弹性体组合物的凸版印刷涂敷的制作方法

专利名称：弹性体组合物的凸版印刷涂敷的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过凸版印刷涂敷将弹性体组合物转移到基质上以形成拉伸复合材料的方法。在此过程中，弹性体组合物基本上从图案辊的凸起表面元件上去除，即残留弹性物小于10％。在某些实施方案中，复合材料随后被递增拉伸使得至少部分地破坏基质结构以减少对于拉伸的阻力。拉伸复合材料可用于一次性制品，如包括尿布、套穿尿布、训练裤、失禁贴身短内裤、经期服装、婴儿围兜等一次性吸收制品和其它一次性制品以及耐用制品，尤其是包括手术服和消毒盖布、运动服、外套等衣服。
背景技术：
一次性吸收产品(例如，一次性尿布)典型地包括位于腰部区域和箍区内的可拉伸材料如弹性线，以提供与穿着者身体的紧身贴合性和良好密封性。裤型吸收制品还包括位于侧面部分内的可拉伸材料，从而使制品容易穿用和脱去并获得制品持续的贴合。可拉伸材料也已用于带状尿布的耳部以调整制品的贴合性。有用的可拉伸材料包括弹性薄膜、非织造材料、天然或合成橡胶束、弹性稀松布等。典型地，单独制成这些拉伸区域并且利用粘合剂连接到尿布上。在大多数情况下，这些图案是一致的并可单向拉伸。同样，一次性的耐用衣服也利用弹性体元件来改善贴合性和舒适性。
能够提供多方向、非均匀拉伸的另一种方法已在共同未决的美国专利申请10/288095、10/288126和10/429433中公开。这种方法包括在基质上热熔融印刷一种或多种热塑性弹性体，随后递增拉伸弹性化基质，然后以稍微放大的形式将弹性体的拉伸特性赋予基质。上述公开的合适的印刷过程包括直接凹版印刷、胶版凹版印刷和柔性版印刷。这些印刷方法中的每一种都允许以任何形状和在任何方向上沉积预定量的弹性体，从而赋予各种设计可能性，最终可改善整个尿布产品的贴合性。然而，仍需要改进。
期望基本完成将这种弹性体组合物从用来涂敷弹性体的部件转移到基质上。此外，弹性体组合物可发生氧化，从而得到颜色降解，或是发生其它特性的降解。如果对涂敷部件进行加热，则更有可能产生这种降解，原因是转移不完全。
不受理论的限制，了解弹性体从涂敷部件将转移到基质上的机制是重要的。在转移过程中，受到三个作用力。这些力包括i)涂敷部件的表面和弹性体之间的粘合力；ii)弹性体的粘合强度(即，弹性体组合物的一个部分对分裂成两个更小部分的阻力)；和iii)弹性体与基质间的粘合力和/或基质的强度。为了将弹性体成功地转移到基质上，弹性体的两个粘合力之一或弹性体的两个粘合力或弹性体和涂敷部件的表面之间的粘合力必须小于弹性体和基质之间的粘合力和/或基质的强度。典型地，通过加热印刷方法来解决这个问题，在印刷位置由于加热的弹性体会保持液态或半液态使得弹性体的粘合强度足够低。因此，典型地通过在将涂敷部件转移到基质的转移点上的弹性体粘合失效并且将部分弹性体残留在涂敷部件的表面完成将弹性体组合物从涂敷部件到基质的转移。通常以上条件适用于例如弹性粘合剂的凹版印刷的过程，弹性粘合剂的粘度相对较低并且粘合剂对凹版元件的壁和对基质也具有很强的亲和力。重要的是，粘合失效是指在涂敷部件上存在未被转移的粘合剂残留部分。
另一方面，通常具有良好弹性的弹性体组合物在给定温度下具有大于典型的弹性粘合剂的粘度。作为参考，典型的用于尿布的热塑性弹性体在175℃下具有超过1000Pa的粘度。增加的粘度会转化为弹性体的更高粘合力和需要加热到更高使用温度来确保粘合失效。当弹性体的粘合强度超过它对基质的粘合强度或是超过基质的强度后，此动力造成了高粘度材料在传统直接凹版印刷中的问题。这种状况继而导致弹性体与基质的粘合失效或对基质造成损坏。另一方面，如果增加温度以降低粘合强度，弹性体组合物的涂敷温度可能超过基质的熔点，从而损坏基质或导致弹性体热降解。因此，需要一种能够将高粘度弹性体组合物沉淀在基质上而不损坏这些基质的涂敷方法。

发明内容
本发明涉及一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法在一个实施方案中包括
一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法包括以下步骤a)提供具有相对的第一和第二表面的第一基质；b)提供凸版印刷粘合剂涂敷系统，包括图案辊，其中图案辊外表面的至少一部分包括凸起表面元件的预设图案，和涂敷辊，每一个辊都具有外表面，所述外表面具有辊表面温度；c)在涂敷辊的外表面上沉积熔融的非粘性弹性体组合物，此处组合物具有涂敷温度和小于约3N/cm的剥离力，其中所述涂敷温度高于涂敷辊表面温度；d)将部分组合物从涂敷辊转移到凸起元件的着陆区域使得表面涂敷凸起表面元件，此处组合物粘合转移失败，使得部分组合物也保留在涂敷辊上；e)将转移的部分冷却到介于涂敷温度和图案辊表面温度之间的温度；和f)接触基质的第一表面和表面涂敷凸起元件以便弹性体组合物基本上完全从图案辊转移到第一表面。


虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求作出结论，但据信通过下述结合附图的说明可更好地理解本发明，其中图1是用于实现本发明方法的一个实施方案的设备示意图。
图2是用于实现本发明方法的设备透视图。
图3是根据本发明的方法生产的递增拉伸弹性化基质的设备的透视图。
图4a是用于“剥离测试”的样本夹持器的透视图。
图4b是用于剥离测试的夹具透视图。
具体实施例方式
定义本文所用术语“一次性的”是指通常不打算被洗涤、复原或多次重新使用其初始功能的产品，即，优选旨在使用约10次或更少，或更优选使用约5次或更少，或甚至更优选使用约1次后丢弃。优选一次性制品被回收、堆肥处理或以其它与环境相容的方式进行处理。
本文所用术语“一次性吸收制品”是指通常用于吸收和保留液体的一种装置。在某些情况下，该短语是指紧贴或邻近穿着者的身体沉积以吸收和容纳从体内排出的排泄物和/或渗出物的装置，并且包括这样的个人护理制品，如紧固尿布、套穿尿布、训练裤、游泳尿布、成人失禁制品、妇女卫生制品等。在其它情况下，该术语也指保护性制品或卫生制品，例如围兜、擦拭物、绷带、包裹物、伤口敷料、手术单等。
术语“粘合剂”是指根据以下“测试方法”部分中描述的剥离测试计算的剥离力大于3N/cm的材料。
本文所用术语“基质”是指包括天然材料或合成材料或其任何组合的材料，例如非织造纤维网、机织纤维网、针织织物、薄膜、薄膜层压材料、非织造层压材料、海绵、泡沫以及它们的任意组合。
本文所用术语“纤维基质”是指由天然材料或合成材料或是它们的任何组合的各种纤维而构成的材料，例如非织造纤维网、机织纤维网、针织织物以及它们的任何组合。
本文所用术语“非织造材料”是指采用如气流成网、湿法成网、纺粘法、梳理成网和熔喷法由连续和/或不连续纤维无需经过机织或针织而制得的材料。非织造纤维网可包括一层或多层非织造材料层，其中每一层可包括连续和/或不连续纤维。非织造纤维网也可包括双组分纤维，其可具有皮/芯式、并列式或其它已知的纤维结构。
本文所用术语“弹性的”或“弹性体的”是指在对其施加偏置力后可拉伸至伸长长度为其松驰初始长度的至少约160％而不会裂开或破损，并且在施加的力释放后可至少恢复其伸长的约55％，优选基本恢复至其初始长度，即恢复后的长度小于其松驰初始长度的约120％，优选小于约110％，更优选小于约105％的任何材料。
本文所用术语“非弹性的”是指不属于上述“弹性的”定义范围内的任何材料。
本文所用术语“弹性体”是指显示具有弹性特性的聚合物。
本文所用术语“可延展的”或“可非弹性伸长的”是指在对其施加偏置力使其拉伸超过其松驰初始长度的约110％时，显示出永久性变形，包括伸长、裂开、破损和其它结构缺陷和/或其拉伸特性的改变的任何材料。
本文所用术语“凸版印刷”或“凸版印刷涂敷系统”是指将材料从设备转移到基质的涂敷部件，此设备在金属辊表面上包括凸起表面元件的预定图案，此处每个元件的形状定义了被转移的材料的形状。
本文所用术语“颈缩材料”是指通过施加张力使其在一个方向缩小的任何材料。
本文所用术语“纵向”或“MD”是指加工时原料流的方向。术语“横向”或“CD”是指垂直于纵向的方向。
基质适合用于目前受权利要求书保护的方法的基质(即，第一基质或任何其它基质层)具有相对的第一和第二表面，并且可以选自薄纸、薄膜、针织织物、机织纤维网、非织造纤维网(包括气流成网、湿法成网、梳理成网、熔喷和纺粘纤维网)，或它们的组合。在一些实施方案中，基质是包括聚烯烃纤维和/或长丝的可延展的非织造纤维网，例如聚乙烯、聚丙烯等。基质也可以是非织造薄膜层压材料，例如可用作一次性尿布、训练短裤、成人失禁制品等的外覆盖件。理想地，基质的厚度为约0.05mm至约2mm，优选约0.1mm至约1mm，最优选约0.1mm至约0.5mm。
弹性体组合物本发明弹性体组合物的特征在于其剥离力小于约3N/cm，更优选小于约2N/cm，甚至更优选小于约1N/cm，最优选小于约0.8N/cm。(在以下“测试方法”部分讨论了用于确定这些弹性体组合物的剥离力的方法)。如下所述，据信相对较低的剥离力对基本完全完成从图案辊到基质上的转移是必要的。
适当的弹性体组合物包括选自苯乙烯嵌段共聚物的热塑性弹性体，所述苯乙烯嵌段共聚物具有包括烯烃(优选烯烃包括异戊二烯、丁二烯、乙烯、丙烯、丁烯和异丁烯)、茂金属催化聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚醚酰胺以及它们的组合的柔软嵌段。适当的苯乙烯嵌段共聚物可以是具有至少一个苯乙烯嵌段的两嵌段、三嵌段、四嵌段或多嵌段共聚物。多嵌段共聚物包括线性多嵌段共聚物和支化共聚物，其中多个嵌段从中心嵌段发散，通常称为星形共聚物。示例性苯乙烯嵌段共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯等。市售的苯乙烯嵌段共聚物包括购自位于Houston，TX的Shell ChemicalCompany的KRATON；购自纽约的NY Kuraray America，Inc.的SEPTON；和购自位于Houston，TX的Dexco Chemical Company的VECTOR。市售茂金属催化聚烯烃包括购自位于Baytown，TX的ExxonChemical Company的EXXPOL和EXACT；购自位于Midland，MI的Dow Chemical Company的AFFINITY和ENGAGE。市售聚氨酯包括购自位于Cleveland，OH的Noveon，Inc.的ESTANE。市售的聚醚酰胺包括购自Philadelphia，PA的Atofina Chemicals的PEBAX。市售聚酯包括HYTREL，购自位于Wilmington，DE的E.I.DuPont de Nemours Co.。
弹性体组合物还可包含加工助剂和/或加工油以调节组合物的熔融粘度。它们包括常规加工油料，如矿物油，以及其它石油衍生的油和蜡，如石蜡油、环烷油、凡士林、微晶蜡、石蜡或异链烷烃蜡。合成蜡，例如费托蜡；天然蜡，例如鲸蜡、巴西棕榈蜡、地蜡、蜂蜡、小烛树蜡、纯地蜡、西班牙草蜡、小冠椰子蜡、rezowax，和其它已知的矿物蜡，也适用于本发明。烯烃或双烯烃低聚物和低分子量树脂也适用于本发明。低聚物可以是重均分子量在约350和约8000之间的聚丙烯、聚丁烯、氢化异戊二烯、氢化丁二烯等。
在一个实施方案中，相变溶剂被用作加工助剂。相变溶剂可被掺入弹性体组合物中以降低其熔融粘度，使组合物在175℃或更低温度条件下容易加工，而基本上不损害组合物的弹性和机械性能。典型地，相变溶剂显示具有约40℃至约250℃的温度范围内的相变。相变溶剂的详细公开内容可见于2003年7月2日提交的美国专利申请10/429432。在一些实施方案中，典型地在弹性体组合物中的热塑性弹性体和加工油剂或加工助剂(例如，相变溶剂)的重量比率为约10∶1至约1∶2，优选约5∶1至约1∶1，更优选约2∶1至约1∶1。
此外，弹性体组合物可包括稳定剂等。例如，稳定剂可包括抗氧化剂和抗光剂。合适的抗氧化剂包括位阻酚醛塑料。适用于本发明弹性体组合物的市售抗氧化剂购自位于Tarrytown，NY的Ciba Specialty ChemicalsNorth America的IRGANOX 1010。合适的抗光剂包括受阻胺抗光剂。市售的抗紫外光剂TINUVIN 123也购自Ciba Specialty Chemicals NorthAmerica。
适用于本发明的弹性体组合物也基本上不含增粘剂以有助于确保确实完成图案辊表面的粘合失效。本文所用术语“基本上不含增粘剂”旨在指弹性体组合物含有按重量计少于约5％的在粘合剂领域中通常被视为增粘剂的材料。众所周知，在粘合剂配方中添加增粘剂以增加其粘合性。商业上作为增粘剂使用的材料包括松香树脂、氧茚树脂、萜烯树脂和烃类树脂。实施例1比较了合适的弹性体组合物和现有技术弹性粘合剂的释放特性。
可供选择地，弹性体组合物也可包含上述热塑性弹性体的低分子量弹性体和/或弹性体前体和可任选的交联剂或它们的组合。例如，2003年7月1日以Ashraf等人的名义提交的共同未决的美国专利申请10/610605中描述的热塑性弹性体包括具有至少一个刚性嵌段和至少一个柔性嵌段的弹性体嵌段共聚物、大分子光引发剂、加工油，以及可任选地包含这种弹性前体的热塑性聚合物和/或交联剂。低分子量弹性体或弹性体前体的重均分子量介于约45,000和约150,000之间。在一些实施方案中，热塑性弹性体与低分子量弹性体或弹性体前体与组合物中热塑性弹性体的重量比率典型地在约10∶1至约1∶2的范围内，优选在约5∶1至约1∶1的范围内，并且更优选在约2∶1至约1∶1的范围内。
适用于本发明的弹性体组合物形成弹性体构件，这些弹性体构件具有弹性而无需进一步处理，并且这些弹性体组合物不包括沸点低于150℃的任何挥发性溶剂。然而，在弹性体组合物已被应用到基质上之后，后处理可用于提高或增强所得弹性体构件的弹性和其它性能，包括强度、模量及类似性能。典型地，后处理通过诸如冷却、交联、固化(例如，通过化学固化、热固化、辐射固化)、辊压等方法以及它们的组合将弹性体组合物转变成弹性体构件。
凸版印刷的应用本发明也需要使用凸版印刷应用系统，此系统包括图案辊、背衬辊或涂敷辊。这种凸版印刷应用系统与类似柔版印刷系统在图案辊的结构上不同。在本文描述的凸版印刷系统中，图案辊基本上为金属结构。据信这种金属结构对于提供本文讨论的弹性体组合物的冷却所需的热转移是必要的。
图案辊的外表面包括凸起表面元件的预设图案。单独元件可以是直线的、曲线的或任何任意形状。例如规则的形状，如圆形或矩形，或不规则形状。相邻元件在它们之间具有隔距或相连以形成连续的图案。
单独元件可互相平行或不平行。可将几个元件放在一起形成成品(例如，一次性尿布)的一个部件。
沿辊表面的凸起元件或是连续的或不连续的。连续图案的一个例子是网状图案，沿图案辊的整个表面设置了横向和纵向带。另一种连续结构是纵向带，此纵向带沿围绕整个图案辊的圆周方向延伸。不连续图案的一个例子是水平的、间隔开的带条，该带条例如沿与圆周方向垂直的方向延伸。
在一些实施方案中，元件最大尺寸与最小尺寸的比率可大于3，更优选大于10，还更优选大于25。一方面利用本文描述的方法制成的制品的最大尺寸定义元件的最大尺寸。典型地，此最大尺寸可为约0.1mm至约600mm。凸起表面元件的远端表面的尺寸定义了这些尺寸。优选地，元件壁逐渐变细(即，其远端表面比基座窄小)。这种逐渐变细可方便长期使用后图案辊的清洁。元件壁也可以不逐渐变细。
用来为图案辊提供凸起表面元件的示例性方法包括机械刻花(压花)、化学蚀刻、激光刻花和机电刻花。
由于原料被沉积到其着陆区域上，因此元件的高度不如凹版印刷的高度那么重要。如果弹性体无意地最后位于图案辊上的凸起表面元件之间的空隙中，高度过高可能导致清洁困难。超过图案辊基表面的元件的合适高度为0.01mm至12mm，优选0.02mm至3.0mm，更优选0.05mm至2.0mm。
为了使所有凸起元件上均匀分配并保持加工的卫生，优选将弹性体组合物从涂敷辊转移到图案辊上。这种间接涂敷到凸起图案元件避免了弹性体组合物在元件间的积聚，这种积聚在通过挤压、喷雾和类似的直接涂敷方法直接将热塑性树脂涂敷到图案辊上时会发生。
通过将涂敷辊浸在熔融弹性体、槽式涂敷、挤压涂敷、喷雾和其它本领域熟悉方法的镀液中，可将弹性体组合物应用于涂敷辊，这些方法可作为在整个辊的宽度上提供均匀材料涂层的合适方法。
如果需要，可通过刮除拉平弹性体组合物的横向分配。众所周知，刮除元件操作将阻碍物(例如，刮粉刀)直接与辊接触或是与辊或其它将弹性体组合物转移到图案辊的部件间隔固定距离。通过使部分弹性体从分配高点流动以填充低点，此阻碍物可拉平任何弹性体横向分配不均匀。典型地，刮粉刀是弹性钢刀。在这个方法中，由于弹性体的粘度高并且如果弹性体被沉积到温度低于弹性体涂敷温度的表面上粘度会迅速增加，因此优选可加热刮粉刀。刮除也可剪切弹性体，这可能对剪切致稀的材料是有益的。在刮除过程中此材料的粘度降低，因此有助于拉平过程。
凸起表面元件上的着陆区域与涂敷辊上的弹性体层紧密接触。对以下各项进行精确控制是重要的i)涂敷辊上的涂敷厚度和ii)涂敷辊与图案辊间的隔距以便控制转移的弹性体组合物的量。如果涂层太薄或是隔距太大，图案辊将不接触弹性薄膜并且将不发生转移。另一方面，如果涂层太厚或是隔距太小，弹性体将被迫涂在图案辊的着陆区域内。这将导致转移的弹性体组合物图案无分界，并且由于弹性体在凸起表面元件间的积聚导致为清洁印刷辊可能需要关机。
在将弹性体组合物递送到相对低温度的图案辊的表面元件的着陆区域后，弹性体组合物在被转移到基质上之前冷却下来。这种冷却和所导致的粘度增加(即粘合强度)对于在转移到基质的点完成粘合失效是重要的。重要的是确保图案辊表面的至少一部分具有低于涂敷温度的表面温度以便提供这种冷却。这种冷却旨在降低弹性体组合物的温度使其低于有序/无序的温度以便增加组合物的粘合强度(有序/无序温度是嵌段共聚物从有序可辨别相转换为单一不可分辨相的温度和其特征在于弹性模量(G’)的基本减小，此模量可作为温度的函数通过流变学进行测试)。对于用于本发明的典型的弹性体组合物，有序/无序温度为至少约140℃，有时为150℃并且甚至为180℃或更高。应当理解，对于高粘度弹性体组合物，将沉积的弹性体冷却几十摄氏度可足以将内聚强度增加到一个点，在该点粘合失效并且不需要将组合物冷却到有序/无序温度。合适地，图案辊的表面温度比涂敷辊的温度低至少约25℃。优选地，表面温度低至少约50℃，更优选低至少约65℃。为了维持降低的表面温度，图案辊可配有本领域熟知的温度控制系统，以将图案辊的温度保持在预定温度，此预定温度低于涂敷温度。
任选地，为了使弹性体与凸起表面元件的良好隔离，图案辊在表面元件的至少着陆区域和优选其整个外表面上都具有永久性的或是可更新的隔离剂，例如，含氟化合物或硅氧烷。在加工过程中以低添加含量连续添加可更新的隔离剂。在2002年5月20日提交的共同未决的美国专利申请10/151,562中描述了适合的可更新隔离剂。加工部件的永久性隔离涂层在本领域中是熟知的，并且典型地包括含氟聚合物或硅氧烷树脂。
许多基质是聚烯烃基(聚丙烯或聚乙烯)并且可能在弹性体组合物被沉积到基质上时被损伤(在压光过程中丧失或损失柔软性)。然而，在本文描述的方法中，由于图案辊比弹性体递送温度低，因此可降低损伤基质的几率。简而言之，此方法可将高粘度弹性体转移到温度敏感的基质上，这是传统凹版印刷方法无法做到的。
利用本文描述的方法，也可能将沉积到图案辊上的弹性体进一步冷却，甚至冷却到低于包含弹性体的一个或多个聚合物嵌段的玻璃化转变温度的温度，以便弹性体具有足够的机械强度以呈现固态网状。在这种形态下，现在可通过在冷却远端施加一定的张力从图案辊上剥离固化的弹性体。如果需要，此固化的弹性体可纵向拉伸(例如，将其通过下游成对辊间的辊隙，下游辊的转速高于图案辊)，如果需要可使用粘合剂粘合到基质上，然后回缩以递送实时拉伸。重要的是要注意，传统印刷方法无法完成实时拉伸，传统方法中流动性更强的材料与基质接触。
如上所述，将弹性体组合物从涂敷辊转移到图案辊以确保均匀涂敷凸起表面元件。将弹性体组合物以熔融态从递送机构上沉积到涂敷辊的外表面，递送机构包括狭槽涂敷机、镀液、喷雾器和挤出机。然而，在这两种情况下，将弹性体组合物沉积到处于加热条件下的涂敷辊上，在此冷却并在相对较冷的条件下从辊上移除。
不受理论的约束，通常弹性材料应用凸版印刷时，当粘合失效，从图案辊上剥离弹性体所需的剥离力比粘合失效时小的多。参见Gent和Petrich的Adhesion of Viscoelastic Materials to Rigid Substrates，Proc.Roy.Soc.A，第310卷，第433-448页(1969)。此外，当粘合失效时(也可参阅Gent和Petrich的界面破坏)，从图案辊上剥离弹性体所需的剥离力几乎不随粘度的增加而变化，这对于特别是高粘度的材料非常有利。在这些情况下，从元件上移除了几乎所有弹性体以便实质性地完成转移。本文所用术语“基本完全的”或“基本完全地”是指不超过约10％，优选不超过约5％，更优选不超过约1％的残留的弹性体组合物未从凸版印刷的应用设备(即印刷辊)转移到基质上。此基本完全的转移是非常有利的。例如，可使碳化问题降到最低，碳化是残留在凸版印刷元件或是图案结构的死角中的不饱和弹性体具有的一个显著问题。
以下“测试方法”章节中描述了“残余弹性体”的测试可用于确定转移是否基本完全。“残余弹性体”定义为残留在图案辊的着陆区域的弹性体重量与转移到相当于图案辊圆周的基质的长度的弹性体重量的百分数。根据此方法确定的适当的“残余弹性体”的值小于10％，优选小于5％，更优选小于1％。
期望具有至少在一些位置至少部分地渗入基质的弹性体组合物，使得所得中间结构在后续加工和生产步骤中或在成品中不会分层。优选地，弹性体组合物仅渗入足以使制品在随后的加工和使用过程中提供所需完整性的程度。例如，如果基质为纤维状基质，据信使弹性体组合物仅渗入约一或两个纤维直径以提供这种完整性是必要的。此外，在复合材料和/或其预成型件内部的这种良好粘接使粘合剂的应用成为任选的。渗透程度将受到几个因素影响接触基质时弹性体组合物的粘度、基质的多孔性以及基质和弹性体组合物的相对表面张力。本发明的凸版印刷应用方法可使弹性体组合物在其接触基质前部分冷却，因此增加了它的粘度并降低了其渗入基质的程度。可供选择地，可在与基质接触之前或在与基质接触时将冷空气/冷气吹到弹性体组合物上来冷却弹性体组合物，或例如通过冷却备用辊来冷却基质。在另一个实施方案中，将基质/弹性复合材料通过一对印刷辊之间的间隙可增加渗透程度以便增强弹性体组合物渗入基质。压送辊的温度以及施加的辊隙压力提供了对渗透程度的进一步控制。
在某些实施方案中，可以改变沉积到基质的不同部分内的弹性体组合物的量，从而改变局部拉伸性能。例如，通过改变图案辊上的图案，所得的弹性体构件从复合材料的一个区域到另一个区域可显示具有变化的构件密度(即，每单位面积上的弹性体构件数)。在不同量的一个例子中，图案辊上的重复单元可与基质的关键尺寸(例如，随后由基质制成的吸收制品的长度尺寸)对应，以使基质的不同部分具有不同量的弹性体组合物。此外，具有不同图案的凸出表面元件或是应用在每个系统上的不同弹性体组合物的两个或多个系统也可将这些弹性体组合物沉积到基质的不同部分中。
此外，也可以组合不同的沉积方法。例如，凸版印刷可与喷雾或胶版印刷组合以便所得拉伸组合物具有所需的特性。
图1示意说明了制造拉伸组合物的方法100的一个实施方案。此方法可包括制作中间结构的第一操作，其包括提供第一基质的步骤；将弹性体组合物或材料应用到第一基质上；和任选地加入第二基质；方法100可任选地包括递增拉伸弹性化基质的第二操作以提供基质的额外延展性。
图1详细显示了方法100的第一操作。通过第一喂入辊52喂入基质34并沿纵向通过凸版应用系统105，此系统包括涂敷辊53、图案辊54和后备辊56。图案辊54在转移后将弹性体组合物沉积到基质34上，在上面形成弹性构件。弹性体组合物在转移时足够柔软以便在弹性体组合物和基质之间形成足够强的粘结以提供弹性化基质35。
将弹性体组合物从涂敷辊53递送到图案辊54。弹性体组合物的喂入部件55向涂敷辊53提供定量的弹性体组合物。喂入部件55可包括部件52(例如，刮粉刀)沿涂敷辊53的横向宽度拉平弹性体组合物。任选地，第二刮粉刀可用于从涂敷辊53上去除残留的弹性体组合物以回收或处理。
如图2所示，将弹性体组合物沉积到凸起表面元件258上。转移后，将弹性体组合物作为弹性构件260沉积到基质234上以形成弹性化基质235。
任选地，第二喂入辊262可提供附加基质236并且通过轧辊264、266与弹性基质235组合，轧辊将弹性构件260夹在基质234、236之间以形成中间结构237。如果需要，可以使用粘合剂粘结两个基质。
弹性化基质235和/或中间结构237可经受附加处理，例如冷却、印刷(例如，在一对轧辊之间通过)、交联、固化(例如，通过化学、热学辐射的方法)以及它们的组合，以便增强沉积到其上的弹性体组合物和所得中间结构的弹性和机械性能。
适用于方法100的示例性第二操作如图1所示形成工位106，并且在图3中有更详细的描述。此第二操作包括形成工位106，其用来将中间结构37(或弹性化基质35)递增拉伸到基质被永久性地拉伸，并且中间结构37转化为拉伸复合材料38。由于这种结构的变化，基质具有减小的拉伸阻力，并且弹性构件能够拉伸到由基质的永久性伸长提供的拉伸程度。
图3显示了被称为“环轧制”的用来提供附加横向延展性的上述方法，其中一对波纹啮合辊108、109用于在基质通过辊隙107时永久性地拉长基质以减少其拉伸阻力，此方法可能是本发明的理想递增拉伸操作。与此类似，“齿轮辊”可用于提供递增纵向拉伸。所得复合材料在经受这种附加的加工步骤的部分中具有更大程度的拉伸性。因此，此第二操作在拉伸复合材料的局部获得拉伸性能方面提供了附加柔韧性。
利用沿纵向或横向递增拉伸并且使材料永久性地变形的波纹啮合辊将延展性赋予可延展的或换句话讲基本非弹性的材料的方法公开于美国专利4,116,892、美国专利4,834,741、美国专利5,143,679、美国专利5,156,793、美国专利5,167,897、美国专利5,422,172和美国专利5,518,801。在一些实施方案中，可将中间结构沿与该第二操作的纵向成一定角度喂入波纹啮合辊。可供选择地，第二操作可使用一对互相啮合的凹板，在压力下将其应用于中间结构，以完成在局部化部分中对中间结构的递增拉伸。
通过颈缩也可将延展性赋予基质，其描述在美国专利5,226,992和5,910,224中。在此方法中，利用张力可沿一个方向颈缩基质，并且当基质仍处于颈缩状态时对弹性体进行印刷。如果需要，可递增拉伸该层压材料以进一步提高其拉伸性能。通过硬化来赋予延展性的另一种方法描述于美国专利5,914,084和6,114,263。如所描述的，硬化在第一方向包括喂入颈缩非织造材料、将非织造材料沿垂直于第一方向的方向进行递增拉伸、对非织造材料施加张力使其颈缩和对非织造材料进行机械稳定以提供稳定的、可延展的颈缩非织造材料。此外，所要求的递增拉伸可通过本文详述的拉伸技术的组合来实现。与颈缩一样，可任选地递增拉伸该层压材料以进一步提高其拉伸性能。
期望可延展基质在应用条件下受到典型应变时不具有明显的拉伸阻力。复合材料所经受的使用时的应变是由于在将制品应用于穿着者或从穿着者身上移除制品时以及在制品被穿着的过程中的拉伸造成的。可对可延展的基质进行预应变处理来赋予复合材料所需的拉伸性。典型地，当可延展结构的预应变为最大应用应变的约1.5倍时(典型小于约250％的应变)，可延展基质成为永久性拉细以便其在应用应变范围内不具有拉伸阻力，并且复合材料的弹性基本上仅由复合材料的弹性构件提供。
适用于本发明的方法制成的拉伸复合材料包括一次性制品。示例性一次性制品包括尿布、训练裤、成人失禁制品、卫生巾、诸如手套、围裙、工作服、短袜等的服装。这些一次性制品可包括拉伸区域，包括耳部、腿箍、腰带、后片、前片、侧片以及它们的组合，并且这些拉伸区域包括由本发明的方法制成的拉伸复合材料。
测试方法剥离力剥离力的测试测量在室温下以薄膜形式从光滑的不锈钢钢板上剥离弹性体组合物所需的应力。
设备不锈钢钢板 Mc Master-Carr(Cleveland，OH)，目录编号8983K62，符合ASTM A240光滑不锈钢钢板由304不锈钢制成并且具有#2B光洁度；宽度＝100mm，长度＝75mm，厚度＝0.060硅氧烷橡胶板Mc Master-Carr # 8979K111，高温硅氧烷橡胶，0.08cm(1/32″)厚度，49A硬度防粘纸 Paul N.Gardner Company，目录编号PC-RP-1K，22cm×28.5cm(8.63″×11.25″)，ASTM D4708/2370/1353手动罗拉合适的罗拉可被加工为具有6mm厚硬橡胶涂层(65 Shore A)的直径为68mm的钢辊。成卷的重量为2250克，宽度为6.35cm。
Mylar薄膜 0.05mm(2mils)为了确保薄膜覆盖弹性体此Mylar薄膜可比弹性体稍宽和稍长。
张力检测器 合适的仪器以型号Alliance RT/1购自Cary，NC的MTS Systems Corp.。
样本支架支架400在执行如图4a所示的方法过程中用于握持不锈钢钢板。弯曲120mm×110mm的不锈钢钢板以便具有以下尺寸钢板宽度110mm第一垂直部分410-80mm水平部分420-25mm第二垂直部分430-15mm图4b显示了一对夹具440之一，其用来在整个测试过程中用于确保不锈钢钢板与支架400保持稳定的接触。通过将12mm宽的不锈钢弯成宽度为111mm(即，比支架400稍宽)X深度为5mm
的矩形450可方便制成夹具440。此夹具也配有旋紧设备445以提供与支架400的张力。
样本弹性体薄膜 薄膜样本必须具有与弹性体组合物完全相同的组合物，此弹性体组合物是利用受权利要求书保护的方法制成。样本宽度50.8mm(2″)乘最小75mm长乘0.356mm±0.05mm(14mils±2mils)厚薄膜的制备如下1)称重量为约12克的弹性体组合物；2)将两片0.03mm(0.010英寸)厚的PTFE(Teflon)薄膜之间的预先称重材料进行压缩模塑组合物；3)薄膜“三明治”置于预加热的铝板间，铝板插入型号为3853-0的Carver压榨机内，热板的温度设置为大约160℃；4)将材料加热3分钟后在铝板间进行轧辊，压力为17MPa(2500psi)；5)此制剂在加压30秒钟后可流动；6)将所得薄膜骤冷到环境温度；和7)将薄膜切成三等份。
8)将每一份置于PTFE薄膜和预热铝板之间并且允许在施加14MPa(2,000psi)压力之前在Carver压榨机中加热到160℃保持1分钟。
9)此制剂能够在该压力下流动30秒。
10)卸掉压力，将样本旋转90°并插回到压力机中，并立即施加20.7MPa(3,000psi)的压力。
11)此制剂可再次流动30秒。卸掉压力，将样本翻转并插回到压榨机中并马上施加27.6MPa(4,000psi)的压力。
12)此制剂可再次流动30秒。
13)卸掉压力，将样本旋转90°并插回到压力机中并马上施加34MPa(5,000psi)的压力。
14)此制剂可再次流动30秒。
15)在最后印刷之后，将薄膜骤冷至室温。
16)如果需要，通过叠置多个层将根据步骤1-15制备的两层或多层材料层压并且重复步骤8-15以达到0.36±0.05mm的最终样本厚度。
17)根据上文所述的试验方法将薄膜切成合适的样本大小。
方法1)将光滑的不锈钢钢板(SS板)置于金属支撑板上。
2)将硅氧烷橡胶板邻近光滑的SS板放置。此硅氧烷橡胶板与光滑的SS板具有大约相同的厚度。
3)将弹性薄膜样本置于光滑的SS板上，使得在光滑的SS板上的样本为至少50mm并且在硅氧烷橡胶板上的样本为至少25mm。
4)将纺粘纸置于弹性薄膜的顶部并利用手动罗拉进行加压。手动罗拉在测试样本上转动10次(1次＝1个向前移动和1个向后运动)。所加压力恰好等于手动罗拉重量。
5)移除纺粘纸，将测试样本置于SS支撑板上，此支撑板被沉积到将温度保持高于组合物有序/无序温度的热板上。需要将弹性体加热到超过其有序/无序温度以确保弹性体足够柔软地与光滑不锈钢钢板粘合。160℃的温度对大多数组合物应当是足够高的。
6)在热板上加热测试样本10分钟±1分钟。
7)沿测试样本移除SS支撑板并将它置于一段钢板上，此钢板的温度为室温。
8)从热板上移除之后十秒钟，将Mylar薄膜置于弹性体上并如上所述用罗拉加压10次。
9)允许设备在空气中冷却至室温。
10)将光滑的SS板与弹性体和Mylar薄膜一起放入张力测试器上的剥离测试夹具中。剥离角度为180度并且测试在室温下进行。
11)从光滑SS板上以25.4cm/min(10英寸/分钟)的速度剥离弹性体。负荷首先增加，然后达到稳定值。
12)记录此恒定剥离力，并且以弹性体的克力/厘米宽度的形式记录。
13)至少共重复3次。
14)记录平均剥离力和已纪录的标准偏差。
残留弹性体此方法旨在测试图案辊上残留弹性体的量和利用这些数据确定残留弹性体。原则上，将荧光材料掺入感兴趣的弹性体组合物并且建立组合物与荧光物相关量的曲线。然后利用此曲线将测量的荧光物的量与残留在凸起表面元件上的热塑性弹性的量进行关联。
材料荧光剂合适的荧光材料购自位于Chicago，IL的UV ProcessSupply。
装置可以使用能够提供适当的照明和测试发光强度的任何合适的设备。此装置应尽可能的紧凑以满足测试限制的要求。
荧光计能够接收和测量荧光材料所释放的光的强度。此荧光计应包括适当的已调节到荧光剂所释放的光的特征波长的光学过滤器。
辐射器能够提供可最有效地将能量转移给荧光剂的特征波长的光。此辐射器应包括光学过滤器以定义用于照明荧光剂的光的波长。
样本弹性体将弹性体的样本放在被测试的应用系统上，此样本至少是弹性体供应设备预测体积的三倍。
确定荧光剂浓度1.在合适溶剂中准备0.01％的弹性体溶液。
2.在相同溶剂中准备已知浓度的荧光剂溶液。
3.弹性体溶液的等分样本加入等量的荧光剂溶液以提供混合溶液，此溶液相当于0.01％弹性体溶液，其中添加的荧光剂浓度为0.1％、0.5％、1％、2％和5％。
4.按照制造商说明书校准荧光计和辐射器。
5.确定每个混合溶液释放的光强(I0.1-I0.8)。
6.选择提供满足信噪比要求的荧光剂浓度。
弹性体的准备混合弹性体和荧光剂以便将荧光剂以最低浓度充分地分散在弹性体中，必须满足强度/浓度曲线要求的信噪比。Mc Henry，IL的GLSCorporation是一个适用于此操作的混合者。
标准荧光曲线的准备1.利用上述确定的荧光剂浓度在合适的溶剂中溶解部分混合弹性体，其浓度为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％和1％。
2.利用荧光计测试并记录每个样本的荧光强度3.对其它两套样本重复步骤1和2。
4.绘出浓度对每个浓度下平均强度的曲线。
残留弹性体的确定1.从弹性体供应设备上移除未混合的弹性体。
2.用混合的弹性体填充弹性体供应设备。
3.启动凸版印刷应用系统。
4.在生产操作条件下运行凸版印刷粘合剂涂敷系统，直到消耗至少两个混合弹性体供给系统的容量。
完成步骤1-4并且在消耗混合弹性体的残留物之前，系统以生产操作条件运行时进行以下测试。
5.缩回涂敷辊以防止弹性体从涂敷辊转移到图案辊上。
6.在缩回涂敷辊的生产操作条件下，连续运行此过程使图案辊至少转动20圈(为约10至30秒钟)。
7.实施控制线关闭。
8.以保留产品顺序的方式收集期间生产的产品。
9.选择用于进一步分析的图案。本文所用的“图案”是从一个或是多个凸起图案元件沉积到基质表面上的弹性体组合物的一部分，其中元件位于图案辊的特定部分上。
10.从收集的产品，确定在转移的弹性体明显减少处生产的第一图案。此图案是此工序流的涂敷辊回缩的指示点。
11.收集在第一图案的转移弹性体明显减少后生产的20个单独图案，小心保持图案的生产顺序。
12.收集在第一图案的转移弹性体明显减少前生产的20个单独产品，小心保持产品的生产顺序。
13.编号样本1-41，其中样本编号1是在涂敷辊缩回之前最长时间内生产的图案，样本41是在涂敷辊缩回之后最长时间内生产的图案。如所辨别的，样本21是在步骤8中视觉分辨的样本。
14.用合适的溶剂萃取样本1-25。
15.测试萃取的每个样本的荧光强度。如果需要，可利用熟悉的方法浓缩萃取物以增加测试强度。
16.利用样本1-20，确定选择图案的应用方法的能力界限(平均强度±3标准偏差)。
17.将样本21和此方法能力界限的强度相比较。如果样本21的强度在此方法能力界限内，则进入步骤16。如果不在此界限内，向后移动穿过(即，朝向样本1)样本以确定强度在此方法能力界限内的第一样本。
18.利用上述方法完成的标准曲线，对样本21(或可供选择的在步骤15确定的起始点)和随后5个样本按顺序确定弹性体添加量(添加重量21-添加重量26)。
19.

20.重复步骤5至15三次。
21.报告平均残留弹性体百分数、个别计算的残留弹性体百分数和所有用于计算这些数值的数据。
实施例1该实施例比较了市售粘合剂(弹性体的和非弹性体的)、热塑性弹性体和示例性非粘性弹性体组合物的性能。

1.弹性体粘合剂，购自位于Wauwatosa，WI的Bostik Findley2.粘合剂，购自Bostik Findley3.苯乙烯/异戊二稀/嵌段共聚物，购自位于Houston，TX的DexcoPolymers LP4.载体8508a20％
低分子量热塑性弹性体b50％Drakeol 600c25％M光引发剂d5％a苯乙烯的嵌段共聚物，购自位于Houston，TX的Dexco Companyb实验用苯乙烯-异戊二稀-苯乙烯嵌段共聚物，购自Dexcoc矿物油，购自位于Kams City，PA的Pennzoil Co.，Penrenco Div.
d实验用样本，购自位于NJ的National Starch和ChemicalsBridgewater5.Septon 4033a40％SHF 401b40％对苯二甲酸二辛基十二烷酯低聚物 20％a苯乙烯嵌段共聚物，购自位于New York，NY的Kuraray America，Inc.
b聚α烯烃合成油，购自位于Huston，TX的ExxonMobileChemical Co.
发明详述中所有引用文献的相关部分均引入本文以供参考；任何文献的引用都不可解释为是对其作为本发明的现有技术的认可。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括本发明范围内的所有这些变化和修改。
权利要求
1.一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法包括以下步骤a)提供第一基质(34)，所述基质沿纵向移动，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；b)提供凸版印刷粘合剂涂敷系统(105)，所述凸版印刷粘合剂涂敷系统包括图案辊(54)和涂敷辊(53)，每一个所述辊具有外表面，所述外表面具有轧辊表面温度，所述图案辊(54)的所述外表面的一部分包括凸起表面元件(58)的预定图案；c)将熔融的、非粘性弹性体组合物沉积到所述涂敷辊(53)的外表面上，所述组合物具有涂敷温度，所述涂敷温度高于所述图案辊表面温度并且剥离力小于约3N/cm；d)将所述组合物的一部分从所述涂敷辊(53)转移到所述凸起元件(58)的远端表面以表面涂敷所述凸起元件(58)并形成弹性体元件，其中所述组合物粘合失效，使得所述组合物的一部分也保留在所述涂敷辊(53)上；和e)将所述转移的部分冷却到介于所述涂敷温度和所述图案辊表面温度之间的温度，造成所述粘合强度增加，使得所述粘合强度大于所述剥离力；和f)将所述基质(34)的所述第一表面和所述表面涂敷的凸起元件接触，特征在于，在步骤f，基本上完全将所述弹性体组合物从所述凸起表面元件的所述远端表面转移到所述第一表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤e之后和步骤f之前执行以下步骤i)对所述弹性体元件施加张力以将所述元件从所述图案辊上剥离；和ii)纵向拉伸所述弹性体元件。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述图案辊的外表面具有比所述涂敷辊的表面温度和所述涂敷温度中的至少一个低至少5℃的温度。
4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述组合物用供应部件(55)沉积，所述供应部件包括狭槽涂敷机、镀液、喷涂器和挤出机。
5.如前述任一项权利要求所述的方法，其中在所述组合物进行所述转移之后，使第二基质(36)与所述弹性体组合物接触。
6.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述基质在所述组合物进行所述转移之后被递增拉伸以永久性地拉细其至少一部分。
7.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述弹性体组合物包括热塑性弹性体和加工油，优选包括1％至70％的所述加工油，并且基本上不含增粘剂。
8.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述弹性体组合物的组分的至少一部分包含可交联材料。
9.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述弹性体组合物还包含1％至50％重量的非弹性体热塑性聚合物。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述弹性体组合物具有玻璃化转变温度，并且在将所述元件从所述图案辊上剥离之前，所述弹性体组合物被冷却到低于所述玻璃化转变温度的温度。
11.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述基质在所述纵向受拉伸以在所述组合物转移之前横向颈缩所述基质。
全文摘要
本发明提供了一种将弹性体组合物转移到基质上的方法。冷却弹性体组合物。所述冷却也导致了基本上完全将弹性体组合物从图案辊转移到基质上，并且减少了弹性体的降解。
文档编号B44C1/00GK1933921SQ200580009635
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月29日
发明者弗雷德·N·德塞, 肯尼思·S·麦圭尔, 玛丽·L·阿米尔波尔, 厄米什·P·达拉尔, 查尔斯·B·兰伯特, 戴维·R·塔克 申请人:宝洁公司