专利名称：透气性弹性复合材料的制作方法
专利说明透气性弹性复合材料 本申请要求了于2004年8月3日提出的美国临时专利申请序列号60/598,319的优先权，并且被并入本文作为参考。
背景技术：
透气性膜与非织造材料的层压件一般被用作提供良好接触的透湿性液体屏障。典型的应用是尿布(底层、侧垫和耳状物部件(earcomponents))、保护性衣服、医用服和医用帘。建立了不同的技术来生产这样的层压件。例如，利用粘合技术如热熔胶粘剂层压和热粘合，透气性膜——其可以是单片膜或微孔膜——与标准非弹性非织造材料进行层压。另一个例子是用单片透气性聚合物挤出涂布的非弹性非织造织物。湿气借助溶液/扩散过程被传递通过此类单片膜(monolithicfilms)，而不通过敞开的空隙，这导致缺乏透气性。另一个例子是非弹性非织造织物，其被层压至含有无机填料的非弹性膜，随后通过如递增拉伸/环碾压(ring-rolling)或拉幅机的方法被拉伸，产生与无机填料贴近的微孔。这些微孔为层压件提供了透湿性和透气性。另一个例子是非弹性非织造织物，其用包含无机填料如碳酸钙的聚合物挤出涂布。所产生的复合材料通过如递增拉伸/环碾压或拉幅机的方法被直接拉伸，产生与无机填料贴近的微孔。这些微孔为层压件提供了透湿性和透气性。美国5,865,926公开了生产这样的透气层压件的方法。
上述所有膜/非织造层压件是透气的而非弹性的，原因在于所使用的膜和非织造材料的本性。因此，它们不满足在市场上正在发展的改进的合身性的要求。迄今为止，弹性透气性膜/非织造层压件的唯一实施是使用层压至标准非织造材料的弹性透气性膜。这样的膜需要特定的树脂设计，并且比通过活化具有无机填料的非弹性膜而生产的透气性膜显著地更昂贵。此外，这样的单片弹性膜不提供透气性以及相同水平的透湿性。
发明概述 本发明人此时已经认识到，对透气性弹性复合材料存在需求，所述复合材料由相对便宜的非弹性膜层和便宜的弹性非织造物层形成。本发明因此为上述一种或多种的缺点和不足提供了解决方案。
一般而言，本发明提供弹性非织造织物(elastic nonwoven)如纺粘型非织造织物(spunbonded fabric)与透气性膜的层压件，所述弹性非织造织物(例如纺粘型非织造织物)被层压至含有无机填料或不混溶相的膜。所述膜可以是非弹性的。然后，所述层压件被拉伸(递增或整体)并释放，以通过产生微孔而提供透气性结构。在另一实施方式中，用含有无机填料或不混溶相的聚合膜挤出涂布弹性非织造织物。然后拉伸该层压件(递增或整体)并释放，以通过产生微孔而提供透气性结构。同样，在另一实施方式中，所述弹性非织造织物可以在相对着透气性非弹性膜层压之前被拉伸。在层压件释放之后，利用该弹性非造织物的收缩力，膜被膨化/聚集(bulked/gathered)。
本发明描述了由透气性非弹性膜和弹性纺粘型非织造织物层构成的产品。所述非弹性膜层在形成复合材料之前可以是透气的，或者可以在形成复合材料之后通过拉伸而制成透气的。
有利地，本发明利用已建立的且成本有效的透气性膜技术提供真正弹性透气性膜/非织造织物复合材料。使用微孔膜使得能够生产透气及透湿弹性膜非织造织物复合材料，其利用当前的透气性弹性膜是不能实现的。与需要被活化以便获得弹性层压件的透气性弹性膜和非弹性非织造织物的组合相比，本发明提供了优势，即所述弹性非织造织物未被机械拉伸损害，并保留或改进了其固有性质，如抗磨性、拉伸性能、触摸性质以及弹性特性。
在一个宽方面，本发明是透气性弹性多层复合材料，包括透气性非弹性膜层和弹性非织造织物层。所述弹性非织造织物层可以是纺粘型非织造织物。
在另一宽方面，本发明是制造多层复合材料的方法，包括形成非弹性膜层和拉伸或松弛的弹性非织造织物层的第一复合材料，形成第一复合材料；拉伸并释放所述第一复合材料，以形成最终的透气性多层复合材料。该复合材料可以通过层压或挤出涂布所述层而形成。
非弹性膜可以处于多层膜、单片膜、平挤薄膜(cast film)、网状织物(net)、泡沫(foam)、平纹(scrim)织物、机织物或针织物的形式。
如本文所用，可以通过任何非织造方法形成弹性非织造织物。优选地，所述非织造织物是弹性纺粘非织造织物。该弹性纺粘非织造织物可以由双组分纤维制成。双组分弹性纺粘非织造布可以以这样的方式生产，使得纤维的粘合仅在利用加热过的纤维压辊的标准热粘合步骤期间或在标准粘合过程中显著发生。在缺乏有时用在本领域中的所谓的稳定步骤——诸如在复合材料上使用热气刀(hot air knife)——的情况下，可以实践本发明。优选地，可以使用加热过的压辊(压紧辊(compaction roll)，如本领域中所熟知)，但是可以在显著粘合可能发生的温度以下的温度下使用(即在可以被用于热点粘合纤维网(thermopoint bond the web)的粘合温度以下)。在一个实施方式中，在纤维网点粘合(web point bonding)之前，在不会发生伸长的纤维内粘合的足够低的温度/压力下进行任何后-纤维网加工或处理。
附图简述
图1显示可以用在本发明实践中的挤压粘合方法。
图2显示可以用在本发明实践中的熔融胶粘层压方法。
图3显示可以用在本发明实践中的胶粘层压方法。
发明详述 尽管额外层可以被加入本发明的复合材料中，所述复合材料的基本结构可以被称为A-B结构，其中“A”是弹性非织造织物层，而“B”是透气性非弹性膜层。可选地，所述复合材料可以具有A-B-A或B-A-B结构，或其它多层复合材料结构，包括具有非-A或非-B层的结构(不包括胶粘剂层)。应当理解，胶粘剂可以用来将A和B层压在一起。同样，具有三层以上的多层复合材料在本发明的范围内，包括由一层或多层除A和B之外的层制成的复合材料。
通过将膜挤压粘合到弹性非织造织物上，或通过胶粘层压至一种或多种弹性非织造织物或胶粘层压至一种或多种弹性非织造织物之间，可以生产膜-非织造织物复合材料。可选地，所述复合材料可以通过特别是用水分散体浇铸(casting)(直接或脱机)来制造。另一种可选的方法是通过热粘合而形成热粘合的层压件，此类技术描述在美国5,683,787中，在此并入作为参考。所有上述层压技术可以在中性张力(neutral tension)下在膜与非织造织物之间完成。粘合复合材料之后，可以拉伸和释放层压件。同样，尽管弹性非织造织物可以在层压之前或之后进行活化，活化可以是不需要的。因此，并非必需存在在层压之前或之后预活化弹性非织造织物的需要。随着时间和多次拉伸，弹性复合材料的总体完整性有望优于由弹性膜和非弹性非织造织物生产的复合材料的总体完整性。这将转化为更好的总抗磨性、持续的非织造织物完整性以及总体综合外观。
图1(在附图中称为“图1”)描述了挤压粘合而形成复合材料，其中非弹性膜层被层压至弹性非织造织物层。在图1中，第一弹性非织造织物层6自展开辊2被展开，或通过纺粘法直接生产。使该第一弹性非织造织物层6与熔融非弹性聚合物7接触，非弹性聚合物7通过非弹性膜熔体挤出机1沉积，并且其在冷却之后，形成内非弹性膜层。然后，第二任选的弹性非织造织物层8自第二辊3展开，以便与非弹性膜层接触，从而形成三层质量(three layer mass)，其通过压轧4被层压在一起。然后，所形成的复合材料9被拉伸10(递增地或整体地)，以赋予膜透气性，然后释放张力，然后，将所产生的复合材料缠绕到层压件复卷辊5上。
在图2(在附图中被称为“图2”)中，显示了胶粘层压过程。非弹性膜107(透气的，或者含有无机填料或不混溶相)自膜辊101展开并向前移向层压件复卷辊105。胶粘剂层108a和任选的108b通过熔体胶粘剂喷洒器106被施用于非弹性膜的每一面。所述胶粘剂可以是热熔胶粘剂。商业可得的热熔胶粘剂的典型的非限定性例子包括AtoFindley H9282F、Ato Findley H2120和HP Fuller HL-1470。喷洒有胶粘剂的非弹性膜109向前移至压轧104，在那里，使自非织造织物辊102和103展开的第一和任选的第二弹性非织造织物层110和111与膜109的每一各自面接触。层110和111通过来自压轧104的压力被层压至膜109，其中所产生的复合材料112退出压轧104。然后，如必要，复合材料112被拉伸113(递增或整体)，以赋予膜透气性，然后缠绕到层压件复卷辊105上。
仍参考图2，在热层压的情况下，非弹性膜107(透气的，或者含有无机填料或不混溶相)从膜辊1展开并向前移向层压件复卷辊105。然后，层110和111通过在压轧104处的温度和压力工艺被层压至膜107，其中所产生的复合材料112退出压轧104。然后，如必要，该复合材料被拉伸113(递增或整体)，以赋予膜透气性，然后缠绕到层压件复卷辊105上。在热层压过程中，热熔胶粘剂108a、108b未被施用于膜107。
在图3(在附图中被称为“图3”)中，描述了另一胶粘层压过程。非弹性(透气的，或者含有无机填料或不混溶相)膜107自膜辊101展开并向前移向层压件复卷辊105。胶粘剂层108a和任选的108b通过熔体胶粘剂喷洒器106被施用于非弹性膜的每一面。所述胶粘剂可以是热熔胶粘剂。喷洒过胶粘剂的非弹性膜109向前移至压轧104。在此，其与第一和任选的第二弹性非织造织物层110和111连接，所述层110和111已经自非织造织物辊102和103展开，在纵向(MD)、横向(CD)或两个方向被整体拉伸113，并在处于拉伸的同时与膜109的每一各自面接触。层110和111通过来自压轧104的压力被层压至膜109，其中所产生的复合材料112退出压轧104。一旦退出压轧，张力被释放，如必要，复合材料112被进一步拉伸113(递增地或整体地)，以赋予膜透气性。然后，所述复合材料被缠绕到层压件复卷辊105上。
仍参考图3，在热层压的情况下，透气性非弹性膜107自膜辊101展开并向前移向层压件复卷辊105。在此，其与第一和任选的第二弹性非织造织物层110和111连接，所述层110和111已经自非织造织物辊102和103展开，拉伸113，并在处于拉伸的同时与膜109的每一各自面接触。然后，层110和111通过在压轧104处的温度和压力工艺被层压至膜107，其中所产生的复合材料112退出压轧104。一旦退出压轧，张力被释放，然后复合材料被缠绕到层压件复卷辊105上。在热层压过程中，热熔胶粘剂108a、108b未被施用于膜107。
可以容易地选择和/或确定温度、生产速率、膜的选择、胶粘剂的选择、弹性非织造织物的选择等。
透气性非弹性膜可以包括单层或多层膜。另外，微孔膜据认为适合用于本发明。可以通过选择制作膜的材料、通过是多孔的、通过具有经过膜而形成的孔等而赋予透气性。在本发明的复合材料生产过程中可以可选地赋予透气性，例如通过拉伸活化。膜可以由透湿或不透湿的材料制成。通过在成膜过程中，将微孔产生填料(microporedeveloping particle)颗粒加入膜中，使一些膜可透气。微孔产生填料是指包括颗粒和其它形式的材料，其可以被加入聚合物中，并且其将不会化学干扰或负面影响由所述聚合物制成的挤出膜，但是在整个膜中能均匀分散。一般而言。微孔产生填料将处于颗粒形式，并且通常将具有一定的球形，其平均粒度在约0.5至约0.8微米的范围内。所述膜通常含有基于膜层的总重为至少约30％的微孔产生填料。有机和无机微孔产生填料被考虑在本发明的范围内，条件是它们不干扰成膜过程、所形成膜的透气性或其与纤维弹性非织造纤维网(fibrous elasticnonwoven web)粘合的能力。微孔产生填料的例子包括碳酸钙、各种类型的粘土、二氧化硅、氧化铝、硫酸钡、碳酸钠、滑石、硫酸镁、二氧化钛、沸石、硫酸铝、纤维素型粉末、硅藻土、硫酸镁、碳酸镁、碳酸钡、高岭土、云母、碳、氧化钙、氧化镁、氢氧化铝、玻璃颗粒、浆粉(pulp powder)、木粉(wood powder)、纤维素衍生物、聚合物颗粒、甲壳质及甲壳质衍生物。微孔产生填料可以任选地用脂肪酸如硬脂酸或较长链脂肪酸如山嵛酸来涂布，它们可以促进颗粒的自由流动(大批)以及它们分散到聚合物基体中的容易度。含二氧化硅的填料也可以以提供防粘连特性的有效量存在。
一旦颗粒填充的膜已经形成，然后，将其拉伸或挤压，以产生通过膜的路径。一般而言，对于本发明，为符合“可透气”要求，所形成的层压件应当具有至少约250g/m2/24小时的水蒸气透过速率(water vapor transmission rate，WVTR)，如可以通过如下所述的试验方法所测定。此外，膜可以有孔。在形成膜中，所述膜可以被共挤出，以增加粘合并减轻压出机机头口型阻塞(die lip build-up)。形成膜和多层膜的方法通常是已知的。膜15可以由铸塑或吹塑膜设备制造，可以被共挤出以及可以被压花，如果需要如此的话。另外，通过使膜经过膜拉伸单元，膜15可以被拉伸或定向。所述拉伸可以减小膜规格或厚度。一般而言，该拉伸可以发生在横向或纵向或该两个方向。非弹性膜可以包括屏障层，并且也可以展示优良的褶皱(drape)。非弹性膜可以具有介于每平方米约15克与每平方米100克之间的织物单位面积重量，并且在一个实施方式中具有每平方米约20克与每平方米60克之间的织物单位面积重量。如本文所用的术语“膜(film)”指的是薄的制品，并且包括各种宽度、长度和厚度的窄条(strips)、窄幅织物(tapes)和带(ribbons)。所述膜典型是平的，并具有可达约50密耳的厚度，更典型可达约10密耳。在透气性非弹性膜的制造中所使用的热塑性聚合物包括但不限于聚烯烃，其包括均聚物、共聚物、三元共聚物及其掺合物。所述聚合物具有将生产非弹性膜的熔体指数和其它性质。此类非弹性聚烯烃的代表性例子包括乙烯、丙烯、丁烯、己烯、庚烯和辛烯的聚合物以及它们的共聚物、三元共聚物和掺合物。非弹性膜也可以用乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯丙烯酸丁酯、聚氨酯、聚(醚-酯)和聚(酰胺-醚)嵌段共聚物，以及包括与一种或多种聚烯烃的组合在内的它们的任何组合制成。
一般通过熔融纺丝热塑性材料制作非织造织物。这样的非织造织物被称为“纺粘”或“熔喷”材料，并且制造这些高分子材料的方法在本领域中也是熟知的。纺粘织物用在本发明中，原因在于有利的经济效果。尽管具有期望物理性质组合尤其是柔软度、强度和耐用性的组合的纺粘材料已经被生产，但已经遭遇重大的问题。用在本发明中的非织造织物典型是热缩性双组分纤维(conjugate fiber)，并典型是双组分纤维。在一个实施方式中，非织造织物是由具有皮/芯结构的双组分纤维制成的。适合本发明的典型的双组分、弹性非织造织物以及制作它们的方法由Austin在WO 00/08243中给出，以其全部并入作为参考。
弹性非织造织物可以被用在多种环境中，如绷带材料、衣服如工作服和医用服、尿布、高弹衣服、失禁产品、尿布、训练裤以及其它个人卫生产品，原因在于它们的透气性以及它们允许比弹性更有限的织物更自由的身体移动的能力。与本发明特别相关的是形成尿布衬垫(diaper backsheets)、保护性服装、医用服和窗帘的制品。
如本文所用，术语“绳股(strand)”被用作与“纤维(fiber)”和“长丝(filament)”属于一类的术语。在这点上，“长丝”指的是材料的连续绳股，而“纤维”是指具有一定长度的切割或不连续的绳股。因此，尽管下面的讨论可能使用“绳股”或“纤维”或“长丝”，所述讨论可以被同等地应用于所有三个术语。
具体而言，关于弹性非织造织物，将在下文描述的是我们将要定义为“化学”弹性纤维的内容。对于本领域技术人员，这些纤维与另外基本无弹性非织造织物通过热拉伸而生产的弹性较小的、1-维弹性的、“物理”或“机械”弹性非织造织物的差别将容易显而易见。
简要地，用于制作弹性非织造织物的双组分绳股一般由第一组分和第二组分组成。所述第一组分是“弹性”聚合物(一种或多种)，其指的是这样的聚合物，当其在经历延伸时，在其弹性极限(即，当释放时其缩回)内变形或伸长。很多成纤热塑弹性体在本领域中是已知的，并且包括聚氨酯、嵌段共聚多酯、嵌段共聚多酰胺、苯乙烯嵌段聚合物，以及包括聚烯烃共聚物在内的聚烯烃橡胶。第一(内)组分的商业可得的代表性例子包括KRATON聚合物，先前售自KratonCorp.；ENGAGE高弹体(售自Dupont Dow Elastomers)、VERSIFY高弹体(由Dow Chemical生产)或VISTAMAXX(由Exxon-Mobile Corp.生产)聚烯烃橡胶；和VECTOR聚合物，售自DEXCO。其它弹性热塑性聚合物包括聚氨酯弹性材料(“TPU”)，如售自Dow Chemical的PELLETHANE、售自BASF的ELASTOLLAN、售自B.F.GoodrichCompany的ESTANE；聚酯高弹体，如HYTREL，售自E.I.Du Pont DeNemours Company；聚醚酯弹性材料，如售自Akzo Plastics的ARNITEL；以及聚醚酰胺材料，如售自EIf Atochem Company的PEBAX。多相嵌段共聚物(Heterophasic block copolymers)如由Montel销售的商品名为CATALLOY的那些共聚物也有利地在本发明中使用。同样适合本发明的是描述在美国专利第5,594,080号中的聚丙烯聚合物和共聚物。
所述第二组分也是聚合物(一种或多种)，优选可延伸的聚合物。任何热塑性、成纤、弹性聚合物将有可能作为第二组分，这取决于应用。成本、硬度、熔体强度、纺丝速度、稳定性等都将是考虑因素。第二组分可以由任何聚合物或聚合物组合物形成，所述聚合物或聚合物组合物与用于形成第一组分的聚合物或聚合物组合物相比表现出较差的弹性特性。示例性的非弹性、成纤热塑性聚合物包括聚烯烃，例如聚乙烯(包括LLDPE)、聚丙烯和聚丁烯、聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯及它们的掺合物。第二组分聚合物可以具有弹性回复，并且可以在双组分绳股被拉伸时在其弹性极限内拉伸。然而，选择该第二组分，以提供比第一组分聚合物差的弹性回复。第二组分也可以是通过施加拉伸应力可以被拉伸至其弹性极限之外并且永久拉长的聚合物。例如，当在其表面上具有第二组分的拉长的双组分长丝收缩时，该第二组分一般将呈现紧凑的形式，为长丝的表面提供粗糙的外观。
为了具有最好的弹性特性，使弹性第一组分占据长丝横截面的最大部分是有利的。在一个实施方式中，当绳股被用在粘合纤维网环境中时，该粘合纤维网具有至少约65％的均方根平均可恢复伸长，这是基于50％伸长和一次拉伸(one pull)之后的纵向和横向可恢复伸长值。均方根平均可恢复伸长是(纵向上恢复百分比)2+(横向上恢复百分比)2之和的平方根。
第二组分一般以按绳股重量计约50％以下的量存在，在一个实施方式中在约1％和约20％之间，而在另一实施方式中为约5-10％，这取决于用作第二组分的确切的聚合物(一种或多种)。
在一方面，在第二组分基本没有弹性而导致绳股作为整体无弹性时，在一个实施方式中，第二组分以这样的量存在，使得在利用足以不可逆地改变第二组分长度的量拉伸绳股之后，该绳股变为弹性的。
基于绳股的期望功能，选择用作第一和第二组分的适当的材料。优选地，用在本发明组分中的聚合物具有约5至约1000的熔体流动。一般而言，与纺粘方法相比，熔喷方法将使用较高熔体流动的聚合物。
可以在使用或不使用操作添加剂(processing additives)的情况下制作这些双组分绳股。在本发明的实践中，两种或多种聚合物的掺合物可以被用作第一组分或第二组分或二者。
第一(本发明的弹性组分)和第二组分可以以任何合适的量存在于多组分绳股中，这取决于纤维的具体形状和期望的最终用途性质。在有利的实施方式中，第一组分构成纤维的多数，即按重量计在约50％以上，基于绳股的重量(based on the weight of the strand，“bos”)。例如，第一组分可以基于绳股的重量在约80wt.％至约99wt.％范围内的量存在于多组分绳股中，例如基于绳股的重量以范围为约85wt.％至约95wt.％的量存在于多组分绳股中。在此类有利的实施方式中，非弹性组分将以基于绳股的重量为约50wt.％以下的量存在，例如基于绳股的重量以约1wt.％和约20wt.％之间的量存在。在此类有利的实施方式的有益方面，第二组分可以基于绳股的重量在约5wt.％至约15wt.％范围内的量存在，这取决于用作第二组分的确切的聚合物(一种或多种)。在一个有利的实施方式中，提供了皮/芯结构，其具有大于或等于约85∶15的芯与皮重量比，例如比率为95∶5。
纤维的形状可以广泛变化。例如，典型的纤维具有圆形横截面形状，但有时纤维具有不同的形状，例如三叶形或扁平(即“带”状)形。同样，即使纤维具有圆形横截面，所述纤维可以呈现非圆柱形、3-维形状，特别是在拉伸和释放时(自堆积(self-bulking)或自卷边(self-crimping)而形成螺旋状或弹簧状纤维)。
对于本文所公开的本发明弹性纤维，直径可以广泛变化。可以调整纤维旦尼尔数以适合成品的容量。期望的纤维直径值将是对于熔喷而言，为约5至约20微米/长丝；对于纺粘而言，为约10至约50微米/长丝；以及约20至约200微米/长丝。
织物单位面积重量(Basis weight)指的是非织造织物的面积密度(area density)，通常按照g/m2或oz/yd2表示。通过在产品上的应用测定非织造织物的可接受的织物单位面积重量。一般而言，人们选择满足给定产品所指示的性质的最低的织物单位面积重量(最低的成本)。对于弹性非织造织物，一个问题是在一些伸长下的收缩力，或者织物在某一伸长下松弛之后可以施加多少力。另一个定义织物单位面积重量的问题是覆盖度(coverage)，其中具有相对不透明的织物通常是期望的，或者如果是半透明的，在织物中的表观孔应当是小尺寸且均匀分布。在非织造织物行业，对于一次性产品而言，最有用的织物单位面积重量在1/2至3oz/yd2(17至100g/m2，或gsm)的范围内变化。一些应用，例如耐用和半耐用产品，可能能够耐受甚至更高的织物单位面积重量。应当理解，低织物单位面积重量可以偶尔以多束构造(multiple beam construction)产生。即，生产SMS(纺粘/熔喷/纺粘)复合织物是有用的，其中每一个单独层具有甚至17gsm以下的织物单位面积重量，然而期望优选的最终织物单位面积重量将是至少17gsm。
非织造织物复合材料或制品典型为具有单独纤维或线的结构的纤维网(web)或织物(fabric)，所述单独纤维或线被随机插入中间，但是并非以可识别的方式，如织造织物或针织物的情况。
第一和第二聚合物组分可以任选地包括而不限于颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动性促进剂、固体溶剂、微粒和被加入以增强组合物的加工性能的材料。
通过本领域公认的技术，可以生产非织造纤维网。一类被称为纺粘的方法是形成纺粘纤维网的最常见方法。各种类型的纺粘方法的例子描述在授予Kinney的美国专利第3,338,992号、授予Dorschner的美国专利第3,692,613号、授予Matsuki的美国专利第3,802,817号、授予Appel的美国专利第4,405,297号、授予Balk的美国专利第4,812,112号以及授予Brignola的美国专利第5,665,300号等。一般而言，这些纺粘方法包括a)从喷丝头挤出绳股；b)用通常被冷却的空气流冷却所述绳股，目的是加速熔化绳股的固化；c)通过用拉伸力使长丝前进通过冷却区(quench zone)，使长丝变细，所述拉伸力可以通过空气作用将长丝夹带在空气流中或通过将它们包在机械拉伸辊的周围来施加，所述拉伸辊是通常用在纺织纤维行业中的类型；d)在有孔表面(foraminous surface)上将拉长的绳股收集成纤维网；e)将松散绳股的纤维网粘合成织物。
按照本发明，应当在纤维间粘合不会显著发生的温度以下的温度下，在步骤(d)和(e)之间，进行纤维网的任何加工或处理。
此粘合(步骤(e))可以是任何热或化学粘合处理，并且可以被用于形成众多间断的粘合，以使粘着的纤维网结构产生。热点粘合(thermal point bonding)是最优选的。各种热点粘合技术是已知的，其中最优选的是利用具有点粘结模式(point bonding pattern)的纤维压辊(calender rolls)。本领域中已知的任何模式可以用于典型的实施方式，使用连续或不连续模式。优选地，粘合覆盖6％和30％之间，并且最优选地，16％的层被覆盖。通过按照这些百分比范围粘合所述纤维网，使得长丝贯穿于全部拉伸程度而伸长，同时可以保持织物的强度和完整性。
所有该种类型或其它的纺粘方法可以被用于制作本发明的弹性织物，条件是它们装配有能够产生弹性长丝特别是双组分长丝的喷丝头和挤出系统。
另一类方法，称为熔喷，也可以被用于生产本发明的非织造织物。该纤维网形成的方法描述在V.A.Wendt、E.L.Boone和C.D.Fluharty的NRL Report 4364“Manufacture of Superfine Organic Fibers”以及授予Buntin等的美国专利第3,849,241号中。熔喷方法一般包括a.)从喷丝头挤出绳股；b.)在紧接喷丝头下面，利用高速空气流，同时使聚合物流冷却和变细。一般而言，通过该方法，绳股被拉至非常小的直径。然而，通过减少空气体积和速度，可能产生具有类似于普通纺织纤维的旦尼尔数的绳股；c.)在有孔表面上将拉出的绳股收集成纤维网。可以通过多种方法粘合熔喷纤维网，然而经常是，长丝在纤维网中的缠结提供了足够的拉伸强力(tensile strength)，因此它可以被缠到辊中。
提供双组分长丝的挤出的任何熔喷方法如在美国专利第5,290,626号中所述的方法可以被用于实践本发明。
本发明的复合材料在多种应用中具有实用性。适当的应用例如包括，但不限于一次性个人卫生用品(例如训练裤(training pants)、尿布、可吸收内裤、失禁产品、女性卫生用品及类似物)；一次性衣服(例如工业用服装(industrial apparel)、罩(coveralls)、头罩、内衣裤、裤子、衬衣、手套、短袜及类似物)；传染控制/绝对无尘室产品(例如，手术服和手术帘、面罩、头罩、手术帽和罩、鞋套、靴拖鞋(boot slippers)、创伤敷料、绷带、灭菌包装、抹布、试验服、罩、裤子、围裙、夹克)；以及耐用和半耐用应用，如床上用品和床单、家具防尘罩、衣服内衬(apparel interliners)、汽车罩以及运动或普通磨损衣物(general wearapparel)。
应当意识到，弹性材料或弹性状非织造织物，如适用于本发明，一般指的是具有约65％或以上的均方根平均可恢复伸长的任何材料，所述均方根平均可恢复伸长基于50％的纤维网伸长和一次拉伸之后的纵向和横向可恢复伸长值。材料在被拉伸且立刻释放之后不能恢复至其原始尺寸的程度为其永久变形百分比。按照ASTM试验方法，永久变形和回复合计为100％。永久变形被定义为伸长之后的残留松弛长度除以拉伸(伸长)长度。例如，一英寸规格(长度)样品，被拉至200％伸长(从原始一英寸距离延长另外两英寸)并释放，可能a)根本不收缩，因此该样品此时为三英寸长，具有100％永久变形((3″最终-1″原始)/2″拉伸)，或b)全部收缩至原始一英寸规格，具有0％永久变形((1″最终-1″原始)/2″拉伸)，或c)将在两者之间。测量永久变形经常使用和可行的方法是在样品从伸长被释放之后复原力或载荷达到零时，观察样品上的残留应变(回复)。当样品被拉伸100％时，该方法和上述方法将仅产生相同的结果。例如，如在上面的情况中，如果样品在200％伸长之后根本不收缩，在释放之后零载荷时的残留应变将是200％。显然，在这种情况下永久变形和回复合计将不是100％。
比较起来，非弹性膜不满足这些标准。具体而言，当非弹性膜被拉伸至其原始长度的50％时，其期望将展示50％以下，更可能25％以下的回复。此外，非弹性膜典型通过显示断裂之前的拉伸屈服(extensive yielding)的拉伸曲线来描述。在这一点，膜在小的拉伸时将显示迅速的应力增加，之后在屈服点和在持续的拉伸期间将是接近最大、近似恒定的应力，直到膜断裂。在断裂之前，样品的任何释放导致通常广泛伸长的、未收缩的膜。
弹性非织造织物和非弹性膜可以分别经历活化。弹性非织造织物可以被活化，从而在层压之前减少其拉伸强力和/或改进其弹性特性。非弹性膜可以被活化，以赋予透气性。可选地，复合材料本身可以被活化，在这样的情况下，所述非织造织物或膜可以但不必在层压之前进行活化。可以通过熟知的技术进行活化。在一个实施方式中，如果活化是期望的，则非织造织物被活化，以使其拉伸强力减小，一般减小为使得该拉伸强力在膜的拉伸强力之下(无论该非织造织物在活化之前是否具有低于膜的拉伸强力的拉伸强力)。活化可以通过初始拉长或拉伸方法来进行。与宽纤维网产品有关的传统拉伸设备包括常规拉伸辊或拉幅机。活化过程可以通过本领域已知的任何拉长或拉伸工艺来完成，包括递增拉伸、拉幅、辊拉伸(roll drawing)以及类似拉伸。一般在绳股已经形成非织造纤维网或织物之后进行活化过程，尽管其可以在此之前进行。活化过程一般将非织造纤维网或织物拉伸约1.1至10.0倍。在有利的实施方式中，纤维或织物被拉伸或拉长至其初始长度的至少约2.5倍。递增拉伸步骤可以包括在纵向和横向递增地拉伸纤维网。有利地，通过引导纤维网经过至少一对互相交叉的拉伸辊，可以完成递增拉伸。WO 2004/038085公开了该种类型的工艺。在此类实施方式的一方面，相互交叉的拉伸辊在织物内产生狭窄、间隔分开的纵向伸长的拉伸活化的弹性区，其是通过插入基本较小弹性的纵向伸长的非弹性活化区而分隔的。通过引导递增拉伸的纤维网经过第二对相互交叉的拉伸辊，以拉伸活化纤维网内的第二部分非活化绳股，可以完成递增拉伸。结合将冲击流体(impinging fluid)(例如空气或水)引导到纤维网的表面上，可以进行机械递增拉伸。
由于本说明书，本发明进一步的修改和可选的实施方式对本领域普通技术人员而言将是明显的。因此，本说明书被解释为仅仅是示例性的，以及用于教导本领域技术人员实施本发明的方式。应当理解，在此所示及所述的本发明的形式被认为是示例性实施方式。可以用等价要素或材料替代本文所举例和描述的那些，并且本发明的某些特征可以独立于其它特征的使用而被使用，所有这些对已经得到本发明说明书的帮助的本领域技术人员而言，是显然的。
权利要求
1.弹性多层复合材料，包括与弹性非织造织物层邻接的透气性非弹性膜层。
2.权利要求1所述的复合材料，其中胶粘剂介于所述透气性非弹性膜层与所述弹性非织造织物层之间。
3.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述层在多个点彼此粘着，以及其中这些粘合点通过热和压力形成。
4.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层是纺粘织物。
5.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第一组分占所述纤维的至少50％，以及其中所述第二组分是聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的掺合物。
6.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述非织造织物层由具有皮/芯、多叶形或尖端多叶形结构的双组分纤维组成。
7.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述非织造织物层由未被活化的双组分纤维组成。
8.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述非织造织物层由已经拉伸活化的双组分纤维组成。
9.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述复合材料具有两层结构。
10.权利要求1-8的任何一项所述的复合材料，其中所述复合材料具有三层结构。
11.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述完整的复合材料被拉伸活化。
12.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述非弹性膜由乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯和辛烯的聚合物以及它们的共聚物、三元共聚物或掺合物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯丙烯酸丁酯、聚氨酯、聚(醚-酯)和聚(酰胺-醚)嵌段共聚物以及它们的任何组合形成。
13.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第二组分以介于约1％至约20％之间的量存在于所述双组分纤维中。
14.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第一组分由聚氨酯、嵌段共聚多酯、嵌段共聚多酰胺、苯乙烯嵌段聚合物、聚烯烃橡胶及其组合形成。
15.前述权利要求的任何一项所述的复合材料，其中所述透气性非弹性膜是多层膜、单片膜、平挤薄膜、网状织物、泡沫、平纹织物、机织物或针织织物。
16.制造弹性多层复合材料的方法，包括形成至少透气性非弹性膜层和至少一层弹性非织造织物层的复合材料。
17.权利要求16所述的方法，其中层压件利用热点粘合形成。
18.权利要求16所述的方法，其中所述层利用挤压粘合形成。
19.权利要求16所述的方法，其中胶粘剂介于所述透气性非弹性膜层与所述弹性非织造织物层之间。
20.权利要求16-19的任一项所述的方法，其中所述弹性非织造织物是纺粘非织造织物。
21.权利要求16-20的任何一项所述的方法，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第一组分占所述纤维的至少50％，以及其中所述第二组分是聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的掺合物。
22.权利要求16-21的任何一项所述的方法，其中所述非织造织物层由具有皮/芯、多叶形或尖端多叶形结构的双组分纤维组成。
23.权利要求16-22的任何一项所述的方法，其中所述非织造织物层由未被活化的双组分纤维组成。
24.权利要求16-23的任何一项所述的方法，其中所述非织造织物层由已经拉伸活化的双组分纤维组成。
25.权利要求16-24的任何一项所述的方法，其中所述复合材料具有两层结构，不包括任选的胶粘剂层。
26.权利要求16-25的任何一项所述的方法，其中所述复合材料具有三层结构，不包括两层任选的胶粘剂层。
27.权利要求16-26的任何一项所述的方法，其中所述完整的复合材料被拉伸活化。
28.权利要求16-27的任何一项所述的方法，其中所述层压利用熔融胶粘剂层压进行。
29.权利要求16-28的任何一项所述的方法，其中所述层压利用挤压粘合进行。
30.权利要求16-29的任何一项所述的方法，其中所述层压利用热点粘合在众多间隔分开的点处进行。
31.权利要求16-30的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层具有比所述非弹性膜的拉伸强力小的拉伸强力。
32.权利要求16-31的任何一项所述的复合材料，其中所述非弹性膜由乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯和辛烯的聚合物以及它们的共聚物、三元共聚物或掺合物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯丙烯酸(EAA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯丙烯酸丁酯、聚氨酯、聚(醚-酯)和聚(酰胺-醚)嵌段共聚物以及它们的任何组合形成。
33.权利要求16-32的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第二组分以介于约1％至约20％之间的量存在于所述双组分纤维中。
34.权利要求16-33的任何一项所述的复合材料，其中所述弹性非织造织物层由双组分纤维形成，其中所述双组分纤维包括内部第一组分和外部第二组分，其中所述第二组分比所述第一组分弹性小，其中所述第一组分是热塑弹性体，其中所述第一组分由聚氨酯、嵌段共聚多酯、嵌段共聚多酰胺、苯乙烯嵌段聚合物、聚烯烃橡胶及其组合形成。
全文摘要
本发明涉及弹性多层复合材料，包括透气性非弹性膜层和弹性非织造织物层如纺粘织物。本发明也涉及用于制造弹性多层复合材料的方法，包括利用透气性非弹性膜层和弹性非织造织物层形成所述复合材料。
文档编号D04H3/16GK101031680SQ200580029359
公开日2007年9月5日 申请日期2005年8月3日 优先权日2004年8月3日
发明者J-C·阿贝德, H·勒特格, S·P·韦布, J·A·奥斯汀 申请人:先进设计概念股份有限公司