多層非織造材料的制作方法

多層非織造材料的制作方法
【專利說明】多層非織造材料
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時專利申請No. 61/802, 005的優先權， 在本文中為了所有目的將其通過參考引入。 發明領域
[0003] 本發明公開的主題涉及多層非織造材料，它可用在寬范圍的應用中，其中包括但 不限于，吸收產品，擦拭物，過濾產品，和個人護理產品，例如婦女護理產品和成人失禁產 品。在尤其需要的性能當中，本發明公開的非織造材料提供改進的拉伸或伸長率，懸垂性， 可捕獲性，分布，和保留品質。
[0004] 發明背景
[0005] 非織造材料因各種用途是本領域中熟知的。具體地，非織造材料用于各種應用，其 中包括婦女護理產品，可分散的擦拭物（dispersiblewipe)和類似物。在一個范圍的消費 產品中使用纖維素或纖維素纖維是熟知的。例如，可在紙產品，其中包括袋子，標簽，毛巾 料，紙巾，地圖紙，紙樣，餐巾，廣告紙，濾紙中，和在許多其他等級或用途的紙張中使用。纖 維素纖維還用于一次性吸收產品的結構或組件，例如尿布襯里，尿布包片，尿布吸收結構， 婦女衛生巾包片，和一次性醫院床墊等中。
[0006] 隨著時間流逝，做出了持續改進，其中包括例如增加吸收同時制造較薄的材料，或 者改進可分散性同時保留吸收能力。對于制造者和消費者二者來說，計劃于更加成本合算 的產品，作出許多這些改進。
[0007] 盡管迄今為止在非織造結構中作出了各種改進，但在本領域中仍然需要平衡以上 所述的所有所需特征的非織造材料。所公開的主題尤其解決了這些需求。
[0008] 發明概述
[0009] 本發明公開的主題有利地提供經濟的非織造材料，尤其視需要，其具有改進的拉 伸或伸長率，懸垂性，可捕獲性，分布，和保留品質。
[0010] 根據所公開的主題的一個方面，提供多層非織造材料。該多層材料包括含連續長 絲的第一層，和與第一層相鄰的含纖維的第二層。非織造材料的峰值負載伸長率小于總伸 長率的一半。連續長絲可以是粘結的連續長絲。可例如通過水力纏結或熱粘結，將連續長 絲粘結在一起。
[0011] 根據所公開的主題的例舉的實施方案，可使用氣流成網工藝或濕法成網工藝形成 纖維。可用圖案壓花非織造材料。非織造材料也可包括表面處理劑用以改進潤濕性。功能 性添加劑，例如超吸收劑顆粒，氣味控制劑，抗微生物劑，或阻燃劑也可包括在非織造材料 內。
[0012] 在第一層內的連續長絲可以是例如合成長絲。根據所公開的主題的例舉實施方 案，合成長絲可以是例如聚丙烯，聚乙烯或聚酯。根據所公開的主題的其他實施方案，連續 長絲可以是雙組分長絲，天然聚合物長絲，或再生纖維素長絲。連續長絲可以是例如紡粘長 絲或熔噴長絲。
[0013] 在第二層內的纖維可以是例如纖維素纖維。根據所公開的主題的例舉實施方案， 纖維素纖維可以是例如碳纖維，或木漿纖維。在其他實施方案中，纖維可以是再生纖維素纖 維或合成纖維。該纖維可以是短纖維。根據所公開的主題的某些實施方案，可用粘合劑粘 結纖維。
[0014] 根據所公開的主題的實施方案，多層非織造材料可包括含粘結的連續長絲的至少 一層或多層額外的層。或者或另外，非織造材料可包括含粘結纖維的一層或多層。可使用 粘合劑，將第一層粘結到第二層上。
[0015] 在另一方面中，所公開的主題提供擦拭物。該擦拭物包括多層非織造材料，所述多 層非織造材料具有含連續長絲的第一層，和與第一層相鄰的含粘結纖維的第二層。該多層 非織造材料的峰值負載伸長率小于總伸長率的一半。該擦拭物可以是例如干擦拭物，濕擦 拭物，個人護理擦拭物，或工業擦拭物。
[0016] 根據所公開的主題的另一方面，提供一種個人護理產品。該個人護理產品包括多 層非織造材料，所述多層非織造材料具有含連續長絲的第一層，和與第一層相鄰的含粘結 纖維的第二層。該多層非織造材料的峰值負載伸長率小于總伸長率的一半。該個人護理產 品可以是例如尿布，婦女護理產品，或成人失禁產品。
[0017] 根據所公開的主題的另一方面，提供一種形成多層非織造材料的方法。該方法包 括生產含連續長絲的第一層，生產含粘結纖維的第二層，和將第一層粘結到第二層上。
[0018] 可例如通過紡粘或熔噴，生產第一層。第一層的生產可包括通過水力纏結或熱粘 結，來粘結連續長絲。
[0019] 可例如通過使用氣流成網法或濕法成網法，生產第二層。功能性添加劑可以加入 到非織造材料中。根據所公開的書體的實施方案，該方法也可包括用圖案壓花非織造材料。 該非織造材料也可用表面處理劑處理，以改進潤濕性。
[0020] 要理解，前述一般說明和下述詳細說明二者均是例舉且意欲提供所公開主題的進 一步說明。
[0021] 包括附圖，以闡述并提供所公開主題的進一步理解，所述附圖被引入到本說明書 中并構成本說明書的一部分。
[0022] 附圖簡述
[0023] 圖1描繪了具有三層的多層擦拭物結構的非限制性實例。第一層含有粘結的纖維 素纖維。第二層含有粘結的合成長絲。第三層含有粘結的纖維素纖維。
[0024] 圖2A-2C描繪了由所公開的主題考慮的結構的非限制性實例。圖2A提供了流體 捕獲的結構實例。圖2B提供了流體保留的結構實例。圖2C提供吸收劑結構的實例。
[0025] 圖3描繪了制造本發明公開主題的非織造材料的非限制性方法的示意圖。
[0026] 圖4闡述了例舉的三層非織造材料的改進的捕獲性能。
[0027] 圖5闡述了根據所公開的主題，制造多層結構的方法的例舉實施方案的工藝示意 圖。
[0028] 圖6是比較根據所公開的主題的多層結構的例舉實施方案的液體捕獲時間相對 于常規捕獲層的液體捕獲時間的圖表。
[0029] 圖7是比較在致密化之前和之后，根據所公開的主題的多層結構的例舉實施方案 的液體捕獲時間的圖表。
[0030] 圖8是比較在致密化之前和之后，根據所公開的主題的多層結構的例舉實施方案 的染色（stain)長度的圖表。
[0031] 圖9是比較根據所公開的主題的多層結構的例舉實施方案的液體捕獲時間相對 于常規捕獲層的液體捕獲時間的圖表。
[0032] 圖10是顯示常規氣流成網法的應力-應變曲線的圖表。
[0033] 圖11是顯示連續長絲的非織造纖維網的應力-應變曲線的圖表。
[0034] 圖12是顯示常規的濕法成網纖維網和常規梳理的纖維網的應力-應變曲線的圖 表。
[0035] 圖13是顯示根據所公開的主題的三層非織造結構的例舉實施方案的應力-應變 曲線的圖表。
[0036] 圖14是顯示根據所公開的主題的三層非織造結構的例舉實施方案在潤濕之后的 應力-應變曲線的圖表。
[0037] 圖15是顯示根據所公開的主題的三層非織造結構的例舉實施方案在潤濕之前和 之后的應力-應變曲線的圖表。
[0038] 圖16是比較含超吸收劑粉末的非織造纖維網的例舉實施方案的應力-應變曲線 相對于含超吸收劑粉末的常規氣流成網非織造纖維網的應力-應變曲線的圖表。
[0039] 圖17是顯示根據所公開的主題的兩層非織造結構的例舉實施方案的應力-應變 曲線相對于常規可商購的氣流成網結構的應力-應變曲線的圖表。
[0040] 圖18是顯示根據所公開的主題的三層非織造結構的例舉實施方案的應力-應變 曲線的圖表。
[0041] 圖19是顯示常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0042] 圖20是顯示常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0043] 圖21是顯示常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0044] 圖22是比較在縱向（MD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線相對于 在橫向（CD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0045] 圖23是比較在縱向（MD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線相對于 在橫向（CD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0046] 圖24是比較在縱向（MD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線相對于 在橫向（CD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0047] 圖25是比較在縱向（MD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線相對于 在橫向（CD)上常規可商購的濕擦拭物產品的應力-應變曲線的圖表。
[0048] 圖26是為了說明目的，顯示根據所公開的主題的多層結構的應力-應變曲線和常 規可商購的產品的應力-應變曲線的概念差異的圖表。
[0049] 詳細說明
[0050] 本發明所公開的主題提供可在各種產品中使用的改進的非織造材料。本發明公開 的主題還提供制造這種材料的方法。在詳細說明和非限制性實例中更多地討論了所公開的 主題的這些和其他方面。
[0051] 定義
[0052] 在所公開的主題的上下文中和在每一術語在其內使用的具體上下文中，在本說明 書中所使用的術語一般地具有本領域其常見的含義。以下定義了一些術語，以提供描述所 公開主題的組合物和方法以及如何制造并使用它們的額外指南。
[0053] 本文中所使用的"非織造材料（nonwoven) "是指一組材料，其中包括但不限于，紡 織品或塑料。非織造材料是由纖維，長絲，熔融塑料或機械、熱或化學粘結在一起的塑料薄 膜形成的片材或纖維網結構。非織造材料是直接由纖維的纖維網制造的一種材料，制品或 織物，且不具有針織或編織所需的紗線制備。在非織造材料中，纖維的組裝件可以通過一 個或多個下述方式保持在一起：（1)在隨機的纖維網或墊內通過機械互鎖；(2)通過熔融纖 維，正如在熱塑性纖維中的情況一樣；或者（3)通過用膠接介質，例如粘合劑粘結。
[0054] 本文中所使用的"擦拭物（wipe) "是適合于清潔或消毒或者施加或除去活性化合 物的一類非織造制品。特別地，這一術語是指清潔身體，其中包括除去身體廢物，或者從其 他表面上除去廢墟的制品。擦拭物可以是干擦拭物或濕擦拭物（例如添加有潤濕或清潔洗 劑）。
[0055] 本文中所使用的術語"可沖洗"是指當沖洗時，材料清潔衛生間和陷阱（trap)以 及下水道管線，從而導引到城市廢水運輸系統中的能力。
[0056] 本文中所使用的術語"可分散"是指由于物理力導致的材料在水中容易分開的能 力。特別地，術語"可分散"是指由于在普通的衛生間內沖洗，在普通的廢水系統中傳輸，和 在普通的處理系統中加工過程中遇到的物理力導致材料容易分開的能力。
[0057] 本文中所使用的術語"wt%"是指或者（i)以材料層的重量百分比形式表示的材 料內一種成分/組分以重量計的用量；或者（ii)以最終非織造材料或產品的重量百分比形 式表不的在材料內一種成分/組分以重量計的用量。
[0058] 本文中所使用的術語"基重（basisweight) "是指在給定面積上一種化合物以重 量計的用量。測量單位的實例包括克/米2,這通過縮寫"gsm"確定。
[0059] 本文中所使用的術語〃gli〃，〃g/in〃，和〃G/in〃是指"克/線英寸"或"克力/英 寸"。它是指用于拉伸強度測試的試樣的寬度，而不是長度。
[0060] 在本說明書和所附權利要求中所使用的單數形式"一"和"該"包括復數個提到物， 除非上下文清楚地另外指明。因此，例如提到"一種化合物"包括化合物的混合物。
[0061] 術語"約"或"大致"是指對于本領域技術人員測定的特定值來說，在可接受的誤 差范圍內，這部分取決于如何測量或測定，即測量系統的極限。例如，根據本領域的實踐， "約"可以是指在3或大于3個標準偏差以內。或者，"約"可以是指在最多20 %，例如最 多10%，在其他實施方案中，最多5%，和在其他實施方案中，仍然最多1 %給定值的一個范 圍。或者，特別地相對于系統或工藝來說，該術語可以是指在一個數量級以內，在其他實施 方案中，在一個數值的5倍以內，和在其他實施方案中，在2倍以內。
[0062] 所公開的主題涉及多層材料。在某些實施方案中，非織造結構含有至少一層，至少 兩層，或至少三層。根據所公開的主題的一個實施方案，提供一種三層結構。例如，圖1闡 述了根據所公開的主題的三層非織造材料的例舉實施方案。為了說明而不是限制的目的， 結構100包括含有纖維的第一層102,包括連續長絲的第二層104和含纖維的第三層106。
[0063] 纖維
[0064] 根據所公開的主題的非織造材料可包括一類或多類纖維。例如，結構100中的第 一層102和第三層106可包括纖維。纖維可以是天然，合成纖維或其混合物。在一個實施 方案中，纖維可以是一種或多種纖維素-基纖維，一種或多種合成纖維，或其混合物。纖維 素纖維可包括例如化學改性的纖維素纖維和再生纖維素纖維。根據所公開的主題的實施方 案，纖維可以是短纖維或長纖維。
[0065] 纖維素纖維
[0066] 本領域已知的任何纖維素纖維，其中包括任何天然來源的纖維素纖維，例如由木 漿衍生的那些可在一層或多層中使用。合適的纖維素纖維包括，但不限于，消化纖維，例如 牛皮紙纖維，預水解的牛皮紙纖維，蘇打纖維，亞硫酸鹽纖維，化學熱機械處理的纖維，和熱 機械處理的纖維，其衍生自軟木，硬木或棉絨。其他纖維素纖維包括，但不限于牛皮紙消化 纖維，其中包括預水解的牛皮紙消化纖維。適合于在本發明的公開主題中使用的纖維素纖 維的非限制性實例是由軟木，例如松木，樺木和云杉衍生的纖維素纖維。其他合適的纖維素 纖維包括，但不限于，由茅草、甘蔗渣、kemp、亞麻、大麻、洋麻和其他木質纖維素或纖維素纖 維源衍生的那些。合適的纖維素纖維包括，但不限于，以商品名FOLEYFLUFFS?銷售的漂 白的牛皮紙南方松木纖維（BuckeyeTechnologiesInc.，Memphis，Term. ) 〇 [0067] 所公開的主題的非織造材料也可包括，但不限于，可商購的鮮亮短纖漿，其中包 括，但不限于，南方軟木短纖漿（例如，處理過的FOLEYFLUFFS? )，南方軟木亞硫酸鹽 紙漿（例如，獲自Weyerhaeuser的T730)，或硬木漿（例如，桉樹）。紙漿可以是獲自 BuckeyeTechnologiesInc. (Memphis，Tenn.)的處理過的FOLEYFLUFFS?;然而，可使 用任何吸收劑短纖漿或其混合物。在其他實施方案中，可使用木材纖維素，棉絨漿，化學改 性的纖維素，例如交聯的纖維素纖維和高度純化的纖維素纖維。在其他實施方案中，紙漿是 FOLEYFL冊FS? FFTAS (也稱為 FFTAS 或 Buckeye Technologies FFT-AS 漿），和 Weyco CF401。絨毛纖維可與合成纖維，例如聚酯，尼龍，聚乙烯或聚丙烯共混。
[0068] 在某些實施方案中，在特定層內的纖維素纖維占該層的約50-約100wt%。在 一個實施方案中，在特定層內的纖維素纖維占一層的約70-約100wt%，一層的約80-約 IOOwt%, 一層的約90-約IOOwt%，一層的約50-約95wt%，一層的約70-約95wt%，一層 的約80-約90wt%，或一層的約80-約95wt%。在備選的實施方案中，在特定層內的纖維 素纖維占一層的約0-約50wt%，一層的約10-約50wt%，一層的約20-約50%，一層的約 30-約 50%，一層的約 10-約 40wt%。
[0069] 根據所公開的主題的實施方案，纖維可以是短纖維。本文中所使用的術語〃短纖 維"是指長度小于約20_的纖維。例如，根據所公開的主題的多層結構中的層可含有長度 小于約15_，小于約12_或小于約IOmm的短纖維。本文中所使用的術語"長纖維"是指長 度大于約20mm的纖維。例如，根據所公開的主題的多層結構中的層可具有大于約20mm或 大于約36mm的長度。
[0070] 改性纖維素
[0071] 纖維素纖維也可包括，但不限于化學改性的纖維素纖維。在特別的實施方案中，改 性纖維素纖維可以是交聯的纖維素纖維。美國專利Nos. 5, 492, 759 ;5, 601，921 ;6, 159, 335 涉及可在根據所公開的主題中使用的化學處理的纖維素纖維，所有這些在本文中通過參考 全文引入。在某些實施方案中，改性纖維素纖維可包括多羥基化合物。多羥基化合物的非 限制性實例包括甘油，三羥甲基丙烷，季戊四醇，聚乙烯醇，部分水解的聚乙酸乙烯酯，和完 全水解的聚乙酸乙烯酯。在某些實施方案中，纖維可用含多價陽離子的化合物處理。在一 個實施方案中，含多價陽離子的化合物的存在量為約0.lwt% -約20wt%，基于未處理的纖 維的干重。在特別的實施方案中，含多價陽離子的化合物可以是多價金屬的離子鹽。在某 些實施方案中，含多價陽離子的化合物選自鋁，鐵，錫，其鹽，及其混合物。在另一實施方案 中，多價金屬是鋁。
[0072] 可使用含過渡金屬鹽的多價金屬鹽。合適的多價金屬的