LAMINADOS ELÁSTICOS RESPIRABLES
1 ? Antecedentes de la Invención Campo Técnico Esta invención se refiere generalmente a laminados de película elásticos, no tejidos, poliméricos. Mas específicamente, esta invención está dirigida a películas elásticas perforadas laminadas a una tela no tejida que es tratada tal que el laminado resultante sea elástico en la dirección cruzada o transversal, o ambas, y pueda ser elástico en la dirección de la máquina. Antecedentes En la industria de las prendas de vestir desechables ha existido una necesidad continua, por mucho tiempo, de prendas de vestir mas flexibles y prendas de vestir que respiren. Se necesita la flexibilidad de modo que el usuario pueda estar activo sin sentirse limitado por la prenda de vestir; la elasticidad se necesita debido a que una vez que se logra la flexibilidad, la elasticidad aporta al usuario una prenda de vestir que conserva o regresa a su forma original después de haber sido flexionado. Al mismo tiempo, en todas las prendas de vestir sintéticas o poliméricas, la meta es una comodidad similar a la que aportan las telas naturales. A menudo, las telas sintéticas usadas en prendas de vestir duraderas o desechables dan al usuario una sensación incómoda, pues la humedad de la transpiración y la respiración normal del cuerpo no es sacada de la prenda de vestir hacia el aire ambiental. Hacer una tela o película sintética respirable ha significado un gran número de esfuerzos técnicos. 5 Es contra esta perspectiva donde se encuentran muchos fabricantes de prendas de vestir desechables . Los productos desechables para el consumidor incluyen pañales, productos para adultos incontinentes, batas quirúrgicas, cortinas quirúrgicas, y similares. Los fabricantes de estos productos desean una
prenda de vestir que no solo aporte al usuario libertad de movimiento, sino también una prenda de vestir cómoda. La patente de los Estados Unidos No. RE 35,206 sugiere post-estirar una trama no tejida bajo ciertas condiciones; las fibras que forman esta trama son re-estructuradas para proveer a
la trama un tamaño de poro reducido y una distribución mas angosta de tamaños de poro. Tales tramas post-tratadas supuestamente tienen un tamaño de poro único, absorción direccional, y propiedades de recuperación elástica. La patente de los Estados Unidos No. 5,592,690 sugiere
que prendas de vestir y otros artículos deben incluir una lámina elástica laminada que tenga propiedades de capacidad de estiramiento y recuperación. El laminado incluye una lámina elástica laminada hecha de una trama fibrosa no tejida y una película elastomérica. La película elastomérica puede ser impermeable a
líquidos o, de manera alternativa, pueden lograrse diversos
grados de permeabilidad al vapor de aire en la lámina elástica usando micro-huecos o perforaciones mecánicos. Este documento no divulga ni sugiere un método de laminación ni medios de perforación algunos. La patente de los Estados Unidos No. 5,422,172 sugiere que puede hacerse una lámina elástica laminada a partir de una trama fibrosa no tejida y una película elastomérica. La película elastomérica laminada es estirable de manera recuperable para proveer elasticidad a la lámina laminada. Se sugiere laminación por extrusión o adhesión de la trama fibrosa no tejida a la película elastomérica. También se sugieren laminación en línea y estiramiento en incrementos. Se sugieren diversos grados de permeabilidad a vapor o aire, usando micro-huecos mecánicos. Entre las aplicaciones sugeridas están pañales, pantalones, batas quirúrgicas, láminas, gazas, y productos higiénicos. Son conocidos los materiales poliméricos no conocidos, como lo son los no tejidos tratados o consolidados, donde tal tratamiento o consolidación actúa para hacer elástico el no tejido en la dirección cruzada o transversal. También se conocen películas elásticas que tienen un elevado grado de elasticidad. Se conoce también la preparación de películas que tienen una buena capacidad de respiración, como se mide por la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) usando polímeros altamente rellenos, habitualmente poliolefinas. Sin embargo, todavía existe necesidad comercial de una tela que pueda formarse en una
-afa-¿-f. »*>rf . i¿ prenda de vestir elástica, flexible y respirable. Compendio de la Invención Se ha descubierto que un laminado hecho de al menos una trama no tejida mono o bi-axialmente elástica o estirable y una película elástica, donde el laminado es respirable, produce un resultado que puede formarse en una prenda de vestir que tiene tanto capacidad de estiramiento como capacidad de respiración. Además, se ha descubierto que un laminado de no tejido/ película elástica que tiene buena capacidad de respiración, en términos de la WVTR, puede formarse en un proceso que comprende laminar una trama no tejida estirable uni o bi-axialmente y una película elástica usando medios de laminación que también perforan el laminado de manera simultánea, haciendo al laminado tanto estirable como respirable. El la minado será estirable en la dirección transversal o cruzada (CD) en un rango de alrededor de 3 a alrededor de 350%, en la dirección de la máquina (MD) de alrededor de 1 a alrededor de 40%, y tendrá una capacidad de respiración, o WVTR, que excede alrededor de 5,000 g/m2/por 24 horas a 37.8 °C. Adicionalmente, el laminado puede incluir una función de impregnación de humedad que se logra creando un gradiente de fluidos establecido haciendo hidrófilo en un lado el no tejido naturalmente hidrófobo, generalmente el lado laminado a la película elastomérica naturalmente hidrófila. La laminación puede ser un proceso independiente, llevado a cabo en una película elastomérica previamente perfora-
da. Tal perforación puede ser lograda mediante agujas, ultrasonido, calor, y similares. De manera alternativa, en una forma de realización preferida, la trama no tejida estirable es laminada a la película elástica y ocurren perforaciones sustan- 5 cialmente al mismo tiempo. La laminación puede ser laminación por fusión, por adhesivo, por agujas calientes, por calor, o sus combinaciones. La perforación puede ser lograda en cualquiera de los procesos usando agujas, agujas calientes, hidro-sonido, ultra-sonido, o usando combinaciones de éstos. 10 Entre las formas de realización contempladas está un método de preparar un laminado elástico que incluye una película elástica teniendo una WVTR de al menos alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas y una tela no tejida teniendo una elongación menor de alrededor de 30% pero mayor de alrededor de 5%, que
comprende laminar la película elastomérica y la tela no tejida pre-estirada, el método de laminación siendo seleccionado del grupo que consiste en laminación por fusión, laminación por calor, y laminación con agujas calientes, donde dicho método de laminación imparte al laminado una capacidad de respiración, o
WVTR, de al menos alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas a una temperatura de 37.8 'C, donde el laminado es estirable en la dirección cruzada o transversal, o ambas, en un rango de alrededor de 5 a alrededor de 30%. Los aspectos, características, y ventajas antecedentes
de la presente invención serán hechos mas claros y mejor
comprendidos al examinarse la siguiente descripción detallada, junto con las reivindicaciones anexas. Breve Descripción de los Dibujos Las figuras 1A-1D ilustran una serie de eventos dentro del proceso de laminación de la presente invención. Descripción Detallada de las Formas de Realización Ejemplares
Preferidas Introducción Esta invención incluye ciertos laminados de tela no tejida y película elastomérica que exhiben de manera simultánea capacidad de estiramiento en la dirección cruzada o de la máquina, o ambas, capacidad de respiración, y un método de hacer tales laminados respirables. En ciertas formas de realización de la presente invención, tramas de tela no tejida consolidadas, previamente conocidas, y películas elastoméricas, también conocidas, son combinadas usando procesos que laminan y perforan simultáneamente los componentes de trama y película. Además de tramas no tejidas consolidadas en la dirección cruzada o transversal (TD) , también se contempla la orientación MD del no tejido (y la película elastomérica) . Esta invención incluye además ciertos laminados poliméricos de película elastomérica y no tejido, su conversión a artículos fabricados tales como pañales, productos para adultos incontinentes, batas quirúrgicas, gorros quirúrgicos, guantes quirúrgicos, calzado quirúrgico, cortinas quirúrgicas, artículos para la higiene femenina, y otros artículos semejantes donde es deseable tener buena WVTR combinada con buenas propiedades de estiramiento y recuperación. Los laminados resultantes tienen combinaciones de propiedades que los hacen superiores y únicos respecto de los laminados previamente disponibles. Aunque se discuten en la presente las propiedades de laminados poliméricos de película elastomérica y no tejido, junto con el método de construirlos, otros métodos de lograr una tela o prenda de vestir estirable, respirable serán conocidos por los técnicos en la materia. Producción del Laminado Los laminados contemplados por la presente invención pueden hacerse a partir de una combinación de tramas poliméricas no tejidas consolidadas o estirables, construidas de acuerdo con métodos enseñados en la patente de los Estados Unidos No. RE 35,205, y una película elástica o elastomérica. La laminación puede ser lograda por cualquiera de los procesos discutidos en la presente. Para hacer respirable el laminado resultante, se lleva a cabo otra operación, tal como poner el laminado a través de rodillos que inter-digitan en ya sea la MD o la TD, o ambas, poner el laminado a través de medios o un mecanismo de perforación, u otras operaciones similares. Los técnicos en la materia apreciarán que mas de una trama no tejida consolidada puede laminarse a la película elástica. Asimismo, otras capas pueden laminarse posteriormente
--£&-----.* E t?¡g- £ o revestirse por extrusión sobre el laminado de no tejido y película elástica. Adicionalmente, en una forma de realización preferida, pueden llevarse a cabo simultáneamente en las dos capas la laminación y la perforación u otros medios de impartir capacidad de respiración, en términos de una WVTR incrementada. En una forma de realización preferida, el proceso de laminación/ capacidad de respiración usado es ultrasónico. En tal proceso, los puntos de soldadura también se tornan micro-huecos o poros. La Película Elástica La película elástica de la invención puede comprender una de varias variaciones. Entre éstas están las películas poliméricas, elastoméricas mono-capa, las películas co-extrudidas con un núcleo elastomérico (como en una película tri-capa A/B/A) , o donde la película elástica es un lado de una co-extrusión A/B. En el caso de una mono-capa elastomérica, el elastómero puede ser seleccionado de estireno isopreno estireno, estireno butadieno estireno, estireno etilbutileno estireno, etileno propileno, terpolímero de etileno-propileno dieno, y sus combinaciones. Tales elastoméricos pueden ser combinados con ingredientes elastoméricos típicos de combinación, que son bien conocidos por los técnicos en la materia. Adicionalmente, el elastómero o elastómeros pueden ser mezclados físicamente con termoplásticos para mejorar la capacidad de extrusión. Tales poliolefinas pueden ser seleccionadas para mejorar la extrusión, pero afectar mínimamente la naturaleza elástica del componente primario, e incluyen, pero no se limitan acetato de etileno vinilo, acrilato de etileno metilo, acrilato de etileno-butilo, acrilato de etileno etilo, plastómeros, polietileno de ultra baja densidad (es decir, una densidad menor de alrededor de 0.9 g/cm3), sus combinaciones, y similares. En películas elásticas co-extrudidas, es importante que la película sea elástica, o que al llevar a cabo una operación de laminación, el laminado debe ser elástico, y finalmente respira- ble. En una forma de realización preferida, un material de polipropileno (PP) es usado como parte de la co-extrusión de película para mejorar el enlace a no tejidos que a menudo son hechos también de polipropileno. Los polipropilenos preferidos son copolímero de impacto, homopolímero, y polipropileno producido con catalizador de metaloceno. El Componente No Tejido El componente no tej ido puede comprender una tela no tejida consolidada, similar o idéntica a la divulgada en las patentes de los Estados Unidos Nos. Re 35,206 o 5,814,569 (incorporadas en la presente por referencia en su totalidad) , que sea elástica antes de la laminación. La elasticidad de tales tramas, como se describe en los documentos antes mencionados, es típicamente en la dirección cruzada. Aunque ciertas formas de realización de la presente invención incluyen tales tramas elásticas en la dirección cruzada, también se contempla cierta
^.J-. .... t-al--?A<M-a¿ ft-SS, láS-feiSSi-? « - ri 4. '-, . J?fe-1 capacidad de estiramiento o elasticidad en la dirección de la máquina como un componente adicional del laminado. Ciertas formas de realización de la invención incluyen una elasticidad de alrededor de 5 o 10% a alrededor de 200% en la dirección transversal (para el laminado) , de preferencia de alrededor de 40 a alrededor de 150%, y con mayor preferencia alrededor de 100 a alrededor de 150%. En una forma de realización alternativa, el laminado tendrá una elasticidad en la dirección de la máquina de alrededor de 1 a alrededor de 10%, y de preferencia de alrededor de 3 a alrededor de 10%. Un no tej ido preferido para uso con diversas formas de realización de la invención incluirá la capacidad de extensión o elasticidad antes descrita y adicionalmente tendrá un diseño de dos capas: la primera capa (mirando al usuario) será hecha de fibras que son hidrófobas o exhiben repelencia a fluidos, tal como polipropileno. Tales fibras tendrán un ángulo de contacto con agua mayor de 90%, como se mide mediante un goniómetro de Rohm. La segunda capa (mirando a la película elástica) usada en la presente invención tendrá un tratamiento hidrófilo de tales fibras, que puede lograrse mediante cualquier método conocido en la materia, incluyendo tensioactivo rociado, o incorporación de resina. El no tejido usado en diversas formas de realización de la presente invención, una vez estirado y tratado, típicamente incluirá las características de patrón de micro-denier y baja
^^^^^^^^^^^^^^^-----^------------^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^-^^^^^^^^^^^^ porosidad, como se describe en la patente de los Estados Unidos No. RE 35,206; los micro-huecos presentes en el no tejido actúan como huecos de succión para forzar la humedad de la piel del usuario al interior del laminado, donde se evapora. Proceso de Laminación La laminación puede ser llevada a cabo por cualesquiera medios convencionales. Sin embargo, en una forma de realización preferida, el proceso de laminación también perfora la película y con ello hace respirable el laminado. Específicamente, se contempla usar laminación con agujas calientes o por fusión para lograr las metas de laminación y perforación. De las anteriores, se prefiere la laminación por fusión, donde la energía concentrada en áreas pequeñas (aproximadamente 10 x 10 µm) hace que se fundan las capas de la tela no tejida y la película elástica, junto con la creación de un micro-hueco. El proceso y el equipo preferidos de agujas calientes para laminación y perforación pueden obtenerse de AFS, en Alemania, o de Herrmann Ultrasonics, en los Estados Unidos. Dado que una prenda de vestir experimenta diversos ciclos de estiramiento y recuperación al moverse el usuario, el presente laminado debe exhibir resistencia a la deslaminación. Se aporta seguridad asegurando que la fuerza promedio de desprendimiento requerida para separar las capas sea mayor que alrededor de 150 g/m2 y con la mayor preferencia mayor de alrededor de 300 g/m2. Además, a fin de mantener la elasticidad
deseada, el enlace entre las capas no debe exceder de alrededor de 80% del área total en contacto entre la película y la tela no tejida. La WVTR del laminado producido como parte de la presente invención debe estar por encima de alrededor de 100 g/m2/por 24 horas a una temperatura de alrededor de 37.8 'C, 90% de humedad relativa, de preferencia por encima de alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas a una temperatura de alrededor de 37.8 'C, 90% de humedad relativa, y con mayor preferencia por encima de alrededor de 3,000 g/m2/por 24 horas, a una temperatura de alrededor de 37.8 °C, 90% de humedad relativa. Para los fines de la presente invención, la WVTR es medida usando el material vendido bajo la denominación Celgard 2400 (un polipropileno poroso), que tiene una WVTR estandarizada de 8,740 g/m2/por 24 horas, con base en el protocolo de pruebas ASTM 1249-90. Puede usarse cualquiera de diversos métodos de prueba para determinar la WVTR con base en este estándar y protocolo, como es bien conocido en la materia. Los técnicos en la materia apreciarán que películas que comprenden las resinas de polietileno catalizado con metaloceno usadas en ciertas formas de realización de la presente invención pueden ser combinadas con otros materiales, dependiendo de la función pretendida del laminado resultante. Otros métodos de mejorar y/o controlar las propiedades de WVTR de la película o recipiente pueden usarse además de los métodos descritos en la presente, sin apartarse de los alcances pretendidos de la invención. Por ejemplo, puede aplicarse tratamiento mecánico para producir huecos en las películas, tales como micro-poros. Ejemplos Una tela no tejida pre-estirada, producida estirando uni-axialmente el no tejido en la dirección de la máquina, de acuerdo con las enseñanzas de la patente de los Estados Unidos No. Re 35,206 es combinada en un pezón de perforación de aguja caliente con una película elástica que tiene una capa epidérmica de polipropileno de acuerdo con el proceso mostrado en las figuras ÍA, IB, ÍC y ID. El área total porcentual de enlace es mayor de alrededor de 13%, el enlace que resulta de la fusión en el sitio y la re-cristalización entre el polipropileno en la tela no tejida y el polipropileno en la capa epidérmica de la película. El enlace aparece como un anillo polimérico alrededor del agujero que forma la aguja cuando perfora la película y el no tejido (ver figuras ÍA, IB, ÍC y ID) . El laminado resultante es respirable y extensible en las direcciones tanto transversal como de la máquina. Como puede verse en la figura ÍA, los componentes no tejido y de película pasan entre un primer rodillo A y un segundo rodillo B. El rodillo A comprende una pluralidad de agujas que son usadas para perforar el laminado tal como se forma éste. Como puede verse en la figura IB, las agujas giran en la dirección de la máquina, y perforan el laminado (ver figura ÍC) de modo de formar un hueco, que permanece en el laminado después de que se retira la aguja (ver figura ID) . El laminado elástico de la presente invención que usa una película elastomérica que tiene una WVTR de al menos alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas puede ser preparado usando una tela no tejida que tiene una elongación a la ruptura (es decir, el no tejido es estirado en cierta medida y luego roto antes de la laminación) de alrededor de 40 a alrededor de 300%, aplicando un proceso de laminación a la tela no tejida y una película elastomérica. El proceso de laminación puede ser seleccionado a partir de un grupo que consiste en laminación por fusión, laminación por calor, enlace termo-mecánico, o laminación por agujas calientes. El proceso de laminación con ello impartirá una capacidad de respiración, o WVTR, al laminado de al menos alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas, a una temperatura de 37.8 °C, tal que el laminado resultante sea capaz de estirarse en la dirección transversal dentro de un rango de alrededor de 10 a alrededor de 200%. El laminado producido de acuerdo con el método de la presente invención es capaz de estirarse en la dirección de la máquina en un rango de alrededor de 3 a alrededor de 10%. En una forma de realización alternativa, el método de la presente invención para preparar un laminado elástico que incluye una película elástica teniendo una WVTR de al menos alrededor de 1,000 g/m2/por 24 horas y una tela no tejida
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teniendo una elongación a la ruptura en la dirección transversal de menos de alrededor de 300% y mayor de alrededor de 10 a alrededor de 40%, donde la tela tiene un lado hidrófobo que mira a un usuario y un lado hidrófilo que mira a la película elástica, comprende laminar la película elastomérica y la tela, usando un proceso de laminación seleccionado del grupo que consiste en laminación por fusión, laminación por calor, enlace termo-mecánico, o laminación con agujas calientes, donde el proceso de laminación imparte una capacidad de respiración, o WVTR, al laminado de al menos alrededor de 1,000 g/m/por 24 horas a una temperatura de alrededor de 37.8 'C. El laminado resultante típicamente tiene una capacidad de extensión en la dirección transversal entre alrededor de 30 y alrededor de 200%, y un WVTR de al menos alrededor de 5,000 g/m2/por 24 horas, y es capaz de absorber la humedad en la piel a una tasa mayor de alrededor de 1 ml/seg/m2. Aunque la presente invención ha sido descrita e ilustrada por referencia a sus formas de realización particulares, los técnicos en la materia apreciarán que la invención se presta en sí misma a variaciones no necesariamente ilustradas en la presente. Por ejemplo, no está mas allá de los alcances de esta invención incluir aditivos con las películas reivindicadas o mezclar físicamente resinas para formar las películas reivindicadas con otros polímeros o laminar las películas reivindicadas con otros materiales tales como no tejidos poliméricos y similares. Por esta razón, entonces, se hará referencia a las reivindicaciones anexas para fines de determinar los verdaderos alcances de la presente invención.