DE69417258T3

DE69417258T3 - Verbundmaterial aus einer undurchlässigen, textilartigen folie und einem vlies

Info

Publication number: DE69417258T3
Application number: DE69417258T
Authority: DE
Inventors: Ann Louise Cumming MCCORMACK
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2014-12-07
Also published as: FR2717737B1; JP3373211B2; GB2285408B; PL315183A1; CA2116081C; US5695868A; FR2713983B1; CN1111476C; JPH09506656A; FR2713983A1; RU2140855C1; GB2285408A; EP0734321A1; CA2116081A1; FR2717737A1; DE69417258D1; US5855999A; EP0734321B1; GB9425471D0; DE9422432U1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von atmungsfähigen Folien und atmungsfähigen, gewebeartigen Folien/Vliesverbundstoffen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von atmungsfähigen Folien/Vlieslaminaten, welche eine dünne, atmungsfähige Folie aufweisen, die an ausgesuchten Punkten an ein verstärkendes, gewebeartiges faseriges Vliesgewebe laminiert ist. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf eine große Auswahl von Anwendungsbereichen, wo Festigkeit, Komfort, Atmungsfähigkeit und Flüssigkeitsundurchlässigkeit erforderlich oder gewünscht sind. Zwei spezielle Anwendungsgebiete beinhalten Absorptionsartikel für den persönlichen Bedarf und Dinge, die mit Gesundheitsfürsorge in Verbindung stehen, eingeschlossen, Vorhänge, Kittel oder andere verwandte Operationsmaterialien. Beispiele für Absorptionsartikel für den persönlichen Bedarf beinhalten Windeln, Binden, Inkontinenzbekleidung, Trainingshosen, Bandagen und dergleichen. Das Material der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, um den gesamten oder einen Teil eines Artikels einer Kleidung zu bilden.
Viele der Produkte von heute beinhalten künstliche, synthetische Komponenten, wobei Absorptionsartikel des persönlichen Bedarts, wie z. B. Windeln nur ein Beispiel sind. Die heutigen Windeln beinhalten typischerweise ein Vliesgewebe mit synthetischen Fasern als körperseitige Auskleidung, das benachbart zur Haut des Babys angeordnet ist. Innerhalb der Windeln befindet sich ein Absorptionsmittelkern, der aus natürlichen Zellstoff-Fasern in Kombination mit synthetischen Fasern und Superabsorbenten hergestellt sein kann. Das Stützmaterial oder die Außenabdeckungen wurden traditionell aus Plastikfolien aufgrund von Kostenbetrachtungen und der flüssigkeitsundurchlässigen Natur von Plastikfolien hergestellt.
Während Plastikfolien beim Halten von Flüssigkeiten und anderen Abfallarten während der Verwendung effizient sind, haben die gleichen Plastikfolien gewisse Nachteile, in dem sie nicht sehr angenehm bei Berührung sind, und sie nicht Wasserdampf durchleiten, so daß, vom Standpunkt des Wohlbefindens eines Trägers aus gesehen, Plastikfolien dazu neigen, eine Hauthydration zu verursachen, wodurch Kinder mehr zu Windel ausschlägen neigen. Eine Lösung war es, normale nichtporöse Plastikfolien durch atmungsfähigen Plastikfolien als Windelschutzmaterial zu ersetzen. Es gibt eine Anzahl von Wegen, um eine Folie atmungsfähig zu machen, eingeschlossen das Anbringen von Öffnungen und die Verwendung von Füllmaterialien. Wenn Füllmaterialien verwendet werden, wird die Folie oft zwischen Rollen gequetscht, um das Füllmaterial zu brechen, oder werden gereckt, um kleine Lücken zwischen dem Polymer und den in das Polymer eingebetteten Partikeln zu erzeugen. Dies erzeugt einen labyrinthartigen Weg von einer Oberfläche der Folie zur anderen und stellt daher einen Weg für den Austritt von Wasserdampf dar, während er als Barriere für Flüssigkeiten wie z. B. Wasser und Urin wirkt. Polyolefinfolien werden oft zum Herstellen atmungsfähiger Folien verwendet. Eine besonders nützliche Folie für solche Anwendungen besteht aus einem linearen Polyolefin, welches organische und/oder inorganische Füllmaterialien aufweist. Solche gefüllten Polyolefinfolien stellen eine gute Wasserdampfübertragung bereit, wodurch sie die Windeln für den Träger komfortabler machen. Als ein Ergebnis kann die relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur innerhalb der Windel oder eines anderen Produktes werden durch Verwendung atmungsfähiger Materialien reduziert werden. Ungeachtet dessen haben solche atmungsfähigen Folien den Nachteil, daß sie kalt und klamm sind, da atmungsfähige Folien Feuchtigkeit an die Außenseite des Produktes abgeben, wo sie umgehend auf der Folienoberfläche kondensiert. Konsequenterweise wurden andere Versuche unternommen, um Vliesmaterialien als Stützmaterial für Windeln zu verwenden.
Faserige, Vliesmaterialgewebe als Stützmaterial für Windeln lindern die obengenannten Folienprobleme, jedoch stellen solche faserigen Vliesgewebe im wesentlichen schwache Barrieren für den Durchgang von Flüssigkeiten, eingeschlossen Urin, dar. Als Ergebnis sind die meisten Vliesmaterialien für sich selbst gesehen nicht als Stützmaterialien geeignet. Einige faserige Vliesgewebe wirken besser als andere beim Abweisen von Flüssigkeiten, insbesondere wenn sie eine Schicht von feinem faserigen Vliesmaterial beinhalten, wie z. B. eine Schicht schmelzgeblasenes. Schmelzgeblasene faserige Gewebe sind aus Fasern hergestellt, die durch Extrudieren von geschmolzenem thermoplastischem Material durch feine Kapillarformen hergestellt werden, um geschmolzene Fäden oder Fasern zu bilden, die dann durch Verwenden von Hochgeschwindigkeitsgas dünner gemacht werden. Die resultierenden Fasern haben im allgemeinen sehr geringe Durchmesser, normalerweise 10 μ oder weniger, und werden auf einer Formungsoberfläche in der Form einer faserigen Vlieswatte gesammelt, die sehr kleine Porenstrukturen aufweist, die dazu neigen, den Flüssigkeitsfluß zu unterbinden. Siehe z. B. US-Patent Nr. 3,849,241 von Buntin et al. Sogar bei der Verwendung von schmelzgeblasenen Schichten erweisen sich solche faserigen Vliesmaterialien nicht immer als vollständig geeignet als Stützmaterial für Produkte des persönlichen Bedarfs.
Angesichts der zuvor genannten Nachteile von sowohl Folien als auch faserigen Vliesmaterialien, wurde ein Versuch unternommen, um die beiden Materialien miteinander zu kombinieren, um es dabei möglich zu machen, sich auf die Stärke des einen Materials zu stützen, um die Schwächen des anderen zu überwinden. Ein Beispiel zum Kombinieren der besten Eigenschaften einer atmungsfähigen Folie und eines faserigen Vliesmaterials ist durch die Kombination einer gefüllten Linearpolyolefinfolie und einer Polypropylen oder spinngewebten Gewebe aus Polypropylencopolymer. Damit diese beiden Materialien gemeinsam funktionieren, müssen sie in irgendeiner Weise miteinander verbunden werden oder miteinander laminiert werden. Es gibt eine Anzahl von Verfahren zum Verbinden von Folien mit Vliesmaterialien, eingeschlossen thermisches und Ultraschall-Verbinden, kleben, mit Nadeln verbinden und nähen. Für die Zwecke zum Beibehalten einer Flüssigkeitssperre sind mit Nadeln verbinden und nähen allgemein unerwünscht, aufgrund der Tatsache, daß die Löcher, die diese Verfahren erzeugen, relativ groß sind und daher das Lecken von Flüssigkeiten erlauben. Klebstoffe und Kleben kann für eigene Gründe unerwünscht sein, eingeschlossen unerwünschtes Blockieren der Poren der atmenden Folie und die allgemeine Steifigkeit des Laminats. Das Laminieren der Folie und der faserigen Vliesschichten sollte relativ vollständig sein. Allgemein muß, um ein gutes Laminat zwischen einer Folie und einem Vliesmaterial unter Verwendung eines Klebstoffes zu erreichen, müssen entweder eine dünne, gleichmäßige Schicht von Klebstoff auf die gesamte Oberfläche der beiden Materialien aufgespritzt oder müssen größere lokalere Mengen von Klebstoff in voneinander beabstandeten Intervallen verwendet werden. Einheitliches Anwenden von Klebstoff kann oft die Poren auf einer Oberfläche der Folie blockieren, durch eine zuvor poröse Folie porenlos machen. Dies ist nicht erwünscht. Die Verwendung größerer Mengen von Klebstoff in mehr lokalisierten Bereichen reduziert die Menge der Folienoberfläche, die durch den Klebstoff blockiert wird, der Nachteil besteht jedoch darin, daß das Folien-/Vliesmaterial dazu neigt, steif zu werden aufgrund der konzentrierten Aufbringung von Klebstoff. Konsequenterweise wäre es erwünschter, thermische Laminiertechniken zu verwenden.
Thermisches Laminieren kann durchgeführt werden durch die Verwendung von Wärme und Druck sowie mit geheizten Musterrollen und mit Ultraschall. Beide Techniken sind sehr geeignet zum Verbinden von Folien und Vliesmaterialien, wenn die beiden Materialien aus dem gleichen Polymer bestehen. In einigen Fällen sind jedoch die verwendeten Polymere, die zum Herstellen der Folie verwendet werden, nicht die gleichen, wie die, die zum Herstellen des faserigen Vliesgewebes verwendet werden. Dies kann der Fall sein, sowohl wegen der Kosten, als auch wegen physikalischer Eigenschaften. Folien aus linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) und Vliesgewebe aus Polypropylen sind ein Beispiel. Diese Polymere sind thermisch inkompatibel miteinander in der Weise, daß sie nicht thermisch miteinander laminiert werden können mit einer Verbindungsstärke von zumindest 5 Gramm. Es gibt auch die Situation, wo die verwendeten Polymere zum Herstellen der beiden Schichten die gleichen sind und daher kompatibel sind, jedoch, um thermisches Laminieren zu erzielen, soviel Wärme und Druck aufgebracht werden muß, daß schließlich Perforationen in der Folienschicht ausgebildet sind und oftmals das Laminat zu steif wird.
Ein Folien/Vliesverbundmaterial ist aus der EP-A-309 073 bekannt. Das Verbundmaterial stellt eine atmende Polyolefin-Folie bereit, die an ein Vliesmaterial laminiert ist. Die Folie weist ein Füllmaterial und dazwischen angeordnete Hohlräume an den Orten des Füllmaterials auf. Die Folie wird an das Vliesmaterial durch eine wärmeverschweißte Schicht zwischen dem Material und der Folie laminiert.
Die EP-A-066 672 offenbart eine Folie, die aus einem Polyolefinharz und einem Füller besteht. Die Folie ist gereckt und porös.
Die GB-A-21 15 702 offenbart eine Folie aus gerecktem Polyolefin, welches dampfdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Der Film wird für einen Absorptionsartikel, wie z. B. eine Wegwerfwindel verwendet, und wird an einer Oberflächenschicht durch ein durch wärmeaufschmelzbaren Klebstoff an den Enden der Oberflächenschicht angeklebt und befestigt.
Aufgrund der zusätzlichen wärmeverschweißten Schicht in Verbundstoffen gemäß dem Stand der Technik wird die Produktion teuerer. Als ein Ergebnis besteht eine Notwen digkeit für ein Verfahren zum thermischen Verbinden solcher inkompatiblen und kompatiblen Materialien, so daß die Vorteile beider Materialien sowie der thermische Laminiervorgang verwendet werden kann. Es besteht auch eine Notwendigkeit für das daraus entstehende Produkt.
Die vorgenannten Nachteile wurden durch die vorliegende Erfindung überwunden. Darin ist ein Verfahren zum Herstellen einer atmungsfähigen Folie und eines atmungsfähigen, stoffartigen Folien/Vliesverbundwerkstoffes, hergestellt aus einer atmungsfähigen Folie, die thermisch mit einem faserigen Polyolefinvliesgewebe verbunden ist, offenbart.
Idealerweise ist Wärmeverschweißen eines der am meisten gewünschten Verfahren zum Laminieren einer Folie und einer Vliesschicht. Wärmeverschweißen erfordert, daß die Materialien thermisch kompatibel sind. Oftmals sind Folien und Vliesmaterialien jeweils aus Polymeren hergestellt, die die gewünschten Eigenschaften für das in Frage stehende spezielle Material bereitstellen, welche jedoch nicht einfach miteinander wärmeverschweißbar sind oder überhaupt nicht verschweißbar sind. Im Falle der vorliegenden Erfindung wird ein Klebezusatz der Folie zugefügt, die nur mit dem Polyolefin-Polymeranteil des faserigen Vliesgewebes kompatibel sein muß, da es als ein wärme- und druckempfindlicher Klebstoff während des Laminiervorganges dient. Es ist wichtig, daß die Temperatur, die zum Verbinden der beiden Schichten miteinander verwendet wird, geringer ist, als der Schmelzpunkt des Polyolefinpolymers der Folie oder der Fasern, um die Integrität der Folie oder der Fasern beizubehalten, wodurch das Risiko des Ausbildens von Nadellöchern und des Verlierens der Stärke während des Laminiervorganges reduziert wird. Es ist daher für die vorliegende Erfindung wichtig, daß es der Folie oder den Fasern in ihrer Gesamtheit nicht ermöglicht wird, ihren insgesamten Schmelzpunkt zu erreichen, und dabei die Integrität und Rückhalteeigenschaften des entstehenden Verbundwerkstoffes herabzusetzen. Durch "Lokalisieren" von Wärmebindung über einen Bindezusatz und ein diskretes Bindemuster, wird ein Mittel bereitgestellt, um ein Befestigen mit minimalem Schaden für die poröse Natur der atmungsfähigen Folie bereitzustellen, während gleichzeitig gute Flexibilitätseigenschaften bezüglich des gesamten Verbundwerkstoffes oder Laminats beibehalten werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das atmende Folien/Vlieslaminat gebildet durch erstens Bilden einer Folie aus einer Mischung die beinhaltet, basierend auf dem Gesamt gewicht der Folie, von ungefähr 10 bis ungefähr 68% eines vorherrschend linearen Polyolefinpolymers, von ungefähr 30 bis ungefähr 80% eines Füllstoffes, der eine ungefähre Partikelgröße im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 mm aufweist, und von ungefähr 2 bis ungefähr 20% eines Bindemittels. Die Folie wird dann gereckt oder zwischen Rollen zusammengedrückt, um sie atmungsfähig zu machen. Die einmal gebildete Folie sollte eine Wasserdampfdurchlaßrate von zumindest 100 Gramm pro qm für 24 Stunden aufweisen. Als nächstes wird ein faserigen Polyolefin-Vliesgewebe thermisch an die Folie laminiert, um ein Laminat oder einen Verbundwerkstoff zu bilden. Das Laminat sollte zumindest 5 Gramm Belastung erfordern, um die beiden Schichten voneinander zu delaminieren.
Passende Materialien für die Folienschicht beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf, ein lineares Polyolefinpolymer, wie z. B. ein lineares Polyethylen niedriger Dichte, und Füllmaterialien, wie z. B. Kalziumcarbonat. Passende Materialien für das faserige Vliesgewebe beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf Polypropylen und Mischungen aus Polyolefinen, wie z. B. Polypropylenfasern und lineare Polyethylenfasern niedriger Dichte, sowie zwei Komponentenfasern mit einer Polyolefinkomponente, die eine äußere Oberfläche der Fasern bildet.
Das Verfahren beinhaltet zunächst das Formen einer vorextrudierten Mischung der zuvor genannten Polymere und dann ein Extrudieren der Mischung in eine Folie. Sobald die Folie gebildet wurde, wird sie bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des vorherrschend linearen Polymeranteiles der Folie und besser noch bei einer Temperatur, die auch geringer ist als der Erweichungspunkt des Bindemittels, gereckt. Durch Recken der Folie wird die Folie ausgedehnt und porös und atmungsfähig gemacht. Die einmal gereckte Folie sollte eine Wasserdampfübertragungsrate von zumindest 100 Gramm pro qm für 24 Stunden aufweisen. Als nächstes wird die Folie mit dem faserigen Polyolefin Vliesgewebe bei einer Temperatur verbunden, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des vorherrschend linearen Polymeranteils der Folie, um ein Laminat zu bilden. Zusätzlich, wenn gewünscht, kann die Folienschicht dazu veranlaßt werden, sich zusammenzuziehen nach dem Verbinden mit der Vliesgewebeschicht, wodurch der gesamte Verbundwerkstoff dazu veranlaßt wird, sich zusammenzuziehen, welcher wiederum eine gewellte Oberfläche und ein dickeres Verbundmaterial bildet.
Ein atmungsfähiger, stoffartiger Folien/Vliesverbundwerkstoff, der einmal gebildet wurde, verfügt über eine Vielzahl von Anwendungen, zu welchen nicht zuletzt eine Verwendung als Außenabdeckung für Absorptionsartikel des persönlichen Bedarfs gelöst. Solche Artikel werden typischerweise eine körperseitige Auskleidung und eine Außenabdeckung aufweisen mit einem absorbierenden Kern der dazwischen angeordnet ist. Das Material der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden als Außenabdeckung, wobei die faserige Vliesschicht zur äußeren Oberfläche des Produktes weist und wobei die Folienschicht benachbart im Absorptionskern angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines atmungsfähigen, stoffartigen Folien/Vliesverbundwerkstoffes, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Bilden eines atmungsfähigen, stoffartigen Folien/Vliesverbundwerkstoffes, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Folien/Vlieslaminats, welches eine Folie verwendet, die aus einem vorherrschend linearen Polyolefinpolymer, einem Füllstoff und einem Bindemittel besteht, und die thermisch mit einem Polyolefin basierenden faserigen Vliesgewebe verbunden ist. Als ein Beispiel sind traditionelle lineare Polyethylenfolien niedriger Dichte nicht mit auf Polypropylen basierenden Vliesgeweben thermisch verbindbar aufgrund der Inkompatibilität der die Folie und Vliesschichten bildenden Polymere und der Schmelzpunkte. Die vorliegende Erfindung verwendet eine atmungsfähige Folie, welche aufgrund ihrer einzigartigen Zusammensetzung und Herstellungsbedingungen thermisch mit einem auf Polyolefin basierenden Vliesgewebe verbindbar ist. In einer speziellen Ausführungsform wird eine atmungsfähige Folie, die eine Mischung aus linearem Polyethylen niedriger Dichte und einem Bindemittel verwendet, thermisch mit einem Polypropylen-Vliesgewebe verbunden. Das resultierende Laminat stellt mehrere Eigenschaften bereit, eingeschlossen, daß es sich auf einer äußeren Oberfläche weich, stoffartig anfühlt und eine gute Wasserdampfdurchlässigkeit aufweist, während es immer noch als Sperre für den Durchgang von Flüssigkeiten dient. Zusätzlich, aufgrund des starken Reckens und des Füllens der linearen Polyethylen-Folie niedriger Dichte, ist der Film atmungsfähig, sehr weich in der Berührung und erzeugt wenig "Lärm" oder "Rascheln". Als ein Ergebnis, obwohl es nicht auf die speziellen Anwendungen, wie nachfolgend spezifiziert, beschränkt ist, ist das Laminat für spezielle Anwendungen als Stützmaterial für Absorptionsprodukte des persönlichen Bedarfs, eingeschlossen, Windeln, Binden, Trainingshosen, Inkontinenzkleidung, Bandagen und dergleichen geeignet. Das Material kann auch verwendet werden, um alle oder einen Teil des Artikels oder eines Bekleidungsstückes zu bilden. Zusätzlich kann das Material verwendet werden, um alle oder einen Teil von Krankenhausausstattungen, wie z. B. Operationsvorhänge, Kleider, Westen, Schuhabdeckungen, Gesichtsmasken und Hüten zu bilden.
Bezugnehmend auf 1 weist der Verbundwerkstoff oder das Laminat 10 in seiner grundlegendsten Form eine Folienschicht 12 und eine faserige Polyolefin-Vliesgewebekomfort- und Stützschicht 14 auf, welche thermisch miteinander verbunden sind. Während dies die grundlegendste Konfiguration ist, können zusätzliche Schichten von Material dem Verbundstoff 10 zugefügt werden, um mehrschichtige Verbundstoffe zu bilden, wenn dies gewünscht ist. Zum Beispiel kann ein zweites faseriges Polyolefin-Vliesgewebe (nicht dargestellt) mit der Folienschicht 12 auf einer Seite der Folie gegenüberliegend dem ersten faserigen Polyolefin-Vliesgewebe 14 verbunden werden.
Die Folienschicht 12 beinhaltet drei grundlegende Komponenten, von denen die erste ein vorherrschend lineares Polyolefinpolymer, wie z. B. ein lineares Polyethylen niedriger Dichte ist, die zweite ein Füllstoff und die dritte ein Binde- oder Klebemittel ist. Diese drei Komponenten werden miteinander vermischt, erwärmt und dann in eine Folienschicht extrudiert unter Verwendung einer Vielzahl von folienerzeugenden Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, eingeschlossen Gießen und Blasen. Andere Additive und Zusätze können zur Folienschicht zugefügt werden, vorausgesetzt, daß sie die Fähigkeit des Atmens der Folie und das thermische Verbinden mit der faserigen Polyolefin-Vliesgewebekomfortschicht 14 nicht ernsthaft stören. Allgemein, auf einer Trockengewichtbasis, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie, wird die Folienschicht ungefähr 10 bis ungefähr 68 Gew.-% des vorherrschend linearen thermoplastischen Polymers, ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gew.-% eines Bindemittels und ungefähr 30 bis ungefähr 80 Gew.-% Füllstoff aufweisen. In spezielleren Ausführungsformen kann es zusätzlich von ungefähr 0 bis ungefähr 68 Gew.-% eines anderen Polyolefins, z. B. Polypropylen aufweisen.
Für lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) wurde herausgefunden, daß es sich gut als Folienbasis eignet, wenn entsprechende Mengen von Bindemittel in das lineare Polyethylen niedriger Dichte eingemischt werden. Jedoch glaubt man, daß jedes vorherrschend lineare Polyolefinpolymer für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Die hier verwendete Bezeichnung "lineares Polyethylen niedriger Dichte" soll Polymere aus Ethylen und höhere Alphaolefincomonomere, wie z. B. C₃-C₁₂ und Kombinationen davon umfassen. "Vorwiegend linear" soll bedeuten, daß die Hauptpolymerkette linear ist, mit weniger als ungefähr 5 langen Kettenzweigen pro 1000 Ethylen-Einheiten. Lange Kettenzweige würden Kohlenstoffketten größer als C₁₂ beinhalten. Für vorwiegend lineare Polyolefinpolymere, die nicht elastisch sind, sind kurze Kettenzweige (C₃-C₁₂) aufgrund von Comonomer-Einschlüssen typischerweise begrenzt auf weniger als 20 kurze Ketten pro 1000 Ethylen-Einheiten oder 20 oder mehr für Polymere, welche elastomerisch sind. Beispiele für vorwiegend lineare Polyolefinpolymere beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf, lineare Polyolefine, wie z. B. Ethylen, Propylen, 1-Buten, 4-Methyl-penten, 1-Hexan, 1-Octen und höhere Olefine, sowie Copolymere der vorgenannten. Zusätzlich würden Copolymere von Ethylen und anderen Olefinen, eingeschlossen Pentene, Hexane, Heptene, Octene, Decene, etc. auch Beispiele für vorwiegend lineare thermoplastische Polymere sein.
Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum thermischen Verbinden atmungsfähiger Folien, die aus solchen vorwiegend linearen Polyolefinpolymeren bestehen, mit faserigen Polyolefin-Vliesgeweben in einer Weise bereitzustellen, die nicht die Integrität der individuellen Schichten, insbesondere der Folienschicht zerstören. Durch Zuführen eines Bindemittels zu dem vorliegenden Polymer-Gemisch in einem bestimmten Bereich, kann die Folie und das Vlies bei niedrigeren Temperaturen und/oder Drücken mit geringeren Prozentsätzen der gesamten Verbindungsfläche verbunden werden. Zusätzlich können inkompatible Filme und Vliesgewebe, wie z. B. LLDPE-Folien und Polypropylen-Vliesgewebe nun effektiv laminiert werden. Das einmal gebildete Laminat ist immer noch sehr weich und frei von unerwünschten Perforierungen, die durch exzessives Verbinden verursacht werden, um eine entsprechende Lamination zu erhalten.
Damit eine LLDPE-Folie und ein Polypropylen-Vliesgewebe kompatibel miteinander sind, wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, die beiden Schichten bei einer Temperatur von oder unterhalb des Schmelzpunktes der LLDPE-Folie zu verbinden bei einer Verbindungsfläche von ungefähr 15% und ein daraus resultierendes Laminat zu erhalten, das fest genug ist, um zumindest eine 5 Gramm Belastung zu benötigen, um die Schichten unter Verwendung des nachfolgend beschriebenen Verbindungsfestigkeitstest zu trennen. Durch Zuführen eines Bindemittels zum Folien-Polymer-Gemisch ist dies möglich. Ein "Bindemittel" wie es hier bezeichnet wird, bedeutet ein Additiv, welches, wenn es in die Folien-Polymer-Mischung eingebracht wird, ein Verbinden der Folienschicht an der Vliesschicht bei einer Temperatur von zumindest 2,76°C (5°F) niedriger als der Schmelzpunkt der primären vorherrschend linearen thermoplastischen Polymerkomponente in der Folien-Polymer-Mischung erlaubt. In diesem Fall, ist das "primäre" Polymer das lineare Polyethylen niedriger Dichte. Zusätzlich sollte die Binde- oder Schälfestigkeit des resultierenden Laminats zumindestens 5 Gramm betragen.
Bindemittel können auch als Klebeharz bezeichnet werden und sind im US-Patent-Nr. 4,789,699 von Kieffer beschrieben. Der Zweck des Bindemittels der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbinden der Folien- und Vliesschichten bei niedrigeren Temperaturen zu erlauben. Beispiele von Bindemitteln beinhalten hydrogene Hydrocarbonharze, wie z. B. Klebemittel der Serien REGALREZ^® und ARKON^® P. REGALREZ^® Klebemittel sind erhältlich von Hercules, Incorporated in Wilmington, Delaware. REGALREZ^® Klebemittel sind hochstabile, leichtgefärbte, niedrig molekulargewichtige, nichtpolare Harze. Grad 3102 soll einen Erweichungspunkt von 102 R&B°C, eine spezifische Schwerkraft bei 21°C von 1,04, eine Schmelzviskosität von 100 Poise bei 149°C und einen Verfestigungstemperatur Tg von 51°C haben. REGALREZ^® 1094 Klebemittel soll einen Erweichungspunkt von 94°C, ein spezifisches Gewicht bei 121°C von 0,99, eine Schmelzviskosität von 100 Poise bei 126°C und eine Verfestigungstemperatur, Tg, von 33°C aufweisen. Grad 1126 soll einen Erweichungspunkt von 126°C, ein spezifisches Gewicht bei 21°C von 0,97, als Schmelzviskosität von 100 Poise bei 159°C und eine Verfestigungstemperatur, Tg von 65°C haben.
ARKON^® P Harze sind synthetische Klebeharze die von Arakawa Chemical (U.S.A.), Incorporated, in Chicago, Illinois, die aus Petrolhydrocarbonharzen hergestellt werden. Grad P-70, z. B. weist einen Erweichungspunkt von 70°C auf, während Grad P-100 einen Erweichungspunkt von 100°C und Grad P-125 einen Erweichungspunkt von 125°C aufweist.
ZONATEC^® 501 Leichtharz ist ein anderes Klebemittel, welches ein Terpenhydrocarbon mit einem Erweichungspunkt von 105°C ist, das durch Arizona Chemical Company in Panama City, Florida hergestellt wird. EASTMAN^® 1023PL Harz ist ein amorphes Polypropylen-Klebemittel mit einem Erweichungspunkt von 150–155°C, welches von Eastman Chemical Company Longview, Texas, erhältlich ist.
Allgemein beinhalten andere Beispiele von Bindemitteln, sind jedoch nicht beschränkt darauf, Polyamide, Ethylencopolymere, wie z. B. Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenethylacrylat (EEA), Ethylenacrylsäure (EAA), Ethylenmethylacrylat (EMA) und Ethylen normal-butyl acrylat (ENBA), Holzharz und seine Derivate, Hydrocarbonharze, Polyterpenharze, ataktische Polypropylene und amorphe Polypropylene. Ebenfalls eingeschlossen sind vorwiegend amorphe Ethylenpropylencopolymere, die allgemein bekannt sind als Ethylenpropylen-Gummi (EPR), und eine Klasse von Materialien, die als verstärkte Polypropylene (TPP) und olefinische thermoplastische Polymere bekannt sind, wobei (EPR) mechanisch verteilt oder molekular verteilt ist durch mehrstufige In-Reaktor-Polymerisation in Polypropylen oder Polypropylen/Polyethylengemischen.
Es wird angemerkt, daß die zuvor genannte Liste von Binde- oder Klebemitteln nur beispielhaft ist und es nicht beabsichtigt ist, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Jedes Bindemittel, welches mit der anderen Folie und/oder den Faserpolymeren mischbar und in der Lage ist, das Verbinden der Folienschicht zur Vliesschicht bei Temperaturen von zumindest 5°C unterhalb der Schmelztemperatur der primären vorwiegend linearen thermoplastischen Polymerkomponente der Folie oder des Fasergemisches zu verbinden und ist in der Lage, eine Verbindung zwischen den Schichten zu erzeugen, die zumindest eine 5 Gramm Belastung benötigt, um die Schichten zu trennen, wird als ein Bindemittel für die Zwecke der vorliegenden Erfindung angesehen. Allgemein wird das Bindemittel ungefähr 2 bis ungefähr 20% des Gesamtgewichts der Folie ausmachen. Obwohl Gewichtsprozente außerhalb dieses Bereichs verwendet werden können, wird bei höheren Prozentsätzen die Atmungsfähigkeit in der Folie herabgesetzt, was für Absorptionsartikel-Konfigurationen für den persönlichen Bedarf im allgemeinen nicht erwünscht ist.
Zusätzlich zu dem vorwiegend linearen polyolefinen Polymer und dem Bindemittel, weist die Folie auch ein Füllmittel auf. Was hierbei als "Füllmittel" bezeichnet wird, bedeutet, das Beinhalten von Partikeln und anderen Formen von Materialien, die der Folienpolymer-Extrusionsmischung beigefügt werden können, und welche nicht chemisch mit der extrudierten Folie reagieren oder diese beeinträchtigen, welche aber in der Lage sind, einheitlich über die gesamte Folie verteilt zu werden. Allgemein werden die Füllmittel in Partikelform vorliegen und werden üblicherweise eine im wesentlichen kugelige Form mit durchschnittlicher Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis ungefähr 1,7 μ aufweisen. Sowohl organische als auch inorganische Füllmittel liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, vorausgesetzt, daß sie nicht den Folienherstellungsvorgang verhindern, die Atmungsfähigkeit in der sie enthaltenen Folie oder ihre Fähigkeit zum thermischen Verbinden mit dem faserigen Polyolefin-Vliesgewebe – oder der Komfortschicht stören. Beispiele für Füllstoffe beinhalten Kalziumcarbonat (CaCo₃), verschiedene Arten von Ton, Silicium (SiO₂), Aluminium, Bariumsulfate, Sodiumcarbonat, Talk, Magnesiumsulfat, Titandioxid, Zeolite, Aluminiumsulfate, zelluloseartige Puder, Kieselgur, Magnesiumsulfate, Magnesiumcarbonate, Bariumcarbonate, Kaolin, Mica, Carbon, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumhydroxid, Zellstoffpulver, Holzpulver, zellulose Derivate, Chitin und Chitinderivate.
Wie zuvor erwähnt, können die Folien hergestellt werden unter Verwendung irgendeines dem Fachmann bekannten Verfahrens zur Folienherstellung. Das vorwiegend lineare polyolefine Polymer, das Bindemittel und das Füllmittel werden in entsprechenden Proportionen unter Berücksichtigung der obenbeschriebenen Bereiche gemischt und dann erwärmt und in eine Folie extrudiert. Um eine gleichmäßige Atmungsfähigkeit herzustellen, wie sie durch die Wasserdampfübertragungsrate der Folie reflektiert wird, sollte das Füllmittel einheitlich über die gesamte Polymermischung verteilt werden, und konsequenter Weise über die gesamte Folie selbst. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine Folie "atmungsfähig", wenn sie eine Wasserdampfübertragungsrate von zumindest 100 g/m² pro 24 Stunden aufweist, wie es ermittelt wird unter Verwendung der oben beschriebenen Testverfahren mit Bezug auf die Beispiele.
Im allgemeinen, sobald die Folie gebildet wurde, wird sie ein Gewicht pro Flächeneinheit von weniger als 100 Gramm pro qm aufweisen und nach dem Recken und Ausdünnen wird ihr Gewicht pro Flächeneinheit weniger als 35 g pro qm betragen, vorzugsweise weniger als ungefähr 18 g pro qm.
Die in den nachfolgenden Beispielen verwendete Folie ist eine geblasene Folie, jedoch können andere Folien auch als innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden, vorausgesetzt, die Herstellungstechnik ist mit gefüllten Folien kompatibel. Die Folie, wie sie ursprünglich gebildet wird, ist im wesentlichen zu dick und zu laut, da sie dazu neigt, ein "raschelndes" Geräusch zu erzeugen, wenn sie geschüttelt wird und die Folie weist jetzt noch nicht einen genügend großen Grad der Atmungsfähigkeit auf, wie dies durch die Wasserdampfübertragungsrate gemessen wird. Konsequenterweise, wird die Folie auf eine Temperatur zumindest ungefähr 5°C unterhalb des Schmelzpunktes des vorwiegend linearen thermoplastischen Polymers erhitzt, und dann gedehnt auf zumindest das ungefähr 2,5-fache der Ursprungslänge, um die Folie auszudünnen und sie porös zu machen. Noch besser ist es, wenn die Temperatur, auf welche die Folie erhitzt wird während des Dehnens ebenso geringer ist als der Erweichungspunkt des Bindemittels. Für einige Bindemittel wird der Erweichungspunkt als Bereich angegeben. Als Ergebnis, bedeutet "Erhitzen unterhalb des Erweichungspunktes" eine Temperatur die niedriger ist als die höchste Temperatur, die in dem Bereich angegeben ist.
Ein zusätzliches Merkmal des Ausdünnungsvorganges ist die Änderung der Durchsichtigkeit der Folie. Wie hergestellt, ist die Folie relativ durchsichtig, jedoch nach dem Dehnen wird sie undurchsichtig. Zusätzlich, wenn die Folie während des Reckvorganges orientiert wird, wird sie auch weicher und weist nicht mehr den Grad von "Rascheln" auf, den sie vor dem Recken hat. Nimmt man all diese Faktoren in Betracht, und der Wunsch, eine Wasserdampfübertragungsrate von zumindest 100 g per qm pro 24 Stunden zu haben, sollte die Folie in solch einem Maß gereckt werden, daß sie ein Gewicht pro Flächeneinheit von weniger als ungefähr 35 g pro qm für Absorptionsartikelanwendungen des persönlichen Bedarfs aufweist, vorzugsweise weniger als 18 g pro qm. Die faserige Vlieskomfortschicht 14 besteht aus Polyolefinfasern, wie z. B. Polypropylen.
In den Beispielen des Vliesgewebes ist ein gesponnenes Polypropylengewebe verwendet, jedoch können auch andere Polyolefinfasern verwendet werden. Blends oder Mischungen von Fasern sind ebenfalls möglich, eingeschlossen verschiedene Polyolefinfasern und Blends von Polyolefin und Nichtpolyolefinfasern, wie z. B. Polyethylenhülsen/Polypropylenkern-Zweikomponentenfasern und Polyesterfasern. Natürliche Fasern können ebenfalls in dem faserigen Vliesgewebe vorhanden sein. Spezielle Fasertypen, eingeschlossen Einkomponentenfasern und Mehrkomponentenfasern, wie z. B. Seite-an-Seite, Hülse/Kern und Zweikomponentenfasern mit fleckenartiger Verteilung. Die Fasern können gerade sein oder verkrümmt sein, hohl oder solide. Sie können im wesentlichen kreisförmige oder nichtkreisförmige Querschnitte aufweisen, eingeschlossen bilobale, trilobalde und "X" Querschnitte. Die Faserlängen können kurz sein bei Nadelfasern oder lang mit gesponnenen und schmelzgeblasenen Fasern. Die Faserdicke wird von den gewünschten Eigenschaften abhängen. Schmale Fasern werden ein weicheres Vliesgewebe erzeugen, während dickere Fasern mehr Festigkeit und Elastizität bereitstellen. Alternativ können Mischungen von Faserndurchmessern verwendet werden. Für Anwendungen bei Absorptionsartikeln des persönlichen Bedarfs werden die Faserdurchmesser typischerweise von ungefähr 1,1 bis ungefähr 5,5 Decitex reichen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beziehen sich ein "Polyolefin basierendes faseriges Vliesgewebe" und ein "faseriges Polyolefin-Vliesgewebe" kollektiv auf ein faseriges Vliesgewebe, bei dem zumindest 50% des Oberflächenbereiches der Fasern in dem Gewebe ein Polyolefin bilden.
Eine Vielzahl von Verfahren zum Herstellen von Vliesgeweben kann für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Beispiele beinhalten, sind jedoch nicht darauf verschränkt, Trocken- und Naßlegen, Nadelfaserkardieren und -verbinden, Lösungsspinnen, Schmelzblasen und Webeverfahren. Alle der vorgenannten Verfahren sind dem Fachmann mit durchschnittlicher Kenntnis in dem Gebiet bekannt. Gewebte Polypropylengewebe funktionieren bei der vorliegenden Erfindung besonders gut. Gewebte Gewebe können gemäß der Lehre des US-Patents Nr. 4,340,563 erzeugt werden. Gewebte Materialien können durch Extrudieren von geschmolzenem thermoplastischem Material als Fasern durch eine Vielzahl von Kapillaren in einem Spinnett erzeugt werden, wobei die Durchmesser der extrudierten Fasern dann reduziert werden durch z. B. reduktives Ziehen oder andere sehr bekannte Spinnmechanismen.
Sobald die faserige Vliesgewebe-Komfortschicht 14 erzeugt wurde, kann sie für zusätzliche Festigkeit und Integrität vorverfestigt werden. Das gewebte Polypropylengewebe, welches in den Beispielen verwendet wurde, wurde vorverfestigt unter Verwendung eines Punktverbindungsmusters mit einem Verbindungsoberflächenbereich von ungefähr 15% unter Verwendung einer Verbindungsdichte von ungefähr 100 bis 300 Verbindungspunkten pro Quadrat-Inch. Verbindungsdichten oberhalb und unterhalb dieses Bereichs können ebenso verwendet werden, wobei die spezielle Dichte abhängt von der Größe der individuellen Verbindungspunkte.
Um den atmungsfähigen, stoffartigen Folien-/Vliesverbundstoff 10 der vorliegenden Erfindung zu bilden, werden die Folienschicht 12 und die faserige Polyolefin-Vliesschicht 14 in Kontakt miteinander gebracht und dann thermisch miteinander verbunden unter Verwendung einer Verbindungseinrichtung 16, wie sie in 2 der Zeichnungen dargestellt ist. Typischerweise wird die Folie extrudiert sein, gereckt und ausgedünnt und dann auf eine Rolle 20 vor dem Einbringen in den Verbundstoff gewickelt worden sein. Alternativ kann die Folie auf eine Rolle in einem ungereckten Zustand und dann gereckt und ausgedünnt werden, während sie dem Vorgang zugeführt wird. Als eine weitere Alternative kann die Folie zunächst in einer Linie ausgebildet und gereckt werden.
Das faserige Vliesgewebe kann auch vorgeformt und von einer Zuführrolle 22 abgewickelt und dem Verbindungsvorgang zugeführt werden. Alternativ kann es nacheinander geformt werden. Wenn die Folie 12 und das Vliesgewebe 14 in die Verbindungseinrichtung 16 mit der gleichen Geschwindigkeit zugeführt werden, wird ein Verbundmaterial 10 erzeugt, das relativ zweidimensional ist. Alternativ kann der Verbundwerkstoff dazu veranlaßt werden, sich zusammenzuziehen, wodurch er eine gewellte, dickere, mehr dreidimensionale Struktur erhält. Eine Art des Erzeugens dieses Zusammenziehens ist es, eine der beiden Schichten während des Verbindungsvorganges unter Spannung zu setzen und/oder durch Bremsen einer der Schichten, so daß sie temporär gereckt oder gedehnt wird. Sobald das Verbinden abgeschlossen wurde, werden die Reck- oder Bremskräfte zurückgenommen und der Verbundwerkstoff zieht sich zusammen, wobei er Wellen bildet. Eine andere Art ist es, den gespannten Zustand der orientieren Linearpolyolefinenmoleküle innerhalb der Folienschicht zu benutzen. Als ein Ergebnis des Aufbringens von Wärme auf die Folienschicht 12, wird sie oft versuchen sich zusam menzuziehen. Konsequenterweise, wenn der Verbundwerkstoff 10 auf eine Aufnahmerolle 18 mit einer Geschwindigkeit aufgewickelt wird, die niedriger ist als die Geschwindigkeit des Verbundwerkstoffes an der Verbindungseinrichtung 16, wird die Folie sich entspannen, wobei sie Wellen bildet.
Thermisches Verbinden der beiden Schichten miteinander kann durch zumindest zwei Verfahren durchgeführt werden. Das erste ist das Verwenden von Wärme und Druck wie bei geheizten, mit Mustern versehenen Verbindungswalzen. Beide Walzen können mit einem Muster versehen sein, oder eine kann mit einem Muster versehen sein und die andere kann glatt sein. Eine der beiden Walzen kann beheizt sein, oder eine Sekundärwärmequelle kann verwendet werden. Wenn die Bedingungen es diktieren, kann eine der Walzen gekühlt werden. In jedem Fall sollte die Hitze derart eingestellt werden, daß das Bindemittel in der Folie klebrig wird, um die beiden Schichten miteinander zu verbinden, während sie immer noch die Temperatur von zumindest ungefähr 5°C unter dem Schmelzpunkt des primär vorherrschend linearen polyolefinen Polymers in der Folie beibehalten. Mit "primär" ist gemeint, daß das vorherrschend lineare polyolefine Polymer den höchsten Gewichtsprozentsatz des Gesamtgewichts der Folie aufweist, wenn sich mehr als ein vorherrschend linear polyolefines Polymer in dem Folienpolymerblend befindet.
Klebemuster und Gebiete können abhängig von der speziellen Blendverwendung variiert werden. Passende Klebemuster können Punktverbindungen, durchgehende Linien, dekorative Muster und Kombinationen des vorangegangenen umfassen. Das Verbindungsgebiet kann vom Grad der gewünschten Laminierung abhängig sein. Für Absorptionsartikelanwendungen des persönlichen Bedarfs, sollte das Verbinden genügend groß sein, um zumindest eine 5 g Belastung zum Delaminieren der beiden Schichten zu erfordern.
Das zweite Verfahren des Verbindens ist Ultraschallverbinden, welches ein Fachmann mit normalem Wissen des Standes der Technik bekannt ist. Hier kann auch eine Amboßwalze mit irgendeinem der oben beschriebenen Verbindungsmuster versehen sein.
Der gebildete Verbundwerkstoff kann für eine große Anzahl von Anwendungen verwendet werden, von denen nicht zuletzt eine eine Außenabdeckung für Absorptionsartikel des persönlichen Bedarfs ist. Solche Artikel beinhalten typischerweise körperseitige Auskleidungen, einen Absorptionskern und ein Stützmaterial oder Außenabdeckung. Das Material kann als Außenabdeckung verwendet werden, wobei faserige Vliesgewebeschicht zur Außenseite des Artikels weist und die Folienschicht zum Absorptionskern weist. Häufig sind die Außenabdeckung und die körperseitige Ausdeckung miteinander verbunden, um den Absorptionskern einzukapseln. Oft ist die körperseitige Auskleidung auch aus einem faserigen Polyolefin-Vliesgewebe hergestellt. Als ein Ergebnis, wegen des Bindemittels, können die Folienschicht und körperseitige Auskleidung durch Wärmeschweißen in der gleichen Weise verbunden werden, wie die beiden Schichten des Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung.
In der vorangegangenen Diskussion war das Bindemittel der Folienschicht 12 zugefügt worden, um sie mit der faserigen Vliesgewebekomfort- und Stützschicht 14 kompatibel zu machen.
Um die thermische Verbindbarkeit der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, wurden verschiedene Proben wie nachfolgend beschrieben, präpariert. Viele dieser Proben wurden auf ihre Verbindungsfestigkeit zwischen den beiden Schichten sowie auf die Wasserdampfübertragungsrate (WVTR) für die Folie und im Beispiel 4 für den Verbundstoff getestet. Die Testverfahren zum Berechnen des WVTR und der Verbindungswichtigkeit werden nachfolgend beschrieben.
Wasserdampfübertragungsrate
Die Wasserdampfübertragungsrate (WVTR) für die Proben-Materialien wurde gemäß dem ASTM Standard E96-80 berechnet. Kreisrunde Proben mit einem Durchmesser von 0,076 m (3 Inch) wurden von jedem der Testmaterialien abgeschnitten und einem Kontrollstück, das ein Stück von CELGUARD^® 2500 Folie von Hoechst Celanese Corporation aus Sommerville, New Jersey, war. CELGUARD^® 2500 Folie ist eine mikroporöse Polypropylen-Folie. Fünf Proben wurden für jedes Material vorbereitet. Ein Testteller war eine Nummer 60-1 Vapometer-Pfanne, die durch die Thwing-Albert Instrument Company in Philadelphia, Pennsylvania vertrieben wird. Einhundert Millimeter Wasser wurden auf jede Vapometer-Pfanne geleert und individuelle Proben des Testmaterials und Kontrollmaterials wurden quer über die oberen Öffnungen der individuellen Pfannen gelegt. Anschraubflansche wurden befestigt, um eine Dichtung entlang der Kanten der Pfanne zu bilden, wodurch das entsprechende Testmaterial oder Kontrollmaterial einer Umgebungsatmosphäre über einer 6,5 cm im Durchmesser messenden Kreis ausgesetzt war, der eine ausgesetzte Fläche von ungefähr 33,17 qcm aufweist. Die Pfannen wurden in einem Umluftofen bei 100°F (32°C) für 1 Stunde zum Equilibrieren eingebracht. Der Ofen war ein Konstanttemperaturofen mit externer Luftzirkulation durch ihn hindurch, um Wasserdampfakkumulation innen drinnen zu vermeiden. Ein passender Umluftofen ist z. B. ein Blue M Power-O-Matic 60 Ofen, der durch Blue M Electrik Company aus Blue Island, Illinois betrieben wird. Nach Beendigung der Equilibration wurden die Pfannen aus dem Ofen herausgenommen, gewogen und sofort in den Ofen zurückgetan. Nach 24 Stunden wurden die Pfannen aus dem Ofen herausgenommen und nochmals gewogen. Die vorläufigen Testwasserdampf-Übertragungsratenwerte wurden wie folgt berechnet: Test WVTR = (Gramm Gewichtsverlust über 24 Stunden) × 315,5 g/m2/24 Stunden.
Die relative Feuchtigkeit innerhalb des Ofens wurde nicht speziell kontrolliert.
Unter vorbestimmten Bedingungen von 100°F (32°C) einer relativen Umgebungsluftfeuchtigkeit, wurde die WVTR für das CELGUARD^® 2500 Kontrollstück auf 5000 g pro qm für 24 Stunden bestimmt. Entsprechend war die Kontrollprobe bei jedem Test mitgelaufen und die vorläufigen Testwerte wurden korrigiert auf die vorbestimmten Bedingungen unter Verwendung der folgenden Gleichung: WVTR = (Test WVTR/durch Kontroll WVTR) × 5000 g/m2 pro 24 Std.) (g/m2/24 Std.).
Verbundfestigkeit
Um die Verbundfestigkeit zwischen der Folienschicht und der faserigen Vlieskomfortschicht zu testen, wurde ein Delaminations- oder Schälfestigkeitstest an den Proben verschiedener Materialien durchgeführt. 0,0508 m (2 Inch) × ungefähr 0,1524 m (6 Inch) Proben des Materials wurden geschnitten und dann manuell an einem der kurzen Enden delaminiert, um Ecken zu erzeugen, welche zwischen die Zangen eines Sintech^®/2 Computer-integrierten Testsystems eingesetzt werden, das von MTS Systems Corpora tion in Eden Prairie, MN, hergestellt wird. Die Zangenlücke wurde auf eine Spannweite von 100 mm eingestellt und genügend Material wurde in dem laminierten Zustand belassen, so daß die Zangen sich 65 mm bewegen konnten. Die Probe wurde in die Zangen positioniert, so daß die Probe delaminiert würde, bevor die Zangen um 10 mm beabstandet worden sind. Die Geschwindigkeit des Querkopfes wurde auf 300 mm/min eingestellt und die Daten wurden dann zwischen dem 10 mm Startpunkt und dem 65 mm Endpunkt aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Daten zeigten eine Schälfestigkeit oder Belastung in Gramm auf, die notwendig ist, um die beiden Schichten voneinander zu trennen und der Standard-Index in Gramm mit einem Maximum, Minimum und Mittelwert.
Beispiel 1
Drei atmungsfähige Folie/Vlieslaminate wurden vorbereitet und bewertet, um den Einfluß des Zufügens eines Bindemittels auf die Wasserdampfübertragungsrate der Folie und die Verbindungsfestigkeit des Gesamtverbundwerkstoffes festzustellen. Zuerst wurden drei atmungsfähige Folien mit variierenden Polymermischungen vorbereitet und dann wurde jede der Folien mit Teilen von ungefähr zwei Denier, 0,5 Ouncen pro Quadratyard (17 gsm) gesponnenem Polypropylen-Vliesgewebematerial verbunden, welches vorverbunden wurde mit einem 15% Verbindungsbereich. Jede der Folienzusammensetzungen beinhaltete, basierend auf einer Gesamtgewichtsprozentbasis, 65% English China Supercoat Calciumcarbonat (CaCO₃) mit 1 μ durchschnittlicher Partikelgröße und 7 μ Maximallänge. Das Calciumcarbonat wurde von ECCA Calcium Produkte, Inc. in Sylacauga, Alabama, einer Division der ECC International, erhalten.
Das Calciumcarbonat wurde mit 15–25 Gew.-linearen Polyethylens niedriger Dichte geblendet, das aus einem Dowlex^® 2517 linearen Polyethylen niedriger Dichte und Dowlex^® 2532 linearen Polyethylen niedriger Dichte in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 4 verblendet wurde, so daß die Schmelzindexe des Blends 10 M. I. (/10 Minuten bei 190°F) betrugen. Die Dowlex^® Polymere sind von Dow Chemical U.S.A., Midland, Michigan erhältlich. Die verbleibenden 10–20 Gew.-% der Formulation enthielten Himont KSO51P Polypropylen-basierendes Polymer von Himont, USA in Wilmington, Delaware. Das KSO51P Polymer ist ein olefinisches thermoplastisches Elastomer oder TPO Mehrschritt-Reaktorprodukt, bei dem ein amorphes zufällig verteiltes Ethylen Propylencopo lymer molekular in einer Matrix aus vorherrschend semikristallinen hochpolypropylenen Monomer/Ethylenmonomer niedriger Dichte verteilt ist. Die amorphe Komponente wirkt als Klebe- oder Bindemittel und beginnt bei ungefähr 55°C aufzuweichen. Wie in Tabelle I nachfolgend dargestellt ist, enthält Probe 1 65% Calciumcarbonat, 10% KSO51P Polymer und 25% lineares Polyethylen niedriger Dichte. Probe 2 enthält 65% Calciumcarbonat, 15% KSO51P Polymer und 20% lineares Polyethylen niedriger Dichte. Die dritte Probe enthält 65% Calciumcarbonat, 20% KSO51P Polymer und 15% lineares Polyethylen niedriger Dichte. Jede der drei Formulierungen wurde in Folien geblasen bei einer Schmelztemperatur von 375°F (191°C) bei einer Aufblasrate von ungefähr 1,7, um Folien zu erzeugen, die eine ungereckte Stärke von ungefähr 1,25 mils (50 gsm) aufweisen. Jede der Folien wurde nachfolgend auf einer Maschinenrichtungs-Orientierungseinheit (MDO) mit einem Reckverhältnis von 3 × und bei einer Temperatur von 140°F (60°C) gereckt. Die resultierenden Folien waren atmungsfähig, wie dies durch den Datensatz der Wasserdampfübertragungsrate angegeben ist, die in Tabelle I nachfolgend angefügt ist, und hatten ein Basisgewicht von ungefähr 14 g/m².
Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, sobald die Menge des Bindemittels erhöht wurde, wobei in diesem Fall der amorphe Ethylenpropylencopolymer-Anteil des Himont KSO51P Polymers, welches bei oder ungefähr 55°C zu erweichen beginnt, wurde die Wasserdampfübertragungsrate herabgesetzt. Umgekehrt jedoch, mit der Zunahme des Klebe- oder Bindemittels, erhalten die Proben eine Zunahme der Schälfestigkeit und waren daher mehr resistent gegen die Delamination. Bei Zugabe des Bindemittels konnten visuelle Beobachtungen hinsichtlich des Erleichterns der Folienverarbeitung und der Fähigkeit des Reckens der Folie in Maschinenrichtung festgestellt werden. Tabelle I zeigt, daß die Folienverarbeitungsfähigkeit gut war unabhängig vom Prozentsatz des Bindemittels, das der Folienmischung vor dem Extrudieren zugefügt wurde. Im Gegensatz dazu wurde jedoch eine direkte Zunahme der Reckbarkeit beobachtet, sobald die Menge des Bindemittels innerhalb der Folie erhöht wurde. Bei Probe 1 war die Fähigkeit des Reckens der Folie in Maschinenrichtung mittelmäßig, während bei Probe 3 die Reckfähigkeit ausgezeichnet war. Jede der Folien wurde an ein 17 gsm (0,5 osy) gesponnenes Polypropylen-Vliesgewebe bei einer Rate von 100 Fuß/min (30,5 m/min) mit Einzugsdruck von 20 Pfund pro Quadrat-Inch (1,41 kg/cm²) laminiert, wobei ein diskontinuierliches Verbindungsmuster mit einem Verbindungsbereich von ungefähr 15% verwendet wurde. Die Temperatur der Musterwalze wurde bei 250°F (121°C) beibehalten, während die Temperatur der glatten Amboßwalze, die sich in direktem Kontakt mit der Folie befand, bei 160°F (71°C) lag.
Wie durch die Daten in Tabelle I offensichtlich wird, hatten alle drei Proben, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, ausgezeichnete Wasserdampfübertragungsraten und ausgezeichnete Verbindungsfestigkeiten. Die Proben benötigten eine Last zwischen 24 und 27 Gramm, um die Schichten auseinanderzuziehen, wobei ein Verbindungsbereich von 15% verwendet wurde. Zusätzlich gab es keine Perforationen der Folienschicht, welche die Sperreigenschaften verschlechtern könnten, wenn das Material der vorliegenden Erfindung als eine Außenabdeckung für einen Absorptionsartikel des persönlichen Bedarfs verwendet wird.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wurde der Effekt der Recktemperatur unter Verwendung der Folienzusammensetzung wie sie mit Bezug auf Probe 1 aus Beispiel 1 oben beschrieben wurde, ermittelt. Es wurde angenommen, daß das graduelle Erweichen der amorphen Komponente in dem KSO51P Polymer, wenn es mehr klebstoffartiger Natur wurde, das vollständige Zerstören der Polymermischung beim Zusammentreffen zwischen der Harzmatrix und der Oberfläche der Calciumcarbonatpartikel störend beeinflußt. Um dies zu bestätigen, wurden Proben der Folie dreifach gereckt, d. h., eine ein Meter Probe würde auf drei Meter gereckt werden, bei variierenden Temperaturen zwischen 146°F (63°C) und 186°F (86°C). In dem Maß wie die Recktemperatur zunahm, nahm die Wasserdampfübertragungsrate ab, höchst wahrscheinlich aufgrund weniger und/oder kleinerer Poren, die in der Folie um die Calciumcarbonatpartikel ausgebildet wurden. Wie es in Tabelle II dargestellt ist, ermöglichte das Erhöhen der Recktemperatur mehr Mobilität der linearen Polyethylenmoleküle niedriger Dichte, wobei das Erleichtern des Reckens verbessert wurde. Sobald die Temperatur von 146°F (63°C) auf 186°F (86°C) erhöht wurde, wurde die Leichtigkeit des Reckens erhöht. Bei 177°C (81°C) und 186°F (86°C) schien eine Extremorientierung der Moleküle der Folie aufzutreten, wobei die Folie dadurch mehr Risse und eine größere Neigung zum Reißen in Maschinenrichtung aufwies. Als ein Ergebnis kann angesehen werden, daß die Balance des WVTR, (der Bearbeitungsfähigkeit und der mechanischen Eigenschaften der Folie optimiert werden kann durch Auswählen der passenden Recktemperatur. Optimales Recken und Atmungsfähigkeit wird erreicht, wenn das Recken bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des primären vorwiegend linear polyolefinen Polymers in der Folienmischung und oder ungefähr am Erweichungspunkt des Bindemittels durchgeführt wird.
Tabelle II
Beispiel 3 (Vergleichend)
In den Beispielen 1 und 2 enthielten alle die Proben basierend auf dem Trockengewicht 65% Calciumcarbonat, 15 bis 25% lineares Polyethylen niedriger Dichte und 10 bis 20 Gew.-% Himont KSO51P Polypropylen-basierendes Polymerharz, welches ein amorphes zufällig verteiltes Ethylen Polypropylencopolymer als Klebe- oder Bindemittel enthielt. In Beispiel 3 wurden 65 Gew.-% Calciumcarbonat und 30 Gew.-% lineares Polyethylen niedriger Dichte verblendet. Wie durch Tabelle III gezeigt wird, wurde der Grundmischung eine Reihe von bekannten Klebe- oder Bindemittel von einem Gew.-% von 5% zugefügt. Die Bindemittel umfaßten REGALREZ^® 1094, 3102 und 1126 Bindemittel, sowie ZONATEC^® 501L und EASTMAN^® 1023PL Bindemittel. Zusätzlich wurde die Filmzusammensetzung der Probe 2 des Beispieles 1 in eine Folie in der gleichen Weise wie mit Bezug auf Beispiel 1 geformt. Jede der Folien wurde bei einem Aufblasverhältnis von 1,7 zu einer Dicke von ungefähr 1,5 mils (60 gsm) geblasen. Die Folien wurden bei 146°F (63°C) in Maschinenrichtung auf das dreifache (3 ×) ihrer originalen Länge gereckt. Diese Recktemperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes (235°F/113°C) des vorwiegend linear polyolefinen Polymers war. Die Folienproben wurden nachfolgend auf das gleiche Polypropylen-Vliesgewebe laminiert, welches in Beispiel 1 beschrieben wurde, unter den gleichen Bedingungen mit einer Gesamtverbindungsfläche von ungefähr 15%. Die Temperatur der Musterwalze wurde bei 250°F (121°C) gehalten, während die Temperatur der glatten Amboßwalze, die sich in direktem Kontakt mit der Folie befand, bei Temperaturen von ungefähr 160°F (71°C), 175°F (79°C), 185°F (85°C) und 195°F (91°C) betrieben wurde. Die Verbindungsfestigkeit wurde für jedes Folien/Vlieslaminat bei jeder der vier Verbindungstemperaturen gemessen. Zusätzlich wurde die Wasserdampfübertragungsrate für jeden der Filme gemessen und die Leichtigkeit der Folienverarbeitung und des Reckens wurden visuell beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle III nachfolgend dargestellt.
Das Himont KS050 Bindemittel ergab die beste Verbindungsfestigkeit zwischen den beiden Schichten, es sollte jedoch angemerkt werden, daß es 15 Gew.-% der Folie ausmachte, während die anderen Bindemittel nur 5 Gew.-% einnahmen. Die meisten der Bindemittel schienen eine verbesserte Verbindung bereitzustellen, wenn die Verbindungstemperatur erhöht wurde, jedoch einige der Bindemittel hatten ihren Spitzenwert bei 185°F und begannen dann in ihrer Verbindungsfestigkeit bei 195°F nachzulassen. Die Folienverarbeitung war gut bis ausgezeichnet bei allen Bindemitteln, jedoch war die Reckung in Maschinenrichtung der Folie, die das Himont KS050 Bindemittel verwendete, nur mittelmäßig. Alle Folien zeigten gute Wasserdampfübertragungsraten.
Beispiel 4
In Beispiel 4 wurde eine klinische Studie durchgeführt, um die Effektivität des Reduzierens der Hautaustrocknung bei Verwendung des atmungsfähigen, stoffartigen Folien-/Vliesverbundwerkstoff der vorliegenden Verbindung als Windel-Außenabdeckung anstelle von normalen Polyethylenfolien (Kontrolle) festzustellen. Windeln wurden mit der Kontroll-Außenabdeckung und mit einem Folien-/Vlieslaminat gemäß Probe 2 des Beispiels 1 hergestellt. Die Folienschicht des Verbundstoffes hatte eine Wasserdampfübertragungsrate (WVTR) von 4300 g/m²/24 h. Und der Verbundwerkstoff hatte eine WVTR von 4100 g/m²/24 h. Die einschichtige 1,2 mil dicke Polyethylenfolie der Kontrollwindel wies eine WVTR von ungefähr 40–50 g/m²/24 h auf.
Jede der Windeln wurde mit 60 Millimetern von synthetischem Urin beaufschlagt und dann um die Unterarme der Testteilnehmer befestigt. Bei vorbestimmten Zeitintervallen wurde der Wasserverlust gemessen, um die Höhe der Hautaustrocknung zu messen. Basierend auf dem Testergebnissen wurde die Hautaustrocknung der Haut des Trägers unterhalb der Windel, die den Verbundwerkstoff der vorliegenden Erfindung verwendet, derart bestimmt, daß sie signifikant niedriger war als die Kontrollwindel, wodurch demonstriert wird, daß effektives Verbinden zwischen den Schichten erreicht werden konnte, obwohl gleichzeitig die Atmungsfähigkeit beibehalten und reduzierte Hautaustrocknung erzielt wurde.
Wie bei den vorangegangenen Beispielen gesehen werden kann, stellen die Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, einen atmungsaktiven, stoffähnlichen Folien-/Vliesverbundwerkstoff mit guter Festigkeit zwischen den Schichten bereit. Die Vliesschicht wirkt als Verstärkung der dünnen atmungsfähigen Folienschicht und wenn der Verbundwerkstoff als Außenabdeckung für einen Absorptionsartikel für den persönlichen Bedarf, wie z. B. eine Windel, verwendet wird, hilft Vliesschicht, Kälte, und die klamme Natur der atmungsfähigen Folie zu überwinden. Darüber hinaus, aufgrund des Eindringens des Bindemittels in die Folienpolymermischung, ist es möglich, anderweitig inkompatible Polymer-Schichten thermisch miteinander zu verlaminieren.
Nachdem die Erfindung im Detail beschrieben wurde, sollte es offensichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines atmungsfähigen Folien-/Vlieslaminats mit: dem Bilden einer Vorextrusionsmischung mit, auf Trockengewichtsbasis, basierend auf dem Gesamtgewicht der Folie von ungefähr 10 bis ungefähr 68% eines vorherrschend linear polyolefinen Polymers, von ungefähr 30 bis ungefähr 80% eines Füllmaterials und ungefähr 2 bis ungefähr 20% eines Bindemittels, Bilden einer Folie (12) von der Vorextrusionsmischung, Recken der Folie bei einer Temperatur, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des vorherrschend linear thermoplastischen Polymers, und Verbinden der Folie mit einem faserigen Polyolefin-Vliesgewebe (14) bei einer Temperatur die niedriger ist, als der Schmelzpunkt des vorherrschend linear thermoplastischen Polymers in der Folie, um ein Laminat zu bilden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin beinhaltet, das Laminat zusammenzuziehen, um eine gewellte Oberfläche des Laminats zu bilden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Reckschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die ebenso der Erweichungspunkt des Bindemittels ist oder ungefähr ist.