DE69433344T2

DE69433344T2 - Bikomponentfasern mit zumindest eine elastische Komponente, Gewebe und daraus hergestellte Artikel

Info

Publication number: DE69433344T2
Application number: DE1994633344
Authority: DE
Inventors: Rexford A. Maugans; Edward N. Knickerbocker; George W. Knight
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2014-04-07
Also published as: EP0696328A1; DE69433344D1; JPH08509784A; ES2210610T3; EP0859073B1; ES2083345T1; FI955107A; DE696328T1; EP0859073A1; FI955107A0; CA2161429A1; DK0859073T3; WO1994025648A1

Description

Diese Erfindung betrifft Bikomponentfasern, Stoffe und daraus hergestellte Artikel (z. B. Einweginkontinenzkleidungsstücke oder Windeln). Die Fasern und Stoffe umfassen mindestens ein homogen verzweigtes lineares Ethylenpolymer, das spezielle Eigenschaften aufweist.
Eine Faser wird typischerweise nach ihrem Durchmesser klassifiziert. Monofilamentfaser ist im Allgemeinen so definiert, dass sie einen individuellen Faserdurchmesser aufweist der größer ist als ungefähr 15 denier (1,7 tex), für gewöhnlich größer als ungefähr 30 denier (3,3 tex) pro Filament. Feindenierfaser bezieht sich im Allgemeinen auf eine Faser, die einen kleineren Durchmesser als ungefähr 15 denier (1,7 tex) pro Filament besitzt. Microdenierfaser wird im Allgemeinen definiert als Faser, die weniger als 100 μm Durchmesser aufweist. Die Faser kann auch nach dem Verfahren, mit welchem sie hergestellt wird klassifiziert werden, beispielsweise als Monofilament-, kontinuierlich gewickelte Feinfilament-, Stapel- oder kurz abgeschnittene Faser, spinnverbundene und schmelzgeblasene Faser.
Eine Vielzahl von Fasern und Stoffen wurde hergestellt aus Thermoplasten wie beispielsweise Polypropylen, hochverzweigtem Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE) typischerweise in einem Hochdruckpolymerisationsprozeß hergestellt, linear heterogen verzweigtem Polyethylen (z. B. lineares Polyethylen mit geringer Dichte hergestellt unter Verwendung von Ziegler Katalyse), Mischungen von Polypropylen und linearem heterogen verzweigtem Polyethylen, Mischungen von linearem heterogen verzweigtem Polyethylen, und Ethylen/Vinylalkohol-Copolymeren.
Von den verschiedenen Polymeren von denen bekannt ist, dass sie zu Fasern extrudierbar sind wurde hochverzweigtes LDPE nicht erfolgreich zu Feindenierfaser schmelzgesponnen. Lineares heterogen verzweigtes Polyethylen wurde, wie in USP 4,076,698 (Anderson et al.) beschrieben, zu Monofilament verarbeitet. Lineares heterogen verzweigtes Polyethylen wurde auch erfolgreich zu Feindenierfaser gemacht, wie in USP 4,644,045 (Fowells), USP 4,830,907 (Sawyer et al.), USP 4,909,975 (Sawyer et al.) und in USP 4,578,414 (Sawyer et al.) offenbart. Mischungen aus solchem heterogen verzweigten Polyethylen wurden auch erfolgreich zu Feindenierfaser und Stoffen gemacht, wie in USP 4,842,922 (Krupp et al.), USP 4,990,204 (Krupp et al.) und USP 5,112,686 (Krupp et al.) offenbart. USP 5,068,141 (Kubo et al.) offenbart auch das Herstellen von nichtgewebten Stoffen aus kontinuierlich wärmeverbundenen Filamenten von gewissen heterogen verzweigten LLDPE die bestimmte Fusionswärmen aufweisen.
Fasern die aus all diesen Arten von gesättigten olefinischen Polymeren hergestellt werden sind jedoch nicht „elastisch", wie dieser Ausdruck unten definiert wird, ohne dass sie Additive oder Elastomere beinhalten, wodurch ihre Verwendung in elastischen Anwendungen begrenzt wird. Ein Versuch dieses Problem zu lindern durch Einführen von Additiven in das Polymer vor dem Schmelzspinnen wird in USP 4,663,220 (Wisneski et al.) offenbart. Wisneski et al. offenbaren fasrige Elastomergewebe die mindestens ungefähr 10 Prozent eines Blockcopolymers und ein Polyolefin umfassen. Den resultierenden Geweben werden elastomere Eigenschaften zugeschrieben.
USP 4,425,393 (Benedyk) offenbart Monofilamentfaser, hergestellt aus polymerem Material, das ein Elastizitätsmodul von 2 000 bis 10 000 psi (13,8 MPa bis 68,9 MPa) aufweist. Das polymere Material beinhaltet plastiziertes Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE), thermoplastisches Gummi, Ethylen-Ethylacrylat, Ethylen-Butylen-Copolymer, Polybutylen und Copolymere davon, Ethylen-Propylen-Copolymere, chloriertes Polypropylen, chloriertes Polybutylen oder Mischungen davon.
Elastische Fasern und Gewebe, die aus einer Mischung von mindestens einem Elastomer (d. h. Copolymere von einem Isoolefin und einem konjugierten Polyolefin (z. B. Copolymere von Isobutylen und Isopren)) und mindestens einem Thermoplasten hergestellt werden, werden in USP 4,874,447 (Hazelton et al.) offenbart.
USP 4,657,802 (Morman) offenbart zusammengesetzte nichtgewebte elastische Gewebe und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die elastischen Materialien welche zur Bildung des fasrigen nichtgewebten elastischen Gewebes geeignet sind beinhalten Polyester-Elastomermaterialien, Polyurethan-Elastomermaterialien und Polyamid-Elastomermaterialien.
USP 4,833,012 (Makimura et al.) offenbart nichtgewebte Verfilzstoffe, hergestellt aus einer dreidimensionalen Verfilzung von elastischen Fasern, nichtschrumpfbaren nichtelastischen Fasern und schrumpfbaren elastischen Fasern. Die elastischen Fasern werden aus polymeren Diolen, Polyurethanen, Polyesterelastomeren, Polyamidelastomeren und synthetischen Gummis hergestellt.
Zusammengesetzte nichtgewebte elastomere Polyether-Blockamidgewebe werden in USP 4,820,572 (Killian et al.) offenbart. Die Gewebe werden unter Verwendung eines Schmelzblaseverfahrens hergestellt und die elastischen Fasern werden aus einem Polyether-Blockamid-Copolymer hergestellt.
Ein weiteres elastomeres fasriges Gewebe wird in USP 4,803,117 (Daponte) offenbart. Daponte offenbart, dass die Gewebe aus Elastomerfasern oder Microfasern gemacht werden, welche aus Copolymeren von Ethylen und mindestens einem Vinylmonomer ausgewählt aus der Gruppe umfassend Vinylestermonomere, ungesättigte aliphatische Monocarboxylsäuren und Alkylestern von diesen Monocarboxylsäuren, hergestellt werden. Die Menge des Vinylmonomers soll „ausreichend" sein um den schmelzgeblasenen Fasern Elastizität zu verleihen. Mischungen der Ethylen/Vinyl-Copolymere mit anderen Polymeren (z. B. Polypropylen oder lineares Polypropylen mit geringer Dichte) sollen ebenfalls die fasrigen Gewebe bilden.
Endprodukte wie beispielsweise Inkontinenzkleidungsstücke profitieren ebenfalls von der Verwendung elastischer Komponenten. Zum Beispiel offenbaren USP 4,940,464 (van Gompel et al.), USP 4,938,757 (van Gompel et al.) und USP 4,938,753 (van Gompel et al.) Einwegkleidungsstücke, die elastische Aufnahmemittel und dehnbare Seitenplatten beinhalten. Die Aufnahmemittel und dehnbaren Seitenplatten werden aus schmelzgeblasenen oder Blockfilm- oder Pfropf-Copolymeren (z. B. Butadien, Isopren, Styrol, Ethylen-Methylacrylat, Ethylen-Vinylacetat, Ethylen-Ethylacrylat oder Mischungen davon) hergestellt.
Während sich die obigen Anstrengungen zur Herstellung von elastischen Fasern und Stoffen aus olefinischen Polymeren auf Polymeradditive konzentriert haben besitzen diese Lösungen mögliche Nachteile, beinhaltend die erhöhten Kosten der Additive und Inkompatibilität, die zu Spinnleistung unter der Norm führt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Bikomponentfaser umfassend mindestens eine Komponente die im Wesentlichen aus mindestens einem homogen verzweigten linearen Ethylenpolymer besteht, dadurch gekennzeichnet, dass sie

a) eine Dichte von weniger als 0.90 g/cm³,
b) eine Molekulargewichtverteilung M_w/M_n von 1,5 bis 2,5 und
c) eine prozentuale Rückverformung von mindestens 50 Prozent aufweist.

Während der Forschungsarbeit die zu der vorliegenden Erfindung führte haben wir neue elastische Fasern und Stoffe entdeckt, die keine Additive benötigen um elastisch zu sein. Diese neuen Fasern und Stoffe können über konventionelle Herstellungsverfahren für synthetische Fasern oder Stoffe (z. B. kontinuierlich gewickeltes Filament, spinnverbunden und schmelzgeblasen) hergestellt werden und sie können verwendet werden um hoch elastische Strukturen herzustellen die eine Recyclingeignung zwischen elastischen und nichtelastischen Komponenten aufweisen können. Diese Fasern und Stoffe werden aus homogen verzweigten linearen Ethylenpolymeren hergestellt.
Die elastische Faser weist eine dauerhafte Verformung von 50 Prozent oder weniger, oder anders ausgedrückt, eine prozentuale Rückverformung von mindestens 50 Prozent auf. Diese Eigenschaft unterscheidet sich überraschenderweise von der Reaktion von Fasern, die aus heterogen verzweigtem linearem Polyethylen mit geringer Dichte hergestellt werden, wo die prozentuale dauerhafte Verformung im allgemeinen größer als 50 Prozent und im wesentlichen unabhängig von der Dichte zu sein scheint. Die Faser wird aus mindestens einem homogen verzweigten linearen Ethylenpolymer hergestellt, das eine Dichte von weniger als 0,90 g/cm³ und eine Molekulargewichtsverteilung M_w/M_n von 1,5 bis 2,5 aufweist. Der neue elastische Stoff umfasst solche elastischen Fasern.
Die homogenverzweigten linearen Ethylenpolymere die hierin nützlich sind zur Herstellung der elastischen Fasern und Stoffe sind eine bekannte Klasse von Polymeren, welche ein lineares Polymerrückgrat, keine langkettige Verzweigung und eine enge Molekulargewichtsverteilung aufweisen. Solche Polymere sind Interpolymere von Ethylen und mindestens einem α-Olefin-Comonomer aus 3 bis 20 Kohlenstoffatomen und sind bevorzugt Copolymere von Ethylen mit einem C₃-C₂₀ α-Olefin und sind am meisten bevorzugt Copolymere von Ethylen mit 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten oder 1-Okten. Diese Klasse von Polymeren wird zum Beispiel von Elston in USP 3,645,992 offenbart, und Folgeprozesse wurden entwickelt um solche Polymere unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren herzustellen, wie zum Beispiel in EP 0 129 368 , EP 0 260 999, USP 4,701,432, USP 4,937,301, USP 4,935,397, USP 5,055,438 und WO 90/07526 und anderen gezeigt. Die Polymere können durch konventionelle (z. B. Gasphasen-, Aufschlämmungs-, Lösungs- und Hochdruck-) Polymerisationsverfahren hergestellt werden.
Die für die Bildung der elastischen Fasern verwendeten linearen Ethylenpolymere weisen homogene Verzweigungsverteilungen auf. Die Bezeichnungen „homogene Verzweigungsverteilung" und „homogen verzweigt" bedeuten, dass das Comonomer in einem gegebenen Molekül zufällig verteilt ist, und dass im Wesentlichen alle der Copolymermoleküle das selbe Ethylen/Comonomer Verhältnis aufweisen. Die Homogenität der Verzweigungsverteilung kann unterschiedlich gemessen werden, beinhaltend Messung des SCBDI (Kurzkettenverzweigungsverteilungsindex) oder des CDBI (Zusammensetzungsverteilungsverzweigungsindex). SCBDI oder CDBI ist definiert als der Gewichtsprozentsatz der Polymermoleküle, die einen Comonomergehalt innerhalb 50 Prozent des mittleren absoluten molaren Comonomergehalts aufweisen. Der CDBI eines Polymers wird bereitwillig berechnet aus Daten, die über im Stand der Technik bekannte Techniken erhaltenen werden, wie beispielsweise Temperaturerhöhungselutionsfraktionierung (abgekürzt hierin als „TREF") wie zum Beispiel in Wild et al. Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol. 20, S. 441 (1982) oder im US Patent 4,798,081 beschrieben. Der SCBDI oder CDBI für die homogen verzweigten Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist bevorzugt größer als 30 Prozent, insbesondere größer als 50 Prozent.
Die homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere die verwendet werden um die elastischen Fasern herzustellen weisen einen einzigen Schmelzpunkt auf, wie unter Verwendung Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) gemessen wurde, im Gegensatz zu heterogen verzweigten linearen Ethylenpolymeren, welche aufgrund ihrer breiten Verzweigungsverteilung zwei oder mehr Schmelzpunkte haben.
Die Dichte der homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere, die zur Herstellung der elastischen Fasern verwendet werden wird entsprechend mit ASTM D-792 gemessen und ist im Allgemeinen kleiner als 0,90 g/cm³, bevorzugt von 0,85 g/cm³ bis 0,90 g/cm³, mehr bevorzugt von 0,85 g/cm³ bis 0,89 g/cm³ und besonders von 0,85 g/cm³ bis 0,88 g/cm³.
Das Molekulargewicht der homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere, die zur Herstellung der elastischen Fasern verwendet werden wird bequem angezeigt unter Verwendung einer Schmelzindexmessung gemäß ASTM D-1238, Bedingungen 190 °C/2,16 kg (früher bekannt als „Bedingung (E)" und auch bekannt als I₂). Der Schmelzindex ist umgekehrt proportional zu dem Molekulargewicht des Polymers. Je höher also das Molekulargewicht, desto kleiner der Schmelzindex, obwohl die Beziehung nicht linear ist. Der Schmelzindex für die homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere, die zur Herstellung der hierin verwendeten elastischen Fasern verwendet werden ist im Allgemeinen von 0,01 Gramm/10 Minuten (g/10 min) bis 1000 g/10 min, bevorzugt von 0,1 g/10 min bis 5 g/10 min für Monofilament (Fasern im Allgemeinen über ungefähr 1,6 tex/Filament (15 denier/Filament)) und bevorzugt von 5 g/10 min bis 250 g/10 min für Feindenierfasern (Fasern, die einen Durchmesser besitzen der im Allgemeinen kleiner oder gleich 1,6 tex/Filament (15 denier/Filament)) ist.
Eine weitere Messung, die zur Charakterisierung des Molekulargewichts der homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere, die zur Herstellung der elastischen Fasern verwendet werden, nützlich ist wird bequem angezeigt unter Verwendung einer Schmelzindexmessung entsprechend ASTM D-1238, Bedingungen 190 °C pro 10 kg (früher bekannt als „Bedingung (N)" und auch bekannt als I₁₀). Das Verhältnis dieser beiden Schmelzindexangaben ist das Schmelzflussverhältnis und wird bestimmt als I₁₀/I₂. Im Allgemeinen ist das I₁₀/I₂ Verhältnis der homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere 6 oder weniger.
Additive wie beispielsweise Antioxidantien (z. B. gehinderte Phenole (z. B. Irganox^® 1010, hergestellt von Ciba-Geigy Corp.)), Phosphite (z. B. Irgaphos^®168 hergestellt von Ciba-Geigy Corp.)), Klammeradditive (z. B. Polyisobutylen (PIB)), Antiblockadditive, Pigmente, können auch in den homogen verzweigten linearen Ethylenpolymeren, die zur Herstellung der elastischen Fasern verwendet werden, enthalten sein, bis zu dem Ausmaß, dass sie die von dem Anmelder entdeckten verbesserten Faser- und Stoffeigenschaften nicht stören.
Bestimmung der Molekulargewichtsverteilung
Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) der homogen verzweigten Ethyleninterpolymere wird analysiert mittels Gel-Durchlässigkeitschromatographie (GPC) mit einer Waters 150C Hochtemperatur-Chromatographieeinheit welche mit drei Säulen gemischter Porosität ausgestattet ist (Polymer Laboratories 10³, 10⁴, 10⁵ und 10⁶) die bei einer Systemtemperatur von 140°C arbeiten. Das Lösungsmittel ist 1,2,4-Trichlorbenzol, aus dem 0,3 gewichtsprozentige Probenlösungen für die Injektion zubereitet werden. Die Flussrate beträgt 1,0 Milliliter/Minute und die Injektionsgröße ist 200 Microliter.
Die Molekulargewichtsbestimmung wird unter Verwendung enger Molekulargewichtsverteilungs-Polystyrolstandards (von Polymer Laboratories) im Zusammenhang mit ihren Elutionsvolumina abgeleitet. Die äquivalenten Polyethylen-Molekulargewichte werden bestimmt unter Verwendung entsprechender Mark-Houwink Koeffizienten für Polyethylen und Polystyrol (wie von Williams und Word in Journal of Polymer Science, Polymer Letters, Vol. 6, (621) 1968 beschrieben, auf die hierin verwiesen wird), um die folgende Gleichung abzuleiten: MPolyethylen = a*(MPolystyrol)b
In dieser Gleichung ist a = 0,4316 und b = 1,0. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts, M_w, wird auf die übliche Weise berechnet entsprechend der folgenden Formel: M_w = R w_i*M_i, wobei w_i und M_i der Gewichtsteil und das entsprechende Molekulargewicht der i-ten Fraktion sind, die von der GPC Säule eluiert wird.
Die M_w/M_n der homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere beträgt im Allgemeinen von 1,5 bis 2,5.
Die Bezeichnung „homogen verzweigte lineare Ethylenpolymere", wie hier verwendet, beinhaltet nicht per Definition die traditionellen heterogen verzweigten linearen Polyethylene mit geringer Dichte aus linearen Polyethylenen mit hoher Dichte, welche unter Verwendung von Ziegler Polymerisationsprozessen (z. B. USP 4,076,689 (Anderson et al.)) hergestellt werden oder die linearen homogen verzweigten Polymere die von Elston (USP 4,645,992) beschrieben werden, welche eine Dichte von 0,915 g/cm³ oder höher aufweisen oder die verzweigten Hochdruckpolyethylene und andere Hochdruckethylencopolymere (z. B. Ethylen/Vinylacetat- oder Ethylen/Vinylalkohol-Copolymere) von denen dem Fachmann bekannt ist, dass sie zahlreiche langkettige Verzweigungen aufweisen.
Fasern und/oder Stoffe
Bikomponentfasern gemäß der Erfindung werden aus den homogen verzweigten linearen Ethylenpolymeren hergestellt. Solche Bikompomponentfasern haben das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer in mindestens einem Teil der Faser. Beispielsweise kann in einer Mantel/Kern Bikomponentfaser (d. h. eine, in welcher der Mantel konzentrisch den Kern umgibt), das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer entweder in dem Mantel oder dem Kern sein. Verschiedene homogen verzweigte lineare Ethylenpolymere können auch unabhängig verwendet werden als der Mantel und der Kern in derselben Faser, bevorzugt wo beide Komponenten elastisch sind und besonders wo die Mantelkomponente einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als die Kernkomponente. Andere Arten von Bikomponentfasern sind ebenso im Rahmen der Erfindung enthalten und beinhalten solche Strukturen wie Seite-an-Seite-Fasern (z. B. Fasern die getrennte Regionen von Polymeren aufweisen, wobei das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer mindestens einen Teil der Faseroberfläche umfasst).
Die hierin beanspruchten Bikomponentfasern können elastisch sein. Die Bezeichnung „elastisch" bedeutet, dass die Faser sich nach dem ersten Zug von ihrer gedehnten Länge zu mindestens 50 Prozent rückverformen wird und nach dem vierten Zug zu 100 Prozent verformt (verdoppelte Länge). Elastizität kann auch beschrieben werden durch die „dauerhafte Verformung" der Faser. Dauerhafte Verformung ist das Gegenteil von Elastizität. Eine Faser wird bis zu einem bestimmten Punkt gedehnt und anschließend zur ursprünglichen Position vor dem Dehnen freigegeben und dann nochmals gedehnt. Der Punkt, an dem die Faser beginnt eine Last zu ziehen, wird als die prozentuale dauerhafte Verformung bezeichnet.
Für die homogen verzweigten linearen Ethylenpolymere die hierin verwendet werden korreliert die prozentuale dauerhafte Verformung mit der Dichte des ausgewählten Polymers. Im allgemeinen ist die dauerhafte Verformung umso kleiner, je kleiner die Dichte ist. Für Fasern die aus einem homogen verzweigten linearen Ethylen/α-Olefin-Polymer hergestellt werden und eine Dichte von weniger als 0,90 g/cm³ aufweisen ist die prozentuale dauerhafte Verformung kleiner oder gleich 50 Prozent (d. h. die Rückverformung ist mindestens 50 Prozent).
Für die hierin offenbarten neuen elastischen Fasern kann der Schmelzindex weit variiert werden, mit überraschenderweise geringem Einfluss auf die Elastizität der Fasern. Dies erlaubt mehr Designflexibilität für Stoffe und Endprodukte weil die Stärke und Rückstellkraft der Fasern und Stoffe unabhängig von der Elastizität verändert werden kann. Zum Beispiel kann die Rückstellkraft einer Faser eher durch Veränderung des Polymer-Schmelzindex (verringern des Schmelzindex vergrößert die Rückstellkraft) als des Faserdurchmessers verändert werden, wodurch eine bessere Optimierung des „Griffs" (z. B. Anfühlens) des Stoffs ermöglicht wird, mit der notwendigen Elastizitäts-/Stärkeleistung des Stoffs.
Die Form der Faser ist nicht begrenzt. Zum Beispiel besitzen typische Fasern eine runde Querschnittsflächenform, aber manchmal haben Fasern verschiedene Formen, wie beispielsweise eine trilobale Fläche oder eine flache (d. h. „band"artige) Form. Die hierin offenbarte Bikomponentfaser ist nicht durch die Form der Faser begrenzt.
Faserdurchmesser können auf verschiedene Arten gemessen und berichtet werden. Im Allgemeinen wird der Faserdurchmesser in denier pro Filament gemessen. Denier ist eine Textilbezeichnung die definiert ist als die Masse der Faser in Gramm pro 9000 Meter Länge dieser Faser (1 denier = 1/9 tex; 1 tex = 10^–6 kg·m^–1). Monofilament bezieht sich im Allgemeinen auf einen extrudierten Faden, der ein denier pro Filament größer als 15 (tex pro Filament größer als 1,7), für gewöhnlich größer als 30 (3,3) aufweist. Feindenierfaser bezieht sich im Allgemeinen auf eine Faser die ein denier von ungefähr 15 oder weniger besitzt. Microdenier (auch bekannt als Microfaser) bezieht sich im Allgemeinen auf Fasern mit einem Durchmesser nicht größer als ungefähr 100 Micrometer. Für die hierin offenbarten neuen elastischen Fasern kann der Durchmesser weit variiert werden, mit geringem Einfluss auf die Elastizität der Faser. Der Faserdenier kann jedoch angepasst werden, um zu den Fähigkeiten des Endprodukts zu passen und beträgt so bevorzugt: von 0,5 bis 30 denier/Filament (0,06 bis 3,3 tex/Filament) für schmelzgeblasenes; von 1 bis 30 denier/Filament (1/9 bis 3,3 tex/Filament) für spinnverbundenes; und von 1 bis 20 000 denier/Filament (1/9 bis 2222,2 tex/Filament) für kontinuierlich gewickeltes Filament.
Aus den neuen Bikomponentfasern hergestellte Stoffe beinhalten sowohl gewebte als auch nichtgewebte Stoffe. Nichtgewebte Stoffe können unterschiedlich hergestellt werden, umfassend spunlaced (oder hydrodynamisch verfilzte) Stoffe wie in USP 3,485,706 (Evans) und USP 4,939,016 (Radwanski et al.) offenbart; durch Kämmen und thermisches Verbinden von Heftfasern, durch Spinnverbinden von kontinuierlichen Fasern in einem kontinuierlichen Betrieb oder durch Schmelzblasen von Fasern zu Stoffen und anschließendes Kalandern oder thermisches Verbinden des resultierenden Gewebes. Diese verschiedenen Herstellungsverfahren für nichtgewebte Stoffe sind dem Fachmann gut bekannt und die Offenbarung ist nicht auf eine bestimmte Methode begrenzt. Andere aus solchen Fasern hergestellte Strukturen sind ebenfalls im Rahmen der Erfindung inbegriffen, beinhaltet sind zum Beispiel Mischungen dieser neuen Fasern mit anderen Fasern (z. B. Polyethylenterephthalat (PET) oder Baumwolle).
Wie in den Ansprüchen hierin verwendet bedeutet die Bezeichnung „im wesentlichen bestehend aus", dass sowohl die homogen verzweigten linearen Ethylen- als auch α-Olefin-Polymere, die zur Herstellung der Fasern und Stoffe verwendet werden, zusätzliche Materialien aufweisen können, welche die Elastizität der Fasern oder Stoffe nicht wesentlich beeinflussen. Solche nützlichen nicht einschränkenden additiven Materialien beinhalten Pigmente, Antioxidantien, Stabilisatoren, Benetzungsmittel (z. B. wie in USP 4,486,552 (Niemann), USP 4,578,414 (Sawyer et al.) oder USP 4,835,194 ( Bright et al.) offenbart).
Endprodukte
Endprodukte, die unter Verwendung der hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und Stoffe für Ausführungen, wo die Bikomponentfaser elastisch ist, hergestellt werden können beinhalten zusammengesetzte Stoffprodukte (z. B. Windeln), die elastische Anteile benötigen. Beispielsweise werden elastische Teile in Taillenbandteilen von Windeln benötigt um zu verhindern, dass die Windel herunterfällt und in Beinbandteilen um das Auslaufen zu verhindern (wie in USP 4,381,781 (Sciaraffa) gezeigt). Oft fördern die elastischen Anteile bessere Formanpassungs- und/oder Befestigungssysteme für eine gute Kombination aus Komfort und Zuverlässigkeit. Die hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und Stoffe können auch Strukturen erzeugen, welche Elastizität mit Atmungsfähigkeit verbinden.
Die hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und Stoffe können auch in verschiedenen Strukturen, wie in USP 2,957,512 (Wade) beschrieben, verwendet werden. Zum Beispiel kann Schicht 50 der in USP 2,957,512 beschriebenen Struktur (d. h. die elastische Komponente) durch die neuen Bikomponentfasern und Stoffe ersetzt werden, besonders wo flache, gefaltete, gekreppte, etc., nichtelastische Materialien zu elastischen Strukturen gemacht werden. Befestigung der neuen Bikomponentfasern und/oder Stoffe an nichtelastischen Fasern, Stoffen oder anderen Strukturen kann durch Schmelzverbinden oder mit Klebern durchgeführt werden. Geraffte oder gekräuselte elastische Strukturen können aus den neuen Bikomponentfasern und/oder Stoffen und nichtelastischen Komponenten durch Falten der nichtelastischen Komponente (wie in USP 2,957,512 beschrieben) vor dem Befestigen, Vordehnen der elastischen Komponente vor dem Befestigen oder Wärmeschrumpfen der elastischen Komponente nach dem Befestigen, hergestellt werden.
Die hierin beschriebenen neuen Bikomponentfasern können auch in einem Spunlace- (oder hydrodynamischen Verfilz-) Verfahren verwendet werden, um neue Strukturen zu erzeugen. Zum Beispiel offenbart USP 4,801,482 (Goggans) eine elastische Folie (12), welche jetzt mit den hierin beschriebenen neuen Bikomponentfasern/Stoffen hergestellt werden kann.
Kontinuierliche Bikomponentfasern wie hierin beschrieben könnten auch in gewebten Anwendungen verwendet werden wo hohe Spannkraft erwünscht ist.
Die hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und Stoffe besitzen auch regulierbare Zähigkeit und Rückstellkraft was, wenn benötigt, Designflexibilität für variable Rückstellkraft in demselben Kleidungsstück ermöglicht wie beispielsweise in USP 5,196,000 (Clear et al.) beschrieben.
USP 5,037,416 (Allen et al.) beschreibt die Vorteile einer formanpassenden Deckfolie unter Verwendung elastischer Bänder (siehe Mitglied 19 von USP 5,037,416). Die neuen Bikomponentfasern könnten die Funktion von Mitglied 19 aus USP 5,037,416 leisten oder sie könnten in Stoffform für die Bereitstellung der gewünschten Elastizität verwendet werden.
Zusammensetzungen, die lineares Polyethylen oder copolymeres Polyethylen mit sehr hohem Molekulargewicht verwenden, profitieren auch von den hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern. Zum Beispiel besitzen die Bikomponentfasern einen niedrigen Schmelzpunkt (wobei der Schmelzpunkt des Polymers im Wesentlichen linear mit der Polymerdichte zusammenhängt), sodass in einer Mischung aus den neuen Bikomponentfasern und Polyethylenfasern mit sehr hohem Molekulargewicht (z. B. Spectra^TM Fasern, hergestellt von Allied Chemical), wie in USP 4,584,347 (Harpell et al.) beschrieben, die tiefer schmelzenden elastischen Fasern sich mit den Polyethylenfasern mit hohem Molekulargewicht verbinden, ohne dass die Fasern mit hohem Molekulargewicht geschmolzen werden, wodurch die hohe Stärke und Intaktheit der Faser mit hohem Molekulargewicht erhalten bleibt.
In USP 4,584,347 wird beschrieben, dass das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des verwendeten Polyethylens mindestens 500 000 (6 IV), bevorzugt mindestens 1 000 000 (10 IV), und mehr bevorzugt zwischen 2 000 000 (16 IV) und 8 000 000 (42 IV) beträgt. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des verwendeten Polypropylens beträgt mindestens 750 000 (5 IV), bevorzugt mindestens 1 000 000 (6 IV), mehr bevorzugt mindestens 1 500 000 (9 IV) und am meisten bevorzugt zwischen 2 000 000 (11 IV) und 8 000 000 (33 IV). Die IV Zahlen repräsentieren intrinsische Viskosität des Polymers in Dekalin bei 135°C.
In USP 4,981,747 (Morman) kann durch die hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und/oder Stoffe die elastische Folie 122 ersetzt werden, welche ein zusammengesetztes elastisches Material, beinhaltend ein reversibel eingeschnürtes Material, bildet.
Die neuen Bikomponentfasern können auch eine schmelzgeblasene elastische Komponente sein, wie in Referenz 6 der Zeichnungen von USP 4,879,170 (Radwanski) beschrieben. USP 4,879,170 beschreibt allgemein elastisches Coform-Material und Herstellungsverfahren.
Elastische Platten können auch aus den hierin offenbarten neuen Bikomponentfasern und Stoffen gemacht werden und können beispielsweise verwendet werden als Mitglieder 18, 20, 14, und/oder 26 von USP 4,940,464 (Van Gompel). Die hierin beschriebenen neuen Bikomponentfasern und Stoffe können auch als elastische Komponenten von zusammengesetzten Seitenplatten (z. B. Schicht 86 von USP 4,940,464) verwendet werden.
Versuche
Fasern wurden hergestellt durch Extrudieren des Polymers unter Verwendung eines Extruders mit einem Durchmesser von einem Inch (2,54 cm), der eine Zahnradpumpe füttert. Die Zahnradpumpe schob das Material durch ein Spinnpaket, das einen 40 Micrometer (durchschnittliche Porengröße) gesinterten flachen Metallfilter und eine 34-Loch-Spinndüse beinhaltet. Die Spinndüsenlöcher hatten einen Durchmesser von 400 Micrometern und eine Landlänge (d. h. Länge/Durchmesser oder L/D) von 4/1. Die Zahnradpumpe wurde so betrieben, dass ungefähr 0,39 Gramm des Polymers pro Minute durch jedes Loch der Spinndüse extrudiert wurden. Die Schmelztemperatur des Polymers betrug typischerweise ungefähr 204°C, variierte aber abhängig von dem Molekulargewicht des Polymers das gesponnen wurde. Im Allgemeinen ist die Schmelztemperatur umso höher, je höher das Molekulargewicht ist. Quenchluft (geringfügig oberhalb Raumtemperatur (ungefähr 25°C)) wurde verwendet um dabei zu helfen, die schmelzgesponnenen Fasern zu kühlen. Die Quenchluft befand sich direkt unter der Spinndüse und blies Luft über die Faserlinie sowie sie extrudiert wurde. Die Quenchluftflussrate war niedrig genug, sodass sie in der Gegend der Faser unter der Spinndüse mit der Hand kaum gefühlt werden konnte. Die Fasern wurden auf einer Zwickelrolle gesammelt, die einen Durchmesser von ungefähr 6 Inch (15,24 cm) aufwies. Die Zwickelrollengeschwindigkeit war einstellbar, aber für die hierin demonstrierten Experimente betrug die Zwickelrollengeschwindigkeit ungefähr 1500 Umdrehungen/Minute. Die Zwickelrolle befand sich etwa 3 Meter unterhalb der Spinndüsenform.
Die Fasern wurden mit einer Instron Zugfestigkeitstestvorrichtung getestet, die mit einem kleinen Plastikkiefer an dem Querhaupt (der Kiefer hat ein Gewicht von ungefähr sechs Gramm) und einer 500 Gramm Lastzelle ausgerüstet war. Die Kiefer wurden 1 Inch (2,54 cm) entfernt voneinander angebracht. Die Querhauptgeschwindigkeit wurde auf 5 Inch/Minute (12,7 cm/Minute) eingestellt. Eine einzige Faser wurde in die Instron Kiefer zum Testen eingeladen. Die Faser wurde dann auf 100 Prozent Verformung gedehnt (d. h. es wurde um ein weiteres Inch (2,54 cm) gedehnt), wobei die Zähigkeit aufgenommen wurde. Der Faser wurde erlaubt zu der ursprünglichen Instron Einstellung zurückzukehren (in der die Kiefer wieder 1 Inch (2,54 cm) entfernt voneinander waren) und die Faser wurde erneut gezogen. An dem Punkt, an dem die Faser begann Druckwiderstand zu leisten wurde die Verformung aufgezeichnet und die prozentuale dauerhafte Verformung wurde berechnet. In einem Beispiel stellte eine Faser die zum zweiten Mal gezogen wurde keinen Druckwiderstand bereit (d. h. Ziehen einer Last) bis sie sich um 0,1 Inch (0,25 cm) bewegt hatte. Auf diese Weise wurde die prozentuale dauerhafte Verformung als 10 Prozent berechnet, d. h. der Prozentsatz der Verformung bei dem die Faser beginnt Druckwiderstand zu leisten. Der numerische Unterschied zwischen der prozentualen bleibenden Verformung und 100 Prozent ist als die prozentuale elastische Rückverformung bekannt. Somit wird eine Faser, welche eine dauerhafte Verformung von 10 Prozent aufweist eine elastische Rückverformung von 90 Prozent aufweisen. Nach der Aufzeichnung der prozentualen dauerhaften Verformung wurde die Faser auf 100 Prozent Verformung gezogen und die Zähigkeit aufgezeichnet. Der Faserzugvorgang wurde mehrere Male wiederholt, wobei jedes Mal die prozentuale dauerhafte Verformung aufgenommen wurde und die 100 prozentige Verformungszähigkeit ebenfalls aufgenommen wurde. Schließlich wurde die Faser bis zu ihrem Bruchpunkt gezogen und die endgültige Bruchzähigkeit und Verlängerung wurden aufgenommen.
Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 3–12
Beispiele 1 und 2 werden bereitgestellt, um technische Information zu vermitteln aber fallen nicht in den Rahmen der vorliegenden Ansprüche.
Beispiel 1 wurde aus einem homogen verzweigten Ethylen/Buten Copolymer der Handelsmarke TAFMER^TM A20090 hergestellt, welches von Mitsui Petrochemical hergestellt wurde.
Beispiel 2 wurde aus einem homogen verzweigten Ethylen/Buten Copolymer der Handelsmarke EXACT^TM 4023 hergestellt, welches von Exxon Chemical Corporation hergestellt wurde.
Tabelle 1 fasst die Daten der prozentualen bleibenden Verformung für schmelzgesponnene Fasern (d. h. kein weiteres mechanisches Ziehen) für die Beispiele 1 und 2 zusammen. Die prozentuale dauerhafte Verformung wurde erhalten durch fünfmaliges Ziehen jeder Faser auf 100 Prozent Verformung, an welchem Punkt die prozentuale bleibende Verformung, wie früher in dieser Offenbarung beschrieben, aufgenommen wurde.
Tabelle 1
Beispiele 1 und 2 wurden auf einfache Weise zu Faser gemacht und hatten weniger dauerhafte Verformung (mehr Rückverformung) als die vergleichbaren Beispiele 3–7. Das Beispiel 2 mit geringerer Dichte hatte elastische Eigenschaften, die mit denen der Vergleichsbeispiele 8–11 konkurrieren, welche zur Zeit entweder alleine oder in Kombination mit traditionellen nichtelastischen Polymeren (z. B. Polypropylen oder heterogen verzweigte lineare Ethylenpolymere) kommerziell verwendet werden.
Vergleichsbeispiele 3–7 sind schmelzgesponnene Fasern aus konventionellen heterogen verzweigten Ethylen/1-Okten Polymeren (wie beispielsweise DOWLEX^® Polyethylen und ASPUN^® Fasergrad Harze, beide hergestellt von The Dow Chemical Company).
Vergleichsbeispiel 8 ist ein Satz von Gummifasern/Streifen hergestellt von JPS Corp.
Vergleichsbeispiel 9 ist Lycra^TM Faser (hergestellt von DuPont).
Vergleichsbeispiele 10, 11 und 12 sind elastische Komponenten von Huggies^TM Anziehwindeln (hergestellt von Kimberly Clarc Corp.). Nachdem der Polypropylenstoff von den elastischen Seitenplatten abgestreift war wurde ein Satz von dünnen Streifen von den elastischen Seitenplatten der Windeln abgeschnitten und als Vergleichsbeispiel 10 getestet, um die Leistung einzelner Fasern zu simulieren.
Die elastischen Fasern von dem Taillenband der Windeln wurden (durch Infrarot) als Polyurethan identifiziert und wurden als Vergleichsbeispiel 11 getestet.
Von den abgestreiften elastischen Seitenplatten abgeschnittener Stoff wird Vergleichsbeispiel 12 genannt und hatte ein Basisgewicht von ungefähr 0,64–0,69 Gramm/Quadratinch (0,10–0,11 g/cm²). Vergleichsbeispiel 12 wurde in Übereinstimmung mit der Methode, die für das Testen der Fasern verwendet wurde (aber durch Verwendung von einem quadratischen ein Inch (2,54 cm) mal ein Inch (2,54 cm) großen Stück Stoff) getestet und hatte eine prozentuale dauerhafte Verformung von ungefähr 2 Prozent nach dem ersten Ziehen und eine prozentuale dauerhafte Verformung von ungefähr 3 Prozent nach dem vierten Ziehen.
Tabelle 2 fasst die Daten zusammen, welche für Fasern der Vergleichsbeispiele 3–11 erhalten wurden:
Tabelle 2

Claims

Bikomponentfaser umfassend mindestens eine Komponente, die im wesentlichen aus mindestens einem homogen verzweigten linearen Ethylenpolymer zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie a) eine Dichte von weniger als 0,90 g/cm³, b) eine Molekulargewichtsverteilung M_w/M_n von 1,5 bis 2,5 und c) eine prozentuale Rückverformung von mindestens 50% aufweist.
Bikomponentfaser nach Anspruch 1, wobei das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer ein Copolymer von Ethylen mit einem C₃-C₂₀α-Olefin ist.
Bikomponentfaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer ein Copolymer von Ethylen mit 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten oder 1-Okten ist.
Bikomponentfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das homogen verzweigte lineare Ethylenpolymer dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Dichte von 0,85 bis 0,89 g/cm³ aufweist.
Bikomponentfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Mantel/Kern-Bikomponentfaser oder eine Seite-an-Seite-Bikomponentfaser handelt.
Bikomponentfaser nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mantel/Kern-Bikomponentfaser ist, wobei das mindestens eine homogen verzweigte lineare Ethlyenpolymer sich im Kern oder im Mantel der Bikomponentfaser befindet.
Bikomponentfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine kreisförmige, trilobale oder flache Querschnittsflächenform aufweist.
Bikomponentfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Monofilament-Faser, feindenier Faser oder microdenier Faser handelt.
Gewebter Gegenstand, der die Bikomponentfaser eines der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Nichtgewebter Gegenstand, der die Bikomponentfaser eines der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Nichtgewebter Gegenstand nach Anspruch 10, wobei die Bikomponentfaser mit einer anderen Faser gemischt ist.
Nichtgewebter Gegenstand nach Anspruch 10, wobei die Bikomponentfaser mit Poly(ethylenterephthalat)- oder Baumwollfasern gemischt ist.