亲水性非编织结构的制造方法、由此生成的非编织结构以及含有非编织结构的制品的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种亲水性非编织结构的制造方法，所述方法包含：形成包含纤维的非编织结构；并且将所述非编织结构曝露于大气压等离子体，所述大气压等离子体包含惰性气体和具有极性基团的物质，并且其可汽化成或制成喷雾剂，并且在曝露于电介质阻挡放电后形成自由基。本发明还提供由此生成的非编织结构以及含有所述非编织结构的制品。
【专利说明】
亲水性非编织结构的制造方法、由此生成的非编织结构以及 含有非编织结构的制品
技术领域
[0001] 本发明涉及一种亲水性非编织结构的制造方法、一种由此生成的非编织结构以及 含有非编织结构的制品。
【背景技术】
[0002] 典型非编织类卫生产品由不同层组成，其中一或多个层由诸如聚乙烯(PE)和聚丙 烯(PP)的非极性聚烯烃塑料制成。此类材料可用于个人卫生型制品，其包括放置在穿戴者 身体附近处的表层、放置在远离穿戴者身体处的背层以及安置在表层和背层之间用于收集 并容纳体液的核心。聚烯烃类非编织材料通常用作表层或核心材料以收集并将体液保持在 卫生产品中。出于舒适性，此类卫生制品应具有放置在邻近身体处的亲水性表层和分散层。
[0003] 用于改良非编织材料亲水性的现有溶液会在重复曝露于液体之后引起材料显示 亲水性降低，诸如模拟体液的盐水溶液。重复流体曝露之后维持亲水性的亲水性非编织材 料及其制造方法将会是有益的。拥有适用于连续直列式或半连续制造环境的方法将更为有 益。
【发明内容】
[0004] 本文中的实施例中所公开的是亲水性非编织结构的制造方法、非编织结构以及含 有非编织结构的制品。
[0005] 在一或多个实施例中，本发明提供一种亲水性非编织结构的制造方法，所述方法 包含形成包含纤维的非编织结构;并将非编织结构曝露于包含惰性气体和具有极性基团的 物质的大气压等离子体，并且所述等离子体可被汽化成或制成喷雾剂并且在曝露于电介质 阻挡放电后形成自由基。
[0006] 在一或多个实施例中，本发明提供一种非编织结构。
[0007] 在一或多个实施例中，本发明提供一种制品，所述制品包含本文所公开的非编织 结构的一或多个实施例。
【附图说明】
[0008] 出于说明所公开的主题的目的，在附图中显示示例性形式，但应理解，本发明并不 限于所示精确配置和工具。
[0009 ]图1为说明本发明实例4到6和比较实例1中的每一个的盐水滴的接触角与时间的 关系图，其中实心三角形与本发明实例4相对应，空心正方形与本发明实例5相对应，空心菱 形与本发明实例3相对应并且实心正方形与比较实例1相对应；
[0010]图2为说明经过等离子体处理后的6周测试，本发明实例4到6中的每一个的盐水滴 的接触角与时间的关系图，其中实心三角形与本发明实例4相对应，实心正方形与本发明实 例5相对应，空心菱形与本发明实例3;相对应
[0011]图3为说明本发明实例4的盐水溶液第一次浸湿以及第二次浸湿的盐水滴的接触 角与时间的关系图。
[0012]图4说明在大气压等离子体处理前后，本发明实例4的XPS表面组成的图。
[0013]图5为说明用于测量接触角的装置的示意图。
【具体实施方式】
[0014]本发明为一种亲水性非编织结构的制造方法、一种由此生成的非编织结构以及含 有非编织结构的制品。
[0015]亲水性非编织结构的制造方法包含形成包含纤维的非编织结构;并且将非编织结 构曝露于包含惰性气体和具有极性基团的物质的大气压等离子体，并且所述等离子体可被 汽化成或制成喷雾剂并且在曝露于电介质阻挡放电后形成自由基。大气压等离子体系统和 方法一般描述在美国专利第5,433,786号中，其内容以引用的方式并入本文中。
[0016] 在替代性实施例中，本发明进一步提供一种亲水性非编织结构，其通过根据本文 中所公开的任一实施例的方法而产生。
[0017] 在另一个替代性实施例中，本发明进一步提供一种具有化学改性表面的包含纤维 的非编织结构，其中化学改性表面包含亲水性部分，其共价键合到形成纤维表面的聚合物， 其中非编织结构的特征在于，如通过本文所述的方法测定，在进行至少3次盐化水浸湿之 后，含0.9wt%NaCl的水（"盐水"或"盐化水"）滴在非编织结构上的接触角为等于或小于 90°。本文中公开并且本文中包括等于或小于90°的所有个别值和子范围。举例而言，进行至 少3次盐化水浸湿之后，接触角可在上限为90°，或在替代方案中，在上限为80°，或在替代方 案中，在上限为70°，或在替代方案中，在上限为60°的范围内。
[0018] 在又一替代性实施例中，本发明进一步提供一种制品，其包含根据本文中所公开 的任一实施例的非编织结构。
[0019] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于物质为烯丙醇或丙烯 酸羟乙酯。
[0020] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于惰性气体包含氮气、氦 气、氩气或其组合。
[0021 ]在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于纤维选自由以下组成 的群组:聚丙烯均聚物(hPP)单组分纤维、无规共聚物聚丙烯纤维、聚乙烯单组分纤维、苯乙 烯嵌段共聚物单组分纤维、具有由聚乙烯制成的外鞘和核心的双组分纤维，所述核心包含 选自由以下组成的群组的一或多个:聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烃(包括PP 以及弹性材料）。纤维可包含如本文中所述的两种或两种以上纤维的任一组合。举例而言， 纤维可包括hPP单组分纤维和聚乙烯外鞘和聚酯核心纤维。
[0022]在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于将非编织结构曝露于 大气压等离子体不会改变非编织结构的内部结构。
[0023] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于将非编织结构曝露于 大气压等离子体不会改变纤维的内部结构。
[0024] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于亲水性部分选自由羟 基和羧酸基组成的群组。
[0025] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于结构进一步展现出等 于或大于40达因/厘米的表面能。本文中包括并且本文中公开等于或大于40达因/厘米的所 有个别值和子范围。举例而言，非编织结构的表面能可等于或大于40达因/厘米;或在替代 方案中，非编织结构的表面能可等于或大于42达因/厘米;或在替代方案中，非编织结构的 表面能可等于或大于44达因/厘米;或在替代方案中，非编织结构的表面能可等于或大于46 达因/厘米;或在替代方案中，非编织结构的表面能可等于或大于48达因/厘米。
[0026] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于制品为选自由以下组 成的群组的吸收性制品：纸尿裤、成人失禁产品、训练裤、女性卫生垫以及卫生护垫。
[0027] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于制品为一次性的。
[0028] 在替代实施例中，本发明根据前述实施例中的任一个提供一种亲水性非编织结构 的制造方法、非编织结构以及含有非编织结构的制品，不同之处在于制品包含具有上表面 的表层、背层以及安置在表层和背层之间的核心，其中表层的上表面包含根据本文中所公 开的任一实施例的非编织结构。
[0029] 查·
[0030] 以下实例说明所公开的主题但并不意欲限制所公开的主题的范围。
[0031] g|4
[0032] 使用以下三种类型的非编织材料来制备本发明实例和比较实例：（1)双组分纺粘 非编织物（聚丙烯/聚乙烯，50/50(PP/PE));(2)聚丙烯均聚物(hPP)单组分纺粘非编织物； 以及（3)软聚丙烯单组分纺粘非编织物，如美国申请公开案第2013/0237111号、第2012/ 0045956号以及第2012/0046400号中所述，已用电介质阻挡放电大气压等离子体对其进行 处理。美国申请公开案第2013/0237111号、第2012/0045956号以及第2012/0046400号以全 文引用的方式并入本文中。非编织物中的每一个的基本重量为20克/平方米。检查以下两种 物质以调节施加-OH官能基的非编织材料:（1)丙烯酸羟乙酯单体和(2)烯丙醇单体。
[0033] 等离子体装置
[0034] 使用位于VIT0-佛兰德技术研究学会（VITO-Flemish Institute for Technological Research)(摩尔，比利时）处的PLASMAZ0NE大气压等离子体系统。 PLASMAZ0NE系统与市售的大气压等离子体系统，诸如来自S0FTAL 3DT LLC(日耳曼敦，威斯 康星州）的系统相似，不同之处在于PLASMAZ0NE能够将雾化的液态前驱物引入到等离子体 中。这一系统使用电介质阻挡放电产生等离子体。等离子体，亦即非热放电（低温）由穿过较 小间隙施加高电压而产生，其中非导电涂层防止等离子放电转变成电弧。综上所述， PLASMAZONE包括与高压连接的上电极和接地的下电极。电介质阻挡放电在N2氛围下在电极 之间生成。可以使得所需官能基可以被引入到衬底的表面上的方式选择引入到系统中的气 体混合物。所用的典型气体为N2、H 2、C02及NH3。
[0035] 非编织材料的等离子体处理
[0036] 在存在两种-OH官能基物质中的一种的情况下在氮气氛围下对每一非编织材料的 A4尺寸的样品进行等离子体处理以得到如表1中所示的本发明实例1到6。
[0037] 表 1
[0038]
[0039] 比较实例1为未处理的双组分纺粘（PP/PE)。比较实例2为未处理的hPP单组分纺 粘。比较实例3为软PP单组分纺粘。
[0040]表2提供本发明实例和比较实例中的每一个的表面能结果。本发明实例1和4到6中 的每一个的表面能展现为至少54达因/厘米(测试中所用油墨的最大表面能）。本发明实例2 的表面能为44达因/厘米，并且本发明实例3的表面能为42达因/厘米。比较实例1到3中的每 一个的表面能展现为34达因/厘米。
[00411图1到2说明本发明实例4到6中的每一个的盐水溶液(0.9wt % NaCl水溶液)滴的接 触角，以用于分别等离子体处理之后(针对本发明实例）并且在等离子体处理之后老化6周 所进行的测量。图1亦显示比较实例1的初始接触角。可以看出，经丙烯酸羟乙酯单体等离子 体处理的双组分纺粘(PP/PE)始终提供最小接触角。
[0042]图3说明经丙烯酸羟乙酯单体等离子体处理的双组分纺粘单次浸湿之后和第二次 浸湿之后盐水(〇.9wt%NaCl水溶液)滴的接触角。图3中可以看出，经等离子体处理的双组 分纺粘在重复的盐水浸湿之后仍保持亲水性。
[0043] 来自本发明实例4和比较实例1的第一个10nm的表面组成列于表2中。分析本发明 实例4的两侧。本发明实例4的表面处的氧气和氮气的增加表示表面改性。本发明实例4的碳 谱指示酯型碳(-C00R)，而比较实例1的碳谱仅显示_(CH) X(参见图4)。表面组成忽略痕量杂 质和氢气。
[0044] 表 2
[0046]使用具有二次电子对比度的扫描电子显微镜(SEM)来分析比较实例1和本发明实 例4的纤维表面。表观纤维表面形态并未展现出任何形态变化或纤维断裂。
[0047] 测试方法
[0048]测试方法包括以下各项：
[0049] 表面能测量
[0050] 为评估经等离子体处理的样品的表面能，使用测试油墨。将小测试油墨液滴施加 在非编织材料的表面上。评估材料中所浸入的测试油墨。测试油墨的表面能范围为34到54 达因/厘米。使用ARC0TEC测试油墨和可购自Lotar Enterprises的测试笔测量表面能。作为 每一次检验的起始点，应使用具有中值，例如38mN/m(达因/厘米）的测试油墨或测试笔。如 果油墨线在材料表面上持续至少2秒保持不变而未变成液滴，那么材料的表面能与流体的 表面张力相同或比其更高。在这种情况下，将具有下一个较高值，例如，40mN/m(达因/厘米） 的测试油墨/测试笔应用到表面。必须以表面张力的下一个较高值到此点重复进行这一检 验，其中在2秒内流体线变成独立液滴。如果在起始点（38mN/m(达因/厘米））处流体线就已 形成液滴，那么继续使用较低值的测试油墨/测试笔进行检验，其通常为含有金属的情况。 通常如32mN/m(达因/厘米）的一般限值所提及：如果表面能级低于这个值，那么粘着性较 差，高于这个值，那么粘着性为良好的或足够的。
[0051] XPS
[0052] 使用具有标准单色A1 Ka 72瓦（12kV，6mA)X射线源的热K-aXPS仪器来进行X射线 光电子光谱(XPS)测量。使用与敏感性因素特定相关的仪器评估峰面积。
[0053] SEM
[0054] 针对SEM研究，以80mA(高分辨率溅镀涂布机208HR，克莱森顿(Cressington)M^Cu (铜）涂布在样品两侧上150秒。使用以高真空模式及5kV和光点3.5运作的诺瓦（NOVA) nanoSEM 600(FEI，埃因霍温，荷兰)来获得样品表面的SEM图像。使用EDT二次电子检测器和 v⑶后向散射电子检测器记录图像。
[0055] 接触角
[0056] 制备数升盐水溶液(9g/l氯化钠水溶液）。使用图5中所示的设置，将正在测试的材 料片贴附在具有双面粘结剂的中空支撑体上。将盐水溶液放入悬浮在薄片上方的注射器 中。向薄片施加一滴盐水溶液并且当液滴接触薄片时，每隔一秒以12帧对开始液滴进行拍 照。当完成记录时，根据每一个图像测量液滴的接触角。
[0057] 所公开的主题可以在不脱离其精神和基本属性的情况下以其它形式实施，并且因 此应当参考所附权利要求书，而不是前文说明书来指示所公开的主题的范围。
【主权项】
1. 一种亲水性非编织结构的制造方法，所述方法包含： a. 形成包含纤维的非编织结构;并且 b. 将所述非编织结构曝露于大气压等离子体，所述大气压等离子体包含惰性气体和具 有极性基团的物质，并且其可被汽化成或制成喷雾剂并且在曝露于电介质阻挡放电后形成 自由基。 C .2. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述惰性气体包含氮气、氦气、 氩气或其组合。3. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述纤维选自由以下组成的群 组:hPP单组分纤维、无规共聚物PP纤维、聚乙烯单组分纤维、苯乙烯嵌段共聚物单组分纤 维、具有由聚乙烯制成的外鞘和核心的双组分纤维，所述核心包含选自由以下组成的群组 的一或多个:聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烃。4. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中将所述非编织结构曝露于所述 大气压等离子体不会改变所述非编织结构的内部结构。5. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中将所述非编织结构曝露于所述 大气压等离子体不会改变所述纤维的内部结构。6. -种亲水性非编织结构，其通过根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法生 成。7. -种具有化学改性表面的包含纤维的非编织结构，其中所述化学改性表面包含亲水 性部分，其共价键合到形成纤维表面的聚合物，其中所述非编织结构的特征在于，在进行至 少3次含0.9wt%NaCl的水浸湿之后，接触角等于或小于90°。8. 根据权利要求7所述的非编织结构，其中所述纤维选自由以下组成的群组:hPP单组 分纤维、无规共聚物PP纤维、聚乙烯单组分纤维、苯乙烯嵌段共聚物单组分纤维、具有由聚 乙烯制成的外鞘和核心的双组分纤维，所述核心包含选自由以下组成的群组的一或多个： 聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烃(包括PP以及弹性材料）。9. 根据权利要求7到8中任一权利要求所述的非编织结构，其中所述亲水性部分选自由 羟基及羧酸基组成的群组。10. 根据权利要求7到9中任一权利要求所述的非编织结构，其中所述结构进一步展现 出等于或大于40达因/厘米的表面能。11. 一种制品，其包含根据权利要求7到10中任一权利要求所述的非编织结构。12. 根据权利要求11所述的制品，其中所述制品为选自由以下组成的群组的吸收性制 品：纸尿裤、成人失禁产品、训练裤、女性卫生垫以及卫生护垫。13. 根据权利要求12所述的制品，其中所述制品为一次性的。14. 根据权利要求12到13中任一权利要求所述的制品，其中所述制品包含具有上表面 的表层、背层以及安置在所述表层和所述背层之间的核心，其中所述表层的所述上表面包 含根据权利要求7到10中任一权利要求所述的非编织结构。
【文档编号】A61F13/511GK105848620SQ201480069619
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】R·J·库普曼斯, E·阿斯兰-盖勒耳, G·J·克拉森
【申请人】陶氏环球技术有限责任公司