KR100837017B1 - 연신시 통기성이 향상되는 통기성 엘라스토머 적층물 - Google Patents

연신시 통기성이 향상되는 통기성 엘라스토머 적층물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통기성이 있는 미세다공성의 연신성/탄력성 필름을 부직 접촉재에 접합시킴으로써 형성된, 통기성이 향상된 통기성 엘라스토머 적층물에 관한 것이다. 접촉재를 넥킹시켜 횡방향 신장성을 부여할 수 있다. 일단 필름 및 접촉재가 서로 접합되면, 생성된 적층물을 하나 이상의 영역에서 신장시켜 적층물의 선택된 영역에 보다 높은 통기성을 부여한다. 통기성이 향상된 통기성 적층물은 기저귀 및 다른 개인 위생 용품용 외부 커버로 특히 유용하다.
통기성 적층물, 통기성, 미세다공성, 연신성, 탄력성, 부직 접촉재, 기저귀, 외부 커버

Description

연신시 통기성이 향상되는 통기성 엘라스토머 적층물 {Elastomeric, Breathable Laminate with Enhanced Breathability upon Extension}
본 발명은 목표 구역의 통기성이 선택적으로 향상되도록 구성한 통기성 적층물에 관한 것이다.
통기성 재료, 예를 들어 통기성 필름은 전형적으로 수증기 및 공기는 통과시키지만 미세 물질, 물 및 다른 액체의 통과는 차단한다. 따라서, 통기성 재료는 가먼트 및 개인 위생 용품에 사용하기 특히 적합하며, 직물 아래쪽에 포획된 수분이 수증기로서 빠져 나가도록 한다. 통상적으로, 통기성 재료를 사용한 가먼트는 착용감이 보다 편안한데, 이는 직물을 통한 수증기의 이동을 보조하여 포획된 과량의 습기가 피부에 야기하는 불편함을 감소시키고(시키거나) 제거하기 때문이다. 또한, 비통기성 필름 및 적층물로 이루어진 가먼트와 비교할 때, 이러한 과량의 수분 감소는 가먼트 내의 상대 습도 및 온도를 감소시킨다.
통기성 재료의 일례는 미세다공성 필름이다. 이러한 유형의 필름은 전형적으로 입자 또는 다른 물질로 충전된 후, 분쇄 또는 신장되어 특정 크기 및(또는) 밀도를 갖는 미세기공들의 미세한 기공 네트워크를 형성하여 직물에 원하는 수준의 통기성을 부여한다. 미세다공성 필름은 부직 웹에 적층되어 부직 웹의 강도 및 집결성, 및 신장된 필름의 배리어 특성과 관련한 장점을 갖는 적층물을 생성한다. 이러한 적층물의 일례는 하프너 (Haffner) 등에게 허여된 미국 특허 제6,045,900호에 개시되어 있다.
하나의 통기성 필름층 및 하나 이상의 다른 재료층을 포함하는 통기성 적층물은 종종 통기성이 충분치 않기 때문에, 가먼트, 개인 위생 용품 또는 통기성 적층물로 이루어진 기타 용품이 과량의 증기를 보유하게 된다. 기저귀 및 다른 팬티형 흡수 용품의 가랑이 영역에는 액체가 축적될 수 있다. 이러한 경우, 착용자의 신체로부터 발산된 열이 가먼트와 착용자 사이의 공간을 수증기로 포화시켜, 기저귀 발진 및 다른 피부 자극의 발생을 촉진할 수 있다. 수증기를 배기시키는 가장 효과적인 방법은 가랑이부에 고여 있는 액체의 영향을 받지 않는, 가먼트의 다른 영역을 통해 배기시키는 것이다.
통기성이 향상된 통기성 적층물이 요구 및 요망되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 통기성이 향상된 미세다공성의 연신성/탄력성 재료에 관한 것이다. 더욱 특히, 재료의 목표 구역에서 재료의 통기성을 증가시킨다. 이 재료는 부직 접촉재에 적층된 통기성이 있고 탄력성이 있는 미세다공성 필름으로부터 형성된 적층물이다. 부직 접촉재를 넥킹 (necking)시켜 횡방향 신장성을 부여할 수 있다. 적층물을 목표 구역에서 신장시킴으로써, 보다 높은 통기성을 갖는 목표 구역을 생성할 수 있다. 상기 적층물은 기저귀 및 다른 개인 위생 용품용 외부 커버로 서 특히 유용하다.
필름은 임의의 엘라스토머 중합체로 이루어진 미세다공성 필름일 수 있다. 적합한 필름은 하기한 모콘 (Mocon) WVTR 시험법을 사용하여 측정한 수증기 투과율 (WVTR)로 표현할 때 약 1,000 내지 30,000 g/m2-24시간 범위인 통기성을 전달할 수 있다. 보다 높은 통기성을 갖는 목표 구역의 WVTR은 재료의 나머지 구역보다 10％ 이상 높을 수 있다. 적합한 필름에는 무정형 중합체 및 충전제를 함유하는 미세다공성 필름이 포함된다.
넥킹된 부직 접촉재는 적어도 횡방향으로 연신될 수 있다. 횡방향 신장성은 부직 재료를 기계 방향으로 넥킹함으로써 달성된다. 기계 방향 신장성을 보유하는 재료를 사용하여 생성된 적층물에 기계 방향 신장성을 부여할 수 있다. 필름 및 부직 접촉재는 접착제에 의해 함께 접합될 수 있다.
상기를 염두에 둘 때, 본 발명의 특징 및 장점은 높은 통기성을 갖는 목표 구역을 포함하는 통기성 적층물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 특징 및 장점은 광범위하게 다양한 기저귀용 외부 커버, 다른 개인 위생 용품, 수술용 가운 및 다른 통기성 용품에 유용한, 통기성이 개선된 적층물을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 하기하는 본 발명의 바람직한 실시양태에 대한 상세한 설명을 실시예 및 도면과 함께 이해함으로써 보다 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 통기성 적층물의 횡단면도이다.
도 2는 통기성이 향상된 복합 통기성 적층물을 형성하기 위한 예시적 공정의 개략적인 대표도이다.
도 3은 통기성이 향상된 복합 통기성 적층물을 형성하기 위한 예시적 공정의 또다른 개략적인 대표도이다.
도 4는 본 발명의 통기성 적층물의 사시도이다.
도 5는 장력 부여 및 넥킹 전인 예시적 접촉재의 대표적인 평면도이다.
도 6은 기계 방향으로 넥킹된 예시적 접촉재의 평면도이다.
도 7은 횡방향으로 부분 신장된 예시적 복합재 재료의 평면도이다.
정의
본 명세서의 문맥상, 하기하는 각 용어 또는 어구는 하기 의미(들)를 포함한다.
"접합"은 두 부재의 결합, 접착, 연결, 부착 등을 의미한다. 두 부재가 서로에게 직접 접합되거나 간접 접합될 경우, 예를 들어 각각이 중간 부재에 직접 접합될 경우, 이들은 함께 접합된 것으로 간주될 것이다.
"횡방향"은 제조되는 방향에 일반적으로 수직인 방향으로의 직물의 폭을 의미하며, 이는 제조되는 방향으로의 직물의 길이를 의미하는 "기계 방향"과는 반대이다.
"사이클" 및 "사이클링"은 재료를 반복적으로 신장 및 수축시켜 재료 특성을 시험하거나 잠재적인 재료 특성을 활성화시키는 공정을 의미한다.
"탄력성의", "탄성화된" 및 "탄력성"은 재료 또는 복합재에 변형을 야기하는 힘을 제거한 후에 상기 재료 또는 복합재가 원래의 크기 및 형태로 회복되는 경향성에 의한, 재료 또는 복합재의 특성을 의미한다.
"엘라스토머"는 이완된 길이의 50％ 이상 신장될 수 있고, 인가된 힘이 제거될 때 신장치의 40％ 이상으로 회복될 수 있는 재료 또는 복합재를 의미한다. 통상적으로, 엘라스토머 재료 또는 복합재는 이완된 길이의 100％ 이상, 더욱 바람직하게는 300％ 이상 연신될 수 있고, 인가된 힘이 제거될 때 신장치의 50％ 이상으로 회복되는 것이 바람직하다.
"필름"은 필름 압출 및(또는) 발포 공정, 예를 들어 캐스트 필름 또는 취입 필름 압출 공정을 통해 제조된 열가소성 필름을 의미한다. 본 발명의 목적상, 상기 용어에는 액체 배리어로 작용하는 통기성 미세다공성 필름이 포함된다.
단수로 사용된 "층"은 단일 부재 또는 복수개 부재라는 이중적인 의미를 가질 수 있다.
"액체 투과성 재료" 또는 "액체 수-투과성 재료"는 하나 이상의 층, 예를 들어 필름, 부직물 또는 다공성인 개포된 발포체에 존재하고, 기공 또는 개구부를 통한 물 및 다른 수성 액체의 흐름에 대해 투과성인 재료를 의미한다. 필름 또는 발포체의 기공 또는 개구부, 또는 부직 웹 중 섬유 또는 필라멘트간의 공간은 충분히 크고 충분히 많아서 이들 재료를 통해 액체수가 누출되어 흐를 수 있다.
"기계 방향"은 제조되는 방향으로의 직물의 길이를 의미하며, 이는 기계 방 향에 일반적으로 수직인 방향으로의 직물의 폭을 의미하는 "횡방향"과는 반대이다.
"멜트블로운 섬유"는 용융된 열가소성 재료를 통상적으로 원형인 복수개의 미세 다이 모세관을 통해 집중 고속의 가열된 기류 (예를 들면, 공기) 내로 용융사 또는 용융 필라멘트로서 압출시킴으로써 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 그의 직경을 감소시켜 형성한 섬유를 의미하며, 이때의 직경은 미세섬유의 직경일 수 있다. 그 후, 상기 멜트블로운 섬유는 고속의 기류에 의해 운반되고 집적 표면상에 침착되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 방법은 부틴 (Butin) 등에게 허여된 미국 특허 제3,849,241호 등에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 비연속적일 수 있는 미세섬유이며 통상적으로 약 0.6 데니어 미만이고, 통상적으로 집적 표면상에 침착될 때 자기 접합된다. 본 발명에 사용되는 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 사실상 길이로 연속적이다.
"부직" 및 "부직 웹"은 텍스타일 직조 또는 편물 공정의 보조 없이 형성된 섬유성 재료 및 섬유성 재료의 웹을 의미한다.
"중합체"로는 단독중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그라프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형체 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 별도의 구체적인 제한이 없다면, "중합체"라는 용어는 분자의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함한다. 이들 배열로는 이소탁틱, 신디오탁틱 및 어탁틱 대칭 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
"선택적 신장"은 재료의 특정 영역을 재료의 다른 영역보다 더 크게 신장시키는 것을 의미한다. 보다 크게 신장시킬 영역의 선택은, 보다 크게 신장될 영역 의 통기성이 보다 적게 신장된 영역에서보다 크다는 점을 고려하여, 재료의 특정 영역에서의 원하는 통기성 수준을 기초로 전략적으로 계획할 수 있다.
"스펀본드 섬유"는 아펠 (Appel) 등에게 허여된 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너 (Dorschner) 등에게 허여된 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼 (Matsuki) 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호, 키니 (Kinney)에게 허여된 미국 특허 제3,338,992호 및 동 제3,341,394호, 하트만 (Hartmann)에게 허여된 미국 특허 제3,502,763호, 피터슨 (Petersen)에게 허여된 미국 특허 제3,502,538호 및 도보 (Dobo) 등에게 허여된 미국 특허 제3,542,615호 등 (이들 문헌 각각은 그 전문이 본원에 참고로 도입됨)에서와 같이, 용융된 열가소성 재료를 원형 또는 다른 형상의 방사구를 갖는 복수개의 미세 모세관을 통해 필라멘트로서 압출시킨 후 압출된 필라멘트의 직경을 급격히 감소시켜 형성된 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유를 급냉시키며, 이는 집적 표면상에 집착될 때 점착성이 없다. 스펀본드 섬유는 통상적으로 연속적이고, 종종 평균 데니어가 약 0.3 초과, 더욱 특히 약 0.6 내지 10이다.
"신장성"은 재료가 파단되지 않고 하나 이상의 방향으로 50％ 이상 신장 (초기 비신장 길이의 150％ 이상으로 신장됨), 적합하게는 100％ 이상 신장 (초기 길이의 200％ 이상으로 신장됨), 바람직하게는 150％ 이상 신장 (초기 길이의 250％ 이상으로 신장됨)될 수 있음을 의미한다. 이 용어에는 탄성 재료 및 신장되지만 현저하게 수축되지 않는 재료가 포함된다.
"초흡수성" 또는 "초흡수재"는 가장 바람직한 조건하에 0.9 중량％ 염화나트 륨을 함유하는 수용액을 중량의 약 15배 이상, 더욱 바람직하게는 약 30배 이상 흡수할 수 있는 수팽윤성, 수불용성 유기 또는 무기 재료를 의미한다. 초흡수재는 천연, 합성 및 개질된 천연 중합체 및 재료일 수 있다. 또한, 초흡수재는 무기 재료, 예를 들어 실리카 겔 또는 유기 화합물, 예를 들어 가교된 중합체일 수 있다.
"열가소성"은 열에 노출되면 연화되고, 실온으로 냉각시키면 비연화된 상태로 사실상 회복되는 재료를 의미한다.
이러한 용어는 명세서의 나머지 부분에서 추가적인 술어로 한정될 수 있다.
본 발명은 목표한 보다 높은 통기성을 갖는 구역을 포함하는 신장성의 통기성 적층물에 관한 것이다. 본 발명의 재료는 1회용 흡수 용품용 외부 커버로서 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 적합한 용품의 예로는 기저귀, 배변연습용 팬츠, 실금자 용품, 수영복, 다른 개인 위생 또는 보건 위생 가먼트 등이 있다.
도 1에는 통기성 적층물 (40)의 횡단면도를 나타내었다. 적층물 (40)은 통기성이 있고 미세다공성인 탄력성 필름 (32) 및 필름 (32)에 접합된 부직 접촉재 (12)로 구성된다. 적층물 (40)의 통기성은 수증기 투과율 (WVTR)로 표현되며, 필름 (32)와 접촉재 (12)가 초기에 접합되는 경우에는 필름층 (32)의 통기성과 본질적으로 동일하다. WVTR은 필름 두께 및 필름 조성 모두의 함수이다. 적합하게는, 필름층 (32)는 하기한 모콘 WVTR 시험법을 사용하여 측정한 WVTR로 표현할 때 약 500 내지 30,000 g/m2-24시간 범위인 중간 통기성을 전달할 수 있다. 필름층 (32) 의 중간 WVTR은 적합하게는 약 500 g/m2-24시간 이상, 훨씬 더욱 적합하게는 약 750 g/m2-24시간, 가장 적합하게는 약 1000 g/m2-24시간 이상이다. 필름 (32)와 접촉재 (12)가 접합된 후, 적층물 (40)은 적층물 (40)의 몇몇 구역 또는 모든 구역에서 신장되어 신장된 구역에 보다 높은 통기성을 부여할 수 있다. 보다 높은 통기성을 갖는 구역은 중간 통기성을 갖는 인접한 구역보다 WVTR이 10％ 이상 더 높은 구역으로 정의된다.
필름 (32)는 적합하게는 무정형 중합체 (42) 및 충전제 입자 (44)를 포함하는 미세다공성 필름이다. 필름 (32) 내의 충전제 입자 (44)는 필름 (32) 신장시에 상기 입자를 둘러싸는 공극의 형성을 개시한다. 공극은, 수증기는 통과할 수 있으나 액체수는 통과할 수 없는 박막의 불규칙 (tortuous) 경로를 생성하기 때문에, 필름 (32)에 통기성을 부여한다. 따라서, 함께 접합된 필름 (32) 및 접촉층 (12)를 포함하는 적층물 (40)을 차별적으로 신장시켜 상이한 통기성을 갖는 구역들이 생성될 수 있다. 미세다공성 필름의 예는 맥코르마크 (McCormack)에게 허여된 미국 특허 제5,695,868호, 모르만 (Morman) 등에게 허여된 미국 특허 제5,932,497호, 하프너 (Haffner) 등에게 허여된 미국 특허 제6,045,900호 및 코빌리브커 (Kobylivker) 등에게 허여된 미국 특허 제6,072,005호 등에 기재되어 있으며, 이들 모두가 본원에 참고로 도입된다.
필름 중합체 (42)는 밀도가 약 0.90 g/cm3 미만, 바람직하게는 약 0.86 g/cm3 내지 약 0.89 g/cm3, 훨씬 더욱 바람직하게는 약 0.87 g/cm3 내지 약 0.88 g/cm3인 에틸렌 공중합체를 포함하는 저밀도 에틸렌 엘라스토머일 수 있다. 적합하게는, 에틸렌 엘라스토머는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 에틸렌 엘라스토머는 적합하게는 필름 (32)의 중합체 부분 (42)의 약 50 중량％ 이상, 더욱 적합하게는 약 70％ 내지 100 중량％로 포함된다. 적합하게는, 에틸렌 엘라스토머는 에틸렌 단량체가 알파-올레핀과 중합되어, 생성되는 중합체 조성물의 분자량 분포 (Mw/Mn)가 약 2로 좁고, 분지형성이 균일하며 장쇄 분지형성이 제어된 중합체를 포함한다. 적합한 알파-올레핀으로는 1-옥텐, 1-부텐, 1-헥센 및 4-메틸-펜텐 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예시적인 중합체로는 오비예스키 (Obijeski) 등에게 허여된 미국 특허 제5,472,775호, 에르델리 (Erderly) 등에게 허여된 미국 특허 제5,451,450호, 카민스키 (Kaminsky) 등에게 허여된 미국 특허 제5,204,429호, 에테르톤 (Etherton) 등에게 허여된 미국 특허 제5,539,124호 및 크리쉬나무르티 (Krishnamurti) 등에게 허여된 미국 특허 제5,554,775호 등에 기재된 바와 같은 "메탈로센" 촉매, "기하 구속 (constrained geometry)" 촉매 또는 "단일-부위" 촉매를 통해 제조된 중합체 등이 있으며, 상기 문헌 각각은 본원에 참고로 도입된다.
메탈로센 공정은 일반적으로 조촉매에 의해 활성화된, 즉 이온화된 메탈로센 촉매를 사용한다. 메탈로센 촉매의 예에는 무엇보다도 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸듐 클로라이드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드, 비 스(메틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드, 페로센, 하프노센 디클로라이드, 이소프로필(시클로펜타디에닐-1-플루오레닐)지르코늄 디클로라이드, 몰리브도센 디클로라이드, 니켈로센, 니오보센 디클로라이드, 루테노센, 티타노센 디클로라이드, 지르코노센 클로라이드 수소화물, 지르코노센 디클로라이드가 포함된다. 이러한 화합물들의 보다 상세한 목록은 로젠 (Rosen) 등에게 허여되어 다우 케미칼 컴파니 (Dow Chemical Company)에게 양도된 미국 특허 제5,374,696호에 포함되어 있다. 수많은 다른 메탈로센, 단일-부위 및(또는) 유사한 촉매계는 당업계에 공지되어 있다.
메탈로센 기재의 엘라스토머 중합체와 관련하여, 카민스키 등에게 허여된 미국 특허 제5,204,429호는 알루미녹산 및 입체강성 (stereorigid) 키랄 메탈로센 전이 금속 화합물인 촉매를 사용하여 시클로올레핀 및 선형 올레핀으로부터 탄력성 공중합체를 제조할 수 있는 방법을 기재하고 있다. 중합은 불활성 용매, 예를 들어 지방족 또는 지환족 탄화수소, 예를 들어 톨루엔 중에서 수행된다. 라이 (Lai) 등에게 허여된 미국 특허 제5,278,272호 및 동 제5,272,236호는 특별한 탄력성을 갖는 중합체를 기재하고 있으며, 이들 문헌 둘다 본원에 참고로 도입된다. 적합한 저밀도 에틸렌 엘라스토머는 미국 미시건주 미들랜드에 소재하는 다우 케미칼 컴파니가 AFFINITY (등록상표) EG8200 (5 MI, 0.870 g/cm3), XU 58200.02 (30 MI, 0.870 g/cm3), XU 58300.00 (10 MI, 0.870 g/cm3) 등을 비롯하여 상표명 AFFINITY (등록상 표)로 시판하고 있으며, 미국 텍사스주 휴스톤에 소재하는 엑손 모빌 케미칼 컴파니 (Exxon Mobil Chemical Co.)는 상표명 EXACT (등록상표) 4049 (4.5 MI, 0.873 g/cm3); 4011 (2.2 MI, 0.888 g/cm3); 4041 (3 MI, 0.878 g/cm3); 4006 (10 MI, 0.88 g/cm3)으로 시판하고 있다.
필름층 (32)의 중합체 성분 (42)은 무정형 중합체 뿐 아니라, 1종 이상의 추가의 중합체를 약 50 중량％ 이하로 더 포함할 수 있다. 따라서, 필름층 (32)는 추가의 열가소성 중합체, 적합하게는 폴리올레핀, 훨씬 더욱 적합하게는 에틸렌 및(또는) 프로필렌의 블렌드 및(또는) 공중합체를 포함할 수도 있다. 예시적인 중합체로는 폴리에틸렌 (단독중합체), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (밀도가 0.900 내지 0.935 g/cm3임), 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트 (EMA), 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 (EnBA), 가요성 폴리올레핀 및(또는) 에틸렌-프로필렌 공중합체 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한 실시양태에서, 매우 저밀도의 에틸렌 엘라스토머를 밀도 범위가 약 0.90 내지 약 0.95 g/cm3인, 그 다음으로 저밀도 또는 중간 밀도인 폴리에틸렌 중합체 또는 공중합체와 블렌딩한다. 추가의 시판되는 폴리올레핀 중합체 성분으로는 몬텔 노쓰 아메리카, 인크. (Montell North America, Inc.)가 시판하는 몬텔 카탈로이 중합체 (Montell Catalloy Polymer) KS350, KS357 및 KS359 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 몬텔 카탈로이 중합체는 무정형 에틸렌 프로필렌 랜덤 공중합체가 우세하게 반결정성인 프로필렌 단량 체 (고비율(％))/에틸렌 단량체 (저비율(％))의 연속 매트릭스 중에 분자적으로 분산되어 있는 올레핀성 다단계 반응기 생성물이며, 이의 예가 오갈 (Ogale)에게 허여된 미국 특허 제5,300,365호에 기재되어 있다.
통기성 탄력성 필름 (32)는 이의 수증기 투과성을 사실상 손상시킬 정도로 두꺼워서는 안된다. 수증기 투과성 필름의 경우, 필름의 WVTR과 필름 두께 사이의 관계는 필름에 대한 물의 친화성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 수증기 투과성이 상기 나열한 범위보다 다소 더 낮은 신장된 필름 조성물은 더 얇은 필름으로 제조되어야 적합한 증기 투과율을 달성할 수 있다. 예를 들면, 증기 투과성의 신장된 필름 조성물의 두께는 필름 강도 및 조성물의 수증기 투과성에 따라 약 25.4 ㎛ 미만 또는 약 12.7 ㎛ 미만 또는 약 7.62 ㎛ 미만일 수 있다.
언급한 바와 같이, 필름 (32) 중의 충전제 입자 (44)는 필름 (32) 신장시에 상기 필름에 통기성을 부여하는 공극의 형성을 개시한다. 필름 (32)는 일축 신장되거나 이축 신장될 수 있다. 필름 (32)는 적어도 최소한으로 신장되어 전체 필름 (32)에 통기성을 부여한 후에 차별적이고 선택적으로 신장된다. 필름 (32)는 원래 길이의 약 1.1 내지 7.0배로 일축 신장될 수 있으며, 바람직하게는 약 1.5 내지 6.0배, 가장 바람직하게는 약 2.5 내지 5.0로 신장될 수 있다. 별법으로, 필름 (32)는 당업자에게 공지되어 있는 통상적인 기술로 이축 신장될 수 있다.
필름 (32)를 초기에 균질하게 신장시킴으로써, 상기 필름 (32)에 중간 수준의 통기성을 부여할 수 있다. 본 발명에 따라, 필름 (32)를 1개 이상의 영역에서 추가로 선택적 신장시킴으로써 이들 영역에 보다 높은 통기성을 부여한다. 선택적 신장은 초기 신장 방향과 동일한 방향일 수도 있고, 또는 상이한 방향일 수도 있다. 예를 들면, 초기 신장 및 추가의 선택적 신장 둘다 기계 방향일 수도 있고, 또는 이 중 하나는 기계 방향이고 다른 하나는 횡방향일 수도 있다.
유리하게는, 필름 (32)는 대부분의 폴리올레핀-기재의 필름에 대한 상승된 신장 온도인 약 150 내지 200℉ (약 65.6 내지 93.3℃)에서 초기 신장시킬 수 있다. 상승된 신장 온도는 롤러 (28, 30)을 조금 가열함으로써 유지될 수 있다. 최적의 신장 온도는 필름 (32) 중의 매트릭스 중합체 유형에 따라 달라지며, 언제나 매트릭스 중합체의 용융 온도 미만이다. 또한, 이후의 선택적 신장 단계 동안 필름 (32)를 가열할 수도 있으나, 가열 없는 선택적 신장이 바람직하다.
본원에서 사용된 바와 같이, "충전제"는 필름 압출 전에 중합체 블렌드에 첨가될 수 있는 미립자 및(또는) 다른 형태의 재료를 포함하는 의미이며, 이는 필름 압출을 화학적으로 저해하거나 압출된 필름에 부정적인 영향을 미치지 않고, 필름 전체에 균질하게 분산될 수도 있다. 일반적으로, 충전제 (44)는 평균 입도 범위가 약 0.1 내지 약 7 ㎛, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 4 ㎛인 미립자 형태일 것이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "입도"는 충전제 (44)의 최장 치수 또는 최장 길이를 나타낸다. 필름 형성 공정 및(또는) 이후의 적층 공정을 저해하지 않는다면, 유기 및 무기 충전제 모두가 본 발명에 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 충전제 (44)의 예로는 탄산칼슘 (CaCO3), 다양한 점토, 실리카 (SiO2), 알루미나, 황산바륨, 활석, 황산마그네슘, 이산화티타늄, 제올라이트, 황산알루미늄, 셀룰로스형 분 말, 규조토, 석고, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 카올린, 운모, 카본 (carbon), 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 펄프 분말, 목재 분말, 셀룰로스 유도체, 중합체 입자, 키틴 및 키틴 유도체 등이 있다. 충전제 입자는 경우에 따라 지방산, 예를 들어 스테아르산 또는 베헨산 및(또는) 다른 재료로 코팅되어 입자의 자유로운 유동 (벌크 (bulk) 유동)을 용이하게 하고 이들이 중합체 중에 쉽게 분산되도록 할 수 있다. 일반적으로, 충전된 필름 (32)는 충전제 (44)를 필름층의 총 중량을 기준으로 약 35％ 이상, 더욱 바람직하게는 약 45 내지 약 65 중량％로 함유할 것이다.
신장 전 필름 (32)의 기본 중량은 적합하게는 약 100 g/m2 미만, 훨씬 더욱 적합하게는 약 60 g/m2 미만이다. 신장 후 필름 (32)의 기본 중량은 적합하게는 약 60 g/m2 미만, 훨씬 더욱 적합하게는 약 15 내지 35 g/m2이다. 전형적으로, 이러한 더 낮은 기본 중량의 필름은 두께가 약 15 ㎛ 내지 약 30 ㎛이다.
부직 접촉재 (12)는 스펀본드 웹일 수 있고, 공지된 스펀본딩 공정으로 형성된 것일 수 있다. 또한, 부직 재료 (12)는 멜트블로운 웹, 에어-레이드 (air-laid) 웹, 본디드-카디드 (bonded-carded) 웹일 수도 있으며, 또는 2개 이상의 부직층의 적층물일 수도 있다. 부직 재료 (12)는 하기에 설명한 바와 같이 연신가능해 질 수 있다. 부직 접촉재 (12)는 본 발명의 적층물 (40)상에 배치되고 직물과 유사한 질감을 제공한다.
접촉재 (12)를 기계 방향으로 부직 웹 넥킹시켜, 재료에 횡방향 신장을 부여할 수 있다. 넥킹 공정은 모르만 (Morman)에게 허여된 미국 특허 제5,226,992호에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본원에 참고로 도입된다. 넥킹된 재료 (12)는 다수의 이격된 위치에서 탄력성 필름 (32)에 접합될 수 있다. 넥킹된 재료 (12) 및 필름 (32)를 접합시킨 후에 생성된 복합재 (40)는 횡방향 탄력성을 수득한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "횡방향"은 제조되는 방향에 일반적으로 수직인 방향으로의 재료의 폭을 의미하며, 이는 제조되는 방향으로의 재료의 길이를 의미하는 "기계 방향"과는 반대이다. 참고로, 도 2 및 도 3에서 화살표 (49)는 기계 방향을 나타내는 것이고, 도 2 및 도 3에서의 횡방향은 도면의 평면에 본질적으로 수직이어서, 도면의 안팍으로 연신된다. 도 4에서 화살표 (48)은 횡방향을 나타내고, 화살표 (49)는 기계 방향을 나타낸다.
부직 접촉재 (12)가 넥킹될 경우, 재료 (12)의 섬유는 섬유간 접합에 의해 결합되어 넥킹에 견뎌낼 수 있는 점착성 웹 구조를 형성해야 한다. 섬유간 접합은 개개의 멜트블로운 섬유들 사이의 얽힘에 의해 생성될 수 있다. 섬유 얽힘은 멜트블로운 공정에서 고유한 것이지만, 수력 얽힘 (hydraulic entangling) 또는 니들펀치 (needlepunching) 등과 같은 공정에 의해 생성되거나 증가될 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가로, 접합제를 사용하여 원하는 접합을 증가시킬 수 있다. 스펀본드 웹은 스펀본딩 공정시에 섬유들의 열접합에 의한 섬유간 접합을 보유한다.
탄력성 섬유 매트릭스를 생성하는 열가소성 엘라스토머로부터 제조된 스펀본드 부직에서와 같이, 접촉재 (12)는 특성상 탄력성을 가질 수 있다. 탄력성 접촉재 (12)의 제조에 사용하기 적합한 재료로는 2블록, 3블록 또는 다중블록 엘라스토머 공중합체, 예를 들어 쉘 케미칼 컴파니 (Shell Chemical Company)로부터 상표명 KRATON (등록상표) 엘라스토머 수지로 구입할 수 있는 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 또는 스티렌-에틸렌/프로필렌 -스티렌 등의 스티렌성 공중합체; 이. 아이. 듀폰 디 네모아스 컴파니 (E. I. Du Pont de Nemours Co.)로부터 상표명 LYCRA (등록상표) 폴리우레탄으로 구입할 수 있는 폴리우레탄; 폴리아미드, 예를 들어 아토 케미칼 컴파니 (Ato Chemical Company)로부터 상표명 PEBAX (등록상표) 폴리에테르 블록 아미드로 구입할 수 있는 폴리에테르 블록 아미드; 폴리에스테르, 예를 들어 이. 아이. 듀폰 디 네모아스 컴파니로부터 상표명 HYTREL (등록상표) 폴리에스테르로 구입할 수 있는 폴리에스테르; 및 다우 케미칼 컴파니로부터 상표명 AFFINITY (등록상표)로 구입하거나 엑손 모빌 케미칼 컴파니로부터 상표명 EXACT (등록상표)로 구입할 수 있는 밀도 약 0.89 g/cm3 미만의 단일-부위 또는 메탈로센-촉매된 폴리올레핀 등이 있다.
수많은 블록 공중합체를 사용하여 본 발명에 유용한 탄력성 접촉재 (12)를 제조할 수 있다. 이러한 블록 공중합체는 일반적으로 엘라스토머 중간블록 부분 및 결정성 또는 무정형 말단블록 부분을 포함한다. 일반적으로, 본 발명에 사용되는 블록 공중합체는 말단블록 부분의 유리 전이 온도 (Tg) 미만에서 3-차원적으로 물리적 가교되는 구조이므로 엘라스토머이다. 또한, 블록 공중합체는 물리적 특성에 변화가 거의 없거나 전혀 없이 여러회 용융, 성형 및 재고화될 수 있다는 측면에서 열가소성이기도 하다 (산화적 분해가 최소라고 가정함).
여러가지 상이한 방법들을 사용하여 블록 공중합체를 합성할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Thermoplastic Elastomers, A Comprehensive Review, edited by N. R. Legge, et al., published by Hanser Publishers, New York]의 제25-53면 및 제199-200면에 커플링 방법이 기재되어 있다. 더욱 특히, 이러한 블록 공중합체를 합성하는 한가지 방법은 결정성 말단블록 부분을 엘라스토머 중간블록 부분과 따로 중합하는 것이다. 일단 중간블록 및 말단블록 부분이 따로 형성되면, 이들을 연결할 수 있다. 전형적으로, 중간블록 부분은 디- 및 트리-불포화 C4-C10 탄화수소, 예를 들어 부타디엔, 이소프렌 등의 디엔 및 1,3,5-헵타트리엔 등의 트리엔를 중합시켜 수득할 수 있다. 말단블록 부분 A가 중간블록 부분 B에 결합되는 경우에는 A-B 블록 공중합체 단위가 형성되는데, 이 단위는 다양한 기술로 커플링될 수도 있고, 또는 다양한 커플링제 C와 커플링되어 A-B-A 등과 같은 구조를 제공할 수 있으며, 이는 꼬리-대-꼬리 (tail-to-tail) A-B-C-B-A 배열로 함께 결합된 2개의 A-B 블록을 포함하는 것으로 여겨진다. 유사한 기술을 통해 화학식 (A-B)nC (여기서, C는 허브 또는 중심 다관능성 커플링제이고, n은 2 초과의 수임)의 방사형 블록 공중합체를 형성할 수 있다. 커플링제 기술을 사용하여, C의 관능성으로 A-B 분지의 수를 결정한다.
말단블록 부분 A는 일반적으로 평균 분자량이 1,000 내지 60,000인 폴리(비닐아렌), 예를 들어 폴리스티렌을 포함한다. 중간블록 부분 B는 일반적으로 평균 분자량이 약 5,000 내지 약 450,000인 사실상 무정형의 폴리올레핀, 예를 들어 폴리이소프렌, 에틸렌/프로필렌 중합체, 에틸렌/부틸렌 중합체, 폴리부타디엔 등 또 는 이들의 혼합물을 포함한다. 블록 공중합체의 총 분자량은 적합하게는 약 10,000 내지 약 500,000이고, 더욱 적합하게는 약 200,000 내지 약 300,000이다. 블록 공중합체의 중간블록 부분 중 임의의 잔류 불포화 부위는 선택적으로 수소화시켜 블록 공중합체 중의 올레핀성 이중 결합의 함량을 잔류 비율 5％ 미만, 적합하게는 약 2％ 미만으로 감소시킬 수 있다. 이러한 수소화는 산화적 분해에 대한 민감성을 감소시키는 경향이 있으며, 탄력성에 유익한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 사용하기 적합한 블록 공중합체는 둘 이상의 사실상 폴리스티렌 말단블록 부분 및 하나 이상의 사실상 에틸렌/부틸렌 중간블록 부분을 포함한다. 예로서, 에틸렌/부틸렌은 전형적으로 이러한 블록 공중합체 중에 반복 단위를 다량으로 포함할 수 있고, 예를 들어 블록 공중합체의 70 중량％ 이상을 구성하도록 포함할 수 있다. 블록 공중합체는 아암 (arm)을 3개 이상 가질 수 있으며, 예를 들어 4개, 5개 또는 6개의 아암을 가질 경우에 양호한 결과를 얻을 수 있다. 원한다면, 중간블록 부분을 수소화할 수 있다.
A-B-A, A-B-A-B-A 등과 같은 선형 블록 공중합체는 적합하게는 말단블록의 함량을 기준으로 선택하고, 말단블록 함량이 높은 것이 바람직하다. 폴리스티렌-에틸렌/부틸렌-폴리스티렌 블록 공중합체의 경우, 스티렌 함량은 약 10 중량％ 초과, 예를 들어 약 12 내지 약 30 중량％인 것이 적합하다. 스티렌 함량이 보다 높은 경우, 폴리스티렌 말단블록 부분은 일반적으로 비교적 고분자량을 갖는다. 이러한 선형 블록 공중합체의 시판 예는 스티렌 단위를 약 13 중량％ 함유하고 본질적으로 잔량은 에틸렌/부틸렌 단위인 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체 인, 쉘 케미칼 컴파니가 시판하는 상표명 KRATON (등록상표) G1657 엘라스토머이다. KRATON (등록상표) G1657 엘라스토머의 전형적인 특성은 인장 강도가 3400 파운드/인치2 (2 ×106 kg/m2)이고, 300％ 모듈러스가 350 파운드/인치2 (1.4 ×105 kg/m2)이고, 파단신장률이 750％이고, 쇼어 (Shore) A 경도가 65이며, 실온에서 톨루엔 용액 중 25 중량％ 농도에서의 브룩필드 점도가 약 4200 센티포이즈 등인 것으로 보고되어 있다. 다른 적합한 엘라스토머인 KRATON (등록상표) G2740는 점착부여제 및 저밀도 폴리에틸렌이 블렌딩된 스티렌 에틸렌/부틸렌 블록 공중합체이다.
또한, 다른 적합한 엘라스토머 중합체를 사용하여 접촉재 (12)를 제조할 수도 있다. 이들로는 밀도가 약 0.89 g/cm3 미만인 엘라스토머 (단일-부위 또는 메탈로센-촉매된) 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 기타 알파-올레핀 단독중합체 및 공중합체; 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체; 및 에틸렌-프로필렌, 부텐-프로필렌 및 에틸렌-프로필렌-부텐의 사실상 무정형의 공중합체 및 삼원중합체 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
엘라스토머 섬유는 사실상 연속적이거나 스테이플 길이일 수 있지만, 바람직하게는 사실상 연속적이다. 엘라스토머 섬유는 스펀본딩 공정, 멜트블로운 공정 또는 기타 적합한 공정을 통해 제조할 수 있다. 엘라스토머 섬유의 평균 직경은 약 1 내지 75 ㎛, 바람직하게는 약 1 내지 40 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 30 ㎛일 수 있다.
또한, 접촉재 (12)는 2종 이상의 상이한 섬유들의 혼합물 또는 섬유와 미립자의 혼합물로 이루어진 복합재 재료일 수도 있다. 이러한 혼합물은 섬유 및(또는) 미립자를 멜트블로운 섬유가 운반되는 기류에 첨가하여, 멜트블로운 섬유가 집적 디바이스상에서 집적 되기 전에 멜트블로운 섬유 및 다른 재료, 예를 들어 목재 펄프, 스테이플 섬유 및 미립자, 예를 들어 통상적으로 초흡수재라고 일컫는 히드로콜로이드 (히드로겔) 미립자 등이 친밀하게 얽히도록 혼합되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유 및 다른 재료의 점착성 웹을 형성하도록 함으로써 형성할 수 있다. 이러한 내용은 예를 들어 미국 특허 제4,100,324호에 개시되어 있으며, 이의 개시 내용은 본원에 참고로 도입된다.
도 2에 개략적으로 예시한 것은 통기성이 향상된 신장성의 통기성 적층물 (40) 형성 공정 (10)이다. 공급 롤 (14)이 화살표 표시 방향으로 회전함에 따라 부직 접촉재 (12)가 공급 롤 (14)에서 풀려나와 화살표 표시 방향으로 이동한다. 부직 접촉재 (12)는 구동 롤러 (20, 22)에 의해 형성된 구동 롤러 배열체 (18)의 닙 (16)을 통과한 다음, 접합제 롤러 (28, 30)에 의해 형성된 접합제 롤러 배열체 (26)의 닙 (24)을 통과하는데, 이때 상기 재료 (12)는 통기성이 있고 미세다공성인 탄력성 필름 (32)와 만나 이에 접합된다. 별법으로, 재료 (12)를 공급 롤 상에 먼저 보관해 두는 것이 아니라, 닙 (16)을 통해 이의 이동과 형성 공정을 직접 병행할 수 있다.
공급 롤 (34)이 화살표 표시 방향으로 회전함에 따라 통기성이 있고 미세다공성인 탄력성 필름 (32)가 공급 롤 (34)로부터 풀려나와 화살표 표시 방향으로 이 동한다. 통기성 탄력성 필름 (32)는 접합제 롤러 (28, 30)에 의해 형성된 접합제 롤러 배열체 (26)의 닙 (24)을 통과한다. 통기성 탄력성 필름 (32)는 공급 롤 상에 먼저 보관되지 않고 닙 (24)을 직접 통과할 수도 있다. 탄력성 필름 (32)는 하기에 설명한 바와 같이 부직 재료 (12)와 접합되기 전에 한쪽 방향 (예를 들어 기계 방향)으로 신장될 수 있다.
접합 디바이스 (36)은 재료 (12) 및 필름 (32)가 접합제 롤러 배열체 (26)의 닙 (24)에 접근함에 따라 접촉재 (12)상의 다수의 이격된 위치에 접합 재료, 예를 들어 분무 접착제를 도포한다. 따라서, 일단 접촉재 (12) 및 통기성 탄력성 필름 (32)가 접합제 롤러 배열체 (26)에서 함께 맞물리면, 신장성의 통기성 적층물 (40)이 형성된다.
언급한 바와 같이, 신장된 구역에서의 통기성은 신장시에 통기성이 증가된다는 미세다공성 필름 (32)의 특징으로 인해 증가된다. 적층물 (40)의 차별적 신장은 적층물 (40)을 최종 생성물, 예를 들어 흡수 용품에 혼입하기 전에 수행할 수 있다. 높은 통기성을 갖는 구역은 적합하게는 액체로 포화되는 영역 또는 구획에 밀접한 곳에 위치한 생성물의 일부로서 의도된다. 예를 들면, 기저기 외부 커버의 가랑이 영역이 액체로 포화되는 경향이 있는 영역이다. 따라서, 기저귀의 전면부 및 후면부에서 높은 통기성을 갖는 구역은 포화된 가랑이 영역으로부터 액체 증기가 외부 커버를 통해 빠져나가도록 할 수 있다.
별법으로, 적층물 (40)을 최종 생성물에 혼입하기 전에 신장시키는 것이 아니라, 적층물 (40)을 생성물의 신장될 구역에 사용함으로써, 제조 공정의 적층물- 신장 단계가 착용자에 의해 또는 생성물을 착용자에게 착용시키는 사람에 의해 수행되도록 할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 적층물 (40)로 이루어진 기저귀 외부 커버의 전면부 및 후면부의 면적은 비교적 좁을 수 있어서, 이러한 가먼트를 착용시키는 사람은 가먼트가 착용자에게 착용되도록 가먼트의 전면부 및 후면부를 신장시켜야 한다. 신장시킨 결과, 가먼트의 전면부 및 후면부에서는 가랑이 영역보다 더 높은 통기성이 달성된다.
별법으로, 흡수 용품의 제조와 동시에 적층물 (40)의 차별적 신장을 수행할 수 있다.
도 3에 나타낸 공정 (10)에서 스태크 (stack) 롤러 (20 및 22)상에 화살표 회전 방향으로 표시된 바와 같이, 접촉재 (12)는 S자형 롤 배열체 (18)의 닙 (16)을 역방향 S-경로로 통과한다. 접촉재 (12)는 S자형 롤 배열체 (18)로부터 넥킹 롤러 배열체 (52)에 의해 형성된 압축 닙 (50)을 통과한다. S자형 롤 배열체 (18) 롤러들의 선단 속도 (peripheral linear speed)를 넥킹 롤러 배열체 (52) 롤러들의 선단 속도 미만으로 제어할 수 있어서, 접촉재 (12)에는 S자형 롤 배열체 (18)과 넥킹 롤 배열체 (52)의 압축 닙 사이에서 장력이 부가된다. 롤러들의 속도차를 조절함으로써, 접촉재 (12)가 원하는 만큼 넥킹되도록 장력을 부가할 수 있다. 이어서, 넥킹에 기여할 수 있는 기계적으로 조작된 횡방향 신장성을 갖는 접촉재 (12)는 접합제 롤러 배열체 (26)을 통과하는 동안 통기성 탄력성 필름 (32)에 접착시켜 결합되거나 열에 의해 결합되어 신장성의 통기성 적층물 (40)을 형성한다. 신장 디바이스 (나타내지 않음)를 사용하여 적층물 (40)을 신장시킴으로써, 적층물 (40) 또는 적층물 (40)의 구역들의 통기성이 향상될 수 있다.
적층물 (40)의 접촉재 (12) 성분은 전형적으로 개방형 및 다공성이며, 적층물 (40)의 통기성에 현저한 영향을 미치지 않는다. 즉, 필름 (32)의 수분 통기성이 적층물 (40)의 통기성을 좌우해야 하는 것이다. 그러나, 필름 (32)와 접촉재 (12)를 함께 접합시킬 때는, 적층물 (40)의 통기성을 현저하게 파괴시키지 않는 기술을 사용하며 주의를 기울여야 한다. 접착제를 사용하는 경우, 접착제는 전체 필름 면적의 일부만을 덮어야 하며, 되도록 얇게 도포되어야 한다. 폴리우레탄 필름을 스펀본드 웹에 부착시키는데 바람직한 접착제의 예는 미국 매사추세츠주 브릿지워터에 소재하는 샤우무트 밀스 (Shawmut Mills)가 시판하는 반응성 폴리우레탄-기재의 접착제이다. 접착제를 사용할 경우, 이는 약 5.0 g/m2 (gsm (grams per square meter)) 미만의 기본 중량으로 도포되어야 한다. 접착제 자체가 고도로 수증기 투과성이 아닌 경우, 접착제는 적합하게는 필름 표면의 약 75％ 이하를 덮어야 한다. 추가로, 접착제에 의한 접착, 열접착 또는 임의의 다른 유형의 접착인 임의의 유형의 접착을 이용할 경우, 접착은 적합하게는 비연속적이어서 접촉재 (12)를 필름 (32)에 다수의 이격된 위치에서 접착시킨다. 특히, 필름 (32)가 엘라스토머이고 접촉재 (12)가 신장성이지만 그 자체가 수축하는 것이 아닌 경우, 이러한 비연속적 접착은 연속적 접착이 수행되는 층들의 동시 이동을 억제하거나 제한하지 않는다. 그러나, 당업자라면, 재료들의 주어진 조합 및 본원에 개시된 내용의 측면과 관련하여 만족스런 접착 달성에 필요한 가공 조건을 쉽게 결정할 수 있 다.
통상적인 구동 수단 및 도 2 및 도 3의 장치와 관련하여 이용될 수 있는 다른 통상적인 디바이스는 공지되어 있으며, 명확히 하기 위해서 도 2 및 도 3의 개략도에는 예시하지 않았다.
선택적으로 통기성이 향상된 신장성의 통기성 적층물 (40)의 사시도를 도 4에 나타내었다. 적합하게는, 하나 이상의 "보다 높은 통기성"을 갖는 구역은 "중간 통기성"을 갖는 구역(들) 사이에 생성된다. 중간 통기성을 갖는 구역 (56)의 WVTR은 보다 높은 통기성을 갖는 구역 (54)의 WVTR보다 상당히 더 낮다. 적합하게는, 중간 통기성을 갖는 구역 (56)의 WVTR은 필름층 (32)의 적층 전 WVTR 이하이다. 보다 높은 통기성을 갖는 구역 (54)은 적층물 (40) 형성 후에 신장 디바이스 (나타내지 않음)로 추가로 신장시킨 구역이다. 적합하게는, 보다 높은 통기성을 갖는 구역 (54)의 WVTR은 중간 통기성을 갖는 구역 (56)의 WVTR보다 10％ 이상 더 높다. 더욱 적합하게는, 보다 높은 통기성을 갖는 구역 (54)의 WVTR이 중간 통기성을 갖는 구역 (56)의 WVTR보다 30％ 이상 더 높다. 가장 적합하게는, 보다 높은 통기성을 갖는 구역 (54)의 WVTR이 중간 통기성을 갖는 구역 (56)의 WVTR보다 50％ 이상 더 높다.
적합하게는, 본 발명의 통기성 적층물 (40)은 횡방향으로 약 50％ 내지 200％, 더욱 적합하게는 약 70％ 내지 170％, 가장 적합하게는 약 100％ 내지 150％ 신장될 수 있다. 유사하게, 기계 방향 신장성을 갖는 접촉재 (12)를 사용하여 적층물 (40)을 제조할 경우, 적층물 (40)의 기계 방향 신장률은 적합하게는 약 50％ 내지 200％, 더욱 적합하게는 약 70％ 내지 170％, 가장 적합하게는 약 100％ 내지 150％이다. 엘라스토머 접촉재 (12)가 사용된 경우의 적층물 (40)은 적합하게는 횡방향 수축 및 기계 방향 수축시에 신장치의 40％ 이상으로 회복되고, 더욱 적합하게는 50％ 이상으로 회복되며, 바람직하게는 75％ 이하로 회복된다. 신장률이 완전하게 회복되는 경우에는 미세기공이 밀폐되어 통기성이 손상될 수 있다. 적층물의 탄력적인 장력은 일반적으로 필름 성분의 유형 및 기본 중량에 의해 결정되지만, 접촉 유형 및 적층 방법이 생성된 적층물 (40)의 장력 특성, 내구성 및 이력성(履歷性)에 영향을 줄 수 있다. 결과적으로, 사용된 접촉 및 적층 기술의 유형에 따라 기계 방향 및 횡방향 특성이 달라질 수 있다.
예를 들어 도 5, 도 6 및 도 7을 언급하여, 신장률이 150％ 이상으로 신장성인 복합 통기성 적층물을 제조하고자 하는 경우, 폭 "A"가 예를 들어 250 cm인 도 5에 개략적으로 나타낸 넥킹가능한 재료 (반드시 도 5에 나타낸 비율인 것은 아님)의 폭에 장력을 부가하여 약 100 cm의 폭 "B"로 넥킹시킨다. 이어서, 도 6에 나타낸 넥킹된 재료를 폭이 대략 100 cm이고 적어도 폭 250 cm까지 신장성인 탄력성 시트 (나타내지 않음)에 결합시킨다. 이로써 생성된, 도 7에 개략적으로 나타낸 복합 탄력성 넥킹-접합된 재료 (반드시 도 7에 나타낸 비율인 것은 아님)의 폭 "B"는 약 100 cm이고 신장률 약 150％의 경우에는 적어도 넥킹가능한 재료의 원래의 폭 "A"인 250 cm까지 신장시킬 수 있다. 상기 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄력성 시트의 탄력 한계는 복합 탄력성 넥킹-접합된 재료의 원하는 최소 탄력 한계 만큼일 정도만 필요하다.
하기의 실시예에서는 통기성이 있는 미세다공성 필름 및 부직 접촉재의 4가지 상이한 조합물을 적층물 형태로 적층 및 신장시켜 본 발명에 따른 적층물을 생성하였다. 이러한 적층물들의 조성을 표 1에 나타냈다.
사이클링된 적층물의 조성
샘플 필름 수지 안정화제 CaC03 필름 기본 중량 (g/m2) 스펀본드 넥킹 수준
1 XSF-638 8200*/1845** E 17 55％ 옴야 (Omya) 60 45％
2 XSF-638 8200*/1845** E 17 55％ 옴야 100 35％
3 XSF-638 8200*/1845** E 17 55％ 옴야 100 60％
4 XSF-638 8200*/1845** E 17 55％ 옴야 100 45％
*8200은 AFFINITY (등록상표) EG8200임, 0.870 g/cc
**1845는 AFFINITY (등록상표) PL1845임, 0.910 g/cc

헌츠맨 (Huntsman)이 시판하는 REXTAC (등록상표) 2730 접착제를 사용하여, 각각의 필름층을 상응하는 접촉재에 접착제로 접합시켰다. 일단 적층물이 형성되면, 각각의 적층물을 사이클링시켰다. 사이클링 전후의 각 적층물의 통기성을 표 2에 나타냈다.
사이클링은, 신테크 2 (Sintech 2) (모델 3397-139, 미국 노쓰 캐롤라이나주에 소재하는 신테크 코포레이션 (Sintech Corporation) 제품)로 지칭되는 일정 연신율의 인장 시험기를 사용하여 수행하였다. 각각의 적층물 시험 샘플은 대략 4.5 인치 (11.43 cm) ×3 인치 (7.62 cm) (횡방향 측면이 4.5 인치 (11.43 cm)임)였다. 각각의 3 인치 (7.62 cm) 폭의 표본을 압축 공기 단지 2개로 고정시켰으며 이때의 게이지 길이 (단지 사이의 거리)는 2 인치 (5.08 cm)였고, 이를 횡방향으로 잡아당겼다. 당기는 속도는 500 mm/분으로 설정하였다. 시험은 4회의 연신/수축 사이클에 거쳐 수행되었으며, 이때 표본을 먼저 100％ 신장 (단지 사이의 거리, 4 인치 (10.16 cm))되도록 당겼다가 단지 이동을 중단한 직후에 출발 게이지 길이로 복구시켰으며, 이러한 연신-수축 사이클을 3회 더 반복하였다. 사이클링 전후에 하기에 기재한 모콘 WVTR 시험법을 사용하여 각 샘플의 통기성을 측정하였다.
사이클된 적층물의 통기성
샘플 초기 WVTR (g/m2-24시간) 사이클링 후의 WVTR (g/m2-24시간)
1 1787 3055
2 1855 2880
3 1180 2730
4 603 2587

전술한 실시양태의 상세한 설명은 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 본 발명의 몇가지 예시적 실시양태만을 상기에 상세하게 기재하였지만, 당업자라면 본 발명의 신규성과 장점에서 실질적으로 벗어나지 않고도 상기 예시적 실시양태를 여러가지로 변형시킬 수 있음을 쉽게 알 것이다. 따라서, 이러한 변형물 모두가 하기하는 청구의 범위 및 이에 대한 모든 동등물에서 규정되는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 많은 실시양태가 몇몇 실시양태, 특히 바람직한 실시양태의 장점 모두를 달성하지는 않을 수 있음을 인지할 것이지만, 특별한 장점이 없다고 해서 그러한 실시양태가 반드시 본 발명의 범위에 속하지 않음을 의미한다고 간주해서는 안된다.
수증기 투과율 (WVTR) 시험법
본 발명의 필름 또는 적층물 재료의 WVTR (수증기 투과율) 값을 측정하는 적합한 기술이 INDA (부직물 산업 연합)에 의해 표준화된 시험법 [IST-70.4-99, 제목: "STANDARD TEST METHOD FOR WATER VAPOR TRANSMISSION RATE THROUGH NONWOVEN AND PLASTIC FILM USING A GUARD FILM AND VAPOR PRESSURE SENSOR"]이며, 이는 본원에 참고로 도입된다. INDA 절차는 균일한 재료들에 대한 필름의 WVTR, 수증기 투과율 및 수증기 투과율 계수를 측정하기 위한 것이다.
INDA 시험 방법은 공지되어 있으며 본원에 상세하게 기재하지는 않을 것이다. 그러나, 이 시험법을 하기에 요약하였다. 건조 챔버는 내구성 가드 필름 및 시험할 샘플 재료에 의해 습윤 챔버 (온도 및 습도를 알고 있음)로부터 분리된다. 가드 필름의 목적은 명확한 공기 갭 (air gap)을 규정하고 공기를 상기 공기 갭 내에 움직이지 않도록 유지시키면서 공기 갭의 특성을 규명하기 위함이다. 건조 챔버, 가드 필름 및 습윤 챔버가 확산 셀을 구성하며, 이 안에 시험 필름을 넣어 밀폐시킨다. 샘플 용기는 미국 미네소타주 미네아폴리스에 소재하는 모콘/모던 콘트롤스, 인크. (Mocon/Modern Controls, Inc.)가 시판하는 퍼마트란-더블유 모델 (Permatran-W Model) 100K로 알려져 있다. 제1 시험은 상대 습도를 100％로 만드는 증발기 조립체를 사용하여 가드 필름과 공기 갭의 WVTR을 측정함으로써 이루어진다. 수증기는 공기 갭과 가드 필름을 통해 확산되어 수증기 농도에 비례하여 건조 기류와 혼합된다. 센서가 기류의 증기 함량에 비례하는 신호를 생성한다. 전기적 신호가 프로세스 컴퓨터에 작도된다. 컴퓨터는 공기 갭과 가드 필름의 투과 율을 계산하고, 이후의 사용을 위해 그 값을 저장한다.
가드 필름과 공기 갭의 투과율을 컴퓨터에 CalC로 저장한다. 이어서, 샘플 재료를 시험 셀 안에 밀폐시킨다. 다시, 수증기는 공기 갭을 통해 가드 필름 및 시험 재료로 확산된 후에 건조 기류와 혼합되어 시험 재료를 습윤시킨다. 또한, 다시 상기 혼합물을 증기 센서로 운반한다. 이어서, 컴퓨터가 공기 갭, 가드 필름 및 시험 재료 조합의 투과율을 계산한다. 이후에, 이러한 정보를 사용하여 수분이 시험 재료를 투과되는 투과율을 다음의 수학식에 따라 계산한다:
TR-1 시험 재료 = TR-1 시험 재료, 가드 필름, 공기 갭 - TR-1 가드 필름, 공기 갭
계산법:
WVTR: 수학식 WVTR = Fpsat(T)RH/Apsat(T)(1-RH)) [여기서, F = 수증기의 유속 (cc/분); psat(T) = 온도 T에서 포화 공기 중 물의 밀도; RH = 셀 내 특정 위치의 상대 습도; A = 셀의 단면적; 및 psat(T) = 온도 T에서 수증기의 포화 증기압]를 사용하여 WVTR을 계산한다.

Claims (45)

  1. 통기성이 있고 미세다공성인 탄력성 필름 및 상기 필름에 접합된 부직 접촉재를 포함하며, 하나 이상의 영역에서 선택적으로 신장시켜 상이한 통기성을 갖는 구역들이 형성되어 있으며 이러한 상이한 통기성을 갖는 구역 각각이 상기 필름의 일부와 상기 부직 접촉재의 일부를 포함하는 통기성 적층물.
  2. 제1항에 있어서, 상이한 통기성을 갖는 구역들이 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역 및 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역을 포함하고, 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율보다 10％ 이상 더 높은 적층물.
  3. 제1항에 있어서, 상이한 통기성을 갖는 구역들이 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역 및 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역을 포함하고, 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율보다 30％ 이상 더 높은 적층물.
  4. 제1항에 있어서, 상이한 통기성을 갖는 구역들이 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역 및 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역을 포함하고, 하나 이상의 보다 높은 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율보다 50％ 이상 더 높은 적층물.
  5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 500 g/m2-24시간 이상인 적층물.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 750 g/m2-24시간 이상인 적층물.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중간 통기성을 갖는 구역의 수증기 투과율이 1000 g/m2-24시간 이상인 적층물.
  8. 제1항에 있어서, 적층물 자체가 엘라스토머인 적층물.
  9. 제1항에 있어서, 접촉재가 넥킹 (necking)된 것인 적층물.
  10. 제1항에 있어서, 접촉재가 엘라스토머인 적층물.
  11. 제1항에 있어서, 선택적으로 신장시킨 영역이 2회 이상 신장된 것인 적층물.
  12. 제1항에 있어서, 횡방향으로 50％ 내지 200％ 신장될 수 있는 적층물.
  13. 제1항에 있어서, 횡방향으로 70％ 내지 170％ 신장될 수 있는 적층물.
  14. 제1항에 있어서, 횡방향으로 100％ 내지 150％ 신장될 수 있는 적층물.
  15. 제1항에 있어서, 기계 방향으로 50％ 내지 200％ 신장될 수 있는 적층물.
  16. 제1항에 있어서, 기계 방향으로 70％ 내지 170％ 신장될 수 있는 적층물.
  17. 제1항에 있어서, 기계 방향으로 100％ 내지 150％ 신장될 수 있는 적층물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 적층물을 포함하는 흡수 용품용 외부 커버.
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  41. 부직 접촉재를 통기성이 있고 미세다공성인 탄력성 필름에 접합시켜 통기성 적층물을 형성하는 단계, 및
    상기 통기성 적층물을 하나 이상의 영역에서 선택적으로 신장시켜서 상이한 통기성을 갖는 구역들이 형성되도록 하는 단계
    를 포함하고, 여기서 상이한 통기성을 갖는 구역 각각이 상기 필름의 일부와 상기 부직 접촉재의 일부를 포함하는 것인, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 통기성 적층물의 제조 방법.
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  45. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 적층물을 포함하는 흡수 용품.
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