DE69230175T2

DE69230175T2 - Flüssigkeitsundurchlässige, biologisch abbaubare folien

Info

Publication number: DE69230175T2
Application number: DE69230175T
Authority: DE
Inventors: Douglas Toms; Andrew Wnuk
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: KR100215378B1; BR9206215A; PT8542T; SG52351A1; PL173320B1; WO1993000399A1; PT101726B; CA2111712A1; EP0591409A1; FI935820A; US5422387A; NO303833B1; AU2251492A; CZ288293A3; HU9303729D0; MX9203308A; FI935820A0; HU216133B; ES2137189T3; JPH06508868A

Description

Biologisch abbaubarer, flüssigkeitsundurchlässiger Film

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft flüssigkeitsundurchlässige Filme, die eine Mischung von biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymeren umfassen. Die Filme sind besonders geeignet zur Verwendung als Tragefolien in Gegenständen' wie Windeln, Sanitärtüchern, Hoseneinlagen und dergleichen, die dazu ausgelegt sind, verschiedene Körperflüssigkeiten zu absorbieren. Die Filme hier können ebenfalls in einer Vielzahl von Produktanwendungen wie landwirtschaftliche Abdeckfilme, wärmeschmelzbare Filme für Verpackungen, Müllbeutel aus Plastik etc. verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Eine große Vielzahl von Absorptionsstrukturen, die für die wirksame Absorption von Körperflüssigkeiten wie Blut, Urin, Menstruation und dergleichen ausgelegt sind, ist bekannt. Wegwerfprodukte dieser Art umfassen üblicherweise eine Art flüssigkeitsdurchlässiges oberseitiges Material, einen Absorptionskern und ein flüssigkeitsundurchlässiges Tragefoliematerial.
Bislang sind solche Absorptionsstrukturen zum Beispiel unter Verwendung von oberseitigen Materialien hergestellt worden, die aus Webstoffen, Fließstoffen oder porösen, zu Filmen ausgebildeten Polyethylen- oder Polypropylenmaterialien hergestellt werden. Materialien für Tragefolien umfassen üblicherweise flexible Polyethylenfilme. Materialien für Absorptionskerne umfassen üblicherweise Zellstoffasern oder Zellstoffasern in Kombination mit absorbierenden Gelmaterialien.
Ein Gesichtspunkt solcher Sanitärprodukte, der kürzlich in Betracht gezogen worden ist, ist ihre Entsorgbarkeit. Obwohl solche Produkte zum großen Teil Materialien umfassen, von denen angenommen werden sollte, dass sie sich letztendlich abbauen, und obwohl Produkte dieser Art nur einen sehr geringen prozentualen Anteil an den gesamten Materialien von Feststoffmüll, die von Verbraucher jedes Jahr erzeugt werden, beitragen, besteht nichtsdestoweniger seit kurzem ein erkennbarer Bedarf solche entsorgbaren Produkte aus Materialien zu entwickeln, die sich relativ schnell abbauen, wodurch ihr Volumen verringert wird, und ebenfalls die Kompostierbarkeit der Wegwerfprodukte erhöht wird.
Ein herkömmlicher Absorptionsgegenstand zum Wegwerfen ist schon zu einem großen Maß biologisch abbaubar. Zum Beispiel besteht eine übliche Wegwerfwindel zu ungefähr 80% aus biologisch abbaubaren Materialien, z. B. Cellulosefasern und dergleichen. Nichtsdestotrotz besteht, wie oben erwähnt ein Bedarf daran, die Menge von biologisch nicht abbaubaren Materialien in Absorptionsgegenständen zum Wegwerfen zu reduzieren. Es besteht insbesondere ein Bedarf, Tragefolien aus Polyethylen in Absorptionsgegenständen mit flüssigkeitsundurchlässigen Filmen, die biologisch abbaubare Materialien umfassen, zu ersetzen, da die Tragefolie üblicherweise der größte biologisch nicht abbaubare Bestandteil eines Absorptionsgegenstandes ist.

Stand der Technik

Abbaubare Abdeckfilme, die Stärke, Poly(vinylalkohol) und Glycerin umfassen, sind im US-Patent 3,949,145, Otey und Mark, veröffentlicht am 06. April 1976, offenbart. Die Abbaubarkeit der Filme wird durch die Anwendung einer nicht abbaubaren wasserbeständigen Beschichtung gesteuert, die auf Mischungen von Polytoluoldiisocyanat-Präpolymeren mit Poly(vinylidenchlorid-Acrylnitril)-Copolymeren oder Poly(vinylchlorid)-Harzen, die mit Weichmachern gemischt sind, basiert.
Abbaubare Abdeckfilme mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Stärke sowie Ethylen/Acrylsäure-Copolymere umfassen, sind im US-Patent 4,133,784, Otey und Westhoff, veröffentlicht am 09. Januar 1979 und im US-Patent 4,337,181, Otey und Westhoff, veröffentlicht am 29. Juni 1982, offenbart. Die im letztgenannten Patent offenbarten Filme schließen ebenfalls ein Neutralisierungsmittel wie Ammoniak ein, das es diesen erlaubt, durch Blasfilmtechnik mit guten Eigenschaften verarbeitet zu werden. Polyethylen wird als ein optionaler Bestandteil in den Filmen genannt. Anwendungen wie Müllbeutel und verschiedene Arten von Verpackungen werden ebenfalls im US-Patent 4,337,181 betrachtet.
EP-A-0327505 offenbart eine thermoplastische Polymerzusammensetzung, die umfaßt (a) eine destrukturierte Stärke und entweder (b) eine wirksame Menge von zumindest einer Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die Vinylalkohol-Einheiten enthaltende Copolymere enthält oder (c) zumindest ein im wesentlichen wasserunlösliches thermoplastisches Polymer, das durch eine Liste von Materialien, die Polyester einschließen, veranschaulicht wird. Es werden ebenfalls Kombinationen der Komponenten (a-c) betrachtet.
Die internationale Patentanmeldung WO 90/10671 offenbart biologisch abbaubare Gegenstände auf Basis von Stärke. Insbesondere werden destrukturierte Stärke und Ethylen- Acrylsäure-Copolymer kombiniert, um ein interpenetriertes Netzwerk zu bilden. Es wurde ebenfalls gefunden, dass, wie nachfolgend hier erörtert wird, ein Ethylen-Vinylalkohol- Copolymer anstelle des Ethylen-Acrylsäure-Copolymers verwendet werden kann.
Die interpenetrierten Netzwerke der destrukturierten Stärke, die in der obigen Literaturstelle beschrieben sind, sind thermoplastischer Natur und können sowohl durch Gußfilm- und Blasfilm-Extrusionsverfahren zu festen, harten Filmen verarbeitet werden. Diese Filme können zur Herstellung von biologisch abbaubaren Tragefolien zur Verwendung in Wegwerfabsorptionsgegenständen eingesetzt werden. Jedoch neigen solche Filme dazu, gegenüber Luftfeuchtigkeit empfindlich zu sein, insbesondere, wo die Stärkekonzentration größer als ungefähr 50 Vol.-% des gesamten Films ist. Es wurde zum Beispiel gefunden, dass das Modul von Filmen, die lediglich das interpenetrierte Netzwerk aus destrukturierter Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer umfaßt, um ungefähr 50% abnimmt, wenn die relative Luftfeuchtigkeit sich von ungefähr 20% auf ungefähr 90% verändert. Obwohl diese Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit ein reversibler Prozeß ist, macht sie den Film auf einer Tag-zu-Tag Grundlage zu dem Maß inkonsistent, dass das Verarbeitungsverfahren und die Wirksamkeit für den Endverbraucher negativ beeinflußt werden können.
Es wurde ebenfalls gefunden, dass Filme, die das interpenetrierte Netzwerk aus destrukturierter Stärke umfassen, empfindlich gegenüber dem Verlust von Weichmachern, Wasser, Harnstoff und anderen Bestandteilen mit niedrigem Molekulargewicht sind. Der Verlust dieser Bestandteile kann zum Beispiel auftreten, wenn eine Absorptionslage aus Papierfasern mit dem Film in Kontakt gebracht wird. Der Verlust solcher Komponenten ist in diesem Fall irreversibel und erniedrigt die Festigkeit und Härte des Films sehr. Der Verlust an Festigkeit und Härte kann groß genug sein, um zu bewirken, dass der Film selbst unter den beschränkten Belastungen versagt, die durch die Endverbraucher des Absorptionsgegenstandes angewandt werden.
Darüber hinaus sind Filme, die lediglich aus dem interpenetrierten Netzwerk hergestellt sind, gegenüber Wasserdampf höchst durchlässig. Dies ist bei einigen Anwendungen vorteilhaft, bei denen eine Atmungsfähigkeit im Absorptionsgegenstand wünschenswert ist. Allerdings kann eine hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf nicht wünschenswert sein, wenn von dem Absorptionsgegenstand verlangt wird, wie im Fall einer Windel, große Mengen von Flüssigkeiten einzuschließen. Eine hohe Durchlässigkeit für Wasser kann zu übermäßiger Kondensation auf der Außenseite der Windel führen, wodurch sie sich kalt und naß anfühlt.
Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass die Zugabe von anderen thermoplastischen Polymeren und Copolymeren zu dem interpenetrierten Netzwerk aus destrukturierter Stärke und Ethylen-Acrylsäure-Copolymer oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer die Feuchtigkeitsempfindlichkeit, den Verlust an Eigenschaften aufgrund der Wanderung von Bestandteilen mit niedrigem Molekulargewicht sowie die Durchlässigkeitsrate für Feuchtigkeitsdampf beträchtlich verringern kann. Allerdings wurde ebenfalls entdeckt, dass die Zugabe von üblichen nicht biologisch abbaubaren Polymeren (z. B. Polyethylen) ausnahmslos die Rate des biologischen Abbaus verlangsamt, und dadurch die Kompostierbarkeit der die nicht biologisch abbaubaren Polymere enthaltenden Filme. Die vorliegende Erfindung schließt die Zugabe von biologisch abbaubaren aliphatischen Polyestern zu dem interpenetrierten Netzwerk aus destrukturierter Stärke ein, um Absorptionsgegenstände mit biologisch abbaubaren Tragefolien zu erhalten, die nicht übermäßig empfindlich gegenüber Veränderungen der Luftfeuchtigkeit oder Kontakt mit Absorptionsmedien sind, und die ausreichend niedrige Durchlässigkeitsraten für Wasser haben, um die Kondensation auf der Außenseite der Tragefolie zu verhindern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Absorptionsgegenstand bereitzustellen, der eine flüssigkeitsundurchlässige Tragefolie aufweist, die eine Mischung aus biologisch abbaubaren Polymeren umfaßt. Es ist ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung, solche Gegenstände bereitzustellen, bei denen die biologisch abbaubaren Polymere aus Kombinationen von interpenetrierten Netzwerken aus destrukturierter Stärke, aliphatischen Polyestern und gegebenenfalls Polyolefinen abgeleitet sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen biologisch abbaubaren Film bereitzustellen, der für eine Vielzahl von Produktanwendungen wie Filme für landwirtschaftliche Abdeckungen, hitzeverschließbare Verpackungsfilme oder Plastiktüten für Abfall geeignet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt einen biologisch abbaubaren, flüssigkeitsundurchlässigen Film, der eine Mischung umfaßt aus:
a) Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die wenigstens teilweise interpenetrierte Phasen bilden, und
b) einem aliphatischen Polyester, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
- Polycaprolacton,
- einem Polymer der Formel
worin
R¹ eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)x- mit 2 ≤ x ≤ 10 ist,
R² auch eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)y- mit 2 ≤ y ≤ 10 ist,
und n der Grad der Polymerisation ist;
- Poly(alpha-hydroxy-alkanoate),
- Oxidationsprodukt von Ethylen-Kohlenmonoxid mit Peroxysäuren-Oxidationsmitteln,
wobei das Gewichtsverhältnis des aliphatischen Polyesters zu Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die wenigstens teilweise interpenetrierte Phasen bilden, zumindest 1 : 1 beträgt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls Wegwerfabsorptionsgegenstände, die eine flüssigkeitsdurchlässige oberseitige Folie, eine flüssigkeitsundurchlässige Tragefolie und einen zwischen der oberseitigen Folie und der Tragefolie eingeschlossenen Absorptionskern umfassen, wobei dieser Gegenstand dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tragefolie einen flexiblen biologisch abbaubaren Film umfaßt, der eine Mischung eines interpenetrierten Netzwerkes aus destrukturierter Stärke mit Ethylen-Acrylsäure-Copolymeren oder Ethylen-Vinylalkohol- Copolymeren und einem aliphatischen, wie oben definierten Polyester umfaßt. Gegebenenfalls kann der biologisch abbaubare Film weiterhin ein Polyolefinmaterial umfassen. Die biologisch abbaubaren Polymere werden auf verschiedene Arten kombiniert, um der Tragefolie spezielle Funktionseigenschaften zu verleihen. Beispiele von solchen Absorptionsgegenständen schließen entsorgbare Windeln, Inkontinenzkissen für Erwachsene, Sanitärhandtücher und Hoseneinlagen ein. Daher umfaßt die vorliegende Erfindung flüssigkeitsundurchlässige, biologisch abbaubare Filme per se, die von der oben genannten Mischung von Komponenten umfaßt werden.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Filme, die zur Herstellung der Tragefoliematerialien und den anderen, hier eingesetzten biologisch abbaubaren Produkten verwendet werden, sind aus Mischungen von zwei oder mehr Polymerkomponenten abgeleitet. Die Komponenten sind so ausgewählt, um die Filmmischungen biologisch abbaubar zu machen. Im allgemeinen umfassen die Filme in der vorliegenden Erfindung Mischungen eines interpenetrierten Netzwerks aus destrukturierter Stärke mit Ethylen/Acrylsäure-Copolymeren oder Ethylen/Vinylalkohol-Copolymeren und einem aliphatischen Polyester. Optionale Inhaltsstoffe, die ebenfalls in den Polymermischungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen bestimmte Polyolefine ein. Jede dieser Komponenten wird ausführlich unten beschrieben.

A. Destrukturierte Stärke

Die biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung enthalten eine erste Komponente, die auf einem interpenetrierten Netzwerk aus destrukturierter Stärke mit einem Ethylen/Acrylsäure-Copolymer oder einem Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer basiert (das nachfolgend hier als die destrukturierte Stärkekomponente bezeichnet wird). Eine ausführliche Beschreibung dieser Materialien kann der internationalen Patentanmeldung WO 90/10671, Bastioli et al., veröffentlicht am 20. September 1990, und der europäischen Patentanmeldung 0 408 503 A2, Silbiger et al., veröffentlicht am 16. Januar 1991, entnommen werden. Die biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise 10 bis 50, und besonders bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% der destrukturierten Stärkekomponente.
Die destrukturierte Stärkekomponente umfaßt vorzugsweise a) eine Phase aus destrukturierter Stärke in der Form von Partikeln, von denen jedes einen durchschnittlichen numerischen Durchmesser kleiner als 1 Mikrometer besitzt; b) eine Phase aus einem Copolymer aus Ethylen und Acrylsäure (EAA) oder einem Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol (EVOH); c) eine Phase, die aus einem interpenetrierten Netzwerk (IPN) Produkt besteht, das aus der Interaktion zwischen Stärke und dem EAA- oder EVOH- Copolymer resultiert; und gegebenenfalls Wasser in einer Menge kleiner als 6%, vorzugsweise kleiner als 2 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Ein bevorzugtes Material dieser Art umfaßt 10 bis 90 Gew.-% einer gesamten destrukturierten Stärke; 10 bis 90 Gew.-% eines gesamten EAA-Copolymers mit einem Acrylsäuregehalt im Bereich von 3 bis 30 Gew.-% und 0 bis 6% Wasser, wobei weniger als 40% und vorzugsweise weniger als 20 Gew.-% der gesamten Stärke frei und in der Form von Partikeln mit einem durchschnittlichen numerischen Durchmesser unter 1 Mikrometer vorliegen, während die übrige Stärke an das EAA-Copolymer gebunden ist, um das IPN-Produkt zu bilden.
Ein anderes bevorzugtes Material dieser Art umfaßt 10 bis 90 Gew.-% der gesamten destrukturierten Stärke, 1 bis 60 Gew.-% eines gesamten Ethylen-Vinylalkohol-Copolymers mit einem Vinylalkoholgehalt im Bereich von 50 bis 80 Mol-% und 0 bis 10 Gew.-% Wasser, wobei weniger als 40% und vorzugsweise weniger als 20 Gew.-% der gesamten Stärke frei und in der Form von Partikeln mit einem durchschnittlichen numerischen Durchmesser kleiner 1 Mikrometer vorliegen, während die übrige Stärke an das EVOH-Copolymer gebunden ist, um das IPN-Produkt zu bilden.
Ein Beispiel einer kommerziell erhältlichen destrukturierten Stärkekomponente, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist Mater-Bi, die von Novamont vertrieben wird.
Die destrukturierte Stärkekomponente kann ebenfalls andere Inhaltsstoffe wie Weichmacher, Feuchthaltemittel und andere Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht enthalten. Übliche Weichmacher schließen polare organische Verbindungen wie Harnstoff, Glycerin, Glycerinmonoester, Sorbitol, Sorbitolester und Ether sowie Glykole wie Propylenglykol, Mono-, Di- und Triethylenglykole ein. Für eine detailliertere Beschreibung dieser Arten von Additiven, die zu der Stärke hinzugegeben werden können, siehe Handbook of Water-Soluble Gums and Resins, Robert L. Davidson, Editor, McGraw Hill Company (1980) Kapitel 22, Seiten 68-69.

B. Aliphatischer Polyester

Die biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise ungefähr 50% bis ungefähr 90%, besonders bevorzugt ungefähr 55% bis ungefähr 85%, und insbesondere bevorzugt ungefähr 60% bis ungefähr 80% eines aliphatischen Polyesters. Die aliphatischen Polyester gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus
- Polycaprolacton,
- einem Polymer der Formel
worin
R¹ eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)x- mit 2 ≤ x ≤ 10 ist,
R² auch eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)y- mit 2 ≤ y ≤ 10 ist,
und n der Grad der Polymerisation ist;
- Poly(alpha-hydroxy-alkanoate), oder
- Oxidationsprodukt von Ethylen-Kohlenmonoxid mit Peroxysäuren-Oxidationsmitteln.
Eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen Arten von aliphatischen Polyestern, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wird nachfolgend gegeben.
Obwohl einige Arten von aliphatischen Polyestern direkt in dünne wasserbeständige Filme verarbeitet werden können, können deren Schmelzpunkte zu niedrig sein, um alleine als Tragefolien für Wegwerfabsorptionsgegenstände verwendet werden zu können. In anderen Fällen kann die mechanische Stärke des Films nicht für die Verwendung als Tragefolien ausreichen. In noch anderen Fällen sind die Kristallisationsraten von aliphatischen Polyestern zu langsam, um eine Verarbeitung der Filme aus dem geschmolzenen Zustand zu erlauben.
Polycaprolacton ist ein Beispiel eines bevorzugten biologisch abbaubaren aliphatischen Polyesters zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Es wird durch die unter Ringöffnung ablaufende Polymerisation von Epsilon-Caprolacton, einer siebengliedrigen Ringverbindung hergestellt. Wie in der Union Carbide Broschüre F-60456 mit dem Titel "Tone Polymers" beschrieben wird, wird die Polymerisation mit einem Diol (HO-R- OH, wobei R ein aliphatisches Segment ist) gestartet, um Polymere mit der folgenden Struktur herzustellen:
wobei n der Polymerisationsgrad ist.
Polycaprolacton-Polymere sind von Union Carbide Corporation unter dem Markennamen TONE in einer Vielzahl von Molekulargewichtsgraden erhältlich. Zum Beispiel haben die TONE Polymere P-300 und P-700 Polymerisationsgrade von ungefähr 95 bzw. 400, was Molekulargewichten von ungefähr 10.000 und 40.000 entspricht. TONE P-767 wird aus einem Caprolactonmonomer mit einem speziellen hohen Reinheitsgrad hergestellt und besitzt ein durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 43.000. TONE P-787 hat ein sogar noch höheres durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 80.000.
Polycaprolacton-Polymere mit Molekulargewichten von 40.000 oder größer können geschmolzen zu festen wasserbeständigen Filmen verarbeitet werden. Abgesehen von ihren niedrigen Schmelzpunkten von ungefähr 60ºC (140ºF), könnten diese Filme als Tragefolien für Absorptionsgegenstände dienen. Aufgrund ihrer niedrigen Schmelzpunkte würden Tragefolien, die zu 100% aus Polycaprolacton bestehen, jedoch Schwierigkeiten haben, den anzutreffenden hohen Temperaturen zu widerstehen, wenn heißer Klebei auf die Windel während des Herstellungsprozesses aufgetragen wird. Außerdem werden beim Versand und/oder der Aufbewahrung im Lager häufig Temperaturen von 60ºC erreicht. Tragefolien, die zu 100% aus Polycaprolactonen bestehen, würden in einer solchen Umgebung schwierig zu stabilisieren sein und könnten sich verziehen, aneinanderkleben oder sogar schmelzen.
In der vorliegenden Erfindung sind Polycaprolacton-Polymere mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 40.000 oder mehr zum Vermischen mit dem interpenetrierten Netzwerk aus Stärke bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Polycaprolacton- Polymere mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 80.000 Gramm pro Mol (z. B. TONE P-787).
Andere Arten von aliphatischen Polyestern, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind aus der Reaktion einer aliphatischen Dicarbonsäure und einem Diol abgeleitet. Wie in "An Overview of Plastics Degradability" von Klemchuk, veröffentlicht in MODERN PLASTICS (August 1989) beschrieben wird, sind viele dieser Polyester biologisch abbaubar, da sie einer enzymatischen Hydrolyse zugänglich sind. Zudem werden die Säure und Alkoholfragmente der Hydrolyse ebenfalls durch Mikroorganismen leicht aufgenommen.
Solche Polyester werden durch die verallgemeinerte, unten gezeigte Reaktion hergestellt:
wobei R¹ eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;-)x mit 2 ≤ X ≤ 10, R&sub2; ebenfalls eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;-)y mit 2 ≤ Y ≤ 10 ist, und n der Polymerisationsgrad ist. Beispiele dieser Arten von aliphatischen Polyestern schließen ein:
Polyethylenadipat, wobei x = 2 und y = 4;
Poly-(1,3-propandioladipat), wobei x = 3 und y = 4;
Poly-(1,4-butandioladipat), wobei x = 4 und y = 4;
Polyethylensebacat, wobei x = 2 und y = 8;
Poly-(1,4-butandiolsebacat), wobei x = 4 und y = 8;
Poly-(1,3-propandiolsuccinat), wobei x = 3 und y = 2;
Poly-(1,4-butandiolglutarat), wobei x = 4 und y = 3 ist.
Biologisch abbaubare Polyurethane können aus aliphatischen Polyestern mit niedrigem Molekulargewicht hergestellt werden, die aus Epsilon-Caprolacton oder den Reaktionsprodukten einer Diol-Dicarbonsäure-Kondensation abgeleitet sind. Im allgemeinen haben diese Polyester Molekulargewichte von weniger als 10.000 Gramm pro Mol und häufig so niedrig wie 1.000 bis 2.000 Gramm pro Mol. Beispiele von biologisch abbaubaren Polyesterurethanen, die vom Polyethylenglycoladipat, Poly(1,3- propandiol)adipat und Poly(1,4-butandioladipat) abgeleitet sind, sind in "The Prospects for Biodegradable Plastics" von F. Rodriguez (Chem. Tech, July - 1971) offenbart. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung werden biologisch abbaubare Polyurethane, die aus aliphatischen Polyestern hergestellt sind, als aliphatische Polyester betrachtet und sind für die Verwendung hier geeignet.

Poly(alpha-hydroxy-alkanoate)

Eine weitere Familie von biologisch abbaubaren aliphatischen Polyestern schließen diejenigen ein, die von Alpha-Hydroxycarbonsäuren abgeleitet sind. Diese Familie von Poly(alpha-hydroxy-alkanoaten) schließt synthetische Polymere wie Polylactate aus Milchsäure und natürlich abgeleitete Polymere wie Polyhydroxybutyrat-(PHB) Polymere und Polyhydroxybutyrat-Valerat-(PHBV) Copolymere ein. Bevorzugte Beispiele von Polyhydroxybutyrat-Homopolymer und Polyhydroxybutyrat-Valerat-Copolymeren sind im US-Patent 4,393,167, Homes et al., veröffentlicht am 12. Juli 1983 und US-Patent 4,880,592, Martini et al., veröffentlicht am 14. November 1989, beschrieben. PHBV-Copolymere haben die unten gezeigte allgemeine Struktur.
Solche Copolymere sind von Imperial Chemical Industries unter dem Markennamen BIOPOL kommerziell erhältlich. Die BIOPOL-Polymere werden durch die Fermentation von Zucker durch das Bakterium Alcaligenes eutrophus hergestellt. PHBV-Polymere werden gegenwärtig mit Valeratgehalten im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 24 Mol-% hergestellt. Im Verlauf der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, dass PHBV-Polymere ebenfalls mit den interpenetrierten Netzwerken aus Stärke gemischt und zu biologisch abbaubaren Filmen extrudiert werden konnte. PHBV- Copolymere, die ungefähr 10 bis ungefähr 24 Mol-% Valerat enthalten, sind bevorzugt, da ihre Schmelzpunkte niedrig genug sind, um eine Schmelzverarbeitung der Mischungen unterhalb des thermischen Zersetzungspunktes der Stärkekomponente, der ungefähr 160ºC beträgt, erlauben.
Noch eine andere Art von aliphatischem Polyester, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, sind diejenigen, die aus der Oxidationsreaktion von Ethylen- Kohlenmonoxid-Copolymeren mit Peroxysäuren oxidierenden Mitteln abgeleitet sind. Bevorzugte Beispiele dieser Materialien sind im US-Patent Nr. 4,929,711, Chang et al., veröffentlicht am 29. Mai 1990 und im US-Patent Nr. 4,957,997, Chang et al. veröffentlicht am 18. September 1990 beschrieben.

C. Polyolefine

Zusätzliche Komponenten auf Basis von Polyolefinen und Polyolefin-Copolymeren können ebenfalls in den Filmmischungen eingeschlossen werden, die die Tragefolie der vorliegenden Erfindung umfassen. Bevorzugte Beispiele von Polyolefinen zur Verwendung hier schließen Polyethylen, Polypropylen, Ethylen/Propylen-Copolymere, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Ethylen/Acrylsäure-Copolymere, Ethylen/Methacrylsäure- Copolymere, Ethylen/Acrylester-Copolymere, Ethylen/Kohlenmonoxid-Copolymere und Ethylen/Vinylalkohol- Copolymere ein. Andere Beispiele von geeigneten Polyolefinen schließen Polystyrol, Poly(vinylacetat), Poly(1-buten), Poly(2- buten), Poly(1-penten), Poly(2-penten), Poly(3-methyl-1- penten), Poly(4-methyl-1-penten), 1,2-Poly-1,3-butadien, 1,4- Poly-1,3-butadien, Polyisopren, Polychlorpropan ein. Die Tragefolien der vorliegenden Erfindung können 1% bis ungefähr 40 Gew.-% dieser Polyolefine enthalten, und vorzugsweise 1% bis ungefähr 33 Gew.-% des Polyolefinmaterials.

Optionale Komponenten

Zusätzlich zu den oben angegebenen Komponenten können die biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung andere Komponenten enthalten, die im Stand der Technik bekannt sein können oder später bekannt werden, einschließlich Antiblockiermittel, antistatische Mittel, Hitzestabilisatoren, Antioxidationsmittel, Prooxidationszusätze, Pigmente oder Weichmacher.
Antiblockiermittel dienen dazu, das Aneinanderkleben von Filmschichten zu verhindern, wenn sie auf eine Rolle aufgewickelt oder wenn sie in Kontakt mit anderen verpackt werden. Übliche Antiblockierstoffe schließen Konzentrate von Silica oder Talg, die mit einem Polymermaterial wie Polyethylen oder Polycaprolacton vermischt sind, ein.
Eine Verringerung des Aneinanderhaftens in den Filmen der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls erhalten werden, indem die Filmoberfläche mit kleinen Artikeln oder Pulvern wie Kalk, Ton, Silica, Stärke und ähnlichen Materialien beladen wird. Pulverisierte Polymermaterialien (z. B. Polytetrafluorethylen) können ebenfalls verwendet werden, um das Aneinanderhaften zu verringern, wenn sie auf die Oberfläche von Filmen der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden. Solche Behandlungen der Filmoberfläche können angewendet werden, um das Aneinanderhaften alleine oder in Kombination mit anderen Antiblockierverfahren zu verringern. Die Menge des pulverförmigen Antihaftmittels, das gewöhnlicherweise auf die Oberfläche eines Films aufgetragen wird, beträgt bei Verwendung von 0,5 g/m² bis 5 g/m².
Antistatikmittel können in Filmen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden; Beispiele solcher Mittel schließen ethoxylierte Amine und quaternäre Aminsalze mit organischen Substituenten mit einer Länge von ungefähr 12-18 Kohlenstoffatomen ein. Mittel dieser Art diffundieren langsam an die Oberfläche des Films und bilden aufgrund ihres ionischen Charakters eine elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche des Films aus. Antistatikmittel machen bei Verwendung üblicherweise 1% bis 5 Gew.-% der Filme aus.
Gleitmittel können in die Filme der vorliegenden Erfindung eingemengt werden, um den Widerstand auf Walzen und anderer Formungsmaschinen zu verringern. Beispiele solcher Mittel sind diejenigen, die üblicherweise von Amiden von Fettsäuren mit 12- 22 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind. Solche Mittel können die Antihafteigenschaften der Filme der vorliegenden Erfindung unterstützen. Diese Gleitmittel werden in die Filme bei Verwendung üblicherweise in 0,05 bis 3 Gew.-% der Filme auf genommen.
Um den Abbau der biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung während der Verarbeitung durch Extrusion oder andere Verfahren zu minimieren, können Stabilisatoren und Antioxidationsmittel zu den Polymerformulierungen hinzugegeben werden. Allerdings können diese Arten von Additiven die biologische Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit der Filme beeinträchtigen, wenn sie in einem zu hohen Anteil hinzugegeben werden. Obwohl viele Arten von Hitzestabilisatoren, primären Antioxidationsmitteln und sekundären Antioxidationsmitteln erhältlich sind, werden demzufolge vorzugsweise keine zusätzlichen Stabilisatoren zu den Mischungen der interpenetrierten Netzwerke aus Stärke und aliphatischen Polyestern, die in den Filmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, hinzugegeben.
In Fällen, in denen ein optionaler Polyolefinbestandteil in den Filmen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen wird, kann ein Pro-Oxidationssystem ebenfalls eingeschlossen werden, um die Abbaubarkeit des Polyolefins zu verstärken. Pro- Oxidationssysteme sind ausgelegt, um die Molekulargewichte von Polyolefinen auf einen Wert von kleiner als 1.000 zu verringern, worauf die kurzen oligomeren Segmente, die verbleiben, durch Mikroorganismen weiter biologisch abgebaut werden können.
Pro-Oxidationssysteme bestehen üblicherweise aus mehreren Bestandteilen, einschließlich eines Antioxidationsmittels, das für einen relativ kurzen Zeitraum aktiv ist, und eines latenten Pro-Oxidationsmittels wie ein organisches Salz eines Übergangsmetalles. Andere schnell abbaubare Additive wie chemisch ungesättigte Polymere oder Copolymere oder Füllpartikel, die von natürlichen Produkten wie Stärke, Proteine, Cellulose und Zucker abgeleitet werden, können ebenfalls in das Pro-Oxidationssystem aufgenommen werden.
Zum Beispiel offenbart das US-Patent 4,983,651, Griffin, veröffentlicht am 08. Januar 1991, abbaubare Plastikzusammensetzungen auf der Basis von Polyolefinen, die mit einem Antioxidationsmittel, Stärke, einem Styrol-Butadien- Copolymer und einem organischen Salz eines Übergangsmetalls vermischt werden. Das Übergangsmetall wird aus der Gruppe Ca, Zn, Cu, Ag, Ni, Co, Fe, Mn, Cr und V ausgewählt; und das organische Salz wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Stearaten, Oleaten, Behenaten, Myristaten, Erucaten, Linoleaten, Naphthenaten, Acetonylacetonaten, Hydroxychinolaten und Metallaminsalzkomplexen besteht. Die Komplexe der Übergangsmetallsalze werden in Mengen verwendet, die 0,001 bis 1,0 Gew.-% des Metalls in der Zusammensetzung bereitstellen.
Die Verwendung von Antioxidationsmitteln zusammen mit Übergangsmetallsalzen als Additive in Polyolefinen wird ebenfalls im britischen Patent GB 1,434,641, erteilt für Huels am 05. Mai 1976, offenbart. Es werden Polyolefinzusammensetzungen offenbart, die 0,01-1,0% Antioxidationsmittel, 0,02-1,0% eines organischen Kupfersalzes und 0,1-0,2% eines organischen Mangan-, Cobalt- oder Eisensalzes umfassen, wobei die organische Gruppe aus der Gruppe Oleate, Palmitate und Stearate ausgewählt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das Gewichtsverhältnis des aliphatischen Polyesters zur destrukturierten Stärkekomponente zumindest 1 : 1. Für biologisch abbaubare Filme, die eine binäre Mischung des aliphatischen Polyesters und der destrukturierten Stärkekomponente umfassen, enthalten daher die Filme zumindest 50 Gew.-% des aliphatischen Polyesters, vorzugsweise 55%-85% und besonders bevorzugt 60% bis 80%. Vorzugsweise enthalten die Filme ebenfalls 10% bis 50% und vorzugsweise 15% bis 35% der destrukturierten Stärkekomponente.
Die biologisch abbaubaren Filme der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung konventioneller Verfahren zur Herstellung von Filmen mit den üblichen Geräten zur Filmherstellung verarbeitet werden. Pellets der oben beschriebenen Komponenten können zuerst trocken vermischt und anschließend in dem Filmextruder selbst geschmolzen vermischt werden. Alternativ dazu, wenn ein unzureichendes Mischen in dem Filmextruder auftritt, können die Pellets zuerst trocken vermischt und danach in einem Vormisch-Extruder geschmolzen vermischt werden, und anschließend, vor der Filmextrusion, durch Repelletieren.
Die Polymermischungen können geschmolzen in Filme unter Verwendung entweder von Gieß- oder Blasfilm-Extrusionsverfahren verarbeitet werden, die beide in ["Plastics Extrusion Technology - 2. Auf." von Allan A. Griff (Van Nostrand Reinhold - 1976)] beschrieben sind. Ein Gießfilm wird durch eine lineare Schlitzdüse extrudiert. Üblicherweise wird das flache Gewebe auf einer großen, sich bewegenden polierten Metallwalze abgekühlt. Es kühlt sich rasch ab, und schält sich von dieser ersten Walze ab, gelangt zu einer oder mehrere Hilfs- Abkühlwalzen, anschließend einem Satz von gummibeschichteten Abzieh- oder "Abzugs"-Walzen und schließlich zu einer Aufwickelwalze. Ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Gußfilms der vorliegenden Erfindung, der zur Verwendung als Tragefolie für einen Absorptionsgegenstand geeignet ist, wird nachfolgend in Beispiel I beschrieben.
Bei der Blasfilm-Extrusion wird die Schmelze aufwärts durch eine feine, ringförmige Düsenöffnung hindurch extrudiert. Dieses Verfahren wird auch als Schlauchfilm-Extrusion bezeichnet. Luft wird durch das Zentrum der Düse eingeführt, um den Schlauch mit Luft zu füllen und dessen Expansion zu bewirken. Dadurch wird eine sich bewegende Blase gebildet, die durch die Kontrolle des internen Luftdruckes bei einer konstanten Größe gehalten wird. Der Filmschlauch wird mit Luft abgekühlt, die durch einen oder mehrere Kühlringe, die den Schlauch umgeben, geleitet wird. Als nächstes wird der Schlauch kollabiert, indem er in einen Plättrahmen durch ein Paar von Ziehwalzen und auf eine Aufwickelwalze gezogen wird. Für Anwendungen als Tragefolien wird der geplättete Schlauchfilm nachher aufgeschnitten, aufgefaltet und zudem in Breiten geschnitten, die für die Verwendung in Absorptionsgegenständen geeignet sind.
Filmmaterialien, die als flüssigkeitsundurchlässige Tragefolien in Absorptionsgegenständen wie Windeln verwendet werden, haben üblicherweise eine Dicke von 0,01 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise von 0,012 mm bis 0,051 mm.
Im allgemeinen wird die flüssigkeitsundurchlässige Tragefolie mit einer flüssigkeitsdurchlässigen oberseitigen Folie und einem Absorptionskern, der zwischen der oberseitigen Folie und der Tragefolie angeordnet ist, und gegebenenfalls mit elastischen Mitteln und bandartigen Befestigungsmitteln kombiniert. Während die oberseitige Folie, die Tragefolie, der Absorptionskern und die elastischen Mittel in einer Vielzahl von wohlbekannten Anordnungen zusammengefügt werden können, wird eine bevorzugte Windelanordnung auf allgemeine Art im US- Patent 3,860,003 mit dem Titel "Contractible Side Portion for Disposable Diaper" beschrieben, das für Kenneth B. Buell am 14. Januar 1975 erteilt wurde.
Die oberseitige Folie ist nachgebend, fühlt sich weich an und ist für die Haut des Trägers nicht irritierend. Weiterhin ist die oberseitige Folie flüssigkeitsdurchlässig, was es Flüssigkeiten erlaubt, rasch durch ihre Schichtdicke durchzudringen. Eine geeignete oberseitige Folie kann aus einer großen Anzahl von Materialien wie porösen Schäumen, netzförmigen Schäumen, mit Öffnungen versehenen Plastikfilmen, natürlichen Fasern (z. B. Holz- oder Baumwollfasern), synthetischen Fasern (z. B. Polyester- oder Polypropylenfaser) oder aus einer Kombination von natürlichen und synthetischen Fasern hergestellt werden. Vorzugsweise wird die oberseitige Folie aus einem hydrophoben Material hergestellt, um die Haut des Trägers von Flüssigkeiten im Absorptionskern zu trennen.
Eine besonders bevorzugte oberseitige Folie umfaßt stapellange Polypropylenfasern mit einem Denier von ungefähr 1,5 wie der Polypropylentyp Hercules 151, der von Hercules, Inc. of Wilmington, Delaware vertrieben wird. Der hier verwendete Begriff "stapellange Fasern" bezieht sich auf diejenigen Fasern, die eine Länge von zumindest 16 mm besitzen.
Es gibt eine Reihe von Herstellungsverfahren, die zur Herstellung der oberseitigen Folie verwendet werden können. Zum Beispiel kann die oberseitige Folie gewebt, nicht gewebt, spinngevliest oder kardiert werden. Eine bevorzugte oberseitige Folie wird kardiert und durch dem Fachmann auf dem Gebiet der Textilerzeugnisse bekannte Mittel thermisch verbunden. Vorzugsweise besitzt die oberseitige Folie ein Gewicht von 18 bis 25 g/m², eine minimale Trockenzugfestigkeit von zumindest 400 g/cm in Maschinenrichtung und eine Naßzugfestigkeit von zumindest 55 g quer zur Maschinenrichtung.
Die oberseitige Folie und die Tragefolie werden miteinander in jeder geeigneten Art verbunden. Der hier verwendete Begriff "verbunden" schließt Anordnungen ein, bei denen die oberseitige Folie direkt mit der Tragefolie verbunden ist, indem die oberseitige Folie direkt an der Tragefolie befestigt wird, sowie Anordnungen, bei denen die oberseitige Folie indirekt mit der Tragefolie verbunden wird, indem die oberseitige Folie an dazwischenliegenden Mittel befestigt wird, die wiederum an die Tragefolie befestigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die oberseitige Folie und die Tragefolie direkt am äußeren Rand der Windel durch Befestigungsmittel wie Klebebänder oder andere im Stand der Technik bekannte Befestigungsmittel miteinander befestigt. Zum Beispiel kann eine einheitliche, durchgehende Klebestoffschicht, eine strukturierte Klebstoffschicht oder eine Anordnung von separaten Streifen oder Punkten des Klebstoffs verwendet werden, um die oberseitige Folie an der Tragefolie zu befestigen.
Bandartige Befestigungsmittel werden üblicherweise an die rückseitige Bauchregion der Windel angebracht, um Befestigungsmittel zur Befestigung der Windel am Träger bereitzustellen. Die bandartigen Befestigungsmittel können jedes der im Stand der Technik bekannten sein, wie die Befestigungsbänder, die im US-Patent 3,848,594, erteilt für Kenneth B. Buel am 19. November 1974, offenbart sind. Diese Befestigungsmittel aus Bändern oder andere Befestigungsmittel für Windeln werden üblicherweise nahe den Ecken der Windeln angebracht.
Bevorzugte Windeln haben elastische Mittel, die benachbart dem äußeren Rand der Windeln angeordnet sind, vorzugsweise entlang jeder longitudinalen Kante, so dass die elastischen Mittel dazu tendieren, die Windel gegen die Beine des Trägers zu ziehen und dort zu halten. Die elastischen Mittel werden an der Windel in einem elastisch zusammenziehbaren Zustand befestigt, so dass die elastischen Mittel in einer üblicherweise nicht gespannten Anordnung die Windel wirksam kontrahieren oder zusammenziehen. Die elastischen Mittel können auf zumindest zwei Arten in einem elastisch zusammenziehbaren Zustand angebracht sein. Zum Beispiel können die elastischen Mittel gedehnt und angebracht werden, während die Windel in einem nicht kontrahierten Zustand ist. Alternativ dazu kann die Windel, zum Beispiel durch Plissieren, kontrahiert sein, und ein elastisches Mittel an der Windel angebracht und mit dieser verbunden werden, während die elastischen Mittel sich in ihrem relaxierten oder ungedehnten Zustand befinden.
Die elastischen Mittel können eine Vielzahl von Anordnungen annehmen. Zum Beispiel kann die Breite der elastischen Mittel von ungefähr 0,25 mm bis zu 25 mm oder mehr variiert werden; die elastischen Mittel können einen einzelnen Strang elastisches Material umfassen oder die elastischen Mittel können rechteckig oder krummlinig sein. Des weiteren können die elastischen Mittel an der Windel auf jede der verschiedenen Arten, die im Stand der Technik bekannt sind, angebracht werden. Zum Beispiel können die elastischen Mittel durch Ultraschall verbunden, durch Hitze und Druck in die Windel mittels einer Vielzahl von Bindungsanordnungen eingepaßt werden, oder die elastischen Vorrichtungen können einfach auf die Windeln aufgeklebt werden.
Der Absorptionskern der Windel wird zwischen der oberseitigen Folie und der Tragefolie angebracht. Der Absorptionskern kann in einer großen Vielzahl von Größen und Formen (z. B. rechteckig, uhrglasförmig, asymmetrisch) und aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Die gesamte Absorptionskapazität des Absorptionskerns sollte jedoch mit der vorgesehenen Flüssigkeitsbeladung für die beabsichtigte Verwendung des Absorptionsgegenstandes oder der Windel kompatibel sein. Weiterhin kann die Größe und Absorptionskapazität des Absorptionskerns variieren, um den Trägern, die von Kindern bis Erwachsenen reichen, Platz zu bieten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Windel besitzt einen modifizierten sanduhrförmigen Absorptionskern. Der Absorptionskern ist vorzugsweise ein Absorptionsmittel, das ein Gewebe oder Plättchen von im Luftstrom aufgetragenen Zellstoffasern und eine bestimmte dort angebrachte Absorberpolymerzusammensetzung umfaßt.
Weitere Beispiele von Absorptionsgegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sind Sanitärtücher, die ausgelegt sind, um Vaginalausscheidungen wie Menstruation aufzunehmen und einzuschließen. Wegwerfsanitärtücher sind ausgelegt, um in der Nähe zum menschlichen Körper während des Gebrauchs eines Kleidungsstückes wie Unterbekleidung oder einer Strumpfhose oder eines speziell gefertigten Gürtels getragen zu werden. Beispiele dieser Art von Sanitärtüchern, auf die die vorliegende Erfindung leicht angewandt wird, sind im US-Patent 4,687,478 mit dem Titel "Shaped Sanitary Napkin With Flaps", das für Kees J. Van Tilburg am 18. August 1987 erteilt wurde, und im US-Patent 4,789,876, mit dem Titel "Sanitary Napkin", das für Kees J. Van Tilburg am 20. Mai 1986 veröffentlicht wurde, gezeigt. Es ist offensichtlich, dass die hier beschriebenen kompostierbaren Polymerfilme als die flüssigkeitsundurchlässige Tragefolie von solchen Sanitärtüchern verwendet werden können.
Im allgemeinen umfassen Sanitärtücher eine flüssigkeitsundurchlässige Tragefolie, eine flüssigkeitsdurchlässige oberseitige Folie und einen Absorptionskern zwischen der Tragefolie und der oberseitigen Folie. Die Tragefolie umfaßt einen der kompostierbaren Filme, der eine oben beschriebene Mischung von Polymerkomponenten enthält. Die oberseitige Folie kann jedes der oberseitigen Foliematerialien umfassen, die in bezug auf Windeln erörtert worden sind.
Wichtig ist, dass die Absorptionsgegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem größeren Maß kompostierbar sind als konventionelle Absorptionsgegenstände, die eine Polyolefin-, üblicherweise eine Polyethylen-Tragefolie, verwenden.
Der hier verwendete Begriff "kompostierbar" betrifft ein Material, das die folgenden drei Anforderungen erfüllt: (1) in der Lage ist, in einer Kompostieranlage für Feststoffmüll verarbeitet zu werden; (2) falls es so verarbeitet wird, in den Endkompost gelangt; und (3) bei Verwendung des Komposts im Boden das Material sich schließlich im Boden biologisch abbaut.
Ein polymeres Filmmaterial, das in Feststoffabfall vorkommt, der in eine Kompostierungsanlage zur Verarbeitung eingeliefert wird, muß nicht notwendigerweise in den Endkompost gelangen. Bestimmte Kompostierungsanlagen unterziehen den Feststoffabfallstrom vor der Weiterverarbeitung einer Klassifizierung durch Luft, um Papier und andere Materialien abzutrennen. Ein Polymerfilm würde höchstwahrscheinlich von dem Feststoffabfallstrom bei solch einer Klassifizierung durch Luft abgetrennt werden und daher nicht in der Kompostierungsanlage verarbeitet werden. Nichtsdestotrotz kann es dennoch ein "kompostierbares" Material gemäß der obigen Definition sein, da es "in der Lage ist", in einer Kompostierungsanlage verarbeitet zu werden.
Die Anforderung, dass das Material in den Endkompost gelangt, bedeutet üblicherweise, dass es in dem Kompostierungsverfahren eine Art von Abbau unterläuft. Üblicherweise wird der Feststoffabfallstrom in einer frühen Phase des Kompostierungsprozesses einem Zerkleinerungsschritt unterworfen. Als Folge dessen liegt der Polymerfilm eher in Stückchen als als Film vor. In der letzten Phase des Kompostierungsprozesses wird der fertig verarbeitete Kompost einem Siebeschritt unterworfen. Üblicherweise durchqueren die Polymerstückchen nicht die Siebe, wenn sie die Größe behalten haben, die sie unmittelbar nach dem Zerkleinerungsschritt hatten. Die kompostierbaren Materialien der vorliegenden Erfindung werden genug ihrer Beständigkeit während des Kompostierungsprozesses verloren haben, um es halb abgebauten Stückchen zu erlauben, die Siebe zu passieren. Jedoch ist es denkbar, dass eine Kompostierungsanlage den Feststoffabfallstrom einer sehr rigorosen Zerkleinerung unterwirft und einem eher groben Sieben, wobei in diesem Fall nicht abbaubare Polymere wie Polyethylen die Anforderung (2) erfüllen würden. Daher ist die Erfüllung der Anforderung (2) für ein Material nicht ausreichend, um innerhalb der vorliegenden Definition kompostierbar zu sein.
Was das kompostierbare Material, wie es hier definiert ist, von Materialien wie Polyethylen unterscheidet, ist die Anforderung (3), dass sie sich letztlich im Boden biologisch abbauen. Dieser biologische Abbau sollte bei CO&sub2; und Wasser enden. Diese Anforderung der biologischen Abbaubarkeit ist nicht wesentlich für den Kompostierungsprozeß oder die Verwendung von kompostiertem Boden. Feststoffabfall und der daraus resultierende Kompost können alle Arten von nicht biologisch abbaubaren Materialien, zum Beispiel Sand enthalten. Um jedoch eine Anreicherung von vom Menschen hergestellten Materialien im Boden zu vermeiden, wird hier gefordert, dass solche Materialien vollständig biologisch abbaubar sind. Auf gleiche Art ist es keineswegs notwendig, dass dieser biologische Abbau schnell erfolgt. Solange wie das Material selbst oder intermediäre Zersetzungsprodukte nicht toxisch oder anderweitig schädlich für den Boden oder die Pflanzen sind, ist es absolut akzeptabel, dass ihr biologischer Abbau mehrere Monate oder sogar Jahre in Anspruch nimmt, da diese Anforderung nur vorhanden ist, um eine Akkumulation von vom Menschen hergestellten Materialien im Boden zu vermeiden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Beispiel I

Eine Trockenmischung aus TONE P-787 Polycaprolacton und Mater-Bi Reinheit SA007 mit 70 : 30 Gewichtsteilen wird hergestellt, indem 17,5 Pfund TONE Pellets zu 7,5 Pfund Mater- Bi in einen Kelly Duplex Mischer gegeben und für 15 Minuten vermischt werden.
Die Trockenmischung wird anschließend bis auf 150ºC geschmolzen in einem Brabender Doppelschrauben-Compounder, der mit einer Düse mit einer 8 Strang-Austrittsöffnung versehen ist, vermischt. Die geschmolzenen Stränge werden abgekühlt und in einem Wasserbad verfestigt werden, bevor sie in eine schallgedämpfte Cumberland Pelletiermaschine gelangen, wo jeder Strang in Pellets mit einer Länge von ungefähr 0,125 Inch zerschnitten wird.
Die Pellets werden zu einem Film mit einer Dicke von ungefähr 0,0012 Inch unter Verwendung eines Einfachschneckenextruders (Zahnradwerk Kollmann) mit 30 mm Durchmesser, der mit einer Standardschnecke des Polyolefintyps und einer 24 Inch breiten Banddüse ausgestattet ist, verarbeitet. Die Temperatur des Extruderzylinders variiert von ungefähr 127ºC im Bereich der Zuführung bis ungefähr 132ºC am Austrittsende nahe der Düse. Die Düsentemperatur wird bei ungefähr 138ºC gehalten. Das Entfernen und Aufwickeln der Filme wird auf einem Johnson-Aufwickelsystem durchgeführt. Die Kühlwalzen, auf denen die Filme abgekühlt und verfestigt werden, werden bei ungefähr 21ºC gehalten. Nach dem Abkühlen werden die dicken Kanten des Films abgeschnitten und entfernt und der fertige Film mit einer Breite von ungefähr 13,5 Inch wird auf einem Pappkern mit 3 Inch Durchmesser aufgewickelt.
Der sich ergebende Film ist lichtdurchlässig und zeigt ausgezeichnete Härte und mechanische Festigkeit. Diese Eigenschaften werden sogar nach dem Altern in einer Umgebung bei 50ºC (ca. 10% relative Luftfeuchtigkeit) für 3 Monate beibehalten.

Beispiel II

Eine Trockenmischung aus TONE P-787, Mater-Bi SA007 und einem Ehtylen-Acrylsäure-Copolymer (DOW PRIMACOR 3460) mit 66 : 17 : 17 Gewichtsteilen wird hergestellt, indem 16,5 Pfund TONE, 4,25 Pfund Mater-Bi und 4,25 Pfund PRIMACOR Pellets in einem Kelly Doppelmischer vereinigt und für 30 Minuten vermischt werden.
Die Trockenmischung wird anschließend in einem Brabender Doppelschnecken-Compounder, der mit einer Düse mit einer 8 Strang-Austrittsöffnung ausgestattet ist, geschmolzen vermischt. Die Temperatur des Conmpounderzylinders wird zwischen 155 und 160ºC gehalten und die Düse wird bei ungefähr 145ºC gehalten. Die Stränge werden in einem Wasserbad abgekühlt und wie im Beispiel I beschrieben pelletiert.
Die Pellets werden in einem Film mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,0012 bis ungefähr 0,0014 Inch mittels derselben Extruder- und Ablöseausrüstung, wie in Beispiel I beschrieben, umgewandelt. Die Düsentemperaturen und Ablösebedingungen sind dieselben. Der sich ergebende Film wird nach dem Zuschneiden auf eine Breite von ungefähr 13,5 Inch auf einen Pappkern mit einem Durchmesser von 3 Inch gewickelt.

Beispiel III

Eine Wegwerfbabywindel gemäß der Erfindung wird wie folgt hergestellt. Die aufgeführten Dimensionen sind für eine Windel, die für den Gebrauch für ein Kind mit einer Größe im Bereich von 6-10 kg gedacht ist. Diese Dimensionen können für unterschiedliche Größen der Kinder oder für Inkontinenzunterhosen für Erwachsene gemäß der üblichen Praxis proportional modifiziert werden.
1. Tragefolie: 0,02-0,038 mm Film, bestehend aus einer 70 : 30, Mischung von Polycaprolacton zu Mater-Bi (wie in Beispiel beschrieben hergestellt); Breite am oberen und am unteren Teil 33 cm (nach innen eingekerbt auf beiden Seiten auf eine Breite in der Mitte von 28,5 cm; Länge 50,2 cm.
2. Oberseitige Folie: kardiert und stapellange, thermisch verbundene Polypropylenfasern (Typ Hercules 151 Polypropylen); Breite am oberen und unteren Teil 33 cm, nach innen eingekerbt auf beiden Seiten auf eine Breite in der Mitte von 28,5 cm; Länge 50,2 cm.
3. Absorptionskern: umfaßt 28,6 g Cellulosezellstoff und 4,9 g absorbierende Partikel aus Gelmaterial (kommerzielles Polyacrylat von Nippon Shokubai); 8,4 mm dick, geglättet; Breite am oberen und unteren Ende 28,6 cm, nach innen auf beiden Seiten eingekerbt auf eine Breite in der Mitte von 10,2 cm; Länge 44,5 cm.
4. Elastische Bündchen für die Beine: 4 individuelle Gummibänder (2 pro Seite); Breite 4,77 mm; Länge 370 mm, Dicke 0,178 mm (alle der vorstehenden Dimensionen sind im relaxierten Zustand).
Die Windel wird auf übliche Weise hergestellt, indem das Kernmaterial, das mit der oberseitigen Folie abgedeckt wird, auf der Tragefolie angeordnet und verklebt wird.
Die elastischen Bündchen (als "innere" und "äußere" bezeichnet, entsprechend den Bündchen, die am nächsten bzw. am weitesten vom Kern entfernt sind) werden auf ca. 50,2 cm gedehnt und zwischen der oberseitigen Folie und der Tragefolie entlang jeder langen Seite (2 Bündchen pro Seite) des Kernes angeordnet. Die inneren Bündchen entlang jeder Seite werden ca. 55 mm von der nächsten Breite des Kernes angeordnet (gemessen von der inneren Kante des elastischen Bündchens). Dies ergibt ein Abstandselement entlang jeder Seite der Windel, das das flexible oberseitige/Tragfoliematerial zwischen den inneren Gummibändern und den abgerundeten Kanten des Kerns umfaßt. Die inneren Bündchen werden entlang ihrer Länge im gestreckten Zustand verklebt. Die äußeren Bündchen werden ca. 13 mm von den inneren Bündchen angeordnet und werden entlang ihrer Länge im ausgedehnten Zustand verklebt. Der Aufbau von oberseitiger Folie/Tragefolie ist flexibel und die aufgeklebten Bündchen kontrahieren sich, um die Seiten der Windel elastisch zu machen.

Beispiel IV

Eine Hoseneinlage mit niedrigem Gewicht, die für die Verwendung zwischen Menstruationsphasen geeignet ist, umfaßt ein Kissen (Oberfläche 117 cm²; SSK Luftstrom-Auftrag 3,0 g), das 1,0 g absorbierende Gelmaterialpartikel enthält (kommerzielles Polyacrylat; Nippon Shokubai); dabei wird dieses Kissen zwischen einer porösen, als Film ausgebildeten oberseitigen Lage gemäß US-Patent 4,463,045 und einer Tragefolie gelegt, die einen gemäß Beispiel I hergestellte Film aus Polycaprolacton/Mater-Bi (Gewichtsverhältnis 70 : 30) mit einer Dicke von 0,03 mm, umfaßt.

Beispiel V

Ein Katamenialprodukt in der Form eines Sanitärtuches mit zwei Läppchen, die nach außen von seinem Absorptionskern abstehen, wird unter Verwendung eines Kissens in der Art von Beispiel IV (Oberfläche 117 cm²; 8,5 g SSK Luftstrom-Auftrag) nach dem Design des US-Patents 4,687,478, Van Tillburg, 18. August 1987, hergestellt. Die Materialien der Tragefolie und oberseitigen Folie sind dieselben wie in Beispiel IV beschrieben.

Beispiel VI

Die Windel von Beispiel III wird modifiziert, indem die Tragefolie mit einer Tragefolie ersetzt wird, die aus einer Film mit einer Dicke von 0,02 bis 0,038 mm besteht, die eine 66 : 17 : 17 Mischung aus TONE : Mater-Bi : Ethylen-Acrylsäure- Copolymer (hergestellt wie in Beispiel II) umfaßt.
Der Fachmann kann anhand der vorstehenden Beschreibung die wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung ermitteln, und, ohne vom Geist und Umfang davon abzuweichen, zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchführen, um die Erfindung zahlreichen Verwendungen und Bedingungen, die hier nicht speziell erwähnt sind, anzupassen. Der Umfang dieser Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Ein biologisch abbaubarer, flüssigkeitsundurchlässiger Film, der umfaßt eine Mischung aus:

a) Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die wenigstens teilweise interpenetrierte Phasen bilden, und

b) einem aliphatischen Polyester, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

- Polycaprolacton,

- einem Polymer der Formel

worin

R¹ eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)x- mit 2 ≤ x ≤ 10 ist,

R² auch eine lineare Methylenkette -(CH&sub2;)y- mit 2 ≤ y ≤ 10 ist,

und n der Grad der Polymerisation ist;

- Poly(alpha-hydroxy-alkanoate),

- Oxidationsprodukt von Ethylen-Kohlenmonoxid mit Peroxysäuren-Oxidationsmitteln,

wobei das Gewichtsverhältnis des aliphatischen Polyesters zu Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die wenigstens teilweise interpenetrierte Phasen bilden, zumindest 1 : 1 beträgt.

2. Der biologisch abbaubare Film nach Anspruch 1, wobei der Film 10 bis 50 Gew.-% Stärke und Ethylen-Vinylalkohol- Copolymer, die wenigstens teilweise interpenetrierte Phasen bilden, und 50 bis 90 Gew.-% aliphatische Polyester enthält.

3. Der biologisch abbaubare Film nach Anspruch 2, wobei der Film 15 bis 35 Gew.-% interpenetriertes Netzwerk von Stärke und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer enthält.

4. Der biologisch abbaubare Film nach Anspruch 2, wobei der Film 60 bis 80 Gew.-% des aliphatischen Polyesters enthält.

5. Der biologisch abbaubare Film nach Anspruch 1, wobei das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer einen Vinylalkoholgehalt von 50 Mol-% bis 80 Mol-% besitzt.