DE112018000261T5

DE112018000261T5 - Poröses polyestermaterial

Info

Publication number: DE112018000261T5
Application number: DE112018000261.6T
Authority: DE
Inventors: Ryan J. McEneany; Yuewen Xu
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-10-24
Also published as: AU2018214803A1; RU2761619C2; KR20190105038A; GB2573246B; RU2019123619A; RU2019123619A3; US11154635B2; BR112019014280A2; WO2018144241A1; AU2018214803B2; CN110177583B; GB2573246A; WO2018144241A4; CN110177583A; KR102548677B1; US20190343978A1; GB201911673D0; BR112019014280B1

Abstract

Ein Polymermaterial, das eine thermoplastische Zusammensetzung beinhaltet, die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, wird bereitgestellt. Das Copolyetherester-Elastomer ist in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt. Ein poröses Netzwerk ist in der thermoplastischen Zusammensetzung definiert, das eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Erhebliche Anstrengungen wurden unternommen, um Polymermaterialien mit geringer Dichte zu produzieren, um die Nutzung der natürlichen Ressourcen und die Verringerung der CO2-Emissionen in Fertigprodukten zu verbessern. Eine typische Herangehensweise zum Produzieren solcher Materialien mit geringer Dichte ist Schäumen des Polymers mithilfe chemischer Treibmittel, die glasgefüllte Poren durch die Masse erzeugen. Chemische Treibmittel sind Verbindungen, die chemischen Reaktionen unterzogen werden, die Gas freisetzen, das die Porenstruktur durch die Masse des Polymers erzeugt. Physikalische Treibmittel sind normalerweise komprimierte Gase, die im Polymer verteilt sind und sich ausdehnen und dadurch die Poren erzeugen. Unabhängig davon induzieren typische Schäumvorgänge niedermolekulare Ausrichtung, da die Porenbildung passiert, wenn das Polymer im geschmolzenen Zustand ist. Dies verhindert eine Kaltverfestigung des Polymers, die normalerweise bei Temperaturen weit über der Schmelztemperatur oder Glasübergangstemperatur des Polymers erfolgt, wodurch Produkte mit geringer mechanischer Festigkeit entstehen. Außerdem erzeugen typische Schäumvorgänge normalerweise größere Zellgrößen, wie z. B. größer als 100 µm. Dies verringert die Schmelzfestigkeit, was zu Unterbrechungen bei Hochgeschwindigkeitsproduktionsprozessen mit hohen Verformungsraten (z. B. Faserspinnen, Filmbildung, Formen usw.) führt.
Daher besteht ein Bedarf an verbessertem Polymermaterial, das porös ist.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Polymermaterial (z. B. Faser, Folie, geformter Artikel usw.) offenbart, der eine thermoplastische Zusammensetzung umfasst. Die Zusammensetzung enthält eine kontinuierliche Phase, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet. Das Copolyetherester-Elastomer ist in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt. Ein poröses Netzwerk ist in der thermoplastischen Zusammensetzung definiert, das eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Polymermaterials offenbart, das das Ausbilden einer thermoplastischen Zusammensetzung umfasst, die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, das in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist; und Ziehen der thermoplastischen Zusammensetzung im Festkörperzustand, um ein poröses Netzwerk darin auszubilden, wobei das poröse Netzwerk eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Faser offenbart, das das Ausbilden einer thermoplastischen Zusammensetzung umfasst, die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, das in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist; Extrudieren der Zusammensetzung durch eine Kapillare, um die Faser auszubilden; und Ziehen der Faser bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Schmelztemperatur des Polyesters, wodurch ein poröses Netzwerk ausgebildet wird, das eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Figurenliste
Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, die an Durchschnittsfachleute gerichtet ist, wird im Rest der Beschreibung genauer beschrieben, die auf die angefügten Figuren Bezug nimmt:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines saugfähigen Artikels, der das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung einsetzen kann;
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Prozesses, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um ein Polymermaterial auszubilden;
3 ist ein SEM-Mikrofotogramm der Faserprobe von Beispiel 2; und
4-5 sind SEM-Mikrofotogramme der Faserprobe von Beispiel 3.

Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Patentschrift und den Zeichnungen soll gleiche oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung darstellen.
Ausführliche Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen
Nun wird im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele nachfolgend beschrieben werden. Jedes Beispiel dient der Erklärung der Erfindung, nicht hingegen der Beschränkung der Erfindung. Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform oder Figur veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer weiteren Ausführungsform oder Figur verwendet werden, sodass sich noch eine weitere Ausführungsform ergibt. Somit wird beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifizierungen und Varianten als innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallend abdeckt.
Allgemein gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein Polymermaterial (z. B. Folie, Fasermaterial, geformter Artikel usw.), das durch Ziehen einer thermoplastischen Zusammensetzung (z. B. Ziehen im Festkörperzustand), die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, ausgebildet wird. Aufgrund seines Molekulargewichts und seiner Viskosität kann das Elastomer in der kontinuierlichen Phase als diskrete, nanoskalige Phasendomänen verteilt werden. Ferner enthält das Copolyetherester-Elastomer im Allgemeinen mehrere harte und weiche Segmente. Das Vorhandensein von harten Segmenten im Elastomer kann dazu beitragen, die Bildung von Bereichen zu erleichtern, während das Vorhandensein weicher Segmente die Flexibilität verbessern und außerdem das Ablösen während der Porenbildung erleichtern kann.
Diesbezüglich haben, wenn die Zusammensetzung einer Verformung und Dehnbelastung ausgesetzt ist (z. B. während des Ziehens), die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass die nanoskaligen Phasenbereiche, die durch das Copolyetherester-Elastomer ausgebildet werden, auf eine einzigartige Weise interagieren können, um ein Netzwerk von Poren zu erzeugen. Es wird nämlich angenommen, dass Dehnbelastung intensive lokale Scherzonen und/oder Spannungsintensitätszonen (z. B. normale Spannungen) in der Nähe der diskreten Phasenbereiche infolge von Spannungskonzentrationen initiieren können, die aus der Inkompatibilität des Copolyetherester-Elastomers und des Polyesters resultieren. Diese Scher- und/oder Spannungsintensitätszonen bewirken eine gewisse anfängliche Ablösung im Polyester neben den Bereichen. Sobald erste Poren ausgebildet sind, kann der Polyester, der sich zwischen den Bereichen befindet, sich plastisch verformen, um interne gedehnte Bereiche zu erzeugen, die sich lokal verschmälern (oder verengen) und kaltverfestigen. Dieser Prozess ermöglicht die Bildung von Poren durch die Masse der Zusammensetzung, die in die Dehnrichtung wachsen, was zur Bildung eines porösen Netzwerks führt, während die molekulare Ausrichtung zu Kaltverfestigung führt, die die mechanische Festigkeit verbessert. Ferner können, aufgrund der Flexibilität des Copolyetherester-Elastomers, die Poren auch in einer homogeneren Weise in der gesamten Zusammensetzung verteilt werden.
Durch die oben angegebenen Techniken kann ein stabiles poröses Netzwerks im Polymermaterial ausgebildet werden, sodass das durchschnittliche prozentuale Volumen, das durch die Poren in einem bestimmten Einheitsvolumen des Materials belegt wird, von etwa 15 % bis etwa 80 % pro cm³, in einigen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 70 % und in einigen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 60 % pro Kubikzentimeter des Materials sein kann. Bei einem solchen Porenvolumen kann die Zusammensetzung eine relativ geringe Dichte haben, wie z. B. etwa 1,3 g/cm³ oder weniger, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,4 bis etwa 1,1 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 0,9 g/cm³. Ein erheblicher Teil der Poren im porösen Netzwerk hat außerdem eine „nanoskalige“ Größe („Nanoporen“), wie z. B. solche, die eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 800 Nanometer oder weniger, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 700 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 500 Nanometer haben. Der Begriff „Querschnittabmessung“ bezieht sich allgemein auf eine charakteristische Abmessung (z. B. Breite oder Durchmesser) einer Pore, die im Wesentlichen orthogonal zu ihrer Hauptachse (z. B Länge) und ebenso normalerweise im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Spannung ist, die während des Ziehens aufgewandt wird. Die Nanoporen können außerdem eine durchschnittliche axiale Abmessung in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 5000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 50 bis etwa 2000 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 1000 Nanometer haben. Die „axiale Abmessung“ ist die Abmessung in der Richtung der Hauptachse (z. B. Länge), die normalerweise in der Richtung des Ziehens ist. Solche Nanoporen können z. B. etwa 15 Volumen-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 20 Volumen-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen von etwa 30 Volumen-% bis 100 Volumen-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 40 Volumen-% bis etwa 90 Volumen-% des gesamten Porenvolumens im Polymermaterial darstellen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt genauer beschrieben.
Thermoplastische Zusammensetzung
Polyester
Wie oben angegeben, enthält die thermoplastische Zusammensetzung eine kontinuierliche Phase, in der ein Copolyetherester-Elastomer verteilt ist. Die kontinuierliche Phase enthält ein oder mehrere Polyester und stellt normalerweise von etwa 60 Gewichts-% bis etwa 99 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 75 Gewichts-% bis etwa 98 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 80 Gewichts-% bis etwa 95 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung dar. Jedweder einer Vielzahl von Polyester kann in der kontinuierlichen Phase eingesetzt werden, wie z. B. aliphatische Polyester, wie z. B. Polycaprolacton, Polyesteramide, Polymilchsäure (PLA) und ihre Copolymere, Polyglycolsäure, Polyalkylencarbonate (z. B. Polyethylencarbonat), Poly-3-hydroxybutyrat (PHB), Poly-3-hydroxyvalerat (PHV), Poly-3-hydroxybutyrat-co-4-hydroybutyrat, Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat-Copolymere (PHBV), Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyhexanoat, Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyoctanoat, Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxydecanoat, Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyoctadecanoat und aliphatische Polymere auf Succinat-Basis (z. B. Polybutylen-Succinat, Polybutylen-Succinat-Adipat, Polyethylen-Succinat usw.); aliphatisch-aromatische Copolyester (z. B. Polybutylen-Adipat-Terephthalat, Polyethylen-Adipat-Terephthalat, Polyethylen-Adipat-Isophthalat, Polybutylen-Adipat-Isophthalat usw.); aromatische Polyester (z. B. Polyethylen-Terephthalat, Polybutylen-Terephthalat usw.); und so weiter.
In bestimmten Fällen kann die thermoplastische Zusammensetzung mindestens einen Polyester enthalten, der starrer Art ist, wie z. B. Polyethylen-Terephthalat oder Polymilchsäure, und daher eine relativ hohe Glasübergangstemperatur aufweist. Die Glasübergangstemperatur („T_g“) kann zum Beispiel etwa 0 °C oder mehr, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 °C bis etwa 120 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa 30 °C bis etwa 110 °°C und in einigen Ausführungsformen von etwa 50 °C bis etwa 100 °°C sein. Der Polyester kann außerdem eine Schmelztemperatur von etwa 140 °°C bis etwa 320 °°C, in einigen Ausführungsformen von etwa 150 °°C bis etwa 300 °°C und in einigen Ausführungsformen von etwa 200 °°C bis etwa 275 °°C haben. Die Schmelztemperatur kann mithilfe von DDK gemäß ASTM D3417-99 ermittelt werden. Die Glasübergangstemperatur kann durch dynamische mechanische Analyse gemäß ASTM E 1640-09 ermittelt werden. Wenn eingesetzt, hat der starre Polyester normalerweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht („M_n“), das von etwa 40.000 bis etwa 180.000 Gramm pro Mol, in einigen Ausführungsformen von etwa 50.000 bis etwa 160.000 Gramm pro Mol und in einigen Ausführungsformen von etwa 80.000 bis etwa 120.000 Gramm pro Mol reicht. Ähnlich hat das Polymer normalerweise ein gewichtsmittleres Molekulargewicht („M_w“), das von etwa 80.000 bis etwa 250.000 Gramm pro Mol, in einigen Ausführungsformen von etwa 100.000 bis etwa 200.000 Gramm pro Mol und in einigen Ausführungsformen von etwa 110.000 bis etwa 160.000 Gramm pro Mol reicht. Das Verhältnis des gewichtsmittleren Molekulargewichts zum zahlenmittleren Molekulargewicht („“M_w/M_n“), d. h. der „Polydispersitätsindex“, ist ebenfalls relativ gering. Der Polydispersitätsindex reicht zum Beispiel normalerweise von etwa 1,0 bis etwa 3,0, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,1 bis etwa 2,0 und in einigen Ausführungsformen von etwa 1,2 bis etwa 1,8. Die gewichst- und zahlenmittleren Molekulargewichte können durch Verfahren ermittelt werden, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind. Der Polyester kann außerdem eine intrinsische Viskosität von etwa 0,2 bis etwa 1,5 Deziliter pro Gramm (dL/g), in einigen Ausführungsformen von etwa 0,4 bis etwa 1,2 dL/g und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 0,9 dL/g haben.
Einige Arten von reinen Polyestern (z. B. Polymilchsäure) können Wasser aus der Umgebung absorbieren, sodass sie einen Feuchtegehalt von etwa 500 bis 600 Teilen pro Million (part per million, ppm) oder mehr basierend auf dem Trockengewicht des Ausgangspolyesters haben. Der Feuchtegehalt kann auf eine Vielzahl von Arten ermittelt werden, die in der Technik bekannt sind, wie z. B. gemäß ASTM D7191-10, wie oben beschrieben. Da das Vorhandensein von Wasser während der Schmelzverarbeitung den Polyester hydrolitisch abbauen und sein Molekulargewicht verringern kann, ist es manchmal wünschenswert, den Polyester vor dem Mischen zu trocknen. In den meisten Ausführungsformen ist es zum Beispiel gewünscht, dass der Polyester einen Feuchtegehalt von etwa 300 Teilen pro Million (part per million, ppm) oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 200 ppm oder weniger, in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 100 ppm vor dem Mischen mit dem Copolyetherester-Elastomer hat. Das Trocknen des Polyesters kann zum Beispiel bei einer Temperatur von etwa 50 °C bis etwa 160 °C und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 °C bis etwa 150 °C erfolgen.
Copolyetherester-Elastomer
Ein thermoplastisches Copolyetherester-Elastomer wird ebenfalls in der Zusammensetzung eingesetzt.
Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, wird angenommen, dass das Copolyetherester-Elastomer zumindest teilweise mit dem Polyester-Polymer inkompatibel ist, in dem Sinn, dass es im Wesentlichen einheitlich im Polyester verteilt sein kann, jedoch in der Form diskreter Bereiche. Vor dem Ziehen können die diskreten Bereiche eine nanoskalige Größe haben, wie z. B. eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 1 bis etwa 1000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 800 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 500 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 20 bis etwa 200 Nanometer. Diese Bereiche können eine Vielzahl verschiedener Formen haben, wie z. B. elliptisch, kugelförmig, zylindrisch, plattenartig, röhrenförmig usw. In einer Ausführungsform haben die Bereiche eine im Wesentlichen elliptische Form. Das Copolyetherester-Elastomer wird normalerweise in einem Betrag von etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 8 Gewichts-% basierend auf dem Gewicht der kontinuierlichen Phase eingesetzt. Die Konzentration des Copolyetherester-Elastomers in der gesamten thermoplastischen Zusammensetzung kann ähnlich von etwa 0,01 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,3 Gewichts-% bis etwa 6 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung sein.
Jedwedes einer Vielzahl von thermoplastischen Copolyetherester-Elastomeren kann im Allgemeinen in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Normalerweise sind solche Elastomere segmentierte Block-Copolymere, die wiederkehrende „langkettige Estereinheiten“ und „kurzkettige Estereinheiten“ haben, die durch Esterverbindungen gebunden sind. Die langkettigen Einheiten können durch folgende Formel dargestellt werden: -OGO-C(O)-R-C(O)- und die kurzkettigen Estereinheiten durch die folgende Struktur dargestellt werden: -ODO-C(O)-R-C(O)- wobei,

G für eine zweiwertige Gruppe steht, die aus ein oder mehreren hochmolekularen Alkoholen abgeleitet ist (z. B. Polymerglycol);
R für eine Kohlenwasserstoffgruppe steht, die aus ein oder mehreren Dicarbonsäuren abgeleitet ist (z. B. Terephthalsäure, Isophthalsäure usw.); und
D für eine zweiwertige Gruppe steht, die aus ein oder mehreren niedermolekularen Diolen abgeleitet ist (z. B. 1,4-Butandiol, Ethylenglycol usw.).

Die „langkettigen Einheiten“ werden normalerweise aus dem Reaktionsprodukt eines hochmolekularen Alkohols mit einer Dicarbonsäure gebildet und die „kurzkettigen Estereinheiten“ werden normalerweise aus der Reaktion eines niedermolekularen Diols mit einer Dicarbonsäure gebildet. Der hochmolekulare Alkohol kann zum Beispiel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 400 Gramm pro Mol oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 600 bis etwa 10.000 Gramm pro Mol haben. Beispiele solcher Alkohole beinhalten zum Beispiel Polymerglycole mit endständigen Hydroxygruppen und insbesondere solche, die aus 1,2-Alkylenoxiden abgeleitet sind, die 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten (z. B. Ethylenoxid, 1,2-Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid und 1,2-Hexylenoxid). In einer Ausführungsform ist der hochmolekulare Alkohol zum Beispiel ein statisches oder Block-Copolymer von Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid. In einer anderen Ausführungsform ist der hochmolekulare Alkohol ein Poly(oxytetramethylen), das aus Tetrahydrofuran abgeleitet ist. Die niedermolekularen Diole können ein zahlenmittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 400 Gramm pro Mol und in einigen Ausführungsformen von etwa 50 bis etwa 300 Gramm pro Mol haben. Beispiele geeigneter Diole beinhalten zum Beispiel Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexamethylenglycol, Dihydroxycyclohexan, Cyclohexandiemethanol, Resorcinol, Hydroquinon, 1,5-Dihydroxynaphthalen, Bisphenol A und so weiter. Äquivalente Ester, die Derivate von Diolen bilden, z. B. Ethylenoxid oder Propylencarbonat, können ebenfalls eingesetzt werden. Ferner kann, falls erwünscht, ein Gemisch aus hochmolekularen Alkoholen und/oder niedermolekularen Diolen ebenfalls eingesetzt werden. Der Buchstabe „G“ in der obigen Formel kann zum Beispiel den Rest eines einzigen langkettigen Glycols oder den Rest mehrere verschiedener Glycole darstellen und/oder der Buchstabe „D“ kann den Rest von ein oder mehreren niedermolekularen Diolen darstellen.
Der Begriff „Dicarbonsäure“, wie hierin verwendet, soll die Kondensationspolymerisationäquivalente von Dicarbonsäuren, beinhalten, d. h. ihre Ester oder esterbildenden Derivate, wie z. B. Säurechloride, Anhydride oder andere Derivate, die sich in einer Polymerisationsreaktion mit Glycol im Wesentlichen wie Dicarbonsäure verhalten. Die Dicarbonsäuren können auch aromatischer, aliphatischer und/oder aliphatisch-aromatischer Art sein. Besonders geeignete aromatische Dicarbonsäuren können zum Beispiel Orthophthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Bibenzoesäure usw. sowie Ester und esterbildende Derivate davon beinhalten. Ähnlich können geeignete aliphatische Dicarbonsäuren Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Oxalsäure, Fumarsäure usw. sowie Ester und esterbildende Derivate davon beinhalten. Falls erwünscht, kann auch ein Gemisch aus Dicarbonsäuren, wie z. B. Terephthalsäure und Isophthalsäure, eingesetzt werden. Somit kann der Buchstabe „R“ in der obigen Formel auch den Rest von ein oder mehreren Dicarbonsäuren darstellen.
Unabhängig von den besonderen eingesetzten Materialien wird das resultierende Copolyetherester-Elastomer normalerweise so gebildet, dass es eine bestimmte Schmelzviskosität aufweist, um sicherzustellen, dass diskrete Bereiche und resultierende Poren angemessen aufrechterhalten werden können. Wenn die Viskosität des Copolyetherester-Elastomers zum Beispiel zu gering ist (oder die Schmelzflussrate zu hoch ist), tendiert es zum unkontrollierten Fließen und Verteilen in der gesamten kontinuierlichen Phase. Dies führt zu lamellaren, plattenähnlichen Bereichen oder kontinuierlichen Phasenstrukturen, die schwierig aufrechtzuerhalten sind und außerdem wahrscheinlich vorzeitig brechen. Wenn dagegen die Viskosität zu hoch ist (oder die Schmelzflussrate zu niedrig ist), tendiert es zum Zusammenklumpen und Ausbilden sehr großer elliptischer Bereiche, die während des Mischens schwierig zu verteilen sind. Dies kann ungleichmäßige Verteilung des Copolyetherester-Elastomer über die Gesamtheit der kontinuierlichen Phase verursachen. Das Copolyetherester-Elastomer kann somit zum Beispiel eine Schmelzflussrate (auf Trockenbasis) von etwa 0,1 bis etwa 100 Gramm pro 10 Minuten, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 50 Gramm pro 10 Minuten und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 15 Gramm pro 10 Minuten haben, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von mindestens etwa 40 °C über der Schmelztemperatur (z. B. bei 190 °C) gemäß ASTM D1238-13. Der Polyester kann ähnlich eine Schmelzflussrate (auf Trockenbasis) von etwa 0,5 bis etwa 80 Gramm pro 10 Minuten, in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 40 Gramm pro 10 Minuten und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 20 Gramm pro 10 Minuten haben, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von mindestens etwa 40 °C über der Schmelztemperatur (z. B. 260 °C für bestimmte Polyester) gemäß ASTM D1238-13.
Mikroeinschlusszusatz
Auch wenn in keiner Weise erforderlich, kann die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung außerdem einen Mikroeinschlusszusatz einsetzen, wie z. B. in einem Betrag von etwa 1 Gewichts-% bis etwa 30 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% basierend auf dem Gewicht der kontinuierlichen Phase, die in der Zusammensetzung eingesetzt ist. Die Konzentration des Mikroeinschlusszusatzes in der gesamten thermoplastischen Zusammensetzung stellt ähnlich von etwa 0,1 Gewichts-% bis etwa 30 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% dar.
Der Begriff „Mikroeinschlusszusatz“ bezieht sich allgemein auf jedwedes Material, das in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche mit einer mikroskaligen Größe verteilt werden kann. Vor dem Ziehen können die Bereiche zum Beispiel eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 0,1 µm bis etwa 25 µm, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 µm bis etwa 10 µm haben. Wenn eingesetzt, können die mikroskaligen und nanoskaligen Phasenbereiche auf einzigartige Weise interagieren, wenn sie einer Verformung und Dehnbelastung (z. B. Ziehen) ausgesetzt werden, um ein Netzwerk von Poren zu erzeugen. Es wird nämlich angenommen, dass Dehnbelastung intensive lokale Scherzonen und/oder Spannungsintensitätszonen (z. B. normale Spannungen) in der Nähe der mikroskaligen diskreten Phasenbereiche infolge von Spannungskonzentrationen initiieren kann, die aus der Inkompatibilität des Materials resultieren. Diese Scher- und/oder Spannungsintensitätszonen bewirken eine gewisse anfängliche Ablösung im Polyester neben den mikroskaligen Bereichen. Insbesondere können jedoch die örtlich begrenzten Scher- und/oder Spannungsintensitätszonen, die in der Nähe der nanoskaligen, diskreten Phasenbereiche erzeugt werden, sich mit den mikroskaligen Zonen überlappen, um zu bewirken, dass noch mehr Ablösung im Polyester erfolgt, wodurch eine erhebliche Anzahl von Nanoporen neben den nanoskaligen Bereichen und/oder mikroskaligen Bereichen erzeugt werden.
Die besondere Art des Mikroeinschlusszusatzes ist nicht kritisch und kann Flüssigkeiten, Halbfeststoffe oder Feststoffe (z. B. amorph, kristallin oder halbkristallin) beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen ist der Mikroeinschlusszusatz von polymerer Art und besitzt ein relativ hohes Molekulargewicht, um zur Verbesserung der Schmelzfestigkeit und Stabilität der thermoplastischen Zusammensetzung beizutragen. Normalerweise kann das Mikroeinschlusszusatz-Polymer im Allgemeinen mit dem Polyester inkompatibel sein. Auf diese Weise kann der Zusatz als diskrete Bereiche in einer kontinuierlichen Phase des Polyesters besser verteilt werden. Die diskreten Bereiche sind in der Lage, Energie zu absorbieren, die durch externe Kraft entsteht, die die gesamte Härte und Festigkeit des resultierenden Polymermaterials erhöht. Diese Bereiche können eine Vielzahl verschiedener Formen haben, wie z. B. elliptisch, kugelförmig, zylindrisch, plattenartig, röhrenförmig usw. In einer Ausführungsform haben die Bereiche eine im Wesentlichen elliptische Form. Die physische Abmessung eines einzelnen Bereichs ist normalerweise klein genug, um die Ausbreitung von Rissen durch das Material bei Anwendung einer externen Spannung zu minimieren, jedoch groß genug, um mikroskopische plastische Verformung zu initiieren und Scherzonen an oder rund um Partikeleinschlüsse zu erlauben.
Wie oben angegeben, kann der Mikroeinschlusszusatz auch eine bestimmte Schmelzflussrate (oder Viskosität) haben, um sicherzustellen, dass die diskreten Bereiche und resultierenden Poren angemessen aufrechterhalten werden können. Das Verhältnis der Schmelzflussrate des Mikroeinschlusszusatzes zur Schmelzflussrate des Polyesters ist zum Beispiel normalerweise von etwa 0,2 bis etwa 8, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 6 und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 5. Der Mikroeinschlusszusatz kann zum Beispiel eine Schmelzflussrate von etwa 0,1 bis etwa 250 Gramm pro 10 Minuten, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 200 Gramm pro 10 Minuten und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 150 Gramm pro 10 Minuten haben, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von mindestens etwa 40 °C über seiner Schmelztemperatur (z. B. 120 °C bis 180 °C).
Neben den oben angegebenen Eigenschaften können die mechanischen Merkmale des Mikroeinschlusszusatzes auch so ausgewählt werden, dass das gewünschte poröse Netzwerk erreicht wird. Wenn zum Beispiel ein Gemisch aus dem Polyester und Mikroeinschlusszusatz mit einer externen Kraft aufgebracht wird, können Spannungskonzentrationen (z. B. normale oder Scherspannungen) und Scher- und/oder plastische nachgebende Zonen an oder rund um die diskreten Phasenbereiche infolge der Spannungskonzentrationen initiiert werden, die aus einem Unterschied beim Elastizitätsmodul des Zusatzes und Polyesters entstehen. Größere Spannungskonzentrationen fördern intensiveren, lokal begrenzten, plastischen Fluss an den Bereichen, wodurch sie erheblich langgestreckt werden können, wenn Spannungen ausgeübt werden. Diese langgestreckten Bereiche können es der Zusammensetzung ermöglichen, ein nachgiebigeres und weicheres Verhalten als der Polyester zu zeigen, wie z. B. wenn es sich dabei um ein starres Polyesterharz (z. B. Polyethylen-Terephthalat) handelt. Um die Spannungskonzentrationen zu erhöhen, kann der Mikroeinschlusszusatz so ausgewählt werden, dass er ein relativ geringes Young'sches Elastizitätsmodul im Vergleich zum Polyester aufweist. Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls des Polyesters zu dem des Zusatzes ist zum Beispiel normalerweise von etwa 1 bis etwa 250, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 100 und in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 50. Das Elastizitätsmodul des Mikroeinschlusszusatzes kann zum Beispiel von etwa 2 bis etwa 1000 Megapascal (MPa), in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 500 MPa und in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 200 MPa reichen. Dagegen ist das Elastizitätsmodul von Polymilchsäure zum Beispiel normalerweise von etwa 800 MPa bis etwa 3000 MPa.
Während eine Vielzahl von Mikroeinschlusszusätzen eingesetzt werden können, die die oben angegebenen Eigenschaften haben, können besonders geeignete Beispiele solcher Zusätze synthetische Polymere beinhalten, wie z. B. Polyolefine (z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen usw.); Stryolcopolymere (z. B. Stryrol-Butadien-Stryrol, Stryrol-Isopren-Stryrol, Stryrol-Ethylen-Propylen-Stryrol, Stryrol-Ethylen-Butadien-Stryrol usw.); Polytetrafluorethylene; Polyester (z. B. recycelter Polyester, Polyethylen-Terephthalat usw.); Polyvinylacetate (z. B. Poly(ethylenvinylacetat), Polyvinylchloridacetat, usw.); Polyvinylalkohole (z. B. Polyvinylalkohol, Poly(ethylenvinylalkohol) usw.); Polyvinylbutyrale; Acrylharze (z. B. Polyacrylat, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat usw.); Polyamide (z. B. Nylon); Polyvinylchloride; Polyvinylidenchloride; Polystyrol; Polyurethane; usw. Geeignete Polyolefine können zum Beispiel Ethylenpolymere (z. B. LDPE, HDPE, LLDPE usw.), Propylen-Homopolymere (z. B. syndiotaktisch, ataktisch, isotaktisch usw.), Propylen-Copolymere usw. beinhalten.
Sonstige Komponenten
Andere geeignete Materialien, die ebenfalls in der thermoplastischen Zusammensetzung verwendet werden können, wie z. B. Schmiermittel, Kompatibilisatoren, Katalysatoren, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Tenside, Wachse, feste Lösungsmittel, Nukleierungsmittel, Partikel, Nanofüllstoffe und andere Materialien, die hinzugefügt werden, um die Verarbeitbarkeit und mechanischen Eigenschaften der thermoplastischen Zusammensetzung zu verbessern. Dennoch ist ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass gute Eigenschaften ohne die Notwendigkeit verschiedener herkömmlicher Zusatzstoffe bereitgestellt werden können, wie z. B. Treibmittel (z. B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe, teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, überkritisches Kohlendioxid, Stickstoff usw.), poreninitiierende Füllstoffe (z. B. Caliciumcarbonat) und hydrophobe Interphasenmodifizierer (z. b. Polyether-Polyol). In der Tat kann die thermoplastische Zusammensetzung im Allgemeinen frei von Treibmitteln, poreninitiierenden Füllstoffen und/oder Interphasenmodifizierern sein. Solche Treibmittel, Füllstoffe und/oder Interphasenmodifizierer können zum Beispiel in einem Betrag von nicht mehr als etwa 1 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 0,5 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,001 Gewichts-% bis etwa 0,2 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sein. Außerdem kann, aufgrund der Weißbrucheigenschaften, wie unten näher beschrieben, die resultierende Zusammensetzung eine opake Farbe (z. B. weiß) erreichen, ohne dass herkömmliche Pigmente, wie z. B. Titandioxid, erforderlich sind. In bestimmten Ausführungsformen können solche Pigmente zum Beispiel in einem Betrag von nicht mehr als etwa 1 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 0,5 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,001 Gewichts-% bis etwa 0,2 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sein.
Polymermaterial
Das Polymermaterial kann im Allgemeinen durch Ziehen der thermoplastischen Zusammensetzung ausgebildet werden. Um die anfängliche thermoplastische Zusammensetzung auszubilden, werden normalerweise Komponenten mithilfe irgendeiner einer Vielzahl von bekannten Techniken zusammen gemischt. In einer Ausführungsform können die Komponenten zum Beispiel getrennt oder in Kombination geliefert werden. Die Komponenten können zum Beispiel zuerst trocken zusammengemischt werden, um ein im Wesentlichen homogenes trockenes Gemisch zu bilden, und sie können ähnlich entweder gleichzeitig oder nacheinander einer Schmelzverarbeitungsvorrichtung geliefert werden, die die Materialien dispersiv mischt. Chargen- und/oder kontinuierliche Schmelzverarbeitungstechniken können eingesetzt werden. Ein Mischer/Kneter, Banbury-Mischer, kontinuierlicher Farrel-Mischer, Einschneckenextruder, Zweischneckenextruder, Walzwerk usw. kann genutzt werden, um die Materialien zu mischen und schmelzzuverarbeiten. Besonders geeignete Schmelzverarbeitungsvorrichtungen können ein Gleichdralldoppelschneckenextruder sein (z. B. der ZSK-30 Extruder, der von der Werner & Pfleiderer Corporation aus Ramsey, New Jersey erhältlich ist, oder der Thermo Prism™ USALAB 16 Extruder der von der Thermo Electron Corp., Stone, England erhältlich ist). Einige Extruder können Zuführungs- und Entlüftungsöffnungen beinhalten und distributives und dispersives Mischen mit hoher Intensität bereitstellen. Die Komponenten können zum Beispiel denselben oder unterschiedlichen Zuführungsöffnungen des Doppelschneckenextruders zugeführt und schmelzgemischt werden, um ein im Wesentlichen homogenes, geschmolzenes Gemisch zu bilden. Falls erwünscht, können andere Zusatzstoffe in die Polymerschmelze eingespritzt und/oder getrennt in den Extruder an einem anderen Punkt entlang seiner Länge zugeführt werden.
Unabhängig von der besonderen gewählten Verarbeitungstechnik enthält die resultierende schmelzgemischte Zusammensetzung normalerweise nanoskalige Bereiche des Nanoeinschlusszusatzes und optional mikroskalige Bereiche des Mikroeinschlusszusatzes. Der Grad der Abscherung/des Drucks und die Wärme können gesteuert werden, um ausreichende Verteilung sicherzustellen, jedoch nicht so hoch, dass dies die Größe der Bereiche so einschränkt, sodass diese nicht in der Lage sind, die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Das Mischen erfolgt zum Beispiel normalerweise bei einer Temperatur von etwa 180 °C bis etwa 330 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa 185 °C bis etwa 310 °C und in einigen Ausführungsformen von etwa 190 °°C bis etwa 290 °°C. Ähnlich kann die scheinbare Scherrate während der Schmelzverarbeitung von etwa 10 Sekunden^-1 bis etwa 3000 Sekunden^-1, in einigen Ausführungsformen von etwa 50 Sekunden^-1 bis etwa 2000 Sekunden^-1 und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 Sekunden^-1 bis etwa 1200 Sekunden^-1 reichen. Die scheinbare Scherrate kann gleich 4Q/ R³ sein, wobei Q die volumetrische Strömungsrate („m³/s“) der Polymerschmelze und R der Radius („m“) der Kapillare (z. B. Extrudermatrize) ist, durch die das geschmolzene Polymer fließt. Selbstverständlich können andere Variablen, wie z. B. die Verweilzeit während der Schmelzverarbeitung, die umgekehrt proportional zur Durchsatzrate ist, ebenfalls gesteuert werden, um den gewünschten Grad von Homogenität zu erreichen.
Um die gewünschten Scherbedingungen (z. B. Rate, Verweilzeit, Scherrate, Schmelzverarbeitungstemperatur usw.) zu erreichen, kann die Geschwindigkeit der Extruderschnecke(n) mit einem bestimmten Bereich ausgewählt werden. Im Allgemeinen wird eine Steigerung der Produkttemperatur mit steigender Schneckengeschwindigkeit aufgrund des zusätzlichen mechanischen Energieeintrags in das System beobachtet. Die Schneckengeschwindigkeit kann zum Beispiel von etwa 50 bis etwa 600 Umdrehungen pro Minute (U/min), in einigen Ausführungsformen von etwa 70 bis etwa 500 U/min und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 300 U/min reichen. Dies kann zu einer Temperatur führen, die ausreichend hoch ist, um das Copolyetherester-Elastomer zu verteilen oder zu verbreiten, ohne die Größe der resultierenden Bereiche negativ zu beeinflussen. Die Schmelzscherrate und wiederum der Grad, mit dem die Zusatzstoffe verteilt werden, kann ebenfalls durch die Verwendung von ein oder mehreren distributiven und/oder dispersiven Mischelementen im Mischabschnitt des Extruders erhöht werden. Geeignete distributive Mischer für Einschneckenextruder können zum Beispiel Saxon-, Dulmage-, Cavity-Transfer-Mischer usw. beinhalten. Ähnlich können geeignete dispersive Mischer Blister-Ring-, Leroy/Maddock-, CRD-Mischer usw. beinhalten. Wie im Stand der Technik allgemein bekannt, kann das Mischen durch Verwendung von Stiften im Zylinder verbessert werden, die ein Falten und eine Neuausrichtung der Polymerschmelze erzeugen können, wie z. B. solche, die in Buss-Knetextrudern, Cavity-Transfer-Mischern und Vortex-Intermeshing-Pin (VIP)-Mischern verwendet werden.
Das Material kann direkt oder nach Bildung gezogen werden, um ein stabiles poröses Netzwerk auszubilden. Normalerweise erfolgt das Ziehen in einem „Festkörperzustand“ in der Längsrichtung (z. B. Maschinenrichtung), Querrichtung (z. B. Maschinenquerrichtung) usw. sowie Kombinationen davon. Durch Ziehen im „Festkörperzustand“ ist im Allgemeinen gemeint, dass die Zusammensetzung bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Polyesters gehalten wird. Neben anderen Dingen trägt dies dazu bei, sicherzustellen, dass die Polyesterketten nicht in einem solchen Umfang geändert werden, dass das poröse Netzwerk instabil wird. Die Zusammensetzung kann zum Beispiel mit einer Temperatur von etwa -50 °C bis etwa 150 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa -40 °C bis etwa 100 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa -20 °C bis etwa 90 °C und in einigen Ausführungsformen von etwa 20 °C bis etwa 80 °C gezogen werden. In bestimmten Fällen kann die Ziehtemperatur optional mindestens 10 °C, in einigen Ausführungsformen mindestens etwa 20 °C und in einigen Ausführungsformen mindestens etwa 30 °C unter der Glasübertemperatur der Komponente mit der höchsten Glasübergangstemperatur (z. B. Polyester, Copolyetherester-Elastomer, Mikroeinschlusszusatz usw.) liegen.
Um das gewünschte Ziehen durchzuführen, kann die thermoplastische Zusammensetzung in eine Vorläuferform ausgebildet, gezogen und danach in das gewünschte Material (z. B. Folie, Faser, geformter Artikel usw.) umgewandelt werden. In einer Ausführungsform kann die Vorläuferform eine Folie mit einer Dicke von etwa 1 bis etwa 5000 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 4000 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 2500 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 8 bis etwa 500 Mikrometer sein. Als eine Alternative zum Bilden einer Vorläuferform kann die thermoplastische Zusammensetzung auch an Ort und Stelle gezogen werden, während sie in die gewünschte Form für das Polymermaterial geformt wird. In einer Ausführungsform kann die thermoplastische Zusammensetzung zum Beispiel gezogen werden, während sie in eine Folie oder Faser geformt wird.
Unabhängig davon können verschiedene Ziehtechniken, wie z. B. Aspiration (z. B. Faserzieheinheiten), Zugrahmen-Ziehen, biaxiales Ziehen, multiaxiales Ziehen, Profilziehen, Vakuumziehen usw., eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann die Zusammensetzung zum Beispiel in der Form einer Folie sein, die mit einer Maschinenrichtung-Ausrichtungsvorrichtung („MDO“) gezogen wird, wie von Marshall and Willams, Co. aus Providence, Rhode Island im Handel erhältlich. MDO-Einheiten haben normalerweise eine Vielzahl von Ziehwalzen (z. B. von 5 bis 8), die die Folie in der Maschinenrichtung fortschreitend ziehen und dünner werden lassen. Die Zusammensetzung kann in einer oder mehreren diskreten Ziehvorgängen gezogen werden. Es sollte beachtet werden, dass einige der Walzen in einer MDO-Vorrichtung bei fortschreitend höheren Geschwindigkeiten möglicherweise nicht betrieben werden. Um die Zusammensetzung in der oben beschriebenen Weise zu ziehen, ist es normalerweise wünschenswert, dass die Walzen der MDO nicht erwärmt oder unter der Glasübergangstemperatur des Polyesters in der kontinuierlichen Phase erwärmt werden.
In anderen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung in der Form einer Faser sein, die gezogen wird, um das gewünschte poröse Netzwerk auszubilden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Faser“ allgemein auf ein langgestrecktes Extrudat, das durch Passieren eines Polymers durch eine bildende Öffnung, wie z. B. eine Matrize, gebildet wird. Sofern nicht anders angegeben, beinhaltet der Begriff „Faser“ sowohl diskontinuierliche Fasern mit einer definitiven Länge und im Wesentlichen kontinuierliche Filamente. Im Wesentlichen können Filamente zum Beispiel eine Länge haben, die viel größer ist als ihr Durchmesser, wie z. B. ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser („Seitenverhältnis“) von mehr als etwa 15.000 zu 1 und in manchen Fällen größer als etwa 50.000 zu 1. In einer Ausführungsform können die Fasern einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 100 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 30 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 15 Mikrometer haben.
Fasern, die aus der thermoplastischen Zusammensetzung ausgebildet werden, können im Allgemeinen jedwede gewünschte Konfiguration haben, einschließlich Einkomponenten und Mehrkomponenten (z. B. Mantel-Kern-Konfiguration, Seite-an-Seite-Konfiguration, segmentierte Kreiskonfiguration, Insel-im-Meer-Konfiguration und so weiter). Hohlfasern (Einkomponenten und/oder Mehrkomponenten), wie in US-Patent Nr. 6,642,429 von Carter, et al beschrieben, können ebenfalls eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen können die Fasern ein oder mehrere zusätzliche Polymere als Komponente (z. B. Zweikomponenten) oder Bestandteil (z. B. Bikonstituenten) enthalten, um die Festigkeit, Verarbeitbarkeit und/oder andere Eigenschaften weiter zu verbessern. Die thermoplastische Zusammensetzung kann zum Beispiel eine Kernkomponente einer Mantel/Kern-Zweikomponentenfaser bilden, während ein zusätzliches Polymer die Mantelkomponente bilden kann, oder umgekehrt. Das zusätzliche Polymer kann jedwedes gewünschte Polymer sein, wie z. B. Polyester, z. B. Polymilchsäure, Polyethylen-Terephthalat usw.; Polyolefine, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und so weiter; Polytetrafluorethylen; Polyvinylacetat; Polyvinylchloridacetat; Polyvinylbutyral; Acrylharze, z. B. Polyacrylat, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat und so weiter; Polyamide, z. B. Nylon; Polyvinylchlorid; Polyvinylidenchlorid; Polystyrol; Polyvinylalkohol; und Polyurethane.
Jedweder einer Vielzahl von Prozessen kann zum Ausbilden der Fasern verwendet werden. Die oben beschriebene thermoplastische Zusammensetzung kann zum Beispiel durch eine Spinndüse extrudiert und abgeschreckt werden. Bezugnehmend auf 2 ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Ausbilden von Fasern näher dargestellt. In dieser besonderen Ausführungsform kann die thermoplastische Zusammensetzung von einem Trichter 14 in einen Extruder 12 zugeführt werden. Das Gemisch kann dem Trichter 14 mithilfe jedweder herkömmlichen Technik bereitgestellt werden. Der Extruder 12 wird auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um das geschmolzene Polymer zu extrudieren. Die extrudierte Zusammensetzung passiert dann durch einen Polymerkanal 16 zu einer Spinndüse 18. Die Spinndüse 18 kann zum Beispiel ein Gehäuse beinhalten, das ein Spinnpaket enthält, das eine Vielzahl von Platten aufweist, die aufeinander gestapelt sind, und ein Muster von Öffnungen hat, die so angeordnet sind, dass sie Strömungspfade für das Leiten der Polymerkomponenten erzeugen. Die Spinndüse 18 hat außerdem Öffnungen, die in ein oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Öffnungen bilden einen nach unten extrudierten Filamentvorhang, wenn die Polymere dadurch hindurch extrudiert werden. Der Prozess 10 setzt außerdem ein Abschreckgebläse 20 ein, das neben dem Faservorhang positioniert ist, der sich von der Spinndüse 18 erstreckt. Luft vom Abschreckgebläse 20 schreckt die Fasern ab, die sich von der Spinndüse 18 erstrecken. Die Abschreckluft kann von einer Seite des Faservorhangs, wie in 2 dargestellt, oder von beiden Seiten des Faservorhangs geleitet werden, oder die Luft kann radial zu den Fasern entweder von der Innenseite oder der Außenseite der Fasern geleitet werden. Alternativ können die Fasern durch ein anderes Medium als Luft, wie z. B. Wasser, Wassernebel oder andere Fluide, abgeschreckt werden.
Um eine Faser mit der gewünschten Länge auszubilden, werden die abgeschreckten Fasern im Allgemeinen schmelzgezogen, wie z. B. mithilfe einer Faserzieheinheit 22, wie in 2 dargestellt. Faserzieheinheiten oder Aspiratoren für die Verwendung beim Schmelzspinnen von Polymeren sind in der Technik allgemein bekannt. Geeignete Faserzieheinheiten für die Verwendung im Prozess der vorliegenden Erfindung beinhalten einen linearen Faseraspirator vom Typ, der in US-Patenten Nr. 3,802,817 und 3,423,255 dargestellt ist. Das Faserziehen 22 beinhaltet im Allgemeinen einen langgestreckten vertikalen Durchgang, durch den die Fasern durch Ansaugen von Luft, die von den Seiten des Durchgangs hereinkommt und durch den Durchgang nach unten strömt, gezogen werden. Eine Heizung oder ein Gebläse 24 liefert Ansaugluft für die Faserzieheinheit 22. Die Ansaugluft schmelzzieht die Fasern und Umgebungsluft durch die Faserzieheinheit 22. Die Gasströmung bewirkt, dass die Fasern schmelzgezogen oder verfeinert werden, was die molekulare Ausrichtung oder Kristallinität der Polymere erhöht, die die Fasern ausbilden. Beim Einsetzen einer Faserzieheinheit kann das „Auszieh“-Verhältnis ausgewählt werden, um dazu beizutragen, die gewünschte Faserlänge zu erreichen. Das „Auszieh“-Verhältnis ist die lineare Geschwindigkeit der Fasern nach dem Ziehen (z. B. lineare Geschwindigkeit der Galette 42 oder einer durchlöcherten Fläche (nicht dargestellt) geteilt durch die lineare Geschwindigkeit der Fasern nach der Extrusion). Das Ausziehverhältnis während des Schmelzziehens kann zum Beispiel wie folgt berechnet werden: $A u s z i e h v e r h ä l t n i s = A / B$
wobei,

A die lineare Geschwindigkeit der Faser nach dem Schmelzziehen ist (z. B. Galettegeschwindigkeit) und direkt gemessen wird; und
B die lineare Geschwindigkeit der extrudierten Faser ist, und wie folgt berechnet werden kann: $L i n e a r e F a s e r g e s c h w i n d i g k e i t d e s E x t r u d e r s = C / (25 * π * D * E^{2})$
wobei,
C der Durchsatz durch ein einzelnes Loch ist (Gramm pro Minute);
D die Schmelzdichte des Polymers ist (Gramm pro Kubikzentimeter); und
E der Durchmesser der Öffnung (in Zentimeter) ist, durch das die Faser extrudiert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann das Ausziehverhältnis von etwa 2:1 bis etwa 4000: 1, in einigen Ausführungsformen von etwa 5:1 bis etwa 2000:1, in einigen Ausführungsformen von etwa 10:1 bis etwa 1000:1 und in einigen Ausführungsformen von etwa 15:1 bis etwa 800:1 sein.

Nach dem Ausbilden können die Fasern über die Auslassöffnung der Faserzieheinheit 22 und auf eine Galette 42 abgelagert werden. Falls erwünscht, können die auf der Galette 42 gesammelten Fasern optional zusätzlichen direkten Verarbeitungs- und/oder Umwandlungsschritten (nicht dargestellt) unterzogen werden, wie für Fachleute auf dem Gebiet verständlich. Die Fasern können zum Beispiel gesammelt und danach gekräuselt, texturiert und/oder auf eine durchschnittliche Faserlänge im Bereich von etwa 3 bis etwa 80 Millimeter, in einigen Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 65 Millimeter und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 50 Millimeter geschnitten werden. Die Stapelfasern können dann in eine Vliesbahn, wie in der Technik bekannt, wie z. B. gebondete kardierte Bahnen, durchluftgebondete Bahnen usw., einbezogen werden. Die resultierenden Fasern können dann geglüht und in ihrem Festkörperzustand gezogen werden, um das gewünschte poröse Netzwerk auszubilden.
Der Grad des Ziehens hängt teilweise von der Art des gezogenen Materials (z. B. Faser, Folie usw.) ab. Die Zusammensetzung wird normalerweise (z. B. in Maschinenrichtung) in einem Ziehverhältnis von etwa 1,1 bis etwa 25, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,5 bis etwa 15 und in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 10 gezogen. Das Ziehverhältnis kann durch Teilen der Länge des gezogenen Materials mit dessen Länge vor dem Ziehen ermittelt werden. Die Ziehrate kann außerdem variieren, um dazu beizutragen, die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, wie z. B. im Bereich von etwa 5 % bis etwa 1500 % pro Minute der Verformung, in einigen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 1000 % pro Minute der Verformung und in einigen Ausführungsformen von etwa 25 % bis etwa 850 % pro Minute der Verformung. Auch wenn die Zusammensetzung normalerweise ohne Anwendung externer Wärme (z. B. erwärmter Rollen) gezogen wird, kann eine solche Wärme optional eingesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern, die Ziehkraft zu verringern, die Ziehraten zu steigern und die Fasereinheitlichkeit zu verbessern.
Das Ziehen kann in ein oder mehreren Stufen erfolgen. In 2 können die Fasern zum Beispiel anfänglich durch die Faserzieheinheit 22 schmelzgezogen, zu einem Spalt (nicht dargestellt), wo der Polyester unter seine Schmelztemperatur abkühlen kann, übertragen und danach einem zusätzlichen Ziehschritt unterzogen werden, bevor sie auf der Galette 42 abgelagert werden. In anderen Fällen können die Fasern jedoch von der faserbildenden Maschine entfernt und einem zusätzlichen Ziehschritt unterzogen werden. Unabhängig davon können verschiedene Ziehtechniken, wie z. B. Aspiration (z. B. Faserzieheinheiten), Zugrahmen-Ziehen, biaxiales Ziehen, multiaxiales Ziehen, Profilziehen, Vakuumziehen usw., eingesetzt werden.
Das Ziehen auf die oben beschriebene Weise kann zur Ausbildung von Poren führen, die eine „nanoskalige“ Querschnittabmessung („Nanoporen“) haben, wie etwa 800 Nanometer oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 700 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 500 Nanometer. Die Nanoporen können außerdem eine durchschnittliche axiale Abmessung (z. B. Länge) von etwa 100 bis etwa 5000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 50 bis etwa 2000 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 1000 Nanometer haben. Makroporen, die eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 0,2 Mikrometer oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Mikrometer oder mehr und einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer haben, können ebenfalls während dem Ziehen ausgebildet werden. In bestimmten Fällen kann die axiale Abmessung der Mikroporen und/oder Nanoporen größer sein als die Querschnittabmessung, sodass das Seitenverhältnis (das Verhältnis der axialen Abmessung zur Querschnittabmessung) von etwa 1 bis etwa 30, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,1 bis etwa 15 und in einigen Ausführungsformen von etwa 1,2 bis etwa 5 ist. Die axiale Abmessung der Mikroporen kann 1 Mikrometer oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 1,5 Mikrometer oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 30 Mikrometer sein.
Unabhängig von ihrer bestimmten Größe können die Poren (z. B. Nanoporen, Mikroporen oder beides) in einer im Wesentlichen homogenen Weise im gesamten Material verteilt sein. Die Poren können zum Beispiel in Spalten verteilt sein, die in eine Richtung im Allgemeinen rechtwinklig zur Richtung ausgerichtet sind, in die eine Spannung angewandt wird. Diese Spalten können im Allgemeinen über die gesamte Breite des Materials parallel zueinander sein. Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, wird angenommen, dass das Vorhandensein solch eines homogen verteilten porösen Netzwerks zu hohem thermischen Widerstand sowie guten mechanischen Eigenschaften (z. B. Energieableitung unter Last und Schlagfestigkeit) führen kann. Dies steht in starkem Kontrast zu herkömmlichen Techniken zur Erzeugung von Poren, die die Verwendung von Treibmitteln beinhalten, die dazu tendieren, zu einer unkontrollierten Porenverteilung und schlechten mechanischen Eigenschaften zu führen.
Neben dem Ausbilden eines porösen Netzwerks kann Ziehen außerdem die axiale Abmessung bestimmter der diskreten Bereiche erheblich erhöhen, sodass sie eine im Allgemeinen lineare, langgestreckte Form haben. Die langgestreckten mikroskaligen Bereiche können zum Beispiel eine durchschnittliche axiale Abmessung haben, die etwa 10 % oder mehr, in einigen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 500 % und in einigen Ausführungsformen von etwa 50 % bis etwa 250 % größer ist als die axiale Abmessung der Bereiche vor dem Ziehen. Die axiale Abmessung (z. B. Länge) nach dem Ziehen kann zum Beispiel von etwa 1 µm bis etwa 400 µm, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 µm bis etwa 200 µm und in einigen Ausführungsformen von etwa 10 µm bis etwa 150 µm reichen. Die mikroskaligen Bereiche können relativ dünn sein und somit eine kleine Querschnittabmessung, wie z. B. von etwa 0,02 bis etwa 20 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 10 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,4 bis etwa 5 Mikrometer, aufweisen. Dies kann zu einem Seitenverhältnis für die Bereiche (das Verhältnis der axialen Abmessung zu einer Abmessung orthogonal zur axialen Abmessung) von etwa 2 bis etwa 150, in einigen Ausführungsformen von etwa 3 bis etwa 100 und in einigen Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 50 führen. Aufgrund ihrer kleinen Größe sind die nanoskaligen Bereiche normalerweise nicht in derselben Weise langgestreckt wie die mikroskaligen Bereiche. Somit können die nanoskaligen Bereiche eine durchschnittliche axiale Abmessung (z. B. Länge) von etwa 1 bis etwa 1000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 800 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 500 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 20 bis etwa 200 Nanometer beibehalten.
Das resultierende Polymermaterial ist nicht spröde und kann sich daher bei Anwendung von Belastung verformen, statt zu brechen. Diesbezüglich ist das Polymermaterial in der Lage, gute „Spitzenverlängerungseigenschaften“, d. h. prozentuale Verlängerung bei Spitzenlast, aufzuweisen. Das Material kann zum Beispiel eine Spitzenverlängerung von etwa 10 % oder mehr, in einigen Ausführungsformen von 20 % oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 40 % bis etwa 500 % aufweisen, wie z. B. gemäß ASTM D638-14 bei 23 °C ermittelt. Solche Verlängerungen können für Materialien mit einer großen Vielzahl durchschnittlicher Dicken (z. B. Faserdurchmesser) erreicht werden, wie z. B. solche, die von etwa 0,1 bis etwa 50 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 40 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 25 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 15 Mikrometer reichen. Während es die Fähigkeit besitzt, sich unter Belastung auszudehnen, kann das Material auch relativ stark sein. Das Material kann zum Beispiel eine Spitzenzugspannung von etwa 20 bis etwa 600 Megapascal („MPa“), in einigen Ausführungsformen von etwa 25 bis etwa 450 MPa und in einigen Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 350 MPa aufweisen, wie gemäß ASTM D638-14 bei 23 °C ermittelt. Wenn das Material in der Form von Fasern vorliegt, ist ein anderer Parameter, der die relative Stärke angibt, die „Zähigkeit“, die die Zugfestigkeit einer Faser ausgedrückt als Kraft pro Einheit linearer Dichte angibt. Die Fasern können zum Beispiel eine Zähigkeit von etwa 0,75 bis etwa 10 Gramm-Kraft („g_f“) pro Denier, in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 8 g_f pro Denier und in einigen Ausführungsformen von etwa 1,5 bis etwa 6 g_f pro Denier haben. Das Denier der Fasern kann sich je nach gewünschter Anwendung unterscheiden. Normalerweise sind die Fasern so ausgebildet, dass sie ein Denier pro Filament (d. h. Einheit linearer Dichte gleich der Masse in Gramm pro 9000 Meter Faser) von weniger als etwa 30, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 15 und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 10 aufweisen.
Auch wenn in keiner Weise erforderlich, kann das Polymermaterial in eine andere Form umgewandelt werden, bevor es in einem Endartikel oder -produkt eingesetzt wird. Wenn Fasern gebildet werden, können sie zum Beispiel nachfolgend in eine Vliesbahnstruktur ausgebildet werden, indem die Fasern nach dem Zufallsprinzip auf eine bildende Fläche abgelagert werden (optional mithilfe eines Vakuums) und dann die resultierende Bahn mittels irgendeiner bekannten Technik gebondet wird. Die Vliesbahn kann ausgebildet werden, bevor oder nachdem die Faser gezogen werden. In bestimmten Ausführungsformen kann es zum Beispiel wünschenswert sein, eine Vliesbahn aus einer Vielzahl von Fasern auszubilden und danach die Fasern zu ziehen, indem die Vliesbahn im gewünschten Umfang gedehnt wird, um das poröse Netzwerk auszubilden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine endlose bildende Fläche einfach unter einer Faseraspirationseinheit positioniert sein, die die Fasern im gewünschten Umfang zieht, bevor die Bahn ausgebildet wird.
Nach dem Ausbilden kann die Vliesbahn dann mithilfe jedweder herkömmlichen Technik, wie z. B. mit einem Klebstoff oder autogen (z. B. Verschmelzung und/oder Eigenhaftung der Fasern ohne einen aufgebrachten externen Klebstoff), gebondet werden. Autogenes Bonden kann zum Beispiel durch Kontakt der Fasern erreicht werden, während sie halbgeschmolzen oder klebrig sind, oder einfach durch Mischen eines klebrigmachenden Harzes und/oder Lösemittels mit dem Polymers, das zum Ausbilden der Fasern verwendet wird. Geeignete autogene Bondingtechniken können Ultraschallbonden, thermisches Bonden, Durchluftbonden, Kalanderbonden und so weiter beinhalten. Die Bahn kann ferner durch einen thermomechanischen Prozess gebondet oder mit einem Muster geprägt werden, bei dem die Bahn zwischen einer erwärmten, glatten Ambosswalze und einer erwärmten Musterwalze durchläuft. Die Musterwalze kann jedwedes erhabene Muster haben, das die gewünschten Bahneigenschaften oder das gewünschte Erscheinungsbild bereitstellt. Wünschenswerterweise definiert die Musterwalze ein erhöhtes Muster, das eine Vielzahl von Bondstellen definiert, die einen Bondbereich zwischen etwa 2 % und 30 % des Gesamtbereichs der Walze definieren. Exemplarische Bondmuster beinhalten z. B. solche, die in US-Patent 3,855,046 von Hansen et al., US-Patent Nr. 5,620,779 von Levy et al., US-Patent Nr. 5,962,112 von Haynes et al., US-Patent Nr. 6,093,665 von Sayovitz et al. sowie US-Patenten Nr. 428,267 von Romano et al., 390,708 von Brown; 418,305 von Zander, et al.; 384,508 von Zander, et al., 384,819 von Zander, et al., 358,035 von Zander, et al., und 315,990 von Blenke, et al beschrieben sind. Der Druck zwischen den Walzen kann von etwa 2,27 bis etwa 907 kg (5 bis etwa 2000 Pfund) pro laufenden 2,54 cm (linearem Zoll) betragen. Der Druck zwischen den Walzen und die Temperatur der Walzen werden in Einklang gebracht, um die gewünschten Bahneigenschaften oder das gewünschte Erscheinungsbild zu erhalten und gleichzeitig die tuchähnlichen Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Fachleuten auf dem Gebiet ist allgemein bekannt, dass die erforderliche Temperatur und der erforderliche Druck entsprechend vielen Faktoren variieren kann, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Musterbondbereich, Polymereigenschaften, Fasereigenschaften und Vlieseigenschaften.
Neben spinngebundenen Bahnen kann eine Vielzahl von anderen Vliesbahnen ebenfalls aus der thermoplastischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden, wie z. B. schmelzgeblasene Bahnen, gebondete kardierte Bahnen, nassgelegte Bahnen, luftgelegte Bahnen, Coform-Bahnen, hydroverschlungene Bahnen usw. Die thermoplastische Zusammensetzung kann zum Beispiel durch eine Vielzahl von feinen Matrizenkapillaren in zusammenlaufende Hochgeschwindigkeitsströme eines Gases (z. B. Luft) extrudiert werden, die die Fasern verfeinern, um ihren Durchmesser zu verringern. Danach werden die heißluftgezogenen Fasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom mitgeführt und auf einer Sammelfläche abgelagert, um eine Bahn aus zufällig verteilten schmelzgeblasenen Fasern auszubilden. Alternativ kann das Polymer in eine kardierte Bahn ausgebildet werden, indem Faserballen, die aus der thermoplastischen Zusammensetzung ausgebildet werden, in einen Aufnehmer gelegt werden, der die Fasern trennt. Als Nächstes können die Fasern durch eine Kämm- oder Kardiereinheit geschickt werden, die die Fasern weiter auseinanderbricht und in der Maschinenrichtung ausrichtet, um eine in Maschinenrichtung ausgerichtete fasrige Vliesbahn auszubilden. Nach dem Ausbilden wird die Vliesbahn normalerweise durch ein oder mehrere bekannte Bondingtechniken, wie oben beschrieben, stabilisiert, um eine gebondete kardierte Bahn auszubilden. Verbundmaterialien und/oder Laminate können ebenfalls aus den Fasern ausgebildet werden.
Artikel
Aufgrund seiner einzigartigen und vorteilhaften Eigenschaften ist das resultierende Polymermaterial der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von verschiedenen Arten von Artikeln gut geeignet, wie z. B. saugfähigen Artikeln, Verpackungsfolien, Barrierefolien, Medizinprodukten (z. B. Kitteln, Abdecktüchern, Gesichtsmasken, Kopfbedeckungen, Hauben, Überschuhen, Sterilisationsfolien, Wärmedecken, Heizkissen usw.) und so weiter. Das Polymermaterial kann zum Beispiel in einen „saugfähigen Artikel einbezogen werden, der Wasser oder andere Fluide aufnehmen kann“. Beispiele einiger saugfähiger Artikel beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, saugfähige Körperpflegeartikel, wie z. B. Windeln, Trainingshosen, saugfähige Unterhosen, Inkontinenzartikel, weibliche Hygieneprodukte (z. B. Hygienebinden), Schwimmkleidung, Baby-Wischtücher, Abwischhandschuhe und so weiter; medizinische saugfähige Artikel, wie z. B. Bekleidung, Fenestrationsmaterialien, Unterlagen, Betteinlagen, Bandagen, saugfähige Abdecktücher und medizinische Wischtücher; Gastronomie-Wischer; Bekleidungsartikel; Beutel und so weiter. Materialien und Prozesse, die zum Ausbilden solcher Artikel geeignet sind, sind Fachleuten auf dem Gebiet allgemein bekannt. Saugfähige Artikel beinhalten zum Beispiel normalerweise eine im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Schicht (z. B. äußere Abdeckung), eine flüssigkeitsdurchlässige Schicht (z. B. Körperseitenauskleidung, Schwallschicht) und einen saugfähigen Kern. In einer Ausführungsform kann das Polymermaterial zum Beispiel in der Form eines fasrigen Materials (z. B. Vliesbahn) vorliegen und verwendet werden, um eine äußere Abdeckung eines saugfähigen Artikels auszubilden. Falls erwünscht, kann die Vliesbahn mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Folie laminiert werden, die entweder dampfdurchlässig oder dampfundurchlässig ist. Das Polymermaterial kann ähnlich in der Form einer Folie vorliegen, die in einem saugfähigen Artikel verwendet wird, wie z. B. als flüssigkeitsundurchlässige Folie der äußeren Abdeckung, die entweder dampfdurchlässig oder dampfundurchlässig ist.
Saugfähige Artikel beinhalten zum Beispiel im Allgemeinen ein saugfähiges Element (z. B. Kernschicht, Schwallschicht, Übertragungsverzögerungsschicht, Hüllschicht, Belüftungsschicht usw.), das sich zwischen einer Außenschicht und einer Deckschicht befindet. Der saugfähige Artikel kann außerdem andere Komponenten, wie im Stand der Technik bekannt, enthalten, wie z. B. Seitenwände, Einschlussklappen, Ohren, Taillen- oder Beinbänder usw. Allgemein gesagt, kann das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung in jedweder Schicht oder Komponente des saugfähigen Artikels eingesetzt werden, wie z. B. die Deckschicht, die Außenschicht und/oder das saugfähige Element. Wenn in bestimmten Schichten oder Komponenten (z. B. Außenschicht) eingesetzt, kann es wünschenswert sein, das Polymermaterial der vorliegenden Offenbarung mit einer anderen Schicht (z. B. einer Folie) zu laminieren.
Diesbezüglich werden verschiedene exemplarische Ausführungsformen des saugfähigen Artikels beschrieben. Bezugnehmend auf 1 ist zum Beispiel eine bestimmte Ausführungsform eines saugfähigen Artikels 201 in der Form einer Windel dargestellt. Wie oben angegeben, kann die Erfindung jedoch in anderen Arten von saugfähigen Artikeln verkörpert sein, wie z. B. Inkontinenzartikel, Hygienebinden, Windelhosen, Damenbinden, Trainingshosen und so weiter. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der saugfähige Artikel 201 als eine Sanduhrform in der nicht befestigten Konfiguration aufweisend dargestellt. Jedoch können selbstverständlich andere Formen genutzt werden, wie z. B. eine im Allgemeinen rechteckige Form, T-Form oder I-Form. Wie dargestellt, beinhaltet der saugfähige Artikel 201 einen Rahmen 202, der durch verschiedene Komponenten gebildet wird, einschließlich einer Außenschicht 217 und einer Deckschicht 205, und ein saugfähiges Element, das eine saugfähige Kernschicht 203 und eine Schwallschicht 207 beinhaltet. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass andere Schichten ebenfalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Ähnlich können ein oder mehrere der in 1 genannten Schichten in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch beseitigt werden.
Wie oben angegeben, kann die Außenschicht 217 das Polymermaterial der vorliegenden Offenbarung enthalten. Falls erwünscht, kann die Vliesbahn so positioniert sein, dass sie eine zur Kleidung weisende Fläche 333 des saugfähigen Artikels 201 definiert. Der saugfähige Artikel 201 beinhaltet außerdem eine Deckschicht 205. Die Deckschicht 205 ist allgemein so gestaltet, dass sie den Körper des Benutzers berührt und flüssigkeitsdurchlässig ist. Die Deckschicht 205 kann zum Beispiel eine zum Körper weisende Fläche 218 definieren, die im Allgemeinen nachgiebig, sich weich anfühlend und nicht reizend für die Haut des Trägers ist. Falls erwünscht, kann die Deckschicht 205 das Polymermaterial (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung enthalten. Die Vliesbahn kann so positioniert sein, dass sie, falls erwünscht, die zur Kleidung weisende Fläche 218 definiert. Die Deckschicht kann die saugfähige Kernschicht 203 umgeben, sodass sie den saugfähigen Artikel vollständig umschließt. Alternativ können sich die Deckschicht 205 und die Außenschicht 217 über das saugfähige Element hinaus erstrecken und entweder vollständig oder teilweise mithilfe bekannter Techniken, wie z. B. durch Klebebonden, Ultraschallbonden usw., am Umfang miteinander verbunden sein. Wie oben angegeben, kann die Deckschicht 205 das Polymermaterial (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung beinhalten. Die Deckschicht 205 kann außerdem eine herkömmliche Vliesbahn (z. B. eine spinngebundene Bahn, schmelzgeblasene Bahn oder gebondete kardierte Bahn) beinhalten. Andere exemplarische Deckschichtkonstruktionen, die eine Vliesbahn enthalten, sind in US-Patenten Nr. 5,192,606 ; 5,702,377 ; 5,931,823 ; 6,060,638 ; und 6,150,002 , sowie US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2004/0102750 , 2005/0054255 und 2005/0059941 beschrieben. Die Deckschicht 205 kann außerdem eine Vielzahl von Öffnungen beinhalten, die durch sie hindurch gebildet werden, damit Körperfluid einfacher in die saugfähige Kernschicht 203 weitergeleitet werden können. Die Öffnungen können nach dem Zufallsprinzip oder einheitlich in der gesamten Deckschicht 205 angeordnet sein oder sie können sich nur in dem schmalen Längsband oder -streifen befinden, der entlang der Längsachse des saugfähigen Artikels angeordnet ist. Die Öffnungen erlauben das schnelle Eindringen des Körperfluids das saugfähige Element hinab. Die Größe, die Form, der Durchmesser und die Anzahl der Öffnungen können sich je nach den verschiedenen Anforderungen unterscheiden.
Der saugfähige Artikel enthält außerdem ein saugfähiges Element, das zwischen der Deckschicht und der Außenschicht positioniert ist. Das saugfähige Element kann aus einer einzigen saugfähigen Schicht ausgebildet sein oder einem Verbundmaterial, das getrennte und charakteristische saugfähige Schichten enthält. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass jedwede Zahl saugfähiger Schichten in der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann. In 1 enthält das saugfähige Element zum Beispiel eine saugfähige Kernschicht 203 und eine Schwallschicht 207, die dazu beiträgt, Flüssigkeitsschwälle oder - ergüsse zu verlangsamen und zu zerstreuen, die rasch in die saugfähige Kernschicht 203 eingeführt werden können. Wünschenswerterweise nimmt die Schwallschicht 207 die Flüssigkeit schnell auf und hält sie vorübergehend, bevor sie diese in die Speicher- oder Halteabschnitte der saugfähigen Kernschicht 203 freigibt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Schwallschicht 207 zum Beispiel zwischen einer nach innen weisenden Fläche 216 der Deckschicht 205 und der saugfähigen Kernschicht 203 eingefügt. Alternativ kann sich die Schwallschicht 207 an der nach außen weisenden Fläche 218 der Deckschicht 205 befinden. Die Schwallschicht 207 ist normalerweise aus äußerst flüssigkeitsdurchlässigen Materialien aufgebaut. Geeignete Materialien können poröse gewebte Materialien, poröse Vliesmaterialien und gelochte Folien beinhalten. In einer Ausführungsform kann die Schwallschicht 207 das Polymermaterial der vorliegenden Offenbarung enthalten. Andere Beispiele geeigneter Schwallschichten sind in US-Patent Nr. 5,486,166 von Ellis, et al. und 5,490,846 von Ellis, et al beschrieben.
Falls erwünscht, kann das saugfähige Element auch eine Übertragungsverzögerungsschicht enthalten, die vertikal unter der Schwallschicht positioniert ist. Die Übertragungsverzögerungsschicht kann ein Material enthalten, das weniger hydrophil ist als die anderen saugfähigen Schichten, und kann im Allgemeinen als im Wesentlichen hydrophob charakterisiert sein. Die Übertragungsverzögerungsschicht kann zum Beispiel ein Polymermaterial (z. B. Vliesbahn) sein, das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Die Fasern können rund, trilobal oder polylobal in der Querschnittform und hohl oder massiv in der Struktur sein. Die Bahnen sind normalerweise über ca. 3 % bis ca. 30 % des Bahnbereichs gebondet, zum Beispiel durch thermisches Bonden. Andere Beispiele geeigneter Materialien, die für die Übertragungsverzögerungsschicht verwendet werden können, sind beschrieben in U.S. Patenten Nr. 4,798,603 von Meyer, et al. und 5,248,309 von Serbiak, et al. Um die Leistung der Erfindung anzupassen, kann die Übertragungsverzögerungsschicht auch mit einer ausgewählten Menge von Tensid behandelt werden, um ihre anfängliche Benetzbarkeit zu erhöhen.
Die Übertragungsverzögerungsschicht kann im Allgemeinen jede beliebige Größe haben, zum Beispiel eine Länge von etwa 150 mm bis etwa 300 mm. Die Länge der Übertragungsverzögerungsschicht ist ungefähr gleich der Länge des saugfähigen Artikels. Die Übertragungsverzögerungsschicht kann außerdem gleich der Länge der Schwallschicht sein, ist jedoch normalerweise breiter. Die Breite der Übertragungsverzögerungsschicht kann zum Beispiel zwischen etwa 50 mm bis etwa 75 mm, und insbesondere etwa 48 mm betragen. Die Übertragungsverzögerungsschicht hat normalerweise ein Flächengewicht, das kleiner ist als das der anderen saugfähigen Elemente. Das Flächengewicht der Übertragungsverzögerungsschicht ist zum Beispiel normalerweise kleiner als etwa 150 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) und beträgt in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 10 g/m² und etwa 100 m/m². Falls erwünscht, kann die Übertragungsverzögerungsschicht das Polymermaterial (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung enthalten.
Neben den oben erwähnten Komponenten kann der saugfähige Artikel 201, wie im Stand der Technik bekannt, auch verschiedene andere Komponenten enthalten. Der saugfähige Artikel 201 kann zum Beispiel ebenfalls eine im Wesentlichen hydrophile Hüllschicht (nicht dargestellt) beinhalten, die dazu beiträgt, die Integrität der Faserstruktur der saugfähigen Kernschicht 203 aufrechtzuerhalten. Die Hüllschicht befindet sich normalerweise um die saugfähige Kernschicht 203 über mindestens die zwei größeren zu ihr weisenden Flächen und ist aus einem saugfähigen Zellulosematerial zusammengesetzt, wie z. B. eine gekreppte Wattierung oder ein Gewebe mit einer hohen Nassfestigkeit. Die Hüllschicht kann so konfiguriert sein, dass sie eine Saugschicht bereitstellt, die dazu beiträgt, Flüssigkeit über die Masse der saugfähigen Fasern der saugfähigen Kernschicht 203 schnell zu verteilen. Das Hüllschichtmaterial auf einer Seite der saugfähigen fasrigen Masse kann mit der Hüllschicht, die sich auf der entgegengesetzten Seite der fasrigen Masse befindet, gebondet sein, um die saugfähige Kernschicht 203 effektiv einzuschließen. Ferner kann der saugfähige Artikel 201 auch eine Belüftungsschicht (nicht dargestellt) beinhalten, die zwischen der saugfähigen Kernschicht 203 und der Außenschicht 217 positioniert ist. Wenn dies genutzt wird, kann die Belüftungsschicht dazu beitragen, die Außenschicht 217 von der saugfähigen Kernschicht 203 zu isolieren, wodurch die Feuchtigkeit in der Außenschicht 217 verringert wird. Beispiele solcher Belüftungsschichten können eine Vliesbahn, die an einer atmungsaktiven Folie laminiert ist, beinhalten, wie beschrieben in US-Patent Nr. 6,663,611 von Blaney, et al. Falls erwünscht, kann die Hüllschicht und/oder Belüftungsschicht das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann der saugfähige Artikel 201 außerdem ein Paar Ohren (nicht dargestellt) beinhalten, die sich von den Seitenkanten 232 des saugfähigen Artikels 201 in eine der Taillenregionen erstreckt. Die Ohren können mit einer ausgewählten Windelkomponente einstückig ausgebildet sein. Die Ohren können zum Beispiel einstückig mit der Außenschicht 217 ausgebildet sein oder aus dem Material, das eingesetzt wird, um die obere Fläche bereitzustellen, was das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung beinhalten kann, falls erwünscht. In alternativen Konfigurationen können die Ohren durch Elemente bereitgestellt sein, die mit der Außenschicht 217, der oberen Fläche, zwischen der Außenschicht 217 und der oberen Fläche, oder in verschiedenen anderen Konfigurationen verbunden und zusammengefügt sind. Wie oben angegeben, können die Ohren, falls erwünscht, das Polymermaterial der vorliegenden Offenbarung enthalten.
Wie in 1 repräsentativ veranschaulicht, kann der saugfähige Artikel 201 außerdem ein Paar Einschlussklappen 212 beinhalten, die so konfiguriert sind, dass sie eine Barriere bereitstellen und den lateralen Fluss der Körper-Exsudate einschließen. Die Einschlussklappen 212 können sich entlang der lateral gegenüberliegenden Seitenkanten 232 der Deckschicht 205 neben den Seitenkanten der saugfähigen Kernschicht 203 befinden. Die Einschlussklappen 212 können sich längs entlang der gesamten Länge der saugfähigen Kernschicht 203 befinden oder können sich nur teilweise entlang der Länge der saugfähigen Kernschicht 203 erstrecken. Wenn die Einschlussklappen 212 eine kürzere Länge haben als die saugfähige Kernschicht 203, können sie selektiv überall entlang den Seitenkanten 232 des saugfähigen Artikels 201 in einer Schrittregion 210 positioniert werden. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Einschlussklappen 212 entlang der gesamten Länge der saugfähigen Kernschicht 203, um die Körper-Exsudate besser einzuschließen. Solche Einschlussklappen 212 sind Fachleuten auf dem Gebiet allgemein bekannt. Geeignete Konstruktionen und Anordnungen für die Einschlussklappen 212 sind zum Beispiel in US-Patent Nr. 4,704,116 von Enloe beschrieben. Falls erwünscht, können die Einschlussklappen das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung enthalten.
Der saugfähige Artikel 201 kann verschiedene elastische oder dehnbare Materialien, wie z. B. ein Paar Beinelastik-Elemente 206, die an den Seitenkanten 232 befestigt sind, beinhalten, um Auslaufen von Körper-Exsudaten weiter zu verhindern und die saugfähige Kernschicht 203 weiter zu tragen. Außerdem kann ein Paar Taillenelastik-Elemente 208 an längs gegenüberliegenden Taillenkanten 215 des saugfähigen Artikels 201 befestigt sein. Die Beinelastik-Elemente 206 und die Taillenelastik-Elemente 208 sind im Allgemeinen so angepasst, dass sie bei Verwendung eng um die Beine und Taille des Trägers passen, um eine positive, berührende Beziehung mit dem Träger aufrechtzuerhalten und das Auslaufen von Körper-Exsudaten aus dem saugfähigen Artikel 201 effektiv zu verringern oder zu beseitigen. Der saugfähige Artikel 201 kann außerdem ein oder mehrere Befestigungselemente 230 beinhalten. In 1 sind zum Beispiel zwei flexible Befestigungselemente 130 an gegenüberliegenden Seitenkanten der Taillenregionen veranschaulicht, um eine Taillenöffnung und ein Paar Beinöffnungen um den Träger zu erzeugen. Die Form der Befestigungselemente 230 kann sich im Allgemeinen unterscheiden, kann jedoch zum Beispiel im Allgemeinen rechtwinklige Formen, quadratische Formen, kreisförmige Formen, dreieckige Formen, ovale Formen, lineare Formen und so weiter beinhalten. Die Befestigungselemente können zum Beispiel ein Hakenmaterial beinhalten. In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet jedes Befestigungselement 230 ein getrenntes Stück Hakenmaterial, das an der Innenfläche einer flexiblen Unterlage befestigt ist. Die Elastikelemente (z. B. Bein, Taille usw.) und/oder Befestigungselemente können, falls erwünscht, das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung enthalten.
Die verschiedenen Regionen und/oder Komponenten des saugfähigen Artikels 201 können mithilfe eines beliebigen bekannten Befestigungsmechnismus, wie z. B. Klebstoff, Ultraschall, thermisches Bonden usw., zusammengefügt werden. Geeignete Klebstoffe können zum Beispiel Heißschmelzklebstoffe, druckempfindliche Klebstoffe und so weiter beinhalten. Wenn diese genutzt werden, kann der Klebstoff als eine einheitliche Schicht, eine gemusterte Schicht, eine gesprühte Schicht oder irgendeines von getrennten Linien, Wirbeln oder Punkten aufgetragen werden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind zum Beispiel die Außenschicht 217 und die Deckschicht 205 aneinander und an die saugfähige Kernschicht 203 mithilfe eines Klebstoffs gefügt. Alternativ kann die saugfähige Kernschicht 203 mit der Außenschicht 217 mithilfe herkömmlicher Befestigungsmittel, wie z. B. Knöpfe, Haken- und Schlaufen-Befestigungsmittel, Klebband-Befestigungsmittel und so weiter, verbunden sein. Gleichermaßen können andere Windelkomponenten, wie z. B. die Beinelastik-Elemente 206, Taillenelastik-Elemente 208 und Befestigungsmittel 230 ebenfalls mithilfe irgendeines Befestigungsmechanismus in den saugfähigen Artikel 201 eingefügt sein.
Auch wenn verschiedene Konfigurationen einer Windel oben beschrieben wurden, sollte selbstverständlich sein, dass andere Windel- und saugfähige Artikelkonfigurationen ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Außerdem ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf Windeln beschränkt. In der Tat kann jedweder andere saugfähige Artikel gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildet werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, saugfähige Körperpflegeartikel, wie z. B. Trainingshosen, saugfähige Unterhosen, Inkontinenzprodukte für Erwachsene, weibliche Hygieneprodukte (z. B. Hygienebinden), Schwimmkleidung, Baby-Wischtücher und so weiter; medizinische saugfähige Artikel, wie z. B. Bekleidung, Fenestrationsmaterialien, Unterlagen, Bandagen, saugfähige Abdecktücher und medizinische Wischtücher; Gastronomie-Wischer; Bekleidungsartikel; und so weiter.
Das Polymermaterial kann außerdem in einer Vielzahl von anderen Arten von Artikeln eingesetzt werden. Nicht einschränkende Beispiele beinhalten zum Beispiel Dämmmaterialien für Kälteanlagen (z. B. Kühlgeräte, Gefriergeräte, Verkaufsautomaten usw.); Automobilkomponenten (z. B. Vorder- und Rücksitze, Kopfstützen, Armstützen, Türverkleidungen, Hutablagen/Gepäckablagen, Lenkräder und Innenverkleidung, Armaturenbretter usw.); Gebäudeverkleidungen und -abschnitte (z. B. Dächer, Wandhohlräume, Unterböden usw.); Kleidung (z. B. Mäntel, Hemden, Hosen, Handschuhe, Schürzen, Coveralls, Schuhe, Stiefel, Kopfbedeckung, Sockeneinlagen usw.); Möbel und Bettzeug (z. B. Schlafsäcke, Steppdecken usw.); Fluidspeicher-/transfersysteme (z. B. Rohre oder Tanker für flüssige/gasförmige Kohlenwasserstoffe, Flüssigstickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff oder Rohöl); extreme Umgebungen (z. B. Unterwasser oder Weltraum); Lebensmittel- und Getränkeprodukte (z. B. Becher, Becherhalter, Platten usw.); Behälter und Flaschen; industrielle Gewebe; Dämmgewebe; und so weiter. Das Polymermaterial kann außerdem in einem „Kleidungsstück“ verwendet werden, was allgemein jedwede Artikel beinhalten soll, die so geformt sind, dass sie über einen Teil eines Körpers passen. Beispiele solcher Artikel beinhalten, ohne Einschränkung, Kleidung (z. B. Hemden, Hosen, Jeans, Bundfaltenhosen, Röcke, Mäntel, Freizeitkleidung, Sport-, Aerobic- und Trainingskleidung, Schwimmkleidung, Radtrikots oder -hosen, Schwimm-/Badeanzüge, Rennanzüge, Neoprenanzüge, Bodys usw.), Schuhwerk (z. B. Schuhe, Socken, Stiefel usw.), Schutzkleidung (z. B. Feuerwehrmäntel), Accessoires (z. B. Gürtel, BH-Träger, Seitenteile, Handschuhe, Strumpfwaren, Leggings, orthopädische Schienen usw.), Unterbekleidung (z. B. Unterwäsche, T-Shirts usw.), Kompressionsbekleidung, drapierte Kleidungsstücke (z. B. Kilt-Lendenschurze, Togas, Ponchos, Umhänge, Schals usw.) und so weiter.
Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstanden werden.
Testverfahren
Schmelzflussrate:
Die Schmelzflussrate („MFR“) ist das Gewicht eines Polymers (in Gramm), das durch eine Extrusionsrheometeröffnung (2 mm/0,0825 Zoll Durchmesser) gepresst wird, wenn es einer Last von 2160 Gramm in 10 Minuten ausgesetzt ist, wie z. B. 190 °C, 210 °C, 230 °C oder 260 °C. Sofern nicht anders angegeben, wird die Schmelzflussrate gemäß dem ASTM Testverfahren D1238-13 mit einem Tinius Olsen-Extrusionsplastometer gemessen.
Thermische Eigenschaften:
Die Glasübergangstemperatur (T_g) kann durch dynamische mechanische Analyse (DMA) gemäß ASTM E1640-13 ermittelt werden. Ein Q800-Instrument von TA Instruments kann verwendet werden. Die Testreihen können in Spannung/Spannung-Geometrie, in einem Temperaturverschiebemodus im Bereich von -120 °C bis 150 °C mit einer Erwärmungsrate von 3 °C/min ausgeführt werden. Die Dehnungsamplitudenfrequenz kann während des Tests konstant gehalten werden (2 Hz). Drei (3) unabhängige Proben können getestet werden, um eine durchschnittliche Glasübergangstemperatur zu erhalten, die durch den Spitzenwert der tan-Kurve δ definiert wird, wobei tan δ als das Verhältnis des Verlustmoduls zum Speichermodul definiert ist (tan δ = E"/E').
Die Schmelztemperatur kann durch dynamische Differenzkalorimetrie (DDK) ermittelt werden. Das dynamische Differenzkalorimeter kann ein DSC Q100 dynamisches Differenzkalorimeter sein, das mit einem Flüssigstickstoff-Kühlzubehör und mit einem UNIVERSAL ANALYSIS 2000 (Version 4.6.6) Softwareprogramm für die Analyse ausgestattet sein kann, die beide von T.A. Instruments Inc. aus New Castle, Delaware erhältlich sind. Um die direkte Handhabung der Proben zu vermeiden, können Pinzetten oder andere Werkzeuge verwendet werden. Die Proben können auf eine Aluminiumschale gelegt und mit einer Genauigkeit von 0,01 Milligramm auf einer Analysewaage gewogen werden. Über die Materialprobe in der Schale kann ein Deckel verpresst werden. Normalerweise können die Harzkügelchen direkt in die Waagschale gelegt werden.
Das dynamische Differenzkalorimeter kann mithilfe eines Indiummetallstandards kalibriert und es kann, wie im Betriebshandbuch für das dynamische Differenzkalorimeter beschrieben, eine Basislinienkorrektur durchgeführt werden. Zum Testen kann eine Materialprobe in die Testkammer des dynamischen Differenzkalorimeters gelegt werden und eine leere Schale kann als Referenz verwendet werden. Alle Tests können bei Spülen der Testkammer mit 55 Kubikzentimeter Stickstoff (Industriegüte) pro Minuten ausgeführt werden. Für Harzkügelchen-Proben ist das Heiz- und Kühlprogamm ein 2-Zyklus-Test, der mit einer Äquilibrierung der Kammer auf -30 °°C beginnt, gefolgt durch einen ersten Heizzeitraum bei einer Heizrate von 10 °°C pro Minute bis zu einer Testtemperatur (z. B. 300 °C), gefolgt von der Äquilibrierung der Probe bei einer Testtemperatur 3 Minuten lang, gefolgt durch einen ersten Kühlzeitraum mit einer Kühlrate von 10 °°C pro Minute auf eine Temperatur von -30 °°C, gefolgt von der Äquilibrierung der Probe bei -30 °°C 3 Minuten lang und einem zweiten Heizzeitraum bei einer Heizrate von 10 °°C pro Minute auf Testtemperatur. Für Faserproben kann das Heiz- und Kühlprogramm ein 1-Zyklus-Test sein, der mit einer Äquilibrierung der Kammer auf -25 °°C beginnt, gefolgt von einem Heizzeitraum mit einer Heizrate von 10 °°C pro Minute auf die Testtemperatur, gefolgt von der Äquilibrierung der Probe bei der Testtemperatur 3 Minuten lang und dann einer Abkühlzeitraum bei einer Kühlrate von 10 °°C pro Minute auf eine Temperatur von -30°°C. Alle Tests können bei Spülen der Testkammer mit 55 Kubikzentimeter Stickstoff (Industriegüte) pro Minuten ausgeführt werden.
Die Ergebnisse können mithilfe des UNIVERSAL ANALYSIS 2000 Softwareprogramms für die Analyse beurteilt werden, das die Glasübergangstemperatur (T_g) des Wendepunkts, die endothermen und exothermen Spitzenwerte und die Bereiche unter den Spitzenwerten auf den DDK-Diagrammen identifiziert und quantifiziert. Die Glasübergangstemperatur kann als die Region auf der Diagrammlinie identifiziert werden, bei der eine charakteristische Änderung bei der Steigung aufgetreten ist, und die Schmelztemperatur kann mithilfe einer automatischen Berechnung des Wendepunkts ermittelt werden.
Folienzugeigenschaften:
Folien können auf einem MTS Synergie 200 Zugrahmen auf Zugeigenschaften (Spitzenspannung, Modul, Reißdehnung und Energie pro Volumen bei Bruch) getestet werden. Der Tests kann gemäß ASTM D638-14 (bei etwa 23 °C) durchgeführt werden. Folienproben können vor dem Testen in Hundeknochenformen mit einer mittleren Breite von 3,0 mm geschnitten werden. Die Hundeknochen-Folienproben können mithilfe von Griffen am MTS Synergie 200 Gerät mit einer Messlänge von 18,0 mm festgehalten werden.
Die Folienproben können mit einer Traversengeschwindigkeit von 12,7 cm/min (5,0 Zoll/min) bis zum Bruch gedehnt werden. Für jede Folie können fünf Proben sowohl in Maschinenrichtung (MD) als auch in Maschinenquerrichtung (CD) getestet werden. Ein Computerprogramm (z. B. TestWorks 4) kann verwendet werden, um Daten während des Tests zu sammeln und eine Spannungs-Dehnungs-Kurve zu erzeugen, aus der eine Reihe von Eigenschaften ermittelt werden können, darunter Modul, Spitzenspannung, Verlängerung und Energie bis Bruch.
Faserzugeigenschaften:
Faserzugeigenschaften können gemäß ASTM D638-14 bei 23 °C ermittelt werden. Einzelne Faserproben können zum Beispiel anfänglich auf 38 Millimeter Länge gekürzt (z. B. mit einer Schere geschnitten) und getrennt auf ein schwarzes Samttuch gelegt werden. Auf diese Weise können 10 bis 15 Faserproben gesammelt werden. Die Faserproben können dann in einem im Wesentlichen geraden Zustand auf einem rechteckigen Papierrahmen mit Außenabmessungen von 51 Millimeter × 51 Millimeter und Innenabmessungen von 25 Millimeter × 25 Millimeter montiert werden. Die Enden jeder Faserprobe können durch vorsichtiges Befestigen der Faserenden an den Seiten des Rahmens mit Klebeband operativ angebracht werden. Für jede Faserprobe kann ihre relativ kürzere Außenabmessung quer zur Faser unter Einsatz eines herkömmlichen Labormikroskops gemessen werden, das ordnungsgemäß kalibriert und auf eine 40-fache Vergrößerung eingestellt sein kann. Die Abmessung quer zur Faser kann als der Durchmesser der einzelnen Faserprobe aufgezeichnet werden. Der Rahmen hilft beim Montieren der Enden der Faserproben in den oberen und unteren Griffen mit einer konstanten Rate des Erweiterungstyp-Zugfestigkeitstesters auf eine Weise, die übermäßige Schäden an den Faserproben vermeidet.

Eine konstante Rate des Erweiterungstyp-Zugfestigkeitstesters und eine geeignete Wägezelle können für das Testen eingesetzt werden. Die Wägezelle kann so ausgewählt werden (z. B. 10N), dass der Testwert innerhalb von 10 bis 90 % der Skalenendwertlast fällt. Der Zugfestigkeitstester (z. B. MTS SYNERGY 200) und die Wägezelle können von MTS Systems Corporation aus Eden Prairie, Michigan erhalten werden. Die Faserproben in der Rahmenanordnung können dann zwischen die Griffe des Zugfestigkeitstesters montiert werden, sodass die Enden der Faser durch die Griffe des Zugfestigkeitstesters operativ gehalten werden können. Anschließend können die Seiten des Papierrahmens, die sich parallel zur Faserlänge erstrecken, geschnitten oder anderweitig getrennt werden, sodass der Zugfestigkeitstester die Testkraft nur auf die Fasern anwendet. Die Fasern müssen einer Zugprüfung mit einer Zugrate und Griffgeschwindigkeit von 30,48 cm (12 Zoll) pro Minute unterzogen werden. Die resultierenden Daten können mithilfe eines TESTWORKS 4 Softwareprogramms von der MTS Corporation mit den folgenden Testeinstellungen analysiert werden:

Berechnungseingaben		Testeingaben
Bruchmarkierungsabfall	50 %	Bruchempfindlichkeit	90%
Bruchmarkierungsverlängerung	0,254 cm (0,1 Zoll)	Bruchschwellenwert	10 g_f
Nominelle Messlänge	0,254 cm (1 Zoll)	Datenerfassungs- rate	10 Hz
Durchhang- Vorspannung	4,448 N (11b_f)	Denier-Länge	9000 m
Steigungssegmentlänge	20%	Dichte	1,4 g/cm³ (PET) oder 1,25 (PLA)
Nachgebegrenze	0,20 %	Anfangsgeschwindigkeit	30,48 cm/min (12 Zoll/min)
Nachgebesegmentlänge	2%	Sekundäre Geschwindigkeit	30,48 cm/min (2 Zoll/min)

Die Zähigkeitswerte können in Bezug auf Gramm-Kraft pro Denier ausgedrückt werden.
Spitzenverlängerung (prozentuale Belastung bei Bruch) und Spitzenspannung können ebenfalls gemessen werden.
Ausdehnungsverhältnis, Dichte und prozentuales Porenvolumen
Um Ausdehnungsverhältnis, Dichte und prozentuales Porenvolumen zu ermitteln, können die Breite (W_i) und Dicke (T_i) der Probe am Anfang vor dem Ziehen gemessen werden. Die Länge (L_i) vor dem Ziehen kann ebenfalls durch Messen des Abstands zwischen zwei Markierungen auf der Oberfläche der Probe gemessen werden. Danach kann die Probe gezogen werden, um die Entleerung zu initiieren. Die Breite (W_f), Dicke (T_f) und Länge (L_f) der Probe können dann auf 0,01 mm gerundet mithilfe des Digimatic Caliper (Mitutoyo Corporation) gemessen werden. Das Volumen (V_i) vor dem Ziehen kann durch W_i × T_i × L_i = V_i berechnet werden. Das Volumen (V_i) nach dem Ziehen kann durch W_i × T_i × L_i = V_i berechnet werden. Das Ausdehnungsverhältnis (Φ) kann durch Φ = V_f/V_i berechnet werden; die Dichte (P_f) kann wie folgt berechnet werden: P_f = P_i/Φ, wobei P_i die Dichte des Vorläufermaterials ist; und das prozentuale Porenvolumen (% V_v) kann wie folgt berechnet werden: %V_v = (1 - 1/ Φ) × 100.
Für Fasern kann der Hohlraumanteil ebenfalls durch Suspension in kalibrierten Dichtelösungen gemessen werden. Dichtelösungen können zum Beispiel durch Mischen von Natriumbromid (Sigma-Aldrich) mit entionisiertem Wasser produziert werden, um Lösungen mit Dichten von 1,0 Gramm pro Kubikzentimeter (g/ccm) bis 1,385 g/ccm zu erzeugen. Die Lösungsdichte kann mithilfe von kalibrierten Hygrometern verifiziert werden, die von VWR erhalten werden.
BEISPIEL 1
Ein Gemisch aus 93 Gewichts-% halbkristallinem Polyethylen-Terephthalat (PET 7200 Auriga) und 7 Gewichts-% Polyester-Polyether-Copolymer (HYTREL™ RS 40F3 NC010, DuPont). Die Polymere wurden einem Gleichdralldoppelschneckenextruder (ZSK-30, Durchmesser von 30 mm, Länge von 1328 mm) für die Verbindung, die von Werner and Pfleiderer Corporation aus Ramsey, New Jersey gefertigt wurde, zugeführt. Der Extruder besaß 14 Zonen, die von 1 bis 14 vom Zuführtrichter bis zur Matrize fortlaufend nummeriert waren. Der erste Zylinder Zone Nr. 1 empfing das Harz über eine gravimetrische Zuführvorrichtung mit einem gesamten Durchsatz von 9 kg/h (20 Pfund pro Stunde). Die zum Extrudieren des Harzes verwendete Matrize hatte 3 Matrizenöffnungen (6 Millimeter Durchmesser), die um 4 Millimeter voneinander getrennt waren. Nach Bildung wurde das extrudierte Harz auf einem lüftergekühlten Förderband gekühlt und durch einen Conair-Pelletisierer in Kügelchen geformt. Die Extruderschneckengeschwindigkeit betrug 200 Umdrehungen pro Minute („U/min“) und die Extrusionstemperatur betrug 270 °C. Die resultierenden Kügelchen wurden über eine Trocknungsmitteltrocknung bei 140 °C 12 Stunden lang getrocknet.
BEISPIEL 2
Die Körnchen von BEISPIEL 1 wurden dann als Einkomponentenfasern mithilfe einer Multifilament-Faserspinnlinie (FET-100 Series Laboratory Multi - Functional Melt Spinning System), hergestellt von Fibre Extrusion Technologies, Leeds UK, extrudiert. Die Kügelchen wurden in einen Signalschneckenextruder, der auf eine Temperatur von 275 °C erhitzt wurde, flutzugeführt. Das geschmolzene Polymer wurde dann durch eine Faserspinndüse mit 24 Löchern, die einen Durchmesser von 0,15 mm aufweisen, mit einer Kapillarlänge von 0,6 mm bei einem Durchsatz von 0,39 Gramm pro Loch pro Minute extrudiert. Die Faser wurde über eine Galette mit 200 Meter pro Minute schmelzgezogen. Das gesamte Faserbündel-Denier betrug etwa 485 Gramm pro 9000 Meter.
BEISPIEL 3
Das Faserbündel von BEISPIEL 2 wurde in eine Ziehlinie über einen Quintett-Walzenstuhl bei einer Zuführgeschwindigkeit von 10 Meter pro Minute (m/m) zugeführt. Das Bündel querte dann zwei Stangen, die in Wasserbad getaucht waren, die einen Durchmesser von 19 mm aufwiesen. Die zwei Stangen befanden sich etwa 87 Zentimeter vom Wasserbadeintritt und fest an einer Position, die vor dem Verlassen des Wasserbads eine 180-Grad-Umhüllung ergab. Die Wasserbadtemperatur betrug 25 °C. Die Bündelaufnahmegeschwindigkeit betrug 40 Meter pro Minute bei einem 4,0-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 4
Fasern wurden wie in BEISPIEL 3 gebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 42 Meter pro Minute bei einem 4,2-fachen Ziehverhältnis betrug. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 5
Fasern wurden wie in BEISPIEL 3 gebildet, die Aufnahmegeschwindigkeit betrug jedoch 45 Meter pro Minute bei einem 4,5-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 6
Fasern wurden wie in BEISPIEL 3 gebildet, jedoch wurde das Wasser aus dem Wasserbad entfernt. In mittleres Niveau von Brüchen in den Fasern wurde beobachtet.
BEISPIEL 7
Die Kügelchen von BEISPIEL 1 wurden dann als Einkomponentenfasern mithilfe einer Multifilament-Faserspinnlinie, die von Davis Standard, Pawcatuck, Connecticut, USA hergestellt wurde, extrudiert. Die Kügelchen wurden in einen Signalschneckenextruder, der auf eine Temperatur von 275 °C erhitzt wurde, flutzugeführt. Das geschmolzene Polymer wurde dann durch eine Faserspinndüse mit 48 Löchern, die einen Durchmesser von 0,30 mm aufweisen, mit einer Kapillarlänge von 0,6 mm bei einem Durchsatz von 0,3 Gramm pro Loch pro Minute extrudiert. Die Faser wurde mit einer Galetteaufnahmegeschwindigkeit von 50 m/m für ein Ausziehverhältnis von 14,5 gesammelt. Das gesamte Bündel-Denier betrug etwa 2544 Gramm pro 9000 Meter. Das Bündel wurde an einem Griff umhüllt und einaxialer Erweiterung unter einem MTS-Hydraulikrahmen (810 Materialtestsystem) bei Umgebungsbedingung unterzogen. Die Messlänge betrug 15 mm und die Bündelerweiterungsgeschwindigkeit betrug 50 Meter pro Minute mit einem etwa 3-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 8
Fasern wurden wie in BEISPIEL 6 gebildet, die Bündelerweiterungsgeschwindigkeit betrug jedoch 100 Meter pro Minute. In mittleres Niveau von Brüchen in den Fasern wurde beobachtet.
BEISPIEL 9
Die Kügelchen von BEISPIEL 1 wurden dann als Einkomponentenfasern mithilfe einer Multifilament-Faserspinnlinie, die von Davis Standard, Pawcatuck, Connecticut, USA hergestellt wurde, extrudiert. Die Kügelchen wurden in einen Signalschneckenextruder, der auf eine Temperatur von 275 °C erhitzt wurde, flutzugeführt. Das geschmolzene Polymer wurde dann durch eine Faserspinndüse mit 48 Löchern, die einen Durchmesser von 0,30 mm aufweisen, mit einer Kapillarlänge von 0,6 mm bei einem Durchsatz von 0,3 Gramm pro Loch pro Minute extrudiert. Die Faser wurde mit einer Galetteaufnahmegeschwindigkeit von 100 m/m für ein Ausziehverhältnis von 29 gesammelt. 1632 Gramm pro 9000 Meter. Das Bündel wurde an einem Griff umhüllt und einaxialer Erweiterung unter einem MTS-Hydraulikrahmen (810 Materialtestsystem) bei Umgebungsbedingung unterzogen. Die Messlänge betrug 15 mm und die Bündelerweiterungsgeschwindigkeit betrug 50 Meter pro Minute mit einem etwa 3-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 10
Ein Gemisch aus 93 Gewichts-% halbkristallinem Polyethylen-Terephthalat (PET 7200 Auriga) und 7 Gewichts-% Polyester-Polyether-Copolymer (HYTREL™ 5526, DuPont). Die Polymere wurden einem Gleichdralldoppelschneckenextruder (ZSK-30, Durchmesser von 30 mm, Länge von 1328 mm) für die Verbindung, die von Werner and Pfleiderer Corporation aus Ramsey, New Jersey gefertigt wurde, zugeführt. Der Extruder besaß 14 Zonen, die von 1 bis 14 vom Zuführtrichter bis zur Matrize fortlaufend nummeriert waren. Der erste Zylinder Zone Nr. 1 empfing das Harz über eine gravimetrische Zuführvorrichtung mit einem gesamten Durchsatz von 9 kg/h (20 Pfund pro Stunde). Die zum Extrudieren des Harzes verwendete Matrize hatte 3 Matrizenöffnungen (6 Millimeter Durchmesser), die um 4 Millimeter voneinander getrennt waren. Nach Bildung wurde das extrudierte Harz auf einem lüftergekühlten Förderband gekühlt und durch einen Conair-Pelletisierer in Kügelchen geformt. Die Extruderschneckengeschwindigkeit betrug 200 Umdrehungen pro Minute („U/min“) und die Extrusionstemperatur betrug 270 °C. Die resultierenden Kügelchen wurden über eine Trocknungsmitteltrocknung bei 140 °C 12 Stunden lang getrocknet.
BEISPIEL 11
Die Körnchen von BEISPIEL 10 wurden dann als Einkomponentenfasern mithilfe einer Multifilament-Faserspinnlinie (FET-100 Series Laboratory Multi - Functional Melt Spinning System), hergestellt von Fibre Extrusion Technologies, Leeds UK, extrudiert. Die Kügelchen wurden in einen Signalschneckenextruder, der auf eine Temperatur von 275 °C erhitzt wurde, flutzugeführt. Das geschmolzene Polymer wurde dann durch eine Faserspinndüse mit 24 Löchern, die einen Durchmesser von 0,15 mm aufweisen, mit einer Kapillarlänge von 0,3 mm bei einem Durchsatz von 0,39 Gramm pro Loch pro Minute extrudiert. Die Fasern wurden mit einer Galette mit Aufnahmegeschwindigkeit von 100 Meter pro Minute für ein Ausziehverhältnis von 5 schmelzgezogen. Das gesamte Bündel-Denier betrug etwa 886 Gramm pro 9000 Meter.
BEISPIEL 12
Das Faserbündel von BEISPIEL 11 wurde in eine Ziehlinie über einen Quintett-Walzenstuhl bei einer Zuführgeschwindigkeit von 10 Meter pro Minute (m/m) zugeführt. Das Bündel querte dann zwei Stangen, die in Wasserbad getaucht waren, die eine Länge von 150 Zentimeter aufwiesen. Die zwei Stangen befanden sich ungefähr 129 Zentimeter vom Wasserbadeintritt. Das Bündel querte die Stangen, sodass das Bündel einer 180-Grad-Drehung (S-Hülle) folgte, bevor es das Wasserbad verließ. Die Wasserbadtemperatur betrug 25 °C. Die Bündelaufnahmegeschwindigkeit betrug 35 Meter pro Minute bei einem 3,5-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
BEISPIEL 13
Fasern wurden wie in BEISPIEL 12 gebildet, außer dass Wasser aus dem Wasserbad entfernt wurde. In mittleres Niveau von Brüchen in den Fasern wurde beobachtet.
BEISPIEL 14
Kügelchen aus BEISPIEL 10 wurden verwendet, um den Kern einer Zweikomponentenfaser zu erstellen, wobei der Mantel aus 100 Gewichts-% Polyethylen-Terephthalat (PET 7200 Auriga) bestand. Das geschmolzene Polymer wurde durch eine Spinndüse mit 24 Löchern, die einen Durchmesser von 0,40 mm aufweisen, mit einer Kapillarlänge von 1,6 mm bei einem Durchsatz von 1,04 Gramm pro Loch pro Minute extrudiert. Die Fasern wurden mit einer Galette mit Aufnahmegeschwindigkeit von 100 Meter pro Minute für ein Ausziehverhältnis von 14 schmelzgezogen. Das gesamte Bündel-Denier betrug etwa 2252 Gramm pro 9000 Meter.

Dichte- und Hohlraummessungen wurden für die Proben von Beispiel 14 sowie Beispiel 2 und 11 genommen. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle dargestellt.

	PET-Standarddichte (g/cm³)	Gemessene Dichte (g/cm³)	Unterschied	Hohlraumanteil
BEISPIEL 2	1,350	1,142	0,208	15,4 %
BEISPIEL 11	1,350	1,055	0,295	21,8 %
BEISPIEL 14	1,350	0,870	0,480	35,5 %

BEISPIEL 15
Das Faserbündel von BEISPIEL 14 wurde in eine Ziehlinie über einen Quintett-Walzenstuhl bei einer Zuführgeschwindigkeit von 10 Meter pro Minute (m/m) zugeführt. Das Bündel querte dann zwei Stangen, die in Wasserbad getaucht waren, die eine Länge von 150 Zentimeter aufwiesen. Die zwei Stangen befanden sich ungefähr 129 Zentimeter vom Wasserbadeintritt. Das Bündel querte die Stangen, sodass das Bündel einer 180-Grad-Drehung (S-Hülle) folgte, bevor es das Wasserbad verließ. Die Wasserbadtemperatur betrug 25 °C. Die Bündelaufnahmegeschwindigkeit betrug 35 Meter pro Minute bei einem 3,5-fachen Ziehverhältnis. Begrenzte Brüche in den Fasern wurden beobachtet.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen genau beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass Fachleute auf dem Gebiet nach Kenntnis des Vorstehenden sich ohne Weiteres Änderungen, Varianten oder Äquivalente dieser Ausführungsformen ausdenken können. Demgemäß sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung als derjenige der angehängten Ansprüche und von jeglichen Äquivalenten davon bewertet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 3802817 A [0039]
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Claims

Polymermaterial, das eine thermoplastische Zusammensetzung umfasst, wobei die Zusammensetzung eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester enthält, wobei ein Copolyetherester-Elastomer in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist, und wobei ein poröses Netzwerk in der thermoplastischen Zusammensetzung definiert ist, das eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei das Copolyetherester-Elastomer von etwa 0,01 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung darstellt.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei der Polyester eine Polymilchsäure ist.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei der Polyester ein aromatischer Polyester ist.
Polymermaterial nach Anspruch 4, wobei der aromatische Polyester Polyethylen-Terephthalat ist.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei der Polyester eine Glasübergangstemperatur von etwa 0 °C oder mehr aufweist.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei das Elastomer ein segmentiertes Blockpolymer ist, das wiederkehrende langkettige Estereinheiten und kurzkettige Estereinheiten aufweist.
Polymermaterial nach Anspruch 7, wobei die langkettigen Einheiten durch folgende Formel dargestellt werden: -OGO-C(O)-R-C(O)- und die kurzkettigen Estereinheiten durch die folgende Struktur dargestellt werden: -ODO-C(O)-R-C(O)- wobei, G für eine zweiwertige Gruppe steht, die aus ein oder mehreren hochmolekularen Alkoholen abgeleitet ist; R für eine Kohlenwasserstoffgruppe steht, die aus ein oder mehreren Dicarbonsäuren abgeleitet ist; und D für eine zweiwertige Gruppe steht, die aus ein oder mehreren niedermolekularen Diolen abgeleitet ist.
Polymermaterial nach Anspruch 7, wobei die langkettigen Einheiten aus dem Reaktionsprodukt eines hochmolekularen Alkohols mit Dicarbonsäure gebildet werden.
Polymermaterial nach Anspruch 9, wobei der Alkohol ein Polymerglycol ist.
Polymermaterial nach Anspruch 7, wobei die kurzkettigen Estereinheiten aus der Reaktion eines niedermolekularen Diols mit Dicarbonsäure gebildet werden.
Polymermaterial nach Anspruch 11, wobei das niedermolekulare Diol Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butanediol, 1,6-Hexamethylenglycol, Dihydroxycyclohexan, Cyclohexandimethanol, Resorcinol, Hydroquinon, 1,5-Dihydroxynaphthalen, Bisphenol A oder ein Esterderivat davon beinhaltet.
Polymermaterial nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Dicarbonsäure eine aromatische Dicarbonsäure beinhaltet.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei die Nanoporen eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 800 Nanometer oder weniger aufweisen.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei die Nanoporen eine durchschnittliche axiale Abmessung von etwa 100 bis etwa 5000 Nanometer aufweisen.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei die kontinuierliche Phase von etwa 60 Gewichts-% bis etwa 99 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung darstellt.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei das Copolyetherester-Elastomer in der Form von nanoskaligen Bereichen verteilt ist.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ferner einen Mikroeinschlusszusatz umfasst, der in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist.
Polymermaterial nach Anspruch 1, wobei das poröse Netzwerk ferner Mikroporen beinhaltet.
Faser, umfassend das Polymermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Vliesbahn, umfassend die Faser nach Anspruch 20.
Saugfähiger Artikel, der eine im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Schicht, eine flüssigkeitsdurchlässige Schicht und einen saugfähigen Kern beinhaltet, wobei die im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Schicht, die flüssigkeitsdurchlässige Schicht oder beide das Polymermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 19 beinhalten.
Verfahren zur Ausbildung eines Polymermaterials, das Verfahren umfassend: Ausbilden einer thermoplastischen Zusammensetzung, die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, das in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist; und Ziehen der thermoplastischen Zusammensetzung im Festkörperzustand, um ein poröses Netzwerk darin auszubilden, wobei das poröse Netzwerk eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die thermoplastische Zusammensetzung in einem Dehnverhältnis von etwa 1,1 bis etwa 25 gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die thermoplastische Zusammensetzung bei einer Temperatur von etwa -50 °C bis etwa 150 °C gezogen wird.
Verfahren zum Ausbilden einer Faser, das Verfahren umfassend: Ausbilden einer thermoplastischen Zusammensetzung, die eine kontinuierliche Phase enthält, die einen Polyester und ein Copolyetherester-Elastomer beinhaltet, das in der kontinuierlichen Phase in der Form diskreter Bereiche verteilt ist; Extrudieren der Zusammensetzung durch eine Kapillare, um die Faser zu bilden; und Ziehen der Faser bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Schmelztemperatur des Polyesters, wodurch ein poröses Netzwerks gebildet wird, das eine Vielzahl von Nanoporen beinhaltet.