KR100742018B1 - 개선된 고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 a) 임계 표면 장력 농도 이상의 농도를 갖는 이형제의 시험 샘플이 5.0 ×10^-2 N/m 미만의 표면 장력을 갖고 전달 표면의 재료와 120° 미만의 접촉각을 형성하도록 이형제를 선택하고, 선택된 이형제를 5.0 ×10^-3 kg/㎡ 미만의 양으로 평균 듀티 사이클 수송율(average duty cycle delivery rate)이 1.0 ×10^-4 kg/㎡ 미만이고 1.0 ×10^-11 kg/㎡을 초과하도록 전달 표면에 간헐적으로 적용하는 단계, b) 접착제를 상기 전달 표면에 적용하는 단계, 및 c) 상기 접착제를 상기 전달 표면으로부터 상기 재료 웹에 전달하는 단계를 포함하는, 상기 접착제를 상기 재료 웹에 적용하는 방법을 제공한다. 전달 표면이 금속, 중합체, 탄성중합체, 세라믹, 목재 또는 이들의 조합이며, 이형제가 하기의 화학식 1의 화합물을 갖는 바람직한 실시양태가 제공된다:

연속적이거나 간헐적인 방법에 대한 부가적인 실시양태가 제공된다.

Description

개선된 고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 방법{IMPROVED HIGH SPEED EMBOSSING AND ADHESIVE PRINTING PROCESS}

본 명세서는 본 발명을 특별히 지적하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 끝맺고 있지만, 본 발명은 동일한 도면부호가 동일한 구성 요소를 지시하는 첨부 도면과 관련된 바람직한 실시양태의 후속 설명으로부터 더욱 잘 이해될 수 있을 것으로 여겨진다.

도 1은 이형제가 적용 롤에 의해 적용되는 본 발명에 따른 방법과 장치의 개략도이다.

도 2는 이형제가 3중 롤러 적용 시스템의 일부인 적용 롤에 의해 적용되는 본 발명에 따른 대안적인 방법과 장치의 개략도이다.

도 3은 이형제가 분무기 또는 무화기(mister)에 의해 적용되는 본 발명에 따른 방법과 장치의 개략도이다.

본 발명은 접착제를 얇은 필름 웹에 적용하는 개선된 방법에 관한 것이다.

의도하지 않은 접촉으로부터 보호되는 감압 접착제(pressure-sensitive adhesive)의 얇은 층을 포함하는 3차원 시트 재료 및 이를 제조하기 위한 방법과 장치가 개발되어 왔으며, 발명의 명칭이 "목표 표면에 대해 가압된 때 목표 표면에 이형 가능하게 밀봉될 수 있는 복합 재료 및 제조 방법"(Composite Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst and Method of Making)인 1997년 9월 2일자로 해밀턴(Hamilton)과 맥과이어(McGuire)에게 허여된 미국 특허 제5,662,758호, 발명의 명칭이 "변형 가능한 스탠드오프에 의해 보호되는 물질을 갖는 재료 및 제조 방법"(Material Having A Substance Protected by Deformable Standoffs and Method of Making)인 1999년 2월 16일자로 해밀턴과 맥과이어에게 허여된 미국 특허 제5,871,607호, 발명의 명칭이 "3차원 중첩-저항성 시트 재료 및 이를 제조하는 방법과 장치"(Three-Dimensional, Nesting-Resistant Sheet Materials and Method and Apparatus for Making Same)인 1999년 10월 12일자로 맥과이어, 트위델(Tweddell) 및 해밀턴의 명의로 허여된 미국 특허 제5,965,235호, 및 발명의 명칭이 "개선된 보관 랩 재료"(Improved Storage Wrap Materials)인 2001년 2월 27일자로 해밀턴과 맥과이어의 명의로 허여된 미국 특허 제6,194,062호에 상세하게 설명되어 있다. 이러한 재료를 제조하기 위한 고속 방법은 2001년 2월 27일자로 맥과이어와 부시(Bush)의 명의로 허여된 미국 특허 제6,163,918호에 설명되어 있다.

이들 특허에 설명된 이러한 재료를 제조하기 위한 방법과 장치는 이러한 재 료를 제조하기에는 적합하지만, 대량 생산 규모로 사용하기에는 본질적으로 속도가 제한되거나 비효율적인 방법이다. 미국 특허 제6,163,918호에 설명된 방법은 교시된 제품을 성공적으로 제조할 수 있지만, 장기간에 걸친 생산 운전에서 접착제가 암형 엠보싱 롤로부터 완전하게 이형되지 않는 문제가 발생한다. 이 불완전한 전달의 문제는 재료 불상용성 또는 이전의 상용성 재료의 마모 문제에 기인하여 발생할 수 있다. 이는, 접착제를 롤 상에 점차 축적하게 하여, 접착제가 재료 웹 상에 잘못 배치되게 하거나, 더 심각한 경우에는 웹이 전달 롤로부터 이형되지 않게 한다. 이러한 방법 및 장치가 작동될 수 있는 속도는 이러한 재료를 상업적 규모로 생산하는 경제성 측면에 있어서 주요 요인이 된다.

따라서, 인쇄 롤로부터의 접착제의 분리가 개선된, 이러한 3차원 시트 재료를 성형하고 접착제를 고속으로 적용하기에 적합한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 a) 임계 표면 장력 농도 이상의 농도를 갖는 이형제의 시험 샘플이 약 5.0 ×10^-4 N/m 미만의 표면 장력을 갖거나 전달 표면의 재료와 약 120° 미만의 접촉각을 형성하도록 이형제를 선택하고, 선택된 이형제를 약 2.5 ×10^-4 kg/ ㎡ 미만의 양으로 전달 표면에 적용하는 단계, b) 접착제를 상기 전달 표면에 적용하는 단계, 및 c) 상기 접착제를 상기 전달 표면으로부터 재료 웹으로 전달하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 전달 표면이 금속, 중합체, 탄성중합체, 세라믹, 목재 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 제조되고 이형제가 하기의 화학식 1의 화합물을 갖는 바람직한 실시양태가 제공된다:

화학식 1

연속적인 방법 및 간헐적인 방법에 대해 부가적인 실시양태가 제공된다.

본 발명은 접착제가 적용된 재료 웹 조성물을 제공하는 방법에 관한 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "재료 웹"은 상부에 인쇄가 이루어지는 임의의 얇은 침투성 또는 불침투성 기재를 지칭한다. 웹은 이들로 제한되지는 않지만, 종이, 중합체 또는 플라스틱 필름, 천 또는 직물, 직포, 부직포, 라미네이트, 알루미늄 호일 등의 금속 호일, 왁스지 또는 내유지(grease-proof paper) 등의 코팅지, 및 이들의 조합을 포함한 임의의 재료를 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전달 표면"은 소정의 물질이 이후에 제어 방식으로 재료 웹에 전달되도록 상부에 배치된 임의의 표면이다. 제어는 웹의 특정 영역에서의 물질의 수송 두께 또는 선택적인 인쇄에 관한 것일 수 있다. 전달 표면은 미적 또는 기능적 목적을 위하여 재료 웹을 3차원 구조로 성형하는 것과 같은 다른 목적을 충족시킬 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "성형"은 재료 웹 상에 3차원 패턴을 생성하기 위하여 당해 산업 분야에서 사용되는 엠보싱, 진공 강 하(vacuum drawdown) 등의 모든 전형적인 방법을 포함한다. 바람직하게는, 전달 표면은 또한 엠보싱 구조이다. 더욱 바람직하게는, 전달 표면은 엠보싱 표면이며, 물질을 돌출부들 사이의 영역 내에 인쇄하는데 사용된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "임계 표면 장력 농도"(critical surface tension concentration, CSTC)는 그 이상에서는 표면 장력의 더 이상의 실질적인 감소가 없는, 용액 중의 이형제의 농도이다. 표면 활성제의 경우, 이 임계점은 활성제의 임계 미셀 농도(critical micelle concentration 또는 CMC)에 해당할 것이다. 임계 미셀 농도는 그 이상에서는 표면 장력의 더 이상의 실질적인 감소가 없는 표면 활성제의 농도를 설명하기 위하여 당 업계의 숙련자들에 의해 통상 사용되는 용어이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "순수한 재료"(neat material)는 부형제(vehicle) 또는 용매가 사실상 없는 재료를 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "액체 혼합물"은 화합물이 용해된(용액) 또는 분산된(유제 또는 현탁액) 부형제를 포함하는 액체 조성물을 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "시험 샘플"은 본 발명의 이형제를 선택하는데 사용되고 임계 표면 장력 농도 이상의 농도를 갖는 이형제의 샘플을 지칭한다. 샘플은 그 임계 표면 장력 농도 이상의 이형제의 액체 혼합물이거나, 정의에 의해 희석되지 않아 활성제의 CSTC 초과의 농도를 갖는 순수한 이형제 재료 자체의 샘플일 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액체의 "표면 장력"은 액체/공기 계면의 응집력의 결과이며, 1 cm 길이의 유체의 표면막을 파괴하는 데 요구되는 힘(단위: N)이다. 예를 들면, 물의 표면 장력은 25℃에서 7.2 ×10^-2 N/m이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "접촉각"은 전달 표면을 포함한 재료와, 액적이 재료의 편평한 고체 표면 상에 있을 때 삼중점에서 액적 표면에 그은 접선 사이의 각도로서 정의된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "활성제"는 실제 기능적 이점을 제공하는 화학적 화합물, 또는 액체 혼합물 중의 이러한 화학 물질의 양을 의미한다.

인용된 모든 문헌은 관련 부분이 참고로 본 명세서에 포함되어 있으며, 임의의 문헌의 인용은 이 문헌이 본 발명과 관련된 종래 기술이라고 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명의 방법은 대체로 3 단계, 즉 1) 전달 표면에의 이형제의 적용, 2) 전달 표면에의 접착제의 적용, 및 3) 전달 표면으로부터 재료 웹으로의 접착제의 전달을 포함한다.

이형제의 적용

이형제는, 이들로 제한되지는 않지만, 침투성 또는 불침투성 적용 롤러, 분무기, 압출기, 흡수성 패드 또는 브러쉬를 포함한 방법에 대해 편리한 임의의 방식으로 전달 표면에 적용될 수 있다. 이형제 혼합물 또는 순수한 재료는 바람직하게는 적용 롤 또는 분무기에 의해 적용된다. 이형제는 연속 방식 또는 간헐 방식으로 적용될 수 있는데, 간헐 방식의 경우에는 전달 표면으로의 이형제의 수송이 공 정 중 접착제를 재료 웹으로 전달하는 시간의 소정 비율 동안에만 수행된다. 요구되는 최적의 시간 비율은 개별 공정에 의존하며, 생산시 결정된다.

이형제의 적용이 연속적인 경우, 이형제의 부가율은 웹으로 전달되는 이형제의 양과 부가되는 이형제가 대략 동일하게 되는 평형이 이루어지도록 하는 것이다. 연속적인 적용을 위하여, 본 발명의 이형제는 약 2.5 ×10^-4 kg/㎡ 미만, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-4 kg/㎡ 미만, 더 바람직하게는 약 5.0 ×10^-5 kg/㎡ 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 1.0 ×10^-5 kg/㎡ 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 5.0 ×10^-6 kg/㎡ 미만의 비율로 전달 표면으로 수송된다. 이형제는 약 1.0 ×10^-8 kg/㎡을 초과하는, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-7 kg/㎡을 초과하는 비율로 전달 표면으로 수송된다.

전달 표면으로의 이형제의 부가율은 여러 방법으로 측정될 수 있지만, 바람직한 방법은 적용 공정 전반을 통한 이형제에 대한 질량 균형(mass balance)에 의한 방법이다. 이 측정은 공정이 진행 상태로 안정화된 후에 이루어져야 하며, 이 경우 시간에 걸쳐 공정으로 부가되는 모든 재료는 웹으로 전달되어서 이형제의 롤 상에서의 장기간의 축적 또는 고갈을 초래하지 않는다. 부가율은 공정에 의한 임의의 손실(과분무, 침수성 닙(flooded nip)으로부터의 넘침, 유출, 씻김 등)에 대해 보정된 이형제의 질량 유동을 폭 및 선 속도(적용 면적)로 나눈 것이다. 예를 들면, 450 m/분으로 주행하는 0.5 미터 폭의 웹과 접촉하는 전달 표면에 적용되는 0.2% 이형제 활성 용액의 112 g/분의 부가율은, 공정 내에 손실이 없다고 가정하면, 대략 1.0 ×10^-6 kg/㎡의 활성 이형 재료를 수송할 것이다. 이 "안정화된 공정"은 즉각적인 평형을 의미하지 않는다. 안정한 공정은 비교적 많은 양의 이형제를 적용하고 나서, 이형제 적용를 중지하고, 공정이 재정비되어야 할 때까지 장기간 동안 공정을 진행시키는 공정을 포함할 수도 있다.

실제로 사용되는 이형제의 수송율은 사용되는 접착제, 전달 표면의 재료, 및 접착제를 웹과 접촉시키는 전달 표면의 비율에 의존할 것이다. 예를 들면, 접착제를 단지 전체 면적의 40%를 초과하여 웹에 접촉시키는 엠보싱 전달 표면이 효율적으로 작동하기 위해서는 접착제를 재료 웹 전체(100%)에 접촉시키는 전달 표면보다 훨씬 적은 이형제를 필요로 할 것이다.

이형제의 적용이 간헐적인 경우, "듀티 사이클"(duty cycle)은 이형제가 적용되어있지 않는 시간 후에 이형제가 적용되는 시간으로서 결정된다. 이형제가 적용될 때, 부가율은 약 5.0 ×10^-3 kg/㎡ 미만, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-3 kg/㎡ 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.0 ×10^-4 kg/㎡ 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 1.0 ×10^-5 kg/㎡ 미만이다. 이형제는 약 1.0 ×10^-8 kg/㎡을 초과하는, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-7 kg/㎡을 초과하는 비율로 전달 표면으로 수송된다. 평균 듀티 사이클에 대해 측정된 평균 듀티 사이클 수송율은 공정에 의한 임의의 손실(과분무, 침수성 닙으로부터의 넘침, 유출, 씻김 등)에 대해 보정된 평균 듀티 사이클 동안 부가되는 이형제의 질량을 평균 듀티 사이클 동안 처리되는 재료 웹의 폭 및 전체 길이(적용 면적)로 나눈 것이다. 평균 듀티 사이클 수송율은 약 1.0 ×10^-4 kg/㎡미만, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-5 kg/㎡ 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 1.0 ×10^-6 kg/㎡ 미만이다. 평균 듀티 사이클 수송율은 1.0 ×10^-11 kg/㎡ 초과, 바람직하게는 약 1.0 ×10^-10 kg/㎡ 초과, 더 바람직하게는 1.0 ×10^-9 kg/㎡ 초과, 더욱 더 바람직하게는 1.0 ×10^-8 kg/㎡ 초과, 그리고 가장 바람직하게는 1.0 ×10^-7 kg/㎡을 초과한다.

이형제는 액체 혼합물의 형태로 또는 순수한 재료로서 전달 표면에 적용될 수 있다. 이형제가 순수한 재료로서 적용되는 경우, 이형제는 전달 표면에 직접 적용된다. 이형제는 압출, 분무 또는 무화(misting)에 의해 적용되거나, 임의로는 낮은 수준의 재료를 수송하는 롤러 적층체에 의해 공급되는 적용 롤을 사용함으로써 적용될 수도 있다. 바람직하게는, 이형제 재료 또는 혼합물은 이형제를 전달 표면으로 전달하는 적용 롤을 사용하여 적용된다. 이들 적용 롤러는 고무 또는 우레탄 등의 중합체 또는 탄성중합체 재료, 또는 크롬 또는 강철 등의 금속과 같은 당해 산업 분야에 공지된 임의의 롤러 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 이 적용 롤러는 금속 산화물 입자를 매립한 중합체 또는 탄성중합체 재료를 포함한다. 부가적으로, 전달 표면과 접촉하는 적용 롤러 전달 표면에 적용되는 이형제의 양의 제어를 보조할 수 있는 하나 이상의 부가적인 계량 롤러에 의해 공급될 수 있다. 계량 롤러는 또한 이러한 적용을 위해 전형적으로 사용되는 임의의 재료를 포함할 수 있고, 임의의 구성을 가질 수 있다. 도 1을 참조하면, 바람직한 구성은 모두 중합체/탄성중합체 또는 중합체/탄성중합체-금속-중합/탄성중합으로 구성될 수 있는 롤(72-71-70)을 포함한다. 부가적으로, 계량 롤러(71, 72)는 또한 금속 산화물 입자를 매립한 중합체 또는 탄성중합체 재료를 바람직하게 포함할 수 있다.

액체 혼합물이 사용되는 경우, 부형제는 선택된 이형제를 분산 또는 용해시킬 수 있는 임의의 용매일 수 있다. 바람직하게는, 혼합물의 부형제는 물, C₂-C₄ 알콜, 휘발성 탄화수소, 에스테르, 케톤, 에테르, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직한 부형제는 물이다. 본 발명의 방법에서 사용되는 혼합물은 요구되는 양의 이형제가 전달 표면으로 수송되는 한, 유체 취급을 최적화할 수 있는 임의의 농도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 혼합물은 약 0.01% 내지 약 20%, 바람직하게는 약 0.05% 내지 약 1% 범위의 농도를 갖는다.

본 발명의 이형제는, 이형제의 농도가 그 임계 표면 장력 농도 이상인 경우에 선택된 부형제 내의 이형제의 시험 샘플이 전달 표면의 재료와 약 120° 미만, 바람직하게는 약 90° 미만, 더 바람직하게는 약 75° 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 50° 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 20° 미만의 접촉각을 형성하도록 선택된다. 이형제는 또한 시험 샘플이 약 5.0 ×10^-2 N/m 미만, 바람직하게는 약 4.0 ×10^-2 N/m 미만의 표면 장력을 갖도록 선택될 수도 있다. 바람직하게는, 이형제는 시험 샘플이 약 120° 미만, 바람직하게는 약 90° 미만, 더 바람직하게는 약 75° 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 50° 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 20° 미만의 접촉각을 형성하고, 약 5.0 ×10^-2 N/m 미만, 바람직하게는 약 4.0 ×10^-2 N/m 미만의 표면 장력을 갖도록 선택된다. 최적의 이형제(CSTC 이상)를 결정하는 데 사용되는 시험 샘플이 본 발명의 방법의 적용 단계에 사용되는 액체 혼합물의 농도와 동일할 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 이론에 의해 구애됨이 없이, 공정 혼합물 중의 부형제는, 접착제 적용 시점에서의 농도가 적용된 농도보다 CSTC에 더 가깝도록 전달 표면에 적용된 후에 증발되는 것으로 여겨진다.

이형제는 바람직하게는 이하의 재료로부터 선택될 수도 있다.

-플루오로카본, 예를 들어 오시몬트(Ausimont)에서 시판중인 FE-20AG(등록상표)(유제 형태),

-퍼플루오로폴리에테르, 예를 들어 오시몬트사에서 시판중인 플루오로링크(Fluorolink) F-10(등록상표), 폼블린(Fomblin, 등록상표) PFPE, 갈덴(Galden, 등록상표) PFPE,

-플루오로계면활성제, 예를 들어 시바 스페셜티 케미컬즈(Ciba Specialty Chemicals)에서 시판중인 로딘(Lodyne, 등록상표), 사이토닉스 코포레이션(Cytonix Corp.)에서 시판중인 플루오르엔(FluorN, 등록상표), 3M에서 시판중인 플루오라드(Fluorad, 등록상표) FC-4430 및 FC-4432, 및 듀폰(DuPont)에서 시판중인 조닐(Zonyl, 등록상표) FSP,

-음이온성 계면활성제(예를 들어, 더 프록터 앤드 갬블 캄파니(The Procter & Gamble Company)에서 시판중인 신치(Cinch, 등록상표) 및 던(Dawn, 등록상표)), 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽이온성(zwitterionic) 계면활성제, 및 이들의 조합을 포함하는 계면활성제,

-실리콘 오일(silicone oil), 예를 들어 제너럴 일렉트릭(General Electric)에서 시판중인 SF18-350(등록상표)(순수하게 사용됨) 및 제너럴 일렉트릭에서 시판중인 SM2128(등록상표)(유제 형태),

-광유, 예를 들어 크롬프톤 코포레이션(Crompton Corp.)에서 시판중인 케이돌(Kaydol, 등록상표)(순수하게 사용되거나 유제 형태),

-폴리에테르-실리콘 공중합체, 예를 들어 다우 코닝(Dow Corning)에서 시판중인 Q4-3667,

-블록 공중합체 계면활성제, 예를 들어 바스프(BASF)에서 시판중인 P123(등록상표), L-62(등록상표), L-64(등록상표), L-44(등록상표), 17R4(등록상표) 및 10R-5(등록상표),

-포스포티딜콜린(phosphotidylcholine), 예를 들어 루카스 메이어(Lucas Meyer)에서 시판중인 레시틴(Lecithin, 등록상표) 및 센트럴 소야(Central Soya)에서 시판중인 프리셉트(Precept) 8160(등록상표)(용액)

-왁스, 예를 들어 폴리겐(Polygen, 등록상표) 왁스 유제(유제 형태)

및 이들의 혼합물. 바람직한 이형제는 하기의 화학식 1을 갖는 퍼플루오로중합체로 구성된 군으로부터 선택된다:

화학식 1

상기 식에서, 말단기(X)는 인 잔기, 알킬 아마이드 잔기, 실레인 잔기 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되고, p:q의 비는 약 0.5 내지 약 1.5, 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.1, 그리고 더욱 바람직하게는 약 0.9 내지 약 1.05의 범위이며, 중합체는 약 1500 내지 약 5000, 바람직하게는 약 2000 내지 약 3500, 더욱 바람직하게는 약 2400 내지 약 3100 범위의 중량평균 분자량을 갖는다. 오시몬트 인코포레이티드(Ausimont Inc.)로부터 입수할 수 있는 플루오로링크 7006(등록상표), 플루오로링크 7007(등록상표), 플루오로링크 A10(등록상표), 플루오로링크 F10(등록상표), 플루오로링크 S10(등록상표)이 특히 바람직하다. 플루오로링크 F10(등록상표)이 가장 바람직하다.

위에서 지적한 바와 같이, 이형제의 선택은 전달 표면을 위해 선택된 재료에 기초하여 최적화될 수 있다. 전달 표면이 강철, 크롬, 알루미늄 또는 니켈과 같은 금속, 플라스틱, 고무 또는 폴리우레탄과 같은 중합체 또는 탄성중합체, 세라믹 또는 목재까지의 광범위한 재료로 제조될 수 있다. 전달 표면은 니켈 또는 크롬 도금된 강철 롤과 같은 금속 도금된 롤을 포함할 수도 있다. 전달 표면은 또한 금속 산화물 입자를 매립한 중합체 또는 탄성중합체 재료로 구성된 표면과 같은 재료의 조합으로 제조될 수도 있다. 이러한 조합의 예는 산화철 입자를 매립한 수소화 니트릴 고무이다.

본 발명의 방법은 소정의 바람직한 이형제가 소정의 전달 표면 재료와 함께 사용되는 경우 최적화되는 것으로 판명되었다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 하기의 화학식 1을 갖는 퍼플루오로폴리에테르 이형제를 이용한다:

화학식 1

상기 식에서, 말단기(X)는 선택된 전달 표면에 기초하여 선택된다. 가장 바람직하게는, 전달 표면이 금속, 바람직하게는 강철이며, X는 인 잔기이거나; 전달 표면이 플라스틱, 중합체 또는 탄성중합체로 구성된 군으로부터 선택되며 X가 실레인이거나; 전달 표면이 목재이며 X가 알킬 아마이드이거나; 전달 표면이 매립된 금속 산화물 입자를 포함하며 X는 포스페이트이다.

접착제의 적용

본 발명의 방법은 또한 접착제를 전달 표면에 적용하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 임의의 접착제 재료를 전달하는 데 사용될 수도 있다. 접착제 재료는 하나의 재료를, 본 발명에서는 재료 웹을 목표 표면에 부착하는 데 사용하기 위해 전형적으로 고려되는 모든 재료를 포함한다. 이들 재료는 아교 및 고온 용융 감압 접착제를 포함하는데, 이들로 제한되지는 않는다.

접착제는 당해 산업 분야에서 공지된 임의의 종래의 적용 방법에 의해 전달 표면에 적용될 수 있다. 이는 롤러 적용, 압출, 브러쉬, 또는 패드를 포함한다. 본 발명의 방법은 연속 작동 또는 개별 시트 작동일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태는 그 회전의 일 지점에서 접착제 적용 공정으로부터 접착제를 연속적으로 수용하여 제2 지점에서 재료 웹으로 상기 접착제를 전 달하는 롤러가 전달 표면인 연속 공정을 포함한다. 본 발명의 이형제는 회전시에, 바람직하게는 접착제가 적용되기 전의 소정 지점인 제3 지점에서 전달 롤 표면에 연속 또는 간헐적으로 적용되는 것이 바람직하다.

재료 웹에 대한 물질의 전달

본 발명의 방법은 또한 전달 표면으로부터 재료 웹으로 접착제를 전달하는 단계를 포함한다. 역시, 이 전달은 당해 산업 분야에서 공지된 임의의 수단에 의해 이루어질 수도 있다. 바람직하게는, 접착제는 재료 웹을 본 방법의 전달 롤 위로 통과시킴으로써 전달된다.

도 1 및 도 2는 인쇄와 동시에 엠보싱되는 재료 웹(50) 상으로 인쇄되는 물질이 접착제인, 본 발명의 방법과 장치(10)의 예시적인 실시양태들을 개략적인 형태로 도시한다. 본 발명의 방법을 진행하기 위한 장치는 2개의 정합된(mated) 엠보싱 롤(15, 16), 액체 적용 롤(72) 및 다중 접착제 계량/적용 롤(12 내지 14)을 포함할 수 있다. 장치는 계량 롤러(70, 71), 냉각식 S-랩(chilled S-wrap, 19), 가압 롤(17) 또는 박리 롤(strip-off roll, 18)을 임의로 포함할 수 있다. 엠보싱 롤(15, 16)에는 이들 사이로 통과하는 시트 재료의 웹을 엠보싱하기 위하여 맞얽히는 조화되는 엠보싱 패턴이 이들 내부에 임의로 에칭될 수 있다. 주머니형 부분(pocket)과 상승된 평평한 부분(land)을 갖는 롤은 암형 엠보싱 롤(15)로 지칭되고, 반면 상승된 마디 부분(nub)과 함몰된 평평한 부분을 갖는 롤은 수형 엠보싱 롤(16)로 지칭된다. 이형제 액체 적용/계량 롤러(70 내지 72)는 이형제(75)를 전달 표면으로 수송한다. 이형제 액체 적용/계량 롤러는 전형적으로 강철 또는 크롬 과 같은 금속이거나 고무 코팅된 강철이다. 유사하게, 접착제 적용/계량 롤러(12 내지 14) 역시 금속 또는 고무 코팅된 강철일 수 있다. 제 1 실시양태에서, 적용 롤의 2개의 세트는 편평한 강철 또는 고무 코팅된 강철이 교대로 배치된다. 적용 롤(14, 72)(각각의 수송 시스템의 최종 롤)의 재료는 전달 표면에 대해 선택된 재료에 기초하여 선택된다. 전달 재료가 금속이라면, 바람직한 최종 적용 롤은 고무 코팅된 강철이어야 함을 알았다. 대안적으로, 전달 재료가 중합체 또는 탄성중합체 재료라면, 금속 적용 롤러가 바람직할 수 있다. 복사 가열기(80) 또는 소정의 다른 열원이 이형제의 적용 후에 전달 표면을 가열하기 위하여 임의로 사용될 수도 있다.

선택적인 가압 롤(17)과 박리 롤(18)은 고무로 코팅된 강철 또는 다른 적합한 재료일 수도 있다. 선택적인 냉각식 S-랩이 사용될 수도 있는데, 이 냉각식 S-랩은 이형제가 그 외부 표면 상에 코팅되고 냉각제가 관통하여 유동하는 중공형 강철 롤(19)로 구성될 수 있다. 롤 회전 방향은 도 2에서 화살표로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, (고온 용융 감압 접착제와 같은) 접착제가 슬롯 다이(slot die, 9)를 거쳐 제1 회전 롤(12)의 표면 상으로 압출될 수 있다. 슬롯 다이는 (가열식 호퍼(heated hopper) 및 가변속 기어 펌프(variable speed gear pump)(도시 안됨)를 구비한) 고온 용융 공급 시스템에 의하여 가열식 호스를 통해 공급받을 수 있다. 제 1 접착제 계량 롤러(12)의 표면 속도는 엠보싱 및 접착제 코팅되는 시트 재료의 웹(50)의 공칭 접선 속도보다 상당히 느릴 수 있다. 계량 닙(nip)이 도 1에서 스테이션 1, 2 및 3으로서 도시되어 있다. 나머지 접착제 계 량 롤러(13 및 14)는 접착제 적용 닙인 스테이션 4에서 표면 속도가 일치하도록 점진적으로 빠르게 회전할 수 있다. 접착제(40)는 스테이션 4에서 접착제 적용 롤(14)로부터 암형 엠보싱 롤(15)로 전달된다. 접착제(40)는 암형 엠보싱 롤 표면에 의해 스테이션 5로 이동하며, 여기서 수형 엠보싱 롤(16)을 거쳐 스테이션 5로 운반된 중합체 웹(50)와 결합된다.

도 1에 도시된 실시양태에서, 스테이션 5에서, 중합체 웹(50)는 엠보싱되고 접착제(40)가 인쇄됨과 동시에 접착제 코팅된 웹(60)를 형성한다. 아직은 암형 엠보싱 롤(15)에 접착되어 있는 웹(60)은 스테이션 7로 이동하며, 여기서 박리 롤(18)을 거쳐 암형 엠보싱 롤(15)로부터 박리된다. 본 방법은 또한 엠보싱부와 박리 롤 사이에서 웹의 접착된 부분에 압력을 인가하는 선택적인 가압 롤(17)을 포함할 수도 있다. 그리고 나서, 최종 접착제 코팅된 웹(60)은 스테이션 8에서 임의적인 냉각식 S-랩(19)으로 이동할 수 있으며, 여기서 그 강도를 증가시키도록 냉각된다.

소정 실시양태에서, 접착제(40)는 암형 엠보싱 롤(15)의 평평한 부분 영역에만 적용된다. 이는 스테이션 4에서의 접착제 적용 롤의 간격과 런아웃(runout)에 대하여 암형 엠보싱 롤을 신중하게 제어함으로써 달성될 수 있다. 이들 롤 사이의 닙은, 접착제로 덮인 고무 롤(14)이 평평한 부분들 사이의 오목한 부분(recess) 또는 주머니형 부분 내부로 접착제를 밀어 넣지 않으면서 접착제를 평평한 부분에만 적용하도록 제어된다.

이들 실시양태에서, 암형 롤이 금속인 경우, 접착제 적용 롤(14)은 고무로 코팅된 강철 롤일 수 있다. 고무 코팅은 바람직하게는 대략 0.001 인치의 총 표시 런아웃(total indicated runout; TIR) 공차로 연마되는 것이 바람직하다. 닙은 정밀한 웨지 블록(wedge block)에 의해 기계에서 제어될 수도 있다. 고무 코팅은 (1) 암형 엠보싱 롤(15) 상의 코팅을 금속간의 접촉에 기인한 손상으로부터 보호하고, (2) 접착제 적용 롤이 암형 엠보싱 롤에 대항하여 매우 가볍게 눌려지도록 하여, 고무의 편향이 엠보싱 롤과 접착제 적용 롤의 실제 런아웃을 보정함으로써 접착제가 암형 엠보싱 롤 평평한 부분 상의 모든 위치에 고르게 적용되도록 사용될 수 있다.

엠보싱 암형 롤이 사용되는 경우, 접착제 적용 롤(14)은 암형 엠보싱 롤(15)에 대항하여 가볍게 눌려질 수 있어, 고무 표면의 편향이 엠보싱 롤과 접착제 적용 롤의 런아웃을 보정하지만, 이 편향은 접착제를 암형 엠보싱 롤(15)의 표면 내의 주머니형 부분 내부로 누를 수 있을 만큼 크지 않다. 소정 실시양태에서, 암형 엠보싱 롤(15)의 평평한 부분 상으로만 접착제를 침착시키는 것이 접착제가 웹 내의 돌출부의 상부 상으로 전달되는 것을 방지하는 데 필수적이다. 돌출부의 상부 상에 존재하는 접착제는 돌출부의 압착(crushing)을 통한 웹의 활성화 이전에 이들의 접착 특성이 발현되게 할 수도 있다.

사용된 접착제는 천연적으로 고 탄성체일 수 있으며, 고정 슬롯 다이(9)로부터 최대 접선 선 속도로의 전이는 접착제가 신장되어 파단되게 할 수 있거나, 제1 계량 롤러에 접착되지 않게 할 수도 있다. 접착제의 신장율을 감소시키기 위하여, 접착제는 먼저 느리게 이동하는 롤에 적용되고 나서 일련의 계량 닙(스테이션 2 및 3)을 통해 매우 얇은 접착제 필름으로 밀링되고(milled down) 요구되는 접선 선 속도로 가속될 수 있다.

접착제 적용 및 계량 롤러는 접착제 계량과 가속을 위해 요구되는 정밀한 롤간 닙 치수를 유지하도록 직경과 런아웃에 대한 정확한 공차로 연마될 수 있다. 전형적인 공차는 0.0005 인치 TIR 일 수 있다.

소정 실시양태에서, 부서지기 쉬운 큰 두께의 돌출부 및 접착된 필름 웹이 낮은 박리력으로 암형 엠보싱 롤로부터 이형되는 것을 촉진 및 허용하기 위하여 높은 엠보싱 온도에서 필름을 엠보싱하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 최종 접착제 코팅된 웹이 암형 엠보싱 롤로부터 제거되기에 충분한 인장 강도를 갖도록 엠보싱 롤의 온도를 필름 웹의 연화점 이하로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이형 온도와 필름 연화 온도의 균형은 고속으로 작동시키기 위한 바람직한 작동 조건을 한정하는 데 있어서 하나의 인자인 것으로 판명되었다.

임의적인 박리 롤은 최종 제품을 필름의 손상 없이 암형 엠보싱 롤로부터 제거하는 것을 돕는다. 제품(재료 웹)은 암형 엠보싱 롤의 표면에 접착되기 때문에, 매우 큰 힘이 박리 지점에서 발생될 수 있다. 박리 롤은 이러한 큰 힘을 웹의 매우 짧은 길이로 국부적으로 제한할 수 있으며, 그 결과 웹의 왜곡이 덜해지고 박리 각도를 더 바람직하게 제어하게 한다. 최종 제품의 왜곡을 방지하는 것은 일관된 필름 특성을 제공하고, 필름이 조기에 활성화되어 접착 특성을 나타내는 영역을 갖는 것을 방지하는 것에 도움이 된다.

수형 및 암형 엠보싱 롤 사이의 맞물림 양 또는 정도는 롤 또는 필름 웹에 대한 손상을 방지하는 것에 도움이 되도록 제어될 수 있다. 소정의 바람직한 실시양태에서, 엠보싱 롤의 외부 표면은 0.0005 인치 TIR 런아웃 공차로 연마된다. 맞물림은 정밀한 웨지 블록에 의해 기계방향으로 제어될 수 있다. 엠보싱 롤들의 맞물림은 일반적으로 필름의 최종 두께(즉, 엠보싱부의 최종 높이)를 좌우한다.

웹 재료가 엠보싱되고 접착제로 인쇄되는 실시양태의 제조에 대한 다른 중요한 기준은 수형 및 암형 롤 사이의 적합성 또는 일치성이다. 금속 롤에 사용되는 하나의 유용한 기술은 하나의 롤을 광에칭(photoetching) 방법을 통해 성형하고 이 롤을 "마스터"(master)로서 이용하여 다른 롤을 네거티브 이미지(negative image)로서 성형하는 것이다. 장치는 또한 정합하는 엠보싱 롤의 정밀한 동기화를 유지하도록 설계될 수 있다. 탄성중합체 롤이 사용될 때, 레이저 각인(laser engraving)에 의해 패턴이 전달 표면에 인가된다.

엠보싱 및 접착제 롤은 접착제 전달 온도와 엠보싱 롤 분리 온도의 정밀한 제어를 위하여 개별적으로 가열 및 제어될 수 있다.

소정의 바람직한 실시양태에서, 상보적인 패턴 형상을 갖는 정합된 수형 및 암형 엠보싱 롤의 사용은 엠보싱 및 접착제 방법 단계 중에 얇은 필름 웹을 완전하게 지지하여 힘이 필름 재료 내에 적절하게 분포되는 것을 보장한다. 개구 또는 오목한 부분으로 변형되는 웹의 부분이 지지되지 않는 천공된 벨트 또는 드럼과 같은 개방형 지지 구조물을 갖는 필름의 열성형 또는 진공 성형과는 반대로, 웹에 대한 완전한 지지는 웹에 대한 손상 없이 웹에 변형이 부여되는 비율을 증가시켜 생산 속도를 더욱 고속화할 수 있게 하는 것으로 여겨진다. 엠보싱 단계 중에 필름 에 접착제를 동시에 적용하는 것은 돌출부들 사이의 웹의 변형되지 않은 부분 상에서 접착제의 더욱 정밀한 정렬을 제공할 수 있다.

접착제, 특히 암형 엠보싱 롤에 적용되는 접착제 층의 두께와 균일함에 대한 정밀한 제어는 제품의 고속 생산의 하나의 인자이다. 특히, 매우 낮은 접착제의 부가 수준을 갖는 실시양태의 경우, 롤간의 전달 중의 접착제의 두께의 아주 약간의 변동도 접착제가 엠보싱 롤에 적용되는 시간에 의한 적용량의 격차를 초래할 수 있다. 동시에, 이러한 변동은 엠보싱 롤의 소정 영역에서 접착제를 과다하게 하여, 롤 내의 오목한 부분들을 오염시키거나 접착제가 웹으로 불완전하게 전달되어 엠보싱 롤 상의 접착제의 축적을 초래할 수 있다.

도 3은 이형제가 분무기(70)에 의해 전달 표면에 적용되는 본 발명의 다른 바람직한 방법을 도시한다.

본 발명의 방법은 본 명세서에 기술된 발명의 필수적인 요소 및 제한 뿐만 아니라 본 명세서에 기술된 모든 추가적 또는 임의적인 성분, 구성요소 또는 제한을 포함하거나, 이들로 구성되어 있거나, 또는 본질적으로 이들로 구성될 수 있다.

달리 명시되지 않는 한, 모든 백분율, 분율, 비율은 전체 조성물의 중량을 기준으로 한다. 열거된 성분과 관련된 이러한 모든 중량은 특정 성분의 수준에 기초하며, 따라서 달리 명시되지 않는 한, 상업적으로 입수할 수 있는 재료에 포함될 수 있는 용매, 담체, 부산물, 충전재 또는 기타 소소한 성분은 포함하지 않는다.

본 발명의 특정 실시양태가 예시되고 설명되었지만, 다양한 변경과 개조가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당 업계의 숙련 자들에게 명백하게 될 것이며, 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 개조를 첨부된 청구의 범위에 포함하고자 한다.

시험 방법

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액체 "표면 장력"은 액체/공기 계면에서의 응집력의 결과이며, 1 cm 길이의 유체의 표면막을 파괴하는 데 요구되는 힘(단위: N/m)이다. 예를 들면, 물의 표면 장력은 25℃에서 7.2 ×10^-2 N/m이다. 표면 장력은 ASTM D971에 설명된 표준 시험법을 이용하는 피셔 사이언티픽 서피스 텐시온패트 모델(Fisher Scientific Surface Tensionmat Model) 21과 같은 인장시험기(tensionometer)를 사용하여 본 발명의 적용에 대해 측정될 수 있으며, 이 경우 오일/물 유체는 이형제의 시험 샘플로 대체된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "접촉각"은 전달 표면을 포함하는 재료와, 액적이 재료의 편평한 고체 표면 상에 있을 때 삼중점에서 액적 표면에 그은 접선 사이의 각도로서 정의된다. 접촉각은 AST 프로덕츠(AST Products, 미국 매사추세츠주 빌러리카 소재)의 VCA 2500XE 비디오 접촉각 시스템(Video Contact Angle System)과 같은 자동화 접촉각 측각기(automated contact angle goniometer)를 사용하여 측정된다. 접촉각은 1 마이크로리터(microliter)의 공칭 체적을 갖는 5개의 액적의 평균치이다. 표준 시험법 ASTM 5946은 물과 처리된 필름을 사용하는 시험 절차를 설명한다. 본 발명의 전달 표면 상의 이형제 시험 샘플의 접촉각은 물을 이형제 샘플로 대체하고 처리된 필름을 전달 표면 재료로 대체하여 이 절차에 의해 측정된다.

본 발명에 의해, 인쇄 롤로부터의 접착제의 분리가 개선된, 이러한 3차원 시트 재료를 성형하고 접착제를 고속으로 적용하기에 적합한 방법이 제공된다.

Claims (1)

1. a) 임계 표면 장력 농도 이상의 농도를 갖는 이형제의 시험 샘플이 5.0 ×10^-2 N/m 미만의 표면 장력을 갖고 전달 표면의 재료와 120° 미만의 접촉각을 형성하도록 이형제를 선택하고, 선택된 이형제를 5.0 ×10^-3 kg/㎡ 미만의 양으로 평균 듀티 사이클 수송율(average duty cycle delivery rate)이 1.0 ×10^-4 kg/㎡ 미만이고 1.0 ×10^-11 kg/㎡을 초과하도록 전달 표면에 간헐적으로 적용하는 단계,

   b) 접착제를 상기 전달 표면에 적용하는 단계, 및

   c) 상기 접착제를 상기 전달 표면으로부터 상기 재료 웹에 전달하는 단계를 포함하는,

   상기 접착제를 상기 재료 웹에 적용하는 방법.

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