CN1415027A - 具有流体管理性能的生物可降解聚交酯非织造物和含有所述非织造物的一次性吸收产品 - Google Patents
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Abstract
具有改善的流体管理性能的生物可降解非织造材料和一次性吸收产品。所述非织造材料可使用热塑性组合物制备,所述组合物包括以下物质的未反应混合物:聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物,或这些聚合物的混合物;以及润湿剂。所述热塑性组合物具有基本的生物可降解性能又可容易地进行加工。所述生物可降解非织造材料可用在吸收流体如体液的一次性吸收产品中。
Description
发明领域
本发明涉及具有改善的流体管理性能(fluid managementproperties)的生物可降解非织造材料和含有所述非织造材料的一次性吸收产品。所述非织造材料可由聚合物共混物制备。这些共混物可包括多组分纤维。这些多组分纤维包括聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物、以及润湿剂的未反应混合物。所述多组分纤维具有显著的生物可降解性能又可容易地进行加工。所述一次性吸收产品可用于吸收流体如体液。
发明背景
近来一次性吸收产品广泛用于许多应用中。例如,在婴儿和小孩护理领域,尿布和训练裤(training pants)已经基本取代了可重复使用的织物吸收用品。其它典型的一次性吸收产品包括妇女护理用品如卫生巾或棉条、成人失禁用品和保健用品如手术被单或绷带。一般的一次性吸收产品通常包括具有面片(topsheet)、衬片(backsheet)和在所述面片和衬片之间的吸收结构的复合结构。这些产品通常包括一些将所述产品固定在穿带者身上的紧固系统。
在使用过程中,一次性吸收产品一般将经受一种或多种液体,如水、尿液、月经或血液的浸渍。在这种情况下,这些一次性吸收产品的外罩的衬片材料一般由液体不可溶和液体不可渗透材料(如聚丙烯薄膜)制成,这类聚丙烯薄膜显示出足够的强度和处理能力,这样所述一次性吸收产品在穿带者的使用过程中保持其完整性并且不会使浸渍所述产品的液体泄漏。
虽然现在的一次性婴儿尿布和其它一次性吸收产品已经受到公众的普遍接受,但是这些产品在特殊方面仍有待改进。例如许多一次性吸收产品都难于处理。例如将许多一次性吸收产品冲下厕所进入下水道系统一般将导致厕所或连接厕所与下水道系统的管道的堵塞。具体地讲,当被冲下厕所时,一般在一次性吸收产品中使用的外罩材料通常不能分解或分散,以致一次性吸收产品不能以这种方式处理。如果将所述外罩材料制造得非常薄以减少一次性吸收产品的总体积以便降低堵塞厕所或下水道管道的可能性,则所述外罩材料一般不再显示出足够的强度以防止所述外罩材料在经受穿带者平常使用的应力时的撕裂或拉裂。
另外,固体废物的处置已经成为全世界日益关注的问题。随着垃圾继续堆积,关于减少一次性产品的材料来源、在一次性产品中掺入更多的可循环和/或可降解组分、以及设计可通过除投入固体废物处置设备的方法(如垃圾填埋法)外的其它方法处置的产品的要求不断增加。
在这种情况下,需要可用于一次性吸收产品的新材料,这些材料在使用中通常保持它们的完整性和强度,但在使用后所述材料可被更有效地处置。例如,可通过堆肥容易和有效地对所述一次性吸收产品进行处置。或者,可容易和有效地将所述一次性吸收产品处置至液体下水道系统,在那里所述一次性吸收产品能被降解。
虽然可降解的单组分纤维是已知的,但是在它们的使用中已遇到了不少问题。具体地讲,已知的可降解纤维一般不具有良好的热尺寸稳定性,这样由于在顺流热处理方法(如热粘合或层压)中聚合物链的松弛,使得纤维通常会发生严重的热收缩。
例如,虽然由聚(乳酸)聚合物制备的纤维是已知的,但在它们的使用过程中遇到了不少问题。具体地讲,已知聚(乳酸)聚合物具有比例如聚烯烃聚合物低的结晶速率,由此经常导致所述脂族聚酯聚合物的不良加工性。另外,所述聚(乳酸)聚合物通常不具有良好的热尺寸稳定性。由于在顺流热处理方法(如热粘合和层压)中聚(乳酸)聚合物链的松弛,除非实施了额外的步骤如热定形,否则聚合物通常会发生严重的热收缩。但是,这种热定形步骤通常限制了纤维在原位非织造形成方法(如纺粘法和熔喷法)中的应用,在这类方法中非常难以完成热定形。
另外,许多个人护理用品的较为重要的组成之一是贴身衬垫(body-side liner)。衬垫通常由经过表面活性剂处理的聚烯烃纺粘材料组成。对于用作衬垫的纺粘材料,要求该材料是可润湿的,以促进对浸渍(insult)流体的吸入。除了快速吸入外,还要求所述复合吸收产品保持使用者皮肤干燥。另外,最好是所述纺粘材料使皮肤感觉柔软。现在流行的纺粘尿布衬垫存在许多问题。首先,这类衬垫由聚烯烃材料构成,不能降解;由于这类材料具有疏水性,必须用表面活性剂对衬垫进行处理使其可润湿;由于表面活性剂不能持久锚定在聚烯烃上,因此在多次浸渍中容易被洗脱,延长了非织造物的吸入时间。
因此,需要一种作为具有改进的流体管理性能(如快速吸入时间和改善的皮肤干燥性)的可润湿结构有用的非织造材料。另外,还需要一种可生物降解同时还提供这些改进的流体管理性能的非织造材料。
本发明的概述
因此需要提供一种具有改进流体管理性能的非织造材料和一次性吸收制品。
还需要提供一种具有快速吸入时间的非织造材料和一次性吸收制品。
还需要提供一种具有改进的皮肤干燥性的非织造材料和一次性吸收制品。
还需要提供一种生物可降解、同时还提供改进的流体管理性能的非织造材料和一次性吸收制品。
还需要提供一种包含热塑性组合物的非织造材料和一次性吸收制品,所述热塑性组合物具有所需的加工性、液体湿润性和热尺寸稳定性。
还需要提供一种包含热塑性组合物的非织造材料和一次性吸收制品,所述热塑性组合物可容易而有效地被制成纤维。
还需要提供一种包含热塑性组合物的非织造材料和一次性吸收制品,所述热塑性组合物适用于制备非织造结构。
还需要提供一种可用于吸收流体如体液的一次性吸收产品,而这种一次性吸收产品包含容易在环境中降解的组分。
本发明满足了这些需要,本发明提供含有热塑性组合物的非织造材料,其中所述热塑性组合物是基本生物可降解的又容易制备并容易被加工成所需的最终非织造结构。
本发明的一个方面涉及含有热塑性组合物的非织造材料,其中所述热塑性材料含有第一组分、第二组分和第三组分的混合物。
这种热塑性组合物的一个实施方案包括以下物质的未反应混合物:聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;以及用于所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物的润湿剂。
本发明的另一方面涉及基本上可降解而又容易制备并容易被加工成所需的最终非织造结构的多组分纤维。
本发明的一方面涉及含有以下物质的未反应混合物的多组分纤维:聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;以及用于所述脂族聚酯聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物的润湿剂。
本发明的另一方面涉及含有本文公开的多组分纤维的非织造结构。
这种非织造结构的一个实施方案是可用于一次性吸收产品的面片(frontsheet)。
本发明另一方面涉及制备本文公开的非织造材料的方法。
本发明另一方面涉及含有本文公开的多组分纤维的一次性吸收产品。本发明的详细描述
本发明涉及包含热塑性组合物的生物可降解非织造材料和一次性吸收制品,其中所述热塑性组合物包含第一组分、第二组分和第三组分。在本文使用的术语“热塑性”是指当暴露于热时发生软化而当冷却至室温时基本恢复其原来状态的材料。
已发现通过使用聚(乳酸)聚合物,聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物,以及润湿剂的未反应混合物,可制备出一种热塑性组合物,其中这种热塑性组合物是基本可降解的,而且所述热塑性组合物可容易地被加工成具有有效纤维机械性能的纤维和非织造结构。
所述热塑性组合物的第一组分为聚(乳酸)聚合物。聚(乳酸)聚合物通常通过乳酸的聚合制备。但是,本领域的技术人员将会认识到还可通过丙交酯的聚合制得化学等价物。这样,用于本文的术语“聚(乳酸)聚合物”表示通过乳酸或丙交酯的聚合制备的聚合物。
已知乳酸和丙交酯是不对称的分子,具有两个光学异构体,分别称为左旋(以下称为“L”)对映体和右旋(以下称为“D”)对映体。结果,通过聚合特定的对映体或通过使用这两种对映体的混合物,可以制备化学上相似但具有不同性能的不同聚合物。具体地讲,已发现通过对聚(乳酸)聚合物进行立体化学改性,可以控制如聚合物的熔融温度、熔体流变性和结晶度。可以控制这些性能,就能够制备具有所需熔体强度、机械性能、柔软性和加工性能的热塑性组合物和多组分纤维,从而可以制备纤细的、热定形和卷曲的纤维。
适用于本发明的聚(乳酸)聚合物的例子包括可购自Golden,Colorado的Chronopol Inc.的各种聚(乳酸)聚合物。
通常要求所述聚(乳酸)聚合物以一定有效量存在于所述热塑性组合物中,使得所述热塑性组合物具有所需的性能。所述聚(乳酸)聚合物以大于0但小于100%重量的量存在于所述热塑性组合物中,优选大约5%重量至大约95%重量、适宜的量为大约10%重量至大约90%重量,更适宜为大约15%重量至大约85%重量,其中所有的重量百分数基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物和润湿剂的总重量计算。所述热塑性组合物中的三种组分的组成比例对获得所需的热塑性组合物的性能(如吸湿性、生物可降解性、热稳定性和可加工性)通常是重要的。
所述热塑性组合物的第二组分为聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物、或这些聚合物的混合物。通常通过二元醇和二羧酸或其酸酐的缩聚反应制备聚丁二酸亚丁酯聚合物。聚丁二酸亚丁酯聚合物可为线型聚合物或长链支化聚合物。长链支化聚丁二酸亚丁酯聚合物通常通过使用另外的选自三官能或四官能多元醇、氧化羧酸(oxycarboxylic acids)和多元羧酸的多官能组分制备。聚丁二酸亚丁酯聚合物是本领域已知的并且描述在如日本东京的ShowaHighpolymer Co.,Ltd.的欧洲专利申请0 569 153 A2中。丁二酸己二酸丁二酯共聚物通常通过至少一种烷基二元醇和多于一种脂族多官能酸的聚合制备。丁二酸己二酸丁二酯共聚物也是本领域已知的。
适合在本发明中使用的聚丁二酸亚丁酯聚合物和丁二酸己二酸丁二酯共聚物的例子包括可购自日本东京的Showa Highpolymer Co.,Ltd.的牌号为Bionolle 1903聚丁二酸亚丁酯聚合物(具有长支链)或Bionolle 1020丁二酸己二酸丁二酯共聚物(基本为线形聚合物)的各种聚丁二酸亚丁酯聚合物和丁二酸己二酸丁二酯共聚物。
通常要求所述聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物以一定有效量存在于所述热塑性组合物中,使得所述热塑性组合物具有所需的性能。所述聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物以大于0但小于100%重量的量存在于所述热塑性组合物中,优选大约5%重量至大约95%重量、适宜的量为大约10%重量至大约90%重量,更适宜为大约15%重量至大约85%重量,其中所有的重量百分数基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂的总重量计算。
通常需要所述聚(乳酸)聚合物和聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物具有能有效使所述热塑性组合物显示出所需的熔体强度、纤维机械强度和纤维纺丝性能的重均分子量。通常,如果具体聚合物的重均分子量太高,表示所述聚合物链严重缠绕,可导致含有所述聚合物的热塑性组合物难于加工。相反,如果具体聚合物的重均分子量太低,表示所述聚合物链缠绕不充分,可导致含有所述聚合物的热塑性组合物显示出相对弱的熔体强度,使得非常难于高速加工。因此优选适合在本发明中使用的聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物各自的重均分子量为大约10,000至大约2,000,000,更优选大约50,000至大约400,000,适宜的重均分子量为大约100,000至大约300,000。可通过在本说明书的测试方法部分描述的方法测定聚合物或聚合物共混物的重均分子量。
还需要所述聚(乳酸)聚合物和聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物具有有效使所述热塑性组合物显示出所需的熔体强度、纤维机械强度和纤维纺丝性能的多分散性指数值。在这里使用的术语“多分散性指数”表示通过将聚合物的重均分子量除以其数均分子量得到的值。通常,如果具体聚合物的多分散性指数值太大,在纺丝期间由于聚合物链段含有具有更低熔体强度性能的低分子量聚合物而引起不一致的加工性能,使得含有所述聚合物的热塑性组合物可能难于加工。因此,要求所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物各自具有优选大约1至大约15、更优选大约1至大约4的多分散性指数值,适宜的多分散性指数值为大约1至大约3。可通过在本说明书的测试方法部分描述的方法测定聚合物或聚合物共混物的数均分子量。
在本发明中要求所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和丁二酸己二酸丁二酯共聚物是生物可降解的。结果,当含有具有所述聚合物的热塑性组合物的非织造结构被处理至环境中和暴露于空气和/或水中时将是基本可降解的。在这里使用的术语“生物可降解的”是表示由天然存在的微生物(如细菌、真菌和藻类)的作用而发生的材料降解。
在本发明中还要求所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和丁二酸己二酸丁二酯共聚物是可堆肥的。结果,当含有具有所述聚合物的热塑性组合物的非织造结构被处理至环境中和暴露于空气和/或水中时将是基本可堆肥的。在这里使用的术语“可堆肥”表示材料在堆肥处能够经受生物分解,以致所述材料不能再用肉眼辨认,并以与已知的可堆肥材料一致的速率分解成二氧化碳、水、无机化合物和生物量。
在这里使用的术语“疏水的”是指具有在空气中至少90°的水接触角的物质。相反,在这里使用的术语“亲水的”是指具有在空气中小于90°的水接触角的物质。对于本申请来说,按照在本说明书的测试方法部分的阐述进行接触角的测量。通常接触角及其测量方法是本领域所熟知的,例如参见Robert J.Good和Robert J.Stromberg编辑的“表面和胶体科学-实验方法(Surface and Colloid Science-Experimental Methods)”,第II卷(Plenum出版社,1979年)。
通常需要所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物可熔融加工。因此要求用于本发明的聚合物具有大约1g/10分钟至大约600g/10分钟的熔体流动速率,适宜的熔体流动速率为大约5g/10分钟至大约200g/10分钟,更适宜大约10g/10分钟至大约150g/10分钟。可根据例如ASTMTest Method D1238-E(通过引用完整地结合到本发明中来)测定物质的熔体流动速率。
在这里使用的术语“纤维”或“纤维状”是指其长度与直径比大于大约10的物质。相反,“非纤维”或“非纤维状”物质是指其长度与直径比为大约10或更小的物质。
无论是单独的还是混合在一起,通常所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物都是疏水的。由于通常要求由所述热塑性组合物制备的本发明的生物可降解非织造物是亲水的,发现需要在本发明的热塑性组合物中加入另一种组分以得到所需的性质。另外,发现由于所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物在化学性质上不相同,因此彼此之间有些不相容,从而负面影响这些聚合物的混合物的加工性,因此需要改进这些聚合物的加工性。例如,所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物有时难以有效地混合并作为它们自身的基本均匀的混合物制备。这样,本发明通常要求使用润湿剂以使所述聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物有效地被制备和加工成一种热塑性组合物。
因此,在所述热塑性组合物中的第三种组分为用于聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯聚合物和/或丁二酸己二酸丁二酯共聚物的润湿剂。通常适合在本发明中使用的润湿剂包括亲水部分和疏水部分,其中所述亲水部分通常与聚(乳酸)聚合物和聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物的亲水部分相容,所述疏水部分通常与聚丁二酸亚丁酯聚合物或丁二酸己二酸丁二酯共聚物的疏水部分相容。这些润湿剂的亲水和疏水部分通常以分离的嵌段存在,以致整个润湿剂结构可为二嵌段或无规嵌段。通常要求所述润湿剂起初具有作为增塑剂和作为增强不同聚合物间粘合性的试剂的功能,以改进所述热塑性组合物的制备和加工。因此通常要求所述润湿剂然后在由所述热塑性组合物加工成的非织造材料中作为表面活性剂,改变所述经过加工的材料在空气中的水接触角。所述润湿剂的疏水部分可为但不限于聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯。所述润湿剂的亲水部分可含有环氧乙烷、乙氧基化物、二元醇、醇或它们的任何混合物。适合的润湿剂的例子包括UNITHOX480和UNITHOX750乙氧基化醇,或UNICID酰胺乙氧基化物,全部得自Tulsa,Oklahoma的Petrolite Corporation。
通常要求所述润湿剂具有有效使所述热塑性组合物具有所需的熔体强度、纤维机械强度和纤维纺丝性能的重均分子量。通常如果润湿剂的重均分子量太高,由于所述润湿剂粘度太高而缺乏共混所需的流动性因而其不能很好地与所述热塑性组合物中的其它组分混合。相反,如果所述润湿剂的重均分子量太低,则表示所述润湿剂通常不能很好地与其它组分混合并且具有如此低的粘度产生了加工上的问题。因此优选适合在本发明中使用的润湿剂具有大约1,000至大约100,000的重均分子量,适宜的重均分子量为大约1,000至大约50,000,更适宜为大约1,000至大约10,000。可使用本说明书的测试方法部分所描述的方法测定所述所述聚(乳酸)的重均分子量。
通常要求所述润湿剂具有有效的亲水亲油平衡比(HLB比)。物质的HLB比描述所述物质的亲水性的相对比例。HLB比以亲水部分的重均分子量除以所述物质的总重均分子量,随后将所得值乘以20计算得到。如果HLB比值太低,所述润湿剂通常不能提供所需的在亲水性上的改进。相反,如果HLB比值太高,由于与其它组分化学不相容和粘度的不同,使得所述润湿剂不能共混到所述热塑性组合物中。因此,优选在本发明中有用的润湿剂具有大约10至大约40的HLB比值,适宜的HLB比值为大约10至大约20,更适宜的为大约12至大约16。
通常要求所述润湿剂以有效导致所述热塑性组合物具有所需的性质(如所需的热收缩和所需的接触角值)的量存在于所述热塑性组合物中。通常,需要少量的润湿剂以获得与所述热塑性组合物中的其它组分的有效混合和加工性能。通常,太多的增容剂将导致所述热塑性组合物的加工问题或导致最终的热塑性组合物不具有所需的性质(如所需的前进和后退接触角值)。所述润湿剂以大于0至大约15%重量、优选大约0.5%重量至大约15%重量,更优选大约1%重量至大约13%重量,适宜的为大约1%重量至大约10%重量,更适宜的为大约1%重量至大约5%重量的量存在于所述热塑性组合物中,其中所有的重量百分数均基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂的总重量计算。
虽然用于本发明的热塑性组合物的主要组分已经在前面描述,然而不应将这种热塑性组合物限定在这些范围内,并且可包括其它对所述热塑性组合物所需的性能不产生有害影响的其它组分。可被用作其它组分的示例性物质包括但不限于颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动促进剂、固体溶剂、增塑剂、成核剂、颗粒和其它加入以增强所述热塑性组合物加工性的物质。如果在热塑性组合物中包括这些其它的组分,则通常要求以优选少于大约10%重量,更优选少于大约5%重量,适宜的为少于大约1%重量的量使用这些其它组分,其中所有的重量百分数均基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂的总重量计算。
通常用于本发明的热塑性组合物为所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;润湿剂和任选的任何其它组分的混合物的所得形态。为了获得所述热塑性组合物所需的性能,最好保持所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂彼此之间基本未反应。在这种情况下,所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂各自保持为所述热塑性组合物的独立组分。
通常所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物各自在制得的形成所述热塑性组合物的混合物中形成分离的区域或部分。但是,根据聚(乳酸)聚合物和聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物各自的相对使用量,以较大量存在于所述热塑性组合物中的聚合物可构成基本连续的相。相反,以较少量存在于所述热塑性组合物中的聚合物可形成基本不连续的相,在所述较大量(prevalnet)的聚合物的连续相中形成分离的区域或部分,其中较大量的聚合物连续相基本上将较少量聚合物包围在其结构中。用于此处的术语“包围”及相关的术语是指较大量的聚合物连续相基本上将较少量的聚合物分离区域或部分围绕或包围。
在用于本发明的热塑性组合物或多组分纤维的一个实施方案中,要求所述聚(乳酸)聚合物形成基本连续相,而所述聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物形成基本不连续相,其中所述聚(乳酸)聚合物基本包围了所述聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物的区域或部分。在这种实施方案中,要求所述聚(乳酸)聚合物在所述热塑性组合物或多组分纤维中的存在量为大约75%重量至大约90%重量,而所述聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物在所述热塑性组合物或多组分纤维中的存在量为大约5%重量至大约20%重量,其中所有的重量百分数均基于存在于所述热塑性组合物或多组分纤维中的聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂的总重量计算。
在本发明的一个实施方案中,经过将所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂干混在一起形成热塑性组合物干燥混合物后,优选对这种热塑性组合物干燥混合物进行搅动、搅拌或者共混以有效均匀地混合所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂,从而形成基本均匀的干燥混合物。随后可将所述干燥混合物在如挤出机中熔融共混,以有效均匀地混合所述聚(乳酸)聚合物;聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物;和润湿剂,从而形成基本均匀的熔融混合物。随后可将所述基本均匀的熔融混合物冷却和造粒。或者,可将所述基本均匀的熔融混合物直接输送至喷丝组件或其它用于形成纤维或非织造结构的设备。
将本发明的各种组分混合在一起的其它候选方法包括首先在例如用于将所述各种组分混合在一起的挤出机中将所述聚(乳酸)聚合物和聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物混合在一起,随后往所得的混合物中加入润湿剂。另外,也可以一开始就将所有的组分同时熔融混合在一起。还可以使用其它将本发明的各种组分混合在一起的方法,这些方法可容易地被本领域的技术人员认识到。
本发明还使用由本发明热塑性组合物制备的多组分纤维。仅仅为了说明的目的,就只含有三组分的多组分纤维来对本发明作出一般描述。但是,应理解本发明的范围包括具有三种或更多种组分的纤维。
当将所述热塑性组合物制成多组分纤维时,在所述多组分纤维的至少一部分上的暴露表面一般将由在所述多组分纤维中存在的较大量的聚合物形成。这种在所述多组分纤维的至少一部分上的暴露表面通常会使得所述多组分纤维热粘合到其它与本发明的多组分纤维相同或不同的纤维上。结果,随后可将所述多组分纤维用于形成热粘合纤维状非织造结构,如非织造网。
一般用于热加工所述各种组分的条件包括使用优选在大约100s-1至大约50000s-1、更优选大约500s-1至大约5000s-1的剪切速率,适宜的剪切速率为大约1000s-1至大约3000s-1、最适宜的是大约1000s-1。一般用于热加工所述各种组分的条件还包括使用优选大约100℃至大约500℃,更优选大约125℃至大约300℃的温度,适宜的温度为大约150℃至大约250℃。
制备多组分纤维的方法是众所周知的,在此处无须详细描述。聚合物的熔纺包括长丝(如纺粘的或熔喷的)和非长丝(如切段纤维和切断纤维)的生产。为了形成纺粘或溶喷纤维,通常将热塑性组合物挤出并进料至分配系统,在那里所述热塑性组合物被引入喷丝板中。随后将纺成的纤维冷却、固化,通过气动系统拉伸形成常规的非织造物。同时,为了生产切断纤维或切段纤维,而不是直接形成非织造结构,将所述纺成的纤维冷却、固化和拉伸(通常通过机械辊系统)成中间长丝直径并集束。随后可在低于所述纤维的软化温度下将其“冷拉伸”至所需的成品纤维直径,接着可卷曲或变形并切成所需的纤维长度。
将挤出的热塑性组合物冷却至环境温度的方法通常是通过向所挤出的热塑性组合物表面鼓吹环境温度或低于环境温度的空气实现。这种方法可称为骤冷或过冷,因为在相对短的时间阶段内(若干秒)温度变化通常大于100℃和最经常大于150℃。
可将多组分纤维切成较短的长度,如通常具有大约25至大约50mm长度的切段纤维和通常具有小于大约18mm长度的更短的切断纤维。参见如Taniguchi等人的美国专利4,789,592和Strack等人的美国专利5,336,552,两篇专利均通过引用完整地结合到本文中来。
要求所得的多组分纤维显示出在亲水性上得到改进,通过在空气中的水接触角的降低得到证明。由于测试方法的特点,可以前进接触角或后退接触角测定纤维样品在空气中的水接触角。前进接触角测量物质对液体(如水)的初始响应。后退接触角测量物质在开始受到浸渍,或暴露于液体中以及浸渍后的整个过程中产生怎样的效果。更低的后退接触角意味着在所述液体暴露过程中所述物质变得更加亲水和随后逐渐可以更一致地传输液体。需要同时使用前进接触角和后退接触角数据以证实多组分纤维的高亲水性质。
因此,在本发明的一个实施方案中,要求所述多组分纤维显示出的前进接触角优选为小于大约80°,更优选小于大约75°,适宜的前进接触角为小于大约70°,更适宜为小于大约60°,最适宜的为小于大约50°,其中所述前进接触角值由本说明书的测试方法部分中描述的方法进行测定。
在本发明的另一个实施方案中,要求所述多组分纤维显示出的后退接触角值优选为小于大约60°,更优选小于大约55°,适宜的后退接触角为小于大约50°,更适宜为小于大约45°,最适宜的为小于大约40°,其中所述后退接触角值由本说明书的测试方法部分中描述的方法进行测定。
在本发明的另一个实施方案中,要求所述前进接触角值和后退接触角值之间的差异,通常称为接触角滞后应尽可能小。在这种情况下,要求所述多组分纤维显示出的前进接触角值与后退接触角值之间的差异优选小于大约30°,更优选小于大约25°,适宜的差异为小于大约20°,更适宜的为小于大约10°。
一般聚(乳酸)聚合物材料在顺流热处理过程中经常经受热收缩。热收缩主要是由于在无定形相和不完全结晶相中聚合物链段的热诱导链松弛产生的。为了克服这个问题,通常要求聚(乳酸)聚合物在粘合阶段前发生最大程度的结晶,这样热能直接应用于熔融而非导致链松弛并对不完全结晶结构进行重新排序。对该问题的一般的解决方法是使所述材料经受热定形处理。这样,当将制得的材料(如纤维)输送到粘合辊上进行热定形时,由于所述纤维已完全或高度定向,因此基本上不会发生收缩。由于所述多组分纤维的形态,本发明减轻了对这个额外的加工步骤的需要。通常,与仅由聚(乳酸)聚合物制备的纤维比较,聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物或这些聚合物的混合物,以及润湿剂的加入降低了多组分纤维的热收缩性。
在本发明的一个实施方案中,要求非织造材料使用在大约90℃下显示出优选小于大约15%、更优选小于大约10%,适宜的为小于大约5%的收缩量的热塑性组合物或多组分纤维,其中所述收缩量基于初始和最终的纤维长度差除以纤维的初始长度再乘以100计算得到。测定纤维显示出的收缩量的方法包括在本说明书的测试方法部分中。
在本发明的一个实施方案中,要求所述多组分纤维在大约90℃下显示出一定的收缩量,适宜的为小于大约5%,这将导致由所述多组分纤维形成的非织造结构显示出绗缝或波纹的效果,由于多组分纤维的收缩引起非织造结构显示出三维外形,这些效果增加了非织造结构的表面积。已发现所述非织造结构的绗缝或波纹效果改进了柔软性和液体在所述非织造结构中的z方向的传输。
通常要求多组分纤维还具有所需的机械强度性能,如断裂应力值以及模量值,这样非织造材料在使用过程中保持完整性。在本发明的一个实施方案中,要求由前述热塑性组合物制备的多组分纤维与仅由聚(乳酸)聚合物制备的纤维比较显示出改进的断裂应力值以及改进的模量值。在本发明的一个实施方案中,要求所述多组分纤维显示出的断裂应力值至少为仅由用于制备所述多组分纤维的聚(乳酸)聚合物制备的其它相同的纤维的两倍。
在本发明的一个实施方案中,要求所述多组分纤维显示出的断裂应力值大于大约10Mpa、优选大于大约15Mpa,适宜的断裂应力值大于大约20Mpa,最高可达大约100Mpa。
在本发明的另一个实施方案中,要求所述多组分纤维显示出的模量值小于大约150Mpa、优选小于大约125Mpa,适宜的模量值小于大约100Mpa。
本发明的生物可降解非织造材料适用于各种一次性产品,包括各种一次性吸收产品如尿布、成人失禁用品和床垫;月经用品如卫生巾和棉条;和其它吸收产品如擦拭用品、围涎、绷带和手术披肩或手术被单。因此,在另一方面,本发明涉及含有所述多组分纤维的一次性吸收产品。
在本发明的一个实施方案中,将所述多组分纤维制成纤维状基材以掺入一次性吸收产品中。纤维状基材可采用例如纤维状非织造网的形式。纤维状非织造网可完全由本发明的多组分纤维制备或者可将它们与其它纤维共混制备。所用的纤维的长度可取决于具体的最终考虑的用途。如所述纤维在水中(如在厕所中)降解,则保持其长度在或小于大约15mm是有利的。
在本发明的一个实施方案中,提供了一次性吸收产品,该一次性吸收产品通常包含一种包括液体可渗透面片、流体吸取(acquisition)层、吸收结构和液体不可渗透的衬片的复合结构,其中至少一种所述液体可渗透面片、流体吸取层或液体不可渗透的衬片包含本发明的非织造材料。在一些情况下,可优选所述面片、流体吸取层和衬片三者均包含本发明的非织造材料。
在另一个实施方案中,所述一次性吸收产品通常可包含一种包括液体可渗透面片、吸收结构和液体不可渗透的衬片的复合结构,其中至少一种液体可渗透面片或液体不可渗透的衬片包含本发明的非织造材料。
在本发明的另一个实施方案中,所述非织造材料可在纺粘生产线上制备。制备并预干燥含有前述热塑性材料的树脂丸粒。随后将它们进料至单螺杆挤出机中。可通过纤维拉伸单元(FDU)或空气拉伸单元拉伸纤维,形成丝并热粘合。但是,也可以使用其它方法和制备技术。
示例性的一次性吸收产品主要描述在US-A-4,710,187、US-A-4,762,521、US-A-4,770,656和US-A-4,798,603中;这些参考文献通过引用结合到本文中来。
通常本发明所有方面的吸收产品和结构在使用中都经受体液的多次浸渍。因此要求在使用过程中当所述吸收产品和结构暴露于体液时,所述吸收产品和结构能够大量吸收所述体液的多次浸渍。一般每次浸渍之间相隔一段时间。
测试方法熔融温度
使用差示扫描量热法测量材料的熔融温度。差示扫描量热计(得自New Castle,Delaware的T.A.Instruments Inc.,牌号为ThermalAnalyst 2910差示扫描量热计)装备了液氮冷却附件并结合ThermalAnalyst 2200分析软件(8.10版)程序(同样得自T.A.Instruments Inc.)一起使用测定熔融温度。
测试的材料样品为纤维或树脂丸粒的形式。优选不直接接触所述材料样品,而是采用镊子和其它工具以致不会引入任何会产生不正确结果的物质。对于纤维的情况,将所述材料样品切断后放入,或在树脂丸粒的情况下将其直接放入在分析天平上的铝盘中并称量,精确度至0.01mg。如果需要采用盖子将盘中的材料样品卷曲。
根据所述差示扫描量热计的使用手册中的描述使用铟金属标准样校准所述差示扫描量热计并作出校正基线。将材料样品放入所述差示扫描量热计的测试室中用以测试并以一空盘作为参比。所有测试都在采用55cm3/分钟的氮气(工业级)吹扫所述测试室下进行。加热和冷却程序是2个周期的测试,由将所述室平衡至-40℃开始,之后的加热周期以20℃/分钟的升温速率加热至200℃,随后的冷却周期以20℃/分钟的降温速率冷却至-40℃,随后另一个加热周期以20℃/分钟的升温速率加热至200℃。
使用分析软件程序评价所得结果,鉴别和定量分析拐点的玻璃化转变温度(Tg)、吸热和放热峰。将曲线上发生明显斜率变化的区域确定为玻璃化转变温度,然后使用自动拐点计算测定熔融温度。表观粘度
使用毛细管流变仪(牌号为Gttfert Rheograph 2003毛细管流变仪,与WinRHEO分析软件(2.31版)结合使用,均得自Rock Hill,SouthCarolina的Gttfert Company)评价材料样品的表观粘度流变性质。所述毛细管流变仪的配备包括2000巴压力传感器和30mm长/30mm有效长/1mm直径/0mm高/180°转角的圆孔毛细管模。
如果已证明或已知待测材料样品是对水敏感的,则将所述材料样品在高于其玻璃化转变温度(即对于聚(乳酸)材料高于55或60℃)的真空烘箱中,在至少15英寸汞柱的真空和至少30标准立方英尺/小时的氮气吹扫下干燥至少16小时。
一旦将设备预热和所述压力传感器校准后,逐渐将所述材料样品装入柱中,每次采用捣棒将树脂装进所述柱中以确保在测试过程中一致熔融。在装入材料样品后,每次测试进行2分钟的熔化使得所述材料样品在测试温度下完全熔融。所述毛细管流变仪自动采集数据点并测定在7个表观剪切速率(单位s-1)50、100、200、500、1000、2000和5000下的表观粘度(单位Pa·s)。当检查所得的曲线时,所述曲线相对平滑是重要的。如果整条曲线上点与点之间具有明显的偏差,则有可能是由于柱中的空气引起,重复测试以确定所得结果。
以表观剪切速率对表观粘度所作的流变学曲线给出在挤出处理的温度下所述材料样品是如何运行的指示。在至少1000s-1的剪切速率下的表观粘度值特别有意义,因为这些是工业纤维纺丝挤出机的一般条件。分子量
使用凝胶渗透色谱法(GPC)测定样品的分子量分布,如聚(乳酸)的重均分子量(Mw)为大约800至大约400,000。
GPC由两根PL gel Mixed K linear 5微米、7.5×300毫米分析柱串联构成。所述柱和检测器的温度为30℃。流动相为高效液体色谱(HPLC)级四氢呋喃(THF)。泵速为0.8毫升/分钟,注射体积为25微升。总的运行时间为30分钟。关键是要注意大约每隔4个月就必须安装新的分析柱,大约每个月安装新的保护柱以及大约每个月安装新的在线过滤器。
将得自Aldrich Chemical Co.的聚苯乙烯聚合物标准物混合到二氯甲烷(DCM)∶THF(10∶90)的溶剂中(两种溶剂均为HPLC级),得到1mg/mL的浓度。可将多个聚苯乙烯标准物合并为一个标准溶液,条件是在色谱分离过程中它们的峰不发生重叠。制备大约687至400,000分子量的标准物。具有不同重均分子量的Aldrich聚苯乙烯的标准物混合物的例子包括:标准物1(401,340;32,660;2,727)、标准物2(45,730;4,075)、标准物3(95,800;12,860)和标准物4(184,200;24,150;687)。
接着,制备标准的检验标准物(stock check standard)。首先使用轨道摇动机(至少30分钟)将10g分子量为200,000的聚(乳酸)标准物(分类#19245,得自Polysciences Inc.)溶解在玻璃广口瓶中的100mLHPLC级DCM中,所述玻璃广口瓶有带衬垫的盖子(lined lid)。接着将所得的混合物倒在清洁、干燥的玻璃板上,使溶剂蒸发,然后放在预热至35℃的真空烘箱中并在25mmHg的真空下干燥大约14小时。接着将所述聚(乳酸)从烘箱中取出,并将所得薄膜切成小条。随即采用研磨机(具有10目的筛网)将所述样品研磨,小心不要加入太多的样品以导致研磨机冻结。将几克经过研磨的样品贮存在置于干燥器中的干燥的玻璃广口瓶中,而剩余的样品可贮存在置于冷冻装置中的类似广口瓶中。
在开始每次新的程序前重要的是制备新的检验标准物,因为分子量极大地受到样品浓度的影响,在称量和制备中必须非常小心。为了制备所述检验标准物,称量0.0800g±0.0025g重均分子量为200,000的聚(乳酸)参比标准物至洁净、干燥的闪烁管中。随后使用容量吸移管或专用的再吸移管(dedicated repipet)将2mL的DCM加入到所述管形瓶中,紧密地将盖子旋紧。使样品完全溶解。如果需要,在如Thermolyne Roto Mix(51300型)轨道摇动机或类似的混合机上将所述样品旋转摇动。为了评估样品是否溶解,将所述管形瓶提起对着灯光,以45°的角度倾斜。缓慢转动所述管形瓶并在液体沿着玻璃壁向下流动时对其进行观察。如果所述管形瓶的底部看起来不光滑,则样品没有完全溶解。样品的溶解需要几个小时。一旦溶解,使用容量吸移管或专用的再吸移管加入18mL THF,紧紧盖上所述管形瓶并混合。
通过称量0.0800g±0.0025g样品至洁净、干燥的闪烁管中开始样品的制备(在称量和制备中必须非常小心)。使用容量吸移管或专用的再吸移管将2mL的DCM加入到所述管形瓶中,将盖子旋紧。采用与上述检验标准物制备中描述的相同技术将所述样品完全溶解。随后使用容量吸移管或专用的再吸移管加入18mL THF,紧紧盖上所述管形瓶并混合。
通过实验性地注射入标准物制剂以检验系统的平衡开始评估。一旦确定达到平衡,便注射入标准物制剂。在进行这些操作后,首先注射入检验标准物制剂,随后注射入样品制剂。在每注射入7个样品后以及在测试的最后注射入检验标准物制剂。注意不要从任何一个管形瓶中进行多于两次的注射,并且这两次注射彼此间必须在4.5小时内做出。
有4个质量控制参数来评估所得的结果。首先计算的每个标准物的4级回归的相关系数应不小于0.950并不大于1.050。第二,检验标准物制剂的所有重均分子量的相对标准偏差应不大于5.0%。第三,所注射的检验标准物制剂的重均分子量的平均数应在第一个注射的检验标准物制剂的重均分子量的10%之内。最后,在SQC数据表上记录注射200微克/毫升(μg/mL)标准物时的丙交酯响应。使用所述图标的控制线(control lines),所述响应必须在定义的SQC参数的范围内。
分子量统计的计算基于由聚苯乙烯标准物制剂产生的校准曲线和聚(乳酸)和聚苯乙烯在30℃的THF中的常数。这些常数为:聚苯乙烯(K=14.1×105,α=0.700)和聚(乳酸)(K=54.9×105,α=0.639)。纤维的热收缩
测定热收缩所要求的设备包括:对流烘箱(Thelco 160DM型实验室用烘箱,购自Precision and Scientific Inc.,Chicago,Illinois)、0.5g(±0.06g)重的沉锤、1英寸夹子、遮蔽胶带、至少1英寸2的坐标纸、泡沫告示板(foam posterboard)(11×14英寸)或等价的基体以将坐标纸和样品附着在其上。所述对流烘箱必须能够达到大约100℃的温度。
将各种纤维样品在它们各自的纺丝条件下熔纺。通常优选30束长丝并机械拉伸得到具有优选224或更高的喷头拉伸比的纤维。只有具有相同的喷头拉伸比的纤维之间才可进行热收缩比较。纤维的喷头拉伸比为拉伸辊的速度除以离开喷丝板的熔融聚合物的线性挤出速率(距离/时间)的比。通常使用卷绕机将纺成的纤维收集到筒子上。将所收集的纤维束分成30束长丝,如果不能得到30束长丝,则切成9英寸的长度。
将坐标纸贴在所述告示板上,其中所述坐标纸的一边与所述告示板的边匹配。将所述纤维束的一端打结,不超出末端的1英寸。将打结端夹在所述告示板的贴有坐标纸的那一边上,这样所述夹子的边在坐标纸的一条水平线上,同时将纤维束固定(打结的末端应当几乎看不到,其被保护在夹子之下)。将所述纤维束的另一端拉紧(pulled taught)并与所述坐标纸的垂直线平行排列。接着,在距离固定纤维的夹子下方7英寸处,在纤维束周围挂接(pinch)了0.5g的沉锤。对于每个平行测定物重复这种固定方法。通常,同一时间可固定3个平行测定物。可在坐标纸上做标记以表明沉锤的初始位置。将所述样品放入温度大约在100℃的烘箱中,这样所述样品垂直悬挂并且不会接触到所述告示板。在5、10和15分钟的时间间隔在坐标纸上快速记下所述沉锤的新位置,并将样品返回烘箱中。
完成测试后,移去告示板并采用具有1/16英寸刻度的尺子测量初始位置(夹子固定所述纤维的地方)与在5、10和15分钟时所做的记号之间的距离。建议对每个样品做三次平行测试。计算平均值、标准偏差和收缩百分数。收缩百分数按(初始长度-测量长度)除以初始长度再乘以100来计算。如在本文的实施例的报导,并如在整个权利要求书中的使用,所述热收缩值表示纤维样品在大约100℃的温度下大约15分钟显示出的热收缩量,如前述测试方法测定。接触角
所用设备包括DCA-322动态接触角分析仪和WinDCA软件(1.02版),均得自Madison,Wisconsin的ATI-CAHN Instruments,Inc.。在与天平镫连接的“A”环上进行测试。如在使用手册中指示,必须每月对电机和每天对平衡(采用100mg的物质)进行校准。
将热塑性组合物纺成纤维并使用自由下落的样品(0喷头拉伸)测定接触角。在纤维的制备过程中应注意最大程度地减少接触纤维以确保将污染减至最小。采用透明胶带将所述纤维样品粘附在钢丝挂钩上使所述纤维延伸出该挂钩末端2-3cm。随后采用剃刀剪切所述纤维样品使得延伸出所述挂钩末端大约1.5cm。使用光学显微镜沿着所述纤维测定平均直径(测量3至4次)。
将所述钢丝挂钩上的样品自“A”环上的天平镫悬挂下来。浸渍液体为蒸馏水并对每个样品都更换新的浸渍液。输入样品参数(即纤维直径)并开始测试。当纤维接触到蒸馏水的表面时所述载物台以151.75微米/秒的速度前进直至检测到0度浸渍。从所述0度浸渍开始,所述纤维进入水中1cm,停留0秒的时间随后立即后退1cm。根据在手册中确定的标准计算方法通过软件自动分析接触角,测定所述纤维样品的前进和后退接触角。0或小于0的接触角表明所述样品可完全润湿。对每个样品进行5次平行测试并计算平均值、标准偏差和变差系数百分数的统计分析。如在本文的实施例的报导和如在整个权利要求书中的使用,根据前面的测试方法测定的前进接触角值表示蒸馏水在纤维样品表面的前进接触角。同样,如在本文的实施例的报导和如在整个权利要求书中的使用,根据前面的测试方法测定的后退接触角值表示蒸馏水在纤维样品表面的后退接触角。流体吸入和回流评价(FIFE)
采用流体吸入和回流评价(FIFE)测试来测定个人护理产品的吸收时间和回流。Master-Flex Digi-Staltic自动配送系统装有采用少量FD&C蓝染料着色的盐水,设置提供80毫升的浸渍液(insult),并配送(dispensed)几次以消除气泡。制备没有弹性的婴儿护理尿布产品的样品,这样便于展平。称量两张3.5英寸×12英寸的吸墨纸样品。将这些纸放在FIFE板上,所述FIFE板为3英寸×6英寸,在其中间凸起一平台。排列所述吸墨纸,这样它们可沿着所述凸起的平台的各边纵向伸展。随后排列所述尿布,注意使待浸渍的区域位于所述凸起的平台的中心,面片朝上,这样看不到非织造面片的皱折。接着将第二块FIFE板放在所述产品上。该设备由一块平板构成,所述平板被中空的圆柱管横穿,仅在所述板的上部露出。由所述圆柱管横穿所述板产生的圆形区域是中空的。所述圆柱管的内径为5.1cm。将短端具有7mm内径的漏斗放在所述圆柱管中。随后通过泵直接将流体分配到所述漏斗中。通过秒表记下从流体接触到所述漏斗至在样品表面不能观察到流体的时间作为吸入时间。检查吸墨纸观察产品是否泄漏,如果发生任何泄漏,则测量所述吸墨纸的重量以测定泄漏的流体的量。在所描述的测试中,没有发生泄漏。大约一分钟后,以同样方式实施第二次浸渍。再次以同样的方式施加第三次浸渍并记时。如果需要,之后可以在对产品施加压力时测定流体的回流量。在这种情况下,只记录了吸入速率。经表皮水份损失(TEWL)
采用经表皮水分损失(TEWL)臂章测试来测量使用产品后皮肤水合作用的变化。由Servo Med蒸发计测定的蒸发值较低表明产品促进了皮肤的干燥。这个测试真实报导了蒸发值之间的差异。首先进行水份蒸发速率的测量,随后立即进行蒸发值测试。这些数值之间的差异提供了结果报导的TEWL值。更低的TEWL值意味着产品向皮肤提供了更好的透气性。
手工制作产品(在这种情况下为婴儿护理尿布),使其没有任何弹性材料或花边(ear)。所述尿布的基本结构也是这样,但一块对比尿布完全由标准材料构成,另一块除面片外,具有所有的标准材料,所述产品含有生物可降解的非织造材料。以在所述产品外侧的持久标记画出浸渍的目标区域。所有的测试在72±4F、相对湿度40±5%的控制环境下实施。接受测试的是那些经过仔细挑选,确定没有潜在可能改变测试结果的条件的成年女性。
使受测者在控制的环境中休息,直到Servo Med蒸发计得到小于10g2/m/小时的稳定基线读数。在受测者的前臂内侧实施这些测量。使用Masterflex Digi-Staltic分批(batch)/配送泵,在泵压头装备有有机硅管,该管通过倒钩装置与氯丁橡胶管连接以进行配送。将氯丁橡胶配送管的末端放在受测者的前臂,并将所述产品应用于前臂,使目标浸渍区域直接位于所述管的开口端。采用胶带包裹所述尿布保护所述产品,所述胶带不与皮肤接触。随后在45秒间隔下往所述尿布中导入三次浸渍液,共60ml盐水,并移去导管。采用可拉伸的网对所述产品作进一步保护,并要求受测者坐下1小时。戴了60分钟后,移去所述产品,然后在2分钟内每秒钟记录蒸发计在前臂上与记录基线的相同区域的读数。报导的结果为1小时后读数和基线读数之间的差异。
实施例
使用各种材料作为形成以下实施例的热塑性组合物和多组分纤维的组分。这些材料的牌号和各种性质在表1中列出。
Heplon A10005聚(乳酸)(PLA)聚合物,得自Chronopol Inc.,Golden,Colorado。
聚丁二酸亚丁酯(PBS),得自日本东京的Showa Highpolymer Co.,Ltd.,牌号为Bionolle 1020聚丁二酸亚丁酯。
具有长支链的聚丁二酸亚丁酯(PBS),得自日本东京的ShowaHighpolymer Co.,Ltd.,牌号为Bionolle 1903聚丁二酸亚丁酯。
在全部实施例中使用的润湿剂得自Tulsa,Oklahoma的PetroliteCorporation,牌号为UNITHOX480乙氧基化醇,其具有大约2250的数均分子量,大约80%重量的乙氧基化百分数和大约16的HLB值。
表1
实施例1-5
材料牌号 | L∶D比 | 熔融温度(℃) | 重均分子量 | 数均分子量 | 多分散性指数 | 残余的乳酸单体 |
PLA样品1 | 100∶0 | 175 | 187,000 | 118,000 | 1.58 | <1% |
PLA样品2 | 95∶5 | 140-145 | 190,000 | 108,000 | 1.76 | <3% |
Bionolle1020 | N/A | 95 | 40,000至1,000,000 | 20,000至300,000 | ~2至~3.3 | N/A |
Bionolle1903 | N/A | 120 | 40,000至1,000,000 | 20,000至300,000 | ~2至~3.3 | N/A |
使用不同量的聚(乳酸)聚合物、聚丁二酸亚丁酯和润湿剂制备各种热塑性组合物。为制备具体的热塑性组合物,首先将各种组分干混,随后在反向旋转双螺杆挤出机中熔融共混以便将各组分剧烈混合。所述熔融混合包括与旋转混合螺杆的剪切作用结合的所述组分的部分或完全熔融。这些条件有益于最佳混合和甚至分散所述热塑性组合物的各组分。双螺杆挤出机如Haake Rheocord 90双螺杆挤出机(得自德国Karlsautte的Haake GmbH)或Brabender双螺杆混合器(种类编号05-96-000,得自South Hackensack,New Jersey的BrabenderInstruments)或其它相似的双螺杆挤出机也适合用于这个任务。从所述熔融混合器挤出后用通过所述挤出物表面的强制空气对所述熔融组合物进行冷却。随后将经过冷却的组合物造粒以转化为纤维。
在一个室内0.75英寸直径的挤出机上将这些树脂转化为纤维。所述挤出机具有24∶1 L∶D(长度∶直径)比的螺杆和三个加热区,其与从所述挤出机至所述纺丝组件的输送管相连。所述输送管构成第4加热区并包括一0.62英寸直径KochSMX型静态混合器单元(得自NewYork,New York的Koch Engineering Company Inc.)。输送管延伸入纺丝头(第5加热区)并通过抽丝板(所述抽丝板为具有大量小孔的简单的板,所述熔融聚合物从这些孔被挤出)。这里使用的抽丝板具有15-30个孔,每个孔具有20密耳的直径。使用温度13℃至22℃的空气将所得纤维空气骤冷,通过机械拉伸辊拉伸并输送至卷绕机单元进行收集,或输送至纤维拉伸单元以纺粘成形和粘合,或在收集前通过辅助设备以进行热定形或其它处理。
将所述聚合物转化成纺粘非织造材料并使用14”和20”纤维纺丝线实施。由单螺杆挤出机制备单组分纤维,并将所得的纤维拉伸并使其通过纤维拉伸单元(FDU)。随后采用钢丝绕织粘合花纹(wire-weave bond pattern)将所得的网在一条直线上热粘结.
通过使用接触角测量定量测定所述非织造材料实施例的吸湿性,其中越小的接触角表明材料的吸湿性越强。接触角测量在CahnDCA-322动态接触角分析仪上使用WinDCA分析软件(1.02版)实施。将树脂纺成自由下落的(freefall)纤维用于本测量中。应极其小心,尽量不要接触纤维以避免污染。采用透明胶带将大约3cm长的单根纤维粘附在细钢丝挂钩上使所述纤维延伸出该挂钩末端1.5cm。使用光学显微镜测定纤维的直径并输入计算机中。其它将要用到的参数如纤维外形和液体的表面张力也一起输入软件中。对这些实施例而言,使用蒸馏水作为液体。
将所述纤维悬挂在天平的“A”环上,并将一小烧杯的水放在其下方,这样纤维的末端几乎接触到液体的表面。当纤维接触到蒸馏水的表面时使承载所述纤维的载物台以151.75微米/秒的速度前进直至检测到0度浸渍(ZDOI)。从所述ZDOI开始,所述纤维进入水中1cm,停留0秒的时间随后立即后退1cm。通过分析软件自动进行数据分析。对每个样品进行5次测试,计算前进接触角和后退接触角的平均值。
前进接触角和后退接触角的结果在表2中给出。前进接触角衡量材料在首次与液体接触期间是如何与所述流体相互作用的。后退接触角指示材料在被液体多次浸渍或在潮湿、高湿度环境中将如何表现。本发明的共混物产生高吸湿性的纤维。
表2
接触角数值
材料 | 前进接触角 | 后退角触角 |
PLA∶PBS∶Unithox(78∶9∶13) | 71 | 44 |
PLA∶PBS∶Unithox(86∶9∶5) | 73 | 44 |
PLA∶PBS∶Unithox(87∶10∶3) | 77 | 49 |
PLA∶PBS∶Unithox(89∶10∶1) | 79 | 55 |
聚丙烯 | 128 | 94 |
表3给出本发明的非织造材料的流体管理性能的结果。如表中所示,本发明的非织造材料具有比作为对比的经过表面活性剂处理的聚丙烯纺粘衬垫快得多的吸入时间。在随后的浸渍中,表面活性剂开始从经过处理的尿布衬垫中洗脱,使得吸入时间明显延长。本发明的非织造材料的持久亲水性表面保持持久的吸湿性,这样虽然吸入时间增加了,比起聚丙烯衬垫还是低的多。另外,使用本发明的非织造材料制成的衬垫还证明具有比对比衬垫更低的回流性。这种低回流性是重要的,因为它表明在施压下,几乎没有流体返回到所述衬垫的使用者一侧,保持皮肤干燥。
对于皮肤干燥的一个最重要的的测试是在TEWL测试中材料的表现如何,该测试测量当皮肤覆盖浸渍了盐水的尿布后的干燥性。本发明的非织造材料具有低TEWL值表明改善了皮肤干燥性。
表3
流体管理性能
对比-0.5osy聚丙烯纺粘材料 | 0.8osyPLA∶PBU∶Unithox共混物 | |
FIFE-第1次浸渍时间(s) | 28.03 | 22.68 |
FIFE-第2次浸渍时间(s) | 83.03 | 54.08 |
FIFE-第3次浸渍时间(s) | 94.98 | 55.95 |
回流(g) | 3.40 | 1.99 |
TEWL(g/m2) | 22.1 | 19.1 |
本领域的技术人员将认识到在没有偏离本发明的范围内本发明可具有许多修改和变体。因此,以上阐述的细节描述和实施例仅仅是示例性的,而不是以任何方式限定在附带的权利要求书中阐述的本发明的范围。
Claims (37)
1.一种生物可降解的非织造材料,它包含热塑性组合物的多种纤维,其中所述热塑性组合物包含:
a.大于0但少于100%重量的聚(乳酸)聚合物;
b.大于0但少于100%重量的选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和
c.大于0至大约15%重量的润湿剂,所述润湿剂具有大约10至大约40的亲水亲油平衡比;
其中所有的重量百分数基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和润湿剂的总重量计算。
2.权利要求1的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述润湿剂的存在量为大约0.5%重量至大约15%重量。
3.权利要求2的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约10%重量至大约90%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约10%重量至大约90%重量,所述润湿剂的存在量为大约1%重量至大约13%重量。
4.权利要求1的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂具有大约10至大约20的亲水亲油平衡比。
5.权利要求1的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂为乙氧基化醇。
6.权利要求1的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约75%重量至大约90%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约20%重量,所述润湿剂为乙氧基化醇。
7.一种生物可降解的非织造材料,所述材料包含多种多组分纤维,其中所述多组分纤维由热塑性组合物制备,其中所述热塑性组合物包含:
a.大于0但少于100%重量的聚(乳酸)聚合物;
b.大于0但少于100%重量的选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和
c.大于0至大约15%重量的润湿剂,所述润湿剂具有大约10至大约40的亲水亲油平衡比;
其中所有的重量百分数基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和润湿剂的总重量计算;
另外其中所述多组分纤维具有小于大约80°的前进接触角和小于大约60°的后退接触角。
8.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述润湿剂的存在量为大约0.5%重量至大约15%重量。
9.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂具有大约10至大约20的亲水亲油平衡比。
10.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂为乙氧基化醇。
11.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述多组分纤维具有小于大约75°的前进接触角值和小于大约55°的后退接触角值。
12.权利要求11的生物可降解的非织造材料,其中所述前进接触角值和后退接触角值之间的差小于大约30°。
13.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述多组分纤维具有小于大约15%的热收缩值。
14.权利要求7的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约75%重量至大约90%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约20%重量,所述润湿剂为乙氧基化醇,所述前进接触角值和后退接触角值之间的差小于大约30°,所述多组分纤维具有小于大约15%的热收缩值。
15.一种生物可降解的非织造材料,所述材料包含多种多组分纤维,其中所述多组分纤维由多种组分制备,另外其中所述多种组分中的一种包含一种未反应的热塑性混合物,所述未反应的热塑性混合物含有以下物质:
a.大于0但少于100%重量的聚(乳酸)聚合物;
b.大于0但少于100%重量的选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和
c.大于0至大约15%重量的润湿剂,所述润湿剂具有大约10至大约40的亲水亲油平衡比;
其中所有的重量百分数基于存在于所述热塑性组合物中的聚(乳酸)聚合物;选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物;和润湿剂的总重量计算;
另外其中所述多种多组分纤维按一定布置排列,这样所述未反应的热塑性组分位于所述多组分纤维的表面。
16.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约95%重量,所述润湿剂的存在量为大约0.5%重量至大约15%重量。
17.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂具有大约10至大约20的亲水亲油平衡比。
18.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述润湿剂为乙氧基化醇。
19.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述多组分纤维具有小于大约75°的前进接触角值和小于大约55°的后退接触角值。
20.权利要求19的生物可降解的非织造材料,其中所述前进接触角值和后退接触角值之间的差小于大约30°。
21.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述多组分纤维具有小于大约15%的热收缩值。
22.权利要求15的生物可降解的非织造材料,其中所述聚(乳酸)聚合物的存在量为大约75%重量至大约90%重量,所述选自聚丁二酸亚丁酯聚合物、丁二酸己二酸丁二酯共聚物和这些聚合物的混合物的聚合物的存在量为大约5%重量至大约20%重量,所述润湿剂为乙氧基化醇,所述前进接触角值和后退接触角值之间的差小于大约30°,所述多组分纤维具有小于大约15%的热收缩值。
23.一种生物可降解的非织造材料,所述材料包含多种多组分纤维,其中所述多组分纤维具有小于大约80°的前进接触角值和小于大约60°的后退接触角值。
24.一种一次性吸收产品,它包含液体可渗透面片、吸收结构和液体不可渗透的衬片,其中所述液体可渗透面片或液体不可渗透的衬片中的至少一种包含权利要求1的生物可降解非织造材料。
25.权利要求24的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
26.权利要求23的一次性吸收产品,它还包含流体吸取层。
27.权利要求26的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片、流体吸取层和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
28.一种一次性吸收产品,它包含液体可渗透面片、吸收结构和液体不可渗透的衬片,其中所述液体可渗透面片或液体不可渗透的衬片中的至少一种包含权利要求7的生物可降解非织造材料。
29.权利要求28的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片、流体吸取层和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
30.权利要求28的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
31.权利要求28的一次性吸收产品,它还包含流体吸取层。
32.权利要求31的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片、流体吸取层和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
33.一种一次性吸收产品,它包含液体可渗透面片、吸收结构和液体不可渗透的衬片,其中所述液体可渗透面片或液体不可渗透的衬片中的至少一种包含权利要求15的生物可降解非织造材料。
34.权利要求33的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
35.权利要求33的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
36.权利要求33的一次性吸收产品,它还包含流体吸取层。
37.权利要求36的一次性吸收产品,其中所述液体可渗透面片、流体吸取层和液体不可渗透的衬片包含所述生物可降解非织造材料。
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