CN107000361A - 具有经改善的粘结特征的非织造开孔弹性膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非织造复合材料，其包含在多个策略性几何形粘结点处粘结至非织造网的弹性膜以向终端用户提供触感图案、增强的透气性和舒适性。
Description
背景技术
通常将非织造弹性复合材料并入产品(例如尿布、训练裤、衣服等)中来改善它们更好地贴合身体轮廓的能力。例如，复合材料可由弹性膜和一种或多种非织造网材料形成。非织造网材料可接合至弹性膜，同时膜处于拉伸状态，使得非织造网材料在其松弛时可聚集在非织造网材料粘结至膜的位置之间。所得的弹性复合材料可以拉伸到这样的程度：在粘结位置之间聚集的非织造网材料允许弹性膜伸长。遗憾的是，对于穿戴者的皮肤而言，弹性膜可能会令人不愉悦且不舒服。为了改善这些性质，已尝试对复合材料开孔以增强透气性。弹性材料可例如在与粘结部位重合的各个区中开孔，使得第一网和第二网通过孔而接合。然而，尽管实现了有益效果，但过程可为耗时的，因此具有改善需求。
发明内容
本发明涉及一种非织造复合材料，其包含在多个离散粘结点处粘结至非织造网材料的弹性膜，所述粘结点构成整体非织造复合材料的小于约25％的总粘结表面积，并且其中所述膜包括大致邻近所述粘结点的多个孔，并且其中所述非织造复合材料包括多个未粘结区域以使得所述未粘结区域提供未粘结弹性膜，所述未粘结弹性膜被设置成邻近但未熔合至所述非织造网以使得所述未粘结区域在所述整体非织造复合材料中形成触感图案，所述非织造复合材料包含遍及所述复合材料重复的多个图案印记，其中所述图案印记如在CD方向上所测量以带宽度隔开约0.050英寸至约0.150英寸所述非织造复合材料的距离并且如在MD方向上所测量隔开约0.5英寸至约10.0英寸所述非织造复合材料的距离，并且其中所述图案印记包括一个或多个簇，所述簇包括针对所述粘结点的至少3个销，所述销设置在所述簇内以便围绕所述孔提供对所述膜的有角度的双向牵拉，从而增强透气性。本发明的非织造复合材料可包含图案印记，其中所述图案类似于诸如下列的多种图案：花形、正方形、圆形、星形、锯齿形、箭头、卡通人物、脸、气球、动物、自然物、波浪、漩涡、矩形、椭圆形、三角形、菱形、多边形和抽象形状。
附图说明
在说明书的其余部分中并参考附图更具体地提出了本发明全面并使之能够实施的公开内容，在附图中：
图1示出了根据本发明的可以使用的粘结图案的一个实施例。
图2示出了根据本发明的可以使用的粘结图案的另一个实施例。
图3为实例1中形成的样品的SEM显微照片(5kv，60x)，其示出通过根据本发明的可以使用的粘结图案的一个实施例形成的弹性膜中的孔。
图4为SEM显微照片(5kv，60x)，其示出通过线材编织粘结图案的条形成的弹性膜中的孔。
图5为SEM显微照片(5kv，60x)，其示出通过罗纹针织粘结图案的条形成的弹性膜中的孔。
图6为产生的膜缩回图案的并行比较的说明，
图6A：根据本发明的可以使用的粘结图案的一个实施例；
6B：通过线材粘结图案形成的粘结图案；和
6C：通过罗纹针织粘结图案形成的粘结图案。
图7为SEM显微照片(5kv，60x)，其示出根据本发明的经改善的粘结特征的一个实施例制备的非织造复合材料。
图8为SEM显微照片(5kv，60x)，其示出根据本发明的经改善的粘结特征的另一个实施例制备的非织造复合材料。
具体实施方式
定义
如本文所用，术语“非织造网”通常是指具有成夹层的但不是以可识别方式的(如在针织织物中)各纤维或线的结构的网。适合的非织造织物或网的例子包括但不限于熔喷网、纺粘网、粘合梳理网、气纺网、共成形网、水力缠结网等等。
如本文所用，术语“熔喷网”通常是指通过这样的工艺形成的非织造网，在该工艺中将熔融的热塑性材料通过多个细的、通常为圆形的模头毛细管作为熔融纤维挤出到会聚的高速气体(例如，空气)流中，空气流使熔融热塑性材料的纤维的直径减小，该直径可以为微纤维直径。之后，熔融的纤维由高速气体流携带并沉积在收集表面上以形成随机分散的熔融纤维的网。这样的工艺公开于例如授予Butin等人的美国专利第3,849,241号中，该专利以引用方式全文并入本文中以用于所有目的。一般来讲，熔喷纤维可以是基本上连续的或不连续的、直径通常小于10微米的并在沉积到收集表面上时通常发粘的微纤维。
术语“销”或“粘结销”是指用于将膜粘结或熔合至非织造网的辊元件。
术语“图案因子”限定图案角的角边缘与销的机器方向间距之间的关系。
如本文所用，“销面积”是指以直径度量的每个销的面积。
如本文所用，“销纵横比”为销相对于彼此的长/宽比。
如本文所用，“销取向”是指销相对于机器方向轴线的销的角度。
如本文所用，“销形状”为可根据非织造复合材料中所需的总体图案变化的销的形状。
如本文所用，术语“纺粘网”通常是指包含小直径的基本上连续的纤维的网。该纤维通过以下方式形成：将熔融的热塑性材料从多个细的、通常为圆形的且具有挤出纤维直径的喷丝头的毛细管挤出，然后通过例如引出拉伸(eductive drawing)和/或其他熟知的纺粘机制迅速变细。纺粘网的制备例如在授予Appel等人的美国专利号4,340,563、授予Dorschner等人的美国专利号3,692,618、授予Matsuki等人的美国专利号3,802,817、授予Kinney等人的美国专利号3,338,992、授予Kinney等人的美国专利号3,341,394、授予Hartman等人的美国专利号3,502,763、授予Levy的美国专利号3,502,538、授予Dobo等人的美国专利号3,542,615和授予Pike等人的美国专利号5,382,400中描述和示出。纺粘纤维在沉积到收集表面上时通常是不发粘的。纺粘纤维有时可具有小于约40微米的直径，并通常介于约5至约20微米之间。
如本文所用，术语“可延伸的”或“可延伸性”通常是指在外加力的方向上拉伸或延伸其松弛长度或宽度的至少约25％、在一些实施例中约50％以及在一些实施例中至少约75％的材料。可延伸的材料不一定具有恢复性。例如，弹性体材料为具有恢复性的可延伸材料。熔喷网可为可延伸的，但具有恢复性，因此未可延伸的非弹性材料。
如本文所用，术语“弹性体”和“弹性”是指在施加拉伸力后可在至少一个方向(诸如CD方向)上拉伸并在释放拉伸力后收缩/回到大约其原始尺寸的材料。例如，拉伸后的材料可具有比其松弛未拉伸长度大至少50％的拉伸长度，并将在释放拉伸力后回到其拉伸长度的至少50％以内。假想例将是这样一个一(1)英寸的材料样品：其可以拉伸到至少1.50英寸，并将在释放拉伸力后恢复到不超过1.25英寸的长度。有利地，材料收缩或恢复拉伸长度的至少50％，甚至更有利地至少80％。
如本文所用，术语“机器方向”或“MD”通常是指相对于材料长度方向生产材料的方向。术语“横机器方向”或“CD”是指垂直于机器方向的方向，或相对于材料宽度的方向。
如本文所用，术语“颈缩”和“颈缩材料”通常是指如下的任何材料，所述材料已在至少一个维度(例如机器方向)上牵伸以减小其横向尺寸(例如，横机器方向)以使得在移除牵伸力时可将材料牵拉回其初始宽度。颈缩材料与未颈缩材料相比通常具有较高的基重/单位面积。当颈缩材料被牵拉回其初始宽度，其应具有与未颈缩材料大致相同的基重。这与其中膜变薄并且基重减小的膜的取向不同。颈缩方法通常涉及使材料从供给辊退绕并使材料穿过以给定线速度驱动的制动压料辊组件。以比制动压料辊高的线速度运行的收卷辊或辊隙牵伸材料并且产生使材料伸长和颈缩所需的张力。
如本文所用，术语“热点粘结”通常是指例如通过使材料在图案化辊(例如，压延辊)与另一个可以或可以不图案化的辊(例如，砧辊)之间通过而执行的过程。通常对这两个辊之一或两者加热。
如本文所用，术语“超声粘结”通常是指例如通过使材料在超声变幅杆与图案化辊(例如，砧辊)之间通过而执行的过程。例如，通过使用静止的变幅杆和旋转的图案化砧辊而进行的超声粘结在授予Grgach等人的美国专利号3,939,033、授予Rust Jr.的美国专利号3,844,869和授予Hill的美国专利号4,259,399中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。此外，通过使用旋转式变幅杆与旋转式图案化砧辊进行的超声粘结在授予Neuwirth等人的美国专利号5,096,532、授予Ehlert的美国专利号5,110,403和授予Brennecke等人的美国专利号5,817,199中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。当然，任何其他超声粘结技术也可用于本发明。
应当指出，术语“粘结”和“层合”可互换使用来指膜附连到非织造网而获得本发明的增强的非织造复合材料的过程。
具体实施方式
虽然本说明书以特别指出且清楚地要求保护本发明的权利要求书结束，但是据信，通过以下说明将更好地理解本发明。
一般来讲，本发明涉及一种非织造复合材料，其包含在多个策略性几何形粘结点处粘结至非织造网的弹性膜以向终端用户提供触感图案、增强的透气性和舒适性。所述非织造复合材料包含层合至一种或多种非织造网材料的弹性膜，其中由于粘结的角度和间距，未粘结网区域留下有空隙的空间以形成图案化的触感特征，从而得到具有增强的透气性的非织造复合材料。通过使膜穿过用不同粘结销进行特定图案化的辊隙来形成复合材料，所述粘结销经特定取向和布置以将膜粘结至非织造网材料。在粘结形成的同时，孔也形成于弹性膜中。孔具有的尺寸足以向复合材料提供所需水平的纹理、软性、手感和/或美感，而对其弹性性质没有显著的不利影响。通过对层合过程的某些参数例如膜含量、粘结图案、膜张紧程度、粘结条件等进行选择性控制来在本发明中实现孔和粘结形成。另外，对粘结销例如粘结面积、销角度、销形状、销纵横比、销取向和销图案因子的关注和特定控制使得通过非织造网的未粘结区域的空隙不仅形成销的图案而且形成非织造复合材料内的所得图案。就这一点而言，现在将更详细地描述本发明的各种实施例。
I.弹性膜
本发明的弹性膜由一种或多种可熔融加工的、即热塑性的弹性体聚合物形成。多种热塑性弹性体聚合物中的任何一种通常可用于本发明，诸如弹性体聚酯、弹性体聚氨酯、弹性体聚酰胺、弹性体共聚物、弹性体聚烯烃等。在一个特定的实施例中，弹性体半结晶聚烯烃因其独特的机械和弹性体特性的独特组合而被使用。也就是说，此类半结晶聚烯烃的机械性能允许形成在热粘结期间容易开孔但仍保持其弹性的膜。半结晶聚烯烃具有或能够表现出基本上规则的结构。例如，半结晶聚烯烃可在其未变形状态下为基本上无定形的，但在拉伸时形成晶畴。示例性半结晶聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、它们的共混物和共聚物。尤其适合的聚乙烯共聚物是“线性的”或“基本上线性的”那些。术语“基本上线性的”意指：除了可归因于共聚单体的并入而产生的短链支链外，乙烯聚合物还在聚合物主链中包含长链支链。“长链支链”是指至少6个碳的链长。每条长链支链可具有与聚合物主链相同的共聚单体分布，并和其附接到的聚合物主链一样长。
虽然不是必需的，但是线性聚乙烯“塑性体”是尤其理想的，因为-烯烃短链支化含量使得乙烯共聚物既表现出塑性也表现出弹性体特征，即“塑性体”。由于与α-烯烃共聚单体的聚合降低结晶度和密度，因此所得的塑性体通常具有低于聚乙烯热塑性聚合物(例如，LLDPE)但接近和/或重叠弹性体的密度。用于本发明的优选塑性体是可以名称EXACTTM得自Houston，Texas的ExxonMobil Chemical Company的基于乙烯的共聚物塑性体。其他适合的聚乙烯塑性体可以名称ENGAGETM和AFFINITYTM得自Midland，Michigan的Dow ChemicalCompany。另外其他适合的乙烯聚合物可以名称DOWLEXTM(LLDPE)和ATTANETM(ULDPE)得自The Dow Chemical Company。其他适合的乙烯聚合物在授予Ewen等人的美国专利号4,937,299、授予Tsutsui等人的美国专利号5,218,071、授予Lai等人的美国专利号5,272,236和授予Lai等人的美国专利号5,278,272中有所描述。当然，本发明绝不受限于乙烯聚合物的使用。例如，丙烯聚合物也可适于用作半结晶聚烯烃。适合的塑性体丙烯聚合物可包括例如丙烯共聚物或三元共聚物，包括丙烯与α-烯烃(例如C3-C20)诸如乙烯、1-丁烯、2-丁烯、各种戊烯异构体、1-己烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十一烯、1-十二烯、4-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯、5-甲基-1-己烯、乙烯基环己烯、苯乙烯等的共聚物。丙烯聚合物的共聚单体含量可为约35重量％或更低，在一些实施例中约1重量％至约20重量％以及在一些实施例中约2重量％至约10重量％。优选地，聚丙烯(例如，丙烯/α-烯烃共聚物)的密度可以为0.91克每立方厘米(g/cm3)或更低，在一些实施例中从0.85至0.88g/cm3以及在一些实施例中从0.85g/cm3至0.87g/cm3。适合的丙烯聚合物可以从Texas的Houston的ExxonMobil Chemical Co.以名称VISTAMAXXTM；从Belgium的Feluy的Atofina Chemicals以名称FINATM(例如，8573)；从Mitsui Petrochemical Industries以TAFMERTM以及从Michigan的Midland的Dow ChemicalCo.以VERSIFYTM商购获得。适合的丙烯聚合物的其他例子在授予Datta等人的美国专利号6,500,563、授予Yang等人的美国专利号5,539,056和授予Resconi等人的美国专利号5,596,052中有所描述。
当然，其他热塑性聚合物也可用于单独地或与半结晶聚烯烃相结合来形成弹性膜。例如，可以使用基本上无定形的嵌段共聚物，该共聚物具有至少两个单烯基芳烃聚合物嵌段，这些嵌段被至少一个饱和共轭二烯聚合物嵌段分开。单烯基芳烃嵌段可包括苯乙烯及其类似物和同系物，诸如邻甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、1，3-二甲基苯乙烯对甲基苯乙烯等，以及其他单烯基多环芳族化合物，诸如乙烯基萘、乙烯基蒽等。优选的单乙烯基芳烃为苯乙烯和对甲基苯乙烯。共轭二烯嵌段可包括：共轭二烯单体的均聚物，两种或更多种共轭二烯的共聚物，以及一种或多种二烯与另一种单体的共聚物，其中嵌段主要是共轭二烯单元。优选地，共轭二烯包含从4至8个碳原子，诸如1，3-丁二烯(丁二烯)、2-甲基-1，3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1，3-丁二烯、1，3-戊二烯(戊间二烯)、1，3-己二烯等。
尤其适合的热塑性弹性体共聚物可以商品名得自Houston，Texas的Kraton Polymers LLC。另外其他适合的共聚物包括可以商品名称得自德克萨斯州休斯敦市的Dexco Polymers的S-I-S和S-B-S弹性体共聚物。另一种适合的是由A-B-A-B四嵌段共聚物构成的聚合物，诸如在授予Taylor等人的美国专利号5,332,613中所讨论的。
除了聚合物之外，本发明的弹性膜的各种层还可以包含如本领域已知的其他组分。在一个实施例中，例如，弹性膜包含填料。填料是可添加到膜聚合物挤出共混物中并且不会在化学上干扰膜，但可均匀分散在整个膜中的微粒或其他形式的材料。填料可起到多个目的，包括增强膜的不透明性和/或可呼吸性(即，蒸气可渗透的且基本上液体不可渗透的)。例如，填充后的膜可通过拉伸而成为可呼吸的，拉伸导致聚合物从填料分开并形成微孔通道。可透气的微孔弹性膜例如在授予McCormack等人的美国专利号5,997,981；美国专利号6,015,764；和美国专利号6,111,163；授予Morman等人的美国专利号5,932,497；授予Taylor等人的美国专利号6,461,457中有所描述。适合的填料的例子包括但不限于碳酸钙、各种粘土、二氧化硅、氧化铝、碳酸钡、碳酸钠、碳酸镁、滑石、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、二氧化钛、沸石、纤维素型粉末、高岭土、云母、碳、氧化钙、氧化镁、氢氧化铝、浆粉、木粉、纤维素衍生物、几丁质和几丁质衍生物。其他添加剂也可掺入膜中，诸如熔体稳定剂、加工稳定剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂、热老化稳定剂、增白剂、防结块剂、粘结剂、增粘剂、粘度调节剂等。
本发明的弹性膜可以为单层的或多层的。多层膜可通过层的共挤出、挤出涂布或通过任何常规的分层工艺制备。这样的多层膜通常包括至少一个基层和至少一个表皮层，但可以包括任何数量的所需的层。例如，多层膜可由基层和一个或多个表皮层形成，其中所述基层由半结晶聚烯烃形成。在此类实施例中，表皮层可由任何成膜聚合物形成。如果需要，表皮层可包含使得层可更适合作为用于将膜热粘结至非织造网的热密封粘结层的软化剂、较低熔点的聚合物或聚合物共混物。例如，表皮层可由烯烃聚合物或其共混物形成，如上所述适合单独或与其他聚合物组合用于本发明的另外的成膜聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯-丙烯酸、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸正丁酯、尼龙、乙烯-乙烯醇、聚苯乙烯、聚氨酯等。
II.非织造网材料
用于形成非织造网材料的聚合物通常具有比粘结期间所赋予的温度高的软化温度。这样，这些聚合物在粘结期间实质上不软化，达到的程度是非织造网材料的纤维称为完全可熔融流动的。例如，可采用维卡软化温度(ASTM D-1525)为约100℃至约300℃，在一些实施例中约120℃至约250℃以及在一些实施例中约130℃至约200℃的聚合物。用于形成非织造网材料的示例性高软化点聚合物可包括例如：聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚四氟乙烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等；聚乙酸乙烯酯；聚氯乙烯-乙酸乙烯酯；聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂，例如聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等；聚酰胺，例如尼龙；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；聚氨酯；聚乳酸；它们的共聚物等等。如果需要，也可以采用可生物降解的聚合物，诸如上文所述的那些。也可以使用合成的或天然的纤维素聚合物，包括但不限于纤维素酯、纤维素醚、硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素、再生纤维素，诸如粘胶、人造丝等等。应当注意的是，聚合物还可以包含其他添加剂，诸如加工助剂或向纤维赋予所需性质的处理组合物、残余量的溶剂、颜料或着色剂等。
单组分和/或多组分纤维可用于形成非织造网材料。单组分纤维通常由从单台挤出机中挤出的一种聚合物或聚合共混物形成。多组分纤维通常由从单独的挤出机中挤出的两种或更多种聚合物形成(例如，双组分纤维)。聚合物可布置在纤维整个横截面中的基本上恒定设置的不同的区中。各组分可以按任何所需的构型布置，诸如皮芯型、并排型、夹层型、海中岛型、三岛型、牛眼型或本领域已知的各种其他布置形式等等。形成多组分纤维的各种方法在授予Taniguchi等人的美国专利号4,789,592、授予Strack等人的美国专利号5,336,552、授予Kaneko等人的美国专利号5,108,820、授予Kruege等人的美国专利号4,795,668、授予Pike等人的美国专利号5,382,400、授予Strack等人的美国专利号5,336,552和授予Marmon等人的美国专利号6,200,669中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。也可以形成具有各种不规则形状的多组分纤维，诸如在授予Hogle等人的美国专利号5,277,976、授予Hills的美国专利号5,162,074、授予Hills的美国专利号5,466,410、授予Largman等人的美国专利号5,069,970和授予Largman等人的美国专利号5,057,368中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。
尽管可以使用聚合物的任意组合，但多组分纤维的聚合物通常由具有不同玻璃化转变温度或熔融温度的热塑性材料制成，其中第一组分(例如，皮)熔融的温度低于第二组分(例如，芯)熔融的温度。多组分纤维的第一聚合物组分的软化或熔化使多组分纤维形成粘性骨架结构，所述结构在冷却时使纤维结构稳定。
如果需要，用于形成非织造复合物的非织造网材料可具有多层结构。合适的多层材料可包括例如纺粘/熔喷/纺粘(SMS)层合物和纺粘/熔喷(SM)层合物。合适的SMS层合物的各种例子在授予Brock等人的美国专利号4,041,203、授予Timmons等人的美国专利号5,213,881、授予Timmons等人的美国专利号5,464,688、授予Bornslaeger的美国专利号4,374,888、授予Collier等人的美国专利号5,169,706和授予Brock等人的美国专利号4,766,029中有所描述。此外，市售SMS层合物可以名称和得自Kimberly-Clark Corporation。
多层结构的另一个例子是在多重纺堆机(multiple spin bank machine)上产生的纺粘网，其中纺堆将纤维沉积在由之前的纺堆沉积的纤维层上。这样的单独的纺粘非织造网也可被视为多层结构。在这种情况下，非织造网中的沉积纤维的各种层可以是相同的，或者它们可在基重上和/或在组成、类型、大小、卷曲水平和/或所生产的纤维形状方面有所不同。又如，单个非织造网可作为两个或更多个纺粘网、梳理网等的单独产生的层而提供，这些层被粘结在一起以形成非织造网。这些单独产生的层可在如上所述的生产方法、基重、组成和纤维方面有所不同。
非织造网材料还可以包含另外的纤维组分，以使得其被视为复合物。例如，可使用本领域已知的多种缠结技术(例如，水力、空气、机械等)中的任一种将非织造网与另一种纤维组分缠结。在一个实施例中，使用水力缠结法将非织造网与纤维素纤维整体缠结在一起。典型的水力缠结工艺利用水的高压射流来缠结纤维以形成高度缠结的固结纤维结构，例如非织造网。短纤维长度的纤维和连续纤维的水力缠结非织造织网例如在授予Evans的美国专利号3,494,821以及授予Boulton的美国专利号4,144,370中公开过。连续纤维非织造网和纸浆层的水力缠结复合非织造织网例如在授予Everhart等人的美国专利号5,284,703和授予Anderson的美国专利号6,315,864中公开过。
尽管未要求，非织造网材料可在粘结至本发明的膜之间在一个或多个方向上颈缩。合适的颈缩技术在授予Morman的美国专利号5,336,545、5,226,992、4,981,747和4,965,122以及授予Morman等人的美国专利申请公开号2004/0121687中有所描述。作为另外一种选择，非织造网可在粘结至膜之前在至少一个方向上保持相对不可延伸。在此类实施例中，非织造网可任选地在粘结至膜之后在一个或多个方向上拉伸。
III.粘结、孔和图案
本发明的优点可通过一步粘结和开孔方法得到主要的理解，所述一步粘结和开孔方法向膜赋予在整体非织造复合材料中形成纺织图案的独特特性。此类特性包括但不限于维持开孔膜的强度和弹性以及增强的触感特征的改善的透气性。
为了在膜和非织造网材料之间同时形成孔和粘结，在本发明中通常通过图案化粘结技术(例如，热点粘结、超声粘结等)来实现粘结，在所述技术中将材料供应给由至少一个图案化辊限定的辊隙。热点粘结例如通常采用在两根辊之间形成的辊隙，这两根辊中的至少一根图案化。在另一方面，超声粘结通常采用在超声变幅杆与图案化辊之间形成的间隙。不管选择哪种技术，图案化辊包含多个凸起的粘结销，以按照一步法并且根据本发明的几何角度、取向、配制等等来同时将膜粘结至非织造网材料并且在膜中形成孔。
粘结销的尺寸和形状可进行专门定制以促进膜中孔的形成，增强膜和非织造材料之间的粘结并形成非织造复合材料的所得图案。例如，粘结销的长度可为约300至约5000微米，在一些实施例中约500至约4000微米以及在一些实施例中约1000至约2000微米。粘结销的宽度尺寸可同样在约20至约500微米，在一些实施例中约40至约200微米以及在一些实施例中约50至约150微米的范围内。销的总面积应为约0.0004 in2至约0.005 in2，在一些实施例中约0.004 in2至约0.0025 in2，在一些实施例中约0.007 in2至约0.0025 in2以及在一些实施例中约0.004 in2至约0.007 in2。销形状可为变化的，包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、星形、正方形等等。此外，“销纵横比”(销的长度与其宽度之比)可在约1至约1.5，在一些实施例中约1至约2，在一些实施例中约1.2至约5以及在一些实施例中约2至约4的范围内。
除了粘结销的尺寸之外，也可对总体粘结图案进行选择性控制以实现整体非织造复合材料中所需的孔和所得图案。例如，选择这样的粘结图案，其中粘结销中一个或多个的纵向轴线(沿着元件中心线的最长尺寸)相对于弹性膜的机器方向(“MD”)偏斜。销的取向不仅对于粘结点在膜和非织造网之间如何出现至关重要，而且决定了这样的方式，膜孔和未粘结膜以此方式扭转和缩回以推压复合材料的未粘结非织造网以具有导致复合材料的触感图案的物理空隙。除了功能性触感非织造网之外，销的角度在膜内有利地形成较大的孔，从而增加了透气性，而无需增加粘结面积，从而导致更柔软和更可成褶皱状的弹性层合物。
本发明通过将总体粘结点减少达粘结的非织造复合材料中当前所用销的数量的约4至5倍而提高了粘结过程的效率。例如，与例如可能需要大约315-325个销/in2的线材编织图案相比，本发明可能需要大约70-75个销/in2。通常，将通过增加销的数量并从而增加孔的数量来产生增加的透气性。然而，本发明使得能够专门聚焦于销的取向和间距，使得“图案因子”或“PF”提供这样的函数式：粘结点的数量减少，孔减少，而膜的渗透性或透气性仍然增加。如本文所述的图案因子是指“图案角”或“PA”110与销120的机器方向间距之间的关系。如图1和2中所示，图案角110是从图案上的一个销的边缘到另一个邻近销的边缘的角。理想的是，PA 110大于约10度并且间距大于约0.040英寸。可通过在MD方向上从簇130内的两个相邻销的外边缘开始以及在两个相邻销之间进行测量来测得图案角110。如本文所用，“簇”130是指内部有至少3个销彼此紧密相邻。簇在一个完整的“图案印记”140的MD上的长度绝不会长于该图案印记的总体MD长度。如本文所用，“图案印记”是指以遍及非织造复合材料连续重复的图案出现的簇或多个簇。因此，簇不会永久性存在，而是为图案内在MD方向上的一组限定的销，如图2A和图2B中的放大视图所示。然而，在CD方向上，簇130可为仅一个销或一系列销。簇130内的销的CD间距(文中称为销的带宽度150)为间隔开约0.015英寸至约0.040英寸，在一些实施例中约0.020英寸至约0.038英寸以及在一些实施例中约0.025英寸。对本发明的非织造复合材料的MD方向和CD方向两者进行观察，如图1和2中所示，图案印记140是形成可看到的在总体材料中连续重复的图案的销组。图案印记140可包含一个簇130(如图1中所示)或若干个簇130(如图2中所示)。如果要选择销的图案印记140并将图案连续放置在材料上方，则会看到图案反复不断地重复。在MD上所测得的图案印记140的长度应为约0.5英寸至约10.0英寸，在一些实施例中约0.75英寸至约8.0英寸以及在一些实施例中约1.0英寸至约7.0英寸。
下式作为一种新的方式，用于确定对于获得实现所需总体优点的本发明的非织造复合材料的改进。
PF＝(PA/15+D2/.0081)
本发明的PF应为约1.15至约4.0，在一些实施例中约1.25至约2.9以及在一些实施例中约1.5至约2.5。具有大致弯曲的外部边界的簇(诸如图2中所见的那些)将具有导致多个PF结果的簇内的多个PA测量值。对于非线性但不限于弯曲的图案，PF的值将使得所计算的PF的至少60％将为约1.15至约4.0，在一些实施例中约1.25至约2.9以及在一些实施例中约1.5至约2.5。因此，在非线性图案中，当PA低于10度时，PF的约40％将超出本发明的前述PF计算值。
本发明的粘结点起源于簇130内的销的策略性放置，其在未粘结膜和未粘结非织造网中引起总体响应以形成图案。总体图案可被分解成簇130以这样的方式取向，即形成最终以图案印记140的形式遍及复合材料重复多次的空隙。由于膜未粘结至网，膜的未粘结和未开孔部分在复合材料内可以小的膜股线出现。总体图案印记140之间的距离可根据寻求的总体图案进行变化。根据测量的方向，图案印记140将在簇130之间存在特定的间距。弹性带宽度150度量两个最近的销的边缘之间的距离，其是通过CD在两个相邻的簇130之间测量。簇以约0.050英寸至约0.150英寸的带宽度150彼此间隔开的距离可为约0.050英寸至约0.150英寸，在一些实施例中约0.060英寸至约0.120英寸以及在一些实施例中约0.065英寸至约0.090英寸。图案印记140距离度量两个最近的销的边缘之间的距离，其是通过CD在两个相邻的图案印记140之间测量。该距离是图案遍及非织造复合材料重复的距离。本发明的图案印记140距离可为约0.25英寸至约10英寸，在一些实施例中约0.5英寸至约5.0英寸，在一些实施例中约0.25英寸至约1.0英寸以及在一些实施例中约1.0英寸至约2.5英寸。因此，为了进一步示例，如图1中所示，其中所述未粘结区域类似于锯齿形的图案，图案印记140可根据刚才所述的距离重复。
应当指出，孔是销相对于机器方向进行取向而形成。因此，销取向为约60度至约125度，在一些实施例中约70度至约110度以及在一些实施例中约90度。因此，销的间距以及因此粘结点的间距可间隔开约0.025英寸至约0.050英寸，在一些实施例中间隔开约0.035英寸至约0.045英寸以及在一些实施例中间隔开约0.040英寸。
本发明的粘结图案相比于现有图案显示出巨大的改善，所述现有图案为例如授予McCormack等人的美国专利号5,964,742中所述的“S编织”图案；授予Levy等人的美国专利号5,620,779中所述的“罗纹针织”图案、“线材编织”图案或授予Hansen等人的美国专利号3,855,046；授予Haynes等人的美国专利号5,962,112；授予Sayovitz等人的美国专利号6,093,665；授予Edwards等人的美国专利号D375,844；授予Romano等人的美国专利号D428,267；以及授予Brown的美国专利号D390,708中所述的那些图案。
适当的粘结温度(例如，被加热的辊的温度)的选择将有助于在与粘结销相邻的区中熔化和/软化低软化点弹性体聚合物。软化的弹性体聚合物然后可以流动，并在粘结过程中移位，诸如通过粘结销施加的压力而移位。围绕孔的膜的移位部分还可熔合到非织造网材料，从而形成一体式非织造复合材料。此外，由于弹性体聚合物可将纤维以物理方式截留或粘附在粘结部位，因此可实现足够的粘结形成而不需要对用于形成非织造网材料的聚合物进行大幅软化。非织造网材料的各部分在被定位成紧邻通过销的所需放置、取向和角度而导向的孔(例如，在孔上方或下方)的那些区处保持未粘结至膜或其他材料。销的放置对于本发明的总体增强和优点而言至关重要。实际上，本发明的总粘结表面积小于前述粘结方法，使得其提供更高的渗透性，比其他开孔膜的透气性增加最多约2.5倍，这使得本发明的所得非织造复合材料具有增加的舒适性。非织造复合材料具有小于约25％(如通过常规光学显微镜方法测定)以及在一些实施例中小于约20％的总粘结面积。例如，非织造复合材料可具有介于约5％至约25％，在一些实施例中约8％至约20％以及在一些实施例中约10％至约16％的总粘结表面积。通过集中于诸如放置、角度、取向、间距的销的具体方面以及对这些方面的关系的几何计算，本发明提供一种改善的非织造复合材料，其以独特而有效的方式增强透气性，而无需形成更多的孔或更大的粘结面积。图3示出本发明的多层非织造复合材料的一个实施例，其显示膜在非织造材料的顶部。如图所示，膜被围绕孔的有角度的双向牵拉所扭转。由于粘结偏移，膜缩回牵拉处较大的开口并且处于围绕孔的各个点处。这与图4中示出的通常以线材编织粘结图案完成的膜的线性单向牵拉形成对比。由于本发明所教导的要素，孔能够大于粘结点本身并且将膜的开口增大至超过其正常尺寸。在图4中，在不存在有角度的双向力的情况下，其显示出小于粘结点。在本发明中，由于对膜的有角度的双向牵拉，在粘结后，本发明中的膜的未粘结区域缩回而导致产生所得触感图案。图5还示出以罗纹针织图案展示的线性单向牵拉。在此粘结图案中，膜以类似于线材编织的方式作用并且无法在围绕孔的多个区域处缩回，从而导致增强透气性所需的有角度的开口。因此，形成具有如授予Sayovitz等人的美国专利号6,093,665或如Marman等人的美国专利公开号2004/0241399中所述形状或图案的粘结点图案是不够的，因为膜在有角度的双向牵过程中不会缩回来向提高透气性所需的孔赋予相当大的扭矩。图6示出对所有图案的并行比较，突出了膜缩回区域，如箭头所示。图6A为本发明的一个实施例，而图6B示出线材编织图案，图6C示出罗纹针织图案。还可注意到，本发明的图6A中的销/in2与现有图案的图6B和图6C相比较小。与现有图案相比，本发明的总粘结表面积不足25％，但仍然提供更大的透气性，这是另一个优点。
为了实现有效且同时的孔和粘结形成，而不显著软化非织造网材料的聚合物并因此降低其强度/完整性，可选择性控制粘结温度和压力。例如，可将一个或多个辊加热到约50℃至约160℃，在一些实施例中约60℃至约140℃以及在一些实施例中约70℃至约120℃的表面温度。同样，在热粘结期间由辊施加的压力(“辊隙压力”)可在约75至约600磅每线性英寸、在一些实施例中约100至约400磅每线性英寸以及在一些实施例中约120至约200磅每线性英寸的范围内。当然，材料的停留时间可影响所采用的特定的粘结参数。
如所述，影响同时形成孔和粘结的另一因素是膜在粘结期间的张紧程度。膜张紧的增加例如通常与孔尺寸的增加相关联。当然，过高的膜张紧可不利地影响膜的完整性。因此，在本发明的大多数实施例中，将约1.5或更高，在一些实施例中约2.5至约7.0以及在一些实施例中约3.0至约5.5的拉伸比用于实现层合期间薄膜中所需的张紧程度。拉伸比可通过将薄膜的最终长度除以其原始长度而确定。拉伸比可与牵伸比大致相同，其可通过膜在层合期间的线速度(例如，压料辊的速度)除以膜形成的线速度(例如，浇铸辊或吹塑压料辊的速度)进行确定。
可通过以不同旋转速度旋转的辊对膜进行“预拉伸”(在粘结前)，使得将片材在机器方向上拉伸至所需的拉伸比。单轴拉伸的膜也可以在横机器方向上取向以形成“双轴拉伸的”膜。“预拉伸”操作期间的取向温度分布通常低于膜中的一种或多种聚合物的熔点，但是高到最易使组合物被牵伸或拉伸。例如，可将膜加热到约15℃至约50℃，在一些实施例中约25℃至约40℃以及在一些实施例中约30℃至约40℃的温度。当以上述方式“预拉伸”时，可将层合期间的拉伸程度增加、维持或略微降低(缩回)至所需的张紧程度。
多种制品可采用本发明的实施例。此类制品可包括但不限于尿布、失禁制品、女性护理制品、擦拭物(婴儿擦巾、消毒剂擦拭物、地板擦拭物、手巾等)，手术服、病床垫等等。本发明的有点是渗透性改善以及触感特增强，这些特性向终端用户赋予更佳的舒适性。由于粘结点的数量减少，制造效率也得以提高，这降低了制备所得复合材料所需的总成本和性能。另外，本发明的非织造复合材料的制造过程以一步进行，这有助于总体效率。总之，本发明对现有的粘结材料是一种改善，从而得到令终端消费者愉悦的非织造复合材料和制品。可在整体非织造复合材料看到多种图案。此类图案可包括但不限于花形、正方形、圆形、星形、锯齿形、箭头、卡通人物、脸、气球、动物、自然物、波浪、漩涡、矩形、椭圆形、三角形、菱形、多边形和抽象形状，等等。重要的是应注意，本发明的图案也非通过压印技术或通过授予Takai等人的美国专利申请公开号2001/0008683中所述的加压熔接线而形成。相反，本发明提供一种新颖方式，其中膜和非织造网的空隙，即未粘结区域提供所得图案并对膜进行双向牵拉已增加透气性并改善终端用户的舒适性。
通过参照以下实例可以更好地理解本发明。
实例
以下实例将进一步描述和说明本发明范围内的实施例。给出的实例仅用于说明性目的，而不应被理解为对本发明的限制，因为在不脱离本发明的精神和范围的情况下其许多变型形式是可能的。
实例1
弹性膜由98重量％的VISTAMAXXTM 6102FL(ExxonMobil Chemical Co.)和2重量％的SCC 79594颜料浓缩物(Standridge Color Corp.)形成。VISTAMAXXTM 6102FL是由全同立构丙烯单元构成的烯属聚丙烯弹性体，其随机乙烯分布约为16％，密度为0.862克/立方厘米，维卡软化温度为126°F(53℃)，熔体指数为3.0克/10分钟(190℃，2.16kg)。SCC 79594颜料含有二氧化钛和其他颜料以在与聚丙烯树脂(Exxon 3155)的共混稀释(letdown)中实现目标棕褐色。
配混后，将聚合物组合物在403°F的熔融温度为下挤出并浇铸到以约50英尺/分钟的速度运行的冷却辊(设定为60℃的温度)上。°然后将膜热粘结在基重为大致约15克/平方米的两个纺粘面料之间。具体地说，将膜和面料在砧辊和图案化辊之间进给，所述辊具有面积为0015 in2且纵横比为2.38的椭圆形销。销取向成90度，图案角为15度，并且MD销的间距为.093”，导致图案因子为2.07且总粘结表面积为11.0％。图案内的簇的弹性带宽度经测量为0.088“。图案印记以1.83”的距离重复。将图案化辊加热至250°F的辊表面温度，将砧辊加热至250°F的辊表面温度，并且压力为33磅/英寸。砧辊和图案辊以238英尺/分钟的速度运行，使得膜在机器方向以约4.8的拉伸比(即其原始长度的4.8倍)拉伸。最终，复合材料被转移至以108英尺/分钟的速度运行的卷绕机，以使复合材料缩回。最终的基重为约96克/平方米，35克/平方米由着有VISTAMAXX颜料的弹性膜共混物组成。所得非织造复合材料如图8所示。
在本发明的“具体实施方式”中引用的所有文件在相关的部分中均以引用方式并入本文；对任何文件的引用均不应被解释为承认其是关于本发明的现有技术。在本书面文件中的术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中的术语的任何含义或定义冲突的情况下，应当以赋予本书面文件中的术语的含义或定义为准。
虽然已经示出并描述了本发明的特定实施例，但对本领域的技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种其他变化和修改。因此，在所附权利要求书中意图涵盖所有在本发明范围内的这样的变化和修改。
Claims (11)
1.一种非织造复合材料，其包含在多个离散粘结点处粘结至非织造网材料的弹性膜，所述粘结点构成整体非织造复合材料的小于约25％的总粘结表面积，并且其中所述膜包括大致邻近所述粘结点的多个孔，并且其中所述非织造复合材料包括多个未粘结区域以使得所述未粘结区域提供未粘结弹性膜，所述未粘结弹性膜被设置成邻近但未熔合至所述非织造网以使得所述未粘结区域在所述整体非织造复合材料中形成触感图案，所述非织造复合材料包含遍及所述复合材料重复的多个图案印记，其中所述图案印记如在CD方向上所测量以带宽度隔开约0.050英寸至约0.150英寸所述非织造复合材料的距离并且如在MD方向上所测量隔开约0.5英寸至约10.0英寸所述非织造复合材料的距离，并且其中所述图案印记包括由一个或多个簇制成的图案，所述簇包括针对所述粘结点的至少3个销，所述销设置在所述簇内以便围绕所述孔提供对所述膜的有角度的双向牵拉，从而增强透气性。
2.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中所述未粘结区域的所述图案印记以约0.25英寸至约10英寸的距离重复。
3.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中所述图案包含如下式所计算的图案因子：PF＝(PA/15+D2/.0081)，其中PA度量的是图案角并且D度量的是所述销的所述机器方向间距，并且其中所述图案因子为约1.15至约4。
4.根据权利要求3所述的非织造复合材料，其中所述图案角相对于所述机器方向大于约10度。
5.根据权利要求3所述的非织造复合材料，其中D为约0.025英寸至约0.050英寸。
6.根据权利要求3所述的非织造复合材料，其中所述图案内的经计算的所述PF的至少60％等于约1.15至约4。
7.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中所述图案印记的所述图案选自花形、正方形、圆形、星形、锯齿形、箭头、卡通人物、脸、气球、动物、自然物、波浪、漩涡、矩形、椭圆形、三角形、菱形、多边形和抽象形状。
8.根据权利要求1所述的非织造复合材料，销相对于所述机器方向以约60度至约125度的角度取向。
9.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中簇内的销的所述CD间距为间隔开约0.015英寸至约0.040英寸。
10.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中所述图案印记的长度如在所述MD方向上测量为约0.5英寸至约10.0英寸。
11.根据权利要求1所述的非织造复合材料，其中所述簇彼此间隔开约0.050英寸至约0.150英寸。
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