JP3782973B2 - 三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体 - Google Patents

三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体 Download PDF

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Description

【0001】
(発明の背景)
発明の分野
本発明は一般的にはフィルム/不織布複合体(film/non−woven composite)に関し、そして詳しくは、点結合された高度に弾性のフィルム/不織布複合体であって、複合体を点結合するのに使用された接合点(weld points)によって複合体上に形成された非弾性膜(inelastic membranes)を破裂させるように複合体を伸張することによって製造後に通気性にされる前記複合体に関する。
【0002】
関連技術
使い捨て消費市場では、おむつ製品などのフィット性および順応性を改良する要求が存在している。高い弾性回復率、通気性、および引裂き抵抗、と結び付けられた高い伸び率を導出する積層体(laminates)はこの要求を満たすための手段として究明されつつある。
【0003】
過去、不織布積層体において高い伸縮を達成するのに用いられた技法はしばしば不織繊維または結合を損傷するので積層体強度特に引張強さを低下させた。加えて、従来の技法によって製造された積層体は所期応用に最適に機能するのに十分な弾性回復をしばしば欠いている。
【0004】
これら積層体の通気性は代表的には、不織布にフィルムを積層する前にフィルムに孔をあけることによって与えられた。不織布へのフィルムの積層はしばしば接着剤の使用によって行われる。これら接着剤は積層体の孔または開口を塞ぐ性向を有し、従って、所期通気性を多分低下させる。
【0005】
通気性は他の孔あけプロセス、たとえば、フィルムを不織布に積層した後にフィルムに孔をあけること、を通してフィルムに孔をあけることによっても与えられた。しかし、これら孔あけプロセスは積層体全体の上に様々な弱い箇所を結果として生じる。弱い箇所はしばしば引裂き開始点になる。
【0006】
従来技術においては、所望の諸性質を有する積層体をつくりだすのにしばしば多数の厄介で経費のかかる諸工程に従わされなければならない。
【0007】
従って、使い捨て物品の市場に使用するための高い弾性回復率と組み合わされた高い弾性を有する積層体およびその製造方法を開発することが必要である。加えて、従来の積層体の上に形成されていた引裂き開始点を無くした積層体およびその製造方法を開発することが望ましい。最後に、上記諸性質を維持しながら積層体をつくるのに必要とされた工程の数を減少させる必要がある。
【0008】
(発明の概要)
本発明は、横方向に伸張するだけで流体・空気透過性(fluid and air permeable)の諸性質を示す改良されたフィルム/不織布複合体を提供する。
【0009】
本発明の一態様におけるフィルム/不織布複合体はコア層の上に積層された2つの団結層(consolidated layers)を含んでいる。団結層は一方向繊維と非一方向繊維から構成されている。一方向および非一方向繊維は複合体上に伸縮性および非伸縮性領域を提供する。
【0010】
複合体の層は不連続点(discrete points)において互いに接合されている。一態様においては、複合体を接合するのに超音波ホルン(ultrasonic horn)が使用される。接合後には、複合体上には次のような別個の領域が形成されている:非接合領域、結合領域、および膜領域。非接合領域は接合点を取り囲む複合体の領域である。接合点、そこには事実上結合が生じる、は接合工程中に力と熱/融解エネルギーによって襲撃されたポリマーのアマルガム化集団(amalgamated masses)である。膜領域は熱/融解エネルギーの適用後に残っているポリマー材料の非常に薄い不浸透性(impervious)の膜である。
【0011】
複合体が形成された後、複合体の或る領域は高い弾性を示す。複合体は膜領域の膜を引裂いてフィルムに通気性を付与するように最終使用者によって伸張されてもよい。団結層の繊維の縦方向における破断までの引張−対−横方向における破断までの引張の比はおおよそ1.8:1である。
【0012】
(図面の詳細な説明)
図1を引用すると、高い伸び率と低い弾性率を有する三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体10が示されている。複合体10は第一団結シート12、第二団結シート14、および不浸透性フィルムコア層16を含んでいる。団結シートはスパンボンド繊維18(図2)から構成されている。スパンボンド繊維18は不織の二成分のまたはブレンドされた繊維であってもよい。スパンボンド繊維18が二成分繊維である場合、繊維18の成分は好ましくは二つの別個の融点を有する。同様に、シート12および14がブレンド繊維から構成される場合には、ブレンド繊維が二つの別個の融点を有することが好ましい。好ましくは、スパンボンド繊維18は約15〜30gsmの重さを有する。フィルムコア層16は様々な材料のものであってもよいが、材料は流体および空気に不浸透性でなければならない。一態様においては、コア層16は多層フィルムから構成されてもよい。単層エラストマーや発泡体層のような代替エラストマーフィルムもコア層16として使用されてもよいが、かかるフィルムは流体および/または空気不浸透性の材料から構成されていなければならない。
【0013】
別の態様においては、コア層16は高度に弾性のコンパウンド、たとえば、タイプA−B−AまたはA−B−A´からの水素化ジエンをもった少なくとも一つの又はそれ以上のブロックコポリマーを伴うコンパウンドである。通常、かかるコンパウンドは単層として単独で延伸されたときに100%を越す伸張からの比較的良好な弾性回復または低い硬化を示す。スチレン/イソプレン、ブタジエンまたはエチレン−ブチレン/スチレン(SIS、SBS、またはSEBS)ブロックコポリマーは特に有効である。コア層16として使用するためのその他の有効なエラストマー組成物はエラストマーポリウレタン、エチレンコポリマー、たとえば、エチレンビニルアセテート、エチレン/プロピレンコポリマーエラストマーまたはエチレン/プロピレン/ジエンターポリマーエラストマー、を包含することができる。これらポリマーの単独ブレンド又は他の変性用弾性または非弾性材料とのブレンドも本発明をもって有効であることを意図されている。或る好ましい態様においては、エラストマー材料は高性能エラストマー材料、たとえば、SEBS、SBS、SISまたはシェルケミカル社(Shell Chemical Co.)からのクラトン(Kraton)(登録商標)エラストマー樹脂類、それらはエラストマーブロックコポリマーである、を含むことができる。
【0014】
フィルム/不織布複合体10を形成するためには、スパンボンド繊維18の第一および第二シートは本願明細書に組み入れられるハーセンベーラー・ジュニア(Hassenboehler,Jr.)他への米国再発行特許第35,206号に記載されている技法に従って炉内またはその他加熱装置内で配向される。このプロセスの結果は第一団結シート12と第二団結シート14である。個々の繊維18はシート12、14の上に密に充填されており、そして横方向にのみ伸張する(すなわち、異方性繊維)。弾性のフィルム/不織布複合体10(図1)は団結シート12、14間にコア層16を封入することによってつくりだされる。
【0015】
接合されたフィルム/不織布複合体21(図2および3)を形成するのに三つの層12、14、16を不連続接合点20で合わるためには、超音波接合や加熱接触接合(thermal contact welding)のような力と熱/融解エネルギーの組合せが使用される。図2および3に示された好ましい態様においては、団結層12、14と不浸透性フィルムコア層16を接合する接合点20を形成するのに超音波接合が使用される。接合点20はフィルム/不織布複合体21の全表面積の約2%〜約10%を占める。約0.75mmの直径を有しそして横方向に中心線から中心線まで約3.5mmの間隔をもつ接合点20が望ましいということが判明した。超音波接合は接合点20を形成するための好ましい方法である。接合点20を生成するのに加熱接触接合や点接合を含めてその他の適する方法が使用されてもよい。図3に最もよく示されているように、接合された膜22および材料の結合領域24は接合点20の適用から結果生じる。接合された膜22は接合点適用後に残っているポリマー材料の非常に薄い不浸透性の膜である。膜22は本質的に非弾性である。接合後、第一および第二団結シート12および14と不浸透性フィルムコア層16は三つの領域を構成する。非接合領域26は結合領域24を取り囲んでいる複合体21の領域である。結合領域24、そこには実際の結合が生じる、は接合点適用中に力と熱/融解エネルギーによって襲撃されたポリマーのアマルガム化集団25を含有している。フィルム形成プロセスは後で更に詳細に論じる。
【0016】
接合されたフィルム/不織布複合体21の通気性は膜22の引裂きから結果生じる。膜22は複合体21が伸張されるときに引裂かれる。伸張中に、膜22は非弾性であるので裂ける。通気性は横方向に約50%〜約200%の範囲の伸張を誘発することによってフィルム/不織布複合体21に付与される。例として、50%の伸張の誘発においては、複合体21の1インチ試料は少なくとも1.5インチ長さになる。複合体21の伸張と膜22の引裂きにもかかわらず、フィルム/不織布複合体21は力に対する、特に、約200%より大きい複合体21の伸びを起こさせる力に対する、十分な抵抗を提供してフィルム/不織布複合体21の引裂きを妨げる。フィルム/不織布複合体21の伸張は、最終製品が消費者または使用者によって伸張される場合のように使用中に、または使用に先立って製造サイトにおいて、既知の方法を使用して、起こってもよい。これら方法は幅出しフレーム(tentering frame)、弓形バー(bowed bar)、または交互嵌入咬合ロール(interdigitating roll)、たとえば、本願明細書に組み入れられるシュワルツ(Schwarz)の米国特許第4,368,565号に記載されているもの、を使用することを包含する。
【0017】
次に、図4を引用すると、弾性のフィルム/不織布複合体10は接合点20を形成するために接合プロセスを受けることが示されている。接合点20は団結シート12、14を不浸透性フィルムコア層16に点結合または接合して接合された弾性のフィルム/不織布複合体21を形成する。超音波接合を行うためには、弾性のフィルム/不織布複合体ウェブ10が超音波ホルン30と超音波結合ロール32の間に通される。超音波結合ロール32は複数の隆起領域34を有する。超音波接合中に、超音波結合ロール32の隆起領域34の近くにいる団結層12、14の集団は溶融状態になりそして超音波ホルン30から遠のいて外側へ流動して接合点20を形成する。残っている薄い層材料は膜22を形成し、それはアマルガム化集団25によって取り囲まれている(図3)。接合後、膜22は流体または空気に対して不浸透性のままである。膜22の位置は結合ロール32の個々の隆起領域34(それは超音波結合のための点を提供する)に対応している。隆起領域34はフィルム/不織布複合体10を完全には貫通しないが、超音波ホルン30から伝えられるエネルギー力の主な通路として作用する。隆起領域34がないと、ホルン30によって弾性のフィルム/不織布複合体ウェブ10を横切って供給される力は一様であろう。結果として、隆起領域34は接合されたフィルム/不織布複合体21にパターンを付与する。
【0018】
得られた、接合されたフィルム/不織布複合体21は横方向に高い弾性を有する。横方向は、図4に示された接合プロセス中に複合体10および得られる接合複合体21が移動する方向に対して横断方向である。接合複合体21は縦方向には伸張に対して抵抗する。縦方向は、接合プロセス中に複合体10および得られる接合複合体21が移動する方向に対して平行である。接合されたフィルム/不織布複合体21は約40〜150gsmの範囲の最終重さを有する。
【0019】
本発明の接合プロセス後、複合体21を伸張して膜22を破裂させることによって開口がフィルム/不織布複合体21の中につくりだされ、かつ、複合体21がその元の長さに戻ることが可能である。
【0020】
実験の説明
下記に説明されている実験は様々な積層体の諸性質に通気性を付与する効果を実証するために設定された。実験は三つの工程を有する:
1.積層体生成工程
2.積層体活性化工程
3.積層体性質定量化工程
【0021】
積層体生成工程は3種類のサンプル積層体、サンプルA、サンプルB、およびサンプルC、の生成を伴った。サンプルAは、超音波結合されておりそしてフィルムの両面にソフトスパン(Softspan)(登録商標)不織布を使用している弾性フィルムからなる。サンプルBは、超音波結合されておりそして両面がサンプルAと同じソフトスパン(登録商標)不織布の二つの層によって覆われている弾性フィルムからなる。加えて、ソフトスパン(登録商標)不織層の各々はフィルムの各面に取り付けられる前に2:1のネックイン比(neck−in ratio)をもって団結された。サンプルCはソフトスパン(登録商標)不織層の各々がフィルムの各面に取り付けられる前に3:1のネックイン比をもって団結されたこと以外はサンプルBと同じである。
【0022】
積層体活性化または孔生成工程においては、サンプルを様々なレベルに伸張しそしてそれらをそれらの元の長さに戻るにまかせることによってサンプルA、BおよびCに孔がつくり出された。この実験では、積層体は手で伸張された。詳しくは、各サンプルに1インチの印をし、そして材料を予め定められた伸びまで伸張した。それから、材料を様々な量に伸張し、そしてその量を伸張するのに必要とされた力を記録した。
【0023】
下記の表1および図5は各々100%伸張された後のサンプルA、BおよびCの伸張挙動の比較を示す。データは団結サンプルBおよびCが非団結サンプルAに比べたとき追加100%伸び率を獲得したことを示している。団結サンプルBおよびCは伸張するのにより低い力を要した;特に、60%伸張後には。非団結サンプルBおよびCを伸張するための、より高い力は、実際の繊維18が伸張の代わりに変形されることを意味している。データは、より高い変形は団結シートの伸縮マトリックスに不可逆損傷を起こさせるという仮説を支持している。加えて、団結サンプルBおよびCによる高い伸び率の獲得はそれらサンプルをして非団結サンプルAに比べたときに複合体を更に伸張するのを容易にする、すなわち、少ない力しか必要としない。
【0024】
表1
Figure 0003782973
【0025】
積層体性質定量化工程においては、材料を予備伸張した後に、サンプルA、BおよびCの各々における孔を予め定められた面積の中でカウントした。次いで、サンプルを横方向に伸張する力と、破断するまでの極限伸びの力を測定した。
【0026】
次いで、図6を引用すると、生成開口数に対する伸張力が示されている。実験においては、接合されたフィルム/不織布複合体のサンプルA、BおよびCを開口が生じるまで伸張した又は予備伸張した。次いで、サンプルA、BおよびCの各々における開口をサンプル面積の中でカウントして膜22(図3)の破裂率を求めた。加えて、フィルム/不織布複合体21を横方向に100%伸びまで伸張する力を測定した。
【0027】
図6を参照すると、非団結のフィルム/不織布サンプルAにおいては48%開口レベルが達成されたらサンプルAの全体の完全性が衰え始めるということがわかる。加えて、団結サンプルBおよびCの両方は膜22が全部破裂するまで即ち100%孔が生成されるまでサンプルBおよびCが伸張されたときでさえ100%モジュラスのレベルにおけるそれらのモジュラス性質の損傷または変動を体験しない。
【0028】
図6のデータは団結されたフィルム/不織布複合体(サンプルBおよびC)をもってすると繊維18の網目構造を損傷せずに又はフィルム/不織布複合体の完全性を壊さずに非常に高い開口百分率がフィルム/不織布複合体に付与できるという結論を支持している。これは材料に損傷が結果生じる前に非団結材料たとえばサンプルAにおいて形成されるかもしれない開口の百分率を越える大きな改良である。さらに、団結されたフィルム/不織布サンプルBおよびCは過去に製造されていた他の積層体や布よりも明らかに優れている諸性質を示したし、そして通気性になるように引っ張られた。
【0029】
当業者によって認識されるであろうように、本発明の様々なパラメーターは用途に依存して調節されてもよく、それには、不織層12、14の重さ、層12および14の団結比、および弾性のフィルム/不織布複合体ウェブの不浸透性コアフィルム層16として使用するためのポリマーの選択を変動させることが包含される。
【0030】
本発明の最も重要な点は、団結不織布の二層の間に空気・流体不透過性弾性層を積層しそして十分に規定された弾性と選択域の通気性を有する空気または流体浸透性の薄い構造を、フィルムの中に開口を付与するプロセスまたは装置を使用する必要なしに形成することによって形成された、通気性で透過性の団結されたフィルム/不織布複合体である。得られた複合体は複合体の構造を損なうことなく複合体を伸張することによって所定数の接合点から高い百分率の開口の形成を可能にする。加えて、本発明のプロセスは型押ロールのスパイクまたは隆起領域を損傷するであろう過剰な熱または融解エネルギー力を使用することなく実施できる。さらに、得られた複合体は団結不織材料の一方向の性質によって横方向にのみ伸張する。
【0031】
本発明の幾つかの態様だけを記載したが、本発明は他の多数の応用および環境にも応用できる。本発明の思想および範囲を逸脱することなく様々な変形および変更が可能であることは当業者には明白であろう、そして特許請求の範囲をカバーすることを意図している。かかる変更は全て本発明の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のフィルム/不織布複合体の接合工程前の断面である。
【図2】 図1のフィルム/不織布複合体の接合後の上面図である。
【図3】 複合体が接合工程を受けた後の、図2の線3−3に沿った、図1および2の複合体の断面である。
【図4】 図1および3のフィルム/不織布複合体の、接合工程を受けつつある、図である。
【図5】 団結された及び団結されてないフィルム/不織布複合体の力−対−伸び率の関係を示すグラフである。
【図6】 団結された及び団結されてない複合体を伸張する力−対−生成された孔(開口)の数の関係を示すグラフである。

Claims (29)

  1. 第一面と第二面を有する流体・空気不浸透性コア層;
    複数の接合点によって前記コア層の前記第一面に点結合された第一不織層;
    複数の接合点によって前記コア層の前記第二面に点結合された第二不織層;及び
    複合体を横方向に 200% 以下の伸びに伸張することによる接合点の破裂により形成された開口
    を含み、前記接合点が実質的に非弾性である、三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  2. 前記コア層が、エラストマーフィルム、発泡体および多層フィルムからなる群から選ばれた材料から構成されている、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  3. 前記第一不織層および前記第二不織層が、少なくとも二つの別個の融点を有する二成分繊維から構成されている、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  4. 前記第一不織層および前記第二不織層が、少なくとも二つの別個の融点を有するブレンド繊維から構成されている、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  5. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    前記第一不織層が、異方性である繊維から構成されている、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  6. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    前記第二不織層が、異方性である繊維から構成されている、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  7. 前記接合点がフィルム/不織布複合体の全表面積の2%〜10%を占めている、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  8. 複合体が複合体の引裂きを防ぐように1500グラム/インチより大きい力に十分抵抗する、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  9. 複合体が400%〜650%の範囲の極限引張方向伸び率を有する、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  10. さらに、伸縮領域と非伸縮領域を含む、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  11. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    前記第一不織層の前記一方向および非一方向繊維が、3:1から1.8:1までの範囲における縦方向対横方向における破断までの引張の比を有する、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  12. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    前記第一不織層の縦方向対横方向における前記一方向および非一方向繊維についての破断までの引張の比が1.8:1である、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  13. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    前記第一不織層の縦方向対横方向における前記一方向および非一方向繊維についての破断までの引張の比が3:1である、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  14. 前記第一不織層および前記第二不織層が一方向繊維と非一方向繊維から構成されており;そして
    縦方向対横方向について前記第一不織層のための破断までの引張の比が1.8:1である、
    請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  15. 縦方向対横方向における前記第一不織層の破断までの引張力の比が3:1である、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  16. 第一面と第二面を有する流体・空気不浸透性コア層;
    複数の接合点によって前記コア層の前記第一面に点結合された第一不織層であって、前記第一不織層が一方向繊維と非一方向繊維を有し、前記第一不織層の前記一方向および非一方向繊維が3:1から1.8:1までの範囲における縦方向対横方向の破断までの引張の比を有する、前記第一不織層;
    複数の接合点によって前記コアの前記第二面に点結合された第二不織層であって、一方向繊維と非一方向繊維を有する前記第二不織層
    記第一不織層と前記第二不織層と前記コア層を一緒に結合する前記接合点によって形成された複数の結合領域;
    前記接合領域内の非弾性膜;及び、
    複合体の伸張により前記非弾性膜が裂けて形成された開口
    を含む、三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  17. 一方向繊維と非一方向繊維が3:1から1.8:1までの範囲における縦方向対横方向の破断までの引張の比を有し、前記第二不織層の一方向繊維が前記第一不織層繊維の一方向繊維と同じ方向に配向されている、請求項16の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  18. 流体・空気不透過性弾性コア層の第一面に第一不織層を接合し;
    流体・空気不透過性弾性コア層の第二面に第二不織層を接合し、該接合により接合点が形成され;そして
    複合体を製造中または製造後に横方向に200%以下の伸びに横断方向に伸張して前記複合体の接合点に開口をつくりだす;
    諸工程を含む、三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体を形成する方法。
  19. さらに、
    前記第一および前記第二不織層を前記コア層に点接合させ;そして
    点接合の前記工程によって実質的に非弾性の膜を形成する;
    諸工程を含む、請求項18の方法。
  20. 前記第一および前記第二不織層を点接合させる前記工程が超音波接合によって遂行される、請求項19の方法。
  21. 前記第一および前記第二不織層を点接合させる前記工程が力と熱エネルギーの組合せによって遂行される、請求項19の方法。
  22. 前記第一および前記第二不織層を点接合させる前記工程が加熱接触接合によって遂行される、請求項19の方法。
  23. 複合体を横断方向に伸張する前記工程が複合体の最終使用者によって行われる、請求項18の方法。
  24. 複合体を横断方向に伸張する前記工程が幅出しフレームによって行われる、請求項18の方法。
  25. 複合体を横断方向に伸張する前記工程がロール上で弓形バーによって行われる、請求項18の方法。
  26. 複合体を横断方向に伸張する前記工程が交互嵌入咬合ロールによって行われる、請求項18の方法。
  27. 前記第一不織層が、少なくとも二つ別個の融点を有する二成分繊維から構成されている、請求項5の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  28. 前記第一不織層が、少なくとも二つ別個の融点を有するブレンド繊維から構成されている、請求項5の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
  29. 開口が、複合体を横方向に少なくとも 20% の伸びに伸張することによる接合点の破裂により形成されたものである、請求項1の三次元の高度に弾性のフィルム/不織布複合体。
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