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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft neue sprühbare
Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
auf Basis von weichgemachten und klebriggemachten flexiblen Polyolefinen
(FPO). Diese Erfindung betrifft insbesondere Klebstoffzusammensetzungen,
die zur Herstellung von Einwegvliesgegenständen wie Windeln und Damenhygieneprodukten
Verwendung finden. Die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
sind in Anwendungen mit elastischer Befestigung besonders nützlich,
in denen Ölbeständigkeit
erwünscht
ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Heißschmelzklebstoffe
liegen in der Regel bei Umgebungstemperatur als feste Massen vor
und können
durch Wärmezufuhr
in eine fließfähige Flüssigkeit überführt werden.
Diese Klebstoffe sind zur Herstellung einer Vielfalt von Einweggegenständen besonders
nützlich,
bei denen oft die Bindung verschiedener Substrate erforderlich ist.
Zu speziellen Anwendungen gehören
Einwegwindeln, Krankenhausbetteneinlagen, Damenbinden, Slipeinlagen,
chirurgisches Abdeckmaterial und Inkontinenzunterhosen für Erwachsene,
die kollektiv als Einwegvliesprodukte bekannt sind. Andere vielfältige Anwendungen
beinhalten Papierprodukte, Verpackungsmaterialien, Bänder und
Etiketten. Bei diesen Anwendungen wird der Heißschmelzklebstoff in seinen
geschmolzenen Zustand erwärmt
und danach auf ein Substrat aufgebracht. Ein zweites Substrat wird
danach sofort mit dem ersten Substrat in Kontakt gebracht und gegen
dieses gedrückt.
Der Klebstoff erstarrt beim Abkühlen
unter Bildung einer starken Bindung. Der Hauptvorteil von Heißschmelzklebstoffen
ist das Fehlen eines flüssigen
Trägers,
wie es bei Klebstoffen auf Wasser- oder Lösungsmittelbasis der Fall wäre, wodurch
kostspielige Verfahren wegfallen, die mit der Entfernung des flüssigen Trägers zusammenhängen.
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Bei
vielen Anwendungen werden Heißschmelzklebstoffe
oft durch Verwendung von Kolben- oder Zahnradpumpgeräten in Form
eines dünnen
Films durch eine Schlitzdüse
direkt auf ein Substrat extrudiert. In diesen Fällen wird das Substrat unter
Druck mit einer heißen
Düse in
innigen Kontakt gebracht. Die Temperatur der Düse muss deutlich über dem
Schmelzpunkt des Klebstoffs gehalten werden, insbesondere im Bereich
von 150 bis 200°C.
Bei einigen Anwendungen, insbesondere bei der Herstellung von Vliesgegenständen, ist
oft das Binden zarter und wärmeempfindlicher
Substrate, wie Polyethylenfolie mit dünner Stärke, beteiligt. In diesen Fällen muss
ein direkter Kontakt zwischen dem Substrat und der Düse vermieden
werden, damit das Substrat weder durchbrennt noch sich verformt.
Es sind mehrere Aufbringungsverfahren entwickelt worden, gemäß denen
ein Heißschmelzklebstoff
mit Hilfe von Druckluft aus einer Entfernung auf das Substrat sprühbeschichtet
werden kann. Zu diesen indirekten Techniken gehören Spiralsprühen und
verschiedene Formen von Schmelzblasverfahren. So fällt ein
direkter Kontakt zwischen dem Beschichtungskopf und dem Substrat
weg. Alle der oben genannten Beschichtungstechniken sind Fachleuten
wohl bekannt, und kommerzielle Geräte sind leicht erhältlich.
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Die
indirekten Beschichtungstechniken stellen jedoch strenge Anforderungen
an Heißschmelzklebstoffe.
Die Viskosität
des Klebstoffs muss bei der Aufbringungstemperatur hinreichend niedrig
sein, üblicherweise
im Bereich von 2000 bis 30.000 cP, vorzugsweise im Bereich von 2000
bis 15.000 cP. Viele andere physikalische Faktoren, insbesondere
die rheologischen Eigenschaften des Klebstoffs, spielen bei der
Bestimmung der Sprühfähigkeit
eines Heißschmelzklebstoffs
eine Rolle. Die Mehrzahl der kommerziellen Heißschmelzprodukte bietet sich
für Sprühauftragungen
nicht an. Es gibt keine allgemein anerkannten theoretischen Modelle
oder Richtlinien zur Vorhersage der Sprühfähigkeit, und sie muss empirisch
mit Auftragungsgeräten
bestimmt werden.
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Es
ist erfindungsgemäß gefunden
worden, dass ein Gemisch, das flexibles Polyolefin (FPO), klebrigmachendes
Harz, Weichmacher und gegebenenfalls synthetisches Polyolefinwachs
oder Erdölwachs
umfasst, einen sprühfähigen Heißschmelzkleber
liefert, der neue Kombinationen von Eigenschaften einschließlich guter Adhäsion an
vielen verschiedenen Substraten, niedriger Viskosität, guter
Wärmebeständigkeit
und Öl/Salben-Beständigkeit
aufweist. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung
ist besonders zur Herstellung von Vliesgegenständen beim Binden von Polyethylen-
und Polypropylenfolien, Vliesstoffen und Elastikbändern aneinander
oder an sich selbst brauchbar.
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Die
erfindungsgemäß brauchbaren
flexiblen Polyolefinpolymere sind im Wesentlichen Propylenhomopolymere
oder Copolymere von Propylen mit anderen α-Olefinmonomeren wie Ethylen,
Buten-1 oder Hexen-1. Die FPO sollten nicht mit konventionellem
kristallinem Polypropylen und amorphen Poly-α-olefinen (APAO) verwechselt
werden. Fachleuten ist wohl bekannt, dass das konventionelle kristalline
Polypropylen hochmolekulargewichtige Polymere von Propylen mit einer
vorwiegend isotaktischen Kettenstruktur sind. Die isotaktische Konfiguration
kann so beschrieben werden, dass die Methylgruppen an den tertiären Kohlenstoffatomen von
aufeinanderfolgenden Monomereinheiten an derselben Seite einer hypothetischen
Ebene durch die Hauptkette des Polymers liegen. Dieser Typ von stereochemischer
Kettenstruktur kann graphisch mittels der Fischer-Projektionsformel
wie folgt veranschaulicht werden:
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Wegen
seines hohen Kettenregularitätsgrads
ist das konventionelle isotaktische Polypropylen (IPP) hochkristallin,
wobei die Kristallinität üblicherweise
größer als
50% ist und die Schmelzwärme,
die ein Maß für die Kristallinität ist, mehr
als 70 J/g beträgt.
Die konventionellen kristallinen Polypropylene sind üblicherweise steife
Materialien mit hoher Dichte und hohem Schmelzpunkt. Sie sind nicht
als einziges Polymerbasismaterial für Heißschmelzklebstoffanwendungen
verwendet werden. Typisches konventionelles IPP hat üblicherweise eine
Schmelzfließgeschwindigkeit,
die umgekehrt proportional zu dem durchschnittlichen Molekulargewicht
ist, im Bereich von 0,5 bis 200 g/10 Min, gemessen gemäß dem Verfahren
ASTM D-1238.
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Die
APAO sind andererseits eine Familie von im Wesentlichen amorphen,
niedermolekulargewichtigen Homopolymeren von Propylen oder Copolymeren
von Propylen mit Ethylen, Buten-1 oder Hexen-1. Im Unterschied zu
der regulären
isotaktischen Struktur sind die APAO ataktisch, wobei die Methylgruppen
an den aufeinanderfolgenden Monomereinheiten sterisch statistisch
auf die gegenüberliegenden
Seiten der hypothetischen Ebene durch die Polymerkette verteilt
sind. Die Stereokonfiguration von ataktischem APAO kann mittels der
Fischer-Projektionsformel wie folgt abgebildet werden:
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Die
irregeluläre
Stereokonfiguration verhindert die Bildung jeglicher geordneter
dreidimensionaler Gruppierung, und daher sind amorphe Poly-α-olefine,
wie der Name sagt, im Wesentli chen nicht-kristalline oder amorphe
weiche Materialien mit geringer mechanischer Festigkeit und niedriger
Dichte. Verglichen mit kristallinem Polypropylen sind die APAO üblicherweise
Polymere mit niedrigem durchschnittlichen Molekulargewicht mit einer
Schmelzflussrate von etwa 2000 g/10 Min, gemessen gemäß ASTM D-1238.
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Flexible
Polyolefine (FPO) sind eine weitere unverwechselbare Familie von
Polymeren auf Propylenbasis. Im Unterschied zu der überwiegend
isotaktischen Kettenkonfiguration von IPP und der vorwiegend ataktischen
Kettenkonfiguration von APAO kann die Stereostruktur von FPO als
Segmente oder Blöcke
mit regulärer
isotaktischer Struktur aufweisend beschrieben werden, die von Segmenten
oder Blöcken
mit ataktischer Struktur durchsetzt sind. Wegen dieser unverwechselbaren
Molekülkettenarchitektur
sind die FPO halbkristallin mit Kristallinität und Schmelzpunkt unter jenen
von IPP. Die unverwechselbare Molekülstruktur der FPO führt zu einer
ungewöhnlichen
und erwünschten
Kombination von physikalischen und mechanischen Eigenschaften, wie
niedriger Dichte, niedrigem Schmelzpunkt, Flexibilität, Weichheit
und Elastizität.
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Zusätzlich zu
dem Unterschied der Molekülstruktur
lassen sich die FPO von den IPP und den APAO auch leicht durch ihre
unverwechselbaren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Typische
FPO haben einen Schmelzpunkt zwischen 250–320°F (121,11–160°C) und eine Schmelzwärme im Bereich
von 15 bis 60 J/g, während
kristalline IPP üblicherweise
einen Schmelzpunkt von etwa 340°F
(171,11°C)
und eine Schmelzwärme über 70 J/g
haben. APAO sind andererseits üblicherweise
vorwiegend amorph ohne gut definierten Schmelzpunkt, obwohl einige
kommerzielle APAO-Produkte
einen sehr niedrigen Kristallisationsgrad mit einer Schmelzwärme unter
10 J/g aufweisen können.
Andere ausgeprägte
Unterschiede zwischen den FPO, IPP und APAO liegen in ihren Dichten.
Die Dichte eines FPOs liegt in der Regel zwischen 0,87 und 0,90
g/cm3, was zwischen jenen von IPP und APAO
liegt. IPP haben die höchste
Dichte im Bereich von 0,90 bis 0,95 g/cm3 und APAO
die niedrigste im Bereich von 0,85 bis 0,87 g/cm3.
Die Unterschiede der physikalischen Eigenschaften zwischen diesen
drei unverwechselbaren Familien von Polyolefinen sind wohl bekannt
und waren das Thema vieler Artikel.
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Wegen
ihres hohen Schmelzpunkts, ihrer hohen Kristallinitätsgrade
und dem Fehlen erwünschter
physikalischer und mechanischer Eigenschaften wie Flexibilität, Elastizität und Weichheit
sind die konventionellen IPP nicht allein als Polymerbasismaterial
für Heißschmelzklebstoffanwendungen
verwendet worden. Ein Heißschmelzklebstoff
auf Basis von IPP wäre
zu spröde,
um eine akzeptable Bindungsfestigkeit zu ergeben, und würde dennoch
eine hohe Aufbringungstemperatur deutlich über dem Schmelzpunkt von 340°F (171,11°C) für IPP erfordern.
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Heißschmelzklebstoffe,
die APAO enthalten, sind andererseits in der Technik bekannt. Diese
Klebstoffe machen in der Regel mehr als 50 Gew.-% des Polymers aus.
Es ist wohl bekannt, dass Klebstoffe auf Basis von APAO allgemein
schlechte Kohäsionsfestigkeit,
schlechte Wärmebeständigkeit,
geringes Abschälen
bei höherer
Temperatur und niedrige Scherungswerte haben. APAO sind in Einwegvliesanwendungen
nicht viel verwendet worden, bei denen, wie bereits erwähnt, eine
Kombination aus hoher Bindungsfestigkeit bei sehr niedrigem Beschichtungsgewicht
und leichter Verarbeitung durch Sprühtechniken erforderlich ist.
Klebstoffen auf APAO-Basis fehlen üblicherweise solche Fähigkeiten.
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Ryan
offenbart beispielsweise in der US-A-5 747 573 eine Heißschmelzklebstoffzusammensetzung auf
APAO-Basis, die zum Binden von Kunststoffen und metallisierten Folienbehältern brauchbar
ist. Die Klebstoffzusammensetzung enthält ein Gemisch aus APAO, festem
Benzoatweichmacher und Kohlenwasserstoffklebrigmacher.
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Trotter
et al., US-A-4 022 728, beschreiben eine Heißschmelzhaftklebzusammensetzung,
die ein Gemisch aus APAO, im Wesentlichen amorphem Elastomer mit
niedrigem Molekulargewicht, flüssigem
Klebrigmacher und kristallinem Polypropylen (IPP) in einer Menge
bis zu 2 Gew.-% umfasst. Es wird beansprucht, dass die Zusammensetzung
bei niedrigen Temperaturen gute Adhäsionseigenschaften liefert.
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Kehr
et al., US-A-5 185 398, offenbaren eine Klebstoffbeschichtungszusammensetzung,
die 90 bis 99,9 Gew.-% Olefin/Carbon-säure/Säurederivat-Polymer umfasst,
das funktionale Gruppen enthält.
Die Zusammensetzung zeigt, wie beansprucht wird, deutliche Verbesserungen
der Adhäsion
an Polyolefinkunststoffen und Metallen gegenüber Klebstoffen auf Basis von
APAO- und Klebrigmachergemischen.
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Meyer
et al., US-A-4 120 916, offenbaren Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen,
die ein Gemisch aus Polyethylen, APAO und kristallinem propylenhaltigem
Polymer umfassen. Diese Heißschmelzzusammensetzungen
haben, wie erwähnt
wird, eine neue Kombination von Eigenschaften, wie kurze Heißklebzeiten
und offene Zeiten zum Binden von paraffinmodifizierter Wellpappe.
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Lakshmanan
et al., US-A-4 761 450, offenbaren ein verträgliches Polymergemisch, das
als Heißschmelzklebstoff
brauchbar ist und Ethylenpolymer mit niedriger Dichte, Copolymer
von Buten-1 mit Ethylen oder Propylen, Kohlenwasserstoffklebrigmacher
und Polymer mit niedrigem Molekulargewicht ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus flüssigem
Polybuten mit niedrigem Molekulargewicht, amorphem Polypropylen
und Mischungen derselben umfasst.
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Sustic,
US-A-5 723 546, offenbart eine Klebstoffzusammensetzung, die ein
Gemisch aus Olefinpolymeren, die Poly-α-olefine mit hohem Molekulargewicht
sind, zusammen mit amorphen Poly-α-olefinen mit niedrigem
Molekulargewicht umfasst. Das Ziel dieser Erfindung liegt in der
Verbesserung der Eigenschaften von amorphen Poly-α-olefinen
mit niedrigem Molekulargewicht, nicht darin, sie zu ersetzen.
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Es
ist offensichtlich, dass alle obigen Klebstoffzusammensetzungen
des Standes der Technik auf der APAO-Familie basieren. Wie bereits
gesagt wurde, unterscheiden sich APAO erheblich von FPO, die in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in sowohl Molekularstruktur,
durchschnittlichem Molekulargewicht, physikalischen als auch mechanischen
Eigenschaften. Diese APAO-Klebstoffe des Standes der Technik werden
für andere
Anwendungen als für
Einwegvliesprodukte formuliert, und ihnen fehlt üblicherweise Sprühfähigkeit.
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Beim
Aufbau von Einwegvliesgegenständen
wie Windeln werden weitverbreitet Heißschmelzklebstoffe auf Basis
von Styroblockcopolymeren, wie Styrol/Isopren/Styrol-(SIS)-Blockcopolymere
oder Styrol/Butadien/Styrol-(SBS)-Blockcopolymere, zum Binden von
Polyethylenfolie oder dergleichen an Tissue- oder Vliessubstrate
verwendet. Die Klebstoffe auf Blockcopolymerbasis sind besonders
brauchbar zum Aufbau der inneren Schenkelkräuselung oder des inneren Schenkelbündchens,
die bzw. das verwendet wird, um Lecken von Körperausscheidungen um die Beine
des Benutzers herum zu verhindern. Während des Gebrauchs wird dieses
Bündchen
oder diese Lasche mit einem oder mehreren Elastikbändern an
Ort und Stelle gehalten, die das Bein umgeben. Diese Elastikbänder werden
typischerweise durch Heißschmelzklebstoff
an Ort und Stelle und an dem Einweggegenstand befestigt gehalten.
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Diese
Blockcopolymerklebstoffe zeigen jedoch Mängel wie Viskositätsinstabilität, die sich
bei erhöhter Temperatur
offenbaren. Ein weiterer Mangel ist, dass diese Blockcopolymere
das meiste ihrer Bindungsfestigkeit bei Einwirkung von Mineralöl oder anderen
Salben auf Ölbasis
verlieren. Mineralöl
und andere Salben auf Ölbasis
werden oft bei Kleinkindern zur Behandlung von Hautausschlägen verwendet,
und Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
des Standes der Technik zeigten daher bei deren Einwirkung Adhäsionsbindungsversagen.
Infolgedessen können
sich die elastischen Schenkelbänder
in der Tat von der Windel lösen,
was zu vollständigem
Versagen und Zerfall der inneren Schenkelbündchen führt. Ein Klebstoff, der Einwirkung
von Mineralöl
oder anderen Salben auf Ölbasis
widerstehen kann, während
er gleichzeitig ausreichende Bindungsfestigkeit für Elastikbandbefestigung
an dem inneren Schenkelbündchen
zeigen würde,
wäre daher
hocherwünscht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
auf Basis von mindestens einem semikristallinen FPO-Polymer. Der
Klebstoff umfasst ein Gemisch aus flexiblem Polyolefin (FPO), klebrigmachendem
Harz, Weichmacher und gegebenenfalls synthetischem Polyolefinwachs
oder Erdölwachs als
Hauptbestandteile. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben
die Mängel
der Klebstoffe des Standes der Technik auf APAO- und Blockcopolymerbasis überwunden
und liefern hervorragende Wärmebeständigkeit,
verbesserte Kohäsionsfestigkeit,
niedrige Viskosität
und gute Adhäsion
an vielen verschiedenen Substraten und gute Verarbeitbarkeit mit
konventionellen Beschichtungsgeräten.
Die vorliegende Erfindung liefert insbesondere eine Klebstoffzusammensetzung,
die für
eine Vielfalt von Sprühbeschichtungsaufbringungstechniken
geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
besitzt bestimmte physikalische Eigenschaften, die sie zur Verwendung
mit Vlieseinweggegenständen
in idealer Weise geeignet macht. Der erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoff
hat insbesondere hervorragende Öl/Salben-Beständigkeit
und behält somit
selbst nach sättigender
Einwirkung von Mineralöl
eine akzeptable Bindungsfestigkeit.
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Die
erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
sind besonders für
elastische Befestigungsanwendungen in Einwegvliesgegenständen wie
Windeln brauchbar, um verschiedene elastische Materialien an poröse und nicht-poröse Substrate
wie Vliesmaterialien, Polyethylenfolien, Polypropylenfolien und
dergleichen sowie diese aneinander zu binden. Die erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
liefert gute elastische Befestigungsbedingungen, wenn sie mittels
Standard-Kriechtestverfahren
getestet wird.
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Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
liefert auch hervorragende Konstruktionsbindungen, wenn sie mittels
Standardschälfestigkeitstests
getestet wird. Wenn sie zur Verwendung mit Polyolefinfolien formuliert
wird, hält
der Heißschmelzklebstoff
hervorragende Trockenbindungsfestigkeit selbst nach Einwirkung von
Alterung bei erhöhter
Temperatur aufrecht, d.h. simulierten Lagerhausbedingungen.
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Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
umfasst eine Heißschmelzklebstoffzusammensetzung,
die ein Gemisch der folgenden Komponenten umfasst:
- (a) etwa 10 bis 40 Gew.-% Polymerbestandteil, wobei der Polymerbestandteil
nur aus einem flexiblen Polyolefinpolymer oder einem Gemisch flexibler
Polyolefinpolymere zusammengesetzt ist, wobei das flexible Polyolefinpolymer
eine Dichte von 0,86 g/cm3 bis 0,90 g/cm3, eine Schmelzflussrate gleich oder größer als 5
g/10 Min, einen Schmelzpunkt zwischen 121 und 160°C und eine
Schmelzwärme
von etwa 15 bis 60 J/g aufweist,
- (b) etwa 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% klebrigmachendes Harz,
- (c) etwa 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% Weichmacher,
- (d) etwa 0 Gew.-% bis 30 Gew.-% Wachs, und
- (e) etwa 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Stabilisator,
wobei
die Komponenten (a) bis (e) insgesamt 100 Gew.-% ausmachen.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann andere Bestandteile wie Füllstoff
enthalten, die die Klebstoffeigenschaften der obigen Basisklebstoffzusammensetzung
modifizieren können.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Binden eines ersten Substrats an ein zweites Substrat eines absorbierenden
Einweggegenstands geliefert, bei dem
ein erstes Substrat und
ein zweites Substrat, wobei das zweite Substrat an das erste Substrat
gebunden werden soll, in Richtung auf eine Laminierstation zugeführt werden,
ein
auf flexiblem Polyolefin basierender Klebstoff auf eine Oberfläche mindestens
eines der ersten und zweiten Substrate aufgebracht wird, bevor diese
Substrate die Laminierstation erreichen, wobei der Klebstoff als
Komponenten desselben etwa 10 bis 40 Gew.-% Polymerbestandteil,
wobei der Polymerbestandteil nur aus einem flexiblen Polyolefinpolymer
oder einem Gemisch flexibler Polyolefinpolymere zusammengesetzt
ist, wobei das flexible Polyolefinprolymer eine Dichte von 0,86
g/cm3 bis 0,90 g/cm3,
einen Schmelzflussindex gleich oder größer als 5 g/10 Min, einen Schmelzpunkt
zwischen 121 und 160°C
und eine Schmelzwärme
von etwa 15 bis 60 J/g aufweist, etwa 30 bis 70 Gew.-% klebrigmachendes
Harz, etwa 5 bis 30 Gew.-% Weichma cher, etwa 0 bis 30 Gew.-% Wachs
und etwa 0 bis 2 Gew.-% Stabilisator enthält, wobei die Komponenten zusammen
100 Gew.-% ausmachen,
die ersten und zweiten Substrate und
der Klebstoff in der Laminierstation zusammen kombiniert werden,
um ein Laminat zu bilden, und
das zweite Substrat an das erste
Substrat gebunden wird.
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Kurze Beschreibung der
Ansichten der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen
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ist 1 eine
schematische perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Einwegwindel
unter Einbeziehung eines Heißschmelzklebstoffs,
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ist 2 eine
schematische Querschnittansicht der Windel von 1,
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ist 3 eine
schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten
Einwegdamenbinde mit Heißschmelzklebstoff,
und
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ist 4 eine
schematische Darstellung eines Systems zur Fertigung von Einwegdamenbinden,
das den erfindungsgemäßen Heißklebstoff
einsetzt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine
Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
hergestellt, die als Hauptpolymerkomponente etwa 10 bis 40 Gew.-%
semikristallines FPO-Polymer oder eine Mischung semikristalliner FPO-Polymere
umfasst. Die erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
schließt
auch 30 bis 70 Gew.-% klebrigmachendes Harz, etwa 5 bis 30 Gew.-%
Weichmacher, etwa 0 bis 30 Gew.-% Wachs und etwa 0 bis 2 Gew.-%
Stabilisator oder Antioxidans ein. Die Zusammensetzung enthält gegebenenfalls
auch bis zu 50 Gew.-% Füllstoff.
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Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
enthält
flexibles Polyolefinpolymer (FPO-Polymer). Geeignete FPO-Polymere können entweder
durch Homopolymerisation von Propylen oder durch Copolymerisation
von Propylen mit anderen ungesättigten
Olefinmonomeren erhalten werden, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten,
wozu ohne Einschränkung
darauf Ethylen, Buten-1, Penten-1, 4-Methylpenten-1, Hexen-1 und
Octen-1 gehören.
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Die
bevorzugten FPO-Polymere sind Homopolymere vom Propylentyp und Copolymere
von Propylen und Ethylen mit Ethylencomonomergehalt im Bereich von
5 bis 20 Gew.-%. FPO-Polymere mit einer Schmelzflussrate gleich
oder größer als
5 g/10 Min und einer Dichte zwischen 0,86 und 0,90 g/cm3 können in
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
verwendet werden, wobei aber jene mit einer Schmelzflussrate zwischen 20
g/10 Min und 200 g/10 Min und einer Dichte um 0,88 g/cm3 am
meisten bevorzugt sind. Die FPO-Polymere des oben beschriebenen
Typs sind im Handel von Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung RexFlex
erhältlich.
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Die
klebrigmachenden Harze, die in den erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffen verwendet
werden, sind jene, die die Adhäsionseigenschaften
erweitern und die spezifische Adhäsion verbessern. Der Begriff "klebrigmachendes
Harz" schließt, so wie
er hier verwendet wird, ein:
- (a) natürliches
und modifiziertes Baumharz (Kolophonium, Rosin), wie beispielsweise
Gummibaumharz, Holzharz, Tallölharz,
destilliertes Kolophonium, hydriertes Kolophonium, dimerisiertes
Kolophonium und polymerisiertes Kolophonium;
- (b) Glycerin- und Pentaerythritester von natürlichen und modifizierten Baumharzen,
wie beispielsweise den Glycerinester von Pfahlholzharz, den Glycerinester
von hydriertem Kolophonium, den Glycerinester von polymerisiertem
Kolophonium, den Pentaerythritester von Pfahlholzharz, den Pentaerythritester
von hydriertem Kolophonium, den Pentaerythritester von Tallölharz und
den phenolisch modifizierten Pentaerythritester von Baumharz;
- (c) Polyterpenharze mit einem Erweichungspunkt, bestimmt gemäß ASTM-Verfahren
E28-58T, von etwa 10°C
bis 140°C,
wobei die letzteren Polyterpenharze allgemein aus der Polymerisation
von Terpenkohlenwasserstoffen, wie dem als Pinen bekannten Monoterpen,
in Gegenwart von Friedel-Crafts-Katalysatoren bei
mäßig niedrigen
Temperaturen resultieren, und auch die hydrierten Polyterpenharze
eingeschlossen sind;
- (d) Copolymere und Terpolymere natürlicher Terpene, z.B. Styrol/Terpen, α-Methylstyrol/Terpen
und Vinyltoluol/Terpen;
- (e) phenolisch modifizierte Terpenharze wie beispielsweise das
Harzprodukt, das aus der Kondensation eines Terpens und eines Phenols
in saurem Medium resultiert;
- (f) aliphatische und cycloaliphatische Erdölkohlenwasserstoffharze mit
Ring-und-Kugel-Erweichungspunkten von etwa 10°C bis 140°C, wobei letztere Harze aus
der Polymerisation von Monomeren resultieren, die vorwiegend aus
aliphatischen oder cycloaliphatischen Olefinen und Diolefinen bestehen;
ebenfalls eingeschlossen sind die hydrierten aliphatischen und cycloaliphatischen
Erdölkohlenwasserstoffharze;
Beispiele für
solche kommerzielle erhältlichen
Harze auf Basis einer C5-Olefinfraktion
dieses Typs sind Piccotac 95 klebrigmachende Harze, angeboten von
Hercules Corp., und Eastotac H115R, angeboten von Eastman Chemical
Company;
- (g) aromatische Erdölkohlenwasserstoffe
und deren hydrierte Derivate;
- (h) aliphatisch/aromatische, von Erdöl abgeleitete Kohlenwasserstoffe
und deren hydrierte Derivate.
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Für einige
Formulierungen sind möglicherweise
Mischungen von zwei oder mehr der oben beschriebenen klebrigmachenden
Harze erforderlich. Obwohl ein Bereich von 30 bis 70 Gew.-% klebrigmachendes Harz
verwendet werden kann, ist der bevorzugte Bereich 35 bis 60 Gew.-%.
Erfindungsgemäß brauchbare klebrigmachende
Harze können
vielleicht polare klebrigmachende Harze einschließen, die
Auswahl an verfügbaren
polaren klebrigmachenden Harzen ist jedoch in Anbetracht der Tatsache
begrenzt, dass viele der polaren Harze mit den FPO-Polymeren nur
partiell verträglich
zu sein scheinen.
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Klebrigmachende
Harze, die im Umfang der vorliegenden Erfindung brauchbar sind,
machen, wie bereits erwähnt,
etwa 30 bis etwa 70 Gew.-% aus. Die klebrigmachenden Harze können vorzugsweise
aus irgendwelchen der unpolaren Typen ausgewählt werden, die im Handel erhältlich sind.
Bevorzugte Harze sind aliphatische Erdölkohlenwasserstoffharze, Beispiele
hierfür
basieren auf C5-Olefin, wie Piccotac 95,
erhältlich von
Hercules Corp. Am meisten bevorzugt sind unpolare klebrigmachende
Harze, die vollständig
hydrierte C9- oder auf reinem Monomer basierende
Kohlenwasserstoffharze mit Erweichungspunkten sind, die im Bereich von
ungefähr
70°C bis
ungefähr
125°C liegen.
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In
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
kann ein Weichmacher in Mengen von etwa 5 bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 10 bis etwa 25 Gew.-% vorhanden sein, um die gewünschte Viskosi tätskontrolle
zu liefern. Ein geeigneter Weichmacher kann ausgewählt sein
aus der Gruppe, zu der die üblichen
Weichmacheröle,
wie Mineralöl,
gehören,
jedoch auch Olefinoligomere und Polymere mit niedrigem Molekulargewicht,
sowie pflanzliches und tierisches Öl und Derivate solcher Öle. Die
von Erdöl
abgeleiteten Öle,
die sich verwenden lassen, sind bei relativ hoher Temperatur siedende
Materialien, die nur einen geringen Anteil aromatischer Kohlenwasserstoffe
enthalten. In dieser Hinsicht sollten die aromatischen Kohlenwasserstoffe
vorzugsweise unter 30 Gew.-% und speziell unter 15 Gew.-% des Öls liegen.
Das Öl
kann vorzugsweise vollständig
nicht-aromatisch sein. Die Oligomere können Polypropylene, Polybutene,
hydriertes Polyisopren, hydriertes Butadien oder dergleichen mit
durchschnittlichen Molekulargewichten zwischen etwa 350 und etwa
10000 sein. Geeignete pflanzliche und tierische Öle schließen Glycerinester der üblichen
Fettsäuren
und Polymerisationsprodukte derselben ein. Der Weichmacher, der
sich erfindungsgemäß nutzen
lässt,
kann irgendeine Anzahl verschiedener Weichmacher sein, die Erfinder
haben jedoch gefunden, dass erfindungsgemäß besonders ein Weichmacher
brauchbar ist, der Mineralöl
einschließt.
Andere flüssige
Polybutene mit durchschnittlichen Molekulargewichten von weniger
als 5000 können
ebenfalls verwendet werden. Anerkannterweise sind Weichmacher typischerweise
verwendet worden, um die Viskosität der Gesamtklebstoffzusammensetzung
herabzusetzen, ohne die Adhäsionsfestigkeit
und/oder die Gebrauchstemperatur des Klebstoffs wesentlich zu senken
sowie die offene Zeit des Klebstoffs zu verlängern.
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Die
Wachse, die in Mengen verwendet werden können, die von 0 bis 30 Gew.-%,
vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
variieren, werden zur Herabsetzung der Schmelzviskosität der Heißschmelzklebstoffe
verwendet. Diese Wachse verringern die offene Zeit der Zusammensetzung,
ohne das Temperaturverhalten zu beeinflussen. Zu den brauchbaren
Wachsen gehören:
- (1) Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht,
das heißt
500 bis 6000, mit einem gemäß ASTM Verfahren D-1321
bestimmten Härtewert
von etwa 0,1 bis 120 und ASTM-Erweichungspunkten
von etwa 65°C
bis 120°C,
- (2) Erdölwachse
wie Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von etwa 50°C bis 80°C und mikrokristallines Wachs
mit einem Schmelzpunkt von etwa 55°C bis 95°C, letztere Schmelzpunkte werden
gemäß ASTM Verfahren
D127-60 bestimmt,
- (3) synthetische Wachse, die durch Polymerisieren von Kohlenmonoxid
und Wasserstoff hergestellt sind, wie Fischer-Tropsch-Wachs, und
- (4) Polyolefinwachse.
-
Der
Begriff "Polyolefinwachs" bezieht sich, so
wie er hier verwendet wird, auf jene polymeren oder langkettigen
Einheiten, die aus Olefinmonomereinheiten zusammengesetzt sind.
Diese Materialien sind im Handel von Eastman Chemical Co. unter
dem Handelsnamen "Epolene" erhältlich.
Die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bevorzugten
Materialien haben einen Ring-und-Kugel-Erweichungspunkt von 100°C bis 170°C. Es sei
darauf hingewiesen, dass jedes dieser Wachsverdünnungsmittel bei Raumtemperatur
fest ist. Zu anderen brauchbaren Substanzen gehören hydrierte Tier-, Fisch-
und Pflanzenfette und -öle,
wie hydrierter Talg, Speck, Sojaöl,
Baumwollsamenöl,
Castoröl,
Menhadenöl,
Dorschlebertran, usw., die bei Umgebungstemperatur fest sind, da
sie hydriert worden sind, und sie haben sich auch hinsichtlich der
Wirkung als Wachsverdünnungsmitteläquivalent
als brauchbar erwiesen. Diese hy drierten Materialien werden in der
Klebstoffindustrie oft als "Tier-
oder Pflanzenwachse" bezeichnet.
-
Die
vorliegende Erfindung kann Stabilisator in einer Menge von etwa
0 bis etwa 2 Gew.-% einschließen.
Vorzugsweise werden in die Zusammensetzung etwa 0,1 bis 1% Stabilisator
eingebracht. Die in den erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
brauchbaren Stabilisatoren werden eingebracht, um den Schutz der
oben genannten Polymere und dadurch des gesamten Klebstoffsystems
vor den Auswirkungen von thermischem und oxidativem Abbau zu unterstützen, der
normalerweise während
der Herstellung und Aufbringung des Klebstoffs sowie in der gewöhnlichen
Einwirkung der Umgebung auf das Endprodukt stattfindet. Derartiger
Abbau zeigt sich üblicherweise
durch Verschlechterung von Erscheinungsbild, physikalischen Eigenschaften
und Leistungscharakteristika des Klebstoffs. Zu den verwendbaren
Stabilisatoren gehören
gehinderte Phenole und multifunktionale Phenole mit hohem Molekulargewicht,
wie schwefel- und phosphorhaltige
Phenole. Gehinderte Phenole sind Fachleuten wohl bekannt und können als
phenolische Verbindungen charakterisiert werden, die auch sterisch
anspruchsvolle Reste in enger Nähe
zu ihrer phenolischen Hydroxylgruppe enthalten. Insbesondere sind
allgemein tert.-Butylgruppen in mindestens einer der ortho-Positionen
relativ zu der phenolischen Hydroxylgruppe substituiert. Die Anwesenheit
dieser sterisch anspruchsvollen substituierten Reste in der Nähe der Hydroxylgruppe
dient dazu, ihre Streckfrequenz zu verlangsamen und entsprechend
ihre Reaktivität
herabzusetzen, diese sterische Hinderung versieht die phenolische
Verbindung somit mit ihren stabilisierenden Eigenschaften. Zu reaktiven
gehinderten Phenolen gehören:
1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3-5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzyl)benzol;
Pentaerythrittetrakis-3(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat;
n-Octadecyl-3(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat;
4,4'-Methyienbis(4-methyl-6-tert.-butylphenol);
4,4'-Thiobis(6-tert.-butyl-o-cresol);
2,6-Di-tert.-butylphenol;
6-(4-Hydroxyphenoxy)-2,4-bis(n-octylthio)-1,3,5-triazin;
2,4,6-Tris(4-hydroxy-3,5-di-tert.-butyl-phenoxy)-1,3,5-triazin;
Di-n-octadecyl-3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzylphosphonat;
2-(n-Octylthio)ethyl-3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzoat
und
Sorbithexa-3(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxy-phenyl)propionat.
-
Besonders
bevorzugt als Stabilisator ist Pentaerythrittetrakis-3(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxyphenol)propionat.
-
Die
Leistung dieser Stabilisatoren kann ferner verbessert werden, indem
zusammen damit (1) Synergisten wie beispielsweise Thiodipropionatester
und -phosphite und (2) Chelatbildner und Metalldeaktivatoren verwendet
werden, wie beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure, deren
Salze und Disalicylalpropylendiimin.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass andere optionale Additive in die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung
eingebracht werden können,
um spezielle physikalische Eigenschaften zu modifizieren. Diese können beispielsweise
solche Materialien wie Färbemittel,
z.B. Titandioxid, Füllstoffe,
fluoreszierende Mittel, Tenside, usw. einschließen. Typische Füllstoffe
schließen
Talkum, Calciumcarbonat, Ton, Siliciumdioxid, Mika (Glimmer), Wollastonit,
Feldspat, Aluminiumsilikat, Aluminium oxid, hydratisiertes Aluminiumoxid,
Glasmikrokugeln, Keramikmikrokugeln, thermoplastische Mikrokugeln,
Baryt und Holzmehl ein.
-
Die
Erfindung wird ferner durch die im Folgenden beschriebenen Beispiele
illustriert.
-
Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffzusammensetzung
kann gemäß irgendeiner
der im Stand der Technik bekannten Techniken formuliert werden.
Ein repräsentatives
Beispiel des Mischverfahrens des Standes der Technik beinhaltet
das Anordnen aller Komponenten, außer dem FPO-Polymer, in einem
ummantelten Mischkessel, der mit einem Rotor ausgestattet ist, und
anschließendes
Erhöhen
der Temperatur der Mischung auf einen Bereich von 330°F bis 400°F (165,56°C–204,44°C), um die
Inhalte zu schmelzen. Es sei darauf hingewiesen, dass die genaue
in dieser Stufe zu verwendende Temperatur von den Schmelzpunkten der
speziellen Bestandteile abhängt.
Die FPO-Polymere werden anschließend unter Durchmischen in
den Kessel eingebracht, und es wird weiter gemischt, bis eine konsistente
und gleichförmige
Mischung gebildet wird. Die Inhalte des Kessels werden während des
gesamten Mischverfahrens mit Inertgas wie Kohlendioxid und Stickstoff
geschützt.
-
Die
resultierenden Heißschmelzklebstoffe
können
dann unter Verwendung einer Vielfalt von Beschichtungstechniken
auf Substrate aufgebracht werden. Zu Beispielen gehören das
Heißschmelzschlitzdüsenbeschichten,
das Heißschmelzradbeschichten,
das Heißschmelzwalzenbeschichten,
das Schmelzblasbeschichten und das Spiralsprühbeschichten. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird der Heißschmelzklebstoff
mittels Spiralsprühtechnik
auf ein Substrat gesprüht,
die eine bevorzugte Technik zur Herstellung eines filamentartigen
Spiralmusters zur Windelkonstruktion und elastischen Befestigung
ist. In einem Beispiel wird der Beschichter mit einer scheibenartigen Beschichtungsdüse ausgestattet,
die eine in der Mitte angeordnete Düsenspitze aufweist. Die Spitze
ist von einer Reihe schräger Öffnungen
zum Durchgang von Heißluftstrahlen umgeben.
Der Heißschmelzklebstoff
wird in Form eines kleinen Filaments aus der Düse herausgepumpt. Das Filament
wird dann durch Hochgeschwindigkeitsheißluftstrahle rotiert, die aus
den Öffnungen
herauskommen, wodurch aus einem einzelnen Klebstoffstrang ein Helixmuster
erzeugt wird. Es ist nicht die Absicht dieser Erfindung, eine vollständige Beschreibung
der Spiralsprühtechnik
zu liefern, und Details finden sich in der Literatur.
-
Die
erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung
kann dann bei einer Reihe von Anwendungen verwendet werden, wie
beispielsweise in Einwegvliesartikeln, bei der Papierveredelung,
beim flexiblem Verpacken, beim Kartonverschließen, beim Etikettieren und
bei anderen Montageanwendungen. Besonders bevorzugte Anwendungen
schließen
die Einwegwindel- und Damenbindenkonstruktion, die elastische Windelbefestigung,
die Windel- und Damenbindenkernstabilisierung, die Laminierung von
Windelunterlagen, die Laminierung von Industriefiltermaterial, die
Montage von chirurgischer Bekleidung und chirurgischem Abdeckmaterial ein.
-
Tests und
Materialien
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Die
Viskosität
wurde gemäß dem ASTM
D-3236 Verfahren bei 350°F
(176,67°C)
getestet.
-
Der
Ring-und-Kugel-Erweichungspunkt wurde mit einer automatisierten
Herzog-Anlage gemäß ASTM E-28
bestimmt.
-
Die
Schälfestigkeit
wurde in 180° Geometrie
mit einem Zugprüfgerät (Instron
Modell 55R1122) in einer Umgebung mit kontrollierter Atmosphäre (77°F (25,00°C), 50% relative
Feuchtigkeit) gemessen. vor dem Test wurden die Probestücke in der
kontrollierten Umgebung ungefähr
12 Stunden lang ins Gleichge wicht kommen gelassen, um die Reproduzierbarkeit
und die Genauigkeit der Daten zu gewährleisten. Der Test erfolgte
mit 0,5'' (1,27 cm) breiten
spiralsprühbeschichteten
Probestücken
mit einer Traversengeschwindigkeit von 12''/Min (30,48
cm/Min). Der durchschnittliche Schälwert von sechs Probestücken, auf
g/Zoll normalisiert, wird als die Schälfestigkeit angegeben.
-
Der
Kriechbeständigkeitstest
wurde mit den in Beispielen 1 bis 7 beschriebenen laminierten Probestücken durchgeführt. Das
in 300 mm Länge
geschnittene Probestück
wurde vollständig
ausgestreckt und seine Enden sicher an einem Stück steifem Wellpappkarton befestigt.
Eine Länge
von 200 mm wurde markiert, und die elastischen Stränge wurden
an den Markierungen geschnitten. Das Probestück wurde dann bei 100°F (37,78°C) in einen
Umluftofen gegeben. Unter diesen Bedingungen können sich die elastischen Stränge unter Last
ein bestimmtes Stück
zurückziehen.
Der Abstand zwischen den Enden wurde nach einer Stunde mit einem
Lineal gemessen. Das Verhältnis
der Endlänge
zu der Anfangslänge,
ausgedrückt
in Prozent (%), ist als Kriechbeständigkeit oder Kriechretention
definiert.
-
Die
Sprühfähigkeit
wurde empirisch mit einem Meltex CT225 (Nordson) Heißschmelzbeschichter
gemessen. Die Beschichtungsbedingungen wurden in Abhängigkeit
von der Klebstoffprobe variiert.
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RexFlex
W218 ist ein Copolymer-FPO, das aus etwa 10 Gew.-% Ethyleneinheiten
und etwa 90 Gew.-% Propylenmonomereinheiten besteht. Es hat eine
gemäß ASTM D-1505
gemessene Dichte von etwa 0,88 g/cm3 und
eine gemäß ASTM D-1238
gemessene Schmelzflussrate von etwa 35 g/Min.
-
RexFlex
W219 ist ein Copolymer-FPO, das aus etwa 18 Gew.-% Ethylen- und
82 Gew.-% Propylenmonomereinheiten besteht. Es hat eine Dichte von
etwa 0,88 g/cm3 (ASTM D-1505) und eine Schmelzflussrate von
etwa 100 g/10 Min (ASTM D-1238).
-
RexFlex
W121 ist ein Homopolymer-FPO, das aus Propylenmonomereinheiten besteht.
Es hat eine Dichte von etwa 0,88 g/cm3 (ASTM
D-1505) und eine Schmelzflussrate von etwa 150 g/10 Min (ASTM D-1238).
-
Escorez
5400, gekauft von Exxon, ist ein sehr hellfarbiger, hydrierter,
cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffklebrigmacher mit einem R&B-Erweichungspunkt
von 100°C
und einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Gewichtsmittel; M W)
von etwa 520.
-
Eastotac
H100W ist ein hydriertes aliphatisches C5-Kohlenwasserstoffharz
mit einem R&B-Erweichungspunkt
von 100°C.
Es wurde von Eastman Chemical Company erworben.
-
Epolene
N-15, erhältlich
von Eastman Chemical Company, ist ein von Propylen abgeleitetes
synthetisches Wachs mit einem R&B
Erweichungspunkt von etwa 163°C
und einer Brookfield-Viskosität von etwa
600 cP bei 190°C.
-
Marcus
300, erworben von Marcus Oil & Chemicals,
Inc., ist ein synthetisches Polyethylenwachs mit einem Schmelzpunkt
von etwa 240°F
(115,56°C).
-
Pennznap
500, erworben von Pennzoil Products Co., ist ein Mineralölweichmacher.
-
Beispiele 1–8
-
Heißschmelzklebstoffe
der Tabelle I wurden mit den hier zuvor beschriebenen Bestandteilen
und Mischverfahren hergestellt. Es wurden jeweils insgesamt 2000
Gramm hergestellt, und das Mischen erfolgte bei 375°F (190,56°C) unter
Kohlendioxidatmosphäre
in einem Labormischer vom Propellertyp, der aus einem durch einen
Motor angetriebenen Propeller, einem Heizmantel, einer Temperatursteuerungseinheit
und einem Behälter
von etwa 1 Gallon Größe bestand.
Die passenden Mengen jeder Komponente, berechnet entsprechend den
in der Tabelle gezeigten Verhältnissen,
außer
den Polymeren, wurden in den Behälter
gegeben und die Temperatur des Behälters wurde dann erhöht, um den
Inhalt zu schmelzen. Nachdem die Bestandteile in dem Behälter vollständig geschmolzen
waren, wurde der Motor eingeschaltet, um mit dem Durchmischen zu beginnen.
Anschließend
wurde die Polymerkomponente eingebracht. Das Mischen wurde fortgesetzt,
bis das Polymer vollständig
gelöst
war und eine gleichförmige
Mischung erhalten wurde. Die Rexflex-FPO-Polymerfamilie wurde zur
Herstellung der Beispiele von Tabelle I verwendet. Diese Polymere
sind von Huntsman erhältlich.
Die Klebstoffe der Beispiele 1–8
sind für
viele Verpackungs- und Einwegvliesproduktmontageanwendungen brauchbar.
-
Mit
den Beispielen 1–8
wurden gemäß den oben
beschriebenen Verfahren mehrere Tests durchgeführt. Probestücke für Kriechbeständigkeits-
und Schälfestigkeitstests
wurden unter Verwendung des Meltex CT 225 Heißschmelzbeschichters hergestellt,
indem drei elastische Stränge
(Lycra 740), die auf 300% gereckt waren, entweder zwischen zwei
Schichten Polypropylenvliesstoff (NW) mit 20 g/m
2 Flächengewicht
oder zwischen eine Schicht aus 1,0 mil dicker Polyethylenfolie (PE)
und eine Schicht Polypropylenvlies wie hier zuvor beschrieben laminiert
wurden. In diesem Verfahren wurde auch die Sprühfähigkeit bewertet. Die Klebstoffe wurden
mit 18,6 g/m
2 Beschichtungsgewicht mit einer
offenen Zeit von 0,25 Sekunden und 1 bar Kompression an den Quetschwalzen
spiralgesprüht.
Während
die Temperatur der zum Sprühen
verwendeten Heißluft
auf 400°F
gehalten wurde, wurde die Aufbringungstemperatur für jeden
Klebstoff eingestellt, um das Spiralmuster zu optimieren. Die tatsächliche
Aufbringtemperatur für
jeden Klebstoff ist in Tabelle I angegeben. Tabelle
I Beispiele
1–8
- * Substratversagen
- ** n.t. – nicht
getestet
-
Beispiel 9
-
In
diesem Beispiel werden die Beständigkeitscharakteristika
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
gegen Öl
und Salben auf Ölbasis
illustriert. Zur quantitativen Messung der Ölbeständigkeitseigenschaft wurden
die Klebstoffzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 5 unter Verwendung
des gleichen Verfahrens wie hier zuvor beschrieben hergestellt.
Zum Vergleich wurde ein kommerzielles Produkt auf SIS-Basis als
Kontrolle verwendet, H2494-01, das von Ato Findley, Inc., erhältlich ist.
Proben für
den Schälfestigkeitstest
wurden unter Verwendung des Meltex CT225 Heißschmelzbeschichters erhalten,
indem drei elastische Stränge
(Lycra 740), die auf 300% gereckt waren, zwischen zwei Schichten
aus Polypropylenvliesstoff mit 200 g/m2 Flächengewicht laminiert
wurden. Die Klebstoffe wurden mit 18,6 g/m2 Beschichtungsgewicht
mit einer offenen Zeit von 0,25 Sekunden und 1 bar Kompression an
den Quetschwalzen spiralgesprüht.
Die Laminate wurden danach in Querrichtung zu der Maschinenrichtung
in 1 Zoll breite Streifen geschnitten. Die Streifen wurden mit JohnsonTM Babyöl
gesättigt
und bei Umgebungstemperatur 30 Minuten lang stehen gelassen. Die
Streifen wurden anschließend
in einem Ofen 60 Minuten lang einer Temperatur von 100°F ausgesetzt.
Nachdem sie in der Umgebung mit kontrollierter Atmosphäre (77°F und 50%
relative Feuchtigkeit) 5 Minuten lang ins Gleichgewicht kommen gelassen
wurden, wurde die Schälfestigkeit
der Probestücke
unter Verwendung eines Instron Modell 55R1122 Zugprüfgeräts gemäß dem zuvor
beschriebenen Verfahren getestet. Die Schälfestigkeit nach der Ölsättigung
ist in Tabelle 2 wiedergegeben.
-
Tabelle
2 Schälfestigkeit
nach Ölsättigung
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt ist, hat das Vergleichsbeispiel aus typischem
Heißschmelzklebstoff
auf SIS-Basis 100% seiner Bindungsfestigkeit verloren, nachdem es
der Ölbehandlung
ausgesetzt war, während bei
den Beispielen der erfindungsgemäßen Heißschmelzzusammensetzung
noch recht gute Bindungsfestigkeit erhalten geblieben ist.
-
Der
Begriff "Windel" bezieht sich, so
wie er hier verwendet wird, auf einen Absorbensgegenstand, der typischerweise
von Babys, Kleinkindern und inkontinenten Erwachsenen getragen wird.
Wie leicht zu verstehen ist, wird ein derartiger Absorbensgegenstand
um den unteren Rumpf des Trägers
herum getragen und um die Hüften
des Trägers
an Ort und Stelle gehalten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass
sich die vorliegende Erfindung auch auf andere Absorbensgegenstände anwenden
lässt,
wie Trainingshosen für
die Sauberkeitserziehung, Inkontinenzprodukte wie Slips und Unterwäsche, Damenhygieneprodukte
wie Damenbinden und Slipeinlagen, medizinische Produkte wie chirurgische
Abdeckmaterialien und dergleichen.
-
Der
Begriff "Absorbensgegenstand" bezieht sich, so
wie er hier verwendet wird, auf eine Vorrichtung oder ein Produkt,
das Körperflüssigkeiten
und Ausscheidungen wie Urin absorbiert und enthält. Dieser Begriff bezieht
sich spezieller auf solche Vorrichtungen oder Gegenstände, die
gegen oder in enger Nähe
des Körpers eines
Trägers
getragen werden, um verschiedene Flüssigkeiten und Ausscheidungen
zu absorbieren und zu enthalten, die von dem Körper abgegeben werden. Der
Begriff "Einweg" beschreibt hier
Absorbensgegenstände,
die nach einmaligem Gebrauch weggeworfen werden sollen. Solche Artikel
sollen nicht gewaschen oder anderweitig als Absorbensgegenstand
wiederverwendet werden. Bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Absorbensgegenständen sind
eine Windel 10, die schematisch in 1 und 2 gezeigt
ist, und eine Damenbinde 11, die schematisch in 3 gezeigt
ist.
-
Bezugnehmend
auf die 1 und 2 sind in 1 verschiedene
Substrate illustriert, die Windel 10 in ihrem flachgelegten,
nicht-kontrahierten Zustand zeigen, wobei Teile der Struktur schematisch
dargestellt sind, um den Aufbau der Windel 10 zu verdeutlichen. 2 zeigt
schematisch im Querschnitt die mehreren Schichten oder Substrate
der Windel 10.
-
Die
Windel 10 umfasst, wie gezeigt, mehrere Schichten Schichtmaterial
oder Substrate, die klebend miteinander verbunden sind, um den Absorbensgegenstand
zu bilden. Speziell schließt
die Windel 10 eine flüssigkeitsdurchlässige Vliesoberschicht 12 und
eine flüssigkeitsundurchlässige Rückschicht 13 ein
(in der Regel aus Polyolefinmaterial wie Polyethylen oder Polypropylen
zusammengesetzt) ein, die mit der Oberschicht 12 verbunden
sind. Ein Absorbenskern 14 wird zwischen der Oberschicht 12 und
der Rückschicht 13 angeordnet.
Der Absorbenskern 14 kann aus Flocken 8 und gegebenenfalls
mittig angeordnetem Superabsorbenspolymer-(SAP)-Material 15 zusammengesetzt
sein. Die Flocken 8 sind in der Regel aus Absorbensfasern zusammengesetzt,
wie Cellulosefasern, können
jedoch auch andere natürliche
oder synthetische Absorbensfasern und/oder -materialien einschließen. Die
Windel 10 kann auch eine obere Tissueschicht 16,
die zwischen der Oberschicht 12 und dem Kern 14 eingeschlossen
ist, sowie eine untere Tissueschicht 17 einschließen, die zwischen
der Rückschicht 13 und
dem Kern 14 eingeschlossen ist. Wie am besten in 2 zu
sehen ist, kann jedes Substrat durch eine Schicht aus flexiblem
Klebstoff auf Polyolefinbasis, der mit erfindungsgemäßem flexiblem
Polyolefinpolymer oder Gemisch der FPO-Polymere formuliert ist,
an ein angrenzendes Substrat gebunden werden. Die Vliesoberschicht 12 ist
beispielsweise durch eine Klebstoffschicht 18, die auf
die Unterseite der Oberschicht 12 aufgebracht wird, an
die obere Tissueschicht 16 gebunden. Die obere Tissueschicht 16 ist
wiederum durch eine Schicht aus Klebstoff 19 an den Kern 14 gebunden.
Der Kern 14 wird durch eine Schicht Klebstoff 20 an
die untere Tissueschicht 17 gebunden, und die untere Tissueschicht 17 wird
wiederum durch eine Schicht Klebstoff 21, die auf die Oberseite
der Rückschicht 13 aufgebracht
ist, an die Rückschicht 13 gebunden.
Der Klebstoff kann in Abhängigkeit
von der Position und dem Typ der gewünschten Bindung gesprüht, spiralgesprüht, schmelzgeblasen,
schlitzaufgebracht oder als Perle aufgebracht werden.
-
Der
Absorbenskern 14 kann wie bereits gesagt diskrete Teilchen
aus Superabsorbensmaterial enthalten. Superabsorbentien sind jene
Materialien, die nach Kontakt mit Flüssigkeiten wie Wasser und Körperflüssigkeiten
diese Flüssigkeiten
einsaugen und festhalten und dadurch Hydrogele bilden. Auf diese
Weise können in
den Absorbenskern 14 abgegebene Flüssigkeiten aufgenommen und
von den Teilchen festgehalten werden, wodurch verbesserte Absorbenskapazität und/oder
verbesserte Flüssigkeitrückhalteleistung
geliefert wird.
-
Die
Teilchen aus dem Superabsorbensmaterial können irgendeine gewünschte Form
haben, z.B. spiralig oder halbspiralig, ku bisch, stabartig, vieleckig,
kugelig, usw. sein. Formen mit einem großen Verhältnis von größter Abmessung/kleinster
Abmessung, wie Nadeln, Blättchen
und Fasern, können
hier ebenfalls verwendet werden. Teilchen schließen auch Konglomerate individueller
Teilchen ein. Bevorzugte Superabsorbensmaterialien zur erfindungsgemäßen Verwendung
sind "nicht-faserige" Teilchen, so dass
das Verhältnis von
Länge zu
Durchmesser des teilchenförmigen
Materials etwa 10 oder weniger, in der Regel etwa 1 oder weniger
beträgt.
-
Das
Superabsorbens kann ein anorganisches Material sein, wie Silikagel,
oder eine organische Verbindung sein, wie vernetztes Polymer. Das
Superabsorbens umfasst jedoch allgemein wasserunlösliches, leicht
vernetztes, partiell neutralisiertes, Hydrogel bildendes Polymermaterial.
Solche Absorbensgeliermaterialien können aus ungesättigte Säure enthaltenen
Monomeren hergestellt werden.
-
Geeignete
ungesättigte
saure Monomere zur Verwendung bei der Herstellung der verwendeten
Absorbensgeliermaterialien schließen jene ein, die in dem erneut
erteilten US-Patent RE-32 649 beschrieben sind. Zu bevorzugten Monomeren
gehören
Acrylsäure,
Methacrylsäure
und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, wobei Acrylsäure bevorzugter
ist. Die aus den ungesättigten,
säurehaltigen
Monomeren gebildete Polymerkomponente kann auf andere Typen von
Polymereinheiten gepfropft werden, wie Stärke oder Cellulose. Bevorzugte
Absorbensgeliermaterialien, die aus konventionellen Typen von Monomeren
hergestellt sind, schließen
hydrolysierte acrylnitrilgepfropfte Stärke, acrylsäuregepfropfte Stärke, Polyacrylate,
Maleinsäureanhydridcopolymere
und Kombinationen derselben ein, wobei Polyacrylate und acrylsäuregepfropfte
Stärke
am meisten bevorzugt sind.
-
Wie
am besten in 1 gezeigt ist, schließt die Windel 10 ein
Paar gegenüberliegender
Taillenbahnen 22, 23 ein, die durch einen Schrittbereich 24 verbunden
sind. Der Schrittbereich 24 schließt wiederum ein Paar gegenüberliegender,
elastisch gemachter Schenkelbündchen 25, 26 ein.
Die Taillenbahnen 22, 23 werden, wenn die Windel 10 von
einem Benutzer getragen wird, durch ein Befestigungssystem zusammengehalten, das
in 1 als Paar lösbarer
Bandlaschen 27, 28 gezeigt ist.
-
In 3 ist
nun ein Absorbensgegenstand illustriert, der eine typische Damenbinde 11 zeigt.
Die Binde 11 umfasst, wie gezeigt, mehrere Schichten Schichtmaterial
oder Substrate, die miteinander verbunden sind, um den Absorbensgegenstand
zu bilden. Speziell schließt
die Binde 11 eine flüssigkeitsdurchlässige Vliesoberschicht 29 und
eine flüssigkeitsundurchlässige Rückschicht 30 ein
(in der Regel aus Polyolefinmaterial wie Polyethylen oder Polypropylen
zusammengesetzt), die mit der Oberschicht 29 verbunden
ist. Ein Absorbenskern 31 wird zwischen der Oberschicht 29 und
der Rückschicht 30 angeordnet.
Der Absorbenskern 31 kann aus Flocken und/oder Superabsorbens-(SAP)-Material
zusammengesetzt sein. Die Flocken 8 sind in der Regel aus
Absorbensfasern zusammengesetzt, wie Cellulosefasern, können jedoch
auch andere natürliche
oder synthetische Absorbensfasern und/oder -materialien einschließen. Die
Binde 11 kann auch eine obere Tissueschicht 32 einschließen, die
zwischen der Oberschicht 29 und dem Kern 31 angeordnet
ist. Wie in 3 gezeigt ist, wird jedes Substrat
durch eine Schicht aus erfindungsgemäß formuliertem Klebstoff auf
FPO-Basis an ein
angrenzendes Substrat gebunden. Die Vliesoberschicht 29 ist
beispielsweise durch eine Klebstoffschicht 33, die auf
die Unterseite der Oberschicht 29 aufgebracht wird, an
die obere Tissueschicht 32 gebunden. Die obere Tissueschicht 32 ist
wiederum durch eine Schicht aus Klebstoff 34 an den Kern 31 gebunden. Der
Kern 31 ist schließlich
durch eine Schicht aus Klebstoff 35, der auf die Oberseite
der Rückschicht 30 aufgebracht
wird, an die Rückschicht 30 gebunden.
Der Klebstoff kann in Abhängigkeit
von der Position und dem Typ der gewünschten Bindung gesprüht, spiralgesprüht, schmelzgeblasen,
schlitzaufgebracht oder als Perle aufgebracht werden. In der in 3 illustrierten
Ausführungsform
wird auch eine Schicht aus Klebstoff 36 auf die Unterseite
der Rückschicht 30 aufgebracht,
und ein Trennpapier 37 bedeckt den Klebstoff 36.
Wenn das Papier 37 somit entfernt wird, um den Klebstoff 36 freizulegen,
kann die Klebstoffschicht 36 zur Befestigung der Binde 11 an
der Unterwäsche
verwendet werden, die der Träger
bzw. die Trägerin
trägt,
wie konventionell und in der Technik wohl bekannt ist.
-
In 4 ist
nun ein System zur Herstellung von Einwegdamenbinden schematisch
dargestellt, das das erfindungsgemäße Verfahren illustriert. Schichten 40 und 41 aus
Absorbensmaterial, das in der Regel verdichtete Cellulosefasern
umfasst, werden spezieller aus Vorratsrollen 42 beziehungsweise
43 in eine Hammermühle 44 geführt, die
die Schichten 40 und 41 unter Bildung von Flocken
shreddert. Die Flocken werden dann mittels eines Gebläses 45 durch
Leitungen 46 und 47 in einen Zyklon 48 luftgefördert, der
die Flocken homogen mit Luft mischt. Die Mischung aus Flocken und
Luft wird dann über
eine Leitung 49 in eine Rolle 50 eingeführt, die
die Flocken zu einem Absorbenskern formt. Die Rolle 50 schließt, wie
konventionell ist, ein Sieb ein, das die vorgebildete Form des darin
gebildeten Kerns hat, und an das Innere der Rolle 50 wird
Vakuum angelegt, das die Flocken aus der Leitung 49 auf
das Sieb zieht, um den Kern zu bilden. Wenn die Rolle 50 sich
dreht, wird ein Teil des Inneren schließlich dem Überdruck ausgesetzt, was da zu
führt,
dass der Kern von der Oberfläche
des Siebs weggeblasen wird. Zu diesem Zeitpunkt trägt sich
der Kern im Wesentlichen nicht selbst und muss daher durch ein Substrat
gehalten werden. Bei der Herstellung von Damenhygieneprodukten wie
Damenbinden wird der Kern 51 von einem Tissuesubstrat 52 gehalten,
das von einer Vorratsrolle 53 zugeführt wird. Der von der Tissueschicht 52 gehaltene
Kern 51 wird dann stromabwärts geführt, wo eine zweite Tissueschicht 54,
die von einer Trommel 55 zugeführt wird, auf die Oberseite
des Kerns 51 aufgebracht wird. Eine Vliesoberschicht 56,
die von einer Rolle 57 zugeführt wird, wird schließlich über die
Tissueschicht 54 aufgebracht, und eine undurchlässige Rückschicht 58,
die von einer Rolle 59 zugeführt wird, wird über die
Tissueschicht 52 aufgebracht, um die in 3 illustrierte
laminierte Struktur zu bilden. Die laminierte Struktur wird dann
stromabwärts
geführt,
um zu einer Damenbinde weiterverarbeitet zu werden. Wenn die schematische Darstellung
des in 4 dargestellten Systems in ähnlicher Weise zur Herstellung
von Windeln verwendet wird, wird die Laminatstruktur auch stromabwärts geführt, um
zu der in 1 und 2 illustrierten
Windel weiterverarbeitet zu werden.
-
Das
in 4 illustrierte und bis zu diesem Punkt beschriebene
System ist konventionell und der Standardgebrauch bei der Herstellung
von Damenbinden und Windeln. Nicht zum Standard oder dem Konventionellen
gehört
jedoch die Verwendung der Klebstoffe auf FPO-Basis in dem beschriebenen
und in 4 illustrierten Verfahren, um verschiedene Komponenten
und Substrate miteinander zu verbinden. In einer Ausführungsform
liefert das vorliegende Verfahren speziell ein Verfahren zum Binden
des Absorbenskerns an ein anderes Substrat. In dieser Ausführungsform
kann Klebstoff auf FPO-Basis aus einer Quelle 63 durch
Leitung 64 und Düse 65 auf
die Unterseite von Kern 51 gesprüht werden. Wenn der Kern 51 danach
mit Tissueschicht 52 verbunden und darauf ausgeübtem Druck
ausgesetzt ist, wenn er durch einen Spalt geführt wird, der zwischen Walzen 86 und 87 gebildet
wird, bindet der Klebstoff Tissueschicht 52 an die Innenseite
des Kerns 51. Alternativ kann Tissueschicht 52 an
Kern 51 gebunden werden, indem der Klebstoff über Leitung 66 und
Düse 67 auf
die Innenseite von Tissueschicht 52 gesprüht wird.
Der Kern 51 und die Tissueschicht 52 können dann
miteinander verbunden werden, wenn sie dem Druck ausgesetzt werden,
der durch Walzen 86 und 87 ausgeübt wird.
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Tissueschicht 54 kann
auch in ähnlicher
Weise mit der Oberseite von Kern 51 verbunden werden. Wie in 4 gezeigt
ist, kann ein Klebstoff auf FPO-Basis aus einer Quelle 68 über Leitung 69 und
Düse 70 auf die
Oberseite von Kern 51 aufgebracht werden. Danach wird Tissueschicht 54 auf
den Kern 51 aufgebracht, und der Klebstoff führt zu einer
starken Bindung zwischen Tissueschicht 54 und Kern 51,
wenn er Druck ausgesetzt wird, der durch Walzen 86 und 87 ausgeübt wird.
Alternativ kann das gleiche Bindungsergebnis bewirkt werden, indem
Klebstoff aus Quelle 68 über Leitung 71 und
Düse 72 auf
die Innenseite der Tissueschicht 54 gesprüht wird.
Der Klebstoff bindet, wenn er aufgebracht worden ist, Tissueschicht 54 an
die Oberseite von Kern 51. In jedem Fall wird die Laminatstruktur
dann durch einen Spalt geführt,
der zwischen zwei Kalanderwalzen 86 und 87 gebildet
wird, die Druck auf die Laminatstruktur ausüben, um starke Bindung zwischen
den Substraten zu gewährleisten.
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Schließlich können, wie
illustriert ist, die Vliesoberschicht 56 und die undurchlässige Rückschicht 58 auch
unter Verwendung von Klebstoffen auf FPO-Basis verbunden werden.
Wie illustriert ist, kann die Oberschicht 56 mittels Klebstoff,
der von Quelle 73 durch Leitung 74 und Düse 75 auf
die äußere oder
Oberseite der Tissueschicht 54 zugeführt worden ist, an die Tissueschicht 54 gebunden
werden. Der Klebstoff aus Quelle 73 kann alternativ über Leitung 76 und
Düse 77 auf
die Innenseite der Vliesschicht 56 zugeführt werden.
In ähnlicher
Weise kann die undurchlässige
Rückschicht 58 in ähnlicher
Weise an die Unterseite der Tissueschicht 52 gebunden werden.
Klebstoff auf FPO-Basis aus Quelle 78 kann über Leitung 79 und
Düse 80 zugeführt werden,
um auf die Unterseite der Tissueschicht 52 gesprüht zu werden.
Alternativ kann der Klebstoff über
Leitung 81 und Düse 82 auf
die Innenseite von Rückschicht 58 gesprüht werden.
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Nachdem
eine Laminatstruktur wie in 3 gezeigt
zusammengefügt
wurde, werden der Kern 51, die Tissueschichten 52 und 54,
die Oberschicht 56 und Rückschicht 58 alle
Druck ausgesetzt, um diese Substrate miteinander zu verbinden. Diese
Laminatstruktur wird dann durch einen Spalt geführt, der zwischen zwei Kalanderwalzen 84 und 85 gebildet
wird, die Druck auf die Laminatstruktur ausüben, um starke Bindung zwischen den
Substraten zu gewährleisten.
Danach wird die Laminatstruktur zur Weiterverarbeitung zu dem gewünschten
fertigen Gegenstand, d.h. einer Damenbinde oder Windel oder dergleichen,
stromabwärts
geführt.