НЕТКАНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ПЕРФОРИРОВАННУЮ ЭЛАСТИЧНУЮ ПЛЕНКУ
NON-WOVEN COMPOSITE MATERIAL CONTAINING PERFORATED FLEXIBLE FILM

Уровень техники
Эластичные композитные материалы широко применяются в изделиях (например, подгузниках, трусах для приучения к туалету, нижнем белье и т.д.) для улучшения их способности прилегания к контурам тела. Например, эластичная композиция может быть получена из эластичной пленки и одного или более нетканых полотен. Нетканое полотно может быть присоединено к эластичной пленке в растянутом состоянии так, чтобы нетканое полотно собиралось между местами присоединения к пленке в свободном состоянии. Полученные эластичные композитные материалы растягиваются до того момента, пока нетканое полотно, собранное между местами соединения, позволяет эластичной пленке удлиняться. К сожалению, эластичные пленки часто имеют неприятные тактильные эстетические свойства, например, кажутся резиноподобными или липкими при касании, что делает их неприятными и некомфортными для кожи потребителя. Для улучшения этих свойств были предприняты попытки перфорировать композитный материал. Например, в патенте США №6830800 Curro, et al. описан способ, в котором эластичный материал помещают между двух полотен. Эластичный материал перфорируют в областях, совпадающих с местами соединения так, что первое и второе полотна являются соединенными через отверстия. Несмотря на достигнутые преимущества, однако, необходимость в улучшениях остается.
Сущность изобретения
Согласно одному варианту данного изобретения, описан способ получения нетканого композитного материала. Способ включает получение эластичной пленки из полимерной композиции и пропускание пленки и нетканого полотна через зажим, образованный, по меньшей мере, одним узорным валком. В зажиме пленка и нетканое полотно сплавляются, и далее образуется пленка с отверстиями без значительного смягчения полимера в нетканом полотне. По меньшей мере, одно из отверстий имеет длину от около 200 до около 5000 микрометров. Далее, пленку натягивают при относительном удлинении около 1,5 или более в направлении обработки в зажиме.
Согласно другому варианту данного изобретения, описан нетканый композитный материал, который содержит эластичную пленку, расположенную смежно и сплавленную с нетканым полотном во множестве отдельных мест скрепления. Эластичная пленка образует множество отверстий, имеющих периметр, вокруг которого непосредственно расположены места скрепления. По меньшей мере, одно из отверстий имеет длину от около 200 до около 5000 микрометров.
Другие признаки и объекты данного изобретения более подробно описаны ниже.
Краткое описание чертежей
Полное и достаточное описание данного изобретения, включая его наиболее предпочтительный вариант выполнения, предназначенное для специалиста в данной области техники, представлено в дальнейшем описании, которое ссылается на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематически показан способ получения композитного материала по одному варианту данного изобретения;
Фиг.2 - один вариант соединительного узора "S-плетение", который может применяться в соответствии с данным изобретением;
Фиг.3 - показан один вариант "рифленого-вязанного" соединительного узора, который может применяться в соответствии с данным изобретением;
Фиг.4 - показан один вариант соединительного узора "проволочное переплетение", который может применяться в соответствии с данным изобретением;
Фиг.5 - вид в перспективе узорных валков, которые могут применяться в одном варианте данного изобретения; и
Фиг.6 - вид в сечении, показывающий зацепление между двумя узорными валками по Фиг.5;
Фиг.7 - вид в сечении одного варианта нетканого композитного материала в соответствии с данным изобретением;
Фиг.8 - вид в перспективе предмета личной гигиены, который может быть получен согласно одному варианту изобретения;
Фиг.9 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 60х) образца, полученного в примере 1, на которой видны отверстия в эластичной пленке, образованные элементами рифлено-вязанного соединительного узора;
Фиг.10 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 110х) образца, полученного в примере 1, на которой видны отверстия в эластичной пленке, образованные элементами рифлено-вязанного соединительного узора;
Фиг.11 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 20х) образца, полученного в примере 1, на которой видны отверстия в эластичной пленке, образованные элементами рифлено-вязанного соединительного узора;
Фиг.12 - СЭМ микрофотография (5 кВ, 250х) образца, полученного в примере 1;
Фиг.13 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 120х) образца, полученного в примере 1;
Фиг.14 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 30х) образца, полученного в примере 1;
Фиг.15 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 30х) образца, полученного в примере 1;
Фиг.16 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 50х) образца, полученного в примере 1; и
Фиг.17 - показана СЭМ микрофотография (5 кВ, 30х) образца, полученного в примере 1.
Повторное применение ссылочных позиций в данном описании и чертежах предназначены для описания тех же или аналогичных признаков или элементов данного изобретения.
Подробное описание примерных вариантов выполнения
Определения
В данном описании термин «нетканое полотно» обычно относится к полотну, имеющему структуру из отдельных волокон или нитей, которые переплетены, но неидентифицируемым способом, как в вязаных полотнах. Примеры подходящих нетканых полотен включают, но не ограничены ими, выдуваемые из расплава полотна, полотна фильерного производства (спанбонд), соединенные кардочесанием полотна, полотна, уложенные в воздушном потоке, полотна совместного формования, гидравлически переплетенные полотна, и так далее.
В данном описании термин «выдуваемое из расплава полотно» обычно относится к нетканому полотну, которое получено способом, в котором расплавленный термопластический материал экструдируют через множество тонких, обычно круглых, головок капилляров в виде расплавленных волокон в сходящиеся высокоскоростные потоки газа (например, воздуха), которые уменьшают диаметр волокон расплавленного термопластического материала, с получением, например, диаметра микроволокна. Затем выдуваемые из расплава волокна переносятся высокоскоростным потоком газа и укладываются на собирающую поверхность с получением полотна из произвольно диспергированных выдуваемых из расплава волокон. Такой процесс описан, например, в патенте США №3849241 Butin, et al., который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. В общем, выдуваемые из расплава волокна могут быть микроволокнами, которые, по существу, являются непрерывными или отдельными, обычно имеют диаметр меньше 10 микронов, и обычно являются липкими при укладке на собирающую поверхность.
В данном описании термин «полотно фильерного производства» (спанбонд) относится к полотну, содержащему практически непрерывные волокна небольшого диаметра. Волокна получают экструдированием расплавленного термопластического материала из множества тонких, обычно круглых, капилляров фильеры, где диаметр экструдированных волокон быстро уменьшают с помощью, например, выводящей протяжки и/или других хорошо известных механизмов получения полотен фильерного производства. Получение полотен фильерного производства описано и проиллюстрировано, например, патентах США №№4340563 Appel, et al., 3692618 Dorschner, et al., 3802817 Matsuki et al., 3338992 Kinney, 3341394 Kinney, 3502763 Hartman, 3502538 Levy, 3542615 Dobo, et al. и 5382400 Pike, et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Волокна спанбонда обычно не липкие при укладке на собирающую поверхность. Волокна спанбонда иногда могут иметь диаметры менее около 40 микронов, и часто от около 5 до около 20 микронов.
В данном описании термины «машинное направление» или «МН» обычно относится к направлению, в котором производится материал. Термин «поперечное машинное направление» или «ПН» относится к направлению, перпендикулярному машинному направлению.
В данном описании термины «растяжимый» или «растяжимость» относятся к материалу, который растягивается или удлиняется в направлении прилагаемой силы на, по меньшей мере, около 25%, в некоторых вариантах, около 50%, и в некоторых вариантах, по меньшей мере, на 75% от его длины или ширины. Растяжимый материал не обязательно обладает свойством восстанавливаться. Например, эластомерный материал является растяжимым материалом, обладающим свойством восстанавливаться. Выдуваемое из расплава полотно может быть растяжимым, но не обладает свойством восстанавливаться, поэтому является растяжимым неэластичным материалом.
В данном описании термины «эластомерное» и «эластичное» относятся к материалу, который, при применении растягивающего усилия, растягивается, по меньшей мере, в одном направлении (таком, как ПН), и которое при снятии растягивающего усилия сокращается/возвращается до приблизительно первоначальных размеров. Например, растянутый материал может иметь длину в растянутом состоянии на, по меньшей мере, 50% больше, чем в свободном, нерастянутом, состоянии, и восстанавливается на, по меньшей мере, 50% от длины в растянутом состоянии при снятии растягивающего усилия. Возможный пример включает образец длиной один (1) дюйм из материала, который растягивается до, по меньшей мере, 1,5 дюймов и который, при снятии растягивающего усилия, восстанавливается до длины не более 1,25 дюйма. Желательно, материал сокращается или восстанавливается на, по меньшей мере, 50%, и даже более предпочтительно на, по меньшей мере, 80% от длины в растянутом состоянии.
В данном описании термин «суженный» и «суженный материал» относится к любому материалу, который вытянут в, по меньшей мере, одном направлении (например, в машинном направлении) для снижения его поперечного размера (например, в поперечном машинном направлении) таким образом, что при снятии вытягивающего усилия материал может стягиваться обратно до его исходной ширины. Суженный материал обычно имеет более высокий вес основы на единицу площади, чем несуженный материал. Когда суженный материал втягивается обратно до его исходной ширины, он должен иметь практически такой же вес основы, как несуженный материал. Это отличается от ориентации пленки, при котором пленку утончают и вес основы снижают. Способ сужения обычно включает разматывание материала с подающего рулона и пропускание его через устройство с вальцующим зажимным валком, двигающимся с заданной линейной скоростью. Вытяжной валок или зажим, работающий с более высокой линейной скоростью, чем вальцующий зажимной валок, вытягивает материал и создается натяжение, необходимое для растяжения и сужения материала.
В данном описании термин «тепловое точечное соединение» относится к процессу, проводимому, например, пропусканием материала через узорный валок (например, каландр) и другой валок (например, опорный валок), который может иметь или не иметь узор. Один или оба валка обычно нагреты.
В данном описании термин «ультразвуковое соединение» относится к процессу, проводимому, например, пропусканием материала между ультразвуковым волноводом и узорным валком (например, опорным валком). Например, ультразвуковое соединение с применением стационарного волновода и вращающегося опорного валка описано в патентах США №№3939033 Grgach. et al., 3844869 Rust Jr. и 4259399 Hill, которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Более того, ультразвуковое соединение с применением вращающегося волновода и вращающегося узорного опорного валка описано в патентах США №№5096532 Neuwirth, et al., 5110403 Ehlert и 5817199 Brennecke, et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Конечно, в соответствии с данным изобретением также может применяться любая методика ультразвукового соединения.
Подробное описание
Ссылка теперь будет сделана более подробно на различные варианты выполнения изобретения, один или более примеров которых представлены ниже. Каждый пример представлен только для объяснения, а не для ограничения данного изобретения. Фактически, специалисту в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и вариации могут быть сделаны в данном изобретении, не выходя за рамки объема и сути данного изобретения. Например, признаки, иллюстрированные или описанные как часть одного варианта, могут применяться в другом варианте для получения еще одного варианта. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение охватывает такие модификации и вариации.
В общем, данное изобретение относится к нетканому композитному материалу, который содержит эластичную пленку, ламинированную на одно или более нетканое полотно. Композитный материал формируют путем пропускания пленки через зажим для соединения пленки с нетканым полотном(ами). Одновременно с образованием соединения в эластичной пленке также делают отверстия. Отверстия имеют размер, достаточный для придания композитному материалу желаемого уровня текстуры, мягкости, приятности на ощупь и/или эстетического вида без оказания значительных неблагоприятных эффектов на ее эластические свойства. Образование отверстий и соединений в соответствии с данным изобретением проводят селективным контролем определенных параметров процесса ламинирования, таких как состав пленки, соединительный узор, степень натяжения пленки, условия соединенияскрепления и т.д. В связи с этим, различные варианты данного изобретения далее описаны более подробно.
I. Эластичная пленка
Эластичную пленку в соответствии с данным изобретением получают из одного или более эластомерных полимеров, которые могут быть обработаны в расплаве, т.е. являются термопластическими. Любой из множества термопластических эластомерных полимеров может применяться в соответствии с данным изобретением, например, эластомерные сложные полиэфиры, эластомерные полиуретаны, эластомерные полиамиды, эластомерные сополимеры, эластомерные полиолефины и так далее. В одном конкретном варианте, эластомерные полукристаллические полиолефины применяют благодаря уникальному сочетанию их механических и эластомерных свойств. То есть, механические свойства таких полукристаллических полиолефинов позволяют получать пленки, в которых легко делать отверстия во время теплового скрепления, но которые сохраняют свою эластичность.
f
f
Полукристаллические полиолефины обладают, или способны демонстрировать, практически регулярную структуру. Например, полукристаллические полиолефины могут быть практически аморфными в деформированном состоянии, но образовывать кристаллические домены при растягивании. Степень кристалличности олефинового полимера может быть от около 3% до около 30%, в некоторых вариантах от около 5% до около 25%, и в некоторых вариантах, от около 5% до около 15%. Также, полукристаллический полиолефин может иметь скрытую теплоту плавления (ΔH), которая является другим показателем кристалличности, от около 15 до около 75 джоулей на грамм ("Дж/г"), в некоторых вариантах, от около 20 до около 65 Дж/г, и в некоторых вариантах, от 25 до около 50 Дж/г. Полукристаллический полиолефин также может иметь теплостойкость по Вика от около 10°С до около 100°С, в некоторых вариантах, от около 20°С до около 80°С, и в некоторых вариантах, от около 30°С до около 60°С.Полукристаллический полиолефин может иметь температуру от около 20°С до около 120°С, в некоторых вариантах от около 35°С до около 90°С, и в некоторых вариантах, от около 40°С до около 80°С. Скрытая теплота плавления (ΔH) и температура плавления могут быть определены с применением дифференциальной сканирующей калориметрии ("ДСК") согласно ASTM D-3417, что хорошо известно специалистам в данной области техники. Теплостойкость по Вика может быть определена по ASTM D-1525.
3
20
3
12
1
3
Примеры полукристаллических полиолефинов включают полиэтилен, полипропилен, их смеси и сополимеры. В одном конкретном варианте применяют сополимер этилена и α-олефина, такой как С-С α-олефин или С-С α-олефин. Подходящие α-олефины могут быть линейными или разветвленными (например, имеют одно или более C-С алкильных ответвлений или арильную группу). Конкретные примеры включают 1-бутен; 3-метал-1-бутен; 3,3-диметил-1-бутен; 1-пентен; 1-пентен с одним или более метальным, этильным или пропильным заместителями; 1-гексен с одним или более метильным, этильным или пропильным заместителями; 1-гептен с одним или более метальным, этильным или пропильным заместителями; 1-октен с одним или более метальным, этильным или пропильным заместителями; 1-нонен с одним или более метальным, этильным или пропильным; этил, метил или диметил-замещенный 1-децен; 1-додецен; и стирол. Особенно предпочтительными α-олефиновыми сомономерами являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Содержание этилена в таких сополимерах может быть от около 60% моль. до около 99% моль., в некоторых вариантах от около 80% моль. до около 98,5% моль., и в некоторых вариантах, от около 87% моль. до около 97,5% моль.. Содержание α-олефина может составлять от около 1% моль. до около 40% моль., в некоторых вариантах от около 1,5% моль. до около 15% моль., и в некоторых вариантах, от около 2,5% моль. до около 13% моль.
3
3
3
3
3
Плотность полиэтилена может варьироваться в зависимости от типа применяемого полимера, и обычно составляет от 0,85 до 0,96 граммов на кубический сантиметр grams ("г/см"). Полиэтиленовые "пластомеры", например, могут иметь плотность в интервале от 0,85 до 0,91 г/см. Также, "линейный полиэтилен низкой плотности" ("ЛПЭНП") могут иметь плотность в интервале от 0,91 до 0,940 г/см; "полиэтилен низкой плотности" ("ПЭНП") может иметь плотность в интервале от 0,910 до 0,940 г/см; и "полиэтилен высокой плотности" ("ПЭВП") может иметь плотность в интервале от 0,940 до 0,960 г/см. Плотность может быть измерена по ASTM 1505.
Особенно подходящие полиэтиленовые сополимеры включают такие, которые являются "линейными" или "по существу линейными." Термин "по существу линейный" означает, что в дополнение к короткоцепным ответвлениям, присущим сомономерным включениям, этиленовый полимер также содержит длинноцепные ответвления в главной цепи полимера. "Длинноцепное ответвление" относится к длине цепи, по меньшей мере, 6 атомов углерода. Каждое длинноцепное ответвление может иметь такое же сомономерное распределение, как основная цепь полимера, и быть таким же длинным, как основная цепь полимера, к которой оно присоединено. Предпочтительные практически линейные полимеры замещены от 0,01 длинноцепным ответвлением на 1000 атомов углерода до 1 длинноцепного ответвления на 1000 атомов углерода, и в некоторых вариантах, от 0,05 длинноцепного ответвления на 1000 атомов углерода до 1 длинноцепного ответвления на 1000 атомов углерода. В отличие от термина "практически линейный", термин "линейный" означает, что полимер не имеет измеримых или очевидных длинноцепных ответвлений. То есть, полимер замещен в среднем менее чем 0,01 длинноцепным ответвлением на 1000 атомов углерода.
3
3
3
Плотность линейного этиленового/α-олефинового сополимера является функцией от длины и количества α-олефина. То есть, чем больше длина α-олефина и больше количество α-олефина, тем ниже плотность сополимера. Хотя это необязательно, линейные полиэтиленовые "пластомеры" являются особенно предпочтительными в том, что содержание α-олефиновых короткоцепных ответвлений таково, что этиленовый сополимер демонстрирует и пластические, и эластомерные характеристики - т.е. является "пластомером." Так как полимеризация с α-олефиновыми сомономерами снижает кристалличность и плотность, полученный пластомер обычно имеет плотность ниже, чем плотность полиэтиленовых термопластических полимеров (например, ЛПЭНП), но достигает и/или превышает плотность эластомера. Например, плотность полиэтиленового пластомера может быть 0,91 граммов на кубический сантиметр (г/см) или менее, в некоторых вариантах, от 0,85 до 0,88 г/см, и в некоторых вариантах, от 0,85 до 0,87 г/см. Несмотря на то, что их плотность похожа на плотность эластомеров, пластомеры обычно имеют более высокую степень кристалличности, являются относительно не липкими и могут быть сформованы в гранулы, которые не слипаются и относительно сыпучими.
Распределение α-олефинового сомономера в полиэтиленовом пластомере обычно произвольное и однородное среди фракций с различной молекулярной массой, образующих этиленовый сополимер. Такая однородность распределения сомономера в пластомере может быть выражена как коэффициент ширины распределения сомономера ("КШРС") 60 или более, в некоторых вариантах 80 или более, и в некоторых вариантах, 90 или более. Далее, полиэтиленовый пластомер может быть охарактеризован ДСК кривой температуры плавления, которая показывает присутствие одного пика температуры плавления в интервале от 50 до 110°С (второе сокращение плавления).
Предпочтительные пластомеры для применения в соответствии с данным изобретением включают сополимерные пластомеры на основе этилена, доступные под наименованием EXACT™ от ExxonMobil Chemical Company of Houston, Texas. Другие подходящие полиэтиленовые пластомеры доступны под наименованием ENGAGE™ и AFFINITY™ от Dow Chemical Company of Midland, Michigan. Другие подходящие этиленовые полимеры доступны от The Dow Chemical Company под наименованиями DOWLEX™ (ЛПЭНП) и ATTANE™ (ПЭОНП). Другие подходящие этиленовые полимеры описаны в патентах США №№4937299 Ewen et al.; 5218071 Tsutsui et al.; 5272236 Lai, et al.; и 5278272 Lai, et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
3
20
3
3
3
Конечно, данное изобретение ни в коей мере не ограничено применением этиленовых полимеров. Например, пропиленовые полимеры также могут применяться в качестве полукристаллического полиолефина. Подходящие пластомерные пропиленовые полимеры могут включать, например, сополимеры или форполимеры пропилена, включая сополимеры пропилена с α-олефином (например, С-С); таким как этилен, 1-бутен, 2-бутен, различные изомеры пентена, 1-гексен, 1-октен, 1-нонен, 1-децен, 1-ундецен, 1-додецен, 4-метил-1-пентен, 4-метил-1-гексен, 5-метил-1-гексен, винилциклогексен, стирол и т.д. Содержание сомономера в пропиленовом полимере может быть около 35% масс. или менее, в некоторых вариантах от около 1% масс. до около 20% масс., и в некоторых вариантах, от около 2% масс. до около 10% масс. Предпочтительно, плотность полипропилена (например, пропиленового/α-олефинового сополимера) может составлять 0,91 граммов на кубический сантиметр (г/см) или менее, в некоторых вариантах, от 0,85 до 0,88 г/см, и в некоторых вариантах, от 0,85 до 0,87 г/см. Подходящие пропиленовые полимеры коммерчески доступны под наименованиями VISTAMAXX™ от ExxonMobil Chemical Co. of Houston, Texas; FINA™ (например, 8573) от Atofina Chemicals of Feluy, Belgium; TAFMER™ от Mitsui Petrochemical Industries; и VERSIFY™ от Dow Chemical Co. of Midland, Michigan. Другие примеры подходящих пропиленовых полимеров описаны в патенте США №6500563 Datta, et al.; 5539056 Yang, et al; и 5596052 Resconi, et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
w
n
Любая из множества известных методик может применяться для получения полукристаллических полиолефинов. Например, олефиновые полимеры могут быть получены с применением свободнорадикального или комплексного катализатора (например, Зиглера-Натта). Предпочтительно, олефиновый полимер получают из катализатора с единым центром полимеризации на металле, такого как металлоценовый катализатор. Такая система катализаторов дает этиленовые сополимеры, в которых сомономер произвольно распределен в молекулярной цепи и однородно распределен среди фракций с различной молекулярной массой. Катализируемые металлоценами полиолефины описаны, например, в патентах США №№5571619 McAlpin et al.; 5322728 Davis et al.: 5472775 Obijeski et al.: 5272236 Lai et al.: и 6090325 Wheat, et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. Примеры металлоценовых катализаторов включают дихлорид бис(н-бутилциклопентадиенил)титана, дихлорид бис(н-бутилциклопентадиенил)циркония, хлорид бис(циклопентадиенил)скандия, дихлорид бис(инденил)циркония, дихлорид бис(метилциклопентадиенил)титана, дихлорид бис(метилциклопентадиенил)циркония, кобальтоцен, трихлорид циклопентадиенилтитана, ферроцен, дихлорид гафноцена, дихлорид изопропил(циклопентадиенил,-1-фторенил)циркония, дихлорид молибдоцена, никелоцен, дихлорид ниобоцена, рутеноцен, дихлорид титаноцена, гидрид хлорида цирконоцена, дихлорид цирконоцена, и так далее. Полимеры, полученные с применением металлоценовых катализаторов, обычно имеют маленький интервал молекулярной массы. Например, катализируемые металлоценом полимеры могут иметь число полидисперсности (M/M) ниже 4, контролируемое распределение короткоцепного разветвления и контролируемую стереорегулярность.
Индекс текучести расплава (ИТР) полукристаллических полиолефинов обычно варьируются, но обычно составляют от около 0,1 граммов за 10 минут до около 100 граммов за 10 минут, в некоторых вариантах от около 0,5 граммов за 10 минут до около 30 граммов за 10 минут, и в некоторых вариантах, от около 1 до около 10 граммов за 10 минут, определенные при 190°С. Индекс текучести расплава представляет собой массу полимера (в граммах), которая может быть выдавлена через отверстие экструзионного пластомера (диаметр 0,0825 дюйма) при усилии 5000 граммов за 10 минут при 190°С, и может быть определен по ASTM Test Method D 1238-Е.
Конечно, другие термопластические полимеры также могут применяться для получения эластичной пленки, либо в чистом виде, либо в сочетании с полукристаллическими полиолефинами. Например, может применяться практически аморфный блок-сополимер, который имеет два блока моноалкенильного аренового полимера, разделенные, по меньшей мере, одним блоком насыщенного конъюгированного диенового полимера. Моноалкенильные ареновые блоки могут включать стирол и его аналоги и гомологи, такие как о-метилстирол; п-метилстирол; п-трет-бутилстирол; 1,3-диметилстирол п-метилстирол; и т.д., а также другие моноалкенильные полициклические ароматические соединения, такие как винилнафталин; винилантрицен; и так далее, предпочтительные моноалкенильные арены включают стирол и п-метилстирол. Конъюгированные диеновые блоки могут включать гомополимеры конъюгированных диеновых мономеров, сополимеры двух или более конъюгированных диенов и сополимеры одного или более диенов с другим мономером, в которых блоками являются преимущественно конъюгированные диеновые единицы. Предпочтительно, конъюгированные диены содержат от 4 до 8 атомов углерода, например, 1,3-бутадиен (бутадиен); 2-метил-1,3-бутадиен; изопрен; 2,3-диметил- 1,3-бутадиен; 1,3-пентадиен (пиперилен); 1,3-гексадиен; и так далее.
Количество моноалкенильных ареновых (например, полистирольных) блоков может варьироваться, но обычно составляет от около 8% масс. до около 55% масс., в некоторых вариантах от около 10% масс. до около 35% масс., и в некоторых вариантах, от около 25% масс. до около 35% масс. сополимера. Подходящие блок-сополимеры могут содержать моноалкенильные ареновые концевые блоки, имеющие среднечисленную молекулярную массу от около 5000 до около 35000, и насыщенные конъюгированные диеновые серединные блоки, имеющие среднечисленную молекулярную массу от около 20000 до около 170000. Общая среднечисленная молекулярная масса блок-полимера может составлять от около 30000 до около 250000.
Особенно подходящие термопластические эластомерные сополимеры доступны от Kraton Polymers LLC of Houston, Texas под торговым наименованием KRATON. Полимеры KRATON включают стирольные-диеновые блок-сополимеры, такие как стирол-бутадиен, стирол-изопрен, стирол-бутадиен-стирол и стирол-изопрен-стирол. Полимеры KRATON также включают стирольные-олефиновые блок-сополимеры, полученные селективным гидрированием стирольных-диеновых блок-сополимеров. Примеры таких стирольных-олефиновых блок-сополимеров включают стирол-(этилен-бутилен), стирол-(этилен-пропилен), стирол-(этилен-бутилен)-стирол, стирол-(этилен-пропилен)-стирол, стирол-(этилен-бутилен)-стирол-(этилен-бутилен), стирол-(этилен-пропилен)-стирол-(этилен-пропилен) и стирол-этилен-(этилен-пропилен)-стирол. Эти блок-сополимеры могут иметь линейную, радиальную или звездообразную молекулярную конфигурацию. Конкретные блок-сополимеры KRATON включают те, которые продаются под брендом G 1652, G 1657, G 1730, MD6673 и MD6973. Различные подходящие стирольные блок-сополимеры описаны в патентах США №№4663220, 4323534, 4834738, 5093422 и 5304599, которые полностью включены сюда посредством ссылки для всех целей. Другие коммерчески доступные блок-сополимеры включают С-ЭП-С эластомерные сополимеры от Kuraray Company, Ltd. of Okayama, Japan, под торговым наименованием SEPTON. Другие подходящие сополимеры включают С-И-С и С-Б-С эластомерные сополимеры от Dexco Polymers of Houston, Texas под торговым наименованием VECTOR. Также подходят полимеры, состоящие из А-В-А-В тетраблоксополимера, такие как описаны в патенте США №5332613 Taylor, et al., который полностью включен сюда посредством ссылки для всех целей. Примером такого тетраблоксополимера является стирол-поли(этилен-пропилен)-стирол-поли(этилен-пропилен)("С-ЭП-С-ЭП") блок-сополимер.
Количество эластомерных полимеров, применяемых в пленке, может варьироваться, но обычно составляет около 30% масс. или более от пленки, в некоторых вариантах около 50% масс. или более, и в некоторых вариантах, около 80% масс. или более от пленки. В одном варианте, например, полукристаллические полиолефин(ы) оставляют около 70% масс. или более пленки, в некоторых вариантах около 80% масс. или более пленки, и в некоторых вариантах, около 90% масс. или более пленки. В других вариантах могут применяться смеси полукристаллических полиолефин(ов) и эластомерных блоксополимер(ов). В таких вариантах блок-сополимер(ы) могут составлять от около 5% масс. до около 50% масс., в некоторых вариантах от около 10% масс. до около 40% масс., и в некоторых вариантах, от около 15% масс. до около 35% масс. смеси. Также, полукристаллические полиолефин(ы) могут составлять от около 50% масс. до около 95% масс., в некоторых вариантах от около 60% масс. до около 90% масс., и в некоторых вариантах, от около 65% масс. до около 85% масс. смеси. Конечно, необходимо понимать, что другие эластомерные и/или неэластомерные полимеры также могут применяться в пленке.
Кроме полимеров, эластичная пленка в соответствии с данным изобретением также может содержать другие компоненты, как известно в данной области техники. В одном варианте, например, эластичная пленка содержит наполнитель. Наполнители представляют собой частицы или другие формы материала, которые могут быть добавлены в смесь для экструдирования полимерной пленки и не взаимодействуют химически с экструдированной пленкой, но которые могут быть однородно диспергированы в пленке. Наполнители могут служить для множества целей, включая улучшение покрывающей способности и/или дышащей способности (т.е. быть проницаемой для паров и практически не проницаемой для жидкости).
Например, пленкам с наполнителем можно придать дышащую способность путем растягивания, которое вызывает отрыв полимера от наполнителя и образование микропористых проходов. Дышащие микропористые эластичные пленки описаны, например, в патентах США №№5997981; 6015764; и 6111163 McCormack. et al.; 5932497 Morman, et al.; 6461457 Taylor, et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей.
Наполнители могут иметь сферическую или несферическую форму со средним размером частиц в интервале от около 0,1 до около 7 микронов. Примеры подходящих наполнителей включают, но не ограничены ими, карбонат кальция, различные виды глин, двуокись кремния, окись алюминия, карбонат бария, карбонат натрия, карбонат магния, тальк, сульфат бария, сульфат магния, сульфат алюминия, двуокись титана, цеолиты, порошки целлюлозного типа, каолин, слюда, сажа, оксид кальция, оксид магния, гидроксид алюминия, целлюлоза, древесная мука, производные целлюлозы, хитин и производные хитина. Подходящее покрытие, такое как стеариновая кислота, также может быть нанесено на частицы наполнителя при желании. При применении, содержание наполнителя может варьироваться, например, от около 25% масс. до около 75% масс., в некоторых вариантах, от около 30% масс. до около 70% масс., и в некоторых вариантах, от около 40% масс. до около 60% масс. пленки.
Другие добавки также могут быть включены в пленку, такие как стабилизаторы расплава, технологические стабилизаторы, термостабилизаторы, светостабилизаторы, антиоксиданты, стабилизаторы теплового старения, отбеливатели, антиадгезивы, связующие агенты, усилители клейкости, модификаторы вязкости и т.д. Примеры подходящих усиливающих клейкость смол включают, например, гидрированные углеводородные смолы. REGALREZ™ углеводородные смолы являются примерами таких гидрированных углеводородных смол и доступны от Eastman Chemical. Другие усилители клейкости доступны от ExxonMobil под наименованием ESCOREZ™. Также могут применяться модификаторы вязкости, такие как полиэтиленовый воск (например, EPOLENE™ С-10 от Eastman Chemical). Фосфитные стабилизаторы (например, IRGAFOS от Ciba Specialty Chemicals of Terrytown, N.Y. и DOVERPHOS от Dover Chemical Corp. of Dover, Ohio) являются примерами стабилизаторов расплава. В дополнение, затрудненные аминовые стабилизаторы (например, CHIMASSORB от Ciba Specialty Chemicals) являются примерами термо- и светостабилизаторов. Далее, затрудненные фенолы широко применяют в качестве антиоксиданта при производстве пленок. Некоторые подходящие затрудненные фенолы включают доступные от Ciba Specialty Chemicals под торговым наименованием "Irganox", например, Irganox 1076, 1010 или Е 201. Более того, в пленку также могут быть добавлены связующие агенты, усиливающие связывание пленки с дополнительными материалами (например, нетканым полотном). При применении, такие добавки (например, усилитель клейкости, антиокислитель, стабилизатор и т.д.) каждый может присутствовать в количестве от около 0,001% масс. до около 25% масс., в некоторых вариантах, от около 0,005% масс. до около 20% масс., и в некоторых вариантах, от 0,01% масс. до около 15% масс. пленки.
Эластичная пленка в соответствии с данным изобретением может быть моно- или многослойной. Многослойные пленки могут быть получены совместной экструзией слоев, экструзионным покрытием или любым подходящим методом наслаивания. Такие многослойные пленки обычно содержат, по меньшей мере, один основной слой и, по меньшей мере, один покрывающий слой, но могут содержать любое желаемое количество слоев. Например, многослойная пленка может быть получена из основного слоя и одного или более покрывающего слоя, где основной слой получают из полукристаллического полиолефина. В таких вариантах, покрывающий слой может быть получен из любого пленкообразующего полимера. При желании, покрывающий слой может содержать более мягкий, низкоплавкий полимер или полимерную смесь, которая делает слои более подходящими в качестве связующего слоя для тепловой сварки пленки с нетканым полотном. Например, покрывающий слой может быть получен из олефинового полимера или их смесей, таких как описаны выше. Дополнительные пленкообразующие полимеры, которые могут подходить для применения в соответствии с данным изобретением, в чистом виде или в сочетании с другими полимерами, включают этиленвинилацетат, этиленэтилакрилат, этиленакриловую кислоту, этиленметилакрилат, этилен-нормальный-бутилакрилат, нейлон, этиленвиниловый спирт, полистирол, полиуретан и так далее.
Толщина покрывающего слоя обычно выбрана таким образом, чтобы существенно не ухудшать эластомерные свойства пленки. Для этой цели, каждый покрывающий слой может отдельно содержать от около 0,5% до около 15% от общей толщины пленки, и в некоторых вариантах, от около 1% до около 10% от общей толщины пленки. Например, каждый покрывающий слой может иметь толщину от около 0,1 до около 10 микрометров, в некоторых вариантах от около 0,5 до около 5 микрометров, и в некоторых вариантах, от около 1 до около 2,5 микрометров. Также, основной слой может иметь толщину от около 1 до около 40 микрометров, в некоторых вариантах от около 2 до около 25 микрометров и в некоторых вариантах, от около 5 до около 20 микрометров.
Свойства полученной пленки могут обычно варьироваться по желанию. Например, до растягивания пленка обычно имеет основную массу около 100 граммов на квадратный метр или менее, и в некоторых вариантах, от около 50 до около 75 граммов на квадратный метр. При растягивании пленка обычно имеет вес основы около 60 граммов на квадратный метр или менее, и в некоторых вариантах, от около 15 до около 35 граммов на квадратный метр. Растянутая пленка может иметь общую толщину от около 1 до около 100 микрометров, в некоторых вариантах, от около 10 до около 80 микрометров, и в некоторых вариантах, от около 20 до около 60 микрометров.
II. Нетканое полотно
Как описано более подробно ниже, полимеры, применяемые для получения нетканого полотна, обычно имеют температуру размягчения выше, чем температура, применяемая во время соединения. Таким образом, полимеры практически не размягчаются во время соединения до такой степени, что волокна нетканого полотна становятся практически текучими в расплаве. Например, могут применяться полимеры, имеющие теплостойкость по Вика (ASTM D-1525) от около 100°С до около 300°С, в некоторых вариантах от около 120°С до около 250°С, и в некоторых вариантах, от около 130°С до около 200°С. Примеры полимеров с высокой температурой размягчения для применения в получении нетканых полотен могут включать, например, полиолефины, например, полиэтилен, полипропилен, полибутилен, и т.д..; политетрафторэтилен; сложные полиэфиры, например, полиэтилентерефталат и так далее; поливинилацетат; поливинилхлоридацетат; поливинилбутираль; акриловые смолы, например, полиакрилат, полиметилакрилат, полиметилметакрилат, и так далее; полиамиды, например, нейлон; поливинилхлорид; поливинилиденхлорид; полистирол; поливиниловый спирт; полиуретаны; полимолочная кислота; их сополимеры; и так далее. При желании, могут применяться биоразлагаемые полимеры, такие как описаны выше. Также могут применяться синтетические или натуральные целлюлозные полимеры, включающие, но не ограниченные ими, сложные эфиры целлюлозы; простые эфиры целлюлозы; нитраты целлюлозы; ацетаты целлюлозы; бутираты ацетата целлюлозы; этилцеллюлозу; регенерированные целлюлозы, такие как вискоза, гитратцеллюлоза и так далее. Необходимо отметить, что полимер(ы) также могут содержать другие добавки, такие как технологические добавки или композиции для обработки, улучшающие желаемые свойства волокон, остаточные количества растворителей, пигментов или красителей, и так далее.
Монокомпонентные и/или многокомпонентные волокна могут применяться для получения нетканого полотна. Монокомпонентные волокна обычно получают из полимера или смеси полимеров, экструдированной из одного экструдера. Многокомпонентные волокна обычно получают из двух или более полимеров (например, бикомпонентные волокна), экструдированных из отдельных экструдеров. Полимеры могут быть расположены в по существу постоянно расположенных отдельных зонах по ширине поперечного сечения волокон. Компоненты могут быть расположены в любой желаемой конфигурации, такой как оболочка-сердцевина, бок-о-бок, «пирожок», «остров-в-море», «три острова», «бычий глаз» или различные другие варианты, известные в данной области техники, и так далее. Различные методы получения многокомпонентных волокон описаны в патенте США №4789592 Taniguchi et al. и патентах США №№5336552 Strack et al., 5108820 Kaneko et al., 4795668 Kruege et al., 5382400 Pike et al., 5336552 Strack et al. и 6200669 Marmon et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Также могут быть получены многокомпонентные волокна, имеющие различные неправильные формы, такие как описаны в патентах США №№5277976 Hogle et al., 5162074 Hills, 5466410 Hills, 5069970 Largman et al. и 5057368 Largman et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей.
Хотя может применяться любая комбинация полимеров, полимеры многокомпонентных волокон обычно получают из термопластических материалов с различными температурами стеклования или температурами плавления, где первый компонент (например, оболочка) плавится при температуре меньше, чем второй компонент (например, сердцевина). Смягчение или плавление первого полимерного компонента многокомпонентного волокна позволяет многокомпонентным волокнам образовывать липкую скелетную структуру, которая при охлаждении стабилизирует волокнистую структуру. Например, многокомпонентные волокна могли содержать от около 20% до около 80%, и в некоторых вариантах, от около 40% до около 60% массовых полимера с низкой температурой плавления. Далее, многокомпонентные волокна могут содержать от около 80% до около 20%, и в некоторых вариантах, от около 60% до около 40% массовых полимера с высокой температурой плавления. Некоторые примеры известных бикомпонентных волокон со структурой оболочка-сердцевина доступны от KoSa Inc. of Charlotte, North Carolina под наименованиями Т-255 и Т- 256, оба из которых имеют полиолефиновую оболочку, или Т-254, который имеет низкоплавкую сложную сополиэфирную оболочку. Другие известные бикомпонентные волокна, которые могут применяться, включают доступные от Chisso Corporation of Moriyama, Japan or Fibervisions LLC of Wilmington, Delaware.
Могут применяться волокна любой желаемой длины, такие как штапельные волокна, непрерывные волокна и т.д. В одном конкретном варианте, например, могут применяться штапельные волокна, имеющие длину в интервале от около 1 до около 150 миллиметров, в некоторых вариантах от около 5 до около 50 миллиметров, в некоторых вариантах от около 10 до около 40 миллиметров и в некоторых вариантах, от около 10 до около 25 миллиметров. Хотя это необязательно, методика прочесывания может применяться для получения волокнистых слоев, как хорошо известно в данной области техники. Например, волокна могут быть получены в виде прочесанного полотна через размещение кипы волокон в толкатель, который разделяет волокна. Затем волокна пропускают через прочесывающее или вычесывающее устройство, которое разъединяет на составляющие и выравнивает волокна в направлении обработки с получением ориентированного в машинном направлении волокнистого нетканого полотна. Прочесанное полотно затем может быть соединено с применением известных методик для получения соединенного кардочесанием нетканого полотна.
При желании, нетканое полотно, применяемое для получения нетканой композиции, может иметь многослойную структуру. Подходящие многослойные материалы могут включать, например, спанбонд/выдуваемый из расплава материал/спанбонд (SMS) ламинаты и спанбонд/выдуваемый из расплава (SM) ламинаты. Различные примеры подходящих SMS ламинатов описаны в патентах США №№4041203 Brock et al.; 5213881 Timmons et al.; 5464688 Timmons et al.; 4374888 Bornslaeger; 5169706 Collier et al.; и 4766029 Brock et al., которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Кроме того, коммерчески доступные SMS ламинаты могут быть получены от Kimberly-Clark Corporation под торговыми наименованиями Spunguard и Evolution.
Другим примером многослойной структуры является полотно фильерного производства, полученное на машине с множеством прядильных устройств, в которой прядильные устройства располагают волокна на слой волокон, выложенный предыдущим прядильным устройством. Такие отдельные нетканые полотна фильерного производства могут считаться многослойной структурой. В такой ситуации различные слои выложенных волокон в нетканом полотне могут быть одинаковыми, или они могут отличаться по весу основы и/или по композиции, типу, размеру, уровню гофрирования и/или форме полученных волокон. В качестве другого примера, отдельное нетканое полотно может быть представлено в виде двух или более отдельно полученных слоев нетканого полотна, прочесанного полотна и т.д., которые соединены вместе с получением нетканого полотна. Такие отдельно полученные слои могут отличаться способом производства, весом основы, композицией и волокнами, как описано выше. Нетканый материал также может содержать дополнительный волокнистый компонент так, чтобы считаться композитным материалом. Например, нетканое полотно может быть переплетено с другим волокнистым компонентом с применением множества методик переплетения, известных в данной области техники (например, гидравлическое, воздушное, механическое и т.д.). В одном варианте, нетканое полотно полностью переплетено с целлюлозными волокнами с применением гидравлического переплетения. Примерный процесс гидравлического переплетения включает подачу тонких струй воды под высоким давлением для переплетения волокон с получением сильно переплетенной уплотненной волокнистой структуры, например нетканого полотна. Гидравлические переплетенные нетканые полотна штапельной длины и непрерывные волокна описаны, например, в патентах США №№3494821 Evans и 4144370 Boulton, которые включены сюда посредством ссылок полностью для всех целей. Гидравлически переплетенные композитные нетканые полотна на основе нетканого полотна из непрерывных волокон и тонкоизмельченной массы описаны, например, в патентах США №№5284703 Everhart et al. и 6315864 Anderson et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. Волокнистый компонент композитного материала может составлять любое желаемое количество полученного субстрата. Волокнистый компонент может составлять более чем 50% масс. композитного материала, и в некоторых вариантах, от около 60% до около 90% масс. композитного материала. Также, нетканое полотно может составлять менее чем около 50% масс. композитного материала, и в некоторых вариантах, от около 10% до около 40% масс. композитного материала.
Хотя это и не требуется, нетканый материал может быть сужен в одном или более направлении перед наслаиванием на пленку в соответствии с данным изобретением. Подходящие методики суживания описаны в патентах США №№5336545, 5226992, 4981747 и 4965122 Morman, а также в публикации заявки на патент США №2004/0121687 Morman et al. Альтернативно, нетканое полотно может оставаться относительно нерастягиваемым в, по меньшей мере, одном направлении перед наслаиванием на пленку. В таких вариантах нетканое полотно может быть необязательно растянуто в одном или более направлениях после наслаивания на пленку.
2
2
2
2
2
2
Вес основы нетканого материала обычно варьируется, например, от около 5 граммов на квадратный метр ("г/м") до 120 г/м, в некоторых вариантах от около 10 г/м до около 70 г/м, и в некоторых вариантах, от около 15 г/м до около 35 г/м. Если применяется множество нетканых материалов, такие материалы могут иметь одинаковый или разный вес основы.
III. Методика наслаивания
Для одновременного формирования отверстий и мест соединения между пленкой и нетканым материалом, наслаивание в соответствии с данным изобретением обычно проводят с применением методики узорного соединения (например, теплового точечного соединения, ультразвукового соединения, и т.д.), при котором материалы подают в зажим, определенный, по меньшей мере, одним узорным валком. При тепловом точечном соединении, например, обычно применяют зажим, образованный между двумя валками, по меньшей мере, один из которых является узорным. При ультразвуковом соединении, с другой стороны, обычно применяется зажим, образованный между ультразвуковым волноводом и узорным валком. Независимо от выбранное методики, узорный валок содержит множество выступающих соединительных элементов для одновременного прикрепления пленки к нетканому материалу и образования отверстий в пленке. Размер соединительных элементов может быть определенным образом подогнан так, чтобы способствовать образованию отверстий в пленке и улучшать соединение между пленкой и нетканым материалом. Например, соединительные элементы обычно выбирают такими, чтобы они имели относительно большую длину. Длина соединительных элементов может быть от около 300 до около 5000 микрометров, в некоторых вариантах от около 500 до около 4000 микрометров и в некоторых вариантах, от около 1000 до около 2000 микрометров. Ширина соединительных элементов может быть от около 20 до около 500 микрометров, в некоторых вариантах от около 40 до около 200 микрометров, и, в некоторых вариантах, от около 50 до около 150 микрометров. Кроме того, "отношение длин сторон" (соотношение длины элемента к его ширине) может варьироваться от около 2 до около 100, в некоторых вариантах от около 4 до около 50, и в некоторых вариантах, от около 5 до около 20.
Кроме размера соединительных элементов, всем соединительным узором также можно управлять для достижения образования желаемых отверстий. В одном варианте, например, выбирают соединительный узор, в котором продольная ось (наибольшая длина вдоль центральной линии элемента) одного или более соединительных элементов расположена наискось по отношению к машинному направлению ("МН") эластичной пленки. Например, один или более соединительных элементов могут быть ориентированы от около 30° до около 150°, в некоторых вариантах от около 45° до около 135°, и, в некоторых вариантах, от около 60° до около 120° к машинному направлению пленки. Таким образом, соединительные элементы буду присутствовать на относительно большой площади поверхности пленки в направлении, практически перпендикулярном направлению, в котором движется пленка. Это увеличивает площадь пленки, на которой применяется сдвиговое напряжение, что, в свою очередь, способствует образованию отверстий.
Узор соединительных элементов обычно выбирают такой, чтобы нетканый материал имел общую площадь соединения менее около 50% (по определению обычными методами оптической микроскопии) и в некоторых вариантах, менее около 30%. Плотность соединения обычно более около 50 соединений на квадратный дюйм, и в некоторых вариантах, от около 75 до около 500 точечных соединений на квадратный дюйм. Один из подходящих соединительных узоров для применения в соответствии с данным изобретением известен как узор"S-плетение" и описан в патенте США №5964742 McCormack et al., который полностью включен сюда посредством ссылки во всех целях. Узоры S-плетения обычно имеют плотность соединительных элементов от около 50 до около 500 соединительных элементов на квадратный дюйм, и в некоторых вариантах, от около 75 до около 150 соединительных элементов на квадратный дюйм. Пример подходящего узора "S-плетения" показан на Фиг.2, на которой показаны S-образные соединительные элементы 88, имеющие длину "L" и ширину "W." Другим подходящим соединительным узором является "рифленый-вязанный" узор, который описан в патенте США №5620779 Levy et al., который полностью включен сюда посредством ссылки во всех целях. Рифленые-вязанные узоры обычно имеют плотность соединительных элементов от около 150 до около 400 соединительных элементов на квадратный дюйм, и в некоторых вариантах, от около 200 до около 300 соединительных элементов на квадратный дюйм. Пример подходящего «рифленого-вязанного» узора показан на Фиг.3, на которой показаны соединительные элементы 89 и соединительные элементы 91, которые ориентированы в различных направлениях. Еще одним подходящим узором является узор "проволочного переплетения", который имеет плотность соединительных элементов от около 200 до около 500 соединительных элементов на квадратный дюйм, и в некоторых вариантах, от около 250 до около 350 соединительных элементов на квадратный дюйм. Пример подходящего узора «проволочного переплетения» показан на Фиг.4, на которой показаны соединительные элементы 93 и соединительные элементы 95, которые ориентированы в различных направлениях. Другие соединительные узоры, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, описаны в патентах США №№3855046 Hansen et al.; 5962112 Havnes et al.; 6093665 Savovitz et al.; D375844 Edwards et al.; D428267 Romano et al.; и D390708 Brown, которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
Выбор подходящей температуры соединения (например, температуры нагретого валка) помогает плавить и/или смягчать эластомерные полимеры с низкой температурой плавления в пленке в областях, смежных соединительным элементам. Смягченные эластомерные полимер(ы) затем могут течь и замещаться во время соединения, например, под давлением соединительных элементов. Замещенные части пленки, окружающие отверстия, также могут сплавляться с нетканым материалом, тем самым формируя цельный нетканый композитный материал. Далее, так как эластомерные полимер(ы) могут физически улавливать или прилипать к волокнам в местах соединения, правильное образование связей может быть достигнуто без значительного смягчения полимеров, применяемых для получения нетканого материала. Таким образом, нетканый материал остается по существу не связан с пленкой или другими материалами в местах, расположенных непосредственно смежно (например, выше или ниже) отверстиям. Далее, нетканое полотно также, в общем, не имеет отверстий, хотя, конечно, могут возникнуть незначительные разрезы или разрывы во время обработки.
Для получения такого одновременного образования отверстий и соединений без значительного размягчения полимера нетканого полотна температура соединения и давление могут быть селективно контролируемы. Например, один или более валков могут быть нагреты до температуры поверхности от около 50°С до около 160°С, в некоторых вариантах от около 60°С до около 140°С, и в некоторых вариантах, от около 70°С до около 120°С. Также, давление, оказываемое валками ("давление в зажиме") во время теплового соединения, может варьироваться от около 75 до около 600 фунтов на линейный дюйм, в некоторых вариантах от около 100 до около 400 фунтов на линейный дюйм, и в некоторых вариантах, от около 120 до около 200 фунтов на линейный дюйм. Конечно, время выдерживания материалов может влиять на конкретные применяемые параметры соединения.
Как уже сказано, другим фактором, который влияет на одновременное образование отверстий и соединений, является степень натяжения в пленке во время наслаивания. Увеличение натяжения пленки, например, обычно вызывает увеличение размера отверстий. Конечно, слишком высокое натяжение пленки может неблагоприятно повлиять на целостность пленки. Таким образом, в большинстве вариантов данного изобретения, относительное удлинение от около 1.5 или более, в некоторых вариантах от около 2.5 до около 7.0, и в некоторых вариантах, от около 3.0 до около 5.5, применяется для достижения желаемой степени натяжения пленки во время наслаивания. Относительное удлинение может быть определено делением конечной длины пленки на ее исходную длину. Относительное удлинение может быть приблизительно таким же, как отношение вытягивания, которое может быть определено делением линейной скорости пленки во время наслаивания (например, скорости зажимных валков) на линейную скорость, при которой получают пленку (например, скорость наносящих валков или плавящих зажимных валков).
Пленка может быть «предварительно растянута» (до наслаивания) с применением валков, вращающихся с разной скоростью, так, чтобы лист растягивался до желаемого относительного удлинения в направлении обработки. Такая растянутая в одном направлении пленка также может быть ориентирована в поперечном машинном направлении с получением пленки «растянутой в двух направлениях». Профиль ориентации температур во время «предварительного растягивания» обычно ниже температуры плавления одного или более полимеров в пленке, но достаточно высок для того, чтобы композитный материал можно было натянуть или растянуть. Например, пленка может быть растянута при температуре от около 15°С до около 50°С, в некоторых вариантах от около 25°С до около 40°С, и в некоторых вариантах, от около 30°С до около 40°С. Если «предварительное растягивание» проводят, как описано выше, степень растягивания во время наслаивания может быть увеличена, оставаться неизменной или незначительно снижена (сокращена) до желаемого относительного удлинения.
При наслаивании эластичная пленка скрепляется с нетканым материалом и перфорируется. Размер и/или форма полученных отверстий, в общем, соответствует размеру и/или форме скрепляющих элементов. То есть, отверстия могут иметь длину, ширину, соотношение длин и ориентацию такие, как описаны выше. Например, длина отверстий может быть от около 200 до около 5000 микрометров, в некоторых вариантах от около 350 до около 4000 микрометров, и в некоторых вариантах, от около 500 до около 2500 микрометров. Ширина отверстий также может быть от около 20 до около 500 микрометров, в некоторых вариантах от около 40 до около 200 микрометров, и в некоторых вариантах, от около 50 до около 150 микрометров. Кроме того, «соотношение длин» (отношение длины отверстия к его ширине) может быть от около 2 до около 100, в некоторых вариантах от около 4 до около 50, и в некоторых вариантах, от около 5 до около 20. Также, продольные оси одного или более отверстий (самая большая длина вдоль центральной линии отверстия) могут быть скошены относительно машинного направления эластичной пленки, например, на от около 30° до около 150°, в некоторых вариантах от около 45° до около 135°, и в некоторых вариантах, от около 60° до около 120° по отношению к машинному направлению пленки.
Далее описаны различные варианты данного изобретения более подробно. Конечно, необходимо понимать, что представленное ниже описание является примерным и что другие способы включены в объем данного изобретения. На Фиг.1, например, показан один способ получения композитного материала из эластичной пленки и нетканого материала. Как показано, сырье для пленки (например, эластомерный полимер) может быть смешано в сухом виде (т.е. без растворителя) и добавлено в бункер (не показан) экструзионного аппарата 40. Сырье, альтернативно, может быть смешано с растворителем. В бункере материалы дисперсионно смешивают в расплаве и составляют с применением любой известной методики, такой как методика порционного и/или непрерывного составления, в которой применяется, например, смеситель Banbury, непрерывный смеситель Farrel, одночервячный экструдер, двухчервячный экструдер и т.д.
Любой известный способ может применяться для получения пленки из составленного материала, включая выдувание, литье, экструдирование через плоское отверстие и т.д. В одном конкретном варианте, пленка может быть получена методом выдувания, в котором газ (например, воздух) применяют для расширения пузыря полимерной смеси, экструдированной через мундштук с кольцеобразным соплом. Затем пузырь лопают и собирают в виде плоской пленки. Методы получения выдутых пленок описаны, например, в патентах США №№3354506 Ralev; 3650649 Schippers; и 3801429 Schrenk et al., а также публикациях заявки на патент США №№2005/0245162 McCormack et al. и 2003/0068951 Boggs et al., все которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. Например, в конкретном варианте с Фиг.1, составленный материал (не показан) подают в экструзионный аппарат 40 и затем выдувают в зажимные валки 42 для получения однослойной исходной эластичной пленки 10. Валки 42 могут иметь температуру, достаточную для отверждения и охлаждения исходной эластичной пленки 10 при ее получении, например, от около 20 до 60°C. Обычно полученная исходная эластичная пленка не имеет отверстий, хотя она, конечно, может иметь незначительные порезы или разрывы, полученные в результате обработки. Применение изначально не имеющей отверстий пленки имеет множество преимуществ, включая возможность избегать стадий совмещения для выравнивания отверстий с местами соединения во время наслаивания.
На Фиг.1 показан один из способов получения пленки, растянутой в одном направлении. В показанном варианте, пленку 10 растягивают и утончают в машинном направлении путем пропускания ее через устройство ориентации молекул полимерной пленки или устройство ориентации в машинном направлении ("УОМН") 44, например такие, которые коммерчески доступны от Marshall and Willams, Co. of Providence, Rhode Island. В показанном варианте УОМН имеет множество растягивающих валков 46, которые постепенно растягивают и утончают пленку 10 в направлении обработки. Хотя на Фиг.1 показано четыре пары валков 46, должно быть понятно, что количество валков может быть выше или ниже, в зависимости от уровня желаемого растягивания и степени натяжения между каждым валком. Пленка 10 может быть растянута либо в одну, либо в несколько операций растягивания. Пленка 10 также может быть растянута в других направлениях. Например, пленка может быть зажата на боковых краях концах зажимами транспортера и подаваться в печь с рамой для растяжки. В печи с рамой для растяжки пленка может быть натянута в направлении, противоположном обработке, до желаемого относительного удлинения с помощью зажимов транспортера, расходящихся по мере их движения вперед.
Нетканый материал также применяют для наслаивания на эластичную пленку 10. Например, нетканый материал может просто разматываться с подающего валка. Альтернативно, как показано на Фиг.1, нетканый материал 30 может быть получен на встроенном оборудовании, например, в экструдерах для получения спанбонда 48. Экструдеры 48 накладывают волокна 50 на формующую сетку 52, которая является частью непрерывного конвейера, который циркулирует вокруг ряда валков. При желании вакуум (не показан) может применяться для удерживания волокон на формующей сетке 52. Волокна спанбонда 50 образуют слой 54, который необязательно может быть спрессован через прессующие валки 56. Хотя это не требуется, второй материал 30а, подаваемый с подающего валка 62, также может наслаиваться на эластичную пленку 10. Второй материал 30а может быть вторым нетканым материалом, пленкой и т.д.
В любом случае, способ теплового соединения применяют для наслаивания материала(ов) на эластичную пленку. На Фиг.1, например, материалы 30 и 30а направляют в зажим, образованный валками 58, для наслаивания на эластичную пленку 10. Один или оба валка 58 могут иметь множество выступающих соединительных элементов и/или могут быть нагреты. При наслаивании эластичная пленка 10 в расплавленном состоянии сплавляется с неткаными материалами 30 и 30а во множестве отдельных мест соединения 31 (см. Фиг.7). То есть, эластомерный полимер(ы) пленки 10 размягчается и/или плавится до такой степени, что он может физически захватывать волокна нетканых материалов 30 и 30а. Конечно, эластичная пленка 10 может обладать определенной липкостью так, чтобы прилипать к волокнам при наслаивании. Как показано на Фиг.7, места соединения 31 могут быть расположены в приближении к (смежно или рядом) периметру 37, определенному соответствующими отверстиями 33, которые образованы при смещении пленки 10. Конкретное расположение мест соединения 31 смежно или рядом с отверстиями 33 может улучшать целостность получаемого композитного материала 32, упрочняя область, окружающую отверстие 33. Так как тепловое соединение происходит при температурах, недостаточных для значительного размягчения полимера(ов) нетканых материалов 30 и 30а, как описано выше, они практически не сплавляются друг с другом. Таким образом, композитный материал 32 может лучше сохранять физические свойства (например, проницаемость для жидкости, мягкость, объемность и приятность на ощупь) отдельных нетканых материалов.
Полученный композитный материал 32 затем может быть смотан и храниться на приемном цилиндре 60. Возможно, композиция 32 хранится в натянутом состоянии, например, с помощью применения для цилиндра 60 такой же линейной скорости, как и для одного или более растягивающих валков 46. Более предпочтительно, однако, чтобы композитный материал 32 был слегка сжата перед наматыванием на приемный цилиндр 60. Это может быть достигнуто с помощью меньшей линейной скорости для цилиндра 60. Так как эластичная пленка 10 натянута перед наслаиванием, она будет сжиматься до ее исходной длины в направлении обработки и становиться короче в направлении обработки, тем самым создавая морщины или складки в композиции. Таким образом, полученный эластичный композитный материал становится растягиваемым в машинном направлении до той степени, до которой складки или морщины в полотне могут быть вытянуты до плоского состояния и позволяют эластичной пленке 10 растягиваться.
Хотя это и не показано на Фиг.1, различные дополнительные возможные стадии обработки или окончательной обработки, известные в данной области техники, такие как разрезание, пропитка, нанесение графики, и т.д., могут применяться не выходя из сущности и объема данного изобретения. Например, композитный материал необязательно может быть механически растянут в поперечном машинном направлении и/или в машинном направлении для улучшения растяжимости. В одном варианте, композитный материал может быть пропущен через два или более валков, которые имеют желобки в ПН и/или МН. Такие устройства с желобками спутник/опорный валок описаны в публикациях заявок на патенты США №№2004/0110442 Rhim et al. и 2006/0151914 Gerndt et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. Например, ламинат может быть пропущен через два или более валков, которые имеют желобки в ПН и/или МН. Валки с желобками могут быть из стали или другого твердого материала (такого, как твердый каучук).
На Фиг.5-6 далее показан процесс, в котором валки с канавками могут с определенным шагом растягивать композитный материал. Как показано, например, вспомогательные валки 182 могут зацеплять опорный валок 184, каждый из которых включает множество выступов 183, образующих множество желобков 185, расположенных поперек желобчатых валков в поперечном машинном направлении. Желобки 185 обычно ориентированы перпендикулярно направлению растягивания материала. Другими словами, желобки 185 ориентированы в машинном направлении для растягивания композитного материала в поперечном машинном направлении. Желобки 185 также могут быть ориентированы в поперечном машинном направлении для растягивания композитного материала в машинном направлении. Выступы 183 вспомогательного валка 182 зацепляются с желобками 185 опорного валка 184, и желобки 185 вспомогательного валка 182 зацепляются с выступами 183 опорного валка 184.
Размеры и параметры желобков 185 и выступов 183 могут оказывать значительное влияние на степень растягиваемости, обеспечиваемую валками 182 и 184. Например, количество желобков 185, имеющихся на валке, может варьироваться от около 3 до 15 желобков на дюйм, в некоторых вариантах от около 5 до 12 желобков на дюйм, и в некоторых вариантах, от около 5 до 10 желобков на дюйм. Желобки 185 также могут иметь определенную глубину "D", которая обычно составляет от около 0,25 до около 1,0 сантиметра, и в некоторых вариантах, от около 0,4 до около 0,6 сантиметра. Кроме того, расстояние между вершинами "Р" между желобками 185 обычно составляет от около 0,1 до около 0,9 сантиметра, и в некоторых вариантах, от около 0,2 до около 0,5 сантиметра. Также, расстояние зацепления желобчатого валка "Е" между желобками 185 и выступами 183 может быть вплоть до около 0,8 сантиметра, и в некоторых вариантах, от около 0,15 до около 0,4 сантиметра. В любом случае, композитный материал 32 (Фиг.6) может быть растянут в одном или более направлениях до относительного удлинения от около 1,5 до около 8,0, в некоторых вариантах, по меньшей мере, от около 2,0 до около 6,0, и в некоторых вариантах, от около 2,5 до около 4,5. При желании, тепло может прикладываться к композитному материалу непосредственно перед или во время применения постепенного растягивания для некоторого уменьшения напряжения и облегчения растягивания. Тепло может применяться любым подходящим методом, например, нагретым воздухом, инфракрасными нагревателями, нагретыми захватывающими валками или частичным оборачиванием ламината вокруг одного или более нагретых валков или контейнеров с паром, и т.д. Тепло также может подаваться на сами желобчатые валки. Также необходимо понимать, что также могут применяться другие устройства с желобчатыми валками, например, два желобчатых валка, расположенных непосредственно смежно друг другу.
Кроме описанных выше желобчатых валков, также могут применяться другие методики механического растягивания композитного материала в одном или более направлениях. Например, композитный материал можно пропускать через раму для растягивания и ориентирования, которая растягивает композитный материал. Такие рамы для растягивания и ориентирования хорошо известны в данной области техники и описаны, например, в публикации заявки на патент США №2004/0121687 Morman et al. Композиция также может быть сужена. Подходящие методики сужения описаны в патентах США №№5336545, 5226992, 4981747 и 4965122 Morman, а также публикации заявки на патент США №2004/0121687 Morman et al., все которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
Нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением может применяться во множестве областей. Как отмечено выше, например, нетканый композитный материал может применяться во впитывающих изделиях. Термин "впитывающее изделие" обычно относится к любому изделию, способному абсорбировать воду или другие жидкости. Примеры некоторых впитывающих изделий включают, но не ограничены ими, впитывающие предметы личной гигиены, такие как подгузники, трусы для приучения к туалету, впитывающие прокладки, изделия, применяемые при недержании мочи, предметы женской гигиены (например, гигиенические салфетки), плавательная одежда, детские салфетки и так далее; медицинские впитывающие изделия, такие как защитная одежда, ячеистые материалы, впитывающие пеленки, впитывающие простыни, перевязочный материал, впитывающие салфетки и медицинские салфетки; чистящие материалы для продовольственной службы; предметы одежды и так далее. Материалы и способы, подходящие для получения таких впитывающих изделий, хорошо известны специалистам в данной области техники. Впитывающие изделия могут включать практически не проницаемый для жидкости слой (например, внешний слой), проницаемый для жидкости слой (например, прилегающий к телу слой, поглощающий слой и т.д.) и впитывающий средний слой.
В одном конкретном варианте нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением может применяться для получения проницаемого для жидкости слоя (например, прилегающего к телу слоя, поглощающего слоя) впитывающего изделия. Как описано выше, эластичная пленка скреплена с нетканым материалом в отдельных местах соединения, расположенных рядом с периметром отверстий. Селективный контроль условий процесса наслаивания, однако, позволяет оставлять нетканый материал практически не скрепленным (например, практически не сплавленным вместе) в областях, расположенных рядом с отверстиями. Например, если эластичная пленка расположена между двумя неткаными материалами, места скрепления расплавов обычно не образуются между неткаными материалами в областях, соседних с отверстиями. Условия процесса наслаивания также позволяют нетканому материалу(ам) оставаться практически не перфорированным в областях, смежных отверстиям эластичной пленки. Присутствие таких обычно не скрепленных и не перфорированных областей в нетканом материале(ах) увеличивает применимость композитного материала в качестве проницаемого для жидкости слоя в впитывающих изделиях. А именно, так как нетканый материал не сплавлен в областях, смежных отверстиям пленки, жидкость может легче протекать через нетканый материал и в отверстия. Также, отсутствие значительной перфорации в нетканом материале позволяет ему сохранять другие желаемые свойства (например, объемность, мягкость, тактильные свойства и т.д.).
Кроме проницаемых для жидкости материалов (например, прилегающих к телу слоев, поглощающих слоев и т.д.), нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением имеет множество других применений, например, для эластичных прокладок в пояса, штанины, обшлага, растягивающихся проушек, боковых вставок, внешних слоев или любого другого компонента, для которого желательны эластичные свойства.
Различные варианты впитывающих изделий, которые могут быть получены в соответствии с данным изобретением, ниже описаны более подробно. Только для целей иллюстрации, впитывающее изделие показано на Фиг.8 в виде подгузника 201. Однако, как отмечено выше, данное изобретение может включать другие типы впитывающих изделий, таких как изделия для больных, страдающих недержанием мочи, гигиенические салфетки, трусы-подгузники, женские гигиенические прокладки, трусы для приучения детей к туалету и так далее. В показанном варианте, подгузник 201 изображен в виде «песочных часов» в незастегнутом положении. Конечно, могут применяться другие формы, такие как практически прямоугольная форма, Т-форма или I-форма. Как показано, подгузник 201 включает основной элемент 202, образованный различными компонентами, включая внешний слой 217, прилегающий к телу слой 205, впитывающий слой 203 и поглощающий слой 207. Необходимо понимать, однако, что другие слои также могут применяться в соответствии с данным изобретением. Также, один или более слоев, указанных на Фиг.8, может отсутствовать в определенных вариантах данного изобретения.
Прилегающий к телу слой 205 обычно применяют для отделения кожи носящего от жидкостей, удерживаемых во впитывающем слое 203. Например, прилегающий к телу слой 205 представляет собой прилегающую к телу поверхность, которая обычно является податливой, мягкой и не раздражает кожу носящего. Обычно прилегающий к телу слой 205 также является менее гидрофильным, чем впитывающий слой 203, поэтому его поверхность остается относительно сухой для носящего. Как указано выше, прилегающий к телу слой 205 может быть проницаемым для жидкости, чтобы позволять жидкости легко проникать через него. Примеры прилегающих к телу слоев, которые содержат нетканое полотно, описаны в патентах США №№5192606 Proxmire et al.; 5702377 Collier IV, et al.; 5931823 Stokes et al.; 6060638 Paul et al.; и 6150002 Varona, а также в публикациях заявок на патенты США №№2004/0102750 Jameson; 2005/0054255 Morman et al.; и 2005/0059941 Baldwin et al., все которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. В одном конкретном варианте, прилегающий к телу слой включает нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением.
Как показано на Фиг.8, подгузник 201 также может включать поглощающий слой 207, который помогает замедлять и распределять выделения или потоки жидкости, которые могут быстро поступать во впитывающий слой 203. Желательно, чтобы поглощающий слой 207 быстро принимал и временно удерживал жидкость до ее прохождения в области хранения или удерживания впитывающего слоя 203. В показано варианте, например, поглощающий слой 207 расположен между прилегающим слоем и впитывающим слоем и прилегает к внутренней стороне 216 прилегающего к телу слоя 205 и впитывающего слоя 203. Альтернативно, поглощающий слой 207 может быть расположен на и прилегает к внешней стороне 218 прилегающего к телу слоя 205. Поглощающий слой 207 обычно состоит из высокопроницаемых для жидкости материалов. Примеры подходящих поглощающих слоев описаны в патенте США №5486166 Ellis et al. и 5490846 Ellis et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. В одном конкретном варианте, впитывающий слой 207 включает нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением.
Внешний слой 217 обычно получают из материала, который практически не проницаем для жидкостей. Например, внешний слой 217 может быть получен из тонкой пластиковой пленки или другого гибкого не проницаемого для жидкости материала. В одном варианте, внешний слой 217 получают из полиэтиленовой пленки толщиной от около 0,01 миллиметра до около 0,05 миллиметра. Пленка может быть не проницаемой для жидкостей, но проницаемой для газов и водяного пара (т.н. «дышащей»). Это позволяет парам выходить из впитывающего слоя 203, но предотвращает вытекание жидкости через внешний слой 217. Если желателен внешний вид, более приближенный к нижнему белью, внешний слой 217 может быть получен из полиолефиновой пленки, наслоенной на нетканое полотно. Например, утонченная растягиванием полипропиленовая пленка может быть термически наслоена на спанбондовое полотно из полипропиленовых волокон.
Кроме указанных выше компонентов, подгузник 201 также может содержать различные другие компоненты, как известно в данной области техники. Например, подгузник 201 также может содержать практически гидрофильную тканевую обертку (не показана), которая помогает сохранять целостность волокнистой структуры впитывающего слоя 203. Тканевая обертка обычно расположена около впитывающего слоя 203 над, по меньшей мере, двумя основными его поверхностями и состоит из впитывающего целлюлозного материала, такого как крепированная вата или ткань с высокой влагостойкостью. Тканевая обертка может быть выполнена так, чтобы обеспечивать капиллярный слой, который помогает быстро распределять жидкость в массе впитывающих волокон впитывающего слоя 203. Материал обертки с одной стороны впитывающей волокнистой массы может быть скреплен с оберткой, расположенной на противоположной стороне волокнистой массы для эффективного удерживания впитывающего слоя 203. Более того, подгузник 201 также может включать газообменный слой (не показан), который расположен между впитывающим слоем 203 и внешним слоем 217. Если он применяется, газообменный слой помогает изолировать внешний слой 217 от впитывающего слоя 203, тем самым снижая влажность внешнего слоя 217. Примеры таких газообменных слоев могут включать нетканое полотно, наслоенное на дышащую пленку, как описано в патенте США №6663611 Blaney et al., который включен сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
В некоторых вариантах, подгузник 201 также может включать пару боковых панелей (или ушек) (не показаны), которые продолжаются от боковых краев 232 подгузника 201 в области талии. Боковые панели могут быть неотъемлемой частью выбранного компонента подгузника. Например, боковые панели вставки могут быть неотъемлемой частью внешнего слоя 217 или материала, образующего верхнюю поверхность. В альтернативных конфигурациях, боковые панели могут быть частями, связанными и вставленными во внешний слой 217, верхнюю поверхность, между внешним слоем 217 и верхней поверхностью или в различные другие конфигурации. При желании боковые панели могут быть эластифицированы или оставлены эластичными с помощью применения эластичного нетканого композитного материала в соответствии с данным изобретением. Примеры впитывающих изделий, которые имеют эластичные боковые вставки и селективно конфигурированные застежки, описаны в заявке на патент РСТ WO 95/16425 Roessler; патенте США №5399219 Roessler et al.; патенте США 5540796 Fries; и патенте США 5595618 Fries, каждый из которых включен сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
Как иллюстративно показано на Фиг.8, подгузник 201 также может включать пару защитных крылышек 212, которые предназначены в качестве барьера и для впитывания боковых протечек выделений тела. Защитные крылышки 212 могут быть расположены вдоль боковых противоположных краев 232 прилегающего к телу слоя 205 рядом с боковыми краями впитывающего слоя 203. Защитные крылышки 212 могут располагаться продольно по всей длине впитывающего слоя 203 или могут располагаться частями по длине впитывающего слоя 203. Если защитные крылышки 212 короче впитывающего слоя 203, они могут быть селективно расположены в любом месте вдоль боковых краев 232 подгузника 201 в области промежности 210. В одном варианте, защитные крылышки 212 расположены по всей длине впитывающего слоя 203 для лучшего впитывания выделений тела. Такие защитные крылышки 212 обычно хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, подходящие конструкции и расположение защитных крылышек 212 описаны на патенте США №4704116 Enloe, который включен сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
Для улучшенного прилегания и снижения протечек выделений тела подгузник 201 может быть эластифицирован подходящими эластичными деталями, как описано ниже. Например, как для примера показано на Фиг.8, подгузник 201 может включать эластичные детали для ног 206, предназначенные для стягивания боковых краев подгузника 201 с получением эластифицированных полос для ног, которые могут плотно прилегать к ногам пользователя для снижения протечек и обеспечения улучшенного комфорта и внешнего вида. Эластичные детали в области талии 208 также могут применяться для придания эластичности краям подгузника 201 с получением эластичного пояса. Эластичные детали в области талии 208 предназначены для того, чтобы обеспечивать эластичное, комфортное и плотное прилегание к талии пользователя. Эластичный нетканый композитный материал в соответствии с данным изобретением подходит для применения в качестве эластичных деталей в области талии 206 и эластичного пояса 208. Примеры таких материалов включают многослойные материалы, которые также содержатся или прикреплены к внешнему слою 217 так, чтобы придавать ему эластичность.
Подгузник 201 также может включать одну или более застежек 230. Например, две гибких застежки 230 показаны на Фиг.8 на противоположных сторонах области талии для образования отверстия для талии и пары отверстий для ног пользователя. Форма застежек 230 может сильно варьироваться, но может включать, например, прямоугольные формы, квадратные формы, круглые формы, треугольные формы, овальные формы, линейные формы и так далее. Застежки могут включать, например, «липучку», кнопки, булавки, защелки, застежки на основе липкой ленты, когезивы, тканевые петли и т.д. В одном конкретном варианте каждая застежка 230 включает отдельную пластинку с крючками, прикрепленную к внутренней поверхности гибкой подложки.
Различные области и/или компоненты подгузника 201 могут быть собраны вместе с применением любых известных механизмов соединения, таких как адгезивное соединение, ультразвуковое соединение, тепловое соединение и т.д. Подходящие адгезивы могут включать, например, адгезивы горячего плавления, чувствительные к давлению адгезивы и так далее. Если он применяется, адгезив может быть нанесен равномерным слоем, по узору, распыленным слоем или любыми раздельными линиями, кривыми или точками. В показанном варианте, например, внешний слой 217 и прилегающий к телу слой 205 скреплены друг с другом и впитывающим слоем 203 с применением адгезива. Альтернативно, впитывающий слой 203 может быть соединен с внешним слоем 217 с применением обычных застежек, таких как кнопки, «липучки», липкие ленты и так далее. Также, другие компоненты подгузника, такие как эластичные элементы для ног 206, эластичные элементы для талии 208 и застежки 230, могут быть добавлены в подгузник 201 с применением любого метода соединения.
Хотя выше описаны различные конфигурации подгузников, необходимо понимать, что другие конфигурации подгузников и впитывающих изделий также включены в объем данного изобретения. Кроме того, данное изобретение ни в коей мере не ограничено подгузниками. Фактически, любое другое впитывающее изделие может быть получено в соответствии с данным изобретением, включая, но не ограничиваясь ими, впитывающие изделия личной гигиены, такие как тренировочные трусы, впитывающие прокладки, изделия для взрослых, страдающих недержанием мочи, женские гигиенические изделия (например, гигиенические салфетки), купальная одежда, детские салфетки и так далее; медицинские впитывающие изделия, такие как защитная одежда, ячеистые материалы, впитывающие пеленки, впитывающие простыни, перевязочный материал, впитывающие салфетки и медицинские салфетки; чистящие материалы для продовольственной службы; предметы одежды и так далее. Некоторые примеры таких впитывающих изделий описаны в патентах США №№5649916 DiPalma et al., 6110158 Kielpikowski, 6663611 Blanev et al., которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей. Другие подходящие примеры описаны в публикации заявки на патент США №2004/0060112 A1 Fell et al., а также в патентах США №№4886512 Damico et al., 5558659 Sherrod et al., 6888044 Fell et al. и 6511465 Freiburger et al., все которые включены сюда посредством ссылки полностью для всех целей.
Данное изобретение может быть лучше понято с помощью представленных ниже примеров.
Способы испытаний
Циклическое испытание
Материалы тестируют с применением методики циклического тестирования для определения потери нагрузки и процента. В частности, 1-цикловое испытание применяют для 150% определенного удлинения. Для этого испытания размер образца составляет 3 дюйма в направлении поперек обработки на 6 дюймов в направлении обработки. Размер зажимов составляет 3 дюйма в ширину. Расстояние между зажимами составляет 4 дюйма. Образцы нагружают таким образом, что направление обработки образца является вертикальным. Устанавливают предварительную нагрузку приблизительно 10-15 граммов. При тестировании образец удлиняется на 100% со скоростью 20 дюймов в минуту и затем сразу же (без паузы) возвращается до нуля со скоростью 20 дюймов в минуту. Все результаты тестирования берут из первого цикла. Испытание проводят на Sintech Corp приборе для испытания удлинения с постоянной скоростью 2/S с Renew MTS коробкой «мангуст» (контроль) с применением программы TESTWORKS 4 07b (Sintech Corp, of Cary, NC). Испытания проводят в условиях окружающей среды.
Воздухопроницаемость
Воздухопроницаемость определяют с применением "проницаемости Фразье", которую измеряют как стандартный кубический фут в минуту потока воздуха через материал, на квадратный фут материала при дифференциале давления воздуха 0,5 дюйма воды (125 Па) через образец. Испытание проводят в условиях окружающей среды.
Прочность на отслаивание
Значения прочности на отслаивание получают с применением определенной ширины полотна, ширины губок зажима и постоянной скорости растяжения. В этом испытании используют два зажима, каждый из которых имеет две губки, где губка имеет поверхность, контактирующую с образцом, для удерживания материала в одной плоскости, обычно вертикально, разделенных 2 дюймами в начале испытания. Образец имеет размер или 4 дюйма в ширину (Пример 1), или 3 дюйма (Пример 1), и имеет такую дину, которая необходима для отслаивания образца на достаточное расстояние. Наружная сторона губки имеет размер 1 дюйм высоты и, по меньшей мере, 4 дюйма ширины, и постоянная скорость растягивания составляет 300 мм/мин. Образец расслаивают вручную в достаточной степени для зажима его в исходном положении, и зажимы раздвигают с определенной скоростью растягивания для разделения слоев. Образец разделяют на 180° разделения между двумя слоями, и прочность на отдир определяют как среднюю максимальную нагрузку в граммах. Измерение силы начинают, когда 16 мм ламината уж отделено, и продолжают до тех пор, пока не будет отделено 170 мм. В системе может применяться MTS SYNERGY 200 Tensile Tester и программа TESTWORKS 4.08 В, которые доступны от MTS Systems Corporation of Eden Prairie, Minnesota. Результаты указаны как среднее для трех образцов и могут быть получены для образца в поперечном машинном направлении (ПН) или машинном направлении (НО). Испытание проводят в условиях окружающей среды.
Растяжение
Материалы тестируют для определения удлинения или растяжения. Для этого испытания размер образца составляет 3 дюйма в поперечном машинном направлении на 7 дюймов в машинном направлении. Размер зажима составляет 3 дюйма, и находящиеся в зацеплении зажимы применяют так, чтобы материал не выскальзывал во время испытания. Расстояние между зажимами составляет 4 дюйма. Образцы нагружают таким образом, чтобы машинное направление образца находилось вертикально. Установлена предварительная нагрузка приблизительно от 10 до 15 граммов. При проведении испытания образец растягивают до тех пор, пока натяжение не составит 2000 граммов, и затем испытание останавливают. Скорость испытания составляет 500 миллиметров в минуту удлинения или растяжения. В испытании определяют удлинение или растяжение в процентах от исходного при применении к материалу 2000 граммов нагрузки. Испытание проводят на Sintech Corp. приборе для испытания удлинения с постоянной скоростью 2/S с Renew MTS коробкой «мангуст» (контроль) с применением программы TESTWORKS 4.07b (Sintech Corp, of Сагу, NC). Испытание проводят в условиях окружающей среды.
ПРИМЕР 1
Демонстрируют способность образовывать эластичную нетканую композицию. Эластичную пленку получают из 93% масс. EXACT™ 5361 (ExxonMobil Chemical Co.), 5% масс. Dow Polyethylene 6401 (Dow Chemical Co.) и 2% масс. красителя SCC116921 (Standridge Color Corp.). EXACT™ 5361 представляет собой катализированный металлоценом полиэтиленовый пластомер, имеющий плотность 0,86 граммов на кубический сантиметр, пиковую температуру плавления 36°С, и индекс расплава 3,0 грамма на 10 минут (190°С, 2,16 кг). Dow Polyethylene 640I представляет собой полиэтилен низкой плотности, имеющий плотность 0,9215 граммов на кубический сантиметр, температуру плавления 111°С и индекс расплава 2,0 граммов на 10 минут (190°С, 2,16 кг). Краситель SCC1 16921 содержит двуокись титана, смешанную с полипропиленом и полипропиленовыми статистическими сополимерами.
Полимеры смешивают, отмеривая подходящие порции гранул каждого полимера, объединяя их в одном контейнере и смешивая их перемешиванием. После перемешивания образцы пленки выдувают через суживающийся зазор (работающий со скоростью 38 футов в минуту) так, чтобы температура расплава была около 375°F. Выдутые пленки подвергают тепловому соединению между двумя полипропиленовыми спанбондовыми поверхностями, имеющими вес основы приблизительно около 14 граммов на квадратный метр. Более конкретно, пленку и поверхности пропускают между опорным валком и узорным валком (рифленым-вязаным). Узорный валок нагревают до температуры поверхности валка 184°F, опорный валок нагревают до температуры поверхности валка 193°F, и давление составляет 157 фунтов на линейный дюйм. Валки работают со скоростью 182 футов в минуту так, чтобы пленка растягивалась в направлении обработки до относительного удлинения 4,8 (т.е. в 4,8 раза от исходной длины). Сразу после получения композитный материал подают в зажим зацепленных желобчатых стальных валков, таких как показаны на фиг.5-6, для растягивания композитного материала в поперечном машинном направлении. Желобчатые стальные валки нагревают до температуры 125°F. Наконец, композитный материал переносят на намоточную машину, которая работает со скоростью 81 фут в минуту для сжатия композитного материала. Конечный вес основы составляет приблизительно 105 граммов на квадратный метр.
На Фиг.9-17 показаны сканированные электронные микрофотографии полученного образца. На Фиг.9, например, показаны практически прямоугольные отверстия 333а, образованные выступами рифлено-вязанного соединительного узора (см., например, Фиг.3), а на Фиг.10 показаны по существу круглые отверстия 333b, образованные стержнями рифлено-вязанного узора. Вид в перспективе отверстий показан на Фиг.11. Отверстия 333 также показаны на Фиг.14-17. В дополнение к показанным отверстиям, микрофотографии также являются доказательством сплавления эластичной пленки с волокнами нетканых полотен. Например, на Фиг.12-13 показана эластичная пленка 310, которая сплавлена с нетканым полотном 330 в отдельных местах соединения 331. Места соединения 331 расположены по периметру 337, определенному отверстиями 333.
ПРИМЕР 2
Демонстрируют способность образовывать эластичную нетканую композицию. Эластичную пленку получают из 71% масс. EXACT™ 5361 (ExxonMobil Chemical Co.), 25% масс. KRATON MD6673 (Kraton Polymers, LLC of Houston Texas) и 2% масс. пигмента SCC116921 (Standridge Color Corp.). KRATON MD6673 содержит 68% масс. стирол-этилен-бутилен-стирол блок-сополимера (KRATON MD6937), 20% масс. REGALREZ™ 1126 (Eastman Chemical) и 12% масс. EPOLENE™ С-10 полиэтиленового воска (Eastman Chemical). Краситель SCC1 16921 содержит двуокись титана, смешанную с полипропиленом и полипропиленовыми статистическими сополимерами. Полимеры смешивают, отмеривая подходящие порции гранул каждого полимера, объединяя их в одном контейнере и смешивая их перемешиванием.
После смешивания полимерную композицию экструдируют при температуре плавления 403°F и отливают в валок с закаленной поверхностью бочки (имеющий температуру 21°С), работающий со скоростью около 45 футов в минуту. Затем пленку подвергают тепловому соединению между двумя полипропиленовыми спанбондовыми поверхностями, имеющими вес основы приблизительно около 14 граммов на квадратный метр. Более конкретно, пленку и поверхности пропускают между опорным валком и узорным валком (рифленым-вязаным). Узорный валок нагревают до температуры поверхности валка 230°F, опорный валок нагревают до температуры поверхности валка 242°F, и давление составляет 176 фунтов на линейный дюйм. Валки работают со скоростью 147 футов в минуту так, чтобы пленка растягивалась в направлении обработки до относительного удлинения 3,3 (т.е. в 3,3 раза от исходной длины). Сразу после получения композитный материал подают в зазор зацепленных желобчатых стальных валков, таких как показаны на Фиг.5-6, для растягивания композитного материала в поперечном машинном направлении. Желобчатые стальные валки нагревают до температуры 125°F. Наконец, композитный материал переносят на намоточную машину, которая работает со скоростью 74 фута в минуту для сжатия композитного материала. Конечная основная масса составляет приблизительно 100 граммов на квадратный метр.
ПРИМЕР 3
Демонстрируют способность образовывать эластичный нетканый композитный материал. Эластичную пленку получают из 98% масс. EXACT™ 5361 (ExxonMobil Chemical Co.) и 2% масс. Dow Polyethylene 6401 (Dow Chemical Co.). Полимеры смешивают, отмеривая подходящие порции гранул каждого полимера, объединяя их в одном контейнере и смешивая их перемешиванием. После перемешивания образцы пленки выдувают через суживающийся зазор (работающий со скоростью 30 футов в минуту) так, чтобы температура расплава была около 386°F. Выдутые пленки подвергают тепловому скреплению между двумя полипропиленовыми спанбондовыми поверхностями, имеющими вес основы приблизительно около 17 граммов на квадратный метр. Конкретно, пленку и поверхности пропускают между опорным валком и узорным валком (S-плетение). Узорный валок нагревают до температуры поверхности валка 211°F, опорный валок нагревают до температуры поверхности валка 203°F, и давление составляет 117 фунтов на линейный дюйм. Валки работают со скоростью 110 футов в минуту так, чтобы пленка растягивалась в направлении обработки до относительного удлинения 3,7 (т.е. в 3,7 раза от исходной длины). Сразу после получения композитный материал переносят на намоточную машину, которая работает со скоростью 70 футов в минуту для сжатия композитного материала. Конечный вес основы составляет приблизительно 88 граммов на квадратный метр.
ПРИМЕР 4
Демонстрируют способность образовывать эластичную нетканую композицию. Эластичную пленку получают из 93% масс. VISTAMAXX™ 1100 (ExxonMobil Chemical Co.); 4% масс. Dow Polyethylene 6401 (Dow Chemical Co.) и 3% масс. пигмента SCC116921 (Standridge Color Corp.). Краситель SCC1 16921 содержит двуокись титана, смешанную с полипропиленом и полипропиленовыми статистическими сополимерами. Полимеры смешивают, отмеряя подходящие порции гранул каждого полимера, объединяя их в одном контейнере и смешивая их перемешиванием. После перемешивания образцы пленки выдувают через суживающийся зазор (работающий со скоростью 38 футов в минуту) так, чтобы температура расплава была около 390°F. Выдутые пленки подвергают тепловому соединению между двумя полипропиленовыми спанбондовыми поверхностями, имеющими вес основы приблизительно около 14 граммов на квадратный метр. Конкретно, пленку и поверхности пропускают между опорным валком и узорным валком (рифленым-вязаным). Узорный валок нагревают до температуры поверхности валка 193°F, опорный валок нагревают до температуры поверхности валка 203°F, и давление составляет 117 фунтов на линейный дюйм. Валки работают со скоростью 210 футов в минуту так, чтобы пленка растягивалась в направлении обработки до относительного удлинения 5,5 (т.е. в 5,5 раза от исходной длины). Сразу после получения композитный материал подают в зажим зацепленных желобчатых стальных валков, таких как показаны на Фиг.5-6, для растягивания композитного материала в поперечном машинном направлении. Желобчатые стальные валки нагревают до температуры 125°F. Наконец, композитный материал переносят на намоточную машину, которая работает со скоростью 79 футов в минуту для сжатия композитного материала. Конечный вес основы составляет приблизительно 98 граммов на квадратный метр.
ПРИМЕР 5
Тестируют эластичность (например, циклическое испытание), воздухопроницаемость, прочность на отслаивание и растяжение композиций из примеров 1-4. Результаты показаны ниже в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Циклическое испытание образцов
Пример
Цикл 1
Выше 50% (г<sub>с</sub>)
Выше 75% (г<sub>с</sub>)
Выше 100% (г<sub>с</sub>)
Выше125% (г<sub>с</sub>)
Выше 150% (г<sub>с</sub>)
Ниже 50% (г<sub>с</sub>)
Ниже 75% (г<sub>с</sub>)
Ниже 100% (г<sub>с</sub>)
Ниже 125% (г<sub>с</sub>)
Ниже 150% (г<sub>с</sub>)
Гист. потери (%)
Имм. уст. (%)
1
452
617
800
1129
2473
63
141
241
421
1641
67,5
31,4
2
385
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3
846
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4
669
921
1136
1388
1720
148
243
359
572
1407
62,9
17,1
Таблица 2
Пористость и механические свойства образцов
Пример
Воздухопроницаемость (ф<sup>3</sup>/мин)
Прочность на отслаивание в МН (г<sub>с</sub>/дюйм)
Растяжение при 200 г<sub>с</sub> (%)
1
190,0
31,8
148
2
181,7
-
115
3
243,3
-
56
4
9,0
73,0
156
Как показано выше, композитный материал обладает эластичными характеристиками, также поддерживает хороший воздухообмен и механические свойства.
Хотя данное изобретение подробно описано в отношении конкретных вариантов его выполнения, должно быть понятно, что специалист в данной области техники, разобравшись в представленном выше описании, может легко понять возможность внесения изменений или существование эквивалентов этих вариантов. Следовательно, объем данного изобретения оценивается по представленной формуле изобретения и любым ее эквивалентам.