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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Verfahren zur Düsenextrusion von Polymeren
und auf sich daraus ergebende extrudierte Produkte gerichtet. Das Verfahren
der Erfindung ermöglicht
verlängerte
Laufzeiten ohne Herunterfahren der Extrusionslinie zur Reinigung
bedingt durch Düsenlippenanhäufung und verbessert
die resultierenden Produkte.
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Hintergrund
der Erfindung
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Viele
Produkte verlangen heutzutage hochtechnisierte Komponenten und müssen dennoch
zur gleichen Zeit mit Kosten hergestellt werden, die mit einer eingeschränkten Verwendung
oder Wegwerfbarkeit einhergehen. Unter eingeschränkter Verwendung oder Wegwerfbarkeit
ist gemeint, dass das Produkt und/oder die Komponente nur einige
Male oder möglicherweise
nur einmal verwendet wird, bevor es weggeworfen. Beispiele solcher
Produkte umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, chirurgische und Gesundheitsprodukte,
wie chirurgische Verbände und
Kittel, Einwegarbeitskleidung wie Overalls und Laborkittel und absorbierende
Pflegeprodukte wie Windeln, Trainingshosen, Inkontinenzkleidung,
Sanitärtücher, Bandagen,
Wischtücher
und Ähnliche.
Alle diese Produkte können
und verwenden als Komponenten Filme und faserartige Fliessgewebe.
Während
beide Materialien oft austauschbar verwendet werden, neigen Filme
dazu, größere Trenneigenschaften,
insbesonders für
Flüssigkeiten,
aufzuweisen, während
faserartige Fliessgewebe unter anderem bessere anfühlbare,
behagliche und ästhetische Eigenschaften
aufweisen. Wenn diese Materialien wenige Male und/oder als Einwegprodukte
verwendet werden, ist der Antrieb zur Maximierung technischer Eigenschaften
unter Kostenverminderung extrem hoch. Bis jetzt ist es oft wünschenswert,
entweder einen Film oder einen Fliessstoff zu verwenden, um die
gewünschten
Ergebnisse zu erhalten, weil die Kombination oftmals teurer wird.
Auf dem Gebiet der Filme hat es schon vorherige Versuche gegeben, Mehrschichtfilme
mit verringerter Dicke herzustellen. Ein Vorteil in der Ausbildung
von Mehrschichtfilmen ist es, dass bestimmte Eigenschaften in den
Film eingearbeitet werden können
und durch Herstellung der Filme als Mehrschichtfilme die teureren
Inhaltsstoffe in die äußeren Schichten
verschoben werden können,
wo sie am wahrscheinlichsten gebraucht werden.
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Zusätzlich ist
es üblich,
bei der Herstellung eines atmungsaktiven Füllstofffilms einen erheblichen
Prozentsatz (pro Gewicht) von Füllstoffen
wie z. B. Kalziumcarbonat zu verwenden. Wie im Stand der Technik
bekannt ist, erzeugt das Dehnen des Füllstofffilms ein feinporiges
Netzwerk, welches es dem Film erlaubt, weiterhin als eine Schranke
für Flüssigkeiten
und teilchenförmige
Materialien tätig
zu sein, es jedoch Luft und Wasserdampf erlaubt, dadurch zu gelangen.
Um einheitlichere Schranken und Dampftransmissionseigenschaften
in dem ganzen Film zu erhalten, ist es wünschenswert, den Füllstoff
gleichmäßig überall in
dem Film verteilt zu haben. Obwohl solche atmungsaktiven Schranken
sich wie eine Schranke für
Flüssigkeiten
und teilchenförmige
Materialien verhalten können,
können
sie selbst eine Quelle unerwünschter
Partikel (d. h. der Füllstoffe) sein,
welche eine Ursache der Düsenlippenverunreinigung
und Anhäufung
sein kann. Diese Füllstoffanhäufung und/oder
Freisetzung kann auch eine unerwünschte
Ursache von Fehlern in verschiedenen Anwendungen oder Artikeln,
welche die faserartigen Schranken verwenden, sein. Es ist daher
ein ohne Düsenlippenanhäufung hergestellter
Füllstofffilm,
der gute Atmungsaktivität
und niedriges Fehlstellenniveau beibehält, wünschenswert. In dieser Hinsicht existiert
ein anhaltender Bedarf an einem Mehrschichtfilm mit äußeren Schichten
mit wenig oder ohne Füllstoff,
der dennoch die Atmungsaktivität
des Mehrschichtfilm nicht erheblich verringert. Außerdem mangelt
es vielen Füllstofffilmen
an der Bereitstellung guter Klebkraft an zusätzliche Schichten wie beispielsweise
Fliessstofffasern. Es werden ebenfalls Mehrschichtfilme, die zur
Bereitstellung guter Klebkraft an einen Trägerfaser ohne Verlust der Atmungsaktivität fähig sind,
gebraucht.
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Wie
erwähnt,
ging jedoch die Herstellung solcher Filme und Fliessstoffe mit hartnäckigen Problemen
der Anhäufung
der extrudierten Zusammensetzung auf der Düsenspitze einher, welche häufig nach nur
wenigen Stunden Arbeitszeit eine Maschinenauszeit zur Reinigung
verursacht. Es sind verschiedene Mechanismen bekannt, um die Reinigung
und die Instandhaltung der Düsen,
die für
die Extrusion der Polymermaterialien verwendet werden, unter gleichzeitiger
Minimierung der Auszeit, zu erleichtern. Geschmolzene Polymere werden
durch Düsen extrudiert,
um Filme, Stränge,
Fliesstoffgewebe und andere fertige Polymerformen auszubilden. Insbesondere
bei Polymerzusammensetzungen, die Füllstoffe enthalten, hängt einiges
der Polymerzusammensetzung an den Düsenöffnungen oder den „Lippen", während das
Polymer die Düse
verlässt,
wobei es sich an der äußeren Oberfläche der
Düse ansammelt.
Diese Düsenlippenanhäufung wächst langsam an,
bis sie sich zu einem Punkt ansammelt, an dem sie abbricht und möglicherweise
einen Fehler in dem Produkt verursacht, der beispielsweise in der
Form von kleinen Flecken oder Tränen
oder anderweitigen schädlichen
Auswirkungen auf die Textur oder andere ästhetische Eigenschaften auf
dem Produkt vorliegen kann.
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Es
geht eine beträchtliche
Entwicklung in den Bau der Düsen
und die Auswahl der Extrusionszusammensetzungen, um diese Abhäufung zu
minimieren. Divergierende, konvergierende, radiale und gewinkelte
Düsenlippengeometrien
sind alles Beispiele von Verfahren, die entwickelt wurden, um diese
Anhäufung
zu minimieren. Jedoch eliminiert keine Düsenbauart diese vollständig. Es
ist übliche
Praxis, den Extrusionsarbeitsschritt zeitweise anzuhalten, um die
Instandhaltung an der Düse
auszuführen,
um diese Anhäufung
zu entfernen.
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Das
an Kaun erteilte U.S. Patent 5,435,708 offenbart einen Schmelzblasdüsenkopf
mit gegenüberstehenden
Düsenlippen,
die auf Lippenführungen aufgesetzt
sind, die mit den jeweiligen Dämpfungsstangen
gelenkig verbunden sind. Um eine Reinigung und Instandhaltung der
Düsen zu
erleichtern, können
die Lippen von der Spinndüse
auf den jeweiligen Lippenführungen
weggeklappt werden. Dies erlaubt eine verminderte Auszeit während der
Instandhaltung der Düse,
erlaubt aber nicht die Instandhaltung während der Arbeit der Linie.
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Das
an Gohlisch et al. erteilte U.S. Patent 5,720,986 offenbart einen
Extrusionskopf mit einem stationären
Teil, der auf einer Extrusionseinrichtung fixiert ist. Die Einrichtung
umfasst eine Vielzahl von Extrusionszylindern. Der stationäre Teil
hat Fliesskanäle,
wobei jeder mit einem jeweiligen Extrusionszylinder und einer gebräuchlichen
Extrusionsdüse
in Verbindung steht. Zwei mit Gelenken versehene äußere Teile,
die an dem stationären
Teil hängen,
sind individuell, selektiv zwischen den offenen und geschlossenen
Positionen schwingbar. Die äußeren Teile
definieren eine Extrusionsöffnung
für die
Düse in
ihrer geschlossenen Position. Wenn die äußeren Teile geöffnet sind,
kann die Instandhaltung an den Düsen
ausgeführt
werden.
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Das
an Peters erteilte U.S. Patent 4,413,973 offenbart eine Düse, die
eine entfernbare Extrusionsplatte, die den Düsenkopf bedeckt, aufweist.
Die Platte kann entfernt und ersetzt werden, um die Auszeit, welche
für die
Instandhaltung benötigt
wird, zu minimieren.
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Die
am 8. Mai 1998 eingereichte U.S. Patent Anmeldung S. N. 09/075,510
von Cook mit dem Titel "Extrusions
Die System with Removable Insert " beschreibt ein Einsatzstück zur Reinigung
der Spitzen während
des Arbeitsvorganges.
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Es
wurden auch die Auswahl der Polymerzusammensetzungen und die extrudierten
Strukturen in einem Versuch variiert, die Düsenlippenanhäufung zu
minimieren. Zum Beispiel beschreibt die U.S. Patent Anmeldung S.
N. 08/862,715 von McCormack et al. mit dem Titel „Low Gauge
Films and Film/Nonwoven Laminates", die am 25. Juni 1997 angemeldet wurde,
und hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird,
Filmstrukturen mit dünnen
Außenhüllen, die
die Düsenlippenanhäufung vermindern.
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Der
nächstliegende
Stand der Technik GB 2,296,216 (A) offenbart ein Ko-Extrusionsverfahren zur
Herstellung von Mehrschichtfilmen. Das Dokument sagt nichts über eine
Düsenlippenanhäufung.
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Ein übliches
Merkmal der Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik
ist es, daß Routinereinigung
und Instandhaltung mindestens einige Auszeit benötigen. Während Anstrengungen unternommen
wurden, die Instandhaltung und Auszeit zu vermindern, bleibt es
ein Ziel, die Arbeitszeiten zwischen den notwendigen Reinigungen
zu verlängern. Somit
ist das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem, ein
Verfahren zur Schmelzextrusion thermoplastischer Artikel mit verminderter
Düsenlippenanhäufung bereit
zu stellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dieses
Problem wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Düsenextrusion von Produkten
wie Filme und Fliessstoffe. Die Filme können durch konventionelle filmbildende
Techniken wie Guss- und Ausblas-Koextrusionsfilmbildende Verfahren
hergestellt werden und die Fliessstoffe durch konventionelle Verfahren so
wie Spinschleudern und Schmelzblasen. Die Filme werden in einer
besonderen Ausführungsform
mit einer Kernschicht erzeugt, die aus einem extrudierbaren, thermoplastischen
Polymer hergestellt wird, wobei die Kernschicht eine erste äußere Oberfläche und
eine zweite äußere Oberfläche definiert.
In Basisausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Kernschicht eine erste Hüllschicht
haben, die an der ersten äußeren Oberfläche der
Kernschicht anliegt, und eine zweite Hüllschicht, die an der zweiten äußeren Oberfläche der
Kernschicht anliegt, aufweisen. In solchen Situationen kann die
erste Hüllschicht
und die zweite Hüllschicht
eine gemeinsame Dicke aufweisen, die ungefähr 15 Prozent der Gesamtdicke
nicht überschreitet,
und noch wünschenswerter
für Anwendungen,
die Atmungsaktivität
erfordern, dass weder die erste Hülldicke, noch die zweite Hüllendicke
mehr als ungefähr
7,5 Prozent der Gesamtdicke des Mehrschichtfilmes überschreiten.
Wenn verlangt, können
eine oder mehrere der Schichten andere Zusätze wie z. B. einen teilchenförmigen Füllstoff
enthalten. Am üblichsten
werden solche Füllstoffe
hauptsächlich
in der Kernschicht, z. B. in einem Gewichtsprozentanteil von wenigstens
ungefähr
40 Prozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der jeweiligen Schicht
verwendet, besonders bevorzugt sind ungefähr 40 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent. Üblicherweise
werden solche atmungsaktiven Mehrschichfilme Wasserdampftransmissionsgeschwindigkeiten
von wenigstens 300 Gramm pro Quadratmeter pro 24 Stunden (g/m2/Tag) und häufig, abhängig von der Anwendung, viel
höherere
aufweisen.
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Solche
Filme, Fliessstoffe und Laminate haben eine große Anzahl von Verwendungen,
einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, Anwendungen in absorbierenden Pflegeartikeln einschließlich Windeln,
Trainingshosen, sanitäre
Tücher,
Inkontinenzvorrichtungen, Bandagen und desgleichen. Die gleichen
Filme und Laminate können
auch in Artikeln wie chirurgischen Verbänden und Kleidern so wie in
verschiedenen Bekleidungsartikeln entweder als Gesamtartikel oder
nur als eine Komponente hiervon verwendet werden.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung kommt das Extrudat aus einer Pellet-Mischung,
die vorverarbeitende Schritte des Standes der Technik vermeidet,
und in bestimmten Ausführungsformen wird
eine nicht mit Füllstoff
versehene Hüllschicht
in einer Co-extrudierten
Struktur verwendet. Verminderte Schmelztemperaturen verstärken auch
die Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine schematische
Abbildung eines Mehrschichtfilmextrusionsverfahrens.
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2 ist ein schematischer
Querschnitt einer Filmextrusionsdüsenspitze des Standes der Technik.
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3 ist ein schematischer
Querschnitt einer in der vorliegenden Erfindung gebräuchlichen
Filmextrusionsdüsenspitze.
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4 ist eine Querschnittseitenansicht
eines Mehrschichtfilms gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf düsenextrudierte Produkte wie
faserartige Fliessgewebe und Mehrschichtfilme, das heißt, Filme,
die beispielsweise zwei oder mehr Schichten aufweisen.
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Obwohl
sie in Bezug auf die Mehrschichtfilmextrusion beispielhaft gezeigt
wird, werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass sich die Erfindung
auch auf die Extrusion anderer Produkte, die durch eine Düse extrudiert
werden, wie schmelzgeblasene Fliessstoffe, bezieht.
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1 zeigt schematisch ein
Mehrschichtfilmextrusionsverfahren. Polymer-Pellets (nicht gezeigt)
und Füllstoffkonzentrat
werden gemischt und den Extrudern 41 an den Zuführpositionen 101 zugeführt. Die
Extruder 41 mischen und schmelzen die Polymerzusammensetzung
und die Füllstoffkonzentratpellets
zusätzlich
und liefern diese zum Guss-Filmausbilder 40,
der die Zusammensetzung in den Mehrschichtfilm 10, in Richtung
zur Kühlrolle 42 co-extrudiert.
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2 zeigt schematisch eine übliche Düsenlippe
von Vorrichtungen des Standes der Technik. In diesem Fall wandert
die Polymerzusammensetzung (die in einer kombinierten Mehrschichtform
vorliegen kann) in die Richtung des Pfeils zum Ausgangspunkt 102,
der durch die Seiten 103 der Düse 104 ausgebildet
wird. Die Düsenlippe
wird durch die Enden 105 ausgebildet, die einen Kümmungsradius
R1 aufweist. Vorrichtungen des Standes der
Technik haben oftmals einen Krümmungsradius
R1 im Bereich von beispielsweise 8 bis 12
Mils und werden aus Karbonstahl, ummantelt mit einem widerstandsfähigen Material
wie Chrom, hergestellt.
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3 ist eine 2 ähnliche
Ansicht, außer daß in diesem
Fall die Düse 105 einen
Krümmungsradius
R2 im Bereich von z. B. ungefähr 12,7
bis 76,2 Micrometer (0,5 bis 3 Mils) aufweist. In diesem Fall kann
die Düse 105 z.
B. aus einem weniger harten, aber korrosionsbeständigen, rostfreien Stahl ausgebildet
werden.
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Bezugnehmend
auf 4 wird hier ein Mehrschichtfilm 10,
aber nicht maßstabsgerecht,
gezeigt, der zum Zwecke der Illustration auf der rechten Seite der
Zeichnung aufgespalten wurde. Der Mehrschichtfilm 10 umfasst
eine Kernschicht 12, die aus einem extrudierbaren, thermoplastischen
Polymer wie einem Polyolefin, einschließlich Copolymeren und/oder
Mischungen davon, hergestellt wurde. Die Kernschicht 12 hat
eine erste äußere Oberfläche 14 und
eine zweite äußere Oberfläche 16.
Die Kernschicht hat auch eine Kerndicke 22. Anliegend an
die erste äußere Oberfläche 14 der
Kernschicht 12 ist eine erste Hüllschicht 18, die
eine erste Schichtdicke 24 aufweist. Anliegend an die zweite äußere Oberfläche 16 der
Kernschicht 12 ist eine optionale zweite Hüllschicht 20,
die eine zweite Hülldicke 26 aufweist. Zusätzlich hat
der Mehrschichtfilm 10 eine Gesamtdicke 28. Solche
Mehrschichtfilme 10 können
durch eine große
Vielzahl von Verfahren, die den Durchschnittsfachleuten in der filmbildenden
Industrie gut bekannt sind, ausgebildet werden. Zwei besonders vorteilhafte
Verfahren sind die Gussfilm-Co-Extrusionsverfahren
und die Treibmittelfilm-Co-Extrusionsverfahren. In solchen Verfahren
werden die zwei oder drei Schichten gleichzeitig ausgebildet und
verlassen die Düse
in einer Mehrschichtform. Aufgrund der extrem dünnen Natur der Mehrschichtfilme
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden sich solche Co-Extrusionsverfahren am wahrscheinlichsten
als am vorteilhaftesten erweisen, obwohl es möglich sein kann, Mehrschichtfilme
unter Verwendung getrennter Extrusionsverfahren auszubilden. Für weitere
Informationen, die solche Verfahren betreffen, siehe beispielsweise
die U.S. Patente Nr. 4,522,203; 4,9494,629 und 4,734,324.
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Um
zusätzlich
die Kosten der Kernschicht 12 zu vermindern und/oder zur
Verbesserung der Atmungsaktivität,
können
eine oder mehrere Arten an Füllstoffen
hinzugefügt
werden, in vielen Fällen
zu der Kernschichtpolymerextrusionsmischung. Es können sowohl
organische als auch anorganische Füllstoffe verwendet werden.
Die Füllstoffe
sollten so ausgewählt
werden, dass sie nicht mit dem extrudierten Film chemisch wechselwirken
oder eine nachteilige Wirkung auf den extrudierten Film haben. Diese Füllstoffe
können
verwendet werden, um die Menge des für die Kernschicht 12 verwendeten
Polymer zu vermindern und/oder besondere Eigenschaften wie Atmungsaktivität und/oder
Geruchsminderung zu vermitteln. Beispiele von Füllstoffen können Kalziumcarbonat (CaCO3), verschiedene Arten von Ton, Silikat (SiO2), Aluminium, Bariumsulfat, Natriumcarbonat,
Talg, Magnesiumsulfat, Titandioxid, Zeolite, Aluminiumsulfat, zelluloseartige
Pulver, Kieselgur, Magnesiumsulfat, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Kaolin,
Glimmer, Kohlenstoff, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumhydroxid,
Backpulver, Faserstoffpulver, Holzpulver, Zellulosederivate, Polymerpartikel,
Chitin oder Chitinderivate umfassen, schränken diese aber nicht ein.
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Die
Menge an Füllstoff,
die verwendet werden kann, hängt
von der Umsicht des Endverbrauchers ab, jedoch sind Zusätze von
0 bis 80 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Kernschicht 12,
möglich.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist der Füllstoff
als Pelletkonzentrat in einer Polymerkonzentration ausgebildet.
Der Füllstoff
kann in solchen Pelletkonzentraten sogar höher sein, zum Beispiel bis
zu 90 Prozent oder in einigen Fällen 95 Prozent
betragen, da der Füllstoff
im endgültigen
Extrudat verdünnt
sein wird. Generell werden die Füllstoffe
in einer Teilchenform vorliegen und normalerweise werden sie eine
unregelmäßige Form
mit einer durchschnittlichen Partikelgröße in Bereich von ungefähr 0,1 bis
ungefähr
7 Mikrometer haben. Der Ausdruck Partikelgröße, wie er hier verwendet wird, bezieht
sich auf die längste
einzelne Dimension des Partikels. Weiterhin, wenn genügend Füllstoff
in Kombination mit einer genügenden
Dehnung des Mehrschichtfilms 10 verwendet wird, dann können Hohlräume um die
innerhalb der Kernschicht 12 enthaltenen Partikel gebildet
werden, wobei die Kernschicht atmungsaktiv gemacht wird. Beladungen
von ungefähr
40 bis ungefähr
70 Gewichtsprozent der Kernschicht 12 in Kombination mit
Dehnung stellen Filme bereit, die gute Atmungsaktivität haben.
Solche atmungsaktiven Filme werden im Allgemein eine Wasserdampftransmissionsgeschwindigkeit
(WVTR), wie sie durch den ASTM Standard E9680 gemessen wird, über 300
Gramm pro Quadratmeter pro 24 Stunden (g/m2/Tag)
haben und noch erstrebenswerter WVTR's über
800 g/m2/Tag, 2000 g/m2/Tag, 3000
g/m2/Tag und sogar 4000 g/m2/Tag
haben.
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Die
Hüllschichten 18 und 20 werden üblicherweise
extrudierbare, thermoplastische Polymere und/oder Zusätze umfassen,
die besondere Eigenschaften für
den Mehrschichtfilm 10 bereitstellen. Somit können die
erste Hüllschicht 18 und/oder
die zweite Hüllschicht 20 aus
Polymeren, die solche Eigenschaften wie antimikrobakterielle Aktivität, Wasserdampftransmission,
Adhäsion
und/oder antiblockierende Eigenschaften ergeben, hergestellt werden.
Somit wird das teilchenförmige
Polymer oder die Polymere, die für
die Hüllschicht 18 und 20 ausgewählt werden,
von den gewünschten
besonderen Merkmalen abhängen.
Beispiele von möglichen
Polymeren, die alleine oder in Kombination verwendet werden können, umfassen
Homopolymere, Copolymere oder Mischungen aus Polyolefinen sowie
Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenethylacrylat (EEA), Ethylenacrylsäure (EAA),
Ethylenmethylacrylat (EMA), Ethylenbutylacrylat (EBA), Polyester
(PET), Nylon (PA), Ethlylenvinylalkohol (EVOH), Polystyrol (PS),
Polyurethan (PU) und thermoplastische Olefinpolymere, die ein Mehrstufenreaktionsprodukt
sind, wobei ein amorphes Ethylen-Propylen-Zufallscopolymer molekular
in einer hauptsächlich
semikristallinen, hoch polypropylenigen, monomeren/niedrig ethylenischen,
monomeren kontinuierlichen Matrix dispergiert ist.
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In
Anwendungen, bei denen gute Atmungsaktivität (d. h. hohe WVTR) verlangt
wird, umfasst die Hüllschichten
vorzugsweise wenigstens teilweise ein extrudierbares, wasserdampfdurchlässiges Polymer; Beispiele
umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, Ethylenvinylacetat,
Ethylenmethylacrylat, Polystyrol, Polyurethan, Polyamid und Mischungen
hiervon. Die EVA- und EMA-Copolymere enthalten vorzugsweise nicht
mehr als ungefähr
80 Gew.-% Ethylen des Copolymers. Wünschenswerterweise umfasst/umfassen
die Hüllschichten)
ungefähr
30 Prozent bis 100 Prozent wasserdampfdurchlässiges Polymer und 0 bis ungefähr 70 Gew.-%
eines auf Polyolefin basierenden Polymers, und das dampfdurchlässige Polymer
kann sogar noch mehr wünschenswerterweise
ungefähr
40 Prozent bis ungefähr
60 Prozent des Gewichts der Hüllschicht
umfassen. Zusätzlich
kann die Hüllschicht
zwei oder mehr wasserdampftdurchlässige Polymere wie zum Beispiel
30 Prozent bis 70 Gewichtsprozent EVA oder EMA mit 30 Prozent bis
70 Gew.-% Polystyrol umfassen.
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Zusätzlich kann
es wünschenswert
sein, ein Antiblock-Material hinzuzufügen, um die Verarbeitung zu
verbessern und/oder ungewünschte
Adhäsion
einer klebrigen Hüllschicht
an andere Oberflächen zu
verhindern; wie zum Beispiel einige Hüllschichten an den Mehrschichtfilm
selbst kleben, wenn er auf eine Rolle gewickelt werden. Somit wird
es oftmals wünschenswert
sein, 0 bis ungefähr
10 Prozent Antiblock-Material zu den Hüllschichten, und sogar noch wünschenswerter
ungefähr
von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent hinzuzufügen. Teilchenförmige Stoffe
wie Kieselgur können
zu den Hüllschichten
hinzugefügt werden,
obwohl andere Antiblock-Materialien verwendet werden, einschließlich, aber
nicht beschränkt hierauf,
Kieselerde. Es ist wünschenswert,
dass die Antiblock-Partikel
Partikel umfassen, die eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 6 bis
10 Mikrometer haben. In Fällen,
in denen das Aufwickeln auf eine Rolle nicht notwendig ist, können Antiblock-Zusatzstoffe ausgelassen
werden, und es ist eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung,
dass die Ergebnisse einer verminderten Düsenlippenanhäufung in
solchen Fällen
weiter verbessert werden. Siehe in diesem Zusammenhang beispielsweise
das „In-line
Herstellverfahren",
das in der vorläufigen
U.S. Patentanmeldung 60/101,306 von Bradley et al. mit dem Titel „Process for
Making a Laminate of Unaged Film and Unaged Nonwowen Web and Products
Produced Therefrom", eingetragen
am 22. September 98, beschrieben wird.
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Oftmals
kann es wünschenswert
sein, den Mehrschichtfilm 10 auf ein oder mehrere Substrate oder
Trägerschichten
wie ein Fliessgewebe zu laminieren. Die Kernschicht kann nicht genügend Klebe- oder
Anlagerungsfähigkeiten
aufweisen, um sie leicht an die Trägerschicht zu binden. Als ein
Ergebnis davon kann die erste Hüllschicht 18 ein
Polymer oder Polymere umfassen, die größere Klebefähigkeiten aufweisen und/oder
einen niedrigeren Klebepunkt als die Kernschicht 12 aufweisen.
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Ein
besonders für
Pflegeanwendungen erwünschtes
Ergebnis ist es, eine sehr dünne
Gesamtfilmdicke und, wichtiger, Hüllschichten, die nur einen kleinen
Prozentsatz der Gesamtdicke des Mehrschichtfilms 10 ausmachen,
zu erreichen. Bei Dreischichtfilmkonstruktionen wird in solchen
Fällen
die kombinierte Dicke der ersten Hüllschicht 18 und der zweiten
Hüllschicht 20 oft
nicht 15 Prozent der Gesamtdicke überschreiten, und im Allgemeinen
wird die erste Hüllschicht 18 häufig nicht
mehr als 7,5 Prozent überschreiten,
und es ist sogar noch mehr wünschenswert,
dass jede Hüllschicht
5 Prozent der Gesamtfilmdicke 28 nicht überschreitet. Das gleiche gilt auch
in Bezug auf die zweite Hüllschicht 20.
In einem zusätzlichen
Aspekt hat die Hüllschicht
oder Schichten jeweils eine individuelle Dicke 24, 26 von
weniger als ungefähr
2 Mikrometer, wünschenswerterweise weniger
als ungefähr
1 Mikrometer und noch wünschenswerter
weniger als ungefähr
0,5 Mikrometer. Als ein Ergebnis hiervon umfasst die Kerndicke 22 wenigstens
85 Prozent der Gesamtdicke 28 und die erste Hüllschicht 18 und
die zweite Hüllschicht 20 werden
im Allgemeinen nicht mehr als 7,5 Prozent der Gesamtdicke 28 umfassen.
Generell war es möglich,
ausgedünnte
Filme mit einer Gesamtdicke von ungefähr 30 Mikrometer oder weniger,
und bei bestimmten Anwendungen mit Hüllschichten von nicht mehr
als 2 Mikrometer, zu erzeugen. Wünschenswerterweise
hat die Gesamtdicke 28 weniger als ungefähr 25 Mikrometer
und sogar noch mehr wünschenswert
weniger als 20 Mikrometer. Die ist durch erstes Ausbilden eines
Mehrschichtfilms 10 und dann Dehnen und Ausrichten des
Films in der Maschinenrichtung möglich,
wie in größerem Detail
unten erklärt wird,
so dass der resultierende Mehrschichtfilm 10 erhöhte Festigkeitseigenschaften
in der Maschinenrichtung oder „MD" aufweist, d. h.
in der Richtung, die parallel zu der Filmrichtung ist, wie er aus
der Filmextrusionsanlage entnommen wird.
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Der
resultierende Film kann, wenn gewünscht, auf eine oder mehrere
Trägerschichten,
wie faserartige Fliessgewebe laminiert werden. Die Herstellung der
faserartigen Fliess gewebe ist den Durchschnittsfachleuten der Fliessgewebeherstellung
gut bekannt. Die faserartigen Fliessgewebe können zusätzliche Eigenschaften zu dem
Mehrschichtfilm 10 hinzufügen, wie ein weicheres, stoffähnliches
Gefühl. Dies
ist besonders vorteilhaft, wenn der Mehrschichtfilm 10 als
Trennschicht für
Flüssigkeiten
in solchen Anwendungen wie äußere Abdeckungen
für absorbierende
Pflegeartikel und als Trennmmaterialen für Krankenhaus-, chirurgische
und Reinstraum-Anwendungen, wie beispielsweise chirurgische Verbände, Kleider
und andere Formen von Kleidung, verwendet wird.
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Die
Befestigung der Trägerschichten
an die erste Hüllschicht 18 und
zweite Hüllschicht 20 kann durch
die Verwendung eines getrennten Klebstoffes, wie eines Heißklebers
und Lösungsmittel-basierenden
Klebers oder durch die Verwendung von Hitze und/oder Druck wie mit
erhitzten Kleberollen erfolgen. Als ein Ergebnis hiervon kann es
wünschenswert
sein, eine von beiden oder beide der ersten Hüllschicht 18 und der
zweiten Hüllschicht 20 dahingehend
zu entwickeln, inhärente
Klebeigenschaften aufzuweisen, um den Laminierungsprozess zu erleichtern.
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Eine
besonders vorteilhafte Trägerschicht
ist ein faserartiges Fliessgewebe. Solche Gewebe können durch
eine Anzahl von Verfahren, die Spinnschleudern, Schmelzblasen, Hydroverstricken,
durch Druckluft gelegte und gebundene, kardierte Webverfahren umfassen,
aber nicht auf diese eingeschränkt sind,
ausgebildet werden. Schmelzgeblasene Fasern werden durch das Extrudieren
geschmolzenen, thermoplastischen Materials durch eine Vielzahl von
feinen, normalerweise kreisförmigen
Kapillardüsen
als geschmolzene Fäden
oder Filamente in einem normalerweise erhitzen Hochgeschwindigkeitsgasstrom wie
Luft ausgebildet, welche die Filamente des geschmolzenen thermoplastischen
Materials dämpft, um
ihren Durchmesser zu vermindern. Danach werden die schmelzgeblasenen
Fasern durch den normalerweise erhitzen Hochgeschwindigkeitsgasstrom ausgetragen
und auf einer Sammeloberfläche
abgelegt, um ein Gewebe aus zufällig
dispersierten, schmelzgeblasen Fasern auszubilden. Das Schmelzblasverfahren
ist wohl bekannt und in verschiedenen Patenten und Veröffentlichungen
beschrieben, einschließlich
dem NRL Report 4364 „Manufacture
of Super-fine Organic Fibers" von
B. A. Wendt, E. L. Boone und C. D. Fluharty; dem NRL Report 5265, „An Improved
Device For The Formation of Super-Fine Thermoplastic Fibers" von K. D. Lawrence,
R. T. Lukas, J. A. Young; dem U.S. Patent Nummer 3,676,242, eingetragen
am 11. Juli 1972 von Prentice und dem U.S. Patent Nummer 3,849,241,
eingetragen am 19. Novemver 1974 von Buntin und anderen. Die vorherigen
Bezüge
werden hiermit durch Referenzieren in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
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Spinschleuderfasern
werden durch Extrudieren eines geschmolzenen, thermoplastischen
Materials wie Filamente aus einer Vielzahl von feinen, üblicherweise
kreisförmigen
Kapillaren in einer Spinndüse
mit einem Durchmesser der extrudierten Filamente ausgebildet, dann
schnell reduziert, zum Beispiel durch nicht eduktives oder eduktives
als Flüssigkeit auseinandergezogene
oder andere gut bekannte Spinschleudermechanismen. Die Herstellung
des Schleudergussfliessgewebes wird in Patenten wie Appel et al.,
U.S. Patent Nummer 4,340,563; Matsuki et al., U.S. Patent Nummer
3,802,817; Dorschner et al., U.S. Patent Nummer 3,692,618; Kinney,
U.S. Patent Nummern 3,338,992 und 3,341,394; Levy, U.S. Patent Nummer
3,276,944; Peterson, U.S. Patent Nummer 3,502,538; Hartman, U.S.
Patent Nummer 3,502,763; Dobo et al., U.S. Patent Nummer 3,542,615;
U.S. Patent 5,382,400 von Pike et al.; und Harmon, Kanadisches Patent
Nummer 803,714 beschrieben. Ein 10 bis 70 Gramm pro Quadratmeter (gsm)
Schleudergussgewebe, wie beispielsweise Polypropylenfasern, ist
ein beispielhaftes Trägergewebe.
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Es
könne auch
Mehrschichtträgerschichten verwendet
werden. Beispiele solcher Materialien können beispielsweise Schleuderguss-/Schmelzblas-Laminate
und Schleuderguss-/Schmelzblas-/Schleuderguss-Laminate umfassen,
wie sie in Brock et al., U.S. Patent Nummer 4,041,203, welches hiermit
durch Referenzieren in seiner Gesamtheit aufgenommen worden ist,
gelehrt wird.
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Gebundene
Kammgarngewebe werden aus Stapelfasern, die normalerweise in Ballen
verkauft werden, hergestellt. Die Ballen werden in einen Picker
platziert, der die Fasern trennt. Als nächstes werden die Fasern durch
ein Kämm-
und Carding- Bauteil geschickt, das die Stapelfasern weiter aufbricht
und in Maschinenrichtung anordnet, um ein maschinenrichtungsorientiertes,
faserartiges Fliessgewebe auszubilden. Ist das Gewebe einmal ausgebildet,
wird es dann durch ein oder mehrere verschiedene Bondingverfahren
gebunden. Ein Bondingverfahren ist Pulverbonding, wobei gepulvertes
Klebemittel über
das gesamte Gewebe verteilt und dann normalerweise durch Erhitzen
des Gewebes aktiviert wird und mit heißer Luft verklebt wird. Ein
anders Bondingverfahren ist Rasterbonding, wobei erhitzte Kalanderrollen
oder Ultraschall-Bondingzubehör
verwendet wird, um die Fasern zusammen zu fügen, normalerweise in einem
lokalisierten Bond-Raster, obwohl
das Gewebe über
seine gesamte Oberfläche, falls
das erwünscht
ist, zusammengefügt
werden kann. Bei Verwendung eines Zwei-Komponentenfaserstapels ist
ein Luft-Bondinganlage besonders vorteilhaft.
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Ein
Verfahren zur Ausbildung des Mehrschichtfilms 10 wird in 1 der Zeichnungen gezeigt.
Bezugnehmend auf die Figur wird der Mehrschichtfilm 10 aus
einer Co-Extrusionsvorrichtung 40,
wie ein Guss- oder Blasbauteil, wie vorher oben beschrieben wurde,
ausgebildet. Üblicherweise
wird die Vorrichtung 40 zwei oder mehrere Polymerextruder 41 umfassen.
In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden verringerte Schmelztemperaturen
verwendet und man hat herausgefunden, dass diese zur verringerten
Düsenlippenanhäufung beisteuern.
Obwohl es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf eine besondere
Theorie zu beschränken,
wird angenommen, dass geringere Scherwirkungen und verminderter,
thermischer Abbau der Polymere resultiert und die Neigung des Extrudats,
auf der Düsenlippe
zu akkumulieren auch vermindert wird. Diese Vorteile wurden beispielsweise
durch Arbeiten in einem Bereich hoch bis zu ungefähr 135°C über der
am niedrigsten schmelzenden Komponente erreicht. Wie den Fachleuten
auf dem Gebiet einleuchten wird, können Zusammensetzungen und
Anlagenkonfigurationen derart ausgewählt werden, um die Durchführung bei
diesen tieferen Temperaturen zu maximieren. Der Mehrschichtfilm 10 wird
auf einer Kühlrolle 42 extrudiert,
die gemustert sein kann, um dem neu ausgebildeten Film ein Muster 10 zu
vermitteln. Dies ist besonders vorteilhaft, um den Glanz des Filmes
zu vermindern und ein matte Oberfläche zu erzielen. Bei Verwendung
einer Dreischichtfilmkonstruktion, wie sie in 4 gezeigt wird, wird der Mehrschichtfilm 10,
wie er anfänglich ausgebildet
wird, eine Gesamtdicke 28 von ungefähr 40 Mikrometer oder mehr
aufweisen, wobei die erste Hüllschicht 18 und
jede Hüllschicht 20 mit
einer anfänglichen
Dicke von 3 Mikrometer oder mehr aufweisen, die zusammen ungefähr 15 Prozent
der anfänglichen
Gesamtdicke in einer Anlage wie der in 4 sein kann.
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Aus
der Co-Extrusionsfilmvorrichtung 40 kann der Film 10 zu
einer Filmdehnungseinheit (nicht gezeigt) wie ein Maschinenrichtungsorientierer
oder „MDO" geschickt werden,
der kommerziell von Verkäufern
wie der Marshall und Williams Company aus Providence, Rhode Island
erhältlich
ist, zugeführt werden.
Solch ein Apparat hat eine Vielzahl von Dehnrollen, die den Mehrschichtfilm 10 in
der Maschinenrichtung des Films, die die Richtung des Durchlaufs
des Films durch das Verfahren ist, strecken und ausdünnen. Nach
Verlassen des Filmdehnungsbauteils kann der Film 10 für Einwegpflegeproduktanwendungen
eine Maximaldicke von ungefähr 30
Mikrometer haben und jede der Hüllschichten kann
eine Maximaldicke von nicht mehr als zwei Mikrometer aufweisen,
was wiederum insgesamt weniger als ungefähr 15 Prozent des gesamten
Films ausmacht und noch mehr wünschenswerterweise
weniger als 10 Prozent der gesamten Filmdicke ausmacht.
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Wie
vorher erwähnt,
können
der Mehrschichtfilm 10 und die Laminate, die diesen umfassen,
in einer großen
Vielzahl von Anwendungen, nicht zuletzt solchen, die absorbierenden
Pflegeartikel wie Verbände,
Trainingshosen, Inkontinenzvorlagen und weibliche Hygieneprodukte
wie Sanitärtücher umfassen,
verwendet werden.
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Andere
Verwendungen für
den Mehrschichtfilm und die Mehrschichtfilm-/Trägerschicht-Laminate gemäß der vorliegenden Erfindung
umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, chirurgische Verbände und
Kleider, Wischtücher,
Trennmaterialien und Kleidungsartikel oder Teile davon, einschließlich solcher Artikel,
wie Arbeitskleidung und Laborkittel.
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Beispiele
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Alle
diese Beispielfilme waren Dreischichtgussfilme, wobei die zwei äußeren oder
Hüllschichten
in jedem Beispiel die gleichen sind, obwohl sie in einigen Fällen von
Beispiel zu Beispiel variieren.
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Beispiel 1 (vergleichend)
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In
Beispiel 1 wurde die Kernschicht aus zuvor zubereiteten Pellets
einen einzelnen Zusammensetzung ausgebildet, die 50 Prozent FL 2029® Kalziumcarbonat
mit 1 Mikrometer Durchschnittspartikelgröße und einer 7 Mikrometer Obergrenze
umfasst, basierend auf einer Gewichtsprozentsbasis, die auf dem
Gesamtgewicht der Schicht basiert. Das Kalziumcarbonat wurde aus
Englisch China Ton gewonnen und hat ein Beschichtung von 1,2 Prozent
Behensäure.
Die Kernschicht umfasst auch 45 Prozent NG 3310 lineares Polyethylen
geringer Dichte (LLDPE) der Dow Chemical Company, 4,8 Prozent 4012 Polyethylen
geringer Dichte von Dow und 2,2 Prozent des Antioxidationsmittels
B900 von Ciba Specialities Company aus Tarrytown, New York.
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Die
beiden äußeren oder
Hüllschichten
auf den gegenüberliegenden
Seiten der Kernschicht umfassten 45,1 Prozent Himont KS357P CattaloyTM Polymer von Himont U.S.A., 4 Prozent Kieselsäureerde Antiblock
(Trennmittel), 0,5 Prozent B900 Antioxidationsmittel und 50,4 Prozent
Exxon 768,36 (28 Prozent EVA Copolymer). Das Himont CattaloyTM Polymer ist ein thermoplastisches Olefinelastomer
oder TPO Mehrstufensreaktionsprodukt, wobei ein amorphes Ethylenpropylenzufallscopolymer
in einer hauptsächlich
semikristalinen hoch Polypropylenmonomer/gering Ethylenmonomer kontinuierlichen
Mat rix molekuar dispersiert wird. Das Antiblock (Trennmittel) umfasst
Superfloss® Kieselsäureerde.
Superfloss® Kieselsäureerde
ist bei der Celite Corporation erhältlich. Exxon 768,36 ist von
Exxon Chemical Company aus Houston, Texas erhältlich.
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Der
Lippenradius betrug ungefähr
8 bis 12 Mils und die Anlage, die verwendet wurde, war die gleiche,
wie die zuvor in der Bradley et al. Anmeldung beschriebene. Der
Dreischichtfim wurde unter Verwendung der Gussextrusionsanlage der
oben beschriebenen Art extrudiert. Die Ausgangschmelztemperatur
für die
Hüllschichten
wurde als 232°C
(450° Fahrenheit)
und für
den Kern als 221°C
(430° Fahrenheit)
gemessen. Das Verfahren verkörpert
frühere Mehrschichtfilmextrusionsverfahren,
die früher
eine überschüssige Extrusionsdüsenlippenanhäufung nach
4 bis 6 Stunden Arbeitszeit aufwiesen. Die überschüssige Düsenlippenanhäufung wird,
basierend auf Produktspezifikationen, die sich zum Beispiel auf Loch-
oder andere Mängelmengen
in Begriffen von Größe und/oder
Häufigkeit
beziehen, bestimmt. Während
die Verfahrensökonomie
bestimmte Werte vorschreiben wird, wird sich die vorliegende Erfindung
durch verbesserte Ergebnisse unabhängig von den spezifischen Zahlenwerten,
die im Wesentlichen in allen Fällen
involviert sind, unterscheiden. Die gleichen Standards werden in
jedem der Beispiele verwendet.
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Beispiel 1a
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Beispiel
1 wurde wiederholt, außer
dass der Düsenlippenkrümmungsradius
auf ungefähr
1 Mil vermindert wurde. Basierend auf zwei Läufen lag die Zeit, um die überschüssige Düsenlippenanhäufung aufzubauen,
im Bereich von 3 bis 4 Stunden und 6 bis 8 Stunden.
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Beispiel 2
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Beispiel
1a wurde wiederholt, außer
dass kein Antiblock (Trennmittel) in der Hüllschicht umfasst war, die
dann 50,4 Prozent Exxon 768,36, 0,5 Prozent Antioxidationsmittel
und 49,1 Prozent Cattaloy KP357P ausmachte. Die Durchschnittszeit,
um die überschüssoge Düsenlippenanhäufung aufzubauen,
betrug ungefähr
12 Stunden.
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Beispiel 3
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In
Beispiel 3 betrug die Kernschicht auf einer Gewichtsprozentbasis,
basierend auf dem Gesamtgewicht der Schicht, 67 Prozent einer Pelletform,
die 75 Prozent ECC Supercoat® Kalziumcarbonat, 20 Prozent
Dow 251.7 lineares Polyethylen geringer Dichte, 4,8 Prozent Dow
4012 Polyethylen geringer Dichte und 0,2 Prozent Ciba B900 enthält. Diese
Pellets wurden mit 33 Prozent der Pellets aus 100 Prozent Dow 2047
AC linearem Polyethylen geringer Dichte vermischt und die Pelletmischung
wurde direkt in den Extruder gegeben. Der vorbereitende Schritt
der vorhergehenden Beispiele wurde vermieden.
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Die
zwei äußeren oder
Hüllschichten
auf den gegenüberliegenden
Seiten der Kernschicht umfassten die Zusammensetzungen von Beispiel
1A einschließlich
des Superfloss® Antiblocks
(Trennmittels).
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Der
Dreischichtenfilm wurde unter Verwendung der Gussextrusionsanlage
des oben beschrieben Typs extrudiert. In diesem Fall war die Ausgangsschmelztemperatur
aus dem Extruder für
die Hüllschicht
210°C (410°F) und die
Schmelztemperatur der Kernschicht betrug 204°C (400°F). In diesem Fall dauerte die
Extrusion 5 Stunden ohne erhebliches Auftreten der Düsenlippenanhäufung an.
Dieser Lauf wurde wie im folgenden Beispiel beschrieben unterbrochen.
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Beispiel 4
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Der
Lauf von Beispiel 3 wurde fortgesetzt, außer dass die Antiblock-Zufuhr
zu der Hüllschicht unterbunden
wurde und die Hüllschichten
dann die Zusammensetzung des Beispiels 2 hatten. Der 5 Stunden Lauf
von Beispiel 3 wurde für
zusätzliche
15 Stunden ohne erheblichen Düsenlippenanhäufung fortgeführt, bevor
er unterbrochen wurde, weil die Zufuhr des Extrudats ausgeschöpft war.
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Somit
wurde festgestellt, dass es in Übereinstimmung
mit der Erfindung möglich
ist, Extrusionsverfahren für
einen längeren
Zeitraum ohne überschüssige Düsenlippenanhäufung, die
die Reinigung der Düsenspitze
und Verfahrensunterbrechungen notwendig macht, durchlaufen zu lassen.
Es ist offensichtlich, dass dieses sehr wesentliche Kosteneinsparungen
darstellt und sehr vorteilhaft ist. Außerdem können in Übereinstimmung mit der Erfindung diese
Ergebnisse mit Extrudaten erhalten werden, die billig sind und zusätzliche
Möglichkeiten
für Kosteneinsparungen
darstellen. Während
diese Erfindung nicht auf irgendeine besondere Theorie eingeschränkt ist,
wird es als möglich
angenommen, dass das Vermeiden vorherigen Verarbeitens des Extrudats
vor der Hinzugabe zu dem Extruder in vermindertem, thermischen Abbau
resultiert und in einer molekularen Gewichtsverteilung, die Viskosität und andere
Merkmale, die die Extrusion erleichtern bereitstellt und zusätzliche
Vorteile ermöglicht,
die beispielsweise durch verminderten Kurvenradius der Düsenlippenanordnung,
verminderte Schmelztemperaturen und Füllstofffreie Hüllschichtzusammensetzungen
zu erhalten sind.
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Während die
Erfindung im Detail in Bezug auf besondere Ausführungsformen davon beschrieben
wurde und insbesondere durch die hierin beschriebenen Beispiele
beschrieben wurde, wird es für
den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und andere Veränderungen
gemacht werden können, ohne
von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist somit
beabsichtigt, dass alle solche Abwandlungen, Modifikationen oder
andere Änderungen
durch die Ansprüche
umfasst werden.