DE60204588T2

DE60204588T2 - Streckbares elastisches verbundmaterial und sein herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60204588T2
Application number: DE60204588T
Authority: DE
Inventors: Naval Fred DESAI; Popatlal Urmish DALAL; William Mark HAMERSKY; Daryl Steven SMITH
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: EP1448134A2; US8067063B2; CN1297392C; WO2003039421A3; US8480840B2; US20130273338A1; CN1607929A; US20030091807A1; US20070029035A1; DE60204588D1; JP2005508222A; ATE297176T1; WO2003039421A2; MXPA04004110A; US9404215B2; EP1448134B1; US20100116418A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ein streckbares Verbundmaterial, das ein oder mehrere elastomere Komponenten aufweist, die in mindestens einem Bereich eines dehnbaren faserhaltigen Substrats zur Bereitstellung von Streckeigenschaften für einen Zielbereich des Substrats angeordnet sind. Das Verbundmaterial ist inkremental gestreckt worden, um mindestens teilweise die Struktur des Substrats aufzubrechen, um dessen Streckwiderstand zu verringern. Die streckbaren Verbundmaterialien sind nützlich für Einweg- und Langzeitartikel, wie Einweg-Absorptionsartikel einschließlich Windeln, Windelhöschen, Übungshöschen, Inkontinenzschlüpfer, Monatshöschen, Babylätzchen und dergleichen, und Langzeitartikel, wie Bekleidung einschließlich Sportbekleidung, Oberbekleidung und dergleichen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung solcher streckbaren Verbundmaterialien.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Einweg-Absorptionsprodukte, wie Windeln, Ubungshöschen, Inkontinenzartikel, schließen typischerweise streckbare Materialien, wie elastische Litzen, im Taillenbereich und den Bündchenbereichen, ein, um eine gute Passform und eine gute Dichtigkeit des Artikels zu gewährleisten. Höschenartige Absorptionsartikel schließen ferner streckbare Materialien in den Seitenabschnitten für ein leichtes Anlegen und Entfernen des Artikels und für eine bleibende Passform des Artikels ein. Streckbare Materialien werden auch in den Laschenabschnitten verwendet, für eine einstellbare Passform des Artikels.
Es gibt eine Reihe von Herangehensweisen zur Bereitstellung von wünschenswerten elastischen Eigenschaften in diesen Bereichen. Streckbare Materialien können Folien oder Vliesfaserbahnen aus elastomeren Materialien sein. Typischerweise sind solche Materialen in jede Richtung streckbar. Da die Folien oder Bahnen vollständig aus elastomeren Materialien bestehen, sind sie jedoch relativ teuer, und sie neigen dazu, auf der Hautoberfläche einen höheren Reibungswiderstand aufzuweisen und so für den Träger des Artikels zu Unbequemlichkeiten zu führen. Manchmal sind die streckbaren Folien auf eine oder mehrere Lagen Vliesbahnen laminiert. Da typische Vliesbahnen in der Regel aus thermoplastischen Fasern bestehen, weisen sie eine sehr begrenzte Streckbarkeit auf, und die aus diesen Fasern hergestellten Laminate verfügen über einen erheblichen Streckwiderstand. Es ist erforderlich, diesen Widerstand wesentlich zu verringern, um gebrauchsfähige streckbare Laminate herzustellen.
Andere Herangehensweisen zur Herstellung von streckbaren Materialien sind ebenfalls bekannt, zum Beispiel: im gestreckten Zustand verbundene bzw. Stretch-Bonded Laminate (SBL) und im verjüngten Zustand verbundene bzw. Necked-Bonded Laminate (NBL). Stretch-Bonded Laminate werden hergestellt, indem die elastischen Litzen in der Maschinenlaufrichtung (MD) gestreckt und im gestreckten Zustand auf ein oder mehrere Vliessubstrate laminiert werden, und die Spannung in den elastischen Litzen gelöst wird, so dass sich die Vliese zusammenziehen und ein gekräuseltes Aussehen annehmen. Necked-Bonded Laminate werden hergestellt, indem zunächst das Vliessubstrat in der Maschinenlaufrichtung gestreckt wird, so dass es sich zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung (CD) verjüngt (d.h. seine Abmessung verringert), und anschließend die elastischen Litzen mit dem Substrat verbunden werden, während das Substrat sich noch im gestreckten, verjüngten Zustand befindet. Dieses Laminat ist in CD-Richtung streckbar, mindestens bis zur ursprünglichen Breite des Vlieses, bevor dieses eingeschnürt wurde. Kombinationen von Stretch- und Neck-Bonding sind auch dafür bekannt, dass sie sowohl in MD- als auch in CD-Richtung eine Streckung ermöglichen. Bei diesen Herangehensweisen befindet sich mindestens eine der Komponenten in einem gespannten (d.h. gestreckten) Zustand, wenn die Komponenten der Laminate mit verbunden werden.
Zero Strain-Strecklaminate sind ebenfalls bekannt. Die Zero Strain-Strecklaminate werden hergestellt, indem das Elastomer mit dem Vlies verbunden wird, während sich beide in einem ungespannten Zustand befinden. Die Laminate werden dann inkremental gestreckt, um die Streckeigenschaften zu erzeugen. Die inkremental gestreckten Laminate sind nur in dem von der nicht rückgestellten (d.h. restlichen) Dehnbarkeit des Laminats bereitgestellten Umfang streckbar. Zum Beispiel offenbart U.S.-Pat. Nr. 5,156,793, erteilt an Buell et al., ein Verfahren zum inkrementalen Strecken der Elastomer-Vlies-Laminatbahn in einer ungleichmäßigen Art und Weise, um dem hergestellten Laminat Elastizität zu verleihen.
WO A 9747264 offenbart einen Absorptionsartikel, umfassend eine Rückseite, die ein dehnbares Fasersubstrat umfasst, das inkremental gestreckte Bereiche aufweist, sowie dessen Verwendung auf dem Gebiet der Körperpflege. Auf dem Fasersubstrat sind jedoch keine zusätzlichen elastischen Komponenten bereitgestellt.
WO A 9720531 offenbart ein Bahnenmaterial, das einen elastischen Bereich und einen dehnbaren Bereich neben dem elastischen Bereich umfasst, wobei der dehnbare Bereich eine Vielzahl von inkremental gestreckten Bereichen umfasst, sowie dessen Verwendung in Körperpflegeprodukten. Auf dem Fasersubstrat sind jedoch keine zusätzlichen elastischen Komponenten bereitgestellt.
WO A 9962449 offenbart ein Einweg-Wäschestück, umfassend mindestens einen elastomeren Abschnitt, der eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die durch ein kontinuierliches Netzwerk aus miteinander verbundenen Komponenten definiert sind.
Bei allen oben genannten Herangehensweisen werden streckbare Laminate separat hergestellt. Die streckbaren Laminate müssen in die geeignete Größe und Form geschnitten werden und anschließend durch Adhäsion an der gewünschten Stelle im Produkt befestigt werden, in einem Verfahren, das als „Cut-and-Slip"- Verfahren bezeichnet wird. Aufgrund der unterschiedlichen Streckeigenschaften, welche für verschiedene Elemente des Produkts erforderlich sind, ist es notwendig, eine Vielzahl von Laminaten mit unterschiedlichen Streckbarkeiten herzustellen, und die Laminate in unterschiedliche Größen und Formen zu schneiden. Mehrere Cut-and-Slip-Einheiten können erforderlich sein, um den unterschiedlichen Streckbarkeiten der streckbaren Laminate Rechnung zu tragen, und sie an unterschiedlichen Stellen des Produkts anzubringen. Mit steigender Anzahl von Cut-and-Slip-Einheiten und/oder Schritten wird das Verfahren rasch umständlich und kompliziert.
Basierend auf dem Vorgenannten ist es wünschenswert, über ein kosteneffektives streckbares Verbundmaterial zu verfügen, das elastomere Materialien aufweist, die nur in bestimmten Bereichen und in bestimmten Mengen für die Streckbarkeit angeordnet sind, um gewünschte Gebrauchsvorteile eines Artikels bereitzustellen, wie Abschließung, Abdichtung, Einschließung, Körpergerechtigkeit oder Passform. Es ist ebenfalls wünschenswert, über ein streckbares Verbundmaterial zu verfügen, welches Streckbarkeit in Zielbereichen von einzelnen, mit Abstand voneinander angeordneten Komponenten des Artikels gewährleistet. Es ist weiterhin wünschenswert, über streckbare Verbundmaterialien zu verfügen, welche eine angezielte örtliche Streckbarkeit gewährleisten (d.h. innerhalb einer Komponente des Artikels).
Darüber hinaus ist es wünschenswert, über ein effizientes und kosteneffektives Verfahren zu verfügen, welches nicht mehrere Schritte und/oder mehrere Einheiten erfordert, und welches verschiedenen Abschnitten des Absorptionsartikels Streckeigenschaften verleiht. Solch ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten streckbaren Verbundmaterialien ist wünschenswert, da es über eine Gesamtflexibilität verfügt, die es ermöglicht, verschiedene Arten und/oder Mengen von elastomeren Materialien ausschließlich auf die Zielbereiche aufzubringen. Solch ein Verfahren ist ebenfalls wünschenswert, weil es Streckbarkeit und Streck widerstand in verschiedenen Abschnitten eines Produktes gezielt anpasst, um dem Träger eine verbesserte Passform und einen verbesserten Tragekomfort zu bieten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein streckbares Verbundmaterial, umfassend ein dehnbares Fasersubstrat, das mindestens ein elastomeres Element aufweist, der auf mindestens einem Abschnitt des Substrats angeordnet ist, um einen elastifizierten Bereich zu bilden, wobei das elastomere Element eine durchschnittliche Breite größer als ungefähr 0,2 mm, eine Schmelzviskosität von ungefähr 1 bis ungefähr 150 Pa·s, gemessen bei 175°C und 1 s^–1, eine Elastizität von mindestens ungefähr 50 N/m und eine prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20% aufweist.
Das streckbare Verbundmaterial kann für Abschnitte eines Absorptionsartikels verwendet werden, um gewünschte Vorteile zu bieten, einschließlich von besserer Passform, verbessertem Tragekomfort, geringerem Kraftaufwand beim Anziehen/Ausziehen des Artikels. Die Abschnitte des Absorptionsartikels, die streckbar sein sollen, schließen in der Regel, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein, die Taillenbereiche, die Beinbündchen, Seitenfelder, Laschenabschnitte, Topsheet bzw. Oberlage, Außenschicht und das Verschlusssystem ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, welche den behandelten Gegenstand, der als die vorliegende Erfindung angesehen wird, besonders herausstellen und deutlich beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden wird, von denen:
1 eine schematische Darstellung eines typischen Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist;
2A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer höschenartigen Windel ist, die das streckbare Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung enthält;
2B eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Windel in der Anordnung, in der sie getragen wird, ist, welche das streckbare Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung enthält;
3A eine Draufsicht auf ein exemplarisches streckbares Verbundmaterial ist, mit ersten und zweiten elastomeren Zusammensetzungen, die als gerade Streifen in parallelen Mustern aufgebracht sind;
3B eine Draufsicht auf ein exemplarisches streckbares Verbundmaterial ist, mit einer ersten elastomeren Zusammensetzung, die als gerade Streifen in einem parallelen Muster aufgebracht ist, und einer zweiten elastomeren Zusammensetzung, die als gerade Streifen in einem nicht parallelen Muster aufgebracht ist;
3C eine Draufsicht auf ein exemplarisches streckbares Verbundmaterial ist, mit ersten und zweiten elastomeren Zusammensetzungen, die als gerade Streifen in parallelen Mustern aufgebracht sind;
4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Haupt-Arbeitsschritts der vorliegenden Erfindung ist, welcher das Aufbringen von elastomeren Komponenten auf ein Substrat und das Verbinden mit einem anderen Substrat einschließt;
5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines optionalen untergeordneten Arbeitsschritts der vorliegenden Erfindung ist, welcher ineinander greifende Formwalzen zum inkrementalen Strecken der Verbundmaterial-Vorform verwendet;
6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Formwalzenpaars mit geringem Abstand ist, von denen jede alternierende und ineinander greifende äußere Zähne und Rillen aufweist, und
7 eine vergrößerte Teil-Querschnittansicht ist, welche die Spitzenabschnitte der Zähne der ineinander greifenden Formwalzen mit einem Bahnenmaterial platziert zwischen den Walzen zeigt, das die Spitzen benachbarter Zähne überbrückt und diese berührt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Ausdruck „Einweg-", wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Beschreibung von Produkten, welche in der Regel nicht dazu gedacht sind, gewaschen oder auf andere Art und Weise wiederhergestellt oder in hohem Maße in ihrer ursprünglichen Funktion wiederverwendet zu werden, d.h. vorzugsweise sind sie dazu gedacht, nach ungefähr 10-maligem Gebrauch oder ungefähr 5-maligem Gebrauch oder ungefähr einmaligem Gebrauch weggeworfen zu werden. Es wird bevorzugt, dass solche Einwegartikel recycelt, kompostiert oder auf andere Art und Weise umweltverträglich entsorgt werden.
Der Ausdruck „Langzeit" wird hierin verwendet, um Produkte zu beschreiben, welche in der Regel dazu gedacht sind, gewaschen oder auf andere Art und Weise wiederhergestellt oder in hohem Maße in ihrer ursprünglichen Funktion wiederverwendet zu werden, d.h. die vorzugsweise dazu gedacht sind, mehr als ungefähr 10 Mal verwendet zu werden.
Der Ausdruck „Einweg-Absorptionsartikel", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche in der Regel Fluide absorbiert und einschließt. In bestimmten Fällen bezieht sich der Ausdruck auf Vorrichtungen, welche am oder in die Nähe des Körpers des Trägers platziert werden, um Ausscheidungen und/oder Absonderungen des Körpers zu absorbieren und einzuschließen, und schließt solche Artikel zur Körperpflege wie Windeln mit Verschlüssen, Windelhöschen, Übungshöschen, Schwimmwideln, Inkontinenzartikel für Erwachsene, Artikel für die weibliche Hygiene und dergleichen ein. In anderen Fällen bezieht sich der Ausdruck auch auf Schutz- oder Hygieneartikel, zum Beispiel Lätzchen, Abwischtücher, Bandagen, Umschläge, Wundauflagen, chirurgische Tücher und dergleichen.
Der Ausdruck „Bahn", wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes kontiuierliche Material, einschließlich einer Folie, eines Vliesstoffes, eines gewebten Stoffes, eines Schaumstoffes oder einer Kombination davon, oder ein trocken geschichtetes Material einschließlich von Holzfaserstoff und dergleichen, das eine einzige Schicht oder mehrere Schichten aufweist.
Der Ausdruck „Substrat", wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes Material, einschließlich einer Folie, einer Vliesbahn, eines gewebten Bahn, eines Schaumstoffes oder einer Kombination davon, oder ein trocken geschichtetes Material, einschließlich von Holzfaserstoff, Cellulosematerial, Cellulosederivaten oder modifizierten Cellulosematerialien und dergleichen, die eine einzige Schicht oder mehrere Schichten aufweisen.
Der Ausdruck „Fasersubstrat", wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Material, das eine Vielzahl von Fasern umfasst, das entweder ein natürliches oder synthetisches Material oder eine Kombination davon sein könnte. Zum Beispiel Vliesmaterialien, gewebte Materialien, Strickmaterialien und jede Kombination davon.
Der Ausdruck „Vlies", wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Stoff, der aus kontinuierlichen Filamenten und/oder diskontinuierlichen Fasern ohne Weben oder Stricken mittels Verfahren wie Spunbonding, Kardieren und Meltblowing hergestellt wird. Der Vliesstoff kann eine oder mehrere Lagen Vlies umfassen, wobei jede Lage kontinuierliche Filamente oder diskontinuierliche Fasern enthalten kann. Vlies kann auch Bikomponentenfasern umfassen, welche Faserstrukturen Mantel/Kern-, Seit-an-Seite- oder andere bekannte Faserstrukturen aufweisen können.
Der Ausdruck „Elastomer", wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Polymer mit elastischen Eigenschaften.
Der Ausdruck „elastisch" oder „elastomer", wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes Material, das sich nach Anlegen einer gerichteten Kraft auf eine gedehnte Länge von mindestens ungefähr 160% seiner entspannten, ursprünglichen Länge strecken kann, ohne zu reißen oder zu brechen, und das sich nach dem Absetzen der angelegten Kraft um mindestens ungefähr 55% seiner Verlängerung rückstellt, vorzugsweise im Wesentlichen auf seine ursprüngliche Länge, d.h. die rückgestellte Länge beträgt weniger als ungefähr 120%, vorzugsweise weniger als ungefähr 110%, mehr bevorzugt weniger als ungefähr 105% der entspannten ursprünglichen Länge.
Der Ausdruck „unelastisch" bezieht sich hierin auf jedes Material, das nicht unter die oben genannte Definition von „elastisch" fällt.
Der Ausdruck „dehnbar" oder „unelastisch verlängerbar" bezieht sich hierin auf jedes Material, dass nach Anlegen einer gerichteten Kraft zum Strecken über ungefähr 110% seiner entspannten ursprünglichen Länge hinaus eine bleibende Verformung zeigt, einschließlich von Verlängerung, Reißen, Brechen und anderen Defekten in seiner Struktur und/oder Veränderungen seiner Zugeigenschaften.
Das streckbare Verbundmaterial der vorliegende Erfindung umfasst eine oder mehrere elastomere Komponenten, die auf und mindestens teilweise in einen Abschnitt eines dehnbaren Fasersubstrats eindringend angeordnet sind, welches in dem fertig gestellten Verbundmaterial dauerhaft verlängert ist. Unterschiedliche elastomere Komponenten können auf mit Abstand voneinander angeordneten, benachbarten oder einander überlappenden Abschnitten des Substrats angeordnet sein, um unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Elastizität, zu bieten. Das streckbare Verbundmaterial kann in situ mithilfe des vorhandenen Verfahrens als Abschnitt eines Artikels hergestellt werden, um einen gewünschten Artikel zu bil den, der ein Strecklaminat enthält. Das in situ-Verfahren an Ort und Stelle macht zusätzliche Verfahrensschritte, wie Schneiden, Formen und Verbinden, unnötig. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das teure elastomere Material effizient genutzt, indem nur an den erforderlichen Stellen und nur in der Menge, in der sie benötigt werden, ein oder mehrere elastomere Komponenten auf den Artikel aufgebracht werden. Ferner kann das hergestellte Produkt mittels des hierin offenbarten Laminats und des hierin offenbarten Verfahrens verbesserte Passform und verbesserten Tragekomfort bieten.
Die elastomeren Komponenten können unterschiedliche Formen und Profile in jeder Richtung aufweisen, die zu gewünschten Variationen der physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials in den elastomeren Komponenten führen. Die ebene Form in der X-Richtung der elastomeren Komponenten kann jede geeignete geometrische Form sein, welche die Abmessungen des Verbundmaterials in der Ebene definiert, zum Beispiel ein geradliniger Umriss, ein krummliniger Umriss, ein Dreieck, ein Trapezoid, ein Quadrat, ein Parallelogramm, ein Polygon, eine Ellipse, ein Kreis und jede Kombination davon. Das Konturprofil in der Z-Richtung der elastomeren Komponenten kann jede geeignete geometrische Form sein, zum Beispiel ein lineares oder nicht lineares Profil. Die Variation der Abmessung in der Z-Richtung und der X-Y-Ebene kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Typischerweise beträgt die durchschnittliche Breite einzelner elastomerer Komponenten mindestens ungefähr 0,2 mm, vorzugsweise mindestens ungefähr 1 mm, und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 2 mm. Die durchschnittliche Dicke von einzelnen elastomeren Komponenten reicht von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2,5 mm, vorzugsweise von ungefähr 0,25 mm bis ungefähr 2 mm, und mehr bevorzugt von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1,5 mm. Die durchschnittliche Breite und Dicke der elastomeren Komponenten kann mittels herkömmlicher optischer Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie (gemäß ASTM B748) für genauere Messungen bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dicke des elastomeren Elements und/oder des Verbundmaterials bei einem Druck von 0,25 psi (1,7 Kpa) mit einem Mikrometer-Dickenmaß gemessen werden.
Die variablen physikalischen Eigenschaften können Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Elastizität, Leitfähigkeit, Atmungsaktivität (d.h. Dampf- und/oder Gaspermeabilität), Impermeabilität gegenüber Flüssigkeit und andere einschließen. Ferner können einzigartige Wechselbeziehungen zwischen physikalischen Eigenschaften gebildet werden, zum Beispiel beim Verhältnis von Elastizitätsmodul zu Dichte, Zugfestigkeit zu Dichte und dergleichen.
2A illustriert eine Ausführungsform eines Absorptionsartikels (einer höschenartigen Windel) in der Anordnung, in der sie getragen wird, mindestens ein Abschnitt des Artikels umfasst das streckbare Laminat der vorliegenden Erfindung. Die höschenartige Windel 20 kann eine Vielzahl von elastischen Komponenten auf einem Substrat, typischerweise einer Vliesfaserbahn, umfassen, um spezielle Funktionen für die Windel zu bieten. Die elastischen Komponenten schließen ein: einen elastifizierten Bündchenbereich 12, der elastomere Beinkomponenten 24 umfasst, die der Abdichtung um die Beine des Trägers dienen, einen elastifizierten Taillenbereich 14, der elastomere Taillenkomponenten 28 umfasst, die der Abdichtung um die Taille dienen, ein elastifiziertes Seitenfeld 15, das elastische Komponenten 25 umfasst, die der Einstellung der Passform um den unteren Rumpf dienen, und elastomere Hauptfeld- bzw. Chassiskomponenten 26 über der Außenschicht 40 zum Einstellen der Passform hauptsächlich für die Bereiche von Bauch, Gesäß und/oder Schritt und zum Anpassen der Atmungsaktivität (d.h. im Wesentlichen der Dampf-/Gaspermeabilität und der Impermeabilität gegenüber Flüssigkeit), die von der Außenschicht 40 bereitgestellt wird. Eine andere Ausführungsform, gezeigt in 2B in der Anordnund, in der sie getragen wird, ist eine Einwegwindel 10, die eine elastische Beinöffnung 92, eine elastische Taillenöffnung 94 und einen elastischen Laschenabschnitt 96 und das Verschlusssystem 80 aufweist, das eine Schlitzkomponente 82 und eine Laschen komponente 84 umfasst, wobei alle aus den streckbaren Verbundmaterialien der vorliegenden Erfindung hergestellt sein können. Eine elastische Oberlage (nicht abgebildet) kann ebenfalls aus dem Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung bestehen.
Die Herstellung dieser elastischen Komponenten einer Windel schließt typischerweise die Schritte des Zuschneidens eines elastomeren Materials (in Form einer Folie, einer Faserbahn oder eines Laminats) in der gewünschten Größe und Form, des anschließenden Verbindens der einzelnen Teile der elastomeren Materialien mit dem Substrat unter Verwendung bekannter Verbindungsverfahren, wie adhäsive, thermische, mechanische, Ultraschallverbindung, ein. Im Gegensatz dazu bietet die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren, das den Schritt der Herstellung einer elastomeren Komponente mit dem Schritt des Verbindens der elastomeren Komponente mit einem Substrat in einem kontinuierlichen Verfahren in einem einzigen Schritt kombiniert. Eine bestimmte elastische Komponente kann eine einzige elastomeres Komponente oder eine Vielzahl von elastomeren Komponenten umfassen. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung die elastomeren Komponenten direkt auf mehrere Abschnitte aufgebracht werden, entsprechend den einzelnen elastischen Komponenten der Windel, um die elastomeren Taillenkomponenten, elastomeren Beinkomponenten usw. in einem kontinuierlichen Verfahren zu bilden. Die vorliegende Erfindung ist gut geeignet zur Bereitstellung verschiedener Elastizitäten, um die verschiedenen Anforderungen der einzelnen Komponenten der Windel zu erfüllen. In der vorliegenden Erfindung wird auch die Aufbringung mehrerer elastomerer Komponenten mit unterschiedlichen Elastizitäten in benachbarten Abschnitten auf einem einzelnen Element eines Absorptionsartikels in Betracht gezogen. Die unterschiedlichen Elastizitäten können erreicht werden durch Veränderungen der Schmelzviskositäten, Formen, Muster, Aufbringungshöhen, Zusammensetzungen und Kombinationen davon.
Die elastomeren Komponenten können in unterschiedlichen Formen oder Mustern, kontinuierlich oder diskontinuierlich, aufgebracht werden. Typischerweise können die elastomeren Komponenten in (geradlinigen oder krummlinigen) Streifen, Spiralen, einzelnen Punkten und dergleichen aufgebracht werden. Die elastomeren Komponenten können auch in unterschiedlichen geometrischen oder dekorativen Formen oder Figuren aufgebracht werden. Die unterschiedlichen Muster können die elastomeren Komponenten in rechtwinkligen, parallelen und/oder abgewinkelten (d.h. nicht parallelen) Positionen in Bezug aufeinander, oder in Bezug auf Komponenten der Windel, wie Taillenbereich, Beinöffnungen, Seitennähte, platzieren. Zwei elastomere Komponenten sind parallel, wenn sie einen im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand zwischen den Komponenten oder in Längsrichtung aufweisen. Sie sind nicht parallel, wenn sie keinen gleichmäßigen Abstand zwischen den Komponenten oder in Längsrichtung aufweisen. Folglich sind zwei krummlinige elastomere Komponenten nicht parallel, wenn sie über unterschiedliche Krümmungen verfügen. In einem anderen Beispiel ist ein elastomeres Element parallel zu einem Taillenbereich oder einer Beinöffnung, wenn der Abstand zwischen dem elastomeren Element und einer Kante des Taillenbereichs oder einer Beinöffnung im Wesentlichen gleichmäßig ist.
Bei einer Ausführungsform, wie in 3A dargestellt, wird eine Vielzahl von geradlinigen Streifen einer ersten elastomeren Zusammensetzung in einem im Wesentlichen parallelen Muster entlang einer ersten Richtung aufgebracht, um erste elastomere Komponenten 301 zu bilden. Wahlweise wird eine Vielzahl geradliniger Streifen einer zweiten elastomeren Zusammensetzung in einem im Wesentlichen parallelen Muster entlang einer zweiten Richtung aufgebracht, um zweite elastomere Komponenten 302 zu bilden, wobei die zweite Richtung in einem vorher festgelegter Winkel á in Bezug auf die erste Richtung verläuft. Der vorher festgelegte Winkel á reicht von ungefähr Null bis ungefähr 90 Grad, vorzugsweise von ungefähr 1 bis ungefähr 80 Grad, und mehr bevorzugt von ungefähr 5 bis ungefähr 70 Grad. Die erste und die zweite elastomere Zusammensetzung können auf sich vollständig oder teilweise überlappende Abschnitte des Substrats (entsprechend den gleichen oder sich teilweise überlappenden elastischen Komponenten der fertig gestellten Windel) aufgebracht werden. Als Alternative können die erste und zweite elastomere Zusammensetzung auf sich nicht überlappende (benachbarte oder voneinander entfernt liegende) Abschnitte des Substrats aufgebracht werden, welche den einzelnen elastischen Komponenten der fertig gestellten Windel entsprechen. Folglich überschneiden sich die Streifen der ersten und zweiten elastomeren Zusammensetzung nicht.
Bei einigen Ausführungsformen wird eine Vielzahl von ersten elastomeren Komponenten in Form von geraden Streifen in einem im Wesentlichen parallelen Muster entlang einer ersten Richtung aufgebracht, und eine Vielzahl von zweiten elastomeren Komponenten in Form von geradlinigen oder krummlinigen Streifen wird in einem nicht parallelen oder abgewinkelten Muster aufgebracht, wobei mindestens ein Streifen, vorzugsweise eine Vielzahl der Streifen der zweiten elastomeren Komponenten zu einem oder beiden benachbarten Streifen derselben elastomeren Komponenten abgewinkelt oder nicht parallel verlaufen. Die ersten und zweiten elastomeren Komponenten können auf denselben, sich überlappenden oder getrennten Abschnitten des Fasersubstrats aufgebracht werden. 3B illustriert eine der oben genannten Ausführungsformen, wobei die ersten elastomeren Komponenten im Wesentlichen parallel sind und gerade Streifen 303 entlang einer ersten Richtung verlaufen, und die zweiten elastomeren Komponenten gerade Streifen 304 sind, welche nicht parallel zu benachbarten Streifen verlaufen; jeder Streifen der zweiten elastomeren Komponenten bildet einen vorher festgelegten Winkel β in Bezug auf die erste Richtung. Genauer liegt der vorher festgelegte Winkel β im Bereich von ungefähr Null bis ungefähr 180 Grad und variiert zwischen unterschiedlichen Streifen 304. Als Alternative sind die ersten und zweiten elastomeren Komponenten in einem nicht parallelen oder abgewinkelten Muster aufgebracht und bilden unterschiedliche Winkel zwischen den Streifen 305, 306, wie bei der in 3C gezeigten Ausführungsform.
Bei dem Substrat kann es sich um Folien, Strickstoff, gewebte Faserbahnen oder Vliesfaserbahnen handeln. Bei einigen Ausführungsformen sind die Trägermaterialien dehnbare Vliesbahnen aus Polyolefinfasern oder -filamenten, wie Polyethylen, Polypropylen.
Geeignete elastomere Zusammensetzungen werden als Fluid oder in fluidähnlichem Zustand auf das Substrat aufgebracht, um zumindest ein teilweises Eindringen in das Substrat zu bewirken und so eine ausreichende Haftung zwischen den resultierenden elastomeren Komponenten und dem Substrat zu erzielen, sodass das Verbundmaterial im anschließenden Schritt der inkrementalen Streckung keine wesentliche Schichtablösung zeigt. Die elastomere Zusammensetzung kann eine Schmelzviskosität von ungefähr 1 bis ungefähr 150 Pa·s, vorzugsweise von ungefähr 5 bis ungefähr 100 Pa·s, und mehr bevorzugt von ungefähr 10 bis ungefähr 80 Pa·s, bei 175°C und einer Scherrate von 1 s^–1 aufweisen. Solch eine elastomere Zusammensetzung ist für die Verwendung in den vorliegenden Verfahren, die mit einer niedrigeren Viskosität und/oder niedrigeren Temperatur arbeiten als die Verarbeitungsbedingungen eines typischen Schmelzextrusions- und/oder Faserspinnverfahrens, geeignet.
Geeignete elastomere Zusammensetzungen umfassen thermoplastische Elastomere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Blockcopolymeren, Metallocen-katalysierten Polyolefinen, Polyester, Polyurethanen, Polyetheramiden und Kombinationen davon. Geeignete Styrol-Blockcopolymere können Diblock-, Triblock-, Tetrablock-Copolymere oder andere Blockcopolymere aus mehreren Blöcken sein, die mindestens einen Styrol-Block aufweisen. Exemplarische Styrol-Blockcopolymere sind zum Beispiel Styrol-Butadien-Styrol, Styrol-Isopren-Styrol, Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol, Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol und dergleichen. Im Handel erhältliche Styrol-Blockcopolymere sind zum Beispiel KRATON^® von der Shell Chemical Company, Houston, TX, SEPTON^® von Kuraray America, Inc., New York, NY und VECTOR^® von der Dexco Chemical Company, Houston, TX. Im Handel erhältliche Metallocen-katalysierte Polyolefine sind zum Beispiel EXXPOL^® und EXACT^® von der Exxon Chemical Company, Baytown, TX, AFFINITY^® und ENGAGE^® von der Dow Chemical Company, Midland, MI. Im Handel erhältliches Polyurethan ist zum Beispiel ESTANE^® von Noveon, Inc., Cleveland, OH. Im Handel erhältliches Polyetheramid ist zum Beispiel PEBAX^® von Atofina Chemicals, Philadelphia, PA. Im Handel erhältliches Polyester ist zum Beispiel HYTREL^® von der E. I. DuPont de Nemours Co., Wilmington, DE.
Die elastomeren Zusammensetzungen können ferner Verarbeitungshilfsmittel und/oder Prozessöle zum Einstellen der Schmelzviskosität der Zusammensetzungen auf den gewünschten Bereich umfassen. Diese schließen das herkömmliche Prozessöl, wie Mineralöl, sowie andere Petroleumderivat-Öle und -Wachse, wie Paraffinöl, napthenisches Öl, Petrolatum, mikrokristallines Wachs, Paraffin- oder Isoparaffinwachs. Synthetische Wachse, wie Fischer-Tropsch-Wachs, natürliche Wachse, wie Walrat, Carnauba, Ozokerit, Bienenwachs, Candelilla, Paraffin, Ceresin, Esparto, Ouricuri, Rezowachs und andere bekannte natürliche und mineralische Wachse sind ebenfalls zur diesbezüglichen Verwendung geeignet. Olefinische oder Dien-Oligomere und niedermolekulare Polymere können ebenfalls diesbezüglich verwendet werden. Bei den Oligomeren kann es sich um Polypropylene, Polybutylene, hydrierte Isoprene, hydrierte Butadiene oder dergleichen handeln, die ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) zwischen ungefähr 350 und ungefähr 8000 aufweisen.
Bei einer Ausführungsform kann ein Phasenumwandlungs-Lösemittel in die elastomere Zusammensetzung integriert werden, um deren Schmelzviskosität herabzusetzen und die Zusammensetzung bei einer Temperatur von 175°C oder niedriger verarbeitbar zu machen, ohne die elastischen und mechanischen Eigenschaften der Zusammensetzung wesentlich zu beeinträchtigen. Typischerweise zeigt das Phasenumwandlungs-Lösemittel bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 40°C bis ungefähr 250°C eine Phasenumwandlung. Das Phasenumwandlungs-Lösemittel hat die allgemeine Formel: R'-Ly-(Q-Lx)_n-1-Q-Ly- R; (I) R'-L_y-(Q-L_x)_n-R; (II) R'-(Q-L_x)_n-R; (III) R'-(Q-L_x)_n-1-Q-L_y-R; (IV) R'-(Q-L_x)_n-1-Q-R (V)oder eine Mischung davon,
wobei Q eine substituierte oder nicht substituierte difunktionelle aromatische Einheit sein kann; L CH₂ ist; R und R' gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig ausgewählt werden aus H, CH3, COOH, CONHR₁, CONR₁R₂, NHR₃, NR₃R₄, Hydroxy-, oder C1-C30-Alkoxy; wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig aus H oder linearem oder verzweigtem C1-C30-Alkyl ausgewählt werden; x eine ganze Zahl von 1 bis 30 ist; y eine ganze Zahl von 1 bis 30 ist, und n eine ganze Zahl von 1 bis 7 ist. Eine detaillierte Offenbarung der Lösemittel zur Phasenumwandlung findet sich in der Provisional U.S. Patent Application Serial No. 60/400,282, eingereicht am 31. Juli 2002.
Als Alternative kann die elastomere Zusammensetzung auch niedermolekulare Elastomere und/oder Elastomer-Vorläufer der oben genannten thermoplastischen Elastomere und wahlweise Vernetzungsmitteln oder Kombinationen davon umfassen. Das durchschnittliche Molekulargewicht (Gewichtsmittel) der niedermolekularen Elastomere oder elastomeren Vorläufer liegt zwischen ungefähr 45.000 und ungefähr 150.000.
Geeignete elastomere Zusammensetzungen zur diesbezüglichen Verwendung sind ohne weitere Behandlung elastisch, und sie enthalten keine flüchtigen Lösemittel, deren Siedepunkt unter 150°C liegt. Nachdem die elastomere Zusammensetzung auf das Substrat aufgebracht worden ist, kann sie jedoch Nachbehandlungen unterworfen werden, um ihre Elastizität und andere Eigenschaften, zum Beispiel Festigkeit, Elastizitätsmodul und dergleichen, zu verbessern oder zu verstärken. Typischerweise schließen Nachbehandlungen Trocknen, Vernetzen, Aushärten oder Polymerisieren mittels chemischer Mittel, Wärme oder Strahlung und Kombinationen davon ein.
Die resultierenden elastomeren Komponenten weisen die folgenden Eigenschaften auf: (1) Eine Elastizität (d.h., normalisierte Last bei 75% Dehnungsverformung) von mindestens ungefähr 50 N/m, vorzugsweise von ungefähr 50 N/m bis ungefähr 300 N/m, mehr bevorzugt von ungefähr 75 N/m bis ungefähr 250 N/m, und am meisten bevorzugt von 100 N/m bis ungefähr 200 N/m; (2) eine prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20%, vorzugsweise von weniger als ungefähr 15%, und mehr bevorzugt von weniger als ungefähr 10%, und (3) einen Spannungsrelaxationswert von weniger als ungefähr 30%, vorzugsweise von weniger als ungefähr 25%, und mehr bevorzugt von weniger als ungefähr 20%.
Die elastomeren Komponenten können auf einen speziellen Bereich aufgebracht werden, um einen gesamte Aufbringungshöhe von ungefähr 5 bis ungefähr 200 g/m², vorzugsweise von ungefähr 20 bis ungefähr 150 g/m², und mehr bevorzugt von ungefähr 50 bis ungefähr 100 g/m² zu erhalten. Der erste und der zweite elastifizierte Bereich können offene Flächen, die nicht von elastomeren Komponenten bedeckt werden, von ungefähr 10% bis ungefähr 80% der gesamten Oberfläche des Bereichs, vorzugsweise von ungefähr 20% bis ungefähr 70%, und mehr bevorzugt von ungefähr 40% bis ungefähr 60%, aufweisen. Das selektive Aufbringen von elastomeren Zusammensetzungen verbraucht weniger Mate rial als beim Einsatz der herkömmlichen Laminierungstechnologie erforderlich wäre, die Folien oder Flächengebilde verwendet. Das Fasersubstrat in Verbindung mit der selektiven Aufbringung von elastomeren Komponenten kann zu einem geringeren Flächengewicht und einer höheren Atmungsaktivität des hergestellten Verbundmaterials führen als dies bei einem Laminat der Fall wäre, das eine Faserbahn- und eine Folien- oder Flächebgebildechicht enthält. Das Fasersubstrat kann ferner ein weiches, tuchähnliches Gefühl auf der Haut für besseren Tragekomfort bieten.
Jeder elastifizierte Bereich kann eine andere Anzahl von pro Flächeneinheit angeordneten elastomeren Komponenten aufweisen. Die Aufbringungshöhe pro elastomerem Element unterscheidet sich ebenfalls von Bereich zu Bereich. Folglich kann beim Vergleichen eines ersten elastifizierten Bereichs mit darauf angeordneten ersten elastomeren Komponenten und eines zweiten elastifizierten Bereichs mit darauf angeordneten zweiten elastomeren Komponenten das Verhältnis der Aufbringungshöhe auf der Basis einzelner erster und zweiter elastomerer Komponenten im Bereich von ungefähr 1,05 bis ungefähr 3 liegen, vorzugsweise von ungefähr 1,2 bis ungefähr 2,5, und mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis ungefähr 2,2. Ferner können die ersten und zweiten elastomeren Komponenten ein Elastizitätsverhältnis von ungefähr 1,1 bis ungefähr 10, vorzugsweise von ungefähr 1,2 bis 5, und mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3 aufweisen.
Die elastomeren Komponenten können direkt auf die Faserbahn aufgebracht werden, oder indirekt auf die Faserbahn übertragen werden, indem sie zunächst auf eine Zwischenoberfläche aufgebracht werden. Geeignete Verfahren können Kontaktverfahren sein, wie zum Beispiel Tiefdruck, Intaglio-Druck, Flexographiedruck, Spaltbeschichtung, Gießbechichtung und dergleichen, und kontaktfreie Verfahren, wie Farbstrahldrucken, Sprühen und dergleichen. Jedes Auftragsverfahren arbeitet in einem bestimmten Viskositätsbereich, folglich ist eine sorgfältige Auswahl der Viskosität der elastomeren Zusammensetzung erforderlich. Zu sammensetzung, Temperatur und/oder Konzentration können variiert werden, um die geeignete Viskosität für ein bestimmtes Verarbeitungsverfahren und bestimmte Arbeitsbedingungen zu bieten.
Die Temperatur kann erhöht werden, um die Viskosität der elastomeren Zusammensetzung zu verringern. Eine hohe Temperatur kann jedoch nachteilige Auswirkungen auf die Stabilität des Fasersubstrats haben, welches an den Stellen, an denen die erwärmte elastomere Zusammensetzung aufgebracht wird, eine teilweise oder örtlich begrenzte Wärmedegradierung erfahren kann. Ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Auswirkungen ist wünschenswert. Als Alternative können indirekte/Übertragungsverfahren eingesetzt werden. Die elastomere Zusammensetzung wird erhitzt, um eine geeignete Viskosität für die Verarbeitung zu erreichen, und auf eine Zwischenoberfläche, (z.B. ein Substrat), die eine gute Temperaturbeständigkeit aufweist, aufgebracht, welche dann auf das Fasersubstrat übertragen wird, um die Vorform des Verbundmaterials zu bilden. Das indirekte/Übertragungsverfahren ermöglicht eine größere Bandbreite von Betriebstemperaturen, weil die erwärmte elastomere Zusammensetzung zumindest teilweise gekühlt wird, wenn sie in Kontakt mit dem faserförmigen Substrat kommt. Folglich kann das indirekte Verfahren für Substrate, die temperaturempfindlich oder instabil sind, wie Vliesbahnen, oder Trägermaterialien aus Polymeren mit niedrigem Schmelzpunkt, zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen, nützlich sein. Aufwalzdruck kann durch Laminierwalzen oder Kalandrierwalzen aufgebracht werden, um ein ausreichendes Eindringen und eine ausreichende Haftung zu erzielen.
Die kontaktfreien Verfahren bieten sowohl mechanische Vorteile als auch Vorteile in Bezug auf die Temperatur. Da die Auftragsvorrichtungen nicht in direkten Kontakt mit dem Substrat kommen, wird die strukturelle Integrität des Substrats weniger gefährdet/ist der Abrieb geringer. Folglich können Faserbahnen mit einem geringeren Flächengewicht oder einer niedrigeren mechanischen Festigkeit als Substrat verwendet werden. Die kontaktfreien Verfahren sind besonders wünschenswert für Hochgeschwindigkeitsverfahren, bei denen bei einem direkten Kontakt zwischen den Vorrichtungen und dem Substrat erhebliche Scher- und Schleifkräfte auf das Substrat wirken und möglicherweise Beschädigungen der Oberfläche und/oder der Struktur des Substrats verursachen können. Die kontaktfreien Verfahren ermöglichen auch die Verwendung von Substraten mit geringerer Temperaturbeständigkeit, da die elastomeren Fluid-Zusammensetzungen teilweise luftgekühlt werden können, bevor sie in Kontakt mit dem Substrat kommen. Darüber hinaus bietet ein kontaktfreies Farbstrahldruckverfahren den zusätzlichen Vorteil der totalen Flexibilität in Bezug auf die gedruckte Form, das gedruckte Muster usw. der elastomeren Komponenten, ohne das Verfahren unterbrechen und/oder den Druckkopf umrüsten zu müssen. Beim kontaktfreien Verfahren kann, falls erforderlich, ebenfalls Aufwalzdruck aufgebracht werden.
Es ist wünschenswert, dass die elastomere Zusammensetzung zumindest teilweise in das Substrat eindringt, sodass sich die resultierende Verbundmaterial-Vorform in den nachfolgenden Verarbeitungs- oder Herstellungsschritten oder im fertig gestellten Produkt nicht ablöst. Zusätzlich macht solch eine gute Haftung innerhalb des Verbundmaterials und/oder seiner Vorform die Verwendung von Haftmitteln optional. Der Grad des Eindringens kann von mehreren Faktoren beeinflusst werden:
Der Viskosität der elastomeren Verbindung beim Kontakt mit dem Substrat, der Porosität des Substrats, der Oberflächenspannung zwischen dem Substrat und der elastomeren Zusammensetzung. Bei einer Ausführungsform lässt das Offset-Tiefdruckverfahren eine teilweise Kühlung der elastomeren Zusammensetzung zu, bevor diese in Kontakt mit dem faserförmigen Substrat kommt, wodurch deren Viskosität erhöht und der Grad des Eindringens in das Substrat verringert wird. Als Alternative kann die elastomere Zusammensetzung durch Aufblasen von gekühlter Luft/gekühltem Gas vor dem Kontakt mit oder im Moment des Kontakts mit dem Substrat gekühlt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Grad des Eindringens erhöht werden, indem das Substrat/die elastomere Zusammensetzung durch ein Andrückwalzenpaar geführt wird. Die Temperatur der Laminierwalzen sowie der aufgebrachte Aufwalzdruck ermöglichen eine weitere Steuerung des Grads des Eindringens.
Bei einer anderen Ausführurugsform wird das Tiefdruckverfahren verwendet, wodurch es möglich ist, die Menge der elastomeren Zusammensetzung zu variieren, die in unterschiedlichen Bereichen des Substrats aufgebracht wird, wodurch die örtlich begrenzten Streckeigenschaften variiert werden. Zum Beispiel können durch Verwendung unterschiedlich tiefer und/oder breiter Rillen und Erhebungen auf der Tiefdruckwalze die hergestellten elastomeren Komponenten in einem Bereich dicker und in einem anderen Bereich dünner sein. In einem anderen Beispiel kann durch Ändern des Musters auf der Tiefdruckwalze die Komponentendichte der elastomeren Komponenten des Verbundmaterials variiert werden. Darüber hinaus können auch zwei oder mehrere Tiefdruckwalzen enthaltend jeweils unterschiedliche elastomere Zusammensetzungen verwendet werden, um diese elastomeren Zusammensetzungen in verschiedenen Abschnitten des Elements aufzutragen. Das Tiefdruckverfahren schließt direkte und indirekte (oder Offset-) Verfahren ein. Beim direkten Tiefdruckverfahren wird die elastomere Zusammensetzung direkt auf da Substrat aufgebracht. Beim indirekten oder Offset-Tiefdruckverfahren wird zunächst die elastomere Zusammensetzung auf eine Offset-Walze oder eine Trägeroberfläche aufgetragen und dann auf das Substrat übertragen. Beim indirekten Verfahren kann die elastomere Zusammensetzung teilweise gekühlt und sogar teilweise verfestigt sein, wenn sie schließlich in Kontakt mit dem Substrat kommt. Darüber hinaus bietet das Offset-Tiefdruckverfahren einen breiteren Temperaturbereich für das Verfahren, sogar dann, wenn ein Substrat mit einer geringen Temperaturbeständigkeit verwendet wird.
Bei einigen Ausführungsformen wird das kontaktfreie Sprühverfahren verwendet. Die geeigneten Sprühvorrichtungen können mehrere in Reihe oder parallel angeordnete Düsen enthalten. Mehrere Düsen können in einer Feldgruppe entlang der Maschinenlaufrichtung, quer zur Maschinenlaufrichtung, in einem Winkel in Be zug auf eine der beiden Richtungen oder in Kombinationen davon angeordnet sein. Die Düsen können dieselbe oder unterschiedliche elastomere Zusammensetzungen auftragen und können gleich oder unterschiedlich große Öffnungen aufweisen, um verschiedene Mengen der elastomeren Zusammensetzungen auf unterschiedliche Bereiche des Substrats aufzutragen. Ferner können diese Düsen gesteuert sein, sodass sie unabhängig und zu exakt definierten Zeitpunkten starten und stoppen, um in einem bestimmten Bereich jede gewünschte Streckeigenschaft zu erzeugen. Eine geeignete Sprühvorrichtung ist UFD Omega, erhältlich von ITW Dynatec, Hendersonville, TN.
Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, unterschiedliche Auftragsverfahren zu kombinieren, zum Beispiel Tiefdrucken mit Sprühen, um die gewünschten Eigenschaften der hergestellten streckbaren Verbundmaterialien zu erhalten.
Die örtlich begrenzte Streckeigenschaft kann auf verschiedene Art und Weise variiert werden. Sie kann einzeln variiert werden, indem die Eigenschaft schrittweise geändert wird. Ein Beispiel für solch eine schrittweise Änderung wäre das Auftragen eines Hochleistungs-Elastomers auf einen Abschnitt eines Elements der Windel (wie dem oberen Teil eines Laschenabschnitts) und eines Elastomers mit geringerer Leistung auf einen anderen Abschnitts dieses Elements (wie dem unteren Teil des Laschenabschnitts), an dem die Streckanforderungen weniger hoch sind. Die Streckeigenschaft kann auch kontinuierlich variiert werden, entweder linear oder nicht linear. Die kontinuierlichen Änderungen der Streckeigenschaften können durch ein Tiefdruckmuster erreicht werden, das so konzipiert wird, dass die Zellentiefe entlang des Umfangs der Walze allmählich abnimmt, wodurch sich ein gedrucktes Muster ergibt, bei dem die Menge der aufgebrachten elastomeren Zusammensetzung in Maschinenlaufrichtung kontinuierlich abnimmt.
Das streckbare Verbundmaterial kann mittels eines Verfahrens 100 der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, von dem eine Ausführungsform in 1 schematisch dargestellt ist. Das Verfahren 100 kann einen Haupt-Arbeitsschritt der Her stellung einer Verbundmaterial-Vorform einschließen, welcher die Schritte der Zuführung eines ersten Substrats, des Auftragens eines elastomeren Materials auf das erste Substrat und optional des Verbindens mit einem zweiten Substrat einschließt. Das Verfahren 100 kann optional einen untergeordneten Arbeitsschritt des inkrementalen Streckens der Verbundmaterial-Vorform zum Erzielen von Dehnbarkeit des Fasersubstrats einschließen.
Der Haupt-Arbeitsschritt von Verfahren 100 ist in 4 detailliert gezeigt, ein erstes Substrat 34 wird von einer ersten Zufuhrwalze 52 zugeführt und läuft durch eine Auftragsvorrichtung 105, hier gezeigt ist eine Tiefdruckvorrichtung, umfassend eine Tiefdruckwalze 54 und eine Gegendruckwalze 56, welche die elastomere Zusammensetzung für elastomere Komponenten auf ein Substrat 34 aufbringt. Die sich in fließfähigem Zustand befindende elastomere Zusammensetzung kann zumindest teilweise in das Substrat 34 eindringen und ein bedrucktes Substrat 35 bilden, wodurch sich eine direkte Verbindung zwischen den elastomeren Komponenten und dem Substrat ergibt. Optional kann ein zweites Substrat 36 von einer zweiten Zufuhrwalze 62 zugeführt und mit dem bedruckten Substrat 35 mittels Andrückwalzen 64, 66 kombiniert werden, um die elastomeren Komponenten zwischen die Substrate 34, 36 einzubringen, um eine Verbundmaterial-Vorform 37 bilden. Falls erforderlich, können Haftmittel verwendet werden, um die elastomeren Komponenten und das zweite Substrat miteinander zu verbinden. An diesem Punkt des Verfahrens wird ein Zero-Strain-Laminat hergestellt, wobei die elastomeren Komponenten und die Substrate im ungespannten Zustand verklebt werden.
Das bedruckte Substrat 35 und/oder die Verbundmaterial-Vorform 37 können zusätzlichen Behandlungen unterworfen werden, wie Trocknen, Kühlen, Komprimieren (z.B. Hindurchführen zwischen einem Laminierwalzenpaar), Vernetzen und/oder Aushärten (z.B. mithilfe von chemischen Verfahren, Wärme oder Strahlung), um die elastischen und mechanischen Eigenschaften der darauf auf getragenen elastomeren Zusammensetzungen und der hergestellten Verbundmaterial-Vorform zu verbessern.
Ein optionaler, untergeordneter Arbeitsschritt des Verfahrens 100 verwendet eine Formstation 106 zum inkrementalen Strecken der Verbundmaterial-Vorform 37 in einem Maß, durch welches das Substrat dauerhaft verlängert wird und die Verbundmaterial-Vorform 37 in ein streckbares Verbundmaterial 108 umgewandelt wird. Aufgrund dieser strukturellen Veränderung weist das Substrat einen verringerten Streckwiderstand auf, und die elastomeren Komponenten können sich bis zu dem Maße strecken, das von der bleibenden Verlängerung des Substrats vorgegeben ist.
Als Alternative kann ein Vorstrecken des Substrats 34 und/oder des Substrats 36 vor der Verwendung im Verfahren 100 den Substraten Dehnbarkeit verleihen und es den elastomeren Komponenten des streckbaren Verbundmaterials ermöglichen, sich bis zur endgültigen Verlängerung des Substrats zu strecken.
Ein Verfahren, das manchmal als „Ringwalzen" bezeichnet wird, kann ein wünschenswerter inkrementaler Streckschritt der vorliegenden Erfindung sein. Beim Ringwalzverfahren werden geriffelte ineinander greifende Walzen verwendet, um das Fasersubstrat dauerhaft zu verlängern, um seine Streckwiderstand zu verringern. Das auf diese Weise hergestellte Verbundmaterial weist in den Abschnitten, die dem Ringwalzverfahren unterworfen gewesen sind, einen höheren Grad an Streckbarkeit auf. Folglich bietet dieser untergeordnete Vorgang zusätzliche Flexibilität beim Erzielen von Streckeigenschaften in örtlich begrenzten Abschnitten des streckbaren Verbundmaterials.
Verfahren zum Verleihen von Streckbarkeit an ein dehnbares oder auf andere Art und Weise im Wesentlichen unelastisches Material durch Verwenden geriffelter ineinander greifender Walzen, welche das Material inkremental in Maschinenlaufrichtung oder quer zur Maschinenlaufrichtung strecken und dauerhaft verformen, sind offen bart im U.S.-Patent Nr. 4,116,892, erteilt am 26. September 1978 an E. C. A. Schwarz, U.S.-Patent Nr. 4,834,741, erteilt am 30. Mai 1989 an R. N. Sabee, U.S.-Patent Nr. 5,143,679, erteilt am 1. September 1992 an G. M. Weber et al., U.S.-Patent Nr. 5,156,793, erteilt am 20. Oktober 1992 an K. B. Buell et al., U.S.-Patent Nr. 5,167,897, erteilt am 1. Dezember 1992 an G. M. Webber et al. und U.S.-Patent Nr. 5,422,172, erteilt am 6. Juni 1995 an P.-C. Wu und U.S.-Patent Nr. 5,518,801, erteilt am 21. Mai 1996 an C. W. Chappell et al. Bei einigen Ausführungsformen kann die Verbundmaterial-Vorform den gewellten ineinander greifenden Walzen in einem Winkel in Bezug auf die Maschinenlaufrichtung dieses untergeordneten Vorgangs zugeführt werden. Als Alternative können in dem untergeordneten Arbeitsschritt ein Paar ineinander greifender, mit Rillen versehener Platten verwendet werden, die unter Druck auf die Verbundmaterial-Vorform aufgesetzt werden, um eine inkrementale Streckung der Verbundmaterial-Vorform in örtlich begrenzten Abschnitten zu erzielen.
Es ist wünschenswert, dass das dehnbare Substrat keinen Streckwiderstand zeigt, wenn das Verbundmaterial einer typischen Dehnungsbelastung unter Gebrauchsbedingungen unterworfen ist. Die Dehnungsbelastungen während des Gebrauchs, denen das Verbundmaterial unterworfen ist, ergeben sich aus der Streckung beim Anlegen oder Entfernen eines Artikels von einem Träger und während des Tragens des Artikels. Das dehnbare Substrat kann vorab mit einer Dehnungsspannung beaufschlagt werden, um dem Verbundmaterial die gewünschte Streckbarkeit zu verleihen. Typischerweise, wenn das dehnbare Substrat mit ungefähr der 1,5-fachen maximalen Dehnungsspannung während des Gebrauchs (typischerweise weniger als ungefähr 250% Dehnung) vorgespannt wird, wird das dehnbare Substrat dauerhaft verlängert, sodass es im Bereich der Dehnungsspannung während des Gebrauchs keine Streckwiderstand zeigt, und die elastischen Eigenschaften des Verbundmaterials im Wesentlichen dieselben sind wie die gesamten Eigenschaften der elastomeren Komponenten in dem Verbundmaterial.
Das streckbare Verbundmaterial kann eine gerichtete Elastizität in mindestens einer Richtung von weniger als ungefähr 400 N/m aufweisen, vorzugsweise von ungefähr 5 N/m bis ungefähr 400 N/m, mehr bevorzugt von ungefähr 25 N/m bis ungefähr 300 N/m, und am meisten bevorzugt von ungefähr 75 N/m bis ungefähr 200 N/m, bei Messung als Belastung bei einer Dehnung von 75%. Außerdem weist das resultierende streckbare Verbundmaterial die folgenden Eigenschaften auf: Eine gerichteten prozentuale bleibende Verformung in mindestens einer Richtung von weniger als ungefähr 20%, vorzugsweise weniger als ungefähr 15%, und mehr bevorzugt weniger als ungefähr 10%, und einen gerichteten Spannungsrelaxationswert in mindestens einer Richtung von weniger als ungefähr 30%, vorzugsweise weniger als ungefähr 22%, und mehr bevorzugt weniger als ungefähr 15%.
Bei einer Ausführungsfor, ist, wie in 1 gezeigt, der Ringwalzvorgang in das Verfahren 100 als ein untergeordneter Arbeitsschritt integriert, welcher eine Formstation 106, angeordnet zwischen Auftragsvorrichtung 105 und Aufwickelwalze 70, einschließt. Als Alternative, wenn ein zweites Substrat 36 enthalten ist, kann die Formstation 106 zwischen der zweiten Zufuhrwalze 62 und der Aufwickelwalze 46 angeordnet sein. Bezugnehmend auf 5, wird eine Verbundmaterial-Vorform 37 dem Spalt 107, gebildet von einem Paar einander gegenüberliegender Formwalzen 108 und 109, die zusammen eine Formstation 106 bilden, zugeführt. Die Formstation 106 streckt das Substrat inkremental und verlängert es dauerhaft, wodurch die Verbundmaterial-Vorform 37 in ein streckbares Verbundmaterial 38 umgewandelt wird.
Ein exemplarischer Aufbau und relative Positionen der Formwalzen 108, 109 sind in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht in 6 gezeigt. Wie gezeigt, werden Walzen 108 und 109 von entsprechenden drehbaren Wellen 121, 123 getragen, deren Rotationsachsen sich in einer parallel zueinander angeordneten Beziehung befinden. Jede der Walzen 108 und 109 enthält eine Vielzahl von axial beabstandeten, nebeneinander liegenden, in Umfangsrichtung verlaufenden, gleich geformten Zähnen 122, die in Form dünner Rippen eines im Wesentlichen viereckigen Querschnitts vorhanden sein können, oder die in der Querschnittsansicht eine dreieckige oder eine umgekehrte V-Form aufweisen können. Die äußersten Spitzen der Zähne sind vorzugsweise abgerundet, um Schnitte oder Risse in den Materialien zu vermeiden, die zwischen den Walzen hindurchlaufen.
Die Abstände zwischen nebeneinander liegenden Zähnen 122 bilden vertiefte, in Umfangsrichtung verlaufende, gleich konfigurierte Rillen 124. Die Rillen können einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweisen, wenn die Zähne einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweisen, und einen umgekehrt dreieckigen Querschnitt, wenn die Zähne einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Daher enthält jede der Formwalzen 108 und 109 mehrere beabstandete Zähne 122 und alternierende Rillen 124 zwischen jedem Paar angrenzender Zähne. Die Zähne und Rillen müssen jedoch nicht die gleiche Breite aufweisen, und vorzugsweise haben die Rillen eine größere Breite als die Zähne, um zu ermöglichen, dass das zwischen den ineinander greifenden Walzen hindurchlaufende Material innerhalb der jeweiligen Rillen aufgenommen und örtlich gestreckt wird, wie nachfolgend erläutert.
7 ist eine vergrößerte Ansicht mehrerer ineinander greifender Zähne 122 und Rillen 124 mit einer zwischen diesen modifizierten Verbundmaterial-Vorform. Wie gezeigt, wird ein Abschnitt der Verbundmaterial-Vorform 37 von den ineinander greifenden Zähnen und Rillen der entsprechenden Walzen aufgenommen. Das Ineinandergreifen der Zähne und Rillen der Walzen führt zum Pressen der in Längsrichtung mit Abstand angeordneten Abschnitte der Verbundmaterial-Vorform 37 durch Zähne 122 in die gegenüberliegenden Rillen 124. Beim Hindurchlaufen zwischen den Formwalzen erzeugen die Kräfte der Zähne 122, welche die Verbundmaterial-Vorform 37 in die gegenüberliegenden Rillen 124 pres sen, innerhalb der Verbundmaterial-Vorform 37 für Zugspannungen, die quer zur Laufrichtung der Bahn wirken. Die Zugspannungen führen zu einer Streckung oder Verlängerung der Zwischenabschnitte 126, die zwischen den Spitzenabschnitten 128 benachbarter Zähne 122 liegen und den Raum zwischen diesen überspannen, was zu einer örtlich begrenzten Verringerung der Bahndicke sowie der Zugfestigkeit der Bahn an jedem der Zwischenabschnitte 126 führt.
Der Vorgang des Pressens von Abschnitten der Verbundmaterial-Vorform 37 in die entsprechenden Rillen 124 durch die Zähne 122 führt daher zu einer ungleichmäßigen Verringerung der Dicke der Verbundmaterial-Vorform 37 quer zur Laufrichtung der Bahn des Verbundmaterials. Die Dicke der Spitzen der Abschnitte, die in Kontakt mit den Spitzen der Zähne kommen, verringert sich nur geringfügig, verglichen mit der Verringerung der Dicke der Zwischenabschnitte 126, welche den Bereich zwischen den benachbarten Zähnen 122 überspannen. Folglich ergeben sich durch das Hindurchlaufen durch die ineinander greifenden Walzen und das örtlich begrenzte Strecken in Längsrichtung in bestimmten Abständen zwischen benachbarten Zähnen in der unelastischen verlängerbaren oder dehnbaren Faserbahn abwechselnd Bereiche mit hohem und niedrigem Flächengewicht. Die Bereiche mit niedrigem Flächengewicht finden sich an den Stellen der Bahn, an denen die Bahn örtlich in Längsrichtung gestreckt worden ist. Zusätzliches Strecken quer zur Laufrichtung der vorhandenen, gebildeten Bahn kann durch Hindurchführen der modifizierten Bahn zwischen so genannten „Mount Hope-Walzen", Spannrahmen, abgewinkelten Laufrollen, abgewinkelten Klemmstellen und dergleichen erzielt werden, von denen jede bzw. jeder den Fachleuten bekannt ist.
Als Alternative können andere Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die Verwendung von mehreren Auftragsvorrichtungen zum Auftragen von mehreren elastomeren Materialien auf ein oder mehrere Substrate, einschließlich des Auftragens auf zwei getrennte Substrate und des anschließen den Kombinierens dieser Materialien, und/oder mehrerer aufeinander folgenden Aufträge auf dasselbe Substrat, einschließen. Ferner kann die Verwendung von mehreren Auftragsvorrichtungen ein höheres Auftragsgewicht des elastomeren Materials, eine größere Variation des Profils in Z-Richtung, die Möglichkeit, verschiedene elastomere Materialien aufzutragen und die Möglichkeit, elastomere Materialien mit verschiedenen Farben aufzutragen und beliebigen Kombinationen davon bieten.
Bei einer Ausführungsform kann die in 2A dargestellte Außenschicht 40 einer höschenartigen Windel 20 elastomere Chassiskomponenten 26 zur Gewährleistung der gewünschten Atmungsaktivität der Außenschicht 40 unter Beibehaltung der Flüssigkeitsimpermeabilität der Außenschicht 40 einschließen. Elastomere Chassiskomponenten 26 können auf einer der beiden Seiten der Außenschicht 40 im Bereich des Bauches, des Gesäßes oder des Schritts angeordnet sein. Mehrere elastomere Chassiskomponenten 26 können auf der Außenschicht 40 mit unterschiedlichen Ausrichtungen angeordnet sein. Zum Beispiel können mehrere elastomere Chassiskomponenten 26 parallel, rechtwinklig oder abgewinkelt zum Taillenbereich oder den Beinöffnungen angeordnet sein, und jedes elastomere Element kann eine andere Ausrichtung als benachbarte elastomere Komponenten haben.
PRÜFVERFAHREN
Schmelzviskositätsprüfung
Die Schmelzviskosität elastomerer Zusammensetzungen, welche die elastomeren Komponenten umfassen, kann mit dem RDA II-Viskosimeter (hergestellt von Rheometrics) oder dem AR 1000-Viskosimeter (hergestellt von TA Instruments) im Parallelplattenmodus gemessen werden. Eichung, Probenhandling und Bedienung des Instruments folgen in der Regel dem Betriebshandbuch des Herstellers. Prüfbedingungen, die speziell für diese Prüfung verwendet werden, werden hierin offenbart.
Bei dieser Prüfung wird die Probe zwischen zwei parellelen Platten mit einem Durchmesser von 25 mm und einem Spalt von 1,5 mm zwischen diesen platziert. Die Probenkammer wird auf 175°C erwärmt und gehalten. Schmelzviskosität wird im Beharrungszustand bei einer Schergeschwindigkeit von 1 s^–1 und einer Dehnungsschwankung von 5% gemessen.
Hystereseprüfung für elastische Eigenschaften
(i) Probenvorbereitung für das elastomere
Die Eigenschaften der elastomeren Komponenten werden mithilfe von Prüflingen aus Gießfolie geprüft. Ungefähr 5 Gramm der elastomeren Zusammensetzung, aus welcher die elastomeren Komponenten bestehen, werden zwischen zwei silikonbeschichtete Trennfolien aufgebracht, auf ungefähr 150 bis 200°C erwärmt und eine Minute lang in einer Carver-Handpresse mit ausreichendem Druck gepresst, um die elastomere Zusammensetzung zu komprimieren. Dann wird der Druck gelöst und gewartet, bis sich die Folie abgekühlt hat. Abhängig von der Art der gegossenen elastomeren Zusammensetzung können Temperatur und Drücke entsprechend angepasst werden. Einstellplättchen mit einer Dicke von 0,010'' (0,254 mm) werden verwendet, um eine gleichmäßige Foliendicke zu erzielen. Prüfproben mit speziellen Größen für eine bestimmte Prüfung und/oder ein bestimmtes Instrument werden aus der Gießfolie ge- und beschnitten. Zum Beispiel haben hierin verwendete Proben eine Größe von 1'' mal 3'' (25,4 mm mal 76,2 mm). Alle Oberflächen der Probe sollten frei von sichtbaren Fehlern, Löchern, Kratzern oder Unregelmäßigkeiten sein.
(ii) Probenvorbereitung für das Verbundmaterial
Proben mit einer Größe von 1'' mal 3'' (25,4 mm mal 76,2 mm) werden aus dem elastifizierten Bereich des Verbundmaterials genommen. Es wird anerkannt, dass das streckbare Verbundmaterial gerichtete Eigenschaften zeigen kann, die nicht identisch mit denjenigen sind, die das Verbundmaterial zeigt, wenn es in ver schiedenen Richtungen gemessen wird, abhängig von der Ausrichtung der elastomeren Komponenten innerhalb der Probe. Daher werden Proben aus einem bestimmten elastifizierten Bereich mit vier verschiedenen Ausrichtungen vorbereitet, um repräsentative gerichtete Eigenschaften des Verbundmaterials zu erhalten. Genauer werden die Proben aus einem bestimmten elastifizierten Bereich gewonnen, dessen Längsachse in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft, und einer dritten und vierten Richtung, die +/–45° in Bezug auf die erste Richtung verlaufen. Die erste Richtung kann, muss jedoch nicht, die Maschinenlaufrichtung sein (d.h. die Bewegungsrichtung des Substrats während des Vorgangs des Auftragens der elastomeren Elmente auf das Substrat). Mindestens drei Proben entlang jeder Ausrichtung werden vorbereitet. Wo das Verbundmaterial für das bloße Auge im Wesentlichen homogen ist, können diese gerichteten Proben aus benachbarten elastifizierten Bereichen genommen werden. Wo das Verbundmaterial von einem Bereich zu einem anderen Bereich sichtbar inhomogen ist, können diese gerichteten Proben aus demselben elastifizierten Bereich aus mehreren Stücken desselben Verbundmaterials genommen werden (z.B. können drei gerichtete Wiederholungsproben aus demselben streckbaren Verbundmaterial von drei Windeln genommen werden). Typischerweise wird der ausgewählte elastifizierte Bereich optisch als der Bereich wahrgenommen, der über die höchste Dichte an elastomeren Komponenten verfügt. Es ist typisch, jedoch nicht erforderlich, mehr als einen elastifizierten Bereich zu prüfen, um die gerichteten Eigenschaften des Verbundmaterials vollständig charakterisieren zu können. Es sollte darauf geachtet werden, dass die drei Wiederholungsproben gleichartig sind. Wenn der elastifizierte Bereich nicht groß genug ist, um diese Proben mit der Größe 1'' mal 3'' (25,4 mm mal 76,2 mm) zu liefern, wird die größtmögliche Probengröße für die Prüfung verwendet, und das Prüfverfahren wird entsprechend angepasst. Alle Oberflächen der Probe sollten frei von sichtbaren Fehlern, Kratzern oder Unregelmäßigkeiten sein.
(iii) Die Hystereseprüfung für die elastomeren
Eine handelsübliche Zugfestigkeitsprüfmaschine von Instron Engineering Corp., Canton, MA oder SINTECH-MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN, kann für diese Prüfung verwendet werden. Das Instrument wird über eine Schnittstelle mit einem Computer verbunden, um die Prüfgeschwindigkeit und andere Prüfparameter zu steuern und die Daten zu sammeln, zu berechnen und zur Erstellung von Berichten zu verwenden. Die Hysteres wird unter typischer Laborbedingungen gemessen (d.h. Raumtemperatur von ungefähr 20°C und relative Luftfeuchtigkeit von ungefähr 50%).
Die Vorgehensweise ist wie folgt:

(1) Auswählen von geeigneten Einspannvorrichtungen und einer geeigneten Lastmesszelle für die Prüfung. Die Einspannvorrichtungen sollten breit genug sein, um die Probe aufnehmen zu können, typischerweise werden Einspannvorrichtungen mit einer Breite von 1'' verwendet; die Lastmesszelle wird so ausgewählt, dass die Reaktion auf den Zug der geprüften Probe zwischen 25% und 75% der Aufnahmefähigkeit der Lastmesszellen oder des verwendeten Lastmessbereichs liegt, typischerweise wird eine Lastmesszelle mit einem Lastmessbereich von 50 lb verwendet;
(2) Kalibrieren des Instruments gemäß den Anweisungen des Herstellers;
(3) Einstellen der Messlänge auf 1'' (25,4 mm);
(4) Platzieren der Probe auf der flachen Oberfläche der Einspannvorrichtung, sodass die Längsachse der Probe im Wesentlichen parallel zur Messlängenrichtung ist;
(5) Einstellen der Querhauptgeschwindigkeit auf eine konstante Geschwindigkeit von 10''/min (0,254 m/min), bis eine Dehnungsverformung von 112% erreicht ist, dann Zurückkehren zur ursprünglichen Messlänge bei 10''/min (0,254 m/min). und am Ende dieses Vordehnungszyklus Beginnen der Zeitnahme für den Versuch mit einer Stoppuhr;
(6) erneutes Einspannen der vorgedehnten Probe, um einen eventuellen Durchhang zu beseitigen, und weiterhin Beibehalten einer Messlänge von 1'' (25,4 mm);
(7) an der Dreiminutenmarkierung der Stoppuhr Beginnen mit der Hystereseprüfung und simultanes Aufzeichnen der Belastungs-/Dehnungsdaten durch das Instrument. Die Hystereseprüfung umfasst die folgenden Schritte:
a) Erhöhen auf eine 75%ige Dehnung bei einer konstanten Geschwindigkeit von 10''/min (0,254 m/min);
b) Halten für 2 Minuten;
c) Zurückkehren zu einer 0%igen Dehnung bei einer konstanten Geschwindigkeit von 10''/min (0,254 m/min);
d) Halten für 1 Minute, und
e) Erhöhen bei einer konstanten Geschwindigkeit von 2''/min (50,8 mm/min) bis auf 0,1 N.

Aus den in Schritt 7(a) gesammelten Daten wird aus der Belastung bei einer Dehnung von 75% die Elastizität bestimmt, welche wie folgt auf 85 gr/m² normalisiert wird: Die Belastung bei einer Dehnung von 200% aus der Aufzeichnung wird geteilt durch die Breite der Probe, dann multipliziert mit einem Normalisierungsfaktor von 85/(½·(Istgewicht der Probe/(Breite·Messlänge) der Probe in m²)), oder 85/(½·(Istgewicht der Probe)/(6,47 × 10^–4)), wenn die Probenabmessung in Zoll gemessen wird.
Aus den in Schritt 7(e) gesammelten Daten wird aus der Belastung bei 0,1 N, welche einer Kraft entspricht, die als ausreichend gilt, um den Durchhang zu beseitigen, jedoch niedrig genug ist, um höchstens eine nicht wesentliche Streckung der Probe hervorzurufen, die prozentuale bleibende Verformung bestimmt.
Aus den in Schritt 7(b) gesammelten Daten wird aus der Belastung am Anfang und am Ende der 2-minütigen Haltezeit anhand der folgenden Formel die Kraftrelaxation bestimmt:
Für die elastomeren Komponenten werden die durchschnittlichen Ergebnisse von drei Wiederholungsproben aufgezeichnet.
(iv) Die Hystereseprüfung für die elastomersichen Verbundmaterialien
Bei dieser Hystereseprüfung wird die Verbundmaterialprobe nicht vorgestreckt und die Belastung bei einer Dehnung von 75% beträgt normalisiert 85 g/m² des Flächengewichts des Verbundmaterials. Bei dieser Prüfung werden Schritt 1 bis 4 wie oben beschrieben durchgeführt. Am Ende von Schritt 4 gibt es eine Haltezeit von 1 Minute bei einer Dehnung von 0%, und Schritte 7(a–e) folgen umittelbar.
Die elastischen Eigenschaften ergeben sich aus den oben genannten aufgezeichneten Daten, und die Belastung bei einer Dehnung von 75% beträgt normalisiert 85 g/m² Flächengewicht des Verbundmaterials und wird als solche aufgezeichnet. Für die elastomeren Verbundmaterialien werden die durchschnittlichen Ergebnisse von drei Wiederholungsproben in jeder Richtung als „gerichtete Elastizität", „gerichtete prozentuale bleibende Verformung" und „gerichtete Spannungsrelaxation" aufgezeichnet.
BEISPIELE
Beispiel 1
Ein Phasenumwandlungs-Lösemittel, das die allgemeine Struktur (I) aufweist, wird durch Mischen von 260 Gramm (2 Mol) Octanol mit 404 Gramm (2 Mol) Terephthaloylchlorid und 202 Gramm (1 Mol) 1,12-Dodecanediol in 1500 ml Chloroform in einem Reaktionskolben angesetzt. Die Mischung darf bei 55°C 20 Stunden lang unter ständigem Rühren und unter einem Vakuum reagieren, wodurch das von der Reaktion erzeugte HCl entfernt wird. Die Reaktion wird durch Abkühlen der Mischung auf Raumtemperatur beendet. Die sich ergebende Reaktionsmischung wird in eine große Menge Methanol gegossen, um das Produkt auszufällen. Das ausgefällte Produkt wird über einen Filter aufgefangen, mit 500 ml Methanol 3 Mal gewaschen und 20 Stunden lang bei 45°C in einem Vakuumtrockenschrank getrocknet.
Eine elastomere Zusammensetzung wird durch Mischen und Rühren dieses Phasenumwandlungs-Lösemittels und SEPTON^® 54033 (erhältlich von Kuraray America, Inc., New York, NY) bei 120°C für 4 Stunden oder bis die Probe homogen zu sein scheint, angesetzt. Die Mischung wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann werden der Mischung Mineralöl und DRAKEOL^® Supreme (erhältlich von Pennzoil Co., Penrenco Div., Karns City, PA) hinzugegeben und die Mischung wird 16 bis 24 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt, um ein elastomeres Verbundmaterial zu bilden. In diesem Beispiel enthält die endgültige elastomere Zusammensetzung 40 Gew.-% SEPTON^® 54033, 30 Gew.-% kristallines Lösemittel und 30 Gew.-% Mineralöl. Diese elastomere Zusammensetzung weist eine Schmelzviskosität von ungefähr 24 Pa·s bei 175°C und 1 s^–1 auf.
Das oben genannte Mischverfahren ist nur ein Beispiel. Andere herkömmliche Mischverfahren, die Chargenmischer, Schneckenextruder und dergleichen verwenden, können ebenfalls verwendet werden.
Beispiel 2
Die elastomere Zusammensetzung aus Beispiel 1 wird mittels eines Direkt-Tiefdrucksystems (erhältlich von Roto-therm Inc., Redding CA) bei einer Temperatur von ungefähr 175°C verarbeitet. Das Direkt-Tiefdrucksystem schließt einen Behälter, ein Bad, Schläuche, eine gemusterte Stahlwalze (d.h. die Tiefdruckwalze) und eine Gegendruckwalze ein. Der Behälter enthält die elastomere Zusammensetzung; er ist verbunden mit den Schläuchen, welche als Leitungen für den Transport der elastomeren Zusammensetzung zum Bad dienen. All diese Komponenten werden auf ungefähr 175°C erwärmt, sodass die elastomere Zusammensetzung während des Druckvorgangs auf einer relativ konstanten Temperatur gehalten wird. Die Tiefdruckwalze hat einen Durchmesser von 9,3'' (0,236 m) und wird ebenfalls auf ungefähr 175°C erwärmt. Die Tiefdruckwalze weist auf ihrer Oberfläche Rillen und Erhebungen zum Auftragen der elastomeren Zusammensetzung auf ein Substrat in einem kontinuierlichen Muster aus drei Spiralen auf, nicht gezeigt in 4. Die Rillen sind 0,020'' (0,51 mm) breit und 0,0075'' (0,19 mm) tief, und die Breite der Erhebungen beträgt 0,023'' (0,58 mm). Die Gesamtbreite des Musters auf der Tiefdruckwalze beträgt 5'' (0,127 m). Die Gegendruckwalze hat einen Durchmesser von 6,25'' (0,158 m) und besteht aus Silikongummi für eine Shore A-Härte von 55. Das Substrat ist eine HEC-Polypropylen-Vliesbahn (erhältlich von BBA Nonwovens Inc., South Carolina), aufweisend ein Flächengewicht von ungefähr 22 g/m².
Bezugnehmend auf 4 wird ein Substrat 34 von einer ersten Zufuhrwalze 52 abgewickelt und zwischen der Tiefdruckwalze 54 und der Gegendruckwalze 56 hindurchgeführt, beide Walzen arbeiten mit einer Liniengeschwindigkeit von 15 bis 61 m/min (50 bis 200 Fuß pro Minute) und liefern einen Spaltdruck von 6 bis 12 mm. Der Spaltdruck wurde mittels eines Abdrucks, welcher der Eindruck ist, den die Gummiwalze auf dem Stahlzylinder hinterlässt, quantifiziert. Der Abdruck kann bei Verwendung dieser Anlage zwischen ungefähr 3 mm bis ungefähr 24 mm variieren. Der erforderliche Spaltdruck wird ausgewählt, um die Übertragung der Zusammensetzung von der Tiefdruckwalze auf das Substrat durchzuführen und das Eindringen der Zusammensetzung in das Substrat zu steuern. Die Übertragungseffizienz, d.h. der Anteil der Zellen, der geleert wird, lag typischerweise im Bereich von ungefähr 40 bis 60%. Die Tiefdruckwalze 54 nimmt die elastomere Zusammensetzung aus dem erwärmten Bad auf (nicht gezeigt) und überträgt sie direkt auf das Substrat, um ein bedrucktes Substrat 35 zu bilden. Ein zweites Substrat 36, welches die gleiche Vliesbahn wie das erste Substrat 34 ist, wird von einer zweiten Zufuhrwalze 62 abgewickelt und mit dem bedruckten Substrat 35 zwischen zwei Gummi-Andrückwalzen 64, 66, verbunden, wodurch sie die Verbundmaterial-Vorform 37 bildet. Spaltdruck, Temperatur und Kontaktzeit können eingestellt werden, um eine optimale Verbindung zu gewährleisten.
Ein oder mehrere Abschnitte der Verbundmaterial-Vorform werden einer inkrementalen Streckung unterworfen, indem die Abschnitte zwischen zwei ineinander greifenden Rillenplatten, einer fest stehenden und einer beweglichen, komprimiert werden. Die Platten haben Abmessungen von mindestens 4'' × 4'' und sind aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Teilung, d.h. der Abstand zwischen benachbarten Zähnen einer Platte, beträgt 1,524 mm, die Zahnhöhe beträgt 10,31 mm, der Radius der Zahnspitze beträgt 0,102 mm, und die gemeinsame Eingriffshöhe, d.h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnspitzen auf gegenüberliegenden, ineinander greifenden Platten, die bestimmt, wie tief die Zähne ineinander greifen, beträgt 3,639 mm.
Die Verbundmaterial-Vorform wird auf der fest stehenden Platte platziert. Die bewegliche Platte nähert sich und greift mit einer Geschwindigkeit von 1,82 m/s in die fest stehende Platte. Sobald die gewünschte Eingriffshöhe erreicht ist, kehrt sich die Bewegungsrichtung der beweglichen Platte um, und die Platte kehrt in ihre Ausgangsposition zurück. Folglich kann durch Variieren des Abschnitts und/oder der Laufrichtung der zwischen den Rillenplatten platzierten Verbundmaterial-Vorform und/oder durch Variieren der gemeinsamen Eingriffshöhe das hergestellte Verbundmaterial über eine unterschiedliche inkrementale Streckung verfügen, in einem beliebigen Abschnitt davon und in jeder Richtung.
Beispiel 3
Das Verfahren ist ähnlich dem Verfahren aus Beispiel 2, mit dem Unterschied, dass ein Offset-Tiefdruckverfahren verwendet wird. Die elastomere Zusammensetzung wird zunächst von der Tiefdruckwalze auf ein Silikon-Trennpapier (erhältlich von der Waytek Corporation, Springboro, OH) übertragen, anschließend wird das Substrat 34 zwischen einem zusätzlichen Satz Gummiwalzen komprimiert, um eine vollständige Ubertragung von dem Trennpapier auf das Substrat zu erreichen. Da diese Gummiwalzen nicht erwärmt sind, wird die elastomere Zusammensetzung während des Offset-Druckschritts gekühlt, so dass sie bei einer niedrigeren Temperatur als der Verarbeitungstemperatur von 175°C mit dem Substrat in Kontakt kommt. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit von Wärmeschäden an der empfindlichen Struktur des Vlies-Substrats geringer.
Vergleichsbeispiele
Vergleichsbeispiele werden aus Mischungen von SEPTON^® 54033, Mineralöl, DRAKEOL^® Supreme und VECTOR^® 4211 (erhältlich von der Dexco Chemical Company, Houston, TX) hergestellt. Die Mischungen können mittels der Verfahren in Beispiel 1 beschriebenen oder allen herkömmlichen Mischverfahren angesetzt werden. Vergleichsbeispiel 1 ist eine Mischung aus 60 Gew.-% VECTOR^® 4211 und 40 Gew.-% Mineralöl. Vergleichsbeispiel 2 ist eine Mischung aus 55 Gew.-% VECTOR^® 4211 und 45 Gew.-% Mineralöl. Vergleichsbeispiel 3 ist eine Mi schung aus 30 Gew.-% SEPTON^® 54033 und 70 Gew.-% Mineralöl. Vergleichsbeispiel 4 ist eine Mischung aus 35 Gew.-% SEPTON^® 54033 und 65 Gew.-% Mineralöl. Vergleichsbeispiel 5 ist eine Mischung aus 40 Gew.-% SEPTON^® 54033 und 60 Gew.-% Mineralöl. Vergleichsbeispiel 6 ist ein Hotmeltklebstoff H2737, erhältlich von Bostik Findley, Middletown, MA. Vergleichsbeispiel 7 ist ein metallocen-katalysiertes Polyethylen ENGAGE^® ENR 8407, erhältlich von der Dow Chemical Company, Midland, MI.
Folienbeispiele der Vergleichsbeispiele und Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung werden vorbereitet und der oben beschriebenen Hystereseprüfung unterworfen. Die Ergebnisse sind im Folgenden aufgeführt. TABELLE 1

* Normalisiert auf ein Flächengewicht von 85 g/m².

TABELLE 1 zeigt, dass die meisten Vergleichsbeispiele nicht die gewünschte Schmelzviskosität aufweisen, die für das hierin eingesetzte gesteuerte Auftragsverfahren zur Herstellung der streckbaren Verbundmaterialien geeignet ist. Fer ner zeigen diejenigen Vergleichsbeispiele, die eine geeignete niedrige Schmelzviskosität aufweisen, eine erhebliche Beeinträchtigung der Eigenschaften, die zu unbefriedigenden elastischen Eigenschaften führen. Allein Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung bietet die gewünschte Schmelzviskosität, die für die hierin eingesetzten Verfahren geeignet ist, ohne die elastischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
Die beiliegenden Patentansprüche sollen all die Veränderungen und Modifikationen abdecken, die innerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung liegen.

Claims

Streckbares Verbundmaterial, umfassend: ein dehnbares Faser-Trägermaterial, aufweisend eine Vielzahl von ersten elastomeren Elementen, angeordnet auf einem ersten elastifizierten Bereich; eine Vielzahl von zweiten elastomeren Elementen, angeordnet auf einem zweiten elastifizierten Bereich; wobei mindestens ein Abschnitt des Verbundmaterials innerhalb des ersten oder zweiten elastifizierten Bereichs inkrementell gedehnt worden ist, was zu einer permanten Längung des Trägermaterials in dem Abschnitt geführt hat; wobei die ersten und zweiten elastomeren Elemente eine durchschnittliche Breite größer als ungefähr 0,2 mm, eine Schmelzviskosität von ungefähr 1 bis ungefähr 150 Pa·s, gemessen bei 175°C und 1 s^–1; eine Elastizität von mindestens ungefähr 50 N/m und eine prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20% aufweisen, und wobei die ersten und die zweiten elastomeren Elemente sich in einer Eigenschaft unterscheiden, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Elastizität, Schmelzviskosität, Zusammensetzung, Form, Musterung, Zusetzungsmenge und Kombinationen davon.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Verbundmaterial die folgenden Eigenschaften in mindestens einer Richtung aufweist: (a) gerichtete Belastung bei 75% Dehnung von weniger als ungefähr 400 N/m; (b) gerichtete prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20%, und (c) gerichtete Spannungsrelaxation von weniger als ungefähr 30% nach 2 Minuten bei Raumtemperatur und 75% Dehnung.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die ersten elastomeren Elemente geradlinig oder krummlinig sind und mindestens zwei der ersten elastomeren Elemente nicht parellel sind.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die zweiten elastomeren Elemente geradlinig oder krummlinig sind und mindestens eines der ersten elastomeren Elemente und mindestens eines der zweiten elastomeren Elemente in Bezug aufeinander nicht parallel sind.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der erste elastifizierte Bereich und der zweite elastifizierte Bereich benachbart sind oder einander mindestens teilweise überlappen.
Streckbares Verbundmaterial, umfassend: ein dehnbares erstes Trägermaterial, aufweisend ein oder mehrere erste elastomere Elemente, angeordnet auf mindestens einem Abschnitt des Trägermaterials zur Bildung eines ersten elastifizierten Bereichs, wobei das erste elastomere Element eine durchschnittliche Breite größer als ungefähr 0,2 mm, eine Schmelzviskosität von ungefähr 1 bis ungefähr 150 Pa·s, gemessen bei 175°C und 1 s^–1; eine Elastizität von mindestens ungefähr 50 N/m und eine prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20% aufweist.
Verbundmaterial nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Abschnitt des ersten elastifizierten Bereichs inkrementell gedehnt worden ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Verbundmaterial die folgenden Eigenschaften in mindestens einer Richtung aufweist: (c) gerichtete Belastung bei 75% Dehnung von weniger als ungefähr 400 N/m; (d) gerichtete prozentuale bleibende Verformung von weniger als ungefähr 20%, und (c) gerichtete Spannungsrelaxation von weniger als ungefähr 30% nach 2 Minuten bei Raumtemperatur und 75% Dehnung.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass die elastomeren Elemente geradlinig oder krummlinig sind und mindestens zwei der ersten elastomeren Elemente nicht parellel sind.
Streckbares Verbundmaterial, umfassend: ein dehnbares Faser-Trägermaterial, aufweisend eine Vielzahl von ersten elastomeren Elementen, angeordnet auf einem ersten elastifizierten Bereich; eine Vielzahl von zweiten elastomeren Elementen, angeordnet auf einem zweiten elastifizierten Bereich; wobei die ersten und die zweiten elastomeren Elemente zumindest teilweise in das Trägermaterial eindringen; wobei mindestens ein Abschnitt des Verbundmaterials innerhalb des ersten oder zweiten elastifizierten Bereichs inkrementell gestreckt worden ist, was zu einer permanenten Längung des Trägermaterials in dem Abschnitt geführt hat, und wobei die ersten und die zweiten elastomeren Elemente geradlinig oder krummlinig sind und verschiedene Muster aufweisen, so dass mindestens eines der ersten elastomeren Elemente und mindestens eines der zweiten elastomeren Elemente in Bezug aufeinander nicht parallel sind.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Verbundmaterial ferner ein zweites Trägermaterial in einer gegenüberliegenden Beziehung zum ersten Trägermaterial umfasst, und dass die elastomeren Elemente zwischen den Trägermaterialien angeordnet sind.
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Verbundmaterial mindestens einen Abschnitt eines Absorptionsartikels umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem elastifizierten Taillenbereich, einem elastifizierten Bündchenbereich, einem elastifizierten Seitenteil, einem elastischen Flügelabschnitt, einer elastifizierten Außenschicht, einer elastifizierten Oberlage, einem Verschlusssystem und Kombinationen davon.