可持续的聚合物膜的制作方法
【专利说明】可持续的聚合物膜
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2013年7月31日提交的第61/860630号美国临时申请的权益。 发明领域
[0003] 本发明涉及用于制备膜的组合物和方法，所述组合物包括原生聚合物和获自工业 废物流的再循环材料。
[0004] 发曰月背景
[0005] 不仅对于包装消费品，尤其是具有更高水分含量的那些，而且对于在消费品（例 如，尿布、卫生巾和成人失禁产品）中的应用，塑料膜的使用已经成为支柱。由原生聚合物 制成的塑料膜具有相对高的环境足迹，也被称为高"eC02"。（给定材料的eC02由材料的生 命周期评估（LCA)确定，其中方法计算贯穿制备材料的整个生命周期的所有当量的二氧化 碳排放，碳当量用于获得总的碳足迹。）这主要是由于生产原生聚合物固有的高能量输入和 高二氧化碳排放，以及所造成的温室气体排放。
[0006] -种降低塑料膜的冗02值的方案是使用再循环成分替代一部分原生聚合物。这 样的材料可以由来自废物的消费后的再循环（PCR)塑料组成。然而，即使再循环成分的加 入降低了成本，但是由于所产生的膜的物理性质可能大大不同并且可能是不足的，因此依 赖消费后废物作为材料供应不是必定有利的。通常，这些PCR塑料具有不希望的污染。污 染可以导致膜缺陷，使得膜不能用于预期目的。用作包装或用于产品中的膜需要能够经受 特定水平的机械应力和在运输和消费者使用过程中遭受的磨损而不损坏。
[0007] 需要在希望的范围内始终显示物理和机械特性的聚合物组合物。希望的是机械特 性与100%原生聚合物相当或可能比100%原生聚合物更好。此外，需要这样的聚合物组合 物，其由于是由废物或副产物制成的，而不是仅由原生材料制成的而是可持续的。此外，需 要这样的聚合物组合物，其制备的膜比100%原生材料的组合物或含有某些PCR材料的再 循环膜成本更低。目前，聚乙烯PCR材料的成本即便可以不超过用于包装的原生聚乙烯材 料，也可以几乎一样多，当使用PCR作为替代材料时，提供很小甚至不提供成本优势。
[0008] 发明概沐
[0009] 根据一个方面，本发明涉及用于形成可持续的热塑性膜的方法。所述方法包括以 下步骤：通过将包含聚烯烃和工业后再循环材料（PIR)的原生聚合物供应到挤出机的进料 段而形成混合物，其中PIR包含热塑性弹性体聚合物和纺粘组分；和熔融加工挤出机内的 混合物并将混合物挤出通过模头以形成膜，其中所述膜具有100微米或更小的厚度。
[0010] 在另一个方面，公开了可持续的热塑性膜。该膜包括30至70重量份的100%原生 聚乙烯聚合物。剩余重量份为工业后再循环材料（PIR)。所述PIR包括苯乙烯热塑性嵌段 共聚物。膜厚度为100微米或更小。
[0011] 本发明的其它特征和方面在以下更加详细地讨论。
[0012] 附图的简要说明
[0013] 在说明书的剩余部分参照附图更具体地阐述了对本领域普通技术人员而言完整 并且能够实现的本发明的公开内容，其包括其最佳模式，其中：
[0014] 图1是可以用于本发明的一个实施方案的挤出机的部分分解侧视图；
[0015] 图2A和2B是可以根据本发明制备的多层膜的两个实施方案的示意图；
[0016] 图3是根据本发明用于形成膜的方法的一个实施方案的示意图；
[0017] 图4A和4B是显示机器方向上作为SBL函数的峰值应力的图；
[0018] 图5A和5B是显示交叉机器方向上作为SBL函数的峰值应力的图；
[0019] 图6A和6B是显示机器方向上作为SBL函数的断裂应变的图；
[0020] 图7A和7B是显示交叉机器方向上作为SBL函数的断裂应变的图；
[0021] 图8A和8B是显示机器方向上作为SBL函数的模量的图；
[0022] 图9A和9B是显示交叉机器方向上作为SBL函数的模量的图；
[0023] 图IOA和IOB是显示机器方向上作为SBL函数的韧度的图；
[0024] 图IlA和IlB是显示交叉机器方向上作为SBL函数的韧度的图；
[0025] 图12A是包括本发明的膜的示例性吸收性制品的平面图；和
[0026] 图12B是沿线12B-12B取得的图12A的吸收性制品的横截面示意图。
[0027] 在本说明书和附图中使用参考符号旨在代表本发明的相同或类似的特征或要素。
[0028] 连述
[0029] 部分I -定义
[0030] 如本文使用的"粘合剂纺粘膜层压材料"（另外被称为"aSFL"）是无纺饰面和透 气聚乙烯膜的层压材料，粘合剂在无纺饰面和聚乙烯膜之间。无纺饰面的一个实例是聚丙 烯纺粘织物。另一个实例是由碳酸钙填充的聚乙烯制成的聚乙烯透气膜，其在机器方向上 被拉伸以产生微孔膜，所述微孔膜是透气的以允许水分通过所述膜。aSFL的一个实例公开 于第7, 812, 214号美国专利中，将其引入本文作为参考。
[0031] 如本文所使用的"制品"可以指任何膜，无论其最终用途如何。
[0032] 如本文所使用的"弹性体"是指热塑性弹性体聚合物。这样的聚合物与其他聚合 物材料相比具有低的杨氏模量、高的可恢复变形和高的屈服应变。
[0033] 如本文所使用的"工业后再循环"（还称为"PIR"）是由制造包含如本文定义的拉 伸粘合层压材料和/或粘合剂纺粘层压材料的产品获得的材料。
[0034] "熔喷"是指通过以下形成的纤维：将熔融的热塑性材料挤出通过多个细的、通常 是圆形的模头毛细管，其作为熔融的线或纤丝进入通常加热的会聚的高速气体（例如，空 气）流，该气体流使熔融的热塑性材料的纤丝变细以降低其直径。此后，熔喷纤维由高速气 体流携带并沉积在收集表面或支撑物上以形成无规分散的熔喷纤维的纤网。这样的过程 公开于例如Butin等人的美国专利3, 849, 241。熔喷过程可以用于制备各种尺寸的纤维， 包括粗视纤维（平均直径为约40至约100微米）、织物型纤维（平均直径为约10至40微 米）和微纤维（平均直径小于约10微米）。熔喷过程特别适用于制备微纤维，包括超细微 纤维（平均直径为约3微米或更小）。制备超细微纤维的示例性方法的描述可以见于例如 Timmons等人的第5, 213, 881号美国专利。熔喷纤维可以是连续的或不连续的，并且当沉积 到收集表面上时通常是自粘合的。
[0035] "无纺"和"无纺纤网"是指在没有织物编织或针织过程的帮助下形成的材料和材 料的纤网。例如，无纺材料、织物或纤网已通过许多工艺形成，所述工艺例如熔喷工艺、纺粘 工艺、气流成网工艺、共成形工艺和粘合梳理纤网工艺。
[0036] "纺粘纤维"是指通过以下形成的小直径纤维：将熔融的热塑性材料作为纤丝从喷 丝头的多个细的、通常是圆形的毛细管挤出，随后通过例如Appel等人的第4, 340, 563号美 国专利、Dorschner等人的第3, 692, 618号美国专利、Matsuki等人的第3, 802, 817号美国 专利、Kinney的第3, 338, 992号和第3, 341，394号美国专利、Hartman的第3, 502, 763号 美国专利和Dobo等人的第3, 542, 615号美国专利使挤出的纤丝的直径快速降低至纤维，将 所述专利的全部内容引入本文作为参考。纺粘纤维通常是连续的并且具有通常大于约7微 米，更具体地为约10至约20微米的直径。
[0037] "纺粘层压材料"("SBL"）是指具有至少两层的复合材料，其中一层是可收缩层，另 一层是弹性层。当弹性层从其原始状态延伸时，层结合在一起，以使当使层松弛时，可收缩 层收缩。这样的多层复合弹性材料可以被拉伸至这样的程度，以使在粘合位置之间收缩的 非弹性材料允许弹性材料伸长。一种类型的拉伸粘合层压材料被例如Vander Wielen等人 的第4, 720, 415号美国专利公开，将其全部内容引入本文作为参考。其它复合弹性材料公 开于Kieffer等人的第4, 789, 699号美国专利、TayIor的第4, 781，966号美国专利、Morman 的第4, 657, 802号和第4, 652, 487号美国专利、和Morman等人的第4, 655, 760号美国专利、 Fitts Jr.等人的第5, 366, 793号美国专利、Wright的第5, 385, 775号美国专利、Haffner 等人的第5, 514, 470号美国专利、Morell等人的第6, 902, 796号美国专利、Siqueira等人 的第7, 803, 244号美国专利，将其全部内容引入本文作为参考。
[0038] 如本文使用的"原生聚合物"表示没有以任何方式被使用的聚合物。其具体是指 聚乙稀[SDL1](另外被称为"PE"）。希望的是聚乙稀为100%最优等级（prime grade)，不 含再循环成分。然而，期望非最优的（off-prime)聚丙烯可以用于本发明。
[0039] 部分II-描述
[0040] 本发明解决了目前可持续材料的一些疑难问题，因为本发明的膜由再循环的材 料，特别是PIR制成，其就含量而言比后PCR更一致。这样的膜比使用PCR制成的那些具有 更一致和希望的物理和机械特性，并且比由100 %原生聚合物制成的膜成本更低。本发明讨 论了制备包含PIR的组合物的