耐用非織造過敏原阻擋層壓體的制作方法

專利名稱：耐用非織造過敏原阻擋層壓體的制作方法
耐用非織造過敏原阻擋層壓體
背景技術：
1.發明領域本發明涉及用作可洗滌覆蓋物的過敏原阻擋層壓體，所述可洗滌覆蓋物用于包括諸如枕套和床罩之類物件的被褥制品。
2.
背景技術：
Knoff等人的美國專利申請公布US2008/0120783討論了一種過敏原阻擋織物、以及各自包括過敏原阻擋織物的床墊、枕頭、床罩和襯里。該專利公布公開了這些過敏原阻擋織物可經受至少10次洗滌，甚至至多50次洗滌而不發生各種織物層的機械分離或分層；然而按過濾效率測量，該專利公布沒有提到此類織物可如何常規地經受許多次的洗滌而仍然保持它們作為阻擋材料的主要功能。由于很多被褥制品均需要進行常規洗滌，因此實際上過敏原阻擋件需要兼具機械耐久性和過濾性能耐久性。發明概沭在一個實施方案中，本發明涉及用作過敏原阻擋結構的層壓體，其依次包括a)第一非織造織物層，所述第一非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重；b)非織造過敏原阻擋層，所述非織造過敏原阻擋層具有6至10克/平方米的基重并且由纖維組成，所述纖維由第二熱塑性聚合物制成并且具有100至450納米的平均直徑；和c)第二非織造織物層，所述第二非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重；其中所述層a)、b)和c)用多個均勻間隔開的熱粘結點來熱點粘結在一起，其中相鄰的粘結點之間的最大間距為2mm至5mm ;并且其中在15次洗滌之后，按ASTM F2638-07測量，對于至多I. 6升/分鐘氣流的I微米顆粒挑戰，所述層壓體具有95%或更大的過濾效率。附圖
簡沭圖I和圖2為一些具有多個均勻間隔開的熱粘結點的粘結圖案的例證，所述熱粘結點提供耐用過敏原阻擋層壓體。發明詳沭在一個實施方案中，本發明涉及用作用于被褥制品的可洗滌覆蓋物的層壓體，所述層壓體具有35至70克/平方米，優選地35至45克/平方米的總基重，并且是一種過敏原阻擋結構，在15次洗滌之后，按ASTM F2638-07測量，當使用I微米顆粒挑戰和至多I. 6升/分鐘氣流時，其保留95%或更大的過濾效率。所述層壓體依次包括第一非織造織物層，所述第一非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重；非織造過敏原阻擋層，所述非織造過敏原阻擋層具有6至10克/平方米的基重并 且由具有100至450納米的平均直徑的纖維組成；和第二非織造織物層，所述第二非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重。
此外，所述三個層還用多個均勻間隔開的熱粘結點來熱點粘結在一起，其中相鄰的粘結點之間的最大間距為2mm至5_。在一些優選的實施方案中，所述相鄰的粘結點之間的間距為3mm至4mm。據信所述層壓體具有改善的過敏原性能和耐久性的ー個原因是具有至少6克/平方米的基重的非織造過敏原阻擋層和高密度的熱點粘結的組合。所述耐久性的另ー個原因是，層壓體的兩個外層包括由相同熱塑性聚合物制成的纖維，這減小了所述兩個非織造外織物層在毎次連貫洗滌時發生的不相等的層收縮，從而幫助消除了層壓體中的局部應力，所述局部應カ可導致層壓層之間的分離或結構皺紋。外部非織造織物層通過熱點粘結連結到過敏原阻擋層，所述熱點粘結可通過使用常規的點粘結機來實現，所述點粘結機包括一個或多個輥隙和ー個或多個具有壓花圖案的加熱的輥。一種優選的方法是利用超聲波粘結。為方便起見，過敏原阻擋層可被預組合或紡絲到第一非織造織物層上，并且按卷來提供給粘結機的一個退繞器，同時將ー卷第二非織造織物層提供給粘結機的第二退繞器。然后組合所述兩個片材，使過敏原阻擋層處在中間并且點粘結在粘結機的至少ー個輥隙中以形成層壓體。作為另外一種選擇，粘結機可采用三個退繞器。然后第一、第二和第三退繞器將分別具有ー卷第一非織造織物層、一卷過敏原阻擋層和ー卷第二非織造織物層。然后可組合這三個片材，使過敏原阻擋層處在中間并且點粘結在粘結機的至少ー個輥隙中以形成層壓體。在粘結之后，如果需要，可在卷繞成一卷之前冷卻層壓體。層壓體具有在層壓體上均勻間隔開的多個離散的粘結區域。所述相鄰的粘結點之間的最大間距為2mm至5mm ;優選地3mm至4mm。圖I表示了ー種可能的粘結圖案I的ー個小片段，所述粘結圖案包括被布置成矩形陣列的一組均勻間隔開的熱粘結點，所述熱粘結點包括圓形粘結點2。在該類型的矩形圖案中，“相鄰的粘結點” g在包括直接正交于某個粘結點的四個粘結點，如同在羅盤的北、南、東和西方向上那樣。在矩形粘結圖案中，彼此成對角線的粘結點不被認為是如本文所定義的相鄰的粘結點。如圖I所示，兩點之間的對角線距離“A”將總是長于兩點之間的正交距離，所述正交距離在該圖中由在點陣列中豎直取向的距離“B”來表示。作為另外ー種選擇，“B”也可被示出為在陣列中為水平取向的，結果相同。在基本的幾何形狀中，矩形陣列中的兩點之間的正交距離總是短于對角線距離。因此矩形粘結圖案中的相鄰的粘結點之間的最大間距為相鄰的點之間的最大豎直距離或水平距離，所述距離從ー個點的外表面測量至另ー個點的外表面。在一些優選的實施方案中，在矩形陣列中，陣列中的水平點之間的距離等于陣列中的豎直點之間的距離。圖2表不了ー種備選粘結圖案3的ー個小片段,所述粘結圖案包括被布置成三角形陣列或偏移陣列的一組均勻間隔開的熱粘結點，所述熱粘結點包括圓形粘結點4。在該類型的三角形圖案中，“相鄰的粘結點” _在包括直接與粘結點對角的四個粘結點。如圖2所示，兩點之間的水平距離“C”可小于相鄰的點之間的對角線距離“D”;然而，對于本文來講，該類型陣列中的相鄰的粘結點為彼此成對角線的那些點，它們在粘結點陣列中可取向為彼此左對角或右對角的。因此該類型的三角形粘結圖案中的相鄰的粘結點之間的最大間距為陣列中兩點之間的最大對角線距離，所述距離從ー個點的外表面測量至另ー個點的外表面。在一些優選的實施方案中，在三角形陣列或偏移陣列中，陣列中所有相鄰的點之間的對角線距離是相等的。在一些實施方案中，所述多個熱粘結點包括具有1_至2_的有效直徑的點。在、一些實施方案中，粘結點具有實心圓形形狀；然而，其它實心形狀也是可能的，包括橢圓形、菱形、正方形、三角形、以及其它幾何圖形。所謂有效直徑是指如下圓的直徑，所述圓具有的周長等于粘結點形狀的實測周長。在一些實施方案中，層壓體的剝離強度為O. 5磅/英寸或更大。據信這確保層壓體足夠被粘附在一起，并且指示可經受很多次洗滌/干燥循環的足夠的洗滌和機械耐久性。已發現剝離強度為O. 31bs/in或更小的層壓體在洗滌期間具有大規模的分層。在多次洗滌之后，剝離強度大于O. 31bs/in但小于O. 51bs/in的層壓體趨于具有規模不大大的分層，但確實表現出了紋理化表面的跡象，所述跡象指示小規模的或局部的分層 。在一些實施方案中,層壓體的透氣率為5立方英尺/分鐘或更大。在一些優選的實施方案中，層壓體的透氣率為25立方英尺/分鐘或更大。這提供實際使用被褥物件時所需的層壓體的足夠量的空氣透氣性，所述被褥物件被阻擋層壓體完全包封。阻擋層壓體的高透氣率允許通過如下方式在被褥物件諸如枕頭中進行適當的氣流管理防止包封的被褥物件發生過度增壓和氣脹，并且最小化局部熱紋在被褥中的積聚。盡管具有小于5立方英尺/分鐘的透氣率的層壓體可被認為具有改善的阻擋性，但如果層壓體不具有足夠的透氣率，則被褥物件在使用期間將會被增壓，諸如因人的頭部放置在枕頭上而導致的增壓。這迫使枕頭中的空氣通過拉鎖和/或縫紉接縫被擠出，而不是通過阻擋材料被擠出；這不是人們所期望的，因為拉鎖和縫紉接縫趨于提供比層壓體差得多的過濾能力。在15次洗滌之后，按ASTM F2638-07測量，當使用I微米顆粒挑戰和至多I. 6升/分鐘氣流來測試時，所述層壓體的過濾效率為95%或更大。據信該水平的過濾效率提供足夠的防護和阻擋特性，因為ー些過敏原可小至I微米(即貓的皮屑，成片段的更大過敏原等)，并且過敏原織物應當成為ー種有效的過濾介質，其對應于源自被褥的大部分所預期的過敏原的挑戰水平。氣流水平可在某種程度上影響過敏原織物/組合件的過濾效率，并且I. 6升/分鐘的氣流表示略高于人在睡眠時的正常活動期間通常所經歷的空氣排量，因此是ー種更嚴格的層壓體性能測試。層壓體包括至少第一非織造織物層和第二非織造織物層，這兩個層均包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維，并且這兩個層均具有至少15克/平方米的基重。在一些實施方案中，所述層中的至少ー個具有至少18克/平方米的基重；在ー些實施方案中，所述兩個層均具有至少18克/平方米的基重。所謂“非織造材料”是指形成柔性片材的纖維網絡不是通過編織或針織制成的，而是通過以下方式結合在一起(i)機械互鎖至少ー些纖維，(ii)熔合一些纖維的至少ー部分，或(iii)通過使用粘合劑材料粘結至少ー些纖維。非織造材料包括氈、射流噴網法(或水刺法)織物和片材、閃紡織物和片材、紡粘及熔噴織物和片材等。在ー些優選的實施方案中，所述非織造材料為紡粘織物。該類型織物的實例包括但不限于源自Kolon的紡粘Merabon 型式Q2017NW或Q2020NW聚丙烯非織造織物；源自Kolon的Finon 型式C3020NW、K2020NW或K2030NW聚酯紡粘非織造織物；源自Toray Saehan Inc的紡粘15. 3g/m2或18g/m2聚丙烯非織造織物；和源自Cerex Advanced Fabrics, Inc的Cerex O. 5至2oz/yd2 尼龍非織造織物。Kolon 位于 Kwacheon-city, Kyunggi-do South Korea。ToryaSaehan Inc.位于 Seoul, South Korea。Cerex Advanced Fabrics, Inc 位亍 Cantonment,FL0
在一些實施方案中，第一和第二非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維，所述第一熱塑性聚合物選自聚酰胺、聚丙烯、聚酯、以及它們的混合物。在一些優選的實施方案中，所述聚合物為聚丙烯。在一些實施方案中，第一熱塑性聚合物具有比第二熱塑性聚合物高至少30攝氏度的熔點，比如當外部非織造層為例如尼龍，尤其是尼龍6，6或聚對苯二甲酸酯并且過敏原阻擋層為聚丙烯或聚氨酯時就是如此。這允許功能性過敏原阻擋層耐用地連結到非織造的正面和背面織物層的內側，而無需在粘結點透熔外部非織造織物層。這可改善最終層壓體的舒適性(即柔軟性、平坦度)和視覺(即無粘結點圖案)美觀特征。在一些優選的實施方案中，第二熱塑性聚合物具有比第一熱塑性聚合物高至少30攝氏度的熔點，比如當外部非織造層為聚丙烯并且過敏原阻擋層為尼龍時就是如此。這允 許在粘結點透熔外部非織造織物層以增加或改善層壓體的粘合強度和洗滌和/或機械耐久性，而不透熔功能性過敏原阻擋層。這可改善最終層壓體的阻擋和功能屬性，因為在粘結點不存在功能性過敏原阻擋層的透熔，所述透熔可導致過度壓縮并減小穿過該層的氣流。在另一個優選的實施方案中，第一熱塑性聚合物和第二熱塑性聚合物的熔點為相同的或基本上相同的，比如當外部非織造層和過敏原阻擋層均由相同的聚合物諸如均由尼龍，均由聚丙烯，或均由聚酯層壓體制成時就是如此。如果各個層由不同的聚合物，則這可減小這些層之間的粘結點處的潛在應力，所述應力起因于具體熱變形或收縮特征上的差別。過敏原阻擋層具有6至10克/平方米(gsm)的基重。小于6gsm的基重據信會促進層壓體的分層，并且據信不具有可經受至少15次洗滌的足夠的機械完整性。不認為大于IOgsm的基重會有助于基本上改善性能，但不會增加附加非期望的成本。過敏原阻擋層為由纖維組成的非織造材料，所述纖維具有100納米至450納米的平均直徑。如本文所用，所謂平均直徑，是指非織造材料中的各個纖維的數均纖維直徑。在一些實施方案中，過敏原阻擋層包括由第二熱塑性聚合物制成的纖維，所述第二熱塑性聚合物不同于第一和第二非織造織物層中所用的第一熱塑性聚合物。在其它實施方案中，過敏原阻擋層包括由第二熱塑性聚合物制成的纖維，所述第二熱塑性聚合物相同于第一和第二非織造織物層中所用的第一熱塑性聚合物。在一些實施方案中，過敏原阻擋層由纖維組成，所述纖維由選自下列的聚合物制成聚酰胺、聚丙烯、聚酯、以及它們的混合物。在一些實施方案中，過敏原阻擋層由纖維組成，所述纖維由選自下列的聚合物制成聚氨酯、聚烯烴、以及它們的混合物。在一些優選的實施方案中，所述非織造材料包括由尼龍制成的纖維。在一些實施方案中，過敏原阻擋層具有3. 5m3/min/m2或更大的弗雷澤透氣率。在一些優選的實施方案中，透氣率為5m3/min/m2或更大,并且在一些最優選的實施方案中,透氣率為8m3/min/m2或更大。穿過本發明的納米纖維層的高氣流導致過敏原阻擋織物由于它們的透氣性而向使用者提供極大的舒適性，同時仍然保持低水平的過敏原滲透。在一些實施方案中，用作過敏原阻擋層的含聚合物納米纖維的纖維網可通過諸如靜電紡紗或電吹法之類的技術來生產。靜電紡紗和電吹技術兩者均可應用于多種多樣的聚合物，只要所述聚合物可在相對溫和的紡絲條件即基本上環境溫度和壓力條件下溶解于某種溶劑即可。聚合物溶液通過選擇適當的用于聚合物的溶劑來制備。合適的溶劑可包括醇、甲酸、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺。聚合物溶液可包括其它添加劑，包括任何與相關聚合物相容的樹脂、增塑劑、紫外線穩定劑、交聯劑、固化劑、反應引發劑、著色劑諸如染料和顏料等。如果期望和/或需要，可利用加熱來幫助溶解聚合物或添加劑。在靜電紡紗中，在聚合物溶液和目標表面之間施加高電壓以產生納米纖維和非織造墊。盡管可能存在很多種排列，但實質上電荷聚積在溶液小滴上直到電荷克服了小滴的表面張力為止，從而導致小滴延長并形成纖維材料，所述纖維材料被朝著目標表面“紡絲”。代表性靜電紡紗方法公 開于例如美國專利4，127，706和6，673，136中。在電吹法中，將聚合物的溶液和溶劑喂入到噴絲頭內的紡絲噴嘴中，向所述噴絲頭上施加高電壓，并且聚合物溶液通過所述噴絲頭排出。同時，任選地加熱的壓縮氣體(通常為空氣)從空氣噴嘴排出，所述空氣噴嘴設置在紡絲噴嘴的側面或周邊。所述空氣一般被向下引導作為吹氣流，所述吹氣流包封并推進源自紡絲噴嘴的聚合物溶液并且有助于形成纖維網。一般來講，使用形成多個纖維網的多個噴絲頭，所述纖維網在電接地的目標上被收集為墊材，所述電接地的目標通常為真空室上方的多孔收集帶。一種代表性電吹法公開于國際公布W02003/080905(美國序列號10/822,325)中。該方法能夠使纖維網具有lg/m2和更高的基重。所述層壓體用于一系列的被褥和室內裝潢織物的應用，包括但不限于枕頭和床墊套料、枕頭和床墊護罩、枕套和床罩、被單、床墊褥、被子和羽絨被。測試方法過濾效率測試。使用由ASTM F2638-07規定的方法測定了 I微米挑戰時的過濾性能，所述方法為使用氣溶膠過濾時的標準測試方法，用于測量作為代用微生物阻擋件的多孔包裝材料的性能。纖維直徑如下測定。在5，000倍放大率下拍攝各納米纖維層樣本的十張掃描電鏡(SEM)圖像。由照片測量十一(11)個清晰可辨的納米纖維的直徑并進行記錄。不包括瑕疵(即，納米纖維的凸塊、聚合物球、納米纖維的交叉處)。計算每個樣本的平均(中值)纖維直徑。透氣率。在最少35次洗滌/干燥循環之前和之后，測定了層壓體的弗雷澤透氣率以檢查與樣本洗滌耐久性相關的任何結構變化。弗雷澤透氣率為多孔材料透氣率的量度并以單位ft3/min/ft2記錄。其測量在O. 5英寸(12.7mm)的水壓差下通過材料的氣流體積。將孔口安裝在真空體系內以將空氣通過樣本的流量限制到可測量的程度。孔口尺寸取決于材料的孔隙率。弗雷澤透氣率以單位ft3/min/ft2使用Sherman ff. Frazier Co.的具有校準孔口的雙壓力計來測量，并且將其轉換成單位m3/min/m2。在若干個位置用標準商業FX3300透氣率測試儀(弗雷澤)在125Pa下在38cm2的面積上測量了 5次所有洗滌的和未洗滌的層壓體。洗滌耐久性。所有層壓體在典型的GE頂裝式消費者洗滌機中洗滌并在典型的GE消費者空氣烘干機中干燥。五個層壓體樣本被用于洗滌耐久性測試。洗滌耐久性測試由15次洗滌循環組成，其中每次洗滌循環均包括在熱/溫選檔洗滌( 60分鐘)，其中熱水溫度設定在140F，接著40分鐘的低至中檔溫度的空氣風干，所有樣本均是用典型的可商購獲得的現貨洗滌劑洗滌的。檢視了每個洗滌的樣本以檢查是否存在任何分層或紋理化跡象(即，暗示局部分層的表面褶皺)。通過ASTM D-3776測定基重，結果以g/m2記錄。實施例所有層壓體均使用了由尼龍6，6納米纖維組成的過敏原阻擋層，所述納米纖維是使用國際公布W02003/080905所公開的方法制備的。在以下實施例中，數字項(例如，1-1,1-2)示出了本發明的實施方案，而字母項(例如1-A，1-B)示出了比較。實施例I在15次洗滌之后，該實施例示出了層壓體的結構完整性和過濾性能。制備了三層的層壓體，它們具有兩個紡粘聚丙烯非織造織物外層，所述外層以超聲波方式粘結到具有300nm標稱纖維尺寸的6g/m2的納米纖維過敏原阻擋層。具體地講，通過如下方式來制備層壓體將納米纖維過敏原阻擋層沉積在一個紡粘聚丙烯非織造織物層上，然后將第二紡粘聚丙烯非織造織物層放置到暴露的納米纖維過敏原阻擋層上，并且使用可商購獲得的超聲波設備以超聲波方式將所有層粘結在一起。就項1-1和1-2而言，紡粘聚丙烯非織造織物層在兩個側面上均具有18g/m2的基重。就項1-3而言，一個紡粘聚丙烯非織造織物層具有15. 3g/m2的基重，而另一個具有18g/m2的基重。然后在15次洗滌之前和之后，評估了這些樣本的過濾效率、透氣率和結構完整性。如表I所示，在15次洗滌之后，這些層壓體保留了至少95%的過濾效率，保持了良好的透氣率，并且通過了結構完整性測試。表I
權利要求
1.用作過敏原阻擋結構的層壓體，所述層壓體依次包括 a)第一非織造織物層，所述第一非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重； b)非織造過敏原阻擋層，所述非織造過敏原阻擋層具有6至10克/平方米的基重并且由纖維組成，所述纖維由第二熱塑性聚合物制成并 且具有100至450納米的平均直徑；和 c)第二非織造織物層，所述第二非織造織物層包括由第一熱塑性聚合物制成的纖維并且具有至少15克/平方米的基重； 其中所述層a)、b)和c)用多個均勻間隔開的熱粘結點來熱點粘結在一起，其中相鄰的粘結點之間的最大間距為2mm至5mm ;并且 其中在15次洗滌之后，按ASTM F2638-07測量，對于至多I. 6升/分鐘氣流的I微米顆粒挑戰，所述層壓體具有95%或更大的過濾效率。
2.權利要求I的層壓體，其中所述相鄰的粘結點之間的間距為3mm至4mm。
3.權利要求I的層壓體，其中所述多個熱粘結點包括具有Imm至2mm的有效直徑的點。
4.權利要求I的層壓體，其中所述第一熱塑性聚合物與所述第二熱塑性聚合物相同。
5.權利要求I的層壓體，其中所述第一熱塑性聚合物為選自以下的聚合物聚酰胺、聚丙烯、聚酯、以及它們的混合物。
6.權利要求I的層壓體，其中所述第二熱塑性聚合物為選自以下的聚合物聚酰胺、聚丙烯、聚酯、以及它們的混合物。
7.權利要求I的層壓體，其中所述第二熱塑性聚合物為選自以下的聚合物聚氨酯、聚烯烴、以及它們的混合物。
8.權利要求I的層壓體，其中層a)或c)具有至少18克/平方米的基重。
9.權利要求I的層壓體，其中層a)和c)具有至少18克/平方米的基重。
10.權利要求I的層壓體，其中所述層壓體的透氣率為5立方英尺/分鐘或更大。
11.權利要求10的層壓體，其中所述層壓體的透氣率為25立方英尺/分鐘或更大。
12.權利要求I的層壓體，其中所述第一熱塑性聚合物具有比所述第二熱塑性聚合物高至少30攝氏度的熔點。
13.權利要求I的層壓體，其中所述第二熱塑性聚合物具有比所述第一熱塑性聚合物高至少30攝氏度的熔點。
14.權利要求I的層壓體，其中所述第一熱塑性聚合物和所述第二熱塑性聚合物具有相同或基本上相同的熔點。
全文摘要
用作過敏原阻擋結構的層壓體，所述層壓體依次包括第一非織造織物層，所述第一非織造織物層具有包含第一熱塑性聚合物的纖維并且具有至少15g/m2的基重；非織造過敏原阻擋層，所述非織造過敏原阻擋層具有6g/m2至10g/m2的基重并且由纖維組成，所述纖維包括第二熱塑性聚合物并且具有100至450納米的平均直徑；和第二非織造織物層，所述第二非織造織物層具有包含第一熱塑性聚合物的纖維并且具有至少15g/m2的基重；其中所述層用多個均勻間隔開的熱粘結點來熱點粘結在一起，其中相鄰的粘結點之間的最大間距為2mm至5mm；并且其中在15次洗滌之后，所述層壓體具有95％或更大的過濾效率。
文檔編號B03C3/00GK102648092SQ201080045402
公開日2012年8月22日 申請日期2010年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者D·W·考卡 申請人:納幕爾杜邦公司