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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf einer vorläufigen Patentanmeldung mit
der Serien-Nr. 60/121 066, eingereicht am 22. Februar 1999, deren
Priorität
hiermit beansprucht wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Polyolefin-haltige
Verbundmischungs-Zusammensetzung mit verbesserten physikalischen
Eigenschaften. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine
Zusammensetzung, die umfasst und ein Verfahren, in dem verwendet
wird eine Polymermischung aus mindestens einem elastomeren Polyolefin
und mindestens einem nicht-elastomeren Polyolefin. Die Zusammensetzung
kann für
verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise
als Substrate für Vliesstoff
(Nonwoven)-Laminate.
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Hintergrund
der Erfindung
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Polymermischungen,
die mindestens ein elastomeres Polymer und mindestens ein nicht-elastomeres Polymer
umfassen, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. So ist
beispielsweise in dem US-Patent 4 804 577 (Hazelton et al.), auf
dessen gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird, eine Vliesstoffbahn beschrieben,
die hergestellt wird durch Schmelzblasen (Meltblowing) von Fasern
aus einer Polymermischung, die umfasst ein hochviskoses Elastomer,
zusammen mit einem weniger viskosen thermoplastischen Harz. Die Bahnen können verwendet
werden zur Herstellung verschiedener Bekleidungsgegenstände, wie
z. B. Schuhen und Schutzkleidung sowie Persenningen und Zelten.
Zu den für
die Verwendung in diesem Verfahren beschriebenen Elastomeren gehören Polyolefin-Kautschuke
wie Polyisobutylen, andere Olefin-Kautschuke und Elastomere, die
hergestellt worden sind durch Polymerisieren von Diolefinen mit
verschiedenen Alkenyl-aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Butadien-
und Styrol-Elastomeren. Das elastomere Polyolefin liegt in der Mischung
in einer Menge von etwa 5 bis etwa 75 Gew.-% vor und das thermoplastische
Polymer-Harz liegt in der Mischung in einer Menge von etwa 95 bis
etwa 25 Gew.-% vor.
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In
dem oben genannten Patent von Hazelton et al. ist beschrieben, dass
Mischungen, die mehr als etwa 10 Gew.-% des elastomeren Polyolefins
umfassen, vor dem Schmelzblasen (Meltblowing) einem Abbau unterliegen.
Solche Mischungen weisen in der Regel unter den Schmelzblas-Bedingungen
eine Viskosität
von über
500 Poise auf. Ein thermischer und/oder oxidativer Abbau wird durchgeführt, um
die Einarbeitung und Dispersion des hochviskosen Elastomers in das
weniger viskose thermoplastische Harz zu erleichtern.
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In
dem US-Patent 5 597 194 (Daugherty et al.) ist ein Kunststoffnetz
beschrieben, das aus einer Mischung von Kunststoffen mit unterschiedlichen
Dichten und Spitzenschmelzpunkten hergestellt wird. Die Polymermischung
umfasst eine Polyethylen-Komponente oder eine durch ein Metallocen
katalysierte Polyethylen-Komponente und eine Polyethylen-Plastomer-Komponente.
Die Polyethylen-Plastomer-Komponente wird hergestellt unter Anwendung
der Metallocen-Katalysator-Technologie und dabei handelt es sich
um Homopolymere von Ethylen oder Copolymere von Ethylen und höheren α-Olefinen.
Die verwendeten Plastomeren sind im Handel erhältlich von der Firma Dow Plastics
unter verschiedenen Bezeichnungen und Warenzeichen, wie z. B. ENGAGE,
und von der Firma Exxon Chemical Americas, Polymer-Group, unter
dem Warenzeichen EXACT. Die Mischung kann extrudiert werden zur
Herstellung ei nes rutschfesten flexiblen und wärmeständigen Kunststoffnetzes mit
hoher Friktion, das als LKW-Kabinen-Bett-Einlage verwendet werden
kann.
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In
dem US-Patent 5 635 262 (Best et al.) sind Gegenstände beschrieben,
die hergestellt sind aus einer Polyethylen-Komponente mit hoher
Dichte und hohem Molekulargewicht und einer Elastomer-Komponente, wie
z. B. einem Styrol-Copolymer, einem Kautschuk oder einem Metallocen-katalysierten
Polyethylen. Das Elastomer liegt in dem fertigen Gegenstand in einer
Menge von 1 bis 15 Gew.-% vor. Die Gegenstände umfassen Filme, aus Filmen
hergestellte Beutel und extrusions-blasgeformte Gegenstände.
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In
dem US-Patent 5 110 685 (Cross et al.) ist ein Polymer-Überzug beschrieben,
der besteht aus einer Mischung von Polyethylen mit hoher Dichte
und Ethylen/Propylen-Kautschuk-Elastomeren. In dem US-Patent 4 833
194 (Kuan et al.) ist ebenfalls eine Mischung von kristallinen Polymeren
wie Polyethylen und Elastomeren, wie Ethylen-Propylen-Copolymer
oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer,
beschrieben.
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Verschiedene
Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung und Verwendung von Materialien
mit elastischen Eigenschaften sind aus dem Stand der Technik bekannt.
So ist beispielsweise in dem US-Patent 4 720 415 (Vander Wielen
et al.), auf dessen gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird, ein
Verfahren zur Herstellung eines elastischen Verbundmaterials beschrieben.
Das Verfahren umfasst das Verstrecken einer elastischen Bahn, beispielsweise
einer Vliesstoffbahn aus elastischen Fasern, und das Verbinden der
verstreckten Bahn mit einer oder mehreren Bahnen aus einem kräuselbaren
Material unter Bedingungen, bei denen mindestens ein Teil der elastischen
Bahn weich gemacht wird unter Ausbildung einer gebundenen Verbundbahn aus
einem elastischen Material. Das kräuselbare Material kann bei
einer Ausführungsform
ein Spunbond-Polyester-Fasermaterial sein. Das Verbundmaterial wird
unmittelbar nach dem Binden entspannt, um zu verhindern, dass die
elastische Bahn ihre Fähig keit
verliert, sich von den verstreckten Dimensionen, die sie während der
Bindungsstufe annimmt, wieder zu kontrahieren.
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Bei
einer Ausführungsform
werden in dem Vander Wielen et al.-Patent Polystyrol/Poly(ethylen-butylen)/Polystyrol-Blockpolymere
verwendet, die unter dem Warenzeichen KRATON von der Firma Shell
Chemical Company erhältlich
sind. Diese Materialien vom KRATON-Kautschuk-Typ wurden bereits
verwendet, um die elastische Komponente für verschiedene Gegenstände, wie
z. B. dehnbare Schutzüberzüge und Hüllen, Oberkleidung,
Unterkleidung, Menstruations- und Inkontinenz-Kontrollgegenstände und
-Kleidungsstücke,
wie z. B. wegwerfbare Windeln, zur Verfügung zu stellen. KRATON-Materialien
sind insbesondere verwendbar für solche
Anwendungszwecke, bei denen eine gute Elastizitäts-Memory-Funktion erforderlich
ist, wie z. B. bei Baby-Windeln und Inkontinenz-Kontroll-Kleidungsstücken. Die
KRATON-Materialien haben die Fähigkeit, nach
dem Verstrecken sich wieder zusammenzuziehen bis auf nahezu ihre
ursprüngliche
Gestalt.
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Wie
oben angegeben, ist es auch bereits bekannt, verschiedenen Gegenständen durch
die Metallocen-katalysierten Polyethylene Elastizität zu verleihen.
Die Firma Dow Plastics, eine Abteilung der Firma Dow Chemical Company,
hat mehrere Familien von elastischen Polyolefinen auf den Markt
gebracht, die durch Katalysatoren mit Einzelzentrum oder Katalysatoren
mit eingeschränkter
Geometrie hergestellt werden. So sind beispielsweise in den US-Patenten
5 472 775 (Obijeski et al.) und 5 278 272 und 5 272 236 (beide Lai
et al.), auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird, verschiedene
Metallocenkatalysierte Polyolefine beschrieben, die von der Firma
Dow Chemical hergestellt werden. Die Materialien weisen sowohl plastische
als auch kautschukartige Eigenschaften auf.
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Andere
Firmen, wie z. B. Exxon Chemicals, haben ebenfalls verschiedene
Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyolefinen unter Anwendung
der Metallocen-katalysierten Synthese entwickelt. So sind beispielsweise
in dem US- Patent
5 324 800 (Welborn, Jr. et al.), auf dessen gesamten Inhalt hier
Bezug genommen wird, mehrere Verfahren zur Herstellung solcher Materialien
unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren beschrieben.
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Wenn
KRATON-Materialien in verschiedenen Extrusions- und Schmelzblas-Verfahren verwendet
werden, müssen
häufig
Fließmodifizierungsmittel
eingesetzt werden, um die Höhe
der Drucke an der Düsenspitze herabzusetzen,
die häufig
auftreten, wenn nur KRATON-Basiskautschuk verwendet wird. Es ist
beispielsweise bekannt, Polyethylen mit einem hohen Schmelzflussindex
in Kombination mit dem KRATON-Basiskautschuk zu verwenden, um ein
fließfähiges Polymer
zu erhalten, das mit konventionellen Technologien schmelzgeblasen
werden kann.
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Außerdem treten
Probleme auf bei dem Stand der Technik, bei dem Mischungen von Polyethylen
mit niedriger Dichte und Polyethylen mit hoher Dichte und hohem
Molekulargewicht verwendet werden. Die Unterschiede in Bezug auf
die Schmelzviskosität
zwischen den beiden Polymeren sind so, dass eine Inhomogenität in der
Schmelze und in dem resultierenden Film auftritt, was zu Bereichen
mit guten Eigenschaften und zu Bereichen mit schlechten Eigenschaften
in den resultierenden Vliesstoffbahnen führt. Versuche, diese Mischungen
zu homogenisieren, um die Dispersions- und physikalischen Gesamteigenschaften
zu verbessern, waren jedoch im Allgemeinen erfolglos.
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Man
hat auch bereits versucht, 100% Metallocen-katalysiertes Polyethylen
zu verwenden zur Herstellung von akzeptablen Vliesstoffbahnen durch
Anwendung konventioneller Schmelzblas-Verfahren. Praktische Einschränkungen
haben jedoch manchmal eine akzeptable kommerzielle Verwendung von
Bahnen, die aus solchen Polymeren hergestellt worden sind, verhindert.
Wegen des niedrigeren Schmelzpunktes des Metallocen-katalysierten
Polyethylens (etwa 60°C
bzw. 140°F)
und möglicherweise
wegen des niedrigeren kristallinen Anteils ist das Abschrecken schwieriger.
Bekanntlich basieren typische Schmelzblas-Verfahren darauf, dass Umgebungsluft
in den Meltblowing-Strahl gesaugt wird, um diesen abzuschrecken
und auf diese Weise die Meltblown-Fasern zu verfestigen. Da der Schmelzpunkt
der Metallocen-katalysierten Polymeren niedriger ist, sind eine
längere
Abschreckungszeit oder größere Volumina
von Sekundärluft
oder Abschreckwasser erforderlich, wodurch das gesamte Schmelzblas-Verfahren
schwieriger und kostspieliger wird. Wenn keine ausreichende Abschreckung
oder Verfestigung der Fasern erzielt wird, ist es dann möglich, dass
die Bahnen sich von dem Drahtgitter, auf dem sie gebildet werden,
nicht gut ablösen.
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Außerdem führt die
Verwendung von 100% Metallocen-katalysierten Polymeren in dem Schmelzblasverfahren
häufig
zu einer schlechten Bahnbildung. Teilweise wegen der hohen Viskosität und der
Abschreckungsprobleme, wie sie weiter oben diskutiert worden sind,
können
Vliesstoffbahnen, die nur aus elastomeren Olefinen, wie z. B. Metallocen-katalysiertem
Polyethylen, hergestellt worden sind, offen oder fleckig sein. Außerdem gilt,
dass, je höher
die Viskosität
des Polymers ist, umso schwieriger die Herstellung von Mikrofasern mit
kleinem Durchmesser ist, die für
die Erzielung einer guten Bahnbildung und Abdeckung erforderlich
sind.
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Es
tritt noch ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Viskosität auf, wenn
die viskoseren Metallocen-katalysierten Harze verwendet werden.
Je viskoser ein Polymer ist, umso höher ist der Druck an der Düsenspitze
beim Schmelzblasen. Durch diesen hohen Druck an der Düsenspitze
wird die Geschwindigkeit, mit der die Fasern erfolgreich hergestellt
werden können,
eingeschränkt.
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Obgleich
durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen KRATON-Elastomeren einige
der Probleme vermieden werden, die auftreten, wenn 100% Metallocen-katalysierte
Polymere verwendet werden, sind diese Kautschuk-Materialien extrem teuer. In der Regel
sind KRATON-Kautschuk-Materialien bis zu dreimal teurer als vergleichbare
Metallocen-katalysierte Polyolefine. Obgleich die Verwendung von
KRATON-Materialien zu Bahnen mit ausgezeichne ten elastischen Eigenschaften
sowie zu Gegenständen
mit geeigneten "gesteppten" Strukturen führen, verhindern
die Kosten für
dieses KRATON-Material
im Allgemeinen ihre Verwendung in billigeren Endprodukten, wie z.
B. Wischern. Mit Ausnahme der Verwendung in teuren Endprodukten, wie
z. B. Windeln, ist die Verwendung der KRATON-Materialien häufig nicht
möglich
wegen der damit verbundenen Kosten für das Ausgangsmaterial.
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Es
besteht daher ein Bedarf für
eine Polyethylen-Zusammensetzung, die eine verbesserte Zugfestigkeit
und eine geringere Viskosität
aufweist, sodass die Herstellung vom wirtschaftlichen Standpunkt
aus betrachtet und bei Durchführung
entsprechender geringer Verstreckungen kommerziell praktikabel bleibt.
Da die Metallocen-katalysierten Polyolefine viel weniger kostspielig
sind als die KRATON-Materialien, wäre es wünschenswert, die Metallocen-katalysierten
Polyolefine in solchen Materialien zu verwenden.
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Obgleich
sowohl Polymermischungen aus Polyethylen und typischen Elastomeren
vom Kautschuk-Typ und Polymermischungen von verschiedenen Polymeren
und Metallocen-katalysiertem Polyethylen aus dem Stand der Technik
bekannt sind, sind die Vorteile, die erzielt werden durch die neuartige
Kombination gemäß der vorliegenden
Erfindung bei der speziellen Anwendung als elastische Lage(n) (Folie(n))
in verschiedenen Vliesstoff-Laminaten, wie z. B. Stretch-Bonded-
und Neck-Bonded-Laminaten, wie sie hier beschrieben werden, bisher
nicht erkannt worden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Mit
der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Nachteile und
andere Nachteile der Konstruktionen und Verfahren des Standes der
Technik erkannt und überwunden.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Polymerzusammensetzung
bereitzustellen, die elastomere Eigenschaften, wie z. B. Flexibilität und Dehn barkeit,
aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Polymerzusammensetzung
anzugeben, die mindestens ein elastomeres Polyolefin und mindestens ein
nicht-elastomeres Polyolefin umfasst.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Polymerzusammensetzung bereitzustellen, die zur Herstellung einer
elastischen Vliesstoff(Nonwoven)-Bahn verwendet werden kann, die
geeignet ist für
die Verwendung für
solche Zwecke, bei denen eine erhöhte Zugfestigkeit, eine verminderte
Viskosität
und eine verbesserte Bahnbildung erforderlich sind.
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Noch
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Polymerzusammensetzung anzugeben, die ein Polyethylen, das unter
Verwendung von elastomeren Polyolefinen mit einer engen Molekulargewichtsverteilung
hergestellt worden ist, als eine erste Komponente und ein nicht-elastomeres
Polyolefin-Harz als eine zweite Komponente umfasst.
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Noch
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Polymerzusammensetzung anzugeben, die zur Herstellung einer Vliesstoffe(Nonwoven)-Bahn
verwendet werden kann, die geeignet ist für die Verwendung als elastische
Bahn (Lage) für
verschiedene Vliesstoff-Laminat-Anwendungen, wie z. B. Stretch-
und Neck-Bonded-Laminate.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, unter geringen Kosten
eine Polymerzusammensetzung bereitzustellen, die zur Herstellung
der elastischen Teile verschiedener Vliesstoff-Materialien, wie
z. B. Wischern, verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß werden
die oben genannten und weitere Ziele und Vorteile erreicht durch
Herstellung einer Vliesstoff(Nonwoven)-Bahn aus einer Polymerfaser-Mischung,
die mindestens ein elastomeres Polyolefin und mindestens ein nicht-elastomeres
Polyolefin umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst die Polymermischung ein nicht-elastomeres Olefinharz in
einer Menge in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 90 Gew.-% und ein
elastomeres Harz in einer Menge in dem Bereich von etwa 90 bis etwa
10 Gew.-%. Die Dichte
des elastomeren Polyolefins beträgt
weniger als etwa 0,885 g/cm3 und die Dichte
des nicht-elastomeren Polyolefins beträgt mindestens etwa 0,890 g/cm3. Bei einer speziellen Ausführungsform
kann die Polymermischung etwa 50 bis etwa 90 Gew.-% eines Metallocen-katalysierten
Polyethylens und etwa 50 bis etwa 10 Gew.-% eines nicht-elastomeren
Polyolefins, wie z. B. eines linearen Polyethylens mit niedriger
Dichte, umfassen.
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Die
Vliesstoff-Bahn kann hergestellt werden unter Anwendung der aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie z. B. unter Anwendung
konventioneller Schmelzblas-Verfahren. Die Verwendung eines geeigneten
elastomeren Harzes mit niedrigerer Dichte im Gemisch mit einem nicht-elastomeren
Polyolefinharz mit niedrigerer Viskosität führt zu einem Substrat, aus
dem durch Schmelzblasen auf vorteilhafte Weise eine Vliesstoff(Nonwoven)-Bahn
hergestellt werden kann. Das bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
angewendete Schmelzblas-Verfahren erlaubt eine verbesserte Bahnbildung
und verringert die Abschreckungs- und Druckprobleme an der Düsenspitze,
die mit der Verwendung von nur höherviskosen
Elastomeren mit einer höheren
Dichte verbunden sind.
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Die
aus der erfindungsgemäßen Mischungszusammensetzung
hergestellte elastische Vliesstoffbahn kann als elastische Lage(n)
(Folie(n)) in verschiedenen Vliesstoff-Laminat-Konstruktionen, beispielsweise
in Stretch-Bonded- und Neck-Bonded-Laminaten verwendet werden. Die
elastische Vliesstoffbahn selbst kann nach verschiedenen Verfahren
hergestellt werden, beispielsweise durch Anwendung von Schmelzblas-Verfahren
oder von Verfahren, bei denen endlose Filamente entstehen, wie z.
B. Spunbond-Bahnen, oder bei denen eine Anordnung (Gruppe) von im
Wesentlichen parallelen endlosen Fasern oder Strängen entsteht. Die erfindungsgemäßen elastischen
Vliesstoffbahnen können
auf eine oder mehrere Außenschichtbahnen
auflaminiert werden. Diese Außenschichtbahnen
können
Meltblown-, Spunbonded- oder Coformed-Bahnen sein. Außerdem können diese Bahnen aus endlosen
Filamenten hergestellt werden. Bei einer speziellen Ausführungsform sind
die aus der erfindungsgemäßen elastomeren/nicht-elastomeren
Polyolefin-Mischung hergestellten Meltblown-Bahnen sandwichartig
zwischen zwei äußeren Schichten
aus Coformed-Bahnen, die aus Cellulose- und Meltblown-Polypropylen-Fasern
hergestellt sind, angeordnet.
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Diese
und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Patentansprüche
noch deutlicher hervor.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Eine
vollständige
und für
den Fachmann auf diesem Gebiet nacharbeitbare Beschreibung der vorliegenden
Erfindung einschließlich
ihrer besten bekannten Ausführungsform
ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Hinweis auf die beiliegende
Zeichnung enthalten, die eine schematische Aufrissansicht darstellt, die
eine Art der Herstellung eines erfindungsgemäßen Stretch-Bonded-Laminats erläutert.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachstehend
werden die Ausführungsformen
der Erfindung anhand eines oder mehrerer Beispiele, die weiter unten
beschrieben sind, im Detail erläutert.
Jedes Beispiel dient der beispielhaften Erläuterung der Erfindung, wobei
die Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Für den Fachmann auf diesem Gebiet
ist es nämlich klar,
dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
werden können,
ohne dass dadurch der Schutzbereich oder Geist der Erfindung verlassen
wird. Beispielsweise können
Merkmale, die als Teil einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform
erläutert
worden sind, auch bei einer anderen Ausführungsform verwendet wer den
zur Erzielung einer noch weiteren Ausführungsform. Die vorliegende
Erfindung umfasst alle diese Modifikationen und Abänderungen,
die innerhalb des Schutzbereiches der nachfolgenden Patentansprüche und
ihrer Äquivalente
liegen. Weitere Ziele, Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der oder sind naheliegend aufgrund der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung. Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet
klar, dass die nachfolgende Diskussion der Erfindung nur eine Beschreibung
beispielhafter Ausführungen
ist und keineswegs breitere Aspekte der vorliegenden Erfindung einschränken soll.
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Allgemein
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vliesstoff(Nonwoven)Laminate,
in denen die elastischen Materialien eine Polymerzusammensetzung
umfassen, die aus einer Mischung aus mindestens einem elastomeren
Polyolefin und mindestens einem nicht-elastomereren Polyolefin in
einem durch die gewünschten
Eigenschaften und Verwendungszwecke bestimmten Verhältnis hergestellt
worden ist. Beispielsweise wurde gefunden, dass bei einem Meltblown-Substrat
für eine
Coformed-Stretch-Bonded-Laminatbasislage ein 1 : 1-Verhältnis jeder
Komponente ein Produkt mit einer verbesserten Zugfestigkeit bei
einer Dehnung um 200% (nach dem Verstrecken auf 250% seiner ursprünglichen
Länge)
ergibt, verglichen mit einem Produkt, das nur ein elastomeres Polyolefin
umfasst. Andere in verschiedenen anderen Laminaten erwünschte Eigenschaften
können
andere Zugabe-Verhältnisse
zwischen den beiden Komponenten erforderlich machen. So kann beispielsweise
eine Zusammensetzung mit einem Verhältnis von elastomerem Polyolefin
zu nicht-elastomerem
Polyolefin von 4 : 1 bessere Bindungseigenschaften ergeben als eine
Zusammensetzung mit einem Verhältnis
1 : 1 bei der Verarbeitung zu einer Vliesstoffbahn.
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Im
Allgemeinen können
die hier beschriebenen Elastomeren mit einem kompatiblen Polyolefin-Harz gemischt
und zur Herstellung des erfindungsgemäßen elastischen Vliesstoff-Substrats
verwendet werden. Früher
wurden verschiedene Definitionen zum Definieren von Elastomeren
angewendet. Im Allgemeinen ist ein Elastomer definiert als eine
Substanz, welche die Eigenschaften eines Kautschuks hat, sodass
sie unter Spannung gedehnt (verstreckt) werden kann, im Allgemeinen
eine hohe Zugfestigkeit hat, sich schnell wieder kontrahiert (zusammenzieht)
und im Allgemeinen seine ursprünglichen
Dimensionen nach dem Entspannen wieder annimmt. Ein Elastomer hat
im Allgemeinen in der Regel Eigenschaften vom plastischen Typ bei
der Verarbeitung und Eigenschaften vom Kautschuk-Typ in Bezug auf
die Funktionalität.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung ist unter einem "Elastomer" oder einem "elastomeren Polyolefin" ein Polyolefin zu
verstehen, das eine Dichte von weniger als etwa 0,885 g/cm3 aufweist. Diese Polyolefine sind, wenn
sie zu verschiedenen Substraten geformt werden, dehnbar oder verstreckbar
in mindestens einer Richtung, wenn eine Zugkraft darauf ausgeübt wird,
und sie kehren bis zu einem gewissen Ausmaß zu ihren ursprünglichen
Dimensionen wieder zurück,
nachdem die Zugkraft entfernt worden ist. Beispielsweise haben elastomere
Zusammensetzungen, wenn sie zu einer Meltblown-Bahn geformt werden,
im Allgemeinen, jedoch nicht immer, die Fähigkeit, bis zu einer Dehnung
von mindestens etwa 25% ihrer ursprünglichen Länge im entspannten Zustand
verstreckt zu werden, d. h. sie können bis auf mindestens das
etwa 1,25-fache ihrer Länge
im entspannten Zustand verstreckt werden, und nach Wegnahme der
Verstreckungskraft erholen sie sich wieder um mindestens etwa 30%
der Dehnung, d. h. im Falle einer Dehnung von 25% kontrahieren sie sich
wieder bis zu einer Dehnung von nicht mehr als etwa 17,5%. Beispielsweise
wird ein Material mit einer Länge
von 100 cm als elastomer angesehen, wenn es bis auf eine Länge von
mindestens etwa 125 cm verstreckt werden kann und wenn es sich nach
der Wegnahme der Verstreckungskraft wieder zusammenzieht auf eine
Länge von
nicht mehr als etwa 117,5 cm im Falle der vorherigen Verstreckung
auf 125 cm.
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Ein "Nicht-Elastomer" oder ein "nicht-elastomeres
Polyolefin" ist
für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung definiert als ein Polyolefin,
das eine Dichte von mindestens etwa 0,890 g/cm3 aufweist.
Im Allgemeinen erfüllen
diese nicht-elasto meren Polyolefine, wenn sie zu einer Meltblown-Bahn
verarbeitet werden, jedoch nicht immer, nicht die Verstreckungs-Eigenschaften
für eine
wie oben definierte elastomere Bahn.
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Unter
dem hier verwendeten Ausdruck "Vliesstoff(Nonwoven)"-Gewebe, -Bahn oder
-Material ist ein Material zu verstehen, das aus einzelnen Fasern
oder Fäden
aufgebaut ist, die übereinander
liegen, jedoch nicht auf eine identifizierbare Weise wie bei einem
gewirkten bzw. gestrickten Gewebe. Vliesstoff(Nonwoven)-Gewebe oder
-Bahnen können
nach vielen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Schmelzblas-Verfahren,
Spunbonding-Verfahren, Hydroverfilzungs-, Airlaid- und Bonded-Carded-Bahnverfahren.
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Außerdem ist
für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung ein "Vliesstoff(Nonwoven)-Laminat" definiert als ein
Produkt, das zwei oder mehr Vliesstoff(Nonwoven)-Bahnen umfasst,
die aneinander gebunden sind unter Bildung eines Laminats. Im Hinblick
auf die vorliegende Erfindung wird eine elastische Folie (Bahn),
die aus den vorstehend beschriebenen elastomeren Polyolefinen hergestellt
worden ist, an mindestens eine Schicht eines Vliesstoff(Nonwoven)Materials
gebunden. Zu Beispielen für
Vliesstoff(Nonwoven)-Laminate gehören, ohne dass die Erfindung
darauf beschränkt
ist, Stretch-Bonded-Laminate und Neck-Bonded-Laminate.
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Der
Ausdruck "Stretch-Bonded" bezieht sich auf
ein elastisches Element oder eine elastische Schicht, das (die)
an ein anderes Element oder eine andere Schicht gebunden ist, während das
elastische Element um mindestens etwa 25% seiner Länge im entspannten
Zustand gedehnt (verstreckt) ist. Ein "Stretch-Bonded-Laminat" bezieht sich auf ein Verbundmaterial,
das mindestens zwei Schichten aufweist, von denen eine Schicht eine
kräuselbare
(zusammenziehbare) Schicht ist und die andere Schicht eine elastische
Schicht ist. Die Schichten werden miteinander verbunden, wenn die
elastische Schicht im gedehnten (verstreckten) Zustand vorliegt,
sodass beim Entspannen der Schichten die kräuselbare (zusammenziehbare)
Schicht gekräuselt
(zusammengezogen) wird. Ein solches elastisches Mehrschichten-Verbundmaterial
kann bis zu einem solchen Grade gedehnt (verstreckt) werden, dass
das nicht-elastische Material sich zwischen den Bindungsstellen
zusammenzieht (kräuselt),
zwischen denen das elastische Material gedehnt werden kann. Ein
Typ eines solchen Strech-Bonded-Laminats ist beispielsweise in dem
US-Patent 4 720 415 (Vander Wielen et al.), beschrieben, auf dessen
Inhalt weiter oben bereits Bezug genommen worden ist. Andere elastische
Verbundmaterialien sind beschrieben und geoffenbart in den US-Patenten
4 789 699 (Klaffer et al.), 4 781 966 (Taylor), 4 657 802 (Morman)
und 4 655 760 (Morman et al.), auf deren Inhalte hier Bezug genommen
wird.
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Der
Ausdruck "Neck-Bonded" bezieht sich auf
ein elastisches Element, das an ein nicht-elastisches Element gebunden
wird, während
das nicht-elastische Element im gedehnten oder gespannten Zustand
vorliegt. Ein "Neck-Bonded
Laminat" bezieht
sich auf ein Verbundmaterial, das mindestens zwei Schichten aufweist,
von denen eine Schicht eine gedehnte (gespannte), nicht-elastische
Schicht und die andere Schicht eine elastische Schicht ist. Die
Schichten werden miteinander verbunden, wenn die nicht-elastische
Schicht in einem gedehnten (gespannten) Zustand vorliegt. Beispiele
für Neck-Bonded
Laminate sind solche, wie sie in den US-Patenten 5 226 992, 4 981
747, 4 965 122 und 5 336 545 (alle von Morman) beschrieben sind,
auf deren Inhalte hier Bezug genommen wird.
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Der
Ausdruck "Polyolefin
mit enger Molekulargewichtsverteilung" bezieht sich auf ein Polyolefin, das eine
Molekulargewichtsverteilung von weniger als etwa 3,5 aufweist. Wie
allgemein bekannt, ist die Molekulargewichtsverteilung eines Polymers
das Verhältnis
zwischen dem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht des Polymers
und dem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht des Polymers.
Verfahren zur Bestimmung der Molekulargewichtsverteilung sind in "Encyclopedia of Polymer
Science and Engineering",
Band 3, Seiten 299–300
(1985), beschrieben. Zu Beispielen für Polyolefine mit enger Molekulargewichtsverteilung
gehören die
Metallocen-katalysierten Polyolefine, die Einzel stellen-katalysierten
Polyolefine und die durch sterische Hinderung katalysierten Polyolefine,
wie vorstehend beschrieben. Es ist allgemein bekannt, dass die Metallocen-katalysierten
Polyolefine und die durch sterische Hinderung katalytisierten Polyolefine
gelegentlich auch als Einzelstellen-katalytisierte Polyolefine bezeichnet
werden.
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In
der Regel haben Elastomere, die für die erfindungsgemäße Verwendung
geeignet sind, die Fähigkeit,
auf mindestens das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt (gedehnt) zu
werden. Wenn sie auf mindestens das Dreifache ihrer ursprünglichen
Länge verstreckt
(gedehnt) worden sind, ziehen sich diese elastomeren Bahnen in der
Regel wieder zusammen auf nicht mehr als das Zweieinhalbfache ihrer
ursprünglichen
Länge.
Wenn beispielsweise eine 10,5 cm lange Bahn auf das Dreifache ihrer
ursprünglichen
Länge bis auf
etwa 31,5 cm verstreckt worden ist, zieht sie sich in der Regel
wieder zusammen auf nicht mehr als 25 cm und sie kann sich in der
Regel bis auf etwa 18 cm zusammenziehen.
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Als
erste Komponente der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird ein
elastomeres Polyolefin mit einer Dichte von weniger als 0,885 g/cm3 verwendet. Obgleich jedes beliebige elastomere
Polyolefin verwendet werden kann, kann bei bestimmten Ausführungsformen
ein Polyolefin mit einer engen Molekulargewichtsverteilung, wie
z. B. ein Metallocen-katalysiertes Polyethylen, ein Metallocen-katalysiertes
Polypropylen, andere Metallocen-katalysierte α-Olefine oder, wie vorstehend diskutiert,
verschiedene Einzelstellen-katalysierte Polyolefine und durch sterische
Hinderung katalytisierte Polyolefine verwendet werden. Zweckmäßig weisen diese
elastomeren Polyolefine eine Dichte zwischen etwa 0,860 und etwa
0,880 g/cm3 auf und sie können noch zweckmäßiger eine
Dichte zwischen etwa 0,863 und etwa 0,870 g/cm3 aufweisen.
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Diese
elastischen Polyolefine oder Plastomeren können beispielsweise verwendet
werden in der Metallocen-Katalysator-Technologie, die eine genaue
Kontrolle des Comonomers erlaubt, das dem Polyethylen-Polymer einverleibt wird,
und eine genaue Kontrolle der Molekulargewichtsverteilung erlaubt.
Ein Metallocen-Katalysator ist ein Metall-Derivat von Cyclopentadien
und die Katalyse des Polymers kann beschrieben werden als eine homogene
Einzelstellen- oder
geometrisch beschränkte
Katalyse. Ein Metallocen ist ein neutraler, mit einem Hilfsliganden
stabilisierter Übergangsmetallkomplex
und er kann die folgende allgemeine Formel haben:
worin bedeuten:
- – L1 einen Cyclopentadienyl- oder substituierten
Cyclopentadienyl-Rest, der über
eine η-5-Bindung
an das Metall gebunden ist,
- – L2 einen organischen Rest, der an einen Cyclopentadienyl-Rest
gebunden sein kann oder nicht gebunden sein kann, der fest an das
Metall gebunden ist, der während
der Polymerisation an das Metall gebunden bleibt,
- – B
eine optionale brückenbildende
Gruppe, welche die Bewegung von L1 und L2 einschränkt
und den Winkel zwischen L1 und L2 modifiziert,
- – M
ein Metall, wie z. B. Titan oder Zirkonium,
- – X
und Y Halogenide oder andere organische Reste, wie z. B. Methylgruppen.
-
Der
Metallocen-Komplex kann wie folgt dargestellt werden:
-
-
Ein
Metallocen-Komplex fungiert als Katalysator, der die Polymerisation
eines Monomers initiiert zur Bildung eines Polymers. So wird beispielsweise
zur Bildung eines Metallocen-katalysierten Polymers ein flüssiges Monomer,
beispielsweise Ethylen, mit Metallocen unter konstantem Rühren und
Erwärmen
kombiniert. Dann werden kontrollierte Mengen an Wasserstoffgas der
Mischung zugeführt,
um die Polymerisation zu stoppen. Im Allgemeinen bestimmt die dem
Reaktor zugeführte
Wasserstoffgas-Menge den Schmelzindex des resultierenden Polymers.
-
Der
hier verwendete Ausdruck "Schmelzindex" oder "MI" bezieht sich auf
ein Maß für die Viskosität des Polymers
unter gegebenen Bedingungen. Angewendet auf die hier beschriebenen
Materialien gibt der MI das Gewicht (oder die Masse) des Materials
an, die aus einer Kapillare mit bekannten Dimensionen bei einer spezifischen
Belastung oder Scherrate innerhalb einer gemessenen Zeitspanne ausfließt, und
er wird gemessen in g/10 min bei 190°C und einer Belastung von 2160
g beispielsweise nach dem ASTM-Test 1238.
-
Die
Plastomeren, die in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
sind in der Regel Homopolymere von Ethylen oder Copolymere von Ethylen
und höheren α-Olefinen,
die 3 bis etwa 10 Kohlenstoffatome aufweisen, wie z. B. 1-Buten,
1-Hexen und 1-Octen. Diese Plastomeren sind im Handel erhältlich von
der Firma Dow Plastics, Dow USA, Midland, Michigan, unter verschiedenen
Produkt-Bezeichnungen sowie unter dem Warenzeichen AFFINITY oder
unter dem Warenzeichen ENGAGE (die der Firma Dupont Dow Elastomers,
LLC, gehören).
Ein solches geeignetes Elastomer, das im Handel erhältlich ist,
ist ein Metallocen-katalysiertes Polyethylen, das von der Firma
Dow unter der Produkt-Bezeichnung DOW XU58200.02 vertrieben wird.
Dieses spezielle Elastomer weist eine Dichte von etwa 0,870 g/cm3, einen Schmelzindex von etwa 30 g/10 min
und einen Spitzen-Schmelzpunkt von etwa 60°C (140°F) auf. Ein anderes elastomeres
Plastomer wird von der Firma Dupont Dow Elastomers, LLC, unter den
Warenzeichen ENGAGE 8100 und ENGAGE 8200 vertrieben, bei dem es
sich nach den Angaben des Herstellers handelt um ein Ethylen/1-Octen-Copolymer.
Einige der ENGAGE-Plastomeren können
Dichtebereiche von etwa 0,865 bis etwa 0,899 g/cm3,
einen Schmelzindex von etwa 0,5 g/10 min bis etwa 30 g/10 min und
einen Spitzen-Schmelzpunktsbereich von etwa 49 bis etwa 85°C (120–185°F) aufweisen.
-
Weitere
geeignete Plastomere sind erhältlich
von der Firma Exxon Chemical Americas, Polymer-Group, unter dem
Warenzeichen EXACT. Die EXACT-Plastomeren
von Exxon weisen Dichte- und Spitzen-Schmelzpunktsbereiche auf,
die denjenigen der ENGAGE- und AFFINITY-Plastomeren ähneln.
-
Als
zweite Komponente der erfindungsgemäß verwendeten Polymermischung
wird ein besser kristallines Polyolefin mit einer höheren Dichte
verwendet. Diese nicht-elastomeren Olefin-Polymeren weisen Dichten
von mindestens 0,890 g/cm3 auf. Zweckmäßig weisen
die nicht-elastomeren Polyolefine eine Dichte zwischen etwa 0,900
und etwa 0,920 g/cm3 und besonders zweckmäßig eine
Dichte zwischen etwa 0,900 und etwa 0,917 g/cm3 auf
und sie können
ganz besonders bevorzugt eine Dichte zwischen etwa 0,900 und etwa 0,910
g/cm3 haben. Es können Polymere, wie z. B. Polyethylen,
Polybutylen, Polypropylen oder andere Polyolefine, verwendet werden.
Im Allgemeinen wird das jeweilige nicht-elastomere Polyolefin auf
der Basis seiner Kompatibilität
mit dem elastomeren Polyolefin und insbesondere auf der Basis der
Kompatibilität
mit einem Metallocen-katalysierten Polymer ausgewählt, wenn
solche Metallocen katalysierten Polymeren verwendet werden. Das nicht-elastomere
Polyolefin kann beispielsweise bei einigen speziellen Ausführungsformen
ein lineare Polyethylen mit niedriger Dichte, mit hoher Dichte oder
ein Polyethylen mit niedriger Dichte (einschließlich eines verzweigten Polyethylens)
sein. Lineare Polyethylene mit niedriger Dichte weisen beispielsweise
Dichten in dem Bereich von etwa 0,915 bis etwa 0,930 g/cm3 auf.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass diese zweite Komponente in vielfältiger Weise
ausgewählt
werden kann aus der Gruppe, die besteht aus Polyolefin-Harzen, wie
z. B. Polymeren von verzweigten und geradkettigen Olefinen, wie
z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polypenten, Polymethylpenten
und dgl. Die nicht-elastomeren Polyolefine können nach verschiedenen Verfahren
hergestellt werden und sie können
sogar nach Verfahren hergestellt werden, die ähnlich den vorstehend beschriebenen
Verfahren sind, beispielsweise durch Metallocen-Katalyse. Solche
Polyolefine mit höherer
Dichte können
auch hergestellt werden unter Verwendung traditionellerer Katalysator-Systeme,
wie z. B. Ziegler-Natta-Katalysatoren, wie sie beispielsweise in "Encyclopedia of Polymer
Science and Engineering",
Band 8, Seiten 162–179
(1987), beschrieben sind. Es ist eine Vielzahl von Polyolefinen
mit höherer
Dichte, z. B. lineare Polyethylene mit niedriger Dichte und Polyethylene
mit hoher Dichte, im Handel erhältlich,
beispielsweise solche unter den Warenzeichen AFFINITY, ELITE oder
ASPUN, die alle von der Firma Dow Chemical erhältlich sind, und solche unter
der Handelsbezeichnung EXCEED, die von der Firma Exxon Chemical
erhältlich
sind.
-
Ein
spezielles derartiges nicht-elastomeres Polyolefin-Harz, das für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
geeignet ist, ist ein lineares Polyethylen mit niedriger Dichte,
das von der Firma Dow Chemical unter der Produktbezeichnung DOW
ASPUN 6831 erhältlich
ist.
-
Das
nicht-elastomere Polyolefin, insbesondere dann, wenn es sich dabei
um ein Polyethylen handelt, weist in der Regel einen Schmelzindex
von minde stens 30 auf, wobei ein Schmelzindex von mindestens 150 in
der erfindungsgemäßen Mischung
ebenfalls verwendbar ist. Außerdem
weist das nicht-elastomere
Polyolefin, wiederum insbesondere dann, wenn es sich dabei um ein
Polyethylen handet, eine Schmelztemperatur von mindestens etwa 100°C (212°F), vorzugsweise
von mindestens etwa 120° (248°F) auf.
-
Vorzugsweise
umfasst die Polymermischung etwa 10 bis etwa 90 Gew.-% des nicht-elastomeren
Harzes, insbesondere etwa 10 bis etwa 75 Gew.-%, besonders bevorzugt
etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% und am meisten bevorzugt von etwa 10
bis etwa 20 Gew.-% des nicht-elastomeren Harzes. Das elastomere
Harz liegt in der Zusammensetzung in einer Menge von etwa 90 bis
etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 90 bis etwa 25 Gew.-%, besonders
bevorzugt von etwa 90 bis etwa 50 Gew.-% und am meisten bevorzugt
von etwa 90 bis etwa 80 Gew.-% vor.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass auch verschiedene andere Komponenten erfindungsgemäß verwendet werden
können,
vorausgesetzt, dass die oben genannten elastomeren und nicht-elastomeren
Polyolefine in der Zusammensetzung vorhanden sind. Zu anderen Komponenten,
die vorhanden sein können,
gehören
beispielsweise andere (weitere) Polyolefin-Harze, Tenside, Pigmente,
Stabilisatoren, Füllstoffe,
anorganische Substanzen, Cellulose und dgl. Die Zugabe dieser anderen
Komponenten zu der polymeren Mischungszusammensetzung sollte jedoch
die Eigenschaften, die in den daraus hergestellten Vliesstoffbahnen
erzielt werden, nicht beeinflussen.
-
Im
Allgemeinen können
beliebige Verfahren, wie sie aus dem Stand der Technik zum Mischen
von polymeren Materialien bekannt sind, angewendet werden, um die
elastomeren Harze mit den nicht-elastomeren Polyolefin-Harzen, die
erfindungsgemäß verwendbar
sind, zu vermischen. Beispielsweise können Pellets jedes der Materialien,
die miteinander vorgemischt werden sollen, physikalisch zugemischt
werden unter Verwendung einer geeigneten Feststoffmischvorrichtung
und die Feststoffmischung kann dann in den Extruder- Abschnitt einer Schmelzblas-Vorrichtung
eingeführt
werden. Solche Trocken-Mischverfahren
sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
-
Die
Harze können
zuerst physikalisch miteinander gemischt werden in Form von Feststoffen
im Rahmen eines Trocken-Mischverfahrens. Sie können dann in einen Schmelzblas-Extruder
eingeführt
werden. Bei diesem zweistufigen Mischverfahren kann jede geeignete
Trockenmischvorrichtung zum Vermischen verwendet werden, woran sich
die Verwendung einer geeigneten Schmelzmischvorrichtung anschließt, um die
beiden Komponenten zu erhitzen und gemeinsam zum Schmelzen zu bringen.
Das Schmelzmischen erleichtert auch die Einführung der Mischung in die Schmelzblas-Vorrichtung.
-
In
den nachstehend angegebenen speziellen Beispielen wurden die Polymer-Komponenten zuerst
trocken miteinander gemischt und dann ohne Schmelzmischen einem
Schmelzblas-Extruder zugeführt.
Ein eventuell erforderliches Schmelzmischen wurde innerhalb des
Schmelzblas-Extruders selbst durchgeführt.
-
Verfahren
und Vorrichtungen, die zur Herstellung von Meltblown-Fasern angewendet
werden, und die daraus resultierenden Vliesstoffbahnen sind allgemein
bekannt. Meltblown-Fasern sind Fasern, die hergestellt werden durch
Extrudieren eines geschmolzenen polymeren Materials durch eine Vielzahl
von feinen, in der Regel kreisförmigen
Düsenkapillaren
in Form von geschmolzenen Fäden
oder Filamenten in konvergierende Gas (beispielsweise Luft)-Ströme, die
in der Regel heiß sind
und eine hohe Geschwindigkeit haben, um die Filamente aus geschmolzenem
Material dünner
zu machen und Fasern zu bilden. Während des Schmelzblas-Verfahrens
werden die Durchmesser der geschmolzenen Filamente durch die Zugluft
verringert bis auf die gewünschte
Größe. Danach
werden die Meltblown-Fasern von dem Hochgeschwindigkeits-Gasstrom
mitgenommen und auf einer Sammeloberfläche abgelagert unter Ausbildung
einer Bahn aus willkürlich
angeordneten Meltblown-Fasern. Ein solches Verfahren ist beispielsweise
in den US-Patenten 3 849 241 (Buntin et al.), 4 526 733 (Lau) und
5 160 746 (Dodge, Il et al.), auf deren Inhalte hier Bezug genommen
wird, beschrieben. Meltblown-Fasern können kontinuierlich (endlos)
oder diskontinuierlich sein und sie haben im Allgemeinen einen durchschnittlichen
Durchmesser von weniger als 10 μm.
-
In
einem konventionellen Schmelzblas-Verfahren wird ein geschmolzenes
Polymer einer Düse
zugeführt,
die zwischen einem Paar von Luftplatten angeordnet ist, die eine
Primärluft-Düse bilden.
Das Standard-Schmelzblas-Verfahren umfasst eine Düsenspitze
mit einer einzigen Reihe von Kapillaren entlang einer Messerkinge.
Typische Düsenspitzen
weisen etwa 30 Kapillar-Austrittslöcher pro linearen 2,54 cm (1
inch) Düsenbreite
auf. Die Düsenspitze
ist in der Regel ein keilförmiger
60°-Block,
der zu der Messerkinge hin konvergiert, entlang der die Kapillaren
geführt
werden. Die Luftplatten in vielen bekannten Schmelzblasdüsen sind
in einer vertieften (ausgenommenen) Konfiguration angeordnet, sodass
die Spitze der Düse
gegenüber
der Primärluft-Düse nach
hinten versetzt ist. Die Luftplatten in einigen Düsen sind
jedoch in einer bündigen
Konfiguration angeordnet, in der die Luftplattenenden in der gleichen
horizontalen Ebene liegen wie die Düsenspitze; in anderen Düsen liegt
die Düsenspitze
in einer vorstehenden oder "herausragenden" Konfiguration vor,
sodass die Spitze der Düsen
sich über
die Enden der Luftplatten hinaus erstreckt. Darüber hinaus kann, wie in dem
US-Patent Nr. 5 160 746 (Dodge Il et al.) beschrieben, auch mehr
als ein Luftstrom für
die Verwendung in der Düse
vorgesehen sein.
-
Bei
den meisten bekannten Konfigurationen der Schmelzblasdüsen wird
heiße
Luft durch die Primärluft-Düse gepresst,
die auf jeder Seite der Düsenspitze
ausgebildet ist. Die heiße
Luft erhitzt die Düse
und verhindert auf diese Weise, dass die Düse einfriert, wenn das geschmolzene
Polymer austritt und sich abkühlt. Auf
diese Weise wird verhindert, dass die Düse mit verfestigtem Polymer
verstopft wird. Die heiße
Luft zieht außerdem
die Schmelze zu Fasern aus oder verdünnt diese, bevor sie aus der
Düse austreten.
-
Die
heißen
Primärluft-Strömungsraten
liegen in der Regel in dem Bereich von etwa 4,5 bis etwa 7,2 Standard-m3/cm Düsenbreite
(15–24
scfm/in). Der Primärluft-Druck
liegt in der Regel in dem Bereich von etwa 1,07 bis etwa 1,7 kg/cm2 (1–10
psig). Die Temperatur der Primärluft
liegt in der Regel in dem Bereich von etwa 93 bis etwa 149°C (400–600°F). Die jeweilige
Temperatur des heißen
Primärluftstroms
hängt von
dem jeweiligen Polymer, das ausgezogen werden soll, sowie auch von
anderen Eigenschaften ab, die für
die Meltblownbahn erwünscht
sind.
-
Ausgedrückt durch
die Menge des Polymermaterials, das pro 2,54 cm (1 inch) der Düse pro Zeiteinheit fließt, beträgt der Polymerdurchsatz
in der Regel 0,5 bis 1,25 g/Loch pro min (ghm). So kann für eine Düse mit 30
Löchern
pro 2,54 cm (1 inch) der Polymerdurchsatz bis zu etwa 1,79 kg/cm/h
(10 lbs/inch/hour (pih)) betragen.
-
Darüber hinaus
sind zur Herstellung von Meltblown-Fasern aus einer Beschickung
von etwa 0,89 kg/cm/h (5 pih) Polymerschmelze etwa 8,94 bis etwa
17,87 kg/cm/h (50–100
pih) Heißluft
erforderlich, um die Schmelze zu diskreten Fasern auszuziehen oder
dünner
zu machen. Diese Auszieh-Luft muss auf eine Temperatur in der Größenordnung
von 93 bis 149°C
(400–600°F) erhitzt
werden, um der Düsenspitze
genügend Wärme zuzuführen.
-
Da
derart hohe Temperaturen angewendet werden müssen, muss eine beträchtliche
Wärmemenge aus
den Fasern abgeführt
werden, um die Fasern, welche die Öffnung verlassen, abzuschrecken
(oder zu verfestigen). Zur Beschleunigung der Abkühlung und
der Verfestigung der Meltblown-Fasern wurden bisher kalte Gase,
wie z. B. Luft, oder Flüssigkeiten,
wie Wasser, verwendet. Insbesondere wird in den US-Patenten 5 075 068
(Milligan et al.) und 5 080 569 (Gubernick et al.), auf deren Inhalt
hier Bezug genommen wird, ein Sekundärluftstrom, der durch einen
senkrechten Querschnitt oder unter einem Winkel von 90° in einer
Richtung relativ zur Richtung der Faserdehnung bzw. -streckung fließt, dazu
verwendet, Meltblown-Fasern abzuschrecken und Fa sern mit einem geringeren
Durchmesser herzustellen. Außerdem
wird in dem US-Patent 5 607 701 (Allen et al.), auf dessen Inhalt
hier Bezug genommen wird, eine kühlere,
unter Druck stehende Abschreckungsluft verwendet, welche die Kammer
71 füllt
und zu einer schnelleren Abkühlung
und Verfestigung der Fasern führt.
In dem US-Patent 4 112 159 (Pall) auf dessen Inhalt hier Bezug genommen
wird, wird ein kalter Luftstrom verwendet, um die Fasern dünner zu
machen, wenn es erwünscht
ist, die Schwächung
der Fasern zu verringern.
-
Durch
Steuerung der Luft- und Düsenspitzen-Temperatur,
des Luftdruckes und der Polymerbeschickungsrate kann der Durchmesser
der während
des Meltblown-Verfahrens gebildeten Faser eingestellt werden. Typische
Meltblown-Polypropylen-Fasern
haben beispielsweise einen Durchmesser von 3 bis 4 μm. Schwankungen,
insbesondere Zunahmen, des Druckes an der Düsenspitze können bewirken, dass die Faser-Durchmesser
schwanken. Je viskoser das fließende
Polymer ist, umso höher
ist der Druck an der Düsenspitze
und umso mehr Probleme entstehen im Zusammenhang mit der Herstellung
von geeigneten Fasern für Vliesstoffbahnen.
-
Nach
dem Abkühlen
werden die Fasern gesammelt und gebunden unter Bildung einer integrierten Vliesstoffbahn.
Insbesondere werden die Fasern mit Hilfe einer Ansaugbox auf einer
Formgebungsbahn gesammelt, die ein sich bewegendes Maschengitter
oder Band umfasst, das unterhalb der Düsenspitze angeordnet ist. Um
einen genügenden
Zwischenraum unterhalb der Düsenspitze
für die
Faserbildung, für
die Faserausziehung und die Faserabkühlung bereitzustellen, sind
Formgebungsabstände
von mindestens etwa 5,24 bis etwa 30,48 cm (6–12 inches) zwischen der Polymer-Düsenspitze
und der Oberseite des Maschengitters bei einem typischen Schmelzblas-Verfahren
erforderlich, obgleich auch verschiedene andere Formgebungsabstände angewendet
werden können,
je nach den jeweils gewünschten
Bahneigenschaften. So sind beispielsweise Formgebungsabstände von
bis zu etwa 45,72 cm (18 inches) akzeptabel. Die Bahn weist eine
Integrität
auf aufgrund der Verfilzung der einzelnen Fasern in der Bahn sowie
aufgrund eines gewissen Grades einer ther mischen oder Selbstbindung
zwischen den Fasern, insbesondere wenn das Sammeln nur in einem kurzen
Abstand nach der Extrusion durchgeführt wird. In einigen der nachstehend
angegeben Beispiele betrugen typische Formgebungsabstände etwa
17,78 cm (7 inches) und in anderen Beispielen betrugen die Formgebungsabstände etwa
22,86 cm (9 inches), obgleich auch Abstände zwischen etwa 15,24 und
etwa 35,56 cm (6–14
inches) angewendet werden können,
wobei Abstände
von etwa 15,24 bis etwa 30,48 cm (6–12 inches) bevorzugt sind.
-
Die
auf dem perforierten Band gebildete Bahn kann verdichtet oder anderweitig
mittels einer oder mehreren Walzen gebunden werden. Dann kann die
Vliesstoffbahn von dem Band abgenommen und auf Kerne aufgewickelt
werden für
die spätere
Verwendung oder sie kann in einem kontinuierlichen Verfahren einer
anderen Station zugeführt
werden für
eine weitere Bahnbehandlung und Verwendung.
-
Obgleich
eine konventionelle Schmelzblasvorrichtung als geeignet für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Bahnen
bezeichnet worden ist, ist klar, dass auch verschiedene andere Vorrichtungen
und Verfahren angewendet werden können. So kann beispielsweise
auch die Schmelzblasvorrichtung, wie sie in dem US-Patent 5 350
624 (Georger et al.) dargestellt und beschrieben ist, verwendet
werden. Wie in dem Georger et al.-Patent angegeben, auf dessen Inhalt
hier Bezug genommen wird, können
zwei Schmelzblasdüsen 16 und 18 (wie
in den Zeichnungen der Druckschrift dargestellt) so angeordnet werden,
dass Polymerfilamente dem Formgebungsband zugeführt werden. Es kann eine beliebige
Anzahl von Mehrfachdüsen-Bänken von Schmelzblasdüsen verwendet
werden zur Herstellung der Bahnen. Außerdem können, wie in dem Georger et al.-Patent
dargestellt, zusätzliche
sekundäre
Fasern den Polymerströmen
zugesetzt werden, die aus den beiden einander gegenüberliegenden
Schmelzblasdüsen
austreten.
-
Wenn
Bahnen, die im Wesentlichen kontinuierliche (endlose) Filamente
aufweisen, erwünscht
sind, können
auch andere modifizierte Schmelzblas-Verfahren angewendet werden. So kann
beispielsweise dann, wenn eine kontinuierliche (endlose) Filamentbahn
erwünscht
ist, das Verfahren zur Herstellung von im Wesentlichen kontinuierlichen
(endlosen) Polymer-Filamenten, wie es in dem US-Patent 5 385 775
(Wright) beschrieben ist, angewendet werden. Wie in dem Wright-Patent
erläutert,
auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird, wird eine Schmelzblas-Vorrichtung
verwendet, in der die Wärme
des primären
Luftstroms, der an der Schmelzblas-Düsenspitze vorbeiströmt, entweder
stark vermindert ist oder vollständig
fehlt. Die kontinuierlichen (endlosen) Filamente werden dann mit
einem aufgesprühten
= konventionellen Meltblown-Bahnmaterial abgedeckt. Die resultierende
Faserbahn bzw. -folie weist im Wesentlichen kontinuierliche (endlose)
Filamente anstelle der hauptsächlich
willkürlich
verteilten Filamente auf, die typisch sind für die meisten Meltblown-Bahnen.
Dieses Verfahren kann angewendet werden zur Herstellung entweder
der elastischen Faserbahnen bzw. -folien, in denen die erfindungsgemäße Polymermischung
verwendet wird, oder zur Herstellung von Bahnen, auf welche die
erfindungsgemäßen elastischen
Vliesstoffbahnen auflaminiert werden.
-
Bei
einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Meltblown-Bahn,
welche die Verstreckbarkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
aufweist, zu einer Stretch-Bonded-Laminatbasislage bzw. -folie geformt
werden, wie sie in dem Vander Wielen et al.-Patent beschrieben ist,
auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird. Anstatt die Basislage
aus Materialien vom KRATON-Typ herzustellen, wie in dem Vander Wielen
et al.-Patent beschrieben, wird die erfindungsgemäße Basislage
bzw. -folie aus der vorstehend beschriebenen elastomeren/nicht-elastomeren
Polyolefin-Mischung hergestellt. Die erfindungsgemäße Polymermischung
kann auch zu einer elastischen Vliesstoffbahn geformt werden für die Verwendung
in einem Neck-Bonded-Laminatmaterial,
wie weiter oben erläutert.
-
Außerdem können die
aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
hergestellten Vliesstoffbahnen auch als innere Schichten) für verschiedene
Wischerprodukte verwendet werden, bei denen die äußeren Schichten dieser Produkte
Coform-Schichten aus Cellulose und Polypropylen sind. Zu weiteren
Anwendungen der vorliegenden Erfindung gehören verschiedene Typen von
Laminaten, wie z. B. Vliesstoff/verstreckbare Bahn/Vliesstoff-Laminate,
verstreckbare Bahn/Vliesstoff/verstreckbare Bahn-Laminate und Vliesstoff/verstreckbare
Bahn-Laminate, bei denen die Vliesstoff-Anteile der Laminate in
der Regel thermoplastische Vliesstoff-Spunbond- oder -Meltblown-Bahnen sind und die
verstreckbaren Bahn-Anteile aus dem erfindungsgemäßen Polymermischungsmaterial
hergestellt sind.
-
Bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen speziellen Wischerprodukte
wird die Polymermischung aus elastomeren und nicht-elastomeren Materialien
zu einer elastischen Meltblown-Vliesstoffbahn geformt. Diese Bahn
wird dann auf mindestens einer andere thermoplastische Vliesstoffbahn
oder eine Coformbahn aus etwa 65% Zellstoff und etwa 35% Polymer
wie Polypropylen durch Wärmebindung
aufgebracht. Bei einer anderen Ausführungsform wird die elastische
Vliesstoffbahn sandwichartig zwischen mindestens zwei äußeren Meltblown-Vliesstoff-Coform-Bahnen
angeordnet. Coform-Bahnen bestehen, wenn sie verwendet werden, in
der Regel aus Cellulosefasern und Fasern, die aus einem Polyolefin,
wie z. B. Polypropylen oder Polyethylen, hergestellt sind. Die innere
elastische Vliesstoffbahn wird während
der Bindung der äußeren Schichten
an diese innerhalb ihres elastischen Bereiches im verstreckten Zustand
gehalten, sodass die äußeren Schichten sich
beim Zusammenziehen oder Erholen nach der Entspannung sich kräuseln oder
Falten bilden. Das resultierende Laminat weist die Struktur und
den Griff eines gekräuselten
(zusammengezogenen) Materials vom gesteppten Typ auf.
-
Die äußeren Schichten
können
Bahnen sein, die durch Schmelzblasen oder durch Spunbonding hergestellt
worden sind, und sie können
ihrerseits elastische Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren zur
Herstellung von Vliesstoff bahnen durch Spunbonding ist in dem US-Patent
4 340 563 (Appel et al.) beschrieben, auf dessen gesamten Inhalt
hier Bezug genommen wird. Spunbonding-Verfahren ergeben Fasern mit
geringem Durchmesser durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen
Materials in Form von Filamenten aus einer Vielzahl von feinen,
in der Regel kreisförmigen
Kapillaren einer Spinndüse,
wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann schnell verkleinert
wird. Weitere Beispiele für
Spunbond-Fasern sind in den US-Patenten 3 692 618 (Dorschner et
al.), 3 802 817 (Matsuki et al.), 3 338 992 (Kinney), 3 341 394
(Kinney), 3 502 763 (Hartman) und 3 542 615 (Dobo et al.), angegeben.
Spunbond-Fasern sind im Allgemeinen kontinuierlich (endlos) und
weisen durchschnittliche Durchmesser (aus einer Probe von mindestens
10) von mehr als 7 μm,
besonders bevorzugt zwischen etwa 10 und 40 μm, auf. Die Fasern können auch
solche Gestalten haben, wie sie in den US-Patenten 5 277 976 (Hogle
et al.), 5 466 410 (Hills), 5 069 970 (Largman et al.) und 5 057
368 (Largman et al.), beschrieben sind, in denen Fasern mit unkonventionellen
Gestalten beschrieben sind.
-
Wenn äußere Coform-Bahnschichten
verwendet werden, können
Coforming-Verfahren,
wie sie in dem US-Patent 4 100 324 (Anderson et al.), beschrieben
sind, auf dessen gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird, angewendet
werden. Insbesondere wird eine Coform-Vliesstoffbahn hergestellt
durch Kombinieren einer Mischung von thermoplastischen Meltblown-
und Cellulose-Fasern, wie z. B. Zellstoff- oder Stapelfasern, in einem
Gasstrom. Bei dem darin beschriebenen Verfahren werden die thermoplastischen
und Cellulose-Faser miteinander kombiniert, bevor die kombinierten
Fasern auf einem Formgebungssieb gesammelt werden zur Bildung einer
kohärenten
Bahn aus willkürlich
dispergierten Fasern. Eine typische Coform-Vliesstoffbahn kann etwa
65 Gew.-% Cellulosefasern und etwa 35 Gew.-% thermoplastische Fasern
umfassen, wobei dieses Verhältnis
variiert werden kann, um verschiedene erwünschte Eigenschaften in solchen
Coform-Bahnen zu erzielen. Wenn das erfindungsgemäße resultierende
Laminat hergestellt wird, kann das Laminat etwa 50 Gew.-% Synthesefasern
und etwa 50 Gew.-% Cellulosefasern umfassen, wobei auch andere Verhältnisse
geeignet sind.
-
Ein
Beispiel für
eine geeignete Vorrichtung zur Herstellung solcher Coform-Bahnen ist die in
dem Georger et al.-Patent dargestellte Vorrichtung, das weiten oben
diskutiert worden ist und auf dessen Inhalt hier Bezug genommen
wird.
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In
der beiliegenden Zeichnung ist ein Herstellungsverfahren zum Wärmebinden
von kräuselbaren
(zusammemziehbaren) äußeren Schichten
mit jeder der beiden einander gegenüberliegenden Seiten einer verstreckten
elastischen Bahn erläutert.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl Inline- als auch Offline-Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Materialien
angewendet werden können.
Die Umwandlung eines Inline-Verfahrens in ein Offline-Verfahren und umgekehrt
ist für
den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich.
-
Ein
elastisches innere Bahn 4, die aus der hier beschriebenen
erfindungsgemäßen elastomeren/nicht-elastomeren
Polyolefin-Mischung hergestellt sein kann, wird von einer Zuführungsrolle 2 für dieses elastische
Material abgewickelt. Die elastische innere Bahn 4 wird
dann in der durch die Pfeile angegebenen Richtung transportiert
und passiert den Spalt der S-Walzenanordnung 5, der besteht
aus übereinanderliegenden
Walzen 6 und 8 entlang des Weges in der Form eines
umgekehrten S, wie durch die Rotationsrichtungs-Pfeile angezeigt,
die an den übereinander
angeordneten Walzen 6 und 8, vorgesehen sind.
Ab der S-Walzenanordnung 5 wird die Bahn 4 in
den Druckspalt zwischen einer Bindewalzen-Anordnung 9 eingeführt, die
besteht aus einer mit einem Muster versehenen Kalanderwalze 10 und
einer glatten Amboß-Walze 12.
-
Eine
erste kräuselbare
(zusammenziehbare) Bahn 16 wird von einer Zuführungswalze 14 abgewickelt und
eine zweite kräuselbare
(zusammenziehbare) Bahn 20 wird von einer Zuführungswalze 18 abgewickelt. Die
erste Bahn 16 und die zweite Bahn 20 werden in
der durch die Pfeile angezeigten Richtung transportiert, die an
den Zuführungswalzen 14 und 18 angegeben
sind, die in der durch die jeweiligen Pfeile angezeigten Richtung
rotieren. Die elastische Bahn 4 wird bis zu dem gewünschten
Prozentsatz der Dehnung verstreckt zwischen der S-Walzen-Anordnung 5 und
dem Druckwalzenspalt der Bindungswalzen-Anordnung 9. Aufgrund des
Umstands, dass die lineare Umfangsgeschwindigkeit der Walzen der
S-Walzenanordnung 5 so eingestellt wird, dass sie geringer
ist als die lineare Umfangsgeschwindigkeit der Walzen der Bindungswalzenanordnung 9,
wird die elastische Bahn 4 bis zu dem ausgewählten Prozentsatz
der Dehnung verstreckt und in diesem gedehnten Zustand während der
Wärmebindung
der Bahnen 16 und 20 an die elastische Bahn 4 in
der Bindungswalzenanordnung 9 gehalten. Die mit einem Muster
versehene Kalanderwalze 10 und/oder die glatte Amboßwalze 12 kann
(können)
erhitzt sein und der Druck zwischen diesen beiden Walzen kann auf
allgemein bekannte Weise eingestellt werden, sodass die gewünschte Temperatur
und der gewünschte
Bindungsdruck entstehen zum Verbinden der Bahnen 16 und 20 mit
der elastischen Bahn 4 zur Herstellung des Verbund-Laminatmaterials 22.
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Nach
dem Austritt aus dem Walzenspalt der Bindungswalzenanordnung 9 kann
das Verbund-Laminatmaterials 22 in eine optionale Rückhaltebox 24 eingeführt werden,
in der es in einem entspannten, unverstreckten Zustand für eine Zeitspanne
gehalten wird, die ausreicht, um eine Abkühlung der elastischen Bahn 4 zu
erzielen. Das Abkühlen
im verstreckten Zustand sollte im Wesentlichen vermieden werden,
sodass die elastische Bahn ihre Fähigkeit behält, sich gegenüber den
verstreckten Dimensionen, die sie während des Bindungsvorganges
hatte, zusammenzuziehen. Wenn sie für lange Zeiträume bei
ihrer Schmelztemperatur oder oberhalb ihrer Schmelztemperatur unter
Spannung gehalten würden,
würden
die Bahnen ihre Fähigkeit
verlieren, sich zusammenzuziehen oder zu ihren ursprünglichen
unverstreckten Dimensionen zurückzukehren.
Eine kurze Erholungsphase in einem entspannten nicht-gedehnten Zustand
unmittelbar nach der Bindung ermöglicht
es den elastischen Bahnen mit niedrigerem Flächengewicht die äußeren kräuselbaren
(zusammenzieh baren) Bahnen zu kontrahieren und zu kräuseln, sodass
die gebundene Bahn einen Teil ihrer Elastizität beibehält. Nach einer kurzen Erholungsperiode
im nicht-gedehnten Zustand von beispielsweise etwa 3 bis etwa 30 s
in der Rückhaltebox 24 wird
das Verbundlaminatmaterial 22 abgezogen für das Aufwickeln
auf eine Lagerwalze (nicht dargestellt). Die Rückhaltebox 24 oder
eine andere äquivalente
Einrichtung erlaubt es dem entspannten wärmegebundenen Verbundlaminat,
sich zu stabilisieren oder abzukühlen,
während
es in einem nicht-gedehnten
Zustand vorliegt, sodass sich die elastische Bahn 4 zusammenziehen
und die äußeren kräuselbaren
(zusammenziehbaren) Bahnen 16 und 20 kräuseln kann
unmittelbar nachdem alle Bahnen miteinander verbunden worden sind.
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In
der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung können konventionelle Antriebseinrichtungen
verwendet werden. Solche Einrichtungen sind allgemein bekannt und
sind aus Gründen
der Klarheit der schematischen Darstellung nicht angegeben. Außerdem können verschiedene
Bindungsmuster (Prägemuster)
auf der Kalanderwalze verwendet werden. Diese Bindungsverfahren
sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
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Die
mit der erfindungsgemäßen elastomeren/nicht-elastomeren
Polyolefin-Mischung
hergestellten Vliesstoff-Laminate stellen eine wirtschaftliche Alternative
zu den Laminaten dar, wie sie in dem Vander Wielen et al.-Patent
und in anderen Verfahren verwendet werden, in denen allgemein die
teureren Materialien vom KRATON-Typ eingesetzt werden. Gegenstände bzw.
Artikel, beispielsweise Wischer und Kleidungsstücke, bei denen ein elastischer
Memorie-Effekt nicht
so wichtig ist wie eine wirtschaftliche Herstellung, können die
erfindungsgemäße Technologie
in vorteilhafter Weise ausnützen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
stellt eine Möglichkeit
zur Herstellung dieser billigeren Laminate mit niedrigerem Leistungsvermögen dar,
während
das gewünschte
Volumen, die gewünschte
Struktur und das gewünschte
Aussehen beibehalten werden. Die Verwendung der Mischung bietet
auch mehrere Verarbeitungsvorteile gegenüber der Verwendung von 100%
Metallocen-katalysierten elasto meren Plyolefinen, wie z. B. eine
bessere Ablösung
von dem Drahtgitter und die Erzielung einer besseren Faserabdeckung
in der gebildeten Bahn.
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Die
folgenden Beispiele stellen lediglich erläuternde Angaben dar, die das
Verständnis
der vorliegenden Erfindung fördern.
Die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.
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Beispiele 1 bis 43
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In
den in den nachstehenden Tablellen 1 bis 4 zusammengefassten Beispielen
ist die Überlegenheit einer
Mischung von elastomerem und nicht-elastomerem Polyethylen als elastisches
Meltblown-Substrat für verschiedene
Produkte, beispielsweise eine Coform-Verstreckungs-Laminatbasislage
(-folie) dargestellt. Die Verwendung der Polyethylen-Mischung führt zu einem
Produkt mit einer dramatisch verbesserten Zugfestigkeit und einer
verminderten Viskosität.
Dies führte
zu einer Abnahme des Druckes an der Düsenspitze und der Schmelztemperatur
während
des Schmelzblasverfahrens im Vergleich zu dem Kontrollprodukt, das
nur aus einem elastomeren Polyolefin besteht.
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Alle
Zahlen der Beispiele 1 bis 43 stellen elastische Meltblown-Vliesstoffbahnen
dar, die mit einem Flächengewicht
von 30 g/m2 (GSM) gesponnen wurden. Alle
Bahnen der Beispiele 1 bis 43 wurden hergestellt durch Extrusion
einer trockenen Mischung, bei der in geeigneter Weise eine Polymerfließerate von
0,18 kg/cm/h (1,0 pih) angewendet wurden.
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In
der Tabelle 1 sind verschiedene Eigenschaften der Bahnen der Beispiele
1 bis 13, die nur aus einem Metallocen-katalysierten elastomeren
Polyolefin (DOW XU58200.02) bestanden und als Kontrolle dienten,
miteinander verglichen.
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In
der Tabelle 2 sind die Beispiele 14 bis 25 zusammengefasst, in denen
die Bahn aus einer 50/50-Mischung aus einem elastomeren Polyolefin
(DOW XU58200.02) und einem nicht-elastomeren Polyolefin-Harz (DOW
ASPUN 6831) bestand.
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In
der Tabelle 3 sind die Beispiele 26 bis 34 zusammengefasst, in denen
die Bahn bestand aus einer Mischung von 75 Gew.-% eines elastomeren
Harzes (DOW XU58200.02) und 25 Gew.-% eines linearen Polyethylen-Harzes
mit niedriger Dichte (DOW ASPUN 6831).
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In
der Tabelle 4 sind die Beispiele 35 bis 43 zusammengefasst, in denen
die Bahn bestand aus einer Polymermischung von 90 Gew.-% eines elastomeren
Harzes (DOW XU58200.02) und 10 Gew.-% eines linearen Polyethylen-Harzes
mit niedriger Dichte (DOW ASPUN 6831).
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Für jedes
der Beispiele sind die Schmelztemperatur (in °F), die Temperatur der Primärluft (in °F), der Primärluftstrom
(in ft3/M) und die Belastung bei 2,5-fach
und 2,0-fach in Detail angegeben. Die Belastung bei 2,5-fach wurde
bestimmt durch quantitative Ermittlung der Belastung, die erforderlich
war, um die polymere Bahn auf das 2,5-fache ihrer ursprünglichen
Länge zu
verstrecken. Eine Aufhängungsskala
vom Feder-Typ wurde angewendet, um das Gewicht quantitativ zu bestimmen.
Die Belastung bei 2,0-fach wurde bestimmt durch Entspannen der Polymerbahn,
die bereits auf das 2,5-fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt worden war,
bis auf das 2-fache ihrer ursprünglichen
Länge.
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Die
in den Tabellen 2, 3 und 4 zusammengefassten Ergebnisse zeigen,
dass die Polymermischungen einer signifikanten Zunahme der Zugbelastung
bei 2,5-fach standhalten,
verglichen mit den Kontroll-Meltblown-Bahnen, wie sie in der Tabelle
1 angegeben sind.
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Die
Tabelle 5 zeigt den Unterschied in Bezug auf den Spinnpumpendruck
und den Schmelzdruck am Düseneinlass
zwischen den Meltblown-Substraten, bestehend aus 100% Metallocen-katalysierten
Elastomeren (DOW XU58200.02), und solchen aus elastomerem Polyolefin
und nicht-elastomerem Polyolefin- Harz (DOW
XU58200.02/DOW ASPUN 6831) in einem 50/50-Verhältnis. Außerdem ist in der Tabelle 5
angegeben, dass die duale Schmelzblas-Düsenanordnung, wie sie in dem
Georger et al.-Patent beschrieben ist, angewendet wurde. Die Spalte
mit der Überschrift "Düse #" gibt die jeweilige Düse der beiden
Düsen an,
mit der die darunter angegebenen Daten erzielt wurden. Wie in der
Tabelle angegeben, wurde in jedem genannten Beispiel bei beiden
Düsen die
gleiche Polymer-Formulierung verwendet.
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Die
Ergebnisse in der Tabelle 5 zeigen, dass der Schmelzdruck am Düseneinlass,
der erforderlich war, um das 100% Metallocen-katalysierte Elastomer
(DOW XU58200.02) zu extrudieren, signifikant höher war als der Druck, der
erforderlich war für
die Extrusion der 50/50-Mischung (DOW XU58200.02/DOW ASPUN 6831). Der
niedrigere Druck an der Düsenspitze,
der erforderlich war für
die 50/50-Mischung, stellt einen kommerziellen Vorteil gegenüber dem
höheren
Druck an der Düsenspitze
dar, der erforderlich war für
das 100% Metallocen-katalysierte Polyethylenelastomer.
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Beispiele 44 bis 62
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In
der folgenden Tabelle 6 sind weitere elastomere Polyethylen/nicht-elastomere
Polyethylen-Mischungen angegeben, die zur Herstellung von elastischen
Meltblown-Lagen bzw. -Bahnen für
die Verwendung in verschiedenen Vliesstoff-Laminaten eingesetzt
wurden. Die speziellen elastomeren Polyethylene waren die weiter
oben genannten Elastomeren der Marke DOW. Die Dichte, die Schmelzindices
und die Gewichtsmengen der beiden Komponenten sind darin angegeben.
In der Tabelle 7 sind verschiedene Verarbeitungsbedingungen angegeben,
bei denen die Meltblown-Lagen (-Folien) hergestellt wurden und es
sind die relevanten Verarbeitungsbedingungen angegeben, bei denen
die Meltblown-Lagen (-Folien) an ein Polypropylen-Verkleidungsmaterial
gebunden wurden zur Bildung von Laminaten. In der Tabelle 8 sind
die Ergebnisse in Bezug auf die Spitzenbelastung in %, die bleibende
Verformung in % und die Hysterese in % (während der ersten und der fünften Verstreckungs-Zyklen)
von Meltblown-Bahnen angegeben, die aus den verschiedenen, in der
Tabelle 6 angegebenen Mischungen hergestellt wurden. Schließlich sind
in der Tabelle 9 die Ergebnisse in Bezug auf die Schmelztemperatur,
den Prozentsatz der Verstreckung bis zum Abstoppen, den Prozentsatz
der bleibenden Verformung und den Prozentsatz der Hysterese (während der
ersten und der fünften
Verstreckungs-Zyklen) angegeben, wenn die in der Tabelle 6 angegebenen
elastischen Bahnen zur Herstellung eines wie vorstehend beschriebenen
Stretch-Bonded-Polypropylen-Laminats
verwendet wurden.
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Der
Gleichgewichts-Hysterese-Test wurde durchgeführt durch cyclische Behandlung
einer Probenbahn zwischen Null und einer vorgegebenen Zyklus-Dehnung für eine vorgegebene
Anzahl von Zyklen. Dieser Zyklus-Test wurde angewendet zur Bestimmung
des Prozentsatzes der Verstreckung, des Prozentsatzes der bleibenden
Verformung und des Prozentsatzes der Hysterese für die verschiedenen Proben
bei einer Testgeschwindigkeit von 51 cm (20 inches) pro min.
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Für die Zwecke
dieser Beispiele ist die "Verstreckung" ein Maß für die Differenz
zwischen einem gedehnten (verstreckten) elastischen Material und
einem nicht-gedehnten (nicht-verstreckten) Material in Bezug auf
eine spezielle Dimension. Die "Verstreckung
in %" wird bestimmt
durch Ermittlung der Differenz und durch anschließendes Dividieren
durch die unverstreckte Länge
des elastischen Materials in der gleichen Dimension (und durch anschließendes Multiplizieren
mit 100% zur Erzielung des Prozentsatzes).
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Die "bleibende Verformung" ist ein Maß für die Verstreckung
des Materials gegenüber
seiner ursprünglichen
Länge nach
der zyklischen Behandlung. Die bleibende Dehnung nach der Entfernung
der angelegten Spannung (Kraft) wird als "bleibende Verformung" gemessen. Der Prozentsatz der bleibenden
Verformung ist der Wert, bei dem die Zusammenziehungskurve eines
Zyklus die Dehnungsachse schneidet. Der Wert für die bleibende Dehnung stellt
ein Maß für die Irreversibilität der Verformung
dar.
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Die "Hysterese" ist ein Maß für die Höhe des Energieverlustes
innerhalb eines spezifischen Zyklus. Die Belastungsenergie und die
Entlastungsenergie werden errechnet durch Integrieren der Fläche unter
den jeweiligen Kurven unter Anwendung der Trapezoidregel. Der Prozentsatz
der Hysterese eines Zyklus ist wie folgt definiert:
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Die "Schmelztemperatur" der Meltblown-Bahnen
ist als Bereich von Schmelztemperaturen angegeben, bei denen die
jeweiligen Proben hergestellt wurden.
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Dort
wo in den Tabellen Daten fehlen, wurden keine Daten bei diesem speziellen
Test aufgezeichnet.
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Die
in den obigen Beispielen zusammengefassten elastischen Bahnen konnten
als verstreckbare Materialschicht in verschiedenen bekannten Produkten,
z. B. den vorstehend angegebenen, verwendet werden. Ein derartiges
Beispiel wäre
das vorstehend beschriebene Stretch-Bonded-Laminatmaterial. Ein
anderes Beispiel wären
Stretch-Bonded-Laminate. Weitere Beispiele wären die Verwendung der erfindungsgemäßen Polymermischung
in verschiedenen Endlosfilament-Anwendungen zur Herstellung von
elastischen Faserlagen, die in verschiedenen Laminaten und Produkten
verwendet werden könnten.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
ist der, dass die Ablösung
der Vliesstoffbahn von dem Drahtgitter kein Problem ist. Wegen der
höhere
Schmelztemperatur der Mischung gegenüber der 100% Metallocen-katalysierten
Polyethylen-Bahn lösen
sich die aus den Mischungen hergestellten Vliesstoffbahnen leichter
von den Formgebungsdrahtgittern und neigen weniger dazu, daran zu haften.
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Die
erfindungsgemäßen Bahnen
können
für verschiedene
Anwendungszwecke verwendet werden, bei denen üblicherweise Laminate verwendet
werden können.
Beispielsweise wären
Laminate, die in Materialien zur Erzielung eines guten Anpassungsvermögens an
den Körper
eingesetzt werden (d. h. die eine "Nachgiebigkeit" ohne Zerreißen ermöglichen) geeignete Produkte
für die
Herstellung aus den erfindungsgemäßen Bahnen. Zu Beispielen für solche
Produkte gehören
absorptionsfähige
Körperpflegeprodukte,
wie z. B. Trainingshosen, Windeln und andere Inkontinenz-Produkte
sowie Schutzkleidung, beispielsweise Arbeits-Overalls und chirurgische
Umhänge.
Zu anderen Produkten gehören
verschiedene Kleidungsstücke,
wie z. B. Unterkleidung, Schlüpfer,
Hemden, Jacken, Handschuhe, Socken und dgl. Diese Produkte und Verfahren
zur ihrer Herstellung sind in der Industrie allgemein bekannt.
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Obgleich
vorstehend bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausdrücke, Vorrichtungen
und Verfahren beschrieben worden sind, dient diese Beschreibung
lediglich der Erläuterung
der Erfin dung. Die verwendeten Wörter
sind beschreibende Wörter,
keine beschränkende Wörter. Es
ist klar, dass Änderungen
und Variationen vom Fachmann auf diesem Gebiet durchgeführt werden können, ohne
dass dadurch der Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung,
wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen festgelegt ist, verlassen
wird. Außerdem
ist klar, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen insgesamt oder
teilweise gegeneinander vertauscht werden können. Während beispielsweise ein Meltblown-Substrat für eine Coform-Stretch-Laminat-Basislage
beispielhaft angegeben worden ist, sind auch andere Verwendung in
Betracht zu ziehen. Der Geist und der Schutzbereich der nachfolgenden
Patentansprüche
sind daher nicht beschränkt
durch die Beschreibung der darin angegebenen bevorzugten Ausführungsformen.