DE69617997T2

DE69617997T2 - Verbundvliesstoff mit kontrollierter hysterese

Info

Publication number: DE69617997T2
Application number: DE69617997T
Authority: DE
Inventors: Elaine Shawver
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: DE69617997T3; AU7664496A; BR9611716A; EP0861343B2; AU698002B2; EP0861343B1; CN1080343C; WO1997020091A1; DE69617997D1; KR100401431B1; MX9803715A; EP0861343A1; CA2235386A1; CN1207146A; KR19990067547A; US5709921A

Description

Hintergrund der Erfindung

Seit vielen Jahren werden thermoplastische Harze zur Bildung von Fasern, Filmen und Bahnen extrudiert. Die für diese Anwendung häufigsten thermoplastischen Kunststoffe sind Polyolefine, insbesondere Polypropylen, obwohl jedes Material seine charakteristischen Vorteile und Nachteile in bezug auf die im Endprodukt gewünschten Eigenschaften hat.
Vliesstoffe sind eine Art von Produkt, die aus solchen Polymeren hergestellt werden kann, und sind für eine Vielzahl von Anwendungen, wie Körperhygieneprodukte, wie Windeln, Hygieneprodukte für Frauen und Inkontinenzprodukte, Infektionsverhütungsprodukte, Kleidungsstücke und viele andere, zweckdienlich. Die Vliesstoffe, die in diesen Anwendungen verwendet werden, weisen häufig die Form von Laminaten mit verschiedenen Anzahlen von Schichten aus schmelzgeblasenem Stoff und spinngebundenem Stoff auf, wie spinngebundene/schmelzgeblasene/spinngebundene ("spunbond/meltblown/spunbond" - SMS) Laminate, SMMS, Laminate und sogar Laminate mit 6 oder mehr Schichten.
Eine besondere Art eines wünschenswerten thermoplastischen Polymers, das zur Herstellung von Fasern, Filmen und Bahnen verwendet wird, ist elastisch. Ein Beispiel für eine Zusammensetzung zur Herstellung solcher Produkte ist in US Patent 4,663,220 an Wisneski et al. offenbart, wobei die Faser aus einem Polymer, das ein A-B-A' Blockcopolymer ist, wobei "A" und "A'" jeweils ein thermoplastischer Endblock sind, der eine styrenische Gruppe umfaßt, und wobei "B" ein elastomerer Poly(Ethylen-Butylen)-Mittelblock ist, und einer Polyolefinverarbeitungshilfe erzeugt wird.
Während Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, bisher nichtelastomer waren, haben jüngste Fortschritte in der Polymer- und Katalysatortechnologie eine neue Klasse von Materialien hervorgebracht, die als Metallocenpolymere bekannt sind. Die Polymere, die durch das Metallocenverfahren erzeugt werden, haben Eigenschaften, die sich von jenen unterscheiden, die durch herkömmliche Ziegler-Natta und andere Systeme erzeugt werden, und einige dieser Polymere können elastomer sein. Elastomere Polyolefine auf Metallocenbasis haben Dehnungs- und Erholungseigenschaften, die sich von den bereits bekannten Elastomeren unterscheiden.
Der Erfinder hat festgestellt, daß ein mehrschichtiges Laminat, in dem einige der Schichten aus elastomeren Polyolefinen bestehen, die durch das Metallocenverfahren hergestellt werden, und einige der Schichten aus herkömmlichen Elastomeren hergestellt sind, in einem sehr hohen Maß maßgeschneiderte Dehnungs- und Erholungseigenschaften des Fertigproduktes ermöglicht. Aus verschiedenen Gründen wird angenommen, dass es ein besseres Verfahren als jenes ist, bei dem nur verschiedenen Elastomere vor der Faserproduktion vermischt werden; erstens können Mischungen, wie chemische Reaktionen, unvorhersagbar sein und tatsächlich zu einer Verminderung in den gewünschten Eigenschaften des Stoffes führen, und zweitens können einige Polymere nicht mischbar sein oder können nicht zu einer Mischung verarbeitbar sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Laminate mit wenigstens einer Schicht aus elastomerem Polyolefin und wenigstens einer Schicht aus anderen elastomeren Polymeren bereitzustellen, so dass eine bessere Kontrolle der Materialeigenschaften bei solchen Laminaten möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wird hierin ein mehrschichtiges Laminat bereitgestellt, das aus Schichten aus elastomeren Filmen, Fasern oder Bahnen besteht, wobei wenigstens eine Schicht aus einem elastomeren Metallocenpolyolefin besteht und wenigstens eine zusätzliche Schicht aus einem Elastomer besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Copolyetherestern, Polyamidpolyether-Blockcopolymeren, Ethylenvinylacetaten (EVA), und Blockcopolymeren der allgemeinen Formel A-B-A' oder A-B-artigen Copoly(styren/ethylen-butylen), (Polystyren/poly(ethylen-butylen)/polystyren) und Poly(styren/ethylen-butylen/styren). Ein solches Laminat kann zu einem Köperhygieneprodukt, einem Infektionsverhütungsprodukt, einer Schutzabdeckung oder einem Kleidungsstück verarbeitet werden.

Definitionen

Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Vliesstoff oder -bahn" eine Bahn mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die ineinandergelegt sind, jedoch nicht in einer regelmäßigen oder identifizierbaren Weise wie bei einem gewirkten Stoff. Vliesstoffe oder -bahnen werden in vielen Verfahren hergestellt, wie zum Beispiel in Schmelzblasverfahren, Spinnbindeverfahren und Verfahren für gebondete kardierte Bahnen. Das Flächengewicht von Vliesstoffen wird für gewöhnlich in Unzen Material pro Quadratyard (osy) oder Gramm pro Quadratmeter (gsm) angegeben und der zweckdienliche Faserdurchmesser wird für gewöhnlich in Mikron angegeben. (Anmerkung: zur Umwandlung von osy in gsm wird osy mit 33, 91 multipliziert). Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Mikrofasern" Fasern mit geringem Durchmesser mit einem durchschnittlichen Durchmesser von nicht mehr als etwa 75 Mikron, zum Beispiel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,5 Mikron bis etwa 50 Mikron, oder insbesondere Mikrofasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser (von einer Probe von wenigstens 10) von etwa 2 Mikron bis etwa 40 Mikron. Ein weiterer häufig verwendeter Ausdruck für den Faserdurchmesser ist Denier, der als Gramm pro 9000 Meter einer Faser definiert ist. Zum Beispiel kann der Durchmesser einer Polypropylenfaser, der in Mikron angegeben ist, durch Quadrieren und Multiplizieren des Ergebnisses mit 0,00629 in Denier umgewandelt werden, so dass eine 15 Mikron Polypropylenfaser einen Denier von etwa 1,42 (15² · 0,00629 = 1,415) hat.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "spinngebundene Fasern" Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials als Filamente aus einer Mehrzahl von feinen, für gewöhnlich kreisförmigen Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann rasch verringert wird, wie zum Beispiel in U.S. Patent Nr. 4,340,563 an Appel et al., und U.S. Patent Nr. 3,692,618 an Dorschner et al., U.S. Patent Nr. 3,802,817 an Matsuki et al., U.S. Patent Nr. 3,338,992 und 3,341,394 an Kinney, U.S. Patent Nr. 3,502,763 an Hartman, und U.S. Patent Nr. 3,542,615 an Dobo et al. beschrieben ist. Spinngebundene Fasern sind im Allgemeinen nicht klebrig, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelegt werden. Spinngebundene Fasern sind im Allgemeinen endlos und haben durchschnittliche Durchmesser (von einer Probe von wenigstens 10) von mehr als 7 Mikron, insbesondere zwischen 10 und 20 Mikron.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "schmelzgeblasene Fasern" Fasern, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Mehrzahl von feinen, für gewöhnlich kreisförmigen Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Filamente in konvergierende Hochgeschwindigkeitsgas- (z. B. Luft-) Ströme gebildet werden, welche die Filamente aus geschmolzenem thermoplastischem Material zur Verringerung ihres Durchmessers verfeinern, der ein Mikrofaserdurchmesser sein kann. Danach werden die schmelzgeblasenen Fasern von dem Hochgeschwindigkeitsgasstrom weiterbefördert und auf einer Sammeloberfläche zur Bildung einer Bahn aus zufällig verteilten schmelzgeblasenen Fasern abgelegt. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in U.S. Patent Nr. 3,849,241 offenbart. Schmelzgeblasene Fasern sind Mikrofasern, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können, die im Allgemeinen einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 10 Mikron haben, und die im Allgemeinen klebrig sind, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelegt werden.
Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff "Polymer" allgemein Homopolymere, Copolymere, wie zum Beispiel Block-, Pfropf-, statistische und alternierende Copolymere, Terpolymere usw., und Mischungen und Modifizierungen davon, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Ferner soll der Begriff "Polymer", falls nicht ausdrücklich anders angegeben, alle möglichen geometrischen Formen des Materials umfassen. Zu diesen Formen zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, isotaktische, syndiotaktische und ungeordnete Symmetrien.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Maschinenrichtung " oder MD die Länge eines Stoffes in die Richtung, in die er hergestellt wird. Der Begriff "Quermaschinenrichtung" oder CD bezeichnet die Breite des Stoffes, d. h., eine Richtung im Allgemeinen senkrecht zu der MD.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Monokomponentenfaser" eine Faser, die von einem oder mehreren Extrudern unter Verwendung nur eines Polymers gebildet wird. Dies soll nicht Fasern ausschließen, die aus einem Polymer gebildet sind, dem geringe Mengen an Zusatzstoffen wegen der Farbe, der antistatischen Eigenschaften, Avivierung, Hydrophilität usw., zugegeben wurden. Diese Zusatzstoffe, z. B. Titandioxid für die Farbe, sind im Allgemeinen in einer Menge von weniger als 5 Gewichtsprozent und üblicherweise etwa 2 Gewichtsprozent vorhanden.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Konjugatfasern" Fasern, die aus wenigstens zwei Polymeren gebildet wurden, die von separaten Extrudern extrudiert, aber zur Bildung einer Faser zusammengesponnen wurden. Konjugatfasern werden manchmal auch als Mehrfachkomponenten- oder Zweikomponentenfasern bezeichnet. Die Polymere unterscheiden sich für gewöhnlich voneinander, obwohl Konjugatfasern Monokomponentenfasern sein können. Die Polymere sind in im Wesentlichen konstant angeordneten unterschiedlichen Zonen über den Querschnitt der Konjugatfasern angeordnet und verlaufen kontinuierlich entlang der Länge der Konjugatfasern. Die Form einer solchen Konjugatfaser kann zum Beispiel eine Hülle/Kern-Anordnung sein, wobei ein Polymer von einem anderen umgeben ist, oder kann eine Seite-an- Seite-Anordnung oder eine "Insel-im-Meer"-Anordnung sein. Konjugatfasern sind in U.S. Patent Nr. 5,108,820 an Kaneko et al., U.S. Patent Nr. 5,336,552 an Strack et al. und U.S. Patent Nr. 5,382,400 an Pike et al. gelehrt. Für Zweikomponentenfasern können die Polymere in Verhältnissen von 75/25, 50/50, 25/75 oder in jedem anderen gewünschten Verhältnis vorhanden sein.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Bikonstituentenfasern" Fasern, die aus wenigstens zwei Polymeren gebildet wurden, die aus demselben Extruder als Mischung extrudiert werden. Der Begriff "Mischung" ist in der Folge definiert. Bei Bikonstituentenfasern sind die verschiedenen Polymerkomponenten nicht in relativ konstant positionierten verschiedenen Zonen über die Querschnittsfläche der Faser angeordnet und die verschiedenen Polymere sind für gewöhnlich nicht entlang der gesamten Länge der Fasern kontinuierlich, sondern bilden statt dessen für gewöhnlich Fibrillen oder Protoffbrillen, die willkürlich beginnen und enden. Bikonstituentenfasern werden manchmal auch als Multikonstituentenfasern bezeichnet. Fasern dieser allgemeinen Art sind zum Beispiel in US Patent 5,108,827 an Gessner besprochen. Konjugat- und Bikonstituentenfasern sind auch in dem Lehrbuch Polymer Blends and Composites von John A. Manson und Leslie H. Sperling, Urheberrecht 1976 Plenum Press, eine Abteilung von Plenum Publishing Corporation, New York, IBSN 0-306-30831-2, auf den Seiten 273 bis 277 besprochen.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Mischung" eine Mischung aus zwei oder mehr Polymeren, während der Begriff "Legierung" eine Unterklasse von Mischungen bezeichnet, in welchen die Komponenten nicht mischbar aber kompatibilisiert sind. "Mischbarkeit" und "Unvermischbarkeit" sind als Mischungen mit negativen bzw. positiven Werten für die freie Mischenergie definiert. Ferner ist die "Kompatibilisierung" als Verfahren zur Modifizierung der Grenzflächeneigenschaften einer unmischbaren Polymermischung zur Bildung einer Legierung definiert.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Verdichtungswalze" einen Satz oder Walzen ober- oder unterhalb der Bahn zum Verdichten der Bahn als Mittel zur Vor- oder Primärbindung einer soeben erzeugten, spinngebundenen Bahn, um dieser eine ausreichende Integrität zur Weiterverarbeitung zu verleihen, aber nicht die relativ starke Bindung sekundärer Bindeverfahren wie TAB, Wärmebindung, Hydroverschlingung und Ultraschallbindung. Verdichtungswalzen pressen die Bahn leicht, um ihr Eigenhaftvermögen und somit ihre Integrität zu erhöhen. Verdichtungswalzen führen diese Funktion gut aus, haben aber eine Reihe von Nachteilen. Ein solcher Nachteil ist, dass Verdichtungswalzen die Bahn tatsächlich verdichten, so dass es zu einer Abnahme im Volumen oder in der Lockerheit der Bahn kommt, was für die gewünschte Verwendung unerwünscht sein kann. Ein zweiter und schwerwiegenderer Nachteil bei Verdichtungswalzen ist, dass sich der Stoff manchmal um eine oder beide Walzen schlingt, so dass es zu einem Stillstand der Stoffproduktionslinie wegen einer Reinigung der Walzen kommt, was mit einem offensichtlichen Produktionsverlust während der Stillstandszeit verbunden ist. Ein dritter Nachteil von Verdichtungswalzen ist, dass wenn bei der Bildung der Bahn ein geringfügiger Fehler entsteht, wie ein Tropfen Polymer, der in die Bahn eingearbeitet wird, die Verdichtungswalze den Tropfen in das Lochband pressen kann, auf dem die meisten Bahnen gebildet werden, wodurch eine Fehlerstelle in dem Band entsteht und dieses ruiniert wird.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Heißluftmesser" ("hot air knife" - HAK") ein Verfahren zur Vor- oder Primärbehandlung einer soeben hergestellten spinngebundenen Bahn, um dieser ausreichende Integrität für die Weiterverarbeitung zu verleihen, aber nicht die relativ starke Bindung von sekundären Bindeverfahren wie TAB, Wärmebindung, Hydroverschlingung und Ultraschallbindung. Ein Heißluftmesser ist eine Vorrichtung, die einen Strom erwärmter Luft bei einer sehr hohen Strömungsrate, im Allgemeinen von etwa 1000 bis 10000 Fuß pro Minute (fpm) (305 bis 3050 Meter pro Minute) konzentriert, der auf die Vliesbahn unmittelbar nach deren Bildung gerichtet wird. Die Lufttemperatur liegt im Allgemeinen zwischen etwa 200 und 550ºC (93 und 290ºC) für die thermoplastischen Polymere, die für gewöhnlich beim Spinnbinden verwendet werden. Der konzentrierte Luftstrom des HAK wird durch wenigstens einen Schlitz mit etwa 1/8 bis 1 Inch (3 bis 25 mm) Breite, insbesondere etwa 3/8 Inch (9,4 mm), angeordnet und gelenkt, der als Ausgang für die erwärmte Luft zu der Bahn dient, wobei der Schlitz im Wesentlichen in eine Quermaschinenrichtung über im Wesentlichen die gesamte Breite der Bahn verläuft. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine Mehrzahl von Schlitzen nebeneinander angeordnet oder durch einen kleinen Spalt voneinander getrennt sein. Der wenigstens eine Schlitz ist vorzugsweise, obwohl nicht im Wesentlichen, kontinuierlich und kann zum Beispiel aus eng beabstandeten Öffnungen bestehen. Das HAK hat einen Verteilerkanal, um die erwärmte Luft vor ihrem Austritt aus dem Schlitz zu verteilen und aufzunehmen. Der Verteilerkanaldruck des HAK liegt vorzugsweise zwischen etwa 1,0 und 12,0 Inch Wasser (2 bis 22 mmHg) und das HAK ist etwa 0,25 bis 10 Inch und insbesondere 0,75 bis 3,0 Inch (19 bis 76 mm) über dem Formungsdraht angeordnet. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche des Verteilerkanals des HAK für einen quergerichteten Strom (d. h., die Verteilerkanalquerschnittsfläche in die Maschinenrichtung) wenigstens zweimal die gesamte Schlitzaustrittsfläche. Da sich der löchrige Draht, auf dem spinngebundenes Polymer gebildet wird, im Allgemeinen bei einer höheren Geschwindigkeitsrate bewegt, ist die Zeit, die ein bestimmter Teil der Bahn der Luft ausgesetzt wird, die aus dem Heißluftmesser abgegeben wird, weniger als ein Zehntel einer Sekunde und im Allgemeinen etwa ein Hundertstel einer Sekunde im Gegensatz zu dem Durchluftbindeverfahren, das eine viel längere Verweildauer hat. Das HAK-Verfahren hat in Bezug auf wenigstens die Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und den Abstand des HAK-Verteilerkanals zu der Bahn einen großen Bereich von Variabilität und Kontrollierbarkeit.
Wie hierin verwendet, bezeichnet Durchluftbindung oder "TAB" ("through air bonding") ein Verfahren zum Binden einer Konjugatfaser-Vliesbahn, bei dem Luft, die ausreichend warm ist, um eines der Polymere, aus dem die Fasern der Bahn hergestellt sind, zu schmelzen, durch die Bahn gepresst wird. Die Luftgeschwindigkeit liegt zwischen 2,54 und 12,7 mm/min (100 und 500 Fuß pro Minute) und die Verweilzeit kann bis zu 6 Sekunden betragen. Das Schmelzen und Wiederverfestigen des Polymers erzeugt die Bindung. Die Durchluftbindung wird im Allgemeinen als zweiter Bindungsverfahrensschritt angesehen. Da TAB das Schmelzen von wenigstens einer Komponente erfordert, um eine Bindung zu erreichen, ist es auf Bahnen mit wenigstens zwei Komponenten beschränkt, wie Konjugatfasern, oder jene, die ein Klebemittel enthalten.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "nähgewirkt" zum Beispiel das Nähen eines Materials gemäß US Patent 4,891,957 an Strack et al., oder US Patent 4,631,933 an Carey, Jr.
Wie hierin verwendet, bezeichnet "Ultraschallbinden" ein Verfahren, das zum Beispiel durchgeführt wird, indem der Stoff zwischen einem Schallhorn und einer Ambosswalze durchgeleitet wird, wie in U.S. Patent Nr. 4,374,888 an Bornslaeger offenbart ist.
Wie hierin verwendet, umfasst die "Thermopunktbindung" das Hindurchleiten eines Stoffes oder einer Bahn aus zu bindenden Fasern zwischen einer erwärmten Kalanderwalze und einer Ambosswalze. Die Kalanderwalze ist für gewöhnlich, aber nicht immer, auf gewisse Weise gemustert, so dass der gesamte Stoff nicht über seine gesamte Oberfläche gebunden wird, und die Ambosswalze ist für gewöhnlich flach. Daher wurden verschiedene Muster für Kalanderwalzen sowohl aus funktionellen als auch aus ästhetischen Gründen entwickelt. Ein Beispiel für ein Muster hat Punkte und ist das Hansen Pennings oder "H&P"-Muster mit einer Bindungsfläche von etwa 30%, mit etwa 31 Bindungen/cm² (200 Bindungen/Quadratinch), wie in U.S. Patent Nr. 3,855,046 an Hansen und Pennings gelehrt ist. Das H&P-Muster hat quadratische Punkt- oder Stiftbindungsflächen, wobei jeder Stift eine seitliche Dimension von 0,038 Inch (0,965 mm), einen Abstand von 0,070 Inch (1,778 mm) zwischen den Stiften und eine Bindungstiefe von 0,023 Inch (0,584 mm) aufweist. Das erhaltene Muster hat eine gebundene Fläche von etwa 29,5%. Ein weiteres typisches Punktbindungsmuster ist das erweiterte Hansen und Pennings oder "EHP"-Muster, das eine 15% Bindungsfläche erzeugt, mit einem quadratischen Stift mit einer seitlichen Dimension von 0,037 Inch (0,94 mm), einem Stiftabstand von 0,097 Inch (2,464 mm) und einer Tiefe von 0,039 Inch (0,991 mm). Ein weiteres typisches Punktbindungsmuster, das als "714" bezeichnet ist, hat quadratische Stiftbindungsflächen, wobei jeder Stift eine seitliche Dimension von 0,023 Inch, einen Abstand von 0,062 Inch (1,575 mm) zwischen den Stiften und eine Bindungstiefe von 0,033 Inch (0,838 mm) hat. Das erhaltene Muster hat eine Bindungsfläche von etwa 15%. Ein weiteres häufiges Muster ist das C-Star-Muster, das eine Bindungsfläche von etwa 16,9% hat. Das C-Star-Muster hat ein Quersteg- oder "Corduroy"-Design, das von Sternschnuppen unterbrochen ist. Andere herkömmliche Muster umfassen das Diamantmuster mit sich wiederholenden, leicht versetzten Diamanten mit einer Bindungsfläche von etwa 16%, und ein Drahtgewebemuster, das, wie der Name sagt, z. B. wie ein Fenstergitter aussieht, mit einer Bindungsfläche von etwa 19%. Für gewöhnlich schwankt die Prozent-Bindungsfläche von etwa 10% bis etwa 30% der Fläche der Stofflaminatbahn. Wie in der Technik allgemein bekannt ist, hält die Punktbindung die Laminatschichten zusammen und verleiht auch jeder einzelnen Schicht Integrität, indem die Filamente und/oder Fasern in jeder Schicht gebunden werden.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Bindungsfenster" den Temperaturbereich der Kalanderwalzen, die zum Binden des Vliesstoffes verwendet werden, in dem eine solche Bindung erfolgreich ist. Für spinngebundenes Polypropylen reicht dieses Bindungsfenster für gewöhnlich von etwa 270ºF bis etwa 310ºF (132ºC bis 154ºC). Unter etwa 270ºC ist das Polypropylen nicht heiß genug um zu schmelzen und zu binden und über etwa 310ºC schmilzt das Polypropylen zu stark und kann an den Kalanderwalzen haften. Polyethylen hat ein noch schmäleres Bindungsfenster.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Erholung" ein Zusammenziehen eines gedehnten Materials nach Beendigung einer Spannkraft nach dem Dehnen des Materials durch Ausüben der Spannkraft. Wenn zum Beispiel ein Material, das eine entspannte, nicht gedehnte Länge von einem (1) Inch hat, durch Dehnen auf eine Länge von eineinhalb (1,5) Inch um 50 Prozent gedehnt wird, hätte das Material eine gedehnte Länge, die 150 Prozent der entspannten Länge beträgt. Wenn sich dieses beispielhafte gedehnte Material zusammenzieht, das heißt, sich auf eine Länge von ein und ein Zehntel (1,1) Inch erholt, nachdem die Spann- und Dehnungskraft aufgehoben wurde, hätte sich das Material 80 Prozent (0,4 Inch) seiner Dehnung erholt.
Wie hierin verwendet, bezeichnen die Begriffe "Einschnüren" oder "Einschnürdehnen" austauschbar ein Verfahren zum Dehnen eines Vliesstoffes, im Allgemeinen in die Maschinenrichtung, zur kontrollierten Verringerung seiner Breite in einem gewünschten Ausmaß. Das kontrollierte Dehnen kann unter kühler, Raumtemperatur oder höheren Temperaturen stattfinden und ist auf eine Zunahme der Gesamtdimension in die Dehnungsrichtung bis zu der Dehnung beschränkt, die zum Brechen des Stoffes erforderlich ist, die in den meisten Fällen etwa das 1,2- bis 1,4-Fache beträgt. Beim Entspannen zieht sich die Bahn auf ihre ursprünglichen Dimensionen zusammen. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in US Patent Nr. 4,443,513 an Meitner und Notheis, und in den US Patenten Nr. 4,965,122, 4,981,747 und 5,114,781 an Morman offenbart.
Wie hierin verwendet, bezeichnen die Begriffe "elastisch" und "elastomer", wenn sie sich auf eine Faser, einen Film oder Stoff beziehen, ein Material, das bei Anwendung einer Spannkraft auf eine gedehnte, gespannte Länge dehnbar ist, die wenigstens etwa 150 Prozent, oder das Eineinhalbfache, seiner entspannten, ungedehnten Länge beträgt, und das sich um wenigstens 50 Prozent seiner Dehnung bei Aufhebung der dehnenden, spannenden Kraft erholt.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Verbundstoffelastikmaterial" ein elastisches Material, das ein Multikomponentenmaterial oder ein mehrschichtiges Material sein kann. Zum Beispiel kann ein mehrschichtiges Material wenigstens eine elastische Schicht haben, die mit wenigstens einer raffbaren Schicht an wenigstens zwei Stellen verbunden ist, so dass die raffbare Schicht zwischen den Stellen, wo sie mit der elastischen Schicht verbunden ist, gerafft ist. Ein solches mehrschichtiges Verbundstoffelastikmaterial kann in dem Maße gedehnt werden, in dem das nichtelastische Material, das zwischen den Bindungsstellen gerafft ist, eine Dehnung des elastischen Materials zulässt. Eine Art von mehrschichtigem Verbundstoffelastikmaterial ist zum Beispiel in US Patent 4,720,415 an Vander Wielen et al. offenbart, in dem mehrere Schichten desselben Polymers verwendet werden, die von mehreren Extruderbänken erzeugt werden. Andere Verbundstoffelastikmaterialien sind in US Patent 4,789,699 an Kieffer et al., US Patent 4,781,966 an Taylor und US Patent 4,657,802 und 4,652,487 an Morman und 4,655,760 und 4,692,371 an Morman et al. offenbart. Ein Verbundstoffelastikmaterial kann auch jenes sein, in dem die raffbare Bahn ein einschnürbares Material ist, das eingeschnürt und dann mit einer elastischen Schicht verbunden wird, wie in den US Patenten 5,226,992, 4,981,747, 4,965,122 und 5,336,545 an Morman beschrieben ist.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Kleidungsstück" jede Art von nicht medizinischer Kleidung, die getragen werden kann. Dazu gehört industrielle Arbeitskleidung und Coveralls, Unterwäsche, Hosen, Hemden, Jacken, Handschuhe, Socken und dergleichen.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Infektionsverhütungsprodukt" medizinisch orientierte Produkte, wie chirurgische Gewänder und Umhänge, Gesichtsmasken, Kopfbedeckungen wie gebauschte Kappen, chirurgische Kappen und Hauben, Fußbekleidung wie Schuhabdeckungen, Stiefelüberzüge und Pantoffel, Wundverbände, Bandagen, Sterilisationstücher, Wischtücher, Kleidungsstücke wie Labormäntel, Coveralls, Schürzen und Jacken, Patientenbettzeug, Spann- und Kinderbetttücher, und dergleichen.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Körperhygieneprodukt" Windeln, Trainingshöschen zur Sauberkeitserziehung, absorbierende Unterhosen, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Frauenhygieneprodukte.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Schutzabdeckung" eine Abdeckung für Fahrzeuge wie Autos, Lastwagen, Boote, Flugzeuge, Motorräder, Fahrräder, Golfkarren usw., Abdeckungen für Geräte, die im Freien stehen gelassen werden, wie Griller, Hof- und Gartengeräte (Rasenmäher, Rototiller usw.) und Gartenmöbel, wie auch Bodenbeläge, Tischwäsche und Picknickdecken.

TESTVERFAHREN

Schmelzfließrate: Die Schmelzfließrate ("melt flow rate" - MFR) ist ein Maß der Viskosität eines Polymers. Die MFR wird als das Materialgewicht ausgedrückt, das aus einer Kapillare bekannter Dimensionen unter einer spezifizierten Last oder Scherrate in einer gemessenen Zeitperiode fließt, und wird in Gramm/10 Minuten bei einer festgesetzten Temperatur und Last nach zum Beispiel dem ASTM Test 1238-90b gemessen.
Zyklustest: Der Zyklustest wird unter Verwendung eines computerisierten Sintech 2 Materialtestsystems durchgeführt, das von Sintech Incorporated, Stoughton, MA, erhältlich ist.
Im Dehnungs- oder Streckungstest bis zum Stopp wird eine 3 Inch mal 6 Inch (76 mm mal 152 mm) Probe, mit der größeren Dimension in die Maschinenrichtung, in die Klemmbacken der Sintech 2 Maschine eingelegt, wobei ein Spalt von 50 mm zwischen den Klemmbacken verwendet wird. Die Probe wird dann bei einer Querjochgeschwindigkeit von etwa 500 mm pro Minute bis zu einer Stopplast von 2000 gms gezogen. Die Dehnung in Prozent in bezug auf die ungedehnte Länge bei 2000 gms ist der Wert der Dehnung bis zum Stopp.
Der Dehnungstest bis zum Stopp ergibt auch den Wert für die Achsenabschnittsdehnung. Die Achsenabschnittsdehnung ist die prozentuelle Dehnung beim oberen Wendepunkt der Last - Prozent Dehnung - Graphik. Der Wert von 75 Prozent der Achsenabschnittsdehnung wird zur Bestimmung des maximalen Prozentsatzes verwendet, mit dem die Probe dann im Zyklustest gedehnt wird.
Im Zyklustest wird ein Material fünfmal auf eine fixe Dehnung gebracht, die 75 Prozent der Achsenabschnittsdehnung entspricht, und auf ihre ursprünglichen Dimensionen zurückkehren gelassen, falls dies möglich ist. Die vorgenommenen Messungen sind die Last bei der Dehnung, der Hystereseverlust und die Last bei der Rückkehr. Dies wird zur Erstellung einer graphischen Darstellung der Ergebnisse verwendet, mit der Last auf der y-Achse und der Dehnung auf der x-Achse, wie zum Beispiel in Fig. 1, 2 und 3. Diese Graphik ergibt eine Kurve mit einer darunter liegenden Fläche, die als absorbierte Gesamtenergie oder "TEA" ("total energy absorbed") bezeichnet wird. Das Verhältnis der TEA-Kurven einer Probe für verschiedene Zyklen ist ein Wert, der vom Material, dem Flächengewicht und der Probenbreite unabhängig ist und mit anderen Proben verglichen werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine TEA-Kurve eines Verbundstoffelastiklaminats der Kontrolle. Fig. 2 zeigt eine TEA-Kurve eines Verbundstoffelastiklaminats von Beispiel 1. Fig. 3 zeigt eine TEA-Kurve eines Verbundstoffelastiklaminats von Beispiel 2. Die y-Achse gibt Einheiten der Last in Gramm an. Die x-Achse ist die Dehnung in Prozent. Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines In-line-Herstellungsverfahrens, das zur Herstellung eines Verbundstoffelastikmaterials geeignet ist.

Ausführliche Beschreibung

Thermoplastische Polymere sind in der Herstellung von Filmen, Fasern und Bahnen zur Verwendung in einer Vielzahl von Produkten, wie Körperhygieneartikeln, Infektionsverhütungsprodukten, Kleidungsstücken und Schutzabdeckungen, zweckdienlich. In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, dass der Film, die Faser oder die Bahn elastisch ist, so dass die Produkte, die mit dem Film, der Faser oder der Bahn hergestellt werden, sich an ein Objekt anpassen können oder ohne zu versagen etwas gedehnt werden können.
Elastomere Polymere wurden in der Vergangenheit für solche Anwendungen verwendet, sind aber etwas schwierig zu verarbeiten. US Patent 4,663,220 an Wisneski et al. offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit eines elastomeren Polymers durch die Zugabe eines Polyolefins, insbesondere eines Polyethylens, als Verarbeitungshilfe. Ferner haben solche Produkte einen bestimmten Bereich von Dehnungs- und Erholungseigenschaften.
Der Antragsteller hat ein Laminat hergestellt, das wenigstens eine Schicht aufweist, die aus einer neuen Klasse von Polymeren besteht, die andere Dehnungs- und Erholungseigenschaften besitzen als die zuvor verwendeten. Dieses Laminat hat Eigenschaften, die besonders zweckdienlich sind und ferner ist die Struktur derart, dass sie dem Benutzer erlaubt, die Eigenschaften des Film-, Faser- oder Bahnlaminats an die genauen Anforderungen anzupassen.
Die neue Klasse von Polymeren wird als "Metallocenpolymere" bezeichnet oder als nach dem Metallocenverfahren hergestellt. Das Metallocenverfahren verwendet im Allgemeinen einen Metallocenkatalysator, der durch einen Co-Katalysator aktiviert, d. h., ionisiert, wird.
Zu Metallocenkatalysatoren zählen unter anderen bis(n- Butylcyclopentadienyl)titaniumdichlorid, bis(n-Butylcyclopentadienyl)zirconiumdichlorid, bis(Cyclopentadienyl)- scandiumchlorid, bis(Indenyl)zirconiumdichlorid, bis(Methylcyclopentadienyl)titaniumdichlorid, bis(Methylcyclopentadienyl)zirconiumdichlorid, Kobaltocen, Cyclopentadienyltitaniumtrichlorid, Ferrocen, Hafnocendichlorid, Isopropyl(cyclopentadienyl,-1-fluorenyl)zirconiumdichlorid, Molybdocendichlorid, Nickelocen, Niobocendichlorid, Ruthenocen, Titanocendichlorid, Zirconocenchloridhyrid und Zirconocendichlorid. Eine umfassendere Liste solcher Verbindungen ist in U.S. Patent Nr. 5,374,696 an Rosen et al. enthalten und der Dow Chemical Company übertragen. Solche Verbindungen sind auch in U.S. Patent Nr. 5,064,802 an Stevens et al. besprochen, das ebenfalls an Dow übertragen wurde.
Der Metallocenprozess, und insbesondere die Katalysatoren und Katalysatorträgersysteme, sind Gegenstand einer Reihe von Patenten. U.S. Patent Nr. 4,542,199 an Kaminsky et al. beschreibt ein Verfahren, in dem ein Co-Katalysator wie Methylaluminoxan (MAO) zu Toluol zugegeben wird, der Metallocenkatalysator der allgemeinen Formel (Cyclopentadienyl)2MeRHal, wobei Me ein Übergangsmetall ist, Hal ein Halogen ist und R Cyclopentadienyl oder ein C1- bis C6- Alkylradikal oder ein Halogen ist, zugegeben wird, und dann Ethylen zur Bildung von Polyethylen zugegeben wird. U.S. Patent Nr. 5,189,192 an LaPointe et al., das Dow Chemical übertragen wurde, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Additionspolymerisationskatalysatoren durch Metallzentrumsoxidation. U.S. Patent Nr. 5,352,749 an Exxon Chemical Patents, Inc., beschreibt ein Verfahren zur Polymerisierung von Monomeren in Fließbetten. U.S. Patent Nr. 5,349,100 beschreibt Chiralmetallocenverbindungen und deren Herstellung durch Schaffung eines Chiralzentrums durch enantioselektiven Hydridtransfer.
Co-Katalysatoren sind Materialien, wie Methylaluminoxan (MAO), welches am häufigsten ist, andere Alkylaluminia und borhältige Verbindungen wir Tris(pentafluorophenyl)bor, Lithium-tetrakis(pentafluorophenyl)bor, und Dimethylanilintetrakis(pentafluorophenyl)bor. Wegen der Handhabung und Produktkontamination wird weiter nach anderen Co-Katalysatorsystemen oder der Möglichkeit geforscht, die Alkylaluminia zu minimieren oder gar zu beseitigen. Der wichtige Punkt ist, dass der Metallocenkatalysator zu einer kationischen Form für die Reaktion mit dem oder den zu polymerisierenden Monomeren aktiviert oder ionisiert wird.
Polymere, die unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren hergestellt werden, haben den einzigartigen Vorteil, dass sie einen sehr schmalen Molekulargewichtsbereich haben. Fig. 1 zeigt eine typische Molekulargewichtsverteilung für einen Ziegler-Natta-Katalysator gegenüber einem Katalysator vom Metallocentyp, wobei der Metallocenkatalysator die engere Kurve ergibt. Werte für den Polydispersionsgrad (Mw/Mn) unter 4 oder sogar unter 2 sind für Metallocenproduzierte Polymere möglich. Diese Polymere haben im Vergleich zu sonst ähnlichen Ziegler-Natta-produzierten Polymeren eine enge Verteilung der Kurzkettenverzweigung.
Bei Verwendung eines Metallocenkatalysatorsystems ist es auch möglich, die Isotaktizität des Polymers ziemlich eng zu steuern, wenn stereoselektive Katalysatoren verwendet werden. Tatsächlich wurden Polymere mit einer Isotaktizität von mehr als 99 Prozent erzeugt. Es ist auch möglich, hoch syndiotaktisches Polypropylen unter Verwendung dieses Systems zu erzeugen.
Die Steuerung der Isotaktizität eines Polymers kann auch zu der Herstellung eines Polymers führen, das Blöcke von isotaktischem und Blöcke von ataktischem Material enthält, die sich über die Länge der Polymerkette abwechseln. Diese Konstruktion führt aufgrund des ataktischen Teils zu einem elastischen Polymer. Eine solche Polymersynthese ist in dem Journal Science, Band 267 (13. Januar 1995) auf S. 191 in einem Artikel von K. B. Wagner besprochen. Wagner erklärt in einer Besprechung der Arbeit von Coates und Waymouth, dass der Katalysator zwischen den stereochemischen Formen schwingt, was zu einer Polymerkette führt, die Lauflängen von isotaktischen Sterozentren hat, die mit Lauflängen von ataktischen Zentren verbunden sind. Die isotaktische Dominanz ist verringert, wodurch Elastizität entsteht. Geoffrey W. Coates und Robert M. Waymouth besprechen in einem Artikel mit dem Titel "Oscillating Stereocontrol: A Strategy for the Synthesis of Thermoplastic Elastomeric Polypropylene" auf Seite 217 in derselben Ausgabe ihre Arbeit, bei welcher sie Metallocen-bis(2-phenylindenyl)-zirconiumdichlorid in Gegenwart von Methylaluminoxan (MAO) verwendeten und durch Änderung des Drucks und der Temperatur in dem Reaktor die Polymerform zwischen isotaktisch und ataktisch schwingen ließen.
Die kommerzielle Produktion von Metallocenpolymeren ist etwas eingeschränkt, aber im Wachsen begriffen. Solche Polymere sind von Exxon Chemical Company, Baytown, Texas unter den Handelsnamen EXXPOL® und ACHIEVETM für Polymere auf Polypropylenbasis und EXACT® und EXCEEDTM für Polymere auf Polyethylenbasis erhältlich. Von der Dow Chemical Company, Midland, Michigan sind Polymere im Handel unter dem Namen ENGAGE® erhältlich. Von diesen Materialien wird angenommen, dass sie unter Verwendung nicht-stereoselektiver Metallocenkatalysatoren erzeugt werden. Exxon bezeichnet im Allgemeinen seine Metallocenkatalysatortechnologie als "Einfachstellen"-Katalysatoren, während Dow seine als Katalysatoren "mit eingeschränkter Geometrie" unter dem Namen INSITE® bezeichnet, um sie von traditionellen Ziegler-Natta Katalysatoren zu unterscheiden, die mehrfache Reaktionsstellen haben. Andere Hersteller, wie Fina Oil, BASF, Amoco, Hoechst und Mobil sind in diesem Bereich aktiv und es wird angenommen, dass die Verfügbarkeit von Polymeren, die nach dieser Technologie erzeugt werden, im nächsten Jahrzehnt deutlich steigen wird. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung sind elastische Polyolefine, wie Polypropylen und Polyethylen, geeignet.
In bezug auf elastomere Polymere auf Metallocenbasis beschreibt US Patent 5,204,429 an Kaminsky et al. ein Verfahren, das elastische Copolymere aus Cycloolefinen und linearen Olefinen unter Verwendung eines Katalysators, der eine stereorigide chirale Metallocenübergangsmetallverbindung ist, und eines Aluminoxans erzeugen kann. Die Polymerisation wird in einem inerten Lösemittel ausgeführt, wie einem aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff wie Toluol. Die Reaktion kann auch in der Gasphase unter Verwendung der zu polymerisierenden Monomere als Lösemittel stattfinden. US Patente 5,278,272 und 5,272,236, beide an Lai et al., die Dow Chemical übertragen wurden, mit dem Titel "Elastic Substantially Linear Olefin Polymers", beschreiben Polymere mit bestimmten elastischen Eigenschaften. Dow erzeugt auch kommerziell eine Linie von elastomeren Polyolefinen unter dem Handelnamen ENGAGE®.
Andere elastomere, thermoplastische Polymere, die bei der Ausführung dieser Erfindung zweckdienlich sind, sind jene, die aus Blockcopolymeren, wie Polyurethanen, Copolyetherestern, Polyamid-Polyether-Blockcopolymeren, Ethylenvinylacetaten (EVA), Blockcopolymeren der allgemeinen Formel A- B-A' A-B-A-B oder A-B artigem Copoly(styren/ethylen-butylen) (Polystyren/poly(ethylen-butylen)/polystyren), Poly- (styren/ethylen-butylen/styren) und dergleichen hergestellt sind.
Geeignete elastomere Harze enthalten Blockcopolymere der allgemeinen Formel A-B-A' oder A-B, wobei A und A' jeweils ein thermoplastischer Polymerendblock sind, der eine styrenische Gruppe wie ein Poly(vinylaren) enthält, und wobei B ein elastomerer Polymermittelblock ist, wie ein konjugiertes Dien- oder niederes Alkenpolymer. Blockcopolymere vom A-B-A'-Typ können für die A- und A'-Blöcke verschiedene oder dieselben Blockpolymere haben und die vorliegenden Blockcopolymere sollen lineare, verzweigte und radiale Blockcopolymere umfassen. In dieser Hinsicht können die radialen Blockcopolymere als (A-B)m-X bezeichnet werden, wobei X ein polyfunktionelles Atom oder Molekül ist, und wobei jedes (A-B)m- radial von X derart absteht, dass A ein Endblock ist. In dem radialen Blockcopolymer kann X ein organisches oder anorganisches polyfunktionelles Atom oder Molekül sein, und m ist eine ganze Zahl mit demselben Wert wie die funktionelle Gruppe, die ursprünglich in X vorhanden ist. Sie beträgt für gewöhnlich wenigstens 3, und ist häufig 4 oder 5, aber nicht darauf beschränkt. Somit soll in der vorliegenden Erfindung der Begriff "Blockcopolymer" und insbesondere "A-B-A'-" und "A-B-" Blockcopolymer alle Blockcopolymere mit solchen gummiartigen Blöcken und thermoplastischen Blöcken, wie zuvor besprochen, umfassen, die (z. B. durch Schmelzblasen) extrudiert werden können, und ohne Einschränkung in bezug auf die Anzahl von Blöcken. Die elastomere Vliesbahn kann zum Beispiel aus elastomeren (Polystyren/poly(ethylen-butylen)/polystyren)-Blockcopolymeren gebildet werden. Kommerzielle Beispiele für solche elastomeren Copolymere sind zum Beispiel jene, die als KRATON® Materialien bekannt sind, die von Shell Chemical Company, Houston, Texas, erhältlich sind. KRATON® Blockcopolymere sind in mehreren verschiedenen Formulierungen erhältlich, von welchen einige in US Patent 4,663,220 identifiziert sind.
Polymere, die aus einem elastomeren A-B-A'-B'-Tetrablock- Copolymer bestehen, können auch bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden. Solche Polymere sind in US Patent 5,332,613 an Taylor et al. besprochen. Bei solchen Polymeren ist A ein thermoplastischer Polymerblock und B ist eine Isorprenmonomereinheit, die im Wesentlichen an eine Poly(ethylen-propylen)-Monomereinheit hydriert ist. Ein Beispiel für ein solches Tetrablock-Copolymer ist ein Styren-poly(ethylen-propylen)-styren-polyethylen-propylen) oder elastomeres SEPSEP-Blockcopolymer, das von der Shell Chemical Company, Houston, Texas unter der Handelsbezeichnung KRATON® G-1657 erhältlich ist.
Die thermoplastischen Copolyester-Elastomere enthalten Copolyetherester der allgemeinen Formel:
wobei "G" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Poly(oxyethylen)-alpha,omega-diol, Poly(oxypropylen)- alpha,omega-diol, Poly(oxytetramethylen)-alpha,omega-diol, und "a", "m" und "n" positive ganze Zahlen sind. Solche Materialien haben im Allgemeinen eine Bruchdehnung von etwa 600 Prozent bis 750 Prozent, gemessen nach ASTM D-638, und einen Schmelzpunkt von etwa 350ºF bis etwa 400ºF (176 bis 205ºC), gemessen nach ASTM D-2117.
Kommerzielle Beispiele für solche Copolyestermaterialien sind zum Beispiel jene, die als ARNITEL® bekannt sind, die früher von Akzo Plastics, Arnhem, Holland, erhältlich waren und nun von DSM, Sittard, Holland, erhältlich sind, oder jene, die als HYTREL® bekannt sind, die von E. I. DuPont de Nemours, Wilmington, Delaware, erhältlich sind. Die Bildung einer elastomeren Vliesbahn aus elastomeren Polyestermaterialien ist zum Beispiel in US Patent Nr. 4,741,949 an Morman et al. offenbart, das hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
Weitere beispielhafte elastomere Materialien, die verwendet werden können, umfassen elastomere Polyurethanmaterialien wie zum Beispiel jene, die unter dem Warenzeichen ESTANE® von B.F. Goodrich & Co. oder MORTHANE® von Morton Thiokol. Corp., erhältlich sind, Polyamid-Polyether-Blockcopolymer, wie zum Beispiel jenes, das als PEBAX® bekannt ist, das von Atochem. Inc. Polymers Division (RILSAN®) Glen Rock, New Jersey, erhältlich ist, und elastomere Polyestermaterialien, wie zum Beispiel jene, die unter der Handelsbezeichnung HYTREL® bekannt sind, die von E. I. DuPont de Nemours & Company erhältlich sind.
Elastomere Polymere umfassen auch Copolymere von Ethylen und wenigstens einem Vinylmonomer, wie zum Beispiel Vinylacetate, ungesättigte aliphatische Monocarbonsäuren, und Ester solcher Monocarbonsäuren. Die elastomeren Copolymere und die Bildung elastomerer Vliesbahnen aus diesen elastomeren Copolymeren sind zum Beispiel in U.S. Patent Nr. 4,803,117 offenbart.
Es ist auch möglich, andere Materialien mit dem Elastomer zu mischen, das zur Erzeugung einer Schicht gemäß dieser Erfindung verwendet wird, wie Fluorkohlenstoffchemikalien, um das chemische Abweisungsvermögen zu verbessern, die zum Beispiel jene sein können, die in US Patent 5,178,931 gelehrt sind, Feuerhemmmittel für eine erhöhte Feuerbeständigkeit und/oder Pigmente, um jeder Schicht dieselbe oder eine andere Farbe zu verleihen. Feuerhemmmittel und Pigmente für spinngebundene und schmelzgeblasene Polymere sind in der Technik bekannt und sind innere Zusatzstoffe. Ein Pigment, falls verwendet, ist im Allgemeinen in einer Menge von weniger als 5 Gewichtsprozent der Schicht vorhanden, während andere Materialien in einer kumulativen Menge von weniger als 25 Gewichtsprozent vorhanden sein können.
Artikel, die aus den Laminaten dieser Erfindung hergestellt werden, können auch topische Behandlungen aufweisen, die für spezialisiertere Funktionen aufgebracht werden. Solche topischen Behandlungen und ihre Auftragungsverfahren sind in der Technik bekannt und umfassen zum Beispiel Alkoholabweisungsbehandlungen, antistatische Behandlungen und dergleichen, die durch Besprühen, Eintauchen usw. aufgebracht werden. Ein Beispiel für eine solche topische Behandlung ist das Auftragen von Zelec® Antistatikum (erhältlich von E. I. DuPont, Wilmington, Delaware).
Wenn die Laminate dieser Erfindung die Form eines Vliesstoffes aufweisen, können sie durch Schmelzblas- oder Spinnbindeverfahren erzeugt werden, die in der Technik allgemein bekannt sind. Diese Verfahren verwenden im Allgemeinen einen Extruder, um geschmolzenes, thermoplastisches Polymer einer Spinndüse zuzuführen, wo das Polymer zerfasert wird, um Fasern zu erhalten, die Stapellänge oder mehr aufweisen können. Die Fasern werden dann, für gewöhnlich pneumatisch, gestreckt und auf einer sich bewegenden, löcherigen Matte oder einem Band zur Bildung des Vliesstoffes abgelegt. Die Fasern, die in den Spinnbinde- und Schmelzblasverfahren erzeugt werden, sind Mikrofasern, wie zuvor definiert.
Spinngebundene Vliesstoffe werden im Allgemeinen auf gewisse Weise während ihrer Herstellung vor- oder primär gebunden, um ihnen eine ausreichende strukturelle Integrität zu verleihen, so dass sie den Belastungen einer Weiterverarbeitung zu einem Fertigprodukt widerstehen können. Diese primäre Bindung kann durch Verdichtungswalzen oder durch ein Heißluftmesser erfolgen. Die sekundäre Bindung kann auf zahlreiche Weisen, wie Hydroverschlingen, Nadeln, Ultraschallbindung, Klebebindung, Nähwirken, Durchluftbindung und Wärmebindung, erfolgen.
Mehrere Schichten von schmelzgeblasenen Stoffen können durch Vernadelung, Ultraschallbindung, Ankleben, Wärmebindung und Extrusionsbeschichten gebunden werden.
Ein Beispiel für ein mehrschichtiges Laminat ist ein Ausführungsbeispiel, in dem einige der Schichten spinngebunden und einige schmelzgeblasen sind, wie ein spinngebundenes/schmelzgeblasenes/spinngebundenes (SMS) Laminat, wie in US Patent Nr. 4,041,203 an Brock et al., US Patent Nr. 5,169,706 an Collier et al. und US Patent Nr. 4,374,888 an Bornslaeger offenbart ist. Ein solches Laminat kann durch aufeinanderfolgendes Ablegen auf einem sich bewegenden Formungsband zunächst einer spinngebundenen Stoffschicht, dann einer schmelzgeblasenen Stoffschicht, und dann einer weiteren spinngebundenen Stoffschicht und anschließendes Binden des Laminats in einer zuvor beschriebenen Weise hergestellt werden. Als Alternative können die Stoffschichten einzeln hergestellt, in Rollen gesammelt und in einem eigenen Bindungsschritt vereint werden, wie in US Patent 4,720,415 offenbart ist. Solche mehrschichtigen Laminate haben für gewöhnlich ein Flächengewicht von etwa 0,1 bis 12 osy (6 bis 400 gsm) oder mehr, insbesondere von etwa 0,75 bis etwa 3 osy.
Das Verbundstoffelastikmaterial dieser Erfindung hat wenigstens eine Schicht aus einem elastischen Polyolefin mit wenigstens einer Schicht aus einer anderen Art von elastischem Polymer und einer raffbaren Bahn, die mit den elastischen Bahnen verbunden ist. Dies kann erfolgen, während die elastischen Bahnen gedehnt werden oder während die raffbare Bahn eingeschnürt ist. Das elastische Polyolefin wird durch das Metallocenverfahren hergestellt. Es können zwei raffbare Bahnen vorhanden sein; eine an jeder Seite der elastischen Schichten, und es können mehrere elastische Schichten vorhanden sein. Die elastischen Schichten können zum Beispiel mit dem elastischen Polyolefinmaterial in der Mitte, einer elastischen Schicht einer anderen Art von Polymer an jeder Seite des elastischen Polyolefinmaterials, und schließlich einer raffbaren Schicht, die mit jeder der anderen elastischen Schichten verbunden ist, angeordnet sein. Das Laminat kann die elastische Polyolefinschicht in der Mitte, andere elastische Schichten an jeder Seite und dann weitere Schichten aus elastischem Polyolefin an jeder Seite der anderen elastischen Schichten und schließlich die raffbaren Schichten als Außenschichten haben. Die Anzahl und Anordnung der Schichten sind nur durch die Geräte und die Vorstellung eingeschränkt.
Die raffbare Bahn dieser Erfindung kann eine spinngebundene Bahn aus zum Beispiel Polyolefin wie Polypropylen sein, oder kann jedes andere geeignete Material sein, dem die Eigenschaften eines Elastiks, wie zuvor definiert, fehlen.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines kontinuierlichen In-line-Herstellungsverfahrens zum Streckbinden elastischer und raffbarer Bahnen zu einem Laminat, wobei zwei raffbare Bahnen an jeder gegenüberliegenden Seite einer dehnbaren Bahn aus zwei elastomeren Polymeren vorhanden sind. In der Figur wird ein elastisches Polymer auf einem Formungsdraht 2 aus jeder von zwei Schmelzblasspinndüsen 1 abgelegt, wodurch eine elastische Bahn 3 erzeugt wird. Der Formungsdraht 2 bewegt sich bei einer bestimmten ersten Geschwindigkeit, während die Schichten abgelegt werden. Die elastische Bahn 3 bewegt sich vorwärts und läuft durch Bindewalzen 6, 7, wo die elastische Bahn 3 in diesem Fall mit zwei raffbaren Bahnen 4, 5 kombiniert wird, die von Vorratsrollen abgewickelt werden. Die Bindewalzen 6, 7 sind als eine gemusterte Kalanderwalze 6 und eine glatte Ambosswalze 7 dargestellt, wobei aber andere Verfahren und Anordnungen als hierin dargestellt verwendet werden können. Die Bahnen 3, 4, 5 bewegen sich in die Richtung, die durch die Pfeile angezeigt ist, die den Walzen für den Formungsdraht 2 bzw. den Vorratsrollen zugeordnet sind. Die elastische Bahn 3 wird auf das gewünschte Maß gestreckt, indem die Bindewalzen 6, 7 bei einer höheren Geschwindigkeit drehen als jene, mit welcher sich der Formungsdraht 2 bewegt, wodurch ein Bindewalzen/Draht-Geschwindigkeitsverhältnis erzeugt wird. Der Druck zwischen den Walzen 6, 7 bindet die raffbaren Bahnen 4, 5 an die elastische Bahn 3 zur Bildung eines Verbundstoffelastikmaterials 8. Das Verbundstoffelastikmaterial 8 wird dann auf eine Wickelvorrichtung 9 aufgewickelt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Laminat, in dem wenigstens eine Schicht aus einem elastomeren Polyolefin besteht, das vorzugsweise einen Polydispersionsgrad von weniger als 4 hat, mit wenigstens einer anderen elastomeren Polymerschicht und einer nichtelastischen raffbaren Bahn eine exakte Steuerung der elastomeren Eigenschaften, z. B. der Hysterese, eines Produktes ermöglicht, das aus einem solchen Laminat erzeugt wird. Insbesondere erzeugt ein Laminat mit einer Schicht aus einem elastomeren Polyolefin mit einer Schicht aus elastomerem Poly(styren/ethylenbutylen/styren)-Blockcopolymer und einer raffbaren Polypropylenbahn an jeder Seite eine besonders gute Mischung von Dehnungs- und Erholungseigenschaften.
Zur Veranschaulichung der Vorteile der Laminate gemäß dieser Erfindung wurden die folgenden Beispiele und Kontrollen entwickelt. Es ist zu beachten, dass die zur Herstellung dieser Laminate verwendeten Verfahrensbedingungen in Tabelle 1 angeführt sind.

Kontrolle

Zwei Proben eines Verbundstoffelastikmaterials wurden unter Verwendung von 0,4 osy (13,6 gsm) spinngebundenen Polypropylenaußenschichten als raffbare Bahnen und einer elastischen schmelzgeblasenen Innenschicht aus Shell Kraton® G- 2755 Poly(styren/ethylen-butylen/styren) oder SEBS-Harz hergestellt. Die Schichten wurden wärmegebunden, um das Laminat mit einem 13 Prozent Bindungsflächenmuster zu erzeugen, während die elastische, schmelzgeblasene Schicht unter Verwendung des in der Tabelle dargestellten Bindewalzen/Draht-Verhältnisses gedehnt wurde.

Beispiel 1

Drei Proben eines Verbundstoffelastikmaterials wurden unter Verwendung von 0,4 osy (13,6 gsm) spinngebundenen Polypropylenaußenschichten als raffbare Bahnen und einer schmelzgeblasenen Innenschicht aus Dow ENGAGE® 58200.02 Metallocen-Polymer mit einem Schmelzfließindex von 30 Gramm/10 Minuten bei 190ºC und 2160 gm Last hergestellt. Die Schichten wurden wärmegebunden, um das Laminat mit einem 13 Prozent Bindungsflächenmuster zu erzeugen, während die elastische, schmelzgeblasene Schicht unter Verwendung des in der Tabelle dargestellten Bindewalzen/Draht-Verhältnisses gedehnt wurde.

Beispiel 2

Zwei Proben eines Verbundstoffelastikmaterials wurden unter Verwendung von 0,4 osy (13,6 gsm) spinngebundenen Polypropylenaußenschichten als raffbare Bahnen und einer schmelzgeblasenen Innenschicht aus Shell Kraton® G-2755 Polymer und einer zweiten schmelzgeblasenen Innenschicht aus Dow ENGAGE® 58200.02 Polymer hergestellt. Die Schichten wurden wärmegebunden, um das Laminat mit einem 13 Prozent Bindungsflächenmuster zu erzeugen, während die elastische, schmelzgeblasene Schicht unter Verwendung des in der Tabelle dargestellten Bindewalzen/Draht-Verhältnisses gedehnt wurde.
Die Kontrolle und die Beispiele wurden auf Dehnungseigenschaften nach dem Zyklustestverfahren, das zuvor unter "Testverfahren" beschrieben ist, getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt. In der Tabelle bedeutet die Abkürzung EXT "Längung" "RET" bedeutet "Rückkehr", "STS" bedeute "Dehnung bis zum Stopp", "MB" bedeutet "schmelzgeblasen" und "BW" bedeutet "Flächengewicht. TABELLE 1
Die Tabelle zeigt, dass durch die Bereitstellung von Schichten aus elastomerem Polyolefin und Nicht-Polyolefinelastomer in einem Laminat eine gute Kontrolle der Dehnungs- und Erholungseigenschaften möglich ist, und ein Laminat mit mehr oder weniger Dehnung und besserer oder schlechterer Erholung als andere Laminate erzeugt werden kann. Diese Kontrolle ermöglicht den Benutzern von Produkten, die aus den Laminaten dieser Erfindung hergestellt werden, ihre Produkte besser auf die Anforderungen ihrer Kunden abzustimmen, was auch zu Kosteneinsparungen führt, da das Produkt die erforderliche Dehnung, aber nicht mehr oder weniger, bereitstellt. Zum Beispiel ergibt die Herstellung eines Laminates mit einer elastischen Polyolefinschicht mit einer Schicht aus elastomerem Polyurethan an jeder Seite ein Laminat mit anderen Dehnungs- und Erholungseigenschaften als ein Laminat mit einer elastischen Polyolefinschicht mit einer Schicht aus elastomerem SEBS an jeder Seite. Die Anordnung einer elastischen Polyolefinschicht an jeder Seite eines elastischen Polyetheresters ergibt ein Laminat, das eine andere Hysterese aufweist als die vorangehenden zwei.
Obwohl nur einige beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung zuvor ausführlich beschrieben wurden, ist für den Fachmann offensichtlich, dass viele Modifizierungen in den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne im Wesentlichen von den neuartigen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung Abstand zu nehmen. Daher sollen alle derartigen Modifizierungen im Umfang dieser Erfindung enthalten sein, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist. In den Ansprüchen sollen Mittel- und Funktionsansprüche die hierin beschriebenen Strukturen abdecken, welche die genannte Funktion erfüllen, und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen. Obwohl somit ein Nagel und eine Schraube keine strukturellen Äquivalente sein mögen, da ein Nagel eine zylindrische Oberfläche zur Befestigung von Holzteilen verwendet, während eine Schraube eine schraubenförmige Oberfläche verwendet, können in dem Bereich der Befestigung von Holzteilen ein Nagel und eine Schraube äquivalente Strukturen sein.

Claims

1. Verbundstoffelastikmaterial mit kontrollierter Hysterese umfassend eine erste Schicht, die eine elastomere Metallocenpolyolefinschicht ist und die mit wenigstens einer zweiten Schicht verbunden ist, bestehend aus einem elastomeren Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Copolyetherestern, Polyamidpolyetherblockcopolymeren, Ethylenvinylacetaten (EVA) und Blockcopolymeren mit der allgemeinen Formel A-B-A', A-B-A-B oder A-B, und die ferner auch mit einer dritten Schicht verbunden ist, welche eine raffbare Bahn ist.

2. Material gemäß Ansprach 1, wobei das polyolefin einen Polydispersionsgrad von weniger als 4 aufweist.

3. Material gemäß Anspruch 1, wobei die dritte Schicht während des Verbindens einschnürgedehnt wird.

4. Material gemäß Anspruch 1, wobei die elastomeren Schichten während des Verbindens mit der raffbaren Bahn gedehnt werden.

5. Material gemäß Anspruch 1, wobei die Schichten durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nadeln, Ankleben, Wärmebinden und Extrusionsbeschichten verbunden werden.

6. Material gemäß Anspruch 1, wobei die elastomeren Schichten Folien sind.

7. Material gemäß Anspruch 1, wobei die wenigstens eine andere elastomere Schicht eine Bahn ist bestehend aus Fasern bestehend aus Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Copolyetherestern, Polyamidpolyetherblockcopolymeren, Ethylenvinylacetaten (EVA), Copoly(styren/ethylen-butylen), (Polystyren/poly(ethylen-butylen)/polystyren) und Poly(styren/ethylen-butylen/styren).

8. Material gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine schmelzgeblasene Bahn aus Mikrofasern ist bestehend auseinem elastomeren Polyolefin mit einem Polydispersionsgrad von weniger als 4, und wobei die wenigstens eine andere Schicht eine schmelzgeblasene Schicht ist bestehend aus Poly(styren/ethylen-butylen/styren).

9. Material gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht aus Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 10 Mikrometern (10 Mikron) besteht, wobei die zweite Schicht aus Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 10 Mikrometern (10 Mikron) besteht, und wobei die dritte Schicht aus Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als etwa 7 Mikrometern (7 Mikron) besteht.

10. Material gemäß Anspruch 9, wobei die ersten und die zweiten Schichten während des Verbindens mit der dritten Schicht gedehnt werden.

11. Material gemäß Anspruch 9, ferner umfassend eine andere raffbare Bahn aus Fasern mit einem durchschnittlichen

Durchmesser von mehr als etwa 7 Mikrometern (7 Mikron), die mit der ersten Schicht verbunden wird.

12. Material gemäß Anspruch 9, ferner umfassend eine vierte Schicht bestehend aus Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 10 Mikrometern (10 Mikron), bestehend aus einem elastomeren Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Copolyetherestern, Polyamidpolyetherblockcopolymeren, Ethylenvinylacetaten (EVA) und Blockcopolymeren mit der allgemeinen Formel A-B-A', A-B-A-B oder A-B, die mit der ersten Schicht verbunden ist, und eine fünfte Schicht, die eine raffbare Bahn aus Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als etwa 7 Mikrometern (7 Mikron)- ist, die mit der vierten Schicht verbunden ist, wobei die ersten, zweiten und vierten Schichten während des Verbindens gedehnt werden.

13. Hygieneprodukt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Windeln, Trainingshöscher zur Sauberkeitserziehung, absorbierenden Unterhosen, Inkontinenzprodukten für Erwachsene und Hygieneprodukten für Frauen, umfassend das schmelzgeblasene Bahnmaterial gemäß Anspruch 8.

14. Hygieneprodukt gemäß Anspruch 13, welches eine Windel ist.

15. Hygieneprodukt gemäß Anspruch 13, welches eine absorbierende Unterhose ist.

16. Hygieneprodukt gemäß Anspruch 13, welches ein Inkontinenzprodukt für Erwachsene ist.

17. Hygieneprodukt gemäß Anspruch 13, welches ein Hygieneprodukt für Frauen ist.