CN1207145C - 复合片材 - Google Patents

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Abstract

一种透湿气但基本不透液体的复合片材，它包含透湿气的具有第一面和第二面的整体聚合物薄膜、包含透湿气的粉末粘合剂粘合无纺层的第一无纺层以及任选的第二透湿气无纺层，所述粉末粘合剂粘合层包含一种无纺纤维织物，其中，无纺织物中95重量%以上的纤维与所述聚合物薄膜相容，所述第一无纺层通过将所述薄膜挤出到所述第一无纺层上而粘合在聚合物薄膜的第一面，所述第二透湿气无纺层粘合在薄膜的第二面。

Description

复合片材
                       发明领域
本发明涉及一种适用于医用服装的透湿气而基本不透液体的复合片材结构。更具体地说，本发明涉及一种复合层合片材，它包含一薄层透湿气的挤出薄膜，夹在两层无纺织物之间，两层无纺织物中至少有一层是粉末粘合剂粘合无纺织物。复合层合片材起阻隔液体、细菌、病毒和气味的作用，但对湿气仍是高度可透的。
                       发明背景
薄膜与无纺织物的层合物在包括医用服装在内的医疗应用中的用途是本领域所熟知的。例如，Shehata在美国专利5,445,874中叙述了防水、防血、防病毒且兼具高透湿率的层合材料。所述层合材料包括一层聚合物的固体挤出薄膜，夹在两层纺织物或无纺织物之间，所述聚合物含60-70％对苯二甲酸丁二醇酯单元，其余为聚酯二醇，薄膜层的厚度一般为约0.75-约3密耳(19-76μm)，可以被直接挤出到织物层之一上。或者，也可以将薄膜层挤出到一层脱模层上或可作为吹塑薄膜挤出。这种薄膜能通过粉末层合法、热熔体层合法和湿粘合剂层合法层合到织物上去。这类层合材料适用于希望或必须防止液体透至着装者皮肤的可重复使用的衣物或服装。由这种层合材料制成的服装可洗涤和消毒最少100次。
授予Carroll等人的PCT公开物WO 97/45259公开了一种透气复合片材，它包含一层透湿气的、粘合在纤维基体(substrate)上的热塑性塑料薄膜。该透气热塑性塑料薄膜主要包含一种选自下列物质的热塑性聚合物：嵌段共聚醚酯、嵌段共聚醚酰胺和聚氨酯。纤维基体是一种无纺片材，主要由与薄膜不相容的聚合物纤维如聚烯烃纤维制成。使薄膜粘合在纤维基体上的方法如下：将一层熔融成膜聚合物直接挤出到纤维基体上，然后使薄膜与基体中的纤维机械接合，例如，将熔融薄膜在两辊之间形成的间隙中压进纤维基体。
业已用粘合剂层合、热层合和挤出涂布等方法来生产无纺纤维基体与透湿气但基本上不透液体的薄膜的复合片材。现已能制造具有良好阻隔性能的这类片材，只要透湿气薄膜较厚即可(即大于约25μm)。但一直难以用较薄的薄膜制造这类复合片材而不牺牲重要的阻隔性能。在复合片材中希望用非常薄的透湿气薄膜，因为较薄的薄膜有利于湿气以较大的通量透过复合片材，也因为较薄的薄膜使用较少的膜材，因此生产成本较低。
粘合剂层合是在成膜后的一个步骤中进行的。为实现粘合剂层合，透湿气薄膜必须具有足够高的拉伸强度和撕裂强度才能成膜、卷绕上辊，并在以后的粘合剂层合工艺中解绕和处理。在粘合剂层合工艺中，难以处理厚度小于约1密耳(25μm)的透湿气薄膜而不撕裂该薄膜或在薄膜中引入缺陷。
热层合厚度小于25μm的透湿气薄膜会使复合片材的阻隔性能不合格。当复合片材的制造方法是将薄膜热层合到纤维基体上去时，会遇到如上所述粘合剂层合中所遇到的薄膜处理问题。此外，为进行热层合，薄膜必须经受高温与高压才能使之软化并使之与纤维基体发生机械接合。一般地说，薄膜与纤维基体之间的粘合强度随层合温度和轧压的增加而提高。遗憾的是，当厚度小于25μm的透湿气薄膜经受为获得复合片材中层与层之间足够的粘合强度所需的高温与高压时，薄膜中会出现小孔，以致复合片材不具备医用服装用复合片材所需的阻隔性能。
实际上许多医院中外科服都仅用一次，之后就废弃了。目前仍然需要对病毒渗透具有高阻隔水平且能以低成本制造的可透气片材，以用于一次性使用的医用服装。理想的材料还必须具有足够的强度，才能在常规使用中不会撕裂或分层，不论材料干燥或潮湿。凡要将片材用于服装时，材料具有柔软性和悬垂性也很重要。此外，凡要将片材用于医用服装时，片材不产生可能会污染医疗环境的纤绒也很重要。
                       发明概述
本发明的一个实施方案是一种透湿气但基本上不透液体的复合片材，它包含具有第一面和第二面的透湿气整体(monolithic)聚合物薄膜、包含透湿气的粉末粘合剂粘合无纺层的第一无纺层和任选的第二透湿气无纺层，所述粉末粘合剂粘合层包含一种无纺纤维织物，其中无纺织物中95重量％以上的纤维与所述聚合物薄膜相容，所述第一无纺层通过将所述薄膜挤出到所述第一无纺层上而粘合在聚合物薄膜的第一面上，所述第二无纺层粘合在薄膜的第二面上。
本发明另一实施方案的目的是一种由透湿气但基本不透液体的复合片材制成的服装或其它保护外套，所述复合片材包含具有第一面和第二面的透湿气整体聚合物薄膜、包含透湿气的粉末粘合剂粘合无纺层的第一无纺层和任选的第二透湿气无纺层，所述粉末粘合剂粘合层包含一种无纺纤维织物，其中无纺织物中95重量％以上的纤维与所述聚合物薄膜相容，所述第一无纺层是通过将所述薄膜挤出到所述第一无纺层上而粘合在聚合物薄膜的第一面上，所述第二无纺层粘合在薄膜的第二面上。
                       附图简述
包括在本说明书内并构成本说明书一部分的附图说明本发明目前的优选实施方案，并结合文字叙述解释本发明的原理。
图1是本发明复合片材结构的截面图。
图2是用薄膜层挤出涂布本发明复合片材中粉末粘合剂粘合无纺层的工艺示意图。
图3是另一种将双层薄膜共挤出到粉末粘合剂粘合无纺层上的工艺示意图。
                       发明详述
本文所用术语“相容性”，是指多种聚合物材料彼此间的可混溶程度和/或彼此间的相互作用程度。本文所用“不相容材料”，是指那些彼此基本上不混溶的或彼此间不发生相互作用的材料。不相容材料彼此间不能良好地浸润或粘合，即使在加热情况下。如本文所用，“相容性”材料是那些彼此间不是“不相容”的材料，如上定义。为了本申请的目的，认为纤维与合成粘合剂或另一种聚合物相容的判据是：如果所述粘合剂或其它聚合物与包含大多数纤维的材料相混溶，以及如果粘合剂或其它聚合物很容易浸润纤维，或者如果粘合剂或聚合物能与纤维良好地粘合。
本文所用术语“无纺织物、片材、层或织物”，是指下述结构：各纤维或单丝经针织或织造之外的方式以无序方式排布而形成的无可分辨编织花样的平面状材料。本文所用术语“纤维”是指具有规定长度的伸长纤束，如通过将连续纤束切割成各种长度的短纤维，以及术语“单丝”通常是指长径比非常大的连续纤束。
本文所用术语“粉末粘合剂粘合无纺织物和粉末粘合剂粘合无纺层”，是指由下述方法制成的粘合剂粘合无纺织物：将粉末粘合剂沉积到未粘合纤维织物如梳理织物上，沉积方式要使粉末粘合剂分布到纤维织物的整个厚度中。所选的粉末粘合剂要在低于纤维织物中纤维熔点的温度下熔化。然后，加热该含粉末织物，使粉末粘合剂熔融而纤维织物中的纤维不熔融，以形成一种粉末粘合剂粘合无纺织物。粉末粘合剂粘合无纺织物有别于用粉末层合法，如Shehata在美国专利5,445,874中所述的方法制成的片材，后者是由粘合剂粉末形成由粘合剂材料组成的一种活化织物。在粉末层合中，粉末粘合剂将两种基体，如一种纺织物或无纺织物基体与一层薄膜，粘合在一起，且粘合剂粉末主要集中在两种基体之间的界面上。在粉末层合中，粉末粘合剂对无纺基材内的粘合性没有显著程度上的贡献。
本文所用术语“纺粘”，是指将一种聚合物熔融挤进纤维束内所形成的无纺片材，所述纤维束通常由高速空气淬火与牵伸以强化单丝。单丝收集在成形表面并粘合在一起，通常用一个刻花粘合辊通过加热加压实现。
如本文所用，“加工方向”是片材平面内的长度方向，即片材生产的方向。“横向”是片材面内垂直于加工方向的方向。
如本文所用，术语“层合材料”是指由两层或多层已经粘合或彼此接触的材料或织物制成的复合材料。
参考图1，它示意本发明的复合层合片材10。复合层合片材10包含一层透湿气的粉末粘合剂粘合无纺层12，其上挤出涂布有一层基本不透液体但透湿气的聚合物薄膜14。薄膜14可以是单层或多层薄膜。任选的一层第二透湿气无纺织物层16可粘合在薄膜层上与粘合了粉末粘合剂粘合无纺层相反的另一面上。
本发明复合层合片材中所用的粉末粘合剂粘合无纺层12用本领域内熟知的方法制造，如Zimmerman等人在美国专利4,845,583中所述的工艺。在施涂粉末粘合剂材料之前，让短纤维的梳理织物任选地通过一个织物分散段。优选梳理织物中短纤维的长度为约1-2英寸(2.54-5.08cm)，每根单丝的旦数为1-2旦(1.1-2.2分特)。用一个粉末沉积设备将粘合剂粉末涂布在梳理织物上。粉末掉落到织物上并在重力作用下分布进织物内。过量的粉末穿过织物，收集起来回收利用。沉积在梳理织物中的粉末重量优选为梳理织物与粘合剂总重量的约8-约30重量％，更优选约15-25重量％。无纺层的粘合可通过加热已渗入粉末的织物来实现。例如，让该织物通过一个烘箱，例如红外烘箱，其中粘合剂粉末熔化并在纤维与粘合材料接触的纤维交叉点上粘合织物中的纤维。离开烘箱时，用轧辊使织物受轻压作用。优选粉末粘合剂粘合无纺层的基础重量(basis weight)为13.8g/m2-60g/m2，更优选16g/m2-34.5g/m2，非常优选16g/m2-29.6g/m2。
优选粉末粘合剂粘合无纺层12由短纤维的梳理织物制备，其中，纤维由与薄膜层14的聚合物与粘合粉末粘合剂粘合无纺织物层中短纤维所用的粘合剂粉末相容的合成聚合物组成。优选梳理织物中至少90重量％的短纤维包含与薄膜层和粘合剂粉末都相容的纤维，纤维重量％以梳理织物中短纤维的总重量为基准计算。更优选梳理织物中95重量％以上的短纤维包含与粘合剂粉末与薄膜层都相容的纤维。当梳理织物中不相容短纤维的含量增加到约10重量％以上时，粉末粘合剂粘合无纺层中的粘合程度就会降低，导致粉末粘合剂粘合无纺层的强度降低，进而造成处理问题并更易起绒。在医用服装或挂帘之类的最终用途中，特别不希望出现起绒。
粉末粘合剂粘合无纺层中的纤维成分优选包含一种聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯以及它们的共聚物。这类聚酯聚合物与嵌段聚醚共聚物如嵌段聚醚酯共聚物、与聚氨酯共聚物、与聚醚酰亚胺酯共聚物以及与它们的组合物都是相容的。一类能用的聚酯纤维是成形聚酯纤维，如Garrafa(转让给DuPont)的美国专利3,914,488所公开的带凹凸椭圆截面的成形聚酯纤维。相信每当聚酯纤维包含至少10％的这类成形纤维时，在纤维基体中就会形成通道，湿气通过这些通道能更有效地穿过复合层合片材。或者也可以使用粉末粘合剂粘合聚酰胺无纺织物与聚醚酰胺薄膜的层合材料。
在粉末粘合剂粘合无纺层中所用的粉末粘合剂包含一种能在低于梳理织物中所用短纤维的熔点的温度下熔融的热塑性聚合物。选择粉末粘合剂，使之既与薄膜层相容，也与梳理织物中至少90重量％，优选95重量％以上的短纤维成分相容，从而在粉末粘合剂粘合无纺层内部以及粉末粘合剂粘合无纺层与挤出涂布在其上的薄膜层之间具有良好的粘合性。
在一个优选实施方案中，粉末粘合无纺层由聚酯短纤维的梳理织物与一种聚酯共聚物粘合剂粉末制备。适用的聚酯共聚物粘合剂粉末包括聚酯共聚物粉末，如可购自EMS-American Grilon公司的那些。典型的共聚酯粘合剂的熔点为100-130℃，以粗粉(200-420μm或70-40美国标准目)、中粉(80-200μm或200-70美国标准目)和细粉(80μm或更小，细于200美国标准目)供应，用机械涂布机在织物上涂布粉末粘合剂时，优选中粉。
薄膜层14包含一种能挤成透湿气但基本上不透液体的连续薄膜的聚合物材料。该薄膜层被直接挤出到粉末粘合剂粘合无纺层上并同时与粉末粘合剂粘合织物中的纤维与粘合剂成分粘合。优选挤出薄膜的厚度小于约1密耳(25μm)，更优选厚度小于约0.75密耳(19μm)，非常优选厚度小于约0.60密耳(15.2μm)。薄膜层14优选包含一种嵌段聚醚共聚物，如嵌段聚醚酯共聚物，聚醚酰胺共聚物、聚氨酯共聚物、聚醚酰亚胺酯共聚物、聚乙烯醇或它们的组合。优选的共聚醚酯嵌段共聚物是具有软聚醚段和硬聚酯段的多嵌段弹性体，如Hagman在美国专利4,739,012中所公开。适用的共聚醚酯嵌段共聚物由DuPont公司以Hytrel为名出售。Hytrel是DuPont公司的一个注册商标。适用的共聚醚酰胺聚合物是由美国New Jersey，Glen Rock的Atochem公司以Pebax为名出售的共聚酰胺。Pebax是法国巴黎S.A的ElfAtochem，公司的一个注册商标。适用的聚氨酯是美国Ohio，Cleveland的B.F.Goodrich公司以商标Estane出售的热塑性聚氨酯。适用的共聚醚酰亚胺酯在Hoeschele等人的美国专利4,868,062中有所描述。
优选的薄膜包含一层无孔(整体)共聚醚酯共聚物。整体共聚醚酯膜，如由DuPont公司出售的Hytrel共聚醚酯弹性体制造的那些，水从膜的“湿”面吸进聚合物基体，从膜的“干”面释放出来，这是一个在本领域内称为“全蒸发”的过程。水蒸汽从Hytrel膜的干面释出的速率取决于已经扩散进该膜的水量，进而又取决于该膜湿面上的相对湿度。在很高的相对湿度下，或当液态水与膜的湿面接触时，Hytrel膜的水蒸汽透过率会非常高。
优选用挤出涂布法将薄膜层14涂布到粉末粘合剂粘合无纺层上。在挤出涂布工艺中，将一种均匀(整体)的熔体挤出物涂布到粉末粘合剂粘合无纺层上。在熔体聚合物冷却并与织物粘合的过程中，让熔体聚合物和粉末粘合剂粘合织物紧密接触。这种接触与粘合可以借助让复合层通过两辊之间所形成的间隙而得以提高。或者也可以借助将已涂布织物通过一个吸入口从而由真空将熔体聚合物拉到与织物接触的方法来实现将熔体聚合物拉到与粉末粘合剂粘合无纺织物接触。在挤出涂布工艺期间，粉末粘合无纺织物中的部分或全部粉末会熔化，据信这会提高薄膜层与粉末粘合剂粘合无纺织物之间的粘合性。相信聚合物薄膜层与存在于粉末粘合剂粘合无纺织物的粘合剂之间的粘合性使之更易形成一种非常薄的基本无孔或无其它缺陷但具有较高透湿率的透湿气薄膜。如本文所用，“针孔”是指在薄膜制造或加工期间在薄膜内偶然形成的小孔。
将薄膜层涂布到粉末粘合剂粘合无纺层上去的一个优选方法示意在图2中。将颗粒状熔体可加工聚合物与所有添加剂一起喂进挤出机料斗24的入口26，优选在氮气氛中进行。聚合物在螺杆挤出机20内熔融并混合，螺杆转速为100-200rpm，取决于挤出机的尺寸和聚合物的性质。让熔融混合物在压力下从挤出机挤出，通过一个加热线28到达平膜口模38。将聚合物在高于聚合物熔点的温度下，优选180-240℃之间的一个温度下，从平膜口模38出料。出自平膜口模38的聚合物熔体40涂布于来自供料辊30的粉末粘合剂粘合无纺层12。
优选粉末粘合剂粘合无纺织物12以一个与挤出机速度匹配的速度从口模下面通过，从而获得一层很薄的薄膜，优选其厚度小于25μm。涂布好的粉末粘合剂粘合无纺织物进入轧辊35与36之间形成的间隙中，这两个辊保持在选定温度下以获得具有理想粘合强度和透湿气性的复合层合片材。轧辊35和36的温度优选在10℃-120℃范围内。较高的辊温产生粘合强度较高的复合片材，而较低的辊温产生透湿气性较高的复合片材。优选轧辊35是一个带低粘性表面涂层的光滑橡胶辊，而辊36是一个金属辊。轧辊35也可以是一个表面乌泽或带某种特征花样的辊，以防薄膜层的粘连。如果希望复合片材表面是带有某种织构的薄膜层，则可以用一个拷花辊代替金属辊作为辊36。让带涂层织物通过较冷的辊35和36之间的间隙以淬火聚合物熔体，同时把聚合物熔体40压到与粉末粘合剂粘合无纺层12中的纤维和粘合剂接触。一个带联动辊58的浸水盘56可用来提高淬火速率并防止粘连。所施的轧压应足以使薄膜与无纺层之间达到所需的粘合程度，但又不要大到在薄膜层中产生针孔。将粉末粘合剂粘合无纺层/薄膜层合材料10从辊36转移到另一个较小的辊39上，然后卷绕到一个收卷辊44上。将带涂层复合层合片材10从辊36上转移到另一个较小的辊39上，然后卷绕到一个收卷辊44上。
第二无纺层16(图1)可任选地喂进辊隙中薄膜层上粘合了粉末粘合剂粘合无纺层12相反的那一面上。当第二无纺层以这种方式加进复合层合片材时，第二无纺层接触薄膜层的那一面一般是基本上整个表面都粘合在薄膜上的。这会使复合层合片材的刚度高于医用服或其它服装等最终应用所需的刚度，因为在薄膜层与粉末粘合剂粘合无纺层和第二无纺层间的粘合程度都很高。如果第二无纺层由与薄膜层不相容的聚合物纤维或单丝组成，则薄膜与第二无纺层之间的粘合强度可能低到在使用期间第二无纺织物会与薄膜层发生分层。优选薄膜与第二无纺层之间的粘合强度，不论复合材料是干燥或潮湿，至少为19.7g/cm(50g/英寸)，更优选19.7-118g/cm(50-300g/英寸)。
复合层合片材中的薄膜层14(图1)可以包含多层。这样的薄膜可以与包含一种或多种上述透气热塑性塑料薄膜材料的多层共挤出。这类多层透湿气薄膜的实例公开在Ostapchenko的美国专利4,725,481中，它们一般都包含一层较疏水的弹性体层和一层较亲水的弹性体层。在一个优选实施方案中，一层多层薄膜(在一个双层方案中)被挤出涂布到粉末粘合剂粘合无纺层12上，以较疏水的弹性体层面朝外远离粉末粘合剂粘合织物，而较亲水的弹性体层粘合在粉末粘合剂粘合无纺层上。一般地说，对于一个给定的厚度，疏水弹性体层的透湿率较亲水弹性体层的低，因为在使用条件下，前者的湿含量较低。但是，当以较薄层的形式使用时，湿含量较低的疏水薄膜的作用不会明显减小整个复合层合片材的透湿率。优选较疏水弹性体占复合材料薄膜层总厚度的20-30％。医用服装最好用本发明的复合层合片材制成，以第二无纺层面朝外远离着装者。当衣服的外表面与含水物质接触时，较之于用第二无纺层面朝着装者的衣服，粘合在第二无纺层上的较疏水层较少溶胀，因而织物较少起皱。由于大部分薄膜层由较亲水层组成，服装也保持优良的透湿率以保证着装者的舒适。
图3示意一个将两层薄膜挤出涂布到粉末粘合剂粘合无纺层上的工艺。将颗粒状第一熔体可加工聚合物与所有其它添加剂一起喂入挤出机料斗24的入口26。同时将颗粒状第二熔体可加工聚合物与所有其它添加剂一起喂入挤出机料斗24′的入口26′。聚合物在螺杆挤出机20和20′中熔融并混合，螺杆转速取决于挤出机尺寸和聚合物性质。让熔体混合物在压力作用下从挤出机挤出，通过加热线到达熔体组合段34，在这里形成多层熔体，后者以多层膜的形式从平膜口模38中挤出。聚合物在高于聚合物混合物的熔点，优选在180-240℃范围内的温度下，从平膜口模38排出。出自平膜口模38的聚合物熔体40涂布于来自供料辊46的粉末粘合剂粘合无纺层12。优选粉末粘合剂粘合无纺层12从口模38的下面通过，速度与挤出机速度匹配，从而在粉末粘合剂粘合无纺层上获得一层厚度小于25μm，优选小于19μm的薄膜。让已涂布织物进入轧辊52和54之间形成的间隙中，这两个辊保持在所选的温度下，以获得具有所需粘合强度和透湿率的复合层合片材。可以用一个带联动辊58的浸水盘56来提高淬火速率并防止粘连。或者，也可以在膜上喷涂水雾或用一个带联动辊52的水浴。在将复合层合片材产品卷到收卷辊60上之前，可以用一个任选的冷淬火辊50来提供进一步的冷却。
优选第二无纺层16(图1)由一种可熔融加工聚合物如聚丙烯、聚乙烯或聚酯的纤维或单丝形成，它们可热封成医用服装的接缝。适合作第二无纺层的无纺织物的实例包括纺粘、水力缠结、缝编和闪蒸纺丝乱纤(plexifilamentary)无纺织物。例如，可以用DuPont公司生产的Sontara水力缠结聚酯织物或Tyvek闪蒸纺丝聚乙烯片材作为本发明复合层合片材中的第二无纺层。如果用一种闪蒸纺丝片材作第二无纺层，则优选它已经点粘并软化以提供所需的手感与悬垂性。优选纺粘聚丙烯或聚酯无纺织物。优选第二无纺层的基础重量范围为约0.5盎司/码2-2盎司/码2(17g/m2-68g/m2)，更优选约0.8盎司/码2-1.2盎司/码2(27g/m2-40.7g/m2)。当以热封接缝制造医用服装且以第二无纺层形成服装的外表面时，较厚的层一般导致较强的接缝强度。
在一个优选的实施方案中，第二无纺层是聚丙烯无纺织物，如聚丙烯纺粘织物。聚丙烯的熔化温度较聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯的低，因此热封医用服装的接缝只需较低的温度。热封接缝一般是将两层复合层合片材叠合起来形成的，把要成为衣服外表面(例如纺粘聚丙烯)的两个面彼此面对面叠合起来。当以第二无纺层形成服装外表面的方式制造服装时，形成接缝的方法是用加热棒接触叠合片材的边缘，使两层第二无纺层彼此熔结在一起，由此形成一条宽度与加热棒宽度相同的接缝。优选较低的热合温度，因为复合层合片材的薄膜层在这样的热封工艺中不易熔化或降解。业已发现，当第二无纺层是聚丙烯无纺织物时，与聚酯无纺层相比，可获得更高的接缝强度和接缝处有更高的静压头(hydrostatic head)。
第二无纺层可以用包括粉末层合法、热熔体层合法和湿粘合剂层合法在内的常规粘合剂层合法，粘合到已挤出涂布的粉末粘合剂粘合无纺织物上。优选层合的方法要做到使复合层合片材具有所需的柔软性和悬垂性以及透湿率至少为600g/m2/24hr，优选至少1000g/m2/24hr。在一个优选实施方案中，用先已涂布在分立区域的粘合剂将第二无纺层连接到已挤出涂布的粉末粘合剂粘合无纺织物的薄膜面上，使两个组件彼此紧密粘合在一起，该第二无纺层不是粉末粘合剂粘合层。例如，粘合剂可以按一种花样或作为无序取向单丝涂布。粘合剂的涂布量优选为约2g/m2-4g/m2。如果涂布的粘合剂量太高，则复合层合片材将比所需的更硬。如果量太低，则薄膜与第二无纺层间的粘合强度将会太低。优选薄膜与第二无纺层之间的粘合强度至少为19.7g/cm(50g/英寸)，不论复合片材是潮湿或干燥，更优选19.7-118g/cm(50-300g/英寸)。
将挤出涂布的粉末粘合无纺织物用于服装时，其悬垂性一般较所想要的低，而噪声较所想要的高。相信这是由于在薄膜层与粉末粘合剂粘合无纺层之间的粘合程度因这些层之间的高度相容性而高的缘故。令人吃惊的是，已发现当第二无纺层不连续地粘合在薄膜层上与粘合了粉末粘合剂粘合无纺层相反的一面时，与已挤出涂布的粉末粘合剂粘合织物相比，本发明的复合层合片材的悬垂性得到大大的改善且复合层合片材的噪声大大减少。
当用于医用大褂之类的服装时，优选复合层合片材10的基础重量为约1.2-3盎司/码2(41-102g/m2)，更优选约1.8-2.5盎司/码2(61-85g/m2)，在加工方向和横向上，抓样(grab)拉伸强度都至少为11磅/英寸(1925N/m)，更优选至少15磅/英寸(2625N/m)，水头至少为50cm，透湿率至少为600g/m2/24hr，优选至少1000g/m2/24hr。本发明的复合层合片材也具有病毒阻隔性，当按照ASTM F-1671测定时，在24小时内检测不到有病毒穿透。优选复合片材中薄膜与每一无纺层之间的粘合强度至少为0.1磅/英寸(0.18N/cm)，更优选大于约0.15磅/英寸(0.26N/m)。
当拟将复合层合片材用于医用服装时，要优选粉末粘合无纺层和第二无纺层中的纤维成分使之具有一定程度的疏水性。一般不优选其上已涂有亲水性表面涂层的纤维或单丝。亲水纤维或单丝会在液体接触织物边缘时，例如可能发生在医用服装袖子上，因毛细作用而吸收血液之类的液体。也已发现非常细的纤维或单丝(每根单丝的分特数很低)也存在这一问题。优选无纺织物的纤维成分不少于每根单丝1旦(1.1分特)，更优选不小于每根单丝1.5旦(1.65分特)。医用服装可以由两层复合片材制成，其中第一粉末粘合剂粘合的无纺层粘合在透湿气的整体薄膜的第一面上，这时第一无纺层形成所述服装的外表面。优选用本发明的复合层合片材制造医用服装时，将第二无纺层面朝外，远离着装者。优选第二无纺层用一种排斥性组分如氟化合物进行处理，使第二无纺层更易排斥醇与水的混合物。
如以下实施例所示，用粉末粘合剂粘合聚酯无纺织物代替一次性使用医用服装中常用的无纺织物，作为挤出薄膜层的支持基材，令人惊奇地使本发明的复合层合片材中可以使用更薄的薄膜和更低的基础重量，同时又提供优良的病毒阻隔性。
                        实施例
在以上的叙述和以下的非限定性实施例中，用下列试验方法测定各种所报告的特性与性能。ASTM是指美国试验与材料协会，TAPPI是指浆纸工业技术协会，ISO是指国际标准组织以及INDA是指无纺织物工业协会。
基础重量按ASTM D-3776测定，以g/m2为单位记录，该标准引入于此供参考。
旦数按ANSI-ASTM D 1577-73测定，测定每9000m长的丝束以g为单位的重量。
拉伸强度按ASTM D 5035-95测定，该标准引入于此供参考，但作下述修改。在试验中，用夹头夹持住一根2.54cm×20.32cm(1英寸×8英寸)试样的相对两端。试样上两夹头之间的间距为12.7cm(5英寸)。以5.08cm/min(2英寸/min)的速度稳定地拉伸试样直到试样断裂。以磅/英寸为单位记录断裂点的力并转换为N/cm，作为拉伸断裂强度。
薄膜厚度按ASTM方法D177-64确定，以μm为单位记录，该标准引入于此供参考。
抓样拉伸强度按ASTM D 5034-95确定，用磅/英寸为单位测定并用N/cm为单位记录，该标准引入于此供参考。
片材的 断裂伸长率是条状拉伸试样断裂(失效)前片材伸长量的量度。将一片1.0英寸(2.54cm)宽的试样以夹头固定住，夹头之间的间距为5.0英寸(12.7cm)，在Instron台式试验机之类的拉伸试验机上以恒速拉伸。以2.0英寸/min(5.08cm/min)的十字头速度不断增加试样上所受的载荷直到试样断裂。该测量给出断裂前的伸长百分率。试验一般按ASTM D 5035-95进行。
粘合强度一般按ASTM D2724-87的方法进行试验，该标准引入于此供参考。试验用Instron台式试验机之类的恒速拉伸试验机进行。将2.54cm(1.0英寸)×20.32cm(8.0英寸)试样在纤维织物与透湿气薄膜间剥开，使试样分层长度达约3.18cm(1.25英寸)。将试样的两个分离面安装在试验机上间距为5.08cm(2.0英寸)的夹头之间。开动试验机，以25.4cm/min(10.0英寸/min)的十字头速度进行试验。用一个标称5g的预载荷，除去试样的松弛(slack)后，计算机开始采集数据。让试样分层约12.7cm(5英寸)，期间可取足够的读数以提供代表性平均数据。平均粘合强度用g/英寸表示。对于剥离了整个5英寸的试样，取平均粘合强度为粘合强度。对于湿试验，要将试样在水中浸5min并在试验前用纸巾除去过量的水。
静压头按ISO 811测量，该试验测定7英寸×7英寸(18cm×18cm)试样的耐透水性。在试样织物面上施加压力直到试样上有三处透水。静压头以英寸为单位测量并转换为SI单位，以cm水为单位记录结果。测量静压头所用的设备是England，Aspull Engineering有限公司制造的。
透湿率(MVTR)以g/m2/24hr为单位记录，用Lyssy Instrument按TAPPI T-523试验方法进行测量。
病毒阻隔性按ASTM F 1671测量。ASTM F 1671是测量保护性织物所用材料阻止血液传播病原体透过的能力。按照该方法，要求对待测片材试验三个试样，用尺寸与Hepatitis C病毒相似(0.028μm)的108Phi-X174病原噬菌体，表面张力调到0.042N/m，压差为2磅/英寸2(13.8kPa)，试验进行24小时。活性病毒透过试样的情况用化验方法确定。试验结果以每毫升成斑单位(Plaqve Forming Units)数，即PFU/ml记录。如果有病毒透过试样，则该试样不合格。如果24小时试验后检测到的PFU/ml为零，则该样品合格。
对每一样品组都要进行阳性对比或阴性对比。阳性对比是一片通过600PFU/ml的微孔膜，孔径为0.04μm。阴性对比是一片通过0PFU/ml的Mylar薄膜。
织物手感计量按INDA标准试验(IST)90.3进行。IST 90.3是测量一块10.2cm×10.2cm(4英寸×4英寸)试样耐折叠(柔软性的指示)的标准试验方法。织物手感计量以g为单位的力记录。对于每一方向，不论是机器(MD)方向还是横向(CD)，试验结果都取两个面的平均值。
Mullen顶破按ASTM D-3786测定。ASTM D-3786是用液压试验机测量一块10.2cm×12.7cm(4英寸×5英寸)试验织物耐顶破能力的标准方法。Mullen顶破以psi为单位记录。对于湿试验，要将试样在水中浸10秒钟并在试验前用纸巾除去过量的水。
纤维尺寸的测量方法是用照相机拍摄一个试样的照片并用图象分析程序评价照片。取纤维纵向边缘之间的距离为纤维直径，以μm记录平均纤维直径。
弯曲长度按ASTM D-5732测量。ASTM D-5732是测量织物刚度的标准方法。它测定试条在其自重作用下弯曲的长度。悬垂下来的长度以cm为单位记录。
抗醇性按INDA IST 80.8测量。IST 80.8是测量无纺织物耐异丙醇水溶液透过的标准试验方法。抗醇性以醇浓度的等级记录。报告在5分钟内试验溶液不透过试样的最高值。
静电衰减接INDA IST 40.2测试。IST 40.2是测量试样表面释放电荷所需的时间。在试样上加上正高压或负高压(5000V)，测量放电的时间。静电衰减以秒记录。
                        实施例1
本实施例中所用的粉末粘合剂粘合无纺层是一种基础重量为0.5盎司/码2(17g/m2)的100％聚酯粉末粘合剂粘合无纺织物(获自HDK公司，Greenville，South Carolina)。粉末粘合无纺层由DuPont公司Dacron54W型、长度为3.8cm(1.5英寸)、每根单丝的旦数为1.5(1.7分特)的聚酯短纤维形成。共聚酯粉末粘合剂的用量为无纺织物中粉末粘合剂与短纤维总重量的18重量％。
用图2所示的工艺在粉末粘合剂粘合无纺织物上挤出涂布上一层HytrelG4778共聚醚酯(熔点为208℃，维卡软化温度为175℃，肖氏硬度为47D，吸水率为2.3％，DuPont公司出售)聚合物薄膜层。将颗粒状Hytrel聚合物喂入螺杆挤出机，在440°F(227℃)温度下熔化并喂入温度保持在232℃的加热口模段中30密耳(762μm)×102cm模口。粉末粘合剂粘合无纺基体在模口以下约12英寸(30.5cm)处。薄膜以116英尺/min(35.4m/min)的速率挤出以获得0.55密耳(14μm)的薄膜厚度。让已涂布织物通过一对轧辊压力为690kPa(100磅/英寸2)的轧辊间隙，使薄膜与纤维状粉末粘合剂粘合无纺基材连接起来，形成复合层合片材。面朝聚合物熔体的轧辊是一个有亚光表面涂层的硅橡胶辊。淬火浴温保持在80°F(27℃)。
                  对比实施例A知B
如下表1所示，对比实施例A和B，以类似于实施例1中复合层合材料的方式形成，但用纺粘聚丙烯作为无纺层代替100％聚酯粉末粘合剂粘合无纺层。在对比实施例A与B中，无纺纺粘聚丙烯织物的基础重量在0.5-0.75盎司/码2(17g/m2-25.5g/m2)范围内可变。将对比实施例A与B的无纺织物在470°F(243℃)粘合到HytrelG4778共聚醚酯聚合物薄膜上，目的是部分地熔化聚丙烯并提供与Hytrel薄膜层之间足够的粘合性。在Hytrel薄膜层中有必要加入一种增容剂(13重量％Bynel 50E631)，以提高它与对比实施例A与B中聚烯烃无纺织物的粘合强度。在实施例1中未使用增容剂。
                        对比实施例C
在450-460°F(232-238℃)的熔体温度下，以690kPa(100磅/英寸2)轧辊压力和91.5m/min(300英尺/min)速度，将1密耳(25μm)厚的HytrelG4778共聚醚酯聚合物薄膜层挤出到100％射流喷网聚酯无纺织物上，以形成一种聚酯薄膜/聚酯无纺层复合材料，以与实施例1进行比较。
实施例1和对比实施例特性之间的比较列于下表1。
表1
  实施例号   无纺织物基础重量(×34g/m2)(盎司/码2)   薄膜厚度(25μm)(密耳)      MVTR(g/m2/天)    HH(英寸)  病毒阻隔性
实施例1对比实施例A对比实施例B对比实施例C     0.50.50.751.2     0.551.151.151     99911331254n/a     ＞157138113n/a 合格不合格不合格不合格
表1中的数据表明，使用本发明的粉末粘合剂粘合无纺层的复合层合片材，较之传统的复合层合片材，具有意外良好的病毒阻隔性能，即使当聚合物薄膜层的厚度小于传统层合片材厚度的一半。同样，本发明实施例1的层合材料比对比实施例A与B的具有更好的液体阻隔性能(水头)，同时又保持了基本相同的MVTR。对比实施例C的病素阻隔试验不合格，说明即使复合层合片材有一层100％聚酯无纺层，除非无纺层是一种粉末粘合剂粘合层，否则其病毒阻隔性不足。
                     实施例2
本实施例中所用的粉末粘合剂粘合无纺层(获自HDK公司，Greenville，South Carolina)与实施例1的相同，但粉末含量增加到20重量％。粉末含量的增加可提高无纺织物的表面耐磨性以及Hytrel薄膜与无纺层的粘合强度。
在北美Scapa Tapes公司(位于Liverpool，NY)，用图2所示的工艺在粉末粘合剂粘合聚酯无纺织物上挤出涂布一层Hytrel8206。Hytrel8206用共聚醚酯(熔点200℃，维卡软化温度为151℃，肖氏硬度45D，吸水率30％，DuPont公司出售)。该薄膜具有一种三层结构，由两台挤出机的共挤出工艺得到。所有三层均由Hytrel8206组成。此外，在挤出机料斗中还加进了浓度为6％的蓝色母料与Hytrel4056的复合物。
将Hytrel聚合物与添加剂颗粒烘干并喂进料斗，且在444°F(229℃)熔化。挤出机料筒段温度范围为455(235℃)-470°F(243℃)。加热口模段的温度维持在455(235℃)-496°F(258℃)范围内。挤出薄膜，以获得0.6密耳(15μm)的薄膜厚度。轧辊压力为276kPa(100磅/英寸2)，冷却辊温度为55°F(13℃)。
从实施例1和2得到的双层材料的物理性能列于表2。
实施例2选择Hytrel8206的目的是要减少双层材料的噪声水平，也是为了提高所得双层材料的MVTR。Hytrel8206中醚成分多于酯成分，因此，较之用HytrelG4778制得的片材，这种片材更柔软，MVTR更高。业已发现HytrelG4778比Hytrel8206具有更高的强度和更低的吸水性。
表2
  聚合物薄膜                 抓样强度(0.45kg)(磅)             伸长率(％)
      MD     CD     MD     CD
实施例1  HytrelG4778       10.3     4.1     29     194
实施例2  Hytrel8206       14.5     5.4     18     99
聚合物薄膜          织物手感计量(g)           Mullen顶破(×6.90kPa)(磅/英寸2)     HH(×2.54cm)(英寸)
  MD   CD     干     湿
实施例1  HytrelG4778   4.2   1.9     22     23     ＞157
实施例2  Hytrel8206   7.2   1.9     24     20     ＞157
Hytrel         粘合强度-干(×0.39g/cm)(g/英寸)         粘合强度-湿(×0.39g/cm)(g/英寸)     MVTRg/m2/天
    MD   CD     干     湿
实施例1     G4778     144   120     27     52     999
实施例2     8206     90   99     13     16     1282
                       实施例3-26
在这些实施例中，要在实施例1和2的双层复合材料上再加一层第二层无纺织物，以形成三层结构。在由前述挤出涂布工艺得到的双层材料层合上一层获自BBA Nonwovens公司(位于Washougal，WA)、基础重量为20g/m2(0.6盎司/码2)的纺粘聚丙烯无纺织物。对于抗醇性和抗静电性，纺粘聚丙烯无纺层一般都要用氟化合物和抗静电剂处理过。这种纺粘无纺织物的物理性能示于表3。
表3
    基础重量(×34g/m2)(盎司/码2)     厚度(25μm)(密耳)       抓样强度(×0.45kg)(磅)       伸长率(％)      织物手感计量     纤维尺寸(μm)
  MD   CD   MD   CD   MD   CD
    0.6     9   7   6   27   41   4   2     23
  弯曲伸长(cm)     抗醇性(等级)                                 静电衰减(秒)
    +     -
    5.6       9     0.01     0.01
用熔吹粘合剂层合技术将上述纺粘聚丙烯无纺织物与从实施例1和2得到的复合片材层合。对三类不同热熔体粘合剂，用1-4g/m2的添加量进行评价。以聚苯乙烯-聚异丁烯-聚苯乙烯线形嵌段共聚物为基础的粘合剂，H2465，H2485和H2755由Bostik Findley公司(位于Wauwatosa，WI)提供。
在ITW Dynatec公司，即一个Illinois Tool Works公司(位于Hnder-sonville，TN)，将热熔体粘合剂喂入料斗并在其中熔化，并由热管道转移到35.6cm(14英寸)宽的ITW DynatecTM线上，该线配备有7孔/英寸咀尖的喷咀。以183m/min(600英尺/min)的速度，124kPa(18磅/英寸2)空气压力和414kPa(60磅/英寸2)轧辊压力，将粘合剂熔吹到双层复合材料的Hytrel面上。从喷咀头到双层基材之间的距离为2.54cm(1英寸)。要使加料水平达1，2，3和4g/m2的泵速分别为15，32，47和59rpm。料斗、管道、喷咀头和空气温度根据热熔体粘合剂的熔体粘度性质选择。对于H2465，料斗、管道、喷咀头和空气温度分别为300°F，325°F，325°F和350°F。对于H2485，料斗、管道、喷咀头和空气温度分别为350°F，375°F，400°F和420°F。对于H2755，料斗、管道、喷咀头和空气温度分别为375°F，400°F，420°F和420°F。三层复合材料的物理性能示于表4。
表4
实施例号 粘合剂类型 双层合材料 加入量(g)          粘合强度-干(×0.39g/cm)(g/英寸)         粘合强度-湿(×0.39g/cm)(g/英寸)
    MD     CD     MD     CD
    3     H2465     实施例1     1     15     19     3     3
    4     H2465     实施例1     2     77     38     9     7
    5     H2465     实施例1     3     276     107     23     3
    6     H2465     实施例1     4     129     144     17     12
    7     H2465     实施例2     1     10     11     0     0
    8     H2465     实施例2     2     44     48     0     0
    9     H2465     实施例2     3     59     58     0     0
    10     H2465     实施例2     4     107     122     0     0
    11     H2485     实施例1     1     27     12     5     8
    12     H2485     实施例1     2     41     71     15     26
    13     H2485     实施例1     3     226     169     21     34
    14     H2485     实施例1     4     157     148     19     33
    15     H2485     实施例2     1     6     4     0     0
    16     H2485     实施例2     2     31     16     0     0
    17     H2485     实施例2     3     105     63     0     0
    18     H2485     实施例2     4     118     50     0     0
    19     H2755     实施例1     1     22     21     23     9
    20     H2755     实施例1     2     91     11     84     65
    21     H2755     实施例1     3     236     140     195     78
    22     H2755     实施例1     4     287     142     253     237
    23     H2755     实施例2     1     19     19     0     0
    24     H2755     实施例2     2     113     105     0     0
    25     H2755     实施例2     3     190     145     0     0
    26     H2755     实施例2     4     117     215     0     0
粘结强度试验的一般趋势表明，提高热熔体粘合剂的加入量，则会提高三层层合材料的粘合强度。结果表明，用H2755制造的三层材料在干态和湿态都具有较高的粘合强度。由H2755得到的湿强度比从其它类型粘合剂得到的高得多。包括实施例2在内的三层材料因Hytrel8206的吸湿量高(30％)而没有湿强度。在潮湿条件下，Hytrel8206薄膜的体积增加，三层材料容易分层。因此，从以实施例1作为双层合材料和以H2755作为热熔体粘合剂的三层材料已获得高湿强度。
专业技术人员将认识到，本发明的复合层合材料能用于透湿性与不可透液体性的组合很重要的许多其它可能应用中，例如汽车、作物的保护罩、房屋包布(housewrap)和顶棚内衬(roofliner)等。本发明的病毒阻隔性也使它能用于医用服装以外的保护性服装，例如防止石棉之类的颗粒物渗透的服装；防止其它生物试剂如细菌；防止人体体液渗透；防止粗糙化学药品；以及洁净室服装等。同样，本发明的复合层合材料也能应用于个人护理品中，如尿布，卫生巾等。本发明的透气性使之可用于蒸汽消毒包裹带，用来包裹外科设备以及消毒物品。

Claims (33)

1.一种透湿气而基本不透液体的复合片材，它包含：
透湿气的整体聚合物薄膜，该薄膜具有第一面和第二面，以及
第一无纺层，它包含透湿气的粉末粘合剂粘合无纺层，所述粉末粘合剂粘合层包含一种无纺纤维织物，其中无纺织物中95重量％以上的纤维与所述聚合物薄膜相容，且粉末粘合剂包含一种能在纤维的熔点温度下熔融的热塑性聚合物，且其与整体聚合物薄膜和至少90重量％的纤维成分相容，所述第一无纺层粘合在聚合物薄膜的第一面，方法是将所述薄膜挤出到所述第一无纺层上。
2.权利要求1的透湿气而基本上不透液体的复合片材，它还包含粘合在所述薄膜第二面上的第二透湿气无纺层。
3.按照权利要求2的透湿气而基本上不透液体的复合片材，其中所述第二无纺层不是粉末粘合剂粘合层。
4.按照权利要求2的透湿气而基本上不透液体的复合片材，其中，所述第二无纺层选自纺粘、水力缠结、缝编和闪蒸纺丝乱纤无纺织物。
5.按照权利要求1的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述整体聚合物薄膜包含一种选自下列的聚合物：嵌段聚醚酯共聚物、聚醚酰胺共聚物、聚氨酯共聚物、聚醚酰亚胺酯共聚物、聚乙烯醇，或它们的组合。
6.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述整体聚合物薄膜包含一种选自下列的聚合物：嵌段聚醚酯共聚物、聚醚酰胺共聚物、聚氨酯共聚物、聚醚酰亚胺酯共聚物、聚乙烯醇，或它们的组合。
7.按照权利要求1的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述第一无纺层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯以及它们的共聚物。
8.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述第一无纺层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯以及它们的共聚物。
9.按照权利要求1的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述复合片材的水头为至少50cm，透湿率为至少600g/m2/24hr。
10.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述复合片材的水头为至少50cm，透湿率为至少600g/m2/24hr。
11.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述复合片材，不论干燥或潮湿，在第二无纺层与薄膜之间的粘合强度至少为19.7g/cm。
12.按照权利要求1的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述聚合物薄膜的厚度不超过25μm。
13.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述聚合物薄膜的厚度不超过25μm。
14.按照权利要求1的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述聚合物薄膜是一种嵌段共聚醚酯的透湿气整体薄膜。
15.按照权利要求2的透湿气而基本不透液体的复合片材，其中所述聚合物薄膜是一种嵌段共聚醚酯的透湿气整体薄膜。
16.由权利要求1的复合片材制成的服装，其中第一无纺层形成外表面。
17.由权利要求2的复合片材制成的服装，其中第二无纺层形成外表面。
18.由权利要求1的复合片材制成的汽车保护罩。
19.由权利要求2的复合片材制成的汽车保护罩。
20.由权利要求1的复合片材制成的作物保护罩。
21.由权利要求2的复合片材制成的作物保护罩。
22.由权利要求1的复合片材制成的房屋包布。
23.由权利要求2的复合片材制成的房屋包布。
24.由权利要求1的复合片材制成的顶棚衬里。
25.由权利要求2的复合片材制成的顶棚衬里。
26.由权利要求1的复合片材制成的尿布。
27.由权利要求2的复合片材制成的尿布。
28.由权利要求1的复合片材制成的卫生巾。
29.由权利要求2的复合片材制成的卫生巾。
30.由权利要求1的复合片材制成的洁净室服装。
31.由权利要求2的复合片材制成的洁净室服装。
32.由权利要求1的复合片材制成的蒸汽消毒包裹带。
33.由权利要求1的复合片材制成的蒸汽消毒包裹带。
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