高膨松纺粘非织造织物及其制备方法

专利名称：高膨松纺粘非织造织物及其制备方法
技术领域：
本发明总体上关于熔融纺丝方法及其产品，更具体地是关于由多组分长丝形成高膨松非织造织物的方法以及用该方法制造的高膨松非织造织物。
背景技术：
熔融纺丝技术通常用于制造非织造织物和多层层压制品或复合物。包括纺粘加工和熔喷法加工的熔融纺丝技术，由一层或多层相互盘绕的长丝或纤维制造非织造织物和复合物，所述长丝或纤维由一种或多种热塑性聚合物组成。某些非织造织物和复合物利用熔融纺丝方法、公知地为纺粘方法制成，该纺粘方法包括热塑性聚合物的熔融纺丝。纺粘方法一般包括从熔融纺丝设备的喷丝板的多排喷丝孔中挤出细直径、半固体的一种或多种热塑性聚合物纤维或长丝。将相对低温的加工空气引流到挤出长丝的物流上，以冷却熔融的热塑性聚合物。随后使用高速的加工空气流将长丝拉细或牵拉至指定的直径，并在分子水平上使它们取向。将拉细的长丝以长丝/空气混合物的形式送入成形区域以形成非织造织物或在一个移动的收集器上形成层压制品的一层。
对于某些应用来说，纺粘的长丝由两种或多种热塑性聚合物构成，这多种聚合物排列在穿越多组分长丝横截面的不同区域内。利用流动通路挤出多组分纺粘长丝，该通路设置为独立地引导每种聚合物通过喷丝板的流通路径。最普遍地，该多组分长丝是使用两种不同聚合物挤出的，因此更确切地称其为双组分长丝。
具有纺粘层的纺粘非织造织物和层压制品已用于多种不同的消费和工业产品中，例如各种单一用途的部件或短寿命的卫生制品、一次性防护服、液体过滤介质和包括被褥与毛毯在内的各种耐用品。特别是，卫生制品组分可方便有效地使用熔融纺丝技术进行生产。卫生制品通常包括一个液体可渗透的顶层、液体不可渗透的底层、以及位于顶层和底层之间的液体储存层。在液体储存层和顶层之间可放置一个插入的液体分散层。这些制品组成中的每一个都可以包括纺粘的非织造织物或层压制品中的纺粘层。
大多数卫生制品为开放型和可折叠的，用于固定在使用者身上形成具有腰部开口和一对腿部开口的三维裤形结构。卫生用品利用一个或多个闭合部件，例如粘贴带或搭扣(hook-and-loop fasteners)，将卫生制品维持成裤形结构。卫生制品包括着陆区薄膜，它与粘着胶条有效地建立一种临时的粘着连接。通常情况下，该着陆区具有使用尺寸，以便卫生用品可以固定到不同身材尺寸的使用者身上。
搭扣固定代表了将一次性卫生制品固定在使用者身上的一个进步。环形和钩形部件有策略地布置在卫生用品的不同空间位置上，以使制品能以三维裤形结构固定在使用者身上。通常地，环形部件具有使用尺寸以作为着陆区，使卫生制品可以固定在不同身材尺寸的使用者身上。但是，搭扣的制造很昂贵，并且显著增加卫生制品的成本。
还可以选择，将卫生制品制造成预成形的三维产品。这类产品没有闭合部件。然而，在这种情况下，卫生制品必须具有可拉伸的上提设计，以使一个尺寸适合所有人群或几个尺寸适合所有人群。
由环形部件构成的着陆区通常用纺粘长丝形成。对这些长丝进行处理试图提供足够膨松度的结构以作为环形材料着陆区。例如，可以用机械刷来刷理其表面。然而，利用刷子进行处理为制造过程增加了额外的步骤和成本。另一种提高膨松度的尝试是利用锋利的刀具使传统的长丝变细薄。然而，用这种方法形成的着陆区不能与钩形部件形成有效的接合固定，同时还增加了额外的制造步骤和成本。另一种传统的方法是使用高旦尼尔的聚合物作为着陆区。但是，高旦尼尔聚合物制造昂贵，并且可引起穿着者不适，因为这种非织造材料硬而粗糙。
用于传统着陆区的环形部件通常比与其互补的钩形部件大，这样在将两个元件接合在一起时，可以允许有一些相对的定位误差。但是，允许的定位误差可能不足以保证钩形固定部件仅在一次扣紧尝试中与环形固定部件接触。另外，在扣紧后钩形固定部件与环形固定部件可能仅有部分接触，这样不足以使卫生制品固定在使用者身上。在其被弄脏后，卫生制品从使用者身上取下来并废弃。在从使用者身上去除时，卫生制品上保留的固体废物就不再受到限制并且可能会被释放到周围的环境中，这就是传统卫生制品所具有的重大问题。
由于这些原因，需要提供一种用于形成高膨松非织造织物的熔融纺丝方法以及由该熔融纺丝方法形成的高膨松非织造织物。

发明内容
本发明通过提供一种制造具有高膨松度非织造织物的方法和由该方法形成的产品，克服了现有技术所具有的这些问题和其它问题。该方法包括由至少一种第一聚合物和第二聚合物形成许多基本连续和不间断的多组分长丝，其中每个长丝至少具有截然分开的第一和第二区域，分别包括该第一聚合物和第二聚合物。可利用任何传统的喷丝板或通过熔融并结合每一种聚合物组分来形成长丝。在仅能有效地使第一聚合物形成明显分子取向的纺丝速度下，将长丝拉细。从而在第二聚合物区域收缩时，使第二聚合物区域长度的减小大于第一聚合物区域长度的减小。
在本发明的一个应用中，多组分长丝的非织造织物可作为环形材料与任何搭扣闭合元件的钩形材料互补使用。包括本发明环形材料的搭扣可用于如将卫生制品固定在使用者身上。在涉及卫生制品的另一个具体应用中，多组分纤维的非织造织物用于构成底层的最外层，从而确保钩形固定部件能够固定在底层的任意特定表面区域。钩形固定部件就不再限于使用一种相对较小的一片长方形钩形材料。
本发明并不仅限于用来构成卫生制品的组分。在除了卫生制品以外的应用场合中，本发明的卷曲长丝也可用作绒被和床垫褥套布中的高膨松填充材料，和用作护套的绝缘层或绝缘填料。另外，本发明的卷曲长丝也可用于空气过滤产品中，以提供一种曲折的空气通道将微粒从空气气流中滤出。
根据本发明的原理，本发明多组分长丝的非织造织物不需要任何如刷或修剪的二次处理，而能提供足够的膨松度，为实现其预期的应用而具有足够的功能。
根据下面结合的附图及其描述，本发明的这些与其它目的和优势将变得更加清晰。


结合至本说明书并构成本说明书的一部分的附图，与本发明上文给出总体描述和下文给出的详细描述一起说明了本发明的实施方案，用于阐明本发明的原理。
图1是包含着陆区的卫生制品的透视图，该着陆区由根据本发明原理的多组分长丝非织造织物构成；图2是包含底层的卫生制品的透视图，该底层由根据本发明原理的多组分长丝非织造织物构成；图3是能够制造本发明非织造织物的纺粘系统的简图；具体实施方式
参考图1，一次性卫生制品10一般包括顶层12、底层14和位于顶层12和底层14之间的液体储存层16。顶层12将如尿的含水液体输送到液体储存层16。卫生制品10包括在液体储存层16和顶层12之间的液体捕获和输送层15，该层使下面的液体储存层16的液体容量能全部得到利用。液体储存层16包括一种吸收材料，该材料能够吸收大量人体的含水液体并在适当的压力下保留所吸收的液体。顶层12是液体可渗透的，这样含水体液可以轻易地穿透其厚度到达液体储存层16。底层14防止吸收并包含在液体储存层16中的含水体液将其周围出现的物品弄湿，这类物品例如裤子、睡衣和内衣。
卫生制品10包括一对闭合部件，其每一个都完全由与底层14连接的环形固定部件18和与相应的连接片19相连的钩形固定部件20组成，该连接片19从底层14向外延伸。环形固定部件18是由环形材料构成的，这种环形材料包括许多圈形的小部件成员，从背衬结构向外延伸。钩形固定部件20是由钩型材料构成的，这种钩形材料包括许多钩形的小部件成员，从背衬结构向外延伸。环形固定部件18用作着陆部件或着陆区，而钩形固定部件20用作可与环形固定部件18扣紧或连接并可摘除的连接部件或连接区，根据本发明的原理，环形固定部件18是由许多基本上连续和不间断的多组分长丝制成，该长丝包括至少两种不同的聚合物成分或组分，其中选择用于使长丝变细的纺丝速度能有效地使两种聚合物中的一种结晶，而不足以使另一种聚合物完全结晶。
参考图3，熔融纺丝设备22包括能够制造基本连续和不间断长丝26的喷丝板25，该长丝具有至少两种截然不同的聚合物区域。能够挤出长丝26的喷丝板25，描述在例如在美国专利№.6478563；共同未决的美国专利申请序列号№.09/702387，其标题为“用于融喷多组分液体长丝的装置”2000年10月31日申请；共同未决的美国专利申请序列号№.09/802646，其标题为“用于将单组分液体股线挤出为多组分长丝的装置和方法”2001年3月9日申请；共同未决的美国专利申请序列号№.09/802651，标题为“用于挤出多组分液体长丝的装置”2001年3月9日申请中。这些文献中每一篇所公开的内容在此引入作为参考。
适合形成环形固定部件18(图1)的多组分长丝包括但并不限于，皮/芯双组分排列，其中一种聚合物形成的外皮包围由另一种聚合物形成的内芯；并排的双组分结构，其中两种聚合物并行排列；和多叶双组分结构。构成长丝的聚合物排列成至少两个截然不同的聚合物区域，每一个区域包含聚合物中的一种。通过共挤出、或通过熔融与结合制备基本上连续和不间断的多组分长丝，构成长丝的聚合物具有圆柱形、椭圆形、三叶形、三角形、狗骨头形、扁平形或空心等的形状。用于构成多组分长丝的聚合物可以是任何能在市场上购买的广范围的纺粘级热塑性聚合材料，非限制性地包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙稀、聚乙烯醇、乙酸纤维素等。在本发明一个具体的实施方案中，聚合物中的一种是聚酯而另一种聚合物是聚丙烯或聚乙烯。聚酯通常具有在0.1至0.8之间的固有粘度，该固有粘度是对分子重量大小的一种指示。
喷丝板25接收来自至少两个熔融器24a、24b的熔融聚合物物流，并将聚合物结合在一起形成热塑性长丝26的挂帘，该挂帘通常横跨接收器32的宽度，如工作台或传送带。在空气中形成的长丝挂帘26穿过一个聚合物单体排放体系27，在这里排放出来自挤出工序的残留单体气体。在空气中形成的长丝26挂帘随后经过冷却系统28，该系统将低温的加工空气送到长丝26挂帘上，用于冷却长丝26同时引发固化过程。
继续参考图3，将来自冷却系统28的空气中形成的长丝26挂帘吸入长丝牵拉装置30的入口29中。长丝牵拉装置30利用切向的高速加工空气流将长丝26包围，该空气流以基本平行于长丝26长度的方向施加一种偏置力或拉伸力。因为长丝26是可伸长的，长丝牵拉装置30中的高速加工空气流使长丝26变细并使其分子取向，而形成了变细的长丝34。变细的长丝34随着高速加工空气送出，并从长丝牵拉装置30的出口38排出，送往收集器32。
选择长丝牵拉装置30中的纺丝速度，以便在拉细的过程中变细的长丝34不会卷曲。但是，变细的长丝34具有潜在的卷曲效果，这种卷曲效果是由收集之后处理所引起的。不同的聚合物具有不同的纺丝速度用于实现分子取向。例如，大约3500米每分钟的临界纺丝速度要求用于对聚丙烯产生有效的分子取向，而约5500米每分钟的临界纺丝速度要求用于使聚酯产生分子取向。分子排列的程度依赖于纺丝速度，而聚合物分子链的排列与聚合物结晶的程度有关，其结晶程度与长丝的稳定性直接相关。
由不正确牵拉的聚合物形成的长丝34将会出现长度收缩。低于发生分子取向临界值的纺丝速度产生了不完全的分子取向和结晶，如果随后对长丝进行加热或施加拉力，长丝将产生明显的收缩。例如，在所选择的纺丝速度纺制双组分聚合物长丝，使两种聚合物中的仅一种发生分子取向，就形成了由具有潜在卷曲效果的长丝构成的非织造织物。本领域普通技术人员希望的是聚合物中的每一个都能够进行分子取向，但是根据本发明的原理，仅有一种构成拉细长丝34的聚合物具有实质程度上的分子趋向。
继续参考图3，以任意的方式将变细的长丝34堆积或放置在收集器32上而形成非织造织物21。将非织造织物21在收集器32上按照运行方向36传送到收集后处理装置40。在收集后处理装置40中加工非织造织物36，产生了长丝34潜在的卷曲。将织物21切割成长方形部分，将该部分连接到一个支持性小条上，该支持性小条胶粘在附着片19(见图1)上，以形成卫生制品10的环形固定部件18。
几个不同的引发过程可用于激发潜在的卷曲，以制造高膨松的纺粘非织造织物21。不管引发潜在卷曲依赖什么具体过程，非织造织物21中的多组分长丝34通过引发的卷曲而膨胀，从而增加了膨松度。
在一个引发过程中，处理装置40为一个如干燥器或烘箱的加热装置，该装置将织物21暴露在高于约100°F的加热环境中，持续时间足以引发变细长丝34的潜在卷曲。与由任一单独聚合物的单组分非织造织物形成的非织造织物相比，进行热处理有助于增加非织造织物21的膨松度。加热的温度和持续时间能有效地使两组分聚合物中的一种收缩，而不会导致任何一种聚合物的降解。很显然，加热温度和持续时间具有互补关系，在于较低的加热温度需要较长的热处理时间。可以在常规的生产线速度下传送非织造织物21通过加热装置。
在本发明一个具体的实施方案中，非织造织物21由双组分聚丙烯/聚酯长丝34在约3500至4000米每分钟的纺丝速度下纺制的形成，该速度适宜为聚丙烯提供明显的分子取向，而聚酯却没有。特别地，选择纺丝速度明显地低于聚酯的临界纺丝速度，为约5500m/min。所得的双组分长丝34具有潜在的卷曲效果。典型地，聚丙烯和聚酯聚合物排列成并排关系或不对称的或偏心的皮-芯关系，在皮-芯关系的布置中以聚酯为芯。当在处理装置40中加热时，每一根长丝34的聚酯区域严重收缩，同时聚丙烯区域保持其初始长度或仅有微小的收缩。结果，由于不同的收缩使长丝34卷曲。活化聚酯/聚丙烯的双组分长丝的有效温度为高于约180°F的任何温度，在此温度下引起聚酯的收缩，同时低于约400°F至450°F，该温度使聚丙烯降解。典型地，将这种非织造织物加热至约250°F至约350°F的温度范围来引发潜在的卷曲。
适用于引发潜在卷曲的另一种处理装置40为水喷射机，该装置将多组分长丝34的非织造织物21暴露在大量水蒸气的环境下。水蒸气对非织造织物21施加拉伸力或张力。水喷射机包括具有多个射水孔的喷嘴，射水孔密度一般为约30至50个孔每英寸，每一次喷射约500psi至约1500psi的高压蒸汽或水流穿透非织造织物21。高速的水将剧烈的压力和张力机械地卷入并施加到长丝34上，这样引发了潜在的卷曲。适用于本发明的水喷射机为可从Fleissner GmbH & Co.(Egelsbach，Germany)处购买。
继续参考图3，另一种用于引发潜在卷曲的处理装置40为拉幅机，它是一种干燥非织造织物21同时在横跨机器的方向上、在张力下将非织造织物21拉伸至特定宽度的机器，横跨机器的方向通常为垂直机器运行36的方向(见图3)。拉幅机由加热室和通过加热室的传送带组成。传送带在其两侧有夹紧结构，沿平行于机器运行方向36而延伸，传送带32输送的非织造织物21沿着这个方向移动。两侧夹紧结构相互间在机器运行方向上以一定角度例如15°向外偏离。将非织造织物21从传送器32输送至传送带并由夹紧结构夹住。由于夹紧结构向外的偏离，通过拉幅机的移动将非织造织物21拉伸或加宽。拉伸后将非织造织物21从拉幅机上取下来。
可选择地，拉幅机的结构可以在水平轨道上具有一对间隔分开的循环链而不是传送带。利用两根链条上的销子或夹子将非织造织物21紧紧地固定在两侧，这两条链子在其通过加热室向前移动的过程中发生偏离，将非织造织物21调整至所需宽度。向外的偏离主要在横跨机器运行的方向上拉伸或拉紧非织造织物21的组分长丝34，而引发了潜在的卷曲。
可以引发长丝34潜在卷曲的另一种处理装置40由两套咬送辊组成，该咬送辊在机器运行的方向36上被隔开，在这个方向上输送非织造织物21通过咬送辊。两套咬送辊的角速度不同以使后面的咬送辊比前面的咬送辊旋转得快。这种角速度的差异在机器运行方向36上对长丝34施加了连续的拉力或张力。所施加的张力引发了长丝34的潜在卷曲以增加非织造织物21的膨松度。
参考图2，其中相同的数字表示图1中同样的部分，本发明的高膨松非织造织物21(图3)也可以用于卫生制品10的整个最外层底层14。特别是，本发明的非织造织物21用于形成构成底层14的复合材料的最外层。在本发明的这个实施方案中，去掉了环形固定部件18，因为整个底层14包含了环形材料，这样钩形固定部件20可与其结合并可以取下来。这样就允许钩形固定部件20在定位上的明显误差，因为与其匹配的环形材料不再局限于长方形底膜(见图1)的尺寸上。另外，由本发明的非织造织物21构成整个底层14的最外层有利于处理弄脏的卫生制品10，因为卫生制品可以简单地卷绕成自我包含和封闭的球。
为了实现这个目的，底层14可以通过将本发明的非织造织物层压到一层液体不可渗材料如聚乙烯膜上而制成。液体不可渗透材料作为液体阻隔层，而本发明的非织造织物用作钩形固定部件20的着陆区。可选择的，也可将底层14制造成一个复合材料，该复合材料由本发明的非织造织物和作为液体阻隔层的一层融喷纤维构成。该S/M复合体用热轧光机点粘(bonded with a heated calendar)以提供强度。或者，可将底层14制成S/M/S复合材料，其中包括本发明的非织造织物，布置在本发明非织造织物上的一层融喷纤维和布置在融喷层上的另一个纺粘层。本领域普通技术人员可以理解在S/M/S结构上加入其它层。
本发明的非织造织物21(图3)也可用于制造液体捕获和导流层15(图1和2)。改进的膨松度增加了液体捕获和导流层15的开放多孔结构，以致来自卫生制品10的穿着者的含水体液能够快速穿过并扩散而被液体储存层16吸收。吸收后，液体捕获和导流层15与卫生制品10的顶层12分离或隔离，同时，卫生制品穿着者的皮肤不会被液体储存层16中收集的吸收后的含水体液重新弄湿。通过增加卫生制品穿着者的皮肤和液体储存层16之间的距离，高膨松的液体捕获和导流层15用于增加这两者间的距离。
虽然本发明已经通过对各种实施例的描述进行了说明，同时这些实施方案也得到了相当详细的描述，但申请人并不是要将所附权利要求的范围局限或以任何方式限制为这些细节。其它的优点和改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。在其更广的方面，并不是由此要将本发明限制在所表示和描述的具体细节、代表性的装置和方法以及说明性的实施例中。因此，在不背离申请人总体发明概念的精神和范围的同时，可以对这些细节进行变更。本发明的范围本身仅由所附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种制造具有高膨松度的非织造织物的方法，包括熔融第一聚合物；熔融第二聚合物；将第一和第二聚合物结合，形成许多基本连续和不间断的多组分长丝，每一根长丝具有分别包括第一聚合物和第二聚合物的截然分开的第一和第二区域；在有效地使仅仅第一聚合物产生明显分子取向的纺丝速度下拉细长丝；收集许多基本连续和不间断的多组分长丝形成非织造织物；和使每一根长丝的第二区域的第二长度的减小大于第一区域的第一长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中缩短第二长度的步骤进一步包括对非织造织物施加张力，在聚集到一定数量后，能够有效引起第二长度的缩短。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括使用拉幅机、水喷射机和沿机器运行方向隔开并以不同的角速度运行的两套咬送辊等装置施加张力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中缩短第二长度进一步包括在收集后将非织造织物加热至一定温度，并持续一段时间，能有效引起第二长度的缩短。
5.根据权利要求4所述的方法，其中加热非织造织物的方法进一步包括输送非织造织物通过一个烘箱。
6.根据权利要求1所述的方法，其中第一聚合物是聚丙烯而第二聚合物是聚酯，纺丝速度为约3500米每分钟。
7.一种由许多基本连续和不间断的多组分长丝形成的高膨松纺粘非织造织物，所述长丝由包括下述步骤的方法制造熔融第一聚合物；熔融第二聚合物；将第一和第二聚合物结合，形成许多基本连续和不间断的多组分长丝，每一根长丝具有分别包括第一聚合物和第二聚合物的截然分开的第一和第二区域；在有效地使仅仅第一聚合物产生明显分子取向的纺丝速度下拉细长丝；收集许多基本连续和不间断的多组分长丝形成非织造织物；和使每一根长丝第二区域的第二长度的缩短大于第一区域的第一长度。
8.根据权利要求7所述的非织造织物，其中的多组分长丝具有皮/芯双组分排列，第一区域为芯而第二区域为围绕芯的外皮。
9.根据权利要求8所述的非织造织物，其中的芯是由聚酯形成而外皮是由聚乙烯和聚丙烯中的一种形成。
10.根据权利要求7所述的非织造织物，其中多组分长丝具有并列双组分排列，第一聚合物区域形成第一侧而第二聚合物区域形成第二侧。
11.根据权利要求10所述的非织造织物，其中第一聚合物选自聚乙烯和聚丙烯，而第二聚合物为聚酯。
12.根据权利要求7所述的非织造织物，其中非织造织物用于构成卫生制品的一种组分，该组分选自底层、液体捕获和导流层、以及一种环形部件材料，这种材料可以与搭扣固定材料的钩形部件材料配合使用，并可以从上面活动摘取下来。
13.一种卫生制品，包括液体可渗透的顶层；覆盖在液体储存层之上的液体不可渗透的底层，该底层具有一个由适宜与钩形材料形成可摘取连接的环形固定材料构成的面向外侧的表面；位于所述顶层和所述底层之间的液体储存层；和连接到所述底层上的至少一个钩形固定部件，所述钩形固定部件由所述钩型材料制成。
全文摘要
一种由基本连续和不间断的多组分长丝形成的非织造织物，其中的长丝是在适宜纺丝速度下纺制而成，该速度足够用来使各种聚合物成分中的一部分发生分子取向。收集后，或对非织造织物加热，或者使其受到张力，从而使由缺少分子取向的聚合物形成的每一根长丝的区域在其长度上收缩，其收缩远远大于由分子取向的聚合物形成的其它长丝区域。不同的长度减少量增加了非织造织物的膨松度。
文档编号A61F13/62GK1607284SQ20041003381
公开日2005年4月20日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者M·A·艾伦, P·L·克兰, J·R·老巴特 申请人:诺德森公司