ITTO940792A1

ITTO940792A1 - Composizione adesiva,relativo procedimento ed apparecchiatura.

Info

Publication number: ITTO940792A1
Application number: IT94TO000792A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Palumbo
Original assignee: P & G Spa
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-07
Also published as: IT1268620B1; CA2159930A1; CA2159930C; ITTO940792A0

Abstract

L'invenzione si riferisce a fili o strisce formate da una composizione adesiva elastomerica hot melt, comprendente almeno un elastomero termoplastico ed almeno una resina di tipo tackifier, l'elastomero (elastomeri) termoplastico essendo un copolimero a blocchi stirene/butadiene/stirene (SBS) oppure una miscela di un copolimero stirene/butadiene/stirene con un copolimero a blocchi stirene/isoprene/stirene (SIS) in cui SIS è presente in una quantità uguale o inferiore al 50% in peso del totale del copolimero a blocchi, ed in cui la composizione adesiva:a) è in grado di legarsi, quando viene applicata allo stato fuso, a materiali plastici e oppure cellulosici, con un peel a 90° non inferiore a 0,5 N/cm;b) presenta una ritenzione della resistenza a trazione, dopo 50 cicli, di almeno il 40%;c) ha una viscosità di 120.000 cps o meno a 180°C e sotto una sollecitazione di tagli applicata di 80 sec-1.L'invenzione si riferisce pure ad un procedimento per la fabbricazione di fili o strisce ed una apparecchiatura per l'applicazione dell'adesivo elastomerico hot melt ad una materia prima secondo una disposizione non lineare.(Figura 1).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Composizione adesiva, relativo procedimento ed apparecchiatura",

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una composizione adesiva. Più particolarmente l'invenzione si riferisce a fili e strisce formati da un adesivo hot melt dotato di proprietà elastiche allo stato solido, ma che ha una elasticità bassa ed in molti casi trascurabile allo stato fuso, come è dimostrato dal suo comportamento essenzialmente Newtoniano alla temperatura di lavorazione (applicazione). L'invenzione si riferisce pure ad un procedimento per la produzione di tali fili e strisce e ad una apparecchiatura per la produzione di tali fili e strisce.

Nella produzione di molti tipi diversi di articoli è necessario fissare un materiale elastico ad un substrato non elastico. Un esempio è la produzione di pannolini mutandina monouso, in cui le strisce elastiche vengono impiegate per l'elasticizzazione attorno alle gambe ed alla vita. Tipicamente! le strisce elastiche sono costituite da elastici in gomma fìssati al corpo del pannolino mutandine da strati dì adesivo, p.es. adesivo hot melt, applicato ad ambedue le superficl»

Questa disposizione comporta un certo numero di inconvenienti. Per esempio, la striscia elastica è spesso ricoperta con un agente antibloccante come talco durante la fabbricazione, per impedire che la striscia aderisca a se stessa. Tuttavìa, questo agente antibloccante può a sua volta, rendere molto più difficoltoso il fissaggio della striscia elastica al corpo dell'artìcolo, inoltre, poiché gli adesivi hot melt che vengono Impiegati non hanno in sé reali proprietà elastiche, l'applicazione dell'adesivo tende a "inficiare" l'allungamento dì quella parte dell'elastico al quale è applicato. Infine, l'impiego di due materiali, gomma e adesivo, è costoso.

Una composizione che abbia proprietà adesive quando si applica allo stato fuso e preferibilmente abbia anche proprietà dì adesivo sensibile a pressione, e l'elasticità della gomma, pur possedendo proprietà reologlche adatte per la lavorazione allo stato fuso, è altamente desiderabile poiché poterebbe sostituire l'elastico in gomma e l'adesivo attualmente impiegati e rappresenterebbe un considerevole avanzamento nella fabbricazione di articoli assorbenti come i pannolini mutandina. Tale composizione troverebbe pure numerose altre applicazioni in molti campi diversi. Per molte applicazioni, sia nel campo degli articoli assorbenti che altrove, è necessario che l'adesivo elastico sia presente sotto forma di fili o strisce.

Vi sono in commercio molti tipi di composizioni come adesivi hot melt ed un campo molto più ampio di composizioni è stato suggerito per l'uso in questo campo. Un adesivo hot melt può essere definito come una composizione che presenta proprietà adesive quando viene applicato ad un substrato allo stato fuso. Questo non preclude che la composizione mostri pure proprietà adesive a temperatura ambiente, p.es. proprietà di adesivo a pressione. In generale, gli adesivi hot melt sono formulati per proprietà quali adesione ad una varietà di superfici, stabilità a caldo e proprietà di lavorabilità anziché per l'elasticità, ed ogni tentativo per aumentare l'elasticità ha un effetto negativo sull'adesione o sulle altre proprietà desiderabili della composizione. Finora, nessuna delle composizioni adesive hot melt in commercio combina buona adesione con proprietà elastiche comparabili a quelle della gomma.

La gomma naturale è generalmente troppo viscosa per essere usata come base per adesivi hot melt e la gomma vulcanizzata non può essere fusa. Molti adesivi hot melt sono a base di elastomeri termoplastici a blocchi poiché questi possono essere fusi. Molti di tali elastomeri, con una varietà di proprietà, sono disponibili in commercio. Per l'impiego come adesivo, gli elastomeri termoplastici a blocchi devono generalmente essere miscelati con agenti di tipo resine "tackifier" per migliorare l'adesione. Possono anche essere necessari altri additivi come palstificanti, a seconda dell'applicazione.

Certe proposte della tecnica precedente hanno tentato di provvedere adesivi hot melt che hanno anche proprietà elastiche. Per esempio, US-A-4418 123 cerca di provvedere un elastico autoadesivo avente una combinazione di proprietà elastiche ed adesive. La composizione è definita, a grandi linee, come una combinazione di un copolimero a blocchi comprendente almeno un blocco mediano polimerico gommoso sostanzialmente amorfo ed almeno due blocchi terminali vetrosi poli(vinilarenici), insieme ad una resina compatibile con il blocco mediano ed una resina compatibile con i blocchi terminali. Tutti gli esempi specifici (ad eccezione di un esempio di confronto con proprietà insoddisfacenti) sono basati su copolimeri a blocchi stirene-isoprene-stirene . Nonostante le rivendicazioni presentate per questi, per quanto a conoscenza dei presenti<' >richiedenti, nessuna delle composizioni esemplificate in US-A-4 418 123 mostra autentiche proprietà elastiche comparabili con quelle della gomma, combinate con una buona adesione e lavorabilità (vedi esempio di confronto A in seguito).

Analogamente EP-A-0 424 295 (HB Fuller France SARL) si riferisce ad un elastico termoplastico destinato particolarmente all 'elasticizzazione di pannolini mutandina, che comprende:

a) almeno una gomma sintetica che è del tipo di copolimero a blocchi, comprendente almeno un blocco mediano gommoso ed almeno due blocchi terminali vetrosi;

b) dal 20 al 150% in peso rispetto al copolimero a blocchi, di almeno una resina di tipo tackifier, che è compatibile con il blocco mediano del copolimero;

c) dal 10 al 50% in peso rispetto al copolimero a blocchi di almeno una resina di tipo tackifier che è compatibile con i blocchi terminali del copolimero; e

d) dal 5 al 35% in peso rispetto alla composizione, di un olio minerale.

Le composizioni esemplificate in EP-A-0 424 295 sono generalmente a base di SIS (stirene-isoprenestirene) ed un esempio di una composizione a base di SBS (stirene-butadiene-stirene) mostra proprietà non soddisfacenti (vedi esempio comparativo B in seguito).

È stato ora trovato che, con una accurata selezione dei componenti, è possibile produrre adesivi hot melt aventi la combinazione desiderabile di proprietà precedentemente indicata, cioè buona adesione allo stato fuso (ed in molte realizzazioni anche a temperatura ambiente), proprietà elastiche comparabili con quelle della gomma e buona lavorabilità allo stato fuso. Si è anche trovato che questi adesivi possono essere realizzati sotto forma di fili o strisce .

La presente invenzione provvede fili e strisce che sono formati da una composizione adesiva elastomerica hot melt comprendente almeno un elastomero termoplastico ed almeno una resina di tipo tackifier, l'elastomero (elastomeri) termoplastico essendo un copolimero a blocchi stirene/butadiene/stirene (SBS) oppure una miscela di stirene/butadiene/stirene con copolimero a blocchi stirene/isoprene/stirene (SIS), in cui SIS è presente in una quantità uguale o inferiore al 50% in peso del totale del copolimero a blocchi, ed in cui la composizione adesiva è caratterizzata dal fatto che:

a) è in grado di legarsi, quando viene applicata allo stato fuso, a materiali plastici e/oppure cellulosici con una forza di distacco ("peel") sotto un angolo di 90° non inferiore a 0,5 N/cm (come definita in questa sede);

b) mantiene una resistenza a trazione, dopo 50 cicli (come definito in questa sede), di almeno il 40%; e

c) ha una viscosità di 120.000 cps o meno a 180° C, e sotto una sollecitazione di taglio di 80 sec \ La caratteristica a) precedentemente indicata si riferisce alle proprietà adesive della composizione ed in ogni caso la composizione deve avere le proprietà di un adesivo hot melt che è in grado di legarsi a substrati appropriati, tipicamente materiali plastici e/oppure cellulosici, quando viene applicata allo stato fuso. In particolare, "capace di legarsi" indica che la composizione è in grado di presentare adesione su materiali plastici e/oppure cellulosici sufficiente specialmente per l'utilizzazione nella fabbricazione di articoli igienici assorbenti. Quando viene applicata allo stato fuso tra due substrati di materiali plastici e/oppure cellulosici, la composizione forma un legame dotato di una resistenza, misurata come peel a 90°, non inferiore a 0,5 N/cm. La composizione, in una grammatura di 5 g/m , viene applicata tra i substrati e 48 ore dopo la formazione del legame si misura la resistenza al peel sotto un angolo di distacco di 90° a 23°C e con una velocità di separazione di 300 mm/minuto.

Come descritto più dettagliatamente nel seguito, molte composizioni quali quelle descritte in questa sede si legano anche a substrati appropriati a temperatura ambiente, e possono presentare le proprietà di un adesivo sensibile a pressione.

La caratteristica b) precedentemente indicata si riferisce alle proprietà elastiche della composizione. Il test che viene utilizzato è descritto più dettagliatamente nel seguito e comporta la misurazione del punto fino al quale vengono mantenute le proprietà elastiche dopo 50 cicli di allungamento e rilascio. La percentuale di allungamento a cui viene sottoposta la composizione si riferisce al modulo della composizione ed al grado prevedibile di allungamento della composizione durante l'impiego. Il dato del 40% per il mantenimento della resistenza a trazione, indica che le proprietà elastiche della composizione sono comparabili con quelle della gomma naturale e sono preferibilmente superiori a queste. Preferibilmente la ritenzione per la resistenza a trazione è di almeno il 50%, più preferibilmente almeno il 60%.

La caratteristica c) suddetta si riferisce alla lavorabilità della composizione ed una viscosità di 120.000 cps o meno a 180°C (sollecitazione di taglio 80 sec X) ed indica che la composizione può essere applicata con apparecchiature di tipo convenzionale utilizzate per gli adesivi hot melt. Di preferenza la viscosità è di 60.000 cps o meno, più preferibilmente 30.000 cps o meno. È pure altamente desiderabile che la composizione secondo l'invenzione presenti un comportamento reologico sostanzialmente Newtoniano, in particolare la viscosità non deve variare in modo significativo al variare della sollecitazione di taglio. Come discusso più dettagliatamente nel seguito, molte composizioni quali quelle definite in questa sede, mostrano un comportamento Newtoniano alle temperature di lavorazione previste, cioè attorno a 180° C.

Le composizioni come definite in questa sede possono essere formulate con qualsiasi modulo desiderato, a seconda dell'uso finale desiderato. Tuttavia, il modulo ha influenza sulle proprietà principali della composizione ed è conveniente dividere le composizioni dell'invenzione in composizioni a basso modulo e composizioni ad alto modulo.

Le composizioni a basso modulo sono definite come composizioni aventi un modulo di 0,5 MPa o meno ad un allungamento del 500% (sei volte la lunghezza iniziale del campione), misurato a 23°C con una velocità di allungamento di 500 mm/minuto. Generalmente, le composizioni a basso modulo hanno un modulo compreso tra 0,05 e 0,5 MPa, preferibilmente tra 0,05 e 0,3 MPa. Le composizioni a basso modulo mostrano generalmente buone proprietà adesive a temperatura ambiente e possono anche essere adesivi sensibili a pressione. Queste composizioni vengono normalmente stirate immediatamente dopo la loro formazione, p.es. dopo l'estrusione dal fuso come filo o striscia. La stiratura si può verificare immediatamente prima o durante l'applicazione ad un articolo, in modo che le composizioni vengono effettivamente applicate allo stato stirato. Le composizioni a basso modulo vengono tipicamente impiegate con un allungamento tra il 400% ed il 1000%.

Poiché le composizioni a basso modulo verranno normalmente stirate immediatamente dopo l'estrusione, è desiderabile che abbiano un punto di solidificazione relativamente alto, in modo che solidifichino rapidamente dopo l'estrusione. Di preferenza il punto di solidificazione (misurato con il metodo di Analisi Dinamico-Meccanica descritto più dettagliatamente nel seguito) è di almeno 80°C, più preferibilmente almeno 100°C.

Le composizioni ad alto modulo sono definite come composizioni aventi un modulo superiore a 0,5 MPa ad un allungamento del 500% (sei volte la lunghezza iniziale del campione) misurato a 23°C con una velocità di allungamento di 500 mm/minuto. Preferibilmente le composizioni ad alto modulo hanno un modulo compreso tra 1 MPa e 10 MPa. Poiché il carattere di adesivo sensibile alla pressione è generalmente inversamente proporzionale al modulo, le composizioni ad alto modulo sono spesso applicate allo stato fuso, sebbene alcune possano mantenere un carattere adesivo sensibile a pressione sufficiente per permetterne l'applicazione a temperatura ambiente. L'applicazione allo stato fuso implica che la composizione viene applicata senza allungamento preventivo, detto allungamento verificandosi generalmente al momento dell'uso, e ciò vale particolarmente per composizioni con un modulo di 1 MPa o più alto. Per questa ragione, la temperatura di solidificazione elevata è meno critica per le composizioni ad alto modulo, ma per convenienza queste vengono pure preferibilmente formulate in modo da avere un punto di solidificazione di almeno 80°C, più preferibilmente almeno 100°C. Composizioni ad alto modulo sono generalmente usate con un grado minore di stiratura. Esse sono in grado di fornire una forza elastica sufficiente con una bassa deformazione (tipicamente non superiore al 50%). Tuttavia, nei casi in cui le composizioni mantengano un sufficiente carattere di adesivo sensibile a pressione, in modo da poter essere applicate a temperatura ambiente allo stato stirato, esse possono essere impiegate con un allungamento fino al 400%.

I componenti essenziali della composizione, come qui definita, per la produzione di fili e strisce, sono un elastomero termoplastico ed una resina di tipo tackifier, e questi verranno descritti in termini generali.

Gli elastomeri termoplastici sono una classe chimica e tecnologica molto interessante di polimeri che si distinguono per le loro caratteristiche di comportamento. A temperatura ambiente essi si comportano come gomme vulcanizzate, evidenziando un'alta elasticità ma, contrariamente alle gomme vulcanizzate/ essi possono essere fusi e rilavorati nello stesso modo dei materiali termoplastici.

Questo comportamento è determinato da una particolare struttura chimica. La maggior parte degli elastomeri termoplastici è costituita da copolimeri a blocchi, cioè le loro molecole sono formate da blocchi di natura diversa legati tra di loro. Blocchi diversi si possono alternare lungo la catena come blocchi relativamente corti (struttura multiblocco del tipo A-B-A-B-A, ecc.); oppure le molecole possono avere una struttura triblocco di tipo A-B-A, in cui A sono i blocchi terminali e B è un blocco centrale di natura diversa (copolimeri triblocco lineari); oppure le molecole possono avere una struttura "radiale" o "stellare" rappresentata come (AB)X , in cui tutti i blocchi mediani B sono legati chimicamente tra di loro ed in un punto centrale, ed i blocchi terminali A sono disposti radialmente ciascuno all'estremità di un blocco B. Strutture formate da soli due blocchi (diblocco) del tipo AB sono,inefficaci come elastomeri termoplastici per il loro comportamento elastico.

La natura chimica dei vari blocchi può essere diversa ed i copolimeri risultanti possono essere classificati p.es. come poliuretani, poliesteri, polieteri, poli-eter-esteri ammidi, ecc. Tuttavia, una caratteristica comune è la seguente: i diversi blocchi sono fisicamente incompatibili poiché sono mutualmente insolubili. Il materiale può così essere considerato un sistema eterogeneo in cui blocchi differenti, anche se legati chimicamente nella stessa molecola, esistono come entità separate. I blocchi A di differenti molecole tendono ad associarsi tra di loro in microscopiche zone o "domini" e lo stesso accade per i blocchi B. Il materiale così formato ha una struttura eterogenea di domini A e B, ciascuno ben separato, con quello presente in quantità minore disperso microscopicamente nell'altro che costituisce una fase continua. Questa fase continua è generalmente formata da blocchi "morbidi" o gommosi B, che danno al materiale le sue proprietà elastiche, mentre la fase dispersa A è formata da blocchi "rigidi" non elastomerici . Al di sotto della temperatura di transizione vetrosa o del punto di rammollimento dei blocchi rigidi, ciascuna molecola del copolimero ha i suoi blocchi A fissati in almeno due punti, cioè "confinati" nei domini rigidi. Per conseguenza, la parte gommosa della molecola può sopportare un allungamento ma senza scorrere rispetto alle altre molecole, e quando la forza di stiratura esterna viene rilasciata essa ritorna alla sua posizione iniziale per effetto entropico.

Quindi, negli elastomeri termoplastici, i blocchi rigidi operano come una vulcanizzazione fisica, ed i vantaggi di tale situazione sono chiari. I legami chimici che formano la struttura vulcanizzata di una gomma standard non possono essere distrutti per riscaldamento, e ad una temperatura sufficientemente alta la gomma inizia semplicemente a decomporsi. D'altro lato, negli elastomeri termoplastici, il calore può effettivamente fondere i domini rigidi; il materiale può così essere fuso e lavorato, ma i domini rigidi che danno origine alla pseudovulcanizzazione si riformano nuovamente per semplice raffreddamento del materiale. Dalla spiegazione è ovvio che i diblocchi, che contengono soltanto un blocco rigido ed uno morbido non possono contribuire alle proprietà elastiche.

I diblocchi possono migliorare la lavorabilità, ma il loro contenuto nel materiale deve essere limitato entro certi valori, onde non ridurre l'elasticità in modo inaccettabile. Inoltre, la quantità totale di blocchi rigidi è importante; un contenuto troppo basso impartirà proprietà elastiche modeste (simili a quelle di una gomma insufficientemente vulcanizzata), mentre un contenuto troppo alto farà si che il materiale si comporti come una gomma molto dura e super vulcanizzata, anche cosi con elasticità modesta .

Tra i copolimeri elastomerici termoplastici a blocchi, i cosiddetti copolimeri a blocchi stirenici (SBC) sono ben noti e ampiamente impiegati in molte utilizzazioni, per le loro ottime proprietà. I copolimeri a blocchi stirenici, come classe, sono descritti p.es. in Thermoplastic Elastomers: A Comprehensive Review, Legge, Holder & Schroeder (Ed.), Hauser Publishers (1987), Capitoli 3, 4 e 12(1). Essi possono avere le strutture già menzionate, come:

- multiblocco A-B-A-B-A-B- ... ecc.

- triblocco lineare A-B-A

- polimeri radiali o "a stella" (AB)X, in cui x > 2.

A rappresenta un blocco "rigido" di un monomero vinilarenico polimerizzato, generalmente stirene o alfa-metil-stirene; e B rappresenta un "blocco intermedio morbido" formato generalmente da un monomero gommoso come polibutadiene, poliisoprene, polietilene-butilene o polietilene-propilene.

Il contenuto di molecole diblocco A-B in tali materiali può raggiungere anche l'80% in peso ed in speciali prodotti commerciali può anche costituire la totalità del polimero. Questi ultimi materiali vengono usati per applicazioni particolari poiché, per le ragioni precedentemente indicate, essi non hanno pro-prietà elastiche o le hanno molto modeste. I diblocchi possono contribuire alla lavorabilità e migliorare le proprietà di adesione, ma per mantenere buone caratteristiche elastiche, il loro contenuto nel copolimero a blocchi elastomerico termoplastico deve essere mantenuto inferiore al 40% in peso.

Gli SBC sono ampiamente usati come sostituti per le gomme vulcanizzate, essendo la loro durezza, modulo e proprietà meccaniche ed elastiche generali fortemente correlate al contenuto di blocchi rigidi, formati specialmente da polistirene. Essi hanno pure trovato impiego come polimeri di base per adesivi hot melt, per le loro caratteristiche meccaniche general-mente buone, per la facilità di sviluppare proprietà adesive nei loro blocchi mediani gommosi e per la buona stabilità termica, che li rende superiori alle basi tradizionali per hot melts come copolimeri etilene-vinilacetato .

Tuttavia, lo scopo principale delle composizioni standard è stato di ottimizzare le proprietà adesive senza tener conto del mantenimento di almeno parte delle proprietà elastiche tipiche del polimero di base.

I copolimeri termoplastici elastomerici a blocchi noti come SBC, hanno tìpicamente le caratteristiche seguenti:

- Sono formati da due specie di monomeri, ciascuno polimerizzato in blocchi delle stesse unità monomeriche, i blocchi essendo distinti anche se chimicamente legati all'interno della molecola del copolimero. Inoltre, i due tipi di blocchi debbono essere mutualmente incompatibili.

- La struttura secondo la quale i due tipi di blocchi presenti sono collegati nella molecola può essere:

- multiblocco alternato, come ... A-B-A-B-A-B

- triblocco lineare, come A-B-A

- struttura radiale o stellare, come (A-B)x , in cui x > di 2.

- "A" rappresenta blocchi di un polimero derivato da un monomero vinil-arenico, tipicamente stirene o alfa-metil-stirene. Essi sono definiti blocchi rigidi poiché a temperatura ambiente questi tipi di polimero sono materiali rigidi, vetrosi e fragili, trovandosi al di sotto della loro temperatura di transizione vetrosa (Tg).

Tipicamente costituenti utili per i blocchi rigidi hanno Tg ben al di sopra della temperatura ambiente, e preferibilmente superiore a 90°C.

- "B" rappresenta blocchi di un polimero gommoso avente una Tg < 0°C e preferibilmente < -40°C.

Tipicamente, questi blocchi "morbidi" sono formati da gomme come polibutadiene e poliisoprene.

Nel comune lessico tecnologico, i copolimeri elastomerici termoplastici a blocchi risultanti sono spesso indicati rispettivamente con le abbreviazioni SBS e SIS. Come già si è detto con riferimento al meccanismo della generazione delle proprietà elastiche in questi tipi di polimeri, e particolarmente circa la funzione dei blocchi rigidi nell'impartire una vulcanizzazione fisica al polimero, gli SBC utili contengono almeno due blocchi rigidi "A” per molecola ed almeno un blocco morbido "B". Le molecole formate da un blocco di A ed un blocco di B (i cosiddetti diblocco) dovrebbero, per l'impiego nella presente invenzione, essere mantenuti al di sotto del 40% in peso nel polimero di base.

Dalla letteratura è ampiamente noto che esistono differenze tra i copolimeri SIS ed ì copolimeri SBS, che sono rilevanti nella formulazione di adesivi hot melt. I copolimeri SBS costano generalmente meno dei copolimeri SIS simili, ed i copolimeri SBS possono essere sintetizzati in modo da presentare una elasticità migliore rispetto ai copolimeri SIS simili. Tuttavia, non è stato finora possibile trarre vantaggio da queste proprietà potenzialmente vantaggiose dei copolimeri SBS, in conseguenza del fatto che i copolimeri SBS non hanno generalmente mostrato adeguate proprietà adesive ed i copolimeri SIS sono molto più facilmente modificabili in modo da sviluppare proprietà adesive. Per, questa ragione, gli adesivi hot melt sono generalmente stati formulati impiegando copolimeri SIS come SBC predominante. Sia US-A-4418123 che EP-A-0424295, di cui si è parlato prima, preferiscono chiaramente SIS, come SBC sul quale sono basate le composizioni, e nessuno dei due documenti descrive una composizione basata su SBS che abbia proprietà soddisfacenti.

Secondo la presente invenzione si è trovato che è possibile produrre composizioni in cui i copolimeri SBS sono il principale copolimero (copolimeri) stirenico a blocchi, con soddisfacenti proprietà adesive. Nello stesso tempo queste composizioni mantengono i vantaggi tipici dei copolimeri SBS per quanto riguarda l'elasticità, che sono stati menzionati in precedenza. Quindi, rispetto a composizioni basate su altri SBC, si possono formulare composizioni secondo la presente invenzione con migliori proprietà elastiche, ritorno elastico più rapido, diagrammi tensione/deformazione più piatti anche con allungamenti maggiori di 1000% ed ottenere composizioni con lavorabilità migliore (comportamento reologico più Newtoniano) . Si deve tuttavia notare che un confronto diretto tra composizioni a base di SIS e SBS è molto difficile, poiché le composizioni debbono essere formulate in modo diverso. Per conseguenza, non sarà generalmente possibile sostituire semplicemente un copolimero SBS con un copolimero SIS in una composizione hot melt ed ottenere proprietà soddisfacenti, e si dovranno fare altri aggiustamenti nella formulazione a seconda della natura dell'SBC, per ottenere risultati ottimali. Il modo in cui composizioni secondo l'invenzione possono essere formulate per ottenere le proprietà desiderate, viene descritto più dettagliatamente nel seguito.

Quindi, le composizioni preferite in forma di fili e strisce secondo l'invenzione, sono a base di copolimeri SBS oppure di una miscela di SBS/SIS, in cui SIS è presente in quantità uguale o inferiore al 50% in peso del copolimero a blocchi totale.

Tutti gli elastomeri termoplastici possono essere lavorati allo stato fuso adottando varie tecnologie, varie apparecchiature, mostrando in ogni caso allo stato solido proprietà simili alla gomma vulcanizzata. Potenzialmente tutti gli elastomeri termoplastici possono essere resi adesivi. Qualcuno aderisce abbastanza bene allo stato fuso a differenti substrati. È tuttavia chiaramente molto desiderabile ottenere elastomeri termoplastici che sono in grado di aderire a temperatura ambiente o a temperatura solo moderatamente elevata a vari substrati .

Così, mentre gli elastomeri termoplastici puri hanno una certa adesività ad alta temperatura, questa adesività può essere convenientemente migliorata sia in termini di resistenza dei legami formati con vari substrati che in termini di campo di temperature nei limiti del quale si formano i legami.

Questo miglioramento viene ottenuto con l'uso di almeno una resina di tipo tackifier adatta. Più particolarmente, proprietà adesive molto migliori ed anche proprietà adesive a temperatura ambiente (comportamento di adesività a pressione) possono essere ottenute miscelando elastomeri termoplastici con i materiali noti come resine di tipo tackifier i quali, come classe, sono ben noti nella letteratura.

Quando si utilizzano elastomeri termoplastici a temperatura ambiente (p.es. perché si desidera prestirarli allo stato solido e fissarli sotto tensione) , è necessario che presentino il comportamento tipico dei veri adesivi sensibili a pressione, e questo richiede generalmente una miscela di un elastomero termoplastico a blocchi ed una resina di tipo tackifier. Si può notare che, allo scopo di migliorare le proprietà adesive dell'elastomero termoplastico (sia ad alta temperatura che a temperatura ambiente) , si devono modificare soltanto i blocchi morbidi (gommosi) della sua molecola, per mezzo della resina di tipo tackifier. Quindi, soltanto le interazioni tra i blocchi morbidi (gommosi) ed una resina, sostanzialmente compatibile con questi, provoca la generazione di adesività; mentre l'eventuale modificazione dei blocchi rigidi con una resina non porta mai allo sviluppo di un comportamento adesivo.

Non soltanto i blocchi rigidi non presentano alcuna attivazione adesiva, ma la loro eventuale modificazione per mezzo di una resina di tipo tackifier può "ammorbidire" la loro resistenza meccanica. Questo rischia di compromettere la loro capacità a funzionare come "centri di vulcanizzazione fisica" per l'elastomero, distruggendo per conseguenza il comportamento elastico.

Quindi, per i vari elastomeri termoplastici a blocchi, a seconda della natura chimica dei loro blocchi morbidi e rigidi, si possono identificare resine di tipo tackifier adatte che debbono essere compatibili (cioè solubili e capaci di creare la modificazione fisica appropriata del sistema) soltanto con i blocchi morbidi o gommosi, mentre la compatibilità con i blocchi rigidi deve essere la più bassa possibile o anche zero, per mantenere il più possibile le proprietà elastiche primarie del polimero. Tuttavia, la quantità di resina di tipo tackifier deve essere controllata, poiché l'aggiunta di quantità di resina (o resine) di tipo tackifier troppo grande, anche se la resina di tipo tackifier è compatibile soltanto con i blocchi mediani (blocchi morbidi) e totalmente incompatibile con i blocchi rigidi, potrebbe peggiorare le proprietà elastiche della formulazione risultante. In ogni caso, l'aggiunta della resina costituisce una diluizione della concentrazione dei domini di blocchi rigidi, indebolendo la loro capacità a funzionare come centri di "reticolazione fisica" per l'elastomero. Quindi, sia il contenuto di domini rigidi nell'elastomero termoplastico a blocchi di base che il contenuto di elastomero nella formulazione finale deve essere tale da assicurare nella formulazione una concentrazione finale di domini rigidi sufficiente a mantenere un valore adeguato di "vulcanizzazione fisica" e quindi di proprietà elastiche.

Perciò, da un lato è importante controllare la concentrazione finale di blocchi rigidi nella composizione, e dall'altro lato l'aggiunta di resina (o resine) compatibili soltanto con i blocchi rigidi ed i loro domini, è completamente inefficace nello sviluppare e/oppure migliorare le proprietà adesive. Le resine compatibili con i blocchi rigidi potranno, rigonfiando i domini rigidi, irrigidire la composizione, aumentare il modulo e (rispetto a contenuti simili di resine di tipo tackifier compatibili con il blocco intermedio) tenderanno ad aumentare la viscosità. In un sistema che già contiene una resina di tipo tackifier compatibile con i domini morbidi, l'aggiunta di resine compatibili con i domini rigidi diminuirà pure l'adesività. Per conseguenza, in termini generali, si possono impiegare soltanto quantità limitate di resine compatibili con i "blocchi rigidi" senza peggiorare troppo le proprietà generali dell'adesivo hot melt elastico. Generalmente, questi verranno impiegati soltanto in casi speciali, p.es. se un incremento addizionale del modulo è necessario per certe applicazioni; oppure (impiegando resine compatibili con i blocchi rigidi ad alto punto di rammollimento) se si desidera una temperatura di solidificazione più elevata oppure una migliore resistenza alla temperatura.

Le composizioni così definite sotto forma di fili o strisce possono essere impiegate per elasticizzare strutture nelle quali vengono applicate senza l'impiego di alcuna colla, p.es. strutture la cui elasticizzazione è stata ottenuta convenzionalmente con elastico formato da gomma vulcanizzata. Un solo materiale (l'adesivo elastico hot melt) può sostituire l'impiego di due materiali (l'elastico in gomma e la colla per il suo fissaggio) con un sostanziale risparmio nei costi. Normalmente gli elastici in gomma sono ricoperti con talco per impedire l'adesione degli elastici a se stessi nella confezione. Il talco può generare problemi nella fase di adesione con colla.

Inoltre, l'adesivo hot melt elastico e termoplastico può essere estruso direttamente in varie forme geometriche direttamente durante la fabbricazione dei prodotti che debbono essere elasticizzati, e la forma geometrica appropriata dipende dalla natura del prodotto e/oppure dalla funzione della composizione hot melt in quel prodotto. Come si è detto prima, secondo l'invenzione la composizione può essere estrusa in forma di fili o strisce. I fili vengono generalmente estrusi da ugelli aventi sezione trasversale rotonda, preferibilmente ugelli con sezione trasversale circolare di diametro compreso, p.es, tra circa 0,4 mm e fino a circa 3 mm o più. Si può poi estrudere contemporaneamente un certo numero di fili da ugelli separati e, facendo ruotare tutta la testina degli ugelli rispetto ad un asse comune, i fili possono essere raccolti sotto forma di trefolo. Le strisce sono generalmente ottenute per estrusione da un ugello con taglio a fessura. La testa dell'ugello può contenere una o più lame, e si possono ottenere strisce di dimensioni differenti variando la posizione della lama (lame) nella testa.

Oltre a poter essere applicata lungo tracce lineari (linee rette), 1'elasticizzazione può anche essere applicata secondo forme geometriche non lineari (curve) che rendono particolarmente buona l'adattabilità anatomica del prodotto, compresa 1'elasticizzazione, al corpo dell'utilizzatore. Come spiegato più dettagliatamente nel seguito, questo è molto difficile da ottenere con fili o nastri di gomma standard. Le varie forme (fili e strisce) in cui gli adesivi elastici hot melt possono essere estrusi, dipendono dai differenti prodotti da fabbricare e dal tipo di elasticizzazione desiderata. Così, p.es., le strisce sono adatte per l'elasticizzazione alla vita e sulle gambe dei pannolini mutandina (percorso lineare) mentre si possono usare fili per l'applicazione lungo percorsi curvi.

Sotto differenti forme geometriche, l'adesivo elastico hot melt può essere applicato sia allo stato già allungato che allo stato non stirato. Nel primo caso la massa fusa estrusa viene raffreddata immediatamente dopo la filiera di estrusione e stirata fino all'allungamento desiderato. In questo caso è opportuno che possieda le proprietà seguenti:

- un punto di solidificazione relativamente alto in modo che solidifichi immediatamente dopo l'estrusione e possa essere stirato elasticamente. Una stiratura elastica può essere impartita soltanto ad un materiale solido, poiché qualsiasi forza applicata ad un materiale fuso o semi solido provocherà soltanto un allungamento plastico nella direzione della forza, senza alcuna tensione elastica.

- Buone proprietà di adesione a pressione, poiché l'hot melt elastico adesivo contatta il substrato (substrati) quando è già freddo, cioè a temperatura ambiente.

Quando il materiale viene applicato senza alcuna preventiva stiratura elastica, e portato direttamente a contatto con il substrato (substrati) al quale deve aderire all'uscita della filiera di estrusione, è meno importante il comportamento di adesivo a pressione, poiché il fissaggio viene fatto quando il materiale è ancora a temperatura superiore a quella ambiente.

Tutte queste caratteristiche sono particolarmente adatte per l'elasticizzazione di articoli igienici assorbenti, sebbene le potenzialità dei materiali secondo l'invenzione siano chiaramente non limitate a queste applicazioni. L'uso di materiali applicati in condizione già stirata può sostituire tutti gli elastici in gomma attualmente usati nei pannolini mutandina per bambini ed adulti, in assorbenti, ecc., quando si desideri avere parti del prodotto già sotto tensione elastica che offrono, come risultato della loro estrema versatilità, la possibilità di nuove strutture elasticizzate di varietà praticamente infinita. In questo caso, un altro vantaggio degli adesivi elastici hot melt rispetto agli elastici di gomma è degno di nota. Come si descriverà più dettagliatamente nel seguito, le composizioni elastiche hot melt preferite hanno un diagramma tensione/deformazione che è molto più piatto di quello di un elastico in gomma, cioè, anche se il materiale si trova già sotto tensione, un ulteriore allungamento (p. es. dovuto ai movimenti dell'utilizzatore dell'articolo assorbente) provoca un incremento molto basso del modulo e della resistenza a trazione che viene avvertito dall 'utilizzatore. Ciò è specialmente vero per le composizioni a basso modulo.

Composizioni come quelle definite in questa sede, che sono più convenientemente applicate allo stato non stirato, vengono tipicamente impiegate per impartire ritorno elastico a strutture o prodotti soltanto quando l'intera struttura o prodotto finale è sottoposto ad una qualche deformazione durante l'uso. Normalmente, in questo caso, le deformazioni tipiche che vengono impartite durante l'uso ad un assorbente sono molto limitate, p.es. dell'ordine del 5-50%. E' quindi necessario che l'adesivo elastico hot melt contenuto in queste strutture sia in grado di rispondere con una sufficiente forza di ritorno elastico alle deformazioni esterne anche a questi bassi allungamenti. Per queste applicazioni, sarà generalmente più conveniente impiegare formulazioni a modulo più alto.

Riassumendo, l'uso di elastomeri termoplastici a blocchi, in differenti forme fisiche e con differenti procedimenti di applicazione, per 1'elasticizzazione di strutture e particolarmente di articoli igienici, è molto vantaggioso.

Le composizioni adesive utilizzate secondo la presente invenzione per formare fili o strisce, formano l'oggetto della nostra domanda da noi depositata in pari data intitolata "Composizione adesiva". Tali composizioni in forma di espansi e procedimenti per la loro preparazione, formano l'oggetto di una domanda da noi depositata in pari data, intitolata "Composizione adesiva e relativo procedimento di preparazione" .

L'uso delle composizioni adesive nell 'elasticizzazione di articoli assorbenti, come pannolini mutandina e assorbenti, costituisce oggetto della nostra domanda da noi depositati in pari data intitolata "Articolo assorbente".

Le formulazioni qui impiegate presentano proprietà ottimali, tipiche degli hot melt, che vanno da composizioni che possono più convenientemente essere fissate fortemente a substrati ad alta temperatura comprese tra il punto di fusione e circa 50°C, a composizioni che mantengono una forte adesività permanente sulla maggior parte dei substrati anche a temperatura ambiente, essendo autentici adesivi a pressione. Inoltre le composizioni sono caratterizzate dal fatto di mantenere ottime proprietà elastiche derivanti dal copolimero a blocchi termoplastico di base, mostrando tutti i comportamenti tipici che definiscono un materiale elastomero nel senso tecnologico .

Così, quando vengono stirate allo stato solido e quando la trazione viene rilasciata, esse ritornano rapidamente alla loro lunghezza iniziale con una deformazione permanente (plastica) solo minima. Le formulazioni aventi preferibilmente un carattere di adesivo a pressione evidente, possono essere applicate anche a temperatura ambiente per l 'elasticizzazione, sia nello stato non stirato o preferibilmente allo stato stirato, sotto differenti forme geometriche in vari articoli, in particolare prodotti igienici assorbenti, come pannolini mutandina per bambini ed adulti o prodotti per l'incontinenza dell'adulto diversi dai pannolini mutandina o assorbenti per uso femminile. Le composizioni che hanno minori caratteristiche di adesivo a pressione saranno più convenientemente applicate a temperatura superiore ai 50° C, allo stato stirato o preferibilmente allo stato non stirato, per l'elasticizzazione delle stesse strutture o prodotti. In particolare quando vengono applicate allo stato non stirato, esse lavoreranno sotto allungamenti limitati, p.es. fino al 50% (cioè lunghezza stirata finale = 1,5 volte la lunghezza iniziale) .

Per mostrare anche a questi bassi allungamenti una distinta forza di ritorno elastico, queste formulazioni avranno generalmente un modulo più alto rispetto alle prime, i due tipi di materiali essendo, infatti, gli estremi di un campo di formulazioni che sono tutte eccellenti adesivi hot melt e mantengono eccellenti proprietà elastiche, il passaggio dall'una all'altra essendo graduale.

Come si è già detto, le composizioni del tipo descritte in questa sede possono essere suddivise in composizioni a "basso modulo" e composizioni ad "alto modulo", questa distinzione essendo basata sul valore del loro modulo e sul comportamento di adesione a pressione buono o modesto.

In tal modo la presente invenzione fa uso di una famiglia di composizioni basata su almeno un copolimero a blocchi termoplastico elastico in cui i copolimeri SBS ed il copolimero (copolimeri) principale ed almeno una resina di tipo tackifier essenzialmente compatibile con i blocchi morbidi (gommosi) del copolimerò suddetto, la resina di tipo tackifier essendo impiegata principalmente per migliorare l'adesività, sia a temperatura elevata che a temperatura ambiente del copolimero suddetto, si possono lavorare ottenendo fili o strisce. Le composizioni sono estrudibili ed allo stato solido mantengono un distinto comportamento elastico tipico degli elastomeri dai quali sono derivate. Queste composizioni possono essere estruse ed applicate sotto forma di fili e strisce. Come esempi delle applicazioni nel campo degli articoli assorbenti, esse possono essere impiegate per l'elasticizzazione attorno alle gambe dei pannolini mutandina, come fascia in vita elastica negli stessi, per l'elasticizzazione di assorbenti e di prodotti per adulti incontinenti diversi dai pannolini mutandina, per l'elasticizzazione interna delle strutture di tutti i prodotti suddetti, come rinforzo sotto sforzo meccanico dei loro nuclei assorbenti e per impartire loro allungabilità e elasticità, ecc.

Un modulo più basso generalmente significa che i materiali adesivi hanno una adesività maggiore, per cui le formulazioni a modulo più basso hanno generalmente una adesività più alta, tipica degli adesivi a pressione. Esse sono in grado di formare legami molto robusti con molti substrati per semplice contatto anche a temperatura ambiente, o in ogni caso al di sotto di 50°C.

I rapporti tra blocchi rigidi e morbidi nel copolimero elastomerico termoplastico di base sono molto importanti nel determinare il comportamento elastico e le proprietà meccaniche ed adesive.

Generalmente quanto più alto è il contenuto di blocchi rigidi (che convenzionalmente verrà indicato come "contenuto di stirene”) tanto più alto sarà il modulo, più evidenti sono le proprietà elastiche, più rapido è il ritorno elastico dopo il rilascio della tensione, ma tanto più bassa sarà l'adesività e specialmente il comportamento come adesivo a pressione. Tutto questo è vero purché il contenuto di blocchi rigidi non diventi così alto da costituire una fase continua ed il materiale diventi un materiale rigido e non più elastico.

Gli SBC utili possono contenere dal 10 al 50% in peso di stirene. Tuttavia, quando sono modificati con la resina di tipo tackifier, il comportamento della composizione risultante sarà regolato chiaramente, in termini di tutte le proprietà suddette, dal contenuto risultante di stirene cioè da quello dei blocchi rigidi nella composizione; per cui esso viene determinato sia dalla quantità di stirene nel copolimero (copolimeri) di base che dal contenuto di copolimero (copolimeri) nella composizione finale. Un contenuto troppo basso di stirene a blocchi nel materiale finale impartirà proprietà elastiche modeste. Un contenuto troppo alto aumenterà il modulo e farà diminuire l'adesività ad un livello inaccettabile. Aumentando il contenuto finale di stirene nella composizione con l'aumento del contenuto di copolimero (copolimeri) si aumenterà eccessivamente la viscosità e si diminuirà la lavorabilità. Quindi, sia il contenuto di copolimero (copolimeri) nella composizione che il loro contenuto di stirene devono essere scelti in modo da ottimizzare il contenuto finale di stirene, e quindi tutte le proprietà suddette. I campi ottimali saranno indicati nel seguito.

Se lo si desidera, la parte gommosa dello SBC, può anche essere vulcanizzata (in modo simile alla vulcanizzazione delle gomme naturali o sintetiche) usando mezzi chimici o fisici adatti, in particolare i sistemi di vulcanizzazione noti per le gomme sintetiche, che non vengono attivati dal calore. Questo avrà l'effetto di aumentare il modulo della composizione finale.

La resina di tipo tackifier viene aggiunta principalmente per migliorare le proprietà adesive del copolimero (copolimeri) di base, anche fino ad arrivare al comportamento tipico di un adesivo a pressione. Inoltre, essa migliora la lavorabilità dell'elastomero termoplastico, impartendo alla composizione sia valori assoluti minori di viscosità (rispetto al copolimero a blocchi puro) sia un comportamento reologico che, ai contenuti di resina indicati, è praticamente Newtoniano, cioè tale che la viscosità dipenda soltanto dalla temperatura e non cambi con la sollecitazione applicata, proprietà che è molto vantaggiosa per la facilità di lavorazione. E' noto che gli SBC, che hanno diverse caratteristiche molto interessanti, possono essere difficili da lavorare, come risultato di un comportamento non Newtoniano allo stato fuso come prodotti puri. Ciò significa che non soltanto essi presentano una viscosità molto elevata ma anche che, sotto l'influenza della sola temperatura, essi non sembrano nemmeno fondere anche a temperature molto alte, prossime a 200°C. Essi possono anche iniziare a decomporsi termicamente prima di mostrare un netto stato fluido. Per farli fluire, e quindi poterli lavorare, è necessario applicare temperature elevate e forti sollecitazioni meccaniche. In ogni caso, la lavorazione di SBC puro è difficoltosa, le viscosità sono elevate e fortemente dipendenti dalla combinazione di temperatura e tensioni applicate.

Le composizioni di base di SBC e resina di tipo tackifier sono in grado di produrre materiali che, pur mantenendo proprietà elastiche ed adesive molto buone, sono pure facilmente lavorabili per la viscosità relativamente bassa ed il comportamento reologico praticamente Newtoniano (o accettabilmente simile a quello Newtoniano). Quest'ultima proprietà viene misurata come variazione a temperatura costante (180°C) della viscosità applicando due sollecitazioni di taglio, 20 e 80 sec-l. Il rapporto di queste due viscosità viene definito nel seguito "Indice Newtoniano" (N.I.) .

Un fluido Newtoniano ideale avrebbe N.I. = 1, mentre un SBC puro può avere, nelle stesse condizioni, un N.I. anche > 6; cioè la variazione di viscosità, dovuta solo alla variazione della sollecitazione di taglio da 20 a 80 sec-1, è più di sei volte, il che può provocare severi problemi per una lavorabilità facile e regolare. Per una buona lavorabilità, è necessario che le composizioni abbiano, a temperatura costante, variazioni di viscosità soltanto limitate con la variazione della sollecitazione di taglio applicata.

Più particolarmente, si preferisce che le composizioni mostrino un comportamento reologico Newtoniano o pressoché Newtoniano riferito al materiale fuso a 180°C, per confronto delle viscosità sotto una sollecitazione di taglio di 20 e 80 sec“l. Le composizioni preferite non mostrano variazione di viscosità superiori al 50%, cioè un rapporto tra le viscosità (N.I.) non superiore a 1,5.

Si è trovato che le composizioni più preferite a base di SBS, hanno un comportamento Newtoniano pressoché ideale, con un N.I. non superiore a 1,05.

Per mantenere in modo sufficiente le proprietà elastiche del polimero di base è necessario che la resina di tipo tackifier sia compatibile principalmente e preferibilmente essenzialmente solo con i blocchi morbidi, gommosi del copolimero a blocchi e non interferisca in modo significativo con i blocchi rigidi. Questo dipende sia dalla natura chimica della resina che dal suo peso molecolare. La compatibilità della resina con i blocchi gommosi e la sua incompatibilità con i blocchi rigidi può essere misurata, p.es., determinando la variazione di Tg dei blocchi morbidi e dei blocchi rigidi che deriva dall'aggiunta di resina. In particolare, l'incompatibilità con i blocchi rigidi è considerata soddisfacente se la loro Tg (originariamente a 100°C se formati da polistirene) non cambia di più di 15°C per aggiunta di 100 parti di resina a 100 parti di copolimero. Le misurazioni delle due Tg richiedono una attrezzatura adeguata. Si deve quindi tenere conto sia dell'esperienza dei formulatori che della letteratura tecnica dei fornitori di resina, per determinare quali resine di tipo tackifier sono chimicamente compatibili con i blocchi morbidi e incompatibili con i blocchi rigidi di SBC. Come usata in questa sede, l'espressione "compatibile essenzialmente solo con i blocchi morbidi” indica che una resina di tipo tackifier è compatibile con i blocchi morbidi del copolimero ed è incompatibile con i blocchi rigidi fino al punto che la Tg dei blocchi rigidi non viene cambiato in modo significativo e più preferibilmente non viene abbassata di più di 15°C miscelando 100 parti di resina di tipo tackifier con 100 parti di copolimero. Preferibilmente la Tg dei blocchi rigidi non diminuisce per niente.

Più specificamente, una resina di tipo tackifier principale adatta sarà scelta tra i seguenti gruppi chimici che hanno elevata compatibilità con i blocchi morbidi di SBC e compatibilità bassa o nulla con i loro blocchi rigidi:

- resine idrocarburiche

- resine alifatiche

- resine politerpeniche

- resine fenol-terpeniche

- resine sintetiche C5

- resine sintetiche C5/C9

- colofonia e esteri di colofonia

come pure i loro derivati totalmente o parzialmente idrogenati. Essi possono essere impiegati come resina pura o anche in miscela.

Quando si impiega più di una resina, il sistema di resina di tipo tackifier principale, definito come la resina/miscela di resine fondamentale presente in un contenuto di almeno il 50% della quantità totale di resina, è caratterizzato dal fatto di avere un punto di rammollimento tra 85 e 150°C e più preferibilmente tra 100 e 140°C (tutti i punti di rammollimento essendo misurati con il ben noto metodo detto "Ring and Ball" (R & B)).

Si considera che le resine di tipo tackifier che hanno un punto di rammollimento inferiore a 85°C abbiano prevalentemente un effetto plastificante che può in ogni caso essere importante per lo sviluppo di buone proprietà adesive ed elastiche, ma che deve essere distinto dall'effetto tackifier. Questo è dovuto al fatto che nella lavorazione delle presenti composizioni elastiche hot melt, è desiderabile la rapida solidificazione del materiale dopo estrusione, specialmente per composizioni che debbono essere stirate prima dell'applicazione sul substrato, il che è chiaramente possibile soltanto con materiali solidi. Per questa ragione è desiderabile che il punto di solidificazione di queste composizioni non sia inferiore a 80°C e più preferibilmente sia superiore o uguale a 100°C.

Il punto di solidificazione viene determinato più accuratamente adottando la tecnica nota come Analisi Dinamico/Meccanica sotto sforzo sinusoidale, che è ben nota nella scienza e nella tecnologia dei polimeri e degli adesivi. Secondo questa tecnica, si determinano i tre parametri reologici principali del materiale in funzione della temperatura:

- modulo elastico o di accumulo G'

- modulo viscoso o di dissipazione G"

- angolo δ e la sua tangente, essendo tale lo scostamento di fase tra G' e G”.

G' è più grande di G" quando il materiale è solido; Quando il materiale è fluido G” diventa più grande di GT. Naturalmente, G’ è più grande a bassa temperatura e minore ad alta temperatura. La temperatura di incrocio tra G' e G" è assunta come vero punto di solidificazione reologica (o fusione) del materiale.

E' preferibile che la temperatura di incrocio per la composizione sia superiore o uguale a 80°C e più preferibilmente sia superiore o uguale a 100°C.

La posizione del punto di incrocio dipende da molti parametri fisici dell'hot melt. Tuttavia, si è trovato che l'influenza principale è il punto di rammollimento della resina di tipo tackifier principale, ed una influenza secondaria è dovuta al contenuto ed al peso molecolare del copolimero. Quindi, la resina di tipo tackifier deve preferibilmente avere un punto di rammollimento tra 85 e 150°C e più preferibilmente tra 100 e 140°C, purché in ogni caso la composizione totale abbia una temperatura di solidificazione reologica reale almeno di 80°C e più preferibilmente di almeno 100°C.

Oltre al copolimero a blocchi elastomerico termoplastico ed alla resina di tipo tackifier principale, le composizioni possono contenere altri componenti che migliorano proprietà specifiche. Una descrizione più dettagliata delle composizioni e delle loro proprietà principali viene riportata nel seguito.

Per ragioni pratiche di chiarezza di descrizione, ulteriori descrizioni si riferiranno specificamente a composizioni a "basso modulo" e composizioni a "alto modulo".

Le composizioni a basso modulo sono elastiche, estrudibili, adesive e basate su almeno un copolimero a blocchi elastomerico termoplastico, opportunamente modificato con una adeguata aggiunta di almeno una resina di tipo tackifier essenzialmente compatibile con i suoi blocchi morbidi. Il polimero, o almeno il polimero presente in quantità maggiore, è un copolimero a blocchi polistirene/polibutadiene. In questa realizzazione, le composizioni hanno un modulo di 0,5 MPa o meno, praticamente tra 0,05 MPa e 0,5 MPa e preferibilmente minore o uguale a 0,3 MPa; il modulo viene misurato a 23°C al 500% di allungamento (sei volte la lunghezza iniziale del campione) con una velocità di allungamento di 500 mm/minuto. Inoltre, le composizioni hanno viscosità a 180°C e sotto una sollecitazione di taglio di 80 sec"·1· di 120.000 centipoise (cps) o meno e preferibilmente 60.000 cps o meno e più preferibilmente 30.000 cps o meno.

Le composizioni a basso modulo conterranno tipicamente dal 10 all'80% in peso, e più preferibilmente tra il 15 ed il 50% in peso, di SBC o di una miscela di SBC avente le caratteristiche seguenti:

- una struttura molecolare che può essere multiblocco, lineare o radiale (stella) purché contenga per molecola, almeno due blocchi rigidi formati da un polimero vinil-arenico e preferibilmente polistirene o poli-alfa-metil-stirene, ed almeno un blocco morbido o gommoso, il blocco morbido dell'SBC, o dell'SBC presente in quantità più elevata, essendo polibutadiene. Il contenuto di diblocco nell'SBC '(o negli SBC) deve essere mantenuto inferiore al 40% in peso. - Il contenuto di aromatici (convenzionalmente indicato in seguito come "contenuto di stirene a blocco") dell 'SBC o degli SBC può variare tra il 10 ed il 50% in peso, e preferibilmente tra il 20 ed il 50% in peso.

Tuttavia, per mantenere proprietà elastiche significative, sia le quantità di SBC nella composizione finale che il suo contenuto di stirene debbono essere scelti in modo da avere un contenuto finale di stirene nella composizione compreso tra il 3 ed il 17% in peso, e preferibilmente tra il 6 ed il 15% in peso.

La composizione contiene pure una resina di tipo tackifier oppure una miscela di resine, essenzialmente compatibile con i blocchi morbidi di SBC.

Le resine preferite appartengono ai gruppi chimici noti come:

- resine idrocarburiche

- resine alifatiche

- resine politerpeniche

- resine fenol-terpeniche

- resine sintetiche C5

- resine sintetiche C5/C9

- colofonia e esteri di colofonia,

come pure i loro derivati totalmente o parzialmente idrogenati .

La resina o la miscela di resine di tipo tackifier ha (o hanno) un punto di rammollimento R&B compreso tra 85 e 150°C e preferibilmente tra 100 e 140° C. Il contenuto di tale resina o miscela di resine nella composizione può essere tra il 20 ed il 90% in peso. Tuttavia, in una realizzazione preferita, il contenuto di resina o miscela di resine precedentemente descritta è compreso tra il 30 ed il 55% in peso, il resto essendo formato dagli altri componenti descritti nel seguito, che migliorano le proprietà elastiche e /oppure adesive.

In ogni caso, sia il contenuto che i punti di rammollimento della resina o miscela di resine di tipo tackifier come pure quelli degli altri componenti descritti nel seguito, saranno scelti in modo che la composizione finale abbia una temperatura di solidificazione reologica reale (misurata come temperatura di incrocio di G' e G") non inferiore a 80°C e preferibilmente non inferiore a 100°C.

Si è anche trovato che le proprietà adesive e/oppure elastiche e/oppure meccaniche delle miscele binarie SBC/resina di tipo tackifier, possono essere migliorate usando altri componenti.

Le proprietà adesive possono essere migliorate aggiungendo quantità limitate di gomme ad alto peso molecolare, come poliisoprene, polibutadiene, poliisobutilene, gomma naturale, gomma butilica, gomma stirene/butadiene (SBR) o gomma stirene/isoprene (SIR) e loro miscele. Questi polimeri hanno elevate viscosità e, allo stato non vulcanizzato, hanno modeste proprietà elastiche. Tuttavia, aggiungendoli in quantità fino al 15% in peso della formulazione ed usando polimeri con viscosità Mooney ML (1+4) a 100° C, tra 30 e 70, le composizioni risultanti presentano proprietà migliori di adesione a pressione, pur mantenendo ancora viscosità finali nei limiti del campo utile e senza alcun effetto negativo sulle proprietà elastiche finali. Un SBR particolarmente adatto è il prodotto venduto dalla Enichem sotto il nome commerciale EUROPRENE SOL 1205 e dalla Fina sotto il nome commerciale FINAPRENE 1205. Questo prodotto è descritto come un SBR in cui lo stirene è parzialmente distribuito in blocchi. Del contenuto totale di stirene pari al 25% in peso, tra il 15 ed il 18% hanno una struttura a blocchi ed il resto è copolimerizzato in modo casuale con il butadiene.

La plasticizzazione della composizione può avere effetti molto buoni non soltanto sulle proprietà adesive e sulla viscosità, ma può anche migliorare il comportamento elastico riducendo l'attrito interno (molecolare) che dissipa energia elastica durante l'allungamento e il successivo rilascio. In generale, la composizione può contenere fino al 40% in peso di plastificante (o plastificanti).

In una realizzazione preferita, le composizioni contengono almeno uno dei plastificanti seguenti:

fino al 40% in peso di una resina di tipo tackifier con un punto di rammollimento tra 50 e 85°C, fino al 20% in peso, e preferibilmente fino al 15% in peso, di una resina idrocarburica, estere di colofonia o resina politerpenica liquide con un punto di rammollimento non superiore a 30°C,

tra il 3 ed il 30% in peso, e preferibilmente tra il 5 ed il 15% in peso, di un olio minerale paraffinico o naftenico avente un contenuto aromatico di meno del 10% in peso, per non interferire con i domini stirenici,

fino al 15% in peso di un poliisoprene liquido o gomma naturale depolimerizzata oppure olii poliisobutilenici, polibutenici o polipropilenici ed i loro copolimeri liquidi, p.es. PARAPOL (Exxon), oppure LIR (della KURARAY).

La quantità di plastificante deve essere tale che la temperatura di solidificazione non venga abbassata al di sotto del limite precedentemente indicato. In una realizzazione preferita, il contenuto totale di plastificante in una formulazione a basso modulo è non inferiore al 10% in peso e non superiore al 40% in peso.

In composizioni a basso modulo, l'uso di resine aromatiche, che non hanno effetto sulle proprietà adesive, mentre interferiscono con i blocchi rigidi di SBC e tendono ad irrigidire la composizione aumentandone la viscosità, è generalmente non desiderabile, ed il contenuto preferito di resine aromatiche è zero. Tuttavia, quantità limitate di una resina aromatica o una miscela di resine aromatiche, p.es. il 20% in peso o meno, più preferibilmente il 10% in peso o meno, può essere usata come rinforzo per composizioni che hanno un basso contenuto totale di stirene (fino al 6%) o che comprendono quantità significative di SIS, p.es. il 30% in peso o più di SIS basato sul totale di SBC. In effetti i copolimeri SIS, specialmente quelli che hanno un contenuto di stirene minore del 30% in peso, quando sono diluiti nella composizione mediante resina ed altri additivi, pos-sono presentare un modulo inadeguato (troppo basso) e caratteristiche modeste di ritorno elastico, come risultato sia del modulo intrinsecamente più basso del SIS sia della bassa concentrazione di stirene, che agisce come agente vulcanizzante fisico. In questo caso la resina aromatica può sia aumentare il modulo fino ad un valore utile che aumentare la densità dei domini rigidi, che vengono rigonfiati dalla resina. Le resine aromatiche utili hanno un punto di rammollimento tra 115 e 160°C e sono identificate chimicamente come derivati di stirene, alfa-metil-stirene, vinil-toluene, cumarone-indene e loro copolimeri; resine alchil-ariliche, ecc.

Oltre i componenti discussi in precedenza, le composizioni possono contenere i normali additivi quali antiossidanti, inibitori U.V., pigmenti e prodotti coloranti, cariche minerali, ecc., generalmente in una quantità totale fino al 20% in peso.

Senza limitazione per quanto si riferisce alla lavorazione ed all'impiego più adatti, le formulazioni a basso modulo sono tipicamente usate allo stato stirato con valori di allungamento tipici del 400-1000%. Esse sono caratterizzate dal fatto di avere un allungamento a rottura molto alto (oltre 1100% e spesso oltre 1400%) e proprietà adesive molto buone, spesso con proprietà di adesività a pressione.

Per simulare l'applicazione della composizione in un articolo assorbente, le proprietà di adesivo a pressione vengono misurate con valori di appiccicosità ("Loop tack" o "Quick Stick Tack") e come valore di peel a 90° secondo i metodi standard FINAT Test Method N° 9 per il loop tack e FINAT Test Method N°2 per il peel a 90°, modificati come detto in seguito. - Per entrambi i test le composizioni vengono applicate su un film in poliestere alla grammatura di 80 g/m2.

- Le proprietà adesive, sia come loop tack che come peel a 90°, vengono determinate su un film in polietilene fissato sulla piastra standard.

- I valori di loop tack sono determinati come valori di picco, ignorando il picco iniziale.

- Il peel a 90° viene valutato dopo una compressione con un rullo da 400g passato aventi e indietro, cioè con due passaggi, uno in ogni direzione, e le misure vengono eseguite 20 minuti dopo lo stabilirsi del contatto tra adesivo e polietilene. Le composizioni secondo l'invenzione hanno generalmente una loop tack maggiore di 5 N/cm e peel a 90° maggiore di 7 N/cm (velocità di separazione = 300 mm/minuto). Vengono considerati materiali che possono essere utilmente fatti aderire ed applicati a temperatura ambiente in un prodotto igienico quelli che evidenziano un loop tack su polietilene maggiore di 2,5 N/cm e un peel a 90° maggiore di 3 N/cm.

Le formulazioni ad alto modulo sono composizioni elastiche, adesive ed estrudibili simili a quelle precedentemente descritte, ed aventi le caratteristiche seguenti;

1) Hanno un modulo superiore a 0,5 MPa e più preferibilmente non inferiore a 1 MPa e fino a 10 MPa.

2) A 180°C, e applicando una sollecitazione di taglio di 80 sec"·'·, essi hanno viscosità di 80.000 cps o meno, preferibilmente 50.000 cps o meno e più preferibilmente 35.000 cps o meno.

3) Sono basati sugli stessi tipi di SBC precedentemente indicati, ma hanno un contenuto finale di stirene a blocchi nella composizione tra il 15 ed il 30% in peso e preferibilmente tra il 15 ed il 25% in peSO .

4) Gli SBC o miscele di SBC che vengono usati hanno un contenuto di diblocco non superiore al 25% e preferibilmente non superiore al 10%. I polimeri più preferiti sono quelli che non contengono diblocchi quali quelli venduti dalla DEXCO Co con il marchio VECTOR.

5) Lo SBC preferito contiene tra il 20 ed il 50% in peso di stirene e il contenuto preferito di SBC o miscela di SBC nella composizione è compreso tra il 35 ed il 75% in peso, purché sia il contenuto di stirene dell' SBC che il loro contenuto nella composizione siano tali da soddisfare le esigenze del punto 3) precedente per quanto si riferisce al contenuto di stirene finale.

6) La resina o miscela di resine di tipo tackifier ha o hanno le stesse caratteristiche chimiche e fisiche precedentemente indicate. Tuttavia, il contenuto preferito è compreso tra il 20 ed il 40% in peso.

7) Il contenuto di gomme a peso molecolare più elevato, come poliisoprene, polibutadiene, poliisobutilene, gomma naturale, gomma butilica, SIR e SBR, non dovrebbe eccedere il 10% in peso e preferibilmente essere inferiore al 5% in peso rispetto alla composizione totale.

8) Il contenuto totale di plastificanti come precedentemente indicato, non dovrebbe superare il 25% in peso .·

9) Le resine aromatiche o loro miscele devono essere preferibilmente evitate per il loro effetto deleterio sulle proprietà adesive e sulla correlazione sforzo/deformazione (diagrammi sforzo/deformazione più inclinati; apparizione di un punto di snervamento e per conseguenza di una deformazione plastica non recuperabile) . Tuttavia, come nel caso precedente, questi materiali possono essere presenti nella composizione con contenuti fino al 20% in peso con proprietà accettabili, purché la parte non adesiva/non elastomerica della composizione non superi il 50% in peso della composizione totale. Questa parte non adesiva/non elastomerica viene formata dalla somma del contenuto di stirene totale nella composizione più il contenuto di resina o resine aromatiche.

Altre caratteristiche ed altri possibili ed ulteriori componenti ed additivi rimangono gli stessi. In particolare è ancora necessario che la temperatura di solidificazione reologica reale (misurata al punto di incrocio tra G' e G") non sia più bassa di 80°C e preferibilmente non più bassa di 100°C.

Ancora senza voler limitare il campo di lavorazione e di utilizzo più adatti, queste composizioni ad alto modulo vengono spesso utilizzate allo stato non stirato, specialmente quelle aventi moduli maggiori di 1 MPa. Questo uso preferito è dovuto al fatto che esse sono in grado di dare forze di ritorno elastico sufficiente anche con bassa deformazione (tipicamente non superiore al 50%) che si incontrano spesso durante l'uso di articoli igienici deformabili, che possono convenientemente essere resi elastici e resilienti in questo modo. Questo è anche dovuto in parte al fatto che l'applicazione della composizione allo stato stirato implica la necessita di applicarla circa a temperatura ambiente, e richiede così che essa aderisca fortemente ai substrati anche in queste condizioni (proprietà di adesivo a pressione). Le caratteristiche di adesività a pressione degli adesivi tendono ad essere inversamente proporzionali al loro modulo elastico .

Tuttavia, alcune delle composizioni ad alto modulo mantengono ancora un comportamento di adesivi a pressione netto ed utile (loop tack su PE > 2,5 N/cm; peel a 90° su PE > 3 N/cm) e possono essere applicate anche a temperatura ambiente ed allo stato stirato con allungamenti tipici fino al 400%, essendo gli allungamenti a rottura di queste composizioni tipicamente superiori al 900%.

Le proprietà adesive vengono misurate nelle stesse condizioni delle composizioni a basso modulo.

Il livello di elasticità inaspettatamente buono delle composizioni secondo l'invenzione può essere misurato come mantenimento della resistenza a trazione dopo deformazione ciclica. Questo è un test che simula condizioni di impiego su un articolo igienico, in cui i movimenti dell'utilizzatore possono provocare allungamenti ulteriori e successivi delle parti elasticizzate che, per un comportamento ottimale, debbono riguadagnare la loro lunghezza iniziale con una perdita minima di resistenza a trazione. Tutte le composizioni vengono provate partendo da uno stato già stirato e sono portate ad un ulteriore allungamento di circa il 15% rispetto alla lunghezza stirata iniziale, per simulare i movimenti dell'utilizzatore. Le composizioni sono stirate ciclicamente e rilasciate 50 volte dall'allungamento iniziale fino all'allungamento ottenuto per ulteriore stiratura.

La ritenzione percentuale della resistenza a trazione ad un allungamento pari a quello iniziale dopo 50 cicli di stiratura ad una velocità di 500 mm/minuto, confrontata con la resistenza a trazione iniziale, viene assunta come misura della elasticità del materiale. Le prove vengono effettuate a temperatura ambiente su nastri della larghezza di 2,54 cm.

Le composizioni a basso modulo vengono stirate con un allungamento iniziale tipico della applicazione prevista pari all'800%, e quindi ulteriormente stirate ciclicamente e rilasciate 50 volte tra 800 e 920% (cioè da 9 a 10,2 volte la lunghezza iniziale del campione).

Le composizioni ad alto modulo vengono provate nello stesso modo ma con l'allungamento iniziale tipico delle applicazioni previste pari al 300% e con 50 cicli di ulteriore allungamento e rilascio tra 300 e 345%.

L'espressione "ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli" usata in questa sede, indica il test precedentemente descritto. Un elastico in gomma naturale vulcanizzata prodotto dalla compagnia JPS Elastomerics, che è usato nell'elasticizzazione attorno alle gambe di pannolini mutandina ed applicato con uno stiro iniziale del 220%, viene assunto come riferimento e viene deformato ciclicamente 50 volte tra 220 e 255%. Si è constato che in queste condizioni l'elastico in gomma naturale vulcanizzata, dopo 50 cicli, ha una ritenzione media di resistenza a trazione uguale al 47% della resistenza a trazione iniziale al 220%. Questo valore di ritenzione della resistenza a trazione viene considerato indicativo di un buon comportamento elastico.

Più generalmente, si è osservato che i materiali che non perdono più del 60% della loro resistenza a trazione iniziale in queste condizioni di prova, mo-strano un buon comportamento elastico. Il mantenimento di meno del 40% della resistenza a trazione iniziale rappresenta una elasticità non soddisfacente, indicata da un ritorno lento alla lunghezza iniziale dopo il rilascio della tensione, da una elevata deformazione plastica permanente, ecc.

Come sarà evidenziato negli esempi seguenti, le composizioni, sia a basso che alto modulo, mostrano un buon comportamento elastico, dello stesso valore o migliore di quello di un elastico in gomma naturale vulcanizzata.

Più specificamente, le composizioni ad alto modulo mantengono fino al 67,5 % della loro resistenza a trazione iniziale e le composizioni a basso modulo fino al 59,8 %.

Le proprietà elastiche vengono anche giudicate con il metodo seguente: le composizioni in forma di nastri della larghezza di 2,54 cm, vengono testate a 23°C e con una velocità di stiratura di 1000 iran/minuto, con 3 cicli di isteresi elastica tra zero ed un allungamento tipico durante l'uso di circa l'800% per le composizioni a basso modulo e del 300% per le composizioni ad alto modulo. Si registra l'energia elastica di ciascun ciclo, valutata come l'area del ciclo, ed il rapporto tra l'energia elastica del terzo e del primo ciclo viene considerato come ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi. Per un buon comportamento elastico si ritiene che in queste condizioni di prova sia necessaria una ritenzione dell'energia elastica non inferiore al 30%.

La presente invenzione provvede pure un procedimento per la preparazione di fili o strisce di una composizione adesiva elastomerica hot melt che comprende l'estrusione della composizione, come precedentemente indicato, su una superficie in movimento, il raffreddamento ed eventualmente la stiratura dei fili o strisce.

La presente invenzione comporta l'impiego di una apparecchiatura per la produzione di fili o strisce da una composizione adesiva elastomerica hot melt come definita in questa sede, che comprende mezzi di estrusione, una superficie mobile disposta in modo che i fili o strisce vengano a contatto della superfìcie all'uscita dal mezzo di estrusione, ed un sistema di raffreddamento posto in modo da raffreddare i fili o strisce. Dopo il raffreddamento i fili o strisce sulla superficie mobile possono essere successivamente posti in contatto con un nastro continuo di materia prima, in modo tale che i fili o le strisce vengano trasferiti sulla materia prima. In questa forma di base, l'apparecchiatura di questo tipo in cui l'adesivo viene estruso direttamente sul substrato previsto è già nota, ed è stata usata per l'applicazione di fili o strisce di adesivi hot melt convenzionali. E' un vantaggio sorprendente della presente invenzione il fatto che gli adesivi hot melt elastomerici possono essere prodotti come fili o strisce con l'impiego della stessa apparecchiatura già usata in precedenza per gli hot melts di tipo convenzionale .

La materia prima può essere, ad esempio, un materiale adatto ad essere impiegato nella produzione di prodotti assorbenti come pannolini mutandina e assorbenti.

Il trasferimento dei fili o strisce dalla superficie mobile alla materia prima, con la materia prima che si muove più velocemente della superficie mobile, effettua il trasferimento stesso con una stiratura elastica dei fili o strisce.

Come si è già detto, il procedimento secondo l'invenzione produce sia fili che strisce, tuttavia, per convenienza, si farà riferimento in certi punti nel seguito a fili, sebbene la descrizione, con le appropriate modifiche ove è necessario, si adatti pure alle strisce.

La composizione viene preferibilmente estrusa da un applicatore hot melt, il quale applicatore viene alimentato da un serbatoio contenente la composizione attraverso una conduttura adatta, quale una tubazione o una manichetta di raccordo. L'applicatore comprende una o più testine di estrusione ciascuna avente una apertura per l'estrusione di uno o più fili. La superficie mobile, che è preferibilmente un nastro trasportatore, passa al di sotto delle teste di estrusione, preferibilmente mantenuta ad una distanza tra circa 1 mm per le strisce fino a circa 200 mm per i fili. Il nastro trasportatore può anche essere a contatto con la testa di estrusione. In alternativa, la superficie mobile può essere un cilindro che è preferibilmente raffreddato, per provvedere il raffreddamento necessario dei fili o strisce mentre vengono a contatto con il cilindro stesso.

La testina di estrusione può essere controllata da un sistema meccanico, e questo sistema regola la posizione angolare della testa e permette il suo movimento sugli assi x, y e/oppure z, l'asse y per questo scopo essendo quello lungo il quale si verifica l'estrusione. Regolando l'angolo della testina attorno all'asse delle x (asse lungo il quale i fili vengono trasportati dalla superficie in movimento) si può controllare la deposizione delle linee di fili sulla superficie mobile, ed in particolare si può regolare la distanza tra le linee di fili da ciascuna testa sulla superficie mobile. La regolazione dell'angolo della testa attorno all'asse z, permette di cambiare il punto di estrusione del filo rispetto alla superficie mobile e la regolazione dell'angolo della testa attorno all'asse delle x permette di cambiare la distanza tra i singoli fili. Preferibilmente le teste sono disposte in modo che le linee di fili siano ad una distanza adeguata, che è necessaria per l'articolo che si deve produrre. La rotazione parziale di una serie di aperture di estrusione attorno ad un singolo asse comune ravvicina i fili tra di loro fino al punto in cui si attaccano formando un trefolo.

Le teste di estrusione estrudono la composizione in fili, p.es., aventi un diametro tra 0,4 mm e circa 3 mm o più, preferibilmente tra 0,8 e 1,5 mm e più preferibilmente meno o uguale a circa 1 mm. Il diametro del filo estruso dalla testa può essere cambiato cambiando il diametro dell'apertura (aperture) nella testa. Si noterà pure che la forma dell'apertura nella testa determina se si produce un filo o una striscia. Cambiando la dimensione dell'apertura nella testa, e quindi il diametro del filo, la forza di adesione del filo può essere cambiata ed inoltre il tempo di raffreddamento del filo viene cambiato. Più grande è il diametro del filo più lento sarà il raffreddamento. Il diametro del filo verrà così variato a seconda dell'uso desiderato.

La superficie mobile, p.es. il nastro trasportatore, sarà generalmente costituita da o rivestita con un materiale al quale il filo o la striscia aderiscono in modo sufficiente ad impedire che il filo o la striscia si stirino mentre sono attaccati al trasportatore. Questo permette il raffreddamento del filo o della striscia senza deformazione plastica. Tuttavia, l'adesione alla superficie mobile sarà minore dell'adesione al substrato previsto, in modo che il filo o striscia possano successivamente essere staccati dalla superficie in movimento e trasferiti sul substrato con una stiratura elastica. Per esempio la superficie mobile può essere rivestita con un materiale antiaderente comprendente polimeri di fluorocarburi come politetrafluoroetilene, e preferibilmente siliconi come gomme siliconiche. Nel caso di tali materiali non aderenti, l'attrito tra la superficie mobile ed il filo o striscia è generalmente sufficiente ad impedire la stiratura del filo o della striscia mentre questi si trovano a contatto con la superficie mobile.

La superficie mobile, che è preferibilmente un nastro trasportatore, può essere azionata da un meccanismo, preferibilmente meccanico, mediante il quale si può variare la velocità del nastro. La variazione della velocità del nastro è necessaria allo scopo di regolare la stiratura elastica che si verifica tra il nastro trasportatore ed il prodotto grezzo al quale si devono applicare i fili o strisce, questa stiratura essendo ottenuta da una differenza di velocità tra il nastro trasportatore ed il prodotto grezzo. La variazione della velocità del nastro trasportatore rispetto alla velocità di estrusione della composizione può anche essere utile, poiché in tal modo è possibile stirare i fili o strisce, sebbene, dal momento che i fili o strisce si trovano ancora allo stato fuso, mediante tale stiratura si ottenga soltanto una riduzione permanente della sezione. Il rapporto tra la velocità di avanzamento del nastro e la velocità di estrusione deve essere di almeno uno a uno (nessuna stiratura) e può essere fino a, p.es. circa 1,5:1, preferibilmente 1,3:1, più preferibilmente 1,2:1, se è necessario un effetto di stiratura. E' anche possibile provvedere la testa di estrusione di un dispositivo che regola la velocità di estrusione della composizione hot melt rispetto alla velocità del nastro per assicurare un diametro costante dei fili nel caso di variazione della velocità del nastro, p.es. variazioni necessarie per regolare il grado di stiratura elastica.

I fili vengono raffreddati mentre si trovano sul nastro trasportatore. Il raffreddamento è ottenuto preferibilmente impiegando un sistema a soffio d'aria disposto in modo da raffreddare i fili. Di preferenza il sistema di soffiaggio è posto al di sotto del nastro. Si è sorprendentemente trovato che un sistema di soffiaggio è in grado di provvedere un raffreddamento sufficiente per i fili che vengono raffreddati e solidificati molto rapidamente senza bisogno di raffreddamento prolungato. Tuttavia, il nastro trasportatore deve essere di lunghezza sufficiente affinché i fili abbiano il tempo sufficiente per il raffreddamento. La lunghezza del nastro può essere determinata a seconda dello spazio disponibile e i fili possono passare sopra praticamente l'intera lunghezza del nastro oppure interessarne soltanto una parte, a seconda della lunghezza del nastro e del tempo di raffreddamento necessario. Inoltre, il sistema di soffiaggio d'aria può essere regolato in modo da raffreddare i fili più rapidamente o più lentamente a seconda delle necessità. Questo varia l'entità alla quale l'interno dei fili e dei nastri viene raffreddato in funzione del tempo di trasferimento del prodotto grezzo, e quindi l'entità per la quale i fili o nastri sono sottoposti a stiratura elastica al contrario della deformazione plastica.

Dopo raffreddamento ed eventuale stiratura, i fili vengono trasferiti su una materia prima, p.es. un topsheet per un articolo assorbente. Il trasferimento può essere ottenuto per mezzo di un rullo folle in silicone, preferibilmente azionato pneumaticamente. Il rullo porta la materia prima a contatto con i fili, i fili aderiscono alla materia prima e vengono alimentati in continuo dal trasportatore al prodotto grezzo. Come già si è detto, la materia prima si sposta preferibilmente a velocità più elevata del nastro trasportatore, in modo che i fili vengono disposti con una stiratura elastica al momento del trasferimento sulla materia prima. Per l'adesività dei fili e la natura della materia prima, i fili restano aderenti a questa. Opzionalmente, i fili possono poi essere pressati sulla materia prima per mezzo di uno o più cilindri per assicurare che i fili restino attaccati alla materia prima.

Questa pressatura si può verificare direttamente sui fili nel qual caso i cilindri debbono essere rivestiti con un materiale antiaderente, p.es. PTFE o preferibilmente silicone. Più preferibilmente la pressione può essere applicata dopo l'applicazione di un secondo foglio di materia prima sui fili, nel qual caso non è più necessario un rivestimento antiaderente. In ambedue i casi, i cilindri possono essere riscaldati per contribuire all'adesione, sebbene la temperatura debba essere ben al di sotto del punto di fusione della composizione per non influenzarne le proprietà elastiche. In pratica, da circa 10 a 40°C al di sotto della temperatura di solidificazione reologica della composizione (misurata come descritta in questa sede) è un valore adatto.

Per dotare i fili di una disposizione non lineare (curva) questi possono essere fatti passare attraverso uno o più pettini prima di essere trasferiti sulla materia prima. Il pettine (pettini) regola la posizione del filo sulla materia prima. I pettini debbono essere in grado di spostarsi in un piano praticamente parallelo al piano della materia prima. Il pettine (pettini) vengono preferibilmente spostati per mezzo di una camma. Spostando il pettine in un piano praticamente parallelo al piano della materia prima i fili, che sono passati attraverso il pettine (pettini), possono essere trasferiti alla materia prima in una disposizione curva.

Al trasferimento sulla materia prima il filo ha una tendenza a staccarsi da questa poiché tende a riassumere una posizione lineare, e più alto è il grado di curvatura del filo maggiore è la tendenza a staccarsi. Per impedire il distacco, un rullo di materiale non aderente del tipo precedentemente indicato può essere fatto passare sopra i fili curvati in modo da comprimerli sulla materia prima per cui i fili rimangono fissati alla materia prima in forma curva.

I fili curvi vengono preferibilmente impiegati in pannolini mutandine, sebbene possano anche essere usati in assorbenti. I fili curvi permettono al pannolino mutandina, p.es., di assumere una forma anatomica migliore, che lo rende più confortevole per l 'utilizzatore.

Si è sorprendentemente trovato che i fili della presente invenzione presentano considerevoli vantaggi rispetto all'elasticizzazione con gomma precedentemente impiegata. In particolare, i fili della presente invenzione possono essere formati con un diametro minore dell 'elasticizzazione mediante gomma di impiego precedente, e possono anche essere stirati a diametri ancora più piccoli prima di essere fissati. In particolare, il filo può avere un diametro iniziale inferiore o uguale a circa 1 irai sul nastro trasportatore, prima dell'applicazione alla materia prima. In conseguenza della stiratura elastica all'applicazione del filo sulla materia prima, il filo può assumere un diametro tra circa 0,3 e 0,2 mm, che corrisponde ad una stiratura di circa 10 a circa 25 volte la lunghezza iniziale. Il modulo di elasticità del filo è molto più basso di quello dell 'elasticizzazione mediante gomma di tipo convenzionale e permette così al filo di essere stirato più rapidamente dell'elastico in gomma convenzionale. Ovviamente, un singolo filo provvede una forza elastica più bassa di un certo numero di fili, e quindi il numero di fili può essere rapidamente regolato in modo da provvedere la forza elastica necessaria.

Un altro vantaggio dei fili della presente invenzione rispetto all'elasticizzazione in gomma di tipo convenzionale risiede nel fatto che essi aderiscono alla materia prima senza l'impiego di colla. Questo è particolarmente vantaggioso per i fili curvi. Quando si applica gomma ad un prodotto grezzo in forma curva, è necessaria una quantità importante di colla per fissare la gomma in forma curva, e questo può avere un'influenza negativa sulle proprietà elastiche della gomma. L'uso di una quantità più piccola di colla per evitare questo effetto negativo ha la conseguenza che la forza dì ritenzione della gomma sulla materia prima è minore della forza elastica della gomma stessa, poiché un elastico in gomma ha un modulo più elevato rispetto agli adesivi elastici hot melt impiegati secondo la presente invenzione, ed inoltre gli adesivi elastici hot melt possono essere applicati in fili sottili rispetto agli elastici di gomma. Per queste ragioni, l'elastico di gomma generalmente tende a riguadagnare la sua forma lineare e quindi staccarsi rapidamente dalla materia prima. Gli adesivi elastici hot melt impiegati secondo la presente invenzione hanno un modulo molto più basso di quello dei tradizionali elastici di gomma e possono essere stirati in fili molto sottili che aderiscono alla materia prima senza bisogno di aggiunta di colla. La loro forza di adesione è quindi superiore alla forza di distacco, ed i fili rimangono aderenti alla materia prima in forma curva.

Rientra certamente nella capacità dei tecnici esperti in questo campo di accertare i parametri ottimali per il filo in ogni particolare caso, e per esempio, per questo si deve tenere conto del modulo della composizione, del diametro del filo, dell'adesione del filo alla materia prima ed eventualmente del raggio di curvatura. L'adesione dipenderà dalla composizione adottata e dal fatto che il filo venga pressato o meno sulla materia prima.

E' stato anche sorprendentemente trovato che se il filo si dovesse rompere durante il trasferimento sulla materia prima, l'estremità interrotta del filo può facilmente essere ripresa e trasferita sulla materia prima per ricongiungersi al punto di rottura, ed il modo in cui questo può essere effettuato è descritto più dettagliatamente nel seguito.

L'invenzione verrà ora descritta più dettagliatamente con riferimento ad una realizzazione specifica dell'apparecchiatura per la formazione dei fili secondo l'invenzione. Questa apparecchiatura è illustrata nei disegni allegati, nei quali:

la Figura 1 illustra una apparecchiatura impiegata per produrre fili curvi e per trasferire i fili su una materia prima; e

la Figura 2 rappresenta una vista schematica dell'apparecchiatura della Figura 1, insieme all'attrezzatura usata per produrre un prodotto igienico monouso, più specificamente un pannolino mutandine monouso per bambino.

Naturalmente, l'apparecchiatura illustrata nella Figura 2 può essere modificata per produrre altri prodotti igienici monouso elasticizzati.

Con riferimento alla Figura 1:

la Figura 1 illustra una apparecchiatura per fabbricare fili ed in particolare illustra un applicatone di hot melt indicato generalmente con (1), che comprende testine di estrusione (3,4) alimentate da un serbatoio attraverso un raccordo adatto. Per chiarezza di illustrazione delle parti rimanenti dell'apparecchiatura, il serbatoio ed il tubo di raccordo non sono illustrati. Al di sotto delle testine di estrusione (3,4) e non a contatto con queste, è posto il nastro trasportatore (6) che si sposta nella direzione evidenziata nella figura da una freccia. La velocità di avanzamento del nastro trasportatore (6) è regolabile per mezzo di un regolatore di velocità meccanico (2) e la posizione angolare delle testine di estrusione può essere regolata con un supporto regolabile (5). Al di sotto del nastro trasportatore (6) vi è un ventilatore (7) che raffredda i fili (8) che vengono estrusi dalle testine (3,4) sul nastro trasportatore (6). Nel disegno sono rappresentati quattro fili (8) sebbene il numero di fili possa, naturalmente, essere variato a seconda del particolare prodotto da produrre. I fili (8) vengono curvati all'uscita dal nastro trasportatore (6). I fili (8) passano dal trasportatore (6), attraverso uno o più pettini (9), su una materia prima (11) che viene portato a contatto con i fili (8) per mezzo di un primo rullo folle in silicone (12). La curvatura viene ottenuta per mezzo del pettine (pettini) (9) che è mobile in un piano parallelo al piano della materia prima (11). Il movimento dei pettini (9) viene ottenuto per mezzo di una camma (10). La posizione del primo rullo folle (12) è attivata pneumaticamente. I fili (8) aderiscono alla materia prima (11) con i fili (8) in posizione geometricamente curva come si vede in (13). Rulli di silicone (14) comprimono i fili (8) sulla superficie della materia prima (11).

Un secondo rullo folle (15), che è preferibilmente rivestito in silicone, è disposto adiacente al rullo in silicone (12) ma sul lato opposto della materia prima ed a contatto con i fili che vengono trasferiti sulla materia prima. Il primo ed il secondo rulli folli (12) e (15) vengono spostati dallo stesso sistema pneumatico. Il secondo rullo folle (15) non comprime i fili contro il prodotto grezzo (il che è ottenuto da rulli successivi (14)) ma semplicemente assicura il corretto angolo di contatto tra i fili e la materia prima durante il trasferimento dal nastro trasportatore (6).

All'avviamento della macchina, o dopo una interruzione di uno o più dei fili che vengono trasferiti sulla materia prima (11), il primo rullo folle (12) si sposta verso il nastro trasportatore (6) e porta la materia prima (11) a contatto con i fili (8) sopra di questo. Allo stesso tempo, i pettini (9) possono essere abbassati per non interferire con il movimento del primo rullo folle (12). I fili (8) aderiscono così alla materia prima (11) e possono essere stirati nel modo normale quando il primo rullo folle (12) torna alla sua posizione normale.

Il grado desiderato di stiratura elastica dei fili al momento dell'applicazione alla materia prima (11) viene ottenuto dalla differenza di velocità tra il nastro trasportatore (6) (che è pure la velocità dei fili prima dell'applicazione) e la stessa materia prima (11) . Come si è già detto, la velocità del nastro trasportatore (6) può essere regolata per mezzo del regolatore di velocità (2).

La Figura 2 è una vista schematica dell'apparecchiatura della Figura 1, che illustra l'attrezzatura ed i materiali impiegati per fabbricare un pannolino mutandina monouso per bambino. Le stesse referenze numeriche vengono impiegate per componenti rappresentati sia nella Figura 1 che 2.

Come si vede nella Figura 2, un non tessuto usato come topsheet per il pannolino mutandina monouso per bambino viene alimentato attraverso il rullo (30) come materia prima (11). La materia prima (11) passa in prossimità del trasportatore (6), per effetto del primo rullo folle (12), ed i fili (non rappresentati nella Figura 2) vengono trasferiti sulla materia prima nel modo descritto più dettagliatamente in precedenza con riferimento alla Figura 1, mediante 1'applicatore di hot melt (1). La materia prima (11) con i fili, viene fatta passare al punto (55) in cui viene unita al materiale del nucleo da un dispositivo di alimentazione del nucleo ed una unità, di taglio (50) ed al backsheet per mezzo di un rullo (60) per formare un materiale composito. Il materiale composito passa quindi attraverso una unità di raggrinzatura opzionale (70) in cui i vari elementi vengono pressati allo scopo di migliorare l'adesione particolarmente attorno al perimetro. Successivamente il materiale passa attraverso una unità di taglio finale (90) per formare il prodotto finale. Si può notare che in vari punti di questo procedimento, ai componenti del prodotto finale si applica adesione convenzionale hot melt (H O) e si passa quindi attraverso vuoto (100).

La parte superiore sinistra della Figura 1 illustra l'adesivo elastico hot melt applicato secondo un disegno curvo in modo da formare l'elasticizzazione delle gambe per il pannolino mutandina. Il posizionamento dei nuclei assorbenti sopra la materia prima, ottenuto dal sistema di alimentazione del nucleo e dall'unità di taglio (Figura 2, (50)) è anche illustrato più dettagliatamente, sebbene per chiarezza, il sistema di alimentazione del nucleo e l'unità di taglio siano omesse dalla Figura 1, come lo è il backsheet con il suo rullo di alimentazione (Figura 2, (60)).

Come già indicato, gli elastici in gomma convenzionali non possono essere applicati in modo soddisfacente a materie prime secondo percorsi non lineari, ed è una caratteristica importante della presente invenzione il fatto che gli adesivi elastomerici hot melt possono essere applicati ad un substrato di materia prima secondo percorsi non lineari,'p.es. curvi.

Secondo un altro aspetto, la presente invenzione provvede una apparecchiatura per l'applicazione di un adesivo elastomerico hot melt ad una materia prima in andamento non lineare, che comprende:

un mezzo di estrusione per l'adesivo elastomerico hot melt;

una superficie mobile posizionata presso il mezzo di estrusione in modo che i fili o strisce estrusi dal mezzo di estrusione vengano a contatto della superficie mobile all'uscita dal mezzo di estrusione; mezzi per portare uno strato continuo di materia prima a contatto con i fili o strisce sulla superficie mobile, in modo che i fili o strisce vengano trasferiti sulla materia prima; e

almeno un pettine mobile in un piano parallelo alla materia prima, attraverso il quale i fili o le strisce passano durante il trasferimento dalla superficie mobile alla materia prima e che consente l'applicazione dei fili o strisce sulla materia prima secondo un andamento non lineare.

Gli esempi seguenti illustrano composizioni che possono essere impiegate nella presente invenzione per la preparazione di fili o strisce. Gli esempi non debbono essere considerati in alcun modo come limitativi dell'invenzione. Nel caso di prodotti registrati, i dettagli sulla loro natura e la composizione sono quelli forniti dal produttore.

Le composizioni di tutti gli Esempi da 1 a 5, quando vengono applicate allo stato fuso tra materiali plastici e/oppure cellulosici, in una quantità corrispondente a 5 g/m2 mostrano una forza di legame robusta, ben superiore a 0,5 N/cm.

Esempio 1

Un sistema polimerico SBC, a base di SBS (copolimero a blocchi stirene-butadiene-stirene) viene formulato come segue:

CARIFLEX TR-4113 S 36% in peso

EUROPRENE SOL 1205 8%

DERCOLYTE A 115 45,8%

FORAL 85-E 6%

HERCOLYN D-E 4%

IRGANOX 1010 0,2%

m cui:

CARIFLEX TR-4113 S è un copolimero SBS diluito con olio commercializzato dalla SHELL Co, che contiene: 68,5 % in peso di un SBS triblocco lineare avente un contenuto di stirene del 35% in peso e con un contenuto di diblocco minore del 20% in peso

31,5 % in peso di un olio minerale naftenico, che agisce come plastificante, e che contiene meno del 5% di aromatici.

EUROPRENE SOL 1205 è una gomma stirene/butadiene (SBR) prodotta dalla ENICHEM. (Il prodotto FINAPRENE 1205 prodotta dalla FINA è simile, e può ugualmente essere impiegato).

E' descritto come un SBR polimerizzato in soluzione avente una viscosità Mooney ML (1 4) a 100°C uguale a 47 ed un contenuto totale di stirene del 25% in peso. Questo stirene è parzialmente (tipicamente fra il 15 ed il 18%) distribuito in blocchi con il resto copolimerizzato in modo casuale con butadiene. Questo stirene copolimerizzato in modo casuale conferisce alle parti gommose della molecola la struttura chimica di un SBR amorfo, che contribuisce allo sviluppo di caratteristiche di adesività a pressione particolarmente buone.

DERCOLYTE A 115 (la resina di tipo tackifier principale) è prodotta dalla DRT. Si tratta di una resina politerpenica derivata da alfa-pinene avente un punto di rammollimento di 115°C.

FORAL 85-E è una resina di tipo tackifier costituita da un estere glicerico idrogenato di colofonia, prodotto dalla HERCULES Co. Esso ha un punto di rammollimento di 85°C.

HERCOLYN D-E è un estere metilico liquido di colofonia, prodotta dalla HERCULES.

IRGANOX 1010 è un antiossidante fenolico prodotto dalla CIBA-GEIGY.

Si è trovato che la composizione ha le seguenti proprietà :

- contenuto totale di stirene = 10,6 % in peso, del quale il 10,1 % è in blocchi

- viscosità a 180°C a 80 sec-1 = 20520 cps

- modulo al 500% di allungamento = 0,182 MPa. (basso modulo)

- allungamento a rottura > 1400% (1400% è il massimo allungamento misurabile con l'apparecchiatura usata per questa determinazione)

- temperatura di solidificazione reologica (punto di incrocio di G’ e G") = 125°C

- loop tack su PE = 8,5 N/cm

- peel a 90° su PE = 16,3 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli = 59,8 %

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 800% = 57,7 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 1,05.

La composizione mostra proprietà elastiche ed adesive estremamente buone ed è considerata compietamente adatta per l'elasticizzazione di strutture, particolarmente di articoli igienici assorbenti. Essa è facilmente lavorabile, cioè estrudibile, solidifica rapidamente (stirabile in produzione) ed ha buone caratteristiche di adesivo a pressione che permettono la formazione di legami robusti per semplice contatto con molti substrati anche a temperatura ambiente.

Esempio 2

La formulazione è:

CARIFLEX TR-4113 S 38,8% in peso

FINAPRENE 1205 8,9%

DERCOLYTE Al 15 26%

FORAL 85-E 26%

IRGANOX 1010 0,3%

Sono state misurate le seguenti proprietà:

- contenuto totale di stirene = 11,5 % in peso, di cui 10,9 % è in blocchi

- viscosità a 180°C a 80 sec-·'- = 28180 cps

- modulo al 500% di allungamento = 0,188 MPa (basso modulo)

- allungamento a rottura > 1400%

- temperatura di solidificazione reologica = 120°C - loop tack su PE = 8,6 N/cm

- peel a 90° su PE = 10,4 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli tra 800 e 920% = 59,1 %

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 800% = 48,3 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 1,01.

La composizione è simile a quella dell<'>Esempio 1, la variazione principale essendo il fatto che circa il 50% della resina di tipo tackifier ad alto punto di rammollimento è stata sostituita con una resina a punto di rammollimento più basso, ed il solo plastificante è l'olio contenuto in CARIFLEX TR-4113 S (12,2 % in peso della composizione). Ciò nonostante si è trovato che la composizione mantiene ancora una temperatura di solidificazione molto alta, solidifica rapidamente ed ha proprietà elastiche e di adesività a pressione ottimali, nonché eccellente lavorabilità, per cui è facile da estrudere e stirare immediatamente anche fino all'800% sotto forma di fili molto sottili (diametro = 0,4 mm) che possono essere applicati per 1'elasticizzazione laterale di un prodotto assorbente.

Esempio 3

Si è trovato un sistema diverso basato su SBS radiali, più precisamente una miscela di un SBS con contenuto di blocchi rigidi relativamente basso ed un SBS con contenuto di blocchi rigidi relativamente alto. La formulazione è la seguente:

FINAPRENE 415 17, 7% in peso

FINAPRENE 401 7,0%

FINAPRENE 1205 8,0%

ZONATAC 115 LITE 45, 8%

FORAL 85~E 6,3%

HERCOLYN D-E 4,0%

SHELLFLEX 4510 FC 11,0%

IRGANOX 1010 0,2%

in cui:

- FINAPRENE 415 e FINAPRENE 401 sono copolimeri SBS radiali prodotti dalla FINA. Si suppone che ambedue contengono meno del 20% di diblocco e siano formati con una struttura a "stella" di quattro blocchi di SB legati chimicamente in un punto centrale attraverso i blocchi butadienici. Il FINAPRENE 415 contiene il 40% in peso di stirene a blocchi ed il FINAPRENE 401 contiene il 22% di stirene a blocchi.

ZONATAC 115 LITE è una resina terpenica di tipo tackifier modificata con idrocarburi, con un punto di rammollimento di 115°C, prodotta dalla Arizona Co. Si suppone sia basata su limonene modificato con stirene.

SHELLFLEX 4510 FC è un olio minerale naftenico, prodotto dalla SHELL, che si suppone abbia un contenuto di aromatici minore del 5%.

Sono state misurate le proprietà seguenti:

- contenuto di stirene totale = 10,6 % in peso, di cui 10,1 % è in blocchi

- viscosità a 180°C a 80 sec-·'- = 12810 cps

- modulo al 500% di allungamento = 0,223 MPa (basso modulo)

- allungamento a rottura > 1300%

- temperatura di solidificazione reologica = 107°C <■>- loop tack su PE = 6,4 N/cm

- peel a 90° su PE = 14 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli tra 800 e 920% - 50%

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 800% = 44,9 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 1,04.

La composizione mostra ottime proprietà tipiche di un materiale adesivo estrudibile ed elastico facilmente lavorabile.

Esempio 4

Si prepara la seguente composizione ad alto modulo, secondo la formulazione:

VECTOR 4461-D 44,8% in peso

ZONAREZ 7115 LITE 37%

FORAL 85-E 5%

ZONAREZ ALPHA 25 3%

PRIMOL 352 10%

IRGANOX 1010 0,2%

in cui:

VECTOR 4461-D è un copolimero SBS lineare avente il 43% in peso di stirene e che non contiene dibloc-chi, prodotto dalla DEXCO Co.

ZONAREZ 7115 LITE è una resina politerpenica di tipo tackifier, avente un punto di rammollimento di 115°C, derivata da limonene, prodotta dalla ARIZONA ZONAREZ ALPHA 25 è una resina liquida di tipo tackifier (punto di rammollimento = 25°C) derivata da alfa-pinene, avente un effetto plastificante molto buono. Essa è prodotta dalla ARIZONA Co.

PRIMOL 352 è un olio minerale plastificante paraffinico prodotto dalla EXXON, che si ritiene non contenga aromatici.

Sono state misurate le seguenti proprietà:

- contenuto di stirene a blocchi totale = 19,3 % in peso

- viscosità a 180°C a 80 sec<-1 >= 16810 cps

- modulo al 500% di allungamento = 1,07 MPa (alto modulo)

- allungamento a rottura = 987%

- temperatura di solidificazione reologica = 111°C

- loop tack su PE = 4,3 N/cm

- peel a 90° su PE = 6,5 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cieli tra 300 e 345% = 67,5%

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 300% = 63,3 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 1,05.

La composizione è un buon materiale elastico usato specialmente a bassi allungamenti. Esso mostra caratteristiche di semiadesivo a pressione accettabili, per cui può essere fissato su materiali anche a temperatura ambiente allo stato stirato.

Esempio 5

La formulazione è:

VECTOR 4461-D 54,8% in peso

ECR 368 35%

PRIMOL 352 10%

IRGANOX 1010 0,2%

m cui:

ECR 368 è un resina idrocarburica idrogenata di tipo tackifier, prodotta dalla EXXON ed avente un punto di rammollimento di 100°C.

Sono state misurate le seguenti proprietà:

- contenuto di stirene a blocchi totale = 23,56 % in peso

- viscosità a 180°C a 80 sec<“>l = 34000 cps

- modulo al 500% di allungamento = 1,61 MPa (alto mo-dulo)

- allungamento a rottura = 947%

- temperatura di solidificazione reologica = 114°C - loop tack su PE = 1,3 N/cm

- peel a 90° su PE = 2,6 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli tra 300 e 345% = 62,3%

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 300% = 38,3 %

- indice Newtoniano = 1,05.

La composizione è stata fatta in modo da massimizzare il modulo pur mantenendo una elasticità accettabile ed una buona adesività a temperature superiori alla temperatura ambiente. Tale materiale viene più convenientemente applicato allo stato non stirato e fissato direttamente a temperatura maggiore di 50° C. Esso dà buone forze di ritorno elastico anche ad allungamenti molto bassi, p.es. modulo a 20% di allungamento = 0,236 MPa. Tuttavia, esso funziona pure bene allo stato stirato, p.es. al 300% di allungamento, e mostra proprietà adesive su PE che non sono trascurabili anche a temperatura ambiente.

Esempio di confronto A

La formulazione è:

KRATON DI107 40,2% in peso

WINGTACK 95 32, 9%

IC-145 26, 5%

WESTON 618 0,2%

IRGANOX 1010 0,2 %

in cui:

KRATON DI107 è un copolimero a blocchi SIS lineare prodotto dalla SHELL, contenente il 14% in peso di stirene .

WINGTACK 95 è una resina polipertenica sintetica, avente un punto di rammollimento a 95°C, prodotta dalla Goodyear Co.

IC-145 è una resina aromatica cumarone-indene, avente un punto di rammollimento di 145°C e prodotta dalla società tedesca VFT.

WESTON 618 è un antiossidante a base fosfitica prodotto dalla Borg Warner Co.

IRGANOX 1010 è quello già descritto nell<'>Esempio 1.

Questa formulazione è stata preparata secondo gli insegnamenti di US-A-4 418 123 (Esempio IV). Secondo il brevetto US, la composizione risulta avere proprietà completamente soddisfacenti dal punto di vista elastico, adesivo e di lavorazione.

La formulazione dell'Esempio di confronto A presenta le seguenti differenze dall'Esempio IV di US-A-4418 123:

1) La resina cumarone-indene CUMAR LX-509 non è facilmente disponibile in Europa, ed è stata usata la resina equivalente IC-145. Le resine sono chimicamente simili ma IC-145 ha un punto di rammollimento di 145°C rispetto al dato di 155°C indicato nel brevetto US per il CUMAR LX-509;

2) Per ragioni pratiche, il pigmento (1,5% di biossido di titanio) non è stato utilizzato. Il pigmento era presumibilmente presente nella formulazione originale per mascherare il leggero colore bruno, e si ritiene che potrebbe avere un effetto trascurabile sulle proprietà adesive ed elastiche.

Le proprietà principali possono essere riassunte come segue:

- contenuto di stirene a blocchi totale = 5,6 % in peso

- viscosità a 180°C a 80 sec<-1 >= 192000 cps

- modulo al 500% di allungamento = 0,365 MPa (basso modulo)

- allungamento a rottura > di 1400% (1400% è il massimo allungamento ottenibile sulla macchina utilizza-ta per questa misurazione)

- temperatura di solidificazione reologica (punto di incrocio di G' e G") = 145°C

- loop tack su PE = 5,3 N/cm

- peel a 90° su PE = 15,7 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli = 34,3 %

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 800% = 19,8 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 2,03.

Si è trovato che la formulazione suddetta a buo-ne caratteristiche di adesivo a pressione, come indicato nel brevetto US, poiché, misurato su PE nelle condizioni suddescritte, il loop tack è di 5,3 N/cm e il peel a 90° è di 15,7 N/cm. Tuttavia si è anche trovato che sia le proprietà elastiche che di lavorabilità per un materiale estrudibile non sono soddisfacenti. In particolare:

La lavorabilità, specialmente l<'>applicazione in sottili strisce o fili, è molto difficoltosa per la viscosità estremamente alta ed il comportamento reologico altamente non Newtoniano.

Il modulo al 500% di allungamento è risultato essere di 0,365 MPa, e l'allungamento a rottura superiore a 1400%. Tuttavia le proprietà elastiche non sono soddisfacenti. In particolare, nei test di deformazione ciclica tra 800 e 920%, si è trovato che la formulazione perde il 65.7% della sua resistenza a trazione iniziale dopo 50 cicli, e perde l'80,2 % della sua energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra 0 e 800%, rendendola inadatta per l 'elasticizzazione di prodotti come articoli assorbenti igienici che durante l'impiego vengono deformati molte volte, con ripetuti allungamenti dovuti ai movimenti dell 'utilizzatore . E' degno di nota che il 45% della perdita di resistenza a trazione si verifica tra il primo ed il secondo ciclo, confermando una deformazione plastica facile e non recuperabile.

Esempio di confronto B

La formulazione è:

TUFPRENE A 30, 0% in peso

ESCOREZ CR 368 55, 0%

CATENEX P941 10, 0%

KRISTALEX FI00 5,0%

con l'aggiunta di 0,2 parti per 100 parti in peso della composizione suddetta di antiossidante IRGANOX 1010,

in cui:

- TUFPRENE A è un SBS lineare prodotto dalla Asahi Chemical CO. e contenente il 40% in peso di stirene. Il contenuto di diblocco non è specificato dal produttore.

ESCOREZ CR 368 è una resina idrocarburica idrogenata modificata prodotta dalla Exxon, avente un punto di rammollimento di 100°C.

CATENEX P941 è un olio minerale parafiinico prodotto dalla Shell, che si suppone abbia un contenuto di aromatici minore del 5% in peso.

KRISTALEX F 100 è una resina aromatica a base di a -metil stirene e stirene, prodotta dalla Hercules, ed avente un punto di rammollimento di 100°C.

Questa formulazione è stata prodotta secondo gli insegnamenti di EP-A-0424295 (Esempio V). La formulazione dell'esempio di confronto B ha la seguente differenza dall'Esempio V di EP-A-0424295

0,2 parti per 100 parti in peso di antiossidante IRGANOX 1010 sono state aggiunte alla composizione, come nell'Esempio V di EP-A-0424295. Come è evidente a chiunque conosca questo argomento, il tentativo di preparare e lavorare la composizione esattamente come descritto in EP-A-0424295, cioè senza un antiossidante, avrebbe probabilmente avuto per conseguenza una degradazione termica del sistema. Per seguire gli insegnamenti di EP-A-0424295 il più strettamente possibile, è stato impiegato l'antiossidante usato nell'Esempio di confronto A di detto documento. Tuttavia, l'antiossidante è stato aggiunto nella quantità normale dello 0,2 % (questo essendo il valore normalmente impiegato negli esempi precedenti secondo l'invenzione) anziché nell'alta quantità inusuale (e certo non necessaria) usata nell'Esempio di confronto A di EP-A-0424295.

Le proprietà principali possono essere riassunte come segue:

- stirene a blocchi totale = 12 % in peso

- viscosità a 180°C a 80 sec-·*· = 5620 cps

- modulo al 500% di allungamento = 0,204 MPa (basso modulo)

- allungamento a rottura > 1300%

- temperatura di solidificazione reologica (punto di incrocio di G1 e G") = 106°C

- loop tack su PE = 0,7 N/cm

- peel a 90° su PE = 0,8 N/cm

- ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli = 21,3 %

- ritenzione dell'energia elastica dopo 3 cicli di isteresi tra zero e 800% = 25,0 %

- indice Newtoniano (N.I.) = 1,16.

Si è trovato che la lavorabilità, come indicato dalla viscosità e dall'indice Newtoniano, è accettabile sebbene l'indice Newtoniano fosse alto per una composizione a base di SBS. Tuttavia, la formulazione ha modeste caratteristiche di adesivo a pressione e valori di 0,7 N/cm per il loop tack e 0,8 N/cm per il peel a 90° mostrano che è praticamente non utilizzabile come adesivo elastico a basso modulo, destinato all'utilizzazione in condizione stirata, nella preparazione di articoli assorbenti igienici. Le proprietà elastiche non sono soddisfacenti, come indicato dalla perdita di circa l'80% della resistenza a trazione della composizione dopo 50 cicli di stiratura successivi e del 75% della sua energia elastica dopo 3 cicli di isteresi.

Le insoddisfacenti proprietà della composizione possono essere attribuite al contenuto di diblocco del TUFPRENE A. Questo ·ηοη è indicato dal produttore e la misurazione diretta è difficoltosa. Tuttavia, il valore fornito dal produttore per la deformazione plastica permanente, misurato secondo il metodo ASTM D412, è del 47%. Questo si confronta con valori molto più bassi di circa il 10% o meno indicati per copolimeri SBS con un contenuto di diblocco minore del 20% in peso. D'altro lato, la letteratura tecnica SHELL fornisce i seguenti dati per la deformazione plastica permanente per copolimeri con un alto contenuto di diblocco:

KRATON D-1112 (SIS contenente 40% in peso di diblocco) = 20%

KRATON D-1118X (SBS contenente 80% in peso di diblocco) = 40%.

Da questi dati si può ritenere che il TUFPRENE A probabilmente ha un contenuto di diblocco ben superiore al 40%.

Si deve notare che i risultati precedenti sembrano non corrispondere con i risultati riportati in EP-A-0424295 sotto almeno qualche aspetto. Così, il peel a 90° di 0,8 N/cm precedentemente indicata, si confronta con 3,7 N/cm per il peel a 180° ricavabile da EP-A-0424295. Questo può essere spiegato almeno in parte sia con il diverso angolo di peel, sia con la compressione usata nella prova (400 g anziché 2 kg) poiché la composizione è rigida ed il legame è molto influenzato dalla compressione. Si deve anche notare che la grammatura di adesivo applicata per m2 non è specificata in EP-A-0424295 e questo è estremamente importante per determinare la forza di adesione. I metodi di prova adottati secondo la presente invenzione provvedono una misura realistica della rispondenza delle composizioni all'impiego nelle applicazioni proposte. Le modeste proprietà della composizione di EP-A-0424295 possono anche essere attribuite alla combinazione di un SB5 rigido (40% di stirene) con una resina aromatica e con basse quantità di plastificante (10%).

Esempio 6

Questo esempio si riferisce ai diagrammi tensione/deformazione delle composizioni degli Esempi da 1 a 5 e degli Esempi di confronto A e B. Le composizioni elastiche hot melt secondo l'invenzione è desiderabile abbiano un diagramma tensione/deformazione che è molto più piatto rispetto agli elastici in gomma, cioè, anche se è già sotto tensione, una ulteriore stiratura (p.es. dovuta ai movimenti dell'utilizzatore dell'articolo assorbente) provoca soltanto un incremento molto basso del modulo e della resistenza a trazione, che viene avvertito dall'utilizzatore. Questo è specialmente vero per le composizioni a basso modulo, e si può constatare misurando l'incremento medio del modulo per un dato allungamento. Le composizioni a basso modulo, che vengono tipicamente applicate allo stato già stirato, vengono valutate come incremento medio del modulo per ogni 100% dell'allungamento tra zero e l'800% di allungamento (nove volte la lunghezza iniziale), cioè l'incremento totale del modulo diviso per 8.

Con riferimento alle composizioni a basso modulo menzionate negli esempi precedenti, i risultati sono i seguenti:

ESEMPIO N° INCREMENTO MEDIO DEL MODULO PER 100% DI ALLUNGAMENTO 1 0, 044 MPa/100% allungamento 2 0,045 MPa/100% allungamento 3 0,063 MPa/100% allungamento Esempio di confronto A 0,099 MPa/100% allungamento Esempio di confronto B 0,079 MPa/100% allungamento Le composizioni ad alto modulo degli Esempi 4 e 5, che vengono generalmente utilizzate allo stato non stirato, o in ogni caso con un allungamento minore, vengono valutate come incremento medio del modulo per un incremento del 100% di allungamento tra zero ed il 300% di allungamento finale:

ESEMPIO N° INCREMENTO MEDIO DEL MODULO

PER 100% DI ALLUNGAMENTO 4 0,169 MPa/100% allungamento 5 0,284 MPa/100% allungamento Come confronto, un elastico in gomma naturale vulcanizzata, usato per 1'elasticìzzazione attorno alle gambe di pannolini mutandina, anche se applicato con un allungamento molto minore (tipicamente 220%) mostra, tra zero ed il 220%, un incremento medio del modulo di 0.89 MPa per 100% di allungamento.

E' possibile confrontare il comportamento di un elastico in gomma naturale e di una composizione a basso modulo secondo l'invenzione.

Nel caso dell'elastico in gomma, anche movimenti limitati dell'utilizzatore che causano, p.es., uno stiramento delle parti elasticizzate con un allungamento ulteriore di solo del 10%, causerà un incremento medio del modulo di circa 0,09 MPa. Usando una composizione a basso modulo, l'incremento del modulo sarà circa 20 volte minore ed anche con le composizioni più forti a modulo più elevato, sarà molte volte più basso, per cui i movimenti dell'utilizzatore di un articolo assorbente elasticizzato per mezzo delle composizioni descritte nella presente invenzione sono molto più liberi. Per conseguenza, in queste applicazioni, i moduli bassi e le basse variazioni di modulo in funzione della tensione, sono un chiaro vantaggio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Fili o strisce formate da una composizione adesiva elastomerica hot melt comprendente almeno un elastomero termoplastico ed almeno una resina di tipo tackifier, l'elastomero (elastomeri) termoplastico essendo un copolimero a blocchi stirene/butadiene/stirene (SBS) o una miscela di copolimero stirene/butadiene/stirene con copolimero a blocchi stirene/isoprene/stirene (SIS) in cui SIS è presente in una quantità uguale o minore del 50% in peso del totale del copolimero a blocchi, ed in cui la composizione adesiva è caratterizzata dal fatto che: a) è in grado di legarsi, quando viene applicata allo stato fuso, a materiali plastici e oppure cellulosici, con una forza di peel a 90° non inferiore a 0,5 N/cm (come definita in questa sede); b) mantiene una ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli (come definiti in questa sede) di almeno il 40%; c) ha una viscosità di 120.000 cps o meno a 180°C e sotto una sollecitazione di taglio applicato di 80 sec-1 .
2. Fili o strisce formati da una composizione adesiva elastomerica hot melt, comprendente: 1) dal 10 all'80% in peso di un copolimero a blocchi stirenico comprendente almeno due blocchi terminali stirenici ed almeno un blocco mediano gommoso per molecola e contenente meno del 40% in peso del totale del copolimero a blocchi di un copolimero a blocchi contenente soltanto un blocco stirenico ed un blocco gommoso per molecola; 2) dal 20 al 90% di una resina di tipo tackifier compatibile essenzialmente soltanto con i blocchi mediani gommosi; 3) dallo 0 al 40% di un plastificante; 4) dallo 0 al 20% di una resina aromatica; la composizione essendo inoltre caratterizzata dal fatto che: a) è in grado di legarsi, quando viene applicata allo stato fuso, a materiali plastici e/oppure cellulosici con una forza di peel a 90° non inferiore a 0,5 N/cm (come definita in questa sede); b) presenta una ritenzione della resistenza a trazione dopo 50 cicli (come definiti in questa sede) di almeno il 40%; c) ha una viscosità di 120.000 cps o meno a 180°C, dotto una sollecitazione di taglio applicata di 80 sec-1.
3. Fili o strisce secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la composizione è una composizione a basso modulo avente un modulo di 0,5 MPa o meno al 500% di allungamento, misurato a 23<e>C con una velocità di allungamento di 500 znm/minuto.
4. Fili o strisce secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la composizione è una composizione ad alto modulo avente un modulo di oltre 0,5 MPa al 500% di allungamento, misurato a 23<e>C con una velocità di allungamento di 500 mm/minuto.
5. Fili o strisce secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la composizione ha un loop teck superiore a 2,5 N/cm ed un peel a 90° superiore a 3 N/cm (velocità di separazione 300 mm/minuto) (ambedue i valori, rilevati come definito in questa sede).
6. Fili o strisce secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui la composizione ha una ritenzione della resistenza a trazione, dopo 50 cicli, di almeno il 50%.
7 . Fili o strisce secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui la composizione ha una temperatura di solidificazione reologica reale di 80°C o più (come definita in questa sede). Θ.
Fili secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, che hanno un diametro tra 0,4 mm e 3 nas allo statò non stirato.
9. Procedimento per la produzione di fili o strisce secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, che comprende l'estrusione della composizione come definita in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8 su una superficie mobile, il raffredamento e l'opzionale stiratura dei fili o strisce.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la superficie mobile è un nastro trasportatore o un rullo trasportatore.
11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui la composizione viene estrusa da un applicatore hot melt che comprende una o più testine di estrusione .
12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui le testine di estrusione sono controllate da un sistema meccanico che regola la posizione angolare della testina.
13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui la velocità della superficie mobile è variabile.
14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 13, in cui i fili o strisce vengono raffreddati per mezzo di un sistema di soffiag-gio d<'>aria.
15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 14, in cui i fili o strisce sono destinati alla successiva applicazione ad una materia prima e la superficie mobile è costituita da o rivestita con un materiale al quale i fili o strisce sono meno aderenti che non alla materia prima.
16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui il materiale è silicone.
17. Procedimento secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui il trasferimento ad una materia prima viene ottenuto per mezzo di un cilindro folle che porta la materia prima a contatto con i fili o strisce.
18. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 17, in cui la materia prima si sposta ad una velocità maggiore del nastro trasportatore per effettuare lo stiramento elastico dei fili o strisce durante il trasferimento sulla materia prima.
19. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 18, in cui i fili o strisce passano dal trasportatore attraverso almeno un pettine che si sposta in un piano parallelo alla materia prima prima del trasferimento sulla materia prima, per far descrivere ai fili o strisce una curva rispetto alla materia prima.
20. Procedimento secondo la rivendicazione 19, in cui il o ciascun pettine è movibile per mezzo di una camma.
21. Apparecchiatura per l'applicazione di un adesivo elastomerico hot melt ad una materia prima, che comprende: un mezzo di estrusione per l'adesivo elastomerico hot melt; una superficie mobile posizionata presso il mezzo di estrusione in modo che i fili o strisce estrusi dal mezzo di estrusione vengano a contatto della superficie mobile all'uscita dal mezzo di estrusione; un mezzo per portare uno strato continuo di materia prima a contatto con i fili o strisce sulla superficie mobile in modo che i fili o strisce vengano trasferiti sulla materia prima.
22. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 21, comprendente inoltre almeno un pettine mobile in un piano parallelo alla materia prima, attraverso il quale i fili o strisce passano durante il trasferimento dalla superficie mobile alla materia prima e che conferisce ai fili o strisce un andamento non lineare nella applicazione sulla materia prima.
23. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 22, in cui il o ciascun pettine è movibile per mezzo di una camma.
24. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 21 a 23, in cui la superficie mobile ha una superficie antiaderente.
25. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 21 a 24, in cui sono provvisti mezzi di raffredamento per i fili o strisce dopo l'estrusione .
26. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 25, in cui il mezzo di raffreddamento è un sistema di soffiaggio di aria.
27. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 21 a 26, in cui la materia prima è portata a contatto con i fili o strisce sulla superficie mobile per mezzo di un rullo folle.
28. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 21 a 27, in cui la materia prima si sposta a velocità maggiore della superficie mobile per effettuare la stiratura elastica dei fili o strisce durante il trasferimento sulla materia prima.