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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Die Koextrusion von zwei oder mehr Polymerzusammensetzungen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften kann die Ausbildung von Verbundplatten oder Folienprodukten ermöglichen, deren Komponenten durch unterschiedliche Schichten oder Zonen definiert sind, die den einzelnen extrudierten Materialien entsprechen. In Abhängigkeit von der Extrusion der Polymerzusammensetzungen kann jedes Material übereinander auf die Folie laminiert und/oder nebeneinander auf der Folie angeordnet sein.
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Herkömmliche Laminatmaterialien sind so konzipiert, dass sie über die Breite des Materials eine im Wesentlichen gleichmäßige Spannung aufweisen. Diese Materialien bestehen häufig entweder aus einer endlosen, schmelzgeblasenen elastischen Bahn oder aus einer Reihe identischer endloser Elastomerfilamente, die mit einer schmelzgeblasenen elastischen Bahn gebunden sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines streckgebundenen Laminats aus Endlosfilamenten ist in dem US-Patent Nr.
5,385,775 , ausgegeben an Wright, beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme aufgenommen wird. Zusätzlich wurden unabhängig von dem elastischen Spinnverfahren Verstärkungsfilamente zur Realisierung von Bändern mit höherer Spannung hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch teuer und führt zu einem unbequemen Material.
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Wenn herkömmliche elastische Laminatmaterialien auf Rollen gewickelt werden, weist die fertige Rolle über die Breite der Rolle ferner variierende Durchmesser auf, die sich aus der unterschiedlichen Spannung und/oder Dehnung über die Breite des Materials ergeben. Diese variierenden Durchmesser führen zu Abwicklungsschwierigkeiten im Verarbeitungsprozess, da das Material dazu neigt, über die Führungsrollen zu lenken und sich nicht flach auf die Schneidwalzen zu legen. Daher besteht ein Bedarf zur Verbesserung des Koextrusionsverfahrens von Polymerzusammensetzungen.
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KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
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Es besteht die Notwendigkeit, die Leistung und das Aussehen einer elastischen Folie zu geringeren Kosten zu verbessern. Die vorliegende Offenbarung geht auf diese Notwendigkeit ein, indem sie eine erste und eine zweite Polymerzusammensetzung zoniert über die Breite der elastischen Folie aufbringt. Wird die erfindungsgemäße elastische Folie auf ein Vliesmaterial laminiert, kann die zonierte Abscheidung der ersten und der zweiten Polymerzusammensetzung zu unterschiedlichen Graden der Bindung mit dem Vlies führen. Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung in bestimmten Ausführungsformen ein Laminat vor, das eine Polymerfolie umfasst, die eine aus einer ersten Polymerzusammensetzung bestehende erste Zone und eine aus einer zweiten Polymerzusammensetzung bestehende zweite Zone, umfasst, wobei die erste Polymerzusammensetzung nicht mit dem Vliesmaterial gebunden ist und die zweite Polymerzusammensetzung mit dem Vliesmaterial gebunden ist.
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In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf eine elastische Folie mit einem Breitenmaß, einem Längenmaß, einer Fläche, einer Maschinenrichtung (Machine Direction, MD) und einer Maschinenquerrichtung (Cross-Machine Direction, CD) gerichtet. Die elastische Folie weist eine erste MD-orientierte Zone mit einem ersten Breitenmaß auf und enthält eine erste Polymerzusammensetzung mit einer ersten Schmelzefestigkeit. Die elastische Folie umfasst auch eine zweite MD-orientierte Zone mit einem zweiten Breitenmaß, wobei zweite MD-orientierte Zone unmittelbar angrenzend an die erste MD-orientierte Zone in der CD angeordnet ist, und eine zweite Polymerzusammensetzung mit einer zweiten Schmelzefestigkeit aufweist. Zudem unterscheiden sich die erste Polymerzusammensetzung und die erste Schmelzefestigkeit von der zweiten Polymerzusammensetzung und der zweiten Schmelzefestigkeit. Darüber hinaus können in bestimmten Fällen die erste und zweite Schmelzefestigkeit die Breite der ersten und zweiten MD-orientierten Zonen der elastischen Folie nach Verlassen einer Matrizenlippe bestimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Laminat gerichtet, das elastische Folie und ein Vliesmaterial umfasst, das eine Maschinenrichtung (MD) und eine Maschinenquerrichtung (CD) aufweist. Die elastische Folie weist eine erste MD-orientierte Zone mit einem ersten Breitenmaß auf und beinhaltet eine erste Polymerzusammensetzung mit einer ersten Schmelzefestigkeit. Die elastische Folie umfasst auch eine zweite MD-orientierte Zone mit einer zweiten Breite, die unmittelbar angrenzend an die erste MD-orientierte Zone in der CD angeordnet ist und eine zweite Polymerzusammensetzung mit einer zweiten Schmelzefestigkeit aufweist. Bevorzugt sind die erste und die zweite Schmelzefestigkeit unterschiedlich und führen dazu, dass die erste und die zweite MD-orientierte Zone nach dem Verlassen einer Matrizenlippe und vor dem Kontakt des Vliesbahnmaterials mit der elastischen Folie zur Ausbildung des Vliesverbundstoffs eine unterschiedliche Breite aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Folie gerichtet, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Koextrudergehäuses, das einen ersten und einen zweiten Einlass sowie einen ersten und zweiten Strömungsdurchgang mit einem ersten und zweiten Breitenmaß aufweist, des Zuführens einer ersten Polymerzusammensetzung mit einer ersten Schmelzefestigkeit zu dem ersten Einlass und des Zuführens einer zweiten Polymerzusammensetzung mit einer zweiten Schmelzefestigkeit zu dem zweiten Einlass. Das Verfahren umfasst zudem das Fließen der ersten und zweiten Polymerzusammensetzung durch einen ersten und zweiten Strömungsdurchgang. Die erste und die zweite Polymerzusammensetzung durchlaufen die Strömungsdurchgänge und konvergieren zur Ausbildung einer randlaminierten Endlosfolie.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht einer elastischen Folie mit zwei verschiedenen MD-orientierten Zonen, einem Breitenmaß, einem Längenmaß, einer Maschinenrichtung (MD) und einer Maschinenquerrichtung (CD).
- 2 stellt eine Querschnittsansicht einer elastischen Folie dar, in der zwei verschiedene Zonen in MD und CD gezeigt sind.
- 3 stellt eine Querschnittsansicht eines Vliesverbundstoffs dar, bei dem eine elastische laminierte Folie an ein Vliesbahnmaterial gebunden ist.
- 4 stellt ein System zur Koextrusion von Polymerzusammensetzungen dar, bei dem eine Spinnpumpe zur Steuerung der bei jeder Extrusion austretenden Menge an Polymerzusammensetzung verwendet wird, wodurch eine Verengung einer ersten MD-orientierten Zone auf einer elastischen Folie gemäß einer Ausführungsform erzeugt wird.
- 5 ist ein REM-Foto einer ersten MD-orientierten nicht-gebundenen Zone und einer zweiten MD-orientierten gebundenen Zone.
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DEFINITIONEN
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Beim Einführen von Elementen der vorliegenden Offenbarung oder der bevorzugten Ausführungsform(en) davon sollen die Artikel „ein“, „eine“, „eines“, „einen“ und „der/die/das“ bedeuten, dass eines oder mehrere der Elemente vorhanden ist/sind.
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Die Begriffe „umfassend“, „beinhaltend“ und „aufweisend“ sollen einschließlich sein und bedeuten, dass zusätzliche Elemente außer den aufgeführten Elementen vorhanden sein können.
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Der Begriff „Polymer“ schließt im Allgemeinen Homopolymere, Copolymere, einschließlich Block-, Pfropf-, statische und alternierende Copolymere, Terpolymere usw. sowie deren Mischungen und Modifikationen ein, ist aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus umfasst der Begriff „Polymer“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials. Zu diesen Konfigurationen gehören unter anderem isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien. In einigen Ausführungsformen kann der Begriff „Copolymer“, wie er hierin verwendet wird, eine Zusammensetzung bedeuten, die mehr als ein Polymer und/oder andere Zusatzstoffe enthält, die zwar nicht polymer sind, aber zur Verbesserung der Eigenschaften der Zusammensetzung einem polymeren Material beigefügt werden.
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Der Begriff „Maschinenrichtung“ oder „MD“ bezieht sich auf die Länge der Folie in der Richtung, in der die Folie hergestellt wird. Der Begriff „Maschinenquerrichtung“ oder „CD“ bezieht sich auf die Breite der Folie, d. h. auf das längste Maß der Folie in einer Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur MD verläuft. Beispielsweise kann eine erste Polymerzusammensetzung in einem ersten Abschnitt der Breite der Folie und eine zweite Polymerzusammensetzung getrennt von dem ersten Abschnitt in einem zweiten Abschnitt der Breite der Folie beibehalten werden.
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Der Begriff „elastisch“ bezeichnet ein Material, das im Allgemeinen in der Lage ist, nach einer Verformung seine Form wieder anzunehmen, wenn die verformende Kraft aufgehoben wird. Insbesondere ist unter elastisch die Eigenschaft eines beliebigen Materials zu verstehen, die bei Anwendung einer Vorspannkraft eine Dehnbarkeit des Materials bis zu einer gestreckten, vorgespannten Länge ermöglicht, die zumindest etwa 50 Prozent länger ist als seine entspannte, unvorgespannte Länge, und die bewirkt, dass das Material nach Aufhebung der streckenden Dehnungskraft zumindest 40 Prozent seiner Dehnung zurückgewinnt. Ein hypothetisches Beispiel, das diese Definition eines elastischen Materials erfüllen würde, wäre eine ein (1) Zoll große Probe eines Materials, das auf zumindest 1,50 Zoll dehnbar ist und das sich, nachdem es auf 1,50 Zoll gedehnt und freigegeben wurde, auf eine Länge von nicht mehr als 1,30 Zoll zurückbildet. Viele elastische Materialien können um weit mehr als 50 Prozent ihrer entspannten Länge gedehnt werden, und viele von ihnen erreichen nach Aufhebung der dehnenden Kraft wieder im Wesentlichen ihre ursprüngliche entspannte Länge. Die letztgenannte Materialklasse ist im Allgemeinen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung von Vorteil.
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Der Begriff „Zone“ oder „zoniert“ bezieht sich auf einen Bereich oder eine Region, der/die sich aufgrund der Zusammensetzung und des Breitenmaßes des betreffenden Bereichs oder der Region von den umliegenden oder angrenzenden Teilen unterscheidet. Im Allgemeinen ist die Polymerzusammensetzung einer Zone über das Maß der Maschinenrichtung (MD) der Zone im Wesentlichen gleichmäßig.
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Der Begriff „Schmelzefestigkeit“ bezieht sich auf den Widerstand der Polymerschmelze gegen Dehnung. Die Schmelzefestigkeit eines Materials hängt mit den Molekülkettenverflechtungen einer Polymerzusammensetzung und ihrer Beständigkeit gegen Entflechtung unter Belastung zusammen und ist speziell als die maximale Spannung definiert, die auf eine Schmelze ausgeübt werden kann, ohne zu brechen. Die Schmelzefestigkeit wird im nachstehenden Abschnitt über das Prüfverfahren beschrieben.
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Der Begriff „Schmelzeflussindex“ (MFI) ist ein Maß für die Fließfähigkeit der Schmelze einer Polymerzusammensetzung. Der MFI wird gemäß ISO 1133-1 gemessen und ist im nachstehenden Abschnitt über das Prüfverfahren beschrieben. Der MFI hat die Einheit g/10 Minuten und ist das Maß für die Masse eines Polymers in Gramm, die in zehn Minuten durch eine Kapillare eines bestimmten Durchmessers und einer bestimmten Länge fließt, wenn ein Druck über vorgeschriebene alternative gravimetrische Gewichte für alternative vorgeschriebene Temperaturen ausgeübt wird.
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Der Begriff „Koextrudergehäuse“ umfasst hierin zur Veranschaulichung einen oder mehrere Extruder, eine Spinnpumpe, einen Vorschubblock und eine Folienmatrize.
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Der Begriff „konvergierte Ausgabe“ bezieht sich auf die Stelle, an der die Polymerzusammensetzung(en) an einer Matrizenlippe austritt (austreten).
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Der Begriff „Stärke“ bezeichnet den Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten einer Endfolie oder eines laminierten Folienprodukts. Die Stärke der Endfolie oder des laminierten Folienprodukts wird mit dem REM gemessen, wie in dem nachstehenden Abschnitt über das Prüfverfahren beschrieben.
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Der Begriff „Vlies“ bezieht sich im Allgemeinen auf eine Faserbahn mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Filamenten, die miteinander verflochten sind, jedoch nicht in einer identifizierbaren Weise wie bei einem Strickgewebe. Die Begriffe „Faser“ und „Filament“ werden hierin austauschbar verwendet. Vliesbahnen können durch zahlreiche Verfahren hergestellt werden, zum Beispiel Schmelzblasverfahren, Spinnvliesverfahren, Luftlegeverfahren und gebundene kardierte Bahnverfahren. Vliesbahnen umfassen auch Folien, die in schmale Streifen geschnitten, perforiert oder anderweitig behandelt wurden, um eine Luftdurchlässigkeit zu ermöglichen.
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Der Begriff „Spinnvliesfasern“ bezieht sich auf Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch das Extrudieren geschmolzener thermoplastischer Materialien als Filamente aus einer Vielzahl feiner Kapillaren einer Spinndüse mit kreisförmiger oder anderer Konfiguration gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann schnell reduziert wird, beispielsweise in US-Pat. Nr.
4,340,563 an Appel et al., US-Pat. Nr.
3,692,618 an Dorschner et al., US-Pat. Nr.
3,802,817 an Matsuki et al., US-Pat. Nrn.
3,338,992 und
3,341,394 an Kinney, US-Pat. Nr.
3,502,763 an Hartman, US-Pat. Nr.
3,502,538 an Petersen, und US-Pat. Nr.
3,542,615 an Dobo et al. Spinnvliesfasern werden abgeschreckt und sind im Allgemeinen an der Oberfläche nicht klebrig, wenn sie in die Zieheinheit eintreten oder auf eine Sammelfläche abgelagert werden. Spinnvliesfasern sind im Allgemeinen endlos und können einen durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 7 Mikrometer, häufig zwischen 10 und 40 Mikrometer, aufweisen.
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Der Begriff „schmelzgeblasene Fasern“ bezeichnet Fasern, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Vielzahl feiner, normalerweise kreisförmiger Matrizenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Filamente in konvergierende erwärmte Hochgeschwindigkeits-Gasströme (z.°B. Luftströme) gebildet werden, die die Filamente aus geschmolzenem thermoplastischem Material abschwächen, um ihren Durchmesser zu reduzieren, der bis auf Mikrofaserdurchmesser gehen kann. Danach werden die schmelzgeblasenen Fasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom mitgeführt und auf einer Sammelfläche abgelagert, um eine Bahn aus zufällig verteilten schmelzgeblasenen Fasern auszubilden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in US-Patent Nr.
3,849,241 an Butin et al. offenbart. Schmelzgeblasene Fasern sind Mikrofasern, die endlos oder nicht endlos sein können, im Allgemeinen einen Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern haben und in der Regel selbstbindend sind, wenn sie auf eine Sammelfläche abgelagert werden. Die in der Erfindung verwendeten schmelzgeblasenen Fasern sind vorzugsweise im Wesentlichen endlos.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie in 1 dargestellt, weist das elastische Folienmaterial 6 eine Maschinenrichtung (MD) und eine Maschinenquerrichtung (CD) auf. Das elastische Folienmaterial 6 beinhaltet eine erste MD-orientierte Zone 10 mit einem ersten Breitenmaß, W1, und eine zweite MD-orientierte Zone 14 mit einem zweiten Breitenmaß, W2. Das elastische Folienmaterial 6 weist ebenfalls ein Längenmaß L1 auf. Wie in 1 dargestellt, wird das Maß L1 der elastischen Folie 6 von oben nach unten in Maschinenrichtung gemessen.
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Die Breiten W1 und W2 der ersten und zweiten MD-orientierten Zone 10, 14 werden durch die Schmelzefestigkeit der Polymerzusammensetzungen bestimmt, die zur Ausbildung der jeweiligen ersten und zweiten MD-orientierten Zone 10, 14 verwendet werden. Mit anderen Worten steuert die Schmelzefestigkeit jeder Polymerzusammensetzung die Breite, W1 und W2, jeder der ersten und zweiten MD-orientierten Zone 10, 14 der elastischen Folie.
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Die Schmelzefestigkeit einer ersten und zweiten Polymerzusammensetzung eines elastischen Folienmaterials 6 bezieht sich im Allgemeinen auf die Schmelzespannung des Materials, die wie im nachstehenden Abschnitt Prüfverfahren beschrieben gemessen wird. Im Allgemeinen weisen die erste und die zweite Polymerzusammensetzung unterschiedliche Schmelzefestigkeiten auf. Zum Beispiel kann die Schmelzefestigkeit der ersten Polymerzusammensetzung größer sein als die Schmelzefestigkeit der zweiten Polymerzusammensetzung. Zum Beispiel kann die erste Polymerzusammensetzung bei 210 °C eine erste Schmelzefestigkeit von 20 cN oder mehr aufweisen, und die zweite Polymerzusammensetzung kann bei 210 °C eine zweite Schmelzefestigkeit von weniger als 20 cN aufweisen. Zum Beispiel kann die erste Polymerzusammensetzung bei 210 °C eine Schmelzefestigkeit von 20 bis etwa 30 cN aufweisen, wie beispielsweise von etwa 22 bis etwa 25 cN bei 210 °C. Die zweite Polymerzusammensetzung kann bei 210 °C eine Schmelzefestigkeit von 10 bis etwa 19 cN aufweisen, wie beispielsweise von etwa 12 bis etwa 17 cN bei 210 °C.
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In 1 ist W1 im Vergleich zu W2 schmaler. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist W1 zwar kleiner als W2, doch ist die Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt. In anderen Fällen kann die Breite W1 der ersten orientierten Zone 10 breiter sein als die Breite W2 der zweiten orientierten Zone 14. Unabhängig davon, ob W1 größer als W2 oder W2 größer als W1 ist, ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die Breite W1 und W2 der ersten und zweiten MD-orientierten Zonen 10, 14 unterschiedlich ist, da die Polymerzusammensetzungen, die die jeweiligen Zonen bilden, unterschiedliche Schmelzefestigkeiten aufweisen. In bestimmten Fällen ist die Breite der ersten MD-orientierten Zonen etwa 5- bis 10-mal größer als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone, vorzugsweise etwa 6- bis 8-mal größer als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone und am meisten bevorzugt etwa 7-mal größer als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone.
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Darüber hinaus vergrößert oder verkleinert die Breite entweder der ersten oder der zweiten MD-ausgerichteten Zone die Fläche, und jede entsprechende Zone vergrößert oder verkleinert sich proportional dazu. Somit kann in anderen Ausführungsformen die Fläche der ersten und zweiten MD-orientierten Zonen 10, 14 unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone 10 kleiner sein als die der zweiten MD-orientierte Zone 14. In anderen Ausführungsformen kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone etwa 5- bis 10-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone, vorzugsweise kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone etwa 6- bis 8-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone und besonders bevorzugt kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone 7-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone.
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In anderen Ausführungsformen kann die Stärke C1, C2 der ersten und zweiten MD-orientierten Zone 10, 14 aufgrund der Schmelzefestigkeiten der jeweiligen Polymerzusammensetzungen unterschiedlich sein. Im Allgemeinen wird die Polymerzusammensetzung mit der höheren Schmelzefestigkeit die größere Stärke aufweisen. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform die erste MD-orientierte Zone 10 aus einer Polymerzusammensetzung gebildet werden, die im Vergleich zu der Polymerzusammensetzung, die die zweite MD-orientierte Zone 14 bildet, eine höhere Schmelzefestigkeit aufweist, was dazu führt, dass die erste MD-orientierte Zone 10 eine größere Stärke, C1, aufweist als die zweite MD-orientierte Zone 14. Die Stärke, C1, der ersten MD-orientierten Zone 10 kann etwa 110 µm bis etwa 180 µm, 125 µm bis 170 µm, 127 µm bis 150 µm, 130 µm bis etwa 140 µm betragen. Die Stärke, C2, der zweiten MD-orientierten Zone 14 kann zwischen etwa 10 µm und etwa 35 µm, 15 µm und etwa 25 µm, 18 µm und etwa 20 µm betragen.
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Dementsprechend weist die erste MD-orientierte Zone eine Stärke auf, die mindestens etwa dreimal größer ist als die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone. Besonders bevorzugt kann die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweisen, die etwa 5-, 7-, 10- oder 12-mal größer ist als die zweite MD-orientierte Zone.
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Beide MD-orientierten Zonen 10, 14 erstrecken sich im Allgemeinen fortlaufend in der MD und sind in der CD voneinander beabstandet und aneinander angrenzend. Vorzugsweise sind die erste MD-orientierte Zone 10 und die zweite MD-orientierte Zone 14 aus unterschiedlichen Polymeren oder Polymermischungen hergestellt (d. h., sie weisen unterschiedliche Zusammensetzungen auf). Die Polymerzusammensetzungen für die erste 10 und zweite 14 orientierte Zone können aus einer Copolymerzusammensetzung auf Propylenbasis ausgewählt werden. Die Copolymerzusammensetzung auf Propylenbasis kann aus statischen Ethylen-Propylen-(EP)-Copolymeren, statischen Ethylen-Propylen-Butylen-(EPB)-Terpolymeren, heterophasischen statischen Copolymeren, Butylen-Polymeren, Metallocen-Polypropylenen, Elastomeren auf Propylenbasis oder Kombinationen davon bestehen.
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Im Allgemeinen können verschiedene Copolymerzusammensetzungen auf Propylenbasis verwendet werden. Besonders geeignete Copolymerzusammensetzungen auf Propylenbasis sind im Handel bei ExxonMobil Chemical Co. (Houston, TX) unter dem Handelsnamen VISTAMAXX™ erhältlich. In einer Ausführungsform kann die erste Polymerzusammensetzung zum Beispiel VISTAMAXX 6102™ (6102) und die zweite Polymerzusammensetzung VISTAMAXX 6202™ umfassen.
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Zu den besonders nützlichen Styrol-Dien-Block-Copolymeren gehören die im Handel von Kraton Polymers LLC (Houston, TX) unter dem Handelsnamen KRATON™ erhältlichen. Geeignete KRATON™-Polymere sind beispielsweise Styrol-Dien-Block-Copolymere, wie Styrol-Butadien, Styrol-Isopren, Styrol-Butadien-Styrol und Styrol-Isopren-Styrol. Weitere nützliche KRATON™-Polymere sind Styrol-Olefin-Block-Copolymere, die durch selektive Hydrierung von Styrol-Dien-Block-Copolymeren gebildet werden. Beispiele für solche Styrol-Olefin-Block-Copolymere sind Styrol-(Ethylen-Butylen), Styrol-(Ethylen-Propylen), Styrol-(Ethylen-Butylen)-Styrol, Styrol-(Ethylen-Propylen)-Styrol, Styrol-(Ethylen-Butylen)-Styrol-(Ethylen-Butylen), Styrol-(Ethylen-Propylen)-Styrol-(Ethylen-Propylen), und Styrol-Ethylen-(Ethylen-Propylen)-Styrol. Besonders geeignet sind Kraton(™)-Block-Copolymere, die unter den Markennamen G 1652, G 1657, G 1730, MD6673 und MD6973 vertrieben werden.
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In noch weiteren Ausführungsformen können die erste und die zweite Zone Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-(S-EP-S)-Copolymere umfassen, einschließlich der von Kuraray Company, Ltd. (Okayama, Japan) unter dem Handelsnamen SEPTON™ erhältlichen S-EP-S-Elastomer-Copolymere. Weitere geeignete Copolymere sind Styrol und Butadien, S-B-S- oder S-I-S-Copolymere, Elastomer-Copolymere die von Dexco Polymers, LP aus Houston, Tex. unter der Handelsbezeichnung VECTOR™ erhältlich sind. Ebenfalls geeignet sind Polymerzusammensetzungen, die aus einem A-B-A-B-Tetrablock-Copolymer bestehen, wie es in US-Pat. Nr.
5,332,613 an Taylor, et al. erläutert wird, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird. Ein Beispiel für ein solches Tetrablock-Copolymer ist ein Styrol-Poly(Ethylen-Propylen)-Styrol-Poly(Ethylen-Propylen)-Block-Copolymer („S-EP-S-EP“)-Block-Copolymer.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können Polyamid-Elastomermaterialien, wie etwa die unter dem Warenzeichen ESTANE von Noveon erhältlichen, Polyamid-Elastomermaterialien, wie etwa die unter dem Warenzeichen PEBAX (Polyetheramid) von Atofina Chemicals Inc. in Philadelphia, Pa. erhältlichen, und Polyester-Elastomermaterialien, wie etwa die unter der Handelsbezeichnung HYTREL von E.I. DuPont De Nemours and Company erhältlichen, verwendet werden.
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In einer besonderen Ausführungsform wird ein Polyethylen verwendet, das ein Copolymer aus Ethylen oder Propylen und einem a-Olefin, wie einem C3-C20-α,-Olefin oder C3-C12-α-Olefin, ist. Geeignete α-Olefine können linear oder verzweigt (z. B. ein oder mehrere C1-C3-Alkylzweige oder eine Arylgruppe) sein. Spezifische Beispiele beinhalten 1-Buten; 3-Methyl-1-Buten; 3,3-Dimethyl-1-Buten; 1-Penten; 1-Penten mit einem oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hexen mit einem oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Hepten mit einem oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Octen mit einem oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; 1-Nonen mit einem oder mehreren Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Substituenten; ethyl-, methyl- oder dimethyl-substituiertes 1-Decen; 1-Dodecen und Styrol. Besonders erwünschte α-Olefin-Comonomere sind 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen. INFUSE™ 9108 und 9508 von Dow Chemical, Midland, MI, ist ein universell einsetzbares Kunststoffelastomer-Olefin-Block-Copolymer, das hierin ebenfalls verwendet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform können hier besonders geeignete Polymerelastomere wie EXACT™ von ExxonMobil Chemical Company, Houston, TX, verwendet werden. Andere geeignete Polyethylen-Elastomere sind unter den Bezeichnungen ENGAGL™ und AFFINITY™ bei der Dow Chemical Company in Midland, MI, erhältlich. Weitere geeignete Ethylenpolymere sind von The Dow Chemical Company unter den Bezeichnungen DOWLEX™ (LLDPE) und ATTANE™ (ULDPE) erhältlich. Andere geeignete Ethylenpolymere sind in den US- Patenten mit den Nummern
4,937,299 an Ewen et al.;
5,218,071 an Tsutsui et al.;
5,272,236 an Lai et al.; und
5,278,272 an Lai et al. beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen werden; FINA™ (z B. 8573) von Atofina Chemicals in Feluy, Belgien; TAFMER™, erhältlich von Mitsui Petrochemical Industries; und VERSIFY™, erhältlich von Dow Chemical Co. in Midland, MI. Andere Beispiele geeigneter Propylenpolymeren sind in den US-Patenten mit den Nummern
6,500,563 an Datta, et al.;
5,539,056 an Yang, et al.; und
5,596,052 an Resconi, et al. beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen werden.
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2 stellt einen Querschnitt durch eine elastische Folie dar. Das elastische Folienmaterial 6 beinhaltet eine erste MD-orientierte Zone 10 und eine zweite MD-orientierte Zone 14. Die erste MD-orientierte Zone 10 und die zweite orientierte Zone 14 sind aus unterschiedlichen Polymeren oder Polymermischungen hergestellt (d. h., sie weisen unterschiedliche Zusammensetzungen auf).
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In bestimmten Ausführungsformen kann die zonierte elastische Folie zur Ausbildung eines laminierten Verbundstoffs auf ein nicht-elastisches Material wie Spinnvlies laminiert werden. In bestimmten Fällen, wenn die zonierte elastische Folie auf ein nicht-elastisches Material, insbesondere ein faseriges nicht-elastisches Material, laminiert wird, kann die Folie mit Fasern imprägniert werden, die die elastischen Eigenschaften der Folie verringern.
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Die Laminierung kann erreicht werden, indem die zonierte Folie zwischen zwei Deckschichten mit Spinnvliesfasern, schmelzgeblasenen Fasern, Stapelfasern oder Kombinationen davon geschichtet wird und die drei (3) Schichten zur Ausbildung des Laminats durch einen Bindungsspalt geführt werden. Da während des Laminierens eine Bindung zwischen Deckschicht und Folie entsteht, bindet sich die Deckschicht an das Material mit dem größeren MFI. Zum besseren Verständnis der beiden Zonen im Verhältnis zueinander, weist die erste MD-orientierte Zone insbesondere die Polymerzusammensetzung mit dem niedrigeren MFI im Vergleich zur Polymerzusammensetzung der zweiten MD-orientierten Zone auf. Zusätzlich bindet sich die Polymerzusammensetzung mit höherer Elastizität, wie etwa die in der ersten MD-orientierten Zone verwendete Polymerzusammensetzung, nicht an die elastische Folie.
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Darüber hinaus wird die Polymerzusammensetzung mit elastischeren Eigenschaften nicht mit Filamenten aus dem Laminat imprägniert und kann ihre elastischen Eigenschaften in der elastischen Zone beibehalten. Die Bindung wird bei Verwendung der größeren MFI-Polymerzusammensetzung, die sich auf dem zweiten MD-orientierten zonierten Bereich der Folie befindet, stärker ausgeprägt sein. Das Ergebnis ist eine frei fließende erste MD-orientierte Zone, die nicht mit Deckfilamenten imprägniert ist.
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3 stellt einen Querschnitt durch ein elastisches Folienlaminat 20 dar. Das elastische Folienmaterial 6 ist zwischen zwei Vliesbahnschichten 80 eingebettet. In 3 enthält das elastische Folienlaminat 20 ein elastisches Folienmaterial 6 mit einer Vielzahl von ersten MD-orientierten Zonen 10 und zweiten MD-orientierten Zonen 14. Die erste und die zweite MD-orientierte Zone können nebeneinander angeordnet und im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet sein. Die erste MD-orientierte Zone 10 kann schmaler, gleich oder breiter als die zweite MD-orientierte Zone 14 sein. Die Vliesbahnschichten 80 können aus Spinnvliesfasern, schmelzgeblasene Fasern, Stapelfasern oder einer Kombination davon bestehen.
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In einer Ausführungsform können die Vliesbahnschichten 80 eine Spinnvliesbahn, eine schmelzgeblasene Bahn oder eine gebundene kardierte Bahn oder eine Kombination davon sein. Die Vliesbahnschichten beziehen sich auf eine Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die miteinander verflochten sind, jedoch nicht in einem identifizierbaren Muster wie bei einem gewebten Stoff. Spinnvliesmaterial oder Spinnvliesbahn, wie hierin verwendet, bezieht sich auf Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren geschmolzenen thermoplastischen Materials als Filamente aus einer Vielzahl feiner, gewöhnlich kreisförmiger Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente schnell reduziert wird. Spinnvliesfasern sind im Allgemeinen endlos. Handelt es sich bei den Vliesbahnschichten 80 jeweils um eine Bahn aus schmelzgeblasenen Fasern, kann jede der Vliesbahnschichten 80 schmelzgeblasene Mikrofasern enthalten. Die Vliesbahnschichten 80 können aus faserbildenden Polymeren wie etwa Polyolefinen bestehen. Zu den beispielhaften Polyolefinen gehören eines oder mehrere von Polypropylen, Polyethylen, Ethylen-Copolymeren, Propylen-Copolymeren und Buten-Copolymeren.
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In einer Ausführungsform können eine oder beide Vliesbahnschichten 80 ein Mehrschichtmaterial mit, beispielsweise, zumindest einer Schicht aus Spinnvliesbahn aufweisen, die mit zumindest einer Schicht aus schmelzgeblasener Bahn, gebundener kardierten Bahn oder einem anderen geeigneten Material verbunden ist. Jede einzelne Materialschicht, wie beispielsweise eine Spinnvliesbahn mit einem Flächengewicht von etwa 0,2 bis etwa 10 Unzen Material pro Quadratyard (ounce per square yard, osy) oder eine schmelzgeblasene Bahn mit einem Flächengewicht von etwa 0,2 bis etwa 8 osy, kann jede der Vliesbahnschichten 80 bilden. In einigen Ausführungsformen kann jede der Vliesbahnschichten 80 aus einem Verbundmaterial bestehen, das aus einer Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Fasern oder einer Mischung aus Fasern und Partikeln hergestellt ist. Solche Mischungen können gebildet werden, indem dem Gasstrom, in dem die schmelzgeblasenen Fasern transportiert werden, Fasern und/oder Partikel zugesetzt werden, sodass eine innige, verflochtene Vermischung von schmelzgeblasenen Fasern und anderen Materialien, z. B. Zellstoff, Stapelfasern und Partikeln wie beispielsweise Hydrokolloid (Hydrogel) erfolgt, bevor die schmelzgeblasenen Fasern auf einer Sammelvorrichtung gesammelt werden, um eine kohärente Bahn aus zufällig verteilten schmelzgeblasenen Fasern und anderen Materialien zu bilden.
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Handelt es sich bei den Vliesbahnschichten 80 jeweils um eine Vliesbahn aus Fasern, können die Fasern durch Bindung zwischen den Fasern verbunden werden, um eine kohärente Bahnstruktur zu bilden. Die Verflechtung zwischen einzelnen schmelzgeblasenen Fasern kann zu dieser Bindung zwischen den Fasern führen. Während die Faserverflechtung dem schmelzgeblasenen Verfahren inhärent ist, kann die Verflechtung auch durch Verfahren wie beispielsweise die hydraulische Verflechtung oder das Nadelstanzen erzeugt oder verstärkt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Bindemittel die gewünschte Bindung verstärken.
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Zusätzlich zeigt 3 einen bevorzugten gebundenen Bereich 82 zwischen der zweiten MD-orientierten Zone 14 und den Vliesbahnschichten 80 und einen nicht gebundenen Bereich 84 zwischen der ersten MD-orientierten Zone 10 und den Vliesbahnschichten 80. In anderen Fällen kann der bevorzugte gebundene Bereich 82 zwischen der ersten MD-orientierten Zone und den Vliesbahnschichten 80 und der nicht gebundene Bereich 84 zwischen der zweiten MD-orientierten Zone und den Vliesbahnschichten 80 liegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt der Schmelzeflussindex (MFI) jeder Polymerzusammensetzung, ob die Vliesbahnschichten 80 an die zonierten Bereiche 10, 14 gebunden oder nicht gebunden sind. Genauer gesagt, bindet sich die Polymerzusammensetzung in dem zonierten Bereich mit dem niedrigeren MFI an die Vliesbahnschichten 80 und die Polymerzusammensetzung mit dem höheren MFI bindet sich nicht an die Vliesbahnschichten 80.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Schmelzefestigkeit einer ersten und zweiten Polymerzusammensetzung eines elastischen Folienlaminats 20 durch die Schmelzespannung angegeben.
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In bestimmten Ausführungsformen kann die erste Polymerzusammensetzung bei 210 °C eine erste Schmelzefestigkeit von 20 cN oder mehr aufweisen, und die zweite Polymerzusammensetzung kann bei 210 °C eine zweite Schmelzefestigkeit von weniger als 20 cN aufweisen. Zum Beispiel kann die erste Polymerzusammensetzung bei 210 °C eine Schmelzefestigkeit von 20 bis etwa 30 cN aufweisen, wie beispielsweise von etwa 22 bis etwa 25 cN bei 210 °C. Die zweite Polymerzusammensetzung kann bei 210 °C eine Schmelzefestigkeit von 10 bis etwa 19 cN aufweisen, wie beispielsweise von etwa 12 bis etwa 17 cN bei 210°C.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit Blick auf 3 vergrößert oder verkleinert die Breite entweder der ersten oder der zweiten MD-orientierten Zone die Fläche proportional. Somit kann in anderen Ausführungsformen die Fläche der ersten und zweiten MD-orientierten Zone 10, 14 unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone 10 kleiner sein als die der zweiten MD-orientierte Zone 14.1n anderen Ausführungsformen kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone etwa 5- bis 10-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone, vorzugsweise kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone etwa 6- bis 8-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone und besonders bevorzugt kann die Fläche der ersten MD-orientierten Zone 7-mal größer sein als die Breite der zweiten MD-orientierten Zone.
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4 stellt die Koextrusion von zwei Polymerzusammensetzungen, 202, 204 dar, wobei die Polymerzusammensetzungen unterschiedliche Schmelzefestigkeiten (Melt Strength, MS) aufweisen. In bestimmten Fällen werden die Polymerzusammensetzungen 202, 204 während des Koextrusionsverfahrens bei ähnlichen Temperaturen verarbeitet, jedoch können die Maße der Extrusionsmatrize variiert werden, um eine zonierte Folie mit Zonen unterschiedlicher Breitenmaße vorzusehen. So kann beispielsweise die Matrizenbreite (W, in Zentimetereinheiten), die im Allgemeinen dem CD-Maß der Folie entspricht, so variiert werden, dass eine erste Polymerzusammensetzung eine andere extrudierte Breite aufweist als die extrudierte Breite der zweiten Polymerzusammensetzung. In besonders bevorzugten Ausführungsformen weisen die Polymere disparate MS, aber ähnliche Dichten auf und werden in zwei verschiedenen Breiten extrudiert, um eine Folie mit unterschiedlichen Breitenmaßen entlang ihres CD vorzusehen.
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Das System 100 kann zwei verschiedene Polymerzusammensetzungen enthalten, die nebeneinander extrudiert werden, sodass die Laminierung entlang einer Randnaht erfolgt, die die Dicke der Folie halbiert und sich in einer Maschinenrichtung (MD) erstreckt. In einigen Ausführungsformen können mehrere randlaminierte Polymere CD-Zonen bilden, die mehrere Streifen der Polymere quer über die Folie in jedem Intervall in der CD bereitstellen. Die Randlaminierung kann in einer zentralen Region der Folie erfolgen und muss nicht unbedingt an den Seiten der Folie oder in Richtung CD erfolgen.
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Genauer gesagt, zeigt 4 gemäß einer Ausführungsform ein System 100 zur Koextrusion verschiedener Polymerzusammensetzungen zu einer randlaminierten Folie. Das System 100 beinhaltet einen Extruder A und einen Extruder B, wobei Extruder A eine erste Polymerzusammensetzung 202 und Extruder B eine zweite Polymerzusammensetzung 204 zugeführt wird.
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Sobald die erste Polymerzusammensetzung 202 und die zweite Polymerzusammensetzung 204 dem entsprechenden Extruder zugeführt werden, fließt jede Polymerzusammensetzung in einen Vorschubblock 240, wobei jede Polymerzusammensetzung in separaten Kanälen in den Vorschubblock 240 fließt, bis die Polymerzusammensetzungen 202, 204 zu einer zonierten elastischen Folie im Inneren der Folienmatrize 300 zusammengefügt sind. Genauer gesagt, dreht sich die erste Polymerzusammensetzung um 90 Grad in eine Richtung und die zweite Polymerzusammensetzung um 90 Grad in die entgegengesetzte Richtung, sobald sich die Polymerzusammensetzungen im Vorschubblock 240 befinden. Eine Spinnpumpe 50 von jedem Extruder A und Extruder B regelt die Menge der in den Vorschubblock 240 eintretenden Polymerzusammensetzung. Wird die Drehzahl der Spinnpumpe 50 erhöht, erhöht sich die Menge der in der Endfolie oder dem -laminat enthaltenen Polymerzusammensetzung.
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Jede Polymerzusammensetzung 202, 204 wird durch den Vorschubblock 240 in eine Folienmatrize 300 geleitet. Die Polymerzusammensetzungen 202, 204 fließen durch einen Einsatz in der Folienmatrize 300 in getrennte Kanäle. Ein Kanal leitet eine der Polymerzusammensetzungen zu der Vorderseite der Folienmatrize 300, und der andere Kanal leitet die andere Polymerzusammensetzung zu der Rückseite der Folienmatrize 300. Danach treffen beide Polymerzusammensetzungen in der Nähe der Matrizenlippe 60 aufeinander und verlassen die Folienmatrize 300 in getrennten Zonen 10, 14, die nebeneinander aneinander gebunden sind. Genauer gesagt, verengt sich in einer bevorzugten Ausführungsform die Breite der Polymerzusammensetzung in der ersten MD-orientierten Zone 10, wie in 4 gezeigt, sobald die Polymerzusammensetzungen 202, 204 die Folienmatrize 300 durch eine Matrizenlippe 60 zur Herstellung einer ersten und zweiten MD-orientierten zonierten Folie 10, 14 oder einer ersten und zweiten MD-orientierten zonierten laminierten Folie verlassen.
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Im Vorschubblock 240 und in der Folienmatrize 300 zieht sich die Polymerzusammensetzung mit höherer Schmelzefestigkeit zurück und die Polymerzusammensetzung mit niedriger Schmelzefestigkeit dehnt sich aus. Unmittelbar nach dem Verlassen der Folienmatrize 300 weisen die Polymerzusammensetzungen auf der elastischen Folie die gleiche Breite auf. Wenn die Polymerzusammensetzungen die Matrizenlippe 60 verlassen, jedoch bevor die Polymerzusammensetzungen zum Abkühlen mit einer Kühlwalze in Berührung kommen und die endgültige Form der elastischen Folie annehmen, regelt die Schmelzefestigkeit der einzelnen Polymerzusammensetzungen die Breite der ersten und zweiten orientierten zonierten Bereiche 10, 14 auf der elastischen Folie.
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Darüber hinaus regelt die Spinnpumpe 50 die Menge der in den Vorschubblock 240 gelangenden Polymerzusammensetzung. Nach dem Verlassen des Vorschubblocks 240 gelangt die Polymerzusammensetzung in eine Folienmatrize 300 und verlässt diese durch eine Matrizenlippe 60. Wenn die Polymerzusammensetzung vor dem Abkühlen aus der Matrizenlippe austritt, bildet die Schmelzefestigkeit jeder Polymerzusammensetzung die zonierten Bereiche auf der elastischen Folie, wobei sich die Breite der Polymerzusammensetzung mit dem höheren MS verengt.
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Insgesamt ist zu beachten, dass die Polymerzusammensetzung mit der schnelleren Fließgeschwindigkeit durch den Vorschubblock 240 und die Folienmatrize 300 im Vergleich zur anderen Polymerzusammensetzung ein geringeres Molekulargewicht und damit eine niedrigere Schmelzefestigkeit aufweist. Mit anderen Worten weist die Polymerzusammensetzung mit einer höheren Fließgeschwindigkeit ein höheres Molekulargewicht und damit eine höhere Schmelzefestigkeit im Vergleich zur anderen Polymerzusammensetzung auf. Zudem besteht eine Korrelation zwischen Schmelzeflussindex und Schmelzefestigkeit. Bei dem Vergleich zweier oder mehrerer Polymerzusammensetzungen weist die Polymerzusammensetzung mit dem höchsten Schmelzeflussindex die niedrigste Schmelzefestigkeit auf und umgekehrt.
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Im Hinblick auf die durch die Extruder hergestellte Endfolie oder laminierte Folie können außerdem mehrere Zonen der ersten und zweiten Polymerzusammensetzung verwendet werden, um abwechselnde Regionen mit unterschiedlicher Funktionalität vorzusehen. So ermöglichen beispielsweise mehrere Zonen elastischer Polymerregionen auf Folien in einigen Ausführungsformen CD-Zonen in den Regionen der Polymerzusammensetzung, die für das Binden mit nicht-elastomerem Material günstig sind und keine Ineffizienz durch das Binden an das teurere elastische Polymer verursachen, das dadurch unelastisch werden kann.
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5 zeigt ein REM-Foto, das eine laminierte elastische Folie zeigt, bei der die Filamente sowohl mit einer elastischen Folie verbunden als auch nicht verbunden sind. 5 zeigt auch die Korrelation zwischen der Polymerzusammensetzung und der Stärke in den zonierten Bereichen. Die Filamente sind mit der Polymerzusammensetzung in dem zonierten Bereich verbunden, in dem die Stärke der elastischen Folie dünner ist. Insbesondere ist die erste MD-orientierte zonierte Polymerzusammensetzung, Vistamaxx 6102™ (6102), mit dem Stärkebereich der elastischen Folie verbunden, in dem die Filamente nicht mit der elastischen Folie verbunden sind. Vistamaxx 6202™ (6202) ist mit dem Stärkebereich der elastischen Folie verbunden, in dem die Filamente mit der elastischen Folie verbunden sind.
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Nachdem die laminierte Folie durch das Koextrudergehäuse produziert wurde, können die Stärkemesswerte für jede Zone mittels REM gemessen werden. Wie aus 5 hervorgeht, wies die erste MD-orientierte Zone 10 eine größere Stärke auf als die zweite MD-orientierte Zone 14. Die Stärke der ersten MD-orientierten Zone 10 kann etwa 110 µm bis etwa 180 µm, 125 µm bis 170 µm, 127 µm bis 150 µm, 130 µm bis etwa 140 µm betragen. Die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone 14 kann zwischen etwa 10 µm und etwa 35 µm, 15 µm und etwa 25 µm, 18 µm und etwa 20 µm betragen. Im Allgemeinen vergrößert oder verkleinert sich die Fläche der Verbundplatte oder -folie jeder entsprechenden Zone proportional zur Stärke entweder der ersten oder zweiten MD-orientierten Zone.
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PRÜFVERFAHREN
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Schmelzefestigkeit
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Die Schmelzefestigkeit einer Folie oder eines Materials wird durch die Schmelzespannung angegeben. Die Schmelzespannung wird mit einem Gottfert-Rheotens-Schmelzespannungsgerät von Gottfert Inc. bestimmt, indem die Spannung eines Stranges aus geschmolzenem Polymermaterial gemäß den Anweisungen des Herstellers gemessen wird. Das zu untersuchende Polymer wird mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 0,13 cm3/Sek. bei einer offensichtlichen Scherrate von etwa 15 reziproken Sekunden und einer Temperatur von 210 °C durch eine Kapillare von 20 mm Länge und 2 mm Durchmesser extrudiert; der Strang wird dann mit Hilfe eines Strecksystems mit einer konstanten, auf das jeweilige Material abgestimmten Beschleunigungsrate gestreckt. Die Spannung weist die Einheit Zentimeter-Newton (Cent-Newton, cN) auf. Je höher die Schmelzespannung ist, desto höher sind die Werte der Schmelzefestigkeit, die wiederum ein Indikator für die Verfestigungsfähigkeit eines bestimmten Materials sind.
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Schmelzeflussindex
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Das Prüfverfahren nach ISO-Norm 1133-1 betrifft die Bestimmung der Extrusionsgeschwindigkeit von geschmolzenen Polymerharzen mit einem Extrusionsplastometer. Im Allgemeinen wird das Harz nach einer bestimmten Vorwärmzeit durch eine Matrize mit einer bestimmten Länge und einem bestimmten Öffnungsdurchmesser unter vorgeschriebenen Bedingungen (Temperatur, Belastung und Kolbenposition) in einem Koextruder extrudiert. Der Einfachheit halber wird hier nur das Prüfverfahren nach der ISO-Norm 1131-1 beschrieben, da es das in der Offenbarung verwendete Verfahren ist.
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ISO-Norm 1133-1: Verfahren zur Messung des Schmelzeflussindexes (MFI). Das Verfahren zur Bestimmung des MFI ist wie folgt:
- 1. Eine kleine Menge der Polymerprobe (etwa 4 bis 5 Gramm) wird in einem speziell entwickelten MFI-Gerät aufgenommen. In das Gerät wird eine Matrize mit einer Öffnung von in der Regel etwa 2 mm Durchmesser eingesetzt.
- 2. Das Material wird im Inneren des Zylinders gut verpackt, um die Bildung von Lufteinschlüssen zu vermeiden.
- 3. Es wird ein Kolben eingeführt, der als Medium für die Extrusion des geschmolzenen Polymers dient.
- 4. Die Probe wird für eine bestimmte Zeit vorgewärmt: 5 Minuten bei 190 °C für Polyethylen und 6 Minuten bei 230 °C für Polypropylen.
- 5. Nach dem Vorwärmen wird ein spezifisches Gewicht auf den Kolben aufgebracht. Beispiele für Standardgewichte sind 2,16 kg, 5 kg, usw.
- 6. Das Gewicht übt eine Kraft auf das geschmolzene Polymer aus und es beginnt sofort durch die Matrize zu fließen.
- 7. Nach der gewünschten Zeit wird eine Probe der Schmelze entnommen und genau gewogen.
- 8. Der MFI wird in Gramm Polymer pro 10 Minuten Prüfdauer angegeben.
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REM
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REM-Bilder wurden mit einem JOEL, 6360LV Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommen. Das REM erzeugt Bilder mit Elektronen anstelle von Licht. Auf diese Weise entstehen mit dem REM hochvergrößernde Fotos mit 25,000-facher Vergrößerung und hervorragender Tiefenschärfe. Ein EDS-Detektor an dem REM ermöglicht die Identifizierung der vorhandenen Elemente bis zu einer Größe von weniger als einem Mikrometer (40 Mikrozoll). Mit diesem REM können auch Querschnittsmessungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse liegen in Form von Schwarz-Weiß-Bildern vor.
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Stärke
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ISO 534: Verfahren zur Messung der Dicke einer einzelnen oder mehrerer Folien- oder Laminatschichten als Einzelschichtdicke. ISO 534 wird in Kombination mit dem vorstehend offenbarten REM zum Erhalten einer Stärke verwendet.
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BEISPIEL
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Eine elastische Folie gemäß der vorliegenden Erfindung wurde unter Verwendung eines Koextrusionsgeräts hergestellt, wie im Wesentlichen in 4 dargestellt. Eine Formulierung aus 98 % VISTAMAXX 6102™ (6102) mit 2 % rotem Pigment wurde als erste Polymerzusammensetzung in einen Koextruder eingebracht und 100 % VISTAMAXX 6202™ (6202) wurde als zweite Polymerzusammensetzung in den Koextruder eingebracht. Der Schmelzeflussindex (MFI) für 6102 lag bei 1,4 g/10 Min. und für 6202 bei 9,1 g/10 Min. Der MFI wurde nach dem vorstehend beschriebenen Prüfverfahren gemäß ISO-Norm 1133-1 bestimmt. Die Schmelzefestigkeit von 6102 betrug 22 cN bei 210 °C und die Schmelzefestigkeit von 6202 betrug 15 cN bei 210 °C.
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Die erste Polymerzusammensetzung wurde bei 210 °C in einen Extruder eingebracht, während die zweite Polymerzusammensetzung bei 210 °C in einen Extruder eingebracht wurde. Die Koextrudertemperatur lag ebenfalls bei 210 °C. Die Endtemperatur der ersten und der zweiten Polymerzusammensetzung auf der elastischen Folie beim Austritt aus dem Matrizenkörper ist die gleiche. Dies ist auf die Wärmeübertragung zurückzuführen, während sowohl die erste als auch die zweite Polymerzusammensetzung durch die Kanäle in dem Vorschubblock und in der Folienmatrize fließen. Darüber hinaus war die Breite der elastischen Folie in der 6202-Zone bei Verwendung der Copolymerzusammensetzungen auf Propylenbasis 6101 und 6202 siebenmal größer als die Breite der 6102-Zone. Die Stärke der ersten MD-orientierten Zone wurde mit etwa 135 µm und die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone mit etwa 19 µm gemessen.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform: In einer ersten Ausführungsform sieht die Erfindung eine elastische Folie vor, die ein Breitenmaß, ein Längenmaß, eine Fläche, eine Maschinenrichtung (MD) und eine Maschinenquerrichtung (CD) aufweist, wobei die Folie eine erste MD-orientierte Zone, ein erstes Breitenmaß, eine erste Polymerzusammensetzung mit einer ersten Schmelzefestigkeit; und eine zweite MD-orientierte Zone mit einem zweiten Breitenmaß, die unmittelbar angrenzend an die erste MD-orientierte Zone in der CD angeordnet ist und eine zweite Polymerzusammensetzung mit einer zweiten Schmelzefestigkeit aufweist, umfasst. Die erste Polymerzusammensetzung und die erste Schmelzefestigkeit sind im Vergleich zu der zweiten Polymerzusammensetzung und der zweiten Schmelzefestigkeit unterschiedlich.
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Elastische Folie gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste Schmelzefestigkeit höher als die zweite Schmelzefestigkeit ist.
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Elastische Folie gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Schmelzefestigkeit niedriger ist als die zweite Schmelzefestigkeit.
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Elastische Folie gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste und zweite Schmelzefestigkeit durch Schmelzespannung gemessen wird.
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Elastische Folie gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste Schmelzefestigkeit bei 210 °C gleich oder größer als 20 cN ist und die zweite Schmelzefestigkeit bei 210 °C weniger als 20 cN beträgt.
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Elastische Folie gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das erste Breitenmaß schmaler ist als das zweite Breitenmaß.
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Elastische Folie gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweist, die größer ist als die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone.
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Elastische Folie gemäß einer beliebigen der beliebigen vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweist, die etwa 7-mal dicker ist als die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone.
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Elastische Folie gemäß einer beliebigen der beliebigen vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 130 bis etwa 140 µm und die zweite MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 18 bis etwa 20 µm aufweist.
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Elastische Folie gemäß einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Flächen der ersten MD-orientierten Zone und der zweiten MD-orientierten Zone unterschiedlich sind.
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Elastische Folie gemäß einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste und die zweite Polymerzusammensetzung ein Copolymer auf Propylenbasis sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus statischen Ethylen-Propylen-(EP)-Copolymeren, statischen Ethylen-Propylen-Butylen-(EPB)-Terpolymeren, heterophasischen statischen Copolymeren, Butylen-Polymeren, Metallocen-Polypropylenen, Elastomeren auf Propylenbasis oder Kombinationen davon.
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Elastische Folie gemäß einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner umfassend einen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ton, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Bariumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Talk, Bariumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, Titandioxid, Zeolithen, celluloseartigen Pulvern, Kaolin, Glimmer, Kohlenstoff, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumhydroxid, Zellstoffpulver, Holzpulver, Cellulosederivaten, Chitin und Chitinderivaten.
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Zweite Ausführungsform: In einer zweiten Ausführungsform sieht die Erfindung einen Vliesverbundstoff vor, der eine elastische Folie umfasst, die eine Maschinenrichtung (MD) und eine Maschinenquerrichtung (CD) aufweist, wobei eine erste MD-orientierte Zone eine erste Polymerzusammensetzung mit einer ersten Schmelzefestigkeit umfasst. Der Vliesverbundstoff umfasst auch eine zweite MD-orientierte Zone, die unmittelbar angrenzend an die erste MD-orientierte Zone in der CD angeordnet ist. Das Vlies umfasst auch eine erste und eine zweite Polymerzusammensetzung sowie eine erste und eine zweite Schmelzefestigkeit, wobei sowohl die Polymerzusammensetzungen als auch die Schmelzefestigkeiten unterschiedlich sind. Der Vliesverbundstoff umfasst ebenfalls ein Fasern enthaltendes Vliesbahnmaterial.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die erste Schmelzefestigkeit höher ist als die zweite Schmelzefestigkeit.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Schmelzefestigkeit niedriger ist als die zweite Schmelzefestigkeit.
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Vliesverbundstoff gemäß der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste und zweite Schmelzefestigkeit durch Schmelzespannung gemessen wird.
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Vliesverbundstoff gemäß der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Schmelzefestigkeit bei 210 °C gleich oder größer als 20 cN ist und die zweite Schmelzefestigkeit bei 210 °C weniger als 20 cN beträgt.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das erste Breitenmaß schmaler ist als das zweite Breitenmaß.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweist, die größer ist als die Stärke der zweiten MD-orientierten Zone.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweist, die etwa 7-mal dicker ist als die der zweiten MD-orientierten Zone.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 130 bis etwa 140 µm und die zweite MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 18 bis etwa 20 µm aufweist.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Vliesbahnmaterial Spinnvliesfasern, schmelzgeblasene Fasern, Stapelfasern oder Kombinationen davon umfasst.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die elastische Folie zwischen dem Vliesbahnmaterial und einem zusätzlichen Vliesbahnmaterial angeordnet ist.
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Vliesverbundstoff einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Folie und die Vliesbahn einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Folie und die Vliesbahn im Wesentlichen entlang der ersten MD-orientierten Zone selektiv aneinander gebunden sind.
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Dritte Ausführungsform: In einer dritten Ausführungsform sieht die Erfindung ein Verfahren zur Koextrusion von Copolymerzusammensetzungen in eine elastische Folie vor. Das Verfahren umfasst_das Zuführen eines ersten Polymers mit einer ersten Schmelzefestigkeit (Melt Strength, MS) zu einem ersten Einlass eines Koextrudergehäuses. Das Verfahren umfasst auch das Zuführen eines zweiten Polymers mit einer zweiten MS zu einem zweiten Einlass des Koextrudergehäuses. Das Verfahren umfasst ferner das Fließen der ersten Polymerzusammensetzung durch einen ersten zonierten Bereich und das Fließen der zweiten Polymerzusammensetzung durch einen zweiten zonierten Bereich, wobei beide Zusammensetzungen das Gehäuse zu einer konvergierten Ausgabe durchlaufen. Der erste fließzonierte Bereich weist ein erstes Breitenmaß und der zweite zonierte Bereich ein zweites Breitenmaß auf. Das Verfahren umfasst auch die Ausgabe der konvergierten Ausgabe zur Ausbildung der randlaminierten Folie über die gesamte Breite der Folie, wobei bei der konvergierten Ausgabe des ersten und zweiten zonierten Bereichs die erste und zweite MS die Breite der ersten und zweiten MD-orientierten Zone auf der elastischen Folie bestimmen.
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Verfahren gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste und zweite Polymerzusammensetzung und die entsprechenden Schmelzefestigkeiten nach Verlassen einer Matrizenlippe die Breite der ersten und zweiten MD-ausgerichteten Zone auf der elastischen Folie bestimmen.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste Schmelzefestigkeit höher ist als die zweite Schmelzefestigkeit.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste Schmelzefestigkeit niedriger ist als die zweite Schmelzefestigkeit.
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Verfahren gemäß der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste und zweite Schmelzefestigkeit durch Schmelzespannung gemessen wird.
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Verfahren gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste Schmelzefestigkeit bei 210 °C gleich oder größer als 20 cN ist und die zweite Schmelzefestigkeit bei 210 °C weniger als 20 cN beträgt.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das erste Breitenmaß schmaler ist als das zweite Breitenmaß.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke aufweist, die etwa 7-mal dicker ist als die der zweiten MD-orientierten Zone.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die erste MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 130 bis etwa 140 µm und die zweite MD-orientierte Zone eine Stärke von etwa 18 bis etwa 20 µm aufweist.
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Verfahren einer beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das erste und das zweite Polymer ein Copolymer auf Propylenbasis sind, umfassend statische Ethylen-Propylen-(EP)-Copolymere, statische Ethylen-Propylen-Butylen-(EPB)-Terpolymere, heterophasische statische Copolymere, Butylen-Polymere, Metallocen-Polypropylene, Elastomere auf Propylenbasis oder Kombinationen davon.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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