專利名稱：膜、層合片材及其制備方法
背景技術(shù)：
微孔膜的制備方法是本領(lǐng)域中已知的。例如，美國專利3,870,593(在此引為參考)描述了一種制備微孔膜的方法(1)將細(xì)碎的非吸濕性無機(jī)鹽(如碳酸鈣)顆粒分散在聚合物中；(2)由該聚合物形成膜；(3)拉伸該膜獲得微孔性。這些微孔膜可用于多種用途，例如可透氣的隔離件(如用于尿片)。
盡管存在許多揭示微孔膜的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，但是大多數(shù)文獻(xiàn)(例如美國專利4,353,945)除了指出單向或雙向拉伸之外都沒有限定拉伸工藝。三種最常用的拉伸技術(shù)是MDO(縱向取向)、拉幅爐和嚙合式環(huán)形輥(也被稱作交指型輥(interdigitating roller))。MDO拉伸裝置在微孔膜研發(fā)早期即可購自例如Marshall& Williams，Inc.of Providence，Rhode Island等供應(yīng)商。典型的MDO拉伸裝置具有加熱輥和夾輥，下游的輥以更快的速度運轉(zhuǎn)，提供僅沿縱向的拉伸。
拉幅爐也可購自數(shù)家供應(yīng)商，包括Marshall & Williams。拉幅爐的作用是夾住膜的邊緣，使其經(jīng)過加熱爐，沿橫向拉伸該膜。從拉幅爐中出來的被橫向拉伸的膜明顯地寬于其原始寬度。
在早期，嚙合式或交指型拉伸裝置由例如Biax-Fiberfilm of Neenah，Wisconsin等供應(yīng)商提供。例如，美國專利4,153,751描述了使用交指型輥，它具有大致平行于輥軸延伸的凹槽，用來橫向拉伸膜。
本領(lǐng)域中還已知微孔膜和非織造織物的復(fù)合體的制備方法。微孔膜可通過多種途徑與織物直接結(jié)合，包括粘合劑、熱結(jié)合和/或超聲結(jié)合。如下文所述，這些復(fù)合體還可以通過將聚合物擠出物擠出涂覆在非織造織物上然后使其形成微孔(如采用拉伸)而制得。
還可以拉伸微孔膜/織物復(fù)合體，然而拉伸也有其缺點。例如，對于微孔膜，拉伸帶來的正面效果通常包括蒸汽透過率較高和表面美觀度提高。蒸汽透過率(也被稱作水汽透過率，″WVTR″)可以用實驗室測試方法來估計，它與膜中微孔的尺寸大小和數(shù)目多少有關(guān)。還已知對已經(jīng)存在微孔的微孔膜進(jìn)行額外拉伸，可增大現(xiàn)存孔洞的尺寸并增加新的孔洞。因此，拉伸程度較高的微孔膜和微孔膜/織物復(fù)合體要比拉伸程度較低的相同材料具有更高的蒸汽透過率。
還已知表面觸感和懸垂性通過拉伸得以提高。膜/織物復(fù)合體要比膜或者織物本身更硬且更粗糙。拉伸該復(fù)合體能打破剛性結(jié)構(gòu)，從而得到更柔軟的表面觸感并改進(jìn)懸垂性。
另一方面，拉伸微孔膜/織物復(fù)合體可降低粘結(jié)強(qiáng)度并增加針眼。拉伸通過破壞膜和織物之間的連接而提高了柔軟性和懸垂性。這會使得層合體的粘結(jié)強(qiáng)度下降。拉伸還會導(dǎo)致層合體發(fā)生不希望的損壞，例如膜、織物或者作為整體的復(fù)合體產(chǎn)生針眼、撕裂或撕碎。
不同于將微孔膜與織物結(jié)合，還可以先將無孔膜與織物結(jié)合然后拉伸所得復(fù)合體以使膜產(chǎn)生微孔。例如，美國專利5,865,926描述了一種增量地拉伸膜/非織造織物復(fù)合體的方法。美國專利5,910,225(在此引為參考)使用了MDO拉伸和/或拉幅爐拉伸。在一些例子中，現(xiàn)有技術(shù)的方法只取得了部分成功，因為拉伸過程會導(dǎo)致復(fù)合體被損壞。這些損壞包括但不限于針眼、撕裂和其它功能性和美觀性方面的缺陷。
類似地，美國專利6,013,151(在此引為參考)教導(dǎo)，膜/非織造織物復(fù)合體可以高速增量拉伸制成微孔性和透氣性的。所得微孔性層合體具有高水汽透過率(WVTR)。還發(fā)現(xiàn)，平整的膜/非織造織物層合體可以比壓花的膜/非織造織物層合體更均勻地進(jìn)行增量拉伸。更均勻的拉伸能獲得更高的WVTR和更少的針眼。
還應(yīng)仔細(xì)地控制膜和織物的結(jié)合以避免產(chǎn)生其它功能性和美觀性的問題。例如，在將聚乙烯擠出物擠出涂覆到紡粘聚丙烯片材上時，諸如熔融溫度和夾輥壓力等工藝條件決定了纖維侵入膜結(jié)構(gòu)的程度。當(dāng)侵入程度最小時，膜和織物沒有或幾乎沒有結(jié)合，從而容易導(dǎo)致脫層。當(dāng)侵入程度最大時，膜和織物基本上模制在一起成為一體，這種層合體獲得的是兩種單獨組分的最差的性能，往往是剛性且易碎的。還已知，粘結(jié)強(qiáng)度太大會限制在無形成針眼風(fēng)險前提下的拉伸量。簡而言之，若膜和織物之間的粘結(jié)太大，拉伸膜有時會在脫層之前破裂，留下針眼。
微孔膜以及微孔膜和非織造織物的復(fù)合體的性能和外觀仍需要不斷改進(jìn)。尤其是，需要改進(jìn)微孔膜以及微孔膜/織物復(fù)合體的制備方法，以獲得更高的透氣性，同時避免針眼和其它功能性和美觀性缺陷。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個實施方案提供了一種制備微孔性層合片材的方法，該微孔性層合片材包括第一膜層和第二層，該方法包括(a)將第一膜層和第二層相結(jié)合以形成層合片材，所述第一膜層包括孔引發(fā)劑(pore initiator)；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對層合片材進(jìn)行拉伸。
在一個實施方案中，第二層包括織物層。在另一個實施方案中，第二層包括含有孔引發(fā)劑的另一膜層。在該方法一個具體的實施方案中，層合片材可以用至少一個縱向取向(MDO)拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后用至少一個橫向(CD)嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。CD嚙合拉伸機(jī)的嚙合深度(engagement depth)可以從約0.025至約0.1英寸，MDO拉伸比可以在約1.1∶1至約4∶1的范圍內(nèi)。
膜層可由熱塑性組合物形成。當(dāng)?shù)诙邮强椢飼r，將膜層與織物層結(jié)合的步驟可包括將熱塑性組合物擠出到所述織物層上。例如，可以擠出熱塑性組合物使其與織物層一起進(jìn)入到鑄型膠輥夾膜段(cast roll nip station)，它包括一對其間具有輥隙(nip)的夾輥。
熱塑性組合物可以是聚烯烴基的，包括-至少一種聚丙烯、聚乙烯或者官能化聚烯烴；和-作為孔引發(fā)劑的碳酸鈣。
一種具體的組合物包括-一種或多種聚乙烯；-約40-60％碳酸鈣；-約1-10％一種或多種添加劑，選自顏料、加工助劑、抗氧化劑和聚合改性劑。
層合體第一膜層的基重可以在約10gsm至約40gsm的范圍內(nèi)。
織物層可以是聚烯烴基的非織造材料。例如，織物層可選自紡粘聚丙烯、紡粘聚乙烯和粗梳熱粘合聚丙烯。
織物層的基重可以在約10gsm至30gsm的范圍內(nèi)，所得層合體的水汽透過率大于約500克/米2·天，水壓頭(hydrohead)超過約60cm。
本發(fā)明的另一個實施方案提供了一種制備微孔膜的方法，該方法包括以下步驟(a)擠出由含有孔引發(fā)劑的一種聚合物組合物制成的熱塑性膜；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對該膜進(jìn)行拉伸。
在一個具體的實施方案中，用至少一個縱向取向(MDO)拉伸機(jī)拉伸微孔膜，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后用至少一個橫向(CD)嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。
本發(fā)明的另一個實施方案上提供一種制備微孔性層合片材的方法，該微孔性層合片材包括至少兩層膜層，該方法包括以下步驟(a)使第一膜層和第二膜層結(jié)合以形成層合片材，所述第一膜層包括孔引發(fā)劑；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對該層合片材進(jìn)行拉伸。
在一個具體的實施方案中，每層膜層都由一種熱塑性組合物形成，將第一膜層和第二膜層結(jié)合的步驟包括共擠出這兩種熱塑性組合物。
本發(fā)明還提供了拉伸膜或者膜/織物層合體的設(shè)備，包括CD嚙合拉伸機(jī)和MDO拉伸機(jī)，放置所述CD嚙合拉伸機(jī)和MDO拉伸機(jī)以使得膜或者膜/織物層合體被至少一個縱向取向(MDO)拉伸機(jī)拉伸，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后被至少一個橫向(CD)嚙合拉伸機(jī)拉伸。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明一個實施方案的用于制備層合片材的設(shè)備的示意圖；圖2是本發(fā)明一個實施方案的一對CD嚙合環(huán)形輥的示意圖；圖3是經(jīng)CD嚙合輥拉伸的膜的SEM顯微照片；圖4是經(jīng)MDO拉伸機(jī)拉伸的膜的SEM顯微照片；圖5是先由CD嚙合輥和再由MD嚙合輥拉伸的膜的SEM顯微照片；圖6是先由CD嚙合輥和再由MDO拉伸機(jī)拉伸的膜的SEM顯微照片；圖7是經(jīng)MDO拉伸機(jī)拉伸的A/B/A膜層合體的表面的SEM顯微照片；圖8是經(jīng)MDO拉伸機(jī)拉伸的A/B/A膜層合體的橫截面的SEM顯微照片；圖9是先由CD嚙合輥再由MDO拉伸機(jī)拉伸的A/B/A膜層合體的表面的SEM顯微照片
圖10是先由CD嚙合輥再由MDO拉伸機(jī)拉伸的A/B/A膜層合體的橫截面的SEM顯微照片。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)越的物理性能和美學(xué)性能的微孔膜的制備方法。這些微孔膜可包括單一膜層，也可包括兩層或多層膜層的層合體。這些膜層合體可以例如通過共擠出兩層或多層的熱塑性擠出物來形成。本發(fā)明還提供了一種層合片材的制備方法，該方法包括至少一層微孔膜層和至少一層織物層。該層合片材可通過將微孔膜與織物層結(jié)合而制成?；蛘?，將前體膜與織物層粘合形成層合體，然后拉伸層合體在膜層中獲得微孔性。不論使用何種技術(shù)，所得的具有微孔膜層和織物層的層合片材提供了透氣性的復(fù)合體，可用于多種最終用途，特別是那些要求復(fù)合體不脫層，用作具有高水汽透過率的液體阻隔件，和/或柔軟和衣服質(zhì)感的場合(例如用于衛(wèi)生用品，如尿片底片)。
本申請人發(fā)現(xiàn)，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇拉伸方法，可以制得具有改進(jìn)性能的微孔膜和層合體。特別是，通過用CD嚙合環(huán)形輥和MDO拉伸機(jī)依次拉伸膜或?qū)雍象w，可制得性能被出人意料地改進(jìn)的微孔膜和層合體。除非另外指出，術(shù)語“層合體”指包括兩層或多層膜層的膜層合體，以及包括至少一層膜層和至少一層織物層的膜/織物層合體。
在一個實施方案中，制備膜/織物復(fù)合體，然后拉伸以獲得微孔性。將能被活化以產(chǎn)生微孔性的聚合物組合物擠出涂覆在織物上，然后用本文所述方法拉伸，形成透氣性復(fù)合體，它可令人滿意地用于許多最終用途，例如具有高水汽透過率的液體阻隔件。
微孔性透氣膜或者層合體最好是具有高WVTR和低針眼發(fā)生率的綜合性能。獲得該綜合性能的最優(yōu)孔徑分布是高頻率的小孔洞。對僅用CD嚙合裝置拉伸的膜樣品進(jìn)行的掃描電子顯微鏡(SEM)分析(參見圖3)揭示了由于與膜物理接觸的金屬輥的性質(zhì)，孔洞位于沿縱向運行的道的特定位置。當(dāng)該膜稍后用MD嚙合裝置拉伸時(參見圖5)，由CD嚙合裝置形成的孔洞被拉大了，但幾乎沒有形成新的孔洞。因此，CD嚙合之后進(jìn)行MD嚙合并不是最佳的方法。然而，當(dāng)采用CD嚙合接著用MDO拉伸對膜進(jìn)行加工時(參見圖6)，結(jié)果大大改進(jìn)，在僅進(jìn)行CD嚙合之后沒有孔洞的道上，容易地產(chǎn)生了新的孔洞。由于膜通常要被拉伸至獲得所需的WVTR，這一CD嚙合加上MDO的技術(shù)能通過產(chǎn)生更大量較小孔洞而獲得高WVTR，同時針眼率低。如果試圖僅采用CD嚙合或者僅采用MDO拉伸來獲得相同程度的WVTR，針眼會更加頻繁。
本發(fā)明的方法還可用來由任何能成膜且包括分散于其中的孔引發(fā)劑(例如無機(jī)填料)的合適聚合物(或者聚合物的混合物)來形成微孔膜(以及多膜層的層合體)。該聚合物組合物具有一種或多種分散于其中的孔引發(fā)劑，形成膜，例如采用擠出形成連續(xù)的膜。然后，用一個或多個橫向(CD)嚙合拉伸機(jī)以及一個或多個縱向取向(MD)拉伸機(jī)對所得膜進(jìn)行拉伸。在一個實施方案中，用MDO拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸，緊挨著該拉伸之前或者緊接著該拉伸之后，用CD嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。如本文所述，術(shù)語“緊挨著……之前”和“緊接著……之后”僅指在用CD嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸和用MDO拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸之間不進(jìn)行其它拉伸。還能想到，在這一順序之前或之后還可使用其它類型的拉伸機(jī)。還可以想到，僅用一個或多個CD嚙合拉伸機(jī)以及一個或多個MDO拉伸機(jī)對膜進(jìn)行拉伸。
申請人發(fā)現(xiàn)，與僅用CD嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸獲得的膜(參見圖3)、僅用MDO拉伸機(jī)獲得的膜(參見圖4)或者用CD嚙合拉伸機(jī)加上隨后的MD嚙合拉伸機(jī)獲得的膜(參見圖5)相比，通過使用CD嚙合拉伸和MDO拉伸的組合，所得的微孔數(shù)目更多，尺寸和形狀更小且更均勻(參見圖6)。
為了形成微孔膜/織物層合體，在如上所述制得微孔膜之后，該微孔膜可以與一層或多層織物層相結(jié)合，形成層合結(jié)構(gòu)。或者，可以先將非微孔性膜與一層或多層織物層相結(jié)合，形成層合結(jié)構(gòu)，然后用上述方式對該層合結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉伸，以使該膜層具有微孔性。該膜和織物層可以通過各種方法互相結(jié)合，例如粘合劑粘合、電磁結(jié)合、熱板結(jié)合和超聲結(jié)合。在一個實施方案中，將含有分散于其中的一種或多種孔引發(fā)劑的成膜聚合物擠出到織物上，形成包括膜層與織物層結(jié)合的層合體。然后，用如上所述的方法對所得的層合片材進(jìn)行拉伸，以使膜具有微孔性。即使當(dāng)擠出涂覆被用來將膜粘合在織物上，還可使用多種附加結(jié)合方法的任一種來改進(jìn)結(jié)合，例如粘合劑粘合、電磁結(jié)合、熱板結(jié)合和超聲結(jié)合。還應(yīng)指出，本發(fā)明的膜/織物層合體可包括任何數(shù)量的膜層和織物層，以任何所需的排列方式進(jìn)行排列。
用來形成膜/織物層合體的相同技術(shù)還可被用來形成包括兩層或多層膜層的膜層合體，其中至少一層膜層是微孔性的。因此，可以將微孔性膜與一層或多層其它膜層相結(jié)合，形成層合結(jié)構(gòu)?；蛘?，可以先將非微孔性膜與一層或多層其它非微孔性膜層相結(jié)合，形成層合結(jié)構(gòu)，然后用上述方式對該層合結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉伸，以使膜層具有微孔性。膜層可以通過各種方法互相結(jié)合，例如粘合劑粘合、電磁結(jié)合、熱板結(jié)合和超聲結(jié)合。膜層合體還可以通過共擠出形成?？梢詫⒕哂蟹稚⒂谄渲械囊环N或多種孔引發(fā)劑的多種成膜用聚合物組合物共擠出，形成包括兩層或多層膜層互相結(jié)合的層合體。然后，用如上所述的方法對所得的層合片材進(jìn)行拉伸，以使膜層具有微孔性。
可以對膜層合體中各膜層的組合物進(jìn)行選擇，以實現(xiàn)各膜層的所需性能，因此各膜層的組合物可以相同或不同。例如，膜層中的一層或多層可包括較多量的孔引發(fā)劑，這樣拉伸時在該層中就能形成更多的孔洞。由此，可以分別控制所得膜層合體中各膜層的性能(如WVTR)。在一個示例性的實施方案中，可形成包括三層微孔層的膜層合體，上述中間層與兩層外層相比具有更少量的填料。
圖1是按照本發(fā)明一個實施方案可用來制備層合片材的設(shè)備的一個實例的示意圖，其中膜層是熱塑性膜，織物層是非織造的纖維卷材。使用圖1的設(shè)備，將非織造片材與熱塑性擠出物一起引入一對輥的夾膜點，由此在擠出過程中將熱塑性膜層合到非織造纖維卷材上。然后用上述方法對所得層合片材進(jìn)行拉伸。如果只需要微孔膜而不需要層合體，那么可以除去輥32上的非織造織物卷材33。同樣，如果需要膜層合體，可以將多個熱塑性擠出物引入到該對輥的夾膜點，從而得到共擠出的膜層合體。
為了制得連續(xù)的層合片材，將膜層的熱塑性組合物加入擠出機(jī)21，經(jīng)過縫形模頭22形成擠出物26(這對應(yīng)于所得層合片材的膜層)。該擠出物26被引入到鑄型膠輥24(通常是金屬輥)和支承輥25(通常為橡膠輥)之間的夾膜點(″鑄型段夾膜點(cast station nip)″)。噴氣刮刀23可用來幫助消除拉伸共振，例如在美國專利4,626,574所述的拉伸共振?；蛘撸梢允褂妹绹鴮＠暾?9/489,095(申請日為2000年1月20日)中描述的空氣冷卻裝置來防止拉伸共振。來自輥32的非織造織物卷材33被拉到輥25和24之間的鑄型段夾膜點。在該夾膜點，織物33被剛從縫形模頭22中出來的熔融膜(或擠出物)26所擠出涂覆。實際上，在擠出層合過程中纖維埋入了膜中并被膜所包封。
當(dāng)層合片材離開輥24和25之間的夾膜點之后，層合片材再在兩個或多個拉伸段進(jìn)行拉伸。在一個實施方案中，用一個或多個CD嚙合拉伸機(jī)以及一個或多個MDO拉伸機(jī)對層合片材進(jìn)行拉伸，其中緊挨著MDO拉伸機(jī)之一拉伸該片材之前或者緊接其后，用CD嚙合拉伸機(jī)之一對該片材進(jìn)行拉伸。此外可具有一個或多個溫度受控的輥(例如輥45)，以在拉伸之前加熱該層合體。
在圖1的實施方案中，在第一拉伸段28提供CD嚙合拉伸機(jī)，在第二拉伸段29提供MDO拉伸機(jī)。CD嚙合拉伸機(jī)通常包括一對輥，該對輥放置得其間形成夾膜點。因此，位于第一拉伸段28的CD嚙合拉伸機(jī)通常包括增量拉伸輥30和31。拉伸輥30和31可具有多種結(jié)構(gòu)的任一種，圖2是CD嚙合環(huán)形輥30和31的一個示例性實施方案的示意圖。每個環(huán)形輥具有平行于輥的周線環(huán)繞著輥表面延伸的許多個凹槽。當(dāng)兩個輥緊密嚙合時，一個輥上的凹槽會與另一個輥上的凹槽互相嚙合。當(dāng)膜或?qū)雍象w經(jīng)過兩輥之間時，膜或?qū)雍象w會被橫向增量拉伸，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的。
在圖2的示例性實施方案中，每個增量拉伸輥(或“環(huán)形輥”)大致包括圓筒形輥柱37和固定在輥柱37外周上的許多個環(huán)形環(huán)38。環(huán)形環(huán)38通常沿輥柱37的長度方向均勻間隔。然而，拉伸輥30上的環(huán)與拉伸輥31上的環(huán)偏移一定量，以使得當(dāng)兩個輥上的環(huán)如圖2所示放到一起時，拉伸輥30的環(huán)(以及其間的凹槽)能夠與拉伸輥31的環(huán)(以及其間的凹槽)相嚙合。這樣，當(dāng)層合片材經(jīng)過拉伸輥30和31之間時，層合片材會被橫向(即垂直于圖1設(shè)備的加工方向)增量拉伸。
在一個示例性的實施方案中，環(huán)形輥的軸可位于兩塊機(jī)器側(cè)板之間，下軸位于固定軸承中，上軸位于可垂直滑動部件的軸承中。該可滑動部件可通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整楔形部件而在垂直方向加以調(diào)節(jié)。將楔形部件旋出或旋進(jìn)將使可垂直滑動部件移下或移上，從而進(jìn)一步嚙合或脫開上嚙合輥和下嚙合輥的齒輪狀的齒。安裝于側(cè)框的測微計可用來指示嚙合輥齒嚙合的深度。
可使用氣缸來將可滑動部件保持在其較低的嚙合位置牢牢地抵住楔形部件，以對抗拉伸材料時施加的向上力。也可以撤走這些氣缸，使上嚙合輥和下嚙合輥互相脫離，用來使材料穿過該嚙合設(shè)備或者與安全電路結(jié)合，該安全電路在激活時能打開所有的機(jī)器交咬點(machine nip points)。
由于CD嚙合部件通常能具有大的嚙合深度，因此該裝置需要包括一個裝置使兩個嚙合輥的兩根軸在上軸上升或下降時保持平行。這能確保一個嚙合輥的齒總落在另一個嚙合輥的齒之間，這樣避免了嚙合齒之間可能引起損害的物理接觸。該平行運動可以通過安置齒條和齒輪加以實現(xiàn)，其中在與可垂直滑動部件毗鄰的每個側(cè)框上安裝一根固定的齒條。一根軸橫穿側(cè)框，在每個可垂直滑動部件的軸承內(nèi)工作。該軸的兩端各有一個齒輪，齒輪與齒條嚙合工作得到所需的平行運動。
CD嚙合拉伸機(jī)的驅(qū)動通常使上嚙合輥和下嚙合輥運轉(zhuǎn)，除非材料的嚙合拉伸具有較高的磨擦系數(shù)。然而，驅(qū)動不必是無間隙的，因為少量的縱向未對準(zhǔn)或驅(qū)動滑移不會產(chǎn)生問題。其中的原因從對CD嚙合部件的描述可以知道。
在圖2的示例性實施方案中，CD嚙合部件可由實心材料加工制得，但其最恰當(dāng)?shù)拿枋鍪莾煞N不同直徑圓盤的交替堆疊物。在一個實施方案中，嚙合圓盤具有6″的直徑和0.031″的厚度，在其邊緣具有全部半徑。將嚙合圓盤隔開的間隔圓盤具有51/2″的直徑和0.069″的厚度。該構(gòu)形的兩輥能夠嚙合至最多0.231″，在所有側(cè)面上為材料留有0.019″間隙。該CD嚙合部件的構(gòu)造具有0.100″的齒距?；蛘?，CD嚙合輥可包括圓筒形輥柱，環(huán)繞輥柱周邊延伸有一系列的環(huán)狀環(huán)。
盡管上述CD嚙合輥能具有較大的嚙合深度，該嚙合深度優(yōu)選是在約0.025至約0.1英寸之間，更優(yōu)選是在約0.04至約0.075英寸之間。該嚙合深度可避免對膜的損壞。
在圖1的示例性實施方案中，在經(jīng)過CD嚙合輥之后，膜或復(fù)合體移動經(jīng)過第二拉伸段29，該段包括MDO拉伸機(jī)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的典型MDO拉伸裝置可能相當(dāng)復(fù)雜，但其原理則是簡單的。膜或者膜/織物復(fù)合體可以從兩對輥的夾膜點之間經(jīng)過。然而，第二對輥的轉(zhuǎn)速快于第一對輥，以使得膜或者膜/織物復(fù)合體被第二對輥牽拉，從而沿縱向被拉伸。
在MDO拉伸裝置的一些輥組件中，可以加熱一個或多個輥來促進(jìn)拉伸過程?；蛘?，可包括單獨的加熱輥，從而至少有一個輥組件可包括三個輥。在這種配置中，第一輥是內(nèi)加熱輥，在送到夾膜點之前加熱該膜或復(fù)合體。該第一加熱輥不與輥組件的任何其它輥發(fā)生物理接觸。第二輥包覆有彈性材料(如橡膠)以使其能與金屬第三輥夾緊(即物理接觸)且不造成損壞。這兩個互相接觸的輥中通常只有一個輥被驅(qū)動，例如金屬第三輥。但由于這兩個輥之間互相接觸，非驅(qū)動輥也會旋轉(zhuǎn)。盡管根據(jù)需要可以驅(qū)動互相接觸的兩個輥，但這一配置要求更精確的速度控制。
在圖1的示例性實施方案中，在第二拉伸段29提供MDO拉伸機(jī)。MDO拉伸機(jī)的第一輥組件包括加熱輥50、包覆的第二輥51和金屬第三輥52(該輥被驅(qū)動)。膜或復(fù)合體經(jīng)過輥51和52之間的夾膜點。圖1中MDO拉伸機(jī)的第二輥組件類似于第一輥組件，但第二輥組件僅包括包覆的輥61和驅(qū)動的金屬輥62(沒有額外的加熱輥)。膜或復(fù)合體經(jīng)過輥61和62之間的夾膜點。
操作時閉合MDO拉伸機(jī)的兩個夾輥。膜或復(fù)合體被夾在輥51和52以及輥61和62之間。但以比輥51和52更快的圓周速度驅(qū)動輥61和62，由此膜或復(fù)合體在兩個夾輥之間的空氣間隙中被拉伸。典型的空氣間隙尺寸在約0.005″至約0.550″的范圍內(nèi)，或者在約0.005″至約0.050″的范圍內(nèi)。
在MDO拉伸機(jī)中，“MDO拉伸比”被定義為第二對輥的速度與第一輥的速度的比。在圖1的實施方案中，MDO拉伸比是輥62的速度與輥52的速度的比。在一個實施方案中，MDO拉伸比優(yōu)選是在約1.1∶1至約4∶1的范圍內(nèi)，更優(yōu)選約為2∶1。該MDO拉伸比可避免對膜的損壞。膜或復(fù)合體在離開MDO拉伸機(jī)之后，與其初始尺寸相比更長且更薄。
本發(fā)明的設(shè)備和方法特別適合于制備包括至少一層微孔性膜層和至少一層織物層的層合片材。擠出引入到夾輥中的膜組合物可包括填料顆粒(孔引發(fā)劑)以使得當(dāng)層合片材被拉伸時在膜層中填料顆粒的位置上形成微孔?？椢飳涌砂ɡ缛嗽於汤w維或紡粘長絲的非織造纖維卷材。此外，由CD嚙合拉伸提供的增量拉伸使復(fù)合體具有非常柔軟的纖維表面，看上去象布料。該增量或嚙合拉伸的結(jié)果是獲得透氣性和液體阻隔性均優(yōu)良且具有柔軟布質(zhì)織構(gòu)的復(fù)合體。
膜和復(fù)合體的材料用于制備微孔膜的工藝是本領(lǐng)域已知的。將細(xì)碎的無機(jī)填料(如碳酸鈣或其它鹽)顆?；烊牒线m的聚合物中，形成含填料的聚合物膜，拉伸該聚合物膜以獲得微孔性和透氣性，由此制得微孔膜。
微孔膜通常用存在的孔洞尺寸來表征。等效直徑(equivalent diameter)在0.01至0.25微米范圍內(nèi)孔洞被認(rèn)為能防止非潤濕性液體流過。如果這些孔洞的頻率足夠高，微孔膜材料就能大量透過水汽而保持對液體水的有效阻隔。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，膜(包括膜/織物復(fù)合體的膜層和膜層合體的各膜層)可包括聚烯烴基組合物，例如一種或多種聚丙烯、聚乙烯、官能化聚烯烴或者它們的組合。一種合適的組合物包括一種或多種聚乙烯(如LLDPE和LDPE的共混物)和孔引發(fā)劑的混合物。所用各種聚乙烯的種類和用量很大程度上取決于膜或?qū)雍象w的預(yù)期用途。在一個實施方案中可包括約40-60％孔引發(fā)劑。例如，在本發(fā)明的一個實施方案中，膜的具體制劑可如下獲得先熔融共混包括以下組分的組合物
(a)約35-45重量％線型低密度聚乙烯(″LLDPE″)，(b)約3-10重量％低密度聚乙烯(″LDPE″)，(c)約40-60重量％碳酸鈣填料顆粒(例如表面涂有脂肪酸的碳酸鈣)，和(d)可任選的約1-10重量％一種或多種以下添加劑顏料、加工助劑、抗氧化劑和聚合改性劑。
上述組合物可擠出到兩個輥(例如前述輥24和25)之間的夾膜點，以約550fpm至約1200fpm(或更快)的速度成膜，沒有拉伸共振。在一個實施方案中，所得膜層可具有在約10-40gsm(g/m2)的基重，更好是約20-30gsm。所得膜然后可以用前述方式進(jìn)行拉伸。
一種具體是膜組合物可包含約51重量％聚乙烯、約44重量％碳酸鈣填料顆粒(平均粒度約為1微米)。聚乙烯可以是LLDPE和LDPE的共混物，其各自用量取決于膜或?qū)雍象w的預(yù)期用途，包括所需的美學(xué)和物理性能(包括諸如懸垂性和表面觸感等性能)。在一些例子中，較好可以包括高密度聚乙烯以增加剛性。膜的顏色(白度)可通過包括一種或多種顏料進(jìn)行控制。例如，白色膜包括最多約4重量％二氧化鈦。還可加入約0.1-0.5重量％的加工助劑，例如氟烴聚合物，如1，1，2，3，3，3-六氟-1-丙烯與1，1-二氟乙烯的共聚物。還可加入抗氧化劑，例如Irganox 1010和Irgafos 168，用量為總濃度的約500-4000ppm。
盡管上述膜組合物可以用本文所述拉伸方法形成微孔膜，還可以將膜層(如由上述組合物形成的膜層)與織物層或另一膜層結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。在與織物層或另一膜層結(jié)合之前可通過拉伸賦予該膜層微孔性?；蛘?，可以將上述組合物的未拉伸膜層與織物層或另一膜層結(jié)合，然后拉伸所得復(fù)合結(jié)構(gòu)使一層或多層膜層具有微孔性。
在另一個方案中，可以將織物層與擠出物一起送入兩個輥(例如前述輥24和25)之間的夾膜點。這樣，構(gòu)成膜層的聚合物組合物就擠出到織物層上。然后，用前述方法拉伸所得層合片材，獲得具有微孔膜層和織物層的層合片材。在一個實施方案中，本文所述的各種層合結(jié)構(gòu)的織物層的基重約為10-30gsm，乃至15-25gsm。層合體的WVTR可以是大于約500克/米2·天，層合體的水壓頭可超過約60cm(由使層合體產(chǎn)生滲漏的最小水柱高度來表征)。在一個實施方案中，WVTR可超過約1000克/米2·天，乃至超過約3000克/米2·天。
類似地，可以將兩種或多種擠出物送入兩個輥(例如前述輥24和25)之間的夾膜點。這樣，聚合物組合物被共擠出，形成兩層或多層膜層的層合體。然后用前述方法拉伸所得層合片材，得到具有兩層或多層微孔膜層的層合片材。
合適的織物層包括天然或合成纖維或長絲，粘結(jié)或以其它方式固結(jié)成片材結(jié)構(gòu)。合適的織物包括織造織物和非織造織物，例如紡絲熔融(spunmelt)、射流噴網(wǎng)、粗梳、熱粘合或粘合劑粘合的織物片材?？捎玫目椢锢绨徴尘郾?、紡粘聚乙烯、以及粗梳熱粘合聚丙烯。
測試方法本發(fā)明制得的膜和層合片材的性能可以用多種方法來測量。例如，水汽透過率(″WVTR″)可根據(jù)ASTM E 96“材料水汽透過率的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法”來進(jìn)行測量。將已知量的干燥劑放入杯狀容器，用樣品以扣環(huán)和墊圈密封，將其置于恒定溫度(40℃)和濕度(75％RH)的室中5小時。用重量法測定干燥劑所吸收的濕氣量，用于估算樣品的WVTR(單位是g/m2·24hr)。
可以用ASTM E 1294-89“采用自動化液體孔隙率計進(jìn)行膜濾器孔徑大小表征的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法”來測量最大孔徑(MPS)。該方法采用液體置換技術(shù)測量微孔膜和層合片材的MPS(單位是微米)，該技術(shù)依靠表面張力所產(chǎn)生的毛細(xì)管上升，使用Washburn方程式計算孔徑。
針眼數(shù)目可以用Clopay針眼試驗方法(HCTM-02)來測定，該方法測量經(jīng)涂覆和層合的織物抵抗醇溶液(100ml 70％異丙醇和1.0ml紅色食用染料)滲透的能力。該試驗如下進(jìn)行使大約6平方英尺的復(fù)合體的樣品膜一面暴露于72毫升的上述醇溶液，用刷子將該溶液均勻地鋪展開以覆蓋樣品上用線劃出的區(qū)域。使該溶液停留10分鐘，然后用餐巾紙拍干。將該樣品反轉(zhuǎn)過來，對染料痕跡計數(shù)。記錄測試區(qū)域中的針眼數(shù)目。
實施例以下實施例說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案制備膜、膜層合體和膜/織物層合體的一種方法。按照這些實施例以及進(jìn)一步詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明范圍的情況下顯然能對本發(fā)明作出改動。這些實施例只是向本領(lǐng)域技術(shù)人員表明如何應(yīng)用本發(fā)明的原理。這些實施例決不限制權(quán)利要求書的范圍。
在以下實施例中，使用類似于圖1所示的設(shè)備。然而，在實施例1中，僅形成微孔膜而不是層合體，故不使用輥32上的非織造織物片材以及形成鑄型段夾膜點的輥24和25。
實施例1將含有50％碳酸鈣、47％聚乙烯樹脂和3％二氧化鈦的膜制劑用標(biāo)準(zhǔn)流延膜設(shè)備和工藝條件進(jìn)行擠出。設(shè)定擠出機(jī)速度和線速度以使得制備45g/m2的膜。這就是膜1A。將膜1A送過一對CD嚙合環(huán)形輥，該環(huán)形輥每隔0.100英寸具有環(huán)，由此得到膜1B。圖3是膜1B的顯微照片。將膜1A僅送過MDO拉伸機(jī)，得到膜1C，其顯微照片見圖4。用CD嚙合環(huán)形輥和MDO拉伸機(jī)拉伸膜1A，得到膜1D。膜1D的最終厚度是使得對于約2∶1的MDO拉伸比而言膜的基重約為23g/m2。圖6是膜1D的顯微照片。為了比較，還將膜1A先用CD嚙合機(jī)再用MD(縱向)嚙合機(jī)拉伸，得到膜1E，其顯微照片示于圖5。
表1所示的物理性能結(jié)果表示上述膜在上文指出的CD嚙合輥嚙合深度和MDO拉伸機(jī)進(jìn)出拉伸比條件下的典型數(shù)據(jù)。如表中指出，先用CD嚙合輥拉伸再用MDO拉伸機(jī)拉伸得到的膜的性能要優(yōu)于其它方案。圖3至圖6的顯微照片也證實，本發(fā)明的拉伸方法能得到大量小直徑的圓孔，它能提供優(yōu)于其它膜的高M(jìn)VTR(或WVTR)。表1記錄的“空氣流量”測量值如下獲得在膜上施加高壓空氣，測量在一段短時間(5秒)內(nèi)經(jīng)過膜的空氣流量。
表1
實施例2將含有50％碳酸鈣、47％聚乙烯樹脂和3％二氧化鈦的膜制劑用標(biāo)準(zhǔn)流延膜設(shè)備和工藝條件進(jìn)行擠出。將20g/m2的熱點粘合粗梳聚丙烯片材從退卷裝置穿入到鑄型段夾膜點，以使其在運行條件期間與熔融膜物流接觸。設(shè)定擠出機(jī)速度和線速度以使40g/m2膜層加入到織物，由此產(chǎn)生層合體2A。然后，將膜/織物層合體2A送過CD嚙合環(huán)形輥(每隔0.100英寸具有環(huán))，制得層合體2B。將層合體2A僅送過MDO拉伸機(jī)，得到層合體2C。用CD嚙合環(huán)形輥和MDO拉伸機(jī)拉伸層合體2A，得到層合體2D。為了比較，還將層合體2A先用CD嚙合機(jī)再用MD(縱向)嚙合機(jī)拉伸，得到層合體2E。表2所示的物理性能結(jié)果表示上述層合體在上文指出的CD嚙合輥嚙合深度和MDO拉伸機(jī)進(jìn)出拉伸比條件下的典型數(shù)據(jù)。如表中指出，先用CD嚙合輥拉伸再用MDO拉伸機(jī)拉伸得到的層合體的性能要優(yōu)于其它方案。
表2
實施例3用標(biāo)準(zhǔn)流延膜設(shè)備和工藝條件制備共擠出的膜層合體，它包括三層膜層(A/B/A)，基重為85g/m2。用于第一層和第三層的聚合物組合物含有57％碳酸鈣和43％聚乙烯樹脂，基重為30g/m2。用于中間層的聚合物組合物包含54％碳酸鈣和46％聚乙烯樹脂，基重為25g/m2。三層均不含二氧化鈦。該樣品被定義為膜3A。將膜3A只經(jīng)過MDO拉伸機(jī)，于215F、以拉伸比為2.5、拉伸間隙(stretch gap)為5密耳進(jìn)行MDO拉伸，得到膜3B，其表面的顯微照片示于圖7，其橫截面的顯微照片示于圖8。先用CD嚙合機(jī)拉伸再用MDO機(jī)拉伸膜3A，CD嚙合拉伸于75F、以0.040″的嚙合深度進(jìn)行，MDO拉伸于215F、以拉伸比為2.0和拉伸間隙為5密耳進(jìn)行，得到膜3C，其表面的顯微照片示于表9，其橫截面的顯微照片示于圖10。
表3示出了膜3A、3B和3C的物理性能結(jié)果。由該表可知，先進(jìn)行CD嚙合輥拉伸再進(jìn)行MDO拉伸機(jī)拉伸得到的膜的性能優(yōu)于僅用MDO拉伸機(jī)拉伸的膜。圖7-10的顯微照片也證實，本發(fā)明的拉伸方法能得到大量的小直徑圓孔，它能提供優(yōu)于其它膜的高M(jìn)VTR(或WVTR)。
權(quán)利要求
1.一種制備微孔性層合片材的方法，該微孔性層合片材包括第一膜層和第二層，該方法包括(a)將第一膜層和第二層相結(jié)合以形成層合片材，所述第一膜層包括孔引發(fā)劑；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對所述層合片材進(jìn)行拉伸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二層包括織物層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二層包括含有孔引發(fā)劑的另一膜層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用至少一個縱向取向拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸所述層合片材，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述橫向嚙合拉伸機(jī)的嚙合深度約為0.025-0.1英寸，縱向取向拉伸比在約1.1∶1至約4∶1的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述膜層可由熱塑性組合物形成，將膜層與織物層結(jié)合的所述步驟包括將所述熱塑性組合物擠出到所述織物層上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于擠出所述熱塑性組合物使其與所述織物層一起進(jìn)入到鑄型膠輥夾膜段，所述鑄型膠輥夾膜段包括一對其間具有輥隙的夾輥。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述熱塑性組合物是聚烯烴基的，它包括-至少一種聚丙烯、聚乙烯或者官能化聚烯烴；和-作為孔引發(fā)劑的碳酸鈣。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述熱塑性組合物是聚烯烴基的，它包括-一種或多種聚乙烯；-約40-60％碳酸鈣；-約1-10％一種或多種選自顏料、加工助劑、抗氧化劑和聚合改性劑的添加劑。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于層合片材的第一膜層的基重在約10-40gsm的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述織物層是聚烯烴基非織造材料。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述織物層選自紡粘聚丙烯、紡粘聚乙烯和粗梳熱粘合聚丙烯。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述織物層的基重在約10-30gsm的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述層合片材的水汽透過率大于約500克/米2·天，水壓頭超過約60cm。
15.一種制備微孔膜的方法，該方法包括以下步驟(a)擠出由含有孔引發(fā)劑的一種聚合物組合物制成的熱塑性膜；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對該膜進(jìn)行拉伸。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于用至少一個縱向取向拉伸機(jī)拉伸所述微孔膜，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述橫向嚙合拉伸機(jī)的嚙合深度約為0.025-0.1英寸，縱向取向拉伸比在約1.1∶1至約4∶1的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述聚合物組合物是聚烯烴基的，它包括-至少一種聚丙烯、聚乙烯或者官能化聚烯烴；和-作為孔引發(fā)劑的碳酸鈣。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述聚合物組合物是聚烯烴基的，它包括-一種或多種聚乙烯；-約40-60％碳酸鈣；-約1-10％一種或多種選自顏料、加工助劑、抗氧化劑和聚合改性劑的添加劑。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于層合片材的膜層的基重在約10-40gsm的范圍內(nèi)。
21.一種制備微孔性層合片材的方法，該微孔性層合片材包括至少兩層膜層，該方法包括(a)使第一膜層和第二膜層結(jié)合以形成層合片材，所述第一膜層包括孔引發(fā)劑；(b)用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)對該層合片材進(jìn)行拉伸。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于每層所述膜層都由熱塑性組合物形成，將第一膜層和第二膜層結(jié)合的步驟包括共擠出所述每層膜層的熱塑性組合物。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于每種所述熱塑性組合物都是聚烯烴基的，它包括-至少一種聚丙烯、聚乙烯或者官能化聚烯烴；和-作為孔引發(fā)劑的碳酸鈣。
24.一種用于拉伸膜或者膜/織物層合體的設(shè)備，包括橫向嚙合拉伸機(jī)和縱向取向拉伸機(jī)，放置所述橫向嚙合拉伸機(jī)和所述縱向取向拉伸機(jī)以使得膜或者膜/織物層合體被所述縱向取向拉伸機(jī)拉伸，緊挨著該拉伸之前或者緊接該拉伸之后被所述橫向嚙合拉伸機(jī)拉伸。
全文摘要
公開了一種制備微孔性層合片材的方法，該微孔性層合片材包括第一膜層和第二層，第一膜層包括孔引發(fā)劑，與第二層粘合形成層合片材。然后，用至少一個橫向嚙合拉伸機(jī)(28)和至少一個縱向取向拉伸機(jī)(29)對層合片材進(jìn)行拉伸。還提供了制備微孔膜層合體的方法，以及用于拉伸膜或?qū)雍象w的設(shè)備。
文檔編號B29C55/12GK1638945SQ03804394
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者L·H·麥克阿米斯, K·L·利利 申請人:克洛佩塑料產(chǎn)品公司