高膨松紡粘非織造織物及其制備方法

專利名稱：高膨松紡粘非織造織物及其制備方法
技術領域：
本發明總體上關于熔融紡絲方法及其產品，更具體地是關于由多組分長絲形成高膨松非織造織物的方法以及用該方法制造的高膨松非織造織物。
背景技術：
熔融紡絲技術通常用于制造非織造織物和多層層壓制品或復合物。包括紡粘加工和熔噴法加工的熔融紡絲技術，由一層或多層相互盤繞的長絲或纖維制造非織造織物和復合物，所述長絲或纖維由一種或多種熱塑性聚合物組成。某些非織造織物和復合物利用熔融紡絲方法、公知地為紡粘方法制成，該紡粘方法包括熱塑性聚合物的熔融紡絲。紡粘方法一般包括從熔融紡絲設備的噴絲板的多排噴絲孔中擠出細直徑、半固體的一種或多種熱塑性聚合物纖維或長絲。將相對低溫的加工空氣引流到擠出長絲的物流上，以冷卻熔融的熱塑性聚合物。隨后使用高速的加工空氣流將長絲拉細或牽拉至指定的直徑，并在分子水平上使它們取向。將拉細的長絲以長絲/空氣混合物的形式送入成形區域以形成非織造織物或在一個移動的收集器上形成層壓制品的一層。
對于某些應用來說，紡粘的長絲由兩種或多種熱塑性聚合物構成，這多種聚合物排列在穿越多組分長絲橫截面的不同區域內。利用流動通路擠出多組分紡粘長絲，該通路設置為獨立地引導每種聚合物通過噴絲板的流通路徑。最普遍地，該多組分長絲是使用兩種不同聚合物擠出的，因此更確切地稱其為雙組分長絲。
具有紡粘層的紡粘非織造織物和層壓制品已用于多種不同的消費和工業產品中，例如各種單一用途的部件或短壽命的衛生制品、一次性防護服、液體過濾介質和包括被褥與毛毯在內的各種耐用品。特別是，衛生制品組分可方便有效地使用熔融紡絲技術進行生產。衛生制品通常包括一個液體可滲透的頂層、液體不可滲透的底層、以及位于頂層和底層之間的液體儲存層。在液體儲存層和頂層之間可放置一個插入的液體分散層。這些制品組成中的每一個都可以包括紡粘的非織造織物或層壓制品中的紡粘層。
大多數衛生制品為開放型和可折疊的，用于固定在使用者身上形成具有腰部開口和一對腿部開口的三維褲形結構。衛生用品利用一個或多個閉合部件，例如粘貼帶或搭扣(hook-and-loop fasteners)，將衛生制品維持成褲形結構。衛生制品包括著陸區薄膜，它與粘著膠條有效地建立一種臨時的粘著連接。通常情況下，該著陸區具有使用尺寸，以便衛生用品可以固定到不同身材尺寸的使用者身上。
搭扣固定代表了將一次性衛生制品固定在使用者身上的一個進步。環形和鉤形部件有策略地布置在衛生用品的不同空間位置上，以使制品能以三維褲形結構固定在使用者身上。通常地，環形部件具有使用尺寸以作為著陸區，使衛生制品可以固定在不同身材尺寸的使用者身上。但是，搭扣的制造很昂貴，并且顯著增加衛生制品的成本。
還可以選擇，將衛生制品制造成預成形的三維產品。這類產品沒有閉合部件。然而，在這種情況下，衛生制品必須具有可拉伸的上提設計，以使一個尺寸適合所有人群或幾個尺寸適合所有人群。
由環形部件構成的著陸區通常用紡粘長絲形成。對這些長絲進行處理試圖提供足夠膨松度的結構以作為環形材料著陸區。例如，可以用機械刷來刷理其表面。然而，利用刷子進行處理為制造過程增加了額外的步驟和成本。另一種提高膨松度的嘗試是利用鋒利的刀具使傳統的長絲變細薄。然而，用這種方法形成的著陸區不能與鉤形部件形成有效的接合固定，同時還增加了額外的制造步驟和成本。另一種傳統的方法是使用高旦尼爾的聚合物作為著陸區。但是，高旦尼爾聚合物制造昂貴，并且可引起穿著者不適，因為這種非織造材料硬而粗糙。
用于傳統著陸區的環形部件通常比與其互補的鉤形部件大，這樣在將兩個元件接合在一起時，可以允許有一些相對的定位誤差。但是，允許的定位誤差可能不足以保證鉤形固定部件僅在一次扣緊嘗試中與環形固定部件接觸。另外，在扣緊后鉤形固定部件與環形固定部件可能僅有部分接觸，這樣不足以使衛生制品固定在使用者身上。在其被弄臟后，衛生制品從使用者身上取下來并廢棄。在從使用者身上去除時，衛生制品上保留的固體廢物就不再受到限制并且可能會被釋放到周圍的環境中，這就是傳統衛生制品所具有的重大問題。
由于這些原因，需要提供一種用于形成高膨松非織造織物的熔融紡絲方法以及由該熔融紡絲方法形成的高膨松非織造織物。

發明內容
本發明通過提供一種制造具有高膨松度非織造織物的方法和由該方法形成的產品，克服了現有技術所具有的這些問題和其它問題。該方法包括由至少一種第一聚合物和第二聚合物形成許多基本連續和不間斷的多組分長絲，其中每個長絲至少具有截然分開的第一和第二區域，分別包括該第一聚合物和第二聚合物。可利用任何傳統的噴絲板或通過熔融并結合每一種聚合物組分來形成長絲。在僅能有效地使第一聚合物形成明顯分子取向的紡絲速度下，將長絲拉細。從而在第二聚合物區域收縮時，使第二聚合物區域長度的減小大于第一聚合物區域長度的減小。
在本發明的一個應用中，多組分長絲的非織造織物可作為環形材料與任何搭扣閉合元件的鉤形材料互補使用。包括本發明環形材料的搭扣可用于如將衛生制品固定在使用者身上。在涉及衛生制品的另一個具體應用中，多組分纖維的非織造織物用于構成底層的最外層，從而確保鉤形固定部件能夠固定在底層的任意特定表面區域。鉤形固定部件就不再限于使用一種相對較小的一片長方形鉤形材料。
本發明并不僅限于用來構成衛生制品的組分。在除了衛生制品以外的應用場合中，本發明的卷曲長絲也可用作絨被和床墊褥套布中的高膨松填充材料，和用作護套的絕緣層或絕緣填料。另外，本發明的卷曲長絲也可用于空氣過濾產品中，以提供一種曲折的空氣通道將微粒從空氣氣流中濾出。
根據本發明的原理，本發明多組分長絲的非織造織物不需要任何如刷或修剪的二次處理，而能提供足夠的膨松度，為實現其預期的應用而具有足夠的功能。
根據下面結合的附圖及其描述，本發明的這些與其它目的和優勢將變得更加清晰。


結合至本說明書并構成本說明書的一部分的附圖，與本發明上文給出總體描述和下文給出的詳細描述一起說明了本發明的實施方案，用于闡明本發明的原理。
圖1是包含著陸區的衛生制品的透視圖，該著陸區由根據本發明原理的多組分長絲非織造織物構成；圖2是包含底層的衛生制品的透視圖，該底層由根據本發明原理的多組分長絲非織造織物構成；圖3是能夠制造本發明非織造織物的紡粘系統的簡圖；具體實施方式
參考圖1，一次性衛生制品10一般包括頂層12、底層14和位于頂層12和底層14之間的液體儲存層16。頂層12將如尿的含水液體輸送到液體儲存層16。衛生制品10包括在液體儲存層16和頂層12之間的液體捕獲和輸送層15，該層使下面的液體儲存層16的液體容量能全部得到利用。液體儲存層16包括一種吸收材料，該材料能夠吸收大量人體的含水液體并在適當的壓力下保留所吸收的液體。頂層12是液體可滲透的，這樣含水體液可以輕易地穿透其厚度到達液體儲存層16。底層14防止吸收并包含在液體儲存層16中的含水體液將其周圍出現的物品弄濕，這類物品例如褲子、睡衣和內衣。
衛生制品10包括一對閉合部件，其每一個都完全由與底層14連接的環形固定部件18和與相應的連接片19相連的鉤形固定部件20組成，該連接片19從底層14向外延伸。環形固定部件18是由環形材料構成的，這種環形材料包括許多圈形的小部件成員，從背襯結構向外延伸。鉤形固定部件20是由鉤型材料構成的，這種鉤形材料包括許多鉤形的小部件成員，從背襯結構向外延伸。環形固定部件18用作著陸部件或著陸區，而鉤形固定部件20用作可與環形固定部件18扣緊或連接并可摘除的連接部件或連接區，根據本發明的原理，環形固定部件18是由許多基本上連續和不間斷的多組分長絲制成，該長絲包括至少兩種不同的聚合物成分或組分，其中選擇用于使長絲變細的紡絲速度能有效地使兩種聚合物中的一種結晶，而不足以使另一種聚合物完全結晶。
參考圖3，熔融紡絲設備22包括能夠制造基本連續和不間斷長絲26的噴絲板25，該長絲具有至少兩種截然不同的聚合物區域。能夠擠出長絲26的噴絲板25，描述在例如在美國專利№.6478563；共同未決的美國專利申請序列號№.09/702387，其標題為“用于融噴多組分液體長絲的裝置”2000年10月31日申請；共同未決的美國專利申請序列號№.09/802646，其標題為“用于將單組分液體股線擠出為多組分長絲的裝置和方法”2001年3月9日申請；共同未決的美國專利申請序列號№.09/802651，標題為“用于擠出多組分液體長絲的裝置”2001年3月9日申請中。這些文獻中每一篇所公開的內容在此引入作為參考。
適合形成環形固定部件18(圖1)的多組分長絲包括但并不限于，皮/芯雙組分排列，其中一種聚合物形成的外皮包圍由另一種聚合物形成的內芯；并排的雙組分結構，其中兩種聚合物并行排列；和多葉雙組分結構。構成長絲的聚合物排列成至少兩個截然不同的聚合物區域，每一個區域包含聚合物中的一種。通過共擠出、或通過熔融與結合制備基本上連續和不間斷的多組分長絲，構成長絲的聚合物具有圓柱形、橢圓形、三葉形、三角形、狗骨頭形、扁平形或空心等的形狀。用于構成多組分長絲的聚合物可以是任何能在市場上購買的廣范圍的紡粘級熱塑性聚合材料，非限制性地包括聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙稀、聚乙烯醇、乙酸纖維素等。在本發明一個具體的實施方案中，聚合物中的一種是聚酯而另一種聚合物是聚丙烯或聚乙烯。聚酯通常具有在0.1至0.8之間的固有粘度，該固有粘度是對分子重量大小的一種指示。
噴絲板25接收來自至少兩個熔融器24a、24b的熔融聚合物物流，并將聚合物結合在一起形成熱塑性長絲26的掛簾，該掛簾通常橫跨接收器32的寬度，如工作臺或傳送帶。在空氣中形成的長絲掛簾26穿過一個聚合物單體排放體系27，在這里排放出來自擠出工序的殘留單體氣體。在空氣中形成的長絲26掛簾隨后經過冷卻系統28，該系統將低溫的加工空氣送到長絲26掛簾上，用于冷卻長絲26同時引發固化過程。
繼續參考圖3，將來自冷卻系統28的空氣中形成的長絲26掛簾吸入長絲牽拉裝置30的入口29中。長絲牽拉裝置30利用切向的高速加工空氣流將長絲26包圍，該空氣流以基本平行于長絲26長度的方向施加一種偏置力或拉伸力。因為長絲26是可伸長的，長絲牽拉裝置30中的高速加工空氣流使長絲26變細并使其分子取向，而形成了變細的長絲34。變細的長絲34隨著高速加工空氣送出，并從長絲牽拉裝置30的出口38排出，送往收集器32。
選擇長絲牽拉裝置30中的紡絲速度，以便在拉細的過程中變細的長絲34不會卷曲。但是，變細的長絲34具有潛在的卷曲效果，這種卷曲效果是由收集之后處理所引起的。不同的聚合物具有不同的紡絲速度用于實現分子取向。例如，大約3500米每分鐘的臨界紡絲速度要求用于對聚丙烯產生有效的分子取向，而約5500米每分鐘的臨界紡絲速度要求用于使聚酯產生分子取向。分子排列的程度依賴于紡絲速度，而聚合物分子鏈的排列與聚合物結晶的程度有關，其結晶程度與長絲的穩定性直接相關。
由不正確牽拉的聚合物形成的長絲34將會出現長度收縮。低于發生分子取向臨界值的紡絲速度產生了不完全的分子取向和結晶，如果隨后對長絲進行加熱或施加拉力，長絲將產生明顯的收縮。例如，在所選擇的紡絲速度紡制雙組分聚合物長絲，使兩種聚合物中的僅一種發生分子取向，就形成了由具有潛在卷曲效果的長絲構成的非織造織物。本領域普通技術人員希望的是聚合物中的每一個都能夠進行分子取向，但是根據本發明的原理，僅有一種構成拉細長絲34的聚合物具有實質程度上的分子趨向。
繼續參考圖3，以任意的方式將變細的長絲34堆積或放置在收集器32上而形成非織造織物21。將非織造織物21在收集器32上按照運行方向36傳送到收集后處理裝置40。在收集后處理裝置40中加工非織造織物36，產生了長絲34潛在的卷曲。將織物21切割成長方形部分，將該部分連接到一個支持性小條上，該支持性小條膠粘在附著片19(見圖1)上，以形成衛生制品10的環形固定部件18。
幾個不同的引發過程可用于激發潛在的卷曲，以制造高膨松的紡粘非織造織物21。不管引發潛在卷曲依賴什么具體過程，非織造織物21中的多組分長絲34通過引發的卷曲而膨脹，從而增加了膨松度。
在一個引發過程中，處理裝置40為一個如干燥器或烘箱的加熱裝置，該裝置將織物21暴露在高于約100°F的加熱環境中，持續時間足以引發變細長絲34的潛在卷曲。與由任一單獨聚合物的單組分非織造織物形成的非織造織物相比，進行熱處理有助于增加非織造織物21的膨松度。加熱的溫度和持續時間能有效地使兩組分聚合物中的一種收縮，而不會導致任何一種聚合物的降解。很顯然，加熱溫度和持續時間具有互補關系，在于較低的加熱溫度需要較長的熱處理時間。可以在常規的生產線速度下傳送非織造織物21通過加熱裝置。
在本發明一個具體的實施方案中，非織造織物21由雙組分聚丙烯/聚酯長絲34在約3500至4000米每分鐘的紡絲速度下紡制的形成，該速度適宜為聚丙烯提供明顯的分子取向，而聚酯卻沒有。特別地，選擇紡絲速度明顯地低于聚酯的臨界紡絲速度，為約5500m/min。所得的雙組分長絲34具有潛在的卷曲效果。典型地，聚丙烯和聚酯聚合物排列成并排關系或不對稱的或偏心的皮-芯關系，在皮-芯關系的布置中以聚酯為芯。當在處理裝置40中加熱時，每一根長絲34的聚酯區域嚴重收縮，同時聚丙烯區域保持其初始長度或僅有微小的收縮。結果，由于不同的收縮使長絲34卷曲。活化聚酯/聚丙烯的雙組分長絲的有效溫度為高于約180°F的任何溫度，在此溫度下引起聚酯的收縮，同時低于約400°F至450°F，該溫度使聚丙烯降解。典型地，將這種非織造織物加熱至約250°F至約350°F的溫度范圍來引發潛在的卷曲。
適用于引發潛在卷曲的另一種處理裝置40為水噴射機，該裝置將多組分長絲34的非織造織物21暴露在大量水蒸氣的環境下。水蒸氣對非織造織物21施加拉伸力或張力。水噴射機包括具有多個射水孔的噴嘴，射水孔密度一般為約30至50個孔每英寸，每一次噴射約500psi至約1500psi的高壓蒸汽或水流穿透非織造織物21。高速的水將劇烈的壓力和張力機械地卷入并施加到長絲34上，這樣引發了潛在的卷曲。適用于本發明的水噴射機為可從Fleissner GmbH & Co.(Egelsbach，Germany)處購買。
繼續參考圖3，另一種用于引發潛在卷曲的處理裝置40為拉幅機，它是一種干燥非織造織物21同時在橫跨機器的方向上、在張力下將非織造織物21拉伸至特定寬度的機器，橫跨機器的方向通常為垂直機器運行36的方向(見圖3)。拉幅機由加熱室和通過加熱室的傳送帶組成。傳送帶在其兩側有夾緊結構，沿平行于機器運行方向36而延伸，傳送帶32輸送的非織造織物21沿著這個方向移動。兩側夾緊結構相互間在機器運行方向上以一定角度例如15°向外偏離。將非織造織物21從傳送器32輸送至傳送帶并由夾緊結構夾住。由于夾緊結構向外的偏離，通過拉幅機的移動將非織造織物21拉伸或加寬。拉伸后將非織造織物21從拉幅機上取下來。
可選擇地，拉幅機的結構可以在水平軌道上具有一對間隔分開的循環鏈而不是傳送帶。利用兩根鏈條上的銷子或夾子將非織造織物21緊緊地固定在兩側，這兩條鏈子在其通過加熱室向前移動的過程中發生偏離，將非織造織物21調整至所需寬度。向外的偏離主要在橫跨機器運行的方向上拉伸或拉緊非織造織物21的組分長絲34，而引發了潛在的卷曲。
可以引發長絲34潛在卷曲的另一種處理裝置40由兩套咬送輥組成，該咬送輥在機器運行的方向36上被隔開，在這個方向上輸送非織造織物21通過咬送輥。兩套咬送輥的角速度不同以使后面的咬送輥比前面的咬送輥旋轉得快。這種角速度的差異在機器運行方向36上對長絲34施加了連續的拉力或張力。所施加的張力引發了長絲34的潛在卷曲以增加非織造織物21的膨松度。
參考圖2，其中相同的數字表示圖1中同樣的部分，本發明的高膨松非織造織物21(圖3)也可以用于衛生制品10的整個最外層底層14。特別是，本發明的非織造織物21用于形成構成底層14的復合材料的最外層。在本發明的這個實施方案中，去掉了環形固定部件18，因為整個底層14包含了環形材料，這樣鉤形固定部件20可與其結合并可以取下來。這樣就允許鉤形固定部件20在定位上的明顯誤差，因為與其匹配的環形材料不再局限于長方形底膜(見圖1)的尺寸上。另外，由本發明的非織造織物21構成整個底層14的最外層有利于處理弄臟的衛生制品10，因為衛生制品可以簡單地卷繞成自我包含和封閉的球。
為了實現這個目的，底層14可以通過將本發明的非織造織物層壓到一層液體不可滲材料如聚乙烯膜上而制成。液體不可滲透材料作為液體阻隔層，而本發明的非織造織物用作鉤形固定部件20的著陸區。可選擇的，也可將底層14制造成一個復合材料，該復合材料由本發明的非織造織物和作為液體阻隔層的一層融噴纖維構成。該S/M復合體用熱軋光機點粘(bonded with a heated calendar)以提供強度。或者，可將底層14制成S/M/S復合材料，其中包括本發明的非織造織物，布置在本發明非織造織物上的一層融噴纖維和布置在融噴層上的另一個紡粘層。本領域普通技術人員可以理解在S/M/S結構上加入其它層。
本發明的非織造織物21(圖3)也可用于制造液體捕獲和導流層15(圖1和2)。改進的膨松度增加了液體捕獲和導流層15的開放多孔結構，以致來自衛生制品10的穿著者的含水體液能夠快速穿過并擴散而被液體儲存層16吸收。吸收后，液體捕獲和導流層15與衛生制品10的頂層12分離或隔離，同時，衛生制品穿著者的皮膚不會被液體儲存層16中收集的吸收后的含水體液重新弄濕。通過增加衛生制品穿著者的皮膚和液體儲存層16之間的距離，高膨松的液體捕獲和導流層15用于增加這兩者間的距離。
雖然本發明已經通過對各種實施例的描述進行了說明，同時這些實施方案也得到了相當詳細的描述，但申請人并不是要將所附權利要求的范圍局限或以任何方式限制為這些細節。其它的優點和改進對于本領域技術人員而言是顯而易見的。在其更廣的方面，并不是由此要將本發明限制在所表示和描述的具體細節、代表性的裝置和方法以及說明性的實施例中。因此，在不背離申請人總體發明概念的精神和范圍的同時，可以對這些細節進行變更。本發明的范圍本身僅由所附的權利要求書限定。
權利要求
1.一種制造具有高膨松度的非織造織物的方法，包括熔融第一聚合物；熔融第二聚合物；將第一和第二聚合物結合，形成許多基本連續和不間斷的多組分長絲，每一根長絲具有分別包括第一聚合物和第二聚合物的截然分開的第一和第二區域；在有效地使僅僅第一聚合物產生明顯分子取向的紡絲速度下拉細長絲；收集許多基本連續和不間斷的多組分長絲形成非織造織物；和使每一根長絲的第二區域的第二長度的減小大于第一區域的第一長度。
2.根據權利要求1所述的方法，其中縮短第二長度的步驟進一步包括對非織造織物施加張力，在聚集到一定數量后，能夠有效引起第二長度的縮短。
3.根據權利要求2所述的方法，其進一步包括使用拉幅機、水噴射機和沿機器運行方向隔開并以不同的角速度運行的兩套咬送輥等裝置施加張力。
4.根據權利要求1所述的方法，其中縮短第二長度進一步包括在收集后將非織造織物加熱至一定溫度，并持續一段時間，能有效引起第二長度的縮短。
5.根據權利要求4所述的方法，其中加熱非織造織物的方法進一步包括輸送非織造織物通過一個烘箱。
6.根據權利要求1所述的方法，其中第一聚合物是聚丙烯而第二聚合物是聚酯，紡絲速度為約3500米每分鐘。
7.一種由許多基本連續和不間斷的多組分長絲形成的高膨松紡粘非織造織物，所述長絲由包括下述步驟的方法制造熔融第一聚合物；熔融第二聚合物；將第一和第二聚合物結合，形成許多基本連續和不間斷的多組分長絲，每一根長絲具有分別包括第一聚合物和第二聚合物的截然分開的第一和第二區域；在有效地使僅僅第一聚合物產生明顯分子取向的紡絲速度下拉細長絲；收集許多基本連續和不間斷的多組分長絲形成非織造織物；和使每一根長絲第二區域的第二長度的縮短大于第一區域的第一長度。
8.根據權利要求7所述的非織造織物，其中的多組分長絲具有皮/芯雙組分排列，第一區域為芯而第二區域為圍繞芯的外皮。
9.根據權利要求8所述的非織造織物，其中的芯是由聚酯形成而外皮是由聚乙烯和聚丙烯中的一種形成。
10.根據權利要求7所述的非織造織物，其中多組分長絲具有并列雙組分排列，第一聚合物區域形成第一側而第二聚合物區域形成第二側。
11.根據權利要求10所述的非織造織物，其中第一聚合物選自聚乙烯和聚丙烯，而第二聚合物為聚酯。
12.根據權利要求7所述的非織造織物，其中非織造織物用于構成衛生制品的一種組分，該組分選自底層、液體捕獲和導流層、以及一種環形部件材料，這種材料可以與搭扣固定材料的鉤形部件材料配合使用，并可以從上面活動摘取下來。
13.一種衛生制品，包括液體可滲透的頂層；覆蓋在液體儲存層之上的液體不可滲透的底層，該底層具有一個由適宜與鉤形材料形成可摘取連接的環形固定材料構成的面向外側的表面；位于所述頂層和所述底層之間的液體儲存層；和連接到所述底層上的至少一個鉤形固定部件，所述鉤形固定部件由所述鉤型材料制成。
全文摘要
一種由基本連續和不間斷的多組分長絲形成的非織造織物，其中的長絲是在適宜紡絲速度下紡制而成，該速度足夠用來使各種聚合物成分中的一部分發生分子取向。收集后，或對非織造織物加熱，或者使其受到張力，從而使由缺少分子取向的聚合物形成的每一根長絲的區域在其長度上收縮，其收縮遠遠大于由分子取向的聚合物形成的其它長絲區域。不同的長度減少量增加了非織造織物的膨松度。
文檔編號A61F13/62GK1607284SQ20041003381
公開日2005年4月20日 申請日期2004年4月14日 優先權日2003年4月14日
發明者M·A·艾倫, P·L·克蘭, J·R·老巴特 申請人:諾德森公司