ES2232016T3

ES2232016T3 - Pelicula anisotropa.

Info

Publication number: ES2232016T3
Application number: ES98943282T
Authority: ES
Inventors: Jobst Tilman Jaeger; Alan J. Sipinen
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2005-05-16
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: IL138451A0; DE69827300T2; CN1291212A; KR100549676B1; MXPA00009658A; WO1999051666A1; JP2002510729A; KR20010042397A; CN1107088C; IL138451A; DE69827300D1; BR9815792A; TW431969B; CA2325622A1; EP1068259B1; US6270910B1; AU750134B2; EP1068259A1; JP4128745B2; AR015743A1

Abstract

Una película anisótropa que comprende: una fase elástica continua que comprende un elastómero poliolefínico en la cual el elastómero poliolefínico tiene una densidad inferior a aproximadamente 0, 92 g/cm3; y una fase discontinua orientada dentro de la fase continua de tal modo que la película exhibe propiedades elásticas anisótropas.

Description

Película anisótropa.

Campo de la invención

La invención se refiere a películas anisótropas que tienen una fase continua y una fase discontinua.

Antecedentes

Los materiales de película elástica, artículos no tejidos, y otras películas similares tienen muchos usos industriales y para el consumidor. Entre otros usos, tales materiales se utilizan frecuentemente, por ejemplo, en el área de productos de las prendas de vestir desechables o de uso personal, significando "prendas de vestir" un producto utilizado sobre o en asociación con un cuerpo (humano o animal). Usos específicos de este tipo incluyen pañales desechables, calzoncillos de entrenamiento, artículos para incontinencia, paños higiénicos, vendajes, cortinas y batas quirúrgicas, artículos no tejidos de uso médico, máscaras faciales, fajas para deportes, etcétera.

Generalmente, las películas y materiales elásticos pueden formarse a partir de materiales que exhiben propiedades elásticas prácticamente en todas direcciones. Sin embargo, para algunas aplicaciones es deseable disponer de materiales que sean fundamentalmente elásticos en una sola dirección, es decir, materiales que sean anisótropamente elásticos. Una gran cantidad de trabajo, y un gran número de solicitudes de patente y patentes han estado orientadas hacia la puesta a punto de tales materiales anisótropamente elásticos, proporcionándose una gran diversidad de soluciones.

Cierto número de enfoques han tenido éxito en lo que se refiere a proporcionar películas elásticas anisótropas. Un enfoque común ha sido estratificar un material de banda elástica a un segundo material de banda que se estira fácilmente en una sola dirección pero no en la dirección transversal. Para producir estos "estratificados unidos con estirado", una película o materiales no tejidos elásticos, o un tipo similar de banda elástica, se alarga en una dirección determinada. Una vez alargada, la banda elástica se une continuamente o se une por puntos a un material de banda inelástico. Después de ello, se relaja la tensión y se deja que la banda elástica se recupere de su elongación. El material de banda inelástico unido se arruga entonces, haciendo el estratificado unido por estirado fácilmente extensible en la dirección de la elongación de la banda elástica, pero no en la dirección transversal. El estratificado puede estirarse luego nuevamente hasta el punto de elongación previo de la banda elástica. Esta no es una solución universal, sin embargo, debido a que el arrugamiento descrito puede ser indeseable para algunas aplicaciones.

Con objeto de eliminar el arrugamiento, se han preparado materiales de banda inelásticos no tejidos con un gran número de hendiduras sustancialmente paralelas. Este material de banda con hendiduras no tejido puede unirse luego a un material de banda elástico no sometido a tensión. Cuando el estratificado se estira en una dirección perpendicular a la dirección de las hendiduras, el estratificado se estira y se recupera sin la formación de arrugas o frunces en la banda inelástica no tejida.

Algunos enfoques para la preparación de materiales anisótropos no implican la unión de un material elástico a un material inelástico. Por ejemplo, puede obtenerse comportamiento anisótropo en una banda fibrosa elastómera no tejida de fibras elastómeras sopladas en fusión por alineación de las fibras con una corriente de aire a fin de producir una banda con una tensión de carga máxima mayor en la dirección de orientación de las fibras.

Incluso con la existencia de las soluciones arriba descritas, aparte de otras, existe todavía una necesidad continuada de nuevas construcciones de películas de este tipo. Preferiblemente, las películas deberían ser fáciles de fabricar, conformarse fácilmente en una bobina, poder desbobinarse luego fácilmente sin bloqueo sustancial, y poder manipularse y convertirse en una forma final para uso, v.g., en una prenda de vestir de uso limitado.

Sumario de la invención

Los autores de la presente invención han identificado películas que exhiben propiedades anisótropas útiles. Las películas anisótropas pueden ser útiles en diversas aplicaciones en las cuales se desean propiedades de película elástica, y son particularmente útiles en aplicaciones en las cuales se desean propiedades de película anisótropas; v.g. en aquellos casos en que es deseable elasticidad en una sola dirección con resistencia a la tracción relativamente mayor deseada en una dirección perpendicular. Una resistencia a la tracción relativamente mayor puede ser deseable, por ejemplo, cuando es necesario para el procesamiento enrollar una película sobre un núcleo a fin de formar una bobina mayor, en la cual el bobinado, desbobinado, y cualquier procesamiento ulterior pueden realizarse preferiblemente con poco o ningún estirado de la película.

Un aspecto de la invención se refiere a una película anisótropa que tiene una fase elástica continua que comprende un elastómero poliolefínico, y una fase discontinua dentro de la fase continua. La película puede utilizarse en sí misma o en combinación con otros materiales como un material estratificado, v.g. para prendas de vestir de uso personal.

Tal como se utiliza en esta memoria, el término "anisótropo", se refiere a una película que exhibe propiedades de elasticidad y resistencia que son diferentes cuando se miden en una dirección que en una segunda dirección. Las direcciones de medida se denominan convencionalmente, v.g., como una "dirección de la máquina", "MD" o "dirección inelástica", y una dirección perpendicular a la dirección de la máquina, a la que se hace referencia como "dirección transversal", "CD", o "dirección elástica". Las propiedades de elasticidad y resistencia pueden medirse por cierto número de propiedades físicas diferentes de una película, que incluyen una o más de resistencia a la tracción, deformación permanente, o rigidez, y fuerza elástica, etc. A dichas propiedades se hace referencia en esta memoria como "propiedades de película".

El término "elástico" tal como se utiliza en la presente descripción se empleará con el significado aceptado generalmente en la técnica de los materiales elásticos, no inconsistente con lo siguiente: en términos de deformación permanente, un material elástico puede definirse como aquél que se recupera al menos aproximadamente 80% de su longitud estirada después de extensión para tensión 100% (doble de su longitud inicial).

Exposición detallada

La presente invención se refiere a una película sustancialmente anisótropa que comprende una fase continua y una fase discontinua.

La fase continua (a la que se hace referencia también en esta memoria como la "fase elastómera") comprende una poliolefina elastómera. Esta fase continua elastómera proporciona propiedades elásticas a la película inventiva, y la poliolefina elastómera puede comprender cualquiera de numerosos materiales poliolefínicos que exhiben comportamiento elástico. La poliolefina elastómera puede tener cualquier grado de elasticidad que, en combinación con la fase discontinua, proporciona una película que tiene propiedades de película sustancialmente anisótropas que pueden ser deseadas para una aplicación particular. Preferiblemente, en términos de deformación permanente, una película de la poliolefina elastómera puede recuperarse al menos aproximadamente 80 por ciento de su longitud estirada después de extensión de deformación 100 por ciento (doble de su longitud inicial), de modo más preferible aproximadamente 50 por ciento y de modo todavía más preferible aproximadamente 30 por ciento, e incluso más preferiblemente inferior a aproximadamente 25 ó 20 por ciento. En una realización preferida de la invención, el elastómero poliolefínico tiene un valor de deformación permanente de cincuenta por ciento inferior a aproximadamente 35 por ciento.

La elasticidad de la poliolefina elastómera puede exhibir correspondencia con la densidad de la poliolefina elastómera (véase más adelante). Aunque intervalos que quedan fuera de los siguientes podrían ser útiles en combinación con una fase discontinua dada, y para una aplicación específica, puede decirse que en general una poliolefina elastómera (v.g., un polímero o copolímero de polietileno) que tiene una densidad inferior a aproximadamente 0,92 gramos por centímetro cúbico (g/cc) puede ser útil, siendo preferida una densidad inferior a aproximadamente 0,90 g/cc, y siendo particularmente preferidas densidades inferiores a 0,89 g/cc.

La poliolefina elastómera puede ser cualquier poli-olefina elastómera como se ha descrito arriba, que pueda utilizarse en combinación con el material de fase discontinua descrito más adelante para preparar una película sustancialmente anisótropa.

Si bien no se desea quedar ligados por la teoría, la causa del carácter elastómero de las poliolefinas elastómeras se ha atribuido a la estructura química de tales polímeros poliolefínicos, y a la estructura cristalina de baja densidad que asumen polímeros de composición química específica dentro de una película polímera. Numerosos documentos describen este fenómeno y ejemplos de estructuras polímeras que son capaces de adquirir tal estructura cristalina de baja densidad. Véase por ejemplo el artículo de Jacob Sims, de Dow DuPont Elastomers, "Injection Moulding Applications of ENGAGE Resins", presentado en la New Plastics 96 Conference, October 30, 1996, Strasbourg, Francia. Este artículo describe las poliolefinas elastómeras como aquéllas que tienen una distribución a de pesos moleculares y distribuciones estrechas de composición, junto con cantidades controladas de ramificaciones de cadena larga, que pueden combinarse para crear una poliolefina cristalina estructurada que tiene densidad y propiedades elastómeras deseadas. Véanse también las descripciones de elastómeros poliolefínicos y sus métodos de producción en las Patentes de Estados Unidos Núms. 5.472.775 y 5.272.236, la Solicitud de Patente Europea EP 0 712 892 A1, y las Solicitudes de Patente Internacional PCT Números WO 97/10300 y WO 95/33006.

Materiales elastómeros poliolefínicos pueden prepararse por métodos conocidos en la técnica de los materiales elastómeros, y se describen en referencias tales como las enumeradas en el párrafo anterior. Por ejemplo, pueden prepararse poliolefinas elastómeras por reacción de monómeros o comonómeros olefínicos para producir un polímero de etileno "ramificado homogéneamente", como se describe, v.g., en las páginas 9 a 14 de la Publicación Internacional PCT Número WO 95/33006 (Solicitud Internacional Número PCT/US95/06903). En dicho documento se describe que se pueden preparar copolímeros elastómeros etileno/alfa-olefina por procesos convencionales de polimerización utilizando catalizadores de tipo Ziegler (v.g., catalizadores de zirconio y vanadio) así como sistemas catalizadores de metalocenos.

Debe entenderse adicionalmente que polímeros elastómeros poliolefínicos tales como los descritos en la Patente de Estados Unidos Número 5.472.775 pueden ser un homopolímero o copolímero preparado a partir de monómeros o comonómeros insaturados adecuados que incluyen, por ejemplo, monómeros etilénicamente insaturados que pueden ser de cadena lineal (alquilenos tales como etileno, propileno, etc.) o cíclicos (v.g., 2-norborneno), dienos conjugados o no conjugados, polienos, etc. Ejemplos específicos de monómeros y comonómeros adecuados incluyen alfa-olefinas C_{2}-C_{20} tales como etileno, propileno, isobutileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno, etc. Para los copolímeros elastómeros de polietileno la densidad del material copolímero, y por consiguiente sus propiedades elastómeras, pueden estar relacionadas con la cantidad de comonómero que ha reaccionado con el monómero de etileno en el sentido de que un aumento de comonómero (v.g., una alfa-olefina distinta del etileno) reducirá generalmente la densidad del material copolímero.

Ejemplos de catalizadores de "metaloceno" que pueden utilizarse en la preparación de poliolefinas elastómeras incluyen los descritos en la Patente de Estados Unidos Número 5.272.236 y la solicitud de Patente Internacional PCT Número PCT/US96/14847 (Número de Publicación Internacional WO 97/10300), los catalizadores disponibles comercialmente bajo el nombre comercial INSITE^{TM} de Dow DuPont, así como otros catalizadores de metaloceno que están disponibles en el comercio de otras fuentes comerciales.

Poliolefinas elastómeras están disponibles también comercialmente, por ejemplo: de Exxon Chemicals bajo el nombre comercial de DEX Plastomers, v.g. los plastómeros de las series EXACT 3000 y 4000, plastómeros de las series SLP-9000 y SLX-9000, y plastómeros de las series 2M004, 2M005, y 2M007; de Mitsui Chemical Company bajo el nombre comercial TAFMER, de Dow Chemical Company bajo el nombre comercial elastómeros AFFINITY; y de Dow DuPont Elastomers bajo el nombre comercial ENGAGE®, v.g., los elastómeros poliolefínicos de la serie ENGAGE 8000.

La fase discontinua de la película anisótropa puede comprender un material polímero tal como un polímero que es menos elástico que el polímero elastómero de la fase continua, y que puede existir dentro de la fase continua en una fase discontinua orientada para causar propiedades de película anisótropas. Para proporcionar propiedades anisótropas, la fase discontinua puede estar presente dentro de la fase continua en dominios discontinuos que están orientados para producir propiedades elásticas y/o de tracción diferentes en una primera dirección comparadas con dichas propiedades en una segunda dirección (v.g., en una dirección perpendicular). Por ejemplo, la fase discontinua puede existir como dominios discontinuos sustancialmente largos y estrechos semejantes a fibras, presentes dentro de la fase continua. A tales dominios de la fase discontinua puede hacerse referencia también en esta memoria como "fibras". Si las fibras de la fase discontinua están orientadas aleatoriamente, la película debería exhibir propiedades sustancialmente similares cuando se ensaya en cualquier dirección. Si las fibras están orientadas en cierto grado en una configuración no aleatoria, v.g., comprenden fibras que tienden a exhibir una alineación global con referencia a su eje longitudinal, o son preferiblemente paralelas en cierto grado con respecto a su eje longitudinal, de modo más preferible sustancialmente paralelas, entonces la fase de fibras relativamente menos elásticas incrementa las propiedades de tracción en la dirección de su orientación longitudinal, mientras que las propiedades en la dirección perpendicular a la dirección de orientación sustancial estarán dominadas por las propiedades de la fase elástica continua, haciendo así que la película en dicha dirección perpendicular exhiba propiedades que son relativamente más
elásticas.

Para proporcionar una película anisótropa, la fase discontinua, las fibras, están situadas dentro de la fase continua y orientadas en un grado al menos suficiente para proporcionar resistencia incrementada y elasticidad reducida en la dirección de orientación en comparación con la dirección perpendicular a dicha orientación.

Materiales preferidos para la fase discontinua pueden incluir materiales que tienen propiedades de fusión similares a la fase continua para facilitar el procesamiento por métodos preferidos tales como extrusión, como se describe más adelante, y que no son miscibles con la fase continua (asimismo para facilidad de procesamiento). Materiales preferidos para uso como la fase discontinua incluyen poliestireno, poliamida, poliésteres tales como poli(tereftalato de butileno) (PBT), y mezclas de los mismos. Tales materiales son conocidos en la técnica de los materiales químicos, y están disponibles en el comercio, por ejemplo, bajo los nombres comerciales siguientes: Pocan 1300, 1600 de Bayer, PS 144c Glasklar de BASF, PA12 de EMS (Grilamid L20G), PP7060S de Fina, y LDPE Finathene LB520-0.

La película debería contener una cantidad suficiente de la fase discontinua para permitir que la fase discontinua, una vez orientada adecuadamente, haga que la película exhiba comportamiento anisótropo. La composición exacta de la película y la cantidad de fase discontinua con relación a la fase continua pueden depender de numerosos factores, que incluyen las propiedades deseadas de resistencia y elasticidad de la película elástica anisótropa, y el grado en que estas propiedades varían anisótropamente. Puede ser deseable considerar el efecto de la composición de película sobre más de una de las propiedades de resistencia y elasticidad, y en más de una dirección. Es decir, podría ser importante encontrar un balance de resistencia y elasticidad en una combinación de direcciones de película (v.g., direcciones de la máquina y transversal). Como ejemplo, puede ser importante considerar que el aumento de la resistencia de una película en la dirección de la máquina puede causar un aumento en la fuerza elástica y la deformación permanente en la dirección transversal debido a un efecto de llenado causado por reemplazamiento del polímero elastómero con el material inelástico de la fase inelástica.

Cuando se utilizan las técnicas de extrusión preferidas descritas más adelante para preparar la película anisótropa, las consideraciones de procesamiento pueden ser el factor limitante que define la cantidad de fase discontinua presente en la película anisótropa. Específicamente, cuando los materiales de las fases continua y discontinua se extruyen para formar una película, el material de la fase discontinua debe comprender generalmente menos de la mitad de los materiales de película con objeto de ser discontinuo. Por métodos de extrusión, el uso de aproximadamente 45 por ciento de una fase puede permitir que el material constituya una fase discontinua fibrosa. Y, aunque podrían ser también deseables cantidades situadas fuera de este intervalo, se ha encontrado que cantidades preferidas de la fase de fibras discontinua dentro de una película anisótropa dada están comprendidas en el intervalo que va desde aproximadamente 1 a 40 partes en peso (pbw) por 100 partes en peso de la película anisótropa (definida para este propósito como el peso de la fase discontinua más el peso de la fase elástica continua), siendo preferido el intervalo que va desde aproximadamente 20 a 30 pbw por 100 pbw de película.

La película anisótropa de la invención puede incluir también otros componentes conocidos por ser útiles en la técnica de películas y materiales elastómeros. Por ejemplo, puede ser deseable añadir un material antibloqueo para prevenir que la película se bloquee por sí misma cuando se encuentra en una configuración enrollada. Ejemplos de un material antibloqueo de este tipo incluyen carbonato de calcio tal como Omyalene G 200, disponible comercialmente de OMYA GmbH, Colonia, Alemania. Agentes de desmoldeo tales como polímeros fluorados, siliconas, estearatos, etc., pueden añadirse a o aplicarse en forma de capas sobre la película anisótropa, o un estratificado de la misma, v.g., con objeto de mejorar el procesamiento de la película o el estratificado. Adicionalmente, pueden incluirse cualesquiera otros aditivos, tales como aditivos estándar que incluyen colorantes, pigmentos, antioxidantes, agentes antiestáticos, adyuvantes de aglutinación, estabilizadores térmicos, fotoestabilizadores, agentes espumantes, burbujas de vidrio, etcétera. Las cantidades de tales materiales que pueden ser útiles en una película serán determinadas fácilmente por los expertos en la técnica de tales películas y materiales elastómeras.

El espesor de la película anisótropa puede ser función de las propiedades elásticas y de tracción deseadas de la película, y de la aplicación para la cual esté destinada la película. Así, la película puede tener prácticamente cualquier espesor que proporcione una película anisótropa elástica útil. En general, y aunque pueden ser útiles todavía intervalos situados fuera de los siguientes, la mayoría de las aplicaciones requieren películas de un espesor comprendido en el intervalo que va desde aproximadamente 20 a 300 micrómetros (\mu), siendo preferido el intervalo que va desde aproximadamente 25 a 100 \mu.

Las propiedades de película y el grado en el que las mismas son anisótropas pueden seleccionarse en cierto grado para ajustarse a las necesidades específicas para un producto de película elástica deseado. Preferiblemente, en la dirección transversal de la película, la película es lo bastante elástica para que el valor de deformación permanente del 50% sea menor que aproximadamente 20%, de modo más preferible menor que aproximadamente 10%, y el valor de deformación permanente del 100% es con preferencia menor que aproximadamente 60%, de modo más preferible menor que aproximadamente 30%. En la dirección de la máquina, la fuerza F10 es de modo preferible al menos aproximadamente 6 Newtons, y de modo mas preferible es al menos aproximadamente 10 Newtons por 100 micrómetros. Preferiblemente, en la dirección de la máquina de la película, la película tiene un límite elástico de al menos 5 Newtons. Adicionalmente, la película en una dirección de la máquina tiene un límite elástico comprendido en el intervalo que va desde aproximadamente 5 a 15 por ciento de elongación. Se hará referencia a una película anisótropa de la invención que tiene una fase fibrosa discontinua dispersada dentro de una fase continua como "sustancialmente anisótropa" si la película exhibe propiedades anisótropas que están mejoradas frente a una película homogénea preparada análogamente, constituida solamente por la fase continua. La relación de F10 en la dirección de la máquina frente a F10 en la dirección transversal es con preferencia al menos aproximadamente 1,5, de modo más preferible al menos aproximadamente 2, y de modo todavía más preferible al menos aproximadamente 3.

La película anisótropa se puede preparar a partir de los materiales de las fases continua y discontinua por cualquier método que proporcione una película que tenga la fase fibrosa discontinua presente dentro de la fase elástica continua en dominios discontinuos conformados y orientados de modo adecuado para proporcionar una película que tenga propiedades anisótropas. Generalmente, una película de este tipo se puede producir por fusión y moldeo apropiados de los diferentes componentes de la película para conseguir dicho resultado. Métodos preferidos de preparación de la película anisótropa incluyen métodos de extrusión, métodos de coextrusión, y métodos de extrusión de película soplada, todos los cuales son bien conocidos en la técnica de producción de películas. En los métodos de extrusión, los materiales de la película continua y discontinua pueden mezclarse y fundirse por alimentación de los mismos a uno o más extrusores de tornillos rotativos. Los extrusores alimentan luego a una hilera o bloque de alimentación a través del cual una punta de la hilera forma la película elástica extruida que comprende una fase elástica continua deseada, con una fase discontinua deseada situada dentro de la fase continua como fibras orientadas de modo sustancialmente paralelo. Como es bien sabido, la película extruida puede moldearse sobre un rodillo y reducirse la temperatura. Métodos de coextrusión y métodos de coextrusión/estratificación, todos los cuales son también bien conocidos, pueden utilizarse para proporcionar un estratificado pelicular anisótropo de la película anisótropa y una o más capas de película adicionales estratificadas a ella. Asimismo de modo opcional, puede utilizarse si se desea procesamiento ulterior tal como estirado adicional de la película anisótropa para orientar adicionalmente la
película.

El material de película anisótropa puede incorporarse en productos multicapa en los cuales la película anisótropa comprende una capa elástica en una construcción de película multicapa, como puede comprenderse por las descripciones de las Patentes U.S. Núms. 5.501.675, 5.462.708, 5.354.597, o 5.344.691. Estas referencias exponen diversas formas de estratificados elásticos multicapa coextruidos con al menos una capa de núcleo elástica y una o dos capas de piel relativamente inelásticas. Las capas de piel pueden estirarse más allá de un límite elástico de estas capas (es decir, deformarse permanentemente) y el estratificado coextruido puede recuperarse posteriormente en la dirección opuesta a la dirección de estirado por la recuperación elástica relativamente mayor de la capa elástica de núcleo. El resultado es la formación de un material que es selectivamente elástico únicamente en aquellas regiones que se estiran y recuperan. Las capas de piel se recuperan poco o por lo menos en menor proporción que el núcleo elástico y pueden estar diseñadas para formar una microtextura o microestructura. Microtextura o microestructura significa que la capa de piel contiene irregularidades o pliegues (v.g., picos y valles) que son suficientemente grandes para ser percibidos por el ojo humano a simple vista por causar opacidad incrementada con respecto a la opacidad de un estratificado antes del estirado y la recuperación. Las irregularidades son suficientemente pequeñas para ser percibidas como suaves o blandas por la piel humana y se requiere aumento para apreciar los detalles de la microtexturización.

Las capas de piel están formadas generalmente por cualquier polímero semicristalino o amorfo que es menos elastómero que la capa de núcleo elástica y que sufrirá una deformación permanente relativamente mayor que la capa de núcleo para el porcentaje que se estira el estratificado elástico. Pueden utilizarse materiales elastómeros tales como elastómeros olefínicos, v.g., elastómeros etileno-propileno, elastómeros etileno-propileno-polímero diénico, elastómeros metaloceno-poliolefina, o elastómeros etileno-acetato de vinilo, solos, en combinación, o en combinación con materiales inelásticos, con tal que las capas de piel proporcionadas sean sustancialmente menos elastómeras que la capa de núcleo elástica. Preferiblemente, estas capas de piel son materiales poliolefínicos formador predominantemente por polímeros tales como polietileno, polipropileno, polibutileno, y copolímero polietileno-polipropileno. Sin embargo, estas capas de piel pueden ser también total o parcialmente de poliamida, tal como nailon, poliéster, tal como poli(tereftalato de etileno), o análogos, y mezclas adecuadas de los mismos. Generalmente, el material de la capa de piel después del estirado y la recuperación elástica se pone en contacto con el material de la capa de núcleo elástica de al menos uno de tres modos adecuados: primero, contacto continuo entre la capa de núcleo elástica y la capa de piel microtexturizada; segundo, contacto continuo entre las capas con fallo cohesivo del material de la capa de núcleo bajo los pliegues de la capa microtexturizada; y tercero, fallo adhesivo de la capa de piel a la capa de núcleo bajo los pliegues microtexturizados con contacto intermitente de la capa de piel a la capa de núcleo en los valles de los pliegues de microtextura. Generalmente, en el contexto de la presente invención, son aceptables las tres formas de contacto piel-a-núcleo. Sin embargo, preferiblemente las capas de piel y núcleo están en contacto sustancialmente continuo a fin de minimizar la posibilidad de desestratificación de la o las capas de piel de la capa de núcleo elástica.

Generalmente, la relación de espesor de la capa de núcleo a la capa de piel será al menos 3, preferiblemente al menos 5, pero menor que 100, y muy preferiblemente de 5 a 75.

La adición de los materiales de la capa de piel, como se describe en las referencias anteriores, tiende por regla general a reforzar adicionalmente la capa de material de película elástica anisótropa en la dirección de la máquina. Asimismo, después del estirado y recuperación en la dirección transversal (CD), el material de la película multicapa exhibe propiedades elásticas CD sustancialmente idénticas a la capa de núcleo de película elástica propiamente dicha. Como tal, la versión CD estirada y recuperada de esta película multicapa exhibe comportamiento elástico anisótropo mejorado. Sin embargo, antes del estirado y la recuperación, la película es generalmente inelástica en ambas dirección MD y CD.

El comportamiento elástico anisótropo en estos estratificados coextruidos que utilizan la o las capas de película anisótropa de la invención puede acentuarse como se describe en la Patente U.S. No. 5.462.708 sometiendo un estratificado uniaxialmente estirado a un tratamiento térmico de desactivación, mientras se encuentra en la dirección estirada. El tratamiento térmico es tal que se deja disipar la fuerza de recuperación elástica del material elástico sin afectar sustancialmente a la orientación de los materiales de piel inelásticos. El material estratificado sometido a tratamiento térmico se estira luego en una segunda dirección transversal y se deja recuperar como se ha descrito arriba. El material resultante es extremadamente fuerte en la dirección de estirado original y elástico en la dirección transversal. La orientación en la dirección de la máquina puede utilizarse también con otras realizaciones, con o sin tratamiento térmico, para proporcionar un comportamiento anisótropo adicional al material de película anisótropo de la invención. Esta orientación en la dirección de la máquina puede llegar hasta la relación de estirado natural de las poliolefinas formadoras de fibras de la porción del material polímero no elastómero. Generalmente, esta puede ser una orientación de hasta seis (6) veces la longitud original de la película, aunque preferiblemente es de 2 a 5 veces la longitud original de la película.

En una realización adicional, puede emplearse una capa de piel extremadamente delgada de tal modo que el material elastómero multicapa exhibe propiedades elásticas sustancialmente completas cuando se estira inicialmente en la dirección CD, en lugar de requerir estirado y recuperación iniciales. El uso de una capa de piel delgada de este tipo, reduce generalmente las posibilidades de que la película anisótropa se bloquee cuando se conforma en un rollo. Sin embargo, generalmente no se requieren estas capas de piel para dicho propósito. Si se utilizan capas de piel, la capa de película elástica puede contener materiales adicionales en la porción elastómera que podrían aumentar en caso contrario la pegajosidad de la capa de película y como tal su tendencia al bloqueo. Tales aditivos podrían incluir copolímeros dibloque, otros elastómeros modificadores de la adherencia tales como poliisoprenos, agentes adherentes, aceites, resinas líquidas o de peso molecular bajo, etcétera. Estos materiales modificadores de la adherencia pueden contribuir a la adhesión de la capa de piel a la capa de núcleo o podrían utilizarse para modificar las propiedades elastómeras, las propiedades de extrusión, o utilizarse como extendedores.

La película elástica anisótropa de la invención puede utilizarse también en gran escala en estratificados con otras capas de película o materiales de banda no tejidos u otras bandas como se conoce en la técnica. Por ejemplo, la película elástica anisótropa puede unirse directamente por extrusión a un material no tejido que es extensible al menos en la dirección transversal o alternativamente unirse de modo continuo o por puntos adhesiva o térmicamente a un material de banda de este tipo. Ejemplos de tales materiales de banda no tejidos extensibles en la dirección transversal incluyen las bandas estrangulables unidas por hilado, sopladas en fusión o unidas por cardado descritas en la Patente U.S. No. 5.514.470. Estas bandas estrangulables no tejidas pueden estirarse en la dirección de la máquina, por ejemplo hasta 150 por ciento de elongación, de tal modo que la banda no tejida se estrangula sustancial y reversiblemente en la dirección transversal, y puede unirse luego a la capa de película elástica mientras se encuentra estrangulada. El estratificado resultante se somete generalmente a tracción en la dirección de la máquina mientras es por lo general extensible elásticamente en la dirección transversal. Alternativamente, una banda o película no tejida podría ondularse en la dirección transversal mediante el uso de rodillos de ondulación y unirse subsiguientemente a la película elástica anisótropa de la invención. Ciertos otros materiales no tejidos tales como algunos materiales no tejidos enlazados por hilado o materiales no tejidos unidos por hilado formados con fibras rizadas o susceptibles de rizo exhiben una tendencia natural a alargarse en la dirección transversal.

Si el material de película anisótropo se aplica en forma de capa directamente por extrusión sobre un material no tejido, el material no tejido se pone en contacto generalmente con la película menos de aproximadamente 2 segundos después que la película se ha extruido de la punta de la hilera a fin de ponerla en contacto con el material no tejido mientras éste se encuentra sustancialmente todavía en un estado reblandecido por calentamiento.

La película elástica anisótropa de la invención, tanto si se encuentra en forma de una película monocapa, de una película multicapa, o de un estratificado, puede utilizarse extensamente en prendas de vestir desechables o de uso limitado y análogas que requieran un material elástico que exhiba generalmente elasticidad en dirección transversal. Por ejemplo, el material puede utilizarse extensamente como una elástica en un pañal desechable tal como una elástica de banda de cintura, paneles elásticos laterales, o porciones de lengüeta elástica o en calzoncillos de entrenamiento desechables que requieren zonas específicas de elasticidad a fin de producir una prenda de vestir adaptable que ajuste bien. Cuando se utiliza, el material de película elástica anisótropa de la invención se desenrollaría generalmente de una bobina y se cortaría en tamaños y formas adecuados para uso a fin de conferir elasticidad a la prenda de vestir desechable. El comportamiento relativamente inelástico de la película anisótropa en la dirección de la máquina permite que la película se manipule y corte más fácilmente en formas específicas en maquinaria convencional de manipulación de películas sin elongación indeseable de la elástica (v.g., causando pérdida de tensión de la película en la línea de fabricación) en la dirección de la máquina. El material de la invención, cuando se corta en formas apropiadas, puede aplicarse de manera convencional como es conocido en la técnica.

Métodos de ensayo Medida de F10 y de la relación F10

Tiras de película elastómera que medían 2,54 cm x 15 cm con un espesor aproximado de 50-100 \mum se cortaron a lo largo tanto de la dirección de la máquina (MD) como de la dirección transversal (CD) de una hoja de película extruida. La fuerza requerida para estirar las muestras 10 por ciento (una fuerza F10) se midió utilizando una configuración de ensayo de tracción estándar como se describe en ASTM D882-95a. El valor obtenido se normalizó dividiéndolo por el espesor de la muestra y multiplicando dicho resultado por 100.

La relación F10 es el número adimensional calculado dividiendo la fuerza F10 requerida para estirar la película elastómera 10 por ciento de su longitud original en la dirección de la máquina por la fuerza F10 en la dirección transversal.

2. Deformación permanente

Muestras de película elastómera se cortaron en tiras que tenían una anchura de 2,54 cm, una longitud de 15 cm, y un espesor de aproximadamente 50-100 \mum.

Las muestras de película se estiraron hasta un porcentaje definido (50 por ciento o 100 por ciento) de su longitud original y se dejaron recuperar luego. La tendencia a la recuperación completa o el mantenimiento parcialmente extendido después del estirado se determinó cuantitativamente por medida de la deformación permanente en porcentaje. El ensayo se realizó utilizando un aparato de ensayos de tracción y una configuración de la muestra de ensayo como se describe en ASTM D882-95a, Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Las películas de muestra elastómera se extendieron hasta un 50 por ciento y 100 por ciento de sus longitudes originales y se dejaron relajar luego; se midió inmediatamente la longitud de cada muestra para determinar los ensayos de deformación permanente, promediándose luego los resultados.

La diferencia en longitud antes y después de la extensión se dividió por la longitud original y se expresó en forma de porcentaje como la deformación permanente.

Materiales Polímeros de fase continua

B1: Polietileno, densidad 0,863, disponible como ENGAGE 8180 de Dow DuPont Elastomers SA, Ginebra, Suiza.

B2: Polietileno, densidad 0,868, disponible como ENGAGE 8150.

B3: Polietileno, densidad 0,870, disponible como ENGAGE 8100.

B4: Polietileno, densidad 0,88, disponible como ENGAGE 8003.

B5: Polietileno, densidad 0,908, disponible como ENGAGE 8480.

B6: Polietileno, disponible como Finathene LB520-0 con una densidad de 0,922, de Fina Chemicals, Bruselas, Bélgica.

Materiales de fase incompatible formadores de fibras

F21: Poliestireno, disponible como Polystyrol 144 CKG-2 de BASF - Ludwigshafen.

F22: Polyamide PA12, disponible como GrylamidL20 Natur, de EMS Chemie AG Domat, Suiza.

F23: Poli(tereftalato de butileno), disponible como POCAN B-1300 de Bayer, Leverkusen, Alemania.

F24: Poli(tereftalato de butileno), disponible como POCAN B-1501 de Bayer, Leverkusen, Alemania.

Materiales compatibles no formadores de fibras

C25: Polipropileno, disponible como Finapro PPH 7060S de Fina Chemicals, Bruselas, Bélgica.

Aditivos/Otros

A51: Mezcla madre de CaCO_{3} disponible como Omyalene G 200 de OMYA GmbH, Colonia, Alemania.

Ejemplo 1

Se preparó una película elastómera por extrusión utilizando un extrusor de un solo tornillo que tenía un diámetro de tornillo de 45 mm y una relación longitud/diámetro de 30:1, disponible comercialmente de Plastikmaschinenbau, Kehlberg, Alemania. El barril se calentó en 5 zonas a temperaturas de 210, 220, 230, 235 y 240ºC, respectivamente, y la temperatura en la hilera tenía una temperatura de 220ºC.

Pelets de polietileno que tenían una densidad de 0,863 g/cm^{3}(70 partes, disponibles como ENGAGE 8180 de Dow DuPont Elastomers, designado como B1), pelets de poliestireno (25 partes, disponibles como Polystyrol 144 CKG-2 de BASF, designado como F21), y mezcla madre de CaCO_{3} disponible como Omyalene G 200 de OMYA se alimentaron por gravedad al extrusor. La salida del extrusor se equipó con una hilera de 400 mm de anchura de rendija que tenía una abertura de 200 \mu.

La película se formó por colada sobre un rodillo de acero inoxidable con acabado mate, que se enfrió a aproximadamente 20ºC con agua fría. La película final se bobinó en un rodillo a una velocidad de aproximadamente 8 m/min y se almacenó en forma de bobina a aproximadamente 22ºC, y tenía un espesor de aproximadamente 100 \mum.

Ejemplo comparativo 1

Se repitió el Ejemplo 1 con la excepción de que el polietileno del Ejemplo 1 que tenía una densidad de 0,868 (70 partes de ENGAGE 8150 de Dow DuPont, designado como B1) se mezcló con polipropileno (25 partes de Finapro PPH 7060S, de Fina Chemicals, Bruselas, Bélgica) y la mezcla madre de CaCO_{3} (5 partes de Omyalene G 200 de OMYA, Colonia, Alemania).

La composición química y las propiedades de la película se resumen en la Tabla 1.

Ejemplo comparativo 2

Se preparó una película extruida por el método descrito en el Ejemplo 1 utilizando un polietileno convencional que tenía una densidad de 0,922 (80 partes de Finathene LB520-0 de Fina Chemicals, Bruselas, Bélgica) mezclado con poliestireno (20 partes de Polystyrol 144 CKG-2 de BASF, Ludwigshafen, Alemania).

1

Ejemplos 2-8

Se repitió el Ejemplo 1 con la excepción de que se varió la relación de polietileno a poliestireno. Los resultados muestran que para niveles altos de poliestireno, las películas pierden el comportamiento elástico deseable en la dirección transversal de la banda como se refleja en valores incrementados de la deformación CD permanente.

La composición química y las propiedades de las películas se resumen en la Tabla 2.

2

Ejemplo 9-17

Los Ejemplos 9-17 se prepararon por el proceso descrito en el Ejemplo 1 utilizando polietileno que tenía un intervalo de densidades (mayores que en el Ejemplo 1) en combinación con poliestireno. Se mezclaron polietilenos con densidades diferentes para alcanzar densidades diferentes.

La composición química de los Ejemplos 9-17 se resume en la Tabla 3. Las propiedades físicas se resumen en la Tabla 4.

3

4

Ejemplo 18

Se preparó una película por el método descrito en el Ejemplo 1 mezclando polietileno que tenía una densidad de 0,870 (80 partes, disponible como ENGAGE 8100 de Dow DuPont Elastomers SA, CH-Ginebra, designado como B3) con una poliamida PA12 (20 partes, disponible como Grilamid L20 Natur de EMS Chemie AG CH-Domat, designado como F22).

La composición química de la película del Ejemplo 18 y sus propiedades físicas se resumen en las Tablas 5 y 6, respectivamente.

Ejemplo 19

Se preparó una película por el método del Ejemplo 1 mezclando polietileno que tenía una densidad de 0,863 (80 partes, disponible como ENGAGE 8180 de Dow Dupont Elastomers SA CH, Ginebra, designado como B1) con poli(tereftalato de butileno) (15 partes, disponible como POCAN B1300(TM) de Bayer, Leverkusen, Alemania, designado como F23) y mezcla madre de CaCO_{3} (5 partes de Omyalene G 200 de OMYA, Colonia, Alemania, designada como A51).

La composición química de la película del Ejemplo 19 y sus propiedades físicas se resumen en las Tablas 5 y 6, respectivamente.

Ejemplo 20

Se preparó una película por el método del Ejemplo 1 mezclando polietileno que tenía una densidad de 0,863 (80 partes, disponible como ENGAGE 8180 de Dow Dupont Elastomers SA CH, Ginebra, designado como B1) con poli(tereftalato de butileno) (15 partes, disponible como POCAN B1501(TM) de Bayer, Leverkusen, Alemania, designado como F24) y la mezcla madre de CaCO_{3} (5 partes de Omyalene G 200 de OMYA, Colonia, Alemania, designada como A51).

La composición química de la película del Ejemplo 20 y sus propiedades físicas se resumen en las Tablas 5 y 6, respectivamente.

TABLA 5 Los Ejemplos 19 y 20 contienen 5% de mezcla madre A51 de CaCO_{3}

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TABLA 6 Los Ejemplos 19 y 20 contienen 5% de mezcla madre A51 de CaCO_{3}

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Ejemplo 21

Se alimentaron por gravedad al extrusor pelets de polietileno que tenían una densidad de 0,868 g/cm^{3} (70 partes, disponible como ENGAGE 8150 de Dow DuPont Elastomers, designado como B2) y pelets de poliestireno (25 partes, disponibles como Polystyrol 144 CKG-2 de BASF, designado como F21) y la mezcla madre de CaCO_{3} disponible como Omylane G 200 de OMYA.

Se repitió el Ejemplo 21 con la excepción de que la película extruida se orientó en la dirección longitudinal por el proceso siguiente. La película se calentó primeramente sobre un rodillo con 65º y después de ello la película reblandecida se estiró entre dos estrechamientos, donde el segundo estrechamiento se movía a una velocidad mayor que el primer estrechamiento. La película se estiró desde 115 micrómetros a 86 micrómetros y se dejó enfriar luego. La película se bobinó después sobre sí misma y se guardó a aprox. 22ºC.

Se midieron las propiedades de la película orientada y se compararon con la película del mismo material sin orientar. Los resultados muestran que la orientación aumentaba la resistencia de la película en la dirección de la máquina (MD). Esto se expresa por la fuerza en el límite elástico normalizada a 100 \mu.

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Claims

1. Una película anisótropa que comprende:

una fase elástica continua que comprende un elastómero poliolefínico en la cual el elastómero poliolefínico tiene una densidad inferior a aproximadamente 0,92 g/cm^{3}; y

una fase discontinua orientada dentro de la fase continua de tal modo que la película exhibe propiedades elásticas anisótropas.

2. La película de la reivindicación 1, en la cual el elastómero poliolefínico comprende polietileno.

3. La película de la reivindicación 2, en la cual el elastómero poliolefínico comprende un polímero derivado de unidades monómeras constituidas por polietileno y uno o más comonómeros.

4. La película de la reivindicación 3, en la cual el comonómero comprende una alfa-olefina C_{2}-C_{20}.

5. La película de la reivindicación 4, en la cual la alfa-olefina se selecciona del grupo constituido por propileno, isobutileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno, 2-norborneno, y mezclas de los mismos.

6. La película de la reivindicación 1, en la cual el elastómero poliolefínico tiene un valor de deformación permanente del cincuenta por ciento menor que aproximadamente 35 por ciento.

7. La película de la reivindicación 6, en la cual el elastómero poliolefínico tiene una deformación permanente menor que aproximadamente 25 por ciento.

8. La película de la reivindicación 7, en la cual el elastómero poliolefínico tiene una densidad inferior a aproximadamente 0,90 g/cm^{3}.

9. La película de la reivindicación 1, en la cual la fase discontinua comprende regímenes fibrosos dentro de la fase continua.

10. La película de la reivindicación 1, en la cual los regímenes fibrosos están orientados en una dirección sustancialmente paralela.

11. La película de la reivindicación 10, en la cual las fibras discontinuas están constituidas por materiales seleccionados del grupo constituido por un poliestireno, una poliamida, un poliéster, y mezclas de los mismos.

12. La película de la reivindicación 1, en la cual la película comprende desde aproximadamente 1 a 40 partes en peso de fase discontinua basadas en 100 partes en peso de película.

13. La película de la reivindicación 12, en cual la película comprende desde aproximadamente 20 a 30 partes en peso de fase discontinua basada en 100 partes en peso de película.

14. La película de la reivindicación 1, en la cual la película tiene un valor de deformación permanente en dirección transversal del 50 por ciento menor que 20 por ciento.

15. La película de la reivindicación 1, en la cual la película tiene un límite elástico en una dirección de la máquina de al menos 5 N.

16. La película de la reivindicación 1, en la cual la película tiene un límite elástico en una dirección de la máquina comprendido en el intervalo de aproximadamente 5 a 15 por ciento de elongación.

17. La película de la reivindicación 1, en la cual la película tiene una fuerza F10 en una dirección de la máquina de al menos aproximadamente 6 N.

18. La película de la reivindicación 1, en la cual la película tiene una relación F10 de al menos aproximadamente 1,5.

19. Un estratificado de película elástica anisótropa que comprende:

una capa anisótropa que comprende una película anisótropa de acuerdo con la reivindicación 1, y

una capa de estratificado estratificada a la capa anisótropa.

20. Una prenda de vestir de uso personal que comprende una película anisótropa de acuerdo con la

\hbox{reivindicación 1.}