可持续的聚合物膜的制作方法_3

文档序号:9634785阅读:来源:国知局
°C至约 250°C,和在一些实施方案中为约150°C至约240°C的温度下。同样地,在熔融加工过程中表 观剪切速率可以为约100秒 1至约10, 〇〇〇秒\在一些实施方案中为约500秒1至约5000 秒\和在一些实施方案中为约800秒1至约1200秒^表观剪切速率等于4Q/π R3,其中Q 为聚合物熔体的体积流速("m3/s")以及R为熔融的聚合物流过的毛细管(例如,挤出机模 头)的半径("m")。在一个方面,挤出机区域的期望温度可以如下:进料区域为约190°C; 压缩区域为约193°C ;计量区域为约195°C ;以及最终区域为约200°C。
[0066] 组合物可以挤出通过膜模头。浇铸膜(由平模制成)和吹塑膜(由环形模头制 成)均可以由本发明的组合物制备。膜制备装置可以制备单层或多层膜(共挤出)。如果 希望,挤出物可以使用多种技术中的任一种任选地冷却(例如冷却辊,空气冷却,如针对浇 铸膜的气刀、针对熔喷膜的IBC,和水淬火(直接或间接与膜接触)。
[0067] 在一个方面,挤出物经受至少一个空气冷却阶段,其中气流或"气刀"与挤出物接 触。气刀是本领域已知的装置,其在非常高的速率下集中气流以压住膜的边缘。气流的温 度可以根据冷却的挤出物的温度和水分含量变化,但通常为约〇°C至约40°C,在一些实施 方案中为约5 °C至约35 °C,和在一些实施方案中为约10 °C至约30 °C。
[0068] 在浇铸膜的情况下,可以采用多个空气冷却阶段来实现希望的冷却度。无论采用 的阶段的数量如何,空气与挤出物接触的总时间(或停留时间)通常较短,如约1至约50 秒,在一些实施方案中为约2至约40秒,和在一些实施方案中为约3至约35秒。熔喷膜使 用气圈和环境空气来冷却挤出物,如本领域已知的。
[0069] 空气冷却的挤出物的温度可以为约15°C至约80°C,在一些实施方案中为约20°C 至约70 °C,和在一些实施方案中为约25 °C至约60 °C。
[0070] 参照图3,例如,显示了用于形成浇铸膜的方法的一个实施方案。在该实施方案中, 以上述和显示在图1中的方式将原材料(未显示)供应至挤出机80,随后浇铸到浇铸辊90 上,以形成单层前体膜l〇a。如果制备的是多层膜,则将多个层一起共挤出到浇铸辊90上。 浇铸辊90可以任选地设有压花元件以赋予膜图案。通常,浇铸辊90保持在足以在片材IOa 形成时固化和骤冷片材IOa的温度下,如约20至60°C。如果希望,真空箱可以放置在邻近 浇铸辊90处,以帮助保持前体膜10接近辊90的表面。另外,当前体膜IOa围绕纺丝辊移 动时,气刀或静电钉扎器(electrostatic pinner)可以帮助迫使前体膜IOa紧靠饶铸辑90 的表面。
[0071] -经浇铸,膜IOa可以任选地在一个或多个方向上取向以进一步改进膜均匀性并 降低厚度。例如,膜可以立即被再加热至膜中一种或多种聚合物的熔点以下的温度,但足够 高以使组合物能够被拉拔或拉伸。在顺序取向的情况下,"软化的"膜被以不同转动速度转 动的辊拉拔,以使所述片材在纵向(机器方向)上被拉伸至希望的拉伸比。该"单向"取向 的膜可以随后被层压到纤维纤网。在其他方面,根据需要,单向取向的膜还可以在交叉机器 方向上取向以形成"双向取向的"膜。
[0072] 显示了用于形成单向取向的膜的一种示例性方法,本领域技术人员将认识到由于 PIR成分导致的脆弱区域的可能性,其可能不适用于所有的共混的材料。如显示的,前体 膜IOa涉及膜取向单元100或机器方向取向("MD0")设备,如商购自Rhode Island的 Providence的Marshall and Wiliams, Co.的设备。MDO具有多个拉伸混(如5至8),其 渐进地在机器方向上拉伸膜并使膜变薄,所述机器方向是膜经过图3所述的过程运行的方 向。虽然示出的MDO 100具有八根辊,但应理解,根据希望的拉伸水平和每根辊之间的拉伸 程度,辊的数量可以更多或更少。膜可以在单一或多个离散的拉伸操作中被拉伸。应注意 到是,MDO装置中的一些辊可以不以逐渐更高的速度运行。如果希望,MDO 100的一些辊可 以充当预热辊、冷却辊或退火辊。如果存在,这头几根辊使膜IOa加热至室温以上(例如, 至125° F)。在MDO中的邻近辊的逐渐更快的速度起到拉伸膜IOa的作用。拉伸辊转动的 速率决定膜中的拉伸量和最终的膜重量。
[0073] 所产生的膜IOb随后可以缠绕并储存在收线辊60上。虽然此处未显示,但在不背 离本发明的精神和范围的前提下,可以进行本领域的各种另外可能的加工和/或精加工步 骤,如切割、处理、开孔、印刷图像或膜与其他层(例如,无纺纤网材料)的层压。
[0074] C.膜特征
[0075] 本发明的膜可以是单层或多层的。多层膜可以通过层的共挤出、挤出涂布或通过 任意常规的成层工艺制备。
[0076] 例如,膜可以包含二(2)至十五(15)层,和在一些实施方案中为三(3)至十二 (12)层。在一个方面,多层膜具有一个基层(还可以称为芯层)和一个皮层(未显示)。芯 层由原生聚合物的共混物或如本发明所述的两种或多种原生聚合物与PIR的混合物形成。 在大多数实施方案中,皮层由如上所述的原生聚合物形成。然而,应理解在皮层中可以采用 其他聚合物或聚合物的共混物,只要其与如下所述的基层或芯层相容或与其具有良好的粘 附性。
[0077] 在如图2A所示的另一个方面,有三层膜1000,其具有芯层"C",所述芯层"C"是共 混物或两种或多种原生聚合物与PIR的混合物。外皮层"S"可以是原生聚合物。层之间的 比例可以为约10%至约80%的芯层(或中间层)和约10%至约90%的两个组合的皮层。 例如,芯层C可以是高达约30 %、高达约40 %、高达约50 %、高达约60 %或高达约80 %的多 层膜1000的总厚度。每个皮层S可以是高达约10%,或高达约25%,或高达约45 %的多层 膜1000的总厚度。
[0078] 在如图2B所示的另一个方面,五层结构具有芯层"C",其为原生聚合物的共混物 或两种或多种原生聚合物与PIR的混合物;和两个外皮层"S",其可以是原生聚合物。这些 层之间的比例可以为约20%至约80%的芯层和约10%至约40%的两个组合的皮层,以及 约10%至约40%的两个中间层Ml和M2。
[0079] 本发明的膜的总厚度可以相对小以提高柔性。例如,所述膜可以具有约100微米 或更小,在一些实施方案中为约1至约50微米,在一些实施方案中为约2至约35微米,和在 一些实施方案中为约5至约30微米的厚度。尽管具有如此小的厚度,本发明的膜仍然能够 在使用过程中保持良好的机械特性。表示膜强度的一个参数是最终拉伸强度,其等于在应 力-应变曲线中获得的峰值应力,所述应力-应变曲线如根据ASTM标准D638-08获得的。 希望的是,本发明的膜在机器方向("MD")上显示约40至约65兆帕(MPa)的峰值应力; 在一些实施方案中显示约50至约60MPa的峰值应力;在一些实施方案中,在交叉机器方向 ("⑶")上显示约30至约40兆帕(MPa)的峰值应力;和在一些实施方案中显示约35至约 40MPa的峰值应力。
[0080] 虽然具有良好的强度,但膜是相对易延展的。表示膜的延展性的一个参数是膜在 其断裂点处的应变百分比(断裂应变),如通过根据ASTM标准D608-08获得的应力-应变 曲线所确定的。例如,机器方向上的断裂应变可以是约450%或更高,在一些实施方案中为 约475%或更高,和在一些实施方案中为约490%至约610%。同样地,交叉机器方向上的断 裂应变可以是约600%或更高,在一些实施方案中为约650%或更高,和在一些实施方案中 为约700 %至约825%。
[0081] 表示延展性的另一个参数是膜的弹性模量,其等于拉伸应力与拉伸应变之比,如 由应力-应变曲线的斜率所确定的。例如,本发明的干燥膜通常显示在机器方向("MD") 上的弹性模量为约50至约650MPa,在一些实施方案中为约150至约425MPa,和在一些实施 方案中为约225至约435MPa。相同的膜可以显示在交叉机器方向("CD")上的弹性模量 为约100至约550MPa,在一些实施方案中为约150至约325MPa,和在一些实施方案中为约 225 至约 300MPa。
[0082] D.应用
[0083] 本发明的膜可以用于许多种应用,如包装膜。所述膜可以用作用于处理各种制 品,如食品的单个包裹物、包装小袋或袋。所述膜可以用作纸品(例如,薄纸、揩巾、纸巾)、 吸收性制品等的包裹物。用于吸收性制品的各种适合的小袋、包裹物或袋构造公开于例如 Sorebo等人的第6, 716, 203号美国专利和Moder等人的第6, 380, 445号美国专利,以及 Sorebo等人的第2003/0116462号美国公开专利申请,出于所有目的将其全部引入本文作 为参考。
[0084] 包装膜可以仅具有一层本发明的组合物,或其可以具有2至15层,如在本发明的 之前的部分中所述的。在多层膜中,外层或外皮层可以经处理以提高印刷质量。希望的是, 也作为包装的最内层的任意层具有足够的热封特性,以在运输、储存和使用过程中提供任 意密封的耐久性和强度。
[0085] 膜还可以用于其他应用中。例如,膜可以用于吸收性制品中。"吸收性制品"一 般是指能够吸收水或其他流体的任何制品。一些吸收性制品的实例包括但不限于,个人 护理吸收性制品,如尿布、训练裤、吸收性内衣、失禁制品、女
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