KR101422464B1 - 봉합성 재료, 및 유전 용접을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

유전 용접성 재료는 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상의 성분으로 된 블렌드를 포함한다. 접착제의 형성 방법은, 제1 단부 및 제2 단부를 구비한 기재를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 기재는 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상 성분의 블렌드를 포함한다. 상기 방법은 기재의 제1 단부와 제2 단부를 고주파 전자기 에너지로 접착시키는 단계를 더 포함한다.

Description

봉합성 재료, 및 유전 용접을 형성하는 방법{A SEALABLE MATERIAL AND METHOD OF FORMING A DIELECTRIC WELD}

본 발명은 일반적으로 유전 용접성 재료 및 고주파 가열 접착제(high frequency bond)를 형성하는 방법에 관한 것이다.

열봉합재(heat seal)는 대다수 공업분야에서 다양한 용도로 사용된다. 일반적으로, 물품의 두 부분 사이에 봉합재를 생성하기 위해, 적절한 봉합이 이루어질 때까지 중합체성 재료를 임의의 시간 동안 가열한다. 불행히도, 이러한 열공정은 적시에 이루어져야 한다. 예를 들어, 중합체성 재료를 봉합하는 공정은 주기(cycle)를 완성시키도록 물품을 가열하고 냉각시키는 단계를 포함하며, 이러한 주기는 수 분이 걸릴 수 있다. 이 시간은 효율적인 상업화를 위한 제조 규모면에서 너무 길다.

봉합 시간을 단축하기 위해 유전 용접 기법이 이용된다. 고주파 또는 무선주파 용접으로도 공지된 유전 용접 기법은 고주파 전자기 에너지 및 압력 모두를 사용하여 봉합재를 형성한다. 유전 용접 기법은 열용접에 비해 극히 단시간에 일어나지만, 유전 용접은 특정 중합체에만 적용가능하다. 염화폴리비닐(PVC); 비닐 아세테이트 또는 아크릴산 또는 메트아크릴산 또는 에스테르 또는 이들 유도체로 된 에틸렌 공중합체 또는 삼원공중합체를 포함하는 관능화 폴리올레핀; 및 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 흔히 사용되는 열가소성 중합체이며 유전 용접에 유리하다. 이들 특정 중합체는 자신들의 높은 유전손실율(즉, 0.1 초과)(dielectric loss factor) 또는 중합체성 재료의 손실계수 탄젠트 델타(dissipation factor tangent delta)로 인해 유전 용접에 유리하다. 불행히도, 이들 중합체는 특정 용도에 바람직한 물리적 또는 기계적 물성을 가지고 있지 않을 수도 있다.

바람직할 수 있는 중합체로는 일반적으로 가요성을 띠며, 투명하고, 특정 용도에 적절한 중합체가 포함된다. 불행히도, 이들 중합체 중 다수는 불활성 성질(즉, 낮은 손실계수)로 인해 열로만 봉합가능하고, 유전에너지로는 봉합될 수 없다. 그 결과, 종종 제조업자들은 유전에너지로 신속하게 봉합가능한 지에 대한 선택권이 없이 그들이 원하는 물리적 및 기계적 성질을 선택할 수 밖에 없다.

따라서, 유전 용접으로 봉합가능한 개선된 중합체성 재료가 요구된다.

특정의 일 실시양태에서, 유전 용접성 재료는 불활성 중합체 및 엘라스토머(탄성중합체성) 극성 중합체를 포함한 2종 이상 성분의 블렌드를 포함한다.

다른 바람직한 일 실시양태에서, 접착제를 형성하는 방법은 제1 단부 및 제2 단부를 구비한 기재를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 기재는 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상 성분의 블렌드를 포함한다. 상기 방법은 기재의 제1 단부와 제2 단부를 고주파 전자기 에너지로 접착시키는 단계를 더 포함한다.

특정의 일 실시양태에서, 유전 용접성 재료는 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상 성분의 블렌드를 포함한다. 불활성 중합체와 엘라스토머 극성 중합체로 된 블렌드는 유리하게 유전 용접으로 봉합 또는 용접가능한 재료를 제공한다. 일 예로, 유전 용접은 고주파 전자기 에너지(HF) 및 무선 주파수 에너지(RF)를 포함한다.

일반적으로, 불활성 중합체는 고주파 에너지를 인가하였을 때 불활성을 띠는 중합체이다. 불활성 중합체는 부적합한 유전 특성으로 인해서 일반적으로 HF 및 RF 불활성이다. HF 및 RF 활성은 중합체 재료 또는 화합물의 유전상수 또는 손실율, 또는 손실계수 탄젠트 델타와 관련있다. 일반적으로, 중합체의 유전손실상수가 0.10을 초과하면, 해당 중합체는 유전에너지로 용접가능하다. 중합체 또는 화합물 또는 수지 또는 재료가 불활성이면(즉, 유전손실상수가 0.10 미만), 손실계수가 낮다. 엘라스토머 극성 중합체를 사용하여 불활성 중합체를 개질하면 불활성 중합체의 유전 특성과 이로 인한 불활성 중합체의 HF 및 RF 거동이 유리하게 변한다. 일반적으로, 엘라스토머 극성 중합체가 첨가되기 전 불활성 중합체의 유전손실율은 약 0.10 미만이며, 이를테면 약 0.08 미만, 약 0.07 미만, 약 0.06 미만, 또는 심지어 약 0.05 미만이다. 엘라스토머 극성 중합체가 첨가되기 전의 유전손실율이 약 0.10 미만인 임의의 불활성 중합체를 구현할 수 있다.

바람직한 불활성 중합체로는 열가소성 올레핀계 엘라스토머와 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머; 열가소성 가황물; 열경화성 수지; 이들의 블렌드, 이들의 혼합물 등이 포함될 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 불활성 중합체는 폴리올레핀이다. 다른 실시양태에 의하면, 불활성 중합체는 임의의 스티렌계 블록 공중합체, 이를테면 스티렌-부타디엔, 스티렌-이소프렌, 이들의 블렌드, 이들의 혼합물 등을 포함한다. 일 실시양태에서, 불활성 중합체는 폴리올레핀과 열가소성 엘라스토머의 혼합물이다. 일 실시양태에서, 불활성 중합체는 동물유래성분을 함유하지 않는다(ADCF).

특정의 일 실시양태에 의하면, 불활성 중합체는 폴리올레핀이다. 전형적인 폴리올레핀으로는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 옥텐 또는 이들의 임의 조합물과 같은 단량체로부터 형성되는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 합금, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 바람직한 폴리올레핀으로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도(ultra 또는 very low) 폴리에틸렌(VLDPE), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체, 폴리프로필렌(PP), 폴리부텐, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 폴리메틸펜텐, 폴리스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 에틸렌 옥텐 공중합체, 이들의 블렌드, 이들의 혼합물 등이 포함된다. 한 특정예에서, 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌을 포함한다. 다른 예에서, 폴리올레핀은 폴리프로필렌을 포함한다. 폴리올레핀은 올레핀계 랜덤 공중합체, 올레핀계 임팩트(impact) 공중합체, 올레핀계 블록 공중합체, 올레핀계 특수 엘라스토머, 올레핀계 특수 플라스토머(olefin-based specialty plastomer), 이들의 블렌드, 이들의 혼합물 등을 포함한다. 일 예로, 불활성 중합체는 폴리프로필렌과 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(SEBS)의 블렌드이거나 또는 공압출물이다. 시판 중인 폴리올레핀의 예로는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계 엘라스토머(이를테면, 다우 케미칼사로부터 입수가능한 Engage^TM),및 폴리프로필렌, 폴리프로필렌계 엘라스토머(이를테면, 다우 케미컬사로부터 입수가능한 Versify^TM,엑손모빌 케미칼사로부터 입수가능한 Vistamaxx^TM)등이 포함된다.

일 실시양태에 의하면, 불활성 중합체는 전술한 바와 같이 임의 종류의 폴리올레핀, 열가소성 엘라스토머, 또는 이 둘의 혼합물일 수 있다. 바람직한 일 실시양태에 의하면, 불활성 중합체는 폴리올레핀을 사용하여 적합하게 개질된 스티렌성 TPE계 시스템이며, 추가로 상기 불활성 중합체 시스템은 적절한 가소제를 함유한다. 가소제는 특정 적용분야별로 정해지며, 예를 들면, 파라핀 분획 함량, 나프텐 분획 함량 및 방향족 분획 함량에 의해 조성물이 정의되는 USP Class VI에 부합된 미네랄 오일일 수 있다. 최종 블렌드의 엘라스토머 극성 성분을 가소화하는 동안에 오일이 중요한 역할을 하므로, 불활성 중합체의 제제는 바람직한 특성을 부여하도록 선택된다. 불활성 중합체 레시피는 통상 최종 생성되는 블렌드의 경도를 밸런스하는 것은 물론 정확한 양의 오일을 최종 블렌드에 전달하는 목적을 충족시키며, 이동 및 블리딩(bleeding) 현상과 같은 문제점들을 야기시키지 않는다. 더욱이, 오일은 도관용 윤활제로 유용하며, 이는 용접 및 봉합 특성을 위해 바람직한 것이다.

엘라스토머 극성 중합체는 상기 블렌드의 한 성분이다. 일 실시양태에 의하면, 엘라스토머 극성 중합체는 결정성을 가질 수도, 가지지 않을 수도 있다. 일 실시양태에서, 엘라스토머 극성 중합체는 비정질 극성 중합체이다. 본원에 사용된 바와 같은 "비정질" 중합체는 실질적으로 비결정성인, 즉, 결정융점을 갖지 않는 중합체를 가리킨다. 일 실시양태에서, 엘라스토머 극성 중합체는 반결정성으로, 즉, DSC 결정융점 및 Vicat 연화점이 최대 약 100℃이고, 밀도가 0.96 g/cc 미만이며, 쇼어 경도가 95A 미만이다(예를 들어, Levamelt 700과 같은 비결정성 비정질 EVA의 밀도는 1.08 g/cc이다).

어떠한 엘라스토머 극성 중합체도 구현된다. 바람직한 엘라스토머 극성 중합체는 에틸렌 비닐아세테이트이다. 에틸렌 비닐아세테이트 중합체 내에 존재하는 비닐아세테이트의 함량이 중합체의 결정성을 정한다. 구체적으로, EVA 공중합체 내 비닐아세테이트의 비율이 높을 수록, 에틸렌 사슬의 결정구조 규칙성이 더 방해받거나 파괴된다. 비닐아세테이트가 약 50% 함유되어 있는 EVA 공중합체에서는 결정화 반응이 점진적으로 저지되며 실질적으로 발생되지 않음으로써, 비정질 중합체가 생성된다. 일 실시양태에 의하면, 본 발명의 에틸렌 비닐아세테이트는 자신의 총 중량에 대해 약 50 중량%를 초과하는 비닐아세테이트를 함유한다. 예를 들어, 에틸렌 비닐아세테이트는 자신의 총 중량에 대해 약 60 중량% 초과 내지 약 80 중량%, 이를테면 자신의 총 중량에 대해 약 60 중량% 내지 약 70 중량%의 비닐아세테이트를 함유한다. 또한, 유리전이온도 Tg는 일반적으로 비정질 중합체의 경우에 낮다(즉, 약 0℃ 미만). 일 실시양태에 의하면, 비정질 에틸렌 비닐아세테이트의 유리전이온도는 약 0℃ 미만으로, 이를테면 약 -15℃ 미만이거나 또는 심지어 약 -25℃ 미만이다.

일 실시양태에 의하면, 에틸렌 비닐아세테이트의 수평균분자량(Mn)은 약 70,000 내지 약 90,000으로, 이를테면 약 80,000 내지 약 85,000이다. 에틸렌 비닐아세테이트의 중량평균분자량(Mw)은 약 250,000 내지 약 400,000으로, 이를테면 약 280,000 내지 약 350,000일 수 있다. 일 실시양태에서, 에틸렌 비닐아세테이트의 다분산 지수(Mw/Mn)는 약 3.0 내지 약 5.0으로, 이를테면 약 3.5 내지 약 4.0이다. 일 실시양태에 의하면, 에틸렌 비닐아세테이트는 시험 매개변수 190℃/21.1N에서 약 1 내지 약 7(이를테면, 약 1.5 내지 약 6)과 같은 바람직한 용융흐름지수(MI)를 가진다. 일반적으로, 200℃, 100 1/s의 전단율에서 용융점도는 약 600 Pa·s 이하로, 이를테면 약 400 Pa·s 내지 약 500 Pa·s 일 수 있다. 1000 1/s의 전단율에서는, 융용점도가 약 300 Pa·s 이하로, 이를테면 약 100 Pa·s 내지 약 200 Pa·s 일 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 톨루엔 중 15% 농도에서 용액 점도는 약 2000 mPa·s 이하(이를테면 약 200 mPa·s 내지 1500 mPa·s)이거나, 또는 톨루엔 중 30% 농도에서 약 50,000 mPa·s 이하(이를테면 약 7000 mPa·s 내지 30,000 mPa·s)이다.

바람직한 일 실시양태에서, 엘라스토머 극성 중합체는 바람직한 쇼어 A 경도(이를테면 약 30 내지 약 40)를 가진다. 일 실시양태에 의하면, 엘라스토머 극성 중합체는 40을 초과하는 쇼어 A 경도를 가질 수 있다.

일반적으로, 비정질 에틸렌 비닐아세테이트는 약 200바 내지 약 1000바의 압력과 약 50℃ 내지 약 120℃의 온도에서 용액중합에 의해 합성된다. 일 실시양태에 의하면, 비정질 에틸렌 비닐아세테이트는 약 1바 내지 약 200바의 압력과 30 내지 70℃의 온도에서 수행되는 에멀젼 중합에 의해 합성될 수 있다. 이와는 대조적으로, 결정성 에틸렌 비닐아세테이트는 약 1000바 내지 약 3000바의 압력과 약 150℃ 내지 약 350℃의 온도에서 괴상중합에 의해 제조된다.

일 실시양태에서는 비닐아세테이트의 함량이 낮은 엘라스토머성 에틸렌 비닐아세테이트가 사용된다. 본원에 사용된 바와 같은 "비닐아세테이트의 함량이 낮은"이란 표현은 비닐아세테이트의 함량이 약 35% 미만인 에틸렌 비닐아세테이트를 가리킨다. 특정의 일 실시양태에 의하면, 에틸렌 비닐아세테이트 내 비닐 함량은 약 30% 미만으로, 이를테면 약 7% 내지 약 25%, 약 10% 내지 약 20%, 또는 심지어는 약 15% 내지 약 20%이다. 비닐아세테이트의 함량이 낮은 에틸렌 비닐아세테이트를 사용하면 바람직한 광학 외관을 가진 블렌드가 제공된다. 예를 들어, 비닐아세테이트의 함량이 낮은 에틸렌 비닐아세테이트를 사용하면, 비닐아세테트의 함량이 35%를 초과하는 에틸렌 비닐아세테이트에 비해 광학적 투명도를 가진 블렌드가 제공된다. 일 실시양태에서, 비닐아세테이트의 함량이 20% 미만인 에틸렌 비닐아세테이트 중합체는 특정 적용분야에서 투명도를 향상시킬 수 있다. 비닐아세테이트의 함량이 낮은 에틸렌 비닐아세테이트는 반결정성일 수 있다. 엘라스토머 반결정 극성 중합체의 한 예는 비닐아세테이트를 약 35% 이하로 함유한 EVA이다.

일 예로, 상기 블렌드에는 엘라스토머 극성 중합체가 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 1 중량% 내지 약 99 중량% 범위로 존재한다. 일 실시양태에서, 엘라스토머 극성 중합체는 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 5 중량% 이상으로, 이를테면 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 15 중량% 이상으로 존재한다. 특정의 일 실시양태에서, 엘라스토머 극성 중합체는 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 10 중량% 이상으로, 이를테면 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 범위로, 또는 심지어 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 15 중량% 내지 약 30 중량% 범위로 존재한다. 일반적으로, 블렌드 내에 존재하는 엘라스토머 극성 중합체의 수준은, 원하는 최종 특성을 근거로 하여 최적화할 수 있다.

바람직한 일 실시양태에 의하면, 상기 블렌드는 가교제, 광개시제, 충전재, 가소제, 항산화제 또는 이들의 임의 조합물과 같이 구현되는 임의의 첨가제를 더 포함한다. 바람직한 항산화제로는 페놀성 항산화제가 포함된다. 바람직한 충전재로는 탄산칼슘, 탈크, 방사선-불투과 충전재(이를테면, 황산바륨, 비스무스 옥시클로라이드), 이들의 임의 조합물 등이 포함된다. 바람직한 가교제로는 퍼옥사이드, 시아누레이트, 이들의 조합물 등이 포함된다. 바람직한 가소제로는 오일 등과 같은 임의의 공지된 가소제가 포함된다. 특정의 일 실시양태에 의하면, 비닐아세테이트의 함량이 낮은 에틸렌 비닐아세테이트가 블렌드에 포함되어 있는 경우에 가소제를 사용한다. 가소제는 또한 블렌드의 투명도 및 가공성을 향상시키고, 블렌드의 점착성을 낮춘다. 대안으로는, 블렌드가 가교제, 광개시제, 충전재, 가소제 및 항산화제를 함유하지 않아도 된다.

일반적으로, 첨가제는 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 50 중량% 이하의 함량으로, 이를테면 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 40 중량% 이하 또는 심지어 중합체성 블렌드의 총 중량에 대해 약 30 중량% 이하의 함량으로 존재할 수 있다.

블렌드를 형성하기 위한 임의의 공지된 방법으로 블렌드의 성분들을 용융처리할 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 건식 블렌딩 또는 혼성법(compounding)으로 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 용융처리할 수 있다. 건식 블렌드는 분말, 그래뉼라 또는 펠렛 형태일 수 있다. 혼성법의 예로는 연속식 이축 처리, 또는 회분식 관련 Banbury 처리가 포함된다. 일 실시양태에 의하면, 블렌드를 압출 또는 사출 성형할 수 있다. 특정의 일 실시양태에 의하면, 라미네이트법, 주조법, 성형법 등과 같이 당해 기술분야에 공지된 임의의 구현법으로 블렌드를 용융처리할 수 있다. 특정의 일 실시양태에 의하면, 오일과 같은 가소제를 불활성 중합체와 블렌드한 후, 불활성 중합체/오일 블렌드를 비닐아세테이트의 함량이 낮은 에틸렌 비닐아세테이트 중합체와 블렌드할 수 있다.

바람직한 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드의 성분들을 가교법으로 경화시킬 수 있다. 한 특정예에서, 블렌드는 조사법(radiation), 이를테면 X선 조사법, 감마 조사법, 자외선 전자기파 조사법, 가시광선 조사법, 전자빔(e-beam) 조사법 또는 이들의 임의 조합법을 통해 가교될 수 있다. 자외선(UV) 조사법으로는 170nm 내지 400nm 범위에, 이를테면 170nm 내지 220nm 범위에 속하는 하나 또는 복수의 파장에서 행해지는 조사가 포함될 수 있다. 이온화 조사법은 이온을 생성시킬 수 있는 고에너지 조사법을 포함하며, 전자빔 조사법, 감마 조사법 및 X선 조사법을 포함한다. 한 특정예에 의하면, 전자빔 이온화 조사법은 Van de Graaff 생성기, 전자 가속기, 또는 X선에 의해 생성되는 전자빔을 포함한다.

중합체성 블렌드를 살균하거나 살균하지 않을 수 있다. 일 실시양태에서는, 중합체성 블렌드를 임의의 구현법으로 살균한다. 예를 들면, 중합체성 블렌드를 유전 용접 이전 또는 이후에 살균할 수 있다. 바람직한 살균법으로는 스팀 기법, 감마 기법, 산화에틸렌 기법, 전자빔 기법, 이들의 조합 등이 포함된다. 특정의 일 실시양태에서는, 중합체성 블렌드를 감마 조사법으로 살균한다.

엘라스토머 극성 중합체가 첨가되면 불활성 중합체의 유전 특성을 변화시키는 극성이 부여됨으로써, 불활성 중합체가 유전에너지(즉, 고주파(HF) 또는 무선 주파수(RF) 에너지)로 용접가능해진다. 특히, "용접" 및 "봉합" 이란 용어들은 구별없이 사용가능하며, 중합체성 블렌드로 형성된 물품의 두 부분을 함께 용접하는 것을 가리킨다. 또한, 용접은 도관에 적용하기 위한 플랫형(flat) 봉합재는 물론 원주형 봉합재를 포함한다. 전자기 에너지는 일반적으로 건식 및 습식 조건 하에서 10분 동안 약 30 psi의 공기압의 봉합 무결성 압력 시험(seal integrity pressure test)을 견디는 봉합재를 생산하기에 충분한 매개변수들을 이용하여 인가된다. 유전 용접을 위한 전형적인 매개변수들에는 예를 들면 약 26 MHz 내지 약 28 MHz(이를테면 약 27 MHz)의 주파수의 전자기 에너지가 포함된다. 바람직한 일 실시양태에 의하면, 전자기 에너지를 약 10초 내지 약 60초의 시간 동안 인가한다. 일반적으로, 전력 수준은 약 200 와트이다. 또한, 봉합 지점에는 통상 예를 들어 약 80 psi의 압력을 인가한다. 유전 용접에 합당한 모든 매개변수를 구현할 수 있다. 기타 모든 용접/봉합 방법들, 예를 들면, 열, 진동, 초음파, 적외선, 이들의 조합 등에 의한 용접이 구현가능하다.

전술된 유전 용접 방법의 특정 실시양태들은 열용접 기법보다 우세한 기술적 이점을 제공한다. 본 실시양태들은 열용접 시간을 단축시키는 한편, 바람직한 기계적 물성을 갖는 저독성 물품의 생산 또한 가능하게 한다. 특히, 생성되는 블렌드는 바람직한 가요성, 상당한 투명도 또는 반투명도, 바람직한 유리전이온도, 바람직한 저온도 성능, 및 오일과 알코올에 대한 화학적 내성을 갖추고 있다.

실시양태에 의하면, 생성되는 블랜드는 바람직한 물리적 물성 및 기계적 물성을 추가로 가질 수 있다. 예를 들어, 불활성 중합체와 엘라스토머 극성 중합체의 블렌드는 유리하게 저경도 실리콘 엘라스토머를 제조할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 기계적 물성을 갖추고 있으면서 쇼어 A 경도가 70 이하(이를테면, 65 이하, 60 이하)인 블렌드를 형성할 수 있다. 이들 특성은 가요성 재료라는 것을 나타낸다.

중합체성 블렌드는, 바람직한 경도 이외에도, 바람직한 파단신율, 인장강도 또는 인열강도와 같은 유리한 물리적 물성들을 갖추고 있다. 파단신율 및 인장강도는 ASTM D-412 시험법에 따라 Instron 기구를 이용하여 정한다. 예를 들어, 중합체성 블렌드는 약 600% 이상(이를테면 약 700% 이상 또는 심지어 약 750% 이상)의 파단신율을 나타내기도 한다. 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드의 인장강도는 약 500 psi를 초과하며, 구체적으로는 약 600 psi 이상으로, 이를테면 약 900 psi 이상 또는 심지어 약 1000 psi 이상이다. 특정 실시양태는 연신율 및 인장강도의 바람직한 조합, 이를테면, 약 600 psi 이상의 인장강도 및 약 700% 이상의 연신율을 나타낸다. 일 실시양태에서, 중합체성 블렌드는 연신율 및 인장강도의 바람직한 조합, 이를테면, 약 1000 psi 이상의 인장강도 및 약 700% 이상의 연신율을 나타낸다. 또한, 중합체성 블렌드는 ASTM D624에 의해 측정하였을 때 약 200 pli를 초과하는 인열강도를 가질 수 있다.

중합체성 블렌드의 적용분야는 대단히 많다. 특히, 중합체성 블렌드의 비독성 성질은, 독성이 바람직하지 않는 모든 적용분야에 유용하게 한다. 예를 들어, 중합체성 블렌드는 FDA, USP 및 기타 규제 당국의 승인을 받을 수 있는 가능성이 있다. 바람직한 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드는 공업, 의학, 바이오제약(biopharma), 식품 & 음료 등과 같은 적용분야에서 사용될 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드는 단층 물품 또는 다층 물품에 사용가능하며, 기재 상에 라미네이트, 코팅 또는 성형될 수 있다. 다층 물품으로는 강화층, 접착층, 차단층, 내화학층, 금속층, 이들의 임의 조합 등과 같은 층이 포함될 수 있다. 블렌드를 필름, 시트, 도관 등과 같은 임의의 유용한 형상으로 형성할 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 블렌드는 의료 액체를 보관하는 의료용 주머니(예를 들면, 혈액 주머니)에 사용될 수 있다. 바람직한 일 실시양태에 의하면, 블렌드는 의료용 주머니는 물론 임의의 해당 도관을 형성하는데 사용될 수 있다. 중합체성 블렌드는 다른 기재에 접착되거나 또는 결합될 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 및/또는 실리콘 기재에 결합 또는 접착될 수 있다. 특정의 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드는 오버몰딩(사출성형공정) 적용에서 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 및/또는 실리콘 도관에 결합 또는 접착될 수 있다.

특정의 일 실시양태에 의하면, 중합체성 블렌드를 사용하여 도관 및 호스를 제조할 수 있다. 예를 들면, 중합체성 블렌드를 도관 및 호스 재료로 사용하여, 저독성 펌프 도관, 강화된 호스, 내화학성 호스, 편복형 호스(braided hosing), 및 저투과성 호스 및 도관을 제조할 수 있다. 예를 들면, 선택된 특정 적용분야에 유용한 임의의 직경을 가진 도관을 제공할 수 있다. 일 실시양태에 의하면, 도관의 외경(OD)은 최대 약 2.0 인치로, 이를테면 약 0.25 인치, 0.50 인치, 및 1.0 인치일 수 있다. 중합체성 블렌드로 된 도관은 유리하게 화학안정성 및 증가된 수명과 같은 바람직한 특성들을 나타낸다. 예를 들어, 상기 도관은 유량제어 연동식 펌프(peristaltic pump) 도관으로서 약 10시간을 초과(이를테면, 약 15시간 또는 심지어 더 많은 시간을 초과)하는 수명을 가질 수 있다.

실시예

실시예 1

본 연구에서 사용한 Model C-Flex는 R70-374 TPE 화합물이었다. 일반 용어로, R70-374는, 생-고벵사로부터 구입가능한, S-EB-S 스티렌성 TPE 수지, 폴리프로필렌(PP) 및 미네랄 오일의 용융 혼성 재료이다.

에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 중합체성 첨가제가 두 방식으로 작용한다는 것을 보여주기 위해, 하기의 두 공정 시험을 시행하였다:

단일축 용융 압출기의 공급 호퍼에, R70-374와 다양한 비율의 비정질 EVA(약 70% VA)(이를테면, 15, 20, 25 및 30 중량%)로 된 건식 블렌드(염/페퍼 형태)를 제조하여, 0.25" X 0.38" 크기의 도관 시료들을 얻었다. 비정질 EVA의 중량평균분자량(Mw)은 약 300,000이고, 수평균분자량(Mn)은 약 80,000이며, 다분산 지수(Mw/Mn)는 약 3.9이다. 비정질 EVA의 용융흐름지수는 190℃/21.1N에서 시험하였을 때 약 2-6이고, 용액점도는 툴루엔 중 15% 농도에서 약 200 mPa·s 내지 약 1500 mPa·s이며, 용융점도는 약 200℃, 100 1/s의 전단율에서 약 400 Pa·s내지 약 500 Pa·s이다. 본 기법은, 원래 RF 흡수성이 없는 모든 열가소성 또는 열경화성 중합체가 염/페퍼 블렌딩을 통해 RF 흡수성을 띠도록 할 수 있으며, 이로써 비정질 엘라스토머 극성 중합체와 상기 중합체의 단순한 블렌딩에 의해 중합체가 RF 기법으로 열봉합성을 띠도록 할 수 있다.

Akron 2.5 인치 단일축 압출 공정을 위한 매개변수들을 표 1에서 볼 수 있다.

하기 표 2의 레시피를 리본 블렌더에서 예비혼합시킨 후, 이렇게 얻은 혼합물을 이축압출기에서 용융혼성시켰다. Berstorff ZE40 이축 혼성 공정에 대한 매개변수는 표 3에 설정된 바와 같다. 이렇게 얻은 펠렛을 단일축 압출기의 호퍼에 공급하여, 1/4x3/8 인치 크기의 도관을 압출하였다. 염/페퍼 또는 건식 블렌딩이 바람직하지 않은 경우에, 본 기법은 도관 압출에 앞서 모든 재료들을 한 단계에서 혼합시킨다는 장점을 제공한다.

또한, 단일축 용융 압출기로부터 얻은 건식 블렌딩된 펠렛과 이축 압출기로부터의 혼성 펠렛을 플라크(plaque)로 사출성형(Van Dorn 기계 상에서의 사출성형 공정을 위한 매개변수를 표 4에서 볼 수 있음)하여, 표 5에 나타낸 바와 같이 다양한 물리적 물성에 대해 시험하였다.

블렌딩된 시료들은 대조군 시료에 비해 유리한 결과를 제공하였다. 블렌딩된 시료들은 약 62 미만의 쇼어 A 경도를 가지면서 가요성을 유지하였다. 특히, 이소프로판올 중 추출율에서 보여진 바와 같이, 30% EVA와 블렌딩된 시료는, 대조군과 비교하여, 비살균된 시료에 대한 추출성에서 거의 50% 감소하였고 살균된 시료에 대한 추출성에서는 거의 80%가 감소하였다.

6개의 도관 시료들의 품질 및 무결성(integrity)을 시험하였다. 대조군 시료를 40초의 체류시간 동안 약 160℃의 온도에서, 약 50℃의 냉각 온도, 60초의 냉각 시간, 및 80 psi의 공기 중에 열봉합하였다. RF 용접은 대조군 시료를 봉합할 수 없다. 5개의 시료가 6.0초의 RF 체류시간, 15.0초의 클램프(고정) 시간, 및 80 psi의 공기 중에서 RF 용접에 반응한다. 사용되는 RF 장비의 전력은 200W였고, 봉합 동안에 시편에 인가된 압력은 80 psi였다. 일반적으로 RF 장비는 약 27 MHz에서 작동한다. 상세한 결과를 표 6에서 볼 수 있다.

RF로 봉합된 모든 5개의 시료들은 성공적으로 봉합되었다. 이들 모두는 시각적 검사와, 10분 동안 30 psi의 공기압에서의 봉합 무결성 압력 시험을 모두 통과하였다.

실시예 2

레시피의 초기 라운드에서는 SS09-084를 따른 레시피를 혼성한 후 튜브 압출하였다.

SS09-084, #5: 50% C-Flex R70-046-000 및 50% Ultrathene UE624000(Lyondell사에서 시판 중인, 첨가제 비함유, 18% VA 함유-EVA 중합체).

C-Flex-046 수지는 35A의 공칭 쇼어 경도를 가진다. 최종 화합물 내 오일은 약 23.2%였다. 본 레시피를 성공적으로 이축혼성하고, 이렇게 얻은 펠렛을 1/8 x 1/4 및 3/8 투명 도관으로 튜브 압출하였다.

SS09-084, #4: 35% C-Flex R70-251-000 및 65% Ultrathene UE624000(Lyondell사에서 시판 중인, 첨가제 비함유, 18% VA 함유-EVA 중합체).

C-Flex-251 수지는 5A의 공칭 쇼어 경도를 가진다. 본 레시피를 어떠한 문제점도 없이 이축혼성하였다. 그러나, 1/8 x 1/4 도관만 성공적으로 얻어졌으므로, 튜브 압출은 문제점이 제기되었다. 3/8 x 5/8과 같은 더 큰 크기로 평평하게 만들었다. 레시피 내 오일은 약 24.6%였다. 또한 며칠이 지나자 1/8 x 1/4 도관에서 오일의 블리딩 현상이 나타나기 시작하였으며, 이는 오일 비혼화성을 가리킨다.

상기 제제의 작용은 EVA에서의 오일 내성이 민감하다는 점과, 오일 함량이 23.2%에서 24.6%로 변경되었을 뿐인 경우에도 튜브 가공성 및 오일 혼화성 거동에 현저한 차이점이 있다는 점을 가리킨다.

실시예 3

10 레시피를 혼성하고, 쇼어 A와 인장 및 광학 특성을 시험하였다. 시료 ID는 SS10-002 #1부터 #10까지 주어졌다. 하기 표에 작성된 자료에서 알 수 있듯이, SS10-002 #1 및 #2는 약 60 내지 70A, RF 반응성에 대한 가능성을 갖는 투명한 가요성 도관의 일반 요구조건을 만족시켰다. Evatane은 반결정성 EVA 공중합체이며, 등급 33-15 및 28-03의 VA 함량은 각각 약 33% 및 28%였다. Lavamelt 700은 VA 함량이 70%인 엘라스토머성 EVA이다. Ultrathene EVA UE624000은 VA 함량이 18%인 반결정성 EVA이다. 광학 투명도는 아래에 작성된 바와 같이 400 내지 700nm의 가시광선 파장 범위에서의 광투과성 자료로 특징지어진다. EVA 공중합체의 다른 종류보다 상대적으로 더 투명한 18% VA 함유-EVA계 C-Flex 블렌드가 제조되었다는 것은 흥미로운 결론이다. 상기 10개의 레시피를 아래의 표 7에 상술하였으며, 표 8에는 이들의 특성을 제공하였다.

C-Flex-046/Ultrathene EVA의 50/50 및 60/40 블렌드에 각각 기초한 SS10-004의 제제 #1 및 #2의 쇼어 경도는 70A 미만이고, 인장강도 값은 RF 불활성 및 C-Flex-3747 대조군 제제보다 크다.

SS10-004, #1 제제를 미리 제조한 후 CWTR 제조 장비(SS09-084, #5)를 이용하여 튜브 압출(3/8 x 5/8)하고 RF 봉합을 시험하였으므로, SS10-004, #2 제제는 혼성한 후 SS10-005 ID 하에 CWTR에서 3/8 x 5/8 크기로 튜브 압출하였다. 이 도관의 RF 봉합 역시 시험하였다. 양쪽 경우에서, 도관의 pre-감마 및 post-감마 (40-50 kGy 용량) 조사 버젼을 시험하였다.

도관의 RF 봉합 및 시험에 대한 결과를 아래에 제공하였다. SS09-084, #5 레시피가 SS10-005보다 더 효율적으로 그리고 확실히 RF에 반응하는 것으로 명백하게 밝혀졌다. 따라서 레시피 내 EVA(Ultrathene, 18% VA) 최적 수준 비율이 약 50%인 것으로 밝혀졌다.

SS09-084, #5 제제에 기초한 도관은 무결성 시험에서 성공적으로 봉합되었다. SS10-005 도관은 69초만에 RF 봉합가능하였고, RF 봉합된 시료들의 봉합 무결성을 시험하였다. 건식 및 습식 봉합(염수로 충전된 도관)을 수행하였다. 봉합 무결성 결과를 다음과 같이 표 10에 제공하였다.

EVA와 블렌딩된 C-Flex는 RF 반응성에 대해 앞서 언급된 장점들, 즉, 향상된 인장강도와 함께 튜브 봉합시간 단축 외에도, 제제 특성을 근거로 다음과 같은 개선점들이 기대 및 예상된다: 향상된 인장강도를 근거로 한 더 높은 파열압력뿐만 아니라, C-Flex-374의 대조군 제제보다 낮은 추출율(튜브 제제로부터 용매 및 화학물질과 같은 추출용 매질로 배출될 수 있는 가소제, 액체, 플라스틱 첨가제 같은 이동 물질의 양). 이는 RF 반응성 C-Flex SS09-084, #5에 사용된 가소제의 비율이 -374에 사용된 양의 반이며, 이로써 헥산, 이소프로필 알코올 등과 같은 용매 중에 추출율이 더 낮아야 한다는 사실에 근거한다.

일반 설명 및 실시예에서 전술된 모든 작용이 요구되는 것은 아니며, 특정 작용의 일부는 요구되지 않을 수 있고, 기술된 작용들 외에도 하나 이상의 추가 작용이 수행될 수 있다는 것을 주목한다. 더욱이, 열거된 작용들의 순서대로 반드시 수행될 필요는 없다.

전술된 명세서에서는 특정 실시형태를 참조로 여러 개념을 설명하였다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위에 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 형태 및 상세사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 예시적 의미로 간주되어야 하며, 이들 모든 수정예를 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 의도한다.

본원에 사용된 바와 같이, “포함하다(는) (comprises, comprising, includes, including, has, having)” 또는 이들의 기타 다른 변형예는 비배타적 항목들을 포함하고자 의도된다. 예를 들어, 여러 특징들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 이들 특징에 반드시 한정되는 것이 아니라 이러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 분명하게 열거되거나 또는 고유하지 않은 다른 기타 특징들을 포함할 수 있다. 또한, 달리 분명하게 명시하지 않는 한, “또는”이란 포괄적인 또는(or) 및 배타적이지 않은 또는(or)을 가리킨다. 예를 들어, A 또는 B 조건은 하기 중 임의의 것 하나를 만족시킨다: A는 참이고(또는 존재한다), B는 거짓이다(또는 존재하지 않는다), A는 거짓이고 (또는 존재하지 않는다) B는 참이다(또는 존재한다), 및 A와 B 둘 다 참이다(또는 존재한다).

또한, 본원에 기술되는 부재 및 성분을 설명하고자 “하나의, 한(a, an)”을 사용하였다. 이는 오로지 편의를 위한 것이며, 본 발명의 범주의 일반적 의미를 제공하고자 함이다. 본 명세서는 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 이해하여야 하며, 명백하게 단수를 의미하지 않는 한 단수는 역시 복수를 포함한다.

이점, 기타 장점 및 문제점에 대한 해결책을 특정 실시양태들을 참조로 전술하였다. 그러나, 이점, 장점, 문제점에 대한 해결책, 및 임의의 이점, 장점 또는 해결책이 발생되거나 표명되도록 야기시킬 수 있는 임의의 특징(들)을 어느 하나 또는 모든 청구항의 중요하거나 필요하거나 필수적인 특징으로 이해하여서는 안된다.

본 명세서를 읽은 후에, 숙련자라면 간결성을 위해 별개의 실시양태들의 범위 내에서 본원에 기술된 특정의 특성들을 단 하나의 실시양태에서 조합되어 제공할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 간결성을 위해 단 하나의 실시양태 범위 내에서 기술된 다양한 특성들을 단 하나의 실시양태에서 따로따로 또는 임의의 하부조합으로 제공할 수도 있다. 또한, 범위로 명시된 값들에는 상기 범위 내에 속하는 각각의 모든 값이 포함된다.

Claims (51)

1. 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상의 중합체 성분으로 된 블렌드를 포함하고, 이때 상기 불활성 중합체가 폴리프로필렌 및 스티렌계 열가소성 엘라스토머의 혼합물을 포함하고, 상기 엘라스토머 극성 중합체가 에틸렌 비닐아세테이트를 포함하고, 상기 블렌드가 가소제를 추가로 포함하고, 70 이하의 쇼어 A 경도를 갖는, 유전 용접성 재료.
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6. 제1항에 있어서, 에틸렌 비닐아세테이트의 비닐아세테이트 함량이 에틸렌 비닐아세테이트 총 중량의 50 중량%를 초과하는, 유전 용접성 재료.
7. 제1항에 있어서, 에틸렌 비닐아세테이트의 비닐아세테이트 함량이 에틸렌 비닐아세테이트 총 중량의 35 중량% 미만인, 유전 용접성 재료.
8. 제1항에 있어서, 봉합된 재료가 건식 조건 하에서 10분 동안 30 psi의 공기압에서 무결성을 실질적으로 유지하는, 유전 용접성 재료.
9. 제1항에 있어서, 봉합된 재료가 습식 조건 하에서 10분 동안 30 psi의 공기압에서 무결성을 실질적으로 유지하는, 유전 용접성 재료.
10. 제1 단부 및 제2 단부를 구비하며, 불활성 중합체 및 엘라스토머 극성 중합체를 포함한 2종 이상 중합체 성분의 블렌드를 포함하는 기재를 제공하는 단계, 및
    기재의 제1 단부와 제2 단부를 고주파 전자기 에너지로 접착시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 불활성 중합체가 폴리프로필렌 및 스티렌계 열가소성 엘라스토머의 혼합물을 포함하고, 상기 엘라스토머 극성 중합체가 에틸렌 비닐아세테이트를 포함하고, 상기 블렌드가 가소제를 추가로 포함하고, 70 이하의 쇼어 A 경도를 갖는, 접착제의 형성 방법.
11. 제10항에 있어서, 기재를 살균시키는 단계를 추가로 포함하는, 접착제의 형성 방법.
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