多层非织造材料的制作方法
【专利说明】多层非织造材料
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No. 61/802, 005的优先权， 在本文中为了所有目的将其通过参考引入。 发明领域
[0003] 本发明公开的主题涉及多层非织造材料，它可用在宽范围的应用中，其中包括但 不限于，吸收产品，擦拭物，过滤产品，和个人护理产品，例如妇女护理产品和成人失禁产 品。在尤其需要的性能当中，本发明公开的非织造材料提供改进的拉伸或伸长率，悬垂性， 可捕获性，分布，和保留品质。
[0004] 发明背景
[0005] 非织造材料因各种用途是本领域中熟知的。具体地，非织造材料用于各种应用，其 中包括妇女护理产品，可分散的擦拭物（dispersiblewipe)和类似物。在一个范围的消费 产品中使用纤维素或纤维素纤维是熟知的。例如，可在纸产品，其中包括袋子，标签，毛巾 料，纸巾，地图纸，纸样，餐巾，广告纸，滤纸中，和在许多其他等级或用途的纸张中使用。纤 维素纤维还用于一次性吸收产品的结构或组件，例如尿布衬里，尿布包片，尿布吸收结构， 妇女卫生巾包片，和一次性医院床垫等中。
[0006] 随着时间流逝，做出了持续改进，其中包括例如增加吸收同时制造较薄的材料，或 者改进可分散性同时保留吸收能力。对于制造者和消费者二者来说，计划于更加成本合算 的产品，作出许多这些改进。
[0007] 尽管迄今为止在非织造结构中作出了各种改进，但在本领域中仍然需要平衡以上 所述的所有所需特征的非织造材料。所公开的主题尤其解决了这些需求。
[0008] 发明概述
[0009] 本发明公开的主题有利地提供经济的非织造材料，尤其视需要，其具有改进的拉 伸或伸长率，悬垂性，可捕获性，分布，和保留品质。
[0010] 根据所公开的主题的一个方面，提供多层非织造材料。该多层材料包括含连续长 丝的第一层，和与第一层相邻的含纤维的第二层。非织造材料的峰值负载伸长率小于总伸 长率的一半。连续长丝可以是粘结的连续长丝。可例如通过水力缠结或热粘结，将连续长 丝粘结在一起。
[0011] 根据所公开的主题的例举的实施方案，可使用气流成网工艺或湿法成网工艺形成 纤维。可用图案压花非织造材料。非织造材料也可包括表面处理剂用以改进润湿性。功能 性添加剂，例如超吸收剂颗粒，气味控制剂，抗微生物剂，或阻燃剂也可包括在非织造材料 内。
[0012] 在第一层内的连续长丝可以是例如合成长丝。根据所公开的主题的例举实施方 案，合成长丝可以是例如聚丙烯，聚乙烯或聚酯。根据所公开的主题的其他实施方案，连续 长丝可以是双组分长丝，天然聚合物长丝，或再生纤维素长丝。连续长丝可以是例如纺粘长 丝或熔喷长丝。
[0013] 在第二层内的纤维可以是例如纤维素纤维。根据所公开的主题的例举实施方案， 纤维素纤维可以是例如碳纤维，或木浆纤维。在其他实施方案中，纤维可以是再生纤维素纤 维或合成纤维。该纤维可以是短纤维。根据所公开的主题的某些实施方案，可用粘合剂粘 结纤维。
[0014] 根据所公开的主题的实施方案，多层非织造材料可包括含粘结的连续长丝的至少 一层或多层额外的层。或者或另外，非织造材料可包括含粘结纤维的一层或多层。可使用 粘合剂，将第一层粘结到第二层上。
[0015] 在另一方面中，所公开的主题提供擦拭物。该擦拭物包括多层非织造材料，所述多 层非织造材料具有含连续长丝的第一层，和与第一层相邻的含粘结纤维的第二层。该多层 非织造材料的峰值负载伸长率小于总伸长率的一半。该擦拭物可以是例如干擦拭物，湿擦 拭物，个人护理擦拭物，或工业擦拭物。
[0016] 根据所公开的主题的另一方面，提供一种个人护理产品。该个人护理产品包括多 层非织造材料，所述多层非织造材料具有含连续长丝的第一层，和与第一层相邻的含粘结 纤维的第二层。该多层非织造材料的峰值负载伸长率小于总伸长率的一半。该个人护理产 品可以是例如尿布，妇女护理产品，或成人失禁产品。
[0017] 根据所公开的主题的另一方面，提供一种形成多层非织造材料的方法。该方法包 括生产含连续长丝的第一层，生产含粘结纤维的第二层，和将第一层粘结到第二层上。
[0018] 可例如通过纺粘或熔喷，生产第一层。第一层的生产可包括通过水力缠结或热粘 结，来粘结连续长丝。
[0019] 可例如通过使用气流成网法或湿法成网法，生产第二层。功能性添加剂可以加入 到非织造材料中。根据所公开的书体的实施方案，该方法也可包括用图案压花非织造材料。 该非织造材料也可用表面处理剂处理，以改进润湿性。
[0020] 要理解，前述一般说明和下述详细说明二者均是例举且意欲提供所公开主题的进 一步说明。
[0021] 包括附图，以阐述并提供所公开主题的进一步理解，所述附图被引入到本说明书 中并构成本说明书的一部分。
[0022] 附图简述
[0023] 图1描绘了具有三层的多层擦拭物结构的非限制性实例。第一层含有粘结的纤维 素纤维。第二层含有粘结的合成长丝。第三层含有粘结的纤维素纤维。
[0024] 图2A-2C描绘了由所公开的主题考虑的结构的非限制性实例。图2A提供了流体 捕获的结构实例。图2B提供了流体保留的结构实例。图2C提供吸收剂结构的实例。
[0025] 图3描绘了制造本发明公开主题的非织造材料的非限制性方法的示意图。
[0026] 图4阐述了例举的三层非织造材料的改进的捕获性能。
[0027] 图5阐述了根据所公开的主题，制造多层结构的方法的例举实施方案的工艺示意 图。
[0028] 图6是比较根据所公开的主题的多层结构的例举实施方案的液体捕获时间相对 于常规捕获层的液体捕获时间的图表。
[0029] 图7是比较在致密化之前和之后，根据所公开的主题的多层结构的例举实施方案 的液体捕获时间的图表。
[0030] 图8是比较在致密化之前和之后，根据所公开的主题的多层结构的例举实施方案 的染色（stain)长度的图表。
[0031] 图9是比较根据所公开的主题的多层结构的例举实施方案的液体捕获时间相对 于常规捕获层的液体捕获时间的图表。
[0032] 图10是显示常规气流成网法的应力-应变曲线的图表。
[0033] 图11是显示连续长丝的非织造纤维网的应力-应变曲线的图表。
[0034] 图12是显示常规的湿法成网纤维网和常规梳理的纤维网的应力-应变曲线的图 表。
[0035] 图13是显示根据所公开的主题的三层非织造结构的例举实施方案的应力-应变 曲线的图表。
[0036] 图14是显示根据所公开的主题的三层非织造结构的例举实施方案在润湿之后的 应力-应变曲线的图表。
[0037] 图15是显示根据所公开的主题的三层非织造结构的例举实施方案在润湿之前和 之后的应力-应变曲线的图表。
[0038] 图16是比较含超吸收剂粉末的非织造纤维网的例举实施方案的应力-应变曲线 相对于含超吸收剂粉末的常规气流成网非织造纤维网的应力-应变曲线的图表。
[0039] 图17是显示根据所公开的主题的两层非织造结构的例举实施方案的应力-应变 曲线相对于常规可商购的气流成网结构的应力-应变曲线的图表。
[0040] 图18是显示根据所公开的主题的三层非织造结构的例举实施方案的应力-应变 曲线的图表。
[0041] 图19是显示常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0042] 图20是显示常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0043] 图21是显示常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0044] 图22是比较在纵向（MD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线相对于 在横向（CD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0045] 图23是比较在纵向（MD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线相对于 在横向（CD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0046] 图24是比较在纵向（MD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线相对于 在横向（CD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0047] 图25是比较在纵向（MD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线相对于 在横向（CD)上常规可商购的湿擦拭物产品的应力-应变曲线的图表。
[0048] 图26是为了说明目的，显示根据所公开的主题的多层结构的应力-应变曲线和常 规可商购的产品的应力-应变曲线的概念差异的图表。
[0049] 详细说明
[0050] 本发明所公开的主题提供可在各种产品中使用的改进的非织造材料。本发明公开 的主题还提供制造这种材料的方法。在详细说明和非限制性实例中更多地讨论了所公开的 主题的这些和其他方面。
[0051] 定义
[0052] 在所公开的主题的上下文中和在每一术语在其内使用的具体上下文中，在本说明 书中所使用的术语一般地具有本领域其常见的含义。以下定义了一些术语，以提供描述所 公开主题的组合物和方法以及如何制造并使用它们的额外指南。
[0053] 本文中所使用的"非织造材料（nonwoven) "是指一组材料，其中包括但不限于，纺 织品或塑料。非织造材料是由纤维，长丝，熔融塑料或机械、热或化学粘结在一起的塑料薄 膜形成的片材或纤维网结构。非织造材料是直接由纤维的纤维网制造的一种材料，制品或 织物，且不具有针织或编织所需的纱线制备。在非织造材料中，纤维的组装件可以通过一 个或多个下述方式保持在一起：（1)在随机的纤维网或垫内通过机械互锁；(2)通过熔融纤 维，正如在热塑性纤维中的情况一样；或者（3)通过用胶接介质，例如粘合剂粘结。
[0054] 本文中所使用的"擦拭物（wipe) "是适合于清洁或消毒或者施加或除去活性化合 物的一类非织造制品。特别地，这一术语是指清洁身体，其中包括除去身体废物，或者从其 他表面上除去废墟的制品。擦拭物可以是干擦拭物或湿擦拭物（例如添加有润湿或清洁洗 剂）。
[0055] 本文中所使用的术语"可冲洗"是指当冲洗时，材料清洁卫生间和陷阱（trap)以 及下水道管线，从而导引到城市废水运输系统中的能力。
[0056] 本文中所使用的术语"可分散"是指由于物理力导致的材料在水中容易分开的能 力。特别地，术语"可分散"是指由于在普通的卫生间内冲洗，在普通的废水系统中传输，和 在普通的处理系统中加工过程中遇到的物理力导致材料容易分开的能力。
[0057] 本文中所使用的术语"wt%"是指或者（i)以材料层的重量百分比形式表示的材 料内一种成分/组分以重量计的用量；或者（ii)以最终非织造材料或产品的重量百分比形 式表不的在材料内一种成分/组分以重量计的用量。
[0058] 本文中所使用的术语"基重（basisweight) "是指在给定面积上一种化合物以重 量计的用量。测量单位的实例包括克/米2,这通过缩写"gsm"确定。
[0059] 本文中所使用的术语〃gli〃，〃g/in〃，和〃G/in〃是指"克/线英寸"或"克力/英 寸"。它是指用于拉伸强度测试的试样的宽度，而不是长度。
[0060] 在本说明书和所附权利要求中所使用的单数形式"一"和"该"包括复数个提到物， 除非上下文清楚地另外指明。因此，例如提到"一种化合物"包括化合物的混合物。
[0061] 术语"约"或"大致"是指对于本领域技术人员测定的特定值来说，在可接受的误 差范围内，这部分取决于如何测量或测定，即测量系统的极限。例如，根据本领域的实践， "约"可以是指在3或大于3个标准偏差以内。或者，"约"可以是指在最多20 %，例如最 多10%，在其他实施方案中，最多5%，和在其他实施方案中，仍然最多1 %给定值的一个范 围。或者，特别地相对于系统或工艺来说，该术语可以是指在一个数量级以内，在其他实施 方案中，在一个数值的5倍以内，和在其他实施方案中，在2倍以内。
[0062] 所公开的主题涉及多层材料。在某些实施方案中，非织造结构含有至少一层，至少 两层，或至少三层。根据所公开的主题的一个实施方案，提供一种三层结构。例如，图1阐 述了根据所公开的主题的三层非织造材料的例举实施方案。为了说明而不是限制的目的， 结构100包括含有纤维的第一层102,包括连续长丝的第二层104和含纤维的第三层106。
[0063] 纤维
[0064] 根据所公开的主题的非织造材料可包括一类或多类纤维。例如，结构100中的第 一层102和第三层106可包括纤维。纤维可以是天然，合成纤维或其混合物。在一个实施 方案中，纤维可以是一种或多种纤维素-基纤维，一种或多种合成纤维，或其混合物。纤维 素纤维可包括例如化学改性的纤维素纤维和再生纤维素纤维。根据所公开的主题的实施方 案，纤维可以是短纤维或长纤维。
[0065] 纤维素纤维
[0066] 本领域已知的任何纤维素纤维，其中包括任何天然来源的纤维素纤维，例如由木 浆衍生的那些可在一层或多层中使用。合适的纤维素纤维包括，但不限于，消化纤维，例如 牛皮纸纤维，预水解的牛皮纸纤维，苏打纤维，亚硫酸盐纤维，化学热机械处理的纤维，和热 机械处理的纤维，其衍生自软木，硬木或棉绒。其他纤维素纤维包括，但不限于牛皮纸消化 纤维，其中包括预水解的牛皮纸消化纤维。适合于在本发明的公开主题中使用的纤维素纤 维的非限制性实例是由软木，例如松木，桦木和云杉衍生的纤维素纤维。其他合适的纤维素 纤维包括，但不限于，由茅草、甘蔗渣、kemp、亚麻、大麻、洋麻和其他木质纤维素或纤维素纤 维源衍生的那些。合适的纤维素纤维包括，但不限于，以商品名FOLEYFLUFFS?销售的漂 白的牛皮纸南方松木纤维（BuckeyeTechnologiesInc.，Memphis，Term. ) 〇 [0067] 所公开的主题的非织造材料也可包括，但不限于，可商购的鲜亮短纤浆，其中包 括，但不限于，南方软木短纤浆（例如，处理过的FOLEYFLUFFS? )，南方软木亚硫酸盐 纸浆（例如，获自Weyerhaeuser的T730)，或硬木浆（例如，桉树）。纸浆可以是获自 BuckeyeTechnologiesInc. (Memphis，Tenn.)的处理过的FOLEYFLUFFS?;然而，可使 用任何吸收剂短纤浆或其混合物。在其他实施方案中，可使用木材纤维素，棉绒浆，化学改 性的纤维素，例如交联的纤维素纤维和高度纯化的纤维素纤维。在其他实施方案中，纸浆是 FOLEYFL冊FS? FFTAS (也称为 FFTAS 或 Buckeye Technologies FFT-AS 浆），和 Weyco CF401。绒毛纤维可与合成纤维，例如聚酯，尼龙，聚乙烯或聚丙烯共混。
[0068] 在某些实施方案中，在特定层内的纤维素纤维占该层的约50-约100wt%。在 一个实施方案中，在特定层内的纤维素纤维占一层的约70-约100wt%，一层的约80-约 IOOwt%, 一层的约90-约IOOwt%，一层的约50-约95wt%，一层的约70-约95wt%，一层 的约80-约90wt%，或一层的约80-约95wt%。在备选的实施方案中，在特定层内的纤维 素纤维占一层的约0-约50wt%，一层的约10-约50wt%，一层的约20-约50%，一层的约 30-约 50%，一层的约 10-约 40wt%。
[0069] 根据所公开的主题的实施方案，纤维可以是短纤维。本文中所使用的术语〃短纤 维"是指长度小于约20_的纤维。例如，根据所公开的主题的多层结构中的层可含有长度 小于约15_，小于约12_或小于约IOmm的短纤维。本文中所使用的术语"长纤维"是指长 度大于约20mm的纤维。例如，根据所公开的主题的多层结构中的层可具有大于约20mm或 大于约36mm的长度。
[0070] 改性纤维素
[0071] 纤维素纤维也可包括，但不限于化学改性的纤维素纤维。在特别的实施方案中，改 性纤维素纤维可以是交联的纤维素纤维。美国专利Nos. 5, 492, 759 ;5, 601，921 ;6, 159, 335 涉及可在根据所公开的主题中使用的化学处理的纤维素纤维，所有这些在本文中通过参考 全文引入。在某些实施方案中，改性纤维素纤维可包括多羟基化合物。多羟基化合物的非 限制性实例包括甘油，三羟甲基丙烷，季戊四醇，聚乙烯醇，部分水解的聚乙酸乙烯酯，和完 全水解的聚乙酸乙烯酯。在某些实施方案中，纤维可用含多价阳离子的化合物处理。在一 个实施方案中，含多价阳离子的化合物的存在量为约0.lwt% -约20wt%，基于未处理的纤 维的干重。在特别的实施方案中，含多价阳离子的化合物可以是多价金属的离子盐。在某 些实施方案中，含多价阳离子的化合物选自铝，铁，锡，其盐，及其混合物。在另一实施方案 中，多价金属是铝。
[0072] 可使用含过渡金属盐的多价金属盐。合适的多价金属的