DE10197110B3

DE10197110B3 - Atmungsaktive, biologisch abbaubare/kompostierbare Laminate und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10197110B3
Application number: DE10197110T
Authority: DE
Inventors: Fu-Jya Daniel Tsai; Bridget A. Balogh
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: GB0314983D0; US6838403B2; KR20040037022A; KR100847932B1; GB2386342A; WO2002053376A3; MXPA03005863A; GB2386342B; US20020123290A1; BR0115826A; DE10197110T1; WO2002053376A2; MX252144B; AU2002228920A1

Abstract

Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das umfasst: a) ein biologisch abbaubares Vliesstoff-Material, und b) einen gefüllten (Füllstoff enthaltenden), biologisch abbaubaren Film, wobei der Füllstoff Calciumcarbonat umfasst, die Füllstoff-Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 8 μm aufweisen, und der Füllstoff 30 bis 60 Gew.-% des gefüllten, biologisch abbaubaren Films ausmacht, wobei das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material und der gefüllte (Füllstoff enthaltende), biologisch abbaubare Film aufeinander laminiert sind und der gefüllte (Füllstoff enthaltende), biologisch abbaubare Film vor dem Laminieren auf das biologisch abbaubare Vliesstoff Material um 100 bis 500% seiner ursprünglichen Länge verstreckt wurde.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf atmungsaktive, biologisch abbaubare/kompostierbare Laminate für Körperpflegeprodukte. Die Laminate können aus Polymermischungen hergestellt werden. Die biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminate können in einem absorptionsfähigen wegwerfbaren (Einweg)-Produkt verwendet werden, das für die Absorption von Flüssigkeiten, wie z. B. Körperflüssigkeiten, bestimmt ist.
Hintergrund der Erfindung
Die Entwicklung von umweltfreundlichen Körperpflegeprodukten ist in der heutigen Gesellschaft sehr wichtig. Umweltfreundliche Körperpflegeprodukte sind nicht nur erwünscht, um den Bedürfnissen von umweltbewussten Verbrauchern Rechnung zu tragen, sie werden in Zukunft auch durch das Gesetz vorgeschrieben werden. Die derzeitigen Körperpflegeprodukte werden aus einer Kombination von Zellstoff (Pulpe), superabsorptionsfähigen Materialien, Elastomeren, Filmen, Klebstoffen und Vliesstoff(Nonwoven)-Komponenten hergestellt. Die Filme und Vliesstoffe bestehen hauptsächlich aus Polyolefinen, beispielsweise Polypropylen und Polyethylen. Nach dem Gebrauch werden die Produkte auf Mülldeponien abgelagert, wo sie im Laufe der Zeit kaum merklich abgebaut werden. Obgleich dieser Typ der Beseitigung in einer Mülldeponie derzeit akzeptabel ist, ist es wahrscheinlich, dass der für eine Mülldeponie zur Verfügung stehende Raum in der Zukunft kleiner wird und Vorschriften erlassen werden, welche die Menge der Produkte beschränken werden, die auf diese Weise beseitigt werden dürfen. In Europa und Asien, wo dieser Raum wesentlich beschränkter ist als in den USA, werden derartige Vorschriften bereits entwickelt. Im Hinblick darauf ist es wichtig, Körperpflegeprodukte zu entwickeln, die nach dem Gebrauch abgebaut werden.
Absorptionsfähige wegwerfbare (Einweg-)Produkte werden derzeit in großem Umfang auf vielen Anwendungsgebieten verwendet. Beispielsweise haben in den Bereichen Säuglings- und Kinderpflege Windeln und Trainingshosen allgemein wiederverwendbare absorptionsfähige Kleidungsstücke ersetzt. Zu anderen typischen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten gehören Frauen-Pflegeprodukte, wie Damenbinden oder Tampons, Erwachsenen-Inkontinenzprodukte und Gesundheitspflegeprodukte, wie z. B. chirurgische Tücher oder Wundverbände. Ein typisches wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt umfasst im allgemeinen eine Verbund-Struktur, die eine für Flüssigkeit durchlässige Deckseitenlage, eine die Flüssigkeit aufnehmende Schicht, eine absorptionsfähige Struktur und eine für Flüssigkeit undurchlässige Rückseitenlage umfasst. Diese Produkte weisen in der Regel einen bestimmten Typ eines Befestigungssystems auf, um das Produkt an den Träger anzubringen.
Wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind in der Regel während ihres Gebrauchs einem oder mehreren Flüssigkeits-Insults(-Angriffen), wie z. B. durch Wasser, Urin, Monatsblutung oder Blut, ausgesetzt. Die äußeren Überzugsmaterialien der wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte sind als solche in der Regel hergestellt aus in Flüssigkeit unlöslichen und für Flüssigkeit undurchlässigen Materialien, wie z. B. Polypropylenfilmen, die eine ausreichende Festigkeit und Handhabbarkeit aufweisen, sodass das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt während des Gebrauchs durch einen Träger seine Integrität behält und ein Austreten der in das Produkt eingeströmten Flüssigkeit nicht erlaubt.
Obgleich die derzeitigen wegwerfbaren Babywindeln und anderen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte in der Öffentlichkeit allgemein akzeptiert sind, müssen diese Produkte noch auf spezifischen Gebieten verbessert werden. So ist beispielsweise die Beseitigung vieler wegwerfbarer absorptionsfähiger Produkte schwierig. Versuche, viele wegwerfbare absorptionsfähige Produkte in der Toilette in ein Abwasser-System hinunterzuspülen, führen in der Regel zu einer Verstopfung der Toilette oder der Rohrleitungen, welche die Toilette mit dem Abwasser-System verbinden. Insbesondere die äußeren Überzugsmaterialien, die in der Regel in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet werden, zerfallen im allgemeinen nicht oder werden nicht dispergiert, wenn sie in einer Toilette hinuntergespült werden, sodass dieses wegwerfbare absorptionsfähige Produkt auf diese Weise nicht beseitigt werden kann. Wenn die äußeren Überzugs- bzw. Abdeckmaterialien sehr dünn gemacht werden, um die Gesamtmasse des wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkts zu verringern, um so die Wahrscheinlichkeit der Verstopfung einer Toilette oder einer Abwasser-Rohrleitung zu verringern, weist das äußere Überzugs- bzw. Abdeckmaterial in der Regel keine ausreichende Festigkeit mehr auf, um ein Zerreißen oder Aufreißen zu verhindern, wenn das äußere Überzugsmaterial den Belastungen beim normalen Gebrauch durch einen Träger ausgesetzt ist.
Darüber hinaus ist die Beseitigung von festen Abfallstoffen weltweit ein immer größeres Problem. Da die Mülldeponien sich weiter füllen, besteht ein steigender Bedarf für eine Material-Reduktion in wegwerfbaren Produkten, für die Einarbeitung von mehr recyclisierbaren und/oder abbaubaren Komponenten in wegwerfbare Produkte und für die Entwicklung von Produkten, die auf andere Weise als durch Ablagerung auf Beseitigungseinrichtungen für feste Abfallstoffe, wie z. B. Deponien, beseitigt werden können.
Es besteht daher eine Nachfrage nach neuen Materialien, die in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet werden können, die im allgemeinen ihre Integrität und Festigkeit während des Gebrauchs behalten, deren Materialien jedoch nach dem Gebrauch wirksamer beseitigt werden können. So kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt beispielsweise leicht und wirksam durch Kompostierung beseitigt werden. Alternativ kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt leicht und wirksam in einem flüssigen Abwasser-System beseitigt werden, in dem das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt abgebaut werden kann.
Obgleich abbaubare Monokomponenten-Fasern bekannt sind, sind bei ihrer Verwendung Probleme aufgetreten. Insbesondere weisen die bekannten abbaubaren Fasern in der Regel keine gute thermische Dimensionsbeständigkeit auf, sodass die Fasern in der Regel einer starken Wärmeschrumpfung unterliegen als Folge der Polymerketten-Relaxation während der stromabwärts durchgeführten Wärmebehandlungsprozesse, wie z. B. einer thermischen Bindung oder Laminierung.
Im Gegensatz dazu weisen Polyolefin-Materialien, wie z. B. Polypropylen, in der Regel eine gute thermische Dimensionsbeständigkeit auf, bei ihrer Verwendung treten jedoch ebenfalls Probleme auf. Insbesondere sind Polyolefin-Fasern in der Regel hydrophob und weisen als solche eine geringe Benetzbarkeit auf, wodurch ihre Verwendung in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten eingeschränkt ist, die für die Absorption von Flüssigkeiten, wie z. B. Körperflüssigkeiten, bestimmt sind. Zwar können zur Verbesserung der Benetzbarkeit von Polyolefin-Fasern Tenside verwendet werden, die Verwendung dieser Tenside bringt jedoch zusätzliche Probleme mit sich, wie z. B. höhere Kosten, höhere Flüchtigkeit oder geringere Haltbarkeit und höhere Toxizität. Außerdem sind Polyolefin-Fasern im allgemeinen nicht biologisch abbaubar oder kompostierbar.
Auch die Atmungsaktivität ist ein wichtiger Aspekt für Körperpflegeartikel. Die Atmungsaktivität bietet beispielsweise in einer Windel signifikante Vorteile für die Gesundheit der Haut beim Kleinkind, das die Windel trägt. Feuchtigkeitsdämpfe können die äußere Abdeckung passieren, sodass die Haut des Kleinkinds trockener zurückbleibt und weniger anfällig für Windelausschlag ist.
Aus der WO 97/29909 ist ein gewebeartiges, mikroporöses Laminat aus einer faserigen Vliesbahn und einem thermoplastischen Film bekannt, welches durch Laminieren einer mikroporös-bildbaren Zusammensetzung und einer faserigen Vliesbahn gefolgt von stufenweisem Strecken hergestellt wurde, um ein gewebeartiges, mikroporöses Laminat zu bilden. Das gewebeartige, mikroporöse Laminat ist luft- und feuchtigkeitsdurchlässig, bildet jedoch eine Barriere für den Durchgang von Flüssigkeiten. Die gewebeartigen, mikroporösen Laminate sind besonders geeignet für die Herstellung von Kleidungsstücken, um diesen durch Luft- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit bei gleichzeitiger Flüssigkeitsundurchlässigkeit Atmungsaktivität zu verleihen. Solche Kleidungsstücke schließen Babywindeln, Übungshöschen für Babys, Damenhygieneeinlagen und -kleidungsstücke und ähnliches mit ein, bei welchen Feuchtigkeitsdampf- und Luftdurchlässigkeitseigenschaften ebenso wie Flüssigkeitsbarriereeigenschaften benötigt werden.
Die WO 02/42365 beschreibt biologisch abbaubare Filme, die für Feuchtigkeitsdampf und Luft durchlässig sind, jedoch für Flüssigkeit als Barriere wirken. Die biologisch abbaubaren Filme werden durch ein Hochgeschwindigkeitsverfahren hergestellt. Die Filme haben Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitsraten (MVTR) in der Größenordnung von etwa 1000 bis etwa 4500 g/m²/Tag nach ASTM E96E und eine Luftatmungsaktivität von etwa 30 bis etwa 2000 cm³/cm²/min bei 90 psi Luftdruck.
Es wäre daher wünschenswert, atmungsaktive, biologisch abbaubare/kompostierbare Laminate für Körperpflegeprodukte herzustellen. Die biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminate könnten in einem wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkt verwendet werden, das für die Absorption von Flüssigkeiten, wie z. B. Körperflüssigkeiten, bestimmt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das im Wesentlichen biologisch abbaubar ist und dennoch leicht hergestellt und leicht zu den gewünschten Endstrukturen verarbeitet werden kann. Ein Material wird als biologisch abbaubar/kompostierbar angesehen, wenn es unter der Einwirkung von in der Natur vorkommenden Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien, Fungi oder Algen, abgebaut wird. Die biologisch abbaubare Kompostierbarkeit kann bestimmt werden unter Verwendung einer Vielzahl von unterschiedlichen Testverfahren. Ein solches Testverfahren ist das ASTM-Testverfahren 5338.92.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das ein atiphatisches Polyesterpolymer und ein Füllstoffmaterial enthält.
Eine Ausführungsform eines solchen aliphatischen Polyesterpolymers umfasst Polybutylensuccinat (PBS), während andere Ausführungsformen umfassen Polybutylen-succinatadipat-Copolymere (PBSA).
Die erfindungsgemäßen Laminatmaterialien werden zweckmäßig als äußere Abdeckung (äußerer Überzug) für ein Körperpflegeprodukt verwendet. Die Laminate sind so aufgebaut, dass sie überwiegend (d. h. ≥ 50 Gew.-%) biologisch abbaubare Materialien enthalten. Außerdem sind diese Materialien hoch atmungsaktiv, was die Materialien für den Träger des Laminats komfortabler macht. Schließlich sind die Laminate verhältnismäßig einfach herzustellen, da sie aus zwei Schichten bestehen, einem ersten, biologisch abbaubaren Vliesstoff(Nonwoven)-Material und einem zweiten biologisch abbaubaren Film, der ein Füllstoffmaterial enthält.
Da diese Laminate einfache Zwei-Schichten-Strukturen darstellen, können sie nach einer Vielzahl von Verfahren, beispielsweise durch thermische Bindung, Klebstoff-Bindung oder Extrusionslaminierung, hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Laminatmaterialien sind verwendbar in einer großen Vielzahl von Körperpflegeartikeln, wie z. B. unter anderem in Windeln, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten, Trainingshosen und Frauen-Pflegeprodukten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das umfasst:

a) ein biologisch abbaubares Vliesstoff-Material, und
b) einen gefüllten (Füllstoff enthaltenden), biologisch abbaubaren Film, wobei der Füllstoff Calciumcarbonat umfasst, die Füllstoff-Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 8 μm aufweisen, und der Füllstoff 30 bis 60 Gew.-% des gefüllten, biologisch abbaubaren Films ausmacht,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das im Wesentlichen biologisch abbaubar ist und dennoch leicht hergestellt werden kann und zu den gewünschten Endstrukturen leicht verarbeitet werden kann. Die Laminate können aus einer Vielzahl von biologisch abbaubaren Polymeren, organischen und anorganischen Füllstoffen und nach einer Reihe von Film- oder Laminatbildungs-Verfahren hergestellt werden. Diese Laminate ergeben einen Film, der für den Träger komfortabel ist, sich aber dennoch biologisch abbauen oder kompostieren lässt, wodurch die Beseitigung der Endstruktur, beispielsweise eines Körperpflegeartikels, erleichtert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven, biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminatmaterials, das im Wesentlichen biologisch abbaubar ist. Die Verfahren umfassen das Aufeinanderlaminieren von zwei Schichten zur Bildung des erfindungsgemäßen Laminatmaterials. Die beiden Schichten enthalten ein biologisch abbaubares Vliesstoff(Nonwoven)-Material und einen Füllstoff-haltigen, biologisch abbaubaren Film und sie können unter Anwendung verschiedener Laminier-Verfahren aufeinanderlaminiert werden.
Erfindungsgemäß wird ein Laminatmaterial zur Verfügung gestellt, das eine Zwei-Schichten-Struktur aufweist, wobei eine Schicht aus einem biologisch abbaubaren Vliesstoff(Nonwoven)-Material besteht und das andere Material ein Füllstoff enthaltender (”gefüllter”) biologisch abbaubarer Film ist. Der biologisch abbaubare Film ist gefüllt mit einem Material, nämlich Calcium carbonat, das dem Film und damit dem Laminat insgesamt Atmungsaktivität verleiht. Das Gesamtlaminat ist somit hoch atmungsaktiv. Da das Laminat zwei biologisch abbaubare Materialien enthält, ist das Laminat außerdem im Wesentlichen biologisch abbaubar. Das Laminat ergibt als solches ein umweltfreundliches Produkt, das ebenso leistungsfähig oder sogar leistungsfähiger ist als andere konventionelle Produkte.
Das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material und der gefüllte biologisch abbaubare Film werden so ausgewählt, dass das resultierende biologisch abbaubare/kompostierbare Laminatmaterial zu mehr als 50 Gew.-% aus biologisch abbaubaren Polymeren besteht. Das resultierende Laminat ist somit als solches biologisch abbaubar.
Das erfindungsgemäße Laminatmaterial umfasst eine erste Schicht, d. h. ein biologisch abbaubares Vliesstoff-Material.
Das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material besteht vorzugsweise überwiegend aus biologisch abbaubaren Polymeren. Die biologisch abbaubaren Polymeren können ausgewählt sein aus einer Vielzahl von biologisch abbaubaren Polymeren organischer und anorganischer Natur, und sie können umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, aliphatische Polyester; Polylactide (PLA); Polyhydroxybutyrat-co-valerate (PHB-PHV); Polycaprolactone (PCL); sulfonierte Polyethylenterephthalate; Mischungen und Gemische davon. Zweckmäßig wird erfindungsgemäß ein aliphatisches Polyesterpolymer verwendet, das umfasst, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Poly(milchsäure), Polybutylensuccinat und Polybutylensuccinat-co-adipat. Besonders zweckmäßig wird erfindungsgemäß Polybutylensuccinat als eines der biologisch abbaubaren Polymeren in dem biologisch abbaubaren Vliesstoff-Material verwendet.
In dem biologisch abbaubaren Vliesstoff-Material wird das biologisch abbaubare Polymer verwendet durch Bildung von Fasern aus dem biologisch abbaubaren Polymer oder Polymeren und anschließende Herstellung eines Vliesstoff-Materials aus diesen Fasern. Das biologisch abbaubare Polymer wird als solches so ausgewählt, dass es einen geeigneten Viskositätsbereich für die Faserverarbeitung aufweist. Dieser Viskositätsbereich variiert für jedes biologisch abbaubare Polymer, das in dem biologisch abbaubaren Vliesstoff Material verwendet wird.
Wenn einmal die Fasern gebildet worden sind, können sie unter Anwendung eines Vliesstoff-Verfahrens, wie z. B., ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, eines Spunbond-Verfahrens, eines Meltblown-Verfahrens, eines Airlaid-Verfahrens oder von Kombinationen davon, zu dem biologisch abbaubaren Vliesstoff-Material verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Laminatmaterial enthält auch eine zweite Schicht, bei der es sich um einen gefüllten (Füllstoff enthaltenden) biologisch abbaubaren Film handelt. Wie der biologisch abbaubare Vliesstoff enthält der biologisch abbaubare Film ein biologisch abbaubares Polymer, das aus einer Vielzahl von biologisch abbaubaren Polymeren organischer und anorganischer Natur hergestellt sein kann. Diese Polymeren können solche enthalten, wie sie oben angegeben sind, die in dem biologisch abbaubaren Vliesstoff-Material verwendet werden.
Der gefüllte biologisch abbaubare Film enthält auch ein Füllstoffmaterial. Geeignete Füllstoffmaterialien liegen in Form von einzelnen diskreten Teilchen vor.
Erfindungsgemäß ist der Füllstoff Calciumcarbonat.
Das Füllstoffmaterial wird in das biologisch abbaubare Polymer-Basisharz eingemischt, um eine mikroporöse Struktur in dem Film zu erzeugen. Diese mikroporöse Struktur verleiht dem gefüllten biologisch abbaubaren Film Atmungsaktivität. Diese Atmungsaktivität kann verbessert werden durch Verstrecken des Films, nachdem der Füllstoff zugesetzt worden ist, um die Poren zu vergrößern.
Um eine mikroporöse Struktur zu erzielen, sind die Füllstoffmaterialien Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 1 bis etwa 8 μm und am zweckmäßigsten haben sie eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 1 μm.
Die Füllstoffe können unbeschichtet oder mit einem Material beschichtet sein, um die Verarbeitung zu erleichtern. Zu diesen Materialien gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Stearinsäure, Behensäure oder irgendein anderes Verarbeitungshilfsmittel. Außerdem können weitere Zusätze eingearbeitet werden, wie z. B. Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Rheologie-Modifizierungsmittel, Antioxidantien, UV-Licht-Stabilisatoren, Pigmente, Färbemittel, Gleit-Zusätze, Antiblockierungsmittel und dgl., die vor oder nach dem Mischen mit dem Füllstoff zugegeben werden können.
Zweckmäßig enthält der gefüllte biologisch abbaubare Film etwa 30 bis etwa 100 Gew.-% biologisch abbaubare Polymere; etwa 70 bis etwa 10 Gew.-% orFüllstoff und etwa 0 bis etwa 25 Gew.-% ein oder mehrerer weiterer Zusätze.
Die gefüllten biologisch abbaubaren Filme können hergestellt werden durch Compoundieren (Vermischen) des Füllstoffs mit biologisch abbaubaren Polymeren unter Anwendung eines Extrusionsverfahrens und anschließende Umwandlung dieser Verbindungen (Gemische) in Filme. Der Film kann unter Anwendung eines Blasgießverfahrens, eines Blasfilmbildungsverfahrens oder eines anderen Verfahrens hergestellt werden. Gegossene Filme sind jedoch im allgemeinen erwünscht. Diese Film können geprägt oder nicht geprägt sein. Die Filme können einschichtig sein oder sie können coextrudierte Filme umfassen, so lange jede Schicht des coextrudierten Films aus den oben angegebenen Materialien besteht.
Wenn sie einmal gebildet sind, weisen diese gefüllten biologisch abbaubaren Filme eine mikroporöse Struktur auf, die Wasserdampf durch den Film passieren lässt, wodurch die Atmungsaktivität des Films, verglichen mit einem nicht-gefüllten (keinen Füllstoff enthaltenden) Film, verbessert wird. Diese gefüllten, biologisch abbaubaren Filme werden auch verstreckt, um die Atmungsaktivität des Films zu verbessern. Wenn sie verstreckt werden, bewegen sich die biologisch abbaubaren Polymer-Anteile des Films langsam weg von den Füllstoffmaterialien, sodass die Mikroporen, die durch die Füllstoffmaterialien hervorgerufen werden, größer werden, wodurch die Menge des Wasserdampfs, die den Film passieren kann, erhöht wird und wodurch daher die Atmungsaktivität verbessert wird.
Durch Verstrecken ist es möglich, den gefüllten, biologisch abbaubaren Filmen die gewünschte Atmungsaktivität, Dispergierbarkeit in Wasser und/oder Dicke zu verleihen. Die gefüllten, biologisch abbaubaren Filme können einer ausgewählten Vielzahl von Verstrecksungs-Operationen unterzogen werden, beispielsweise einer uniaxialen Verstreckung oder einer biaxialen Verstreckung. Die Verstreckungs-Operationen können einen porösen Film mit einer ausgeprägt porösen Morphologie ergeben, sie können den Wasserdampf-Transport durch den Film erhöhen und sie können den Zutritt von Wasser verbessern und die Abbaubarkeit des Films erhöhen. Der Film wird um etwa 100 bis etwa 500% seiner ursprünglichen Länge verstreckt. Besonders bevorzugt wird der Film verstreckt um etwa 100 bis etwa 300% seiner ursprünglichen Länge.
Die Schlüssel-Parameter während der Verstreckungs-Operationen sind z. B. das Verstreckungsziehverhältnis, die Verstreckungsdehnungsrate und die Verstreckungstemperatur. Während des Verstreckungsvorgangs kann der mit einem Füllstoff gefüllte Film gegebenenfalls erhitzt werden, um den gewünschten Verstreckungsgrad zu erzielen.
Eine Verstreckung kann durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Verstreckungsverfahren erzielt werden, das erwünschte Verfahren ist jedoch ein solches, in dem die Filme nur in der Maschinenlaufrichtung ausgerichtet (orientiert) werden. Zweckmäßig wird eine Einrichtung zum Ausrichten in der Maschinenlaufrichtung (MDO) verwendet. Die MDO umfasst acht Walzen, von denen jede erhitzt werden kann und die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden können. Es gibt sieben potentielle Verstreckungs-Bereiche, jeweils einer zwischen den Walzensätzen. Die Anlagen-Geschwindigkeit, die Verstreckungsverhältnisse zwischen den Walzen und die Walzen-Temperatur können einzeln eingestellt werden, um die Porenstruktur und die resultierenden Eigenschaften der Filme zu manipulieren.
Die zur Bestimmung des Verstreckungsgrades angewendeten Faktoren können umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, die Menge des verwendeten Füllstoffs, die gewünschte Wasserdampf-Transmissionsrate für den Film und die gewünschte Dicke des Endfilms. Durch Verwendung eines Füllstoffs und durch Anwendung einer Verstreckung ist es möglich, gefüllte, biologisch abbaubare Film mit einer Wasserdampf-Durchlässigkeitsrate von mindestens etwa 3000 g/m²/24 h herzustellen.
Während der Verstreckung kann die Filmprobe gegebenenfalls erhitzt werden. Im allgemeinen sollte die Verstreckung bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des biologisch abbaubaren Polymers durchgeführt werden. Durch eine übermäßig hohe Temperatur kann die Bildung der gewünschten Mikroporen verringert werden. Die Verstreckung bei einer niedrigeren Temperatur kann eine wirksamere Auflösung der Bindung der Füllstoff-Teilchen während der Verstreckung und ein Wachsen der Mikroporen fördern.
Nachdem das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material und der gefüllte, biologisch abbaubare Film ausgewählt und geformt worden sind, können sie anschließend aufeinanderlaminiert werden zur Bildung der erfindungsgemäßen Laminate. Die Laminate können hergestellt werden unter Anwendung einer Vielzahl von Lamier-Verfahren, wie z. B., ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, eines thermischen Bindeverfahrens, eines Klebstoff-Laminierverfahrens oder eines Extrusions-Laminierverfahrens. Wenn ein Klebstoff-Laminierverfahren ausgewählt wird, dann ist der verwendete gewünschte Klebstoff ein biologisch abbaubarer Klebstoff.
Das Lamierverfahren wird so ausgewählt, dass die gewünschten Bindungserfordernisse erreicht werden. Zweckmäßig wird das Laminieren durchgeführt unter Anwendung eines thermischen Bindungsverfahrens. In einem solchen Verfahren werden das biologisch abbaubare Vliesstoff Material und der gefüllte, biologisch abbaubare Film durch einen unter Druck stehenden Spalt zwischen zwei erhitzen Kalanderwalzen hindurchgeführt. Es können unterschiedliche thermische Bindungs-Konfigurationen angewendet werden, so lange die gewünschte Abziehfestigkeit, die gewünschte hydrostatische Druckbeständigkeit, Atmungsaktivität und die gewünschten Kriterien in bezug auf das Aussehen erfüllt sind. Im allgemeinen sind diese Kriterien folgende: die Abziehfestigkeit beträgt zweckmäßig nicht weniger als etwa 35 g, bezogen auf das STP 571 W-Testverfahren. Der hydrostatische Druck beträgt zweckmäßig nicht weniger als etwa 60 mPa, bezogen auf das RTM-4507-Testverfahren. Die Atmungsaktivität, berechnet als WVTR, beträgt zweckmäßig nicht weniger als etwa 1000 g/m²/24 h, besonders zweckmäßig nicht weniger als etwa 2000 g/m²/24 h und am zweckmäßigsten nicht weniger als etwa 3000 g/m²/24 h. Bezüglich des Aussehens ist es erwünscht, dass keine sichtbaren Löcher oder Falten vorliegen. Die erfindungsgemäßen atmungsaktiven, biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminatmaterialien können für eine Vielzahl von unterschiedlichen Zwecken verwendet werden. Zweckmäßig werden die Filme in Körperpflegeprodukten, beispielsweise in Windeln, Frauen-Pflegeartikeln, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten und Trainingshosen, verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, durch welche der Bereich der vorliegenden Erfindung keineswegs eingeschränkt wird, näher erläutert. Es ist vielmehr klar, dass verschiedene andere Ausführungsformen, Modifikationen und Äquivalente davon angewendet werden können, die nach dem Lesen der vorliegenden Beschreibung für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich sind, ohne dass dadurch der Geist und/oder der Bereich der vorliegenden Erfindung und/oder der Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche verlassen wird.
Beispiele
Beispiele 1–4
Für die darin enthaltenen Beispiele wurden zur Herstellung der Filme die folgenden Verfahrensbedingungen angewendet. Es wurde ein co-rotierender Doppelschnecken-Extruder ZSK-30 (hergestellt von der Firma Werner & Pfleiderer) mit 14 Zylindern und einer Gesamtverarbeitungs-Abschnittslänge von 1338 mm verwendet. Der erste Zylinder wurde nicht erhitzt, sondern durch Wasser gekühlt. Je nach der zu mischenden Zusammensetzung wurde das Schneckendesign des Extruders entsprechend modifiziert. In einigen Fällen wurde eine Doppelschnecken-Seiten-Beschickungseinrichtung ZSB-25, ebenfalls hergestellt von der Firma Werner & Pfleiderer, verwendet zum Einführen des CaCO₃-Füllstoffs in den Extruder an dem Zylinder 8. Nach dem Austritt aus dem Extruder wurden die Polymerstränge entweder auf einem luftgekühlten Band oder auf einem Doppelband-Kühler der Firma Sandvik Process Systems sich verfestigen gelassen. In jedem Fall wurde das Kühlen mit einem wasserfreien System durchgeführt.
Für die Filmverarbeitung wurden eine 91,44 cm (36 inch)-Filmdüse mit einem 0,51 mm (0,020 inch)-Spalt, eine EM50-Silicon-Prägewalze mit einer Wasserabschreckung verwendet. Dieser Filmaufbau wurde errichtet in Huntsman Packaging, Newport News, VA. Die Extruderschnecken- und Aufwickel-Geschwindigkeit wurden für jede Zusammensetzung je nach Bedarf eingestellt. Die Filmverarbeitungs-Bedingungen wurden während des Versuchs überwacht: Schmelztemperatur, Schmelzdruck, % Drehmoment und qualitative Feststellungen.

Für die darin enthaltenen Beispiele wurden die folgenden Prozess-Bedingungen angewendete, um den gefüllten, biologisch abbaubaren Filmabschnitt des atmungsaktiven, biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminatmaterials unter Verwendung einer MDO zu verstrecken: Tabelle 1: MDO-Temperaturprofil

Walze 1	Walze 2	Walze 3	Walze 4	Walze 5	Walze 6	Walze 7	Walze 8
49°C (120°F)	66°C (150°F)	66°C (150°F)	66°C (150°F)	66°C (150°F)	21°C (70°F)	21°C (70°F)	66°C (150°F)

Tabelle 2: MDO-Verstreckungsverhältnisse

Versuchs-Verstreckungsverhältnisse (%)						Gesamtgeschwindigkeit der Anlage
Antrieb 1	Antrieb 2	Antrieb 3	Antrieb 4	Antrieb 5	Antrieb 6	Antrieb 7	m/min (ft/min)
0,30 (1)	30 (100)	46,5 (155)	39,3 (131)	81 (270)	30 (100)	30 (100)	9 (30)

Nach dem Verlassen der MDO-Einheit passierte der verstreckte Film einen Satz von Kalander-Walzen, die zum thermischen Binden des Films an ein anderes Substrat verwendet wurden. Es wurde ein ”Baby-Objekte”-Bindungsmuster angewendet. Unter ”Baby-Objekten” ist das Bindungsmuster zu verstehen, das in den äußeren Abdeckungen (Überzügen) der derzeitigen HUGGIES^® Supreme-Windel verwendet wird. Eine Stahlwalze, die mit dem Baby-Objekt-Muster graviert war, wurde in die obere Position der Kalander-Vorrichtung eingesetzt und eine nicht-gemusterte Stahl-Andrückwalze wurde an dem Boden eingesetzt. Die Temperatur der durch Öl erhitzten Kalanderwalzen konnte einzeln eingestellt werden. Das Spunbond-Material wurde auf die Oberseite der Filmbahn vor den Kalanderwalzen eingeführt. Das Spunbond-Material und der Film wurden durch den Spalt zwischen den erhitzten Walzen bei den angegebenen Betriebsdrucken hindurchgeführt und miteinander verbunden.
Es wurden die folgenden Laminate gebildet. Die Beispiele 1 bis 4 enthalten 49 % mit Calciumcarbonat gefüllte Filme, die mit einem BAU-Spunbond-Material mit unterschiedlichen Flächengewichten laminiert sind. Die Filme enthalten Polybutylen-succinatadipat-Copolymere (PBSA). Es wurde ein PBSA, erhältlich von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, unter der Bezeichnung BIONOLLE^® 3001 PBSA erhalten. Die Vliesstoffe umfassen 41,7% BIONOLLE^® 1020-Polybutylensuccinat-Polymer (PBS), 41,7% BIONOLLE^® 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer (PBSA), 14,7% Adipinsäure und 2% eines Materials, das als Benetzungsmittel verwendet wurde und das von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma unter der Bezeichnung UNITHOX^TM 480 ethoxylierter Alkohol erhalten wurde. Für den Rest dieser Beispiele wird dieses Vliesstoff-Material nachstehend mit der Abkürzung ”BAU” bezeichnet.

Die Beispiele A–D sind Vergleichsbeispiele. In dem Beispiel A wird der gleiche Vliesstoff wie in Beispiel 1 verwendet, der Film besteht jedoch aus 100% Bionelle 3001. In dem Beispiel B wird eine atmungsaktive thermische Verstreckungs-Laminat (BSTL)-Außenabdeckung von einer HUGGIES^®-Windel verwendet. In Beispiel C wird eine äußere Abdeckung mit hoher Atmungsaktivität verwendet. Schließlich enthält das Beispiel D einen Polyvinylalkohol (PVOH)-Film. Der Film konnte jedoch nicht genügend umgewandelt werden und diesbezüglich gibt es keine weiteren Informationen. Tabelle 3: Beispiele

	Filmbeschreibung				Vliesstoff-Beschreibung
Beispiel	Polymer	Füllstoff (Gew.-%)	Dicke vor dem Verstrecken in 0,025 mm (mil)	Breite vor dem Verstrecken in 2,54 cm (inch)	Zusammensetzung	Flächengewicht (osy)*	Breite in 2,54 cm (1 inch)
1	Bionolle 3001	49	2,1	17	BAU	0,9	20
2	Bionolle 3001	49	2,1	13	BAU	0,75	14
3	Bionolle 3001	49	2,1	13	BAU	0,9	14
4	Bionolle 3001	49	2,1	13	BAU	1,2	14
A	Bionolle 3001	0	1,8	17	BAU	0,9	20
B	K-C Huntsman	50	N/A	N/A	PP	0,7	N/A
C	K-C Huntsman	58	N/A	N/A	PP	0,6	N/A
D	PVOH	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A

*1 osy = 33,91 g/m²

Dann wurden die Filme auf der Basis der folgenden Parameter bewertet: Verarbeitbarkeit; Wasserdampf-Durchlässigkeitsrate (WVTR) und Abbaubarkeit. Die Ergebnisse für jedes Laminat sind in der Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4: physikalische Eigenschaften

Beispiel	Verarbeit barkeit	WVTR in g/m²/24 h	Abbaubarkeit
1	gut	3250	> 70 Gew.-% biologisch abbaubar; > 15% inert
2	gut	3300	> 65 Gew.-% biologisch abbaubar; > 20% inert
3	gut	3140	> 70 Gew.-% biologisch abbaubar; > 15% inert
4	gut	3960	> 70 Gew.-% biologisch abbaubar; > 15% inert
A	gut	1350	> 85 Gew.-% biologisch abbaubar;
B	gut	4100	nicht abbaubar
C	gut	1500	nicht abbaubar
D	schlecht	N/A	N/A

Die Verarbeitbarkeit jeder Zusammensetzung wurde auf einer qualitativen Basis beurteilt. Es wurde angenommen, dass die Zusammensetzungen eine gute Verarbeitbarkeit haben, wenn sie compoundiert, zu Filmen gegossen, verstreckt und laminiert werden konnten ohne ungewöhnliche Schwierigkeiten.
Die Beispiele 1 bis 4 und die Vergleichsbeispiele A bis C wiesen eine gute Verarbeitbarkeit auf. Das Vergleichsbeispiel D wies eine schlechte Verarbeitbarkeit auf. Insbesondere konnte diese Zusammensetzung nicht zu einem ausreichend dünnen Film vergossen werden. Die Filme, die erhalten wurden, waren spröde und enthielten Gele. Es wurde festgestellt, dass PVOH kein für die erfindungsgemäße Verwendung geeignetes biologisch abbaubares Polymer ist.
Die Atmungsaktivität der Proben wurde unter Anwendung des folgenden Testverfahrens bewertet: eine Testprobe mit einem Durchmesser von 7,62 cm (3 inches) wurde über einem Wasser enthaltenden Becher versiegelt und 24 h lang in einen Ofen gestellt. Das Gewicht der Becher-Anordnung wurde vor und nach der 24 h-Periode gemessen. Der Gewichtsverlust entsprach der Menge Feuchtigkeit, die das Testmaterial passiert hatte. Der WVTR-Wert für das Material wurde aus dieser Information errechnet. Der Becher-Test ist nur bestanden bei WVTR-Werten < 5 000 g/m²/24 h.
Die derzeitigen BSTL-Außenüberzüge weisen einen WVTR-Wert von etwa 1500 g/m²/24 h auf, während die nächste Generation von hoch atmungsaktiven äußeren Überzügen einen WVTR-Wert von etwa 3800 g/m²/24 h aufweisen sollen. Es wurde gefunden, dass alle erfindungsgemäßen Beispiele WVTR-Werte hatten, die höher waren als diejenigen eines derzeitigen BSTL-Films. Die Werte lagen insbesondere in dem Bereich von 3140 bis 3960 g/m²/24 h.
Das Vergleichsbeispiel A wies eine Atmungsaktivität von 1350 g/m²/24 h auf. Dieser Film enthielt BIONOLLE^®-Polymer, jedoch keinen Füllstoff und während der Filmverstreckungsstufe war deshalb keine poröse Struktur entstanden. Die gemessene Atmungsaktivität war zurückzuführen auf die atmungsaktive Natur des BIONOLLE^®-Materials. Diese bereits vorhandene Atmungsaktivität verlieh den biologisch abbaubaren äußeren Überzügen einen Rand über den äußeren Polyolefin-Überzügen, der nur atmungsaktiv war, wenn er gefüllt und verstreckt war.
Die Abbaubarkeit wurde bestimmt unter Anwendung des ASTM-Testverfahrens 5338.92. Ein Material ist biologisch abbaubar, wenn es unter der Einwirkung von in der Natur vorkommenden Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien, Fungi oder Algen, abgebaut wird. In den erfindungsgemäßen Beispielen muss jedes Material mehr als 50% biologisch abbaubare Materialien enthalten, um der Bedingung der Abbaubarkeit zu genügen. Die derzeitigen europäischen Vorschriften besagen, dass ein Material als biologisch abbaubar anzusehen ist, wenn mindestens 90 Gew.-% des Materials oder 60 Gew.-% jeder organischen Komponente innerhalb von 6 Monaten biologisch abbaubar sind. Außerdem dürfen nicht mehr als 50 Gew.-% der Produkt-Zusammensetzung aus anorganischen Verbindungen bestehen.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, dass die vorliegende Erfindung in vielerlei Hinsicht modifiziert und variiert werden kann, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Die vorstehend angegebenen detaillierten Angaben in der Beschreibung und in den obigen Beispielen sind daher nur als Erläuterung zu verstehen und sollen den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist, in keiner Weise einschränken.

Claims

Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial, das umfasst: a) ein biologisch abbaubares Vliesstoff-Material, und b) einen gefüllten (Füllstoff enthaltenden), biologisch abbaubaren Film, wobei der Füllstoff Calciumcarbonat umfasst, die Füllstoff-Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 8 μm aufweisen, und der Füllstoff 30 bis 60 Gew.-% des gefüllten, biologisch abbaubaren Films ausmacht, wobei das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material und der gefüllte (Füllstoff enthaltende), biologisch abbaubare Film aufeinander laminiert sind und der gefüllte (Füllstoff enthaltende), biologisch abbaubare Film vor dem Laminieren auf das biologisch abbaubare Vliesstoff Material um 100 bis 500% seiner ursprünglichen Länge verstreckt wurde.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 1, wobei das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material aliphatische Polyester, Polylactide, Polyhydroxybutyrat-co-valerate, Polycaprolactone, sulfonierte Polyethylenterephthalate, Gemische oder Mischungen davon umfasst.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 1, wobei das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material Polybutylensuccinat umfasst.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 1, wobei der gefüllte, biologisch abbaubare Film aliphatische Polyester, Polylactide, Polyhydroxybutyrat-co-valerate, Polycaprolactone, sulfonierte Polyethylenterephthalate, Gemische oder Mischungen davon enthält.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 1, das eine Wasserdampf-Durchlässigkeitsrate von mehr als 1000 g/m²/24 h aufweist.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 5, das eine Wasserdampf-Durchlässigkeitsrate von mehr als 2000 g/m²/24 h aufweist.
Atmungsaktives, biologisch abbaubares/kompostierbares Laminatmaterial nach Anspruch 6, das eine Wasserdampf-Durchlässigkeitsrate von mehr als 3000 g/m²/24 h aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven, biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminatmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: Verstrecken eines gefüllten (Füllstoff enthaltenden), biologisch abbaubaren Films um 100 bis 500% seiner ursprünglichen Länge und Aufeinanderlaminieren eines biologisch abbaubaren Vliesstoff (Nonwoven)-Materials und es gefüllten (Füllstoff enthaltenden) biologisch abbaubaren Films zur Herstellung des atmungsaktiven, biologisch abbaubaren/kompostierbaren Laminatmaterials.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das biologisch abbaubare Vliesstoff-Material und der gefüllte, biologisch abbaubare Film unter Verwendung eines thermischen Bindeverfahrens aufeinander laminiert werden.