WO2013104815A1 - Composición y procedimiento para la obtención de una película de polímero termoplástico micro-porosa especialmente adecuada para la confección de artículos de higiene personal como los pañales y las compresas - Google Patents

Composición y procedimiento para la obtención de una película de polímero termoplástico micro-porosa especialmente adecuada para la confección de artículos de higiene personal como los pañales y las compresas Download PDF

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Definitions

  • the present invention consists in a method and a composition for obtaining films of a thermoplastic polymer, preferably polyethylene, non-breathable, strongly loaded with mineral particles treated to leave gaps in their structure that result in a significant density reduction.
  • a thermoplastic polymer preferably polyethylene, non-breathable, strongly loaded with mineral particles treated to leave gaps in their structure that result in a significant density reduction.
  • the first type consists of a matte polyethylene film between 18 and 22 microns thick
  • the second type is obtained by lamination or co-extrusion of a film polyethylene between 10 and 22 microns thick with a non-woven polypropylene fabric to give it a more textile look.
  • Both types can be breathable or non-breathable.
  • Patent US 6682775 of Imerys discloses that said structure is obtained by loading a polymer with a significant percentage of mineral particles treated superficially with a hydrophobic substance not adhesive to the base polymer, then extruding the composite in the form of a film by any of the known technologies and subjecting it to a mono or bi-directional stretch between 1.2 and 2.5 times to increase the size of the pores and communicate them between they.
  • Non-breathable films are obtained by extrusion and micro-embossing of low density, generally linear polyethylenes using titanium dioxide pigments to obtain the desired whiteness and opacity.
  • Our patent aims to achieve a micro-porous structure with smaller pores than in breathable films and not communicated with each other, therefore not breathable, so as to achieve a significant density reduction while maintaining good mechanical properties at low stresses, can be manufactured with a reduced thickness while maintaining an improved dimensional stability in the diaper making machines.
  • the selected polymer is a polyolefin, for example and not limitingly polyolefins of ethylene, propylene, or butene such as polypropylene, high density polyethylene, medium density and low density polyethylene and their copolymers. Low density polyethylene and more is preferred
  • the linear low density polyethylene with a melt index comprised between 1 and 12 (gr / 10 min at 190 ⁇ with 2.16 kg) and preferably between 4 and 8.
  • the polymer will be dosed in a mass proportion of between 30% and 70%, preferably between 40 and 60%.
  • the mineral charge can be any inorganic compound usually used in the plastics industry such as, for example, and not limitatively, Talc, Kaolin, Calcium or Barium Sulfate, glass microspheres and, preferably, Calcium Carbonate. .
  • the particle size subsequently configures the size of the pores and their relative isolation, thus, too large particles will tend to produce large pores in open structures, the average particle size should therefore be between 0.5 and 4. mieras and
  • any fatty acid of those currently used to coat mineral fillers may be used, such as, for example, and not limited to stearic, palmitic, oleic, montanic, lauric acids, in a proportion of between 0.1% and 0.5% by weight to the mineral load.
  • the mineral load will be dosed in a mass proportion of between 30% and
  • an adhesive selected from the group comprising the Co-polymers of the base polymer used with polar graft groups such as, for example, and not limitation, maleic anhydride or acrylic acid. Silanes or titanates can also be used.
  • the adhesive will be dosed at a mass ratio of between 1% and 5%, preferably between 1.5% and 3%.
  • the adhesive consists of a polyethylene co-polymer with maleic anhydride for a base polymer consisting of a linear low density polyethylene.
  • the process for obtaining the composite film consists of two stages, a step of dispersing the mineral filler particles with the polymer and a step of forming the film.
  • the step of dispersing the mineral fillers in the polymer can be done both in a separate operation by the known methods of mixing polymers with fillers and as Henschel-type powder mixers; Brabender type mixers or double or single screw extruder mixers but preferably it will be made directly in the extrusion line of the film by means of a single or multiple screw extruder-mixer and more preferably a double screw extruder with an extraction section of gases by vacuum pump in order to completely eliminate the moisture that may have dragged the mineral load and that would cause defects in the surface of the film.
  • This extruder can be connected to the extruders of the extrusion line of the film by means of heated pipes so that the molten compound flows through these pipes to the extruders of the extrusion line of the film or to directly replace the extruders themselves. of the extrusion line.
  • the formation stage of the film itself will be carried out by means of known technologies such as blowing or flat sheet extrusion, taking care not to subject the film to cold drawing in order to obtain a pore size between 0.5 and 5 micras without communication channels between them.
  • the presence of a significant percentage of mineral charges in the composition of the compound substantially increases its thermal conductivity, which allows an increase of up to 20% in the production capacity of the extrusion line.
  • the components are mixed in a Buss extruder of 6gk / hr and a compound is obtained in the form of granules of 1,264 gr / cm3 of density and a flow index of 2.12 gr / 10min with 2.16kg at 190 ⁇ C.
  • This compound is fed into a Collin flat film extruder of 10kg / hr by extruding it into a single layer of 15microns and giving it a 22% draw between the extrusion nozzle and the cooled cylinder.

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Abstract

La presente invención consiste en un método y una composición para obtener películas de un polímero termoplástico, preferiblemente polietileno, no transpirables fuertemente cargadas de partículas minerales tratadas para dejar espacios huecos en su estructura que resultan en una importante reducción de densidad. Debido a que estas películas presentan una estabilidad mejorada a las tensiones que sufren durante su procesado en las máquinas de confección de pañales y porque además ofrecen un ahorro importante de costes debido a su alto contenido en cargas minerales y su baja densidad, resultan especialmente adecuadas para su utilización como cubierta exterior de pañales y compresas desechables.

Description

COMPOSICIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE UNA PELÍCULA DE POLÍMERO TERMOPLÁSTICO MICRO-POROSA ESPECIALMENTE ADECUADA PARA LA CONFECCIÓN DE ARTÍCULOS DE HIGIENE PERSONAL COMO LOS PAÑALES Y LAS COMPRESAS
RESUMEN
La presente invención consiste en un método y una composición para obtener películas de un polímero termoplástico, preferiblemente polietileno, no transpirables fuertemente cargadas de partículas minerales tratadas para dejar espacios huecos en su estructura que resultan en una importante reducción de densidad.
Debido a que estas películas presentan una estabilidad mejorada a las tensiones que sufren durante su procesado en las máquinas de confección de pañales y porque además ofrecen un ahorro importante de costes debido a su alto contenido en cargas minerales y su baja densidad, resultan especialmente adecuadas para su utilización como cubierta exterior de pañales y compresas desechables.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen en el mercado, dos tipos diferentes de cubierta exterior de pañales y compresas desechables, el primer tipo consiste en una película de polietileno mate de entre 18 y 22 mieras de espesor, el segundo tipo se obtiene por laminación o co-extrusión de una película de polietileno de entre 10 y 22 mieras de espesor con un tejido sin tejer de polipropileno para darle un aspecto más textil.
Ambos tipos pueden ser transpirables o no transpirables.
Son películas transpirables si se dotan de una estructura micro-porosa permeable al agua en fase vapor pero impermeable al agua en fase líquida por efecto de presión capilar. La patente US 6682775 de Imerys expone que dicha estructura se obtiene cargando un polímero con un porcentaje importante de partículas minerales tratadas superficialmente con una substancia hidrófoba no adhesiva al polímero de base, extruyendo después el compuesto en forma de película por cualquiera de las tecnologías conocidas y sometiéndola a un estiraje mono o bi-direccional de entre 1,2 y 2,5 veces para incrementar el tamaño de los poros y comunicarlos entre ellos.
Las películas no transpirables se obtienen por extrusión y micro-gofrado de polietilenos de baja densidad, generalmente lineales utilizando pigmentos de dióxido de titanio para obtener la blancura y opacidad deseada.
Dependiendo del tipo de maquinaria usada en la confección de los pañales, y más concretamente de las tensiones a las que se somete la película en su paso por esa maquinaria, se necesita mayor o menor espesor de la película que garantice su estabilidad dimensional. Así, para las máquinas de mayor antigüedad se suelen usar películas de hasta 22 mieras y para las más modernas, de alrededor de 18 mieras de espesor.
Nuestra patente pretende conseguir una estructura micro-porosa con poros de tamaño más reducido que en las películas transpirables y no comunicados entre sí, por lo tanto no transpirable, de modo que se consiga una reducción de densidad significativa al mismo tiempo que gracias a que mantienen unas buenas propiedades mecánicas a bajas tensiones, pueden fabricarse con un espesor más reducido manteniendo una estabilidad dimensional mejorada en las máquinas de confección de pañales.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Preparación del compuesto del polímero con la carga mineral.
Selección del polímero:
El polímero seleccionado es una poliolefina, por ejemplo y no limitativamente poliolefinas de etileno, de propileno, o de buteno como el polipropileno, el polietileno de alta densidad, el polietileno de media densidad y baja densidad y sus co-polímeros. Se prefiere el polietileno de baja densidad y más
preferiblemente el polietileno lineal de baja densidad, con un índice de fluidez comprendido entre 1 y 12 (gr/10 min a 190^ con 2,16 kg) y preferiblemente entre 4 y 8. El polímero se dosificará en una proporción másica de entre el 30% y el 70%, preferiblemente entre el 40 y el 60%.
Selección de la carga mineral:
La carga mineral puede ser cualquier compuesto inorgánico habitualmente utilizado en la industria de los plásticos como por ejemplo y no limitativamente, el Talco, el Caolín, el Sulfato de Calcio o de Bario, las micro-esferas de vidrio y, preferentemente el Carbonato de Calcio.
El tamaño de las partículas configura posteriormente el tamaño de los poros y su aislamiento relativo, así, unas partículas demasiado grandes tendrán tendencia a producir poros de gran tamaño en estructuras abiertas, el tamaño medio de las partículas deberá pues situarse entre 0,5 y 4 mieras y
preferentemente entre 1 y 2 mieras para conseguir un tamaño de poro situado entre 0,2 y 5 mieras.
Con el fin de mejorar la dispersión y reducir la adhesión de las partículas de la carga mineral con el polímero y así facilitar la formación de la porosidad, éstas deben recubrirse superficialmente con una capa hidrófoba que sea además incompatible con el polímero utilizado. Puede utilizarse cualquier ácido graso de los corrientemente usados para recubrir cargas minerales como por ejemplo y no limitativamente los ácidos esteárico, palmítico, oleico, montánico, láurico, en una proporción másica comprendida entre el 0,1% y el 0,5% con respecto a la carga mineral.
La carga mineral se dosificará en una proporción másica de entre el 30% y el
70% y, preferiblemente entre el 40% y el 60%.
Selección del adhesivo:
La falta de adhesión entre el polímero y las partículas de la carga mineral resulta en unas características mecánicas de la película obtenida demasiado pobres y, por la misma razón, dificulta el control del tamaño de los micro-poros incrementándose significativamente la presencia de poros de gran tamaño.
Es pues necesario mejorar la adhesión entre las partículas de la carga mineral y el polímero, para lo que se utilizará un adhesivo seleccionado entre el grupo que comprende los Co-polímeros del polímero de base que se utilice con grupos polares de injerto como por ejemplo y no limitativamente, el anhídrido maleico o el ácido acrílico. También pueden utilizarse silanos o titanatos. El adhesivo se dosificará en una proporción másica de entre el 1% y el 5%, preferiblemente entre el 1,5% y el 3%.
En una realización preferida, el adhesivo consiste en un co-polímero de polietileno con anhídrido maleico para un polímero de base consistente en un polietileno lineal de baja densidad.
Procedimiento:
El procedimiento para la obtención de la película compuesta consta de dos etapas, una etapa de dispersión de las partículas de carga mineral con el polímero y una etapa de formación de la película.
La etapa de dispersión de las cargas minerales en el polímero puede hacerse tanto una operación aparte por los procedimientos conocidos de mezcla de polímeros con cargas como mezcladores de polvo tipo Henschel; amasadoras de brazos tipo Brabender o extrusoras- mezcladoras de doble o simple husillo pero preferiblemente se efectuará directamente en la línea de extrusión de la película mediante una extrusora-mezcladora de husillo simple o múltiple y más preferentemente una extrusora de doble husillo con una sección de extracción de gases mediante bomba de vacío con el fin de eliminar completamente la humedad que pueda haber arrastrado la carga mineral y que causaría defectos en la superficie de la película.
Esta extrusora puede conectarse a las extrusoras propias de la línea de extrusión de la película mediante tuberías calentadas para que el compuesto fundido fluya a través de esas tuberías a las extrusoras propias de la línea de extrusión de la película o bien substituir directamente a las extrusoras propias de la línea de extrusión.
La etapa de formación de la película propiamente dicha se efectuará mediante las tecnologías conocidas como la de soplado o la extrusión de lámina plana teniendo cuidado de no someter la película a estiraje en frío con el fin de obtener un tamaño de poro comprendido entre 0,5 y 5 mieras sin canales de comunicación entre ellos.
Ventajas:
Estas películas presentan un ahorro importante de costes con respecto a las usadas corrientemente para la confección de la cubierta exterior de pañales y compresas, esta diferencia de costes se concreta en los aspectos siguientes:
Mayor estabilidad dimensional a estirajes bajos, lo que permite la reducción del espesor de la película de hasta 14 mieras sin que merme su estabilidad en las máquinas de confección de pañales con el consiguiente ahorro de materias primas de hasta un 20%.
Menor transparencia intrínseca de la película por el efecto de las cargas minerales, lo que permite un ahorro de hasta un 50% en dióxido de titanio. Substitución de hasta un 60% del polímero por la carga mineral con sólo un incremento de densidad del 10% lo que permite un ahorro de hasta un 30% en costes de materias primas.
La presencia de un porcentaje importante de cargas minerales en la composición del compuesto incrementa substancialmente su conductividad térmica, lo que permite un incremento de hasta un 20% de la capacidad de producción de la línea de extrusión.
- Al mismo tiempo esa carga mineral acentúa la rugosidad superficial
mejorando la eficacia de los adhesivos usados para ensamblar las partes de los pañales y las compresas al mismo tiempo que otorga un aspecto mate a la película haciendo innecesaria la etapa de micro-gofrado en la línea de extrusión.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
Realización n^l:
Composición:
Polietileno lineal de baja densidad Dowlex 2035G: de Dow Chemical 50% Carbonato de calcio Mikhart MU 17T de Provéngale: 47% Adhesivo Amplify GR20 de Dow Chemical: 3%
Procedimiento:
Se mezclan los componentes en una extrusora Buss de 6gk/hr y se obtiene un compuesto en forma de gránulos de 1,264 gr/cm3 de densidad y un índice de fluidez de 2,12 gr/10min con 2,16kg a 190^C. Se alimenta este compuesto en una extrusora de película plana Collin de 10kg/hr extruyéndolo en una sola capa de 15micras y dándole un estiraje del 22% entre la boquilla de extrusión y el cilindro refrigerado.
Se obtiene una película con las características reflejadas en la TABLA 1 que se comparan con una película comercial habitualmente utilizada como cubierta exterior de pañales. La realización n^l presenta:
Una densidad 10% superior con un 47% menos de polímero.
Una resistencia a la deformación a pequeñas cargas 1,7 veces mayor lo que le otorga una gran estabilidad dimensional.
Una pérdida moderada de resistencia a la ruptura, del 29%.
TABLA 1.
Figure imgf000007_0001
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figural:
Gráfico tensión-elongación de la película obtenida según la realización n^l y de una película comercial de 21 mieras.
X: Elongación en %
Y: Tensión en Mega Pascales
A: Curva de la película de la realización n^l
B: Curva de una película comercial de 21 mieras Figura 2:
Microfotografía de la sección transversal de la película correspondiente a la realización número 1.
1: micro-poros
2: partículas de carbonato cálcico

Claims
REIVINDICACIONES
Película no transpirable con estructura micro-porosa obtenida por extrusión mediante tecnologías conocidas, como soplado o extrusión de lámina plana, de un compuesto formado por un polímero de base cargado con partículas minerales recubiertas de un ácido graso parcialmente adheridas al polímero de base mediante un co-polímero adhesivo.
Película según la reivindicación anterior en la que el polímero es una poliolefina, preferiblemente polietileno de baja densidad y más
preferiblemente, polietileno lineal de baja densidad con un índice de fluidez comprendido entre 1 y 12g/10 min, preferiblemente entre 4 y 8g/10min y se encuentra en el compuesto en una proporción másica entre el 30% y el 70%, preferiblemente entre el 40% y el 60%.
Película según la reivindicación número 1 en la que la carga mineral es de carbonato cálcico con recubrimiento de ácido esteárico en una proporción másica de entre el 0,1% y el 0,5% y preferiblemente entre el 0,1% y el 0,2%. Película según la reivindicación número 3 en la que la carga mineral de carbonato cálcico tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0,5 y 4 mieras y preferiblemente entre 1 y 2 mieras y se encuentra en el compuesto en una proporción másica de entre el 30% y el 70% y, preferiblemente entre el 40% y el 60%.
Película según la reivindicación número 1 en la que el compuesto del polímero con las cargas minerales se efectúa aparte de la línea de extrusión de la película mediante mezcladoras de brazos, turbo-mezcladoras de polvo o extrusoras mezcladoras de husillo simple o múltiple, preferiblemente extrusoras co- rotantes de doble husillo con extracción de gases asistida por bomba de vacío. Película según la reivindicación número 1 en la que el compuesto del polímero con las cargas minerales se efectúa directamente en la línea de extrusión de la película mediante una extrusora mezcladora de husillo simple o múltiple, preferiblemente una extrusora co-rotante de doble husillo con extracción de gases asistida por bomba de vacío.
7. Película según la reivindicación número 1 en la que se ésta somete únicamente a un estiraje en caliente entre la boquilla de extrusión y la solidificación de la película comprendido entre 20/1 y 60/1 y ningún estiraje posterior.
8. Película según la reivindicación n^l que forma parte de un complejo multicapa.
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