DE112018000359T5

DE112018000359T5 - Technik zum ausbilden poröser fasern

Info

Publication number: DE112018000359T5
Application number: DE112018000359.0T
Authority: DE
Inventors: Ryan J. McEneany; A. Topolkaraev Vasily; Yuewen Xu
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN110325676B; GB2574751B; KR20190115030A; BR112019016254A2; US11724002B2; KR102475661B1; US20190374672A1; WO2018160284A2; GB201913270D0; GB2574751A; WO2018160284A3; AU2018228336A1; AU2018228336B2; CN110325676A; RU2739906C1

Abstract

Ein Verfahren zum Ausbilden einer Faser wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Extrudieren eines Matrix-Polymers und eines Nanoeinschlusszusatzes, um eine thermoplastische Zusammensetzung auszubilden, in der der Nanoeinschlusszusatz in einer kontinuierlichen Phase des Matrix-Polymers verteilt ist. Die extrudierte thermoplastische Zusammensetzung passiert danach durch eine Spinndüse, um eine Faser mit einem porösen Netzwerk auszubilden, das eine Vielzahl von Nanoporen enthält, wobei das durchschnittliche prozentuale Volumen, das durch die Nanoporen in einem Einheitsvolumen der Faser belegt wird, von etwa 3 % bis etwa 15 % pro cmist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Erhebliche Anstrengungen wurden unternommen, um Fasern 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 Fasern 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. Physische 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 einem verbesserten Prozess zum Ausbilden poröser Fasern mit geringer Dichte.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Faser offenbart, dass das Extrudieren eines Matrix-Polymers und eines Nanoeinschlusszusatzes umfasst, um eine thermoplastische Zusammensetzung auszubilden, in der der Nanoeinschlusszusatz in einer kontinuierlichen Phase des Matrix-Polymers verteilt ist. Danach passiert die extrudierte thermoplastische Zusammensetzung durch eine Spinndüse, um eine Faser mit einem porösen Netzwerk auszubilden, das eine Vielzahl von Nanoporen enthält, wobei das durchschnittliche prozentuale Volumen, das durch die Nanoporen in einem Einheitsvolumen der Faser belegt wird, von etwa 3 % bis etwa 15 % pro cm³ ist.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Offenbarung 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 die Fasern der vorliegenden Erfindung einsetzen kann; und
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Prozesses, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um Fasern auszubilden.

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 Verfahren zum Schmelzziehen einer thermoplastischen Zusammensetzung während des Faserausbildungsprozesses, sodass ein poröses Netzwerk darin ausgebildet wird. Insbesondere wird eine thermoplastische Zusammensetzung anfänglich extrudiert, um eine kontinuierliche Phase auszubilden, die ein Matrix-Polymer und einen Nanoeinschlusszusatz beinhaltet. Danach passiert die thermoplastische Zusammensetzung durch eine Düse, um eine Faser auszubilden. Diesbezüglich haben, wenn die Zusammensetzung durch die Spinndüse passiert, die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass die nanoskaligen Phasenbereiche, die durch den Nanoeinschlusszusatz ausgebildet werden, auf eine einzigartige Weise interagieren können, um ein Netzwerk von Poren zu erzeugen. Es wird nämlich angenommen, dass Belastung, die im Spinndüsenprozess ausgeübt wird, intensive lokale Scherzonen und/oder Spannungsintensitätszonen (z. B. normale Spannungen) in der Nähe der diskreten Phasenbereiche als Folge von Spannungskonzentrationen initiieren können, die aus der Inkompatibilität des Nanoeinschlusszusatzes und des Matrix-Polymers resultieren. Diese Scher- und/oder Spannungsintensitätszonen bewirken eine gewisse anfängliche Ablösung im Matrix-Polymer neben den Bereichen. Sobald erste Poren ausgebildet sind, kann die Matrix, 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.
Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, nehmen die Erfinder der vorliegenden Erfindung an, dass ein derart stabiles poröses Netzwerk teilweise aufgrund selektiver Kontrolle über die Schmelzviskosität (oder umgekehrt die Schmelzflussrate) zwischen dem Nanoeinschlusszusatz und dem Matrix-Polymer erreicht werden kann. Insbesondere kann die Verwendung eines Nanoeinschlusszusatzes, der eine höhere Schmelzviskosität (niedrigere Schmelzflussrate) hat als das Matrix-Polymer dazu beitragen, einen bestimmten Grad an Flussinstabilität in der Spinndüse zu erreichen, was bewirkt, dass sich darin Poren bilden. Das Verhältnis der Schmelzflussrate des Matrix-Polymers zur Schmelzflussrate des Nanoeinschlusszusatzes kann zum Beispiel etwa 2:1 oder mehr, in einigen Ausführungsformen von etwa 2,5:1 bis etwa 10:1 und in einigen Ausführungsformen von etwa 3:1 bis etwa 8:1 sein. Der Nanoeinschlusszusatz kann zum Beispiel eine Schmelzflussrate (auf Trockenbasis) von etwa 0,1 bis etwa 50 Gramm pro 10 Minuten, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 30 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. Das Matrix-Polymer (z. B. 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.
Bezugnehmend auf 2 ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Schmelzziehen einer Zusammensetzung in der Form 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. Jedweder herkömmliche Extruder kann eingesetzt werden, wie z. B. ein Einschneckenextruder, Zweischneckenextruder usw. Ein besonders geeigneter Extruder ist ein Gleichdralldoppelschneckenextruder (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. Während sich die Temperatur je nach Schmelztemperatur des Matrix-Polymers unterschieden kann, erfolgt die Extrusion und das Schmelzziehen normalerweise bei einer Temperatur von etwa 180 °C bis etwa 340 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa 185 °C bis etwa 330 °C und in einigen Ausführungsformen von etwa 190 °C bis etwa 320 °C.
Erneut Zentrifugal sieb auf 2 wird er Extruder 12 auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um das geschmolzene Polymer zu extrudieren. Die extrudierte Zusammensetzung passiert dann durch eine Polymerleitung 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. Wie oben erörtert, führt das Passieren der Zusammensetzung durch den Extruder 12 und die Spinndüse 18 zur Ausbildung eines porösen Netzwerks. Alternativ kann die Spinndüse kreisförmiger Natur sein, mit ein oder mehreren Zentrifugalsieb-Ringen von Öffnungen. Unabhängig davon hat, um die Ausbildung eines porösen Netzwerks zu erleichtern, die Spinndüse normalerweise ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D) von etwa 6:1 oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 4:1 oder weniger und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5:1 bis etwa 2,5:1
Der Prozess 10 kann außerdem ein Abschreckgebläse 20 einsetzen, 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, und stabilisiert das poröse Netzwerk, das vorher während des Schmelzziehens ausgebildet wurde. Die Abschreckluft kann von einer Seite des Faservorhangs, wie in 2 dargestellt, oder beiden Seiten des Faservorhangs geleitet werden. Alternativ kann die Abschreckluft einheitlich in einem kreisförmigen Vorhang um die Außenkante der Fasern (Abschrecken durch Einströmung) oder von der Mitte des Faserbündels (Abschrecken durch Ausströmung) zugeführt 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. Alternativ können die Fasern mechanisch gezogen werden, um für Ausrichtung mithilfe einer einzigen oder einer Reihe von Galetten bei einer Aufnahmegeschwindigkeit, die größer ist als die lineare Extrusionsgeschwindigkeit des geschmolzenen Polymers, das die Spinndüse verlässt, zu sorgen.
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 5000:1, in einigen Ausführungsformen von etwa 5:1 bis etwa 4000:1, in einigen Ausführungsformen von etwa 10:1 bis etwa 3000:1 und in einigen Ausführungsformen von etwa 15:1 bis etwa 2000:1 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 wie für Fachleute auf dem Gebiet verständlich, optional zusätzlichen direkten Verarbeitungs- und/oder Umwandlungsschritten (nicht dargestellt) unterzogen werden. 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.
Durch die oben angegebenen Techniken kann ein stabiles poröses Netzwerk ausgebildet werden, sodass das durchschnittliche prozentuale Volumen, das durch die Poren in einem bestimmten Einheitsvolumen der Faser belegt wird, etwa 3 % bis etwa 15 % pro cm³, in einigen Ausführungsformen etwa 4 % bis etwa 12 % und in einigen Ausführungsformen etwa 5 % bis etwa 10 % pro Kubikzentimeter des Materials betragen kann. Bei einem solchen Porenvolumen kann die Zusammensetzung eine relativ geringe Dichte haben. Polyolefinzusammensetzungen können zum Beispiel eine Dichte von etwa 0,92 Gramm pro Kubikzentimeter („g/cm³“) oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,90 g/cm³ oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,88 g/cm³ oder weniger, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,10 g/cm³ bis etwa 0,85 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,20 g/cm³ bis etwa 0,80 g/cm³ haben. Ebenso können Polyesterzusammensetzungen eine Dichte von etwa 1,5 g/cm³ oder weniger, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,4 bis etwa 1,4 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 1,2 g/cm³ haben. 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 aufweisen. 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 5.000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 50 bis etwa 2.000 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 1.000 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 in den Fasern, bilden. 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 zu etwa 30, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,1 zu etwa 15 und in einigen Ausführungsformen von etwa 1,2 zu 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 etwa 2 bis etwa 30 Mikrometer betragen.
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 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.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden genauer beschrieben.
Thermoplastische Zusammensetzung
Matrix-Polymer
Wie oben angegeben, enthält die thermoplastische Zusammensetzung eine kontinuierliche Phase, in der ein Nanoeinschlusszusatz verteilt ist. Die kontinuierliche Phase enthält ein oder mehrere Matrix-Polymere, die 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 darstellen. Die Natur des Matrix-Polymers/der Matrix-Polymere, das/die verwendet wird/werden, um die kontinuierliche Phase auszubilden, ist nicht kritisch und allgemein kann jedwedes geeignete Polymer eingesetzt werden, wie z. B. Polyester, Polyolefine, Styrolpolymere, Polyamide usw.
In bestimmten Ausführungsformen kann zum Beispiel ein Polyolefin als ein Matrix-Polymer eingesetzt werden. Polyolefine haben normalerweise eine Schmelztemperatur von etwa 100 °C bis etwa 220 °C, in einigen Ausführungsformen von etwa 120 °C bis etwa 200 °C und in einigen Ausführungsformen von etwa 140 °C bis etwa 180 °C, wie z. B. mithilfe von dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK) gemäß ASTM D-3417 ermittelt. Geeignete Polyolefine können zum Beispiel Ethylenpolymere (z. B. Polyethylen mit niedriger Dichte („LDPE“), hochdichtes Polyethylen („HDPE“), lineares Polyethylen mit niedriger Dichte („LLDPE“) usw.), Propylen-Homopolymere (z. B. syndiotaktisch, ataktisch, isotaktisch usw.), Propylen-Copolymere usw. beinhalten. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Polymer ein Propylenpolymer, wie z. B. ein Homopolypropylen oder ein Copolymer von Propylen. Das Propylenpolymer kann zum Beispiel aus einem im Wesentlichen isotaktischen Polypropylen-Homopolymer oder einem Copolymer ausgebildet sein, das gleich oder weniger als etwa 10 Gewichts-% andere Monomere enthält, d. h. mindestens etwa 90 Gewichts-% Propylen. Solche Homopolymere können einen Schmelzpunkt von etwa 140 °C bis etwa 170 °C haben. Selbstverständlich können auch andere Polyolefine in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann das Polyolefin zum Beispiel ein Copolymer von Ethylen oder Propylen mit einem anderen a-Olefin, wie z. B. C₃-C₂₀a-Olefin oder C₃-C₁₂ a-Olefin sein. Spezifische Beispiele geeigneter a-Olefine beinhalten 1-Buten; 3-Methyl-1-buten; 3,3-Dimethyl-1-buten; 1-Penten; 1-Penten mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hexen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hepten mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Octen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Nonen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; ethyl-, methyl- oder dimethyl-substituiertes 1-Decen; 1-Dodecen und Styren. Besonders erwünschte α-Olefin-Comonomere sind 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen. Der Ethylen- oder Propylengehalt solcher Copolymere kann von etwa 60 Mol-% bis etwa 99 Mol-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 80 Mol-% bis etwa 98,5 Mol-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 87 Mol-% bis etwa 97,5 Mol-% sein. Der a-Olefin-Gehalt kann ähnlich von etwa 1 Mol-% bis etwa 40 -Mol%, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,5 Mol-% bis etwa 15 Mol-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 2,5 Mol-% bis etwa 13 Mol-% reichen.
In anderen Ausführungsformen kann ein Polyester als ein Matrix-Polymer eingesetzt werden. Jedweder einer Vielzahl von Polyester kann allgemein 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 etwa 5 °C bis etwa 120 °C, in einigen Ausführungsformen etwa 30 °C bis etwa 110 °C und in einigen Ausführungsformen etwa 50 °C bis etwa 100 °C betragen. 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 160 °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 E1640-09 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. Ebenso 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 hydrolytisch 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 erwünscht, 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 Nanoeinschlusszusatz 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.
Nanoeinschlusszusatz
Wie oben angegeben, wird außerdem ein Nanoeinschlusszusatz in der thermoplastischen Zusammensetzung eingesetzt, der mindestens ein Polymer beinhaltet. Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, kann das Polymer so ausgewählt sein, dass es zumindest teilweise mit dem Matrix-Polymer inkompatibel ist, in dem Sinne, dass es im Wesentlichen einheitlich in der Matrix 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 2.500 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 2.000 Nanometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 1.500 Nanometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 20 bis etwa 1.000 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. Der Nanoeinschlusszusatz 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 5 Gewichts-%, basierend auf dem Gewicht des Matrix-Polymers der kontinuierlichen Phase, eingesetzt. Die Konzentration des Nanoeinschlusszusatzes in der gesamten thermoplastischen Zusammensetzung kann ähnlich etwa 0,01 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,3 Gewichts-% bis etwa 6 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung betragen.
Der Nanoeinschlusszusatz ist teilweise mit dem Matrix-Polymer inkompatibel, in dem Sinne, dass es im Wesentlichen einheitlich in der Matrix verteilt sein kann, jedoch in der Form diskreter Bereiche. Eine derart partielle Inkompatibilität kann auf eine Vielzahl von Arten erreicht werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Nanoeinschlusszusatz zum Beispiel ein Polymer mit einer nicht-polaren Komponente (z. B. Siloxanpolymer, Olefinpolymer usw.) sein. Solche Polymere haben normalerweise ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von etwa 100.000 Gramm pro Mol oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 200.000 Gramm pro Mol oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 500.000 Gramm pro Mol bis etwa 2.000.000 Gramm pro Mol. In einer Ausführungsform kann der Nanoeinschlusszusatz zum Beispiel ein Siloxanpolymer enthalten. Das Siloxanpolymer kann eine kinematische Viskosität von etwa 1 × 10⁵ Centistoke oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 5 × 10⁵ Centistoke oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 1 × 10⁶ Centistoke oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 5 × 10⁶ Centistoke bis etwa 20 × 10⁶ Centistoke haben. Jedweder einer Vielzahl von Nanoeinschlusszusätzen kann im Allgemeinen in der thermoplastischen Zusammensetzung eingesetzt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Siloxanpolymer zum Beispiel ein „MQ“-Harz sein, das heißt ein makromolekulares Polymer, das R₃SiO_1/2- und SiO_4/2-Einheiten (die M- bzw. Q-Einheiten) enthält, wobei R eine funktionelle oder nicht-funktionelle organische Gruppe ist. Geeignete organofunktionelle Gruppen („R“) können zum Beispiel Alkyl (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl usw.), Aryl (z. B. Phenyl), Cycloalkyl (z. B. Cyclopentyl), Arylenyl, Alkenyl, Cycloalkenyl (z. B. Cyclohexenyl), Alkoxy (z. B. Methoxy) usw. sowie Kombinationen davon beinhalten. Geeignete Harze werden im Allgemeinen durch chemische Bindung (Copolymerisierung) von MQ-Harzmolekülen mit einem niedrigen gewichtsmittleren Molekulargewicht (wie z. B. weniger als 100.000 Gramm pro Mol) mit Polysiloxan-Linkern zubereitet. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Harz zum Beispiel durch Copolymerisierung eines MQ-Festharzes mit niedrigem Molekulargewicht (A) mit einem im Wesentlichen linearen Polydiorganosolixan-Linker (B) ausgebildet werden, wie z. B. in US-Patent Nr. 6,072,012 von Juen, et al beschrieben. Das Harz (A) kann zum Beispiel M- und Q-Siloxy-Einheiten haben, die folgende allgemeine Formel haben: R¹ _aR² _bR³ _cSiO_(4-a-b-c)/2 wobei

R¹ für eine Hydroxylgruppe steht;
R² für eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe steht, die mindestens eine ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung (d. h. Vinyl) aufweist, die zur Additionsreaktion mit einem siliziumgebundenen Wasserstoffatom in der Lage ist;
jedes R³ unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkyl-, Aryl- und Arylalkylgruppen besteht;
a für eine Zahl von 0 bis 1 und in einigen Ausführungsformen von 0 bis 0,2 steht;
b für eine Zahl von 0 bis 3 und in einigen Ausführungsformen von 0 bis 1,5 steht; und
c für eine Zahl größer oder gleich 0 steht.

Der im Wesentlichen lineare Polydiorganosiloxan-Linker (B) kann ebenso folgende allgemeine Formel haben: (R⁴ _(3-p)R⁵ _pSiO_1/2)(R⁴ ₂SiO_2/2)_x((R⁴R⁵SiO_2/2)(R⁴ ₂SiO_2/2)_x)_y(R⁴ _(3-p)R⁵ _pSiO_1/2) wobei

jedes R⁴ für eine einwertige Gruppe steht, die unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkyl-, Aryl- und Arylalkylgruppen besteht;
jedes R⁵ für eine einwertige Gruppe steht, die unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasserstoff-, Hydroxyl-, Alkoxy-, Oximo-, Alkyloximo- und Aryloximo-Gruppen besteht, wobei mindestens zwei R⁵-Gruppen normalerweise in jedem Molekül vorhanden und mit verschiedenen Silikonatomen gebunden sind;
p für 0, 1, 2 oder 3 steht;
x von 0 bis 200 und in einigen Ausführungsformen von 0 bis 100 reicht; und
y von 0 bis 200 und in einigen Ausführungsformen von 0 bis 100 reicht.

Neben dem Siloxanpolymer können auch ein oder mehrere Trägerharze im Nanoeinschlusszusatz eingesetzt werden. Wenn dies eingesetzt wird, stellt das Trägerharz normalerweise von etwa 20 Gewichts-% bis etwa 80 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 30 Gewichts-% bis etwa 70 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 40 Gewichts-% bis etwa 60 Gewichts-% des Nanoeinschlusszusatzes dar. Ebenso bilden Siloxanpolymere normalerweise auch etwa 20 Gewichts-% bis etwa 80 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 30 Gewichts-% bis etwa 70 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen etwa 40 Gewichts-% bis etwa 60 Gewichts-% des Nanoeinschlusszusatzes.
Jedwedes einer Vielzahl von Trägerharzen kann eingesetzt werden, wie z. B. Polyolefine (Ethylenpolymer, Propylenpolymere usw.), Polyester (z. B. Polyethylen-Terephthalat, Polyester-Elastomere usw.), Polyamide usw. In einer Ausführungsform ist das Trägerharz zum Beispiel ein Ethylenpolymer, wie z. B. ein Copolymer von Ethylen, und ein a-Olefin, wie oben beschrieben. Die Dichte des Ethylenpolymers kann sich je nach Art des eingesetzten Polymers unterscheiden, reicht jedoch im Allgemeinen von etwa 0,85 bis etwa 0,96 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³). Polyethylen-„Plastomere“ haben zum Beispiel eine Dichte im Bereich von etwa 0,85 bis etwa 0,91 g/cm³. Ebenso kann „lineares Polyethylen mit niedriger Dichte“ (LLDPE) eine Dichte im Bereich von etwa 0,91 bis etwa 0,94 g/cm³ haben; „Polyethylen mit niedriger Dichte“ (LDPE) kann eine Dichte im Bereich von 0,910 bis etwa 0,940 g/cm³ haben und „Polyethylen mit hoher Dichte“ (HDPE) kann eine Dichte im Bereich von etwa 0,940 bis etwa 0,960 g/cm³ haben, wie z. B. gemäß ASTM D792-13 ermittelt. Selbstverständlich kann das Trägerharz in anderen Ausführungsformen ein Propylenpolymer beinhalten, wie z. B. ein Propylen-Homopolymer, Propylen/a-Olefin-Copolymer usw. sowie Kombinationen davon. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Polymer ein Propylenpolymer, wie z. B. ein Homopolypropylen oder ein Copolymer von Propylen. Das Propylenpolymer kann zum Beispiel aus einem im Wesentlichen isotaktischen Polypropylen-Homopolymer oder einem Copolymer ausgebildet sein, das gleich oder weniger als etwa 10 Gewichts-% andere Monomere enthält, d. h. mindestens etwa 90 Gewichts-% Propylen. Solche Homopolymere können einen Schmelzpunkt von etwa 160 °C bis etwa 170 °C haben. Im Handel erhältliche Beispiele geeigneter Nanoeinschluss-Masterbatches, die eingesetzt werden können, beinhalten zum Beispiel solche, die von Dow Corning unter der Handelsbezeichnung MB50-001 (Propylen-Homopolymer-Trägerharz), MB50-313 (LDPE-Trägerharz), MB50-010 (Polyester-Elastomer-Trägerharz) und MB50-314 (HDPE-Trägerharz) erhältlich sind.
In noch anderen Ausführungsformen kann ein thermoplastisches Copolyetherester-Elastomer ebenfalls als Nanoeinschlusszusatz eingesetzt werden. Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, wird angenommen, dass das Copolyetherester-Elastomer zumindest teilweise mit dem Matrix-Polymer inkompatibel ist, in dem Sinne, dass es im Wesentlichen einheitlich in der Form diskreter Bereiche verteilt sein kann. Jedwedes einer Vielzahl von thermoplastischen Copolyetherester-Elastomeren kann im Allgemeinen in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Normalerweise sind solche Elastomere segmentierte BlockCopolymere, 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 können 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 BlockCopolymer 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. Ebenso 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.
In noch anderen Ausführungsformen kann der Nanoeinschlusszusatz ein epoxidfunktionelles Polyolefin sein. Ein Beispiel eines solchen Nanoeinschlusszusatzes ist ein Polyepoxid, das im Durchschnitt mindestens zwei Oxiranringe pro Moleküle enthält. Ohne eine Einschränkung durch Theorie zu beabsichtigen, wird angenommen, dass solche Polyepoxid-Moleküle eine Reaktion (z. B. Kettenverlängerung, Seitenkettenverzweigung, Pfropfung, Copolymer-Bildung usw.) mit bestimmen Komponenten der Zusammensetzung eingehen können, um die Schmelzstärke zu verbessern, ohne die Glasübergangstemperatur wesentlich zu verringern. Diesbezüglich können Polyepoxide, die eine relativ geringe Epoxidfunktionalität haben, besonders effektiv sein, was durch ihr „Epoxyäquivalentgewicht“ quantifiziert wird. Das Epoxyäquivalentgewicht spiegelt den Betrag des Harzes wider, der ein Molekül einer Epoxidgruppe enthält, und es kann durch Teilen des zahlenmittleren Molekulargewichts des Modifikators durch die Anzahl der Expoxidgruppen im Molekül berechnet werden. Das Polyepoxid in der vorliegenden Erfindung hat normalerweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 7.500 bis etwa 250.000 Gramm pro Mol, in einigen Ausführungsformen von etwa 15.000 bis etwa 150.000 Gramm pro Mol und in einigen Ausführungsformen von etwa 20.000 bis etwa 100.000 Gramm pro Mol, mit einem Polydispersitätsindex, der normalerweise von 2,5 bis 7 reicht. Das Polyepoxid kann weniger als 50, in einigen Ausführungsformen von 5 bis 45 und in einigen Ausführungsformen von 15 bis 40 Epoxidgruppen enthalten. Dagegen kann das Epoxyäquivalentgewicht kleiner als etwa 15.000 Gramm pro Mol, in einigen Ausführungsformen von etwa 200 bis etwa 10.000 Gramm pro Mol und in einigen Ausführungsformen von etwa 500 bis etwa 7.000 Gramm pro Mol sein.
Das Polyepoxid kann ein lineares oder verzweigtes Homopolymer oder Copolymer (z. B. statistisch, Propf, Block usw.) sein, das endständige Epoxidgruppen, skelettartige Oxiraneinheiten und/oder seitenständige Epoxidgruppen enthalten. Die zum Ausbilden solcher Polyepoxide eingesetzten Monomere können sich unterscheiden. In einer bestimmten Ausführungsform enthält das Polyepoxid zum Beispiel mindestens eine epoxidfunktionelle (Meth)acryl-Monomerkomponente. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Begriff „(Meth)acryl“ Acryl- und Methacryl-Monomere sowie Salze oder Ester davon, wie z. B. Acrylat- und Methacrylat-Monomere. Geeignete epoxidfunktionelle (Meth)acryl-Monomere können zum Beispiel solche beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt darauf, die 1,2-Epoxidgruppen enthalten, wie z. B. Glycidylarylat und Glycidylmethacrylat. Andere geeignete epoxidfunktionelle Monomere beinhalten Allylglycidylether, Glycidylethacrylat und Glycidylitocaonat.
Das Polyepoxid hat normalerweise ein relativ hohes Molekulargewicht, wie oben angegeben, daher kann es nicht nur zu Kettenverlängerung führen, sondern auch dazu beitragen, die gewünschte Gemischmorphologie zu erreichen. Die resultierende Schmelzflussrate des Polymers ist somit normalerweise etwa von 10 bis etwa 200 Gramm pro 10 Minuten, in einigen Ausführungsformen von etwa 40 bis etwa 150 Gramm pro 10 Minuten und in einigen Ausführungsformen von etwa 60 bis etwa 120 Gramm pro 10 Minuten, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von 190 °C.
Das Polyepoxid beinhaltet außerdem normalerweise mindestens ein lineares oder verzweigtes a-Olefin-Monomer, wie z. B. solche, die von 2 bis 20 Kohlenstoffatome und bevorzugt von 2 bis 8 Kohlenstoffatome haben. Spezifische Beispiele beinhalten Ethylen, Propylen, 1-Buten; 3-Methyl-1-buten; 3,3-Dimethyl-1-buten; 1-Penten; 1-Penten mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hexen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hepten mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Octen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Nonen mit ein oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; Ethyl-, methyl- oder dimethyl-substituiertes 1-Decen; 1-Dodecen und Styren. Besonders erwünschte a-Olefin-Comonomere sind Ethylen und Propylen. Ein anderes geeignetes Monomer kann ein (Meth)acryl-Monomer beinhalten, das nicht epoxidfunktionell ist. Beispiele solcher (Meth)acryl-Monomer können Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, i-Propylacrylat, n-Butylacrylat, s-Butylacrylat, i-Butylacrylat, t-Butylacrylat, n-Amylacrylat, i-Amylacrylat, Isobornylacrylat, n-Hexylacrylat, 2-Ethylbutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, n-Octylacrylat, n-Decylacrylat, Methylcyclohexylacrylat, Cyclopentylacrylat, Cyclohexylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, i-Propylmethacrylat, i-Butylmethacrylat, n-Amylmethacrylat, n-Hexylmethacrylat, i-Amylmethacrylat, s-Butylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylbutylmethacrylat, Methylcyclohexylmethacrylat, Cinnamylmethacrylat, Crotylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Cyclopentylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, Isobornylmethacrylat usw. sowie Kombinationen davon beinhalten.
In einer besonders wünschenswerten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das Polyepoxid ein Terpolymer, das aus einer epoxidfunktionellen (Meth)acryl-Monomerkomponente, einer a-Olefin-Monomerkomponente und einer nicht-epoxidfunktionellen (Meth)acryl-Monomerkomponente ausgebildet wird. Das Polyepoxid kann zum Beispiel Poly(ethylen-co-methylacrylat-co-glycidylmethacrylat) sein, das folgende Struktur hat:
wobei x, y und z für 1 oder größer stehen.
Das epoxidfunktionelle Monomer kann mithilfe einer Vielzahl bekannter Techniken in ein Polymer ausgebildet werden. Ein Monomer, das polare funktionelle Gruppen enthält, kann zum Beispiel auf ein Polymergerüst gepfropft werden, um ein Pfropfpolymer auszubilden. Solche Pfropftechniken sind im Stand der Technik allgemein bekannt und werden zum Beispiel in US-Patent Nr. 5,179,164 beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann ein Monomer, das epoxidfunktionelle Gruppen enthält, mit einem Monomer copolymerisiert werden, um ein Block- oder statistisches Copolymer mithilfe bekannter Techniken der radikalischen Polymerisation auszubilden, wie z. B. Ziegler-Natta-Katalysatorreaktionssysteme, Single-Site-Katalysator (z. B. Metallocen)-Reaktionssysteme usw.
Der relative Anteil der Monomerkomponente(n) kann so ausgewählt werden, dass eine Ausgewogenheit zwischen Epoxidreaktivität und Schmelzflussrate erreicht wird. Insbesondere können hohe Expoxidmonomergehalte zu guter Reaktivität führen, ein zu hoher Gehalt kann die Schmelzflussrate jedoch in einem solchen Maße verringern, dass das Polyepoxid die Schmelzstärke des Polymergemischs negativ beeinflusst. Somit stellt/stellen das/die epoxidfunktionelle(n) (Meth)acrylmonomer(e) von etwa 1 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 4 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% des Copolymers dar.
Das/die a-Olefin-Monomer(e) stellt/stellen ähnlich von etwa 55 Gewichts-% bis etwa 95 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 60 Gewichts-% bis etwa 90 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 65 Gewichts-% bis etwa 85 Gewichts-% des Copolymers dar. Wenn diese eingesetzt werden, bilden andere Monomerkomponenten (z. B. nicht-epoxidfunktionelle (Meth)acryl-Monomer) normalerweise etwa 5 Gewichts-% bis etwa 35 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 8 Gewichts-% bis etwa 30 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% des Copolymers. Ein spezifisches Beispiel eines geeigneten Polyepoxids, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist im Handel von Arkema unter dem Namen LOTADER® AX8950 oder AX8900 erhältlich. LOTADER® AX8950 hat zum Beispiel eine Schmelzflussrate von 70 bis 100 g/10 Min. und hat einen Glycidylmethacrylat-Monomergehalt von 7 Gewichts-% bis 11 Gewichts-%, einen Methylacrylat-Monomergehalt von 13 Gewichts-% bis 17 Gewichts-% und einen Ethylen-Monomergehalt von 72 Gewichts-% bis 80 Gewichts-%. Ein anderes geeignetes Polyepoxid ist im Handel von DuPont unter dem Namen ELVALOY® PTW erhältlich, das ein Terpolymer von Ethylen, Butylacrylat und Glycidylmethacrylat ist und eine Schmelzflussrate von 12 g/10 Min. hat.
Neben dem Kontrollieren des Typs und relativen Gehalts der Monomere, die zum Ausbilden des Polyepoxids verwendet werden, kann der gesamte Gewichtsprozentsatz ebenfalls kontrolliert werden, um die gewünschten Vorteile zu erreichen. Wenn die Modifikationsstufe zum Beispiel zu gering ist, kann es sein, dass die gewünschte Erhöhung bei der Schmelzstärke und den mechanischen Eigenschafen nicht erreicht wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch auch entdeckt, dass, wenn die Modifikationsstufe zu hoch ist, die Verarbeitung aufgrund starker molekularer Wechselwirkungen (z. B. Vernetzung) und physischer Netzbildung durch die epoxidfunktionellen Gruppen eingeschränkt sein kann. Somit wird das Polyepoxid normalerweise in einem Betrag von etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 Gewichts-% bis etwa 8 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 5 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 Gewichts-% bis etwa 3 Gewichts-%, basierend auf dem Gewicht der Polyolefine, die in der Zusammensetzung eingesetzt werden, eingesetzt. Das Polyepoxid kann außerdem etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gewichts-% bis etwa 8 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gewichts-% bis etwa 5 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 3 Gewichts-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, bilden.
Mikroeinschlusszusatz
Auch wenn nicht 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 des Matrix-Polymers, das in der Zusammensetzung eingesetzt ist. Die Konzentration des Mikroeinschlusszusatzes in der gesamten thermoplastischen Zusammensetzung bildet ähnlich etwa 0,1 Gewichts-% bis etwa 30 Gewichts-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% und in einigen Ausführungsformen etwa 1 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%.
Der Begriff „Mikroeinschlusszusatz“ bezieht sich allgemein auf jedwedes Material, das in der Polymer-Matrix 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 aufweisen. Wenn diese eingesetzt werden, sind die mikroskaligen und nanoskaligen Phasenbereiche in der Lage, beim Schmelzziehen in einzigartiger Weise zu interagieren. Es wird nämlich angenommen, dass Schmelzziehen 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 Matrix-Polymer 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 Matrix-Polymer 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 Matrix-Polymer inkompatibel sein. Auf diese Weise kann der Zusatz in Form von diskreten Phasenbereichen in einer kontinuierlichen Phase des Matrix-Polymers besser verteilt werden. Die diskreten Bereiche sind in der Lage, Energie zu absorbieren, die durch externe Kraft entsteht, die die gesamte Härte und Festigkeit der resultierenden Fasern 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 Matrix-Polymers ist zum Beispiel normalerweise von etwa 0,2 zu etwa 8, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,5 zu etwa 6 und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 zu 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).
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.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Mikroeinschlusszusatz, wie oben erörtert, außerdem als Trägerharz für den Nanoeinschlusszusatz dienen. In solchen Ausführungsformen kann es besonders geeignet sein, ein Polyolefin für den Mikroeinschlusszusatz einzusetzen.
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. Calciumcarbonat) 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 von 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 von 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.
II. Fasern
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 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) können, wie beschrieben in US-Patent Nr. 6,642,429 von Carter, et al, 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.
Aufgrund des Vorhandenseins des porösen Netzwerks sind die resultierenden Fasern im Allgemeinen nicht spröde und können sich daher bei Anwendung von Belastung verformen, statt zu brechen. Diesbezüglich sind die Fasern in der Lage, gute „Spitzenverlängerungseigenschaften“ aufzuweisen, d. h. prozentuale Verlängerung bei Spitzenlast. Die Fasern können zum Beispiel eine Spitzenverlängerung von etwa 50 % oder mehr, in einigen Ausführungsformen von 100 % oder mehr und in einigen Ausführungsformen von etwa 80 % bis etwa 500 % aufweisen, wie z. B. gemäß ASTM D638-14 bei 23 °C ermittelt.
Solche Verlängerungen können für Materialien mit einer großen Vielzahl von Faserdurchmessern 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 sie die Fähigkeit besitzen, sich unter Belastung auszudehnen, können die Fasern auch relativ stark sein. Die Fasern können 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. Die Fasern können außerdem 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 haben.
Auch wenn in keiner Weise erforderlich, können die Fasern in eine andere Form umgewandelt werden, bevor es in einem Endartikel oder -produkt eingesetzt wird. Die Fasern können zum Beispiel nachfolgend in eine Vliesbahnstruktur ausgebildet werden, indem die Fasern nach dem Zufallsprinzip auf eine bildende Fläche abgelagert werden (optional mit der Hilfe eines Vakuums) und dann die resultierende Bahn mithilfe 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 gebondet werden, wie z. B. mit einem Klebstoff oder autogen (z. B. Verschmelzung und/oder Eigenhaftung der Fasern ohne einen aufgebrachten externen Klebstoff). 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 erhabenes 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, aber 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 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.
III. Artikel
Aufgrund seiner einzigartigen und vorteilhaften Eigenschaften sind die Fasern der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von verschiedenen Arten von Artikeln gut geeignet, wie z. B. saugfähige Artikel, Verpackungsfolie, Barrierefolie, Medizinprodukte (z. B. Kittel, Abdecktuch, Gesichtsmaske, Kopfbedeckung, Haube, Überschuhe, Sterilisationsfolie, Wärmedecke, Heizkissen usw.) und so weiter. Die Fasern können 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 können die Fasern zum Beispiel in der Form einer 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. 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, können die Fasern 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, die Fasern (z. B. in der Form einer Vliesbahn) 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. Ebenso 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 die Fasern 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 die Fasern (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung enthalten. Die Vliesbahn kann so positioniert sein, dass sie die zur Kleidung weisende Fläche 218 definiert, falls erwünscht. 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 die Fasern (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung beinhalten. Die Deckschicht 205 kann außerdem eine herkömmliche Vliesbahn beinhalten (z. B. spinngebundene Bahn, schmelzgeblasene Bahn oder gebondete kardierte Bahn). Andere exemplarische Deckschichtkonstruktionen, die eine Vliesbahn enthalten, sind beschrieben 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. 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 oder einem Verbundmaterial ausgebildet sein, 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 sie 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 die Fasern der vorliegenden Offenbarung enthalten. Andere Beispiele geeigneter Schwallschichten sind beschrieben in US-Patent Nr. 5,486,166 von Ellis, et al. und 5,490,846 von Ellis, et al.
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 die Fasern (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung enthalten. 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 aber 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 in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 10 g/m² und etwa 100 m/m². Falls erwünscht, kann die Übertragungsverzögerungsschicht die Fasern (z. B. Vliesbahn) der vorliegenden Erfindung enthalten.
Neben den oben erwähnten Komponenten kann der saugfähige Artikel 201 auch verschiedene andere Komponenten enthalten, wie im Stand der Technik bekannt. 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, wie in US-Patent Nr. 6,663,611 von Blaney, et al. beschrieben, eine Vliesbahn, die an einer atmungsaktiven Folie laminiert ist, beinhalten. Falls erwünscht, kann die Hüllschicht und/oder Belüftungsschicht die Fasern 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, falls erwünscht, einstückig mit der Außenschicht 217 ausgebildet sein oder aus dem Material, das eingesetzt wird, um die obere Fläche bereitzustellen, was die Fasern der vorliegenden Erfindung beinhalten kann. 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 verbunden und zusammengefügt sind, oder in verschiedenen anderen Konfigurationen. Wie oben angegeben, können die Ohren, falls erwünscht, die Fasern 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 beschrieben in US-Patent Nr. 4,704,116 von Enloe. Falls erwünscht, können die Einschlussklappen die Fasern 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 aber 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, die Fasern 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 verbunden sein, wie z. B. Knöpfe, Haken- und Schlaufen-Befestigungsmittel, Klebband-Befestigungsmittel und so weiter. 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, aber 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.
Die Fasern können 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. Die Fasern können 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. bei 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 ASTME1640-13 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 eine Basislinienkorrektur kann durchgeführt werden, wie im Betriebshandbuch für das dynamische Differenzkalorimeter beschrieben. 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. 200 °C 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 von einem 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.
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	2,54 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	5,08 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 (Wi) und Dicke (T_i) der Probe am Anfang vor dem Ziehen gemessen werden. Die Länge (Li) 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 (Vi) vor dem Ziehen kann durch Wi × Ti × Li = Vi berechnet werden. Das Volumen (Vi) nach dem Ziehen kann durch Wi × Ti × Li = Vi 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 Pi die Dichte des Vorläufermaterials ist; und das prozentuale Porenvolumen (% Vv) kann wie folgt berechnet werden: %Vv = (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 (Eastlon PET CFF-A17 von der Far Eastern New Century Corporation) und 7 Gewichts-% Polyester-Polyether-Copolymer (Hytrel RS 40FS NC010, DuPont). Sowohl der Polyester als auch das Polyester-Polyether-Copolymer wurden trockengemischt und dann einem Doppelschneckenextruder zugeführt. 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 betrugt 200 Umdrehungen pro Minute („U/min“). Die Kügelchen wurden über eine Trocknungsmitteltrocknung bei 140 °C 12 Stunden lang getrocknet.
BEISPIEL 2
Das Harzgemisch aus BEISPIEL 1 wurde in ein Einkomponenten-Faserbündel, das 144 Filamente enthält, gruppiert in zwei 72-Faser-Seile durch eine Spinndüse mit einem Durchmesser von 0,3 mm gesponnen. Die Extrusionstemperatur betrug 300 °C und der Durchsatz 0,96 Gramm/Loch/Minute. Das Seil wurde mit einer Geschwindigkeit von 2500 m/min gezogen, was zu einem gesamten Faserbündel-Denier von 261 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 3
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 2 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 3000 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 212 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 4
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 2 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 4000 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 126 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 5
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 2 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 5000 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 133 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 6
Einkomponentenfasern wurden aus 100 Gewichts-% halkristallinem Polyethylen-Terephthalat (Eastlon PET CFF-A17 von der Far Eastern New Century Corporation) in ein Bündel, das 144 Filamente enthält, gruppiert in zwei 72-Faser-Seile durch eine Spinndüse mit einem Durchmesser von 0,3 mm gezogen. Die Extrusionstemperatur betrug 300 °C und der Durchsatz 0,96 Gramm/Loch/Minute. Das Seil wurde mit einer Geschwindigkeit von 2500 m/min gezogen, was zu einem gesamten Faserbündel-Denier von 267 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 7
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 6 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 3500 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 192 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 8
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 6 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 4000 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 172 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 9
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 6 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 4500 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 152 g führte.
BEISPIEL 10
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 6 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 5000 Meter pro Minute betrug, was zu einem Denier von 139 g pro 9000 Metern führte.
BEISPIEL 11
Ein Gemisch aus 93 Gewichts-% halbkristallinem Polyethylen-Terephthalat (Eastlon PET CFF-A17 von der Far Eastern New Century Corporation) und 7 Gewichts-% linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (Aspun 6835A - LLDPE Dow Chemical) wurde verwendet, um den Kern einer Zweikomponentenfaser mit einem Mantel von 100 Gewichts-% halkristallinem Polyethylen-Terephthalat (Eastlon PET CFF-A17 von der Far Eastern New Century Corporation) in einem Verhältnis von 70 % Kern und 30 % Mantel zu umfassen. Das Zweikomponenten-Faserbündel, das 144 Filamente enthält, wurde gruppiert in zwei 72-Faser-Seile durch eine Spinndüse mit einem Durchmesser von 0,3 mm gesponnen. Die Extrusionstemperatur betrug 290 °C und der Durchsatz 0,96 Gramm/Loch/Minute. Das Seil wurde mit einer Geschwindigkeit von 3000 m/min gezogen.
BEISPIEL 12
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 11 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 4000 Meter pro Minute betrug.
BEISPIEL 13
Ein Faserbündel wurde wie in BEISPIEL 11 ausgebildet, außer dass die Aufnahmegeschwindigkeit 5000 Meter pro Minute betrug.
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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3802817 [0012]
US 3423255 [0012]
US 6072012 [0024]
US 5179164 [0036]
US 6642429 [0048]
US 3855046 [0051]
US 5620779 [0051]
US 5962112 [0051]
US 6093665 [0051]
US 428267 [0051]
US 5192606 [0055]
US 5702377 [0055]
US 5931823 [0055]
US 6060638 [0055]
US 6150002 [0055]
US 5486166 [0056]
US 4798603 [0057]
US 6663611 [0059]
US 4704116 [0061]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Romano et al.; 390,708 von Brown; 418,305 [0051]

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Faser, das Verfahren umfassend: Extrudieren eines Matrix-Polymers und eines Nanoeinschlusszusatzes, um eine thermoplastische Zusammensetzung auszubilden, in der der Nanoeinschlusszusatz in einer kontinuierlichen Phase des Matrix-Polymers verteilt ist; und danach, Passieren der extrudierten thermoplastischen Zusammensetzung durch eine Spinndüse, um eine Faser mit einem porösen Netzwerk auszubilden, das eine Vielzahl von Nanoporen enthält, wobei das durchschnittliche prozentuale Volumen, das durch die Nanoporen in einem Einheitsvolumen der Faser belegt wird, von etwa 3 % bis etwa 15 % pro cm³ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spinndüse ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 6:1 oder weniger hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Schmelzflussrate des Matrix-Polymers zur Schmelzflussrate des Nanoeinschlusszusatzes etwa 2:1 oder mehr ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nanoeinschlusszusatz eine Schmelzflussrate von etwa 0,1 bis etwa 50 Gramm pro 10 Minuten hat, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von mindestens 40 °C über der Schmelztemperatur des Nanoeinschlusszusatzes gemäß ASTM D1238-13.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Matrix-Polymer eine Schmelzflussrate von etwa 0,5 bis etwa 80 Gramm pro 10 Minuten hat, ermittelt bei einer Last von 2160 Gramm und bei einer Temperatur von mindestens 40 °C über der Schmelztemperatur des Matrix-Polymers gemäß ASTM D1238-13.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Extrusion bei einer Temperatur von etwa 180 °C bis etwa 340 °C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Abschrecken der Faser nach Passieren durch die Spinndüse.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faser ein im Wesentlichen kontinuierliches Filament ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faser einen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 100 Mikrometern hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nanoeinschlusszusatz von etwa 0,01 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% der gesamten thermoplastischen Zusammensetzung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nanoeinschlusszusatz ein Siloxanpolymer enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nanoeinschlusszusatz ein Copolyetherester-Elastomer enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nanoeinschlusszusatz ein Polyepoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanoporen eine durchschnittliche Querschnittabmessung von etwa 800 Nanometer oder weniger haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanoporen eine durchschnittliche axiale Abmessung von etwa 100 bis etwa 5000 Nanometer haben.
Verfahren nach Anspruch 1, das Matrix-Polymer einen Polyester beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Polyester Polyethylen-Terephthalat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Matrix-Polymer Polyolefin beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Polyolefin ein Propylen-Homopolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kontinuierliche Phase von etwa 60 Gewichts-% bis etwa 99 Gewichts-% der thermoplastischen Zusammensetzung darstellt.
Vliesbahn, umfassend die Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 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 die Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 20 beinhalten.