專利名稱：涂層納米纖維網的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含非織造纖維網的制品。更具體地講，本發(fā)明涉及含有涂層納米纖維的納米纖維網。
背景技術：
對由含有納米纖維的非織造材料生產的制品的需求一直在持續(xù)增長。納米纖維網因其比表面積大、孔徑小和其它特性而受到歡迎。典型地，納米纖維(通常也稱作微纖維或超細纖維)的直徑小于1000納米或1微米?？赏ㄟ^多種方法并且由多種材料來生產納米纖維。雖然已有數(shù)種方法可用來制造納米纖維非織造纖維網，但每種方法都有缺點，并且生產高性價比的納米纖維仍有困難。
生產納米纖維的方法包括通過熔體原纖化法所描述的一類方法。熔體原纖化法是在一種或多種聚合物被熔融并擠出成很多可能的構型例如復合擠壓成型、單組分或雙組分薄膜或長絲，然后纖化或纖維化成纖維這點上所定義的制造纖維的一般類別。熔體原纖化法的非限制性實施例包括熔噴法、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。生產納米纖維的其它方法包括紡呈海島型、分割餅型或其它構型的較大直徑的雙組分纖維，其中纖維在已經固化之后被進一步加工以便形成納米纖維。
熔噴是生產細纖維和包含此類纖維和其它顆粒的纖維網的常用方法。后者通常被稱為“共成形法”。轉讓給Kimberly-Clark Corp.的美國專利4,100,324、4,784,892和4,818,464給出了用細纖維共成形顆粒的實施例。當用于以上方法時，典型的熔噴纖維直徑介于1.5微米和10微米之間。盡管顆粒被微纖維機械地捕獲著，對細纖維網中顆?？商峁┑墓δ苄源嬖谥拗啤Ｒ虼?，最理想的是用流體或極細的顆粒涂敷纖維以在細纖維網中獲得所需的功能性。
熔噴法可被用來制造直徑較小然而工藝需要較大變動的纖維。通常，需要重新設計過的噴絲頭和噴絲板。這些方法的實施例包括Fabbricante等人的關國專利5,679,379和6,114,017以及Nyssen等人的美國專利5,260,003和5,114,631以及Haynes等人的美國專利申請2002/0117782。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。上述方法還沒有被用來制造具有涂層納米纖維的纖維網。
本發(fā)明的一個目的是提供含有涂層納米纖維的纖維網。本發(fā)明的另一個目的是提供一種由熔膜原纖化法制成包含涂層纖維的纖維網的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種形成包含涂層纖維的非織造纖維網的方法。形成非織造纖維網的方法通常包括以下步驟由熔體原纖化法制成纖維、形成至少一個包含涂敷物質的流體流、將涂敷物質涂敷到纖維表面上和將涂層纖維沉積到一個表面上形成纖維網。典型地，纖維在飛行過程中進行涂敷?？刹捎猛涣黧w流來形成纖維以及包含涂層，或可具有不同的流體流用于形成纖維以及用于包含涂層。優(yōu)選地，形成纖維的熔體原纖化法是熔膜原纖化法。熔膜原纖化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長的中空聚合物膜管和使用空氣來由所述中空管制成多個納米纖維。
非織造纖維網可包含具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層。所述層可包括兩種或多種纖維直徑分布，其中至少一種的平均纖維直徑小于約1微米。
涂敷物質可選自露劑、粉末、表面活性劑、軟化劑、納米顆粒、霜膏、凝膠、傳導流體、親水劑、疏水劑、吸濕劑、潤膚劑、增塑劑、吸收膠凝材料、抗微生物劑以及它們的組合。一種優(yōu)選的涂敷物質為表面活性劑。另一種優(yōu)選的涂敷物質為親水或疏水物質。
本發(fā)明也涉及包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維和涂敷物質被涂敷到所述納米纖維表面上的層的非織造纖維網。優(yōu)選地，所述層包含至少約35％的直徑小于1微米的纖維。可將非織造纖維網用作吸收性材料以提供涂敷物質的控制傳輸或用于其它用途。涂敷物質可選自催化劑、反應物或它們的組合。所述制品可選自以下制品抗染色衣物、除味纖維網、除味片、除味擦拭物、藥物遞送纖維網、傷口愈合敷料，以及它們的組合。
附圖概述

圖1為用于熔膜原纖化法的噴絲頭和空氣流的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及由纖維尤其是涂層纖維制成的制品。所述纖維由一種或多種熱塑性聚合物進行生產。適于本發(fā)明的熱塑性聚合物的非限制性實施例包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、包括淀粉組合物在內的可生物降解的聚合物、PHA、PLA以及它們的組合。均聚物、共聚物和它們的共混物均包含在本說明書內。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。
合適的熱塑性聚合物包括適于熔體紡絲法的任何聚合物。聚合物的流變學性質必須使得聚合物可被熔融擠出并能夠形成薄膜。聚合物的熔融溫度一般為約25℃至400℃。本發(fā)明的聚合物在它們存在于噴絲板中時熔融流動速率可小于每分鐘約400分克。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，也可使用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。
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型。在纖維制成之后，在形成纖維網之前可對纖維進行處理或包覆。另外，在纖維網制成之后，可對其進行處理。任選地，可將添加劑摻和進聚合物樹脂中并且這些添加劑可在纖維形成之后擴散到纖維的表面。遷移到表面的添加劑可能需要利用外部能量例如熱量進行固化，或者表面上的添加劑可能需要與另一種組分進行化學反應，或者固化可能需要在另一種組分存在的情況下進行催化，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施例為聚二甲基硅氧烷。具體的處理取決于使用的纖維網、聚合物種類和其它因素。
任選地，所述聚合物可包含另外的材料以提供纖維的其它性能。這些任選材料典型地被添加到聚合物熔體中并且不是被涂敷到熔體原纖化法形成的纖維的涂敷物質。任選材料可改變所得到的纖維的物理屬性例如彈性、強度、熱和/或化學穩(wěn)定性、外觀、吸收性、氣味吸收性、表面性質和可印花性等?？商砑雍线m的親水熔融添加劑。任選的材料可多達所述總的聚合物混料的50％。
涂敷物質被涂敷到優(yōu)選地由熔體原纖化法形成的纖維上。涂敷物質可為能夠被涂敷在纖維上的任何物質。涂敷物質可為固體或流體。難以涂敷的固體可與液體進行混合然后涂敷在纖維表面上。涂敷物質可選自以下材料露劑、霜膏、凝膠、潤膚劑、流體、粉末、納米顆粒，以及它們的組合。其它適用的涂敷物質包括表面活性劑、軟化劑、傳導流體、親水劑、疏水劑、吸濕劑、增塑劑、吸收膠凝材料、抗微生物劑，以及它們的組合。其它適用的涂敷物質為碳酸氫鈉、活性炭、碳酸鈣、環(huán)糊精、二氧化鈦、礦物、顏料、粉末、洗滌劑、蠟、超吸收聚合物，或它們的組合。超吸收聚合物的非限制性實施例包括由以下材料制成的那些聚合物水解交聯(lián)聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、丙烯酸類聚合物的聚合物、或它們的共聚物。適于涂敷的適用的氣味控制物質包括活性木炭或活性炭、小蘇打、殼多糖、除臭材料如粘土、硅藻土、沸石和具有活性氧化鋁的高錳酸鉀絡合物以及它們的組合。
制造本發(fā)明納米纖維的方法為適于將涂敷物質涂敷到纖維上的任何熔體原纖化法。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，然而不包括基于熔體的溶劑，例如在溶液紡絲或靜電紡絲中所用的那些溶劑。典型的單步驟熔體原纖化法包括熔噴法、熔膜原纖化法、紡粘法、在典型的紡拉形成法中熔體紡絲以及它們的組合。方法可包括其中首先制造纖維，然后在纖維已經固化之后進行分裂，或將一部分纖維溶解來制造直徑較小的纖維(例如，分割餅型或海島型)的兩步方法。
優(yōu)選地，采用熔膜原纖化法。通常，這種方法包括提供聚合物熔體、利用中心流體流形成細長的中空聚合物膜管、然后使用空氣來由所述中空管形成多個納米纖維。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。熔膜原纖化法可利用不同的加工條件。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內圓周上的壓力。當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的很多小纖維。
圖1中進一步圖示說明了熔膜原纖化法的一個實施例。該優(yōu)選實施方案圖示說明一個具有一個形成納米纖維17的噴絲孔7a的噴絲頭7。更具體地講，所述方法包括以下步驟熔化聚合物混料2和橫穿過噴絲孔7a形成液體薄膜9。聚合物混料將包含聚合物和任何其它所需的成分。聚合物混料2通過一個又包含一個中心流體流10的噴絲孔7a被擠出，使得聚合物2擠成一個細長的中空管12。噴絲孔7a可為噴絲頭7的一部分并且為了加工穩(wěn)定性噴絲頭7可進行優(yōu)化。成纖流體10例如中心流體流被噴出形成一個細長的中空管12。成纖流體10然后將在細長中空管12的內表面上提供壓力。在中空管12中可形成薄壁或薄弱部分以能夠更容易地和可控地形成包括納米纖維17在內的纖維。薄弱部分可由位于中心流體噴10的外表面上或聚合物噴絲孔7a的內表面上的溝槽或突起產生。細長中空聚合物膜管12然后受到流體的作用形成纖維17。該流體可為中心流體流10或輸送流體14或任何流體流。流體流可誘導一個脈動或波動壓力場，形成包括納米纖維17在內的多個纖維。輸送流體14源自橫向噴13。如果有利，則可采用給所形成的納米纖維17提供冷卻或加熱流體19的噴絲頭18。
聚合物2典型地被加熱到其形成液態(tài)以及容易流動為止。熔融聚合物2的溫度可處在約0℃至約400℃，優(yōu)選為約10℃至約300℃，更優(yōu)選地在約20℃至約220℃的溫度下。聚合物2的溫度取決于聚合物或聚合物混料的熔點。聚合物2的溫度超過其熔點不到約50℃，優(yōu)選地超過其熔點不到25℃，更優(yōu)選地超過其熔點不到15℃、以及剛好處在其熔點或其熔化范圍內或之上。熔點或熔化范圍用ISO 3146方法進行測量。熔融聚合物2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，更普通地為約4Pa·s至約100Pa·s。這些粘度在剪切速率在每秒約100至約100,000的范圍內給出。熔融聚合物2處在約大氣壓力或略高的壓力下。
細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，細長的中空聚合物管可在形成之后即刻收縮。在收縮管的情況下，管上具有薄壁或薄弱部分以有助于原纖化法為優(yōu)選的。成纖流體的非限制性實施例為諸如氮氣之類的氣體，或更優(yōu)選為空氣。成纖流體10可處在接近熔融聚合物2的溫度的溫度下。成纖流體10溫度可比熔融聚合物2的溫度更高以幫助聚合物2的流動和中空管9的形成?？晒┻x擇地，成纖流體10溫度可在熔融聚合物2溫度之下以有助于納米纖維17的形成和凝固。優(yōu)選地，成纖流體溫度低于聚合物熔點，更優(yōu)選地在聚合物熔點以下超過50℃，更優(yōu)選地在聚合物熔點以下超過100℃或剛好在環(huán)境溫度下。成纖流體10的壓力足以形成納米纖維17并略微高于熔融聚合物被擠出噴絲孔7a時的壓力。
成纖流體10的速度可為小于每秒約500米。優(yōu)選地，成纖流體速度將低于每秒100米，更優(yōu)選地低于每秒約60米，最優(yōu)選為每秒約10至約50米。成纖流體可脈動或可穩(wěn)定流動。管這種成纖流體存在有助于形成中空聚合物膜管很關鍵，流量可很小。
聚合物2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2通過量將超過每分鐘每噴絲孔1克。優(yōu)選地，聚合物通過量將超過每分鐘每噴絲孔約10克，更優(yōu)選大于每分鐘每噴絲孔約20克，最優(yōu)選大于每分鐘每噴絲孔約30克。優(yōu)選地，聚合物通過量將超過每分鐘每噴絲孔約10克，更優(yōu)選大于每分鐘每噴絲孔約20克，最優(yōu)選大于每分鐘每噴絲孔約30克。將有可能幾個噴絲孔7a同時噴絲，進一步增加總的生產量。通過量，連同壓力、溫度和速度一起在噴絲孔7a處進行測量。
纖維的原纖化法和凝固可發(fā)生在纖維和流體離開噴絲孔之前。在細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14可被用來產生脈動或波動壓力場，幫助形成多個納米纖維17。如圖1所示，輸送流體14可通過一個橫向噴口13進行提供，橫向噴口用來導引輸送流體14在細長的中空管12和納米纖維17形成區(qū)域上和周圍流動。輸送流體14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)選為每秒約3米至約50米。輸送流體14的溫度可與上面的成纖流體10相同，環(huán)境溫度、或更高的溫度、或低于環(huán)境溫度。
也可采用附加的流體流，冷卻或加熱流體19。這個附加的流體流19用來將流體導引進納米纖維17以冷卻或加熱纖維。也可采用附加的流體流，冷卻或加熱流體19。這個附加的流體流19用來將流體導引進納米纖維17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-20℃至約100℃，優(yōu)選為約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℃，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，可含有處理劑、添加劑、涂敷劑或其它物質或顆粒，用于改變所制纖維的表面、化學、物理或機械性能。
涂敷物質可存在于一個或多個上述的流體流中。流體流被描述形成成中空管的成纖流體10、輸送流體14和/或冷卻或加熱流體19。這些流體流的每一個均可被看成是成纖流體流因為它們均有助于纖維的形成，然而為清楚起見，將各流體稱為成纖流體流10、輸送流體流14和加熱/冷卻流體流19?？蓪⑼糠笪镔|包含在任何流體流或各流體流的任何組合中。典型地，涂敷物質將被包含在成纖流體流10中。決定涂敷物質將被添加到哪一個流體流上取決于涂敷物質，例如是否該物質是熱穩(wěn)定的以及該物質的粘度或形式(例如，凝膠、液體、粉末等)；涂敷物質應當如何與纖維結合(涂敷所有的纖維或只涂敷某些纖維、涂層應當多厚)；添加多少涂敷物質；以及與生產包含涂層纖維的纖維網有關的其它因素。當被用作急冷流時，加熱/冷卻流體流19可從涂敷物質上蒸發(fā)液體并在纖維表面上留下固體。涂敷物質可覆蓋所有的纖維或只覆蓋一部分纖維。所述物質可覆蓋纖維的僅一側或整個纖維表面。這可通過選擇所用的流體流、溫度、纖維的成分和尺寸以及所用的顆粒狀涂敷物質等進行控制。
一旦含有涂敷物質的流體流接觸到纖維的表面，就形成了涂層纖維。優(yōu)選地，涂層纖維保持飛行狀態(tài)，直到它們被沉積到一個表面上并形成了纖維網為止。
纖維被鋪在一個收集器上形成纖維網。收集器典型地為傳送帶或轉筒。收集器優(yōu)選為多孔的并可應用真空來提供吸力，幫助纖維鋪在收集器上。對于所希望的纖維網性質，噴絲孔至收集器的距離(通常稱為噴絲板至收集器距離(DCD))可進行優(yōu)化。在一個纖維網中采用一個以上的DCD、在生產期間改變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維網。
在形成了細長的中空膜管之后，管或纖維可供選擇地可經受補充加工，進一步加速納米纖維的形成。進一步加工在細長的中空聚合物膜管形成之后即刻發(fā)生并在纖維已經凝固之前仍被認為是單步方法。補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，其破裂成多個細纖維。Laval噴絲頭的實施例被描述于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纖維的方法。當生產細長的中空聚合物膜管時，可將Laval噴絲頭設置在紡絲噴絲頭正后方。可供選擇地，Laval噴絲頭可剛好在纖維已經形成之后進行設置以進一步降低纖維尺寸。聚合物纖維可通過將聚合物熔體流擠出到基本平行于聚合物熔體流并達到聲速或超聲速的氣體介質中，并在該介質下聚合物熔體被牽伸并冷卻到熔體溫度以下得到。這種同時變形和冷卻產生了有限長度的無定形的細的或超細纖維。纖維的高速破裂使纖維的表面氧化達到最小。紡絲速度、熔體溫度和Laval噴嘴的位置被近似設定以實現(xiàn)細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)明的纖維網。如Sodemann等人在WO 04/020722中所公開的那樣，在單條生產線上在兩個單獨的橫梁上，熔體纖維破裂可與本發(fā)明的熔膜原纖化法相結合?？蓪⑷垠w纖維破裂的各個方面引入到熔膜原纖化法中，例如生產不同強度和直徑的纖維，以提供所期望的性能組合?？晒┻x擇地，通過利用一個細長的中空管來形成纖維，可將熔膜原纖化法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。牽伸可有助于進一步拉細并增加纖維的強度。對于諸如其中應力誘發(fā)結晶發(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)明的涂層纖維被用來制造非織造纖維網。纖維網的定義是整體的非織造材料合成物。纖維網可具有一個或幾個層。一個層是在一個單獨的纖維網鋪展或形成步驟中產生的纖維網或纖維網的一部分。
本發(fā)明的纖維網可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。大量的定義是至少約25％。大量纖維可為至少約35％、至少約50％、或超過層中纖維總數(shù)的75％。纖維網可具有100％的直徑小于約1微米的纖維。纖維網的纖維直徑可采用掃描電子顯微鏡進行測量，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，應當測量至少約100根纖維以及優(yōu)選地更多的纖維。測量應當在整個層的不同區(qū)域進行并且滿足統(tǒng)計意義上顯著性的足夠采樣是優(yōu)選的。
如果大量纖維的直徑小于約1微米，則剩余的較大纖維的纖維直徑可處在任何范圍內。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納米以及為約300納米至約900納米。優(yōu)選的直徑取決于纖維網的預期用途。從加工和產品的角度出發(fā)，最理想的是在某些應用場合，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)明纖維網中的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，產生具有不同纖維直徑和不同聚合物混料的纖維網中的層。纖維網的一個或多個層可包含涂層纖維。
最理想的是生產具有不同纖維直徑的單層非織造材料?？晒┻x擇地，希望生產其中每層具有不同纖維直徑的具有多層的非織造纖維網。改進的熔膜原纖化法即可生產小直徑纖維也可生產大直徑纖維以制造各種纖網。較小直徑纖維被認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。這種結構類型可被用在傳統(tǒng)的SMS纖維網所用之處。另一個實施例是生產具有多層的納米纖維網，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。在同一條生產線上用同樣的設備可生產具有不同纖維直徑的纖維網。這是一種低成本的方法，因為可使用相同的設備和部件。生產成本和設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生不同的纖維直徑。
最理想的是形成幾層的纖維網。納米纖維層可與一個、兩個或多個層相復合。紡粘纖維-納米纖維-紡粘纖維網是一個實施例。整個復合纖維網的定量在約5gsm至約100gsm，優(yōu)選在約10gsm至約100gsm，更優(yōu)選在約10gsm至約50gsm范圍內變化。供作為防滲層之用的復合纖維網總定量可為約10gsm至約30gsm。只納米纖維層的基重為約0.5gsm至約30gsm，優(yōu)選為約1gsm至約15gsm。
在非織造材料制成之后，可將其經受后續(xù)加工。后續(xù)加工的非限制性實施例包括固態(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)專利文獻中稱為“SELF”纖維網，其代表“結構彈性狀薄膜”)、變形、拉伸、打孔、層壓、局部應變、微起縐、液壓成形和真空成形的方法。固結的非限制性實施例包括熱粘合、通風粘合、粘合劑粘合和水刺。
本發(fā)明的制品將包含上述非織造纖維網。纖維網可構成整個制品例如擦拭物，或者纖維網可構成制品的一個組分例如尿布。優(yōu)選的制品包括諸如尿布、訓練短褲、成人失禁襯墊之類的衛(wèi)生制品、諸如女性護理襯墊和短褲護墊之類的經期用品、棉塞、個人清潔制品、個人護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的個人護理擦拭物。個人護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質之類的基材。其它制品包括諸如空氣和水之類流體的過濾器、用于汽車、潔凈室、表面清潔、食品和其它用途的工業(yè)擦拭物、用于諸如油、醇、有機和無機液體之類流體的吸收性材料。
在尿布中，纖維網可被用作具有氣味或液體吸收涂敷物質的防滲層或外表面。纖維網也可被用作高防滲箍，實現(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。含有吸收性涂敷物質的纖維網可被用于擦拭物中，改善露劑處理性并降低液體的濃度差。纖維網也可提供控制傳輸。這種輸送物質可為液體、露劑、活性物質、香料或其它材料?？晒┻x擇地，纖維網的纖維可涂敷有露劑、液體、活性物質、香料或其它適用的涂敷物質。由于納米纖維的高比表面積，以及優(yōu)選地涂敷物質為液體吸收材料，纖維網可被用作用于擦拭物的吸收材料或婦女護理產品襯墊、尿布、訓練短褲或成人失禁品的芯部。纖維網可提供流體的進一步增強分布和保持性并且纖維網的某些層可具有不同的性質。根據(jù)制品所需，非織造纖維網也可用可改變纖維網的不透明性或色彩的物質進行涂敷。用于所需的不透明性或色彩的優(yōu)選涂敷物質可包括顏料、二氧化鈦、無機或有機晶體。
由于具有源于納米纖維的大表面積，納米纖維網可起到反應劑或催化劑載體物的作用，用于需要原位化學反應或吸附反應劑的應用場合。催化劑或反應劑可為涂敷物質的一部分。將反應劑或催化劑涂敷在本發(fā)明納米纖維網上的產品的非限制性實施例包括在洗衣的洗滌周期內的抗染色衣物，其中染料中和反應劑被涂敷在納米纖維上、用于衣物的除味擦拭物(可包含于烘干機中)，使得氣味中和反應劑被涂敷在纖維上并在加熱情況下與氣味反應并中和氣味、包含于尿布、經期用品、婦女衛(wèi)生護墊、成人失禁產品的芯部中的除味纖維網，其中一種反應劑為生物流體以及其它反應劑被涂敷在納米纖維上中和氣味、用于冰箱、汽車或需要此類產品之處的除味片、藥物遞送生物聚合物纖維網，其中待遞送的藥物被涂敷在納米纖維上、傷口愈合輔料，其中抗微生物反應劑被涂敷在納米纖維上。將受益于本發(fā)明纖維網的其它產品包括個人過濾器或諸如外科手術口罩之類的面罩。纖維網的其它醫(yī)療用途包括外科手術衣、傷口敷料和醫(yī)療防滲層。
在尿布或其它一次性吸收制品中，可將本發(fā)明的非織造纖維網用作防滲層。可將防滲層設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內層和蒸汽可透過的、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。在尿布的情況下，外層接觸使用者的衣服或衣物。防滲層可可供選擇地或也被設置在吸收芯和內層之間。內層，也稱作頂片，位于緊貼使用者皮膚的一側上。內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的頂片。防滲層可為吸收材料。非織造纖維網可包括圍繞吸收芯的層并幫助分配或處理流體。非織造纖維網可為流體分配層，其可鄰近芯進行設置。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。液體吸收性和液體阻擋性的組合保護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。防滲層的進一步描述和有益效果可見于WO 01/97731中。
纖維網可被用來制造干燥的或預濕的衛(wèi)生擦拭物。纖維網可被用于擦拭物中，改善露劑處理性并降低液體的濃度差。本發(fā)明纖網可提供半防滲層并可部分或完全防止液體滲透。纖維網也可提供一種物質或諸如藥物之類的活性物質的控制傳輸。遞送物質可為液體、露劑、酶、催化劑、活性物質或諸如潤滑劑、表面活性劑、潤濕劑、拋光劑、油、有機和無機溶劑、糊劑、凝膠、顏料或染料之類的其它材料。纖維網可增強流體的分散和/或保持性。另外，用于吸收性用途的纖維網可用附加的顆?；蛴糜谠黾游招缘奈談┗蛱烊焕w維制造，或者纖維網的某些層可具有不同的性能?？蓪⒗w維生產成低密度或多孔的纖維。纖維可用膨脹或發(fā)泡劑進行生產。
由于納米纖維的高表面積，含有涂層納米纖維的纖維網可被用作擦拭物或女性護理產品護墊、尿布、訓練短褲或成人失禁用品的芯部的吸收材料。高表面積也增強清潔性并可被用于衛(wèi)生清潔擦拭物。纖維網可增強流體的分散和/或保持性。另外，用于吸收性用途的纖維網可用附加的顆?；蛴糜谠黾游招缘奈談┗蛱烊焕w維制造，或者纖維網的某些層可具有不同的性能。
也可將涂層纖維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生；或可將顏料添加到聚合物熔體或纖維網中。纖維網也可具有低起毛性，其由纖維網中長度較長的纖維或纖維的纏結而導致。本發(fā)明的納米纖維網的拉伸強度可大于由其它方法制成的具有類似纖維直徑和類似定量的纖維網的拉伸強度。本發(fā)明的纖維網將是柔軟的，并可比具有同樣性能的其它纖維網更軟。
纖維直徑可采用掃描電子顯微鏡(SEM)和圖像分析軟件進行測量。選擇500至10,000的放大倍數(shù)使得纖維被適當放大以便測量。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，尋找隨機選取的纖維的邊緣，然后橫越寬度(在那點處垂直于纖維方向)至纖維的相對的邊緣進行測量。帶刻度的和標定過的圖像分析工具提供標度以得到以mm或微米(μm)為單位的實際讀數(shù)。從SEM中的纖網樣本隨機選擇一些纖維。典型地，來自纖維網的幾個樣本被橫向切斷并以這種方式進行測定，并且進行至少約100次測量以及將所有的數(shù)據(jù)記錄下來進行統(tǒng)計分析。如果結果要以旦為單位進行記錄，那么需要進行下面的計算。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。
定量可按照法定方法ASTM D 756、ISO 536和EDANA ERT-40.3-90進行測定。定量的定義是每單位面積的質量，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。將樣本切割到每層總面積100cm2，準確度和精密度為±0.5％。天平需要具有0.001g的靈敏度、可讀、標定過并精確到施加載荷的0.25％范圍內。樣本被置于攝氏23°(±2℃)和約50％的相對濕度下2小時達到平衡。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。(然而應當注意，對于比1mm厚的樣本而言，稱出僅1層的重量是優(yōu)選的)。通過將重量除以樣本面積(所測試的所有層的面積)計算定量，給出單位為gsm的定量。將所有的數(shù)據(jù)記錄下來進行統(tǒng)計分析。
纖維網均勻性可通過幾種方法進行測定。均勻性測量的實施例包括孔徑、定量、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、或可見的孔洞、或其它此類疵點。均勻性可通過工藝改進例如縮短噴絲頭到收集器的距離進行控制。該距離的縮短減少了纖維成束或粘結，并可提供更均勻的纖網。
孔徑可通過本領域技術人員已知的方法進行確定。平均孔徑優(yōu)選小于約15微米，更優(yōu)選小于約10微米，最優(yōu)選小于約5微米。均勻纖維網的所希望的變異系數(shù)小于20％，優(yōu)選小于約15％，更優(yōu)選為約10％或更小。粘結這類疵點可通過計數(shù)纖網的測定面積上的纖維粗結或束的數(shù)量進行測定?？锥催@類疵點也通過纖維網的測定面積上直徑在某個閾值之上的孔洞的數(shù)目進行測定。如果孔洞是肉眼可見的或直徑大于100微米，則可統(tǒng)計孔洞。
所有引用的文獻的相關部分均引入本文以供參考；任何文獻的引用不可解釋為是對其可作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術的認可。
盡管已用具體實施方案來說明和描述了本發(fā)明，但對于本領域的技術人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下可作出許多其它的更改和修改。因此，有意識地在附加的權利要求書中包括屬于本發(fā)明范圍內的所有這些變化和修改。
權利要求
1.一種形成非織造纖維網的方法，所述方法包括以下步驟a.用熔膜原纖化法形成纖維，b.形成含有涂敷物質的至少一個流體流，c.將所述涂敷物質涂敷到所述纖維的表面上，和d.將所述涂層纖維沉積到表面上形成纖維網。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述纖維的直徑小于1微米。
3.如權利要求1所述的方法，其中在第一流體流中用所述熔膜原纖化法形成所述纖維并在第二流體流中涂敷所述涂敷物質。
4.如權利要求1所述的方法，其中在第一流體流中用熔膜原纖化法形成所述纖維并由所述同一第一流體流涂敷所述涂敷物質。
5.一種包含依照權利要求1所生產的非織造纖維網的制品。
6.如權利要求5所述的制品，其中所述制品選自尿布、訓練褲、成人失禁襯墊、諸如女性護理襯墊和短褲護墊之類的經期用品、棉塞、個人清潔制品、個人護理制品和諸如嬰兒擦拭物、面部擦拭物、女性擦拭物、表面清潔擦拭物、汽車、潔凈室、表面清潔、食品和其它用途之類的擦拭物、用于諸如空氣和水之類流體的濾材、用于諸如油、水、醇、有機和無機液體之類流體的吸收材料，以及它們的組合。
7.一種包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層的非織造纖維網，其中涂敷物質被涂敷到所述納米纖維的表面上。
8.如權利要求7所述的非織造纖維網，其中所述層包括兩種或多種纖維直徑分布，其中至少一種的纖維直徑小于約1微米。
9.一種包含如權利要求7所述的非織造纖維網的制品。
10.如權利要求7所述的非織造纖維網，其中所述層包含至少35％的直徑小于1微米的納米纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成包含涂層纖維的非織造纖維網的方法。形成非織造纖維網的方法通常包括以下步驟由熔體原纖化法制成纖維、形成至少一個含有涂敷物質的流體流、將涂敷物質涂敷到纖維表面上和將涂層纖維沉積到一個表面上形成纖維網。典型地，纖維在飛行狀態(tài)中進行涂敷。優(yōu)選地，形成所述纖維的熔體原纖化法是熔膜原纖化法。熔膜原纖化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長的中空聚合物膜管和使用空氣來形成來自所述中空管的多個納米纖維。非織造纖維網可包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維的層。所述層可包括兩種或多種纖維直徑分布，其中至少一種的平均纖維直徑小于約1微米。涂敷物質選自露劑、粉末、表面活性劑、軟化劑、納米顆粒、霜膏、凝膠、傳導流體、親水劑、疏水劑、吸濕劑、潤膚劑、增塑劑、吸收膠凝材料、抗微生物劑，以及它們的組合。一種優(yōu)選的涂敷物質為表面活性劑。另一種優(yōu)選的涂敷物質為親水或疏水物質。本發(fā)明也涉及一種包含一個具有大量直徑小于1微米的納米纖維和涂敷物質被涂敷到所述納米纖維的表面上的層的非織造纖維網。
文檔編號D04H1/42GK1813085SQ200480018440
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者R·查博拉, O·E·A·伊澤勒 申請人:寶潔公司