CN1158414C - 可拉伸非织造布材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种可拉伸非织造布材料，它包括：一种非织造纤网，该纤网包含大量含有聚酯和第2聚合物的双组分纤维，所述非织造纤网经过花纹粘合或点粘合，随后在成形后进行加热。第2聚合物优选是聚烯烃，例如聚乙烯或聚丙烯。

Description

可拉伸非织造布材料及其生产方法

发明背景

技术领域

本发明涉及一种虽不含热塑性弹性体或橡胶但却表现出弹性体性能的非织造布材料。更具体地说，本发明涉及一种可沿纵向和/或横向拉伸却不使用热塑性弹性体或橡胶制造的非织造布材料。该非织造布材料，当拉伸到最高约30％时，表现出沿纵向和横向的弹性回复。该材料尤其适合用于个人护理吸收制品，例如尿布、训练裤和成人失禁服装。

先有技术描述

吸收性个人护理制品如卫生巾、一次性尿布、失禁护理垫之类，使用广泛，因而为改善此类制品的有效性和功能做了大量工作。以往不能吻合人体形状且不能与使用者的活动保持共形、厚而平坦的个人护理制品，已基本上让位给回弹共形、三维、体形的制品。

非织造纤网被定义为具有由单根纤维或线交叉铺置，而不是像针织织物中那样以规则或可辨认的方式构成的结构的纤网。非织造纤网可采用多种方法形成，例如熔喷法、纺粘法和粘合梳理纤网法。就典型而言，按照这些方法，纤维沉积到成形金属丝网或带上形成纤网。纤网成形后受到加热时，该非织造纤网具有收缩倾向。非织造纤网收缩被认为是不利的，因为它通常会导致纤网变得不均匀。例如参见，美国专利5,382,400和美国专利5,418,045，均授予Pike等人，公开了一种制造聚合物非织造布的方法，其中连续熔纺多组分聚合物丝束在该连续熔纺多组分聚合物丝束形成非织造纤网之前接受卷曲加工，从而大大降低收缩并制成基本稳定和均匀的非织造纤网。

然而显然，用基本稳定、均匀的非织造纤网制造的尿布、训练裤和失禁服装也许不能与穿戴者的活动保持共形，因此降低了制品的舒适性，并可能有损其功能。如上面指出的，迄今这一问题一直是通过用回弹共形、三维、体形的制品以及采用弹性薄膜的制品来解决的。

发明概述

本发明一个目的是提供一种具有弹性的非织造纤网。

本发明另一目的是提供一种具有弹性却不使用任何热塑性弹性体或橡胶制造的非织造纤网材料。

本发明上述及其他目的可由一种包含非织造纤网——该纤网又包含大量含有聚酯和第2聚合物的双组分纤维——的可拉伸非织造布材料来实现，所述非织造纤网，在其成形以后先经过花纹粘合或点粘合，然后进行加热。适合本发明使用的聚酯可以是加热后收缩的任何聚酯，按照一种特别优选的实施方案，该聚酯是对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。第2聚合物是在加热后收缩程度不如聚酯那样大的聚合物，优选是聚烯烃或聚酰胺。制成的可拉伸非织造布材料可沿纵向和/或横向拉伸到其无偏长度的最高约130％。该偏倚力去掉以后，非织造布材料显示出沿纵向和横向两个方向的弹性回复，从而基本上返回到其原来的尺寸。依制造纤维所使用的聚酯和第2聚合物而定，可使该纤维发生分裂。

附图简述

本发明上述以及其他目的和特征在研读下文的详述并参考附图以后将得到更好的理解，这些附图是：

图1是生产本发明可拉伸非织造布材料的生产线示意图；以及

图2是展示用本发明方法生产的材料所达到的结果的表格。

优选实施方案描述

定义

术语“可拉伸”在这里是指某一材料，在受到偏倚力后可伸长到拉长的有偏长度，并且在该拉伸、抻长力去掉以后将回复(收复)其伸长的至少50％。一个假想的例子是，某可拉伸到至少1.50英寸(50％伸长)材料的1英寸样品，在拉伸到1.50英寸并释放以后，将回复到不超过1.25(50％回复率)英寸的长度。

这里使用的术语“非织造纤网”或“非织造布材料”是指具有由单根纤维或线交叉铺放，而不是像针织物和原纤化处理薄膜中那样以规则或可辨认的方式构成的结构的纤网。非织造纤网或材料可用多种方法成形，例如熔喷法、纺粘法和粘合梳理纤网法。非织造纤网或材料的基重通常以每平方码材料的盎司数(osy)或每平方米的克数(gsm)表示；可使用的纤维直径通常以微米表示。(注：要将osy数值换算为gsm数值，可将osy数值乘上33.91。)

本文所使用的术语“纺粘纤维”是指一类小直径纤维，其成形方法包括将熔融热塑性材料从纺丝板的多个纤细，通常为圆形的纺丝孔中挤出为丝束，随后，挤出丝束的直径，借助例如以下文献中的方法迅速拉细：授予Appel等人的美国专利4,340,563及授予Dorschner等人的美国专利3,692,618、授予Matsuki等人的美国专利3,802,817、授予Kinney的美国专利3,338,992及3,341,394、授予Hartmann的美国专利3,502,763、授予Levy的美国专利3,502,538、授予Dobo等人的美国专利3,542,615。纺粘纤维经骤冷后，当沉积到收集表面上时通常是不发粘的。纺粘纤维通常为连续状且平均直径大于7μm，尤其约10～35μm。

本文所使用的术语“熔喷纤维”是指按如下方法成形的纤维：将熔融热塑性材料从多个纤细，通常为圆形的纺丝孔中以熔融的线或丝束形式挤出到逐渐汇聚的高速气流(例如空气流)中，气流将熔融热塑性材料丝束拉细，直径变小，可能小到微纤维的直径范围。然后，熔融纤维被高速气流夹带着，最后沉积在收集表面上，形成由散乱分布的熔喷纤维组成的纤网。此类方法，例如公开在授予Buntin的美国专利3,849,241中。熔喷纤维属于微纤维，可以是连续的或不连续的，平均直径一般小于约10μm，且当沉积到收集表面上时通常是发粘的。

本文所使用的术语“粘合梳理纤网”是指一种由短纤维制成的纤网，在制造中，将短纤维送过精梳机或梳理机装置，该装置将短纤维分开并沿着加工方向排齐，从而形成大致沿加工方向取向的纤维组成的非织造纤网。此种纤维可成包地购进，并放在清棉机上将纤维分开，然后再送入梳理装置。纤网一旦形成，随后用几种已知粘合方法当中的1种或多种将其粘合。

本文所使用的术语“微纤维”是指平均直径不大于约75μm，如平均直径为约0.5μm～约50μm的小直径纤维，或者更具体地说，微纤维可具有约2μm～约40μm的平均直径。另一种经常使用的纤维直径表示法是旦数，其定义为每9000米纤维的克数，且可根据以μm表示的纤维直径取平方，乘上以g/cc为单位的密度，再乘以0.00707计算出来。旦数越低，表明纤维越细；旦数越高，表明纤维越粗或越重。例如，已知聚丙烯纤维直径为15μm，要换算为旦数，可取平方，乘以0.89g/cc，再乘以0.00707。于是，15μm的聚丙烯纤维的旦数为约1.42。在美国以外，常用的度量单位是“特(tex)”，其定义是每千米纤维的克数。特数可按旦数/9来计算。

本文所使用的术语“聚合物”通常包括但不限于：均聚物；共聚物，如嵌段、接枝、无规及交替共聚物、三元共聚物等；以及上述的共混物及各种变换形式。而且，除非另行具体限定，术语“聚合物”应涵盖该材料所有可能的分子几何构型。这些构型包括但不限于，全同立构、间同立构及无规立构的对称构型。

本文所使用的术语“个人护理制品”是指尿布、训练裤、吸收性内裤、成人失禁用品及妇女卫生制品。

本文所使用的术语“双组分纤维”是指由至少2种聚合物经各自的挤出机挤出，但在一起纺丝形成同一根的纤维。双组分纤维有时也叫做共轭纤维或多组分纤维。这些聚合物在双组分纤维断面上排列在各自位置基本固定、彼此界限鲜明的区内，并沿双组分纤维的全长连续地延伸。此类双组分纤维的构型(断面排列)可以是，例如皮/芯排列，其中一种聚合物被另一种聚合物包围着，或者可以是并列排列的，扇形排列的，或者是“海-岛”排列的。双组分纤维公开在授予Kaneko等人的美国专利5,108,820、授予Krueger等人的美国专利4,795,668、授予Marcher等人的美国专利5,540,992以及授予Strack等人的美国专利5,336,552中。双组分纤维还公开在授予Pike等人的美国专利5,382,400中。就双组分纤维而言，聚合物存在的比例可以是75/25、50/50、25/75或任何其他希望的比例。

本文所使用的术语“加工方向”或“MD”是指沿布料被生产出来的方向，即布料的长度方向。术语“垂直于加工方向”或“CD”是指布料的幅宽，即大致垂直于MD的方向。

本文所使用的术语“基本由...组成”不排除不显著影响给定组合物或产品要求特性的附加材料的存在。此类范例材料将包括但不限于，颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动促进剂、溶剂、粒料，以及加入以改善组合物加工性的材料。

本文公开的发明是一种表现出弹性体性能但不含热塑性弹性体或橡胶的非织造布材料。该材料包含的非织造纤网由含聚酯和第2聚合物如聚乙烯的双组分纤维构成。当纤网经过花纹粘合或点-粘合，然后在粘合以后接受热处理时，它将收缩，从而导致所制成的非织造布材料在拉伸至最高约30％时表现出沿纵向和横向的弹性回复。非织造纤网优选加热到至少约220°F的温度。拉伸和回复的多少可通过改变“收缩”温度和/或粘合面积和/或聚酯含量加以调节。另外，收缩量随着非织造纤网的基重的增加而增加。

图1是生产本发明可拉伸非织造布材料的生产线示意图。生产线10被安排用来生产双组分连续长丝。生产线10包括一对挤出机12a和12b，用于分别挤出聚合物组分A，在本例中为聚酯，和聚合物组分B，例如聚烯烃。聚合物A由第1料斗14a喂入到相应的挤出机12a中，而聚合物B，从第2料斗14b喂入到相应的挤出机12b中。聚合物组分A和B从挤出机12a和12b经过各自的聚合物管道16a和16b喂入到纺丝板18。纺丝板乃是本领域技术人员熟知的，因此在这里不再详细描述。大致地说，纺丝板18包括内装纺丝组件的外壳，纺丝组件包括逐个重叠的板，各板的开孔阵列排列成导引聚合物A和聚合物B彼此分开地流经纺丝板的流路。纺丝板18具有排列成1排或多排的孔。这些纺丝板孔在聚合物经由纺丝板挤出时形成朝下延伸的丝幕。就本发明目的而言，纺丝板18安排成适合生产双组分长丝的构造，丝中，聚合物A和聚合物B都配置在一部分丝表面上。此种双组分长丝包括并列排列、扇形排列和多叶形排列，在后者中，一种聚合物形成至少一部分叶片，这些叶片彼此之间相隔一段距离，而第2种聚合物则配置在中心，其表面的至少一部分可从叶片之间的区域看到。

生产线10还包括骤冷风机20，布置在由纺丝板18延伸下来的丝幕近旁。空气由骤冷风机20出来使由纺丝板18伸出的丝束受到骤冷。

纤维牵伸单元或吸丝器22位于纺丝板18底下，用于接受骤冷后的丝束。聚合物熔融纺丝过程中使用的纤维牵伸单元或吸丝器是本领域技术人员熟知的。适合本方法中使用的纤维牵伸单元包括美国专利3,802,817中展示的那种类型(直)线型纤维吸丝器和美国专利3,692,618和3,423,266中展示的那种类型引射枪，在此将这些文献公开的内容收作参考。

大致地说，纤维牵伸单元22包括丝束经过时受到牵伸的狭长垂直通道，吸丝空气从通道的侧面进入并朝下流经该通道。加热器24向纤维牵伸单元22供应热吸丝空气。热吸丝空气在流经纤维牵伸单元22时吸入丝束和周围空气。

环形多孔成形表面26位于纤维牵伸单元22的下面，接受来自纤维牵伸单元22出口的连续丝束。成形表面26围绕着导辊移动。位于成形表面26下面的真空30将沉积在成形表面上的丝束吸抵在成形表面上。

生产线10还包括压实辊32，它配合着最前面的导辊28一起，接受被从成形表面26上拉离的纤网。另外，生产线10还包括粘合设备34，如花纹粘合或热点粘合。

热点粘合涉及将待粘合非织造布或纤网送过加热轧光辊(或压花辊)与砧辊之间。压花辊通常，虽然并非总是，带有某种形式的花纹，以便使非织造布不是沿着整个表面发生粘合。于是，为功能及美观的原因，已开发出各种各样用于轧辊的花纹。一种花纹的例子包括许多点，就是Hansen Pennings或“H&P”图案，粘合面积为约30％，每平方英寸有约200个粘合点，正如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所描述的。H&P花纹具有方块形的点或针状粘合区，其中每个针的侧边尺寸为0.038英寸(0.965mm)，针与针之间的间距是0.070英寸(1.778mm)，粘合深度0.023英寸(0.584mm)。形成的花纹具有约29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合花纹是扩展型Hansen and Pennings，或“EHP”粘合图案，它能产生15％的粘合面积，其方块形针侧边尺寸为0.037英寸(0.94mm)，针间距0.097英寸(2.464mm)，深度是0.039英寸(0.991mm)。另一种叫做“714”的典型点粘合花纹具有方块针粘合区，其中每个针的侧边尺寸是0.023英寸，针与针的间距为0.062英寸(1.575mm)，粘合深度是0.033英寸(0.838mm)。产生的花纹具有约15％的粘合面积。又一种常用花纹是C-Star花纹，其粘合面积为约16.9％。C-Star花纹带有横向条纹或“灯芯绒”花纹，间或被闪光的星形隔断。其他常见的花纹包括菱形花纹，具有重复和略微偏置的菱形以及波浪线花纹，看上去顾名思义像，例如窗纱。

热点粘合辊34的下游是热空气刀36，或者某种其他加热方法，例如炉子，用于将纤网加热到要求的温度。传统热空气刀包括带缝隙的芯轴，热空气射流从缝隙中不断喷出到非织造纤网表面上。此种热空气刀，例如公开在授予Kloehn等人的美国专利4,567,796中。替代地，倘若该材料可以洗涤，则进行洗涤并在高温干燥，以获得要求的收缩。

前面已经指出，制造本发明非织造布材料使用的非织造纤网包含大量双组分纤维，该纤维又含有聚酯和第2聚合物，如聚乙烯。虽然任何遇热收缩的聚酯均可使用，但按本发明一个特别优选的实施方案，该聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。构成双组分纤维的第2聚合物是选自聚烯烃和聚酰胺的聚合物。特别优选的聚烯烃是聚乙烯和聚丙烯。合适的聚酰胺包括但不限于，尼龙6、尼龙6/6、尼龙10、尼龙12之类。

依成形双组分纤维使用的聚酯和第2聚合物的具体选择而定，纤维可制成可分裂的，从而提高由它们生产的非织造布材料的柔软性。该纤维的分裂可采用任何一种机械、热或化学手段来实现。而且，尽管双组分纤维的分裂并非为使非织造纤网在成形期间收缩以及制成的非织造纤网具备弹性回复所要求的，但它可增加该材料的弹性体特性。

按本发明一种优选的实施方案，该双组分长丝包含约40％～约90％重量的聚酯(PET)。按本发明特别优选的实施方案，该双组分长丝包含约55％～约65％重量的聚酯。

按照本发明一种实施方案的本发明的可拉伸非织造布材料所包含的双组分长丝是按粘合梳理纤网法生产的。按照特别优选的实施方案，用于生产非织造纤网的双组分长丝是纺粘的。

实施例

图2是从按本发明方法生产的可拉伸非织造布上收集到的数据汇总。给出的数据对应于用PET和线型低密度聚乙烯并列双组分纤维生产的5个样品材料，样品编号1～5。对每种样品给出2组数据——纵向(MD)拉伸性和横向(CD)拉伸性。这些样品的制备工艺条件如下：

聚合物：

PET＝Ticona EKX-183

LLDPE＝Dow 6811A

HDPE＝Dow 25455

孔径＝0.6mm

通过量＝0.6ghm(克/孔/分钟)

熔融温度＝525°

骤冷空气温度＝61°F

聚合物比例＝50/50(体积)或59/41 PET/PE(重量)

粘合花纹＝见各个实例(5％和10％螺旋，以及HP)

还给出16瓣扇形(桔瓣)排列可分裂双组分纤维非织造纤网，实例6的数据。在该例中，双组分纤维系由PET和高密度聚乙烯(HDPE)生产的。

虽然在上面的说明中，本发明是结合某些优选实施方案描述的并且许多细节是为举例说明的目的给出的，但本领域技术人员很清楚，尚可衍生出附加的实施方案，而且本文所描述的某些细节可在相当大的范围内变化，依然不偏离本发明的基本原则。

Claims (21)

1.一种可拉伸非织造布材料，它包含：

一种非织造纤网，该纤网包含大量含有聚酯和第2聚合物的双组分纤维，所述非织造纤网经过选自花纹粘合、点粘合及其组合的方法的粘合，然后进行加热，其中所述聚酯是加热后收缩的聚酯，所述第2聚合物是加热后收缩程度小于所述聚酯的聚合物，并且所述可拉伸非织造布材料的回复率为50％-100％。

2.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。

3.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述双组分纤维是这样配置的，使得所述聚酯和所述第2聚合物都存在于所述纤维的表面上。

4.按照权利要求3的可拉伸非织造布材料，其中所述双组分纤维的构型为并列、多叶和扇形排列之一。

5.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述聚酯占所述双组分纤维重量的20～90％。

6.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述聚酯占所述双组分纤维重量的40～65％。

7.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述双组分纤维是纺粘纤维。

8.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述第2聚合物是选自聚烯烃和聚酰胺的聚合物。

9.按照权利要求8的可拉伸非织造布材料，其中所述第2聚合物选自聚乙烯、聚丙烯和尼龙。

10.按照权利要求1的可拉伸非织造布材料，其中所述双组分纤维是可分裂的。

11.一种生产可拉伸非织造布材料的方法，该方法包括下列步骤：

用大量双组分纤维成形非织造纤网，所述双组分纤维包含聚酯和第2聚合物；

采用选自花纹粘合、点粘合及其组合的方法粘合所述非织造纤网；以及

将所述非织造纤网加热，从而形成可拉伸非织造纤网，

其中所述聚酯是加热后收缩的聚酯，并且所述第2聚合物是加热后收缩程度小于所述聚酯的聚合物。

12.按照权利要求11的方法，其中所述聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。

13.按照权利要求11的方法，其中所述第2聚合物是选自聚烯烃和聚酰胺的聚合物。

14.按照权利要求11的方法，其中所述双组分纤维是纺粘纤维。

15.按照权利要求11的方法，其中所述聚酯占所述双组分纤维重量的20～90％。

16.按照权利要求11的方法，其中所述聚酯占所述双组分纤维重量的40～65％。

17.按照权利要求11的方法，其中所述双组分纤维是这样配置的，使得所述聚酯和所述第2聚合物都存在于所述纤维的表面上。

18.按照权利要求17的方法，其中所述双组分纤维的构型为并列、多叶和扇形排列之一。

19.按照权利要求13的方法，其中所述聚烯烃选自聚乙烯和聚丙烯。

20.按照权利要求13的方法，其中所述聚酰胺是尼龙。

21.一种个人护理制品，它包含：

一种非织造纤网，该纤网包含大量含有聚酯和第2聚合物的双组分纤维，所述非织造纤网经过选自花纹粘合、点粘合及其组合的方法的粘合，然后在成形后进行加热。

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