JP6116070B2 - 再生可能なポリエステルから形成された通気性フィルム - Google Patents
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Description
使い捨て可能な吸収製品(たとえば、おむつ、女性衛生製品、失禁製品、その他)は、使用の間に、水、尿、月経または血液のなどの1つまたは複数の液体の侵襲に供される。多くの市販のおむつは、水蒸気がおむつをとおり、および環境に通過されて、皮膚に対して保たれる水分の量を少なくし、および皮膚水分過剰による皮層刺激および発疹の機会を減少させる。液体を保つと共に、蒸気がおむつをとおり、および環境へ通過されるように、フィルムに積層された不織布ウェブから形成された「空気を通す」外側カバーが使用されることが多い。従来のフィルムは、充填剤粒子を利用して、延伸したときに、一連のミクロポアをフィルムに生じさせる。このような充填剤粒子の例は、炭酸カルシウム、粘土、酸化チタン(IV)、珪藻土およびその他の類似の粒子などの無機粒子を含む。所望の浸透性を達成するために、このようなフィルムは、通常、約45%から約65%の充填剤粒子を含むだろう。何かから充填剤粒子によって作製されたミクロポアは、フィルムを介した「ねじれた経路」といわれることが多い。フィルムの一方の側に接触する液体は、フィルムを通って直接通過しない。その代わりに、フィルムにおける微小孔構造チャンネルのネットワークは、液体が通過するのを妨げるが、気体および水蒸気を通過することができる。
(i)前記空隙のアスペクト比は、0.1から1であり、かつ前記空隙は、2マイクロメートル以下の長手方向寸法および2マイクロメートルから5マイクロメートルの横寸法を有する、
(ii)前記再生可能なポリエステルのための溶解パラメーターの前記重合体硬化添加物の溶解パラメーターに対する比は、0.5から1.5であり、前記再生可能なポリエステルのためのメルトフローレートの前記重合体硬化添加物のメルトフローレートに対する比は、0.2から8であり、および前記再生可能なポリエステルのヤングの弾性率の前記重合体硬化添加物のヤングの弾性率に対する比は、2から500である、
(iii)前記重合体硬化添加物は、ポリオレフィンを含む、
(iv)少なくとも1つの中間モディファイアーをさらに含み、前記中間モディファイアーは、40℃の温度にて決定される、0.7から200センチストークの動粘度を有する、
(v)少なくとも1つの中間モディファイアーをさらに含み、前記重合体硬化添加物は、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて1重量%から30重量%を構成し、および前記中間モディファイアーは、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて0.1重量%から20重量%を構成する、
(vi)前記組成物は、ポリ(エチレン−コ−メタクリラート−コ−メタクリル酸グリシジル)などの、エポキシ−官能性(メタ)アクリル酸単量体成分を含むポリエポキシドモディファイアーを含む、
(vii)前記再生可能なポリエステルは、70重量%以上の熱可塑性組成物を構成する、
からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たし得る。
A.再生可能なポリエステル
再生可能なポリエステルは、典型的には熱可塑性組成物の約70重量%から約99重量%、いくつかの態様において約80重量%から約95重量%およびいくつかの態様において約75重量%から約98重量%を構成する。一般に以下などの多様な再生可能なポリエステルのいずれも熱可塑性組成物に使用し得る:脂肪族ポリエステルなど、ポリカプロラクトン、ポリエステルアミド、ポリ乳酸(PLA)およびその共重合体(ポリグリコール酸、ポリアルキレンカルボナート(たとえば、ポリエチレンカルボナート)、ポリ−3−ヒドロキシブチラート(PHB)、ポリ−3−ヒドロキシバレラート(PHV)、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−4−ヒドロキシブチラート(hydroybutyrate)、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−3−ヒドロキシバレラート共重合体(PHBV)、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−3−ヒドロキシヘキサノアート、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−3−ヒドロキシオクタノン酸、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−3−ヒドロキシデカノアート、ポリ−3−ヒドロキシブチラート−コ−3−ヒドロキシオクタデカノアートおよびスクシナートに基づいた脂肪族重合体(たとえば、ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナートアジパート、ポリエチレンスクシナート、その他);脂肪族−芳香族共ポリエステル(たとえば、ポリブチレンアジパートテレフタラート、ポリエチレンアジパートテレフタラート、ポリエチレンアジパートイソフタラート、ポリブチレンアジパートイソフタラート、その他);芳香族ポリエステル(たとえば、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタレート、その他);など。
上記のように、本発明の熱可塑性組成物は、また重合体硬化添加物を含む。その重合体の性質のため、硬化添加物は、熱可塑性組成物の融解強度および安定性を改善するのを補助することができる相対的に高い分子重量を有する。必須とされないが、重合体硬化添加物は、一般に再生可能なポリエステルと混ざらなくてもよい。この様式において、硬化添加物は、再生可能なポリエステルの連続相内の分離した相ドメインとして、よりうまく分散することができる。分離したドメインは、外力から生じるエネルギーを吸収することができ、これが生じる材料の全体の耐久性および強度を増加させる。ドメインは、楕円、球状、円柱状、その他などの多様な異なる形状を有してもよい。一つの態様において、たとえば、ドメインは、実質的に楕円形状を有する。個々のドメインの物理的な寸法は、典型的には外部の応力の適用による重合体材料を介したひびの伝播を最小限にするほど十分小さいが、微細な塑性変形を開始し、および剪断帯を粒子封入体にておよびその周辺に生じさせるほど十分大きい。
式中:
ΔHv=蒸発の熱
R=理想気体常数
T=温度
Vm=分子量。
また、中間モディファイアーを熱可塑性組成物において使用して、硬化添加物と再生可能なポリエステルとの間の摩擦および結合性の程度を減少させ、したがって、剥離の程度および均一性を増強してもよい。この様式において、空隙は、組成物の全体にわたって実質的に均一な様式で分布させることができる。モディファイアーは、一般に室温(たとえば、25℃)にて液体または半固体形態であり、その結果これは、相対的に低い粘性を有し、より容易に熱可塑性組成物に組み込まれ、および容易に重合体表面に移動させることができる。この点において、中間モディファイアーの動粘度は、典型的には、40℃にて決定される、約0.7から約200センチストーク(「cs」)、いくつかの態様において約1から約100csおよびいくつかの態様において約1.5から約80csである。加えて、中間モディファイアーは、また典型的には疎水性であり、その結果これは、重合体硬化添加物に対する親和性を有し、再生可能なポリエステルと硬化添加物との間の界面張力における変化を生じる。ポリエステルと硬化添加物の間の界面における物理的な力を減少させることによって、モディファイアーの低粘性、疎水性は、外部応力の減少時にポリエステルマトリックスからの剥離を容易にするのを補助することができると考えられる。本明細書に使用される、「疎水性である」という用語は、典型的には約40°以上の、およびいくつかの場合約60°以上の空気中における水の接触角を有する材料をいう。対照的に、「親水性である」という用語は、典型的には約40°未満の空気中における水の接触角を有する材料をいう。接触角を測定するための一つの適した試験は、ASTM D5725−99(2008)である。
上記のように、重合体硬化添加物は、一般にそれが再生可能なポリエステルのものに相対的に近い溶解パラメーターを有するように選択される。とりわけ、これは、相の相容性を増強すること、および連続相内で分離したドメインの全体の分布を改善することができる。それにもかかわらず、一定の態様において、再生可能なポリエステルと重合体硬化添加物との間にさらに相容性を増強するために、相容化剤を任意に使用してもよい。これは、重合体硬化添加物がポリウレタン、アクリル樹脂、その他などの極性部分を有するときに、特に望ましいであろう。使用されるときに、相容化剤は、典型的には約0.5重量%から約20重量%、いくつかの態様において約1重量%から約15重量%およびいくつかの態様において約1.5重量%から約10重量%の熱可塑性組成物を構成する。適した相容化剤の一つの例は、官能性をもたせたポリオレフィンである。極性成分は、たとえば、1つまたは複数の官能基によって提供されてもよく、および無極生成分は、オレフィンによって提供されてもよい。相容化剤のオレフィン成分は、一般に上記したものなどの、オレフィン単量体に由来する任意の直鎖または分枝α−オレフィン単量体、オリゴマーまたは重合体(共重合体を含む)から形成してもよい。
一つの独特の本発明の側面は、上で記述したなど、フィルムが充填剤粒子を必要とすることなく相対的に高い空隙容量および浸透性で形成させることができるということであり、これは従来法では微小孔フィルムを形成するために必要とされる。これは、コストの減少の可能性および製造の複雑さを含む、多数の利益を提供することができる。実際に、熱可塑性組成物および/または1つもしくは複数のフィルムの層(たとえば、基部層)は、一般に充填剤粒子(たとえば、無機充填剤粒子)がなくてもよい。たとえば、充填剤粒子は、約10重量%以下、いくつかの態様において約5重量%以下およびいくつかの態様において約1重量%以下の量の熱可塑性組成物で存在してもよい。それにもかかわらず、一定の態様において、より多い量の充填剤粒子は、最適ならば、熱可塑性組成物に使用してもよい。
原材料(たとえば、再生可能なポリエステル、硬化添加物およびその他の任意の組成物)は、公知の多様な技術のいずれかを使用して混合してもよい。一つの態様において、たとえば、原材料は、別々に、または組み合わせて供給してもよい。たとえば、原材料は、本質的に均一な乾燥混合物を形成するために、共に最初に乾燥混合させてもよい。原材料は、同様に材料を分散混合する溶融加工装置に同時に、または順番に、いずれかで供給してもよい。バッチおよび/または連続的な溶融加工技術を使用してもよい。たとえば、ミキサー/ニーダー、バンブリーミキサー、ファレル連続ミキサー、単一スクリュー押出成形機、双軸スクリュー押出成形機、ロールミル、その他を利用して、材料を混合および溶融加工してもよい。特に適した溶融加工装置は、共回転、双軸スクリュー押出成形機(たとえば、ラムゼー、ニュージャージーのWerner & Pfleiderer Corporation of Wernerから入手できるZSK−30押出成形機またはThermo Electron Corp.、ストーン、イングランドから利用できるThermo Prism(商標)USALAB 16押出成形機)であり得る。このような押出成形機は、供給および排出口を含み、および高強度分配および分散の混合を提供し得る。たとえば、原材料を双軸スクリュー押出成形機の同じまたは異なる供給ポートに供給し、および溶融混合して実質的に均一な溶解した混合物を形成してもよい。必要に応じて、その他の添加剤を、また重合体融解物に注入してもよく、および/またはその長さに沿って異なる位置にて別々に押出成形機に入れてもよい。あるいは、添加剤は、再生可能なポリエステルおよび/または硬化添加物と共に事前に混合されていてもよい。
上記のように、本発明のフィルムは、一般に、強固な再生可能なポリエステル、重合体硬化添加物およびその他の随意の成分を含む前駆フィルム材料を冷延伸することによって形成される。任意の公知の技術を使用して、混合された組成物から前駆体フィルムを形成してもよい。一つの特定の態様において、フィルムは、環状型を介して押し出された重合体混合物の泡を膨張するために気体(たとえば、空気)を使用する吹込加工によって形成してもよい。次いで、泡をつぶして、平らなフィルム形態で収集する。吹込フィルムを作製するための工程は、たとえば、Raleyに対する米国特許第3,354,506号;Schippersに対する第3,650,649剛;およびSchrenkらに対する第3,801,429号、並びにMcCormackらに対する米国特許出願公開第2005/0245162号およびBoggsらに対する第2003/0068951号に記述される。しかし、さらにもう一つの態様において、フィルムは、キャスト技術を使用して形成される。
本発明のフィルムは、パッケージングフィルムなど、多様な物品の処理のための個別ラップ、パッケージングポーチまたはバッグなど、食品製品、紙製品(たとえば、組織、ワイプ、紙タオル、その他)、吸収性製品、バリアフィルム、濾過媒体、ナノ多孔性膜、その他などの広く多様な用途に使用してもよい。吸収性製品のための種々の適したポーチ、ラップまたはバッグ配置は、たとえばSoreboらに対する米国特許第6,716,203号およびModerらに対する第6,380,445号、並びにSoreboらに対する米国特許出願公開第2003/0116462号に開示されている。
メルトフローレート:
メルトフローレート(「MFR」)は、典型的には190℃または230℃にて10分で2160グラムの負荷に供されるときに、押出式流動計開口部(0.0825インチの直径)を介して強制される重合体の重量(グラムで)である。特に明記しない限り、メルトフローレートは、Tinius Olsen Extrusion PlastometerでASTM 試験法D1239にしたがって測定してある。
ガラス転移温度(Tg)は、ASTM E1640−09にしたがって動的機械分析(DMA)によって決定してもよい。TA InstrumentsからのQ800機器を使用してもよい。実験の実行は、張力/張力形状で、3℃/分の加熱割合で−120℃から150℃の範囲の温度スイープモードで実行してもよい。歪み振幅頻度は、試験の間に一定で(2Hz)保持してもよい。3回の独立した試料を試験して、平均ガラス転移温度を得てもよく、これはtanδ曲線のピーク値によって定義され、tanδは、喪失係数と弾性係数の比(tanδ=E”/E’)として定義される。
フィルムは、MTS Synergie200引張りフレームで引張り特性(ピーク応力、係数、破壊に時の歪みおよび破壊時の容積あたりエネルギー)について試験した。試験は、ASTM D638−10にしたがって(約23℃にて)行った。フィルム試料は、試験の前に3.0mmの中心幅でイヌの骨形に切断した。イヌ骨フィルム試料を18.0mmの標点距離でMTS Synergie 200装置上のグリップを使用して所定の位置に保持する。フィルム試料を破損が生じるまで5.0in/分のクロスヘッド速度にて延伸した。5つの試料を、縦方向(MD)および横方向(CD)に各フィルムについて試験した。TestWorks 4と呼ばれているコンピュータプログラムを使用して試験の間のデータを収集して、応力対歪み曲線を生成し、ここから係数、ピーク応力、伸びおよび破損するためのエネルギーを含む多数の特性を決定した。
伸長比、密度およびパーセント空隙容量を決定するために、幅(Wi)および検体の厚み(Ti)を冷延伸の前に最初に測定した。また、延伸前の長さ(Li)を、検体の表面上の2つの模様の間の距離を測定することによって決定した。その後、検体を冷延伸してボイディングを開始した。次いで、検体の幅(Wf)、厚み(Tf)および長さ(Lf)を、Digimatic Caliper(Mitutoyo Corporation)を利用してほぼ0.01mmまで測定した。また、冷延伸前の容積(Vi)は、Wi x Ti×Li = Viによって算出した。冷延伸後の容積(Vf)は、Wf x Tf x Lf = Vfによって算出した。また、伸長比(Φ)は、Φ = Vf/Viによって算出し;密度(Pf)は、Pf = Pi/Φによって算出し:式中、Piは、前駆物質の密度であり;およびパーセント空隙容量(% Vv)は、%Vv = (1−1/Φ)×100によって算出した。
含水量は、Arizona Instruments Computrac Vapor Pro水分アナライザー(モデル番号3100)を使用して、ASTM D 7191−05に実質的したがって決定してもよく、これは全ての目的のためにその参照によりその全体が本明細書に援用される。試験温度(§X2.1.2)は、130℃でもよく、試料サイズ(§X2.1.1)は、2から4グラムでもよく、およびバイアルパージ時間(§X2.1.4)は、30秒でもよい。さらに、終了基準(§X2.1.3)は、「予測」モードとして定義してもよく、これは、一体型のプログラムされた基準(エンドポイント含水量を数学的に算出する)が満たされるときに試験を終えることを意味する。
材料のWVTRを決定するために使用した試験は、材料の性質に基づいて変更してもよい。WVTR値を測定するための一つの技術は、番号IST−70.4−99、「STANDARD TEST METHOD FOR WATER VAPOR TRANSMISSION RATE THROUGH NONWOVEN AND PLASTIC FILM USING A GUARD FILM AND VAPOR PRESSURE SENSOR」の表題のINDA(Association of the Nonwoven Fabrics Industry)によって標準化された試験手順を使用を含み、これは、その参照によりその全体が本明細書に援用される。INDA試験手順は、以下の通りに要約される。乾燥チャンバを、試験される耐久性ガードフィルムおよび試料材料によって公知の温度および湿度の湿式チャンバから分離させる。ガードフィルムの目的は、明確なエアギャップを定義すること、およびエアギャップの空気を落ち着かせる、または鎮めることであり、エアギャップが特徴づけられる乾燥チャンバ、ガードフィルムおよび湿式チャンバは、試験フィルムが封止された拡散セルを構成する。試料ホルダは、Mocon/Modem Controls、Inc.、ネアポリス、ミネソタによって製造されるPermatran−W Model 100Kとして公知である。第1の試験は、100%の相対湿度を生じる蒸発器アセンブリーの間のガードフィルムおよびエアギャップのWVTRで行われる。水蒸気は、エアギャップおよびガードフィルムを介して拡散して、次いで乾燥ガス流と混合され、これは水蒸気濃度と比例する。電気的シグナルがプロセシングのためにコンピュータに送られる。コンピュータは、エアギャップおよびガードフィルムの伝達速度を算出して、さらなる使用のために値を保存する。
式中、
F=分あたりcm3での水蒸気の流れ;
ρsat(T)=温度Tにおける飽和水の密度;
RH =細胞における特定された位置での相対湿度;
A=細胞の断面領域;および、
Psat(T)=温度Tにおける水蒸気の飽和蒸気圧。
Claims (20)
- 500g/m2/24時間以上の透湿率を有する通気性フィルムであって、前記フィルムは、
0℃以上のガラス転移温度を有する少なくとも1つの強固な再生可能なポリエステル;および、
少なくとも1つの重合体硬化添加物
を含む熱可塑性組成物を含み、
前記熱可塑性組成物は、複数の分離した一次ドメインおよび空隙が連続相内で分散された形態を有し、前記ドメインは、前記重合体硬化添加物を含み、および前記連続相は、前記再生可能なポリエステルを含み、
前記空隙によって占められる前記組成物の平均パーセント容積は、立方センチメートルあたり20%から80%であり、
以下の7つの条件、
(i)前記空隙のアスペクト比は、0.1から1であり、かつ前記空隙は、2マイクロメートル以下の長手方向寸法および2マイクロメートルから5マイクロメートルの横寸法を有する、
(ii)前記再生可能なポリエステルのための溶解パラメーターの前記重合体硬化添加物の溶解パラメーターに対する比は、0.5から1.5であり、前記再生可能なポリエステルのためのメルトフローレートの前記重合体硬化添加物のメルトフローレートに対する比は、0.2から8であり、および前記再生可能なポリエステルのヤングの弾性率の前記重合体硬化添加物のヤングの弾性率に対する比は、2から500である、
(iii)前記重合体硬化添加物は、ポリオレフィンを含む、
(iv)少なくとも1つの中間モディファイアーをさらに含み、前記中間モディファイアーは、40℃の温度にて決定される、0.7から200センチストークの動粘度を有する、
(v)少なくとも1つの中間モディファイアーをさらに含み、前記重合体硬化添加物は、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて1重量%から30重量%を構成し、および前記中間モディファイアーは、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて0.1重量%から20重量%を構成する、
(vi)前記組成物は、ポリ(エチレン−コ−メタクリラート−コ−メタクリル酸グリシジル)などの、エポキシ−官能性(メタ)アクリル酸単量体成分を含むポリエポキシドモディファイアーを含む、および
(vii)前記再生可能なポリエステルは、70重量%以上の熱可塑性組成物を構成する、
からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たす、通気性フィルム。 - 前記熱可塑性組成物は、無機充填剤粒子を含まない、請求項1の通気性フィルム。
- 前記空隙のアスペクト比は、0.1から1である、請求項1または2の通気性フィルム。
- 前記空隙は、2マイクロメートル以下の長手方向寸法および2マイクロメートルから5マイクロメートルの横寸法を有する、請求項3の通気性フィルム。
- 前記熱可塑性組成物は、立方センチメートルあたり1.4グラム以下の密度有する、請求項1から4のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記再生可能なポリエステルは、ポリ乳酸である、請求項1から5のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記再生可能なポリエステルのための溶解パラメーターと前記重合体硬化添加物の溶解パラメーターの比は、0.5から1.5であり、前記再生可能なポリエステルのためのメルトフローレートの前記重合体硬化添加物のメルトフローレートに対する比は、0.2から8であり、および前記再生可能なポリエステルのヤングの弾性率の前記重合体硬化添加物のヤングの弾性率に対する比は、2から500である、請求項1から6のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記重合体硬化添加物は、プロピレンホモポリマー、プロピレン/α−オレフィン共重合体、エチレン/α−オレフィン共重合体またはその組み合わせを含む、請求項1から7のいずれか一項の通気性フィルム。
- 少なくとも1つの中間モディファイアーをさらに含む、請求項1から8のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記中間モディファイアーは、40℃の温度にて決定される、0.7から200センチストークの動粘度を有する、請求項9の通気性フィルム。
- 前記中間モディファイアーは、疎水性である、請求項9の通気性フィルム。
- 前記中間モディファイアーは、シリコーン、シリコーン−ポリエーテル共重合体、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、アルキレングリコール、アルカンジオール、アミンオキシド、脂肪酸エステル、またはその組み合わせである、請求項9の通気性フィルム。
- 前記重合体硬化添加物は、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて1重量%から30重量%を構成し、および前記中間モディファイアーは、前記再生可能なポリエステルの重量に基づいて0.1重量%から20重量%を構成する、請求項9の通気性フィルム。
- 前記組成物は、ポリ(エチレン−コ−メタクリラート−コ−メタクリル酸グリシジル)などの、エポキシ−官能性(メタ)アクリル酸単量体成分を含むポリエポキシドモディファイアーを含む、請求項1から13のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記再生可能なポリエステルは、70重量%以上の熱可塑性組成物を構成する、請求項1から14のいずれか一項の通気性フィルム。
- 前記フィルムは、基部層および少なくとも一つのさらなる層を含む多層フィルムであり、前記基部層は、前記熱可塑性組成物を含む、請求項1から15のいずれか一項のフィルム。
- 請求項1から16のいずれか一項のフィルムを含む吸収性製品。
- 前記おおむね液体不透過性フィルムと液体の透水層との間に配置された吸収性コアをさらに含む、請求項17の吸収性物品。
- 前記フィルムは、不織布のウェブ材料に接合される、請求項17の吸収性製品。
- 請求項1に記載の通気性フィルムを形成するための方法であって、前記方法は、
前記再生可能なポリエステルおよび前記重合体硬化添加物を含む混合物を形成するステップ;
前駆フィルム材料を形成するために表面に混合物を押出加工するステップ;および、
前記再生可能なポリエステルのガラス転移温度より低い温度にて前記前駆フィルム材料を伸長して、複数の空隙を含む通気性フィルムを形成するステップ
を含む、方法。
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