НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ КЛЕИ-РАСПЛАВЫ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ОДНОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ВЫСОКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПОЛЗУЧЕСТИ
LOW TEMPERATURE HOT MELT ADHESIVES FOR DISPOSABLE ARTICLES WITH HIGH CREEP RESISTANCE

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет по отношению к заявке на патент United States Patent Application Serial No. 61 444242, поданной 18 февраля 2011, содержание которой включено в настоящий документ ссылкой.
Область техники
Настоящее изобретение относится к клеям, подходящим для применения с использованием способа горячего расплава при относительно низкой температуре в пределах приблизительно от 110°C до приблизительно 130°C.
Важно отметить, что такие клеи обладают желаемыми вязкоупругими свойствами и подходят для эластичной фиксации в производстве изделий одноразового использования, таких как одноразовые подгузники.
Уровень техники
Клеи-расплавы, применяемые для эластичной фиксации, обычно содержат 20-35% полимера. Такое содержание полимера приводит к высокой вязкости, и поэтому обычно применяемая температура находится в пределах 325°F (160°C) или больше. Чтобы снизить энергозатраты и сквозное проплавление клеем (термоклей частично или полностью плавит полимерную основу), а также уменьшить профессиональные риски, связанные с применением клеев-расплавов, существует потребность в создании клеев, пригодных для применения в виде горячих расплавов с более низкими температурами. Уменьшение температуры применения клеев, однако, часто приводит к негативным когезионной прочности и сопротивлению ползучести адгезива.
В патентном документе WO 2007/047232 даются указания к низкотемпературному применению клеев-расплавов за счет использования высокой температуры размягчения среднего блока усилителя клейкости с SIS сополимером, в котором содержание стирола составляет 14-35 мас.% и молекулярная масса составляет приблизительно от 100000 до 200000 или с SBS сополимером, в котором содержание стирола составляет 20-45 мас.% и молекулярная масса составляет приблизительно от 50000 до 120000.
Использование высокой температуры размягчения средних блоков усилителей клейкости приводит к более высокой вязкости, которая ограничивает пределы применения температуры выше чем 130°C. Понижение вязкости с понижением температуры размягчения средних блоков усилителей клейкости, однако, приводит к негативному сопротивлению ползучести клея.
Существует постоянная потребность в данной области в применении низкотемпературных клеев-расплавов с желаемой когезионной прочностью и сопротивлением ползучести. Такие свойства сделали бы клей особенно подходящим для применения в производстве клеевой эластичной фиксации. Настоящее изобретение рассматривает эту потребность.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает низкую температуру применения клеев-расплавов, которые обладают желательными термомеханическими и вязкоупругими свойствами, в частности желаемой вязкостью, кроссовер температурой, пределом текучести и сопротивлением ползучести, значения которых сделают клей настоящего изобретения подходящим для соединения эластомерного материала в производстве одноразовых поглощающих изделий, таких как одноразовые подгузники. В значительной мере такие клеи обеспечивают отличную стабильность при низкотемпературном применении и являются, таким образом, более пригодными для применения к тончайшим основам, чем традиционные клеи-расплавы. Кроме того, настоящее изобретение представляет изделия производства, использующие такие клеи, и способы формирования таких изделий.
В одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается низкая температура применения клеев-расплавов, включающих (i), по меньшей мере, один стирольный блок-сополимер, который имеет индекс текучести расплава (MI) больше чем 33, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 1238, и содержание стирола больше чем 40 мас.% в расчете на полную массу сополимера, и (ii) воск, причем, клей имеет вязкость менее чем приблизительно 850 сантипуаз при 120°C.
В одном варианте осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения включают (a) от 5 до 20 мас.% блок-сополимера стирола; (b) от 0,5 до 5 мас.% воска; (c) 30-70 мас.% вещества, повышающего клейкость; и (d) 0,1-2 мас.% антиоксиданта. Общее количество вышеупомянутых компонентов составляет до 100 мас.%. В некоторых других вариантах осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения дополнительно включают до 30 мас.% масла.
В некоторых вариантах осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения имеют кроссовер температуру (температуру перехода) больше чем 60°C. В некоторых вариантах осуществления кроссовер температура больше чем 65°C.
В некоторых вариантах осуществления применяются низкотемпературные клеи-расплавы с пределом текучести больше чем 50 пси. В некоторых вариантах осуществления предел текучести больше чем 75 пси.
В одном варианте осуществления блок-сополимером стирола представляет собой стирол-изопрен-стирол (SIS), стирол-бутадиен-стирол (SBS) или их смеси.
В одном варианте осуществления воск выбирается из группы, состоящей из парафиновых восков, микрокристаллических восков, полиэтиленовых восков, полипропиленовых восков, побочных продуктов полиэтиленовых восков, восков Фишера-Тропша, оксидированных восков Фишера-Тропша, функционализированных восков и их смесей.
В другом аспекте настоящего изобретения представляются изделия, включающие применение клея-расплава с низкой температурой нанесения настоящего изобретения. В одном варианте осуществления изделие является одноразовым изделием. В одном варианте осуществления одноразовое изделие имеет эластичную фиксацию.
В другом аспекте настоящего изобретения прилагаются способы формирования изделия, включающие: (i) нанесение клеев-расплавов низкотемпературного применения настоящего изобретения на основу при температуре в интервале приблизительно от 110°C до приблизительно 130°C с нормой нанесения приблизительно от 20 до приблизительно 100 мг/м/участка; и (ii) охлаждение клея до комнатной температуры, где охлажденный клей имеет характеристику ползучести приблизительно меньше чем 20% после 300% деформации, которая применялась к клею при температуре 38°C в течение четырех часов. В одном варианте осуществления клей-расплав низкотемпературного нанесения применен для нитьевого покрытия.
В другом аспекте настоящего изобретения представляются способы формирования изделия, включающие: (i) нанесение клея-расплава низкотемпературного применения по пункту 1 на основу в интервале температур приблизительно от 110°C до приблизительно 130°C с нормой нанесения приблизительно от 3 до приблизительно 30 мг/ дюйм; и (ii) охлаждение клея до комнатной температуры, при которой охлажденный клей имеет характеристику ползучести приблизительно меньше чем 25% после 300% деформации, примененной к клею, при 38°C в течение четырех часов. В одном варианте осуществления клей-расплав низкотемпературного применения нанесен с помощью спирального покрытия.
Подробное описание изобретения
Все документы, процитированные в настоящем документе, включены в полном объеме ссылкой.
Клеи-расплавы низкотемпературного применения настоящего изобретения показывают желаемые свойства, включая вязкость, имеющую значение приблизительно менее чем 8500 сантипуаз (сП) при 120°C. В другом варианте осуществления настоящего изобретения вязкость клея-расплава составляет приблизительно менее чем 8000 (сП) при 120°C. Такая вязкость является пригодной для нанесения на основу. Кроме того, клей-расплав низкотемпературного применения настоящего изобретения показывает желаемое сопротивление ползучести, а также исключительную прочность. В некоторых вариантах осуществления клей настоящего изобретения показывает предел текучести приблизительно более чем 50 пси. В некоторых вариантах осуществления клей настоящего изобретения показывает предел текучести более чем 75 пси. Предел текучести определяется как напряжение в точке предельного значения, при котором клей испытывает остаточную пластическую деформацию. До предела текучести клей будет упруго деформироваться и вернется к своей первоначальной форме, когда снимается приложенное напряжение. Как только предел текучести превзойден, большая часть деформаций станет постоянной и необратимой. Клеи настоящего изобретения, таким образом, являются особенно полезными в создании эластичных нетканых материалов и в изготовлении одноразовых поглощаемых изделий (например, детских подгузников, тренировочных штанов, средств, применяемых при недержании для взрослых, или предметов нижнего белья) и тому подобное.
Клеи-расплавы настоящего изобретения включают, по меньшей мере, один блок-сополимер стирола, который имеет MI (индекс расплава) больше чем 33, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 1238, и содержание стирола больше чем 40 мас.% от сополимера, и воск, и, если необходимо, вещество, повышающее клейкость, масло и другие добавки, например антиоксидант.
Клеи настоящего изобретения включают приблизительно от 5 до приблизительно 20 мас.%, по меньшей мере, одного блок-сополимера стирола, у которого MI больше чем 33 и содержание стирола больше чем 40%. Комбинации из двух или более блок-сополимеров стирола могут использоваться в клеях настоящего изобретения. Диапазон MI или содержание стирола второго блок-сополимера стирола особо не ограничивается. Примерные блок-сополимеры стирола включают: стирол-бутадиен (SB), стирол-бутадиен-стирол (SBS), стирол-изопрен-стирол (SIS), стирол-изопрен (SI), стирол-изопрен-бутадиен-стирол (SIBS), стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS), стирол-этилен-бутилен(SEB) стирол-этилен-пропилен-стирол (SEPS) и стирол-этилен-пропилен (SEP), и стирол-этилен-этилен-пропилен-стирол (SEEPS или гидрогенирированный SIBS). Предпочтительные блок-сополимеры стирола имеют обычную конфигурацию A-B-A, в которой полимерные концевые блоки A являются стиролом, в то время как полимерный средний блок B получается из изопрена, бутадиена или изобутилена, которые могут быть частично или в значительной степени гидрогенизированы, или их смеси. Кроме того, сополимеры могут быть линейными или разветвленными. Следует отметить, что содержание стирола больше чем 40% в блок-сополимерах стирола усиливает сопротивление ползучести, в то время как индекс текучести расплава больше чем 33 обеспечивает желаемую вязкость. Типичные блок-сополимеры стирола для применения в настоящем изобретении включают, но этим не ограничиваются, стирол-изопрен-стирол, стирол-бутадиен-стирол или их смеси.
Клеи настоящего изобретения будут включать приблизительно от 0,5 мас.% до приблизительно 5 мас.%, по меньшей мере, одного воска. В одном варианте осуществления клеи настоящего изобретения будут включать приблизительно от 2 до приблизительно 5 мас.%, по меньшей мере, одного воска. Подходящие воски для использования в настоящем изобретении включают, но этим не ограничиваются, парафиновые воски, микрокристаллические воски, полиэтиленовые воски, полипропиленовые воски, побочные продукты полиэтиленовых восков, воски Фишера-Тропша, оксидированные воски Фишера-Тропша и функционализированные воски, например воски гидроксиамида стеариновой кислоты и воски жирного амида. Это общепринято в данной области техники использовать терминологию: синтетические воски с высокой точкой плавления включают низкомолекулярные полиэтиленовые воски высокой плотности, побочные продукты полиэтиленовых восков и воски Фишера-Тропша. Модифицированные воски, включающие винилацетатные модифицированные воски, такие как AC-400 (Honeywell) и MC-400 (доступные от Marcus Oil Company), модифицированные воски малеинового ангидрида, такие как Epolene C-18 (доступные от Eastman Chemical) и AC-575A, и AC-575P (доступные от Honeywell) и оксидированные воски, могут использоваться в технологии изобретения. Комбинации двух или более восков могут использоваться в клеях настоящего изобретения. Предпочтительные воски для клея включают воски Фишера-Тропша и оксидированные воски Фишера-Тропша.
Клеи настоящего изобретения будут, как правило, включать приблизительно от 30 до приблизительно 70 мас.% смол, повышающих клейкость. В некоторых вариантах осуществления клеи настоящего изобретения включают их приблизительно от 50 до приблизительно 70 мас.%. В некотором варианте осуществления клеи настоящего изобретения включают приблизительно от 60 до приблизительно 67 мас.%, по меньшей мере, одной смолы, повышающей клейкость.
Предпочтительными являются повышающие клейкость вещества, которые имеют температуру размягчения, измеренную по кольцу и шару, приблизительно выше 25°C. Подходящие вещества, для повышения клейкости, включают любые совместимые смолы или их смеси, такие как: (1) природные или модифицированные смолы, такие, например, как живичная канифоль, экстракционная канифоль, смола таллового масла, дистиллированная канифоль, гидрированная канифоль, димеризованная канифоль и полимеризованная канифоль; (2) сложные эфиры глицерина и пентаэритрита натуральных или модифицированных канифолей, таких, например, как сложный эфир глицерина и светлой, экстракционной канифоли, глицериновый сложный эфир гидрированной канифоли, глицериновый сложный эфир полимеризованной канифоли, пентаэритритовый эфир гидрированной канифоли и модифицированный фенолом сложный эфир пентаэритрита и канифоли; (3) сополимеры и терполимеры природных терпенов, например, стирол/терпен и альфа-метилстирол/терпен; (4) политерпеновые смолы, имеющие температуру размягчения, определенную в соответствии со стандартом ASTM, способ E2858T, приблизительно от 80°C до 150°C; более поздние политерпеновые смолы, обычно получаемые после полимеризации терпеновых углеводородов, таких как бициклический монотерпен, известный как пинен, в присутствии катализаторов Фриделя-Крафтса при умеренно низких температурах; также включенными являются гидрированные политерпеновые смолы; (5) модифицированные фенолом терпеновые смолы и их гидрированные производные, такие, например, как смола, продукт, полученный в результате конденсации в кислой среде бициклического терпена и фенола; (6) алифатические смолы углеводородов нефти, имеющие температуру размягчения по кольцу и шару приблизительно от 70°C до 135°C; более поздние смолы, получаемые полимеризацией мономеров, состоящих, прежде всего, из олефинов и диолефинов; также включенными являются гидрированные алифатические смолы углеводородов нефти; (7) алициклические смолы углеводородов нефти и гидрированные их производные; и (8) алифатические/ароматические или циклоалифатические/ароматические сополимеры и их гидрированные производные.
Предпочтительно, чтобы повышающие клейкость смолы имели температуру размягчения, обычно измеренную по кольцу и шару в соответствии со стандартом ASTM E28, приблизительно менее чем 105°C.
Примерные, повышающие клейкость смолы для использования в клеях настоящего изобретения включают, но этим не ограничиваются, алифатическую C5 смолу, такую как Wingtack 95 от Cray Valley, Escorez 1310 от Exxon Mobil Chemical Company; гидрогенизированные или частично гидрогенизированные алифатические смолы, такие как Eastotac H100R от Eastman; дициклопентадиеновую (DCPD) смолу, такую как Escorez 5400 от Exxon Mobil Chemical Company; алифатические/ароматические или циклоароматические/ароматические C5/C9 смолы, такие как ESCOREZ 5600, доступные от Exxon; этерифицированные пентаэритритные смолы, такие как Sylvalite REIOOL, доступные от Arizona Chemical, и стирольные терпеновые смолы, такие как Zonatac 105LT от Arizona Chemical. Целесообразность и выбор конкретной и повышающей клейкость смолы может зависеть от определенного применяемого блок-сополимера стирола.
Комбинации двух или более повышающих клейкость смол могут использоваться в клеях настоящего изобретения.
Кроме того, может быть желательным включить в клей приблизительно до 30 мас.% от концевого блока, повышающей клейкость смолы. Концевой блок, повышающей клейкость смолы, постоянно находится преимущественно в неэластомерных блоках термопластичного эластомера после охлаждения клея. Типичными представителями таких смол являются в основном ароматические смолы на основе смешанных C9 дистиллированных фракций нефти, таких как Norsolene смолы от Cray Valley, или смолы на основе очищенных или смешанных мономерных фракций ароматических мономеров, таких как гомо- или сополимеры винилтолуола, стирола, альфа-метилстирола, кумарона или индена. Предпочтительными являются те, которые получены на основе альфа-метилстирола, доступные от Eastman под торговой маркой Kristalex. Если она присутствует, то обычно концевой блок, повышающей клейкость смолы, используется в количестве приблизительно от 5 до приблизительно 30 мас.%, предпочтительно менее чем приблизительно 20 мас.%.
В клее также может присутствовать приблизительно до 30 мас.% масла, которое является, прежде всего, алифатическим по природе и совместимым с блок-сополимером стирола. Примеры включают пластификаторы, такие как парафиновые и нафтеновые нефтяные масла, высокой степени очистки свободные от ароматических соединений, парафиновые и нафтеновые пищевые и технические, светлые нефтяные минеральные масла. Подходящие масла включают, но этим не ограничиваются, смесь нерафинированных масел, таких как Calsol 5550, доступную от Calumet.
Одна или более добавок могут необязательно добавляться в композицию настоящего изобретения и включать, но этим не ограничиваться, обычные добавки, такие как антиоксиданты (например, Ciba(R) Irganox(R) 1010 (коммерчески доступные от CIBA Specialty Chemicals, Inc., Basel, Switzerland), пигменты, антиазуранты, ускорители, стабилизаторы, пластификаторы и иономерные смолы. Такие добавки известны специалистам данной области.
Антиоксиданты могут присутствовать в количестве приблизительно до 3 мас.%. Типичные стабилизаторы или антиоксиданты включают, но этим не ограничиваются, высокомолекулярные затрудненные фенолы и многофункциональные фенолы, такие как сульфо- и фосфорсодержащие фенолы. Затрудненные фенолы хорошо известны специалистам в данной области техники и могут быть охарактеризованы как фенольные соединения, которые также содержат пространственно объемные радикалы в непосредственной близости от их фенольной гидроксильной группы. В частности, третичные бутильные группы обычно замещаются на бензольное кольцо, по меньшей мере, в одном из орто-положений относительно фенольной гидроксильной группы. Типичные представители затрудненных фенолов включают: 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол; пентаэритритилтетракис-3(3,5-ди-трет-бутил-гидроксифенил)пропионат; 4,4'-метилен-бис (2,6-трет-бутилфенол); 4,4-тиобис (6-трет-бутил-o-крезол); 2,6-ди-трет-бутилфенол; 6-(4-гидроксифенокси)-2,4-бис(н-октилтио)-l,2,5-триазин; ди-н-октадецил-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил фосфонат; 2-(н-октилтио)этил-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензоат и сорбитол гекса[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат].
Иономерные смолы могут быть представлены в количестве приблизительно до 3 мас.%. Типичные иономерные смолы включают полимеры и сополимеры, включающие функциональные группы, выбранные из группы, состоящей из карбоксилатной, сульфонатной и фосфонатной, причем функциональные группы, по меньшей мере, частично нейтрализованы ионами металлов, выбранных из группы, состоящей из Na+, Li+, Ca++, Mg++, Zn++, Ba++ и Al+++.
Комбинация воска и блок-сополимера, у которого содержание стирола больше чем 40 мас.% и значение MI больше чем приблизительно 33, измеренного в соответствии со стандартом ASTM D 1238, приводит к низкой вязкости и высокому пределу текучести клея. Клей также имеет желательные термомеханические и вязкоупругие свойства. Клей-расплав изобретения имеет высокую кроссовер температуру и хорошее сопротивление ползучести. Кроссовер температура является температурой, при которой динамический модуль упругости (или эластичный) модуль (G') и модуль вязкости (G") пересекаются на осях в одинаковом масштабе на дважды логарифмическом графике температурного сканирования.
Предлагаемый клей имеет кроссовер температуру больше чем 65°С. Кроссовер температура больше чем данное значение минимизирует текучесть клея в холодном состоянии, и он способен выдерживать высокие колебания складских и транспортных температур в течение длительных периодов.
Для тех композитов, которые включают эластичную фиксацию, термины "сопротивление ползучести" или "значение сопротивления ползучести" относятся к удерживающей способности конкретной эластичной фиксации. Например, если клей наносится на основу, то эластичная фиксация тогда прижимается к клею, чтобы соединить эластичную фиксацию с основой, тогда сопротивление ползучести является мерой качества клеевого соединения между эластичной фиксацией и основой. Как правило, эластичная фиксация будет зажата между двумя основами или будет включена вовнутрь путем складывания основы по эластичной фиксации. Сопротивление ползучести определяется в процентах как способность противостоять деформации, когда постоянное напряжение приложено к образцу. Сопротивление ползучести зависит от нормы клеевого приклея на образце и напряжения, приложенного к образцу. Желательно иметь высокое сопротивление деформации и общий низкий процент сопротивления ползучести. Процент сопротивления ползучести рассчитывается по разности длины, деленной на начальную длину.
Клеи настоящего изобретения могут быть приготовлены с использованием технологий, известных в данной области. Как правило, клеевые композиции приготавливаются путем смешивания компонентов в расплаве при температуре приблизительно от 100°С до 200°С до тех пор, пока не получится однородная смесь. Известны различные способы смешивания и любой способ, с помощью которого получается однородная смесь, является приемлемым.
Применение клеев расплавов хорошо известно специалистам в данной области техники. Клеи настоящего изобретения могут наноситься на желаемую основу любыми способами, известными в данной области техники, и включают без ограничения: нанесение покрытия с помощью валика, покраской сухой кистью, нанесение покрытия окунанием, распылением, шлицевым покрытием, вихревым распылением, печатью (например, струйной печатью), флексографией, экструзией, тонкодисперсным распылением, глубокой печатью (передача рисунчатым колесом), электростатическим способом, вакуумным напылением, волокнообразованием и/или трафаретной печатью.
Клеи настоящего изобретения являются полезными как конструкционные клеи, клеи карандаши или эластичные клеи и являются особенно пригодными для использования в производстве изделий, включая, но этим не ограничиваясь, одноразовые впитывающие изделия, такие как подгузники, предметы для взрослых, страдающих недержанием мочи или кала, наматрасники; гигиенические салфетки, и другие абсорбирующие изделия, такие как нагрудники, раневые повязки, и хирургические накидки или хирургические простыни, которые используются для впитывания жидкости, такой как вода, и физиологического раствора, и жидкостей организма, таких как моча, менструальные кровотечения и кровь. Клей может использоваться для склеивания нетканого материала или ткани с другой основой или комплектующим изделием. Вторая основа может быть другим нетканым материалом, тканью или независимым материалом.
Настоящее изобретение представляет изделия, включающие клеи-расплавы низкотемпературного нанесения настоящего изобретения, описанные в настоящем документе. Такие изделия включают, но этим не ограничиваются, одноразовые изделия, которые имеют или не имеют эластичную фиксацию.
Типичные изделия одноразового использования включают, но этим не ограничиваются, впитывающие изделия, у которых верхний слой пропускает жидкость, а изнаночная сторона непроницаема для жидкости, и впитывающий элемент помещен между верхним слоем и изнаночной стороной. Как правило, изнаночная сторона будет композитным слоем, содержащим непроницаемый для жидкости слой и нетканый материал, соединенные друг с другом с помощью клея. По мере того как делается впитывающее изделие, оно обычно претерпевает ряд различных операций, в которых составляющие элементы или части соединяются один с другим. Например, части верхнего слоя и изнаночной стороны обычно соединяются вместе. Кроме того, в тех случаях, когда абсорбирующая структура или изделие включают высокоэластичные области, такие как эластизированные пояса или эластизированные ножные кольца или манжеты ножного протеза, эластичные фиксации обычно соединяются с одним или более основных материалов, основ или тканей.
Клеи настоящего изобретения находят особое применение при использовании эластичных фиксаций в производстве изделий, включающих эластизированную область такую, которая находится в одноразовых, впитывающих предметах одежды, включающих одну или более эластичных манжет, установленных для того, чтобы войти в контакт с ногами и/или талией владельца.
Термин "эластичная нить", используемый в настоящем документе, включает, но этим не ограничивается, полимерные компоненты, такие как: полиэфирполиолы; полиуретан; полиамид; полиакрилат; или их комбинации, включая нерегулярные, блоки или привитые сополимеры, такие как сложные полиэфир-б-полиуретановые блок-сополимеры, полиэфир-б-полиуретановые блок-сополимеры, блок-сополимеры стирола и/или полиэфир-б-полиамидные блок-сополимеры. Примеры эластичной нити включают LYCRA, комплекс элементарных непрерывных, несвязанных между собой высокоэластичных нитей, продается компанией Invista, Inc., и под маркой Fulflex(R) от компании Fulflex Elastomerics.
Термин "нетканый" или "нетканое полотно" относится к полотну материала, который формируется без помощи способов текстильного плетения или вязания. Термин "ткани", используемый в настоящем документе, относится ко всем тканым, вязаным и нетканым волокнистым полотнам.
Клеи настоящего изобретения особенно полезны для обеспечения эластичной фиксации. Материалы с прекрасной растяжимостью и эластичностью необходимы для производства различных законченных и прочных изделий, таких, например, как урологические прокладки, подгузники одноразового использования, тренировочные штаны, одежда, предметы нижнего белья, спортивная одежда, автомобильная отделка, герметизирующие прокладки, уплотнения и мебельная ткань. Растяжимость и эластичность являются техническими характеристиками, которые могут, например, предназначаться для того, чтобы совершить плотную, соответствующую подгонку изделия точно по фигуре пользователя или по каркасу вещи. Несмотря на то что многочисленные материалы, как известно, обладают превосходными свойствами усиленного сдавливания и эластичностью при комнатных температурах, часто желательно для эластичных материалов обеспечить соответствующее приспосабливание или надежную фиксацию во время повторного использования, обеспечить вытягивание и стягивание при повышенных температурах, например таких, как температура тела или в автомобильных интерьерах в течение летних месяцев. Клеи находят особое применение в виде клеевой эластичной фиксации для использования в нетканых применениях, таких как подгузники для малышей или средства при недержании у взрослых.
Кроме сферы нетканых материалов клеи-расплавы изобретения пригодны в сфере упаковки, преобразовании чего-либо и в переплетном деле, где желательно уменьшить применение температур и в то же самое время поддерживать прочность и стойкость клея.
Способы нанесения клеев на изделия хорошо известны в данной области. Подходящие способы включают, но этим не ограничиваются, нитьевое покрытие и спиральное покрытие.
В одном аспекте изобретения представлены способы формирования изделия, включающие: (i) нанесение клеев-расплавов низкотемпературного применения настоящего изобретения на основу при температуре в интервале приблизительно от 110°С до приблизительно 130°С с нормой нанесения приблизительно от 20 до приблизительно 100 мг/м/участка; и (ii) охлаждение клея при комнатной температуре, при которой клеи имеет характеристику ползучести приблизительно менее чем 15% после 300% деформации, примененной к клею при 38°С в течение четырех часов. В некоторых вариантах осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения настоящего изобретения наносятся на основу при температуре в интервале приблизительно от 110°С до менее чем 130°С. В одном варианте осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения наносятся нитьевым покрытием.
В другом аспекте настоящего изобретения представляются способы формирования изделия, включающие: (i) нанесение клея-расплава низкотемпературного применения по пункту 1 на основу при температуре приблизительно в интервале от 110°C до приблизительно 130°C с нормой приклея приблизительно от 3 до приблизительно 30 мг/дюйм; и (ii) охлаждение клея до комнатной температуры, при которой охлажденный клей имеет характеристику ползучести приблизительно меньше чем 25% после 300% деформации, примененной к клею, при 38°C в течение четырех часов. В некоторых вариантах осуществления клей-расплав низкотемпературного применения наносят на основу при температуре в интервале приблизительно от 110°С до менее чем 130°С. В одном варианте осуществления клеи-расплавы низкотемпературного применения наносятся спиральным покрытием.
Изобретение может быть более понятно со ссылкой к следующим неограничивающим примерам.
ПРИМЕРЫ
Термомеханические и вязкоупругие свойства клеев обеспеченные настоящим изобретением могут быть оценены в соответствии с тестами, описанными ниже.
Вязкость расплава клеев определяется на приборе Brookfield Model RVT Thermosel viscometer, использующем 27 шпинделей.[0047] Характеристики производительности клея определялись на стяжках определенной формы, имеющих 0,125" толщины, 2,5" длины, с l"×l" концевыми выводами и 0,5"×0,5" центральной измерительной частью. Они растягивались на разрывной машине марки Instron с пневматическими захватами со скоростью 12"/мин.
Механико-динамические характеристики клеев-расплавов определялись с помощью реометра Rheometrics Dynamic Mechanical Analyzer (Model RDA III) для получения модулей упругости (C) и потерь (G") в зависимости от температуры. Управление прибором осуществляется с помощью TA Orchestrator версии программного обеспечения 7.2.0.2. Параллельные пластины в поперечнике 7,9 мм разделены зазором приблизительно 2 мм. Образец клея загружали, затем охлаждали до температуры приблизительно -30°С и запускали программу отсчета времени. В программе испытания предусмотрено повышение температуры на 5°С с последующими интервалами времени выдержки каждой температуры 10 секунд. Конвекционная сушильная камера с загруженным образцом постоянно продувалась азотом. Частота поддерживалась при значении 10 рад/с. Начальная деформация в начале теста составляла 0,05% (на внешней кромке пластины). Параметр автоматической деформации в программном обеспечении использовался для поддержания точно измеряемого крутящего момента на протяжении всего испытания. Параметр автоматической деформации настроен таким образом, чтобы максимально приложенная деформация в соответствии с программой обеспечения составляла 30%. Программа деформации в автоматическом режиме регулирует деформацию при каждом приращении температуры, если в этом есть необходимость, используя следующий порядок действий. Модуль накопления при сдвиге или динамический модуль упругости (G') и модуль потерь при сдвиге (G") вычисляются в соответствии с программой обеспечения в зависимости от данных крутящего момента и деформации. Кроссовер температуру измеряли как точку, где tgd=1, где усилие при сдвиге или динамический модуль упругости (G') и модуль потерь при сдвиге (G") пересекаются на осях в одинаковом масштабе на дважды логарифмическом графике температурного сканирования.
Характеристику ползучести оценивали, измеряя, насколько свободный конец эластичной нити втянется обратно после состояния растяжения при эксплуатационной температуре измерения (38°С/100°F) в течение 4 часового периода.
Замеряется длина нити (например, спандекс), закрепленная в растянутом состоянии между двумя неткаными полосами или нетканой полосой и полимерной пленкой ("начальная длина"). С обоих концов спандекс разрезается и измеряется величина получающейся непрерывной нити со свободными концами, втянутыми назад после 4-часового периода растяжения при температуре 38°С. Процент ползучести затем вычисляется следующим образом:
Например, если исходное расстояние между метками составляло 20 см, а конечное расстояние составляло между метками 15 см, то процент ползучести составлял 25%. Предпочтительно, чтобы для каждого состояния испытывались пять образцов, и результаты усреднялись для каждой эластичной нити.
При проведении испытания ползучести применяли нанесение либо способом спирали, либо нитьевое нанесение, нетканой основой являлся 13,5 г.см спанбонд, произведенный компанией Avgol, полипропиленовой пленкой являлась 0,5 мил Pliant poly film, от компании Pliant Corporation, и применяемым спандексом являлся 620 Decitex(LYCRA(R)XA(R)), и натяжение волокна составляло 4,0x.
При измерении характеристики ползучести для клеевого соединения, изготовленного с помощью нитьевого покрытия, клей наносился в температурном интервале приблизительно от 110°С до приблизительно 130°С на нетканую подложку и спандекс с рисунком нитевого покрытия, в непрерывном режиме с использованием высокоскоростного ламинатора при скорости 300 футов в минуту и времени схватывания пленки по краям 0,1 сек и аппликатором ITW omega. Клеи наносили с нормой нанесения 35 мг/м/участка в три эластичные нити.
При измерении характеристики ползучести для клеевого соединения, изготовленного посредством спирального покрытия, клей наносили при температурном интервале приблизительно от 110°С до приблизительно 130°С на нетканую основу и спандекс в виде развернутого спирального узора в прерывистом режиме с использованием высокоскоростного ламинатора при скорости 300 футов в минуту и времени схватывания пленки по краям 0,1 сек и спирального аппликатора Nordson 0,018". Клеи наносили с нормой нанесения 8 мг/дюйм в три эластичные нити, приложенные к нетканой подложке.
Пример 1
Таблица la ниже иллюстрирует мас.% компонентов для трех различных композиций настоящего изобретения (то есть образцы 1-3) и композиции эталонного состава (то есть ссылка A). Следует отметить, что в отличие от трех различных композиций в соответствии с настоящим изобретением композиция ссылки A не включает никакого воска.
Таблица la
Компонент
Образец ссылки А
Образец 1
Образец 2
Образец 3
SIS, 44% стирол, MI
Vector 4411
9,0%
9,0%
9,0%
8,0%
SIS, 44% стирол, MI
Vector 4293А
8,0%
8,0%
8,0%
8,0%
Усилитель(ли) клейкости
Температура размягчения по кольцу и шару менее чем 105°С
62,7
62,7
62,7
63,2
Масло
Calsol 5550
20,0%
18,0%
17,0%
16,5%
F-T воск
SasolH1 Wax
0%
2,0%
3,0%
4,0%
Антиоксидант
Irganox 1010
0,3%
0,3%
0,3%
0,3%
100%
100%
100%
100%
Таблица lb ниже иллюстрирует различные свойства композиций, описанных в таблице la. А именно, вязкость при температуре 120°С, кроссовер температуру, предел текучести и ползучесть. В частности, таблица lb иллюстрирует ползучесть клеев, нанесенных при температуре 120°С, и (i) клея, нанесенного с помощью спирального покрытия с нормой нанесения 8 мг/дюйм, или (ii) клея, нанесенного с помощью нитьевого покрытия с нормой нанесения 35 мг/м/участка.
Таблица lb
Свойства
Желаемый интервал
Образец ссылки А
Образец1
Образец2
Образец3
Вязкость при 120°С
<8500 спс
7675
7550
7775
6450
Кроссовер температура (°С)
>65°С
66,4
68,5
67,7
65,4
Предел текучести (пси)
>50 пси
18,0
79,1
113,4
172,6
Ползучесть 8 мг/дюйм, спираль
<25%
41,4%
27,3%
17,4%
24,5%
Ползучесть 35 мг/м/участка нитьевое покрытие (Omega)
<20%
21,2%
12,2%
7,6%
Нет данных
Как отражено в таблице lb, композиция ссылки имеет относительно низкий предел текучести и высокую ползучесть по сравнению с образцами 1-3. Кроме того, присутствие воска обеспечивает желаемые уровни предела текучести и ползучести для низкотемпературного клея-расплава настоящего изобретения. Это особенно кажется поразительным, как при относительно низком количестве воска, которое включается в композиции настоящего изобретения, все же значительно возрастает сопротивление ползучести. Следует отметить, что уровни предела текучести и сопротивление ползучести являются особенно важными, когда клеи используются с эластичным приложением, например одноразовым подгузником.
Пример 2
Таблица 2a ниже иллюстрирует мас.% компонентов композиции настоящего изобретения (то есть образец 2) и две эталонные композиции (то есть образцы ссылок B и C). Следует отметить, что в отличие от образца 2 настоящего изобретения, композиции ссылок B и C включают стирольную смолу с содержанием стирола менее чем 40% и индексом текучести расплава менее чем 33.
Таблица 2a
Компонент
Образец 2
Образец ссылки В
Образец ссылки С
SIS, 30% стирол, 13 MI
Vector 4211
0%
5,2%
5,2%
SIS, 44% стирол, 40MI
Vector 4411
9,0%
0%
0%
SIS, 30% стирол, 11 MI
Vector 4293А
8,0%
10,0%
10,0%
Усилитель(ли) клейкости
Температура размягчения по кольцу и шару менее чем 105°С
62,7%
53,0%
51,0%
Усилитель(ли) клейкости
Температура размягчения по кольцу и шару менее чем 95°С
13,0%
Масло
Calsol 5550
17,0%
17,5%
17,5%
F-T воск
Paraffin H4 wax
3,0%
3,0%
3,0%
Антиоксидант
Irganox 1010
0,3%
0,3%
0,3%
100%
100%
100%
Таблица 2b ниже иллюстрирует различные свойства композиций, описанных в таблице 2a, и желаемый диапазон для таких свойств. А именно, вязкость при температуре 120°С, кроссовер температуру, предел текучести и ползучесть. В частности, таблица 2b иллюстрирует ползучесть клеев при нанесении клея при температуре 120°С и (i) с применением спирального покрытия с нормой нанесения 8 мг/дюйм, или (ii) с применением покрытия нитью с нормой нанесения 35 мг/м/участка.
Таблица 2b
Свойства
Желаемый интервал
Образец 2
Образец ссылки В
Образец ссылки С
Вязкость при 120°С
<8500 спс
7775
6250
6250
Кроссовер температура (°С)
>65°С
67,7
62,2
59,9
Предел текучести (пси)
>50 пси
113,4%
94,5%
72,7%
Ползучесть 8 мг/дюйм спираль
<25%
17,4%
30,3%
34,8%
Ползучесть 35 мг/м/участка покрытие нитью (Omega)
<15%
7,6%
Нет данных
Нет данных
Как указано в таблице 2b, все свойства композиции образца 2 попадают в интервал желаемого диапазона. В отличие от них, хотя вязкость и предел текучести для композиций ссылок B и C попадают в интервал желаемого диапазона, кроссовер температура и ползучесть попадают за предел желаемого диапазона. Клеевые композиции, разработанные со стирольной смолой, у которой содержание стирола менее чем 40 мас.% и индекс расплава менее чем 33, не в состоянии привести к снижению кроссовер температуры. Кроссовер температура менее чем 65°С имеет тенденцию привести клей на основе к текучести в холодном состоянии, что нежелательно. Соответственно, наличие Vector 4411, SIS с относительно высоким содержанием стирола и MI является крайне важным для достижения желаемой кроссовер температуры и желаемой ползучести для низкотемпературных клеев настоящего изобретения. Такие уровни кроссовер температуры и сопротивления ползучести особенно важны, когда клеи используются с эластичным приложением, таким как одноразовый подгузник.