具有增加的皱褶的弹性层合体

相关申请

本申请要求于2020年10月12日提交的美国临时专利申请第63/090,453号和于2020年12月10日提交的美国临时专利申请第63/123,544号的优先权的权益，这两者都是整体并入本文。

技术领域

本发明涉及包括弹性膜和非织造基底的弹性层合体，所述弹性层合体表现出增加的膨松度和皱褶。所述膜和层合体适用于各种各样的产品，包括一次性个人护理产品例如吸收性制品和面部覆盖物。

背景技术

消费者已经表明了对利用具有增加的皱褶的弹性层合体的吸收性产品例如尿布和成人失禁产品的偏好。也称为“手风琴样式(accordion look)”，皱褶标志着高度的可拉伸性和柔软感。这样的层合体还可以允许增加的空气流通，从而提供增加的透气性。

具有增加的皱褶的层合体在本领域是已知的，然而，这样的层合体通常包含弹性股线。佩戴与皮肤接触的包括弹性股线的产品涉及许多缺点，包括皮肤上的线和红痕。此外，对包含股线的层合体进行拉伸可能导致股线集拢在一起，并且层合体变得体积大。这进而产生更明显且更杂乱的产品。因此，对弹性层合体存在这样的需求：其是足够稳健的以承受制造过程和正常消费者使用，是柔软且透气的，对消费者具有吸引力的，并且避免与弹性股线有关的缺点。

发明内容

本发明通过提供这样的弹性层合体来满足前述需求：其包括弹性膜和非织造物，并且其采用结合图案的组合，当伴随合适深度的咬合处理和层合后拉伸时，产生具有优异的强度、触觉和美学特性的层合体。在这些层合体中观察到的柔软度通常仅在包括较高单位面积重量的非织造物的层合体中看到。这些特性部分由于所述层合体具有显著增加的皱褶或隆起，其远超未经如本文描述的结合和拉伸的比较层合体中所观察到的皱褶。

在一个方面，本发明提供了制备弹性层合体的方法，所述方法包括以下步骤：通过点结合将弹性膜接合至至少一个非织造基底以产生结合位点；以及通过横向咬合处理对层合体进行拉伸以产生咬合处理的层合体，其中咬合处理的层合体包括皱褶，以及其中各个结合位点距各个相邻的结合位点约3mm至约10mm。

在另一个方面，本发明提供了包括弹性膜的弹性层合体，所述弹性膜点结合至梳理的、纺粘的或双组分的非织造基底以产生结合位点，其中各个结合位点距各个相邻的结合位点约3mm至约10mm，并且此外其中所述层合体包括具有大于2mm的高度的皱褶。

在又一个实施方案中，本发明提供了包括本文描述的层合体的制品，例如一次性吸收性制品。

附图说明

图1是在两个24gsm梳理非织造物之间包括35gsm弹性膜的层合体的照片。层合体在0.08”的深度处通过CD-咬合处理被拉伸，并且显示出期望的皱褶和蓬松度。

图2是在两个24gsm梳理非织造物之间包括35gsm弹性膜的层合体的照片。层合体在0.12”的深度处通过CD-咬合处理被拉伸，并且显示出期望的皱褶和蓬松度。

图3是在两个24gsm梳理非织造物之间包括35gsm弹性膜的层合体的照片。层合体在0.14”的深度处通过CD-咬合处理被拉伸，并且显示出期望的皱褶和蓬松度。

图4是在两个24gsm梳理非织造物之间包括35gsm弹性膜的层合体的照片。层合体在0.14”的深度处通过CD-咬合处理被拉伸并且结合点与CD-咬合处理的条纹对齐。层合体显示出期望的皱褶和蓬松度。

图5是在两个20gsm纺粘非织造物之间包括35gsm弹性膜的比较层合体的照片，其中结合部之间的距离小于3mm。层合体未显示出要求保护的皱褶。

图6是在两个24gsm梳理非织造物之间包括35gsm弹性膜的比较层合体的照片，其中层合体在层合之后未经受咬合处理。层合体未显示出要求保护的皱褶。

图7的(a)和(b)描绘了在拉伸时产生本发明的层合体的结合图案的两个非限制性实例。

图8描绘了对包括单一非织造物的层合体(双层合体)中的皱褶的测量和计算。

具体实施方式

“手风琴状外观”意指层合体包括当材料被拉伸时基本上变平并且当拉伸力移除时恢复的皱褶。

“结合距离”、“结合部之间的距离”或其变型意指在两个相邻的结合部的外周之间测量的最短距离。当结合部是超声结合的结果时，在容纳结合图案的砧上测量结合距离。替代地，可以在使成品层合体保持在最大拉伸位置时在所述层合体上测量结合距离。

“弹性体的”、“弹性体”、“弹性的”或其变型意指当被拉伸超过原始长度时在施加的拉伸力的方向上恢复到原始长度的不超过约1.2倍的膜或层合体。

“弹性拉伸”、“弹性”或其变型意指膜或层合体在断裂或变为永久变形之前可以被拉伸的程度。弹性拉伸通常表示为原始长度的百分比。例如，100％的弹性拉伸意指膜或层合体在断裂或永久变形之前可以被拉伸至其原始长度的约两倍。

“Gsm”意指克/平方米，并且是单位面积重量的量度，其为对膜或层合体产品的厚度或单位质量进行量化的行业标准术语。

如本文所使用的“载荷峰值”意指在永久变形之前可以施加的最大拉力。

“永久变形”是移除所施加的载荷之后材料的永久变形。在弹性膜或层合体的情况下，永久变形是在如本文所描述将膜拉伸至指定长度然后使其松弛之后样品长度的增加。永久变形通常表示为相对于原始尺寸的百分比增加，因此，恢复到原始长度的1.2倍长度的膜被称为具有约20％的永久变形。

“富聚乙烯的”，或者替代地，“基于聚乙烯的”，意指包含至少约60重量％的聚乙烯单体的聚合物组合物。“富聚乙烯的”或“基于聚乙烯的”被理解为不包括包含乙烯和丙烯单体的混合物的聚合物，例如聚(乙烯-丙烯)。

“富聚丙烯的”，或者替代地，“基于聚丙烯的”，意指包含至少约60重量％的聚丙烯单体的聚合物组合物。“富聚丙烯的”或“基于聚丙烯的”被理解为不包括包含乙烯和丙烯单体的混合物的聚合物，例如聚(乙烯-丙烯)。

“预活化”或“活化”或其任意变型意指在层合之前通过其使弹性膜或其他材料可以更容易地拉伸的过程(例如通过拉伸并使材料松弛)。

如本文所使用的“皱褶”意指经拉伸未经结合的基底(通常为非织造物)的隆起的如图8所示测量的平均高度，所述隆起在包括单一非织造物的层合体中延伸至膜的平面之上，或者在包括两个基底的层合体中延伸至膜的平面之下。如果隆起的平均高度为至少2mm+/-1mm，则层合体具有合适的皱褶，如图1至4所示。

“非弹性股线型的”意指层合体基本上不含弹性股线。

本发明的层合体包括一个或更多个弹性膜和一个或更多个非织造物。尽管各种各样的弹性膜可以适合使用，但特别期望的膜包括如本文描述的包含一种或更多种苯乙烯类嵌段共聚物的弹性膜。膜还可以包含聚苯乙烯。当通过拉伸测试进行测试时，膜和包括膜的层合体表现出至少60％的弹性拉伸和/或小于25％的永久变形。

膜是共挤出多层膜，并且可以具有其中相对弹性层(B)与相对非弹性层(A)交替的结构。在一个具体实施方案中，膜具有由ABA表示的结构，其中A为外层或表层，以及B为内层或芯层。然而，层的数量和排列的变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

芯层(或具有超过三层的膜中的层)可以包含一种或更多种苯乙烯类嵌段共聚物(SBC)、烯属嵌段共聚物(OBC)、或无规嵌段共聚物，包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-异戊二烯-丁烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯(SEP)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)、或苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEEPS)嵌段共聚物弹性体、和前述任意者的共聚物和混合物。虽然可以使用任何SBC，但本发明的膜中特别有用的SBC为非氢化SBC，包括但不限于SBS、SIS和SIBS。适用于本发明的SBC的非限制性实例包括可从路易斯安那州普拉克明的Dexco Polymers获得的那些，例如

适用于芯层的烯属嵌段共聚物包括基于聚丙烯的(也称为“富丙烯的”)烯属嵌段共聚物(OBC)，例如由密歇根州米德兰的The Dow Chemical Company以商品名

芯层中的SBC的总量可以为至少约50％、约50％至约99％、约60％至约99％、约50％至约95％、约55％至约95％、约60％至约95％、约65％至约95％、约70％至约95％、约75％至约95％、约80％至约95％、约70％至约90％、或者替代地约80％至约90％。

芯层还可以以约30％或更小、以及替代地25％或更小、20％或更小、或约1％至约30％、约5％至约25％、或约5％至约20％的量包含聚苯乙烯。适用于本发明的聚苯乙烯的一个实例是可从俄亥俄州埃文湖的PolyOne Corporation获得的STYROLUTION 3190。

膜还可以包含另外的弹性体聚合物，例如弹性体烯属无规共聚物、聚氨酯、橡胶、乙烯基亚芳基和共轭二烯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚异戊二烯、聚氯丁橡胶、以上任意者的共聚物、及其混合物。

外层(A层或表层)各自可以以至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、约1％至约90％、约1％至约85％、约1％至约80％、或约1％至约75％的量包含聚丙烯。在一个实施方案中，聚丙烯以至少20％的量存在，以及在另一个实施方案中，聚丙烯以约20％至约85％的量存在。

各个外层还可以构成总的膜厚度的约2.5％、5％、7.5％、10％、15％或20％。在一些实施方案中，外层的厚度还各自可以为膜的总厚度的约1％至约20％、3％至约15％、或约5％至约15％。替代地，外层的厚度各自可以为约1微米至约20微米、或约1微米至约15微米、1微米至约10微米、约1微米至约7微米、以及替代地约1微米至约5微米。仅作为示例，如果膜的总厚度为100微米且各个外层的厚度为5微米，则外层构成膜厚度的共计10％。

外层中的聚丙烯可以包括聚丙烯、均聚物聚丙烯、抗冲共聚物聚丙烯和对本领域技术人员而言将显而易见的其他类型的聚丙烯。

膜还可以包含适用于在拉伸时引起孔形成的填料，包括但不限于碳酸钙。膜可以包含母料和任选的组分或填料，例如遮光剂、增塑剂、增容剂、刮涂聚合物(draw downpolymer)、加工助剂、防粘连剂、降低粘度的聚合物等。

膜的单位面积重量可以为100gsm或更小、60gsm或更小、50gsm或更小、45gsm或更小、40gsm或更小、35gsm或更小、30gsm或更小、25gsm或更小、20gsm或更小、以及替代地约5gsm至约50gsm，包括其中涵盖的任何和所有子范围，仅作为实例，包括约10gsm至约40gsm、或约25gsm至约75gsm。

膜在结合至非织造基底之前可以是未活化的或活化的(即“预活化的”)。活化可以作为与层合过程分开的过程中的一部分离线发生，或者与层合过程一线式发生。

本发明的层合体包括附接至膜的一个或两个表面的基底。尽管各种各样的基底都可以是有用的，但本发明的基底为非织造基底。层合体可以包括多于一个膜和多于一个基底。例如，层合体可以是包括一个膜和一个非织造物的双层合体；在两个非织造物之间包括一个膜的三层合体；或者具有各种各样的结构的多层合体，包括两个膜夹在三个非织造物之间、或两个双层合体接合在每个膜的表面。

各个基底通过点结合附接至膜。可以采用各种各样的点结合方式，包括超声结合、粘合剂层合、挤出层合、压延和本领域技术人员将已知的其他方式。在一个实施方案中，层合体是超声结合的，其中所得层合体包括超声焊接部、或结合部。

在以本文描述的方式结合时产生期望的皱褶的合适基底包括：包含以芯/鞘结构包含聚乙烯和聚丙烯的双组分纤维的非织造物(“双组分”非织造物)；梳理非织造物和纺粘非织造物，包括包含聚乙烯和聚丙烯的共混物的那些，其中一个实例为以商品名SOFSPAN销售的那些(可从Berry Global,Inc.获得)。非织造基底的单位面积重量可以为约100gsm或更小、替代地约50gsm或更小、替代地约25gsm或更小、替代地约20gsm或更小、以及替代地约5gsm至约100gsm，包括其中涵盖的任何和所有子范围，例如约5gsm至约50gsm、10gsm至约25gsm、和约15gsm至约20gsm。

非织造物可以是可延伸的，这意味着非织造物能够通过例如咬合处理或自缠结(SELFing)或其他合适的拉伸方式被拉伸。在拉伸时，可能发生纤维的断裂，但非织造物基本上保持其形式。可延伸的非织造物可以是或可以不是弹性的，这意味着可延伸的非织造物在拉伸之后可以不像弹性非织造物那样收缩。非织造物还是非弹性股线型的。非织造物可以具有小于6N/cm的载荷峰值和/或大于50％的弹性拉伸。层合体的永久变形可以小于25％、小于20％、小于15％、小于10％、或小于5％。此外，层合体的断裂载荷可以为至少100％，这意味着层合体在断裂之前可以被拉伸至其原始长度的至少两倍。

本发明的层合体包括点结合图案，其中各个单独的结合部距离各个相邻的结合部足够远，从而在拉伸时产生期望的皱褶。图7的(a)和(b)中描绘了合适的结合图案的非限制性实例。本领域技术人员应理解，也可以使用其他图案，例如包括波浪线、几何形状等的图案，以实现期望的皱褶。在一个实施方案中，结合部可以包括结合部的平行线或行以产生方形图案(图7的(a))或者偏移结合部的平行线或行以产生菱形图案(图7的(b))。在一个实施方案中，结合位点的线与CD咬合处理的机构(gear)之间的空间对齐，这意味着结合位点落入由咬合处理的机构之间的空间产生的“咬合处理的条纹”内。已经发现，如本文描述测量的各个单独的结合部之间的距离在各个方向上为至少约3mm对于实现期望的皱褶是必需的。在一个替代实施方案中，层合之后相邻的结合部之间的距离彼此为约3mm至约10mm。

在一个实施方案中，点结合部基本上是圆形的。替代地，点结合部可以是椭圆形或不规则形状的。在又一个实施方案中，点结合部被拉长到类似于短线。在一个实施方案中，被拉长的点结合部的长度可以为约1mm至5mm。

方法

适用于制备层合体中使用的膜的设备和方法描述于例如美国专利7,442,332(Cancio等)中。膜可以共挤出，并且可以流延、吹塑或通过产生本文描述的膜的任何其他方法形成。在一个实施方案中，膜为吹塑膜。如前所述，可以使用各种各样的方法将膜层合至基底。膜可以使用描述于例如美国专利9,498,941(Sablone等)中的具有图案化的砧辊的设备通过超声点结合对膜进行层合。可以通过使用图案化的冷却辊对膜进行挤出层合或者通过使用图案化的压延辊对膜进行压延以赋予合适的图案。替代地，可以将膜粘合结合至基底。

在一个实施方案中，层合体包括膜和非织造基底，使用受控压缩将其轻轻地挤出结合，以使膜和非织造基底保持在一起足够长时间以进行点结合或超声结合。

在层合之后，通过咬合处理例如通过横向(cross-direction，CD)咬合处理或者替代地通过自缠结在足以产生期望的皱褶和蓬松度的深度处拉伸所得层合体。CD咬合处理可以在约0.08英寸至约0.200英寸的深度处进行，以及替代地在约0.100英寸至约0.160英寸的深度处进行。

本发明的层合体的皱褶的平均高度为至少约1mm，并且在替代实施方案中，平均高度为至少2mm、至少3mm、至少4mm、至少5mm、至少6mm、至少7mm、至少8mm、至少9mm、和至少10mm。在一个替代实施方案中，皱褶的平均高度为约2mm至约10mm。

本发明的膜和/或层合体可以并入到各种各样的产品中，包括例如一次性吸收性产品例如尿布、训练裤、成人失禁垫和成人失禁裤、以及泳装。

膜和/或层合体特别地可用作吸收性制品的扣件、腰带和腿箍。因此，在一个实施方案中，本发明涉及包括本文描述的膜和/或层合体的吸收性制品。在一个实施方案中，吸收性制品为尿布。另外的用途包括作为尿布底片或耳(闭合片)、用于包装的袋、和用于例如个人卫生用品的包装产品。在另一个实施方案中，本发明的层合体可以用于手套、面罩、或其他类型的服装。

测试方法

通过如美国专利公开2016/0200080(Muslet等)中描述的双循环滞后测试(TwoCycle Hysteresis Test)测量永久变形，其中进行以下改变：所有规定的百分比工程应变为100％，而不是130％。百分比变形被定义为第二次载荷循环开始(从区段6)之后的百分比工程应变，其中测量10克的力(百分比变形载荷＝10克)。室内的温度为约73℉+/-5℉(即工程应变＝130％)。

“拉伸强度”意指在横向(CD)或机器方向(machine-direction，MD)上引起膜断裂所需的载荷(“断裂载荷”)。拉伸强度以N/cm的单位或其等效单位表示，并且通过ASTM方法D822-02使用以下参数来确定：样品方向＝MD×CD；样品尺寸＝1英寸宽×6英寸长；测试速度＝20英寸/分钟；夹具距离＝2英寸。夹具尺寸＝均匀夹住样品的3英寸宽的橡胶面夹具。

皱褶如下测量：将层合体在未拉伸的情况下放平并固定。在其中非织造物未附接至下面的膜的给定皱褶中，在针或其他合适物体的帮助下，使皱褶“成帐篷状”至其最大高度。用尺子测量皱褶的顶点距下面膜的表面的以mm计的高度。

实施例1

层合体包含单位面积重量为30gsm至35gsm的弹性膜并且由三层(A/B/A构造)制成。外部的A层(表层)由聚丙烯和聚乙烯的共混物制成。内部的B层由SIS(80％)、聚苯乙烯(15％)的共混物制成，其中剩余部分包含白色母料和加工助剂母料。将膜共挤出，然后使用一线式CD-咬合处理的机构活化。将膜夹在单位面积重量各自为约22gsm的两层梳理非织造物或纺粘非织造物之间。然后使用具有一个砧和沿砧的整个宽度形成行列的超声变幅杆(horn)的超声层合机对层合体(NW/膜/NW)进行超声点结合。

当使层合体在砧与变幅杆之间穿过时，产生结合点并且在这些点处将三种材料焊接在一起。该过程产生相对平坦的层合体。然后通过使层合体穿过咬合处理的机构而对其进行拉伸。在活化期间，附接在点焊接部处的膜和非织造物被拉伸。在活化之后，使层合体松弛。任意两点之间层合之后的距离为约5mm至约7mm。膜收缩，但非织造物保持延伸。在点结合部之间的其中非织造物未附接至膜的空间中，非织造物鼓起并且远离膜垂直延伸(即，在层合体的平面以上和以下)。因此，当弹性膜收缩时，非织造物起皱并且产生期望的皱褶。

发现当相邻的点结合部之间的距离小于3mm(约2.5mm，如图5所示)时，层合体未表现出要求保护的皱褶或良好的可拉伸性。此外，由于结合部之间缩短的距离产生的张力，层合体在活化期间表现出裂开。

如在图1至4中可以看出，由以上过程产生的层合体表现出至少2mm的皱褶(即，“手风琴样式”)并且具有优异的美学和触觉品质。相比之下，图5中示出的其中结合部之间的距离小于3mm的层合体表现出小于2mm的有限的皱褶和不可接受的触觉特性。类似地，图6中示出的在层合之后未经受咬合处理的层合体表现出基本上没有皱褶(小于1mm)和不期望的触觉特性。

实施例2

包含两个20gsm的非织造物(SOFSPAN，可从Berry Global获得)和吹塑的30gsm膜的层合体具有A/B/A结构。将膜离线预活化。A层包含55％ LLDPE、10％均聚PP和12％ LDPE，其中剩余部分包含母料和加工助剂。B层包含98％ VISTAMAXX 6102，其中剩余部分包含加工助剂。如实施例1中通过超声结合将膜和非织造物层合，随后在3.0mm的深度处进行CD-咬合处理。

具体实施方式中引用的所有文件在相关部分中通过引用并入本文；任何文件的引用均不被解释为承认其是关于本发明的现有技术。就本文件中的术语的任何含义或定义与通过引用并入的文件中的相同术语的任何含义或定义冲突来说，应当以本文件中赋予该术语的含义或定义为准。所有范围都是包含性的并且可组合。就未明确列出值来说，如果包含在所述范围内，则应理解为暗示作为选择。

尽管已经说明和描述了本发明的特定实施方案，但是对于本领域技术人员而言将明显的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种其他的变化和修改。因此在本发明的权利要求中旨在涵盖本发明范围内的所有这样的变化和修改。