层合物及其制造方法和医疗服装的制作方法

专利名称：层合物及其制造方法和医疗服装的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用软质聚烯烃的微孔热塑性薄膜，更具体而言涉及利用在聚合物链中包含无规聚丙烯单元的丙烯基聚合物的微孔热塑性薄膜。此外，本发明涉及制造这些薄膜的方法。
背景技术：
本发明旨在微孔热塑性薄膜。这类材料特别是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层合物，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。在包括医院层合物的防护服装领域，薄膜用以防止微生物在着装人与降低了噪音的病人之间交叉传播。
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”并由于使用者活动引起很大噪音，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料则是更优选的。例如，具有传统布料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，更像衣服的隔离层合物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。
利用薄膜的层合可产生不渗透液体且外观和质地在一定程度上类似布料的材料。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衣服穿起来更舒适。
传统的获得透气性微孔薄膜的方法一直是拉伸含有填料的热塑性薄膜。微孔是在拉伸期间由填料颗粒形成的。在这些拉伸过程之前通常将薄膜加热以制成更具塑性或延展性的薄膜。一般，以“拉伸比”，即薄膜的卷紧或卷绕速度与薄膜从挤出口模或从辊和卷绕机中输出的速度比表示薄膜的拉伸量。
薄膜可在纵向、横向或两个方向被拉伸。在横向拉伸薄膜是特别困难的，因为必须将力施用在薄膜的边缘以引起在其横向伸长。通常使用拉幅机。相反，在纵向拉伸薄膜是相对容易的。只须当薄膜处于加热或塑化状态时加大两辊之间的拉伸或速度比。但是，只在纵向或横向进行单向拉伸的薄膜存在耐久性问题。单向拉伸只在拉伸方向引起分子取向。这导致薄膜易于顺着该方向被撕裂或开裂。例如，纵向取向的薄膜倾向于沿纵向开裂或撕裂。而且，(纵向拉伸)薄膜的拉伸特性在纵向显著提高，但横向的拉伸强度与纵向的相比就非常差。
而且，所需要的更好透气性一般要求薄膜中更多的填料含量和更大的拉伸比。但是，高填料含量和大拉伸比降低了拉伸薄膜的强度性能，如横向或垂直于机械加工方向的形变和伸长率值。结果一般需要增加了的厚度以补偿。这个增加了的薄膜厚度提高了薄膜的费用。
因此需要一种低厚度微孔薄膜和利用这种材料的非织造层合物以及提供同时具有类似布料的美学性和所要求的使用耐久性的产品的方法。
发明概述本发明涉及一种包括微孔取向薄膜的取向微孔薄膜，该微孔取向薄膜包括包含带有无规聚丙烯单元的丙烯基聚合物的聚烯烃树脂和占该薄膜至少约40重量％的填料，其中填料包括具有对成孔有作用的粒度的颗粒。
在一个实施方案中，聚丙烯基聚合物具有占所述聚合物约5-约30重量％的结晶度水平，该值是通过示差扫描量热法的第二次加热测量的。
本发明优选的薄膜产品具有至少约300g/m2/24h的透水蒸气率，该值是由ASTM试验方法E 96-80的改进试验步骤测定的。在一个应用中，更优选的薄膜具有约1,200-约2,200g/m2/24h的透水蒸气率。在另一个应用中，更优选的薄膜具有至少约3,500g/m2/24h的透水蒸气率。
本发明还涉及制备具有软质聚烯烃的微孔聚合物薄膜的方法。该方法包括制备包含带有无规聚丙烯单元的丙烯基聚合物的聚烯烃树脂；通过向该聚烯烃树脂中加入占薄膜至少约50重量％的填料制备填充树脂，所述填料包括许多具有对成孔有作用的粒度的固体颗粒；由所述填充树脂制备薄膜并将该薄膜取向。在一个实施方案中，通过在薄膜上施用至少约3∶1的拉伸比将薄膜取向。在另一个实施方案中，可通过冷拉伸将薄膜取向。
可将本发明的薄膜引入层合物中，其中优选将支撑层用粘合剂粘合或点粘合到薄膜上。因为本发明的优选薄膜可用较低的拉伸比取向，所以取向薄膜具有卓越的横向(或垂直于机械加工方向)应变性能和横向应力值。而且，与由具有较高结晶度的材料制造的薄膜相比，本发明的优选薄膜在较低的拉伸比下具有较高的透水蒸气率。低拉伸比使得本发明的优选薄膜更耐用并且在MD和CD方向上具有更平衡的拉伸强度。
这类薄膜具有广泛的用途，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层合物以及各种衣物制品的物品中。
附图简述

图1为形成根据本发明薄膜和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视图。
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制造的薄膜。
优选实施方案详述本发明涉及在聚烯烃树脂中包括至少一种软质聚烯烃的透气性薄膜。
此处所用术语“软质聚烯烃”包括为非弹性体的软质薄膜或成纤材料的那些聚合物材料。这些材料显示了一些弹性体型性能(即柔韧性、抗冲性、一些有限的弹性、在溶剂中溶涨的能力等)，但它们的主要特性为柔韧性和尺寸柔韧性(dimension flexibility)的结合。这些材料保持了高熔点，这是聚烯烃的一个独特性能。
更具体而言，软质聚烯烃为在聚合物链中含有无规聚丙烯单元的丙烯基聚合物。例如，丙烯基聚合物可以是在主聚合物链中引入无规集团以破坏结晶度的等规聚丙烯。或者，它可以是无规和等规聚丙烯的“原位”共混物。优选丙烯基聚合物具有控制的结晶度，所得结晶度值(焦耳/克)为约10-30％，由示差扫描量热仪(DSC)测定。如此处所用，“DSC”方法是通过将DSC第二次加热扫描(曲线)的面积积分并除以185焦耳每克(该值为从德克萨斯休斯顿的壳牌化学品公司获得的纯聚丙烯的大致结晶度)而测定结晶度的。
适宜的软质聚烯烃包括从德克萨斯德拉斯的Rexene公司获得的商品名叫作RexFlexTMFPO的聚烯烃。RexFlexTMFPO聚合物包括均聚物及其中共聚单体为乙烯的共聚物。
聚烯烃树脂也可包括其它聚合材料，只要这些额外的材料不对本发明的优势产生不利影响。这些额外的聚合材料包括例如低结晶度的无规聚丙烯共聚物(RCPs)，由DSC测定的结晶度小于约30％，如从德克萨斯休斯顿的壳牌化学品公司获得的聚丙烯薄膜级树脂无规共聚物6D81和6D82。更优选本发明的聚烯烃树脂包括约10-约80％软质聚烯烃和最多约75％RCP的共混物。优选本发明所用RCP具有至少3重量％的乙烯含量。
聚烯烃树脂可任选包括一种弹性体材料。用于本发明实践的弹性体热塑性聚合物可以是由嵌段共聚物制造者，嵌段共聚物为例如聚氨酯、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’各自为包含苯乙烯部分如聚(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为多官能团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(例如通过熔融吹胀)，并且不限制嵌段的数目。这类弹性体共聚物的商品实例为例如从德克萨斯休斯顿的壳牌化学品公司获得的已知为KRATON材料的共聚物。KRATON嵌段共聚物可以以几种不同的配方供应，其中一些在美国专利4,663,220，4,323,534，4,834,738，5,093,422和5,304,599中给出，在此引入这些专利作为参考。
由弹性体A-B-A-B四嵌段共聚物组成的聚合物也可用于本发明的实践中。Taylor等人的美国专利5,332,613讨论了这类聚合物。在这类聚合物中，A为热塑性聚合物嵌段而B为被氢化为聚(乙烯-丙烯)单体单元的异戊二烯单体单元。这类四嵌段共聚物的实例为从德克萨斯休斯顿的壳牌化学品公司获得的商品名为KRATONG-1657的苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)或SEPSEP弹性体嵌段共聚物。
其它可使用的示例性弹性体聚合物材料包括聚氨酯弹性体材料如以商标ESTANE从B.F.Goodrich & Co.获得者或以MORTHANE从MORTONThiokol Corp.获得者，聚酯弹性体材料如以商品名HYTREL从E.I.duPond de Nemours & Company获得者，及已知为ARNITEL，以前从AkzoPlastics of Arnhem，Holland获得而现在从DSM of Sittard，Holland获得者。
另一个适宜的材料为具有式 的聚酯嵌段酰胺共聚物，其中n为正整数，PA代表聚酰胺聚合物链段且PE代表聚醚聚合物链段。特别地，聚醚嵌段酰胺共聚物具有根据ASTMD-789测定的约150℃-约170℃的熔点；根据ASTM D-1238的条件Q(235C/1 kg负载)测定的约6克每10分钟-约25克每10分钟的熔融指数；根据ASTM D-790测定的约20 MPa-约200 MPa的挠曲弹性模量；根据ASTM D-638测定的约29 MPa-约33 MPa的断裂拉伸强度和根据ASTMD-638测定的约500％-约700％的断裂极限伸长率。聚醚嵌段酰胺共聚物的具体实施方案具有根据ASTM D-789测定的约152℃的熔点；根据ASTMD-1238的条件Q(235 C/1 kg负载)测定的约7克每10分钟的熔融指数；根据ASTM D-790测定的约29.50 MPa的挠曲弹性模量；根据ASTMD-639测定的约29 MPa的断裂拉伸强度；和根据ASTM D-638测定的约650％的断裂伸长率。这类材料可以各种级别以商品名PEBAX从新泽西州的ELF Atochem Inc.of Glen Rock获得。这类聚合物应用的实例可见此处引入作为参考的Killian等人的并转让给与本发明相同受让人的美国专利4,724,184，4,820,572和4,923,742。
弹性体聚合物还包括乙烯和至少一种乙烯基单体如乙酸乙烯酯，不饱和脂肪单羧酸及这种单羧酸的酯的共聚物。这种弹性体共聚物公开于美国专利4,803,117中。
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。这类材料一般具有根据ASTM D-638测定的约600％-750％的断裂伸长率和根据ASTM D-2117测定的约350°F-约400°F(176-205℃)的熔点。
这类共聚酯的材料的商品实例为例如已知为ARNITEL，以前从Akzo Plastics of Arnhem，Holland获得而现在从DSM of Sittard，Holland获得者，或已知为HYTREL从特拉华州惠明顿的E.I.du PondDe Nemours & Company获得者。聚酯弹性体材料公开于例如Morman等人的美国专利4,741,949和Boggs的美国专利4,707,398，在此引入这些专利作为参考。
除了聚烯烃树脂，本发明的薄膜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。优选填料颗粒基本为非球形的。在一个实施方案中，填料颗粒可以是重质碳酸钙并具有至少约为1.5-1的平均长径比(例如颗粒长度对高度的比)。优选填料包括平均粒度为约0.9-约1.3微米的颗粒，其中98％的填料颗粒具有小于约8微米的粒度。如此处所用，术语“粒度”描述了填料颗粒的最大直径或长度。薄膜将包含占薄膜总重量至少约40％的填料。在诸如个人护理产品的应用中，薄膜优选包含至少约60重量％的填料。诸如医疗或外科护理及工业工作服的应用的优选填料含量为至少约65重量％。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粘合到另一层如纤维聚烯烃非织造网上的能力。适宜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。填料颗粒优选用脂肪酸如硬脂酸或比淀粉链更长的脂肪酸如山萮酸涂覆，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。
一般，已经可以生产透水蒸气率(WVTR)至少为约300克每平方米每24小时的薄膜，该值是由ASTM试验方法E96-80的改进试验步骤测定的，用Celgard2500作参照物。一般，影响透气量的因素包括填料的量、薄膜拉伸条件(例如，是否在冷却、环境或高温下进行)、拉伸比、及薄膜厚度。优选可用作有限使用或一次性使用物品中的组份的本发明薄膜的WVTR为约1,200-约2,200g/m2/24 h，对于其中要求对着污染源的薄膜表面保持触摸干燥的诸如个人护理的应用。对于诸如外科和健康护理以及一次性工作服的应用，优选薄膜具有至少约3,500g/m2/24h的WVTR。此外，本发明的优选薄膜实际上是弹性的。
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至少约150％且在撤销拉伸、伸长力时可恢复其至少50％伸长量的材料。假设的实例为一个一(1)英寸(2.54cm)样品材料，它可伸长到至少1.50英寸(3.81cm)并且在被伸长到1.50英寸(3.81cm)并释放时，可恢复到不长于1.25英寸(3.17cm)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。
如此处所用，术语“非弹性”指任何不属于上述“弹性”定义的材料。
这些性能可这样获得首先制备包括无规聚丙烯单元的丙烯基聚合物的聚烯烃树脂，用填料填充(混合)该树脂，由填充树脂挤塑薄膜并随后在至少一个方向上，通常为沿纵向将该填充薄膜优选冷拉伸或取向。如下面将更详细的解释，所得薄膜是微孔的并且具有在横向或垂直于纵向上改进了的强度性能。
制备填充薄膜并将其取向的方法是为本领域技术人员所熟知的。图1概括地显示了形成填充薄膜10的过程。参考该图，填充薄膜10是由可在线或离线的薄膜挤出设备40如流延或吹胀设备形成的。设备40一般包括挤出机41。在混合机43中制备包括聚合物材料和填料的填充树脂并将其送入挤出机41中。将薄膜10挤入一对夹辊或冷却辊42，可将其中一个辊印花以将压纹图案赋予新形成的薄膜10。
从薄膜挤出设备40或提供的离线辊中将填充薄膜10送入薄膜拉伸设备44如纵向取向机中，该设备为从制造商如Marshall andWilliams Company 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。任选辊速可以阶跃函数变化，其中一套辊以比第二套辊更高的速度运行。这些辊46施加一定的应力并因此逐渐将填充薄膜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。
本发明的薄膜要求约为3∶1的优选拉伸比是有利的。优选拉伸温度为约170°F(76.7℃)。或者，拉伸辊46可以冷拉伸方法取向薄膜。
此处所用术语“冷拉伸”被定义为在低于某温度的拉伸温度(即薄膜被拉伸温度)下将薄膜、或薄膜的一部分或产品拉伸或拉长至大于其原始长度，某温度为当从一个温度以约25℃每分钟将薄膜均匀加热时熔融开始的温度。如本领域技术人员所知，熔融开始时的温度和熔化温度可由标准示差热分析仪(DTA)测定，或由其它已知的可探测聚合物热转变的仪器测定。
熔融开始时的温度随聚合物的类型、聚合物的分子量分布和薄膜的结晶形态而变化。例如，由熔点为158℃的聚丙烯材料制成的薄膜可在低于约120℃，优选在约10℃-70℃，且方便地在环境温度如25℃的温度下冷拉伸。
在拉伸长度，薄膜10中形成许多微孔。如果要求，将薄膜10从设备44中取出以便撤去应力以允许拉伸薄膜10松弛。
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将其互相层压。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可继续在线地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及使用增粘剂。在粘合剂粘合中，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熔体和从德克萨斯休斯顿的壳牌化学品公司获得的Kraton牌粘合剂和从德克萨斯敖德萨的Rexene获得的RextacTM牌粘合剂。
当薄膜和支撑层用增粘剂粘合时，可将增粘剂引入到薄膜自身中。增粘剂基本用于增强薄膜和纤维层之间的粘合。随后薄膜和纤维层合物可被热点粘合，不过，此时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类似粘合剂粘合的粘合。有用的增粘剂的实例包括从俄亥俄阿克隆的固特异轮胎和橡胶公司获得的WingtackTM95和从德克萨斯休斯顿的Exxon化学品公司获得的EscorezTM5300。
层合物中弹性的方向可由薄膜的状态即，在与支撑层粘合期间它是松弛的还是拉伸的，以及支撑层材料的物理性质决定。例如，如果在粘合之前薄膜是松弛的而支撑层在横向(“CD”)是可拉伸的，则可生产出CD和纵向(“MD”)均拉伸的层合物。此外，如果将已拉伸状态的薄膜粘合到在CD方向是非可拉伸性的支撑层上，则可生产出MD拉伸的层合物。
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物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、层合物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热和/或压力(亦称热粘合)，将支撑层30粘在填充薄膜10上。粘合剂或热方法可连续在层间施用(连续粘合)或者在层的具体部位施用(点粘合)。
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，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熔喷织物。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，对于许多应用穿通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3的图画显示了一个示例性制品80，此情况下为尿布。参考图3，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)”以求更可控。
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，包括但不限于松紧边、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吊钩-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手术挡帘和层合物、揩布、阻挡材料和服装或包括诸如工作服和实验服的服装制品的一部分。
本发明的拉伸参数(即较低的拉伸比)给出了与在较高拉伸比加工的常规薄膜相比具有卓越的横向强度性能的薄膜。而且，当用于诸如医疗防护服装或手术挡帘的应用时，本发明的优选薄膜和层合物给出防止不希望的微生物通过的耐用且低厚度产品。
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制备具有下面表I所列组成的薄膜和层合物样品以供评价。
表I
1MFR＝在230℃测定的熔体流动速率。
2MI＝在180℃测定的熔融指数。
3ECC SupercoatTM＝从English China Clay of Roswell Georgia获得的用硬酯酸涂敷的CaCO3(平均粒度为0.9-1.3微米)根据下面描述的层压步骤将每个吹胀单层薄膜和流延层合物点粘到非织造布上以形成纺粘/薄膜或流延层合物/纺粘层合物结构。根据下述拉伸步骤拉伸所有的层合物并根据下述试验步骤进行评价。这些试验结果列于下表II。薄膜的层压层合物是由每个单层薄膜或流延层合物和蓝色0.6盎司每平方码(“OSY”)(20.3g/m2-“gsm”)无规聚丙烯共聚物(乙烯含量3％)及Larostat(内部抗静电处理)纺粘构成的。层合物结构为纺粘/薄膜/纺粘。通过使用0.4％SCC 11111和3％Ampacet 41438(负载50％TiO2)使纺粘变蓝。使用加热到250°F(121℃)带有金属丝纺织图案的Ramisch型印花辊和加热到190°F(87.8℃)的砧辊将各层粘合到一起。层合物的拉伸用从Marshall & Williams获得的带有3个S-缠绕辊的Crown MDO机拉伸由薄膜A-E和流延层合物F-G点粘的层合物。将层合物预热、拉伸并在下面表II所示(对于实施例2，见表IV)的温度下退火。每个层合物的拉伸比也列于下面的表II(对于实施例2，见表IV)。剥离试验在剥离或脱层试验中，测试点粘薄膜或流延层合物以测定可将层合物各层拉开的拉伸力的量值。
通过使用宽4英寸(102mm)、夹宽4英寸(102mm)的织物及300mm每分钟的恒定拉伸速度获得剥离强度值。将样品的薄膜面盖上护条或其它适宜的材料以防止薄膜在试验期间脱离。护条只在层合物的一面，因此对样品的剥离强度无贡献。用手将样品剥离到足够的量以使其被夹入位置。样品被夹在从Sintech，Inc.of Cary，North Carolina获得的具有4英寸(102mm)长平行夹钳的Sintech 2/S上。然后将样品以180°角度拉脱分离并以克记录剥离强度。拉伸试验根据方法5102联邦试验方法标准号191A测定层合物的横向最大形变(以克-力测定(gf))和最大载荷时的伸长率(以％测定)。样品尺寸为3英寸乘6英寸(7.62cm×15.24cm)，样品的横向与样品的6英寸(7.62cm)长边平行走向。每种材料测定5个样品并取平均值。拉伸试验机的夹头3英寸(7.62cm)宽，初始间隙或隔距为3英寸(7.62cm)并且十字头速度为12英寸每分钟(305mm/min)。透水蒸气率(WVTR)测定根据改进的ASTM标准试验方法E96-80的试验步骤，使用CELGARD2500作参照物测定单层薄膜样品和每个层合物样品的薄膜的WVTR值。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(7.62cm)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。将盘称重并随后放在100°F(37.8℃)的强制通风烘箱中24小时。该烘箱为恒温烘箱，通过外部空气循环阻止水蒸汽在内部聚集。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 MPower-O-Matic 60烘箱。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(37.8℃)的预设条件和环境相对湿度下，已经将CELGARD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公式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II
BUR＝吸涨比，以X＝1表示，其中X为所示数。(平折*2)/(口模直径*π)
上表II的数据显示，本发明的层合物，薄膜样品A，在以3∶1的拉伸比取向后具有与以较高拉伸比取向的层合物(样品B-E)可比的WVTR值。而且，本发明的层合物具有比任何层合物样品都好的横向强度性能。
实施例2制备具有下面表III所列组成的吹胀薄膜样品以供评价。
表III
*粒度以微米(μm)表示.
根据实施例1所述拉伸步骤拉伸第一组薄膜(W1，X1，Y1和Z1)并根据上面实施例1所述步骤评价拉伸强度。根据上面实施例1所述层压步骤将第二组薄膜(W2，X2，Y2和Z2)热点粘到0.6 osy(20.3gsm)的无规共聚物上。随后使用与第一组薄膜相同的加工参数拉伸层压的一组。然后根据上面实施例1所述试验步骤测定层合物的剥离强度.根据上面实施例1所述步骤测定薄膜和层合物的WVTR.薄膜W1、X1、Y1和Z1的评价结果示于下面的表IV中。薄膜W2、X2、Y2和Z2的评价结果示于下面的表V中。
表IV
表V
表IV的结果进一步显示了本发明的薄膜具有卓越的拉伸性能。
实施例3用ASTM F1670方法中的抗菌素试验评价具有表III所列组成的薄膜。根据下面表VI所列加工条件拉伸薄膜样品(组合物W，X和Z中的每一个为一个样品，组合物W为4个样品)。抗菌素试验的结果也列于表VI。
表VI
上面表VI的结果显示本发明含有64％填料的薄膜(表III的组合物W和Y)通过了抗菌素试验而负载较少(60％)填料的RCP/Catalloy共混物(表III的组合物Z)没能通过抗菌素试验，尽管含60％填料的薄膜由于较少的填料含量而具有较少的成孔机会。而且，包含软质聚烯烃的薄膜(样品X-20)没能通过抗菌素试验的事实暗示当挑选软质聚烯烃作此特殊应用时，需要同时考虑结晶度和分子量(且可能是分子量分布)。
实施例4对照制备具有全部组成为42.3％Montell KS-084P，39％Exxon 3445，1％Quantum NA 334 LDPE和16.8％Quantum 82143的对照薄膜。对照薄膜的配方如下10％表层A85％ Montell KS-084P(聚丙烯基Catalloy)10％ Exxon 3445(均聚聚丙烯)5％ Quantum NA 334 LDPE(6MI)80％ 芯层39％ KS-084P40％ 344521％ Quantum 82143(70％TiO2)10％ 表层B35％ KS-084P60％ 34455％ NA 334 LDPE对照薄膜包含一些凝胶拖尾，但薄膜的总体质量良好。
样品1在芯层中用Rexene 13S25A代替Exxon 3445。当该共混物进入挤出系统时，该共混物包含许多未熔融、但微小的白色凝胶。将芯层中的温度分布调节得较高，这消除了多数凝胶，尽管还残存一些小凝胶。所得薄膜也比对照样品包含更多的凝胶拖尾。
样品2在芯层中用Shell 6D43代替Exxon 3445。由此共混物制成的薄膜具有较好的TiO2整体分散性，但还是具有比对照样品更多的凝胶拖尾含量。在此薄膜中凝胶的总频率与样品1的是可比的。
样品3在芯层中用Shell WRD60-277代替Exxon 3445。由此共混物制成的薄膜与样品2相似，其凝胶拖尾含量比对照样品的高。但是TiO2的分散性和薄膜外观是良好的。
样品4在芯层中用Rexene FP-D1730代替Montell KS-084P。与Catalloy相比，Rexene FP-D1730与共混物中其它材料的熔点更匹配，因为Catalloy具有低熔点并因此倾向于首先熔化并涂在较高熔点的Exxon3445材料上。该薄膜中凝胶拖尾含量也比对照样品中的高。但是所得薄膜在加工性方面显示了引人注意的改进，因为厚度很好地变为水平且辊的形式改进了。
样品5用Rexene FP-D1730在芯层中代替Montell KS-084P并在表层中代替Exxon 3445。所得薄膜含有最小量的大凝胶和只有少量的小凝胶拖尾。加工性、TiO2分散性和外观都非常好。该薄膜与对照薄膜完全可比。
样品6在整个结构中，即在表层和芯层中用Shell 6D43代替Exxon 3445。该共混物制成的薄膜在外观、凝胶水平和辊形式上都与样品5非常相似。
样品7在整个结构中用Shell WRD60-277代替Exxon 3445。所得薄膜与样品5和6中制备的薄膜非常相似。
样品8在所有层中用Rexene FP-D1730代替Montell KS-084P并在所有层中用Shell 6D43代替Exxon 3445。所得薄膜具有优秀的外观。薄膜的异常性如凝胶、污染物、未分散的颜料和碳样品在未拉伸的薄膜中是最少的。孔穴，另一种薄膜异常物在未拉伸或拉伸薄膜中不存在。
让对照样品和上述每一个样品经历将所得薄膜用手拉伸的手拉试验。所有共混物，包括对照样品产生的薄膜均显示了良好的手拉性。但是通过使用样品5-8的共混物制备的薄膜显示了最好的手拉性并更能容忍缺陷。换言之，通过使用样品5-8的共混物制备的薄膜可被拉伸而不产生孔，尽管薄膜中存在薄膜异常物。样品5-8的薄膜之后是样品1-4的薄膜，再后是对照样品。
还在下列条件下通过纵向取向机拉伸对照样品和样品5、6和8两个预热辊在185°F(85℃)，慢速拉伸辊和快速拉伸辊及两个退火辊在190°F(87.8℃)。将每个0.0006英寸(0.015mm)的薄膜样品在进入压延机之前拉伸约62％并回复约2.5％。将样品拉伸后，使用从MayahAutomation，Inc.获得的细线多相机缺陷系统(Fine-line MulticameraFlaw System)以600fpm(3m/s)的线速度扫描每个样品以检测缺陷，即光由此透过拉伸薄膜的孔或薄点。该系统可在横向检测小至0.0148英寸(0.376mm)的缺陷。其在横向检测缺陷的能力依赖于线速度。例如，它在300fpm(1.5m/s)时可检测出小至0.055英寸(1.397mm)的缺陷，在500fpm(2.5m/s)时可检测出小至0.091英寸(2.31mm)的缺陷并在600fpm(3m/s)时可检测出小至0.1092英寸(2.77mm)的缺陷。下面的表VII显示了拉伸试验的结果。
表VII
最大负载指断裂薄膜样品所需要的力。最大形变指最终伸长率或每个样品在断裂之前被拉伸到原始长度的百分率。由表可见，样品8具有优异的伸长性能且无缺陷。样品6也显示了良好的伸长率且只具有非常少的缺陷。
实施例5制备具有下面表VIII所列组成的薄膜样品以供评价。
表VIII
根据实施例1所述的拉伸步骤拉伸薄膜并根据上面实施例1所述的步骤评价拉伸强度。结果列于下面的表IX。
表IX
表IX中的结果进一步显示本发明的薄膜具有优秀的拉伸性能。
因此，本发明的薄膜具有高的透水蒸气率和弹性，给出许多功能，包括透蒸气性、液体不透性和舒适感及强度。而且，这种薄膜可以粘合到支撑层上形成层合物。
当然，应该理解，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，下列包括所有等价物的定义了本发明。
权利要求
1.层合物，其包括聚烯烃树脂的填充薄膜，该树脂包含聚丙烯基聚合物，该聚合物带有无规聚丙烯单元；填料的量占所述填充薄膜的至少约40重量％，所述填料包括具有对成孔有作用的粒度的颗粒，所述填充薄膜具有至少约300g/m2/24h的透水蒸气率，该值是由改进的试验方法ASTM E-96测定的；和至少一层支撑层。
2.形成层合物的方法，该方法包括提供聚烯烃树脂的填充薄膜，该树脂包含聚丙烯基聚合物和填料，该聚合物带有包含无规聚丙烯单元的聚合物链；填料的量占所述填充薄膜的至少约40重量％，所述填料包括具有对成孔有作用的粒度的颗粒；冷拉伸所述填充薄膜以获得具有至少约300g/m2/24h的透水蒸气率的拉伸薄膜，该值是由改进的试验方法ASTM E-96测定的；将至少一层支撑层粘合到所述拉伸薄膜上形成层合物。
3.权利要求2的方法，其中所述填充薄膜是用粘合剂粘合到所述的连续薄膜上的。
4.权利要求2的方法，其中所述填充薄膜是热粘合到所述的连续薄膜上的。
5.医疗服装，其包括包括聚烯烃树脂和填料的填充薄膜，该树脂包含聚丙烯基聚合物，该聚合物带有包含无规聚丙烯单元的聚合物链；填料的量占所述填充薄膜的至少约40重量％，所述填料包括具有对成孔有作用的粒度的颗粒；和至少一层支撑层。
6.权利要求5的服装，其中所述聚烯烃树脂包括具有至少约2.5的熔体流动速率和至少约29％的结晶度含量的软质聚烯烃。
全文摘要
本发明涉及一种层合物及其制备方法,所述层合物包括聚烯烃树脂的填充薄膜,该树脂包含聚丙烯基聚合物,该聚合物带有无规聚丙烯单元;填料的量占所述填充薄膜的至少约40重量%,所述填料包括具有对成孔有作用的粒度的颗粒,所述填充薄膜具有至少约300g/m
文档编号C08K9/04GK1377772SQ0111973
公开日2002年11月6日 申请日期2001年5月15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