可持續(xù)的聚合物膜的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】可持續(xù)的聚合物膜
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年7月31日提交的第61/860630號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于制備膜的組合物和方法，所述組合物包括原生聚合物和獲自工業(yè) 廢物流的再循環(huán)材料。
[0004] 發(fā)曰月背景
[0005] 不僅對(duì)于包裝消費(fèi)品，尤其是具有更高水分含量的那些，而且對(duì)于在消費(fèi)品（例 如，尿布、衛(wèi)生巾和成人失禁產(chǎn)品）中的應(yīng)用，塑料膜的使用已經(jīng)成為支柱。由原生聚合物 制成的塑料膜具有相對(duì)高的環(huán)境足跡，也被稱(chēng)為高"eC02"。（給定材料的eC02由材料的生 命周期評(píng)估（LCA)確定，其中方法計(jì)算貫穿制備材料的整個(gè)生命周期的所有當(dāng)量的二氧化 碳排放，碳當(dāng)量用于獲得總的碳足跡。）這主要是由于生產(chǎn)原生聚合物固有的高能量輸入和 高二氧化碳排放，以及所造成的溫室氣體排放。
[0006] -種降低塑料膜的冗02值的方案是使用再循環(huán)成分替代一部分原生聚合物。這 樣的材料可以由來(lái)自廢物的消費(fèi)后的再循環(huán)（PCR)塑料組成。然而，即使再循環(huán)成分的加 入降低了成本，但是由于所產(chǎn)生的膜的物理性質(zhì)可能大大不同并且可能是不足的，因此依 賴(lài)消費(fèi)后廢物作為材料供應(yīng)不是必定有利的。通常，這些PCR塑料具有不希望的污染。污 染可以導(dǎo)致膜缺陷，使得膜不能用于預(yù)期目的。用作包裝或用于產(chǎn)品中的膜需要能夠經(jīng)受 特定水平的機(jī)械應(yīng)力和在運(yùn)輸和消費(fèi)者使用過(guò)程中遭受的磨損而不損壞。
[0007] 需要在希望的范圍內(nèi)始終顯示物理和機(jī)械特性的聚合物組合物。希望的是機(jī)械特 性與100%原生聚合物相當(dāng)或可能比100%原生聚合物更好。此外，需要這樣的聚合物組合 物，其由于是由廢物或副產(chǎn)物制成的，而不是僅由原生材料制成的而是可持續(xù)的。此外，需 要這樣的聚合物組合物，其制備的膜比100%原生材料的組合物或含有某些PCR材料的再 循環(huán)膜成本更低。目前，聚乙烯PCR材料的成本即便可以不超過(guò)用于包裝的原生聚乙烯材 料，也可以幾乎一樣多，當(dāng)使用PCR作為替代材料時(shí)，提供很小甚至不提供成本優(yōu)勢(shì)。
[0008] 發(fā)明概沐
[0009] 根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于形成可持續(xù)的熱塑性膜的方法。所述方法包括以 下步驟：通過(guò)將包含聚烯烴和工業(yè)后再循環(huán)材料（PIR)的原生聚合物供應(yīng)到擠出機(jī)的進(jìn)料 段而形成混合物，其中PIR包含熱塑性彈性體聚合物和紡粘組分；和熔融加工擠出機(jī)內(nèi)的 混合物并將混合物擠出通過(guò)模頭以形成膜，其中所述膜具有100微米或更小的厚度。
[0010] 在另一個(gè)方面，公開(kāi)了可持續(xù)的熱塑性膜。該膜包括30至70重量份的100%原生 聚乙烯聚合物。剩余重量份為工業(yè)后再循環(huán)材料（PIR)。所述PIR包括苯乙烯熱塑性嵌段 共聚物。膜厚度為100微米或更小。
[0011] 本發(fā)明的其它特征和方面在以下更加詳細(xì)地討論。
[0012] 附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0013] 在說(shuō)明書(shū)的剩余部分參照附圖更具體地闡述了對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言完整 并且能夠?qū)崿F(xiàn)的本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，其包括其最佳模式，其中：
[0014] 圖1是可以用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的擠出機(jī)的部分分解側(cè)視圖；
[0015] 圖2A和2B是可以根據(jù)本發(fā)明制備的多層膜的兩個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0016] 圖3是根據(jù)本發(fā)明用于形成膜的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0017] 圖4A和4B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的峰值應(yīng)力的圖；
[0018] 圖5A和5B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的峰值應(yīng)力的圖；
[0019] 圖6A和6B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的斷裂應(yīng)變的圖；
[0020] 圖7A和7B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的斷裂應(yīng)變的圖；
[0021] 圖8A和8B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的模量的圖；
[0022] 圖9A和9B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的模量的圖；
[0023] 圖IOA和IOB是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的韌度的圖；
[0024] 圖IlA和IlB是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的韌度的圖；
[0025] 圖12A是包括本發(fā)明的膜的示例性吸收性制品的平面圖；和
[0026] 圖12B是沿線(xiàn)12B-12B取得的圖12A的吸收性制品的橫截面示意圖。
[0027] 在本說(shuō)明書(shū)和附圖中使用參考符號(hào)旨在代表本發(fā)明的相同或類(lèi)似的特征或要素。
[0028] 連述
[0029] 部分I -定義
[0030] 如本文使用的"粘合劑紡粘膜層壓材料"（另外被稱(chēng)為"aSFL"）是無(wú)紡飾面和透 氣聚乙烯膜的層壓材料，粘合劑在無(wú)紡飾面和聚乙烯膜之間。無(wú)紡飾面的一個(gè)實(shí)例是聚丙 烯紡粘織物。另一個(gè)實(shí)例是由碳酸鈣填充的聚乙烯制成的聚乙烯透氣膜，其在機(jī)器方向上 被拉伸以產(chǎn)生微孔膜，所述微孔膜是透氣的以允許水分通過(guò)所述膜。aSFL的一個(gè)實(shí)例公開(kāi) 于第7, 812, 214號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中，將其引入本文作為參考。
[0031] 如本文所使用的"制品"可以指任何膜，無(wú)論其最終用途如何。
[0032] 如本文所使用的"彈性體"是指熱塑性彈性體聚合物。這樣的聚合物與其他聚合 物材料相比具有低的楊氏模量、高的可恢復(fù)變形和高的屈服應(yīng)變。
[0033] 如本文所使用的"工業(yè)后再循環(huán)"（還稱(chēng)為"PIR"）是由制造包含如本文定義的拉 伸粘合層壓材料和/或粘合劑紡粘層壓材料的產(chǎn)品獲得的材料。
[0034] "熔噴"是指通過(guò)以下形成的纖維：將熔融的熱塑性材料擠出通過(guò)多個(gè)細(xì)的、通常 是圓形的模頭毛細(xì)管，其作為熔融的線(xiàn)或纖絲進(jìn)入通常加熱的會(huì)聚的高速氣體（例如，空 氣）流，該氣體流使熔融的熱塑性材料的纖絲變細(xì)以降低其直徑。此后，熔噴纖維由高速氣 體流攜帶并沉積在收集表面或支撐物上以形成無(wú)規(guī)分散的熔噴纖維的纖網(wǎng)。這樣的過(guò)程 公開(kāi)于例如Butin等人的美國(guó)專(zhuān)利3, 849, 241。熔噴過(guò)程可以用于制備各種尺寸的纖維， 包括粗視纖維（平均直徑為約40至約100微米）、織物型纖維（平均直徑為約10至40微 米）和微纖維（平均直徑小于約10微米）。熔噴過(guò)程特別適用于制備微纖維，包括超細(xì)微 纖維（平均直徑為約3微米或更?。?。制備超細(xì)微纖維的示例性方法的描述可以見(jiàn)于例如 Timmons等人的第5, 213, 881號(hào)美國(guó)專(zhuān)利。熔噴纖維可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，并且當(dāng)沉積 到收集表面上時(shí)通常是自粘合的。
[0035] "無(wú)紡"和"無(wú)紡纖網(wǎng)"是指在沒(méi)有織物編織或針織過(guò)程的幫助下形成的材料和材 料的纖網(wǎng)。例如，無(wú)紡材料、織物或纖網(wǎng)已通過(guò)許多工藝形成，所述工藝?yán)缛蹏姽に嚒⒓徴?工藝、氣流成網(wǎng)工藝、共成形工藝和粘合梳理纖網(wǎng)工藝。
[0036] "紡粘纖維"是指通過(guò)以下形成的小直徑纖維：將熔融的熱塑性材料作為纖絲從噴 絲頭的多個(gè)細(xì)的、通常是圓形的毛細(xì)管擠出，隨后通過(guò)例如Appel等人的第4, 340, 563號(hào)美 國(guó)專(zhuān)利、Dorschner等人的第3, 692, 618號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Matsuki等人的第3, 802, 817號(hào)美國(guó) 專(zhuān)利、Kinney的第3, 338, 992號(hào)和第3, 341，394號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Hartman的第3, 502, 763號(hào) 美國(guó)專(zhuān)利和Dobo等人的第3, 542, 615號(hào)美國(guó)專(zhuān)利使擠出的纖絲的直徑快速降低至纖維，將 所述專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。紡粘纖維通常是連續(xù)的并且具有通常大于約7微 米，更具體地為約10至約20微米的直徑。
[0037] "紡粘層壓材料"("SBL"）是指具有至少兩層的復(fù)合材料，其中一層是可收縮層，另 一層是彈性層。當(dāng)彈性層從其原始狀態(tài)延伸時(shí)，層結(jié)合在一起，以使當(dāng)使層松弛時(shí)，可收縮 層收縮。這樣的多層復(fù)合彈性材料可以被拉伸至這樣的程度，以使在粘合位置之間收縮的 非彈性材料允許彈性材料伸長(zhǎng)。一種類(lèi)型的拉伸粘合層壓材料被例如Vander Wielen等人 的第4, 720, 415號(hào)美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)，將其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。其它復(fù)合彈性材料公 開(kāi)于Kieffer等人的第4, 789, 699號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、TayIor的第4, 781，966號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Morman 的第4, 657, 802號(hào)和第4, 652, 487號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、和Morman等人的第4, 655, 760號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、 Fitts Jr.等人的第5, 366, 793號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Wright的第5, 385, 775號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Haffner 等人的第5, 514, 470號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Morell等人的第6, 902, 796號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Siqueira等人 的第7, 803, 244號(hào)美國(guó)專(zhuān)利，將其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。
[0038] 如本文使用的"原生聚合物"表示沒(méi)有以任何方式被使用的聚合物。其具體是指 聚乙稀[SDL1](另外被稱(chēng)為"PE"）。希望的是聚乙稀為100%最優(yōu)等級(jí)（prime grade)，不 含再循環(huán)成分。然而，期望非最優(yōu)的（off-prime)聚丙烯可以用于本發(fā)明。
[0039] 部分II-描述
[0040] 本發(fā)明解決了目前可持續(xù)材料的一些疑難問(wèn)題，因?yàn)楸景l(fā)明的膜由再循環(huán)的材 料，特別是PIR制成，其就含量而言比后PCR更一致。這樣的膜比使用PCR制成的那些具有 更一致和希望的物理和機(jī)械特性，并且比由100 %原生聚合物制成的膜成本更低。本發(fā)明討 論了制備包含PIR的組合物的