CN1933976A - 制造可拉伸复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法包括：a)提供纵向上的第一基质，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；b)提供具有包括一个或多个印纹的外表面的凹版印刷辊，其中所述表面的至少一部分较冷；c)将熔融的、非粘性的弹性体组合物沉积到包括凹版印刷辊的凹版印刷装置的外表面上，其中所述组合物的特征在于具有小于约3N/cm的剥离力；d)使所述组合物被推入所述印纹中；和e)将所述基质的所述第一表面与所述凹版印刷辊接触，并且将所述弹性体组合物从所述凹版印刷辊上所述外表面的所述印纹基本上完全地转移到所述第一表面上；其中所述方法基本上不含增粘剂。

Description

制造可拉伸复合材料的方法
发明领域
本发明涉及一种通过将确定的弹性体组合物凹版印刷到基质上以形成拉伸复合材料的方法。在某些实施方案中，复合材料被递增拉伸至至少部分地打碎底物的结构来降低其拉伸抗力。拉伸复合材料可用于一次性和耐用制品，如包括尿布、套穿尿布、训练裤、失禁贴身短内裤、经期服装、婴儿围兜及类似制品的一次性吸收制品以及耐用制品，如包括运动服、外套等服装。
发明背景
如尿布之类的一次性吸收产品典型地包括位于腰部区域和箍区的诸如弹性线之类的可拉伸材料，从而使制品紧贴合身并获得良好的密封性。裤类型的吸收制品还包括位于侧面部分的可拉伸材料，从而使制品容易穿用和脱去并获得制品持续的贴合。为了获得制品的可调整的贴合性在耳部也使用了可拉伸材料。用于这些尿布区域的可拉伸材料可由弹性体薄膜、非织造材料、丝线、稀松布等构成。典型地，单独制成这些拉伸区域并且利用粘合剂连接到尿布上。在多数情况下，这些设计递送均匀的和单向的拉伸，多数通常是在尿布的横向上。
能够递送多方向、非均匀拉伸的另一方法已在共同未决的系列专利申请10/288095、10/288126和10/429433中公开。这种方法包括在基质上热熔融地印刷一种或多种热塑性弹性体，随后递增拉伸所印刷的基质然后以稍微放大的形式将弹性体的拉伸特性赋予基质。上述公开的合适的印刷方法包括直接凹版印刷、胶版凹版印刷和柔性版印刷。这些印刷方法中的每一种都允许以任何形状和在任何方向上沉积任何量的弹性体，从而赋予各种设计可能性，最终可改善整个尿布产品的贴合性。
在凹版印刷方法中，热熔融弹性体通过镀液、槽式涂敷机、喷涂器或挤出机被递送到凹版辊上的印纹(也称作“凹槽”)。多余的弹性体从辊上被刮掉并且弹性体然后通过辊隙从凹版印纹转移到基质中。凹版印刷通常用于粘度小于约5Pa.s的材料。典型地，印纹中约40％至约60％的弹性体被转移到基质上。本领域会理解到，这种转移减少的基本原理是凹版印纹中的失效是内聚性的，即凹版印纹中的弹性体分开了。
不受理论的限制，因此了解将弹性体从涂敷部件转移到基质上的机制是重要的。在转移过程中，受到三个作用力。这些力包括：i)在涂敷部件的表面和弹性体之间的粘合力；ii)弹性体的粘合强度(即，弹性体组合物的单一部分对分离成两个较小部分的抗力)；和iii)在弹性体和基质和/或基质的强度之间的粘合力。为了将弹性体成功地转移到基质上，弹性体的两个粘合力之一或弹性体的两个粘合力或弹性体和涂敷部件的表面之间的粘合力必须小于弹性体和基质之间的粘合力和/或基质的强度。典型地，通过加热印刷方法解决这个问题，在印刷位置由于加热的弹性体会保持液态或半液态使得弹性体的粘合强度足够低。因此，典型地通过在将涂敷部件转移到基质的转移点上的弹性体粘合内聚失效并且将部分弹性体残留在涂敷部件的表面完成将弹性体组合物从涂敷部件转移到基质。通常以上条件适用于例如弹性体粘合剂的凹版印刷的过程，弹性体粘合剂的粘度相对较低并且粘合剂对凹版元件的壁和对基质也具有很强的亲和力。重要的是，粘合失效是指在涂敷部件上存在未被转移的粘合剂残留部分。
另一方面，通常具有良好弹性的弹性体组合物在给定温度下具有大于典型的弹性体粘合剂的粘度。作为参考，典型的用于尿布的热塑性弹性体在175℃下具有超过1000Pa的粘度。增加的粘度会转化为弹性体的更高粘合力和需要加热到更高使用温度以确保粘合失效。当弹性体的粘合强度超过它对基质的粘合强度或是超过基质的强度后，此动力造成了高粘度材料在传统直接凹版印刷中的问题。这种状况继而导致弹性体与基质的粘合失效或对基质造成损坏。另一方面，如果增加温度以降低粘合强度，弹性体组合物的涂敷温度可能超过基质的熔点，从而损坏基质或导致弹性体热降解。因此，需要一种能够将高粘度弹性体组合物沉淀在基质上而不损坏这些基质的施用方法。
申请人已令人惊奇地发现，如果在印刷过程中的状况为凹版印纹内的失效是粘性的而不是内聚性的，即在辊和弹性体之间的粘合力小于弹性体的粘合力并且也小于弹性体和基质之间的粘合力，则高粘度弹性体材料的印刷将是可能的。这可通过下列步骤中的一个或多个来实现：i)使用一种非粘性的弹性体，更好地从凹版辊中的印纹脱离；ii)通过提供隔离剂、更光滑的表面如在钢上镀铬等改进凹版辊的脱离性能；iii)增大弹性体粘度，即粘合强度；和iv)相对弹性体递送温度，将凹版辊保持在更低的温度。
对于某些材料，当失效为粘性时，从凹版辊上剥离弹性体所需的剥离力远小于失效为内聚性时。参见Gent和Petrich的Adhesion ofViscoelastic Materials to Rigid Substrates，Proc.Roy.Soc.A，第310卷，第433-448页(1969)。同样，当失效为粘性时(也被Gent和Petrich称作界面失效)，从凹版辊上剥离弹性体所需的剥离力几乎与粘度无关。这是一个显著的有益效果，因为这种方法甚至会对高粘度材料起作用。
当印纹转移期间的失效为粘性时，几乎所有的弹性体从印纹中移除掉。这种基本完全的弹性体移除具有超过高粘度印刷主要优点的几个优点。第一，碳化问题(其对于残留在凹版印纹上死区的不饱和弹性体是一个显著问题)实际上被消除了。第二，转移变得均匀，因为每次均转移精确数量的沉积在印纹内的弹性体。
根据上述方法，申请人已经确定，在印纹转移期间增加弹性体的粘度并进而增加粘合强度的一种可行的方法是采用在比弹性体递送温度冷得多的温度下运行凹版辊。
发明概述
本发明涉及一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法包括：
a)提供纵向上的第一基质，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；
b)提供具有包括一个或多个印纹的外表面的凹版印刷辊，其中所述表面的至少一部分较冷；
c)将熔融的、非粘性的弹性体组合物沉积到包括凹版印刷辊的凹版印刷装置的外表面上，其中所述组合物的特征在于具有小于约3N/cm的剥离力；
d)使所述组合物被推入所述印纹中；和
e)将所述基质的所述第一表面与所述凹版印刷辊接触，并将所述弹性体组合物从所述凹版印刷辊上的所述外表面的所述印纹基本上完全地转移到所述第一表面上，
其中所述方法基本上不含增粘剂。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种制造拉伸复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供纵向上的第一基质，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；
b)提供包括具有外表面的凹版印刷带的凹版印刷装置，外表面包括在所述表面上的凹槽，其中所述表面的至少一部分较冷；
c)将熔融的、非粘性的弹性体组合物沉积到凹版印刷带的外表面上，其中所述组合物的特征在于具有小于约3N/cm的剥离力；
d)使所述组合物被推入所述凹槽中；和
e)将所述基质的所述第一表面和所述凹版印刷带的外表面接触，并将所述弹性体组合物从所述凹版印刷带上的所述凹槽基本上完全地转移到所述第一表面；和
其中所述方法基本上不含增粘剂。
附图概述
虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求作出结论，但据信通过下述结合附图的说明可更好地理解本发明，其中：
图1是本发明的代表性方法的示意图；
图2是本发明的主要操作的放大透视图，包括将弹性体组合物涂敷到基质上并将其与另一基质相连接；和
图3是本发明的任选的辅助操作的放大透视图，其使用互相啮合的成形辊来递增拉伸中间结构；
图4a是用于“剥离测试”的样本夹持器的透视图。
图4b是用于剥离测试的夹具透视图。
发明详述
本文所用术语“一次性的”是指通常不打算被洗涤、复原或多次重新使用其初始功能的产品，即优选旨在使用约10次，或更优选使用约5次或更少，或甚至更优选使用约1次后丢弃。优选一次性制品被回收、堆肥处理或以其它与环境相容的方式进行处理。
本文所用术语“一次性吸收制品”是指通常用于吸收和保留液体的一种装置。在某些情况下，该短语是指紧贴或邻近穿着者的身体沉积以吸收和容纳从体内排出的排泄物和/或渗出物的装置，并且包括这样的个人护理制品，如紧固尿布、套穿尿布、训练裤、游泳尿布、成人失禁制品、妇女卫生制品等。在其它情况下，该术语也指保护性制品或卫生制品，例如围兜、擦拭物、绷带、包裹物、伤口敷料、手术单等。
术语“粘合剂”是指根据以下“测试方法”部分描述的剥离测试计算的剥离力小于3N/cm的材料。
本文所用术语“纤维基质”是指由天然材料或合成材料或是它们的任何组合的各种纤维构成的材料，例如非织造纤维网、机织纤维网、针织织物以及它们的任何组合。
本文所用术语“基质”是指包括如非织造纤网、织造纤网、编织纤维、薄膜、薄膜层压材料、非织造层压材料、海绵、泡沫、以及它们的任意组合这样既可为天然材料又可为合成材料或其任何组合的材料。
本文所用术语“非织造材料”是指采用如纺粘法、粗梳法和熔喷法由连续和/或不连续纤维制成的、无需经过编织或针织的材料。非织造纤网可包含一层或多层非织造材料，其中每一层可包括连续和/或不连续纤维。非织造纤维网也可包括双组分纤维，其可具有皮/芯结构、并列结构或其它已知的纤维结构。
本文所用术语“弹性的”或“弹性体的”是指在对其施加偏置力后可拉伸至伸长长度为其松驰初始长度的至少约160％而不会裂开或破损，并且在施加的力释放后，可至少恢复其伸长的约55％，优选基本恢复至其初始长度，即恢复后的长度小于其松驰初始长度的约120％，优选小于约110％，更优选小于约105％的任何材料。
本文所用术语“非弹性的”是指不属于上述“弹性”定义范围之内的任何材料。
本文所用术语“弹性体”是指显示具有弹性性能的聚合物。
本文所用术语“可延展的”或“可非弹性伸长的”是指在对其施加偏置力使其拉伸超过其松驰初始长度的约110％时，显示出永久性变形，包括伸长、裂开、破损和其它结构缺陷和/或其拉伸特性的改变的任何材料。
本文所用术语“颈缩材料”是指通过施加张力使其在一个方向缩小的任何材料。
制造本文所公开的和受权利要求书保护的拉伸复合材料的方法包括以下步骤：a)提供纵向上的第一基质，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；b)提供包括具有外表面的凹版印刷辊(或可供选择地，具有外表面的凹版印刷带，所述外表面包括在所述表面上的凹槽)的凹版印刷装置，所述外表面包括一个或多个印纹并且其中所述外表面的至少一部分较冷；c)将熔融的、非粘性的弹性体组合物沉积到凹版印刷辊(或带)的外表面上，其中所述组合物的特征在于具有小于约3N/cm的剥离力；d)使所述组合物被推入所述印纹或所述凹槽中；和e)将所述基质的所述第一表面与所述凹版印刷辊或带接触，并将所述弹性体组合物从所述凹版印刷辊(或所述带)上所述外表面的所述印纹(或凹槽)基本上完全地转移到所述第一表面上；并且其中所述方法基本上不含增粘剂。
适合用于目前受权利要求书保护的方法的任何基质(即，第一基质或任何其它基质层)包括第一和第二表面，并且可以选自薄膜、针织织物、机织纤维网、非织造纤维网或它们的组合。在一些实施方案中，基质是可延展非织造纤网，其包括聚烯烃纤维和/或纤丝如聚乙烯、聚丙烯等。基质也可为非织造薄膜层压材料，其例如可被用作一次性尿布、训练裤、成人失禁产品等的外覆盖件。理想地，基质的厚度将在约0.05mm至约2mm，优选约0.1mm至约1mm，并且最优选约0.1mm至约0.5mm的范围内。
接下来，本发明需要使用凹版印刷装置，凹版印刷装置包括凹版印刷辊或凹版印刷带。在采用辊的实例中，辊具有包括一个或多个印纹(或凹槽)的外表面，而印刷带的外表面包括一个或多个凹槽(印刷带优选地较薄，厚度为至少约0.0127cm)。在每个实例中，印纹或凹槽是工具表面上的允许接纳要从所述外表面转移到另一个表面(其为基质)的液体材料(在本例中为弹性体组合物)凹痕。已经发现，提供外表面的至少一部分与弹性组合物的递送温度相较冷有助于在将所述材料转移到所述基质期间提高弹性体组合物的粘度进而提高粘合强度。本文所用“较冷”是指外表面的这一部分比弹性体至外表面的递送温度低至少10℃，优选低25℃，并且最优选低50℃。当采用带时，重要的是带能够较快地进行加热和冷却以便所述方法可以用于商业操作的合理速度运行。
在提供了凹版印刷辊或带之后，将熔融的、非粘性的弹性体组合物从递送机构沉积到凹版印刷辊或带的外表面上，所述递送机构可选自槽式涂敷机、镀液、喷涂器和挤出机。然而，在两种情况下，将弹性体组合物在加热部分之后沉积在辊或带上以及在较冷部分之后从辊或带上移除。本发明弹性体组合物的特征在于其剥离力小于约3N/cm，更优选小于约2N/cm，甚至更优选小于约1N/cm，最优选小于约0.8N/cm。(在以下“测试方法”部分论述了用于确定这些弹性体组合物的剥离力的方法)。这样较低的剥离力据信对实现从图案辊或带上基本完全转移到基质上很重要，以便使其与图案辊或带的粘合力最小。
适当的弹性体组合物包含热塑性弹性体，其选自苯乙烯嵌段共聚物、茂金属-催化聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚醚酰胺，以及它们的组合。适合的苯乙烯嵌段共聚物可以是具有至少一个苯乙烯嵌段的两嵌段、三嵌段、四嵌段或多嵌段共聚物。示例性苯乙烯嵌段共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯等。市售苯乙烯嵌段共聚物包括购自位于德克萨斯州Houston的Shell Chemical Company的KRATON；购自位于纽约州New York的Kuraray America，Inc.的SEPTON；和购自位于德克萨斯州Houston的Dexco Chemical Company的VECTOR。商购茂金属-催化聚烯烃包括购自位于德克萨斯州Baytown的Exxon Chemical Company的EXXPOL和EXACT；购自位于密西根州Midland的Dow ChemicalCompany的AFFINITY和ENGAGE。市售聚氨酯包括购自位于俄亥俄州Cleveland的Noveon，Inc.的ESTANE。市售的聚醚酰胺包括购自宾夕法尼亚州Philadelphia的Atofina Chemicals的PEBAX。市售聚酯包括HYTREL，购自德拉瓦州Wilmington的DuPont de Nemours Co.。
弹性体组合物还可包含加工助剂和/或加工油以调节组合物的熔融粘度。它们包括常规加工油料，如矿物油，以及其它石油衍生的油和蜡，如石蜡油、环烷油、凡士林、微晶蜡、石蜡或异链烷烃蜡。合成蜡例如费托蜡，天然蜡例如鲸蜡、巴西棕榈蜡、地蜡、蜂蜡、小烛树蜡、纯地蜡、西班牙草蜡、小冠椰子蜡、rezowax，和其它已知的矿物蜡，也适用于本发明。烯烃或双烯烃低聚物和低分子量树脂也适用于本发明。低聚物可以是重均分子量介于约350和约8000之间的聚丙烯、聚丁烯、氢化异戊二烯、氢化丁二烯等。
在一个实施方案中，相变溶剂被用作加工助剂。相变溶剂可被掺入弹性体组合物中以降低其熔融粘度，使组合物在175℃或更低温度条件下容易加工而基本上不损害组合物的弹性和机械性能。典型地，相变溶剂在约40℃至约250℃的温度范围内显示具有相变。相变溶剂具有以下通式：
(I)R’-Ly-(Q-Lx)n-1-Q-Ly-R；
(II)R’-Ly-(Q-Lx)n-R；
(III)R’-(Q-Lx)n-R；
(IV)R’-(Q-Lx)n-1-Q-Ly-R；
(V)R’-(Q-Lx)n-1-Q-R；或
它们的混合物；
其中Q为取代的或未取代的双官能芳族部分；L为CH2，R和R’相同或不同并独立地选自H、CH3、COOH、CONHR1、CONR1R2、NHR3、NR3R4、羟基或C1-C30烷氧基；其中R1、R2、R3和R4相同或不同并独立地选自H或衍生自C1-C30的直链或支链烷基；x为1到30的整数；y为1到30的整数；并且n为1到7的整数。相变溶剂的详细公开内容可见于2003年7月2日提交的美国系列专利申请10/429432中。在一些实施方案中，热塑性弹性体与在弹性体组合物中的加工油或加工助剂(例如相变溶剂)的重量比率典型地在约10∶1至约1∶2的范围内，优选在约5∶1至约1∶1的范围内，更优选在约2∶1至约1∶1的范围内。
此外，弹性体组合物可包括稳定剂等。例如，稳定剂可包括抗氧化剂和抗光剂。合适的抗氧化剂包括位阻酚醛塑料。适用于本发明弹性体组合物的市售抗氧化剂购自位于纽约州Tarrytown的Ciba Specialty ChemicalsNorth America的IRGANOX 1010。合适的抗光剂包括受阻胺抗光剂。市售的抗紫外光剂TINUVIN 123也购自Ciba Specialty Chemicals NorthAmerica公司。
适于供本发明之用的弹性体组合物也基本上不含增粘剂以帮助确保可靠地完成图案辊表面的粘性失效。本文所用术语“基本上不含增粘剂”旨在指弹性体组合物含有按重量计少于约5％的、在粘合剂领域中通常被视为增粘剂的材料。众所周知，在粘合剂配方中添加增粘剂以增加其粘合性。商业上作为增粘剂使用的材料包括：松香树脂、氧茚树脂、萜烯树脂和烃类树脂。实施例1比较了合适的弹性体组合物和现有技术弹性粘合剂的脱离特性。
在某些实施方案中，目前受权利要求书保护的方法的非粘性弹性体组合物也基本上不含隔离剂。具体地讲，相对于该成分所用的“基本上不含”是指弹性体组合物以及整个方法涉及的隔离剂按重量计小于约5％，优选小于约3％，甚至更优选小于约1％。
可供选择地，弹性体组合物也可包含上述热塑性弹性体的低分子量弹性体和/或弹性体前体和可任选的交联剂或它们的组合。例如，2003年7月1日以Ashraf等人名义提交的共同未决的美国专利申请10/610605中描述了一种热塑性弹性体，其包含具有至少一个刚性嵌段和至少一个柔性嵌段的弹性体嵌段共聚物、大分子光引发剂、加工油，和可任选包含这种前体的热塑性聚合物和/或交联剂。低分子量弹性体或弹性体前体的重均分子量介于约45,000和约150,000之间。在一些实施方案中，组合物中的热塑性弹性体与低分子量弹性体之间或弹性体前体与热塑性弹性体之间的重量比率范围为约10∶1至约1∶2，优选为约5∶1至约1∶1，并且更优选为约2∶1至约1∶1。
适用于本发明的弹性体组合物形成弹性体构件，这些弹性体构件具有弹性而无需进一步处理，并且这些弹性体组合物不包括沸点低于150℃的任何挥发性溶剂。然而，在弹性体组合物已被应用到基质上之后，后处理可用于提高或增强所得弹性体构件的弹性和其它性能，包括强度、模量及类似性能。典型地，后处理通过如冷却、交联、化学固化、热固化、辐射固化、辊压以及它们的组合这样的方法将弹性体组合物转变成弹性体构件。
不受理论的约束，在弹性体材料凹版印刷的情况下，通常在当失效为粘性时，从凹版辊上剥离弹性体所需的剥离力比失效为内聚性时小得多。参见Gent和Petrich的Adhesion of Viscoelastic Materials to RigidSubstrates，Proc.Roy.Soc.A，第310卷，第433-448页(1969)。同样，当失效为粘性时(也称作界面失效)，从凹版辊上剥离弹性体所需的剥离力几乎与粘度无关，这是十分有益的，尤其在高粘度材料的情况下。在这些实例中，几乎全部的弹性体从印纹上移除掉使得基本上完成了转移。本文所用“基本上完全的”或“基本上完全地”是指剩下不超过约10％，更优选不超过约7.5％，并且最优选不超过约5％的弹性体组合物从凹版印刷装置(即辊或带)未转移到基质上。此基本完全的转移是非常有利的。第一，碳化问题(其对于残留在凹版印纹上死区的不饱和弹性体是一个显著问题)被消除了。第二，转移变得均匀，因为每次均转移沉积在印纹内的同一数量的弹性体。
可升高温度来降低弹性体组合物的粘度。但是，高温会对基质的稳定性产生不利影响，基质会在加热的弹性体组合物沉积的地方产生部分或局部热降解。这两种影响之间的平衡是期望的。可供选择地，可采用间接/转移方法例如偏置凹版印刷。加热弹性体组合物以达到适于加工的粘度，并将其施用到具有良好热稳定性的中间表面(例如，传送辊或载体基质)上，然后再转移到基质上。因为流体或类似流体的弹性体组合物在接触基质时被部分地冷却，因而间接/转移方法允许更宽范围的操作温度。因此，间接方法对于热敏感或不稳定的基质是有用的，例如对于非织造纤网，或低熔点聚合物基质，包括聚乙烯和聚丙烯。优选地，当弹性体组合物被从载体表面转移到基质上时，它还处于流体相，或者具有足够的流动性以至少在一些位置至少部分透入基质。另外，可通过压送辊或压光辊施加辊隙压力来增强渗透和粘接。
具有至少在一些位置至少部分地透入基质的弹性体组合物是可取的，使得所得中间结构在后续加工和生产步骤中或在成品中不会分层。另外，在复合材料和/或其预成形品内部的这种良好粘接使粘合剂的应用成为任选的。渗透程度将受到几个因素影响：接触基质时弹性体组合物的粘度、基质的多孔性以及基质和弹性体组合物之间的表面张力。在一个实施方案中，偏置凹版印刷方法允许弹性体组合物在其接触基质前部分冷却，因此增加了它的粘度并降低了其透入基质的程度。可供选择地，弹性体组合物在其接触底物之前或在接触过程中可通过吹冷空气/气体来得到冷却。在另一个实施方案中，通过传送基质/弹性体组合物通过一对压送辊可增强渗透程度。压送辊的温度以及施加的辊隙压力提供了对渗透程度的进一步控制。在一些情况下，仅在纤维网与弹性体材料的一些接触区域增强渗透性可能是理想的。这可通过在印刷过程中使用成图案的备用辊代替光滑辊来实现。例如，备用辊可具有纵向(MD)印纹或凹槽。
在某些实施方案中，可以改变沉积在基质的不同部分内的弹性体组合物的量，从而改变局部拉伸性能。例如，通过在辊上混合使用不同深度和/或宽度的印纹或在带上混合使用不同深度和/或宽度的凹槽，所得弹性体构件可以在一个区域更厚而在另一区域更薄。在另一个实施例中，通过改变在凹版印刷辊或带上的图案，所得弹性体构件从复合材料的一个区域到另一个区域可显示具有变化的构件密度(即每单位面积上的弹性体构件数)。此外，每个辊上具有不同的弹性体组合物的两个或多个凹版印刷辊也可用于在基质的不同部分上沉积这些弹性体组合物。
此外，结合不同的沉积方法也是可能的，例如将凹版印刷与喷涂或凸版印刷相结合从而在所得拉伸复合材料中获得所需要的性能。
印刷后基质的拉伸性能可离散地进行变化，也就是说，性能呈步进式改变。这种步进式改变的一个实施例可以是在元件的一个部分(例如尿布的耳部顶部)里应用高性能的弹性体，而在该元件的另一部分(例如耳部的下部)里应用较低性能的弹性体，下部对拉伸性能要求较低。拉伸性能也可以被线性或非线性地连续改变。拉伸性能的连续改变可通过凹版图样来实现，图样的设计方式是沿着凹槽的长度逐渐地减小凹槽深度，这样在得到的印刷图案处，被沉积的弹性体组合物的量从弹性构件的一端到另一端连续地减少。
图1示意说明了制造拉伸复合材料的方法100的一个实施方案。此方法可包括制作中间结构的主要操作，其包括以下步骤：提供第一基质、将弹性体组合物或材料涂敷到第一可延展基质上和任选地与第二基质连接。方法100可任选地包括递增拉伸所印刷基质的辅助操作以提供基质的额外延展性。
图2中详细显示了方法100的主要操作。基质34由第一给料辊52提供并移动通过包括凹版印刷辊54和备用棍56的凹版印刷装置105，将用于弹性体构件的弹性体组合物沉积在基质34上。呈流体或类流体状态的弹性体组合物可至少部分渗透基质34以提供印刷的基质35，产生弹性体构件和基质间的直接粘结。任选地，可通过第二给料辊62提供一种或多种其它基质36，并通过压送辊64、66与已印刷基质35结合到一起，将弹性体构件夹在基质34和36之间形成中间结构37。如果需要，可使用粘合剂来粘结两种基质。在加工过程的该点上，零应变层压材料被制造出来，其中弹性体构件和基质粘接在一起处于未变形状态。
已印刷基质35和/或中间结构37可进行附加的处理，如冷却、挤压(例如穿过一对压送辊)、交联、固化(例如，通过化学、热、辐射方法)以及它们的组合来增强沉积于其上的弹性体组合物和所得中间结构的弹性和机械性能。
图3显示了方法100的任选的辅助操作。该辅助操作包括成形工位106，成形工位106递增拉伸中间结构37到这样的程度以至基质被永久拉长并且中间结构37被转换加工成拉伸复合材料108。由于这种结构变化，基质具有降低的拉伸抗力并且弹性体构件能够拉伸到由基质的永久伸长来提供的程度。
有时被称为“环轧”的一种方法可作为本发明期望的递增拉伸操作。在环轧方法中，波状互相啮合的轧辊被用于永久延长基质以减小其拉伸抗力。在已经经受环轧处理的部分中，所得复合材料具有更高的拉伸性程度。因此，在获得拉伸复合材料的局部化部分里的拉伸性能方面，这种辅助操作操作提供了附加的适应性。
通过使用波状互相啮合的轧辊在纵向上或横向上递增拉伸材料并使材料永久变形来给可延展的或其它基本上无弹性的材料赋予拉伸性的方法公开于以下专利：授予Blizzard等人的美国专利4116892、4834741、5143679、5156793、5167897、5422172和5518801。在一些实施方案中，可将中间结构相对于该辅助操作的纵向成某一角度喂入波状的互相啮合的辊中。可供选择地，辅助操作可使用一对互相啮合的凹板，在压力下将其应用于中间结构，以完成在局部化部分中对中间结构的递增拉伸。
也可通过在美国专利5226992和5910224中所述的颈缩给基质赋予延展性，上述两个专利均转让给Kimberly-Clark Worldwide公司。在该方法中，通过施加张力使基质在一个方向颈缩，并且在基质还处于颈缩状态时印刷弹性体。如果需要，可递增拉伸该层压材料以进一步提高其拉伸性能。赋予延展性的另一个方法是通过在美国专利5914084和6114263中所述的固结，上述两个专利均转让给The Procter & Gamble公司。如本文所述，所述固结包括：在第一方向进给可颈缩的非织造材料，在垂直于第一方向的方向递增拉伸所述非织造材料，给所述非织造材料施加张力使其颈缩，使所述非织造材料经受机械稳定以提供稳定的可延展颈缩非织造材料。此外，所要求的递增拉伸可通过本文详述的拉伸技术的组合来实现。与颈缩一样，可任选地递增拉伸该层压材料以进一步提高其拉伸性能。
当复合材料在应用条件下经受典型的应变时，可延展材料不显示出拉伸抗力是可取的。复合材料产生的应用应变归因于当制品被穿上或从穿着者身上脱下时和当制品破损时产生的拉伸。可对可延展的基质进行预应变处理来赋予复合材料所需的拉伸性。典型地，当可延展基质被预应变处理至最大应用应变(典型地小于约250％应变)的约1.5倍时，可延展基质被永久拉长，这样，在应用应变的范围内其不显示拉伸抗力，并且复合材料的弹性性能基本上与复合材料中的弹性体构件的整体性能相同。
适用于本发明的方法制成的拉伸复合材料包括一次性制品。示例性的一次性制品包括尿布、训练裤、成人失禁制品、卫生巾、如手套、围裙、工作服、短袜之类的衣服等。这些一次性制品可包括选自耳部、腿箍、腰带、后片、前片、侧片以及它们的组合的拉伸区域，并且这些拉伸区域包括由本发明的方法制成的拉伸复合材料。
测试方法
剥离力方法
剥离力的测试测量在室温下以薄膜形式从光滑的不锈钢钢板上剥离弹性体组合物所需的应力。
设备
不锈钢板(SS板)：Mc Master Carr，目录编号8983K62，符合
                ASTM A240。光滑的不锈钢板由304不锈钢制
                成并具有#2B表面光洁度；宽度＝100mm，
                长度＝75mm，厚度＝0.060
硅氧烷橡胶板：Mc Master-Carr#8979K111，高温硅氧烷橡胶，0.08cm
              (1/32″)厚度，49A硬度
防粘纸：Paul N.Gardner Company，目录编号PC-RP-1K，22cm×
        28.5cm(8.63″×11.25″)，ASTM D 4708/2370/1353
手动辊：适用的辊可用直径68mm的钢棒进行加工，其上具有
        6mm厚的硬橡胶涂层(肖氏A硬度65)。最终的辊重
        量为2250克以及宽度为6.35cm。
迈拉薄膜：0.5mm(2mils)厚，这种迈拉薄膜应当比弹性体略宽和略
          长以确保薄膜完全覆盖弹性体。
张力检测器：合适的仪器以型号Alliance RT/1购自Cary，NC的
            MTS Systems Corp.。
样本支架：支架400在执行如图4a所示的方法过程中用于支持
          不锈钢钢板。它是用120mm×110mm的不锈钢钢板进
          行弯曲以便具有以下尺寸：
          钢板宽度：110mm
          第一垂直部分410-80mm
          水平部分420-25mm
          第二垂直部分430-15mm
图4b显示了一对夹具440之一，其用来在整个测试过程中用于确保不锈钢钢板与支架400保持稳定的接触。通过将12mm宽的不锈钢弯成宽度为111mm(即，比支架400稍宽)×深度为5mm的矩形450可方便制成夹具440。此夹具也配有旋紧设备445以提供与支架400的张力。
样本
弹性体薄膜：薄膜样本必须具有与弹性体组合物完全相同的组合物，
            此弹性体组合物是利用受权利要求书保护的方法制成。
            样本宽度是50.8mm(2″)乘最小75mm长乘0.356mm
            ±0.05mm(14mils±2mils)厚
薄膜制备如下：
1)称重量为约12克的感兴趣的弹性体组合物；
2)将两片0.03mm(0.010英寸)厚的PTFE(Teflon)薄膜之间的预先称重材料进行压缩模塑组合物；
3)放置薄膜“夹”在预加热的铝板间，铝板插入型号为3853-0的Carver压力机内，热板的温度设置为大约160℃；
4)将材料加热3分钟后在铝板间进行挤压，压力为17MPa(2500psi)；
5)此制剂在加压30秒钟后可流动；
6)将所得薄膜骤冷到环境温度；和
7)将薄膜切成三等份。
8)将每一份置于PTFE薄膜和预热铝板之间并且允许在施加13.7MPa(2,000psi)压力之前在Carver压力机中加热到160℃保持1分钟。
9)此制剂能够在该压力下流动30秒。
10)卸掉压力，将样本旋转90°并插回到压力机中，并立即施加20MPa(3,000psi)的压力。
11)此制剂可再次流动30秒。卸掉压力，将样本翻转并插回到压力机中并立刻施加27MPa(4,000psi)的压力。
12)此制剂可再次流动30秒。
13)卸掉压力，将样本旋转90°并插回到压力机中并立刻施加34MPa(5,000psi)的压力。
14)此制剂可再次流动30秒。
15)在最后挤压之后，将薄膜骤冷至室温。
16)如果需要，通过叠置多个层将根据步骤1-15制备的两层或多层材料层压并且重复步骤8-15以达到0.36±0.05mm的最终样本厚度。
17)根据上文所述的试验方法将薄膜切成合适的样本大小。
方法
1)将光滑的不锈钢钢板(SS板)置于金属支撑板上。
2)将硅氧烷橡胶板邻近光滑的SS板放置。此硅氧烷橡胶板与光滑的SS板具有大约相同的厚度。
3)将弹性薄膜样本置于光滑的SS板上，使得在光滑的SS板上的样本为至少50mm并且在硅氧烷橡胶板上的样本为至少25mm。
4)将纺粘纸置于弹性薄膜的顶部并利用手动辊进行加压。手动辊在测试样本上转动10次(1次＝1个向前移动和1个向后运动)。所加压力恰好等于手动辊重量。
5)移除防粘纸，将测试样本置于SS板上，此板被放置在将温度保持高于组合物有序/无序温度的热板上。需要将弹性体加热到超过其有序/无序温度以确保弹性体足够柔软地与光滑不锈钢钢板粘合。160℃的温度对大多数组合物应当是足够高的。
6)在热板上加热测试样本10分钟±1分钟。
7)沿测试样本移除SS支撑板并将它置于一段温度为室温的钢板上。
8)从热板上移除之后十秒钟，将Mylar薄膜置于弹性体上并如上所述用辊加压10次。
9)允许设备在空气中冷却至室温。
10)将光滑的SS板与弹性体和迈拉薄膜一起放入张力测试器上的剥离测试夹具中。剥离角度为180度并且测试在室温下进行。
11)从光滑SS板上以10英寸/分钟的速度剥离弹性体。负荷首先增加，然后达到稳定值。
12)记录此恒定剥离力，并且以克力/厘米弹性体宽度的形式记录。
13)至少共重复3次。
14)记录平均剥离力和已记录的标准偏差。
残留的弹性体
此方法旨在测试图案辊上残留弹性体的量和利用这些数据确定残留弹性体。原则上，将荧光材料掺入感兴趣的弹性体组合物并且建立组合物与荧光物相关量的曲线。然后利用此曲线将测量的荧光物的量与残留在凸起表面元件上的热塑性弹性的量进行关联。
材料
荧光剂：合适的荧光材料购自位于伊利诺州Chicago的UV ProcessSupply。
设备
可以使用能够提供适当的照明和测试发光强度的任何合适的设备。此装置应尽可能地紧凑以满足测试限制的要求。
荧光计：能够接收和测量荧光材料所释放的光的强度。此荧光计应包
        括适当的已调节到荧光剂所释放的光的特征波长的光学过
        滤器。
辐射器：能够提供可最有效地将能量转移给荧光剂的特征波长的光。
        此辐射器应包括光学过滤器以定义用于照明荧光剂的光的
        波长。
样本
弹性体：将弹性体的样本放在被测试的应用系统上，此样本至少是弹性体供应设备预测体积的三倍。
确定荧光剂浓度
1.在合适溶剂中准备0.01％的弹性体溶液。
2.在相同溶剂中准备已知浓度的荧光剂溶液。
3.弹性体溶液的等分样本加入等量的荧光剂溶液以提供混合溶液，此溶液相当于0.01％弹性体溶液，其中添加的荧光剂浓度为0.1％、0.5％、1％、2％和5％。
4.按照制造商说明书校准荧光计和辐射器。
5.确定每个混合溶液释放的光强(I0.1-I0.8)。
6.选择提供满足信噪比要求的荧光剂浓度。
弹性体的制备
混合弹性体和荧光剂以便将荧光剂以最低浓度充分地分散在弹性体中，必须满足强度/浓度曲线要求的信噪比。伊利诺州Mc Henry的GLSCorporation是一个适用于此操作的混合者。
标准荧光曲线的准备
1.利用上述确定的荧光剂浓度在合适的溶剂中溶解部分混合弹性体，其浓度为0.01％、0.05％、0.1％、0.5％和1％。
2.利用荧光计测试并记录每个样本的荧光强度
3.对其它两套样本重复步骤1和2。
4.绘出浓度对每个浓度下平均强度的曲线。
残留弹性体的确定
1.从弹性体供应设备上移除未混合的弹性体。
2.用混合的弹性体填充弹性体供应设备。
3.启动凸版印刷应用系统。
4.在生产操作条件下运行凸版印刷粘合剂涂敷系统，直到消耗至少两个混合弹性体供给系统的容量。
完成步骤1-4并且在消耗混合弹性体的残留物之前，系统以生产操作条件运行时进行以下测试。
5.缩回涂敷辊以防止弹性体从涂敷辊转移到图案辊上。
6.在缩回涂敷辊的生产操作条件下，连续运行此过程使图案辊至少转动20圈(为约10至30秒钟)。
7.实施控制线关闭。
8.以保留产品顺序的方式收集期间生产的产品。
9.选择用于进一步分析的图案。本文所用的“图案”是从一个或是多个凸起图案元件沉积到基质表面上的弹性体组合物的一部分，其中元件位于图案辊的特定部分上。
10.从收集的产品，确定在转移的弹性体明显减少处产生的第一图案。此图案是此工序流的涂敷辊回缩的指示点。
11.收集在第一图案的转移弹性体明显减少后生产的20个单独图案，小心保持图案的生产顺序。
12.收集在第一图案的转移弹性体明显减少前生产的20个单独产品，小心保持产品的生产顺序。
13.编号样本1至41，其中样本编号1是在涂敷辊缩回之前最长时间内生产的图案，样本41是在涂敷辊缩回之后最长时间内生产的图案。如所辨别的，样本21是在步骤8中视觉分辨的样本。
14.用合适的溶剂萃取样本1-25。
15.测试萃取的每个样本的荧光强度。如果需要，可利用熟悉的方法浓缩萃取物以增加测试强度。
16.利用样本1-20，确定选择图案的应用方法的能力界限(平均强度±3标准偏差)。
17.将样本21和此方法能力界限的强度相比较。如果样本21的强度在此方法能力界限内，则进入步骤16。如果不在此界限内，向后移动穿过(即，朝向样本1)样本以确定强度在此方法能力界限内的第一样本。
18.利用上述方法完成的标准曲线，对样本21(或可供选择的在步骤15确定的起始点)和随后5个样本按顺序确定弹性体添加量(添加重量21-添加重量26)。
19.
Figure A20058000901800211
20.重复步骤5至15三次。
21.报告平均残留弹性体百分数、个别计算的残留弹性体百分数和所有用于计算这些数值的数据。
实施例1
该实施例比较了市售粘合剂(弹性的和非弹性的)、热塑性弹性体和示例性非粘性弹性体组合物的性能。
  说明   剥离力(N/cm)   类型
  H27371   5.54   粘性
  H20312   14.40   粘性
  载体42113   2.31   非粘性
  第一非粘性弹性体4   0.23   非粘性
  第二非粘性弹性体5   0.16   非粘性
1.弹性体粘合剂，购自位于威斯康星州Wauwatosa的Bostik Findley
2.粘合剂，购自Bostik Findley
3.苯乙烯/异戊二稀/嵌段共聚物，购自位于德克萨斯州Houston的DexcoPolymers LP
4.载体8508a               20％
  低分子量热塑性弹性体b   50％
  Drakeol 600c            25％
  M光引发剂d              5％
a：苯乙烯的嵌段共聚物，购自位于德克萨斯州Houston的DexcoCompany
b：实验用苯乙烯-异戊二稀-苯乙烯嵌段共聚物，购自Dexco
c：矿物油，购自位于宾西法尼亚州Karns City的Pennzoil Co.，Penrenco Div.
d：实验用样本，购自位于新泽西州National Starch和ChemicalsBridgewater
5.Septon 4033a                    40％
  SHF 401b                        40％
对苯二甲酸二辛基十二烷酯低聚物     20％
a：苯乙烯嵌段共聚物，购自位于纽约州New York的Kuraray America，Inc.
b：聚α烯烃合成油，购自位于德克萨斯州Huston的ExxonMobileChemical Co.
在发明详述中引用的所有文献的相关部分均引入本文以供参考；任何文献的引用并不可理解为是对其作为本发明的现有技术的认可。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括在本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种制造拉伸复合材料的方法，特征在于所述方法包括以下步骤：
a)提供纵向上的第一基质，其中所述基质具有相对的第一和第二表面；
b)提供包括凹版印刷辊的凹版印刷装置，所述印刷辊具有包括一个或多个印纹的外表面，其中所述表面的至少一部分较冷；
c)将熔融的、非粘性的弹性体组合物沉积到所述凹版印刷辊的外表面上，其中所述组合物的特征在于具有小于约3N/cm的剥离力；
d)使所述组合物被推入所述印纹中；和
e)将所述基质的所述第一表面与所述凹版印刷辊接触并且将所述弹性体组合物从所述凹版印刷辊上的所述外表面的所述印纹基本上完全地转移到所述第一表面；和
其中所述方法基本上不含增粘剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中在弹性体组合物被沉积到所述凹版印刷辊上之前，所述凹版印刷辊的外表面具有比弹性体组合物的温度低至少10℃的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中通过选自槽式涂敷机、镀液、喷涂器和挤出机的递送机构，将所述组合物作为一层涂敷到所述辊上。
4.如权利要求1所述的方法，其中存在于所述印刷辊上的多余组合物通过刮刀移除。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述弹性体组合物包括热塑性弹性体和矿物油。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述弹性体组合物是交联的。
7.如权利要求1所述的方法，其中弹性体组合物包括：
a)约1％至约99％重量的热塑性弹性体，所述热塑性弹性体为具有至少一个柔性嵌段和至少一个刚性嵌段的嵌段共聚物；
b)约1％至约70％重量的相变溶剂，所述相变溶剂具有以下通式：
(I)R’-Py-(Q-Px)n-1-Q-Py-R；
(II)R’-Py-(Q-Px)n-R；
(III)R’-(Q-Px)n-R；
(IV)R’-(Q-Px)n-1-Q-Py-R；
(V)R’-(Q-Px)n-1-Q-R；或
(VI)它们的混合物；
其中Q为取代的或未取代的双官能芳族部分；P为CH2，R和R’相同或不同并独立地选自H、CH3、COOH、CONHR1、CONR1R2、NHR3、NR3R4、羟基或C1-C30烷氧基；其中R1、R2、R3和R4相同或不同并独立地选自H或衍生自C1-C30的直链或支链烷基；
x为1到30的整数；y为1到30的整数；并且n为1到7的整数。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述弹性体组合物还包括约1％至约70％重量的加工油。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述弹性体组合物还包括约0.1％至约50％重量的成核剂。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述弹性体组合物还包括约1％至约50％重量的热塑性聚合物。
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