ТОНКАЯ НАНОКОМПОЗИТНАЯ ПЛЕНКА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ВО ВПИТЫВАЮЩЕМ ИЗДЕЛИИ Российский патент 2018 года по МПК B32B27/06 B32B27/12 A61F13/53 C08J5/18 

Родственная заявка

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США с регистрационным номером 61/934453, поданной 31 января 2014 г., которая включена в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Впитывающие изделия, такие как подгузники, обычно выполнены из впитывающей сердцевины, которая расположена между проницаемым для жидкости верхним слоем, который образует «лицевую по отношению к телу» поверхность, расположенную по направлению к телу, и непроницаемым для жидкости тыльным слоем, который образует «лицевую по отношению к предмету одежды» поверхность, расположенную в сторону, противоположную от тела. Тыльный слой зачастую выполнен из полипропиленового нетканого полотна, которое наслоено на пленку, изготовленную из линейного полиэтилена низкой плотности («LLDPE»). Тем не менее одна из проблем, связанных с традиционными тыльными слоями, заключается в том, что традиционные пленки зачастую не обладают хорошей ударной вязкостью и жесткостью. Хотя были предприняты попытки добавления различных наполнителей к пленке для улучшения этих свойств, это обычно приводило к соответствующему ухудшению пластичности, что крайне нежелательно. В связи с этим в настоящее время существует потребность в пленке для применения во впитывающем изделии, которая может проявлять хорошие свойства прочности без существенного уменьшения пластичности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения раскрывается впитывающее изделие, которое содержит проницаемый для жидкости слой, в целом непроницаемый для жидкости слой и впитывающую сердцевину, расположенную между проницаемым для жидкости слоем и в целом непроницаемым для жидкости слоем. В целом непроницаемый для жидкости слой содержит пленку толщиной приблизительно 50 микрометров или меньше. Пленка содержит слой, который выполнен из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит этиленовый полимер, наноглину, содержащую органическое средство для обработки поверхности, и полиолефиновое средство улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывается пленка толщиной приблизительно 50 микрометров или меньше. Пленка содержит слой, который выполнен из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит от приблизительно 75 вес. % до приблизительно 99 вес. % сополимера α-олефина/этилена, от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 20 вес. % наноглины, содержащей органическое средство для обработки поверхности, и от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 10 вес. % полиолефинового средства улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент. Пленка характеризуется максимальным удлинением приблизительно 450% или больше в продольном направлении и предельной прочностью на разрыв от приблизительно 20 до приблизительно 150 МПа в продольном направлении.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно описываются ниже.

Краткое описание графических материалов

Полное и достаточное описание настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для среднего специалиста в данной области техники, изложено ниже, в частности, в остальной части описания, в которой предусмотрены ссылки на соответствующие графические материалы, при этом:

на фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация одного из вариантов осуществления способа, который можно применять для получения пленки по настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлен вид в перспективе одного из вариантов осуществления впитывающего изделия по настоящему изобретению;

на фиг. 3 представлен график рентгеноструктурного анализа для примера 1;

на фиг. 4 представлены трансмиссионные электронные микрофотографии примера 1, при этом на фиг. 4(a) представлено меньшее увеличение (показан масштаб 2 мкм) и на фиг. 4(b) представлено большее увеличение (показан масштаб 200 нм);

на фиг. 5 представлен график, на котором показана зависимость логарифма динамического модуля упругости (G') от логарифма частоты () для образцов из примера 1;

на фиг. 6 представлен график, на котором показана зависимость комплексной вязкости η* от логарифма частоты () для образцов из примера 1;

на фиг. 7 представлен график, на котором показана зависимость log G' (динамического модуля упругости) и log G'' (модуля потерь) от логарифма частоты () для образцов из примера 1;

на фиг. 8 представлено графическое сравнение мягкости контроля 1, примера 1, примера 2 и примера 12, определенной с применением сенсорной панели адаптируемой методики;

на фиг. 9 представлено графическое сравнение гладкости контроля 1, примера 1, примера 2 и примера 12, определенной с применением сенсорной панели адаптируемой методики;

на фиг. 10 представлено графическое сравнение шума контроля 1, примера 1, примера 2 и примера 12, определенного с применением сенсорной панели адаптируемой методики; и

на фиг. 11 представлено графическое сравнение шелковистости контроля 1, примера 1, примера 2 и примера 12, определенной с применением сенсорной панели адаптируемой методики;

на фиг. 12 представлен вид в перспективе испытательного устройства, которое может применяться для оценки уровней шума, при этом дверца устройства открыта;

на фиг. 13 представлен вид в перспективе испытательного устройства из фиг. 12, при этом дверца устройства закрыта;

на фиг. 14 представлен вид сверху устройства из фиг. 12, взятый вдоль стрелки 190; и

на фиг. 15 представлено графическое изображение впитывающего изделия из контролей 3-4 и примеров 26-27, на котором показано, каким образом его растягивали в сторону для определения уровня шума.

Повторяющееся использование ссылочных позиций в настоящем описании и графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления изобретения, один или несколько примеров которых приведены ниже. Каждый пример предоставлен для пояснения изобретения, не ограничивая его. В сущности, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что по отношению к настоящему изобретению могут быть выполнены различные модификации и изменения без отклонения от объема или сущности настоящего изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения.

В общем, настоящее изобретение относится к тонкой нанокомпозитной пленке для применения во впитывающем изделии (например, тыльном слое). Пленка содержит этиленовый полимер, наноглину, содержащую органическое средство для обработки поверхности, и полиолефиновое средство улучшения совместимости, которое включает олефиновый компонент и полярный компонент. Этиленовые полимеры, например, обычно составляют от приблизительно 80 вес. % до приблизительно 99,9 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 90 вес. % до приблизительно 99,5 вес. %, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 95 вес. % до приблизительно 98 вес. % от содержания полимеров в полимерной композиции. Подобным образом, этиленовые полимеры могут составлять от приблизительно 75 вес. % до приблизительно 99 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 вес. % до приблизительно 98 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 85 вес. % до 95 вес. % от всей полимерной композиции. Наноглины, подобным образом, могут составлять от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 20 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 10 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 8 вес. % от полимерной композиции, тогда как средства улучшения совместимости могут составлять от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 10 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,2 вес. % до приблизительно 8 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 5 вес. % от полимерной композиции.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что с помощью избирательной регуляции конкретного типа и концентрации компонентов, применяемых для получения пленки, а также способа, с помощью которого она образуется, модуль и прочность на разрыв пленки могут быть значительно улучшены при отсутствии неблагоприятного влияния на ее пластичность. Например, не ограничиваясь теорией, полагают, что органическое средство для обработки поверхности может оказывать на наноглину воздействие, подобное пластификации, что может уменьшить степень поверхностного трения между наноглиной и доменами этиленового полимера, если композиция подвергается усилию при удлинении. Также полагают, что средство для обработки поверхности может оказывать смазывающее воздействие, что позволяет макромолекулярным цепочкам этиленового полимера перемещаться со скольжением вдоль поверхности наноглины, не вызывая нарушения адгезии, тем самым поддерживая высокую степень пластичности. Это может быть осуществлено путем избирательной регуляции конкретного типа средства для обработки поверхности, типа этиленового полимера и степени перемешивания во время экструзии из расплава. Более того, наноглина необязательно может быть предварительно смешана с этиленовым полимером и средством улучшения совместимости с образованием полимерной композиции, которая в дальнейшем пропускается через экструзионную головку и формируется в пленку. Благодаря такому многоэтапному способу получения, наноглина может стать хорошо диспергируемой и более однородно ориентированной, посредством чего еще больше повышается пластичность. Полагают, что определенные типы способов получения (например, способы экструзии пленки с отливом или раздувом) также особенно хорошо подходят для обеспечения получения уникальных структур с высокой степенью пластичности.

Один параметр, который является индикатором хорошей пластичности, представляет собой максимальное удлинение пленки в продольном направлении («MD») и/или поперечном направлении («CD»). Например, пленка обычно характеризуется максимальным удлинением в продольном направлении приблизительно 400% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 500% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 550% или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 600% до приблизительно 2000%. Подобным образом, пленка может характеризоваться максимальным удлинением в поперечном направлении приблизительно 750% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 800% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 800% или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 850% до приблизительно 2500%. Несмотря на обладание такой хорошей пластичностью, пленка по настоящему изобретению, тем не менее, способна сохранять хорошую механическую прочность. Например, пленка по настоящему изобретению может характеризоваться предельной прочностью на разрыв в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 20 до приблизительно 150 мегапаскаль (МПа), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 25 до приблизительно 100 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30 до приблизительно 80 МПа. Модуль упругости Юнга пленки, который равен отношению напряжения растяжения к деформации растяжения и определяется из угла наклона кривой зависимости деформации от напряжения, также может быть на надлежащем уровне. Например, пленка обычно характеризуется модулем Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 50 до приблизительно 500 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150 до приблизительно 350 МПа.

Неожиданно, хорошей пластичности и других механических свойств можно добиться, даже если пленка характеризуется очень низким значением толщины. В связи с этим, нормализованные механические свойства, которые определяются посредством деления конкретной механической величины (например, модуля Юнга, прочности на разрыв или максимального удлинения) на среднюю толщину пленки (мкм), также могут быть улучшены. Например, пленка обычно характеризуется нормализованным максимальноем удлинением в продольном направлении приблизительно 30%/мкм или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 40%/мкм или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50%/мкм до приблизительно 150%/мкм. Подобным образом, пленка может характеризоваться нормализованным максимальным удлинением в поперечном направлении приблизительно 40%/мкм или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 50%/мкм или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60%/мкм до приблизительно 200%/мкм. Пленка может характеризоваться нормализованной предельной прочностью на разрыв в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 20 МПа/мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 12 МПа/мкм и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 8 МПа/мкм. Нормализованный модуль Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении может также составлять от приблизительно 5 до приблизительно 50 МПа/мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 40 МПа/мкм и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 до приблизительно 35 МПа/мкм. Как правило, фактическая толщина пленки составляет приблизительно 50 микрометров или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 35 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 30 микрометров.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что пленка может вырабатывать относительно низкую степень шума при физической деформации. Под воздействием физической деформации в течение двух (2) минут, например, уровень шума пленки может составлять приблизительно 45 децибел (дБ) или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 42 дБ или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 дБ до приблизительно 40 дБ, как определено при частоте 2000 Гц или 4000 Гц. «Нормализованный уровень шума» пленки, который определяется посредством деления уровня шума пленки, который вырабатывается под воздействием на пленку физической деформации в течение двух (2) минут, на уровень шума, вырабатываемого при условиях окружающей среды, может подобным образом составлять приблизительно 2,5 или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 2,4 или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,3, как определено при частоте 2000 Гц или 4000 Гц. Впитывающее изделие целиком также может характеризоваться относительно низкой степенью шума. Например, под воздействием физической деформации в течение двух (2) минут уровень шума, вырабатываемый впитывающим изделием, может составлять приблизительно 30 децибел (дБ) или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 29 дБ или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 дБ до приблизительно 28 дБ, как определено при частоте 2000 Гц. «Нормализованный уровень шума» впитывающего изделия может подобным образом составлять приблизительно 1,55 или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 1,50 или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,45, как определено при частоте 2000 Гц или 4000 Гц.

Кроме уменьшенного уровня шума пленка по настоящему изобретению также может обладать превосходными барьерными свойствами для проникновения кислорода. Не ограничиваясь теорией, полагают, что пластинчатая структура наноглины может создавать извилистый путь в пленке, который может замедлять скорость пропускания и уменьшать количество проникающего кислорода. Например, скорость пропускания кислорода может составлять приблизительно 350 см³/100 кв. дюймов*24-часа или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 330 см³/100 кв. дюймов*24-часа или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 300 см³/100 кв. дюймов*24-часа, как определено в соответствии с ASTM D3985-05 при температуре 23°С и относительной влажности 0%.

Далее будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Полимерная композиция

А. Этиленовый полимер

В настоящем изобретении в целом может быть использован любой из множества этиленовых полимеров. В одном из вариантов осуществления, например, этиленовый полимер может представлять собой сополимер этилена и α-олефина, такого как С₃-С₂₀ α-олефин или C₃-C₁₂ α-олефин. Подходящие α-олефины могут быть линейными или разветвленными (например, одно или несколько С₁-С₃ алкильных ответвлений или арильная группа). Конкретные примеры включают 1-бутен; 3-метил-1-бутен; 3,3-диметил-1-бутен; 1-пентен; 1-пентен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гексен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гептен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-октен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-нонен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; этил-, метил- или диметилзамещенный 1-децен; 1-додецен и стирол. Особенно желательными сомономерами α-олефина являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Содержание этилена в таких сополимерах может составлять от приблизительно 60 мол. % до приблизительно 99 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 мол. % до приблизительно 98,5 мол. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 87 мол. % до приблизительно 97,5 мол. %. Подобным образом, содержание α-олефина может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мол. % до приблизительно 40 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 мол. % до приблизительно 15 мол. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2,5 мол. % до приблизительно 13 мол. %. Плотность полиэтилена может варьировать в зависимости от типа используемого полимера, но обычно находится в диапазоне от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,96 грамм на кубический сантиметр (г/см³). Полиэтиленовые «пластомеры», например, могут характеризоваться плотностью в диапазоне от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,91 г/см³. Подобным образом, «линейный полиэтилен низкой плотности» (LLDPE) может характеризоваться плотностью в диапазоне от приблизительно 0,91 до приблизительно 0,940 г/см³; «полиэтилен низкой плотности» (LDPE) может характеризоваться плотностью в диапазоне от приблизительно 0,910 до приблизительно 0,940 г/см³; и «полиэтилен высокой плотности» (HDPE) может характеризоваться плотностью в диапазоне от приблизительно 0,940 до приблизительно 0,960 г/см³, как определено в соответствии с ASTM D792.

В определенных вариантах осуществления может быть использован этиленовый полимер, который характеризуется относительно низкой плотностью в пределах приблизительно 0,94 г/см³ или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,94 г/см³ и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,90 до приблизительно 0,935 г/см³. В композиции можно использовать один или несколько полимеров, которые имеют такие плотностные характеристики. Линейный полиэтилен низкой плотности («LLDPE») и/или полиэтилен низкой плотности («LDPE») являются особенно подходящими. Этиленовый полимер низкой плотности может характеризоваться относительно низкой температурой плавления и модулем упругости, что может обеспечить в результате относительно мягкую и эластичную на ощупь пленку. Например, этиленовый полимер низкой плотности может характеризоваться температурой плавления от приблизительно 50°С до приблизительно 145°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75°С до приблизительно 140°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100°С до приблизительно 135°С и модулем упругости от приблизительно 50 до приблизительно 700 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75 до приблизительно 600 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 500 МПа, как определено в соответствии с ASTM D638-10. Этиленовый полимер низкой плотности также может характеризоваться индексом текучести расплава от приблизительно 0,1 до приблизительно 100 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 грамм за 10 минут, как определено при нагрузке 2160 грамм и при 190°С в соответствии с ASTM D1238-13 (или ISO 1133).

При необходимости этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять по существу большинство полимеров, используемых в композиции. Например, этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять приблизительно 80 вес. % или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 85 вес. % или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 90 вес. % до 100 вес. % от полимеров, используемых в композиции. Конечно же, в других вариантах осуществления также могут использоваться этиленовые полимеры высокой плотности. Например, этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 90 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 80 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 вес. % до 70 вес. % полимерной композиции, и этиленовые полимеры высокой плотности могут составлять от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 90 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 80 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 вес. % до 70 вес. % полимерной композиции. Этиленовые полимеры высокой плотности обычно имеют плотность больше приблизительно 0,94 г/см³, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,945 до приблизительно 0,98 г/см³ и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,95 до приблизительно 0,97 г/см³. Опять-таки в композиции можно использовать один или несколько полимеров, которые имеют такие характеристики. Полиэтилен высокой плотности («HDPE») является особенно подходящим. Этиленовые полимеры высокой плотности могут характеризоваться относительно низкой температурой плавления и высоким модулем упругости. Например, этиленовые полимеры высокой плотности могут характеризоваться температурой плавления от приблизительно 70°С до приблизительно 160°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 85°С до приблизительно 150°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 110°С до приблизительно 145°С и модулем упругости от приблизительно 700 до приблизительно 5000 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 750 до приблизительно 3000 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1000 до приблизительно 2000 МПа, как определено в соответствии с ASTM D638-10. Этиленовые полимеры высокой плотности также могут характеризоваться индексом текучести расплава от приблизительно 0,1 до приблизительно 100 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 грамм за 10 минут, как определено при нагрузке 2160 грамм и при 190°С в соответствии с ASTM D1238-13 (или ISO 1133).

Для получения этиленовых полимеров обычно можно применять различные известные методики. Например, этиленовые полимеры можно получить с применением свободнорадикального или комплексного катализатора (например, Циглера-Натта). Обычно этиленовый полимер получают с помощью полицентровых катализаторов Циглера-Натта, при этом полученный в результате этиленовый полимер характеризуется широким распределением молекулярной массы с коэффициентом полидисперсности (среднемассовая молекулярная масса, деленная на среднечисловую молекулярную массу) вплоть до 20 или выше. Этиленовый полимер, полученный с помощью комплексного катализатора с единым центром полимеризации, такого как металлоценовый катализатор, характеризуется узким распределением молекулярной массы. Такая каталитическая система обеспечивает этиленовые полимеры, в которых сомономер случайно распределяется в молекулярной цепи и равномерно распределяется по фракциям с различной молекулярной массой. Полиолефины, полученные посредством катализа металлоценами, описаны, например, в патентах США №5571619, выданном McAlpin и соавт.; №5322728, выданном Davis и соавт.; №5472775, выданном Obijeski и соавт.; №5272236, выданном Lai и соавт., и №6090325, выданном Wheat и соавт. Примеры металлоценовых катализаторов включают бис(н-бутилциклопентадиенил)титана дихлорид, бис(н-бутилциклопентадиенил)циркония дихлорид, бис(циклопентадиенил)скандия хлорид, бис(инденил)циркония дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)титана дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)циркония дихлорид, кобальтоцен, циклопентадиенилтитана трихлорид, ферроцен, гафноцена дихлорид, изопропил(циклопентадиенил-1-флуоренил)циркония дихлорид, молибдоцена дихлорид, никелоцен, ниобоцена дихлорид, рутеноцен, титаноцена дихлорид, цирконоценхлоридгидрид, цирконоцена дихлорид и так далее. Полимеры, полученные с помощью металлоценовых катализаторов, как правило, характеризуются узким диапазоном молекулярной массы. Например, полимеры, полученные посредством катализа металлоценами, могут характеризоваться числами полидисперсности (M_w/M_n) ниже 4, регулируемым распределением короткоцепочечной разветвленности и регулируемой изотактичностью.

В. Наноглина

Выражение «наноглина» обычно относится к наночастицам глинистого материала (природного минерала, органически модифицированного минерала или синтетического наноматериала). Глинистый материал, как правило, имеет хлопьевидную морфологию, так что обладает относительно плоской или пластинчатой формой. Например, пластинки глины имеют среднюю толщину от приблизительно 0,2 до приблизительно 100 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 20 нанометров. «Соотношение размеров» глинистого материала (т.е. средняя длина пластинок, деленная на среднюю толщину) также является относительно большим, а именно, от приблизительно 20 до приблизительно 1000, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50 до приблизительно 80, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400. Средняя длина (например, диаметр) может, в частности, находиться в диапазоне от приблизительно 20 нанометров до приблизительно 10 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 нанометров до приблизительно 5 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 нанометров до приблизительно 4 микрометров.

Глинистый материал может быть получен из филлосиликата, такого как минерал смектитовая глина (например, бентонит, каолинит или монтмориллонит, а также их соли, такие как монтмориллонит натрия, монтмориллонит магния, монтмориллонит кальция и т.д.); нонтронита; бейделлита; волконскоита; гекторита; сапонита; сауконита; собокита; стевенсита; свинфордита; вермикулита и т.п. Другие применимые наноглины включают слюдистые минералы (например, иллит) и смешанные минералы иллита/смектита, такие как ректорит, таросовит, ледикит, и примеси иллитов к глинистым минералам, названным выше. Особенно подходящими являются монтмориллонит (структура слоистой смектитовой глины 2:1), бентонит (алюминиевый филлосиликат, полученный, главным образом, из монтмориллонита), каолинит (алюмосиликат 1:1, имеющий пластинчатую структуру и эмпирическую формулу Al₂Si₂O₅(OH)₄), галлуазит (алюмосиликат 1:1, имеющий трубчатую структуру и эмпирическую формулу Al₂Si₂O₅(OH)₄) и т.д.

Как указано выше, наноглина также содержит органическое средство для обработки поверхности, которое повышает гидрофобность глинистого материала и, таким образом, улучшает его совместимость с этиленовым полимером. В одном из вариантов осуществления органическое средство для обработки поверхности может быть получено из четвертичного ония (например, соли или иона), который посредством ионного обмена может стать интеркалированным в межслойные пространства между смежными, расположенными слоями пластинками глины. Четвертичный ониевый ион может иметь следующую структуру:

где

X представляет собой N, Р, S или О; и

R₁, R₂, R₃ и R₄ независимо представляют собой водород или органические фрагменты, такие как линейные или разветвленные алкильные, арильные или аралкильные фрагменты, имеющие от 1 до приблизительно 24 атомов углерода.

Особенно подходящими четвертичными аммониевыми ионами являются те, которые имеют нижеприведенную структуру:

где

R₁ представляет собой длинноцепочечный алкильный фрагмент в диапазоне от С₆ до С₂₄ с прямой или разветвленной цепью, включая смеси длинноцепочечных фрагментов, таких как С₆, C₈, С₁₀, С₁₂, С₁₄, C₁₆, С₁₈, С₂₀, С₂₂ и С₂₄, взятых отдельно или в любой комбинации; и

R₂, R₃ и R₄ представляют собой фрагменты, которые могут быть одинаковыми или разными, при этом выбраны из группы, состоящей из Н, алкила, гидроксиалкила, бензила, замещенного бензила, например, с прямой или разветвленной цепью, алкилзамещенного и галогензамещенного; этоксилированного или пропоксилированного алкила; этоксилированного или пропоксилированного бензила (например, со степенью этоксилирования 1-10 молей или степенью пропоксилирования 1-10 молей).

Дополнительные применимые многозарядные разделяющие/связующие средства включают, например, тетра-, три- и диониевые виды, такие как тетрааммониевые, триаммониевые и диаммониевые (первичные, вторичные, третичные и четвертичные), -фосфониевые, -оксониевые или -сульфониевые производные алифатических, ароматических или арилалифатических аминов, фосфинов, сложных эфиров, спиртов и сульфидов. Такими иллюстративными материалами являются диониевые соединения формулы:

где Х⁺ и Y⁺ являются одинаковыми или разными и представляют собой радикалы аммония, сульфония, фосфония или оксония, такие как -NH(CH₃)₂⁺, -NH₂(CH₃)⁺, -N(CH₃)₃⁺, -N(CH₃)₂(CH₂CH₃)⁺, -N(CH₃)(CH₂CH₃)₂⁺, -S(CH₃)₂⁺, -S(CH₃)₂⁺, -P(CH₃)₃⁺, -NH₃⁺ и т.п.;

R представляет собой органический участок, радикал основной цепи, с прямой или разветвленной цепью, такой как те, которые имеют от 2 до 24 атомов углерода, и в некоторых вариантах осуществления от 3 до 10 атомов углерода, при этом в основной цепи молекула органического участка ковалентно связана на ее концах с заряженными катионами N⁺, Р⁺, S⁺ и/или O⁺;

R1 может быть водородом или же линейным или разветвленным алкильным радикалом с 1-22 атомами углерода, линейным или разветвленным, и в некоторых вариантах осуществления, с 6-22 атомами углерода.

Применимыми иллюстративными R-группами являются алкилы (например, метил, этил, бутил, октил и т.п.); арил (например, бензил, фенилалкил и т.п.); алкилены (например, метилен, этилен, октален, нонилен, трет-бутилен, неопентилен, изопропилен, вторбутилен, додецилен и т.п.); алкенилены (например, 1-пропенилен, 1-бутенилен, 1-пентенилен, 1-гексенилен, 1-гептенилен, 1-октенилен и т.п.); циклоалкенилены (например, циклогексенилен, циклопентенилен и т.п.); гидроксиалкил (например, гидроксиметил, гидроксиэтил, гидроксил-н-пропил, гидроксиизопропил, гидроксил-н-бутил, гидроксил-изобутил, гидроксил-трет-бутил и т.п.), алканоилалкилены (например, бутаноилоктадецилен, пентаноилнонадецилен, октаноилпентадецилен, этаноилундецилен, пропаноилгексадецилен и т.п.); алкиламиноалкилены (например, метиламинооктадецилен, этиламинопентадецилен, бутиламинононадецилен и т.п.); диалкиламиноалкилен (например, диметиламинооктадецилен, метилэтиламинононадецилен и т.п.); ариламиноалкилены (например, фениламинооктадецилен, п-метилфениламинононадецилен и т.п.); диариламиноалкилены (например, дифениламинопентадецилен, п-нитрофенил-п'-метилфениламинооктадецилен и т.п.); алкилариламиноалкилены (например, 2-фенил-4-метиламинопентадецилен и т.п.); алкилсульфинилены, алкилсульфонилены, алкилтио, арилтио, арилсульфинилены и арилсульфонилены (например, бутилтиооктадецилен, неопентилтиопентадецилен, метилсульфинилнонадецилен, бензилсульфинилпентадецилен, фенилсульфинилоктадецилен, пропилтиооктадецилен, октилтиопентадецилен, нонилсульфонилнонадецилен, октилсульфонилгексадецилен, метилтиононадецилен, изопропилтиооктадецилен, фенилсульфонилпентадецилен, метилсульфонилнонадецилен, нонилтиопентадецилен, фенилтиооктадецилен, этилтиононадецилен, бензилтиоундецилен, фенэтилтиопентадецилен, втор-бутилтиооктадецилен, нафтилтиоундецилен и т.п.); алкоксикарбонилалкилены (например, метоксикарбонилен, этоксикарбонилен, бутоксикарбонилен и т.п.); циклоалкилены (например, циклогексилен, циклопентилен, циклооктилен, циклогептилен и т.п.); алкоксиалкилены (например, метоксиметилен, этоксиметилен, бутоксиметилен, пропоксиэтилен, пентоксибутилен и т.п.); арилоксиалкилены и арилоксиарилены (например, феноксифенилен, феноксиметилен и т.п.); арилориалкилены (например, феноксидецилен, феноксиоктилен и т.п.); арилалкилены (например, бензилен, фентилен, 8-фенилоктилен, 10-фенилдецилен и т.п.); алкиларилены (например, 3-децилфенилен, 4-октилфенилен, 4-нонилфенилен и т.п.) и полипропиленгликолевые и полиэтиленгликолевые заместители (например, этилен, пропилен, бутилен, фенилен, бензилен, толилен, п-стирилен, п-фенилметилен, октален, додецилен, октадецилен, метоксиэтилен и т.п.), а также их комбинации. Такие радикалы тетра-, три- и диаммония, -сульфония, -фосфония, -оксония; аммония/сульфония; аммония/фосфония; аммония/оксония; фосфония/оксония; сульфония/оксония и сульфония/фосфония хорошо известны в данной области техники и могут быть получены из соответствующих аминов, фосфинов, спиртов или эфиров и сульфидов.

Особенно подходящими соединениями многозарядного разделяющего/связующего средства являются мультиониевые ионные соединения, которые включают по меньшей мере два первичных, вторичных, третичных или четвертичных аммониевых, фосфониевых, сульфониевых и/или оксониевых ионов, имеющих следующую общую формулу:

где

R представляет собой фрагмент участка с заряженными атомами алкилена, аралкилена или замещенного алкилена; и

Z₁, Z₂, R₁, R₂, R₃ и R₄ могут быть одинаковыми или разными и выбраны из группы, состоящей из водорода, алкила, аралкила, бензила, замещенного бензила (например, с прямой или разветвленной цепью, алкилзамещенного и галогензамещенного); этоксилированного или пропоксилированного алкила; этоксилированного или пропоксилированного бензила (например, со степенью этоксилирования 1-10 молей или степенью пропоксилирования 1-10 молей).

Особенно подходящие органические катионы могут включать, например, соединения четвертичного аммония, такие как диметил-бис[гидрогенизированный талловый]аммония хлорид (2М2НТ), метилбензил-бис[гидрогенизированный талловый]аммония хлорид (МВ2НТ), метил-трис[гидрогенизированный талловый алкил]хлорид (М3НТ) и т.д. Примером подходящей наноглины является Nanomer™ 1.44Р, что представляет собой модифицированную четвертичным аммонием монтмориллонитную наноглину, коммерчески доступную от Nanocor, Inc. Другие подходящие добавки наноглины включают таковые, доступные от Southern Clay Products, такие как Cloisite™ 15А, Cloisite™ 30В, Cloisite™ 93A и Cloisite™ Na⁺.

Ониевый ион может быть введен (абсорбирован) в межслойные пустоты глинистого материала различными способами. В одном из способов, например, глинистый материал суспендируют в воде и там же растворяют соединение с ониевыми ионами. Если потребуется, соединение с ониевыми ионами можно сперва растворить в органическом растворителе (например, пропаноле). При необходимости наноглина также может быть интеркалирована с помощью олигомерного и/или полимерного интеркаланта, как известно из уровня техники. Например, может быть использован интеркалант на основе олефинового полимера или олигомера (например, на основе этиленового полимера). Чтобы интеркалировать ониевый ион и олефиновый интеркалант промеж смежных пластинок филлосиликата и необязательно разделить (расслоить) слоистый материал на отдельные пластинки, например, глинистый материал можно сперва привести в контакт с ониевым ионом и одновременно или в дальнейшем привести в контакт с расплавленным интеркалантом на основе олигомера/полимера с получением интеркалированного ониевым ионом слоистого материала. Это может быть осуществлено, например, путем прямого смешивания материалов в экструдере. В качестве альтернативы, олигомер/полимер может быть интеркалирован с помощью процесса эмульгирования путем энергичного перемешивания с эмульгатором. При необходимости также может использоваться связующее средство (например, силановое связующее средство), чтобы помочь связать интеркалант с глинистым материалом. Например, глинистый материал изначально может быть обработан связующим средством с последующим ионным обменом между ониевыми ионами и глинистым материалом, при этом до интеркалирования олигомера(олигомеров) или полимера(полимеров) или одновременно с ним. Следует понимать, что олигомерный(олигомерные) или полимерный(полимерные) интеркалант(интеркаланты) также может быть интеркалирован и связан в комплекс с внутренними поверхностями пластинок посредством других хорошо известных механизмов, таких как диполь/дипольное связывание (прямое интеркалирование олигомера или полимера), как описано в патентах США №№5880197 и 5877248, а также посредством ацилирования с замещением водорода (ионный обмен межслойных катионов с водородом путем применения кислоты или ионообменной смолы), как описано в патентах США №№5102948 и 5853886.

С. Средство улучшения совместимости

Средством улучшения совместимости может быть полиолефин, содержащий олефиновый компонент и полярный компонент. Олефиновый компонент является неполярным и, таким образом, обычно обладает сродством к этиленовому полимеру. Олефиновый компонент обычно может быть получен из любого линейного или разветвленного α-олефинового мономера, олигомера или полимера (в том числе сополимеров), полученного из α-олефинового мономера. В одном конкретном варианте осуществления, например, средство улучшения совместимости включает по меньшей мере один линейный или разветвленный α-олефиновый мономер, такой как те, что имеют от 2 до 20 атомов углерода и предпочтительно от 2 до 8 атомов углерода. Конкретные примеры включают этилен, пропилен, 1-бутен; 3-метил-1-бутен; 3,3-диметил-1-бутен; 1-пентен; 1-пентен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гексен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гептен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-октен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-нонен с одним или несколькими метальными, этильными или пропильными заместителями; этил-, метил- или диметилзамещенный 1-децен; 1-додецен и стирол. Особенно желательными сомономерами α-олефина являются этилен и пропилен.

Полиолефиновое средство улучшения совместимости также функционализованно полярным компонентом, который может быть привит на полимер, введен как мономерная составляющая полимера (например, блок- или статистический сополимеры) и т.д. Особенно подходящими полярными группами, прививаемыми на основную цепь полимера, являются малеиновый ангидрид, малеиновая кислота, акриловая кислота, метакриловая кислота, фумаровая кислота, малеимид, гидразид малеиновой кислоты, продукт реакции малеинового ангидрида и диамина, метилнадиновый ангидрид, дихлормалеиновый ангидрид, амид малеиновой кислоты и т.д. Полиолефины, модифицированные малеиновым ангидридом, являются особенно подходящими для применения в настоящем изобретении. Такие модифицированные полиолефины, как правило, получают путем привития малеинового ангидрида на основную цепь полимерного материала. Такие малеинированные полиолефины доступны от Е. I. du Pont de Nemours and Company под названием FUSABOND®, например P Series (химически модифицированный полипропилен), E Series (химически модифицированный полиэтилен), С Series (химически модифицированный этиленвинилацетат), A Series (химически модифицированные этиленакрилатные сополимеры или тройные полимеры), М Series (химически модифицированный полиэтилен) или N Series (химически модифицированный этилен-пропиленовый, этилен-пропилен-диеновый мономер («EPDM») или этилен-октен). В качестве альтернативы, модифицированные полиолефины также доступны от Chemtura Corp. под названием POLYBOND® (например, модифицированный акриловой кислотой полипропилен) и от Eastman Chemical Company под названием Eastman G series.

Как указано выше, полярный компонент также может быть введен в полиолефиновое средство улучшения совместимости как мономер. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть использован (мет)акриловый мономерный компонент. Используемое в данном документе выражение «(мет)акриловый» включает акриловый и метакриловый мономеры, а также их соли или сложные эфиры, такие как акрилатные и метакрилатные мономеры. Примеры таких (мет)акриловых мономеров могут включать метилакрилат, этилакрилат, н-пропилакрилат, изопропилакрилат, н-бутилакрилат, втор-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, н-амилакрилат, изоамилакрилат, изоборнилакрилат, н-гексилакрилат, 2-этилбутилакрилат, 2-этилгексилакрилат, н-октилакрилат, н-децилакрилат, метилциклогексилакрилат, циклопентилакрилат, циклогексилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, 2-гидроксиэтилметакрилат, н-пропилметакрилат, н-бутилметакрилат, изопропилметакрилат, изобутилметакрилат, н-амилметакрилат, н-гексилметакрилат, изоамилметакрилат, втор-бутилметакрилат, трет-бутилметакрилат, 2-этилбутилметакрилат, метилциклогексилметакрилат, циннамилметакрилат, кротилметакрилат, циклогексилметакрилат, циклопентилметакрилат, 2-этоксиэтилметакрилат, изоборнилметакрилат и т.п., а также их комбинации. Другие типы подходящих полярных мономеров включают сложноэфирные мономеры, амидные мономеры и т.п.

D. Другие компоненты

Помимо вышеупомянутых компонентов в пленку по настоящему изобретению также могут быть введены другие добавки, такие как добавки, улучшающие скольжение, стабилизаторы расплава, стабилизаторы технологических свойств, термостабилизаторы, светостабилизаторы, антиоксиданты, стабилизаторы теплового старения, отбеливающие средства, связывающие средства, наполнители и т.п. Кроме того, в качестве антиоксиданта при производстве пленок обычно применяются экранированные фенолы. Некоторые подходящие экранированные фенолы включают доступные от Ciba Specialty Chemicals под торговым названием «Irganox®», такие как Irganox® 1076, 1010 или Е 201. Более того, в пленку также могут быть добавлены связывающие средства для обеспечения связывания пленки с дополнительными материалами (например, неткаными полотнами). Примеры таких связывающих средств включают гидрогенизированные углеводородные смолы. Другие подходящие связывающие средства описаны в патентах США №4789699, выданном Kieffer и соавт., и №5695868, выданном McCormack.per

II. Изготовление пленки

Пленка по настоящему изобретению может быть одно- или многослойной. Многослойные пленки можно получить путем совместной экструзии слоев, нанесения покрытий экструзионным методом или посредством любого обычного процесса нанесения слоев. Такие многослойные пленки обычно содержат по меньшей мере один базовый слой и по меньшей мере один поверхностный слой, но могут содержать любое желаемое количество слоев. Например, многослойная пленка может быть выполнена из базового слоя и одного или нескольких поверхностных слоев. В одном из вариантов осуществления, например, может быть желательно использовать два поверхностных слоя, между которыми размещается базовый слой. Независимо от конкретной структуры, поверхностный и/или базовый слои могут быть получены из полимерной композиции по настоящему изобретению. В одном из вариантов осуществления, например, базовый слой получен из полимерной композиции по настоящему изобретению, а поверхностный(поверхностные) слой(слои) образован(образованы) из полимерной композиции или из дополнительного полимерного материала. Подобным образом, в других возможных вариантах осуществления один или несколько поверхностных слоев получены из полимерной композиции по настоящему изобретению, а базовый слой получен из дополнительного полимерного материала. Если используют дополнительный материал, то он может включать любой тип полимера, такой как полиолефины (например, полиэтилен, полипропилен и т.д.), сложные полиэфиры, полиамиды, стирольные сополимеры, полиуретаны, поливинилацетат, поливиниловый спирт и т.д.

Если используют несколько слоев, то базовый слой обычно составляет значительную часть веса пленки, как например, от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 99 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 55 вес. % до приблизительно 90 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60 вес. % до приблизительно 85 вес. % пленки. Поверхностный(поверхностные) слой(слои) может(могут), подобным образом, составлять от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 50 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 45 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 вес. % до приблизительно 40 вес. % пленки. Каждый поверхностный слой также может иметь толщину от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 2,5 микрометров. Подобным образом, базовый слой может иметь толщину от приблизительно 1 до приблизительно 40 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 25 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 20 микрометров. Как указано выше, общая толщина пленки, как правило, составляет приблизительно 50 микрометров или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 35 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 30 микрометров.

Как правило, для получения пленки по настоящему изобретению можно применять любую из множества методик. В определенных вариантах осуществления, например, компоненты пленки (например, этиленовый полимер, наноглина, средство улучшения совместимости и т.п.) можно по отдельности подавать в пленкообразующую систему и смешивать вместе в то время, как образуется пленка. В таких случаях наноглина может быть в форме порошка, содержащего такие частицы, которые описаны выше. Однако, в качестве альтернативы, может быть желательно предварительно смешать этиленовый полимер, наноглину и/или средство улучшения совместимости с получением маточной смеси, которую затем постепенно подают в пленкообразующую систему. Не ограничиваясь теорией, полагают, что благодаря такому многоэтапному способу можно обеспечить наноглину, являющуюся более однородно ориентированной, посредством чего еще больше повышается пластичность. При подаче наноглина сама по себе может быть в форме маточной смеси, которая может содержать частицы наноглины, смешанные с полимером (например, этиленовым полимером), или в форме порошка, содержащего частицы.

Для получения маточной смеси, например, компоненты изначально могут быть поданы в двухшнековый экструдер, который содержит шнеки, установленные с возможностью вращения в одном направлении, и принимаются в бочку (например, цилиндрическую бочку), которая может подогреваться. Компоненты перемещаются дальше по ходу движения от загрузочного конца к разгрузочному концу силами, прикладываемыми при вращении шнеков. Отношение длины к наружному диаметру («L/D») шнеков может быть выбрано так, чтобы достичь оптимального соотношения между пропускной способностью и однородностью смешивания. Например, при слишком большой величине LTD может увеличиваться время удерживания настолько, что наноглина разлагается сверх желательного уровня. С другой стороны, слишком низкая величина L/D может не привести к смешиванию в необходимой степени. Таким образом, величина L/D, как правило, составляет от приблизительно 25 до приблизительно 60, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 35 до приблизительно 55 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 до приблизительно 50. Чтобы добиться необходимых времени пребывания, скорости сдвига, температуры формования из расплава и т.п., можно выбирать скорость шнеков. Обычно с увеличением скорости шнека наблюдается увеличение температуры продукта вследствие дополнительного подвода в систему механической энергии. Энергия трения возникает в результате сдвига, прикладываемого вращающимся шнеком к материалам внутри экструдера, и приводит к разрушению больших молекул. Это приводит к понижению кажущейся вязкости и повышению показателя текучести расплава готового материала. Например, скорость шнека может находиться в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 400 оборотов в минуту (об/мин), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 300 об/мин и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 120 до приблизительно 280 об/мин. В результате, формование из расплава может происходить при температуре от приблизительно 100°С до приблизительно 500°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150°С до приблизительно 350°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150°С до приблизительно 300°С. Как правило, кажущаяся скорость сдвига во время формования из расплава может находиться в диапазоне от приблизительно 300 секунд^-1 до приблизительно 10000 секунд^-1, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 500 секунд^-1 до приблизительно 5000 секунд^-1 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 800 секунд^-1 до приблизительно 1200 секунд^-1. Кажущаяся скорость сдвига равняется 4Q/ R₃, где Q - это объемный расход («м³/с») расплава полимера, и R представляет собой радиус («м») капилляра (например, экструзионной головки), через который течет расплавленный полимер. Конечно, для достижения требуемого смешивания можно также регулировать другие параметры, такие как время пребывания во время формования из расплава, которое обратно пропорционально скорости пропускания материала.

После того как предварительно смешанная маточная смесь получена, она может быть подана в пленкообразующую систему. Для получения пленки из составленного материала можно применять любую известную методику, включая экструзию с раздувкой, литье, экструзию с помощью щелевой головки и т.д. В одном конкретном варианте осуществления пленка может быть получена с помощью способа экструзии с раздувкой, при котором газ (например, воздух) применяют для расширения рукава полимерной смеси, экструдированной через мундштук с кольцеобразным соплом. Затем рукав сжимают и собирают в форме плоской пленки. Способы получения пленок экструзией с раздувкой описаны, например, в патентах США №3354506, выданном Raley; №3650649, выданном Schippers, и №3801429, выданном Schrenk и соавт., а также публикациях заявок на патент США №2005/0245162 под авторством McCormack и соавт. и №2003/0068951 под авторством Boggs и соавт. Тем не менее, в еще одном варианте осуществления пленку получают с применением методики литья.

Со ссылкой на фиг. 1, например, показан один из вариантов осуществления способа образования пленки, отлитой из раствора. В данном варианте осуществления предварительно смешанную маточную смесь подают в экструдер 80 для формования из расплава. С целью способствования правильному выравниванию и ориентации наноглины, во время формования пленки, как правило, желательно применять одношнековый экструдер. Такие одношнековые экструдеры обычно разбивают на три секции вдоль длины шнека. Первая секция представляет собой загрузочную секцию, где твердый материал подводится к шнеку. Вторая секция представляет собой секцию плавления, где происходит плавление большей части твердого вещества. В пределах данной секции шнек обычно обладает уменьшающимся диаметром для улучшения плавления полимера. Третья секция представляет собой смесительную секцию, которая доставляет расплавленный материал в постоянном количестве для экструзии. Отношение L/D у шнека обычно составляет от приблизительно 5 до приблизительно 50, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 40 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 до приблизительно 35. Таких отношений L/D можно легко достигнуть в одношнековом экструдере путем применения смесительной(смесительных) секции(секций), которая(которые) составляет(составляют) лишь небольшую часть длины шнека. Более того, скорость шнека может находиться в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 150 об/мин, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 100 об/мин и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 80 об/мин. В результате, формование из расплава может происходить при температуре от приблизительно 100°С до приблизительно 500°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150°С до приблизительно 350°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150°С до приблизительно 300°С.

После формования экструдированный материал сразу же может быть охлажден и нарезан в виде гранул. В варианте осуществления, показанному на фиг. 1, экструдированный материал заливают на наносящий валик 90 с образованием однослойной пленки-предшественника 10а. Если необходимо получить многослойную пленку, то множество слоев соэкструдируют вместе на наносящий валик 90. Наносящий валик 90 необязательно можно оснащать элементами тиснения для придания пленке рисунка. Как правило, наносящий валик 90 выдерживают при температуре, достаточной для затвердевания и резкого охлаждения слоя 10а по мере его образования, такой как от приблизительно 20 до 60°С. При необходимости, вакуумная камера может быть расположена вплотную к наносящему валику 90 для способствования поддержанию пленки-предшественника 10а близко к поверхности ролика 90. Кроме того, воздушные шаберы или электростатические устройства могут способствовать подгонке пленки-предшественника 10а вплотную к поверхности наносящего валика 90 во время ее движения вокруг валика для формования. Воздушный шабер представляет собой устройство, известное из уровня техники, которое фокусирует поток воздуха при очень высокой скорости потока для скрепления краев пленки.

После отливки пленка 10а затем необязательно может быть ориентирована в одном или нескольких направлениях для дополнительного улучшения однородности пленки и уменьшения толщины. В случае последовательной ориентации, «размягченную» пленку вытягивают с помощью вальцов, вращающихся с разными скоростями вращения таким образом, что слой растягивают до необходимой степени вытягивания в продольном направлении (машинном направлении). Кроме того, одноосно-ориентированную пленку можно также ориентировать в поперечном направлении с образованием «двухосно-ориентированной» пленки. Например, пленка может быть закреплена по своим боковым краям с помощью цепочечных фиксаторов и перемещена в печь с рамой для растягивания. В печи с рамой для растягивания пленку можно повторно нагревать и вытягивать в поперечном направлении до необходимой степени вытягивания посредством расхождения цепочечных фиксаторов при их прямом движении.

Снова со ссылкой на фиг. 1, например, показан один способ образования одноосно-ориентированной пленки. Как проиллюстрировано, пленку-предшественник 10а направляют в блок 100 для придания ориентации пленке или в ориентирующее в продольном направлении устройство («MDO»), такие как коммерчески доступные от Marshall and Willams, Co., Провиденс, Род-Айленд. MDO имеет множество вальцов для растягивания (как например, от 5 до 8), которые постепенно растягивают и утончают пленку в продольном направлении, которое является направлением движения пленки в способе, показанном на фиг. 1. Тогда как MDO 100 проиллюстрирован с восемью вальцами, следует понимать, что количество вальцов может быть выше или ниже, в зависимости от уровня растягивания, который желателен, и уровней растягивания между каждым вальцом. Пленку можно растягивать либо в одной, либо в нескольких отдельных операциях растягивания. Следует отметить, что некоторые из вальцов в аппарате MDO могут не работать при поступательно возрастающих скоростях. При необходимости, некоторые из вальцов MDO 100 могут выступать в качестве предварительно нагретых вальцов. При наличии, данные первые несколько вальцов нагревают пленку 10а выше комнатной температуры. Постепенно возрастающие скорости смежных вальцов в MDO способствуют растягиванию пленки 10а. Скорость, с которой вращаются вальцы для растягивания, определяет величину растягивания пленки и конечный вес пленки. Полученную пленку 10b можно затем наматывать и хранить на вытяжном вальце 60. Хотя это и не показано в данном документе, без отступления от сущности и объема настоящего изобретения можно выполнять различные дополнительные потенциальные виды обработки и/или конечные стадии, известные из уровня техники, такие как разрезание, обработка, выполнение отверстий, печать графических элементов или наслаивание пленки с помощью других слоев (например, материалы, представляющие собой нетканое полотно).

III. Слоистые материалы

Хотя это никоим образом не обязательно, в некоторых случаях может быть желательно наслаивать дополнительный материал на нанокомпозит пленки по настоящему изобретению, как например, волокнистые полотна (например, нетканые полотна), другие пленки, пеноматериалы, нити и т.п. Например, при использовании в качестве тыльного слоя во впитывающем изделии, пленку можно наслаивать на лицевой слой из нетканого полотна, что уменьшает коэффициент трения и улучшает тканеподобные тактильные ощущения поверхности слоистого материала. Иллюстративные полимеры для применения в образовании материалов из нетканого полотна могут включать, например, полиолефины, например, полиэтилен, полипропилен, полибутилен и т.д.; политетрафторэтилен; сложные полиэфиры, например, полиэтилентерефталат и так далее; поливинилацетат; поливинилхлоридацетат; поливинилбутираль; акриловые смолы, например, полиакрилат, полиметилакрилат, полиметилметакрилат и так далее; полиамиды, например, нейлон; поливинилхлорид; поливинилиденхлорид; полистирол; поливиниловый спирт; полиуретаны; полимолочную кислоту; их сополимеры и так далее. При необходимости можно также использовать биоразлагаемые полимеры, такие как те, что описаны выше. Можно также применять, синтетические или натуральные целлюлозные полимеры, в том числе без ограничений сложные эфиры целлюлозы; простые эфиры целлюлозы; нитраты целлюлозы; ацетаты целлюлозы; ацетобутираты целлюлозы; этилцеллюлозы; регенерированные типы целлюлозы, такие как вискоза, искусственный шелк и так далее. Следует отметить, что полимер(полимеры) может(могут) также содержать другие добавки, такие как технологические добавки или композиции для обработки для придания необходимых свойств волокнам, остаточные количества растворителей, пигментов или красителей и так далее. При необходимости лицевой слой из нетканого полотна, применяемый для образования слоистого материала, может сам по себе характеризоваться многослойной структурой. Подходящие многослойные материалы могут включать, например, слоистые материалы спанбонд/мелтблаун/спанбонд (SMS) и слоистые материалы спанбонд/мелтблаун (SM). Различные примеры подходящих слоистых материалов SMS описаны в патентах США №4041203, выданном Brock и соавт.; №5213881, выданном Timmons и соавт.; №5464688, выданном Timmons и соавт.; №4374888, выданном Bornslaeger; №5169706, выданном Collier и соавт., и №4766029, выданном Brock и соавт. Базовый вес лицевого слоя из нетканого полотна, как правило, может варьировать, например, от приблизительно 5 грамм на квадратный метр (г/м2) до 120 г/м², в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 70 г/м² и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 г/м² до приблизительно 35 г/м². При наличии нескольких материалов из нетканого полотна, такие материалы могут иметь одинаковые или разные значения базового веса.

IV. Впитывающее изделие

Нанокомпозитная пленка по настоящему изобретению может применяться в большом разнообразии впитывающих изделий. Термин «впитывающее изделие» в целом относится к любому изделию, которое может впитывать воду или другие жидкости. Примеры некоторых впитывающих изделий включают без ограничения впитывающие изделия личной гигиены, такие как подгузники, трусы для приучения к горшку, впитывающие трусы, изделия, применяемые при недержании, женские гигиенические продукты (например, гигиенические прокладки, ежедневные прокладки и т.д.), купальники, детские влажные салфетки и прочие; медицинские впитывающие изделия, такие как предметы одежды, материалы для фенестрации, подкладные пеленки, наматрасники, перевязочные материалы, впитывающие хирургические салфетки и медицинские салфетки; полотенца для точек общественного питания; изделия, являющиеся одеждой, и так далее. Несколько примеров таких впитывающих изделий описаны в патентах США №5649916, выданном DiPalma и соавт.; №6110158, выданном Kielpikowski; №6663611, выданном Blaney и соавт. Другие подходящие изделия описаны в публикации заявки на патент США №2004/0060112 А1 под авторством Fell и соавт., а также в патентах США №4886512, выданном Damico и соавт.; №5558659, выданном Sherrod и соавт.; №6888044, выданном Fell и соавт., и №6511465, выданном Freiburger и соавт. Материалы и способы, подходящие для получения таких впитывающих изделий, хорошо известны специалистам в данной области. Как правило, впитывающие изделия включают в целом непроницаемый для жидкости слой (например, тыльный слой), проницаемый для жидкости слой (например, верхний слой, принимающий слой и т.п.) и впитывающую сердцевину. Нанокомпозитная пленка по настоящему изобретению или слоистый материал из нее могут применяться для образования любого компонента изделия, такого как тыльный слой и/или верхний слой. В одном конкретном варианте осуществления пленка используется в тыльном слое.

Далее более подробно будут описаны различные варианты осуществления впитывающего изделия, которое может быть получено согласно настоящему изобретению. Со ссылкой на фиг. 2, например, показан один из вариантов осуществления впитывающего изделия 201 в виде подгузника. Тем не менее, как указано выше, настоящее изобретение может быть воплощено в других видах впитывающих изделий, таких как изделия, применяемые при недержании, гигиенические прокладки, трусы-подгузники, женские прокладки, трусы для приучения к горшку и так далее. В проиллюстрированном варианте осуществления показано впитывающее изделие 201, имеющее форму песочных часов в расстегнутой конфигурации. Однако, разумеется, можно использовать другие формы, скажем, как правило, прямоугольную форму, Т-форму или I-форму. Как показано, впитывающее изделие 201 включает основу 202, образованную с помощью различных компонентов, в том числе тыльного слоя 217, верхнего слоя 205, впитывающей сердцевины 203 и принимающего слоя 207. Однако следует понимать, что в настоящем изобретении можно также применять другие слои. Подобным образом, в определенных вариантах осуществления по настоящему изобретению можно также исключить один или несколько слоев, указанных на фиг. 2.

Как указано выше, тыльный слой 217 может быть получен из нанокомпозитной пленки по настоящему изобретению, которую необязательно наслаивают на лицевой слой из нетканого полотна. В некоторых случаях пленка может быть расположена таким образом, что она образует лицевую по отношению к предмету одежды поверхность 333 впитывающего изделия 201. Впитывающее изделие 201 также включает верхний слой 205. Как правило, верхний слой 205 используют для того, чтобы помочь изолировать кожу потребителя от жидкостей, удерживаемых во впитывающей сердцевине 203. Например, верхний слой 205 может определять лицевую по отношению к телу поверхность 218, которая обычно является деформируемой, мягкой на ощупь и не вызывающей раздражение кожи потребителя. Верхний слой может включать нетканое полотно (например, полотно типа спанбонд, полотно типа мелтблаун или связанное кардочесанное полотно). Другие приводимые в качестве примеров структуры верхнего слоя, которые содержат нетканое полотно, описаны в патентах США №№5192606; 5702377; 5931823; 6060638 и 6150002, а также в публикациях заявок на патент США №№2004/0102750, 2005/0054255 и 2005/0059941.

Как проиллюстрировано на фиг. 2, впитывающее изделие 201 также может включать принимающий слой 207, который помогает замедлять и распределять выбросы или потоки жидкости, которые могут быть быстро введены во впитывающую сердцевину 203. Предпочтительно, чтобы принимающий слой 207 быстро принимал и временно удерживал жидкость перед ее высвобождением в части для хранения или удерживания впитывающей сердцевины 203. В иллюстративном варианте осуществления, например, принимающий слой 207 размещен между направленной внутрь поверхностью 216 верхнего слоя 205 и впитывающей сердцевиной 203. В качестве альтернативы, принимающий слой 207 может быть расположен на направленной наружу поверхности 218 верхнего слоя 205. Принимающий слой 207 обычно выполнен из высокопроницаемых для жидкости материалов. Подходящие материалы могут включать пористые тканые материалы, пористые нетканые материалы и пленки с отверстиями. Другие примеры подходящих принимающих слоев описаны в патентах США №5486166, выданном Ellis и соавт., и №5490846, выданном Ellis и соавт.

Помимо вышеупомянутых компонентов впитывающее изделие 201 может также содержать различные другие компоненты, известные из уровня техники. Например, впитывающее изделие 201 может также содержать в основном гидрофильный оберточный слой (не проиллюстрирован), который помогает поддерживать целостность волокнистой структуры впитывающей сердцевины 203. Оберточный слой, как правило, размещен вокруг впитывающей сердцевины 203, по меньшей мере поверх ее двух основных лицевых поверхностей, и состоит из впитывающего целлюлозного материала, такого как крепированная вата или ткань с высокой устойчивостью к воздействию влаги. Оберточный слой может быть выполнен с возможностью обеспечения влагоотводящего слоя, который помогает быстро распределить жидкость по всей массе впитывающих волокон впитывающей сердцевины 203. Материал оберточного слоя с одной стороны впитывающей волокнистой массы может быть связан с оберточным слоем, расположенным на противоположной стороне волокнистой массы, для эффективного задерживания впитывающей сердцевины 203. Кроме того, впитывающее изделие 201 может также включать вентиляционный слой (не показан), который расположен между впитывающей сердцевиной 203 и тыльным слоем 217. При использовании вентиляционного слоя, он может помочь отделить тыльный слой 217 от впитывающей сердцевины 203, уменьшая тем самым влажность в тыльном слое 217. Примеры таких вентиляционных слоев могут включать нетканое полотно, наслоенное на воздухопроницаемую пленку, как например, описано в патенте США №6663611, выданном Blaney и соавт.

В некоторых вариантах осуществления впитывающее изделие 201 может также включать пару ушек (не показаны), которые выступают из боковых краев 232 впитывающего изделия 201 в одну из областей талии. Ушки могут быть сформированы как единое целое с выбранным компонентом подгузника. Например, ушки могут быть сформированы как единое целое с тыльным слоем 217 или из материала, используемого для создания верхней поверхности. В альтернативных конфигурациях ушки могут быть созданы с помощью элементов, соединенных и объединенных с тыльным слоем 217, верхней поверхностью, в положении между тыльным слоем 217 и верхней поверхностью или в различных других конфигурациях.

Как репрезентативно проиллюстрировано на фиг. 2, впитывающее изделие 201 может также включать пару герметичных отворотов 212, которые выполнены с возможностью создания барьера и для удерживания растекания выделений организма в поперечном направлении. Герметичные отвороты 212 могут быть размещены вдоль боковой линии противоположных боковых краев 232 верхнего слоя 205, примыкающего к боковым краям впитывающей сердцевины 203. Герметичные отвороты 212 могут проходить продольно по всей длине впитывающей сердцевины 203 или могут проходить по длине впитывающей сердцевины 203 лишь частично. Если герметичные отвороты 212 короче по длине, чем впитывающая сердцевина 203, они могут быть выборочно расположены где угодно вдоль боковых краев 232 впитывающего изделия 201 в области промежности 210. В одном из вариантов осуществления герметичные отвороты 212 проходят вдоль всей длины впитывающей сердцевины 203 для лучшего удерживания выделений организма. Такие герметичные отвороты 212, как правило, хорошо известны специалистам в данной области. Например, подходящие структуры и расположения герметичных отворотов 212 описаны в патенте США №4704116, выданном Enloe.

Впитывающее изделие 201 может включать различные эластичные или поддающиеся растяжению материалы, такие как пара эластичных элементов 206 для ног, прикрепленных к боковым краям 232 для дополнительного предотвращения протекания выделений организма и для поддержания впитывающей сердцевины 203. Кроме того, пара эластичных элементов 208 на талии может быть прикреплена к продольным противоположным поясным краям 215 впитывающего изделия 201. Эластичные элементы 206 для ног и эластичные элементы 208 на талии, как правило, адаптированы для плотного прилегания к ногам и талии потребителя при применении для поддержания положительной связи при контактировании с потребителем и для эффективного снижения или устранения протекания выделений организма из впитывающего изделия 201. Впитывающее изделие 201 может также включать одно или несколько креплений 230. Например, два гибких крепления 130, проиллюстрированные на фиг. 2 на противоположных боковых краях областей талии, предусмотрены для создания отверстия для талии и пары отверстий для ног потребителя. Форма креплений 230 в целом может варьировать, но может включать, например, как правило, прямоугольные формы, квадратные формы, кольцевые формы, треугольные формы, овальные формы, линейные формы и так далее. Крепления могут включать, например, материал с крючками. В одном конкретном варианте осуществления каждое крепление 230 включает отдельный кусок материала с крючками, прикрепленными к внутренней части поверхности гибкой подложки.

Различные области и/или компоненты впитывающего изделия 201 могут быть объединены вместе с помощью какого-либо известного механизма крепления, такого как связывание с помощью клея, ультразвуковая сварка, термосварка и т.д. Подходящие виды клея могут включать, например, термоплавкие виды клея, виды клея, склеивающего при надавливании, и так далее. Клей, при применении, может быть нанесен в виде однородного слоя, структурированного слоя, распыляемого рисунка или в виде любого из отдельных линий, спиралей или точек. В иллюстративном варианте осуществления, например, тыльный слой 217 и верхний слой 205 объединены друг с другом и с впитывающей сердцевиной 203 с помощью клея. В качестве альтернативы, впитывающая сердцевина 203 может быть соединена с тыльным слоем 217 с помощью традиционных креплений, таких как кнопки, крючки и крепления петлевого типа, крепления типа клейкой ленты и так далее. Аналогично, другие компоненты подгузника, такие как эластичные элементы 206 для ног, эластичные элементы 208 на талии и крепления 230, также могут быть объединены во впитывающее изделие 201 с помощью какого-либо механизма крепления.

Хотя выше описаны различные конфигурации подгузника, следует понимать, что другие конфигурации подгузника и впитывающего изделия также включены в объем настоящего изобретения. Кроме того, настоящее изобретение никоим образом не ограничено подгузниками. Фактически, любое другое впитывающее изделие может быть получено в соответствии с настоящим изобретением, включая без ограничения другие впитывающие изделия личной гигиены, такие как трусы для приучения к горшку, впитывающие трусы, продукты для взрослых, применяемые при недержании, женские гигиенические продукты (например, гигиенические прокладки), купальники, детские влажные салфетки и прочие; медицинские впитывающие изделия, такие как предметы одежды, материалы для фенестрации, подкладные пеленки, перевязочные материалы, впитывающие хирургические салфетки и медицинские салфетки; полотенца для точек общественного питания; изделия, являющиеся одеждой, и так далее.

Нижеследующие примеры будут способствовать большему пониманию настоящего изобретения.

Способы испытания

Механические свойства

Величины прочности на разрыв полосок определяли по существу в соответствии со стандартом ASTM D638-99. Использовали тип прибора для испытания на растяжение с постоянной скоростью растягивания. Системой для испытания на растяжение была рама для растяжения MTS Synergy 200. Для обеспечения испытания прибор для испытания на растяжение был оснащен программным обеспечением TESTWORKS 4.08 В от MTS Corporation. Датчик нагрузки был до 100 Ньютон. Образцы пленки перед испытанием прежде всего нарезали в форме гантели с шириной в центре 3,0 мм. Образцы закрепляли между зажимами, имеющими лицевую и тыльную поверхность с размерами 25,4 миллиметров × 76 миллиметров. Поверхности зажимов были прорезиненными, и более длинный размер зажима был перпендикулярным направлению растягивания. Сжимающее усилие зажимов поддерживали пневматическим способом при давлении 40 фунтов на кв. дюйм. Испытание на разрыв выполняли с применением рабочей длины 18,0 миллиметров и чувствительности к разрыву 40%. Пять образцов испытывали путем приложения испытательной нагрузки вдоль продольного направления и пять образцов испытывали путем приложения испытательной нагрузки вдоль поперечного направления. Во время испытания образцы растягивали при скорости ползуна приблизительно 127 миллиметров в минуту до возникновения разрыва. Модуль упругости, максимальное напряжение, максимальное удлинение (процент растяжения при разрыве) и энергию при разрыве на единицу объема измеряли в продольном направлении («MD») и поперечном направлении («CD»).

Тактильные свойства

Различные тактильные свойства (т.е. мягкость, гладкость, шум и ощущение шелковистости) образцов исследовали с применением процедуры на основе панели адаптируемой методики (AMP). В данной процедуре с помощью небольшого количества приборов проводили систематические процедуры при контролируемых лабораторных условиях. Каждый конкретный прибор проверяли на наличие сильной сенсорной способности и проводили разные уровни подготовки перед выполнением операций оценки. После отбора и подготовки приборов, просили присвоить каждому образцу конкретное значение по шкале для мягкости, гладкости, шума и ощущения шелковистости. Для мягкости значениями по шкале были 1, 2, 3 или 4, при этом 1 - самый мягкий, а 4 - самый жесткий. Для гладкости значениями по шкале были 1, 1,5, 2, 3 или 4, при этом 1 - самый гладкий, а 4 - самый грубый. Для шума значениями по шкале были 1, 2, 2,5, 3 или 4, при этом 1 - самый шумный, а 4 - самый тихий. Для шелковистости значениями по шкале были 1, 2, 3 или 4, при этом 1 - наиболее шелковистый, а 4 - наименее шелковистый. Средние величины для всей совокупности параметров получали с применением статистического анализа.

Рентгеноструктурный анализ

Несколько образцов пленки анализировали с применением рентгеноструктурного анализа на инструменте Rigaku D-max Rapid, оборудованном двумерным координатно-чувствительным детектором. В двухкоординатные модели вносили поправку на фон, абсорбцию и рассеяние в воздухе и преобразовывали в одномерные кривые с применением азимутальной интеграции. Детектор WAXS охватывает межатомные расстояния в диапазоне от 2,8 до 59 (0,28-5,9 нм; 2° представляет собой угол дифракции).

Трансмиссионная электронная микроскопия

Трансмиссионную электронную микроскопию («ТЕМ») применяли для получения изображений образцов пленки в соответствии со способом PSI 902, 2-й редакции. Перед испытанием с помощью лезвия бритвы отрезали часть каждого образца. Затем образцы покрывали слоем золота методом напыления в соответствии со способом PSI ID 14203, 1-й редакции, чтобы повысить шансы обнаружения образца во время выполнения ТЕМ. Далее образцы подвергали формовке в медленно отверждаемой эпоксидной смоле EpoFix. Образцы подвергали криомикротомированию в поперечном сечении в соответствии со способом PSI ID 904, 3-й редакции, с получением отрезков толщиной приблизительно 70 нм. Образцы отрезали параллельно направлению экструзии каждого образца, чтобы обеспечить изображения, перпендикулярные направлению экструзии образцов.

Уровень шума

Уровни шума пленки и образцов впитывающих изделий могут быть исследованы в устройстве, которое содержит испытательную камеру, камеру для контроля и измеритель уровня звука. Назначение устройства заключается в том, чтобы производить манипуляции с изделием в окружающей среде с контролируемым шумом и достоверно количественно определять шум, вырабатываемый за счет движения образца. В общих чертах, образец физически деформируют в испытательном устройстве, чтобы создать некий уровень шума. Используемое в данном документе выражение «уровень шума» относится к эквиваленту уровня непрерывного шума (именуемому «L_EQ» или «L_AT»), который представляет собой среднее во времени значение уровня звука (выражаемое в таких единицах, как дБ), определяемое согласно следующему уравнению:

где р₀ - эталонный уровень звукового давления (обычно 20 мкПа);

p_A - полученное звуковое давление;

t - время;

t₁ - начальное время для измерения; и

t₂ - конечное время для измерения.

Данная величина также описана в IEC 61672-1 (2013).

Испытательное устройство проиллюстрировано на фигурах 12-14. Испытательное устройство 200 содержит испытательную камеру 201 и камеру для контроля 202. Испытательная камера 201 содержит дверцу 203, верхнюю стенку 204, нижнюю стенку 205, две боковые стенки 206 и 207 и заднюю стенку 208. Дверца и каждая стенка выполнены из анодированного алюминия толщиной 0,25 дюйма (0,635 см) марки 6061. Каждое из дверцы 203 и задней стенки 208 имеет высоту 36 дюймов (91,4 см) и ширину 24 дюйма (61,0 см). Каждая из боковых стенок 206 и 207 испытательной камеры имеет высоту 36 дюймов (91,4 см) и ширину 18 дюймов (45,7 см). Каждая из верхней и нижней панели испытательной камеры имеет ширину 24 дюймов (61,0 см) и длину 18 дюймов (45,7 см). На внутреннюю поверхность дверцы 203 и каждой стенки 204-208 наносили слой толщиной два дюйма полиуретановой звукозаглушающей пены 209, доступной от Illbruck Inc. под торговым названием SONEX и инвентарным номером SOC-2. Как показано, штатив измерителя уровня звука 216 проходит в перпендикулярном направлении наружу от боковой стенки 206 несколько ниже отверстия микрофона 217. Отверстие микрофона 217 расположено на 14,5 сантиметров выше уровня нижней стенки 205 и, кроме того, выровнено по центру между дверцей 203 и задней стенкой 208. Штатив измерителя уровня звука 216 выполнен из алюминия и прикручен болтами (не показано) к боковой стенке 206. Камера для контроля 202 содержит переднюю стенку 230, две боковые стенки 231 и 232, верхнюю стенку 233 и нижнюю стенку 234. Каждая стенка выполнена из анодированного алюминия толщиной 0,125 дюйма (0,3175 см) марки 6061. Передняя стенка 230 имеет высоту 36 дюймов (91,4 см) и ширину 24 дюйма (61,0 см). Каждая из боковых стенок 231 и 232 камеры для контроля имеет высоту 36 дюйма (91,4 см) и ширину 12 дюймов (30,5 см). Каждая из верхней и нижней стенки 233 и 234 камеры для контроля имеет ширину 24 дюйма (61,0 см) и длину 12 дюймов (30,5 см). Камера для контроля 202 прикручена болтами (не показано) к наружной поверхности задней стенки 208 вдоль шва 270 (фиг. 13). Каждая из наружной поверхности задней стенки 208 и передней стенки 230, двух боковых стенок 231 и 232, верхней стенки 233 и нижней стенки 234 камеры для контроля 202 покрыта звукоизоляционным материалом толщиной 0,600 дюйма (1,524 см) с номером по каталогу NYC-600BE, доступным от Small Parts, Inc. Испытательное устройство 200 также содержит измеритель уровня звука 220 (фиг. 14), в числе которых модель 1900, оборудованный комплектом октавных фильтров модели ОВ-100, при этом оба доступны от Quest Technologies, компании, имеющей филиалы в Окономовоке, Висконсин. Измеритель уровня звука поддерживается калибратором модели QC-20 и программным обеспечением ведущего модуля QuestSuite, каждый из которых также доступен от Quest Technologies. Программное обеспечение установлено на персональный компьютер (не показан). Во время работы испытательного устройства измеритель уровня звука 220 находится в штативе измерителя уровня звука 216. Измеритель уровня звука содержит микрофон 221, простирающийся на 4,75 дюйма (12 сантиметров) от него.

Хотя это никоим образом не обязательно, устройство также может содержать приспособления для автоматического деформирования образца во время испытания. Например, устройство может содержать нижний слайд-кронштейн 210 высотой шесть дюймов (15,24 см) модели Series А1500, доступный от Velmex, Inc., который проходит от нижней стенки 205 в испытательную камеру 201, и нижний фиксатор 211, который прикреплен к нижнему слайд-кронштейну 210. Петелька 212 (фиг. 14) необязательно может проходить от верхней стенки 204 в испытательную камеру 201, и необязательный шнур 213 проходит через петельку 212. Один конец шнура 213 проходит в испытательную камеру 201 и имеет верхний фиксатор 214, прикрепленный к нему. Другой конец шнура 213 проходит в камеру для контроля 202 за счет отверстия для шнура 215, диаметр которого составляет 5/8 дюйма (16 мм). Шнур может быть жгутом премиум-класса, 80-фунтовым пробником Spiderwire® с номером по каталогу SB80G-300, изготовленным Johnson Worldwide Associates (JWA), Inc.

Перед испытанием экземпляра с применением испытательного устройства 200 нужно придерживаться следующих стадий:

1. Откалибровать измеритель уровня звука 220, следуя инструкциям в руководстве производителя.

2. Поместить микрофон 221 на всю длину в испытательную камеру 201 (он должен проходить за пределы стенки и звукозаглушающего материала примерно на 2,5 дюйма (6,35 см)), установить под углом 90 градусов к боковой стенке 206. Обеспечить возможность измерителю уровня звука 220 находится в штативе измерителя уровня звука 216.

3. Запустить измеритель уровня звука согласно инструкции изготовителя. Он будет улавливать шум окружающей среды внутри полости испытательной камеры 200.

4. Настроить октавный фильтр на 2000 или 4000 Гц и снять показания для каждого испытания, выполненного путем приведения в действие измерителя уровня звука до тех пор, пока испытание не завершено.

После того как откалибровано испытательное устройство 200 и определен шум окружающей среды, пять (5) экземпляров образца (пленки или впитывающего изделия) можно подвергнуть физической деформации примерно в 15-20 сантиметрах от микрофона внутри испытательного устройства.

Образцы пленки в примерах ниже деформировали с помощью рук следующим образом:

1. Разжать доминирующую руку, повернув ладонь кверху;

2. Поместить образец пленки в ладонь доминирующей руки;

3. Сжать исследуемый экземпляр, слабо зажав в кулаке;

4. Быстро разжать руку и отпустить исследуемый экземпляр; и

5. Повторить это еще четыре (4) раза, чтобы количество «смятий» пленки равнялось пяти (5).

Образцы впитывающих изделий в примерах ниже также деформировали с помощью рук с применением методики бокового растягивания, как показано посредством стрелок направления на фиг. 15.

Независимо от способа физической деформации, продолжительность испытаний находилась в пределах от 1 до 2 секунд. Все испытания предполагают приведение в действие измерителя уровня звука, выполнение соответствующих манипуляций с продуктом, а затем остановку измерителя уровня звука. Во время испытания допускалось, чтобы дверца камеры оставалась открытой для размещения рычагов и захватных устройств прибора, а также движений, осуществляемых согласно протоколам манипуляций с продуктом. Шум окружающей среды снаружи устройства был тихим и был таким же во время калибровки (включая измерение уровня шума окружающей среды) и исследования образца.

КОНТРОЛЬ 1

Пленку получали из Dowlex™ EG 2244G с применением одношнекового экструдера НААКЕ Rheomex® 252р. Dowlex™ EG2244G является линейным полиэтиленом низкой плотности, имеющим индекс текучести расплава 1,0 г/10 минут при 190°С (Dow Chemical). Шнек имел диаметр 19,05 мм и отношение L/D 25 (L представляет собой длину шнека). Охлаждающий цилиндр применяли для охлаждения и выравнивания полимера по мере того, как он выходил из щелевой головки. Скорость шнека поддерживали в пределах 60 об/мин для получения конечной толщины 27,94 микрометров. В четырех зонах с контролируемыми температурами от первой зоны подогрева до держателя мундштука экструзионной головки устанавливали на 190°С, 190°С, 190°С и 190°С соответственно. Время пребывания в ходе экструзии составляло приблизительно 1 минуту.

КОНТРОЛЬ 2

Пленку формовали, как описано в контроле 1, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометра, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин

ПРИМЕР 1

Слои пленки формовали из смесей, содержащих различные процентные доли LLDPE (Dowlex™ EG 2244G) и маточной смеси на основе наноглины (Nanocor™, доступна от Nanocor, Inc.), как отображено ниже в таблице 1. Маточная смесь на основе наноглины содержала 50 вес. % наноглины Nanomer™ (поверхностно-модифицированный четвертичным аммонием монтмориллонит), и 30 вес. % полиэтилена низкой плотности, и 20% полиэтилена, привитого малеиновым ангидридом. Смеси получали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками Werner & Pfleiderer (W&P) ZSK-30. У экструдера имелось 14 бочек для обработки, при этом 13 нагреваемых бочек. Три бочки были открытыми бочками. Наружные диаметры шнеков составляли 30 мм, а внутренние диаметры шнеков составляли 21,3 мм. Длины шнеков составляли 1328 мм, а общая длина секции обработки составляла 1338 мм. В зонах температура обработки составляла 170°С, 180°С, 190°С, 190°С, 190°С, 190°С и 180°С, соответственно. Температура плавления составляла приблизительно 202°С, а давление составляло приблизительно 60-80 фунтов/кв. дюйм. Скорость смешения в двухшнековом экструдере устанавливали на 250 об/мин.

После получения смесей, их формовали в слой пленки, имеющий конечную толщину 28 микрометров, с применением одношнекового экструдера HAAKE, как описано в контроле 1. Полученные в результате образцы затем кондиционировали всю ночь при 23±2°С и 50±5% RH и подвергали механическому испытанию, как описано выше. Результаты изложены ниже в таблице 1.

Как указано, механические свойства (например, максимальное удлинение) обычно улучшаются с введением наноглины. В продольном направлении (MD) более высокое количество наноглины приводило к немного более низкому растяжению при разрыве и более высокому модулю упругости из-за жесткой природы наноглины, но удлинение в МС и CD все еще оставались выше, чем у контрольной пленки без наноглины, несмотря на то, что максимальное напряжение было примерно таким же.

Пленку из примера 1 (10 вес. % маточной смеси на основе наноглины) также анализировали с применением рентгеноструктурного анализа и трансмиссионной электронной микроскопии. Результаты показаны на фигурах 3-4. Как показано на фиг. 3, только под углом приблизительно 7° наблюдали небольшой пик, что указывает на то, что лишь небольшая часть наноглины осталась неэксфолиированной или недиспергированной. Об этом дополнительно свидетельствуют трансмиссионные электронные микрофотографии, показанные на фиг. 4. А именно, на фиг. 4(a) показано, что наноглина была хорошо диспергирована в пленке, а на фиг. 4(b) показано, что наноглина была эксфолиирована в отдельные пластинки (фиг. 4(b)) и диспергирована в ориентации. В пленке также наблюдали небольшие кластеры наноглины, представленные кругами.

Динамическое реологическое испытание также проводили на контроле 1 и образцах, содержащих 4 вес. %, 10 вес. % и 16 вес. % маточной смеси на основе наноглины. Результаты показаны на фиг. 5-7. В концевой (низкочастотной) зоне расплав чистого LLDPE демонстрировал поведение подобно обычной жидкости - зависимость логарифма динамического модуля упругости (G') от логарифма частоты () показала сглаженную линейную зависимость (нижняя кривая на фиг. 5). Остальные пленки, содержащие маточную смесь на основе наноглины, не только характеризовались значительно большими величинами G' и комплексной вязкости (η*), нежели чистый LLDPE, но также демонстрировали существенно отличающееся концевое поведение. Независимо от частоты, G' монотонно возрастал с увеличением содержания наноглины в смесях (фиг. 5). Вязкоупругая характеристика смесей изменялась в основном при низких частотах, где G' проявлял слабую зависимость от частоты (фиг. 5). Небольшой наклон зависимости log(G') от log() пленок, содержащих 10 вес. % маточной смеси на основе наноглины (обозначено как «90/10») и 16 вес. % маточной смеси (обозначено как «84/16»), указывает на характерное подобное псевдотвердому телу поведение расплава. Такой результат указывает на взаимосвязанную сетчатую структуру анизометрического наполнителя - в системе образовалась характерная для твердого тела структура или гелеобразная структура. Из фиг. 5 видно, что уменьшение наклона зависимости log(G') от log() относительно чистого полимера становится заметным при 10% маточной смеси на основе наноглины («90/10»), указывая на критическое содержание наноглины для порога перколяции.

С другой стороны, в концевой зоне графики зависимости log(η*) от log() изменялись от ньютоновского (первичного) плато (нижняя кривая на фиг. 6) для чистого LLDPE до отчетливого псевдопластичного поведения смесей, обеспечивая еще одно подтверждение упругого поведения из-за сетчатой структуры наноглины, как у твердого тела. Дополнительным подтверждением образования подобной псевдотвердому телу сетки подверженных перколяции нитей также отмечено на фиг. 7, где сравниваются различные варианты зависимости динамического модуля упругости (G') и модуля потерь (G'') смешанных пленок от . Нанопленки с низким содержанием наноглины (например, 4 вес.% наноглины, «96/4») во всем диапазоне частот демонстрировали более низкие значения G', чем G''. Однако при наращивании сетчатой структуры, в концевой зоне G' превышает G'' из-за поведения подобно псевдотвердому телу. При более высоких частотах было отмечено пересечение G' и G'', которое, вероятно, связано с распадом сетчатой структуры при высоких скоростях сдвига. Закономерно, что пересечение G' и G'' наблюдали для всех тех нанопленок, у которых содержания наноглины равнялись или были больше 10%. Следует отметить, что точка пересечения смещалась в сторону более высокой частоты при большем содержании наноглины в смесях, что представлено синими стрелками на фиг. 7.

ПРИМЕР 2

Слои пленки формовали, как описано в примере 1, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров. Результаты изложены ниже в таблице 2.

Как указано, механические свойства (например, максимальное удлинение) обычно улучшаются с введением наноглины. В продольном направлении (MD) более высокое количество наноглины приводило к немного более низкому растяжению при разрыве и более высокому модулю упругости из-за жесткой природы наноглины, несмотря на то, что максимальное напряжение было примерно таким же.

ПРИМЕР 3

Слои пленки формовали из смеси, содержащей 96 вес. % Dowlex™ EG 2244G и 4 вес. % маточной смеси Nanocor™. Смесь получали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками Werner & Pfleiderer (W&P) ZSK-30, как описано в примере 1, за исключением того, что скорость шнеков составляла 150 об/мин. Смесь формовали в пленку, имеющую конечную толщину 27,94 микрометров и 12,7 микрометров с применением одношнекового экструдера HAAKE, как описано в контролях 1 и 2. Полученные в результате образцы затем кондиционировали всю ночь при 23±2°С и 50±5% RH и подвергали механическому испытанию, как описано выше. Результаты изложены ниже в таблице 3.

ПРИМЕР 4

Слой пленки получали из смеси, содержащей 93 вес. % Dowlex™ EG 2244G, 5 вес. % Nanomer™ 1.44Р (поверхностно-модифицированного четвертичным аммонием монтмориллонита) и 2 вес. % Fusabond® MB-528D, который представляет собой привитой сополимер полиэтилена и малеинового ангидрида, доступного от DuPont. Слой пленки формовали на одношнековом экструдере HAAKE. Шнек имел диаметр 19,05 мм и отношение L/D 25 (L представляет собой длину шнека). Охлаждающий цилиндр применяли для охлаждения и выравнивания полимера по мере того, как он выходил из щелевой головки. Скорость шнека поддерживали в пределах 20 об/мин. В четырех зонах с контролируемыми температурами от первой зоны подогрева до держателя мундштука экструзионной головки устанавливали на 180°С, 180°С, 180°С и 190°С, соответственно. Давление головки составляло 19 бар, и крутящий момент составлял 7 Н-м.

ПРИМЕРЫ 5-11

Различные пленки получали из пленки из примера 4 и одного или нескольких дополнительных слоев пленки. Дополнительные слои пленки формовали на одношнековом экструдере HAAKE с применением материалов и условий, приведенных ниже:

М3661 является полипропиленом, доступным от Total Petrochemicals USA (Хьюстон, Техас). DPDA-3220 N 7 является полиэтиленом высокой плотности с текучестью расплава 2,0 г/10 минут при 190°С, доступным от Dow Chemical Company (Мидленд, Мичиган). Escorene™ Ultra LD 706.15 является этиленвинилацетатом («EVA»), доступным от ExxonMobil (Хьюстон, Техас). Vistamaxx™ 3980 является эластомером на основе пропилена, доступным от ExxonMobil (Хьюстон, Техас).

Пленки формовали с применением гидравлического пресса от Carver под давлением 15 тон. У пресса было две плиты, настроенные на 205°F. Время выдержки составляло 2 минуты при приложенной силе 13000 фунтов. Пленки имели следующие конфигурации:

После формовки пленки кондиционировали при 75°F, при относительной влажности 50%. После кондиционирования в течение 24 часов, пленки извлекали из системы кондиционирования и подвергали механическому испытанию, как описано выше. Результаты изложены ниже в таблице 4.

ПРИМЕР 12

Слой пленки формовали из смеси, содержащей 90 вес. % Dowlex™ EG 2244G и 10 вес. % маточной смеси на основе наноглины. Маточная смесь на основе наноглины содержала смесь из 50 вес. % Clayton™ HY, 30 вес. % Dowlex EG2244G и 20 вес. % Fusabond® MB-528D. Clayton™ HY является порошком органоглины, обработанным раствором четвертичного аммония, и доступен от BYK Additives, Inc. (Гонзалес, Техас). Маточную смесь на основе наноглины получали на двухшнековом микроэкструдере с вращающимися в одном направлении шнеками Thermo Prism USALabl6 (Thermo Electron Corporation; Стоун, Англия), имеющими отношение L/D 40:1. Компоненты LLDPE и Fusabond® подавали через устройства подачи гранул, а порошок органоглины Clayton™ HY подавали с применением устройства подачи порошка. Температуры обработки вдоль 10 зон экструдера составляли 170°С, 180°С, 185°С, 180°С, 185°С, 185°С, 185°С, 185°С, 185°С и 180°С, соответственно. Давление расплава составляло приблизительно 30 фунтов/кв. дюйм, а скорость смешения составляла 100 об/мин. Вслед за этим из LLDPE и маточной смеси на основе наноглины составляли смесь на двухшнековом экструдере ZSK-30, как описано в примере 1. Затем из полученной в результате смеси изготавливали слой пленки с применением одношнекового экструдера HAAKE, как описано в контроле 1.

Пленки по настоящему изобретению также обладают улучшенными тактильными свойствами, такими как высокая степень мягкости, гладкости и шелковистости, а также уменьшенным уровнем шума. В связи с этим, тактильные свойства каждой пленки из примера 12, а также контроля 1, примера 1 (10 вес. % маточной смеси на основе наноглины) и примера 2 (10 вес. % маточной смеси на основе наноглины) исследовали по вышеописанному способу. Результаты показаны на фигурах 8-11. Как показано, все образцы пленки на основе наноглины (пример 1, пример 2 и пример 12) были более мягкими, более гладкими и менее шумными, чем чисто полиэтиленовая пленка (контроль 1). Подобным образом, пленка из примера 12 (содержала наноглину Clayton® HY) была более мягкой, более гладкой и менее шумной, чем пленка из примера 2 (содержала наноглину Nanocor®).

ПРИМЕР 13

Слой пленки формовали, как описано в примере 12, за исключением того, что вместо Clayton™ HY применяли наноглину Cloisite™ 15А.

ПРИМЕР 14

Слой пленки формовали, как описано в примере 12, за исключением того, что вместо Clayton™ HY применяли наноглину Cloisite™ 30В.

ПРИМЕР 15

Слой пленки формовали, как описано в примере 12, за исключением того, что вместо Clayton™ HY применяли наноглину Cloisite™ 93А.

ПРИМЕР 16

Слой пленки формовали, как описано в примере 12, за исключением того, что вместо Clayton™ HY применяли наноглину Cloisite™ Na⁺.

Эти пленки кондиционировали при 75°F, при относительной влажности 50%. После кондиционирования в течение 24 часов, пленки извлекали из системы кондиционирования и подвергали механическому испытанию, как описано выше. Результаты изложены ниже в таблице 5.

ПРИМЕР 17

Слой пленки формовали, как описано в примере 12, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин.

ПРИМЕР 18

Слой пленки формовали, как описано в примере 13, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин.

ПРИМЕР 19

Слой пленки формовали, как описано в примере 14, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин.

ПРИМЕР 20

Слой пленки формовали, как описано в примере 15, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин.

ПРИМЕР 21

Слой пленки формовали, как описано в примере 16, за исключением того, что конечная толщина составляла 12,7 микрометров, а скорость шнека составляла приблизительно 30 об/мин.

Эти пленки кондиционировали при 75°F, при относительной влажности 50%. После кондиционирования в течение 24 часов, пленки извлекали из системы кондиционирования и подвергали механическому испытанию, как описано выше. Результаты изложены ниже в таблице 6.

Таблица 6. Механические свойства пленок из примеров 17-21

КОНТРОЛЬ 3

Проводили испытание коммерческой пленки, которая изготовлена Quanxing Plastics, Inc. Пленка имела базовый вес 18 грамм на квадратный метр, и ее подвергали плоскощелевой экструзии из смеси, содержащей от 35 до 45 вес. % полиэтилена высокой плотности (HDPE 5070), от 20 до 30 вес. % полиэтилена низкой плотности (LDPE LD100AC), от 25 до 35 вес. % линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE 7050) и от 5 до 10 вес. % маточной смеси на основе диоксида титана (1605Н). На поверхности пленки формовали микротисненый рисунок, имеющий глубину от 1 до 5 микрометров.

ПРИМЕР 22

Пленку формовали из смеси, содержащей 93,5 вес. % маточной смеси на основе полиэтилена, 4,5 вес. % Clayton™ HY и 2 вес. % Fusabond® Е-528, который представляет собой привитой сополимер полиэтилена и малеинового ангидрида, доступного от DuPont. Маточная смесь на основе полиэтилена содержала от 35 до 45 вес. % полиэтилена высокой плотности (HDPE 5070), от 20 до 30 вес. % полиэтилена низкой плотности (LDPE LD100AC), от 25 до 35 вес. % линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE 7050) и от 5 до 10 вес. % маточной смеси на основе диоксида титана (1605Н). Clayton™ HY является порошком органоглины, обработанным раствором четвертичного аммония, и доступен от BYK Additives, Inc. (Гонзалес, Техас). Смесь формовали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками, доступного от Entek®. У экструдера имелось 14 бочек для обработки, при этом 13 нагреваемых бочек. Три бочки были открытыми бочками. Наружный диаметр шнеков составлял 53 мм. Температуру обработки вдоль экструдера устанавливали на 175°С, а скорость смешения в двухшнековом экструдере устанавливали на 700 об/мин. Полученные в результате полоски охлаждали в водяной бане с длиной в общей сложности 15 футов. Затем охлажденную полоску гранулировали и собирали для последующей обработки пленки.

Затем из полученной в результате смеси изготавливали пленку с применением одношнекового экструдера. У экструдера имелось 8 бочек для обработки, при этом 7 нагреваемых бочек с температурами в диапазоне 175-210°С. Скорость шнека регулировали от 66,5 до 68,6 об/мин, в зависимости от необходимой толщины пленки. Соответствующую скорость линии регулировали от 85 до 90 метров в минуту. Полученная в результате пленка имела базовый вес 13,5 грамм на квадратный метр. На поверхности пленки формовали микротисненый рисунок, имеющий глубину от 1 до 5 микрометров.

ПРИМЕР 23

Пленку формовали, как описано в примере 22, за исключением того, что на поверхности формовали глубокий рисунок тиснения, имеющий глубину от 5 до 15 микрометров.

Затем пленки из контроля 3, примера 22 и примера 23 исследовали на уровень шума, как описано в данном документе. Исследуемые пленки были прямоугольными и размером 13,5 сантиметров на 28,0 сантиметров. Результаты показаны ниже в таблице 7.

Как указано выше, пленка из примеров 22 и 23 показала существенное снижение уровня шума по сравнению с контрольным образцом.

ПРИМЕР 24

Пленку формовали из смеси, содержащей 93,5 вес. % маточной смеси на основе полиэтилена, 4,5 вес. % Clayton™ HY и 2 вес. % Fusabond® Е-528, который представляет собой привитой сополимер полиэтилена и малеинового ангидрида, доступного от DuPont. Маточная смесь на основе полиэтилена содержала от 25 до 35 вес. % полиэтилена высокой плотности (HDPE 5070), от 20 до 30 вес. % полиэтилена низкой плотности (LDPE LD100AC), от 15 до 25 вес. % линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE 7042), от 15 до 25 вес. % линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE 7050) и от 5 до 10 вес. % маточной смеси на основе диоксида титана (1605Н). Смесь формовали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками, доступного от Entek®. У экструдера имелось 14 бочек для обработки, при этом 13 нагреваемых бочек. Три бочки были открытыми бочками. Наружный диаметр шнеков составлял 53 мм. Температуру обработки вдоль экструдера устанавливали на 175°С, а скорость смешения в двухшнековом экструдере устанавливали на 700 об/мин. Полученные в результате полоски охлаждали в водяной бане с длиной в общей сложности 15 футов. Затем охлажденную полоску гранулировали и собирали для последующей обработки пленки.

Затем из полученной в результате смеси изготавливали пленку с применением одношнекового экструдера. У экструдера имелось 8 бочек для обработки, при этом 7 нагреваемых бочек с температурами в диапазоне 175-210°С. Скорость шнека регулировали от 66,5 до 68,6 об/мин, в зависимости от необходимой толщины пленки. Соответствующую скорость линии регулировали от 85 до 90 метров в минуту. Полученная в результате пленка имела базовый вес 17,0 грамм на квадратный метр. На поверхности пленки также формовали микротисненый рисунок, имеющий глубину 1-5 микрометров.

ПРИМЕР 25

Пленку формовали, как описано в примере 24, за исключением того, что на поверхности формовали глубокий рисунок тиснения, имеющий глубину от 5 до 15 микрометров. Полученная в результате пленка имела базовый вес 12,0 грамм на квадратный метр.

КОНТРОЛЬ 4

Впитывающее изделие личной гигиены для взрослых изготавливали на оборудовании промышленного масштаба, применяемом для формования продуктов DEPEND® (Kimberly-Clark). Изделие содержало тыльный слой (толщиной 22,9 микрометров), полученный с помощью плоскощелевой экструзии из смеси, содержащей полиэтилен низкой плотности (LDPE) и линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE). Изделие не содержало отвороты.

КОНТРОЛЬ 5

Впитывающее изделие личной гигиены для взрослых изготавливали так, как описано в контроле 4, за исключением того, что изделие содержало отвороты.

ПРИМЕР 26

Впитывающее изделие личной гигиены для взрослых (без отворотов) изготавливали на оборудовании промышленного масштаба, применяемом для формования продуктов DEPEND® (Kimberly-Clark). Изделие содержало тыльный слой (толщиной 12,7 микрометров), полученный с помощью плоскощелевой экструзии из смеси, содержащей 84,5 вес. % Dowlex™ EG 2047G, 4,5 вес. % Clayton™ HY, 2,0 вес. % Fusabond® Е-528 и 9,0 вес. % Ampacet® 110313 (добавка для придания цвета, Ampacet Corporation). Dowlex™ EG 2047G является линейным полиэтиленом низкой плотности, имеющим индекс текучести расплава 2,3 г/10 минут при 190°С (Dow Chemical). Смесь формовали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками, доступного от Entek. У экструдера имелось 14 бочек для обработки, при этом 13 нагреваемых бочек. Три бочки были открытыми бочками. Наружный диаметр шнеков составлял 53 мм. Температуру обработки вдоль экструдера устанавливали на 180°С, а скорость смешения в двухшнековом экструдере устанавливали на 750 об/мин. Полученные в результате полоски охлаждали в водяной бане с длиной в общей сложности 20 футов. Затем охлажденную полоску гранулировали и собирали для последующей обработки пленки. Пленку изготавливали из смеси с применением одношнекового экструдера. Шнек имел диаметр 63,5 мм (L/D=30), и скорость шнека составляла 86 об/мин.

ПРИМЕР 27

Впитывающее изделие личной гигиены для взрослых формовали так, как описано в примере 26, за исключением того, что оно содержало отвороты.

Затем впитывающие изделия из контролей 3-4 и примеров 26-27 исследовали на уровень шума, как описано в данном документе. Графическое изображение впитывающего изделия по каждому из этих примеров показано на фиг. 15, где показаны размеры и до какой степени каждая сторона перемещается в боковом направлении (т.е. 3,5 см). Результаты изложены ниже в таблице 8.

ПРИМЕР 28

Пленку, получаемую экструзией с раздувкой, формовали из смеси, содержащей 84,5 вес. % Dowlex™ EG 2047G, 4,5 вес. % Clayton™ HY, 2,0 вес. % Fusabond® Е-528 и 9,0 вес. % Ampacet® 110313 (добавка для придания цвета, Ampacet Corporation). Смесь формовали с применением двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками. У экструдера имелось 14 бочек для обработки, при этом 13 нагреваемых бочек длиной 210 мм. Наружный диаметр шнеков составлял 53 мм. Температуру обработки вдоль экструдера устанавливали на 180°С, а скорость смешения в двухшнековом экструдере устанавливали на 750 об/мин. Полиэтилен подавали через одно устройство подачи гранул, добавки Fusabond® с Ampacet® подавали через другое устройство подачи гранул, а наноглину подавали через горлышко устройства подачи порошка. Пленку формовали на одношнековом экструдере с помощью экструзионной головки, позволяющей получать однослойную пленку экструзией с раздувкой. Скорость линии составляла 175 фунтов в час, а толщину пленок регулировали так, чтобы она составляла 1,5 мил. Температуру плавления регулировали в диапазоне 175-185°С.

Определили, что скорость пропускания кислорода пленкой составляла 277 см³/кв. дюйм*24 часа. Также формовали контрольный образец, содержащий лишь 95 вес. % Dowlex™ 2047G с 5 вес. % Ampacet®. Определили, что скорость пропускания кислорода контрольным образцом пленки составляла 392 см³/кв. дюйм*24 часа.

Несмотря на то, что изобретение было подробно описано относительно его конкретных вариантов осуществления, следует понимать, что специалисты в данной области техники, при достижении понимания вышеизложенного, смогут легко понять альтернативы, вариации и эквиваленты в отношении этих вариантов осуществления. Соответственно, объем настоящего изобретения следует определять как объем прилагаемой формулы изобретения и любых ее эквивалентов.

Изобретение относится к впитывающему изделию, содержащему проницаемый для жидкости слой; в целом непроницаемый для жидкости слой, который содержит пленку толщиной 50 микрометров или меньше, где пленка содержит слой, который образован из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит этиленовый полимер, наноглину, содержащую органическое средство для обработки поверхности, и полиолефиновое средство улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент; и впитывающую сердцевину, расположенную между проницаемым для жидкости слоем и в целом непроницаемым для жидкости слоем. Впитывающее изделие содержит этиленовый полимер, представляющий собой сополимер этилена и α-олефина. Изобретение также относится к пленке толщиной 50 микрометров или меньше, где пленка содержит слой, который образован из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит от 75 до 99 вес. % сополимера α-олефина/этилена, от 0,5 до 20 вес. % наноглины, содержащей органическое средство для обработки поверхности, и от 0,1 до 10 вес. % полиолефинового средства улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент, причем пленка характеризуется максимальным удлинением 400% или больше в продольном направлении и предельной прочностью на разрыв от 20 до 150 МПа в продольном направлении и/или поперечном направлении. Изобретение позволяет с помощью избирательной регуляции конкретного типа и концентрации компонентов, применяемых для получения пленки, а также способа, с помощью которого она образуется, значительно улучшить модуль и прочность на разрыв пленки при отсутствии неблагоприятного влияния на ее пластичность. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 15 ил., 8 табл., 28 пр.

1. Впитывающее изделие, содержащее:

проницаемый для жидкости слой;

в целом непроницаемый для жидкости слой, который содержит пленку толщиной 50 микрометров или меньше, где пленка содержит слой, который образован из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит этиленовый полимер, наноглину, содержащую органическое средство для обработки поверхности, и полиолефиновое средство улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент; и

впитывающую сердцевину, расположенную между проницаемым для жидкости слоем и в целом непроницаемым для жидкости слоем.

2. Впитывающее изделие по п. 1, где этиленовый полимер представляет собой сополимер этилена и α-олефина.

3. Впитывающее изделие по п. 2, где этиленовый полимер представляет собой линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен низкой плотности или их комбинацию.

4. Впитывающее изделие по п. 1, где наноглина включает филлосиликат.

5. Впитывающее изделие по п. 4, где филлосиликат включает монтмориллонит или его соль.

6. Впитывающее изделие по п. 1, где наноглина включает пластинки со средней толщиной от 0,2 до 100 нанометров.

7. Впитывающее изделие по п. 1, где органическое средство для обработки поверхности включает четвертичный оний.

8. Впитывающее изделие по п. 1, где полярный компонент средства улучшения совместимости включает малеиновый ангидрид.

9. Впитывающее изделие по п. 1, где наноглина составляет от 0,5 вес. % до 20 вес. % полимерной композиции.

10. Впитывающее изделие по п. 1, где этиленовый полимер составляет от 75 вес. % до 99 вес. % полимерной композиции, а средство улучшения совместимости составляет от 0,1 вес. % до 10 вес. % композиции.

11. Впитывающее изделие по п. 1, где пленка характеризуется максимальным удлинением в продольном направлении 400% или больше и предельной прочностью на разрыв в продольном направлении от 20 до 150 мегапаскаль.

12. Впитывающее изделие по п. 1, где пленка характеризуется максимальным удлинением в поперечном направлении 750% или больше и предельной прочностью на разрыв в поперечном направлении от 20 до 150 мегапаскаль.

13. Впитывающее изделие по п. 1, где пленка характеризуется модулем Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении от 50 до 500 мегапаскаль.

14. Впитывающее изделие по п. 1, где в целом непроницаемый для жидкости слой представляет собой тыльный слой впитывающего изделия.

15. Впитывающее изделие по п. 13, где тыльный слой дополнительно содержит нетканое полотно, наслоенное на пленку.

16. Впитывающее изделие по п. 1, где впитывающее изделие характеризуется нормализованным уровнем шума 1,55 или меньше, определенным при частоте 2000 Гц, при этом нормализованный уровень шума определен посредством деления уровня шума впитывающего изделия на уровень шума условий окружающей среды.

17. Пленка толщиной 50 микрометров или меньше, где пленка содержит слой, который образован из полимерной композиции, при этом полимерная композиция содержит от 75 вес. % до 99 вес. % сополимера α-олефина/этилена, от 0,5 вес. % до 20 вес. % наноглины, содержащей органическое средство для обработки поверхности, и от 0,1 вес. % до 10 вес. % полиолефинового средства улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент, причем пленка характеризуется максимальным удлинением 400% или больше в продольном направлении и предельной прочностью на разрыв от 20 до 150 МПа в продольном направлении и/или поперечном направлении.

18. Пленка по п. 17, где наноглина включает монтмориллонит или его соль.

19. Пленка по п. 17, где наноглина включает пластинки со средней толщиной от 0,2 до 100 нанометров.

20. Пленка по п. 17, где органическое средство для обработки поверхности включает четвертичный оний.

21. Пленка по п. 17, где этилен-ненасыщенный мономер на основе карбоновой кислоты включает малеиновый ангидрид.

22. Пленка по п. 17, где пленка является многослойной и содержит базовый слой и/или поверхностный слой, образованный из полимерной композиции.

23. Пленка по п. 17, где пленка характеризуется модулем Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении от 50 до 500 мегапаскаль.

24. Пленка по п. 17, где пленка характеризуется нормализованным уровнем шума 2,5 или меньше, определенным при частоте 4000 Гц, при этом нормализованный уровень шума определен посредством деления уровня шума пленки на уровень шума условий окружающей среды.

25. Пленка по п. 17, где пленка характеризуется скоростью пропускания кислорода 350 см³/кв. дюйм⋅24 ч или меньше.

26. Способ получения пленки по п. 17, причем способ включает:

получение маточной смеси путем смешивания этиленового полимера, наноглины и средства улучшения совместимости;

формование из расплава маточной смеси с получением полимерной композиции и нанесение полимерной композиции на поверхность с образованием пленки.

27. Способ по п. 26, где маточную смесь получают в двухшнековом экструдере.

28. Способ по п. 26, где маточную смесь подвергают формованию из расплава в одношнековом экструдере.

29. Способ получения пленки по п. 17, причем способ включает:

формование из расплава этиленового полимера, наноглины и средства улучшения совместимости с образованием полимерной композиции и нанесение полимерной композиции на поверхность с образованием пленки.

30. Способ по п. 29, где наноглина находится в форме порошка.