微孔弹性体薄膜/非织造透气性层合物及其制造方法

专利名称：微孔弹性体薄膜/非织造透气性层合物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及至少一层填充的弹性体薄膜和至少一层支撑层如非织造纤维网的层合物。此外，本发明涉及制造这种层合物的方法。
背景技术：
本发明涉及透气性弹性体薄膜及其层合物。这类材料特别在有限使用和一次性物品领域具有广泛的用途。
传统上，在有限使用或一次性物品领域薄膜被用来提供阻挡性能。有限使用或一次性使用意味着产品和/或组份在被抛弃之前只能使用少数几次或可能只有一次。这类产品的实例包括，但不限于，外科和卫生保健的相关产品如手术挡帘和罩衫，一次性工装如连裤工作服和实验服以及个人护理吸收产品如尿布、训练裤、失禁衣服、卫生巾、绷带、抹布等。在个人护理吸收产品如婴儿尿布和成人失禁产品中，薄膜被用作外套以防止身体废物污染衣服、被褥及其它所用周围环境物品。在包括医院罩衫的防护服装领域，薄膜用以防止微生物在着装人与病人之间交叉传播。
虽然这些薄膜可以是有效的阻挡物，但它们从美学观点来看是不合意的，因为它们的表面是光滑的并且令人觉得滑或粘。它们在视觉上也太平且太“塑料感”，由此使其在服装应用及其它与人皮肤接触的应用领域中不太令人满意。如果这些物品从触觉和视觉观点上都更像布则是更优选的。例如，具有传统布内衣手感和外观的婴儿尿布被视作高级产品且可在某些情况下克服认为出于美学的原因它们需要用外衣包裹的倾向。像衣服似的成人失禁产品可改善失禁病人的自我形象。此外，更像衣服的隔离罩衫将帮助医院环境令病人感觉不那么陌生和具有威胁性，并增加着装人的舒适感。也优选存在可使外罩材料具有更富弹性适应性和可回复性的薄膜以提供更好的贴身性和舒适性。
利用薄膜的层压可产生不渗透且外观和质地在一定程度上类似衣服的材料。一次性尿布的外套仅是一个实例。在这方面，可参考共同转让的于1989年4月4日公布的美国专利4,818,600和于1988年2月16日公布的美国专利4,725,473。手术服和手术挡帘为其它的实例。这方面可见共同转让的于1983年4月5日公布的美国专利4,379,102。
在这类层压中薄膜的主要用途是提供阻挡性能。也要求这些层合物是透气性的以便它们具有传输潮气的能力。通过减少潮气浓度及由此减少衣物下皮肤的水合作用，由这些透气性或微孔薄膜的层合物制造的布料穿起来更舒适。
因此需要一种弹性透气性薄膜以及提供同时具有类似布料的美学性和所要求的耐久性及舒适性的薄膜的方法。
发明概述本发明涉及包括至少一层支撑层和一层取向微孔薄膜的透气性层合物，所述微孔薄膜包括弹性体树脂和至少占薄膜重量的30重量％的填料，该填料具有对成孔有作用的粒度。
在本发明的一个实施方案中，弹性体树脂包括聚合材料，该聚合材料选自包括苯乙烯的嵌段共聚物、乙烯和丙烯的共聚物、包括乙烯和丙烯的三元共聚物、Catalloy牌树脂、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸正丁酯、乙烯丙烯酸甲酯、Polytrope牌乙烯-丙烯弹性体共混物以及茂金属催化的乙烯基聚合物。
本发明还涉及生产包括至少一层支撑层和取向微孔弹性体薄膜的层合物的方法，该方法包括以下步骤提供具有第一长度的填充薄膜层，该层包括至少30重量％的填料和弹性聚合材料，所述填料具有对成孔有作用的粒度，所述弹性聚合材料在室温能被拉伸至其原始长度的至少两倍，并且在解除拉伸力后可基本回复至其原始未拉伸长度；拉伸填充薄膜以产生具有第二长度的微孔薄膜；并在微孔薄膜上结合至少一层支撑层以形成层合物。
本发明薄膜的透水蒸气率至少为约300g/m2-24h，优选为约1,000-约4,500g/m2-24h。(用Celgard2500作参照由ASTM试验E 96-80测定)。
这类薄膜及其层合物具有广泛的用途，包括但不限于，个人护理吸收制品方面的应用，包括尿布、训练裤、卫生巾、失禁用具、绷带等。同样这些薄膜和层合物也可作为整个制品或只作为其组成部分用于诸如手术挡帘和罩衫以及各种衣物制品中。
附图简述

图1为形成根据本发明薄膜层合物的过程的示意侧视图。
图2为根据本发明的薄膜/非织造层合物的截面侧图。
图3为示例性个人护理吸收制品部分切除的俯视平面图，在此情况下该制品为尿布，它可利用根据本发明的层合物。
优选实施方案详述本发明涉及填充的微孔取向弹性体薄膜及其层合物。
本发明的薄膜为取向的微孔薄膜，该薄膜包括弹性体树脂和至少30重量％的具有对成孔有作用的粒度的填料。
可用于本发明的聚合材料一般称为“弹性体”、“合成橡胶”或“橡胶”。用于本发明实践的弹性体可以是由共聚物制造者，共聚物为例如聚氨酯嵌段共聚物、共聚醚酯、聚酰胺聚醚嵌段共聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、具有通式A-B-A’或A-B的嵌段共聚物，如共聚(苯乙烯/乙烯-丁烯)、苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯、苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-苯乙烯、聚苯乙烯/聚(乙烯-丁烯)/聚苯乙烯、聚(苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯)等。
有用的弹性体树脂包括具有通式A-B-A’或A-B的嵌段共聚物，其中A和A’各自为含苯乙烯部分如聚(乙烯基芳烃)的热塑性聚合物终段且其中B为弹性体聚合物中嵌段如共轭二烯或低级烯烃聚合物。A-B-A’型嵌段共聚物可以具有与A和A’嵌段不同或相同的热塑性嵌段聚合物，并且本发明的嵌段共聚物旨在包括线型、支化和星形嵌段共聚物。在此方面，星形嵌段共聚物可被表示为(A-B)m-X，其中X为多官能原子或分子并且其中每一个(A-B)m-以A为终段的方式从X处放射开来。在星形嵌段共聚物中，X可以是有机或无机多官能原子或分子并且m是与最初存在于X中的官能团等值的整数。通常至少为3，且常为4或5，但并不限定于此。因此，在本发明中，表达式“嵌段共聚物”，特别是“A-B-A’”和“A-B”嵌段共聚物旨在包括所有含有这种类似橡胶的嵌段和以上讨论的热塑性嵌段的嵌段共聚物，它们可以被挤塑，并且不限制嵌段的数目。
弹性体聚合物也包括乙烯和至少一种乙烯基单体如乙酸乙烯酯、不饱和脂肪族一元羧酸、及这类一元羧酸的酯的共聚物。弹性体共聚物及由这些弹性体共聚物形成弹性体非织造网的方法公开于例如美国专利4,803,117中。
本发明中有用的乙烯共聚物还包括例如茂金属催化的乙烯基聚合物。此处所用术语“茂金属催化的乙烯基聚合物”包括通过使用茂金属或可限形状催化剂，一类有机金属配合物，作为催化剂使至少乙烯聚合而制备的那些聚合物材料。例如，一种常见的茂金属为二茂铁一种两个环戊二烯基(Cp)配位体将金属夹在中心的配合物。茂金属法催化剂包括二氯化二(正丁基环戊二烯基)合钛、二氯化二(正丁基环戊二烯基)合锆、氯化二(环戊二烯基)合钪、二氯化二(茚基)合锆、二氯化二(甲基环戊二烯基)合钛、二氯化二(甲基环戊二烯基)合锆、二茂钴、三氯化环戊二烯基合钛、二茂铁、二茂铪二氯化物、二氯化异丙基(环戊二烯基，-1-芴基)合锆、二茂钼二氯化物、二茂镍、二茂铌二氯化物、二茂钌、二茂钛二氯化物、二茂锆氯氢化物、二茂锆二氯化物等等。这类化合物更详细的名单包括在Rosen等人的并转让给道化学品公司的美国专利5,374,696中。这类化合物在Stevens等人的并也转让给道化学品公司的美国专利5,064,802中也有讨论。
茂金属方法，特别是其催化剂和催化剂载体体系是许多专利的主题。Kaminsky等人的美国专利4,542,199描述了这样的步骤将MAO加到甲苯中；将通式(环戊二烯基)2MeRHal的茂金属催化剂加入，其中Me为过渡金属，Hal为卤素并且R为环戊二烯基或C1-C6烷基或卤素；并随后加入乙烯形成聚乙烯。LaPointe等人的并转让给道化学品公司的美国专利5,189,192描述了通过金属中心氧化制备加成聚合催化剂的方法。Exxon化学品专利公司的美国专利5,352,749描述了在流化床上聚合单体的方法。美国专利5,349,100描述了螯合茂金属复合物及其通过由对映体选择性氢化物转移形成螯合中心的制备方法。
助催化剂为诸如最常见的甲基铝氧烷(MAO)、其它烷基铝和含硼化物如三(五氟苯基)硼、四(五氟苯基)硼合锂和四(五氟苯基)硼合二甲基苯胺的材料。由于处理和产物污染问题，正在继续进行对其它助催化剂体系或将烷基铝减至最小甚至消除的可能性的研究。重要点在于将茂金属催化剂活化或离子化为阳离子形式以与将要聚合的单体反应。
用于本发明的茂金属催化的乙烯基聚合物赋予薄膜拉伸和回复性能。茂金属催化的乙烯基聚合物优选选自乙烯和1-丁烯的共聚物、乙烯和1-己烯的共聚物、乙烯和1-辛烯的共聚物及其混合物。特别地，优选的材料包括Affinity牌的乙烯和1-辛烯的弹性体茂金属衍生的共聚物，均从德克萨斯自由港的道塑料公司获得。特别优选的材料还包括ExactTM牌的乙烯和1-丁烯的弹性体茂金属衍生的共聚物和三元聚合物及乙烯和1-己烯的共聚物，从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得。
热塑性共聚酯弹性体包括具有通式
的共聚醚聚酯，其中“G”选自聚(氧亚乙基)-α，ω-二醇、聚(氧亚丙基)-α，ω-二醇、聚(氧四亚甲基)-α，ω-二醇并且“a”和“b”为包括2、4和6的正整数，“m”和“n”为包括1-20的正整数。这类材料一般具有约600％-750％的断裂伸长率(根据ASTM D-638测定)和约350°F-约400°F(176-205℃)的熔点(根据ASTM D-2117测定)。
在本发明的一个实施方案中，树脂包括这样的聚合材料，它们选自包含聚苯乙烯的共聚物、乙烯共聚物、乙烯和丙烯的三元共聚物、Catalloy牌树脂、乙烯乙酸乙烯酯(优选含约18-约35重量％的乙酸酯)、乙烯-丙烯酸正丁酯(优选含约18-约30重量％的丙烯酸酯)和乙烯丙烯酸甲酯(优选含约20-约30重量％的丙烯酸酯)。
本发明中有用的包含苯乙烯的嵌段共聚物还包括苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯材料，它在聚合物链中含有不饱和的异戊二烯，例如从德克萨斯休斯顿的Dexco聚合物公司获得的Vector牌。
本发明中有用的三元共聚物包括例如乙烯-丙烯-二烯三元共聚物。
Catalloy牌树脂为包括丙烯或丙烯与乙烯的两种或多种聚合物的分子共混物的树脂，从特拉华州威明顿的HIMONT公司获得。共混是在聚合反应器中通过单体连续、独立的聚合而实现的(所谓“catalloy”方法)，因此混合是分子水平的，其结果非一般聚合共混(传统的用预制的树脂复合)所能获得。Catalloy牌树脂适宜的实例包括CatalloyKS-057，KS-059，KS-075和KS-085。
Polytrope为乙烯乙酸乙烯酯共聚物与乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)三元共聚物的共混物。
除了聚合材料，薄膜层还包括在薄膜取向期间能使微孔产生的填料。此处所用“填料”意指包括可以加入到聚合物中且不会对挤出薄膜产生化学干扰或负影响但能均匀分散于薄膜中的颗粒和其它形式的材料。一般填料为颗粒形式并且通常接近球形，平均粒度为约0.5-约8微米，优选约0.5-约5微米。本发明的薄膜通常包含占薄膜层总重量至少30％，优选约40-约70％的填料。更优选约45-约60％的填料存在于薄膜中。有机和无机填料均在本发明的考虑范围内，只要它们不干扰薄膜形成过程、所得薄膜的透气性或其结合到另一层如纤维聚烯烃非织造网上的能力。
填料的实例包括碳酸钙(CaCO3)、各种粘土、硅石(SiO2)、矾土、硫酸钡、碳酸钠、滑石、硫酸镁、二氧化钛、沸石、硫酸铝、纤维素型粉末、硅藻土、硫酸镁、碳酸镁、碳酸钡、高岭土、云母、碳、氧化钙、氧化镁、氢氧化铝、纸浆粉、木粉、纤维素衍生物、聚合物颗粒、甲壳质和甲壳质衍生物。填料颗粒可任选用脂肪酸如硬脂酸涂覆，脂肪酸可使颗粒易于自由流动(在本体中)且易于分散在聚合物基体中。
已经可以生产透水蒸气率(WVTR)至少为300克每平方米每24小时(g/m2-24h)，优选约1,000-约4,500的薄膜，该值基于用Celgard2500作参照物的ASTM标准试验E 96-80。
此外，本发明的优选薄膜也是弹性的。此处用术语“弹性”表示任何以下材料，该材料在施加位移力时可被拉伸，即，可伸长，到拉伸、位移后的长度至少为其松弛的未位移长度的约150％，且在撤销拉伸、伸长力时可恢复其至少50％的伸长量。假设的实例为一个一(1)英寸样品材料，它可伸长到至少1.50英寸并且在被伸长到1.50英寸并释放时，可恢复到不长于1.25英寸的长度。许多弹性材料可被拉伸比其松弛长度的50％长得多的长度，例如100％或更长，并且其中许多会基本恢复到其原始松弛长度，例如撤销拉伸力时恢复到其原始松弛长度的105％内。
这些性能可这样获得首先制备弹性体树脂，然后用填料填充该树脂，由填充树脂形成薄膜并随后通常沿纵向将该薄膜拉伸或取向(将在下面更详细地解释)，因此所得薄膜是微孔的并且具有在纵向，即当从薄膜挤出设备中将其取出时与薄膜平行的方向上改进了的强度性能。
制备薄膜并将其取向的方法是为本领域技术人员所熟知的。关于薄膜取向和层压过程的一个实例示于图1。将填充薄膜10送入薄膜拉伸设备44如纵向取向机，该设备为从制造商如Marshall and WilliamsCompany of Providence，Rhode Island处购得的设备。这样的设备44具有许多拉伸辊46，它以比置于其前的一对逐渐加快的速度运转着。这些辊46施加一定的应力并因此逐渐将填充的薄膜10在薄膜的纵向(即图1所示填充薄膜10在该过程中的运行方向)拉伸到拉伸长度。可加热拉伸辊46以更好地进行加工。此外，设备44还可包括位于拉伸辊46上游和/或下游的辊(未示出)，它们可用来在拉伸后而在取向和/或退火(或冷却)之前预热薄膜10。
在拉伸长度处，薄膜10中形成了许多微孔。优选拉伸长度为拉伸前原始长度的约2-约6倍，更优选约3-约4倍。然后将薄膜10从设备44中拉出以撤掉应力使拉伸的薄膜10松弛。拉伸薄膜10松弛后，优选可保持至少约1.5倍，更优选约3.0倍于原始长度的永久拉伸长度。当聚合物材料为高弹性时，例如使用Vector牌苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯材料的情况，更优选的拉伸长度为原始长度的约5-约6倍，这样可保持所要求的永久拉伸。
时常可能要求将填充的薄膜10层压至一层或多层如图2所示的基底或支撑层20上。薄膜层压可增加强度并由此增加薄膜的耐久性。如果需要，可将填充薄膜10粘合在一层或多层支撑层30上形成层合物32。再次参考图1，使用常规纤维非织造网成形设备48，例如一对纺粘机来形成支撑层30。将基本连续的长纤维50沉积在成形金属丝网52上成为未粘合纤网54并随后让未粘合纤网54通过一对粘合辊56以将纤维粘合在一起并提高所得纤网支撑层30的撕裂强度。经常将一个或两个辊加热以助粘合。一般，还将辊56中的一个雕刻上图案以将给定粘合表面积的不连续粘合图案赋予纤网30。另一个辊通常为光滑的砧辊但如果需要该辊也可雕刻图案。一旦填充薄膜10已被充分拉伸并且支撑层30已经形成，将两层送到一起并使用一对层压辊或其它设备58将其彼此层压。与粘合辊56一样，层压辊58也可被加热。而且，至少一个辊可被雕刻图案以使所得层合物32产生给定粘合表面积的不连续粘合图案。一般，在层合物32的一侧上给定表面的最大粘合点表面积不超过总表面积的约50％。存在许多可用的不连续粘合图案。参见例如Brock等人的美国专利4,041,203，在此全部引入该专利作为参考。当层合物32从层压辊58出来后，可将其卷缠到辊60上以供进行后继加工之用。或者，层合物32可继续在线进行进一步加工或转化。
虽然图1所示支撑层30和薄膜10是经过热点粘合粘合在一起的，但其它粘合方法也可使用。适宜的替代方案包括例如粘合剂粘合法及使用粘合试剂。在粘合剂粘合法中，将粘合剂如热熔粘合剂施涂在薄膜和纤维之间以将薄膜和纤维粘合在一起。粘合剂可通过例如熔体喷涂、印花或熔体喷射施涂。有各种类型的粘合剂可供使用，包括由非晶聚(α-烯烃)、乙烯乙酸乙烯酯基热粘合剂和从Findley or NationalStandard获得的苯乙烯嵌段配制的粘合剂。此外，在薄膜上印制并熟化的溶剂基粘合剂对粘合也是有用的。
当薄膜和支撑层用粘合试剂粘合时，可将粘合试剂引入到薄膜自身中。粘合试剂适宜的实例包括增粘剂、Catalloy牌聚合物、乙烯乙酸乙烯酯和APAO。粘合试剂基本用于增强薄膜和纤维层之间的粘合。例如，包含粘合剂的薄膜可与纤维支撑层共挤出，无需使用粘合剂而形成层压产品。或者，薄膜和纤维层合物可被热点粘合，尽管一般只需要很少的热，因为增粘剂倾向于提高薄膜的压敏性并可形成某种程度上类似粘合剂粘合的粘合。
图2所示支撑层30为纤维非织造网。这种纤维非织造网的制造方法是已知的。这种纤维非织造网可为填充薄膜10加入额外的性能，如更柔软像布的感觉。当填充薄膜10在诸如用于个人护理吸收制品的外部覆盖部应用中用作液体阻挡层及用作医院、外科和净化室应用的阻挡材料，例如手术挡帘、罩衫和其它形式的衣服时，这点是尤其有利的。可通过使用单独的粘合剂如热熔体和溶剂基粘合剂或通过使用热粘合辊的压力(亦称热粘合)，将支撑层30粘在填充薄膜10上。当填充薄膜10包括茂金属催化的弹性体时，层压优选用粘合剂实现。
含有本发明薄膜层的层合物中的支撑层可以是颈缩的聚丙烯纺粘、卷曲的聚丙烯纺粘、粘合的梳理纤维网、由弹性体树脂生产的弹性体纺粘或纺粘织物。特别有利的支撑层为纤维非织造网。这种纤网可由许多方法形成，这些方法包括但不限于纺粘、熔喷和粘合梳理纤维网方法。熔喷纤维是通过将熔融热塑性材料经许多细、通常为圆形的毛细管挤出作为熔融细丝或长丝进入高速，通常已加热的气流如空气中而形成的，气流将熔融热塑性材料的长丝拉细以减小其直径。其后，熔喷纤维被高速，通常已加热的气流负载并沉积在收集表面上形成随机分散的熔喷纤维网。熔喷方法是为人熟知的且在许多专利和出版物中有述，这些专利和出版物包括B.A.Wendt，E.L.Boone和D.D.Fluharty的NRL报告4364，“超细有机纤维的制造”；K.D.Lawrence，R.T.Lukas，J.A.Young的NRL报告5265“形成超细热塑性纤维的改进设备”；1972年7月11日授予Prentice的美国专利3,676,242；1974年11月19日授予Buntin等人的美国专利3,849,241。在此全部引入上述文献作为参考。
纺粘纤维是这样形成的将熔融热塑性材料从喷丝头的许多细、通常为圆形的毛细管中挤出成为长丝，随后例如通过非训练(non-educative)或训练(educative)的流体拉伸或其它熟知的纺粘机理快速减小挤出的长丝直径。许多专利都描述了纺粘非织造网的生产方法，这些专利为例如Appel等人的美国专利4,340,563；Matsuki等人的美国专利3,802,817；Dorschner等人的美国专利3,692,618；Kinney的美国专利3,338,992和3,341,394；Levy的美国专利3,276,944；Peterson的美国专利3,502,538；Hartman的美国专利3,502,763；Dobo等人的美国专利3,542,615；和Harmon的加拿大专利803,714。在此全部引入上述文献作为参考。
还可使用许多支撑层30。这类材料的实例可以包括例如纺粘/熔喷层合物和纺粘/熔喷/纺粘层合物，例如在Brock等人的美国专利4,041,203中所授，在此全部引入该专利作为参考。
粘合的梳理纤维网由通常整包购买的短纤维制成。将大包放在分离纤维的清棉机中。然后将纤维送入将短纤维进一步分离并沿纵向排列的精梳或梳理设备中以形成纵向取向的纤维非织造纤网。形成纤网后通过一种或多种粘合方法进行粘合。一种粘合方法为粉末粘合，其中使粉末化粘合剂分散在整个网中并随后活化，通常通过用热空气加热网和粘合剂。另一种粘合方法为花纹粘合法，其中使用加热的压花辊或超声粘合设备将纤维粘合在一起，通常是沿着局部的粘合图案粘合，尽管如果要求的话，网的全部表面都可被粘合。当使用双组份短纤维时，对于许多应用穿透空气粘合设备是特别有利的。
图1所示过程也可用于生成三层层合物。对前述方法唯一的改变在于将供给源62的第二个纤维非织造网支撑层30a加入到层压辊58中与另一个纤维非织造网支撑层30相对的填充薄膜10一侧。如图1所示，像支撑层30一样，一个或两个支撑层可直接在线形成。或者，像支撑层30a的供料一样，一个或两个支撑层可以预制辊62的形式供给。在任何一种情况下，都将第二个支撑层30a加入到层压辊58中并以与第一个支撑层30同样的方式将其层压到填充薄膜10上。
如前所述，填充薄膜10和透气性层合物32可用于很广阔的应用领域，不只包括个人护理吸收制品如尿布、训练裤、失禁用具和女性卫生产品如卫生巾。图4的图画显示了一个示例性制品80，此情况下为尿布。参考图4，多数这类个人护理吸收制品80包括一个渗透液体的顶片或衬里82、一个底片或外罩84和一个置于顶片82和底片84之间且被其包裹的吸收芯86。制品80如尿布还可包括某些类型的固定装置88如粘合的固定带或机械钩-环形固定物以使衣服保持在穿戴者的固定位置。固定系统还可包括弹力材料，从而形成“松紧边(stretchears)”以求更舒适。
填充薄膜10本身或以其它形式如薄膜/支撑层层合物32可用于形成制品的各种部件，包括但不限于弹性区90、顶和底片84。如果薄膜或层合物用作衬里82，它很可能必须作成有孔的或制成可渗透液体的。当使用薄膜/非织造层合物作为外罩84时，将非织造侧向外不朝向使用者通常是有利的。此外，在这类实施方案中，还可以使用层合物的非织造部分作为钩-环结合的环部分。
根据本发明的填充薄膜和透气性薄膜/支撑层层合物的其它用途包括但不限于为交通运输工具防沙、防损坏的车船罩，挡风雨构，手术挡帘和罩衫，抹布，阻挡材料以及服装制品或包括诸如工作服和实验服的服装制品的一部分。
下面的实施例更好地说明了本发明的优点和其它特性。实施例1挤塑具有下面表I所列组成的两种薄膜样品。每个样品约1.5毫米厚(约54g/平方米织物单位重量)，并在下面详述的拉伸条件下拉伸。
根据下面详述的WVTR方法测定拉伸薄膜的透水蒸气率。每个样品薄膜的组成和该分析结果列于表I。拉伸条件在纵向取向机(MDO)上拉伸样品，预热辊140°F、慢速夹辊60°F、快速夹辊57°F、第一退火辊55°F、第二退火辊107°F。MDO的输出速率为184fpm，缠绕速率为157rpm，并且进料速率改变以获得要求的拉伸(辊速)比。
透水蒸气数据根据ASTM标准E96-80计算样品材料的透水蒸气率(WVTR)。从每个试验材料和来自新泽西Hoechst Celanese Corporation ofSommerville的CELGARD2500薄膜对照样品上切下直径为3英寸的圆形样品。CELGARD2500薄膜为微孔聚丙烯薄膜。每种材料制备3个样品。试验盘为宾西法尼亚州费城Thwing-Albert仪器公司供应的60-1号Vapormeter盘。将100毫升水倒入每个Vapormeter盘并将试验材料和对照材料的各样品放在各个盘敞开的顶部上。密合突缘从而沿盘边缘形成密封，将相关的试验材料或对照材料以6.5厘米直径的圆暴露在环境气氛中，暴露面积约为33.17平方厘米。将盘放在100°F(32℃)的强制通风烘箱中1小时以达平衡。该烘箱为恒温烘箱，通过外部空气循环阻止水蒸气在内部聚集。适宜的强制通风烘箱为例如由伊利诺斯州蓝岛Blue M电气公司供应的Blue M Power-O-Matic 60烘箱。达到平衡后，从烘箱中取出盘，称重并立即放回烘箱中。24小时后，从烘箱中取出盘并再称重。用下面的公式(I)计算试验透水蒸气率的初值(I)试验WVTR＝(24小时失重的克数)×315.5g/m2/24h烘箱内的相对湿度未经特别控制。
在100°F(32℃)的预设条件和环境相对湿度下，已经将GELGARD2500对照样品24小时的WVTR确定为5000克每平方米。因此，将对照样品与每个试验一起运行并用下面的方程II将试验初值校正到设定条件(II)WVTR＝(试验WVTR/对照WVTR)×(5000g/m2/24h)
表I
1慢速和快速夹辊之间的速度比。
如上所述，由Vector 4411制成的样品具有高的织物单位重量但显示了所要求的WVTR。通过提高薄膜的挤塑温度或向填充聚合物中加入减粘剂可进一步降低织物单位重量。两个由Catalloy制成的薄膜样品在较低的织物单位重量情况下显示了所要求的WVTR值。实施例2对于实施例2和对比例1和2，用下面所述的试验步骤评价薄膜和层合物。循环试验将3″宽6″长的样品材料条拉伸至初始夹持距离3英寸的160％和200％的伸长长度。以20in/min的速率拉伸样品进行两次循环。第二次循环恢复后，记录首先未测到负载时的伸长。该值用作下面瞬间回复计算中的最后长度。
然后将样品在零伸长保持1分钟。此时，拉伸样品直到测出负载。该值用作最后长度以计算延迟回复。
滞后损耗将每个3英寸宽6英寸长的样品条拉伸至其未位移长度的160％。拉伸设备为来自Syntech Division of MTS System Corp.，ResearchTriangle Park，NC 27709-4226的SINTECK 1/5型或2/5型。重复该60％伸长的循环两次。根据下面的方程III计算滞后损耗％。
拉伸试验以20in/min的速率将每个3″宽6″长的样品条拉伸直至断裂。获得最大载荷和最大载荷处的伸长率。结果示于下面的表II中。永久伸长进行评价试验以测定薄膜和对比材料的永久伸长量。
用上述Syntech设备将每个3英寸宽6英寸长的样品条拉伸。将每个样品条拉伸到其未位移长度的160％并在该拉伸长度保持1分钟。从拉伸试验机上获得零载荷拉伸值，该值为拉伸试验机的夹头在第二次循环开始至仪器记录到载荷之前移动的距离。然后在下面的方程IV中用零载荷拉伸值来计算永久变形％。
第二次循环后，将样品在60％的伸长保持1分钟。然后让样品恢复到零伸长。此次回复后，将最初未测到载荷的长度用作下面瞬间永久变形计算中的最后长度
随后将样品在零伸长保持1分钟。此时拉伸样品直到测出载荷。测到该载荷时的长度用来计算延迟永久变形
回复率定义为瞬时永久形变和延迟永久形变之间的差异。没有回复率表示两个值相同。
挤塑具有下面表1所列组成(重量％)的吹胀薄膜表1
然后在纵向(MD)以5.4X的拉伸比(快速夹辊速度除以慢速夹辊速度)将20英寸宽1.5密耳厚薄膜拉伸取向，所有的辊均在室温(65-70°F)。薄膜进料速率为30fpm，MDO上的出料速率为162fpm，并以约98fpm的速率缠绕拉伸薄膜以使薄膜可在最低张力下缠绕。这给出了薄膜进入MDO与缠绕的有效拉伸比3.25X。薄膜完全变白表明已多孔化，测量的WVTR为1618g/m2/天。薄膜在CD和MD方向均显示了非常良好的弹性行为。
用上述试验测试这样制备的薄膜的弹性行为。在横向(CD)，即与取向垂直的方向测试样品，测试4个样品取平均值，所得值列于下面的表II中
表II<
对比例1使用同样的试验步骤也测试了市售的透气性薄膜，从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得的EXXAIRETMXBF-511W。该薄膜基本是非弹性的，含有未公开量的填料，为单轴取向的微孔LLDPE薄膜，由上述试验步骤测定的WVTR为3840g/m2/天。垂直取向方向进行循环试验。所得值列于下表III中表III<
对比例2挤塑具有下列组成(重量％)的流延薄膜60％SupercoatTM碳酸钙，同实施例140％Exceed357C80，从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得的茂金属催化的(乙烯-1-丁烯)共聚物(0.917g/cc，3.4MI)，和1000±ppm抗氧剂混合料。
然后在纵向以4X的拉伸比将挤出的1.5密耳厚薄膜拉伸取向。设定预热辊及慢速和快速夹辊为170°F，退火辊为200°F。薄膜进料速率为100fpm，并以约400fpm的速率缠绕拉伸薄膜。薄膜完全变白，测量的WVTR为4590g/m2/天。也在垂直取向方向上测试了该薄膜，获得下列数值。所得值列于下面的表IV中表IV
尽管这个薄膜是由茂金属型共聚物制成的，但由于共聚物较高的密度它基本是无弹性的。实施例3挤塑具有下面表V所列组成(重量％)的吹胀薄膜表V<
然后在纵向(MD)以5.4X的拉伸比(快速夹辊速度除以慢速夹辊速度)将20英寸宽1.5密耳厚薄膜拉伸取向，所有的辊均在室温(65-70°F)。薄膜进料速率为30fpm，MDO上的出料速率为162fpm，并以约98fpm的速率缠绕拉伸薄膜以使薄膜可在最低张力下缠绕。这给出了薄膜进入MDO与缠绕的有效拉伸比3.25X。薄膜完全变白表明已多孔化，测量的WVTR为1618g/m2/天。薄膜在CD和MD方向均显示了非常良好的弹性行为。
用上述试验测试这样制备的薄膜的弹性行为。在横向(CD)，即与取向垂直的方向测试样品，测试4个样品取平均值，得到列于下面表VI中的值表VI
对比例3使用上述某些试验步骤也测试了市售的透气性薄膜，从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得的EXXAIRETMXBF-511W。该薄膜基本是非弹性的，含有未公开量的填料，为单轴取向的微孔LLDPE薄膜，由上述试验步骤测定的WVTR为3840g/m2/天。垂直于取向方向进行循环试验。所得值列于下表VII中表VII
对比例4挤塑具有下列组成(重量％)的流延薄膜60％SupercoatTM碳酸钙，同实施例3
40％Exceed357C80，从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得的茂金属催化的(乙烯-1-丁烯)共聚物(0.917g/cc，3.4MI)，和1000±ppm抗氧剂混合料。
然后在纵向以4X的拉伸比将挤出的1.5密耳厚薄膜拉伸取向，设定预热辊、慢速和快速夹辊为170°F并且退火辊为200°F。薄膜进料速率为100fpm，并以约400fpm的速率缠绕拉伸薄膜。薄膜完全变白，测量的WVTR为4590g/m2/天。也在垂直取向方向上测试了该薄膜。所得值列于下面的表VIII中表VIII
尽管这个薄膜是由茂金属型共聚物制成的，但由于共聚物较高的密度它基本是无弹性的。实施例4挤塑具有下列组成(重量％)的吹胀薄膜55％SupercoatTM碳酸钙，平均粒度为1微米，从English China ClayCompany of America，Sylacauga，AL获得，45％AffinityTM8200树脂(0.870g/cc，5MI)，用单点位催化剂制备的(乙烯-1-辛烯)共聚物，从Dow Chemical Co.of Midland，MI获得，和600±ppm抗氧剂混合料。
然后于通常本领域已知的设备如MDO上在纵向(MD)以5.0X的拉伸比(快速夹辊速度除以慢速夹辊速度)将20英寸宽1.5密耳厚薄膜拉伸取向，所有的辊均在室温(约70°F)，除了最后一个辊设定在120°F以使薄膜退火。薄膜进料速率为60fpm，MDO上的出料速率为300fpm，并随后将薄膜送入缠绕机，调节缠绕机的速度以允许薄膜松弛但在缠绕之前不松懈或弛垂。然后将颈缩纺粘片(预拉伸使其颈缩至初始宽度的40％，得到织物单位重量为0.9盎司每平方码)退卷，置于位于MDO和缠绕机之间的喷射头下，在此处以3g/m2的粘合剂添加水平用熔融的热熔体(RextacTMRT-2330，来自Rexene Corp.of Odessa，TX)喷洒，然后将如此被喷洒后的纺粘送入正位于缠绕机前的夹辊中，在此处薄膜与纺粘接触以完成层压，并以155fpm的速度缠绕层合物。这样制成的层合物一面具有光滑的、类似布的外观，在CD方向是柔软且有弹性的(快速弹回可延展)，经历反复拉伸后不脱层。层合物是透气性的，测定的WVTR为1374g/m2/天。
用上述试验测试这样制备的层合物的弹性行为。在横向(CD)，即在其延展且与取向垂直的方向测试样品，测试4个样品取平均值，所得值列于下面表IX中表IX<
因此，本发明的薄膜具有高的透水蒸气率和弹性，给出多种功能性，包括透蒸气性、液体不透性和舒适感及拉伸性。而且，这种薄膜可粘合到支撑层上形成层合物。
当然，应该理解为可对上述实施方案作大范围的改变和改进。因此上述说明旨在解释而非限制本发明，同理适用于下列权利要求，包括所有限定本发明的等价物。
权利要求
1.透气性薄膜，其包括取向微孔薄膜层，该层包括弹性体聚合物树脂和至少30重量％的填料，该填料具有对成孔有作用的粒度；薄膜层具有初始长度且可具有至少约两倍于所述初始长度的室温拉伸长度和基本等于所述初始长度的瞬时回复长度；并且具有至少约为300g/m2-24h的透水蒸气率。
2.权利要求1的薄膜，其中所述薄膜层具有约1,000-约4,500g/m2-24h的透水蒸气率。
3.权利要求1的薄膜，其中所述弹性体聚合物包括至少一种乙烯共聚物、包括苯乙烯的嵌段共聚物、乙烯和丙烯的三元共聚物、至少两种丙烯的聚合物或丙烯与乙烯的聚合物的分子共混物、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸正丁酯和乙烯丙烯酸甲酯。
4.权利要求1的薄膜，其中所述聚合物树脂包括包含苯乙烯和乙烯、丁烯及异戊二烯中至少一种的嵌段共聚物。
5.权利要求3的薄膜，其中所述聚合物包括含有约26％乙酸酯的乙烯-乙酸乙烯酯。
6.权利要求3的薄膜，其中所述聚合物包括含有约20％丙烯酸酯的乙烯-丙烯酸正丁酯。
7.权利要求3的薄膜，其中所述聚合物包括含有约20％丙烯酸酯的乙烯-丙烯酸甲酯。
8.权利要求1的薄膜，其中所述弹性体聚合物树脂包括茂金属催化的弹性体。
9.权利要求1的薄膜，其中所述填料具有约0.5-约8微米的粒度。
10.个人护理吸收制品，其包括可渗透液体的顶片和底片，吸收芯置于其间，所述底片和所述顶片中至少一片包括权利要求1的薄膜。
11.权利要求10的制品，其进一步包括置于所述顶片和所述底片外围的弹性区，所述弹性区、所述底片和所述顶片中至少一个包括权利要求1的薄膜。
12.权利要求10的制品，其中所述制品为尿布。
13.权利要求10的制品，其中所述制品为训练裤。
14.权利要求10的制品，其中所述制品为卫生巾。
15.权利要求10的制品，其中所述制品为失禁用具。
16.权利要求10的制品，其中所述制品为绷带。
17.形成透气性薄膜的方法，该方法包括提供包括至少30重量％填料和聚合材料的填充薄膜层，所述填料具有对成孔有作用的粒度，所述聚合材料具有初始长度且可具有至少约两倍于所述初始长度的室温拉伸长度和基本等于所述初始长度的瞬时回复长度，所述薄膜具有第一长度；及拉伸所述填充薄膜以产生具有第二长度的微孔薄膜。
18.权利要求17的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约2-约6倍。
19.权利要求17的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约3-约4倍。
20.权利要求17的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约5-约6倍。
21.权利要求17的方法，其中所述薄膜层具有至少约300g/m2-24h的透水蒸气率。
22.权利要求17的方法，其中所述薄膜层具有至少约1,000g/m2-24h的透水蒸气率。
23.医疗服装，其包括包括弹性体树脂和填料的取向微孔薄膜，填料量占所述树脂的至少30重量％，所述填料具有对成孔有作用的粒度。
24.透气性层合物，其包括包括弹性体聚合物树脂和至少30重量％填料的取向微孔薄膜层，所述填料具有对成孔有作用的粒度，所述薄膜层具有初始长度且可具有至少约两倍于所述初始长度的室温拉伸长度和基本等于所述初始长度的瞬时回复长度，并且具有至少约300g/m2-24h的透水蒸气率；和至少一层粘合于所述薄膜层上的支撑层。
25.权利要求24的层合物，其中所述透水蒸气率为约1,000-约4,500g/m2-24h。
26.权利要求24的层合物，其中所述弹性体聚合物包括至少一种乙烯共聚物、包括苯乙烯的嵌段共聚物、乙烯和丙烯的三元共聚物、至少两种丙烯聚合物或丙烯与乙烯的聚合物的分子共混物、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸正丁酯和乙烯丙烯酸甲酯。
27.权利要求24的层合物，其中所述弹性体聚合物包括包含苯乙烯和乙烯、丁烯及异戊二烯中至少一种的嵌段共聚物。
28.权利要求26的层合物，其中所述聚合物包括含有约26％乙酸酯的乙烯-乙酸乙烯酯。
29.权利要求26的层合物，其中所述聚合物包括含有约20％丙烯酸酯的乙烯-丙烯酸正丁酯。
30.权利要求26的层合物，其中所述聚合物包括含有约20％丙烯酸酯的乙烯-丙烯酸甲酯。
31.权利要求24的层合物，其中所述弹性体聚合物包括茂金属催化的弹性体。
32.权利要求24的层合物，其中所述填料具有约0.5-约8微米的粒度。
33.权利要求24的层合物，其中所述支撑层为纤维非织造纤网。
34.个人护理吸收制品，其包括可渗透液体的顶片和底片，吸收芯置于其间，所述底片和所述顶片中至少一片包括权利要求24的层合物。
35.权利要求34的制品，其进一步包括置于所述顶片和所述底片外围的弹性区，所述弹性区、所述底片和所述顶片中至少一个包括权利要求24的层合物。
36.权利要求34的制品，其中所述制品为尿布。
37.权利要求34的制品，其中所述制品为训练裤。
38.权利要求34的制品，其中所述制品为卫生巾。
39.权利要求34的制品，其中所述制品为失禁用具。
40.权利要求34的制品，其中所述制品为绷带。
41.形成透气性层合物的方法，该方法包括提供包括至少30重量％填料和聚合材料的填充薄膜层，所述填料具有对成孔有作用的粒度，所述聚合材料具有初始长度且可具有至少约两倍于所述初始长度的室温拉伸长度和基本等于所述初始长度的瞬时回复长度，所述薄膜具有第一长度；拉伸所述填充薄膜以产生具有第二长度的微孔薄膜；将至少一层支撑层粘合到所述微孔薄膜上以形成层合物。
42.权利要求41的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约2-约6倍。
43.权利要求41的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约3-约4倍。
44.权利要求41的方法，其中所述第二长度为所述第一长度的约5-约6倍。
45.权利要求41的方法，其中用粘合剂将所述支撑层粘合到所述薄膜上。
46.权利要求41的方法，其中将所述支撑层热粘合到所述薄膜上。
47.权利要求41的方法，其中所述支撑层为纤维非织造纤网。
48.权利要求41的方法，其中所述薄膜层具有至少约300g/m2-24h的透水蒸气率。
49.权利要求41的方法，其中所述薄膜层具有约1,000-4,500g/m2-24h的透水蒸气率。
50.医疗服装，其包括包括弹性体树脂和填料的取向微孔薄膜，填料量占所述树脂的至少30重量％，所述填料具有对成孔有作用的粒度；和至少一层支撑层。
全文摘要
本发明涉及包括取向微孔弹性体薄膜和至少一层粘合于该薄膜上的支撑层的透气性层合物。本发明还涉及形成透气性层合物的方法,包括拉伸填充薄膜生成微孔薄膜,然后将其粘合到支撑层上的步骤。
文档编号B32B27/20GK1247545SQ97181952
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月17日 优先权日1996年12月27日
发明者A·L·麦科马克, W·B·哈夫纳 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司