CN1242740A - 改进的复合弹性材料和生产它的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尺寸稳定和/或潜在的复合弹性层压材料。制造复合弹性层压材料的方法包括提供有一第一长度的聚合物材料,将该聚合物材料拉伸到一第二长度和在由两个光滑表面辊组成的砑光辊中将至少一个非织造饰面粘合到该聚合物材料,从而在使用复合弹性材料的个人护理用品的应用中,不会损害或预处理中损害该弹性组分。

Description

改进的复合弹性材料和生产它的方法

发明的领域

本发明涉及有改进的应力松驰和改进的尺寸稳定性的复合弹性材料。本发明还涉及制造尺寸稳定的和潜在的复合弹性材料的方法，这种材料有改进的应力松驰性能。

本发明的背景

本发明涉及尺寸稳定和/或潜在的复合弹性材料，该材料有改进的应力松驰和抗蠕变性能和是层压的。本发明还涉及制造它的方法。

如这里所用的术语“复合弹性材料”指的是多组分或多层的弹性材料，其中一层是弹性的。“尺寸稳定”的复合弹性材料是这样的材料，它在实际使用条件下保持它的尺寸，即长度和宽度。使用条件一般包括身体温度、湿度和热量。“潜在的弹性层压材料”指的是层压材料，它有处于休眠状态的一种可以弹性化的组分，如果需要可以将它激活，一般使用如热这样的刺激源。换句话说，潜在的弹性层压材料当被激活时将变成弹性的。

术语“应力松驰”定义为在一段时间内保持恒定的伸长所需的负荷。术语“蠕变”定义为在恒定的负荷或作用力下，由于某些不可逆的流动或结构的破裂，物品的形状或尺寸的损失。有两类蠕变：(1)与时间无关的，在恒定的负荷或作用力下由于不可逆的流动或结构的破裂，产生形状的变化，并在作用力撤消之后不能恢复；和(2)依赖于时间的，当作用力撤消后可以恢复某些形状。

复合弹性材料和它的层压片有广泛的用途，特别是在吸收物品和一次性使用物品的领域内。如这里所用的那样，术语“吸收物品”指的是能吸收和保持身体渗出物的装置，尤其指的是能放在或者靠近穿着者的身体，以便吸收和保持从身体排出的各种渗出物的装置。术语“吸收物品”打算包括尿布、训练裤、吸收衬裤、失禁者用的产品和类似物。这里用的术语“一次性使用的”说的是不打算洗涤或另外回收，或重新作为吸收物品使用的吸收物品。

一般来说，复合弹性材料是连续的长丝型结构，其中一层连续的一般平行的弹性丝利用加热的砑光辊和砧辊粘合到至少一个饰面层。连续丝层压件公开在授予Fitts，Jr等人的美国专利5,366,793号和授予Wright的美国专利5,385,775号中，两者的整个内容在这里引用作为参考。

一般，砑光辊以某种方式制成的图案，使得最终的层压材料不是在它的整个表面都粘合在一起。如果需要，砧辊也可以制有图案，对于层压件的一侧上的给定的表面面积的最大的粘合点表面面积一般不超过总表面面积的约50％。一般，粘合面积的百分比是层压材料面积的约10％变化到约30％。例如，在授予Wright的美国专利5,385,775号和授予Brock等人的美国专利4,041,203号中公开了这样的方法，两者的整个内容在这里引用作为参考。

这种层压方法的一个缺点是，有图案的辊严重地损害了弹性丝。对弹性丝的损害影响到复合弹性材料和它的层压件的弹性特性，因而影响其性能。这是由于在使用中在体温和拉伸的条件下，引起纤维断裂造成的。

因此，需要有一种制造复合弹性材料的方法，材料的尺寸是稳定的。此外，也需要一种制造复合弹性材料的方法，使在制造过程中不会损伤聚合物的合股线。

本发明的概要

本发明提供一种生产尺寸稳定的和/或潜在的弹性层压材料的方法，方法包括如下各步骤：提供有一第一长度的聚合物材料，拉伸聚合物材料到一第二长度，和在有两个光滑平面的砑光辊中将至少一层非织造饰面粘合到聚合物材料上，以便减小对弹性材料结构的损害。本发明也提供一种方法，其中辊100％的表面面积与弹性材料接触。因此本发明生产的单个复合弹性材料，通过在平滑的表面辊之间砑光聚合物材料和至少一个非织造饰面，使之对聚合物的损害小到可以忽略。

本发明的方法不仅克服了先有技术的问题，而且提供了几个优点。这些优点包括：(1)大大改善所得到的层压件对尺寸稳定性的性能；(2)在实际应用条件下减小了一段时间内的负荷损失；(3)通过在最终的层压件中使用较少量的弹性材料有可能节约成本；(4)生产潜在的和/或热收缩材料；和(5)在得到的层压件中利用弹性聚合物的全部潜能。本发明也提供制造低成本弹性非织造材料的方法。

按照本发明生产的复合弹性材料可以用作个人吸收制品的弹性组分，例如在尿布和训练裤的侧面边中。它们也可用作裤腿的弹性件和尿布，训练裤，失禁者器件和类似物的衬垫。

本发明前述的和其他的特点和优点，当与附属的实例一起阅读下面各优选实施方案的详细描述时，将变得更加清楚。

附图的简要描述

图1是按照本发明制成复合弹性材料方法的示意图；

图2是示范性的一次性使用衣服的透视图，在这种情况下是训练裤，它使用按照本发明的层压材料；

图3是应力松驰模量对时间的曲线图，时间是在用有图案辊生产的复合弹性层压材料的应力松驰试验和用两个光滑辊生产的复合弹性层压材料试验中确定的。

优选实施方案的详细描述

本发明的目的在于有改进的压力松驰和提高的抗蠕变性能，尺寸稳定的复合弹性材料和它的层压件。本发明也涉及形成尺寸稳定的和潜在的有改进的应力松驰特性的复合弹性材料的方法。

现在参看附图，其中相同的参考标记表示相同或等价的结构，特别在图1中，标记10说明用平滑的辊砑光制成复合弹性材料的方法。

按照本发明，弹性织物12从供应辊14退卷，当供应辊14沿着与其相关联的箭头方向转动时，织物12沿着与其相关联的箭头所指明的方向运行。弹性织物12的物理结构可以是膜、非织造物或股线。弹性织物12通过由重叠辊20和22形成的S型辊布置的辊隙16。

弹性织物12也可以在连续的加工过程中制成，例如下面描述的加工过程，和通过辊隙16，而不是储存到供应辊上。

一第一可收缩层24从供应辊26退卷，当供应辊26沿着与其相关联的箭头所指明的方向转动时，该收缩层沿着与其相关联的箭头所指明的方向运行。一第二可收缩层28从一第二供应辊30退卷，当供应辊30沿着与其相关联的箭头所指明的方向转动时，该收缩层沿着与其相关联的箭头所指明的方向运行。第一可收缩层24和第二可收缩层28通过由砑光辊36和38形成的砑光辊布置34的辊隙32。第一可收缩层24和/或第二可收缩层28可以由挤压方法制成，例如熔喷法、纺粘法或膜挤压法，且它们直接通过辊隙32，而不是首先储存到一供应辊上。

弹性织物12沿反向的S路径，通过S型辊布置18的辊隙16，如与重叠辊20和22相关联的旋转方向的箭头所指明的。从S型辊布置18，弹性织物12通过由砑光辊布置34形成的压力辊隙32。附加的S型辊布置(未显示)也可以引入到S型辊布置18和砑光辊布置34之间，以便稳定被拉伸的材料和控制拉伸量。因为控制S型辊布置18的辊外周线速度，使其小于砑光辊布置34的辊的外周线速度，在S型辊布置18和砑光辊布置34的压力辊隙之间的弹性织物12被拉伸。重要的是，弹性织物12以股形式的丝将沿着膜被拉伸的方向运行，从而使丝在最终的复合材料中可以提供所需的拉伸特性。通过调节各辊的速度之差，弹性网膜12被拉伸，使得它拉伸所需的量和维持在这样的拉伸条件下，同时第一可收缩层24和第二可收缩层28在它们通过砑光辊36和38时与弹性网膜12结合，形成复合弹性材料40。砑光辊36和38的表面是光滑和没有图案的。这样因为两个砑光辊的表面都是表面光滑的，复合弹性材料40的粘合面积是100％。

最好，聚合物材料的被拉伸长度至少是原长度的约50％。最好，被拉伸长度高到弹性体最终伸长的约95％。应注意到，不同的弹性体有不同的伸长。更加优选的是，被拉伸长度应在约200％到约600％的范围内，式中伸长百分比是按照下述公式定义的：

再参看图1，复合弹性材料40在S型辊布置18和粘合辊布置34提供的拉伸力释放后立刻松驰，从而第一可收缩层24和第二可收缩层28在复合弹性材料40中收缩。最好在被拉伸的膜松驰之后保持约1.5倍原始长度的永久伸长长度。

然后将复合弹性材料40卷绕到卷绕机42上。复合弹性材料40可以在张力下或没有张力下卷绕。如果在没有张力下卷绕，复合弹性材料将以它的未被拉伸的状态储存在辊上，使得材料可在任何时候被拉伸。如果用张力卷绕，复合弹性材料是储存在被拉伸条件下。储存在被拉伸条件下的材料的弹性特性可以用热或其他条件使其再活化。另一种是，复合弹性材料40可以继续在生产线上，以便进一步加工或转化(未示出)。

在形成弹性织物12中有用的聚合物材料一般称为“弹性体”。一种弹性体是橡胶弹性材料，能伸长到它原始的松驰长度的几倍，在释放伸长的偏置力后倾向于完全恢复它的伸长。如这里所用的，术语“恢复”指的是，在用偏置力使材料伸长之后停止偏置力使被拉伸的材料的收缩。在Bradley等人编的材料手册284-290页中McGraw-Hill.Inc.1991年指明作为“弹性体”这些材料的例子，它在此引入作为参考。

本发明中有用的弹性体可以包括弹性热塑聚合物的一组材料中挑选。弹性体的物理结构可以是所需热塑聚合物或它们组合的纤维的股线、铸塑或吹塑膜、卷曲的，任何非织造织物。

合适的弹性热塑聚合物包括苯乙烯嵌段共聚物，例如从得克萨斯州、休斯敦的壳牌化工公司(Shell Chemical Company of Houstan，Texas)有售的注册商标为KRATON^的共聚物。KRATON^嵌段共聚物有几种不同的配方，在美国专利4,663,220；4,323,534；4,834,738；5,093,422；和5,304,599号中可以找到许多这样的配方，它们在此引入作为参考。

可以使用的另一组示例性弹性材料包括聚亚胺酯弹性材料，例如从密歇根，米德兰的道化工公司(Dow Chemical Company of MidlandMichigan)有售的注册商标为PELLATHANE^的弹性材料和俄亥俄，阿克伦的B.F.古德里奇&公司(B.F.Goodrich & Company of Arron Ohio)的注册商标为ESTANE^的弹性材料或者莫顿西奥考尔公司(MortonThiokol Corporation)的注册商标为MORTHANE^的弹性材料；聚酯弹性材料，例如德拉梅尔，威尔明顿的E.I.杜邦德尼芒斯&公司(E.I.Dupontde Nemours & Company of Wilmington Delaware)的商业牌号为HYTREL的弹性材料和原来从荷兰，阿纳姆的阿克苏塑料公司(Akzo Plastics ofArnhem，Holland)有售的已知为ARNITEL^(注册商标)，现在从荷兰，西大特的DSM公司(DSM of Sittard，Holland)有售的弹性材料，以金属茂为基础的催化反应生产的聚合物，销售有密歇根，米德兰的道化工公司的名称为ENGAGE^(注册商标)的聚乙烯为基础的聚合物，和得克萨斯，贝敦的埃克森化工公司(Exxon Chemical Company of BaytownTexas)的注册商标为ACHIEVE^的聚丙烯为基础的聚合物和注册商标为EXACT^和EXCEED^的聚乙烯为基础为聚合物。

可收缩层或饰面24和28可以是纤维状的非织造材料，例如纺粘织物或熔喷织物。非织造织物，如这里描述的那样，指的是织物有各个纤维或纺线的以不断重复不能区分的方式互相搓捻的一种结构。依据所用的非织造材料的单位重量也可以使用许多纤维状非织造饰面24和28，如图1表示的那样。

可收缩层24和28可以由各种方法制成，这包括但不局限于，熔喷法和纺粘法。熔喷的纤维是这样制成，将熔融的热塑材料挤压通过熔喷模的多个很细的通常为圆形的毛细孔，使熔融的线或丝进入到会聚的高速的，通常是热的气(如空气)流中，气流的流动方向与熔融热塑材料的挤压出的丝或线的方向相同，从而使挤压出的丝或线变细，即拉伸或伸长，以便减小它们的直径。线或丝可以变细到微纤维的直径，意味着线或丝的平均直径不大于约75微米(microns)，一般从0.5微米到50微米左右，尤其是从2微米到40微米左右。接着，由高速气流携带熔喷纤维，并放置到收集表面，以便制成随机分布的熔喷纤维的织物。熔喷法是众所周知的，在各种专利和出版物中都有描述，这包括美国国立科学研究实验所(NRL)的B.A.温德，E.L.布恩和D.D.弗利哈蒂(B.A.Wendt，E.L.Boone and D.D.Fluharty)的4364号报告“超细有机纤维的制造”；NRL的K.D.劳伦斯，R.T.卢卡斯和J.A.杨格(K.D.Lawrence，R.T.Lukas and J.A.Young)的5265号报告“超细热塑纤维成形的改进装置”；普伦蒂斯(Prentice)的美国专利3,676,242号和本庭(Buntin)等人的美国专利3,849,241号上述的参考文献。它们的全部内容在此引入作为参考。熔喷纤维是微纤维，它可以是连续的或不连续的，一般其平均直径小于10微米，当沉积在收集表面上时它们一般是发软的。

纺粘纤维是小直径的纤维，它们是这样制成的，将熔融的热塑材料从喷丝头的许多细的通常是圆形的毛细孔中挤压出来成为丝。然后通过无喷射或喷射的流体拉伸或其他大家熟悉的纺粘机构迅速减小挤压出的丝的直径。在阿潘尔(Appel)等人的美国专利4,340,563号；马楚基(Matsuki)等人的美国专利3,802,817号；多施奈(Dorschner)等人的美国专利3,692,618号；多玻(Bobo)的美国专利3,562,615号；哈脱曼(Hartman)的美国专利3,502,763号；彼得森(Peterson)的美国专利3,502,538号；珍妮(Kinney)的美国专利3,341,394和3,338,992号；利维(Levy)的美国专利3,276,944号和哈蒙(Harmon)的加拿大专利803,714号中都说明了纺粘非织造织物的生产。这些专利的公开内容全部在此引入的作为参考。纺粘纤维当沉积在收集表面上时一般是不粘的。纺粘纤维一般是连续的，其平均直径(从至少是10的样品)大于7微米，特别是在约10微米到约20微米。

最好，非织造可收缩层包括纺粘纤维。对大多数应用来说，纺粘饰面材料的总重量是每平方码约0.4盎司。

可以应用各种技术将弹性织物12固定到非织造饰面24和28上，例如通过粘合剂粘接。在粘合剂粘接中，粘合剂，如热熔、压力敏感的粘合剂施加在聚合物材料和饰面之间，以便将聚合物材料和饰面粘接在一起。例如可以通过熔化喷撒、印刷或熔喷施加粘合剂。各种类型的粘合剂都有销售，这包括从非晶形聚α烯烃、乙烯醋酸乙烯为基础的热熔化生产的那些粘合剂和得克萨斯，休斯敦的壳牌化工公司(ShellChemical Company of Houston，Texas)销售的KRATON牌号的粘合剂。

得到的复合弹性材料40有与纯的聚合物材料相同的弹性特性。得到的层压材料没有弹性的损失，并提供比用一个或几个有图案砑光辊生产的层压材料有更好的身体适应性。本发明层压材料中的丝也更少会断裂。

得到的复合弹性材料40的应力松驰在约8小时内比相同组合的热的有图案粘接材料的应力松驰至少小1psi(磅/平方英寸)。最好在约8小时应力松驰比有图案粘接材料至少小2psi。

现在参看图2，图中说明插入按照本发明制成的弹性层压件的一次性使用衣着50。虽然在图2中表示的是训练裤，将能理解按照本发明生产的弹性层压件的使用，不局限于这样的用品，也可以作用在广泛的各种应用中，包括但并不局限于此，如尿布、失禁者使用的器件和类似物。

再参看图2，一次性使用衣着50包括排泄物包容部52和确定腰部开口58和一对腿部开口60和62的两个侧面件54和56。图2说明一次性使用衣着50固定在以虚线表示的穿着者的躯干64上。侧面件54包括可拉伸的侧部件66和可拉伸的侧部件68，用由不可拉伸材料制成的中间部件70连接。同样，侧面件56包括可拉伸的侧部件72和可拉伸的侧部件74，用由不可拉伸材料制成的中间部件74连接。一次性使用衣着50还包括前腰弹性部件78和后腰弹性部件80，用于提供沿着腰开口58的附加的弹性。在侧面件54和56之间的排泄物包容部52设有腿部弹性件82。

本发明的复合弹性材料可以用来制成一次性使用衣着50的各个部分，特别是侧面件54和56。在一次性使用衣着50的腿部弹性件82中也可以使用层压材料。

实例

复合弹性材料是按照本发明用两个光滑表面的砑光辊制成的。控制材料是按照先有技术方法用图案辊制成。两种材料由同样的聚合物混合物制成。

应力松驰

在从马萨诸塞，斯陶格顿的辛泰克公司(Sintech，Inc.ofStaughton，Massachusetts)购买的辛泰克1/S拉伸试验架上测量控制样品和发明的样品的应力松驰。样品的尺寸是约3英寸宽，7英寸长。每个样品夹紧在夹爪之间，夹到夹的距离是3英寸。每个样品和夹紧装置封闭在环境室内，平衡在100°F约3分钟。然后在十字头每分钟20英寸的位移下拉伸每个样品到最终恒定伸长约4.5英寸(50％伸长)。对每个样品，需要保持50％伸长的负荷作为时间的函数进行观察约8小时。

从辛泰克(Sintech)1/S系统的数据减去根据每个样品的初始横截面积计算的工程应力(磅/每平方英寸，或psi)。从初始夹到夹的距离和恒定的伸长计算应变或者伸长。应力和应变的比得出应力松驰模量(psi)。对控制和发明的复合弹性层压材料，用这个数据产生应力松驰模量对时间的曲线。图3是用图案辊生产的复合弹性层压材料(A)和用两个光滑辊生产的复合弹性层压材料(B)的应力松驰模量对时间的曲线图。

得到数据适合应用于下面的按幂函数规律的模型，以便求得指数，m：

σ＝(σ_t＝0.1分)(t^-m)式中σ是应力，t是时间和m代表材料是多快失去它的负荷或者弹性特性。表1表示实际负荷损失率或斜率，如用上述公式计算的那样和在8小时内100°F下实际负荷损失。从表1中可见，使用平滑的砑光辊有利地减少了斜率的幅值和百分比的负荷损失。

           表1

样品号	斜率	％负荷损失
			图案辊	-0.13	68％
平滑辊	-0.10	55％

当然，应该理解对上述的各实施方案可以进行范围很广的改变和修改。因此，要说的是上面的描述是这个发明的说明而不是对它的限制，下面的权利要求，包括所有的等价条款，是这个发明的定义。

Claims (28)

1.一种生产尺寸稳定的复合弹性材料的方法，其包括：

提供有一第一长度的聚合物材料；

将所述聚合物材料拉伸到一第二长度；和

在由两个光滑表面辊组成的砑光辊中将至少一个饰面粘合到所述聚合物材料。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料是从一组包括弹性热塑聚合物中挑选的。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是从一组包括嵌段共聚物、聚亚酰胺、聚酯和从茂金属为基础的催化反应聚合物中挑选的。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是嵌段共聚物。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是聚亚酰胺。

6.如权利要求3所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是聚酯。

7.如权利要求3所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是从茂金属为基础的催化反应生成的聚合物。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料的所述第二长度是所述第一长度的至少50％。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料的伸长百分比是从约200％到约600％。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述饰面是纤维状的非织造织物。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述纤维状非织造织物包括熔喷纤维的织物。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述纤维状非织造织物包括纺粘纤维的织物。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述纤维状非织造织物的基量是约每平方码0.4盎司。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料是用粘合剂粘接到所述饰面。

15.一种生产尺寸稳定和/或潜在的弹性层压材料的方法，其包括：

提供有一第一长度的聚合物材料；

将所述聚合物材料拉伸到一第二长度；

将粘合剂加到饰面上；和

在由两个光滑表面辊组成的砑光辊中将所述饰面粘接到所述聚合物材料。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述粘合剂是热熔的压力敏感粘合剂。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述聚合物材料是从一组包括弹性热塑聚合物中挑选的。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述弹性热塑聚合物是从一组包括嵌段共聚物、聚亚酰胺、聚酯和从茂金属为基础的催化反应聚合物中挑选的。

19.如权利要求17所述的方法，其中，该饰面是纤维状非织造织物。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述纤维状非织造织物包括熔喷纤维的织物。

21.如权利要求19所述的方法，其中，所述纤维状非织造织物包括纺粘纤维的织物。

22.一种尺寸稳定复合弹性材料，其包括聚合物材料和纤维状非织造饰面，其中，所述复合弹性材料的应力松驰比相同组分有图案粘合材料的应力松驰，在约8小时内，至少少约1psi。

23.如权利要求22所述的尺寸稳定复合弹性材料，其中，所述复合弹性材料的应力松驰比相同组分有图案粘合材料的应力松驰，在约8小时内，至少少约2psi。

24.一种一次性使用个人护理吸收剂用品，其包括液体可渗透衬里和外盖，并有吸收剂芯放置在它们中间，其中所述外盖是这样制成，使其应力松驰比相同组分有图案粘合材料的应力松驰，在约8小时内，至少少约1psi。

25.如权利要求24所述的一次性使用吸收剂用品，其中，所述吸收剂用品的外盖是这样制成，使其应力松驰比相同组分有图案粘合材料的应力松驰，在约8小时内，至少少约2psi。

26.如权利要求24所述的一次性使用吸收剂用品，其中所述用品是尿布。

27.如权利要求24所述的一次性使用吸收剂用品，其中所述用品是训练裤。

28.如权利要求24所述的一次性使用吸收剂用品，其中所述用品是成人失禁者衣裤。