JP5921873B2 - エラストマー性積層体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性エラストマーから成る弾性支持フィルムと、支持層の材料より低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層のマイクロテクスチャー化された被覆層とを備えたエラストマー性積層体に関する。このマイクロテクスチャーは、被覆層の弾性限界を超えて積層体を延伸し、この延伸された積層体が弾性回復することによって形成された。エラストマー性積層体は例えば使い捨て衛生用品に使用されており、例えばおむつの弾性ウエスト部分または弾性止着要素（Ｖｅｒｓｃｈｌｕｓｓｅｌｅｍｅｎｔ）として用いられる。

冒頭に述べた特徴を備えたエラストマー性積層体は、欧州特許第０５００５９０（Ｂ１）号（特許文献１）から知られている。この被覆層は、低い弾性しか示さない比較的剛性の層であり、例えばポリオレフィン、特にポリエチレンもしくはポリプロピレン、またはポリエチレンテレフタレート、またはポリアクリレートから成る。このエラストマー性積層体の被覆層は、被覆層の弾性限界を超えて積層体を延伸することによって形成されたマイクロテクスチャーを有している。マイクロテクスチャーは、エラストマー性積層体が延伸後に弾性により元に戻る際に形成される小さなひだから成っており、当該ひだの向きは延伸方向に依存している。この積層体には、長手方向を横切る方向での一軸延伸、または二軸延伸を施すことができる。このマイクロテクスチャーは、けば立たせた軟らかい表面テクスチャーとして知覚される。

欧州特許出願公開第１３１６４１８（Ａ１）号明細書（特許文献２）からは、エラストマー性支持層と、より剛性のポリマーから成る少なくとも１層の被覆層とを備えたフィルム共押出物が知られている。この被覆層は、脆性に硬化した分子構造を有する熱可塑性プラスチックから成り、この分子構造は、伸長力を適用しても少ししか伸長せず、所定の引裂力を超えると遷移段階を経ずに裂ける。この脆性に硬化した分子構造は、押出方向を横切る方向での、活性化と呼ばれる一軸延伸により不可逆的に分断される。これにより積層体は、押出方向を横切る方向に弾性伸長することができる。この被覆層は、後処理により脆化されたポリオレフィン、ポリオレフィンとポリスチレンから成る混合物、またはポリオレフィンとポリスチレンとエチレンビニルアセテートから成る混合物から成ることができる。長手方向とも言われる押出方向では脆性に硬化した分子構造が保たれたままであり、材料を補剛している。この層複合体は、長手方向では弾性を示さない。

欧州特許第０５００５９０（Ｂ１）号 欧州特許出願公開第１３１６４１８（Ａ１）号明細書

本発明は、積層体の弾性特性を改善することを課題とする。特に、積層体は、押出方向つまり長手方向にも弾性かつ可逆的に伸長できるべきである。

この課題は、冒頭に述べた特徴を備えたエラストマー性層素材を基に、本発明によれば、マイクロテクスチャー加工された上張層が多数の孔を含むことによって解決される。これらの孔は被覆層内で均一に分布していることが好ましい。積層体を延伸する際、これらの孔は予定破断箇所であり、この予定破断箇所で被覆層が裂開する。孔が規則的に分布していることにより、均一に細かく分布したたくさんの小さな弱いゾーンができる。活性化とも言われる延伸を積層体に施すことにより、積層体は弾性特性を獲得すると共にマイクロテクスチャー化された被覆層を得る。被覆層内の孔は、積層体の弾性特性を改善させる。該積層体はその活性化後にはほぼ可逆的に伸長することができ、マイクロテクスチャー化された被覆層の孔構造により、元に戻らない不可逆率を低くすることができる。それだけでなくこれらの孔は、被覆層のマイクロテクスチャーの改良をもたらす。

エラストマー性支持層と、剛性ポリマーから成る非多孔性の被覆層とを備えた、例えば共押出成形によって製造された多層フィルムは、長手方向に延伸すると非常に速やかに裂ける。このような材料は延伸限界が低い。これは押出成形の際に起きる巨大分子の配向のせいである。非エラストマー性の被覆層の強度は、長手方向の方がこれを横切る方向より本質的に高い。したがって局所的に破断強度および破断伸長を超えると、共押出フィルム（Ｃｏｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｆｏｌｉｅ）全体の伸長限界を超えてしまい、積層体が裂ける。この積層体は長手方向で脆性挙動を示す。これに対し多数の孔を有し軽く発泡した被覆層を備えた、本発明によるエラストマー性積層体は、はるかに均一な挙動を示す。本発明による積層体を伸長させると、多数の予定破断箇所を有する均一な微小構造が生じる。したがって本発明による積層体はその構造に基づき、長手方向において、延伸により機械的に活性化することができる。この積層体は長手方向に少なくとも５０％、好ましくは１００％超の伸長が可能であり、積層体を負荷緩和したときの、伸長の不可逆率は、積層体の元の長さに対して２０％未満、好ましくは１０％未満である。

孔を含む、マイクロテクスチャー化された被覆層は様々な構造を有することができ、これに関しては、以下に説明する構造を混合した形態も可能である。どのような構造が生じるかは、被覆層の厚さにも左右される。層厚が大きければ、マイクロテクスチャー化された被覆層は多孔質の発泡構造を有することができ、この発泡構造の孔の少なくとも一部は、積層体を延伸する前の押出成形された被覆層の厚さより小さい。被覆層の層厚が小さければ、とりわけポリマーマトリックスと孔から成るセル構造が形成され、この孔の少なくとも一部は、被覆層の厚さ全体にわたって延びている。したがって被覆層の弾性限界を超えて積層体を延伸することによって形成されるマイクロテクスチャーは、ひだおよび孔を含んでおり、当該孔は、被覆層の表面で開口しており、空洞および／または間隙を形成している。結果として、肌に触れたときに快適に感じるけば立ちのある表面（ａｕｆｇｅｒａｕｔｅ Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅ）が生じる。

本発明による積層体の被覆層は、積層体を延伸する前に測定した厚さが１μｍ〜２０μｍであることが好ましい。支持層は、同様に延伸前に測定した厚さが１５μｍ〜１５０μｍであることができる。

エラストマー性支持層は、ＰＥＢＡブロックコポリマー、オレフィンブロックコポリマー、またはスチレンブロックコポリマー、特にＳＩＳブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、ＳＥＢＳブロックコポリマー、もしくはＳＩＢＳブロックコポリマーの群から選択されたブロックコポリマーから、あるいはエラストマー性ポリウレタンから、あるいはエラストマー性エチレンコポリマーから成ることができる。被覆層は、特にポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）から成ることができる。被覆層にはさらに、ポリオレフィンとポリスチレンとエチレンビニルアセテートから成るポリマー混合物またはエチルブチルアクリレートとポリスチレンから成るポリマー混合物が適している。

マイクロテクスチャーは、積層体を押出方向つまり長手方向に一軸延伸するか、または積層体を二軸延伸することにより形成することができる。

さらに本発明の対象は、前述のエラストマー性積層体を製造するための、請求項１０に記載の方法でもある。本発明による方法では、熱可塑性エラストマーから成る支持層と、より低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層の被覆層とを備えた共押出物が製造される。さらにこの共押出物は、被覆層にマイクロテクスチャーを形成するために被覆層の弾性限界を超えて延伸され、続いて再び応力緩和される。本発明によれば、被覆層用のポリマーには発泡剤（Ｔｒｅｉｂｍｉｔｔｅｌ）が混ぜられ、この発泡剤は、ポリマーを溶融して押出成形する際に膨張し、共押出物の被覆層内で孔を形成する。好ましくは、１５０℃〜２５０℃の温度で化学反応によりガスを発生させる、化学的吸熱性発泡剤が使用される。吸熱性発泡剤は、その分解反応の際にエネルギーを消費するので、熱供給を停止するとガスの発生が止まる。ガス発生は、したがって孔形成も、発泡剤の量、ポリマー融体中での発泡剤の分布により、および押出成形の際の温度管理により、適切に制御することができる。発泡剤は、特に、マスターバッチの形態の粒状物質として加工することができ、その際、マスターバッチの量に対する発泡剤濃度は１０〜７０重量％である。適切な吸熱性発泡剤は、例えばＮａＨＣＯ_３およびクエン酸をベースとする。この発泡剤は、とりわけポリオレフィン（ＰＥ、ＰＰ）、ポリアミド、およびポリスチレンの発泡に適している。

前記共押出物は押出成形後に冷却され、その後、長手方向に一軸延伸されるか、または二軸延伸される。延伸は押出成形および冷却の直後に行うことができる。ただし大抵は、さらなる加工の際に初めて延伸を行うことが有利である。なぜならこの場合、外側の層が当初は長手方向での高い剛性を保証しており、これにより共押出物のロール上への巻付けおよび繰出しが可能にまたは少なくとも容易になり、巻き付けられた共押出物のブロッキングが回避されるからである。延伸は、例えば、ロール上に巻き付けられた共押出物が供給されたときに行うことができ、これを用い、例えば不織布材料と貼り合わせることによっておむつの弾性止着要素を製造する。適用例に応じて、とりわけ共押出物の片面しか不織布と貼り合わせない場合には、マイクロテクスチャー化が手触りおよび見た目のためにも重要になり得る。この場合、製造されたラミネートでは共押出物が外面を構成しており、つまりマイクロテクスチャーにより、快適で軟らかいテキスタイル状の表面が形成される。

延伸は機械的活性化とも言う。この活性化により、材料はその弾性伸長特性および外側のマイクロテクスチャーを得る。前記積層体は、特に、中心層としてのエラストマー性支持層と、積層体の両面上での本発明による特徴を備えたマイクロテクスチャー化された被覆層とを備えた多層構造を有することができる。

以下に、１つの例示的実施形態だけを示している図面に基づいて本発明を説明する。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
１．熱可塑性エラストマーから成るエラストマー性支持層（２）と、支持層（２）の材料より低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層のマイクロテクスチャー化された被覆層（３）とを備え、マイクロテクスチャーが、被覆層（３）の弾性限界を超えて積層体（１）を延伸し、前記延伸された積層体（１）が弾性回復することによって形成されたエラストマー性積層体において、マイクロテクスチャー化された被覆層（３）が多数の孔（４）を含むことを特徴とする、エラストマー性積層体。
２．孔（４）が、被覆層内で均一に分布していることを特徴とする、上記１に記載のエラストマー性積層体。
３．マイクロテクスチャー化された被覆層（３）が多孔質の発泡構造を有しており、前記発泡構造の孔が、積層体（１）を延伸する前の押出成形された被覆層（３）の厚さより小さいことを特徴とする、上記１または２に記載のエラストマー性積層体。
４．マイクロテクスチャー化された被覆層（３）が、ポリマーマトリックスと孔（４）を有するセル構造を有しており、前記孔の少なくとも一部が、被覆層（３）の厚さ全体にわたって延びていることを特徴とする、上記１〜３のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
５．被覆層（３）は、積層体（１）を延伸する前に測定した厚さが１μｍ〜２０μｍであり、支持層（２）は、同様に延伸前に測定した厚さが１５μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする、上記１〜４のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
６．支持層（２）が、ＳＩＳブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、ＳＥＢＳブロックコポリマーもしくはＰＥＢＡブロックコポリマーの群から選択されたブロックコポリマーから、またはエラストマー性ポリウレタンから、またはエラストマー性エチレンコポリマーから成ることを特徴とする、上記１〜５のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
７．被覆層（３）が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ＰＯＭ、ポリエチレンテレフタレート、ＰＢＴ、またはポリオレフィンとポリスチレンとエチレンビニルアセテートから成る混合物、またはエチルブチルアクリレートとポリスチレンから成る混合物から成ることを特徴とする、上記１〜６のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
８．マイクロテクスチャーが、積層体（１）を押出方向に一軸延伸することにより形成されたことを特徴とする、上記１〜７のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
９．マイクロテクスチャーが、積層体（１）を二軸延伸することにより形成されたことを特徴とする、上記１〜７のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
１０．熱可塑性エラストマーから成る支持層（２）と、低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層の被覆層（３）とを備えた共押出物が製造され、そして
前記共押出物が、被覆層（３）にマイクロテクスチャーを形成するために被覆層（３）の弾性限界を超えて延伸され、続いて再び応力緩和される、上記１〜９のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体の製造方法であって、
被覆層（３）用のポリマーに発泡剤が混ぜられ、前記発泡剤が、ポリマーを溶融して押出成形する際に膨張し、共押出物の被覆層（３）内で孔（４）を形成することを特徴とする、製造方法。
１１．１５０℃〜２５０℃の間の温度で化学反応によりガスを発生させる化学的吸熱性発泡剤が使用されることを特徴とする、上記１０に記載の方法。
１２．共押出物が冷却され、続いて押出方向に一軸延伸されるか、または二軸延伸されることを特徴とする、上記１０または１１のいずれか一つに記載の方法。

エラストマー性積層体の概略断面図である。 伸長した状態の積層体の概略断面図である。 図１に示した積層体の表面を示す。 伸長した状態の積層体の表面を示す。 積層体の長手方向の伸長を特徴づける伸長グラフである。 積層体の製造方法を示す。

図１に断面で示した積層体１は、熱可塑性エラストマーから成るエラストマー性支持層２と、支持層の両面上でマイクロテクスチャー化された被覆層３とを備えている。マイクロテクスチャー化された被覆層３はそれぞれ、支持層２の材料より低い弾性を示すポリマーから成る。積層体１のマイクロテクスチャーは、被覆層３の弾性限界を超えて積層体１を延伸し、この延伸された積層体１が弾性回復することによって形成された。マイクロテクスチャー化された被覆層３は、被覆層内に本質的には均一に分布している多数の孔４を含んでいる。エラストマー性支持層２と被覆層３の間には、任意選択で接着剤層５を配置することができる。

エラストマー性支持層２は、ＳＩＳブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、ＳＥＢＳブロックコポリマー、ＳＩＢＳブロックコポリマー、またはＰＥＢＡブロックコポリマーの群から選択されたブロックコポリマーから成ることが好ましい。エラストマー性支持層は、非弾性ポリマーの添加物および／または加工助剤ならびに添加剤を含むことができる。

被覆層３は、エラストマー性支持層２の材料より低い弾性を示すポリマーから成る。被覆層３用のポリマーとしては、特にポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ＰＯＭ、ポリエチレンテレフタレート、ＰＢＴが、またはポリオレフィンとポリスチレンとエチレンビニルアセテートから成る混合物もしくはエチルブチルアクリレートとポリスチレンから成る混合物もまた考慮される。被覆層は、積層体を延伸する前に測定した厚さが１μｍ〜２０μｍであることが好ましい。同様に延伸前に測定したエラストマー性支持層の厚さは１５μｍ〜１５０μｍの範囲内にあることが好ましい。

被覆層３に含まれている孔４の少なくとも一部は、被覆層３の厚さ全体にわたって延びている。ポリマーマトリックスと孔から成るセル構造が形成されている。図１および図３は、緩んだ、つまり非伸長状態の積層体１を示しており、これに対し図２および図４は伸長状態の積層体１のフィルム構造を示している。伸長状態と非伸長状態の比較観察から、積層体１を伸長させると孔４が拡がることが分かる。表面は陥凹部および隆起部を有している。緩んだ状態ではさらにひだ６が確認でき、このひだは、被覆層の弾性限界を超えて積層体１が延伸され、この延伸された積層体１が弾性回復する際に形成された。この工程を活性化とも言う。マイクロテクスチャーは、ひだと、さらに表面に向かって開いている孔とから構成されている。テキスタイルに似た性質を有するけば立ちのある表面ができる。

境界面の弾性限界を超えて積層体１を延伸した際に形成されたひだ６の構造および配列は、延伸方向に依存している。図３に示した表面は、長手方向（ＭＤ）に一軸延伸することで形成された。

エラストマー性積層体１の伸長特性を図５に示している。伸長力と積層体１の伸長の関係が示されており、曲線Ａは１回目の延伸の際の伸長力推移を、また曲線Ｂは２回目以降の伸長の際の伸長力推移を示している。曲線Ｃは、伸長後の負荷緩和または伸び戻りの際の積層体１の伸長力推移を示している。曲線Ａと曲線Ｂの比較観察から、材料の１回目の延伸後には、エラストマー性積層体の不可逆的に持続する伸長が小さく、調べたフィルムの場合は約１０％であることが分かる。比較のために、被覆層が孔を含んでいない３層のエラストマー性積層体の伸長力推移Ｄを定性的に示している。この材料は、長手方向（ＭＤ）に伸長させると、２０％未満の少ない伸長でも裂けてしまう。

図６ではエラストマー性積層体１の製造方法を示している。図６に示した方法では、多層押出成形により、熱可塑性エラストマーから成る支持層２と外側の被覆層３とを備えた共押出物が製造される。外側の被覆層３はそれぞれ、支持層２の材料より低い弾性を示すポリマーから成る。共押出成形には通常の押出設備が用いられ、この押出設備は、付属の原料容器７’、８’、９’を具備する複数の押出機７、８、９と、多層フラットフィルムを押出成形するための押出ノズルを具備する押出ヘッド１０とを備えている。共押出物は冷却ローラ１１によって案内され、続いて延伸機構１２で被覆層３の弾性限界を超えて延伸される。延伸は長手方向ＭＤに行われる。続いてエラストマー性積層体１を再び応力緩和し、ロール１３上に巻き付ける。

被覆層３用として、押出機７、９の原料容器７’、９’には、比較的剛性であまり伸長可能でない層になるポリマーまたはポリマー混合物を供給する。被覆層３用のポリマーには発泡剤が混ぜられ、この発泡剤は、マスターバッチ１４として例えば粒状化した形態で供給される。発泡剤は、ポリマーを溶融して押出成形する際に膨張し、共押出物の被覆層３内で孔を形成する。１５０℃〜２５０℃の温度で化学反応によってガスを発生させる、化学的吸熱性発泡剤が使用される。

エラストマー性支持層２を生成するために、押出機８の原料容器８’には、エラストマー性ポリマーか、主成分として熱可塑性エラストマーを含むポリマー混合物を供給する。

図３〜図５は、下記の層構造を有する共押出フィルムに関する：
ａ）ＳＢＳ７５重量％、ポリスチレン１２重量％、ならびに加工助剤および添加剤１３重量％から成り、積層体を延伸する前に測定した層厚が８５μｍのエラストマー性支持層；
ｂ）ポリスチレン９２重量％、および化学的吸熱性発泡剤を含むマスターバッチ８重量％から成る被覆層。マスターバッチ中には、発泡剤が約３０〜５０重量％含まれている。被覆層の層厚は約５μｍである。

この共押出物を、マイクロテクスチャーを形成させるために被覆層の弾性限界を超えて長手方向（ＭＤ：Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）に延伸する。弾性による伸び戻りにより、図３に示したマイクロテクスチャーが被覆層の表面に形成される。

１ 積層体
２ 支持層
３ 被覆層
４ 孔
５ 接着剤層
６ ひだ
７、８、９ 押出機
７’、８’、９’ 原料容器
１０ 押出ヘッド
１１ 冷却ローラ
１２ 延伸機構
１３ ロール
１４ マスターバッチ

Claims (11)

1. 熱可塑性エラストマーから成るエラストマー性支持層（２）と、支持層（２）の材料より低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層のマイクロテクスチャー化された被覆層（３）とを備え、マイクロテクスチャーが、ひだとさらに表面に向かって開いている孔とから構成されているエラストマー性積層体において、マイクロテクスチャー化された被覆層（３）が多数の孔（４）を含むこと、および被覆層（３）が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ＰＯＭ、ポリエチレンテレフタレート、ＰＢＴ、またはエチルブチルアクリレートとポリスチレンから成る混合物から成ることを特徴とし、ただし、被覆層（３）がフィラーを含む積層体を除く、エラストマー性積層体。
2. ただ１つのエラストマー性支持層（２）と最大で２つのマイクロテクスチャー化された被覆層（３）とを有することを特徴とする、請求項１に記載のエラストマー性積層体。
3. 孔（４）が、被覆層内で均一に分布していることを特徴とする、請求項１または２に記載のエラストマー性積層体。
4. マイクロテクスチャー化された被覆層（３）が、ポリマーマトリックスと孔（４）を有するセル構造を有しており、前記孔の少なくとも一部が、被覆層（３）の厚さ全体にわたって延びてい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エラストマー性積層体。
5. 支持層（２）が、ＳＩＳブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、ＳＥＢＳブロックコポリマーもしくはＰＥＢＡブロックコポリマーの群から選択されたブロックコポリマーから、またはエラストマー性ポリウレタンから、またはエラストマー性エチレンコポリマーから成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エラストマー性積層体。
6. マイクロテクスチャーが、積層体（１）を押出方向に一軸延伸することにより形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
7. マイクロテクスチャーが、積層体（１）を二軸延伸することにより形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体。
8. 熱可塑性エラストマーから成る支持層（２）と、支持層（２）の材料より低い弾性を示すポリマーから成る少なくとも１層の被覆層（３）とを備えた共押出物が製造され、そして
   前記共押出物が、被覆層（３）にマイクロテクスチャーを形成するために被覆層（３）の弾性限界を超えて延伸され、続いて再び応力緩和される、請求項１〜７のいずれか一つに記載のエラストマー性積層体の製造方法であって、
   被覆層（３）用のポリマーに発泡剤が混ぜられ、前記発泡剤が、ポリマーを溶融して押出成形する際に膨張し、共押出物の被覆層（３）内で孔（４）を形成すること、および被覆層（３）が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ＰＯＭ、ポリエチレンテレフタレート、ＰＢＴ、またはエチルブチルアクリレートとポリスチレンから成る混合物から成ることを特徴とする、製造方法。
9. １５０℃〜２５０℃の間の温度で化学反応によりガスを発生させる化学的吸熱性発泡剤が使用されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 共押出物が冷却され、続いて押出方向に一軸延伸されるか、または二軸延伸されることを特徴とする、請求項８または９のいずれか一つに記載の方法。
11. 支持層（２）が、ＳＩＳブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、ＳＥＢＳブロックコポリマーもしくはＰＥＢＡブロックコポリマーの群から選択されたブロックコポリマーから、またはエラストマー性ポリウレタンから、またはエラストマー性エチレンコポリマーから成ることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一つに記載の方法。

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