МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ЭЛАСТИЧНЫЕ СЛОИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ЭЛАСТИЧНОСТЬЮ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B29C47/06 B32B27/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие направлено на более прочные эластичные слоистые материалы, имеющие улучшенный микроструктурированный внешний вид. В частности, настоящее раскрытие направлено на многослойные эластичные слоистые материалы, содержащие по меньшей мере один термопластичный эластомерный слой пленки и по меньшей мере один слой пластика. Слои совместно экструдируют вместе, растягивают и затем расслабляют с получением в результате эластичных слоистых материалов с повышенной общей прочностью и эластичностью, а также микроструктурой поверхности, которая является более привлекательной для потребителя. Термопластичный эластомерный слой пленки слоистых материалов содержит комбинацию термопластичных эластомеров на основе полиолефинов, стирольных блок-сополимеров и неорганической глины, и слой пластика содержит полукристаллические или аморфные полимеры. В некоторых вариантах осуществления эластомерные слои пленок практически не содержат карбоната кальция.

Эластичные слоистые материалы традиционно применялись для обеспечения функций удобства и достаточно плотного прилегания в средствах личной гигиены. Например, эластичные слоистые материалы применяют в боковых вставках, зонах прикрепления ушек и поясах в подгузниках и трусах для приучения к горшку. В условиях современного рынка эластичные слоистые материалы выполнены на основе эластичного полимера, ламинированного нетканым материалом в качестве наружного покрытия. Данные нетканые материалы наружного покрытия усиливают механическую прочность слоистых материалов, так как сами по себе эластичные пленки, как правило, не достаточно прочны для предотвращения разрыва в случае чрезмерного растяжения потребителем слоистого материала. Данные материалы дополнительно предотвращают застревание эластичной пленки в ходе высокоскоростной обработки. Кроме того, нетканые материалы наружного покрытия, выполненные из синтетического полимера, например полипропилена, полиэтилена или других полиолефинов, обеспечивают улучшенный тканеподобный внешний вид слоистого материала.

Более прочная эластомерная пленка для применения в эластичном слоистом материале будет, таким образом, снимать нагрузку прикладываемой силы с материалов наружного покрытия. Более конкретно, в данной области существует потребность в получении эластичных слоистых материалов, имеющих увеличенную общую прочность и эластичность, что обеспечивает переход кривых зависимости деформации от растяжения в нижнюю область деформации. Кроме того, было бы выгодно, если бы эластичные слоистые материалы могли быть получены таким образом, чтобы иметь микроструктурированный тканеподобный внешний вид, подобный обычным нетканым/упругим слоистым материалам. Соответственно, настоящее раскрытие направлено на эластичные слоистые материалы, содержащие множество эластичных слоев и слоев пластика. Слоистые материалы имеют увеличенную прочность и эластичность, обеспечивая при этом более мягкий тканеподобный внешний вид при более низких затратах по сравнению с существующими эластичными материалами с нетканым наружным покрытием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАСКРЫТИЯ

Раскрыты многослойные эластичные слоистые материалы, имеющие улучшенную механическую прочность, повышенную эластичность и тканеподобный внешний вид. Слоистые материалы содержат по меньшей мере первый термопластичный эластомерный слой пленки, прикрепленный по меньшей мере к первому слою пластика. В особенно подходящих вариантах осуществления первый термопластичный эластомерный слой пленки находится между двумя слоями пластика. В других подходящих вариантах осуществления первый слой пластика находится между двумя термопластичными эластомерными пленками. Эластомерный слой пленки имеет эластичность, которая превышает эластичность слоя пластика, другими словами, необратимая деформация эластомерного слоя пленки меньше, чем необратимая деформация слоя пластика. Слоистые материалы получают путем совместной экструзии эластомерного слоя пленки и слоя пластика и затем растягивания слоистого материала с последующим расслаблением с получением слоистого материала с необходимыми характеристиками поверхности и физическими свойствами.

Слой пластика слоистого материала обеспечивает увеличенную общую прочность эластичного слоистого материала. Кроме того, было неожиданно обнаружено, что при растяжении и расслаблении эластичного слоистого материала образуется складчатая микроструктурированная поверхность, которая в некоторых вариантах осуществления обеспечивает ощущение шелковистости у потребителя без применения нетканых материалов наружного покрытия. Кроме того, механические свойства слоистого материала значительно улучшены при растяжении и расслаблении слоистого материала по сравнению с упругим слоистым материалом до растяжения. Данные преимущественные механические свойства являются результатом удлинения слоя пластика в течение исходного растяжения и последующего гофрирования при расслаблении термопластичной эластомерной пленки. Если слоистый материал, в том числе гофрированный слой пластика, снова удлиняется до уровня деформации при исходном растяжении, как, например, при применении слоистого материала, гофрированный слой пластика только разгладится и, вероятно, не способствует прочности на растяжение эластичного слоистого материала. То есть прочность на растяжение слоистого материала до уровня деформации при исходном растяжении в основном преобладает в эластомерном слое, так что слоистые материалы будут сохранять низкое значение напряжения с удлинением и меньшую необратимую деформацию после удлинения, которая меньше, чем деформация при исходном растяжении. В случае удлинения, которое больше, чем при уровне деформации при исходном растяжении слоя пластика, напряжение значительно увеличивается в связи с полностью уплощенным слоем пластика, а также ориентацией молекул слоя пластика, что приводит к переходу кривой зависимости деформации от напряжения к меньшему удлинению с прочностью при разрыве на 50—100% более высокой по сравнению с термопластичной эластомерной пленкой отдельно.

Кроме того, было обнаружено, что при управлении применяемыми полимерами толщину слоев пластика, изменение степени исходного растяжения, физические характеристики, такие как прочность и эластичность слоистого материала, и микроструктурированный внешний вид можно контролировать для обеспечения достаточной, и даже необходимой, конструкции эластичного слоистого материала конкретного необходимого продукта для конечного применения.

Соответственно, в одном аспекте настоящее раскрытие направлено на эластичный слоистый материал. Слоистый материал содержит: первый термопластичный эластомерный слой пленки, обладающий необратимой деформацией менее 40% после 150% удлинения, при этом термопластичная эластомерная пленка содержит термопластичный эластомер на основе полиолефина и стирольный блок-сополимер; и первый слой пластика, прикрепленный к первой поверхности термопластичного эластомерного слоя пленки, при этом слой пластика обладает необратимой деформацией, превышающей необратимую деформацию эластомерного слоя пленки, и где слой пластика содержит один из полукристаллического и аморфного полимера. В иллюстративном варианте осуществления первая термопластичная эластомерная пленка обладает необратимой деформацией после 150% удлинения менее 40%, а первый слой пластика обладает необратимой деформацией после 150% удлинения более 50%.

В другом аспекте настоящее раскрытие направлено на способ получения эластичного слоистого материала. Способ включает: совместную экструзию первого термопластичного эластомерного слоя пленки с первым слоем пластика с получением эластичного слоистого материала, при этом первый термопластичный эластомерный слой пленки обладает необратимой деформацией менее 40% после 150% удлинения, термопластичная эластомерная пленка содержит термопластичный эластомер на основе полиолефинов, стирольный блок-сополимер и средство, повышающее прочность, при этом слой пластика обладает необратимой деформацией, превышающей необратимую деформацию эластомерного слоя пленки, и где слой пластика содержит один из полукристаллического или аморфного полимера; растяжение эластичного слоистого материала в одном или обоих из машинного направления или поперечного направления; и расслабление растянутого эластичного слоистого материала.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображена кривая зависимости деформации от напряжения для эластомерного слоя пленки, эластичного слоистого материала, полученного из эластомерного слоя пленки, прикрепленного к слою линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), и эластичного слоистого материала, полученного из эластомерного слоя пленки, прикрепленного к слою LLDPE, который исходно был растянут на 300% и 400% в машинном направлении и оставлен для расслабления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Определения

Используемые в данном документе термины «полимер» и «полимерный» в целом включают без ограничения гомополимеры, coполимеры, такие как, например, блок-, привитые, статистические и чередующиеся coполимеры, терполимеры и т.д., и их смеси и модификации. Кроме того, если иное не имеет конкретных ограничений, термин «полимер» включает все возможные пространственные конфигурации молекулы. Данные конфигурации включают без ограничения изотактические, синдиотактические и статистические симметрии.

Используемый в данном документе термин «нетканый материал» относится к материалу, выполненному из синтетических полимерных волокон, таких как волокна из синтетических полиолефинов (например, полипропилена, полиэтилена, полибутена, сополимеров с атомами углерода не более C12 и т. п.) и/или природных волокон, таких как целлюлозные волокна, связанных вместе путем химической, механической, тепловой обработки или обработки растворителем. «Нетканый материал» также имеет структуру отдельных волокон или нитей, которые переслаиваются, но без возможности идентификации, как в трикотажной ткани. «Нетканый материал» образуется в ходе многих процессов, таких как, например, мелтблаун-процессы, спанбонд-процессы, процессы получения связанного кардочесанного полотна, процесс гидропереплетения.

Используемые в данном документе термины «машинное направление» или MD относятся к направлению по длине ткани в направлении, в котором она производится. Термины «поперечное машинное направление», «поперечное направление», «поперечно направленный» или CD относятся к направлению поперек ширины ткани, т. е. к направлению, в целом перпендикулярному MD.

Используемый в данном документе термин «слоистый материал» относится к композитной структуре из двух или более слоев листового материала, которые были соединены друг с другом в ходе стадии связывания, например посредством адгезивного связывания, термосварки, точечного связывания, связывания под действием давления, экструзионного нанесения покрытия, экструзионного ламинирования или ультразвукового связывания. В особенно подходящем варианте осуществления слои совместно экструдируют с образованием эластичного слоистого материала.

Используемый в данном документе термин «эластомерный» и «эластичность» будет взаимозаменяемым с термином «эластичный» и относится к листовому материалу, который может быть удлинен по меньшей мере на 25 процентов своей длины в расслабленном состоянии и который после прекращения действия приложенной силы восстановит по меньшей мере 10 процентов своего удлинения. В целом желательно, чтобы эластомерный материал или композиционный материал мог удлиняться по меньшей мере на 100 процентов, желательнее по меньшей мере на 300 процентов и даже желательнее по меньшей мере на 400 процентов своей длины в расслабленном состоянии и восстанавливать после прекращения действия приложенной силы по меньшей мере 50 процентов своего удлинения.

Используемый в данном документе термин «термопластичный» относится к полимеру, который может быть перерабатываемым из расплава.

Используемый в данном документе термин «воздухопроницаемый» относится к проницаемому для водяных паров материалу. Скорость проникновения водяных паров (WVTR) или скорость проникновения влаги (MVTR) измеряют в граммах на квадратный метр за 24 часа, и их считают эквивалентными показателями воздухопроницаемости. Термином «воздухопроницаемый» желательно обозначать материал, который является проницаемым для водяных паров, имеющий минимальное значение WVTR желательно приблизительно 100 г/м²/24 часа, более предпочтительно более чем приблизительно 300 г/м²/24 часа, а еще более предпочтительно более чем приблизительно 1000 г/м²/24 часа.

В одном аспекте показатель WVTR для ткани дает представление о комфортности ношения ткани. Зачастую в средствах личной гигиены применяют воздухопроницаемые материалы, предпочтительно имеющие более высокие показатели WVTR, которые в более типичном случае превышают приблизительно 1200 г/м²/24 часа, 1500 г/м²/24 часа, 1800 г/м²/24 часа или даже превышают 2000 г/м²/24 часа.

Используемые в данном документе термины «непроницаемый» или «воздухонепроницаемый» относятся к любому материалу, который не подпадает под определение «воздухопроницаемого», приведенное выше.

Используемый в данном документе термин «остаточная деформация» относится к cохраняющемуся удлинению образца материала после удлинения и восстановления, т. e. после того, как материал вытянули и позволили ему возвратиться в исходное состояние в ходе испытания при циклических нагрузках.

Используемый в данном документе термин «необратимая деформация» представляет собой процентную меру (%) величины удлинения, при которой напряжение становится нулевым на графике зависимости % удлинения от напряжения. Идеальный эластичный материал, такой как пружина, будет иметь нулевую необратимую деформацию, поскольку кривая сокращения будет проходить через начало координат. Как определено в данном документе, необратимую деформацию измеряют после 150% удлинения материала. Например, образец материала с исходной рабочей длиной 1 дюйм, который растягивают до 150% удлинения и расслабляют обратно до длины приблизительно 1,2 дюйма, обладает необратимой деформацией 20%, как определено в данном документе.

Эти измерения проводят с использованием испытания на удлинение полоски, которое по сути соответствует техническим условиям в ASTM D5459-95. В частности, в данном испытании используются два зажима, каждый из которых содержит две губки, при этом каждая губка имеет наружную поверхность, соприкасающуюся с образцом. Зажимы удерживают материал в одной и той же плоскости, обычно вертикально, на расстоянии 1 дюйма, и перемещают ползун с заданной скоростью растягивания. Размер образца составляет 4 дюйма на 3/8 дюйма (101,6 мм на 9,525 мм), а наружная поверхность губки имеет высоту 1 дюйм и ширину 3 дюйма, и скорость перемещения ползуна составляет 20 дюйм/мин. Образец закрепляют в раме для электромеханического испытания MTS (Mechanical Test Systems), обладающей возможностью сбора данных. Испытание проводят в условиях окружающей среды как в поперечном направлении, так и в машинном направлении (CD и MD). Результаты записывают в виде среднего значения по меньшей мере для пяти образцов.

Настоящее раскрытие направлено на эластичные слоистые материалы, содержащие по меньшей мере один термопластичный эластомерный слой пленки и по меньшей мере один слой пластика. Слои совместно экструдируют вместе, растягивают и затем расслабляют с обеспечением в результате эластичных слоистых материалов с повышенной общей прочностью и эластичностью и, в некоторых вариантах осуществления, с обеспечением улучшенной микроструктуры наружной поверхности. Соответственно, эластичные слоистые материалы согласно настоящему раскрытию могут обеспечивать более прочные и более эластичные области в средствах личной гигиены, таких как подгузники, трусы для приучения к горшку, одежда для купания, впитывающие трусы, изделия для взрослых, страдающих недержанием, и гигиенические изделия для женщин, такие как гигиенические прокладки для женщин, салфетки и ежедневные прокладки.

Следующие преимущества включают улучшенный внешний вид и более мягкое ощущение у потребителя, если слоистый материал содержит термопластичную эластомерную пленку между наружными слоями пластика, которые растягивают и расслабляют

Как правило, эластичные слоистые материалы согласно настоящему раскрытию содержат по меньшей мере первый термопластичный эластомерный слой пленки, прикрепленный по меньшей мере к первому слою пластика. В некоторых вариантах осуществления слоистые материалы содержат более одного термопластичного эластомерного слоя пленки и/или более одного слоя пластика. Например, в некоторых вариантах осуществления слоистый материал содержит первый слой пластика, прикрепленный к первой поверхности первого термопластичного эластомерного слоя пленки, и второй слой пластика, прикрепленный ко второй противоположной поверхности первого термопластичного эластомерного слоя пленки, так что эластомерный слой пленки расположен между первым и вторым слоями пластика. В другом варианте осуществления слоистый материал содержит первый термопластичный эластомерный слой пленки, прикрепленный в к первому слою пластика, и второй термопластичный эластомерный слой пленки, прикрепленный к первому слою пластика, противоположному первой термопластичной эластомерной пленке. Следует понимать, что более двух слоев пластика и/или более двух термопластичных эластомерных слоев пленки, например три, четыре, пять или даже более слоев пластика и/или термопластичных эластомерных пленок, можно применять в слоистых материалах без отклонения от объема настоящего раскрытия.

Термопластичные эластомерные слои пленок для применения в эластичных слоистых материалах согласно настоящему раскрытию имеют базовый вес от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 300 г/м², в том числе от приблизительно 20 г/м² до приблизительно 150 г/м² и в том числе от приблизительно 30 г/м² до приблизительно 100 г/м².

В настоящем раскрытии можно применять любое множество термопластичных эластомерных полимеров, таких как сложные эластомерные полиэфиры, эластомерные полиуретаны, эластомерные полиамиды, эластомерные сополимеры, эластомерные полиолефины и т.д.

В особенно подходящих вариантах осуществления термопластичный эластомерный слой пленки содержит комбинацию термопластичных эластомеров на основе полиолефинов и стирольных блок-сополимеров.

Примеры термопластичных эластомеров на основе полиолефинов, подходящих для применения в эластомерных слоях пленки, включают, в числе прочих, кристаллический полиолефин, например гомополимер или сополимер α-олефина с 1—20 атомами углерода и в том числе 1—12 атомами углерода.

Примеры кристаллических полиолефинов включают гомополимеры и сополимеры, описанные ниже.

(1) Гомополимер этилена.

Гомополимер этилена может быть получен посредством любого из процесса при низком давлении среды и процесса при высоком давлении среды.

(2) Сополимеры этилена и не более 10 мол. % α-олефинов, отличных от этилена, или виниловых мономеров, таких как винилацетат и этилакрилат; примеры включают сополимер этилена и октена, доступный как Engage 8407 или Engage 8842 (Dow Chemical, Хьюстон, Техас).

(3) Гомополимер пропилена; примеры включают ударопрочный сополимер полипропилена PP7035E4 и статистический сополимер полипропилена PP9574E6 (Exxon Mobil, Хьюстон, Техас).

(4) Статистические сополимеры пропилена и не более 10 мол. % α-олефинов, отличных от пропилена.

(5) Блок-сополимеры пропилена и не более 30 мол. % α-олефинов, отличных от пропилена.

(6) Гомополимер 1-бутена.

(7) Статистические сополимеры 1-бутена и не более 10 мол. % α-олефинов, отличных от 1-бутена.

(8) Гомополимер 4-метил-1-пентена.

(9) Статистические сополимеры 4-метил-1-пентена и не более 20 мол. % α-олефинов, отличных от 4-метил-1-пентена.

Примеры α-олефинов включают этилен, пропилен, 1-бутен, 4-метил-1-пентен, 1-гексен и 1-октен.

Иллюстративные коммерчески доступные термопластичные эластомеры на основе полиолефинов для применения в эластомерный слоях пленки включают VISTAMAXX™ (эластомер на основе полипропилена, доступный от ExxonMobil Chemical, Хьюстон, Техас), INFUSE™ (блок-сополимеры олефинов, доступные от Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган), VERSIFY™ (сополимеры пропилена и этилена), например VERSIFY™ 4200 и VERSIFY™ 4300 (Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган), ENGAGE™ (сополимер этилена и октана, доступный от Dow Chemical, Хьюстон, Техас), а также NOTIO 0040 и NOTIO 3560 (доступны от Mitsui Chemical (США), Нью-Йорк, Нью-Йорк). В одном особенно подходящем варианте осуществления термопластичным эластомером на основе полиолефинов является VISTAMAXX™ 6102FL.

В альтернативном варианте осуществления термопластичный эластомер может представлять собой термопластичные эластомеры на основе сложных эфиров/простых эфиров или термопластичные полиуретаны, в том числе эластомеры PEBAX®, представляющие собой полиамидные блок-сополимеры (коммерчески доступные от Arkema, Франция).

Термопластичные эластомерные слои пленок в целом содержат более 50% по весу термопластичного эластомера и, в частности, более 50% по весу термопластичного эластомера на основе полиолефинов, в том числе более 55% по весу, в том числе более 60% по весу, в том числе более 65% по весу, в том числе более 70% по весу, в том числе более 75% и в том числе более 80% по весу термопластичного эластомера. В подходящих вариантах осуществления термопластичный эластомерный слой пленки содержит 50% по весу термопластичного эластомера. В уже других подходящих вариантах осуществления термопластичный эластомерный слой пленки содержит приблизительно 62% по весу термопластичного эластомера. В уже других подходящих вариантах осуществления термопластичный эластомерный слой пленки содержит приблизительно 65% по весу термопластичного эластомера. В прочих подходящих вариантах осуществления термопластичный эластомерный слой пленки содержит приблизительно 82% по весу или даже приблизительно 83% по весу термопластичного эластомера.

Если термопластичный эластомерный слой пленки содержит термопластичные эластомеры на основе полиолефинов, термопластичный эластомерный слой пленки может дополнительно содержать стирольный блок-сополимер. Неожиданно было установлено, что добавление стирольных блок-сополимеров обеспечивает улучшение механической прочности пленки. С учетом этих улучшенных функциональных и структурных характеристик термопластичные эластомерные слои пленок обеспечивают возможность производства средств личной гигиены, таких как подгузники одноразового использования, трусы для приучения к горшку и тому подобное, с улучшенными функциями удобства, прочности и плотного прилегания. Более конкретно, в некоторых вариантах осуществления термопластичные эластомерные слои пленок с улучшенной механической прочностью позволяют снизить базовый вес, поскольку в средстве личной гигиены не применяются материалы наружного покрытия. Кроме того, термопластичные эластомерные слои пленок характеризуются улучшенными свойствами устойчивости к протыканию. Как определено в данном документе, «свойства устойчивости к протыканию» в целом относятся к стойкости или жесткости пленки при сопротивлении слоя пленки разрыву в ходе использования, как, например, к способности слоя пленки к сопротивлению протыканию пальцем пользователя.

Иллюстративные стирольные блок-сополимеры для применения с термопластичными эластомерами включают гидрогенизированные полиизопреновые полимеры, такие как стирол-этилен-пропилен-стирол (SEPS), стирол-этилен-пропилен-стирол-этилен-пропилен (SEPSEP), гидрогенизированные полибутадиеновые полимеры, такие как стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS), стирол-этилен-бутилен-стирол-этилен-бутилен (SEBSEB), стирол-бутадиен-стирол (SBS), стирол-изопрен-стирол (SIS), стирол-изопрен-бутадиен-стирол (SIBS), гидрогенизированный полиизопреновый/бутадиеновый полимер, такой как стирол-этилен-этилен-пропилен-стирол (SEEPS), и гидрогенизированные винил-полиизопреновые/гидрогенизированные полиизопрен/полистирольные триблок-сополимеры, такие как коммерчески доступный HYBRAR™ 7311 (Kuraray America, Inc., Хьюстон, Техас), и их комбинации. Конфигурации блок-сополимеров, такие как диблок, триблок, мультиблок, звездообразная и радиальная, также предусмотрены в настоящем раскрытии. В ряде случаев требуемыми могут быть блок-сополимеры с более высокой молекулярной массой. Блок-сополимеры доступны от Kraton Polymers U.S. LLC, Хьюстон, Техас, под названиями, например, Kraton MD6716, Kraton D1102, Kraton SIBS D1102, Kraton D1184, Kraton FG1901 и Kraton FG1924, а также от Septon Company of America, Пасадена, Техас, под названиями Septon 8007, Septon V9827 и Septon 9618. К другим возможным поставщикам таких полимеров относится Dynasol из Испании. В частности, триблок-сополимер Kraton MD6716 SEBS является особенно подходящим для настоящего раскрытия.

Термопластичные эластомерные слои пленок в целом могут содержать от приблизительно 15% до приблизительно 40% по весу стирольного блок-сополимера, в том числе приблизительно 30% по весу стирольного блок-сополимера.

Неожиданно было обнаружено, что термопластичные эластомерные слои пленок для применения в эластичных слоистых материалах согласно настоящему раскрытию имеют предел прочности, который больше на величину от 40% до приблизительно 100%, чем у термопластичного эластомерного слоя пленки без стирольного блок-сополимера. В некоторых вариантах осуществления слои пленок имеют предел прочности, который больше на величину от приблизительно 50% до приблизительно 80%, чем у термопластичного эластомерного слоя пленки без стирольного блок-сополимера.

В особенно подходящих вариантах осуществления для дополнительного улучшения прочности термопластичных эластомерных слоев пленок пленки могут дополнительно содержать средство, повышающее прочность. Как определено в данном документе, «средство, повышающее прочность» относится к физически составленной маточной смеси или смеси органических полимеров и до 60% по весу неорганических частиц, которые могут усиливать смеси термопластичного эластомера и стирольного блок-сополимера или делать термопластичный эластомерный слой пленки более прочным, что выражается повышенным пределом прочности при разрыве с пониженным удлинением при разрыве без нарушения свойств эластичности, что выражается гистерезисом и необратимой деформацией после удлинения 150%.

Подходящие средства, повышающие прочность, включают неорганические глины, а в подходящих вариантах осуществления включают, например, монтмориллониты полимерного сорта, которые представляют собой алюмосиликатные минералы высокой степени чистоты, известные под названием филлосиликаты. Монтмориллониты имеют листовидную или пластинчатую структуру. Хотя их размеры в направлениях длины и ширины можно измерить в сотнях нанометров, толщина минерала составляет всего лишь один нанометр. В результате отдельные листы имеют соотношения сторон (длина/ширина (д/ш) или толщина/диаметр (т/д)), варьирующиеся от приблизительно 200 до приблизительно 1000, а в особенно подходящих вариантах осуществления — от приблизительно 200 до приблизительно 400.

В некоторых вариантах осуществления средства, повышающие прочность, представляют собой частицы неорганической глины, как, например, Nanocor I.44P (доступна от Nanocor, Хоффман-Эстейтс, Иллинойс), имеющие средний размер частиц менее 20 микрон в диаметре, в том числе от приблизительно 10 микрон до приблизительно 15 микрон в диаметре, и в особенно подходящих вариантах осуществления приблизительно 13 микрон в диаметре. В других вариантах осуществления средства, повышающие прочность, представляют собой смеси неорганической глины и пропилена, как, например, маточная смесь Nanocor PP (доступна от Nanocor, Хоффман-Эстейтс, Иллинойс).

Термопластичные эластомерные слои пленок в целом могут содержать от приблизительно 2% до приблизительно 10% по весу средства, повышающего прочность, в том числе от приблизительно 3% до приблизительно 8% по весу и в том числе от приблизительно 3% до приблизительно 5% по весу средства, повышающего прочность.

Термопластичные эластомерные слои пленок могут дополнительно содержать средства для улучшения технологических свойств и/или средства, повышающие клейкость, связанные с эластомерными полимерами, известными в области изготовления пленок.

В некоторых вариантах осуществления термопластичные эластомерные слои пленок могут практически не содержать карбоната кальция. В данном контексте, и если не указано иное, термин «практически не содержит» означает, что содержание карбоната кальция в термопластичных эластомерных слоях пленок меньше его функционального количества , как правило, менее 1%, в том числе менее 0,5%, в том числе менее 0,1%, в том числе менее 0,05%, в том числе менее 0,015%, в том числе менее 0,001%, а также в том числе ноль процентов по общему весу термопластичного эластомерного слоя пленки.

Ввиду того, что данные термопластичные эластомерные слои пленок практически не содержат частиц наполнителя, таких как карбонат кальция, в некоторых вариантах осуществления пленки являются непроницаемыми для воздуха. Однако необходимо понимать, что в альтернативных вариантах осуществления слои пленок могут быть получены воздухопроницаемыми.

Термопластичные эластомерные слои пленок, применяемые в эластичных слоистых материалах, обладают необратимой деформацией после 150% удлинения, составляющей менее 40%, в том числе необратимой деформацией после 150% удлинения, составляющей менее 30%, и в том числе необратимой деформацией после 150% удлинения, составляющей менее 20%.

Эластичные слоистые материалы согласно настоящему раскрытию дополнительно содержат по меньшей мере один слой пластика. Слой пластика эластичных слоистых материалов содержит полукристаллические или аморфные полимеры. Подходящие полукристаллические полимеры для применения в слоях пластика содержат полиолефин, coполимеры на основе полиолефинов, сложные полиэфиры и их комбинации.

Соответственно, слои пластика содержат от приблизительно 5% по весу до приблизительно 50% по весу полукристаллического или аморфного полимера, в том числе от приблизительно 10% по весу до приблизительно 40% по весу полукристаллического или аморфного полимера и в том числе от приблизительно 15% по весу до приблизительно 35% по весу полукристаллического или аморфного полимера.

Следует понимать, что для обеспечения преимущественных физических свойств эластичных слоистых материалов согласно настоящему раскрытию слой пластика должен обладать большей необратимой деформацией, чем термопластичный эластомерный слой пленки эластичного слоистого материала. Соответственно, слои пластика для применения в эластичных слоистых материалах согласно настоящему раскрытию обладают необратимой деформацией после 150% удлинения более 50%, в том числе более 75% и в том числе более 90%.

Для получения эластичных слоистых материалов согласно настоящему раскрытию термопластичные эластомерные слои пленок совместно экструдируют со слоями пластика. Совместную экструзию материалов можно осуществлять с использованием любых средств экструзии, известных в области формирования многослойных материалов.

Сразу после экструзии эластичный слоистый материал изначально растягивают либо в машинном направлении (MD), либо в поперечном направлении (CD). Как правило, слоистый материал растягивают на от приблизительно 100% до приблизительно 600%, в том числе от приблизительно 200% до приблизительно 500% от его обычного состояния. После растяжения обеспечивают обратное расслабление эластичного слоистого материала до обычного состояния или близкого к нему.

Посредством способа растяжения/расслабления слоистого материала слой пластика слоистого материала удлиняется при исходном растяжении и затем гофрируется при расслаблении эластомерной пленки. Поскольку слой пластика гофрируется при исходном растяжении и расслаблении слоистого материала, модуль и напряжение растяжения слоистого материала в основном преобладают в эластомерном слое пленки, сохраняя достаточную эластичность, а также низкое напряжение растяжения до тех пор, пока он не растянется до диапазона растяжения, при котором гофрированный слой пластика становится плоским.

Как отмечено выше, сразу после удлинения слоя пластика, превышающего его уровень деформации при исходном растяжении, увеличенный предел прочности образуется вследствие молекулярной ориентации и упрочнения при натяжении слоя пластика. В частности, было обнаружено, что эластичные слоистые материалы согласно настоящему раскрытию имеют конечную прочность при разрыве на 50—100% больше, чем у термопластичной эластомерной пленки, применяемой отдельно.

Кроме того, при исходном растяжении и расслаблении эластичного слоистого материала, кривая зависимости деформации от растяжения может сдвигаться в более низкую область деформации, например, как показано на фиг. 1.

После описания данного раскрытия в подробностях будет очевидно, что возможны модификации и варианты без отклонения от объема настоящего раскрытия, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

ПРИМЕР

Следующие не ограничивающие примеры представлены для дополнительной иллюстрации настоящего раскрытия.

ПРИМЕР 1

В данном примере получали различные термопластичные эластомерные пленки, которые оценивали в отношении их физических свойств, в том числе характеристики зависимости деформации от напряжения при растяжении, удлинения при разрыве и необратимой деформации после 150% удлинения.

Пленки, состоящие из одного слоя, получали путем сухого смешивания VISTAMAXX™ 6102FL, термопластичного эластомера на основе пропилена, доступного от Exxon Mobil, Хьюстон, Техас; Kraton MD6716, стирольного блок-сополимера, доступного от Kraton Polymers, Хьюстон, Техас; и, в некоторых образцах, частиц глины Nanocor I.44P, имеющих средний размер приблизительно 13 мкм, доступных от Nanocor, Хоффман-Эстейтс, Иллинойс. Полученную в результате смесь загружали в экструдер 1.5” Trinity II Killion (Killion Industries, Виста, Калифорния) с температурным профилем, установленным на 185—200 °C. Расплавленные полимеры затем загружали в 20-дюймовую экструзионную головку для получения пленки и собирали посредством охлаждающего вала, установленного на 10 °C и скорость приема 6—10 футов в минуту (fpm), что обеспечивало толщину пленки 0,06—0,11 мм.

Физическую прочность на растяжение слоев пленки затем тестировали в соответствии с ASTM D882. В частности, образцы нарезали в машинном направлении с использованием головки 101,6 мм X 9,525 мм (4” X 3/8”) и прочность на растяжение измеряли с рабочей длиной 1 дюйм с использованием разрывной машины MTS с датчиком нагрузки 50 Н.

Необратимую деформацию измеряли после цикла 150% удлинения в соответствии с EQ-STM-00201, с использованием тех же размеров образцов и разрывной машины, что и для физической прочности на растяжение выше. Результаты показаны в таблице 1.

Таблица 1

Состав пленки Доля компонента Толщина пленки Физические свойства 1 2 3 1 2 3 Удлинение при разрыве, % Предел прочности Необратимая деформация после 150% удлинения % % % мм % МПа % VISTAMAXX™ 6102FL - - 100 - - 0,07 777,48 15,96 15,5 VISTAMAXX™ 6102FL Kraton MD6716 - 70 30 - 0,063 725,61 19,55 16,6 VISTAMAXX™ 6102FL Kraton MD6716 Глина 67 30 3 0,074 752,4 23,71 18,6

Как показано в таблице 1, смешивание со стирольным блок-сополимером увеличивало предел прочности от 15,96 МПа до 19,55 МПа. При добавлении 3% глины в смешанную эластомерную пленку предел прочности дополнительно повышался до 23,71 МПа. Необратимая деформация незначительно увеличивалась при смешивании стирольного блок-сополимера или стирольного блок-сополимера и глины, но все же продемонстрировала приемлемую эластичность, проявляя менее 20% необратимой деформации после 150% удлинения.

ПРИМЕР 2

В данном примере получали различные термопластичные эластомерные слоистые материалы, которые оценивали в отношении физических свойств, в том числе характеристики зависимости деформации от напряжения при растяжении, удлинения при разрыве и необратимой деформации после 150% удлинения.

Слоистые материалы в виде многослойных пленок получали с использованием системы совместной экструзии. Для получения термопластичного эластомерного слоя пленки с внутренним ядром смешивали в сухом виде смолы, в том числе VISTAMAXX™ 6102FL, термопластичный эластомер на основе пропилена, доступный от Exxon Mobil, Хьюстон, Техас; и Kraton MD6716, стирольный блок-сополимер, доступный от Kraton Polymers, Хьюстон, Техас. Полученную в результате смесь загружали в экструдер 1.5” Trinity II Killion (Killion Industries, Виста, Калифорния) с температурным профилем, установленным на 185—200 °C. Одновременно наружные слои пластика (верхний и нижний слои) получали путем загрузки одного из Dowlex 2035, линейного полиэтилена низкой плотности, доступного от Dow Chemical, Мидленд, Мичиган, HD6719, полиэтилена высокой плотности, доступного от Exxon Mobil, Хьюстон, Техас, и M3661, полипропилена, доступного от Total Petrochemical, Хьюстон, Техас, в экструдер 1.25” B Killion (Killion Industries, Виста, Калифорния) с температурным профилем 170-200 °C. Трехслойные расплавленные полимеры совместно экструдировали через 20-дюймовую экструзионную головку для получения пленки и собирали с помощью охлаждающего цилиндра, установленного на 10 °C и скорость приема 6-10 футов в минуту (fpm), с образованием в результате толщины пленки 0,06-0,11 мм.

Некоторые образцы слоистого материала предварительно растягивали путем растяжения образца 3” X 6” до 300 и 400% деформации при рабочей длине 3 дюйма с последующим расслаблением с использованием разрывной машины MTS. Затем образцы нарезали с одинаковым размером образца, и физические свойства измеряли, как описано выше в примере 1. Результаты показаны в таблице 2.

Таблица 2

Как показано в таблице 2, добавление наружных слоев пластика эффективно повышало общий предел прочности, но увеличивало необратимую деформацию. Это указывает на то, что слои пластика были менее эластичными, чем эластомерные слои пленок отдельно. Однако при предварительном растяжении общие физические свойства трехслойных слоистых материалов повышались таким образом, чтобы они были пригодны для применения во впитывающих изделиях. В частности, предел прочности значительно повышался; необратимая деформация после 150% удлинения эффективно снижалась, что означало улучшенное поведение эластичности; и удлинение при разрыве значительно снижалось, что означало, что растяжение до конечного диапазона эффективно сокращалось.

ПРИМЕР 3

В данном примере получали различные термопластичные эластомерные слоистые материалы, которые оценивали в отношении физических свойств, в том числе характеристики зависимости деформации от напряжения при растяжении, удлинения при разрыве и необратимой деформации после 150% удлинения, как в примере 2, за тем исключением, что эластомерный слой пленки содержит дополнительно 3% по весу повышающего прочность средства (частицы глины Nanocor I.44P, имеющие средний размер приблизительно 13 мкм, доступные от Nanocor, Хоффман-Эстейтс, Иллинойс), и слои пластика согласно настоящему примеру получали из Escorene Ultra LC 706.15, coполимера этиленвинилацетата, доступного от ExxonMobil, Хьюстон, Техас. Результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3

Как показано в таблице 3, наблюдали подобные физические характеристики, как и в примере 2, за тем исключением, что внутренний эластомерный слой пленки содержал 3% глины. Добавление слоев пластика Escorene Ultra LC 706.15 эффективно повышало предел прочности, но была обнаружена более высокая необратимая деформация. При предварительном растяжении, однако, физические свойства, такие как предел прочности, необратимая деформация и удлинение при разрыве, повышались подобно тому, как наблюдалось в примере 2.

ПРИМЕР 4

В данном примере получали различные термопластичные эластомерные слоистые материалы, которые оценивали в отношении физических свойств, в том числе характеристики зависимости деформации от напряжения при растяжении, удлинения при разрыве и необратимой деформации после 150% удлинения, как в примере 3, за тем исключением, что слои пластика согласно настоящему примеру получали либо из Dowlex 2035, который представляет собой линейный полиэтилен низкой плотности, коммерчески доступный от Dow Chemical (Мидленд, Мичиган), либо из M3661, который представляет собой полипропилен, коммерчески доступный от Total Petrochemical (Хьюстон, Техас). Результаты показаны в таблице 4.

Таблица 4

Как показано в таблице 4, подобно примеру 3, добавление слоев пластика эффективно повышало предел прочности, но была обнаружена более высокая необратимая деформация. При предварительном растяжении, однако, все физические свойства повышались подобно тому, как наблюдалось в примере.

Изобретение относится к области эластичных слоистых материалов для обеспечения функций удобства и плотного прилегания в средствах личной гигиены. Раскрыты более прочные эластичные слоистые материалы, имеющие улучшенный микроструктурированный внешний вид, а также способы получения слоистых материалов. Многослойные эластичные слоистые материалы содержат по меньшей мере один термопластичный эластомерный слой пленки и по меньшей мере один слой пластика, которые совместно экструдируют вместе, растягивают и затем расслабляют. Полученные слоистые материалы имеют повышенную общую прочность и эластичность. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 4 пр.

1. Эластичный слоистый материал для использования в средствах личной гигиены, содержащий:

первый термопластичный эластомерный слой пленки, обладающий необратимой деформацией менее 40% после 150% удлинения, при этом термопластичная эластомерная пленка содержит термопластичный эластомер на основе полиолефинов и стирольный блок-сополимер; и

первый слой пластика, прикрепленный к первой поверхности термопластичного эластомерного слоя пленки, при этом слой пластика обладает необратимой деформацией, превышающей необратимую деформацию эластомерного слоя пленки, и где слой пластика содержит один из полукристаллического и аморфного полимера,

причем указанный слоистый материал предварительно растянут.

2. Эластичный слоистый материал по п. 1, где термопластичный эластомер на основе полиолефинов содержит гомополимер или сополимер α-олефина с 1-12 атомами углерода.

3. Эластичный слоистый материал по п. 1, где стирольный блок-сополимер выбран из группы, состоящей из стирол-этилен-пропилен-стирола (SEPS), стирол-этилен-пропилен-стирол-этилен-пропилена (SEPSEP), стирол-этилен-бутилен-стирола (SEBS), стирол-этилен-бутилен-стирол-этилен-бутилена (SEBSEB), стирол-бутадиен-стирола (SBS), стирол-изопрен-стирола (SIS), стирол-изопрен-бутадиен-стирола (SIBS), стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола (SEEPS), гидрогенизированного винил-полиизопрена/гидрогенизированного полиизопрена/полистирола и их комбинаций.

4. Эластичный слоистый материал по п. 1, дополнительно содержащий средство, повышающее прочность, где средство, повышающее прочность, представляет собой неорганическую глину.

5. Эластичный слоистый материал по п. 4, где термопластичный эластомерный слой пленки содержит более 50% по весу термопластичного эластомера на основе полиолефинов, от приблизительно 15% по весу до приблизительно 40% по весу стирольного блок-сополимера и от приблизительно 2% по весу до приблизительно 10% по весу средства, повышающего прочность.

6. Эластичный слоистый материал по п. 1, где термопластичный эластомерный слой пленки практически не содержит карбонат кальция.

7. Эластичный слоистый материал по п. 1, где полукристаллический или аморфный полимер выбран из группы, состоящей из полиолефинов, сополимеров на основе полиолефинов, сложных полиэфиров и их комбинаций.

8. Эластичный слоистый материал по п. 1, где слой пластика содержит от приблизительно 5% по весу до приблизительно 50% по весу полукристаллического или аморфного полимера.

9. Эластичный слоистый материал по п. 1, где термопластичный эластомерный слой пленки является непроницаемым для воздуха.

10. Эластичный слоистый материал по п. 1, дополнительно содержащий второй слой пластика, прикрепленный ко второй поверхности термопластичного эластомерного слоя пленки.

11. Эластичный слоистый материал по п. 1, дополнительно содержащий второй термопластичный эластомерный слой пленки, где второй термопластичный эластомерный слой пленки прикреплен к первому слою пластика, противоположному первому термопластичному эластомерному слою пленки.

12. Способ получения эластичного слоистого материала для использования в средствах личной гигиены, при этом способ включает:

совместную экструзию первого термопластичного эластомерного слоя пленки с первым слоем пластика с получением эластичного слоистого материала, при этом термопластичный слой пленки обладает необратимой деформацией менее 40% после 150% удлинения и содержит термопластичный эластомер на основе полиолефинов, стирольный блок-сополимер и средство, повышающее прочность, при этом слой пластика обладает необратимой деформацией, превышающей необратимую деформацию эластомерного слоя пленки, и где слой пластика содержит один из полукристаллического или аморфного полимера;

растяжение эластичного слоистого материала в одном или обоих из машинного направления или поперечного направления; и

расслабление растянутого эластичного слоистого материала.

13. Способ по п. 12, где термопластичный эластомер на основе полиолефинов содержит гомополимер или сополимер α-олефина с 1-12 атомами углерода.

14. Способ по п. 12, где стирольный блок-сополимер выбирают из группы, состоящей из стирол-этилен-пропилен-стирола (SEPS), стирол-этилен-пропилен-стирол-этилен-пропилена (SEPSEP), стирол-этилен-бутилен-стирола (SEBS), стирол-этилен-бутилен-стирол-этилен-бутилена (SEBSEB), стирол-бутадиен-стирола (SBS), стирол-изопрен-стирола (SIS), стирол-изопрен-бутадиен-стирола (SIBS), стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола (SEEPS), гидрогенизированного винил-полиизопрена/гидрогенизированного полиизопрена/полистирола и их комбинаций.

15. Способ по п. 12, где средство, повышающее прочность, представляет собой неорганическую глину.

16. Способ по п. 12, где термопластичный эластомерный слой пленки содержит более 50% по весу термопластичного эластомера на основе полиолефинов, от приблизительно 15% по весу до приблизительно 40% по весу стирольного блок-сополимера и от приблизительно 2% по весу до приблизительно 10% по весу средства, повышающего прочность.

17. Способ по п. 12, где полукристаллический или аморфный полимер выбирают из группы, состоящей из полиолефинов, сополимеров на основе полиолефинов, сложных полиэфиров и их комбинаций.

18. Способ по п. 12, где эластомерный слоистый материал растягивают на от приблизительно 100% до приблизительно 600% в машинном направлении или поперечном направлении.

19. Способ по п. 12, дополнительно включающий совместную экструзию второго слоя пластика с первым термопластичным эластомерным слоем пленки, противоположным первому слою пластика, при этом второй слой пластика содержит один из полукристаллического или аморфного полимера.

20. Способ по п. 12, дополнительно включающий совместную экструзию второго термопластичного эластомерного слоя пленки с первым слоем пластика, противоположным первому термопластичному эластомерному слою пленки.