DE60024126T2

DE60024126T2 - Elastomere Materialien mit niedriger Spannungsrelaxation

Info

Publication number: DE60024126T2
Application number: DE60024126T
Authority: DE
Inventors: Jianbin John ZHANG; Joseph John CURRO; Ann Michele MANSFIELD
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: ZA200201711B; CN1214077C; HK1047443A1; CN1379799A; CA2384434A1; JP2003509565A; JP4772244B2; KR20020029438A; KR100489857B1; TR200200679T2; BR0014008A; EP1226214B1; AU7371200A; WO2001019920A1; US6617016B2; ATE310050T1; US6410129B2; US20020119301A1; EG22776A; US20020001707A1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elastomere Materialien mit niedriger Spannungsrelaxation, geeignet zur Verwendung in makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen, durchlässigen Polymerbahnen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Bereich der Einweg-Absorptionsartikel ist seit langer Zeit bekannt, dass es wünschenswert ist, absorbierende Hilfsmittel, wie Einwegwindeln mit Verschlüssen, Höschenwindeln, Übungshosen, Damenbinden, Slipeinlagen, Inkontinenzslips und dergleichen mit elastischen Elementen zu konstruieren, um die Bandbreite an Größen, die Bewegungsmöglichkeiten und die dauerhafte Passform zu verbessern. Es ist ebenfalls bekannt, dass es bevorzugt wird, dass derartige Produkte, besonders, wenn sie unter heißen und feuchten Bedingungen getragen werden sollen, eine ausreichende Durchlässigkeit in allen Bereichen des Artikels bieten, an denen ein unangemessenes Abschließen der Haut zu sensibilisierter Haut oder Hitzeausschlag führen kann. Aufgrund der Beschaffenheit vieler Einweg-Absorptionsartikel ist das Risiko von Hautirritationen aufgrund des Einschließens von Feuchtigkeit und anderen Körperexsudaten zwischen dem elastifizierten Teil des Artikels und der Haut des Trägers erhöht. Elastifizierte Teile von Einwegartikeln führen besonders häufig zu Hautirritationen, da sie dazu neigen, sich dichter an den Körper anzuschmiegen und daher Bereiche der Haut, häufig für längere Zeit, abzuschließen. Dem Stand der Technik entsprechend sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen Polymerfolien Elastizität verliehen werden kann. Da Materialien mit höherer Elastizität Produkten der Gesundheitspflege oder Körperhygiene eine bessere Passform am Körper verleihen, sind der Luftstrom zur Haut und der Dampfstrom aus den abgeschlossenen Bereichen reduziert. Atmungsaktivität (insbesondere Dampfdurchläs sigkeit) wird immer wichtiger für die Hautgesundheit. Dem Stand der Technik entsprechen ebenfalls verschiedene Verfahren, mit denen Polymerfolien Durchlässigkeit verliehen werden kann, um die Atmungsaktivität zu verbessern, es besteht jedoch weiterhin Bedarf an einer Polymerfolie oder einer Polymerbahn, die sowohl angemessene Elastizität als auch Durchlässigkeit bietet und die für einen dauerhaften Langzeiteinsatz bei Produkten der Körperhygiene oder Gesundheitspflege, insbesondere Einwegartikeln, Verbänden, Umschlägen und Wundkompressen, angepasst werden kann.
Dem Stand der Technik entsprechen Einwegwindeln und andere Absorptionsartikel, die für eine bequemere Passform und einen besseren Auslaufschutz mit elastifizierten Beinbündchen oder elastifizierten Hüftbünden ausgestattet sind. Häufig wird die Elastizität durch eine Wärmebehandlung von polymeren Materialien erreicht, die zu einem erwünschten Kräuseln oder Stauchen eines Teils der Windel führt. Ein derartiges Behandlungsverfahren wird offenbart im US-Patent Nr. 4,681,580, erteilt an Reising et al. am 21. Juli 1987. Andere Verfahren zum Verleihen von Elastizität werden gelehrt im US-Patent Nr. 5,143,679, erteilt an Weber et al. am 1. September 1992 und den US-Patenten Nr. 5,156,793, erteilt an Buell et al. am 20. Oktober 1992 und 5,167,897, erteilt an Weber et al. am 1. Dezember 1992.
Dem Stand der Technik entsprechen verschiedene Mittel, um elastifizierte ebene Polymerfolien durchlässiger zu machen, wie Stanzperforation, Schlitzperforation und Heißnadelperforation. Bei Anwendung einer der vorstehend genannten Techniken auf thermoplastische elastomere Folien geht die Verbesserung der Durchlässigkeitjedoch mit einer Verschlechterung des Grads des zuverlässigen elastischen Leistungsvermögens einher. Bei runden Durchbrüchen in einer ebenen Folie ist zum Beispiel bekannt, dass sich aus einer angelegten Spannung von S₁ eine örtliche Spannung von S₂ ergibt, die orthogonal zur angelegten Spannung über die Durchbrüche hinweg verläuft. Diese örtliche Spannung S₂ ist höher als S₁ und kann eine Größenordnung bis zum Dreifachen der angelegten Spannung erreichen. Bei nicht-runden Durchbrüchen kann die Spannungskonzentration sogar noch höher sein. Infolgedessen werden die Ränder der Durchbrüche zu Ausgangspunkten für die Rissbildung, da die Ränder des Materials die Ränder der Durchbrüche in der Ebene der angelegten Spannung bilden. Bei herkömmlichen thermoplastischen elastischen Folien fördern derartige Durchbrüche die Rissbildung, die sich im Laufe der Zeit fortsetzen und schließlich zum katastrophalen Versagen der Folie führen kann. Beim Einsatz in elastifizierten Teilen von Einweg-Absorptionsartikeln führt dieses Versagen zum Verlust von wichtigen elastischen Eigenschaften, einschließlich des Verlustes von Bequemlichkeit, Passform und Gebrauchseignung des Absorptionsartikels.
Dem Stand der Technik entsprechende Bahnenstrukturen, die eine angemessene Durchlässigkeit bieten, so dass sie für den Einsatz als mit der Haut des Trägers in Berührung kommende Oberflächen von Einweg-Absorptionsartikeln bevorzugt werden, gab es bisher in zwei grundlegenden Ausführungsformen, d. h. als ihrem Wesen nach fluiddurchlässige Strukturen, wie faserförmige Vliese und fluidundurchlässige Materialien, wie Polymerbahnen, denen mittels Perforation ein bestimmter Grad von Fluiddurchlässigkeit verliehen wurde, um einen Fluid- und Feuchtigkeitsfluss durch sie hindurch zu ermöglichen. Keine dieser Ausführungsformen ist typischerweise elastisch, daher werden beide im Allgemeinen für Bereiche von Absorptionsartikeln verwendet, die zwar fluiddurchlässig, jedoch nicht dehnbar sein müssen, wie die Körperkontaktschicht einer Menstruationseinlage.
Das US-Patent Nr. 3,929,135, erteilt an Thompson am 30. Dezember 1975, dessen Rechte übertragen wurden, schlägt eine geeignete, den Körper berührende, durchlässige polymere Bahn für Einwegartikel vor. Thompson lehrt eine makroskopisch gedehnte, dreidimensionale Oberbahn umfassend ein flüssigkeitsundurchlässiges polymeres Material. Das polymere Material ist jedoch so geformt, dass es konisch zulaufende Kapillaren umfasst, deren Basis sich in der Ebene der Oberbahn öffnet und deren Spitze sich in engem Kontakt mit der in dem Absorptionsartikel verwen deten Absorptionseinlage öffnet. Das von Thompson gelehrte Polymermaterial ist im Allgemeinen jedoch kein Elastomer und bei Thomson hängt die Herstellung der gewünschten dreidimensionalen Struktur von den unelastischen Eigenschaften der warmverformten Einschichtfolie ab.
Ein weiteres Material, welches im Zusammenhang mit Einweg-Absorptionsartikeln als Körperkontaktoberfläche eingesetzt worden ist, wird offenbart im US-Patent Nr. 4,342,314, erteilt an Radel et al. am 3. August 1982. Das Patent von Radel et al. offenbart eine verbesserte, makroskopisch gedehnte, dreidimensionale Kunststoffbahn umfassend ein geordnetes Kontinuum aus Kapillarnetzwerken beginnend an und sich erstreckend aus einer Oberfläche der Bahn und endend in Form von Durchbrüchen an der gegenüberliegenden Oberfläche derselben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Größe der Kapillarnetzwerke in Richtung des Flüssigkeitstransports ab.
Die makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen Kunststoffbahnen des in den vorstehend erwähnten Patenten von Thompson und Radel et al., deren Rechte übertragen wurden, allgemein beschriebenen Typs zeigten aufgrund der anhand der Durchbrüche erzielten Durchlässigkeit eine ausreichende Dampfdurchlässigkeit. Aufgrund der Beschränkungen durch das Material verfügen derartige Bahnen im Allgemeinen jedoch nicht über die erforderliche Elastizität, die der sich daraus ergebenden Bahn signifikante elastomere Eigenschaften verleihen würde. Dieses Manko schränkt den Einsatz derartiger Bahnen in elastifizierten Teilen eines Absorptionsartikels wesentlich ein.
Elastifizierte polymere Bahnen können aus dem Stand der Technik entsprechenden elastomeren Materialien hergestellt werden und können Laminate aus polymeren Materialien sein, wie offenbart im US-Patent Nr. 5,501,679, erteilt an Krueger et al. am 26. März 1996. Laminate dieses Typs werden im Allgemeinen durch Coextrusion von elastomeren Materialien und unelastischen Hautschichten, gefolgt von einer Dehnung des Laminats über die Elastizitätsgrenze der Haut schichten hinaus mit anschließender elastischer Erholung des Laminats, hergestellt. Elastomere Bahnen oder Folien, wie die vorstehend beschriebenen, können in den am Körper anliegenden Teilen von Bekleidungsstücken, wie Hüftbünden, Beinbündchen und Seitenteilen, eingesetzt werden, sind im Allgemeinen jedoch nicht durchlässig genug, um bei längerem Tragen unerwünschte Hautirritationen zu verhindern.
Außerdem gehören zu den tatsächlichen Bedingungen, unter denen Absorptionsartikel und andere Produkte der Körperhygiene eingesetzt werden, Hitze, Feuchtigkeit, mechanische Belastung und Kombinationen davon. Einige elastomere Materialien verlieren bei Körpertemperatur ihre elastischen Eigenschaften und Formbeständigkeit, insbesondere, wenn sie belastet oder gedehnt werden. Der Verlust der elastischen Eigenschaften und der Formbeständigkeit führt zu einem Durchhängen und einer schlechten Passform des Absorptionsartikels und, in schweren Fällen, zum Auslaufen des Absorptionsartikels.
Die elastischen Bestandteile bestimmter Artikel, wie Übungshosen, Höschenwindeln, Einwegwindeln mit Verschlüssen, Inkontinenzbekleidung, Verbänden, Umschlägen, Wundkompressen und dergleichen, können beim Anlegen des Artikels an den Körper des Trägers einer erheblichen Streckung unterworfen sein, die zu einer Zugdehnung von bis zu 400% im Vergleich zu den ursprünglichen Abmessungen führen kann. Dieser Schritt führt zu zusätzlichen Anforderungen in Bezug auf Streckbarkeit und elastische Erholung des elastomeren Materials.
Die Verarbeitung und Handhabung von elastomeren Materialien ist aufgrund der ihrem Wesen nach klebrigen und dehnbaren elastomeren Materialien schwierig. Elastomere Materialien neigen dazu, an den Verarbeitungseinrichtungen zu haften und sie lassen sich nur schwer von einer Walze entfernen oder in der Größe zuschneiden, die zur Herstellung des Endprodukts erforderlich ist.
Daher ist es wünschenswert, ein elastomeres Material bereitzustellen, das seine elastischen Eigenschaften unter den Einsatzbedingungen des Endprodukts eine bestimmte Zeit lang im Wesentlichen beibehält, zum Beispiel bei Körpertemperatur unter Dauerbelastung etwa 10 Stunden lang.
Es ist wünschenswert, eine derartige elastomere Folie bereitzustellen, die sowohl formschlüssig als auch atmungsaktiv (d. h. dampfdurchlässig) ist.
Genauer wäre es wünschenswert, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine makroskopisch gedehnte, dreidimensionale, durchlässige elastomere Bahn bereitzustellen, die in der Lage ist, nach dem Anlegen einer Zugdehnung von bis zu etwa 400% oder mehr im Wesentlichen wieder in ihre ursprüngliche dreidimensionale Form zurückzukehren.
Weiterhin ist es wünschenswert, eine für den Einsatz in einer durchlässigen elastomeren Bahn geeignete elastomere Folie bereitzustellen, die in der Lage ist, den Auswirkungen einer über die Ränder der Durchbrüche auf die Bahn wirkenden Zugdehnung entgegenzuwirken und so die Rissbildung zu verzögern oder zu verhindern.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, für Produkte der Körperhygiene und Produkte der Gesundheitspflege, wie Höschenwindeln, Übungshosen, Einwegwindeln mit Verschlüssen, Inkontinenzbekleidungsstücke, Damenbinden, Slipeinlagen, Wundkompressen, Verbände und Umschläge ein derartiges elastomeres Material bereitzustellen, das eine verbesserte Verarbeitbarkeit aufweist und kosteneffektiv ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elastomeres Material mit niedriger Spannungsrelaxation. Das elastomere Material kann einzeln oder in Verbindung mit Hautschichten zur Herstellung einer elastomeren Folie verwendet werden. Die elastomere Folie ist nützlich für einen Formgebungsvorgang zur Bereitstellung einer durchlässigen, makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen elastomeren Bahn. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die elastomere Bahn geeignet für die Verwendung in elastifizierten oder am Körper anliegenden Teilen von Einweg-Absorptionsartikeln, wie Seitenteilen, Hüftbünden, Bündchen, oder in Produkten der Gesundheitspflege, wie Kompressen, Verbänden und Umschlägen. Die durchlässigen, dehnbaren polymeren Bahnen der vorliegenden Erfindung können auch in anderen Teilen der Absorptionsartikel verwendet werden, bei denen ein dehnbares oder atmungsaktives Material gewünscht ist, wie Oberbahnen oder Unterbahnen.
Die elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung weisen bei Körpertemperatur und unter Belastung oder Spannung eine bestimmte Zeit lang vorzugsweise eine niedrige Spannungsrelaxation auf. Die elastomeren Materialien weisen ebenfalls eine geringe Hysterese und eine hohe Reißdehnung auf, wenn sie einer großen Verformung ausgesetzt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das elastomere Material ein Styrol-Blockcopolymer, wie Polystyrol-Polyethylen/propylen)-Polystyrol (S-EP-S), Polystyrol-Poly(ethylene/butylene)-Polystyrol (S-EB-S), Polystyrol-Polybutylen-Polystyrol (S-B-S), Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol (S-I-S) oder hydriertes Polystyrol-Poly(isopren/butadien)-Polystyrol (S-IB-S), mindestens ein Vinylarenharz und ein Verarbeitungsöl, insbesondere ein Kohlenwasserstofföl niedriger Viskosität, wie Mineralöl.
Die elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung können als Mehrschichtfolie mit mindestens einer im Wesentlichen weniger elastomeren Hautschicht aus Materialien vom Polyolefintyp, einschließlich Polyethylen und Polypropylen, vorliegen. Die elastomeren Folien sind nützlich für die Bildung von makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen elastomeren Bahnen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bahn eine ununterbrochene erste Oberfläche und eine unterbrochene zweite Oberfläche entfernt von der ersten Oberfläche auf. Die elastomere Bahn weist eine Vielzahl von primären Durchbrüchen in der ersten Oberfläche der Bahn auf, wobei die primären Durchbrüche in der Ebene der ersten Oberfläche durch ein ununterbrochenes Netzwerk von verbindenden Ele menten gekennzeichnet sind, wobei jedes dieser verbindenden Elemente einen sich über seine gesamte Länge nach oben hin konkav verformenden Querschnitt aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes der verbindenden Elemente einen im Allgemeinen U-förmigen Querschnitt entlang eines Teils seiner Länge auf, wobei der Querschnitt ein Basisteil, das sich im Allgemeinen in der Ebene der ersten Oberfläche der Bahn befindet, sowie Seitenwandteile, die mit jedem Rand des Basisteils sowie mit anderen Seitenwandteilen verbunden sind, umfasst. Die miteinander verbundenen Seitenwandteile erstrecken sich im Allgemeinen in Richtung der zweiten Oberfläche der Bahn und sind über die erste und die zweite Oberfläche der Bahn miteinander verbunden. Die miteinander verbundenen Seitenwandteile enden im Wesentlichen gleichzeitig miteinander und bilden auf diese Weise einen sekundären Durchbruch in der Ebene der zweiten Oberfläche der Bahn.
Bei Verwendung als dehnbares, durchlässiges Element in einem Absorptionsartikel ermöglicht die elastomere Schicht der vorliegenden Erfindung den verbindenden Elementen, sich in der Ebene der ersten Oberfläche zu dehnen. Aufgrund der dreidimensionalen Natur der Bahn kann die Zugdehnung, der die verbindenden Elemente in der Ebene der ersten Oberfläche ausgesetzt sind, von der Zugdehnung an den sekundären Durchbrüchen in der sekundären Oberfläche getrennt und daher von potenziellen dehnungsinduzierten Spannungen an Ausgangspunkten für die Rissbildung entkoppelt werden. Diese Trennung, oder Entkopplung, der dehnungsinduzierten Spannung der Bahn von der dehnungsinduzierten Spannung an den sekundären Durchbrüchen erhöht die Zuverlässigkeit der Bahn erheblich, indem sie wiederholte und andauernde Zugdehnungen der Bahn von bis zu etwa 400% oder mehr ermöglicht, ohne dass die Bahn aufgrund von Rissbildung an den Durchbrüchen versagt.
Ebenfalls offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung der elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung, welches die Bereitstellung einer Mehrschichtfolie, das Auflegen der Folie auf eine Formgebungsstruktur und das Beaufschlagen mit ei ner Fluiddruckdifferenz durch die Dicke der Mehrschichtfolie hindurch umfasst. Die Fluiddruckdifferenz ist ausreichend groß, um die Mehrschichtfolie dazu zu bringen, sich an die Stützstruktur anzupassen und mindestens in Teilen der geformten Folie aufzubrechen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, welche den behandelten Gegenstand, der als die vorliegende Erfindung bildend angesehen wird, besonders herausstellen und deutlich beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Positionsnummern gleiche Elemente bezeichnen, besser verstanden wird, wobei:
1 eine vergrößerte, teilweise segmentierte, perspektivische Darstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden polymeren Bahn eines im US-Patent Nr. 4,342,314, dessen Rechte übertragen wurden, allgemein offenbarten Typs ist;
2 eine vergrößerte, teilweise segmentierte, perspektivische Darstellung einer bevorzugten elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung mit zwei Schichten polymerer Folie ist, von denen eine elastomer ist;
3 eine weitere, vergrößerte Teilansicht einer Bahn des in 2 allgemein dargestellten Typs ist, wobei jedoch die Struktur der Bahn einer alternativen elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung detaillierter dargestellt ist;
4 eine vergrößerte Querschnittansicht einer bevorzugten Mehrschichtfolie einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung mit einer elastomeren Schicht zwischen zwei Hautschichten ist;
5 eine Draufsicht von Durchbruchformen projiziert in die Ebene der ersten Oberfläche einer alternativen elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine vergrößerte Querschnittansicht eines verbindenden Elements entlang der Schnittlinie 6-6 von 5 ist;
7 eine weitere vergrößerte Querschnittansicht eines verbindenden Elements entlang der Schnittlinie 7-7 von 5 ist;
8A bis 8C schematische Darstellungen eines Querschnitts eines Durchbruchs einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Spannungszuständen sind;
9 eine vergrößerte optische Mikroaufnahme zeigend die erste Oberfläche einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung aufweisend ein geordnetes Muster von ungefähr 1 mm großen quadratischen Durchbrüchen ist;
10 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Mikroaufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop der zweiten Oberfläche der in 9 dargestellten elastomeren Bahn in ungedehntem Zustand ist;
11 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Mikroaufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop der zweiten Oberfläche der in 9 dargestellten elastomeren Bahn gespannt bis zu einer Dehnung von ungefähr 100% ist;
12 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Mikroaufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop eines Durchbruchs einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung, die nach der Dehnung und elastischen Erholung Rauigkeiten aufweist, ist;
13 eine teilweise segmentierte perspektivische Darstellung eines Einwegbekleidungsstücks umfassend die elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine vereinfachte, teilweise segmentierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform von Seitenteilen eines Einwegbekleidungsstücks ist;
15 eine vereinfachte, teilweise als Explosionszeichnung ausgeführte perspektivische Darstellung einer allgemein zur Bildung der in 2 dargestellten Bahnenstruktur nützlichen Laminatstruktur ist;
16 eine perspektivische Ansicht eines röhrenförmigen Elements, gebildet durch Rollen einer ebenen Laminatstruktur des in 15 allgemein dargestellten Typs mit dem gewünschten Biegeradius und Verbinden der freien Enden derselben, ist;
17 eine vereinfachte schematische Darstellung eines bevorzugten Verfahrens und einer bevorzugten Vorrichtung zum Tiefziehen und Perforieren einer elastomeren Folie in allgemeiner Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
18 eine vergrößerte, teilweise segmentierte perspektivische Darstellung einer alternativen elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung ist; und
19 eine vergrößerte Querschnittdarstellung der Bahn aus 18 entlang der Schnittlinie 19-19 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „umfassend", dass die verschiedenen Komponenten, Inhaltsstoffe oder Schritte bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung gemeinsam eingesetzt werden können. Entsprechend schließt der Ausdruck „umfassend" die einschränkenderen Ausdrücke „bestehend aus" und „im Wesentlichen bestehend aus" ein.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „elastisch" oder „elastomer" auf jedes Material, das durch eine von außen angelegte Kraft gedehnt oder verformt werden kann und das nach dem Entlasten im Wesentlichen seine ursprünglichen Abmessungen oder seine ursprüngliche Form wiedererlangt und dabei nur eine geringe dauerhafte Verformung (von in der Regel nicht mehr als etwa 20%) auf weist. Der Ausdruck „elastomer" bezieht sich auf jedes Material, das die hierin vorgenannten elastischen Eigenschaften zeigt.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „thermoplastisch" auf jedes Material, das ohne große oder ohne jegliche Veränderung der physikalischen Eigenschaften geschmolzen und wieder ausgehärtet werden kann (unter Annahme einer minimalen oxidativen Degradation).
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Hautschicht" auf eine Schicht umfassend ein thermoplastisches Polymer oder eine polymere Mischung, die wesentlich weniger elastomer als die elastomere Schicht ist. Die Hautschicht wird als „im Wesentlichen weniger elastomer" angesehen, wenn die permanente Verformung der Hautschicht mindestens etwa 20% größer als diejenige der elastomeren Schicht ist. Bleibende Verformung bezieht sich auf die Formänderung eines Materials, gemessen zu einem ausreichenden Zeitpunkt nach dem Entlasten eines Materials von einer bestimmten Dehnung, um dem Material zu ermöglichen, vollständig zurückzuschnellen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Prozent Dehnung" auf die Differenz zwischen der Länge eines elastomeren Materials, gemessen, während das Material durch eine angelegten Kraft gedehnt wird und der Länge des Materials in seinem unverformten oder ungedehnten Zustand, geteilt durch die Länge des Materials in seinem unverformten Zustand, multipliziert mit 100. Zum Beispiel weist ein Material in seinem unverformten oder ungedehnten Zustand eine Dehnung von 0% auf.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Ausdrücke „bleibende Verformung" oder „Prozentsatz der bleibenden Verformung" auf den Prozentsatz der Verformung eines elastomeren Materials, gemessen, nachdem das Material sich eine bestimmte Zeit lang in einem entspannten Zustand befunden hat (d. h., 60 Sekunden bei den hierin beschriebenen Prüfverfahren), nachdem das Material von einer bestimmten Dehnung entlastet worden ist, ohne das Material jedoch vollständig zu rückschnellen zu lassen. Der Prozentsatz der bleibenden Verformung wird als [(Dehnung bei Belastung Null nach einem Durchgang – anfängliche Messstreifenlänge von Durchgang 1)/(anfängliche Messstreifenlänge von Durchgang 1)] × 100 ausgedrückt. Die Dehnung bei Belastung Null bezieht sich auf den Abstand zwischen den Klemmbacken zu Beginn des zweiten Durchgangs, bevor vom Zugfestigkeitsprüfgerät eine Belastung angezeigt wird.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Spannungsrelaxation" auf den Prozentsatz des Spannungs- oder Belastungsverlustes zwischen der maximalen Belastung oder Kraft, aufgetreten nach der Dehnung eines elastomeren Materials mit einer bestimmten Dehnungsrate auf eine vorgegebene Länge (oder der Belastung oder Kraft, die bei einer Anfangslänge gemessen wird) und der verbleibenden Belastung oder Kraft, gemessen, nachdem die Probe eine bestimmte Zeit lang auf dieser Länge oder Dehnung gehalten worden ist. Die Relaxation wird als Prozentsatz des Verlustes der ursprünglichen Belastung ausgedrückt, der bei einer bestimmten Dehnung eines elastomeren Materials aufgetreten ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Hysterese" auf die Differenz zwischen der von einem elastomeren Material zurückbehaltenen Energie während der Retraktion aus einer bestimmten Dehnung und der Energie, die erforderlich ist, um das elastomere Material anschließend wieder auf diese vorherige Länge zu dehnen. Das Strecken eines elastomeren Materials bis zu einer bestimmten Dehnung, in der Regel einer Dehnung von 200% und die Rückkehr zu einer Belastung von Null schließt eine Hystereseschleife ab.
Weitere Ausdrücke werden hierin an den Stellen definiert, an denen sie zum ersten Mal erörtert werden.
1 ist eine vergrößerte, teilweise segmentierte, perspektivische Darstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden, makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen, faserähnlichen, fluiddurchlässigen polymeren Bahn 40, welche sich als in hohem Maße geeignet für die Verwendung als Oberbahn in Einweg-Ab sorptionsartikeln, wie Windeln und Damenbinden, erwiesen hat. Die dem Stand der Technik entsprechende Bahn stimmt im Allgemeinen überein mit den Lehren des US-Patents Nr. 4,342,314, erteilt an Radel et al. am 3. August 1982. Die fluiddurchlässige Bahn 40 weist eine Vielzahl von Durchbrüchen auf, z. B. Durchbrüche 41, welche durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen faserähnlichen Elementen gebildet werden, z. B. faserähnlichen Elementen 42, 43, 44, 45 und 46, die in der ersten Oberfläche 50 der Bahn miteinander verbunden sind. Jedes faserähnliche Element umfasst ein Basisteil, z. B. Basisteil 51, das in Ebene 52 der ersten Oberfläche 50 angeordnet ist. Jedes Basisteil weist ein Seitenwandteil auf, z. B. Seitenwandteil 53, das an jedem Rand desselben befestigt ist. Die Seitenwandteile erstrecken sich im Allgemeinen in Richtung der zweiten Oberfläche 55 der Bahn. Die sich verschneidenden Seitenwandteile der faserähnlichen Elemente sind miteinander über die erste und die zweite Oberfläche der Bahn verbunden und enden im Wesentlichen gleichzeitig miteinander in der Ebene 56 der zweiten Oberfläche 55.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Basisteil 51 ein mikroskopisches Muster von Oberflächenunregelmäßigkeiten 58, die im Allgemeinen übereinstimmen mit den Lehren des US-Patents Nr. 4,463,045, erteilt an Ahr et al. am 31. Juli 1984. Das mikroskopische Muster von Oberflächenunregelmäßigkeiten 58 sorgt für eine im Wesentlichen nicht-glänzende sichtbare Oberfläche, wenn die Bahn von Lichtstrahlen getroffen wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die vorgenannte Bahn eine Vielzahl von viel kleineren Kapillarnetzwerken (nicht dargestellt) in der ersten Oberfläche 50 der Bahn enthalten, wie gelehrt vom US-Patent Nr. 4,637,819, erteilt an Ouellette et al. am 20. Januar 1987. Es wird angenommen, dass die von den kleineren fluidlenkenden Kapillarnetzwerken bewirkte Durchlässigkeit der Bahn der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung als dehnbarer, durchlässiger Teil eines Einweg-Absorptionsartikels eine wirkungsvollere Funktion ermöglicht.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „verbindende Elemente" auf einige oder alle Elemente der elastomeren Bahn, von der Teile dazu dienen, mittels eines ununterbrochenen Netzwerks die primären Durchbrüche zu definieren. Typische verbindende Elemente schließen ein, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein, die faserähnlichen Elemente des vorstehend erwähnten Patents '314 von Radel et al. sowie des US-Patents Nr. 5,514,105, erteilt an Goodman, Jr., et al. am 7. Mai 1996, dessen Rechte übertragen wurden. Wie der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen entnommen werden kann, sind die verbindenden Elemente in sich ununterbrochen, wobei die angrenzenden verbindenden Elemente in beidseitig aneinander grenzenden Übergangsbereichen ineinander übergehen.
Die einzelnen verbindenden Elemente können am besten mit Bezug auf 1 allgemein beschrieben werden als diejenigen Teile der elastomeren Bahn, die zwischen zwei beliebigen angrenzenden primären Durchbrüchen angeordnet sind, die in der ersten Oberfläche 50 beginnen und sich bis zur zweiten Oberfläche 55 erstrecken. Auf der ersten Oberfläche der Bahn bilden die verbindenden Elemente zusammen ein ununterbrochenes Netzwerk, oder Muster, wobei das ununterbrochene Netzwerk aus verbindenden Elementen die primären Durchbrüche bildet und auf der zweiten Oberfläche der Bahn bilden die verbindenden Seitenwände der verbindenden Elemente zusammen ein unterbrochenes Muster aus sekundären Durchbrüchen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „ununterbrochen", wenn er zur Beschreibung der ersten Oberfläche der elastomeren Bahn verwendet wird, auf den ununterbrochenen Charakter der ersten Oberfläche, im Allgemeinen in der Ebene der ersten Oberfläche. Daher kann jeder Punkt auf der ersten Oberfläche von jedem anderen Punkt und allen anderen Punkten auf der ersten Oberfläche erreicht werden, ohne im Wesentlichen die erste Oberfläche in der Ebene der ersten Oberfläche zu verlassen. Ebenso bezieht sich der Ausdruck „unterbrochen", wie hierin verwendet, wenn er zur Beschreibung der zweiten Oberfläche der elastomeren Bahn verwendet wird, auf den unterbrochenen Charakter der zweiten Oberfläche, im Allgemeinen in der Ebene der zweiten Oberfläche. Daher kann jeder Punkt auf der zweiten Oberfläche nicht von jedem anderen Punkt auf der zweiten Oberfläche erreicht werden, ohne im Wesentlichen die zweite Oberfläche in der Ebene der zweiten Oberfläche zu verlassen.
Im Allgemeinen bezieht sich der Ausdruck „makroskopisch", wie hierin verwendet, auf konstruktive Merkmale oder Elemente, die für das normale menschliche Auge leicht sichtbar sind, wenn der senkrechte Abstand zwischen dem Auge des Betrachters und der Ebene der Bahn etwa 30,48 cm (12 Zoll) beträgt. Umgekehrt bezieht sich der Ausdruck „mikroskopisch" auf konstruktive Merkmale oder Elemente, die für das normale menschliche Auge nicht leicht sichtbar sind, wenn der senkrechte Abstand zwischen dem Auge des Betrachters und der Ebene der Bahn etwa 30,48 cm (12 Zoll) beträgt.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „makroskopisch gedehnt", wenn er verwendet wird, um dreidimensionale elastomere Bahnen, Bänder und Folien zu beschreiben, auf elastomere Bahnen, Bänder und Folien, die dazu gebracht wurden, sich an die Oberfläche einer dreidimensionalen Formgebungsstruktur anzupassen, so dass beide Oberflächen derselben das dreidimensionale Muster der Formgebungsstruktur aufweisen. Derartige makroskopisch gedehnte Bahnen, Bänder und Folien werden in der Regel durch Prägen (d. h., wenn die Formgebungsstruktur ein Muster aufweist, das hauptsächlich aus erhöhten Elementen besteht), Tiefziehen (d. h., wenn die Formgebungsstruktur ein Muster aufweist, das hauptsächlich aus Kapillarnetzwerkvertiefungen besteht) oder durch Extrusion einer harzhaltigen Schmelze auf die Oberfläche einer Formgebungsstruktur eines der beiden Typen dazu gebracht, sich an die Oberfläche der Formgebungsstrukturen anzupassen.
Demgegenüber bezieht sich der Ausdruck „eben", wenn er hierin verwendet wird, um Kunststoffbahnen, -bänder und -folien zu beschreiben, auf den allgemeinen Gesamtzustand der Bahn, des Bandes oder der Folie, wenn diese oder dieses mit bloßem Auge in einem makroskopischen Maßstab betrachtet wird. Zum Beispiel würde eine undurchlässige extrudierte Folie oder eine durchlässige extrudierte Folie, die außerhalb der Ebene der Folie keine signifikanten makroskopischen Verformungen aufweist, im Allgemeinen als eben beschrieben werden. Daher liegt bei einer durchlässigen, ebenen Bahn der Rand des Materials an den Durchbrüchen im Wesentlichen in der Ebene der Bahn, wodurch die auf die Ebene der Bahn wirkenden Spannungen direkt an die Ausgangspunkte für die Rissbildung an den Durchbrüchen gekoppelt werden.
Bei der makroskopischen Dehnung werden aus der Mehrschichtfolie der elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung dreidimensionale verbindende Elemente geformt, die als kanalähnlich beschrieben werden können. Ihr zweidimensionaler Querschnitt kann auch als „U-förmig" beschrieben werden, wie im vorstehend erwähnten Patent von Radel et al., oder, allgemeiner ausgedrückt, als „nach oben hin konkav geformt", wie offenbart im vorstehend erwähnten Patent von Goodman, Jr., et al. Wie hierin verwendet, beschreibt „nach oben hin konkav geformt" die Ausrichtung der kanalähnlichen Form in Bezug auf die Oberflächen der elastomeren Bahn, wobei die Basis im Allgemeinen in der ersten Oberfläche liegt und der Kanal sich von der Basis in Richtung auf die zweite Oberfläche erstreckt, wobei die Kanalöffnung im Wesentlichen in der zweiten Oberfläche liegen. Im Allgemeinen, wie nachfolgend mit Bezug auf 5 beschrieben, wird bei einer Ebene, die sich orthogonal zur Ebene der ersten Oberfläche durch die Bahn erstreckt und sich mit zwei beliebigen angrenzenden primären Durchbrüchen verschneidet, der sich ergebende Querschnitt eines dazwischen angeordneten verbindenden Elements eine im Allgemeinen nach oben hin konkav verlaufende Form haben, die im Wesentlich U-förmig sein kann.
Dem Stand der Technik entsprechen mehrere Verfahren, mit denen undurchlässige, ebene, elastifizierte polymere Bahnen durchlässiger gemacht werden können, wie Stanzperforation, Schlitzperforation und Heißnadelperforation. Bei Anwendung einer der vorstehend genannten Techniken auf thermoplastische elastomere Folien geht die Verbesserung der Durchlässigkeit jedoch in der Regel mit einer Verschlechterung des Grads des zuverlässigen elastischen Leistungsvermögens einher. Nach der Perforation mittels herkömmlicher Verfahren werden die Ränder der Durchbrüche zu Ausgangspunkten für die Rissbildung, wenn Kräfte auf die Bahn wirken, da sie in der Ebene der angelegten Spannung liegen. Bei herkömmlichen thermoplastischen, elastischen Folien wird die Spannung, die auf die Bahn wirkt, zur Bildung von Rissen an den Durchbrüchen führen, die sich im Laufe der Zeit fortsetzen und schließlich zum katastrophalen Versagen der Folie führen. Wenn die Form der Durchbrüche nicht rund, sondern zum Beispiel viereckig oder dreieckig oder eine andere polygone Form ist, steigt das Risiko einer Rissbildung aufgrund der Spannungskonzentrationen an den winkligen Verschneidungspunkten der Seiten.
Der Patentbewerber hat für die vorliegende Erfindung festgestellt, dass bei Verwendung einer mehrschichtigen polymeren Bahn, umfassend eine elastomere Schicht in Verbindung mit mindestens einer Hautschicht und durch Formen der mehrschichtigen Bahn zu einer makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen Konfiguration gemäß des hierin beschriebenen Verfahrens, die sich daraus ergebende elastomere Bahn die Vorteile hoher Durchlässigkeit und hoher Elastizität sowie Zuverlässigkeit und hohe Festigkeit aufweist.
Vorzugsweise ist die elastomere Bahn selbst in der Lage, im undurchlässigen, ebenen Zustand bei Raumtemperatur von 50% bis 1200% gedehnt zu werden. Das Elastomer kann entweder ein reines Elastomer oder eine Mischung mit einer elastomeren Phase oder einem elastomeren Inhaltsstoff sein, die bzw. der bei Umgebungstemperatur, einschließlich Körpertemperatur, immer noch beträchtliche elastomere Eigenschaften aufweist. Die elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung können als monolithische Folie, als Mehrschichtfolie mit mindestens einer elastomeren Schicht, oder als durchlässige, dreidimensionale Bahn, die gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, die gewünschten elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften aufweisen.
Vorzugsweise weisen die elastomeren Materialien bei Raumtemperatur bei einer Dehnung von 200% eine Spannungsrelaxation von weniger als etwa 20%, mehr bevorzugt von weniger als etwa 30% und am meisten bevorzugt von weniger als etwa 40% auf. Bei einer Dehnung von 50% nach 10 Stunden bei Körpertemperatur (etwa 38°C (100°F)) weisen die elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung eine Spannung von weniger als etwa 45%, vorzugsweise von weniger als etwa 50% und mehr bevorzugt von weniger als etwa 55% Relaxation auf.
Die Hautschicht der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise dünner und wesentlich weniger elastisch als die elastomere Schicht und kann im Grenzfall generell unelastisch sein. In Verbindung mit der elastomeren Schicht der vorliegenden Erfindung kann mehr als eine Hautschicht verwendet werden und diese wird bzw. werden im Allgemeinen die elastischen Eigenschaften des Elastomers verändern. Wenn mehr als eine Hautschicht verwendet wird, können die Hautschichten die gleichen oder unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.
2 ist eine vergrößerte, teilweise segmentierte, perspektivische Darstellung einer makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen, elastomeren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, im Allgemeinen als 80 bezeichnet. Die geometrische Konfiguration der fluiddurchlässigen, elastomeren Bahn 80 ist im Allgemeinen ähnlich derjenigen einer dem Stand der Technik entsprechenden Bahn 40, dargestellt in 1 und entspricht im Allgemeinen den Lehren des vorstehend erwähnten Patents von '314 Radel et al. Weitere geeignete Folienkonfigurationen sind beschrieben im US-Patent Nr. 3,929,135, erteilt an Thompson am 30. Dezember 1975, dem US-Patent Nr. 4,324,246, erteilt an Mullane, et al. am 13. April 1982 und dem US-Patent Nr. 5,006,394, erteilt an Baird am 9. April 1991.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer elastomeren Bahn 80 der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von primären Durchbrüchen auf, z. B. primäre Durchbrüche 71, die in Ebene 102 der ersten Oberfläche 90 durch ein ununterbrochenes Netzwerk aus verbindenden Elementen, z. B. Elementen 91, 92, 93, 94, 95 miteinander verbunden sind. Die primären Durchbrüche 71, wie projiziert auf die Ebene der ersten Oberfläche 90, haben vorzugsweise die Form von Polygonen, z. B. Vierecken, Sechsecken usw., in einem geordneten oder zufälligen Muster. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes verbindende Element ein Basisteil, z. B. Basisteil 81, angeordnet in Ebene 102 und jedes Basisteil verfügt über ein Seitenwandteil, z. B. Seitenwandteile 83, befestigt an den Rändern derselben. Die Seitenwandteile 83 erstrecken sich im Allgemeinen in Richtung der zweiten Oberfläche 85 der Bahn und verschneiden sich mit den Seitenwänden der benachbarten verbindenden Elemente. Die sich verschneidenden Seitenwandteile sind über die erste und die zweite Oberfläche der Bahn miteinander verbunden und enden im Wesentlichen gleichzeitig miteinander, um so einen sekundären Durchbruch zu bilden, z. B. sekundäre Durchbrüche 72 in der Ebene 106 der zweiten Oberfläche 85. Eine detaillierte Beschreibung der durchlässigen, makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen, elastomeren Bahn ist offenbart in der US-Patentanmeldung Seriennr. 08/816,106, eingereicht am 14. März 1997 von Curro et al.
3 ist eine weitere vergrößerte Teilansicht einer Bahn, im Allgemeinen ähnelnd dem Typ der Bahn 80 in 2, jedoch einen alternativen, der vorliegenden Erfindung entsprechenden Bahnenaufbau darstellend. Die geformte, polymere Mehrschichtfolie 120 der Bahn 80 umfasst vorzugsweise mindestens eine elastomere Schicht 101 und mindestens eine Hautschicht 103. Während 3 eine zweischichtige Ausführungsform mit der Hautschicht 103 dichter an der ersten Oberfläche 90 zeigt, wird angenommen, dass die Reihenfolge der Schichtung der geformten Folie 120 keine Einschränkung darstellt. Während gegenwärtig zwar bevorzugt wird, dass die polymeren Schichten, wie in 3 dargestellt, im Wesentlichen gleichzeitig in der Ebene der zweiten Oberfläche enden, wird jedoch gegenwärtig nicht angenommen, dass dies unerlässlich ist, d. h. eine oder mehrere Schichten kann bzw. können sich weiter in Richtung der zweiten Oberfläche erstrecken als die anderen. Die elastomere Schicht umfasst von etwa 20% bis etwa 95% der Ge samtdicke der Folie und jede Hautschicht umfasst von etwa 1% bis etwa 40% der Gesamtdicke der Folie. In der Regel hat die elastomere Folie eine Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 Mil) bis etwa 0,51 mm (20 Mil), vorzugsweise von etwa 0,025 mm (1,0 Mil) bis 0,13 mm (5,0 Mil). Jede Hautschicht ist in der Regel etwa 0,0012 mm (0,05 Mil) bis etwa 0,13 mm (5 Mil) dick, vorzugsweise von etwa 0,0025 mm (0,1 Mil) bis etwa 0,038 mm (1,5 Mil). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die elastomere Schicht etwa 0,052 mm (3,2 Mil) dick und jede Hautschicht ist etwa 0,038 mm (0,15 Mil) dick.
Eine besonders bevorzugte Mehrschicht-Polymerfolie 120 der Bahn 80 ist als Querschnitt in 4 dargestellt und weist eine elastomere Schicht 101 angeordnet zwischen zwei Hautschichten 103 auf. Die elastomere Schicht 101 umfasst bevorzugt ein thermoplastisches Elastomer mit mindestens einem elastomeren Teil und mindestens einem thermoplastischen Teil. Das thermoplastische Elastomer umfasst in der Regel eine im Wesentlichen ununterbrochene amorphe Matrix mit über dieser verteilten glasigen oder kristallinen Bereichen. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass die unterbrochenen Bereiche als wirkungsvolle physikalische Querverbindungen wirken, welche dem Material ein elastisches Gedächtnis verleihen, wenn es einer angelegten Zugdehnung unterworfen und anschließend wieder entlastet wird. Bevorzugte thermoplastische elastomere Materialien schließen Blockcopolymere und Mischung davon ein. Die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten thermoplastischen elastomeren Materialien schließen Styrol-Butadien-Styrol oder ähnliche Styrol-Blockcopolymere ein. Ebenfalls für den diesbezüglichen Einsatz als thermoplastische elastomere Materialien geeignet sind bestimmte Polyolefine, welche die gewünschten thermoplastischen elastomeren Eigenschaften und die sich aus diesen ergebenden elastischen Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel Polyethylene und Polypropylene mit Dichten von weniger als etwa 0,90 g/cm³. Die Hautschichten umfassen vorzugsweise wesentlich weniger elastomere Materialien, wie Polyolefine mit Dichten von mehr als etwa 0,90 g/cm³ oder andere thermoplastische Materialien. Die Hautschichten sollten eine ausreichende Adhä sion gegenüber der elastomeren Schicht aufweisen, so dass diese sich vor oder nach dem Strecken der Bahn nicht vollständig ablösen wird. Die hierin für den Einsatz als Hautschicht geeigneten Materialien sollten die gewünschten Schmelzfließeigenschaften aufweisen, so dass sie zusammen mit der elastomeren Schicht erfolgreich zu einer Mehrschichtfolie verarbeitet werden können. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Mehrschicht-Polymerfolie 120 ist die Coextrusion.
Im Allgemeinen kann ein elastomeres Material mit niedriger Spannungsrelaxation mit den gewünschten elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, welche ein elastomeres Blockcopolymer, mindestens ein thermoplastisches Harz oder eine thermoplastische Mischung und ein Verarbeitungsöl niedriger Viskosität umfasst. Eine bevorzugte Zusammensetzung umfasst etwa 55 Gew.-% eines olefinischen Styrol-Triblock-Copolymers, etwa 15 Gew.-% Polystyrol und ungefähr 30 Gew.-% Mineralöl. Die Zusammensetzungen können ferner weitere Zusatzstoffe enthalten, wie Antioxidationsmittel, Anti-Blockmittel und Anti-Rutschmittel. In der Regel beträgt der Anteil an Antioxidationsmitteln nicht mehr als 1%, vorzugsweise nicht mehr als 0,5% des Gesamtgewichts der elastomeren Zusammensetzungen.
Eine Reihe von Blockcopolymeren kann verwendet werden, um die elastomeren Zusammensetzungen herzustellen, die zur Herstellung der elastomeren Folie oder Platte mit niedriger Spannungsrelaxation der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Basierend auf dem Blockgehalt und den durchschnittlichen Molekulargewichten der Blöcke werden geeignete lineare Blockcopolymere, wie A-B-A-Triblock-Copolymere, A-B-A-B-Tetrablock-Copolymere, A-B-A-B-A-Pentablock-Copolymere oder dergleichen, ausgewählt. Derartige Blockcopolymere umfassen im Allgemeinen einen elastomeren Blockanteil B und einen thermoplastischen Blockanteil A. Die zum diesbezüglichen Gebrauch geeigneten Blockcopolymere sind thermoplastisch und elastomer. Die Blockcopolymere sind elastomer in dem Sinne, dass sie im Allgemeinen unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) des ther moplastischen Blockanteils eine dreidimensionale, physikalisch vernetzte oder verwickelte Struktur bilden, so dass sie als Reaktion auf äußere Kräfte ein elastisches Gedächtnis zeigen. Die Blockcopolymere sind thermoplastisch in dem Sinne, dass sie oberhalb der Endblocktemperatur T_g mehrere Male ohne Änderung oder mit nur geringer Änderung der physikalischen Eigenschaften (unter Annahme einer minimalen oxidativen Degradation) verformt und wieder ausgehärtet werden können.
Bei derartigen Copolymeren besteht der Blockanteil A aus den Hartblöcken, abgeleitet von Materialien, deren Glasübergangstemperatur ausreichend hoch ist, um bei der Gebrauchstemperatur des Polymers kristalline oder glasige Bereiche zu bilden. Derartige Hartblöcke bilden im Allgemeinen mit anderen Hartblöcken in den Copolymeren starke physikalische Verwicklungen oder Agglomerate. Der Hartblockanteil A umfasst im Allgemeinen ein Polyvinylaren, abgeleitet von Monomeren, wie Styrol, α-Methylstyrol, anderen Styrolderivaten oder Mischungen davon. Der Hartblockanteil A kann auch ein von Styrol-Monomeren abgeleitetes Copolymer sein, wie von den hierin vorstehend beschriebenen und olefinischen Monomeren, wie Ethylenen, Propylenen, Butylenen, Isoprenen, Butadienen und Mischungen davon.
Der Hartblockanteil A ist vorzugsweise Polystyrol mit einem Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 1.000 bis etwa 200.000, vorzugsweise von etwa 2.000 bis etwa 100.000, mehr bevorzugt von etwa 5.000 bis etwa 60.000. In der Regel umfasst der Hartblockanteil A von etwa 10% bis etwa 80%, vorzugsweise von etwa 20% bis etwa 50%, mehr bevorzugt von etwa 25% bis etwa 35% des Gesamtgewichts des Copolymers.
Das Material, das den B-Block bildet, wird über eine ausreichend niedrige Glasumwandlungstemperatur bei der Gebrauchstemperatur des Polymers verfügen, so dass die kristallinen oder glasigen Bereiche bei diesen Arbeitstemperaturen nicht gebildet werden. Der B-Block kann daher als Weichblock angesehen werden. Der Weichblockanteil B ist in der Regel ein olefinisches Polymer, abgeleitet von konjugierten, aliphatischen Dienmonomeren mit etwa 4 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen oder linearen Alkenmonomeren mit etwa 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Geeignete Dienmonomere schließen Butadien, Isopren und dergleichen ein. Geeignete Alkenmonomere schließen Ethylen, Propylen, Butylen und dergleichen ein. Der Weichblockanteil B umfasst vorzugsweise ein im Wesentlichen amorphes Polyolefin, wie Ethylen/Propylenpolymere, Ethylen/Butylenpolymere, Polyisopren, Polybutadien und dergleichen, oder Mischungen davon. Das Molekulargewicht-Zahlenmittel des Weichblocks B liegt in der Regel zwischen etwa 1.000 und etwa 300.000, vorzugsweise zwischen etwa 10.000 und etwa 200.000 und mehr bevorzugt zwischen etwa 20.000 und etwa 100.000. In der Regel umfasst der Weichblockanteil B von ungefähr 20% bis etwa 90%, vorzugsweise von etwa 50% bis etwa 80%, mehr bevorzugt von etwa 65% bis etwa 75%, des Gesamtgewichts des Copolymers.
Geeignete Blockcopolymere zum Gebrauch in dieser Erfindung umfassen mindestens einen im Wesentlichen elastomeren Blockanteil B und mindestens einen im Wesentlichen thermoplastischen Blockanteil A. Die Blockcopolymere können aus mehreren Blöcken bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Blockcopolymer ein A-B-A-Triblock-Copolymer, ein A-B-A-B-Tetrablock-Copolymer oder ein A-B-A-B-A-Pentablock-Copolymer sein. Ebenfalls zum diesbezüglichen Gebrauch bevorzugt werden Triblock-Copolymere mit einem elastomeren Mittelblock B und thermoplastischen Endblöcken A und A', wobei A and A' von unterschiedlichen Vinylaren-Monomeren abgeleitet sein können. Ebenfalls nützlich für die vorliegende Erfindung sind Blockcopolymere mit mehr als einem A-Block und/oder mehr als einem B-Block, wobei jeder A-Block vom gleichen oder einem anderen Vinylaren-Monomer und jeder B-Block vom gleichen oder einem anderen olefinischen Monomer abgeleitet sein kann. Die Blockcopolymere können auch sternförmig sein und über drei oder mehr Arme verfügen, wobei jeder Arm ein Copolymer vom Typ B-A, B-A-B-A oder dergleichen sein kann und die B-Blöcke sich im Mittelteil oder in der Nähe des Mittelteils des sternförmigen Polymers befinden können. Gute Ergebnisse können, zum Beispiel, mit vier, fünf oder sechs Armen erzielt werden. Der Olefinblock umfasst in der Regel mindestens etwa 50 Gewichtsprozent des Blockcopolymers. Die Ungesättigtheit der olefinischen Doppelbindungen kann, wenn gewünscht, selektiv hydriert werden, um die Empfindlichkeit gegenüber der oxidativen Degradation herabzusetzen und kann vorteilhafte Auswirkungen auf die elastomeren Eigenschaften haben. Zum Beispiel kann ein Polyisoprenblock selektiv reduziert werden, um einen Ethylen-Propylen-Block zu bilden. Der Vinylarenblock umfasst in der Regel mindestens etwa 10 Gewichtsprozent des Blockcopolymers. Für hohe elastische Eigenschaften und niedrige Spannungsrelaxationseigenschaften wird jedoch ein höherer Vinylarengehalt mehr bevorzugt.
Das Blockcopolymer kann in der elastomeren Zusammensetzung in einer Menge verwendet werden, die erforderlich ist, um die gewünschten elastischen Eigenschaften und niedrigen Spannungsrelaxationseigenschaften zu erzielen. Das Blockcopolymer wird in der elastomeren Zusammensetzung in der Regel in einer Menge von etwa 20 bis etwa 80 Gewichtsprozent, bevorzugt von etwa 30 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent und mehr bevorzugt von etwa 40 bis etwa 60 Gewichtsprozent der elastomeren Zusammensetzung vorliegen.
Geeignet zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung sind Styrol-Olefin-Styrol-Triblock-Copolymere, wie Styrol-Butadien-Styrol (S-B-S), Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol (S-EB-S), Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol (S-EP-S), Styrol-Isopren-Styrol (S-I-S), hydriertes Polystyrol-Isopren/Butadien-Styrol (S-IB-S) und Mischungen davon. Die Blockcopolymere können einzeln, in einer Mischung aus Blockcopolymeren, oder in einer Mischung aus einem oder mehreren Blockcopolymeren mit einem oder mehreren wesentlich weniger elastomeren Polymeren, wie Polypropylen, Polyethylen, Polybutadien, Polyisopren, oder Mischungen davon, eingesetzt werden. Die eingesetzten Blockcopolymere enthalten bevorzugt nur eine geringe Menge derartiger anderer Polymere, am meisten bevorzugt gar keine derartigen anderen Polymere.
Zum diesbezüglichen Gebrauch besonders bevorzugte Blockcopolymere sind Polystyrol-Ethylen/Butylen-Polystyrol-Blockcopolymere mit einem Styrolgehalt über etwa 10 Gewichtsprozent. Bei einem höheren Styrolgehalt ist das Molekulargewicht der Polystyrol-Blockanteile im Allgemeinen höher. Derartige lineare Blockcopolymere von Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol (S-EB-S) sind im Handel unter der Handelsbezeichnung KRATON^®, Produktreihe G1600, der Shell Chemical Company, Huston, TX, erhältlich. Ebenfalls zum diesbezüglichen Gebrauch bevorzugt werden Polystyrol-Ethylen-Ethylen/Propylen-Styrol(S-E-EP-S)-Blockcopolymere, wobei der Ethylen/Propylenblock aus der selektiven Hydrierung der ungesättigten Stellen innerhalb der Polystyrol-Isopren/Butadien-Styrol-Blockcopolymere abgeleitet ist. Hydrierte Polystyrol-Isopren/Butadien-Styrol(S-IB-S)-Blockcopolymere sind im Handel unter der Handelsbezeichnung SEPTON^®, Produktreihe 4000, von Kuraray America, Inc. New York, NY, erhältlich. Alle hierin beschriebenen Styrol-Olefin-Blockcopolymere sind für den Einsatz in den elastomeren Materialien mit niedriger Spannungsrelaxation, entweder allein oder in Mischungen davon, geeignet.
Für das elastomere Material mit niedriger Spannungsrelaxation der vorliegenden Erfindung können verschiedene thermoplastische oder wesentlich weniger elastomere Materialien oder Mischungen verwendet werden. Geeignete thermoplastische Polymere sollten sich vorzugsweise mit den Hartblöcken der Blockcopolymere verbinden, um ein verwickeltes, dreidimensionales Netzwerk zu bilden. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass diese verwickelte Netzwerkstruktur in der Lage ist, die Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung, die elastischen Eigenschaften und die Spannungsrelaxationseigenschaften zu verbessern. Thermoplastische Polymere, wie Polyphenylenoxid und von Monomeren, wie Styrol, α-Methylstyrol, anderen Styrolderivaten, Vinyltoluol und Mischungen davon, abgeleitete Vinylarenharze sind nützlich für die vorlie gende Erfindung. Diese Polymere werden bevorzugt, weil sie chemisch kompatibel mit den Styrol-Hartblöcken der Blockcopolymere sind. Es wird angenommen, dass es für die Komponenten vorteilhaft ist, kompatibel zu sein, da sie auf diese Weise leichter eine verwickelte, dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden können und sich nicht physikalisch bis zu einem signifikanten Maß von der Netzwerkstruktur lösen.
Die hierin als die Hartblöcke verbindende Komponente nützlichen thermoplastischen Polymere sollten ein Molekulargewicht im geeigneten Bereich aufweisen. Die thermoplastischen Polymere sollten vorzugsweise ein ausreichend hohes durchschnittliches Molekulargewicht aufweisen, so dass ihre Glasumwandlungstemperatur, ihre Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung und ihre elastischen Eigenschaften verbessert werden. Die hierin geeigneten thermoplastischen Polymere sollten ebenfalls ein durchschnittliches Molekulargewicht aufweisen, das sich nicht signifikant von dem der Hartblöcke der elastomeren Blockcopolymere unterscheidet, so dass sie mit den Hartblöcken kompatibel sind. Geeignete Vinylarenharze sollten vorzugsweise ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 600 bis etwa 200.000, mehr bevorzugt von etwa 5.000 bis etwa 150.000 und am meisten bevorzugt von etwa 10.000 bis etwa 100.000 aufweisen. Polystyrol wird besonders bevorzugt. Ein bevorzugtes Polystyrol weist ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 40.000 bis etwa 60.000 auf und ist unter der Handelsbezeichnung NOVACOR^®, Produktreihe PS 200, von Nova Chemicals, Inc., Monaca, PA, erhältlich.
Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird im Allgemeinen angenommen, dass zum Verbinden von Hartblöcken nützliche Polymere oder Harze eine Glasumwandlungstemperatur (Tg) aufweisen sollten, die höher als die Gebrauchstemperatur des elastomeren Materials ist, um die dreidimensionale Netzwerkstruktur „einzuschließen" und die gewünschten Eigenschaften bereitzustellen. Je geringer der Abstand zwischen der Gebrauchstemperatur und der Glasumwandlungstemperatur wird, desto leichter können sich diese Polymere wieder aus der Netzwerk srtuktur lösen und die Netzwerkstruktur schwächen. Folglich werden die Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung, die elastischen Eigenschaften und die Spannungsrelaxationseigenschaften des elastomeren Materials negativ beeinflusst. Diese negativen Auswirkungen sind besonders ausgeprägt in Bezug auf die Spannungsrelaxationseigenschaften.
Für Anwendungen bei Körpertemperatur, wie Absorptionsartikel, Verbände, Umschläge oder Wundkompressen, die eine längere Zeit am Körper einer Person getragen werden, wurde zuvor angenommen, dass Polymere mit höheren Glasumwandlungstemperaturen, wie Polyphenylenoxid, verwendet werden sollten. Polyphenylenoxid ist jedoch schwer zu verarbeiten, da es eine hohe Schmelztemperatur und eine relativ hohe Schmelzviskosität aufweist. Darüber hinaus kann die für Polyphenylenoxid erforderliche, hohe Schmelztemperatur zur Degradation anderer Komponenten der elastomeren Materialien oder der Endprodukte führen. Das anfängliche Modul des Polyphenylenoxids kann also zu hoch für dehnbare Artikel sein, so dass unangemessen hohe Kräfte aufgebracht werden müssen, um dem Träger den Artikel anzulegen.
Da die Glasumwandlungstemperaturen von Vinylarenharzen signifikant niedriger als diejenigen von Polyphenylenoxid sind, überrascht die Feststellung, dass Vinylarenharze in den elastomeren Materialien der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um bei Körpertemperatur und unter Dauerbelastung die gewünschten elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften bereitzustellen. Darüber hinaus können Vinylarenharze leicht bei relativ niedrigen Temperaturen verarbeitet werden, so dass nur eine geringe oder keine Degradation anderer thermoplastischer oder elastomerer Komponenten auftreten würde.
Hierin als die Hartblöcke verbindende Polymere geeignete Vinylarenharze sollten vorzugsweise einen Glasumwandlungstemperaturbereich von etwa 58°C bis etwa 180°C mehr bevorzugt von etwa 70°C bis etwa 150°C, mehr bevorzugt von etwa 90°C bis etwa 130°C, aufweisen.
Ebenfalls hierin als das die Hartblöcke verbindende Polymer geeignet sind aromatische Kohlenwasserstoffharze von geringer Molekularmasse, entweder allein oder in Mischungen mit höhermolekularen Polyvinylarenen, insbesondere Polystyrol. Die aromatischen Harze von geringer Molekularmasse sind vorzugsweise von Vinylarenmonomeren abgeleitet. Die Harze von geringer Molekularmasse bieten eine geringere Viskosität und daher eine bessere Verarbeitbarkeit der elastomeren Zusammensetzungen. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass die Harze von geringer Molekularmasse dazu neigen, beim Bilden der dreidimensionalen Verwicklungen mit den Hartblöcken der elastomeren Copolymere und Polystyrol weniger wirkungsvoll zu sein. Und aufgrund des niedrigen Molekulargewichts können sich die Harze entweder mit den elastomeren Weichblöcken oder den thermoplastischen Hartblöcken verbinden. In der Tat verringert die Einbeziehung der Harze von geringer Molekularmasse den Prozentsatz der harten, verwickelten Netzwerke in der Zusammensetzung. Daher wird im Allgemeinen angenommen, dass Harze von geringer Molekularmasse als Verarbeitungshilfsmittel verwendet werden können, im Allgemeinen jedoch die elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften der aus Zusammensetzungen, die diese Harze enthalten, hergestellten Folien negativ beeinflussen. Es überrascht festzustellen, dass elastomere Zusammensetzungen, die, entweder allein oder in Mischungen mit Polystyrolen, aromatische Kohlenwasserstoffharze von geringer Molekularmasse enthalten, die zum diesbezüglichen Gebrauch gewünschten elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften aufweisen.
In der Regel liegt das Verhältnis von Polystyrolgehalt zu aromatischem Kohlenwasserstoffharzgehalt in den Mischungen im Bereich von etwa 1:10 bis etwa 10:1, vorzugsweise von etwa 1:4 bis etwa 4:1. Die Molekulargewicht-Zahlenmittel der aromatischen Kohlenwasserstoffharze liegen in der Regel im Bereich von etwa 600 bis etwa 10.000. Die bevorzugten aromatischen Kohlenwasserstoffharze weisen eine Glasumwandlungstemperatur von etwa 60°C bis etwa 105°C und ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 600 bis etwa 4.000 auf. Die bevorzugten aromatischen Kohlenwasserstoffharze schließen ein ENDEX^® 155 oder 160, KRISTALEX^® 3115 oder 5140, PICCOTEX^® 120 und PICCOLASTIC^® D125, die alle von Hercules, Inc., Wilmington, DE, erhältlich sind.
Die Menge der thermoplastischen Polymere oder Harzmischungen liegt im Allgemeinen im Bereich von in der Regel etwa 3 bis etwa 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 40 Gewichtsprozent und mehr bevorzugt von etwa 10 bis etwa 30 Gewichtsprozent der in der vorliegenden Erfindung verwendeten elastomeren Zusammensetzung mit niedriger Spannungsrelaxation.
Obwohl Polystyrol, aromatische Kohlenwasserstoffharze von geringer Molekularmasse und andere, sich mit den Endblöcken verbindende Polymere oder Harze eine niedrigere Schmelzviskosität bieten und die Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung fördern können, wurde festgestellt, dass ein zusätzliches Verarbeitungshilfsmittel, wie ein Kohlenwasserstofföl, vorteilhaft für eine weitere Herabsetzung der Viskosität und Verbesserung der Verarbeitbarkeit ist. Das Öl setzt die Viskosität der elastomeren Zusammensetzung herab, so dass die elastomere Zusammensetzung leichter verarbeitet werden kann. Das Verarbeitungsöl neigt jedoch dazu, die elastomere Retention und die Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung der Zusammensetzungen herabzusetzen. Der Anteil des Verarbeitungsöls liegt im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% und mehr bevorzugt von etwa 15 bis etwa 45 Gew.-% der elastomeren Zusammensetzungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verarbeitungsöl kompatibel mit der Zusammensetzung und wird bei der Verarbeitungstemperatur im Wesentlichen nicht zerstört. Zum diesbezüglichen Gebrauch geeignet sind Kohlenwasserstofföle, welche linear, verzweigt, cyclisch, aliphatisch oder aromatisch sein können. Vorzugsweise ist das Verarbeitungsöl ein weißes Mineralöl, das unter der Handelsbezeichnung BRITOL^® von der Witco Company, Greenwich, CT, erhält lich ist. Ebenfalls als Verarbeitungsöl bevorzugt wird ein weiteres Mineralöl, das unter der Handelsbezeichnung DRAKEOL^® von der Pennzoil Company Penrenco Division, Karns City, PA, erhältlich ist.
Im Allgemeinen kann eine elastomere Zusammensetzung mit gewünschten elastischen Eigenschaften aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, die im Wesentlichen nur ein Blockcopolymer umfasst. Eine derartige Zusammensetzung wird aufgrund der hohen Viskosität sowie der hochdehnbaren und klebrigen Natur der Zusammensetzung im Allgemeinen jedoch sehr schwer zu verarbeiten sein. Außerdem erschwert die der elastischen Zusammensetzung eigene Klebrigkeit die Handhabung. Die Zusammensetzung kann zum Beispiel zu einer Folie verarbeitet werden, die dazu neigt, an den Verarbeitungseinrichtungen zu haften und nur schwer von den Verarbeitungseinrichtungen entfernt werden kann, oder die Zusammensetzung neigt nach der Verarbeitung und dem Aufwickeln zum Zusammenkleben und ist für eine weitere Verarbeitung zum Endprodukt nur sehr schwer wieder abzuwickeln.
Es wurde festgestellt, dass das Mischen des unverdünnten Blockcopolymers mit anderen thermoplastischen Polymeren sowie Verarbeitungsölen die Verarbeitbarkeit und Handhabbarkeit der Zusammensetzung verbessert. Die thermoplastischen Polymere und Verarbeitungsöle neigen dazu, die Viskosität der Zusammensetzung zu verringern und sorgen für eine verbesserte Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung. Um die Verarbeitbarkeit und Handhabbarkeit der Zusammensetzung weiter zu verbessern, insbesondere, wenn eine Folie aus einer derartigen elastomeren Zusammensetzung gewünscht wird, kann mindestens eine Hautschicht eines wesentlich weniger elastomeren Materials mit der elastomeren Zusammensetzung laminiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die elastomere Zusammensetzung mit den thermoplastischen Zusammensetzungen coextrudiert, um eine elastomere Mittelschicht zwischen zwei Hautschichten zu bilden, von denen jede im Wesentlichen mit einer Seite der Mittelschicht ver bunden ist. Die beiden Hautschichten können aus demselben oder unterschiedlichen thermoplastischen Materialien bestehen.
Die Hautschicht ist vorzugsweise mindestens teilweise kompatibel oder mischbar mit einer Komponente der elastomeren Blockcopolymere, so dass zwischen der mittleren elastomeren Schicht und der Hautschicht eine ausreichende Adhäsion für die weitere Verarbeitung und Handhabung besteht. Die Hautschicht kann thermoplastische Polymere oder Mischungen thermoplastischer Polymere und elastomerer Polymere umfassen, so dass die Hautschicht wesentlich weniger elastomer als die mittlere elastomere Schicht ist. In der Regel ist die bleibende Verformung der Hautschicht mindestens etwa 20%, vorzugsweise mindestens etwa 30%, mehr bevorzugt mindestens etwa 40% größer als diejenige der elastomeren Mittelschicht. Für den Gebrauch als Hautschicht geeignete thermoplastische Polymere können ein Polyolefin, abgeleitet von Monomeren, wie Ethylenen, Propylenen, Butylenen, Isoprenen, Butadienen, 1,3-Pentadienen, α-Alkenen einschließlich 1-Butenen, 1-Hexenen und 1-Octenen und Mischungen dieser Monomere, ein Ethylen-Copolymer, wie Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA), Ethylen-Methacrylat-Copolymere (EMA) und Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, ein Polystyrol, ein Poly(α-Methylstyrol), ein statistisches Styrol-Blockcopolymer (wie INDEX^® Interpolymere, erhältlich von Dow Chemicals, Midland, MI), ein Polyphenylenoxid und Mischungen davon, sein. Zusätzlich können Zwischenbahnen verwendet werden, um die Adhäsion zwischen der mittleren elastomeren Schicht und der thermoplastischen Hautschicht zu fördern.
5 ist eine Draufsicht alternativer Formen der primären Durchbrüche, projiziert in die Ebene der ersten Oberfläche einer alternativen elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung. Obwohl ein sich wiederholendes Muster gleichmäßiger Formen bevorzugt wird, kann die Form der primären Durchbrüche, z. B. Durchbrüche 71, im Allgemeinen rund, polygonal oder gemischt sein und die Durchbrüche können in einem geordneten oder zufälligen Muster angeordnet sein. Obwohl nicht dargestellt, wird davon ausgegangen, dass die projizierte Form auch elliptisch, tropfenförmig oder jede andere Form sein kann, d. h. es wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung von der Form der Durchbrüche unabhängig ist.
Die verbindenden Elemente sind in sich ununterbrochen, wobei angrenzende verbindende Elemente in beidseitig aneinander grenzenden Übergangszonen oder -bereichen, z. B. Übergangsbereichen 87, dargestellt in 5, ineinander übergehen. Im Allgemeinen werden die Übergangsbereiche durch den größten Kreis definiert, der anliegend an drei beliebige angrenzende Durchbrüche beschrieben werden kann. Es wird davon ausgegangen, da s bei bestimmten Mustern von Durchbrüchen der beschriebene Kreis der Übergangsbereiche an mehr als drei angrenzenden Durchbrüchen anliegen kann. Zur Verdeutlichung kann angenommen werden, dass die verbindenden Elemente im Wesentlichen in der Mitte der Übergangsbereiche anfangen oder enden, wie die verbindenden Elemente 97 und 98. Ebenso können die Seitenwände der verbindenden Elemente beschrieben werden als mit den Seitenwänden von angrenzenden verbindenden Elementen verbunden in Bereichen, die Berührungspunkten entsprechen, an denen der beschriebene Kreis des Übergangsbereichs an einem angrenzenden Durchbruch anliegt.
Mit Ausnahme der Übergangszonen sind die quer zu einer Mittellinie zwischen dem Anfang und dem Ende von verbindenden Elementen verlaufenden Querschnitte im Allgemeinen vorzugsweise gleichmäßig U-förmig. Der quer verlaufende Querschnitt muss jedoch nicht entlang der gesamten Länge des verbindenden Elements gleichmäßig sein und bei bestimmten Durchbruchkonfigurationen wird er entlang des größten Teils der Länge nicht gleichmäßig sein. Wie aus den Schnittdarstellungen in 5 hervorgeht, kann bei dem verbindenden Element 96 das Breitenmaß 86 des Basisteils 81 entlang der Länge des verbindenden Elements wesentlich variieren. Insbesondere in Übergangszonen oder -bereichen 87 gehen verbindende Elemente in angrenzende verbindende Elemente über und quer verlaufende Querschnitte in den Übergangszonen oder -bereichen können im Wesentlichen nicht gleichmäßige U-Formen oder eine nicht erkennbare U-Form aufweisen.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Bahn der vorliegenden Erfindung aufgrund des im Querschnitt der in 8A bis 8C schematisch und in den Mikroaufnahmen 9–11 bildlich dargestellten Mechanismus' zuverlässiger (d. h. widerstandsfähig gegen katastrophales Versagen) ist, wenn sie dehnungsinduzierter Spannung unterworfen ist. 8A zeigt einen primäre Durchbruch 71 in der Ebene 102 der ersten Oberfläche 90 und einen sekundären Durchbruch 72 in der Ebene 106 der zweiten Oberfläche 85, entfernt von der Ebene 106 der ersten Oberfläche 90 der Bahn 80, in unbelastetem Zustand. Wenn die Bahn 80 in die allgemein durch die Pfeile in 8B dargestellten Richtung gereckt wird, wird die erste Oberfläche 90 gedehnt und der primäre Durchbruch 71 wird ebenfalls bis zu einer verformten Konfiguration gedehnt. Der Umfang des primären Durchbruchs 71 wird jedoch von den verbindenden Elementen in einer ununterbrochenen ersten Oberfläche gebildet. Daher weist der Durchbruch 71 keine „Ränder" auf, die Ausgangspunkte für die Rissbildung sein und damit die elastische Zuverlässigkeit der Bahn beeinträchtigen könnten. Die Ränder des sekundären Durchbruchs 72, als potenzielle Ausgangspunkte für die Rissbildung, unterliegen keiner nennenswerten dehnungsinduzierten Spannung, bis die Bahn bis zu dem Punkt gedehnt wird, an dem Ebene 102 sich nicht mehr entfernt von Ebene 106 der ersten Oberfläche 90 befindet, wie in 8C dargestellt. An dem Punkt, an dem die Ebenen 102 und 106 sich nicht mehr entfernt voneinander befinden, beginnt die Bahn 80 sich im Wesentlichen wie eine ebene, durchlässige Bahn zu verhalten.
Es ist aufschlussreich, das Verhältnis von Gesamtbahnentiefe, „D" in 8A, zu Foliendicke, „T" in 8A, einer ungedehnten, elastomeren Bahn zu betrachten. Dieses Verhältnis D/T kann als „Ziehverhältnis" bezeichnet werden, da es sich auf die Menge Folie bezieht, die aufgrund des Umformungsvorgangs der vorliegenden Erfindung aus der Ebene der ersten Oberfläche gezogen wird. Der Patentbewerber nimmt an, dass, im Allgemeinen, eine Erhöhung des Ziehverhältnisses die Rissfestigkeit erhöht, indem die zweite Oberfläche weiter entfernt von der ersten Oberfläche angeordnet wird.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die elastomere Schicht 101 der vorliegenden Erfindung der Basis 81 der verbindenden Elemente, die eine ununterbrochene Bahn in der ununterbrochenen ersten Oberfläche 90 bilden, ermöglicht, sich zu dehnen, wenn die Bahn 80 belastet oder gedehnt wird. Die Hautschicht 103 unterstützt die Aufrechterhaltung der dreidimensionalen Natur der Bahn trotz der angelegten Spannung und sorgt auf diese Weise dafür, dass die Zugdehnung der ununterbrochenen ersten Oberfläche 90 und die sich daraus ergebende Verformung der primären Durchbrüche 71 mindestens teilweise von der unterbrochenen zweiten Oberfläche getrennt und die Dehnung an den sekundären Durchbrüchen 72 auf diese Weise minimiert wird. Daher wird die dehnungsinduzierte Spannung an der ununterbrochenen ersten Oberfläche der Bahn im Wesentlichen von der potenziellen dehnungsindizierten Spannung an den Ausgangspunkten für die Rissbildung auf der unterbrochenen zweiten Oberfläche mindestens so lange entkoppelt, bis die sekundären Durchbrüche beginnen, in die Ebene der ersten Oberfläche einzutreten. Diese erhebliche Trennung, oder Entkopplung, der dehnungsinduzierten Spannung der Bahn von der dehnungsinduzierten Spannung an den sekundären Durchbrüchen erhöht die Zuverlässigkeit der Bahn erheblich, indem sie wiederholte und anhaltende Dehnungen der Bahn von bis zu 400% oder mehr ermöglicht, ohne dass die Bahn aufgrund von Rissbildung an den Durchbrüchen versagt.
Es wird angenommen, dass die Mikroaufnahmen der 9–11 den in 8A–8C schematisch beschriebenen Mechanismus bildlich darstellen. 9 ist eine optische Mikroaufnahme, die die erste Oberfläche und die primären Durchbrüche einer gemäß des hierin beschriebenen Verfahrens ausgebildeten Bahn zeigt. Bei einer derart ausgebildeten, nicht gedehnten Konfiguration bildet die ununterbrochene erste Oberfläche der in 9 dargestellten Ausführungsform der Bahn im Allgemeinen ein regelmäßiges Muster von 1 mm großen, quadratischen primären Durchbrüchen, die auf allen Seiten etwa 1 mm voneinander entfernt sind. Die 10 und 11 sind Rasterelektronenmikroskopaufnahmen, zeigend die unterbrochene zweite Oberfläche der in 9 dargestellten Ausführungsform der Bahn, dargestellt in einem etwas anderen Maßstab. 10 zeigt die zweite Oberfläche einer elastomeren Bahn, im Allgemeinen in einer Ebene, die im ungedehnten Zustand von der Ebene der ersten Oberfläche entfernt ist. 11 zeigt die zweite Oberfläche einer Bahn im Zustand einer Dehnung von ungefähr 100%. Wie in 11 dargestellt, bleiben die Ränder der sekundären Durchbrüche von der Ebene der ersten Oberfläche entfernt. Obwohl eine leichte Verformung der sekundären Durchbrüche stattfindet, verbleiben die Ränder in einem im Wesentlichen spannungslosen Zustand. Wiederum ist es diese erhebliche Entkopplung der dehnungsinduzierten Spannung der Bahn von der dehnungsinduzierten Spannung an den sekundären Durchbrüchen, welche die Zuverlässigkeit der Bahn signifikant erhöht.
Das unterschiedliche elastische Verhalten von ebenen Mehrschichtfolien oder Fasern mit einer verhältnismäßig weniger elastischen Hautschicht, die über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wird, entspricht dem Stand der Technik, wie beschrieben in dem vorstehend erwähnten US-Patent von Krueger et al., sowie in den US-Patenten Nr. 5,376,430, erteilt an Swenson et al. am 27. Dezember 1994 und 5,352,518, erteilt an Muramoto et al. am 4. Oktober 1994. Wie in den Zeichnungen gezeigt, kann die Hautschicht nach der elastischen Erholung im Anschluss an die Dehnung über die Elastizitätsgrenze der Hautschicht hinaus aufgrund der sich ergebenden größeren Oberfläche der Hautschicht in Relation zur elastomeren Schicht eine mikroskopische Mikrotextur von unregelmäßigen Spitzen und Tälern bilden.
Ebenso kann beim ersten Dehnen einer Bahn der vorliegenden Erfindung die Hautschicht des gedehnten Teils über ihre Elastizitätsgrenze hinaus belastet werden. Aufgrund der elastomeren Schicht kann die Bahn zwar im Wesentlichen in ihre makroskopische, dreidimensionale Konfiguration, die vor dem Dehnen be standen hat, zurückkehren, die Teile der Hautschicht, die über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wurden, können jedoch aufgrund des während der unelastischen Dehnung erzeugten zusätzlichen Materials nicht in eine Konfiguration zurückkehren, die vor dem Dehnen bestanden hat. Während der Erholung nach der Dehnung bildet die Hautschicht eine mikroskopische Mikrotextur aus unregelmäßigen Spitzen und Tälern, die allgemeiner als sich in Querrichtung erstreckende Rauigkeiten beschrieben werden kann, wie in der Mikroaufnahme in 12 gezeigt. Die Rauigkeiten entstehen auf den verbindenden Elementen im Wesentlichen in gleichmäßigen Mustern, in der Regel quer zur Richtung der Dehnung und in der Regel radial um die primären Durchbrüche herum angeordnet. Abhängig vom Grad der Zugdehnung der Bahn können die Rauigkeiten im Wesentlichen auf die ununterbrochene erste Oberfläche der Bahn beschränkt sein, oder sich allgemeiner im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche der verbindenden Elemente erstrecken.
Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die sich in Querrichtung erstreckenden Rauigkeiten aus mindestens zwei Gründen vorteilhaft für die elastomere Bahn sind. Erstens verleihen die Rauigkeiten der elastomeren Bahn eine weichere Gesamttextur oder Griffigkeit. Zweitens können die radial um die primären Durchbrüche angeordneten und sich in Richtung der sekundären Durchbrüche erstreckenden Rauigkeiten zu einer Verbesserung der fluidlenkenden Eigenschaften führen, wenn sie als den Körper berührende Bahn eines Einweg-Absorptionsartikels eingesetzt werden.
Eine typische Ausführungsform einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung, die in einem Einweg-Absorptionsartikel in Form einer Windel 400 verwendet wird, ist in 13 dargestellt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Windel" auf ein Bekleidungsstück, das in der Regel von Kleinkindern und inkontinenten Personen am unteren Bereich des Rumpfes des Trägers getragen wird. Es sei jedoch klargestellt, dass die elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung ebenfalls für andere Absorptionsartikel, wie Inkontinenzslips, Übungsho sen, Damenbinden und dergleichen, verwendet werden kann. Die in 13 dargestellte Windel 400 ist ein vereinfachter Absorptionsartikel, der eine Windel vor dem Anlegen an einen Träger darstellen könnte. Es sei jedoch klargestellt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den bestimmten Typ oder die bestimmte Konfiguration beschränkt ist, der bzw. die in 13 dargestellt ist. Eine besonders bevorzugte typische Ausführungsform eines Einweg-Absorptionsartikels in Form einer Windel wird gelehrt im US-Patent Nr. 5,151,092, erteilt an Buell et al. am 29. September 1992.
13 ist eine perspektivische Ansicht der Windel 400 in ihrem nicht zusammengezogenen Zustand (d. h. mit entfernter elastisch erzeugter Kontraktion), wobei Teile der Struktur abgeschnitten wurden, um den Aufbau der Windel 400 deutlicher zu zeigen. Der Teil der Windel 400, der den Träger berührt, zeigt in Richtung des Betrachters. Die Windel 400 ist in 13 dargestellt als vorzugsweise umfassend eine flüssigkeitsdurchlässige Oberbahn 404, eine flüssigkeitsundurchlässige Unterbahn 402, verbunden mit der Oberbahn 404 und einen Absorptionskern 406, angeordnet zwischen der Oberbahn 404 und der Unterbahn 402. Zusätzliche konstruktive Merkmale, wie elastische Beinbündchenelemente und Verschlusselemente zum Fixieren der Windel am Körper des Trägers, können ebenfalls enthalten sein.
Die Oberbahn 404, die Unterbahn 402 und der Absorptionskern 406 können zwar in einer Vielzahl von bekannten Konfigurationen angeordnet werden, bevorzugte Windelkonfigurationen werden jedoch allgemein beschrieben im US-Patent Nr. 3,860,003, betitelt „Contractible Side Portions for Disposable Diaper", welches am 14. Januar 1975 an Kenneth B. Buell erteilt wurde, Nr. 5,151,092, erteilt an Buell am 9. September 1992 und US-Patent Nr. 5,221,274, erteilt an Buell am 22. Juni 1993 und US-Patent Nr. 5,554,145, betitelt „Absorbent Article With Multiple Zone Structural Elastic-Like Film Web Extensible Waist Feature", welches am 10. September 1996 an Roe et al. erteilt wurde, US-Patent Nr. 5,569,234, betitelt „Disposable Pull-On Pant", welches am 29. Oktober 1996 an Buell et al. erteilt wurde, US- Patent Nr. 5,580,411, betitelt „Zero Scrap Method For Manufacturing Side Panels For Absorbent Articles", welches am 3. Dezember 1996 an Nease et al. erteilt wurde und U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 08/915,471, betitelt „Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels", eingereicht am 20. August 1997 im Namen von Roble et al.
13 zeigt eine typische Ausführungsform der Windel 400, in welcher die Oberbahn 404 und die Unterbahn 402 coextensiv sind und Längen- und Breitenmaße aufweisen, die im Allgemeinen größer als diejenigen des Absorptionskerns 406 sind. Die Oberlage 404 ist mit der Unterbahn 402 verbunden und liegt auf dieser auf, dadurch bildend den Umriss der Windel 400. Der Umriss definiert den äußeren Umfang oder die Ränder der Windel 400. Der Umriss umfasst die Stirnränder 401 und die Längsränder 403.
Die Größe der Unterbahn 402 wird von der Größe des Absorptionskerns 406 und der ausgewählten genauen Ausführung der Windel bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Unterbahn 402 eine modifizierte Sanduhrform auf, die sich mindestens etwa 1,3 Zentimeter bis etwa 2,5 Zentimeter (etwa 0,5 bis etwa 1,0 zoll) entlang des gesamten Umrisses der Windel über den Absorptionskern 406 hinaus erstreckt.
Die Oberbahn 404 und die Unterbahn 402 sind in einer beliebigen geeigneten Weise miteinander verbunden. Wie hier verwendet, schließt der Ausdruck „verbunden" Konfigurationen ein, bei denen die Oberbahn 404 direkt mit der Unterbahn 402 verbunden ist, indem die Oberbahn 404 direkt an der Unterbahn 402 befestigt ist, sowie Konfigurationen, bei denen die Oberbahn 404 indirekt mit der Unterbahn 402 verbunden ist, indem die Oberbahn 404 an Zwischenelementen befestigt ist, die wiederum an der Unterbahn 402 befestigt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Oberbahn 404 und die Unterbahn 402 durch Befestigungsmittel (nicht dargestellt), wie einem Klebstoff oder einem anderen Befestigungsmittel, das dem Stand der Technik entspricht, entlang des Umrisses der Windel direkt aneinander befestigt. Zum Beispiel kann eine gleichmäßige, ununterbrochene Schicht eines Klebstoffs, eine in einem Muster aufgebrachte Schicht eines Klebstoffs, oder eine Matrix aus einzelnen Linien oder Punkten eines Klebstoffs eingesetzt werden, um die Oberbahn 404 an der Unterbahn 402 zu befestigen.
Die Stirnränder 401 bilden einen Taillenbereich, der bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Paar elastomerer Seitenteile 420 umfasst, die sich bei einer verlängerten Konfiguration seitlich aus den Stirnrändern 401 der Windel 400 heraus erstrecken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen elastomere Seitenteile 420 die elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Bahn der vorliegenden Erfindung bei Verwendung als elastomere Seitenteile weiter verarbeitet, um durch Verbinden einer oder vorzugsweise beider Seiten mit faserförmigen Vliesmaterialien mittels dem Stand der Technik entsprechender Verfahren, wie Verkleben, ein Verbundlaminat zu bilden, das ein weiches, nachgiebiges elastifiziertes Element ergibt.
Faserförmige Vliesmaterialien, die zur Verwendung in einem Verbundlaminat der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Vliesbahnen aus synthetischen Fasern (wie Polypropylen, Polyester oder Polyethylen), Naturfasern (wie Holz, Baumwolle oder Rayon) oder Kombinationen aus Naturfasern und synthetischen Fasern ein. Geeignete Vliesmaterialien können durch verschiedene Verfahren, wie Kardieren, Spunbonding, Wasservernadelung und andere, den Fachleuchten der Vliesherstellung bekannte Verfahren, gebildet werden. Ein gegenwärtig bevorzugtes faserförmiges Vliesmaterial ist kardiertes Polypropylen, im Handel erhältlich von Fiberweb aus Simpsonville, S. C.
Faserförmige Vliesmaterialien können durch eines der zahlreichen, dem Stand der Technik entsprechenden Bondingverfahren mit der elastomeren Bahn verbunden werden. Geeignete Bondingverfahren schließen Verkleben, z. B. durch eine gleichmäßige, ununterbrochene Schicht Klebstoff, eine in einem Muster aufge brachte Schicht Klebstoff, oder eine Matrix aus einzelnen Linien, Spiralen oder Punkten eines Klebstoffs, oder andere Verfahren, wie Heißverkleben, Druckbinden, Ultraschallbinden, dynamisch-mechanisches Binden, oder jedes andere geeignete und dem Stand der Technik entsprechende Mittel zum Befestigen oder Kombinationen dieser Befestigungsmittel ein. Typische Bondingverfahren werden ebenfalls beschrieben in der U.S. SIR Nr. H1670, betitelt „Absorbent Article Having a Nonwoven and Apertured Film Coversheet" von Aziz et al., veröffentlicht am 1. Juli 1997.
Nach dem Verbinden mit einem faserförmigen Vliesmaterial kann die Verbundstoffbahn dazu neigen, aufgrund der relativen Starrheit des gebundenen Vlieses weniger elastomer zu sein. Um das Vlies elastischer zu machen und um die Elastizität des Verbundlaminats wiederherzustellen, kann die Verbundstoffbahn mittels Verfahren und Vorrichtungen verarbeitet werden, die zur Elastifizierung von „Nulldehnungs"-Laminaten durch schrittweises Dehnen verwendet werden, wie offenbart in dem vorstehend erwähnten Patent '092 von Buell et al. sowie den vorstehend erwähnten Patenten '897 von Weber et al., '793 von Buell et al. und '679 von Weber et al. Die sich ergebende elastifizierte „Nulldehnungs"-Verbundstoffbahn verfügt anschließend über eine weiche, stoffähnliche Textur für einen längeren Gebrauch und eine bequeme Passform des Absorptionsbekleidungsstücks.
Seitenteile 420 können in jeder geeigneten Art und Weise, die dem Stand der Technik entspricht, an der Windel befestigt werden. Zum Beispiel, wie in 13 dargestellt, können Seitenteile 420 durch Befestigungsmittel (nicht dargestellt), wie einem Klebstoff oder einem anderen Befestigungsmittel, das dem Stand der Technik entspricht, direkt an der Unterbahn 402 befestigt werden. Eine besonders bevorzugte Konfiguration für Seitenteile 420 ist in 14 dargestellt, eine Konfiguration, die vollständiger offenbart ist im US-Patent Nr. 5,669,897, erteilt am 23. September 1997 an LaVon et al., dessen Rechte übertragen wurden und der US-Patentanmeldung Seriennummer 08/155,048, eingereicht am 19. November 1993 von Roles et al.
Wie in 14 dargestellt, umfasst Seitenteil 420 vorzugsweise zwei Bahnen oder Streifen, 421 und 422. Streifen 421 und 422 können zwei einzelne Streifen sein, oder alternativ durch Umbiegen eines einzelnen Streifens an der Vorderkante 424 und Versetzen der sich daraus ergebenden zwei Streifenlängen in einer nicht parallelen Art und Weise, gebildet werden. Wenn zwei einzelne Streifen verwendet werden, können diese mit einem geeigneten Klebstoff an der Vorderkante 424 miteinander und gleichzeitig mit der Klebelasche 423 verbunden werden. Seitenteil 420 kann im Klebebereich 425 in geeigneter Art und Weise mit der Unterbahn 402 verbunden werden, insbesondere, wie im vorstehend erwähnten Patent '879 von LaVon et al. offenbart. Es ist zwar nicht erforderlich, dass die Seitenteilpaare identisch sind, bevorzugt sind sie jedoch Spiegelbilder voneinander. Weitere Beispiele für Windeln mit elastifizierten Seitenteilen sind offenbart im US-Patent 4,857,067, betitelt „Disposable Diaper Having Shirred Ears", erteilt an Wood, et al. am 15. August 1989, US-Patent 4,381,781, erteilt an Sciaraffa, et al. am 3. Mai 1983, US-Patent 4,938,753, erteilt an Van Gompel, et al. am 3. Juli 1990, dem vorstehend genannten US-Patent Nr. 5,151,092, erteilt an Buell am 9. September 1992 und US-Patent Nr. 5, 221,274, erteilt an Buell am 22. Juni 1993, US-Patent Nr. 5,669,897, erteilt an LaVon, et al. am 23. September 1997, betitelt „Absorbent Articles Providing Sustained Dynamic Fit", US-Patent Nr. 5,897,545, erteilt an Kline, et. al. am 27. April 1999, US-Patentanmeldung Seriennr. 08/155,048, betitelt „Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels", eingereicht am 19. November 1993 im Namen von Roble, et al.
Die Windel 400 kann auch ein Befestigungssystem 423 einschließen. Das Befestigungssystem 423 hält vorzugsweise die Hüftbereiche 401 in einer überlappenden Konfiguration, um entlang des Umfangs der Windel 400 für seitliche Spannung zu sorgen, welche die Windel 400 am Träger hält. Das Befestigungssystem 423 umfasst vorzugsweise Klebelaschen und/oder Klettbefestigungskomponenten, obwohl im Allgemeinen jedes andere bekannte Befestigungsmittel akzeptabel ist. Einige exemplarische Befestigungssysteme werden offenbart im US-Pa tent 3,848,594, betitelt „Tape Fastening System for Disposable Diaper", erteilt an Buell am 19. November 1974, US-Patent 4,662,875, betitelt „Absorbent Article", erteilt an Hirotsu et al. am 5. Mai 1987, US-Patent 4,846,815, betitelt „Disposable Diaper Having An Improved Fastening Device", erteilt an Scripps am 11. Juli 1989, US-Patent 4,894,060, betitelt „Disposable Diaper With Improved Hook Fastener Portion", erteilt an Nestegard am 16. Januar 1990, US-Patent 4,946,527, betitelt „Pressure-Sensitive Adhesive Fastener And Method of Making Same", erteilt an Battrell am 7. August 1990 und dem vorstehend genannten US-Patent Nr. 5,151,092, erteilt an Buell am 9. September 1992 und US-Patent Nr. 5,221,274, erteilt an Buell am 22. Juni 1993. Das Befestigungssystem kann auch ein Mittel bereitstellen, um den Artikel in einer Einwegkonfiguration zu halten, wie offenbart im US-Patent Nr. 4,963,140, erteilt an Robertson et al. am 16. Oktober 1990. Das Befestigungssystem kann ebenfalls primäre und sekundäre Befestigungssysteme einschließen, wie offenbart im US-Patent Nr. 4,699,622, um das Verrutschen überlappender Teile zu verringern oder die Passform zu verbessern, wie offenbart in den US-Patenten Nr. 5,242,436, 5,499,978, 5,507,736, 5,591,152. Bei alternativen Ausführungsformen können einander gegenüberliegende Seiten des Bekleidungsstücks gesäumt oder verschweißt sein, um ein Höschen zu bilden. Dadurch ist es möglich, den Artikel als Höschenwindel oder Übungshose zu verwenden.
Weitere elastische Elemente (nicht dargestellt) der vorliegenden Erfindung können angrenzend an den Umriss der Windel 400 angeordnet sein. Elastische Elemente befinden sich vorzugsweise entlang jedes seitlichen Randes 403, so dass die elastischen Elemente dazu neigen, die Windel 400 an die Beine des Trägers zu ziehen und dort zu halten. Zusätzlich können die elastischen Elemente angrenzend an eine oder beide Stirnränder 401 der Windel 400 angeordnet sein, um einen Hüftbund und/oder Beinbündchen bereitzustellen. Zum Beispiel wird ein geeigneter Hüftbund offenbart im US-Patent 4,515,595 an Kievit et al., erteilt am 7. Mai 1985, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einge schlossen ist. Außerdem werden ein zur Herstellung einer Einwegwindel mit elastisch zusammenziehbaren elastischen Elementen geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben im US-Patent 4,081,301, erteilt an Buell am 28. März 1978.
Die elastischen Elemente sind in elastisch zusammenziehbarer Weise an der Windel 400 befestigt, so dass die elastischen Elemente in einer normalerweise uneingeschränkten Konfiguration die Windel 400 wirkungsvoll zusammenziehen oder raffen. Die elastischen Elemente können auf mindestens zwei Arten in elastisch zusammenziehbarer Weise gesichert werden. Zum Beispiel können die elastischen Elemente gedehnt und befestigt werden, während die Windel 400 sich in einem nicht zusammengezogenen Zustand befindet. Zusätzlich kann die Windel 400, zum Beispiel durch Plissieren, zusammengezogen und die elastischen Elemente an der Windel 400 befestigt und mit dieser verbunden werden, während die elastischen Elemente sich im entspannten oder ungedehnten Zustand befinden. Die elastischen Elemente können sich entlang eines Teils der Länge der Windel 400 ausdehnen. Alternativ können die elastischen Elemente die gesamte Länge der Windel 400, oder jede anderen Länge, verlängern, die sich dazu eignet, eine elastisch zusammenziehbare Linie zu bilden. Die Länge der elastischen Elemente wird von der Ausführung der Windel bestimmt.
Die elastischen Elemente können in einer Vielzahl von Konfigurationen vorliegen. Zum Beispiel kann die Breite der elastischen Elemente von etwa 0,25 mm (0,01 Zoll) bis etwa 25 mm (1,0 Zoll) oder mehr variiert werden, die elastischen Elemente können aus einem einzelnen Streifen elastischen Materials oder aus mehreren parallelen oder nicht parallelen Streifen elastischen Materials bestehen, oder die elastischen Elemente können rechteckig oder krummlinig sein. Weiterhin können die elastischen Elemente durch eine der verschiedenen Möglichkeiten, die dem Stand der Technik entsprechen, an der Windel befestigt sein. Zum Beispiel können die elastischen Elemente in einer Vielzahl von Mustern ultraschallverschweißt oder mittels Wärme und Druck mit der Windel 400 verbunden sein, oder die elastischen Elemente können einfach an die Windel 400 geklebt sein.
Wie in 13 dargestellt, enthält der Absorptionskern 406 vorzugsweise ein Fluidverteilungselement 408. Bei einer bevorzugten Konfiguration, wie in 13 dargestellt, enthält der Absorptionskern 406 vorzugsweise ferner eine Aufnahmeschicht oder ein Aufnahmeelement 410, die bzw. das mit dem Fluidverteilungselement 408 verbunden ist und die bzw. das sich zwischen dem Fluidverteilungselement 408 und der Oberbahn 404 befindet. Die Aufnahmeschicht oder das Aufnahmeelement 410 kann aus mehreren unterschiedlichen Materialien bestehen, einschließlich Vlies- oder Gewebebahnen aus synthetischen Fasern, einschließlich Polyester, Polypropylen oder Polyethylen, Naturfasern, wie Baumwolle oder Cellulose, Mischungen derartiger Fasern, oder einem anderen gleichwertigen Material oder Kombinationen derartiger Materialien.
In Gebrauch wird die Windel 400 einem Träger angelegt, indem der hintere Hüftbundbereich unterhalb des Rückens des Trägers angesetzt und der Rest der Windel 400 zwischen den Beinen des Trägers hindurch gezogen wird, so dass der vordere Hüftbundbereich auf der Vorderseite des Trägers liegt. Anschließend werden die elastomeren Seitenteile soweit gedehnt, wie es für eine bequeme Passform erforderlich ist und die Klebelasche oder andere Befestigungselemente wird bzw. werden vorzugsweise an nach außen zeigenden Bereichen der Windel 400 befestigt. Durch die Seitenteile 420, umfassend eine elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung, kann die Windel an unterschiedlich große Kinder angepasst werden, zum Beispiel in einer Art und Weise, die für eine geschlossene, bequeme Passform mit Atmungsaktivität sorgt.
Es wird zwar eine Einwegwindel als bevorzugte Ausführungsform eines Bekleidungsstücks umfassend eine elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung dargestellt, diese Offenbarung beschränkt sich jedoch nicht auf Einwegwindeln. Andere Einwegbekleidungsstücke können ebenfalls eine elastomere Bahn der Erfin dung in verschiedenen Teilen für zusätzlichen Tragekomfort, zusätzliche Passform und zusätzliche Atmungsaktivität einschließen. Ebenfalls wird in Erwägung gezogen, dass sogar langlebige Bekleidungsstücke, wie Unterwäsche und Schwimmbekleidung, von den strapazierfähigen, durchlässigen, dehnbaren Eigenschaften einer elastomeren Bahn der vorliegenden Erfindung profitieren könnten.
Die Mehrschichtfolie 120 der vorliegenden Erfindung kann mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtfolien auf herkömmlichen Coextrusionsanlagen zur Folienherstellung verarbeitet werden. Im Allgemeinen können Polymere durch Schmelzextrusionsverfahren, wie Gussfolienextrusion oder Folienblasextrusion, zu Folien verarbeitet werden, die beide in „Plastics Extrusion Technology" 2nd Ed., von Allan A. Griff (Van Nostrand Reinhold-1976) beschrieben werden. Gussfolie wird durch eine lineare Schlitzdüse extrudiert. Im Allgemeinen wird die flache Bahn auf einer großen, rotierenden, polierten Metallwalze gekühlt. Sie kühlt rasch ab, löst sich von der ersten Walze, läuft über eine oder mehrere Zusatzwalzen, anschließend durch eine Gruppe gummibeschichteter Abzug- oder Folienabzugwalzen und schließlich auf einen Wickler.
Bei der Folienblasextrusion wird die Schmelze aufwärts durch eine schmale, ringförmige Düsenöffnung extrudiert. Dieses Verfahren wird auch als „Schlauchfolienextrusion" bezeichnet. Durch die Mitte der Düse wird Luft eingeblasen, um den Schlauch aufzublähen und auszuweiten. Auf diese Weise wird eine sich bewegende Blase gebildet, deren Größe durch die Steuerung des Innenluftdrucks konstant gehalten wird. Der Folienschlauch wird durch Luft gekühlt, die durch einen oder mehrere, den Schlauch umgebende Kühlringe geblasen wird. Anschließend wird der Schlauch zusammenfaltet, indem er durch ein Paar Zugrollen in einen flachen Rahmen und in einen Wickler gezogen wird.
Ein Coextrusionsverfahren erfordert mehr als einen Extruder und entweder einen Coextrusions-Feedblock oder ein Mehrfachverteiler-Düsensystem oder eine Kombination der beiden, um die Mehrschichtfolienstruktur zu erhalten. Die US-Patente Nr. 4,152,387 und 4,197,069, beide erteilt am 1. Mai 1979 bzw. 8. April 1980 an Cloeren, offenbaren das Feedblock-Prinzip der Coextrusion. Mehrere Extruder sind an den Feedblock angeschlossen, der bewegliche Flussteiler einsetzt, um die Geometrie jedes einzelnen Fließkanals direkt proportional zum Volumen des durch die Fließkanäle fließenden Polymers zu verändern. Die Fließkanäle sind so konstruiert, dass an ihrem Konfluenzpunkt die Materialien mit derselben Fließgeschwindigkeit und demselben Druck zusammenfließen, so dass Spannungen zwischen den Flächen und Fließinstabilitäten vermieden werden. Sobald die Materialien im Feedblock zusammengeführt sind, fließen sie als Verbundstruktur in eine einzelne Verteilerdüse. Bei einem derartigen Verfahren ist es wichtig, dass die Schmelzviskositäten und Schmelztemperaturen des Materials sich nicht zu stark voneinander unterscheiden. Andernfalls kann es zu Fließinstabilitäten in der Düse kommen, die zu einer schlechten Steuerung der Schichtdickenverteilung in der Mehrschichtfolie führen.
Eine Alternative zur Feedblock-Coextrusion ist ein eine Mehrfachverteiler- oder Flügelraddüse, wie offenbart in den vorstehend erwähnten US-Patenten Nr. 4,152,387, 4,197,069 und US-Patent Nr. 4,533,308, erteilt am 6. August 1985 an Cloeren. Während beim Feedblock-System Schmelzenströme außerhalb des Düsenkörpers und vor dem Eintritt in den Düsenkörper zusammengeführt werden, verfügt bei einer Mehrfachverteiler- oder Flügelraddüse jeder Schmelzenstrom über einen eigenen Verteiler in der Düse, wobei die Polymere sich unabhängig in ihren entsprechenden Verteilern ausbreiten. Die Schmelzenströme werden in der Nähe des Düsenausgangs zusammengeführt, wobei jeder Schmelzenstrom die volle Düsenbreite hat. Bewegliche Flügelräder ermöglichen das Einstellen des Ausgangs jedes Fließkanals direkt proportional zum Volumen des durch ihn hindurch fließenden Materials, wodurch die Schmelzen mit derselben linearen Fließ geschwindigkeit, demselben Druck und der gewünschten Breite zusammenfließen können.
Da die Schmelzfließeigenschaften und Schmelztemperaturen von Polymeren stark variieren, hat der Einsatz einer Flügelraddüse mehrere Vorteile. Die Düse empfiehlt sich aufgrund ihrer thermischen Isolationseigenschaften an, wobei Polymere mit sehr unterschiedlichen Schmelztemperaturen, zum Beispiel von bis zu 80°C (175°F), zusammen verarbeitet werden können.
Jeder Verteiler in einer Flügelraddüse kann für ein spezifisches Polymer konstruiert und auf dieses zugeschnitten werden. Daher wird der Fluss jedes Polymers ausschließlich durch die Konstruktion seines Verteilers beeinflusst und nicht durch Kräfte, die andere Polymere ausüben. Dies ermöglicht das Coextrudieren von Materialien mit sehr unterschiedlichen Schmelzviskositäten zu Mehrschichtfolien. Außerdem bietet die Flügelraddüse ebenfalls die Möglichkeit, die Breite der einzelnen Verteiler anzupassen, so dass eine innere Schicht vollständig von der äußeren Schicht umgeben werden kann, ohne dass Ränder freiliegen. Die vorstehend erwähnten Patente offenbaren ebenfalls den kombinierten Einsatz von Feedblock-Systemen und Flügelraddüsen zum Erzielen komplexerer Mehrschichtstrukturen.
Die Mehrschichtfolie der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Schichten umfassen, wobei mindestens eine der Schichten elastomer ist. Es wird ebenfalls in Erwägung gezogen, dass mehrere elastomere Schichten verwendet werden können, wobei jede elastomere Schicht mit einer oder zwei Hautschichten verbunden ist. Bei einer dreischichtigen Folie weist die Kernschicht 101 einander gegenüberliegende erste und zweite Seiten auf, wobei eine Seite im Wesentlichen ununterbrochen mit einer Seite jeder äußeren Hautschicht 103 verbunden wird, bevor Spannung an die Bahn angelegt wird. Dreilagige Folien, wie Mehrschichtfolie 120, dargestellt in 4, umfassen vorzugsweise einen mittleren elastomeren Kern 101, der von etwa 10 bis 90 Prozent der Gesamtdicke der Folie umfas sen kann. Die äußeren Hautschichten 103 sind im Allgemeinen, jedoch nicht zwangsläufig, identisch und können von etwa 5 bis 45 Prozent der Gesamtdicke der Folie umfassen. Obwohl eine elastomere Schicht im Allgemeinen im Wesentlichen ohne Einsatz von Klebstoffen mit einer oder zwei Hautschichten verbunden wird, können Klebstoffe oder Zwischenbahnen verwendet werden, um die Haftung zwischen den Schichten zu fördern. Zwischenbahnen können, sofern verwendet, je etwa 5 bis 10 Prozent der Gesamtdicke der Folie umfassen.
Nachdem die elastomere Mehrschichtfolie coextrudiert worden ist, wird sie vorzugsweise einer Formgebungsstruktur zugeführt, um perforiert und gekühlt zu werden, wodurch eine makroskopisch gedehnte, dreidimensionale, durchlässige, elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Im Allgemeinen kann die Folie durch das Ziehen einer derartigen Folie gegen eine Formplatte oder eine andere Formgebungsstruktur mittels Vakuum und Führen eines Luft- oder Wasserstroms über die äußere Oberfläche der Folie geformt werden. Derartige Verfahren sind beschrieben im vorstehend erwähnten Patent von Radel et al. sowie im US-Patent Nr. 4,154,240, erteilt an Lucas et al., die beide hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Die Formgebung einer dreidimensionalen, elastomeren Bahn kann alternativ durch Aufbringen eines flüssigen Stroms mit einem für die Formgebung ausreichenden Kraft- und Massefluss erzielt werden, wie offenbart im US-Patent Nr. 4,695,422, erteilt an Curro et al., dessen Rechte übertragen wurden. Alternativ kann die Folie geformt werden, wie beschrieben im US-Patent Nr. 4,552,709, erteilt an Koger et al., dessen Rechte übertragen wurden. Vorzugsweise ist die elastomere Bahn gleichmäßig makroskopisch gedehnt und durchlässig durch das Verfahren der Stützung der Formgebungsstruktur in einer Fluiddruckdifferenzzone durch ein stationäres Trägerelement, wie gelehrt in den US-Patenten Nr. 4,878,825 und 4,741,877, beide erteilt an Mullane, Jr., deren Rechte übertragen wurden.
Obwohl nicht dargestellt, würde das Verfahren der vorliegenden Erfindung, verwendend eine herkömmliche Formplatte mit einer Stützstruktur aus Drahtgewebe, innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Bahn ergeben. Die Erhebungen einer Formplatte aus Drahtgewebe würden eine makroskopisch gedehnte, dreidimensionale Bahn mit einem Muster aus Wellen in der ersten Oberfläche ergeben, wobei die Wellen den Erhebungen der Platte entsprechen. Die Wellen würden jedoch im Allgemeinen in der Ebene der ersten Oberfläche verbleiben, entfernt von der Ebene der zweiten Oberfläche. Der Querschnitt der verbindenden Elemente würde im Allgemeinen nach oben hin konkav geformt bleiben, wobei die verbindenden Seitenwände der verbindenden Elemente so enden würden, dass sie, im Wesentlichen in der Ebene der zweiten Oberfläche, sekundäre Durchbrüche bilden würden.
Eine besonders bevorzugte Formgebungsstruktur umfasst eine fotogeätzte Laminatstruktur, wie in 15 gezeigt, die eine vergrößerte, teilweise segmentierte, perspektivische Darstellung einer fotogeätzten Laminatstruktur des Typs zeigt, der verwendet wird, um Kunststoffbahnen des in 2 allgemein dargestellten Typs zu bilden. Die Laminatstruktur 30 ist vorzugsweise im Allgemeinen gemäß den Lehren des vorstehend erwähnten Patents von Radel et al. konstruiert und umfasst die einzelnen Schichten 31, 32 und 33. Ein Vergleich von 3 mit der in 2 dargestellten elastomeren Bahn 80 lässt die Übereinstimmung des primären Durchbruchs 71 in der Ebene 102 der elastomeren Bahn 80 mit dem Durchbruch 61 in der obersten Ebene 62 der fotogeätzten Laminatstruktur 30 erkennen. Ebenso entspricht der Durchbruch 72 in der Ebene 106 der elastomeren Bahn 80 dem Durchbruch 63 in der untersten Ebene 64 der fotogeätzten Laminatstruktur 30.
Die oberste Oberfläche der fotogeätzten Laminatstruktur 30 in der obersten Ebene 62 kann mit einem mikroskopischen Muster von Vorsprüngen 48 versehen werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dies wird vorzugsweise erreicht durch Auftragen einer Fotolackschicht, die dem gewünschten mikroskopischen Muster der Oberflächenunregelmäßigkeiten entspricht, auf die Oberseite einer ebenen fotogeätzten Schicht 31 und einem sich daran anschließenden zweiten Fotoätzvorgang. Der zweite Fotoätzvorgang ergibt eine Schicht 31 mit einem mikroskopischen Muster von Vorsprüngen 48 auf der obersten Oberfläche der verbundenen Elemente, definierend die fünfeckig geformten Durchbrüche, d. h. Durchbruch 41. Das mikroskopische Muster von Vorsprüngen entfernt die erste Oberfläche im Wesentlichen nicht von der Ebene der ersten Oberfläche. Die erste Oberfläche wird im makroskopischen Maßstab wahrgenommen, während die Vorsprünge im mikroskopischen Maßstab wahrgenommen werden. Die Ausbildung einer Laminatstruktur einsetzend ein derartiges Muster von Vorsprüngen 48 auf ihrer obersten Schicht wird im Allgemeinen im vorstehend erwähnten Patent von Ahr et al. offenbart.
Verfahren zur Ausbildung von Laminatstrukturen des in 2 allgemein offenbarten Typs werden im vorstehend erwähnten Patent von Radel et al. offenbart. Die fotogeätzten Laminatstrukturen werden vorzugsweise mittels herkömmlicher Techniken in ein röhrenförmiges Formgebungselement 520 gerollt, wie im Allgemeinen in 16 dargestellt und ihre gegenüberliegenden Enden werden im Allgemeinen gemäß den Lehren von Radel et al. verbunden, um ein nahtloses, röhrenförmiges Formgebungselement 520 herzustellen.
Die äußerste Oberfläche 524 des röhrenförmigen Formgebungselements 520 wird eingesetzt, um die mit dieser in Kontakt gebrachte elastomere Mehrschichtbahn zu bilden, während die innerste Oberfläche 522 des röhrenförmigen Elements die Kunststoffbahn während des Formgebungsvorgangs im Allgemeinen nicht berührt. Das röhrenförmige Element kann, bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, als Formungsoberfläche auf dem Tiefzieh-/Perforationszylinder 555 in einem Verfahren des Typs eingesetzt werden, das in dem vorstehend erwähnten Patent von Lucas et al. detailliert beschrieben ist. Eine besonders bevorzugte Vorrichtung 540 des in dem besagten Patent offenbarten Typs ist in 17 schematisch dargestellt. Sie umfasst Tiefzieh- und Perforationsmittel 543 und Mittel zur Beförderung der Folie mit konstanter Geschwindigkeit und zum Aufwickeln 545, die, wenn gewünscht, im Wesentlichen identisch mit und im Wesentlichen funktionsgleich mit den entsprechenden Teilen der Vorrichtung sein können, die dargestellt und beschrieben ist im US-Patent Nr. 3,674,221, erteilt an Riemersma am 4. Juli 1972. Der Rahmen, das Lager, die Stützen usw., die im Hinblick auf die Funktionselemente der Vorrichtung 540 notwendigerweise bereitgestellt werden müssen, sind nicht detailliert dargestellt oder beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen und deutlicher zu schildern und zu offenbaren, wobei davon ausgegangen wird, das derartige Details für Personen offensichtlich wären, die über ein normales Fachwissen auf dem Fachgebiet der Konstruktion von Kunststofffolien verarbeitenden Maschinen verfügen.
Kurz gesagt umfasst Vorrichtung 540, schematisch dargestellt in 17, zum Beispiel Mittel zur ununterbrochenen Aufnahme eines Streifens einer thermoplastischen Folie 550 vom Coextruder 559 und zur Umwandlung dieser Folie in eine tiefgezogene und perforierte Folie 551. Folie 550 wird vorzugsweise direkt vom Coextrusionsvorgang geliefert, während sie sich immer noch oberhalb ihrer thermoplastischen Temperatur befindet, so dass sie vor dem Abkühlen vakuumgeformt werden kann. Alternativ kann Folie 550 erwärmt werden, indem heiße Luftströme auf eine Oberfläche der Folie geleitet werden, während angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche der Folie ein Vakuum angelegt wird. Zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kontrolle über Folie 550, um im Wesentlichen eine Runzelung und/oder makroskopische Dehnung der Folie zu vermeiden, umfasst Vorrichtung 540 Mittel zur Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung der Folie in Maschinenlaufrichtung sowohl vor als auch hinter einer Zone, in der die Temperatur höher als die thermoplastische Temperatur der Folie ist, in der die Spannung in Maschinenlaufrichtung und quer zur Maschinenlaufrichtung jedoch im Wesentlichen Null ist, dazu neigend, die Folie makroskopisch zu dehnen. Die Spannung ist erforderlich, um einen laufenden Streifen thermoplastischer Folie zu steuern und zu glätten. Die Nullspannungszone ergibt sich aus der ausreichend hohen Temperatur der Folie in der Zone, um ein Tiefziehen und Perforieren der Folie zu ermöglichen.
Wie aus 17 zu ersehen ist, umfasst das Tiefzieh- und Perforationsmittel 543 einen drehbar montierten Tiefzieh-Perforationszylinder 555 mit geschlossenen Enden 580, eine nicht rotierende Dreifach-Vakuumverteilerbaugruppe 556 und ein optionales Mittel für heiße Luftströme (nicht dargestellt). Die Dreifach-Vakuumverteilerbaugruppe 556 umfasst drei Verteiler bezeichnet als 561, 562 und 563. Ebenfalls in 17 dargestellt ist eine elektrisch betriebene Auslauf-/Kühlwalze 566 und eine Walze mit weicher Oberfläche (z. B. aus Neopren niedriger Dichte) 567, die zusammen mit der Kühlwalze angetrieben wird. Kurz gesagt wird durch die Bereitstellung von Mitteln (nicht dargestellt) zur unabhängigen Steuerung des Grads des Vakuums in den drei Vakuumverteilern ein thermoplastischer Streifen einer Folie, die rings um einen Teil des Tiefzieh-Perforationszylinders 555 verläuft, nacheinander von Verteiler 561 einem ersten Vakuumpegel, von Verteiler 562 einem zweiten Vakuumpegel und von Verteiler 563 einem dritten Vakuumpegel unterworfen. Wie hiernach ausführlicher beschrieben, ermöglicht das durch Verteiler 561 an die Folie angelegte Vakuum die Aufrechterhaltung der Spannung der einlaufenden Folie, das von Verteiler 562 angelegte Vakuum die Perforation der Folie und das von Verteiler 563 angelegte Vakuum das Abkühlen der Folie auf eine Temperatur unterhalb ihrer thermoplastischen Temperatur und dadurch das Erzeugen der Spannung der auslaufenden Folie. Falls gewünscht, kann die die Folie berührende Oberfläche des Tiefzieh-Perforationszylinders 555 vor dem Erreichen des Vakuumverteilers 562 durch dem Stand der Technik entsprechende (und daher nicht dargestellte) Mittel vorgewärmt werden, um die Anpassung von Kunststofffolien bestehend aus zäh fließenden Polymeren während des Tiefziehvorgangs zu verbessern. Der Walzenspalt 570, die zwischengeschaltete Kühlwalze 566 und die Walze mit der weichen Oberfläche 567 werden nur mit der Nennlast belastet, da hoher Druck die dreidimensionalen, tiefgezogenen Elemente glätten würde, die in der vorstehend beschriebenen Art und Weise in der Folie gebildet werden. Selbst Nenndruck im Walzenspalt 570 unterstützt das vom Verteiler 563 angelegte Vakuum bei der Trennung der nachge schalteten Spannung (d. h. der Walzenaufwickelspannung) vom Tiefzieh-Perforationsteil des Tiefzieh-Perforationszylinders 555 und ermöglicht es dem Walzenspalt 570 die tiefgezogene und perforierte Folie vom Tiefzieh-Perforationszylinder 555 abzuziehen. Normalerweise kühlt die mittels Vakuum durch die Folie in den Verteiler 563 gesaugte Umgebungsluft zwar die Folie unter ihre thermoplastische Temperatur, das Fließen von Kühlmittel durch die Kühlwalze in den Verteiler 563, wie durch die Pfeile 573, 574 in 17 dargestellt, ermöglicht darüber hinaus jedoch auch die Handhabung von dickeren Folien durch die Vorrichtung oder den Betrieb der Vorrichtung mit höheren Geschwindigkeiten.
Das Tiefzieh- und Perforationsmittel 543 umfasst den drehbar montierten Tiefzieh-Perforationszylinder 555, Mittel (nicht dargestellt) zum Drehen des Zylinders 555 mit einer gesteuerten Umfangsgeschwindigkeit, die nicht rotierende Dreifach-Vakuumverteilerbaugruppe 556 innerhalb des Tiefzieh-Perforationszylinders 555, Mittel (nicht dargestellt) zum Anlegen von gesteuerten Vakuumpegeln in den drei Vakuumverteilern 561, 562 und 563, umfassend die Dreifachverteilerbaugruppe 556 und optionale Mittel für Heißluftströme (nicht dargestellt). Der Tiefzieh-Perforationszylinder 555 kann durch allgemeines Befolgen der Lehren im vorstehend erwähnten Patent von Lucas et al. konstruiert werden, wobei jedoch die röhrenförmige Laminat-Formungsoberfläche der vorliegenden Erfindung die darin offenbarte perforierte, röhrenförmige Formungsoberfläche ersetzt.
Zusammenfassend kann man sagen, dass der erste Vakuumverteiler 561 und der dritte Vakuumverteiler 563, angeordnet innerhalb des Tiefzieh-Perforationszylinders 555, es ermöglichen, eine im Wesentliche konstante vorgeschaltete bzw. nachgeschaltete Spannung in einem laufenden Folienstreifen aufrechtzuerhalten, während der mittlere Teil der Folie, der an den zweiten Vakuumverteiler 562 innerhalb des Tiefzieh-Perforationszylinders 555 angrenzt, die Spannung beeinträchtigender Wärme und Vakuum zum Tiefziehen und Perforieren der Folie ausgesetzt ist.
Während eine bevorzugte Anwendung der offenbarten fotogeätzten Laminatstruktur ein Vakuumverfahren zur Folienformgebung ist, wie im Allgemeinen in dem vorstehend erwähnten Patent von Lucas et al. umrissen, dessen Rechte übertragen wurden, wird angenommen, dass fotogeätztes Laminat bildende Strukturen der vorliegenden Erfindung mit gleicher Leichtigkeit eingesetzt werden könnten, um direkt eine dreidimensionale Kunststoffstruktur der vorliegenden Erfindung zu formen. Solch ein Verfahren würde das Auftragen eines erwärmten fluiden Kunststoffmaterials, in der Regel eines thermoplastischen Harzes, direkt auf die Formungsoberfläche durch das Beaufschlagen des erwärmten fluiden Kunststoffmaterials mit einem ausreichend hohen pneumatischen Differenzdruck, um das Material an das Abbild der perforierten, Laminat bildenden Oberfläche anzupassen, das Abkühlen des fluiden Materials zum Aushärten und das anschließende Entfernen der dreidimensionalen Kunststoffstruktur von der Formungsoberfläche beinhalten.
Während die in 2 im Allgemeinen offenbarte Bahnenausführungsform eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, kann jede beliebige Anzahl von verbindenden Elementen, z. B. sekundären, tertiären usw., in Bahnstrukturen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Ein Beispiel einer derartigen Struktur ist in 18 dargestellt, welche ebenfalls eine Variante der nach oben hin konkav geformten Querschnitte von verbindenden Elementen zeigt. Das in 18 dargestellte Netzwerk aus Durchbrüchen umfasst einen primären Durchbruch 301, gebildet durch eine Vielzahl von primären verbindenden Elementen, z. B. den Elementen 302, 303, 304 und 305, die miteinander in der obersten Ebene 307 der Bahn 300 verbunden sind, wobei der Durchbruch ferner unterteilt ist in kleinere sekundäre Durchbrüche 310 und 311 durch das sekundäre verbindende Element 313 an einer Zwischenebene 314. Der primäre Durchbruch 310 ist weiter durch das tertiäre verbindende Element 320 in noch kleinere sekundäre Durchbrüche 321 bzw. 322 in einer noch weiter darunter liegenden Ebene 325 innerhalb der Bahn 300 unterteilt. Wie aus 19 hervorgeht, welche entlang der Schnittlinie 19-19 der 18 verläuft, sind die Ebenen 314 und 325 im Allgemeinen parallel zur und zwischen der obersten Ebene 307 und der untersten Ebene 330 angeordnet.
In der in 17 und 18 dargestellten Ausführungsform der Bahn sind die primären und sekundären verbindenden Elemente weiter mit sich verschneidenden tertiären verbindenden Elementen verbunden, z. B. tertiären verbindenden Elementen 320, welche ebenfalls einen im Allgemeinen nach oben hin konkav geformten Querschnitt entlang ihrer Länge aufweisen. Die sich verschneidenden primären, sekundären und tertiären verbindenden Elemente enden im Wesentlichen gleichzeitig miteinander in der Ebene 330 der zweiten Oberfläche 332, um eine Vielzahl von Öffnungen oder Durchbrüchen in der zweiten Oberfläche der Bahn zu bilden, z. B. Durchbrüche 370, 371 und 372. Es ist klar, dass die verbundenen primären, sekundären und tertiären verbindenden Elemente zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche der Bahn 300 ein geschlossenes Netzwerk bilden, das jeden primären Durchbruch, z. B. Durchbruch 301 in der ersten Oberfläche 331 der Bahn, mit einer Vielzahl von sekundären Durchbrüchen, z. B. Durchbrüchen 370, 371 und 372 in der zweiten Oberfläche 332 der Bahn, verbindet.
Wie anerkannt werden wird, können die im Allgemeinen nach oben hin konkav geformten verbindenden Elemente, die in Bahnen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge gerade sein. Alternativ können sie krummlinig sein, zwei oder mehr im Wesentlichen gerade Segmente umfassen, oder anderweitig in jede gewünschte Richtung entlang eines beliebigen Teils ihrer Länge ausgerichtet sein. Es besteht keine Notwendigkeit, dass die verbindenden Elemente miteinander identisch sein müssen. Darüber hinaus können die vorstehend erwähnten Formen in jeder gewünschten Art und Weise kombiniert werden, um ein gewünschtes Muster zu ergeben. Ungeachtet der schließlich ausgewählten Form unterstützt der nach oben hin konkav verlaufende Querschnitt entlang der jeweiligen Längen der verbundenen verbindenden Ele mente die Elastifizierung der elastomeren Bahnen der vorliegenden Erfindung sowie den dreidimensionalen Abstand.
Für Fachleute wird offensichtlich sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist es vorstellbar, falls es gewünscht ist, Bahnen der vorliegenden Erfindung herzustellen, bei denen ein vorbestimmter Teil der Bahn die Übertragung von Fluid verhindern kann, den Tiefprägevorgang ohne Aufbrechen der zweiten Oberfläche der Bahn durchzuführen. Das US-Patent Nr. 4,395,215, erteilt an Bishop am 26. Juli 1983, dessen Rechte übertragen wurden und das US-Patent Nr. 4,747,991, erteilt an Bishop am 31. Mai 1988, dessen Rechte übertragen wurden und die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbaren vollständig, wie röhrenförmige Formgebungsstrukturen, die zur Herstellung dreidimensional gedehnter Folien, die gleichmäßig tiefgeprägt, jedoch nur in bestimmten Bereichen durchlässig sind, konstruiert werden.
Es wird angenommen, dass die hierin enthaltene Beschreibung einen Fachmann in die Lage versetzten wird, die vorliegende Erfindung in vielen und unterschiedlichen Formen auszuführen. Trotzdem werden die folgenden exemplarischen Ausführungsformen und Analyseverfahren aufgeführt, um die vorteilhafte elastische Zuverlässigkeit besonders bevorzugter elastomerer Materialien mit niedriger Spannungsrelaxation der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen.
PRÜFVERFAHREN
A. ZUGFESTIGKEIT UND REISSDEHNUNG
Die anhand dieses Verfahrens festgestellten Eigenschaften können mit der Streckbarkeit der elastomeren Folie korrelieren. Diese Eigenschaften sind wichtig für die Auswahl des für den Einsatz als elastomere Komponente eines Absorptionsartikels, insbesondere Höschenwindeln, Übungshosen, Einwegwindeln mit Verschlüssen oder anderen Absorptionsbekleidungsstücken für Erwachsene, geeigneten Materials, das beim Anziehen erheblich gestreckt wird.
Für diese Prüfung kann eine handelsübliche Zugfestigkeitsprüfmaschine von Instron Engineering Corp., Canton, MA, oder SINTECH-MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN, verwendet werden. Die Folien werden zu Proben mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) in Maschinenlaufrichtung (die Maschinenlaufrichtung der Folie) und einer Länge von 10,16 cm (4 Zoll) in Querrichtung (die Querrichtung, die im Winkel von 90° zur Maschinenlaufrichtung verläuft) geschnitten. Das Messgerät wird an einen Computer angeschlossen, um die Prüfgeschwindigkeit und andere Prüfparameter steuern und Daten sammeln, berechnen und dokumentieren zu können. Die Zugspannungs-Zugdehnungseigenschaften der Folie werden mithilfe des ASTM-Verfahrens D882-83 bestimmt. Diese Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung werden bei Raumtemperatur (etwa 20°C) gemessen. Die Vorgehensweise ist wie folgt:

(1) für die Prüfung geeignete Klemmbacken und Kraftmesszelle auswählen. Die Klemmbacken sollten breit genug sein, um die Probe aufnehmen zu können, in der Regel werden Klemmbacken mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) verwendet. Die Kraftmesszelle wird so ausgewählt, dass die Reaktion auf die Zugbelastung der geprüften Probe zwischen 25% und 75% des Belastungsvermögens der Kraftmesszelle oder des verwendeten Belastungsbereichs liegt, in der Regel wird eine Kraftmesszelle mit einem Belastungsvermögen von 22,68 kg (50 lb) verwendet;
(2) das Messgerät gemäß Herstelleranweisungen kalibrieren;
(3) die Messstreifenlänge auf 5,08 cm (2 Zoll) einstellen;
(4) die Probe gemäß Herstelleranweisungen auf die flache Oberfläche der Klemmbacken legen;
(5) die Geschwindigkeit des Querkopfes auf eine konstante Geschwindigkeit von 50,8 cm/min (20 Zoll/min) einstellen;
(6) die Prüfung starten und gleichzeitig Daten sammeln; und
(7) die Festigkeitseigenschaften bei Zugbelastung, einschließlich Reißdehnung und Belastung bei Dehnung 100% und 200%, berechnen und dokumentieren. Das Durchschnittsergebnis von drei Proben wird dokumentiert.

B. Hysteresprüfung in zwei Durchhängen
Die anhand dieses Verfahrens festgestellten Eigenschaften können mit den Kräften korrelieren, die der Verbraucher vom Seitenteil, Hüftbund oder anderen elastischen Komponenten spürt, wenn er das Produkt zum ersten Mal anlegt, oder der Passform des Produktes nach dem Anlegen.
Für diese Prüfung kann eine handelsübliche Zugfestigkeitsprüfmaschine von Instron Engineering Corp., Canton, MA, oder SINTECH-MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN, verwendet werden. Die Folien werden in Prüflinge mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) in Maschinenlaufrichtung mal einer Länge von 10,16 cm (4 Zoll) in Querrichtung geschnitten. Das Messgerät wird an einen Computer angeschlossen, um die Prüfgeschwindigkeit und andere Prüfparameter steuern und Daten sammeln, berechnen und dokumentieren zu können. Die Hysterese in zwei Durchgängen wird bei Raumtemperatur gemessen. Die Vorgehensweise ist wie folgt:

(1) für die Prüfung geeignete Klemmbacken und Kraftmesszelle auswählen. Die Klemmbacken sollten breit genug sein, um die Probe aufnehmen zu können, in der Regel werden Klemmbacken mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) verwendet. Die Kraftmesszelle wird so ausgewählt, dass die Reaktion der geprüften Probe zwischen 25% und 75% des Belastungsvermögens der Kraftmesszelle oder des verwendeten Belastungsbereichs liegt, in der Regel wird eine Kraftmesszelle mit einem Belastungsvermögen von 22,68 kg (50 lb) verwendet;
(2) das Messgerät gemäß Herstelleranweisungen kalibrieren;
(3) die Messstreifenlänge auf 5,08 cm (2 Zoll) einstellen;
(4) die Probe gemäß Herstelleranweisungen auf die flache Oberfläche der Klemmbacken legen;
(5) die Geschwindigkeit des Querkopfes auf eine konstante Geschwindigkeit von 50,8 cm/min (20 Zoll/min) einstellen;
(6) die Hystereseprüfung in zwei Durchgängen starten und gleichzeitig Daten sammeln. Die Hystereseprüfung in zwei Durchgängen besteht aus den folgenden Schritten:
a) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 50,8 cm/min (20 Zoll/min) bis zu einer Dehnung von 200% gehen;
b) die Stellung 30 Sekunden lang halten;
c) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 50,8 cm/min (20 Zoll/min) bis zu einer Zugdehnung von 0% gehen;
d) die Stellung 60 Sekunden lang halten;
e) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 50,8 cm/min (20 Zoll/min) bis zu einer Dehnung von 50% gehen;
f) die Stellung 30 Sekunden lang halten; und
g) bis zu einer Zugdehnung von 0% gehen; und
(7) die Eigenschaften, einschließlich Spannungsrelaxation bei Dehnung 200% und Prozentsatz der bleibenden Verformung, berechnen und dokumentieren. Das Durchschnittsergebnis von drei Proben wird dokumentiert.

C. Spannungsrelaxationsprüfung bei Dauerbelastung
Die anhand dieses Verfahrens festgestellten Eigenschaften können mit den Kräften korrelieren, die der Verbraucher vom Seitenteil, Hüftbund oder anderen elastischen Komponenten des Produkts spürt und der Passform des Produktes bei Körpertemperatur nach dem Tragen über einen bestimmten Zeitraum. Die anhand dieses Verfahrens festgestellten Eigenschaften sind wichtig für die Auswahl der Materialien, die bei Dauerbelastung bei Körpertemperatur (ungefähr 38°C (100°F)) der Relaxation widerstehen und daher über den maximalen Tragezeitraum eines Absorptionsartikels eine dauerhafte Passform bieten.
Für diese Prüfung kann eine handelsübliche Zugfestigkeitsprüfmaschine von Instron Engineering Corp., Canton, MA, oder SINTECH-MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN, verwendet werden. Die Folien werden in Prüflinge mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) in Maschinenlaufrichtung mal einer Länge von 5,08 cm (2 Zoll) in Querrichtung geschnitten. Eine Messstreifenlänge von 2,54 cm (1 Zoll) auf der Probe markieren und die Probe außerhalb der markierten Messstreifenlänge mit Klebeband umwickeln, um eine bessere Oberfläche für das Anbringen der Klemmbacken zu erhalten. Das Messgerät wird an einen Computer angeschlossen, um die Prüfgeschwindigkeit und andere Prüfparameter steuern und Daten sammeln, berechnen und dokumentieren zu können. Die Spannungsrelaxation bei Dauerbelastung wird bei 38°C (100°F) (etwa der menschlichen Körpertemperatur) gemessen. Die Vorgehensweise ist wie folgt:

(1) für die Prüfung geeignete Klemmbacken und Kraftmesszelle auswählen. Die Klemmbacken sollten breit genug sein, um die Probe aufnehmen zu können, in der Regel werden Klemmbacken mit einer Breite von 2,54 cm (1 Zoll) verwendet. Die Kraftmesszelle wird so ausgewählt, dass die Reaktion der geprüften Probe zwischen 25% und 75% des Belastungsvermögens der Kraftmesszelle oder des verwendeten Belastungsbereichs liegt, in der Regel wird eine Kraftmesszelle mit einem Belastungsvermögen von 22,68 kg (50 lb) verwendet;
(2) das Messgerät gemäß Herstelleranweisungen kalibrieren;
(3) die Messstreifenlänge auf 2,54 cm (1 Zoll) einstellen;
(4) die Probe gemäß Herstelleranweisungen auf die flache Oberfläche der Klemmbacken legen;
(5) die Geschwindigkeit des Querkopfes auf eine konstante Geschwindigkeit von 25,4 cm/min (10 Zoll/min) einstellen;
(6) die Spannungsrelaxationsprüfung bei Dauerbelastung starten und gleichzeitig Daten sammeln. Die Spannungsrelaxationsprüfung bei Dauerbelastung besteht aus den folgenden Schritten:
a) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 25,4 cm/min (10 Zoll/min) bis zu einer Dehnung von 200% gehen;
b) die Stellung 30 Sekunden lang halten;
c) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 25,4 cm/min (10 Zoll/min) bis zu einer Zugdehnung von 0% gehen;
d) die Stellung 60 Sekunden lang halten;
e) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 25,4 cm/min (10 Zoll/min) bis zu einer Dehnung von 50% gehen;
f) die Stellung 10 Stunden lang halten; und
g) bis zu einer Zugdehnung von 0% gehen; und
(7) die Eigenschaften, einschließlich Anfangs- und Endbelastung (d. h. die endgültige Dauerbelastung) und Prozentsatz Verlust, berechnen und do kumentieren. Das Durchschnittsergebnis von drei Proben wird dokumentiert.

Der Prozentsatz Verlust ist die Spannungsrelaxation bei Dauerbelastung nach 10 Stunden und wird als [(Anfangsbelastung bei 50% Dehnung in Durchgang 2 – Endbelastung bei 50% Dehnung in Durchgang 2 nach 10 Stunden)/Anfangsbelastung bei 50% Dehnung in Durchgang 2] × 100 ausgedrückt.
BEISPIELE
Extrudierbare und formbare elastomere Zusammensetzungen werden hergestellt, indem variierende Mengen eines elastomeren Styrol-Copolymers, wie Kraton^®, Produktreihe G1600, von der Shell Chemical Company, Houston, TX, oder SEPTON^®, Produktreihe S4000 oder S8000, von Kuraray America, Inc., New York, NY, eines Vinylarenharzes, wie Polystyrol PS210 von Nova Chemical, Inc. Monaca, PA und Mineralölen, wie Drakeol^®, erhältlich von Pennzoil Co., Penrenco Div., Karns City, PA, gemischt werden, um eine elastomere Mischung zu erhalten.
Beispiele der zum diesbezüglichen Gebrauch geeigneten elastomeren Zusammensetzung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Menge jeder Komponente ist in Gewichtsprozent der elastomeren Zusammensetzung angegeben. Zusatzstoffe, insbesondere Antioxidationsmittel, welche nur in kleinen Mengen vorhanden sind, sind in den Zusammensetzungen in TABELLE 1 nicht angegeben. In der Regel enthalten die für die vorliegende Erfindung nützlichen elastomeren Zusammensetzungen etwa 0,5 Gew.-% Antioxidationsmittel.
TABELLE 1 Elastomere Zusammensetzungen (Gewichtsprozent)
Die physikalischen Eigenschaften extrudierter Einschichtfolien der elastomeren Zusammensetzung aus TABELLE 1 sind in TABELLE 2 aufgeführt. Diese Eigenschaften werden anhand der hierin vorstehend beschriebenen PRÜF verfahren festgestellt. Alle in Tabelle 2 aufgeführten physikalischen Eigenschaften sind für gleiche Flächengewichte der Folienproben ausgedrückt. Aus TABELLE 2 geht hervor, dass das Ersetzen von Polystyrol durch aromatische Kohlenwasserstoffharze mit niedrigerem Molekulargewicht zu überraschend gleichen elastischen Eigenschaften und Spannungsrelaxationseigenschaften führt, obwohl das gesamte Gewichtsprozent der Zusammensetzung, die das dreidimensionale, verwickelte Netzwerk ergibt, niedriger ist.
TABELLE 2 Eigenschaften der extrudierten Folien der elastomeren Zusammensetzungen
Die physikalischen Eigenschaften der in TABELLE 3 offenbarten Zusammensetzung werden als extrudierte elastomere Einschichtfolie, als coextrudierte Mehrschichtfolie und als dreidimensionale, vakuumgeformte Bahn bestimmt.
Eine ebene, coextrudierte Mehrschichtfolie wird hergestellt und anschließend mithilfe von vorstehend offenbarten Verfahren zu einer elastomeren Bahn, wie allgemein in den Mikroaufnahme der 9–11 gezeigt, geformt. Die coextrudierte Folie umfasst drei Schichten, wie in 4 dargestellt. Die mittlere elastomere Schicht umfasst ein Styrol-Triblock-Copolymer gemischt mit Polystyrol und Mineralöl und optional aromatischen Kohlenwasserstoffharzen. Die elastomere Schicht ist in der Regel etwa 0,052 mm (3,2 Mil) dick. Die Hautschichten umfassen Polyolefinmaterialien, von denen jedes in der Regel etwa 0,0038 mm (0,15 Mil) dick ist. Die Gesamtdicke der Folie beträgt ungefähr 0,09 mm (3,5 Mil), wobei die elastomere Schicht ungefähr 75–90% der Dicke ausmacht. Eine elastomere Einschichtfolie wird auch mit Verfahren hergestellt, die im Allgemeinen dem Stand der Technik zur Herstellung einer Folie mit eine Dicke von etwa 0,072 mm (2,8 Mil) entsprechen. Die Folien werden gemäß den hierin vorstehend beschriebenen Prüfverfahren in geeignete Probengrößen geschnitten.
Obwohl eine genaue Messung schwierig war, lag die Dicke der dreidimensionalen, elastomeren Bahn von der ersten Oberfläche bis zur zweiten Oberfläche in der Größenordnung von 1 mm, bei einem Ziehverhältnis von ungefähr 10:1. Bei einer wie geformten, nicht gedehnten Konfiguration bildete die ununterbrochene erste Oberfläche im Allgemeinen ein regelmäßiges Muster von 1 mm großen, quadratischen, fluiddurchlässigen Durchbrüchen, die an allen Seiten in einem Abstand von etwa 1 mm voneinander angeordnet waren. Die sekundären Durchbrüche waren etwas kleiner als die primären Durchbrüche, wodurch der Bahn ein offener, durchlässiger Bereich von ungefähr 12–16% verliehen wurde.
Die exemplarische elastomere Bahn der vorliegenden Erfindung zeigte eine zuverlässige elastische Leistung bei wiederholten anhaltenden Zugdehnungen der Bahn von bis zu etwa 400% oder mehr ohne signifikante Auswirkungen auf die Bahnenelastizität oder -porosität. Im Allgemeinen zeigte die Bahn bei der ersten Dehnung ein höheres Modul, da die Hautschichten einer unelastischen Zugdehnung unterworfen waren. Demnach wird angenommen, dass sich in den Bereichen der unelastischen Zugdehnung der Hautschicht auf den verbindenden Elementen mikroskopische Rauigkeiten bildeten, die zu einem niedrigeren und im Allgemeinen konstanten Bahnenmodul führten. TABELLE 3 Eigenschaften der elastomeren Folien/Bahnen

wobei Probe 1a eine extrudierte, elastomere Einschichtfolie aus Zusammensetzung 1, Probe 1b eine coextrudierte Mehrschichtfolie mit Zusammensetzung 1 als Mittelschicht und Polyethylen als auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Mittelschicht angeordneten Hautschichten und Probe 1c eine gemäß den hierin vorstehend beschriebenen Verfahren aus der coextrudierten Mehrschichtfolie von 1b geformte dreidimensionale, elastomere Bahn ist.

Claims

Elastomere Folie mit niedriger Spannungsrelaxation, die geeignet ist, um zu einer porösen, makroskopisch gedehnten, dreidimensionalen elastomeren Bahn geformt zu werden, wobei die elastomere Folie umfasst eine elastomere Schicht mit einander gegenüberliegender erster und zweiter Oberfläche und mindestens eine im wesentlichen weniger elastomere Hautschicht, die im wesentlichen durchgängig mit der ersten Oberfläche der elastomeren Schicht verbunden ist, wobei die elastomere Schicht umfasst: a) von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% eines elastomeren Blockcopolymers, wobei das Copolymer von 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% mindestens eines Hartblocks und von 20 Gew.-% bis 90 Gew.-% von mindestens zwei Weichblöcken umfasst; b) von 3 Gew.-% bis 60 Gew.-% mindestens eines Vinylarenharzes; und c) von 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% eines Verarbeitungsöls; wobei die elastomere Schicht über eine Spannungsrelaxation von weniger als 20% bei einer Dehnung von 200% bei Raumtemperatur und über eine Spannungsrelaxation von weniger als 45% nach 10 Stunden bei 38°C (100°F) und einer Dehnung von 50% verfügt.
Folie nach Anspruch 1, wobei die elastomere Schicht von 20% bis 95% der Gesamtdicke des Materials umfasst und die Hautschicht von 1% bis 40% der Gesamtdicke des Materials umfasst.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hautschicht ein thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Ethylen-Copolymeren, Polystyrolen, Poly(α-Methylstyrolen), statistischen Styrol-Blockcopolymeren, Polyphenylenoxiden und Mischungen davon umfasst.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elastomere Blockcopolymer aus der Gruppe bestehend aus A-B-A-Triblock-Copolymeren, A-B-A-B-Tetrablock-Copolymeren, A-B-A-B-A-Pentablock-Copolymeren und Mischungen davon ausgewählt wird, wobei A ein Hartblock ist, der aus Vinylaren-Monomeren oder einer Mischung aus Vinylaren-Monomeren und olefinischen Monomeren stammt, und B ein Weichblock ist, der aus olefinischen Monomeren stammt.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vinylaren-Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, anderen Styrolderivaten und Mischungen davon ausgewählt werden und die olefinischen Monomere aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Butylen, Isopren, Butadien und Mischungen davon ausgewählt werden.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Molekulargewicht-Zahlenmittel des Hartblocks von 1.000 bis 200.000, vorzugsweise von 2.000 bis 100.000, und mehr bevorzugt von 5.000 bis 60.000 reicht und das Molekulargewicht-Zahlenmittel des Weichblocks von 1.000 bis 300.000, vorzugsweise von 10.000 bis 200.000, und mehr bevorzugt von 20.000 bis 100.000 reicht.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vinylarenharz aus Monomeren stammt, die aus der Gruppe bestehend aus Styrol, α-Methylstyrol, anderen Styrolderivaten, Vinyltoluol und Mischungen davon ausgewählt werden, wobei das Vinylarenharz über ein Molekulargewicht-Zahlenmittel im Bereich von 600 bis 200.000, vorzugsweise von 5.000 bis 150.000, und mehr bevorzugt von 10.000 bis 100.000 verfügt und über einen Glasübergangstemperaturbereich von 58°C bis 180°C, vorzugsweise von 70°C bis 150°C, und mehr bevorzugt von 90°C bis 130°C verfügt.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vinylarenharz eine Mischung aus einem Polystyrol und einem aromatischen Kohlenwasserstoffharz von geringer Molekularmasse mit einem Konzentrationsverhältnis von Polystyrol zu aromatischem Kohlenwasserstoffharz von geringer Molekularmasse im Bereich von 1:10 bis 10:1, vorzugsweise von 1:4 bis 4:1 ist, wobei das Polystyrol über ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von 10.000 bis 100.000, und vorzugsweise von 40.000 bis 60.000 verfügt, und wobei das aromatische Kohlenwasserstoffharz über ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von 600 bis 10.000, und vorzugsweise von 600 bis 4.000, verfügt.
Folie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Blockcopolymer ein Styrol-Olefin-Styrol-Triblock-Copolymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol-Butadien-Styrol (S-B-S), Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol (S-EB-S), Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol (S-EP-S), Styrol-Isopren-Styrol (S-I-S), hydriertem Polystyrol-Isopren/Butadien-Styrol (S-IB-S) und Mischungen davon ist, das Vinylarenharz Polystyrol ist und das Verarbeitungsöl Mineralöl ist.
Artikel, am Körper einer Person anliegend zu tragen, der über einen elastifizierten Teil, umfassend eine elastomere Folie mit niedriger Spannungsrelaxation nach einem der vorstehenden Ansprüche, verfügt.
Artikel nach Anspruch 10, wobei der elastifizierte Teil ein Verband, ein Umschlag, ein absorbierender Artikel oder eine Wundkompresse ist.
Artikel nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Artikel ein absorbierender Artikel ist und der elastifizierte Teil des absorbierenden Artikels ein Hüftbund, ein Seitenteil, ein Bündchen, eine Oberlage oder eine Unterlage ist.