包含低结晶度聚合物的拉伸变薄薄膜及其层压材料的制作方法

专利名称：包含低结晶度聚合物的拉伸变薄薄膜及其层压材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有低结晶度聚合物的薄的、弹体薄膜及其层压材料。此外，本发明还涉及一种制造该薄膜的方法。
背景技术：
本发明涉及低结晶聚合物薄膜及其层压材料。这些材料用途广泛，特别是在有限使用或随弃物品的领域中。
传统上，该弹体薄膜在有限使用或随弃物品中起着屏障的作用。术语“有限使用”和“随弃”意指物品或部件仅仅使用一次，或是，在废弃前只使用有限的几次。这种物品的实例包括，但不局限于，外科或卫生护理用物品如医院用的被单和大褂，随弃的工作服如连裤工作服和实验服以及具有吸收能力的个人护理制品如尿布、训练裤、防失禁用衣物、卫生棉、绷带、抹布等。在防护服领域中，上述薄膜被用来防止患者和穿戴者间微生物的交叉感染，上述薄膜可用做具有吸收能力的个人护理制品的外套层以防止身体排泄物污染衣物、被褥及周围环境的其他方面。
上述薄膜的层压结构已被用于制造不透材料。外科用大褂和高价尿布的外套层就是一些实例。在上述层压结构中薄膜的主要目的就是起屏障作用。就耐用度而言，层压材料还必须坚韧，即，纵向和横向都具有高的抗拉强度。
传统上，弹体薄膜是用如下的线型聚合物制成的聚氨酯，线型低密度聚乙烯，该聚乙烯是由密歇根州Midland的Dow化学公司和得克萨斯州休斯敦的Exxon公司生产的金属茂催化剂，特拉华州Wilmington的montell USA生产的Catalloys和得克萨斯州休斯敦Shell化学公司生产的KRATON牌聚合物。使用这种线型聚合物的一个问题是，虽然它们提供纵向高的抗拉强度，但是当纵向取向制得的薄膜时，横向强度却是很微弱的。因此，该薄膜不坚韧而且易断裂。传统线型聚合物的另一个问题是它们含有高水平的乙烯，而乙烯，在促进柔性度的同时，减弱抗拉强度。当抗拉强度弱时，用较弱的力就会使薄膜断裂，为了防止断裂，该薄膜必须具有较大的厚度，这就意味着较高的制造成本。
因此，需要一种在纵向和横向很强的低成本弹体薄膜，及其制造方法。
发明概述根据本发明，现已发现在横向具有更高强度的更坚韧、更薄的薄膜能够用低结晶度的丙烯均聚物、共聚物及其共混物制备。如同热技术定义的那样，在这里术语“低结晶度丙烯”是指结晶度低于30％的均聚物和/或共聚物。结晶度可以使用示差扫描量热法(DSC)通过采用第二次DSC扫描的熔化热除以185焦耳每克(纯聚丙烯的近似结晶度)来确定。本发明的薄膜在被拉伸时也表现出较好的伸长率。
本发明的薄膜含有高达100％的聚丙烯，其中在聚合物主链上具有聚丙烯中丙烯和/或乙烯的多种立体异构体。在一个实施方案中，低结晶度的丙烯共聚物选自含有高达6％重量比乙烯共聚单体的无规丙烯共聚物和含约10％～约20％4～8个碳原子的α-烯烃的无规丙烯共聚物。使用含有极少或不含乙烯成分的丙烯均聚物和/或共聚物的好处是更接近薄膜中所用的树脂的熔点。典型地，在树脂的熔点间存在着显著的差别，这就意味着，当混合物加热到熔化较高熔点树脂时，较低熔点的树脂在挤压机中很容易被烧坏。
本发明还涉及制造弹体薄膜的方法，其中丙烯共聚物用于增强纵向强度而低结晶度丙烯被用来增强横向强度。该方法包括以下步骤提供低结晶度的丙烯均聚物和/或共聚物，任选地按合适的比例混合低结晶度丙烯聚合物和填料/颜料，然后加热并挤出混合物形成单层或多层薄膜。
上述薄膜具有广泛的用途，包括但不局限于，用于具有吸收能力的个人护理制品如尿布、训练裤、防失禁用衣物等的外覆层。这些薄膜还可用于外科用的被单和大褂等物品，以及衣物等其他物品，既可做整个物品也可仅做其中的一个组分。
结合阅读所给的实施例，本发明的上述和其他的特性和优点可以从下面的现有优选实施方案的详细描述中清楚得出。
附图简述

图1是本发明的层压方法的侧视简图。
图2是可以使用按照本发明制造的层压材料的典型的随弃衣物的部分切面俯视图。
优选实施方案详述本发明涉及弹体薄膜及其制造方法。本发明的薄膜是一种含有至少一种低结晶度丙烯共聚物和/或均聚物的弹体薄膜。
典型地，全同立构均聚丙烯是约50％～约60％的晶体。用于本发明的丙烯结晶度约低于30％。低结晶度丙烯选自含有高达6％重量比乙烯共聚单体的无规丙烯共聚物和含约10％～约20％4～8个碳原子的α-烯烃的无规丙烯共聚物。具体实例包括Rexene 13S25A，一种得克萨斯州达拉斯Rexene公司生产的2.5％的无规乙烯共聚聚丙烯；Rexene FP-D1730，一种同样为Rexene公司生产的软质聚烯烃；Shell 6D43，一种得克萨斯州休斯敦Shell化学公司生产的3％无规乙烯共聚聚丙烯；Shell WRD60-277，一种同样为Shell化学公司生产的无规丁烯共聚聚丙烯。
以薄膜总重量为基准，根据本发明制造的薄膜含有高达约90％的低结晶度聚丙烯。优选地，该薄膜含有高达75％低结晶度丙烯共聚物和高达80％的低结晶度丙烯均聚物。当低结晶度丙烯共聚物选自含有高达6％重量比乙烯共聚单体的无规丙烯共聚物时，在所制得的薄膜中乙烯含量应该高达约6％，优选约2.5％。当使用含有4～8个碳原子的α-烯烃的无规丙烯共聚物时，所制得的薄膜中α-烯烃的含量应该高达约14％，优选约5.5％。
本发明中薄膜可以采用任意一种为熟悉薄膜制造的人员熟知的惯用方法来加工成型。通常，低结晶度丙烯共聚物和/或均聚物可以按合适的比例和填料/颜料混合。然后采用任意一种制造薄膜的方法，加热混合物并挤出形成单层或多层薄膜，所述方法例如，流延和压花，骤冷、平挤和吹塑薄膜法。
如图1所示，通常需要将薄膜10层压成一层或多层基层，或支承层，12。支承层的材料包括，但不局限于，泡沫、纤维素网和其他薄膜。薄膜10的层压可以增强薄膜的强度和耐用度。如果需要，薄膜10可以被固定在一层或多层支承层12上形成层压材料14。
如图1所示的支承层30是纤维非织造网，例如，压缩聚丙烯纺粘物(spunbond)、蜷缩聚丙烯纺粘物、粘合梳理纤维网、弹体纺粘物和由弹体树脂制得的熔融吹塑织物。纤维非织造网能够给予薄膜额外的性能如一种更柔软、更类似于布的感觉。当薄膜被用来作为屏障层时，例如，具有吸收能力的个人护理制品的外套层、外科用大褂和被单以及其他形式的衣物时，一种更类似于布的感觉就特别有利。
纤维非织造网的制造是已知的。这种网的制成可以选用大量的方法包括，但不局限于，纺粘、熔融吹塑和粘合梳理纤维网法。
熔融吹塑纤维是按以下操作形成的纤维，通过熔融吹塑模头上的大量微细的，常为圆形的，毛细管把细线或长丝状的熔融热塑性材料挤入到通常为热的高速气(例如空气)流中，该气流与熔融的热塑性材料被挤出的长丝或细线同向流动，这样使挤出的长丝或细线被拉细，即被牵拉或被挤出，从而减小了其直径。细线或长丝可以被拉细到微纤维的直径，即细线或长丝的平均直径不超过75微米，通常为约0.5～约50微米，更具体为约2～约40微米。此后，熔融吹塑纤维被高速气流带走并沉积在收集表面上形成由无规分布的熔融吹塑纤维织成的网。熔融吹塑法是众所周知的而且已在多种专利和出版物中被描述，包括NRL Report 4364，B.A.Wendt、E.L.Boone和D.D.Fluharty的“Manufactureof Super-Fine Organic Fibers”；NRL report 5265，K.D.Lawrence、R.T.Lukas和J.A.Young的“An Improved Device for the Formation of Super-FineThermoplastic Fibers”；Prentice的美国第3,676,242号专利；以及Buntin等人的美国第3,849,241号专利。上述文献全部内容在此引入作为参考。熔融吹塑纤维是连续的或不连续的微纤维，平均直径通常小于10微米，当被沉积在收集表面上时通常呈粘性。
纺粘纤维是通过从喷丝头上的大量微细的，常为圆形的，毛细管挤出长丝状的熔融热塑性材料而形成的小直径纤维，挤出的长丝的直径通过，例如，非喷射或喷射的液体喷射或其他众所周知的纺粘机时迅速减小。生产该纺粘非织造网的方法在专利中已有说明，例如，Appel等人的美国第4,340,563号专利；Matsuki等人的美国第3,802,817号专利；Dorschner等人的美国第3,692,618号专利；Dobo的美国第3,542,615号专利；Hartman的美国第3,502,763号专利；Peterson的美国第3,502,538号专利；Kinney的美国第3,341,394和3,338,992号专利；Levy的美国第3,276,944号专利以及Harmon的加拿大第803,714号专利。这些专利文献公开的全部内容在此引入作为参考。当沉积在收集表面上时，纺粘纤维通常不呈粘性。纺粘纤维通常是连续的且平均直径(从至少10个的取样中得出)大于7微米，而且，更具体的为，约10微米～约20微米。
也可以使用多种支承层。这种材料的实例包括，例如，纺粘/熔融吹塑层压材料和纺粘/熔融吹塑/纺粘层压材料，如同Brock等人的美国第4,041,203号专利中教导的那样，该文献在此引入作为参考。
粘合梳理纤维网是通常由成包(in bales)购买的人造短纤维织成的网。这些纤维包(bales)被放入分离纤维的拣选机中。然后纤维被输送经过一个精梳或梳理单元，该单元使人造短纤维分裂并沿纵向排列人造短纤维形成一般为纵向取向的非织造网。网一旦形成后，就用几种已知的粘合方法中的一种或多种将其粘合起来。一种上述的粘合法是粉末粘合，其中一种粉末状的粘合剂涂布在网上而后发挥作用，通常通过热空气加热网和粘合剂进行。另外一种粘合方法是局部粘合，包括使用热的压延辊或超声粘合设备把纤维粘合在一起，通常以局部粘合的方式，尽管如果需要的话，网也可以把整个表面都粘合起来。另一个合适的且众所周知的方法，尤其当用双组分人造短纤维时，是经空气(through-air)粘合。
再参考图1，一种常用的纤维非织造网的成网装置，如一对纺粘机20，被用来形成支承层12。长的、基本上连续的纤维22沉积在成型导线上形成未粘合网26。未粘合网被输送通过一对粘合辊28、30，把纤维粘合在一起并增强所制得网状支承层12的撕裂强度。通常加热辊28、30中的一个或两个来帮助粘合。典型地，辊28中的一个也可以是带图案的，以便给予网12一种具有指定粘合表面积的不连续粘合图案。另外的那个辊通常是光滑的支承辊，但是如果需要的话这个辊也可以是带图案的。
一旦膜10充分地被拉伸，支承层12已成形，将这两层并在一起并层压。一种方法是热点粘合。热点粘合就是让膜10和支承层12通过一对层压辊32、34之间的辊间隙。如同粘合辊28、30，也可以加热层压辊32、34。另外，至少辊32中的一个为带图案的，以便为所制得的层压材料14制造一种具有指定粘合表面积的不连续粘合图案。通常，层压材料14一侧的指定表面区域中最大点粘合表面面积不超过整个表面面积的50％。可以使用多种不连续粘合图案中的任意一种。实例在Brock等人的美国第4,041,203号专利中有公开，在此引入作为参考。
也可以使用除热点粘合法外的其它粘合方法来把支承层12粘合到膜10上。合适的替代方法包括，例如，粘合剂粘合和增粘剂。粘合剂例如可以通过熔融喷涂、印花或熔融吹塑等方式使用。可以获得的多种粘合剂包括由无定型聚α烯烃，基于乙烯醋酸乙烯的热熔物和得克萨斯州休斯敦Shell化学公司生产的KRATON牌粘合剂制成的粘合剂。
当增粘剂被用来粘合薄膜和支承层时，增粘剂可以被吸收到薄膜的本身中。增粘剂基本上用来增强薄膜和支承层间粘合。薄膜和纤维层压材料可以接着进行热点粘合，尽管通常需要极少的热量即可完成，原因是增粘剂有助于增加薄膜的压敏度，能够形成一种有点类似于粘合剂粘合的粘合。可用的增粘剂的实例包括俄亥俄州Akron Goodyear轮胎和橡胶公司生产的WingtackTM95和得克萨斯州休斯敦Exxon化学公司生产的EscorezTM5200。
一旦层压材料14存在，它就可以被卷绕成辊36进行下一步操作。替代地，层压材料14也可以继续在线上进一步操作或转化(未表示出)。
图1中给出的方法也可以被用来制造三层层压材料。对前述方法的唯一改变就是把第二层纤维非织造网12a的原料38添加到层压辊32、34中薄膜10一侧上，即与另一支承层12相对的那一侧。支承层12和12a中的一层或两层都可以在线上直接形成，如图1中支承层12的说明。替代地，支承层12和12a中的一层或两层都可以如图1中支承层12a所示的那样在预制辊38中形成。在任一情况下，第二支承层12a被加入到层压辊32、34中并以与第一支承层相同的方式层压到薄膜10上。
如上所述，薄膜10和制成的层压材料14用途十分广泛，包括具有吸收能力的个人护理制品如尿布、训练裤、防失禁用衣物和女性保健品如卫生棉。随弃衣物40，这种情况下为尿布，如图2中所示。尽管图2中给出一种尿布，但根据本发明制成的薄膜10和层压材料14的用途不局限于这类物品而且还可以有着十分广泛的应用。再参考图2，随弃衣物40包括一种可渗透液体的面片或衬垫42、后罩片或外套44和置于两层之间被衬垫42和外套44包裹起来的吸收芯46。随弃衣物40还可以包括某种固定工具48如粘合固定带或机械挂钩和环形扣件。
可用薄膜10和层压材料14制成随弃衣物40的各个部分，包括，但不局限于，衬垫42和外套44。如果薄膜和层压材料被用做衬垫42，极有可能必须将其制成具有液体可渗透性的。
本发明的薄膜和薄膜/支承层层压材料的其他用途包括外科用大褂和被单、手帕、隔离材料和衣物制品或其一部分如实验服和其它连裤工作服。
本发明的优点和其他特征通过下面的实施例进行最清楚地说明。下面给出的实施例应被理解为对本发明的解释而不构成限制。
对照例制成具有如下总体组成的对照薄膜，含有42.3％Montell KS-084P、39％Exxon 3445、1％Quantum NA 334 LDPE和16.8％Quantum 82143。对照薄膜的配方如下10％表层A85％Montell KS-084P(基于聚丙烯的Catalloy)10％Exxon 3445(均聚聚丙烯)5％Quantum NA 334LDPE(6MI)80％芯层39％KS-084P40％344521％Quantum82143(70％TiO2)10％表层B
35％KS-084P60％34455％NA334LDPE对照薄膜含有一些带有尾砂的凝胶，但薄膜的总体质量是好的。
实施例1Rexene 13S25A代替芯层中的Exxon 3445。当共混物进入挤出系统时，共混物中含有许多未熔的，但微小的，白色凝胶。调高芯层中温度分布可以消除许多凝胶，尽管仍留有少量小块凝胶。所制成的薄膜中仍含有比对照薄膜更多的带尾砂凝胶。
实施例2Shell 6D43代替芯层中的Exxon3445。用该共混物制成的薄膜具有较好的TiO2整体分散，但仍有比对照薄膜更高水平的带尾砂凝胶。该薄膜中出现凝胶的总频率与实施例1相当。
实施例3Shell WRD60-277代替芯层中的Exxon 3445。用该共混物制成的薄膜在带尾砂凝胶的水平上与实施例2近似而高于对照薄膜。但是，TiO2分散和薄膜外观是好的。
实施例4Rexene FP-D1730代替芯层中的Montell KS-084P。Rexene FP-D1730的熔点与Catalloy相比，与共混物中其他材料更为匹配，因为Catalloy有低的熔点峰值，而且往往先熔化而覆盖在熔点较高的材料Exxon 3445上。再者，这种薄膜中带尾砂凝胶的水平高于对照薄膜。然而，该薄膜的加工性能有了明显改善，即可精确调平厚度并改进了辊型。
实施例5Rexene FP-D1730代替芯层中的Montell KS-084P和表层中的Exxon 3445。所制成的薄膜中含有少量的大块凝胶和更少量带尾砂小块凝胶。操作性能、TiO2分散和外观都很好。该薄膜非常类似于对照薄膜。
实施例6Shell 6D43代替全部结构中的Exxon 3445，即表层和芯层。该共混物制成的薄膜与实施例5中的薄膜在外观、凝胶水平和辊型这几项上非常类似。
实施例7Shell WRD60-277代替全部结构中的Exxon 3445。制成的薄膜非常类似于实施例5和6中所制得的薄膜。
实施例8Rexene FP-D1730代替所有层中的Montell KS-084P和Shell 6D43代替所有层中的Exxon 3445。所制得的薄膜外观极好。薄膜异常指标，例如，凝胶、污染物、未分散颜料和碳的规格(specs)，在未拉伸薄膜中是最小的。缺口，另一类薄膜异常指标在未拉伸薄膜或拉伸后薄膜都不存在。
对照膜和上述实施例中的每一种薄膜都进行手工拉伸性能实验，实验中用手拉伸所制得的薄膜。所有共混物，包括对照例，都可以生产出具有良好手工拉伸性能的薄膜。而用实施例5～8中共混物制成的薄膜表现出最好的手工拉伸性能和较好的疵点允差。换句话说，用实施例5～8中共混物制成的薄膜能够被拉伸而不产生缺口，尽管薄膜中存在一些薄膜异常。实施例5～8的薄膜之后是实施例1～4的薄膜，再往后是对照例的薄膜。
通过纵向取向机在以下条件下拉伸对照例和实施例5、6和8薄膜两个温度为185°F预热辊，一个慢速拉伸辊和一个快速拉伸辊和两个温度为190°F退火辊。在进入压延机之前，每个0.0006英寸薄膜样品被拉伸约62％，然后收缩约2.5％。样品被拉伸后，每个样品都进行疵点检查，即光能透过拉伸薄膜的针眼或薄点，设备是PQ CANADA lachine的Mayan Automation Inc.生产的线速度600fpm的微线多摄像疵点检测系统(Fine-line Multicamera Flaw System)。该系统能够检测出横向小达0.0148英寸的疵点。它在纵向检测疵点的性能依线速度而定。例如在300fpm能检测到小达0.055英寸的缺口，500fpm能检测到小达0.091英寸的缺口以及600fpm能检测到小达0.1092英寸的缺口。下面表1给出了拉伸实验的结果。
表1
峰值负载是指分裂薄膜样品所需的力。峰值应变是指极限伸长，或原始长度与在断裂前样品能够被拉伸到的长度之比。正如所看到的那样，实施例8有极好的伸长性能并无任何疵点。根据本发明实施例8是优选的薄膜。实施例6也表现出好的伸长性能且疵点很少。
当然，应该理解上述实施例可以做大范围的变化和改动。因此，以上描述是用来说明本发明而不对其构成限制，以下权利要求，包括所有等同方案，用来定义本发明。
权利要求
1.一种具有改良横向强度的薄的、弹体薄膜，它包括至少一种低结晶度聚合物，其中所述聚合物的结晶度约低于约30％。
2.权利要求1中的薄膜，其中的低结晶度聚合物选自低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物。
3.权利要求2中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物的含量高达薄的、弹体薄膜重量的100％。
4.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯共聚物的含量高达所述薄膜总重量的约75％。
5.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物的含量高达所述薄膜总重量的80％。
6.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物选自含有高达6％重量比乙烯共聚单体的无规丙烯共聚物和含约10％～约20％4～8个碳原子的α-烯烃的无规聚丙烯共聚物及其组合。
7.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的芯层。
8.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的表层。
9.权利要求3中的薄膜，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的芯层和表层。
10.一种生产具有改良横向强度的薄的、弹体薄膜的方法，包括提供至少一种低结晶度聚合物，其中所述聚合物的结晶度低于约30％；混合所述聚合物和一种填料；加热聚合物/填料混合物；挤出所述混合物形成单层或多层薄膜。
11.权利要求10中的方法，其中所述的低结晶度聚合物选自低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物。
12.权利要求11中的方法，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物的含量高达薄的、弹体薄膜重量的100％。
13.权利要求12中的方法，其中所述的低结晶度丙烯均聚物和共聚物选自含有高达6％重量比乙烯共聚单体的无规丙烯共聚物和含约10％～约20％4～8个碳原子的α-烯烃的无规丙烯共聚物及其组合。
14.权利要求13中的方法，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的芯层。
15.权利要求13中的方法，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的表层。
16.权利要求13中的方法，其中所述的低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物位于薄膜的芯层和表层。
17.具有吸收能力的个人护理制品，它包括一个可渗透液体的衬垫和一个外套层以及置于其间的吸收芯，其中所述的外套层包括一种薄的、弹体薄膜，该薄膜包括至少一种低结晶度聚合物，其中所述聚合物的结晶度低于约30％。
18.权利要求17中的具有吸收能力的个人护理制品，其中所述的低结晶度聚合物选自低结晶度丙烯均聚物、共聚物及其共混物。
19.具有吸收能力的个人护理制品，包括一个液体渗透性的衬垫和一个外套层以及置于其间的吸收芯，其中所述外套层包括根据权利要求10制成的薄膜。
20.权利要求19中的具有吸收能力的个人护理制品，其中所述的物品是尿布。
21.权利要求19中的具有吸收能力的个人护理制品，其中所述的物品是训练裤。
22.权利要求19中的具有吸收能力的个人护理制品，其中所述的物品是防失禁用衣物。
全文摘要
本发明涉及结晶度约低于30%的低结晶度丙烯共聚物制成的薄的、弹体薄膜。本发明的弹体薄膜具有改良的横向强度。薄膜可以加入到层压材料中用来制备尿布、训练裤、防失禁用衣物等物品的外套。
文档编号C08L23/14GK1242788SQ97181156
公开日2000年1月26日 申请日期1997年12月18日 优先权日1996年12月30日
发明者K·G·赫茨勒, R·L·雅各布斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司