專利名稱：透氣性薄膜組合物和制品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透氣性薄膜，或能透過(guò)濕氣但通常不讓液態(tài)形式的水通過(guò)的薄膜。
透氣性薄膜己為大家熟知，且多年來(lái)已將其用于制備例如防水衣服以使從穿衣者的皮膚表面散發(fā)的濕氣能夠向外傳送?？蓮V義地將透氣性薄膜分為微孔膜或整塊膜。
微孔膜具有大量的微孔，其是通過(guò)使用專門(mén)的加工條件而在薄膜中形成的。美國(guó)專利3870593介紹了一種得到微孔的方法。將大量的粉末狀惰性材料如碳酸鈣在擠出之前混入到薄膜中。擠出后，拉伸薄膜，在填料顆粒處形成小孔。如美國(guó)專利4308303中所述，在制成微孔后，所述薄膜可與纖維貼合以制得一種復(fù)合材料。將微孔薄膜層合至織物上也是熟知的。
由于微孔薄膜具有不加選擇地通過(guò)所有氣體、蒸氣和其它介質(zhì)如病原體的性質(zhì)，所以它不適合某些用途且對(duì)其它用途而言也是不理想的。例如，這些薄膜通常不適合用作防病毒層、和具有防病毒層的衣服和其它制品，然而在醫(yī)學(xué)和其它通常與血液相關(guān)的工業(yè)中高透氣性仍是極受歡迎的。
第二種透氣膜可稱作為整塊膜，其中該膜是連續(xù)的且不含有孔。整塊膜由于其化學(xué)吸收作用、透過(guò)薄膜厚度的傳送作用而可傳送一些氣體和液體的蒸氣并在其相反的表面上釋放出來(lái)。對(duì)于具有高的濕氣傳送率的薄膜而言，傳送速率是極快的，且其可通過(guò)在薄膜的一邊的較高的濃度和蒸氣壓力加以推動(dòng)。美國(guó)專利5445874介紹了透氣的機(jī)理，該專利公開(kāi)了具有高于人體皮膚的濕氣透過(guò)率(MVTR)的某些聚氨酯的薄膜，使得該薄膜可用作阻燃涂層的外層。
現(xiàn)在可得到幾種熱塑性樹(shù)脂以擠塑制得具有高濕氣透過(guò)率的薄膜。這類樹(shù)脂的實(shí)例包括聚氨酯、共聚聚酯和聚酯彈性體。這些樹(shù)脂可擠出貼合至多孔載體基材如用于制造防護(hù)服和其它制品的織造織物或非織造織物上。
與其它成膜的熱塑性聚合物相比，上述聚合物除了較貴外，它們還不適合用作某些用途。改變所述薄膜的濕氣透過(guò)率的唯一方式是增加或降低薄膜的厚度，更薄的膜具有更高的濕氣透過(guò)率。一些膜不能通過(guò)例如擠出貼面而直接層合至某些織物上，或者織物和薄膜之間的粘接隨著不斷使用而變差。而且，當(dāng)與織物結(jié)合時(shí)，這些透氣性薄膜易于變得粗燥和有噪聲，并且可能沒(méi)有吸引人的外表。因?yàn)閺闹圃旌统晒Φ厥褂玫挠^點(diǎn)來(lái)看，所有這些性能都是重要的，所以需要在透氣性整塊薄膜領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種透氣性整塊薄膜，該薄膜能夠以熱熔體的形式連續(xù)地?cái)D塑成形。所述熱熔體能夠擠塑成薄膜或直接擠出貼合至一具有極好粘結(jié)力的基材如多孔織物上。
所述薄膜由至少兩種熱塑性聚合物的一種均相和均勻的共混物組成。其中的一種聚合物，如果單獨(dú)使用并制成薄膜，具有高的濕氣透過(guò)率。另一種聚合物，如果單獨(dú)使用并制成或擠塑成薄膜，具有低的濕氣透過(guò)率。當(dāng)以各種比率共混時(shí)，所述共混物可熱熔擠塑成具有超過(guò)任一單組分的較佳性能和特征的薄膜。該薄膜除了具有高的濕氣透過(guò)率外，還具有更軟的手感和更好的粘結(jié)力。盡管包含了大量的具有低濕氣透過(guò)率的組分，所得的復(fù)合薄膜將仍然具有高的濕氣透過(guò)率，適合用在透氣性制品上。
而現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜的透氣度主要通過(guò)薄膜厚度進(jìn)行控制，本發(fā)明中的整塊薄膜的濕氣透過(guò)率就單位膜厚而言可通過(guò)調(diào)整所述共混物中的兩種組分的比率而固定。這個(gè)特征有利于各種例如設(shè)定了薄膜厚度的用途。
所述組分之一選自于能夠擠塑制成高濕氣透過(guò)率的薄膜的聚酯樹(shù)脂、共聚聚酯彈性體和聚氨酯。所述的第二種組分選自于乙烯酯共聚物(ethylene esther copolymer)例如乙烯乙酸乙烯酯和乙烯丙烯酸甲酯。當(dāng)這些聚合物單獨(dú)使用時(shí)，制成一種具有極低濕氣透過(guò)率的薄膜。以總重量為基準(zhǔn)計(jì)，在所述共混物中的第二種組分的重量為10％-80％。
正如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“濕氣透過(guò)率”或MVTR是以在24小時(shí)或一天內(nèi)每平方米薄膜透過(guò)濕氣的克數(shù)表示的一個(gè)值，其是通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法確定。這里所用的標(biāo)準(zhǔn)方法稱之為ASTM E96,1980版，步驟D，方法X1.15，也就是在90°F下的一種用水測(cè)試的方法。
這里所用術(shù)語(yǔ)“共混物”是指兩種熱塑性聚合物的相容的均相混合物，它們可熔融混合在一起且可冷卻以形成一種整塊結(jié)構(gòu)，例如形成一薄的、連續(xù)膜。許多熱塑性聚合物不能成功地共混在一起且當(dāng)受熱和通過(guò)擠出機(jī)時(shí)易于產(chǎn)生相分離。
所述術(shù)語(yǔ)“低濕氣透過(guò)率的聚合物或薄膜”是指一種熱塑性聚合物，當(dāng)它們被擠塑成厚度為1密耳或約25微米的薄膜時(shí)，其的濕氣透過(guò)率將少于350g/m2/天。所述術(shù)語(yǔ)“高濕氣透過(guò)率的聚合物或薄膜”是指一種熱塑性聚合物，當(dāng)它們被擠塑或流延成厚度為1密耳或約25微米的薄膜時(shí)，其的濕氣透過(guò)率大于500g/m2/天。
本發(fā)明旨在使用高和低濕氣透過(guò)率的熱塑性樹(shù)脂的共混物，它們能夠熔融共混在一起且可擠塑或流延成單獨(dú)的薄膜，或在織物上形成一膜層。如果將高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂單獨(dú)用于制成薄膜，在大多數(shù)的情況下，所得薄膜將具有過(guò)高的濕氣透過(guò)率，并且唯一的解決辦法是增高薄膜厚度，并因此增加了成本。通過(guò)使用這里所公開(kāi)的樹(shù)脂的共混物，可調(diào)整所述聚合物之間的比率以在指定厚度下得到所需的濕氣透過(guò)率。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，將所述低濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂以10-90重量％的量引入至所述共混物中，而其余為高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂。已發(fā)現(xiàn)，如果高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂的含量明顯低于10重量％時(shí)，則共混物的濕氣透過(guò)率就變得太低。而且，通常而言，所述薄膜的濕氣透過(guò)率隨薄膜厚度的降低而增高。薄厚由實(shí)用條件和成本方面進(jìn)行控制。在上述的共混參數(shù)范圍內(nèi)，一些實(shí)用條件包括當(dāng)薄膜單獨(dú)使用或作為織物的貼層使用時(shí)，其的耐用性和使用常規(guī)設(shè)備可制得的薄膜的最小厚度。該最小厚度處于5-10微米的數(shù)量級(jí)，并且最大薄厚可高達(dá)75微米。具有較高含量的低濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂的薄膜可用作例如一次性的衣物如尿布的外保護(hù)層，更厚的膜可用在以耐用性為一個(gè)更重要因素的制品中。優(yōu)選的膜厚處于10-40微米的數(shù)量級(jí)。
在膜厚和濕氣透過(guò)率是由用途進(jìn)行控制的情況下，可調(diào)整低和高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂比率以在薄膜中得到所需的濕氣透過(guò)率，其如下列高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂的特定實(shí)例包括在膜厚為25微米時(shí)濕氣透過(guò)率超過(guò)500的聚氨酯、共聚聚酯和聚酯彈性體。低濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂的特定實(shí)例包括乙烯共聚物，特別是包含有乙基丙烯酸甲酯和乙基乙酸乙烯酯單元的這類共聚物。已發(fā)現(xiàn)有兩類聚合物提供了一種均勻的共混物，其能夠熔融和通過(guò)加熱的擠出機(jī)和口模以制得不含有孔隙或分層的整塊薄膜。
對(duì)于許多用途而言，可將所述薄膜層合至多孔織物上。雖然所述薄膜可單獨(dú)制成并使用粘結(jié)劑將其層合至織物上，但最優(yōu)選在織物上直接擠出貼合一個(gè)熔體層。這可容易地通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)將所述織物在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥的輥隙之間通過(guò)，并在輥隙或接近輥隙的地方將所述薄膜擠出至所述織物上。
與由高濕氣透過(guò)率的樹(shù)脂單獨(dú)制得的薄膜相比，已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的共混物更好地粘接到各種織物基材，包括基于天然和合成纖維或紗線的織物上。所述織物可以是織造型或非織造型。非織造織物包括連續(xù)長(zhǎng)纖維的紡粘型織物，和通過(guò)熱熔、粘結(jié)劑粘在一起或通過(guò)射流噴網(wǎng)法(hydroentanglement)或針刺機(jī)械連接在一起的非織造纖維網(wǎng)?？衫枚喾N非織造織物，且它們通常是由聚合物如聚酯、尼龍和包括聚乙烯和聚丙烯的聚烯烴的纖維和長(zhǎng)絲組成。因?yàn)楸∧ひ砸毁N層保留在織物的一邊上，織物的基重并不嚴(yán)格要求，并且依賴于產(chǎn)物的用途而定?？衫脧?fù)合織物，如紡粘-熔噴-紡粘型非織造織物或所述薄膜可用作針織織物的襯里。
其它細(xì)節(jié)見(jiàn)于下列實(shí)施例中。
將PL380從密封袋中加入至一混合器中以防止其吸收水分。將所述1815從開(kāi)口處加入至上述混合器中。在擠出機(jī)的正上方的一個(gè)料腔中使用一個(gè)連續(xù)計(jì)重?fù)交鞕C(jī)混合60重量％的PL380和40重量％的1815。所述擠出機(jī)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單螺桿擠出機(jī)，其后緊接一濾網(wǎng)組件、計(jì)量泵和衣架式模頭。擠出溫度為擠出機(jī)的第二段的375°F至模頭處的450°F。將共混物流延成一薄膜，當(dāng)薄膜從離開(kāi)口模時(shí)仍處于熔融狀態(tài)。在兩輥的輥隙之間將共混聚合物的熔融薄層進(jìn)行拉伸。其中一個(gè)輥是加熱至185°F的光滑輥，而另一個(gè)輥是溫度保持在約50°F的膠面輥。離開(kāi)輥隙之后所述薄膜處于固態(tài)并使其從約40°F的冷輥上通過(guò)而完成淬火過(guò)程。按這個(gè)方式流延成25微米的薄膜且發(fā)現(xiàn)其的濕氣透過(guò)率為1200g/m2/天。
從位于流延臺(tái)上方的輥將所述織物解纏下來(lái)，并送進(jìn)所述的經(jīng)加熱的光滑輥且然后使其通過(guò)輥隙。使用與實(shí)施例1相同的條件，例外之處是，將所述的加熱輥加熱至210°F?？蓪⑺鰯D出口模調(diào)整至在輥隙之前、輥隙處或冷卻輥處接觸所述織物，且由在這三處制得的薄膜粘結(jié)性依次降低。在這個(gè)實(shí)施例中，將熔融的薄膜送進(jìn)輥隙中。假定從口模處的擠出速率恒定，則輥速可控制薄膜的厚度。在這個(gè)實(shí)施例中，增加生產(chǎn)線速度以得到一約18微米(0.7密耳)厚的固體薄膜涂層。發(fā)現(xiàn)其的濕氣透過(guò)率為1350g/m2/天。
表1在試樣性制備過(guò)程中使用的聚合物
使用三種聚合物之中的每種聚合物的純體系制備整塊薄膜，且然后使用Amitel與乙烯丙烯酸甲酯或乙烯乙酸乙烯酯的聚合物的共混物制得整塊薄膜。測(cè)得的共混比率是非透氣性組分為20-60％，其余為透氣性共聚聚酯。最后的變量是薄膜基重，其保持在15gsm或30gsm。下表2提供了各個(gè)體系以微米為單位的相應(yīng)的薄膜尺寸。根據(jù)ASTME96，1980版，步驟D，方法X1.15，也就是在90°F下的一種用水測(cè)試的方法，對(duì)所有的薄膜的濕氣透過(guò)率測(cè)試三次。
表2薄膜的透氣性
權(quán)利要求
1.一種透氣性薄膜，其包含由一種高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物和一種低濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物組成的一種共混物，所述熱塑性聚合物是可熱擠塑成整塊的。
2.如權(quán)利要求1的透氣性薄膜，其中所述的薄膜包含10-60％的高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物。
3.如權(quán)利要求1的透氣性薄膜，其中所述的薄膜包含40-90％的低濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物。
4.如權(quán)利要求1的透氣性薄膜，其中所述的高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物選自于聚氨酯、聚酯和共聚聚酯。
5.如權(quán)利要求1的透氣性薄膜，其中所述的低濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物是一種乙烯酯共聚物。
6.如權(quán)利要求5的透氣性薄膜，其中所述的乙烯乙酸酯共聚物選自于乙烯丙烯酸甲酯和乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
7.如權(quán)利要求1的透氣性薄膜，其中所述的高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物在其單獨(dú)制成25微米厚的薄膜時(shí)，具有超過(guò)500g/m2/24小時(shí)的濕氣透過(guò)率。
8.層合至一種織物上的如權(quán)利要求1所述的薄膜。
9.如權(quán)利要求8的薄膜，其中所述織物是非織造織物。
10.一種復(fù)合透氣性制品，其包含一種多孔性織物和一層合至該織物上的薄膜，所述薄膜包含由至少兩種熱塑性聚合物組成的一種共混物，所述薄膜具有超過(guò)500g/m2/天的濕氣透過(guò)率。
11.如權(quán)利要求10所述的制品，其中所述織物是非織造織物。
12.如權(quán)利要求11所述的制品，其中所述織物包含有聚酯。
13.如權(quán)利要求11所述的制品，其中所述織物包含有聚烯烴。
14.制備一種已知厚度的透氣性薄膜的方法，該方法包含如下步驟將一種具有高濕氣透過(guò)率的熱塑性樹(shù)脂與一種具有低濕氣透過(guò)率的熱塑性樹(shù)脂共混并熔融在一起，將該熔融的樹(shù)脂擠塑成給定厚度的整塊薄膜，并調(diào)整高和低濕氣透過(guò)率的所述熱塑性樹(shù)脂的相對(duì)比率以在給定厚度的薄膜中得到所需的濕氣透過(guò)率。
15.一種透氣性薄膜，其包含由一種高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物和10-90重量％的一種低濕氣透過(guò)率的熱塑性乙烯酯共聚物所組成的共混物，其中所述高濕氣透過(guò)率的熱塑性聚合物選自于聚氨酯、聚酯和共聚聚酯，所述低濕氣透過(guò)率的熱塑性乙烯酯共聚物選自于乙烯丙烯酸甲酯和乙烯乙酸乙烯酯，所述的共聚物可熱擠塑成濕氣透過(guò)率超過(guò)500g/m2/24小時(shí)的整塊的、無(wú)孔薄膜。
16.層合至一織物上的如權(quán)利要求15所述的透氣性薄膜。
全文摘要
一種透氣性薄膜,其由兩種熱塑性樹(shù)脂的均相共混物組成,其中的一種樹(shù)脂具有高的濕氣透過(guò)率,而另一種樹(shù)脂具有低的濕氣透過(guò)率。所述共混物可熱熔擠塑成一具有良好使用特征和受控的濕氣透過(guò)率的薄膜,其中濕氣透過(guò)率對(duì)單位膜厚而言由共混比率確定。
文檔編號(hào)C08L75/04GK1318590SQ0010588
公開(kāi)日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2000年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者拉里·麥卡米什, 蒂莫西·赫斯基 申請(qǐng)人:帕里莫集團(tuán)有限公司