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KR101718671B1 - 지속성 있는 중합체 필름 - Google Patents

지속성 있는 중합체 필름 Download PDF

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KR101718671B1
KR101718671B1 KR1020167004620A KR20167004620A KR101718671B1 KR 101718671 B1 KR101718671 B1 KR 101718671B1 KR 1020167004620 A KR1020167004620 A KR 1020167004620A KR 20167004620 A KR20167004620 A KR 20167004620A KR 101718671 B1 KR101718671 B1 KR 101718671B1
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KR
South Korea
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film
ethylene
pure
layer
polyolefin
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KR1020167004620A
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English (en)
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KR20160028491A (ko
Inventor
제임스 홍쉬에 왕
브렌트 머릭 톰슨
그레고리 제임스 와이드맨
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

재활용 탄성중합체를 포함하는 지속성 있는 필름 조성물과 용품. 조성물은 하나 이상의 순수 중합체를 포함한다. 선택적으로, 필름은 또한 중합체와 열가소성 탄성중합체(TPE), 예컨대 경질 블록과 연질 블록을 가진 블록 공중합체와 상용성을 가진 하나 이상의 상용화제를 포함할 수도 있다. 다층 필름 또는 단층 필름이 가능하다. 필름은 포장재 필름 또는 소비재용 구성성분 필름에 유용하다.

Description

지속성 있는 중합체 필름{SUSTAINABLE POLYMER FILMS}
관련출원에 대한 상호참조
본 출원은 2013년 7월 31일자로 출원된 미국 가출원 제61/860630호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 필름을 제조하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것으로, 상기 조성물은 순수 중합체(virgin polymers) 및 산업 폐기물 스트림으로부터 얻어진 재활용 물질을 포함한다.
플라스틱 필름의 사용은 소비자 제품, 특히 높은 수분 함량을 갖는 것을 포장하기 위해서 뿐만 아니라, 소비자 제품 (예, 기저귀, 생리대, 및 성인 실금 제품) 내에 사용하기 위한 주축이 되어 있다. 순수 중합체로부터 이루어진 플라스틱 필름은, 다르게는 높은 “eCO2”라 지칭되는, 비교적 높은 환경 발자국(environmental foot print)을 갖는다. (주어진 물질에 대한 eCO2는 물질의 수명 평가(LCA)에 의해 결정되고, 여기서 물질을 만드는 총 수명기간 동안 모든 이산화탄소 상당량, 탄소 상당량을 고려하는 방법이 전체 탄소 발자국을 얻는 데에 사용된다.) 이는 주로 순수 중합체를 생산하기 위한 고유의 고 에너지 입력 및 고 이산화탄소 배출, 및 생성된 온실 가스 배출에 기인한다.
플라스틱 필름의 eCO2 값을 줄이기 위한 하나의 해결책은 순수 중합체들 중 일부분을 재활용 함유물(recycled-content)로 대체하는 것이다. 이러한 물질은 폐기물로부터의 소비자 사용 후 재활용(post-consumer recycled; PCR) 플라스틱으로 구성될 수도 있다. 그러나, 비록 재활용 함유물의 추가가 비용을 감소시킨다 하더라도, 물질 공급원으로서 소비자 사용 후 폐기물에 의존하는 것이 반드시 유리하지는 않은데, 생성된 필름의 물성이 상당히 변할 수 있고 적절하지 않을 수 있기 때문이다. 종종, 이러한 PCR 플라스틱에는 바람직하지 않은 오염이 생긴다. 오염은 필름 결함을 야기할 수도 있으며, 필름을 의도하는 목적에 사용할 수 없게끔 한다. 포장재로서나 제품 내에 사용되는 필름은 파괴 없이 선적 및 소비자의 사용 중에 발생하는 소정의 수준의 기계적인 응력 및 마모를 견딜 수 있어야 한다.
요망되는 범위 내의 물리적 특성과 기계적 특성을 일정하게 나타내는 중합체 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 바람직하게는, 기계적 특성은 100% 순수 중합체에 필적하거나 가능하게는 그보다 양호하다. 또한, 그들이 폐기물 또는 부산물로부터 이루어지고, 순수 물질 단독으로 이루어지지 않는다는 점에서 지속성 있는 중합체 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 100% 순수 물질의 조성물보다 가격이 저렴한 필름 또는 특정 PCR 물질을 함유하는 재활용 필름을 생산하는 중합체 조성물에 대한 필요성이 있다. 현재, 폴리에틸렌 PCR 물질은 PCR을 대체 물질로 사용하는 경우, 비용 이점을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않으면서, 포장재에 사용되는 순수 폴리에틸렌 물질 이하인 경우 만큼이나 거의 비용이 들 수 있다.
일 측면에 따른 본 발명은 지속성 있는 열가소성 필름을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다: 폴리에틸렌을 포함하는 순수 중합체 및 산업화 후 재활용 물질(post-industrial-recycled material; PIR)을 압출기의 송급부에 공급함으로써 혼합물을 형성하는 단계, 여기서 PIR은 열가소성 탄성중합체 및 스펀본드 성분을 포함한다; 그리고 압출기 내부에서 혼합물을 용융 가공하고 다이를 통해 혼합물을 압출해서 필름을 형성하는 단계, 여기서 필름은 100μm 이하의 두께를 갖는다.
다른 측면에서, 지속성 있는 열가소성 필름이 개시된다. 필름은 30 내지 70중량부의 100% 순수 폴리에틸렌 중합체를 포함한다. 나머지 중량부는 산업화 후 재활용 물질(PIR)이다. PIR은 스티렌 열가소성 블록-공중합체를 포함한다. 필름 두께는 100μm 이하이다.
본 발명의 기타 특징들과 측면들을 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
본 기술분야의 통상의 기술자를 위해, 본 발명의 최선의 형태를 비롯하여 본 발명의 전체적이고 실시가능한 개시가 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 압출기의 부분 발췌 측면도이고;
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 제조될 수 있는 다층 필름의 두 개의 실시예의 개략도이고;
도 3은 본 발명에 따른 필름을 형성하기 위한 방법의 일 실시예의 개략도이고;
도 4a 및 도 4b는 SBL의 함수로서 기계방향에서의 피크 응력을 나타내는 그래프이고;
도 5a 및 도 5b는 SBL의 함수로서 교차 기계방향에서의 피크 응력을 나타내는 그래프이고;
도 6a 및 도 6b는 SBL의 함수로서 기계방향에서의 파단시 변형 을 나타내는 그래프이고;
도 7a 및 도 7b는 SBL의 함수로서 교차 기계방향에서의 파단시 변형을 나타내는 그래프이고;
도 8a 및도 8b는 SBL의 함수로서 기계방향에서의 탄성계수를 나타내는 그래프이고;
도 9a 및 도 9b는 SBL의 함수로서 교차 기계방향에서의 탄성계수를 나타내는 그래프이고;
도 10a 및 도 10b는 SBL의 함수로서 기계방향에서의 인성을 나타내는 그래프이고;
도 11a 및 도 11b는 SBL의 함수로서 교차 기계방향에서의 인성을 나타내는 그래프이고;
도 12a는 본 발명의 필름을 포함하는 예시적인 흡수 용품의 평면도이고; 그리고
도 12b는 선 12B-12B에서 취한 도 12a의 흡수 용품의 개략적인 단면도이다.
본원에서의 참조 문자의 반복 사용은 본 발명의 동일 또는 유사한 특징부 또는 요소를 표현하고자 하는 것이다.
섹션 I. - 정의
본원에서 사용되는 “접착제 스펀-본드 필름 적층체(adhesive spun-bond film laminate)”(달리 “aSFL”이라고 지칭됨)는 부직포 페이싱(facing) 및 폴리에틸렌 필름 사이에 접착제를 갖는 부직포 페이싱 및 통기성 폴리에틸렌 필름의 적층체이다. 부직포 페이싱의 일례는 폴리프로필렌 스펀본드이다. 다른 예는 수분이 필름을 통과할 수 있게 하는 통기성인 미세 다공성 필름을 생성하도록 기계 방향으로 신장된 탄산칼슘-충전형 폴리에틸렌으로부터 이루어진 폴리에틸렌 통기성 필름이다. aSFL의 일례는 참조로 본 명세서에 포함되는, 미국 특허 제7,812,214호에 개시되어 있다.
본원에서 사용되는 “용품(article)”은 그의 최종 용도에 상관 없이, 임의의 필름을 지칭할 수도 있다.
본원에서 사용되는 “탄성중합체(elastomer)”는 열가소성 탄성중합체를 지칭한다. 이러한 중합체는 다른 중합체 물질에 비해서 낮은 영률(Young’s modulus), 높은 복구가능 변형, 및 높은 항복 변형률을 갖는다.
본원에서 사용되는 “산업화 후 재활용 물질(post industrial recycle)”(달리 “PIR” 이라 지칭됨)은 본원에서 정의된 스트레치-본드(stretch-bond) 적층체 및/또는 접착제 스펀-본드 적층체를 포함하는 제품의 제조로부터 얻어진 물질이다.
“멜트블로운(meltblown)”은 용융된 실이나 필라멘트로서의 복수의 미세한 일반적으로 원형인 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 물질을, 일반적으로 가열되며, 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 감쇠시켜 그들의 직경을 감소시키는, 수렴하는 고속 가스(예를 들어, 공기) 스트림으로 압출함으로써 형성되는 섬유를 지칭한다. 그 후, 멜트블로운 섬유가 고속 가스 스트림에 의해 반송되고 수집 표면 또는 지지부 상에 피착되어 무작위로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은, 예를 들어 Butin 등에 의한 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 공정은, 거대섬유(약 40 내지 약 100μm의 평균 직경을 가짐), 텍스타일-타입(textile-type) 섬유(약 10 내지 40μm의 평균 직경을 가짐), 및 미세섬유(약 10μm 미만의 평균 직경을 가짐)를 포함하는, 다양한 치수의 섬유를 제조하는 데에 사용될 수 있다. 멜트블로운 공정은 초극미세 미세섬유(약 3μm 이하의 평균 직경을 가짐)를 포함하는 미세섬유를 제조하는 데에 특히 적합하다. 초극미세 미세섬유를 제조하는 예시적인 공정의 설명은, 예를 들어 Timmons 등에 의한 미국 특허 5,213,881호에서 찾을 수 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 비연속적일 수 있고, 일반적으로 수집 표면 상에 피착되었을 때에 자가 결합(self bonding)된다.
“부직포” 또는 “부직포 웹”은 텍스타일 직조 또는 편직 공정(textile weaving or knitting process)의 도움 없이 형성되는 물질 및 물질의 웹을 지칭한다. 예를 들면, 부직포 물질, 직물 또는 웹은, 예를 들어 멜트블로운 공정, 스펀본딩 공정, 에어 레잉(air laying) 공정, 코폼(coform) 공정, 및 본디드 카디드 웹(bonded carded web) 공정과 같은 다수의 공정으로부터 형성된다.
“스펀본드 섬유”는 방적돌기(spinneret)의 복수의 미세한 일반적으로 원형인 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 필라멘트로서 압출함으로써 형성되는 작은 직경의 섬유를 지칭하며, 압출된 필라멘트의 직경은, 예를 들어 Appel 등에 의한 미국 특허 제4,340,563호; Dorschner 등에 의한 미국 특허 제3,692,618호; Matsuki 등에 의한 미국 특허 제3,802,817호; Kinney에 의한 미국 특허 제3,338,992호와 제3,341,394호; Hartman에 의한 미국 특허 제3,502,763호; 및 Dobo 등에 의한 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이 급속히 감소되며, 이들 문헌의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이며, 일반적으로 약 7μm 초과, 보다 구체적으로 약 10 내지 약 20μm 사이의 직경을 갖는다.
“스펀본드 적층체(spun-bonded laminate)”(“SBL”)는 하나의 층이 주름 가능한 층이고 다른 층이 탄성층인 적어도 2개의 층을 갖는 복합재 물질을 지칭한다. 상기 층들은 탄성층이 그의 원래 상태로부터 연장되었을 때에 함께 결합되어, 상기 층들의 이완 시에, 주름 가능한 층이 주름진다. 이러한 다층 복합재 탄성 물질은, 접합 위치 사이에서 주름진 비탄성 물질이 탄성 물질이 세장할 수 있게 할 정도까지 신장될 수 있다. 하나의 유형의 스트레치 본드 적층체는, 예를 들어 Vander Wielen 등에 의한 미국 특허 제4,720,415호에 의해 개시되어 있고, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다. 다른 복합재 탄성 물질은, Kieffer 등에 의한 미국 특허 제4,789,699호; Taylor에 의한 미국 특허 제4,781,966호; Morman에 의한 미국 특허 제 4,657,802호와 제4,652,487호; Morman 등에 의한 미국 특허 제4,655,760호; Fitts Jr. 등에 의한 미국 특허 제5,366,793호; Wright에 의한 미국 특허 제5,385,775호; Haffner 등에 의한 미국 특허 제5,514,470호; Morell 등에 의한 미국 특허 제6,902,796호; Siqueira 등에 의한 미국 특허 제7,803,244호에 개시되어 있고, 이들 문헌의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.
본원에서 사용되는 “순수 중합체(virgin polymer)”는 어떠한 방식으로도 사용되지 않은 중합체이다. 그것은 구체적으로 폴리에틸렌[SDL1](달리 “PE”라고 지칭됨)을 지칭한다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 재활용 함유물을 함유하지 않는 100% 순 물질이다. 그러나, 순 물질에 미치치 못하는 폴리프로필렌이 사용될 수도 있음이 예상된다.
섹션 II. - 설명
본 발명은, 본 발명의 필름이 PCR-후 보다 함량 관련하여 더 일관성이 있는, 재활용 물질, 구체적으로 PIR로 이루어진다는 점에서 현재의 지속성 있는 물질이 갖는 문제적인 사안들의 일부를 다루고 있다. 이러한 필름은 PCR로부터 이루어진 것들보다 더욱 일관성이 있고 바람직한 물리적 특성 및 기계적 특성을 가지며, 100% 순수 중합체로부터 이루어진 필름보다도 비용이 저렴하다. 본 발명은 PIR을 함유하는 조성물을 제조하는 방법, 그 조성물로부터 필름을 제조하는 방법, 및 필름의 물성에 대해 논의한다.
A. 구성 성분
1) 스펀 -본드 적층체 (Spun-Bonded Laminate(“ SBL ”))
일반적으로, 본 발명은 순수 중합체 및 산업화 후 재활용 물질(“PIR”)을 함유하는 열가소성 중합체 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 가장 바람직한 측면에서, PIR은 SBL이다.
상술한 바와 같이, SBL은 일반적으로 비탄성 물질 사이에 끼워진 탄성중합체 물질의 적어도 한 층을 갖는 복합재 물질이다. 본 발명의 하나의 구체적인 측면에서, SBL은 3개의 층을 가질 수 있다. 일반적으로, 외부층들은 비탄성 부직포 중합체 섬유의 웹으로 구성될 수 있다. 이들 섬유는 바람직하게는 스펀본드이다. 중간층은 비정질 중합체 섬유로부터 이루어진다. 중간층의 섬유는, 예를 들어 탄성중합체 폴리스티렌/폴리(에틸렌부틸렌)/폴리스티렌 블록 공중합체; 스티렌, 에틸렌/부틸렌 및 폴리스티렌 기반의 선형 삼중-블록 공중합체; 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체; 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체; 폴리우레탄, 폴리올레핀 탄성중합체; 또는 그들의 조합으로부터 형성될 수 있다. 이러한 공중합체의 상업적인 예들은 미국 텍사스주 휴스턴의 Kraton Polymers U.S. LLC로부터 입수 가능한 KRATON을 포함한다. KRATON 스티렌 열가소성 블록-공중합체는, 그 다수가 참조로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,663,220호 및 제5,304,599호에서 확인되는, 수개의 상이한 제형으로 입수 가능하다. 다른 탄성 중합체는 폴리우레탄 중합체 및 공중합체, 폴리올레핀 탄성중합체, 예컨대 미국 텍사스주 휴스톤의 Exxon Mobil로부터의 VISTAMAXX를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, SBL은 다음으로부터 이루어진 4개의 층을 갖는다: i) 탄성중합체로 형성된 실질적으로 평행한 필라멘트의 제1층, 탄성중합체는 약 65,000g/몰 내지 약 100,000g/몰의 분자량 분포 곡선의 피크에서의 평균 분자량을 가짐; ii) 탄성중합체 멜트블로운 섬유의 제2층, 멜트블로운 섬유는 제1 층 필라멘트의 적어도 일부분에 열적으로 접합됨; iii) 스펀본드 섬유의 제3층; 및 iv) 스펀본드 섬유의 제4층. 제1층 및 제2층은 제3층과 제4층 사이에 배치된다.
상기에서 개시된, 본 발명에서 사용될 수 있는 많은 다른 타입의 SBL이 존재하며, 상기 2개의 예는 한정하려는 의미가 아니다.
2) 중합체
본 발명의 용품은 중합체, 예컨대 폴리에틸렌을 포함한다. 예를 들어, 적절한 포화된 에틸렌 중합체는 단독중합체, 또는 에틸렌과 프로필렌의 공중합체이며 본질적으로 구조상 선형이다. 본원에서 사용되는 "포화된"이라는 용어는 완전히 포화된 중합체를 지칭하지만, 약 5%까지의 불포화를 함유하는 중합체를 포함한다. 에틸렌의 단독중합체는, 저압 하에서 제조된 것, 즉, 선형 저밀도 또는 고밀도 폴리에틸렌, 또는 고압 하에서 제조된 것, 즉, 분지형 또는 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 고밀도 폴리에틸렌은 일반적으로 0.94g/cm3(g/cc)과 대략 동일하거나 초과하는 밀도를 특징으로 한다. 일반적으로, 본 발명의 베이스 수지로서 유용한 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.94g/cc 내지 약 0.97g/cc 범위의 밀도를 가진다. 폴리에틸렌은 2.16kg, 190℃에서 측정된 바와 같이, 약 0.005dg/분 내지 100dg/분에 이르는 용융 지수를 가질 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 약 0.01dg/분 내지 약 50dg/분, 보다 바람직하게는 0.05dg/분 내지 25dg/분의 용융 지수를 갖는다. 대안적으로, 다양한 유형의 폴리에틸렌의 혼합물이 본 발명의 베이스 수지로서 사용될 수 있으며, 이러한 혼합물은 0.005dg/분 보다 크고 약 100dg/분 보다 적은 용융 지수를 가질 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌은 0.94g/cc 미만의 밀도를 가지며, 보통 0.91g/cc 내지 약 0.93g/cc의 범위이다. 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 약 0.05dg/분 내지 약 100dg/분, 보다 바람직하게는 0.05dg/분 내지 약 20dg/분에 이르는 용융 지수를 갖는다. 초 저밀도 폴리에틸렌이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 일반적으로, 초 저밀도 폴리에틸렌은 0.90g/cc 미만의 밀도를 갖는다.
일 측면에서, 폴리프로필렌은 약 40,000 이상의 분자량 분포 곡선의 피크에서의 분자량, 약 0.90g/cc의 밀도, 동일배열 폴리프로필렌의 경우 168℃ 내지 171℃의 융점, 및 5000psi의 인장 강도를 갖는 반결정 구조를 갖는다. 폴리프로필렌은 교대배열 및 혼성배열을 비롯한 다른 배열성을 가질 수도 있다.
본 발명에 유용할 수 있는 에틸렌의 공중합체는 하나 이상의 부가 중합성 불포화 단량체들과 에틸렌의 공중합체를 포함할 수도 있다. 이러한 공중합체의 예로는, 선형 저밀도 폴리에틸렌을 비롯한 에틸렌과 알파 올레핀의 공중합체 (예, 프로필렌, 부텐, 헥센 또는 옥텐), 에틸렌과 1-24개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 카르복실산의 비닐 에스테르의 공중합체, 예컨대 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 및 에틸렌과 1-28개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형 또는 환형 알칸의 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르의 공중합체를 포함하지만, 이들에만 한정되지 않는다. 이들 후자 공중합체의 예로는 예컨대, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌-알킬(메타)아크릴레이트 공중합체를 포함한다.
바람직하게는, 본원에서 나타내는 바와 같이, 선택된 중합체는, 100% 순수 순 물질이며, 및 2 이상의 순수 중합체의 혼합물이 사용될 수도 있다. 재활용 중합체도 사용될 수 있다는 것을 고려하기로 한다.
3) 기타 구성성분
상기한 구성성분 이외에, 또 다른 첨가제, 예를 들어 가소제, 향료, 용융 안정화제, 분산 보조제(예를 들어, 계면활성제), 가공 안정화제, 열 안정화제, 광 안정화제, UV 안정화제, 산화 방지제, 열 노화 안정화제, 미백제, 블로킹 방지제, 대전 방지제, 결합제, 윤활제, 충전제, 예컨대 탄산칼슘, 등이 조성물 내에 또한 포함될 수 있다.
B. 필름 구성
블로잉(blowing), 캐스팅(casting), 평다이 압출(flat die extruding)을 포함하는 임의의 공지된 기술이 배합되고 선택적으로 냉각된 조성물로부터 필름을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 필름은 환형 다이를 통해 압출된 중합체 배합물의 기포를 팽창시키는 데에 기체(예를 들면, 공기)를 사용하는 블로운(blown) 공정에 의해 형성될 수 있다. 그런 다음, 기포가 붕괴되어 평평한 필름 형태로 모아진다. 그러나, 또 다른 실시예에서는, 필름이 캐스팅 기술을 사용하여 형성된다.
본 발명의 하나의 측면에서, 열가소성 조성물은 순수 중합체(예를 들어, 100% 순 PE) 및 PIR 중합체의 혼합물로부터 생성된다. 상기 혼합물은 약 10 중량% PIR 내지 약 90 중량% PIR을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 혼합물은 약 20 중량% PIR 내지 약 80 중량% PIR을 포함한다. 본 발명의 다른 측면에서, 상기 물질은 약 30 중량부의 순수 중합체(예를 들어, 100% 순 PP) 및 70 중량부의 PIR(30:70)로 이루어지거나, 또는 대안적으로 그 비율은 약 40:60, 또는 약 50:50, 또는 약 60:40 또는 약 70:30일 수 있다.
용융 압출 온도는 구성성분의 최고 융점으로부터 구성성분의 최저 분해 온도까지의 범위일 수 있다. 온도 범위의 예는 약 160℃ 내지 약 240℃이다.
상기에서 나타낸 바와 같이, 열가소성 조성물은 PIR과 순수 중합체를 함께 용융 배합해서 형성된다. 용융 배합은 단일-스크류 압출기, 트윈-스크류 압출기, 또는 연속 용융 혼합기에서 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 순수 중합체와 PIR을 용융 배합하기 위해 사용될 수 있는 하나의 예시적인 압출기(80)가 도시되어 있다. 나타낸 바와 같이, 압출기(80)는 하우징 또는 배럴(114), 및 적절한 구동부(124)(통상적으로 모터 및 기어박스를 포함)에 의해 일 단부 상에서 회전 구동되는 스크류(120)(예를 들어, 배리어 스크류(barrier screw))를 포함한다. 하나의 예시적인 단일-스크류 압출기(80)는 미국 펜실베니아주 엑스턴의 BOY Machines, Inc.로부터 입수될 수 있는 BOY 22D 사출 성형기이다. 대안적으로, 2개의 별도 스크류를 포함하는 트윈-스크류 압출기가 사용될 수도 있다. 트윈-스크류 압출기의 일례는 공동회전식 트윈-스크류 압출기(미국 뉴저지주 램지의 Werner and Pfleiderer Corporation)이다. 또 다른 예시적인 압출기는 매사추세츠주 Thermo Electron Corporation로부터 입수될 수 있는 HAAKE 단일 스크류 압출기이다. 다른 단일 스크류 압출기 또는 필적할 만한 장비가 사용될 수도 있다.
압출기(80)는 일반적으로 3개의 부위, 즉 송급부(132), 용융부(134), 및 혼합부(136)를 포함한다. 송급부(132)는 중합체 물질이 첨가되는 배럴(114)의 입력 부분이다. 용융부(134)는 플라스틱 물질이 고체로부터 액체로 변화되는 상 변화부이다. 혼합부(136)는 배럴(114)의 출력 단부에 인접하며, 액체 플라스틱 물질이 완전히 혼합되는 부분이다. 압출기가 제조될 때에는 이들 부위에 대한 정밀하게 정의된 경계 확정이 없지만, 고체로부터 액체로의 상 변화가 생기는 압출기 배럴(114)의 용융부(134)를 확실하게 식별하는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자의 통상적인 기술 내에 있다.
호퍼(40)는 또한, 배럴(114) 내의 개구부(142)를 통해 순수 중합체, SBL 및 기타 선택적인 물질을 송급부(132)에 공급하기 위해서 구동부(124)에 인접하게 배치된다. 구동부(124)의 맞은편에는 압출기(80)의 출력 단부(144)가 있으며, 여기서 추가 가공을 위해 압출된 플라스틱이 출력되어서 용품을 형성하게 되며, 이는 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
일부 측면에서, 액체 성분이 열가소성 조성물, 예를 들어 향료, 가소제 등에 첨가될 수도 있다. 따라서, 액체 성분 공급 스테이션(150)이 압출기 배럴(114) 상에 제공될 수도 있고, 펌프(160)에 부착되어 개구부(162)를 통해 액체를 용융부(134)에 선택적으로 공급하는 적어도 하나의 호퍼(154)를 포함한다. 이와 같이, 액체는 일관성 있고 균일한 방식으로 중합체와 혼합될 수 있다. 물론, 액체를 용융부(134)에 공급하는 것에 추가로 또는 그 대신에, 액체가 압출기의 다른 부위, 예를 들어 송급부(132) 및/또는 혼합부(136)에 공급될 수도 있다는 것도 이해해야 한다. 예를 들면, 소정의 실시예들에서, 액체는 다른 중합체 물질과 함께 호퍼(40) 내에 직접 주입될 수도 있다.
펌프(160)는 일정하게 선택된 양의 액체를 배럴(114)에 공급할 수 있도록 분사 밸브를 갖는 고압 펌프(예를 들어, 양 변위 펌프(positive displacement pump))일 수도 있다. 필요에 따라, 구동부(124)를 펌프(160)에 연결하는 데에 프로그래밍 가능한 로직 제어기(170)가 또한 사용될 수 있어서, 스크류(120)의 구동 속도에 기초하여 선택된 부피의 액체를 제공하게 된다. 즉, 상기 제어기(170)는 구동 스크류(120) 및 펌프(160)의 회전 속도를 제어하여 스크류 회전 속도에 기초한 속도로 액체를 주입할 수 있게 한다. 따라서, 스크류(120)의 회전 속도가 상승되어 주어진 시간 단위에서 배럴(114)을 통해 더 많은 양의 플라스틱을 구동하는 경우, 마찬가지로 펌프(160)의 펌핑 속도가 상승되어 배럴(114) 내로 더 많은 양의 액체를 비례적으로 펌핑할 수 있다.
PIR 및 중합체 성분은 전단 및 압력 및 열 하에서 압출기(80) 내부에 가공되어 충분한 혼합을 보장할 수 있다. 예를 들면, 용융 가공은 약 75℃ 내지 약 280℃, 일부 실시예에서는 약 100℃ 내지 약 250℃, 일부 실시예에서는 약 150℃ 내지 약 240℃의 온도에서 일어날 수 있다. 마찬가지로, 용융 가공 동안의 겉보기 전단 속도는 약 100초-1 내지 약 10,000초-1, 일부 실시예에서는 약 500초-1 내지 약 5000초-1, 일부 실시예에서는 약 800초-1 내지 약 1200초-1의 범위일 수 있다. 겉보기 전단 속도는 4Q/πR3과 같고, 여기서 Q는 중합체 용융의 체적 유량(“m3/s”)이고, R은 용융된 중합체가 흐르는 모세관(예를 들어, 압출기 다이)의 반경(“m”)이다. 하나의 측면에서, 압출기-구역의 요망되는 온도는 다음과 같을 수 있다: 공급 구역은 약 190℃; 압축 구역은 약 193℃; 계량 구역은 약 195℃; 최종 구역은 약 200℃.
조성물은 필름 다이를 통해 압출될 수도 있다. (평 다이로 만든) 캐스트 필름과 (환형 다이로 만든) 블로운 필름 모두 본 발명의 조성물로부터 제조될 수 있다. 필름 제조 장치는 단층 또는 다층 필름(공압출)을 만들 수도 있다. 원하는 경우, 압출물은 선택적으로 다양한 기술 중 하나를 사용하여 냉각될 수도 있다 (예, 냉각 롤, 공기 냉각 예컨대 캐스트 필름용 에어 나이프, 블로운 필름용 IBC, 및 수냉 (필름과 직접 또는 간접 접촉).
일 측면에서, 압출물은 공기 스트림이나 "에어 나이프"가 이 압출물과 접촉하여 위치되는 적어도 하나의 공기 냉각 단계를 거치게 된다. 에어 나이프는 공기 스트림을 매우 높은 유속으로 집중시켜서 필름의 에지들을 고정하는 본 기술분야에 공지된 장치이다. 공기 스트림의 온도는 냉각된 압출물의 온도 및 수분 함량에 따라 다를 수도 있지만, 일반적으로 약 0℃ 내지 약 40℃, 일부 실시예에서 약 5℃ 내지 약 35℃, 일부 실시예에서 약 10℃ 내지 약 30℃이다.
캐스트 필름의 경우에, 다수의 공기 냉각 단계들이 원하는 냉각 정도를 달성하기 위해 사용될 수도 있다. 사용된 단계의 개수에 관계없이, 공기가 압출물과 접촉하는 총 시간(또는 체류 시간)은 일반적으로 작으며, 예컨대 약 1 내지 약 50초, 일부 실시예에서 약 2 내지 약 40초, 일부 실시예에서, 약 3 내지 약 35초이다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 블로운 필름은 에어 링과 주위 공기를 사용하여 압출물을 냉각한다.
공기 냉각된 압출물의 온도는 약 15℃ 내지 약 80℃, 일부 실시예에서 약 20℃ 내지 약 70℃ 및 일부 실시예에서 약 25℃ 내지 약 60℃의 온도일 수도 있다.
도 3을 참조하면, 예를 들면, 캐스트 필름을 형성하기 위한 방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 원재료(도시되지 않음)가 상술되고 도 1에 나타낸 방식으로 압출기(80)로 공급되고, 그 다음에 캐스팅 롤(90) 상에서 캐스팅되어 단층 전구체 필름(10a)을 형성한다. 다층 필름이 제조될 경우에는, 다수의 층이 캐스팅 롤(90) 상에서 함께 공압출된다(co-extruded). 캐스팅 롤(90)에는 선택적으로 엠보싱 요소가 제공되어 필름에 패턴을 부여할 수 있다. 통상적으로, 캐스팅 롤(90)은 시트(10a)가 형성될 때에 이 시트를 고화시키고 켄칭(quench)시키기에 충분한 온도, 예를 들면 약 20 내지 60℃의 온도로 유지된다. 필요에 따라, 진공 박스가 캐스팅 롤(90)에 인접하게 위치해서 전구체 필름(10a)을 롤(90)의 표면에 가깝게 유지하는 것을 도울 수 있다. 또한, 전구체 필름(10a)이 방적 롤 주위를 이동할 때에 에어 나이프(air knife) 또는 정전기 피너(electrostatic pinner)가 캐스팅 롤(90)의 표면에 대하여 전구체 필름(10a)을 강제시키는 것을 도울 수 있다.
일단 캐스팅되면, 그 다음에 필름(10a)이 선택적으로 하나 이상의 방향으로 배향되어 필름 균일성을 더욱 향상시키고 두께를 줄일 수 있다. 예를 들면, 필름은 이 필름 내의 하나 이상의 중합체의 융점 아래이지만, 조성물을 연신시키거나 신축시킬 수 있는 충분히 높은 온도로 즉시 재가열될 수 있다. 순차 배향의 경우, “연화된(softened)” 필름이 상이한 회전 속도로 회전하는 롤들에 의해 연신되어 시트가 길이 방향(기계 방향)으로 원하는 연신 비율로 신축된다. 그런 다음, 이러한 “단축(uniaxially)” 배향된 필름이 선택적으로 섬유성 웹에 적층될 수 있다. 다른 측면들에서, 단축 배향된 필름은 또한 교차 기계방향으로 배향되어 “이축 배향된(biaxially oriented)” 필름을 형성할 수 있다.
단축 배향된 필름을 형성하기 위한 하나의 예시적인 방법이 도시되는데, 본 기술분야의 숙련자라면 PIR 함량에 의해 야기된 취약 영역이 생길 개연성으로 인해 그것이 모든 배합된 물질에 적용가능하지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이다 도시된 바와 같이, 전구체 필름(10a)은, 예를 들어 미국 로드 아일랜드주 프로비던스의 Marshall and Willams, Co.로부터 상업적으로 입수 가능한, 필름-배향 유닛(100) 또는 기계방향 배향(“MDO”) 장비로 유도된다. MDO는, 도 3에 나타낸 바와 같은 공정을 통한 필름의 이동 방향인 기계방향으로 필름을 점진적으로 신축시키고 얇게 하는 복수의 신축 롤(예를 들면 5개 내지 8개)을 갖는다. MDO(100)가 8개의 롤을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 롤의 수는 원하는 신축의 수준 및 각 롤 간의 신축의 정도에 따라 그보다 많거나 적을 수 있음이 이해되어야 한다. 필름은 단일 또는 다수의 별개 신축 동작으로 신축될 수 있다. MDO 장치의 롤들 중 일부는 점점 더 높은 속도로 작동하지 않을 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 필요에 따라, MDO(100)의 일부 롤은 예비 가열, 냉각, 또는 어닐링 롤로서 작용할 수 있다. 존재하는 경우, 이러한 처음 수개의 롤이 실온 위로(예를 들면, 125℉로) 필름(10a)을 가열한다. MDO 내의 인접한 롤들의 점진적으로 빨라지는 속도는 필름(10a)을 신축시키는 역할을 한다. 신축 롤들이 회전하는 속도가 필름의 신축량 및 최종 필름 중량을 결정한다.
그런 다음, 생성된 필름(10b)이 권취(take-up) 롤(60) 상에 감겨서 보관될 수 있다. 여기서는 나타내지 않았지만, 본 기술분야에 공지된 다양한 부가적이고 잠재적인 가공 및/또는 마무리 단계, 예를 들어 슬릿형성(slitting), 처리(treating), 천공, 그래픽 인쇄, 또는 다른 층들(예, 부직포 웹 물질)과 필름의 적층화가 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않고서 수행될 수 있다.
C. 필름 특징
본 발명의 필름은 단층일 수도 있고 다층일 수도 있다. 다층 필름은, 층들의 공압출, 압출 코팅, 또는 종래의 임의의 층형성 공정에 의해 제조될 수도있다.
예를 들면, 필름은, 2개 내지 15개 층을 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 3개 내지 12개 층을 포함할 수 있다. 일 측면에서, 다층 필름은 1개의 기저층(또한 코어층이라고도 함) 및 1개의 스킨층(미도시)을 갖는다. 코어층은 순수 중합체의 배합물이거나 본 발명에서 설명된 바와 같이 2 이상의 순수 중합체와 PIR의 혼합물로부터 형성된다. 대부분의 실시예에서, 스킨층은 상기에서 설명된 바와 같이 순수 중합체로부터 형성된다. 하지만, 다른 중합체들 또는 중합체의 배합물이 그들이 후술하는 바와 같이 기저층 또는 코어층과 상용가능하거나 양호한 밀착성을 가지는 한 스킨층에 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2a에서 나타낸 바와 같은 다른 측면에서, 2 이상의 순수 중합체와 PIR의 배합물인 코어층 “C”을 갖는 3층 필름(1000)이 있다. 외부 스킨층 “S”은 순수 중합체일 수도 있다. 상기 층들 간의 비율은 다층 필름(1000)의 총 두께의 약 10% 내지 약 80%의 코어층 (또는 중간층) 및 다층 필름(1000)의 총 두께의 약 10% 내지 약 90%의 2개의 조합된 스킨층의 범위일 수도 있다. 예를 들어, 코어층 C는 다층 필름(1000)의 총 두께의 최대 약 30%, 최대 약 40%, 최대 약 50%, 최대 약 60%, 또는 최대 약 80%일 수도 있다. 스킨층 S은 다층 필름(1000)의 총 두께의 최대 약 10%, 또는 최대 약 25%, 또는 최대 약 45%일 수도 있다.
도 2b에서 나타낸 바와 같은 다른 측면에서, 5층 구조는 순수 중합체의 배합물 또는 2 이상의 순수 중합체와 PIR의 혼합물인 코어층 “C”, 및 순수 중합체일 수도 있는 2개의 외부 스킨층 “S”을 갖는다. 상기 층들 간의 비율은 다층 필름(1000)의 총 두께의 약 20% 내지 약 80%의 코어층 및 다층 필름(1000)의 총 두께의 약 10% 내지 약 40%의 2개의 조합된 스킨층, 및 다층 필름(1000)의 총 두께의 약 10% 내지 약 40%의 2개의 중간층 M1, M2의 범위일 수도 있다.
본 발명의 필름의 총 두께는 유연성을 증가시키도록 비교적 작을 수 있다. 예를 들어, 필름은, 약 100μm 미만, 일부 실시예들에서 약 1 내지 약 50μm, 일부 실시예들에서 약 2 내지 약 35μm, 및 일부 실시예들에서 약 5 내지 약 30μm의 두께를 가질 수도 있다. 이러한 작은 두께에도 불구하고, 본 발명의 필름은 그럼에도 불구하고 사용 동안에 양호한 기계적 특성을 유지할 수 있다. 필름 강도를 나타내는 하나의 파라미터는, ASTM Standard D638-08에 따라 얻어지는 것 등의 응력-변형 곡선에서 얻어지는 피크 응력과 같은 최종 인장 강도이다. 바람직하게는, 본 발명의 필름은 약 40 내지 약 65MPa; 일부 실시예에서 약 50 내지 약 60MPa의 기계방향(“MD”) 피크 응력; 일부 실시예에서 약 30 내지 약 40MPa; 일부 실시예에서 약 35 내지 약 40MPa의 교차 기계방향(“CD”) 피크 응력을 나타낸다.
양호한 강도를 보유하지만, 필름은 상대적으로 연성이다. ASTM Standard D608-08에 따라 얻어진 응력-변형 곡선에 의해 결정되는 바와 같이, 필름의 연성을 나타내는 하나의 파라미터는 그 파단 지점에서 필름의 변형율(파단시 변형)이다. 예를 들면, 기계 방향으로의 파단시 변형은 약 450% 이상, 일부 실시예에서 약 475% 이상, 일부 실시예에서 약 490% 내지 약 610%일 수도 있다. 마찬가지로, 교차 기계 방향으로의 파단시 변형은 약 600% 이상, 일부 실시예들에서 약 650% 이상, 일부 실시예들에서 약 700% 내지 약 825%일 수도 있다.
연성을 나타내는 다른 파라미터는, 응력-변형 곡선의 기울기로부터 결정되는 바와 같이, 인장 응력 대 인장 변형의 비와 동일한 필름의 탄성계수다. 예를 들면, 본 발명의 건식 필름은 통상적으로 약 50 내지 약 650MPa, 일부 실시예에서 약 150 내지 약 425MPa, 일부 실시예에서 약 225 내지 약 435MPa의 기계방향(“MD”) 탄성계수를 나타낸다. 같은 필름은 약 100 내지 약 550MPa, 일부 실시예에서 약 150 내지 약 325MPa, 일부 실시예에서 약 225 내지 약 300MPa의 교차 기계방향(“CD”) 탄성계수를 나타낼 수도 있다.
D. 적용 분야
본 발명의 필름은 포장 필름과 같은 다양한 적용 분야에 사용될 수도 있다. 필름은 개별 랩, 포장 봉지, 또는 식품 등의 다양한 물품의 처리를 위한 백으로서 사용될 수도 있다. 필름은 종이 제품 (예, 티슈, 닦개, 종이 타월 등), 흡수 용품 등에 대한 랩(wrap)으로서 사용될 수도 있다. 다양한 적당한 흡수 용품용 파우치, 랩, 또는 백 구성은 예를 들면, Sorebo 등의 미국특허 제6,716,203호와 Moder 등의 제6,380,445호 뿐만 아니라 Sorebo 등의 미국특허 출원공개 제2003/0116462호에 개시되어 있으며, 이들 전부 모든 목적을 위해 참고문헌으로서 그 전문이 본원에서 참고로 원용된다.
포장 필름은 본 발명의 조성물의 하나의 층만을 가질 수도 있고, 또는 본 발명의 이전 부분에서 설명 된 대로 2 내지 15층을 가질 수도 있다. 다층 필름에서, 외부층 또는 외부 스킨층은 인쇄 품질을 개선하기 위해 처리될 수 있다. 바람직하게, 포장재의 최내층이기도 한 임의의 층은 적정한 열 밀봉 특성을 가져서 운송, 보관, 및 사용 중에 임의의 밀봉부의 내구성과 강도를 제공한다.
필름은 또한 다른 적용 분야에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 필름은 흡수 용품에 사용될 수 있다. “흡수 용품”은 일반적으로 물 또는 다른 유체를 흡수할 수 있는 임의의 용품을 말한다. 일부 흡수 용품의 예로는, 기저귀, 훈련용 팬티, 흡수용 속옷, 실금 용품, 여성 위생 제품(예를 들어, 생리대, 팬티 라이너 등), 수영복, 아기 닦개(wipe) 및 기타 등등과 같은 개인용 흡수 용품; 의복, 천공 설치용 재료, 언더패드, 침대 패드, 붕대, 흡수용 드레이프(drape), 및 의료용 닦개 등과 같은 의료용 흡수 용품; 식품 서비스 닦개; 의류 용품; 기타 등등이 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 흡수 용품의 여러 가지 예는 DiPalma 등의 미국특허 제5,649,916호; Kielpikowski의 미국특허 제6,110,158호; Blaney 등의 미국특허 제6,663,611호에 설명되어 있으며, 이들은 모든 목적을 위해서 참고문헌으로서 그 전문이 본원에서 원용된다. 역시 다른 적절한 용품들은 Fell 등의 미국특허출원공개 제2004/0060112 A1호 뿐안 아니라 Damico 등의 미국특허 제4,886,512호; Sherrod 등의 미국특허 제5,558,659호; Fell 등의 미국특허 제6,888,044호; Freiburger 등의 미국특허 제6,511,465호에 설명되어 있으며, 이들은 모든 목적을 위해서 참고문헌으로서 그 전문이 본원에서 원용된다. 이러한 흡수 용품들을 형성하는 데 적절한 재료와 공정은 통상의 기술자에게 공지되어 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 필름을 사용할 수도 있는 생리대의 한 특정 실시예가 이제 보다 상세하게 기술될 것이다. 단지 이해를 돕기 위해서, 흡수 용품(200)은 도 12a에 도시된 바와 같이, 여성 위생용 생리대일 수 있다. 이러한 실시예에서, 흡수 용품(200)은 상면시트(202), 외부 커버 또는 배면시트(204), 배면시트(204)와 상면시트(202) 사이에 위치된 흡수성 코어(206)를 포함하는 본체부를 포함한다. 한 쌍의 플랩(도시하지 않음)이 본체부의 각각의 길이방향 측면(208)로부터 연장될 수도 있다. 상면시트(202)는 흡수 용품(200)의 신체 대향면(210)을 정의한다. 흡수성 코어(206)는 흡수 용품(200)의 외부 경계부(212)로부터 안쪽에 위치하고 상면시트(202)에 인접하여 위치한 신체 대향면(214)과 배면시트(204)에 인접하여 위치한 의복 대향면(도시하지 않음)을 포함한다. 본 발명의 한 특정 실시예에서, 배면시트(204)는 본 발명의 열가소성 조성물로부터 형성된 필름이고 일반적으로 액체-불투과성이며 선택적으로 증기-투과성이다. 배면시트(204)를 형성하기 위해 사용된 필름은 또한 상기에서 기술된 것과 같은 하나 이상의 부직포 웹 페이싱에 적층될 수도 있다.
상면시트(202)는 일반적으로 사용자의 신체와 접촉하도록 디자인되며, 액체 투과성이다. 상면시트(202)는 흡수성 코어(206)를 둘러쌈으로써 흡수 용품을 완전히 감쌀 수 있다. 대안적으로, 상면시트(202)와 배면시트(204)는 흡수성 코어(206)를 넘어서 연장될 수 있고 공지된 기법들을 사용하여 전체적으로든지 부분적으로, 경계부에서 함께 연결될 수도 있다. 통상적으로, 상면시트(202)와 배면시트(204)는 접착제 결합, 초음파 결합, 또는 본 기술분야에 공지되어 있는 임의의 다른 적절한 연결 방법에 의해 결합된다. 상면시트(202)는 위생적이고 외관이 깨끗하며, 흡수성 코어에 의해 그 안에 수집되고 흡수된 신체 분비물을 숨기기 위해 어느 정도 불투명하다. 상면시트(202)는 신체 분비물이 상면시트(202)를 통해 흡수성 코어(206)로 빠르게 침투할 수 있게 하는 양호한 스트라이크-쓰루(strike-through) 및 재습윤 특성을 더욱 나타내지만, 체액이 상면시트를 통해 착용자의 피부로 역류할 수 있게 하지는 않는다. 예를 들어 상면시트(202) 용으로 사용될 수 있는 일부 적당한 물질은 부직포 물질, 천공된 열가소성 필름 또는 그들의 조합을 포함한다. 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이성분, 나일론, 레이온 또는 유사 섬유로부터 만들어진 부직포 직물이 활용될 수 있다. 예를 들어 백색의 균일한 스펀본드 물질은, 그것을 통해 통과하는 생리혈을 숨기기 위해 해당 색상이 양호한 차폐 특성을 나타내기 때문에 특히 바람직하다. Datta 등의 미국특허 제4,801,494호 및 Sukiennik 등의 제4,908,026호는 본 발명에 사용될 수 있는 다양한 다른 커버 물질을 교시한다.
상면시트(202)는 또한 체액이 흡수성 코어 내로 더욱 용이하게 전달될 수 있도록 형성된 복수의 천공(도시하지 않음)을 포함할 수도 있다. 천공들은 무작위로 또는 균일하게 상면시트 전체를 통해 배열될 수 있고, 또는 흡수 용품의 길이방향 축(216)을 따라 배열된 좁은 길이방향 밴드 또는 스트립에만 위치할 수도 있다. 천공들은 흡수성 코어 안으로 체액이 신속하게 침투하는 것을 허용한다. 천공들의 크기, 형상, 직경 및 수는 사람의 특정 요구를 맞추기 위해 달라질 수 있다.
흡수성 코어(206)는 단일 흡수 부재 또는 별도의 이산 흡수 부재들을 함유하는 복합물로부터 형성될 수 있다. 그러나 본 발명에는 어떠한 수의 흡수 부재든지 활용될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 예를 들어 일 실시예에서 흡수성 코어(206)는 상면시트(202) 사이에 위치한 유입 부재(intake member)(도시하지 않음) 및 유입 부재와 흡수성 코어(206) 사이에 위치한 전달 지연 부재(도시하지 않음)를 함유할 수 있다. 유입 부재는 z-방향으로, 상면시트에 전달된 체액을 신속하게 전달할 수 있는 물질로 만들어질 수 있다. 유입 부재는 일반적으로 바람직한 어떠한 형상 및/또는 크기든지 가질 수 있다. 일 실시예에서, 유입 부재는 흡수 용품(200)의 전체 길이와 같거나 적은 길이를 가지고, 흡수 용품의 폭보다 적은 폭을 가지는 직사각형을 가진다. 다양한 상이한 물질들 중 어느 것이든지 상기 언급된 기능을 이루기 위한 유입 부재로써 사용될 수 있다. 물질은 합성, 셀룰로오스, 또는 합성과 셀룰로오스 물질의 조합일 수 있다. 예를 들어 에어레이드 셀룰로오스 티슈가 유입 부재에 사용하기에 적당할 수 있다. 에어레이드 셀룰로오스 티슈는 약 10gsm 내지 약 300gsm 및 일부 실시예에서 약 100gsm 내지 약 250gsm 범위의 평량을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 에어레이드 셀룰로오스 티슈는 약 200gsm의 평량을 가진다. 에어레이드 티슈는 경질목 및/또는 연질목 섬유로부터 형성될 수 있다. 에어레이드 티슈는 미세한 포어 구조를 가지고 특히 월경에 대해 우수한 심지 용량을 제공한다.
전달 지연 부재는 다른 흡수 부재보다 덜 친수성인 물질을 함유할 수 있고, 일반적으로 실질적으로 소수성인 것으로 특징지어 질 수 있다. 예를 들면, 전달 지연 부재는 상대적으로 소수성 물질, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등으로 구성된 부직포 섬유상 웹일 수 있고, 또한 그런 물질들의 혼합물로 구성될 수도 있다. 전달 지연 부재에 적당한 물질의 한 실례는 폴리프로필렌, 다엽(multi-lobal) 섬유로 구성된 스펀본드 웹이다. 적당한 전달 지연 부재 물질의 추가의 실례는 폴리프로필렌 섬유로 구성된 스펀본드 웹을 포함하는데, 그것은 둥글고, 횡단 형상이 삼엽 또는 다엽일 수 있으며, 중공 구조이거나 속이 꽉 찬 구조일 수 있다. 전형적으로 웹은 예컨대 열적 접합에 의해, 웹 영역의 약 3% 내지 약 30%에 걸쳐 접합된다. 전달 지연 부재에 대해 사용될 수 있는 적당한 물질의 다른 실례는 Meyer 등의 미국특허 제4,798,603호 및 Serbiak 등의 제5,248,309호에 기술되어 있다. 본 발명의 성능을 조정하기 위하여, 전달 지연 부재는 또한 그것의 초기 젖음성을 증가시키기 위해 선택된 양의 계면활성제로 처리될 수 있다.
통상적으로, 전달 지연 부재의 길이는 대략 흡수 용품의 길이와 같다. 전달 지연 부재는 또한 유입 부재와 폭이 같을 수 있지만, 통상적으로 더 넓다. 전달 지연 부재는 통상적으로 다른 흡수성 부재의 평량보다 적은 평량을 가진다. 예를 들어 전달 지연 부재의 평량은 통상적으로 약 150gsm 미만이고 일부 실시예에서는 약 10gsm 내지 약 100gsm이다. 한 특정 실시예에서, 전달 지연 부재는 약 30gsm의 평량을 가지는 스펀본드 웹으로부터 형성된다.
상기-언급된 부재 외에, 흡수성 코어(206)는 또한 복합물 흡수 부재(도시하지 않음), 예컨대 코폼 물질일 수도 있다. 이 경우에, 유체는 전달 지연 부재로부터 복합물 흡수 부재 안으로 흡수될 수 있다. 복합물 흡수 부재는 유입 부재 및/또는 전달 지연 부재로부터 별도로 형성되거나, 또는 그것들로 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서, 복합물 흡수 부재는 전달 지연 부재 또는 유입 부재 상에서 형성될 수 있고, 그것은 상기에서 기술된 코폼 공정 중에 담체로서 작용한다.
기저귀의 다양한 구성이 상기에서 설명되어 있지만, 다른 구성 또한 본 발명의 범주 내에 또한 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명은 결코 배면시트에 한정되지 않으며 본 발명의 필름은 흡수 용품의 다양한 상이한 구성요소들 속으로 포함될 수도 있다. 예를 들면, 도 12b에 보이는 바와 같이, 흡수 용품(200)의 이형지(release liner; 220)가 본 발명의 필름으로 만들어질 수도 있다. 이형지(220)는 배면시트(204)의 의복 대향면(222)에 위치한 접착제 스트립(218)을 덮고 보호한다.
본 발명은 다음의 예시들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
섹션 III. 실험
A. 사용한 물질
1. 190℃에서 1.0g/10분의 DOWLEX 2244G 선형 저밀도 폴리에틸렌(미국 미시간주 미들랜드의 Dow Chemical Company에서 입수).
2. 190℃에서 26.0g/10분의 용융 흐름을 갖는 미국 위스콘신주 니나의 Becher Engineering에서 입수된 SBL PIR.
B. 사용한 장비
HAAKE Rheomix 252 단일 스크류 압출기를 사용하였다. 이 압출기는 중합체를 용융시키고 필름 다이(예, 4인치 직경, 또는 8인치 직경)에 전달하도록 고안된, HAAKE Polylab QC 구동 모듈에 부착하는, 3/4" 직경, 25:1 길이/직경 비율, 3 배럴 압출기를 가진다.
생산된 필름
1. 비교예 #1 - 100% Dowlex 2244G LLDPE
2. 비교예 #2 100% SBL 재활용
3. 실시예 #1 90%/10% w/w 비율의 LLDPE/SBL
4. 실시예 #2 70%/30% w/w 비율의 LLDPE/SBL
5. 실시예 #3 50%/50% w/w 비율의 LLDPE/SBL
필름 제조 공정은 대량 송급 공정이었으며, 기계 크기와 가동 조건에 의해 처리량이 결정된다. 필름 공정 조건은 표 1에 제시되어 있다.
비교예 #1
Dowlex 2244G (LLDPE)를 6” 캐스트 필름 다이에 부착된 HAAKE 단일 스크류 25:1 L/D 압출기로 이루어진 캐스트 필름 라인 상에 가공하였다. 1mil의 필름 두께를 목표로 하였다. 온도 프로파일은 압출기 구역 1 내지 3 및 다이에 대하여 180℃, 180℃, 190℃ 및 190℃ 이었다. 압출기 속도는 50RPM이었다. 토크는 18 뉴턴 미터(Nm)를 등록했고 다이에서의 압력은 28PSI(제곱인치 당 파운드)였다. 압출된 중합체의 용융 온도는 208℃였다. 생성된 필름 샘플은 평활한 표면을 가졌고, 촉감이 부드럽고, 투명하고 강했다.
비교예 #2
SBL 재활용(K-C 스트레치 본드 적층체 재활용)을 6” 캐스트 필름 다이에 부착된 HAAKE 단일 스크류 25:1 L/D 압출기로 이루어진 캐스트 필름 라인 상에 가공하였다. 1mil의 필름 두께를 목표로 하였다. 온도 프로파일은 압출기 구역 1 내지 3 및 다이에 대하여 180℃, 180℃, 190℃ 및 190℃ 이었다. 압출기 속도는 50RPM이었다. 토크는 7 뉴턴 미터(Nm)를 등록했고 다이에서의 압력은 30PSI(제곱인치 당 파운드)였다. 압출된 중합체의 용융 온도는 208℃였다. 생성된 필름 샘플은 평활한 표면을 가졌고, 촉감이 부드럽고, 흐트러졌을 때 잡음이 있고, 불투명하고 강했다.
실시예 #1
90%/10% w/w 비율의 LLDPE/SBL을 건식 배합(고체 상태로 혼합)시킨 다음 6” 캐스트 필름 다이에 부착된 HAAKE 단일 스크류 25:1 L/D 압출기로 이루어진 캐스트 필름 라인 상에 가공하였다. 1mil의 필름 두께를 목표로 하였다. 온도 프로파일은 압출기 구역 1 내지 3 및 다이에 대하여 180℃, 180℃, 190℃ 및 190℃이었다. 압출기 속도는 50RPM이었다. 토크는 12 뉴턴 미터(Nm)를 등록했고 다이에서의 압력은 23PSI(제곱인치 당 파운드)였다. 압출된 중합체의 용융 온도는 208℃였다. 생성된 필름 샘플은 평활한 표면을 가졌고, 촉감이 부드럽고, 흐트러졌을 때 잡음이 있고, 불투명하고 강했다.
실시예 #2
70%/30% w/w 비율의 LLDPE/SBL을 건식 배합(고체 상태로 혼합)시킨 다음 6” 캐스트 필름 다이에 부착된 HAAKE 단일 스크류 25:1 L/D 압출기로 이루어진 캐스트 필름 라인 상에 가공하였다. 1mil의 필름 두께를 목표로 하였다. 온도 프로파일은 압출기 구역 1 내지 3 및 다이에 대하여 180℃, 180℃, 190℃ 및 190℃ 이었다. 압출기 속도는 60RPM이었다. 토크는 9 뉴턴 미터(Nm)를 등록했고 다이에서의 압력은 21PSI(제곱인치 당 파운드)였다. 압출된 중합체의 용융 온도는 208℃였다. 생성된 필름 샘플은 평활한 표면을 가졌고, 촉감이 부드럽고, 흐트러졌을 때 잡음이 있고, 불투명하고 강했다.
실시예 #3
50%/50% w/w 비율의 LLDPE/SBL을 건식 배합(고체 상태로 혼합)시킨 다음 6” 캐스트 필름 다이에 부착된 HAAKE 단일 스크류 25:1 L/D 압출기로 이루어진 캐스트 필름 라인 상에 가공하였다. 1mil의 필름 두께를 목표로 하였다. 온도 프로파일은 압출기 구역 1 내지 3 및 다이에 대하여 180℃, 180℃, 190℃ 및 190℃ 이었다. 데이터의 정확성을 보장하기 위해 중복 판독을 수행하였다. 압출기 속도는 60RPM이었다. 토크는 8 뉴턴 미터(Nm)를 등록했고 다이에서의 압력은 18PSI(제곱인치 당 파운드)였다. 압출된 중합체의 용융 온도는 208℃였다. 생성된 필름 샘플은 평활한 표면을 가졌고, 촉감이 부드럽고, 흐트러졌을 때 잡음이 있고, 불투명하고 강했다.
공정 조건
코드 속도
(rpm) 		온도-1
( o C) 		온도-2
( o C) 		온도-3
( o C) 		다이
( o C) 		구역-3
(psi) 		토크
(N.m)
용융 온도
( o C) 		냉각 롤
( o C) 		냉각 롤
(rpm)
비교예 1
DOWLEX 2244G LLDPE
100%
50
180
180
190
190
28
18
208
10
800
비교예 2
SBL 재활용
100%		 50 180 180 190 190 30 7 208 10 1200
실시예 1
2244G/SBL 재활용
90:10 비율		 50 180 180 190 190 23 12 208 10 870
실시예 2
2244G/SBL 재활용
70:30 비율		 60 180 180 190 190 21 9 207 10 925
실시예 3
2244G/SBL 재활용
50:50 비율		 60 180 180 190 190 18 8 208 10 1200
C. 인장 시험 결과
CD 인장 특성


코드 		가변 수 두께 (mil) 피크 하중 (g) 피크 응력(Mpa) 파단시 변형
(%) 		탄성계수 (MPa) 파단 응력 (MPa) 파단시 부피 당 에너지 (J/cm 3 )
비교예 1
DOWLEX 2244G LLDPE
100%		 1 280 34 825 87 34 119 1
비교예 2
SBL 재활용
100%		 1 307 40 611 603 39 127 1
실시예 1
2244G/SBL 재활용
90:10 비율		 1 291 38 728 157 37 124 1
실시예 2
2244G/SBL 재활용
70:30 비율		 1 289 37 706 224 37 125 1
실시예 3
2244G/SBL 재활용
50:50 비율		 1 319 38 678 335 38 135 1
MD 인장 특성


코드 		두께 (mil) 피크 하중 (gF) 피크 응력 (Mpa) 파단시 변형 탄성계수 (MPa) 파단 응력 (MPa) 파단시 부피 당 에너지 (J/cm 3 )
비교예 1
DOWLEX 2244G LLDPE
100%		 1 327 40 598 105 40 92
비교예 2
SBL 재활용
100%		 1 309 40 610 655 40 127
실시예 1
2244G/SBL 재활용
90:10 비율		 1 396 51 495 144 51 103
실시예 2
2244G/SBL 재활용
70:30 비율		 1 472 61 469 239 61 122
실시예 3
2244G/SBL 재활용
50:50 비율		 1 467 57 458 411 57 120
응력: MD 피크 응력이 도 4a 및 도 4b에 도시된다. 놀랍게도, 데이터는 10%, 30% 및 50% SBL를 함유하는 세 가지 중합체 배합물 전부 100% LLDPE 및 100% SBL 보다 높은 피크 응력을 가진 것으로 나타났다. 100% LLDPE(0% SBL) 및 100% SBL(0% LLDPE)에 대한 데이터 지점을 연결하는 선은 두 개의 데이터 지점 사이에 예측된 선형 관계이다. 이 예측된 선형 관계는 "혼합물 규칙"을 기반으로 하며, 이는 필름 조성물에 존재하는 PIR이 많을수록, 파단 전에 견딜 수 있는 응력이 적어짐을 의미한다. 도 4a 및 도 4b에서 볼 수 있듯이, 순수 물질 및 PIR 모두를 함유하는 필름은, 데이터가 혼합물 규칙 선 위에 있기 때문에 혼합물 규칙을 이용하여 예상되는 것보다 훨씬 더 높은 피크 응력을 가진다. 순수 중합체와 PIR의 조합으로 인해 예기치 않은 상승 효과를 초래한다. 마찬가지로, SBL 함량의 함수로서 CD 피크 응력과 관련된 예기치 못한 상승 효과가 있다. 도 5a 및 도 5b에서 볼 수 있듯이, 세 가지 배합된 필름 전부의 피크 응력 값은 또한 혼합물 규칙 선 위에 있다.
변형: MD로의 필름의 파단시 변형이 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 파단시 변형이 혼합물 규칙 선 아래에 있기 때문에, 이 특성에 대해 상승 효과가 없다. SBL 함량의 함수로서 CD 파단시 변형이 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 데이터가 혼합물 규칙 선 아래에 있기 때문에, 이 특성에 대해 상승 효과가 없다.
탄성계수: SBL의 함수로서 MD 탄성률이 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 데이터는 혼합물 규칙 선 약간 위에 있으며, 이 특성에 대한 약간의 상승 효과를 제시하고 있다. SBL 함량의 함수로서 CD 탄성률이 도 9a 및 도 9b에 도시되어 있다. 모든 데이터는 혼합물 규칙 선에 따라 선형적인 관계를 갖는다. 따라서, 상승 효과를 전혀 보여주지 않는다.
인성: 본 발명의 필름을 파단하는데 필요한 에너지는 인성의 측정치이다. MD 인성이 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 세 가지 배합물 필름은 혼합물 규칙 선 위에 있는 인성 값을 가졌으며, MD에서의 예기치 않은 상승 효과를 나타내고 있다. CD 인성이 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있다. 역시 혼합물 규칙 선 위에 있는 데이터에 의해 입증된 바와 같이 CD에서의 예기치 않은 상승 효과도 있다.
인장 시험 방법
시험 방법: “플라스틱의 인장 특성에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Method For The Tensile Properties Of Plastics)”이라 명명된 ASTM D638.
시험 조건: 23 ± 2℃, 50 ± 10% 상대 습도
컨디셔닝: 24시간, 23 ± 2℃, 50 ± 10% 상대 습도
본 발명이 일반적으로 그리고 예로서 상세히 설명되어 있다. 본 발명은 구체적으로 개시된 실시예들에 반드시 제한되는 것이 아니라, 다음의 특허청구범위, 또는 본 발명의 범주 이내에서 사용될 수 있는 현재 알려지거나 개발될 기타 등가 구성성분을 포함하는 등가물에 의해 정의된 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 변경예 및 변형예가 이루어질 수 있음을 본 기술분야의 통상의 기술자는 이해한다. 따라서, 본 발명의 범주를 이탈하여 달리 변경되지 않는 한, 그 변경예는 본 명세서에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 지속성 있는 열가소성 필름을 형성하기 위한 방법으로, 상기 방법은 폴리올레핀을 포함하는 순수 중합체 및 산업화 후 재활용 물질(PIR)을 압출기의 송급부에 공급하여 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 압출기 내부에서 상기 혼합물을 용융 가공하고 다이를 통해 상기 혼합물을 압출해서 상기 필름을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 PIR은 스티렌 열가소성 블록-공중합체인 열가소성 탄성중합체 및 스펀본드 성분을 포함하고, 상기 필름은 100μm 이하의 두께를 갖는, 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 에틸렌 또는 프로필렌과 다른 비닐 코모노머의 공중합체인, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌-코-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-코-메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌-코-아크릴산(EAA), 에틸렌-코-메타크릴산(EMAA)의 그룹으로부터 선택되는 것인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체는 폴리스티렌/폴리(에틸렌부틸렌)/폴리스티렌 블록 공중합체; 스티렌, 에틸렌/부틸렌 및 폴리스티렌 기반의 선형 삼중-블록 공중합체; 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체 및 그들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체는 65,000g/몰 내지 100,000g/몰의 평균 분자량을 갖는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 혼합물은 10 중량% 내지 90 중량% PIR을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 혼합물은 20 중량% 내지 80 중량% PIR을 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용융 가공하는 단계는 160℃ 내지 240℃ 범위의 온도에서 수행되는, 방법.
  10. 30 내지 70 중량부의 100% 순수 폴리올레핀; 및
    70 내지 30 중량부의 산업화 후 재활용 물질(PIR)을 포함하고, 여기서 상기 PIR은 스티렌 열가소성 블록-공중합체이고, 필름 두께는 100μm 이하인, 지속성 있는 열가소성 필름.
  11. 제10항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌-코-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-코-메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌-코-아크릴산(EAA), 에틸렌-코-메타크릴산(EMAA)의 그룹으로부터 선택되는 것인, 필름.
  12. 제10항에 있어서, 50중량부의 상기 100% 순수 폴리올레핀을 포함하고, 여기서 상기 100% 순수 폴리올레핀은 폴리프로필렌으로 이루어진, 필름.
  13. 제10항에 있어서, 70중량부의 상기 100% 순수 폴리올레핀을 가지고, 여기서 상기 100% 순수 폴리올레핀은 폴리에틸렌으로 이루어진, 필름.
  14. 제10항에 있어서, 상기 100% 순수 폴리올레핀은 공중합체를 더 포함하는, 필름.
  15. 액체 투과성 상면시트, 액체 불투과성 배면시트, 상기 배면시트와 상기 상면시트 사이에 위치된 흡수성 코어를 포함하고, 여기서 상기 배면시트는 제10항의 필름을 포함하는, 흡수 용품.
  16. 제10항에 있어서, 상기 100% 순수 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는, 필름.
  17. 코어층 및 제1 스킨층을 포함하는 다층 필름으로, 여기서 상기 코어층은 제10항의 필름이고 상기 제1 스킨층은 순수 중합체인, 필름.
  18. 제17항에 있어서, 순수 중합체의 제2 스킨층을 더 포함하고, 여기서 상기 코어층은 상기 제1 스킨층과 상기 제2 스킨층 사이에 배치된, 필름.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 스킨층과 상기 코어층 사이에 배치된 제1 중간층, 및 상기 제2 스킨층과 상기 코어층 사이에 배치된 제2 중간층을 더 포함하는, 필름.
  20. 제18항에 있어서, 상기 코어층 및 상기 제1 스킨층과 상기 제2 스킨층 사이의 비는, 필름의 총 두께의 10% 내지 80% 코어층, 및 필름의 총 두께의 10% 내지 90%의 조합된 상기 제1 스킨층과 상기 제2 스킨층인, 필름.
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