DE69926497T2

DE69926497T2 - Hochgeschwindigkeitsverfahren zur herstellung einer mikroporösen folie

Info

Publication number: DE69926497T2
Application number: DE69926497T
Authority: DE
Inventors: Pai-Chuan Wu; V. Leopoldo CANCIO; K. Girish SHARMA
Original assignee: Clopay Plastic Products Co Inc
Current assignee: Clopay Plastic Products Co Inc
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: WO1999060050A1; HUP0102654A3; NO20005689D0; EP1482005A2; TWI239978B; AU3987799A; EP1078013B1; AR015777A1; CA2329529A1; JP2002515367A; NZ507461A; HU226496B1; EP1078013A1; KR20060012052A; DE69926497D1; KR100583548B1; EP1482005A3; KR20010043235A; AU739260B2; NO20005689L

Description

Hintergrund der Erfindung
Verfahren zur Herstellung mikroporöser Folienprodukte sind seit einiger Zeit bekannt. Beispielsweise lehrt US-Patent Nr. 3,832,267 für Liu, das Schmelzprägen einer eine dispergierte amorphe Polymer-Phase enthaltenden Polyolefin-Folie vor dem Recken oder Orientieren (stretching or orientation) zur Verbesserung der Gas- und Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeit der Folie. Nach dem Liu '267 Patent wird eine Folie von polykristallinem Polypropylen mit einer dispergierten amorphen Polypropylen-Phase zunächst vor einem biaxialen Ziehen (Recken) geprägt, um eine gereckte unperforierte Folie mit einer größeren Permeabilität zu erreichen. Die dispergierte amorphe Phase dient dazu, Mikrofehlstellen zu erhalten, um die Permeabilität der ansonsten unperforierten Folie zu erhöhen, um die Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeit („moisture vapor transmission", MVT) zu verbessern. Die geprägte Folie wird bevorzugt nacheinander geprägt und gezogen.
1976 machte Schwarz eine Veröffentlichung, die Polymermischungen und -rezepturen zur Erzeugung von mikroporösen Substraten beschreibt (Eckhard C.A. Schwartz (Biax-Fiberfilm), „New Fibrillated Film Structures, Manufacture and Uses" Pap. Synth. Conf. (TAPPI), 1976, Seiten 33–39). Nach dieser Veröffentlichung tritt in einer Folie von zwei oder mehr inkompatiblen Polymeren, wobei ein Polymer eine kontinuierliche Phase und ein zweiter Polymer eine diskontinuierliche Phase bildet, beim Recken eine Phasentrennung auf, was zu Fehlstellen in der Polymermatrix führt und die Porosität der Folie erhöht. Die kontinuierliche Folienmatrix eines kristallisierbaren Polymers kann ebenso mit einem anorganischen Füllmaterial wie etwa Ton, Titandioxid, Calciumcarbonat usw. gefüllt werden, um eine Mikroporosität in dem gereckten Polymersubstrat zu erhalten.
Viele weitere Patente und Veröffentlichungen offenbaren das Phänomen der Herstellung mikroporöser thermoplastischer Folienprodukte. Beispielsweise offenbart das Europäische Patent EP 141592 die Verwendung eines Polyolefins, insbesondere Ethylenvinylacetat (EVA) mit einer dispergierten Polystyrol-Phase, die beim Recken eine Folie mit Fehlstellen erzeugt, was die Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeit der Folie verbessert. Dieses EP '592 Patent offenbart auch die aufeinanderfolgenden Schritte des Prägens der EVA-Folie mit dicken und dünnen Bereichen gefolgt vom Recken, um zunächst eine Folie mit Fehlstellen zu erhalten, die, wenn weiter gereckt, ein vliesähnliches Produkt ergibt. Die US-Patente Nr. 4,452,845 und 4,596,738 offenbaren ebenso gereckte thermoplastische Folien, bei denen die dispergierte Phase ein mit Calciumcarbonat gefülltes Polyethylen sein kann, um die Mikrofehlstellen beim Recken zu erhalten. Die späteren US-Patente Nrn. 4,777,073, 4,814,124 und 4,921,653 offenbaren dieselben Verfahren, die von den oben erwähnten früheren Veröffentlichungen beschrieben wurden, einschließlich der Schritte eines ersten Prägens einer einen Füller enthaltenden Polyolefin-Folie und anschließendem Recken der Folie, um ein mikroporöses Produkt zu erhalten.
Mit Bezug auf US-Patente Nrn. 4,705,812 und 4,705,813 wurden mikroporöse Folien aus einer Mischung aus linearem Polyethylen geringer Dichte („linear low density polyethylene", LLDPE) und Polyethylen geringer Dichte („low density polyethylene", LDPE) mit Bariumsulfat als dem anorganischen Füllmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,1–7 Mikron produziert. Es ist weiterhin bekannt, Mischungen von LLDPE und LDPE mit einem thermoplastischen Gummi wie Kraton zu modifizieren. Andere Patente wie US-Patent Nr. 4,582,871 offenbaren die Verwendung von thermoplastischen Styrol-Block-Tripolymeren in der Herstellung von mikroporösen Folien mit anderen inkompatiblen Polymeren wie Styrol. Im Stand der Technik sind weitere allgemeine Lehren wie die Offenbarungen der US-Patente Nrn. 4,472,328 und 4,921,652 bekannt.
Relevante Patente bezüglich eines Extrusionskaschierens von ungereckten, nichtgewebten Vliesen schließen die US-Patente Nrn. 2,714,571, 3,058,868, 4,522,203, 4,614,679, 4,692,368, 4,753,840 und 5,035,941 ein. Die obigen '863 und '368 Patente offenbaren das Recken extrudierter polymerischer Folien vor dem Kaschieren mit ungereckten, nichtgewebten Faservliesen an Druckwalzenspalten. Die Patente '203 und '941 sind auf das Co-Extrudieren mehrerer polymerischer Folien mit ungereckten, nichtgewebten Vliesen an Druckwalzenspalten gerichtet. Das '840 Patent offenbart ein Vorformen von nichtgewebten polymerischen Fasermaterialien vor einem Extrusionskaschieren mit Folien, um die Bin dung zwischen den nichtgewebten Fasern und Folien zu verbessern. Genauer offenbart das '840 Patent herkömmliche Prägetechniken zur Bildung verdichteter und unverdichteter Gebiete in nichtgewebten Basislagen vor einem Extrusionskaschieren zur Verbesserung einer Bindung zwischen nichtgewebten Faservliesen und Folien mittels der verdichteten Fasergebiete. Das '941 Patent lehrt weiterhin, dass ungereckte, nichtgewebte Vliese, die an einlagige polymere Folien extrusionskaschiert sind, für Feinlöcher (pinholes) anfällig sind, die durch Fasern verursacht werden, die sich im Allgemeinen senkrecht aus der Ebene des Fasersubstrats erstrecken, und entsprechend offenbart dieses Patent die Verwendung von vielen co-extrudierten Folienlagen zur Vermeidung der Feinloch-Probleme. Weiterhin sind Verfahren zum Binden von losen, nichtgewebten Fasern an polymerische Folien in den US-Patenten Nrn. 3,622,422, 4,379,197 und 4,725,473 offenbart.
Es ist weiterhin bekannt, nichtgewebte Faservliese unter Verwendung von kämmenden („intermeshing") Walzen zu recken, um das Basisgewicht zu reduzieren. Beispiele von Patenten in diesem Gebiet sind die US-Patente Nr. 4,153,664 und 4,517,714. Das '664 Patent offenbart ein Verfahren zum zunehmenden Recken nichtgewebter Faservliese in Querrichtung („cross direction", CD) oder Längsrichtung („machine direction", MD) unter Verwendung eines Paares von kämmenden Walzen zur Stärkung und Aufweichung nichtgewebter Vliese. Das '664 Patent offenbart weiterhin eine alternative Ausführungsform, bei der das nichtgewebte Faservlies auf die thermoplastische Folie vor dem kämmenden Recken kaschiert wird.
Es wurden weiterhin Anstrengungen unternommen, um atmungsaktive nichtgewebte Komposit-Sperrschicht-Gewebe herzustellen, die flüssigkeitsundurchlässig aber durchlässig für Wasserdampf sind. US-Patent Nr. 5,409,761 ist ein Beispiel eines Herstellungsprozesses der patentierten Technik. Entsprechend dieses '761 Patents wird ein nichtgewebtes Komposit-Gewebe durch Ultraschall-Bindung einer mikroporösen thermoplastischen Folie mit einer Schicht von nichtgewebtem faserigem thermoplastischem Material hergestellt. Diese Verfahren und andere Verfahren zur Herstellung von atmungsaktiven Laminaten von nichtgewebten und thermoplastischen Materialien neigen zum Einbeziehen teurer Herstellungstechniken und/oder teurer Rohmaterialien.
Unbeschadet der umfassenden Entwicklung der Technik zur Herstellung atmungsaktiver mikroporöser Folien und Laminate, um Luft- und Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeiten mit Flüssigkeitsbarriere-Eigenschaften zu erhalten, werden weitere Verbesserungen benötigt. Insbesondere werden Verbesserungen für die Herstellung mikroporöser Folienprodukte und Laminate auf Hochgeschwindigkeitsproduktionsmaschinen gewünscht. Es wäre sehr wünschenswert, mikroporöse Folienprodukte ohne unerwünschte Feinlöcher und ohne Zugresonanz herzustellen. In der Vergangenheit haben Versuche, die Produktionsgeschwindigkeiten zu erhöhen, zu Folienbrüchen oder Folienprodukten mit inkonsistenten Eigenschaften geführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung einer mikroporösen thermoplastischen Folie. Die mikroporöse Folie ist durchlässig für Luft und Wasserdampf, ist aber eine Barriere für Flüssigkeit. Atmungsaktive Laminate aus mikroporöser Folie mit Vlies-Substraten werden auch mit hohen Geschwindigkeiten entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt.
Das Hochgeschwindigkeitsverfahren dieser Erfindung umfasst Schmelz-Mischen einer Zusammensetzung mit:

(a) 35 bis 45 Gew.-% eines linearen Polyethylens geringer Dichte,
(b) 3 bis 10 Gew.-% eines Polyethylens geringer Dichte,
(c) 40 bis 55 Gew.-% Calciumcarbonat-Füllpartikel, und
(d) 2 bis 6 Gew.-% eines Triblock-Copolymers von Styrol aus der aus Styrol-Butadien-Styrol, Styrol-Isopren-Styrol und Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol und deren Mischungen bestehenden Gruppe.

Die schmelz-gemischte Zusammensetzung wird in einen Walzenspalt mit einer Luftbürste extrudiert, bevorzugt durch eine Schlitzdüse, um eine Folie bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von mindestens 550 fpm bis 1200 fpm (2,794 bis 6,096 m/s) ohne Zugresonanz zu bilden. Geschwindigkeiten von mindestens etwa 750 fpm (3,81 m/s) bis etwa 1200 fpm (6,096 m/s) oder größer, wurden ohne Zugresonanz erreicht. Die Verwendung der Luftbürste zur Unterstützung der Eliminierung von Zugresonanz ist bekannt, beispielsweise aus US-Patent Nr. 4,626,574. Danach wird eine zunehmende Reckkraft auf die Folie bei den hohen Geschwindigkeiten entlang von Linien im Wesentlichen gleichförmig über die Folie und über ihre gesamte Tiefe ausgeübt, um eine mikroporöse Folie zu erhalten. Daher stellt die Erfindung ein Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung von mikroporösen Folien und Laminaten mit Vlies-Substraten gleicher Abmessungen („gauge") bereit. Das Problem der Zugresonanz wird vermieden, das bisher zu unregelmäßigen Abmessungen oder Dicken in den Folieprodukten geführt hat, auch wenn Maschinengeschwindigkeiten von etwa 750 bis 1200 fpm (3,81 bis 6,096 m/s) erreicht werden.
Die Mischung von LLDPE und LDPE innerhalb der ungefähren Zusammensetzungsraten ermöglicht die Folienproduktion ohne Bruch und Feinlöcher, wenn sie mit der beschriebenen Menge Calciumcarbonat ausgeglichen ist. Insbesondere liegt das LLDPE in einer Menge von 35 bis 45 Gew.-% vor, um in einem ausreichenden Ausmaß eine Matrix zum Tragen der Calciumcarbonat-Füllpartikel bereitzustellen, wodurch die Folie gehandhabt und ohne Feinlochbildung und Bruch gereckt werden kann. Das LDPE in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% trägt ebenso zur Folienproduktion ohne Feinlochbildung bei und ermöglicht die Hochgeschwindigkeitsproduktion ohne Zugresonanz. Die polymerische Matrix ist mit einer Menge von 40 bis 45 Gew.-% Calciumcarbonat-Partikeln mit einem mittleren Partikeldurchmesser von vorzugsweise etwa 1 Mikron ausgeglichen, um eine ausreichende MVT im Bereich von etwa 1000 gms/m²/Tag bis 4000 gms/m²/Tag zu erreichen. Weiterhin benötigt die schmelz-gemischte Zusammensetzung einen Triblock-Polymer in einer Menge von 2 bis 6 Gew.-%, um ein Recken in der Hochgeschwindigkeitsproduktion ohne Bruch zu ermöglichen. Eine zunehmende Reckkraft wird unter Umgebungsbedingungen oder bei erhöhter Temperatur längs zu den gebildeten Folien bei Geschwindigkeiten von zumindest etwa 550 fpm (2,794 m/s) bis etwa 1200 fpm (6,096 m/s) oder mehr ausgeübt, entlang von Linien im Wesentlichen gleichförmig über die Folie und über ihre gesamte Tiefe, um eine mikroporöse Folie zu erhalten.
Das Verfahren dieser Erfindung umfasst auch Kaschieren der mikroporösherstellbaren thermoplastischen Folie an ein nichtgewebtes Faservlies während einer Extrusion. Das Extrusionskaschieren wird mit den gleichen hohen Geschwindigkeiten durchgeführt, wobei ein nichtgewebtes Faservlies in den Walzenspalt zusammen mit dem mikroporös-herstellbaren thermoplastischen Extrudat eingebracht wird. Die Druckkraft zwischen dem Faservlies und dem Extrudat wird gesteuert, um eine Oberfläche des Vlieses an die Folie zu binden und ein Laminat zu bilden. Das Laminat wird dann zunehmend entlang von Linien im Wesentlichen gleichförmig über das Laminat und über seine Tiefe in eine Richtung gereckt, um die Folie mikroporös zu machen. Das Laminat kann sowohl in Quer- als auch Längsrichtung gereckt werden, um atmungsaktive, stoffähnliche Flüssigkeitsbarrieren zu erhalten, die in der Lage sind, Feuchtigkeitsdampf und Luft durchzulassen.
Andere Nutzen, Vorteile und Ziele dieser Erfindung werden weiterhin mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung verstanden werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es ist das primäre Ziel dieser Erfindung, eine mikroporöse Folie und deren kaschierte Produkte mit nichtgewebten Faservliesen auf Hochgeschwindigkeitsproduktionsmaschinen herzustellen. Es ist das weitere Ziel des Verfahrens, solche mikroporösen Folienprodukte mit regelmäßigen Abmessungen, gleichförmiger Porosität und ohne Bruch herzustellen.
A. Materialien für das Verfahren
Wie oben entwickelt, werden diese und andere Ziele in einer bevorzugten Form der Erfindung erreicht durch ein erstes Schmelz-Mischen einer Zusammensetzung mit:

(a) 35 bis 45 Gew.-% eines linearen Polyethylens geringer Dichte,
(b) 3 bis 10 Gew.-% eines Polyethylens geringer Dichte,
(c) 40 bis 55 Gew.-% Calciumcarbonat-Füllpartikel, und
(d) 2 bis 6 Gew.-% eines Triblock-Copolymers von Styrol aus der aus Styrol-Butadien-Styrol, Styrol-Isopren-Styrol und Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol und deren Mischungen bestehenden Gruppe,

Insbesondere besteht in einer bevorzugten Form die schmelz-gemischte Zusammensetzung im Wesentlichen aus etwa 42 Gew.-% LLDPE, etwa 4 Gew.-% LDPE, etwa 44 Gew.-% Calciumcarbonat-Füllpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 1 Mikron und etwa 3 Gew.-% Triblock-Polymer, insbesondere Styrol-Butadien-Styrol. Falls gewünscht, können die Steifheitseigenschaften der mikroporösen Folienprodukte durch Einbringen von Polyethylen hoher Dichte in der Größenordnung von 0 bis 5 Gew.-% und 0 bis 4 Gew.-% Titandioxid gesteuert werden. Typischerweise wird ein Verarbeitungshilfsmittel wie ein Fluorcarbon-Polymer in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,2 Gew.-% hinzugefügt, beispielsweise 1-Propen,1,1,2,3,3,3-Hexafluorcopolymer mit 1,1-Diflluorethylen. Der Triblock-Polymer kann ebenso mit Öl, Kohlenwasserstoff, Antioxidationsmittel und Stabilisator gemischt werden. Antioxidationsmittel umfassen Tetrakis (Methylen(3,5-Di-Tert-Butyl-4-Hydroxyhydrocinnamat))Methan (Irganox 1010 als Handelsname) und Tris(2,4-Di-Tert-Butylphenyl)Phosphit (Irgafos 168 als Handelsname) in einer Gesamtmenge von 500 bis 4000 ppm (Teile pro Million).
Sowohl Präge- als auch Flachfolien können entsprechend den Prinzipien dieser Erfindung hergestellt werden. Im Fall einer geprägten Folie umfasst der Walzenspalt eine metallische Prägewalze und eine Gummiwalze. Die Druckkraft zwischen den Walzen bildet eine geprägte Folie gewünschter Dicke in der Größenordnung von 0,5 bis etwa 10 mils (12,7 bis 254 μm). Es wurde weiterhin erkannt, dass mit einer polierten Chromoberfläche versehene Walzen eine Flachfolie bilden. Unabhängig davon, ob die Folie eine Präge- oder eine Flachfolie ist, werden mit zunehmendem Recken bei hohen Geschwindigkeiten mikroporöse Folienprodukte hergestellt, die eine hohe Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR) innerhalb des akzeptablen Bereichs von etwa 1000 bis 4000 gms/m²/Tag aufweisen. Es wurde erkannt, dass eine Fachfolie gleichförmiger als eine geprägte Folie zunehmend gereckt werden kann. Der Vorgang kann bei Umgebungs- oder Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, können Laminate der mikroporösen Folie mit nichtgewebten Faservliesen erhalten werden.
Die nichtgewebten Faservliese können Fasern von Polyethylen, Polypropylen, Polyestern, Rayon, Zellulose, Nylon und Mischungen solcher Fasern enthalten. Eine Anzahl von Definitionen wurden für nichtgewebte Faservliese vorgeschlagen. Die Fasern sind üblicherweise Stapelfasern oder kontinuierliche Fäden. Auf die Vliese wird üblicherweise mit spunbond, kardiert, schmelzgeblasen und ähnlichem Bezug genommen. Die Fasern oder Fäden können zweikomponentig sein, um ein Verbinden zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Faser mit einer Hülse und einem Kern aus unterschiedlichen Polymeren wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) verwendet werden oder es können Mischungen von PE- und PP-Fasern verwendet werden. Der Begriff „nichtgewebtes Faservlies" wird hier in seiner allgemeinen Bedeutung zur Definition einer im Allgemeinen planaren Struktur verwendet, die relativ eben, flexibel und porös ist und aus Stapelfasern oder kontinuierlichen Fäden besteht. Eine detaillierte Beschreibung von Vliesen findet sich in „Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler" von E. A. Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 3. Auflage (1992).
In einer bevorzugten Form verwendet das mikroporöse Laminat eine Folie mit einer Abmessung oder einer Dicke zwischen 0,25 und 10 mils (6,35 bis 254 μm), wobei abhängig von der Verwendung die Foliendicke variiert wird und besonders bevorzugt in Einweganwendungen in der Größenordnung von etwa 0,25 bis 2 mils (6,35 bis 60,8 μm) liegt. Die nichtgewebten Faservliese der kaschierten Folienbahn haben normalerweise ein Gewicht von etwa 5 gms/yd² bis 75 gms/yd² (5,98 bis 89,70 g/m²), bevorzugt etwa 20 bis etwa 40 gms/yd² (23,92 bis 47,84 g/m²). Das Komposit oder Laminat kann in Querrichtung („cross direction", CD) zunehmend gereckt werden, um ein CD-gerecktes Komposit zu bilden. Weiterhin kann auf das CD-Recken ein Recken in Längsrichtung („machine direction", MD) folgen, um ein Komposit zu bilden, das sowohl in Quer- als auch in Längs-Richtung gereckt ist. Wie oben dargestellt, können die mikroporöse Folie oder das Laminat in vielen unterschiedlichen Anwendungen wie Babywindeln, Damenbinden oder Bekleidungsstücken und ähnlichem verwendet werden, bei denen Feuchtigkeitsdampf- und Luft-Durchlässigkeitseigenschaften ebenso wie Flüssigkeitsbarriereneigenschaften benötigt werden.
B. Recker für die mikroporösen Folien und Laminate
Eine Anzahl von unterschiedlichen Reckern und Techniken kann zum Recken der Folie oder des Laminats eines nichtgewebten Faservlieses und einer mikroporös-herstellbaren Folie verwendet werden. Diese Laminate von nichtgewebten kardierten Faservliesen von Stapelfasern oder nichtgewebten spun-bonded Faservliesen können mit den wie folgt beschriebenen Reckern und Techniken gereckt werden:

1. Diagonal kämmender Recker Der diagonal kämmende Recker besteht aus einem Paar von linkshändigen und rechtshändigen schrägstirnradartigen („helical gear-like") Elementen auf parallelen Wellen. Die Wellen sind zwischen zwei Seitenplatten angeordnet, wobei die untere Welle fest gelagert ist und die obere Welle in Lagern angeordnet ist, die sich in vertikal verschiebbaren Elementen finden. Die verschiebbaren Elemente sind in vertikaler Richtung durch keilförmige Elemente justierbar, die von Justierschrauben bewegt werden. Das Herein- oder Herausschrauben der Keile bewegt die vertikal verschiebbaren Elemente jeweils herunter oder herauf, um die zahnradartigen Zähne der oberen kämmenden Walze mit der unteren kämmenden Walze weiter in Eingriff oder voneinander weg zu bringen. Am Seitenrahmen angebrachte Mikrometerschrauben dienen zur Anzeige der Tiefe des Eingriffs der Zähne der kämmenden Walzen. Druckluftzylinder werden verwendet, um die verschiebbaren Elemente in ihrer unteren eingegriffenen Position fest gegen die Justierkeile zu halten, um der aufwärts gerichteten Kraft entgegen zu wirken, die von dem gereckten Material ausgeübt wird. Diese Zylinder können ebenso zurückgezogen werden, um die obere und untere kämmenden Walze zum Zweck des Einführens von Material durch die kämmende Ausrüstung oder im Zusammenhang mit einem Sicherheitsschaltkreis voneinander zu entfernen, der, wenn aktiviert, alle Maschinenwalzenspalte öffnet. Ein Antriebsmittel wird üblicherweise verwendet, um die stationäre kämmende Walze anzutreiben. Wenn die obere kämmende Walze zum Zweck der Maschineneinführung oder Sicherheit entfernbar ausgelegt ist, ist es zu bevorzugen, eine spielfreie Getriebeanordnung zwischen der unteren und oberen kämmenden Walze zu verwenden, um sicherzustellen, dass beim Wiederineingriff-Bringen die Zähne einer kämmenden Walze immer zwischen die Zähne der anderen kämmenden Walze fallen und ein möglicherweise beschädigender physikalischer Kontakt zwischen Kopfhöhen („addenda") der ineinandergreifenden Zähne vermieden wird. Wenn die kämmenden Walzen zum konstanten Eingriff vorgesehen sind, muss die obere kämmende Walze üblicherweise nicht angetrieben werden. Ein Antrieb kann durch das gereckte Material von der angetriebenen kämmenden Walze erreicht werden. Die kämmenden Walzen ähneln Schrägstirn-Rädern mit feiner Steigung. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Walzen einen Durchmesser von 5,935'' (15,075 cm), 45° Schrägungswinkel, eine 0,100'' (0,254 cm) Normsteigung („normal pich"), eine Modulteilung von 30 („diametral pitch") und einen Eingriffswinkel von 14½° und stellen im Wesentlichen ein langes Zahnrad dar („long addendum topped gear"). Dies erzeugt ein schmales, tiefes Zahnprofil, das einen Eingriff von bis zu 0,090'' (0,2286 cm) und etwa 0,005'' (0,0127 cm) Freiraum an den Seiten der Zähne für die Materialdicke erlaubt. Die Zähne sind nicht dafür ausgelegt, ein Rotationsdrehmoment zu übertragen, und es tritt kein Metall-Metall-Kontakt während des normalen kämmenden Reckvorgangs statt.
2. In Querrichtung kämmender Recker Die Ausrüstung zum kämmenden Recken in Querrichtung ist identisch zum diagonal kämmenden Recker mit Unterschieden in der Auslegung der kämmenden Walzen und anderer kleinerer Gebiete, wie unten aufgeführt. Da die in Querrichtung kämmenden Elemente zu einer großen Angriffstiefe fähig sind, ist es wichtig, dass die Ausrüstung ein Mittel umfasst, das dafür sorgt, dass die Wellen der zwei kämmenden Walzen zueinander parallel bleiben, wenn die obere Welle gehoben oder gesenkt wird. Dies ist nötig, um sicherzustellen, dass die Zähne einer kämmenden Walze immer zwischen die Zähne der anderen kämmenden Walze fallen und ein möglicherweise beschädigender physischer Kontakt zwischen den ineinander greifenden Zähnen vermieden wird. Diese Parallelbewegung wird durch eine Anordnung mit Zahnstangen und Zahnrädern sichergestellt, wobei eine stationäre Zahnstange neben den vertikal bewegbaren Elementen an jeden Seitenrahmen angebracht ist. Eine Welle durchläuft die Seitenrahmen und arbeitet in einem Lager in jedem der vertikal bewegbaren Elemente. Ein Zahnrad sitzt an jedem Ende dieser Welle und arbeitet im Eingriff mit den Zahnstangen, um die gewünschte Parallelbewegung zu erzeugen. Der Antrieb für den in Querrichtung kämmenden Recker muss sowohl die untere als auch die obere kämmende Walze antreiben, mit Ausnahme des Falls eines kämmenden Reckens von Materialien mit einem relativ hohen Reibungskoeffizienten. Der Antrieb muss jedoch nicht spielfrei sein, da ein geringes Ausmaß von Fehllängsausrichtung oder Antriebsschlupf kein Problem darstellt. Der Grund hierfür wird mit einer Beschreibung der ineinander greifenden Elemente für die Querrichtung offensichtlich werden. Die ineinander greifenden Elemente in Querrichtung werden aus einem massiven Material hergestellt, können jedoch am besten als ein abwechselnder Stapel von Scheiben mit zwei unterschiedlichen Durchmessern beschrieben werden. In der bevorzugten Ausführungsform hätten die kämmenden Scheiben einen Durchmesser von 6'' (15,24 cm), eine Dicke von 0,031'' (0,0787 cm) und einem Vollradius an ihrer Kante. Die die kämmen den Scheiben trennenden Abstandsscheiben haben einen Durchmesser von 5 ½''(13,97 cm) und eine Dicke von 0,069'' (0,1753 cm). Zwei Walzen dieser Konfiguration wären in der Lage, bis zu 0,231'' (0,587 cm) in Eingriff gebracht zu werden, wobei ein Freiraum von 0,019'' (0,048 cm) für Material auf allen Seiten bliebe. Wie beim diagonal kämmenden Recker hat die Konfiguration der ineinander greifenden Elemente für Querrichtung eine Steigung von 0,100'' (0,254 cm).
3. In Längsrichtung kämmender Recker Die Ausrüstung zum kämmenden Recken in Längsrichtung ist identisch zu dem diagonal kämmenden Recker mit Ausnahme des Designs der kämmenden Walzen. Die in Längsrichtung kämmenden Walzen sind sehr ähnlich zu Stirnrädern mit feiner Steigung. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Walzen einen Durchmesser von 5,933'' (15,075 cm), eine Steigung von 0,100'' (0,254 cm), eine Modulteilung („Diametral pitch") von 30, einen Eingriffswinkel von 14½° und sind im Wesentlichen ein langes Zahnrad („long addendum topped gear"). Ein zweiter Arbeitsgang wurde an diesen Walzen mit einem Wälzfräserversatz von 0,010'' (0,0254 cm) durchgeführt, um einen geschmälerten Zahn mit mehr Freiraum zu erhalten. Mit einem Eingriff von etwa 0,090'' (0,2286 cm) weist diese Konfiguration einen Freiraum von 0,010'' (0,0254 cm) zur Materialdicke an den Seiten auf.
4. Technik des zunehmenden Reckens Die oben beschriebenen Recker für diagonale Richtung, Querrichtung oder Längsrichtung können verwendet werden, um die zunehmend gereckte Folie oder das Laminat von nichtgewebtem Faservlies und mikroporösherstellbarer Folie zur Bildung der mikroporösen Folienprodukte dieser Erfindung herzustellen. Beispielsweise kann das Recken an einem Extrusionslaminat eines nichtgewebten Faservlieses von Stapelfasern oder spunbonded Fäden und mikroporös herstellbarer thermoplastischer Folie angewendet werden. In einem der einzigartigen Aspekte dieser Erfindung kann ein Laminat eines nichtgewebten Faservlieses von spunbonded Fäden zunehmend gereckt werden, um ein sehr weiches Faserfinish an dem Laminat zu erhalten, das wie Stoff aussieht. Das Laminat von nichtgewebtem Faservlies und mikroporös herstellbarer Folie wird, beispielsweise unter Verwendung des kämmenden Reckens in Quer- oder Längsrichtung, mit einem Durchgang durch den Recker mit einer Tiefe des Walzeneingriffs von etwa 0,06 bis 0,12'' (0,1524 bis 0,3048 cm) bei Geschwindigkeiten von etwa 550 fpm bis 1200 fpm (2,794 bis 6,096 m/s) oder schneller zunehmend gereckt. Die Ergebnisse eines solchen zunehmenden oder kämmenden Reckens erzeugen Laminate, die ausgezeichnete Atmungsaktivität und Flüssigkeitsbarriereneigenschaften aufweisen, wobei aber überlegende Bindungsstärken und weiche stoffähnliche Texturen erhalten werden.

Die folgenden Beispiele illustrieren das Verfahren zur Herstellung von mikroporöser Folie und Laminaten dieser Erfindung. Im Licht dieser Beispiele und der weiteren detaillierten Beschreibung ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass Variationen daran ohne eine Abweichung vom Umfang der Erfindung gemacht werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird weiterhin mit Bezug auf die Zeichnungen verstanden, wobei:
1 eine schematische Zeichnung einer Inline-Vorrichtung zum Extrusionskaschieren und zunehmenden Recken zur Herstellung des mikroporösen Laminats der Erfindung ist.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1 ist, die die kämmenden Walzen in schematischer Form zeigt.
3 ein Graph ist, der die Maschinengeschwindigkeiten der Beispiele 1 bis 5 darstellt.
4 ein Graph ist, der die Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitseigenschaften von geprägten und glatten mikroporösen Folien zeigt.
5 ein Graph ist, der zeigt, dass die Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitsrate durch Heizen der Zwischenproduktfolie adjustiert werden kann.
Beispiele 1 bis 5
Mischungen von LLDPE und LDPE mit den in Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzungen wurden zur Bildung von Folien extrudiert und die Folien wurden dann zunehmend gereckt, um mikroporöse Folien zu erhalten.
Tabelle 1

* andere Komponenten umfassen 2,5 Gew.-% eines Styrol-Butadien-Styrol (SBS) Triblock-Polymers, Shell Kraton 2122X, eine Mischung aus einem SBS <50 Gew.-%, Mineralöl <30 Gew.-%, EVA-Copolymer <15 Gew.-%, Polystyrol <10 Gew.-%, Kohlenwasserstoffharz <10 Gew.-%, Antioxidationsmittel/Stabilisator <1 Gew.-% und hydradisiertem amorphem Quarz <1 Gew.-%

Jede der Rezepturen 1 bis 5 wurde unter Verwendung einer Extrusionsvorrichtung wie schematisch in 1 gezeigt, zu Folien extrudiert. Wie gezeigt, kann die Vorrichtung zur Folienextrusion mit oder ohne Kaschieren verwendet werden. Im Fall der Folienextrusion wurden die Rezepturen der Beispiele 1 bis 5 aus einem Extruder 1 durch Schlitzdüse 2 zur Bildung des Extrudats 6 in den Spalt einer Gummiwalze 5 und einer Metallwalze 4 mit einer Luftbürste 3 gegeben. Beim Durchführen eines Extrusionskaschieren wird ein hereinkommendes Vlies eines faserigen Materials 9 von Walze 13 ebenso in den Spalt der Gummiwalze 5 und Metallwalze 4 eingeführt. In den Beispielen 1 bis 5 wurde die thermoplastische Folie zum nachfolgenden zunehmenden Recken zur Bildung der mikroporösen Folie hergestellt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde bei Geschwindigkeiten von etwa 550 fpm bis 1200 fpm (2,794 bis 6,096 m/s) eine Polyethylen-Folie mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 2 mils (50,8 μm) hergestellt, die bei Walze 7 abgenommen wurde. Die Luftbürste 3 besitzt eine Länge von etwa 120'' (304,8 cm) und eine Öffnung von etwa 0,035''–0,060'' (0,089–0,152 cm). Luft wird durch die Öffnung und gegen das Extrudat 6 mit etwa 5 cfm/inch bis 25 cfm/inch geblasen. Die Druckkraft am Walzenspalt und die Luftbürste werden so gesteuert, dass die Folie ohne Feinlöcher und ohne Zugresonanz im Fall der Beispiele 2 bis 5 hergestellt wird. Bei der Zugabe von LDPE in einem Ausmaß von 1,5 Gew.-% zu der Zusammensetzung trat bei einer Maschinengeschwindigkeit von 550 fpm (2,794 m/s) eine Zugresonanz auf. Wenn jedoch das LDPE in der Rezeptur in einem Ausmaß von 3,7 Gew.-% mit dem LLDPE in einem Ausmaß von 44,1–44,9 Gew.-% eingebracht wurde, war es möglich, eine Folienproduktion bei Hochgeschwindigkeiten von mehr als 550 fpm bis zu 1200 fpm (2,794 bis 6,096 m/s) ohne Zugresonanz zu erreichen. Die Schmelztemperaturen vom Zuführbereich bis zur Schraubenspitze der Extruder A und B wurden bei etwa 400 bis 430°F (204,4–221,1°C) gehalten, mit Düsentemperaturen von etwa 450°F (232,2°C) zum Extrudieren der Vorfolie mit etwa 2 mils (50,8 μm) (45 gms/m²).
3 ist ein Graph, der die Maschinengeschwindigkeiten für die Beispiele 1 bis 5 zeigt. Bespiel 1, das nur 1,5 Gew.-% LDPE enthielt, führte zu einer schlechten Folienabmessungssteuerung mit Zugresonanz, auch mit der Luftbürste 3. Wenn jedoch der LDPE-Anteil auf etwa 3,7 Gew.-% erhöht wurde, wurde eine ausgezeichnete Vliesstabilität ohne Zugresonanz erreicht, auch wenn die Maschinen geschwindigkeiten auf etwa 1200 fpm (6,096 m/s) erhöht wurden. Dies ist schematisch in 3 gezeigt.
4 ist ein Graph, der die Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitseigenschaften von geprägten und glatten Folien zeigt, die von zunehmendem Recken der Vorläuferfolien der Beispiele 2 bis 5 und unterschiedlichen Temperaturen und Reckwalzeneingriffszuständen herrühren. Wie in 1 schematisch gezeigt, bei der die hereinkommende Folie 12 bei Raumtemperatur durch temperaturgesteuerte Walzen 20 und 21 vor den zunehmenden Reckwalzen in Quer- und Längsrichtung (10 und 11, und 10' und 11') geführt wird, können die Temperaturen und die Eingriffstiefen gesteuert werden. Bemerkenswerterweise übersteigt die MVTR der glatten Folie wie in 4 gezeigt die MVTR der geprägten Folie. Kurz gefasst wurden MVTR für die geprägte Folie in der Größenordnung von etwa 1200–2400 gms/m²/Tag erreicht, während für die flachen Folien MVTR in der Größenordnung von etwa 1900–3200 gms/m²/Tag erreicht wurden. Unerwarteterweise kann die MVTR der mikroporösen Folie, wie in 5 gezeigt, ebenso durch die Vliestemperaturen während des Reckens gesteuert werden. 5 zeigt, dass das Heizen der Folie auf unterschiedliche Temperaturen vor dem Recken in Querrichtung zu unterschiedlichen MVTR führen kann. Die in 5 gezeigten Daten ergaben sich für eine Querwalzeneingriffstiefe von 0,065'' (0,1651 cm) und Längswalzeneingriffstiefe von 0,040'' (0,1016 cm), wobei die Temperatur der Walze 21 bei Umgebungstemperatur gehalten wurde. Die geprägte Folie wurde mit einer metallischen Prägewalze mit einer rechteckigen Gravur von Längs- und Querlinien mit etwa 165–300 Linien pro Zoll (64,96–118,11 Linien/cm) erzeugt. Dieses Muster ist beispielsweise in US-Patent Nr. 4,376,147 offenbart. Dieses Mikromuster sorgt für ein mattes Finish der Folie, ist aber für das bloße Auge unsichtbar.

Claims

Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung einer mikroporösen thermoplastischen Folie mit den Schritten: Schmelz-Mischen einer Zusammensetzung mit: (a) 35 bis 45 Gewichtsprozent eines linearen Polyethylens geringer Dichte, (b) 3 bis 10 Gewichtsprozent eines Polyethylens geringer Dichte, (c) 40 bis 55 Gewichtsprozent Kalziumcarbonat Füllpartikel, und (d) 2 bis 6 Gewichtsprozent eines Triblock-Copolymers von Styrol aus der aus Styrol-Butadien-Styrol, Styrol-Isopren-Styrol und Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol und deren Mischungen bestehenden Gruppe, Extrudieren der schmelz-gemischten Zusammensetzung in einen Walzenspalt mit einer Luftbürste, um eine Folie bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von mindestens 550 fpm bis 1200 fpm (2,794 bis 6,096 m/s) ohne Zugresonanz zu bilden, und Ausüben einer zunehmenden Reckkraft, die durch kämmende Walzen erreicht wird, auf die Folie bei der Geschwindigkeit entlang von Linien im wesentlichen gleichförmig über die Folie und über ihre gesamte Tiefe, um eine mikroporöse Folie zu erhalten.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 1, wobei die schmelz-gemischte Zusammensetzung im wesentlichen aus etwa 42 Gewichtsprozent linearem Polyethylen geringer Dichte, etwa 4 Gewichtsprozent Polyethylen geringer Dichte, etwa 44% Kalziumcarbonat-Füllpartikeln und etwa 3 Gewichtsprozent Triblock-Polymer besteht.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 1, wobei die schmelz-gemischte Zusammensetzung weiterhin 0 bis 5 Gewichtsprozent Polyethylen hoher Dichte, 0 bis 4 Gewichtsprozent Titandioxid und 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent Verarbeitungshilfsmittel umfasst.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 3, wobei die schmelz-gemischte Zusammensetzung etwa 4 Gewichtsprozent Polyethylen hoher Dichte, etwa 3 Gewichtsprozent Titandioxid und etwa 0,1 Gewichtsprozent Fluorkohlenwasserstoffpolymerverarbeitungshilfsmittel umfasst.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 4, wobei das Fluorkohlenwasserstoffpolymerverarbeitungshilfsmittel 1-Propen,1,1,2,3,3,3-Hexafluorcopolymer mit 1,1 Difluorethylen ist.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Triblock-Polymer mit Öl, Kohlenwasserstoff, Antioxidationsmittel und Stabilisator vorgemischt ist.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Walzenspalt eine metallische Prägewalze mit einer Gravur von CD- und MD-Linien mit 165 bis 300 Linien/Zoll (64,96 bis 118,11 Linien/cm) und eine Gummiwalze umfasst und die Presskraft zwischen den Walzen gesteuert wird, um eine geprägte Folie zu bilden.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Walzen eine polierte Chromoberfläche aufweisen, um eine glatte Folie zu bilden.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, umfassend das Einbringen eines nichtgewebten Faservlieses in den Walzenspalt und Steuern der Presskraft zwischen dem Vlies und der Folie am Spalt, um die Oberfläche des Vlieses an die Folie zu binden, um eine laminierte mikroporöse Folienbahn zu bilden.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 9, wobei das Faservlies Polyolefinfasern umfasst.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 10, wobei die Fasern aus der aus Polypropylen, Polyethylen, Polyestern, Zellulose, Rayon, Nylon und Mischungen oder Koextrusionen von zwei oder mehr solcher Fasern bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Faservlies ein Gewicht von 5 bis 70 gms/yd² (5,98 bis 83,72 g/m²) hat und die mikroporöse Folie eine Dicke in der Größenordnung von 0,25 bis 10 mils (6,35 bis 245 μm) hat.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Vlies aus Stapel-Fasern oder Fäden gebildet ist.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Schritt des zunehmenden Reckens bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach Anspruch 14, wobei die schmelz-gemischte Zusammensetzung in den Walzenspalt schlitzdüsen-extrudiert wird, und wobei die Folie vor dem zunehmenden Recken auf Raumtemperatur gekühlt wird.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt des zunehmenden Reckens bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt wird.
Hochgeschwindigkeitsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei sich die Folie in Längsrichtung bewegt und eine zunehmende Reckkraft quer zur Längsrichtung der sich bewegenden Folie ausgeübt wird und durch Ausübung einer Reckkraft in Längsrichtung der sich bewegenden Folie, um die mikroporöse Folie zu erhalten.
Produkt des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.