CN101253046A - 制造交联弹性层压材料的装置和方法 - Google Patents

制造交联弹性层压材料的装置和方法 Download PDF

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Abstract

用于制造包括由弹性共聚物形成的可交联的弹性层(14)的弹性层压材料的装置(10)包括：一模具(12)，用于挤出含有交联的弹性共聚物的层，至少一辊(16)，用于传送挤出的弹性层；一供料源(18)，用于提供至少一张非织造纤网(20)；一层压夹(12)，用于将至少一张非织造纤网层压到弹性层上；一加工单元(26)，用于交联弹性共聚物；以及一卷筒，用于收集弹性层压材料。可交联的弹性共聚物可以是可交联的弹性苯乙烯系嵌段共聚物，可交联的聚烯烃塑性体，或可交联的丙烯－乙烯共聚物。可交联的弹性层例如可通过单丝模具挤出成复数根平行单丝的形式。加工单元可位于至少一个辊和层压夹之间，或位于层压夹和卷筒之间。加工单元可以具有开放和封闭构造，并可以是电子束加工单元。

Description

制造交联弹性层压材料的装置和方法
发明背景
通过将呈薄膜、泡沫、非织造纤网或平行的丝束状的弹性聚合物层粘结到一层或多层非织造面层上，可形成各式各样的弹性复合材料。“拉伸粘结的层压材料”(″stretch bonded laminate″“SBL”)是任何一种在弹性层在被拉伸的同时粘结到一层或多层非织造面层上的层压材料。当弹性层随后发生松弛时，在面层上形成褶皱。拉伸粘结的层压材料例如在授予Taylor等的美国专利6,387,471，以及授予Thomas等的美国专利6,323,389中进行了描述，这两篇专利在此经引用而并入。“颈缩粘结的层压材料”(″neck-bonded laminate″(″NBL″))是任何一种在弹性层粘结到一层或两层非弹性面层上的同时，弹性层发生松弛而面层发生延展或颈缩以减小它们在延展垂直方向的尺寸的层压材料。颈缩粘结的层压材料具有交叉方向的拉伸和复原性能。颈缩粘结的层压材料例如在授予Estey等的美国专利5,853,881，授予Morman等的美国专利4,965,122，授予Morman等的美国专利6,001,460，以及授予Haffher等的美国专利5,789,065中进行了描述，这几篇专利在此经引用而并入。“颈缩拉伸粘结的层压材料”(″neck-stretch bonded laminate″(″NSBL″))是任何一种在弹性层粘结到一层或两层面层上的同时，弹性层发生拉伸而面层在相同方向发生拉伸而导致在延展垂直方向颈缩的层压材料。因此，NSBL兼具了SBL和NBL两者的特征。
“垂直单丝层压材料”(″vertical filament laminate″(″VFL″))或“垂直单丝拉伸粘结的层压材料”(″vertical filament stretch bonded laminate(″VFSBL″))是任何一种在由弹性材料形成的基本上平行、无交叉的弹性丝束的弹性层粘结到一层或两层面层上的同时，弹性丝束处于拉伸状态而面层处于非拉伸状态的层压材料。当层压材料发生松弛时，弹性丝束缩回，从而层压材料呈现出一定程度的皱褶和波纹。VFL在弹性丝束的长度方向，也即非弹性面层的纵向(加工方向)展示出弹性拉伸。“连续单丝拉伸粘结的层压材料”(″continuous filament stretch bondedlaminate″(″CFSBL″))是任何一种在被至少一种传统的熔喷纤维的覆盖阵列覆盖的基本上平行无交叉的弹性丝束形成的弹性层粘结到一层或两层面层上的同时，弹性层在纵向被拉伸的层压材料。平行的弹性丝束和传统的熔喷纤维均由弹性材料形成。当允许CFSBL收缩到松弛状态时，在面层上形成一些褶皱(gathering)。松弛的CFSBL可在层压材料的纵向被拉伸。连续单丝拉伸粘结的层压材料例如在授予Wright的美国专利5,385,775中有揭露。
已知各种热塑性弹性体用于弹性层中，它们包括但不限于苯乙烯系嵌段共聚物。例如，授予Thomas等的美国专利6,323,389揭露了使用具有通式A-B-A′或A-B的嵌段共聚物，其中A和A′各自为热塑性聚合物末端嵌段，含有苯乙烯系部分，例如聚乙烯基芳烃，B为弹性聚合物中间嵌段，例如共轭二烯或低级烯烃聚合物。A和A′嵌段可由相同的或不同的聚合物链段构成。也公开了具有式A-B-A-B的四嵌段共聚物，其中A是如上描述的热塑性聚合物嵌段，每个B是异戊二烯链段，其进行了相当程度的氢化而成为聚(乙烯-丙烯)链段。
弹性层压材料通常是个人护理用品如尿布，尿布裤，成人失禁衣物，女性卫生用品等中最为昂贵的部分。弹性层压材料的重要特性包括在使用中的各种程度的延伸下提供足够的弹性张力，并在应力松弛(抗蠕变力)时提供足够的复原。
进一步需要能够在较低成本下更好地制造弹性层压材料的装置和方法。
发明内容
本发明涉及一种制造弹性层压材料的装置，包括：模具，用于挤出由可交联的弹性共聚物如弹性苯乙烯系嵌段共聚物形成的层，至少一辊，用于传送挤出的弹性层，供料源，用于提供至少一非织造纤网，层压夹(nip)，用于将至少一张非织造纤网层压到弹性层上，加工单元，用于交联弹性层，以及一卷筒，用于收集弹性层压材料。可交联的弹性共聚物可以以聚合薄膜，泡沫，非织造纤网，弹性丝带或弹性丝束层的形式挤出。挤出模具可以是用于挤出多个平行的可交联的弹性单丝的单丝模具，薄膜模具，泡沫模具，或用于挤出多个可交联的弹性丝带的丝带模具。加工单元可以向弹性层施加电子束，紫外线(UV)或γ辐射来使弹性共聚物发生交联。一种适合的加工单元可以是具有开放和封闭构造的电子束加工单元。加工单元可以位于辊和层压夹之间。或者，加工单元也可置于层压夹之后。该装置可进一步包括熔喷模具，其置于纤网形成器之上，用于喷涂弹性纤维的无规排列以覆盖在挤出的弹性层上。
本发明还涉及一种制造弹性层压材料的方法。该方法包括以下步骤：挤出可交联的弹性共聚物如苯乙烯系嵌段共聚物，调节挤出的弹性层的温度，提供至少一张非织造纤网，将该至少一张非织造纤网层压到弹性层上，以及交联弹性层。弹性层可在层压到至少一张非织造纤网上之前或之后进行交联。
弹性共聚物的交联改善了它的弹性性能。当未交联的弹性共聚物是低性能弹性体时，交联将其转化为高性能的弹性体(或至少转化为较高性能的弹性体)。当未交联的弹性共聚物是高性能弹性体时，交联将其转化为更高性能的弹性体。
本发明可以使用相对较廉价的较低性能的弹性体作为起始原料。为便于加工，弹性层是在不会使聚合物材料发生显著交联的条件下形成。在形成了弹性层后，通过交联而改善其弹性性能。
由上面所述可看出，本发明的特征和优点是提供了使用相对较低性能(以及更为廉价的)弹性聚合物材料制造出具有相对较高性能的弹性层压材料的装置和方法。
本发明的进一步的特征和优点是提供了可与现有生产设备很容易整合的制造弹性层压材料的装置和方法。
附图说明
图1示出了用于制造垂直单丝层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的加工单元置于辊和层压夹之间。
图2示出了图1中的装置进一步包括一控制夹，其置于加工单元和层压夹之间。
图3示出了用于制造垂直单丝层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的开放加工单元位于靠近第一辊的外表面处。
图4示出了图3中的装置进一步包括第二开放加工单元，其位于靠近第二辊的外表面处。
图5示出了当第二辊被除去而用使弹性共聚物交联的加工单元代替时的图1中的装置。
图6示出了用于制造垂直单丝层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的加工单元置于层压夹之后。
图7示出了用于制造连续单丝拉伸粘结的层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的加工单元位于靠近纤网形成器处。
图8示出了用于制造混合的垂直单丝-连续单丝拉伸粘结的层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的开放加工单元位于辊和纤网形成器之间。
图9示出了用于制造混合的垂直单丝-连续单丝拉伸粘结的层压材料的装置，其中用于交联弹性共聚物的封闭加工单元位于纤网形成器和层压夹之间。
定义
“弹性的”和“弹性体的”是指在施加了导向力(biasing force)后可产生至少50％的拉伸从而达到拉伸的导向长度至少比其松弛的未拉伸长度长50％，并且在消除了拉伸、导向力后将复原至少50％的延伸的纤维，薄膜或织物。
“复原”是指对材料施加导向力而使其产生拉伸后除去导向力时产生的松弛。例如，如果通过拉伸而使具有松弛的非导向长度为1英寸的材料拉伸其长度的50％，变为1.5英寸，则该材料将具有比其松弛长度长50％的拉伸长度。如果上述示例的拉伸的材料收缩，即在消除导向和拉伸力后复原到1.1英寸，则该材料相对于其未导向长度复原了延伸长度的90％(0.4英寸)。
“高性能弹性体”是指那些当形成薄膜，丝束或类似物品时能够延伸到拉伸的长度并在缩回时不会经历显著的在中等(较低)拉伸长度时的缩回力损失的弹性体。这些弹性体通常具有一些有用的性质，如高强度，低迟滞性，低蠕变，低比率的永久变形和低的应力松弛。高性能弹性体具有的迟滞值为25％或更低，更好为20％或更低，这些数值根据本文描述的迟滞测试方法确定。
“低性能弹性体”是指那些当形成薄膜，丝束或类似物品时能够延伸到拉伸的长度但在缩回时会显著失去它们在中等(较低)拉伸长度时的缩回力的弹性体。这些弹性体在拉伸时通常显示出较高水平的迟滞性，蠕变和应力松弛。低性能弹性体具有的迟滞值大于25％，更好为40％或更高，这些数值根据本文描述的迟滞测试方法确定。
“聚合物”包括均聚物，共聚物，例如嵌段，接枝，无规和交替共聚物，三元共聚物等，以及它们的共混物和改性物。术语“聚合物”还包括分子的所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全规立构的，间规立构的和无规对称的。
“嵌段共聚物”是聚合物中各自包括一段类似单体单元的不相似的聚合物链段通过共价键连接在一起的聚合物。例如，SBS嵌段共聚物中包括一段重复的苯乙烯单元，接下来为一段重复的丁二烯单元，再接下来为一段重复的苯乙烯单元。
“共混物”是指两种或多种聚合物和/或添加剂的混合物。
“非织造织物或纤网”是指具有夹层结构的单股纤维或丝线的纤网，但与针织的或织造的织物的形式明显不同。非织造织物或纤网可通过许多方法形成，例如熔喷法，纺粘法，以及粘结的梳理纤网法。非织造织物的基础重量通常以每平方码材料的盎司数(osy)或每平方米的材料的克数(gsm)的表达，而可用的纤维直径通常以微米表达。(注意从osy到gsm的转化是将osy乘以33.91)。
“纺粘纤维”是指通过从多个细小的通常为圆形毛细管状的喷丝头中挤出熔融的热塑性材料而形成的直径较小的纤维，这种喷丝头具有挤出单丝的直径且迅速缩小，例如参见授予Appel等的美国专利4,340,563，授予Dorschner等的美国专利3,692,618，授予Matsuki等的美国专利3,802,817，授予Kinney的美国专利3,338,992和3,341,394，授予Hartman的美国专利3,502,763，以及授予Dobo等的美国专利3,542,615。纺粘纤维在沉积在收集表面上时通常不发粘。纺粘纤维一般为连续的且具有平均直径(从自少10个样品中得到)大于7微米，更具体的是在约10～20微米之间。
“熔喷纤维”是指通过多个细小且通常为圆形的模具毛细管，将熔融的热塑性材料作为熔融的丝线或单丝挤出到集聚了高速的通常是热的气(例如空气)流中，使熔融热塑性材料单丝减细以减小它们的直径到可达到微纤维直径而形成的纤维。然后，熔喷纤维由高速气流携载并沉积在收集表面上形成无规分布的熔喷纤维网。这一过程例如描述在Butin等的美国专利3,849,241中。熔喷纤维为连续的或不连续的微纤维，平均直径一般小于10微米，一般在沉积到收集表面上时发粘。
“丝带”或“丝带形状的元件”是指具有定义扁平比率至少为2的横截面尺寸的热塑性聚合物单丝，薄膜片或其它伸长的元件。“扁平比率”定义为最长横截面尺寸与最短横截面尺寸的比值。例如，丝带形状的元件可以具有长方形，椭圆形，或哑铃形的横截面。
“开放的结构”或“开放的加工单元”是指如电子束或e-束单元这样的不完全被封闭在铅/钢屏蔽中的系统。开放的加工单元可包括至少部分环绕在临近辊周围的弓形的辐射屏蔽物。辊起到电子收集器的作用，以减少释放到周围环境中的辐射。
“封闭的结构”或“封闭的加工单元”是指如电子束或e-束单元这样的被封闭在具有入口和出口的铅/钢屏蔽物中的系统。
“个人护理产品”是指尿布，纸尿裤，吸水内裤，成人失禁产品，以及女性卫生用品。
具体实施方式
本发明涉及的是制造包括交联弹性层的弹性层压材料的装置，其中弹性层可包括苯乙烯系嵌段共聚物弹性体，烯烃弹性体如半结晶的聚烯烃塑性体或丙烯-乙烯共聚物，和/或其它弹性体材料。术语“交联弹性层”包括任何一种在该层中至少部分弹性体是交联的，且交联发生在弹性层形成之后的这样的层。
参见图1，装置10包括模具12，用于挤出含有交联的弹性共聚物14的层，至少一个辊16，用于传送挤出的弹性层14，供料源18，用于提供至少一张非织造纤网20，层压夹22，用于将至少一张非织造纤网20层压到弹性层14上，加工单元26，用于交联弹性层14，以及卷筒28，用于收集弹性层压材料30。
模具12经设置而将可交联的弹性共聚物以薄膜，泡沫层，丝束或纤维阵列(如基本平行的丝束或纤维)，丝带阵列，非织造纤网(如纺粘纤网，熔喷纤网，或其它非织造纤网)或上述的组合形式挤出。适合地，模具可以是用于挤出多个基本平行无交叉的可交联的弹性单丝的单丝模具。或者，模具也可以是用于挤出多个可交联的丝带形状的弹性体元件的丝带模具，这些弹性体元件例如是在共有的Mleziva等的美国专利6,057,024中揭露的那些，该专利在此经引用而并入。
适合的可交联的弹性共聚物是那些还未发生交联的热塑性弹性体。在挤出之前进行交联可能会对材料的流动性能产生不利影响，从而使共聚物不适合挤出。
可交联的弹性共聚物可包括可交联的苯乙烯系嵌段共聚物。适合的苯乙烯系嵌段共聚物弹性体包括苯乙烯-二烯和苯乙烯-烯烃嵌段共聚物。苯乙烯-二烯嵌段共聚物包括但不限于二嵌段，三嵌段，四嵌段或其它的嵌段共聚物，并且也可包括苯乙烯-异戊二烯，苯乙烯-丁二烯，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯-异戊二烯，和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。包括丁二烯的苯乙烯-二烯聚合物(例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)是特别适合的。一种可商业获得的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物是VECTOR 8508，可从Dexco Polymers L.P获得。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物的例子包括VECTOR 4111A和4211A，它们可从DexcoPolymers L.P获得。
苯乙烯-烯烃嵌段聚合物包括但不限于苯乙烯-二烯嵌段共聚物，其中的二烯基团被完全或部分地选择氢化，它们包括但不限于苯乙烯-(乙烯-丙烯)，苯乙烯-(乙烯-丁烯)，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯，苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯，苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯-(乙烯-丙烯)，以及苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯-(乙烯-丁烯)嵌段共聚物。在上面的结构式中，术语“苯乙烯”表示苯乙烯重复单元的嵌段序列；术语“异戊二烯”和“丁二烯”是指二烯单元的嵌段序列；术语“(乙烯-丙烯)”表示乙烯-丙烯共聚物单元的嵌段序列，以及术语“(乙烯-丁烯)”表示乙烯-丁烯共聚物单元的嵌段序列。苯乙烯-二烯或苯乙烯-烯烃嵌段共聚物具有的苯乙烯的重量含量应为约10～约50％，适合值为约15％～约25％，且应至少具有重均分子量约15,000g/mol，适合值是约30,000～约120,000g/mol，或约50,000～80,000g/mol。苯乙烯-二烯嵌段共聚物在后面进行的交联中由于具有额外的不饱和度而尤具优势。
其它适合的可交联的苯乙烯系嵌段共聚物包括苯乙烯-二烯嵌段共聚物和苯乙烯-烯烃嵌段共聚物，例如那些上面描述的具有不同饱和水平的共聚物。
苯乙烯系嵌段共聚物的分子量应当足够低从而苯乙烯系嵌段共聚物或聚合物混合物可形成弹性层，而不会在形成过程中引起显著的交联。苯乙烯系嵌段共聚物或聚合物混合物应当适合在220℃以下，尤其是在约210℃，或约125-200℃下进行加工。为达到该目的所需的分子量范围将根据苯乙烯系嵌段共聚物的类型，附加成分的含量和类型，以及所形成的弹性层的性质而决定。
弹性层可包括至少约25％重量，或至少约40％重量，或至少约50重量，或至少约75％重量的苯乙烯系嵌段共聚物弹性体。弹性层可含有最多达100％重量，或最多达约99.5％重量，或最多达约95％重量，或最多达约90％重量，或最多达约80％重量，或最多达约70％重量的苯乙烯系嵌段共聚物弹性体。苯乙烯系嵌段共聚物弹性体可包括一种苯乙烯系嵌段共聚物弹性体或多种苯乙烯系嵌段共聚物弹性体的混合物。
可选择地或附加地，可交联的弹性共聚物可包括可交联的烯烃弹性体。适合的可交联的烯烃弹性体包括半结晶的聚烯烃塑性体，其可以是由Exxon-Mobil Chemical Co获得的商品名为VISTAMAXX的产品。其它适合的可交联的烯烃弹性体包括丙烯-乙烯共聚物，其可以是由DowChemical Co获得的商品名为VERSIFY的产品。
任选的附加成分可构成弹性层中的其余部分。这些组分包括但不限于单活性中心催化的乙烯-α烯烃共聚物弹性体，其密度小于约0.915g/cm3，尤其是约0.860-0.900g/cm3，或约0.865-0.895g/cm3。这些乙烯-α烯烃共聚物可使用C3-C12的α烯烃共聚单体，合适地是丁烯，己烯或辛烯形成。α烯烃共聚单体的量为共聚物重量的约5-25％，合适地是10-25％，并随期望的密度而调整。适合的单活性中心催化的乙烯-α烯烃共聚物有Dow Chemical Co.制造和销售的商品名为AFFINITY和ENGAGE的产品，ExxonMobil Chemical Co.制造和销售的商品名为EXACT和EXCEED的产品。
其它的任选成分包括非弹性体的聚合物，例如聚乙烯，聚丙烯和其它聚烯烃，以及其它弹性体聚合物。当非弹性聚合物存在时，他们的量应当相对较少，从而不会削弱交联的弹性层的弹性体性能。
其它的任选成分包括辅助在足够低的温度下形成弹性层以避免产生显著的过早交联的加工助剂。一种适合的加工助剂是聚烯烃蜡，例如支链或线性低密度聚乙烯蜡，其密度为约0.860-0.910g/cm3，按照ASTMD1238在190℃和2160g负载下测定的熔体指数约为500-4000g/10min。聚乙烯蜡的例子包括Eastman Chemical Co.产的EPOLENE C-10，以及Quantum Chemical Co产的PETROTHANE NA601。其它的例子包括蜡状的高熔体指数(低分子量)的单活性中心催化洗脱聚合物，如DowChemical Co.产的商品名为AFFINITY的产品，例如AFFINITY 1900和1950聚烯烃塑性体。
其它适合的加工助剂有重均分子量约500-2500的苯乙烯基的烃类增粘剂。一个例子是Eastman Chemical Co.产的REGALREZ 1126增粘剂。另一种适合的加工助剂是蓖麻油。矿物油也是适合的加工助剂。加工助剂总共可占弹性层重量的约0.1-50％，尤其是约5-30％，或约10-20％。当使用蓖麻油时，其含量应当适合于交联助剂。
其它任选成分包括交联助剂，即帮助形成的弹性层发生交联的添加剂。一种或多种交联助剂可总共占弹性层重量的约0.1-10％，尤其是约0.5-5％。蓖麻油是这种助剂中的一种。蓖麻油是天然的甘油三酸酯，含有三条油酸链，每条链具有的不饱和度为1。蓖麻油在收到引发源如电子束辐射作用下可以发生聚合。蓖麻油在约275℃以下是热稳定的，并可在挤出机中随苯乙烯系嵌段共聚物弹性体一同加工，而不会发生降解。所得弹性层可用高能量辐射源，如电子束进行聚合(交联)。由于在每个蓖麻油分子上存在三条不饱和链，蓖麻油将通过与周围高分子链的链转移反应而协助进行立体交联。
其它的交联助剂包括但不限于多官能的丙烯酸酯和烯丙基衍生物如二甲基丙烯酸二乙二醇酯，丙烯酸二亚甲基二醇酯，三甲基丙烷二烯丙酯，二甲基丙烯酸亚甲基乙二醇酯，以及其它具有在熔融挤出过程中具有足够热稳定性的多官能的单体。其它的交联助剂包括在聚合物骨架或侧链上具有次级碳原子以及不饱和双键的聚合物和低聚物。使弹性层发生交联的好处包括但不限于，a)更少的老化行为，可由弹性层卷绕和储存在卷轴上时很少或无张力损失得到证实，b)更好的温度稳定性，可由不需要冷冻储存和运输弹性材料得到证实，以及c)当弹性层在层压到其它层上后交联而获得的更强的粘着性。
其它任选的成分包括颗粒状的无机或有机填料。一般来说，填料颗粒具有平均颗粒尺寸约0.5-8微米，尤其是约1-2微米。适合的无机填料包括碳酸钙(CaCO3)，各种粘土，二氧化硅(SiO2)，氧化铝，硫酸钡，碳酸钠，滑石，硫酸镁，二氧化钛，沸石，硫酸铝，纤维素类粉末，硅藻土，氧化钙，氧化镁，氢氧化铝等。适合的有机填料包括纤维素，环糊精，和笼分子(例如笼形低聚硅倍半氧烷纳米拉伸的化学物质)。当使用填料时，填料颗粒可占弹性膜重量的约20-75％，尤其是约30-60％。
含二烯聚合物的热聚合通常是通过自由基聚合机理完成，其中包括引发，链增长和终止。自由基引发剂如过氧化物通常被用于引发自由基聚合反应。当加热时，引发剂断裂，产生进攻聚合物中含二烯片段中的双键，从而产生另一继续该链增长过程的自由基。在本发明中，苯乙烯系嵌段共聚物的交联可通过将位于苯乙烯系嵌段共聚物中橡胶态区域中的二烯键(即丁二烯或异戊二烯片段)暴露于高能量源如电子束的辐射。在向高能量源暴露后，二烯键断裂，形成自由基，其能在新的方向重新结合而形成交联的分子网状结构。
弹性层14可层压到至少一张非织造纤网20上。非织造纤网可由各种聚合物形成，这些聚合物可以是交联的或非交联的，且可以是弹性的或非弹性的。适合的非弹性的聚合物包括聚烯烃，如乙烯，丙烯和丁烯的均聚物，这些单体的共聚物，其中包括最多达10％(特别是5％)的最多具有约12个碳原子的α-烯烃共聚单体。非弹性的聚合物也包括一些聚酰胺，聚酯等。适合的弹性聚合物包括乙烯，丙烯和丁烯与α-烯烃共聚单体的共聚物，共聚物中的每种共聚单体的重量百分比一般超过10％但少于90％。弹性烯烃共聚物包括如单活性中心催化的乙烯与超过10％重量的α-烯烃共聚单体的共聚物，其具有的密度约为0.855-0.900g/cm3。适合的用于非织造层的弹性聚合物还包括乙烯-醋酸乙烯，乙烯-丙烯酸乙酯，乙烯-丙烯酸甲酯，乙烯-丙烯酸丁酯，聚氨酯，嵌段的醚-酯共聚物，和嵌段的酰胺-醚共聚物。其它适合的用于非织造层弹性聚合物包括弹性烯烃聚合物如半结晶的聚烯烃塑性体，其可以是由Exxon-Mobil Chemical Co获得的商品名为VISTAMAXX的产品，丙烯-乙烯共聚物，其可以是由Dow Chemical Co获得的商品名为VERSIFY的产品。
弹性层和非织造纤网可使用各种热处理，粘附处理和超声处理以及其它适合各种应用的处理方法而结合到一起。也可使用压敏粘合剂。压敏组合物可包括约10％-约70％的由Eastman Chemical Co.产的商品名为REGALREZ 1126的增粘剂。弹性层的类型(薄膜，泡沫，非织造纤网，网或单丝阵列)和用于非织造纤网中的聚合物类型(弹性的或非弹性的)将在很大程度上取决于加工过程和最终用途。
一旦弹性层14形成后，可使其通过加工单元26而发生交联。弹性层14可在层压到非织造纤网上之前如图1-5和7-9所示那样进行交联，或在层压到非织造纤网上之后如图6所示那样进行交联。
加工单元26可发出或施加电子束或e-束辐射，紫外辐射，γ辐射，或其它适合的介质到弹性层上而引起苯乙烯系嵌段共聚物的交联。所需的辐射量将取决于线速度，期望的交联量，使用的辐射类型，弹性层的厚度和/或具体组成。在本发明中，弹性层被认为是这样的一种“交联的弹性层”，即用下面描述的测试方法测出它的百分比负载损耗相比于交联前的百分比负载损耗而言，减少了至少5％，或至少10％，或至少20％。例如，如果弹性层展示出交联前的65％的百分比负载损耗，而若交联处理导致其百分比负载损耗的降低不超过60％(减少5％)，或不超过55％(减少10％)，或不超过45％(减少20％)，则该弹性层将被认为是交联的。
一种适合的加工单元26可以是具有开放和封闭构造的电子束加工单元。适合的电子束单元包括为纤网应用而设计的低压单元。“低压”是指输出电压在0-500kV的单元。适用于本发明装置中的电子束加工单元的例子包括但不限于，爱荷华州Davenport的PCT Engineered Systems，LLC产的工业电子束加工机的BROADBEAM系列中的单元，马萨诸塞州Wilmington的Energy Sciences，Inc.产的工业电子束加工机的ELECTROCURTAIN系列中的单元，马萨诸塞州Wilmington的Advanced Electron Beams产的工业电子束加工机的AEB模块系列中的单元。
电子束加工单元可在约50-约500kV之间操作，尤其是在约100-约300kV之间，或在约150kV操作。电子束加工单元可向弹性层发出约2-约30MRads，特别是约5-约15MRads或约10MRads的电子束辐射。
图1-9展示出了制造包括由可交联的弹性共聚物形成的交联的弹性层的弹性层压材料的装置。特别地，图1-6展示出了用于制造垂直单丝层压材料(VFL)的装置，图7展示出了用于制造连续单丝拉伸粘结的层压材料(CFSBL)的装置，图8和图9展示出了用于制造混合的垂直单丝-连续单丝拉伸粘结的层压材料(VFL/CFSBL)的装置。尽管附图展示出了VFL，CFSBL和VFL/CFSBL的装置和方法，但应当理解其它的与本发明精神一致的装置和方法也可使用。
参见图1，模具12挤出可交联的弹性共聚物如弹性苯乙烯系嵌段共聚物的层14。弹性层14可呈现出多根丝带或平行单丝的形式。将可交联的弹性层14供给第一辊16，并在拉伸状况下通过第一辊16和第二辊34间的空隙32进行传送。弹性层14被传送进加工单元26中并通过处理区域36而形成交联的弹性层38。弹性层14可经过加工单元26并通过一个或多个压辊(fly roller)40和防护辊(grounding roll)42而传送到层压夹22。防护辊42适合位于处理区域36附近，以支撑和保持处理区域36内的弹性层14，并影响苯乙烯系嵌段共聚物的交联。
在VFL过程中，辊16，34与层压夹22之间的距离是经过仔细调节的，从而使弹性单丝在两点间穿过的线距离达到最小。随着辊和层压夹之间距离的增加，弹性单丝的运动变得更难控制。由于发粘的单丝容易在与其它单丝接触时粘到一块，因此单丝控制是一个重要考虑。为了控制从辊16，34运送到层压夹22过程中的单丝的运动，可在第二辊34和加工单元26之间设置真空传送器(未示出)来控制和/或引导弹性层14进入加工单元26的运动。在另一种实施方式中，真空传送器(未示出)可位于加工单元26内。其它的单丝控制方法包括但不限于非真空传送器，有槽的单丝传送辊，提高的单丝张力和/或对夹带空气的改进控制，它们可用于将弹性层14从第二辊34传送到层压夹22。
参见图2，介于辊56和辊58之间的控制夹54可置于加工单元26和层压夹22之间以控制交联的弹性层30在两点间的运动。
加工单元26可具有封闭的结构，包括包围处理区域36的屏蔽围栏48(剖面图中示出)。当加工单元26为封闭的电子束或e-束加工单元时，屏蔽围栏48最好在封闭区域内产生杂散(stray)辐射。如图1所示，封闭的电子束加工单元26包括真空室50和高压电源52用于产生电子束辐射。尽管图1描绘了封闭的电子束加工单元，但也可使用任何其它的可运用适当辐射源来引起苯乙烯系嵌段共聚物交联的适合的加工单元，这些辐射源包括但不限于γ辐射和紫外(UV)辐射。
或者，如图3和4所示，加工单元26可以是具有开放结构的包括弓形辐射屏蔽物64的电子束或e-束加工单元。加工单元26最好靠近第二或下端辊34的外表面设置，使得处理区域36位于辐射屏蔽物64和第二辊34之间。该第二辊34起到电子收集装置的作用，并且也吸收由电子束产生的辐射。该第二辊34最好包括等离子体释放涂层以控制弹性层14对辊34的粘附和/或释放。该结构提高了标准的单丝淬火能力，而不需要额外的净空来将加工单元26安装在第二辊34和层压夹22之间。如图4所示，第二加工单元68可位于靠近第一或上端辊16的外表面70处。
如图5所示，第二或下端辊34可被除去，而将加工单元26如封闭的电子束加工单元置于辊16和层压夹22之间。这种结构在需要净空时具有特别的优势。
在达到室温之前交联苯乙烯系嵌段共聚物可获得一些效率上的优势。为控制和/或调节弹性层14交联前的温度，加工单元26可包括一淬火系统(未示出)。适合的淬火系统可包括积分空气(integral air)或表面接触单丝淬火系统来精细调节发生交联前的单丝温度。
再次参见图1，供料源18例如未卷绕的辊将非织造纤网20送进位于层压辊44和层压辊46之间的层压夹22。弹性层压材料30通过将交联的弹性层38结合，粘结或层压到非织造纤网20上而形成。交联的弹性层38和非织造纤网20可采用各种热处理，粘附处理和超声处理以及其它适合各种应用的处理方法而结合到一起。也可使用压敏粘合剂。如图2所示，在非织造纤网20上可设置粘合模具60来提供粘合剂，如热的熔融的粘合剂。
如图2所示，可以向层压夹22传送第二非织造纤网62结合，粘结或层压到交联的弹性层38上。
弹性层压材料30可从层压夹22传送到卷筒30以收集层压材料进行储存和日后使用。或者，弹性层压材料30也可传送到其它装置(未示出)，例如个人护理产品机器中，用于并入到完成产品或完成产品的中间产物中。
参见图6，展示了用于制造含有交联的弹性层的弹性层压材料30的VFL装置，其中加工单元26位于层压夹22和卷筒72之间。含有非织造纤网20和62的层压材料74和弹性层14被传送经过加工单元26，以进行弹性共聚物的交联并形成弹性层压材料30。在该实施方式中，层压材料的性能可通过层压材料74在交联前所等达到的收缩量而进行定制。这种定制能够制造出按预定量产生应力松弛的form-to-fit织物，这在仅使用单一的聚合物源而非使用多种聚合物下即可获得各种性能的设定。图6中示出的实施方式也可使用能为弹性层压材料30提供改善的耐久性的某些交联的或可交联的粘合剂。含有交联粘合剂的弹性层压材料可用于制造耐久性织物，这些织物可忍受在清洗，干燥中的较高的温度和/或重复使用，却仍旧保持低的层压成本。
施加于层压材料74的辐射剂量需要进行仔细地控制。在较高剂量下，e-束或电子束处理可能会破坏聚丙烯非织造面层，但在控制的交联水平下，e-束处理可提供额外的好处。当非织造纤网20和62中的之一或两者中含有聚丙烯时，施加于层压材料74的辐射剂量可最多到约20MRads，最好为约2-约10MRads，或约4-约8MRads。包括聚乙烯、如上面揭露的单活性中心催化的乙烯-α烯烃共聚物弹性体，如上面揭露的半结晶的聚烯烃弹性体和丙烯-乙烯弹性体，和/或苯乙烯系嵌段共聚物弹性体的非织造面料可用于代替聚丙烯。
参见图7，用于制造连续单丝拉伸粘结的层压材料82的装置80包括模具84，用于将一层可交联的弹性共聚物86挤出到纤网形成器90的输送表面88。模具84最好包括用于挤出多个平行单丝的单丝模具。纤网形成器90在位于输送表面88之上的熔喷模具94下传送挤出的弹性层86。该熔喷模具94喷出无规排列的弹性体纤维96，其覆盖在弹性层86上形成复合弹性层98。该复合弹性层98被传送进加工单元92，其中弹性共聚物交联形成交联的弹性层100。该交联的弹性层100被传送到层压夹102。供料源104提供至少一张非织造纤网106传送至层压夹102，在这里非织造纤网结合，粘结或层压到交联的弹性层100上形成弹性层压材料82。
图8和图9展示了用于制造垂直单丝-连续单丝拉伸粘结的层压材料的装置。装置包括包括模具112，其将含可交联的弹性共聚物116的一层挤出到辊116上。模具112最好为挤出多根平行单丝的单丝模具。可交联层114被传送经过加工单元118形成交联的弹性层120。交联的弹性层122通过纤网形成器122在熔喷模具124下传送。该熔喷模具124喷出无规排列的弹性体纤维覆盖在弹性层120上形成复合弹性层126。该复合弹性层126可被传送到至层压夹(未示出)，在这里它可结合，粘结或层压到至少一张非织造纤网上。
如图8中所示，加工单元118可位于靠近辊116的外表面128处。加工单元118最好具有开放的结构和/或可为开放的电子束加工单元。在该实施方式中，可交联的弹性层114可在交联时被淬火。
如图9中所示，加工单元118可位于辊116和纤网形成器122之间。加工单元118最好具有封闭的结构和/或可为封闭的电子束加工单元。在该实施方式中，可交联的弹性层114可在它进入加工单元118之前被部分地淬火。
图1和2示意地描述了用于制造包含可交联的弹性共聚物单丝的弹性层的垂直单丝层压材料30的方法。该方法包括：提供一模具12，将由可聚合的弹性苯乙烯系嵌段共聚物形成的层14挤出到第一辊16上，将挤出的弹性层14通过介于第一辊16和第二辊34间的缝隙32传送以垂直拉伸弹性层14，将处于拉伸紧张状态的弹性层14传送通过加工单元26，通过使弹性层14通过位于加工单元26内的处理区域36而交联弹性共聚物形成交联的弹性层38，将处于拉伸紧张状态的交联的弹性层38传送通过层压夹22，提供至少一张非织造纤网20并通过将交联的弹性层38和非织造纤网20通过层压夹22而形成弹性层压材料30。
如图2所示，该方法可进一步包括使处于拉伸紧张状态的交联的弹性层38传送通过控制夹54，在非织造纤网20上涂布粘合剂，提供第二非织造纤网62，在第二非织造纤网62上涂布粘合剂，并使非织造纤网20，处于拉伸紧张状态的交联的弹性层38，和第二非织造纤网62通过层压夹22而形成弹性层压材料30。
图6示意地描述了用于制造包含由可交联的弹性共聚物形成的弹性层的垂直单丝层压材料30的方法。该方法包括：将一层可聚合的弹性共聚物单丝14挤出到第一辊16上，将挤出的弹性层14通过介于第一辊16和第二辊34间的缝隙(辊隙)32以形成垂直拉伸的弹性层14，将处于拉伸紧张状态的拉伸的弹性层14传送至层压夹22，提供第一非织造纤网20，在第一非织造纤网20上涂布粘合剂，提供第二非织造纤网62，使第一非织造纤网20，拉伸的交联的弹性层14，和第二非织造纤网62通过层压夹22而形成层压材料74，松弛层压材料74，将层压材料74传送经过加工单元26，并使层压材料74通过位于加工单元26内的处理区域36交联弹性聚合物而形成VFL 30。
图7示意地描述了用于制造包含可交联弹性层的连续单丝拉伸粘结的层压材料82的方法。该方法包括：将一层包括可聚合的弹性共聚物86挤出到纤网形成器90上，喷出无规排列的弹性体熔喷纤维覆盖在挤出的弹性层86上形成复合弹性层98，将复合弹性层98传送通过加工单元92，经交联弹性共聚物而形成交联的弹性层100，拉伸该交联的弹性层100，将处于拉伸紧张状态的交联的弹性层100传送至层压夹102，提供至少一张非织造纤网106，使交联的弹性层100和至少一张非织造纤网106通过层压夹102而形成CFSBL 82。
图8和图9示意地描述了用于制造包含可交联弹性层的混合的垂直单丝-连续单丝拉伸粘结的层压材料(VFL/CFSBL)的方法。该方法包括：将一可聚合的弹性共聚物层14挤出到辊16上，将挤出的层14通过加工单元118，交联弹性共聚物形成交联的弹性层120，将交联的弹性层120传送到纤维形成器上，喷出无规排列的弹性体熔喷纤维覆盖在交联的弹性层120上形成复合弹性层126，将处于拉伸紧张状态的复合弹性层126传送至层压夹，将复合弹性层126层压到至少一张非织造纤网上形成VFL/CFSBL。
弹性层压材料可用于各种一次性物品中，包括但不限于衣物，感染控制产品，和上面定义的个人护理产品。在这些应用中，弹性层压材料表现为高性能的弹性材料，具有的迟滞值小于25，更好为小于20％，或小于15％。
这里揭露的本发明的实施方式为示例性的，在不脱离本发明精神和范围下可作出各种改变和改进。本发明的范围由后附的权利要求限定，权利要求中包括了落入其等同物的含义和范围之内的所有变化。

Claims (20)

1.一种制造弹性层压材料的装置，包括：一模具，用于挤出含有可交联的弹性共聚物的层；至少一辊，用于传送挤出的弹性层；一供料源，用于提供至少一张非织造纤网；一层压夹，用于将至少一张非织造纤网层压到挤出的弹性层上；至少一个加工单元，用于交联弹性共聚物；以及卷筒，用于收集弹性层压材料。
2.权利要求1的装置，其中模具包含用于挤出多根平行的可交联的弹性共聚物单丝的单丝模具。
3.权利要求1的装置，其中模具包含用于挤出多股平行的可交联的弹性丝带形状的元件的丝带模具。
4.权利要求1-3中任一项的装置，其中至少一个加工单元位于至少一个辊和层压夹之间。
5.权利要求1-3中任一项的装置，其中至少一个加工单元位于层压夹之后。
6.权利要求1-3中任一项的装置，包含上端辊和下端辊来传送挤出的弹性层。
7.权利要求6的装置，包含位于靠近下端辊外表面处的第一加工单元。
8.权利要求7的装置，包含位于靠近上端辊外表面处的第二加工单元。
9.权利要求8的装置，其中第一和第二加工单元位于装置的相反侧。
10.权利要求1-9中任一项的装置，进一步包括置于纤网形成器之上的熔喷模具，用于喷出无规排列的弹性纤维以覆盖在挤出的弹性层上。
11.权利要求10的装置，其中至少一个加工单元位于纤网形成器和层压夹之间。
12.权利要求10的装置，进一步包括位于单丝模具和纤网形成器之间的辊。
13.权利要求12的装置，其中至少一个加工单元位于靠近辊外表面处。
14.权利要求1-13中任一项的装置，其中加工单元包括电子束加工单元。
15.权利要求1-14中任一项的装置，其中电子束加工单元在约100-约300kV下操作，向弹性层输出约2-约30MRads的辐射。
16.权利要求1-15中任一项的装置，进一步包括真空传送器来控制基础的弹性层在至少一辊和层压夹之间的运动。
17.权利要求16的装置，其中真空传送器位于加工单元之间。
18.权利要求1-17中任一项的装置，其中加工单元含有淬火系统来调节交联前的弹性层的温度。
19.权利要求1-18中任一项的装置，其中可交联的弹性共聚物包含弹性苯乙烯系嵌段共聚物。
20.权利要求1-19中任一项的装置，其中可交联的弹性共聚物包含弹性聚烯烃共聚物，其选自半结晶的聚烯烃塑性体和丙烯-乙烯共聚物。
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