专利名称：高透气性防水复合物的制作方法
与在先申请相互参照本专利申请要求以下优先权于2001年11月29日提交的名称为“耐磨损高透气性层压制品”(Wear Resistant High Breathable Laminate)的60/334,451号美国临时专利申请；于2002年11月26日提交的名称为“高透气性防水复合物”(Highly Breathable Water Resistant Composite)的美国专利申请。
发明
背景技术：
领域本发明涉及网状材料，更具体地本发明涉及用于吸收性制品及服装制品的高透气性防水材料。
相关技术在吸收性制品领域，众所周知透气薄膜和某些非织造布可用作背层材料。所有此类应用中都是对所需的三种特性之一的折衷即防水性、透气性以及耐磨性。当多种材料组合后，其效果如预期那样，是叠加的。例如，将防水性分别为25厘米和3厘米的两种材料按现有工艺结合在一起时，将会得到防水性约为28cm的复合材料。
因此，到目前为止，使用现有工艺条件下，仍无法制造出既有高防水性又有高透气性的复合材料。
发明简述在需要高透气性和高防水性的场合，例如吸收性制品和服装制品，可以使用复合材料。
吸收性制品有一个而向身体的而及一个与面向身体的面相对的背面。背面有一个外表面。吸收性制品由以下部分组成位于面向身体面的上层、面向身体面和背面之间的吸收性芯层、以及背面上的复合材料背层。复合材料背层由穿孔成形薄膜、熔喷层以及防磨损措施组成。穿孔成形薄膜有一凸面和与之相对的凹面。穿孔成型薄膜的凸面面向吸收性芯层，而凹面有一个表面区域。熔喷层粘合在穿孔成型薄膜的凹面上，粘合面积超过薄膜凹面表面积的50％。防磨损措施在吸收性制品背面的外表面上，以防止熔喷层的磨损。
附图简述
图1是一种按照本发明制造的吸收性制品的横截面。
图2是一种按照本发明制造的吸收性制品的横截面。
图3是一种按照本发明制造的服装制品的横截面。
具体实施例方式
定义在本发明中所使用的术语“基本上”指所给出的性质或参数可在明示值的约20％范围内浮动。
在本发明中，术语“吸收性制品”指用来吸收、储存人体分泌物的制品。具体地说，是指放置在靠近或紧贴穿用者身体，用来吸收和储存人体排出的各种分泌物的制品。例如，本申请中的“吸收性制品”包括尿布、失禁者用品、卫生巾、内裤、绷带以及其它用来吸收人体分泌物的制品。
术语“尿布”指通常为婴儿和失禁者穿用的，置于两腿之间，紧系在穿着者腰上的一种服装。现有技术中描述尿布的例子有在1967年1月31日授予Duncan等人的美国再颁专利Re26,152；在1975年1月14日授予Buell的美国专利3,860,003；在1986年9月9日授予Weisman等的美国专利4,610,678；在1987年6月16日授予Weisman等的美国专利4,673,402；在1987年9月22日授予Lawson的美国专利4,695,278；在1987年11月3日授予Buell的美国专利4,704,115；在1989年5月30日授予Alemany等的美国专利4,834,735；在1989年12月19日授予Angstadt的美国专利4,888,231；以及在1990年3月20日授予Aziz等的美国专利4,909,803。
术语“失禁者用品”指垫子，内衣等，例如利用带子或其它悬挂装置固定的垫子、吸收制品的内部填充物、吸收物品的增容物、贴身短内裤、床垫，以及类似供成年人或其他失禁者使用的物品。失禁者用品的例子包括在1981年3月3日授予Strickland等的美国专利4,253,461；授予Buell的美国专利4,597,760和4,597,761；上文提到的美国专利4,704,115；授予Ahr等的4,909,802；在1990年10月23日授予Gipson等的美国专利4,964,860；以及分别由Noel等和Feist等于1991年1月3日提交的美国专利申请07/637,090和07/637,571。
术语“卫生巾”指妇女在靠近其阴部佩戴的一种物品，用来吸收、储存身体排出的各种流出物，例如血液、经血、尿液等。卫生巾例子包括在1981年8月25日授予McNair的美国专利4,285,343；分别在1986年5月20和1987年8月18日授予VanTilburg的美国专利4,589,876和4,687,478；分别在1990年4月17日和1991年4月16日授予Osborn等的美国专利4,917,697和5,007,906；分别在1990年8月21日和1991年4月23日授予Osborn的美国专利4,950,264和5,009,653；以及Visscher等于1990年10月29日提交的美国专利申请07/605,583。
在发明中所使用的术语“上层”指在正确使用时，吸收性制品成品中在身体出现状况时最先接触液体的那一层材料。现有技术中已知许多吸收性制品成品使用薄层非织造材料或有孔薄膜作为上层。但是，本发明中的上层并不仅指非织造层或有孔薄膜，而是包括所有在正确使用条件下，在出现状况时最先接触液体的任何形状、形式或结构的复合材料。
在本发明的整个说明书中，所谓“上层”和“背层”的概念是表示这些材料或层面相对于吸收性芯层的关系。可以理解，在吸收性芯层和上层、背层之间可以附加其它层，附加层或其它材料可以放在上层或背层上与吸收性芯层相对的一面。
在本发明中，术语“透气性”指WVTR最小值大约为300克/米2/天的水蒸气渗透性材料。一种纺织品的WVTR是它的水蒸气透过率，在一方面它是衡量纺织品穿着舒适度的指标。WVTR(水蒸气透过率)用下文中的方法测量，其结果用克/平方米/天为单位。然而，通常都希望使用的透气性背层材料具有较高的WVTR值，本发明中的透气性复合材料能具有超过5,000克/米2/天，15,000克/米2/天，甚至超过20,000克/米2/天的WVTR值。
本发明中，术语“SAP”指一种超级吸收性聚合物，这种聚合物在基本干燥状态下，能自发地吸收超过自身重量(20)倍的水性液体，例如自来水。
本发明中，术语“非织造布”指这样一种织物，它具有由独立的连续或不连续的纤维或线交织而成的结构，但交织的方式是非规则、不重复的。过去，已有多种方法制造非织造布，例如熔喷法、纺粘法、机梳热粘合、机梳水刺法、机梳射流喷网法等，及其它本领域熟知的纤维粘合技术。
本发明中，术语“熔喷纤维”指通过以下方法形成的一种纤维，即将熔融的热塑性原料挤压通过多个细小的、通常为圆形的模毛细管，挤成熔融的线或丝，这些线或丝进于高速气流中(例如空气流)，气流使熔融的热塑性原料丝变细以降低其直径，可能会减小至微细纤维直径的水平。随后，这些熔喷纤维被高速空气或等离子体流携带并沉积在收集面上，制成随机分散的熔喷纤维非织造布。
本发明中，术语“纺粘纤维”指这样形成的一种纤维，即用带有多个细小的、通常为圆形的毛细管的喷丝头，将熔融的热塑性原料挤压成丝，然后挤压出的丝用拉伸或其它常见的纺粘方法使细丝的直径迅速减小。
测试方法水蒸气透过率采用下列方法测量。将一定量的水放在带法兰的杯中。将样品放在杯子顶部并用夹环和垫片固定。然后将该装置称重，记录为初始重量。将该装置置于恒温(约40摄氏度)恒湿(相对湿度约75％)容器中5小时。然后将该装置从容器中取出，在放置天平的室内温度下平衡至少30分钟。然后将该装置称重并记录为最终重量。水蒸气透过率(WVTR)用以下公式计算，表示的单位是克/米2/天WVTR＝((最终重量的克数-初始重量的克数)×24小时)/(样品面积的米数×5小时)防水性采用EDANA测试法120.2-02“推荐测试方法非织造产品抗水性静压头”(Recommended Test MethodNonwovens Repellency Hydrostatic Head)。
吸收性制品实施例图1和图2展示了吸收性制品10。吸收性制品10有一个面向身体的面12和一个背面14。吸收性制品10有一吸收性芯层18，芯层在面向身体的面12上有一上层16和在背面14上的一复合材料背层20。在此通用结构内还可以有其它层。
上层16可以是能使流体和分泌物通过面向身体的面12到达吸收性芯层18的任何设计。已知有许多设计使用薄膜或非织造材料制造上层16。多层结构的上层16也很常见。另外，在上层16和吸收性芯层18之间还可加入捕获层和分布层，来改善上层16的各种性能，例如再湿润性、遮蔽性、渗透性等。
吸收性芯层18可用已知原料制造，比如天然纤维和人造纤维、超级吸收性聚合物、开孔泡沫、或者以上或其它各种吸收材料的组合。吸收性芯层18的设计很大程度上取决于用途。吸收性芯层18可包含薄纱层或其它外层，以防止吸收材料逃逸。
复合材料背层20是为了提供相对于现有技术的其它背层材料更佳的透气性和防水性而设计的。关于这点，在下文详细描述的优选实例中，复合材料背层20的防水性约为H20的15毫米到H20的120毫米。优选实例中复合材料背层20的透气性将超过5,000克/米2/天，15,000克/米2/天，甚至超过25,000克/米2/天。
为达到这一目标，复合材料背层20包括朝向吸收性芯层18的穿孔成型薄膜22。穿孔成型薄膜22有一个凸面24和一个凹面26。穿孔成型薄膜22通常具有圆锥形孔28，这样就使凸面开口30比凹面开口32小。圆锥形小孔28的横截面可以是圆形、六边形、椭圆形、方形或其它任意几何形状。
穿孔成型薄膜22凸面24上，圆锥形小孔28之间的是凸面脊部34。凸面脊部34可被处理成亲水性的，以提高复合材料背层20的性能。穿孔成型薄膜22的凹面26上，凹面开口之间是凹面脊部。凹面脊部36的表面积就是穿孔成型薄膜22凹面26的表面积。
穿孔成型薄膜22的防水性约为3厘米到5厘米。穿孔成型薄膜22的水透过率约为4,000克/米2/天到12,000克/米2/天，渗透率约300cfm到450cfm。穿孔成型薄膜22可以由包括低密度聚乙烯在内的各种聚合物构成。
粘附在穿孔成型薄膜22的凹面26上的是熔喷层40。熔喷层40通过一层粘合层38附着于凹面26上，粘合层38至少覆盖凹面26表面积的50％。更佳地，粘合层38至少覆盖凹面26表面积的70％。最佳地，粘合层38至少覆盖凹面26表面积的80％。这使得熔喷层40可以粘合到穿孔成型薄膜至少50％的凹面表面积上，更佳的是至少70％，最好是至少80％。这种高度的粘合有助于创造出本领域一直所期望的既有高透气性又有高防水性的制品。优选实例中，压敏胶的用量界于0.5克/米2到3克/米2之间。
粘合层38可以是任何种类的压力活性粘合剂或包括热粘胶。粘合层38优选包括吸收性粘合剂，诸如位于明尼苏达州St.Paul的H.B.Fuller公司出售的粘合剂。此外，熔喷层40与凹面26的粘结也可以用其它不会显著改变熔喷层的纤维排列方向的非点粘结手段。例如，使用超声波或热孔法的点粘结法就达不到非点粘结法的效果。非点粘接方法可包括上文讨论的粘合剂结合法及热粘合，当采用热粘合时，熔喷层40的纤维应具有一个融点较低的外层。其它非点粘合方法也是众所周知的。
熔喷层40有一个面向身体的面42，后者与穿孔成型薄膜22的凹面26粘合；并另有一个与面向身体的面42相对的背面44。优选实施例中，熔喷层40单位重量约为7克/米2到50克/米2。熔喷层40可以由各种材料组成，包括聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、双组分纤维及疏水性纤维。优选实施例中熔喷层具有10,000克/米2/天到12,000克/米2/天的水蒸气透过率。优选实施例中熔喷层具有10到60厘米水的防水性。优选实施例中熔喷层40表现出中等大小的湿孔半径，不超过15微米。
复合材料背层20表现出的防水性至少比穿孔成型薄膜22和熔喷层40两者防水性总和大25％。
熔喷层40的背面44可施加防磨损措施46。如图1所示，防磨损措施46可包括具有面向身体的面50和背面52的非织造层48。非织造层48的面向身体的面50紧贴于熔喷层40的背面44。非织造层48被设计成高透气性的，但要耐磨以保护熔喷层40，防止其磨损，尤其是起球。
非织造层48与熔喷层40可用压力活性粘合剂、热活性粘合剂及其它现有技术中的粘合方式来连接。同样，在本发明中优选吸水性粘合剂，因为它既能让空气通过又能吸收任何可能在外层凝结的液体。优选实例中非织造层48的单位重量约10克/米2到25克/米2。
如图2所示，防磨损措施46可包括对熔喷层40的背面44进行化学处理。特别地，为防止其磨损，尤其是起球，可在熔喷层40的背面44上施加一种防磨损涂层54。这样的防磨损涂层54例子可包括胶乳粘合剂或其它防磨损涂层，例如紫外线固化硅氧烷和聚四氟乙烯气溶胶喷涂，它们基本上不会对复合材料背层20的透气性产生负面影响。在优选实施例中防磨损涂层54的用量约在0.05克/米2到4克/米2之间。
防磨损措施46也包括选择一种特殊纤维来制造熔喷层40。例如，为了防止熔喷层的磨损和起球，可以使用乳胶纤维作为制造熔喷层40的首选纤维。
服装类实施例如图3所示，用于图1和图2所示吸收性制品10的复合材料背层20，也可用于服装制品110中，以提供同样具有高防水性能的高透气性复合材料层120。虽然两者结构相似，但所处位置有些改变。在吸收性制品10中，液体被储存在吸收性芯层中而空气可透过复合材料背层20。而在服装制品110中，水被阻挡在外面而空气可透过复合材料层120。
服装类制品120有一个朝向外侧的面112和一个朝向身体的面114。服装类制品120可包括外层116和内层118。外层116和内层118具有透气性，并根据不同的悬垂性、质地和外观来选择。
在可选择的外层116和可选择的内层118之间是复合材料层120。设计复合材料层120为的是以相对现有技术更低的成本来提供更佳的透气性和防水性。为实现这一目的，复合材料层120包括一层朝向可选择的外层118的穿孔成型薄膜122。穿孔成型薄膜122有凸面124和凹面126。穿孔成型薄膜122通常具有圆锥形孔128，以使凸面的开口30比凹面开口32小。圆锥形孔128的横截面可以是圆形、六边形、椭圆形、方形或其它任意几何形状。
在穿孔成型薄膜122的凸面124上圆锥形小孔128之间的是凸面脊部34。凸面脊部34可被处理成亲水性的，以提高复合材料背层120的性能。在穿孔成型薄膜122的凹面126上凹面开口之间是凹面脊部。凹面脊部36的表面积就是穿孔成型薄膜122凹面126的表面积。
粘结于穿孔成型薄膜122的凹面126上的是熔喷层140。熔喷层140通过一层粘合层138粘结于凹面126上，粘结层138至少覆盖凹面126表面积的50％。更优选地，粘合层138至少覆盖凹面126表面积的70％。最优选地，粘胶层138至少覆盖凹面26表面积的80％。这使得熔喷层140可以粘结到穿孔成型薄膜上至少50％的凹面表面积，更优选地是至少70％，最优选地至少80％。这种高度粘合有助于形成本领域所期望的高透气性兼有高防水性。
粘合层138可以是任何种类的压力活性粘合剂或可包括热粘合胶。粘合层138优选包括具有吸水性粘合剂，例如明尼苏达州St.Paul的H.B.Fuller公司出售的粘合剂。此外，熔喷层140可以用其它非点粘结法粘合在凹面126上。例如，使用超声波或热针法的点状粘结法就达不到非点粘结法的效果。非点粘结方法可以包括上文讨论的粘合剂结合法及热粘合，当采用热粘合时，熔喷层40的纤维应具有一个融点较低的外层。其它非点粘结方法也是众所周知的。
熔喷层140有一个粘结于穿孔成型薄膜122的凹面126上的朝外的面142，及与朝外的面142相对的朝向身体的面144。
可在熔喷层140的面向身体的面144上使用防磨损措施146。防磨损措施146可包括上文所述的非织造材料或化学处理。防磨损措施146也可包括选择一种特殊纤维来制造熔喷层140。例如，为了防止熔喷层的磨损和起球，乳胶纤维可作为制造熔喷层140的首选纤维。
制造方法通过提供一种具有凸面24和凹面26的真空成型薄膜22，可构成图1和图2中的复合材料背层20。将熔喷层40粘结在真空成型薄膜22的凹面26上，覆盖凹面26至少50％的表面积，优选地是超过70％的表面积，更优选地是超过80％的表面积。优选地，粘结不显著改变熔喷层40的纤维排列。为达到上述目的，可使用粘合层38将熔喷层40粘合到真空成型薄膜22上。
在熔喷层40的背面44施加防磨损措施46。防磨损措施可包括如图1所示的附加非织造层48，如图2所示的附加耐磨涂层54，或在熔喷层中使用耐磨性更好的纤维。
复合材料120可用同样方法制造。
结论尽管以上通过具体实施例详细描述了本发明，但可以理解，本领域技术人员很容易想到这些实施例的变化、改进及等效方案。因此，本发明的范围应当由所附权利要求书及其等同物来确定。
权利要求
1.一种具有面向身体的面及与所述面向身体的面相对的背面的吸收性制品，所述背面有一个外表面，其特征在于，所述吸收性制品包括面向身体的面上的上层；面向身体的面和背面之间的吸收性芯层；及在背面上的复合材料背层，它具有带有一凸面和一与之相对的凹面的穿孔成型薄膜，所述凸面面向吸附芯层，所述凹面有一个表面区域；与成型薄膜凹面50％以上的表面区域粘合的熔喷层；以及在吸收性制品背面外表面上的，用于防止熔喷层磨损的防磨损措施。
2.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述穿孔成型薄膜具有大体为圆锥形的小孔，小孔在成形薄膜凹面的开口较大，在成形薄膜凸面的开口较小。
3.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层与成型薄膜凹面70％以上的表面区域粘合。
4.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述熔喷层与成型薄膜凹面80％以上的表面区域粘合。
5.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述凹面的脊部较所述薄膜的其它部位有更强的亲水性。
6.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述成型薄膜有3厘米到5厘米水的防水性。
7.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述成型薄膜有约4,000克/米2/天到12,000克/米2/天的水蒸气透过率。
8.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于所述成型薄膜采用低密度聚乙烯制造。
9.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述成型薄膜的渗透率为约300cfm到约450cfm。
10.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层粘合在成型薄膜的凹面上。
11.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层用一种压敏粘合剂粘合，用量为0.5克/米2到3克/米2。
12.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层用含有10％重量到90％重量吸收性粘合剂的粘合剂粘结。
13.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述吸收性粘合剂或施加于熔喷层与成型薄膜之间，或用在成型薄膜的凸面上。
14.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层由聚丙烯纤维组成。
15.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层的单位重量是约7克/米2到约50克/米2。
16.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层的水蒸气透过率介于约10,000克/米2/天到12,000克/米2/天之间。
17.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层具有约10厘米到60厘米水的防水性。
18.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，熔喷层由疏水性纤维构成。
19.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述防磨损措施是粘合在与成型薄膜相对的熔喷层上的非织造层，从而使非织造层构成吸收性制品背面的外表面。
20.如权利要求19所述的吸收性制品，其特征在于，所述非织造层是一种热粘合或水刺法粘合成的机梳网。
21.如权利要求19所述的吸收性制品，其特征在于，所述非织造层是纺粘法粘合的。
22.如权利要求19所述的吸收性制品，其特征在于，所述非织造层的单位重量约为13克/米2到15克/米2。
23.如权利要求1所述的吸收性制品，其特征在于，所述防磨损措施是一种施加在与成型薄膜相对的熔喷层上的防磨损涂层，从而使涂层后的熔喷层构成吸收性制品背面的外表面。
24.如权利要求23所述的吸收性制品，其特征在于，所述防磨损涂层是胶乳粘合剂。
25.如权利要求23所述的吸收性制品，其特征在于，防磨损涂层是一种可固化硅氧烷。
26.如权利要求23所述的吸收性制品，其特征在于，防磨损涂层的用量在0.05克/米2到5克/米2之间。
27.一种制造一种高透气性、防水、耐磨的背层的方法，其特征在于，包括以下步骤提供一种带有凸面和凹面的穿孔成型薄膜，所述薄膜的凹面有表面区域；将熔喷层的第一面粘合到至少50％的成型薄膜凹面的表面区域；并且在与成型薄膜相对的熔喷层的第二面施加防磨损措施。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述施加防磨损措施是热粘合非织造层。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述施加防磨损措施是施加防磨损涂层。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，熔喷层与成型薄膜凹面至少70％的表面区域粘结。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于，熔喷层与成型薄膜凹面至少80％的表面区域粘结。
32.一种用于抵御来自第一方向的湿气流，并且能让空气沿与第一方向相反的第二方向通过的高透气性、防水、耐磨的复合材料，所述复合材料包括具有凸面和与之相对的凹面的穿孔成型薄膜，所述凸面朝向所述第一方向，所述凹面具有表面区域；熔喷层，粘合在成型薄膜的凹面超过50％的表面区域；以及防磨损涂层，施加与薄膜相对的熔喷层上，从而使有涂层的熔喷层朝向所述第二方向。
33.一种用于抵御来自第一方向的湿气流，并且能让空气沿与所述第一方向相反的第二方向通过的高透气性、防水、耐磨复合材料，所述复合材料包括具有凸面和与之相对的凹面的穿孔成型薄膜，所述凸面朝向所述第一方向，所述凹面具有表面区域；熔喷层，粘合在成型薄膜的凹面超过50％的表面区域；以及非织造层，粘结在与成型薄膜相对的熔喷层上，从而使非织造层朝向第二方向。
全文摘要
一种吸收性制品(10)，具有面向身体的面(12)和与面向身体的面(12)相对的背面(14)。背面(14)有一外表面。吸收性制品(10)包括以下组成部分在面向身体面(12)上的上层(16)、面向身体面(12)和背面(14)之间的吸收性芯层(18)、以及背面(14)上的复合材料背层(20)。复合材料背层(20)由穿孔成形薄膜(22)、熔喷层(40)以及防磨损措施(46)组成。穿孔成形薄膜(22)有一凸面(24)和与之相对的凹面(26)。穿孔成型薄膜(22)的凸面(24)朝向吸收性芯层(18)，而凹面(26)有一表面区域。熔喷层(40)连接在穿孔成型薄膜(22)的凹面(26)超过50％的表面区域。防磨损措施(46)在吸收性制品(10)背面(14)的外表面上，以防止熔喷层(40)的磨损。
文档编号B32B5/26GK1596096SQ02823893
公开日2005年3月16日 申请日期2002年11月26日 优先权日2001年11月29日
发明者J·W·克里, L·尤里安奈蒂, A·斯普兰迪安尼 申请人:屈德加薄膜产品股份有限公司