親水性非編織結構的制造方法、由此生成的非編織結構以及含有非編織結構的制品的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種親水性非編織結構的制造方法，所述方法包含：形成包含纖維的非編織結構；并且將所述非編織結構曝露于大氣壓等離子體，所述大氣壓等離子體包含惰性氣體和具有極性基團的物質，并且其可汽化成或制成噴霧劑，并且在曝露于電介質阻擋放電后形成自由基。本發明還提供由此生成的非編織結構以及含有所述非編織結構的制品。
【專利說明】
親水性非編織結構的制造方法、由此生成的非編織結構以及 含有非編織結構的制品
技術領域
[0001] 本發明涉及一種親水性非編織結構的制造方法、一種由此生成的非編織結構以及 含有非編織結構的制品。
【背景技術】
[0002] 典型非編織類衛生產品由不同層組成，其中一或多個層由諸如聚乙烯(PE)和聚丙 烯(PP)的非極性聚烯烴塑料制成。此類材料可用于個人衛生型制品，其包括放置在穿戴者 身體附近處的表層、放置在遠離穿戴者身體處的背層以及安置在表層和背層之間用于收集 并容納體液的核心。聚烯烴類非編織材料通常用作表層或核心材料以收集并將體液保持在 衛生產品中。出于舒適性，此類衛生制品應具有放置在鄰近身體處的親水性表層和分散層。
[0003] 用于改良非編織材料親水性的現有溶液會在重復曝露于液體之后引起材料顯示 親水性降低，諸如模擬體液的鹽水溶液。重復流體曝露之后維持親水性的親水性非編織材 料及其制造方法將會是有益的。擁有適用于連續直列式或半連續制造環境的方法將更為有 益。
【發明內容】
[0004] 本文中的實施例中所公開的是親水性非編織結構的制造方法、非編織結構以及含 有非編織結構的制品。
[0005] 在一或多個實施例中，本發明提供一種親水性非編織結構的制造方法，所述方法 包含形成包含纖維的非編織結構;并將非編織結構曝露于包含惰性氣體和具有極性基團的 物質的大氣壓等離子體，并且所述等離子體可被汽化成或制成噴霧劑并且在曝露于電介質 阻擋放電后形成自由基。
[0006] 在一或多個實施例中，本發明提供一種非編織結構。
[0007] 在一或多個實施例中，本發明提供一種制品，所述制品包含本文所公開的非編織 結構的一或多個實施例。
【附圖說明】
[0008] 出于說明所公開的主題的目的，在附圖中顯示示例性形式，但應理解，本發明并不 限于所示精確配置和工具。
[0009 ]圖1為說明本發明實例4到6和比較實例1中的每一個的鹽水滴的接觸角與時間的 關系圖，其中實心三角形與本發明實例4相對應，空心正方形與本發明實例5相對應，空心菱 形與本發明實例3相對應并且實心正方形與比較實例1相對應；
[0010]圖2為說明經過等離子體處理后的6周測試，本發明實例4到6中的每一個的鹽水滴 的接觸角與時間的關系圖，其中實心三角形與本發明實例4相對應，實心正方形與本發明實 例5相對應，空心菱形與本發明實例3;相對應
[0011]圖3為說明本發明實例4的鹽水溶液第一次浸濕以及第二次浸濕的鹽水滴的接觸 角與時間的關系圖。
[0012]圖4說明在大氣壓等離子體處理前后，本發明實例4的XPS表面組成的圖。
[0013]圖5為說明用于測量接觸角的裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明為一種親水性非編織結構的制造方法、一種由此生成的非編織結構以及含 有非編織結構的制品。
[0015]親水性非編織結構的制造方法包含形成包含纖維的非編織結構;并且將非編織結 構曝露于包含惰性氣體和具有極性基團的物質的大氣壓等離子體，并且所述等離子體可被 汽化成或制成噴霧劑并且在曝露于電介質阻擋放電后形成自由基。大氣壓等離子體系統和 方法一般描述在美國專利第5,433,786號中，其內容以引用的方式并入本文中。
[0016] 在替代性實施例中，本發明進一步提供一種親水性非編織結構，其通過根據本文 中所公開的任一實施例的方法而產生。
[0017] 在另一個替代性實施例中，本發明進一步提供一種具有化學改性表面的包含纖維 的非編織結構，其中化學改性表面包含親水性部分，其共價鍵合到形成纖維表面的聚合物， 其中非編織結構的特征在于，如通過本文所述的方法測定，在進行至少3次鹽化水浸濕之 后，含0.9wt%NaCl的水（"鹽水"或"鹽化水"）滴在非編織結構上的接觸角為等于或小于 90°。本文中公開并且本文中包括等于或小于90°的所有個別值和子范圍。舉例而言，進行至 少3次鹽化水浸濕之后，接觸角可在上限為90°，或在替代方案中，在上限為80°，或在替代方 案中，在上限為70°，或在替代方案中，在上限為60°的范圍內。
[0018] 在又一替代性實施例中，本發明進一步提供一種制品，其包含根據本文中所公開 的任一實施例的非編織結構。
[0019] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于物質為烯丙醇或丙烯 酸羥乙酯。
[0020] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于惰性氣體包含氮氣、氦 氣、氬氣或其組合。
[0021 ]在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于纖維選自由以下組成 的群組:聚丙烯均聚物(hPP)單組分纖維、無規共聚物聚丙烯纖維、聚乙烯單組分纖維、苯乙 烯嵌段共聚物單組分纖維、具有由聚乙烯制成的外鞘和核心的雙組分纖維，所述核心包含 選自由以下組成的群組的一或多個:聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烴(包括PP 以及彈性材料）。纖維可包含如本文中所述的兩種或兩種以上纖維的任一組合。舉例而言， 纖維可包括hPP單組分纖維和聚乙烯外鞘和聚酯核心纖維。
[0022]在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于將非編織結構曝露于 大氣壓等離子體不會改變非編織結構的內部結構。
[0023] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于將非編織結構曝露于 大氣壓等離子體不會改變纖維的內部結構。
[0024] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于親水性部分選自由羥 基和羧酸基組成的群組。
[0025] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于結構進一步展現出等 于或大于40達因/厘米的表面能。本文中包括并且本文中公開等于或大于40達因/厘米的所 有個別值和子范圍。舉例而言，非編織結構的表面能可等于或大于40達因/厘米;或在替代 方案中，非編織結構的表面能可等于或大于42達因/厘米;或在替代方案中，非編織結構的 表面能可等于或大于44達因/厘米;或在替代方案中，非編織結構的表面能可等于或大于46 達因/厘米;或在替代方案中，非編織結構的表面能可等于或大于48達因/厘米。
[0026] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于制品為選自由以下組 成的群組的吸收性制品：紙尿褲、成人失禁產品、訓練褲、女性衛生墊以及衛生護墊。
[0027] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于制品為一次性的。
[0028] 在替代實施例中，本發明根據前述實施例中的任一個提供一種親水性非編織結構 的制造方法、非編織結構以及含有非編織結構的制品，不同之處在于制品包含具有上表面 的表層、背層以及安置在表層和背層之間的核心，其中表層的上表面包含根據本文中所公 開的任一實施例的非編織結構。
[0029] 查·
[0030] 以下實例說明所公開的主題但并不意欲限制所公開的主題的范圍。
[0031] g|4
[0032] 使用以下三種類型的非編織材料來制備本發明實例和比較實例：（1)雙組分紡粘 非編織物（聚丙烯/聚乙烯，50/50(PP/PE));(2)聚丙烯均聚物(hPP)單組分紡粘非編織物； 以及（3)軟聚丙烯單組分紡粘非編織物，如美國申請公開案第2013/0237111號、第2012/ 0045956號以及第2012/0046400號中所述，已用電介質阻擋放電大氣壓等離子體對其進行 處理。美國申請公開案第2013/0237111號、第2012/0045956號以及第2012/0046400號以全 文引用的方式并入本文中。非編織物中的每一個的基本重量為20克/平方米。檢查以下兩種 物質以調節施加-OH官能基的非編織材料:（1)丙烯酸羥乙酯單體和(2)烯丙醇單體。
[0033] 等離子體裝置
[0034] 使用位于VIT0-佛蘭德技術研究學會（VITO-Flemish Institute for Technological Research)(摩爾，比利時）處的PLASMAZ0NE大氣壓等離子體系統。 PLASMAZ0NE系統與市售的大氣壓等離子體系統，諸如來自S0FTAL 3DT LLC(日耳曼敦，威斯 康星州）的系統相似，不同之處在于PLASMAZ0NE能夠將霧化的液態前驅物引入到等離子體 中。這一系統使用電介質阻擋放電產生等離子體。等離子體，亦即非熱放電（低溫）由穿過較 小間隙施加高電壓而產生，其中非導電涂層防止等離子放電轉變成電弧。綜上所述， PLASMAZONE包括與高壓連接的上電極和接地的下電極。電介質阻擋放電在N2氛圍下在電極 之間生成。可以使得所需官能基可以被引入到襯底的表面上的方式選擇引入到系統中的氣 體混合物。所用的典型氣體為N2、H 2、C02及NH3。
[0035] 非編織材料的等離子體處理
[0036] 在存在兩種-OH官能基物質中的一種的情況下在氮氣氛圍下對每一非編織材料的 A4尺寸的樣品進行等離子體處理以得到如表1中所示的本發明實例1到6。
[0037] 表 1
[0038]
[0039] 比較實例1為未處理的雙組分紡粘（PP/PE)。比較實例2為未處理的hPP單組分紡 粘。比較實例3為軟PP單組分紡粘。
[0040]表2提供本發明實例和比較實例中的每一個的表面能結果。本發明實例1和4到6中 的每一個的表面能展現為至少54達因/厘米(測試中所用油墨的最大表面能）。本發明實例2 的表面能為44達因/厘米，并且本發明實例3的表面能為42達因/厘米。比較實例1到3中的每 一個的表面能展現為34達因/厘米。
[00411圖1到2說明本發明實例4到6中的每一個的鹽水溶液(0.9wt % NaCl水溶液)滴的接 觸角，以用于分別等離子體處理之后(針對本發明實例）并且在等離子體處理之后老化6周 所進行的測量。圖1亦顯示比較實例1的初始接觸角。可以看出，經丙烯酸羥乙酯單體等離子 體處理的雙組分紡粘(PP/PE)始終提供最小接觸角。
[0042]圖3說明經丙烯酸羥乙酯單體等離子體處理的雙組分紡粘單次浸濕之后和第二次 浸濕之后鹽水(〇.9wt%NaCl水溶液)滴的接觸角。圖3中可以看出，經等離子體處理的雙組 分紡粘在重復的鹽水浸濕之后仍保持親水性。
[0043] 來自本發明實例4和比較實例1的第一個10nm的表面組成列于表2中。分析本發明 實例4的兩側。本發明實例4的表面處的氧氣和氮氣的增加表示表面改性。本發明實例4的碳 譜指示酯型碳(-C00R)，而比較實例1的碳譜僅顯示_(CH) X(參見圖4)。表面組成忽略痕量雜 質和氫氣。
[0044] 表 2
[0046]使用具有二次電子對比度的掃描電子顯微鏡(SEM)來分析比較實例1和本發明實 例4的纖維表面。表觀纖維表面形態并未展現出任何形態變化或纖維斷裂。
[0047] 測試方法
[0048]測試方法包括以下各項：
[0049] 表面能測量
[0050] 為評估經等離子體處理的樣品的表面能，使用測試油墨。將小測試油墨液滴施加 在非編織材料的表面上。評估材料中所浸入的測試油墨。測試油墨的表面能范圍為34到54 達因/厘米。使用ARC0TEC測試油墨和可購自Lotar Enterprises的測試筆測量表面能。作為 每一次檢驗的起始點，應使用具有中值，例如38mN/m(達因/厘米）的測試油墨或測試筆。如 果油墨線在材料表面上持續至少2秒保持不變而未變成液滴，那么材料的表面能與流體的 表面張力相同或比其更高。在這種情況下，將具有下一個較高值，例如，40mN/m(達因/厘米） 的測試油墨/測試筆應用到表面。必須以表面張力的下一個較高值到此點重復進行這一檢 驗，其中在2秒內流體線變成獨立液滴。如果在起始點（38mN/m(達因/厘米））處流體線就已 形成液滴，那么繼續使用較低值的測試油墨/測試筆進行檢驗，其通常為含有金屬的情況。 通常如32mN/m(達因/厘米）的一般限值所提及：如果表面能級低于這個值，那么粘著性較 差，高于這個值，那么粘著性為良好的或足夠的。
[0051] XPS
[0052] 使用具有標準單色A1 Ka 72瓦（12kV，6mA)X射線源的熱K-aXPS儀器來進行X射線 光電子光譜(XPS)測量。使用與敏感性因素特定相關的儀器評估峰面積。
[0053] SEM
[0054] 針對SEM研究，以80mA(高分辨率濺鍍涂布機208HR，克萊森頓(Cressington)M^Cu (銅）涂布在樣品兩側上150秒。使用以高真空模式及5kV和光點3.5運作的諾瓦（NOVA) nanoSEM 600(FEI，埃因霍溫，荷蘭)來獲得樣品表面的SEM圖像。使用EDT二次電子檢測器和 v⑶后向散射電子檢測器記錄圖像。
[0055] 接觸角
[0056] 制備數升鹽水溶液(9g/l氯化鈉水溶液）。使用圖5中所示的設置，將正在測試的材 料片貼附在具有雙面粘結劑的中空支撐體上。將鹽水溶液放入懸浮在薄片上方的注射器 中。向薄片施加一滴鹽水溶液并且當液滴接觸薄片時，每隔一秒以12幀對開始液滴進行拍 照。當完成記錄時，根據每一個圖像測量液滴的接觸角。
[0057] 所公開的主題可以在不脫離其精神和基本屬性的情況下以其它形式實施，并且因 此應當參考所附權利要求書，而不是前文說明書來指示所公開的主題的范圍。
【主權項】
1. 一種親水性非編織結構的制造方法，所述方法包含： a. 形成包含纖維的非編織結構;并且 b. 將所述非編織結構曝露于大氣壓等離子體，所述大氣壓等離子體包含惰性氣體和具 有極性基團的物質，并且其可被汽化成或制成噴霧劑并且在曝露于電介質阻擋放電后形成 自由基。 C .2. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中所述惰性氣體包含氮氣、氦氣、 氬氣或其組合。3. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中所述纖維選自由以下組成的群 組:hPP單組分纖維、無規共聚物PP纖維、聚乙烯單組分纖維、苯乙烯嵌段共聚物單組分纖 維、具有由聚乙烯制成的外鞘和核心的雙組分纖維，所述核心包含選自由以下組成的群組 的一或多個:聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烴。4. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中將所述非編織結構曝露于所述 大氣壓等離子體不會改變所述非編織結構的內部結構。5. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中將所述非編織結構曝露于所述 大氣壓等離子體不會改變所述纖維的內部結構。6. -種親水性非編織結構，其通過根據權利要求1到6中任一權利要求所述的方法生 成。7. -種具有化學改性表面的包含纖維的非編織結構，其中所述化學改性表面包含親水 性部分，其共價鍵合到形成纖維表面的聚合物，其中所述非編織結構的特征在于，在進行至 少3次含0.9wt%NaCl的水浸濕之后，接觸角等于或小于90°。8. 根據權利要求7所述的非編織結構，其中所述纖維選自由以下組成的群組:hPP單組 分纖維、無規共聚物PP纖維、聚乙烯單組分纖維、苯乙烯嵌段共聚物單組分纖維、具有由聚 乙烯制成的外鞘和核心的雙組分纖維，所述核心包含選自由以下組成的群組的一或多個： 聚酯、聚酰胺、苯乙烯嵌段共聚物以及聚烯烴(包括PP以及彈性材料）。9. 根據權利要求7到8中任一權利要求所述的非編織結構，其中所述親水性部分選自由 羥基及羧酸基組成的群組。10. 根據權利要求7到9中任一權利要求所述的非編織結構，其中所述結構進一步展現 出等于或大于40達因/厘米的表面能。11. 一種制品，其包含根據權利要求7到10中任一權利要求所述的非編織結構。12. 根據權利要求11所述的制品，其中所述制品為選自由以下組成的群組的吸收性制 品：紙尿褲、成人失禁產品、訓練褲、女性衛生墊以及衛生護墊。13. 根據權利要求12所述的制品，其中所述制品為一次性的。14. 根據權利要求12到13中任一權利要求所述的制品，其中所述制品包含具有上表面 的表層、背層以及安置在所述表層和所述背層之間的核心，其中所述表層的所述上表面包 含根據權利要求7到10中任一權利要求所述的非編織結構。
【文檔編號】A61F13/511GK105848620SQ201480069619
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月15日
【發明人】R·J·庫普曼斯, E·阿斯蘭-蓋勒耳, G·J·克拉森
【申請人】陶氏環球技術有限責任公司