KR100351885B1 - 저장안정성 부직포 - Google Patents

Abstract

저장안정성 부직포 또는 필름은 소량만의 페놀성 산화방지제를 함유하는 폴리올레핀, 감습성 안정화제, 전이 금속 유기염, 및 산화가능한 불포화 화합물로 이루어진 폴리올레핀 조성물로부터 형성된다.

Description

저장안정성 부직포

본 발명은 저장안정성 부직포에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 특정 폴리올레핀 조성물로부터 제조된 저장안정성 부직포에 관한 것이다.

발명의 배경

환경에 대한 관심과 염려가 보다 중요해지고 있으며, 많은 소비자 단체는 여러 가지 제품의 폐기 및 분해성에 대해 노력을 기울이고 있다. 일반 소비자 또한 재생 가능하거나 열 및(또는) 습한 조건에 노출 시 분해 가능한 재료로 제조된 제품을 사용하도록 촉구 받고 있다.

환경 보호 소비자 단체가 상당한 관심을 보이고 있는 제품 중에는 쇼핑 백 및 기타 용기 등의 포장 제품, 수건, 행주, 목욕 매트, 와이프, 생리대 및 기저귀등의 개인 위생 용품 등이 있다. 이러한 제품은 흔히 폴리올레핀 조성물 (즉, 플라스틱 재료)로 제조된 부직포로부터 제조되거나 이를 함유한다. 이들 부직포(본 명세서에서 "부직 성분"이라고도 함)는 위와 같은 제품의 바람직한 특성과 효율성에 기여하는 물리적 특성을 제공하는 반면, 제품이 사용되고 폐기된 후 도시의 콤포스트(compost)형 쓰레기 처리장에서 겪게되는 화학적 및 물리적 조건에 내성이 있다는 단점이 있다.

따라서, 소비자가 원하는 특성 및 이점을 가지면서 쓰레기 처리장 등에 통상적인 온도 및 습도 조건에 노출 시 분해될 수 있는, 각종 제품을 제조하는데 사용될 수 있는 부직포의 개발에 많은 노력을 기울여 왔다.

그러나, 이러한 부직포의 개발은 쉽지 않은 일이다. 우선, 이러한 부직 성분은 이러한 성분을 원료로 하여 제조되는 제품이 통상적으로 거치게 되는 제조, 운송, 보관 및 사용 과정 내내 안정하게 유지되어야 한다. 그 다음으로, 이러한 부직 성분은 폐기되어 쓰레기 처리장에서의 온도 및 고습 조건에 놓여질 때 일정 기간 내에 분해되어야 한다.

도시 쓰레기 처리장에서 이들 부직포가 분해될 수 있다면 쓰레기 매립지로 옮겨지는 쓰레기의 양이 감소하므로 확실히 환경에 이로울 것이다.

선행 기술은 분해 가능한 플라스틱을 제공함으로써 상기 환경적 요구를 해결하고자 하였다. 예를 들어, 미국 특허 제4,983,651호는 안정한 중합체, 산화방지제, 전분, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 전이금속 유기염의 혼합물로 이루어지는 생분해 가능한 합성 중합체 조성물을 기재하고 있다.

그러나, 선행 기술은 유용한 사용 수명을 가지면서 쓰레기 처리장에서 분해되는 저장안정성 제품을 제조하는데 사용될 수 있는 부직포에 대한 요구를 충분히 만족시키지 못하였다.

발명의 요약

요약하여, 본 발명은 저장안정성 부직포를 제공한다. 본 발명에 따라서, 이러한 부직포를 쇼핑 백 및 기타 포장 용기, 기저귀, 외이프, 생리대, 행주, 수건 및 목욕 매트 등의 여러 가지 제품에 사용할 수 있다.

본 발명의 저장안정성 부직포는 일반적으로 폴리올레핀, 감습성 안정화제, 전이금속 유기염 및 산화가능한 불포화 화합물의 혼합물로 이루어진 폴리올레핀 조성물로부터 제조된다.

본 발명의 부직포로 제조되거나 이를 함유하는 제품은 유용한 저장 수명(제조 시로부터 소비자가 사용하기까지의 기간)을 갖는다. 폐기 후에, 이러한 부직 성분은 콤포스트형 처리 조건 하에서 분해된다.

따라서, 본 발명의 목적은 저장안정성 부직포를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 백, 기타 포장 용기, 기저귀, 외이프, 생리대, 행주, 수건 및 목욕 매트 등의 각종 제품의 제조에 유용한 저장안정성 부직포를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 백 및 기타 포장 용기, 기저귀, 와이프, 생리대, 행주, 수건 및 목욕 매트 등의 여러 제품의 제조에 유용한 저장안정성 부직포를 형성할 수 있는 폴리올레핀 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제품이 사용된 후 폐기되어 특정 온도 및 고습도 조건 하에 분해되는, 저장안정성 부직포로 제조된 유용한 저장 수명을 갖는 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 또한 다른 목적, 특징 및 이점은 하기 상세한 설명에서 확연해질 것이다.

본 발명에 따르면, 저장안정성 부직포는 폴리올레핀, 감습성 안정화제, 전이금속 유기염 및 산화가능한 불포화 화합물의 혼합물로 이루어진 폴리올레핀 조성물로부터 제조된다. 바람직한 실시태양에 있어서, 상기 폴리올레핀 조성물에 과산화수소를 첨가한다. 본 발명의 다른 바람직한 실시태양에 있어서, 폴리올레핀은 산화방지제를 함유하지 않거나, 함유하더라도 비페놀성 산화방지제를 함유한다.

본 명세서에서, "저장안정성"이란 제조, 운송, 저장 및 사용 시에 흔히 접하게되는 온도, 습도 및 시간 등의 환경에서 30일 이상 견딜 수 있을 만큼 안정성이 충분히 높으나, 55℃에서 약 5일(약 120시간) 이내에 분해되는 부직포를 이른다. 55℃는 하나의 표준으로 선택된 온도로서, 도시 쓰레기 처리 시에 보통 5일간 이 온도에 달한다. 55℃라는 온도는 제조, 운반, 저장 및 사용 중에 통상적으로 접하게되는 온도의 상한이라 할 수 있으므로, 초기 안정성(또는 저장 기간 또한 55℃에서 결정된다. 따라서, 본 발명의 부직포는 55℃, 정상 습도 조건에서 30일(720시간) 이상 안정하나, 고습 조건에서는 55℃에서 약 5일(약 120시간) 이내에 분해된다.

본 발명에 유용한 폴리올레핀 조성물은 포장 및 여러 소비성 제품을 제조하는데 흔히 사용되는 폴리올레핀을 함유하는 조성물이다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 그의 혼합물이다.

폴리올레핀의 열분해가 전이 금속 화합물(망간 스테아레이트 등)을 함유함으로써 가속화된다는 것이 선행 기술로부터 알려져 있다. 그러나, 시판되는 폴리올레핀은 제조 후 및 후속되는 압출, 성형 및 기타 과정 중에 폴리올레핀에 안정성을부여하는 산화방지제(즉, 안정화제)를 함유하는 것이 통상적이다. 전이 금속 화합물의 성능은 페놀성 산화방지제의 존재로 인하여 상당히 감소되며, 이러한 산화방지제가 단지 미량(100ppm 이하) 존재하는 경우에만 허용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 바람직하게는 산화방지제가 함유되지 않은 폴리올레핀을 사용하며, 어떤 경우일지라도 페놀성 산화방지제를 함유하지 않는 폴리올레핀을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 본질적 특징은 폴리올레핀 조성물에 감습성 안정화제를 사용하는 것이다. 여러 공지의 안정화제(페놀성 및 히드록시벤조에이트 등)는 그들이 충분한 초기 안정성을 제공하지 않거나 충분한 저장 안정성(고온 건조 오븐 수명) 또는 원하는 분해능(저온 다습 오븐 수명)을 나타내지 않으므로 본 발명에서 유효하게 작용하지 못한다.

바람직한 안정화제는 (a) 페놀기를 함유하지 않고, (b) 저분자량(즉, 약 1500 미만)을 가지며, (C) 융점이 높지 않은(즉, 폴리올레핀의 압출 온도보다 높지 않은) 입체 장애된 아민 화합물과 입체 장애된 아미노-에테르 화합물이다. 바람직하지는 않을지라도, 약 1500보다 큰 분자량 또는 폴리올레핀의 압출 온도보다 높은 융점을 갖는 입체 장애된 아민 화합물 및 입체 장애된 아미노-에테르 화합물이 폴리올레핀 조성물에 사용될 수 있으나, 본 발명의 부직포의 저장 안정성은 훼손될 것이다.

입체 장애된 아민 화합물의 바람직한 예로는 상표명 티누빈(Tinuvin) 400 및 티누빈 770 (제조원 Ciba Geigy AG)로 시판되는 것이 있다. 입체 장애된 아미노-에테르 화합물의 바람직한 예로는 상기 시바 가이기사의 상표명 티누빈 123과 CGL-6327로 시판되는 것이 있다.

상기 안정화제의 바람직한 예에서, 티누빈 123은 티누빈 770의 이소옥틸디에테르이고, CGL-6327은 티누빈 770의 시클로헥실 디에테르이다.

본 발명에 유용한 안정화제는 감습성(즉, 가수분해 가능)이고, 따라서 처리시의 고습 조건에서 접하게되는 것과 같이 물에 노출되면 안정성을 잃는다.

본 발명의 또 다른 본질적 특징은 전이금속 유기염을 사용하여 폴리올레핀 분해를 촉매하는 것이다. 비록 많은 다른 전이 금속이 본 발명에 유효하게 사용될 수 있을지라도, 바람직한 금속 이온은 코발트, 크롬 및 철이다. 적절한 전이 금속의 다른 예는 세륨, 아연, 구리, 은, 니켈, 망간 및 바나듐이다. 이러한 전이 금속의 염은 스테아레이트, 올레에이트, 베헤네이트, 미리스테이트, 에루케이트, 리놀레이트, 나프타네이트 및 아세틸아세토네이트 등의 복합체를 포함한다.

본 발명에 사용되는 전이금속 유기염은 바람직하게는 전이금속을 분자량이 충분히 높아 폴리올레핀 조성물에서 가용성인 염을 제공할 수 있는 유기산과 혼합하여 제조한다.

본 발명의 폴리올레핀 조성물에서, 감습성 안정화제는 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 약 50ppm 내지 약 1000ppm의 범위 내로 존재한다. 전이금속 유기염은 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 약 50ppm 내지 약 1000ppm의 금속 성분을 제공하는 양으로 존재한다.

본 발명의 또 다른 필수적 특징은 다습 오븐 수명에 대한 고온 건조 오븐 수명의 비를 향상시키기 위해 산화가능한 불포화 화합물을 사용하는 것이다. 이러한 화합물은 천연 고무, 스티렌 부타디엔 수지, 지방 오일 등으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 산화가능한 불포화 화합물은 스티렌부타디엔 수지이다. 이 화합물은 폴리올레핀 조성물에 대해 약 0.5 내지 약 5.0 중량%의 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 이 화합물을 첨가하면 다습 오븐 수명 보다 건조 오븐 수명을 더 많이 증가시키는 경향이 있으므로, 결과적으로 건조/다습 오븐 수명 비율이 향상된다.

본 발명은 또한 임의로 루페록스(Luperox) 2,5-2,5(Atochem company 제조)라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 용융 압출 가능한 과산화수소를 포함하는 저장안정성 폴리올레핀 조성물을 제공하는 것이다. 과산화수소를 포함하면 향상된 건조/다습 오븐 수명이 제공된다. 과산화수소는 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 약 0.01 내지 1.0 중량%의 양으로 사용될 수 있다.

일반적으로, 감습성 안정화제는 보관, 운송 및 소비자 사용시의 건조한 조건에서 폴리올레핀 조성물에 높은 안정성을 제공하는 것으로 추측된다. 그러나, 쓰레기 처리시의 고습도 조건에 노출되면 안정화제는 물과 반응하여 안정화 기능을 상실한다. 이러한 기능 상실로 인해 전이 금속 유기염이 폴리올레핀의 분해를 촉매할 수 있다.

본 명세서에서, "분해 가능한"이란 용어는 55℃에서 단지 5일간 다습 오븐 시험한 후 오븐으로부터 꺼낼 때, 부직포를 항상 박편의 상태로 취할 수 있는 것을 의미한다.

저장안정성 부직포는 상기 폴리올레핀 조성물로부터 제조될 수 있다. 이들부직포는 쇼핑 백 및 기타 포장 제품, 기저귀, 와이프, 생리대, 행주, 수건 및 목욕 매트 등의 여러 공지 제품의 성분으로서 유용하다. 부직포의 제조는 산업계에 통상적이므로 본 명세서에서 상세한 설명이 필요치는 않을 것이다.

부직포는 스펀본드법으로 형성하거나, 섬유나 그 혼합물을 멜트블로우잉하여 제조할 수 있다. 스펀본드 재료의 제조는 당업계에 통상적이며, 그 제조 공장의 설계 및 가동은 당업계에 잘 알려져 있다. 부직 스펀본드 웹은 다음의 특허에 예시된 바와 같은 통상적 방식으로 제조한다: 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호; 키니(kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 3,341,394호; 레비(Levy)의 미국 특허 제3,502,538호; 하트만(Hartmann)의 미국 특허 제3,502,763호 및 3,909,009호; 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호; 하몬(Harmao)의 캐나다 특허 제803,714호; 및 아펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호가 있다. 연속 중합체 필라멘트의 부직 웹을 형성하는 다른 방법이 본 발명에 사용될 수 있다.

연속 필라멘트로 제조된 스펀본드 재료는 3가지 이상의 공통점을 갖는다. 첫째, 중합체가 방적돌기로부터 연속적으로 압출되어 개별 필라멘트를 형성한다. 그 후, 중합체 필라멘트를 파단시키지 않으면서 기계적으로 또는 유압 연신시켜 필라멘트를 분자 배향시켜 인성을 부여한다. 마지막으로, 연속 필라멘트를 실질적으로 불규칙한 방식으로 운반 벨트에 퇴적시키고 결합시켜 웹을 형성한다.

멜트블로우잉에 의해 열가소성 섬유의 부직 웹을 형성하는 것은 이미 당업계에 잘 알려져 있고, 여러 특허 및 문헌에 기재되어 있다[V. A. Wendt, E. L. Boon,and C. D. Fluharty, Naval Research Laboratory Report No. 4364, "Manufacture of Super-fine Organic Fibers"; K.D. Lawrence, R.T. Lukas, and J.A. Young, "An Improved Device for the Formation of Super-fine Thermoplastic Fibers", Naval Research aboratory Report No. 5265; Buntin et al, 미국 특허 제3,849,241호; Prentica, 미국 특허 제3,676,242호; 및 Page, 미국 특허 제3,981,650호 참조]. 일반적으로, 멜트블로우잉은 압출기를 사용하여 열가소성 물질의 고온 용융물을 다이 헤드의 다이 끝에 있는 일련의 오리피스를 통해 압출 오리피스의 각 측면에 배열된 가열된 기체, 통상적으로는 공기의 고속 스트림 중으로 밀어낸다. 통상적인 다이 헤드는 하딩(Harding) 등의 미국 특허 제3,825,380호에 기술되어 있다. 고온의 용융물이 오리피스로부터 배출되어 고속 가열 기체 스트림에 부딪히고, 열가소성 재료의 스트림은 기체에 의해 점점 가늘어지고 개별의 섬유로 나뉘어 이동하는 수집기 표면(보통은 다공성 벨트임)에 축적되어 열가소성 섬유의 웹을 형성한다. 멜트블로운 웹은 나중에 사용하기 위해 롤에 감겨지거나, 스펀본드 웹 위에 직접 형성되어 스펀본드/멜트블로운/스펀본드 라미네이트를 제조할 수 있다.

본 발명의 저장안정성 부직포는 상기 포장재의 성분으로 사용될 수 있는 코폼(co-form)층을 생성하는데 사용될 수 있다. 코폼층의 생성은 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 제4,100,324호의 기재에 따른다. 코폼충은 천연 및 인조 섬유의 혼합물을 함유할 수 있다. 코폼층의 멜트블로운 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등으로부터 제조될 수 있다. 일반적으로, 폴리프로필렌이 바람직하다. 코폼충의 스테이플 길이 섬유는 셀룰로오스, 면, 아마, 황마, 실크, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌또는 레이온일 수 있다. 비용 때문에 셀룰로오스가 스테이플 길이 섬유로 바람직하다. 특히, 코폼층은 목질 펄프 대 중합체 섬유의 70/30 혼합물인 것이 바람직하다.

본 발명의 폴리올레핀 조성물을 사용하여 제조할 수 있는 부직포와 기타 제품에 관련하여, 다양한 효과를 내기 위해 바람직한 경우 다른 물질을 첨가할 수 있다. 이러한 물질의 예로는 염료 및 색소가 있다. 이들을 사용하는 경우, 당업계에 통상적인 양으로 사용한다.

당업자에게 본 발명을 어떻게 실시할 수 있는가를 교시하고 본 발명을 수행하는 최상의 방식을 제시하기 위해 특정 실시태양을 설명하고 있는 하기의 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

하기 실시예에서, 오븐 수명 시험은 기재된 온도 및 건조(즉, 통상의 습도) 또는 다습 (즉, 높은 습도) 조건 하에 샘플을 오븐에 놓아둠으로써 수행한다. "건조" 조건은 샘플이 운송 및 보관되는 중에 놓여지는 조건을 가장하기 위한 것으로, "저장 안정성"이라고도 한다. 다습 조건이란 샘플이 도시 쓰레기 처리장에서 겪게되는 고습도 조건을 나타내는 것이다.

샘플을 준비함에 있어서, 먼저 폴리올레핀 조성물을 실시예에 기재된 성분을 사용하여 통상적 방법으로 제조하였다. 이어서, 부직포 샘플을 당업계에 공지된 방법으로 형성하였다.

또한 하기 실시예에서, 금속 염, 과산화수소, 스티렌 부타디엔 수지(SBR) 및 안정화제를 나타내는 양은 폴리올레핀 조성물의 중량을 기준으로 한 중량%이다.

실시예 1-2

실시예 2가 2.0 중량%의 스티렌 부타디엔 수지를 함유하는 것을 제외하고는, 동일한 폴리올레핀 조성물로 이들 실시예의 샘플을 제조하였다. 전이 금속 유기염은 코발트 스테아레이트였고, 안정화제는 티누빈(Tinuvin) 123(입체 장애된 아미노-에테르 화합물임)이었다.

결과를 표 1에 나타내었다.

실시예 3-7

이들 실시예의 중합체 조성물은 표 2에 나타나있다. 각 샘플은 엑손(Exxon) PLTD713 비안정화 폴리프로필렌 수지, 1.0 중량%의 스티렌 부타디엔 수지 및 전이금속 유기염으로서 0.21 중량%의 코발트 스테아레이트를 함유하였다. 실시예 4-7은 기재된 양의 루퍼록스(Luperox) 2,5-2,5라는 상표로 시판되는 용융 압출성 과산화수소를 함유하였다. 안정화제는 실시예 3-5에서는 티누빈(Tinuvin) 123, 실시예 6에서는 CGL-6327이고, 실시예 7에서는 아메리칸 시아나미드(American Cyan amid)사 제품인 시아소브(Cyasorb) UV-3581라는 입체 장애된 아민 광 안정화제였다.

결과를 표 2에 나타내었다.

실시예 8-32

이들 실시예는 엑손 PLTD 713 폴리올레핀 수지, 표 3에 나타낸 양의 전이 금속 유기염으로서의 코발트 스테아레이트, 스티렌 부타디엔 수지와 과산화수소 물질로서의 루퍼록스(Luperox) 2,5-2,5로부터 중합체 조성물의 조제를 보여준다. 기재된 양의 하기 안정화제가 함유되었다. "HALS"라는 약어는 입체 장애된 아민 광 안정화제를 의미한다.

*분자량은 1500보다 크다

결과는 표 3에 나타나있다.

본 발명을 특정 실시태양을 구체적으로 언급하여 상세히 설명하였으나, 하기 특허청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 요지 및 범주를 벗어남이 없이 변형 및 수정이 가능할 것이다.

Claims (17)

1. a. 100 ppm 이하의 페놀성 산화방지제를 함유하는 폴리올레핀,

   b. 감습성 안정화제,

   c. 전이 금속 유기염, 및

   d. 산화가능한 불포화 화합물의 혼합물로 이루어지는 폴리올레핀 조성물로 부터 형성된 저장안정성 부직포.
2. 제1항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 저장안정성 부직포.
3. 제2항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리프로필렌인 저장안정성 부직포.
4. 제1항에 있어서, 감습성 안정화제가 입체 장애된 아민 광 안정화제인 저장안정성 부직포.
5. 제1항에 있어서, 감습성 안정화제가 입체 장애된 아미노-에테르인 저장안정성 부직포.
6. 제1항에 있어서, 전이 금속이 코발트, 크롬 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 저장안정성 부직포.
7. 제1항에 있어서, 전이 금속이 코발트인 저장안정성 부직포.
8. 제1항에 있어서, 전이 금속 유기염이 스테아레이트, 올레에이트, 베헤네이트, 미리스테이트, 리놀레에이트 및 나프테네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 저장안정성 부직포.
9. 제8항에 있어서, 전이 금속 유기염이 코발트 스테아레이트인 저장 안정성 부직포.
10. 제1항에 있어서, 산화가능한 불포화 화합물이 천연 고무, 스티렌 부타디엔 수지, 지방 및 오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 저장안정성 부직포.
11. 제10항에 있어서, 산화가능한 불포화 화합물이 스티렌 부타디엔 수지인 저장안정성 부직포.
12. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 정상 습도 조건하에 55℃에서 30일 이상 동안 분해되지 않는 저장안정성 부직포.
13. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 고습도 조건하에 55℃에서 120시간 이내에 분해되는 저장안정성 부직포.
14. 제1항에 있어서, 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 감습성 안정화제가 50중량ppm 내지 1000중량ppm의 양으로 존재하는 저장안정성 부직포.
15. 제1항에 있어서, 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 전이 금속 유기염이 50중량ppm 내지 1000중량ppm의 금속량을 제공하는 양으로 존재하는 저장 안정성 부직포.
16. 제1항에 있어서, 폴리올레핀 조성물의 중량에 대해 산화가능한 불포화 화합물이 0.5중량% 내지 5.0중량%의 양으로 존재하는 저장안정성 부직포.
17. a. 100ppm 이하의 페놀성 산화방지제를 함유하는 폴리올레핀,

    b. 감습성 안정화제,

    c. 전이 금속 유기염, 및

    d. 산화가능한 불포화 화함물의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로하는, 분해가능한 제품을 제조하기 위한 조성물.