透氣材料及其制造方法和用途的制作方法

專利名稱：透氣材料及其制造方法和用途的制作方法
發明的領域本發明涉及透氣材料的制造方法，具體涉及將不透氣材料施涂在透氣基片上并改變透氣面積的方法。更具體地說，本發明涉及將熱熔粘合劑涂覆在非織造卷材上，將氧氣滲透性面積限制在約占非織造織物面積的1％的方法，用于控制流入產生熱量的發熱單元的氧氣量。
發明的背景用于身體取暖器的發熱單元，尤其是使用反應性鐵粉和活性碳混合物的發熱單元是本領域已知的。這種發熱單元需要氧氣產生受控的放熱反應，在數小時內產生熱量。通常，將該混合物包裝在一個可滲透空氣的口袋中，并在使用前將該口袋密封在不透氣的外包裝中。透氣口袋可由非織造織物制成。在0.21大氣壓的壓力下難以使非織造材料的擴散氧氣滲透速度處于約0.5×105cm3/100英寸2/天至約其四倍的范圍內。因為要達到該范圍必須覆蓋大于約95％但小于100％的非織造織物表面。這種透氣性范圍是他人所不使用的。液體和空氣過濾過程需要更高的滲透性范圍(通常約50％敞開面積)，氣體分離隔膜具有較低的滲透性范圍(0％敞開面積)。
透氣隔膜已用于分離過程。例如，1992年4月7日授予Callaban等的美國專利5,102,552公開了一種可紫外光固化的聚合物，它涂覆在平均孔徑約為0.005-0.2微米的微孔載片上。1973年8月28日授予Bouchilloux等的美國專利3,754,375公開了一種各向異性的隔膜，它具有優良的滲透性能和良好的滲透特性。它包括乙烯基三有機基硅烷聚合物或共聚物，具有平均厚度0.01-10微米的致密層和20-80％敞開面積的多孔層。
其它人還嘗試將透氣性隔膜應用于發熱單元，但是成效不大。例如，1991年9月10日授予Usui的美國專利5,046,479公開了一種控制氧氣透過微孔薄膜的方法，其中對微孔薄膜進行熱熔處理以限制氧氣滲透至一次性滲透取暖器中。一個裝有鐵粉發熱劑的扁平口袋的透氣表面的單位面積透氣性為5000-10,000sec/100cc。但是這種微孔薄膜非常昂貴。
其它人用針在不透氣的薄膜上戳一些小孔以使發熱單元具有所需的氧氣滲透性。實踐中這種方法限制在相對較稀并且較大的孔的圖案。由于該限制，要求發熱單元的尺寸較大。較大發熱單元的缺點在于其是非撓性的，不能根據其施用的身體表面輪廓進行彎曲。用形成具有相同透氣性的更細微圖案的方法制得的較小的“針孔”能制成較小的但具有更好表面貼合性的發熱單元。同樣，較小的針孔能更好地防止發熱單元的粒狀化學品滲出。在用針處理薄膜使之具有透氣性的方法中，難以控制透氣性的輕微變化。同樣，在針刺加工時薄膜的張力會撕裂或以其它形式擴大針孔；因此當卷材張力變化時難以控制針孔的尺寸。
其它人將粘合劑涂覆在多孔卷材上。其例子有1996年11月26日授予Ahr等的美國專利5,558,344，它報道了使用圓周上帶網格的印輥將樹脂材料施加至基片卷材上。該印輥的表面速度比基片卷材的表面速度至少大100％。表面速度差產生的涂抹過程導致樹脂材料滲入基片，使基片具有水不滲透性。Ahr等未試圖提供小于100％的覆蓋率，并未建議使用這種方法將基片的氧氣滲透性控制在一個窄的范圍內。
本發明的一個目的是提供一種氧氣滲透性材料的價廉的制造方法，這種材料的滲透性在控制發熱單元中產生的熱量所需的窄范圍內。
本發明另一個目的是提供一種透氣材料的制造方法，在含發熱混合物的不透氣口袋邊緣可直接密封該材料，無需熱密封。
本發明再一個目的是提供一種透氣材料的制造方法，其中一個簡單的步驟變化就能在所需的窄范圍內輕微地改變材料的氧氣滲透性。
發明概述在本發明的一個方面，一種在0.21大氣壓驅動力下擴散性氣體滲透速度為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天的透氣材料的制造方法包括如下步驟首先把不透氣材料的斑點圖案涂布在多孔基片上；然后放大上述的斑點圖案，以覆蓋約95％(較好約99％)以上的多孔基片，使得上述的擴散氣體滲透性僅存在于上述斑點圖案之間的敞口(opening)處。上述的擴散氣體滲透速度較好是擴散性氧氣滲透速度，但它也可包括二氧化碳和其它氣體。上述的不透氣材料較好是熱熔粘合劑，且上述的多孔基片較好是非織造織物。
上述斑點圖案的放大步驟包括當把上述斑點圖案印刷在上述多孔基片上時把基本上圓形的斑點拖抹成橢圓形的斑點。上述的基本上圓形的斑點較好排列成使得上述的拖抹可令橢圓形的斑點部分重疊。上述的拖抹是通過操作旋轉印刷絲網，使其表面速度大于上述多孔基片的牽引速度來實現的。
或者，上述的斑點圖案放大步驟可包括涂覆斑點圖案后通過固定的間隙壓延上述的多孔基片。上述間隙的尺寸小于上述多孔基片和上述斑點圖案的總厚度，使得壓延后上述斑點圖案的每個斑點放大成與其它斑點部分重疊。較好放大上述的斑點圖案，使放大后的各個斑點與至少另兩個放大的等距離斑點部分重疊，在所有等距離斑點之間形成大小和形狀基本上均勻的敞口。
在本發明的另一個方面，加熱元件包括具有不透氧袋的底片、裝在上述袋中且當與氧氣接觸時發生放熱反應的許多顆粒以及在上述袋周圍的法蘭處密封到底片上用于封裝這些顆粒使其不能從袋中掉出來的頂片。上述的頂片具有多孔的基片，該基片涂有用不透氧材料制成的斑點圖案，上述的不透氧材料均勻地覆蓋95％以上的上述多孔基片表面，使得在0.21大氣壓的驅動力下擴散性氧氣滲透速度為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天。
上述的不透氧材料較好是熱熔粘合劑，上述的多孔基片較好是非織造織物。上述的熱熔粘合劑較好在上述多孔基片面向袋的一側上，使該熱熔粘合劑也可用于將上述的頂片密封到上述的底片上。
附圖簡介雖然說明書和后附的權利要求書已特別指出和明確本發明要求保護的內容，但參照附圖并根據如下優選實施方式的描述可更好地理解本發明。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。


圖1是本發明發熱元件的優選實施方式的頂視圖，它揭示了用透氧頂片覆蓋的基本上圓形的元件。
圖2表示沿圖1中剖面線2-2所取的局部正剖視圖。它表示由不透氧底片制成的袋、袋中的發熱材料顆粒和覆蓋該袋的頂片。該頂片包括多孔基片以及位于頂片和底片之間的不透氧材料的圖案層。
圖3是制造本發明頂片的方法的側透視圖。它揭示一個印刷膠輥，該膠輥以比基片牽引速度更快的表面速度在多孔基片上涂覆不透氣材料的基本上圓形斑點，從而使這些斑點在多孔基片上拖抹成橢圓形。
圖4是制造本發明頂片的另一方法的側透視圖。它揭示在多孔基片上輥涂不透氣材料的基本上圓形的斑點，然后進行壓延步驟，使斑點擴大重疊。
圖5是擴散氧氣滲透速度與另一種印刷斑點熱熔拖抹方法中印刷膠輥速度對多孔基片膜速度之比的關系。
發明的詳細描述現在參照附圖，更具體地參照圖1和2，它表示本發明的第一優選的實施方式。該方法提供一個發熱元件，總括地表示為10。加熱元件10有一個形成在不透氣底片14(如0.025毫米厚的低密度聚乙烯薄膜)上的袋12。加熱元件10也有一個透氣的頂片16。該頂片較好是涂有閉塞材料(occluding material)的非織造織物，以限制非織造織物擴散氧氣滲透速度。頂片16較好用密度為14克/米2的聚丙烯非織造織物制成。閉塞材料18較好是熱熔粘合劑，如Century International ofColumbus，OH制造的CA-X-105-A3。更優選的是壓敏粘合劑，因為當它涂布在頂片16面向底片14的一側上時，它是理想的閉塞材料，而且該兩個片材不用熱合就可結合。
袋12較好是直徑約為12.5毫米和深度約為6.5毫米的圓形。加入袋12內的是化學發熱材料20。它較好是鐵粉顆粒、粉末狀活性炭、水和鹽。這些化學材料需要氧氣以引發放熱反應。當控制進入袋內的氧氣速度時，就可控制發熱的溫度和時間。因此，氧氣通過頂片16進入袋中的滲透速度是重要的。關于發熱元件12的進一步細節可參見1995年6月29日提出的題目為“發熱元件”的待審申請08/496,694，該申請已轉讓給本發明的申請人。該申請的內容參考結合在本申請中。
當用0.21大氣分壓驅動時，加熱元件12所需的透氧率約為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天。0.21大氣壓驅動力是指基片一側的氧氣分壓高于另一側。這就是說，基片的一側與另一側沒有總壓差，僅有氧氣濃度差。以這種僅由頂片16提供的透氧率，發熱可持續8小時左右，溫度約為40-43℃。
當頂片16是涂有熱熔粘合劑18且覆蓋95％以上表面的非織造織物，化學發熱材料顆粒有效地保持在袋12中，且在搬動加熱元件10時，化學發熱材料顆粒不會掉出。
本發明的優選實施方式表示在圖3和4中。圖3是總括地表示為30的輥涂法。該圖中，輥32的表面上涂有基本上圓形的閉塞材料斑點34。使透氣頂片材料的卷材36以表面速度38在輥32下通過，表面速度38低于輥32的表面速度40。當斑點從輥32轉印到卷材36時，表面速度差使基本上圓形的斑點34在卷材36上縱向拖抹，在頂片卷材36上形成橢圓形閉塞材料斑點42。斑點34在輥32上的位置，較好是使得當在卷材36上拖抹時，除其縱向末端外各斑點42部分重疊。經拖抹的斑點42的縱向末端之間有一個敞口。這些敞口提供氣體滲透進頂片卷材36的通道。
在一個優選的實施方式中，輥32的直徑約為220毫米，表面速度40為0.21米/秒。頂片卷材36較好是表面速度38約為0.13米/秒的非織造織物。表面速度之比為1.61。基本上圓形的斑點34較好是用常規絲網印刷法(未畫出)擠出在輥32表面上的熱熔壓敏粘合劑。上述的絲網較好有#40標準目，且由Stork Screens ofAmerica，Inc.of Charlotte，NC制造。印刷溫度約為260°F，涂布在頂片卷材36上的涂布重量約為47克/米2。在卷材36上拖抹斑點34后，形成的斑點部分重疊，非織造頂片卷材36的透氣率較好約為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天。
方法30可涂布熱熔粘合劑以外的閉塞材料和非織造卷材。例如，可將熱塑性塑料、熱固性塑料和/或高粘度流體冷卻在微孔性薄膜、紙和細的絲網上。斑點34也可以是基本上圓形以外的圖形。例如，它可以是橫向長度大于縱向長度的橢圓形。形成的拖抹可以在卷材上產生基本上圓形的斑點。也可以在卷材36上轉印和拖抹多邊形，以便將經拖抹斑點間的敞口制成任何所需的形狀。
圖5表明改變絲網印刷機的旋轉絲網與被印刷多孔基片卷材的表面速度之比對通過基片卷材的擴散性氧氣滲透速度的影響。卷材速度保持不變的0.13米/秒，而絲網表面速度在0.19-0.26米/秒范圍內調節。如圖5所示，當增加絲網速度對卷材速度之比時，擴散性氧氣滲透速度減小。擴散性氧氣滲透速度減小是熱熔粘合劑斑點被拖抹到更大程度的結果，從而閉塞更大百分數的多孔基片開口區域。
圖4表明本發明的另一優選方法，總括地表示為50。方法50是兩步斑點轉印和壓延法。第一根輥52類似于圖3中的輥32，輥52上置有基本上圓形的閉塞材料斑點54。透氣頂片材料卷材6從輥52下通過，斑點54從輥52轉印到卷材56上，形成轉印斑點58。方法50包括第二根或第二對輥60-61。這對輥較好具有小于卷材56和斑點58的總厚度的固定間隙B。因此，輥60-61把斑點58壓延成更大的斑點62。斑點62相互重疊，在它們之間有基本上長方形的敞口。敞口64提供氣體滲透入頂片卷材56的通道。在本實施方式中，不需要不同的表面速度，但也可有不同的表面速度，以在壓延前部分放大斑點58。基本上圓形的斑點54較好是用常規絲網印刷法(未畫出)放置在輥52表面上的熱熔粘合劑。在方法50的這一步中，這些斑點較好不重疊，但稍有重疊是允許的。在卷材56上壓延斑點58后，形成的斑點62較好部分重疊，壓延后非織造頂片卷材56的擴散性氧氣滲透速度較好約為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天。
方法50可涂布熱熔粘合劑以外的閉塞材料和非織造卷材。例如，可將熱塑性塑料、熱固性塑料和/或高粘度流體冷卻在微孔性薄膜、紙和細的絲網上。斑點54也可以是基本上圓形以外的圖形。例如，它可以是橫向長度大于縱向長度的橢圓形。也可以在卷材56上轉印多邊形，以便將放大斑點間的敞口制成任何所需的形狀。
雖然已對本發明的具體實施方式
作了說明和解釋，但本領域中的普通技術人員顯然可以在不偏離本發明精神和范圍的條件下對其作各種變化和改進。因此，所附的權利要求書應覆蓋所有這些本發明范圍內的改進。
權利要求
1.一種在0.21大氣壓擴散驅動力下擴散性氣體滲透速度為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天的透氣材料的制造方法，其特征在于所述的方法包括如下步驟a)把不透氣材料的斑點圖案涂布在多孔基片上；和b)放大所述的斑點圖案，以覆蓋95％以上的多孔基片，使得所述的氣體滲透性僅存在于所述斑點圖案之間的敞口上。
2.一種加熱元件，其特征在于a)帶有一個袋的底片，所述的底片不能透過氧氣；b)裝在所述袋中的許多顆粒，當與氧氣接觸時，這些顆粒發生放熱反應；c)在所述袋周圍的法蘭處密封到底片上的頂片，以封裝這些顆粒，使其不能從袋中掉出來，所述的頂片具有多孔的基片，所述的基片涂有用不透氧材料制成的斑點圖案，所述的不透氧材料均勻地覆蓋95％以上的所述多孔基片表面，使得在0.21大氣壓擴散驅動力下擴散性氧氣滲透速度為0.5×105厘米3/100英寸2/天至2×105厘米3/100英寸2/天。
3.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述的氣體滲透速度是擴散性氧氣滲透速度。
4.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述斑點圖案的放大步驟的特征是當把所述斑點圖案印刷在所述多孔基片上時把基片上圓形的斑點拖抹成橢圓形的斑點，所述基本上圓形的斑點的排列方式會使得所述的拖抹可令橢圓形的斑點部分重疊。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于通過在表面速度大于所述多孔基片的牽引速度的條件下操作旋轉印刷絲網來進行所述的拖抹。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述的斑點圖案放大步驟的特征是涂覆斑點圖案后通過固定的間隙壓延所述的多孔基片，所述間隙的尺寸小于所述多孔基片和所述斑點圖案的總厚度，使得壓延后所述斑點圖案的每個斑點與其它斑點部分重疊。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于放大所述的斑點圖案，使放大后的各個斑點與至少另兩個放大的等距離斑點部分重疊，在所有所述等距離斑點之間形成大小和形狀基本上均勻的敞口。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述的不透氣材料是熱熔粘合劑。
9.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述的多孔基片是非織造織物。
10.如上述權利要求中任一項所述的加熱元件，其特征在于所述的不透氧材料是熱熔粘合劑，所述的多孔基片是非織造織物，所述的熱熔粘合劑放在所述多孔基片面向袋的一側上，使所述的熱熔粘合劑也可用于將所述的頂片密封到所述的底片上。
全文摘要
一種在0.21大氣壓擴散驅動力下擴散性氣體滲透速度為0.5×10
文檔編號D06M23/16GK1264442SQ98807344
公開日2000年8月23日 申請日期1998年7月15日 優先權日1997年7月18日
發明者P·W·漢米爾頓, K·S·麥克圭爾 申請人:普羅克特和甘保爾公司