專利名稱：包含由低熔融流動速率聚合物制成的納米纖維的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由納米纖維制成的衛(wèi)生制品和制造納米纖維的方法。該納米纖維由低熔融流動速率聚合物混料制成。
背景技術(shù)：
對由含有納米纖維的非織造材料生產(chǎn)的制品的需求一直在持續(xù)增長。通常認(rèn)為納米纖維的直徑小于約1000納米或1微米。納米纖維纖網(wǎng)因其比表面積大、孔徑小和其它特性而受到歡迎?？捎枚喾N方法和多種材料制造納米纖維(通常也稱為微纖維或超細(xì)纖維)。雖然已經(jīng)有數(shù)種方法可以生產(chǎn)出纖維，但是每種方法均有缺點(diǎn)，并且生產(chǎn)高性價比納米纖維仍存在困難。因此，含有納米纖維的衛(wèi)生制品和其它一次性消費(fèi)品還沒有被投入市場。
生產(chǎn)納米纖維的方法包括通過熔體原纖化所描述的一類方法。熔體原纖化法是制造纖維的一般類別，定義為在一種或多種聚合物被熔融并擠壓成很多可能的構(gòu)型，例如復(fù)合擠壓成型的、單組分或雙組分薄膜或長絲，然后原纖化或纖維化成纖維。熔體原纖化法的非限制性實(shí)施例包括熔噴法、熔膜原纖化法和熔體纖維破裂法。不用熔體生產(chǎn)納米纖維的方法為薄膜原纖化法、靜電紡絲法和溶液紡絲法。制造納米纖維的其它方法包括紡成海島型、分割餅型或其它構(gòu)型的較大直徑的雙組分纖維，其中纖維在已經(jīng)固化之后被進(jìn)一步加工以形成納米纖維。
熔噴法是生產(chǎn)纖維常用的方法。所生產(chǎn)的纖維直徑一般在2微米至8微米范圍內(nèi)。熔噴法還可生產(chǎn)出直徑更小的纖維，但需對工藝做較大的變動。通常，需要重新設(shè)計(jì)噴絲頭和噴絲板。這些方法的實(shí)施例包括Fabbricante等人的美國專利5,679,379和6,114,017以及Nyssen等人的美國專利5,260,003和5,114,631。這些方法利用較高的壓力、溫度和速度來獲得小的纖維直徑。
熔膜原纖化法是生產(chǎn)纖維的另一種方法。由熔體中產(chǎn)生熔膜管，然后用流體由膜管制成納米纖維。該方法的兩個實(shí)施例包括轉(zhuǎn)讓給University of Akron的Torobin的美國專利6,315,806、5,183,670和4,536,361以及Reneker的美國專利6,382,526和6,520,425。盡管這些方法在制造納米纖維之前首先形成一個熔膜管這一點(diǎn)上很類似，但是各方法所用的溫度、流動速率、壓力和設(shè)備均不同。
薄膜原纖化是生產(chǎn)納米纖維的另一種方法，雖然不是為被用于非織造纖網(wǎng)中的聚合物納米纖維的生產(chǎn)而設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)讓給3M的Perez等人的美國專利6,110,588描述了給高度定向的、高度結(jié)晶的、熔融加工的聚合物薄膜表面賦子流體能量以形成納米纖維的方法。薄膜和纖維用于高強(qiáng)度應(yīng)用場合，例如聚合物的增強(qiáng)纖維或如混凝土這類澆注建筑材料。
靜電紡絲是一種生產(chǎn)納米纖維常用的方法。在該方法中，將一種聚合物溶解在一種溶劑中并放入一個一端密封的密封容器中，在另一端頸縮部分具有一個小開口。然后在聚合物溶液和靠近容器開口端的收集器之間施加高電壓。這種方法的生產(chǎn)速度很慢并且纖維典型地以小批量進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)納米纖維的另一種紡絲技術(shù)是利用溶劑的溶液紡絲法或閃蒸紡絲法。
用于生產(chǎn)納米纖維的兩步法也為人們所熟知。兩步法的定義是在其中第二步驟發(fā)生在整個纖維的平均溫度處在明顯低于包含在纖維中的聚合物熔點(diǎn)溫度下形成纖維的一種方法。典型地，纖維將被固化或大部分固化。第一步驟是紡成海島型、分割餅型或其它構(gòu)型的較大直徑的多組分纖維。在第二步驟中較大直徑的多組分纖維被剝離或海部分被溶解以便產(chǎn)生納米纖維。例如，Nishio等人轉(zhuǎn)讓給Chisso的美國專利5,290,626和Pike等人轉(zhuǎn)讓給Kimberly-Clark的美國專利5,935,883分別描述了海島型和分割餅型方法。這些方法涉及兩個連續(xù)的步驟，制造纖維和分割纖維。
希望生產(chǎn)具有商業(yè)競爭力的包含納米纖維的一次性衛(wèi)生制品，必須控制納米纖維的成本。設(shè)備成本、加工成本、任何附加的加工助劑以及聚合物成本均是控制成本的方面。因此，生產(chǎn)成本低的納米纖維是本發(fā)明的一個目標(biāo)。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及含有納米纖維的衛(wèi)生制品。該納米纖維由熔融流動速率小于每分鐘約400分克的聚合物混料采用熔膜原纖化法制造。直徑小于1微米的納米纖維必須在衛(wèi)生制品所包含的一層纖網(wǎng)中包含大量的纖維。衛(wèi)生制品包括尿布、訓(xùn)練短褲、成人失禁襯墊、諸如女性護(hù)理襯墊和短褲護(hù)墊之類的經(jīng)期用品、棉塞、個人清潔制品、個人護(hù)理制品和包括嬰兒擦拭物、面部擦拭物和女性擦拭物在內(nèi)的個人護(hù)理擦拭物。本發(fā)明也涉及包含非織造纖網(wǎng)的衛(wèi)生制品，該非織造纖網(wǎng)包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層。該納米纖維由熔融流動速率小于每分鐘約400分克的聚合物混料采用熔膜原纖化法制造，該熔膜原纖化法包括提供聚合物混料、利用中心流體流形成細(xì)長的中空聚合物膜管、以及用流體從中空管形成多個納米纖維的步驟。
發(fā)明詳述降低納米纖維成本的一個方法是采用比高熔融流動速率聚合物更經(jīng)濟(jì)的低熔融流動速率聚合物。低熔融流動速率聚合物具有更高的分子量，而且更容易制造，因此更容易得到。典型地，低熔融流動速率聚合物強(qiáng)度更高，磨損更小或起棉絨更少，而且更穩(wěn)定。因此，本發(fā)明希望得到包含由低熔融流動速率聚合物制造的納米纖維的衛(wèi)生制品。已發(fā)現(xiàn)，要得到較小的纖維直徑，高熔融流動速率聚合物的應(yīng)用比低熔融流動速率聚合物更普遍。這是因?yàn)楦呷廴诹鲃铀俾示酆衔锬芰鲃痈?，更容易拉?xì)，因而形成更小直徑的纖維。高熔融流動速率聚合物和例如高氣流速度、流速和吸收速度這樣的高拉細(xì)能量用于制造納米纖維。通常，在制造納米纖維時，所有這些參數(shù)都應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化。因此，在制造納米纖維的單步熔體原纖化法中，本領(lǐng)域一般的技術(shù)人員不會采用低熔融流動速率聚合物。本發(fā)明涉及由納米纖維制成的衛(wèi)生制品。納米纖維由聚合物混料制造。聚合物混料定義為一種或多種熱塑性聚合物加任何添加成分。本發(fā)明的聚合物混料將具有小于每分鐘約400分克的熔融流動速率。采用ASTM方法D-1238測定熔融流動速率。優(yōu)選地，熔融流動速率可小于每分鐘約300分克，更優(yōu)選小于每分鐘約200分克，最優(yōu)選小于每分鐘約100分克。熔融流動速率的最優(yōu)選范圍為每分鐘約1分克至每分鐘約100分克。一般而言，熔融流動速率越低就越優(yōu)選。因此，熔融流動速率小于每分鐘約50分克和每分鐘30分克的聚合物甚至更優(yōu)選。
典型地，聚合物具有相對低的流動速率，但與如過氧化物這樣的其它物質(zhì)組合，以增加其流動性。這是因?yàn)楹芏嘀圃炖w維(尤其是納米纖維)的方法不采用低熔融流動速率的聚合物。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法將制造比單纖維更厚和/或具有更高聚合物內(nèi)容的薄膜。然后將該薄膜制成納米纖維。
適合的熱塑性聚合物包括適于熔體紡絲法和具有低熔融流動速率的任何聚合物。當(dāng)出現(xiàn)在噴絲板中時，聚合物的流變學(xué)性能應(yīng)使得低熔融流動速率聚合物能被熔融擠出并能形成薄膜。聚合物的熔融溫度通常介于約25℃至400℃之間。
熔融流動速率小于每分鐘約400分克的熱塑性聚合物的非限制性實(shí)施例包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、可生物降解的聚合物(包括熱塑性淀粉、PHA、PLA、淀粉組合物及其組合)。均聚物、共聚物和它們的共混物均包含在本說明書內(nèi)。最優(yōu)選的聚合物為諸如聚丙烯、聚乙烯、尼龍和聚對苯二甲酸乙二醇酯之類的聚烯烴。
任選地，所述聚合物可包含另外的材料以提供纖維的附加性能。除了別的以外，這些材料可改變最終纖維的物理屬性例如彈性、強(qiáng)度、熱或化學(xué)穩(wěn)定性、外觀、吸收性、氣味吸收性、表面性質(zhì)和可印花性。可添加合適的親水熔融添加劑。只要聚合物混料的熔融流動速率還在確定的范圍內(nèi)，任選的材料就可占到總聚合物混料的50％。
纖維可為單組分或諸如雙組分纖維之類的多組分纖維。纖維可具有芯鞘型或并列型或其它適用的幾何構(gòu)型。在纖維制成之后，在形成纖網(wǎng)之前可對纖維進(jìn)行處理或包覆。另外，在纖網(wǎng)制成之后，可對纖網(wǎng)進(jìn)行處理。任選地，可將添加劑摻和進(jìn)聚合物樹脂中并且這些添加劑可在纖維形成之后擴(kuò)散到纖維的表面。遷移到表面的添加劑可能需要利用外部能量例如熱量進(jìn)行固化，或者表面上的添加劑可能需要與另一種組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，或者固化可能需要在另一種組分存在的情況下進(jìn)行催化，使得可采用摻有添加劑的樹脂在制造纖維的時候或在纖維制成之后將附加成分添加到加工過程中。合適的處理包括親水或疏水處理。疏水處理劑的一個實(shí)施例為聚二甲基硅氧烷。具體的處理取決于使用的纖網(wǎng)、聚合物種類和其它因素。
本發(fā)明制造納米纖維的方法是可采用熔融流動速率小于每分鐘約400分克的熱塑性聚合物混料的熔膜原纖化法的任意一個步驟。熔體原纖化法的定義是利用一種其中形成纖維的單相聚合物熔體的方法。單一相可包括分散體系，但不包括基于溶劑的熔體，例如在溶液紡絲或靜電紡絲法中所用的那些溶劑。典型的單步熔體原纖化法包括熔噴法、熔膜原纖化法、紡粘法、在典型的紡絲/牽伸方法中的熔體紡絲法及其組合。單步方法不包括先制造較大的纖維然后在固化后通過去除一部分纖維或?qū)⒗w維分開來進(jìn)行分離的兩步方法。該方法應(yīng)適于采用熔融流動速率小于每分鐘約400分克的熱塑性聚合物并適于制造直徑小于約1微米的纖維。
通過熔膜原纖化法制造納米纖維的方法一般包括以下步驟提供聚合物熔體，利用中心流體流形成細(xì)長的中空聚合物膜管，然后由中空管用空氣形成多個納米纖維。合適的方法詳述于如授予Torobin的美國專利4,536,361以及授予Reneker的美國專利6,382,526和5,520,425中。熔體原纖化法可采用不同的加工條件。Reneker的方法更具體地講包括將聚合物喂入到一個環(huán)形柱中并在形成噴氣區(qū)的環(huán)形柱的出口處形成一個薄膜或管的步驟。氣柱然后提供聚合物管的內(nèi)圓周上的壓力。當(dāng)聚合物管離開噴氣區(qū)時，由于中心氣體膨脹的緣故，其被吹分成包括納米纖維在內(nèi)的很多小纖維。
熔膜原纖化法的一個實(shí)施例更具體地講包括熔化聚合物形成聚合物熔體的步驟。聚合物熔體將包含聚合物混料和任何其它成分。聚合物熔體通過一個又包含一個中心流體流的噴絲孔被擠出，使得聚合物擠出成一個細(xì)長的中空管。噴絲孔可為噴絲頭的一部分。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，為加工穩(wěn)定性，噴絲頭的整體樣式不得不進(jìn)行優(yōu)化。此外，中心流體流可為同心的或偏心的。成纖流體例如一個中心流體流的吹動使聚合物熔體形成一個細(xì)長的中空管。成纖流體然后將在細(xì)長中空管的內(nèi)表面上提供壓力。在中空管中可形成薄壁或薄弱部分，使包括納米纖維在內(nèi)的纖維形成更加容易或可控。薄弱部分可由位于中心流體噴射管的外表面上或聚合物噴絲孔的內(nèi)表面上的溝槽或突起產(chǎn)生。細(xì)長的中空聚合物膜管然后受到流體的作用形成納米纖維。這種流體可為中心流體流或輸送流體或任何流體流以產(chǎn)生脈動或波動壓力場并形成包括納米纖維在內(nèi)的多種纖維。如果有利，可采用噴絲頭為所形成的納米纖維提供冷卻或加熱流體。
典型地將聚合物加熱到它形成液態(tài)以及容易流動為止。熔融聚合物的溫度可處在約0℃至約400℃，優(yōu)選地在約10℃至約300℃，以及更優(yōu)選地在約20℃至約220℃的溫度。聚合物的溫度取決于聚合物或聚合物混料的熔點(diǎn)。聚合物的溫度超過其熔點(diǎn)不到約50℃，優(yōu)選地超過其熔點(diǎn)不到25℃，更優(yōu)選地超過其熔點(diǎn)不到15℃，以及剛好處在其熔點(diǎn)或熔化范圍內(nèi)或之上。熔點(diǎn)或熔化范圍用ISO 3146方法進(jìn)行測量。熔融聚合物的粘度典型地將為約1Pa.s至約1000Pa.s，典型地為約2Pa.s至約200Pa.s，更常用地為約4Pa.s至約100Pa.s。這些粘度在剪切速率在約100至約100,000每秒的范圍內(nèi)給出。熔融聚合物處在約大氣壓力或略高的壓力下。
細(xì)長的中空聚合物管可為圓形的、橢圓形的、不規(guī)則形的或具有中空區(qū)域的任何其它形狀。在某些情況下，細(xì)長的中空聚合物管可在形成之后即刻破裂。在管破裂的情況下，管上具有薄壁或薄弱部分以有助于原纖化為優(yōu)選的。成纖流體的非限制性實(shí)施例為諸如氮?dú)庵惖臍怏w，或更優(yōu)選地為空氣。成纖流體典型地處在接近于熔融聚合物溫度的溫度下。成纖流體溫度可比熔融聚合物的溫度高，以有助于聚合物的流動以及中空管的形成?？晒┻x擇地，成纖流體溫度可處在熔融聚合物溫度之下，以有助于納米纖維的形成和凝固。優(yōu)選地，成纖流體溫度低于聚合物熔點(diǎn)，更優(yōu)選地在聚合物熔點(diǎn)以下超過50℃，更優(yōu)選地在聚合物熔點(diǎn)以下超過100℃，或剛好在環(huán)境溫度下。成纖流體的壓力足以形成納米纖維并略微高于熔融聚合物被擠出噴絲孔時的壓力。
成纖流體的速度可為小于約500米每秒。優(yōu)選地，成纖流體速度將低于100米每秒，更優(yōu)選低于約60米每秒，最優(yōu)選為約10米至約50米每秒。成纖流體可脈動或可穩(wěn)定流動。盡管這種成纖流體存在有助于形成中空聚合物膜管很關(guān)鍵，流量可很小。
聚合物通過量將主要取決于所用的具體聚合物，噴絲頭樣式和聚合物的溫度和壓力。聚合物通過量將大于每分鐘每噴絲孔約1克。優(yōu)選地，聚合物通過量將大于每分鐘每噴絲孔約10克，而且更優(yōu)選地大于每分鐘每噴絲孔約20克。將有可能幾個噴絲孔同時噴絲，增加總的生產(chǎn)量。通過量，連同壓力、溫度和速度一起在噴絲板出口處進(jìn)行測量。
纖維的原纖化和凝固可發(fā)生在纖維和流體離開噴絲孔之前。在細(xì)長的中空管離開噴絲孔之后，就形成了納米纖維。通常，納米纖維的形成在離開噴絲孔時即刻發(fā)生。采用一個或多個流體流來形成多個納米纖維。流體流可為中心流體流、輸送流體或任何其它流體流。輸送流體可被用來產(chǎn)生脈動或波動壓力場，幫助形成多個納米纖維。輸送流體可通過一個橫向噴口來提供，橫向噴口用來導(dǎo)引輸送流體在細(xì)長的中空管和納米纖維形成區(qū)域上和周圍流動。輸送流體可具有低速度或高速度，例如近聲速或超聲速。低速度輸送流體的速度典型地將為每秒約1米至約100米，優(yōu)選地為每秒約3米至約50米。輸送流體的溫度可與上面的成纖流體相同，環(huán)境溫度、或高于或低于環(huán)境溫度。
也可采用附加的流體流，冷卻或加熱的流體。這種附加的流體流用來將流體導(dǎo)引進(jìn)納米纖維以冷卻或加熱纖維。如果附加流體被用作快速冷卻流體，則其溫度為約-50℃至約100℃，以及優(yōu)選地為約10℃至40℃。如果附加流體被用作加熱流體，則其溫度為約40℃至400℃，以及典型地為約100℃至約250℃。任何流體流均有助于聚合物熔體的纖維化并因此通常被稱作成纖流體。
任何流體流，包括中心流體流、輸送流體或附加流體流在內(nèi)，可含有處理劑、添加劑或其它物質(zhì)或顆粒，用于改變所制纖維的表面、化學(xué)、物理或機(jī)械性能。
納米纖維被鋪在一個收集器上形成纖網(wǎng)。收集器典型地為傳送帶或轉(zhuǎn)筒。收集器優(yōu)選地為多孔的并可應(yīng)用真空來提供吸力，幫助纖維鋪在收集器上。對于所希望的纖網(wǎng)性質(zhì)，噴絲孔至收集器的距離(通常稱為噴絲板至收集器距離(DCD))可進(jìn)行優(yōu)化。為減少纖維成束或粘結(jié)的量，DCD應(yīng)該較小。這種較小的距離使纖維來不及纏結(jié)、彼此纏繞或成束。在一個纖網(wǎng)中采用一個以上的DCD、在生產(chǎn)期間改變DCD或采用可以提供不同DCD的多個橫梁是所期望的。最理想的是通過改變DCD形成均勻性不同的纖網(wǎng)。
在細(xì)長的中空膜管被形成之后，管或納米纖維可供選擇地可經(jīng)受補(bǔ)充加工，進(jìn)一步加速納米纖維的形成。進(jìn)一步加工在細(xì)長的中空聚合物膜管形成之后即刻發(fā)生并在納米纖維已經(jīng)凝固之前仍被認(rèn)為是單步方法。補(bǔ)充加工可利用一個或多個Laval噴絲頭，將氣體速度加速到聲速和/或超聲速范圍。當(dāng)聚合物熔體被暴露到這么高的氣體速度下時，其破裂成多個細(xì)纖維。Laval噴絲頭的實(shí)施例被描述于Nyssen等人的美國專利5,075,161中，其中公開了將對聚苯硫醚熔體破裂成細(xì)纖維的方法。當(dāng)生產(chǎn)細(xì)長的中空聚合物膜管時，可將Laval噴絲頭設(shè)置在紡絲噴頭正后方?？晒┻x擇地，Laval噴絲頭可剛好在納米纖維已經(jīng)形成之后進(jìn)行設(shè)置以進(jìn)一步降低纖維尺寸。聚合物纖維可通過將聚合物熔體流通過將它們擠出到基本平行于聚合物熔體流并達(dá)到聲速或超聲速的氣體介質(zhì)中，并在該介質(zhì)下聚合物熔體被牽伸出并冷卻到熔體溫度以下得到。這種同時變形和冷卻產(chǎn)生了有限長度的無定形的細(xì)的或超細(xì)的纖維。纖維的高速破裂使纖維的表面氧化達(dá)到最小。紡絲速度、熔體溫度和Laval噴嘴的位置被近似設(shè)定以實(shí)現(xiàn)細(xì)絲在它們的表面僅局部熱氧化。
可采用各種方法和方法的組合來制造本發(fā)明的纖網(wǎng)。如Sodemann等人在WO 04/020722中所公開的那樣，在單條生產(chǎn)線上在兩個單獨(dú)的橫梁上，熔體纖維破裂法可與本發(fā)明的熔膜原纖化相結(jié)合?？蓪⑷垠w纖維破裂法的各個方面引入到熔膜原纖化中，例如生產(chǎn)不同強(qiáng)度和直徑的纖維，以提供所期望的綜合性能?？晒┻x擇地，通過利用一個細(xì)長的中空管來形成纖維，可將熔膜原纖化的各方面包括在其它熔體原纖化法中，以增加處理率。例如，可改進(jìn)本發(fā)明的熔膜原纖化法以包括一個Laval噴絲頭幫助牽伸纖維。牽伸可有助于進(jìn)一步拉細(xì)并增加纖維的強(qiáng)度。對于諸如其中應(yīng)力誘發(fā)結(jié)晶發(fā)生在超過4000m/min的速度下的聚酯之類的高Tg(玻璃化溫度)聚合物而言，這可為尤其優(yōu)選的。
本發(fā)明的納米纖維被用來制造非織造纖網(wǎng)。纖網(wǎng)的定義是整體的非織造材料合成物。纖網(wǎng)可具有一個或幾個層。一個層是在一個單獨(dú)的纖網(wǎng)鋪展或形成步驟中產(chǎn)生的纖網(wǎng)或纖網(wǎng)的一部分。本發(fā)明的纖網(wǎng)將包含一個或多個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層。大量被定義為至少約25％。大量纖維可為至少約35％，至少約50％，或大于該層纖維總量的75％。纖網(wǎng)可具有100％的直徑小于約1微米的纖維。纖網(wǎng)的纖維直徑采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行測量，根據(jù)視覺分析的需要，放大倍數(shù)為大于約500倍以及最多約10,000倍。要確定是否大量纖維的直徑小于1微米，必須測量至少約100根纖維以及優(yōu)選地更多的纖維。測量必須在涵蓋整個層的不同區(qū)域進(jìn)行。采樣必須足夠，以滿足統(tǒng)計(jì)意義上的顯著性。
余下的較大纖維(最多75％)的纖維直徑可在任何范圍內(nèi)。典型地，較大的纖維直徑將剛好在1微米之上至約10微米。
優(yōu)選地，一個層中的大量纖維的纖維直徑將小于約900納米，更優(yōu)選為約100納米至約900納米。纖維的直徑可小于約700納米，以及約300納米至約900納米。優(yōu)選的直徑取決于纖網(wǎng)的預(yù)期用途。從加工過程和產(chǎn)品的角度出發(fā)，最理想的是在某些應(yīng)用場合，有大量纖維的直徑小于約1微米以及有大量纖維的直徑大于約1微米。較大的纖維可捕集和固定納米纖維。這可幫助減少納米纖維的叢或束的量并防止納米纖維被逸出的氣流吹走。
在本發(fā)明的纖網(wǎng)中的納米纖維層可包含一種以上的聚合物。不同的聚合物或共混聚合物可被用于不同噴絲孔，產(chǎn)生具有不同纖維直徑和不同聚合物混料的纖網(wǎng)中的層。
最理想的是生產(chǎn)具有不同纖維直徑的單層非織造材料?？晒┻x擇地，希望生產(chǎn)其中每層具有不同纖維直徑的具有多層的非織造纖網(wǎng)。改進(jìn)的熔膜原纖化法即可生產(chǎn)小直徑纖維也可生產(chǎn)大直徑纖維以制造各種纖網(wǎng)。較小直徑纖維被認(rèn)為是具有大量的直徑小于1微米的纖維。較大直徑纖維包括從熔噴法范圍(典型地3微米至5微米)至紡粘法(典型地15微米左右)或1微米以上的任何纖維直徑范圍的纖維。例如，可生產(chǎn)平均纖維直徑小于1微米的一個層和平均纖維直徑5微米左右的另一個層。這種結(jié)構(gòu)類型可被用在傳統(tǒng)的SMS纖網(wǎng)所用之處。另一個實(shí)施例是生產(chǎn)具有多層的納米纖維，其中每個層的平均纖維直徑截然不同，例如一個層的平均直徑為0.4微米，以及第二個層的平均纖維直徑為0.8微米。在同一條生產(chǎn)線上用同樣的設(shè)備可生產(chǎn)具有不同纖維直徑的纖網(wǎng)。這是一種廉價的方法，因?yàn)榭墒褂猛瑯拥脑O(shè)備和部件。生產(chǎn)成本和設(shè)備成本均可得到控制。同樣，如果需要，可使用同樣的聚合物產(chǎn)生不同的纖維直徑。
希望成形幾個層的纖網(wǎng)。納米纖維層可與一個、兩個或多個層復(fù)合。紡粘纖維-納米纖維-紡粘纖維纖網(wǎng)是一個實(shí)施例。整個復(fù)合纖網(wǎng)的基重范圍為約5gsm至約100gsm，優(yōu)選為約10gsm至約100gsm，更優(yōu)選為約10gsm至約50gsm。供作為防滲層之用的復(fù)合纖網(wǎng)總基重可為約10gsm至約30gsm。只納米纖維層的基重為約0.5gsm至約30gsm，優(yōu)選地為約1gsm至約15gsm。
在非織造材料制成之后，可將其經(jīng)受后續(xù)加工。后續(xù)加工的非限制性實(shí)施例包括固態(tài)成型、加固、層壓、表面包覆、電暈和等離子處理、染色和印花。固態(tài)成型的非限制性實(shí)施例包括使用咬合對輥(例如在美國專利5,518,801中以及后續(xù)專利文獻(xiàn)中稱為“SELF”纖網(wǎng)，其代表“結(jié)構(gòu)彈性狀薄膜”)、紋理處理、拉伸、打孔、局部變形、微起縐、液壓成型和真空成型的方法。固結(jié)的非限制性實(shí)施例包括熱粘合、氣流粘合、粘合劑粘合和水刺粘合。
本發(fā)明的衛(wèi)生制品將包含上述非織造纖網(wǎng)。纖網(wǎng)可構(gòu)成整個衛(wèi)生制品例如擦拭物，或者纖網(wǎng)可構(gòu)成衛(wèi)生制品的一個組分例如尿布。衛(wèi)生制品包括尿布、訓(xùn)練短褲、成人失禁襯墊、諸如女性護(hù)理襯墊和短褲護(hù)墊之類的經(jīng)期用品、棉塞、個人清潔制品、個人護(hù)理制品和包括嬰兒擦拭物、面部擦拭物、身體擦拭物和女性擦拭物在內(nèi)的衛(wèi)生擦拭物。個人護(hù)理制品包括諸如傷口敷料、活性成分傳輸包裹物或貼劑和用于身體尤其是皮膚的其它基材。
在尿布中，纖網(wǎng)可被用作防滲層或外表面。纖網(wǎng)也可被用作具有高靜壓防水性的高防滲箍，實(shí)現(xiàn)舒適性和貼合性所希望的襠部又薄又窄的尿布的低滲透事故率。纖網(wǎng)可被用于擦拭物中，改進(jìn)露劑處理性并降低液體濃度差。纖網(wǎng)也可提供物質(zhì)的控制輸送。輸送的物質(zhì)可為液體、露劑、活性物質(zhì)或其它材料。由于納米纖維的高比表面積，纖網(wǎng)可被用作擦拭物或女性護(hù)理產(chǎn)品護(hù)墊、尿布、訓(xùn)練短褲或成人失禁用品的芯的吸收材料。纖網(wǎng)可增強(qiáng)流體的擴(kuò)散和/或保持性。另外，用于吸收性用途的纖網(wǎng)可用附加的顆?；蛴糜谠黾游招缘奈談┗蛱烊焕w維制造，或者纖網(wǎng)的某些層可具有不同的性能。納米纖維也可被用于希望具有不透明性的制品中。附加的不透明性可因小纖維直徑和均勻性而產(chǎn)生；或可將顏料添加到聚合物熔體或纖網(wǎng)中。通常，納米纖維在纖網(wǎng)中與紡粘層復(fù)合在一起?？捎幸粋€紡粘層或在納米纖維纖網(wǎng)的每一側(cè)面均有一個紡粘層。
在尿布或其它一次性吸收制品中，可將含有納米纖維的非織造纖網(wǎng)用作防滲層?？蓪⒎罎B層設(shè)置在一次性吸收制品的吸收芯和外層之間。吸收芯為制品主要起到諸如捕集、輸送、擴(kuò)散和存儲體液之類的液體處理性能作用的組件。吸收芯典型地位于液體可透過的身體側(cè)內(nèi)層和蒸汽可透過的、液體不可透過的外表面之間。外層，也稱作底片或外表面，位于一次性制品的外側(cè)。在尿布的情況下，外層接觸使用者的衣服或衣物。防滲層可供選擇地或也被設(shè)置在吸收芯和內(nèi)層之間。內(nèi)層，也稱作頂片，位于緊貼使用者皮膚的一側(cè)上。內(nèi)層可接觸使用者的皮膚或可接觸與使用者的皮膚接觸的單獨(dú)的頂片。防滲層可為吸收材料。非織造纖網(wǎng)可包括圍繞吸收芯的層并幫助分配或處理流體。非織造纖網(wǎng)可為流體分配層，其可鄰近芯進(jìn)行設(shè)置。防滲層最優(yōu)選地具有空氣的對流性和吸收防滲性之間的平衡?？諝獾膶α餍杂行У亟档臀罩破泛痛┲叩钠つw間的空間的相對濕度。液體吸收性和液體防滲性的組合保護(hù)制品免除透濕問題并在吸收制品處在碰撞和/或持續(xù)壓力下時尤其有益。防滲層的進(jìn)一步描述和有益效果可見于WO 01/97731中。
纖網(wǎng)可被用來制造干燥的或預(yù)濕的衛(wèi)生擦拭物。納米纖維可被用于擦拭物中，改進(jìn)露劑處理性和降低液體濃度差。納米纖維層可提供半防滲層并可部分或完全防止液體滲透。纖網(wǎng)也可提供一種物質(zhì)或諸如藥物之類的活性物質(zhì)的受控輸送。輸送物質(zhì)可為液體、露劑、酶、催化劑、活性物質(zhì)或諸如潤滑劑、表面活性劑、潤濕劑、拋光劑、油、有機(jī)和無機(jī)溶劑、糊劑、凝膠、顏料或染料之類的其它材料。纖網(wǎng)可增強(qiáng)流體的分散和/或保持性。另外，用于吸收性用途的纖網(wǎng)可用附加的顆?；蛴糜谠黾游招缘奈談┗蛱烊焕w維制造，或者纖網(wǎng)的某些層可具有不同的性能?？蓪⒓{米纖維生產(chǎn)成低密度或多孔的納米纖維。納米纖維可用膨脹或發(fā)泡劑進(jìn)行生產(chǎn)。
由于納米纖維的高比表面積，纖網(wǎng)可被用作擦拭物或女性護(hù)理產(chǎn)品護(hù)墊、尿布、訓(xùn)練短褲或成人失禁用品的芯的吸收材料。高比表面積也增強(qiáng)清潔性并可被用于衛(wèi)生清潔擦拭物。纖網(wǎng)可增強(qiáng)流體的分散和/或保持性。另外，用于吸收性用途的纖網(wǎng)可用附加的顆?；蛴糜谠黾游招缘奈談┗蛱烊焕w維制造，或者纖網(wǎng)的某些層可具有不同的性能。
納米纖維也可被用于希望具有不透明性的制品中。附加的不透明性可因小纖維直徑和均勻性而產(chǎn)生；或可將顏料添加到聚合物熔體或纖網(wǎng)中。纖網(wǎng)也可具有低起毛性，其由纖網(wǎng)中長度較長的纖維或纖維的纏結(jié)而導(dǎo)致。本發(fā)明的納米纖維纖網(wǎng)的拉伸強(qiáng)度可大于由其它方法制成的具有類似纖維直徑和類似基重的纖網(wǎng)的拉伸強(qiáng)度。本發(fā)明的納米纖網(wǎng)將是柔軟的并可比具有同樣性能的其它纖網(wǎng)更軟。
將受益于納米纖維纖網(wǎng)的其它產(chǎn)品包括個人過濾器或諸如外科手術(shù)口罩之類的面罩。含有納米纖維層的纖網(wǎng)的其它醫(yī)療用途包括外科手術(shù)衣、傷口敷料和醫(yī)用防滲層。
纖維直徑可采用掃描電子顯微鏡(SEM)和圖像分析軟件進(jìn)行測量。選擇500至10,000的放大倍數(shù)使得纖維被適當(dāng)放大以便測量。圖像分析軟件對SEM圖像中的纖維直徑自動取樣是可能的，但也可采用更加人工的程序。一般而言，尋找隨機(jī)選取的纖維的邊緣，然后跨過橫截面(在那點(diǎn)處垂直于纖維方向)至纖維的相對的邊緣進(jìn)行測量。帶刻度的和標(biāo)定過的圖像分析工具提供標(biāo)度以得到以毫米(mm)或微米(μm)為單位的實(shí)際讀數(shù)。從SEM中的纖網(wǎng)樣本隨機(jī)選擇一些纖維。典型地，切割來自纖網(wǎng)的幾個樣本被橫向切斷并以這種方式進(jìn)行測定，并且進(jìn)行至少約100次測量以及將所有的數(shù)據(jù)記錄下來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果結(jié)果要以旦為單位進(jìn)行記錄，那么需要進(jìn)行下面的計(jì)算。以旦為單位的直徑＝橫截面積*密度*9000m*1000g/kg。橫截面積是π*直徑2/4。密度例如對于PP，可取為910kg/m3。要獲得分特(dtex)，將9000m用10,000m代替。
基重可按照法定方法ASTM D 756、ISO 536和EDANA ERT-40.3-90進(jìn)行測定?；氐亩x是每單位面積的質(zhì)量，其中克每平方米(gsm)為優(yōu)選的單位。所需的儀器為一把剪刀或一個用于樣本切割的壓力切割器和一個精密的稱重裝置例如天平。每層切取的試樣總面積為100cm，誤差不大于土0.5％。秤或天平需要0.001g的靈敏度可讀出，校準(zhǔn)精確到施用載荷的0.25％。樣本被置于攝氏23°度(±2℃)和約50％的相對濕度下2小時達(dá)到平衡。在一個分析天平上稱出樣本總面積為1000cm2＝0.1m2的10層切割樣本的重量，精確到0.001g，并記錄下重量。(對于比1mm厚的樣本而言，稱出僅1層的重量是優(yōu)選的，但應(yīng)注明)。通過將重量除以樣本面積(所測試的所有層的面積)計(jì)算基重，給出單位為g sm的基重。將所有的數(shù)據(jù)記錄下來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
纖網(wǎng)均勻性可通過幾種方法進(jìn)行測定。均勻性測量的實(shí)施例包括孔徑、基重、透氣率和/或不透明性的低變異系數(shù)。均勻性也要求含有較少纖維束或粘結(jié)、或可見的孔洞、或其它此類疵點(diǎn)。均勻性可通過工藝改進(jìn)例如縮短噴絲頭到收集器的距離進(jìn)行控制。該距離的縮短減少了纖維成束或粘結(jié)，并可提供更均勻的纖網(wǎng)。
孔徑可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法進(jìn)行確定。平均孔徑優(yōu)選地小于約15微米，更優(yōu)選地小于約10微米，最優(yōu)選地小于約5微米。均勻纖網(wǎng)的所希望的變異系數(shù)小于20％，優(yōu)選地小于約15％，更優(yōu)選地約10％或更小。粘結(jié)這類疵點(diǎn)可通過計(jì)數(shù)纖網(wǎng)的測定面積上的纖維粗結(jié)或束的數(shù)量進(jìn)行測定。孔洞這類疵點(diǎn)也通過纖網(wǎng)的測定面積上直徑在某個閾值之上的孔洞的數(shù)目進(jìn)行測定。如果孔洞是肉眼可見的或直徑大于100微米，則可統(tǒng)計(jì)孔洞。
所有引用文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考，任何文獻(xiàn)的引用不可解釋為對其作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
盡管已用具體實(shí)施方案來說明和描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此，有意識地在附加的權(quán)利要求書中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種包含非織造纖網(wǎng)的衛(wèi)生制品，所述非織造纖網(wǎng)包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層，其中所述納米纖維用熔融流動速率小于每分鐘400分克的聚合物混料以熔膜原纖化法制造。
2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生制品，其中所述層包含至少約35％的直徑小于1微米的納米纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生制品，其中所述聚合物混料的熔融流動速率小于每分鐘100分克。
4.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生制品，其中所述聚合物混料包含聚丙烯。
5.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生制品，其中所述非織造纖網(wǎng)包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層，也包含一層或多層紡粘纖維。
6.一種包含非織造纖網(wǎng)的尿布，所述非織造纖網(wǎng)包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層，其中所述納米纖維用熔融流動速率小于每分鐘400分克的聚合物混料以熔膜原纖化法制造，所述熔膜原纖化法包括以下步驟a.提供聚合物混料，b.利用中心流體流形成細(xì)長的中空聚合物膜管，和c.由所述中空管用流體來形成多個納米纖維。
7.如權(quán)利要求6所述的尿布，其中所述包含納米纖維的非織造纖網(wǎng)為防滲層。
8.如權(quán)利要求6所述的尿布，其中所述包含納米纖維的非織造纖網(wǎng)為流體分配層。
9.一種包含非織造纖網(wǎng)的衛(wèi)生擦拭物，所述非織造纖網(wǎng)包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層，其中所述納米纖維用熔融流動速率小于每分鐘400分克的聚合物混料以熔膜原纖化法制造，所述熔膜原纖化法包括以下步驟a.提供聚合物混料，b.利用中心流體流形成細(xì)長的中空聚合物膜管，和c.由所述中空管用流體來形成多個納米纖維。
10.如權(quán)利要求9所述的衛(wèi)生擦拭物，其中所述包含納米纖維的非織造纖網(wǎng)提供液體濃度差的降低。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有納米纖維的衛(wèi)生制品。該納米纖維由熔融流動速率小于每分鐘約400分克的聚合物混料采用熔膜原纖化法制造。直徑小于1微米的納米纖維必須在衛(wèi)生制品所包含的一層纖網(wǎng)中包含大量的纖維。衛(wèi)生制品包括尿布、訓(xùn)練短褲、成人失禁襯墊、諸如女性護(hù)理襯墊和短褲護(hù)墊之類的經(jīng)期用品、棉塞、個人清潔制品、個人護(hù)理制品和包括嬰兒擦拭物、面部擦拭物和女性擦拭物在內(nèi)的個人護(hù)理擦拭物。
文檔編號B32B5/26GK1816313SQ200480018639
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者O·E·A·伊澤勒, R·查博拉 申請人:寶潔公司