有内部添加剂分区迁移的非织造幅面料的制作方法

专利名称：有内部添加剂分区迁移的非织造幅面料的制作方法
发明的领域本发明涉及有内部添加剂的有选择的分区迁移以便产生只影响非织造幅面料的选择的部位的特性的非织造幅面料。
发明的背景已经应用热空气刀来增加非织造幅面料，如纺粘长丝幅幅面料的整体性。热空气刀用于在各种位置将各个聚合物丝粘接起来，从而使幅面料增加了强度和结构整体性。在制造熔喷幅面料时也使用热空气刀使熔喷纤维排成直线、切割非织造织物、斩碎回收材料和各种其他的用途。
热空气刀的一种用法是在非织造幅面料通过标准的长丝间粘合过程之前提高它们的结构整体性。通过空气粘合(“TAB”)是粘合非织造双组份纤维幅面料的一种方法，其中迫使热到足够熔融幅面料纤维中的其中一种聚合物的空气通过该幅面料。空气的速度在100到500英尺/分之间，滞留时间可以长到6秒钟。聚合物的熔融和再固化产生粘接。
常规的热空气刀包括有切口的芯轴，从切口中对非织造幅面料表面喷射热空气流。授予Kloehn等人的美国专利4,567,769号公开了一种热空气刀，它跟随编程的路径切割出特殊目的所需的形状，如一次性尿布中的腿孔。授予Arnold等人的美国专利5,707,468号公开了使用热空气刀来增加纺粘幅面料的整体性。1998年6月17日Marmon等人申请的美国专利申请08/877,377号公开了用于加热非织造幅面料的离散部分的分区热空气刀组件。
还已知使用热量可以促进内部添加剂从非织造幅面料均匀的迁移。全部授予Nohr等人的美国专利4,857,251、4,920,168、4,923,914和5,120,888号公开了使用热量促进内部添加剂迁移到非织造幅面料的表面。
发明概要本发明涉及初始有基本均匀内部添加剂分布的非织造幅面料。使内部添加剂只迁移到非织造幅面料的所选的部位或“区域”的表面，使非织造幅面料只在所选的区域内有所需的或增强的特性。可以在X、Y和/或Z方向选择内部添加剂的迁移，和可以使非织造幅面料在任何方向有不同的特性。本发明还包括制造在一个或几个方向有不同特性的非织造幅面料的方法，此不同的特性是通过有选择的内部添加剂的迁移造成的。
附图的简要描述

图1是用于向非织造幅面料供应热空气的常规热空气刀的剖面图；图2是使用分区热空气刀组件在非织造幅面料中造成有选择的(分区的)添加剂迁移的方法的透视图。
定义如这里使用的，术语“非织造织物或幅面料”指的是，具有各个纤维或线互相交织，并不是以针织织物那样可识别的方法形成的结构的一种幅面料。已经用许多方法形成非织造织物或幅面料，如熔喷法、纺粘法和粘梳幅面料法。术语还包括已经穿孔的或另外处理过以便允许空气通过的各种薄膜。非织造织物的基重通常用每平方码物料的盎司重量(osy)或每平方米的克数(gsm)表示，和纤维直径通常用微米表示(注意从osy转移到gsm，将osy数乘以33.91)。
如这里使用的，术语“微纤维”指的是小直径纤维，其平均直径不大于约75微米，例如有平均直径从约0.5微米到约50微米，或更特殊的微纤维可以有从约2微米到约40微米的平均直径。
如这里使用的，术语“纺粘纤维”指的是小直径纤维，它是通过将熔融的热塑材料由喷丝头的许多很细的通常圆形的毛细管挤压成长丝，并使挤压出的长丝的直径迅速减小而形成的，例如在授予Appel等人的美国专利4,340,563号，授予Dorschner等人的美国专利3,692,618号，授予Matsuki等人的美国专利3,802,817号，授予Kinney的美国专利3,338,992和3,341,394号，授予Hartman的美国专利3,502,763号，授予Petersen的美国专利3,502,538号，授予Dobo等人的美国专利3,542,615号所公开的那样。在纺粘纤维进入到拉伸单元时或在它们被放置到收集表面上时它们被急冷，通常在该表面上不发粘。纺粘纤维一般是连续的，且其平均直径大于7微米，通常在约10到20微米之间。
如这里使用的，术语“纺粘幅面料”指的是由纺粘纤维组成的非织造织物。
如这里使用的，术语“熔喷纤维”指的是这样形成的纤维，使熔融的热塑材料通过许多很细的通常圆形的模具毛细管挤压成熔融的线或丝，并使其进入到会聚的高速加热气流(如空气)中，气流将熔融热塑材料的长丝拉细以便减小它们的直径，这样形成的纤维可以达到微纤维的直径。然后，由高速气流携带熔喷纤维并将其放置在收集表面上，从而形成随机散布的熔喷纤维的幅面料。例如在授予Butin的美国专利3,849,241号中公开了这样的方法。熔喷纤维可以是连续的或者不连续的微纤维，其直径通常小于10微米，当放置在收集表面上时通常本身就粘合。
如这里使用的术语“熔喷织物”指的是由熔喷纤维组成的非织造织物。
如这里使用的，术语“聚合物”通常包括但不局限于，均聚物、共聚物、例如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三元共聚物等等，和它们的掺混物和改性物。还有，除非另外特别限定，术语“聚合物”应包括材料的所有可能的几何构形。这些构形包括，但不局限于全同立构、反式立构和无规立构对称。
如这里使用的，术语“机器方向”或MD指的是织物的长度，生产织物的方向。术语“横截机器方向”或CD指的织物的宽度，即一般与MD垂直的方向。
如这里使用的，术语“双组份”指的是由至少两种聚合物从单独的挤压机中挤压出来但纺在一起形成一个纤维。双组份纤维有时也称为多组份或共轭纤维。虽然双组份纤维可以由相同聚合物的各种纤维制成，但通常各聚合物是互相不同的。聚合物在双组份纤维的横截面上基本上排列在恒定位置的各个区域内，并沿着共轭纤维的长度连续伸展。例如，这样双组份纤维的构形可以是鞘/芯结构，其中一个聚合物被另一个包围着，或者可以是肩并肩结构或“海洋中岛屿”结构。授予Kaneko等人的美国专利5,108,820号，授予Strack等人的美国专利5,336,552号，和授予Pike等人的美国专利5,382,400号中教授的各种双组份纤维。对双组份纤维，各聚合物可以75/25,50/50,25/75的比例或任何其他所需的比例存在。
如这里使用的，术语“双成份纤维”指的是由至少两种聚合物作为掺混物从同一种挤压机中挤压出来形成的纤维。术语“掺混物”如下定义。双成份纤维在横过纤维的横截面使各种聚合物组份没有排列在相对恒定位置的不同区域内，各种聚合物一般沿着纤维的整个长度并不连续；相反它们通常形成随机开始和停止的小纤维或原生微丝。双成份纤维有时也称为多成份纤维。例如，在授予Gessner的美国专利5,108,827号中讨论了这种通用类型的纤维。在由John、A Manson和Leslie.H.Sperling写的教科书聚合物掺混和复合物，第273-277页中也讨论了双组份和双成份纤维，1976年的版权IBSN 306-30861-2，归纽约州的Plenum出版公司的分部Plenum出版社所有。
如这里使用的，术语“掺混”指的是两种或多种聚合物的混合物，同时术语“掺杂”指的是次一级的掺混，其中各组份不可混合但已兼容。“可混性”和“不可混性”定义为，对混合的自由能来说，有负的或正的值的掺混。还有，“兼容化”定义为将不可混聚合物掺混的分界表面特性改性的方法，以便制造掺杂。
如这里使用的，术语“热空气刀”指的是通过它可以射出和指向处于压力下的空气流的装置。使用这样的装置，还可以控制得到的热空气喷射的空气流。在共同转让的1998年1月13日颁发的美国专利5,707,468号和1986年2月4日颁发的美国专利4,567,796号中描述了一种常规的热空气刀；将这两个专利的整个内容结合于此作为参考。在美国专利申请08/877,377号中描述了分区的热空气刀，它的公开内容结合于此作为参考。
如这里使用的，词组“有内部添加剂的分区的迁移的非织造幅面料”指的是，开始是从聚合物和添加剂的基本均匀的掺混物制备的非织造幅面料。使添加剂有选择地迁移到非织造幅面料的表面上的部位或“区域”，以便仅赋予这些部位唯一或增加的特性。选择的添加剂的迁移可以发生在非织造幅面料的给定的表面或各表面上的间隔开的地方，指定在“X”和/或“Y”方向上的分区。另一种是，选择的添加剂的迁移可以发生在非织造幅面料的一个表面上，而不在其相对的表面上(或在相对表面上程度较轻)，指定在“Z”方向上的分区。添加剂可以是任何内部掺混的液体、半固体或固体添加剂，当把足够的热施加到聚合物上时添加剂有迁移到聚合物表面上的趋势。
现在优选的各实施方案的详细描述本发明开始的原料是一种非织造幅面料，它包括由一种或几种聚合物与内部添加剂掺混物制成的许多长丝。该非织造幅面料可以是纺粘幅面料、熔喷幅面料、粘梳幅面料或另外一类非织造幅面料，和能以单层或包含一层或几层非织造幅面料层的多层复合物存在。
可以应用各种各样的热塑聚合物来构造非织造幅面料，它包括但不局限于聚酰胺、聚酯、聚烯烃、乙烯和丙烯的共聚物、乙烯或丙烯与C4-C20α烯烃的共聚物、乙烯与丙烯和C4-C20α烯烃的三元共聚物、乙烯醋酸乙烯共聚物、丙烯醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-聚(乙烯-α烯烃)弹性体、聚氨酯、A-B嵌段共聚物，其中A是由聚(乙烯芳烃)部分如聚苯乙烯组成，B是弹性的中间段，如共轭的二烯烃或低价烯烃、聚醚、聚醚酯、聚丙烯酸酯、乙烯烷基丙烯酸酯、聚异丁烯、聚丁二烯、异丁烯-异戊二烯共聚物和任何上述聚合的组合。聚烯烃是优选的。聚乙烯和聚丙烯是最优选的。幅面料也可以由如上面定义的双组份或双成份丝或纤维构造。非织造幅面料可以有各种各样的单位重量，最好在范围从约0.1克/平方米(gsm)到约100gsm。
内部添加剂是一种化合物，在施加的热足够使聚合物至少部分地软化或熔化，接着进行冷却的情况下，它从聚合物长丝的内部迁移到表面。添加剂可以是能够传给任何所需特性的化合物或掺混物，包括但不局限于，表面活性剂、防护剂、稳定剂、染料和它们的组合。在一个实施方案中，添加剂可以有至少两部分，A和B，其中，(A)部分A和部分B的作用如单分子单元，该单分子单元在熔融的挤压温度下与所述聚合物是相容的，但在温度低于熔融挤压温度时是不相容的，但每个部分A和部分B作为分离的分子单元，在熔融的挤压温度下和低于熔融挤压温度都与所述聚合物不相容；和(B)部分B有至少一个官能团，它将至少一个所需的特征传给所述的聚合物材料。
因为在熔融的挤压温度下添加剂与聚合物相容，添加剂与聚合物可混和聚合物与添加剂组成亚稳态的溶液。由添加剂和聚合物在温度高于熔融挤压温度下形成的溶液，这里称为亚稳态的溶液，因为该溶液在低于熔融挤压温度时是不稳定的。当新形成的纤维的温度下降到低于熔融挤压温度时，聚合物开始固化，这造成添加剂从聚合物相中分离。同时，添加剂变得与该聚合物不太相容。这两个因素造成添加剂向新形成的纤维的表面迅速迁移或熔析，这是以可控的方式发生。
添加剂分子量影响添加剂表面的熔析。尤其是，添加剂的分子量越小，在任何给定的温度下即使长丝仍在充分的熔融状态，添加剂熔析到长丝的表面的速度越快。添加剂可以是单体的、低聚的或聚合的。
添加剂分子量应在约400到1000的范围之内。这个范围包括各种合适的添加剂分子量，与添加剂本身单独使用或以添加剂的混合物形式使用无关；添加剂分子量范围部分地取决于添加剂是否将单独使用。
在构成长丝的组份中单独使用，而不是作为添加剂的混合物的一部分的各种添加剂的分子量范围一般从约400到约3000。优选的这个范围是从约500到约2000，更优选的是从约500到约1500。最优选的范围是从约500到约1000。
但是当打算将添加剂使用在混合物中时，可以应用较高的分子量。虽然这个原因还不能清楚地理解，添加剂的混合物与聚合物在熔融挤压温度下比单个添加剂更加相容。尽管选择添加剂混合物有些是凭经验，一般来说这样的混合物可以使用有分子量范围从约400到约10000，最好是从约400到约8000添加剂。
应该注意，上述分子量范围是根据这样的假设，低聚的或聚合的添加剂将有相当宽广的多分散性，例如有1、2或更高的数量级。虽然肯定可以达到窄的多分散性，一般需要较高的成本，它们也是不必要的，即使打算使用相当低的分子量添加剂。作为指导原则，可以注意对给定的添加剂，有较窄的多分散性的添加剂平均分子是应略为低于有宽广的多分散性的添加剂的平均分子量。虽然这个指导原则不十分精确，有点经验的性质，但对本技术熟悉的人士将能够合适地选择任何多分散性的添加剂，而无需进行过多的实验。
这里广泛使用的术语“添加剂”包括在给定的组份中使用两种或多种添加剂。这样两种或多种添加剂可以有相同或相似的部分B，或者有相同的特征，如水的可润湿性的不同的部分B。另一方面，可以使用有不同特征，这些特征可以是相关的或无关的两种或多种添加剂。这样的两种或多种添加剂能以相似的数量或显著不同的数量存在。还有，该添加剂可以有相同或相似的分子量，以便在长丝中熔析到近似相同的区域。另一种是，可以应用不同分子量的添加剂，以便有效地使这些添加剂在表面上成层。
使用不同分子量的添加剂对某些互相加强的特征特别有吸引力，这样的一个例子是使用的第一添加剂作为紫外辐射吸收剂的部分B，第二添加剂有光稳定或衰减阻止部分B，它的功能是使激活的氧分子去活化或终止自由基团。第一添加剂通常比第二添加剂的分子量要小。当两种添加剂熔析到表面时，第一添加剂主要迁移到有效的表面，而第二添加剂主要迁移到次表面。这样，没有被第一添加剂吸收的光化学的辐射被第二添加剂有效地消除，得到互补或叠加的效果。
内部添加剂可以是液体或固体。一般来说，热塑聚合物对内部添加剂的重量比约为10到1000。也就是说，在应用于制造非织造幅面料的组份中添加剂的量约为0.1％重量百分比到约10％重量百分比，优选的约0.3-5％重量百分比，更优选的约0.5-2.5％重量百分比。
热塑组份可以用任何对熟悉本技术的人士所知道的各种方法进行制备。例如，粉末、片状或颗粒形式的聚合物和粉末、片状或颗粒形式的添加剂可以机械地混合。如果需要，添加剂可以溶解在合适的溶剂中，和通过机械混合这两种使添加剂涂敷在聚合物颗粒上，虽然使用的溶剂不是优选的。液体添加剂使用这种混合方法也可以涂敷在聚合物颗粒上。然后可以将聚合物和添加剂混合物添加到挤压机的进料漏斗，从挤压机挤出长丝。另一种是，涂敷的聚合物可以充填到加热的混合器中，如加热的双螺杆混合器，以便将添加剂分散到整个聚合物块中。得到的热塑组份一般挤压成杆形，把它作为原料供给到切片机。得到的片然后用作熔融加工挤压机的原料。在另一个方法中，添加剂可以计量注入到供料给挤压机的漏斗喉部，漏斗中含有特定形式的聚合物并供给挤压机。在还有另一个方法中，添加剂可以计量直接注入到挤压机的机筒中，在那里当得到的混合物向注模前进时它与熔融的聚合物掺混。
在本发明的分区非织造幅面料中可以应用各种各样类型的内部迁移添加剂。合适的添加剂类型包括但不局限于，溶剂防护剂、润湿剂和其他表面活性剂、增粘剂和粘合剂、阻燃剂、抗静电剂、紫外辐射的稳定剂、热稳定剂、染料、墨水和其他在接受到热时迁移到表面的化合物。
合适的迁移添加剂包括含氟化合物，它在聚合物熔融挤压温度下是热稳定的，且它可以作为防护剂和阻燃剂。氟化的烃一般比相应的烃更加稠密和易于挥发，比相应非氟化烃有较低的折光指数、较低的介电常数、较低的可溶性和较低的表面张力。氟原子的存在赋予相关的分子稳定性、不可燃性、疏水性和疏油的各项特征。过氟化的(C8F17…)分子相信是最有效的。
适合的内部含氟化合物包括但不局限于，ZONYL8615(从E.I.Dupont De Nemours & Co.公司购得的氟化熔融添加剂)；FX-1801,从3M公司购得的非离子含氟化合物树脂TLF-8860，从E.I.DupontDe Nemours & Co.公司购得的氟化熔融添加剂和ZONYL9010，从E.I.Dupont De Nemours & Co.公司购得的氟化熔融添加剂。在授予Sargent等人的美国专利5,459,188号；在授予Liss的美国专利5,681,963号；和在授予Crater等人的美国专利5,025,052号中公开和描述了其他合适的内部含氟化合物添加剂，它们的公开内容结合于此作为参考。
内部硅氧烷添加剂也适合作为防护剂如表面活性剂。与含氟化合物一样，硅氧烷倾向于与聚烯烃和某些其他的聚合物不相容，只要在热量存在的情况下驱动力使添加剂与基体聚合物分离并迁移到最接近的表面。授予Nohr等人的美国专利4,857,251号中公开和描述了合适的硅氧基的添加剂，其公开的内容结合于此作为参考。优选的硅氧基添加剂包括含有硅氧烷的添加剂，它有部分A和B，如前面描述的那样。
在某些优选的实施方案中，部分A包括至少一个四元取代的1,1′亚甲硅醚基，可选择地与一个或几个从含有三元取代的甲硅烷基和三元取代的甲硅烷氧基的基团中选择的基团相关联，所有这样基团的取代基都是从包括单价的烷基、环烷基、芳香基和杂环基以及部分B基团中独立地选择的，除了部分B它们的每一个可以被取代或没有被取代。
在还有另外一些优选的实施方案中，添加剂包括从下面常用分子式代表的基团中选择的许多基团(1)B1-,(2)B2-O-,(3)R1-,(4)R2-Si≡,(5)(R3)(R4)(R5)Si-,(6)(R6)(R7)(R8)Si-O-,(7)[-Si(R9)(R10)-O-]a，和(8)[-Si(R11)(B3)-O-]b；式中每个R1和R2是各自从包括氢、烷基、环烷基、芳香基，和杂环基的基团中选择的单价基团，它们的每一个除了氢，可以是被取代或没有被取代；R3-R5的每一个，包括所有的，都是单独从包括烷基、环烷基、芳香基和杂环基以及B4的基团中选择的单价基团，除了B4它们中每一个可以被取代或没有被取代；R6-R11的每一个，包括所有的，都是单独从包括烷基、环烷基、芳香基和杂环基的基团中选择的单价基团，它们中每一个可以被取代或没有被取代；每个a和b单独代表0到约70的整数，它只是表示在添加剂中存在的各个基团的数量，当整数大于1时，它并不指示或要求许多这样的各个基团互相连接以便形成齐聚物或聚合物，或者所有这样的基团有相同的取代基；而每个B1-B4，包括所有的，都是单独传给添加剂至少一个所需特征的一部分；但使这样许多的基团产生至少一个四元取代的1,1′亚甲硅醚基。
在另外其他的优选实施方案中，添加剂是有下面通用分子式的化合物， 式中每个R12和R13都是单独从包括氢、烷基、环烷基、芳香基和杂环基的基团中选择的单价基团，除了氢之外，它们中每一个可以被取代或没有被取代；每个B5和B6是单独有所需特征的单价基团；和C代表从2到约70的整数。
在还有的其他优选实施方案中，添加剂是有下面通用分子式的化合物， 式中每个R14-R22，包括所有的，都是单独从包括氢、烷基、环烷基、芳香基和杂环基的基团中选择的单价基团，除了氢之外，它们中每一个可以被取代或没有被取代；B7是有所需特征的单价基团；d代表0到约70的整数；和e代表从1到约70的整数。
在还有的其他优选实施方案中，添加剂是有下面通用分子式的化合物， 式中每个R23-R25，包括所有的，都是单独从包括氢、烷基、环烷基、芳香基和杂环基的基团中选择的单价基团，除了氢之外，它们中每一个可以被取代或没有被取代；B8是有所需特征的单价基团；和f代表从1到约70的整数。
按照本发明，含有内迁移添加剂的聚合物非织造幅面料是分区选择加热的，以使内部添加剂有选择地迁移到表面，得到在该区内产生的所需的表面特性。可以使添加剂只在一个或几个选择的间隔开的区域内迁移到表面。另一种是，可以使添加剂在选择的区域内有较大程度迁移到表面，而在非选择区域内有较小程度的迁移。选择的区和在选择区之外的区域，可以在非织造幅面料的相同或相对侧，或者两者可以在两侧上。产生选择加热的一个优选方式是使用分区的热空气刀，授予Marmon等人1998年6月17日申请的美国专利申请序号08/877,377所描述的那样，它的公开内容结合于此作为参考。
图1表示一个示范性热空气刀的剖面图。热空气从压力通风系统1通过切口2供给到非织造幅面料(未表示)。在包括许多间隔开的热空气刀的分区热空气刀布置中，每个切口2的长度(即在垂直于低的方向上)将与要处理的相应的间隔开的各区长度差不多一样。
图2表示热空气刀组件10，它包括通过入口管道14和16供给热空气的头部12。头部12的形状象细长的中空的圆筒，该圆筒有终端18和20，以及主体22。热空气供给管道14和16供给空气进入头部12的终端18和20，如箭头所示。
供给到头部12的热空气可以有约150-500°F的温度，更普通的约200-450°F，最通用的约250-350°F。最佳的温度将按照聚合物类型、在热空气刀组件10下运行的非织造幅面料40的单位重量和线速而改变。对单位重量约0.5-1.5osy的聚丙烯非织造幅面料，其移动线速度约为1000-1500英尺/每分钟，要求热空气温度约为250-325°F。一般来说，热空气温度应在或接近(即略低于)非织造幅面料的熔融温度。
从头部12供给每个热空气刀的热空气优选的体积流量一般取决于幅面料的组份和重量、线速度和所需的添加剂迁移的程度。通过控制头部12内的压力可以控制空气的流速。在头部12内的空气压力最好约在1-12英寸水柱之间(2-22mm Hg柱)。更优选的约在4-10英寸水柱之间(8-18mm Hg柱)当然，需要实现所需水平添加剂迁移的热空气体积可以通过增加热空气的温度而减小。可以通过应用对熟悉本技术的人士来说已知的或现有的技术来确定和调节各种操作参数，如线速度、热空气体积和热空气温度。
在图2表示的实施方案中，头部12是圆筒形的，但它可以是矩形或另一种形状。头部12可以应用各种尺寸和形状，其优选的尺寸大部分取决于非织造幅面料的宽度和所需的粘合程度。头部12可以由铝、不锈钢或其他一种合适的材料构造。
从头部12伸出6个间隔开的热空气导管24、26、28、30、32和34。导管可以是刚性或柔性的，但最好是由柔性材料制成，以便可以进行调节和/或移动。每个导管其一端连接到头部12，而它们的另一端连接到6个压力通风系统36、38、40、42、44和46。每个压力通风系统与热空气刀切口连接，各切口有标记48、50、52、54、56和58。在图2中表示的压力通风系统和切口每个可以有上述的与图1中表示的热空气刀相似的横截面。
从头部12来的热空气最好以大致相等的体积和速度供给每个导管24、26、28、30、32和34。通过保证这些导管有相同的大小和尺寸以及在导管的进口处空气压力均匀，以这种简单的方式可以达到这种流量的均匀分化。另一方面，如果特殊的应用要求保证在某些导管内供给比其他导管或多或少的空气，通过在各导管装设阀门调节流量，通过设计各阀门有不同的尺寸，或者如下面描述那样安装调节压力通风系统，可以得到不同的流速。
将压力通风系统36、38、40、42、44和46安装在可滑动的支持杆60上。这样安装压力通风系统，使得空气刀切口48、50、52、54、56和58的下尖端在非织造织物40上面预先确定的距离。空气刀切口和非织造织物之间的距离应在约0.25到约10英寸，优选的约在0.75到约3.0英寸，最优选的约在1.0到约2.0英寸。最好压力通风系统是可调地安装在支持杆60上，使得刀切口和幅面料之间的距离按照应用的需要可以变化。
控制板62装设在热空气刀组件10的一侧，结合对进入压力通风系统的热空气进行单独流量控制。如图所示，压力通风系统装设有单个的流量控制阀64、66、68、70、72和74，可以用它们来单独调节到每个压力通风系统的空气流量。通过使用对本技术熟悉的人士现有的常规技术，各流量控制阀可以与控制板62上各个控制电连接。如上面解释那样，常常希望对每个压力通风系统有大致相等的空气流量。可以用阀进行微调而使得各压力通风系统的空气流量相等，或者如果需要不同的流量，调节流量使它们之间不同。
在环形带式传送机上传送非织造幅面料40，该传送机包括由辊(它们中的一个是76)驱动的以预先确定的线速度的运送筛网77。非织造幅面料40在热空气刀组件10下在机器方向(由箭头78指出的)移动，通常速度约为100-3000英尺/每分钟，更普通的约为500-2500英尺/每分钟，要求约为1000-2000英尺/每分钟。热空气刀切口48、50、52、54、56和58将热空气喷射到非织造幅面料中造成在间隔开的位置上产生局部的添加剂迁移。由区80、82、84、86、88和90代表热空气刀-增强添加剂迁移的间隔开的区域。在图示的实施方案中，添加剂迁移区是线性的。在另一个实施方案中，支持杆60与一振动器(未显示)连接，当将非织造幅面料40在机器方向上向前传送时该振动器使支持杆60在横向(即垂直于机器方向)前后运动。通过使用振动器，可以形成增强添加剂迁移的各区80、82、84、86、88和90成波浪形图案，包括而不是局限于正弦波、三角波、方波、梯形波或不规则的波。
80、82、84、86、88和90各区的厚度与空气刀切口48、50、52、54、56和58的长度相对应。各区按照需要可以是宽的或窄的，以便使需要的能量最小同时提供改进性能的适合区域。空气刀切口每个可以有少于约1.0英寸的长度，优选的少于约0.5英寸，更优选的约0.10-0.25英寸。空气刀切口的长度将基本与幅面料40中添加剂迁移区的宽度相对应。空气刀切口的长度(即垂直于幅面料的移动)可以根据所需添加剂迁移区的总百分比来确定。
应该形成热空气刀切口48、50、52、54、56和58中开口的宽度(即图1中所示开口的宽度)，使其给出空气喷射撞击幅面料40的表面所需的速度。空气刀喷射的实际速度是由头部12内的气压、空气刀切口的总数、空气刀切口的长度、热空气刀切口的宽度所确定。希望的从空气刀切口的空气喷射速度就是使添加剂适当迁移到非织造幅面料长丝的表面所需的那种速度。一般来说，每个空气刀切口开口的宽度(即平行于幅面料移动的方向)应在约0.5英寸或更小。
间隔开的空气刀压力通风系统和切口的数目按照要处理的非织造幅面料的宽度和各空气刀切口的长度可以改变。压力通风系统和切口的数目越大，可以有效地处理的幅面料的最大宽度越大。通常，当非织造幅面料40有约14-16英寸宽度时，热空气刀组件10应包括至少两个间隔开的压力通风系统和切口。非织造幅面料可以有140英寸或更大的宽度，随着非织造幅面料宽度的增加可以增加所需的空气刀压力通风系统的数目和/或尺寸。如上所述，图2中表示的空气刀组件10包括6个间隔开的空气刀压力通风系统和切口。空气刀压力通风系统可以互相间隔约1-24英寸，但优选的间距约4-20英寸，更优选的约10-15英寸。另一种是，通过沿着头部12的整个宽度提供单个切口开口并堵塞部分的切口开口，以便在堵塞区之间产生一个或几个单独的切口开口，也能达到相同的效果。
本发明的热空气刀组件10使之有可能生产这样的非织造幅面料，它有有限的添加剂从长丝的迁移，它比整个处理的非织造幅面料因此有较少的迁移总表面。热空气刀组件10对实现添加剂从图2所示的熔喷幅面料有限的迁移是特别有用的。
当非织造幅面料40(图2)在热空气刀下面移动，并与一个或几个热空气喷射接触，最好喷射在与幅面料垂直方向成约15度角度之内，实现有选择的添加剂迁移。由一个或几个空气喷射的温度、压力和湍动流速的组合所传送的热能的影响，在热空气刀下面的部位或分区内非织造幅面料的长丝被加热，从而造成图2中所示的区域80、82、84、86、88和90内有选择的添加剂迁移和所需的特性。
也可以应用其他的方法和装置在非织幅面料中所选择的区域或部位上产生添加剂迁移。例如，使用红外辐射、感应加热或其他方法可以有选择地加热处理幅面料。还有，与如上述的在“X”和“Y”方向迁移一样，还可以应用本发明的技术在“Z”方向造成添加剂分区迁移。为了达到在“Z”方向分区迁移，可以将热源以这样的方式对准非织造物的一个表面，使之对一个表面的加热程度远大于其相对面。例如，如热空气喷射的热源可用很小的角度，几乎与其平行的角度对准非织造幅面料的一个表面。这将引起大部分的对流换热和添加剂迁移发生在与另一面相对的一个表面上。
实例(织物1-9)由基本均匀的聚合物和内部添加剂掺混物制备有内部碳氟化合物添加剂的熔喷非织造幅面料。有选择地加热处理所得到的幅面料，使之造成分区的添加剂的迁移，并对其进行酒精抵抗性试验。每个织物的聚合物组份含有约90％重量的聚丙烯与10％重量的聚丁烯掺混。在非织造幅面料样品中使用下述的聚合物和添加剂。
内部含氟化合物(IFC)a)3M FX-1801，非离子氟化合物树脂，b)DuPont ZONYL8615，氟化熔融添加剂，c)Dupont TLF-8860，氟化熔融添加剂，或d)Dupont ZONYL9010，氟化熔融添加剂。
聚丙烯(PP)a)Exxon 3746 G,800 MFR(熔体流动速率)树脂，或b)Montell PF-015 400 MFR树脂。
聚丁烯(PB)Shell DP-8911,5.5％乙烯，94.5％1-丁烯共聚物。
制成的非织造织物对异丙基乙醇(IPA)的抵抗性通过将几滴IPA/水溶液放到织物表面上进行试验。溶液含有20-100％IPA在水中的体积，以10％的增量递增变化。当溶液中IPA含量增加时，溶液的表面张力减小。因此排斥IPA含量越高的溶液更加困难。作为参考点，100％IPA有约22达因/厘米的表面张力。
为了进行试验，将每种IPA/水溶液的8滴沿着要试验的熔喷织物的横截机器方向放在织物上。5分钟之后得出抵抗性的评价值。抵抗性的评价值是不能润湿织物表面的有IPA最大百分比的溶液。观察每种织物的背面，以便确定该织物是否被IPA溶液润湿。如果8滴IPA溶液中有一滴或几滴润湿该织物，那么该织物在该溶液含量下失效。
在某些情况下，给予10％ IPA增量之间的评价值。例如，85％ IPA的评价值指的是织物很容易排斥80％ IPA，但只有一滴或两滴90％IPA稍微润湿该织物。为了控制的目的，确定没有任何IFC处理的熔喷织物只通过20％ IPA。
制备的组份和织物如下1号织物2.75磅SCC-4983(15％ FX-1801 IFC/85％ 3746 G PP的复合浓色体)，4磅的DP-8911 PB、34磅3746 G PP和0.75磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到挤压机中加工成单位重量为0.5 osy的熔喷织物。这个组份给予熔喷织物中1.0％FX-1801 IFC、9.6％ PB、87.6％PP和1.8％颜料的目标含量。
2号织物0.41磅TLF-8860、4磅DP-8911 PB、36磅3746G PP和0.8磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后添加到熔喷挤压机中并喷成单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.0％TLF-8860 IFC、9.7％PB、87.4％PP和1.9％颜料的目标含量。
3号织物0.44磅ZONYL8615、4磅DP-8911 PB、36磅3746G PP和0.8磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到熔喷挤压机中并熔喷或单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.1％ZONYL8615 IFC、9.7％PB、87.3％PP和1.9％颜料的目标含量。
4号织物0.41磅ZONYL8615、4磅DP-8911 PB、36磅3746G PP和0.75磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到熔喷挤压机中并喷成单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.0％ZONYL8615 IFC、9.7％PB、87.5％PP和1.8％颜料的目标含量。
5号织物0.54磅ZONYL8615、4磅DP-8911 PB、36磅3746G PP和0.75磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到熔喷挤压机中并喷成单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.3％ZONYL8615 IFC、9.7％PB、87.2％PP和1.8％颜料的目标含量。
6号织物0.41磅ZONYL9010、4磅DP-8911 PB、36磅3746G PP和0.75磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到熔喷挤压机中并喷成单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.0％ZONYL9010 IFC、9.7％ PB、87.5％ PP和1.8％颜料的目标含量。
7-9号织物0.83磅ZONYL8615、8磅DP-8911 PB、72磅3746G PP和1.5磅SCC-11115蓝颜料在混合器中进行干式转筒整理至少30分钟，然后加到熔喷挤压机中并喷成单位重量为0.5osy的织物。这个组份给予1.0％ZONYL8615 IFC、9.7％PB、87.5％PP和1.8％颜料的目标含量。用这个组份制成三卷织物。
每个1-9号的织物有约18-20英寸的幅面料宽度。为了产生分区效应，每种织物用单个热空气刀近似在幅面料横幅的中心进行处理，在垂直幅面料的机器方向有约12英寸长的尺寸。这样产生选择加热处理过的织物中心区和两侧没有处理的织物区。
下面的表1表示加工的条件和热空气刀(HAK)对1号织物抵抗性的影响。热空气刀安装在熔喷成形箱的外侧，离滚筒卷绕机的中心25英寸，在织物上面约1英寸。抵抗性评价值取自处理过样品的HAK处理区中，并比较HAK的抵抗性效果和没有HAK处理的效果。
表11号织物抵抗性评价值
下面的表2比较不同加工条件的效果和HAK对2号织物的影响。这次，HAK安装在成形箱的内侧，离熔喷纤维幕约2英寸。增加UWV以便去掉从HAK来的多余空气。对HAK处理过的样品，在HAK处理过的区域内测量抵抗性，除非另外说明。
表2 2号织物的抵抗性评价值
下面的表3比较不同的加工条件和HAK对3号织物的影响。HAK安装在熔喷成形箱之中，离熔喷纤维幕约2英寸。还有，必须增加UWV以便除去HAK来的多余空气。对HAK处理过的样品，在HAK暴露区内测量抵抗性，除非另外说明。
表3 3号织物的抵抗性评价表
下面表4用4号和5号织物比较不同的添加剂含量和HAK的影响。HAK安装在熔喷成形箱的外侧，离滚筒卷绕机中心25英寸，在织物上面约1英寸。还有，当HAK打开时在HAK处理过的区域内测量抵抗性。
表4 4号和5号织物的抵抗性评价值
下面表5比较不同的加工条件和HAK对6号织物的影响。HAK安装在熔喷成形箱外侧，离滚筒卷绕机中心25英寸，在织物上面约1英寸。还有，当HAK打开时在HAK处理过的区域内测量抵抗性。
表5 6号织物的抵抗性评价值
对7-9号织物，监测织物的温度。对7号织物试验没有HAK。8号织物试验有HAK，得到较高的织物温度。9号织物试验有HAK，但进行排气以便除去某些附加的热量。为了HAK排气，经HAK送气的管子在上面和离开熔喷模的尖端排气。
安装的HAK离滚筒卷绕机中心25英寸和定位在成形线上面1.5英寸。这造成空气幕刚好在卷绕机前冲击织物。当HAK排气时，HAK增加室内气温而不会引起空气幕冲击织物。
表6 7-9号织物的抵抗性评价值
实例(10-14号织物)与1-9号织物相似地制备熔喷非织造幅面料，除了不同防护剂而是用内部润湿剂。评价两种内部可润湿处理a)SF-19,PPG工业公司的一种聚硅氧烷聚酯，引入作为聚丙烯中12％浓色体；和b)Atmer 8041，特拉华州(Delaware)ICI表面活性剂公司的一种表面活性剂，只标记为“20％超浓度”。
生产出下面的10-14号织物，并用静止的水滴进行可润湿性试验。
10号织物1.67磅12％SF-19浓色体与38.5磅FP-015 PP进行干式转筒整理至少30分钟。然后将混合物放入挤压机并制成0.5osy熔喷织物。所以织物的目标组份是0.5％SF-19和99.5％PP。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=505°F,PAFS=5.5，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000psi(磅/英寸2)，产量=2磅/英寸。小时(PIH)。处理过的织物对静止的水滴不可润湿。
有上述组份的一卷织物暴露在热空气刀(HAK)下。其他的加工条件与上述的织物相同。HAK安装在离滚筒卷绕机约25英寸并定位在成形线上面约1-1.5英寸。HAK的条件是290°F和20psi。这个织物对静止的水滴也是不可润湿。
11号织物1.67磅12％SF-19浓色体和4磅DP-8911 PB和34.5磅PF-015PP进行干式转筒整理至少30分钟。然后将混合物放入挤压机并制成0.5osy熔喷织物。所以织物的目标组份是0.5％SF-19、10.0％PB和89.5PP。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=505°F,PAFS=5.5，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000 psi和产量=2 PIH。处理过的织物对静止的水滴不可润湿。
有上述组份的一卷织物暴露在热空气刀(HAK)之下。其他的加工条件与上述的织物相同。HAK安装在离滚筒卷绕机约25英寸并定位在成形线上面约1-1.5英寸。HAK的条件是290°F和20 psi。这个织物对静止的水滴也是不可润湿。
12号织物5磅12％ SF-19浓色体和37磅PF-015 PP进行干式转筒整理至少30分钟。然后将混合物放入挤压机并制成0.5osy熔喷织物。所以织物的目标组份是1.4％ SF-19和98.6％ PP。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=515°F,PAFS=5.1，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000 psi和产量=2 PIH。处理过的织物对静止的水滴不可润湿。
有上述组份的一卷织物暴露在热空气刀(HAK)下。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=510°F,PAFS=5.0，线下真空度=30.2，挤压机压力=1000 psi，和产量=2 PIH。HAK安装在离滚筒卷绕机约25英寸并定位在成形线上面约1-1.5英寸。HAK条件是340°F和20 psi。这个织物对静止的水滴稍微可以润湿。润湿被描述为缓慢和不均匀的，但织物确实垂直地吸水。
13号织物2磅的20％超浓度的Atmer 8041与39.25磅PF-015 PP进行干式转筒整理至少30分钟。然后将混合物加入到挤压机并制成0.5osy熔喷织物。所以织物的目标组份是1.0％ Atmer和99.0％ PP。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=505°F,PAFS=5.0，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000 psi和产量=2 PIH。处理过的织物对静止的水滴不可润湿。
有上述组份的一卷织物暴露在热空气刀(HAK)下。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=505°F,PAFS=5.5，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000 psi和产量=2 PIH。HAK安装在离滚筒卷绕机约25英寸并定位在成形线上面约1-1.5英寸。HAK条件是290°F和20 psi。这个织物对静止的水滴也是不可润湿。
14号织物2磅20％超浓度Atmer 8041和4磅DP-8911 PB和35.25磅PF-015 PP进行干式转筒整理至少30分钟。然后将混合物放入挤压机并制成0.5osy熔喷织物。所以织物的目标组份是1％Atmer,9.7％ PB和89.3％ PP。加工条件是熔融温度=520°F,PAT=505°F,PAFS=5.1，线下真空度=30.2％，挤压机压力=1000 psi和产量=2 PIH。处理过的织物对静止的水滴可润湿。
有上述组份的一卷织物暴露在热空气刀(HAK)下。其他的加工条件与上述织物描述的相同。安装的HAK离滚筒卷绕机约25英寸并定位在成形线上面约1-1.5英寸。HAK条件是290°F和20 psi。这个织物对静止的水滴也是不可润湿。
本发明有选择的分区非织造织物有范围广泛的潜在应用。在一个应用中，尿布外罩件的边缘可以做得比中心更能排拒水，从而将流体引向中心(和进入到吸收芯中)，并离开接触穿着者的边缘。其他的非织造织物应用也将从可控的流体流动得益，其中流体被从某些地方引走，流向其他部位。可以使制成织物的底部比顶部更能润湿，或者相反，从而迫使与织物接触的流体流向织物的一侧，并离开另一侧。
尽管这里描述的本发明的各实施方案现在考虑是优选的，但可以进行各种修改和改进而不会背离本发明的宗旨和范畴。所附的权利要求书指出本发明的范畴，但打算将具有等价意义和范围的所有变化都包括在这里。
权利要求
1．一种在其外表面上有至少一个有选择的添加剂的分区部位，和至少一个区域不在有选择分区部位中的非织造织物，它包括多个由包括一种或几种聚合物和迁移的内部添加剂的掺混物制成的非织造长丝；其中，内部添加剂在有选择的分区部位内比不在有选择的分区部位内的区域已经更多地迁移到表面。
2．如权利要求1所述的非织造织物，其中，内部添加剂只存在于有选择的分区部位。
3．如权利要求1所述的非织造织物，其中，内部添加剂更多地存在于有选择的分区部分，而较少地存在于不在有选择的分区部分内的区域。
4．如权利要求1所述的非织造织物，其中，有选择的分区部分，和不在有选择的分区部分内的该区域都是在非织造织物的一侧。
5．如权利要求1所述的非织造织物，其中有选择的分区部分，和不在有选择的分区部分内的该区域是在非织造织物相对的两侧。
6．如权利要求1所述的非织造织物，其中，有选择的分区部分，和不在有选择的分区部分内的该区域两者在非织造织物的两侧上。
7．如权利要求1所述的非织造织物，其包括织粘幅面料。
8．如权利要求1所述的非织造织物，其包括熔喷幅面料。
9．如权利要求1所述的非织造织物，其包括粘梳幅面料。
10．如权利要求1所述的非织造织物，其中在非织造长丝中的聚合物包括从聚烯烃、聚酰胺、聚酯、乙烯和丙烯的共聚物、乙烯或丙烯与C4-C20α烯烃的共聚物、乙烯与丙烯和C4-C20α烯烃的三元共聚物、乙烯醋酸乙烯共聚物、丙烯醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-聚(乙烯-α烯烃)弹性体、聚氨酯、A-B嵌段共聚物，其中A是聚(乙烯芳烃)部分，如由聚苯乙烯组成，而B是弹性的中间段，如共轭的二烯烃或低价烯烃、聚醚、聚醚酯、聚丙烯酸酯、乙烯烷基丙烯酸酯、聚异丁烯、聚丁二烯、异丁烯-异戊二烯共聚物，和它们各种组合中选择的一种材料。
11．如权利要求10所述的非织造织物，其中，聚合物包括聚烯烃。
12．如权利要求11所述的非织造织物，其中，聚烯烃包括聚乙烯。
13．如权利要求11所述的非织造织物，其中，聚烯烃包括聚丙烯。
14．如权利要求13所述的非织造织物，其还包括聚丁烯。
15．如权利要求1所述的非织造织物，其中，迁移的添加剂包括从防护剂、润湿剂、增粘剂、粘合剂、阻燃剂、抗静电剂、稳定剂、染料、墨水和它们的各种组合中选择的一种材料。
16．如权利要求1所述的非织造织物，其中迁移的添加剂包括含氟化合物。
17．如权利要求16所述的非织造织物，其中，含氟化合物包括从非离子含氟化合物树脂、氟化熔融添加剂和它们的各种组合中选择的一种材料。
18．如权利要求1所述的非织造织物，其中迁移的添加剂包括硅氧烷化合物。
19．一种由包括聚合物和在加热时有迁移到非织造幅面料的表面倾向的内部添加剂的基本均匀掺混物制成的非织造织物，该非织造幅面料包括许多由聚合物和内部添加剂基本均匀的掺混物制成的非织造长丝；有选择地加热以便使内部添加剂有选择地迁移到表面的在非织造幅面料上的一个或几个分区；和其表面上比一个或几个有选择地加热的分区有较少内部添加剂的在非织造幅面料上的一个或几个分区。
20．如权利要求19所述的非织造织物，其中，基本均匀的掺混物包括约0.1-10％重量的内部添加剂。
21．如权利要求19所述的非织造织物，其中，基本均匀的掺混物包括约0.3-5％重量的内部添加剂。
22．如权利要求19所述的非织造织物，其中，其本均匀的掺混物包括约0.5-2.5％重量的内部添加剂。
23．如权利要求19所述的非织造织物，其中，聚合物包括聚烯烃。
24．如权利要求19所述的非织造织物，其中，聚合物包括聚丙烯和聚丁烯的掺混物。
25．如权利要求19所述的非织造织物，其中，内部添加剂包括含氟化合物。
26．如权利要求23所述的非织造织物，其中，内部添加剂包括含氟化合物。
27．如权利要求19所述的非织造织物，其中，内部添加剂包括硅氧烷化合物。
28．如权利要求23所述的非织造织物，其中，内部添加剂包括硅氧烷化合物。
29．一种制备在其表面上一个或几个选择的分区中有一个或几个选择特性的非织造织物的方法，包括如下各步骤由包括聚合物和在加热时有迁移到非织造织物表面倾向的内部添加剂的基本均匀掺混物制成非织造织物；和只在一个或几个选择的分区对非织造幅面料加热，以便在非织造幅面料的一个或几个选择的分区内有选择地使添加剂迁移到表面；从而将一个或几个选择的特性传给一个或几个选择的分区，而不是非织造幅面料中周围的区域。
30．如权利要求29所述的方法，其中，使用热空气刀进行加热。
31．如权利要求30所述的方法，其中，热空气刀包括分区热空气刀。
32．如权利要求29所述的方法，其中，热是加在非织造织物的中心区，而不是织物的周围端区。
全文摘要
一种由聚合物和迁移的内部添加剂的掺混物制成的非织造幅面料,只在选择的区域内被加热处理,以便使这些区域内的添加剂迁移到表面。非织造幅面料有添加剂在选择区域内造成的所需特性。选择区域周围的部分没有被加热处理,所以或者没有所需的特性,或者显现比加热处理区差得多的特性。
文档编号D04H3/00GK1320180SQ99811580
公开日2001年10月31日 申请日期1999年7月9日 优先权日1998年7月30日
发明者R·B·昆西三世, A·雅希奥伊, J·L·麦马努斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司