Микротекстурированные пленки, создающие улучшенные тактильные ощущения и/или пониженное восприятие шума
MICROTEXTURED FILMS CREATING IMPROVED TACTILE SENSATION AND/OR REDUCED NOISE PERCEPTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к термопластичным полимерным пленкам, создающим тактильные ощущения мягкости, и к изделиям, содержащим такие пленки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время в конструкции многих изделий используются полимерные пленки. Некоторые из этих изделий изготавливают на высокоскоростных производственных линиях, при этом желательно, чтобы пленки, используемые для изготовления этих изделий, имели хорошие свойства при растяжении. Кроме того, в некоторых из этих изделий используются пленки, которых касается пользователь, или которые расположены рядом с кожей пользователя, поэтому ощущение мягкости пленки является важным качеством для пользователя. Примеры таких изделий включают, но не ограничиваются ими, абсорбирующие изделия, такие как подгузники, трусики для приучения к горшку, предметы одежды (например, для страдающих недержанием, для активного отдыха, для защиты), гигиенические изделия для женщин (например, гигиенические салфетки, тампоны), медицинские изделия (например, перевязочные материалы), салфетки, влажные салфетки, ткани (например, для применения вне помещений, для активного отдыха, для защиты) и т.п., а также упаковки изделий (например, наружная, внутренняя), мешки для мусора и пакеты для пищевых продуктов.
При изготовлении одноразовых абсорбирующих изделий, таких как подгузники, полимерные пленки обычно включают в конструкцию изделия в качестве части слоев, которые расположены на противоположной стороне от тела пользователя во время использования (часто называемой «нижний лист»). Предлагаются некоторые одноразовые подгузники с нижними листами, которые обеспечивают внешний вид и тактильные ощущения, как от ткани, на наружной стороне предмета одежды, вследствие чего пользователи и лица, осуществляющие уход, испытывают ощущения комфорта, подобные ощущениям от предмета одежды. Тактильное ощущение, как от ткани, и мягкость неразрывно связаны. Кроме того, шум, который пленка производит при деформации, влияет на восприятие потребителем мягкости. В целом, если пленка не производит шума, то потребитель может ощущать, что пленка является мягкой, фактически даже не прикоснувшись к пленке.
Одним из наилучших примеров коммерчески доступной мягкой на ощупь пленки считается оберточный материал санитарно-гигиенического назначения от Oji Nepia Co. Go, Токио, Япония. Однако данная пленка имеет неудовлетворительные характеристики при растяжении, что делает ее неприемлемой для использования в наиболее востребованных потребительских товарах. Считается, что мягкость пленки является результатом ее высокоточной микротекстуры, которая по всей видимости формируется в ходе процессов отливки с нанесением тиснения. Известно, что термопластичный крахмал (TPS), смешанный с полимерными материалами, придает пленкам микротекстуру (см., например, документ USPN 2012/0009387). Другие композиции и/или пленки, включающие возобновляемые материалы, также известны из уровня техники (см., например, документы WO 2012/162,136, WO 2011/009165 и US 2012/0022188). Было бы желательно обеспечить мягкую на ощупь пленку, которая включает возобновляемый материал. Также было бы желательно обеспечить мягкую на ощупь пленку, включающую возобновляемый материал и имеющую свойства при растяжении, подходящие для использования в высокоскоростных операциях переработки. Более того, было бы желательно обеспечить мягкую на ощупь пленку, включающую возобновляемый материал, имеющий свойства при растяжении, подходящие для использования в высокоскоростных операциях переработки, и который можно изготовить с применением процесса получения пленки раздувом, который является более простым и менее затратным, чем отливка пленки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте предлагается слой пленки, содержащий микротекстурированную поверхность. Слой пленки содержит дисперсионную фазу с одним или более термопластичными полимерами, при этом по меньшей мере один из термопластичных полимеров представляет собой низкомодульный полимер, характеризующийся секущим модулем при 2% деформации менее или равным 140 МПа, причем слой пленки содержит от 10 вес. % до 100 вес. % низкомодульного термопластичного полимера. Слой пленки также содержит дисперсную фазу с термопластичным крахмалом в количестве от 5 вес. % до 45 вес. %.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - микрофотография наружной поверхности мягкой на ощупь пленки.
Фиг. 2 - микрофотография поперечного разреза мягкой на ощупь пленки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Мягкие на ощупь пленки необходимы во многих областях применения. Без ограничения какой-либо теорией, мягкость воспринимается кожей в основном посредством кожных сосочков и связанных с ними чувствительными тельцами Мейснера. Чувствительные тельца Мейснера («МС») реагируют на деформацию кожных сосочков, вызванную приложением внешнего давления к эпидермису. МС имеют фазический характер и обеспечивают только краткосрочный отклик на указанную деформацию. Для восприятия мягкости деформация должна иметь циклический характер с повторным применением и прекращением приложения давления к МС. На практике такой циклической деформации достигают путем «скользящего перемещения» кожных сосочков по поверхности выпуклостей с определенным рисунком. Мягкость обычно не воспринимается при приложении постоянной деформации.
В имеющихся в настоящее время пленках сформирована микротекстура, которая характерна для самой пленки, но она не сформирована в результате процесса механической деформации, такого как отливка с нанесением тиснения. Создание микротекстуры на месте обеспечивает возможность придания мягкости пленкам без тиснения, таким как пленки, полученные раздувом. В целом, оборудование для отливки пленки является менее адаптируемым и более дорогостоящим в эксплуатации. Пленки содержат дисперсную область, содержащую термопластичный крахмал внутри дисперсионной области полимера в комбинации с низкомодульным термопластичным полимером (LMP) и необязательно средством обеспечения поверхностной миграции (SMA). В некоторых воплощениях дисперсионная фаза содержит дополнительно один или более высокомодульных термопластичных полимеров, предпочтительно полиэтилен. Неожиданно было обнаружено, что слишком большое количество термопластичного крахмала может привести к созданию ощущения шероховатости или ощущения как от наждачной бумаги, которое можно ослабить путем включения низкомодульного полимера и опционального включения средства обеспечения поверхностной миграции, при этом слишком низкое количество термопластичного крахмала может привести к созданию недостаточной текстуры поверхности для обеспечения желаемого уровня мягкости. Также было обнаружено, что слишком большое количество низкомодульного полимера может привести к ухудшению свойств при растяжении, необходимых для высокоскоростной обработки и переработки. Композиции пленки могут быть сформированы в виде одно- или монослойной пленки, или использоваться для формирования одного или более слоев многослойной или слоистой пленки.
I. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Используемые в настоящем документе следующие термины должны подразумеваться в значениях, определенных ниже:
Используемый в настоящем документе термин «абсорбирующее изделие» означает любой абсорбирующий потребительский товар или его часть, включая абсорбирующие изделия личной гигиены (например, влажные салфетки, подгузники, компоненты подгузника, такие как нижние листы или часть нижнего листа, трусики для приучения к горшку, абсорбирующие трусы, изделия для взрослых, страдающих недержанием, гигиенические изделия для женщин, такие как прокладки и тампоны; покрытия (например, напольные покрытия, скатерти, покрытия для площадок для пикников); медицинские изделия (например, хирургические халаты и простыни, лицевые маски, медицинские шапочки, бахилы, раневые повязки, перевязочные материалы, стерилизационные обертки и т.п. для медицинских, стоматологических или ветеринарных применений); и предметы одежды (любой тип одежды, которую можно носить, например, спецодежда и комбинезоны для работы на производстве, нижнее белье, штаны, рубашки, пиджаки, перчатки, носки, медицинские шапочки, бахилы, фартуки, хирургическая одежда и т.п.).
Термин «сополимер» относится к полимеру, полученному из двух или более полимеризуемых мономеров. При использовании в качестве общего обозначения термин «сополимер» также включает более двух различных мономеров, например, терполимеры. Термин «сополимер» также включает статистические сополимеры, блок-сополимеры и привитые сополимеры.
Используемые в настоящем документе термины «сополимер и «полимер» включают гомополимеры и сополимеры, которые могут характеризоваться как гомогенным, так и гетерогенным строениями.
Термин «компатибилизатор» означает полимерную добавку, которая, при добавлении в смесь несмешиваемых полимеров, изменяет их границы раздела и стабилизирует морфологию смеси (например, увеличивает межфазную адгезию между фазами).
Термин «прилегающий» подразумевает нахождение в непосредственном контакте. Если слой является «прилегающим», значит он находится в непосредственном контакте по меньшей мере с одним смежным слоем.
Термин «дисперсионная фаза» означает область фазы, по существу состоящую из одной фазы в гетерогенной смеси, через которую может проходить непрерывный путь ко всем границам раздела области фазы без пересечения границы раздела области фазы. Например, в смеси полимеров дисперсионная фаза несмешиваемого полимера представляет собой по существу сеть взаимно соединенных областей.
Термин «компатибилизированная» смесь полимеров означает несмешиваемую в других случаях смесь, в которой снижено межфазное натяжение между границами раздела фазы (например, путем добавления полимера, улучшающего совместимость), вследствие чего фазы могут образовывать по существу макроскопически гомогенную смесь при охлаждении, при этом смесь в целом характеризуется макроскопически одинаковыми физическими свойствами по всему ее объему.
Используемый в настоящем документе термин «поперечное направление» или CD означает в направлении ширины пленки, т.е. в целом перпендикулярно к MD.
Термин «прерывная» или «дисперсная», или «дискретная» область фазы означает область фазы в смеси с разделенными фазами, которая окружена дисперсионной фазой, но изолирована от всех остальных подобных областей фазы в смеси.
Термин «пленка» относится к листообразному материалу, у которого длина и ширина материала значительно превышают толщину материала. Используемые в настоящем документе термины «пленка» и «лист» используются взаимозаменяемо.
Используемый в настоящем документе термин «машинное направление» или MD означает длину пленки в условиях ее изготовления.
Используемый в настоящем документе термин «матричный полимер» или «композиция матричного полимера» означает полимер, используемый для разбавления суперконцентрата.
Используемый в настоящем документе термин «суперконцентрат» или «композиция суперконцентрата» означает предварительно приготовленную смесь и/или концентрат композиции полимера. Изделия могут быть сформированы либо из композиции суперконцентрата, либо из расплавленной смеси композиции суперконцентрата с матричным полимером.
Термин «морфология» смеси полимеров описывает структуры и формы, наблюдаемые, например, посредством микроскопии, различных областей фазы, присутствующих в пределах композиции.
Термин «гетерофазный» описывает морфологию системы несмешиваемого полимера, в которой дисперсная меньшая фаза диспергирована в дисперсионной преобладающей фазе.
Термин «отсутствие тиснения» означает полное отсутствие тиснения на контрольной поверхности.
Термин «без тиснения» означает отсутствие тиснения или по существу отсутствие тиснения на контрольной поверхности.
Термин «область фазы» или «фаза» означает участок материала, который характеризуется однородным химическим составом и физическим состоянием.
Термин «возобновляемый» относится к материалу, который может быть произведен или получен из естественного источника, который периодически (например, ежегодно или постоянно) восполняется в результате деятельности растений наземной, водной или океанической экосистем (например, сельскохозяйственные культуры, съедобные и несъедобные травянистые растения, лесные продукты, ряска или водоросли), или микроорганизмов (например, бактерий, грибов или дрожжей).
Термин «по существу без тиснения» означает лишь незначительное тиснение, которое по существу не влияет на мягкость/ощущение контрольной поверхности. Термин «по существу без тиснения» достаточно широк, чтобы охватывать также термин «отсутствие тиснения».
Используемые в настоящем документе термины «по существу без», «по существу не содержащий», и/или «по существу свободный от» означают, что указанный материал присутствует в самом минимальном количестве и непреднамеренно добавлен в композицию для формирования ее части, или, более предпочтительно, не присутствует на аналитически обнаруживаемых уровнях. Под это определение подпадают композиции, в которых указанный материал присутствует только в виде примеси в одном из других материалов, включенных преднамеренно. В некоторых случаях «по существу не содержащий» означает менее 0,5 вес. %, 0,25 вес. %, 0,1 вес. % или 0,05 вес. %.
Используемые в настоящем документе формы единственного числа следует понимать, как означающие один или более заявляемых или описываемых элементов.
Используемые в настоящем документе термины «включать», «содержать» и «иметь», а также их различные формы, не имеют ограничительного характера.
Все процентные содержания и соотношения вычисляют на основании веса всей композиции, за исключением случаев, когда указано иное.
Если не указано иное, уровни всех компонентов или композиций указаны применительно к активной части данного компонента или композиции и указаны без учета примесей, например, остаточных растворителей или побочных продуктов, которые могут присутствовать в коммерчески доступных источниках таких компонентов или композиций.
II. КОМПОЗИЦИИ МЯГКИХ НА ОЩУПЬ ПЛЕНОК
Композиции мягких на ощупь пленок содержат дисперсионную фазу и дисперсную фазу. Один неограничивающий пример микротекстурированной поверхности пленки, сформированной из композиций пленки, описываемых в настоящем документе, показан на фиг. 1. Поперечное сечение другого образца такой пленки показано на фиг. 2, где видны некоторые из областей дисперсной фазы. Дисперсная фаза содержит термопластичный крахмал, а дисперсионная фаза содержит один или более термопластичных полимеров, один из которых представляет собой низкомодульный полимер, и необязательно средство обеспечения поверхностной миграции.
A. ДИСПЕРСНАЯ ФАЗА, СОДЕРЖАЩАЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЙ КРАХМАЛ
Дисперсная фаза содержит термопластичный крахмал, который может быть добавлен в качестве суперконцентрата, содержащего термопластичный крахмал и другие ингредиенты. Композиция мягкой на ощупь пленки может содержать от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 45 вес. %, предпочтительно от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 25 вес. %, или более предпочтительно от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 25 вес. % термопластичного крахмала. Весовые проценты, указанные для термопластичного крахмала, относятся к комбинации крахмала и его пластификатора.
Используемый в настоящем документе термин «термопластичный крахмал» или «TPS» означает нативный крахмал или производное крахмала, которое сделали деструктурированным и термопластичным путем обработки посредством одного или более пластификаторов, причем по меньшей мере один пластификатор крахмала по-прежнему остается. Композиции термопластичного крахмала хорошо известны и раскрыты в некоторых патентах, например: патенты US 5,280,055; 5,314,934; 5,362,777; 5,844,023; 6,214,907; 6,242,102; 6,096,809; 6,218,321; 6,235,815; 6,235,816 и 6,231,970.
Поскольку природный крахмал обычно имеет зернистую структуру, его необходимо подвергнуть деструктуризации перед тем, как его можно будет формовать из расплава как термопластичный материал. Для клейстеризации, например, процесса деструктуризации крахмала, крахмал можно деструктурировать в присутствии растворителя, который действует в качестве пластификатора. Смесь растворителя и крахмала нагревают, как правило, в условиях повышенного давления и с приложением сдвигающего усилия для ускорения процесса клейстеризации. Химические или ферментные средства также можно использовать для деструктуризации, окисления или получения производных крахмала. Обычно крахмал подвергают деструктуризации путем растворения крахмала в воде. При получении полностью деструктурированного крахмала размер частиц любого оставшегося недеструктурированного крахмала не влияет на процесс экструзии. Размеры частиц любого оставшегося недеструктурированного крахмала, как правило, составляют менее 30 мкм (в среднем), часто менее 15 мкм, еще чаще менее 5 мкм или менее 2 мкм. Размер оставшихся частиц можно определить путем сжатия окончательного состава с получением тонкой пленки (50 мкм или менее) и размещения пленки в оптическом микроскопе под кросс-поляризованным светом. Под кросс-поляризованным светом можно наблюдать знак в виде мальтийского креста, который указывает наличие недеструктурированного крахмала. Альтернативный процесс измерения количества и размера недеструктурированного крахмала осуществляют посредством фильтрационного исследования расплава, в ходе которого композиция, содержащая крахмал, проходит через ряд фильтров, которые могут улавливать оставшийся недеструктурированный крахмал.
Подходящие крахмалы натурального происхождения включают, но не ограничиваются ими, кукурузный крахмал, картофельный крахмал, бататовый крахмал, пшеничный крахмал, крахмал саговой пальмы, тапиоковый крахмал, рисовый крахмал, соевый крахмал, марантовый крахмал, папоротниковый крахмал, лотосовый крахмал, маниоковый крахмал, крахмал восковой кукурузы, кукурузный крахмал с высоким содержанием амилозы и коммерчески доступный амилозный порошок. Также можно использовать смеси крахмала. Большую часть крахмала добывают из злаков (например, пшеницы, кукурузы, риса) и клубней (например, картошки), при этом он является основным хранилищем энергии растений. Хотя согласно настоящему документу можно использовать множество крахмалов, природные крахмалы, полученные из сельскохозяйственных источников, обеспечивают преимущества, заключающиеся в наличии значительных запасов, простоте возобновления и невысокой цене. Крахмалы природного происхождения, в частности кукурузный крахмал, пшеничный крахмал и крахмал восковой кукурузы, могут представлять собой полимеры крахмала, которые рекомендуется выбрать вследствие их невысокой цены и доступности.
Также можно использовать модифицированный крахмал. Модифицированный крахмал определяют как незамещенный или замещенный крахмал, характеристики естественного молекулярного веса которого были изменены (т.е., молекулярный вес изменен, но другие изменения крахмала не требуются). Если желателен модифицированный крахмал, химические модификации крахмала могут, как правило, включать гидролиз в кислой или щелочной среде и обрыв окислительной цепи для снижения молекулярного веса и молекулярно-весового распределения. Природный, немодифицированный крахмал обычно имеет очень высокий средний молекулярный вес и широкое молекулярно-весовое распределение (например природный кукурузный крахмал имеет средний молекулярный вес вплоть до 60000000 грамм/моль (г/моль)). Средний молекулярный вес крахмала может быть снижен до желаемого диапазона путем кислотного восстановления, окислительного восстановления, ферментативного восстановления, гидролиза (катализированного кислотой или щелочью), физической/механической деструкции (например, путем подвода термомеханической энергии от оборудования для обработки) или их комбинации. Термомеханический способ и окислительный способ обеспечивают дополнительное преимущество при осуществлении их на месте. Точные химические свойства крахмала и способ снижения молекулярного веса не являются критичными.
Пластификатор можно использовать для деструктуризации крахмала и обеспечения возможности крахмалу течь (т.е., для создания термопластичного крахмала). Тот же пластификатор можно использовать для увеличения способности к обработке расплава, или можно использовать два отдельных пластификатора. Неограничивающие примеры пригодных гидроксильных пластификаторов включают сахара, например, глюкозу, сахарозу, фруктозу, рафинозу, мальтодекстрозу, галактозу, ксилозу, мальтозу, лактозу, маннозу, эритрозу, глицерин и пентаэритрит; сахарные спирты, например, эритрит, ксилит, малит, маннит и сорбит; полиолы, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, бутиленгликоль, гексантриол и т.п., и их полимеры; и их смеси. Также подходят для использования согласно настоящему документу образующие водородную связь органические соединения, которые не содержат гидроксильные группы, включая полоксамеры, полоксамины, мочевину и производные мочевины; ангидриды сахарных спиртов, такие как сорбитан; животные белки, такие как желатин; растительные белки, такие как белок подсолнуха, белки сои, белки семян хлопчатника; и их смеси. Другие подходящие пластификаторы представляют собой фталевые эфиры, диметиловый и диэтиловый эфир янтарной кислоты и связанные с ними сложные эфиры, триацетат глицерина, моно- и диацетаты глицерина, моно-, ди- и трипропионаты глицерина, и бутаноаты, которые являются биоразлагаемыми. Алифатические кислоты, такие как этилен-акриловая кислота, этилен-малеиновая кислота, бутадиен-акриловая кислота, бутадиен-малеиновая кислота, пропилен-акриловая кислота, пропилен-малеиновая кислота и другие кислоты на углеводородной основе. Все пластификаторы можно использовать по отдельности или в их смесях.
Обычные пластификаторы включают глицерин, маннит и сорбит, причем сорбит является наиболее распространенным. Количество пластификатора зависит от молекулярного веса, количества крахмала и сродства пластификатора к крахмалу. В целом, количество пластификатора увеличивается с повышением молекулярного веса крахмала.
В некоторых случаях термопластичный крахмал можно добавлять в качестве композиции суперконцентрата, которая содержит крахмал, пластификатор (пластификаторы) и другие полимеры и материалы. В одном воплощении суперконцентрат может содержать кукурузный крахмал, глицерин, сорбит, этилен-акриловую кислоту, полиэтилен очень низкой плотности, полиэтилен низкой плотности, стеариновую кислоту и/или стеарат кальция. В одном воплощении композиция суперконцентрата содержит от 50 вес. % до 80 вес. % термопластичного крахмала по весу композиции суперконцентрата TPS (с содержанием пластификатора от 5 вес. % до 50 вес. % термопластичного крахмала), от 5 вес. % до 25 вес. % полиэтилена очень низкой плотности по весу композиции суперконцентрата, от 5 вес. % до 25 вес. % этилен-акриловой кислоты по весу композиции суперконцентрата и от 5 вес. % до 20 вес. % полиэтилена низкой плотности по весу композиции суперконцентрата. Особенно предпочтительная композиция суперконцентрата содержит кукурузный крахмал (приблизительно 50 вес. %), глицерин (приблизительно 10 вес. %), сорбит (приблизительно 5 вес. %), этилен-акриловую кислоту (приблизительно 10 вес. %), полиэтилен очень низкой плотности (приблизительно 10 вес. %), полиэтилен низкой плотности (приблизительно 14 вес. %) и другие технологические добавки/наполнители (приблизительно 1 вес. %). Подобные композиции суперконцентрата TPS доступны от Cardia Bioplastics, Inc. (США) под наименованием BLF-02, а также предложены в документе US 2012/0222188.
Без ограничения какой-либо теорией считается, что термопластичный крахмал обеспечивает, по меньшей мере частично, формирование на месте микротекстурированной поверхности во время обработки, вследствие чего механическое тиснение не требуется. Микротекстура сама по себе частично представлена дисперсной областью TPS, которая слегка выступает с поверхности пленки. В некоторых воплощениях микротекстурированная поверхность мягкой на ощупь пленки по существу не содержит механического тиснения и сформирована в результате операции получения пленки раздувом. Это не исключает либо тиснения для придания дополнительной текстуры, либо применения процесса отливки с тиснением с композициями пленки, описанными в настоящем документе.
Зернистые крахмалы не являются предпочтительными для включения в качестве материала дисперсной фазы вследствие их большого размера и высокой жесткости. При использовании в качестве гетерофазных включений зернистые крахмалы, как правило, образуют микротекстуру со шкалой размеров (Ra) > приблизительно 20 микрометров, что приводит к созданию ощущения шероховатости и поверхности типа «наждачной бумаги». Кроме того, ухудшаются свойства при растяжении вследствие появления крупных дефектов, представленных областями зернистого крахмала. Следовательно, TPS, который был в значительной степени деструктурирован и пластифицирован, представляет собой идеальный материал дисперсной фазы. Полная деструктуризация крахмала может не быть необходимой, но, по всей вероятности, полная грануляция является недопустимой. Деструктуризацию крахмала, как правило, выполняют в двухшнековом экструдере или в ходе процесса периодического перемешивания. Как правило, TPS смешивают с компатибилизаторами и блок-полимером, совместимым с дисперсионной фазой, с получением суперконцентрата.
Считается, что указанное количество TPS может влиять на тактильные ощущения. Оказалось, что с увеличением концентрации TPS мягкость улучшается до некоторого уровня, после которого мягкость начинает падать. При слишком высоких концентрациях TPS ощущение как от «наждачной бумаги» становится явным. Эффект добавления слишком большого количества TPS в полиэтиленовую пленку показан с помощью сравнительных примеров №4 и №5 в таблице 2. Экспертная группа оценила мягкость в сравнительном примере №4 (17 вес. % TPS) как 4,9 по шкале от 1 до 10 (10 - самый мягкий) и восприятие шума как 7,0 по шкале от 1 до 10 (10 - самый громкий). Та же экспертная группа оценила мягкость в сравнительном примере №5 (47 вес. % TPS) как 3,5 и восприятие шума как 6,5.
B. ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПОЛИМЕРЫ ДИСПЕРСИОННОЙ ФАЗЫ
Дисперсионная фаза содержит один или более низкомодульных термопластичных полимеров. В некоторых воплощениях дисперсионная фаза может дополнительно содержать один или более высокомодульных термопластичных полимеров. При включении высокомодульного термопластичного полимера низкомодульный термопластичный полимер должен быть способен смешиваться в расплаве с высокомодульным термопластичным полимером.
Низкомодульные термопластичные полимеры
Неожиданно было обнаружено, что композиции пленки, содержащие низкомодульный термопластичный полимер и/или средство обеспечения поверхностной миграции, могут оказывать противодействие, до некоторой степени отрицательному влиянию на мягкость слишком высоких концентраций TPS. Без ограничения какой-либо теорией считается, что можно поддерживать мягкость путем увеличения концентрации низкомодульного термопластичного полимера и/или средства обеспечения поверхностной миграции при повышенной концентрации термопластичного крахмала. Оказалось, что включение достаточного количества низкомодульного полимера способствует дополнительному увеличению концентрации TPS (тем самым обеспечивая более возобновляемое содержание в композиции пленки), при этом поддерживая заданный уровень мягкости. Однако даже при использовании низкомодульного полимера и/или средства обеспечения поверхностной миграции, было обнаружено, что может произойти ухудшение механических свойств (например, секущего модуля при 2% деформации и/или предела прочности) при увеличении концентраций низкомодульного полимера. Для потребительских товаров, для которых требуются высокоскоростные операции переработки при их изготовлении, таких как подгузники и гигиенические изделия для женщин, был обнаружен баланс между концентрацией TPS (для обеспечения микротекстуры, улучшающей мягкость), концентрацией низкомодульного термопластичного полимера (для улучшения мягкости, но не слишком, чтобы не ухудшить механическую прочность) и концентрацией средства обеспечения поверхностной миграции (для улучшения мягкости, но без ухудшения механической прочности).
3
3
3
Композиции мягких на ощупь пленок содержат менее 90 вес. %, или от 20 вес. % до 90 вес. %, или от 20 вес. % до 40 вес. %, или от 20 вес. % до 35 вес. % одного или более низкомодульных термопластичных полимеров. Низкомодульный термопластичный полимер может характеризоваться секущим модулем при 2% деформации менее или равным 140 МПа, или от 30 МПа до 140 МПа, или от 30 МПа до 75 МПа. В некоторых случаях низкомодульный термопластичный полимер может характеризоваться плотностью менее 0,915 г/см или от 0,85 г/см до 0,915 г/см. Суперконцентрат термопластичного крахмала, при его использовании, может содержать некоторое количество низкомодульного термопластичного полимера, что способствует низкотемпературной обработке TPS.
3
3
3
Некоторые примеры низкомодульных термопластичных полимеров представляют собой полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE) или полиэтилен сверхнизкой плотности (ULDPE), пластомеры (например, ATTANE™ 4404G, доступный от Dow Chemical Co.), и полиолефиновые эластомеры, которые обычно представляют собой сополимеры этилена и одного или более альфа-олефинов, например, 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Низкомодульный термопластичный полимер может обычно характеризоваться индексом расплава при температуре 190°C от приблизительно 0,5 г/10 минут до приблизительно 20 г/10 минут при приложенной нагрузке (силе) 2,16 кг. Некоторые примеры подходящих низкомодульных термопластичных полимеров, которые можно использовать, включают, но не ограничиваются ими, сополимер этилена/октена, характеризующийся плотностью приблизительно 0,904 г/см и индексом расплава при температуре 190°C приблизительно 4 г/10 минут при приложенной нагрузке 2,16 кг, и сополимер этилена/бутена, характеризующийся плотностью приблизительно 0,884 г/см и индексом расплава при температуре 190°C приблизительно 0,7 г/10 минут при приложенной нагрузке 2,16 кг, и сополимер этилена/бутена, характеризующийся плотностью приблизительно 0,8985 г/см и индексом расплава при температуре 190°C приблизительно 5 г/10 минут при приложенной нагрузке 2,16 кг. В настоящем документе ссылка на плотность или индекс расплава полимера этилена предполагает плотность или индекс расплава, определенный в соответствии с ASTM D792 и ASTM D 1238 соответственно.
Эффект добавления низкомодульного полимера в TPS, содержащий композицию пленки, представлен в сравнительном примере №4 (17 вес. % TPS, 2,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера), примере №1 (17 вес. % TPS, 22,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера) и примере №3 (17 вес. % TPS, 72,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера). Экспертная группа оценила мягкость в сравнительном примере №4 как 4,9 и примере №1 как 6,0, что демонстрирует улучшение мягкости при увеличении весового содержания низкомодульного термопластичного полимера, хотя и наблюдалось заметное падение секущего модуля при 2% деформации. Экспертная группа оценила мягкость в примере №1 как 6,0 и в примере №3 как 7,9, что опять-таки демонстрирует тенденцию к улучшению мягкости при увеличении весового содержания низкомодульного термопластичного полимера. Однако, как предел прочности, так и секущий модуль при 2% деформации значительно упали в примере №3 до значений, которые были бы нежелательны для композиций пленки, используемых в высокоскоростных операциях переработки.
Высокомодульные термопластичные полимеры
Дисперсионная фаза также может содержать один или более высокомодульных термопластичных полимеров. Один или более высокомодульных термопластичных полимеров могут характеризоваться секущим модулем при 2% деформации более 140 МПа, более 160 МПа или более 180 МПа, или от 140 МПа до 700 МПа. Один или более высокомодульных термопластичных полимеров могут характеризоваться суммарной концентрацией менее 70% по весу композиции мягкой на ощупь пленки, или от 0 вес. % до 70 вес. %, или от 30 вес. % до 70 вес. %, или от 30 вес. % до 60 вес. %, или от 30 вес. % до 50 вес. % по весу композиции пленки.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Если высокомодульные термопластичные полимеры представляют собой полиэтилен или сополимер этилена, они могут характеризоваться плотностью более 0,915 г/см или от 0,915 г/см до 0,970 г/см. В некоторых воплощениях один или более высокомодульных термопластичных полимеров представляют собой полиэтилен, такой как полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), который может характеризоваться плотностью в диапазоне от 0,915 г/см до 0,925 г/см, линейный полиэтилен средней плотности (LMDPE) или полиэтилен средней плотности (MDPE), который может характеризоваться плотностью в диапазоне от 0,926 г/см до 0,94 г/см, и/или полиэтилен высокой плотности (HDPE), который может характеризоваться плотностью более или равной 0,941 г/см, вплоть до 0,97 г/см или выше. Подходящие марки LDPE включают, но не ограничиваются ими, те марки, которые характеризуются индексом расплава при температуре 190°C от приблизительно 0,2 г/10 минут до приблизительно 7 г/10 минут при нагрузке 2,16 кг. В некоторых воплощениях дисперсионная фаза композиции мягкой на ощупь пленки содержит комбинацию LLDPE и LDPE или MDPE, некоторые примеры которой доступны от Baskem под наименованием SLH218 (LLDPE), от Exxon Mobil (LDPE), от Dow Chemical Co. под наименованием DOWLEX™ 2045 (oLLDPE) и от Dow Chemical Co. под наименованием DOWLEX™ 2027 (LMDPE).
Средства обеспечения поверхностной миграции («SMA»)
Композиция мягкой на ощупь пленки может необязательно содержать одно или более средств обеспечения поверхностной миграции. В некоторых воплощениях средство обеспечения поверхностной миграции может представлять собой амид ненасыщенной длинноцепочечной карбоновой кислоты, например, выбранный из эрукамида, олеамида, их производных и их комбинаций. SMA могут быть добавлены в композицию пленки в качестве композиции суперконцентрата, при этом SMA смешивают с другими материалами (например, LLPE или LDPE) для формирования композиции суперконцентрата, как правило, при от 1 вес. % до 10 вес. % SMA по весу композиции суперконцентрата. Композиции мягкой на ощупь пленки могут содержать от 0,05 вес. % до 0,5 вес. %, или от 0,1 вес. % до 0,3 вес. % SMA по весу композиции пленки.
Примеры №2 (17 вес. % TPS, 32,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 0 вес. % SMA), №5 (17 вес. % TPS, 32,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 0,05 вес. % SMA), №6 (17 вес. % TPS, 32,5 вес. % термопластичного полимера с очень низким модулем, 0,275 вес. % SMA), №7 (17 вес. % TPS, 32,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 0,55 вес. % SMA) и №8 (17 вес. % TPS, 30 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 2,2 вес. % SMA) демонстрируют эффект добавления SMA в композиции пленки. Экспертная группа оценила мягкость в примере №2 как 6,0 по сравнению с 6,3 в примере №5 и 6,7 в примере №6, что демонстрирует увеличение восприятия мягкости при повышении концентрации SMA. Та же тенденция очевидна, если сравнить примеры №7 и №8 (оценка мягкости 6,8 против 7,6 соответственно). В частности, экспертная группа оценила мягкость в примерах №4 (39 вес. % TPS, 36 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 0,275 вес. % SMA) и №6 (17 вес. % TPS, 32,5 вес. % низкомодульного термопластичного полимера, 0,275 вес. % SMA) аналогично (оценка мягкости 7,0 против 6,7 соответственно) при той же концентрации SMA, но значительно отличающихся концентрациях TPS. Таким образом, оказалось, что достаточная концентрация термопластичного полимера с очень низким модулем и SMA может преодолеть ощущение как от наждачной бумаги при высоких концентрациях TPS (см., сравнительный пример №5 и пример №4), хоть и с пониженными механическими свойствами, которые в меньшей степени подходят для использования в определенных потребительских товарах.
Неожиданно было обнаружено, что композиции пленки, содержащие комбинации термопластичного крахмала, низкомодульного термопластичного полимера и SMA, могут обеспечить комбинацию мягкости и механической прочности с синергетическим эффектом, подходящую для использования в потребительских товарах, изготовленных с использованием высокоскоростных операций переработки и в которых желательным является наличие мягкости в конечном продукте. На основании тенденции, представленной в таблице 2, считается, что для монослойной пленки композиция пленки предпочтительно содержит от 5 вес. % до 45 вес. %, или более предпочтительно от 5 вес. % до 25 вес. %, наиболее предпочтительно от 10 вес. % до 25 вес. % TPS в комбинации с от 20 вес. % до 90 вес. %, более предпочтительно от 20 вес. % до 40 вес. %, наиболее предпочтительно от 20 вес. % до 35 вес. % низкомодульного термопластичного полимера в комбинации с от 0,05 вес. % до 0,5 вес. %, более предпочтительно от 0,1 вес. % до 0,3 вес. % SMA, если желательно обеспечить хорошую мягкость и/или предел прочности (моно- или многослойной пленки) в направлениях MD и/или CD более, чем приблизительно 20 МПа, предпочтительно более, чем приблизительно 25 МПа, предпочтительнее более, чем приблизительно 30 МПа, и/или секущий модуль при 2% деформации в направлениях MD и/или CD более, чем приблизительно 120 МПа, предпочтительно более, чем 140 МПа, предпочтительнее более, чем 160 МПа, и наиболее предпочтительно более, чем приблизительно 180 МПа. В тех областях применения изделия, в которых приемлема меньшая механическая прочность, допускается более широкий диапазон концентраций, чем изложенный выше.
22
18
Подходящие SMA включают амиды алифатической кислоты, включая первичные и вторичные амиды, сложные эфиры алифатической кислоты, воски, гидрогенизированное соевое масло (HSBO), гидрогенизированное касторовое масло (НСО), тристеарин, силиконовые масла, металлические мыла и их комбинации. Как правило, SMA представляет собой длинноцепочечную жирную кислоту, амид длинноцепочечной жирной кислоты, например, одноосновную мононенасыщенную длинноцепочечную карбоновую кислоту или амид одноосновной мононенасыщенной длинноцепочечной карбоновой кислоты. Используемый в настоящем документе термин «длинноцепочечный» означает длину цепи в 18-22 атома углерода. Пригодные амиды длинноцепочечных жирных кислот включают амиды, содержащие или выбранные из группы, состоящей из эрукамида, олеамида, их производных и их комбинаций. Эрукамид представляет собой амид С мононенасыщенной эруковой кислоты, при этом олеамид получают из мононенасыщенной C олеиновой кислоты. Производные эрукамида, которые могут быть пригодными, включают, например, N-стерил-эрукамид.
Некоторые SMA находятся в твердом состоянии при комнатной температуре (25°C). SMA обычно являются смешиваемыми или совместимыми с блок-полимером в расплавленном состоянии. SMA комбинируют с полимером дисперсионной фазы и другими ингредиентами в расплавленном состоянии, например, когда они находятся в экструдере. Когда смесь выходит из головки и переходит из жидкого состояния в твердое, SMA начинает перемещаться (т.е., выделяться, выступать) из основной массы на поверхность пленки. Перемещение происходит вследствие того, что SMA имеет ограниченную растворимость в матрице. Во время обработки SMA растворяется в аморфном расплаве, но когда пленка охлаждается и начинает кристаллизоваться, SMA вытесняется из твердеющей полимерной матрицы. После появления на поверхности, SMA присоединяется к микротекстуре поверхности пленки.
Компатибилизаторы
Композиции мягких на ощупь пленок могут содержать один или более компатибилизаторов, которые могут представлять собой часть суперконцентрата термопластичного крахмала или могут быть добавлены в композицию пленки отдельно. Для улучшения совместимости и адгезии смесей несовместимых полимеров может быть включен любой подходящий компатибилизатор. Например, в одном аспекте, в котором несовместимые полимеры представляют собой полярный TPS и неполярный полиэтилен, подходящие компатибилизаторы могут представлять собой полимеры или сополимеры, содержащие функциональные группы, которые обеспечивают специфические взаимодействия с молекулами крахмала и/или способны вступать в химические реакции с функциональными группами крахмала с образованием полярного взаимодействия или ковалентной связи. Многие из этих компатибилизаторов характеризуются низким межфазным натяжением и/или частичной или полной смешиваемостью с полиолефином. Примеры функциональных групп, которые обеспечивают специфические взаимодействия и/или способны вступать в реакцию с крахмалом следующие: гидроксил, карбоксил или карбоксилат, третичная аминогруппа и/или четвертичный аммоний, сульфоксил и/или сульфоксилатные группы и сополимеры винилпирролидона.
В одном аспекте компатибилизатор, содержащий гидроксильные группы, представляет собой полимер, содержащий звенья винилового спирта. Например, такой компатибилизатор может представлять собой сложный поливиниловый эфир, в котором сложноэфирные группы частично гидролизованы, или сополимер, содержащий звенья винилового спирта, а также другие звенья, которые, например, получены сополимеризацией сложных виниловых эфиров, обычно винилацетата, с мономерами, такими как этилен (EVOH), пропилен, винилхлорид, простые виниловые эфиры, акрилонитрил, акриламид, омега-октадецен, винилбутиловый простой эфир, винилоктадециловый простой эфир, винилпирролидон и другие известные мономеры, с последующим гидролизом по меньшей мере некоторых из групп сложного винилового эфира. Типичные сополимеры включают, например, поли(виниловый спирт-со-винилацетат); сополимеры этилена/винилового спирта/винилацетата; привитые сополимеры этилена/винилхлорида/винилового спирта/винилацетата; сополимеры винилового спирта/винилацетата/винилхлорида; сополимеры винилового спирта/винилацетата/винилхлорида/диакриламида; сополимеры винилового спирта/винилбутирала; сополимеры винилового спирта/винилацетата/винилпирролидона; сополимеры винилового спирта/стирола.
В одном аспекте компатибилизатор, содержащий карбоновую кислоту и/или карбоксилатные группы, представляет собой синтетический полимер, такой как сополимер, содержащий карбоксилатные группы, а также другие звенья, которые, например, получены сополимеризацией акриловой кислоты, метакриловой кислоты, кротоновой кислоты, малеиновой кислоты, итаконовой кислоты, например, в их кислотной или карбоксилатной форме, с мономерами, такими как этилен, винилхлорид, сложные виниловые эфиры, например винилацетат, простые виниловые эфиры, сложные эфиры акриловой кислоты, акрилонитрил, сложные эфиры метакриловой кислоты, сложные эфиры малеиновой кислоты, акриламид, омега-октадецен, винилбутиловый простой эфир, винилпирролидон и другие известные мономеры. Если используют мономер, содержащий карбоксильные группы, то по меньшей мере часть карбоксильных групп, как правило, нейтрализована катионом.
Сополимеры, содержащие карбоксилатные группы, включают такие сополимеры, которые могут быть описаны как полученные из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, кротоновой кислоты, малеиновой кислоты, итаконовой кислоты, метилакрилата, метилметакрилата, акриламида, акрилонитрила и/или простого метилвинилового эфира. Другие полимеры могут быть описаны как полученные из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, малеиновой кислоты, метакрилата, этилакрилата и/или простого метилвинилового эфира. Такие сополимеры также могут быть сополимеризованы с этиленом, пропиленом или стиролом.
Такие сополимеры включают, например, поли(акриловую кислоту-со-винилацетат); сополимеры этилена/акриловой кислоты/винилацетата; привитые сополимеры этилена/винилхлорида/акриловой кислоты/винилацетата; сополимеры акриловой кислоты/винилацетата/винилхлорида; сополимеры акриловой кислоты/простого винилметилового эфира; сополимеры винилацетата/акриловой кислоты/сложного метилового эфира акриловой кислоты; сополимеры винилацетата/кротоновой кислоты; сополимеры винилацетата/малеиновой кислоты; сополимеры метакриловой кислоты/винилацетата/винилпирролидона; сополимеры акриловой кислоты/акрилонитрила; сополимеры этилена/пропилена/акриловой кислоты; и сополимеры стирола/акриловой кислоты, причем часть или все из кислотных групп присутствуют в их карбоксилатной форме. Сополимеры, содержащие карбоксильные группы, как правило, представляют собой сополимеры кислот с этиленом, например, сополимер этилена и акриловой кислоты в форме его соли и сополимер этилена и метакриловой кислоты в форме его соли.
2
4
Компатибилизаторы, содержащие третичные аминогруппы и/или их соли, и/или группы четвертичного аммония, как правило, представляют собой синтетический полимер, полученный полимеризацией мономеров, содержащих третичные аминогруппы и/или их соли, и/или четвертичные аминогруппы, например, поли(2-винилпиридин); поли(4-винилпиридин); поливинилкарбазол, 1-винилимидазол и/или их соли, и/или их кватернизованные производные, вместе с другими полимерами, полученными сополимеризацией таких аминов с другими мономерами, такими как акрилонитрил, бутилметакрилат, стирол и другие известные мономеры. Выражение «соли амина» включает соли, образованные из неорганической или органической кислоты, например, соли неорганических или органических кислот, таких как HCl, HSO и уксусная кислота. Выражения «кватернизованное производное» и «группы четвертичного аммония» означают кватернизованные производные третичных аминов, например, кватернизованные галоидалкилом, например, метилхлорид. Примеры включают вещества, полученные из 2-винилпиридина, 4-винилпиридина и винилкарбазола.
4
Компатибилизаторы, содержащие сульфоновую кислоту и/или сульфонатные функциональные группы, как правило, представляют собой полимеры стиролсульфокислоты, сополимеры стиролсульфокислоты и их соли. В некоторых аспектах они представляют собой блок-сополимеры сульфированного стирола с ненасыщенными мономерами, такими как этилен, пропилен, бутилен, изобутилен, бутадиен, изопрен и/или стирол. Их соли включают соответствующие сульфонаты и их соли с ионами металлов или ионами аммония, например, ионы щелочных металлов, магния, цинка, NH+, натрия или калия. В одном аспекте используют соль натрия.
Компатибилизаторы, содержащие винилпирролидон, как правило, представляют собой сополимеры винилпирролидона с одним или более мономерами, выбранными из группы, включающей сложные виниловые эфиры, виниловый спирт, аллиловый спирт, этилен, пропилен, бутилен, изопрен, бутадиен, стирол, простые виниловые эфиры, диметиламиноэтил, метакрилат и их комбинации. Типичные сополимеры винилпирролидона с мономером могут быть выбраны из группы, состоящей из сложных виниловых эфиров, винилового спирта, стирола, диметиламиноэтилметакрилата и их комбинаций. Также в эту группу входят сополимеры поли (N-винилпирролидона-сложного винилового эфира) и сополимеры пол и (N-винилпирролидона-винилацетата).
Подходящие компатибилизаторы включают полярные гомополимеры и сополимеры. Этот класс может включать гомополимеры, по своей природе совместимые с обоими несмешиваемыми термопластичными полимерами. Например, если несмешиваемые полимеры представляют собой TPS и полиолефин, компатибилизатор может включать алифатические сложные полиэфиры, синтезированные в результате полимеризации с раскрытием кольца лактонов или лактидов, например, поликапролактон. Эти материалы являются уникальными, поскольку они являются полярными, но имеют благоприятные взаимодействия с полиолефинами. Поликапролактон является одним из таких примеров. Материал является полярным, но известен в данной области техники как способный к формованию из расплава и совместимый с полиолефинами. Другие компатибилизаторы в этом классе включают алифатические полиамиды, синтезированные в результате полимеризации с раскрытием кольца, например, поликапролактам и полилауриллактам.
Подходящие компатибилизаторы также включают блок-сополимеры мономеров, полярных по своей природе, например, амиды и простые эфиры. Они включают блок-сополимеры амида и простого эфира, такие как блок-полимер эфира капролактама (Pebax МН1657) и блок-полимер эфира лауриллактама (Pebax MV1074). Другие примеры компатибилизаторов данного класса включают алифатические сложные полиэфиры, полученные в результате реакций гидроксикислот, содержащих два или более атома углерода (таких как лактоны или лактиды), и диолов, таких как бутандиол. Примеры включают полибутиленсукцинат.
В некоторых аспектах эффективность полярных гомополимеров и сополимеров может быть дополнительно улучшена путем добавления компатибилизаторов на основе типичного полиэтилена (при этом соотношение концентраций компатибилизаторов данного класса и полярного сополимера типичного полиэтилена составляет 5:1). Например, эффективность компатибилизаторов на основе блок-сополимера амида и простого эфира может быть в значительной степени усилена путем комбинирования с терполимером этилена-сложного эфира акриловой кислоты-малеинового ангидрида в соотношении 5:1 или менее.
Другой класс компатибилизаторов, подходящих для использования, включает неполимерные материалы как с полярными, так и с неполярными функциональными группами. Компатибилизаторы могут представлять собой неполимерные материалы (например, поверхностно-активные вещества), содержащие как полярные, так и неполярные функциональные группы; они могут включать мыла жирных кислот, воски, масла и/или жиры. Примеры включают: липиды, эпоксидированные липиды, касторовое масло, гидрогенизированное касторовое масло и этоксилированное касторовое масло. Например, масло, воск или их комбинация может содержать минеральное масло или воск, например, линейный алкан, разветвленный алкан или их комбинации. Масло, воск или их комбинация может быть выбрана из группы, состоящей из соевого масла, эпоксидированного соевого масла, малеинированного соевого масла, кукурузного масла, хлопкового масла, канолового масла, говяжьего сала, касторового масла, кокоса, масла из семян кокосовой пальмы, масла из зародышей кукурузы, рыбьего жира, льняного масла, оливкового масла, ойтикового масла, пальмоядрового масла, пальмового масла, масла из семян пальмы, арахисового масла, рапсового масла, сафлора, спермацетового масла, подсолнечного масла, талового масла, тунгового масла, китового жира, тристеарина, триолеина, трипальмитина, 1,2-дипальмитоолеина, 1,3-дипальмитоолеина, 1-пальмито-3-стеаро-2-олеина, 1-пальмито-2-стеаро-3-олеина, 2-пальмито-1-стеаро-3-олеина, трилинолеина, 1,2-дипальмитолинолеина, 1-пальмито-дилинолеина, 1-стеаро-дилинолеина, 1,2-диацетопальмитина, 1,2-дистеароолеина, 1,3-дистеароолеина, тримиристина, трилаурина, каприновой кислоты, капроновой кислоты, каприловой кислоты, лауриновой кислоты, лауролеиновой кислоты, линолевой кислоты, линоленовой кислоты, миристиновой кислоты, миристолеиновой кислоты, олеиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, пальмитолеиновой кислоты, стеариновой кислоты и их комбинаций.
Еще один класс компатибилизаторов, подходящих для использования, включает низкомолекулярные материалы как с полярными, так и с неполярными функциональными группами. Этот класс компатибилизаторов включает окисленные воски, например, окисленный низкомолекулярный полиэтилен, характеризующийся средневесовым молекулярным весом менее 10000 дальтон, или менее 5000 дальтон, и в конкретном аспекте от 60 до 10000 дальтон. Примеры включают окисленный полиэтиленовый воск под торговым знаком KGT 4, доступный от Jingjiang Concord Plastics Technology Co., Ltd. (Цзянсу, Китай); AC316, AC330 и AC395, доступные от Honeywell Performance Additives, Морристаун, Нью-Джерси, США; и Epolene™ Series от Westlake Plastics, Хьюстон, Техас, США.
Другой класс подходящих компатибилизаторов включает компатибилизаторы объемной фазы/по месту, которые образуются по месту путем модифицирования объемной фазы таким образом, чтобы она стала более полярной по своей природе, например, посредством окисления. Например, в случае полиолефина, данный тип компатибилизации характеризуется присутствием полярных функциональных групп на преобладающем количестве цепей полиолефина, представляющих объемную фазу, что отличается от традиционных компатибилизаторов с полярными функциональными группами, где только меньшая часть цепей в объемной фазе полиолефина фактически содержит полярные функциональные группы. В некоторых аспектах, в которых полиолефин модифицирован таким образом, чтобы выполнять функцию компатибилизатора, количество компатибилизатора (т.е., модифицированного полиолефина) может находиться в диапазоне от 1% до 100%, или от 1% до 95%, или от 55% до 95% по весу слоя компатибилизатора.
Модификация может быть осуществлена с помощью ряда способов, включающих модификацию перекисью, плазменную модификацию, модификацию коронным разрядом и прививание, например, ангидридных функциональных групп. Модификация также может осуществлена путем отказа от предотвращения окисления посредством уменьшения или исключения применения антиоксидантов на различных этапах формования из расплава. Объемная фаза полиолефина может быть окислена или модифицирована отдельно с помощью способов, известных в уровне техники, как указано в патентах US 5,401,811; 3,322,711, выданных в мае 1967 года (Bush et al.); 4,459,388, выданном в июле 1984 года (Hettche et al.); 4,889,847, выданном в декабре 1989 года (Schuster et al.); и 5,064,908, выданном в ноябре 1991 года (Schuster et al).
Кроме того, прививание после обработки в реакторе малеинового ангидрида к объемной фазе полиолефина может привести к ситуации, в которой количество привитых групп на полимерную цепь является низким, но общее количество полярных функциональных групп остается достаточным. Как описано в документе «Functionalized Polyolefins: Compatibiliser & Coupling Agents for Alloys, Blends & Composites (Devendra Jain), малеиновый ангидрид прививают посредством реакции после получения первичного полиолефина. Это можно осуществить на этапе экструзии, на котором объемную фазу полиолефина и TPS комбинируют или формируют с получением пленки.
Дополнительно, низкие концентрации перекиси дикумила могут модифицировать молекулярную структуру LLDPE посредством реакционной экструзии, например, описанной в документе «Study of low concentrations of dicumyl peroxide on the molecular structure modification of LLDPE by reactive extrusion» (Valeria D. Ramos et al., Polymer Testing, Volume 23, Issue 8, December 2004, Pages 949-955).
Ионизирующее излучение (например, электронные пучки, гамма-лучи) можно использовать для модификации свойств полиолефина, и оно может привести к улучшению компатибилизации. Например, в зависимости от дозы, электронные лучи могут быть использованы для добавления функциональных групп к полиолефинам путем создания поперечных связей или путем создания окисленных областей на цепях. Во время облучения свободные радикалы могут быть образованы путем разрыва ковалентных связей в полимере, что приводит к созданию окисленной поверхности полимера. Совместимость может быть обеспечена в результате облучения электронным пучком посредством образования сильных межмолекулярных связей. В некоторых аспектах образование свободных радикалов приводит к сшиванию PO. Контролируемые модификации посредством электронного пучка также могут привести к созданию совместимой межфазной области вокруг модифицированного PO. Например, облучение электронным пучком можно использовать для образования поверхностных групп (-OH) и (C=O), таким образом осуществляя преобразование первоначально гидрофобной поверхности в гидрофильную.
Добавки
Композиции мягких на ощупь пленок могут необязательно дополнительно содержать любую подходящую добавку или добавки, при необходимости. Неограничивающие примеры классов добавок, рассматриваемых для использования в композициях пленки, описанных в настоящем документе, включают ароматизирующие вещества, красители, пигменты, наночастицы, антистатические средства, наполнители и их комбинации. Раскрытые в настоящем документе композиции могут содержать одну добавку или смесь добавок. Например, как ароматизирующее вещество, так и окрашивающее вещество (например, пигмент и/или краситель) могут присутствовать в композиции. По меньшей мере одна добавка, если присутствует, как правило, присутствует в весовом процентном содержании от 0,05 вес. % до 20 вес. % или от 0,1 вес. % до 10 вес. % в пересчете на общий вес композиции пленки.
Используемый в настоящем документе термин «ароматизирующее вещество» используется для обозначения любого ароматного материала, который впоследствии выделяется из композиции, как описано в настоящем документе. Известно применение широкого ряда химических веществ в ароматизирующем веществе, включая такие материалы, как альдегиды, кетоны, спирты и сложные эфиры. Более часто, известно применение масел и продуктов выделения растительного и животного происхождения, включающих сложные смеси различных химических компонентов, в качестве ароматизирующих веществ. Ароматизирующие вещества могут быть включены в композиции в любой подходящей форме, например в форме капсул или микрокапсул. Например, ароматизирующие вещества могут быть инкапсулированы посредством циклодекстринов для обеспечения более стойкого запаха.
Согласно настоящему документу ароматизирующие вещества могут характеризоваться относительно простой композицией или могут включать сложные смеси высокой категории сложности из природных и/или синтетических химических компонентов, все из которых выбраны для обеспечения желаемого запаха. Типичные ароматизирующие вещества могут включать, например, экзотические материалы, содержащие древесные/землистые базы, например, сандаловое дерево, цибетин и пачулевое масло. Ароматизирующие вещества могут представлять собой композицию с легким цветочным запахом (например, экстракт розы, экстракт фиалки и сирени). Ароматизирующие вещества также могут характеризоваться таким составом, чтобы обеспечивать желательные фруктовые запахи (например, лайма, лимона и апельсина). Ароматизирующие вещества, включаемые в композиции и изделия согласно настоящему изобретению, могут быть выбраны для создания ароматерапевтического эффекта, например, для обеспечения расслабленного или бодрящего настроения. Таким образом, любой подходящий материал, который выделяет приятный или иной желаемый запах, может использоваться в качестве активного ароматизирующего вещества в композициях и изделиях согласно настоящему изобретению.
Пигмент или краситель может быть неорганическим, органическим или представлять собой их комбинацию. Конкретные примеры рассматриваемых пигментов и красителей включают желтый пигмент (C.I. 14), красный пигмент (C.I. 48:3), синий пигмент (C.I. 15:4), черный пигмент (C.I. 7) и их комбинации. Конкретные рассматриваемые красители включают растворимые в воде окрашивающие вещества, такие как прямые красители, кислотные красители, основные красители и красители, растворимые в различных растворителях. Примеры включают, но не ограничиваются ими, FD&C Blue 1 (C.I. 42090:2), D&C Red 6 (C.I. 15850), D&C Red 7 (C.I. 15850:1), D&C Red 9 (C.I. 15585:1), D&C Red 21 (C.I. 45380:2), D&C Red 22 (C.I. 45380:3), D&C Red 27 (C.I. 45410:1), D&C Red 28 (C.I. 45410:2), D&C Red 30 (C.I. 73360), D&C Red 33 (C.I. 17200), D&C Red 34 (C.I. 15880:1), и FD&C Yellow 5 (C.I. 19140:1), FD&C Yellow 6 (C.I. 15985:1), FD&C Yellow 10 (C.I. 47005:1), D&C Orange 5 (C.I. 45370:2) и их комбинации.
Рассматриваемые наполнители включают кроме прочих неорганические наполнители, такие как, например, оксиды магния, алюминия, кремния и титана. Эти материалы могут быть добавлены в качестве недорогих наполнителей или технологических добавок. Другие неорганические материалы, которые могут выполнять функцию наполнителей, включают водный силикат магния, диоксид титана, карбонат кальция, глинозем, мел, нитрид бора, известняк, диатомит, стеклослюдинитный кварц, железо и керамику. Кроме того, могут использоваться неорганические соли, включая соли щелочных металлов, соли щелочноземельных металлов, фосфатные соли. Кроме того, в композицию также могут быть добавлены алкидные смолы. Алкидные смолы могут содержать полиол, поликислоту или ангидрид, и/или жирную кислоту.
Другие добавки включают материалы для личной гигиены, такие как увлажнители, добавки для кондиционирования кожи (например, вазелин, глицерин, воск), витамины, оказывающие сенсорное воздействие вещества охлаждающего или согревающего действия (например, ментол, корица) или другие оказывающие благоприятное воздействие средства.
Дополнительные рассматриваемые добавки для термопластичного полимера включают зародышеобразователи и осветлители. Специфические примеры, подходящие для полипропилена, представляют собой, например, бензойную кислоту и производные (например, бензоат натрия и бензоат лития), а также каолин, тальк и глицеролат цинка. Дибензилиден сорбит (DBS) является одним из примеров пригодных осветлителей. Другие зародышеобразователи, которые могут быть пригодны, представляют собой соли органической карбоновой кислоты, фосфат натрия и соли металлов (например, дибензоат алюминия). В одном аспекте зародышеобразователи или осветлители могут быть добавлены в диапазоне от 20 частей на миллион (20 ч./млн.) до 20000 ч./млн., или от 200 ч./млн. до 2000 ч./млн., или от 1000 ч./млн. до 1500 ч./млн. Добавление зародышеобразователя может использоваться для улучшения свойств при растяжении и ударных свойств готовой композиции термопластичного полимера.
Рассматриваемые поверхностно-активные вещества включают анионные поверхностно-активные вещества, амфотерные поверхностно-активные вещества или комбинацию анионных и амфотерных поверхностно-активных веществ, и их комбинации, такие поверхностно-активные вещества описаны, например, в патентах US 3,929,678 и 4,259,217, и в документах EP 414549, WO 93/08876 и WO 93/08874.
2
3
3
4
Рассматриваемые наночастицы включают металлы, оксиды металлов, аллотропы углерода, глиноземы, органически модифицированные глиноземы, сульфаты, нитриды, гидроксиды, окси/гидроксиды, гранулированные водонерастворимые полимеры, силикаты, фосфаты и карбонаты. Примеры включают диоксид кремния, углеродную сажу, графит, графен, фуллерены, вспученный графит, углеродные нанотрубки, тальк, карбонат кальция, бентонит, монтмориллонит, каолин, глицеролат цинка, окись кремния, алюмосиликаты, нитрид бора, нитрид алюминия, сульфат бария, сульфат кальция, оксид сурьмы, полевой шпат, слюду, никель, медь, железо, кобальт, сталь, золото, серебро, платину, алюминий, волластонит, оксид алюминия, оксид циркония, диоксид титана, оксид церия, оксид цинка, оксид магния, оксид олова, оксиды железа (FeO, FeO) и их смеси. Наночастицы могут повышать прочность, термическую стойкость и/или сопротивление истиранию композиций, описанных в настоящем документе, и могут придавать композициям электрические свойства.
Рассматриваемые антистатические средства включают мягчители тканей, которые известны как обеспечивающие антистатические полезные свойства. Они могут включать те мягчители тканей, которые содержат жирную ацильную группу, характеризующуюся йодным числом более 20, например N,N-ди(таллоуоил-оксиэтил)-N,N-диметиламмоний-метилсульфат.
В конкретных аспектах наполнитель может содержать возобновляемые наполнители. Они могут включать, но не ограничиваются ими, липиды (например, гидрогенизированное соевое масло, гидрогенизированное касторовое масло), целлюлозные полимеры (например, хлопка, древесины, конопли, картона), лигнин, бамбук, солому, траву, кенаф, целлюлозное волокно, хитин, хитозан, лен, кератин, наполнители на основе водорослей, природный каучук, нанокристаллический крахмал, нанокристаллическую целлюлозу, коллаген, сыворотку, глютен и их комбинации.
III. МНОГОСЛОЙНЫЕ ПЛЕНКИ
Хотя надлежащую мягкость можно обеспечить путем включения возобновляемого TPS в монослойную пленку, по прежнему наблюдается некоторое снижение характеристик механической прочности этих пленок, в частности в направлении CD. Путем включения вышеописанных мягких на ощупь пленок в многослойную пленку общие механические свойства могут быть улучшены, тем самым обеспечивая многослойную пленку, которая включает возобновляемый материал, характеризуется улучшенной мягкостью, может быть изготовлена в ходе процесса раздува и которая характеризуется улучшенными механическими свойствами по сравнению с монослойной пленкой. Другим преимуществом многослойной совместной экструзии является способность удерживать TPS внутри формуемого раздувом пузыря пленки. Поскольку TPS может быть чувствительным к температуре и может испускать летучие вещества, которые могут засорить поверхность головки и привести к появлению неприятного запаха на производственном участке, благодаря способности удерживать TPS внутри пузыря может быть предотвращено избыточное засорение головки и выделение неприятно пахнущих летучих материалов.
Каждый из слоев пленки может характеризоваться толщиной более, чем приблизительно 0,1 мкм, 1 мкм, 2 мкм и/или менее, чем приблизительно 25 мкм, 10 мкм, 8 мкм или 6 мкм. В некоторых воплощениях поверхностный (наружный) слой мягкой на ощупь пленки может характеризоваться толщиной приблизительно 0,5 мкм и в комбинации с 1 или 2 другими слоями пленки характеризоваться толщиной от приблизительно 1 мкм до приблизительно 2 мкм. В некоторых воплощениях слой мягкой на ощупь пленки является самым тонким слоем в многослойной полимерной пленке в целях сведения к минимуму количества термопластичного крахмала (для предотвращения термической деструкции крахмала во время изготовления), при этом он по-прежнему включает достаточное количество термопластичного крахмала для создания удовлетворительного ощущения мягкости на ощупь.
Может быть предложен широкий ряд многослойных пленок, включающих одну или более композиций/слоев мягких на ощупь пленок, описанных в настоящем документе, и один или более других слоев полимерной пленки. Многослойная пленка может содержать 2 или более слоев. В некоторых воплощениях многослойная полимерная пленка может содержать 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20 или 30 или более слоев, включая один или более поверхностных слоев мягкой на ощупь пленки. В некоторых воплощениях 2 или более слоев мягкой на ощупь пленки могут быть обеспечены непосредственно смежно друг с другом или прилегать друг к другу в комбинации с одним или более другими слоями пленки, которые не являются слоями мягкой на ощупь пленки, причем один из слоев мягкой на ощупь пленки обеспечен в качестве поверхностного слоя, а другой слой мягкой на ощупь пленки прилегает как к поверхностному слою мягкой на ощупь пленки, так и к слою пленки, который не является слоем мягкой на ощупь пленки. Например, могут быть предусмотрены следующие схемы расположения, не имеющие ограничительного характера: AAB, AB, ABA, ABC и ABCA, где слой A представляет собой слой мягкой на ощупь пленки, а слои B и C представляют собой слои пленки, не являющиеся слоем мягкой на ощупь пленки, которые могут содержать термопластичный крахмал или могут не содержать его. В некоторых воплощениях слои B и/или C пленки могут содержать полимер или сополимер пропилена, полимер или сополимер этилена, смесь полимеров или сополимеров пропилена, смесь полимеров или сополимеров этилена и/или один или более других полимеров. Некоторые подходящие типы полипропилена (PP) включают, но не ограничиваются ими: гомополимерный изотактический PP и сополимер пропилена (coPP). Сополимер пропилена (coPP) включает статистические полимеры и блок-полимеры, которые включают этилен и другие сомономеры альфа-олефина для образования сополимеров, таких как блок-сополимеры пропилена и этилена, статистические сополимеры пропилена и этилена, гетерофазный сополимер пропилена, включающий ударопрочный сополимер пропилена (или «ICP»), а также любую их смесь. Некоторые подходящие типы полиэтиленов (PE) включают, но не ограничиваются ими: линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), этиленвинилацетат и сополимеры этилена, например, статистический или многоблочный сополимер этилена и альфа-олефина. Некоторые примеры подходящих коммерчески доступных смол включают DOWLEX 2045 и DOWLEX 2027, доступные от Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган, США, Exxon Mobil 129.24 LDPE и ударопрочный сополимер пропилена PROF АХ 7624 от Lyondell Basell. В некоторых воплощениях слой B пленки и/или слой C пленки могут содержать смесь LLDPE и LDPE. В других воплощениях слой B пленки и/или слой C пленки могут содержать смесь полимера пропилена и полимера LLDPE.
В некоторых воплощениях другие слои многослойной пленки могут быть образованы из нетканого материала, бумаги, ткани и т.д., или композиции пленки, то есть по существу или совершенно не содержать TPS. В некоторых воплощениях мягкая на ощупь пленка находится в форме экструзионного покрытия, которое покрывает основа, такую как бумага или нетканая основа. В других воплощениях мягкая на ощупь пленка может предпочтительно использоваться в качестве поверхностного слоя, который прилегает по меньшей мере к одному или более другим слоям.
В одном примере мягкая на ощупь пленка может использоваться в качестве наружного или внешнего поверхностного слоя при совместной экструзии слоев ABC, причем внешний, мягкий слой A, расположен смежно с крайней обращенной к пользователю стороной пленки, а внутренний слой C, не содержащий TPS, расположен смежно с обращенной к изделию стороной пленки. В некоторых воплощениях может быть предпочтительно, чтобы последовательные слои, от внешнего слоя до наиболее внутреннего слоя, характеризовались уменьшающимися концентрациями TPS. Например, может быть обеспечена многослойная пленка с совместно экструдированными слоями ABC, причем слой А содержит TPS, характеризующийся концентрацией более 10 вес. %, или более 15 вес. %, или более 20 вес. %, или более 25 вес. %; слой B содержит TPS, характеризующийся более низкой концентрацией, чем у слоя A, и слой C по существу или совершенно не содержит TPS. Кроме того, в целом, вследствие проблем, возникающих при формовании из расплава TPS (засорение выходной щели головки, выход с газами летучих веществ, появление неприятных запахов и т.д.), ограничение присутствия TPS одним поверхностным слоем, например, внутри пузыря формуемой раздувом пленки, устраняет большую часть из этих проблем, связанных с обработкой. В другом примере мягкую на ощупь пленку используют в качестве наружного или внешнего поверхностного слоя при совместной экструзии слоев ABA, причем мягкий слой A размещают в обоих поверхностных слоях 3-слойной пленки. Слой B по существу не содержит или совершенно не содержит TPS.
Некоторые примеры других слоев, которые могут прилегать к слою мягкой на ощупь пленки, описаны, например, в патентной заявке US 14/051891, «Multi-Layer Polymeric Films», поданной 11 октября 2013 года (P&G, дело 13051), и патентной заявке 14/051915, «Multi-Layer Polymeric Films Containing Energy Dissipating Layers», поданной 11 октября 2013 года (P&G, дело 13052), обе из которых включены в настоящий документ посредством ссылки. Один или более поверхностных слоев, описанных в указанных патентных заявках, может быть заменен мягкой на ощупь пленкой, описанной в настоящем документе. Это приведет к созданию многослойной пленки, содержащей: (1) сердцевину, как описано в любой из вышеуказанных заявок, и (2) один или более мягких поверхностных слоев, описанных в настоящем документе.
По меньшей мере один слой мягкой на ощупь пленки может содержать от приблизительно 5% до приблизительно 90% по весу многослойной полимерной пленки. В других воплощениях слой мягкой на ощупь пленки может содержать от приблизительно 10% до приблизительно 45% по весу многослойной полимерной пленки, в частности, если присутствует только один слой мягкой на ощупь пленки в многослойной полимерной пленке. В других воплощениях слой мягкой на ощупь пленки может содержать от приблизительно 5% до приблизительно 35% по объему многослойной полимерной пленки. В еще одних воплощениях многослойная пленка характеризуется конфигурацией ABA, содержащей 5 об. %/90 об. %/5 об. % слоев пленки, соответственно, многослойной пленки, или конфигурацией AB, содержащей 10 об. %/90 об. % слоев пленки, соответственно, по весу многослойной пленки, или конфигурацией ABC, содержащей 10 об. %/30 об. %/60 об. % слоев пленки, соответственно, многослойной пленки.
IV. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ГОТОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Слои мягкой на ощупь пленки, описанные в настоящем документе, могут быть выполнены с применением традиционных процедур изготовления пленок на традиционном оборудовании для производства пленок посредством совместной экструзии. В целом, полимеры могут быть обработаны с помощью расплавления с получением пленок с применением либо способа экструзии пленки с отливкой, либо способа экструзии пленки с раздувом, оба из которых описаны в документе «Plastics Extrusion Technology» - 2nd Ed., Allan A. Griff (Van Nostrand Reinhold-1976). Кроме того, одно- и многослойные пленки согласно настоящему изобретению могут быть нанесены экструзией в виде покрытия на другую основу и/или нанесены экструзией на две дополнительные основы. Одно- и многослойные пленки согласно настоящему изобретению могут быть впоследствии обработаны с получением высокоориентированных пленок с применением различных процессов ориентации, таких как, например, ориентация в машинном направлении, вытяжка на ширильной раме, формование в твердом состоянии и раскатка роликами.
Формуемую отливкой пленку без тиснения экструдируют через плоскощелевую головку. Обычно плоский экструдируемый лист охлаждают на большом перемещающемся полированном металлическом валике (охлаждающем валике), при этом воздушный шабер используется для направления расплава на валик. Он быстро охлаждается и сходит с первого валика, проходит по одному или более вспомогательным валикам, затем через набор покрытых резиной тянущих или «вытяжных» валиков и в конечном счете поступает на намоточную машину. Для отлитой с тиснением пленки полированный металлический валик заменяют на валик с матовой поверхностью, и при этом резиновый опорный валик используют для направления расплава на микротекстурированный матовый валик. Расплавленная пленка контактирует с матовым валиком и ей придается микротекстура, присутствующая на матовом валике. Полученная в результате пленка содержит микротекстуру, полученную благодаря указанному процессу, и обычно не зависящую от используемого состава пленки. Пленку согласно настоящему изобретению можно использовать для получения мягкой микротекстурированной пленки либо посредством процесса без применения тиснения, либо посредством процесса с применением тиснения, что является очень предпочтительным.
При экструзии пленки с раздувом, расплавленную композицию пленки экструдируют вверх, вниз или по бокам через тонкую кольцевую щель головки. Этот процесс также называют экструзией рукавной пленки. Воздух подают через центр головки для раздувания рукава и обеспечения его расширения. Таким образом образуется перемещающийся пузырь, размер которого поддерживается постоянным посредством одновременного контроля внутреннего давления воздуха, скорости экструзии и скорости отвода. Рукав пленки охлаждается воздухом, который вдувается через одно или более охлаждающих колец, окружающих рукав. Рукав затем схлопывают путем протягивания в складывающие щеки через пару тянущих валиков и на намоточную машину. Другие процессы получения пленок раздувом включают процессы двойного раздува и тройного раздува, в которых обеспечивается дополнительная ориентация и/или терморелаксация. Настоящее изобретение можно применять со всеми процессами получения пленок раздувом.
Для процесса совместной экструзии требуется более одного экструдера и либо распределительный блок для совместной экструзии, либо система с многоколлекторной головкой, или их комбинация для обеспечения структуры многослойной пленки. В патентах US 4,152,387 и 4,197,069, включенных в настоящий документ посредством ссылки, описаны основные принципы совместной экструзии с применением распределительного блока и многоколлекторной головки. Несколько экструдеров соединяют с распределительным блоком, который может использовать подвижные делители потока для пропорционального изменения геометрии каждого отдельного канала потока в прямой зависимости от объема полимера, проходящего через каналы потока. Каналы потока выполнены таким образом, что в месте их соединения материалы проходят вместе с одинаковыми скоростью и давлением, что сводит к минимуму напряжение на поверхности раздела и неустойчивость потока. После соединения материалов в распределительном блоке, они поступают в одноколлекторную головку в комбинированной форме. Другие примеры распределительного блока и систем головок описаны в документе «Extrusion Dies for Plastics and Rubber», W. Michaeli, Hanser, New York, 2nd Ed., 1992, включенном в настоящий документ посредством ссылки. Может оказаться важным, что в таких процессах вязкости расплава, разности нормальных напряжений и температуры плавления материала не отличаются в значительной степени. В ином случае, это может привести к инкапсуляции слоя или нестабильности потока в головке, что вызывает неудовлетворительное управление распределением толщины слоя и дефекты из-за неплоских границ раздела (например, «рыбий глаз») в многослойной пленке.
Альтернативным вариантом совместной экструзии с применением распределительного блока является многоколлекторная или пластинчатая головка, описанная в патентах US 4,152,387, 4,197,069 и 4,533,308, включенных в настоящий документ посредством ссылки. В то время как в системах с распределительным блоком потоки расплава сходятся вместе снаружи перед поступлением в корпус головки, в многоколлекторной или пластинчатой головке каждому потоку расплава назначен его собственный коллектор в головке, причем полимеры распределяются независимо в своих соответствующих коллекторах. Потоки расплава соединяются возле выхода из головки с каждым потоком расплава на протяжении всей ширины головки. Подвижные пластины обеспечивают возможность регулирования размера выхода каждого канала потока прямо пропорционально объему материала, проходящего через него, что обеспечивает возможность прохождения расплавов вместе с одинаковыми скоростью, давлением и желаемой шириной.
Поскольку свойства потока расплава и температуры плавления полимеров значительно отличаются, применение пластинчатой головки имеет ряд преимуществ. Головка сама подстраивается под теплоизоляционные характеристики, причем полимеры со значительной разницей температур плавления, например, вплоть до 175°F (80°C), могут быть обработаны вместе.
Каждый коллектор в пластинчатой головке может быть разработан и подстроен под конкретный полимер. Таким образом, на поток каждого полимера влияет только конструкция его коллектора, но не силы, прикладываемые другими полимерами. Это обеспечивает возможность осуществления совместной экструзии материалов со значительной разницей вязкостей расплава с получением многослойных пленок. Кроме того, пластинчатая головка также обеспечивает возможность подстройки ширины отдельных коллекторов, вследствие чего внутренний слой может быть полностью окружен внешним слоем, при этом не остается открытых краев. Системы с распределительным блоком и пластинчатые головки можно использовать для обеспечения более сложных многослойных конструкций. Кроме того, пленки согласно настоящему изобретению можно производить в виде нанослоев, причем устройства для увеличения количества слоев разделяют и укладывают множество слоев для обеспечения кратного увеличения количества внутренних слоев и соответствующего уменьшения толщины внутренних слоев. В результате применения такого процесса пленка может содержать несколько тысяч наноразмерых внутренних слоев. Мягкую пленку согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве покрытия, расположенного поверх этого множества внутренних слоев.
При желании, мягкие на ощупь пленки, описанные в настоящем документе, могут быть в виде водонепроницаемых, микропористых воздухопроницаемых пленок, содержащих множество микропор. Размер пор меньше, чем капля воды, поэтому водяные капли не смогут проникнуть, если не будет приложено чрезвычайно большое давление. Однако, поры намного больше, чем молекулы водяного пара, поэтом пары и испарения могут свободно проникать в пленку и проходить от одной стороны пленки до другой. Такие пленки особенно хорошо подходят для применения в качестве верхнего листа в абсорбирующем изделии.
Для изготовления таких микропористых пленок можно использовать любой подходящий способ. Один такой способ включает добавление в состав пленки жесткого неорганического наполнителя, такого как карбонат кальция, глинозем, сульфат бария, диоксид титана или другие тонкоизмельченные неорганические материалы. Считается, что адгезия между полимером дисперсионной фазы и дискретной фазой (т.е., наполнителем) является плохой, и вокруг включений дискретной фазы образуются микропустоты, когда композитную пленку вытягивают. Смесь полимера дисперсионной фазы/наполнителя экструдируют в качестве непористой пленки-«заготовки», а затем пленку-заготовку механически вытягивают для образования микропористой пленки, которая обеспечивает способность пропускать воздух и водяной пар. Содержащие заполнитель полимерные пленки могут легко вытягиваться при комнатной температуре или при повышенных температурах для образования микропористых материалов.
Как правило, композиция микропористой пленки содержит приблизительно 50±10% по весу неорганического наполнителя, причем остальное представляет собой один или более полимеров олефина, таких как полиэтилен и/или полипропилен. Для обеспечения сообщения между порами по толщине пленки, необходимо присутствие достаточного количества неорганического наполнителя, причем пленка должна вытягиваться в достаточной степени для образования микропор, которые могут взаимно сообщаться, для образования каналов, проходящих через пленку. На размер микропор, и, следовательно, скорость проницаемости водяных паров (MVTR) и воздухопроницаемость такой микропористой пленки или композита, влияет размер частиц и распределение частиц по размерам наполнителя. Путем регулирования полимерной матрицы и расположения слоев многослойных пленок могут быть получены микропористые пленки с управляемыми свойствами (например, размером пор, распределением пор по размеру, скорости проникновения воздуха и влаги, стойкости к протечке). MVTR может быть измерена с применением способа, изложенного в патентной публикации US 2007/01 67929 A1 (опубликованной 19 июля 2007 года (Fossum)).
Любой подходящий способ вытяжки можно использовать для изготовления микропористой пленки-заготовки, чтобы сделать пленку микропористой. Например, ориентация в машинном направлении (MDO) включает пропускание пленки между по меньшей мере двумя парами роликов. У второй пары роликов (T2) частота вращения выше (V2), чем у первой пары роликов (T1 и VI). Соотношение V2/V1 определяет степень вытяжки. Другим способом является вытяжка на ширильной раме в поперечном направлении, которая предусматривает захват боковых кромок пленки и вытягивание пленки в стороны. Другая методика вытяжки пленки представляет собой постепенную вытяжку, также называемую вытяжкой со взаимным сцеплением или переплетением. Этот способ описан в патентах US 4,152,751 (Schwarz); 4,153,665 (Sabee); 5,202,173 (Wu); и 5,865,926 (Wu). В этом способе пленку пропускают между двумя желобчатыми или зубчатыми роликами. Желобки или зубцы входят в зацепление без контакта друг с другом, когда ролики сближаются. Когда пленка проходит между двумя роликами, она вытягивается вследствие ее зигзагообразного перемещения между этими взаимно сцепленными зубцами. Вытягивание посредством взаимного сцепления характеризуется преимуществом, заключающемся в обеспечении вытягивания пленки со множеством небольших шагов, которые равномерно разнесены по всей пленке в машинном направлении (MD), поперечном направлении (CD), под непрямыми углами к MD или в любой их комбинации. Глубина, на которую входят взаимно сцепленные зубцы, задает степень вытяжки.
Другим средством создания микропор является процесс, обычно называемый процессом «SELF» или «образование SELF», причем SELF обозначает «структурная пленка, подобная эластичной». Образование SELF включает пропускание пленки через конструкцию из формовочных валков с противоположно расположенными зубцами в целях расширения частей пленки в толщину путем расширения частей пленки вне плоскости X-Y в направлении Z. Один пример процесса SELF описан в документе US 7,303,861. Другое средство для создания микропор представляет собой «выполнение отверстий дисковым ножом» (RKA). В RKA применяется процесс и устройство с использованием сцепленных зажимных валков, вращающихся в противоположных направлениях, аналогичных тем, которые были описаны относительно SELF. RKA отличается от SELF тем, что относительно плоские продолговатые зубцы SELF были изменены таким образом, чтобы в целом указывать на дистальный конец. Зубцы могут быть заточены для прорезания, а также деформирования пленки с получением пленки с отверстиями в трех плоскостях.
Еще один способ формирования макро- и микроотверстий включает применение струи текучего вещества под высоким давлением, состоящей из воды или подобного вещества, воздействующей на одну поверхность пленки, предпочтительно одновременно с созданием вакуума вблизи противоположной поверхности пленки. В целом, пленка опирается на одну поверхность формирующей конструкции, содержащей противоположные поверхности. Формирующая конструкция снабжена множеством отверстий, посредством которых обеспечивается связь по текучей среде противоположных поверхностей друг с другом. Хотя формирующая конструкция может быть стационарной или подвижной, в приведенном в качестве примера варианте исполнения используется формирующая конструкция, составляющая часть непрерывного процесса, в котором пленка характеризуется направлением движения, и формирующая конструкция перемещает пленку в направлении движения, при этом поддерживая пленку. Струя текучего вещества и, предпочтительно, вакуум взаимодействуют для обеспечения разности давлений текучего вещества по толщине пленки, что вызывает приведение пленки в соответствие с формой формирующей конструкции и разрыв в областях, которые совпадают с отверстиями в формирующей конструкции.
Пленка последовательно проходит через две формирующие конструкции. Первая формирующая конструкция снабжена множеством небольших отверстий, которые при воздействии вышеупомянутой разности давлений текучего вещества вызывают образование микроотверстий в полотне пленки. Вторая формирующая конструкция характеризуется макроскопическим трехмерным поперечным сечением, которое определено множеством отверстий с макроскопическим поперечным сечением. При воздействии второй разности давлений текучего вещества пленка по существу принимает форму второй формирующей конструкции, при этом по существу сохраняя целостность небольших отверстий.
Такие способы выполнения отверстий известны как «гидравлическое формование» и более подробно описаны в патентах US 4,609,518; 4,629,643; 4,637,819; 4,681,793; 4,695,422; 4,778,644; 4,839,216; и 4,846,821. Полотно с отверстиями также можно сформировать посредством таких способов, как вакуумное формование, и с применением таких механических способов, как пробивание отверстий. Вакуумное формование описано в патенте US 4,463,045. Примеры механических способов описаны в патентах US 4,798,604; 4,780,352; и 3,566,726.
Слой мягкой пленки может быть использован в качестве компонента потребительского товара, например, выбранного из группы, состоящей из упаковочного материала, упаковки в сборе, используемой для обертывания потребительских товаров, и абсорбирующих изделий. Если потребительский товар представляет собой абсорбирующее изделие, изделие может быть выбрано из группы, состоящей из подгузников, трусиков для приучения к горшку, изделий для взрослых, страдающих недержанием, ежедневных прокладок, тампонов, женских гигиенических прокладок, бумажных салфеток и влажных салфеток.
В некоторых воплощениях мягкая на ощупь пленка, описанная в настоящем документе, может быть включена в абсорбирующее изделие, содержащее верхний лист, нижний лист и абсорбирующую сердцевину, расположенную по меньшей мере частично между верхним листом и нижним листом. Мягкие на ощупь пленки, описанные в настоящем документе, можно использовать для образования по меньшей мере части верхнего листа и/или нижнего листа. По меньшей мере часть верхнего листа может быть проницаемой для жидкости, при этом нижний лист является непроницаемым для жидкости или по меньшей мере по существу непроницаемым для жидкости. Верхний лист представляет собой часть абсорбирующего изделия, которая находится в непосредственном контакте с кожей пользователя. Верхний лист может быть соединен с нижним листом, сердцевиной и/или любыми другими слоями, как известно в данной области техники. Как правило, верхний лист и нижний лист соединены непосредственно друг с другом в некоторых местах (например, на или вблизи периферии изделия) и опосредованно соединены друг с другом в других местах путем их непосредственного соединения с одним или более другими элементами абсорбирующего изделия. Нижний лист обычно представляет собой часть абсорбирующего изделия, расположенную вблизи поверхности абсорбирующей сердцевины, обращенной к одежде, и предотвращающую или по меньшей мере замедляющую загрязнение изделий, таких как простыни и нижнее белье продуктами выделения, абсорбируемыми и удерживаемыми в сердцевине.
Некоторые примеры абсорбирующих изделий описаны в USPN 2015/0065981; 3,860,003; 5,221,274; 5,554,145; 5,569,234; 5,580,411 и 6,004,306.
V. СПОСОБЫ
Экспертная группа описательного анализа
nd
Результаты исследований тактильных ощущений, изложенных в примерах, предоставлены экспертной группой описательного анализа, в состав которой входят 17 обученных и квалифицированных судей для оценки сенсорных ощущений, при этому указанные судья не являются работниками патентовладельца. Образцовые изделия с известной оценкой используют в качестве части их обучения для демонстрации полного диапазона интенсивностей по 100-бальной шкале для каждого из измеренных сенсорных признаков. Экспертная группа прошла обучение и получила квалификацию согласно стандартам ASTM «Sensory Testing Methods for Descriptive Testing» (Manual 26: MNL 26 2 edition), где предоставлены инструкции по выбору и обучению членов экспертной группы для оценки ощущений. Во время исследования исследуемые изделия (в данном случае пленки) представлены 3-значными кодами в случайном порядке с использованием последовательного монадического исследования. Исследуемые характеристики измеряют при стандартизованных условиях окружающей среды (регулируемой температуре и влажности). Пленки оценивают по шкале от 0 до 100 баллов, принимая, что 0 = отсутствие, 50 = умеренное и 100 = максимальное количество. Данные сообщают в виде средних величин для всей группы, и данные анализируют с использованием 2-факторного дисперсионного анализа (ANOVA) с апостериорными сравнениями по методу наименьших значимых различий (LSD) при 95% степени достоверности.
SEM для подтверждения наличия дисперсной фазы
2
Материалы дисперсной фазы лучше всего определяются путем визуального осмотра при сканирующей электронной микроскопии. Поперечное разрезание пленок выполняют вдоль направления CD с помощью микротомного ножа и жидкого азота, что способствует обеспечению качественного разреза. Сначала образец пленки погружают в жидкий N и вынимают. Пока он находится в чрезвычайно холодном состоянии используют микротомный нож для быстрого выполнения разреза вдоль направления CD, таким образом открывая поперечный разрез пленки. Часть с поперечным разрезом закрепляют в раздельном креплении SEM и покрывают методом напыления тонким слоем золота (<1 нм). Часть с поперечным разрезом затем изучают при 500-кратном увеличении для нахождения наличия дисперсных областей.
Анализ текстуры поверхности с применением ISO 25178 и трехмерной лазерной микроскопии
Способ, применяемый для определения характеристик текстуры поверхности, представляет собой трехмерную лазерную сканирующую микроскопию («3DLSM»). 3DLSM можно применять для сбора данных о рельефе в заданном участке на поверхности образца. Трехмерные данные можно проанализировать в соответствии со стандартами ISO для количественной оценки элементов микротекстуры данной поверхности; в ISO 25178 предоставлены основные принципы для такой оценки. Образцы пленки для анализа подготавливают путем разрезания репрезентативной части пленки размером приблизительно 2,5 сантиметра на 3,75 сантиметра и приклеивают липкой лентой к стандартному предметному стеклу для микроскопа. Образец приклеивают липкой лентой для предотвращения или уменьшения образования складок без растягивания пленки. Образец закрепляют на предметном столике трехмерного лазерного сканирующего микроскопа Keyence серии VK-X200 (который состоит из контроллера VK-X200K и блока измерения VK-X210). Программное обеспечение производителя прибора используют для сбора данных («VK Viewer») и анализа данных («VK Analyzer»); производитель предоставляет модуль анализа ISO 25178, который используют для получения параметров, соответствующих ISO 25178.. Изображения получают с применением 50X и 150X линз объектива, поставляемых с прибором. Данные собирают с применением режима «Expert Mode» программного обеспечения для сбора данных, в котором заданы следующие параметры: диапазон сканирования высоты задан таким образом, чтобы охватывать диапазон высоты образца (он может варьировать от образца к образцу в зависимости от рельефа поверхности каждого из них); размер шага задан равным 0,10 микрометра для 50X объектива и 0,05 микрометра для 150X объектива; интенсивность лазерного излучения и коэффициент усиления детектора оптимизированы для каждого образца с применением функции автоматической настройки усиления программного обеспечения для управления прибором (максимально увеличивает отраженный лазерный сигнал, не вызывая насыщение детектора). Перед анализом данные подвергают удалению шумов (в соответствии со встроенным алгоритмом в программном обеспечении для анализа) и устраняют искажение при необходимости. Всю область набора данных (изображения) анализируют с применением модуля ISO 25178 для получения ряда параметров.
Следующие параметры были определены как наиболее применимые к мягкости: Sa (средняя шероховатость поверхности), mr50 (коэффициент смятия ареала на высоте 0,1 микрометра) и Sdq (среднеквадратичный градиент).
Толщина слоя пленки
Толщину слоя пленки можно измерить с применением принципов, изложенных в ISO 4593:1993, Plastics - Film and sheeting - Determination of thickness by mechanical scanning.
Механические свойства
Секущий модуль при 2% деформации и предел прочности измеряют в соответствии с методом ASTM D882, Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Испытание на растяжение можно проводить с применением прибора Synergie 400 от MTS Systems Corporation с тензодатчиком на 100 Н или эквивалентной машиной для испытания на растяжение. Для примеров испытательные образцы растягивали согласно ASTM D882 при скорости траверсы 25,4 см/мин и базовой длине 5 см. Предел прочности при растяжении и секущий модуль при 2% деформации записывали и указывали в единицах СИ.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах дополнительно описаны и представлены конкретные варианты исполнения мягких на ощупь пленок, описанных в настоящем документе, совместно с несколькими сравнительными примерами. Все из этих примеров приведены исключительно в целях пояснения и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, поскольку возможно множество их изменений без отхода от сути и объема настоящего изобретения. Ингредиенты указаны посредством их химического названия или иным образом определены ниже. Сравнительный пример 1 представляет собой коммерчески доступную потребительскую упаковку бумажных салфеток от Nepia. Сравнительные примеры от №2 до №5 представляют различные монослойные пленки, содержащие комбинации высокомодульных полимеров и одного из TPS или низкомодульного полимера. Примеры от №1 до №8 представляют различные монослойные пленки, содержащие комбинации высокомодульных полимеров, TPS и одного или более из низкомодульного полимера и/или SMA. Примеры от №9 до №13 представляют различные многослойные пленки, причем один из слоев пленки содержит комбинации высокомодульных полимеров, TPS и одного или более из низкомодульного полимера и SMA.
Во всех примерах (за исключением сравнительного примера 1) термопластичный крахмал добавляли в качестве композиции суперконцентрата в виде либо BLF-02, либо BLF-04 от Cardia, Inc. Приблизительные формулы для суперконцентратов TPS указаны в таблицах 1 и 2. В таблице 3 указаны результаты экспертной группы и механического испытания для монослойных пленок вместе с весовым процентным содержанием TPS, низкомодульного термопластичного полимера, SMA и высокомодульных термопластичных полимеров. В таблице 4 указаны результаты трехмерной лазерной микроскопии и профилометрии для сравнительных примеров от №1 до №4 и примеров от №1 до №8.
Сравнительный пример №1
3
Из результатов термоанализа (DSC) оказалось, что пленка «Nepia» содержит LLDPE или смесь из преобладающей части LLDPE и меньшей части LDPE с общей плотностью от приблизительно 0,915 до 0,918 г/см, которая находится в пределах стандартного диапазона для традиционных смесей LLDPE и LDPE. Однако у данной пленки характеристики механической прочности (см. таблицу 3) ниже, чем можно ожидать от традиционного LLDPE. Секущий модуль при 2% деформации в направлении MD ограничивает ее применение в высокоскоростной обработке и переработке полотна для подгузников, гигиенических изделий для женщин и т.д. Оказалось, что данная пленка сформована отливкой и характеризуется глубоким тиснением, результатом чего является в значительной мере микротекстурированная поверхность. Без ограничения какой-либо теорией считается, что пониженные механические свойства могут быть вызваны обширным микротекстурированием. Большие углубления в виде «кратера» на протяжении пленки Nepia могут создавать «слабые места» и «дефекты» в пленке, которые ухудшают механическую прочность. Однако тактильные свойства в сравнительном примере №1 являются исключительными, учитывая оценку общей мягкости 9,7, причем показатели восприятия шума и отсутствия прилипания также являются исключительными и характеризуются оценками 5,6 (= малошумная) и 8,8 (= нелипкая) по 10-бальной шкале.
Сравнительные примеры монослойных пленок от №2 до №5 и примеры монослойных пленок от №1 до №9
Сравнительные примеры от №2 до №5 и примеры от №1 до №8 получают на линии опытного масштаба для отливки монослойной пленки без тиснения. Подача материала в опытном процессе отливки осуществляется посредством одного экструдера Merritt Davis со шнеком диаметром 25 мм, характеризующегося соотношением L:D, равным 24, и наличием трех зон регулирования температуры. Расплав полимера по перекачивающему трубопроводу с подогревом транспортируется от экструдера до входа в головку. Сырьевые материалы (как правило, в форме пеллет) подают в бункер в виде физически перемешанной смеси. Материалы смешивают в расплаве и нагнетают посредством экструдера в расположенную далее по технологической схеме головку для производства пленки. Экструдер присоединен к 254 мм одноколлекторной выносной головке EDI с угловым подводящим каналом, содержащей выходную щель размером 750 микрометров, который выставляется без приложения давления. Полученный в результате экструдат отливают на подвижное устройство для отливки от Killion Inc. Экструдат сначала контактирует с хромированным охлаждающим валиком, работающим при температуре 30°C сверху 100 мм расплавленного полотна. Валик является гладким и не наносит тиснение какой-либо формы на пленку. Пленка зажимается с помощью стандартного резинового прижимного валика. Экструдат охлаждают с получением конечной формы пленки, которую непрерывно наматывают на 75 мм сердцевину. Температуру трех зон экструдера поддерживают на уровне 170°C, 175°C и 175°C. Температуру крепежной плиты, перекачивающего трубопровода и зажима также поддерживают на уровне 175°C. Экструдер работает на 30 об/мин. Скорость охлаждающего валика поддерживают постоянной на уровне приблизительно 2,4 м/мин.
В сравнительном примере №2 показана смесь полимеров, которую можно использовать в высокоскоростных операциях переработки и которая характеризуется хорошей механической прочностью (например, секущий модуль при 2% деформации в направлении MD/CD>200 МПа и предел прочности в направлении MD/CD>30 МПа). В сравнительном примере №3 показан эффект добавления низкомодульного термопластичного полимера в смесь согласно сравнительному примеру №3, результатом которого является снижение секущего модуля при 2% деформации.
В сравнительном примере №4 показан эффект добавления термопластичного крахмала в композицию согласно сравнительному примеру №2. Добавление умеренного количества TPS в сравнительном примере №4 привело к снижению всех механических свойств, но не до уровня, при котором эта композиция была бы непригодной для высокоскоростных операций переработки. Однако сравнительный пример №5, включающий значительное количество TPS в композиции согласно сравнительному примеру №5, в результате характеризовался существенным снижением предела прочности и секущего модуля при 2% деформации в направлениях MD и CD до уровня, при котором данная композиция была бы непригодной для высокоскоростных операций переработки. Кроме того, экспертная группа оценила сравнительный пример №5 ниже по мягкости по сравнению со сравнительным примером №4. Считается, что, вероятно, избыточное количество пузырьков в композиции согласно сравнительному примеру №5 чрезмерно стимулировало МС, таким образом, приводя в результате к менее приятным тактильным ощущениям. Общая оценка мягкости 4,9 для сравнительного примера №4 по-прежнему намного ниже, чем для сравнительного примера №1.
Экспертная группа оценила пример №4, поставив оценку мягкости 7,0, и пример №6, поставив 6,7, что демонстрирует, что достаточный уровень низкомодульного термопластичного полимера в комбинации с SMA может поддерживать или улучшать мягкость по сравнению с намного более широким диапазоном уровня TPS. Фактически, в результате включения низкомодульного термопластичного полимера и SMA в примерах №4 и №6 были получены значительно более мягкие пленки по сравнению со сравнительными примерами №4 и №5. Более того, примеры №4 и №6 оценили как менее шумные по сравнению со сравнительными примерами №4 и №5.
После анализа таблицы 4 (данные о профиле), следует отметить несколько наблюдений. Во-первых, пример №8 (с содержанием 40 вес. % SMA) продемонстрировал отклонение от нормы в отношении высоты микротекстуры. Измеренная высота была значительно меньше, чем во всех остальных примерах. Считается, что это могло произойти в результате избыточного нанесения SMA на микротекстурированную поверхность. По существу, SMA «заполнил» и покрыл микротекстуру, сделав ее менее выраженной. Во-вторых, сравнительный пример №5 характеризовался чрезвычайно высоким значением шероховатости (Ra=3,5 микрометра), что указывает на присутствие избыточного количества TPS в образце, что могло повлиять на низкую оценку мягкости (3,5). Пример №4, содержавший аналогичное количество TPS, но также включавший низкомодульный термопластичный полимер и SMA, характеризовался намного меньшим значением шероховатости (Ra=1,26 мкм), что вероятно нашло отражение в оценке мягкости (7,0). Без ограничения какой-либо теорией считается, что шероховатость микротекстуры в диапазоне 0,1 мкм > Ra < 3,5 мкм может быть предпочтительной в отношении мягкости.
Примеры многослойных пленок
Примеры от 9 до 13 представляют собой полученные раздувом многослойные пленки, содержащие один или более слоев мягкой на ощупь пленки. В таблице 5 указана композиция слоев многослойных пленок, при этом в таблице 6 указаны механические свойства и оценки экспертной группы для мягкости, шума и липкости.
ый
ый
Нижеуказанные примеры от 9 до 13 подготавливают на системе получения пленок раздувом Dr. Collin GmbH с различными конфигурациями экструдера и головки для получения монослойных, двухслойных, трехслойных и 5-слойных пленок. Система получения пленок раздувом снабжена 5 экструдерами, питающими 5-слойную выдувную головку стекового типа. 4 из 5 экструдеров являются идентичными и характеризуются диаметром шнека 25 мм и соотношением L/D, равным 30:1; каждый из них содержит шнеки общего назначения. В данной конфигурации первый экструдер со шнеком диаметром 25 мм подает материал на внутренний поверхностный слой. Второй экструдер со шнеком диаметром 25 мм подает материал на связывающий слой, смежный с внутренним поверхностным слоем. Третий экструдер со шнеком диаметром 25 мм подает материал на наружный поверхностный слой. 4 экструдер со шнеком диаметром 25 мм подает материал на связывающий слой, смежный с наружным поверхностным слоем. 5 экструдер представляет собой устройство со шнеком общего назначения диаметром 30 мм и соотношением L/D, равным 30:1. Данный экструдер подает материал сердцевины для текущей 5-слойной конфигурации. Каждый экструдер содержит 6 зон нагрева. Температурные профили представлены следующим образом: 25°C в зоне питания (1), 170°C в зоне 1 (цилиндр 1) и 175°C во всех последующих зонах (цилиндры 2-5). Экструдеры присоединены к головке с помощью проходящей во 2 зоне трубы диаметром 25 мм и длиной ~1 м. Трубы нагреты до температуры 175°C. Многослойная пленка образуется в головке стекового типа. Головка содержит выпускную часть диаметром 100 мм с щелью размером 1,6 мм, способной обеспечивать коэффициенты раздува от 1 до 3, причем для указанных пленок используется коэффициент, равный 2. Головка нагревается в 8 зонах нагрева. Температура всех зон нагрева (головка 1-8) установлена на 175°C. Оборудование налажено для совместной экструзии 5 слоев/5 материалов. Однако может быть получена любая комбинация путем изменения материала в каждом экструдере. Например, однослойная пленка может быть получена путем размещения материала A во всех 5 экструдерах. Полученная в результате пленка, строго говоря, будет представлять собой пятислойную пленку AАААА, но фактически она представляет собой монослойную пленку из композиции A. Другой пример включает осуществление совместной экструзии с конфигурацией AB. Если материал A размещен в экструдерах и обеспечивает наружный поверхностный слой, наружный связывающий слой и сердцевину, при этом материал B размещен в оставшихся 2 экструдерах, следовательно, осуществляется 5-слойная совместная экструзия с конфигурацией АААВB. Однако фактически АААВB представляет собой двухслойную совместную экструзию с конфигурацией AB.
Пример 9 (многослойная пленка ААААA = A), изготовленный на линии получения 5-слойной пленки раздувом) (3BL3-2): 28 вес. % Dowlex 2045G, 11 вес. % Dowlex 2027, 4вес. % ExxonMobil 129.24, 22 вес. % Cardia BLF-04, 30 вес. % Attane 4404G и 5 вес. % Ampacet 10090 загружают в 4 экструдера со шнеком диаметром 25 мм и 1 экструдер со шнеком диаметром 30 мм. Показатели производительности экструдеров регулируют для достижения соотношения слоев 15/5/60/5/15 или по существу 100% монослоя, поскольку все экструдеры подают одинаковый материал. Температурный профиль составляет 175°C. Пленка поступает на линию со скоростью, достаточной для получения пленок толщиной 12, 25 и 50 микрометров.
Пример 10 (5-слойная полученная раздувом пленка ААВАA = ABA), изготовленный на линии получения 5-слойной пленки раздувом, испытательные условия 3BL3-4, 15/5/60/5/15=20/60/20): 28 вес. % Dowlex 2045G, 11 вес. % Dowlex 2027, 4 вес. % ExxonMobil LD 129.24, 22 вес. % Cardia BLF-02, 30 вес. % Attane 4404G и 5 вес. % Ampacet 10090 загружают в 4 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу поверхностных и связывающих слоев. 65 Вес. % Dowlex 2045G, 25 вес. % Dowlex 2027 и 10 вес. % ExxonMobil 129.24 загружают в экструдер со шнеком диаметром 30 мм для сердцевины. Показатели производительности экструдеров регулировали для достижения соотношения слоев 15/5/60/5/15=20/60/20. Температурный профиль составляет 175°C. Пленка поступает на линию со скоростью, достаточной для получения пленок толщиной 12, 25 и 50 микрометров.
Пример 11 (многослойная пленка АААВB = AB), изготовленный на линии получения 5-слойной пленки раздувом, испытательные условия 3BL3-3, 20/5/35/10/30=60/40): 28 вес. % Dowlex 2045G, 11 вес. % Dowlex 2027, 4 вес. % ExxonMobil LD129.24, 22 вес. % Cardia BLF-02, 30 вес. % Attane 4404G и 5 вес. % Ampacet 10090 загружают в 2 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу наружного поверхностного слоя и смежного связывающего слоя, а также в экструдер со шнеком диаметром 30 мм для сердцевины. 65 вес. % Dowlex 2045G, 25 вес. % Dowlex 2027 и 10 вес. % ExxonMobil 129.24 загружают в 2 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу на внутренний слой и смежный связывающий слой. Показатели производительности экструдеров регулировали для достижения соотношения слоев 20/5/35/10/30=60/40. Температурный профиль составляет 175°C. Пленка поступает на линию со скоростью, достаточной для получения пленок толщиной 12, 25 и 50 микрометров.
Пример 12 (многослойная пленка ААВВB = AB), изготовленный на линии получения 5-слойной пленки раздувом, испытательные условия 3BL3-14, 45/5/40/5/5 или 50/50): 16 вес. % Dowlex 2045G, 6 вес. % Dowlex 2027, 3 вес. % ExxonMobil 129.24, 40 вес. % BLF-04, 30 вес. % Attane и 5% Ampacet 10090 загружают в 2 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу материала на внешний поверхностный слой и смежный связывающий слой. 20 вес. % Profax 7624, 80 вес. % Dowlex 2045G загружают в 2 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу материала на внутренний поверхностный слой и смежный связывающий слой, и экструдер со шнеком диаметром 30 мм, осуществляющим подачу на сердцевину. Показатели производительности экструдеров регулировали для достижения соотношения слоев 45/5/40/5/5 или по существу 50/50 вследствие дублирования материалов в различных потоках. Температурный профиль составляет 175°C. Пленка поступает на линию со скоростью, достаточной для получения пленок толщиной 12, 25 и 50 микрометров.
Пример 13 (многослойная пленка ABC), изготовленный на линии получения 5-слойной пленки раздувом, испытательные условия 3BL3-11, 35/5/25/5/30=40/25/35): 28 вес. % Dowlex 2045G, 11 вес. % Dowlex 2027, 4 вес. % ExxonMobil LD 129.24, 22 вес. % Cardia BLF-02, 30 вес. % Attane 4404G и 5 вес. % Ampacet 10090 загружают в 2 экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу на наружный поверхностный слой и смежный связывающий слой. 16 вес. % Dowlex 2045G, 6 вес. % Dowlex 2027, 3 вес. % ExxonMobil 128.24, 40 вес. % BLF-04, 30 вес. % Attane 4404G и 5 вес. % Ampacet 10090 загружают в экструдер со шнеком диаметром 30 мм, осуществляющим подачу на сердцевину. 65 вес. % Dowlex 2045G, 25 вес. % Dowlex 2027 и 10 вес. % ExxonMobil 129.24 добавляют в другие два экструдера со шнеком диаметром 25 мм, осуществляющих подачу на внутренний поверхностный слой и связывающий слой. Показатели производительности экструдеров регулировали для достижения соотношения слоев 35/5/25/5/30=40/25/35. Температурный профиль составляет 175°C. Пленка поступает на линию со скоростью, достаточной для получения пленок толщиной 12, 25 и 50 микрометров.
Пример №10 представляет собой пленку ABA со слоями мягкой на ощупь пленки, расположенными в качестве наружных (внешних) поверхностных слоев, причем промежуточный слой (B) не содержит TPS. Промежуточный слой B содержит ударопрочный coPP для улучшения характеристик при растяжении. Предел прочности и секущий модуль при 2% деформации в примере №10 являются удовлетворительными для высокоскоростных операций переработки и улучшены по сравнению с примером №9. Экспертная группа оценила мягкость в примере №10 как 7,7 по сравнению 5,6 в примере №9, что указывает на существенное улучшение мягкости.
Пример №11 представляет собой пленку AB с тремя слоями мягкой на ощупь пленки, расположенными в комбинации в виде одного наружного (внешнего) поверхностного слоя. Предел прочности данной многослойной пленки выше по сравнению с примером №9 вследствие более низкого общего содержания TPS и низкомодульного термопластичного полимера. Пример №11 характеризуется оценкой мягкости 7,8 по сравнению с 5,6, что указывает на улучшенную мягкость вследствие ограничения использования слоя мягкой на ощупь пленки поверхностным слоем. Таким образом, оказалось, что использование слоя мягкой на ощупь пленки в качестве поверхностного слоя обеспечивает наилучшее сочетание мягкости и характеристик при растяжении. Фактически, мягкость начинает приближаться к показателям в сравнительном примере №1, при этом обеспечиваются намного более высокие характеристики при растяжении.
Пример №12 представляет собой AB пленку с двумя слоями мягкой на ощупь пленки, расположенными в качестве наружного поверхностного слоя. Экспертная группа оценила мягкость немного ниже по сравнению с примером №11, хотя свойства при растяжении немного улучшились вследствие меньшего количества TPS и низкомодульного термопластичного полимера.
Пример №13 представляет собой пленку ABC, содержащую два слоя A, один слой B и два слоя C. Слои A и B содержат различные концентрации TPS. Характеристики при растяжении данной пленки немного ниже по модулю, хотя прочность в направлении CD улучшена. Общая мягкость данной пленки составляет 6,5 относительно 5,6 в примере №9, хотя характеризуется аналогичной липкостью.
Размеры и значения, раскрытые в данной заявке, не следует понимать как строго ограниченные указанными точными числовыми значениями. Наоборот, если не указано иначе, каждый такой размер следует подразумевать и как указанное значение, и как функционально эквивалентный диапазон, охватывающий данное значение. Например, размер, указанный как "40 мм", следует понимать, как "приблизительно 40 мм".
Следует понимать, что каждое максимальное числовое ограничение, приведенное в любой части описания, включает любое меньшее числовое ограничение так, будто такие меньшие числовые ограничения были непосредственно в нем приведены. Любое минимальное числовое ограничение, приведенное во всем описании, включает любое большее числовое ограничение так, будто такие большие числовые ограничения были непосредственно в нем приведены. Любой числовой интервал, приведенный в настоящем описании, включает любой более узкий числовой интервал, который входит в более широкий числовой интервал, будто все такие более узкие числовые интервалы были непосредственно в нем приведены.
Релевантные части всех документов, процитированных в разделе «Подробное описание», включены в настоящий документ посредством ссылки; цитирование любого документа не является допущением того, что он является прототипом настоящего изобретения. Также, в том случае, если любое значение или определение какого-либо термина в данном документе противоречит любому значению или определению такого же термина в документе, включенном по ссылке, значение или определение, присвоенное такому термину в данном документе, должно иметь главенствующее значение.
Хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления данного изобретения, специалистам в данной области будет очевидно, что могут быть выполнены различные другие изменения и модификации без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Таким образом, приложенной формулой изобретения предполагается охватить все такие изменения и модификации, входящие в объем данного изобретения.