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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein kontaktfreies Beschichtungsverfahren
zur Herstellung einer kontinuierlichen Beschichtung sowie daraus
konstruierte Gegenstände.
Diese Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
textilen Materials mit einer Feuchtigkeitsundurchlässigen Sperrschicht
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Feuchtigkeitsabsorbierenden
Hygieneartikels mit einer solchen Sperrschicht. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein textiles Material und hygienische Wegwerfartikel
umfassend eine für
Körperflüssigkeit
impermeable Sperrschicht die nach dem Beschichtungsverfahren hergestellt
werden kann. Vorzugsweise weist die im Beschichtungsverfahren zur
Herstellung der Sperrschicht verwendete thermoplastische Zusammensetzung
bestimmte rheologische Eigenschaften auf.
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Erfindungshintergrund
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Für unterschiedliche
Anwendungszwecke benötigt
man Materialien, die für
Flüssigkeiten
wie Wasser und Körperflüssigkeiten
undurchlässig
sind, gleichzeitig aber einen textilen Charakter aufweisen, der
dem nicht-undurchlässig
ausgestatteter Materialien möglichst ähnelt. Ein
Beispiel sind Hygieneartikel wie Windeln, Windelhöschen, Inkontinenzeinlagen,
Damenbinden, Slipeinlagen, etc. Solche Hygieneartikel haben eine
erhebliche Saugfähigkeit.
Um sicherzustellen, dass die zu absorbierende Flüssigkeit nicht an die Kleidung
gelangt, haben solche Hygieneartikel üblicherweise an ihrer äußeren, Körper-abgewandten
Seite eine durchgehende Schicht aus wasserundurchlässiger Folie.
Da die Berührung
mit diesem Folienmaterial von manchen Verbrauchern als unangenehm
empfunden wird, ist bereits vorgeschlagen worden, die Außenseite
der Folie mit einer dünnen
Schicht von Textilmaterial zu bedecken, so dass sich der Gegenstand
auch an der Außenseite
textilartig anfühlt.
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Die
EP-A 0 187 728 beschreibt
eine Wegwerfwindel mit einer Sperrschicht in Form einer Kunststofffolie,
die typischerweise aus einem Polyolefin, einem Polyacrylat, aus
PVC, Nylon oder einem anderen thermoplastischen Material besteht.
Diese Sperrfolie wird auf eine dünne
Vliesstoffschicht auflaminiert, aufgeklebt oder aufgeschweißt, was
voraussetzt, dass das Folienlaminat zunächst separat erzeugt wird.
Alternativ wird vorgeschlagen, das Kunststoffmaterial der Folie
auf das Vliesmaterial durch Extrusion zu beschichten. Das so gebildete
Laminat wird dann als äußerste Materiallage
so verwendet, dass die Folienschicht innen liegt, so dass die äußere Vliesstoffschicht
die gewünschte
textile Textur aufweist.
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Dieses
Herstellungsverfahren ist jedoch sehr aufwendig. Hochpolymere Kunststoffe
wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polyacrylate, etc. haben niedrige
Schmelzfließindizes
und können
(wenn überhaupt)
nur auf sehr aufwendigen Anlagen zu undurchlässigen Folien verarbeitet werden.
Nichts anderes würde
für den vorgeschlagenen
direkten Extrusionsbeschichtungsauftrag gelten, der bisher nicht
praktisch realisiert worden zu sein scheint. Die separate Herstellung
der Folie mit nachfolgender Laminierung auf das Vliesmaterial ist durch
den zusätzlichen
weiteren Produktionsschritt noch aufwendiger.
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Die
US-Patente 4,692,161 und
4,627,847 lehren einen Kantenauslaufschutz
für einen
absorbierenden Hygieneartikel, gewährleistet durch Beschichten
eines Heißschmelzklebstoffs
auf den Kantenbereich eines Vliesstoff-Bahnmaterials. Je nach Anwendung
kann dieser Schmelzklebstoff zu seiner Funktion als Feuchtigkeitssperre
auch noch eine konstruktive Aufgabe übernehmen, indem er das Vliesmaterial
mit anderen Bahnmaterialien des Hygieneartikels verklebt. Der Heißschmelzklebstoff
wird auf herkömmliche
Weise mittels Schlitzdüsenbeschichtung,
Transferbeschichtung, Sprühbeschichtung
oder anderer derartiger Verfahren aufgebracht. Die genannten US-Patente
geben an, dass die Schmelzklebstoffbeschichtung ein Mindestdicke
von 25 μm,
vorzugsweise wenigstens 75 μm
aufweisen soll, damit eine geschlossene Sperrschicht erreicht wird. Konventionelle
Schlitzdüsenbeschichtungen
auf unebenen Substraten wie etwa Vliesstoffen werden typischerweise
durch Halten der Schlitzdüse
in permanentem Kontakt mit dem Substrat durchgeführt, so dass die Düse auf dem
Substrat während
der Beschichtung aufliegt. Es ist unproblematisch Heißschmelzklebstoffe
auf unebene Substrate mit Schlitzdüsen- oder Sprühbeschichtungsverfahren
aufzutragen, vorausgesetzt, dass nur eine diskontinuierliche Beschichtung
erforderlich ist, wie z. B. für
konstruktive Anwendungen, wo das Beschichtungsgewicht des Schmelzklebstoffs
im Bereich von etwa 3 g/m
2 bis etwa 10 g/m
2 liegt. Will man hingegen eine dichte, kontinuierliche
Schicht erzeugen, dann lässt
sich dies bei üblichen
Auftragsverfahren nur realisieren, wenn Flächengewichte des Schmelzklebstoffs
oberhalb von 30 g/m
2 eingesetzt werden.
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Solche
hohen Auftragsgewichte sind teuer. Zudem werden alle Substrate beim
Direktauftrag mit der Schlitzdüse
erheblich mechanisch und auch thermisch belastet, insbesondere da
die Schlitzdüse
für die
Abgabe beheizt wird. Für
sehr empfindliche Substrate, beispielsweise Vliesstoffe aus sehr
feinen bzw. niedrig-schmelzenden Fasern lässt sich ein herkömmlicher
Auftrag von Schmelzklebstoff aus der Schlitzdüse nicht immer realisieren,
ohne das Substrat zu beschädigen.
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Solche
Probleme sind auch beim Auftrag mit beheizten Auftragswalzen bzw.
beim Sprühauftrag
mit beheizten Luftströmen
nicht auszuschließen.
Die hohen Beschichtungsgewichte dieses Standes der Technik führen zu
erhöhter
Steifigkeit des beschichteten Substrats, wodurch der textile Charakter
nachteilig beeinflusst wird. Ähnliche
Probleme ergeben sich bei der Herstellung von Hygieneartikeln und
in anderen Gebieten, wie etwa der Bekleidungsproduktion, wo die
resultierenden Materialien benötigt
werden um eine Flüssigkeits-Undurchlässigkeit,
insbesondere Körperflüssigkeits-Undurchlässigkeit
aufzuweisen, und der textile Charakter so wenig wie möglich gestört werden
soll. Dies ist insbesondere wichtig für die Verbesserung des Tragekomforts für den Verwender.
Auch hier stehen gegenwärtig
noch Herstellungsverfahren im Vordergrund, bei denen vorgefertigte
laminierte Folien bevorzugt werden.
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Daher
verbleibt ein Bedarf für
ein kontaktfreies Verfahren das kontinuierliche Beschichtungen mit
niedrigen Beschichtungsgewichten erzeugen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgaben werden durch einen Wegwerfartikel wie in dem unabhängigen Anspruch
1 definiert gelöst.
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Die
Anmelder haben ein Beschichtungsverfahren gefunden das die oben
genannten Probleme überwindet.
Das Beschichtungsverfahren verwendet eine kontaktfreie Auftragung
wobei eine thermoplastische Zusammensetzung thermisch fließfähig und
aus einer Beschichtungsvorrichtung auf ein Substrat abgegeben wird.
Die thermoplastische Zusammensetzung wird daher ohne Kontakt zwischen
der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat auf das Substrat aufgebracht.
Vorzugsweise wird eine Flüssigkeits-undurchlässige, insbesondere
eine Körperflüssigkeits-undurchlässige Sperre
erzeugt, wobei der textile Charakter nicht wesentlich beeinflusst
wird. Da das Verfahren niedrige Auftragsgewichte der thermoplastischen
Zusammensetzung verwendet, vermeidet es die wirtschaftlichen Nachteile
der bestehenden Verfahren und verbessert die Tastqualität des resultierenden
Gegenstands. Außerdem
ist das Verfahren zur Beschichtung einer Vielzahl von wärmeempfindlichen
Materialien geeignet. Vorzugsweise ist das Substrat ein „textiles
Material”,
was im Zusammenhang dieser Erfindung nicht nur ein gewebtes Material
aus Garn umfasst, sondern jedes Material das aus Fasern besteht,
wie etwa Vliesstoff, wie auch Vliesstoffkomposita und dergl., d.
h. Materialien die eine wesentliche Rolle auf dem Gebiet der Herstellung
von Hygieneartikeln spielen. Da die Beschichtungsvorrichtung und das
Substrat nicht miteinander in Kontakt kommen sind die mechanischen
Belastungen des Substrats viel geringer als bei früheren Verfahren.
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Bei
wärmeempfindlichen
Substraten wird die thermoplastische Zusammensetzung vorzugsweise
bei Temperaturen von weniger als 125°C aufgebracht, stärker bevorzugt
bei weniger als 110°C,
um die wärmeinduzierten
Belastungen auf den zu beschichtenden Substraten zu verringern.
Dies ist vorteilhaft zur Beschichtung und wechselseitigen Verklebung
thermisch empfindlicher Substrate.
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Die
thermoplastische Zusammensetzung weist vorzugsweise bestimmte rheologische
Eigenschaften auf, so dass die komplexe Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten
(1.000 rad/Sek.) weniger als etwa 500 Poise beträgt, und die komplexe Viskosität bei niedrigen
Schergeschwindigkeiten (1 rad/Sek.) zwischen etwa 100 und etwa 1.000
Poise liegt. Kompoundierte Heißschmelzklebstoffe
werden aufgrund ihrer Fähigkeit
die viskoelastischen Eigenschaften, wie Offenzeit, etc. unabhängig voneinander
zu steuern verwendet. Kompoundierte Schmelzklebstoffe sind auch
vorteilhaft um eine angemessene Haftung auf dem Trägersubstrat
sicherzustellen, oder eine verzögerte
Entklebung der Beschichtung nach der Haftung auf dem Substrat zu
gewährleisten.
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Die
nach diesem Verfahren hergestellte resultierende Beschichtung ist
für eine
Vielzahl von Anwendungen verwendbar die eine beständige kontinuierliche
lückenlose
Beschichtung erfordern. Beschichtungsgewichte von weniger als 10
g/m2 der thermoplastischen Zusammensetzung
werden gewährleistet
um den Aufwand zu verringern und die Tastqualität der hygienischen Wegwerfartikel
zu verbessern.
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Die
resultierende Beschichtung wird bevorzugt zur Herstellung einer
Körperflüssigkeits-undurchlässigen Sperrschicht
in einem hygienischen Wegwerfartikel mit verbesserter äußerer Tastqualität verwendet.
Das Beschichtungsverfahren ist insbesondere zur Herstellung vorteilhaft,
da es weniger Herstellungsschritte als Beschichtungsverfahren des
Standes der Technik erfordert. Die Verbesserung der Produktivität wie auch
die Verringerung der Beschichtungsgewichtmasse pro Fläche führt zu Beschichtungen
und entsprechenden Gegenständen
die billiger sind als die des Standes der Technik.
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Der
Wegwerfartikel wie hier beschrieben weist mindestens eine erste
Schicht auf, wobei die erste Schicht ein durchlässiges Substrat ist, sowie
mindestens eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht eine Sperrbeschichtung,
erzeugt nach dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren, ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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Das
Substrat 1 (1) wird über
eine Reihe von Führungswalzen
(2) geleitet um sicherzustellen, dass die Bahn vor der
Annäherung
an die Beschichtungsvorrichtung (3) gut ausgerichtet ist.
Beim Anfahren wird die Beschichtungsvorrichtung anfänglich in
Kontakt mit dem Substrat gebracht um die Vorderkante der Beschichtung
auf das Substrat anzuhaften. Sobald das Substrat 1 durch die Antriebswalzen
(6) vorangetrieben wird, wird die Beschichtungsvorrichtung
vom Substrat 1 entfernt, mit einem Abstand der in den meisten Fällen von etwa
0,5 mm bis etwa 20 mm reicht, in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der thermoplastischen Zusammensetzung die gerade aufgetragen wird.
Ein Substrat 2 (4) wird gegebenenfalls mittels einer Anpresswalze (5)
auf der Beschichtungsoberfläche
aufgeklebt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Substrat
2 jedes in einem Hygieneartikel vorliegende Substrat sein, wie etwa
ein Absorber, elastomere Stränge
oder Netze, Tissue, Folien, Deckmaterialien wie etwa Vliesstoff
oder perforiertes Polyethylen, wie auch jedes beliebige Material
das nicht notwendigerweise in Form einer Bahn vorliegt, etwa superabsorbierendes
Polymer.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Im
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein aufgeschmolzener Heißschmelzklebstoff,
vorzugsweise im Wesentlichen luftfrei, aus einer Beschichtungs-
oder Abgabevorrichtung auf solche Weise abgegeben, dass er die Vorrichtung
als kontinuierlicher Film verlässt.
Ein typisches Beispiel dafür
ist eine Schlitzdüse, wie
sie bisher zur Beschichtung in direktem Kontakt mit einem Substrat
verwendet wurde. Daher können
bereits vorhandene Schmelzbeschichtungsvorrichtungen zur Verwendung
gemäß der Erfindung
umgebaut werden indem die Schlitzdüse vom Substrat abgehoben und
so eingestellt wird, dass sie einen geeigneten Abstand vom Substrat
aufweist. Wenn der viskose aber fließfähige geschmolzene Klebstoff
die Beschichtungsvorrichtung verlässt berührt er das Substrat nicht sofort,
sondern läuft
eher über
einen bestimmten Abstand als kontinuierlicher Beschichtungsfilm
hängend
oberhalb des Substrats ohne die Vorrichtung oder das Substrat zu berühren. Der
Abstand zwischen der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat reicht
von etwa 0,5 mm bis etwa 20 mm. Es ist möglich, dass bei geeigneten
Maschinengeschwindigkeitseinstellungen, und mit bestimmten Klebstoffen
oder anderen Beschichtungsmaterialien, der Abstand sogar größer als
20 mm sein kann. Der Abstand wird größtenteils durch die Viskosität und die
Offenzeit der aufzutragenden thermoplastischen Zusammensetzung diktiert.
Es wird angenommen, dass die thermoplastische Zusammensetzung im
hängenden
Zustand ausreichend abkühlt,
so dass sie eine Viskosität
und Klebkraft in dem Ausmaß aufbaut,
dass beliebige, auf der Substratoberfläche vorliegende Filamente oder
Fasern die Beschichtung nicht durchdringen können, und die thermoplastische
Zusammensetzung andererseits geschmolzen oder weich genug ist um
in entsprechender Weise auf dem Substrat zu haften. Es hat sich
als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Beschichtungsfilm
nicht in vertikaler Richtung, sondern vielmehr im Wesentlichen in
horizontaler Richtung auf das Substrat gelangt. Zur Realisierung
dieses Vorteils wird man in der Bewegungsbahn des Substrates eine
Umlenkrolle anordnen, damit das Substrat an der Stelle an der das
Substrat an der Beschichtungsvorrichtung vorbeiläuft im Wesentlichen in vertikaler,
aufwärts
gerichteter Richtung läuft.
Außerdem
kann die Beschichtungsvorrichtung wie etwa eine Schlitzdüse im Wesentlichen
horizontal neben der Walze angeordnet sein, so dass die Beschichtung
von der Seite in Richtung auf die Oberfläche des Substrates verläuft.
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Der
Durchmesser der Beschichtungswalze liegt vorzugsweise bei etwa 15
mm bis etwa 50 mm, mit der Düse
geringfügig
oberhalb des Zentrums der Beschichtungswalze, so dass der Winkel
mit dem die thermoplastische Beschichtung das Substrat kontaktiert
weniger als etwa 60° beträgt wenn
das Substrat sich von der Walze wegbewegt. Der Beschichtungskopf
wird vom Fachmann eingestellt um einen gleichmäßigen Fluss und eine Verteilung
der thermoplastischen Beschichtung über die gesamte Breite der
Anwendung zu optimieren.
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Danach
berührt
die ausreichend abgekühlte
Beschichtung die Substratoberfläche
und haftet auf der Oberfläche
ohne tief in das Substrat einzudringen. Wenn das Substrat vorzugsweise
ein textiles Material wie etwa ein Vliesstoff ist, dann umfasst
das so erzeugte Material eine textile Substratschicht und eine Heißschmelzklebstoff-Sperrschicht.
Wenn die thermoplastische Beschichtung von solcher Zusammensetzung
ist die nach ausreichendem Abkühlen
im Wesentlichen nicht mehr klebrig ist, kann das so hergestellte
Laminat des beschichteten Substrats aufgerollt und gelagert werden.
Das Laminat kann dann zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden,
z. B. als Körperflüssigkeits-undurchlässige Unterlage
mit verbesserter Tastqualität
in einem hygienischen Wegwerfartikel. Das Laminat kann mit jeder
geeigneten Verklebungstechnik einschließlich Ultraschallverklebung,
Wärmeschweißen oder
andere übliche
Klebstoffverklebungen verklebt werden.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung der Sperrschicht „inline” (in Reihe) unmittelbar vor
beliebigen weiteren Verarbeitungsschritten der so hergestellten
beschichteten textilen Laminate durchgeführt. In einem solchen Fall
ist die Oberfläche
der Sperrschicht die von dem Substrat wegzeigt immer noch ausreichend
klebrig und kann für
einen Konstruktionsverklebungsschritt verwendet werden, und kann
daher auch zur Verklebung des beschichteten textilen Materials mit
anderen Elementen eines Hygieneartikels dienen. Andere Elemente
die auf diese Weise während
der Bildung der Sperrschicht simultan verklebt werden können umfassen Absorptionsmittel,
superabsorbierendes Polymer, elastomere Stränge oder Bahnen, Tissue (Papiertuch),
Folien, wie auch verschiedene durchlässige Deckmaterialien wie etwa
Vliesstoff oder perforierte Folien.
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Da
die Schmelzklebstoffbeschichtung bei extrem geringen Temperaturen
zur Verfügung
gestellt werden kann, können
auch Materialien mit Sperrschichten ausgestattet werden die mechanisch
und/oder thermisch für
herkömmliche
Beschichtungsverfahren zu empfindlich sind.
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Derartige
empfindliche Materialien umfassen low gauge Polyethylenmaterialien,
Vliesstoffe mit geringem Basisgewicht und dergleichen. Ein wesentlicher
Vorteil der Erfindung ist, dass kontinuierliche, ausreichend undurchlässige Sperrschichten
aus Schmelzklebstoffen mit sehr niedrigen Beschichtungsgewichten hergestellt
werden können.
Sogar mit üblichen
kommerziell erhältlichen
Heißschmelzklebstoffen
werden geschlossene Sperrschichten mit Beschichtungsgewichten von
nicht mehr als 10 g/m
2 erzeugt. Wie vorher
erwähnt
erfordern die Stand der Technik-Beschichtungen mit Schmelzklebstoffen
nach üblichen
Verfahren zur Bildung von Kantenauslaufschutzsperren wie im
US-Patent 4,692,161 Flächengewichte
von etwa 70 g/m
2 um die bevorzugte Filmdicke
von etwa 75 μm
zu erzeugen. Bei Dicken von 25 μm,
dem empfohlenen Minimum nach diesem Stand der Technik wird die Kontaktbeschichtete
Schicht durch Substratfasern perforiert und ist nicht geschlossen.
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Die
sehr dünnen
Sperrschichten die nach dieser Erfindung hergestellt werden können tragen
nicht nur zu den wirtschaftlichen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei, sondern machen es auch möglich eine
stark verringerte Steifigkeit des Materials zu erreichen, welches
dadurch in seinen Eigenschaften viel näher an ein textiles Material,
das überhaupt
nicht mit einer Sperrschicht versehen ist, herankommt.
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Die thermoplastische Zusammensetzung
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Heißschmelzklebstoffe
werden aufgrund ihrer Fähigkeit
in unabhängiger
Weise die viskoelastischen Eigenschaften, Offenzeit, Klebrigkeit
und verschiedene andere Eigenschaften maßgenau einzustellen verwendet.
Heißschmelzklebstoffe
haben üblicherweise
Schmelzfließindizes
wie sie für
derartige Verarbeitungsschritte benötigt werden, auch dies bereits
bei sehr niedrigen Temperaturen. Typische Schmelzklebstoffe sind
flüssig genug
für die
Verarbeitung bei Temperaturen im Bereich von etwa 60°C bis 110°C.
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Besonders
bevorzugt weist die thermoplastische Zusammensetzung bestimmte rheologische
Eigenschaften auf, so dass eine kontinuierliche, insbesondere eine
Körperflüssigkeits-undurchlässige Beschichtung, bei
Beschichtungsgewichten von weniger als etwa 10 g/m2 erzeugt
werden können.
Im Allgemeinen fallen die rheologischen Eigenschaften vorzugsweise
in ein rheologisches Fenster worin die komplexe Viskosität bei hohen
Schergeschwindigkeiten (1.000 rad/Sek.) weniger als etwa 500 Poise
beträgt,
und die komplexe Viskosität bei
niedrigen Schergeschwindigkeiten (< 1
rad/Sek.) zwischen etwa 100 und etwa 1.000 Poise liegt. Mit anderen
Worten, bevorzugte thermoplastische Zusammensetzungen zeigen Newtonische
Bereiche bei niedrigen Schergeschwindigkeiten und Strukturviskosität bei hohen
Schergeschwindigkeiten. Thermoplastische Zusammensetzungen mit breiten
Anwendungsfenstern sind diejenigen in welchen die Zusammensetzung
die angemessenen rheologischen Eigenschaften bei einer Vielzahl
von Anwendungseinstellungen, insbesondere niedrigen Temperaturen
aufweist. Enge Anwendungsfenster sind diejenigen bei welchen die
rheologischen Parameter nur unter sehr spezifischen Bedingungen
erfüllt
werden. Heißschmelzklebstoffe
basierend auf amorphen Polyolefinen, wie etwa Lunatack® D-8370
(H. B. Fuller Company) neigen dazu relativ flache Viskositätskurven
bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (weniger als etwa 10 rad/Sek.)
aufzuweisen, und haben damit entsprechend relativ breite Anwendungsfenster.
Heißschmelzklebstoffe
basierend auf Blockcopolymeren neigen dazu besonders steile Viskositätsprofile
aufzuweisen, welche sehr enge Anwendungsfenster bewirken.
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Gefundene
Daten welche dieses rheologische Fenster stützen sind in Tabelle I. gezeigt.
Die verwendeten Testverfahren zur Bestimmung der rheologischen Daten
sind detailliert an anderer Stelle hierin beschrieben.
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Die
Anmelder vermuten, dass die hohe Scherinformation sich auf die Verarbeitungsbedingungen
am Ausgang der Schlitzdüse
bezieht. Eine Zusammensetzung mit einer zu hohen komplexen Viskosität bei 1.000 Radian/Sek.
würde beträchtlichen
Pumpendruck erfordern um die Beschichtungsvorrichtung verlassen
zu können.
Eine Düse
mit einem Spalt von mehr als 3 mm könnte verwendet werden um diese
Materialien zu verarbeiten, woraus jedoch ein höheres Beschichtungsgewicht
resultieren würde.
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Die
niedrige Scherinformation ist mit dem Absetzen der Beschichtung
auf dem Substrat während
der Zeit in der sie oberhalb des Substrats hängt verbunden. Wenn der niedrige
Scherwert zu hoch ist, kann sich die Beschichtung nicht in angemessener
Weise am Substrat anhaften und/oder die thermoplastische Zusammensetzung
staut sich an der Düse
und bewirkt eine diskontinuierliche Beschichtung mit Streifen. Wenn
die niedrige Scherviskosität
zu niedrig ist, kann die Beschichtung in das Substrat einsickern
und bewirkt schlechte Sperreigenschaften.
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Die
nicht gemessene Dehnviskosität
kann auch einen starken Einfluss auf die Schmelzfestigkeit haben.
Höhere
Anteile von Verzweigung oder der Zusatz einer kleinen Konzentration
eines hochmolekulargewichtigen Materials kann die Schmelzfestigkeit
stark beeinflussen. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen welche
die rheologischen Zielparameter bei niedrigen Anwendungstemperaturen
von weniger als etwa 125°C,
besonders bevorzugt weniger als etwa 110°C erfüllen.
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Dementsprechend
sind viele bekannte Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
für die
Verwendung in dem Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung
gut geeignet. Heißschmelzklebstoffe
umfassen typischerweise mindestens ein thermoplastisches Polymer,
mindestens einen Weichmacher und mindestens ein klebrigmachendes
Harz.
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Vorzugsweise
umfassen solche geeigneten Schmelzklebstoffe bis zu 40 Gew.-% thermoplastisches Polymer,
bis zu 40 Gew.-% eines Weichmachers und bis zu 70 Gew.-% klebrigmachendes
Harz.
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Hinsichtlich
des thermoplastischen Polymers haben sich ataktische Polyalphaolefine
wie Vestoplast® 708
(Hüls)
und synthetische Kautschuke wie S-EB-S-Blockcopolymere als besonders
geeignet erwiesen, insbesondere solche die in Heißschmelzklebstoffen
wie Lunatack® D-3964
(H. B. Fuller) verwendet werden. Darüber hinaus sind jedoch auch
andere thermoplastische Polymere geeignet, etwa Ethylenvinylacetat-Copolymere
oder andere synthetische Kautschuke, wie die im Handel unter dem
Handelsnamen Kraton®, Solprene®, und
Stereon® erhältlichen.
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Weichmacher
und klebrigmachende Harze, die in Heißschmelzklebstoffen verwendet
werden, sind prinzipiell bekannt. Öle wie etwa naphthenische Öle sind
bevorzugte Weichmacher. Bei klebrigmachenden Harzen sind diejenigen
Harze im Allgemeinen geeignet, die für derartige Zwecke bereits
bekannt sind, insbesondere Kohlenwasserstoffharze, Esterharze und
andere derartige kompatible Harze. Die Bestandteile werden in bekannter
Weise vermischt und verarbeitet um die Schmelzklebstoffe die im
Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können herzustellen.
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Mit
geeigneten Schmelzklebstoffen wie denjenigen, die in der
DE-A-41 21 716 beschrieben
sind ist es auch möglich
Materialien herzustellen, die für
flüssiges
Wasser undurchlässig
sind, jedoch Wasserdampf-durchlässig
sind und die Beschichtung damit „atmungsaktiv” machen.
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Zusätzlich zu
den üblichen
bekannten Heißschmelzklebstoffen
sind auch in Heißschmelzklebstoffen verwendete
thermoplastische Zusammensetzungen umfassend einen wasserlöslichen,
Salzlösungs-(Körperflüssigkeits-)unlöslichen
Copolyester wie etwa Eastman AQ 1350®, kommerziell
erhältlich
von Eastman, besonders geeignet zur Erzeugung von Sperrfilmen die
für Körperflüssigkeit
undurchlässig
sind, aber trotzdem einfach wasserlöslich sind. Dieses Merkmal
ist von besonderem Interesse für
die Herstellung von spülbaren und
kompostierbaren hygienischen Wegwerfprodukten. Darüber hinaus
gibt es Anwendungen wo die Wasserpermeabilität erwünscht ist. Dementsprechend
ist das vorliegende Beschichtungsverfahren auch zur Beschichtung
wasserpermeabler, wasserlöslicher
und/oder biologisch abbaubarer thermoplastischer Materialien geeignet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden weiter veranschaulicht durch die folgenden
nicht beschränkenden Beispiele.
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Ausführungsbeispiel
1:
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Verschiedene
Schmelzklebstoffe, die sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung voneinander
geringfügig
unterscheiden wurden in den folgenden Zusammensetzungsbereichen
formuliert:
20–25%
naphthenisches Öl
30–40% ataktische(s)
Polyolefin(e)
35–45%
Kohlenwasserstoffharz
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Ausführungsbeispiel
2:
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Mehrere
Heißschmelzklebstoffe
wurden innerhalb der folgenden Bereichsgrenzen formuliert:
15–20% SIS-Blockcopolymer
15–25% naphthenisches Öl
50–65% Esterharz
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Ausführungsbeispiel
3:
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Als
handelsüblicher
Heißschmelzklebstoff
wurde das Produkt „Lunatack
D 8370” eingesetzt,
das von der Firma H. B. Fuller GmbH erhältlich ist. Es handelt sich
dabei um einen Heißschmelzklebstoff
mit Gehalten von etwa 35% Polyolefin, etwa 40% Kohlenwasserstoffharz
mit einem Cyclopentadienanteil, zirka 15% Polyisobutylen und etwa
10% naphthenischen Öls.
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Testverfahren
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Die
Heißschmelzklebstoffe
gemäß den Beispielen
1 bis 3 wurden auf ein übliches
Verarbeitungsgerät gegeben,
das mit einer Schlitzdüse
ausgestattet war, wie etwa Nordson EP 51. Die Schlitzdüse war seitlich gegenüber einer
Rolle angeordnet, über
die in Aufwärtsrichtung
ein Polypropylenvliesmaterial geführt wurde. Der Abstand zwischen
der Schlitzdüse
und dem Substrat betrug 2 mm, bei einer Schlitzdüsenlänge von 70 mm. Die Bahngeschwindigkeit
des Vliesstoffes betrug 25 m/Min. Bei einem Systemdruck von etwa
53 Bar und einer Abgabetemperatur des Schmelzklebstoffs von ungefähr 100°C wurde der
Schmelzklebstoff auf das Substrat aufgetragen, wo er eine geschlossene
Sperrschicht bildete. Unmittelbar danach wurde das so beschichtete
Substrat mit einem herkömmlichen
Absorptionskörper
(Tissue) verklebt. In jedem Fall wurde eine sichere Verklebung von
Substrat und Tissue erhalten, und in jedem Fall erwies sich die
zwischen Tissue und Substrat gebildete Schmelzklebstoffsperrschicht
als völlig
Flüssigkeits-undurchlässig. Die
Verarbeitung erfolgte problemlos. Das Beschichtungsgewicht lag im
Mittel bei 21 g/m2. Bei entsprechender Feinjustierung
von Abgabetemperatur des Schmelzklebstoffs, des Systemdrucks, des
Abstands zwischen der Schlitzdüse
und des Substrats, der Maschinengeschwindigkeit usw. ließen sich
regelmäßig auch
wasserdichte geschlossene Sperrschichten mit Flächengewichten von weniger als
20 g/m2 auf diesem Substrat erzeugen.
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Beispiele 4–16:
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Die
Tabelle 1 zeigt rheologische Daten der Beispiele 4 bis 16. Die Spalte
2 der Tabelle 1 zeigt die Referenztemperatur für die rheologischen Parameter
wie auch die Beschichtungsauftragungstemperatur für jede Probe.
Die Tabelle 2 zeigt die chemische Beschreibung der Beispiele 4 bis
9 wie auch die Beschichtungsparameter für die Beispiele, in welchen
eine kontinuierliche Beschichtung erfolgte. Eine beständige kontinuierliche
Beschichtung konnte mit den Proben 4 bis 9 bei den in Spalte 2 angegebenen
Temperaturen nicht erzeugt werden. Die Anmelder vermuten, dass die
Unfähigkeit
zur Erzeugung einer kontinuierlichen Beschichtung daran liegt, dass
die komplexe Viskosität
größer als
etwa 1.000 Poise bei etwa 1 rad/Sek. lag. Durch Vergleich der Beispiele
5 mit 14 und 4 mit 10 kann die komplexe Viskosität bei 1 rad/Sek. durch Erhöhung der
Temperatur in das rheologische Fenster gebracht werden. Durch Vergleich
der Beispiele 7 mit 16 haben die Anmelder das relativ enge rheologische
Fenster von Lunatack® D-3964 gezeigt. Bei 90°C zeigt D-3964
eine zu hohe komplexe Viskosität
bei 1 rad/Sek. Bei 110°C
zeigt D-3964 eine zu niedrige komplexe Viskosität bei 1 rad/Sek., was dazu
führt,
dass das Material in das Substrat einsickert. Die Anmelder vermuten,
dass eine Temperatur zwischen 90°C
und 110°C
existiert, bei der D-3964 eine kontinuierliche Beschichtung erzeugt.
Eine thermoplastische Zusammensetzung die jedoch ein so enges rheologisches
Fenster aufweist würde
kaum Chancen auf kommerziellen Erfolg haben.
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Das
Beispiel 14 zeigt die Nützlichkeit
des Vermischens einer thermoplastischen Zusammensetzung die nicht
ins rheologische Fenster fällt
mit einem anderen Material, so dass die resultierende Zusammensetzung
für die
Erzeugung einer kontinuierlichen Beschichtung verwendbar ist. In
diesem speziellen Beispiel wurde, da D-3964 eine zu geringe komplexe
Viskosität
bei 1 rad/Sek. aufweist, mit einem Material vermischt um die komplexe
Viskosität
bei 1 rad/Sek. anzuheben, so dass die Mischung die bevorzugten rheologischen
Eigenschaften aufweist. Alternativ können Beispiele die eine zu
hohe komplexe Viskosität
bei 1 rad/Sek. aufweisen, wie etwa die Beispiele 4 bis 9, mit kompatiblen
Materialien vermengt werden um die komplexe Viskosität abzusenken,
so dass das Mischungsmaterial bei der bevorzugten Anwendungstemperatur
von weniger als 125°C
aufgetragen werden kann.
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Die
Beispiele 4 bis 16 wurden auf ähnliche
Weise getestet wie die Beispiele 1 bis 3. Die Auftragungsbedingungen
und die rheologischen Daten der Klebstoffzusammensetzungen sind
in Tabelle 1 angegeben. Ein Systemdruck im Bereich von etwa 40 bis
etwa 60 Bar wurde während
der Beschichtung der Beispiele 10 bis 16 erhalten.
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Die
rheologischen Daten wurden auf einem dynamischen mechanischen Spektrometer
wie etwa ein Rheometric Scientific RDS 7700 (10.000 g/cm Messwandler,
10 g/cm – < 10.000 g/cm Drehmoment)
erzeugt. Eine Grundkurve von G' (Scherspeichermodul),
G'' (Scherverlustmodul)
und der komplexen Viskosität
als Funktion der Frequenz wurde erhalten durch Zeittemperaturüberlagerung.
Während
des Testens wurde die Probe bei der oberen Testtemperatur zwischen
50 mm Durchmesser parallele Plattenscheiben mit einer Lücke von
1 bis 2 mm eingebracht. Nach Stabilisierung der Probentemperatur über einen
Zeitraum von mindestens etwa 10 Minuten wurde ein Frequenzdurchlauf
von etwa 0,1 bis etwa 100 Radian pro Sekunde durchgeführt. Nach
Vervollständigung
des Frequenzdurchlaufs wurde die Probentemperatur auf die nächste Temperatur
abgesenkt und die Prozedur wiederholt. Die Belastungsamplitude wurde
eingestellt um die Auflösung
zu verbessern und reichte von etwa 20% bis etwa 40%. Nach dem der
Frequenzdurchlauf bei der niedrigsten letzten Temperatur vervollständigt war,
wurde die Zeittemperaturüberlagerung
verwendet um die Daten bei der Anwendungstemperatur in einer einzelnen
Grundkurve zu überlagern.
Wenn die tatsächliche
Beschichtungstemperatur nicht eine der tatsächlich getesteten Temperaturen
war, wurde die Williams, Landel, Ferry (WLF) Gleichung (Ferry, J.
D. viskoelastische Eigenschaften von Polymeren, 3. Auflage, Wiley,
New York 1980) verwendet um die Grundkurve zu erhalten.
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