CN104769034B - 用于拉伸层合体的弹性体膜组合物和粘合剂的改善的组合 - Google Patents

用于拉伸层合体的弹性体膜组合物和粘合剂的改善的组合 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构,其包含弹性膜层和与其接触的粘合剂。弹性体膜层可包含增塑剂和大于7重量%的增粘剂。弹性体膜制剂提供减小的粘合剂的粘合强度随时间推移的损耗,从而提供随时间推移拉伸层合体的机械性能的改善。

Description

用于拉伸层合体的弹性体膜组合物和粘合剂的改善的组合
背景技术
形成弹性膜的弹性材料常用于各种应用。例如,一次性吸收制品通常包括一种或多种组件,所述组件依赖于膜材料,尤其是弹性膜材料,以控制液体的移动并在制品被穿着者穿着时提供舒适的贴合性。
使用粘合剂将这些弹性材料附接到尿布的其它部分上常常是有用的。例如,将弹性材料层合到一种或多种非织造物上可提供有益效果诸如期望的外观和感觉,或有利于所述层合体附接到尿布的其它部分上。然而,有时,弹性体和非织造物之间的粘合剂粘结的机械完整性可在产品的分配、储存和入库储存期间随时间流逝经历不可取的降低。粘合强度的减小可由粘合剂和弹性体之间的不可取的化学相互作用造成,并且可导致弹性层合体或其所附接的尿布部分的机械损坏。
制品或制品组件的非预期机械损坏几乎总是不可取的,但是当所述制品是一次性吸收制品(诸如尿布或训练裤)时,因为身体渗出物从所述制品中溢出或该制品与穿着者分离的结果,机械损坏的结果可能尤其是不可取的。进一步协调与常规膜相关联的潜在问题,在一些情况下,可能期望使用更薄的膜或更小基重的膜,以减少材料成本。与膜中的撕裂、洞和孔的形成相关联的问题在更薄/更小基重的膜中可能甚至更为尖锐。
处理上述问题的膜的组合物描述于共同未决的美国申请序列号13/026,533中。
相对于改善包括弹性体膜在内的层合体的耐损坏性,选择所述膜的组成可以为一种可用的方法。另外,可寻求形成层合体的其它材料的改善。对于既高性价比又有效改善复合层合体的耐损坏性的任何改善一直留有余地。以能够节省材料量同时提供平价或耐损坏性的改善的方式进行协同的改善受到此类层合体的制造商和使用者的欢迎。
附图说明
图1是吸收制品的平面图。
图2是用于DSC测试的时间对温度的图表。
图3是适用于慢撕裂测试的夹持件的侧面图。
图4是用于慢撕裂测试的具有凹口的样本的平面图。
图5示出经受慢撕裂测试的样本。
图6示出用于慢撕裂测试的一对相对的夹持件。
图7示出慢撕裂测试的装置和设置。
图8是慢撕裂测试的张力对时间的图表。
图9是适用于高速拉伸测试的变形方案的图表。
图10是示出在滞后测试期间产生的示例性应力-应变曲线的图表。
图11是待用于本文所述的慢剥离和剥离力测试的样本的示意图。
图12A和12B是如本文所述的慢剥离测试中的样本和砝码的构型的示意图。
具体实施方式
定义
“吸收制品”是指吸收和容纳身体渗出物的装置,更具体地讲是指与穿着者的身体紧贴或邻近放置、用于吸收和容纳各种由身体排放的渗出物的装置。示例性吸收制品包括尿布、训练裤、套穿裤型尿布(即,诸如美国专利6,120,487所示具有预成形的腰部开口和腿部开口的尿布)、可重复扣紧的尿布或裤型尿布、失禁贴身短内裤和内衣、尿布固定器和衬里、妇女卫生内衣诸如紧身短裤衬里、吸收插件等。
“活化”是可塑性延展的材料的机械变形,其导致可延展材料在材料的X-Y平面中的活化方向上的永久性伸长。例如,当纤维网或纤维网的一部分经受使得材料应变超过塑性出现的应力时会发生活化,所述应变可以包括或者不包括材料或材料一部分的完全机械损坏。包括与可塑性延展的材料接合的弹性材料的层合体的活化通常导致所述塑性材料的永久变形,同时所述弹性材料基本上回复至其初始尺寸。“使其活化”和其变体是指将材料用于活化加工。
“孔”是指在膜制造或层合制造期间在膜中特意加入的开口,其目的在于产生诸如透气性这样的期望特征。孔的增长是由于膜临近所述孔的部分的机械损坏所导致的孔径提高。
“基重”是材料的片材或纤维网的质量除以其表面积。本文的基重单位是克每平方米(g/m2)。
“可透气的”是指在下文的透气率测试中给出介于5和50m3/m2/分钟之间值的透气率的膜或层合体。
“共聚物”是指产生自两种或更多种单体种类的聚合物,其中所述聚合物链各包含来自超过一种单体种类的重复单元。
“结晶熔融温度”通过差示扫描量热法测定,其在下文更为详尽地描述。熔融吸热峰温度以特定晶体群体的Tm(Tpm,根据ASTM D3418-08)获取。本发明的材料可以具有一个或多个熔融吸热峰。
“设置”是指某个元件定位于相对于另一个元件的特定位置上。
“弹性的”、“弹性体的”和“可弹性延展的”是指根据下文所述的滞后测试,材料在给定负载下拉伸至少50%而不破裂或断裂,并且当释放负载时所述弹性材料或组件表现出至少80%的回复率(即,具有小于20%的永久变形率)的能力。例如,将具有25.4mm的初始标距长度的材料拉伸至38.1mm的长度(50%工程应变)。在未拉伸期间,当张力减小低于0.05N时,其回缩至29mm的长度。因此其具有14.2%的永久变形率,并由该定义被认为是“弹性体的”。拉伸(有时被称为应变、工程应变、应变百分比、拉伸比或伸长率)连同回复率和永久变形率可各自根据下文更详尽描述的滞后测试进行测定。然而,应当理解:弹性的这种定义不适用于不具有合适尺寸(例如,不够宽)以适当地经受滞后测试的材料。相反,如果如下文滞后测试所述,在施加偏置力时其能够拉伸至少50%,并且在相同应变速率(和其它条件)下释放偏置力时基本上恢复其初始长度(即,表现出小于20%永久变形率),则认为此类材料是弹性的。
“可延展的”是指拉伸或伸长至少50%而不破裂或断裂的能力。
“膜”是指片状、皮肤状或膜状的材料,其本身不具有宏观可见的纤维结构,其中材料的长度和宽度远超过材料的厚度(例如,10倍、50倍、或甚至1000倍或更多)。膜通常通过诸如但不限于挤出、狭缝模式涂布等的方法由熔融聚合物树脂形成。所述膜通常为液体不可透过的但可以被制造和/或进一步加工以使其能够空气和/或蒸气可透过。
“洞”是指膜中的非期望开口,在断裂力学上其可发挥“断裂”的作用。洞的增长是由于膜临近所述洞的部分的机械损坏所导致的洞径提高。
“热熔性粘合剂”是指包含20重量%至65重量%的聚合物组分的粘合剂,当根据ASTM D 412-06A测试时,其表现出在300%伸长率下介于0.5MPa和3.5MPa之间的拉伸应力。
“接合”是指如下构型,其中利用这些构型可通过将一个元件直接附连到其它元件,从而使该元件直接固定到另一个元件;也指如下构型,其中利用这些构型将一个元件附连到一个或多个中间件,然后再把中间件附连到其它元件,从而使该元件间接固定到另一个元件。
“层合体”是指通过本领域已知的任何合适的方法(例如,粘合剂粘结、热粘结、超声粘结或采用非加热或加热的图案辊高压粘结)彼此相结合的两种或更多种材料。
“纵向”是指当所述制品处于平展未收缩状态时与从吸收制品的腰部端边到相对的腰部端边基本上垂直延伸的方向。“横向”是指从制品的一个侧边缘延伸到相对的侧边缘并大致垂直于纵向的方向。
“纵向”或“MD”是在制造过程中平行于纤维网行进方向的方向。“横向”或“CD”为基本上垂直于纵向并在大致由纤维网限定的平面内的方向。
“非织造物”是指通过例如纺粘、熔喷、气流成网、共成形(coforming)、梳理、水刺等方法由连续的(长的)长丝(纤维)和/或不连续的(短的)长丝(纤维)制成的多孔纤维材料。非织造物不具有纺织丝或编织丝模式。由于纤维结构、尺寸、密度和表面特性(即亲水性或疏水性),非织造物可以为液体可透过的或液体不可透过的。
“塑性”、“可塑性延展的”是指根据下文所述的滞后测试,材料在给定负载下拉伸至少50%而不破裂或断裂,并且当释放负载时所述材料或组件表现出至少20%的永久变形率(即,小于80%的回复率)的能力。例如,将具有25.4mm的初始标距长度的材料拉伸至38.1mm的长度(50%工程应变)。在未拉伸期间,当张力减小低于0.05N时,其回缩至34.3mm的长度。因此其具有35.0%的永久变形率,并由该定义被认为是“塑性的”。
“松弛的”是指元件、材料或组件的静止状态,在该状态除重力外基本上无外力作用于该元件。
“撕裂”是指膜中与该膜的一个或多个边缘相交叉的非期望开口,在断裂力学上其可发挥“断裂”的作用。撕裂的增长是由于膜临近所述撕裂的部分的机械损坏所导致的撕裂尺寸提高。
“纤维网”是指能够被缠绕成卷的材料。纤维网可以是膜、非织造物、层合体、开孔膜和/或层合体等。纤维网的正面是指其二维表面中的一个,与其边缘相对。
“X-Y平面”是指由移动纤维网的纵向和横向或者一片材料的长度和宽度限定的平面。
弹性体聚合物组分
多种弹性体聚合物可用于制备弹性膜。弹性体聚合物的非限定性例子包括均聚物、嵌段共聚物、无规共聚物、交替共聚物、接枝共聚物等。特别适用于表现出撕裂增长抗性的膜的聚合物是嵌段共聚物,其通常由不同重复单元的嵌段(或片段)制成,所述嵌段各自均对该聚合物的特性有影响。认定嵌段共聚物有用的一个原因(至少部分地)是由于共聚物的嵌段彼此共价键合并形成微相分离结构,其具有提供良好的可延展性的橡胶结构域,同时玻璃态端块结构域提供了机械完整性(例如,良好的机械强度以及避免了不希望的应力弛豫或流动)。适合本文用途的嵌段共聚物可表现出弹性体和热塑性特性。例如,端块可形成在最终使用期间主要的温度下(例如,20℃-40℃)表现出刚性的坚实机械特性的结构域,由此而向整体聚合物加入了刚性和强度。这类端块有时称作“硬嵌段”。中段可容受与弹性体相关的相对大的变形,并且当该材料受到应力时(即,受到拉伸或延伸)提供回缩力。这类中段有时称为“软嵌段”或“类橡胶嵌段”。用于本文的适合嵌段共聚物包括至少一种硬嵌段(A)和至少一种软嵌段(B)。嵌段共聚物可具有多个嵌段。在某些实施例中,嵌段共聚物可为A-B-A三嵌段共聚物、A-B-A-B四嵌段共聚物、或A-B-A-B-A五嵌段共聚物。其它合适的共聚物包括具有端块A和A'的三嵌段共聚物,其中A和A'衍生自不同的化合物。在某些实施例中,所述嵌段共聚物可具有多于一个硬嵌段和/或多于一个软嵌段,其中每个硬嵌段可衍生自相同或不同的单体,并且每个软嵌段可衍生自相同或不同的单体。
合适的硬嵌段组分具有超过25℃或45℃或甚至65℃,但是通常低于100℃的玻璃化转变温度(Tg)。硬嵌段部分可衍生自包括乙烯基芳烃的乙烯基单体,诸如苯乙烯和α-甲基苯乙烯或它们的组合。
软嵌段部分可为衍生自共轭脂族二烯单体的聚合物。软嵌段单体通常包含少于6个碳原子。合适的二烯单体(例如,丁二烯和异戊二烯)可作为聚合形式或以其氢化形式使用。合适的软嵌段聚合物包括聚(丁二烯)、聚(异戊二烯)和乙烯/丙烯共聚物、乙烯/丁烯共聚物等。在某些实施例中,可能期望对所述共聚物或其部分(例如,中块或端块)所包含的任何剩余烯属双键进行部分地或完全地氢化。
在特别适当的实施例中,弹性体聚合物可以为苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(“SEEPS”)嵌段共聚物,其包括两个聚苯乙烯端块(各约8kg/mol)和45kg/mol的中段。所述中段可以,例如,通过对异戊二烯和丁二烯进行共聚和随后加以脱氢而形成。可能期望对所述共聚物进行脱氢从而使所述中段中95-99%或甚至98-99%的初始C=C键被饱和,但是使聚苯乙烯端块芳香性保持无损。如果氢化程度过低,则该聚合物可开始失去其进行应变诱导结晶的能力。据信,不受理论的限制,聚合物中的应变诱导结晶对于向由该聚合物制成的膜提供撕裂抗性特性是至关重要的。在某些实施例中,将异戊二烯和丁二烯共聚以生成类橡胶中段可产生在共聚单体序列和乙烯基含量上均有所变化的共聚物。虽然SEEPS共聚物是嵌段共聚物,但是乙烯-乙烯-丙烯(“EEP”)中段相对嵌段或交替共聚物而言更是无规共聚物。但是可存在随机性的轻微偏离。所述随机性的偏离以及共聚物的乙烯基含量可通过调整聚合期间的条件而控制。例如,其后进行脱氢的异戊二烯与丁二烯共聚化可产生多种分枝型。下文表1例示了可能产生的不同分枝型。尽管存在着甲基分支的部分例外情况,但是所述分支通常并不“适配”于聚乙烯型晶体,并且因此而降低了中段的结晶度水平和Tm。例如,SEEPS嵌段共聚物的中段在低于-50℃下可为约7%的晶质,并且具有约0℃的Tm。与之对比,基本上无分支的聚乙烯为约75%的晶质,并且具有约135℃的Tm
异构体 氢化后的分枝型
1,2异戊二烯 甲基、乙基
3,4异戊二烯 异丙基
1,4异戊二烯 甲基
1,2丁二烯 乙基
1,4丁二烯 无分枝-可能结晶
表1
可结晶的CH2序列的延伸长度(其直接影响聚合物中段的熔融温度)取决于(至少部分地)并入该中段的共聚单体序列(例如,异戊二烯总是给出某一型分枝)以及所述二烯的1,4与1,2(或3,4)聚合之间的总体平衡。晶体的Tm可提供有关可结晶序列的长度和该材料进行应变诱导结晶的能力的信息,两者均相关于所述中段骨架上的分枝的数量、类型和分布。本文的合适的弹性体包括足够长度的CH2基团的可结晶序列(其形成聚乙烯型晶体),其具有大于10℃的Tm(与此前已知材料的,例如,-5℃相比)。适用于本文弹性体的Tm为10℃至20℃;12℃至18℃;13℃至17℃;或甚至14℃至16℃。
除了上述EEP中段之外,还期望提供“EB”型(即,氢化聚丁二烯)的中段,其包含类似的可结晶序列,例如通过选择适当的溶剂极性(其控制1-4对1-2含量),如AnionicPolymerization:Principles and Practical Applications,Henry Hsieh,RoderickQuirk;第9章,第197-229页;Marcel Decker,New York(1996)中所描述的。
膜特性
与形成表现出最低或无撕裂抗性的膜的常规弹性体膜(例如,由已知弹性体如购自Dexco Polymers L.P.,Houston,TX的Vector 4211所形成的膜)不同,本文所公开的弹性膜包含有效量的至少一种弹性聚合物,其赋予该膜合适的撕裂抗性。应当了解该抗性并不限于针对撕裂,而是还包括狭缝、孔、开口、洞和/或膜中的任何其它间断。下文更详细描述的慢撕裂测试提供了用于量化膜对撕裂、洞、孔或其它间断的生长的抗性的适当方法。当根据慢撕裂测试进行测量时,本文所公开的膜的适宜损坏时间值包括大于1小时、2小时、4小时、6小时、10小时、15小时或甚至最高至24小时或更高,例如最高至30小时、36小时、40小时、44小时、48小时或甚至最高至60小时的值。理想的是,所述膜能够无限期地抵抗撕裂的增长。虽然如本文所述,本发明的膜有利地提供了对撕裂增长的抗性,但是还可能期望本文的膜对于相对高量的机械应力的迅速施用表现出抗性。例如,当根据下文更详细描述的高速拉伸测试进行测量时,本发明的膜具有介于10和25MPa之间;15和20MPa之间;16和19MPa之间;或甚至介于17和18MPa之间的高速拉伸强度。可能还期望提供当根据下文更详细描述的凹口高速拉伸强度测试进行测量时,表现出介于10和约20MPa之间;14和19MPa之间;或甚至介于15和18MPa之间的凹口高速拉伸强度的膜。据信,不受理论的束缚,膜中的合适的高速拉伸强度和/或凹口拉伸强度对于提供至少一些对与相对高速率不可取机械应力相关的膜损坏的抗力而言可能是至关重要的。
本发明的撕裂抗性膜不限于任何特定的尺寸,并且可被构造成为相对薄的材料片。在某些实施例中,所述膜可具有介于1μm-1mm;3μm-500μm;或5μm-100μm之间或这些范围内的任何数值的有效平均厚度。本文所公开的膜的合适的基重范围包括20至140g/m2,例如25至100g/m2;30至70g/m2;或甚至35至45g/m2。所述撕裂抗性膜可通过本领域的任何合适方法形成,例如,通过狭缝模具挤出熔化的热塑性和/或弹性体聚合物并随后冷却该挤出片材。用于制备膜的其它非限制性例子包括由含水分散体或浇铸分散体、非水分散体浇铸、吹制、溶液流铸、压延和成形。通过聚合物材料生产膜的方法描述于Plastics EngineeringHandbook of the Society of the Plastics Industry,Inc.,第四版,1976,第156、174、180和183页。根据下文更详尽描述的滞后测试,在某些实施例中,所述弹性膜在200%的应变下可具有约0.8至2MPa、1.0至1.5MPa甚或1.0至1.2MPa的负载工程应力(L200),并且在50%的应变下可具有0.3至0.8、0.4至0.6或甚至0.5至0.6MPa的非负载工程应力(UL50)。上文公开的L200和UL50值对于提供适用于一次性吸收制品的膜而言可能是至关重要的(例如,用于提供低力恢复拉伸、熨帖舒适的适配、更低的不可取下垂、在预期部位容纳身体渗出物、抵抗洞或撕裂的初始形成的强度)。
添加剂
本发明的撕裂抗性膜可包括常用于本领域的一种或多种添加剂,以调制膜用于特定应用。例如,稳定剂、抗氧化剂、和抑菌剂可用于抑制膜或膜组件热降解、氧化降解和生物化学降解。在某些实施例中,期望膜组合物中包含改性橡胶以提供期望的弹性回复率特性,例如,如授予Hird等人的美国专利7,717,893中所公开的。一般来讲,一种或多种添加剂可占所述膜总重量的0.01%至60%;0.01%至25%;或甚至0.01%至10%。
稳定剂和抗氧化剂的合适例子是本领域所熟知的,并包括高分子量的受阻酚(即,具有靠近羟基的空间大基团的酚类化合物)、多官能团苯酚(即,具有含硫和含磷基团的酚类化合物)、磷酸盐如三-(对壬基苯基)亚磷酸盐、受阻胺以及它们的组合。代表性的受阻酚包括叔丁基羟基醌;1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3-5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯;季戊四醇四-3(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯;正十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯;4,4'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4'-硫代双(6-叔丁基-邻甲酚);2,6-二叔丁基苯酚;6-(4-羟基苯氧基)-2,4-双(正辛基硫代)-1,3,5-三嗪;2,4,6-三(4-羟基-3,5-二叔丁基-苯氧基)-1,3,5-三嗪;二-正十八烷基-3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸盐;2-(正辛基硫代)乙基-3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸酯;以及山梨醇六-(3,3,5-二叔丁基-4-羟基-苯基)丙酸酯。专有商用稳定剂和/或抗氧化剂可以包括多种WINGSTAY、TINUVIN和IRGANOX产品的多个商品名购得。
合适的抑菌剂的例子包括苯甲酸盐、酚、醛、包含卤素的化合物、氮化合物以及包含金属的化合物如汞制剂、锌化合物和锡化合物。代表性抑菌剂为2,4,4’-三氯-2’-羟基-二苯基-醚,其以商品名IRGASAN PA购自Ciba Specialty Chemical Corporation,Tarrytown,NY。
其它任选的添加剂包括优选与嵌段共聚物的硬嵌段或片段相关的热塑性聚合物或热塑性聚合物组合物。尽管无意于受理论的束缚,据信这些热塑性聚合物变成掺入硬质相的缠结的三维网络结构中。这种缠结的网络结构可提供改善的弹性体组合物的张力、弹性及应力弛豫特性。在弹性体聚合物包含苯乙烯嵌段共聚物时,热塑性聚合物添加剂,如聚苯醚和衍生自以下单体的乙烯基芳烃聚合物在本文中是可用的,因为它们通常被认为与嵌段共聚物的苯乙烯硬嵌段化学相容,所述单体包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、其它烷基苯乙烯衍生物、乙烯基甲苯、以及它们的混合物。
各种粘度改性剂、增塑剂、增滑剂或防粘连剂可用作添加剂以提供改善的处理特性或表面特性。增塑剂包括本领域所熟知的加工油,并包括合成油和天然油、环烷油、石蜡油、烯烃低聚物和低分子量聚合物、植物油、动物油、以及包括氢化型式的这些油的衍生物。增塑油也可掺入此类油的组合。特别合适的增塑油为矿物油。粘度调节剂也是本领域所熟知的。例如,石油衍生蜡可用于降低热处理中的弹性体聚合物的粘度。合适的蜡包括低数均分子量(如,600-6000)聚乙烯;石油蜡,如石蜡和微晶蜡;无规立构聚丙烯;由一氧化碳和氢聚合制得的合成蜡如费托蜡;以及聚烯烃蜡。
各种着色剂和填料是本领域所熟知的,并且可作为添加剂被包括在膜组合物内。着色剂可包括染料和颜料如二氧化钛。填充剂可包括诸如滑石和粘土的物质。其它添加剂可包括染料、紫外线吸收剂、气味控制剂、香料、填充剂、干燥剂等。
孔或小孔;透气性特征结构
在某些实施例中,期望提供延伸通过膜厚度的预成形孔(即,在制造过程中在膜中特意提供的孔)。孔可具有任何合适的尺寸和/或期望的形状。例如,开孔膜可具有圆形,单独的孔,其具有介于0.2和3mm之间的直径以及5-60%(例如,10-30%或15-25%)的开口面积。在另一个例子中,开孔膜可包括狭缝,所述狭缝通过施加横向力“打开”,以形成圆形、矩形、菱形形状的孔、上述这些的组合、和/或在膜的x-y平面中的最大尺寸介于0.2和3mm之间的任何其它合适的期望形状。在另一个例子中,孔可三维延伸通过所述膜并形成锥样结构。在此类例子中,渐缩的锥样结构可包括第一开口,其具有在膜的平面中的第一直径(大直径),和第二开口,其具有在锥的相对端处的第二较小直径(小直径)。孔尺寸和开口面积根据2006年9月22日由Ponomorenko等人提交的并且名称为“Absorbent Article WithSublayer”的美国公布2007/0073256中所示的方法来测量。用于在膜中形成孔的合适方法是本领域公知的并包括例如模冲、裁切、热针熔融穿孔、真空成形、高压喷射穿孔、压花辊、上述这些的组合等。在常规的膜中,孔图案选择可在很大程度上取决于使孔周围的应力集中最小化,从而减小机械活化期间撕裂所述膜的风险的需要。但本文所公开的膜不受此限制,因此当选择孔图案和/尺寸时可提供改善的制造灵活性。开孔膜和将膜开孔的方法的合适例子在以下专利中公开:2002年6月25日授予Zhang等人并且名称为“Low StressRelaxation Elastomeric Materials”的美国专利6,410,129;2007年12月11日授予Carroll等人并且名称为“Breathable composite sheet structure and absorbentarticles utilizing same”的美国专利7,307,031;1979年4月24日授予Lucas等人并且名称为“Method for Debossing And Perforating A Running Ribbon Of ThermoplasticFilm”的美国专利4,151,240;1985年11月12日授予Koger,II等人并且名称为“Process ForHigh-Speed Production Of Webs Of Debossed And Perforated Thermoplastic Film”的美国专利4,552,709;1975年12月30日授予Thompson并且名称为“AbsorptiveStructures Having Tapered Capillaries”的美国专利3,929,135;1982年4月13日授予Mullane等人并且名称为“Disposable Absorbent Article Having A Stain ResistantTopsheet”的美国专利4,324,246;1982年8月3日授予Radel等人并且名称为“ResilientPlastic Web Exhibiting Fiber-Like Properties”的美国专利4,342,314;1984年7月31日授予Ahr等人并且名称为“Macroscopically Expanded Three-Dimensional PlasticWeb Exhibiting Non-Glossy Visible Surface and Cloth-Like Tactile Impression”的美国专利4,463,045;以及1986年5月27日授予Thompson并且名称为“AperturedMacroscopically Expanded Three-Dimensional Polymeric Web ExhibitingBreathability And Resistance To Fluid Transmission”的美国专利4,591,523。
实例
表2示出用于制备各种膜样本的制剂中的组分的重量百分比。表2中示出的S4033、JL-007和JL-014是氢化的SEEPS嵌段共聚物,其可获自Pasadena,TX的Kuraray America,Inc.。S4033是已知的SEEPS嵌段共聚物,而JL系列(例如,JL-007和JL-014)可被认为是针对改善的可加工性进行改性的S4033类型的嵌段共聚物。SEEPS嵌段共聚物的JL-系列具有46/54至44/56(例如,45/55)的异戊二烯与1,3丁二烯的质量比。表2中的油是白矿物油,诸如DRAKEOL 600、HYDROBRITE550或KRYSTOL550。REGALREZ 1126和REGALITE 1125是增粘剂,可获自Kingsport,TN的Eastman Chemical Company。PS 3190是聚苯乙烯均聚物,可购自NOVAChemical Company,Canada。指定为“AO”的材料为合适的抗氧化剂,诸如IRGANOX100,购自Switzerland的Ciba Specialty Chemicals。
通过将热塑性组合物经槽冲模挤出以形成宽100mm和厚100μm的膜来产生样本1-11。所述热塑性组合物通过在具有挤出混合部的Leistritz(27mm)双螺杆挤出机挤出材料而形成。首先,将油和SEEPS聚合物混合在一起,并且随后将聚苯乙烯和增粘剂共混进入该混合物,其随后送进该挤出机。该挤出机中的温度通常为170-230℃。随后使用ThermoFisher20mm单螺杆挤出机将组合物成形为膜。ThermoFisher挤出机中的温度通常为170-230℃。
表2
表3示出了多种弹性体膜材料的损坏时间和熔融温度。提供了样本1-6和9-10以显示本发明膜的合适实例。提供了样本7和11作为比较实例来显示并非所有的SEEPS嵌段共聚物必定能提供合适的撕裂抗性和/或可加工性。根据慢撕裂测试获得了损坏时间测量值,并且根据DSC方法获取Tm值。通过两步压塑工序形成表3中的样本12-15,其中在热板(215℃)之间压缩所述弹性体并使用垫片将其保持3分钟的保压时间,这产生了弹性体的厚片(约2.5mm厚度),随后折叠并堆积该厚膜并进行无垫片按压,并且保持约30秒的保压时间,从而产生了厚度80-200μm的膜。多种成份的百分比全部为基于该膜重量计的重量百分比。提供了样本12以作为比较实例,并且其由56%S4033、13%PS3160和31%白矿物油形成。样本13-15包括与样本12相同的相对量的SEEPS嵌段共聚物、聚苯乙烯均聚物和矿物油,但是在用于其形成的SEEPS共聚物的种类(包括聚合物的Tm)上有所变化。使用56%JL-007形成样本13。使用JL-014形成样本14。使用JL-013形成样本15。将这些成份加入小型间歇式搅拌器(Haake)并在210℃的温度下以50RPM混合3分钟。随后通过在保持于210℃下的热板之间按压来产生片。
样本编号 损坏时间(小时) Tm(℃)
1 7.2 17.7
2 8.3 16.1
3 31.5 15.1
4 17.5 16.2
5 13.7 14.5
6 11.6 16.6
7 1.6 2.4
8 9.6 13.9
9 10.2 15.7
10 0.9 14.6
11 0.3 1.8
12 0.5 -1.0
13 2.1 13.0
14 0.8 13.0
15 7.0 18.0
表3
如表3可见,包含S4033SEEPS嵌段共聚物的样本未能提供约一个小时或更多的损坏时间和/或10至20℃的Tm,而通过JL-系列的SEEPS嵌段共聚物形成的样本提供了这些所期望的特性。
下表4示出表3中的膜样本13、14、15和11的高速拉伸强度和凹口高速拉伸强度。如表4中可见,除了慢抗撕裂性之外,样本13-15还能够提供合适的高速拉伸强度和凹口高速拉伸强度。
表4
层合体;粘合剂;组合物的改性
在某些实施例中,可能期望将该膜并入层合体中,例如具有置于两个或更多个非织造层之间的一个或多个膜层(例如,置于两个SMS非织造层之间的膜层)的三层层合体结构。层合体结构的合适例子公开于以下专利中:2011年2月14日由Mansfield提交的,名称为“Tear Resistant Laminate”的共同未决的美国序列号13/026,548并进一步确定为P&G代理人案卷号11994,以及2006年4月24日由Mansfield提交的,名称为“Stretch Laminate,Method of Making and Absorbent Article”的美国公布2007/0249254。
粘合剂
非织造纤维网材料可通过粘合剂诸如热熔性粘合剂附着到膜上。下文所述的是潜在合适的粘合剂的例子。
基于嵌段共聚物的热熔性粘合剂
在一组实施例中,粘合剂组合物可包含嵌段共聚物组分,所述嵌段共聚物组分包含在约10重量-%至约45重量%,优选地约15重量%至约30重量%,并且最优选地约20重量%至约30重量%范围内的量的一种或多种嵌段共聚物。
各种嵌段共聚物是可用的,包括A-B-A三嵌段结构、A-B两嵌段结构、(A-B)n辐射状嵌段共聚物结构、以及此类前段结构的支化和接枝型式,其中A端块为非弹性体聚合物嵌段,通常包括聚苯乙烯,并且B嵌段为不饱和共轭二烯或其氢化型式。一般来讲,B嵌段通常为异戊二烯、丁二烯、乙烯/丁烯(氢化丁二烯)、乙烯/丙烯(氢化异戊二烯)、以及它们的混合物。包括诸如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)及其混合物的不饱和共轭二烯烃的嵌段共聚物由于其增加的粘性和减少的成本而可以是优选的。商业实施例包括购自Shell Chemical Company(Houston,TX)的KRATON D系列嵌段共聚物,购自EniChem(Houston,TX)的EUROPRENE SOL T嵌段共聚物,购自Exxon(Dexco)(Houston,TX)的VECTOR嵌段共聚物和购自Housmex(Houston,TX)的SOLPRENE嵌段共聚物以及其它。
除了嵌段构型之外,嵌段共聚物通常还根据其报道的苯乙烯含量、两嵌段含量并根据与嵌段共聚物的分子量相关的其熔体流动速率(MFR,条件G)或溶液粘度来表征。
通常,相对于嵌段共聚物的总重量,非弹性体A嵌段(苯乙烯)浓度在约5重量%至约45重量%的范围内。苯乙烯部分较不宜受热降解的影响。因此,相对于基于具有较低苯乙烯含量的嵌段共聚物的热熔性粘合剂组合物,基于较高苯乙烯含量的嵌段共聚物的热熔性粘合剂组合物通常表现出增强的热稳定性。然而,高苯乙烯含量(>30%)通常不可用于低熔体流动速率等级。因为利用具有低熔体流动速率的至少一种嵌段共聚物可能是有用的,所以可优选相对于所述嵌段共聚物的总重量,共聚物的苯乙烯含量在约15重量%至约30重量%的范围内。
一般来讲,嵌段共聚物的AB两嵌段含量在0(其中嵌段共聚物是100%共轭的,如就多个等级的VECTOR嵌段共聚物而言)至100%两嵌段(如就多臂(EP)n8嵌段共聚物而言)的范围内。就增加的粘性和改善的粘附性而言,可优选用于粘合剂中的一种或多种嵌段共聚物包含两嵌段。更具体地,此类嵌段共聚物的两嵌段含量可在约20重量%至约50重量%的范围内。
嵌段共聚物的分子量与其熔体流动速率(MFR)和给定重量的聚合物甲苯溶液在77℉下的溶液粘度相关。一般来讲,报道各等级的嵌段共聚物的MFR,所述嵌段共聚物的分子量足够低使得MFR能够根据条件G(ASTM-1238,200℃/5kg)来测量。就分子量太高而不能测量MFR的嵌段共聚物而言,溶液粘度通常由供应商报道。用于确定溶液粘度的嵌段共聚物的量根据分子量而不同。就高分子量嵌段共聚物而言,溶液粘度可表达为10重量%或15重量%嵌段共聚物溶液的函数,然而就更多常规且中等分子量嵌段共聚物而言,利用25重量%嵌段共聚物溶液。可优选粘合剂包括熔体流动速率小于约20g/10min或甚至约15g/10min或更小的至少一种嵌段共聚物。
粘合剂组合物可包括嵌段共聚物的共混物,其中相比于第二嵌段共聚物,第一嵌段共聚物相对软或模量低。因此,关于中段的选择、嵌段聚合物的结构、苯乙烯含量和两嵌段含量,第一(软)嵌段共聚物通常不同于第二嵌段共聚物。
第一嵌段共聚物通常为SIS嵌段共聚物,其具有相对于所述嵌段共聚物的总重量,约30重量%或更小,或者约20重量%,或甚至约15%苯乙烯或更少的苯乙烯含量。第一嵌段共聚物可以为100%三嵌段并因此不包含任何可测量的两嵌段。然而,可优选第一嵌段共聚物包含含量大于所述嵌段共聚物总重量的20重量%的两嵌段,还更优选约30重量%的两嵌段或更大。在具体实施例中,软嵌段共聚物组分为各自具有至少20重量%的两嵌段含量的直链SIS嵌段共聚物和辐射状SIS嵌段共聚物的共混物。
第二嵌段共聚物还可以为SIS、或SBS或甚至辐射状SBS。第二(硬)嵌段共聚物通常具有约30重量%或更大的苯乙烯含量。在具有大于40重量%的苯乙烯含量的嵌段共聚物的情况下,熔体流动速率通常相对高,为约30MFR或更大。可优选第二嵌段共聚物具有约30重量%或更低的苯乙烯含量,和小于10g/10min的熔体流动速率。还可优选第二嵌段共聚物的分子量足够高,使得溶液粘度而不是熔体流动速率被记录。在具体实施例中,第二嵌段共聚物的溶液粘度大于5,000cps(就20℃下的25重量%聚合物甲苯溶液而言),或大于约10,000cps,或甚至大于约15,000,或甚至约20,000cps或更大。
热熔性粘合剂组合物可包括至少一种粘合剂增粘剂。如本文所用,术语“增粘剂”或“增粘树脂”包括本文所述组合物中的任一种,其可用于赋予热熔性粘合剂组合物粘性。ASTM D-1878-61T将粘性定义为“使材料在接触另一表面时能够立即形成具有可测量强度的粘结的所述材料的特性”。通常,增粘树脂的量在所述粘合剂总重量的约40重量%至约80重量%的范围内。为了使增塑油浓度最小化,粘合剂组合物可包括至少约50重量%,或至少约60重量%,或甚至约70重量%增粘树脂。
一般来讲,可用于粘合剂的可用增粘树脂可包括衍生自可再生资源的树脂,所述可再生资源诸如松香衍生物包括木松香、妥尔油、胶松香以及松香酯、天然和合成萜烯、以及此类物质的衍生物。基于脂族、芳族或混合的脂族-芳族石油的增粘剂也是可用的。可用的烃树脂的代表性例子包括α-甲基苯乙烯树脂、支化和非支化的C5树脂、C9树脂、基于二环戊二烯(DCPD)的树脂、茚、戊间二烯、异丁烯和/或1-丁烯、以及此类物质的苯乙烯改性物和氢化改性物。增粘树脂的范围在约25℃(室温)下为液体至具有最高达约150℃的环球软化点。可优选增粘剂或增粘剂混合物具有大于约80℃,更优选地约100℃或更高的软化点。
可优选大量增粘剂为通常称为中段增粘树脂的增粘剂。在嵌段共聚物具有不饱和中段如异戊二烯的情况下,合适的增粘树脂为氢化DCPD或C9树脂;然而就具有不饱和丁二烯中段的嵌段共聚物而言,松香衍生物诸如松香酯和氢化苯乙烯化萜烯树脂可以是合适的。
所用的粘合剂组合物可任选包括至多约10重量%的量的增塑液体。就本发明目的而言,“增塑剂”或“增塑”液体包括分子量(Mw)小于3000,优选小于2000,并且更优选小于1000g/mol的可流动稀释剂,其可加入热塑性塑料、橡胶和其它树脂中以改善可挤出性、柔韧性、可加工性或拉伸性。可优选少量增塑油以软化粘合剂,从而改善其弹性和延展性。已发现当用于粘结洗剂涂覆的基底时,具有较高增塑油浓度的嵌段共聚物组合物表现出减少的粘结强度,这符合在前引用的参考文献的教导。据信,如本文所述的热熔性粘合剂组合物不耐受基于油的护肤产品,如传统意义上的洗剂,其中组合物不吸收或变得被油增塑。相反,认为组合物相对于油吸收是“稳健”的,是指推测组合物在一定程度上吸收油,但油的吸收不会不利地影响粘合剂特性。
增塑油主要为低芳族含量的烃油,并且成员为石蜡烃或环烷烃。可优选所选的增塑油具有低挥发性,是透明的,并且具有尽可能少的颜色和气味。本文设想的增塑液体的使用包括液体树脂、烯烃低聚物、液体弹性体、低分子量聚合物、植物油和其它天然油以及类似增塑液体的使用。
在构造粘合剂的情况下,可任选以在最高至约40重量%范围内的量或甚至在约10重量%至约20重量%范围内的量使用固体增塑剂,如环己烷二甲醇二苯甲酸酯和邻苯二甲酸酯。然而,在弹性附接粘合剂的情况下,固体增塑剂趋于被避免,因为它们的存在减小永久变形的速率。在不存在快速永久变形时,已延伸的弹性体基底具有在粘合剂固化之前松弛的机会。另外,如本领域中所公知的,可加入各种其它组分以改性热熔性粘合剂的粘性、颜色、气味等。添加剂诸如抗氧化剂(例如,受阻酚(例如,IRGANOX 1010和IRGANOX 1076(BASF,Florham Park,NJ-North American headquarters))、亚磷酸盐(例如,IRGAFOS 168(BASF,Florham Park,NJ-North American headquarterss))、防粘连剂、颜料和填料也可包括在制剂中。
成品粘合剂通常是浅色的,具有小于约6或甚至小于约4的加德纳颜色(moltenGardner color)。可优选350℉下的粘度小于30,000cPs,或更具体地,在约3,000至约15,000cPs的范围内。具体地讲,就弹性附接而言,粘合剂可具有至少190℉或大于200℉的环球软化点。
其它潜在合适的基于嵌段共聚物的粘合剂描述于美国专利6,531,544中,其公开内容全文以引用方式并入本文。
包括烯烃聚合物的粘合剂
在其它实施例中,可用的粘合剂可包括至少一种均相乙烯/α-烯烃共聚体,其为乙烯和至少一种C3-C20α-烯烃的共聚体。用于本文的术语“共聚体”指示共聚物、或三元共聚物或更高级聚合物。即,至少一种其它共聚单体与乙烯聚合以制备共聚体。
均相乙烯/α-烯烃共聚体为均相线性或基本上线性的乙烯/α-烯烃共聚体。术语“均相”是指任何共聚单体均无规分布在给定共聚体分子内,并且在所述共聚体内,基本上所有共聚体分子均具有相同的乙烯/共聚单体比率。如使用差示扫描量热法所获得的均相线性或基本上线性的乙烯聚合物的熔融峰,将随密度减小和/或随数均分子量减小而变宽。然而,不同于非均相聚合物,当均相聚合物具有大于115℃的熔融峰时(如聚合物的密度大于0.940g/cm3的情况),其不另外具有不同的低温熔融峰。
此外或另选地,聚合物的均质性可由SCBDI(短链支化位置分布指数)或CDBI(组成分布宽度指数)来描述,CDBI被定义为共聚单体含量在中值总摩尔共聚单体含量的50%内的聚合物分子的重量百分比。聚合物的SCBDI容易地由从本领域已知的技术,例如升温淋洗分级(本文中缩写为“TREF”)所获得的数据来计算,其例如描述于Wild等人,Journal ofPolymer Science,Poly.Phys.Ed.,第20卷,第441页(1982),美国专利4,798,081(Hazlitt等人)或美国专利5,089,321(Chum等人)中。可优选可用的均相乙烯/α-烯烃共聚体的SCBDI或CDBI大于50%,或大于70%,其中容易获得大于90%的SCBDI和CDBI。
可用的均相乙烯/α-烯烃共聚体的特征可在于具有窄分子量分布(Mw/Mn)。就可用的均相乙烯/α-烯烃而言,Mw/Mn为1.5至2.5,或1.8至2.2,或甚至约2.0。
第一聚合物可以为乙烯与至少一种共聚单体的共聚体,所述共聚单体选自C3-C20α-烯烃、非共轭二烯和环烯烃。示例性C3-C20α-烯烃包括丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯。合适的C3-C20α-烯烃可包括1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯,或1-己烯和1-辛烯。示例性环烯烃包括环戊烯、环己烯和环辛烯。适合作为共聚单体,具体地讲用于制备乙烯/α-烯烃/二烯三元共聚物的非共轭二烯通常为具有6至15个碳原子的非共轭二烯。合适的非共轭二烯的代表性例子包括:
(a)直链无环二烯,诸如1,4-己二烯;1,5-庚二烯和1,6-辛二烯;
(b)支链无环二烯,诸如5-甲基-1,4-己二烯;3,7-二甲基-1,6-辛二烯和3,7-二甲基-1,7-辛二烯;
(c)单环脂环族二烯诸如4-乙烯基环己烯;1-烯丙基-4-异亚丙基环己烷;3-烯丙基环戊烯;4-烯丙基环己烯和1-异丙烯基-4-丁烯基环己烯;
(d)多环脂环族稠合和桥联的环二烯,诸如二环戊二烯;烯基、烷叉基、环烯基和环烷叉基降冰片,诸如5-亚甲基-2-降冰片;5-亚甲基-6-甲基-2-降冰片;5-亚甲基-6,6-二甲基-2-降冰片;5-丙烯基-2-降冰片;5-(3-环戊烯基)-2-降冰片;5-亚乙基-2-降冰片和5-亚环己基-2-降冰片。
一种合适的共轭二烯为戊间二烯。合适的二烯可选自1,4-己二烯;二环戊二烯;5-亚乙基-2-降冰片;5-亚甲基-2-降冰片;7-甲基-1,6-辛二烯;戊间二烯和4-乙烯基环己烯。
乙烯/α-烯烃共聚体的分子量可基于粘合剂制剂所期望的性能属性来选择。然而,可优选乙烯/α-烯烃共聚体具有至少3,000,优选至少5,000的数均分子量。可优选乙烯/α-烯烃共聚体具有不超过100,000、或不超过60,000,或甚至小于40,000的数均分子量。
当乙烯/α-烯烃共聚体具有超低分子量等时(数均分子量小于11,000),乙烯/α-烯烃共聚体导致低聚合物和制剂粘度,但特征在于结晶峰值温度,所述结晶峰值温度大于相同密度的对应的较高分子量材料的结晶峰值温度。在压敏粘结剂应用中,结晶峰值温度的增加转化成增加的耐热性。超低分子量乙烯/α-烯烃共聚体在下文更充分地描述。
乙烯/α-烯烃共聚体的密度同样可基于粘合剂制剂所期望的性能属性来选择。然而,可优选乙烯/α-烯烃共聚体具有至少0.850g/cm3,或至少0.860,或甚至至少0.870g/cm3的密度。可优选乙烯/α-烯烃共聚体具有不超过0.965g/cm3,或不超过0.900g/cm3,或不超过0.890g/cm3,或不超过0.880g/cm3,或甚至不超过0.875g/cm3的密度。
乙烯/α-烯烃共聚体可以大于5,或甚至大于10重量百分比的量存在于合适的粘合剂中。乙烯/α-烯烃共聚体一般以不超过95,或不超过80,或甚至不超过70重量百分比的量存在于合适的粘合剂中。
粘合剂可包括单一均相乙烯/α-烯烃共聚体。在此类实施例中,合适的均相乙烯/α-烯烃共聚体可具有0.865g/cm3至0.885g/cm3范围内的密度。当期望制备具有最小浓度的均相线性或基本上线性共聚体等的粘合剂制剂时,粘合剂制剂包含小于30重量百分比,或小于25重量百分比的均相乙烯/α-烯烃共聚体,均相线性或基本上线性的共聚体的熔体指数(190℃下I2)可以为50或更小,或者30或更小,和/或甚至小于10g/10min。据信,包含低至5重量百分比的熔体指数小于0.5g/10min的均相乙烯/α-烯烃共聚体的粘合剂组合物可产生有利的性能。
就压敏粘合剂而言,粘合剂可包括5至45重量百分比,或10至30重量百分比,或甚至15至25重量百分比的单一均相乙烯/α-烯烃共聚体。就其它应用而言,均相线性或基本线性的共聚体可在大于30重量百分比的浓度下使用并具有500g/10min或更小的熔体指数。
在另一个实施例中,第一均相乙烯/α-烯烃共聚体可与第二均相乙烯/α-烯烃共聚体共混,其中第一和第二共聚体的数均分子量相差至少5000,或至少10,000,或甚至至少20,000。在该实施例中,低分子量和高分子量组分的组合将趋于产生25℃下的中间储能模量,和改善的探针粘性。
此外或另选地,第一均相乙烯/α-烯烃共聚体可与第二均相乙烯/α-烯烃共聚体共混,其中所述第一和第二共聚体的密度相差至少0.005g/cm3,或甚至至少0.01g/cm3。在该实施例中,具体地讲就压敏粘合剂而言,随密度差增加,高密度共聚体的相对比例通常将减小,因为结晶度水平增加另外将趋于使25℃下的储能模量和探针粘性减小至可使其不适用于用作压敏粘合剂的水平。
在具体实施例中,粘合剂可包括两种均相乙烯/α-烯烃共聚体,密度为0.870g/cm3或更小的第一共聚体和密度大于0.900g/cm3的第二共聚体的共混物。当期望高内聚强度时,第一和第二均相线性或基本上线性得共聚体两者均可具有相对低熔体指数等,I2小于30g/10min。相比之下,就低粘度粘合剂组合物而言,尤其是在小于325℉(163℃)下可喷涂的那些,第二均相乙烯/α-烯烃共聚体将具有比第一均相乙烯/α-烯烃共聚体更大的密度,并可具有大于125,或大于500,或甚至大于1000g/10min的熔体指数。
均相支化的线性乙烯/α-烯烃共聚体可使用提供均匀的短链支化位置分布的聚合方法来制备(例如,由Elston在美国专利3,645,992中所述)。在他的聚合方法中,Elston使用可溶性钒催化剂体系以制备此类聚合物。然而,其它诸如Mitsui PetrochemicalCompany和Exxon Chemical Company已使用所谓的单位点催化剂体系来制备具有均相线性结构的聚合物。授予Ewen等人的美国专利4,937,299和授予Tsutsui等人的美国专利5,218,071公开了将基于铪的催化剂体系用于制备均相线性乙烯聚合物。均相线性乙烯/α-烯烃共聚体目前可以商品名“Tafmer”购自Mitsui Petrochemical Company,和以商品名“Exact”购自Exxon Chemical Company。
基本线性的乙烯/α-烯烃共聚体可以商品名Affinity(注册商标)聚烯烃塑性体和Engage(注册商标)聚烯烃弹性体购自The Dow Chemical Company。基本线性的乙烯/α-烯烃共聚体可根据美国专利5,272,236和美国专利5,278,272中所述的技术来制备。
可用于粘合剂的其它半结晶性聚合物为丙烯与乙烯或α-烯烃共聚单体的共聚物,其中可结晶序列为异丙烯型。最可用于粘合剂的聚合物具有5-25%的结晶度。例子包括VISTAMAXX(Exxon Mobil Corp.,Irving,TX);VERSIFY(The Dow Chemical Company,Midland,MI);NOTIO(Mitsui Chemicals America,Inc.,Rye Brook,NY)等。
改性聚合物
根据粘合剂的预期最终应用,除了均相乙烯/α-烯烃共聚体之外,还常常期望以最高至25重量%的浓度加入至少一种相容的聚合物,以增加内聚强度、改善可喷涂性、改善开放时间、增加柔韧性等。这种改性聚合物可以为任何相容的弹性体,诸如热塑性嵌段共聚物、聚酰胺、其中Mw大于3000的非晶态或结晶的聚烯烃诸如聚丙烯、聚丁烯或聚乙烯;乙烯共聚物如乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯或它们的混合物。令人惊奇地,均相乙烯/α-烯烃共聚体还与聚酰胺相容,从而产生耐受增塑剂的压敏粘合剂。改性聚合物通常将以相对低浓度使用,以免减损均相乙烯/α-烯烃共聚体的改善的特性。适用于增加开放时间和耐热性的改性聚合物可以为聚丁烯-1-共聚物,诸如Duraflex(注册商标)8910(Shell)。
乙烯的共聚体为具有至少一种共聚单体的那些聚合物,所述共聚单体选自其中酸部分具有至多4个碳原子的饱和羧酸的乙烯酯、具有3至5个碳原子的不饱和单羧酸或二羧酸、不饱和酸的盐、衍生自具有1至8个碳原子的醇的不饱和酸的酯、以及它们的混合物。乙烯和这些共聚单体的三元共聚物也是合适的。作为乙烯和上述酸的完全或部分中和的共聚物的离聚物在美国专利3,264,272中更详细地讨论。此外,还可使用包含最高至15重量百分比一氧化碳的乙烯/乙酸乙烯酯/一氧化碳或乙烯/丙烯酸甲酯/一氧化碳的三元共聚物。
乙烯对不饱和羧酸共聚单体的重量比可以为95:5至40:60,或90:10至45:50,或甚至85:15至60:40。乙烯的这些改性共聚体的熔体指数(190℃下的I2)可在0.1至150,或0.3至50,或甚至0.7至10g/10min的范围内。当乙烯共聚物熔体指数高于30g/10min时,物理特性(主要是伸长率)下降到较低水平是已知的。
合适的乙烯/不饱和羧酸、盐和酯共聚体包括乙烯/乙酸乙烯酯(EVA),其包括但不限于美国专利5,096,955中所述的稳定化EVA,所述专利以引用方式并入本文;乙烯/丙烯酸(EEA)及其离聚物;乙烯/甲基丙烯酸及其离聚物;乙烯/丙烯酸甲酯;乙烯/丙烯酸乙酯;乙烯/丙烯酸异丁酯;乙烯/丙烯酸正丁酯;乙烯/丙烯酸异丁酯/甲基丙烯酸及其离聚物;乙烯/丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸及其离聚物;乙烯/丙烯酸异丁酯/丙烯酸及其离聚物;乙烯/丙烯酸正丁酯/丙烯酸及其离聚物;乙烯/甲基丙烯酸甲酯;乙烯/乙酸乙烯酯/甲基丙烯酸及其离聚物;乙烯/乙酸乙烯酯/丙烯酸及其离聚物;乙烯/乙酸乙烯酯/一氧化碳;乙烯/甲基丙烯酸酯/一氧化碳;乙烯/丙烯酸正丁酯/一氧化碳;乙烯/丙烯酸异丁酯/一氧化碳;乙烯/乙酸乙烯酯/马来酸单乙基酯;以及乙烯/丙烯酸甲酯/马来酸单乙基酯。特别合适的共聚物为EVA;EAA;乙烯/丙烯酸甲酯;乙烯/丙烯酸异丁酯;以及乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物以及它们的混合物。认为某些特性如拉伸伸长率通过这些乙烯共聚体的某些组合来改善,如美国专利4,379,190中所述。制备这些乙烯共聚体的程序是本领域所熟知的,并且许多可商购获得。
增粘剂
合适的粘合剂可包括0至95重量百分比的增粘树脂。通常并且具体地将,当期望使用小于30重量百分比的均相乙烯/α-烯烃共聚体时,粘合剂可包括10至75重量百分比,或20至60重量百分比增粘剂。
在替代形式中,在期望使用至少30重量百分比的均相乙烯/α-烯烃共聚体的情况下,包含最少增粘剂等,小于30重量百分比增粘剂,或小于25重量百分比增粘剂,或甚至小于20重量百分比增粘剂,或甚至小于15百分比增粘剂的粘合剂制剂可以是有利的。在此类应用中,均相乙烯/α-烯烃共聚体可作为与第二均相乙烯/α-烯烃共聚体的共混物提供。在此类情况下,包含小于10重量百分比增粘剂的粘合剂,以及甚至不具有增粘剂的粘合剂可表现出足够的粘性。
一般来讲,可用的增粘树脂可包括衍生自可再生资源的树脂,所述可再生资源诸如松香衍生物包括木松香、妥尔油、胶松香、松香酯、天然和合成萜烯,以及此类物质的衍生物。基于脂族、芳族或混合的脂族-芳族石油的增粘剂也可用于合适的粘合剂中。可用的烃树脂的代表性例子包括α-甲基苯乙烯树脂、支化和非支化的C5树脂、C9树脂、C10树脂、以及此类物质的苯乙烯改性物和氢化改性物。增粘树脂的范围在约37℃下为液体至具有约135℃的环球软化点。具有大于约100℃的软化点,或具有大于约130℃的软化点的固体增粘树脂可用于改善合适的粘合剂的内聚强度,尤其是当仅利用单一均相乙烯/α-烯烃共聚体时。
就合适的粘合剂而言,合适的增粘树脂可以主要为脂族的。然而,具有增加的芳族成员的增粘树脂也是可用的,尤其是当利用第二增粘剂或相互相容的增塑剂时。
增塑剂
在特定实施例中,可以所述粘合剂的至多90重量百分比,优选地小于30重量百分比,并且还更优选小于约15重量百分比的量向所述粘合剂提供增塑剂。增塑剂在环境温度下可以为液体或固体。示例性液体增塑剂包括烃油、聚丁烯、液体增粘树脂和液体弹性体。增塑剂油主要为低芳族含量的烃油,并且成员为石蜡烃或环烷烃。增塑剂油优选为粘度低,透明的并具有尽可能少的颜色和气味。增塑剂的使用可包括烯烃低聚物、低分子量聚合物、植物油及其衍生物、以及类似增塑液体的使用。
当使用固体增塑剂时,可能期望所述试剂具有高于60℃的软化点。据信,通过将均相乙烯/α-烯烃共聚体与合适的增粘树脂和固体增塑剂如环己烷二甲醇二苯甲酸酯增塑剂混合,所得的粘合剂组合物可在低于120℃,或甚至低于100℃的温度下施用。虽然例示了可以商品名Benzoflex(注册商标)352从Velsicol商购获得的1,4-环己烷二甲醇二苯甲酸酯化合物,但随后将在配混的热塑性组合物中重结晶的任何固体增塑剂均是合适的。可适用于该目的的其它增塑剂描述于EP 0422 108 B1和EP 0 410 412 B1中,上述两者均转让给H.B.Fuller Company。
蜡可有效用于合适的粘合剂组合物中,尤其是当粘合剂组合物预期在冷却和固化时相对无粘性时,诸如用于各种包装和装订应用以及现场发泡垫圈。蜡常用于在至多60重量%,或甚至小于约25重量%的浓度下改性粘度并减少粘性。可用的蜡可包括石蜡、微晶蜡、费托蜡、Mw小于3000的聚乙烯和聚乙烯的副产物。可能期望就高熔点蜡而言,蜡的浓度小于35重量%。在高于35重量%的蜡浓度下,可使用石蜡。
另外合适的是使用受限几何构形催化剂制得的超低分子量乙烯/α-烯烃共聚体,并且可称为均相蜡。此类均相蜡以及用于制备此类均相蜡的方法在下文实例中所示。相比于石蜡和结晶乙烯均聚物或共聚体蜡,均相蜡将具有1.5至2.5,或甚至1.8至2.2的Mw/Mn。
均相蜡可以为乙烯均聚物或乙烯和C3-C20α-烯烃的共聚体。均相蜡将具有小于6000,或甚至小于5000的数均分子量。此类均相蜡可具有至少800,或甚至至少1300的数均分子量。
均相蜡导致低聚合物和制剂粘度,但是特征在于结晶峰值温度,所述结晶峰值温度大于相同密度的对应的较高分子量材料的结晶峰值温度。在粘合剂应用中,结晶峰值温度的增加转换成增加的耐热性等,压敏粘合剂的改善的抗蠕变性,以及热熔性粘合剂的改善的SAFT。
其它添加剂
如本领域中所公知的,可加入各种其它组分以改性热熔性粘合剂的粘性、颜色、气味等。添加剂诸如抗氧化剂(例如,受阻酚(例如,IRGANOX1010和IRGANOX1076)、亚磷酸盐(例如,IRGAFOS168))、防粘连剂、颜料和填料也可包括在制剂中。可优选添加剂应该是相对惰性的,并对由均相线性或基本线性的共聚体、增粘剂和增塑油贡献的特性具有忽略不计的影响。
包括烯烃聚合物在内的其它潜在合适的粘合剂描述于美国专利7,199,180中,其公开内容全文以引用方式并入本文。
附加实例
合适的粘合剂的附加实例为指定为H2861和H20043F的产品,Bostik S.A.,Paris,France和/或Bostik,Inc.,Wauwatosa,WI的产品。一类认为适用于此类应用的热熔性粘合剂通常为高分子量聚合物与低分子量增粘剂和油的混合物。用于此类应用的典型的粘合剂可包含约35%分子量为80-250kg/mol的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物,和65%分子量在0.5-3kg/mol范围内的添加剂。
与特定粘合剂一起使用的弹性膜的有利配方
包括在一些粘合剂中的低分子量物质,例如,增塑剂,在高于其所在的混合物的玻璃化转变温度的温度下可以是相当流动的。例如,在由本文所设想类型的组分的混合物形成的粘合剂中,高分子量聚合物组分可具有例如约-50℃的玻璃化转变温度Tg,而低分子量组分可具有例如约80℃的玻璃化转变温度Tg;并且混合物的Tg可以为例如约15℃。在此类实例中,低分子量组分在高于15℃的温度下可以是相对流动的。在室温或体温下,这些低分子量物质在像这样的聚合物中的典型扩散系数(The Mathematics of Diffusion,JohnCrank,Oxford University Press,USA ISBN-10:0198534116)为大约10-13m2/s。
由于该流动性,当这些粘合剂与第二材料(例如,弹性体膜)接触时,如果低分子量物质溶于形成第二材料的聚合物,则所述低分子量物质可扩散入第二材料中。相反地,如果第二材料包含低分子量物质如增塑剂,则通过相同机制,那些也可扩散入粘合剂中。尽管无意于受理论的束缚,据信任一种类型的扩散可通过两种不同的机制降低粘附强度。
第一,其可改变粘合剂的组成。据信,当使用具有相对高含量的油的弹性体时,该效应更有可能。油扩散入粘合剂材料中可引起粘合剂聚合物的端块的不希望的聚合。
第二,如果更多材料扩散出而不是扩散入,则粘合剂可损失质量,类似于文献中已知的“移动标记”扩散实验(参见,例如,E.J.Kramer、P.Green和C.J.Palmstrom,Polymer(第25卷,第473-480页)(1984))。这有效地减少了存在的粘合剂材料的量,其一般对应于接合组件之间的降低的粘附性。
按照实验,据信用如本文所定义的增粘剂诸如/或增粘树脂替换弹性体膜的增塑剂中的一些,可处理并减少一种或两种机制的效应,所述增粘树脂如由Eastman ChemicalCompany,Kingsport,TN生产并以商标/商品名REGALREZ、REGALITE和EASTOTAC出售的;由Exxon Mobil Corp./ExxonMobil Chemical,Houston,TX生产并以商标/商品名ESCOREZ出售的;以及由Arakawa Europe GmbH,Schwalbach,Germany生产并以商标/商品名ARKON出售的等。
适用于该目的的增粘剂可具有80℃至150℃,更优选地90℃至145℃,或甚至更优选地100℃至140℃的环球软化点,0℃至100℃的玻璃化转变温度(中点),以及500g/mol至2000g/mol的分子量。
表5示出用于制备多种对照和改性膜样本的配方中的组分的重量百分比。S4033为氢化的SEEPS嵌段共聚物,可购自Pasadena,TX的Kuraray America,Inc.。S4033是已知的SEEPS嵌段共聚物。表5中的油是白矿物油,诸如DRAKEOL 600(Calumet SpecialtyProds.Partners,L.P.,Indianapolis,IN);HYDROBRITE 550(Sonneborn RefinedProducts,Parsippany,NJ),或KRYSTOL 550(Petro-Canada Lubricants,Inc.,Mississauga,Ontario,Canada)。REGALREZ 1126和REGALITE 1125是增粘剂,可获自Kingsport,TN的Eastman Chemical Company。PS 3190是聚苯乙烯均聚物,可购自NOVAChemical Company,Canada。ARKON P-140是增粘剂,可购自Arakawa Europe GmbH,Schwalbach,Germany。
样本16和17为对照样本。就样本18-21(改性的样本)而言,表5中可见各种增粘剂(REGALREZ 1126、REGALITE 1125或ARKON P-140)中的一种取代样本16和17中的油的一部分。
通过将热塑性组合物经狭缝模挤出以形成宽100mm和厚100μm的膜来制备样本16-21。所述热塑性组合物通过在具有挤出混合部的Leistritz(27mm)双螺杆挤出机中挤出材料而形成。首先,将油和SEEPS嵌段聚合物混合在一起,并且然后将聚苯乙烯和增粘剂(使用时)共混入该混合物中,然后将其送进该挤出机。挤出机中的温度通常在170-230℃的范围内。随后,使用ThermoFisher 20mm单螺杆挤出机将组合物形成为膜。ThermoFisher挤出机中的温度通常在170-230℃的范围内。
表5
在制备表5中所示的样本之后,使用两种不同的粘合剂制备其样本并使所述样本经受下文所述的慢剥离测试和剥离力测试。在表中,H2861和H20043F为Bostik S.A.,ParisFrance和Bostik,Inc.,Wauwatosa,WI的粘合剂产品。
据信慢剥离的较低值指示对在固定负载下的经老化样本随时间推移分离的较大抗性,因此,一般来讲,据信指示在储存之后,以及当置于持续负载下随时间推移(例如在制品的持续穿着期间在应变下的吸收制品的拉伸层合体)表现相对较好的膜-粘合剂组合。由表5中的数据,可知就这一点而言,样本18-20比样本16和17表现得显著更好。如所指出的,样本18-20具有增粘剂,所述增粘剂取代样本16和17中的油的部分。Bostic H20043F粘合剂看起来比Bostic H2861粘合剂与这些改性的膜一起表现更好。
据信剥离力的较大值指示较大的对分离或破损(增加负载)的抗性,并因此指示经老化样本的较强的初始粘结,以及较大的承受暂时力的能力(诸如在消费者拉伸制品的部分,诸如紧固构件或耳片以将其施用于穿着者的应用期间,在吸收制品的拉伸层合体中)。如表5中可见,在Bostic H20043F和改性膜的组合的情况下,一些改善是显然的,但在Bostic 2861和改性膜的组合的情况下,则相对缺少改善。在改性膜(样本18-21)和对照膜(样本16和17)的情况下,Bostic H20043F均表现出优异的粘附性。
前述数据表明,为维持粘附强度,膜和粘合剂的改善的组合包括改性膜(即,使增粘剂取代油),并可包括特定粘合剂如Bostic H20043F粘合剂以及具有有效可比的组分和特性的那些。
制品
在某些实施例中,所述膜和/或含膜层合体可并入制品(例如,尿布或训练裤),其中所述制品在预定的时间量中发挥预期的功能尤为重要。因此,合适的损坏时间值对于提供包含该膜的制品或制品组件比较不可能在使用中遭遇严重损坏的指征是至关重要的。
图1示出了处于平展未收缩状态(即,没有因弹性引起的收缩)的尿布200的示例性实施例。图1的一些部分被切除以更清楚地示出尿布200的结构。尿布200的面向衣服的外表面取向为朝向观察者,并且相对的面向穿着者的内表面取向为背离观察者。根据图1中示出的尿布200具有沿纵向延伸的纵向中心线211以及与其垂直的侧向中心线212。尿布200可包括第一腰区256、第二腰区258以及处于它们之间的裆区257。如图1所示,尿布200可包括液体可渗透的顶片230;与顶片230至少一部分接合(例如沿着尿布200的周边接合)的液体不可渗透的外覆盖件220;以及定位于顶片230和外覆盖件220之间的吸收芯组装件240。尿布200的面向穿着者的内表面可包括至少一部分顶片30和可接合到顶片30的其它组件。面向衣服的外表面可包括至少一部分外覆盖件220和可连接到外覆盖件220的其它组件。尿布200可包括弹性腰部组件260和扣紧系统。该扣紧系统可包括耳突部265,其连接于前腰区和后腰区256和258的至少其中之一并从该处横向向外伸出。在某些实施例中,可通过单元结构形成耳突部265和腰区256和/或258之一或两者,例如,通过以相同基底形成所述两个元件。耳突部265可包括扣紧插片270,其从该处横向向外延伸。扣紧插片270可包括扣紧元件,其与尿布200的另一部分是可扣合的。“可扣合的”是指一种元件被构造成通过产生缠结型机械粘结与另一元件相结合。与本文所公开的撕裂抗性膜一起使用的合适的吸收制品的非限制性例子可见于美国专利3,860,003;4,808,178;4,909,803;5,151,092;5,221,274;5,554,145;5,569,234;5,580,411;6,004,306;7,626,073;美国公布2007/0249254;以及2011年2月14日由Mansfield提交的,名称为“Absorbent Article With Tear ResistantComponents”的共同未决的美国序列号13/026,563,并进一步认定为P&G代理人案卷号11995中。
测试方法
综述
除非另行标明,本文的测试方法的环境条件包括23℃±2℃的温度。在一些情况下,除了膜材料之外,待测试的样本还可包括的一个或多个材料层(例如取自可商购获得的制品的样本)。在这样的情况下,将该膜精心地与材料的其它层相分来避免对该膜的损害。如果所述膜由于膜与其它材料分开而损坏(即,撕裂、切割、穿孔等),则丢弃样本并获得另一个未损坏的样本。
滞后
滞后测试根据ASTM D882-02使用线触夹持件(line-contact grip)和负载-保持-未负载的次序进行,具有下文描述的例外和/或条件。提供了图10以示出应力-应变曲线的一部分,其包括滞后测试期间产生的L200值(即,负载期间在200%应变下的工程应力)和UL50值(即,未负载期间在50%应变下的工程应力)。运行一次负载-未负载循环。
·样本宽度:25.4mm
·标距:25.4mm
·测试速度:4.233mm/s
·温度:22–24C
·施用位移:50.8mm(200%工程应变)
·在该施用位移下的保持时间:30秒
·如果夹持件设计并不容纳50mm的额外样本长度(标示于ASTMD882-02的第6.1部分),则制备样本使其长度允许夹持适当的标距而不干扰该夹持件的其它部分。在这一情况下,必须加以小心来以适当的对齐方式、抓持和标定(gauge definition)安装该样本。
记录如下:
·负载片段期间在200%工程应变下的工程应力(L200)
·负载片段期间在50%工程应变下的工程应力(UL50)
·在力减小至低于0.05N的未负载期间的工程应变(Ls)。
工程应变(e)被定义为
e=(L-L0)/L0=z/L0
其中:
·L0为标距(即,当未变形样本安装在夹持件中时,夹持接触线之间的距离)。本实例中的L0为10mm。
·夹持位置L是拉伸测试期间介于夹持接触线之间的距离。
·位移z定义为z=L-L0。
工程应变速率是工程应变的一阶导数,以s-1为单位表示。用于计算工程应变速率的便利公式为:
其中:
v和L0分别为一个夹持件相对于另一个移动的速率,以及样本的标距。因此,滞后测试施加的工程应变速率为[(4.233mm/s)/25.4mm]=0.167s-1
随后以Ls定义永久变形率,其表达成在施用位移下的工程应变的比例。例如,如果将200%的工程应变施用于该样本,并且其在未负载期间在20%的工程应变下松弛,则永久变形率计算为20%/200%=0.10=10%。
当使用滞后测试来确定材料是否满足本文定义中描述的“弹性的”或“塑性的”的定义时,使用了12.7mm的施用位移(即,50%的工程应变)。
基重(质量每单位面积)
各膜的基重根据INDA Standard Test WSP 130.1(09)加以测量。全部调整和测试在23±2℃的大气下以及50±5%的相对湿度下进行。
以克每平方(gsm)精确至3位有效数字来报道5组样本的平均值以作为平均基重。如果可用材料的尺寸小于方法所指示的,则进行样本的尺寸和质量的最适当确定。
有效平均厚度
该膜的有效平均厚度通过平均基重如下计算:
有效平均厚度=平均基重/密度
单位:
厚度:微米(μm)
基重:gsm
密度=0.92克每cm3(g/cc)
以微米(μm)精确至3位有效数字报道结果。
透气率测试
基底(例如,膜、层合体或制品组件)的透气率通过测量由明确的压力降所驱动的标准条件化空气穿透测试样本的流速而加以测定。该测试尤其适用于对气体具有较高渗透性的材料,例如非织造物、开孔膜等。使用了ASTM D737,进行如下改动:
使用了TexTest FX3300设备或其等同物,其可购自Textest AG,Switzerland或购自Spartanburg SC,USA的Advanced Testing Instruments ATI。遵循了在用于气密性测试和功能与校准检查的TEXTEST FX 3300透气率测试者手册的操作指导中描述的程序。如果使用了不同的设备,则根据制造商的说明制订了类似的气密性和校准规程。
将测试压降设定为125帕斯卡,并且使用5cm2面积的测试头(型号FX3300-5)。在根据TEXTEST FX 3300透气率测试者手册的操作指导中给出的程序对样本作出的测量后,精确至三位有效数字来记录结果。计算了这一样本的5组透气率数据的平均值(以m3/m2/分钟计)并报道为透气率值。
差示扫描量热法(DSC)
DSC测试用于测量聚合物的熔融温度(Tm)。通过根据ASTM D3418-08进行的DSC测量来测定Tm(注意Tm是指该ASTM方法中的Tpm),不同的是使用了图2中示出的时间-温度曲线进行测量。以20℃/min的加热速度进行校准。如图2中示出,温度特征图可包括在时间=30-42分钟时的特征图的非线性部分301。非线性部分301是该仪器的冷却性能限制的体现。已经认识到这一偏离标称冷却速度的偏差对于观测到的熔融曲线可能具有温和的影响,但是本文全部DSC数据遵循相同的特征图。
慢撕裂测试(损坏时间)
慢撕裂测试的目的是测量具有凹口的膜样本的损坏时间。据信慢撕裂测试提供具有撕裂、孔或其它缺陷的膜抵抗撕裂、孔或缺陷增长的程度的指示,并且具体地测量保持在37.8℃和150%的工程应变下的具有凹口的膜样本的损坏时间。
设置
·标距:25.4mm
·样本宽度:25.4mm
·凹口长度:2mm(单边凹口)
·测试温度:37.8℃
·施加的工程应变:150%(即施加并保持38.1mm的位移。)
·施加的变形的方向:在制品正常使用期间所述膜将进行应变的相同方向。
样本制备
提供图3以示出样本制备的特定方面。在切割垫上,将膜材料置于复印纸片之间。纸的顶片具有印刷在其上的线以有利于将样本600切割成正确的尺寸和正确的凹口610长度。锋利的X-ACTO牌刀片和直尺用于制备样本600。切割样本600使得其具有25.4mm的宽度615和适用于将样本负载到夹持件中的长度616,并且足以提供25.4mm的标距而不会不可取地干扰测试。从样本600的侧边缘611向内延伸并与其垂直来切割2mm凹口610。在该特定实例中,样本600的宽度615和长度616分别与纵向750和横向760重合,如图5所示,使得测试期间样本变形的方向为横向760。
夹持件
将图4所示类型的线接触夹持件500用于该测试。选择线型夹持件500以提供良好限定的标距并避免过度滑移。样本被定位使得其具有最小松弛并使凹口中心位于夹持件之间。研磨夹持件500的尖端507以赋予良好的标距限定同时避免损坏或切割样本。研磨尖端以提供在0.5-1.0mm范围内的半径。一个或两个夹持件500的一部分可被构造成包括减少样本滑移趋势的材料507(例如,一片肖氏硬度A介于50和70之间的氨基甲酸酯或氯丁橡胶)。图6示出适用于本文的一对相对夹持件700。
设备
将所述夹持件安装在框中(例如,Chatillon MT 150L或类似物),所述框使得一个夹持件相对于另一个手动移动。量块用于建立样本负载和样本测试的精确夹持位置。将整个框安装在配备有温控设备的室中,所述温控设备非常适用于将紧邻样本的空气温度保持在37.8℃。
图7示出用于进行慢撕裂测试的示例性设备800。如图7所示,装置800设置在温控室中并包括上夹持件701、下夹持件702、用于精确定位至少下夹持件702的量块720、以及用于监测室中温度的热电偶710。力传感器715与上夹持件701机械连通地部署。力传感器715包括能够进行期望的力测量但没有显著漂移、噪音等的适宜的优质信号调节器。选择力传感器以提供足够的分辨率来确定样本的最终损坏出现的时间。来自信号调节器的输出连接至模数转换器,所述模数转换器与计算机连接以允许在测试期间的数据采集。在样本被延长时和在其初始力衰减期间,力数据以至少一个数据点每秒的频率取样。后续数据取样的频率必须足以由数据来确定样本的损坏时间,并精确到样本实际损坏时间值的5%范围内。时间=0被分配给样本被延长150%之后的第一数据点(即,完成延伸之后1秒)。
测试
夹具间距(即,标距)设定为25.4mm并插入样本使得夹持件在样本上形成清楚限定的接触线。如果表面粘著性使其难以安装样本,则可使用粉末如玉米淀粉来减轻粘性。将夹持件螺栓拧紧以提供牢固夹持,但不切割样本。关闭温度室门以使温度在目标温度下平衡两分钟。开始数据采集。如图8所示,经过5秒的时间段(即,从时间=-6至时间=-1),对样本施加期望的位移(38.1mm)。图8示出图表1000,所述图表示出在一秒时间间隔下在测试期间收集的时间对力数据。如本文所用,“损坏时间”是指样本破裂,并且力达到其未负载基线值时的时间。
高速拉伸测试
高速拉伸测试用于测量样本在相对高应变速率下的拉伸强度。所述方法使用合适的张力检验器如购自MTS Systems Corp.,Eden Prairie MN的MTS 810,或等同物,其配备有能够使速度在行进28mm之后超过5m/s并在行进40mm之后接近6m/s的伺服液压式致动器。所述张力检验器配有50lb。力传感器(例如,以产品编号9712B50(50lb)购自Kistler NorthAmerica,Amherst,NY)和带有双重模式放大器的信号调节器(例如,以产品编号50l0购自Kistler North America)。合适的夹持件(如上所述那些)可用于在拉伸测试期间固定样本。
以上文对于慢撕裂测试所述的相同方式制备尺寸为19mm宽×16.5mm长的膜样本。测量每个样本的质量并精确到±0.1mg内,并且测量每个样本的长度并精确到±0.1mm内。将拉伸夹持件移动至10毫米的夹具间距(即样本和夹持件表面之间的接触线之间的距离)。将样本安装到夹持件中,任选使用粉末如玉米淀粉(以在样本称重之后,消除样本的粘性)和薄胶带片,以在安装到夹持件中时帮助样本保持直且平(如果使用,则胶带必须保持在夹持线后面,使得其在测试期间不妨碍样本的标距)。夹持件移动到一起以在膜样本中放入尽可能多的松弛,但不使所述夹持件彼此干扰。选择致动器移动使得样本在断裂时遇到介于5米/秒和6米/秒之间的夹持件速度。通常,在测试期间,使夹持件之一保持静止,并且使相对的夹持件移动,但是本文还可以想到两个夹持件均移动的实施例。
图9示出了如具有两条曲线1110和1120的图表1100所表述的合适的示例性变形方案。第一曲线1110示出致动器速度(即,一个夹持件远离另一个夹持件移动的相对速度)对工程应变的曲线图箭头1111指向用于该曲线图1110的y轴。第二曲线1120示出工程应力对工程应变的曲线图,并使用左侧y轴,如由箭头1121所指示的。使用Nicolet Integra Model10,4通道1Ms/s,12位数字化仪示波器,以设定为40kHz的数据采集频率记录测试期间生成的力和致动器位移数据。使用以下关系,可将所得的力数据表示为工程应力,单位为兆帕(MPa)。
工程应力定义为:
其中:
F为力,单位为牛顿,并且
A为样本的横截面积(m2),计算为:
其中:
质量和长度为如上所述单个样本的测量值,并且分别以千克和米为单位表示。
ρ为样本的密度,对于主要为非氢化或氢化的苯乙烯嵌段共聚物的弹性体而言,分别被认为是950或920kg/m3。这些值基于本领域技术人员所已知的常规方法(密度梯度柱或阿基米德原理的应用)所确定的类似弹性体的历史标准并据信对于本申请所述的样本精确到5%范围内。
工程应变(e)被定义为
e=(L-L0)/L0=z/L0
其中:
·L0为标距(即,当未变形样本安装在夹持件中时,夹持接触线之间的距离)。本实例中的L0为10mm。
·夹持位置L是拉伸测试期间介于夹持接触线之间的距离。
·位移z定义为z=L-L0。
工程应变速率是工程应变的一阶导数,以s-1为单位表示。用于计算工程应变速率的便利公式为:
其中:
v和L0分别为一个夹持件相对于另一个移动的速率,以及样本的标距。
高速拉伸强度为精确到3位有效数字报道的由样本承受的最大工程应力。
凹口高速拉伸测试
本方法用于测量在相对高应变速率下的具有凹口的样本的拉伸强度,并以与上述高速拉伸测试相同的方式进行,不同的是在运行前,在样本中切割1mm边缘凹口。所述凹口以与上文在慢撕裂测试中所述相同的方式切割(即,垂直于样本的侧边缘)。所述样本安装有最小松弛且凹口中心位于夹持件之间。
凹口高速拉伸强度为精确到3位有效数字报道的由样本承受的最大工程应力。
慢剥离和剥离力
所需材料
模型粘合体:McMaster-Carr 8567K32或类似物,McMaster-Carr,Elmhurst,IL。聚对苯二甲酸乙二酯膜,厚度为70-80微米。必须满足下文样本准备部分中所述的可润湿性标准。
粘合剂:Bostik NoCreep(H20043F),Bostik,Inc.,Wauwatosa,WI。
切割垫:McMaster-Carr 70875A65或类似物。
防粘纸:单侧涂敷的FRA-202,购自Fox River Associates或类似,Fox RiverAssociates,LLC,Geneva,IL。
打印纸:Hammermill Copy Plus或类似(用于复印和激光打印),InternationalPaper,Memphis,TN。
表面张力试剂和棉签:Diversified Enterprises,Claremont,NH。
用于慢剥离抗性测试的双面胶带:3M型“9589”。例如,McMaster-Carr 77185A25。任何类似的胶带均是合适的,前提条件是其将模型粘合体牢固地保持到金属背衬板上用于慢剥离抗性测量。
用于慢剥离抗性测试的金属板:不锈钢钢板,厚度为约1.5mm。McMaster-Carr1421T13或类似物,切割成合适的尺寸。
工具
具有温控加热板的液压式压机:Carver型号3853-0或类似,Carver,Inc.,Wabash,IN。
手动辊:HR-1004.5lb(2040g)或类似,ICHEMCO s.r.l.,via 11Settembre,520012Cuggiono(MI),Italy。该辊具有钢芯与肖氏硬度A 80的硅橡胶覆盖件。两个腿延伸超过辊的圆周以防止在长期储存辊时橡胶中的平点。这些辊满足PSTC Appendage B,PSTC/AFERA/ISO/JATMA Harmonized测试方法的要求。
用于慢剥离抗性测试的夹持件:装订夹,宽度1.25",McMaster-Carr12755T73或类似。
用于慢剥离抗性测试的重量致动定时器:ChemInstruments“Shear Tester”,型号001816,或类似(当砝码落在其上时,定时器停止),ChemInstruments,Inc.,Fairfield,OH。
样本制备
1.将压机板加热至193℃,并就续整个样本制备程序而言,将其保持在该温度。
2.所有其它样本制备均在实验室中在22℃+/-2℃的环境温度下进行。
3.粘合剂施用于其上的模型粘合体的侧面应当具有42dyn/cm或更大的润湿张力,如ASTM D2578-09中所述。试剂和棉签的来源如材料部分所指示的。
4.通过适当称量具有已在适当精度和准度下测量的尺寸的代表性样本来测定模型粘合体的基重。
5.对于以下步骤,参见表6和图11。测试期间,沿表6中所指示的“长度”方向加载粘合剂接点。
6.切割2片防粘纸,将其尺寸设定成在模塑加工期间适合压机并覆盖板。将约0.1克粘合剂(该量可能需要如下文步骤8中所述进行调节)靠近一个片材(防粘侧向上)的中心放置并用模型粘合体的65mm×120mm片材覆盖,分别沿模型粘合体的TD和MD测量。用防粘纸的顶层(防粘侧向下)覆盖。将整个叠层置于压机中。致动压机,使加热的板与叠层接触,然后逐渐(经过约10秒)施加正好足够的压力,以使得粘合剂均匀分散在期望的制备长度和宽度上(参见图11和表6指定的样本尺寸)。
7.从压机中除去叠层。快速置于7mm厚的平坦金属板之间,其中侧向尺寸足以将样本的部分与粘合剂压在一起并保持,直至粘合剂冷却至20-35℃。
8.除去防粘纸的顶层。使用exacto刀片、钢制直尺和切割垫,将样本切割成表中所指示的适当“制备尺寸”。使用大部分由粘合剂均匀覆盖的模型粘合体部分,对于该测试件,通过模型粘合体目视测定。除去防粘纸。称量粘合剂/模型粘合体复合材料。使用表6中指示的制备尺寸,计算粘合剂/模型粘合体复合材料的基重。从粘合剂/模型粘合体复合材料的基重中减去模型粘合体的基重,以确定粘合剂的基重。
9.重复步骤3-8,根据粘合体调节压机压力、粘合剂量和粘合剂的初始布置,直至粘合剂均匀涂覆到粘合体上,并且其基重为22.5gsm+/-2.5gsm,如表6中所指示的。
10.使用一张打印纸,以在介于如表6中所指示的“制备长度”和“测试长度”之间的样本的一端处阻隔粘合剂的部分。这形成粘合接头的断裂以有助于引发用于测试的剥离。在后续测试期间将纸留在粘合剂上。
11.使用符合ASTM D1876-08中给出的避免污染标准的程序。
12.切割一片所需弹性体膜,所述弹性体膜具有比制备长度和宽度分别大25mm的长度和宽度。将其铺设在切割垫上。小心地将模型粘合体铺设到弹性体膜上,粘合剂侧向下。在一端处开始,使膜和粘合剂之间夹带的空气最小化。确保将弹性体膜放置成覆盖所有粘合剂区,并足够延伸远超出制备长度的纸材端,以允许在后续测试期间夹持。用一片防粘纸覆盖。使用辊将弹性体和粘合剂压在一起,沿样本的制备长度完成10次往复循环。使用对于每次制备长度的行程而言需要约1秒的轧制速度。除了由辊的重量施加的压力之外,不对样本施加附加压力。
13.使用exacto刀片、钢制直尺和切割垫,将样本修剪成表6中所指示的适当测试宽度。
14.将样本在60℃下老化17小时+/-1小时。
15.将样本冷却至23C+/-2C的温度,并在30分钟内开始测试。
16.就慢剥离测试而言,多层办公室级胶带可用于“积累”靠近其自由端的弹性体膜厚度,以赋予夹持件“楔形”部分,从而降低其在测试期间滑移的可能性。
17.施用适当的剥离测试步骤(参见下文“剥离力”和“慢剥离”)。
表6
剥离力
该测试测量将弹性体膜从模型粘合体中剥离所需的力的量。使用ASTM D1876-08,使用以下参数。应该运行三个或更多个样本。剥离力是三个样本的平均值。
·部分4.1.3:除了其它标准之外,夹持件还可容纳具有15mm长度的未粘结端的样本。
·部分5.2:样本尺寸为60mm×29mm宽,其具有45mm的粘结长度,赋予15mm长度的粘结端。
·部分6.1:如样本制备部分中所述制备并调节样本。
·部分7.1:使用0.1mm/s(6mm/分钟)的夹头速度。
·部分7.3:在初始峰值之后,在至少25mm长度的粘结线范围内测定剥离抗性。
·部分9.1.4:粘合剂层的平均涂层重量如样本制备部分中所给出的。
慢剥离
该测试通过测量在180度剥离测试中负载有300克重量时,剥离距离横贯样本的测试长度(参见样本制备部分)所需的时间量。必须加以小心,夹持件和砝码在测试期间不刮擦样本。参见图12A和12B。如果需要具有较长柄部的夹持件,则可使用较大的装订夹(例如2"夹具,如McMaster-Carr 12755T74)。将慢剥离抗性记录为三个样本的平均值。
1.该测试在37.8℃的温度下运行。使用合适的封装件或室来放置设备,在热平衡和测试期间保持37.8C(100F)+/-1℃的温度。
2.如样本制备部分中所述制备并老化样本(模型粘合体、粘合剂和弹性体膜)。
3.使用双面胶带以将样本安装到刚性金属背衬上。
4.将样本组件(金属板、双面胶带和样本)安装到设备中。
5.将粉末(玉米淀粉或滑石粉)施用到弹性体的自由面上以防止在测试期间弹性体自身粘着。
6.使样本组件热平衡10分钟。
7.将夹持件和砝码施加到弹性体膜的未粘结端并启动定时器。
8.使力致动定时器位于砝码下方,以记录剥离距离贯穿样本的测试长度和弹性体膜以及砝码掉落时的时间。
9.样本的“慢剥离抗性”按照剥离时间除以测试长度给出,并以秒/微米为单位表示。例如,需要4小时(14,400秒)来剥离50mm(50,000μm)距离的样本可具有0.288秒/微米的剥离抗性。相反地,其可表达样本表现出在慢剥离测试中以3.47μm/sec的速率剥离分离(所述单位用于报道表6中特定样本的结果)。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确值。相反,除非另外指明,否则每个这样的量纲旨在表示所引用的值和围绕那个值的功能等效的范围。例如,本发明所公开的尺寸“40mm”旨在表示“约40mm”。另外,本文所述的性能可包括一个或多个数值范围。应当了解这些范围包括所述范围内的每个值,即使所述范围内的单个值可能未明确地公开。
本公开的具体实施方式中引用的所有文献均以引用方式以相关部分并入本文;任何文献的引用不应理解为承认其是相对于本发明的现有技术。当本文献中术语的任何含义或定义与引入本文以供参考的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时,将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。
虽然举例说明和描述了本发明的具体实施例,但是对本领域的技术人员将为明显的是,在不脱离本发明的实质和范围的情况下,可做出各种其它改变和修改。因此在所附权利要求中旨在涵盖在本发明的范围内的所有此类改变和修改。

Claims (16)

1.一种结构,所述结构包括弹性体膜层和与其接触的粘合剂,其中所述弹性体膜层包含:
53至65重量%的SEEPS弹性体嵌段共聚物,所述SEEPS弹性体嵌段共聚物具有异戊二烯和丁二烯的氢化共聚物的类橡胶中段;
所述结构的特征在于,所述弹性体膜还包含:
8至15重量%的热塑性聚合物添加剂;
10至20重量%的增粘剂;和
10至20重量%的增塑剂;
其中所述粘合剂包含:10至45重量%的嵌段共聚物;40至80重量%的增粘剂;和至多15重量%的增塑剂。
2.一种结构,所述结构包括弹性体膜层和与其接触的粘合剂,其中所述弹性体膜层包含:
53至65重量%的SEEPS弹性体嵌段共聚物,所述SEEPS弹性体嵌段共聚物具有异戊二烯和丁二烯的氢化共聚物的类橡胶中段;
所述结构的特征在于,所述弹性体膜还包含:
8至15重量%的热塑性聚合物添加剂;
10至20重量%的增粘剂;和10至20重量%的增塑剂,其中
所述粘合剂包含:
乙烯与丙烯或α-烯烃的至少一种均相聚烯烃共聚物;
至多60重量%的增粘剂;和
至多15重量%的增塑剂。
3.根据前述权利要求中任一项所述的结构,其中所述增粘剂具有500g/mol至2000g/mol的分子量Mn。
4.根据权利要求1或2所述的结构,其中所述增塑剂选自合成和天然油及其氢化型式;低分子量聚合物;石油衍生的蜡;以及它们的混合物。
5.根据权利要求4所述的结构,其中所述合成和天然油及其氢化型式选自环烷油,石蜡油,植物油,动物油,以及它们的混合物。
6.根据权利要求4所述的结构,其中所述低分子量聚合物选自烯烃低聚物。
7.根据权利要求1或2所述的结构,其中所述热塑性聚合物添加剂包含选自聚苯醚和乙烯基芳烃聚合物的组合物,所述乙烯基芳烃聚合物衍生自包括下列的单体:苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、其它烷基苯乙烯衍生物、以及它们的混合物。
8.根据权利要求7所述的结构,其中所述乙烯基甲苯包括对甲基苯乙烯。
9.一种结构,所述结构包括弹性体膜层和与其接触的粘合剂,其中所述弹性体膜层包含:
SEEPS弹性体嵌段共聚物,所述SEEPS弹性体嵌段共聚物具有异戊二烯和丁二烯的氢化共聚物的类橡胶中段;
热塑性聚合物添加剂;
大于所述弹性体膜层的7重量%的量的增粘剂;和
增塑剂;
其中所述粘合剂包含:10至45重量%的嵌段共聚物;40至80重量%的增粘剂;和至多15重量%的增塑剂。
10.一种结构,所述结构包括弹性体膜层和与其接触的粘合剂,其中所述弹性体膜层包含:
SEEPS弹性体嵌段共聚物,所述SEEPS弹性体嵌段共聚物具有异戊二烯和丁二烯的氢化共聚物的类橡胶中段;
热塑性聚合物添加剂;
大于所述弹性体膜层的7重量%的量的增粘剂;和增塑剂,其中所述粘合剂包含:
乙烯与丙烯或α-烯烃的至少一种均相聚烯烃共聚物;
至多60重量%的增粘剂;和
至多15重量%的增塑剂。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的结构,其中所述增粘剂具有500g/mol至2000g/mol的分子量Mn。
12.根据权利要求9或10所述的结构,其中所述增塑剂选自合成和天然油及其氢化型式;低分子量聚合物;石油衍生的蜡;以及它们的混合物。
13.根据权利要求12所述的结构,其中所述合成和天然油及其氢化型式选自环烷油,石蜡油,植物油,动物油,以及它们的混合物。
14.根据权利要求12所述的结构,其中所述低分子量聚合物选自烯烃低聚物。
15.根据权利要求9或10所述的结构,所述结构表现出不大于2.0μm/s的慢剥离抗性。
16.根据权利要求9或10所述的结构,所述结构表现出大于5.0N/mm的剥离力。
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