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Dokumentenidentifikation DE60002739T2 29.01.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001216135
Titel HOCHGESCHWINDIGKEITSVERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KUNSTSTOFFFOLIEN UND LAMINATEN MIT VLIESSTOFFEN
Anmelder Clopay Plastic Products Company, Inc., Mason, Ohio, US
Erfinder MORTELLITE, M., Robert, Mainville, US;
MUSHABEN, G., Thomas, Cincinnati, US;
WU, Pai-Chuan, Cincinnati, US
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 60002739
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.07.2000
EP-Aktenzeichen 009488172
WO-Anmeldetag 20.07.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/19768
WO-Veröffentlichungsnummer 0001019592
WO-Veröffentlichungsdatum 22.03.2001
EP-Offenlegungsdatum 26.06.2002
EP date of grant 14.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.2004
IPC-Hauptklasse B29C 47/88

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Kunststofffolien und Vlieslaminaten datieren viele Jahre zurück. Beispielsweise wurde vor mehr als 30 Jahren (Trounstine et al.), das US-Patent 3 484 835 (1968) erteilt, welches auf geprägte Kunststofffolien mit bestimmten gewünschten Eigenschaften und auf die Herstellung von geeigneten Gegenständen wie z. B. gemustertes Textilmaterial gerichtet ist. Seit dieser Zeit sind auf diesem Gebiet viele Patente erschienen. Am 13. April 1993 wurde das US-Patent 5 202 173 für eine hochweiche thermoplastische Folie erteilt, die durch schrittweises Strecken der geprägten Folie hergestellt wurde, um Atmungsaktivität zu erreichen. Die Folie kann Füllstoffe enthalten. Polymerfolien aus Polycaprolacton (PCL) und Stärkepolymer oder Polyvinylalkohol (PVOH) ergeben beim schrittweisen Strecken ebenfalls atmungsaktive Produkte, wie es in den US-Patenten 5 200 247 und 5 407 979 offenbart ist. Kürzlich wurde das US-Patent 5 865 926 für ein Verfahren zur Herstellung eines stoffähnlichen mikroporösen Laminats aus einer faserförmigen Vlieswarenbahn und einer thermoplastischen Folie erteilt, die durchlässig gegenüber Luft und Wasserdampf ist, jedoch gegenüber Flüssigkeiten Sperreigenschaften hat.

Verfahren zu Herstellung von mikroporösen Folien sind ebenfalls seit einiger Zeit bekannt. Beispielsweise lehrt das US-Patent 3 832 267 von Liu das Schmelzprägen einer eine dispergierte amorphe Polymerphase enthaltenden Polyolefinfolie, und zwar vor dem Strecken oder Orientieren zur Verbesserung der Durchlässigkeit des Films gegenüber Gas und Wasserdampf. Gemäß dem Patent '267 von Liu wird zuerst eine Folie aus kristallinem Polypropylen geprägt, die eine dispergierte amorphe Polypropylenphase enthält, bevor biaxial gezogen (gestreckt) wird, um eine orientierte öffnungsfreie Folie mit besserer Durchlässigkeit herzustellen. Die dispergierte amorphe Phase dient zur Erzeugung von Mikrohohlräumen zur Verbesserung der Durchlässigkeit der ansonsten öffnungsfreien Folie, um die Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf (moisture vapor transmission, MVT) zu verbessern. Bevorzugt erfolgt das Prägen und Ziehen der geprägten Folie sequentiell.

Im Jahre 1976 veröffentlichte Schwarz einen Artikel, in dem Polymerblends und Zusammensetzungen zur Herstellung von mikroporösen Substraten beschrieben wurden (Eckhard C.A. Schwartz (Biax-Fiberfilm), „New Fibrillated Film Structures, Manufacture and Uses", Pap. Synth. Conf. (TAPPI), 1976, S. 33–39). Gemäß diesem Artikel kommt es in einer Folie aus zwei oder mehr inkompatiblen Polymeren, von denen eines eine kontinuierliche Phase und ein zweites eine diskontinuierliche Phase bildet, beim Strecken zur Phasentrennung und zur Bildung von Hohlräumen in der Polymermatrix und zur Vergrößerung der Porosität der Folie. Die kontinuierliche Folienmatrix aus einem kristallisierbaren Polymer kann auch mit einem anorganischen Füllstoff wie Ton, Titandioxid, Calciumcarbonat etc. gefüllt sein, um in dem gestreckten Polymersubstrat Mikroporosität zu erzeugen.

Viele weitere Patente und Veröffentlichungen offenbaren das Phänomen der Herstellung von mikroporösen thermoplastischen Folienprodukten. Beispielsweise offenbart das europäische Patent 141 592 die Verwendung eines Polyolefins, insbesondere Ethylenvinylacetat (EVA), welches eine dispergierte Polystyrolphase enthält, die beim Stecken zu einer Folie mit Hohlräumen führt, wodurch die Wasserdampfdurchlässigkeit der Folie verbessert wird. Dieses Patent EP '592 offenbart auch die sequentiellen Verfahrensschritte, dass die EVA-Folie mit dicken und dünnen Bereichen geprägt wird, gefolgt vom Strecken, um zuerst eine Folie mit Hohlräumen zu erzeugen, die beim weiteren Strecken zu einem netzartigen Produkt führt. Die US-Patente 4 452 845 und 4 596 738 offenbaren auch gestreckte thermoplastische Folien, bei denen die dispergierte Phase ein mit Calciumcarbonat gefülltes Polyethylen sein kann, um beim Strecken die Mikrohohlräume zu erzeugen. Die späteren US-Patente 4 777 073, 4 814 124 und 4 921 653 offenbaren die gleichen Verfahren wie die erwähnten früheren Publikationen, jedoch mit den Schritten, dass zuerst eine einen Füllstoff enthaltende Polyolefinfolie geprägt und dann diese Folie gestreckt wird, um ein mikroporöses Produkt zu erhalten.

Gemäß dem US-Patent 4 705 812 und 4 705 813 wurden mikroporöse Folien hergestellt aus einem Blend aus LLDPE-Polyethylen und LDPE-Polyethylen mit Bariumsulfat als anorganischem Füllstoff, der einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 7 &mgr;m hat. Es ist auch bekannt, Blends aus LLDPE und LDPE mit einem thermoplastischen Kautschuk wie Kraton zu modifizieren. Andere Patene wie das US-Patent 4 582 871 offenbaren die Verwendung von thermoplastischen Styrolblocktripolymeren bei der Herstellung von mikroporösen Folien mit anderen inkompatiblen Polymeren wie Styrol. Der Stand der Technik kennt andere allgemeine technische Lehren, wie beispielsweise die, die in den US-Patenten 4 472 328 und 4 921 652 offenbart sind.

Einschlägige Patente in Bezug auf das Extrusionslaminieren einer ungestreckten Vlieswarenbahn sind z. B. die US-Patente 2 714 571, 3 058 868, 4 522 203, 4 614 679, 4 692 368, 4 753 840 und 5 035 941. Die obigen Patente '868 und '368 offenbaren das Strecken von extrudierten Polymerfolien durch den Druck eines Walzenspalts vor dem Laminieren mit der ungestreckten Fließwarenbahn. Die Patente '203 und '941 sind gerichtet auf das Coextrudieren von mehreren Polymerfolien mit einer ungestreckten Vlieswarenbahn durch den Druck eines Walzenspalts. Das Patent '840 offenbart das Präformen von polymeren Fasermaterialen aus Vlies vor dem Extrusionslaminieren mit Folien, um die Bindung zwischen den Fasern des Vlieses und den Folien zu verbessern. Insbesondere offenbart das Patent '840 herkömmliche Prägetechniken, um vor dem Extrusionslaminieren verdichtete und unverdichtete Bereiche in der Basisschicht des Vlieses zu erzeugen und die Haftung zwischen der Vlieswarenbahn und den Folien mit Hilfe der verdichteten Faserbereiche zu verbessern. Das Patent '941 lehrt auch, dass ungestreckte Vlieswarenbahnen, die zu einlagigen Polymerfolien extrusionslaminiert werden, der Bildung von Nadelstichporen unterliegen, die durch Fasern erzeugt werden, die sich im Wesentlichen senkrecht von der Ebene des Fasersubstrats erstrecken; dementsprechend offenbart dieses Patent den Einsatz von mehreren coextrudierten Folienbahnen, um den Problemen mit den Nadelstichporen vorzubeugen. Weiterhin werden in den US-Patenten 3 622 422, 4 379 197 und 4 725 473 Verfahren zum Binden von losen Vliesfasern an Polymerfilme offenbart.

Es ist auch bekannt, Vlieswarenbahnen zu strecken, wobei zur Verminderung des Basisgewichtes ineinandergreifende Walzen eingesetzt werden; Beispiele für Patente aus diesem Gebiet sind die US-Patente 4 153 664 und 4 517 714. Das Patent '664 offenbart ein Verfahren zum schrittweisen Strecken in Querrichtung (cross direction, CD) oder in Maschinenrichtung (machine direction, MD) von Vlieswarenbahnen unter Einsatz eines Paares von ineinandergreifenden Walzen, um die Vlieswarenbahnen zu festigen und zu glätten. Das Patent '664 offenbart auch eine alternative Ausführungsform, bei der vor dem ineinandergreifenden Strecken die Vlieswarenbahn an die thermoplastische Folie anlaminiert wird.

Es gab auch Versuche zur Herstellung von atmungsaktiven zusammengesetzten Vliestextilien, die gegenüber Flüssigkeiten undurchlässig sind, jedoch Wasserdampf durchlassen. Das US-Patent 5 409 761 ist ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik. Beim Patent '761 wird eine zusammengesetzte Vliestextilie hergestellt durch Ultraschallbinden einer mikroporösen thermoplastischen Folie an eine Schicht eines faserförmigen thermoplastischen Vliesmaterials. Diese Verfahren und andere Verfahren zur Herstellung von atmungsaktiven Laminaten aus Vliesmaterialen und thermoplastischen Materialen neigen zum Einsatz von teueren Herstellungsverfahren und/oder von teueren Ausgangsmaterialen. Das US-Patent 5 865 926 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mikroporösen Laminats aus einer Vlieswarenbahn und einer thermoplastischen Folie, die mit einer Hochgeschwindigkeitsanlage bei der Größenordnung von etwa 200 bis 500 fpm (1,016 bis 2,54 m/s) durchgeführt wird. Obwohl die im Patent '926 offenbarten Verfahren sehr zufriedenstellend für die Herstellung von stoffähnlichen mikroporösen Laminaten aus einer faserförmigen Vlieswarenbahn und einer thermoplastischen Folie waren, waren beim Betrieb der Anlage zur Herstellung eines Laminats mit Extrusionslaminieren oberhalb von 500 fpm (2,54 m/s) zufriedenstellende Bindungsstärken schwierig zu erreichen. Bei hohen Geschwindigkeiten war ein signifikantes Problem insbesondere die Temperatursteuerung des thermoplastischen Extrudats am Spalt oberhalb ihres Erweichungspunktes zur Bildung einer Folie, die an die faserförmige Warenbahn anlaminiert ist, um vor dem Extrusionlaminieren eine zufriedenstellende Bindungsstärke zu erhalten.

Das US-Patent 5 865 926 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mikroporösen Laminats aus einer Vlieswarenbahn und einer thermoplastischen Folie, die mit einer Hochgeschwindigkeitsanlage bei der Größenordnung von etwa 200 bis 500 fpm (1,016 bis 2,54 m/s) durchgeführt wird. Obwohl die im Patent '926 offenbarten Verfahren sehr zufriedenstellend für die Herstellung von stoffähnlichen mikroporösen Laminaten aus einer faserförmigen Vlieswarenbahnen und einer thermoplastischen Folie waren, waren beim Betrieb der Anlage zur Herstellung eines Laminats mit Extrusionslaminieren oberhalb von 500 fpm (2,54 m/s) zufriedenstellende Bindungsstärken schwierig zu erreichen. Bei hohen Geschwindigkeiten von oberhalb von 700 bis 1200 fpm (3,556 bis 6,096 m/s) war ein signifikantes Problem insbesondere die Temperatursteuerung des thermoplastischen Extrudats am Spalt zur Bindung der Folie an die faserförmige Warenbahn.

Das US-Patent 4 608 221 offenbart ein Verfahren zur Herabsetzung der Zugresonanz in einer Polymerfolie. Eine Warenbahn aus einem Polymermaterial wird aus einer Düse in den Spalt zwischen einer Druckwalze und einer Kühlwalze extrudiert. Zwischen der Düse und dem Spalt ist eine Zugeinrichtung vorgesehen, die einen Zylinder mit Öffnungen aufweist, um ein Luftkissen zu erzeugen, mit dem die Warenbahn wandert.

Trotz der umfangreichen Bemühungen des Standes der Technik zur Herstellung von Kunststofffolien, atmungsaktiven mikroporösen Folien und Laminaten, mit denen Durchlässigkeit gegenüber Luft und Wasserdampf bei gleichzeitiger Sperrwirkung gegenüber Flüssigkeiten erreicht werden kann, sind weitere Verbesserungen erforderlich. Insbesondere sind Verbesserungen erforderlich zur Herstellung von mikroporösen Folienprodukten und Vlieslaminaten auf einer Hochgeschwindigkeitsanlage ohne Zugresonanz. Beim Extrusionslaminieren von Folien und Vlieswarenbahnen war es auch schwierig, die Zielwerte der Bindungsstärke bei hoher Geschwindigkeit zu erreichen und das Aussehen des Textilmaterials und einen weichen Griff zur erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunststofffolien, mikroporösen thermoplastischen Folien und Laminaten aus einer thermoplastischen Folie und einer faserförmigen Vlieswarenbahn. Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für den Betrieb auf einer Hochgeschwindigkeitsanlagen ohne Zugresonanz bei Geschwindigkeiten von größer als etwa 500 oder 700 fpm (2,54 oder 3,556 m/s), bevorzugt etwa 700 bis 1200 fpm (3,556 bis 6,096 m/s). Wenn das erfindungsgemäße Verfahren das Laminieren durch Extrusion einer formbaren mikroporösen thermoplastischen Folie mit einer faserförmigen Vlieswarenbahn umfasst, wurde gefunden, dass bei Anlagengeschwindigkeiten von 900 fpm (4,572 m/s) oder mehr Zielwerte der Bindungsstärke von beispielsweise 100 g/cm (etwa 250 g/in) zwischen der Folie und dem Vlies erreicht werden. Bei solchen Bindungsfestigkeiten kann das Laminat in der Anlage bei hohen Geschwindigkeiten schrittweise gestrickt werden, um in einem stoffähnlichen Laminat Mikroporosität zu erzeugen, ohne das im Laminat nachteilige Effekte auftreten wie Bruch oder die Abtrennung der Warenbahnen.

Die formbare mikroporöse thermoplastische Zusammensetzung der Folie kann ein Blend aus einem thermoplastischen Polymere und aus einem mechanischen Porenbildner wie z. B. einem anorganischen Füllstoff (CaCO3) umfassen. Der Porenbildner in der Folie des Laminats wird dann beim schrittweisen Strecken aktiviert und bildet eine mikroporöse Folie oder ein mikroporöses Laminat aus faserförmiger Warenbahn und Folie. Dieses besondere Verfahren bildet nicht nur wirtschaftliche Vorteile bei der Herstellung von atmungsaktiven Folien und Laminaten, sondern erlaubt auch die Produktion bei einer Hochgeschwindigkeitsanlage in der Größenordnung von 700 bis 1200 fpm (3,556 bis 6,096 m/s).

Das Verfahren umfasst das Schmelzen einer formbaren mikroporösen thermoplastischen Zusammensetzung und das Schlitzextrudieren einer Warenbahn dieser Zusammensetzung durch eine Kühlzone in einen Walzenspalt zur Bildung einer Folie bei einer Geschwindigkeit von mindestens einigen 100 Fuß pro Minute (fpm). Die Laminate aus Folie und faserförmiger Vlieswarenbahn, können auch bei einer Geschwindigkeit von größer als etwa 700 Fuß pro Minute (fpm) (3,556 m/s) hergestellt werden. Beim Herabziehen der Warenbahn in eine Folie wird auf die Warenbahn ein Strom aus Kühlgas (Luft) gerichtete. Der Luftstrom durch die Kühlzone ist im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Warenbahn, um die Warenbahn abzukühlen und ohne Zugresonanz eine Folie oder ein Laminat zu erzeugen.

Die Wirkung des Kühlgases wird verbessert durch Erzeugen von mehreren Gaswirbeln, wenn sich das Gas zur Kühlung der Warenbahn durch die Zone bewegt. Die Wirbel verbessern die Wirkung des Kühlgases, indem das Kühlgas gemischt und der Fluss des Kühlgases in der Kühlzone turbulent gemacht wird. Es wird eine Kühleinrichtung eingesetzt, um die Wirbel zu erzeugen und die Bewegung des Gasstromes in unterschiedlichen Richtungen parallel zur Bewegung der Warenbahn zu gestalten. Alternativ bewegt sich der Gasstrom hauptsächlich in der gleichen Richtung wie die Warenbahn oder in entgegengesetzter Richtung zur Warenbahn.

Beim Laminieren der Kunststoffwarenbahn oder folie an eine faserförmige Vlieswarenbahn durch Schlitzdüsenextrusion wird eine fasenförmige Vlieswarenbahn in den Walzenspalt eingeführt und die Laminierungstemperatur mit Kühlgas gesteuert, um dabei hohen Geschwindigkeiten der Extrusionlaminierung die Zielwerte der Bindungsstärke zu steuern. Beispielsweise werden Zielwerte der Bindungsstärke zwischen der Kunststofffolie und der Vlieswarenbahn bei Geschwindigkeiten oberhalb von etwa 500 oder 700 fpm (2,54 oder 3,556 m/s), selbst bis zu etwa 1200 fpm (6,096 m/s) oder mehr erreicht. Aus wirtschaftlichen Gründen werden bei Maschinengeschwindigkeiten der Größenordnung von 900 fpm Zielwerte der Bindungsfestigkeit von beispielsweise 100 g/cm (etwa 250 g/in) zwischen Folie und Vlies erreicht. Die Druckkraft zwischen der Warenbahn und der Folie am Spalt wird gesteuert, um die Oberfläche der Warenbahn zu binden und eine laminierte Folie zu erzeugen. Weiterhin kann selbst bei hohen Maschinengeschwindigkeiten die Abmessung der Folie ohne Zugresonanz gesteuert werden. Beispielsweise wird bei 900 fpm (4,572 m/s) ein festes Basisgewicht der Folie von etwa 400 g/qm2 erreicht. Deshalb beseitigt das Kühlverfahren die Zugresonanz, die ansonsten bei solchen Bedingungen normalerweise auftritt.

Erfindungsgemäß werden auch atmungsaktive Folien und Laminate erzeugt, die gegenüber Luft und Wasserdampf durchlässig sind, jedoch eine Sperre gegenüber Flüssigkeiten darstellen. Diese atmungsaktiven Produkte werden hergestellt aus einer formbaren mikroporösen thermoplastischen Zusammensetzung die ein thermoplastischen Polymer und Füllstoffteilchen enthält. Bei der Schlitzextrusion dieser Zusammensetzung, gefolgt vom Anlegen einer Streckkraft an die Folie bei hohen Geschwindigkeiten entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich über die Folie oder durch deren gesamte Tiefe laufen, wird eine mikroporöse Folie erzeugt. Man enthält atmungsaktive Laminate, wenn während der Extrusion eine faserförmige Vlieswarenbahn an die Folie anlaminiert wird. Die Wirkung des Kühlgases wird verbessert durch Erzeugen von mehreren Gaswirbeln, wenn bei der Extrusionslaminierung sich das Gas zur Kühlung der Warenbahn durch die Kühlzone bewegt. Danach wird bevorzugt eine schrittweise Zugkraft an die Folie oder das Laminat bei hohen Geschwindigkeiten und im Wesentlichen einheitlich entlang der Folie und durch deren gesamte Tiefe angelegt, um ein mikroporöses Laminat aus Film und Vlies zu erhalten. Zum Strecken des Laminats kann es auch senkrecht zur Zugrichtung gestreckt werden.

Andere Nutzen, Vorteile und Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Detailbeschreibung der Erfindung

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, Kunststofffolien, mikroporöse Folien und mit faserförmigen Vlieswarenbahnen laminierte Produkte davon auf einer Hochgeschwindigkeitsanlagen herzustellen. Es ist die weitere Aufgabe der Erdfindung, ohne Zugresonanz solche Folien und atmungsaktive laminierte Produkte mit regelmäßigen Abmessungen herzustellen. Im Fall der mikroporösen Produkte werden atmungsaktive oder mikroporöse Folien und Laminate mit faserförmigen Warenbahnen gewünscht. Es ist eine andere Aufgabe, solche Laminate so herzustellen, dass sie zufriedenstellende Bindungsstärken aufweisen und die Erscheinung eines Textilmaterials oder eines Stoffes haben und geeignete Dampfdurchlässigkeit und Luftdurchlässigkeit aufweisen und gegenüber Flüssigkeiten Sperreigenschaften besitzen.

Das Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung eines Laminats aus einer faserförmige Vlieswarenbahn und einer mikroporösen thermoplastischen Folie umfasst das Schmelzblenden eines thermoplastischen Polymeres und von Füllstoffteilchen zur Herstellung einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung, das Extrudieren einer Warenbahn aus dieser geschmolzenen thermoplastischen Zusammensetzung aus einer Schlitzdüse durch eine Kühlzone in einen Walzenspalt zur Herstellung einer Folie mit einer Geschwindigkeit von größer als etwa 500 oder 700 fpm (2,54 bis 3,556 m/s) und das Einführen einer faserförmigen Vlieswarenbahn in den Walzenspalt und das Steuern der Temperatur und der Druckkraft zwischen der Warenbahn und der Folie am Spalt, um die Oberfläche der Warenbahn an die Folie zu binden und eine laminierte Folie herzustellen, die zwischen der Folie und der Warenbahn eine Bindungsstärke von etwa 100 bis etwa 600 g/in (39,37 bis 236,2 g/cm, gemessen bei Zimmertemperatur) hat. Bevorzugt beträgt die Bindungsstärke etwa 200 bis etwa 500 g/in (78,74 g/cm, bis 196,85 g/cm), um das schrittweise Strecken bei einer Geschwindigkeit von etwa 700 bis 1200 fpm (3,556 bis 6,096 m/s) bei der Herstellung eines mikroporösen Laminats zu erleichtern. Die schrittweise Zugkraft wird auf die laminierte Folie angelegt, um ein stoffähnliches mikroporöses Laminat herzustellen, welches eine Bindungsstärke zwischen Warenbahn und Folie von etwa 100 bis etwa 200 g/in (39,37 bis 78,74 g/cm) hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung einer mikroporösen thermoplastischen Folie das Schmelzblenden einer Zusammensetzung, die folgendes enthält:

  • (a) etwa 30 bis etwa 45 Gew.-% eines LLDPE-Polyethylens,
  • (b) etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% eines LDPE-Polyethylens, und
  • (c) etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% eines teilchenförmigen Füllstoffs aus Calciumcarbonat mit etwa 0,1 bis 1 &mgr;m.

Die schmelzgeblendete Zusammensetzung wird als Warenbahn aus einer Schlitzdüse durch eine Kühlzone zu einem Walzenspalt extrudiert, wobei ohne Zugresonanz eine Folie mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 500 oder 700 (2,54 oder 3,556 m/s) bis etwa 1200 fpm (6,096 m/s) erzeugt wird. Eine Einrichtung mit der ein Strom aus Kühlgas so eingeführt wird, dass er in der Kühlzone im Wesentlichen parallel zur Warenbahnoberfläche fließt, ist beispielsweise in den US-Patenten 4 718 178 und 4 779 355 gezeigt. Die gesamte Offenbarung dieser Patente wird hiermit durch Inbezugnahme als Beispiel für Einrichtungen eingeschlossen, die Einsatz finden können, um die Wirkung des Kühlgases zu verbessern, indem mehrere Gaswirbel erzeugt werden, wenn sich der Strom zur Kühlung der Warenbahnen durch die Kühlzone bewegt. Dann wird bei hohen Geschwindigkeiten entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich und durch die gesamte Tiefe der Folie verlaufen, eine Streckkraft an die Folie angelegt, um eine mikroporöse Folie zu erzeugen.

Das Blend aus LLDPE und LDPE gestattet innerhalb der obigen ungefähren Bereiche die Herstellung einer mikroporöse Folie bei hohen Geschwindigkeiten, wenn sie mit der angegeben Menge an Calciumcarbonat ausbalanciert ist. Insbesondere ist das LLDPE in einer Menge von etwa 30 bis etwa 45 Gew.-% vorhanden, damit eine genügende Menge der Matrix vorhanden ist, um die Teilchen des Füllstoffs aus Calcimcarbonat zu tragen und sicherzustellen, dass die Folie ohne Nadelstichporen und Bruch gehandhabt und gestreckt werden kann. Das LDPE in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% leistet auch einen Beitrag zum Entstehen einer Folie ohne Nadelstichporen und erlaubt eine Hochgeschwindigkeitsproduktion ohne Zugresonanz. Die Polymermatrix ist ausbalanciert mit einer Menge von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% Calciumcarbonatteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von bevorzugt etwa 1 &mgr;m, um eine ausreichende Wasserdampfdurchlässigkeit (moisture vapor transmission rate, MVTR) im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 4.000 oder 4.500 g/m2/day zu erreichen (Messung mit dem Verfahren nach ASTM E96E). Weiterhin kann die schmelzgeblendete Zusammensetzung ein Triblockpolymer in einer Menge von etwa 0 bis etwa 6 Gew.-% enthalten, um das bruchfreie Strecken bei der Hochgeschwindigkeitsproduktion zu erleichtern. Andere Komponenten wie z. B. 5 Gew.-% HDPE-Polyethylen und etwa 1 Gew.-% Antioxidans/Verarbeitungszusätze werden eingesetzt. Eine zunehmende Streckkraft kann während der Fertigung bei Geschwindigkeiten von einigen 100 fpm bei Umgebungsbedingungen oder bei erhöhter Temperatur an die Folie angelegt werden, und zwar entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich über die Folie und deren gesamte Tiefe verlaufen.

Wie festgestellt wurde, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch die Herstellung von Folien ohne Zugresonanz, die nicht mikroporös sind. Dann werden die genannten Folienzusammensetzungen ohne den Füllstoff extrudiert, der für die Mikroporosität verantwortlich ist. Wenn während der Extrusion entweder das Folienextrudat oder mikroporöses formbares Extrudat an eine faserförmige Vlieswarenbahn anlaminiert wird, erfolgt das Extrusionslaminieren bei der gleichen hohen Geschwindigkeit. Beispielsweise wird eine faserförmige Vlieswarenbahn zusammen mit dem mikroporösen formbaren thermoplastischen Extrudat bei Geschwindigkeiten von 500 oder 700 (2,54 oder 3,556 m/s) bis 1.200 (6,096 m/s) fpm in den Walzenspalt eingeführt. Die Kompressionskraft zwischen der faserförmigen Warenbahn und dem Extrudat wird gesteuert, damit eine Oberfläche der Warenbahn an die Folie gebunden wird und sich ein Laminat bildet. Das Laminat wird zunehmend gestreckt; dies erfolgt entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich über die Folie und durch deren gesamte Tiefe verlaufen, damit die Folie mikroporös wird. Das Laminat kann sowohl in CD-Richtung als auch MD-Richtung gestreckt werden, damit atmungsaktive stoffartige Flüssigkeitssperren entstehen, die Wasserdampf und Luft durchlassen.

A. Materialien für das Verfahren

Das thermoplastische Polymer für die Folie ist bevorzugt ein Rolyolefin und kann der Klasse der thermoplastischen Polyolefinpolymere oder -copolymere angehören, die zu einer Folie oder durch direkte Laminierung durch Schmelzextrusion auf die faserförmige Warenbahn verarbeitbar sind. Eine Anzahl von thermoplastischen Copolymeren, die für die Erfindung geeignet sind, sind die normalerweise festen Oxialkanolpolymere oder Dialcanolpolymere, die repräsentiert werden durch Po-ly(caprolacton), gemischt mit folienbildenden Polyvinylalkohol- oder Stärkepolymeren. Die Polymere auf der Basis von Olefin umfassen die meisten üblichen Polymere auf der Basis von Ethylen oder Propylen, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen und Copolymere wie Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenmethylacrylat (EMA) und Ethyenacrylsäure (EAA) oder Blends solcher Polyolefine. Andere Beispiele für Polymere, die als Folien eingesetzt werden können, sind elastische Polymere. Geeignete elastische Polymere können auch biologisch oder unter Umgebungsbedingungen abbaubar sein. Geeignete plastische Polymere für die Folie sind z. B. Poly(ethylenbuten), Poly(ethylen-hexen), Poly(ethylen-opten), Poly(ethylen-propylen), Poly(styrol-butadien-styrol), Poly(styrol-isopren-styrol), Poly(styrol-ethylen-butylen-styrol), Poly(ester-ether), Poly(ether-amid), Poly(ethylen-vinylacetat), Poly(ethylen-methylacrylat), Poly(ethylen-acrylsäure), Poly(ethylen-butylacrylat), Polyurethan, Poly(ethylen-propylen-dien), Ethylen-Propylen-Kautschuk. Diese neue Klasse von kautschukartigen Polymeren kann ebenfalls eingesetzt werden. Ihre Vertreter werden hier allgemein als Metallocenpolymere bezeichnet oder als Polyolefine, die durch Einstellenkatalyse hergestellt werden. Die am meisten bevorzugten Katalysatoren sind in der Technik als Metallocenkatalysatoren bekannt, mit denen Butylen, Propylen, Styrol und andere Olefine mit Buten, Hexen, Octen etc. polymerisiert werden können, um Elastomere zur Verfügung zu stellen, die erfindungsgemäß geeignet sind, beispielsweise Poly(ethylen-buten), Poly(ethylen-hexen), Poly(ethylen-octen), Poly(ethylen-propylen) und/oder Polyolefin-Terpolymere davon.

Die mikroporöse formbare Folienzusammensetzung kann erhalten werden durch Formulierung eines thermoplastischen Polymers, mit geeigneten Additive und porenbildenden Füllstoffe, um daraus ein Extrudat oder eine Folie zum Laminieren mit der Vlieswarenbahn herzustellen. Calciumcarbonat- und Bariumsulfatteilchen sind die bekanntesten Füllstoffe. Mikroporöse formbare Zusammensetzungen aus Polyolefinen, anorganischen oder organischen porenbildenden Füllstoffen und anderen Additiven zur Herstellung von mikroporösem Folienmaterial sind bekannt. Dieses Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden und ergibt gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung von Laminaten Vorteile in Bezug auf die Herstellung und/oder die Materialien. Zusätzlich können, wie dargelegt, mikroporöse formbare Polymerzusammensetzungen aus Polymerblends erhalten werden, beispielsweise ein Blend aus einem Alkanylpolymer und Polyvinylalkohol, wie in US-Patent 5 200 247 beschrieben. Weiter können Blends aus einem Alkanylpolymer, destrukturierter Stärke und einem Ethylencopolymer als mikroporöse formbare Polymerzusammensetzung eingesetzt werden, wie in US-Patent 5 407 979 beschrieben. Mit diesen Polymerblends ist der Einsatz von porenbildenden Füllstoffen nicht erforderlich, damit beim schrittweisen Strecken Mikroporosität entsteht. Stattdessen ergeben die unterschiedlichen Polymerphasen selbst Mikrohohlräume, wenn die Folie bei Umgebungs- oder Zimmertemperatur gestreckt wird.

Die faserförmige Vlieswarenbahn kann Fasern aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Rayon, Cellulose, Nylon und Gemische solcher Fasern enthalten. Für faserförmige Vlieswarenbahnen wurde eine Reihe von Definitionen vorgeschlagen. Die Fasern sind üblicherweise Stapelfasern oder kontinuierliche Filamente. Der Begriff „faserförmige Warenbahn" wird hier in seinem allgemeinsten Sinn verwendet, um eine im Allgemeinen ebene Struktur zu beschreiben, die relativ flach, elastisch und porös und aus Stapelfasern oder kontinuierlichen Filamenten aufgebaut ist. Für eine detaillierte Beschreibung von Vliesmaterialien wird auf „Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler" von E. A. Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 3. Auflage (1992) verwiesen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet das mikroporöse Laminat eine Folie mit einer Abmessung oder Dicke zwischen etwa 0,25 und 10 mil (6,35 bis 254 &mgr;m); die Filmdicke variiert in Abhängigkeit von der Verwendung und liegt bei Einsatz als Einmalware in der Größenordnung von etwa 0,25 bis 2 mil (6,35 bis 50,8 &mgr;m). Die faserförmigen Vlieswarenbahnen der laminierten Folie haben normalerweise ein Gewicht von etwa 5 bis 75 Gramm pro Quadratyard (5,98 bis 83,73 g/m2), bevorzugt etwa 20 bis etwa 40 Gramm pro Quadratyard (23,92 bis 47,84 g/m2). Das Komposit bzw. Laminat kann in CD-Richtung schrittweise gestreckt werden, womit man ein in CD-Richtung gestrecktes Laminat erhält. Außerdem kann auf das Strecken in CD-Richtung ein Strecken in MD-Richtung folgen, womit ein Komposit erhält, das sowohl in CD- als auch in MD-Richtung gestreckt ist. Wie dargelegt, können die mikroporösen Folien oder Laminate für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. Babywindeln, Babyhöschen, Monatsbinden und -bekleidung und dergleichen, wo Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf und Luft wie auch Sperreigenschaften gegenüber Fluid benötigt werden.

B. Streckeinrichtungen für mikroporöse formbare Laminate

Zum Strecken des Ausgangslaminats aus faserförmiger Vlieswarenbahn und mikroporöser formbarer Folie können unterschiedliche Streckeinrichtungen und -verfahren eingesetzt werden. Diese Laminate aus faserförmigen gekrempelten Vlieswarenbahnen aus Stapelfasern oder faserförmigen gesponnenen Vlieswarenbahnen können mit den nachfolgend beschriebenen Streckeinrichtungen und -verfahren gestreckt werden.

1. Diagonale ineinandergreifende Streckeinrichtungen

Diagonale ineinandergreifende Streckeinrichtungen bestehen aus einem Paar. von linken und rechten, schraubenförmigen bzw. getriebeartigen Elementen an parallelen Achsen. Die Achsen sind zwischen zwei Maschinenseitenplatten angeordnet, wobei die untere Achse fest gelagert und die obere Achse in Lagern in vertikal verschiebbaren Gliedern angeordnet ist. Die verschiebbaren Glieder sind in vertikaler Richtung mit keilförmigen Elementen justierbar, die mit Einstellschrauben betätigt werden. Das Heraus- bzw. Hereinschrauben der Keile bewegt die vertikal verschiebbaren Glieder hinab bzw. hinauf zum weiteren Eingriff oder Lösen des Eingriffs des getriebeartigen Zahnes der oberen ineinandergreifenden Walze mit der unteren ineinandergreifenden Walze. An den Seitenrahmen angebrachte Mikrometerschrauben zeigen die Eingriffstiefe des Zahns der ineinandergreifenden Walze an.

Es sind Luftzylinder vorgesehen, um die verschiebbaren Glieder in ihrer unteren Eingriffsposition fest gegen die Justierkeile zu halten und der nach oben gerichteten Kraft des zu streckenden Materials entgegenzuwirken. Diese Zylinder können auch zurückgezogen werden, um den Eingriff der unteren und oberen ineinandergreifenden Walze voneinander zu lösen, wenn Material durch die ineinandergreifende Einrichtung eingefädelt werden soll oder im Zusammenhang mit einer Sicherheitsschaltung, die bei Aktivierung alle Spalte der Anlage öffnet.

Typischerweise wird eine Antriebseinrichtung eingesetzt, um die stationäre ineinandergreifende Walze anzutreiben. Wenn der Eingriff der oberen ineinandergreifenden Walze gelöst werden soll, um Material in die Maschine einzufädeln oder aus Sicherheitsgründen, ist es bevorzugt, zwischen der oberen und der oberen ineinandergreifenden Rolle eine spielfreie Getriebeanordnung einzusetzen, um sicherzustellen, dass bei Wiedereingriff des Zahnes einer der ineinandergreifenden Walzen immer zwischen den Zahn der anderen ineinandergreifenden Walze gerät und ein potentiell schädigender körperlicher Kontakt mit der Umgebung des ineinandergreifenden Zahnes vermieden wird. Wenn die ineinandergreifenden Walzen dauerhaft in Eingriff bleiben sollten, muss die obere ineinandergreifende Walze typischerweise nicht angetrieben werden. Der Antrieb kann durch die angetriebene ineinandergreifende Walze bewerkstelligt werden, wenn das Material gestreckt wird.

Die ineinandergreifenden Walzen haben eine große Ähnlichkeit mit einem schraubenförmigen Feingetriebe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Walzen einen Durchmesser von 5,935 in (15,08 cm), einen Schraubenwinkel von 45 °, eine normale Steigung von 0,100 in (0,254 cm), 30 Zähne pro Zoll Teilkreisdurchmesser (Diameteral Pitch), einen Andruckwinkel von 14,5° und stellen im Wesentlichen eine nachgeschaltete v-Plus-Verzahnung dar. Dies erzeugt ein enges, tiefes Zahnprofil, welches einen ineinandergreifenden Eingriff von 0,090 in (0,229 cm) und ein Spiel von etwa 0,005 in (0,0127 cm) an den Seiten des Zahnes für die Materialdicke erlaubt. Die Zähne dienen nicht zum Übertragen von Drehmoment und ergeben bei normalem ineinandergreifenden Strecken keinen Metall/Metall-Kontakt.

2. Ineinandergreifende Streckeinrichtungen in CD-Richtung

Die ineinandergreifende Streckeinrichtung in CD-Richtung ist identisch mit der diagonalen ineinandergreifenden Streckreinrichtung, wobei jedoch Unterschiede bestehen bezüglich der Konstruktion der ineinandergreifenden Walzen und anderer kleiner Einzelheiten, die nachfolgend genannt werden. Weil die ineinandergreifenden Elemente in CD-Richtung eine hohe Eingriffstiefe erlauben, ist es wichtig, dass die Anlage eine Einrichtung beinhaltet, die die Achsen der zwei ineinandergreifenden Walzen parallel hält, wenn die obere Achse angehoben oder abgesenkt wird. Dies ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die Zähne einer ineinandergreifenden Walze immer zwischen die Zähne der anderen ineinandergreifenden Walze fällt und ein potentiell gefährdender körperlicher Kontakt zwischen ineinandergreifenden Zähen vermieden wird. Die parallele Bewegung wird sichergestellt durch ein Zahnstangengetriebe, bei dem an jedem Seitenrahmen gegenüber zu den vertikal verschiebbaren Gliedern ein stationäres Zahnstange angebracht ist. Eine Achse läuft über die Seitenrahmen und wird in einem Lager in jedem der vertikal verschiebbaren Glieder betrieben. Ein Getriebe sitzt an jedem Ende dieser Achse und arbeiten im Eingriff mit den Zahnstangen, um die gewünschte parallele Bewegung zu erzeugen.

Der Antrieb für die ineinandergreifende CD-Streckeinrichtung muss sowohl die obere als auch die untere ineinandergreifende Walze antreiben, mit Ausnahme des ineinandergreifenden Streckens von Materialien mit relativ hohem Reibungskoeffizienten. Der Antrieb muss jedoch nicht spielfrei sein, weil eine geringe Fehlausrichtung der Bearbeitungsrichtung oder ein Durchrutschen des Antriebs kein Problem verursacht. Der Grund dafür wird bei einer Beschreibung der ineinandergreifenden CD-Elemente deutlich.

Die ineinandergreifenden CD-Elemente sind aus festem Material gearbeitet und können am besten beschrieben werden als alternierende Stapel von zwei Scheiben mit unterschiedlichem Durchmesser. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die ineinandergreifenden Scheiben einen Durchmesser von 6 in, eine Dicke von 0,031 in (0,079 cm) und einen Vollradius an ihrer Kante. Die Abstandsscheiben, die die ineinandergreifenden Scheiben beabstanden. haben einen Durchmesser von 5 ½ in (13,97 cm) und eine Dicke von 0,069 in (0,175 cm). Zwei Walzen dieser Konfiguration können bis zu 0,231 in (0,587 cm) ineinandergreifen, wobei ein Spiel von 0,019 in (0,045 cm) für das Material an allen Seiten verbleibt. Wie die diagonale ineinandergreifende Streckeinrichtung hat diese CD-Konfiguration mit ineinandergreifenden Elementen eine Steigung von 0,100 in (0,254 cm).

3. Ineinandergreifende Streckeinrichtung in MD-Richtung

Die ineinandergreifende Streckeinrichtung in MD-Richtung ist identisch mit der diagonalen ineinandergreifenden Streckeinrichtung mit Ausnahme der Konstruktion der ineinandergreifenden Walzen. Die ineinandergreifenden MD-Walzen haben eine tarke Ähnlichkeit mit einem feingewindigen Stirnradgetriebe. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Walzen einen Durchmesser von 5,933 in (15.07 cm), eine Steigung von 0,100 in (0,254 cm), 30 Zähne pro Zoll Teilkreisdurchmesser (Diametral Pitch), einem Andruckwinkel von 14½° und stellen im Wesentlichen eine nachgeschaltete v-Plus-Verzahnung dar. Auf diesen Walzen wurde eine zweite Bearbeitung durchgeführt, wobei die Zahnradwalz-Fräsmaschine um 0,010 in (0,254 cm) versetzt wurde, um einen engeren Zahn mit größerem Spiel zu erzeugen. Mit einem Eingriff von etwa 0,090 in (0,229 cm) hat diese Konfiguration an den Seiten für die Materialdicke ein Spiel von etwa 0,010 in (0,254 cm).

4. Verfahren für das ineinandergreifende Strecken

Die beschriebenen ineinandergreifenden Streckeinrichtungen für die Diagonal-, CD- oder MD-Richtung können eingesetzt werden, um das ineinandergreifend gestrecktes Laminat aus faserförmiger Vlieswarenbahn und mikroporöser formbarer Folie herzustellen, um das erfindungsgemäße mikroporöse Laminat zu erhalten. Das Strecken wird üblicherweise auf einem Extrusionslaminat einer faserförmigen Vlieswarenbahn aus Stapelfasern oder gesponnenen Filamenten und mikroporös formbarer thermoplastischer Folie durchgeführt. Gemäß einem der besonderen Aspekte der Erfindung kann ein Laminat aus einer faserförmigen Vlieswarenbahn aus gesponnenen Filamenten ineinandergreifend gestreckt werden, um dem Laminat ein sehr weiches faserartiges Finish zu geben, welches dem von Stoff ähnelt. Das Laminat aus faserförmiger Vlieswarenbahn und mikroporös formbarer Folie wird ineinandergreifend gestreckt, wobei beispielsweise die ineinandergreifende Streckeinrichtung in CD- und/oder MD-Richtung eingesetzt wird, wobei bei Geschwindigkeiten von etwa 200 bis 500 fpm (1,016 bis 2,54 cm) oder schneller ein Durchgang durch die Streckeinrichtung bei einer Tiefe des Walzeneingriffs von etwa 0,025 bis 0,120 in (0,0635 bis 0,3048 cm) durchgeführt wird. Das Ergebnis dieses ineinandergreifenden Streckens sind Laminate mit ausgezeichneter Atmungsaktivität und Sperreigenschaften gegen Flüssigkeiten, jedoch guten Bindungsstärken und weichem stoffartigem Gefüge.

Das folgende Beispiel erläutert das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Folien und Laminate. Im Hinblick auf das Beispiel und die weitere detaillierte Beschreibung erkennt der Fachmann, dass eine Vielzahl von Abweichungen davon möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen weiter deutlich; es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Extrusionslaminieren und ineinandergreifenden Strecken zur Herstellung des erfindungsgemäßen mikroporösen Laminats;

2: einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von 1, die die ineinandergreifenden Walzen in schematischer Form zeigt;

3: eine vergrößerte Ansicht der Anordnung als Düse, Kühleinrichtungen und Prägewalzen, die den im Wesentlichen parallelen Luftstrom mit Wirbeln zeigen.

Beispiel

Blends aus LLDEPE, LDPE und HDPE mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden zur Herstellung von Folien extrudiert und die Folien dann zur Herstellung von mikroporösen Folien ineinandergreifend gestreckt. Tabelle I Formulierung (gewichtsbezogen) CaCO3 45 LLDPE 41 LDPE 5 HDPE 5 TiO2 3 Antioxidans/Verarbeitungshilfe 1 Basisgewicht (g/m2) 40 Abmessung (mil) 1,2 Maschinengeschwindigkeit (fpm) 900 ACD Nr. 1 (cfm/ft) 68 ACD Nr. 2 (cfm/ft) 113 Stabilität der Warenbahn Gut, ohne Zugresonanz

Die Formulierung der Tabelle I wurde zu Folien extrudiert, wobei eine wie in 1 schematisch dargestellte Extrusionsvorrrichtung eingesetzt wurde. Wie gezeigt ist, kann die Vorrichtung für die Folienextrusion mit und ohne Laminierung eingesetzt werden. Im Fall der Folienextrusion wurde die Formulierung des Beispiels aus einem Extruder 1 durch die Schlitzdüse 2 unter Bildung des Extrudats 6 in den Spalt einer Gummiwalze 5 und einer Metallwalze 4 mit zwei Luftkühleinrichtungen (air cooling device, ACD) ACD Nr. 1 und ACD Nr. 2, eingespeist, die in der Zeichnung mit den Bezugszeichen 3A und 3B gezeigt sind. Wenn eine Extrusionslaminierung durchgeführt wird, gibt es eine ankommende Warenbahn aus faserförmigem Material 9 von der Walze 13, die ebenfalls in den Spalt der Gummiwalze 5 und der Metallwalze 4 eingeführt wird. Beim Beispiel erfolgte die Erzeugung der thermoplastischen Folie zum Zweck des nachfolgenden ineinandergreifenden Streckens zur Bildung der mikroporösen Folie. Wie in Tabelle I gezeigt ist, wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 900 fpm (4,572 m/s) eine Polyethylenfolie 6 mit der Dicke von etwa 1,2 mil (30,48 &mgr;m) hergestellt, die von der Walze 7 aufgenommen wurde. Die ACD haben Abmessungen in der Nähe der Breite der Warenbahn und weisen eine leistungsfähige Verteilereinrichtung auf, die für die Zufuhr der Kühlluft ausgelegt ist. Diese ACD werden in weiteren Einzelheiten in den genannten US-Patenten 4 718 178 und 4 779 355 beschrieben. Die durch die Düse von ACD 3A und gegen das Extrudat 6 geblasene Luftgeschwindigkeit beträgt am Ausgang der Düse etwa 4.000 fpm (20,32 m/s), das Luftvolumen 68 cfm/ft. Die Luftgeschwindigkeit von ACD 3B beträgt am Ausgang der Düse etwa 6.800 fpm, das Luftvolumen 113 cfm/ft. ACD 3A ist etwa 3,7 in (95 mm) von der Düse und etwa 1 in (25 mm) von der Warenbahn 6 entfernt. ACD 3B ist an der gegenüberliegenden Seite der Warenbahn etwa 11,2 in (2,85 mm) von der Düse und etwa 0,6 ln (15 mm) von der Warenbahn entfernt angeordnet. Der Spalt der Gummiwalze 5 und der Metallwalze 4 ist etwa 29 in (736 mm) von der Düse entfernt angeordnet. Die Druckkraft am Spalt und an den ACD wird so eingestellt, dass die Folie ohne Nadelstichporen und ohne Zugresonanz entsteht. Im Bereich zwischen Schlitzdüsenzufuhrzone und Schraubenende der Extruder A und B (nicht gezeigt) wurden die Schmelztemperaturen aufrecht erhalten, damit sich eine Extrudattemperatur von etwa 243°C ergibt, wobei das Kühlgas der ACD 3A und 3B die Warenbahntemperatur auf 211 bis 181°C vor dem Eintritt in den Spalt absenkt.

Wenn die Folie 6 zur Bildung des Laminats 12 an den Vlies 9 anlaminiert wird, wird als Vlies typischerweise gesponnenes Polypropylen oder Polyethylen eingesetzt. In diesem Beispiel besteht der Vlies aus gesponnenem Polypropylen. Tabelle II erhält die Ergebnisse der Walzen 1 bis 5 bei Laminaten, die unter den genannten Bedingungen bei etwa 900 fpm (4,572 m/s) hergestellt wurden, um eine ausreichende mittlere Bindungsstärke von etwa 265 g/in (100,79 g/cm) innerhalb eines Bereiches von etwa 191 bis etwa 324 g/in (75,20 bis 127,56 g/cm) zu erreichen. Andere Eigenschaften sind in Tabelle II ebenfalls angegeben.

Tabelle II

Die Messung der Abziehfestigkeit erfolgte mit dem in Tabelle III angegebenen Verfahren.

Tabelle III Messung der Abziehfestigkeit Die Messung der Abziehfestigkeit erfolgt mit der nachfolgenden anerkannten herkömmlichen Arbeitstechnik.
  • 1. Ein Streifen von 6 in (15,24 cm) und einer Breite von 1 in (2,54 cm) wird entlang der Maschinenrichtung geschnitten.
  • 2. Das anfängliche Abziehen (Trennung) erfolgt von Hand, um die Vorläuferfolie und das Vlies zu trennen.
  • 3. Der Teil der Vorläuferfolie wird an einer Klemmbacke des Instron-Testgeräts, der Vlies an der anderen Klemmbacke des Instron-Testgeräts befestigt.
  • 4. Am Instron-Testgerät wird die Geschwindigkeit der Traverse auf 12 in/min (30,48 cm) eingestellt, um den Vorläuferfilm und das Vlies zu trennen.
  • 5. Die Abziehkraft (g) beim Abziehen des Streifens mit 1 in wird notiert.

Wie in 1 schematisch gezeigt, können die Temperaturen und die Eingriffstiefen gesteuert werden, wenn die ankommende Folie 6 oder das Laminat 12 vor dem ineinandergreifenden Strecken in CD- und MD-Richtung (Walzen 10 und 11 sowie 10' und 11') bei Umgebungstemperatur durch die temperaturgesteuerten Walzen 20 und 21 geführt wurden. Es wurden Wasserdampfdurchlässigkeiten (MVTR) für den geprägten Film oder das geprägte Laminat in der Nähe von etwa 1.200 bis 2.400 g/m2/d erreicht. Die MTVR-Werte der mikroporösen Folie können auch beim Strecken durch die Temperatur der Warenbahn gesteuert werden. Wenn die Folie vor dem CD-Strecken auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt wird, erhält man unterschiedliche Werte für MVTR. Die geprägte Folie oder das geprägte Laminat wurde mit einer Prägewalze aus Metall hergestellt, die eine rechtwinklige Gravur von Linien in CD-Richtung und MD-Richtung von etwa 165 bis 300 Linien pro in (65 bis 118 Linien pro cm) hatte. Dieses Muster ist beispielsweise in US-Patent 4 376 147 offenbart, welches hier durch Inbezugnahme eingeschlossen wird. Dieses Mikromuster verleiht der Folie ein mattes Finish, kann jedoch vom unbewaffneten Auge nicht erkannt werden.

3 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der Anordnung aus Düse 2, den ACD 3A und 3B sowie der Prägewalzen, die die Luftströme 30 an beiden Seiten der Warenbahn zeigt, die im Wesentlichen parallel zur Warenbahn erfolgt und mehrere Wirbel auf beiden Seiten der Warenbahn umfasst. Es hat sich gezeigt, dass die geringfügige Verschiebung der Kühleinrichtungen 3a und 3B die Kühlung bewerkstelligt; es können jedoch andere Anordnungen eingesetzt werden.

Es wurde gefunden, dass die ADC der gezeigten Art, die einen im Wesentlichen parallelen Luftstrom mit Wirbeln über die Oberfläche der Warenbahn ergeben, die Warenbahn effektiv kühlen. Es ist überraschend, dass Zugresonanz, die man normalerweise beim Stand der Technik antrifft, bei hohen Geschwindigkeiten der Warenbahn von etwa 500 bis 1.200 fpm (2,54 bis 6,096 m/s) antrifft, beseitigt oder kontrolliert wurde. Bei Herstellung von Laminaten aus Folie und Vlies werden Bindungsstärken erreicht, die bei bekannten Kühlverfahren nicht möglich waren, obwohl gleichzeitig die Kontrolle über die Folienabmessung selbst bei hohen Geschwindigkeiten der Warenbahn beibehalten wird.


Anspruch[de]
  1. Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung von Kunststofffolien, bei dem eine thermoplastische Zusammensetzung geschmolzen wird, eine Warenbahn aus der geschmolzenen thermoplastischen Zusammensetzung an einer Schlitzdüse und durch eine Zone in einen Walzenspalt extrudiert wird, um bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von mindestens 200 ft/min (1,016 m/s) eine Folie zu erzeugen, und bei dem durch die Zone ein Gasstrom geleitet wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    ein Strom aus Kühlgas so geleitet wird, dass er im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Warenbahn durch die Kühlzone fließt, um die Warenbahn zu kühlen und ohne Zugresonanz eine Folie zu erzeugen, und dass bei dem Verfahren weiterhin die Wirkung des Kühlgases verbessert wird, indem mehrere Gaswirbel erzeugt werden, wenn sich das Gas zur Kühlung der Warenbahn durch die Zone bewegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Folie bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von mindestens 500 bis 1200 ft/min (2,54 bis 6,096 m/s) ohne Zugresonanz erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend den Verfahrensschritt, dass zur Erzeugung einer mikroporösen Folie die Folie bei der Geschwindigkeit gestreckt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die thermoplastische Zusammensetzung hergestellt wird durch Schmelzblenden eines thermoplastischen Polymers und von Füllstoffteilchen zur Erzeugung einer mikroporösen formbaren thermoplastischen Polymerzusammensetzung und weiterhin bei der Geschwindigkeit entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich über die Folie und durch deren gesamte Tiefe verlaufen, eine Streckkraft an die Folie angelegt wird, um eine mikroporöse Folie zu erzeugen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Blendzusammensetzung ein thermoplastisches Polymer umfasst, welches eine dispergierte Phase aus Teilchen enthält, die ausgewählt sind aus anorganischen Füllstoffen und organischen Materialien, und wobei das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt umfasst, dass die Folie zur Erzeugung einer mikroporösen Folie gestreckt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in den Walzenspalt eine Warenbahn aus faserartigem Vliesstoff eingeführt wird und die Temperatur und die Kompressionskraft zwischen der Warenbahn und der Folie am Spalt gesteuert werden, um die Oberfläche der Warenbahn zu binden und ein laminiertes Band zu erzeugen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Warenbahn durch die Kühlzone in den Spalt zur Erzeugung der Folie bei einer Geschwindigkeit von größer als 700 ft/min (3,556 m/s) extrudiert wird und bei dem die Temperatur und die Kompressionskraft zwischen dem faserartigen Band und der Folie am Spalt gesteuert werden, um die Oberfläche des faserartigen Bandes zu binden und ein laminiertes Band zu erzeugen, welches zwischen der Folie und dem faserartigem Band eine Bindungsstärke von 100 bis 600 g/in (39,37 bis 236,22 g/cm) bei Zimmertemperatur aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem weiterhin bei der Geschwindigkeit entlang von Linien, die im Wesentlichen einheitlich über das laminierte Band und durch dessen gesamte Tiefe verlaufen, eine schrittartige Zugkraft an das laminierte Band angelegt wird, um ein mikroporöses Laminat zu erzeugen, welches eine Bindungsstärke des faserartigen Bandes mit der Folie von 100 bis 200 g/in (39,37 bis 78,74 g/cm) aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 8, bei dem das Strecken bei Umgebungstemperatur oder bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die faserartige Warenbahn Polyolefinfasern umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Fasern ausgewählt sind aus Polypropylen, Polyethylen, Polyestern, Cellulose, Rayon, Nylon und Gemischen oder Coextrudaten von zwei oder mehr solcher Fasern.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 10 oder 11, bei dem die faserartige Warenbahn ein Gewicht von 5 bis 70 g/yd2 (5,98 bis 83,72 g/m2) und die mikroporöse Folie eine Dicke in der Größenordnung von 0,25 bis 10 mil (6,35 bis 254 &mgr;m) hat.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Warenbahn aus Stapelfasern oder Filamenten hergestellt ist.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich der Gasstrom in die gleiche Richtung wie die Warenbahn oder in eine andere Richtung bewegt und sich parallel zur Warenbahn oder entgegengesetzt zur Warenbahn bewegt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die thermoplastische Zusammensetzung weiterhin HD-Polyethylen und Titandioxid enthält.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das HD-Polyethylen in einer Menge von 5 Gew.-% und das Titandioxid in einer Menge von etwa 3 Gew.-% enthalten ist.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die thermoplastische Zusammensetzung ein elastomeres Polymer ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das elastomere Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe Poly(Ethylen-Buten), Poly(Ethylen-Hexen), Poly(Ethylen-Octen), Poly(Ethylen-Propylen), Poly(Styrol-Butadien-Styrol), Poly(Styrol-Isopren-Styrol), Poly(Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol), Poly(Ester-Ether), Po-ly(Ether-Amid), Poly(Ethylen-Vinylacetat), Poly(Ethylen-Methylacrylat), Poly(Ethylen-Acrylsäure), Poly(Ethylen-Butylacrylat), Polyurethan, Poly(Ethylen-Propylen-Dien) und Ethylen-Propylen-Kautschuk.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die thermoplastische Zusammensetzung ein Polymer ist, ausgewählt aus Polyethylen, Polypropylen und Copolymeren davon.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Zusammensetzung (a) etwa 30 bis etwa 45 Gew.-% eines LLD-Polyethylens, (b) etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% eines LLD-Polyethylens, (c) etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% Calciumcarbonatfüllstoffteilchen enthält.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die schmelzgeblendete Zusammensetzung im Wesentlichen aus etwa 41 Gew.-% LLD-Polyethylen, etwa 5 Gew.-% LD-Polyethylen, etwa 45 Gew.-% Calciumcarbonatfüllstoffteilchen und etwa 5 Gew.-% HD-Polyethylen besteht.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die schmelzgeblendete Zusammensetzung weiterhin etwa 3 Gew.-% Titandioxid und etwa 1 Gew.-% Antioxidans/Verarbeitungszusätze enthält.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Walzenspalt eine Prägewalze aus Metall und eine Walze aus Kautschuk aufweist und die Kompressionskraft zwischen den Walzen zur Erzeugung einer geprägten Folie gesteuert wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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