JP2015120349A - 共押出フィルムおよび共押出フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最初の伸びの際の特別小さい伸び力および良好で均一な機械的特性を特徴とする共押出フィルムを提示すること。【解決手段】本発明は、熱可塑性エラストマーのコア層（１）、ならびにこの熱可塑性エラストマーより低い弾性を有するポリマーからそれぞれ形成された２つの外層（２）を備えた共押出フィルムであって、外層（２）がそれぞれ、１５μｍ未満の層厚および発泡によって形成された空隙（３）を有する共押出フィルムに関する。本発明によれば、発泡した外層（２）の密度は０．８００ｇ／ｃｍ３未満であり、この外層は体積１立方ミリメートル（ｍｍ３）当たり５００個超の空隙（３）を有する。発泡すべき外層（２）のために、押出機に発泡剤を３５〜７５ｂａｒの間の圧力で添加する共押出フィルムの製造方法も本発明の対象である。【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性エラストマーのコア層、ならびに熱可塑性エラストマーより低い弾性を有するポリマーからそれぞれ形成された第１の外層および第２の外層を備えた共押出フィルムであって、外層がそれぞれ、１５μｍ未満の層厚および発泡によって形成された空隙を有する共押出フィルムに関する。

この共押出フィルムは、とりわけ使い捨て衛生用品のための弾性材料として提供されており、例えばおむつの弾性バンドまたは弾性止着材として用いられる。このような用途では、伸び挙動および弾性回復力への要求が高いにもかかわらず、対応する使い捨て製品の個数を踏まえ、材料はできるだけ安価でなければならない。

これに関しては、上記の用途にしばしば多層ラミネートが供給されることに留意すべきであり、その際、共押出フィルムは片面でまたは両面でも、さらなる層、とりわけ上張層の不織布と結合される。

弾性のコア層および非弾性の外層を備えたフィルムがＥＰ０５００５９０Ｂ１（特許文献１）から知られている。外層は相対的に剛性であり、例えばポリオレフィン、とりわけポリエチレンもしくはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、またはポリアクリラートから成っている。外層はマイクロテクスチャーを有しており、このマイクロテクスチャーは、外層の弾性限界を超えて層素材を延伸することによって生成された。このマイクロテクスチャーは、延伸後のフィルムの弾性回復の際に形成される小さなひだから成っており、このひだの向きは延伸方向で決まる。このフィルムは一軸延伸することができ、または二軸延伸することもできる。このマイクロテクスチャーは粗面状の柔らかい表面テクスチャーとして知覚される。

ＥＰ１３１６４１８Ａ１（特許文献２）からは、熱可塑性エラストマーのコア層およびより弾性の低い材料の外層を有する共押出フィルムが知られている。この外層は、脆性の剛直化した分子構造を有する熱可塑性プラスチックから成っており、この分子構造は伸び力を加えると少ししか伸びず、所定の引裂力を上回るとたちまち裂ける。脆性の剛直化した分子構造は、活性化と呼ばれる一軸延伸により、押出方向に対して横に不可逆的に分断される。これにより共押出フィルムは、押出方向に対して横に弾性伸びが可能である。外層は、後処理によって脆化されたポリオレフィン、ポリオレフィンおよびポリスチレンの混合物、またはポリオレフィン、ポリスチレン、およびエチレン酢酸ビニルの混合物から成ることができる。機械方向とも呼ばれる押出方向では、脆性の剛直化した分子構造が維持され続け、材料を硬質化している。この層状複合体は機械方向では弾性を有していない。

冒頭に記載した特徴を有する共押出フィルムはＥＰ２４７１６５２Ａ１（特許文献３）から知られている。この共押出フィルムは、上張層内に、発泡およびその後の伸びによって形成された細孔を有している。共押出フィルムの、活性化とも呼ばれる延伸により、この共押出フィルムは、弾性特性と、同時にテクスチャー加工された上張層とを得る。上張層内の細孔は共押出フィルムの弾性特性を改善し、この共押出フィルムはその活性化後は十分に可逆的な伸びが可能である。細孔により、光沢がなく凹凸のある表面も生じる。

ＥＰ０５００５９０Ｂ１ ＥＰ１３１６４１８Ａ１ ＥＰ２４７１６５２Ａ１

本発明の課題は、最初の伸びの際の特別小さい伸び力および良好で均一な機械的特性を特徴とする共押出フィルムを提示することである。

この課題は、この種の共押出フィルムを出発点とし、本発明により、発泡した外層が、０．８００ｇ／ｃｍ^３未満の密度および体積１立方ミリメートル（ｍｍ^３）当たり５００個超、とりわけ１０００個超の空隙を有することによって解決される。

それゆえ、本発明に従って、非常に多くの小さな空隙を有する特別に均一な構造が供給されるべきである。これに関し、本発明の基礎となっているのは、まさに、共押出フィルムの初回の伸びに関しては発泡した外層の構造が特別重要であるという知見である。本発明に従い、外層は初回の伸びの前、すなわち活性化の前の測定でも、少なくとも、密度が０．８００ｇ／ｃｍ^３未満、好ましくは０．７００ｇ／ｃｍ^３未満である範囲内で発泡している。

それゆえ、とりわけポリオレフィンのような、外層のための通常のポリマー材料から出発して少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２５％の密度低下が生じる。

同時に空隙は、相対的に小さくかつ外層内で均一に分布している。これは、空隙と、その間に配置されたポリマー材料から成る隔壁とを有する材料を、引張力が掛かった際に網のように材料構造だけに基づいてある程度の伸びを可能にする。したがってまさに、初回の伸びの際に初めは比較的小さな力しか必要ない。

空隙を有する外層が、伸びの初めにすぐにある程度の長さに引き伸ばされる間に、外層のポリマーは、それに従って塑性伸びを生じるか、または部分的には引き裂かれたりもする。塑性伸びに関しても、ここでは、小さな空隙の均一な分布により、外層のポリマーの個々の比較的細いストランドが長く引き伸ばされるという利点が生じる。

最後に、空隙の特別小さな気泡状の均一な構造に基づき、外層の引き裂きが特別大きな伸び範囲にわたって起こるという利点も生じる、それゆえ１つの空隙が裂き開かれると、外層はまずはそこで局所的にある程度の可動性を獲得し、そのためこれと直接境を接する空隙が、たいていは明らかにもっと後になってはじめて引き裂かれる。この状況もまさに、初回の伸びの初めに、従来技術に基づいては知られていない柔らかい材料挙動を達成させる。

すなわち本発明の枠内では伸び特性に関して複数の利点が生じる。第一に、活性化とも呼ばれる初回の伸びをより容易に、かつより良好にコントロールして行うことができる。適用事例に応じ、初回の伸びを完全になくすこともできる。ユーザは、初回の伸びの際に明らかに上昇した抵抗に気づきはするが、この共押出フィルムは単独でまたは貼り合わせた不織布層との層状複合体においてさほど剛性ではなく、したがってユーザは、この活性化されていない共押出フィルムも伸び可能と認識し、相応に扱うであろう。

それだけでなく本発明の枠内では、外層の手触りもさらに改善される。特別柔らかく快適な表面ができる。よって適用事例に応じ、テキスタイルの性質を有する非常に柔らかく肌に優しい構造を供するために通常は設けられる不織布材料との貼り合わせを、費用の理由から、共押出フィルムの少なくとも片面でやめることも考慮される。これに加え、特別均一な構造は、外層を、さらなる層と貼り合わせる際に特別容易に貼り付き得るようにもする。

空隙は、独立気泡として、連続気泡構造として、または混合形態でも存在することができる。

連続気泡構造の場合、隣接する空隙はその一部が互いへと移行している。この場合、実質的に凸状でセル状の隙間を空隙と呼ぶ。

本発明の好ましい一形態によれば、外層は、体積１ｍｍ^３当たり２５００個超、特に好ましくは１００００個超の空隙を有している。空隙は、共押出フィルムを上から見た場合に部分的に重なり合って配置されていてもよい。

本発明の枠内で、特別小さくかつ均一に分布した空隙を生成し得るようにするため、共押出フィルムの外層の製造に関して特殊な方法が用いられる。これに関しては、共押出ノズルからの融液状のプラスチックの吐出直後に、急激に非常に多くの小さな空隙が同時に生成されることが達成されなければならず、この場合、共押出フィルムはさらに、小さな空隙が互いに一体化し得る前に凝固しなければならない。これを達成するため、第１の押出機にはコア層のための熱可塑性エラストマーのポリマーメルトを供し、第２の押出機には外層の少なくとも一方のための熱可塑性ベース物質のポリマーメルトを供し、第２の押出機内の熱可塑性ベース物質には、液状および／または気体状の発泡剤を３５〜７５ｂａｒの間の圧力で添加し、この発泡剤が、共押出ノズルからの吐出後の減圧により膨張し、対応する外層での空隙の均質な分布をもたらす製造方法とすることができる。

発泡剤の高い圧力により、発泡剤は熱可塑性ベース物質中で分散し、またさらにある程度はポリマー融体に溶解する。

発泡剤としては、とりわけ二酸化炭素および窒素が考慮され、この発泡剤は、気液平衡において超臨界流体として押出機に投入されるのが特に好ましい。超臨界状態の発泡剤を供することにより、発泡剤は、実質的に圧縮不能に挙動し、それにもかかわらずポリマーメルトに比較的良好に溶解し得る。ノズル吐出後の減圧により、発泡剤は急激に膨張し、空隙の特別均質で微細な分布を形成する。

できるだけ多くの小さな空隙の形成を補助するため、熱可塑性ベース物質に核剤として粒子形態の充填剤を添加することができる。核剤は、タルカムのような無機固体粒子であることが好ましく、この固体粒子は粉末として供される。均一に熱可塑性ベース物質中に分布した個々の粒子は、局所的に、ノズル間隙からの吐出後の空隙の形成を容易にする。

本発明によれば、両方の外層が小さな均一に分布した空隙を有している。それゆえ、前述の方法を出発点とし、第２の押出機からの熱可塑性ベース物質を、両方の外層を形成するために共押出ノズルの前で分割することができる。その代わりに第３の押出機を設けてもよく、この場合、両方の外層は別々に供給された熱可塑性ベース物質から形成される。このような一形態の枠内では、両方の外層のために異なる材料を用いることもできる。

できるだけ少ない製造費用を可能にする手法に反し、本発明の枠内では、比較的手間のかかる、したがって費用のかかる共押出フィルムの製造方法が用いられる。しかしこれに関して本発明の基礎になっているのは、まさに、外層での空隙の特別に選択された格別微細な分布および構造により、機械的特性の著しい予想外の改善が達成され得るという知見である。

外層の層厚は好ましくは０．５〜１０μｍの間であり、その一方でコア層は例えば１５〜１５０μｍの間の厚さを有している。

原則的に、本発明の枠内で、両方の外層とコア層との間にさらにほかの中間層を配置することができる。しかしながら本発明は、好ましくは、両方の外層およびコア層だけから成る三層の共押出フィルムに関する。これに対応して押出フィルムの全体の厚さは、典型的には約２０〜１８０μｍの間である。

外層は、熱可塑性ベース物質としてポリオレフィンを含むことが好ましい。特に適しているのは、靱性伸びが可能な、ポリエチレンおよびポリプロピレンの混合物である。

熱可塑性エラストマーとして考慮されるのは、とりわけ、弾性特性を有するスチレンブロックコポリマー、熱可塑性ポリウレタン、およびポリオレフィン系ブロックコポリマーである。スチレンブロックコポリマーに属するのは、とりわけスチレン・イソプレン・スチレンブロックコポリマー（ＳＩＳ）、スチレン・ブタジエン・スチレンコポリマー（ＳＢＳ）、スチレン・エテンブテン・スチレンコポリマー（ＳＥＢＳ）、スチレン・イソプレン・ブタジエンコポリマー（ＳＩＢＳ）、およびスチレン・エテンプロペン・スチレンコポリマー（ＳＥＰＳ）であり、これらは混合物として用いてもよい。

この共押出フィルムの特に有利な特性は、伸びおよびとりわけ初回の伸び（活性化）に直接影響を及ぼす。第一に、この共押出フィルムは、製造後の伸ばす前の状態から流れ方向（Ｐｒｏｄｕｋｔｉｏｎｓｒｉｃｈｔｕｎｇ）および／または横方向に少なくとも１００％、特に好ましくは少なくとも２００％の伸びが可能である。

伸び特性の試験は、例えば、共押出フィルムを初回の伸びの際に１５０％伸ばし、それにより活性化することによって行うことができる。伸びの不可逆率、すなわち伸ばす前のフィルムと一回伸ばしたフィルムの長さの変化は、好ましくは２０％未満、特に好ましくは１０％未満である。

この共押出フィルムは本発明により、まさに、初回の伸びのために比較的少ない力しか必要としないことを特徴としている。もちろん初回の伸びの際の伸び力は、その後の伸びの際よりは大きい。しかしながら本発明の好ましい一形態によれば、１５０％の初回の伸び（活性化）とその後の第２回の伸びにおいて、流れ方向および／または横方向で決定された、１００％の伸びまでに費やされる伸び仕事量同士の比は２：１未満である。

特別容易な延性は、伸び仕事量、すなわちその過程全体の伸び力の積分にだけでなく、伸び力自体にも現れている。これに対応して本発明による共押出フィルムは、１５０％の初回の伸び（活性化）とその後の第２回の伸びにおいて、流れ方向および／または横方向で決定された１００％の伸びの際に決定される伸び力同士の比が３：２未満という基準も満たしている。

本発明の枠内で製造された共押出フィルムは、何の問題もなく巻き付けることもできる。コア層の材料が一般的に高い接着性を有しており、したがってブロッキングを起こしやすいにもかかわらず、本発明による共押出フィルムは、比較的長い貯蔵期間後にもロールから剥がすことができ、かつ加工することができる。発泡した外層は、活性化した状態でも未活性状態でもスペーサーとして働き、これに関しては活性化により追加的な表面積拡大が達成される。

コア層および外層のための上記材料の加工温度は、典型的には１５０℃〜２３０℃の間である。

一例によれば、全体の厚さが５６μｍの三層の共押出フィルムが、キャストフィルム押出成形によって形成された。対称的な構造の場合、両方の外層は８μｍの層厚を有しており、これに関して未発泡のコンパクトな層と比較した体積増加は３３％である。外層は、ポリエチレンおよびポリプロピレンの混合物から形成されており、核剤としてタルカムを含んでいる。これに対してコア層は４０μｍの層厚で、スチレンブロックコポリマーから形成されている。外層の発泡を伴う共押出は、Ｔｒｅｘｅｌ Ｉｎｃ．によって開発された「ＭｕＣｅｌｌ方法」に従って行った。この共押出フィルムは、特別低い初伸び力および優れた機械的特性を特徴とする。この共押出フィルムの表面は、滑らかで柔らかい印象を与える。

以下に本発明を図面に基づいて説明する。

本発明による共押出フィルムの概略図である。 流れ方向（機械方向）での共押出フィルムの伸びを示す伸びグラフである。

図１は、熱可塑性エラストマーのコア層１、ならびにこの熱可塑性エラストマーより低い弾性を有するポリマーからそれぞれ形成された外層２を備えた共押出フィルムを示している。図示した例示的実施形態では、外層２の一方の層厚とコア層の厚さとの比が１：３〜１：１０の間、とりわけ１：５である。対称的な層構造の場合、外層２は例えば８μｍの厚さを有することができ、その一方でコア層１の厚さは４０μｍである。

図１ではさらに、両方の外層２が、発泡によって形成された空隙３を有していることが認識できる。

本発明によれば、好ましくはポリオレフィン、とりわけＰＥおよびＰＰの混合物から形成された外層は、密度が０．８００ｇ／ｃｍ^３未満、とりわけ０．７００ｇ／ｃｍ^３未満となる程度に発泡している。さらに空隙３が小さくかつ外層２内で均一に分布していることが認識できる。こうして外層２は、体積１ｍｍ^３当たり５００個超の空隙３、好ましくは１０００個超の空隙３、特に好ましくは５０００個超の空隙３を有している。

特別小さくかつ均一に分布した空隙３の形成を容易にするため、外層２の熱可塑性ベース物質は核剤として粒子形態の充填剤を含んでおり、これに関してはとりわけタルカムが核剤として考慮される。

コア層１は、熱可塑性エラストマーとしてのスチレンブロックコポリマーから成っている。

空隙３の微細な分布により、例示的実施形態では８μｍの厚さしかない外層２は全体が特別容易に伸びが可能である。初回の伸びの際、外層２は、空隙３の間のポリマー材料が塑性変形し、最終的に個々の領域を裂き開き得るまで、最初にある程度の長さに引き伸ばすことができる。まさにこのような裂き開きが、第１の伸びの際にその過程の相対的に大きな範囲にわたって起こる。

これに基づいて、図２が具体例として力／伸びグラフを示している。共押出フィルムの伸びに応じた伸び力が％で示されている。曲線Ａは、共押出フィルムの生産後の初回の延伸の際の伸び力推移を示しており、この初回の伸びは活性化とも呼ばれる。初回の伸びの際、共押出フィルムはその元の長さから１５０％伸びされ、これに関し曲線Ｃは、この共押出フィルムの回復または伸び戻りの際の共押出フィルムの伸び力推移を示している。

これを出発点とし、曲線Ｂは活性化後の第２回の伸びに関する伸び力推移を示している。

初回の伸び（曲線Ａ）のためには、その後の伸び（曲線Ｂ）のためより大きな力が必要である。ただし、本発明による共押出フィルムの場合のこの差は、既知の形態に比べて相対的に小さい。曲線Ａの推移から、まさに、伸びの初めに相対的に容易な変形が可能であるように読み取れる。従来技術から知られている共押出フィルムでは、非常に急勾配の直線的な伸び力推移が観察されるのに対し、本発明による共押出フィルムは、相対的に容易に活性化することができる。すなわち、１５０％の初回の伸び（曲線Ａ）とその後の第２回の伸びにおいて、流れ方向および／または横方向で決定された１００％の伸びまでに費やされる伸び仕事量同士の比は２：１未満である。それゆえ図２に関し、曲線Ａおよび曲線Ｂの下の、１００％の値までを囲んだ面積を比較している。

さらに、１５０％の初回の伸びとその後の第２回の伸びにおいて、流れ方向および／または横方向で決定された１００％の伸びの際に決定される伸び力同士の比が３：２未満であることが認識できる。図２ではこれに対応する相対的な値をＦ_{Ａ，１００}およびＦ_{Ｂ，１００}として読み取ることができる。

Claims (12)

1. 熱可塑性エラストマーのコア層（１）、ならびにこの熱可塑性エラストマーより低い弾性を有するポリマーからそれぞれ形成された第１の外層（２）および第２の外層（２）を備えた共押出フィルムであって、外層（２）がそれぞれ、１５μｍ未満の層厚および発泡によって形成された空隙（３）を有する共押出フィルムにおいて、発泡した外層（２）の密度が０．８００ｇ／ｃｍ^３未満であり、外層（２）が体積１立方ミリメートル（ｍｍ^３）当たり５００個超の空隙を有することを特徴とする共押出フィルム。
2. 外層（２）が体積１ｍｍ^３当たり１０００個超の空隙を有することを特徴とする、請求項１に記載の共押出フィルム。
3. 外層（２）の密度が０．７ｇ／ｃｍ^３未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載の共押出フィルム。
4. 外層（２）が０．５〜１０μｍの間の層厚を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
5. コア層（１）が１５〜１５０μｍの間の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
6. 熱可塑性エラストマーが、スチレンブロックコポリマー、熱可塑性ポリウレタン、およびポリオレフィン系ブロックコポリマーの群から選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
7. 外層（２）が、熱可塑性ベース物質としてポリオレフィン、とりわけポリエチレンおよびポリプロピレンの混合物を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
8. 外層（２）が、核剤として粒子形態の充填剤を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
9. １５０％の初回の伸びとその後の第２回の伸びにおいて、１００％の伸びまでに費やされる伸び仕事量同士の比であって、流れ方向および／または横方向で決定される比が２：１未満であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
10. １５０％の初回の伸びとその後の第２回の伸びにおいて、１００％の伸びの際に決定される伸び力同士の比であって、流れ方向および／または横方向で決定される比が３：２未満であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の共押出フィルム。
11. 第１の押出機中にコア層（１）のための熱可塑性エラストマーのポリマーメルトが供給され、
    第２の押出機中に外層（２）の少なくとも一方のための熱可塑性ベース物質のポリマーメルトが供給され、
    第２の押出機中の熱可塑性ベース物質に、液状および／または気体状の発泡剤が３５〜７５ｂａｒの間の圧力で添加され、及び
    発泡剤が、共押出ノズルからの吐出後の減圧により膨張し、対応する外層中での空隙（３）の均質な分布をもたらす、
    請求項１〜１０のいずれか一つに記載の共押出フィルムの製造方法。
12. 前記少なくとも一方の外層（２）のための熱可塑性ベース物質に粒子形態の核剤が添加される、請求項１１に記載の方法。

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