KR20030062419A - 중공 충전재를 함유하는 통기성 차단 필름 - Google Patents

Abstract

개선된 강도, 가공성 및/또는 통기성을 갖는 통기성 연신-박화 차단 필름은 열가소성 중합체와 시클로덱스트린 같은 중공 충전재 입자의 혼합물로부터 제조된다. 중공 충전재 입자는 고리형, 원뿔형, 원통형 또는 기타 구멍 뚫린 분자 구조로 인해 향상된 수증기 통기성을 가지면서도 수성 액체에 대해서는 실질적으로 불투과성인 필름을 제공한다. 중공 입자에 의해 통기성이 향상됨으로써, 비교적 낮은 충전재 수준과 이에 상응하게 높은 중합체 수준을 사용할 수 있게 되므로, 필름의 강도를 높일 수 있게 된다. 용융된 중합체가 필름으로 압출되는 동안 충전재는 용융되므로 매끄러운 가공이 용이해지며, 충전재는 필름이 형성되고 냉각된 후에는 입자로 재-결정화될 수 있다.

Description

중공 충전재를 함유하는 통기성 차단 필름 {BREATHABLE BARRIER FILMS CONTAINING CAVATED FILLERS}

통기성 연신-박화 필름 및 이를 포함하는 부직물 라미네이트는 당해 분야에 공지되어 있다. 이러한 필름을 제조하려면, 전형적으로 폴리올레핀, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과, 입상 무기 충전재, 예를 들면 탄산칼슘을 혼합한다. 이 혼합물을 필름으로 캐스트 또는 블로잉 가공한다. 이 필름은 단일 충전재-함유층을 가질 수 있고, 또는 가공성을 개선하고 나중에 기재에 결합되도록 하나 이상의 외피층과 공-압출될 수 있다.

이 필름은 폴리올레핀의 융점보다 낮은 승온에서, 원래 크기의 1.5 내지 7.0배의 크기가 되도록 한방향 또는 양방향으로 일축 또는 이축 연신됨으로써 수증기에 통과성으로 된다. 이러한 연신으로 인해 폴리올레핀과 각 충전재 입자들 사이에 국소적으로 틈새가 생기게 되어, 충전재 입자들 주위에 공극이 형성된다. 이러한 공극은 얇은 중합체 멤브레인과 경계를 접하고, 이 얇은 중합체 멤브레인은 인접한 공극들 사이에서 연속되거나 단절될 수 있다. 공극과 얇은 중합체 멤브레인의 망상구조는 수증기가 확산될 수 있는 구불구불한 통로를, 필름을 관통하게 형성한다. 그러나, 필름은 액체 물에 대해서는 실질적으로 불투과성이다.

입상 무기 충전재, 통상적으로 탄산칼슘은 고체이며 필름의 폴리올레핀보다 훨씬 더 조밀하다. 이 입자는 고체이기 때문에, 수증기는 입자를 관통할 수 없고, 그 대신에 공극 내 충전재 입자 주위를 돌아가야 한다. 따라서, 충전재 입자 자체는 공극의 형성을 쉽게 한다는 것 밖에는 통기성에 아무런 기여를 하지 않는다. 충전재 입자는 상대적으로 불투과성이고 밀도가 높기 때문에, 효과적인 통기성 필름을 제조하는데에 요구되는 충전재의 충전률이 중량％ 기준으로 너무 높다. 충전재가 탄산칼슘인 경우, 높은 수증기 통기성 수준이 요구되는 필름의 제조에 있어, 충전률은 필름의 45 내지 70중량％, 전형적으로 필름의 50 내지 60중량％가 통상적이다.

충전재 수준이 높을 때의 단점중 하나는, 이에 상응하게 중합체 수준이 낮아짐으로 인해 필름의 구조적 일체성이 약화되기 때문에, 필름이 구멍나거나 터지거나 찢어지기 쉽게 된다는 점이다. 충전재가 아닌 중합체만이 필름의 구조적 일체성에 기여한다. 지금까지는, 필름의 한쪽 면 또는 양쪽 면을 스펀본드웹과 같은 부직웹에 라미네이팅시킴으로써, 연신-박화 통기성 필름의 상대적으로 약한 강도를 보완해 왔다. 예를 들면 폴리프로필렌 스펀본드웹은, 통기성 차단 라미네이트가사용되는 다양한 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복 분야에서, 효과적인 하중-지지(load bearing) 성분으로서의 역할을 할 수 있다. 충전재 수준이 높을 때의 또다른 단점은 필름 압출시에 다이립(die lip)에 빌드업(build-up)이 초래된다는 점이다.

따라서 보다 낮은 충전재 수준(및 이에 상응하게 보다 높은 중합체 수준)에서 높은 수준의 통기성을 제공하고, 따라서 강도가 개선된, 통기성 연신-박화 필름에 대한 요구 또는 욕구는 남아있다.

발명의 개요

본 발명은 열가소성 중합체와 중공 충전재의 혼합물로부터 제조된 통기성 연신-박화 필름, 및 이 필름을 함유하는 부직물 라미네이트에 관한 것이다. "중공 충전재"는 공동 또는 구멍을 함유하는 분자구조, 즉 천연적으로 공동을 갖거나 화학적인 이유로 구멍을 함유하는 분자구조를 갖는 충전재 입자를 포함한다. 한 실시양태에서, 통기성이 중간 정도 내지 높고 강도가 높은 연신-박화 필름은, 약 55 내지 95중량％의 열가소성 중합체와 약 5 내지 45중량％의 중공 충전재의 블렌드로부터 제조된다. 또다른 실시양태에서, 통기성이 매우 높고 강도가 통상적인 정도인 연신-박화 필름은 약 20 내지 55중량％ 미만의 열가소성 중합체와 45중량％ 초과 내지 약 70중량％의 중공 충전재 입자의 블렌드로부터 제조된다. 특히 적합한 중공 충전재 입자는 시클로덱스트린 및 시클로덱스트린-함유 분자를 포함한다.

구멍을 함유하는 분자로부터 제조된 충전재 입자는 필름의 통기성을 향상시킨다고 생각되는데, 왜냐하면 이러한 충전재 입자는 그 자체가 약간의 수증기 투과성을 가지므로 필름 전체의 통기성에도 기여하기 때문이다. 또한 수증기는 충전재 입자의 주위를 지날 뿐만 아니라 충전재 입자를 관통할 수도 있다. 또한, 중공 충전재 입자는 일반적으로, 비-중공 무기 구조의 고체 충전재 입자보다 덜 조밀하다. 중공 충전재 입자의 증가된 수증기 투과성 및 보다 낮은 밀도로 인해, 필름의 중량％를 기준으로 보다 낮은 충전재 수준에서 적합한 수증기 투과성을 갖는 통기성 연신-박화 필름을 제조할 수 있게 된다. 또한, 통상적인 연신-박화 필름의 통상적인 무기 충전재 입자의 충전률에 필적할만하게, 중공 충전재 입자를 보다 높은 충전률로 사용함으로써 탁월한 통기성을 갖는 연신-박화 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 통기성 연신-박화 필름을 단독으로 사용하거나, 다양한 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복 분야에서 사용되는 하나 이상의 부직웹과 조합하여사용할 수도 있다. 충전재의 충전률이 낮아짐으로써 증가된 필름 강도는, 이 연신-박화 필름을 어떤 경우에서는 별도의 하중-지지 성분 없이 단독으로 사용할 수 있게 한다. 한편으로는 필름을 하나 이상의 부직웹과 조합함으로써 구조적 일체성 및/또는 통기성이 개선된 통기성 차단 라미네이트를 제조할 수 있다.

전술한 내용을 고려해 볼 때, 본 발명의 특징 및 장점은 열가소성 중합체와 중공 입상 충전재의 혼합물로부터 제조된, 개선된 강도 및/또는 통기성을 갖는 통기성 연신-박화 차단 필름을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 특징 및 장점은 중공 충전재를 사용해서 제조된 통기성 연신-박화 필름을 포함하는 다양한 통기성 부직물 라미네이트를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 특징 및 장점은 본 발명의 필름 및 라미네이트를 포함하고개선된 내구성 및/또는 통기성을 나타내는 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복을 제공하는 것이다.

본 발명은 보다 낮은 충전재 수준에서 수증기 통기성을 개선시키기 위해 중공 충전재를 사용하는, 연신됨으로써 얇아진(이하 "연신-박화"이라고 칭함) 통기성 차단 필름에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 필름을 함유하는 통기성 부직물 라미네이트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 단층 연신-박화 통기성 필름의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다층 통기성 필름의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 통기성 필름을 부직웹에 라미네이팅시키는 공정을 도시하는 것이다.

도 4는 본 발명의 통기성 필름을 포함하는 라미네이트를 도시한다.

용어 정의

"필름"이란 용어는 캐스트 필름 또는 블로운 필름 압출 공정과 같은 필름 압출 공정을 사용하여 제조된 열가소성 필름을 말한다.

"통기성 차단 필름"이란 용어는 액체 물에 실질적으로 불투과성이고, 후술되는 모콘(Mocon) 절차에 의해 측정된 수증기 투과속도("WVTR")가 약 1000g/㎡-24시간 이상인 필름을 말한다.

"중공 충전재 입자" 또는 "중공 충전재 물질"이란 용어는 구멍 또는 동공을 함유하는 분자, 즉 화학적 구조로 인해 동공 또는 구멍을 갖는 분자로부터 제조된 충전재 입자를 말한다. 이러한 용어는 거시적인 관점에서 제조 공정으로 인해 동공을 갖게 된 유리구슬 같은 입자를 포함하는 것은 아니다.

"중합체"라는 용어는 단독중합체, 공중합체, 예를 들면 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 랜덤 공중합체 및 교대 공중합체, 삼원공중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형물을 포함하지만 여기에만 국한되는 것은 아니다. 또한 달리 특별한 언급이 없는 한, "중합체"란 용어는 이러한 물질의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함하는 것이다. 이러한 배열은 이소택틱(isotactic), 신디오택틱(syndiotactic) 및 아택틱(atactic) 대칭을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.

"부직물 또는 부직웹"이라는 용어는 편직물에서와 같이 규칙적이거나 한정된 방식이 아닌 방식으로, 개개의 섬유 또는 실이 얽힌 구조를 갖는 웹을 말한다. 부직물 또는 부직웹을 예를 들면 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 에어 레잉(air laying) 공정 및 본디드카디드웹(bonded carded web) 공정과 같은 많은 공정으로 제조할 수 있다. 부직물의 기초중량은 통상적으로 야드²당 온스(osy) 또는 ㎡당 g(gsm)으로 표현되며, 섬유 직경은 통상적으로 마이크론으로 표현된다(osy를 gsm으로 환산할 경우에는 osy에 33.91을 곱해야 한다는 것을 명심하도록 한다).

"미섬유(microfiber)"라는 용어는 평균 직경이 약 75 마이크론 이하, 예를 들면 약 1 내지 약 50 마이크론, 보다 특히는 약 1 내지 약 30 마이크론인 소직경 섬유를 말한다. 섬유 직경을 표현하는데 흔히 사용되는 또다른 표현으로는 데니어(denier)가 있는데, 이것은 섬유 9000m당 g으로서 정의된다. 둥근 횡단면을 갖는 섬유의 경우, 섬유 직경(마이크론)의 제곱과 밀도(g/cc)와 0.00707을 곱한 것이 데니어이다. 데니어가 보다 낮다는 것은 섬유가 보다 가늘다는 것을 뜻하며 데니어가 보다 높다는 것은 섬유가 보다 두껍거나 두툼하다는 것을 뜻한다. 예를 들면 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유의 직경을 데니어로 환산하려면, 섬유 직경을 제곱한 것에 0.89g/cc를 곱하고 0.00707을 곱한다. 따라서 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42 데니어(15²×0.89×0.00707=1.415)가 된다. 미국 외의 국가에서는, 측정단위는 보다 통상적으로는 "텍스(tex)"이며, 이것은 섬유 1㎞당 g으로서 정의된다. 텍스는 데니어/9로서 계산될 수 있다.

"스펀본드 섬유"라는 용어는, 둥근 또는 기타 형태의 출사돌기의 다수의 미세한 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 필라멘트로서 압출하고, 이 압출된 필라멘트의 직경을, 예를 들면 본원에서 전문이 참고로 인용된 아펠(Appel) 등의 미국특허 제 4,340,563 호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국특허 제 3,692,618 호, 매추키(Matsuki) 등의 미국특허 제 3,802,817 호, 키니(Kinney)의 미국특허 제 3,338,992 호 및 제 3,341,394 호, 하트만(Hartman)의 미국특허 제 3,502,763 호, 피터슨(Petersen)의 미국특허 제 3,502,538 호, 및 도보(Dobo) 등의 미국특허 제 3,542,615 호에 기술된 바와 같이 재빨리 감소시킴으로써 제조한 소직경 섬유이다. 스펀본드 섬유는 급냉되며 수집 표면에 침착될 때 일반적으로 점착성이 없다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이며, 흔히 평균 직경이 7 마이크론보다 크고, 더욱 특히는 약 10 내지 30 마이크론이다.

"멜트블로운 섬유"란 용어는 용융된 열가소성 물질을, 미세한, 통상적으로는 둥근, 다수의 다이 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로서, 수렴성 고속 가열 기체(예를 들면 공기) 스트림에 압출시키고, 이 스트림으로써 용융된 열가소성 물질의 필라멘트의 직경을 미섬유 직경으로 감소시켜 제조한 섬유이다. 이어서 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되며 수집 표면에 침착됨으로써 불규칙적으로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들면 부틴(Butin) 등의 미국특허 제 3,849,241 호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 비연속적인 미섬유이며, 직경이 일반적으로 10 마이크론 미만이고, 일반적으로는 수집 표면에 침착될 때 자체 결합된다. 본 발명에서 사용되는 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 길이 방향으로 실질적으로 연속적이다.

본 발명의 바람직한 실시양태의 상세한 설명

도 1에는, 매트릭스(12), 구불구불한 통로를 형성하는 비교적 얇은 미공질 멤브레인(13)에 둘러싸여진, 매트릭스 내 다수의 공극(14), 및 각 공극(14) 내에 존재하는 하나 이상의 충전재 입자(16)를 포함하는 통기성 단층 필름(10)이 도시되어 있다. 필름(10)은 통기성일 뿐만 아니라 미공질이며, 공극들 사이의 미공질 멤브레인(13)은 필름(10)의 제 1 표면(18)으로부터 제 2 표면(20)으로 수증기 분자가 용이하게 확산되도록 한다.

매트릭스(12)는 임의의 적합한 필름-형성 매트릭스 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 매트릭스 중합체의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 주성분으로서의 에틸렌과 C₃-C₁₂알파-올레핀의 공중합체(통상적으로 선형 저밀도 폴리에틸렌이라고 알려져 있음), 주성분으로서의 프로필렌과 에틸렌과/또는 C₄-C₁₂알파-올레핀의 공중합체, 폴리프로필렌 주쇄 내에 아택틱 프로필렌기와 이소택틱 프로필렌기를 모두 갖는 프로필렌계 중합체를 포함하는 가요성 폴리올레핀을 포함하나, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 다른 적합한 매트릭스 중합체는 탄성중합체, 예를 들면 폴리우레탄, 코폴리에테르 에스테르, 폴리아미드 폴리에테르 블록 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 및 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 및 이들의 조합을 포함하나, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 본원에 참고로 인용된 미국특허 제 5,571,619 호, 제 5,322,728 호 및 제 5,272,236 호에 기술된 것을 포함하여, 메탈로센-촉진된 폴리올레핀이 유용하다.

메탈로센 촉매를 사용해 제조된 중합체는 매우 좁은 분자량 범위를 갖는다. 메탈로센-제조된 중합체의 경우, 다분산지수(M_w/M_n)는 4보다 작거나 심지어 2보다도 작을 수 있다. 이러한 중합체는 다른 유사한 지글러 나타-제조된 중합체에 비해 조절된 단쇄 분지 분포를 갖는다. 메탈로센 촉매 시스템을 사용하여 중합체의 이소택틱성을 매우 정밀하게 조절할 수도 있다.

단일-반응자리(single-site) 촉매에 의해 촉진된 중합체의 상업적인 제조는 다소 제한적이지만 발전하고 있다. 이러한 중합체는 미국 텍사스주 베이타운 소재의 엑손 케미칼 캄파니(Exxon Chemical Company)로부터 아치브(ACHIEVE)라는 상표의 폴리프로필렌계 중합체 및 이그젝트(EXACT, 등록상표) 및 익시드(EXCEED, 등록상표)라는 상표의 폴리에틸렌계 중합체로서 판매되고 있다. 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company)는 인게이지(ENGAGE, 등록상표)라는 상표의 중합체를 판매하고 있다. 이러한 물질들은 비-입체선택적 메탈로센 촉매를 사용하여 제조되는 것으로 생각된다. 엑손은 일반적으로 메탈로센 촉매기술을 "단일-반응자리" 촉매라고 칭하는 반면, 다우는 그것을 여러 반응자리를 갖는 전형적인 지글러 나타 촉매와 구별하기 위해, 인사이트(INSIGHT, 등록상표)라는 상표로서 "강제 기하학적(constrained geometry)" 촉매라고 칭한다. 피나 오일(Fina Oil), 바스프(BASF), 아모코(Amoco), 훽스트(Hoechst) 및 모빌(Mobil) 같은 기타 회사도 이 분야에서 활동중이며, 이러한 기술에 따라 제조된 중합체의 유용성은 이후 10년 동안 상당히 커질 것으로 생각된다. 본 발명의 실시에서는, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 같은 탄성 폴리올레핀이 바람직하다.

매트릭스 중합체는 통기성 단층 필름(10)(또는 후술될 다층 필름의 경우에는 충전된 필름층)의 약 30 내지 95중량％를 차지할 수 있다. 필름이 (후술될 바와 같이 연신된 후에) 탁월한 강도 및 중간 정도 내지 높은 통기성을 가져야 할 경우에는, 매트릭스 중합체는 통기성 필름 또는 필름층의 약 55 내지 95중량％, 적합하게는 약 60 내지 80중량％를 차지할 수 있다. 이 실시양태에서, 충전재 입자(16)는 통기성 필름 또는 필름층의 약 5 내지 45중량％, 적합하게는 약 20 내지 40중량％를 차지할 수 있다. 필름이 (연신된 후에) 탁월한 통기성 및 중간 정도의 강도를 가져야 할 경우에는, 통기성 필름 또는 필름층은 약 30중량％ 내지 55중량％ 미만, 적합하게는 약 35 내지 50중량％의 매트릭스 중합체, 및 45중량％ 초과 내지 약 70중량％, 적합하게는 약 50 내지 65중량％의 입상 충전재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따라, 충전재 입자(16)는 동공 또는 구멍을 함유하는 분자 구조를 갖는 분자로 된 중공 충전재 입자이다. 예를 들면 분자구조는 원뿔형, 원통형, 고리형이거나, 중앙에 개구 또는 통로를 갖는 임의의 분자구조일 수 있다. 적합한중공 충전재 입자는 시클로덱스트린을 포함한다. 실용성과 연관된 하기 제한 내에서 "시클로덱스트린"이라는 용어는 시클로덱스트린 고리형 구조를 그 분자구조의 전부 또는 일부 내에 보유하는 시클로덱스트린 화합물 및 그의 유도체를 포함한다.

시클로덱스트린은 1개의 고리 내에 배열된 6 내지 12개의 글루코스 단위를 함유할 수 있다. 시클로덱스트린은 예를 들면 알파-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 6개의 글루코스 단위가 배열되어 있음), 베타-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 7개의 글루코스 단위가 배열되어 있음) 및 감마-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 8개의 글루코스 단위가 배열되어 있음)을 포함한다. 글루코스 단위가 짝짓기하고 배열함으로써 시클로덱스트린은, 수소 원자 및 글리코시드 가교 산소 원자에 의해 내부에 동공이 형성된 원뿔형 분자구조를 갖게 된다.

적합한 시클로덱스트린 화합물은, 필름에 사용된 열가소성 중합체에 요구되는 연신 온도보다 높으면서도 필름 압출 온도보다는 낮은 융점을 갖는 고체 입자로서 존재하게 하는 화학 형태를 가져야 한다. 이렇게 해서 중합체 및 충전재를 용융된 상태로 필름으로서 압출시킨 후, 시클로덱스트린 입자가 용융되지 않도록, 중합체의 융점보다 다소 낮은 온도로 연신시킨다. 이렇게 압출 동안에 중공 충전재를 용융시킴으로써, 다이립 빌드업 같은 가공상의 문제점을 완화시킨다. 충전재가 필름 연신 동안에 공극-개시 기능을 발휘하려면, 충전재는 필름 연신 동안에 재-결정화하여 고체 입자 상태를 유지해야 한다.

따라서 본 발명의 목적에 부합되려면, "시클로덱스트린"이라는 용어는 (a) 시클로덱스트린 고리 구조를 보유하고, (b) (중합체의 융점보다 낮은) 필름의 연신온도에서 고체 입자 형태로 존재하고 (c) 바람직하게는 (중합체의 융점보다 높은) 필름의 압출 온도보다 낮은 온도에서 용융하는 시클로덱스트린 화합물 및 그의 유도체를 포함한다. 충전재 입자가 액화되어 유동성이 되거나, 필름의 가열 및 연신 동안에 현저하게 변형되는 경우에는, 이 충전재 입자는 필름(10)이 수증기에 통기성이 되도록 하는데 필요한 공극이 형성될 정도로 충분히 매트릭스 중합체로부터 잡아당겨지지 않을 수 있다. 따라서, 충전재 물질을 부분적으로는 매트릭스 중합체 및 매트릭스(12)를 연신시키는데 요구되는 온도에 따라 적당하게 선택할 수 있다.

중공 충전재 물질은 또한, 충전재 물질이 중합체 매트릭스 내에서 열역학 평형 상태로 안정한 입자로 존재하도록, 매트릭스 중합체와 충분히 비혼화성이어야 한다. 달리 말하자면, 충전재 물질은, 충전재 입자가 매트릭스 중합체에 용해되거나 과도하게 분산되는 것을 저지하거나 방해하도록, 매트릭스 중합체와 충분히 비혼화성이어야 한다. 본 발명의 목적에 부합되려면, 중공 충전재 입자(16)는 약 0.1 내지 25 마이크론, 바람직하게는 약 0.5 내지 10 마이크론, 가장 바람직하게는 약 0.8 내지 3 마이크론의 정상상태 평균입경을 가져야 한다. "정상상태 평균입경(steady state mean particle diameter)"이란 충전재 입자가 매트릭스 내에서 열역학 평형을 달성하는 입경 범위를 뜻한다. 입자의 응집, 분산 또는 용해가 일어나는 경우, 특히 그 동안에 매트릭스 중합체가 용융되면, 이러한 인자들은 서로 상쇄되므로 평균입경이 상기 범위내에서 유지된다. 충전재 입자가 중합체 매트릭스에 용해되거나 깨지거나 분산되어 너무 작아지면, 이들은 필름(10)의 연신동안에 공극을 형성하는데 효과적이지 못할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 충전재 입자(16)는 상이한 충전재 입자(예를 들면 상이한 물질로 된 충전재 입자)의 혼합물을 포함할 수 있다.

필름을 일축 또는 이축 연신시킬 수 있다. 필름을 그의 원래 길이의 약 1.1 내지 7.0 배, 바람직하게는 그의 원래 길이의 약 1.5 내지 6.0배, 가장 바람직하게는 그의 원래 길이의 약 2.5 내지 5.0배로 일축 연신시킬 수 있다. 또한 필름을 당해 분야의 숙련자들에게 친숙한 통상적인 기술을 사용해서, 동일한 비율로 이축 연신시킬 수도 있다. 연신을 중합체 매트릭스의 융점보다 낮은 온도, 적합하게는 중합체 매트릭스의 융점보다 약 15 내지 50℉ 낮은 온도에서 수행할 수 있다.

통기성 연신-박화 필름(10)은 수증기에 통기성이 되기 쉽게 하면서도 구조적 일체성과 액체 차단 효과를 제공하는 두께를 가져야 한다. 필름(10)은 연신된 후에는 두께가 약 5 내지 50 마이크론, 바람직하게는 약 8 내지 30 마이크론, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 마이크론이어야 한다. 필름(10)은 배향되기 전에는 캐스트 또는 블로운 필름 압출 또는 기타 적합한 필름-형성 기술에 의해 제조될 수 있다.

도 2는 다층 연신-박화 통기성 필름(11)이 2개의 외피층(22)과 외피층(24) 사이에서 공압출된 기본 통기성 코어층(15)을 포함하는 또다른 실시양태를 도시한다. 코어층(15)은 중합체 매트릭스(12), 및 공극(14)에 둘러싸여진 중공 충전재 입자(16)를 포함한다. 제 1 외피층(22)은 열가소성 중합체만을 포함하며 충전재 입자 및 공극은 포함하지 않는다. 제 2 외피층(24)은 중합체 매트릭스(13), 및 이매트릭스(13) 내 공극(14)에 둘러싸여진 충전재 입자(16)를 포함한다.

도 2는 다층 필름(11)에서 외피층(22) 및 (24)은 충전재를 함유할 수도 있고 함유하지 않을 수도 있다는 것을 보여준다. 코어층(15)은 도 1에 도시된 단층 필름(10)과 조성이 동일하거나 유사할 수 있다. 외피층(22) 및 (24)은 일반적으로, 필름을 부직웹에 열 결합시키는 열 밀봉 결합층으로서 적합하도록, 보다 부드럽고 융점이 보다 낮은 중합체 또는 중합체 블렌드를 함유한다. 외피층(예를 들면 22)이 충전재를 포함하지 않을 때, 그 목적은 충전된 단층 필름이 압출되는 경우 생길 수 있는 압출 다이립에서의 충전재의 빌드업을 완화시키려는 것이다. 외피층(예를 들면 24)이 충전재 입자 및 공극을 함유할 때, 그 목적은 필름(11)의 전체 통기성에 부정적인 영향을 미치지 않는 적합한 결합층을 제공하려는 것이다.

외피층(22) 및 (24)의 두께 및 조성을, 통기성 코어층(15)을 통한 습기 투과가 실질적으로 손상되지 않게 선택해야 한다. 이렇듯 통기성 코어층(15)은 전체 필름의 통기성을 결정지을 수 있고, 외피층은 필름의 통기성을 실질적으로 감소시키거나 방해하지 않는다. 이를 위해서, 외피층(22) 및 (24)은 두께가 약 10 마이크론 미만, 적합하게는 약 5 마이크론 미만, 바람직하게는 약 2.5 마이크론 미만이어야 한다. 적합한 외피층 중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트, 프로필렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 기타 증기-투과성 중합체, 및 이들과 기타 폴리올레핀과의 블렌드를 포함하지만 여기에만 국한되는 것은 아니다.

통기성 연신-박화 필름이 단층 필름인지 다층 필름인지에 상관없이, 전체 필름은 통기성 미공질 필름으로서의 역할을 하도록 구성되어야 한다. 이러한 역할을잘 수행하려면, 전체 필름은 후술된 모콘 절차에 의해 측정된 수증기 투과속도(WVTR)가 약 1000g/㎡-24시간 이상이어야 한다. 적합하게는, 전체 필름은 WVTR이 약 1500g/㎡-24시간 이상, 보다 적합하게는 2000g/㎡-24시간 이상, 바람직하게는 5000g/㎡-24시간 이상, 더욱 바람직하게는 10,000g/㎡-24시간 이상, 더욱 더 바람직하게는 15,000g/㎡-24시간 이상, 및 가장 바람직하게는 20,000g/㎡-24시간 이상이어야 한다.

도 3은 통기성 미공질 필름 및 이를 함유하는 필름/부직 라미네이트를 제조하기 위한 통합된 공정을 예시한다. 도 3에서는, 인-라인 또는 오프-라인일 수 있는 캐스트 또는 블로운 장치 같은 필름 압출 장치(40)에서 필름(10)이 제조된다. 전형적으로 상기 장치(40)는 압출기(41)를 포함할 것이다. 중합체 매트릭스 물질 및 중공 충전재를 포함하는 충전된 수지는 혼합기(43)에서 제조된 후 압출기(41)로 향한다. 필름(10)은 한 쌍의 닙 또는 냉각 롤러(42)(이들 중 하나는 새로이 제조된 필름(10)에 엠보싱 패턴을 새길 수 있도록 패턴화될 수 있다)로 압출된다.

충전된 필름(10)은, 필름 압출 장치(40) 또는 오프-라인 롤로부터, 미국 로드 아일랜드주 프로비던스 소재의 마샬 앤드 윌리엄스 캄파니(the Marshall and Williams Co.)를 포함하는 회사로부터 시판되는, 기계방향 배향기일 수 있는 필름 연신 장치(44)로 향한다. 장치(44)는 여러 쌍의 연신 롤러(46)를 갖는데, 이러한 연신 롤러들은 나중으로 갈수록 각각 이전의 롤러쌍보다는 점점 더 빨라지는 속도로 움직인다. 롤러(46)는 충전된 필름에 일정 수준의 응력을 가하여, 필름이 미공질 및 통기성이도록 하는 연신 길이가 되게 점진적으로 연신시킨다. 도시된 바와같이, 필름(10)은 도 3의 공정에서 필름(10)이 이동하는 방향인 기계방향으로만 연신된다.

유리하게는, 대부분의 폴리올레핀계 필름의 경우, 필름(10)을 약 150 내지 200℉의 상승된 연신 온도에서 그의 원래 길이의 약 3배가 되게 일축 연신시킬 수 있다. 몇몇 연신 롤러(46)를 가열함으로써 상승된 연신 온도를 유지할 수 있다. 최적의 연신 온도는 필름(10) 내 매트릭스 중합체의 종류에 따라 달라지며, 매트릭스 중합체의 융점보다는 항상 낮다. 필름(10)을 기계방향으로 연신시키기 전, 후 또는 그와 동시에 횡방향 연신시킴으로써 이축 연신시킬 수도 있다.

계속해서 도 3을 보면, 필름(10)을 연신시킨 직후 및 부직웹(30)을 제조한 직후에 필름을 부직웹에 라미네이팅시킬 수 있다. 부직웹(30)은 스펀본드웹, 멜트블로운웹, 본디드카디드웹 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 쌍의 통상적인 출사돌기(48)로부터 나온 중합체 필라멘트(50)를 컨베이어 어셈블리(52)에 분배함으로써 웹을 제조할 수 있다. 필라멘트(50)는 컨베이어에 침착되어 매트(54)를 형성한다. 이어서 매트(54)의 필라멘트(50)를 한 쌍의 닙 롤러(56)를 사용해 압축시켜 필라멘트끼리 결합시킴으로써, 스펀본드웹(30)을 제조한다. 이어서 스펀본드웹(30)을 캘린더 결합 롤러(58)에 옮기고, 필름(10)의 한쪽 면에 열 결합시킨다. 이와 동시에 도 3의 필름(10)의 다른쪽 면은 공급 롤(62)로부터 나온 제 2 물질(30a)에 결합한다. 제 2 물질(30a)은 제 2 부직웹이거나 또다른 필름층일 수 있다. 이렇게 만들어진 라미네이트(32)를 공급 롤(60)에 감아서 보관한다.

통기성 필름을 당해 분야에 공지된 통상적인 접착 결합 또는 열 결합 기술을사용해서, 스펀본드웹 또는 멜트블로운웹과 같은 하나 이상의 부직 기재에 라미네이팅시킬 수 있다. 기재 및 결합 기술의 종류는 특정 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 라미네이트의 한 예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 부직웹(40)은 본 발명의 이층 통기성 필름에 라미네이팅되어 있다. 이 실시양태에서, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 스펀본드웹일 수 있는 웹(40)은 중공 충전재 입자를 함유할 수 있는, 다층 필름(10)의 다공질 외피층(24)에 결합된다. 기본 충전재-함유 층(15)은 부직웹(40)과는 외면해 있다. 필름을 부직웹에 라미네이팅시키는데에는 통상적인 열 결합 또는 접착 결합 기술을 사용할 수 있다.

통기성 연신-박화 필름 및/또는 이를 함유하는 라미네이트를 다양한 개인위생용 흡수용품 및 의료용품에 사용할 수 있다. "개인위생용 흡수용품"이란 용어는 기저귀, 용변연습용 속 팬츠, 수영복, 흡수성 속바지, 베이비 와이프, 성인 요실금용품 및 여성용 위생용품을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다. "의료용품"이란 용어는 의료용 의복, 앞치마, 언더패드, 붕대, 드레이프 및 와이프를 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.

수증기 투과속도(WVTR)을 측정하기 위한 모콘 시험절차

본 발명의 필름 또는 라미네이트 물질의 WVTR(수증기 투과속도) 값을 결정하기에 적합한 가술은, 본원에서 참고로 인용된 "가드필름 및 증기압 센서를 사용한, 부직물 및 플라스틱 필름을 통한 수증기 투과속도를 측정하는 표준시험방법(STANDARD TEST METHOD FOR WATER VAPOR TRANSMISSION RATE THROUGH NONWOVEN AND PLASTIC FILM USING A GUARD FILM AND VAPOR PRESSURE SENSOR)"이라는 제하의, IST-70.4-99라는, INDA(부직물 산업 협회)에 의해 표준화된 시험절차다. 이 INDA 시험절차는 필름의 수증기 투과성인 WVTR을 결정하고 균질 물질에 대한 수증기 투과능 계수를 결정한다.

이 INDA 시험절차는 잘 공지되어 있으므로 여기에서 상세히 설명하지는 않겠다. 그러나 시험절차를 요약하면 다음과 같다. 건조 챔버를, 영구 가드필름 및 시험될 샘플 물질에 의해, 공지된 온도 및 습도의 습윤 챔버로부터 격리시킨다. 가드필름의 목적은 일정한 공기틈을 한정짓고 공기틈이 특성화되는 동안에 공기틈의 공기를 진정시키기나 가라앉히기 위한 것이다. 건조 챔버, 가드필름 및 습윤 챔버는 확산셀을 구성하며, 확산셀 안에 시험필름을 가두어 놓게 된다. 샘플 홀더는 미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의 모콘/모던 콘트롤스 인코포레이티드(Mocon/Modern Controls, Inc.)에 의해 제조된 퍼마트란-W 모델 100K(Permatran-W Model 100K)로서 공지되어 있다. 제 1 실험은, 100％의 상대 습도를 달성하는 증발기 어셈블리 사이에서 가드필름 및 공기틈의 WVTR을 측정하는 것이다. 수증기는 공기틈 및 가드필름을 통해 확산된 후, 수증기 농도에 비례하는 건조 기체 흐름과 혼합된다. 전기 신호가 처리를 위해 컴퓨터에 전송된다. 컴퓨터는 공기틈 및 가드필름의 투과속도를 계산하며, 이 값을 나중에 사용하기 위해 저장해 둔다.

가드필름 및 공기틈의 투과속도는 컴퓨터에 CalC로서 저장된다. 이어서 샘플 물질을 시험 셀안에 가두어 놓는다. 마찬가지로, 수증기는 공기틈을 통해 가드필름과 시험 물질로 확산하며, 시험 물질을 휩쓸고 가는 건조 공기 흐름과 혼합된다. 이어서 다시, 이 혼합물은 증기 센서로 운반된다. 이어서 컴퓨터는 공기틈과 가드필름과 시험 물질의 조합의 투과속도를 계산한다. 이어서 이 정보를 사용하여 습기가 시험 물질을 투과하는 투과속도를 다음 식에 따라 계산한다.

TR^-1 _시험물질= TR^-1 _{시험물질, 가드필름, 공기틈}- TR^-1 _{가드필름, 공기틈}

계산:

WVTR: WVTR을 다음 식에 따라 계산한다.

WVTR = Fp_포화(T)RH/Ap_포화(T)(1-RH)

여기서, F는 수증기의 유속(cc/분)이고, p_포화(T)는 온도 T에서 포화 공기중 물의 밀도이고, RH는 셀 내의 특정 위치에서의 상대습도이고, A는 셀의 횡단면적이고, p_포화(T)는 온도 T에서 수증기의 포화증기압이다.

통기성 연신-박화 필름을 열가소성 폴리올레핀과 시클로덱스트린의 혼합물로부터 제조하였다. 열가소성 폴리올레핀은 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니에서 판매되는 PL1845 폴리에틸렌이었다. 시클로덱스트린은 미국 인디애나주 하몬드 소재의 세레스트라 코포레이션(Cerestrar Corporation)에서 카비트론(CAVITRON, 등록상표)이라는 상표로 판매되는 알파-시클로덱스트린이었다.

20중량％, 30중량％ 및 40중량％의 시클로덱스트린 충전률을 사용하였다. 시클로덱스트린은 약 13.7 마이크론의 평균입경을 가졌다. 시클로덱스트린을 입자형태로서 첨가했지만, 섬유, 액체 또는 기타 형태로서 첨가할 수도 있다는 것을 알아두도록 한다. 시클로덱스트린과 폴리올레핀을 이축 압출기로 혼합하고, 이 혼합물을 소형 10" 다이 폭 증가(developmental) 캐스트 필름 라인을 사용하여 단층 필름으로 캐스트 가공하였다. 필름이 냉각되면서, 시클로덱스트린은 미세한 입자로 결정화되었다. 필름은 처음에는 두께가 5 내지 8mil이었다. 필름을 전형적으로는 기계방향 및 횡방향으로 원래 길이의 약 2.25배로 이축 연신시켰다. 이 연신-박화 필름의 두께는, 샘플에 따라서 약간씩 달라지긴 하지만, 약 1mil이었다.

연신-박화 필름을, 전술된 모콘 절차를 사용해 WVTR에 대해 시험하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다. 몇몇 실시예는 이전 실시예를 반복한 것이다.

실시예 번호	라인	시클로덱스트린의 유형	시클로덱스트린의 양(중량％)	MD 연신	CD 연신	연신온도(℉)	MVTR(g/㎡-24시간)
1	실험실	알파	20	2.25	2.25	190	3723
2	실험실	알파	20	2.25	2.25	190	4467
3	실험실	알파	30	2.25	2.25	190	28593
4	실험실	알파	30	2.25	2.25	190	24720
5	실험실	알파	40	2.25	2.25	190	66167
6	실험실	알파	40	2.25	2.25	190	18512
7	실험실	알파	30	2.25	0	190	214
8	실험실	알파	30	2.25	0	190	95
9	실험실	알파	30	2.25	0	190	120
10	실험실	알파	20	2.25	2.25	190	4890
11	실험실	알파	20	2.25	2.25	190	2999
12	실험실	알파	20	2.25	2.25	190	4047

본원에서 개시된 본 발명의 실시양태는 현재 바람직한 것이라고 생각되지만, 이를 본 발명의 개념 및 범주에서 벗어나지 않게 다양하게 변형시키고 개선시킬 수 있다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구의 범위에 제시되어 있고, 균등물의 의미 및 범위 내에 해당하는 모든 변화도 본 발명에 포함되는 것으로 한다.

Claims (33)

1. 중공 충전재 입자와 열가소성 중합체의 혼합물을 포함하고, 수증기가 필름을 용이하게 통과할 수 있도록 중공 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 고리형 구조를 갖는 분자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
3. 제 1 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 원뿔형 구조를 갖는 분자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
4. 제 1 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 시클로덱스트린을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
5. 제 4 항에 있어서, 시클로덱스트린이 알파-시클로덱스트린을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
6. 제 4 항에 있어서, 시클로덱스트린이 베타-시클로덱스트린을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
7. 제 4 항에 있어서, 시클로덱스트린이 감마-시클로덱스트린을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
8. 제 1 항에 있어서, 약 5 내지 70중량％의 중공 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
9. 제 1 항에 있어서, 약 5 내지 45중량％의 중공 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
10. 제 1 항에 있어서, 약 20 내지 40중량％의 중공 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
11. 제 1 항에 있어서, 45중량％ 초과 내지 약 70중량％의 중공 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
12. 제 1 항에 있어서, 약 50 내지 65중량％의 중공 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
13. 제 1 항에 있어서, 1000g/㎡-24시간 이상의 WVTR을 갖는 통기성 연신-박화필름.
14. 제 1 항에 있어서, 5000g/㎡-24시간 이상의 WVTR을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
15. 제 1 항에 있어서, 10,000g/㎡-24시간 이상의 WVTR을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
16. 제 1 항에 있어서, 15,000g/㎡-24시간 이상의 WVTR을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
17. 제 1 항에 있어서, 20,000g/㎡-24시간 이상의 WVTR을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
18. 제 1 항에 있어서, 열가소성 중합체가 폴리에틸렌 단독중합체, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌 단독중합체, 폴리프로필렌 공중합체 및 이들의 조합물 중에서 선택되는 통기성 연신-박화 필름.
19. 제 1 항에 있어서, 열가소성 중합체가 폴리우레탄, 폴리에테르 에스테르, 폴리아미드 폴리에테르 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 이들의 조합물 중에서 선택된 통기성 연신-박화 필름.
20. 중합체 매트릭스 및 이 중합체 매트릭스 내에 분산된 중공 충전재 입자를 포함하고 수증기의 통과가 용이하도록 중공 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 필름, 및 부직웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
21. 제 20 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 고리형 구조를 갖는 분자를 포함하는 통기성 라미네이트.
22. 제 20 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 원뿔형 구조를 갖는 분자를 포함하는 통기성 라미네이트.
23. 제 20 항에 있어서, 중공 충전재 입자가 시클로덱스트린을 포함하는 통기성 라미네이트.
24. 제 20 항에 있어서, 부직웹이 스펀본드웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
25. 제 20 항에 있어서, 부직웹이 멜트블로운웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
26. 제 20 항에 있어서, 부직웹이 에어레이드웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
27. 제 20 항에 있어서, 부직웹이 폴리프로필렌을 포함하는 통기성 라미네이트.
28. 폴리올레핀과 시클로덱스트린 입자의 혼합물을 포함하고, 시클로덱스트린 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
29. 제 28 항의 연신-박화 필름 및 스펀본드웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
30. 제 1 항의 필름을 포함하는 개인위생용 흡수용품.
31. 제 20 항의 라미네이트를 포함하는 개인위생용 흡수용품.
32. 제 1 항의 필름을 포함하는 의료용품.
33. 제 20 항의 라미네이트를 포함하는 의료용품.