非织造织物和制造方法 【技术领域】
本发明涉及弹力非织造织物，更具体地涉及包含弹性纤维、粘结剂(特别是粘合纤维)和卷曲纤维的这类织物。
背景技术
已经公开的非织造织物包含弹性聚氨酯和聚醚酯纤维，例如美国专利5238534和公开的日本专利申请JP43-026578、JP03-019952和JP10-025621。然而，这类织物可能具有不美观的沉重感，并且可能具有差的、发粘的手感。还公开了包含卷曲纤维的非织造织物，例如美国专利US5102724和公开的日本专利申请JP02-091217和JP05-171555，但是它们可能具有差的和各向异性的拉伸和回复性能。这些不足均可能使现有技术的非织造织物不能令人满意地直接与皮肤接触，例如在尿布的情况中。
交叉-铺设的梳理纤网已经被用于制造纵向和横向性能类似的产品，例如公开于国际专利申请WO00/63478和公开的日本专利申请JP08-260313和JP11-061617中，但是这类操作增加成本，并且所述织物可能是厚的并且可能具有差的手感、低的柔顺性和/或差的拉伸和回复性能。
还已经公开了非织造纤网和弹性材料的层压制品，例如公开的日本专利申请JP08-188950，但是这类织物同样可能是不均匀地厚地和具有低的柔顺性，使得它们不能满意地贴合身体。
包含粘合纤维的非织造织物也已经被公开，例如美国专利US5302443和公开的日本专利申请JP2000-328416，但是这类织物通常缺乏足够的拉伸-和-回复性能。
仍然存在对具有良好的手感和良好的拉伸-和-回复性能的薄的非织造织物的需要。
【发明内容】
本发明提供了非织造织物，其具有至少大约55％的各向同性的伸长回复率，并且包含粘结剂，基于所述织物的重量为大约3到50重量百分数的裸露的弹性短纤维，和卷曲短双组分纤维。
本发明还提供了制造这类非织造织物的方法，其包括以下步骤：(a)提供短斯潘德克斯，短潜在卷曲纤维，其在被加热时发生卷曲，和粘合纤维；(b)制备斯潘德克斯、潜在卷曲纤维和粘合纤维的悬浮体；(c)通过选自气流成网和湿法成网的方法将悬浮体成形为纤网；(d)加热该纤网以熔融所述粘合纤维和结合所述纤维；和(e)在松弛状态下加热纤网以在潜在卷曲纤维中形成卷曲。
【附图说明】
图1是显示本发明非织造织物的实施方案之一的透视图(图1A)和简图(图1B)。
图2显示图1中沿着线IIA-IIA(图2A)和IIB-IIB(图2B)的放大的横截面简图。
图3是非织造织物生产装置的简图。
图4示意地显示在加热以前(图4A)和加热之后(图4B)的纤网。
发明详述
现在已经出人意料地发现，包含粘结剂、卷曲短纤维和裸露的弹性短纤维的非织造织物，甚至在低弹性纤维含量和低基础重量和厚度情况下，具有不同寻常的良好的手感(如没有粘性所说明的)、在重复拉伸之后良好的伸长回复率。它们还是柔性的并且具有各向同性的机械性能。该织物非常适合于具有拉伸性能的制品，例如服装夹层、尿布、用于外部药物处理的基材、揩布和包装材料。
在此“弹性纤维”指裸露的(未覆盖的)短纤维，其不含稀释剂，具有与任何卷曲无关的超过100％的断裂伸长率，并且在拉伸到其长度的两倍、保持一分钟然后释放时，其在被放松后一分钟内缩回到小于1.5倍的其初始长度。这类纤维包括，但是不局限于，橡胶纤维、斯潘德克斯、聚醚酯纤维、双成分纤维和弹性聚酯(elastoester)。“斯潘德克斯”指一种制造的纤维，其中成纤物质是由至少85％重量的嵌段聚氨酯组成的长链合成聚合物。“各向同性的机械性能”指性能，例如拉伸强度和伸长回复率，在织物的横向中是织物纵向中的至少80％。“双成分纤维”指制造的纤维，其具有第一一般类别的聚合物例如热塑性弹性体的一种组分，和第二一般类别的聚合物例如热塑性非弹性体的第二组分，两种组分沿着纤维的长度基本上是连续的；该纤维可以具有同心的或者偏心的皮-芯式或者并列式结构。“双组分纤维”指一种纤维，其中相同的一般类别的两种聚合物处于并列式或者偏心的皮-芯式关系，并且包括卷曲纤维和具有潜在卷曲性的、尚未卷曲的纤维两者。
首先参考图1A，其中示意地说明了本发明的非织造弹力织物10的一种实施方案。在图1B中的细节显示了该织物包含弹性纤维12、卷曲纤维14和粘结剂16，该粘结剂将弹性纤维1 2粘结到卷曲纤维14，例如在它们之间的接触点18，使得弹性纤维和卷曲纤维的拉伸和回复性能不被损害。
现在参考图2A和2B，其中示意地显示了本发明非织造弹力织物的一种实施方案的横截面，包括弹性纤维12、卷曲纤维14和粘结剂16。卷曲纤维14显示为并列式双组分纤维，其包含组分14x和14y。粘结剂16显示为皮-芯式粘合纤维，其包含皮16x和芯16y。
本发明的非织造织物包含基于织物重量为大约3到50重量百分数、优选大约5到30重量百分数的裸露的弹性短纤维。当弹性纤维的量小于大约3重量百分数时，织物的伸长回复能力可能不能令人满意，而当弹性纤维的量超过大约50重量百分数时，弹性非织造织物可能具有不合意的、粘性的手感。
织物优选进一步包含基于织物重量为大约40到80重量百分数、更优选大约50到70重量百分数的卷曲短纤维。在小于大约40重量百分数的量下，非织造织物可能具有降低的拉伸性能、差的柔顺性和硬的手感。在大于大约80重量百分数的量下，织物可能具有差的机械强度和因此减小的在重复拉伸时的伸长回复能力。
织物优选还包含基于织物重量为大约10到50重量百分数、更优选大约20到40重量百分数的粘结剂。在小于大约10重量百分数的量下，织物可能具有差的机械强度，而在高于大约50重量百分数下，拉伸性能可能被损害，并且织物可能具有过于硬的手感。
本发明的织物具有至少大约55％的伸长回复率，并且可以具有至少大约50微米和小于135微米的厚度。
有用的弹性纤维的例子包括斯潘德克斯、聚醚酯弹性纤维和聚醚酰胺弹性纤维。还可以使用天然橡胶、合成橡胶和半合成橡胶，以及双成分纤维。斯潘德克斯是优选的，并且包含聚氨酯脲的斯潘德克斯是更优选的。聚氨酯脲通常可以由聚合物二醇、二异氰酸酯和二胺或者醇胺扩链剂制备。
短弹性纤维的线性密度可以为大约0.5到40分特、通常大约1到30分特。在小于大约0.5分特下，该纤维可能具有过于低的机械强度，而在高于大约40分特下，构成纤网每单位表面积的弹性纤维的数目被减少；在此范围外，织物可能具有降低的伸长回复率。短弹性纤维可以具有大约3到50mm、通常大约5到30mm的长度。在长度小于大约3mm下，织物可能具有低的机械强度，而在长度大于大约50mm下，可能难以获得纤维在织物纤网中的均匀分布。对弹性纤维的横截面形状没有特殊的限定，其可以具有圆形横截面，如图2所示，或者改变的横截面，例如三角形的或者平化的横截面。
有用的卷曲短纤维可以是聚酯纤维、聚烯烃纤维、丙烯酸系纤维和聚酰胺纤维。在这类纤维中，可以在弹性纤维、潜在卷曲纤维和粘结剂已经被混合之后、和优选在已经由其形成纤网之后，通过在松弛条件下热处理由相应的潜在卷曲纤维形成卷曲。潜在卷曲纤维和相应的卷曲纤维具有双组分结构，其中有用的聚合物对包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-间苯二甲酸乙二醇酯)；聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，3-丙二醇酯)；聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-间苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，3-丙二醇酯)；聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，4-丁二醇酯)；聚(己二酰己二胺)和聚(己二酰己二胺-共聚-己二酰2-甲基-1，5-戊二胺)；等等。
潜在卷曲纤维可以具有低于弹性纤维的软化温度的卷曲展现温度。如果潜在卷曲纤维的卷曲展现温度高于弹性纤维的软化温度，则弹性纤维的伸长回复能力在卷曲展现期间可能被损害。
卷曲纤维可以具有大约0.2到20分特每长丝的线性密度，通常大约0.5到10分特每长丝。如果卷曲纤维具有小于大约0.2分特每长丝的线性密度，织物的拉伸性能可以是不充分的。在高于大约20分特每长丝的线性密度下，织物可能是硬的并且具有差的手感。如弹性纤维的情形一样，卷曲纤维可以具有大约3到50mm、通常大约5到30mm的长度。对卷曲纤维的横截面形状没有特殊的限定并且它们可以具有圆形横截面，如图2所示，或者三角形、平化的或者“雪人”横截面。
粘结剂可以是热塑性树脂例如聚酯、聚烯烃、丙烯酸类或者聚酰胺。当被加热和熔融，然后冷却和固化时，其将纤网(本发明织物的前身)的纤维粘结在一起。粘结剂的熔融温度可以低于弹性纤维的软化温度，使得弹性纤维的伸长回复能力在前体纤网被加热以熔融粘结剂时不被损害。对粘结剂的形态没有特殊的限制，并且其可以是液体、粉末或者纤维，如图1和2所示。纤维形态是优选的，例如具有同心的或者偏心的皮-芯式结构，其中热塑性皮在与芯相比较低温度下熔融。这类纤维的例子包括其中皮是聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-间苯二酸乙二醇酯)和芯是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的那些。如弹性纤维的情形一样，粘合纤维可以具有大约3到50mm、通常大约5到30mm的长度。
构成纤维的聚合物可以是共聚物，其包含另外的改进其制备、功能或者加工的单体，例如用于提高可染性(例如聚酯中的5-钠-磺基间苯二酸盐)、优化卷曲度、熔体粘度、粘合性、耐环境降解性等等，只要本发明的益处不受损害。类似地，纤维可以包含添加剂，例如紫外线吸收剂、抗氧剂、防粘剂、润滑剂、位阻酚类稳定剂、位阻胺稳定剂、无机颜料例如二氧化钛、氧化锌、炭黑等等、包含银、锌或者其化合物的抗微生物剂、除臭剂、香料和抗静电剂例如聚(环氧乙烷)，只要本发明的益处不受到不利影响。
在本发明方法中，制备了短弹性纤维(优选斯潘德克斯)、短潜在卷曲纤维和粘结剂(优选粘合纤维)的悬浮体。任选地，可以将分散剂和/或增稠剂加入该悬浮体。通过湿法成网方法或者气流成网方法将悬浮体成型为纤网，并将纤网加热以使粘结剂熔融和使潜在卷曲纤维卷曲。加热步骤优选在很小的压力或者张力或者在没有压力或者张力下(即，纤网处于松弛状态下)进行，使得潜在卷曲纤维的卷曲不被妨碍，并且在低于弹性纤维的软化温度下进行。加热步骤可以分为两步进行，一个步骤用于使纤维粘结，而另一个步骤用于在潜在卷曲纤维中发展卷曲，或者其可以在完成粘结和卷曲两者的单一步骤中进行。
以下描述了使用图3中示意地说明的装置的本发明方法的一种实施方案。在该具体的实施方案中，使用了潜在卷曲纤维和纤维粘结剂。
首先，在纤维悬浮体制备步骤中(图3中的“A”)，可以将弹性纤维、潜在卷曲纤维和粘合纤维加入到水中，和在旋转装置20例如打浆机中混合，以使纤维解聚集和形成纤维在水中的悬浮体，使得所述悬浮体具有大约0.1到3wt％的纤维浓度。该悬浮体可以通过泵(“P”)输送到混合槽22，然后到机器罐24。任选地，为了有助于在悬浮体制备步骤中将纤维分散，可以例如以基于总纤维重量为0.01到10％重量的量加入分散剂，例如非离子的基于聚醚的分散剂、弱阳离子聚酯/聚醚分散剂等等。任选地，还可以加入水溶性的增稠剂，例如以基于水的重量为5到50ppm(基于增稠剂固体)的量加入。
然后，在纤网-形成步骤中(图3中的“B”)，可以通过泵(“P”)将来自机器罐24的悬浮体进料到短-网造纸机26的丝网传送带26a，并且在丝网传送带26a上脱水，以在传送带上形成纤网。在该步骤，图4A示意地说明了纤网的一种实施方案，其包含弹性纤维12、潜在卷曲纤维14和粘合纤维16。然后，在丝网传送带26a上的纤网可以被转移到毡28上，其可以具有比丝网传送带26a更平滑的表面。
然后，在粘结步骤中(图3中的“C”)，毡28上的纤网可以被转移到圆筒型干燥机30上，其可以具有比毡28更平滑的表面，并且在其中可以将纤网加热到足以使纤网中的粘合纤维16的皮16x熔融的预定温度。然后，可以将纤网从圆筒型干燥机30上拉开并且冷却，使熔融的粘结剂固化，使得纤维12和14被粘结在一起，例如在点18(参见图1B)，从而形成非织造织物。
在卷曲展现步骤中(图3中的“D”)，可以通过进料辊31将织物进料到加热烘箱32，其可以例如红外线或者远红外线辐射的方式供热。加热烘箱32中的温度可以低于弹性纤维12的软化温度，但是足以使纤维14进行卷曲。为了进行卷曲，优选的是加热烘箱32中的织物处于松弛状态。因此，可以调节进料辊31和取出辊34的圆周速度，以便不在织物上施加张力。图4B示意地说明了在该步骤的织物的一种实施方案，其中纤维按照用于图4A的编号系统表示。
最后，织物可以缠绕在卷绕盘36(图3中的“E”)上。
在实施例中使用了上述步骤和装置，但是它们仅仅说明本发明的一种实施方案，并且可以在许多方面进行改变。例如，保持悬浮体的罐(混合槽22和机器罐24)可以由一个或者三个或以上罐组成。在纤网-形成步骤中，代替短-网造纸机，可以使用其它类型造纸机，例如长网造纸机或者圆网造纸机。在纤维悬浮体制备步骤和纤网-形成步骤中，代替水可以使用其它液体例如乙醇作为介质。此外，承载纤网的毡的长度和数目可以变化，或者可以使用一个或多个辊子代替毡。此外，可以在纤网-形成步骤和粘结步骤之间独立地提供压制步骤，其中纤网在外加压力下挤压。在粘结步骤中，可以使用其它类型加热器(例如空气干燥机、空气连续环流干燥机、红外线干燥机、抽吸干燥机)代替圆筒型干燥机。粘结步骤和卷曲展现步骤可以在分离的时间或者位置中进行，或者这些步骤可以被集成以致在相同的时间实现粘结和卷曲展现。
可以在卷曲展现步骤和缠绕步骤之间提供借助于将织物在砑光辊(任选地具有压纹表面)(未显示)之间通过来调节非织造弹力织物的手感或者表面性质的步骤。在纤维悬浮体制备步骤和纤网-形成步骤中，可以使用气流成网步骤代替湿法成网步骤。在气流成网工艺中，在纤维悬浮体制备步骤中可以使用开松机(未显示)将纤维解开聚集和分散，并且纤维的混合悬浮体可以使用纤维混合机(未显示)来制备。在纤网-形成步骤中，可以使用无规粗梳机以改进纤维取向的无规度。
在实施例中，织物性能通过以下方法测定。基础重量和厚度按照日本工业标准试验号码JISL-1096测定，和拉伸强度按照JISP-8113测定。伸长回复率通过测定测试之前测试样品的长度(Lo)，将样品在英斯特朗试验仪上进行五次15％伸长-和-回复循环，测定在第五次伸长时样品的长度(Le)和在第五次回复之后样品的长度(Lf)来测定。伸长回复百分率(Re)由以下公式计算：
Re(％)＝100×(Le-Lf)/(Le-Lo)
在表1中，“对比”指对比例，拉伸强度以千牛顿/米报告。
实施例1
使用的弹性纤维是斯潘德克斯(LycraT-127C，DuPont-TorayCo.，Ltd.的注册商标)，其具有7分特每长丝的线性密度，6毫米的纤维长度和大约180℃的软化温度。潜在卷曲纤维是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)+聚(对苯二甲酸乙二醇酯)共聚物双组分纤维(T81，由UnitikaFiber Co.，Ltd.制造)，其具有1.7分特每长丝的线性密度，5毫米的纤维长度和至少大约140℃的卷曲展现温度。粘结剂是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-间苯二酸乙二醇酯)(30％间苯二酸酯)的皮-芯式粘合纤维(“Melty”4080，由Unitika FiberCo.，Ltd.制造)，其具有1.1分特每长丝的线性密度，3毫米的纤维长度，和大约110℃的皮熔融温度。
使用打浆机将5重量百分数的斯潘德克斯、65重量％的潜在卷曲聚酯纤维和30重量％的聚酯皮-芯式粘合纤维分散在水中。然后，加入10ppm(增稠剂固体，基于水的重量)的聚丙烯酰胺增稠剂(“MyResin”R10L，由Mitsui-Cytec，Ltd.制造，40％乳液)和1重量％(基于总纤维重量)的改性的非离子聚醚酯分散剂(MDP-002，由Takemoto Yushi KK制造)，给出具有大约0.5重量％纤维浓度的悬浮体。
使用短-网造纸机将得到的悬浮体湿法成网，使得纤维是基本上无规取向的，然后在具有120℃的表面温度的圆筒型干燥机中加热，给出具有22g/m2基础重量的纤网。然后将松弛状态的纤网通过定到160℃的红外线加热器以在潜在卷曲纤维中发展卷曲。然后，使用圆柱辊在10kgf/cm压力下压制纤网，得到非织造织物，其性能示于表1。
实施例2
在与实施例1相同的条件下生产非织造织物，除了斯潘德克斯的比例为10重量％和潜在卷曲聚酯纤维的比例为60重量％。得到的织物的性能示于表1。
实施例3
在与实施例1相同的条件下生产非织造织物，除了斯潘德克斯的比例为20重量％和潜在卷曲聚酯纤维的比例为50重量％。得到的织物的性能示于表1。
对比实施例1
用和实施例1一样的方法制备非织造织物，除了没有使用斯潘德克斯。得到的织物的性能示于表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比1
纤维比例(wt％)
斯潘德克斯 5 10 20 0
卷曲聚酯双组分纤维 65 60 50 70
聚酯粘合纤维 30 30 30 30
织物性能
基础重量(g/m2) 42 40 38 44
厚度(微米) 119 132 124 137
拉伸强度，MD(kN/m) 1.1 1.0 0.9 1.1
拉伸强度，CD(kN/m) 1.0 0.9 0.8 1.0
伸长回复率，MD(％) 69 73 86 50
伸长回复率，CD(％) 63 67 79 46
表1中的数据显示，与不适合作为弹力织物的对比实施例1中制备的织物相比，在实施例1、2和3中制备的非织造弹力织物具有各向同性的伸长回复率，其也是很高的。本发明织物还具有良好的手感(低的粘性)和良好的柔顺性。