JP6730289B2 - 引裂抵抗を増大させたエラストマーフィルム - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる2015年1月9日出願の米国仮特許出願第62/101,815号の優先権の利益を主張する。
本発明は、引裂抵抗を向上させた多層熱可塑性フィルム及び積層体、並びに前記フィルムを組み込んだ積層体及び物品、並びに作製方法に関する。
エラストマー材料は、身体にぴったりしているが快適なフィット性を与える衣類に使用される。ぴったりとしたフィット性は、体液が漏れないようにするために、おむつ等の使い捨て衛生用品において特に重要である。
エラストマーフィルムの1つの欠点は、フィルムが切断され、切り込まれ、又は穴が開けられた場合、裂けてしまう傾向が高いことである。したがって、製造業者は、漏れにつながり得る「活性化欠陥(activation defect)」、例えば、ピンホール、スリット等の形成を減らすために比較的厚いエラストマーフィルムを使用することがある。更に、製品が延伸後に実質的に元の形状に戻ることを意味する、伸長可能でも回復可能でもある積層体を製造することが望ましい。これは、例えば、使い捨ておむつの弾性袖口に特に望ましい。
エラストマー積層体の製造に使用した場合に活性化欠陥の数の減少に役立つ不織布及びエラストマー材料が存在する。例として、カード式及びスパンレース式不織布、並びにSEBSやSEEPS等の特殊エラストマーが挙げられる。しかし、現行法で使用した場合、これらの材料は、特に使い捨て衛生用製品において使用すると法外な費用がかかる傾向がある。
米国特許第7,879,452号 米国特許出願公開第2014/0255658号 米国特許第5,422,172号 米国特許出願公開第2009/0264844号
したがって、活性化ピンホールに非常に強く、優れた弾性特性を示し、製造に関して費用効率のよいエラストマーフィルム及び積層体が必要とされている。
本発明は、一実施形態において構造A−(B−C)−B−A(ここで、nは少なくとも1であり、Bは弾性層であり、A及びCは比較的非弾性な層である)を有する新規な共押出スプリット層エラストマーフィルムを提供することによって、前述の要求を満たし、現況技術を改良する。出願人らは、C層各々がフィルムの総厚の5%を超過しないようにした場合、フィルムが比較フィルムと比べて驚くほど優れた引裂強度を示すことを思いがけず発見した。更に、フィルム及びそのようなフィルムを含む積層体は、費用効率が良く、優れた弾性特性を示し、活性化欠陥が実質的になく、柔軟且つ穏やかなフィット性を有する。
スプリット層フィルムは、特定タイプの多層フィルムであり、(B−C)−Bを含むコア層によって識別される。本発明では、弾性層Bは、層Bより低弾性である、更には非弾性である介在層Cによって2層に効果的にスプリットされる。コア層(B−C)−Bは構造ABAを有する比較の3層フィルムのコア層Bと同じ厚さを有するので、コア層(B−C)−Bを「スプリット」と称す。
「スプリット層」と呼ばれるフィルムは既知であるが、スプリット層フィルムと従来の多層フィルムとは区別されていない。更に重要なことは、フィルム強度に対する内側C層の最大厚さの関係は今まで認識されていなかった。しかし、本発明のフィルムにおいて、内側C層の厚さが所定の最大を超過しないようにした場合、フィルムが比較フィルムよりも著しく大きいエルメンドルフ引裂力を示すことを発見した。更に、本発明のフィルムは、活性化ピンホールに特に強く、良好な永久歪性質を有する。
本発明のエラストマー積層体は、他の予期しない利点を示している。例えば、多層エラストマーフィルムを含む積層体は、より深い噛み合い深さ(DOE)によって製造中に活性化され、したがって、より高い伸縮性を達成することができる。本発明のフィルムで使用されるポリマー組成物は、フィルム加工可能性を向上させて、線速度をより速くし、フィルム坪量をより低くすることが可能になる。1枚又は複数枚の不織布へのフィルムの押出積層体加工は、非常に低いフィルム坪量で行うことができる。
一実施形態では、本発明は、構造A−(B−C)−B−Aを有するスプリット層熱可塑性フィルムであって、A及びCが、各々がある厚さを有し、且つ各々がポリマー組成物A及びCの少なくとも一方を個々に含む非弾性層であり;Bが、ポリマー組成物Bを含む弾性層であり、n≧1であり、(B−C)−Bを含む層が、複合厚さxを有し、ポリマー組成物A及びCが、非弾性ポリマーを含み;ポリマー組成物Bが、エラストマーポリマーを含み;Cの厚さが、フィルムの総厚の5%以下を構成し;フィルムが、構造A−B−Aを有する比較の熱可塑性フィルムのノッチつきエルメンドルフ引裂強度の少なくとも2倍のノッチつきエルメンドルフ引裂強度を有し、A及びBが、熱可塑性フィルムと実質的に同じポリマー組成物A及びBを含み、比較の熱可塑性フィルムのB層が、xと実質的に等しい厚さyを有する、スプリット層熱可塑性フィルムを提供する。
代替実施形態では、本発明のスプリット層エラストマーフィルム及び少なくとも1つの基材を含むエラストマー積層体を提供する。
更に別の代替実施形態では、構造A−(B−C)−B−Aを有するスプリット層熱可塑性フィルムを含む製造物品であって、A及びCが、各々がある厚さを有し、且つ各々がポリマー組成物A及びCの少なくとも一方を個々に含む非弾性層であり;Bが、ポリマー組成物Bを含む弾性層であり、n≧1であり、(B−C)−Bを含む層が、複合厚さxを有し、ポリマー組成物A及びCが、非弾性ポリマーを含み;ポリマー組成物Bが、エラストマーポリマーを含み;Cの厚さが、フィルムの総厚の5%以下を構成し;フィルムが、構造ABAを有する比較の熱可塑性フィルムのノッチつきエルメンドルフ引裂強度の少なくとも2倍のノッチつきエルメンドルフ引裂強度を有し、A及びBが、熱可塑性フィルムと実質的に同じポリマー組成物A及びCを含み、比較の熱可塑性フィルムのB層が、xと実質的に等しい厚さyを有する、製造物品を提供する。一実施形態では、製造物品は、使い捨て吸収性製品等の個人衛生用製品である。
更に別の代替実施形態では、スプリット層エラストマーフィルムを作製する方法であって;第1のポリマー組成物A、第2のポリマー組成物B、及び第3のポリマー組成物Cを用意する工程であって、ポリマー組成物A及びCが適切な非弾性ポリマーを含み、ポリマー組成物Bが適切なエラストマーポリマーを含む、工程と;ポリマー組成物A、B、及びCを共押し出しして、本明細書に記載の構造を有する少なくとも1つのスプリット層エラストマーフィルムを形成する工程とを含む方法を提供する。場合により、この方法は、基材をフィルムに積層して、エラストマー積層体を製造する工程を含む。
本発明の他の実施形態及び利点は、本発明の以下の詳細な説明を考慮すると明らかであろう。
本発明の多層エラストマーフィルム及び積層体の実施形態を説明する図である。 本発明の多層エラストマーフィルム及び積層体の実施形態を説明する図である。 本発明の多層エラストマーフィルム及び積層体の実施形態を説明する図である。 3層フィルムに関して説明する、スプリット層の概念図である。 5層フィルムに関して説明する、スプリット層の概念図である。 本明細書で定義する、スプリット層フィルムの機械方向(MD)ノッチつきエルメンドルフ引裂強度(単位グラム)(y軸)を示す図である。構造ABCBAを有する5層フィルムを、構造ABAを有する比較の3層フィルムと比較する。C層の厚さは、約1.7%〜約23.8%に変化し、3層フィルムの場合は存在せず(0%)、x軸においてフィルム総厚の百分率として表す。 図3のフィルムの横方向(CD)ノッチつきエルメンドルフ引裂強度(単位グラム)(y軸)対フィルム総厚の百分率としてのC層の厚さ(x軸)を示す図である。 本明細書で定義する、スプリット層フィルムのMDノッチつきエルメンドルフ引裂強度(単位グラム)(y軸)を示す図である。比較フィルムは3層及び構造ABAを有し、7層フィルムは構造ABCBCBAを有する。C層各々の厚さは、フィルム総厚の1%又は7%であり、比較フィルムにおいては存在しない(0%)(x軸)。 図5のフィルムのCDノッチつきエルメンドルフ引裂強度(単位グラム)(y軸)を示す図である。
定義
本明細書で使用する場合:
「スプリット層」とは、「x」と実質的に等しい総厚「y」を有する多層コアを製造するために、所与の厚さ「x」を有する内側又はコア層が、単一コア層と異なるエラストマー性質を有する1層又は複数層の介在層によって多層に分割されている多層フィルムの一タイプを意味する。図2を参照されたい。「実質的に等しい」は、本明細書では、xの値がyの値の約20%以内にあることを意味すると理解されたい。
「共押し出しされた(coextruded)」、「共押出(coextrusion)」、又はその変異形は、フィルムの層を含むポリマー又はポリマーブレンドの各々が個々に溶融される、多層ポリマーフィルムを作製する方法を意味する。溶融ポリマーは押出ダイの内部で層状にすることができ、溶融ポリマーフィルムの層は本質的に同時にダイから押し出される。共押出フィルムは、個々の共押出層間に接着剤層を必要としない。
「エラストマーの(elastomeric)」、「エラストマー(elastomer)」、「弾性の(elastic)」、又はその変異形は、材料を含むフィルム又は積層体が、最初の長さの少なくとも2.5倍に延伸されたとき、かけた延伸力の方向において最初の長さの約1.2倍以下に回復するような、フィルム層において使用されるフィルム、積層体、ポリマー組成物又は材料を意味する。例えば、長さ10cmのエラストマーフィルムを適切な延伸力で少なくとも25cmに延伸させ、次いで、延伸力を取り除いたとき、約12cm以下まで収縮させることができる。
「永久歪」は、かけた負荷を取り除いた後における材料の永久的な変形である。エラストマーフィルムの場合、永久歪は、2サイクルヒステリシス試験に記載するように、フィルムが所与の長さに延伸され、次いで緩和された後のフィルム試料の長さの増加である。永久歪は、通常、最初のサイズに対するパーセント増加として表される。
「ポリエチレンの豊富な」又は「ポリエチレンベースの」は、少なくとも約60質量%のポリエチレンモノマーを含むポリマー組成物を意味する。「ポリエチレンの豊富な」又は「ポリエチレンベースの」は、ポリ(エチレン−プロピレン)等の、エチレンモノマーとプロピレンモノマーとの混合物を含むポリマーを含むとは認められない。
「ポリプロピレンの豊富な」又は「ポリプロピレンベースの」は、少なくとも約60質量%のポリプロピレンモノマーを含むポリマー組成物を意味する。「ポリプロピレンの豊富な」又は「ポリプロピレンベースの」は、ポリ(エチレン−プロピレン)等の、エチレンモノマーとプロピレンモノマーとの混合物を含むポリマーを含むとは認められない。
「非弾性」は、本明細書で定義するようにフィルム層が「弾性」の範囲から外れる、フィルム層で使用するフィルム、積層体、ポリマー組成物又は材料を意味する。非弾性材料を含む非弾性フィルム又は積層体は、引き裂かずに又はその他の欠陥なしに最初の長さの少なくとも2.5倍に延伸することができない、或いはかけた延伸力を取り除いた後に最初の長さの約1.2倍以下に回復することができない。
「gsm」は、1平方メートル当たりのグラム数を意味し、フィルム又は積層体製品の厚さ又は単位質量を数値化する業界基準用語である坪量の尺度である。
「スキン層」は、フィルムの外面として機能する多層フィルムの一方又は両方の外層を意味する。本発明では、A層をスキン層と称することがある。
「層A」又は「A層」は、ポリマー組成物Aを含むフィルムの離散層及び/又は副層を意味する。同様に、「層B」又は「B層」は、ポリマー組成物Bを含むフィルムの離散層及び/又は副層を意味する。「層C」又は「C層」は、ポリマー組成物Cを含むフィルムの離散層及び/又は副層を意味する。
「活性化(activation)」又は「活性化している(activating)」又はその変異形は、エラストマーフィルム又は材料がより容易に延伸可能な状態にされる方法を意味する。活性化を受けたエラストマー材料は、「活性化された(activated)」と呼ばれる。
「活性化欠陥」は、引裂強度の低下、多孔性、漏出、又は他の望ましくない特性をまねき得る、形成工程、積層工程、活性化工程、又は他の製造若しくは加工工程の間のフィルムにおける小さな穴(ピンホール)又は引裂を意味する。
「引裂強度」、「引裂力」、「エルメンドルフ引裂強度」、又は類似用語は、フィルムを引き裂くのに必要な力を意味する。本明細書では、引裂強度は、グラム単位で表され、参照により本明細書に組み込まれるエルメンドルフ引裂試験、ASTM D−1922で測定され、これはノッチつき又はノッチなしフィルムのどちらにも使用することができる。引裂強度がフィルム厚と関係があり、明確にするために、そのどんな比較も比較試料の相対坪量を考慮しなければならないことに留意されたい。引裂強度は、横方向又は機械方向であることが明記され得る。方向が明記されていない場合、引裂強度は横方向及び/又は機械方向を指すことを理解されたい。
エラストマーフィルム
本発明のエラストマーフィルムは、一般構造A−(B−C)−B−Aを有し、ここで、A、B、及びCは、ポリマー組成物A、B、及びCをそれぞれ含む個々の層を表し、n≧1である。ポリマー組成物A及びCは、実質的に同じでも異なっていてもよい。A、B、及びCは各々、弾性でも非弾性でもよい。層は更に、本明細書で定義するように、交互に弾性且つ非弾性であり得る。
一実施形態では、A及びCは非弾性層であり、Bは弾性層である。本明細書で定義するように、個々のA層及び個々のC層は、ポリマー組成物が適切な非弾性ポリマー組成物であるならば、同じ又は異なるポリマー組成物を含み得る。しかし、B層は、比較フィルムのB層と同じポリマー組成物を含有する。
本発明の目的では、層とは、A層、B層、又はC層であってもなくても、実質的に同じポリマー組成物で構成されている所与の厚さのフィルムを意味することを理解されたい。言い換えれば、B層は、ポリマー組成物Bの副層を含んでよく、これらの層は更に明らかに区別され得る。しかし、連続層で構成されていても、又は区別可能な副層で構成されていても、それは層を規定する弾性特性である。本発明の目的では、可塑剤、充填剤、親和剤、及び/又は安定化剤の添加は、それ自体では層の区別には不十分である。
「n」の値は、少なくとも1、又は1〜約4、又は1〜3、又は1、又は2である。
フィルムは、約10gsm〜約100gsm、又は約10gsm〜約50gsm、又は約10gsm〜約25gsmの厚さ、又は25gsm未満の厚さ、又は25gsm超の厚さを有し得る。
本発明のフィルムでは、永久歪は、約20%以下、又は約15%以下、又は約10%以下、又は約1%〜約10%、又は約1%〜約5%であり得る。
本発明のフィルムでは、エルメンドルフ引裂強度は、比較フィルムの引裂強度の少なくとも2倍であり、或いはBの厚さが(B−C−B)の厚さと実質的に等しく、且つBが実質的に同じポリマー材料である構造ABAを有する比較フィルムの強度の少なくとも3倍、5倍、又は7倍を有し得る。
ノッチつき又はノッチなしフィルムは、約50gsmの坪量を有するフィルムに関して、少なくとも約300g、又は少なくとも約400g、又は少なくとも約500g、又は少なくとも約600g、又は約300g〜約1200g、又は約400g〜約700gの横方向又は機械方向でのMDエルメンドルフ引裂力を特徴とし得る。
フィルムがノッチなしの場合、フィルムは、約50gsmの坪量を有するフィルムに関して、少なくとも約300g、又は少なくとも約500g、又は少なくとも約1000g、又は約300g〜約1500gの機械方向でのエルメンドルフ引裂力(「MD引裂力」)を特徴とし得る。フィルムがノッチなしの場合、フィルムは、約50gsmの坪量を有するフィルムに関して、少なくとも約1300g、又は約1300g〜約2000gの横方向でのエルメンドルフ引裂力(「CD引裂力」)を特徴とし得る。
C層の厚さ、又はn>1の場合の個々のC層の厚さは、フィルムの総厚の約5%以下、又はフィルムの総厚の約2%以下、又はフィルムの総厚の約1%未満である。
本発明のフィルムは、非弾性材料の弾性材料に対する質量比が低くてもよい。一実施形態では、非弾性材料の弾性材料に対する質量比は、約1〜約4ある。
一実施形態では、本発明の多層エラストマーフィルム及び積層体は、活性化欠陥が実質的にない。
一実施形態では、本発明のエラストマーフィルム及び個々の層のいずれも又はすべてが、塑弾性ポリマーを実質的に含まない。
ポリマー組成物
本発明のエラストマーフィルムのA、B、及びC層は、それぞれポリマー組成物A、B、及びCを含み、それらはまた、それぞれ第1、第2、及び第3のポリマー組成物と称し得る。A及びCが非弾性層である場合、ポリマー組成物A及びCは、ポリオレフィン、スチレンポリマー、アクリルポリマー、ポリアミド、及びそれらの混合物を含むがそれらだけに限らない非弾性ポリマーを含み得る。一実施形態では、非弾性ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、並びにそのホモポリマー及びコポリマー、ポリエチレンの豊富なポリマー組成物、ポリプロピレンの豊富なポリマー組成物、並びにそれらの混合物を含む。一実施形態では、ポリマー組成物A及びCは、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ホモポリマーポリプロピレン(hPP)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、高耐衝撃ポリスチレン、上記のいずれかのポリマー及びコポリマー、酢酸ビニル(EVA)、アクリル酸メチル(EMA)、アクリル酸エチル(EEA)、エチルアクリル酸(EAA)、並びにそれらの混合物を含み得る。市販の適切なポリマー組成物の非限定的な例には、ミシガン州、ミッドランドのDow Chemical Company社から入手可能なINFUSE、及びVISTAMAXX、その一例としてテキサス州、ヒューストンのExxonMobil Chemical Company社から入手可能なVISTAMAXX 6102が挙げられる。他の適切なポリマー組成物には、オレフィンブロックコポリマー、ポリオレフィン、オレフィンランダムコポリマーを含むオレフィンポリマー、ポリウレタン、ゴム、ビニルアリーレン及び共役ジエン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリイソプレン、ポリネオプレン、上記のいずれかのコポリマー、並びにそれらの混合物が挙げられる。更に、ポリマー組成物A及びCは脆弱なポリマーを含んでもよく、それらの非限定的な例が米国特許第7,879,452号に開示されている。
前述のポリマー化合物は、ポリマー組成物A及び/又はC中に約0%〜約95%、又は約0%〜約40%、又は約10%〜約50%、又は約35%〜約50%、又は約20%〜約40%、又は約10%〜約20%の量で存在し得る。しかし、非弾性層を形成するためには、ポリエチレンの豊富な且つ/若しくはポリプロピレンの豊富なポリマー組成物、例えばVISTAMAXXやINFUSE等、又は実質的に純粋な形のエラストマーと見なすことができる他のポリマー組成物の百分率が、フィルム又は層中の全ポリマー組成物の約40%未満であるべきであることに留意されたい。
Bが弾性層である場合、ポリマー組成物Bは、スチレンブロックコポリマー、エラストマーオレフィンブロックコポリマー、及びそれらの組合せを含むがそれらだけに限らないエラストマーポリマーを含み得る。適切なスチレンブロックコポリマー(SBC)の非限定的な例として、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)、スチレン−エチレン−プロピレン(SEP)、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEPS)、又はスチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEEPS)ブロックコポリマーエラストマー、ポリスチレン、高耐衝撃ポリスチレン、及びそれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、ポリマー組成物Bは、スチレン−ブタジエン−スチレン、ポリスチレン、高耐衝撃ポリスチレン、及びそれらの混合物を含む。一実施形態では、ポリマー組成物Bは、スチレン−ブタジエン−スチレンを含む。一実施形態では、B層は、ポリオレフィングラフト化ポリウレタンエラストマーを実質的に含まない。適切なSBC樹脂の非限定的な例としては、ルイジアナ州、プラークミンズのDexco Polymers LP社から入手可能な、VECTOR 7620としても販売されているDEXCO DPX620、及びイリノイ州、マッケンリーのPolyOne Corporation社から入手可能なGLS 359−145Aが挙げられる。
前述のエラストマーポリマーは、ポリマー組成物B中に約0%〜約96%、又は約50%〜約96%、又は約75%〜約95%の量で存在し得る。一実施形態では、ポリマー組成物Bは、ポリスチレン、高耐衝撃ポリスチレン、又はそれらの混合物を約0%〜約45%、又は約0%〜約20%、又は約5%〜約45%、又は約5%〜約15%の量で含む。
一実施形態では、A、B、及び/又はC層は、ビニルアリーレン及び共役ジエン、天然ゴム、ポリウレタン、ポリエステルゴム、ポリアミド、ポリエーテル、ポリイソプレン、ポリネオプレン、又はそれらの混合物を含むブロックコポリマーを実質的に含み得ない。
本発明のポリマー組成物A、B、及びCは、任意選択の成分、例えば、充填剤、可塑剤、相溶化剤、ドローダウンポリマー、加工助剤、ブロッキング防止剤、粘度軽減ポリマー等を含み得る。他の添加剤としては、顔料、染料、酸化防止剤、帯電防止剤、スリップ剤、発泡剤、熱又は光安定剤、UV安定剤等が挙げられる。適切な加工助剤及びブロッキング防止剤の例としては、オハイオ州、シンシナティのAmpacet Corporation社から入手可能なAMPACETが挙げられるが、それだけに限られない。一実施形態では、ポリマー組成物は、約0%〜約40%、又は約5%〜約10%のブロッキング防止剤を含み得る。一実施形態では、ポリマー組成物は、約0%〜約15%、又は約0%〜約10%、又は約1%〜約5%の適切な加工助剤を含み得る。
図1は、本発明のエラストマーフィルム及び積層体のいくつかの実施形態を説明する。図1aは、A層(22)、B層(24)、及びC層(26)を示して、構造A−B−C−B−Aを有する共押出5層エラストマーフィルム(20)を説明する。図1bは、A層(22)、B層(24)、及びC層(26)を含む構造A−(B−C)−B−A(式中、n=2)を有する共押出7層エラストマーフィルム20を説明する。図1cは、A層(22)、B層(24)、及びC層(26)を含む構造A−(B−C)−B−A(式中、n=3)を有する共押出9層エラストマーフィルム20を説明する。フィルムはすべて、積層体を形成するために任意選択の基材30を含み得る。
図2a及び図2bは、スプリット層の概念を説明する。図2aは、A層(22)、B層(24)、及び任意選択の基材(30)を示して、構造ABAを有する3層フィルム(20)を説明する。B層は厚さ「x」を有する。図2bでは、B層は、A層(22)、B層(24)、及び任意選択の基材(30)を含む構造ABCBAを有する5層フィルム(28)を作製するために、介在層C(26)により効果的にスプリットされており、ここで、Bは弾性であり、A及びCは非弾性である。B層及びC層の総厚yは、xと実質的に等しい。
作製方法
本発明は、本発明のエラストマーフィルムを作製する方法であって、ポリマー組成物A、B、及びCを用意する工程と、ポリマー組成物A、B、及びCを共押し出しして、本発明の多層エラストマーフィルムを形成する工程とを含む、方法を提供する。
本発明の多層エラストマーフィルムは、共押出フィルムであり、キャスト共押出及び/又はインフレートフィルム共押出を含めた、当業者に既知であろういくつかの方法によって作製することができる。本発明のフィルムを作製する際、エラストマー層は、フィルム層の共押出に少なくとも2つの押出機を使用するフィルムキャスティング手法により押し出される。層は、ダイの前のフィードブロックによって一体化され、スプリットされる。フィードブロックは、押し出されたポリマー各々からのポリマー流れを規定の層に分割し、次いで、様々な押出しからの層を規定配置で一体化するように設計されている。例えば、2つの押出機A及びBが、Aを6層に分割し、Bを5層に分割することができる。次いで、層を規定順序、例えばA(BA)ABに配置することができる。マルチマニフォールドダイを介してダイ又は押出機の前のフィードブロックによって層を一体化し、スプリットすることができる。
本発明の多層エラストマーフィルムの作製に適する典型的なキャスト押出法は、米国特許出願公開第2014/0255658号(Musletら)に記載されている。ポリマー組成物A、B、及びCを、従来のスクリュー押出機において溶融し、押出ダイから押し出して、溶融ポリマーウェブを形成することができる。溶融ポリマーウェブを、例示の金属ロールとバッキングロールとの間のニップに、又はバッキングロールなしで金属ロール上に押し出す。金属ロールを冷却して、溶融ポリマーフィルムを急冷することができる。また、得られるフィルムにエンボス加工のパターンが望まれる場合、金属ロールにそのようなパターンを刻むことができる。
積層体
本発明の多層エラストマーフィルムを基材に積層させて、多層エラストマー積層体を形成することができる。エラストマー積層体を形成する方法は、当業者に周知であろう。適切な積層方法は、米国特許出願公開第2014/0255658号(Musletら)及び米国特許第5,422,172号(Wu)に記載されており、その方法として、接着積層、押出積層、超音波結合又は溶接、及び当業者に明白であろう他の手段が挙げられるが、それらだけに限らない。弾性積層体は、例えば米国特許出願公開第2009/0264844号に記載されている活性化手段、並びに噛み合いギア又はプレート、漸増的延伸、リングローリング、テンターフレーム延伸を介してウェブを活性化すること、及び異なる速度で作動するニップ又はロールスタック間で機械方向にウェブを活性化することを含む活性化手段の1つ又は組合せにより機械的に活性化することができる。漸増的延伸ローラーを使用して、MD、CD、傾斜で、又はそれらの任意の組合せにおいて、弾性積層体を活性化することができる。
様々な適切な基材を本発明の積層体において使用することができる。一実施形態では、基材は不織布である。適切な不織材料の例として、カード式、スパンレース式不織布ウェブ、並びにオレフィン系、スチレン系、及びアクリル系不織布を含めたスパンボンド式不織布が挙げられる。一実施形態では、不織布は、スパンボンドメルトブローン(SM)、スパンボンドメルトブローンスパンボンド(SMS)、スパンボンドメルトブローンメルトブローンスパンボンド(SMMS)、及び前述のいずれかの組合せ等のスパンボンド式不織布である。他の実施形態では、不織布は、直径又は組成が異なる繊維の層を含んでよく、それには、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、エラストマー、レーヨン、セルロース、それらのコポリマー、及びそれらの組合せが挙げられるが、それらだけに限らない。不織布織物はまた、均一構造の繊維を含んでもよく、又はシース/コア、サイドバイサイド、アイランドインザシー、セグメントパイ、及び他の既知の複合成分構成等の複合成分構造を含んでもよい。
本発明の基材は、約5gsm〜75gsm、又は約10gsm〜約50gsm、又は約10gsm〜約25gsm、又は約25gsm未満、又は約20gsm未満の質量を有し得る。
追加の加工工程、例えば、エラストマー積層体を活性化する工程、積層体に開口を設ける工程、積層体を印刷する工程、積層体にスリットを開ける工程、積層体に追加の層を積層する工程、及び他のこのような方法等を含めることができる。
製造物品
本発明の多層エラストマー積層体は、例えば、使い捨て吸収性製品等に関係するパーソナルケア製品での使用を含む様々な目的に有用である。非限定的な例として、おむつ、トレーニングパンツ、失禁パッド及びパンツ、水着、生理用ナプキン、タンポン、おりものシート等が挙げられる。一実施形態では、本発明は、本明細書に記載の多層エラストマー積層体を含む吸収性物品に関する。一実施形態では、吸収性物品はおむつである。
本発明の積層体が使用され得る物品の他の非限定的な例として、仕事場での保護に使用される保護上着衣類、例えば、手術衣、診察着、カバーガウン、実験用白衣、マスク、及び保護カバーオール等、並びに物体の保護に使用される保護カバー及びアウターカバー、例えば、自動車、ボート、及びバーベキューグリルカバー等、並びに農業用織物が挙げられる。
試験方法
エルメンドルフ引裂試験
エルメンドルフ引裂強度を以下の方法によって測定した。ノッチつき及びノッチなしプラスチックフィルム及び積層体の伝播引裂強度を決定するために、ASTM D−1922の図1に示されるような引裂テンプレートの一定半径を使用して、試料を各原則方向に正確に切断する。ノッチつき試料では、ASTM D−1922に示されるように、試料に事前切断スリットを作製する。ノッチなし試料では、事前切断スリットを作製しない。Thwing Albert Model 60エルメンドルフ引裂試験機、並びに1600g又は3200gの容量を有する振り子を、以下の手順で使用する。セクターの垂直線から自由に吊り下げられた振り子が、振り子止めのどちらかの端と正確に一致するように、計器を水平にする。この調節は計器土台の水準ネジを使用して行われる。初期位置へ振り子を上げて、指針を振り子止めに押しつけてセットする。クランプに試験片を付けずに、振り子止めを押し下げ、振り子が完全な弧を描いて振り抜けることができるようにする。振り子が揺れ戻ってきたとき、指針位置を妨害しないように気を付けて振り子を手で捕まえる。指針が振り子スケールのゼロを読み取らない場合、備えられている蝶ネジで指針止めを調整し、ゼロが読み取られるまで工程2〜5を繰り返す。
初期位置へ振り子を上げて、試験片クランプに試験片(必要に応じて多層で)を水平面向きに配置する。両クランプに等圧で試験片を適所に留める。一定半径テンプレートを使用して試験片を切断したときに試験片にスリット又は引裂が入らなかった場合、ナイフの柄を押して試験片に引裂を入れる。振り子止めを押し下げ、振り子が完全な弧を描いて振り抜けることができるようにする。振り子が揺れ戻ってきたとき、指針位置を妨害しないように気を付けて振り子を手で捕まえる。得られたスケール読取り値がフルスケールロードの20%〜80%の範囲に入ったら、振り子スケールから指針が読み取っている最も近い半目盛りを記録する。読取り値がフルスケールロードの20%〜80%の範囲に入らなかった場合、得られるスケール読取り値がフルスケールロードの20%〜80%の範囲に入るまで、必要に応じて層を重ねる。また、引裂が片側に偏る、又は試験片が層状に剥離した場合、その発生を記録し、スケール読取り値を無視する。平均スケール読取り値を求め、1600g又は3200gの振り子の使用に応じて各平均スケール読取り値に対応する力をグラム単位で以下の通りに計算する。
2サイクルヒステリシス試験
この方法を使用して、押出結合積層体を含有する製品の施用中に消費者が受ける力と相関し得る性質と、製品が施用されたときに製品がどのようにフィットするかとを求める。
2サイクルヒステリシス試験方法は、室温(23℃±2℃)で行う。試験する材料は、実質的に直線形状に切断する。試料寸法は、計器に適切な力で必要な歪が達成されるように選択する。適切な試料寸法は、幅約25.4mm、長さ約76.2mmである。しかし、長さ76.2mmの試験片の材料入手が困難な場合、より短い試験片を使用してもよい。試験方法における伸長方向が試料の幅に垂直であるように、ヒステリシス試験のある長さの少なくとも最大歪率に伸長することができるように、試料を選択し、載置する。適切な計器、グリップ、グリップ面、データ収集用ソフトウェア、演算、報告書、及び歪率の定義は、上記の引張試験(方式II)方法の項に記載されている。
ロードセルは、測定される力が、ロードセルの能力又は使用される力の10%〜90%に収まるように選択する。通常、25N又は100Nのロードセルを使用する。装備品及びグリップを取り付ける。計器を製造業者の使用説明書に従って較正する。把持力の線間の距離(引張試験−方式IIに記載される標点距離)は、2.54cmであり、グリップ内に収納されているスチール製定規を用いて測定する。装備品及びグリップの質量を補正するために、計器上の力読取り値をゼロにする。試験前に、23℃±2℃で最低1時間、試料を平衡化する。試験前に、試験片の質量、長さ、及び幅を測定し、これらを使用して、試験片の坪量を1平方メートル当たりのグラム数(gsm)で計算する。最低5個の試料を使用して、平均試験値を決定する。試験片を、最小限の緩みがあり、且つ測定された力が0.02N未満であるような形でグリップに載置する。2サイクルヒステリシス試験方法の第1のセグメントは、5グラムのプレロード緩み調整を使用するゲージ調整工程である。工学引張工学歪γtensileは上述の引張試験方法の項において緩み調整プレロードセグメントと共に定義されており、Loは調整された標点距離であり、Lは延伸した長さであり、γtensileは割合の単位である。2サイクルヒステリシス試験を、以下のセグメントを使用して行う。
(1)緩み調整:指定の5gfの緩み調整プレロードが達成されるまで、13mm/分においてクロスヘッドを移動させる。5gfの緩み調整プレロードにおいて、把持力の線間の距離は、調整された標点距離である。
(2)254mm/分の一定のクロスヘッド速度において、指定された工学歪率(即ち、工学歪=130%)を達成するまでクロスヘッドを移動させる。例えば、セグメント1から調整された標点距離が26.00mmである場合、試料は59.80mmまで延伸され、%工学歪=((59.80/26.00)−1)*100=130%である。
(3)指定された工学歪率(即ち、工学歪=130%)において30秒間試料を保持する。
(4)254mm/分の一定のクロスヘッド速度において、工学歪を0%の工学歪まで低下させる(即ち、調整された標点距離までグリップを戻す)。
(5)0%工学歪において、60秒間試料を保持する。(セグメント1〜5でサイクル1が完了する)
(6)2サイクルヒステリシス試験の第2のサイクルが完了するまで、セグメント2〜5を繰り返す。
この方法は、100%工学歪及び130%工学歪(セグメント2から)でのサイクル1負荷力、50%工学歪及び30%工学歪(セグメント4から)でのサイクル1除荷力、歪率及び力緩和率を報告する。力はN/cmにおいて報告され、cmは試料幅である。歪率は、第2の負荷サイクル(セグメント6から)の開始後、工学歪率として定義され、7グラムの力が測定される(歪率負荷=7グラム)。力緩和は、セグメント3における保持中の力の低下であり、百分率として報告される。力緩和率は、サイクル1中、130%工学歪にて測定された力から算出され、100*[((130%工学歪での初期の力)−(30秒間保持後の130%工学歪での力))/(130%工学歪での初期の力)]に等しい。
試料寸法が異なる場合、クロスヘッド速度を、試験の各部分に対して適切な歪速度を維持するように調整する。例えば、12.7mmの試料標点距離については、セグメント2、4、及び6において127mm/分のクロスヘッド速度を使用し、38.1mmの試料標点距離については、セグメント2、4、及び6において381mm/分のクロスヘッド速度を使用する。更に、異なる幅を持つ試料については、緩みプレロード力(2.54cm幅当たり5グラム=1.97g/cm)及び歪率負荷力(2.54cm幅当たり7グラム=2.76g/cm)を、異なる試料幅に対して調整しなければならない。2サイクルヒステリシス試験はまた、試験する材料の期待性質に応じて修正され得る。例えば、試料が破断することなく130%工学歪まで伸長不可能である場合、試料は100%工学歪まで伸長される。また、試料が100%工学歪まで伸長不可能である場合、試料は70%工学歪まで伸長される。後者の2つの場合(100%又は70%歪までの伸長)において、力緩和は、130%工学歪の伸長に対して上に定義されるように、サイクル1の最大伸長で決定される。
[実施例]
以下の非限定的な実施例を、本発明の実施形態を説明するために示す。
多層フィルム
(比較例1)
3層フィルム。
3層及び構造A/B/Aを有する共押出多層フィルムを調製し、引裂強度を試験した。各A層はフィルムの約10質量%を構成し、B層は約80%を構成した。各A層は、47%のDow Elite 5230、30%のTotal 3622、14%のDow 640、8%のAmpacet 102795、1%のAmpacet 100458を含んだ。B層は、96%のGLS359−145A及び4%のAmpacet 612713を含んだ。フィルムは、約50gsmの坪量を有した。MDノッチつきエルメンドルフ引裂強度は約150gであり、MDノッチなしエルメンドルフ引裂強度は約800gであった。
(実施例1)
11層フィルム
本開示の共押出多層エラストマーフィルムを調製し、引裂強度に関して試験した。フィルムは、構造A(BC)BAを有する11層エラストマーフィルムを含んだ。フィルムのA層及びC層は、47%のDow Elite 5230、30%のTotal 3622、14%のDow 640、8%のAmpacet 102795、及び1%のAmpacet 100458を含む。B層は、96%のGLS359−145A及び4%のAmpacet 612713を含む。フィルムは、約50gsmの坪量を有した。
各A層が全坪量の約6%を構成し、各B層が全坪量の約16%を構成し、各C層が全坪量の約2%を構成するように、多層エラストマーフィルムを共押し出しした。MDノッチつきエルメンドルフ引裂強度は約350gであり、MDノッチなしエルメンドルフ引裂強度は約1150gであった。
(実施例2)
11層フィルム
本開示の共押出多層エラストマーフィルムを調製し、引裂強度に関して試験した。フィルムは、構造A(BC)BAを有する11層エラストマーフィルムを含んだ。フィルムのA層及びC層は、47%のDow Elite 5230、30%のTotal 3622、14%のDow 640、8%のAmpacet 102795、及び1%のAmpacet 100458を含む。B層は、86%のDexco DPX620、10%のNova−Ineos 3190、及び4%のAmpacet 612713を含む。フィルムは、約50gsmの坪量を有した。
各A層が全坪量の約6%を構成し、各B層が全坪量の約16%を構成し、各C層が全坪量の約2%を構成するように、多層エラストマーフィルムを共押し出しした。MDノッチつきエルメンドルフ引裂強度は約500gであり、MDノッチなしエルメンドルフ引裂強度は約1350gであった。
(実施例3)
11層フィルム
本開示の共押出多層エラストマーフィルムを調製し、引裂強度に関して試験した。フィルムは、構造A(BC)BAを有する11層エラストマーフィルムを含んだ。フィルムのA層及びC層は、47%のDow Elite 5230、30%のTotal 3622、14%のDow 640、8%のAmpacet 102795、1%のAmpacet 100458を含む。B層は、86%のDexco DPX620、10%のNova−Ineos 3190、及び4%のAmpacet 4700165Nを含む。Ampacet 4700165Nは、Ampacet 612713のように、ポリスチレンの代わりにポリプロピレンキャリアを有することに留意されたい。フィルムは、約50gsmの坪量を有した。
各A層が全坪量の約6%を構成し、各B層が全坪量の約16%を構成し、各C層が全坪量の約2%を構成するように、多層エラストマーフィルムを共押し出しした。MDノッチつきエルメンドルフ引裂強度は約420gであり、MDノッチなしエルメンドルフ引裂強度は約1300gであった。
実施例1、2、及び3は、比較試料1に対して引裂強度の顕著な増加を示した。比較例1は顕著な数の活性化欠陥を更に示したが、実施例1、2、及び3の11層フィルムは、活性化欠陥を実質的に示さなかった。
スプリット層フィルム
共押出多層フィルムを調製し、引裂強度に関して試験した。すべてのフィルムが、約50gsmの坪量を有した。すべてのフィルムにおいて、各A層はフィルムの約6質量%を構成しており、下記のように層B及び層Cの百分率を変化させた。すべての試料において、内側のBCB及び/又はBCBCB層の総厚は、比較の3層試料のB層と同じ厚さを有した。非弾性層A及びCは各々、約47%のLLDPE (Nova 317、機能的にDow 5230と同等)、30%のhPP(ホモポリマーポリプロピレン、Total 3622)、14%のLDPE(Dow 640)、8%のAntiblock Masterbatch(Ampacet 102785)、及び1%の加工助剤(Ampacet 100458)を含んだ。弾性B層は、約86%のSBS(Dexco 7620、以前はDPX620)、10%のポリスチレン(Nova−Ineos 3190)、及び4%のWhite Masterbatch(Ampacet 612713)を含んだ。
(比較例2)
3層フィルム
構造A/B/Aを有する3層フィルムを作製した。各A層はフィルム総厚の約6%を構成し、B層はフィルムの総質量の約88%であった。したがって、50gsmのフィルムでは、A層は各々約3gsmであり、B層は約44gsmであった。フィルムは、約200gのMDノッチつきエルメンドルフ引裂強度、約845gのMDノッチなしエルメンドルフ引裂強度、約100gのCDノッチつきエルメンドルフ引裂強度、及び約1300gのCDノッチなしエルメンドルフ引裂強度を示した。フィルムは更に、延伸前に約3.3Nの引張強度、及び最初の長さの約200%延伸後に約1.9Nの引張強度を示した。
(実施例4)
内層の厚さを変化させた、5層を含むスプリット層フィルム
前述の組成物及び特性を有する構造A/B/C/B/Aを有する5層フィルムを作製し、強度に関して試験した。すべてのフィルムにおいて、各A層は、全フィルム坪量の約6%、即ち、約3gsmを構成した。C層の厚さは、約1.7%から約23.8%まで変化させた。B層はフィルム坪量の残りを形成し、それに応じて調整した。B−C−B層の複合厚さは、約44gsmであった。
図3は、実施例4のフィルムのMDノッチつきエルメンドルフ引裂強度を示し、図4は、それのCDノッチつきエルメンドルフ引裂強度を示す。両方の図において、0%はC層がないことを示し、それは構造ABAを有する比較の3層フィルムに相当し、層Bの厚さは、層BCBの複合厚さと実質的に同じである。図3に示すように、5.2%及びそれ未満(0%を含まない)において、MDノッチつき引裂強度は約400g以上であり、又は比較フィルム(0%)のそれの少なくとも2倍である。層Cの厚さの百分率が2%及び1.7%に減少するにつれて、引裂強度が増加する。図4において、CDノッチつき引裂強度は、5.2%、2%、及び1.7%の層Cを含む試料の場合、約300gより大きい。これは、0%における比較試料より約3倍大きい。
C層の厚さが減少するにつれてフィルムの強度が事実上増加するという理由から、これらのデータは驚くべきものであり、反直観的である。C層が0%にほぼ等しいとき、及び0%に等しいとき、この傾向が続くことが予想され、比較試料がより低い百分率のC層を有する試料よりも更に大きな強度を示すと予想されるであろう。しかし、C層が存在しない場合、したがって、0%に等しい場合、フィルムの強度は事実上減少する。したがって、データは、フィルムの総厚又は質量の約5%に等しい又はそれより小さい非弾性層を用いて内側弾性層をスプリットすることによって、引裂強度が少なくとも2倍増加することを示している。データをTable 1(表1)にまとめる。
(実施例5)
内層の厚さを変化させた、7層を含むスプリット層フィルム
7層及び構造ABCBCBAを各々有する3つのフィルムを作製した。フィルムのポリマー組成物は、5層フィルムに関する前述と同じであった。フィルムは、約50gsmの坪量を有し、BCBCB層の合わせた坪量は、構造ABAを有する比較フィルムのB層の坪量と実質的に等しい、又は約44gsmであった。フィルム1では、C層の厚さ各々が約1%、A層各々が約6%、B層各々が約28%であった。フィルム2B及び3Bでは、C層の厚さ各々が約7%、A層各々が約6%、B層各々が約24.6%であった。
MD及びCDのノッチつき引裂強度データをそれぞれ図5及び図6にグラフとして示しているが、それらは、両方向の引裂強度が、フィルムがより薄いC層を有する場合に最も高いことを示している。下記のTable 2(表2)は、測定した引裂強度をまとめている。
これらのデータも驚くべきものであり、5層フィルムの場合に示されたのと同様の反直観的な傾向を示している。C層の厚さが減少するにつれて、フィルムの強度は事実上増加する。C層を有さない(言い換えれば、B層が介在C層でスプリットされていない)フィルムにおいて引裂強度が最低であるとすると、C層の厚さが増加するにつれて、強度が増加すると予想されるであろう。しかし、明らかなことは、各々が約1%の厚さを有している薄いC層が、より厚いC層よりも優れた強度特性をもたらすことである。これらのデータ及びここに含まれていないその他のデータは、より優れた強度特性を有するフィルムを製造するためには、介在C層の厚さが、フィルム総厚の限界値未満、通常約5%未満でなければならないことを示している。
本発明のすべての実施形態において、すべての百分率は、特に別段の記載がない限り、全フィルム質量の質量に基づく。範囲はすべて包括的で併合可能である。すべての数値的量は、特記しない限り、単語「約」によって変わることを理解されたい。用語「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「含有する(contains)」、又は「含有している(containing)」が明細書又は特許請求の範囲で使用される限りでは、それらは、特許請求の範囲で移行語として使用されるときに解釈されるような用語「含む(comprising)」と同様に包括的であることを意図している。
本発明の詳細な説明に引用した文書はすべて、関連部分において参照により本明細書に組み込まれており;いずれの文書の引用も、本発明に対して従来技術であるという承認として解釈されるものではない。本文書における用語のいずれかの意味又は定義が、参照により組み込まれる文書における同様の用語のいずれかの意味又は定義と対立する限りにおいて、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義を優先するものとする。
20 エラストマーフィルム
22 A層
24 B層
26 C層
28 5層フィルム
30 任意選択の基材

Claims (8)

  1. 構造A−(B−C)−B−Aを有するスプリット層熱可塑性フィルムであって、n≧1であり、A及びCが、各々がある厚さを有し、A及びCは、それぞれポリマー組成物A及びポリマー組成物Cからなる非弾性層であり;Bが、ポリマー組成物Bからなる弾性層であり、前記ポリマー組成物Aの組成と前記ポリマー組成物Cの組成とは同じであるか又は異なり、
    a)(B−C)−Bを含む層が、複合厚さxを有し、
    b)ポリマー組成物A及びCが、非弾性ポリマーを10質量%〜50質量%の量で含み、
    c)ポリマー組成物Bが、エラストマーポリマーを50質量%〜96質量%の量で含み、
    d)Cの厚さが、フィルムの総厚の5%以下を構成し、
    非弾性ポリマーが、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、それらのホモポリマー、コポリマー、又は混合物であり、
    エラストマーポリマーが、スチレンブロックコポリマー、エラストマーオレフィンブロックコポリマー、又はそれらの混合物を含み、
    フィルムが、構造A−B−Aを有する比較の熱可塑性フィルムのノッチつきエルメンドルフ引裂強度の少なくとも2倍のノッチつきエルメンドルフ引裂強度を有し、A及びBが、熱可塑性フィルムと実質的に同じポリマー組成物A及びBを含み、比較の熱可塑性フィルムのB層が、xと実質的に等しい厚さyを有する、
    スプリット層熱可塑性フィルム。
  2. 少なくとも300gのノッチつきエルメンドルフ引裂強度を有する、請求項1に記載のフィルム。
  3. n=1又はn=2である、請求項1に記載のフィルム。
  4. 10gsm〜50gsmの坪量を有する、請求項1に記載のフィルム。
  5. 20%未満の永久歪を有する、請求項1に記載のフィルム。
  6. 請求項1に記載のフィルムの表面に積層された少なくとも1つの基材を含むエラストマー積層体
  7. 基材が、接着結合、超音波結合、又はそれらの組合せによってフィルムの表面に結合している、請求項6に記載のエラストマー積層体。
  8. 請求項6に記載のエラストマー積層体を含む吸収性物品。
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