KR101072711B1 - 생분해성 중합체 기재에 대한 내구력있는 친수성 처리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 표면을 갖는 생분해성 중합체로부터 제조된 내구력있는 친수성 표면을 갖는 생분해성 기재에 관한 것인데, 여기에서 생분해성 중합체 기재는 기재에 코로나 글로우(corona glow) 방전 처리를 하고(하거나) 기재에 친수성 중합체 물질을 기재의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 2.0중량%의 양으로 코팅하는 것에 의해서 친수성으로 된 것이다. 생분해성 기재는 흡수성 위생용품, 생의학 장치 및 식품 포장에 사용될 수 있다.
생분해성 중합체 기재, 친수성, 내구성, 코로나 방전 처리

Description

생분해성 중합체 기재에 대한 내구력있는 친수성 처리{DURABLE HYDROPHILIC TREATMENT FOR A BIODEGRADABLE POLYMERIC SUBSTRATE}
본 출원은 2002년 12월 23일자로 출원된 미국 가출원 제 60/436,086 호로부터 우선권 주장을 한다.
본 발명은 기재에 대해 내구력있는 친수성 처리를 수행하는 것에 의해 친수성으로 된 생분해성 중합체 기재에 관한 것이다.
중합체는 블로우(blow) 및 캐스트(cast) 필름, 압출 시트, 사출 성형품, 발포체, 블로우 성형품, 압출 파이프, 모노필라멘트 및 부직 웹을 포함하는 다양한 제품을 제조하는데 광범위하게 사용되고 있다. 상기 중합체 중 일부, 예컨대 폴리올레핀은 본래 소수성이며, 다양한 용도에 있어서 이러한 성질은 유리하게 작용하거나 적어도 불리하지 않다. 그러나 그의 소수성 성질이 그의 유용성을 제한하거나 그로부터 제조된 성형품의 표면 특성을 변형시키기 위한 약간을 노력을 필요로 하는, 중합체의 용도도 다수 존재한다.
예를 들어 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 기저귀, 여성 위생용품, 실금자 용품, 배변연습용 팬티, 와이프(wipe) 등과 같은 1회용 흡수성 제품의 제조에 사용되는 중합체 직물을 제조하는데 사용되고 있다. 상기 중합체 직물은 종종, 예를 들어 멜트블로잉(meltblowing), 코포밍(coforming) 및 스펀본딩(spunbonding)과 같은 방법에 의해 제조된 부직 웹이다. 종종 상기 중합체 직물은 물 또는 수성 기재 액체에 의해 습윤성일 필요가 있다. 직물의 형성 도중 또는 그 이후에 직물에 계면활성제 용액을 분무 또는 그렇지 않으면 코팅(즉, 표면 처리 또는 국소 처리)한 다음에 웹을 건조시키는 것에 의해 습윤성을 달성할 수 있다.
보다 일반적으로 국소 도포되는 특정 계면활성제는, 단지 예를 들어, 비이온성 계면활성제, 예컨대 폴리에톡실화 옥틸페놀 및 프로필렌 옥사이드와 프로필렌 글리콜의 축합 생성물이다. 이들 계면활성제들은 보통 소수성인 중합체 직물을 물에 대해 습윤성으로 만드는데 효과적이다. 그러나 계면활성제는 종종 수성 액체에 단지 1회 노출된 후에 쉽게 직물로부터 제거된다. 상기 계면활성제는 수성 액체의 표면 장력을 낮추어서 소수성 중합체 직물을 습윤성으로 만드는데에도 효과적이다. 그러한 메커니즘은 직물을 구성하고 있는 섬유 표면으로부터의 계면활성제의 적어도 부분적인 제거를 수반한다.
중합체의 습윤성을 개선하는 다른 방법은 코로나 방전, 플라즈마 방전, 플라즈마 제트, 불꽃 처리, 산 부식, 또는 기재의 표면을 산화시킬 수 있는 임의의 방법을 포함한다. 그러나, 당업계에 이미 알려져 있는 바와 같이, 이들 방법에 의해 도입된 습윤성은, 슈(Sheu) 등의 미국 특허 제 5,700,559 호에 개시된 바와 같은 처리 후에, 열화된다.
부직 웹은 1회용 기저귀, 배변연습용 팬티, 여성 위생용품, 유아 와이프 등과 같은 개인 위생용품을 포함하는 다양한 제품의 제조에 널리 사용되고 있다. 부 직 웹은 또한 특히 수술용 드레이프(drape), 수술용 마스크, 상처 드레싱 등과 같은 의료용품; 와이프; 걸레; 여과 물질을 포함하는 다양한 기타 제품의 제조에도 사용되어 왔다.
부직 웹으로부터 제조된 다양한 품목들은 1회 사용 또는 한정 사용 제품이다. 현재의 부직 웹 대부분은 생분해성이 아닌 것으로 여겨지는 중합체, 예컨대 폴리올레핀으로부터 제조된다. 비록 현재 구입할 수 있는 1회용 유아 기저귀 및 기타 1회용 제품들이 생분해성이 아니라는 사실에도 불구하고 대중에게 사용이 허용되고 있지만, 이러한 현재의 제품들은 폐기 분야에서의 개선에 의해 이익을 얻을 수 있을 것이다.
고체 쓰레기 폐기는 전세계에서 점점 더 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 쓰레기 매립지가 메워질수록 1회용 제품의 원료 감량에 대한 요구가 증대되고 있다. 대안으로서, 1회용 제품에 혼입시키기 위한 재활용 가능하거나 생분해성인 성분들의 개발이 요구되고 있다. 고체 쓰레기 폐기장, 예컨대 매립지로 매립하는 것이 아닌 다른 방법으로 최종 폐기될 수 있는 제품 개발이 요구되고 있다.
사용 도중에는 통합성 및 강도를 유지하고, 사용한 후에는 물질이 보다 효율적으로 폐기될 수 있는, 1회용 제품에 사용 가능한 신규 물질이 요구되고 있다. 1회용 제품에 사용되어 퇴비화에 의해 용이하게 그리고 효율적으로 폐기될 수 있는 신규 물질이 요구되고 있다. 또는 1회용 제품을 분해시킬 수 있는 액체 하수 시스템 중에서 1회용 제품이 용이하고 효율적으로 분해될 수 있다.
부직 웹을 제조하는데 사용되는 중합체 성분으로서 지방족 폴리에스테르와 같은 생분해성 중합체를 사용하는 것에 의해 현재 1회용 제품의 특정한 환경적 단점을 극복하고자 하는 시도가 있어 왔다. 지방족 폴리에스테르, 예컨대 폴리올레핀은 전형적으로 소수성이거나, 낮은 정도의 습윤성을 갖는다.
게다가, 조직 재생을 위한 봉합사 및 골격과 같은 생의학 장치를 포함하는 기타 분야에서의 생분해성 중합체 기재의 용도가 점점 인기를 얻고 있다. 이들 분야에 있어서, 이들 제품의 사용자에 대해 안전한 방식으로 생분해성 중합체 기재를 친수성이도록 하고 친수성으로 만드는 것이 요구되고 있다.
따라서 저장 도중에 안정하고, 생분해성이며, 코팅된 기재가 노출될 수 있는 수성 매질의 표면장력을 현저하게 낮추지 않고 물에 의해 습윤성인, 내구력있는 친수성 처리를 거친 생분해성 중합체 기재가 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 한 표면을 갖는 생분해성 중합체 기재로부터 제조된 내구력있는 친수성 표면을 갖는 생분해성 기재에 관한 것인데, 여기에서 생분해성 중합체 기재는 표면을 친수성으로 만들기 위해 코로나 글로우(glow) 방전 처리된 것이다. 본 발명자들은 놀랍게도 제조된 기재에 코로나 글로우 방전 처리를 하는 것에 의해 생분해성 중합체 기재를 친수성으로 할 수 있으며 이러한 처리는 장시간의 저장 기간 후에도 내구력 있게 효과적일 수 있다는 사실을 발견하게 되었다. 예를 들어, 기재는 단일 섬유, 섬유 물질, 필름 또는 시트 형태 물질, 예컨대 발포 물질의 시트일 수 있다. 시트 형태 물질은 또한 섬유 웹, 예컨대 제직 또는 부직 포 또는 웹일 수 있다. 섬유 웹은 바람직하게는 부직 웹일 것이다.
본 발명의 또 하나의 국면은 생분해성 중합체 기재에 습윤성이며 내구성 있게 친수성인 코팅을 제공하고자 하는 과제 및 문제점을 해결한다. 기재의 표면에는 생분해성 친수성 중합체 코팅 물질이 실질적으로 균일하게 코팅되어 있다. 생분해성 중합체 기재는, 단지 예를 들어, 지방족 폴리에스테르일 수 있다. 예를 들면 지방족 폴리에스테르는 특히 폴리락티드, 폴리락트산 또는 폴리글리콜산일 수 있다. 생분해성 친수성 중합체 물질의 코팅은 약 90℃까지의 광범위한 온도 범위에서 내구력이 있다. 게다가, 친수성 중합체 물질의 코팅은 기재가 접촉하게 될 수성 매질의 표면장력을 현저하게 억제하지 않는다. 특정 실시태양에 있어서, 중합체 물질 코팅의 친수성은 기재의 적어도 하나의 치수를 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 것이다. 예를 들어, 기재는 시트 형태 물질, 예컨대 발포 물질의 시트일 수 있다. 시트 형태 물질은 또한 섬유 웹, 예컨대 제직 또는 부직 포 또는 웹일 수 있다. 섬유 웹은 바람직하게는 부직 웹일 것이다.
역시 예를 들어, 친수성 생분해성 중합체 코팅 물질은 폴리사카라이드일 수 있다. 또 다른 예로서, 중합체 물질은 변형 폴리사카라이드일 수 있다. 친수성 중합체 물질이 폴리사카라이드일 때, 이것은 다수의 소수성기와 다수의 친수성기를 가질 것이다. 소수성기는 폴리사카라이드 주쇄 중에서 =CH-- 및 --CH2--기일 수 있다. 소수성기는 생분해성 중합체 기재에 대한 친수성 생분해성 중합체 물질의 친화성을 제공하도록 변경될 수 있고 친수성기는 중합체 물질이 친수성으로 될 수 있도록 변경될 수 있다.
친수성 생분해성 중합체 코팅 물질이 변형 폴리사카라이드일 때, 소수성 기는 폴리사카라이드 주쇄 중의 =CH-- 및 --CH2--기 또는 펜던트 기일 수 있다. 친수성기도 펜던드 기일 수 있다. 예를 들어, 변형 폴리사카라이드, 단지 예로서 변형 셀룰로스일 수 있다. 예를 들면, 소수성기는 펜던트 1가 알킬기, 예컨대 에틸기일 수 있다. 또 하나의 예로서, 친수성기는 펜던트 1가 히드록시알킬기, 예컨대 히드록시에틸기일 수 있다.
본 발명의 처리된 기재를 1회용 흡수성 제품의 일부분으로 사용할 수 있다. 1회용 흡수성 제품의 예는, 단지 예를 들어, 기저귀; 배변연습용 팬티; 여성 위생용품, 예컨대 생리대 및 탐폰; 실금자 위생용품; 수술용 가운; 수술용 드레이프; 와이프; 식품 분야의 티백; 생분해성 생의학 물질, 예컨대 조직 재생 및 재구성 수술용 봉합사, 여과지, 골격을 포함한다.
생분해성 중합체 기재의 내구력있는 친수성 표면은 생분해성 중합체 기재를 제공하고; 기재에 코로나 글로우 방전처리를 수행해서 내구력있는 친수성 표면을 생분해성 중합체 기재에 제공하는 방법에 의해 제조된다. 생분해성 중합체 기재에 내구력있는 친수성 표면을 형성하는 다른 방법은 생분해성 중합체 기재에 생분해성 친수성 중합체 물질을 코팅하는 것에 의해 수행된다.
도면은 실시예 3에서의 런-오프(run-off) 시험 데이터를 나타낸다.
정의
본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하는"은 포함하는 또는 제한적이지 않은 것을 의미하고 언급되지 않은 추가의 요소, 조성 부분 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "생분해성 중합체 기재"는 임의 형태의 제품을 포함하지만, 단 전체적으로 또는 부분적으로, 소수성이거나, 낮은 정도의 습윤성을 갖는 생분해성 중합체로 구성된다는 것을 의미한다. 예를 들면, 기재는 시트 형태 물질, 예컨대 필름 또는 발포 물질의 시트일 수 있다. 시트 유형 물질은 또한 섬유 웹, 예컨대 제직 또는 부직 포 또는 웹일 수도 있다. 기재는 또한 생분해성 중합체 섬유 자체, 또는 섬유 웹으로 형성된 생분해성 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 섬유 웹은 바람직하게는 부직 웹, 예컨대 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹 또는 에어-레이드 웹일 것이지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 기재는 또한 시트 형태 물질의 2층 이상의 적층물일 수 있다. 예를 들면 이 층은 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹 및 에어-레이드 웹으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 그러나, 기타 시트 형태 물질이 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹, 또는 에어-레이드 웹에 더해서 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 게다가, 적층물의 층들은 동일한 생분해성 중합체 또는 여러 종류의 생분해성 중합체로부터 제조될 수 있다.
기재의 생분해성 중합체는 또한 당업계에서 통상적인 첨가제를 소량 포함할 수 있다. 예를 들면, 생분해성 중합체는 안료, 충전제, 무광제, 항산화제, 대전방지제, 안정제, 산소 스캐빈저 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "친수성 생분해성 중합체 코팅 물질"은 중합체 물질이 수성 매질로 습윤될 수 있는 정도의 표면 자유 에너지를 생분해성 중합체 물질이 갖는다는 것을 의미한다. 즉, 수성 매질은 기재에 코팅된 친수성 중합체 물질을 습윤시킨다. 예를 들면, 친수성 중합체 물질의 표면 자유 에너지는 적어도 약 50dyne/cm일 것이다. 또 다른 예로서, 친수성 중합체 물질의 표면 자유 에너지는 약 50 내지 약 72dyne/cm의 범위일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "생분해성"은 물질이 세균, 곰팡이, 조류 등과 같은 자연에 존재하는 미생물의 작용에 의해 분해된다는 것을 나타낸다. "생분해성"은 또한 산소 존재하에 장시간에 걸쳐 분해되는 물질도 포함한다.
생분해성 중합체 기재의 코팅에 관련하여 사용되는 용어 "내구력있는"은 처리된 기재가 장시간, 예를 들면 1개월 이상 동안 저장된 후에도 그의 친수성 성질을 유지한다는 것을 의미한다. 게다가, 용어 "내구력있는"은 처리된 기재가 수성 매질, 예컨대 물, 식염수, 및 소변과 기타 체액에 적어도 3회 노출된 후에도 습윤성을 유지한다는 것도 의미한다.
기재가 섬유 웹일 때 내구력을 평가하기 위한 한 방법은 액체 흡수 시간 시험이다. 이 시험에서는, 물질의 5g 샘플을 실린더 중량이 3g이도록 적절한 치수의 철사로부터 제조된 8cm 높이, 5cm 직경의 철망 실린더에 넣는다. 부직 웹의 5g 샘플을 철망 내부에 넣는다. 철망 및 물질을 실온의 물에 담그고 망이 가라앉는 시간을 측정한다. 완전한 시험 과정이 ISO-9373에 요약되어 있다.
기재가 섬유 웹일 때 내구력 평가하기 위한 또 하나의 방법은 세척 및 건조( 세척/건조 사이클) 후의 변형 런-오프 시험이다. 섬유 웹은 전형적으로는 노출, 세척 및 건조의 적어도 5 사이클 동안 습윤성을 유지할 것이다. 바람직하게는, 적어도 10회 사이클이 수행된 후에도 습윤성을 유지할 것이다.
런-오프 시험(노출) 및 세척/건조 과정은 마이로위쯔(Meirowitz) 등의 미국 특허 제 5,258,221 호에 기술되어 있으며, 참고문헌으로 인용된다. 전형적으로는, 일반적으로 직사각형의 8인치x15인치(약 20cmx38cm)의 섬유 웹 샘플, 예컨대 부직 웹을 폴리프로필렌, 목재 펄프 섬유 및(또는) 초흡수성 물질로 구성된 흡수성 코어의 상부에 올려놓는다. 형성된 시험 조립물을 경사진 표면의 중앙에 놓고 조립물의 각각의 모서리에서 테이프로 고정한다. 경사진 표면의 각도는 특허에 기술된 30°각도 대신에 45°이다. 깔때기는 시험 조립물의 바닥 또는 하부 모서리로부터 대략 7.8인치(약 200mm)에 위치한다. 깔때기의 밸브는 시험 조립물 상부 표면의 대략 10mm 위에 위치한다. 35℃의 온도를 갖는 100ml의 물을 깔때기 안에 넣는다. 깔때기의 밸브를 개방해서 물을 약 15초간 배출한다. 흘러서 수집 수단에 수집되는 물의 양을 측정하고 기록한다. 수집 수단에 수집되는 물의 양이 주어진 유형의 섬유 웹에 대해 적절한 것으로 여겨지는 양보다 적다면 전형적으로 이 섬유 웹이 변형 런-오프 시험을 통과한 것으로 여긴다. 예를 들면 섬유 웹이 경량(예를 들면, 제곱 야드당 0.6온스 또는 제곱 미터당 약 20그램의 기본 중량)의 스펀본드 부직 웹일 때, 수집되는 물의 양은 20ml 미만이어야 한다.
1리터 대신에 500ml의 실온수(약 23℃)를 이용하는 것으로 세척/건조 사이클을 변형시켰다. 그러므로, 상기 코팅된 기재의 일반적으로 직사각형인 샘플을 500ml의 물에 넣었다. 기계적 교반기에 의해 분당 15-20회전으로 교반하면서 샘플을 1분동안 물속에 둔다. 물에서 샘플을 꺼내고 과량의 액체는 다시 세척수 용기로 짜낸다. 이 샘플을 하룻밤 동안 공기 건조시킨 다음에 상기한 바와 같은 변형된 런-오프 시험을 수행한다. 이 과정을 원하는 횟수로 반복한다. 각각의 사이클에 대해 신선한 물을 사용하는 각각의 세척/건조 사이클 후에 세척수의 표면장력을 측정한다. 물의 표면장력은 피셔(Fisher) 장력계(피셔 사이언티픽 캄파니(Fisher Scientific Company), 미국 펜실베니아주 피츠버그)를 사용하는 ASTM 시험 방법 D 1590-60에 따라서 측정한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "수성 매질"은 물이 주요 성분인 임의의 액체 매질을 의미한다. 그러므로 이 용어는 물 자체 및 수성 용액과 분산액을 포함한다. 예를 들면, 수성 매질은 액체 신체 분비물, 예컨대 소변, 생리혈 및 침일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "습윤성" 및 그의 변형은 수성 매질에 의해 습윤될 수 있는 것, 즉 수성 매질이 기재의 표면을 따라서 퍼지는 것을 의미한다. 이 용어는 용어 "물에 의해 습윤성" 및 그의 변형과 상호교환적으로 사용되며 동일한 의미를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 구절 "생분해성 중합체 기재에 대한 중합체 물질의 친화성"은, 전형적으로 기재의 반응성 종의 장으로의 제 1 노출 후에, 친수성 중합체 물질이 기재를 실질적으로 균일하게(즉, 코팅된 기재가 수성 매질에 의해 습윤될 수 있도록 하는 충분한 정도) 피복한다는 것을 의미한다. 용어 "부분 친화성" 은 중합체 물질이 기재를 부분적으로 피복한다는 것을 의미한다. 부분 친화성의 기능적 결과는 코팅된 기재가 단지 부분적으로 습윤성이라는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "1가 알킬기"는 탄소수 1 내지 약 6의 1가 알킬기를 의미한다. 1가 알킬기의 예는 단지 예를 들면, 메틸, 에틸, 1-프로필, 이소프로필, 1-부틸, 2-부틸, t-부틸, 1-펜틸, 2-펜틸, 3-펜틸, 2-메틸-2-부틸, 3-메틸-2-부틸, 1-헥실, 2-헥실, 3-헥실, 4-헥실, 2,2-디메틸부틸, 2,3-디메틸부틸, 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 3-에틸-2-부틸 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "1가 히드록시알킬기"는 수소 원자가 히드록실기로 치환된 상기한 바와 같은 1가 알킬기를 의미한다. 1가 히드록시알킬기의 예는 단지 예를 들면, 히드록시에틸, 2-히드록시프로필, 3-히드록시프로필, 1-히드록시-2-프로필, 4-히드록시부틸, 3-히드록시부틸, 2-히드록시부틸, 4-히드록시-2-부틸, 3-히드록시-2-부틸, 2-히드록시메틸-2-프로필, 5-히드록시펜틸, 4-히드록시펜틸, 3-히드록시펜틸, 2-히드록시펜틸, 5-히드록시-2-펜틸, 4-히드록시-2-펜틸, 3-히드록시-2-펜틸, 5-히드록시-3-펜틸, 4-히드록시-3-펜틸, 2-히드록시메틸-2-부틸, 3-히드록시메틸-2-부틸, 3-메틸-1-히드록시-2-부틸, 6-히드록시에틸, 4-히드록시-2-헥실, 1-히드록시-3-헥실, 2-히드록시-4-헥실, 2,2-디메틸-4-히드록시부틸, 2,3-디메틸-1-부틸, 2-히드록시메틸펜틸, 2-메틸-4-히드록시펜틸, 3-(2-히드록시에틸)2-부틸 등을 포함한다.
1가 알킬 및 히드록시알킬기에 대해 본 명세서에서 사용되는 용어 "펜던드"는 중합체 주쇄에 부착되긴 하지만 그의 일부분은 아닌 기라는 것을 의미한다. 그 러므로 펜던트 기의 제거는 주쇄의 화학적 구조를 변경시키지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "섬유"는 스테이플 섬유, 즉 약 19mm 내지 약 60mm의 한정된 길이를 갖는 섬유, 스테이플 섬유보다는 길지만 비연속인 섬유, 및 "실질적으로 연속인 필라멘트" 또는 단순하게 "필라멘트"로 종종 불리는 연속 섬유를 포함한다. 섬유의 제조 방법이 섬유가 스테이플 섬유인지 또는 연속 필라멘트인지를 결정할 것이다.
본 명세서에서 사용되고 있는 용어 "부직 웹"은 편직 웹과 동일시할 수 없는 방식으로, 얽혀있는 개별 섬유 또는 사의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직 웹은 다수 방법, 예컨대 멜트블로잉 방법, 스펀본딩 방법, 에어-레잉 방법, 코포밍 방법 및 본드 카드 웹 방법에 의해 제조되었다. 부직 웹의 기본 중량은 통상적으로 제곱 야드당 온스(osy) 또는 제곱 미터당 그램(gsm)으로 표현되며 유용한 섬유 직경은 통상적으로 미크론으로, 또는 스테이플 섬유의 경우에는 데니어로 표현된다. osy를 gsm으로 전환하기 위해서는 osy에 33.91을 곱해야 한다는 사실을 주목한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "스펀본드 웹"은 분자 배향 중합체 물질의 작은 직경 섬유로부터 제조된 부직 웹을 지칭한다. 스펀본드 섬유는, 예를 들면 아펠(Appel) 등의 미국 특허 제 4,340,563 호 및 도르슈너(Dorschner) 등의 미국 특허 제 3,692,618 호, 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제 3,802,817 호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제 3,338,992 호 및 제 3,341,394 호, 하트만(Hartman)의 미국 특허 제 3,502,763 호, 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제 3,542,615 호 및 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제 5,382,400 호 등에서와 같이 압출되는 필라멘트의 직경 을 갖는 방사구의 통상적으로 원형인 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 필라멘트로 압출한 다음 신속하게 가늘게 만든다. 스펀본드 섬유는 그들이 수집 표면으로 침착될 때 일반적으로 점성이 없고 일반적으로 연속적이다. 스펀본드 섬유는 종종 직경이 약 10미크론 이상이다. 그러나 (약 10미크론 미만의 평균 섬유 직경을 갖는) 미세한 섬유 스펀본드 웹은 마르몬(Marmon) 등의 미국 특허 제 6,200,669 호, 파이크 등의 미국 특허 제 5,759,926 호에 기술된 것들을 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아닌 다양한 방법에 의해 얻을 수 있으며, 상기 특허 각각은 참고문헌으로 인용된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "멜트블로우 웹"은 통상적으로 원형인 다수의 미세 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 물질을 용융된 실 또는 필라멘트로서, 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 그의 직경이 마이크로섬유 직경일 수 있는 직경으로 감소될 수 있도록 가늘게 만드는 집중의 고속, 통상적으로 고온의 기류(예를 들면 공기)로 압출하는 것에 의해 형성된 부직 웹을 지칭한다. 그 후에 멜트블로우 섬유를 고속 기류에 의해 운송하고 수집 표면 위로 침착시켜서 무질서하게 분포된 멜트블로우 섬유의 웹을 형성한다. 상기 방법은, 예를 들면 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제 3,849,241 호에 개시되어 있으며 참고문헌으로 인용된다. 멜트블로우 섬유는 미세섬유인데, 이것은 연속 또는 비연속일 수 있고 일반적으로 평균 직경이 10미크론 미만이다. 용어 "멜트블로우"는 또한 고속 기체(통상적으로 공기)를 사용해서 필라멘트의 형성을 돕는 다른 방법, 예컨대 용융 분무 또는 원심 방사 등도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "코폼 부직 웹" 또는 "코폼 물질"은 열가소성 필라멘트 및 1종 이상의, 보통 "제 2 물질" 또는 "2차 물질"로 불리는 추가 물질의 혼합물 또는 안정화 매트릭스를 포함하는 복합 물질을 의미한다. 한 예로서, 코폼 물질은 1개 이상의 멜트블로우 다이 헤드가, 형성되고 있는 웹에 그것을 통해 제 2 물질이 첨가되는 슈트(chute) 부근에 배열되는 방법에 의해 제조될 수 있다. 제 2 물질은 예를 들면 흡수성 물질, 예컨대 섬유 유기 물질, 예컨대 목재 및 비목재 펄프, 예컨대 면, 레이온, 재활용 종이, 펄프 플러프; 초흡수성 물질, 예컨대 초흡수성 입자 및 섬유; 무기 흡수성 물질 및 처리된 중합체 스테이플 섬유 등; 또는 비흡수성 물질, 예컨대 비흡수성 스테이플 섬유 또는 비흡수성 입자일 수 있다. 코폼 물질의 예는 조저(Georger) 등의 미국 특허 제 5,350,624 호; 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 제 4,100,324 호; 및 라우(Lau) 등의 미국 특허 제 4,818,464 호에 개시되어 있으며; 각각은 참고문헌으로 인용된다.
"본드 카드 웹"은 코밍(combing) 또는 카딩 장치를 통해 보내지고, 서로 분리 또는 절단되고 기계 방향으로 스테이플 섬유가 정렬되어 전반적으로 기계 방향 배향 섬유 부직 웹으로 형성된 스테이플 섬유로부터 제조된 웹을 지칭한다. 상기 섬유는 통상적으로 카딩 장치 이전에 섬유를 분리하는 개면기/블렌더 또는 채취기 중에 위치한 베일로 구입한다. 일단 웹이 성형된 후에, 몇 종류의 이미 알려진 결합 방법 중 하나 이상에 의해 결합한다. 상기 결합 방법 중 하나는 분말 결합인데, 여기에서 분말 접착제를 웹에 골고루 퍼뜨린 다음에 통상적으로 고온 공기에 의해 웹 및 접착제를 가열하는 것에 의해 활성화시킨다. 또 하나의 적합한 결합 방법은 패턴 결합인데, 여기에서 가열된 캘린더 롤 또는 초음파 결합 장치를 사용해서, 통상적으로 국소 결합 패턴으로 섬유를 함께 결합하는데, 원한다면 웹의 전체 표면이 결합될 수도 있다. 또 하나의 적합하고 이미 잘 알려져 있는, 특히 2성분 스테이플 섬유를 사용할 때의 결합 방법은 통기 결합이다.
"에어레잉" 또는 "에어레이드"는 섬유 부직 층을 형성할 수 있는 이미 알려져 있는 방법이다. 이러한 에어레잉 방법에 있어서, 약 3 내지 약 19밀리미터(mm) 범위의 전형적인 길이를 갖는 작은 섬유의 묶음을 분리해서 공급되는 공기 중에 혼입시킨 다음 성형 스크린 위로, 통상적으로 진공 공급의 보조하에, 침착시킨다. 무작위로 분포된 섬유를, 예를 들면 뜨거운 공기 또는 분무 접착제를 사용하는 것에 의해, 서로 결합시킨다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "다성분 섬유"는 별개의 압출기로부터 압출되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 2종 이상의 중합체로부터 형성된 섬유 또는 필라멘트를 지칭한다. 다성분 섬유는 종종 "복합" 또는 "2성분" 섬유 또는 필라멘트로 지칭된다. 용어 "2성분"은 섬유를 구성하는 2종의 중합체 성분이 존재한다는 것을 의미한다. 각 성분의 중합체가 특정한 물리적 성질, 예컨대 융점 또는 연화점에서 차이를 나타낸다면, 동일한 중합체로부터 복합 섬유를 제조할 수 있지만, 중합체들은 보통 서로 다르다. 모든 경우에 있어서, 중합체는 다성분 섬유 또는 필라멘트의 단면을 따라서 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 대역으로 정렬되며 다성분 섬유 또는 필라멘트의 길이를 따라서 연속적으로 연장된다. 상기 다성분 섬유의 형태는, 예를 들면 한 중합체가 다른 중합체에 둘러싸이는 쉬쓰/코어 (sheath/core) 배열, 사이드-바이-사이드(side-by-side) 배열, 파이(pie) 배열 또는 "아일랜드-인-더-시(islands-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 다성분 섬유는 가네코(Kaneko) 등의 미국 특허 제 5,108,820 호; 스트랙(Strack) 등의 미국 특허 제 5,336,552 호; 및 파이크 등의 미국 특허 제 5,382,400 호에 교시되어 있으며; 각각이 참고문헌으로 인용된다. 2성분 섬유 또는 필라멘트에 있어서, 중합체들은 75/25, 50/50, 25/75 또는 임의의 기타 원하는 비율로 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "다구성 섬유"는 블렌드 또는 혼합물로서 동일한 압출기로부터 배출되는 2종 이상의 중합체로부터 형성된 섬유를 지칭한다. 다구성 섬유는 섬유의 단면을 가로질러서 비교적 일정하게 위치된 별개의 대역으로 배열된 다양한 중합체 성분을 갖지 않으며 다양한 중합체들은 보통 섬유 전체 길이를 따라서 연속적이지 않고, 대신에 무작위하게 시작되거나 끝나는 피브릴 또는 프로토피브릴을 형성한다. 이러한 일반적인 유형의 섬유는, 예를 들면 게스너(Gessner)는 미국 특허 제 5,108,827 호 및 제 5,294,482 호에 기술되어 있다.
본 명세서에서 사용되고 있는 용어 "패턴 결합"은 열 및 압력 또는 기타 방법, 예컨대 초음파 결합의 적용에 의해 패턴 형태로 부직 웹을 결합하는 방법을 지칭한다. 열 패턴 결합은 전형적으로는 약 80℃ 내지 약 180℃ 범위의 온도 및 약 150 내지 약 1000파운드/선형 인치(59-178kg/cm) 범위의 압력에서 수행된다. 사용되는 패턴은 전형적으로는 표면적의 약 5 내지 약 30%를 피복하는 약 10 내지 약 250결합/인치2(1-40결합/cm2)을 가질 것이다. 상기 패턴 결합은 이미 알려져 있는 방법으로 수행된다. 예를 들면 보그트(Vogt)의 미국 특허 제 239,566 호, 로저스(Rogers) 등의 미국 의장 특허 제 264,512 호, 한센(Hansen) 등의 미국 특허 제 3,855,046 호 및 마이트너(Meitner) 등의 미국 특허 제 4,493,868 호 및 스토크(Stokes) 등의 미국 특허 제 5,858,515 호를 결합 패턴 및 결합 방법의 설명에 대해 참고하는데, 이 특허들은 참고문헌으로 인용된다. 초음파 결합은, 예를 들면 소닉 혼(sonic horn) 및 앤빌 롤(anvill roll) 사이로 다층 부직 웹 적층물을 통과시키는 것에 의해 수행되는데, 본슬레저(Bornslaeger)의 미국 특허 제 4,374,888 호에 기술되어 있으며, 참고문헌으로 인용된다.
본 발명의 생분해성 중합체 기재는 소수성이거나 낮은 정도의 습윤성을 갖는 생분해성 중합체로부터 제조된다. 많은 분야에 있어서 생분해성 중합체 기재를 친수성으로 만드는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 기재를 제조하는데 사용되는 생분해성 중합체는 생분해성 지방족 폴리에스테르 중합체를 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 생분해성 지방족 폴리에스테르의 예는 폴리히드록시 부티레이트(PHP), 폴리히드록시 부티레이트-코-발러레이트(PHBV), 폴리카프로락탄, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트-코-아디페이트, 폴리글리콜산(PGA), 폴리락티드 또는 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 옥살레이트, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리파라디옥사논, 폴리모르폴린비온, 및 폴리디옥시판-2-온을 포함하는데, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 이들 지방족 폴리에스테르 중에서, 폴리글리콜산 및 폴리락티드(폴리락트산)이 입수용이성 및 최근의 제조 방법 발전으로 인해서 바람직하다. 현재의 가격을 고려한다면, 폴리락티드(폴리락트산)이 가장 바람직하다.
폴리락티드는 종종 폴리락트산으로 지칭된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 폴리락티드는 폴리락티드 및 폴리락트산 모두를 포함한다. 폴리락티드는 종종 "PLA"로 약칭된다. 폴리락티드 중합체는 카르길-다우 엘엘씨(Cargill-Dow LLC, 미국 미네소타주 미네톤카)로부터, 예를 들면 유럽특허 제 1 312 701 A1 호에 기술되는 바와 같은 6200 D 등급으로, 퓨락 아메리카(PURAC AMERICA, 미국 일리노이주 링컨셔)로부터 그리고 바이오머(Biomer, 독일 크레일링)로부터 상업적으로 구입할 수 있다. 폴리락티드는 또한 미국 특허 제 5,338,822 호; 제 6,111,060 호; 제 5,556,895 호; 제 5,801,223 호; 제 6,353,086 호; 및 제 6,506,873 호에 기술되어 있으며, 각각은 참고문헌으로 인용된다.
상기한 바와 같이, 생분해성 중합체 기재는 시트 형태 물질, 예컨대 필름 또는 발포 물질의 시트일 수 있다. 시트 형태 물질은 또한 섬유 웹, 예컨대 제직 또는 부직 포 또는 웹일 수 있다. 기재는 또한 중합체 섬유 자체, 또는 섬유 웹으로 형성된 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 섬유 웹은 바람직하게는 부직 웹, 예컨대 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹 또는 에어 레이드 웹인데, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 기재는 또한 시트 형태 물질의 2층 이상의 적층물일 수 있다. 예를 들면, 층들은 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹 및 에어-레이드 웹으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택된다. 그러나 기타 시트 형태 물질도 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 본드 카드 웹 또는 에어-레이드 웹 대신에, 또는 이에 더하여 사용될 수 있다. 게다가, 적층물의 층들은 동일한 생분해성 중합체 또는 다른 생분해성 중합체로부터 제조될 수 있다.
기재가 부직 웹일 때, 부직 웹 층의 섬유는 1종의 중합체 성분으로부터 제조된 것을 의미하는 1성분 섬유, 다구성 섬유 또는 다성분 섬유일 수 있다. 다성분 섬유는, 예를 들면 A/B 또는 A/B/A 사이드-바이-사이드 단면 형태, 1종의 중합체 성분이 또 하나의 중합체 성분을 둘러싸는 쉬쓰-코어 단면 형태, 파이 단면 배열이거나 아일랜드-인 시 배열일 수 있다. 다성분 섬유의 중합체 각각이 생분해성일 수 있고, 또는 1종이 생분해성이고 다른 것은 생분해성이 아닐 수 있다. 2종을 초과하는 성분이 사용될 수도 있다.
생분해성 중합체 기재는 두 방법 중 하나에 의한 내구력있는 친수성 처리에 의해 친수성으로 될 수 있다. 본 발명의 제 1 방법에 있어서, 기재에 코로나 글로우 방전 처리를 수행하는 것에 의해 생분해성 중합체 기재를 친수성으로 만들 수 있다. 본 방법에 있어서, 한 표면을 갖는 생분해성 중합체 기재에 코로나 글로우 방전 처리를 해서 표면을 친수성으로 만든다.
중합체 필름의 코로나 글로우 방전 처리는 당업계에 이미 알려져 있으며 중합체 물질 표면 중합체의 화학적 변형을 야기한다. 예를 들면 짐머만(Zimmerman) 등의 미국 특허 제 3,880,966 호, 슈리머(Schrimer)의 미국 특허 제 3,471,597 호를 참고한다. 필름의 코로나 방전 처리도 역시 당업계에서 오래된 기술이며 공기 존재하의 중합체 필름의 코로나 방전 처리는 중합체 필름 표면 영역의 상당한 형태학적 및 화학적 변형을 야기하는 것으로 알려져 있다. 카토아(Catoire) 등의 문헌["Physicochemical modifications of superficial regions of low-density polyethylene(LDPE) film under corona discharge", Polymer, vol. 25, p. 766 이하, 1984년 6월]을 참고한다.
일반적으로 말하자면, 코로나 처리는 (1) 필름의 인쇄 고착성을 개선하거나, (2) 필름을 천공하기 위해 이용되어 왔다. 예를 들면 라우더(Lowther)의 미국 특허 제 4,283,291 호는 코로나 방전을 제공하기 위한 장치를 기술하고 짐머만 등의 미국 특허 제 3,880,966 호는 결정질 탄성 중합체 필름을 천공해서 그의 투과성을 증가시키기 위해 코로나 방전을 사용하는 방법을 개시한다. 쉬르머(Schirmer)의 미국 특허 제 3,471,597 호도 코로나 방전에 의해 필름을 천공하는 방법을 개시한다. 월터(Walter)의 미국 특허 제 3,754,117 호는 박층 또는 섬유의 표면 성질을 변형하기 위한 코로나 방전 처리 방법을 개시하는데 이것은 이어서 도포되는 잉크 또는 페인트의 부착성 또는 차후의 결합을 개선한다.
본 발명에 있어서는, 생분해성 중합체 기재를 코로나 장에 노출시킨다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "코로나 장"은 이온화 기체의 코로나 장을 의미한다. 일반적으로, 코로나 장의 발생 및 섬유의 노출은 당업계 숙련인에게 이미 잘 알려져 있는 방법에 따라서 수행된다. 섬유가 노출되는 선량 또는 에너지 밀도는 제곱 피트 당 약 1 내지 약 500와트-분(w-분/ft2)의 범위일 수 있는데, 이것은 대략적으로 제곱 미터 당 약 0.6 내지 약 323킬로주울(kJ/m2)에 상응한다. 바람직하게는 상기 선량은 약 15 내지 약 350w-분/ft2(약 10 내지 약 226kJ/m2)의 범위일 것이다. 가장 바람직하게는 선량은 약 20 내지 약 80w-분/ft2(약 13 내지 약 52kJ/m2)의 범위일 것이다. 바람직하게는 코로나 글로우 방전 처리는 주위 온도 및 압력 하에서 기재에 대해 수행되지만; 보다 높거나 낮은 온도 및 압력이 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 방법에 있어서는, 약 10℃ 내지 약 90℃에서 수성 매질에 대해 내구력이 있으며 섬유 웹과 접촉하게 될 수 있는 수성 매질의 표면 장력을 현저하게 저하시키지 않는 친수성 중합체 물질로 기재를 코팅하는 것에 의한 내구력있는 친수성 처리에 의해 생분해성 중합체 기재를 친수성으로 만든다. 예를 들면, 수성 매질의 표면 장력은 약 10% 이상 열화 또는 저하되지 않을 것이다.
단지 예를 들면, 친수성 중합체 물질은 폴리사카라이드일 수 있다. 폴리사카라이드는 다수의 소수성기 및 다수의 친수성기를 가질 수 있다. 소수성기는 폴리사카라이드 주쇄 중의 =CH-- 및 --CH2--기일 수 있다. 소수성기는 생분해성 중합체 기재에 대한 중합체 코팅 물질의 친화성을 제공하도록 변경될 수 있고 친수성 기는 중합체 물질이 친수성으로 되도록 변경될 수 있다. 폴리사카라이드의 예는, 예를 들면 천연 고무, 예컨대 한천, 아가로스, 카라기난, 푸르셀레란, 알기네이트, 로커스트 빈 고무, 아라비아 고무, 구아 고무, 곤약 고무 및 카라야 고무; 미생물 발효 생성물, 예컨대 젤란 고무, 크산탄 고무, 및 덱스트란 고무; 셀룰로스, 예컨대 미정질 셀룰로스; 및 동물 생성물, 예컨대 히얄루론산, 헤파린, 키틴 및 키토산을 포함한다.
단지 예를 들면, 친수성 중합체 물질은 변형 폴리사카라이드일 수 있다. 변형 폴리사카라이드는 또한 다수의 소수성기 및 다수의 친수성기를 가질 수 있다. 소수성 기는 폴리사카라이드 주쇄 중의 =CH-- 및 --CH2--기, 또는 펜던트 기일 수 있다. 친수성 기도 또한 펜던트 기일 수 있다. 다시 소수성기는 생분해성 중합체 기재의 친화성을 제공하도록 변경될 수 있고 친수성기는 중합체 물질이 친수성으로 될 수 있도록 변경될 수 있다. 단지 예를 들면, 변형 폴리사카라이드의 예는 변형 셀룰로스 또는 셀룰로스 유도체, 예컨대 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸 히드록시프로필 셀룰로스, 에틸 히드록시에틸 셀룰로스 및 카르복시메틸 셀룰로스; 전분 및 펙틴 유도체, 예컨대 카르복시메틸 전분, 전분 알데히드 및 펙테이트; 및 동물 생성물 전분, 예컨대 카르복시메틸 키틴 및 카르복시메틸 키토산을 포함한다.
특히 유용한 유형의 폴리사카라이드 및 변형 폴리사카라이드의 예를 들면, 한천; 알기네이트; 및 변형 셀룰로스, 예컨대 에틸 히드록시에틸 셀룰로스를 포함한다. 변형 폴리사카라이드, 상기 특히 유용한 유형의 변형 폴리사카라이드에 있어서 소수성기는 펜던트 1가 알킬기일 수 있다. 예를 들면, 상기 소수성기는 메틸 또는 에틸기일 수 있다. 다른 예로서, 친수성기는 펜던트 1가 히드록시알킬기일 수 있다. 또 하나의 예로서, 친수성기는 히드록시에틸기일 수 있다.
최종적으로, 중합체 물질 코팅의 친수성은 코팅된 기재의 적어도 한 치수를 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 수 있는데, 일반적으로 "대역 처리"로 지칭된다. 예를 들면 코팅된 기재는 기재의 길이 방향을 따라서 연장되는, 보다 높은 친수성의 중심 영역과, 중심 영역의 양쪽의 보다 낮은 친수성의 영역을 가질 수 있다. 그러므로 상기 기재의 친수성은 그의 폭을 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 수 있을 것이다. 본 발명의 범위에 속하는 기타 변형도 당업계 숙련인에게 보다 용이하게 이해될 것이다.
이제 코팅된 기재의 제조 방법을 살펴보자면, 이 방법은 생분해성 중합체 기재를 제공하고 임의로 기재의 적어도 일부분 또는 전부를 반응성 종의 장에 노출시키는 것을 포함한다. 그 다음에 반응성 종의 장에 노출된 임의의 부분을 포함하는 기재의 적어도 일부분을 물 및 상기한 바와 같은 친수성 중합체 물질의 혼합물로 기재의 표면이 친수성 중합체 물질로 실질적으로 균일하게 피복되기에 충분한 조건에서 처리한다. 임의의 종래의 처리 방법, 예를 들면, 분무, 발포체의 도포, 인쇄, 침지 등을 사용해서 기재를 코팅할 수 있다. 친수성 중합체 물질의 코팅은 수성 매질 중에서 약 10℃ 내지 약 90℃ 범위의 온도에서 내구력이 있으며 코팅은 코팅된 기재와 접촉하게 될 수성 매질의 표면 장력을 현저하게 저하시키지 않는다. 예를 들면 상기 수성 매질의 표면 장력 저하는 약 10% 미만일 수 있다. 특별한 경우에 있어서, 기재의 코팅을 가교결합시켜서 원하는 정도의 내구성을 제공하는 것이 도움이되거나 필요할 수 있다.
반응성 종의 장은 생분해성 중합체 기재에 대한 친수성 중합체 물질의 친화성을 상승시키는 작용을 한다. 반응성 종의 장은, 예를 들면 코로나 장일 수 있다. 또 다른 예로서, 반응성 종의 장은 플라즈마 장일 수 있다.
다른 방법으로서, 코팅을 먼저 기재에 도포한 다음 기재를 반응성 종 장의 영향을 받도록 할 수 있다.
이론에 얽매이는 것을 바라지 않지만, 생분해성 중합체 기재의 반응성 종 장으로의 노출은 기재 표면의 변형을 야기해서 기재의 표면 에너지를 일시적으로 상승시킨다. 이것은 다시 처리 용액의 기재로의 침투를 야기하는데; 즉 기재가 처리 용액으로 포화될 수 있다. 처리의 내구력은 표면 산화 및 기재에 도포될 수 있는 친수성 코팅의 향상된 2차 결합으로 인한 것으로도 생각된다.
기재의 반응성 종 장으로의 노출이 기재의 표면 에너지를 일시적으로 상승시키는데 있어서 바람직한 방법이긴 하지만, 다른 방법도 사용될 수 있다. 예를 들면, 기재를 오존으로 처리하거나 산화 용액, 예컨대 삼산화크로뮴 및 황산을 포함하는 수성 매질을 통해 통과시킬 수 있다. 그러나 기재의 분해를 방지 또는 최소화하기 위해 다른 방법에 대해 주의를 기울여야 한다.
반응성 종의 강도는 섬유 웹의 적어도 한 치수를 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 수 있다. 기재를 친수성 중합체 물질로 코팅할 때, 코팅의 친수성 정도는 장의 강도에 직접 비례한다. 그러므로, 중합체 물질 코팅의 친수성은 섬유 웹의 적어도 한 치수를 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 것이다.
반응성 종 장의 강도는 이미 알려진 방법에 의해 조절된 방식으로 용이하게 차이를 둘 수 있다. 예를 들면, 분절 전극을 갖는 코로나 장치를 사용할 수 있는데, 여기에서 처리될 샘플로부터 각 분절까의 거리는 독립적으로 변화될 수 있다. 또 하나의 예로서, 갭(gap)-구배 전극 시스템을 갖는 코로나 장치를 이용할 수 있는데; 이러한 경우에 있어서, 한 전극을 전극 길이에 대해 수직인 축을 따라서 회전시킬 수 있다. 기타 방법도 사용될 수 있는데; 예를 들면 문헌["Fabrication of a Continuous Wettability Gradient by Radio Frequency Plasma Discharge", 더블유. 지. 피트(W. G. Pitt), J. Colloid Interface Sci., 133, No. 1, 223(1989)] 및 ["Wettability Gradient Surfaces Prepared by Corona Discharge Treatment", 제이. 에이취. 리(J. H. Lee) 등, Transactions of the 17th Annual Meeting of the Society for Biomaterials, May 1-5, 1991, 133면, Scottsdale, Ariz]를 참고한다.
원한다면, 생분해성 중합체 기재의 적어도 일부분을 물 및 중합체 물질을 포함하는 혼합물로 처리하는 것에 이어서 기재를 반응성 종의 장에 노출시킬 수 있다. 상기 후노출은 전형적으로 코팅된 기재의 친수성을 증가시킨다. 게다가, 상기 후노출에서의 반응성 종 장의 강도는 이미 언급된 바와 같이 섬유 웹의 적어도 한 치수를 따라서 조절된 방식으로 차이가 있을 수 있다. 상기 후처리는 심지어 가교결합을 통해 코팅의 내구성을 개선할 수 있다.
전형적으로 기재에 도포되는 코팅 중 친수성 중합체의 첨가량은 일반적으로 약 0.01중량% 내지 약 2.0중량%, 바람직하게는 0.05중량% 내지 약 1.0중량%, 가장 바람직하게는 약 0.1중량% 내지 약 0.5중량%인데, 각각은 기재 및 코팅 중 친수성 중합체의 건조 중량을 기준으로 한 것이다.
상기 방법은 생분해성 중합체를 친수성으로 만든다. 내구력이 있다는 것에 더해서, 상기 방법은 확인되지는 않았지만, 식품에 대해 안정하며 식품 저장 제품과 인체 상 및 인체 내에서 사용되는 의료 장치에 대해 사용될 수 있는 코팅을 제공할 수 있다. 본 발명의 처리는 신속한 습윤성, 저장 중의 내구력, 사용 도중의 최초 배설후의 표면의 재습윤을 가능하게 하는 내구력을 부여하며, 승온에서 효능이 있고, 무미이며, 비발포성이고, 에틸 히드록실 셀룰로스 코팅의 경우와 같이 식품에 대해 안전하다. 놀랍게도 생분해성 중합체 기재에 대한 코로나 처리는 장시간의 저장 후에도 부여된 친수성 성질들을 유지하는 기재를 형성한다. 본 발명은 하기 실시예에 의해 보다 상세하게 설명된다. 그러나 그러한 실시예는 본 발명의 취지 또는 범위를 어떤 방식으로도 제한하지 않는 것으로 해석된다.
실시예 1
카르길-다우, 엘엘씨로부터 구입할 수 있는 6200 D 등급의 폴리락트산을 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제 3,802,817 호에 기술되어 있는 유형의 기존의 스펀본드 장치를 이용해서 스펀본드 직물로 형성했다. 형성된 스펀본드 직물은 약 1.8dpf(2.0dtex)의 평균 데니어 및 약 0.5osy(약 17gsm)의 기본 중량의 필라멘트를 가졌다. 형성된 직물을 두 부분으로 절단했는데, 직물의 한 부분은 대조용으로 처리하지 않으며 직물의 두번째 부분은 주위 조건하에서 코로나 글로우 방전에 노출시키는데, 장 강도는 약 20와트/ft2/분(약 1.33J/cm2)이었다. 각각의 샘플을 3개월간 숙성시킨 후에 상기 간략하게 설명되어 있는 ISO-9073에 따른 침지 시험 방법을 이용해서 습윤성에 대해 시험했다.
코로나 처리된 직물의 5g 샘플 및 비처리 직물의 5g 샘플을 25℃의 물에 두었다. 처리된 직물은 0.5초내에 가라앉았으며 비처리 직물은 약 180초내에 가라앉았다.
코로나 처리된 직물의 5g 샘플 및 비처리 직물의 5g 샘플을 3개월 동안 주위 조건하에서 저장했다. 저장 기간 후에, 각각의 직물 샘플을 25℃ 물에 두었다. 저장된 처리 직물도 0.5초내에 가라앉았는데 비처리 직물은 3분 후에도 가라앉지 않았다. 이러한 결과는 직물의 코로나 처리가 주위 조건하에서의 3개월의 저장 후에도 친수성 성질을 유지한다는 것을 나타낸다.
실시예 2
카르길-다우, 엘엘씨로부터 구입할 수 있는 6200 D 등급의 폴리락트산을 실시예 1에서 사용된 기존의 스펀본드 장치를 이용해서 스펀본드 직물로 형성했다. 형성된 스펀본드 직물은 약 1.6dpf(1.8dtex)의 평균 데니어 및 약 0.5osy(약 17gsm)이 기초 중량의 필라멘트를 가졌다. 직물의 한 부분은 대조용으로 처리하지 않고 두었으며 직물의 두번째 부분은 주위 조건하에서 코로나 글로우 방전에 노출시켰다. 장 강도는 약 20와트/ft2/분(약 1.33J/cm2)이었다. 코로나 처리 직후에, 직물을 0.1중량%, 0.2중량% 또는 0.3중량%의 에틸 히드록시에틸 셀룰로스(베르모콜 이481(Bermocol E481), 아크조 노블(Akzo Nobel))를 포함하는 3종 수용액에 침지시켜서 직물 A, B, C를 형성했다. 색이 백색에서 투명하게 변화되는 것으로 알 수 있는, 직물의 완전한 포화 후에, 직물을 아틀라스(Atlas) 실험실용 탈수기 중의 두개의 고무 롤러 사이에서 10lbs(약 4.5kg) 닙 압력으로 짰다. 코팅된 직물을 오븐 중에서 60℃에서 약 30분간 건조시켰다.
각각의 샘플에 대해 상기한 바와 같은 ISO-9073에 따른 시험 방법을 이용해서 습윤성에 대해 시험했다.
처리 직물 각각에 대한 가라앉는 시간은 처리 직물의 5g 샘플 및 비처리 직물의 5g 샘플을 25℃의 물에 넣는 것에 의해 비처리 직물이 가라앉는 시간에 비교해서 측정했다. 가라앉는 시간은 표 1에 기재했다.
샘플 비처리 A B C
가라앉는 시간 59.3초 3.6초 3.0초 3.0초
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 처리된 직물은 비처리 직물에 비해 보다 빠른 가라앉는 시간을 가졌다.
실시예 3
스펀본드 0.5osy(17gsm)의 폴리락트산을 카르길-다우, 엘엘씨로부터 구입할 수 있는 6200 D 등급의 폴리락트산으로부터 실시예 1에서와 같은 종래의 스펀본드 장치를 사용해서 형성했다. 형성된 스펀본드 직물은 약 2.0dpf(2.2dtex)의 평균 데니어의 필라멘트를 가졌다. 형성된 직물을 부분들로 절단했는데, 한 부분은 대조용으로 처리하지 않고 다른 3개 부분들은 다음과 같이 처리했다.
샘플 1-한 부분의 직물을 주위 조건하에서 코로나 글로우 방전으로 처리했다. 장 강도는 약 20와트/ft2/분(약 1.33J/cm2)이었다.
샘플 2-한 부분의 직물을 0.2중량%의 에틸 히드록시에틸 셀룰로스(베르모콜 이481, 아크조 노즐)를 포함하는 직물 A, B, C를 형성하는 3종류의 수용액 중 1종에 침지했다. 색이 백색에서 투명하게 변화되는 것으로 알 수 있는 직물의 완전한 포화 후에, 직물을 아틀라스 실험실 탈수기 중의 두개의 고무 롤러 사이에서 10lbs(약 4.5kg) 닙 압력으로 짰다. 그 다음에 코팅된 직물을 오븐 중에서 60℃에서 약 30분간 건조시켰다.
샘플 3-한 부분의 직물을 주위 조건에서 코로나 글로우 방전 처리했다. 장 강도는 약 20와트/ft2/분(약 1.33J/cm2)이었다. 코로나 처리 직후에, 직물을 0.2중량%의 에틸 히드록시에틸 셀룰로스(베르모콜 이481, 아크조 노즐)를 포함하는 직물 A, B, C를 형성하는 3종류의 수용액 중 하나에 침지시켰다. 색이 백색에서 투명하게 변화되는 것으로 알 수 있는 직물의 완전한 포화 후에, 직물을 아틀라스 실험실 탈수기 중의 두개의 고무 롤러 사이에서 10lbs(약 4.5kg) 닙 압력에서 짜냈다. 그 다음에 코팅된 직물을 오븐 중에서 60℃에서 약 30분간 건조시켰다.
경사 런-오프 시험을 사용해서 직물을 친수성으로 만드는 처리의 효과 및 내구력을 시험했다. 본 시험에 있어서, 스펀본드 직물의 직사각형 스트립을 16인치 길이 및 4.5인치 폭의 치수로 절단했다. 이 웹을 제곱미터 당 약 800그램의 평균 기본 중량으로 0.2그램/cc로 농축된 58% 목재 펄프(보워터 Inc.(Bowater Inc.), 미국 알라바마주 쿠사 파인스로부터 구입할 수 있는 CR 1654) 및 42%의 초흡수제(스톡하우젠 Inc.(Stockhausen Inc., 미국 놀쓰캐롤라이나주 그린스보로)로부터 구입할 수 있는 페이버 에스엑스엠 880(Favor SXM 880))로 구성된 동일한 치수의 흡수 물질 위에 놓았다. 이 스펀본드 직물을 30도로 경사진 플라스틱 시트 위의 흡수제와 접하게 놓았다. 깔때기를 상부 가장자리로부터 2cm에서 직물의 중앙선을 따라서 수직 위치로 놓는데, 깔때기의 말단은 직물의 표면으로부터 약 1cm에 존재했다. 약 35℃ 온도의 물 100ml를 깔때기를 통해 첨가해서 웹에 약 60도 각도로 충격을 주었다. 직물로 침투된 물은 아래의 흡수제 층으로 흡수되었고 침투되지 않고 직물을 흘러내린 물은 경사판 하부에서 비이커 중에 수집해서 최초 배설에 대한 흘러내린 부피를 측정했다. 직물을 제거하고 주위 조건하에서 30분간 공기 건조시키고 제 2 배설에 대한 흘러내린 유체의 양을 알기 위해 시험을 반복했다. 이 과정을 한번 더 반복해서 제 3 배설에 대한 흘러내린 유체의 양을 측정했다.
시험 결과를 도면에 도시했다. 흘러내린 유체의 양은 친수성 처리 효능의 척도로서 사용할 수 있다. 보다 더 친수성인 표면은 보다 덜 친수성인 표면에 비해서 흘러내린 유체의 양이 더 적을 것이다. 3회의 배설로부터 수집된 흘러내린 유체를 비교해 보면 처리의 내구력에 대한 정보를 알 수 있다. 보다 내구력있는 처리는 보다 덜 내구력있는 처리에 비해 복수 배설에 대한 흘러내린 유체의 양이 보다 적을 것이다. 처리된 직물에 대한 흘러내린 유체의 양에 대한 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 비처리 직물에 비해 보다 더 친수성이었으며 처리는 내구력도 있었다.
그의 특정 실시태양에 대해 보다 상세하게 설명했지만, 당업계 숙련인이라면 상기 전술한 내용의 이해하에 이들 실시태양의 변경, 변형 및 동등한 내용을 쉽게 구상할 수 있을 것이다.

Claims (37)

  1. 웹의 건조 중량을 기준으로 하여 0.01 내지 2.0중량% 양의 친수성 중합체 물질로 코팅된 내구성 친수성 표면을 가지며, 상기 친수성 중합체 물질은 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸 히드록시프로필 셀룰로스, 에틸 히드록시에틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 셀룰로스 유도체이고, 웹과 접촉할 수 있는 수성 매질의 표면 장력을 10% 미만으로 저하시키는 것인, 폴리락트산을 포함하는 생분해성 중합체 섬유를 포함하는 생분해성 섬유 웹.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.05 내지 1.0중량%를 구성하는 것인 생분해성 섬유 웹.
  3. 제1항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.1 내지 0.5중량%를 구성하는 것인 생분해성 섬유 웹.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 웹이 부직 웹인 생분해성 섬유 웹.
  5. 제4항에 있어서, 부직 웹이 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 또는 이들의 조합인 생분해성 섬유 웹.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면이 친수성 중합체 물질로 균일하게 코팅되어 있는 생분해성 섬유 웹.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 셀룰로스 유도체가 에틸 히드록시에틸 셀룰로스인 생분해성 섬유 웹.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 생분해성 섬유 웹을 포함하는 흡수성 개인 위생용품.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 생분해성 섬유 웹을 포함하는 생의학 장치.
  10. 제9항에 있어서, 생의학 장치가 봉합사, 여과지 및 골격으로 구성된 군으로부터 선택되는 생의학 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.05 내지 1.0중량%를 구성하는 것인 생의학 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.1 내지 0.5중량%를 구성하는 것인 생의학 장치.
  13. 제9항에 있어서, 웹이 부직 웹인 생의학 장치.
  14. 제13항에 있어서, 부직 웹이 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 또는 이들의 조합인 생의학 장치.
  15. 제9항에 있어서, 표면이 친수성 중합체 물질로 균일하게 코팅되어 있는 생의학 장치.
  16. 제9항에 있어서, 셀룰로스 유도체가 에틸 히드록시에틸 셀룰로스인 생의학 장치.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 생분해성 섬유 웹을 포함하는 식품 포장.
  18. 제17항에 있어서, 식품 포장이 티백인 식품 포장.
  19. 제17항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.05 내지 1.0중량%를 구성하는 것인 식품 포장.
  20. 제17항에 있어서, 상기 친수성 중합체 물질이 웹의 건조 중량을 기준으로 하여, 웹의 0.1 내지 0.5중량%를 구성하는 것인 식품 포장.
  21. 제17항에 있어서, 웹이 부직 웹인 식품 포장.
  22. 제21항에 있어서, 부직 웹이 멜트블로우 웹, 스펀본드 웹, 또는 이들의 조합인 식품 포장.
  23. 제17항에 있어서, 표면이 친수성 중합체 물질로 균일하게 코팅되어 있는 식품 포장.
  24. 제17항에 있어서, 셀룰로스 유도체가 에틸 히드록시에틸 셀룰로스인 식품 포장.
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