具有包封不连续材料区的层合结构的受控脱层 相关申请
本发明要求2000-12-28提交的美国临时申请序列号60/259,134的优先权。
背景技术
为提高层合材料的功能，常要求将某种颗粒包封在层合物中。例如，为提高一次性尿布的吸水性，可将超吸收剂颗粒包封在由尿布层合材料构成的袋中，以限制使用期间不希望的迁移、沟流、凝胶板结、粉尘生成或沉降。为将此种不连续颗粒沉积在袋内，已研发出各种各样的技术。例如，美国专利4,327,728，授予Elias，和4,381,783，授予Elias，描述一种吸收剂制品，它包括至少一个装有超吸收剂不连续颗粒和不连续颗粒的均匀掺混物的袋。
但是，当包括接触液体时发生溶胀或膨胀的超吸收剂颗粒或其他材料时，某些将颗粒包封在袋中的传统技术已证明是不完善地。例如，在某些情况下，随着颗粒吸水，它们能溶胀到开始与基材下表面平齐的程度。之后，随着颗粒继续溶胀到或接近饱和，它们将施加不断增加的力在基材表面，最终导致基材的破裂。除了引起基材破裂之外，颗粒还常常溶胀到阻碍液体流到袋内其他、未溶胀颗粒的程度。
为解决这些问题，已开发出各种各样技术。例如，美国专利5,983,650，授予Baer等人，描述一种不含木浆或其他纤维素材料的吸收剂芯。该芯包含装在由粘合网格界定的平袋中的超吸收聚合物。随着液体加在层合物的某一区域，该袋中的聚合物颗粒便溶胀。随着颗粒的溶胀，这些粘合区域形成许多三维渠道，并容许一个部位多余的液体迅速流到相邻或更远的袋中。在某些用途中，溶胀的SAP颗粒所产生的力可能或将导致至少一部分封合线的破裂。
尽管上面描述的技术代表着某些改进，但这些技术对装在袋中的颗粒利用方面依然不充分。因此，目前需要一种改进和更有效的将颗粒包封在层合物袋中的方法。
发明概述
按照本发明一种实施方案，提供一种层合结构，它包括第一基材和第二基材。例如，在一种实施方案中，基材可包含能熔结在一起形成粘合部分和位于粘合部分之间的未粘合部分的热塑性聚合物。
层合结构的未粘合部分界定了装有颗粒的不连续区的狭长袋。该狭长袋具有大于约2的长/宽比。另外，在某些实施方案中，狭长袋具有为约4～约100，某些实施方案中为约6～约10的长/宽比。
另外，这些粘合部分界定至少一个周边区和至少一个内区。内区的粘合程度保证在对其施加力之后能立即脱层，例如，在某些情况下，可使用一种一旦接触水便立即溶胀的超吸收剂颗粒。此种溶胀产生一个反抗层合结构内区的力，从而导致那一区的结构绽开。再有，在一种实施方案中，周边区的粘合程度大于内区，致使周边区在施加同样力之后基本不脱层。例如，在某些实施方案中，周边区在粘合后可具有与基材强度相近的强度。
本发明其他特征和方面将在下面更详细地讨论。
附图简述
针对本领域技术人员，有关本发明更全面和可操作的公开，包括其最佳模式，将在下文中更具体地给出，其中将参考着附图，包括：
图1是一种本发明层合结构实施方案的成形步骤示意图，其中图1A显示颗粒被沉积到第一基材上。图1B显示第二基材覆盖在颗粒上；而图1C显示两片基材粘合在一起；
图2是按照本发明成形的层合结构的一种实施方案的平面图；
图3是图2中所示层合结构的平面图，其中层合结构的内区已经脱层；和
图4是本发明层合结构的一种实施方案的侧视图；
图5是图4所示层合结构的侧视图，但其中层合结构的内区已经脱层；
图6一种可用来成形本发明层合结构一种实施方案的技术的图解；
图7是用来成形实施例中层合结构的粘合板的示意图；以及
图8～13是针对实例2样品所做应力-应变曲线，其中载荷(磅)作为伸长(英寸)的函数来确定。
参考字母在本说明和附图中的重复使用旨在表示本发明相同或类似的特征或要素。
代表性实施方案的详述
定义
本文所使用的术语″粘合梳理纤网″是指一种由短纤维制成的纤网，其由短纤维，送过精梳或梳理装置从而将各个短纤维分开或撕开并排齐，进而形成非织造纤网。纤网一旦成形，便利用几种已知粘合方法之一或多种进行粘合。此种粘合方法之一是粉末粘合，其中将粉末状粘合剂沿整个纤网分布，然后将其活化，通常借助热空气将纤网和粘合剂加热来实现。另一种合适的粘合方法是花纹粘合，其中加热的压辊或超声波粘合设备用于将纤维粘合在一起，通常沿着局部粘合花纹进行，尽管纤网也可沿着其整个表面全部粘合，(若需要的话)。另一种合适并且熟知的粘合方法，尤其当采用双组分短纤维时，是穿透空气粘合。
本文所使用的术语″熔喷纤维″是指按如下方法成形的纤维：将熔融热塑性材料从多个纤细通常为圆形的纺丝孔中以熔融丝或束形式挤出到逐渐汇聚的热气流(例如空气流)中，气流将熔融热塑性材料丝束拉细，直径变小，可能小到微纤维的直径范围。然后，熔融纤维被高速气流夹带着，最后沉积在收集表面上，形成由散乱分布的熔喷纤维组成的纤网。此类方法，例如公开在授予Butin等人的美国专利3,849,241中。例如，熔喷纤维属于微纤维，可以是连续的或不连续的，直径小于10μm。
术语″非织造纤网″或″非织造布″是指其结构系由单根纤维或丝交叉铺置构成的纤网，但它们不是像针织物中那样按照可辨认方式排列的。非织造纤网或非织造布一向采用多种方法成形，如熔喷法、纺粘法以及粘合-梳理纤网法。非织造布的基重通常以每平方码材料的盎司数(“osy”)或者每平方米克数(“gsm”)表示，而纤维直径通常以微米表示。(注，要从“osy”换算为“gsm”，可将“osy”(数值)乘以33.91)。
本文使用的术语″花纹未粘合″、″点粘合″或″PUB″通常指具有界定许多不连续未粘合区域的连续热粘合区域的织物花纹。不连续未粘合区域内的纤维或长丝因有连续粘合区域包围或环绕着每一个未粘合区域而变得尺寸稳定。未粘合区域专门设计成用来在未粘合区域内的纤维或长丝之间提供空间。适合成形本发明花纹-未粘合非织造布材料的方法，例如美国专利5,962,117所描述的，包括使加热的非织造布(例如，非织造纤网或多层非织造纤网)送过压花辊之间，其中至少一个辊在其最外表面具有粘合花纹，其中包含接触(land)区域组成的连续图案，该图案界定大量不连续孔眼、凹陷、小孔或孔。连续接触区域界定的辊(或多个辊)上的每个孔在制成的非织造布至少一个表面上形成不连续未粘合区域，这些区域中的纤维或长丝基本上或完全未粘合。该方法的替代方案包括先预粘合该非织造布或纤网，然后再将织物或纤网送过压花辊形成的辊隙之间。
本文使用的术语″纺粘纤维″是指一类小直径纤维，其成形方法包括将熔融热塑性材料从纺丝板的多个纤细，圆形或其他形状的纺丝孔中挤出为丝束，随后，挤出丝束的直径，借助例如以下文献中的方法迅速拉细：授予Appel等人的美国专利4,340,563及授予Dorschner等人的美国专利3,692,618、授予Matsuki等人的美国专利3,802,817、授予Kinney的美国专利3,338,992、授予Kinney的美国专利3,341,394、授予Hartman的美国专利3,502,763、授予Dobo等人的美国专利3,542,615。纺粘纤维当沉积到收集表面上时通常是不发粘的。纺粘纤维通常为连续状且直径大于约7μm，更具体地说为约10～40μm。
本文使用的术语“超吸收剂材料”(SAM)通常指任何在水溶液，例如水中能吸收、溶胀或胶凝其自重的至少约10倍，在某些实施方案中至少约其自重的30倍的显著可水溶胀、不溶于水的材料。另外，超吸收剂材料通常能吸收至少约20g水溶液每克SAM，尤其是至少约50g，更尤其至少约75g，更特别至少约100g～约350g水溶液每克SAM。某些可使用的合适的超吸收剂材料包括无机和有机材料。例如，某些合适的无机超吸收剂材料可包括吸收粘土和硅胶。再有，某些合适的超吸收剂有机材料包括天然材料如琼脂、果胶、瓜耳胶等，以及合成材料如合成水凝胶聚合物。例如，一种合适的超吸收剂材料是FAVOR880，由Stockhausen公司(位于Greensboro，北卡)供应。
本文所使用的术语“热点粘合”通常涉及使待粘合织物(如纤维片材或多层纤网)或纤网从加热压辊之间穿过。通常，一个辊带有某种花纹，使得整个织物不沿其整个表面发生粘合，另一个辊通常是光滑的。结果，已开发出各种各样用于压辊的花纹。一种花纹的例子包括许多点，就是Hansen-Pennings或“H&P”图案，粘合面积为约30％，每平方英寸有约200个粘合点，正如美国专利3,855,046中所教导的。H&P花纹具有方块形的点或针状粘合区。另一种典型的点粘合花纹是扩展型Hansen-Pennings，或“EHP”粘合图案，它能产生15％的粘合面积。另一种叫做“714”的典型点粘合花纹具有方块针粘合区，产生的花纹具有约15％的粘合面积。另一种常见花纹包括菱形花纹，由重复和略微偏置的菱形组成，粘合面积为约16％，以及一种波浪线花纹，顾名思义像窗纱似的，具有约18％粘合面积。就典型而言，压辊赋予所制成的布料约10％～30％粘合面积。诸如本领域熟知的，粘合点将制成的布料保持在一起。
本文使用的术语“超声波粘合”一般指，例如将基材送过超声波发生头与砧辊之间来实施的方法，正如美国专利4,374,888，授予Bornslaeger所描述的。
发明详述
现在，详细描述本发明的各种不同实施方案，下面给出其一种或多种实施例。每个实施例旨在说明本发明，而不是限制它。事实上，本领域技术人员很清楚，在不偏离本发明范围或精神的前提下还可在本发明内做出各种各样修改和变化。例如，作为一种实施方案一部分例举或描述的特征，可用于另一种实施方案，结果产生又一种实施方案。因此，本发明的意图在于涵盖此类效果和变化，只要它们落在所附权利要求及其等价物的范围内。
一般而言，本发明涉及一种层合结构，它包含至少两片基材通过粘合在一起形成的狭长袋。该狭长袋装有颗粒(例如，超吸收性材料)的不连续区。现已发现，按照本发明成形的层合结构能够提供，与现有技术方法相比，对其中所装颗粒更有效的利用。例如，在某些实施方案中，袋的长宽比使得袋能够在施加力时较容易地沿高度方向脱层。具体地说，现已发现，此种狭长袋可让颗粒溶胀产生的力以比沿袋长度方向更大的程度沿宽度方向作用，从而使层合结构沿内粘合区比沿周边粘合区脱层的可能性更大。
本发明层合结构通常可由两片或多片基材构成，每一片包含一个或多个层。例如，基材可以是疏水或亲水的。再有，本发明使用的基材还可由各种各样不同的材料制成，只要这二或更多片基材的至少一部分当接受热、超声波、粘合剂或其他类似粘合技术处理时可粘合即可。例如，在某些实施方案中，基材通常不含纤维素材料，以便提高基材粘合在一起的能力。另外，典型情况下还要求基材具备足够强度，以便装在其中的颗粒溶胀后基材将基本上不破裂。例如，本发明使用的基材可由薄膜、非织造纤网、非织造布、针织织物或其组合(例如，层合到薄膜上的非织造布)形成。
例如，在一种实施方案中，基材可由一或多层非织造纤网成形。在某些情况下，非织造纤网的基重和/或厚度可在一定范围内选择，以便提高层合结构的柔性。例如，现已发现，在某些情况下，某一特定基材厚度的增加可导致该基材的挺度随厚度呈三次方地增加。于是，在某些实施方案中，非织造纤网的厚度可小于约0.1英寸，在某些实施方案中为约0.005英寸～约0.06英寸，而在某些实施方案中，为约0.015英寸～约0.03英寸。另外，在某些实施方案中，非织造纤网的基重可小于约5盎司每平方码，在某些实施方案中，为约0.5～约4盎司每平方码，而在某些实施方案中，为约0.5～约2盎司每平方码。
典型而言，本发明使用的非织造纤网包含合成纤维或长丝。该合成纤维或长丝可由各种各样热塑性聚合物成形。例如，某些合适的热塑性塑料包括但不限于，聚氯乙烯；聚酯；聚酰胺；聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)；聚氨酯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；上述材料的共聚物、三元共聚物和共混物等。
某些合适的聚烯烃，例如可包括聚乙烯如Dow Chemical的PE XU61800.41线型低密度聚乙烯(“LLDPE”)以及25355和12350高密度聚乙烯(“HDPE”)。另外，其他合适的聚烯烃可包括聚丙烯，如Exxon化学公司的EscorenePD3445聚丙烯和Montell化学公司的PF-304和PF-015。
再有，某些合适的聚酰胺可见诸于《聚合物树脂》，Don E.Floyd主编(国会图书馆目录号66-20811，Reinhold出版，纽约，1966)。可使用的市售供应的聚酰胺包括尼龙-6、尼龙6，6、尼龙-11和尼龙-12。这些聚酰胺可从许多来源获得，例如，Emser工业公司(Sumter，南卡)(Grilon&Grilamid尼龙)，Atochem公司，Glen Rock聚合物分部(新泽西)(Rilsan尼龙)，Nyltech公司(Manchester，新罕布什维尔)(品级2169，尼龙6)，以及Custom Resins公司(Henderson，肯塔基)(Nylene 401-D)等。
在某些实施方案中，也可采用双组分纤维。双组分纤维是可包含两种材料的纤维，例如但不限于，并列排列；基质-细纤排列，其中芯聚合物具有复杂断面形状；或者皮芯排列。在皮芯纤维中，通常皮聚合物的熔融温度比芯聚合物的低，以便有利于纤维的热粘合。例如，芯聚合物，在一种实施方案中，可以是尼龙或聚酯，而皮聚合物可以是聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯。此类市售供应的双组分纤维包括“CELBOND”纤维，由Hoechst Celanese公司销售。
如上所述，可使用一层或多层薄膜来成形本发明层合结构的基材。在某些情况下，薄膜的厚度可在一定范围内选择以提高层合结构的柔性。例如，如上所述，特定基材厚度的增加可导致该基材挺度随厚度呈三次方地增加。于是，在某些实施方案中薄膜的厚度可小于约0.05英寸，在某些实施方案中，为约0.0003英寸～约0.01英寸，并在某些实施方案中为约0.0007英寸～约0.02英寸。
为制作薄膜，可采用各种各样材料。例如，某些适合制造薄膜使用的热塑性聚合物可包括但不限于，聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯等)，包括均聚物、共聚物、三元共聚物及其共混物；乙烯-醋酸乙烯酯；乙烯-丙烯酸乙酯；乙烯-丙烯酸；乙烯-丙烯酸甲酯；乙烯-丙烯酸正丁酯；聚氨酯；聚(醚-酯)；聚(酰胺-醚)嵌段共聚物等。
本发明使用的基材的渗透性也可针对具体用途来改变。例如，在某些实施方案中，基材之一或多个可透液。此类基材，例如可用于各种类型流体吸收和过滤用途中。在另一些实施方案中，基材之一或多个可不透液，例如由聚丙烯或聚乙烯成形的薄膜。另外，在另一些实施方案中，可能要求基材之一或多个不透液但透气和水蒸汽(即，透气的)。
例如，某些合适的透气、不透液基材可包括例如美国专利4,828,556，授予Braun等人，在此收作参考，所公开的基材。Braun等人的透气性基材是包括至少三层的多层、布样阻挡材料。第一层是多孔非织纤网；第二层与第一层一侧相邻，包含聚乙烯醇的连续薄膜；第三层，连接第二层或者第一层不与第二层相连的那一侧，包含另一个多孔非织造纤网。该聚乙烯醇连续薄膜构成的第二层不带微孔，就是说，它基本上没有连通薄膜上下表面的空穴。
在另一些情况下，各种基材可用包含微孔的薄膜制造，以便给基材提供透气性。这些微孔形成贯通薄膜的所谓“曲折路径”。具体地说，接触薄膜一侧的液体不具有贯通薄膜的直接路径。相反，薄膜中的微孔渠道构成的网络阻止液体水通过但允许水蒸汽通过。
在某些情况下，透气、不透液基材由包含任何合适的物质如碳酸钙，的聚合物薄膜制成。薄膜是通过对充填薄膜拉伸从而在拉伸期间随着聚合物与碳酸钙脱离而产生微孔通路制成的。
透气但不透液基材的另一个例子描述在美国专利5,591,510中，授予Junker等人，在此全文收作参考用于任何目的。Junker等人所描述的织物材料包含透气性纸料外层和一层透气、挡液非织造材料。该布料还包括一种具有大量通孔因而透气，但阻止液体直接从中流过的薄膜。
除了上面提到的基材之外，也可使用各种各样其他透气性基材。例如，一种可使用的基材类型是无孔连续薄膜，它由于其分子结构的原因能形成一种蒸汽可透的阻挡层。例如，在属于此种类型的各种聚合物薄膜当中，包括由足以使它们透气数量的聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、乙烯-乙烯醇、聚氨酯、乙烯-丙烯酸甲酯和乙烯-甲基丙烯酸制成的薄膜。
再一些可用于本发明的其他透气性基材包括开孔薄膜。例如，在一种实施方案中，可采用一种由诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯或聚乙烯的共聚物之类热塑性薄膜制成的开孔薄膜，或者碳酸钙充填的薄膜。获得开孔薄膜层所使用的具体开孔技术可有所不同。薄膜可通过机械开孔成形为开孔薄膜或者可成形为连续、无孔薄膜，然后再接受机械开孔处理。
另外，在某些实施方案中，一个或多个层合结构中使用的基材可包含一种包括至少一种弹性体材料的弹性体成分。例如，弹性体或弹性材料可指这样的材料，它在受到外力之后，可伸长到一种相当于其未拉伸长度至少约150％，或者一倍半的伸长、偏置长度，该拉长、偏置力一旦松开，它将回复其伸长的至少约50％。在某些情况下，弹性体成分通过使结构能较容易弯曲和畸变可提高制成层合结构的柔性。另外，在另一些实施方案中，弹性体成分还可通过让基材更容易畸变使颗粒膨胀程度加大。特别是，弹性体材料的使用，在某些实施方案中，增加了基材破裂所需要的力。
当存在于基材中时，弹性体成分可采取各种形式。例如，弹性体成分可构成整个基材或者构成基材的一部分。在某些实施方案中，例如，弹性体成分可包含均匀或无规地分布在整个基材中的弹性线或段。替代地，弹性体成分可以是弹性薄膜或弹性非织造纤网。弹性体成分还可以是单层或多层材料。
一般而言，任何本领域已知具有弹性体特性的材料都可用在本发明弹性体成分中。例如，合适的弹性体树脂包括是通式为A-B-A′或A-B的嵌段共聚物，其中A和A′各自是热塑性聚合物端嵌段，其包含苯乙烯部分，例如聚(乙烯基芳烃)，而其中B是弹性体聚合物“链中嵌段”，例如，共轭二烯或低级链烯聚合物。用于A和A′的嵌段共聚物，以及目前的嵌段共聚物旨在涵盖线型、支化和星形嵌段共聚物。就此而论，星形嵌段共聚物可表示为(A-B)m-X，其中X是多官能原子或分子且其中每个(A-B)m-从X呈辐射状伸出并以A作为端嵌段。在星形嵌段共聚物中，X可以是有机或无机多官能原子或分子，并且m可以是数值与X中原有官能团数目相同的整数，通常至少是3，经常是4或5，但不限于此。于是，术语“嵌段共聚物”，以及特别是“A-B-A”和“A-B”嵌段共聚物可包括所有具有如上面讨论的此类橡胶嵌段和热塑性嵌段的嵌段共聚物，它们可挤出(例如，通过熔喷加工)，并且在嵌段数目上没有限制。例如，可使用诸如(聚苯乙烯/聚(乙烯-丁烯)/聚苯乙烯)嵌段共聚物之类的弹性体材料。此种弹性体共聚物的市售品实例例如是被称之为KRATON材料由Shell化学公司(休斯顿，德克萨斯)的那些。KRATON嵌段共聚物分几种不同配方供应，其中许多在美国专利4,663,220、4,323,534、4,834,738、5,093,422和5,304,599中给出，在此全文收作参考用于所有目的。
由弹性体A-B-A-B四嵌段共聚物组成的聚合物也可使用。此种聚合物在美国专利5,332,613，授予Taylor等人，中做了讨论。在这些聚合物中，A是热塑性聚合物嵌段；B是异戊二烯单体单元并已被氢化为基本上是聚(乙烯-丙烯)单体单元了。此种四嵌段共聚物的例子是苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)或S-EP-S-EP弹性体嵌段共聚物，由Shell化学公司(休斯顿，德克萨斯)以商品名KRATONG-1657供应。
其他可使用的范例弹性体材料包括聚氨酯弹性体材料，例如，由B.F.Goodrich&Co.供应的ESTANE或由Morton Thiokol公司供应的MORTHANE，以及聚酯弹性体材料，例如由杜邦公司按商品名HYTREL供应的共聚聚酯，以及叫做ARNITEL的共聚聚酯，以前由Akzo塑料公司(Amhem，荷兰)现在由DSM(Sittard，荷兰)供应。
另一种合适的材料是下列通式的聚酯嵌段酰胺共聚物：
其中n是正整数，PA代表聚酰胺聚合物链段，PE代表聚醚聚合物链段。具体地说，聚醚嵌段酰胺共聚物的熔点为约150℃～约170℃，按照ASTM D-789测定；其熔体指数为约6g/10min～约25g/10min，按照ASTM D-1238，条件Q(235℃/1kg载荷)；挠曲弹性模量为约20MPa～约200MPa，按照ASTM D-790测定；断裂抗张强度为约29MPa～约33MPa，按照ASTM D-638测定，以及断裂极限伸长为约500％～约700％，按照ASTM D-638测定。聚醚嵌段酰胺共聚物的一种具体实施方案的熔点为约152℃，按照ASTM D-789测定；其熔体指数为约7g/10min，按照ASTM D-1238，条件Q(235℃/1kg载荷)；挠曲弹性模量为约29.50MPa，按照ASTM D-790测定；断裂抗张强度为约29MPa，按照ASTM D-639测定；以及断裂极限伸长为约650％，按照ASTM D-638测定。此种材料可由ELF Atochem公司(Glen Rock，新泽西)按商品名PEBAX以各种不同品级购得。此类聚合物的应用实例可见诸于美国专利4,724,184、4,820,572和4,923,742，授予Killian。
弹性体聚合物还可包括乙烯与至少一种乙烯基单体如醋酸乙烯、不饱和脂族单羧酸以及此种单羧酸的酯的共聚物。弹性体共聚物以及由这些弹性体共聚物成形弹性体非织造纤网的方法公开在，例如美国专利4,803,117中。
热塑性共聚聚酯弹性体包括具有下列通式的共聚醚酯：
其中“G”选自聚(氧亚乙基)-α，ω-二醇、聚(氧亚丙基)-α，ω-二醇、聚(氧四亚甲基)-α，ω-二醇，并且“a”和“b”是包括2、4和6的正整数，“m”和“n”是包括1～20的正整数。此类材料的断裂伸长一般为约600％～750％，按照ASTM D-638测定；熔点为约350°F～约400°F(176℃～205℃)，按照ASTM D-2117测定。
另外，某些适宜弹性体烯烃聚合物的例子是，可由Exxon化学公司(Baytown，德克萨斯)按商品名ACHIEVE购得的聚丙烯基聚合物和按商品名EXACT和EXCEED购得的聚乙烯基聚合物。Dow化学公司(Midland，密歇根)按商品名ENGAGE市售供应聚合物。这些材料据信是采用非立构选择性金属茂催化剂制备的。Exxon通常称他们的金属茂催化剂技术为“单部位”催化剂，而Dow称他们的为“形状可限”催化剂并采用商品名INSIGHT以示它们与传统齐格勒-纳塔催化剂有别，后者具有多反应部位。
当含弹性体材料的弹性体成分，例如上面所描述的，结合到基材中时，则有时要求弹性体成分是一种弹性层合物，包含一种弹性体材料与一个或多个其他层，例如，泡沫体、薄膜、开孔薄膜和/或非织造纤网。弹性层合物通常包含许多层，它们可粘合在一起，结果至少一个层具有弹性聚合物的特性。弹性层合物中使用的弹性材料可由例如上面所描述的材料制成，它们可成形为薄膜，例如微孔薄膜；纤网，例如由熔喷纤维、纺粘纤维制成的纤网；泡沫体，等等。
例如，在一种实施方案中，弹性层合物可以是“颈缩-粘合”层合物。“颈缩粘合”层合物是指一种复合材料，具有至少两个层，其中一个层是颈缩的、非弹性层，而另一层是弹性层。制成的层合物因而是一种沿横向为弹性的材料。颈缩粘合层合物的某些例子描述在美国专利5,226,992、4,981,747、4,965,122和5,336,545中，全部授予Morman等人，在此将其全部内容收作参考用于所有目的。
弹性层合物也可以是“拉伸-粘合”的层合物，指的是一种复合材料，具有至少两个层，其中一层是可抽褶(gatherable)层，而其中另一层是弹性层。当弹性层处于伸展状态时将二层结合在一起，以便在各层一旦松开后，可抽褶层出现抽褶。例如，一个弹性件可在该弹性件伸长其松弛长度的至少约25％的同时粘合到另一个件上。此种多层复合弹性材料可拉伸到直至非弹性层完全展平为止。
例如，一种适当类型的拉伸-粘合层合物是纺粘层合物，例如公开在美国专利4,720,415中，授予VanderWielen等人，在此将其全部内容收作参考用于所有目的。另一种适宜类型的拉伸-粘合层合物是一种连续长丝纺粘层合物，例如公开在美国专利5,385,775中，授予Wright，在此将其全部内容收作参考用于所有目的。例如，Wright公开一种复合弹性材料，包括：(1)各向异性弹性纤网，具有至少一层弹性体熔喷纤维和至少一层弹性体长丝，后者自发粘合到弹性体熔喷纤维的一部分上，以及(2)至少一个可抽褶层，它在一定间隔的部位连接到各向异性弹性纤网上，于是该可抽褶层便在各个间隔部位之间抽褶。可抽褶层是在当弹性纤网处于拉伸状态时连接到弹性纤网上的，因此，当弹性纤网松开时，可抽褶层便在间隔粘合部位之间抽褶。其他复合弹性材料被描述和公开在美国专利4,789,699中，授予Kieffer等人；4,781,966，授予Taylor；4,657,802，授予Morman；和4,655,760，授予Morman等人，所有这些全部收作参考用于所有目的。
在一种实施方案中，弹性层合物也可以是颈缩、拉伸粘合的层合物。本文所使用的术语“颈缩拉伸粘合层合物”定义为一种由颈缩层合物与拉伸-粘合层合物组合制成的层合物。颈缩拉伸粘合层合物的例子公开在美国专利5,114,781和5,116,662，在此将这两篇全文收作参考用于所有目的。特别有利的是，颈缩拉伸粘合层合物可沿纵向和横向两个方向拉伸。
在某些实施方案中，成形本发明基材中使用的材料可提供“光散射”效果，从而掩盖其中所包含颗粒的颜色。例如，正如下面将要详细描述的，颗粒有时包含的颗粒具有某种颜色。在许多用途中，可能要求该颜色不透过整个制成的层合结构显露出来。因此，按照本发明一种实施方案，基材成形并粘合到其他基材上之后，颗粒的颜色可基本上被掩盖。例如，在一种实施方案中，由合成纤维成形的熔喷非织造纤网可用作基材，而其间夹着黑色颗粒(例如，活性炭)。在此种实施方案中，熔喷非织造布基材的细纤维网络可基本上掩盖住层合结构的袋中装的颗粒的颜色。
按照本发明，如上所述，还提供一种用于沉积在一个或多个基材之上的颗粒。该颗粒可以是化学上活性或惰性的。一般而言，颗粒可具有任何尺寸、形状和/或类型。例如，颗粒可以是球形或者是半球形、立方、棒状、多面体等，但也包括其他形状，例如针状、片状和纤维。另外，某些适当颗粒的例子可包括但不限于，超吸收剂、除臭剂、着色剂(例如，囊封染料)、香料、催化剂、杀菌材料、过滤介质(例如，活性炭)、蛋白质、药剂颗粒等。例如，颗粒可选自无机固体、有机固体等。某些可使用的无机固体包括但不限于，二氧化硅、金属、金属配合物、金属氧化物、沸石和粘土。再有，某些适宜使用的有机固体的例子包括但不限于，活性炭、活性炭(activated charcoals)、分子筛、聚合物微孔泡沫塑料、聚丙烯酸酯、聚酯、聚烯烃、聚乙烯醇和聚偏二卤乙烯(polyvinylidine halides)。其他可使用的固体可包括浆粕材料，例如，微晶纤维素、高度精制浆粕、细菌纤维素以及诸如此类。
颗粒通常可利用各种各样沉积技术沉积到基材上。例如，在某些实施方案中，可利用样板将颗粒按照要求的图案沉积到基材上。具体地说，样板可具有使它能物理地阻止在那些准备粘合的区域沉积上颗粒的构造。另外，在某些实施方案中，可采用真空板。真空板利用吸力将颗粒抽吸到要求的区域。另外，还可采用粘合剂沉积。例如，粘合剂可施涂到颗粒要沉积的基材部位上。随后，颗粒将粘附到包含粘合剂的那些基材部分上。
再者，在某些实施方案中，一个或多个基材可加工成带有纹理，以便使基材包含许多凹陷和凸起。在此种情况下，颗粒可沉积到带纹理的基材上，使得它基本聚集在基材的凹陷中。除了上面提到的沉积技术之外，也可使用其他技术。例如，一些其他将颗粒沉积到基材上的已知技术包括但不限于，静电、静电印刷术、印刷(例如，凹印)、图案转移辊(真空或粘合剂)等。
例如，参见图1，其中显示一种将颗粒包封到层合结构内的方法的实施方案。如图1A所示，颗粒可首先沉积到第一基材12上。一旦沉积后，第二基材14随后可粘合到部分第一基材12上。
按照本发明，二基材通常仅在没有沉积颗粒的不连续区的那些部分粘合在一起。例如，如图1B～1C所示，在一种实施方案中，基材14可在某些粘合部分24处粘合到第一基材12上。结果，不连续颗粒区28可包封在未粘合部分或袋20内。在某些实施方案中，这些袋20可给制成的层合结构提供实质性功效。例如，当采用一种设计具有吸水性的层合结构，例如尿布时，可能要求液体直接流到不连续的超吸收剂颗粒区，以吸收液体。于是，在此种情况下，层合结构的粘合部分可由诸如薄膜或非织造纤网之类的某些材料成形，它们是，或者当粘合在一起时将变得--基本上不透液。然而，基材的未粘合部分可维持基本可透液，以致任何接触层合结构的液体基本上流向层合结构的未粘合部分或袋，使得它们接触不连续超吸收剂颗粒区。然而，应理解本发明层合结构不限于任何特定用途。事实上，任何类型颗粒都可结合到该层合结构的袋中，因此所制成的层合物可用于多种的领域。
袋20通常可具有各种不同尺寸和/或形状。例如，袋20可具有规则或不规则形状。某些规则形状例如可包括圆、椭圆、卵形、正方、六角、矩形、沙漏形、管状等。而且，在某些情况下，层合结构的某些袋可具有与其他袋不同的形状和/或尺寸。
为使基材以诸如上面描述的方式粘合在一起，可采用各种的方法。具体地说，任何方法，只要允许基材按照对应于不含颗粒的不连续区基材部分的图案粘合在一起，都可使用。例如，热粘合技术，如热点粘合、花纹未粘合等，以及超声波粘合是本发明可用来将基材熔结在一起的某些技术例子。另外，其他粘合方法，例如粘合剂粘合也可配合使用将基材粘合在一起。例如，某些合适的粘合剂描述在美国专利5,425,725中，授予Tanzer等人；5,433,715，授予Tanzer等人；以及5,593,399，授予Tanzer等人，在此将它们的全部内容收作参考用于所有目的。
参见图6，其中显示一种将第二基材14粘合到基材12上的一种具体实施方案。如图所示，颗粒28首先由分散器35沉积到基材12上形成预选的图案。基材12借助辊37在分散器35的下方移动。另外，在此种实施方案中，为促进颗粒28向基材12的沉积，采用了一种真空辊33。具体地说，真空辊33可对基材12的下表面施加吸力，以便更好地控制颗粒28在基材12的不连续区内的定位。
随后，含有颗粒28的基材12从基材14下面送过。在该实施方案中，基材12和14各自包含可热熔材料，例如聚丙烯。如图所示，基材12和14被从加热且表面带有各种不同凸起32的辊30下面送过。凸起32形成与基材12上不含颗粒28的那些部分相对应的花纹。在该实施方案中，还使用另一个具有光滑表面的加热辊34促使基材12和14的熔结。然而，应当理解，辊34并非所有情况下都是要求的。另外，辊34还可具有某种凸起的图案和/或可维持不加热。在给出的实施方案中，随着加热辊30和34热压可熔结基材12和14，凸起32处的区域彼此粘合在一起从而形成包围装着颗粒的袋(即未熔结部分)的熔结区域。
基材12与14按如上所述粘合所获得的粘合强度一般可随具体用途和颗粒溶胀所施加的力的大小改变。例如，参见图2和4，其中示出层合结构10的一种实施方案，它包含界定周边区64和内区62的粘合部分24(图1)。内区62通常粘合到这样的程度，即使得在颗粒28接触液体发生充分溶胀之后，内区62能以受控速率脱层。例如，在一种实施方案中，内区62采用具有144平方英寸表面面积的压台的Carver压机进行热粘合。具体地说，压机在140℃的温度下将10,000磅每平方英寸的压力施加在36平方英寸压台(40％空隙面积)并保持60s。于是，如图3和5所示，例如内区62的脱层造成一个含有颗粒28的单个大袋70。袋70提供一个更大的空间，颗粒28可在其中随意膨胀。因此，此前由于几何障碍而没有得到利用的颗粒28(例如，未溶胀)现在就很容易暴露于液体了。
内区62和/或周边区64的粘合程度可根据需要改变。例如，在某些实施方案中，周边区64的粘合程度可与内区62的粘合程度接近。另外，周边区64的粘合宽度，需要的话，可以大于内区62的粘合宽度。例如，周边区64的粘合宽度，在一种实施方案中，可为约0.60英寸，而内区62的粘合宽度可为约0.10英寸。由于具有较大粘合宽度，周边区在受到力的作用之后可部分地脱层但不发生实质性脱层。具体地说，粘合宽度为约0.10英寸的内区62在受到某种力之后可完全脱层，而粘合宽度为约0.60英寸的周边区64则仅脱层约0.10英寸(内区62的粘合宽度)。
另外，在某些实施方案中，可能还要求粘合程度沿整个层合结构的粘合区变化。例如，在某些实施方案中，周边区64可具有比内区62大的粘合程度(例如，较高温度、较高压力、较长粘合时间等)。周边区64粘合程度的增加可进一步保证周边区64在施加力时基本上不脱层。例如，在一种实施方案中，周边区64可粘合到这样的程度，以致周边区64的粘合强度近似等于基材12和/或基材14的强度。结果，基材12和14在颗粒28溶胀后通常将不完全脱层。
在某些情况下，还可能要求控制粘合表面面积和未粘合表面面积的比例。例如，在某些实施方案中，粘合表面面积可以是未粘合表面面积的约10％～约500％，在某些实施方案中为未粘合表面面积的约10％～约100％，而在某些实施方案中为未粘合表面面积的约40％～约60％。
为促使施加某种力之后内区62的脱层，袋20也可成形为具有某种大小和/或形状。例如，在某些实施方案中，袋20可以是狭长的。具体地说，狭长袋通常具有大于约2的长度“l”与宽度“w”之比(即，l/w)，在某些实施方案中为约4～约100，而在某些实施方案中为约6～约10。例如，袋20的长度尺寸“l”在某些实施方案中可小于约2英寸，而在某些实施方案中为约0.0625英寸～约2英寸，而在某些实施方案中为约0.25英寸～约2英寸。
通过提供具有一定长/宽比的狭长袋，例如上面给出的，现已发现内区可在施加力后更容易以受控速率脱层。具体地说，据信狭长袋使颗粒溶胀产生的力在比沿袋20长度“l”方向大的程度上沿宽度“w”方向施加到袋20上，从而进一步促进袋20以图5所示的方式脱层的能力。例如，如图2～5所示，随着袋20中所装的颗粒28开始溶胀，它们对层合结构10的周边区64和内区62施加压力。然而，由于袋20是狭长的，故据信较大的力沿内区62的宽度“w”方向作用，从而导致这些区先于周边区64破裂。于是，尽管如上所述，周边区64通常粘合程度比内区62大，但周边区64可能粘合得比具有其他形状和/或尺寸的袋所要求的程度低。
另外，袋之间的间距也可以变化。例如，在某些情况下，彼此间距较密的袋可能比距离较远的袋更容易脱层。因此，如图2所示，袋20之间的大致最大距离“x”在某些实施方案中可能大于约0.0625英寸，在某些实施方案中为约0.0625英寸～约0.5英寸，而在某些实施方案中为约0.125英寸～约0.25英寸。
除了具有一定长/宽比和袋之间的间距之外，袋的长、宽和高的边界可能需要落在一定范围内才能使形成的袋比较小和使制成的层合结构具有柔性。例如，参见图2，袋20的近似宽度“w”对高度“h”之比(即，w/h)在某些情况下可小于10，在某些实施方案中为约1～约8，而在某些实施方案中为1～约5。例如，在某些实施方案中，即将发生脱层时的大致高度“h”可能等于或小于1英寸，在某些实施方案中小于约0.5英寸，而在某些实施方案中为约0.005英寸～约0.4英寸。
虽然，各种各样的尺寸已在上面给出，但要知道，在本发明之内还可考虑其他尺寸。例如，具体的袋尺寸可随着层合结构的整个尺寸不同而不同。况且，还应知道，上面规定的尺寸是给定方向的大致“最大”或“最小”尺寸。因此，具有某种大致高度的袋，例如，在袋宽度方向的其他部位可具有其他高度。在某些情况下，某些袋高度可实际上超出规定尺寸一小段。
本发明通过以下实施例来解释也许能更好地理解。
实施例1
本实施例展示形成能脱层的层合结构的能力。首先，两片(2)聚丙烯熔喷片材，各自基重2盎司每平方码，采用Carver12英寸×12英寸热压机在15,000磅每平方英寸的水力压力和150℃的温度下热层压在一起60秒。粘合期间，带有6英寸×8英寸带图案的粘合板，如图7所示，抵住聚丙烯片材压印从而形成粘合区和未粘合区。具体地说，无阴影的矩形区界定的区域保持未粘合，而阴影的矩形之间和周围的区域为粘合的。未粘合区中按照上面描述的方式充填了超吸收剂颗粒，围绕这些区的粘合则限制着这些颗粒。
成形后，层合结构随后与液体接触，致使超吸收剂颗粒膨胀，充满未粘合区的容积。该膨胀导致颗粒沿z-方向挤压聚丙烯片材，致使形成大致呈圆柱形的袋，具有约0.125英寸的直径和约1英寸的长度。
一旦继续膨胀，颗粒的尺寸开始超出该圆柱形袋的容积，直至各个平行袋间的粘合脱层，从而形成加大的方形袋。具体地说，粘合区脱层，导致0.125英寸宽和0.125英寸高的袋联合成为宽约1英寸和高约0.5英寸的较大袋，如图2～3所示。该结构的边缘还保持粘合着，使得所形成的三维层合结构包装着原来超吸收剂颗粒外加大量液体。
实施例2
本实施例展示形成能脱层的层合结构的能力。首先，按实施例1所述成形层合结构。为物理展示该层合结构溶胀后脱层的能力，对6个层合结构的样品进行了抓样抗张试验。抓样抗张通常是织物在受到应力时断裂强度和伸长或应变的度量尺度。该试验是本领域已知的并且符合ASTM D-5035-95规范。在本实施例中，抓样抗张试验是采用两个夹具完成的，每个夹具具有两个爪，每个爪具有接触样品一个层的面。夹具以间距3英寸将材料保持在一个平面内，并以恒定伸长速度分开。抓样抗张强度和抓样伸长的数值是采用样品尺寸1英寸×4英寸、不接触面大小1英寸×1英寸和恒定伸长速度的条件下获得的。样品被夹在Instron(抗张试验机)型号TM上(Instron公司生产，2500Washington St. Canton，Mass.02021)。
试验期间，从每个样品得到一种应力-应变曲线，以展示层合结构的脱层过程。结果以载荷(磅)对伸长量(英寸)表示，并示于图8～13中。参见图8，例如，在伸长约1英寸之后，样品沿袋的长度方向“l”脱层，正如在约1英寸～约2英寸伸长之间出现的相对恒定载荷值所指出的。再有，伸长约2英寸之后，样品沿袋的宽度方向“w”脱层，如图8～13所示的交替峰-谷所指出的。继续伸长超过3英寸之后，样品在此沿长度方向“l”脱层，表示下一组袋脱层，随后又是沿宽度方向“w”的进一步脱层。
虽然本发明已就其具体实施方案做了详细描述，但本领域技术人员应当理解，在取得对上述内容的理解之后，可轻易地联想到这些实施方案的替代、变换和等价方案。因此，本发明范围应根据所附权利要求及其任何等价物来判定。