,且應至少具有重均分子量約15,000 g/mol,適合值是約30,000 ~ 約120,000 g/mol,或約50,000 ~ 80,000 g/mol。苯乙烯-二烯嵌段共聚物 在后面進行的交聯(lián)中由于具有額外的不飽和度而尤具優(yōu)勢。其它適合的可交聯(lián)的苯乙烯系嵌段共聚物包括苯乙烯-二烯嵌段共 聚物和苯乙烯-烯烴嵌段共聚物，例如那些上面描述的具有不同飽和水平 的共聚物。苯乙烯系嵌段共聚物的分子量應當足夠低從而苯乙烯系嵌段共聚 物或聚合物混合物可形成彈性層，而不會在形成過程中引起顯著的交 聯(lián)。苯乙烯系嵌段共聚物或聚合物混合物應當適合在220。C以下，尤其 是在約210°C,或約125-200°C下進行加工。為達到該目的所需的分子量范圍將根據(jù)苯乙烯系嵌段共聚物的類型，附加成分的含量和類型，以 及所形成的彈性層的性質而決定。彈性層可包括至少約25%重量，或至少約40%重量，或至少約50 重量，或至少約75%重量的苯乙烯系嵌段共聚物彈性體。彈性層可含有 最多達100%重量，或最多達約99.5%重量，或最多達約95%重量，或 最多達約90%重量，或最多達約80%重量，或最多達約70%重量的苯乙 烯系嵌段共聚物彈性體。苯乙烯系嵌段共聚物彈性體可包括一種苯乙烯 系嵌段共聚物彈性體或多種苯乙烯系嵌段共聚物彈性體的混合物?？蛇x擇地或附加地，可交聯(lián)的彈性共聚物可包括可交耳關的烯烴彈性 體。適合的可交聯(lián)的烯烴彈性體包括半結晶的聚烯烴塑性體，其可以是 由Exxon-Mobil Chemical Co獲得的商品名為VISTAMAXX的產(chǎn)品。其 它適合的可交聯(lián)的烯烴彈性體包括丙烯-乙烯共聚物，其可以是由Dow Chemical Co獲得的商品名為VERSIFY的產(chǎn)品。任選的附加成分可構成彈性層中的其余部分。這些組分包括但不限 于單活性中心催化的乙烯-a烯烴共聚物彈性體，其密度小于約0.915 g/cm3,尤其是約0.860-0.900 g/cm3,或約0.865-0.895 g/cm3。這些乙烯-a 烯烴共聚物可使用C3-C12的a烯烴共聚單體，合適地是丁烯，己烯或 辛烯形成。a烯烴共聚單體的量為共聚物重量的約5- 25%，合適地是 10-25%,并隨期望的密度而調(diào)整。適合的單活性中心催化的乙烯-a烯烴 共聚物有Dow Chemical Co.制造和銷售的商品名為AFFINITY和 ENGAGE的產(chǎn)品，ExxonMobil Chemical Co.制造和銷售的商品名為 EXACT和EXCEED的產(chǎn)品。其它的任選成分包括非彈性體的聚合物，例如聚乙烯，聚丙烯和其 它聚烯烴，以及其它彈性體聚合物。當非彈性聚合物存在時，他們的量 應當相對較少，從而不會削弱交聯(lián)的彈性層的彈性體性能。生顯;的過早交聯(lián)的加工助劑。 一種適合的加l助劑是聚烯烴蠟,-;如 支鏈或線性低密度聚乙烯蠟，其密度為約0.860-0.910 g/cm3,按照ASTM D1238在19(TC和2160g負載下測定的熔體指數(shù)約為500-4000 g/10 min。 聚乙烯蠟的例子包括Eastman Chemical Co.產(chǎn)的EPOLENE C-10，以及 Quantum Chemical Co產(chǎn)的PETROTHANE NA601。其它的例子包4舌蠟 狀的高熔體指數(shù)(低分子量)的單活性中心催化洗脫聚合物，如DowChemical Co.產(chǎn)的商品名為AFFINITY的產(chǎn)品，例如AFFINITY 1900和 1950聚烯烴塑性體。其它適合的加工助劑有重均分子量約500-2500的苯乙烯基的烴類 增粘劑。 一個例子是Eastman Chemical Co.產(chǎn)的REGALREZ 1126增粘 劑。另一種適合的加工助劑是蓖麻油。礦物油也是適合的加工助劑。加 工助劑總共可占彈性層重量的約0.1-50%,尤其是約5-30%,或約 10-20%。當使用蓖麻油時，其含量應當適合于交聯(lián)助劑。其它任選成分包括交聯(lián)助劑，即幫助形成的彈性層發(fā)生交聯(lián)的添加 劑。 一種或多種交聯(lián)助劑可總共占彈性層重量的約0.1-10%,尤其是約 0.5-5% 。蓖麻油是這種助劑中的一種。蓖麻油是天然的甘油三酸酯， 含有三條油酸鏈，每條鏈具有的不飽和度為1。蓖麻油在收到引發(fā)源如 電子束輻射作用下可以發(fā)生聚合。蓖麻油在約275°C以下是熱穩(wěn)定的， 并可在擠出機中隨苯乙烯系嵌段共聚物彈性體一 同加工，而不會發(fā)生降 解。所得彈性層可用高能量輻射源，如電子束進行聚合(交聯(lián))。由于 在每個蓖麻油分子上存在三條不飽和鏈，蓖麻油將通過與周圍高分子鏈 的4連轉移反應而協(xié)助進4亍立體交耳關。其它的交聯(lián)助劑包括但不限于多官能的丙烯酸酯和烯丙基衍生物 如二曱基丙烯酸二乙二醇酯，丙烯酸二亞曱基二醇酯，三甲基丙烷二烯 丙酯，二甲基丙烯酸亞甲基乙二醇酯，以及其它具有在熔融擠出過程中 具有足夠熱穩(wěn)定性的多官能的單體。其它的交聯(lián)助劑包括在聚合物骨架 或側鏈上具有次級碳原子以及不飽和雙鍵的聚合物和低聚物。使彈性層 發(fā)生交聯(lián)的好處包括但不限于，a)更少的老化行為，可由彈性層巻繞和 儲存在巻軸上時很少或無張力損失得到證實，b)更好的溫度穩(wěn)定性，可 由不需要冷凍儲存和運輸彈性材料得到證實，以及c)當彈性層在層壓 到其它層上后交聯(lián)而獲得的更強的粘著性。其它任選的成分包括顆粒狀的無機或有機填料。 一般來說，填料顆 粒具有平均顆粒尺寸約0.5-8微米，尤其是約1-2微米。適合的無機 填料包括碳酸鈣(CaC〇3),各種粘土， 二氧化硅(Si02),氧化鋁，硫酸 鋇，碳酸鈉，滑石，硫酸鎂，二氧化鈦，滯石，硫酸鋁，纖維素類粉末， 硅藻土，氧化鈣，氧化鎂，氳氧化鋁等。適合的有機填料包括纖維素， 環(huán)糊精，和籠分子(例如籠形低聚硅倍半氧烷納米拉伸的化學物質)。 當使用填料時，填料顆?？烧紡椥阅ぶ亓康募s20-75%,尤其是約30-60% 。含二烯聚合物的熱聚合通常是通過自由基聚合機理完成，其中包括 引發(fā)，鏈增長和終止。自由基引發(fā)劑如過氧化物通常被用于引發(fā)自由基 聚合反應。當加熱時，引發(fā)劑斷裂，產(chǎn)生進攻聚合物中含二烯片段中的 雙鍵，從而產(chǎn)生另一繼續(xù)該鏈增長過程的自由基。在本發(fā)明中，苯乙烯 系嵌段共聚物的交聯(lián)可通過將位于苯乙烯系嵌段共聚物中橡膠態(tài)區(qū)域 中的二烯鍵(即丁二烯或異戊二烯片段)暴露于高能量源如電子束的輻 射。在向高能量源暴露后，二烯鍵斷裂，形成自由基，其能在新的方向 重新結合而形成交聯(lián)的分子網(wǎng)狀結構。彈性層14可層壓到至少一張非織造纖網(wǎng)20上。非織造纖網(wǎng)可由各 種聚合物形成，這些聚合物可以是交聯(lián)的或非交聯(lián)的，且可以是彈性的 或非彈性的。適合的非彈性的聚合物包括聚烯烴，如乙烯，丙烯和丁烯的均聚物，這些單體的共聚物，其中包括最多達10% (特別是5%)的 最多具有約12個碳原子的a-烯烴共聚單體。非彈性的聚合物也包括一 些聚酰胺，聚酯等。適合的彈性聚合物包括乙烯，丙烯和丁烯與a-烯烴 共聚單體的共聚物，共聚物中的每種共聚單體的重量百分比一般超過 10%但少于90%。彈性烯烴共聚物包括如單活性中心催化的乙烯與超過 10%重量的a-烯烴共聚單體的共聚物，其具有的密度約為0.855-0.900 g/cm3。適合的用于非織造層的彈性聚合物還包括乙烯-醋酸乙烯，乙烯-丙烯酸乙酯，乙烯-丙烯酸曱酯，乙烯-丙烯酸丁酯，聚氨酯，嵌,殳的醚-酯共聚物，和嵌段的酰胺-醚共聚物。其它適合的用于非織造層彈性聚合 物包括彈性烯烴聚合物如半結晶的聚烯烴塑性體，其可以是由 Exxon-Mobil Chemical Co獲得的商品名為VISTAMAXX的產(chǎn)品，丙烯-乙烯共聚物，其可以是由Dow Chemical Co獲得的商品名為VERSIFY 的產(chǎn)品。彈性層和非織造纖網(wǎng)可使用各種熱處理，粘附處理和超聲處理以及 其它適合各種應用的處理方法而結合到一起。也可使用壓敏粘合劑。壓 敏組合物可包括約10%-約70%的由Eastman Chemical Co.產(chǎn)的商品名為 REGALREZ 1126的增粘劑。彈性層的類型(薄膜，泡沫，非織造纖網(wǎng)， 網(wǎng)或單絲陣列)和用于非織造纖網(wǎng)中的聚合物類型(彈性的或非彈性的) 將在很大程度上取決于加工過程和最終用途。一旦彈性層14形成后，可使其通過加工單元26而發(fā)生交聯(lián)。彈性層14可在層壓到非織造纖網(wǎng)上之前如圖1-5和7-9所示那樣進行交聯(lián)， 或在層壓到非織造纖網(wǎng)上之后如圖6所示那樣進行交聯(lián)。加工單元26可發(fā)出或施加電子束或e-束輻射，紫外輻射，Y輻射， 或其它適合的介質到彈性層上而引起苯乙烯系嵌段共聚物的交聯(lián)。所需 的輻射量將取決于線速度，期望的交聯(lián)量，使用的輻射類型，彈性層的 厚度和/或具體組成。在本發(fā)明中，彈性層被認為是這樣的一種"交聯(lián)的 彈性層"，即用下面描述的測試方法測出它的百分比負載損耗相比于交 聯(lián)前的百分比負載損耗而言，減少了至少5%,或至少10%,或至少20%。 例如，如果彈性層展示出交聯(lián)前的65%的百分比負載損耗，而若交聯(lián)處 理導致其百分比負載損耗的降低不超過60%(減少5%),或不超過55% (減少10%),或不超過45% (減少20%),則該彈性層將被認為是交 聯(lián)的。一種適合的加工單元26可以是具有開放和封閉構造的電子束加工指輸出電壓在0-500 kV的單元。適用于本發(fā)明裝置中的電子束加工單元 的例子包括但不限于，愛荷華州Davenport的PCT Engineered Systems, LLC產(chǎn)的工業(yè)電子束加工機的BROADBEAM系列中的單元，馬薩諸塞 州 Wilmington的 Energy Sciences, Inc.產(chǎn)的工業(yè)電子束力口工才幾的 ELECTROCURTAIN系列中的單元，馬薩諸塞州Wilmington的 Advanced Electron Beams產(chǎn)的工業(yè)電子束加工機的AEB沖莫塊系列中的 單元。電子束加工單元可在約50-約500 kV之間才喿作，尤其是在約100-約300 kV之間，或在約150kV操作。電子束加工單元可向彈性層發(fā)出 約2-約30 MRads,特別是約5 -約15 MRads或約10 MRads的電子束輻射。圖l-9展示出了制造包括由可交聯(lián)的彈性共聚物形成的交聯(lián)的彈性 層的彈性層壓材料的裝置。特別地，圖l-6展示出了用于制造垂直單絲 層壓材料(VFL)的裝置，圖7展示出了用于制造連續(xù)單絲拉伸粘結的 層壓材料(CFSBL)的裝置，圖8和圖9展示出了用于制造混合的垂直 單絲-連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料(VFL/CFSBL)的裝置。盡管附圖展 示出了 VFL, CFSBL和VFL/CFSBL的裝置和方法，但應當理解其它的 與本發(fā)明精神一致的裝置和方法也可使用。參見圖l,模具12擠出可交聯(lián)的彈性共聚物如彈性苯乙烯系嵌段共聚物的層14。彈性層14可呈現(xiàn)出多根絲帶或平行單絲的形式。將可交 聯(lián)的彈性層14供給第一輥16,并在拉伸狀況下通過第一輥16和第二輥 34間的空隙32進行傳送。彈性層14^t傳送進加工單元26中并通過處 理區(qū)域36而形成交聯(lián)的彈性層38。彈性層14可經(jīng)過加工單元26并通 過一個或多個壓輥(fly roller) 40和防護輥(grounding roll) 42而傳送 到層壓夾22。防護輥42適合位于處理區(qū)域36附近，以支撐和保持處理 區(qū)域36內(nèi)的彈性層14，并影響苯乙烯系嵌段共聚物的交聯(lián)。在VFL過程中，輥16, 34與層壓夾22之間的距離是經(jīng)過仔細調(diào)節(jié) 的，從而使彈性單絲在兩點間穿過的線距離達到最小。隨著輥和層壓夾 之間距離的增加，彈性單絲的運動變得更難控制。由于發(fā)粘的單絲容易 在與其它單絲接觸時粘到一塊，因此單絲控制是一個重要考慮。為了控制從輥16， 34運送到層壓夾22過程中的單絲的運動，可在第二輥34 和加工單元26之間設置真空傳送器(未示出)來控制和/或引導彈性層 14進入加工單元26的運動。在另一種實施方式中，真空傳送器(未示 出)可位于加工單元26內(nèi)。其它的單絲控制方法包括但不限于非真空 傳送器，有槽的單絲傳送輥，提高的單絲張力和/或對夾帶空氣的改進控 制，它們可用于將彈性層14從第二輥34傳送到層壓夾22。參見圖2，介于輥56和輥58之間的控制夾54可置于加工單元26 和層壓夾22之間以控制交聯(lián)的彈性層30在兩點間的運動。加工單元26可具有封閉的結構，包括包圍處理區(qū)域36的屏蔽圍欄 48 (剖面圖中示出)。當加工單元26為封閉的電子束或e-束加工單元 時，屏蔽圍欄48最好在封閉區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生雜散(stray)輻射。如圖1所示， 封閉的電子束加工單元26包括真空室50和高壓電源52用于產(chǎn)生電子 束輻射。盡管圖1描繪了封閉的電子束加工單元，但也可使用任何其它 的可運用適當輻射源來引起苯乙烯系嵌段共聚物交聯(lián)的適合的加工單 元，這些輻射源包括但不限于Y輻射和紫外(UV)輻射。或者，如圖3和4所示，加工單元26可以是具有開放結構的包括 弓形輻射屏蔽物64的電子束或e-束加工單元。加工單元26最好靠近第 二或下端輥34的外表面設置，使得處理區(qū)域36位于輻射屏蔽物64和 第二輥34之間。該第二輥34起到電子收集裝置的作用，并且也吸收由 電子束產(chǎn)生的輻射。該第二輥34最好包括等離子體釋放涂層以控制彈性層14對輥34的粘附和/或釋放。該結構提高了標準的單絲淬火能力， 而不需要額外的凈空來將加工單元26安裝在第二輥34和層壓夾22之 間。如圖4所示，第二加工單元68可位于靠近第一或上端輥16的外表 面70處。如圖5所示，第二或下端輥34可一皮除去，而將加工單元26如封閉 的電子束加工單元置于輥16和層壓夾22之間。這種結構在需要凈空時 具有特別的優(yōu)勢。在達到室溫之前交聯(lián)苯乙烯系嵌段共聚物可獲得一些效率上的優(yōu) 勢。為控制和/或調(diào)節(jié)彈性層14交聯(lián)前的溫度，加工單元26可包括一淬 火系統(tǒng)(未示出)。適合的淬火系統(tǒng)可包括積分空氣(integral air)或 表面接觸單絲淬火系統(tǒng)來精細調(diào)節(jié)發(fā)生交聯(lián)前的單絲溫度。再次參見圖1,供料源18例如未巻繞的輥將非織造纖網(wǎng)20送進位 于層壓輥44和層壓輥46之間的層壓夾22。彈性層壓材料30通過將交 聯(lián)的彈性層38結合，粘結或層壓到非織造纖網(wǎng)20上而形成。交聯(lián)的彈 性層38和非織造纖網(wǎng)20可采用各種熱處理，粘附處理和超聲處理以及 其它適合各種應用的處理方法而結合到一起。也可使用壓敏粘合劑。如 圖2所示，在非織造纖網(wǎng)20上可設置粘合模具60來提供粘合劑，如熱 的熔融的粘合劑。如圖2所示，可以向層壓夾22傳送第二非織造纖網(wǎng)62結合，粘結 或層壓到交聯(lián)的彈性層38上。彈性層壓材料30可從層壓夾22傳送到巻筒30以收集層壓材料進 行儲存和日后使用?；蛘?，彈性層壓材料30也可傳送到其它裝置(未 示出)，例如個人護理產(chǎn)品機器中，用于并入到完成產(chǎn)品或完成產(chǎn)品的 中間產(chǎn)物中。參見圖6,展示了用于制造含有交聯(lián)的彈性層的彈性層壓材料30的 VFL裝置，其中加工單元26位于層壓夾22和巻筒72之間。含有非織 造纖網(wǎng)20和62的層壓材料74和彈性層14 一皮傳送經(jīng)過加工單元26,以 進行彈性共聚物的交聯(lián)并形成彈性層壓材料30。在該實施方式中，層壓 材料的性能可通過層壓材料74在交聯(lián)前所等達到的收縮量而進行定制。 這種定制能夠制造出按預定量產(chǎn)生應力松弛的form-to-fit織物，這在僅 使用單一的聚合物源而非使用多種聚合物下即可獲得各種性能的設定。 圖6中示出的實施方式也可使用能為彈性層壓材料30提供改善的耐久性的某些交聯(lián)的或可交聯(lián)的粘合劑。含有交聯(lián)粘合劑的彈性層壓材料可 用于制造耐久性織物，這些織物可忍受在清洗，干燥中的較高的溫度和 /或重復使用，卻仍舊保持低的層壓成本。施加于層壓材料74的輻射劑量需要進行仔細地控制。在較高劑量下，e-束或電子束處理可能會破壞聚丙烯非織造面層，但在控制的交聯(lián) 水平下，e-束處理可提供額外的好處。當非織造纖網(wǎng)20和62中的之一 或兩者中含有聚丙烯時，施加于層壓材料74的輻射劑量可最多到約20 MRads,最好為約2-約10MRads,或約4-約8 MRads。包括聚乙烯、如 上面揭露的單活性中心催化的乙烯-a烯烴共聚物彈性體，如上面揭露的 半結晶的聚烯烴彈性體和丙烯-乙烯彈性體，和/或苯乙烯系嵌段共聚物 彈性體的非織造面料可用于代替聚丙烯。參見圖7,用于制造連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料82的裝置80包 括模具84,用于將一層可交聯(lián)的彈性共聚物86擠出到纖網(wǎng)形成器90的 輸送表面88。模具84最好包括用于擠出多個平行單絲的單絲模具。纖 網(wǎng)形成器90在位于輸送表面88之上的熔噴模具94下傳送擠出的彈性 層86。該熔噴模具94噴出無規(guī)排列的彈性體纖維96,其覆蓋在彈性層 86上形成復合彈性層98。該復合彈性層98被傳送進加工單元92,其中 彈性共聚物交聯(lián)形成交聯(lián)的彈性層100。該交聯(lián)的彈性層100被傳送到 層壓夾102。供料源104提供至少一張非織造纖網(wǎng)106傳送至層壓夾102, 在這里非織造纖網(wǎng)結合，粘結或層壓到交聯(lián)的彈性層IOO上形成彈性層 壓材料82。圖8和圖9展示了用于制造垂直單絲-連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料 的裝置。裝置包括包括模具112，其將含可交聯(lián)的彈性共聚物116的一 層擠出到輥116上。模具112最好為擠出多根平行單絲的單絲模具?？?交聯(lián)層114被傳送經(jīng)過加工單元118形成交聯(lián)的彈性層120。交聯(lián)的彈 性層122通過纖網(wǎng)形成器122在熔噴模具124下傳送。該熔噴模具124 噴出無規(guī)排列的彈性體纖維覆蓋在彈性層120上形成復合彈性層126。 該復合彈性層126可被傳送到至層壓夾(未示出)，在這里它可結合， 粘結或層壓到至少 一 張非織造纖網(wǎng)上。如圖8中所示，加工單元118可位于靠近輥116的外表面128處。 加工單元118最好具有開放的結構和/或可為開放的電子束加工單元。在 該實施方式中，可交聯(lián)的彈性層114可在交聯(lián)時^^皮淬火。如圖9中所示，加工單元118可位于輥116和纖網(wǎng)形成器122之間。 加工單元118最好具有封閉的結構和/或可為封閉的電子束加工單元。在 該實施方式中，可交聯(lián)的彈性層114可在它進入加工單元118之前被部 分地淬火。圖1和2示意地描述了用于制造包含可交聯(lián)的彈性共聚物單絲的彈 性層的垂直單絲層壓材料30的方法。該方法包括提供一模具12,將 由可聚合的彈性苯乙烯系嵌段共聚物形成的層14擠出到第 一輥16上， 將擠出的彈性層14通過介于第一輥16和第二輥34間的縫隙32傳送以 垂直拉伸彈性層14,將處于拉伸緊張狀態(tài)的彈性層14傳送通過加工單 元26,通過^f吏彈性層14通過位于加工單元26內(nèi)的處理區(qū)域36而交聯(lián) 彈性共聚物形成交聯(lián)的彈性層38，將處于拉伸緊張狀態(tài)的交聯(lián)的彈性層 38傳送通過層壓夾22,提供至少一張非織造纖網(wǎng)20并通過將交聯(lián)的彈 性層38和非織造纖網(wǎng)20通過層壓夾22而形成彈性層壓材料30。如圖2所示，該方法可進一步包括使處于拉伸緊張狀態(tài)的交聯(lián)的彈 性層38傳送通過控制夾54,在非織造纖網(wǎng)20上涂布粘合劑，提供第二 非織造纖網(wǎng)62,在第二非織造纖網(wǎng)62上涂布粘合劑，并使非織造纖網(wǎng) 20,處于拉伸緊張狀態(tài)的交聯(lián)的彈性層38,和第二非織造纖網(wǎng)62通過 層壓夾22而形成彈性層壓材料30。圖6示意地描述了用于制造包含由可交聯(lián)的彈性共聚物形成的彈性 層的垂直單絲層壓材料30的方法。該方法包括將一層可聚合的彈性 共聚物單絲14擠出到第一輥16上，將擠出的彈性層14通過介于第一 輥16和第二輥34間的縫隙(輥隙)32以形成垂直拉伸的彈性層14, 將處于拉伸緊張狀態(tài)的拉伸的彈性層14傳送至層壓夾22,提供第一非 織造纖網(wǎng)20,在第一非織造纖網(wǎng)20上涂布粘合劑，提供第二非織造纖 網(wǎng)62，使第一非織造纖網(wǎng)20，拉伸的交聯(lián)的彈性層14,和第二非織造 纖網(wǎng)62通過層壓夾22而形成層壓材料74，松弛層壓材料74,將層壓 材料74傳送經(jīng)過加工單元26，并4吏層壓材料74通過位于加工單元26 內(nèi)的處理區(qū)域36交聯(lián)彈性聚合物而形成VFL 30。圖7示意地描述了用于制造包含可交聯(lián)彈性層的連續(xù)單絲拉伸粘結 的層壓材料82的方法。該方法包括將一層包括可聚合的彈性共聚物 86擠出到纖網(wǎng)形成器90上，噴出無規(guī)排列的彈性體熔噴纖維覆蓋在擠 出的彈性層86上形成復合彈性層98,將復合彈性層98傳送通過加工單元92,經(jīng)交聯(lián)彈性共聚物而形成交聯(lián)的彈性層100,拉伸該交聯(lián)的彈性 層100，將處于拉伸緊張狀態(tài)的交聯(lián)的彈性層100傳送至層壓夾102， 提供至少一張非織造纖網(wǎng)106,使交聯(lián)的彈性層100和至少一張非織造 纖網(wǎng)106通過層壓夾102而形成CFSBL82。圖8和圖9示意地描述了用于制造包含可交聯(lián)彈性層的混合的垂直 單絲-連續(xù)單絲拉伸粘結的層壓材料(VFL/CFSBL)的方法。該方法包括 將一可聚合的彈性共聚物層14擠出到輥16上，將擠出的層14通過加 工單元118,交聯(lián)彈性共聚物形成交聯(lián)的彈性層120，將交聯(lián)的彈性層 120傳送到纖維形成器上，噴出無規(guī)排列的彈性體熔噴纖維覆蓋在交聯(lián) 的彈性層120上形成復合彈性層126,將處于拉伸緊張狀態(tài)的復合彈性 層126傳送至層壓夾，將復合彈性層126層壓到至少一張非織造纖網(wǎng)上 形成VFL/CFSBL。彈性層壓材料可用于各種一次性物品中，包括但不限于衣物，感染 控制產(chǎn)品，和上面定義的個人護理產(chǎn)品。在這些應用中，彈性層壓材料 表現(xiàn)為高性能的彈性材料，具有的遲滯值小于25,更好為小于20%,或 小于15%。這里揭露的本發(fā)明的實施方式為示例性的，在不脫離本發(fā)明精神和 范圍下可作出各種改變和改進。本發(fā)明的范圍由后附的權利要求限定， 權利要求中包括了落入其等同物的含義和范圍之內(nèi)的所有變化。
權利要求
1.一種制造彈性層壓材料的裝置，包括一模具，用于擠出含有可交聯(lián)的彈性共聚物的層；至少一輥，用于傳送擠出的彈性層；一供料源，用于提供至少一張非織造纖網(wǎng)；一層壓夾，用于將至少一張非織造纖網(wǎng)層壓到擠出的彈性層上；至少一個加工單元，用于交聯(lián)彈性共聚物；以及卷筒，用于收集彈性層壓材料。
2. 權利要求1的裝置，其中模具包含用于擠出多根平行的可交聯(lián)的 彈性共聚物單絲的單絲模具。
3. 權利要求l的裝置，其中模具包含用于擠出多股平行的可交聯(lián)的 彈性絲帶形狀的元件的絲帶才莫具。
4. 權利要求1-3中任一項的裝置，其中至少一個加工單元位于至少 一個輥和層壓夾之間。
5. 權利要求1-3中任一項的裝置，其中至少一個加工單元位于層壓 夾之后。
6. 權利要求1-3中任一項的裝置，包含上端輥和下端輥來傳送擠出 的彈性層。
7. 權利要求6的裝置，包含位于靠近下端輥外表面處的第一加工單元。
8. 權利要求7的裝置，包含位于靠近上端輥外表面處的第二加工單元。
9. 權利要求8的裝置，其中第一和第二加工單元位于裝置的相反側。
10. 權利要求1-9中任一項的裝置，進一步包括置于纖網(wǎng)形成器之 上的熔噴模具，用于噴出無規(guī)排列的彈性纖維以覆蓋在擠出的彈性層 上。
11. 權利要求10的裝置，其中至少一個加工單元位于纖網(wǎng)形成器和 層壓夾之間。
12. 權利要求10的裝置，進一步包括位于單絲模具和纖網(wǎng)形成器之 間的輥。
13. 權利要求12的裝置，其中至少一個加工單元位于靠近輥外表面處。
14. 權利要求1-13中任一項的裝置，其中加工單元包括電子束加工單元。
15. 權利要求1-14中任一項的裝置，其中電子束加工單元在約100-約300 kV下操作，向彈性層輸出約2-約30 MRads的輻射。
16. 權利要求1-15中任一項的裝置，進一步包括真空傳送器來控制 基礎的彈性層在至少 一輥和層壓夾之間的運動。
17. 權利要求16的裝置，其中真空傳送器位于加工單元之間。
18. 權利要求1-17中任一項的裝置，其中加工單元含有淬火系統(tǒng)來 調(diào)節(jié)交聯(lián)前的彈性層的溫度。
19. 權利要求1-18中任一項的裝置，其中可交聯(lián)的彈性共聚物包含 彈性苯乙烯系嵌段共聚物。
20. 權利要求1-19中任一項的裝置，其中可交聯(lián)的彈性共聚物包含 彈性聚烯烴共聚物，其選自半結晶的聚烯爛塑性體和丙烯-乙烯共聚物。
全文摘要
用于制造包括由彈性共聚物形成的可交聯(lián)的彈性層(14)的彈性層壓材料的裝置(10)包括一模具(12)，用于擠出含有交聯(lián)的彈性共聚物的層，至少一輥(16)，用于傳送擠出的彈性層；一供料源(18)，用于提供至少一張非織造纖網(wǎng)(20)；一層壓夾(12)，用于將至少一張非織造纖網(wǎng)層壓到彈性層上；一加工單元(26)，用于交聯(lián)彈性共聚物；以及一卷筒，用于收集彈性層壓材料?？山宦?lián)的彈性共聚物可以是可交聯(lián)的彈性苯乙烯系嵌段共聚物，可交聯(lián)的聚烯烴塑性體，或可交聯(lián)的丙烯-乙烯共聚物?？山宦?lián)的彈性層例如可通過單絲模具擠出成復數(shù)根平行單絲的形式。加工單元可位于至少一個輥和層壓夾之間，或位于層壓夾和卷筒之間。加工單元可以具有開放和封閉構造，并可以是電子束加工單元。
文檔編號B32B37/15GK101253046SQ200680031741
公開日2008年8月27日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權日2005年9月1日
發(fā)明者C·A·拉斯利, H·M·維爾奇, J·R·小費茨, O·P·托馬斯 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司