CN102307727A - 水溶性多层材料、由其制成的制品及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开水溶性多层材料和由这些材料制成的制品。本发明还公开制造和使用水溶性多层材料和制品的方法。

Description

水溶性多层材料、由其制成的制品及其制造和使用方法
本申请以(i)Eastern Technologies，Inc.(美国公司)和(ii)GlobalResources International，Inc.(美国公司)名义提交为PCT InternationalPatent Application(国际专利申请)，并要求美国临时专利申请61/115,243的优先权，其标题为“WATER-SOLUBLE，MULTI-LAYER MATERIALS，ARTICLES MADE THEREFROM，AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME”(水溶性多层材料、由其制成的制品及其制造和使用方法)，提交于2008年11月17日。
发明领域
本发明主要涉及水溶性多层材料和由其制成的制品。本发明还主要涉及制造水溶性多层材料和由其制成的制品的方法，以及使用水溶性多层材料和制品的方法。
发明背景
提供阻挡层的材料用于多种应用。例如，用于不同工业的保护衣物、手术室长外衣和手术室布帘已知由不同提供阻挡层材料制成，所述材料包括但不限于
Figure BPA00001406503200011
非织造聚丙烯材料，购自DuPont(Wilmington，DE)。然而，已知的提供阻挡层材料有多个缺点。例如，已知的提供阻挡层材料有一个或多个以下缺点：(1)该材料不为水溶性，这限制处理选择性；(2)该材料具有有限的水蒸气透过率(WVTR)，用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定，一般小于约1000g/24hr/m2；和/或(3)该材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定大于约1000g/24hr/m2的WVTR，但不提供针对粒状材料(例如粒状放射性材料)的足够的阻挡层保护性质。
在本领域需要透气的提供阻挡层材料，该材料(1)为水溶性，合乎需要完全为水溶性，(2)具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定大于约1000g/24hr/m2的WVTR，和(3)针对粒状材料(例如粒状放射性材料)提供优良的阻挡层保护性质。
发明概述
本发明涉及水溶性透气材料和由其制成的制品。本发明的水溶性透气材料提供一个或多个以下特征：(1)在热水中通过增溶被处理的能力；(ii)通过具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定大于约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)提供优良透气性的能力，和(iii)针对粒状材料(例如粒状放射性材料)提供优良阻挡层保护的能力。
根据本发明的一个示例性实施方案，水溶性透气材料包括，沿着该材料第一表面延伸的第一水溶性非织造织物层，所述第一水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维；和结合到所述第一水溶性非织造织物层的水溶性聚乙烯醇薄膜层，所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本不含任何粒状材料，其中所述材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
本发明还涉及包括水溶性透气材料的衣物的制品。在一个示例性实施方案中，衣物制品包括，沿着制品第一暴露主表面延伸并形成制品第一暴露主表面的第一水溶性非织造织物层，所述第一水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维；和结合到第一水溶性非织造织物层并形成与第一暴露主表面相对的制品第二暴露主表面的水溶性聚乙烯醇薄膜层，所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本不含任何粒状材料，其中所述制品具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
本发明还涉及制造水溶性透气材料的方法。在一个示例性实施方案中，制造水溶性透气材料的方法包括，将(i)包含水溶性聚乙烯醇纤维的第一水溶性非织造织物层和(ii)水溶性聚乙烯醇薄膜层送入高频熔接装置，所述高频熔接装置包括一对压料辊，所述压料辊包括(i)第一辊，所述第一辊沿着第一辊外表面具有多个凸出，和(ii)第二辊，所述第二辊具有基本平滑表面，所述高频熔接装置跨第一辊的凸出和第二辊的基本平滑表面之间的辊隙区域提供高频能量；并通过高频能量使第一水溶性非织造织物层结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层，其中所得材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
本发明更进一步涉及使用水溶性透气材料的方法。在本发明的一个示例性实施方案中，所述方法包括以下步骤，用一种水溶性透气材料形成制品，所述水溶性透气材料包括沿着制品第一暴露主表面延伸并形成制品第一暴露主表面的第一水溶性非织造织物层，所述第一水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维；和结合到第一水溶性非织造织物层并形成与第一暴露主表面相对的制品第二暴露主表面的水溶性聚乙烯醇薄膜层，所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本不含任何粒状材料，其中所述制品具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。示例性制品包括但不限于衣物制品(如连裤工作服和手术服(scrub))和手术室盖布和长外衣。
在研究公开实施方案的以下详细说明和附加权利要求后，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见。
附图简述
现在进一步关于附图描述本发明，其中：
图1描绘本发明的示例性水溶性透气材料的横截面图；
图2描绘本发明的另一种示例性水溶性透气材料的横截面图；
图3描绘图1所示示例水溶性透气材料的横截面的展开图；
图4A-4B描绘包含图1或图2中所示示例性水溶性透气材料的示例性制品的视图；
图5描绘形成图1所示示例性水溶性透气材料的示例性工艺流程；并且
图6A-6B描绘通过图5中所示示例性方法形成的本发明的示例性水溶性透气材料的顶视图和侧视图。
发明详述
本发明涉及水溶性透气材料和由其制成的水溶性制品。本发明还涉及制造和使用水溶性透气材料的方法和制造和使用包含水溶性透气材料的制品的方法。本发明的水溶性透气材料特别用于制造衣物制品(例如，连裤工作服、手术服、裤子、衬衣、手套、手套衬里等)和用于手术室布置的制品(例如，布帘、长外衣等)。本发明的水溶性透气材料可包括两个或更多个不同的材料层，各层对所得水溶性透气材料提供所需的性质。
图1显示本发明的示例性水溶性透气材料10。示例性水溶性透气材料10包括第一水溶性非织造织物层11，第一水溶性非织造织物层11包含沿着结合表面14结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层12的水溶性聚乙烯醇纤维115。如以下进一步讨论，水溶性聚乙烯醇薄膜层12不含任何粒状材料。换句话讲，水溶性聚乙烯醇薄膜层12只包含聚乙烯醇薄膜材料(即，基本由其组成或由其组成)。
在示例性水溶性透气材料10中，第一水溶性非织造织物层11形成第一暴露主表面110，而水溶性聚乙烯醇薄膜层12形成第二暴露主表面120。
图2显示本发明的另一种示例性水溶性透气材料20。示例性水溶性透气材料20包括第一水溶性非织造织物层11，第一水溶性非织造织物层11包含沿着结合表面14结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层12的水溶性聚乙烯醇纤维115。示例性水溶性透气材料20进一步包括第二水溶性非织造织物层13，第二水溶性非织造织物层13包含沿着结合表面15结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层12的水溶性聚乙烯醇纤维118。同样，水溶性聚乙烯醇薄膜层12不含任何粒状材料(即，基本由聚乙烯醇薄膜材料组成或由其组成，无其他加入的材料，如粒状材料)。
在示例性水溶性透气材料20中，第一水溶性非织造织物层11形成第一暴露主表面110，而第二水溶性非织造织物层13形成第二暴露主表面130。
如上所述，本发明的水溶性透气材料可包括两个或更多个不同的织物或薄膜材料层。以下提供合适的示例性织物或薄膜材料的详细说明。
I.水溶性透气材料
本发明的水溶性透气材料可包括但不限于一个或多个以下元件。
A.水溶性透气材料元件
本发明的水溶性透气材料可包括一个或多个以下元件。
1.第一水溶性非织造织物层
本发明的水溶性透气材料包括第一非织造织物层，例如，包含图1所示水溶性聚乙烯醇纤维115的示例性第一水溶性非织造织物层11。第一层非织造织物层为液体可渗透层，所述层能够使流体(例如，汗)与其外表面(例如，第一暴露主表面110)接触，以进入织物并离开外表面进入织物层的内部(例如，第一非织造织物层具有液体芯吸性质)。
水溶性聚乙烯醇纤维的第一非织造织物层可包括一个或多个相互邻近和/或相互结合定位的非织造织物材料亚层。在一个示例性实施方案中，第一非织造织物层包括含水溶性聚乙烯醇纤维的交叉重叠、射流喷网非织造织物。
合适的PVA纤维和制造PVA纤维的方法公开于美国专利5,181,967、5,207,837、5,268,222、5,620,786、5,885,907和5,891,812，其全部公开内容全文通过引用结合到本文中。用于本发明的合适水溶性聚乙烯醇纤维的实例为已通过后拉伸或加热退火高度结晶化的聚乙烯醇均聚物。任何市售聚乙烯醇纤维都适用于本发明，其包括但不限于购自SINOPEC SINCHUAN VINYLON WORKS Company(中国四川)、Fujian Textile and Chemical Fiber Group Co.Ltd.(中国福建)和Hunan Xiangwei Co.Ltd.(中国湖南)的聚乙烯醇纤维。
聚乙烯醇纤维由于其吸收特性和热水溶解性为特别优选。优选第一非织造织物层11的水溶解性温度显著高于体温，以便对一般体液为吸收性，但仍由于环境原因在升高温度水溶。优选第一非织造织物层11可溶于具有大于约37℃的水温的水。更优选第一非织造织物层11可溶于具有大于约50℃的水温的水。甚至更优选第一非织造织物层11可溶于具有大于约75℃的水温的水。甚至更优选第一非织造织物层11可溶于具有大于约90℃的水温的水。
第一非织造织物层的聚乙烯醇纤维合乎需要具有小于约100微米的平均纤维直径。更合乎需要第一非织造织物层的聚乙烯醇纤维具有约0.5微米至约40微米的平均纤维直径。甚至更合乎需要聚乙烯醇纤维具有约1.0微米至约30微米的平均纤维直径。
第一非织造织物层合乎需要具有小于约60克/平方米(gsm)的总基重(即，一个或组合的多个非织造织物亚层的基重)。更合乎需要第一非织造织物层具有约25gsm至约55gsm的总基重。甚至更合乎需要第一非织造织物层具有约45gsm的总基重。
第一非织造织物层可具有根据制品具体最终用途变化的总厚度(即，一个或组合的多个非织造织物亚层的厚度)。合乎需要第一非织造织物层具有小于约1000微米(μm)的总厚度。更合乎需要第一非织造织物层具有约10μm至约500μm的总厚度。甚至更合乎需要第一非织造织物层具有约20μm至约100μm的总厚度。
在一个示例性实施方案中，第一非织造织物层包括交叉重叠、射流喷网聚乙烯醇纤维织物，其中射流喷网织物具有约45gsm的基重。
2.水溶性聚乙烯醇薄膜层
本发明的水溶性透气材料进一步包括水溶性聚乙烯醇薄膜层，例如图1所示示例性水溶性透气材料10的示例性水溶性聚乙烯醇薄膜层12。水溶性聚乙烯醇薄膜层可包括一个或多个相互邻近和/或相互结合定位的聚乙烯醇材料亚层。
水溶性聚乙烯醇薄膜层(例如，示例性水溶性聚乙烯醇薄膜层12)包括不含粒状材料的聚乙烯醇。在一些实施方案中，水溶性聚乙烯醇薄膜层基本由聚乙烯醇薄膜材料组成。在其他实施方案中，水溶性聚乙烯醇薄膜层由聚乙烯醇薄膜材料组成。
水溶性聚乙烯醇薄膜层(例如，示例性水溶性聚乙烯醇薄膜层12)不透液体，但透蒸气(例如，水蒸气)(即，透气)，以便气体和蒸气可通过该层，但液体和粒状材料不能通过。适用于本发明的市售聚乙烯醇薄膜材料包括但不限于购自Kuraray Co.，Ltd.(日本)的聚乙烯醇薄膜材料。
水溶性聚乙烯醇薄膜层(例如，示例性水溶性聚乙烯醇薄膜层12)(和整个制品，例如示例性水溶性透气材料10)合乎需要地可溶于具有大于约37℃的水温的水(或大于约50℃，或大于约75℃，或大于约90℃)。
水溶性聚乙烯醇薄膜层可具有根据制品具体最终用途变化的总厚度(即，一个或组合的多个聚乙烯醇薄膜亚层的厚度)。合乎需要水溶性聚乙烯醇薄膜层具有小于约100微米(μm)的总厚度。更合乎需要水溶性聚乙烯醇薄膜层具有约10μm至约64μm的总厚度。甚至更合乎需要水溶性聚乙烯醇薄膜层具有约10μm至约25μm的总厚度。在一个示例性实施方案中，水溶性聚乙烯醇薄膜层具有约15μm的总厚度。
水溶性聚乙烯醇薄膜层合乎需要具有小于约45克/平方米(gsm)的总基重(即，一个或组合的多个聚乙烯醇薄膜亚层的基重)。更合乎需要聚乙烯醇薄膜层具有约5gsm至约45gsm的总基重。甚至更合乎需要聚乙烯醇薄膜层具有约20gsm至约35gsm的总基重。
至少一部分水溶性聚乙烯醇薄膜层结合到至少一部分上述第一非织造织物层。在一个示例性实施方案中，如图1所示的示例性水溶性透气材料10，水溶性聚乙烯醇薄膜层沿着结合表面14以均匀方式(例如，点结合)结合到第一非织造织物层。在其他实施方案中，水溶性聚乙烯醇薄膜层可在所需的区域结合到第一非织造织物层，其可以沿着结合表面14均匀分布也可以不均匀分布。
用于形成示例性水溶性透气材料10的透气未拉伸水溶性聚乙烯醇薄膜一般具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少1000g/24hr/m2但用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定小于约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
水溶性聚乙烯醇薄膜层可包括聚乙烯醇基质，并且在整个聚乙烯醇基质内分布有一种或多种任选的添加剂(例如，颜料、抗微生物剂等)。在一个示例性实施方案中，聚乙烯醇薄膜层包括聚乙烯醇基质，所述聚乙烯醇基质包含约95％重量至100％重量聚乙烯醇和约5％重量至0％重量一种或多种添加剂(例如，颜料、抗微生物剂等)。一般聚乙烯醇薄膜层包括聚乙烯醇基质，所述聚乙烯醇基质包含100％重量聚乙烯醇和0％重量一种或多种添加剂。
在一个所需的实施方案中，聚乙烯醇薄膜层包括购自KurarayCo.，Ltd.(日本)的光学透明聚乙烯醇薄膜。
3.第二水溶性非织造织物层
本发明的水溶性透气材料可进一步包括第二水溶性非织造织物层，例如图2所示示例性水溶性透气材料20的示例性第二水溶性非织造织物层13。第二水溶性非织造织物层优选为液体可渗透层，以便使流体能够与制品的外表面接触，以进入织物层并离开织物层的外表面(例如，第二非织造织物层具有液体芯吸性质)。
水溶性透气材料的第二水溶性非织造织物层存在时，它一般类似于(如果不同于)上述第一水溶性非织造织物层。在一个示例性实施方案中，第二水溶性非织造织物层基本与第一水溶性非织造织物层相同。在其他实施方案中，第一和第二水溶性非织造织物层相互不同，以给予所得水溶性透气材料20组合性质。例如，在一个示例性实施方案中，第二水溶性非织造织物层13用防水处理法处理，而第一水溶性非织造织物层11不经处理。所得水溶性透气材料具有为防水性的(即疏水性的)第二主外表面130和为吸水性的(即亲水性的)第一主外表面110。
与第一水溶性非织造织物层一样，第二水溶性非织造织物层可包括一个或多个相互邻近和/或相互结合定位的水溶性非织造织物材料亚层。在一个示例性实施方案中，第二水溶性非织造织物层包括含水溶性聚乙烯醇纤维的交叉重叠、射流喷网水溶性织物。
与第一水溶性非织造织物层一样，第二水溶性非织造织物层13合乎需要可水溶于具有大于约37℃的水温的水(或大于约50℃，或大于约75℃，或大于约90℃)。
第二水溶性非织造织物层存在时，它合乎需要具有小于约60克/平方米(gsm)的总基重(即，一个或组合的多个非织造织物亚层的基重)。更合乎需要第二水溶性非织造织物层具有约25gsm至约55gsm的总基重。甚至更合乎需要第二水溶性非织造织物层具有约45gsm的总基重。
第二水溶性非织造织物层可具有根据制品具体最终用途变化的总厚度(即，一个或组合的多个非织造织物亚层的厚度)。合乎需要第二水溶性非织造织物层具有小于约1000微米(μm)的总厚度。更合乎需要第二水溶性非织造织物层具有约10μm至约500μm的总厚度。甚至更合乎需要第二水溶性非织造织物层具有约20μm至约100μm的总厚度。
在一个示例性实施方案中，第二水溶性非织造织物层包括交叉重叠、射流喷网聚乙烯醇纤维织物，其中所述射流喷网织物具有约45gsm的基重。
4.添加剂
任何上述水溶性层可进一步包含一种或多种添加剂，所述添加剂涂覆于或加入用于形成单独层的一种或多种材料中。合适的添加剂包括但不限于抗微生物剂、着色剂(例如，颜料)、软化剂、增加或减小特定元件层的摩擦系数的添加剂、增加特定元件层的亲水性的添加剂、阻燃剂等。在本发明的一个所需实施方案中，上述水溶性层的一个或多个元件包含在其中加入的抗微生物剂。合适的抗微生物剂包括但不限于三氯生和以商标购自Microban International，Ltd.(New York，NY)的其他抗微生物剂。
在一个示例性实施方案中，第一水溶性非织造织物层11、水溶性聚乙烯醇薄膜层12和任选的第二水溶性非织造织物层13可分别独立包含一种或多种上述添加剂，如以商标
Figure BPA00001406503200102
购得的抗微生物剂。
可将各种添加剂加到聚合物熔融物并挤出，以使添加剂结合到纤维或薄膜元件。或者，在织物或薄膜形成过程期间或之后，可使一种或多种添加剂涂覆到纤维或薄膜上。一般在存在时，一种或多种添加剂的每一种以基于纤维、薄膜或织物总重量小于约1.0％重量的量存在。
B.水溶性透气材料特征
通过组合一种或多种上述元件，本发明的水溶性透气材料具有一种或多种以下特征。
1.水溶解性
如上讨论，本发明的水溶性透气材料为水溶性。合乎需要本发明的水溶性透气材料可水溶于具有大于约37℃的水温的水(或大于约50℃，或大于约75℃，或大于约90℃)。
2.意外地高的水蒸气透过率
本发明的水溶性透气材料也具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定意外地高的水蒸气透过率(WVTR)。如上提到，水溶性聚乙烯醇薄膜层(例如，水溶性聚乙烯醇薄膜层12)一般具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少1000g/24hr/m2但小于约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。本发明的水溶性透气材料(例如，水溶性透气材料10和20)具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少1000g/24hr/m2且一般大于约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
在本发明的一些实施方案中，水溶性透气材料(例如，水溶性透气材料10和20)具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。在本发明的其他实施方案中，水溶性透气材料(例如，水溶性透气材料10和20)具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约3000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。在本发明的还其他实施方案中，水溶性透气材料(例如，水溶性透气材料10)具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约4000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
由于总材料结构和下述通过材料结构的一种或多种输送机制(例如，扩散、吸收、解吸、对流等)，相信本发明的水溶性透气材料(例如，水溶性透气材料10和20)具有意外地高的水蒸气透过率(WVTR)。如图3所示，水蒸气31(例如，汗蒸气)与示例性水溶性透气材料10的第一主外表面110接触。最接近穿着者皮肤(未显示)的第一水溶性非织造织物层11由极亲水聚乙烯醇纤维115组成，因此产生相对较大表面积。很多聚乙烯醇纤维115之间的这种大表面积和毛细管增加第一水溶性非织造织物层11的吸水能力。
水滴16在第一水溶性非织造织物层11的聚乙烯醇纤维115内形成，并且由于第一水溶性非织造织物层11的芯吸性质，其迁移进入与结合表面14和水溶性聚乙烯醇薄膜层12相邻的第一水溶性非织造织物层11的区域111。水沿着结合表面14进入水溶性聚乙烯醇薄膜层12，并沿着结合表面14在水溶性聚乙烯醇薄膜层12内形成高水分浓度区域121。高水分浓度区域121内的水朝向水溶性聚乙烯醇薄膜层12的第二主外表面120快速扩散进入低水分浓度区域122，如箭头125所示。由于水溶性聚乙烯醇薄膜层12的大表面积(可压印，以进一步增加第二主外表面120的外表面积，如图3所示)，水分然后从第二主外表面120蒸发进入空气，如箭头126所示。最后，在发生的所有形式的水分输送之间达到稳态平衡条件，并且这些水分输送形式之间的偶合作用变得不太显著。
3.粒状放射性材料透过率
虽然本发明的水溶性透气材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定意外地高的水蒸气透过率(WVTR)，但本发明的水溶性透气材料(和由其制成的制品，例如，连裤工作服、手术服等)对粒状材料(如粒状放射性材料)提供阻挡，如用试验方法EN 1073-2：2002测定，具体地讲，试验方法EN 1073-2：2002的5.1.4、5.2和5.3项测定。
本发明的水溶性透气材料符合试验方法EN 1073-2：2002的5.1.4项的预调节试验，如试验方法中所述，即，使水溶性透气材料：
(a)暴露于(-30±3)℃温度4小时，并使其返回到环境条件；随后
(b)在95％相对湿度暴露于(60±3)℃大气4小时，然后使其返回到环境条件。
根据试验方法EN 1073-2：2002的5.1.4项的预调节试验，本发明的水溶性透气材料(和由其制成的制品，例如，连裤工作服、手术服等)不显示任何可见的损伤或磨损的迹象。
保护性衣物，如由本发明的水溶性透气材料制成的连裤工作服和手术服，也符合试验方法EN 1073-2：2002的5.2项的实际执行试验，如试验方法所述，即，
4.1.2保护性衣物的设计应使得该保护性衣物直接穿戴和脱掉，并应使污染风险和生理应激最小化。试验根据“实际执行试验”在以下表1中所示条件下进行。
表1.实际执行试验条件
  套服尺寸   不同
  穿着者   不同
  温度(℃)   19.9
  湿度(％)   38.1
  噪音(dBA)   ＜60
在此试验下，各穿着者穿用合适尺寸的套服，然后在跪下姿势或弯腰姿势进行铲挖运动。根据试验方法EN 1073-2：2002的5.2项的实际执行试验，由本发明的水溶性透气材料形成的保护性衣物不显示任何可见的损伤或磨损的迹象。
由本发明的水溶性透气材料制成的保护性衣物，如连裤工作服和手术服(以及本发明的水溶性透气材料本身)，在用试验方法EN1073-2：2002的5.3项的总向内渗漏试验时，还符合第1类装置的粒状放射性材料穿透需要。以下表2提供在一个或多个活动执行期间在特定套服内三个取样位置检测的粒状放射性材料的向内渗漏的分级和最大平均值。
表2.总向内渗漏标准
在此试验下，用BS EN ISO 13982-1/2中定义的总向内渗漏方法测定特定套服内的盐浓度，作为套服穿着者(1)站立、(2)步行和(3)下蹲时给予套服的挑战(challenge)浓度的百分数。在以下套服区域进行检测：(1)膝盖区域，(2)腰部区域，和(3)胸部区域。
本发明的水溶性透气材料和由其制成的保护性衣物对下蹲提供约12(或约11，或约10，或约9，或约8)一个活动的总向内渗漏的最高平均值，和约10(或约19，或约8，或约7，或约6)的所有活动的平均值，这等于约20(或约18，或约16，或约14，或约12，或约10，或约8，或约6)的标称保护因数，以符合第1类装置(例如，本发明的水溶性透气材料片或由其制成的保护性衣物)的需要。
II.水溶性透气制品
本发明的水溶性透气材料可用于形成各种水溶性透气制品。可用本发明的上述水溶性透气材料形成的合适制品包括但不限于衣物制品(例如，连裤工作服、手术服、鞋套、鞋靴(booties)、衬衣、裤子、面具等)、长外衣、患者盖布和手术室设备盖布。示例性衣物制品(即，连裤工作服)由图4A-4B所示本发明的水溶性透气材料形成。本文所用术语“连裤工作服”是指基本覆盖全部人体的衣物。
如图4A和4B所示，示例性连裤工作服40包括一片或多片材料411(例如，本发明的水溶性透气材料片)、衣领412、封闭系统413(例如，拉链)、衣袖414、裤腿415和用于使单独片材411相互连接的一个或多个接缝417。图1A描绘示例性连裤工作服10的正视图，而图1B描绘示例性连裤工作服40的后视图。连裤工作服40基本覆盖穿着者手、脚和头以外的全部穿着者身体(未显示)。在某些情况下，连裤工作服40可包括用于覆盖穿着者手(例如，手套)、脚(例如，鞋靴)和/或头(例如，兜帽)的另外的部分。所述另外的部分可整体连接到连裤工作服，或者可附到连裤工作服。
本发明的水溶性透气材料也可用于形成水溶性手术服。本文所有术语“手术服”是指常规用于医学工业的衣物制品。术语“手术服”包括(i)一般具有V颈短或长衣袖和最多约6个衣袋(一般一个衣袋)的工作服状衬衫，和(ii)具有长或短裤腿和最多约4个衣袋(一般两个衣袋)的裤的组合。
III.制造水溶性透气材料和由其制成的制品的方法
本发明还涉及制造水溶性透气材料和由其制成的水溶性制品的方法。用于形成不同水溶性透气材料的任何上述单独层(和由其制成的水溶性制品)可用常规方法形成。例如，聚乙烯醇薄膜层可通过任何薄膜形成方法形成，所述方法包括但不限于薄膜挤出法、从溶液的薄膜形成法和薄膜吹塑法等。含纤维的层，如第一非织造织物层和任选的第二非织造织物层，可用常规方法形成，所述方法包括但不限于熔喷法、纺粘法、射流喷网法、水力缠结法、粗梳法、针刺法等。
可用任何常规结合技术使薄膜和织物层彼此结合，所述技术包括但不限于热结合法、粘合剂结合、机械结合等。在本发明的一个示例性实施方案中，聚乙烯醇薄膜层可用常规点结合设备结合到一个或多个非织造织物层，其中用热结合使聚合物薄膜层结合到非织造织物层之一或两者。在本发明的另一个示例性实施方案中，聚乙烯醇薄膜层可用高频(例如，超声)点结合装置结合到一个或多个非织造织物层，其中用结合使聚乙烯醇薄膜层结合到一个或多个非织造织物层。结合度、单独点结合大小和点结合的密度根据需要改变。
在一个所需的实施方案中，制造本发明的水溶性透气材料的方法包括利用高频结合或熔接技术。在此示例性实施方案中，制造水溶性透气材料的方法包括，将(i)包含水溶性聚乙烯醇纤维的第一水溶性非织造织物层和(ii)水溶性聚乙烯醇薄膜层送入高频熔接装置，所述高频熔接装置包括一对压料辊，所述压料辊包括(i)第一辊，所述第一辊沿着第一辊外表面具有多个凸出，和(ii)第二辊，所述第二辊具有基本平滑表面，所述高频熔接装置跨第一辊的凸出和第二辊的基本平滑表面之间的辊隙区域提供高频能量；并通过高频能量使第一水溶性非织造织物层结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层，其中所得材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2(或至少约3000g/24hr/m2或至少约4000g/24hr/m2)的水蒸气透过率(WVTR)。
在另一个所需的实施方案中，制造本发明的水溶性透气材料的方法包括，将(i)包含水溶性聚乙烯醇纤维的第一水溶性非织造织物层，(ii)水溶性聚乙烯醇薄膜层，和(iii)包含水溶性聚乙烯醇纤维的第二水溶性非织造织物层送入上述高频熔接装置；并通过高频能量使第一水溶性非织造织物层结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层和第二水溶性非织造织物层，其中所得材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2(或至少约3000g/24hr/m2)的水蒸气透过率(WVTR)。
形成本发明的上述水溶性透气材料的示例性方法显示于图5中。如图5中所示，示例性方法50包括以下程序部件：PVA薄膜展开站51、PVA薄膜自动张力控制装置52、PVA非织造织物展开站53、PVA非织造织物自动张力控制装置54、超声熔接器和压力调整器55、辊56、复合产品自动张力控制装置57和复合产品接收和自动校正装置58。
在高频结合或熔接技术或超声层压技术中，可根据所需结合强度、结合材料、线速度等使用约80至约130HZ的频率。一般线速度可以为约20至约30米/分钟(mpm)。
图6A-6B分别描绘通过图5中所示示例性方法形成的本发明的示例性水溶性透气材料的顶视图和侧视图。如图6A所示，示例性水溶性透气材料60具有沿着主外表面62分布的多个点结合部61。点结合部61沿着主外表面62的密度(数/单位面积)可根据所需结合度变化。如图6B所示，点结合部61导致示例性水溶性透气材料60(包括含点结合到水溶性聚乙烯醇薄膜层67的水溶性聚乙烯醇纤维115的第一水溶性非织造织物层66)的总厚度在点结合部位置减小。
可在本发明中使用多种高频结合或熔接装置。合适类型高频结合或熔接装置可从一些公司购得，例如Chase Machine & Engineering，Inc.(West Warwick，RI)。
可使用其他结合方法，虽然高频结合或熔接为所需结合方法。其他合适结合方法包括但不限于用或不用压力热(heat)/热量(thermal)结合和用胶状物质粘合剂结合。
IV.使用水溶性制品的方法
本发明还涉及使用上述水溶性透气材料和由其制成的制品的方法。在一个示例性实施方案中，方法包括在人和核工业中产生的放射性物质之间提供阻挡层的方法。在此示例性实施方案中，方法包括用上述水溶性透气材料之一形成衣物制品(例如，连裤工作服、手术服、手套、手套衬里等)，并用该衣物制品在核工业中作为保护性衣物。
在另一个示例性实施方案中，方法包括在患者和手术室布置中的设备件之间提供阻挡层的方法，其中该方法包括以下步骤，在至少一部分设备件上布置由上述水溶性透气材料之一形成的设备盖布，以使患者从至少一部分设备件分离。一般用设备盖布覆盖整个设备件。在一个所需的实施方案中，设备件包括手术室台和/或手术室台垫。
在另一个示例性实施方案中，方法包括在手术程序期间覆盖患者的方法，以在患者和例如医生之间提供阻挡层，并且/或者使患者身上的手术部位暴露，同时覆盖至少一部分其余患者身体(例如，通过患者盖布中的开口)。
使用后，可通过使水溶性制品暴露于使水溶性制品变得可溶的水温(例如大于约37℃，或大于约50℃，或大于约75℃，或大于约90℃)使其增溶，处理上述水溶性透气材料(和由其制成的制品)。
本发明进一步由以下实施例说明，这些实施例不以任何方式解释为对本发明范围的限制。相反，应清楚地了解，在阅读本文说明书后，建议对于本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和/或附加权利要求书的范围下可采用各种其他实施方案、改进和相当。
实施例1
聚乙烯醇薄膜的制备
制备包含约15％重量聚乙烯醇(PVOH丸粒，购自Fujian Textileand Fiber Group(中国福建)，产品编码2499)和85％重量水的水溶液。将该水溶液在约85至95℃掺合温度掺合约1.5小时。然后使经掺合的混合物沉积于具有约1米(m)的表面宽度的移动平表面上，以形成具有约30μm平均涂层厚度的涂层。用水溶液覆盖的移动平表面移动通过具有约98℃烘箱温度的循环烘箱。使特定平方米的水溶液经过约98℃烘箱温度约12分钟，以从水溶液去除水，并得到聚乙烯醇薄膜。所得聚乙烯醇薄膜离开烘箱，从移动表面分离，并以卷状以薄膜上最小张力(即，没有拉伸)使其卷绕。
所得未拉伸聚乙烯醇薄膜包含100％重量聚乙烯醇，并且具有约15微米(μm)的薄膜厚度。所得未拉伸聚乙烯醇薄膜具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定约1168g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
实施例2
制备非织造PVA材料
用常规射流喷网法形成包含水溶性聚乙烯醇纤维的非织造织物。所得非织造聚乙烯醇织物包含100％重量聚乙烯醇，并且具有约45克/平方米(gsm)的基重。
实施例3
制备水溶性透气双层压材料
在实施例1中形成的未拉伸聚乙烯醇薄膜和实施例2中形成的水溶性PVA非织造织物分别独立送入高频结合装置。该高频结合装置包括(i)具有约1.6米宽度的第一辊且沿着第一辊外表面具有数千个圆柱形凸出，和(ii)具有约1.6米宽度和基本平滑表面的第二辊。各圆柱形凸出在第一辊和第二辊之间的接触点提供约120Hz频率的高频能量，以向辊间通过的材料提供高频能量。两个辊都具有约45.7厘米(cm)(18英寸)的辊直径。
将未拉伸聚乙烯醇薄膜和非织造的交叉重叠射流喷网聚乙烯醇纤维网以约25米/分(mpm)的线速度送过高频结合装置。各凸出提供具有约0.64mm2的平均结合面积的高频结合区域，并且每cm2约16个结合区域。
所得双层压材料复合材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定约4139g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)，并且为热水可溶。所得双层压材料复合材料也在10分钟内溶于具有90℃水温的热水。
使所得双层压材料复合材料形成具有图4A-4B所示结构的连裤工作服，然后使用试验方法EN 1073-2：2002，且具体为试验方法EN1073-2：2002的5.1.4、5.2和5.3项，测试粒状放射性材料阻挡层性质。
水溶性透气连裤工作服符合试验方法EN 1073-2：2002的5.1.4项的预调节试验，如试验方法中所述。根据预调节试验，水溶性透气连裤工作服不显示任何可见的损伤或磨损的迹象。
水溶性透气连裤工作服也符合试验方法EN 1073-2：2002的5.2项的实际执行试验。根据试验方法EN 1073-2：2002的5.2项的实际执行试验，水溶性透气连裤工作服不显示任何可见的损伤或磨损的迹象。
在用试验方法EN 1073-2：2002的5.3项的总向内渗漏试验时，水溶性透气连裤工作服还符合第1类装置的粒状放射性材料穿透需要。水溶性透气连裤工作服提供对下蹲约12的一个活动的总向内渗漏的最高平均值，和约10的所有活动的平均值，这等于约20的标称保护因数。
实施例4
制备透气水溶性三层压材料
重复实施例3的步骤，不同之处在于，将实施例1中形成的未拉伸聚乙烯醇薄膜沿着实施例2中形成的水溶性PVA非织造织物的两个外层送入高频结合装置中。
所得三层压材料复合材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定约3118g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。所得三层压材料复合材料也在10分钟内溶于具有90℃水温的热水。
虽然本说明书已关于其具体实施方案进行详细描述，但应了解，在理解前述内容后，本领域的技术人员可很容易想到这些实施方案的变化、变动和等价物。因此，本发明的范围应评价为附加权利要求及其任何等价物的范围。

Claims (23)

1.一种水溶性多层材料，所述水溶性多层材料包括：
沿着所述材料第一表面延伸的第一水溶性非织造织物层，所述第一水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维；和
结合到所述第一水溶性非织造织物层的水溶性聚乙烯醇薄膜层，所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本不含任何粒状材料；
其中所述材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
2.权利要求1的材料，其中所述材料具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约3000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
3.权利要求1或2的材料，其中所述材料具有用试验方法ASTME96方法B(2005)测定至少约4000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
4.权利要求1至3中任一项的材料，其中所述第一层包括交叉重叠射流喷网非织造织物。
5.权利要求1至4中任一项的材料，其中所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本由聚乙烯醇组成。
6.权利要求1至5中任一项的材料，其中所述材料可溶于具有大于50℃的水温的水。
7.权利要求1至6中任一项的材料，其中所述材料可溶于具有大于75℃的水温的水。
8.权利要求1至7中任一项的材料，其中所述材料可溶于具有大于90℃的水温的水。
9.权利要求1至8中任一项的材料，其中所述第一水溶性非织造织物层和所述水溶性聚乙烯醇薄膜层用高频熔接技术而不用另外的粘合剂相互结合。
10.权利要求1至9中任一项的材料，其中所述材料基本由所述第一水溶性非织造织物层和所述水溶性聚乙烯醇薄膜层组成。
11.权利要求1至10中任一项的材料，其中所述第一水溶性非织造织物层形成所述材料的第一暴露主表面，且所述水溶性聚乙烯醇薄膜层形成与所述第一暴露主表面相对的所述材料的第二暴露主表面。
12.权利要求1至9中任一项的材料，其中所述材料进一步包括：
沿着所述材料第二表面延伸并且结合到与所述第一水溶性非织造织物层相对的所述水溶性聚乙烯醇薄膜层的第二水溶性非织造织物层，所述第二水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维。
13.权利要求1至12中任一项的材料，其中所述材料在形成保护性衣物时用试验方法EN 1073-2：2002测定满足第1类装置的粒状放射性材料阻挡层性质需要。
14.一种衣物制品，所述衣物制品包括权利要求1至13中任一项的材料。
15.权利要求14的衣物制品，其中所述衣物制品包括连裤工作服。
16.一种衣物制品，所述衣物制品包括：
沿着所述制品的第一暴露主表面延伸并形成第一暴露主表面的第一水溶性非织造织物层，所述第一水溶性非织造织物层包含水溶性聚乙烯醇纤维；和
结合到所述第一水溶性非织造织物层并形成与所述第一暴露主表面相对的制品的第二暴露主表面的水溶性聚乙烯醇薄膜层，所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本不含任何粒状材料；
其中所述制品具有用试验方法ASTM E96方法B(2005)测定至少约2000g/24hr/m2的水蒸气透过率(WVTR)。
17.权利要求16的衣物制品，其中所述水溶性聚乙烯醇薄膜层基本由聚乙烯醇组成。
18.权利要求16或17的衣物制品，其中所述第一水溶性非织造织物层基本由交叉重叠、射流喷网非织造织物组成，所述非织造织物基本由聚乙烯醇纤维组成。
19.权利要求16至18中任一项的衣物制品，其中所述第一水溶性非织造织物层具有约30至约60gsm的基重，并且所述水溶性聚乙烯醇薄膜层具有约10μm至约30μm的薄膜厚度。
20.权利要求16至19中任一项的衣物制品，其中所述衣物制品包括连裤工作服。
21.权利要求16至19中任一项的衣物制品，其中所述衣物制品包括手术服。
22.权利要求16至21中任一项的衣物制品，其中所述衣物制品用试验方法EN 1073-2：2002测定满足第1类装置的粒状放射性材料阻挡层性质需要。
23.一种制备权利要求1至11中任一项的材料的方法，所述方法包括：
将第一水溶性非织造织物层和水溶性聚乙烯醇薄膜层送入高频熔接装置，所述高频熔接装置包括一对压料辊，所述压料辊包括(i)第一辊，所述第一辊沿着第一辊外表面具有多个凸出，和(ii)第二辊，所述第二辊具有基本平滑表面，所述高频熔接装置跨第一辊的凸出和第二辊的基本平滑表面之间的辊隙区域提供高频能量；并且
通过所述高频能量使所述第一水溶性非织造织物层结合到所述水溶性聚乙烯醇薄膜层。
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