CN101541869A - 纤化聚烯烃泡沫 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从含水分散体产生热塑性泡沫的方法，所述含水分散体包含热塑性树脂、水和分散体稳定剂，所述方法包括：将至少一种沫稳定表面活性剂加到所述含水分散体中以形成混合物；将纤维加到所述混合物中；以及对所述混合物发泡以产生沫，除去所述沫中的至少部分水以产生泡沫，其中所产生的泡沫具有非微孔纤化形态。在另一方面，本申请披露的实施方案涉及具有基于热塑性、纤化、非微孔结构的泡沫，其中所述泡沫具有约0.02g/cm3至约0.07g/cm3的平均密度。在某些实施方案中，所述泡沫可用于吸收制品。

Description

纤化聚烯烃泡沫
技术领域
本发明大体上涉及应用于吸收材料的聚烯烃泡沫(polyolefin foam)的生产。
背景技术
吸收材料(absorbent material)用于多种个人护理用品(personal carearticle)中，从婴儿尿布(baby diaper)到用于成人失禁(adult incontinence)和妇女需要的卫生垫(hygiene pad)。吸收制品(absorbent article)的功效依赖于芯吸收材料(core absorbent material)的几种性质，这些性质包括高空隙容积(highvoid volume)、亲水性、湿回弹性(wet resiliency)、吸收速度以及当湿润时保持空隙容积(void volume)的能力。例如在尿布中，吸收芯(absorbent core)必须快速采集流体，将其分配到空隙空间(void space)中，然后作为暂时的贮器(reservoir)发挥作用直到超吸收性聚合物(super absorbent polymer，SAP)可以吸收并保留流体。
吸收材料的性质通常受使吸收材料沉积(deposite)在其支撑表面(supporting surface)上的方法所影响。例如，湿法成网成网的材料(wet laidmaterial)由于纤维的平面排列(planar arrangement)而通常具有高密度。气流成网的材料(air laid material)趋向于具有高松密度(bulk)，但除孔隙率(porosity)的限制外，其稳定性和回弹性(resiliency)也受到限制。传统的短纤浆(fluffpulp)和绉织物(creped tissue)提供了高空隙容积并且是亲水的，但当湿润时崩溃(collapse)。鉴于一些上述缺点，已经证明吸收性泡沫的开发是有前景的。
能够显示出高吸收性性质的泡沫和泡沫材料通常由具有不同孔隙率的低密度弹性体(elastomer)、塑料和其它材料制备。存在六种基本类型的泡沫和泡沫材料：开孔的(open cellular)、闭孔的(closed cellular)、柔性的(flexible)、刚性的(rigid)、网状的(reticular)和复合的(syntactic)。开孔泡沫具有相互连接的孔(pore)或泡孔(cell)，适于过滤应用。闭孔泡沫不具有相互连接的孔或泡孔，但可用于浮力(buoyancy)或浮选(flotation)应用。柔性泡沫可弯曲(bend)、挠曲(flex)或吸收碰撞(absorb impact)而不破裂(crack)或分层(delaminate)。网状泡沫具有非常开放的结构，这种结构具有由相互连接的细材料线(strand)或支撑体(strut)网络构成的基质(matrix)。刚性泡沫的特征在于基质具有非常小的柔性(flexibility)或无柔性。复合泡沫由通过塑料或树脂基质而保持在一起的刚性微球或玻璃中空微珠构成。
上述具有不同性质的泡沫在个人护理用品中是常见的。产生泡沫的一种方法是在泡沫稳定表面活性剂(foam stabilizing surfactant)存在下通过发泡(frothing)方法将空气引入到聚合物粒子的含水分散体(aqueous dispersion)中。可继续发泡直到得到期望的泡沫密度。此时可将所述泡沫成网(lay)在基底(substrate)或传送带(conveyor belt)上用于干燥。根据这种方法制备的聚烯烃发泡泡沫(polyolefin froth foam，PFF)的一个实例示于图1a和1b中，即现有技术聚烯烃发泡泡沫的截面(图1a)和表面(图1b)的SEM(扫描电子显微镜)图像。如图1a所示，这些泡沫从表面到表面是开孔的。换言之，所述泡沫具有连续的网状开孔形态，所述形态包括在表面上的小泡孔和靠近截面中部的较大泡孔，这描绘了海绵样形态。由这种类型的形态产生的毛细压力为所述泡沫提供了卫生个人护理用品所期望的一些流体吸收性质，如渗入吸收(insult absorption)和分布或芯吸(wicking)。然而，对于这些泡沫存在对流体吸收速度(渗入速率(insult rate))的限制。当渗入速率过低时，在所有流体渗入物(fluid insult)被吸收到泡沫垫中之前，流体可能溢出泡沫表面。
此外，因为将流体保持在多孔泡沫(cellular foam)的小表面泡孔中的毛细力(capillary force)通常强于SAP的渗透吸收压力(osmotic absorptionpressure)，所以所述泡沫可保留至少部分流体，阻碍被SAP吸收。当将负载物(load)置于吸收芯上时，上述情况导致所述芯所含有的流体可重新湿润皮肤。
制备发泡型泡沫的另一挑战是在干燥过程中不一致和不期望的泡沫崩溃(foam collapse)，由此使得泡沫的性质难以控制。已经证明负载纤维的泡沫(fiber-laden foam)在降低干燥过程中崩溃程度方面具有实用性。均授予Chen等人的美国专利6,261,679和6,603,054描述了制备具有纤维素纤维基质(base material)或其它类似纤维基质的吸收材料的方法。所述‘679专利和‘054专利都披露了这些亲水性纤维应包含由吸收性泡沫构成的主要结构组分，所述吸收性泡沫占泡沫质量的至多98％重量。作为胶粘物(glue)用于支撑体样纤维(strut like fiber)的聚合物粘合剂主要占泡沫的剩余2-10％质量。
因此，仍然不断需要具有增加的吸收速率的吸收制品(absorbent article)。在所述方法中，期望维持高空隙容积并增加表面开口(surface opening)以降低流体的毛细保留(capillary retention)。
发明内容
在一个方面，本申请披露的实施方案涉及从含水分散体产生热塑性泡沫(thermoplastic foam)的方法，所述含水分散体包含热塑性树脂(thermoplastic resin)、水和分散体稳定剂(dispersion stabilizing agent)，所述方法包括：将至少一种沫稳定表面活性剂(froth stabilizing surfactant)加到所述含水分散体中以形成混合物；将纤维加到所述混合物中；以及对所述混合物发泡以产生沫(froth)，除去所述沫中的至少部分水以产生泡沫(foam)，其中所产生的泡沫具有非微孔纤化形态(non-cellular fibrillated morphology)。
在另一方面，本申请披露的实施方案涉及具有基于热塑性、纤化、非微孔结构的泡沫，其中所述泡沫具有约0.02g/cm3至约0.07g/cm3的平均密度。在某些实施方案中，所述泡沫可用于吸收制品，如婴儿尿布(baby diaper)、女性卫生用品(feminine hygiene product)、成人失禁用品(adult incontinence)、伤口敷垫(wound dressing pad)、外科海绵(surgical sponge)、医用服装(medicalgarment)、外科织物(surgical drapery)、擦拭毛巾(wiping towel)、擦拭海绵(wiping sponge)和食物包装垫(food packaging pad)。
参照以下的说明书和所附的权利要求书，本发明的其它方面和优点是显而易见的。
附图说明
图1a-1b图示了由常规方法制备的聚烯烃泡沫的截面(1a)和表面(1b)的SEM图像。
图2图示了根据本申请披露的实施方案从沫形成泡沫。
图3图示了根据本申请披露的实施方案可用于形成分散体的挤出机。
图4a-4b图示了根据本申请披露的一个实施方案制备的聚烯烃泡沫的截面(3a)和表面(3b)的SEM图像，分辨率为1000μm。
图5图示了根据本申请披露的一个实施方案制备的聚烯烃泡沫的SEM图像，分辨率为50μm。
图6图示了根据本申请披露的一个实施方案制备的聚烯烃泡沫的支撑体的截面的特写(close up)SEM图像，分辨率为10μm。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及用于个人护理吸收制品的吸收材料和制备吸收材料的方法。具体而言，某些实施方案涉及用热塑性树脂粒子和热塑性纤维(thermoplastic fiber)形成的泡沫。具体而言，实施方案涉及从聚烯烃粒子连同聚烯烃纤维的含水分散体形成的泡沫。在以下说明书中，列出多个细节以提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员应该理解的是，本发明在没有这些细节的情况下也可实施，并且从所述实施方案进行各种变化和修改是可能的。
本发明的一个实施方案包含产生热塑性泡沫的方法。本发明的吸收结构体(absorbent structure)可通过对热塑性纤维与含水分散体进行混合来形成，其中所述含水分散体可包含热塑性树脂、水和稳定剂。可对纤维和含水分散体的混合物发泡以产生沫，随后可对其进行干燥以除去至少部分水，从而形成泡沫。
本申请所使用的术语“发泡(frothing)”或“发泡(frothed)”是指将相当大体积的空气或其它气体引入液体中的方法，其中在一些实施方案中，至少80％体积的经发泡物质由气体组分构成。在其它实施方案中，至少85％体积的经发泡物质由气体组分构成；以及在其它实施方案中为至少90％体积。所述液体可以是在含水介质或有机介质中的分子溶液(molecular solution)、胶束溶液(micellar solution)或分散体。一般地，经发泡液体(frothed liquid)通过机械法产生，如在大气条件下进行高剪切混合(high shear mixing)或任选当混合时将气体注入到系统中。本申请所使用的术语“沫(froth)”是指如上文所述的在干燥或除去液体介质前已经发泡的液体。如本申请所使用的干燥(drying)和除去(removing)可互换使用，并且可包括对液体介质进行加热和/或机械除去。
本申请所使用的术语“泡沫(foam)”是指通过从沫除去部分液体介质(例如可除去至少部分、大部分或所有液体介质)而形成的弹性结构体。图2显示了根据本申请披露的实施方案从沫形成泡沫。沫5可包括处于分散体8中的蒸气口袋(pocket of vapor)7，其中分散体8包括处于液体介质9中的聚合物粒子10。当在干燥或除去过程11中从沫5除去液体介质9时，聚合物粒子10聚结(coalesce)并熔融(melt)在一起，在夹带的蒸气泡13周围产生相互连接的膜或支撑体12，从而赋予所形成的结构14以稳定性。膜形成可取决于多种变量，包括沫中聚合物的熔点、对液体介质的除去速率(即蒸发速率)以及整体沫组成等。例如，当从由含水分散体形成的沫除去水时，包含在分散体中的聚合物可聚结，从而形成膜，赋予所形成的泡沫以结构和回弹性。在一些实施方案中，可形成如下的泡沫，其中残留液体的量为0至20％重量；在其它实施方案中为0至10％重量；以及在其它实施方案中为0至8％。
含水分散体
更一般地，本发明的实施方案涉及含水分散体和从含水分散体制备的混合物(compound)，所述含水分散体可用于形成发泡泡沫(frothed foam)。这些发泡泡沫可用于例如液体吸收应用。本发明的实施方案中使用的分散体包含水、(A)至少一种热塑性树脂和(B)稳定剂。这些在下文更详细地讨论。
热塑性树脂
包括在本发明的含水分散体的实施方案中的热塑性树脂(A)为本身不容易分散在水中的树脂。本申请所使用的术语“树脂”应理解为包括合成的聚合物或化学改性的天然树脂。
本申请使用的树脂可包括烯烃聚合物的弹性体(elastomer)和共混物。在一些实施方案中，所述热塑性树脂为半结晶树脂(semicrystalline resin)。术语“半结晶(semi-crystalline)”意在表示如下那些树脂：当经受标准的差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)评价时，具有至少一种吸热作用(endotherm)的树脂。一些半结晶聚合物显示出以下DSC吸热作用，当扫描温度升高超过最终吸热最大值时，所述DSC吸热作用表现出相对缓和的坡度(slope)。这反映了具有宽熔程的聚合物，而不是具有通常所认为的尖锐熔点(sharp melting point)的聚合物。在本发明的分散体中可使用的一些聚合物具有单一熔点，而其它聚合物具有多于一个的熔点。
在一些聚合物中，一个或多个熔点可以是尖锐的，以使所有或部分聚合物跨越相当窄的温度范围(如几摄氏度)而熔化。在其它实施方案中，所述聚合物可显示出宽熔化特征，其跨越约20℃的范围。在其它实施方案中，所述聚合物可显示出宽熔化特征，其跨越大于50℃的范围。
在本发明中可使用的热塑性树脂(A)的实例包括：α-烯烃(如乙烯、丙烯、1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯和1-十二碳烯)的均聚物和共聚物(包括弹性体)，其通常由以下物质所代表：聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-3-甲基-1-丁烯、聚-3-甲基-1-戊烯、聚-4-甲基-1-戊烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物和丙烯-1-丁烯共聚物；α-烯烃与共轭或非共轭二烯的共聚物(包括弹性体)，其通常由以下物质所代表：乙烯-丁二烯共聚物和乙烯-亚乙基降冰片烯共聚物(ethylene-ethylidene norbornene copolymer)；以及聚烯烃(包括弹性体)如两种或更多种α-烯烃与共轭或非共轭二烯的共聚物，其通常由以下物质所代表：乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-二环戊二烯共聚物(ethylene-propylene-dicyclopentadiene copolymer)、乙烯-丙烯-1，5-己二烯共聚物和乙烯-丙烯-亚乙基降冰片烯共聚物(ethylene-propylene-ethylidenenorbornene copolymer)；乙烯-乙烯基化合物共聚物，如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-甲基丙烯酸共聚物以及乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物；苯乙烯共聚物(包括弹性体)，如聚苯乙烯、ABS、丙烯腈-苯乙烯共聚物、α-甲基苯乙烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯乙烯醇、苯乙烯丙烯酸酯(如苯乙烯丙烯酸甲酯、苯乙烯丙烯酸丁酯、苯乙烯甲基丙烯酸丁酯)和苯乙烯丁二烯以及交联苯乙烯聚合物；以及苯乙烯嵌段共聚物(包括弹性体)，如苯乙烯-丁二烯共聚物及其水合物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物；聚乙烯化合物，如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride)、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯；聚酰胺，如尼龙(nylon)6、尼龙6，6和尼龙12；热塑性聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯；聚碳酸酯、聚苯醚(polyphenylene oxide)等；以及玻璃态烃基树脂(glassyhydrocarbon-based resin)，包括聚二环戊二烯聚合物和相关聚合物(共聚物、三元共聚物)；饱和单烯烃(saturated mono-olefin)，如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和丁酸乙烯酯等；乙烯基酯(vinyl ester)，如一元羧酸的酯，包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸丁酯等；丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺以及它们的混合物；通过开环易位(ring opening metathesis)和交联易位聚合(cross metathesis polymerization)产生的树脂等。这些树脂可单独使用或两种或更多种联用。
在一个具体的实施方案中，所述热塑性树脂可包含乙烯与共聚单体(包括烯烃如1-辛烯)的α-烯烃互聚物(interpolymer)。所述乙烯和辛烯共聚物可单独存在，或与另一种热塑性树脂(如乙烯-丙烯酸共聚物)组合存在。当一起存在时，所述乙烯和辛烯共聚物与所述乙烯-丙烯酸共聚物的重量比例可为约1∶10至约10∶1，如约3∶2至约2∶3。聚合树脂如乙烯-辛烯共聚物可具有小于约50％如小于约25％的结晶度。在一些实施方案中，所述聚合物的结晶度可为5至35％。在其它实施方案中，所述结晶度可为7至20％。
本申请披露的实施方案还可包括聚合组分，所述聚合组分可包括至少一种多嵌段烯烃互聚物(multi-block olefin interpolymer)。合适的多嵌段烯烃互聚物可包括例如美国临时专利申请60/818,911中描述的那些多嵌段烯烃互聚物。术语“多嵌段共聚物”是指包含优选以线性方式连接的两种或更多种化学上不同的区域或链段(称为“嵌段”)的聚合物，即包含相对于聚合的乙烯官能团而言以端部-端部(end-to-end)方式连接而不是以悬挂(pendent)或接枝(graft)方式连接的化学上存在差异的单元的聚合物。在某些实施方案中，所述嵌段在以下方面不同：引入其中的共聚单体的量或类型、密度、结晶度的量、可归因于所述组合物中聚合物的微晶大小(crystallite size)、立构规整度(tacticity)(全同立构的(isotactic)或间同立构的(syndiotactic))的类型或程度、区域规则性(regio-regularity)或区域不规则性(regio-irregularity)、支化(包括长链支化或多支化(hyper-branching))的量、同质性(homogeneity)或任何其它化学或物理性质。多嵌段共聚物的特征在于由于制备所述共聚物的独特方法，多分散性指数(polydispersity index，PDI或Mw/Mn)、嵌段长度分布和/或嵌段数目分布具有独特的分布。更具体地，当在连续方法中生产时，所述聚合物的实施方案可具有约1.7至约8的PDI；在其它实施方案中为约1.7至约3.5；在其它实施方案中为约1.7至约2.5；以及在其它实施方案中为约1.8至约2.5或约1.8至约2.1。当在间歇(batch)方法或半间歇(semi-batch)方法中生产时，所述聚合物的实施方案可具有约1.0至约2.9的PDI；在其它实施方案中为约1.3至约2.5；在其它实施方案中为约1.4至约2.0；以及在其它实施方案中为约1.4至约1.8。
所述多嵌段烯烃互聚物的一个实例为乙烯/α-烯烃嵌段互聚物。所述多嵌段烯烃互聚物的另一实例为丙烯/α-烯烃互聚物。以下描述针对具有乙烯作为主要单体的互聚物，但是就一般聚合物特征而言以下描述以类似的方式应用于基于丙烯的多嵌段互聚物。
所述乙烯/α-烯烃多嵌段共聚物可包含呈聚合形式的乙烯和一种或多种可共聚的α-烯烃共聚单体，其特征在于两种或更多种聚合单体单元的多个(即两个或更多个)嵌段或链段在化学或物理性质上不同(嵌段互聚物)。在一些实施方案中，所述共聚物为多嵌段互聚物。在一些实施方案中，所述多嵌段互聚物可由下式表示：
(AB)n
其中n为至少1，以及在不同的实施方案中n为大于1的整数，如2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更大；“A”表示刚性嵌段或链段(hard block or segment)；“B”表示柔性嵌段或链段(softblock or segment)。优选地，A和B以线性方式而不是分支或星形方式连接。“刚性”链段是指这样的聚合单元嵌段，其中在一些实施方案中乙烯的存在量大于95％重量，以及在其它实施方案中大于98％重量。换言之，在一些实施方案中，刚性链段中共聚单体的含量小于刚性链段总重量的5％重量，以及在其它实施方案中小于刚性链段总重量的2％重量。在一些实施方案中，所述刚性链段全部或基本上全部由乙烯组成。在另一方面，“柔性”链段是指这样的聚合单元嵌段，其中在一些实施方案中共聚单体的含量大于柔性链段总重量的5％重量，在不同的其它实施方案中大于10％重量或大于15％重量。在一些实施方案中，柔性链段中共聚单体的含量在不同的其它实施方案中可大于20％重量、大于25％重量、大于30％重量、大于35％重量、大于40％重量、大于45％重量、大于50％重量或大于60％重量。
在一些实施方案中，A嵌段和B嵌段沿着聚合物链随机分布。换言之，所述嵌段共聚物不具有如下式的结构：
AAA-AA-BBB-BB
在其它实施方案中，所述嵌段共聚物不具有第三嵌段。在其它实施方案中，嵌段A或嵌段B都不包含两种或更多种链段(或亚嵌段(sub-block))，如末端链段(tip segment)。
所述多嵌段互聚物的特征可在于平均嵌段指数(average block index，ABI)为大于0至约1.0，并且分子量分布即Mw/Mn大于约1.3。对于在制备性TREF中(20℃至110℃且增量为5℃)得到的各聚合物级份而言，平均嵌段指数ABI是嵌段指数(“BI”)的重均值：
ABI＝∑(wiBIi)
其中BIi为对于在制备性TREF中得到的第i级份的多嵌段互聚物而言的嵌段指数，以及wi为第i级份的％重量。
类似地，关于均值的二阶矩(second moment)的平方根，下文称为二阶矩重均嵌段指数(second moment weight average block index)，可以如下定义：
二阶矩重均 BI = Σ ( w i ( BI i - ABI ) 2 ) ( N - 1 ) Σ w i N
对于各聚合物级份而言，BI通过以下两个方程(两者都得到相同的BI值)中的一个来定义：
BI = 1 / T X - 1 / T XO 1 / T A - 1 / T AB 或 BI = - Ln P X - Ln P XO Ln P A - Ln P AB
其中TX为对于第i级份而言分析性温度上升洗脱分馏(analyticaltemperature rising elution fractionation，ATREF)的洗脱温度(优选以开尔文表示)，PX为对于第i级份而言乙烯的摩尔分数，其可如下所述通过NMR或IR来测量。PAB为全部乙烯/α-烯烃互聚物(分馏前)的乙烯摩尔分数，其也可通过NMR或IR来测量。TA和PA为对于纯的“刚性链段”而言(其称为互聚物的结晶链段)的ATREF洗脱温度和乙烯摩尔分数。作为近似值或对于其中“刚性链段”组成未知的聚合物而言，将TA和PA值设定为对于高密度聚乙烯均聚物而言的TA和PA值。
TAB为对于具有与多嵌段互聚物相同的组成(所具有的乙烯摩尔分数为PAB)和分子量的随机共聚物而言的ATREF洗脱温度。TAB可使用以下方程从乙烯的摩尔分数(通过NMR来测量)计算：
LnPAB＝α/TAB+β
其中α和β为两个常数，它们可如下确定：使用宽组成随机共聚物中多个充分表征的制备性TREF级份和/或具有窄组成的充分表征的随机乙烯共聚物来校正。应该注意的是，α和β可随仪器的不同而变化。此外，对于用于建立校正的制备性TREF级份和/或随机共聚物而言，需要使用适当的分子量范围和共聚单体类型来建立所涉及的聚合物组合物的适当的校正曲线。存在轻微的分子量影响。若校正曲线从相似的分子量范围得到，则所述影响可基本上忽略。在一些实施方案中，随机乙烯共聚物和/或随机共聚物的制备性TREF级份满足以下关系：
LnP＝-237.83/TATREF+0.639
对于窄组成随机共聚物和/或宽组成随机共聚物的制备性TREF级份而言，上述校正方程使乙烯的摩尔分数P与分析性TREF洗脱温度TATREF相关。TXO为对于具有相同组成并且所具有的乙烯摩尔分数为PX的随机共聚物而言的ATREF温度。TXO可从LnPX＝α/TXO+β计算。相反地，PXO为对于具有相同组成并且所具有的ATREF温度为TX的随机共聚物而言的乙烯摩尔分数，其可从LnPXO＝α/TX+β计算。
一旦得到对于每种制备性TREF级份而言的嵌段指数(BI)，就可计算对于全部聚合物而言的重均嵌段指数ABI。在一些实施方案中，ABI大于0但小于约0.4或约0.1至约0.3。在其它实施方案中，ABI大于约0.4并且至多约1.0。在其它实施方案中，ABI的范围可为约0.4至约0.7、约0.5至约0.7、或约0.6至约0.9。在一些实施方案中，ABI的范围为约0.3至约0.9、约0.3至约0.8、约0.3至约0.7、约0.3至约0.6、约0.3至约0.5、或约0.3至约0.4。在其它实施方案中，ABI的范围为约0.4至约1.0、约0.5至约1.0、约0.6至约1.0、约0.7至约1.0、约0.8至约1.0、或约0.9至约1.0。
多嵌段互聚物的另一特征是，所述互聚物可包含至少一种可通过制备性TREF得到的聚合物级份，其中所述级份的嵌段指数大于约0.1并且至多约1.0，以及所述聚合物的分子量分布Mw/Mn大于约1.3。在一些实施方案中，所述聚合物级份的嵌段指数大于约0.6并且至多约1.0、大于约0.7并且至多约1.0、大于约0.8并且至多约1.0、或大于约0.9并且至多约1.0。在其它实施方案中，所述聚合物级份的嵌段指数大于约0.1并且至多约1.0、大于约0.2并且至多约1.0、大于约0.3并且至多约1.0、大于约0.4并且至多约1.0、或大于约0.4并且至多约1.0。在其它实施方案中，所述聚合物级份的嵌段指数大于约0.1并且至多约0.5、大于约0.2并且至多约0.5、大于约0.3并且至多约0.5、或大于约0.4并且至多约0.5。在其它实施方案中，所述聚合物级份的嵌段指数大于约0.2并且至多约0.9、大于约0.3并且至多约0.8、大于约0.4并且至多约0.7、或大于约0.5并且至多约0.6。
在本申请披露的实施方案中使用的乙烯α-烯烃多嵌段互聚物可以是乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的互聚物。所述互聚物还可包含C4-C18二烯和/或烯基苯。可用于与乙烯聚合的合适的不饱和共聚单体包括例如烯键式不饱和共聚单体(ethylenically unsaturated monomer)、共轭或非共轭二烯、聚烯、烯基苯等。所述共聚单体的实例包括C3-C20α-烯烃，如丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯等。在某些实施方案中，所述α-烯烃可以是1-丁烯或1-辛烯。其它合适的单体包括苯乙烯、卤素取代的或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷、1，4-己二烯、1，7-辛二烯和环烃(naphthenic)(如环戊烯、环己烯和环辛烯)。
本申请披露的多嵌段互聚物可与常规的随机共聚物、聚合物的物理共混物和嵌段共聚物区分，所述常规的随机共聚物、聚合物的物理共混物和嵌段共聚物通过连续单体加成(sequential monomer addition)、循变催化剂(fluxional catalyst)以及阴离子或阳离子活性聚合(anionic or cationic livingpolymerization)技术来制备。具体而言，与具有相同单体和就当量结晶度或模量(equivalent crystallinity or modulus)而言具有相同单体含量的随机共聚物相比，所述互聚物具有较好(较高)的耐热性(通过熔点来测量)、较高的TMA渗透温度(penetration temperature)、较高的高温拉伸强度(high-temperature tensile strength)和/或较高的高温扭转储能模量(high-temperature torsion storage modulus)(通过动态机械分析(dynamicmechanical analysis)来确定)。填充物(infill)的性质可受益于所述多嵌段互聚物的实施方案的使用，这是因为与含有相同单体和单体含量的随机共聚物相比，所述多嵌段互聚物具有较低的压缩变定(compression set)(特别是在升高的温度)、较低的应力松弛(stress relaxation)、较高的抗蠕变性(creepresistance)、较高的撕破强度(tear strength)、较高的抗粘连性(blockingresistance)、由于较高的结晶(固化)温度而导致的较快的定形(setup)、较高的回收率(recovery)(特别是在升高的温度)、较好的耐磨性(abrasion resistance)、较高的回缩力(retractive force)以及较好的油和填充剂接受性(oil and filleracceptance)。
其它烯烃互聚物包括含有单亚乙烯基芳族单体的聚合物，所述单亚乙烯基芳族单体包括苯乙烯、邻甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯等。具体而言，可使用含有乙烯和苯乙烯的互聚物。在其它实施方案中，可使用含有乙烯、苯乙烯和C3-C20α-烯烃并且任选含有C4-C20二烯的共聚物。
合适的非共轭二烯单体可包括具有6至15个碳原子的直链、支链或环烃二烯。合适的非共轭二烯的实例包括但限于直链非环状二烯(如1，4-己二烯、1，6-辛二烯、1，7-辛二烯、1，9-癸二烯)，支链非环状二烯(如5-甲基-1，4-己二烯、3，7-二甲基-1，6-辛二烯、3，7-二甲基-1，7-辛二烯以及二氢月桂烯(dihydromyrcene)和二氢罗勒烯(dihydroocinene)的混合异构体)，单环脂环族二烯(如1，3-环戊二烯、1，4-环己二烯、1，5-环辛二烯和1，5-环十二碳二烯)，以及多环脂环族稠环和桥环二烯(如四氢茚、甲基四氢茚、二环戊二烯、二环-(2，2，1)-庚-2，5-二烯，烯基降冰片烯、亚烷基降冰片烯、环烯基降冰片烯和亚环烷基降冰片烯(如5-亚甲基-2-降冰片烯(5-methylene-2-norbornene，MNB)、5-丙烯基-2-降冰片烯(5-propenyl-2-norbornene)、5-亚异丙基-2-降冰片烯(5-isopropylidene-2-norbornene)、5-(4-环戊烯基)-2-降冰片烯(5-(4-cyclopentenyl)-2-norbornene)、5-亚环己基-2-降冰片烯(5-cyclohexylidene-2-norbornene)、5-乙烯基-2-降冰片烯(5-vinyl-2-norbornene)和降冰片二烯(norbornadiene))。在通常用于制备EPDM的二烯中，特别优选的二烯是1，4-己二烯(HD)、5-亚乙基-2-降冰片烯(5-ethylidene-2-norbornene，ENB)、5-亚乙烯基-2-降冰片烯(5-vinylidene-2-norbornene，VNB)、5-亚甲基-2-降冰片烯(5-methylene-2-norbornene，MNB)和二环戊二烯(DCPD)。
可根据本申请披露的实施方案使用的一类期望的聚合物包括乙烯、C3-C20α-烯烃(尤其是丙烯)和任选一种或多种二烯单体的弹性互聚物。用于上述实施方案的优选α-烯烃由式CH2＝CHR*表示，其中R*为具有1至12个碳原子的直链或支链烷基。合适的α-烯烃的实例包括但不限于丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。特别优选的α-烯烃是丙烯。在本领域中基于丙烯的聚合物通常称为EP或EPDM聚合物。用于制备上述聚合物(尤其是多嵌段EPDM型聚合物)的合适二烯包括含有4至20个碳的共轭或非共轭的、直链或支链的、环状或多环的二烯。优选的二烯包括1，4-戊二烯、1，4-己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯(5-ethylidene-2-norbornene)、二环戊二烯、环己二烯和5-亚丁基-2-降冰片烯(5-butylidene-2-norbornene)。特别优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯(5-ethylidene-2-norbornene)。
可使用二羧酸或聚羧酸和二醇(包括二酚)的酯化产物作为一种合适类型的树脂。这些树脂披露在美国专利3,590,000中，将其引入本申请作为参考。树脂的其它具体实例包括苯乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物和苯乙烯/丁二烯共聚物；悬浮聚合(suspension polymerize)的苯乙烯丁二烯；如下得到的聚酯树脂：使双酚A和氧化丙烯反应，接着使得到的产物与富马酸反应；以及如下得到的支化聚酯树脂：使对苯二甲酸二甲醇酯(dimethylterphthalate)、1，3-丁二醇、1，2-丙二醇和季戊四醇的反应；苯乙烯丙烯酸酯；和它们的混合物。
此外，本发明的具体实施方案可使用基于乙烯的聚合物、基于丙烯的聚合物、丙烯-乙烯共聚物和苯乙烯共聚物作为组合物的一种组分。本发明的其它实施方案可使用聚酯树脂，包括含有脂肪族二醇如UNOXOL 3，4-二醇(获自The Dow Chemical Company(Midland，MI))的那些聚酯树脂。
在所选择的实施方案中，所述热塑性树脂是从乙烯-α-烯烃共聚物或丙烯-α-烯烃共聚物形成的。具体而言，在所选择的实施方案中，所述热塑性树脂包括一种或多种非极性聚烯烃。
在具体的实施方案中，可使用聚烯烃如聚丙烯、聚乙烯、它们的共聚物和它们的共混物以及乙烯-丙烯-二烯三元共聚物。在一些实施方案中，优选的烯烃聚合物包括如授予Elston的美国专利3,645,992中描述的均匀聚合物(homogeneous polymer)；如授予Anderson的美国专利4,076,698中描述的高密度聚乙烯(HDPE)；不均匀支化的(heterogeneously branched)线形低密度聚乙烯(LLDPE)；不均匀支化的线形超低密度聚乙烯(ultra low linear densitypolyethylene，ULDPE)；均匀支化的线形乙烯/α-烯烃共聚物；均匀支化的基本上线形的乙烯/α-烯烃聚合物，其可例如通过美国专利5,272,236和5,278,272中描述的方法来制备，将这两篇专利披露的内容引入本申请作为参考；以及高压自由基聚合(high pressure，free radical polymerize)的乙烯聚合物和共聚物，如低密度聚乙烯(LDPE)或乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVA)。
在一些实施方案中，美国专利6,566,446、6,538,070、6,448,341、6,316,549、6,111,023、5,869,575、5,844,045或5,677,383中描述的聚合物组合物(polymer composition)及其共混物也可以是合适的，将上述各篇专利完整引入本申请作为参考。在一些实施方案中，所述共混物可包括两种不同的齐格勒-纳塔聚合物(Ziegler-Natta polymer)。在其它实施方案中，所述共混物可包括齐格勒-纳塔聚合物和茂金属聚合物(metallocene polymer)的共混物。在其它实施方案中，本申请使用的聚合物可以是两种不同的茂金属聚合物的共混物。在其它实施方案中，可使用单一位点催化剂聚合物(single sitecatalyst polymer)。
在一些实施方案中，所述聚合物为基于丙烯的共聚物或互聚物。在一些具体的实施方案中，所述丙烯/乙烯共聚物或互聚物的特征在于具有基本上全同立构的丙烯序列。术语“基本上全同立构的丙烯序列”和类似的术语是指在一个实施方案中所述序列具有大于约0.85的全同立构三单元组(isotactic triad)(mm)(通过13C NMR来测量)；在另一实施方案中大于约0.90；在另一实施方案中大于约0.92；以及在另一实施方案中大于约0.93。全同立构三单元组是本领域公知的，并且描述在例如美国专利5,504,172和WO00/01745中，其是指通过13C NMR光谱确定的在共聚物分子链中以三元组单元形式存在的全同立构序列。
可通过在下述聚合物结构中引入至少一种官能团来对烯烃聚合物、共聚物、互聚物和多嵌段互聚物进行官能化。示例性的官能团可包括例如烯键式不饱和单官能和二官能羧酸、烯键式不饱和单官能和二官能羧酸酐、它们的盐和它们的酯。可将上述官能团接枝于烯烃聚合物，或可使其与乙烯和任选的额外共聚单体共聚，以形成乙烯、官能共聚单体和任选其它共聚单体的互聚物。将官能团接枝到聚乙烯上的方式描述在例如美国专利4,762,890、4,927,888和4,950,541中，将上述各篇专利披露的内容完整引入本申请作为参考。一种特别有用的官能团是马来酸酐。
官能聚合物(functional polymer)中官能团的存在量可以变化。在一些实施方案中，官能团的存在量可以是至少约1.0％重量；在其它实施方案中至少约5％重量；以及在其它实施方案中至少约7％重量。在一些实施方案中，官能团的存在量可以小于约40％重量；在其它实施方案中小于约30％重量；以及在其它实施方案中小于约25％重量。
在其它具体的实施方案中，所述热塑性树脂可以是基于乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)的聚合物。在其它实施方案中，所述热塑性树脂可以是基于乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)的聚合物。在其它具体的实施方案中，所述乙烯-α-烯烃共聚物可以是乙烯-丁烯共聚物或互聚物、乙烯-己烯共聚物或互聚物或乙烯-辛烯共聚物或互聚物。在其它具体的实施方案中，所述丙烯-α-烯烃共聚物可以是丙烯-乙烯共聚物或互聚物或丙烯-乙烯-丁烯共聚物或互聚物。
在某些实施方案中，所述热塑性树脂可以是乙烯-辛烯共聚物或互聚物，所述乙烯-辛烯共聚物或互聚物的密度在0.857至0.911g/cc(克/立方厘米)之间，并且熔体流动指数(melt index)(190℃且重物为2.16kg)为0.1至100g/10分钟。在其它实施方案中，所述乙烯-辛烯共聚物的密度可以在0.863至0.902g/cc之间，并且熔体流动指数(190℃且重物为2.16kg)为0.8至35g/10分钟。所述乙烯-辛烯共聚物或互聚物可引入按乙烯和辛烯的重量计20-45％的辛烯。
在某些实施方案中，所述热塑性树脂可以是丙烯-乙烯共聚物或互聚物，所述丙烯-乙烯共聚物或互聚物的乙烯含量按重量计在5至20％之间，并且熔体流动速率(melt flow rate)(230℃且重物为2.16kg)为0.5至300g/10分钟。在其它实施方案中，所述丙烯-乙烯共聚物或互聚物的乙烯含量按重量计可在9至12％之间，并且熔体流动速率(230℃且重物为2.16kg)为1至100g/10分钟。
在某些其它实施方案中，所述热塑性树脂可以是低密度聚乙烯，所述低密度聚乙烯的密度在0.911至0.925g/cc之间，并且熔体流动指数(190℃且重物为2.16kg)为0.1至100g/10分钟。
在一些实施方案中，所述热塑性树脂可具有小于50％的结晶度。在其它实施方案中，所述树脂的结晶度可以是5至35％。在其它实施方案中，所述结晶度可以是7至20％。
在一些实施方案中，所述热塑性树脂为半结晶聚合物，以及可具有低于110℃的熔点。在其它实施方案中，所述熔点可以是25至100℃。在其它实施方案中，所述熔点可以在40至85℃之间。
在一些实施方案中，所述热塑性树脂为玻璃态聚合物，以及可具有低于110℃的玻璃化转变温度(glass transition temperature)。在其它实施方案中，所述玻璃化转变温度可以是20至100℃。在其它实施方案中，所述玻璃化转变温度可以是50至75℃。
在某些实施方案中，所述热塑性树脂可具有大于10,000g/摩尔的重均分子量。在其它实施方案中，所述重均分子量可以是20,000至150,000g/摩尔；在其它实施方案中为50,000至100,000g/摩尔。
包含在所述含水分散体中的一种或多种热塑性树脂的量按重量计可以是约1％至约96％的聚合物固体。例如，在一个实施方案中，所述热塑性树脂在所述含水分散体中的存在量按重量计可以为约10％至约60％，以及在另一实施方案中按重量计为约20％至约50％。
稳定剂
本发明的实施方案使用稳定剂以促进稳定的分散体或乳液的形成。在所选择的实施方案中，所述稳定剂可以是表面活性剂、聚合物(不同于上文详述的基质聚合物(base polymer))或它们的混合物。在其它实施方案中，所述树脂为自稳定剂(self-stabilizer)，从而可以不需要额外的外源性稳定剂。例如，自稳定体系(self-stabilizing system)可包括部分水解的聚酯，其中可通过将聚酯与碱水溶液组合来产生聚酯树脂和表面活性剂样稳定剂分子。具体而言，所述稳定剂可用作分散剂(dispersant)、用于对泡沫进行发泡的表面活性剂，或可用于以上两种目的。此外，一种或多种稳定剂可以联用。
在某些实施方案中，所述稳定剂可以是极性聚合物，所述极性聚合物具有极性基团作为共聚单体或接枝单体。在优选的实施方案中，所述稳定剂可包括一种或多种极性聚烯烃，所述极性聚烯烃具有极性基团作为共聚单体或接枝单体。典型的聚合物包括乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物，如商标为PRIMACORTM(The Dow Chemical Company的商标)、NUCRELTM(E.I.DuPont de Nemours的商标)和ESCORTM(ExxonMobil的商标)的那些市售共聚物，和美国专利4,599,392、4,988,781和5,938,437中描述的那些共聚物，将上述各篇专利完整引入本申请作为参考。其它合适的聚合物包括乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯(EMMA)共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)共聚物。也可使用其它乙烯-羧酸共聚物。本领域技术人员应该理解的是，也可使用多种其它有用的聚合物。
若所述共聚物的极性基团本质上是酸性或碱性的，则可用中和剂(neutralizing agent)将所述稳定聚合物(stabilizing polymer)部分或完全中和以形成相应的盐。在某些实施方案中，对稳定剂如长链脂肪酸或EAA进行的中和按摩尔计可以是25至200％；在其它实施方案中按摩尔计为50至110％。例如，对于EAA而言，所述中和剂为碱，如氢氧化铵或氢氧化钾。其它中和剂可包括例如氢氧化锂或氢氧化钠。本领域技术人员应该理解的是，对适当中和剂的选择取决于所配制的具体组合物，并且这种选择在本领域技术人员的知识范围内。
可使用的其它稳定剂包括具有12至60个碳原子的长链脂肪酸或脂肪酸盐。在其它实施方案中，所述长链脂肪酸或脂肪酸盐可具有12至40个碳原子。
可用于实施本发明的额外稳定剂包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂的实例包括磺酸盐、羧酸盐和磷酸盐。阳离子型表面活性剂的实例包括季胺。非离子型表面活性剂的实例包括含有氧化乙烯的嵌段共聚物以及硅氧烷表面活性剂(silicone surfactant)。可用作稳定剂的表面活性剂可以是外部表面活性剂(external surfactant)或内部表面活性剂(internal surfactant)。外部表面活性剂是这样的表面活性剂，其在分散体制备过程中不化学反应到所述聚合物中。本申请可使用的外部表面活性剂的实例包括十二烷基苯磺酸盐和十二烷基磺酸盐。内部表面活性剂是这样的表面活性剂，其在分散体制备过程中化学反应到所述聚合物中。本申请可使用的内部表面活性剂的实例包括2，2-二羟甲基丙酸及其盐。
在具体的实施方案中，基于所使用的热塑性树脂(或热塑性树脂混合物)的量，所述分散剂或稳定剂的用量按重量计可以大于0至约60％。例如，基于热塑性树脂的量，可使用按重量计0.5至10％的长链脂肪酸或其盐。在其它实施方案中，基于热塑性树脂的量，乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-甲基丙烯酸共聚物的用量按重量计可以是0.5至60％。在其它实施方案中，基于热塑性树脂的量，磺酸盐的用量按重量计可以是0.5至10％。
如上文所讨论，可使用多于一种稳定剂，并且组合可例如用作分散剂(dispersant)以及用作表面活性剂。
分散剂
在一个实施方案中，所述含水分散体可包含分散剂，所述分散剂的量按所述含水分散体的重量计大于约1％；在另一实施方案中大于约2％；以及在另一实施方案中大于约3％。在另一实施方案中，所述含水分散体可包含分散剂，所述分散剂的量按所述水分散体的重量计小于约10％；在另一实施方案中小于约8％；以及在另一实施方案中小于5％。
在一些实施方案中，对于所述聚烯烃树脂而言，合适的分散剂可包括碳链长度大于12的脂肪酸(或多种脂肪酸)的盐，以及在其它实施方案中可包括具有18至36个碳原子的脂肪酸(或多种脂肪酸)的盐。所述盐可以是脂肪酸的碱金属盐或铵盐，其通过用相应的碱例如NaOH、KOH和NH4OH中和所述酸来制备。这些盐可在分散步骤中原位形成(form in situ)，这在下文中更全面地描述。可对适当的脂肪酸分散剂进行选择以便作为用于挤出熔化(extrusion melt)步骤的分散剂，从而在分散体中树脂得到期望的平均粒度，在一个实施方案中，所述平均粒度在约0.2至25微米之间，以及在另一实施方案中在约0.5至10微米之间。在另一实施方案中，所述聚烯烃粒子的大小可为0.5至1.5微米。
本领域技术人员应该理解的是，用于形成聚烯烃树脂粒子的相对稳定的含水分散体的分散剂可取决于所使用的聚烯烃粒子的性质而变化。此外，所使用的分散剂可以与在随后制备沫中使用的沫稳定表面活性剂(frothstabilizing surfactant)相同或不同。
分散体制剂
本申请披露的实施方案的分散体制剂(dispersion formulation)可包括液体介质(例如水)、热塑性树脂、分散体稳定剂和任选的填充剂。就所述热塑性树脂和所述分散体稳定剂而言，在一些实施方案中，所述热塑性树脂可占所述组合物中基质聚合物(base polymer)和分散体稳定剂总量的约30％至99％(按重量计)。在其它实施方案中，所述热塑性树脂可占所述组合物中基质聚合物和分散体稳定剂总量的约50％至约80％(按重量计)。在其它实施方案中，所述热塑性树脂可占所述组合物中基质聚合物和分散体稳定剂总量的约70％(按重量计)。
在一个实施方案中，本申请披露的含水分散体可包含如下大小的聚烯烃树脂粒子，所述聚烯烃树脂粒子的大小为约0.2至10微米；在另一实施方案中为约0.5至5微米；以及约1至2微米。由此，与和所述含水分散体混合在一起的热塑性纤维相比，所述聚烯烃树脂粒子比所述纤维小几个数量级，这在下文中进一步讨论。
在具体的实施方案中，所述聚烯烃树脂可包括乙烯和/或丙烯以及其它单体的共聚物和互聚物，所述其它单体选自C4至C10烯烃，优选为α-烯烃，更优选选自C4至C8α-烯烃，以及最优选选自正丁烯、正己烯和正辛烯。所述树脂中乙烯或丙烯的含量可为所述聚烯烃的约2至98％重量。在期望较柔软的、较柔性的泡沫的情况下，可选择主要基于乙烯的聚烯烃，其中乙烯占所述聚烯烃的约98至50％重量，不过也可使用基于丙烯的弹性体。当期望具有较大挠曲模量(flexural modulus)的较硬泡沫时，可选择主要基于丙烯的聚烯烃或其它聚烯烃，其中丙烯占所述聚烯烃的约98至50％。所选择的共聚单体(或多种共聚单体)可包含所述聚烯烃粒子的残余物(remainder)。
在一个实施方案中，所述聚烯烃树脂可包括基于乙烯的聚烯烃，按照ASTM D1238(190℃且重物为2.16kg)确定所述基于乙烯的聚烯烃的熔体流动指数(″MI″)为约0.1至25g/10分钟；在另一实施方案中为0.25至22g/10分钟；以及在另一实施方案中为约0.5至18g/10分钟。在另一实施方案中，所述聚烯烃树脂可包括基于丙烯的聚烯烃，按照ASTM D1238(230℃且重物为2.16kg)确定所述基于丙烯的聚烯烃的熔体流动速率(″MFR″)为约0.25至85g/10分钟；在另一实施方案中为约0.7至70g/10分钟；在另一实施方案中为约1.4至60；以及在另一实施方案中为约2至50g/10分钟。
在一个实施方案中，所述聚烯烃树脂可包含基于乙烯的聚烯烃，所述基于乙烯的聚烯烃的密度为约0.845至0.925g/cc；在另一实施方案中为约0.85至0.91；在另一实施方案中为约0.855至0.905；以及在另一实施方案中为约0.86至0.90。
特别适于在本发明的实施方案中使用的一类聚烯烃为乙烯和1-辛烯的共聚物或乙烯和1-丁烯的共聚物，其中在一个实施方案中，乙烯占所述共聚物的约50至90％重量，和在另一实施方案中占所述共聚物的约55至85％重量，以及在一个实施方案中，1-辛烯或1-丁烯占所述共聚物的约10至50％重量，和在另一实施方案中占所述共聚物的约15至45％重量，以及其中在一个实施方案中，所述乙烯共聚物的熔体流动指数为约0.25至30g/10分钟，以及在另一实施方案中为0.5至20g/10分钟。
用于本发明的另一类优选的聚烯烃为1-丙烯和乙烯的共聚物、1-丙烯和1-辛烯的共聚物、1-丙烯和1-己烯的共聚物或1-丙烯和1-丁烯的共聚物，其中在一个实施方案中，1-丙烯占所述共聚物的约65至95％重量，和在另一实施方案中占所述共聚物的约75至93％重量，以及在一个实施方案中，乙烯、1-辛烯、1-己烯或1-丁烯占所述共聚物的约5至35％重量，和在另一实施方案中占所述共聚物的约7至25％重量，以及其中在一个实施方案中，所述共聚物的熔体流动速率为约0.7至85g/10分钟，以及在另一实施方案中为约1.4至55g/10分钟。
所述热塑性树脂和所述分散体稳定剂优选分散在液体介质中，在一些实施方案中，所述液体介质为水。在一些实施方案中，加入足够的碱以中和所形成的分散体，从而实现pH为约6至约14。在具体的实施方案中，加入足够的碱以维持pH在约9至约12之间。可控制所述分散体中水的含量，从而使所述热塑性树脂和所述分散体稳定剂的组合含量(固体含量)在约1％至约74％(按体积计)之间。在另一实施方案中，所述固体含量在约25％至约74％(按体积计)之间。在另一实施方案中，所述固体含量在约30％至约50％(不含填充剂且按重量计)之间。在另一实施方案中，所述固体含量在约40％至约55％(不含填充剂且按重量计)之间。
根据本发明的实施方案形成的分散体的特征可在于具有约0.3至约3.0微米之间的平均粒度。在其它实施方案中，分散体具有约0.8至约1.2微米的平均粒度。本发明所使用的“平均粒度(average particle size)”是指体积均值粒度(volume-mean particle size)。为了测量所述粒度，可例如使用激光衍射(laser-diffraction)技术。本说明书中的粒度是指所述分散体中聚合物的直径。对于不是球形的聚合物粒子而言，粒子的直径为粒子的长轴和粒子的短轴的平均数。可在Beckman-Coulter LS230激光衍射粒度分析仪或其它合适的装置上测量粒度。
在具体的实施方案中，将热塑性树脂、稳定剂和填充剂在挤出机中与水和中和剂(如氨、氢氧化钾或两者的组合)一起熔融-捏合(melt-knead)以形成分散体混合物。本领域技术人员应该理解的是，可使用多种其它中和剂。在一些实施方案中，可在将所述热塑性树脂和稳定剂共混后加入填充剂。
可以使用本领域已知的任何熔融-捏合方式。在一些实施方案中，使用捏合机(kneader)、
Figure A20078004338500241
混合器、单螺杆挤出机(single-screw extruder)或多螺杆挤出机(multi-screw extrude)。产生本发明的分散体的方法没有具体的限制。一种优选的方法例如为这样的方法，所述方法包括按照美国专利5,756,659和美国专利公开号20010011118对上述组分进行熔融-捏合。
图3图示了可用于本发明的实施方案的挤出装置。挤出机20(在某些实施方案中为双螺杆挤出机(twin screw extruder))与反压调节器(back pressureregulator)、熔体泵(melt pump)或齿轮泵(gear pump)30连接。实施方案还提供了原料贮器(base reservoir)40和起始水贮器(initial water reservoir)50，每个所述贮器都包括泵(未显示)。分别从原料贮器40和起始水贮器50提供期望量的原料和起始水。可使用任何合适的泵，但是在一些实施方案中使用在压力为240巴时流速为约150cc/分钟(立方厘米/分钟)的泵，从而将原料和起始水提供至挤出机20。在其它实施方案中，液体注射泵在200巴时提供300cc/分钟的流速，在133巴时提供600cc/分钟的流速。在一些实施方案中，将原料和起始水在预热器中预热。
本领域技术人员应该理解的是，以上列出为合适聚合物的非全面列出。应该理解的是，本发明的范围仅通过权利要求书来限制。
表面活性剂
本发明的实施方案可使用表面活性剂来促进稳定的分散体的形成以及辅助发泡。在发泡和干燥步骤中产生沫并使沫稳定可如下实现：当开始产生沫时将沫稳定表面活性剂(froth stabilizing surfactant)加到聚烯烃树脂的含水分散体中。此外，如果需要，这些表面活性剂还可用于改善经干燥的泡沫的水润湿(aqueous wetting)。
合适的沫稳定表面活性剂可选自阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂。在一个实施方案中，可使用离子型表面活性剂。阳离子型表面活性剂的实例包括季胺、伯胺盐、二胺盐和乙氧化胺(ethoxylated amine)。非离子型表面活性剂的实例包括含有氧化乙烯的嵌段共聚物、硅氧烷表面活性剂、烷基酚乙氧化物(alkylphenol ethoxylate)以及含有多于8个碳原子的烷基的直链仲醇乙氧化物(linear and secondary alcoholethoxylates of alkyl group containing more than 8 carbon atoms)。
阴离子型表面活性剂的实例包括磺酸盐、羧酸盐和磷酸盐。在一个实施方案中，可用于从含水分散体制备沫的阴离子型表面活性剂可选自脂肪族羧酸(carboxylic fatty acid)的羧酸盐和酯酰胺(ester amide)，优选地，脂肪酸包含12-36个碳原子，例如硬脂酸、月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸(myristicacid)、油酸、亚油酸(linoleic acid)、蓖麻油酸(ricinoleic acid)、芥酸(erucic acid)等。
在一些实施方案中，所述表面活性剂可包括两性表面活性剂(amphotericsurfactant)，如氨基丙酸盐(aminopropionate)、两性磺酸盐(amphotericsulfonate)、甜菜碱(betaine)、基于咪唑啉的两性物质(imidazoline basedamphoteric)和磺基甜菜碱(sultaine)等。例如，所述表面活性剂可从咪唑啉衍生，并且可为乙酸盐形式(acetate form)(含有盐)或丙酸盐形式(propionateform)(不含盐)。合适的两性表面活性剂的实例包括表面活性剂如月桂酰氨基丙基甜菜碱(lauramidopropyl betaine)、月桂基亚氨基二丙酸钠(sodiumlaurimino dipropionate)、椰油酰氨基丙基羟基磺基甜菜碱(cocoamidopropylhydroxyl sultaine)、烷基醚羟丙基磺基甜菜碱(alkylether hydroxypropylsultaine)、辛酰两性基羟丙基磺酸钠(sodium capryloampho hydroxypropylsulfonate)、辛酰两性基二丙酸二钠(disodium capryloampho dipropionate)、椰油酰两性基乙酸钠(sodium cocoamphoacetate)、椰油酰两性基二乙酸二钠(disodium cocoamphodiacetate)、椰油酰两性基丙酸钠(sodiumcocoamphopropionate)、辛基亚氨基二丙酸二钠(disodium octyliminodipropionate)、椰油酰两性基羟丙基磺酸钠(sodium cocoamphohydroxypropyl sulfonate)、月桂基亚氨基二丙酸二钠(disodium lauryliminodipropionate)、硬脂酰两性基乙酸钠(sodium stearoampho acetate)和牛油亚氨基二丙酸二钠(disodium tallow iminodipropionate)等。也可使用本领域已知的其它两性表面活性剂。
可用作稳定剂的表面活性剂可以是外部表面活性剂或内部表面活性剂。外部表面活性剂是这样的表面活性剂，其在分散体制备过程中不化学反应到所述聚合物中。本申请可使用的外部表面活性剂的实例包括十二烷基苯磺酸盐和十二烷基磺酸盐。内部表面活性剂是这样的表面活性剂，其在分散体制备过程中化学反应到所述聚合物中。本申请可使用的内部表面活性剂的实例包括2，2-二羟甲基丙酸及其盐。
在一个实施方案中，当在完成的泡沫中期望好的“手(hand)”感或纤维样感觉时，可使用饱和脂肪酸衍生物(例如硬脂酸或棕榈酸的盐)。其它合适的阴离子型表面活性剂包括烷基苯磺酸盐、仲烷基磺酸盐(secondary n-alkanesulfonate)、α-烯基磺酸盐、二烷基二苯醚磺酸盐(dialkyl diphenylene oxidesulfonate)、磺基琥珀酸酯(sulfosuccinate ester)、异硫代硫酸盐(isothionate)、线形烷基(醇)硫酸盐(linear alkyl(alcohol)sulfate)和线形醇醚硫酸盐(linearalcohol ether sulfate)。应该理解的是，所述沫稳定表面活性剂可以与用于制备所述分散体的那些表面活性剂不同或相同。这些表面活性剂既用于辅助沫形成又用于帮助使沫稳定。在具体的实施方案中，所述表面活性剂可选自以下物质中的至少一种：碱金属，单烷醇胺、二烷醇胺和三烷醇胺(例如单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺)，以及硫酸月桂醇酯(lauryl sulfate)的铵盐、十二烷基苯硫酸盐(dodecylbenzene sulfate)，醇乙氧基硫酸盐(alcohol ethoxysulfate)，和异硫代硫酸盐，N-辛基癸基磺基琥珀酸酯(N-octyldecylsulfosuccinimate)的二盐(dibasic salt)，和它们的混合物。在其它实施方案中，所述沫稳定剂可包括纤维素。
纤维
在一个实施方案中，所述纤维可包括从热塑性聚合物(包括例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚己内酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等)形成的熔喷法纤维(meltblown fiber)。合适的聚烯烃包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯与其它α-烯烃的共聚物、丙烯与其它α-烯烃的共聚物、丁烯与其它α-烯烃的共聚物共聚物以及它们的组合。在一些实施方案中，所述纤维可包括单组分丝纤维(homofil fiber)。可供选择地，所述热塑性纤维可包括从任何一种上述热塑性聚合物形成的熔纺纤维(melt spun fiber)或熔体拉伸纤维(melt drawn fiber)。在具体的实施方案中，所述热塑性纤维可包含合成聚烯烃纤维。市售合成纤维的实例为获自MiniFIBERS，Inc.(Johnson City，TN)的
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E-型聚乙烯合成浆(synthetic pulp)。这些纤维可包含多于95％的聚乙烯和少于5％的聚乙烯醇，以及具有135℃的熔点和0.96g/cm3的比重(specific gravity)。在其它实施方案中，也可使用天然纤维，包括基于纤维素的纤维(cellulosic-based fiber)，如棉花或浆纤维(pulpfiber)。在其它实施方案中，将所述纤维粉碎成单丝型纤维(monofilament typefiber)(即将纤维分成较小的部分或具有较短长度的纤维)。
在一个实施方案中，所述纤维还可在它们的结构中引入润湿剂。润湿剂可包含如烷氧基化烷基酚那样的添加剂连同(或组合有)至少一种选自以下的物质：甘油一酯、甘油二酯和甘油三酯，和聚脂肪酸氧化烯基酯，以及它们的组合。上述润湿剂所包括的物质描述在美国专利4,486,552中，将其引入本申请作为参考。
在各种实施方案中，所述泡沫可包含约10％重量至约60％重量的纤维(基于所述热塑性树脂和纤维的合并重量)；以及在其它实施方案中为约10％重量至约40％重量(基于所述热塑性树脂和纤维的合并重量)。在一个实施方案中，所述纤维的平均长度可为0.2至30mm；在另一实施方案中为0.5至20mm；以及在另一实施方案中为1至10mm。在另一实施方案中，所述热塑性纤维的熔点可高于所述热塑性树脂的熔点。在一些实施方案中，与干燥不含纤维的类似沫相比，所述纤维可在沫干燥过程中减少泡沫崩溃(foamcollapse)。
添加剂
所述泡沫可任选含有填充剂物质，所述填充剂物质的量取决于它们被设计用于的应用，所述量为所述热塑性树脂重量的约2-100％(基于干燥)。这些任选的成分可包括例如碳酸钙、二氧化钛粉末、聚合物粒子、中空玻璃球(hollow glass sphere)、聚合物纤维如基于聚烯烃的短纤维单丝(staplemonofilament)等。设计成在吸收制品中使用的泡沫可含有大量液体吸收材料(bulk liquid-absorbing material)，如在整个聚合物泡沫中均匀分布的短棉花纤维或其它纤维素纤维。
尽管超吸收性聚合物(super absorbent polymer，“SAP”)(如轻微交联的丙烯酸酯聚合物)的微细粒子由于其强吸水性而在发泡前通常不与所述粒子分散体共混，但是可恰好在所述沫进入干燥过程时将所述微细粒子均匀分布在所述沫的表面上，以便当干燥时提供在所述表面上具有额外吸收性的耐用泡沫。然而，若对SAP粒子进行处理(例如用延迟水溶性聚合物(delayedwater-solubility polymer)(如羟丙基烷基纤维素醚或聚氧乙烯树脂)的表面层进行处理)以降低所述粒子吸水性的初始速率直到所述沫已经达到干燥的泡沫状态后，则在开始发泡前可有益地将上述“吸收性延缓的”SAP粒子直接加到所述粒子分散体中。
可用于本申请披露的实施方案的超吸收性聚合物(“SAP”)粒子为吸收自身重量多倍的流体(如湿气、水或含水液体)的那些粒子。当SAP粒子吸收流体时，它们发生溶胀。SAP用于各种应用，包括尿布，建筑工业中的防水层(water-barrier)应用，和食品包装系统中的液体吸收剂，以及卫生和医药应用。SAP粒子可以是任何已知的亲水性聚合物，所述亲水性聚合物是经交联的并且能够吸收大量含水流体，在一些情况下这引起所述粒子溶胀至其干燥大小的数倍。这些聚合物是本领域公知并且广泛市售的。大多数SAP是经交联的、经部分中和的和/或经表面处理的。优选地，对交联水平进行选择以得到对于具体应用而言期望的溶胀特征。
一些合适的SAP和制备SAP的方法(包括凝胶聚合法(gel polymerizationprocess))的实例披露在美国专利3,669,103；3,670,731；3,926,891；3,935,099；3,997,484；4,076,663；4,090,013；4,093,776；4,190,562；4,286,082；4,340,706；4,446,261；4,459,396；4,654,039；4,683,274；4,708,997；4,857,610；4,985,518；和5,145,906中，将上述专利所教导的内容引入本申请作为参考。此外，参见Buchholz，F.L.and Graham，A.T.，“Modern Superabsorbent PolymerTechnology，”John Wiley & Sons(1998)和Lisa Brannon-Peppas and Ronald S.Harland，“Absorbent Polymer Technology”Elsevier(1990)。
沫制备
可使用机械法(如大气条件下的高剪切机械混合法)，以便在所述分散体的水相中夹带空气或其它气体，或任选当混合时将气体注入所述系统中，由此从所述分散体/表面活性剂/纤维混合物制备沫。在一个实施方案中，可在所述沫中引入的空气或其它气体(其中除空气外的气体是期望的)的量按体积计可占至少80％，在另一实施方案中按体积计占至少85％，以及在另一实施方案中按体积计占所形成沫的至少90％。在开始时，可将用于制备所述沫的所有组分在温和搅动下混合在一起以避免夹带空气。
将所有成分充分混合后，可对所述混合物进行高剪切机械混合。在该步骤中，随着较多的空气被夹带连续的水相中，所述混合物的体积粘度(bulkviscosity)可增加，直到形成不可流动的硬泡沫。得到具有期望密度的沫所需要的混合时间可随沫稳定表面活性剂的量和类型以及机械剪切力的大小而变化。可使用能够将空气搅打(whip)到变稠的含水分散体中的任何机械混合装置，如厨房共混器(kitchen blender)/手动混合器(hand mixer)、装配有笼式打泡器(wire whip)的Hobart混合器或用于较大规模的Cowie-Riding TwinFoamer(Cowie Riding Ltd.)。市售起泡机(foamer)也可允许本领域技术人员将空气注入其高剪切混合头(high shear mixing head)中以得到极低密度(小于50g/L)的沫。
例如，可如下测量沫的密度：将所述沫的样品吸到具有预定体积和重量的杯中，称重装有沫的杯，然后计算样品的密度。在市售发泡机(frother)中，可将空气直接加到混合头中以辅助低密度沫的形成。可增加或减小发泡装置的速度以得到期望的沫密度。在一个实施方案中，所述沫密度可为约0.04-0.15g/cc，以及在另一实施方案中为0.07-0.08g/cc之间。得到期望的沫密度后，可任选将所述沫涂铺在底材(substrate)上，然后将所述沫转化成泡沫。
也可根据2004年8月25日提交的PCT申请PCT/US2004/027593(公开号为WO2005/021622)中披露的内容来形成包含所述聚合物的发泡泡沫。在其它实施方案中，所述聚合物也可通过任何已知的方式来交联，如使用过氧化物、电子束(electron beam)、硅烷、叠氮化物、γ辐射、紫外线辐射或其它交联技术。也可对所述聚合物进行化学改性，如通过接枝(例如通过使用马来酸酐(MAH)、硅烷或其它接枝剂(grafting agent))、卤化、氨化、磺化或其它化学改性方法。
干燥和回收步骤
在一个实施方案中，可除去如本申请所披露而制备的沫中的至少部分液体/含水成分，由此从所述沫制备所述泡沫。在其它实施方案中，可除去所述沫中的至少大部分液体/含水成分，由此从所述沫制备所述泡沫。在其它实施方案中，可通过除去基本上所有液体/含水成分来制备所述泡沫。在各种实施方案中，可除去大于30％重量、大于50％重量、大于80％重量、大于90％重量、大于95％重量、大于98％重量或大于99％重量的液体/含水成分。可对除去液体部分的方式进行选择，以便使沫体积崩溃的量最小化。在一个实施方案中，所述沫可如下进行干燥并转化成泡沫：在强制空气干燥烘箱(forced air drying oven)中在选择用于最佳干燥的温度进行加热。在一个实施方案中，可将所述沫加热到在60℃至120℃之间的温度。
当所述热塑性树脂的性质允许时，可在可行的最高温度进行处理以从所述沫尽快除去水，而不破坏在所述沫的泡表面上的聚烯烃树脂粒子的粘度或不引起经部分干燥沫的显著(例如超过30％体积)崩溃。在另一实施方案中，可对干燥温度进行选择以便不超过所述热塑性纤维的熔点温度。在一个实施方案中，可期望的是，在达到但不超过所述热塑性树脂的熔程的温度对所述沫进行干燥。在另一实施方案中，可期望的是，达到这样的温度，在所述温度所述热塑性树脂中的无定形区(amorphous region)开始聚结(coalesce)，同时与所述纤维假交联(pseudo-crosslink)，并且在泡沫完全“干燥”成其最终形式和尺度前避免沫的崩溃或至少使沫的崩溃最小化，以及逐出沫中至少95％重量的水。在一个实施方案中，所形成的“经干燥的”泡沫的密度可以为约0.02至0.07g/cm3，以及在另一实施方案中为约0.03至0.05g/cm3。
经干燥的泡沫的一些实施方案可具有0.01cm至2.5cm的平均厚度。经干燥的泡沫的其它实施方案可具有0.05cm至2.0cm的平均厚度；以及在其它实施方案中为1至1.5cm。包含经干燥的泡沫的实施方案的用品可包括至少一层平均厚度为0.1cm至2.5cm的泡沫；在其它实施方案中为0.5cm至2.0cm；以及在其它实施方案中为1.0cm至1.5cm。在一些实施方案中，两种或更多种泡沫可层压(laminate)在一起；在各种实施方案中，所述两种或更多种泡沫可具有相同或不同的密度、相同或不同的泡孔尺寸(cell size)或相同或不同的结构(纤化的、开孔的、闭孔的等)。在其它实施方案中，可将一种或多种泡沫层压到底材(如膜)上。
对沫进行干燥以形成本发明的期望泡沫，这可间歇模式进行或以连续模式进行。可使用以下装置用于干燥，所述装置包括例如常规强制空气干燥烘箱或红外线加热灯箱(bank of infrared heating lamp)或介电加热(dielectric heating)装置例如射频(通常在1-100MHz的允许频带操作)和微波(通常在400-2500MHz的允许频带操作)频率能量发生源(frequency energygenerating source)，所述介电加热装置以连续方式衬于沫可置于其中或传输经过其中的通道(tunnel)或腔室(chamber)内。可使用上述干燥能量源的组合(同时或先后应用)，从而对沫进行干燥以形成泡沫。在一个实施方案中，所述干燥包括同时使用介电装置和强制空气干燥烘箱。对于厚度为约0.25-0.6cm的泡沫而言，当强制空气烘箱在约75℃操作并且射频频率发生器将沫加热至内部温度为约45-50℃时，所述干燥可历时45-90秒快速完成。可根据用于制备泡沫的聚烯烃树脂的性质和熔程(通过DSC来确定)来对干燥操作的温度进行选择。在各国允许用于工业使用的介电加热频带在参考文献″Foundations of Industrial Applications of Microware and Radio FrequencyFields″，Rousy，G and Pierce，J.A.(1995)中更详细地指定。
泡沫结构
当对所述纤维和分散体的实施方案进行合并、发泡和干燥以形成泡沫(各种物质和方法如上所述)时，可形成纤化结构(fibrillated structure)。如下文实施例3参考图4-6所进一步描述的那样，所述泡沫的支撑体样结构(strut-like structure)包括热塑性纤维1和热塑性树脂2，其中所述热塑性树脂2围绕纤维网络(fibrous network)并与纤维网络相互连接，形成连续的网。如图4-6所示，所述纤化结构表观上可以是微孔的或非微孔的。与传统的PFF相比，所述泡沫形态的特征也可在于具有高度的随机性和较大的表面开口。相对于常规的PFF，所述泡沫的内部结构也可显示出非微孔构造，其具有非织造的原纤(non-woven fibril)和较大的空隙空间。
在一个实施方案中，所述吸收结构体(所述泡沫)可具有非微孔纤化形态。本申请使用的“非微孔纤化结构”是指具有开放的、随机的、非微孔的形态的泡沫，所述形态由原纤(fibril)或丝状纤丝(thread-like filament)构成或具有原纤或丝状纤丝。所述非微孔纤化结构例如可以是非均一的和非重复的，例如其中原纤形成非织造的纤维状网，以及其中大部分支撑体不相互连接。
在另一实施方案中，基于合成尿在23℃在大小为50cm2的泡沫样品上的5.0mL液体渗入，所述泡沫的渗入穿透速率(insult strike through rate)可为约0.1至约10秒。在另一实施方案中，所述泡沫的渗入穿透速率可为约0.5至7秒；以及在其它实施方案中为约1至4秒。在另一实施方案中，所述泡沫的平均厚度可为约0.03至3.0cm；在其它实施方案中为约0.1至约2.5cm；在其它实施方案中为约0.5至约2.0cm；以及在其它实施方案中为约1.0至约1.5cm。
卫生用品
在本发明的一个实施方案中，本申请披露的泡沫可用于制造卫生用品(例如尿布、失禁用贴身短内裤(incontinent brief)、训练衬裤(training pants)、尿布支架和衬里(diaper holder and liner)、女性卫生服装(feminine hygienegarment)等)的吸收芯结构(absorbent core structure)，这些卫生用品被设计成为穿用者提供改善的合适性和舒适性同时充分吸纳身体渗出物。
吸收芯是指吸收制品中功能为对流体进行采集、分布、转移、储存和/或再分布的部分(例如层)。吸收芯包含吸收材料，所述吸收材料中的至少一种包含本发明的泡沫，并且能够以合适的方式和程度对液体如尿和某些其它身体渗出物进行采集、分布和/或保留。
在其它实施方案中，可期望的是，形成具有两种或更多种泡沫层的用品。在一些实施方案中，所述泡沫层的密度可以相同或不同。在其它实施方案中，可对所述两种或更多种泡沫层进行层压。
实施例
以下实施例包括示例性的发泡泡沫(froth foam)和显示它们在吸收性应用中的有效性的实验数据。泡沫可通过各种方法来表征，所述方法包括SEM成像、45度流出测量(45 degree run-off measurement)、承受负载物时的崩溃百分比(％)、穿透时间(Edana 150.4-99)以及吸收容量指数(absorption capacityindex)。
根据本申请详述的方案，泡沫从分散体产生，所述分散体从以下物质形成：聚烯烃弹性体(
Figure A20078004338500321
)或聚烯烃塑性体(AFFINITYTM)(都获自TheDow Chemical Company，Midland，MI)以及聚乙烯浆(获自MiniFIBERS，Inc.，Johnson City，TN的聚乙烯纤维E型(Polyethylene Fiber Type E))。以下操作是示例性的，并且可通过调整期望的纤维载量(fiber loading)、稀释度(dilution)和表面活性剂用法(surfactant usage)来进行变化。
分散体：聚烯烃塑性体(polyolefin plastomer)的含水分散体根据WO2005021638中描述的操作来形成。所述分散体使用AFFINITYTM EG8200(MI2为约5dg/分钟(分克/分钟)以及密度为0.870g/cc的乙烯-α-烯烃共聚物)来形成。所述分散体表面活性剂体系包括
Figure A20078004338500331
(获自Baker Petrolite的线形羧酸)、
Figure A20078004338500332
(获自Crompton Corp.，Greenwich，Connecticut的脂肪酸)和
Figure A20078004338500333
(获自The Dow Chemical Company的水溶性甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素聚合物)，以上物质分别以2％重量、1％重量和0.2％重量(基于所述乙烯共聚物和所述表面活性剂体系的合并重量)的载量来使用。所产生的含水分散体的固体含量为约53％重量。
泡沫：为了产生具有40％纤维载量的泡沫，将10加仑上述分散体(POD8102，The Dow Chemical Company，Midland，MI)与1.5％重量的月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵(ammonium laureth sulfate)(
Figure A20078004338500334
获自Stepan Co.，Northfield，Illinois)和1％重量的月桂基硫酸钠(也获自Stepan Co.)混合，所述重量百分比基于聚合物固体(具有2份稳定剂、1份沫稳定表面活性剂和1份润湿剂的2-1-1分散体)。将所述分散体的80克试样置于混合皿(mixingbowl)中，然后用80克去离子水进一步稀释。将混合物在低设定(low setting)下搅拌一分钟，然后在继续缓慢搅拌下历时两分钟加入15克合成纤维(聚乙烯纤维E型，获自MiniFIBERS，Inc.，Johnson City，TN)。通过高速搅拌(配有搅拌器的Hobart混合器)一至两分钟来产生沫。将沫涂布在隔离纸(releasepaper)上，然后在刮板工具(screeding tool)的辅助下整平至高度为约0.1cm至约2.54cm。然后将沫在预热烘箱中在75℃干燥以形成泡沫。
实施例1
根据上述操作制备了三种泡沫样品。样品1泡沫不含有任何纤维，并且使用上述AFFINITYTM EG 8200(POD 8102，The Dow Chemical Company，Midland，MI)的2-1-1分散体和1.5％的
Figure A20078004338500336
(基于聚合物固体)。样品2和3除1.5％的
Figure A20078004338500337
外还使用纤维载量为40％的聚乙烯纤维(聚乙烯纤维E型，获自MiniFIBERS，Inc.，Johnson City，TN)，上述两个百分比都基于聚合物固体。样品2用2-1-1 POD 8102分散体制备，而样品3使用2-1-2 POD 8102分散体制备。
对根据上文披露的细节制备的那些泡沫样品进行穿透实验(strikethrough experiment)(测试液体经过泡沫结构的速度)和吸收容量指数(ACI)测量。
用于穿透测量的液体是在23℃的合成尿(如美国专利5,260,345中所述)的5.0mL样品，以及泡沫样品的大小为50cm2。将液体引至样品的顶部和底部。穿透试验的结果(每个条目为4次试验的平均值)示于下表1中。
表1.穿透概述
样品 纤维 厚度 重量   基本重量(Basis Wt) 密度 穿透时间
  (％)   (cm)   (g)   (g/m2)   (g/cc)   (秒)
  1顶部   0   0.217   0.458   92   0.042   3.86
  1底部   0   0.217   0.450   90   0.042   3.63
  2顶部   40   0.193   0.416   83   0.043   1.81
  2底部   40   0.192   0.425   85   0.044   1.48
  3顶部   40   0.235   0.490   98   0.042   1.53
  3底部   40   0.244   0.493   99   0.040   1.42
如表1所示，含有聚烯烃纤维的样品的穿透存在急剧的降低。不论将润湿负载物(wetting load)引至泡沫样品的顶部还是底部，似乎都不影响穿透。
ACI测量使用上述相同的合成尿，以及泡沫样品的大小为50cm2，以7.0mL/秒的速率引入24.9mL合成尿。下表2概述了这些泡沫样品的吸收数据，每个条目为6次试验的平均值。
表2.吸收概述
  样品   平均厚度   重量   基本重量   密度 ACI(无负载物)
  (cm)   (g)   (g/m2)   (g/cc) (g/g)
  1   0.288   0.472   94   0.033 25
  2   0.270   0.447   89   0.033 32
  3   0.271   0.488   98   0.036 28
如表2所示，相对于不含有任何纤维的泡沫样品(样品1)，含有40％聚乙烯纤维的样品(样品2和3)的ACI增加。
实施例2
泡沫样品根据上文概述的方案来合成。对聚烯烃分散体(POD 8102)进行不定的稀释，并引入不同纤维载量的聚乙烯浆(聚乙烯纤维E型，获自MiniFIBERS，Inc.，Johnson City，TN)。示于表3中的纤维载量基于聚合物固体的重量。样品泡沫为15.3cm×10.2cm。对这些样品进行45度流出试验，所述45度流出试验如下实施：将泡沫样品置于45度角的表面上，然后将两份80mL液体渗入物(liquid insult)引至泡沫的顶部，收集未经泡沫吸收而流出的任何液体并测量所述液体的量。液体渗入物相隔五分钟引入，并且将流出测量分别报道为第1次流出和第2次流出。泡沫崩溃(foam collapse)表示在固化过程中沫崩溃(froth collapse)的量。液体渗入物为合成尿(配制如下：0.03％重量的氯化钙、0.08％重量的硫酸镁、0.77％重量的氯化钠、1.94％重量的尿素和97.17％重量的去离子水)。这些试验的结果概述于下表3中。
表3.纤维载量和45度流出试验
样品 杯重量 纤维   分散体∶去离子水   表面活性剂(Surf.) 厚度 重量 密度   基本重量   第1次流出   第2次流出   崩渍
  (g)   (％)   (g∶g)   (g)   (cm)   (g)   (g/cm3)   (g/m2)   (g)   (g)   (％)
  4   3.75   9.4   80∶40   2.5   0.153   0.985   0041   63   7.3   0.59   65
  5   5.06   9.4   80∶20   2.5   0.213   1.485   0.045   95   3.3   7.55   52
  6   10.35   9.4   80∶0   2.5   0.344   3.19   0.059   204   9.2   34.20   22
  7   3.86   20   80∶80   2.5   0.127   0.795   0.040   51   4.5   0.00   71
  8   4.69   20   80∶40   2.5   0.195   1.25   0.041   80   3.5   0.00   56
  9   9.49   20   80∶20   2.5   0.330   2.395   0.046   153   11.7   22.01   25
  10   20.8   20   120∶0   2.5   0.460   8.445   0.117   541   19.4   48.31   -5
  11   4.1   30   80∶80   2.5   0.151   0.89   0.038   57   3.8   0.00   66
  12   10.06   30   80∶40   2.5   0.382   2.89   0.048   185   8.4   9.18   13
  13   5.1   40   80∶80   2.5   0.207   1.27   0.039   81   1.0   0.00   53
  14   7.67   50   80∶80   2.5   0.301   1.945   0.042   125   1.3   0.00   32
  15   6.32   0   80∶0   0.0   0.306   1.975   0.041   127   3.9   50.57   31
  16   3.1   0   80∶80   2.5   0.071   0.535   0.048   34   11.1   0.45   84
  17   3.42   0   80∶40   2.5   0.138   0.825   0.038   53   7.5   0.96   69
  18   3.46   0   80∶20   2.5   0.167   0.98   0.038   63   9.5   3.57   62
  19   4.63   0   80∶0   2.5   0.231   1.565   0.043   100   5.3   2.36   47
  20   4.71   0   80∶80   0   0.160   0.875   0.035   56   11.3   40.40   64
  21   4.64   0   80∶40   0   0.219   1.075   0.031   69   9.8   32.90   50
  22   5.16   0   80∶20   0   0.251   1.345   0.034   86   9.0   48.59   43
对具有相同纤维载量的样品进行比较，聚烯烃分散体的稀释度的增加通常导致崩溃的增加(比较样品4-6或7-10)。随着纤维载量的增加，由于与未用纤维形成的泡沫相比存在纤维而显示出崩溃的急剧减少(比较样品6、10、15和19)，这说明纤维可帮助保持泡沫结构中支撑体的完整性。流出试验表明，在未用纤维形成的泡沫中，流出量通常较高。因此必须寻找稀释水平的平衡以便使流出最小化但不导致崩溃的增加。在本申请披露的泡沫中纤维的加入可在达到这种平衡以有效降低泡沫的崩溃中起到整体作用。
实施例3
根据上文概述的方案制备的聚烯烃泡沫样品的SEM图像示于图4a和4b中。从引入有聚烯烃纤维的AFFINITYTM的含水分散体形成的泡沫显示出新颖的非微孔纤化结构。与图1a-b所示的传统PFF相比，所述泡沫形态的特征也可在于具有高度的随机性和较大的表面开口。图4a所示的泡沫截面也显示出非微孔构造，其具有非织造的原纤和较大的空隙空间。如图4b所示的较大表面开口可允许较快的液体穿透，并且较大的空隙空间可导致对于液体保留(liquid retention)而言的较低毛细压力。
如图5和6所示，泡沫支撑体的高分辨率SEM图像显示，聚乙烯纤维基本上被AFFINITYTM聚合物包裹。在图5中，泡沫结构中支撑体的高分辨率图像显示了处于基质即AFFINITYTM聚合物2中的聚烯烃纤维1，这构成了支撑体结构的本体(bulk)。纤维1提供了对支撑体结构的加固(reinforcement)。图6为支撑体截面的高分辨率SEM图像，其显示出AFFINITYTM聚合物2围绕聚乙烯纤维1。
当提及所披露的泡沫在用于个人卫生用品的吸收材料中的用途时，本发明不应该受到上述说明书的限制。更确切地，本申请披露的泡沫可具体用于家庭和个人护理擦拭物(household and personal care wipe)、医用伤口护理和外科敷料(medical wound care and surgical dressing)、空气和液体过滤(airand liquid filtration)、食品吸收垫(food absorption pad)(如鸡肉垫或肉垫(chicken or meat pad))、织物/纺织品背材(fabric/textile backing)、噪音/声音隔音材料(noise/sound deadening)和汽车IP背衬(auto IP backing)。
本发明的实施方案的优点可包括以下一种或多种。网状形态可允许较大的泡沫表面开口，这可导致较快的液体吸收和较快的液体穿透。与传统的发泡泡沫形态相比，较大的空隙空间可导致较低的毛细压力，从而减少液体保留。与基于纤维素的纤维体系相比，本申请描述的泡沫可显示出优越的湿拉伸强度和干拉伸强度(wet and dry tensile strength)以及优越的湿崩溃(wet collapse)。此外，各种泡沫的弹性性质也可允许泡沫保持形状。有利地，在一些实施方案中，所述纤维可作为崩溃稳定剂(collapse stabilizingagent)，其降低膜形成过程中沫的崩溃，和/或降低干泡沫的崩溃。
尽管就有限数目的实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，可设计出不背离本申请所披露的本发明范围的其它实施方案。因此，本发明的范围应该仅通过所附的权利要求书来限定。

Claims (39)

1.从含水分散体产生热塑性泡沫的方法，所述含水分散体包含热塑性树脂、水和分散体稳定剂，所述方法包括：
将至少一种沫稳定表面活性剂加到所述含水分散体中，形成混合物；
将纤维加到所述混合物中；
使所述混合物发泡，产生沫；以及
除去所述沫中的至少部分水，产生泡沫；
其中所产生的泡沫具有非微孔纤化形态。
2.权利要求1的方法，其中所述分散体稳定剂包括脂肪酸。
3.权利要求1的方法，其中所述沫稳定表面活性剂包括纤维素。
4.权利要求1的方法，所述方法还包括：
用所述沫的层涂布至少部分底材；以及
从所述沫除去大部分水。
5.权利要求1的方法，其中所述分散体所包含的热塑性树脂和分散体稳定剂按所述分散体的体积计为约25至约74％。
6.权利要求1的方法，其中所述分散体所包含的热塑性树脂和分散体稳定剂在排除任何填充剂的情况下按重量计为约40至约55％。
7.权利要求5的方法，其中所述热塑性树脂包括聚烯烃。
8.权利要求1的方法，其中所述泡沫所包含的纤维基于所述热塑性树脂和纤维的合并重量为约10％重量至约60％重量。
9.权利要求1的方法，其中所述纤维包括聚乙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，聚丙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，合成浆，或它们的组合。
10.权利要求1的方法，其中所述纤维的平均长度为约0.5mm至约20mm。
11.权利要求1的方法，其中所述纤维的熔点大于所述热塑性树脂的熔点。
12.权利要求1的方法，其中所述泡沫具有如下的至少一层，所述层的平均厚度为约0.01cm至约2.5cm。
13.权利要求1的方法，其中除去所述沫中的至少部分水以产生泡沫，得到残留水为0至20％重量的泡沫。
14.一种泡沫，所述泡沫包含：
基于热塑性的、纤化的、非微孔的结构；
其中所述泡沫具有约0.02g/cm3至约0.07g/cm3的平均密度。
15.权利要求14的泡沫，其中所述泡沫包含约10％重量至约60％重量的纤维。
16.权利要求15的泡沫，其中所述纤维包括聚乙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，聚丙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，合成浆，或它们的组合。
17.权利要求15的泡沫，其中所述纤维的平均长度为约0.5mm至约20mm。
18.权利要求15的泡沫，其中所述纤维的至少约50％的表面区域涂布有热塑性树脂。
19.权利要求18的泡沫，其中所述热塑性树脂是至少部分交联的。
20.权利要求18的泡沫，其中所述热塑性树脂包括聚烯烃。
21.权利要求14的泡沫，其中所述泡沫的平均厚度为约0.01cm至约2.5cm。
22.权利要求14的泡沫，其中所述泡沫的渗入穿透速率为0.1至10秒。
23.权利要求14的泡沫，其中所述泡沫的渗入穿透速率为1至4秒。
24.权利要求14的泡沫，所述泡沫还包含超吸收性聚合物。
25.一种吸收制品，所述吸收制品选自婴儿尿布、女性卫生用品、成人失禁用品、伤口敷垫、外科海绵、医用服装、外科织物、擦拭毛巾、擦拭海绵和食物包装垫，所述吸收制品包含权利要求14的泡沫。
26.从含水分散体产生热塑性泡沫的方法，所述含水分散体包含热塑性树脂、水和分散体稳定剂，所述方法包括：
将至少一种沫稳定表面活性剂加到所述含水分散体中，形成混合物；
将纤维加到所述混合物中；
使所述混合物发泡，产生沫；以及
除去所述沫中的至少部分水，产生泡沫；
其中所产生的泡沫包含20％重量或更少的残留水；以及
其中所产生的泡沫具有非微孔纤化形态。
27.权利要求26的方法，其中所形成的泡沫包含0至10％重量的残留水。
28.权利要求26的方法，其中所形成的泡沫包含0至8％重量的残留水。
29.权利要求26的方法，其中所述分散体稳定剂包括脂肪酸。
30.权利要求26的方法，其中所述沫稳定表面活性剂包括纤维素。
31.权利要求26的方法，所述方法还包括用所述沫的层涂布至少部分底材。
32.权利要求26的方法，其中所述分散体所包含的热塑性树脂和分散体稳定剂按所述分散体的体积计为约25至约74％。
33.权利要求26的方法，其中所述分散体所包含的热塑性树脂和分散体稳定剂在排除任何填充剂的情况下按重量计为约40至约55％。
34.权利要求33的方法，其中所述热塑性树脂包括聚烯烃。
35.权利要求26的方法，其中所述泡沫所包含的纤维基于所述热塑性树脂和纤维的合并重量为约10％重量至约60％重量。
36.权利要求26的方法，其中所述纤维包括聚乙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，聚丙烯均聚物、共聚物或多嵌段互聚物，合成浆，或它们的组合。
37.权利要求26的方法，其中所述纤维的平均长度为约0.5mm至约20mm。
38.权利要求26的方法，其中所述纤维的熔点大于所述热塑性树脂的熔点。
39.权利要求26的方法，其中所述泡沫具有如下的至少一层，所述层的平均厚度为约0.01cm至约2.5cm。
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