聚合物层及其制备方法
【专利说明】聚合物层及其制备方法
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2013年06月27日提交的美国临时专利申请号61/840142的权益，该 申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0003] 大孔的穿孔膜常用于蒸气和液体可透过的应用，而微孔的穿孔膜可用于蒸气可透 过的应用，但不可用于液体可透过的应用。大孔的穿孔膜常用作期望具有透气性的个人护 理服装（例如，尿布和女性卫生制品）和医疗皮肤应用中的部件。穿孔膜还用于过滤和隔 音应用中。
[0004] 大孔的可透过膜常常通过首先制备连续膜，然后使膜经受穿孔处理来制备。机械 穿孔装置包括啮合辊、模冲或针刺。还可利用具有热区的穿孔辊或者在膜中熔融穿孔的激 光来对膜进行穿孔。用于提供穿孔的其它技术包括：将膜浇注到多孔骤冷辊上，该骤冷辊 在空穴上具有真空以将熔体拉入空穴中并生成孔；利用电晕处理通过局部能量处理形成穿 孔；以及通过将不混溶的材料共混，然后进行膜拉伸以通过生成膜空隙形成穿孔，来形成穿 孔。还已知的是在使聚丙烯骤冷为β相晶体之后，在取向时，膜将变得多孔。
[0005] 仍需要另外的技术（优选相对简单和经济的技术）来制备大孔层（包括膜和片 材）。
【发明内容】
[0006] 在一个方面，本公开描述了一种具有大致相背的第一主表面和第二主表面的聚合 物层，该聚合物层包括在第一主表面和第二主表面之间延伸的开口阵列，其中开口各自具 有从第一主表面和第二主表面穿过开口的范围从最小面积至最大面积的一系列面积，其中 对于第一主表面和第二主表面中的每个存在总面积和总开口面积，其中对于第一主表面 和第二主表面中的每个，总开口面积不大于相应主表面的总面积的50% (在一些实施例 中，不大于 45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 75%、 0. 5%、0. 25%，或甚至不大于0. 1% ;在一些实施例中，在0. 1%至不大于50%、0. 1%至不 大于45%、0. 1%至不大于40%、0. 1%至不大于35%、0. 1%至不大于30%、0. 1%至不大于 25%、0. 1%至不大于20%、0. 1%至不大于15%、0. 1%至不大于10%，或甚至0. 1%至不大 于5%的范围内），其中对于至少大部分的开口，最小面积不在任一主表面处，并且其中第 一主表面的至少一部分包括第一材料，并且至少部分地延伸至（在一些实施例中，延伸至） 第二主表面，但未延伸到第二主表面中，其中第二主表面的至少一部分包括不同的第二材 料。
[0007] 在另一方面，本公开提供了一种具有大致相背的第一主表面和第二主表面的聚合 物层，该聚合物层包括在第一主表面和第二主表面之间延伸的开口阵列，其中该开口各自 具有从第一主表面和第二主表面穿过开口的范围从最小面积至最大面积的一系列面积，其 中对于第一主表面和第二主表面中的每个存在总面积和总开口面积，其中对于第一主表面 和第二主表面中的每个，总开口面积不大于相应主表面的总面积的50%(在一些实施例 中，不大于45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 75%、 0. 5%、0. 25%，或甚至不大于0. 1%;在一些实施例中，在0. 1%至不大于50%、0. 1%至不 大于45%、0. 1%至不大于40%、0. 1%至不大于35%、0. 1%至不大于30%、0. 1%至不大于 25%、0. 1%至不大于20%、0. 1%至不大于15%、0. 1%至不大于10%，或甚至0. 1%至不大 于5%的范围内），其中对于至少大部分的开口，该最小面积不在任一主表面处，其中第一 主表面和第二主表面中的至少一部分各自独立地包括第一材料，并且第一主表面的第一材 料和第二主表面的第一材料至少由不同的第二材料分开。
[0008] 就聚合物材料而言的术语"不同的"意指以下中的至少一种：（a)至少一个红外峰 值的至少2%的差异，（b)至少一个核磁共振峰值的至少2%的差异，（c)数均分子量的至少 2%的差异，或（d)多分散性的至少5%的差异。可提供聚合物材料之间差异的聚合物材料 的差异的示例包括组成、微观结构、颜色和折射率。
[0009] 就聚合物材料而言的术语"相同"意指不是不同的。
[0010] 在另一方面，本公开提供了制备本文所述的聚合物层的实施例的方法，该方法包 括穿过辊隙或压延结网中的至少一者，该结网包括聚合物股线的阵列，该聚合物股线在整 个阵列的粘结区处周期性地接合在一起，该结网具有大致相背的第一主表面和第二主表 面，其中粘结区大致垂直于第一主表面和第二主表面，其中阵列包括具有大致相背的第一 主表面和第二主表面的第一多根股线，其中阵列包括具有大致相背的第一主表面和第二主 表面的第二多根股线，其中结网的第一主表面包括第一多根股线的第一主表面和第二多根 股线的第一主表面，其中结网的第二主表面包括第一多根股线的第二主表面和第二多根股 线的第二主表面，其中第一多根股线的第一主表面包括第一材料，其中第一多根股线的第 二主表面包括第二材料，其中第二多根股线的第一主表面包括第三材料，其中第二多根股 线的第二主表面包括第四材料，其中第一材料和第二材料是不同的，并且其中第一材料不 延伸至第一多根股线的第二主表面。
[0011] 在另一方面，本公开提供了制备本文所述的聚合物层的实施例的方法，该方法包 括穿过辊隙或压延结网中的至少一者，该结网包括聚合物股线的阵列，这些聚合物股线在 整个阵列的粘结区处周期性地接合在一起，结网具有大致相背的第一主表面和第二主表 面，其中粘结区大致垂直于第一主表面和第二主表面，其中阵列包括具有大致相背的第一 主表面和第二主表面的第一多根股线，其中阵列包括具有大致相背的第一主表面和第二主 表面的第二多根股线，其中结网的第一主表面包括第一多根股线的第一主表面和第二多根 股线的第一主表面，其中结网的第二主表面包括第一多根股线的第二主表面和第二多根股 线的第二主表面，其中第一多根股线的第一主表面包括第一材料，其中第一多根股线的第 二主表面包括第二材料，其中第二多根股线的第一主表面包括第三材料，其中第二多根股 线的第二主表面包括第四材料，其中存在设置在第一材料和第二材料之间的第五材料，其 中存在设置在第三材料和第四材料之间的第六材料，其中第一材料和第五材料是不同的， 其中第一材料、第二材料、第三材料和第四材料是相同的，并且其中第一材料不延伸至第一 多根股线的第二主表面。
[0012] 本文所述的聚合物层可用作例如期望具有透气性的医疗皮肤应用和诸如尿布和 女性卫生制品的个人护理服装中的部件。它们还可用于过滤（包括液体过滤）和隔音应用。
【附图说明】
[0013] 图1是用于制备如本文所述的在其中具有开口的成形聚合物层的设备的示意图；
[0014] 图1A是沿图1中的剖面线1A-1A截取的如本文所述的在其中具有开口的成形聚 合物层的剖视图；
[0015] 图2是图1中的结网的透视图；
[0016] 图3是适于形成垫片的重复序列的示例性垫片的平面图，该垫片的重复序列能够 形成具有任选地两种不同类型的股线的结网，其中至少一根股线在三层布置中具有任选地 两种不同的材料；
[0017] 图3A是图3中标注为"细部3A"的部分的细部图；
[0018] 图4是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0019] 图4A是图4中标注为"细部4A"的部分的细部图；
[0020] 图5是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0021] 图5A是图5中标注为"细部5A"的部分的细部图；
[0022] 图6是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0023] 图7是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0024] 图7A是图7中标注为"细部7A"的部分的细部图；
[0025] 图8是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0026] 图8A是图8中标注为"细部8A"的部分的细部图；
[0027] 图9是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复序 列能够形成具有两种不同类型的股线的结网，这些股线各自在三层布置中具有任选地两种 不同的材料；
[0028] 图9A是图9中标注为"细部9A"的部分的细部图；
[0029] 图10是适于形成图11所示的结网的垫片的重复序列的单个实例的分解透视图；
[0030] 图11是用于制备本文所述的聚合物层的示例性第二结网的透视图；
[0031] 图12是突出分配表面的图10的垫片的重复序列的细部图；
[0032] 图13是适用于由图10的垫片的重复序列的多次重复构成的挤出模头的示例性安 装座的分解透视图；
[0033] 图14是图13的安装座在组装状态下的透视图；
[0034] 图15是适于形成垫片的重复序列的示例性垫片的平面图，该垫片的重复序列能 够形成具有股线的结网，这些股线各自在上/下布置中具有两种不同的材料，如图2大致所 示；
[0035] 图15A是图15中标注为"细部15A"的部分的细部图；
[0036] 图16是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，这些垫片的重 复序列能够形成具有股线的结网，这些股线各自在上/下布置中具有两种不同的材料，如 图2大致所示；
[0037] 图16A是图16中标注为"细部16A"的部分的细部图；
[0038] 图17是适于形成垫片的重复序列的另一个示例性垫片的平面图，该垫片的重复 序列能够形成具有股线的结网，这些股线各自在上/下布置中具有两种不同的材料，如图2 大致所示；
[0039] 图17A是图17中标注为"细部17A"的部分的细部图；
[0040] 图18是适于形成图2的结网的垫片的重复序列的单个实例的分解透视图；
[0041] 图18A是突出分配表面的图18的垫片的重复序列的细部图。
[0042] 图19A是挤出模头相对于辊隙的另选布置方式的示意透视图；
[0043] 图19B是另选压料辊的示意透视图；
[0044] 图20是由两种材料股线形成的聚合物层的透视图，所述股线的尺寸和辊隙被设 定成使得保持从第一主表面至第二主表面的贯穿开口；并且
[0045] 图21是由三种材料股线形成的聚合物层的透视图，所述股线的尺寸和辊隙被设 定成使得保持从第一主表面至第二主表面的贯穿开口。
【具体实施方式】
[0046] 本文所述的聚合物层可由例如共挤出的聚合物结网制成。
[0047] 参见图1，示出了用于制备在其中具有开口的聚合物层的示例性设备20。设备20 具有挤出在粘结区30处接合在一起的聚合物结网24的挤出机22。可用的聚合物结网在例 如于2013年3月13日提交的具有美国序列号61/779,997的共同待审的专利申请中有所 描述，其公开内容以引用方式并入本文。如将在下图1A中示出，用于制备本文所述的聚合 物层的结网包括具有至少两个层的股线。
[0048] 如图所示，聚合物结网24被垂直挤出到辊隙40中。辊隙40包括支承辊42和压 料辊44。在一些实施例中，支承辊42是平滑的镀铬的钢辊，而压料辊44是硅橡胶辊。在一 些实施例中，支承辊42和压料辊44均利用例如内部液体（例如，水）流来控制温度。
[0049] 在一些实施例中，例如，图1所描述的一个，聚合物结网24直接进入辊隙40中，其 中辊隙40为骤冷辊隙。然而，这不是必要的，挤出结网和进入辊隙无需在顺序上紧接着进 行。
[0050] 在穿过辊隙40之后，聚合物结网24已被转变成在其中具有开口 56的聚合物层 50。在一些实施例中，允许聚合物层50保持卷绕在支承辊42的圆周的至少一部分上可以 是有利的。聚合物层50具有在朝向观察者一侧上的第一主表面52和在背对观察者一侧上 的第二主表面54。许多开口 56从第一主表面52至第二主表面54穿过聚合物层50。在一 些实施例中，开口 56具有良好形成的平滑边缘58。另外，在一些实施例中，开口 56从第一 主表面52和第二主表面54两者朝内渐缩，使得开口 56在聚合物层50内部的某处具有最 小面积60。
[0051] 开口 56的这些特征可在图1A中更好地理解，该图是沿图1中的剖面线1A-1A截 取的聚合物层50的剖视图。这里可以看出，开口 56具有良好形成的平滑边缘58。开口 56 从第一主表面52和第二主表面54二者朝内渐缩。在例示的实施例中，第一主表面52是第 一聚合物层53的暴露部分，并且第二主表面54是第二聚合物层55的暴露部分。其中开口 56渐缩至最小面积60的点被示出为在聚合物层50的内部中。最小面积的点可以但不一 定接近第一聚合物层53和第二聚合物层55之间的界面。在一些实施例中，单个开口 56在 0. 005mm2至5mm2的范围内，但其它尺寸也是可用的。对于至少大部分的开口 56,最小面积 不在任一主表面52或54处。
[0052] 参见图1A，聚合物层50具有大致相背的第一主表面52和第二主表面54,聚合物 层50包括在第一主表面52和第二主表面54之间延伸的开口 56的阵列。开口 60各自具 有从第一主表面52和第二主表面54穿过开口的范围从最小面积至最大面积的一系列面 积，其中对于第一主表面52和第二主表面54中的每个存在总面积和总开口面积，其中对于 第一主表面52和第二主表面54中的每个总开口面积不大于相应主表面（52, 54)的总面 积的 50% (在一些实施例中，不大于 45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、 4%、3%、2%、1%、0. 75%、0. 5%、0. 25%，或甚至不大于 0. 1% ;在一些实施例中，在 0. 1% 至不大于50%、0. 1%至不大于45%、0. 1%至不大于40%、0. 1%至不大于35%、0. 1%至不 大于30%、0. 1%至不大于25%、0. 1%至不大于20%、0. 1%至不大于15%、0. 1%至不大于 10%，或甚至0. 1%至不大于5的范围内），其中对于至少大部分的开口 56,最小面积不在任 一主表面52、54处，其中主表面52中的至少一部分包括第一材料53并且延伸至第二主表 面54,但未延伸到第二主表面54中，并且其中第二主表面54的至少一部分包括不同的第二 材料55。
[0053] 参见图2,用于制备本文所述的聚合物层的示例性第一结网24具有聚合物股线的 阵列10110,该聚合物股线在整个阵列10110的粘结区10113处周期性地接合在一起。结网 24具有大致相背的第一主表面10111和第二主表面10112。粘结区10113大致垂直于第一 主表面10111和第二主表面10112。阵列10110具有第一多根股线10121，该第一多根股线 10121具有大致相背的第一主表面10131和第二主表面10132。阵列10110具有第二多根股 线10122,该第二多根股线10122具有大致相背的第一主表面10141和第二主表面10142。 第一主表面10111包括第一多根股线10121的第一主表面10131和第二多根股线10122的 第一主表面10141。第二主表面10112包括第一多根股线10121的第二主表面10132和第 二多根股线10122的第二主表面10142。第一多根股线10121的第一主表面10131包括第 一材料。第一多根股线10121的第二主表面10132包括第二材料。第二多根股线10122的 第一主表面10141包括第三材料。第二多根股线10122的第二主表面10142包括第四材料。 第一材料和第二材料是不同的，并且第一材料不延伸至第一多根股线10121的第二主表面 10132。任选地，第三材料不延伸至第二多根股线10122的第二主表面10142。
[0054] 参见图11，可例如代替结网24的示例性第二结网11200具有聚合物股线的阵列 11210,所述聚合物股线在整个阵列11210的粘结区11213处周期性地接合在一起。结网 11200具有大致相背的第一主表面11211和第二主表面11212。粘结区11213大致垂直于 第一主表面11211和第二主表面11212。阵列11210具有第一多根股线11221，该第一多 根股线11221具有大致相背的第一主表面11231和第二主表面11232。阵列11210具有第 二多根股线11222,该第二多根股线10122具有大致相背的第一主表面11241和第二主表 面11242。第一主表面11211包括第一多根股线11221的第一主表面11231和第二多根股 线11222的第一主表面11241。第二主表面11212包括第一多根股线11221的第二主表 面11232和第二多根股线11222的第二主表面11242。第一多根股线11221的第一主表面 11231包括第一材料。第一多根股线11221的第二主表面11232包括第二材料。第二多根 股线11222的第一主表面11241包括第三材料。第二多根股线11222的第二主表面11242 包括第四材料。第五材料11255设置在第一材料和第二材料之间。第六材料11256设置在 第三材料和第四材料之间。第一材料和第五材料是不同的，第一材料、第二材料、第三材料 和第四材料是相同的，并且第一材料不延伸至第一多根股线11221的第二主表面11232。任 选地，第三材料不延伸至第二多根股线11222的第二主表面11242。
[0055] 现在参见图19A，示出了具有挤出模头22相对于辊隙40的不同布置方式的另一示 例性设备20a的示意透视图。在另选的设备20a中，挤出模头22被定位成使得聚合物结网 24被分配到压料辊44上并在该辊上被带入在压料辊44和支承辊42之间的辊隙中。通过 将挤出模头22定位成非常靠近压料辊44,构成聚合物结网24的股线没有时间在重力作用 下下垂并延伸。这种定位所提供的优点在于，聚合物层50a中的开口 56a趋于更圆。就这 一点而言，通过不仅非常靠近形成辊隙40的辊中的一个，而且按照与该辊的圆周速度相似 的挤出速度来挤出，优点可更明显。
[0056] 现在参见图19B，不出具有另选的压料混44b的另一不例性设备20b的不意透视 图。另选的压料辊44b的表面包括升高区域44b'，与压料辊44b的其它区域相比，升高区 域44b'抵靠支承辊42在聚合物结网24上施加更多的挤压力。在所描绘的实施例中，升高 区域44b'施加足够的力，使得聚合物层50b中的开口 56通过固体层的纵向条带50b'分 开，在所述条带中潜在开口已在辊隙40内被完全挤压闭合。与