CN1172642C - 吸湿用品中的背衬网片 - Google Patents
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Abstract
一种一次性吸湿用品,该吸湿用品包括有一个吸湿垫和一个与之固接的背衬网片。这种背衬网片的一种优选形式包括一种多孔薄膜。在背衬网片的多孔薄膜上还可能包括有其它部件,包括粘接剂。多孔薄膜最好由致密的母材薄膜制成。母材薄膜包括一种由乙烯与一种单体采用单点金属茂型的聚合触媒来聚合的共聚体。多孔薄膜是由母材薄膜成形的,因此在多孔薄膜上有局部的变形和小孔。多孔薄膜呈现有透气性、一定强度和由于具有弹性而提供了伸长量或伸长率,且至少可部分回缩,从而呈现柔韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于吸湿用品的背衬网片或薄膜。本发明特别适于用在粘性绷带中。
背景技术
吸湿垫或吸湿部件典型地都支承或搭载在背衬层、网片、薄膜或诸如此类的部件上,所组成的组件典型地都适于支承或固定在人的皮肤上。公知的吸湿用具包括一次性尿布、妇女保洁用品、失禁者用品、绷带等。
这类吸湿用品典型地可以采取多种手段来使其与人体保持接触,包括带子、将吸湿用品的一部分紧固在另一部件上,使吸湿用品紧密地围绕在穿着者身上的封口装置(例如尿布的粘性封口片或保险别针),以及将吸湿用品直接粘着在穿着者的皮肤上的粘接部分。
虽然已经设计出许多种吸湿用品并且/或得到应用,但还是有必要提供一种改进型的吸湿用品,这种改进型吸湿用品的性能或特征能更好地满足使用者的需要。具体地说,在许多应用中,要求提供一种呈现出更大的弹性的背衬网片。例如,人体许多部位上的皮肤的伸展大于30%,在诸如关节、膝部、肘部处的皮肤可能伸展50%以上。因此,希望供应一种能够适应如此伸展程度的吸湿用品。
特别需要为绷带提供一种改进型背衬网片,使得这种绷带能够适应关节、膝部和肘部的相对较大的伸展度。这种改进型背衬网片能够减小粘接剂中的应力,并因而将吸湿用品与皮肤之间的相对运动减至最小,并且还将因显著地减轻机械刺激所引起的不舒适感以及减少了附着的粘接剂向皮肤上转移而使得穿着更舒适。
进一步说,希望所提供的改进型吸湿用品中的背衬网片非常柔软,并可用相对较小的力使其伸展。该背衬网片最好应具有低的能量损失和高的即时回缩特性。该背衬网片最好还应具有与普通的聚乙烯薄膜相当或更好的韧性。
再进一步说,这个改进型吸湿用品最好应呈现出良好的透气性(即透过空气和水蒸气的能力)。如果背衬网片不透气或透气不够充分,则会引起皮肤的浸渍,特别是在皮肤重叠区域,使那里的皮肤软化并有磨损。
透气性的提高还可增加皮肤与周围环境之间的热传输。此外,改进型吸湿用品的背衬网片即便在粘附层以后最好还应具有高的湿气或水蒸气传输率,这样可减少吸湿用品覆盖下的皮肤的湿热感或出汗感。
虽然希望提高吸湿用品的透气性,但是提供一种不漏水而且不吸水,并基本上是不透液(如水)的改进型背衬网片还将是有益的。用作尿布之类的一次性吸湿用品构造的底片特别希望采用基本上不透液的片材。
提供一种改进型吸湿用品,其中背衬网片具有足够的强度来耐受正常的磨损是有益的。用于外露绷带上的背衬网片最好应具有足够的强度以抵抗撕扯或磨蚀。此外吸湿用品应足够坚固,以便在足够长的一段时间内保持其完整性,其中在该期间内吸湿用品被穿着并受到压缩力、外界冲击力、弯曲力、来自穿着者的体液及外来液体的作用。
这种改进型吸湿用品最好应穿着舒适。这种用品应该如人们希望的那样触感良好,最好应该具有柔软、类似织物那样的悬垂性和触感特征。
再进一步说,提供这样一种改进型吸湿用品将是有益的,其中背衬网片接受粘接剂涂层的同时对其它的所需特征不存在显著的不利影响。
此外,如果这样一种改进型吸湿用品的背料片还可以提供许多种表面花纹和许多种颜色那将是有必要的。进一步说,如果吸湿用品的背衬网片可以允许进行装饰性的印刷那将是有益的。
此外,该背衬网片最好应是可射线灭菌的。
最后,提供一种带有改进型背衬网片的吸湿用品,该背衬网片的构造和材料成分具有良好的工艺性以及最低的生产成本将是所希望的。
本发明提供一种用于吸湿用品的改进型背衬网片,该背料片能够设计成具有上述优点和性能。
发明内容
发明人已认识到,常规设计的吸湿用品并没有提供上面讨论过的为穿着者所需要的有益性能和特征。本发明前所未有地将上述性能特征的全部或许多项组合在单独一个吸湿用品设计中,而且本发明提供了这样一种吸湿用品设计,该吸湿用品所具备的经改进的特征是以前所不可能想象到的。
具体地说,按照本发明的一个方面内容,一次性吸湿用品包括一个吸湿垫和一个与该吸湿垫相固接的本发明的背衬网片,背衬网片包括一个具有孔的聚合物薄膜,该薄膜所呈现的弹性当每英寸宽(薄膜试片在横切张力方向上的宽度尺寸)的薄膜上作用至少0.5磅(0.23kg)力时会提供至少50%的拉伸伸长率,而且在50%的拉伸伸长率基础上呈现至少65%的回缩率。
按照本发明的另一方面内容,固接在吸湿垫上的背衬网片包括由致密的母材薄膜制成的多孔薄膜,该母材薄膜包括一种由乙烯与一种单体聚合而成聚合物结构的共聚体,该聚合反应采用单点金属茂或金属茂型的聚合触媒。该金属茂聚合的共聚体的密度最好在约0.86至约0.95克/厘米3的范围内,分子量分布范围最好在约1.0至约3.5之间,熔流指数最好在约0.5克至约10.0克/10分钟之间。多孔薄膜为采用向母材薄膜作用足够的成形力,使其形成永久性的局部变形并产生孔的方法制成。
按照本发明的又一方面内容所提供的一次性吸湿用品的背衬网片固接在吸湿垫上,其中背衬网片包括一种多孔聚合物薄膜。聚合物薄膜也呈现弹性,这样当每英寸宽(薄膜试片在横切张力方向上的宽度尺寸)的薄膜上作用的张力为约0.5至约2.5磅(0.23-1.13kg)时会产生50%的伸长率,并至少回缩65%。
按照本发明的另一方面内容,一个吸湿垫与一个背衬网片固接。该背衬网片包括至少一层由致密的母材薄膜制成的多孔薄膜,该母材薄膜包括一种由乙烯与一种单体聚合成的(最好成嵌段和支化聚合结构)共聚体,该聚合反应采用单点金属茂型的聚合触媒。在该多孔薄膜中有局部形变和小孔。该薄膜呈现透气性、一定的强度和由于具有弹性而提供的拉伸伸长率以及至少部分回缩而呈现柔韧性。
按照本发明的另一方向内容,该发明提供一种适于与皮肤接触的网片,该网片包括一种带有孔的,既防止漏水和吸水又具有透气性的聚合物薄膜。该薄膜是柔软的,并且具有能提供至少50%伸长率并至少有65%回缩率的弹性。
本发明特别涉及以下的技术方案:
1.一种适于与皮肤相接触的网片,所述网片包括一个具有提供了透气性孔的聚合物薄膜,而所述薄膜同时又具有阻止水的通过和吸收的能力,所述网片具有柔韧性,2.54cm的薄膜在受到0.23-1.13kg的拉力作用时,能提供至少50%的拉伸伸长率和在50%的伸长率基础上呈现至少65%的回缩率的弹性;
所述薄膜由一种致密的母材薄膜制成,所述母材薄膜包括一种共聚体,该共聚体由乙烯和一种共聚单体采用单点金属茂型聚合触媒剂聚合而成;
所述共聚单体包括苯乙烯、具有3到20个碳原子的烯键型不饱和烯烃或所述的苯乙烯和不饱和烯烃的混合物;
所述共聚体的密度在0.86到0.93克/厘米3的范围内,
分子量分布在1.0到3.50的范围内,
熔流指数在1.0到3.0克/10分钟的范围内;以及
所述母材薄膜包括低密度聚乙烯;
所述薄膜具有局部的变形和孔,所述网片包括一具有三维表面构造的第一侧并包括一个反向的具有三维表面构造的第二侧;
所述薄膜的厚度在0.06-0.76mm的范围内,基重在0.02-0.15kg/cm2的范围内,
所述孔的平均尺寸以等效圆直径来表示在0.025-0.254mm的范围内;所述网片的开孔面积系数在0.5%到20%范围内。
2.如上述1所述的网片,其中所述第二侧呈现为第一侧的负象并包括许多终止于小孔的管和未充满气的囊形气泡的结集,这给予所述网片以类纤维样的手感。
3.如上述1所述的网片,其中所述薄膜的弹性为当每2.54cm的薄膜受到0.23-1.13kg的拉力时,将产生50%的拉伸伸长率以及至少70%的回缩率;
所述薄膜呈现出对于50%的拉伸伸长率来说,回缩能量与拉伸能量之比值乘以100所得之值大于25;
所述薄膜的抗拉强度在断裂时是每2.54cm的薄膜为0.91-3.18kg;
所述薄膜在任何方向上的伸长率在断裂时均在200%至500%范围内;
所述薄膜的弗雷泽空气透气性是每0.09m2每分钟为0.57-8.49m3;
所述孔是不规则形状的;
所述薄膜的变差系数在18%到79%范围内;
所述薄膜的潮湿蒸气传输率大于300克/米2/24小时。
4.一种一次性吸湿用品,包括:
一个吸湿垫;以及
一个与所述吸湿垫相固接的背衬网片,所述网片包括一个具有提供了透气性孔的聚合物薄膜,而所述薄膜同时又具有阻止水的通过和吸收的能力,所述网片具有柔韧性,2.54cm的薄膜在受到0.23-1.13kg的拉力作用时,能提供至少50%的拉伸伸长率和在50%的伸长率基础上呈现至少65%的回缩率的弹性;
所述薄膜由一种致密的母材薄膜制成,所述母材薄膜包括一种共聚体,该共聚体由乙烯和一种共聚单体采用单点金属茂型聚合触媒剂聚合而成;
所述共聚单体包括苯乙烯、具有3到20个碳原子的烯键型不饱和烯烃或所述的苯乙烯和不饱和烯烃的混合物;
所述共聚体的密度在0.86到0.93克/厘米3的范围内,
分子量分布在1.0到3.50的范围内,
熔流指数在1.0到3.0克/10分钟的范围内;以及
所述母材薄膜包括低密度聚乙烯;
所述薄膜具有局部的变形和孔,所述网片包括一具有三维表面构造的第一侧并包括一个反向的具有三维表面构造的第二侧;
所述薄膜的厚度在0.06-0.76mm的范围内,基重在0.02-0.15kg/cm2的范围内,
所述孔的平均尺寸以等效圆直径来表示在0.025-0.254mm的范围内;所述网片的开孔面积系数在0.5%到20%范围内。
5.如上述4所述的一次性吸湿用品,其中
所述网片包括一在该网片面向所述吸湿垫的一侧上的粘附层;以及所述用品是下列中的一种:一种敷料,一种一次性尿布,一种妇女卫生保洁用品,一种适用于吸收失禁者排出物的成人失禁者用品。
6.如上述4所述的一次性吸湿用品,其中
所述薄膜呈现出的弹性为当每2.54cm的薄膜受到0.23-1.13kg范围内的拉力作用时能提供至少50%的拉伸伸长率,就50%的拉伸伸长率而言呈现至少70%的回缩率,以及就50%的拉伸伸长率而言,回缩能量与拉伸能量之比值乘以100所得之值大于25;
所述薄膜的抗拉强度在断裂时是每2.54cm的薄膜为0.91-3.18kg;
所述薄膜在任何方向上的伸长率在断裂时均在200%至500%范围内;
所述薄膜的弗雷泽空气透气性是每0.09m2每分钟为0.57-8.49m3;
所述孔是不规则形状的;
所述薄膜的变差系数在18%到79%范围内;
所述薄膜的潮湿蒸气传输率大于300克/米2/24小时。
7.如上述4所述的一次性吸湿用品,其中所述第二侧呈现为第一侧的负象并包括许多终止于小孔的管和未充满气的囊形气泡的结集,从而赋予所述薄膜以类纤维样的手感。
本发明因而使改进型吸湿用品产品具有织物样的触感,并且除此以外该吸湿用品的强度、弹性、水蒸气透过性和防水性都有所增加。
通过下面的发明详述、权利要求及附图,本发明的许多其它优点和特征将可显而易见。
附图说明
下述附图是本说明书的一部分,在这一套附图中相同的数字用来指明完全相同的部件。
图1为绷带类型的吸湿用品的简化透视图。为了易于作图示意,图中各部件的厚度是已被大大地放大了;
图2为大体上沿着图1中的2-2面所取的局部剖面放大图;
图3为图1所示吸湿用品的底视图;
图4为装有本发明网片的卫生巾衬垫的简化透视图;
图5为大体上沿着图4中5-5面所取的局部剖面放大图。为了易于作图示意,图中各部件的厚度已被大大地放大了;
图6为装有本发明网片的一次性尿布展开后的简化透视图。为了易于作图示意,图中各部件的厚度是大大地放大了的;
图7为大体上沿着图6中7-7面所取的局部剖面放大图;
图8A、8B、9A、9B、10A、10B、11A、11B、12A和12B为多孔薄膜试片较实际尺寸放大15倍的正视照片,而图13为薄膜试片放大100倍的照片;
图14为一母材薄膜和一个成形套筒的构形支撑表面的分解透视图,在加工时该母材薄膜支靠在该构形表面上加压;
图14A为大体上沿着图14中的14A-14A面所取局部剖面的放大图;
图15为一用于制造本发明的多孔薄膜或网片的优选设备的简化示意图;
图16为一用来加工可用于图15所示设备中的构形支撑表面套筒的设备的简化示意图;
图17为一如图16所示类型的计算机控制激光设备的操作指令比特图,该比特图代表为了形成如图14所示的构形支撑表面而在一个工件上刻蚀或钻削的孔图案;
图18为图17所示图案的最小方格重复单元的简化示意图,该最小方格重复单元长25个象素,宽15个象素;
图19为一与图17所示的那一个相似,用于不同的一组激光操作指令的比特图;
图19A为图19所示图案的最小方格重复单元的简化示意图;
图20为按照图19所示的比特图加工成形的部分表面的数字扫描电子显微镜图象;
图21为与图20所示相同的数字图象,但图21包含有另外的参照数字;
图22为一个含有棱锥形凸起的成形表面的局部放大正视图;以及
图23为大体上沿着图22中23-23面所取的局部剖面图。
具体实施方式
尽管本发明可以有很多不同形式的实施例,而本说明书和附图仅公开几个特定的形式作为本发明的例子,但这并不意味着本发明仅限于所描述的几个实施例。本发明的范围在所附权利要求书中指出。
为了叙述方便,实施本发明的吸湿用品被描述为处于这样的位置,即吸湿垫位于背衬网片的上面并且面朝上。诸如上面、下面、水平等词都是参照这个位置而言的。但应理解,实施本发明的用品在制造、储存、运输、使用和销售时可以取与所述的这个位置不同的方向。
可能会有一些常用的部件或结构与吸湿用品结合在一起使用,虽然这里没有叙述或图示,但这些常用部件或结构的详细情况对于本领域专业技术人员和对这些部件的必要的功能有所了解的人员来说是显而易见的。
这里所用的缩写词“MVTR”代表“潮湿蒸气透过率”,也可以表达为“水蒸气透过率”(“WVTR”)。这两个词的定义和测定方法如美国试验和材料协会标准ASTM F 1249-90中陈述。
这里所用的缩写词“ECD”代表“等效圆直径”(即圆的直径),该圆的面积与一不规则形状的孔相同,所述直径按下式计算:
ECD=(4A/π)1/2
这里A等于不规则形状孔的面积。
这里所用的“ECD COV(%)”一词为代表变差系数,并按下式确定:
ECD COV=100(SD/ECD平均值)
这里SD为ECD值的标准偏差。
这里所用的“分子量分布”(MWD)一词的定义如美国专利NO.5,322,728第4栏第50至57行所述。
这里所用的“聚合物”或“聚合物的”一词指由许多相同的或不同的称作单体的复合单元通过化学联结而成的大分子。
这里所用的缩写词“MD”代表“机器方向”,指一卷薄膜材料通过对其进行加工或作后续工序的机器时的运动方向。
这里所用的缩写词“CD”代表“横向方向”,指横穿网片宽度而与机器方向(MD)垂直的方向。
这里所用的“弗雷泽空气透气性”一词指每分钟通过每平方英尺网片或薄膜试片的空气流量(按立方英尺(0.0929m3)计),测定方法按美国试验和材料协会标准ASTM D 737-75(1980年重新批准)。
这里所用的“熔流指数”是对聚合物在如美国试验和材料协会标准ASTM D-1238规定的特殊条件下通过一个模具或挤压机的数量(单位为克/10分钟)的测定。
当谈到作用在给定厚度的薄膜或网片上的张力时,这里所用的“每英寸(2.54cm)薄膜(或网片)磅(0.45kg)”一词是指作用在1英寸(2.54cm)宽的薄膜或网片上的张力,该1英寸(2.54cm)宽度是在垂直于张力作用方向(亦即垂直于张力作用线)的方向上测量的。
这里所用的“回缩率”一词是指一网片或薄膜采样试片从伸展或伸长状态回缩的即时回缩率或回缩百分比。回缩率的测定按后面将详细叙述的试验程序进行,并可按下式计算:
即时回缩率=(Le-Lt)/(Le-L0)×100
这里L0为初始试片计量长度(在下述程序中选定为4.0英寸(10.16cm));
Le为试样伸展或拉伸后长度(在下述程序中选定为6.0英寸(15.24cm));
Lt为试样在拉伸力释放后即时呈现的后拉伸长度。
在上面列出的式子中(Le-Lt)项可定义为预拉伸试片的“回缩距离”。
试片的试验按下述程序进行:首先将一试片的标准计量长度为4.0英寸(10.16cm)的那一部分以控制速率拉伸到特定的标准伸长率50%(即拉到6.0英寸长(15.24cm)),然后立即以相同的控制速率释放(回缩)直到拉伸力下降到0。
具体地说,用一台机器(例如INSTRON牌试验机)对试片施加拉力,其中试片被夹持在两个夹钳之间,牵引夹钳均匀地运动来拉伸试片。每个夹钳有一个钳口夹持面,该夹持面是夹钳的刚性框架的一部分,而另一个夹持面是设在与夹钳的可动部件铰合或可旋转的部分上。每个钳口上的夹持面的尺寸为1英寸(2.54cm)乘以至少1.5英寸(3.81cm),其中较大的尺寸垂直于载荷作用方向。钳口具有光滑的夹持面,该夹持面足够平直且互相平行,以防试片在试验时滑动。所有可能起切割作用的锐边皆以不超过1/64英寸(2.54/64cm)的半径倒圆。夹持面上可以覆盖橡胶以助于防止滑动。
试片或样品切割成其侧边相互平行。试片的长度不小于6英寸(15.24cm),宽度为1.0英寸(2.54cm)。试片保持在温度为73°F±2°F(22.78℃±1.11℃),相对湿度为50%±2%的情况下至少4小时。
试片被坚固地、规正地夹持在夹钳的钳口里,这样在试验开始时夹钳之间的距离为4.0英寸(10.16cm),以便保证夹钳之间试片长度为标准计量长度(L0),即4.0英寸(10.16cm)。根据试片将要受到的伸展率或伸长率来设定机器工作循环最大伸展率(在本试验程序中即为在标准的4.0英寸计量长度上外加标准的2.0英寸(5.08cm)伸长量)。
牵引夹钳按照程序设定的速率5±0.1英寸(12.7±0.25cm)/分钟运动,使作用力随之施加到试片上,直到两个夹钳之间的那部分试片伸长到规定的标准伸展长度Le即6英寸(15.24cm)为止。伸长了的试片随即允许以5±0.1英寸(12.7±0.25cm)/分钟的均匀速率收缩(松驰)。不间断地测量试片的张力,当该张力下降至0时所对应的试片长度就是所定义的试片充分松驰(收缩)后的后拉伸长度Lt。然后即可算出回缩距离(Le-Lt),该距离值用于按上述公式求出试片的即时回缩率。
这里所用的“拉伸能量”一词是指将试片从初始长度L0拉伸到伸展长度Le所需的能量(这里L0和Le在上文讨论“回缩率”一词时已经定义)。拉伸能量等于应力-应变曲线下面从初始长度L0到伸展长度Le间的那一块面积。
这里所用的“回缩能量”一词是指试片从伸展长度Le回缩到后拉伸,即松弛后长度Lt所释放出的能量(这里L0和Le在上文讨论“回缩率”一词时已经定义)。回缩能量等于应力-应变曲线下面从伸展长度Le到松弛长度Lt之间的那一块面积。
这里所用的“抗拉强度”一词是指在拉力横切方向上每1长度英寸(2.54cm)(lineal)网片被破坏或被拉断所需的力的大小。该值是以一个1英寸(2.54cm)宽的试片按照下述试验程序要求来测定的,其中试验中对试片纵向作用一个不断增加的载荷,直至试片断裂。记录下试片破坏时的载荷值。
具体地说,试验样本试片为各侧边平行的矩形条带。条带长度不小于5.5英寸(13.97cm),宽为1.0英寸(2.54cm)。样本试片需保持在相对湿度为50%±2%,温度为73°F±2°F(22.78℃±1.11℃)下至少4小时。以一试验机来施加拉力,其中试片夹持在该试验机的两个夹钳之间,牵引夹钳均匀地移动,从而拉伸试片。夹钳的构造与上面叙述过的测定“即时回缩率”的机器中的夹钳构造相同。
试片需坚固而规正地夹在两个夹钳的钳口中,两个夹钳之间的距离在试验开始时为3英寸(7.62cm)。在向试片加力时牵引夹钳以12.0±0.5英寸(30.48±1.27cm)/分钟的均匀速率移动,使试片断裂时间为10秒±5秒。如果断裂时间过短或过长,则要将牵引速率调慢或调快,以保证断裂时间为10秒±5秒。每个方向(MD或CD)至少要作5个试片试验,取其破坏力的平均值作为“抗拉强度”的报告值。
图1,2和3所示为装在绷带型一次性吸湿用品10中的本发明的一个实施例,该绷带的吸湿片或吸湿衬垫16与一背衬网片或薄膜20相固接。背衬网片20的朝上的一面涂覆有一层用以将绷带固定在皮肤上的粘接剂24。吸湿片16可用与此相同的或不同的粘接剂固接在背衬网片20上。
虽然在图上没有表示,绷带10上可以备有常规的防粘带或防粘舌片覆盖在裸露的粘接剂层24上,并且松散地铺在吸湿衬垫16上。此外,虽然图上没有表示,在吸湿衬垫16的顶面也可以固接有一层常规的伤口防粘覆盖物。
虽然图上没有表示,绷带10可以有一个“岛形”敷料层(即吸湿片或吸湿衬垫),其中敷料层的宽度以及长度比背衬膜的相应宽度和长度要小。在背衬膜朝向敷料层的整个表面上一层粘附层,因而背衬膜可以沿着敷料层周边一圈固粘在皮肤上。
图1,2和3仅是以简化的方式为表示绷带10而并没有示出吸湿衬垫和背衬网片的详细构造。吸湿衬垫16可以具有本领域技术人员公知的任何适用的常规构造或特殊构造。背衬网片20的详细构造将在下文中详述。
按照本发明的一个方面内容,背衬网片20的优选形式包括未充满的气囊状的气泡和管,该管具有卵形或不规则的形状并具有敞开的末端。这些泡形或管形构造的起点和终点并不处在薄膜厚度内的同一平面上。这些泡形或管形构造一般是无规则的,并且具有互不一致的基点和/或终点。这样的构造是由致密的母材网片或薄膜经过加压或拉伸产生局部形变,陷入下面将详细叙述的三维成形构件的非支撑区域而形成的。上述未充满的气泡和带有小孔的管是由网片或薄膜变形产生未破裂的和已破裂的局部形变而相应形成的。这种构造使网片20具有柔软且类织物样的触感。
网片或薄膜可形成各种程度的形变,包括波纹状的肋、脊或凸痕,这就可以模仿针织品的十字形波纹肋条。在一个优选的网片构形里,结构的已破裂部分(例如管形的)面积与未破裂部分(例如泡形的)的比例在约90/10至20/80之间,最好在70/30到30/70范围内。薄膜的极薄的已变形部分因其接触表面极小而具有非常柔软的触感。
下面详细地叙述一种制造多孔薄膜的优选生产工艺,在这种工艺中薄膜中的形变和孔是在薄膜支撑在一个三维成形表面上的情况下用柱状水射流作用而形成的。多孔网片或薄膜的优选形式的特征可包括:(1)一个经受过水射流冲击的第一侧面,该侧面限定一个三维的表面构造;以及(2)一个反向的第二侧面,该侧面被强制地与成形表面相接触,因而也具有一个三维的表面构造。更好些的是,第一侧面具有第一、第二、第三和第四表面。第一表面限定了许多一般排成行列的波浪形的脊或凸痕。第二表面倾斜而连接着第一表面和第三表面。第三表面具有斜的进口腔或肉眼可见的孔,这些腔或孔与第四表面相接。第四表面包含一个孔和/或气泡,或包含一簇孔和/或气泡。在本优选实施例中,肉眼可见的孔或腔一般在第三表面内排成行列。
这里所用的“腔”和“小孔”两个词是可互换的,都是指限定于第三表面内的孔隙区域。在优选实施例中,并非第三表面内所有的腔或小孔都被第四表面所封闭。在第四表面内限定有很多通孔,这些通孔将第三表面中的某些腔或小孔与薄膜另一侧面(即第二侧面)相沟通。在另一实施例中,第三表面内的大部分或全部腔或小孔可以终止在致密的第四表面内或是被致密的第四表面所封闭,该第四表面没有或很少有与薄膜的另一侧面(即薄膜的第二侧面)相通的通孔。这种没有或仅有很少量通孔的网片实施例可能更适于用作妇女保洁用品或一次性尿布的背衬网片(在下文中将更详细地叙述)。
薄膜的第二侧面一般呈现为第一侧面的负象,并包括有远端为封闭的管和/或未充满的气囊状的气泡。这种管和气泡一般也可成群地结集成簇。在优选实施例中,管具有卵形或不规则形。在优选实施例中有足够数量的终端为孔的管。这种管形和泡形的构造使得多孔网片或薄膜的表面具有柔软的纤维样的触感。
用来制造多孔网片或薄膜的原始薄膜或母材薄膜是没有孔的,并且可产生明显的弹性伸长。这样的母材薄膜的优选组分在后文中详述。
在这里所描述的制造多孔薄膜的优选工艺过程中,原始薄膜或母材薄膜部分通常是背靠在一个圆柱形成形表面或套筒上而产生变形的。图14所示为成形表面的一部分。在备选的工艺方案中可使用一种大体上为平的板形成形表面。
图14所示为地貌状成形表面套筒64的凹陷的圆柱形壁的局部,该套筒64可用于如图15所示的多孔薄膜生产设备100上。图14所示为一母材薄膜107靠近套筒64时的分解透视图。母材薄膜107可以是压有花纹的或是光滑的。
成形表面套筒64通常描述为具有一个本体或壁65,该壁65限定了一个顶面66和一个底面67。整个顶面66上按照预定的图案配置有波浪形凸起的阵列,该阵列限定了许多被谷部69所分隔开的峰部68。在整个套筒64的图案中排列了许多排泄孔70,排泄孔70是锥形或“钟口形”的。排泄孔70在套筒顶面66一边的直径比在套筒底面67一面的直径大。
每个孔70周围有六个邻近孔70。如果所有这些孔70的锥度都足够大,以致其直径大于它们的孔心距,则每个孔70都将具有与邻近孔相交形成的六条交线,这六条交线将产生六个谷部69。这些谷部69可以或是与顶面66相交,各个谷部之间被一小的坪所隔开,或是谷部彼此相交,从而在交线上形成峰部68,这取决于谷部的深度。在这个实施例中,每个排泄孔70被一簇六个峰部68和六个谷部69所包围。
通过壁72上的两个对置点(该两点与顶面66的距离等于一个孔径)各作一切线71,这两条切线71便限定了角73(见图14和14A)。角73的大小可相对于支撑部件64的壁厚74而调整。角73的适宜值不必作很多实验便可求得。如果角73取得太大,则孔将太小而导致排泄不良;如果角73太小,则峰部和谷部将非常小,甚至没有。
在重复图案中,相邻的孔70的孔心距取得很合适,因此渐缩的近似圆锥形的孔70的交界线形成了峰部68和谷部。如果孔70的孔心距大于顶面66上的孔70的大端直径,则没有交界线形成,而套筒64将整个地具有带锥形孔70的光滑平正的顶面66。当邻近的孔70的孔心距小于沿着孔心距方向测量的孔直径,锥形表面则相交而形成谷部69。
成形套筒64外径的典型值为约2英尺至约6英尺(0.61-1.83m)之间,长度的典型值在约2英尺到约16英尺(0.61-4.88m)之间,壁厚的额定值约为0.25英寸(0.64cm)。典型情况下套筒64由缩醛聚合物材料制成,也可采用丙烯酸制造。
本发明所优选的制造多孔薄膜的设备如图15中的标号100所示。设备100包括一个转鼓101。转鼓101具有蜂窝结构,以便让流体通过。转鼓101按照图15所示的逆时针方向旋转。
成形套筒64装在转鼓101上。在装有成形套筒64的转鼓101的部分周边附近设置了一条总管105,该总管105上连有许多喷孔带106,这些喷孔带用来使水射流射向承载在套筒64外表面上的薄膜107。每个喷孔带106包括一列非常小而均匀的圆孔或称喷孔。这些孔的直径的典型值在约0.005英寸(0.0127厘米)至约0.010英寸(0.0254厘米)之间。在每英寸长度上可能需要多至50或60个或更多的孔。
水在压强作用下通过喷孔形成柱状水流,水流冲击在喷孔带下方原材薄膜107的上表面的接触区或称多孔区上。从被加工薄膜107的上表面到喷孔带106之间的距离为约0.75英寸(1.90厘米)。喷孔带106的供水压强受调压阀109的调节并由压强计110显示。
转鼓101与泵112连通以形成真空来排除积水,以免多孔区被水淹没。
在设备运行时,原材薄膜107按如图15所示逆时针方向绕着套筒64在喷水喷孔带106下方通过。薄膜107在喷孔带106下通过以后便成形为本发明的多孔薄膜108。薄膜上的残留水分用喷射空气的方法吹除。随后将薄膜卷缠在卷筒上而成为本发明的成品多孔薄膜108。
作为本加工方法的结果,薄膜面向着成形表面套筒64产生形变而获得一般与该套筒的某些或全部结构外表一致的三维构形。该成品多孔薄膜108具有大体上与通常的纤维编织、针织品相似的悬垂性和触感特征。
套筒64的特殊成形表面的构形可用激光钻削或激光蚀刻工艺来制造。可以控制激光蚀刻程序来加工出所需的孔的尺寸、形状和间距等。如同下面详述那样,采用激光蚀刻工艺,通过适当地改变蚀刻工艺参数(下面将详细描述)可以制造出许多种不同的成形表面,采用这些成形表面可制造出本发明的许多种多孔网片或薄膜的实施例。
图16所示为用来加工诸如上述的套筒64那样的成形套筒的激光蚀刻设备。蚀刻的原料或毛坯最好是缩醛材料的光滑的环形圆筒。初始毛坯最好是薄壁的(例如0.25英寸(0.64cm)厚)已经消除了残余内应力的无缝管120。
至今已经制作过的成形表面套筒的管坯外径范围为2至6英尺(0.61-1.83m)之间,长度为2至16英尺(0.61-4.88m)之间。
毛坯、管形工件或管120装在一根合适的芯轴或芯棒121上,以芯棒121将管120固定成圆柱形并可使管在轴承122上绕其纵轴旋转。旋转驱动器123带动芯棒121以可控的转速旋转。一个旋转的脉冲发生器124与芯棒121相连接并监测其转动,因此芯棒121任何时候的准确径向位置都是已知的。
靠近并平行于芯棒121装有一条或几条导轨125。导轨125上支撑有一个托架126,托架可沿着芯棒121的全长运动并与管120的顶面119保持一恒定的间距。托架驱动器133带动托架126沿着导轨125运动,同时托架脉冲发生器134则记录托架126相对于工件或管120的横向位置。
在托架126上的调焦导轨128上装有一个调焦部件127。调焦部件127可以在与托架126的运动方向相垂直的方向上运动,并包括一个聚焦装置或镜头129,以使激光能量聚焦在管120的顶面119上。调焦驱动器132用来改变调焦部件127的位置,以便对通过镜头129的激光束进行调焦。
镜头129装在调焦部件127上的一个喷管130内。喷管130具有一个用来引入压缩气体以保持镜头129清洁并对其进行冷却的装置131。
托架126上还装有最终折射镜135,它使来自激光器137的光束改变方向进入聚焦镜头129。
激光器137位于离折射镜135较远的地方。激光器137带有一个用以使光束136改变方向而到达最终折射镜135上的光束折射镜138。虽然希望能将激光器137直接装到托架126上以省去折射镜138,但因空间限制和通到激光器137上的管线联接的原因,作为典型最好是远距离安装。
尽管可采用许多种激光器,优选的激光器137为一能产生额定功率大于2500瓦的光束的快流速二氧化碳激光器。但也曾经成功地以一有限的50瓦的慢流速二氧化碳激光器钻削过套筒成形表面。
当接通激光器电源时,激光器发射出的光束136首先经光束折射镜138然后经最终光束折射镜135反射改变方向而到达镜头129。激光束136的光路要调准到与芯棒121的纵向中心线相交并与之成直角。
当镜头129处于合适位置时,光束136聚焦在管120的顶面119下方但非常接近该顶面的地方。将光束136聚焦在顶面119的下面也可说成是将激光束相对于管表面进行“散焦”。
聚焦镜头129使光束136折射并将能量集中到光束的中心附近。聚焦后的功率分布情况为光束中心最高,并按高斯分布向边缘方向逐渐减低。与其说射线未经折射而到达或通过一个单一的点,倒不如更确切地说经折射而到达一个直径很小的点区域。当光束被聚焦在管表面时,也就是聚焦点离镜头的距离与镜头的焦距相等时管表面上光点的直径最小。当该距离大于或小于焦距时,实测的光点尺寸将大于该最小值。
光束的聚焦对镜头相对于管表面的位置的敏感度与镜头的焦距成反比。最小光点尺寸直接与焦距成正比,因此使用短焦距镜头可以得到小尺寸的光点,但需更准确地调整镜头的位置,而且管表面的径向跳动对其有惊人的影响。较长焦距的镜头对靶面位置的要求则更宽些,但仅能得到稍大尺寸的光点。因此,除了功率分布会对管或套筒中所钻出的孔的锥形顶部产生影响以外,光束向表面底下散焦也会影响锥部的角度和长度,并因而影响峰部和谷部的形状和尺寸。
为了从毛坯管120加工制造一个如上面所公开的套筒64那样的支承套筒,首先必须施行一个初始调焦工序来测定参考表面的位置。毛坯管120装到芯棒121上以后激光器137简短地发出脉冲。在脉冲间隙期间芯棒121稍作旋转,如此而在管120上形成一系列的小的凹陷。然后调焦部件127相对于芯棒中心线移动以改变焦点的位置并蚀刻出另外的一系列凹陷。典型的情况下要钻出20列,每列20个凹陷的阵列,同时要记录下每一列所对应的调焦部件的位置。凹陷处用显微镜检测并从中鉴别出哪一列的凹陷的直径最小。该最小直径的凹陷是当光束被调焦到管形毛坯工件120的顶表面119时所加工出的,这样最所记录下的加工出最小直径凹陷的调焦部件127的位置为“参考位置”,该参考位置相应于光束的焦点落在工件120的顶表面上。在随后对工件120进行蚀刻的系统的操作中,调焦部件127向着工件表面119移动,以使激光束的焦点跟随向前移动到工件表面下面的一个预定位置上。(这便具有光束在工件表面上散焦的效果。)
用计算机按一个图案来控制上述设备中激光器加工工艺过程可钻削或蚀刻出所需的表面构形。图17所示为一可用来蚀刻出如图14所示上述那种成形表面的图案或比特图。
现在来看图17所示的比特图。在图中以一蜂窝状阵列中的六边形150来代表成形套筒上的小孔70。其它形状如圆形、四方形、八角形或不规则形或由以上运些组合起来的形状也可使用,这取决于所要求的表面地貌状构形。所选用的循环图安和循环次数需满足这样的要求,即整个图案覆盖满管120整个一周的表面而没有明显的接缝。与此相似可确定沿着管120纵轴方向的每个循环的送进量和总的循环次数。这些数据被输入到激光钻孔机的计算机控制中。
在图17中,六边形限定了两个顶列213和214。列213和214在平行于图17中箭头A的方向上延伸。六边形150宽为7个象素,长为11个象素,每一列内相邻六边形之间的间隔为8个象素。六边形列213与六边形列214紧挨着,具体地说,如图17所示,列213中每个六边形的下顶尖与直线217相切,而该直线217同时还与列214中每个六边形的上顶尖相切。列215和216重复了列213和214的图案和间隔。列215和216之间的间隔基本上与上述列213和214之间的间隔相当,但是列215与列214中间是隔开的。如图17所示,列214中六边形的下顶尖与直线218相切,而列215中六边形的上顶尖与直线219相切。直线218和219互相隔开一个距离d,在图1 7所示的图案中该距离为3个象素。上述的列213、214、215、216的图案在整个图17所示的比特图中循环重复。这里应该理解,在其它设计方案中,同一列中的六边形的间隔或相邻列之间的间隔都可以是不均匀的。
图17所示的比特图中的两个相邻六边形的平行的相邻边之间的距离220是经过精选的,因此套筒本体具有足够的强度以抵抗射流的作用力并允许进行正常的操作。
在蚀刻图案时,装有管形工件120的芯棒121在镜头129前面旋转。托架126被驱动电机133定位,因而第一个孔定位在镜头129的焦点所对应的位置上。然后,驱动器132使调焦部件127向内移动,以使镜头129的焦点落到待钻削顶表面119的内部。然后激光器137以脉冲功率电平和脉冲宽度两个参数的某种组合发出脉冲。
如图14A所示,孔70在顶表面66处的直径明显地大于其在底表面67处的直径。为了得到所要求的表面构形,需对两个要素进行测量与控制:(1)镜头129对管形工件内部聚焦的深度(例如增加锥角73部件的深度),以及(2)功率电平或脉冲宽度(例如,增加上述两者中的任一个来增加孔70的深度和直径)。一旦所加工的孔70的直径和锥度符合需要,芯棒旋转驱动器123和托架驱动器133便转位变址而使工件120重新定位,这时焦点所对应处便是下一个欲钻的孔的位置。然后重复上述工序,直到整个图案钻削完成。这种技术称为“冲击钻孔”。
如果所选的激光器的功率足够大,则激光器发出脉冲期间芯棒121和托架126便不必停止运动。脉冲宽度如此之小,以致钻削过程中工件的运动是微不足道的。在本领域中这种技术称为“飞行射击”钻削。
如果激光器能足够快地复原,则工件120可以以一个固定的速率旋转,而激光器每发出脉冲一次就打出一个孔。对于如图14所示那样的成形表面图案,激光器137通常发出脉冲加工出整列的孔,然后托架126转位变址到下一列位置上,激光器137再为该下一列孔发出脉冲。
材料的类别和孔图案的密度可能会带来一个问题,即在成形表面的微小区域内导入了大量的热,结果可能导致图案产生粗大的畸变且失去准确位置。在某些情况下,部件会发生较大的尺寸变化,并且所制得的成形表面将是不可返修的。在极端的情况下管会开裂。
在一种优选的蚀刻工艺中使用了一种散焦光栅扫描钻削技术,从而使这个问题得到解决。这种技术将图案转化为如图18所描绘的矩形的最小循环元素241。该循环元素包括了可产生如图17图案所需的全部信息。当这些元素被用来象砌砖那样头尾相接且肩并肩放置时便得出所需的总体图案。
该循环元素进一步地被分成由更小的矩形单元或称象素242所组成的网格。虽然每个象素242典型地为正方形的,但也可能为了某种目的而更主便地使用不等边的象素。典型的正方形象素的尺寸为0.05毫米乘0.05毫米。
象素242的每一纵列代表工件在激光聚焦位置上经受一次操作。每个纵列要重复通过许多次,以使在工件120以一定的速率旋转(典型情况下不管工件的直径是多小,表面119的线速度为20.3米/分)时,它的总通过长度正好绕工件120一周。图18中使激光器接通过进行打孔的象素242是黑色的,使激光器断路的象素是白色的。
钻削过程从图18中第一纵列的顶上格象素243开始,此时芯棒121等速旋转,激光器137开启并以恒定的功率电平工作11个象素242然后关闭。这些象素是由图16中的旋转脉冲发生器124来计数的。在随后的14个单元或象素242期间激光器137保持关闭。这样的激光器开启/关闭顺序一直重复着,直到芯棒121回到其旋转的起始位置,托架驱动器133使托架126变址一个单点或一个象素而进入下一个纵列即象素242的相邻纵列243a。然后设备便准备蚀刻纵列243a。
当蚀刻纵列243a时,激光器137的“开启期”稍短(这里为9个单元),而“关闭期”则稍长(这里为16个单元)。在一个循环单元中,开启和关闭期的总时间是一个取决于图案的高度的常数。
此过程一直重复进行,直到所有纵列的每一列都用来加工了一整周。在图18中,循环元素241具有15个纵列的象素242,因此要求芯棒121旋转15周。在第15纵列的终端处加工过程回到指令图的纵列243上。
在这种处理方法中,每次操作在材料上产生一些窄的切割线而不是较大的孔。因为这些切割线精确地对准于并置和稍有重叠的直线,所以其总的累积起来的效果是形成一系列的孔。在图18所示的图案中,每个六边形元素244纵列实际上需要7次操作,每两次之间相隔为一整周的不蚀刻过程,因此能量分散到管的整个圆周上而使局部加热降至最小。
在这个钻孔操作中,如果镜头129准确地聚焦在套筒材料的顶表面119上,结果将是形成侧壁平行的六边形孔。将光栅扫描钻孔与镜头散焦技术结合在一起便能加工出如图14所示的成形表面。典型地,孔或孔70很小,而数量很大。典型的图案为每平方英寸(6.45cm2)800到1400个孔。
图19为另一个编入计算机控制程序的激光器电源接通/关闭顺序象素表示图形。图形由成对的两行元素重复(标记为A1,B1;A2,B2等)组成,它们代表套筒成形表面内的孔(hole)或孔。元素A1具有第一种不规则形状,元素B1具有第二种不规则形状。按照这种图形,用图16所示激光钻孔设备已将一管形工件蚀刻成为具有如图20所示表面构形的成形套筒。该管形工件直径为约3英尺(0.91m),长12英尺(3.66m),厚6毫米。整个钻刻工艺过程约需7天完成。
图20所示的成形有表面包括有第一孔列A(见图20的上部)、随后的与其邻接的孔列B以及位于孔列B下面的第二孔列A。第一孔列A包括有孔A’。邻接的孔列B包括有孔B’,孔B’与孔A’邻接。
孔A’的上部为峰部501,502,503,504,505和506所包围并限定。孔B’的上部为峰部510,511,512,513,504和503所包围并限定。这里可以看出峰部504和503是孔A’和B’二者所公有的。伸展在峰部501和504之间的双箭头直线521表示孔A’上部的大端直径。已经制得的实际成形套筒的大端直径521为0.085英寸。与此相似,伸展在峰部503与512之间的双箭头直线522表示孔B’上部的大端直径。已经制得的实际成形套筒的大端直径522为0.075英寸(0.19cm)。
与支撑部件成形表面上的孔A’有关的其它各个峰-峰距离列于表A中。与孔B’有关的各个峰-峰距离列于表B中。
表A
(距离单位:英寸)
峰部号码 | 501 | 502 | 503 | 504 | 505 |
501 | --- | --- | --- | --- | --- |
502 | 0.037 | --- | --- | --- | --- |
503 | 0.067 | 0.040 | --- | --- | --- |
504 | 0.085 | 0.067 | 0.037 | --- | --- |
505 | 0.070 | 0.075 | 0.055 | 0.035 | --- |
506 | 0.035 | 0.056 | 0.065 | 0.065 | 0.040 |
英寸=2.54cm
表B
(距离单位:英寸)
峰部号码 | 510 | 511 | 512 | 513 | 503 |
510 | --- | --- | --- | --- | --- |
511 | 0.037 | --- | --- | --- | --- |
512 | 0.062 | 0.035 | --- | --- | --- |
513 | 0.065 | 0.056 | 0.037 | --- | --- |
503 | 0.035 | 0.066 | 0.075 | 0.063 | --- |
504 | 0.055 | 0.067 | 0.055 | 0.037 | 0.037 |
英寸=2.54cm
图21是与图20所示的数字图象相同的图象,只是该图中标有标记和数码以展示从两个相邻峰部之间的谷底到连接该两峰部的直线之间的距离。举例来说,图21中的与孔A’有关的503和504两个峰部由直线530相连接。与孔A’有关的各峰部501至506之间的各个谷部的深度示于表C的上部。与孔B’有关的两个谷部(即峰部510与511之间的谷部和峰部504与513之间的谷部)的深度示于表C的下部。与孔B’有关的其余诸峰之间的谷部,即峰部511与512之间和峰部512与513之间的谷部在构造上分别与峰部501与506和峰部501与502之间的谷部相似。
表C
谷部两边的峰部号码 | 谷部深度(英寸) |
501和502 | 0.016 |
502和503 | 0.020 |
503和504 | 0.024 |
504和505 | 0.025 |
505和506 | 0.020 |
506和501 | 0.012 |
510和511 | 0.026 |
504和513 | 0.026 |
英寸=2.54cm
图22和23所示为另一种可用来制造本发明的网片的成形表面。这种成形表面可以用许多方法,包括常规的机械加工方法来制造。该成形表面具有由多个棱锥体602排成的等间距的行和列,这些棱锥体602为从一个限定了多个圆柱形排泄孔604的平坦表面上凸起的。这些排泄孔604排列成等间距的行和列。每一行和每一列中的棱锥体602之间的间隔是均等的,每一行和每一列中的排泄孔604之间的间隔也是均等的。孔604的交错行与交错列相对于它的相邻行与列相应地是交错开的或是不对称偏置的。每个棱锥体602的每一侧都与相邻的孔604相交并被孔604割去。
上述各种成形表面可以用来将适用的母材薄膜制成本发明的多孔薄膜或网片。按照本发明的一个方面的内容,成形有孔的母材薄膜除了其它特征以外具有的特殊特征包括显著的弹性和相对较高的韧性以及强度。在母材薄膜成形为多孔网片或薄膜以后,优选型的多孔网片或薄膜具有透气性,并因为所具有的弹性足以提供至少50%的拉伸伸长率和在50%的伸长率基础上的大于65%的回缩率而具有柔韧性。最好是多孔网片或薄膜具有这样的弹性:当一个大小为约0.5磅到2.5磅(0.2268-1.1339kg)的拉力作用在其横切拉力方向上的尺寸为1英寸(2.54cm)的网片上时将产生50%的伸长率和至少65%的回缩率。
母材薄膜的一个优选类型是一种致密薄膜,它包括一种由乙烯与一种单体聚合成聚合物结构的共聚体。该聚合反应采用单点金属茂和金属茂型的聚合触媒。聚合物结构可以是嵌段和支化结构。单体最好包括苯乙烯、具有3到约20个碳原子的烯键型不饱和烯烃或以上这些的混合物。由Exxon化学公司出售的商标为EXACT 3026的线型乙烯/丁烯共聚体是适用的共聚体类型,Exxon公司的办事处设在351North Oakwood Road,Lake Zurch,Illinois 60047-156z,U.S.A。美国专利5,322,728描述了这类共聚体,这里在适当的程度上和与之不相矛盾的范围内引用了该专利的公开文件作为参考。
Exxon公司出售的标号为XLP-919的薄膜是含有这类共聚体的适用类型的母材薄膜。XLP-919薄膜含有低密度聚乙烯和Exxon公司出售的商标为EXACT 3026的金属茂触媒线型乙烯/丁烯共聚体。
Exxon化学公司还出售其它适用的金属茂型触媒催化的以乙烯为基础的共聚体薄膜,它包括下列标号的薄膜:XLP-940 XPC-052、XLP-980、XLP-981、XLP-988。XLP-940薄膜的组分包括有低密度聚乙烯和Exxon化学公司出售的商标为EXACT 3030的线型乙烯/己烯共聚体;XPC-052薄膜是一种共挤薄膜,其组分包括有乙烯-醋酸乙烯酯聚合物和Exxon化学公司出售的商标为EXACT 3026的线型乙烯/丁烯共聚体;XLP-980薄膜的组分包括有低密度聚乙烯和Exxon化学公司出售的商标为EXACT 3028的线型乙烯/丁烯共聚体;XLP-981薄膜的组分包括有低密度聚乙烯和Exxon化学公司出售的商标为EXACT 3025的线型乙烯/丁烯共聚体;XLP-988薄膜的组分包括有低密度聚乙烯和Exxon化学公司出售的商标为EXACT3028的线型乙烯/丁烯共聚体与Exxon化学公司出售的商标为EXACT3035的共聚体的1∶1混合物。以上这些薄膜中还含有目的为提供颜色和其它特征的添加剂,每一种这类添加剂在薄膜中的浓度约为5%或更少。
这里也预期到,其它的适用薄膜还可以包括那些含有金属茂聚合的以聚乙烯为基础的塑性体与常规聚乙烯树脂的掺混物、金属茂聚合的以聚乙烯为基础的塑性体与乙烯醋酸乙烯酯或乙烯丙烯酸甲酯的掺混物或共挤物。
母材薄膜可以是注塑成的或吹塑成的。母材薄膜中所包含的金属茂催化乙烯为基础的共聚体的密度最好在约0.86至约0.95克/厘米3范围之间,分子量分布最好在约1.0到约3.50范围之间,熔流指数最好在约1.0到约3.0克/10分钟范围之间。
母材薄膜最好如前面已经叙述过的那样加工出孔和别的形变,这样成品网片或薄膜而呈现出所需的特征。优选的母材薄膜的厚度在约1到约4.5密耳(0.0254-0.1143mm)范围之间,最好在约2到约3密耳(0.0508-0.0762mm)之间。
优选的多孔网片或薄膜的厚度在约2.25到约30密耳(0.0572-0.762mm)范围之间(最好为约6到约12密耳(0.1524-0.3048mm)),基重在约0.7到约4.5盎斯/码2(0.0237-0.1525kg/m2)范围之间(最好为约1.0到约2.0盎斯/码2(0.0339-0.0678kg/m2)。
优选的多孔网片或薄膜所具有的弹性为在受到一个大小在约0.5(最好为1)到约2.25(最好为2)磅/英寸(8.93(最好(17.86)-40.18(最好35.72)kg/m)薄膜范围之间的拉力作用时可提供至少50%的伸长率,在50%伸长率中有至少70%的回缩率,并且对于一个50%的伸长率来说,其回缩能与拉伸能之比值乘以100后应大于25(最好大于40)。
多孔薄膜的断裂伸长率无论在机器方向上还是横向方向上最好都在约200%到约500%的范围内。抗拉断裂强度最好大于约每英寸(2.54cm)薄膜2磅(0.91kg),最佳范围为约2到7磅(0.91-3.19kg)。
多孔薄膜的弗雷泽空气透气性为每平方英尺每分钟约20立方英尺到约300立方英尺,在某些用途中其最佳范围为每平方英尺每分钟约50到75立方英尺。
多孔薄膜中孔的形状最好是不规则的。孔的平均尺寸以等效圆直径(ECD)表示在约0.1到约100密耳(0.0025-2.54mm)的范围内。在某些用途中其最佳范围为约1.0到约10密耳(0.025-0.254mm),其中80%的孔的等效圆直径小于15密耳(0.381mm)。
多孔薄膜的开孔面积系数在约0.5%到约20%范围之间,在某些用途中更优选的范围为约1%到约3%。
更进一步说,在某些用途中多孔薄膜的等效圆直径变差系数(ECDCOV)在约18%到约79%范围内。
多孔薄膜的潮湿蒸气传输率大于约300克/米2/24小时,最好是大于约2000克/米2/24小时。
已制作了几个背衬网片样品。下面的表1,2和3列出了有关材料、加工条件和化学物理性质方面的资料。一些实例在表中列出以达到具体说明的目的。
在这些实例中,母材薄膜是用前面所述的图15那样的设备和加工方法将其成形为多孔薄膜的(其中母材薄膜支撑在一个三维的成形表面上,用柱形水射流将作用力施加到薄膜上使其产生变形)。
在这些实例中采用过许多种成形表面,这些成形表面在表1,2和3中用任选的字母A,B,C,D,E,F和G来代表。字母A-F对应于前面所述的如图16所示的那种加工方法制得的成形表面,而G是图22和23所描绘的那种成形表面,这种成形表面在下面还要进一步叙述。
成形表面A-F是用一种1300瓦激光器蚀刻的。这种激光器具有焦距为5英寸的凹凸镜头,使用0.05毫米×0.05毫米正方形象素尺寸。成形表面A-F是按照前面叙述过的优选的散焦光栅扫描钻削技术蚀刻的。成形表面A-F中的每一个壳体都是缩醛材料的,加工时壳体装在芯棒上,以20.3米/分钟的表面速度旋转(与成形表面的直径无关),芯棒每旋转一周托架纵向送进0.05毫米。当激光器按照下面的表D指出的预定比特图和象素图形开启时,激光器便在1300瓦的峰值功率上运转。进入镜头的激光束直径为30毫米。并且激光束被聚焦到工件表面下表D所指出的深度处,焦点直径为200微米。有关成形表面A-F的以上这些以及其它的加工参数列于表D中。
表D
表1,2和3中的成形表面符号 | 激光聚焦点距套筒成形表面蚀刻前起始位置的距离 | 激光器比特图说明 | 激光器比特图的最小循环元素 |
A | 3.0mm | 图17 | 图18 |
B | 3.0mm | 图17 | 图18 |
C | 2.5mm | 图17 | 图18 |
D | 3.0mm | 图17 | 图18 |
E1 | 3.0mm | 图19 | 图19A |
F2 | 3.0mm | 图17 | 图18 |
注1:成形表面E的扫描电子显微镜图象见图20和21。注2:成形表面F为激光器按图17所示阵列图转向90°所得的图形进行钻孔所制成。 |
成形表面G的构形示于图22和23中。图中的各个尺寸为:
a=0.64毫米
b=0.34毫米
c=0.32毫米
d=0.66毫米。
在表1,2和3所列举的实例中,薄膜是以表中所指出的A-G中的一个成形表面制得的。表1,2和3还列出了具体的薄膜加工参数,诸如水射流喷孔尺寸、喷孔的安排、水温、水压和线速度。
以下表1至表3中的非法定计量单位数值可通过以下换算系数换算为法定计量单位数值:
英寸=2.54cm;
英尺=0.3048cm;
英尺2=0.0929m2;
英尺3=0.0283m3;
磅/英寸=17.8530kg/m;
磅/英寸2=6.8948kPa;
密尔=0.0254mm;
℃=(°F-32)×0.5556。
表1
例1 | 例2 | 例3 | 例4 | |
母材薄膜 | ||||
薄膜代号 | XLP-919 | XLP-940 | XPC-052 | XLP-980 |
薄膜类型 | 掺混 | 掺混 | 共挤 | 掺混 |
薄膜组成 | ||||
聚合物1 | EXACTTM3026 | EXACTTM3030 | EXACTTM3 026 | EXACTM3028 |
聚合物2 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 | 醋酸乙烯酯 | 低密度聚乙烯 |
比例(聚合物1∶聚合物2) | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 |
厚度(密耳) | 2.25 | 2.25 | 2.25 | 2.5 |
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 8.82 | 11.67 | 14.65 | 17.8 |
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 8.55 | 8.96 | 14.8 | 17 |
机器方向伸长率(断裂时)(%) | 579 | 629 | 544 | 660 |
横向方向伸长率(断裂时)(%) | 696 | 614 | 678 | 800 |
聚合物1性能 | ||||
聚合物1密度 | 0.908 | 0.907 | 0.908 | 0.901 |
聚合物1分子量分布 | 1.9 | 2.06 | 1.9 | 1.86 |
聚合物1流指数(克/10分钟) | 2.8 | 2.2 | 2.8 | 1.17 |
网片制造条件 | ||||
成形表面 | D | D | D | E |
喷孔直径(密耳) | 5 | 5 | 5 | 5 |
每英寸喷孔数 | 50 | 50 | 50 | 50 |
供水管数 | 3 | 3 | 3 | 3 |
水温℃(°F) | 71.11(160) | 71.11(160) | 71.11(160) | 71.11(160) |
供水压强(磅/英寸2) | 850 | 1200 | 850 | 1050 |
线速度(英尺/分钟) | 50 | 50 | 50 | 72 |
网片性能 | ||||
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 4.36 | |||
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 3.2 | 2 | 2.6 | 3.15 |
机器方向断裂伸长率(%) | 357 | |||
横向方向断裂伸长率(%) | 480 | 211 | 412 | 445 |
横向伸长50%后的回缩率(%) | 80 | 76 | 84 | 81 |
伸长50%时的拉伸力(磅/英寸) | 1.624 | 0.943 | 1.152 | 1.311 |
伸长50%时的回缩能/拉伸能×100 | 48 | 47 | 56 | 50 |
涂敷粘接剂后的潮湿蒸气传输率(克/米2/24小时) | 5000 | 4000 | 3000 | |
弗雷泽空气透气性(英尺3/英尺2/分钟) | 135 | 45 | 91 | 60 |
开孔面积系数(%) | 0.91 | 1.5 | 1.53 | 1.51 |
平均孔径,ECD(密耳) | 3.77 | 5.22 | 4.41 | 4.46 |
ECD CCV(%) | 49.6 | 49.7 | 58.9 | 53.4 |
表2
例5 | 例6 | 例7 | 例8 |
母材薄膜 | ||||
薄膜代号 | XLP-919 | XLP-981 | XPC-988 | XIP-980 |
薄膜类型 | 掺混 | 掺混 | 掺混 | 掺混 |
薄膜组成 | ||||
聚合物1 | EXACTTM3026 | EXACTTM25 | 1∶1 EXACTTM025/3028 | EXACTTM3028 |
聚合物2 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 |
比例(聚合物1∶聚合物2) | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 |
厚度(密耳) | 3 | 2.7 | 2.5 | 2.5 |
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 14.5 | 14.5 | 16.2 | 17.8 |
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 13.1 | 13.5 | 15 | 17 |
机器方向伸长率(断裂时)(%) | 730 | 680 | 650 | 660 |
横向方向伸长率(断裂时)(%) | 790 | 740 | 700 | 800 |
聚合物1性能 | ||||
聚合物1密度 | 0.908 | 0.91 | 0.945 | 0.901 |
聚合物1分子量分布 | 1.9 | 1.95 | 1.9 | 1.86 |
聚合物1流指数(克/10分钟) | 2.8 | 1.16 | 1.9 | 1.17 |
网片制造条件 | ||||
成形表面 | D | A | A | A |
喷孔直径(密耳) | 5 | 5 | 5 | 5 |
每英寸喷孔数 | 50 | 50 | 50 | 50 |
供水管数 | 3 | 3 | 3 | 3 |
水温℃(°F) | 71.11(160) | 71.11(160) | 71.11(160) | 71.11(160) |
供水压强(磅/英寸2) | 1200 | 1200 | 1050 | 1050 |
线速度(英尺/分钟) | 70 | 70 | 72 | 72 |
网片性能 | ||||
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 6.4 | 5.67 | 4.59 | 4.14 |
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 4.7 | 4.46 | 3.49 | 3.25 |
机器方向伸长率(断裂时)(%) | 379 | 418 | 413 | 340 |
横向方向伸长率(断裂时)(%) | 459 | 472 | 350 | 455 |
横向伸长50%后的回缩率(%) | 72 | 77 | ||
伸长50%时的拉伸力(磅/英寸) | 2.023 | 1.56 | ||
伸长50%时的回缩能/拉伸能×100 | 37 | 43 | ||
涂敷粘接剂后的潮湿蒸气传输率(克/米2/24小时) | 5000 | |||
弗雷泽空气透气性(英尺3/英尺2/分钟) | 132 | 72 | 83.5 | 110 |
开孔面积系数(%) | 1.85 | 1.48 | 1.53 | 1.12 |
平均孔径,ECD(密耳) | 3.47 | 2.69 | 4.08 | 3.64 |
ECD COV(%) | 59.6 | 66.2 | 64.2 | 63.8 |
表3
例9 | 例10 | 例11 | 例12 | |
母材薄膜 | ||||
薄膜代号 | XLP-980 | XLP-980 | XLP-980 | XLP-980 |
薄膜类型 | 掺混 | 掺混 | 掺混 | 掺混 |
薄膜组成 | ||||
聚合物1 | EXACTTM3028 | EXACTTM3028 | EXACTTM3028 | EXACTTM3028 |
聚合物2 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 | 低密度聚乙烯 |
比例(聚合物1∶聚合物2) | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 |
厚度(密耳) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 16.2 | 16.8 | 16.2 | 16.2 |
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 15.1 | 16.4 | 15.1 | 15.1 |
机器方向伸长率(断裂时)(%) | 664 | 670 | 664 | 664 |
横向方向伸长率(断裂时)(%) | 705 | 715 | 705 | 705 |
聚合物1性能 | ||||
聚合物1密度 | 0.901 | 0.901 | 0.901 | 0.901 |
聚合物1分子量分布 | 1.86 | 1.86 | 1.86 | 1.86 |
聚合物1流指数(克/10分钟) | 1.17 | 1.17 | 1.17 | 1.17 |
网片制造条件 | ||||
成形表面 | B | C | F | G |
喷孔直径(密耳) | 5 | 5 | 5 | 5 |
每英寸喷孔数 | 50 | 50 | 50 | 50 |
供水管数 | 3 | 3 | 3 | 3 |
水温℃(°F) | 72.22(162) | 73.89(165) | 71.11(160) | 7 1.11(160) |
供水压强(磅/英寸) | 1050 | 1450 | 1050 | 1250 |
线速度(英尺/分钟) | 72 | 165 | 72 | 72 |
网片性能 | ||||
机器方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 3.96 | 4.13 | 3.66 | 3.98 |
横向方向抗拉强度(断裂时)(磅/英寸) | 3.14 | 3.31 | 2.89 | 3.23 |
机器方向伸长率(断裂时)(%) | 480 | 460 | 390 | 490 |
横向方向伸长率(断裂时)(%) | 385 | 360 | 240 | 390 |
横向伸长50%后的回缩率(%) | 78.7 | 77.1 | 72.3 | 77.8 |
伸长50%时的拉伸力(磅/英寸) | 1.18 | 0.88 | 0.79 | 0.76 |
伸长50%时的回缩能/拉伸能×100 | 49.9 | 53.0 | 48.2 | 51.8 |
涂敷粘接剂后的潮湿蒸气传输率(克/米2/24小时) | 2300 | 4400 | 3900 | 3100 |
弗雷泽空气透气性(英尺3/英尺2/分钟) | 97.5 | 141 | 133 | 55 |
开孔面积系数(%) | 1.62 | 2.09 | 2.42 | 0.72 |
平均孔径,ECD(密耳) | 3.62 | 4.12 | 4.49 | 2.75 |
ECD COV(%) | 73.2 | 61.7 | 71.1 | 78.9 |
图8A和8B,9A和9B,10A和10B,11A和11B,12A和12B是薄膜或网片样品的正面照片,其中照片比实际尺寸放大了许多倍。具体地说,图的标号带有后缀“A”的是薄膜面向套筒成形表面一侧的照片,标号带有后缀“B”的是薄膜背着成形表面(也就是面向水射流)一侧的照片。图8A和8B所示为例8的网片或薄膜,图9A和9B所示为例9的网片或薄膜,图10A和10B所示为例10的网片或薄膜,图11A和11B所示为例11的网片或薄膜,图12A和12B所示为例12的网片或薄膜。
图13为薄膜样品朝向套筒形表面一侧的放大倍数更大的照片,该多孔薄膜是由母材薄膜XLP-980成形得到的(薄膜XLP-980的性能数据列于表1的例4一栏中)。
图4和5所示为装在卫生巾衬垫30上的本发明的第二实施例。衬垫30包括一个吸湿垫34,吸湿垫34通过一层或一条粘接剂36与背衬网片38相固接。吸湿垫34可以是任何适用的特殊类型的,或是本领域技术人员公知的任何一种常规类型的。
背衬网片38是一种按照本发明的工艺技术制成的多孔薄膜,并具有一个适宜的形状,该多孔薄膜的结构和成分与前面已详细叙述过的如图1,2和3所示的绷带10上的背衬网片20所使用的薄膜相同。卫生巾衬垫30可以还包括有本领域技术人员公知的其它常用部件(图中未显示)。
图6和7所示为装在一个一次性尿布40上的本发明的第三实施例。尿布40包括一个吸湿垫44,吸湿垫44通过一层或一条粘接剂46与背衬网片48相固接。吸湿垫44可以是任何适用的特殊类型的,或是本领域技术人员公知的任何一种常规类型的。背衬网片48是一种按照本发明工艺技术制成的多孔薄膜,并具有一个适宜的形状,该多孔薄膜的结构和成分与前面已详细叙述过的如图1,2和3所示的绷带10上的背衬网片20所使用的薄膜相同。尿布40可以还包括本领域技术人员公知的其它常用部件(图中未显示)。
当背衬网片或背衬膜按上述的发明内容制造并装到一个用具上时,该用具便具有很好的期望特性。由于网片的高柔韧性和弹性,用具可以更容易地和与之相接触的那部分躯体相适应,并且仅需要相对较低的力便可显著地伸展并高度回缩。虽然网片是防水的,并可制成相对不透液或不吸液的,但它却是透气的,因此可将皮肤散发出的水蒸气传输到大气中去。网片很容易接受粘附层并可辐射灭菌。网片相当坚韧而能经受外力,足以避免用具在正常使用中发生磨坏或擦伤。网片可以染色、印刷并制作表面花纹。重要的是,网片具有织物的柔软手感和悬垂性。此外,网片具有良好的工艺性并可以用成本最低的方法来生产。
从上面的发明详述和附图很容易看到,在不背离本发明的精神、原则和新构思的范围的情况下还可以实施许多改型和修改。
Claims (7)
1.一种适于与皮肤相接触的网片,所述网片包括一个具有提供了透气性孔的聚合物薄膜,而所述薄膜同时又具有阻止水的通过和吸收的能力,所述网片具有柔韧性,2.54cm的薄膜在受到0.23-1.13kg的拉力作用时,能提供至少50%的拉伸伸长率和在50%的伸长率基础上呈现至少65%的回缩率的弹性;
所述薄膜由一种致密的母材薄膜制成,所述母材薄膜包括一种共聚体,该共聚体由乙烯和一种共聚单体采用单点金属茂型聚合触媒剂聚合而成;
所述共聚单体选自苯乙烯、具有3到20个碳原子的烯键型不饱和烯烃或所述的苯乙烯和不饱和烯烃的混合物;
所述共聚体的密度在0.86到0.93克/厘米3的范围内,
分子量分布在1.0到3.50的范围内,
熔流指数在1.0到3.0克/10分钟的范围内;以及
所述母材薄膜包括低密度聚乙烯;
所述薄膜具有局部的变形和孔,所述网片包括一具有三维表面构造的第一侧并包括一个反向的具有三维表面构造的第二侧;
所述薄膜的厚度在0.06-0.76mm的范围内,基重在0.02-0.15kg/cm2的范围内,
所述孔的平均尺寸以等效圆直径来表示在0.025-0.254mm的范围内;所述网片的开孔面积系数在0.5%到20%范围内。
2.如权利要求1所述的网片,其中所述第二侧呈现为第一侧的负象并包括许多终止于小孔的管和未充满气的囊形气泡的结集,这给予所述网片以类纤维样的手感。
3.如权利要求1所述的网片,其中所述薄膜的弹性为当每2.54cm的薄膜受到0.23-1.13kg的拉力时,将产生50%的拉伸伸长率以及至少70%的回缩率;
所述薄膜呈现出对于50%的拉伸伸长率来说,回缩能量与拉伸能量之比值乘以100所得之值大于25;
所述薄膜的抗拉强度在断裂时是每2.54cm的薄膜为0.91-3.18kg;
所述薄膜在任何方向上的伸长率在断裂时均在200%至500%范围内;
所述薄膜的弗雷泽空气透气性是每0.09m2每分钟为0.57-8.49m3;
所述孔是不规则形状的;
所述薄膜的变差系数在18%到79%范围内;
所述薄膜的潮湿蒸气传输率大于300克/米2/24小时。
4.一种一次性吸湿用品,包括:
一个吸湿垫;以及
一个与所述吸湿垫相固接的背衬网片,所述网片包括一个具有提供了透气性孔的聚合物薄膜,而所述薄膜同时又具有阻止水的通过和吸收的能力,所述网片具有柔韧性,2.54cm的薄膜在受到0.23-1.13kg的拉力作用时,能提供至少50%的拉伸伸长率和在50%的伸长率基础上呈现至少65%的回缩率的弹性;
所述薄膜由一种致密的母材薄膜制成,所述母材薄膜包括一种共聚体,该共聚体由乙烯和一种共聚单体采用单点金属茂型聚合触媒剂聚合而成;
所述共聚单体选自苯乙烯、具有3到20个碳原子的烯键型不饱和烯烃或所述的苯乙烯和不饱和烯烃的混合物;
所述共聚体的密度在0.86到0.93克/厘米3的范围内,
分子量分布在1.0到3.50的范围内,
熔流指数在1.0到3.0克/10分钟的范围内;以及
所述母材薄膜包括低密度聚乙烯;
所述薄膜具有局部的变形和孔,所述网片包括一具有三维表面构造的第一侧并包括一个反向的具有三维表面构造的第二侧;
所述薄膜的厚度在0.06-0.76mm的范围内,基重在0.02-0.15kg/cm2的范围内,
所述孔的平均尺寸以等效圆直径来表示在0.025-0.254mm的范围内;所述网片的开孔面积系数在0.5%到20%范围内。
5.如权利要求4所述的一次性吸湿用品,其中
所述网片包括一在该网片面向所述吸湿垫的一侧上的粘附层;以及所述用品是下列中的一种:一种敷料,一种一次性尿布,一种妇女卫生保洁用品,一种适用于吸收失禁者排出物的成人失禁者用品。
6.如权利要求4所述的一次性吸湿用品,其中
所述薄膜呈现出的弹性为当每2.54cm的薄膜受到0.23-1.13kg范围内的拉力作用时能提供至少50%的拉伸伸长率,就50%的拉伸伸长率而言呈现至少70%的回缩率,以及就50%的拉伸伸长率而言,回缩能量与拉伸能量之比值乘以100所得之值大于25;
所述薄膜的抗拉强度在断裂时是每2.54cm的薄膜为0.91-3.18kg;
所述薄膜在任何方向上的伸长率在断裂时均在200%至500%范围内;
所述薄膜的弗雷泽空气透气性是每0.09m2每分钟为0.57-8.49m3;
所述孔是不规则形状的;
所述薄膜的变差系数在18%到79%范围内;
所述薄膜的潮湿蒸气传输率大于300克/米2/24小时。
7.如权利要求4所述的一次性吸湿用品,其中所述第二侧呈现为第一侧的负象并包括许多终止于小孔的管和未充满气的囊形气泡的结集,从而赋予所述薄膜以类纤维样的手感。
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