DE69926257T2

DE69926257T2 - Über eine richtung bei niedriger temperatur gestreckte vliesstoffe aus multipolymerfasern und diese enthaltende elastische stoffe und absorbierende wegwerfartikel

Info

Publication number: DE69926257T2
Application number: DE69926257T
Authority: DE
Inventors: DeWayne Barry MEECE; Edward Thomas QUANTRILLE
Original assignee: BBA Nonwovens Simpsonville Inc
Current assignee: Fitesa Simpsonville Inc
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: JP3775726B2; US20020022424A1; US20010008675A1; US20020039637A1; BR9915034B1; KR20010090802A; US6849324B2; EP1131479B1; BR9915034A; WO2000028122A1; EP1131479A1; JP2002529616A; CA2348469A1; KR100455073B1; AU1337300A; DE69926257D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft elastifizierte Kompositstoffe zur Nutzung in absorbierenden Wegwerfartikeln und auf Komponenten dieser Stoffe.
Hintergrund der Erfindung
Wegwerfwindeln sind absorbierende Kompositartikel, die kreiert sind, um um den unteren Torso als Unterwäsche bei inkontinenten Personen und bei Säuglingen und jungen Kindern vor dem Toilettentraining getragen zu werden. Wegwerfwindeln enthalten typischerweise ein flüssigkeitsundurchlässiges Back Sheet als äußere Oberfläche der Windel, ein flüssigkeitsdurchlässiges Topsheet als innere Oberfläche der Windel, um es benachbart zur Haut des Trägers anzuordnen, und einen absorbierenden Kern, der zwischen dem Topsheet und dem Back Sheet zum Absorbieren von Urin und anderen Flüssigkeiten angeordnet ist.
Ein Bereich von Wichtigkeit in der Entwicklung und Konstruktion von den modernen Wegwerfwindeln liegt darin, den Komfort des Trägers und das Passverhalten der Windel während der Nutzungsperiode der Windel aufrechtzuerhalten, besonders bei aktiven Säuglingen und jungen Kindern.
Um die Passung und den Komfort der Windel zu verbessern und um zu unterstützen, eine Leckage aus der Windel auszuschließen können Wegwerfwindeln elastifizierte Komponenten enthalten, wie elastifizierte Bauchbünde, Beinbündchen und Seitenbahnen. Beispiele von elastifizierten Komponenten, die nützlich in Wegwerfwindeln sind, werden in der US 5,242,436 , in der US 4,981,747 , in der US 5,114,781 , in der US 5,244,482 und der EP 127 483 beschrieben.
Es wäre wünschenswert, alternative elastische Kompositlaminate zur Verfügung zu stellen, die verbesserte Eigenschaften haben, vielseitiger wären, oder weniger Aufwand zur Herstellung benötigen würden. Es wäre wünschenswert, Vlieslagen zu entwickeln für elastische Kompositlaminate, die fest genug sind, den Einflüssen von inkrementalen mechanischen Verstreckungen in Windelkonstruktionen zu widerstehen, wo es wünschenswert ist, elastomerische Fasern oder Baumwollstoffe zur Atmungsfähigkeit anstatt Filme zu nutzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Vliesbahn aus Multipolymerfasern zur Verfügung, ein Verfahren zur Herstellung der Bahn, ein elastisches Kompositlaminat, das die Bahn und eine elastische Komponente enthält, und einen absorbierenden Wegwerfartikel, welcher das elastische Kompositlaminat der Erfindung enthält. Das Laminat ist zur Nutzung in absorbierenden Wegwerfartikeln geeignet, inklusive der Nutzung als elastifizierte Seitenbereiche in Windeln, die inkrementalem mechanischen Verstrecken ausgesetzt sind, um das Topsheet und das Back Sheet zu aktivieren. Das Laminat ist auch zur Nutzung als ein diskretes verstreckbares Element geeignet, das zu den Seitenkanten des Hauptkörpers eines Kleidungsstückes, inklusive einer Windel, angefügt ist und außergewöhnliche gewebeähnliche Griffigkeit hat.
Die Vliesstoffbahn ist aus Multipolymerfasern gemacht, die im Wesentlichen in eine Richtung orientiert sind. Eine Vielzahl an diskreten Verbindungspunktgebieten überall entlang der Bahn bindet die Fasern zusammen. Die Verbindungspunktgebiete sind in die Bahn eingelassen zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Bahn und sind von einer verzogenen, nicht planaren Konfiguration, die sich generell in die z-Achsenrichtung der Bahn erstrecken, die Bahn hat eine Dehnbarkeit in eine Richtung von zumindest 100 Prozent, wenn eine Last von 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm) oder weniger in diese eine Richtung aufgebracht ist.
Die Multipolymerfasern sind höchst reckfähig. Die Bahn kann zum Orientieren der Fasern in eine oder in die andere der Maschinenrichtung oder der Quermaschinenrichtung verstreckt werden, um im Wesentlichen die Bruchdehnung der Bahn bei Höchstlast in einer Richtung senkrecht zu der Dehnung der Bahn zu erhöhen, und um die Reißfestigkeit der Bahn in der Richtung der Dehnung zu erhöhen. Die Bahn kann in Abwesenheit einer Wärmebehandlung verstreckt werden, das bedeutet, dass die Bahn bei einer Temperatur von etwa 35 bis 150 Grad Fahrenheit (2 bis 65 Grad Celsius) verstreckt werden kann. Üblicherweise wird die Bahn bei einer Umgebungstemperatur von etwa 65 bis 110 Grad Fahrenheit (18 bis 43 Grad Celsius) verstreckt.
Vor dem Verstrecken wird die Bahn typischerweise eine Dehnung bei Höchstlast haben in zumindest einer der Maschinenrichtung oder der Quermaschinenrichtung von zumindest 70 Prozent. Mechanisches Verstrecken dehnt die Bahn permanent und entwickelt einen hohen Grad an Streckbarkeit in die Richtung senkrecht zu der Dehnung der Bahn. Die Dehnung bei Höchstlast in die Richtung senkrecht zu der Richtung des Verstreckens ist um einen Faktor von zumindest ungefähr 2 : 1 erhöht, und in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung um einen Faktor von mehr als 4 : 1. Elastische Kompositstoffe hergestellt mit der Vliesstoffbahn gemäß der Erfindung können üblicherweise bis zu der elastischen Grenze der elastischen Komponente verstreckt werden, da die Bahn üblicherweise geeignet ist, weiter verstreckt zu werden. Die Bahn ist wesentlich gestärkt und unterzieht sich keiner Verdünnung und Schaden während inkrementalem mechanischen Verstrecken.
Die Multipolymerfasern können mit verschiedenen Polymeren in diskrete strukturelle Gebiete gebildet werden oder aus einer Mischung von Polymeren die mischbar, unmischbar oder eine Mischung aus mischbaren und nicht mischbaren Polymeren ist. Eine Mischung kann ebenfalls als eine Komponente in einer Multipolymerfaser genutzt werden, die diskrete strukturelle Bereiche bildet. In einer Ausgestaltung sind die Polymere nicht mischbar und miteinander gemischt, um eine dominante kontinuierliche Phase und zumindest eine disperse Phase zu bilden. Beispielhafte nicht mischbare Polymere beinhalten Polyethylen, beinhaltend lineares Polyethylen niedriger Dichte, und Polypropylen. Diese Polymere werden normalerweise als nicht elastisch betrachtet. Jedes Polymer kann die dominante kontinuierliche Phase sein. Die Mischung kann auch eine elastische Komponente beinhalten. Die bevorzugte Mischung enthält eine dritte Komponente, die zumindest teilweise mit den zwei Phasen mischbar ist und der Mischung hochdehnfähige Eigenschaften gibt.
Ein Beispiel für eine passende Mischung zur Herstellung multipolymerer Fasern ist:
isotaktisches Polypropylen vorliegend mit einem Anteil von etwa 65 bis 80 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Mischung;
lineares Polyethylen niedrigerer Dichte vorliegend in einer Menge von etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Mischung; und
ein Block- oder gepropftes Polyolefin-Copolymer oder -Terpolymer, welches zumindest einen Teil der Kette davon mischbar mit dem isotaktischen Polypropylen hat, und wobei das Block- oder gepropfte Polyolefin-Copolymer oder -Terpolymer in einer Menge anwesend ist von etwa 15 bis 30 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Mischung.
Beispiele dieser Block- oder gepropften Polyolefin-Copolymere sind die kommerziell erhältlichen Catalloy^TM Copolymere, welches von Montell erhältlich sind.
Die Multipolymerfasern können kontinuierliche spinngebundene Filamente, kardierte diskontinuierliche Stapelfasern und schmelzgeblasene Fasern sein. Üblicherweise wird die Bahn aus kontinuierlichen spinngebundenen Filamenten gebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Erfindung einen Kompositstoff, der zumindest eine Lage einer elastomerischen Komponente mit zumindest einer Lage der Vliesstoffbahn verbunden hat, die oben beschrieben ist. Die elastomerische Komponente kann aus elastischen Fasern, Baumwolle, elastischen Filmen, und luftdurchlässigen elastischen Filmen ausgewählt werden. Der Stoff kann gekräuselt werden in die Richtung, in die die Vliesstoffbahnkomponente vorher permanent gestreckt worden ist durch Anordnen der Bahn zu der verstreckten elastischen Komponente und anschließendem Entspannen der elastischen Komponente in der Weise, wie sie aus der US 5,114,781 hervorgeht.
In wiederum einer anderen Ausgestaltung weist die Erfindung ein Verfahren zum wesentlichen Steigern der Dehnung bei Höchstlast einer gebundenen Vliesstoffbahn auf, wobei eine Bahn aus Multipolymerfasern hergestellt wird und anschließend in eine der Richtungen der Maschinenrichtung oder Quermaschinenrichtung bei einer Temperatur von etwa 35 bis 150 Grad Fahrenheit (2 bis 65 Grad Celsius) verstreckt wird, um die Bahn permanent zu dehnen. Die Dehnung bei Höchstlast der Bahn in die Richtung senkrecht zu der Verstreckungsrichtung ist wesentlich erhöht. Das Verfahren kann den zusätzlichen Schritt enthalten, sofern gewünscht, dass die Bahn gegen ein Wiederzusammenziehen der Fasern stabilisiert wird durch ein leichtes Bonding der verstreckten Bahn, normalerweise durch die Anwendung von Hitze und Druck.
Auf diese Weise stellt die Erfindung einen elastischen Kompositstoff mit kleidungsähnlicher Eigenschaft und guten Abdeckcharakteristika zur Verfügung, der geeignet ist zur Nutzung in absorbierenden Wegwerfartikeln, insbesondere als elastisches Seitenelement in Windeln, einerseits als diskretes Stück, das an den Hauptkörper des Bekleidungsstückes angefügt ist, oder in Laminaten, die zwischen dem Topsheet und dem Back Sheet angeordnet sind. Die Vliesstoffbahnkomponente des Kompositstoffes hat die Festigkeit, sich gut beim inkrementalen Verstrecken zu verhalten. Die Bahn kann permanent in eine Richtung gedehnt werden, um eine wesentliche Fähigkeit zum Verstrecken in eine Richtung senkrecht zu der Dehnungsrichtung aufzuprägen, alles in der Abwesenheit einer Wärmebehandlung.
Kurze Beschreibung der Figuren
Einige der Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind erwähnt worden. Andere werden klar, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren und mikroskopischen Aufnahmen gesehen werden, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Teil einer gebundenen Vliesstoffbahn aus Multipolymerfasern vor dem Verstrecken gemäß der Erfindung ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Vliesstoffbahn von 1, nachdem die Vliesstoffbahn permanent gemäß der Erfindung gedehnt worden ist und durch Anwendung eines leichten Verbindens stabilisiert wurde;
3 ist ein Schema eines beispielhaften Verfahrens zum permanenten Verstrecken einer gebundenen Vliesstoffbahn aus Multipolymerfasern in Maschinenrichtung;
4 ist ein Ausschnitt einer Aufsicht eines Teils des Schemas aus 3 entlang der Linie 4-4 und zeigt die Reduktion in Querrichtung der Breite der Bahn, wenn die Bahn verstreckt ist;
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Laminates aus zwei Vliesstoffbahnen gemäß der Erfindung wie in 2 gezeigt mit elastomerischen Fasern (Strands), die zwischen den beiden Bahnen angeordnet sind;
6 ist eine ebene Ansicht einer relevanten Struktur einer Wegwerfwindel gemäß der Erfindung, die die äußere Oberfläche des Back Sheets dem Betrachter zeigt;
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausschnittes aus der Windel von 6, der die Anordnung eines Kompositstoffes gemäß der Erfindung in der Windel zeigt;
8 ist eine mikroskopische Aufnahme bei fünffacher Vergrößerung einer punktverbundenen Spinnvliesbahn aus Multipolymer-kontinuierlichen Filamenten vor einem Verstrecken gemäß der Erfindung;
9 ist eine mikroskopische Darstellung, die die Bahn aus 8 bei 20facher Vergrößerung zeigt;
10 ist eine mikroskopische Aufnahme bei fünffacher Vergrößerung, die eine punktgebundene Spinnvliesbahn aus Multipolymer-kontinuierlichen Filamenten nach Verstreckung in Maschinenrichtung mit anschließendem leichten Verbinden zur Stabilisierung der gestreckten Bahn gegen ein Zusammenziehen zeigt;
11 ist eine mikroskopische Aufnahme, die die Bahn aus 10 bei 20facher Vergrößerung zeigt;
12 ist eine mikroskopische Aufnahme bei 20facher Vergrößerung eines Schnittes einer punktgebundenen Spinnvliesbahn aus Multipolymer-kontinuierlichen Filamenten vor einem Verstrecken gemäß der Erfindung und zeigt eine Punktbindung, die horizontal orientiert in dem Körper des Stoffes vorliegt; und
13 ist eine mikroskopische Aufnahme bei 20facher Vergrößerung eines Schnittes durch eine punktgebundene Spinnvliesbahn aus Multipolymer kontinuierlichen Filamenten, nachdem die Bahn verstreckt worden ist gemäß der Erfindung und eine Punktbindung zeigt, die eine vertikale Orientierung in dem Stoff als Resultat der Verstreckung erhalten hat.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird mit besonderem Bezug zu den Figuren beschrieben, in welchen beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt sind. Es ist jedoch verständlich, dass der Fachmann, an den sich diese Erfindung richtet, spezifische Details, die beschrieben sind, modifizieren mag, während er weiterhin die Erfindung nutzt. Die Beschreibung soll als eine breite Lehre der Erfindung verstanden werden, die sich an die Fachmänner in den anwendbaren Techniken richtet.
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Bereiches einer gebundenen Spinnvliesbahn 20 vorbereitet aus Multipolymerfasern. Die Vliesstofffaser-Bahn, dargestellt in 1, soll in verallgemeinerter Weise berücksichtigt werden, um generell ebene Strukturen zu enthalten, die relativ flach, flexibel und porös sind, und Multipolymerstapelfasern oder kontinuierliche Filamente aufweisen. Der Vliesstoff kann kardiert, spinngebunden, nassgelegt (wet laid), luftgelegt (air laid) oder schmelzgeblasen (meltblown) sein. Normalerweise, vor dem Verstrecken, wird die Bahn eine Dehnung bei Höchstlast in zumindest einer der Maschinenrichtung oder der Quermaschinenrichtung von zumindest 70 Prozent aufweisen. In der dargestellten Ausgestaltung ist die Vliesstofffaser-Bahn ein spinngebundenes Vlies, das Multipolymer-spinnkontinuierliche Filamente aufweist. Die Filamente sind miteinander an diskreten Verbindungsbereichen 22 verbunden, die über den gesamten Stoff verteilt sind, um eine einheitliche, kohärente Vliesstoffbahn zu bilden.
8 ist eine mikroskopische Darstellung bei fünffacher Vergrößerung, die einen punktgebundenen Vliesstoff aus spinngebundenen kontinuierlichen Multipolymerfilamenten zeigt. Die gleiche Bahn ist in 9 bei 20facher Vergrößerung dargestellt. Die einzelnen Filamente und die verdichteten Bereiche der Punktverbindung sind von Bedeutung. Wie aus der mikroskopischen Aufnahme hervorgeht, sind die Punktverbindungen eben und liegen in der Ebene der Bahn. Die Punktverbindungsgebiete 22 weisen diskrete Bereiche auf, wo die Filamente durch die Anwendung von Hitze und Druck schweißverbunden worden sind. In der illustrierten Ausgestaltung sind die Verbindungsgebiete 22 punktverbunden, jedoch könnten andere bekannte Konfigurationen oder Formen angewendet werden, enthaltend Linien oder andere Muster.
Die Multipolymerfasern gemäß der Erfindung sind bevorzugt überwiegend aus Polymeren geformt, die üblicherweise als nicht elastisch betrachtet werden. Nützliche Polymerkombinationen zur Nutzung in der Anwendung der Erfindung werden in der veröffentlichten Internationalen PCT-Anmeldung PCT/US95/15257, angemeldet am 22. November 1995 mit dem Titel „Extensible Composite Nonwoven Fabrics" nahegebracht. Die Inhalte dieser Anmeldung und die darin enthaltenen Lehren sind hiermit in ihrer Gesamtheit in die Offenbarung durch Verweis aufgenommen.
Der Begriff "Multipolymere Fasern" beinhaltet Stapelfilamente und kontinuierliche Filamente, die aus Mischungen von zwei oder mehr Polymeren und von zwei oder mehr Polymeren hergestellt sind, die in diskreten strukturellen Bereichen in der Faser vorliegen. Im Rahmen der Erfindung wird der Begriff "Polymer" in einem allgemeinen Sinne genutzt und ist gedacht, Homopolymere, Copolymere, gepropfte Copolymere, und Terpolymere zu enthalten. Der Begriff Mischung ist ebenfalls in einer allgemeinen Weise hier genutzt und ist ausgelegt, nicht mischbare und mischbare Polymermischungen zu enthalten. Die Polymere sind als "nicht mischbar" betrachtet, wenn sie in separaten, unterscheidbaren Phasen im geschmolzenen Zustand existieren; alle anderen Mischungen werden als "mischbar" verstanden. Es ist verständlich, dass verschiedene Bereiche an Mischbarkeit existieren können, und dass diese ebenfalls im Bereich des Schutzumfanges dieser Erfindung enthalten sind.
Mischungen mit mehr als zwei Polymeren können ebenfalls genutzt werden, enthaltend solche mit drei oder mehr Polymerkomponenten. Beide – nicht mischbare und mischbare – Polymere können zu einer Zweikomponentenmischung hinzugegeben werden, um zusätzliche Eigenschaften oder Vorzüge im Zusammenhang mit Mischkompatibilität, Viskosität, Polymerkristallinität oder Phasendomaingröße zu bewirken.
Da die in der Erfindung angewendeten Polymere einer Extrusion ausgesetzt werden, sind üblicherweise Stabilisierer und Antioxydanzien zu den Polymeren hinzugefügt. Andere Additive können im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls hinzugegeben werden. Zum Beispiel können inorganische Additive sowie Titaniumdioxid, Talk, Lieselerde (Fumed Silica) oder Ruß. Das Polymerharz kann ebenso andere Additive enthalten, sowie andere Polymere, Weichmacher oder Verdünnungsmittel (Diluents), Kompatibilsierer, Antiblocking Agents, Beeinflussungs-Modifikatoren (Impact Modifiers), Plastifizierer, UV-Stabilisierer, Pigmente, Delusterants, Schmiermittel, Benetzungsmittel, antistatische Mittel, nukleierende Mittel, rheologische Veränderer, Wasser- und Alkoholabweisende, und Derartige. Es ist ebenso angedacht, dass Additivmaterialen, die einen Effekt auf die Herstellung oder die Produkteigenschaften haben, wie auf die Extrusion, das Quenching, das Verstrecken, die Ablage, statische und/oder elektrische Eigenschaften, das Verbinden, Benetzungseigenschaften oder Abweisungseigenschaften, ebenfalls in Kombination mit der Mischung eingesetzt werden können. Im Besonderen können polymerische Additive ebenfalls genutzt werden, die spezifische Vorteile einerseits zur Herstellung und/oder zur Endnutzung bewirken.
Die Multipolymerfasern sind üblicherweise aus zwei oder mehr Polymeren geformt. Die Polymere der Mischung können mischbar, nicht mischbar, oder eine Kombination von mischbaren und nicht mischbaren Polymeren sein. In einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung können die Polymere als eine dominante kontinuierliche Phase und zumindest als eine im Wesentlichen diskontinuierliche disperse Phase vorhanden sein. In dem Falle, wo Mischungen als eine dominante, kontinuierliche Phase und als zumindest als eine diskontinuierliche Phase existieren, können ebenfalls andere Polymere vorhanden sein, die entweder mischbar in einer oder der anderen oder beiden Polymerphasen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Multipolymerfasern aus einer Polymermischung geformt, die ein Polymer mit relativ niedrigem Modul und mit zumindest einem Polymer höheren Moduls (Modulus) enthält. Man glaubt, dass diese Kombination insbesondere wertvoll ist, wenn das Polymer mit niedrigem Modul die dominante Phase ist und das Polymer des höheren Moduls darin dispergiert ist. Es wird vermutet, dass das Polymer höheren Moduls als "Verstärkung" der dominanten Phase niedrigen Moduls wirkt, bewirkend eine Stabilität des Verspinnens, und gerade genug Versteifen der Bahn, um höhere Verbindungstemperaturen zu erlauben bei Reduzierung eines Risikos eines Anhaftens der Bahn am Kalander und Umwickeln desselben. Im Falle von Multipolymerfasern, die aus einer nicht mischbaren Polymermischung geformt sind, wird geglaubt, dass ein geringer Anteil des dispergierten Polymers den Effekt der Aufwickel-Geschwindigkeitsunterdrückung (wind up speed suppression – WUSS) auf die dominante Polymerphase hat, wie es bei Brody in US 4,518,744 beschrieben ist. Eine Wickelgeschwindigkeitsunterdrückung tritt auf, wenn ein geringer Anteil eines nicht mischbaren Additives effektiv den Grad der molekularen Orientierung innerhalb der Faser bei einer vorgegebenen Filamentspinngewindigkeit reduziert. Das Resultat ist ein Filament mit generell höherer Dehnung und niederer Zugfestigkeit (tenacity).
Gemäß eines wiederum anderen Aspektes der Erfindung sind die Multipolymerfasern aus einer Polymermischung geformt, zusammengesetzt aus einer dominanten kontinuierlichen Phase und zumindest einem Polymer, das eine niedrige gegenseitige Affinität mit der dominanten Faser hat, darin dispergiert, und zumindest einem zusätzlichen Polymer, welches zumindest teilweise mischbar in der einen oder der anderen oder beiden kontinuierlichen und dispersen Polymerphasen ist. Wenn das eine zusätzliche Polymer mischbar in der dominanten Phase ist und effektiv seine Kristallinität reduziert, wird angenommen, dass die verbesserte Streckfähigkeit, die in den resultierenden Kompositmaterialen beobachtet wird, aus einem "impact-modifiying"-Effekt herrühren könnte. Wenn das eine zusätzliche Polymer eine Affinität zu beiden Polymeren aufweist oder dazu dient, die Oberflächenenergie zwischen den beiden Phasen zu verringern, wird angenommen, dass die Verbesserung, die in der Kompositstreckfähigkeit beobachtet wird, aus einem Kompatibiltäts-Effekt herrührt. Unabhängig von der Theorie muss die Mischung ultimativ Filamente oder Fasern formen, die, wenn in Bahn- und Kompositstrukturen geformt sind, die Eigenschaften gemäß der Erfindung aufweisen, dass bedeutet niedrigen Abrieb und gute Dehnbarkeit.
In einer Ausgestaltung können die Multipolymerfasern von 1 bis 50 Gewichtsprozent Polyethylen und von 99 bis 50 Gewichtsprozent Polypropylen aufweisen. Stoffe gebildet aus derartigen Mischungen weisen niedrigen Abrieb und gute Dehnbarkeit auf.
In Anwendungen, bei denen eine Reißfestigkeit besonders wichtig ist und hohe Elastizität von geringerer Bedeutung ist, kann der Kompositstoff eine kohärente, ausziehbare Vliesbahn enthalten, die aus Fasern aus einer Polyethylen- und Polypropylenmischung gebildet ist, wobei das Polyethylen in einem Bereich von 1 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent vorhanden ist und das Polypropylen in einem Bereich von 90 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent vorhanden ist. In wiederum einer anderen Ausgestaltung können wesentliche und überraschende Verbesserungen in einer Dehnung durch Mischung einer dritten Polymerkomponente in die Mischung erzielt werden. Zum Beispiel können die Multipolymerfasern einen dominanten Anteil eines Polypropylens, wie ein isotaktisches Polypropylen enthalten, einen geringen Anteil eines Polymers, das eine niedrige gegenseitige Affinität mit dem dominanten Polymer hat, so wie Polyethylen, und ein zusätzliches drittes Polymer, welches entweder die Kristallinität und/oder die Kompatibilität der Mischung reduziert. Dadurch resultiert eine weichere Bahn mit extrem hoher Ausziehbarkeit. Bevorzugte Multipolymerfasern gemäß dieser Ausgestaltung können mehr als 50 Gewichtsprozent Polypropylen, 1 bis 10 Prozent Polyethylen und 10 bis 40 Prozent des dritten Polymers aufweisen. Geeignete zusätzliche dritte Polymere enthalten Polypropylen-Copolymere und -Terpolymere, so wie die kommerziell erhältlichen Catalloy^TM Copolymere, erhältlich von Montell. Diese Harze sind dadurch charakterisiert, dass deren Comonomer(e) zum Teil in Blöcken existieren, und wobei zumindest ein Teil der Polymerkette mit der ein oder anderen, oder beiden, dominanten und dispersen Polymerphasen mischbar ist. Andere geeignete Polymere sind die Reflex^TM flexible Polyolefine von Rexene. Diese die Kristallinität reduzierende Harze sind dadurch charakterisiert, dass sie ataktische Segmente in der Polymerkette aufweisen, so dass die "Taktilität" (tacticity) des Polymers beeinflusst ist.
Besonders bevorzugte Multipolymerfasern gemäß dieser Ausgestaltung weisen 65 bis 80 Prozent isotaktisches Polypropylen, 1 bis 5 Prozent Polyethylen, und 15 bis 30 Prozent eines Polyolefin Copolymers auf, wobei zumindest ein Teil der Kette mit isotaktischem Polypropylen mischbar ist.
Eine weitere Klasse an nützlichen und vorteilhaften Produkten gemäß diesem Aspekt der Erfindung nutzen Multipolymerfasern gebildet aus einer Polymermischung aufweisend eine weiche, ausziehbare Polymerphase, und zumindest ein zusätzliches Polymer, das eine niedrige gemeinsame Affinität mit der weichen, ausziehbaren Phase hat, so dass es entweder die rheologischen, mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der Fasern in einer Weise modifiziert, dass die Prozessfähigkeit (d. h. Schmelzspinnen), Verbinden und/oder Abriebwiderstandsfähigkeit verbessert wird, während eine hohe Aus ziehfähigkeit erhalten bleibt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der weichen, ausziehfähigen Phase ist eine dominante kontinuierliche Phase vorhanden. Zum Beispiel kann Polyethylen als die weiche, ausziehfähige dominante Phase genutzt werden und ein Polypropylen als das zusätzliche modifizierende Polymer. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zusätzliche Polymer in einem geringen Verhältnis relativ zu der dominanten Phase zugegeben. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist das zusätzliche Polymer eine höhere Viskosität in Bezug zu der dominanten Phase auf. Mischung eines relativ geringen Anteils des höheren viskosen Polypropylen mit dem weichen ausziehfähigen Polyethylen bewirkt eine stark erhöhten Abreibungswiderstand bei einem Vliesstoff, der aus der Polymermischung gebildet ist, ohne signifikanten gegenteiligen Effekt auf andere wichtige Stoffeigenschaften wie Ausziehfähigkeit, Weichheit, Reißfestigkeit etc. Die Spinnfähigkeit des Polyethylens ist ebenfalls durch die Anwesenheit des zusätzlichen Polypropylens verbessert. Gemäß dieser Ausgestaltung weisen die Fasern vorzugsweise zwischen 2 bis 50 Gewichtsprozent des Polypropylenpolymers, beispielsweise 3 Prozent Ethylen-Propylen-Copolymer, und 98 bis 50 Gewichtsprozent des weichen ausziehfähigen Polymers, zum Beispiel Polyethylen, auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Faserkomposition von 5 bis 40 Gewichtsprozent Propylenpolymer, insbesondere bevorzugt zwischen 5 bis 25 Gewichtsprozent Propylenpolymer und 75 bis 95 Gewichtsprozent Polyethylen erreichen. Besonders geeignet für Anwendungen, die gute Ausziehfähigkeit, Reißfestigkeit und Abriebwiderstandfähigkeit benötigen, sind Faserkompositionen mit 5 bis 25 Gewichtsprozent Propylenpolymer. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung weist 5 bis 25 Gewichtsprozent Ethylen-Propylen-Copolymer oder -Terpolymer und 75 bis 95 Gewichtsprozent lineares Polyethylen niedriger Dichte auf. In diesen Ausgestaltungen ist das niedriger schmelzende Polyethylen als eine im Wesentlichen kontinuierliche Phase in der Mischung enthalten und das höher schmelzende Propylenpolymer ist als eine diskontinuierliche Phase dispergiert in der Polyethylenphase enthalten.
Durch Produzierung der Fasern sind die Polyethylen- und Polypropylen-Komponenten in geeigneten proportionalen Anteilen verbunden und miteinander vermischt, bevor sie schmelzgesponnen sind. In einigen Fällen wird ein ausreichendes Mischen der Polymerkomponenten im Extruder erreicht werden, wenn die Polymere in den geschmolzenen Zustand konvertiert werden. In anderen Fällen sind mehr dynamischere Mischungen nötig.
Verschiedene Polyethylentypen können eingesetzt werden. Als ein Beispiel kann ein verkettetes (d. h. nicht lineares) Polyethylen niedriger Dichte oder ein lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) genutzt und produziert werden gemäß jeder der bekann ten Verfahren, enthaltend Metallocen- und Ziegler-Natta-Katalysatorsysteme. LLDPE ist typischerweise durch eine katalytische Lösung oder durch ein Fluidbett-Verfahren unter Bedingungen produziert, die in der Technik etabliert sind. Die resultierenden Polymere sind durch ein im Wesentlichen lineares "Rückrat" (backbone) charakterisiert. Die Dichte wird durch den Anteil von Comonomer geregelt, der in das anderenfalls lineare Polymer „Rückrat" (backbone) eingebunden ist. Verschiedene Alpha-Olefine sind typischerweise copolymerisiert mit Ethylen in der Produktion von LLDPE. Die Alpha-Olefine, die vorzugsweise 4 bis 8 Kohlenstoffatome haben, sind in dem Polymer in einem Anteil bis zu ungefähr 10 Gewichtsprozent vorhanden. Die zumeist typischen Comonomere sind Buten, Hexen, 4-Methyl-1-Penten und Octen. Im Allgemeinen kann LLDPE derartig hergestellt werden, dass verschiedene Dichten und Schmelzindexeigenschaften erzielt werden, die das Polymer gut geeignet zum Schmelzspinnen mit Polypropylen macht. Insbesondere reichen bevorzugte Dichte-Werte von 0,87 bis 0,95 g/cc (ASTM D-792) und Schmelzindexwerte reichen üblicherweise von 0,1 bis ungefähr 150 g/10 min. (ASTM D1238-89, 190°C). Vorzugsweise sollte das LLDPE einen Schmelzindex von größer als 10, und bevorzugt von 15 oder größer für Spinnvliesfilamente aufweisen. Insbesondere bevorzugt sind LLDPE-Polymere, die eine Dichte von 0,90 bis 0,945 g/cc und einen Schmelzindex von mehr als 25 haben. Beispiele von geeigneten kommerziell erhältlichen linearen Polyethylen-Polymere niedriger Dichte enthalten solche, die von Dow Chemical Company erhältlich sind, so wie ASPUN Typ 6811 (27 MI, Dichte 0,923), Dow LLDPE Typ 2500 (55 MI, 0,923 Dichte), Dow LLDPE Typ 6808A (36 MI, 0,940 Dichte), und die EXACT-Reihe an linearem Polyethylen-Polymeren niedriger Dichte der Firma Exxon Chemical Company, so wie das EXACT 2003 (31 MI, Dichte 0,921).
Verschiedene Polypropylene, hergestellt durch Verfahren, die dem geübten Fachmann bekannt sind, können ebenfalls genutzt werden. Im Allgemeinen kann die Polypropylenkomponente ein isotaktisches oder syndiotaktisches Propylenhomopolymer, Copolymer oder -Terpolymer sein. Beispiele an kommerziell erhältlichen Propylenhomopolymeren, die in der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, enthalten: SOLTEX Typ 3907 (35 MFR; CR grade), HIMONT Grade X10054-12-1 (65 MFR), Exxon Typ 3445 (35 MFR), Exxon Typ 3635 (35 MFR), AMOCO Typ 10-7956F (35 MFR), und Aristech CP 350 J Schmelzflussgrad ungefähr 35). Beispiele an kommerziell erhältlichen Polymeren an Propylen enthaltenen: Exxon 9355, welches ein Random-Propylen-Copolymer mit 3 Prozent Ethylen, Schmelzflussrate 35 ist; Rexene 13S10A, ein Schmelzflussrate 10 Random-Propylen-Copolymer mit 3 Prozent Ethylen, Fina 7525MZ, ein Schmelzflussrate 11 – 3% Ethylen Random-Propylen-Copolymer, Montel EPIX 30F, ein 1,7% Ethylen, Schmelzflussrate 8 Random-Copolymer aus Propylen. Wenn das Propylenpolymer die dominante kontinuierliche Phase der Mischung ist, ist die bevorzugte Schmelzflussrate größer als 20. Wenn das Propylenpolymer als die disperse Phase der Mischung vorhanden ist, ist die bevorzugte Schmelzflussrate geringer als 15 und bevorzugt geringer als 10.
In einer weiteren Ausgestaltung können die Multipolymerfasern der Bahn Bikomponenten oder Multikomponentenfasern oder Filamente sein. Der Begriff Bikomponent oder Multikomponent bezieht sich auf das Vorhandensein der Polymerphasen in diskreten strukturierten Domänen, im Gegensatz zu Mischungen, wo die Domänen dahingehend tendieren, zu dispergieren, zufälligerweise oder unstrukturiert. Die Polymerkomponenten können in jeder Konfigurationsweise angeordnet sein, enthaltend Mantel-Kern, Seite-an-Seite, segmentierte Tortenstücke, Inseln-in-der-See, oder bestückte Multilobale. Eine kohärente ausziehfähige Vliesstoffbahn kann hergestellt werden zum Beispiel von einer Kernmantelbikomponentenfaser, die einen Polyesterkern und einen Polyethylenmantel hat, oder der Mantel oder der Kern kann eine Mischung wie oben aufweisen. Alternativ kann die ausziehfähige Bahn eine einzelne Bahn aufweisen, die eine Kombination von spinngebundenen Filamenten und schmelzgeblasenen Fasern oder einer Kombination an kardierten Stapelfasern und schmelzgebundenen Fasern aufweist.
Die verstreckbare Vliesbahn, in allen Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung, ist gekennzeichnet durch aufweisend einen hohen Oberflächenabrasionswiderstand und eine hohe Dehnung. Der Oberflächenabrasionswiderstand der Bahn kann genügend objektiv gemessen werden durch physikalische Tests, die standardisiert in der Industrie sind, so wie der Taber-Widerstandstest, der definiert ist durch ASTM Testmethode D-3884-80. Verstreckfähige Bahnen nützlich in dem Kompositstoff der vorliegenden Erfindung sind gekennzeichnet durch einen Taber Abrasionswert (Gummirad) von größer als zehn Zyklen. Die Bahnen sind weiterhin dadurch durch eine Dehnung unter Höchstlast (ASTM D-1682) vor dem Verstrecken in entweder die Maschinenrichtung (MD) oder in der Quermaschinenrichtung (CD) oder in beiden von zumindest 70 Prozent, vorzugsweise zumindest 100 Prozent und insbesondere bevorzugt von zumindest 150 Prozent. Die Multipolymerfasern der Bahn weisen einen relativ feinen Durchmesser auf, typischerweise zehn Denier oder weniger.
Die Bahn, dargestellt in 1, ist derart verbunden, dass sie verstreckt werden kann, ist jedoch noch nicht verstreckt. Die Bahn dargestellt in 1, ist punktverbunden worden durch Hindurchführen der Bahn durch einen Kalanderspalt, in dem eine der Kalanderwalzen glatt ist und eine andere der Kalanderwalzen eine gemusterte Oberfläche zur Aufprägung des Verbindungsmusters aufweist. Zwischengelagerte Punktverbindungs gebiete 22 werden gebildet, wenn die Bahn bondiert wird. Die diskreten Verbindungsbereiche weisen Gebiete auf, in denen die Fasern miteinander schmelzgebunden worden sind. Es sollte weiterhin möglich sein, ein individuelles Filament durch das Verbindungsgebiet verfolgen zu können, wenn das Verbindungsgebiet nicht überprägt (überbondet) ist. Vorzugsweise decken die verbundenen Regionen zwischen 6 und 30 Prozent der Fläche der Bahn ab, vorzugsweise 8 bis 20 Prozent, und insbesondere bevorzugt 12 bis 18 Prozent der Bahn ist abgedeckt. Durch Bondierung der Bahn in Übereinstimmung mit diesen Prozentbereichen wird den Filamenten erlaubt, sich während der gesamten Verstreckung zu dehnen, während die Stärke und Integrität des Stoffes aufrechterhalten wird.
Der Fachmann sollte bemerken, dass es unterschiedlichste Wege gibt, die Bahn ausreichend zu bondieren, um der Bahn zu erlauben, verstreckt zu werden. Während thermisches Punktprägen bevorzugt ist für Spinnvliese, kardierte Vliese und andere Lagen, kann jegliches thermisches, chemisches oder mechanisches Bondierungsverfahren angewendet werden, um eine koheränte Bahnstruktur zu schaffen.
Sich nun der Diskussion der Eigenschaften der Bahn nach dem Verstrecken hinwendend, repräsentiert 2 die Vliesbahn 20 von 1, die durch mechanisches Verstrecken in entweder die Maschinenrichtung oder die Querrichtung permanent gedehnt worden ist. Es sollte verstanden werden, dass die Bahn einem Verstrecken ausgesetzt werden kann in entweder die Querrichtung oder die Maschinenrichtung, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen, nicht jedoch in beide Richtungen. Üblicherweise ist die Bahn in eine Richtung verstreckt, die eine Dehnung bei Höchstlast von zumindest 70 Prozent hat. Es sollte bemerkt werden, dass dieser Wert in eine oder beide der Maschinenrichtung und Quermaschinenrichtung erzielt werden kann.
Die Bahn wurde verstreckt und permanent gedehnt durch Verstreckung bei einer Temperatur zwischen ungefähr 35 bis 150 Grad Fahrenheit (2 bis 65 Grad Celsius). Die Bahn ist üblicherweise in Abwesenheit einer Wärmebehandlung bei Umgebungstemperatur gedehnt, die üblicherweise zwischen ungefähr 65 Grad Fahrenheit (18 Grad Celsius) an einem relativ kalten Tag bis ungefähr 110 Grad Fahrenheit (43 Grad Celsius) an einem heißen Sommertag variiert, und insbesondere typischerweise in dem Bereich von ungefähr 65 bis 85 Grad Fahrenheit (18 bis 29 Grad Celsius) ist.
Als ein Ergebnis des "kalten" Verstreckens entwickelt die Vliesstoffbahn eine außergewöhnliche Dehnung bei Maximallast in der Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung. Dehnung bei Maximallast kann zumindest ungefähr 400 bis 500 Prozent sein und Werte über 700 Prozent sind erreicht worden. Üblicherweise ist das Verhältnis der Dehnung bei Maximallast in der Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung in Bezug zu der Dehnung bei Maximallast in der Verstreckrichtung erhöht und zumindest ungefähr 2 : 1 zu mehr als 10 : 1. Eine Erhöhung um einen Faktor von zumindest ungefähr 6 : 1 zu 8 : 1 ist typisch. Anschließend ist der Stoff in der Lage gut oberhalb der ursprünglichen Dimension des Stoffes in der Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung zu verstrecken. Die Reißkraft der Bahnen in der Richtung der Filamentorientierung, welche üblicherweise die Streckrichtung ist, ist sehr erhöht. Das Verhältnis der Reißkraft der Bahn in der Richtung der Faserorientierung zu der Reißkraft der Bahn in die andere Richtung ist zumindest ungefähr 10 : 1 und kann erhöht werden zu zumindest ungefähr 16 : 1.
Eine weitere Eigenschaft der Bahn ist eine hohe Ausziehfähigkeit bei geringer Kraft. Die Vliesbahn weist eine Dehnung um zumindest 70 Prozent in eine Richtung auf, welche die Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung ist, wenn in der Richtung eine Last auf die Bahn aufgeprägt ist, die weniger als oder ungefähr gleich 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm) ist. Eine Kraft von ungefähr 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm) oder weniger ist ungefähr die Kraft, die ein Kunde auf dem Handgelenk fühlt, wenn der Stoff in Verbindung mit der Erfindung genutzt wird. Die Bahn kann bereitet werden, wobei die Dehnung der Bahn in die Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung zumindest 100 Prozent bis 350 Prozent bei einer Last von weniger als 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm) beträgt. Tabelle 2, unten dargestellt, zeigt Beispiele bei 100 Prozent, 200 Prozent und 350 Prozent Dehnung bei Lasten von weniger als 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm).
Während es nicht gewünscht ist, durch die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Filamente, die vor dem Verstrecken in der Verstreckrichtung nicht orientiert sind, als Ergebnis der Verstreckung in Verstreckrichtung orientiert werden, jedoch entweder nicht gedehnt oder nur teilweise gedehnt werden. Dieses Merkmal ist grafisch illustriert in der mikroskopischen Abbildung dargestellt in 10 und 11, die bei fünffacher beziehungsweise zehnfacher Vergrößerung dargestellt sind und eine Multipolymerkontinuierliche Filament-punktbondierte Spinnvliesbahn zeigt, die in Maschinenrichtung verstreckt worden ist. Eine wesentliche Anzahl der Filamente können gesehen werden, die in Maschinenrichtung orientiert sind, welches die Verstreckrichtung ist. In jedem Falle wird der Stoff in die Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung verstreckfähig in einem Ausmaße oberhalb der vorgestreckten Dimensionierung in dieser Richtung.
Der Stoff entwickelt ebenso eine z-Richtungsachse und wird dicker, wenn der Stoff verstreckt, ist und die Dimensionierung in der Richtung senkrecht zu der Streckrichtung wird schmaler. Die Punktverbindungen 22, welche ursprünglich flach sind und in der Ebene der Bahn liegen, werden beansprucht und werden allgemein in die z-Achsenrichtung innerhalb der dicken Dimensionierung des Stoffes orientiert und angeordnet zwischen den einander gegenüberliegenden Stoffoberflächen. Dieses Detail ist grafisch in 13 illustriert, welche in einer mikroskopischen Aufnahme bei 20facher Vergrößerung die verworfenen, deformierten Punktverbindungen einer nicht planaren Konfiguration eingebettet in die Bahn zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Bahn zeigt. Diese Verbindungsgebiete sind in den Körper der Spinnvliesbahn gezogen worden und erstrecken sich in die z-Achsenrichtung. Vor dem Verstrecken war die Punktverbindung horizontal orientiert wie es in der mikroskopischen Vergrößerung von 12 dargestellt ist, die ebenfalls eine 20fache Vergrößerung ist. Ein Anwachsen der Dicke der Vliesbahnen aufgrund des Verstreckens kann ebenfalls durch Vergleich der 12 und 13 erkannt werden.
Wie in 2 dargestellt, ist der Stoff nach dem Verstrecken mit einer Vielzahl an Punktverbindungsgebieten 24 leicht verbunden worden in einem Muster, das an sich kreuzende Ziegelsteine erinnert. Die Punktverbindungsgebiete 24 enthalten filmähnlich verschweißte Gebiete, die generell eben sind und parallel zu der Oberfläche der Bahn sind und an der Bahnoberfläche liegen. Der verstreckte Stoff wurde bondiert durch Hindurchführen durch einen Kalanderspalt bei leichtem Druck und geringer Hitze zum Stabilisieren der Bahn und um im Wesentlichen ein Zusammenziehen auszuschließen, wenn ein geringer Anteil an elastomerischem Polymer in den Fasern genutzt ist, aus dem der Stoff hergestellt ist. Die Verbindung ist grafisch dargestellt in den mikroskopischen Aufnahmen von 10 und 11. Es sollte verstanden werden, dass ein breiter Bereich an möglichen Verbindungsmustern erhältlich ist und entsprechende Leistungen bei der Anwendung der Erfindung zur Verfügung stellen sollte. Die Verbindung sollte ausreichen, um die Bahn gegen ein Zurückziehen der Fasern nach Dehnung zu dem gewünschten Maße zu stabilisieren, jedoch nicht so stark, als dass eine Verstreckung in die Richtung senkrecht zu der Verstreckrichtung ausgeschlossen wäre, für die der Stoff ausgelegt ist.
Es ist üblicherweise ratsam, die Bahn nach dem Verstrecken leicht zu bondieren, wenn die Bahn aufgerollt wird, anstatt direkt zu einen Laminierer zum Laminieren mit einer elastomerischen Komponente zu liefern. Die elastomerische Komponente der Bahn kann bei der Bahn verursachen, sich in der Rolle leicht zusammenzuziehen, wenn die Bahn nicht leicht bondiert ist.
Der Stoff, dargestellt in 2, kann in jeglicher der verschiedenen Möglichkeiten, die dem Fachmann bekannt sind, verstreckt werden. Die Fasern werden normalerweise extrudiert, auf einer bahnformenden Oberfläche gesammelt, verbunden, und in-line verstreckt. Alternativ für einige Verfahren ist vor dem Verstrecken die Vliesbahn aufgerollt und Verstrecken ist als ein separater Verfahrensschritt ausgeführt.
Verstrecken in die Quermaschinenrichtung ist normalerweise ausgeführt durch Nutzung eines standandisierten Ziehrahmens. Es sollte bemerkt werden, dass andere Verfahren und Vorrichtungen genutzt werden können, um die Vliesbahn in der Querrichtung zu verstrecken, obwohl nicht unbedingt mit äquivalenten Resultaten. Zum Beispiel kann die Bahn inkremental in Querrichtung durch ineinandergreifende oder verschränkte Walzen verstreckt werden.
Üblicherweise wird das Vlies in die Maschinenrichtung gedehnt. Ein Verfahren des Verstreckens in Maschinenrichtung ist schematisch in 3 und 4 dargestellt. Es sollte bemerkt werden, dass andere Verfahren und Vorrichtungen genutzt werden können, um die Vliesstoffbahn in die Maschinenrichtung zu strecken, obwohl nicht notwendigerweise mit äquivalenten Ergebnissen. Zum Beispiel kann die Bahn inkremental in Maschinenrichtung durch ineinandergreifende oder verschränkte Walzen verstreckt werden.
Wie in 3 dargestellt, wird eine Vliesstoffbahn aus Multipolymerfasern 20, hergestellt aus Polymerkombinationen wie oben beschrieben, von einer Walze 26, genannt der Abwickler, geliefert. Die Bahn geht um drei Walzen 28 herum, enthaltend eine Lastzelle und zwei Ausgleichswalzen, angeordnet an den Ecken eines Dreiecks zur Detektierung und Einstellung der Bahnspannung vor dem Verstrecken der Bahn. Die Bahn wird durch Hindurchführen durch eine Serie an Walzen in drei hintereinanderfolgenden S-Umwicklungsstationen 30, 32 und 34 verstreckt. In jeder der S-Umwicklungsstationen, die dargestellt sind, ist die untere Walze 36, 38, 40 angetrieben und die obere Walze und die untere Walze bilden einen Spalt 42, 44, 46, der leichten Druck auf die Bahn aufprägt, der die Bahn nicht bondiert, jedoch ausreichend Griffigkeit zur Verfügung stellt, dass die Bahn zwischen den aufeinanderfolgenden Sets an S-Umwicklungswalzen verstreckt werden kann. Nachfolgende S-Umwicklungswalzenstationen sind mit ansteigender Geschwindigkeit angetrieben, um eine ansteigende Spannung auf die Bahn zwischen jedem Set der Walzen in der S-Umwicklungsstation ausreichend aufzuprägen, und um die Bahn zu verstrecken.
4 präsentiert eine teilweise herausgebrochene abgehobene Aufsicht auf einen Bereich des Schemas aus 3 entlang der Linie 4-4. Die Verminderung in der Querrichtung der Breite der Bahn ist dargestellt, wenn die Bahn in Maschinenrichtung verstreckt ist, erstens: als die Bahn zwischen der ersten und zweiten S-Umwicklungsstationen 30, 32 hindurchgeführt wird, und zweitens: als die Bahn zwischen der zweiten und der dritten S-Umwicklungsstationen 32, 34 hindurchgeführt wird. Die Breite der Bahn in Quermaschinenrichtung ist zwischen der ersten S-Umwicklungsstation und der dritten wesentlich reduziert. Die Bahn ist permanent gedehnt.
Es sollte bemerkt werden, dass die Filamente in den äußeren Bereiche der Bahn dazu tendieren, sich schneller zu dehnen als die Filamente, die in der Mitte der Bahn angeordnet sind. Aufgrund dessen sollte die Distanz zwischen der ersten S-Umwicklungsstation und der zweiten ausreichend sein, dass die Filamente in der Mitte der Bahn ebenfalls permanent bis zu dem gewünschten Ausmaß gedehnt werden.
Es sollte bemerkt werden, dass andere Konfigurationen der Walzen genutzt werden können, um die Bahn in Maschinenrichtung zu verstrecken. Walzen können in der Omega-Konfiguration genutzt werden, um ausreichenden Zug auf die Bahn aufzuprägen, um die Bahn permanent zu dehnen.
Nach Verstreckung wird die nun permanent gedehnte Bahn in einer Weise, von der geglaubt wird, das sie für den Fachmann bekannt ist, behandelt, um durch Führen über eine erste und zweite Bogenwalze 48, 50 ihre Einheitlichkeit zu verbessern, zum Glätten der Bahnen und Herausnehmen von Falten. Die Bahn ist dann leicht bondiert zum Stabilisieren der Bahn gegen ein Zusammenziehen vor einer Spannungsjustierung 57 und Aufrollen der Bahn auf einem Wickler 58 zur Lieferung zu einer Linie zur Herstellung von absorbierenden Wegwerfartikeln. Die Bahn kann bondiert werden durch Hindurchführung durch einen Kalanderspalt 52, gebildet zwischen zwei Walzen 54, 56. Der Kalanderspalt sollte bei leichtem Druck und geringer Hitze betrieben werden.
Der Kalander ist vorzugsweise derart betrieben, dass er die Bahn mit einer geringeren Geschwindigkeit aufnimmt als mit der es durch die dritte S-Umwicklungsstation 34 geliefert wird. Das Betreiben des Kalanders bei einer geringeren Geschwindigkeit als die der dritten S-Umwicklungsstation gibt den Filamenten, welche zu einem gewissen Maße hin überstreckt worden sind, die Möglichkeit, sich wieder leicht zusammenzuziehen, so dass sie sich nicht gegen das leichte Bondieren, welches später angewendet wird, wehren. Alternativ kann die Laminierungslinie in line angeordnet sein, in welchem Fall das Bonding der Bahn nicht länger notwendig sein kann.
Tabelle 1 unten zeigt zwei Beispiele von Vliesstoffbahnen die gemäß der Erfindung hergestellt sind und vergleicht diese Bahnen mit einer Vliesstoffbahn vor dem Verstrecken. Die nicht verstreckte Bahn ist in Tabelle 1 "Control" genannt. Die Vliesstoffkontrollbahn und die beiden Beispiele wurden alle aus kontinuierlichen Spinnvliesfilamenten hergestellt, die aus einer Mischung einer dominanten Phase an isotaktischem Polypropylen, einer dispersen Phase an linearem Polyethylen niedriger Dichte und Catalloy^TM Polymer hergestellt worden sind.
Tabelle 1
Beispiele 1 und 2 sind beide von dem gleichen Kontrollstoff bei verschiedenen Anlageneinstellungen hergestellt. Die relativ leichten Unterschiede in den Werten, die für die physikalischen Charakteristika dieser Bahnen erzielt wurden, sind hauptsächlich hervorgerufen durch Unterschiede in den Anlagenkonditionen.
Der Kontrollstoff hat vergleichbare physikalische Charakteristiken in Maschinenrichtung wie in der Quermaschinenrichtung, wie es sich widerspiegelt bei dem Verhältnis der Reißkraft in der Maschinenrichtung zu der Reißkraft in der Querrichtung in Höhe von 2,82. Ein Wert von 2,82 bedeutet, dass die Vlieskontrollbahn relativ quadratisch in ihren Eigenschaften war. Die Ausgeglichenheit der Eigenschaften wird ebenso wiedergegeben durch das MD/CD Dehnungsverhältnis, welches widergibt, dass der Stoff streckbar ist und permanent dehnbar in entweder die Querrichtung oder die Maschinenrichtung.
Permanente Dehnung des Kontrollstoffes in der Maschinenrichtung produziert Vliesstoffbahnen mit den in Tabelle 1 für Beispiele 1 und 2 wiedergegebenen Charakteristika. Das Basisgewicht hat sich mehr als verdoppelt: von ungefähr 25 g/m² auf über 60 g/m². Der Zuwachs an Basisgewicht gibt wieder, dass die Dimensionierung des Stoffes in der Querrichtung durch Verstrecken in die Maschinenrichtung stark reduziert ist.
Reißkraft in Querrichtung, CD, in g/in, was Gramm je einen Inch Streifen an Material ist, ist annähernd um die Hälfte reduziert. Dehnung bei Höchstlast in der Querrichtung, als Prozentangabe basierend auf der ursprünglichen Breite der Bahn, vervierfacht, hinweisend den hohen Grad, bis zu dem die Bahn in Querrichtung verstreckt werden kann, weit überhalb der Maschinenquerbreite der Bahn vor dem Verstrecken. Verstreckfähigkeit in der Querrichtung ist ebenso wiedergegeben durch den Anstieg in dem Verhältnis der Querrichtungsdehnung bei Höchstlast im Verhältnis zu derjenigen der Maschinenrichtung um ungefähr das Zehnfache.
Vergleichbare, jedoch entgegengesetzte Werte sind in der Maschinenrichtung erzielt. Eine Reißkraft in der Maschinenrichtung vervierfacht sich und die Dehnung bei Höchstlast ist um etwa die Hälfte reduziert, was darauf hinweist, dass die Bahn permanent gedehnt in Maschinenrichtung ist. Die Werte des Stoffes sind nicht länger quadratisch.
Tabelle 2, unten, vergleicht die Dehnbarkeit des Kontrollstoffes aus Tabelle 1 mit derjenigen von Beispiel 1, Tabelle 1. Die Kraft, die benötigt wird, die Bahn auszuziehen, ist bei drei verschiedenen Dehnungen bestimmt. Der Kontrollstoff benötigt eine Kraft von 420 g je Inch, um den Stoff 100% zu dehnen. Bei 200 und 350% Dehnung bricht die Kontrollbahn. Im Gegensatz dazu benötigt die Bahn von Beispiel 1 eine Kraft von nur 260 Gramm je Inch, um die Bahn um 350% zu dehnen.
Tabelle 2
Eine Vliesstoffbahn, verstreckt wie sie in 3 und 4 gezeigt ist, ist in 5 illustriert in einer Explosionsdarstellung eines elastischen Stofflaminates der Erfindung 62. Elastomerische Fasern (strands) 60 sind zwischen zwei Vliesstofflagen 20 platziert (2) und das Laminat ist bondiert, normalerweise durch Anwendung eines Hot Melt oder anderen geeigneten Klebemittels. Es sollte bemerkt werden, dass das Laminat mit einer einzelnen Vliesstofflage auf einer Seite hergestellt werden kann, um ein Zweilagenlaminat anstelle eines Dreilagenlaminates herzustellen, sofern gewünscht. Der Stoff gemäß der Erfindung hat eine ausreichende Abdeckung, die durch die Z-Achsenentwickung zur Verfügung gestellt wird, um wesentliche Klebedurchtropfungen zu vermeiden. Die elastomerischen Fasern sind zum Strecken in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der die Vliesstoffbahnen permanent gedehnt worden sind, orientiert. Die Bahnen wurden gestreckt in der Maschinenrichtung, wie es in 3 und 4 gezeigt ist, und auf diese Weise sind die elastomerischen Fasern orientiert, um in die Quermaschinenrichtung zu strecken.
Das Stofflaminat ist elastisch in der Quermaschienrichtung und erhält im Wesentlichen die gesamte Distanz zurück, wenn es unterhalb der elastischen Grenze der elastomerischen Fasern gedehnt wird. Die Vliesstoffbahnen gemäß der Erfindung können in Quermaschinenrichtung mehrfach die Strecke der ursprünglichen Weite der Vliesstoffbahn verstrecken vor einer Dehnung. Typischerweise sind die Fasern mit der Bahn direkt verbunden, ohne unter Spannung oder Dehnung angeordnet worden zu sein.
Wenn es gewünscht ist, dass das Stofflaminat in zwei Richtungen sich streckt, dann sollte die elastische Komponente, die zwischen den Vliesstoffbahnen gemäß der Erfindung angeordnet ist, für die Verstreckung in zwei Richtungen ausgerüstet sein. Die Vliesstoffbahn kann dann derartig an die elastische Komponente angeordnet sein, dass Raffungen sich bilden, wenn die elastische Komponente sich entspannt, was Verstrecken in die Richtung, in welcher die Bahn permanent gedehnt worden war, erlaubt. Beispielsweise kann die Bahn an gezogene elatosmerische Fasern angeordnet werden, so dass die Raffungen sich formen, wenn die Fasern sich entspannen. Das Laminat kann dann gedehnt. werden und wird eine Wiederherstellung aufweisen zu der Größe, die durch die Raffungen erlaubt wird.
Eine breite Verschiedenartigkeit an elastischen Komponenten ist geeignet zur Nutzung in der Anwendung der Erfindung. Elastomerische Fasern, Baumwolle oder elastomerischer Film, einschließlich perforierter und nicht perforierter Filme und Barriere- oder feuchtigskeitsdampfdurchlässige Filme, alle sind geeignet zur Nutzung, abhängig von den gewünschten Resultaten. Elastomerische Fasern und Gewebe tendieren dazu, Stoffe zu produzieren mit verbesserter Atmungsaktivität im Vergleich zu Filmen und sind bevorzugt in Ländern mit großer Hitze und Feuchtigkeit. Filme sind mehr bevorzugt in trockenen Klimagebieten, da sie billiger sind.
Das elastische Laminat gemäß der Erfindung ist geeignet zur Nutzung als elastischer Stoff, der sehr stark gewünschte kleidungsähnliche Charakteristika hat. Das Laminat ist geeignet zur Nutzung in einer Vielzahl an absorbierenden Wegwerfartikeln. Das Laminat ist nützlich als eine Streckseitenwand in einer Windelkonstruktion.
Eine Wegwerfwindel 64 ist in 6 wiedergegeben, die ein Paar an elastischen Seitenelementen 62 aufweist, die aus Stofflaminaten gemäß der Erfindung hergestellt sind. Die Windel ist in einer ebenen Ansicht dargestellt, wobei das äußere Oberflächen-Back-Sheet 66 dem Betrachter gegenüber liegt. Interne Strukturen sind in ihrer Kontur durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Windel enthält ein wasserdurchlässiges Topsheet 65 (7), ein wasserundurchlässiges Back Sheet 66 und einen absorbierenden Kern 68, der üblicherweise Zellstoff oder anderes absorbierendes Material aufweist und üblicherweise superabsorbierendes Polymerpulver enthält. Eine Sauglage, nicht dargestellt, mag genutzt werden, um ein Haltegebiet für Urin in der vorderen Bauchregion zur Verfügung zu stellen für die Zeit, die durch das superabsorbierende Polymer benötigt wird, das Urin nach dem Hindurchtritt aufzunehmen.
Die Windel enthält vordere und hintere Bauchbänder 70, 72, welche typischerweise elastifiziert sind. Befestigungsstreifen 74 sind auf der Rückbauchregion an gegenüberliegenden Seiten des Bauchbandes zur Sicherung der Windelrückbauchregion zur vorderen Bauchregion über den Bauch des Trägers vorgesehen. Die Sicherungsstreifen sind üblicherweise an einem Befestigungsbereich auf der vorderen Bauchregion befestigt, welches dekorative Indizierungen enthält. Die Streifen können durch drucksensitive Kleber oder durch ein Haken und Schleifen-Befestigungssystem vergleichbar einem Klettverschluss gesichert werden.
Die vorderen und hinteren Bauchregionen sind nach außen vom Körper der Windel weg sich aufweitend dargestellt, um genügend Material zur Verfügung zu stellen, den Bauch zu umfassen und Material für eine sichere Befestigung der Rückbauchregion zu der Front über den Bauch des Trägers zur Verfügung zu stellen. Diese nach außen aufgeweiteten Bereiche werden oftmals als Ohren bezeichnet. Die Sicherungsstreifen erstrecken sich nach außen von den Ohren und sind an den Ohren 76 der Rückbauchregion befestigt.
Die elastischen Seitenelemente 62 gemäß der Erfindung sind in die Windelstruktur zwischen dem Backsheet und dem Topsheet laminiert. Wie dargestellt, überlappen die befestigten Enden der Sicherungsstreifen etwas die elastischen Seitenelemente. Die Seitenelemente sind in der Windel orientiert, um eine transverse Streckung zur Verfügung zu stellen, die in der Richtung des Zugs auf den Sicherungsstreifen veräuft, um das Passen der Windel zu verbessern, selbst unter Bedingungen, bei denen der Träger aktiv ist. Wenn mit elastischem Baumwollgewebe oder elastomerischen Fasern hergestellt, hat das Komposit typischerweise gute Atmungsaktivität, aber trägt ebenfalls zur Flüssigkeitsbarriere außerhalb der Durchtritts- und Absorptionsregion bei. Ein elastischer Film kann ebenso genutzt werden, wie es beschrieben ist in Weil et al. in US 5,242,436 , welches eine Windelkonstruktion illustriert, die ein elastisches Seitenelement darin hat.
Eine Anordnung des elastischen Seitenelementes gemäß der Erfindung in die Windel ist dargestellt in 7. Wie gezeigt, ist das Laminat zwischen dem Topsheet und dem Back Sheet angeordnet, um etwas Elastizität zu der Ohrregion in der Richtung des Zuges auf die Sicherungsstreifen zur Verfügung zu stellen.
Einer der Vorteile der Erfindung ist, dass der Stoff der Erfindung eine weiche, kleidungsähnliche Handlichkeit und exzellente Abdeckung zur Verfügung stellt und daß er außergewöhnlich stark ist. In der dargestellten Windelkonstruktion sind das Topsheet und das Back Sheet üblicherweise aus unelastischen Materialien hergestellt, die kein Strecken und Zusammenziehen zur Verfügung stellen, und es ist normalerweise notwendig, die Windelkonstruktion in dem Bereich der elastischen Seitenelemente zu behandeln, so dass das Topsheet und das Back Sheet aktiviert werden, um sich mit dem elastischen Seitenelement zu bewegen. Eine geeignete Methode zum mechanischen, inkrementalen Verstrecken in der Querrichtung des Komposites für das Topsheet, das elastische Strecklaminat gemäß der Erfindung und das Backsheet ist in Weil et al. US 5,42,436 beschrieben.
Das Komposit wird durch ineinandergreifende, geriffelte Walzen, wie beschrieben, geführt. Inkrementales Verstrecken in der Querrichtung dehnt die Topsheet- und Backsheet-Komponenten permanent und zerstört jegliche leichte Bindung des elastomerischen Vliesstoffbahnkomposits. Das Topsheet und das Backsheet können nun verstreckt werden, um das Verstrecken der elastifizierten Seitenelemente zur Verfügung zu stellen. Der Stoff gemäß der Erfindung, aus dem das elastizierte Seitenelement hergestellt ist, ist durch die Wirkung des schon vorherigen Verstreckens in der Maschinenrichtung ausreichend stark, um den Einflüssen des inkrementalen Verstreckens im Komposit zu widerstehen und eine gewünschte Abdeckung zur Verfügung zu stellen.
Es sollte zu Kenntnis genommen werden, dass die Vliesstofflaminate gemäß der Erfindung in einer Weise genutzt werden können, wie sie in US 4,981,747 und 5,114,781 beschrieben sind, bei dem ein Stoff gesichert zu dem Sicherungsstreifen ist und auf dem Windel-Backsheet aufgebracht ist, anstatt laminiert mit der Windel zwischen dem Topsheet und dem Backsheet.
Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind im Detail in den Figuren, mikroskopischen Abbildungen und Spezifikationen beschrieben und spezielle Begriffe sind benutzt worden. Dieses ist in einer allgemeinen und beschreibenden Weise zu verstehen und nicht zum Zwecke einer Limitierung. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

Claims

Eine Vliesbahn geformt aus hochverstreckbaren Multipolymerfasern, wobei die Fasern im Wesentlichen in eine Richtung orientiert sind, die Bahn weist eine Vielzahl an diskreten Verbindungspunktgebieten überall in der Bahn auf, wobei die Verbindungspunktgebiete die Fasern miteinander verbinden, um Verbindungsgebiete zu bilden, wobei die Verbindungsgebiete in die Bahn zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Bahn eingelassen sind und eine verzogene, nicht-planare Konfiguration haben, die sich generell in die Z-Achsenrichtung der Bahn erstreckt, und die Bahn weist eine Dehnbarkeit in eine Richtung von zumindest 100% auf, wenn eine Last von 300 Gramm Kraft je Inch (2,54 cm) oder weniger in diese Richtung aufgebracht ist.
Bahn gemäß Anspruch 1 mit zusätzlich aufweisend eine Vielzahl an Verbindungsgebieten, die generell flach sind und sich parallel zu der Oberfläche der Bahn erstrecken.
Vliesbahn nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Multipolymerfasern eine Mischung aus Polypropylen und Polyethylen aufweisen.
Vliesbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Multipolymerfasern eine Mischung aus zwei unmischbaren Polymerfasern und eine dritte Komponente aufweisen, welche zumindest teilweise mit den zwei unmischbaren Polymerfasern mischbar ist.
Vliesbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Multipolymerfasern aus einer Mischung geformt sind, die aufweist: a) Isotaktisches Polypropylen vorliegend in einer Höhe von etwa 65 bis 80 Gew-%, basierend auf dem Gewicht der Mischung; b) lineares Polyethylen niedriger Dichte vorliegend in einer Größe von etwa 1 bis 5 Gew-% basierend auf dem Gewicht der Mischung; und c) ein Block- oder gepfropftes Polyolefin-Copolymer oder -Terpolymer, welches zumindest einen Teil der Kette davon mischbar mit dem isotaktischen Polypropylen hat, und wobei das Block- oder gepfropfte Polyolefin-Copolymer oder -Terpolymer in einer Größe von etwa 15 bis 30 Gew-% basierend auf dem Gewicht der Mischung vorhanden ist.
Vliesbahn gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Multikomponentenfasern aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus kontinuierlichen Spinnvliesfilamenten, diskontinuierlichen kadierten Stapelfasern und schmelzgeblasenen Fasern besteht.
Vliesbahn gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dehnbarkeit zumindest 200% beträgt.
Vliesbahn gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dehnbarkeit zumindest 350% beträgt.
Kompositstoff aufweisend zumindest eine Lage einer elastomerischen Komponente, die zumindest an eine Lage verbunden ist, die eine Vliesbahn gemäß einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Kompositstoff gemäß Anspruch 9, wobei die elastomerische Komponente aus einer Gruppe gewählt ist, die aus elastischen Fäden, elastischem Film und einem Baumwollstoff mit elastomerischen Fäden besteht.
Kompositstoff gemäß Anspruch 10, wobei der elastische Film atmungsaktiv ist.
Absorbierender Wegwerfartikel aufweisend als eine Komponente davon den Kompositstoff gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11.
Absorbierender Wegwerfartikel gemäß Anspruch 12, wobei der Kompositstoff eine Komponente eines elastischen Seitenstoffbahn für eine absorbierende Wegwerfbekleidung ist.