CN1494615A - 更有韧性的、更柔软的非织造片材产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及薄膜－原纤维片材产品，该产品表现出具有改善的韧性和柔软性的平衡，结合了改善的透气性和液体屏障阻力的平衡，制备该片材的方法包括将所述片材通过压花辊之间在双面上进行非织造片材点粘合，使用的条件结合粘合温度、压力和停留时间以致大部分粘合点不会粘合到半透明的程度。

Description

更有韧性的、更柔软的非织造片材产品
发明领域
本发明涉及尤其适用于制做防护服的改进的非织造织物。
发明背景
防护服包括长外衣、长罩衣、工作服和其它的外衣，其目的是保护穿着者不接触在他们工作的过程中必须处理的工作环境中的某些物品，防护服还包括保护性的片状织物，如手术室布帘或其它医疗布帘。在工作任务期间穿着者面临的特殊的暴露风险影响了需要的织物性质。如果是一个医务工作者，非常重要的是暴露于潮湿的污染物还是干燥的污染物，或者穿着者是仅仅暴露于不需要的污染物，如污垢或油脂，还是暴露于对穿着者实际上有危害的污染物，如有毒性的化学危害物，或者由血液或其它体液携带的疾病。
如果是一种暴露于液体的危害，那么片材对液体的屏障性能变得极其重要。传统上，在网织纤维的薄膜-原纤维片材产品中液体屏障是通过片材表面更多的粘合以产生高的液体流通阻力实现的。如果是一种干燥微粒的危害，那么应用同样的粘合原则，只是必须注意不要过分粘合片材，以致形成穿孔，这会造成屏障水平降低。
然而，这些服装保护穿着者免于接触危险物的同时，最好是该服装具有足够的对于空气和湿气的通透性，使热量和身体的湿气能够通过服装扩散出去，以便穿着者可以保持一种良好的温度舒适水平。为实现高屏障阻力而粘合片材表面对保持高水平的透气性有负面影响。同样地为了穿着者舒适，非常希望这些产品柔软或者通过一些适当经济的技术能够使其柔软。而且较高程度的粘合对柔软性有负面的影响。
已经针对“柔软”结构市场，商业化生产的网织纤维薄膜-原纤维片材产品，由E.I.du Pont de Nemours公司，Wilmington，Delaware以商品名Tyvek出售，它传统地采用单面压花粘合，具有离散的粘合点的“棱”花纹，例如Dempsey和Lee的美国专利号3,478,141中公开的，其运用一对具有足够热量和压力的辊，以使在印花辊上的凸起下面直接在织物中形成半透明的“窗口”。另一面基本在全部表面上压印“仿亚麻”图案，即使用其上刻有仿亚麻花纹的压花辊生成。这种仿亚麻-棱花纹的设计后来用于全部商业化生产的“柔软结构”的Tyvek产品。
利用这种商业上使用的一面上点粘合的粘合花纹结合另一面上“仿亚麻”的花纹，获得了对液体或固体颗粒的屏障阻力和强度性质的平衡，也就是说适宜于作防护服，其特别适宜于防护固相颗粒，例如空气中的石棉颗粒。然而，利用例如喷射水流的技术软化产品的努力展示了将片材分层的趋势，因为仿亚麻花纹粘合的一面基本上仅仅是表面粘合。如Dempsey的美国专利号3,427,376中公开的，已经使用了米尔德软化条件，例如钮子揉布和起绉，这对于许多应用得到了足够的软化。然而，对许多最终用途，特别是衣服中的应用希望得到更进一步的软化。
Lee和Simpson的美国专利号4,910,075努力解决这个射流软化片材中的分层问题，使用的方法是以点粘合花纹来粘合两面，处理在凸起的顶部占片材面积大约4-7％的总截面面积。用该方法制备的片材在压花辊的凸起部下将4-7％的面积粘合到半透明的程度，然后进行射流软化。最终产品具有20厘米的静水压头和约1秒的Gurley Hill孔隙率。这个产品足够柔软并且透气，并且对用于抵抗干燥微粒污染物的防护服是实用的，但是经过要求的侵袭性软化作用，达到软化的以半透明程度结合的结构后，产品只能中度防护液体。
关于网织纤维薄膜-原纤维产品的点粘合的下一步工作公开在Miller的美国专利号4,091,137中，其要求每平方厘米有8-155个粘合点的点粘合结构，该结构覆盖了片材面积的3-25％，其中粘合点在足够的热量和压力下形成以使粘合点基本上是透明的，必要条件是粘合区域的平均透光度至少为50％。本发明的目的是通过粘合区域和非粘合区域之间的透光度对比来改进产品的视觉一致性。
当操作化学制品的复杂性继续扩大时，随着工作人员接触潜在的液体化学危害物的增加，以及为了保护医务工作者隔离血液疾病和其它的体液携带疾病如爱滋病，对于具有非常高的防护液体溢透能力的防护服的需求已经极大地提高了。同时，这些服装需要保持足够的柔软和透气，以使穿着这些服装的工作人员在适当舒适的水平下长时间工作，并且它们必须足够的耐撕裂和破裂，以致在严格的使用中不会产生渗漏的危险。
发明概述
在一个实施方案中，本发明涉及一种制备非织造片材的方法，包括将所述片材通过压花辊之间在双面上进行片材点粘合，使用的条件结合粘合温度、压力和停留时间以致大部分粘合点不会粘合到半透明的程度。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种非织造片材材料，该材料在所述片材的两面上进行了点粘合，其中粘合点没有粘合到半透明的程度。粘合点优选占该片材各面面积的约10-20％。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种闪蒸纺丝薄膜-原纤维片材，该片材具有小于4.5秒的Gurley Hill孔隙率和至少100厘米的静水压头。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种非织造片材，制备该片材的方法包括将所述片材通过压花辊之间在双面上进行片材点粘合，使用的条件结合粘合温度、压力和停留时间以致大部分粘合点不会粘合到半透明的程度。
发明详述
研制了一种网织纤维薄膜-原纤维片材产品，该产品具有韧性、柔软性、透气性和液体屏障阻力的改进的、独特的平衡，通过使用每平方厘米带有50-80个凸起部的压花辊进行片材产品的两面点粘合，凸起部具有足够的尺寸以使每一面形成大约10-20％的粘合区域，同时粘合使用的条件是在片材和凸起部的接触点很少形成或不形成透明的点。该产品具有高的液体阻挡性和干燥微粒的阻挡性，同时保持了良好的透气性，并且在韧性方面超过商品化的棱-仿亚麻粘合的Tyvek，提高了20-30％，同时更柔软30-50％。
本发明实施例的起始点是强化的闪蒸纺丝聚烯烃片材，特别是闪蒸纺丝聚乙烯片材，通过共同未结申请美国序列号08/914,409的方法制备获得。用于本发明的片材产品典型的基本重量范围是33.9-77.8g/m2(1.0-2.0盎司/平方码)。然而，预计其它非织造织物，包括但不限于熔喷织物、熔纺织物和复合织物，当进行本发明的粘结法时会得到类似品质的产品。
片材的粘合是将它们通过带有压花辊的一对加热的夹辊，压花辊具有典型的50-80个凸起部/cm2的点分布，优选60-70凸起部/cm2。凸起部的尺寸会使粘合区域约为片材面积的10-20％，优选约13-17％，粘合点的数目在每平方厘米50-80个的范围内，优选每平方厘米有60-70个粘合点。压花辊直径典型地在50-60厘米的范围内，并且与直径在45-55厘米范围内的弹性体包覆的支承辊相接触，支承辊的肖氏A硬度50-80，优选肖氏A硬度65-70。
本方法的线速度可以在约256-284米/分钟变化，为了最经济性则优选最大值。然而，线速度的不同对停留时间有影响，因此线速度应该以需要的停留时间为基础来选择最佳条件。
压花辊的粘合温度通常在160-190℃范围内。为了结构完整性，粘合压力应该使用可得到必要粘合的最低值，并且随辊的构形和支承辊的直径、硬度和涂层厚度而变化。用于本发明的粘合压力约5-75kN/m2粘合区域，优选约20-60kN/m2，更优选约38-约50kN/m2，但是通常小于约50kN/m2粘合区域(7.15磅/平方英寸粘合区域)。一旦产品用这种方法在双面上压花，则使用啮合的针辊可机械地使片材软化。
在Miller的美国专利4,091,137中公开的方法叙述了使用一种橡胶支承辊，表面硬度大于70肖氏D(优选80-90肖氏D)，和一种压花辊，载荷在90-170PLI(每直线英寸磅数)范围内，优选120-130PLI。支承辊要求具有所述硬度是为了制得平均透光度为50％的产品。为了实现这种透光度，需要在小的接触区(‘足迹’)上使用高的压力并且压花花样的每个粘合区域要保持高压。Miller的实施例V公开了用60肖氏D(＞100肖氏A)的柔软的支承辊制造的产品不满足Miller发明的需要。
相反，根据本发明的方法，为了降低来自压花花样每个点施加的压力，使用更柔软的60-70肖氏A的支承辊。(60-70肖氏A的硬度相当于16-22肖氏D的硬度，越高的值表示橡胶化合物越硬)。本发明使用的较软的支承辊能够通过降低配合点粘结辊的凸起部施加的压力来改善粘合。
在任何单个的凸起部和织物之间的停留时间应该小于大约55毫秒，优选大约3-30毫秒之间，更优选大约5-10毫秒之间。
为了计算停留时间，需要知道在压花辊和橡胶支承辊之间的辊隙区域的接触长度。根据接触长度或者“足迹”，可以通过下式计算得到停留时间：
距离＝速度×时间
时间＝距离/速度
因此，
停留时间＝足迹/线速度。
根据本发明，这种方法和仪器改进的结合得到了更好的点粘结，能够得到的点粘结使大部分粘合点，优选全部粘合点没有粘合到半透明的程度。
根据本方法形成的薄膜-原纤维片材与众不同的结合了某些性质，具有韧性、柔软性、透气性和液体屏障阻力的独特平衡。本发明的薄膜-原纤维片材改善了液体屏障性能，如通过静水压头测量的，静水压头至少约100厘米，优选至少约110厘米，并且结合了改善的透气性，如通过Gurley Hill孔隙率测量的，Gurley Hill孔隙率小于约4.5秒，优选不大于约4秒。此外，本发明的薄膜-原纤维片材用织物手感测定器测定的柔软度不大于约12克。另外，考虑本发明的薄膜-原纤维片材的柔软度和其它性质，该片材具有与众不同的韧性，如通过断裂功进行测量。本发明的片材在加工方向(MD)的断裂功最少约5N-cm(4.4in-1bs)，优选大约5.65N-cm(5in-1bs)，更优选大约6.2N-cm(5.5in-1bs)。
本产品耐表面磨耗的能力特别有利于应用于服装或其它需要表面纤维牢固的应用。如上所述，本发明的非织造片材优选具有用A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器测量的大于10冲程的表面稳定性。
本发明片材的点粘合看来似乎形成了片材加工方向延伸的“棱”。下面列出的本发明的实施例在棱-棱花纹中进行了点粘合，即在薄膜-原纤维片材的双面上进行了棱线粘合。可以相信当使用此处公开的方法时，任何支数的普通的点粘结花纹都可以有效地获得本发明的效益。
试验方法
用于表征本发明的临界参数包括下列测试：
片材产品的断裂功(WTB)是测量片材的韧性或耐撕裂和击穿的尺度，通过测量应力-应变曲线之下的面积确定。一个2.54×20.32cm(1×8英寸)大小的样品装在CRE英斯特朗张力试验仪(Instron TensileTester)上。需要丁字头速度5.08厘米/分钟(2英寸/分钟)，夹具宽度最少5.08厘米(2英寸)，并且量规长度为12.7厘米(5英寸)以制出样品的应力-应变曲线。样品是在产品的加工方向测量的。较韧的产品会产生较高的断裂功数值。测试按照ASTM D5035标准进行。
静水压头(HH)是通过一静荷载之下的液态水测量片材耐穿透能力的尺度。长17.78厘米、宽17.78厘米(长7英寸、宽7英寸)的样品装在SDL 18谢利静水压头试验器(Shirley Developments Limited，Stockport，England生产)上。水对着样品单面的102.6平方厘米区域以60+/-3厘米/分的速度倾注，直到样品的三个区域被水穿透。静水压头按英寸计量，换算为国际单位制然后以厘米水的值记录。测试一般按照1976年11月公布的ASTM D583标准进行。较高的数值表明具有更大的耐液体通过能力。
GURLEY-HILL孔隙率(GH)是测量片材气态物质透过性的尺度。特别是，其测定某一气压梯度存在下一定体积的气体通过材料一区域需要花费的时间。Gurley-Hill孔隙率根据TAPPI T-460 OM-88使用Lorentzen & Wettre型号121D透气度测定仪进行测定。测试100毫升空气在大约1.21kPa(4.9英寸水柱)的压力下穿过28.7毫米直径的样品(一平方英寸)所用时间。结果用秒表示，其常常被称为格利秒。Gurley Hill数值为4秒的产品的孔隙率是Gurley Hill数值为8秒的产品的两倍，并且对于穿着者的舒适程度是两倍的透气。
产品柔软性的测定用“织物手感测定器”试验器(型号211-5)进行，由美国宾西法尼亚州费城的Thwing Albert仪器公司生产。102毫米×102毫米(4英寸×4英寸)的正方形样品放在机器的10毫米缝隙上，其中样品调整至1/3的样品对着2毫米厚的测量臂穿过缝隙。臂压样品进入固定的缝隙，然后以克记录最大压力值，记录此值作为材料柔软性的程度。由于测量的是压样品进入缝隙的力，因此较低的数值表明产品较软。
产品的表面耐磨性用从Atlas电力设备公司获得的A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器测量。A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器是美国纺织化学家和配色师协会的标准测试仪器。25.4厘米×5.08厘米(10英寸×2英寸)大小的样品固定在A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器的底部，其中一片外径5/8″的埃伯哈德法贝尔101、双坡面的、Pink Pearl擦除器接触样品的表面。擦除器沿着产品的表面来回移动，施加每冲程900克(32盎司)的磨擦力直到表面被穿透。记录穿透表面需要的冲程数作为表面耐磨性的度量。具有较大冲程次数的产品表明产品具有较高的耐表面磨耗能力。
实施例
表1中给出了对照和本发明样品1-5的相关性质。
实施例1(对照)是目前商品化由烃溶剂纺成的Tyvek产品，在该片材的一面上用仿亚麻花纹粘合(表面粘合)，另一面用棱花纹粘合(点粘合)，片材两面的粘合速度在约256-284米/分钟之间(8.4-9.4毫秒停留时间)并且粘合辊的温度在约174-177℃之间。
实施例2(对照)是按照美国专利号4,910,075的方法在片材的两面进行了点粘合，如所述专利的实施例1。片材用具有30个凸起部/平方厘米的辊双面压纹，每个凸起部的截面面积为0.0016cm2，总粘合面积约是片材的4.9％。粘合条件是粘合温度155℃并且线速度30.5米/分钟(22.3-31毫秒停留时间)，使用这种粘合条件凸起部下面的点变得半透明。
实施例3(对照)是按照美国专利号4,091,137的方法在片材的两面进行了点粘合，如所述专利的实施例6中的样品“S。片材用具有43个凸起部/平方厘米的辊双面压纹，每个凸起部的截面面积为0.0014cm2，总粘合面积约是片材表面的12％。粘合条件是粘合温度156℃并且线速度45.7米/分钟(1.4-1.9毫秒停留时间)，用这种粘合条件凸起部下面的点熔合了。产品的压纹区域粘合为透明的点以满足平均透光度至少50％的要求。
实施例4-6举例说明了本发明典型的产品，使用棱-棱压花辊花纹，线速度约284米/分钟(约9.4毫秒停留时间)。
                                    表1-样品性质
实施例号   粘合温度 粘合压力     MD WTB     HH     GH     HOM *     CROC **
  (℃) (kN/m2粘合面积)     (N-cm)     (cm)     (秒)     (克)    (冲程)(顶/底)
    1   177/174 37-50(仅棱面)     4.5     117     7.3     16.3     17/12
    2   155 460-560     -     20     ＜1     -     -
    3   156 ＞600     -     -     91     -     -
    4   172/166 37-50     6.4     110     3.9     11.6     25/23
    5   170/166 37-50     6.3     110     3.9     11.1     14/12
    6   169/165 37-50     6.1     112     4.1     -     12/13
*织物手感柔软性，测量为MD和CD柔软性数值的平均值。
**表面耐磨性用A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器测量。
从得到的结果能够清楚地看出：本发明产品很好地平衡了对于阻透片材应用所需的性质，阻透片材应用例如防护服或手术室布帘，较实施例1的当前商品化的Tyvek片材具有改进的透气性和韧性，比美国专利4,910,075(实施例2)产品好很多的耐液体穿透的能力。可以认为与当前的商品相比，本发明片材的性质改善的原因是片材的两面都使用了点粘合，因为商品的仿亚麻粘合的一面在整个表面进行了粘合，这种面限制了片材的透气性和单个薄膜-原纤维的运动自由度。双面点粘合增加了本发明片材的运动自由度，导致韧性的提高和柔软性的显著改善。
还可以认为与美国专利4,910,075(实施例2)的两面点粘合产品相比，本发明片材静水压头性质的改善是由于提高了粘合面积，以及较不猛烈的粘合条件(温度、压力和停留时间的结合)，这种条件使粘合点没有熔化到半透明的程度。
本发明的网织纤维薄膜-原纤维片材(实施例4-6)很明显地表现出较美国专利4,091,137严重粘合的片材(实施例3)显著改善的透气性。
还可以认为本发明的产品将提供用于仿亚麻床上制品所需要的特性。具体地说，本发明的片材产品表现出能够阻止尘粒穿过床上制品材料的能力。最近，人们已经注意到尘粒对人的过敏反应。为了保护消费者远离他们床上制品中的过敏原，例如尘粒，并且免受伤害，可以使用本发明的非织造片材以床罩和枕头套的形式作为隔离织物。由于本发明的非织造片材的柔软性和透气性，因此对于这种应用具有合乎要求的性质，同时还提供了颗粒阻挡防护。
实施例7在本发明的非织造片材上和另一个市场上的商品上进行颗粒测试。实施例7是本发明非织造片材的一个典型样品，用在实施例4-6中使用的条件范围内的条件制备。
实施例8(对照)是一种代表性的、商品化的用于垫褥的过敏原阻隔材料，其由微纤维编织的织物组成，由Alllergy Control Products Inc.(Ridgefield，Connecticut)以商品名Pristine100出售。测试的特定产品是大号的Pristine100枕头套，商品种类#PRPQ。得到的结果列于表2。得到的结果表明本发明的非织造片材的过滤效率显著高于对照的过滤效率。
                                      表2-样品性质
                                         过滤效率
                                    颗粒尺寸范围(微米)
    0.5-0.7     0.7-1.0     1.0-2.0     2.0-3.0
  实施例7     99.20％     99.80％     ＞99.9％     ＞99.9％
  实施例8     4.51％     6.83％     19.05％     52.98％

Claims (24)

1、一种制备非织造片材的方法，包括将所述片材通过压花辊之间在双面上进行片材点粘合，使用的条件结合了粘合温度、压力和停留时间以致大部分粘合点不会粘合到半透明的程度。
2、权利要求1的方法，其中所述片材的每个面上点粘合的横截面积约为片材面积的10-20％。
3、权利要求1的方法，其中每个所述的压花辊每平方厘米具有50-80个凸起部。
4、权利要求2的方法，其中所述片材的每个面上点粘合的横截面积约为片材面积的13-17％。
5、权利要求3的方法，其中所述的压花辊每平方厘米具有60-70个凸起部。
6、权利要求1的方法，其中粘合压力约为5-75kN/平方米粘合面积。
7、权利要求1的方法，其中凸起部在所述片材上的停留时间小于55毫秒。
8、一种非织造片材材料，该材料在所述片材的两面上进行了点粘合，其中粘合点没有粘合到半透明的程度。
9、权利要求8的非织造片材，其中粘合点占该片材各面面积的约10-20％。
10、权利要求8的非织造片材，该片材为闪蒸纺丝薄膜-原纤维片材，该片材具有小于约4.5秒的Gurley Hill孔隙率和至少约100厘米的静水压头。
11、权利要求8的非织造片材，用织物手感测定器测定的柔软度不大于约12克。
12、权利要求8的非织造片材，在所述片材的每个面上每平方厘米有50-80个粘合点。
13、权利要求8的非织造片材，在所述片材的每个面上每平方厘米有60-70个粘合点，所述片材的每个面上的所述粘合点占片材面积的约13-17％。
14、权利要求10的非织造片材，其断裂功至少为约5N-cm。
15、权利要求8的非织造片材，在片材的两面上有带棱的点粘合花纹。
16、一种非织造片材，制备该片材的方法包括将所述片材通过压花辊之间在双面上进行片材点粘合，使用的条件结合粘合温度、压力和停留时间以致大部分粘合点不会粘合到半透明的程度。
17、权利要求16的非织造片材，其中所述片材的每个面上点粘合的横截面积约为片材面积的10-20％。
18、权利要求17的非织造片材，该片材为闪蒸纺丝薄膜-原纤维片材，该片材具有小于约4.5秒的Gurley Hill孔隙率和至少约100厘米的静水压头。
19、权利要求18的非织造片材，用织物手感测定器测定的柔软度不大于约12克。
20、权利要求19的非织造片材，其断裂功至少为约5N-cm。
21、一种由根据权利要求8的非织造片材制作的仿亚麻床上用品材料。
22、一种由根据权利要求8的非织造片材制作的防护服装制品。
23、一种由根据权利要求8的非织造片材制作的手术室帘布。
24、根据权利要求8的非织造片材，用A.A.T.C.C.耐摩擦牢度测定器测量的该片材的表面稳定性大于10冲程。
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