KR100189265B1 - 통기성 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기충진제 100중량부에 대하여 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지 50∼500중량부를 함유한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 면적연신배율 1.5∼36배로 연신하는 것을 특징으로 하는 통기성 필름에 관한 것이다.

본 발명의 통기성 필름은 일회용 기저귀 백쉬이트, 방수의류 등에 적합한 기계적 물성과 적정 투습성을 갖는다.

Description

[발명의 명칭]

통기성 필름

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성을 가지는 통기성 필름(본 발명에서의 필름은 시이트도 포함한다)에 관한 것이다.

통기성 필름은 일회용 기저귀, 방수의류, 포장재료, 위상재료 등 여러용도로 사용되고 있다. 그중에서도 특히 최근 다량 사용되고 있는 일회용 기저귀는 주로 수투과성 톱쉬이트와 펄프, 고흡수성 고분자 등으로 되어 있는 흡수체 및 주로 폴리올레핀 필름으로 되어 있는 수불투과성 백쉬이트로 구성되는데, 장시간 착용시 피부호흡의 방해로 피부가 짓물리는 등 소위 다이어퍼래쉬라는 현상을 방지하기 위해 적정 투습성을 가진 통기성 필름이 백시이트로서 널리 사용되고 있다.

종래 통기성 필름은 특허공개 소58-149303호, 소60-185803호 및 소59-69906호 등에 개시된 바와 같이 기존의 지글러-나타계 촉매를 사용하여 제조된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀 수지에 무기충진제를 특정 배율로 첨가한 후 공지의 방법으로 용융제막하여 얻어진 필름을 1축 또는 2축으로 연신하여 수지와 무기물 사이에 미세한 다공을 형성케함으로써 통기성 필름을 얻는 방법이 다수 제안되어 왔다.

그런데, 통기성 필름은 감촉이 예민한 유아용 기저귀에 사용되고 있다는 점에서 부드러운 감촉이 요구되고 있으며 또한 미세한 다공성을 가지고 있는 까닭으로 기존 사용하던 비통기성 필름 대비 기계적 물성, 특히 1축연신시 폭방향으로의 인장강도, 연신방향으로의 인열강도 등 강도가 매우 열악해지는 큰 문제점이 있어 그 개선이 시급히 요청되어 왔다.

이러한 문제점들을 해결하고자 하는 수단으로서 가령 일본 특허공개 소57-47334호, 소58-15538호, 소61-144331호, 소61-235439호, 소62-18435호, 소62-22844호, 소62-27438호, 소62-28840호, 소62-129321호, 소62-280233호, 소62-280234호, 소62-280235호, 평1-56744호, 평1-96229호, 평1-249840호 및 평5-5253호 등에 개시된 바와 같이, 기존의 지글러-나타 촉매에 의해 합성된 폴리올레핀계 수지와 무기충진제 이외에 저융점 고분자, 고무, 가소제, 계면활성제 등을 제3성분으로 추가하는 방법들이 다수 제안되었다.

그러나 상기 종래 기술에서 채택한 제3성분은 매우 고가인 것에 기인하여 원가가 크게 상승함은 물론 수백 내지 수천 정도의 저분자량인 관계로 이러한 첨가제의 용출에 의한 연신 롤 오염, 용융 압출 가공시 이상유동에 의한 두께 불안정 등 공정상 제 부작용이 나타남으로써 이에 대한 개선이 절실히 필요하게 되었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 개선하고자 예의 연구를 거듭한 결과, 종래의 고가의 첨가제 사용이 전혀 필요없는 신규의 폴리올레핀계 수지 조성물을 이용하므로써, 부드러운 감촉을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성을 가지는 기저귀 백쉬이트 등에 적합한 통기성 필름을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성을 가지는 신규의 폴리올레핀계 통기성 필름을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 무기충진제 100 중량부에 대하여 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지 50∼500 중량부를 함유한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 면적연신배율 1.5∼36배로 연신하는 것을 특징으로 하는 통기성 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 무기충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 알루미나, 산호티탄, 마이카, 제오라이트, 규조토, 탄산마그네슘, 크레이 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 무기물의 형태로서는 판상, 침상, 구상 등이 있으나, 구상이 가장 바람직하며, 그 평균 입경은 0.1∼5㎛, 바람직하기로는 0.5∼3㎛ 범위의 것이다. 평균입경이 0.1㎛ 미만일 경우는 수지에 의한 무기물의 분산이 어려워 기계적 물성이 나빠지는 결점이 있고, 5㎛를 초과하는 경우에는 연신 성형된 통기성 필름의 표면 외관이 불량해지는 결점이 있다.

본 발명에 있어서 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 대표적으로 지르코노센 화합물과 메틸알미녹산으로 구성되는 소위 메타로센계 촉매를 사용하여 중합된 폴리올레핀계 단독중합체 또는 공중합체로서, 기존의 지글러-나타 촉매계 폴리올레핀 수지가 다활성점에서 중합되는 것에 비해 단일활성점에서 중합되는 관계로 입체 규칙성이 매우 우수하고 분자량 분포가 좁은 형태의 수지로서 인장강도, 신도, 충격강도 등 기계적 물성이 우수함은 물론 수지 또는 기타 무기물에 대한 접착력이 대단히 우수한 특징을 지니고 있는데, 그 합성 방법에 관한 내용은 가령 가쯔오 소가에 의해 편집된 문헌(METALLOCENS AS PROMISING CATALYSTS FOR NEW GENERATION OF POLYOLEFINS 일본 CMC사 발행, 1993년, CATALYTIC OLEFIN POLYMERIZATION KODANSA-ELSEVIER사 발행, 1990년등)에 상세히 설명되어 있으며, 여러 유화업체(EXXON CHEMICAL, DOW CHEMICAL, MITSUI PETROCHEMICALS, BASF, HOECHST 등)에서 제조 판매중에 있다.

본 발명에 사용되는 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 그 용융지수가 0.2∼20g/10분(ASTM D 1238-70에 따라 2.16㎏하에서 폴리에틸렌계 수지 경우는 190℃, 폴리프로필렌계 수지는 230℃ 조건에서 측정) 범위의 것이 적당하다. 그 용융지수가 0.2g/10분 미만으로 낮아지게 되면 수지 자체의 기계적 물성은 우수해지나 무기충진제에 대한 분산력이 나빠지고, 수지 조성물의 점도가 너무 높아 필름 압출성형시 이상유동이 발생하여 균일한 두께의 필름을 얻기가 어려워질 우려가 있으며, 그 용융지수가 20g/10분을 초과하는 경우는 무기충진제에 대한 우수한 분산력에 의한 물성 향상은 있으나 수지 자체의 낮은 분자량에 기인한 낮은 기계적 물성으로 본 발명에서 목표로 하는 강도가 우수한 통기성 필름을 얻을 수 없을 뿐더러 균일 연신성이 악화될 우려가 있다.

본 발명에 있어서 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 무기충진제 100중량부에 대하여 50∼500중량부를 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하기로는 100∼300중량부가 가장 적당하다. 50중량부 미만시에는 연신시 강도가 현저히 떨어지는 경향이 있으며, 500중량부를 초과할 시에는 필름의 강성이 증가해 연신이 잘 이뤄지지 않고, 통기성이 저하하게 된다.

본 발명에 있어서의 수지 조성물에는 통상의 첨가제 예를들면, 활제, 산화방지제, 대전방지제, 가공조제 등을 첨가하는 것도 가능하다.

그러나 종래 기술에서 사용하던 매우 고가의 분산제, 가소제 등 첨가제를 첨가하지 않아도 되는 것이 본 발명의 큰 장점이다. 즉 본 발명에 의하면 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지의 무기충진제에 대한 강한 접착력 및 분산력에 기인하여 별도의 분산제를 첨가할 필요가 없고, 상기 수지 자체의 우수한 물성에 기인하여 유연성(부드러운 감촉)을 발현함은 물론 주로 저분자량인 첨가제의 용출에 의한 연신 롤 오염, 용융 압출 가공시 이상 유동에 의한 두께 불안정 등 가공상 제 부작용이 나타남이 없이 통기성 필름을 제조할 수 있다는 것이다.

이하, 본 발명의 통기성 필름의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지에 적정량의 무기충진제 및 통상의 첨가제를 통상의 블랜더나 혼합기에 투입하여 혼합한다. 혼합기로는 드럼, 덤블러형 혼합기, 리본블랜더, 헨셀믹서, 수퍼믹서 등이 사용될 수 있는데, 헨셀믹서 등의 고속교반형의 혼합기가 좋다. 다음으로 혼합물을 혼련하는데, 종래 공지의 장치 가령 통상의 단축 스크류 압출기, 2축 스크류 압출기, 믹싱롤, 밤바리믹서, 2축형 혼련기 등에 의해 적절히 실시된다. 이어서 혼련된 수지 조성물을 펠렛화한다. 수지 조성물 펠렛을 호퍼에 투입하여 압출가공에 의한 통상의 필름 성형장치 및 성형방법에 준하여 필름을 성형하게 되는데, 원형 다이에 의한 인플레이숀 성형, 티-다이에 의한 티-다이 압출성형 등을 적절히 채용하여 실시하면 좋다. 다음으로 압출법에 의거 성형된 시이트를 유리전이점 이상, 용융점 이하 사이의 온도에서 1.2배∼6.0배 범위로, 바람직하기로는 1.5배∼5.0배의 범위로 주행방향으로 연신한다. 이 경우 온도가 유리점 미만의 경우에는 신도가 항복점을 넘기 이전에 필름에 파열이 발생하여 연신을 행할 수 없으며, 용융점을 넘게 되는 경우에는 분자사슬의 유동에 의해 주행방향연신시 만족할 만한 통기량을 얻는 것이 불가능하다. 또한 연신배율이 1.2배 미만인 경우는 충분한 통기량이 얻어지지 않게 되며, 연신배율이 6배를 초과하는 경우는 연신중 절단 현상이 자주 발생하여 안정하게 필름을 얻을 수 없다. 이어서 주행방향으로 연신된 필름을 상기 온도 범위의 조건 및 연신배율로 폭 방향연신하여 이축연신 통기성 필름을 얻는다.

또한, 상기와 같이 이축연신을 하지 않고 일축 연신만 하는 것도 가능하다. 즉 본 발명에 의한 통기성 필름의 제조방법은 일축 또는 이축연신 어느 방식으로도 제조할 수 있으며, 총면적연신배율이 1.5∼36배의 범위로 되게 연신하는 것이 바람직하다. 면적연신배율이 1.5배 미만에서는 충분한 통기성을 얻을 수 없고, 필름이 딱딱해 촉감이 저하되며, 36배를 초과하는 경우는 통기성은 얻어지지만, 기계적 강도가 현저히 나빠진다. 연신 후의 필름은 그 치수 안정성을 향상시키기 위해 열고정을 행해도 좋다.

본 발명에 따라 제조된 폴리올레핀계 통기성 필름의 물성은 전기 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지의 종류 및 물성, 무기물의 종류 및 입경, 배합 비율, 연신온도, 연신배율, 연신방식 등 연신조건 등에 따라 자유롭게 조절 가능하다.

본 발명에 의해 제조된 통기성 필름은 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지의 뛰어난 물성 및 무기충진제에 대한 분산력에 기인하여 부드러운 감촉을 가지면서도 강도가 우수하고 적정한 투습도를 가질 뿐만 아니라 롤오염, 압출가공시 두께 불안정 등 가공상 제문제점이 개선된 실로 획기적인 것이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예]

[실시예 1∼5]

탄산칼슘(평균입경 1.0㎛) 100 중량부에 대하여, 용융지수 4g/10분(190℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 선형저밀도폴리에틸렌(에틸렌-헥센 공중합체 헥센 함량 6.8%, 밀도 0.919, MITSUI PETROCHEMICALS사제 SP2040, 수지 A)를 하기 표1의 조성에 따라 첨가하고, 헨셀믹서에서 혼합해서 그 혼합물을 2축 혼련기로 혼련한 뒤 펠렛화하였다. 얻어진 수지조성물 펠렛을 호퍼를 통해 필름성형압출기에 투입하고 220℃에서 용융압출하여 이 용융물을 티다이를 통해 원판시이트를 '제조하였다. 얻어진 원판시이트를 60℃의 연신온도에서 주행방향(MD)으로 1.8배 연신하고 텐더온도를 120℃로 유지한 채 폭 방향(TD)으로 1.4배 연신하여 110℃에서 1일간 열처리하여 최종적으로 면적연신배율 2.5로 가공된 두께 35㎛인 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[실시예 6∼8]

면적연신배율을 변화시킨 것외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성필름을 제조하였다.

[실시예 9]

실시예 3과 동일한 면적연신배율 2.5배로 실시하되 동일한 온도조건에서 일축연신한 것외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[실시예 10]

탄산칼슘 대신에 황산바륨(평균입경 3.0㎛)를 사용한 것외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[실시예 11∼13]

탄산칼슘(평균입경 2.5㎛) 100 중량부에 대하여, 용융지수 4g/10분 (230℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 프로필렌 단독중합체(BASF사제 상품명 NOVOLENE, 미국특허 5,296,434호에 의거하여 합성함. 수지 B)를 하기 표1의 조성에 따라 첨가하고 헨셀믹서에서 혼합해서 그 혼합물을 2축 혼련기로 혼련한 뒤 펠렛화 하였다. 얻어진 수지조성물 펠렛을 호퍼를 통해 필름성형압출기에 투입하고 250℃에서 용융압출하여 이 용융물을 티다이를 통해 원판시이트를 제조하였다. 얻어진 원판시이트를 60℃의 연신 온도에서 주행 방향으로 5배 연신하고 120℃에서 1일간 열처리하여 최종적으로 면적연신배율 5로 가공된 두께 20㎛인 폴리프로필렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[실시예 14]

용융지수 3g/10분(230℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 프로필렌 단독중합체 대신에 용융지수 5g/10분(230℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 프로필렌-에틸렌 공중합체(에틸렌 함량 1.1%, BASF사제 상품명 NOVOLENE, 수지C)를 사용한 것외에는 실시예 12와 동일하게 실시하여 폴리프로필렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[실시예 15]

용융지수 3g/10분(230℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 프로필렌 단독중합체 대신에 용융지수 9g/10분(230℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 프로필렌-에틸렌 공중합체(에틸렌 함량 2.5%, BASF 사제 상품명 NOVOLENE, 수지 D)를 사용한 것외에는 실시예 12와 동일하게 실시하여 폴리프로필렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[비교예 1]

용융지수 4g/10분(190℃, 2.16㎏)인 메타로센 촉매계 선형저밀도폴리에틸렌(수지 A) 대신에 용융지수 2.5g/10분(190℃, 2.16㎏)인 지글러-나타 촉매계 선형저밀도폴리에틸렌(에틸렌-헥센 공중합체, 헥센 함량 13.5%, 밀도 0.924, 삼성종합화학사제 LL6040, 수지 E)를 사용한 것 외에는 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[비교예 2∼4]

탄산칼슘(평균입경 1.0㎛) 100 중량부에 대하여, 지글러-나타 촉매계 선형저밀도 폴리에틸렌(수지 E) 100 중량부 및 첨가제 디펜타에리트리톨 에스테르(수산기 7몰% 함유) 5∼15 중량부 첨가하여 수지 조성물을 제조한 것외에는 실시예 1과 동일한 가공방법으로 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다.

[표 1]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 통기성 필름의 인장강도, 인열강도, 투습도, 유연성(부드러운 감촉) 및 가공성(롤오염 정도 및 두께 균일성)을 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

(인장강도)

JIS P 8113에 준해 시료가 파단시의 강도(㎏/㎠)를 주행방향(MD), 주행방향에 수직인 폭 방향(TD)에 대해 각각 측정하였다(시료크기 : 100㎜ 길이 × 25㎜ 폭, 인장속도 500㎜/min, 측정온도 : 23±1℃).

(인열강도)

JIS K6772에 준하여 인열강도(g)를 측정하였다(측정온도 : 23±1℃, 인장속도 : 300㎜/min).

(투습도)

통기성의 평가방법의 하나로 ASTM E 96-63에 준하여 투습도(g/㎡ 24hr)를 측정하였다.

(유연성(부드러운 감촉))

손으로 만져서 부드러운 감촉 정도를 평가하였다(◎ : 매우 유연하고 좋은 감촉, ○ : 유연함, △ : 약간 딱딱함, × : 딱딱하고 나쁜 감촉).

(가공성)

연신가공시 롤오염 상태 및 두께 균일성을 육안으로 측정하였다(◎ : 매우 양호, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량).

[표 2]

Claims (3)

1. 무기충진제 100 중량부에 대하여 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지 50∼500 중량부를 함유한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 면적연신배율 1.5∼36배로 연신하는 것을 특징으로 하는 통기성 필름.
2. 제1항에 있어서, 무기충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 알루미나, 산화티탄, 마이카, 제오라이트, 규조토, 탄산마그네슘, 크레이 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 통기성 필름.
3. 제1항에 있어서, 메타로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 메타로센계 촉매를 사용하여 중합된 폴리올레핀계 단독중합체 또는 공중합체이며 용융지수가 0.2∼20g/10분인 것을 특징으로 하는 통기성 필름.