KR100531406B1 - 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 복합 차단층 패브릭 - Google Patents

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다니엘 케네쓰 쉬퍼
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Abstract

본 발명은 직물형 액체-불투과 통기성 복합 차단층 패브릭에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 예를 들어, 멸균 랩, 외과용 드레이프, 외과용 가운, 오버-슈트와 같은 외부 의류 등에 사용하기 위한 생물학적 액체 차단 성능을 갖는, 하나 이상의 부직층 및 다공성 필름을 포함하는 직물형 액체-불투과성 통기성 필름-부직포 복합 패브릭에 관한 것이다.

Description

개선된 직물형 액체-불투과 통기성 복합 차단층 패브릭{Improved Cloth-Like, Liquid-Impervious, Breathable Composite Barrier Fabric}
본 발명은 직물형 액체-불투과 통기성 복합 차단층 패브릭에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 예를 들어, 멸균 랩, 외과용 드레이프, 외과용 가운, 오버-슈트와 같은 외부 의류 등에 사용하기 위한 생물학적 액체 차단 성능을 갖는 직물형 액체-불투과 통기성 필름-부직포 복합 패브릭에 관한 것이다.
외과용 가운, 외과용 드레이프, 외과용 안면 마스크 및 멸균 랩 및 멸균 필 파우치(sterilization peel pouch)(이하에서 "외과용 물품"으로 통칭함)가 만족할 만한 역할을 하기 위하여는 특성, 외양 및 성능 특징들이 균형을 이루어야 한다. 이러한 외과용 물품은, 주요 요인으로서, 생물학적 액체 및(또는) 외부 오염물질이 외과용 물품을 통과하는 것을 피할 수는 없을 지라도 상당히 감소되도록 디자인되어 왔다. 외과 수술 환경에 있어서, 이러한 액체의 근원은 가운 착용자의 땀, 환자의 체액, 예를 들어, 혈액, 및 생명유지 액체, 예를 들어, 혈장 및 염수를 포함한다. 외부 오염물질의 예는 생물학적 오염 물질, 예를 들어, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 오염 물질은 미립자 물질, 예를 들어, 보풀, 무기 미분, 먼지, 피부 박편 및 호흡 소적을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 외부 물질의 통과를 방지하기 위한 차단층 패브릭의 능력의 척도는 때때로 여과능으로 나타내어진다.
또한, 이러한 외과용 물품은 사용 동안, 즉, 착용시에 안락하여야 한다. 외과용 물품의 통기성, 즉, 수증기 투과율은 외과용 물품을 사용하는데 있어 얼마나 안락한가에 대한 중요한 척도이다. 사용 동안에 물품의 안락성이 영향을 주는 외과용 물품의 다른 특징은 물품의 드레이프성, 직물형 감촉 및 촉감, 및 차고 건조한 감촉을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
또한 외과용 물품은 물품의 사용자들에게, 특히, 외과 수술 동안에 필요한 정도의 안전성을 제공하기 위하여 최소 수준의 강도 및 내구성을 필요로한다.
최종적으로, 외과용 물품은 착용 동안에 착용자의 안락함을 증진시키는 저중량의 재료를 이용하여 제조비용을 감소시켜, 이러한 물품의 가격을 낮추는 것이 바람직하다.
다양한 구성의 액체-불투과 통기성 다층 차단층 패브릭의 용도는 공지되어 있다. 부직웹 또는 부직층으로 제조된 패브릭과 같은 액체 반발성 패브릭으로 제조된 외과용 물품은 허용가능한 수준의 액체-불투과성, 통기성, 직물형 드레이프성, 강도 및 내구성 및 가격을 제공하였다. 그럼에도 불구하고, 외과용 물품 뿐만아니라, 다른 의류 및 외부 의류 용품, 예를 들어, 개인 보호 장구 용품(즉, 작업복)의 제조에 사용하기 위한 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료는 상기 성능 특성 및 외양의 일부 또는 모두를 갖는 것이 바람직하거나 필요하다. 다른 개인 보호 장구는 실험실 용품, 반도체 제조에서와 같은 청정실 용품, 농업 용품, 광업 용품, 환경적 용품 등을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 개인 보호용 물품, 예를 들어, 성인 요실금자 용품 및 유아 및 어린이 보호용 기저귀 또는 의류, 예를 들어, 배변 연습용 팬츠에 이들 바람직한 특성을 갖는 성분을 사용할 수 있다.
<발명의 요약>
따라서, 본 발명의 목적은 외과용 물품을 포함하여 의류, 외부 의류 및 개인 보호 장구 용품에 유용하도록 성능 특성 및 외양의 독특한 균형을 성취한 개선된 직물형 액체-불투과성 차단층 재료를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 목적은 ASTM ES 21 시험 과정의 조건에 따라 측정된 바와 같이 생물학적 액체의 투과 방지에 효과적인 차단층을 제공하는 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 착용시에 착용자에게 매우 안락한 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 차단층 재료는 본 명세서에 기술한 시험 방법에 따라 측정할 때 24 시간 당 1,000 g/m2의 수증기 투과율(Water Vapor Transmission Rate : WVTR)로서 예시된 바와 같이 고도의 통기성을 나타낸다. 본 발명의 차단층 재료는 본 명세서에 기술한 시험 방법에 따라 측정할 때 4.0 cm 미만의 드레이프 강도를 갖는 텍스타일형 드레이프성을 추가로 나타낸다.
본 발명의 또다른 목적은 의도된 용도에 있어서 적절한 강도 및 내구성을 갖는, 기계 방향에서 1.7 N-m(Newton-meter)(15 inch-pound force) 및 횡 방향에서 2.15 N-m(19 inch-pound force)의 그랩(grab) 장력 피크 에너지 및 기계 방향에서 약 35 % 이상 및 횡 기계 방향에서 약 70 % 이상의 피크 변형율을 갖는 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 경량이고 제조비용이 비교적 저가인 6.8 X 10-2 kg/m2(2.0 ounce/yard2) 미만의 기초 중량을 갖는 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 본 발명에 개시되고 청구된 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료에 의하여 성취되었다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 본 발명 차단층 재료의 단면도이다.
도 2는 본 발명 차단층 재료의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.
본 발명은 성능 특성 및 외양의 독특한 균형을 지녀서 외과용 물품 뿐만아니라, 다른 의류 및 외부-의류 용품, 예를 들어, 개인 보호 장구 용품에 사용하는데 적절한 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료에 관한 것이다. 도면에 따르면, 본 발명 차단층 재료의 실시 태양을 예시한다. 차단층 재료 (10)은 3 개의 층[예를 들어, 스펀본드 필라멘트로 제조된 상부 부직층 (12), 예를 들어, 스펀본드 필라멘트로 제조된 하부 부직층 (16), 및 예를 들어, 미세다공성 필름으로 제조된 중간 통기성층 (14)]을 포함하는 적층체이다. 차단층 재료 (10)의 개별적인 층은 열-기계적 결합, 초음속 결합, 접착, 스티칭 등을 포함하는 공지된 방법에 의하여 함께 적층, 결합 또는 부착된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 "층" 또는 "웹"이라는 용어는 단독으로 사용될 때 단일 성분 또는 다수의 성분을 복수로 의미한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "적층체"라는 용어는 서로 부착되거나 결합된 2 개 이상의 재료의 층 또는 웹으로 이루어진 복합 물질을 의미한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "부직 패브릭" 또는 "부직웹"이라는 용어는 인터레이드되나, 니트 또는 직조 패브릭중에서와 같은 동일하고 반복적인 방식이 아닌 개별적인 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 웹을 의미한다.
상업적으로 시판되는 열가소성 중합체 재료를 상부 부직층 (12) 및 하부 부직층 (16)을 성형하는 섬유 또는 필라멘트의 제조에 유익하게 사용할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "중합체"라는 용어는 단독중합체, 공중합체, 예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원중합체 등 및 그들의 블렌드 및 변형체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 달리 특별하게 제한되지 않으면, "중합체"라는 용어는 재료의 모든 가능한 기하 구조, 예를 들어, 이소택틱, 신디오택틱, 랜덤 및 아택틱 대칭을 아무런 제한없이 포함하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 "열가소성 중합체" 또는 "열가소성 중합체 재료"라는 용어는 열에 노출될 때 연화되고 주위 온도로 냉각될 때 고체 상태로 환원되는 장쇄 중합체를 의미한다. 예시적인 열가소성 재료는 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리플루오로카본, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐 알콜, 카프로락탐 및 이들의 공중합체를 아무런 제한없이 포함한다.
본 발명의 부직층 (12) 및 (16)으로서 사용될 수 있는 부직웹은 스펀본딩, 에어레잉, 멜트블로우잉, 또는 본디드 카디드 웹 성형 방법을 포함하는 다양한 공지된 성형 방법에 의하여 성형될 수 있다. 예를 들면, 도면에 나타낸 본 발명의 실시태양에서, 상부층 (12)와 하부층 (16) 모두는 부직웹으로, 이는 차단층 재료 (10)의 성형에 이로운 것으로 나타났다. 스펀본드 부직웹은 멜트-스펀 필라멘트로부터 제조된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "멜트-스펀 필라멘트"라는 용어는 다수의 미세하고, 통상적으로 원형인 방사돌기의 모세관으로부터의 필라멘트로서 용융된 열가소성 재료를 압출하여 성형한 후, 예를 들어, 비배기 또는 배기 유체-드로우잉 또는 다른 공지된 스펀본딩 메카니즘에 의하여 압출된 필라멘트의 직경이 급속도로 감소되는 소직경 섬유 및(또는) 필라멘트를 의미한다. 최종적으로, 멜트-스펀 필라멘트는 사실상 랜덤한 방식으로 가동 캐리어 벨트 등에 침착되어 사실상 연속적이고 랜덤하게 정렬된 멜트-스펀 필라멘트상의 웹을 형성한다. 일반적으로 스펀본드 필라멘트는 수집 표면상에 침착될 때 점착적이지 않다. 스펀본드 부직웹의 생산에 관하여는 아펠(Appel) 등에게 허여된 미국 특허 제4,340,563호, 도슈너(Dorschner)에게 허여된 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼(Matsuki) 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호, 킨니(Kinney) 등에게 허여된 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 피터슨(Peterson) 등에게 허여된 미국 특허 제3,502,538호 및 도보(Dobo) 등에게 허여된 미국 특허 제3,542,615호에 기술되어 있고, 이들은 본 명세서에 참고 문헌으로 포함되어 있다. 스펀본드 방법으로 성형된 멜트-스펀 필라멘트는 일반적으로 연속적이고 5 회 이상의 측정을 기준으로하여 7 마이크론 초과, 보다 구체적으로는, 약 10 내지 100 마이크론의 평균 직경을 갖는다. 섬유 또는 필라멘트 직경에 대하여 종종 사용되는 또다른 표현은 섬유 또는 필라멘트 9,000 m 당 g으로서 정의되는 데니어이다.
일반적으로, 스펀본드 웹은 웹에 충분한 통복합 및 강도를 제공하여 최종 제품으로의 혹독한 추가의 가공에 견뎌내게 하기 위하여 생산시 몇가지의 방식으로 즉시적으로 안정화되거나 견고하게(예비결합)된다. 이 예비결합 단계는 가열 활성화될 수 있는 액체 또는 분말로서 필라멘트에 도포된 접착제의 사용을 통하여 또는, 보다 통상적으로는 압밀(壓密) 롤에 의하여 성취될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은, "압밀 롤"이라는 용어는 웹에 추가의 가공을 위한 충분한 통복합을 제공하기 위하여, 막 생성된 멜트스펀 필라멘트, 특히 스펀본드 웹의 처리 방식으로서 웹을 합축하는데 사용되나, 보다 나중에 적용되는 2 차 결합 공정, 예를 들어, 에어쓰루 결합, 열적 결합, 초음파 결합 등의 비교적 강한 결합에는 사용되지 않는 부직웹의 상하에 위치한 로울러 세트를 의미한다. 압밀 롤은 웹을 약간 압착하여 그의 자가-접착력을 증가시킴으로써 그의 통복합을 증가시킨다.
예시적인 2차 결합 공정은 스펀본드 웹을 열적으로 결합하기 위한 패턴화된 로울러 배열을 이용한다. 전형적으로는, 로울러 배열은 함께 열적 패터닝 결합 닙를 한정하는 패턴화된 결합 롤 및 평활 앤빌 롤을 포함한다. 다른 방법으로는, 엔빌롤은 또한 그의 외부 표면상에 결합 패턴을 보유할 수 있다. 패턴 롤은 재래식 가열 수단에 의하여 적절한 결합 온도까지 가열되고 재래식 구동 수단에 의하여 회전되어, 스펀본드웹이 닙을 통과할 때, 일군의 열적 패턴 본드가 형성된다. 닙내의 닙 압력은 목적하는 정도의 웹의 결합, 라인 속도, 결합 온도 및 웹 성형 재료를 성취하기에 충분하여야 한다. 약 10 내지 약 20 %의 결합 면적 %가 이러한 스펀본드 웹에 있어서 전형적이다.
중간 통기성 필름층 (14)는 임의의 미세다공성 필름으로 성형될 수 있고, 이들은 상부 및 하부 층 (12), (16)에 적절하게 결합되거나 부착되어 본 명세서에 기술한 성능 특성과 외양의 독특한 조합을 갖는 차단층 재료 (10)으로 제조될 수 있다. 적절한 군의 필름 재료는 2 가지 이상의 기본 성분(열가소성 탄성 폴리올레핀 중합체 및 충전제)을 포함한다. 이들(및 다른) 성분은 필름 가공업계의 통상의 지식을 가진 자들에게 공지되어 있는 다양한 필름 제조 공정 중 임의의 하나를 사용하여 함께 혼합되고, 가열된 후, 단층 또는 다층 필름으로 압출될 수 있다. 이러한 필름 제조 공정은, 예를 들어, 캐스트 엠보싱, 칠 앤드 플랫 캐스트(chill and flat cast), 및 블로운 필름 공정을 포함한다.
일반적으로, 필름의 총 중량을 기준으로 한 건조 중량으로서, 필름층 (14)는 약 30 내지 약 60 중량 %의 열가소성 폴리올레핀 중합체 또는 이들의 블렌드, 및 약 40 내지 약 70 중량 %의 충전제를 포함할 것이다. 다른 첨가제 및 첨가 성분을 필름층 (14)에 가하여 필름층이 본 발명에 교시한 사항에 따른 성능을 현저하게 방해받지 않도록 할 수 있다. 이러한 첨가제 및 첨가 성분은, 예를 들어, 산화 방지제, 안정화제 및 안료를 포함할 수 있다.
폴리올레핀 중합체 이외에, 필름층(14)는 충전제를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은, "충전제"라는 용어는 필름 중합체 압출 블렌드에 첨가될 수 있고, 압출된 필름을 화학적으로 손상시키지 않으나, 필름 전체에 걸쳐 균일하게 분산될 수 있는 미립자 및 다른 형태의 재료를 포함한다. 일반적으로, 충전제는 미립자 형태일 것이고, 약 0.1 내지 약 7 마이크론의 평균 입도를 갖는 구형 또는 비구형의 형태를 가질 수 있다. 유기 및 무기 충전제 모두가 본 발명의 범위내에 있다고 여겨지나, 단, 이들은 필름 성형 공정 또는 본 발명에서 교시한 바에 따른 필름층의 작용 능력을 방해하지 않는다. 적절한 충전제의 예는 탄산 칼슘(CaCO3), 다양한 종류의 점토, 실리카(SiO2), 알루미나, 탄산 바륨, 탄산 나트륨, 탄산 마그네슘, 활석, 황산 바륨, 황산 마그네슘, 황산 알루미늄, 이산화 티타늄(TiO2), 제올라이트, 셀룰로오스 형태의 분말, 카올린, 운모, 탄소, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 펄프 분말, 나무 분말, 셀룰로오스 유도체, 키틴 및 키틴 유도체을 포함한다. 적절한 코팅, 예를 들어, 스테아르산 또한 목적하는 바대로 충전제 입자에 도포할 수 있다.
본 명세서에서 언급한 바와 같이, 필름층 (14)는 필름 성형 분야의 숙련자들에게 공지된 재래식 방법 중 임의의 하나를 사용하여 성형할 수 있다. 폴리올레핀 중합체 및 충전제는 본 명세서에서 제시한 범위의 적절한 비율로 혼합된 다음 가열되고, 필름으로 압출된다. 필름의 수증기 투과율에 기인하는 통기성을 균일하게 제공하기 위하여, 충전제는 중합체 블렌드 전체에 걸쳐 균일하게 분포되어야 하고, 따라서, 필름층 그 자체의 전체에 걸쳐 균일하게 분포되어야 한다. 본 발명의 목적을 위하여, 필름은 본 명세서에 기술한 시험 방법을 사용하여 계산한 바와 같이 24 시간 당 300 g/m2 이상의 수증기 투과율을 갖는 경우 "통기성"이라고 여겨진다. 일반적으로, 필름은 일단 성형되면, 약 80 g/m2 미만의 단위 면적 당 중량을 가질 것이고, 연신 및 박화후에는, 그의 단위 면적 당 중량은 약 10 내지 약 25 g/m2이 될 것이다.
하기한 본 발명의 실시예에서 사용되는 필름층은 단층 필름이나, 다른 형태, 예를 들어, 다층 필름 또한 본 발명의 범위내에 있어서 충전된 필름과 양립하는 성형 기술을 제공한다고 여겨진다. 초기에 성형된 필름은 일반적으로 목적하는 바보다 두껍고 복잡하기 때문에, 흔들 때 "래틀링" 소리를 내는 경향이 있다. 또한, 필름은 그의 수중기 투과율에 의하여 측정된 바와 같이 충분한 정도의 통기성을 갖지 않는다. 결과적으로, 필름은 폴리올레핀 중합체의 융점 보다 약 5 ℃ 이하의 온도까지 가열된 후, 인-라인 기계 방향 배향(MDO) 유니트를 사용하여 그의 원래 길이의 약 2 배 이상까지 연신되어 필름은 얇게 되고 다공성이 부여된다. 약 3 배, 4 배, 또는 그 이상까지 필름층 (14)를 추가로 연신하면, 그의 원래 길이는 본 발명의 필름층 (14)의 성형과 관련하여 확실하게 예상된다.
연신-박화된 후의 필름층 (14)는 약 0.2 내지 약 0.6 mil의 "유효" 필름 치수 또는 두께를 가져야 한다. 유효 치수는 통기성 필름층중의 공극 또는 공적을 고려하기 위하여 사용된다. 통상적인 비충전되고 비통기성인 필름에 있어서, 필름의 실제 치수 및 유효 치수는 전형적으로는 동일할 것이다. 그러나, 본 명세서에서 기술한 바와 같이, 연신-박화된 충전된 필름에 있어서, 필름의 두께 또한 공적을 포함할 것이다. 이러한 가해진 부피를 무시하기 위하여, 유효 두께는 본 명세서에서 기술한 시험 방법에 따라 계산한다.
도 2에 따르면, 본 발명에 따른 차단층 재료 (10)의 연속 제조 공정을 도시하고 있다. 필름층 (14)는 임의의 형태의 통상적인 필름 성형 기구 (20), 예를 들어, 필름 캐스트 또는 블로운 기구을 사용하여 성형된다. 이어서, 본 명세서에서 기술한 바와 같은 배합을 갖는 필름층 (14)를 필름 연신 장치 (22)를 통과하여 0.6 mil 미만의 유효 치수까지 필름을 연신 및 박화시킨다. 적절한 필름 연신 장치 중 하나의 형태는 미국 로드 아일랜드주 프로방스 소재 마샬 & 윌리암스 캄파니(Marshall & Williams Company, Province, Road Island)에서 상업적으로 시판되는 머쉰 디렉션 오리엔터 유니트 모델 N0. 7200이다.
필름층 (14)가 연신되는 동안, 스펀본드 부직층 (12) 및 (16)이 성형된다. 본 명세서에서 기술한 바와 같은 통상적인 스펀본드 부직웹 제조 공정을 사용하여 부직층 (12) 및 (16)을 성형할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스펀본드 웹 (12), (16)은 사실상 연속 및 랜덤하게 배열된 멜트-스펀 필라멘트로 성형되고, 이는 압출기 (28A), (28B), (29A), (29B)로부터 이동 연속 성형 와이어 (24), (26)상에 침착된다. 이어서, 랜덤하게 배열된 멜트-스펀 필라멘트의 웹은 각 웹 (12), (16)을 한 쌍의 압밀 롤(도시하지 않음)에 통과시켜 예비결합시킴으로써 웹 (12), (16)에 추가의 가공에 충분한 통복합 및 강도를 제공한다. 압밀 롤의 한 쪽 또는 양면을 가열하여 웹 (12), (16)의 결합을 보조할 수 있다. 전형적으로는, 한 쪽 압밀롤은 패턴화된 외표면을 지녀서, 예정된 결합 영역을 갖는 이격된 결합 패턴을 웹 (12) 및(또는) (16)에 부여할 수 있다. 다른 압밀롤은 통상적으로 평활 앤빌롤이나, 바람직한 경우, 패턴화된 외표면을 지닐 수도 있다.
일단, 필름층 (14)가 충분하게 연신-박화되고 배향되고, 스펀본드 웹 (12) 및 (16)이 성형되면, 3 개의 층은 함께 모아지고, 도 2에 도시한 바와 같은 한 쌍의 적층 또는 결합 롤 (30), (32), 또는 기타 통상의 결합 수단이 사용되어 서로 적층됨으로써, 본 발명의 차단층 재료 (10)이 제조된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 결합 롤 (30)은 패턴롤이나, 제2의 결합롤 (32)는 평활 롤이다. 각각의 롤은 통상적인 수단, 예를 들어, 전기 모터(도시하지 않음)로 구동된다. 패턴롤 (30)은 우회전 실린더이고, 이는 임의의 적절한 내구성 재료, 예를 들어, 강철로 성형되어 롤을 사용할 때 마모성을 감소시킨다. 패턴롤 (30)은 그의 최외각 표면에 증가된 결합 영역을 갖는다. 이격되고 규칙적으로 반복되는 결합점의 중간 패턴은, 예를 들어, 당업계에 통상적인 바와 같이 적절하게 사용될 수 있다. 패턴롤 (30)상의 결합 영역은 임의의 적절한 내구성 재료, 예를 들어, 강철, 경화 고무, 수지처리된 목면 또는 폴리우레탄으로 제조될 수 있는 우회전 실린더인 반대편에 위치한 앤빌롤 (32)의 부드럽거나 평탄한 외표면과 닙을 형성한다.
패턴롤 (30)상의 증가된 결합 영역의 패턴은 패턴롤 (30), (32) 사이에 형성된 닙을 통과한 후 결합에 의하여 점유된 생성된 차단층 재료 (10) 중 한 곳 이상의 표면적이 차단층 재료 표면적의 약 10 내지 약 30 %에 이르도록 선택된다. 차단층 재료 (10)의 결합 면적은, 당업계에 공지된 바와 같이 상기에 언급한 비율의 결합 면적을 성취할 정도록 다양할 수 있다.
패턴롤 (30)의 외표면의 온도는 평활 롤 (32)에 비하여 가열하거나 냉각함으로써 다양하게 할 수 있다. 가열 및(또는) 냉각 정도는, 예를 들어, 차단층 재료 (10)을 형성하는 개개의 층들의 적층 정도에 따를 수 있다. 패턴롤 (30) 및(또는 평활 롤 (32)의 가열 및(또는) 냉각은 당업계에 공지되어 있는 통상적인 수단(도시하지 않음)으로 수행할 수 있다. 차단층 재료 (10)을 성형하는데 사용되는 특정 범위의 온도는 차단층 재료 (10)의 개개의 층을 성형하는데 사용되는 중합체 재료의 형태, 닙내에 개개의 층의 체류 시간 및 페턴롤 (30)과 앤빌롤 (32) 사이의 닙 압력을 포함하는 다수의 인자에 따른다. 차단층 재료 (10)이 결합롤 (30), (32) 사이에 형성된 닙으로부터 배출된 후, 이 재료 (10)은 후속되는 가공을 위하여 롤 (34)에 감겨질 수 있다.
상기에 기술한 공정의 변형은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 당업계의 숙련자들에게는 자명할 것이다. 예를 들어, 차단층 재료 (10)을 성형한 후, 이를 계속해서 인-라인으로 추가로 가공 및 전환시킬 수 있다. 또는, 필름층 (14)을 연신-박화하는데 다른 장치를 사용할 수 있다. 필름층 (14)을 부직층 (12), (16)으로 결합 및 적층하기 위한 다른 공지된 수단을 사용하여, 생성된 차단층 재료 (10)이 본 명세서에 기술한 필요로하는 특성을 갖도록 할 수 있다. 최종적으로, 개개의 층의 롤을 풀고, 패턴롤 (30)과 평활 롤 (32) 사이에 형성된 닙으로 공급하면서, 필름층 (14) 및(또는) 부직층 (12), (16)의 성형을 원격 위치에서 수행할 수 있다. 또한, 특정 용도를 위하여, 예를 들어, 스펀본드 웹 중 하나를 생략하여 상기에 기술한 바와 같이 성형할 수 있는 2 성분 재료 갖는 것이 유익하다. 이러한 용도를 위한 전형적인 스펀본드 중량은 약 0.6 내지 약 1.5 osy, 통상적으로 약 0.9 내지 약 1.3 osy이다. 이들 재료는 또한 연신-박화된 필름에 열적으로 또는 접착적으로 적층되어 복합체를 형성할 수 있다.
본 발명의 특정 실시태양을 기술함에 있어, 일군의 차단층 재료 샘플을 시험하여 본 발명을 추가로 예시하고, 당업계의 통상의 기술을 가진자에게 본 발명의 수행 방법을 교시할 수 있다. 이렇게 성형한 차단층 재료의 특정 물리적 성질의 측정 결과 및 사용된 시험 방법을 하기에 나타내었다. 비교를 위한 목적으로, 이들 동일한 물리적 성질의 측정을 몇개의 상업적으로 시판되는 차단층 재료에 대하여 수행하였다. 나타낸 결과는 각각의 샘플 및 비교 차단층 재료에 대한 성질의 5 회 측정 값을 기준으로 하여 얻어진 값들의 평균값이다.
시험 과정
다음 시험 과정을 본 명세서에 기술한 샘플 재료 및 비교 차단층 재료를 분석하기 위해 사용하였다.
유효 치수
필름 재료의 유효 치수는 필름의 기본 중량을 필름을 형성하는 중합체(들) 및 충전 재료의 밀도로 나눔으로써 계산하였다. inch 단위로 필름 재료의 유효 치수를 수득하기 위해서 ounce/yard2 (osy)로 측정된 단위 면적 당 질량에 0.001334 (영국식 미터법 전환 계수)를 곱하고, 이를 g/cm3 (g/cc)의 중합체 제제의 밀도로 나누었다.
인장 강도 및 신장 시험
인장 강도 및 신장을 위한 그랩 시험 방법으로 재료의 파단 전에 파괴 하중 및 신장율, 즉, "신축성"을 측정한다. 이러한 측정은 재료를 일정한 팽창 속도에서 단일 방향으로 하중을 연속적으로 증가시켜서 수행한다. 이 과정은 일정한 팽창 속도의 인장 시험기, 예를 들면 MTS 시스템 코포레이션(Systems Corporation) (Eden Prairie, Minnesota 소재)에서 제조한 신테크 시스템 2 컴퓨터 인티그레이티드 테스팅 시스템 (Sintech System 2 Computer integrated Testing System)을 사용하여, ASTM 스탠다즈 D-5035-92 및 D-5035-92, 및 INDA IST 110.1-92를 철저히 따랐다.
각 샘플 재료에 대해, 5 개의 시료를 100 mm (4 inch) 폭 정밀 커터로 잘라 긴 치수 쪽이 시험 및 힘 적용의 방향과 평행인, 각각 100 mm(4 inch)의 폭 및 150 mm(6 inch)의 길이로 만들었다. 시료를 일정한 팽창 속도의 시험기의 클램프내에 놓았다. 각 시료의 길이 또는 긴 치수를 힘 적용의 방향에 가능한한 거의 평행하게 고정하였다. 시료가 파단될 때까지 연속 하중을 300 mm/분으로 고정된 크로스헤드 속도 (하중 속도)로 시료에 가하였다. 피크 하중, 피크 에너지 및 피크 변형율을 기록하고, 평균치를 기록하였다. 기계 방향(MD) 및 횡방향(CD)에서의 측정값을 각각 기록하였다.
수증기 투과율
샘플 재료에 대한 수증기 투과율 (WVTR)은 ASTM 표준 E96-80에 따라 계산하였다. 직경 76 mm(3 inch)로 측정된 원형 샘플을 각 시험 재료, 및 미국 뉴저지주 섬머빌 소재 훽스트 셀라니즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corporation)에서 제조한 셀가드 (CELGARD)(상표명) 2500 필름의 한 조각인 대조 재료로부터 잘랐다. 셀가드 (상표명) 2500 필름은 미세다공성 폴리프로필렌 필름이다. 3 개의 샘플을 각 재료용으로 제조하였다. 시험 디쉬는 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재 트윙-알버트 인스트루먼트 캄파니(Thwing-Albert Instrument Company)에서 시판하는 60-1 베이포미터 팬(Vapometer pan)이었다. 증류수 100 밀리리터 (ml)를 각 베이포미터 팬에 붓고, 시험 재료 및 대조 재료의 각 샘플을 각각의 팬의 열린 상단에 교차하게 놓았다. 스크류-온(screw-on) 플랜지를 조여서 각 팬의 가장자리를 따라 밀봉하여 (밀봉성 그리즈를 사용하지 않음), 관계된 시험 재료 또는 대조 재료를 약 33.17 cm2의 노출 면적을 갖는 6.5 cm 직경 원형 상의 주변 대기에 노출시켰다. 팬의 무게를 달고, 37 ℃의 온도로 고정된 강제 공기 오븐에 놓았다. 이 오븐은 수증기가 내부에 모이는 것을 예방하기 위하여 오븐을 통해 외부 공기가 순환되는 정온 오븐이었다. 적절한 강제 공기 오븐은, 예를 들면, 미국 일리노이주 블루 아일랜드 소재 블루 엠 일렉트릭 컴퍼니(Blue M Electric Company)에서 시판하는 블루 엠 파워-오-매틱(Blue M Power-O-Matic) 60 오븐이다. 24 시간 후, 팬을 오븐으로부터 제거하고, 다시 무게를 달았다. 예비 시험 수증기 투과율 값을 다음과 같이 계산하였다:
시험 WVTR (g/m2/24 시간) = (24 시간에 따른 중량 손실, g) × 315.5
오븐내의 상대 습도를 특별하게 조절하지 않았다.
100 ℉ (32 ℃) 및 주변 상대 습도의 미리결정한 세트 조건하에서, 셀가드 (상표명) 2500 필름 대조용 WVTR을 24 시간 동안 5000 g/m2로 측정하였다. 따라서, 대조 샘플로 각 시험을 수행하고, 예비 시험 값을 다음 식을 사용하여 세트 조건으로 수정하였다:
WVTR (g/m2/24 시간) = (시험 WVTR/대조 WVTR) × 5000 g/m2/24 시간
기초 중량
샘플 재료의 기초 중량을 연방 시험 방법 No. 191A/5041에 따라 측정하였다. 샘플 재료에 대한 샘플 크기는 15.24 X 15.24 cm였고, 각 재료에 대하여 5 회의 값을 얻고, 이를 평균내었다.
정수압 시험
정수압 시험은 낮은 정수압하에서 물의 투과에 대한 부직물 재료의 저항성을 측정한다. 이 시험 과정은 표준 합성 섬유 창 차단 재료의 차단 지지체를 포함하도록 변형된, 방법 5514 - Federal Test Methods Standard No. 191A, AATCC 시험법 127-89 및 INDA 시험법 80.4-92의 방법에 따른다.
미국 사우쓰 캐롤라이나주 스파르탄버그 소재 슈미드 코포레이션(Schmid Corp.)에서 시판되는 텍스테스트 FX-300 히드로스태틱 헤드 테스터(Textest FX-300 Hydrostatic Head Tester)의 시험 헤드를 정제수로 채웠다. 정제수를 65 ℉ 내지 85 ℉ (18.3 내지 29.4 ℃)의 온도로 유지시키고, 보통의 주변 조건 [약 73 ℉ (23 ℃) 및 약 50 % 상대 습도]의 범위내에서 이 시험을 수행하였다. 시험 재료의 8 inch x 8 inch (20.3 cm x 20.3 cm)의 사각 샘플을 시험 헤드 저장기가 완전히 덮히도록 두었다. 샘플을 표준화된 수압에 놓고, 샘플 재료의 외부 표면상에서 누출이 관찰될 때까지 일정한 속도로 증가시켰다. 정수압 저항을 샘플 중 세 개의 개별적인 영역중에 최초 누출 신호에서 측정하였다. 이 시험을 각 샘플 재료의 5 개의 시료에 대해 반복하였다. 각 시료의 정수압 저항을 평균내고, cm로 기록하였다. 값이 보다 클수록 물 투과에 대한 저항성이 보다 크다는 것을 지시한다.
컵 분쇄 시험
컵 분쇄 시험으로 일정 팽창 속도의 인장 시험 기계로부터 피크 하중 및 에너지 단위를 사용하여 재료의 연도를 측정하였다. 피크 하중 값이 작을수록, 재료는 더 유연하다.
이 시험 과정을 온도가 약 73 ℉ (약 23 ℃)이고, 상대 습도가 약 50 %인 조절된 환경에서 수행하였다. 샘플을 본원에 기재된 신테크 시스템 2 컴퓨터 인티그레이티드 테스팅 시스템, 및 모델 11 푸트, 모델 31 강철 링, 베이스 플레이트, 모델 41 컵 어셈블리 및 보정 세트를 포함하는 미국 위스콘신주 니나 소재 킴벌리-클라크 코포레이션 품질 보증부(Kimberly-Clark Corporation Quality Assurance Department)에서 제조한 분쇄 시험 스탠드(Crush Test Stand)를 사용하여 시험하였다.
강철 링을 성형 실린더 위에 놓고, 9 x 9 inch (22.9 cm x 22.9 cm) 샘플을 성형 실린더상의 중심에 놓았다. 성형 컵을 샘플이 강철 링의 범위내에서 성형 실린더와 스틸 링 사이에 끼일 때까지 성형 실린더 상에 미끄러져 들어가게 하였다. 성형 컵을 하중 셀의 베이스 플레이트의 상단에 놓고, 베이스 플레이트의 봉우리에 확실히 설치하였다. 푸트를 크로스헤드 속도를 400 mm/분으로 고정시켜 성형컵으로 기계적으로 낮추고, 일정 팽창 속도 인장 시험 기계로 샘플이 파단되기에 필요한 피크 하중 (g) 및 에너지 (g-mm)를 측정하면서 샘플을 분쇄하였다. 각 샘플 재료로부터 5 개의 시료에 대한 피크 하중 및 에너지의 평균치를 계산하고, 본 명세서에 기록하였다.
드레이프 강도 시험
자체 중량하에서 패브릭의 캔티레버 굽이(bending)의 원리를 이용하여 드레이프 강도 시험으로 패브릭의 굽이 길이를 측정하였다. 이 시험 방법으로 패브릭의 드레이프 강도 또는 굽이 저항성을 측정하였다. 굽이 길이는 패브릭이 자체 중량하에서 굽어지는 방식으로 측정한 바와 같은 패브릭 중량과 패브릭 강도 사이의 상호 작용의 측정값이다. 이는 중력하에서 한 평면이 구부러질 때 패브릭 강도의 반발력이다.
2.54 cm X 20.32 cm(1 인치 X 8 인치) 시료를 길이 치수에 평행한 방향으로 분 당 12.07 cm(분 당 4.75 인치)로 미끄러뜨려 모서리가 수평 표면의 모서리로부터 튀어나오도록 하였다. 자체 중량하에서 시료의 팁이, 팁을 플랫폼에 결합시키는 라인이 수평선과 41.5。의 각을 만드는 지점까지 낮아질 때 돌출된 길이를 측정하였다. 돌출 길이가 보다 길수록, 패브릭이 보다 서서히 구부러지고, 보다 큰수가 보다 뻣뻣한 패브릭을 나타낸다.
이 시험 방법은 시료 크기를 본 명세서에서 지시한 바에 따른 것을 제외하고 ASTM 표준 시험 D 1388에 따랐다. 굽이 길이의 MD 및 CD 측정을 각각 수행하고 기록하였다. 캔티레버 굽이 시험기, 예를 들어, 미국 뉴욕주 아미티빌 소재 테스팅 머쉰에서 시판하는 모델 79-10 를 사용하였다.
드레이프 강도를 하기와 같이 계산하였다 :
드레이프 강도 (cm) = 굽이 길이 (인치) X 2.54
드레이프 강도의 평균을 본 명세서에 기록하였다.
<시료 1>
본 발명에 따른 차단층 재료를 제조하였다. 필름층은 필름의 중량을 기준으로 한 총 중량 %에 대하여 5.5 % 에틸렌 함량을 갖는 13 % 쉘 6D82 폴리프로필렌/폴리에틸렌 공중합체, 고분자량 중합체 사슬중에 어택틱 입체이성질체를 갖는 18 % 렉센 FDD1700 저결정성 폴리프로필렌, 산화방지제 및 안정화제로서 사용된 이르가포스 168 60,000 ppm을 갖는 3 % 다우 5004, 스탠드릿지 컬러 코포레이션으로부터 시판되는 2 % SCC 12673 청색 농축액, 및 1 마이크론의 평균 입도 및 7 마이크론의 상부 컷을 갖는 1 ½ % 베헨산으로 코팅된 64 % 잉글리쉬 차이나 슈퍼코트 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하였다. 탄산칼슘은 ECCA 칼슘 프로덕츠사(ECCA Calcium Products, Inc. in Sylacauga, Alabama, a division of ECC International)에서 얻었다. 필름 배합물을 단층 필름으로 블로우잉하였다.
스펀본드 외장층은 0.60 ounce/yard2의 3 % 에틸렌을 함유하는 프로필렌과 에틸렌 단량체의 93 % 쉘 6D43 랜덤 공중합체의 압출성 열가소성 수지, 2 % 이산화 티타늄(백색), 0.09 % 정전기 방지 화합물 및 0.91 SCC 11111 청색 농축액으로 성형된 부직웹이었다. 스펀본드 필라멘트는 본질적으로 그 성질이 연속적이고 2.0 dpf의 평균 섬도를 가졌다.
본 명세서에 기술한 바와 같이 필름 및 부직층을 열 결합 롤을 사용하여 함께 적층하였다. 패턴롤은 약 185 ℉의 결합 온도를 가졌고, 평활 앤빌롤은 약 145 ℉의 결합 온도를 가졌다. 롤 사이에 형성된 닙 압력은 약 440 psi였다.
<비교예 2>
상업적으로 시판되는 볼텍서 바이라 블록 외과용 가운을 시험하였다.
<비교예 3>
상업적으로 시판되는 보호 패브릭을 갖는 3M 외과용 가운을 시험하였다.
<비교예 4>
상업적으로 시판되는 박스터 옵티마 표준 외과용 가운을 시험하였다.
<비교예 5>
상업적으로 시판되는 킴벌리-클라크 코포레이션 에볼루션 3 표준 외과용 가운을 시험하였다.
하기의 표에 나타낸 모든 측정값은 각각의 외과용 가운의 몸체에서 취한 것이었다. 나타낸 모든 값은 5 회 측정값을 기준으로 한 평균값이다.
<표 1>
샘플 기초 중량(osy) MD피크하중(lb) 그랩피크에너지(in-lb) 장력피크변형율(%) CD피크하중(lb) 그랩피크에너지(in-lb) 장력피크변형율(%)
1 1.844 23.015 15.605 39.306 16.676 19.073 71.458
2 2.681 28.451 14.877 34.746 21.507 17.216 54.796
3 1.822 29.929 30.191 57.490 22.995 29.697 70.650
4 2.239 27.332 12.174 28.230 15.763 17.164 77.252
5 1.579 19.648 13.237 37.172 14.844 12.486 51.040
<표 2>
샘플 정수압(mbar) WVTR(g/m2/24시간) 컵 에너지(g/mm) 분쇄 하중(g) 드래이프 MD(cm) 강도 CD(cm)
1 250.00 3,019.45 2,940.12 163.99 3.580 2.240
2 250.00 1,628.82 4,975.54 284.27 3.890 3.020
3 250.00 4,308.00 3,829.26 189.16 2.190 2.230
4 26.6 4,846.97 5,514.46 317.65 4.100 2.180
5 54.6 4,861.78 2,954.77 154.94 3.370 2.520
표 1 및 2 에 나타낸 데이타는 본 발명의 차단층 재료 (10)이 물리적 특성 및 저분자량, 우수한 강도 및 내구성, 차단 성질, 통기성, 및 텍스타일 형 드레이프 및 연도와 관련한 성질의 독특한 조합을 갖는다는 사실을 예시한다.
본 발명에 따라 제조된 개선된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료가 당업계 통상의 숙련자들에 의해 재단되고 조정되어 실제 사용 중 부여될 것이 요구되는 다양한 수준의 성능에 맞추어 질것이라는 사실이 예상된다. 따라서, 본 발명이 특정 실시 태양 및 실시예를 참고로 하여 기술되었지만, 본 발명은 추가로 변형될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 출원은 그의 일반적인 원리에 따른 임의의 변형, 용도 또는 응용을 포함하며, 본 발명이 포함하고 첨부된 청구 범위내에서 당업계의 공지되거나 통상적인 실시내에서의 그러한 이탈을 포함한다.

Claims (23)

  1. 하나 이상의 부직층, 및 상기 부직층에 결합되어 적층체를 형성하는 미세다공성 필름층을 포함하며, 상기 필름층이 필름층의 총 중량을 기준으로 한 총 중량 ％로 40 중량 ％ 내지 70 중량 ％ 충전제, 및 30 중량 ％ 내지 60 중량 ％ 폴리올레핀 중합체 또는 그의 블렌드의 블렌드를 포함하고, 상기 적층체는 WVTR에 의하여 측정된 바와 같은 24 시간 당 300 g/m2 이상의 통기성이고, 6.8 X 10-2 kg/m2(2.0 ounce/yard2 ) 이하의 기초 중량, 1.7 N-m(15 inch-pound force) 이상의 기계 방향 피크 에너지, 35 % 이상의 기계 방향 피크 변형율, 2.15 N-m(19 inch-pound force) 이상의 횡방향 피크 에너지, 70 % 이상의 횡방향 피크 변형율, 250 mbar 이상의 히드로헤드, 180 g 미만의 컵 분쇄 피크 하중 및 3,000 g/mm 미만의 컵 분쇄 에너지, 4.0 cm 미만의 기계 방향 드레이프 강도 및 3.0 cm 미만의 횡방향 드레이프 강도를 갖는, 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 부직층을 추가로 포함하는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부직층이 스펀본드 웹을 포함하는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부직층이 제1 및 제2 스펀본드 웹을 포함하는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필름층이 단일층 필름인 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필름층이 다층 필름인 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적층체가 24 시간 당 1,000 g/m2 이상의 수증기 투과율을 갖는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적층체가 24 시간 당 3,000 g/m2 이상의 수증기 투과율을 갖는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  9. 제1항에 있어서, 상기 부직층이 98 %의 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 랜덤 공중합체를 포함하고, 에틸렌 함량이 3 %인 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 본질적으로 하나의 부직층 및 하나의 필름층으로 구성된 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  12. 제1항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 외과용 가운.
  13. 제11항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 외과용 가운.
  14. 제1항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 외과용 드레이프.
  15. 제11항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 외과용 드레이프.
  16. 제1항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 멸균 필 파우치.
  17. 제11항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 멸균 필 파우치.
  18. 제1항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 산업용 보호 의류.
  19. 제11항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 산업용 보호 의류.
  20. 제1항에 있어서, 열가소성 탄성 폴리올레핀을 포함하는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  21. 제11항에 있어서, 열가소성 탄성 폴리올레핀을 포함하는 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료.
  22. 제1항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 개인 보호 물품.
  23. 제11항의 직물형 액체-불투과 통기성 차단층 재료를 포함하는 개인 보호 물품.
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