KR101271368B1 - 가교결합된 탄성 라미네이트의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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제임스 알. 주니어 피츠
크리스토퍼 에이. 래슬리
움만 피. 토마스
하워드 엠. 웰치
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

탄성 공중합체로 이루어진 가교결합된 탄성 층(14)를 포함하는 탄성 라미네이트 제조 장치(10)은 가교결합가능한 탄성 공중합체의 층을 압출하기 위한 다이(12), 탄성 층을 이송하기 위한 하나 이상의 롤(16), 하나 이상의 부직(20) 웹을 제공하기 위한 공급원(18), 하나 이상의 부직 웹을 탄성 층에 적층하기 위한 적층 닙(22), 탄성 층을 가교결합하기 위한 가공처리 유닛(26) 및 탄성 라미네이트를 수집하기 위한 권취기를 포함한다. 가교결합가능한 탄성 공중합체는 가교결합가능한 탄성 스티렌계 블록 공중합체, 가교결합가능한 반-결정질 폴리올레핀 플라스토머, 또는 가교결합가능한 프로필렌-에틸렌 공중합체일 수 있다. 가교결합가능한 탄성 층은 예를 들면 필라멘트 다이에 의해 다수개의 평행한 필라멘트들의 형태로 압출될 수 있다. 가공처리 유닛은 하나 이상의 롤과 적층 닙 사이에 위치할 수 있거나 또는 적층 닙과 권취기 사이에 위치할 수 있다. 가공처리 유닛은 개방 또는 폐쇄 구성형태를 가질 수 있고 전자 빔 가공처리 유닛일 수 있다.

Description

가교결합된 탄성 라미네이트의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR MAKING CROSSLINKED ELASTIC LAMINATES}
필름, 포옴, 부직 웹 또는 평행한 스트랜드들 형태의 탄성 중합체 층을 하나 이상의 부직포 페이싱 층에 결합시켜 다양한 탄성 복합체들을 제조하여 왔다. "스트레치 본디드 라미네이트" ("SBL")는 탄성 층이 신장되어 있는 동안에 탄성 층이 하나 이상의 페이싱 층에 결합되는 임의의 라미네이트이다. 탄성 층이 이어서 이완될 때, 페이싱 층(들)에 주름이 형성된다. 스트레치-본디드 라미네이트는 예를 들면, 본원에서 참고문헌으로 인용된 테일러(Taylor) 등의 미국 특허 제6,387,471호 및 토마스(Thomas) 등의 미국 특허 제6,323,389호에 기재된다. "넥-본디드 라미네이트"("NBL")는 탄성 층이 이완되고 페이싱 층(들)이 연장되거나 또는 넥킹되어 연장에 대해 수직인 방향에서 그들의 치수가 감소되어 있는 동안에 탄성 층이 1개 또는 2개의 비-탄성 페이싱 층에 결합되는 임의의 라미네이트이다. 넥-본디드 라미네이트는 횡방향 스트레치 및 회복 특성을 갖는다. 넥-본디드 라미네이트는 예를 들면, 본원에서 참고문헌으로 인용된 에스테이(Estey) 등의 미국 특허 제5,853,881호, 모먼(Morman)의 미국 특허 제4,965,122호 및 모먼 등의 미국 특허 제6,001,460호 및 하프너(Haffner) 등의 미국 특허 제5,789,065호에 기재된다. "넥-스트레치 본디드 라미네이트"("NSBL")는 탄성 층이 신장되어 있고 페이싱 층(들)이 동일 방향으로 연장되어 연장에 대해 수직인 방향에서 넥킹을 야기하는 동안에 탄성 층이 1개 또는 2개의 페이싱 층에 결합되는 임의의 라미네이트이다. 따라서, NSBL은 SBL 및 NBL 모두에 공통적인 특징들을 갖는다.
"수직 필라멘트 라미네이트"("VFL") 또는 "수직 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트"("VFSBL")는 탄성 스트랜드들이 신장되어 있는 상태로 있고 페이싱 층들이 신장되어 있지 않는 동안에 엘라스토머 물질로 이루어진 실질적으로 평행하고 교차되지 않는 탄성 스트랜드들의 탄성 층이 1개 또는 2개의 페이싱 층에 결합되는 임의의 라미네이트이다. 라미네이트가 이완될 때, 탄성 스트랜드들은 수축하고 라미네이트는 다소 오므라지고 물결모양으로 된다. VFL은 비탄성 페이싱 층 또는 층들의 기계 방향이기도 한 탄성 스트랜드들의 길이방향에서 탄성 신장을 나타낸다. "연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트"("CFSBL")는 종래의 멜트블로운 섬유들이 하나 이상의 중첩되는 배열로 놓여지는 실질적으로 평행하고 교차하지 않는 탄성 스트랜드들로 이루어진 탄성 층이 기계 방향에서 신장되어 있는 동안에 탄성 층이 1개 또는 2개의 페이싱 층에 결합되는 임의의 라미네이트이다. 평행한 탄성 스트랜드들 및 종래의 멜트블로운 섬유들 모두 엘라스토머 물질로 이루어진다. CFSBL이 수축되어 이완된 상태로 될 때, 페이싱 층 또는 층들에 어느 정도의 주름(gathering)이 형성된다. 이완된 CFSBL은 라미네이트의 기계 방향에서 신장될 수 있다. 연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트는 예를 들면 라이트(Wright)의 미국 특허 제5,385,775호에 개시된다.
다양한 열가소성 엘라스토머들이 비제한적으로 스티렌계 블록 공중합체를 포 함하는 탄성 층에 사용되는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 토마스 등의 미국 특허 제6,323,389호는 일반식 A-B-A' 또는 A-B를 갖는 블록 공중합체의 사용을 개시하는데, 여기서 A 및 A'는 각각 폴리(비닐아렌)과 같은 스티렌계 잔기를 함유하는 열가소성 중합체 말단 블록이고 B는 공액 디엔 또는 저급 알켄 중합체와 같은 엘라스토머 중합체 중간블록이다. A 및 A' 블록은 동일하거나 또는 상이한 중합체 세그먼트로 이루어질 수 있다. 식 A-B-A-B를 갖는 테트라블록 공중합체가 또한 개시되어 있으며, 여기서 A는 상기한 바와 같은 열가소성 중합체 블록이고, 각 B는 실질적으로 폴리(에틸렌-프로필렌) 세그먼트로 수소첨가된 이소프렌 세그먼트이다.
탄성 라미네이트는 전형적으로 기저귀, 기저귀 팬츠, 성인 실금자용 가먼트, 여성 위생 제품 등과 같은 개인 위생 제품에서 가장 값비싼 성분이다. 탄성 라미네이트의 중요한 특성은 사용 동안 다양한 신장도에서 충분한 탄성 인장을 제공하고 응력 이완시 충분한 회복(내크리프성)을 제공하는 것을 포함한다.
보다 적은 비용으로 보다 양호하게 수행되는 탄성 라미네이트를 제조하기 위한 장치 및 방법을 추가로 필요로 하거나 또는 바라고 있다.
<발명의 요약>
본 발명은 가교결합가능한 탄성 공중합체, 예를 들면 탄성 스티렌계 블록 공중합체로 이루어진 층을 압출하기 위한 다이, 압출된 탄성 층을 이송하기 위한 하나 이상의 롤, 하나 이상의 부직 웹을 제공하기 위한 공급원, 하나 이상의 부직 웹을 탄성 층에 적층하기 위한 적층 닙, 탄성 층을 가교결합하기 위한 가공처리 유닛, 및 탄성 라미네이트를 수집하기 위한 권취기를 포함하는 탄성 라미네이트 제조 장치에 관한 것이다. 가교결합가능한 탄성 공중합체는 중합체 필름, 포옴, 부직 웹, 탄성 리본 또는 탄성 스트랜드 층의 형태로 압출될 수 있다. 압출 다이는 다수개의 평행한 가교결합가능한 탄성 필라멘트들을 압출하기 위한 필라멘트 다이, 필름 다이, 포옴 다이 또는 다수개의 가교결합가능한 탄성 리본을 압출하기 위한 리본 다이일 수 있다. 가공처리 유닛은 탄성 공중합체를 가교결합시키기 위해 탄성 층에 전자 빔, 자외선(UV), 또는 감마선을 적용할 수 있다. 적합하게는, 가공처리 유닛은 개방 또는 폐쇄 구성형태를 갖는 전자 빔 가공처리 유닛일 수 있다. 가공처리 유닛은 롤과 적층 닙 사이에 위치할 수 있다. 다르게는, 가공처리 유닛은 적층 닙 뒤에 위치할 수 있다. 장치는 압출된 탄성 층 위에 놓여지는 무작위로 배열된 엘라스토머 섬유들을 적용시키기 위해 웹 성형기 위에 배치된 멜트블로운 다이를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 탄성 라미네이트의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 가교결합가능한 탄성 공중합체, 예를 들면 스티렌계 블록 공중합체를 압출하는 단계, 압출된 탄성 층의 온도를 조절하는 단계, 하나 이상의 부직 웹을 제공하는 단계, 하나 이상의 부직 웹을 탄성 층에 적층하는 단계, 및 탄성 층을 가교결합하는 단계를 포함한다. 탄성 층은 하나 이상의 부직 웹에 적층하기 전 또는 후에 가교결합될 수 있다.
탄성 공중합체의 가교결합은 그의 엘라스토머 성능을 개선시킨다. 가교결합되지 않은 탄성 공중합체가 저성능 엘라스토머일 때, 가교결합은 이를 고성능 엘라스토머로(또는, 적어도 보다 높은 성능의 엘라스토머로) 전환시킨다. 가교결합되 지 않은 탄성 공중합체가 고성능 엘라스토머일 때, 가교결합은 이를 보다 높은 성능의 엘라스토머로 전환시킨다.
본 발명은 출발 물질로서 상대적으로 더 저렴한 보다 낮은 성능의 엘라스토머를 사용할 수 있게 만든다. 가공처리의 용이함을 위해, 탄성 층은 중합체 물질을 상당히 가교결합시키지 않는 조건을 사용하여 형성된다. 탄성 층이 형성된 후, 이것은 가교결합되어 그의 탄성 성능을 개선시킨다.
상기한 내용을 명심하여, 비교적 보다 낮은 성능(및 더 저렴한) 탄성 중합체 물질을 사용하여, 비교적 보다 높은 성능의 탄성 라미네이트를 제조하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 특징이고 이점이다.
기존의 생산 장비에 쉽게 합체될 수 있는 탄성 라미네이트 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가의 특징 및 이점이다.
도 1은 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 가공처리 유닛이 롤과 적층 닙 사이에 배치된 수직 필라멘트 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
도 2는 가공처리 유닛과 적층 닙 사이에 배치된 제어 닙을 추가로 포함하는 도 1의 장치를 예시한다.
도 3은 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 개방 가공처리 유닛이 제1 롤의 외부 표면에 인접하게 위치하는 수직 필라멘트 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
도 4는 제2 롤의 외부 표면에 인접하게 위치하는 제2의 개방 가공처리 유닛을 추가로 포함하는 도 3의 장치를 예시한다,
도 5는 제2 롤이 제거되고 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 가공처리 유닛으로 대체된 도 1의 장치를 예시한다.
도 6은 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 가공처리 유닛이 적층 닙 후에 위치하는 수직 필라멘트 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
도 7은 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 가공처리 유닛이 웹 성형기에 인접하게 위치하는 연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
도 8은 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 개방 가공처리 유닛이 롤과 웹 성형기 사이에 위치하는 혼성 수직 필라멘트-연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
도 9는 탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 폐쇄 가공처리 유닛이 웹 성형기와 적층 닙 사이에 위치하는 혼성 수직 필라멘트-연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트 제조 장치를 예시한다.
<정의>
"탄성" 및 "엘라스토머성"은 편향력의 인가시에, 그의 이완되고 신장되지 않은 길이보다 50 % 이상 더 큰 신장되고 편향된 길이로 50 % 이상 신장가능하며, 신장 편향력의 이완시에 그의 신장율의 50 % 이상을 회복하게 되는 섬유, 필름 또는 직물을 말한다.
"회복"은 편향력의 인가에 의한 물질의 신장 후 편향력의 제거시의 신장된 물질의 이완을 말한다. 예를 들면, 1 인치의 이완되고 편향되지 않은 길이를 갖는 물질이 1.5 인치의 길이로의 신장에 의해 50 % 신장된 경우, 물질은 그의 이완된 길이보다 50 % 더 큰 신장된 길이를 갖게 된다. 이 예시적인 신장된 물질이 수축되면, 즉 편향 및 신장력의 이완 후 1.1 인치의 길이로 회복되는 경우, 이 물질은 그의 편향되지 않은 길이에 기준해서 그의 신장율의 90 %(0.4 인치)를 회복하게 된다.
"고성능 엘라스토머"는 필름, 스트랜드 또는 유사한 물품으로 성형될 때, 신장된 길이로 연장되고 중간(보다 낮은) 신장된 길이에서 수축력의 실질적인 손실을 경험하지 않고서 수축될 수 있는 엘라스토머이다. 이들 엘라스토머는 전형적으로 고 강도, 저 히스테리시스(hysteresis), 저 크리프(creep), 저 잔류변형율 및 저 응력 이완의 유용한 특성들을 갖는다. 고성능 엘라스토머는 본원에서 설명한 히스테리시스 시험 방법에 따라 측정했을 때, 25% 이하, 적합하게는 20% 이하의 히스테리시스 값을 갖는다.
"저성능 엘라스토머"는 필름, 스트랜드 또는 유사한 물품으로 성형될 때, 신장된 길이로 연장되고 수축될 수 있지만, 중간(보다 낮은) 신장된 길이에서 그들의 수축력이 실질적으로 손실되는 엘라스토머이다. 이들 엘라스토머는 전형적으로 신장될 때, 보다 높은 수준의 히스테리시스, 크리프 및 응력 이완을 나타낸다. 저성능 엘라스토머는 본원에서 설명한 히스테리시스 시험 방법에 따라 측정했을 때, 25% 초과, 적합하게는 40% 이상의 히스테리시스 값을 갖는다.
"중합체"는 단일중합체, 공중합체, 예를 들면 블록, 그라프트, 랜덤 및 번갈기 공중합체, 삼원공중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형을 포함한다. 용어 "중 합체"는 또한 분자의 모든 가능한 기하적 배위를 포함한다. 이들 배위는 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.
"블록 공중합체"는 각각 유사한 단량체 단위들의 줄을 포함하는 상이한 중합체 세그먼트들이 공유 결합에 의해 연결되는 중합체이다. 예를 들면, SBS 블록 공중합체는 반복되는 스티렌 단위들의 줄 또는 세그먼트 뒤에 반복되는 부타디엔 단위들의 줄 또는 세그먼트 뒤에 제2의 반복되는 스티렌 단위들의 줄 또는 세그먼트를 포함한다.
"블렌드"는 2종 이상의 중합체 및/또는 첨가제들의 혼합물을 말한다.
"부직포" 또는 "부직 웹"이란 교차된, 그러나 편성물 또는 직물에서와 같이 확인가능한 방식으로는 아닌 개개의 섬유 또는 실의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 부직 웹은 많은 방법들, 예를 들면 멜트블로잉 방법, 스펀본딩 방법, 및 본디드 카디드 웹 방법으로부터 제조되어 왔다. 부직포의 기본 중량은 일반적으로 재료의 평방 야드 당의 온스(osy) 또는 평방 미터 당의 그램(gsm) 단위로 표현되고, 유용한 섬유 직경은 일반적으로 미크론 단위로 표현된다 (osy로부터 gsm으로 전환시키기 위해서는 osy에 33.91을 곱하면 된다).
"스펀본디드 섬유"는 예를 들면 아펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만(Hartmann)의 미국 특허 제3,502,763호 및 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이 용융 열가소성 재료를 방사구의 다수의 미세한, 일반적으 로 원형인 모세관으로부터 필라멘트로서 압출한 후에 압출된 필라멘트의 직경을 급격하게 감소시켜 형성한 소직경 섬유를 말한다. 스펀본드 섬유는 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고, 7 미크론보다 큰, 보다 특히 약 10 내지 20 미크론의 평균 직경(10개 이상의 샘플들로부터 구함)을 갖는다.
"멜트블로운 섬유"란 용융된 열가소성 물질을 다수개의 미세한, 일반적으로 원형인 다이 모세관을 통해, 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게 하여 그의 직경을 감소시키는(미세섬유 직경일 수 있음) 수렴하는 고속의 일반적으로 고온인 가스(예를 들면, 공기) 스트림 내에 용융 실 또는 필라멘트로서 압출시킴으로써 제조한 섬유를 의미한다. 그 후에, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 상에 퇴적되어 무작위로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 상기 방법은 예를 들면 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호에 개시된다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수 있는 미세섬유이고, 일반적으로 평균 직경이 10 미크론보다 작고, 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 점착성이다.
"리본" 또는 "리본형 요소"는 열가소성 중합체 필라멘트, 필름 스트립 또는 2 이상의 편평도(flatness ratio)를 형성하는 횡단면 치수를 갖는 다른 가늘고 긴 요소를 의미한다. "편평도"는 가장 짧은 횡단면 치수에 대한 가장 긴 횡단면 치수의 비로 정의된다. 예를 들면, 리본형 요소는 직사각형, 타원형 또는 덤벨 형태 횡단면을 가질 수 있다.
"개방 구성형태" 또는 "개방 가공처리 유닛"은 납/강 쉴드 안에 완전히 들어 있지 않은 전자 빔 또는 e-빔 유닛과 같은 시스템을 말한다. 개방 가공처리 유닛은 인접하는 롤을 적어도 부분적으로 둘러싸는 활모양의 방사선 쉴드를 포함할 수 있다. 롤은 주변 환경으로 방출되는 방사선을 감소시키는 전자 수집기로 작용할 수 있다.
"폐쇄 구성형태" 또는 "폐쇄 가공처리 유닛"은 유입 및 유출 개구를 갖는 납/강 방사선 쉴드에 들어있는 전자 빔 또는 e-빔 유닛과 같은 시스템을 말한다.
"개인 위생 제품"은 기저귀, 배변훈련용 팬츠, 흡수성 속옷, 성인 실금용 제품 및 여성 위생 제품을 의미한다.
본 발명은 가교결합된 탄성 층을 포함하는 탄성 라미네이트 제조 장치에 관한 것이며, 여기서 탄성 층이 스티렌 블록 공중합체 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 예를 들면 반결정질 폴리올레핀 플라스토머 또는 프로필렌-에틸렌 공중합체, 및/또는 다른 엘라스토머 물질을 포함할 수 있다. 용어 "가교결합된 탄성 층"은 엘라스토머 중 적어도 일부가 가교결합된 임의의 상기 층을 포함하고, 여기서 가교결합은 탄성 층이 형성된 후에 일어난다.
도 1을 살펴보면, 장치(10)은 가교결합가능한 탄성 공중합체를 포함하는 층(14)를 압출하기 위한 다이(12), 압출된 탄성 층(14)를 이송하기 위한 하나 이상의 롤(16), 하나 이상의 부직 웹(20)을 제공하기 위한 공급원(18), 하나 이상의 부직 웹(20)을 탄성 층(14)에 적층하기 위한 적층 닙(22), 탄성 층(14)를 가교결합하기 위한 가공처리 유닛(26) 및 탄성 라미네이트(30)을 수집하기 위한 권취기(28)을 포함한다.
다이(12)는 가교결합가능한 탄성 공중합체를 필름, 포옴 층, 스트랜드들 또는 섬유들(예를 들면, 실질적으로 평행한 스트랜드들 또는 섬유들)의 배열(array), 리본들의 배열, 부직 웹(예를 들면, 스펀본드 웹, 멜트블로운 웹, 또는 다른 부직 웹), 또는 상기한 것들의 조합물 형태로 압출하도록 구성될 수 있다. 적합하게는, 다이는 다수개의 실질적으로 평행하고 교차하지 않는 가교결합가능한 탄성 필라멘트들을 압출하기 위한 필라멘트 다이일 수 있다. 다르게는, 다이는 본원에서 참고문헌으로 인용되는 믈레지바(Mleziva) 등의 공동 소유 미국 특허 제6,057,024호에 개시된 바와 같은 다수개의 가교결합가능한 리본형태의 엘라스토머 요소들을 압출하기 위한 리본 다이일 수 있다.
가교결합가능한 탄성 공중합체는 적합하게는 아직 가교결합되지 않은 열가소성 엘라스토머이다. 압출 이전의 공중합체의 가교결합은 재료의 유동 특성에 유해하게 영향을 미칠 수 있고, 이에 의해 공중합체를 압출에 적합하기 못하게 만들 수 있다.
가교결합가능한 탄성 공중합체는 가교결합가능한 스티렌계 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 적합한 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머는 스티렌-디엔 및 스티렌-올레핀 블록 공중합체를 포함한다. 스티렌-디엔 블록 공중합체는 디-블록, 트리-블록, 테트라-블록 및 기타 블록 공중합체를 포함하고, 비제한적으로 스티렌-이소프렌, 스티렌-부타디엔, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌-이소프렌, 및 스티렌-부타디엔-스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 부타디엔을 포함하는 스티렌-디엔 중합체(예를 들면, 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록 공중합체)가 특히 적합하다. 한 상업적으로 입수가능한 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체는 덱스코 폴리머스 엘.피.(Dexco Polymers L.P.)로부터 입수가능한 벡터(VECTOR) 8508이다. 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체의 예로는 덱스코 폴리머스 엘.피.로부터 입수가능한 벡터 4111A 및 4211A를 들 수 있다.
스티렌-올레핀 블록 중합체는 비제한적으로 스티렌-(에틸렌-프로필렌), 스티렌-(에틸렌-부틸렌), 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌-(에틸렌-프로필렌), 및 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌-(에틸렌-부틸렌) 블록 공중합체를 포함하는, 디엔 기들이 전체적으로 또는 부분적으로 선택적으로 수소첨가된 스티렌-디엔 블록 공중합체를 비제한적으로 포함한다. 상기 식들에서, 용어 "스티렌"은 스티렌 반복 단위의 블록 순서를 나타내고; 용어 "이소프렌" 및 "부타디엔"은 디엔 단위의 블록 순서를 나타내고; 용어 "(에틸렌-프로필렌)"은 에틸렌-프로필렌 공중합체 단위의 블록 순서를 나타내고; 및 용어 "(에틸렌-부틸렌)"은 에틸렌-부틸렌 공중합체 단위의 블록 순서를 나타낸다. 스티렌-디엔 또는 스티렌-올레핀 블록 공중합체는 약 10 내지 약 50 중량%, 적합하게는 약 15 내지 약 25 중량%의 스티렌 함량을 가져야 하고, 약 15,000 그램/몰 이상, 적합하게는 약 30,000 내지 약 120,000 그램/몰, 또는 약 50,000 내지 80,000 그램/몰의 수 평균 분자량을 가져야 한다. 스티렌-디엔 블록 공중합체는 추가적인 불포화로 인해 후속되는 가교결합에 특히 유리할 수 있다.
다른 적합한 가교결합가능한 스티렌계 블록 공중합체는 스티렌-디엔 블록 공중합체 및 스티렌-올레핀 블록 공중합체, 예를 들면 다양한 불포화도를 갖는 상기한 것들을 포함한다.
스티렌계 블록 공중합체의 분자량은 스티렌계 블록 공중합체 또는 중합체 혼합물이 층 형성 동안 상당한 가교결합을 유발하지 않으면서 탄성 층으로 형성될 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 스티렌계 블록 공중합체 또는 중합체 혼합물은 약 220 ℃ 이하, 적합하게는 약 210 ℃ 이하 또는 약 125-200 ℃의 온도에서의 가공처리에 적합해야 한다. 이러한 목적을 달성하는데 필요한 분자량 범위는 스티렌계 블록 공중합체의 유형, 추가적인 성분의 양과 유형, 및 형성되는 탄성 층의 특징에 따라 변하게 된다.
탄성 층은 약 25 중량% 이상의 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머, 또는 약 40 중량% 이상 또는 약 50 중량% 이상 또는 약 75 중량% 이상의 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머를 포함할 수 있다. 탄성 층은 최대 100 중량%의 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머, 또는 약 99.5 중량% 이하, 또는 약 95 중량% 이하, 또는 약 90 중량% 이하 또는 약 80 중량% 이하, 또는 약 70 중량% 이하의 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머를 포함할 수 있다. 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머는 함께 혼합된 1종 이상의 스티렌계 블록 공중합체들을 포함할 수 있다.
다르게는 또는 추가적으로, 가교결합가능한 탄성 공중합체는 가교결합가능한 올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있다. 적합한 가교결합가능한 올레핀 엘라스토머는 엑슨 모빌 케미칼 캄파니(Exxon-Mobil Chemical Co.)로부터 상품명 비스타맥스(VISTAMAXX) 하에 입수가능한 반결정질 폴리올레핀 플라스토머를 포함한다. 다른 적합한 가교결합가능한 올레핀 엘라스토머는 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Co.)로부터 상품명 버시파이(VERSIFY) 하에 입수가능한 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함한다.
임의의 추가적인 성분들이 탄성 층의 나머지 부분을 형성할 수 있다. 이러한 성분들은 비제한적으로 약 0.915 그램/㎤ 미만, 적합하게는 약 0.860-0.900 그램/㎤ 또는 약 0.865-0.895 그램/㎤의 밀도를 갖는 단일-부위 촉매된 에틸렌-알파 올레핀 공중합체 엘라스토머를 포함한다. 이들 에틸렌-알파 올레핀 공중합체는 C3 내지 C12 알파-올레핀 공단량체, 적합하게는 부텐, 헥센 또는 옥텐 공단량체를 사용하여 제조될 수 있다. 알파 올레핀 공단량체의 양은 공중합체의 약 5-25 중량%, 적합하게는 10-25 중량%이고, 원하는 밀도에 따라 변한다. 적합한 단일-부위 촉매된 에틸렌-알파 올레핀 공중합체가 다우 케미칼 캄파니에 의해 상품명 어피니티(AFFINITY)와 인게이지(ENGAGE) 하에, 및 엑슨-모빌 케미칼 캄파니에 의해 상품명 이그잭트(EXACT)와 익시드(EXCEED) 하에 제조되어 판매된다.
다른 임의적인 성분들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 기타 폴리올레핀과 같은 비-엘라스토머 중합체, 뿐만 아니라 엘라스토머 중합체를 포함한다. 존재한다면, 비탄성 중합체는 가교결합된 탄성 층의 엘라스토머 특징을 극복하지 못하도록 비교적 소량으로 사용되어야 한다.
다른 임의적인 성분들은 상당한 조기 가교결합을 피하도록 충분히 낮은 온도에서 탄성 층의 형성을 돕는 가공 조제를 포함한다. 한 적합한 가공 조제는 폴리올레핀 왁스, 예를 들면 약 0.860-0.910 그램/㎤의 밀도, 및 약 500-4000 그램/10분의 용융 지수를 갖는(190 ℃의 온도 및 2160 그램의 하중에서 ASTM D1238을 사용하여 측정됨) 분지된 또는 선형의 저밀도 폴리에틸렌 왁스이다. 폴리에틸렌 왁스의 예는 이스트맨 케미칼 캄파니(Eastman Chemical Co.)로부터 입수가능한 에폴렌(EPOLENE) C-10 및 퀀텀 케미칼 캄파니(Quantum Chemical Co.)로부터 입수가능한 페트로탄(PETROTHANE) NA601을 포함한다. 다른 예는 다우 케미칼 캄파니로부터 상표명 어피니티 하에 입수가능한 왁스유사 고 용융 지수(저 분자량) 단일-부위 촉매된 올레핀 중합체, 예를 들면 어피니티 1900 및 1950 폴리올레핀 플라스토머를 포함한다.
다른 적합한 가공 조제는 약 500-2500의 중량 평균 분자량을 갖는 스티렌-기재 탄화수소 점착부여제이다. 한 예는 이스트맨 케미칼 캄파니로부터 입수가능한 리갈레즈(REGALREZ) 1126 점착부여제이다. 피마자유가 다른 적합한 가공 조제이다. 광유는 추가의 적합한 가공 조제이다. 가공 조제들은 함께 탄성 층의 약 0.1-50 중량%, 적합하게는 약 5-30 중량%, 또는 탄성 층의 약 10-20 중량%를 구성할 수 있다. 피마자유가 사용될 때, 이것은 가교결합 조제에 적합한 양으로 존재해야 한다.
기타 임의적인 성분들은 가교결합 조제, 즉 형성된 탄성 층의 가교결합을 돕는 첨가제를 포함한다. 1종 이상의 가교결합 조제들은 함께 탄성 층의 약 0.1 내지 10 중량%, 적합하게는 약 0.5 내지 5 중량%를 구성할 수 있다. 피마자유가 이러한 조제 중 하나이다. 피마자유는 각각 한 불포화도를 갖는 3개의 올레산 사슬을 함유하는 천연 트리글리세리드이다. 피마자유는 전자 빔 방사선과 같은 개시 원을 받는 경우 중합가능하다. 피마자유는 약 275 ℃ 이하에서 열 안정하고, 열화없이 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머와 함께 압출기에서 가공처리될 수 있다. 얻어지는 탄성 층은 고에너지 복사원, 예를 들면 전자 빔을 사용하여 중합(가교결합)될 수 있다. 각 피마자유 분자 상에 3개의 불포화 사슬이 존재하기 때문에, 피마자유는 인접하는 중합체 사슬들과의 연쇄 전달 반응을 통한 입체적 가교결합을 돕게 된다.
다른 가교결합 조제는 비제한적으로 다관능성 아크릴레이트 및 알릴 유도체, 예를 들면 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디메틸렌 글리콜 아크릴레이트, 트리메틸프로판 디알릴 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및, 용융 압출 공정에서 적절한 열 안정성을 갖는 다른 다관능성 단량체를 포함한다. 다른 가교결합 조제는 중합체 주쇄 또는 측쇄에 2차적인 탄소, 뿐만 아니라 불포화 이중 결합을 갖는 중합체 및 올리고머를 포함한다. 탄성 층 가교결합의 이점은 비제한적으로, a) 탄성 층이 롤 상에 권취되어 보관될 때 인장의 손실이 거의 또는 전혀 없는 것으로 입증되는 바와 같은 적은 노화 거동, b) 냉장 없이 탄성 물질을 보관 및 수송할 수 있는 능력으로 입증되는, 보다 양호한 온도 안정성, 및 c) 탄성 층이 다른 층에의 적층 후에 가교결합되는 경우, 보다 강한 접착성을 포함한다.
다른 임의적인 성분들은 입상 무기 또는 유기 충전제를 포함한다. 일반적으로, 충전제 입자들은 약 0.5-8 미크론, 적합하게는 약 1-2 미크론의 평균 입자 크기를 갖는다. 적합한 무기 충전제는 탄산칼슘(CaCO3), 다양한 종류의 점토, 실리카(SiO2), 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 활석, 황산마그네슘, 이산화티탄, 제올라이트, 황산알루미늄, 셀룰로스-유형 분말, 규조토, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄 등을 포함한다. 적합한 유기 충전제는 셀룰로스, 시클로덱스트린 및 케이지(cage) 분자(예를 들면, 다면체 올리고머성 실세스퀴옥산 나노신장된 화학물질)를 포함한다. 사용될 때, 충전제 입자들은 탄성 필름의 약 20-75 중량%, 적합하게는 약 30-60 중량%를 구성할 수 있다.
디엔-함유 중합체의 열 중합은 대표적으로는 개시, 성장반응 및 종료를 포함하는 유리 라디칼 중합 메카니즘에 의해 달성된다. 유리 라디칼 개시제, 예를 들면 과산화물이 유리 라디칼 중합의 개시에 대표적으로 사용된다. 가열되었을 때, 개시제는 파단되어 라디칼을 생성시키고, 이 라디칼은 중합체의 디엔-함유 세그먼트 내 이중-결합을 공격하고 이것은 다시 과정을 전파하는 다른 라디칼을 생성시킨다. 본 발명에서, 스티렌계 블록 공중합체의 가교결합은 스티렌계 블록 공중합체의 고무질 도멘인에 위치하는 디엔 결합(즉, 부타디엔 또는 이소프렌 세그먼트)을 고 에너지원, 예를 들면 전지 빔 방사선에 노출시킴으로써 달성될 수 있다. 고 에너지원에 노출시, 디엔 결합은 파단되어 유리 라디칼을 형성하고, 이것은 새로운 배향으로 재결합되어 가교결합된 분자 그물구조를 형성한다.
탄성 층(14)는 하나 이상의 부직 웹(20)에 적층될 수 있다. 부직 웹은 광범위의 다양한 중합체로부터 형성될 수 있고, 가교결합되거나 또는 가교결합되지 않을 수 있고, 탄성이거나 또는 탄성이 아닐 수 있다. 적합한 비탄성 중합체는 폴리올레핀, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌의 단일중합체 및, 최대 약 12개의 탄소 원자를 갖는 10 중량% 이하(적합하게는 5 중량% 이하)의 알파-올레핀 공단량체를 포함하는 이들 단량체들의 공중합체를 포함한다. 비탄성 중합체는 또한 특정 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 포함한다. 적합한 탄성 중합체는 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌과 알파-올레핀 공단량체의 공중합체(일반적으로 각 공단량체를 10 중량% 초과 및 90 중량% 미만으로 함유함)를 포함한다. 탄성 올레핀 공중합체는 예를 들면 약 0.855 내지 약 0.900 그램/㎤의 밀도를 갖는, 10 중량% 초과의 알파-올레핀 공단량체와 에틸렌의 단일-부위 촉매된 공중합체를 포함한다. 부직포 층에 적합한 탄성 중합체는 또한 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 폴리우레탄, 블록 코-폴리(에테르-에스테르) 및 블록 코폴리(아미드-에테르)를 포함한다. 부직포 층에 적합한 추가적인 탄성 중합체는 탄성 올레핀 중합체, 예를 들면 엑슨 모빌 케미칼 캄파니로부터 상품명 비스타맥스 하에 입수가능한 반결정질 폴리올레핀 플라스토머 및 다우 케미칼 캄파니로부터 상품명 버시파이 하에 입수가능한 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함한다.
탄성 층 및 부직 웹(들)은 다양한 분야에 적합한 다양한 열, 접착제, 초음파 및 다른 방법들을 사용하여 함께 접합될 수 있다. 감압 접착제가 또한 사용될 수 있다. 감압 조성물은 이스트맨 케미칼 캄파니가 상표명 리갈레즈 1126 하에 판매하는 점착부여제 약 10 내지 약 70 %를 포함할 수 있다. 탄성 층의 형태(필름, 포옴, 부직 웹, 넷트, 또는 필라멘트 배열) 및 부직 웹(들)에 사용되는 형태 및 중합체 유형(탄성 또는 비탄성)은 최종 사용 분야 및 방법에 크게 의존할 것이다.
일단 탄성 층(14)가 형성되면, 이것을 가공처리 유닛(26)을 통과시켜 가교결합할 수 있다. 탄성 층(14)는 예를 들면 도 1-5 및 7-9에 나타낸 바와 같이 부직 웹(들)에 적층하기 전, 또는 도 6에 나타낸 바와 같이 부직 웹(들)에 적층한 후에 가교결합될 수 있다.
가공처리 유닛(26)은 스티렌계 블록 공중합체의 가교결합을 행하기 위하여 탄성 층에 전자 빔 또는 e-빔 방사선, 자외선, 감마선 또는 다른 적합한 매체를 방출 또는 적용할 수 있다. 요구되는 방사선의 양은 선속도, 요망되는 가교결합의 양, 사용된 방사선의 유형, 및 탄성 층의 두께 및/또는 특정 조성에 의존할 것이다. 본 발명의 목적상, 탄성 층은 아래 설명되는 시험 과정을 사용하여, 가교결합 이전의 그의 하중 손실%와 비교하였을 때 그의 하중 손실%가 5 % 이상, 또는 10 % 이상, 또는 20 % 이상 감소될 때 "가교결합된 탄성 층"인 것으로 간주된다. 예를 들면, 탄성 층이 가교결합 이전에 65 %의 하중 손실%를 입증한다면, 탄성 층은 가교결합 처치가 그의 하중 손실%를 60 % 이하(5 % 감소) 또는 55 % 이하(10 % 감소) 또는 45 % 이하(20 % 감소)로 떨어지게 하는 경우 가교결합된 것으로 간주될 것이다.
적합하게는, 가공처리 유닛(26)은 개방 또는 폐쇄 구성형태를 갖는 전자 빔 가공처리 유닛일 수 있다. 적합한 전자 빔 유닛은 웹 기재 적용을 위해 디자인된 저 전압 유닛을 포함한다. "저 전압"은 0-500 kV 범위에 속하는 출력 전압을 갖는 유닛을 말한다. 본 장치에 사용하기 적합한 전자 빔 가공처리 유닛의 예는 아이오와주 데븐포트의 피씨티 엔지니어드 시스템즈, 엘엘씨(PCT Engineered Systems, LLC)로부터 입수가능한 공업용 전자 빔 프로세서의 브로드빔(BROADBEAM) 라인의 유닛, 매사추세츠주 윌밍톤의 에너지 사이언시즈, 인크.(Energy Sciences, Inc.)로부터 입수가능한 공업용 전자 빔 프로세서의 일렉트로커튼(ELECTROCURTAIN) 라인의 유닛, 및 매사추세츠주 윌밍톤의 어드밴스트 일렉트론 빔즈(Advanced Electron Beams)로부터 입수가능한 공업용 전자 빔 프로세서의 AEB 모듈라 라인의 유닛을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.
전자 빔 가공처리 유닛은 약 50 내지 약 500 kV, 적합하게는 약 100 내지 약 300 kV, 또는 약 150 kV에서 작동할 수 있다. 전자 빔 가공처리 유닛은 약 2 내지 약 30 MRad, 적합하게는 약 5 내지 약 15 MRad, 또는 약 10 MRad의 전자 빔 방사선을 탄성 층에 전달할 수 있다.
도 1 내지 9는 가교결합가능한 탄성 공중합체로 이루어진 가교결합된 탄성 층을 포함하는 탄성 라미네이트 제조 장치를 예시한다. 구체적으로, 도 1 내지 6은 수직 필라멘트 라미네이트(VFL) 제조 장치를 예시하고, 도 7은 연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트(CFSBL) 제조 장치를 예시하고, 및 도 8 및 9는 혼성 수직 필라멘트-연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트(VFL/CFSBL) 제조 장치를 예시한다. 도면들이 VFL, CFSBL 및 VFL/CFSBL 장치와 방법을 예시하지만, 본 발명과 일치하는 다른 장치 및 방법들이 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1을 살펴보면, 다이(12)는 가교결합가능한 탄성 공중합체, 예를 들면 탄성 스티렌계 블록 공중합체의 층(14)를 압출한다. 탄성 층(14)는 다수개의 리본 또는 평행한 필라멘트들의 형태일 수 있다. 가교결합가능한 탄성 층(14)는 제1 롤(16)으로 공급되고 제1 롤(16)과 제2 롤(34) 사이의 갭(32)를 통해 장력 하에 이송된다. 탄성 층(14)는 가공처리 유닛(26)으로 이송되고 처리 대역(36)을 지나 가교결합된 탄성 층(38)을 형성한다. 탄성 층(14)는 가공처리 유닛(26)을 통해 하나 이상의 플라이(fly) 롤러(40) 및 그라운딩(grounding) 롤(42)에 의한 적층 닙(22)로 이송될 수 있다. 그라운딩 롤(42)는 적합하게는 처리 대역(36)에 인접하게 위치하여 탄성 층(14)를 처리 대역(36) 안에 지지 및 유지하고 스티렌계 블록 공중합체의 가교결합을 행한다.
VFL 공정에서는, 롤들(16, 34)와 적층 닙(22) 사이의 거리를, 탄성 필라멘트들이 2개의 지점들 사이에서 이동해야 하는 직선 거리가 최소화되도록 조심스럽게 제어한다. 롤들과 적층 닙 사이의 거리가 증가함에 따라, 탄성 필라멘트들의 이동은 제어하기 더 어렵게 된다. 필라멘트 제어는, 점착성 필라멘트들이 다른 필라멘트들과 접촉하게 되는 경우 이들은 함께 들러붙는 경향을 갖게 되므로 중요한 고려사항이다. 롤들(16, 34)로부터 적층 닙(22)까지 이송되는 동안에 필라멘트 이동을 제어하기 위하여, 진공 이송기(나타나있지 않음)가 제2 롤(34)와 가공처리 유닛(26) 사이에 위치하여 탄성 층(14)의 가공처리 유닛(26)으로의 이동을 제어 및/또는 지시할 수 있다. 다른 실시태양에서, 진공 이송기(나타나있지 않음)는 가공처리 유닛(26) 안에 배치될 수 있다. 비-진공 이송기, 홈이 파인 필라멘트 수송 롤, 필라멘트 장력의 증가 및/또는 연행 공기의 제어 개선을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 필라멘트 제어의 다른 방법들이 탄성 층(14)를 제2 롤(34)로부터 적층 닙(22)로 이송시키는데 사용될 수 있다.
도 2를 살펴보면, 롤(56)과 롤(58) 사이의 제어 닙(54)가 가공처리 유닛(26)과 적층 닙(22) 사이에 위치하여 두 지점들 사이에서의 가교결합된 탄성 층(30)의 이동을 제어할 수 있다.
가공처리 유닛(26)은 처리 대역(36)을 에워싸는 쉴드 폐쇄용기(48)(잘라내어 나타냄)을 포함하는 폐쇄 구성형태를 가질 수 있다. 가공처리 유닛(26)이 폐쇄된 전자 빔 또는 e-빔 가공처리 유닛일 때, 쉴드 폐쇄용기(48)은 적합하게는 폐쇄용기 영역 내에 미로 방사선을 함유한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 폐쇄된 전자 빔 가공처리 유닛(26)은 전자 빔 방사선을 발생시키기 위한 고 전압 전력 공급원(52) 및 진공 챔버(50)을 포함한다. 비록 도 1이 폐쇄된 전자 빔 가공처리 유닛을 묘사하고 있지만, 감마선 및 자외(UV)선을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는, 스티렌계 블록 공중합체의 가교결합을 행하기 위해 적절한 에너지원을 공급할 수 있는 임의의 다른 적합한 가공처리 유닛이 사용될 수 있다.
다르게는, 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 가공처리 유닛(26)은 활모양 방사선 쉴드(64)를 포함하여 개방 구성형태를 갖는 전자 빔 또는 e-빔 가공처리 유닛일 수 있다. 적합하게는, 가공처리 유닛(26)은 처리 대역(36)이 방사선 쉴드(64)와 제2 롤(34) 사이에 배치되도록 제2 또는 하부 롤(34)의 외부 표면(66)에 인접하게 위치한다. 제2 롤(34)는 전자 수집 소자로 작용하고, 또한 전자 빔에 의해 발생된 방사선을 흡수하기도 한다. 제2 롤(34)는 적합하게는 접착 및/또는 롤(34)로부터 탄성 층(14)의 박리를 제어하기 위하여 플라즈마 박리 코팅을 포함한다. 이러한 구성형태는 제2 롤(34)와 적층 닙(22) 사이에 가공처리 유닛(26)을 장착하기 위해 추가의 헤드룸(headroom)을 필요로 하지 않으면서 표준 필라멘트 켄칭능을 제공한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 가공처리 유닛(68)은 제1 또는 상부 롤(16)의 외부 표면(70)에 인접하게 위치할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 또는 하부 롤(34)는 제거될 수 있고, 가공처리 유닛(26), 예를 들면 폐쇄 전자 빔 가공처리 유닛이 롤(16)과 적층 닙(22) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 구성형태는 입수할 수 있는 헤드룸이 관심사인 경우 특히 이점을 가질 수 있다.
스티렌계 블록 공중합체가 실온에 도달하기 전에 이들을 가교결합시킴으로써 특정 효율 이익들이 얻어질 수 있다. 가교결합 전에 탄성 층(14)의 온도를 제어 및/또는 조절하기 위하여, 가공처리 유닛(26)은 켄칭 시스템(나타나있지 않음)을 포함할 수 있다. 적합한 켄칭 시스템은 가교결합이 개시되기 전에 필라멘트 온도를 조심스럽게 조절하기 위해 일체식 공기 또는 표면 접촉 필라멘트 켄칭 시스템을 포함할 수 있다.
도 1을 살펴보면, 공급원(18), 예를 들면 권출 롤은 부직 웹(20)을 적층 롤(44)와 적층 롤(46) 사이의 적층 닙(22)에 공급한다. 탄성 라미네이트(30)은 가교결합된 탄성 층(38)을 부직 웹(20)에 접합, 결합 또는 적층시켜 제조된다. 가교결합된 탄성 층(38) 및 부직 웹(20)은 각종 열, 접착제, 초음파 및 다양한 분야에 적합한 다른 방법들을 사용하여 함께 접합될 수 있다. 감압 접착제도 또한 사용될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 접착제 다이(60)은 부직 웹(20) 위에 위치하여 접착제, 예를 들면 열용융형 접착제를 적용할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 부직 웹(62)는 적층 닙(22)로 이송될 수 있고, 가교결합된 탄성 층(38)에 접합, 결합 또는 적층될 수 있다.
탄성 라미네이트(30)은 보관 및 나중의 사용을 위해 라미네이트를 수집하기 위해 적층 닙(22)로부터 권취기(30)으로 이송될 수 있다. 다르게는, 탄성 라미네이트(30)은 완제품 또는 완제품 중간체로 혼입시키기 위해 예를 들면 개인 위생 제품 기계와 같은 다른 장치(나타나있지 않음)로 이송될 수 있다.
도 6을 살펴보면, 가공처리 유닛(26)이 적층 닙(22)와 권취기(72) 사이에 위치하고 있는, 가교결합된 탄성 층을 포함하는 탄성 라미네이트(30) 제조용 VFL 장치가 예시된다. 부직 웹(20 및 62) 및 탄성 층(14)를 포함하는 라미네이트(74)는 가공처리 유닛(26)을 통해 이송되어 탄성 공중합체의 가교결합을 행하고 탄성 라미네이트(30)을 형성한다. 이러한 실시태양에서, 라미네이트 특성들은 가교결합 전에 라미네이트(74)가 행할 수 있게 되는 수축량에 의해 주문제작될 수 있다. 이러한 주문제작은 다양한 특성 설정치를 달성하기 위해 다양한 중합체를 사용하는 것과 대비하여, 단일 중합체원을 사용하면서 소정량으로 응력 이완하게 되는 형태맞춤식(form-to-fit) 직물을 제조할 수 있게 만든다. 도 6에 나타낸 실시태양은 또한 탄성 라미네이트(30)에 개선된 내구성을 제공할 수 있는 특정 가교결합 또는 가교결합가능한 접착제의 사용을 허용한다. 가교결합성 접착제를 포함하는 탄성 라미네이트가 적은 라미네이트 비용을 유지하면서 세척, 건조 및/또는 반복 사용과 관련된 보다 고온을 견딜 수 있는 내구성 직물을 제조하는데 사용될 수 있다.
라미네이트(74)에 적용된 방사선량을 면밀히 제어해야 할 필요가 있을 수 있다. 보다 높은 선량에서 e-빔 또는 전자 빔 처치는 폴리프로필렌 부직포 페이싱을 손상시킬 수 있지만, 제어된 수준의 가교결합에서는, e-빔 처치가 추가적인 이점들을 제공할 수 있다. 부직 웹(20, 62) 중 하나 또는 둘 모두가 폴리프로필렌을 포함할 때 라미네이트(74)에 적용된 방사선량은 약 20 MRad 이하, 적합하게는 약 2 내지 약 10 MRad, 또는 약 4 내지 약 8 MRad일 수 있다. 폴리에틸렌, 단일-부위 촉매된 에틸렌-알파 올레핀 공중합체 엘라스토머, 예를 들면 상기 개시한 것들, 반결정질 폴리올레핀 엘라스토머 및 프로필렌-에틸렌 엘라스토머, 예를 들면 상기한 것들, 및/또는 스티렌계 블록 공중합체 엘라스토머를 포함하는 부직포 페이싱이 폴리프로필렌 대신에 사용될 수 있다.
도 7을 살펴보면, 연속 섬유 스트레치 본디드 탄성 라미네이트(82) 제조 장치(80)은 가교결합가능한 탄성 공중합체(86)의 층을 웹 성형기(90)의 유공 표면(88) 상에 압출하기 위한 다이(84)를 포함한다. 적합하게는, 다이(84)는 다수개의 평행한 필라멘트들을 압출하기 위한 필라멘트 다이를 포함한다. 웹 성형기(90)은 유공 표면(88) 위에 위치한 멜트블로운 다이(94) 바로 아래에서 압출된 탄성 층(86)을 이송한다. 멜트블로운 다이(94)는 압출된 탄성 층(86) 위에 놓여지는 무작위 배열된 엘라스토머 섬유(96)을 적용하여 복합 탄성 층(98)을 형성한다. 복합 탄성 층(98)은 가공처리 유닛(92)로 이송되고 여기서 탄성 공중합체가 가교결합되어 가교결합된 탄성 층(100)을 형성한다. 가교결합된 탄성 층(100)은 적층 닙(102)로 이송된다. 공급원(104)는 하나 이상의 부직 웹(106)을 제공하고 이것은 적층 닙(102)로 이송되며, 여기서 부직 웹 또는 웹들이 가교결합된 탄성 층(100)에 결합, 접합 또는 적층되어 탄성 라미네이트(82)를 형성한다.
도 8 및 9는 혼성 수직 필라멘트-연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트 제조 장치를 예시한다. 장치(110)은 가교결합가능한 탄성 공중합체(114)를 포함하는 층을 롤(116) 상에 압출하는 다이(112)를 포함한다. 적합하게는, 다이(112)는 다수개의 평행한 필라멘트들을 압출하는 필라멘트 다이이다. 가교결합가능한 층(114)는 가공처리 유닛(118)을 통해 이송되어 가교결합된 탄성 층(120)을 형성한다. 가교결합된 탄성 층(122)는 멜트블로운 다이(124) 바로 아래에서 웹 성형기(122)에 의해 이송된다. 멜트블로운 다이(124)는 가교결합된 탄성 층(120) 위에 놓여지는 무작위로 배열된 엘라스토머 섬유를 적용하여 복합 탄성 층(126)을 형성한다. 복합 탄성 층(126)은 적층 닙(나타나있지 않음)으로 이송될 수 있고, 여기서 하나 이상의 부직 웹에 접합, 결합 또는 적층될 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 가공처리 유닛(118)은 롤(116)의 외부 표면(128)에 인접하게 위치할 수 있다. 적합하게는, 가공처리 유닛(118)은 개방 구성형태를 가질 수 있고/있거나 개방 전자 빔 가공처리 유닛일 수 있다. 이 실시태양에서, 가교결합가능한 탄성 층(114)는 가교결합되는 동안에 켄칭될 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 가공처리 유닛(118)은 롤(116)과 웹 성형기(122) 사이에 위치할 수 있다. 적합하게는, 가공처리 유닛(118)은 폐쇄 구성형태를 가질 수 있고/있거나 폐쇄 전자 빔 가공처리 유닛일 수 있다. 이 실시태양에서, 가교결합가능한 탄성 층(114)는 가공처리 유닛(118)로 들어가기 전에 적어도 부분적으로 켄칭될 수 있다.
도 1 및 2는 가교결합된 탄성 공중합체 필라멘트의 탄성 층을 포함하는 수직 필라멘트 탄성 라미네이트(30)의 제조 방법을 개략적으로 예시한다. 이 방법은 다이(12)를 제공하고, 가교결합가능한 탄성 스티렌계 블록 공중합체로 이루어진 층(14)를 제1 롤(16) 상에 압출하고, 제1 롤(16)과 제2 롤(34) 사이의 갭(32)를 통해 압출된 탄성 층(14)를 이송하여 탄성 층(14)를 수직으로 신장하고, 신장된 팽팽한 상태의 탄성 층(14)를 가공처리 유닛(26)을 통해 이송하고, 가공처리 유닛(26) 내에 배치된 처리 대역(36)을 통해 탄성 층(14)를 통과시킴으로써 탄성 공중합체를 가교결합하여 가교결합된 탄성 층(38)을 형성하고, 신장된 팽팽한 상태의 가교결합된 층(38)을 적층 닙(22)로 이송하고, 하나 이상의 부직 웹(20)을 제공하고, 및 가교결합된 탄성 층(38)과 부직 웹(20)을 적층 닙(22)를 통해 통과시켜 탄성 라미네이트(30)을 형성하는 것을 포함한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 이 방법은 신장된 팽팽한 상태의 가교결합된 탄성 층(38)을 제어 닙(54)를 통과시키고, 접착제를 부직 웹(20)에 적용하고, 제2 부직 웹(62)를 제공하고, 접착제를 제2 부직 웹(62)에 적용하고, 및 부직 웹(20), 신장된 팽팽한 상태의 가교결합된 탄성 층(38) 및 제2 부직 웹(62)를 적층 닙(22)를 통해 통과시킴으로써 탄성 라미네이트(30)을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
도 6은 가교결합된 탄성 공중합체로 이루어진 탄성 층을 포함하는 수직 필라멘트 라미네이트(30)을 제조하는 다른 방법을 개략적으로 예시한다. 이 방법은 가교결합가능한 탄성 공중합체 필라멘트의 층(14)를 제1 롤(16) 상에 압출하고, 압출된 탄성 층(14)를 제1 롤(16)과 제2 롤(34) 사이의 갭(32)를 통해 통과시켜 수직으로 신장된 탄성 층(14)를 형성하고, 신장된 탄성 층(14)를 신장된 팽팽한 상태로 적층 닙(22)로 이송하고, 제1 부직 웹(20)을 제공하고, 접착제를 제1 부직 웹(20)에 적용하고, 제2 부직 웹(62)를 제공하고, 접착제를 제2 부직 웹(62)에 적용하고, 제1 부직 웹(20), 신장된 탄성 층(14) 및 제2 부직 웹(62)를 라미네이트(74)를 형성하는 적층 닙(22)를 통과시켜 라미네이트(74)를 형성하고, 라미네이트(74)를 이완시키고, 라미네이트(74)를 가공처리 유닛(26)을 통해 이송하고, 및 가공처리 유닛(26) 안에 배치된 처리 대역(36)을 통해 라미네이트(74)를 통과시켜 탄성 공중합체를 가교결합시킴으로써 VFL(30)을 형성하는 것을 포함한다.
도 7은 가교결합된 탄성 층을 포함하는 연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트(82)의 제조 방법을 개략적으로 예시한다. 이 방법은 가교결합가능한 탄성 공중합체를 포함하는 층(86)을 웹 성형기(90) 상에 압출하고, 압출된 탄성 층(86) 위에 놓여지는 무작위로 배열된 엘라스토머 멜트블로운 섬유를 적용하여 복합 탄성 층(98)을 형성하고, 가공처리 유닛(92)를 통해 복합 탄성 층(98)을 이송하고, 탄성 공중합체를 가교결합시킴으로써 가교결합된 탄성 층(100)을 형성하고, 가교결합된 탄성 층(100)을 신장하고, 가교결합된 탄성 층(100)을 신장된 팽팽한 상태로 적층 닙(102)로 이송하고, 하나 이상의 부직 웹(106)을 제공하고, 및 가교결합된 탄성 층(100) 및 하나 이상의 부직 웹(106)을 적층 닙(102)를 통해 통과시켜 CFSBL(82)를 형성하는 것을 포함한다.
도 8 및 9는 가교결합된 탄성 층을 포함하는 혼성 수직 필라멘트-연속 필라멘트 스트레치 본디드 라미네이트(VFL/CFSBL) 제조 방법을 개략적으로 예시한다. 이 방법은 가교결합가능한 공중합체의 층(114)를 롤(116) 상에 압출하고, 압출된 층(114)를 가공처리 유닛(118)을 통해 통과시키고, 탄성 공중합체를 가교결합하여 가교결합된 탄성 층(120)을 형성하고, 가교결합된 탄성 층(120)을 웹 성형기 상으로 이송하고, 무작위로 배열된 엘라스토머 멜트블로운 섬유를 가교결합된 탄성 층(120) 상에 적용하여 복합 탄성 층(126)을 형성하고, 신장된 팽팽한 상태의 복합 탄성 층(126)을 적층 닙으로 이송하고, 및 복합 탄성 층(126)을 하나 이상의 부직 웹에 적층시켜 VFL/CFSBL을 형성하는 것을 포함한다.
탄성 라미네이트는 비제한적으로 가먼트, 감염 억제 제품 및 상기 정의된 바와 같은 개인 위생 제품을 포함하는 광범위의 다양한 일회용 용품에 사용될 수 있다. 탄성 라미네이트는 이들 분야에서 고성능 탄성 물질로서 수행되고, 25% 미만, 적합하게는 20% 미만, 또는 15% 미만의 히스테리시스 값들을 갖는다.
본원에서 개시된 본 발명의 실시태양들은 예시적이기 때문에, 본 발명의 본질 및 범위에서 벗어나지 않고서 다양한 변형 및 개선이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해 나타내어지고, 등가물의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변화들은 본원에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 가교결합가능한 열가소성 탄성 스티렌계 공중합체를 포함하는 층을 압출하기 위한 다이;
    압출된 탄성 층을 이송하기 위한 하나 이상의 롤;
    하나 이상의 부직 웹을 제공하기 위한 공급원;
    하나 이상의 부직 웹을 압출된 탄성 층에 적층하기 위한 적층 닙;
    탄성 공중합체를 가교결합하기 위한 하나 이상의 가공처리 유닛; 및
    탄성 라미네이트를 수집하기 위한 권취기
    를 포함하며, 상기 하나 이상의 가공처리 유닛은 하나 이상의 롤과 적층 닙 사이에 위치하는 것인 탄성 라미네이트 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이가 다수개의 평행한 가교결합가능한 탄성 공중합체 필라멘트들을 압출하기 위한 필라멘트 다이를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이가 다수개의 가교결합가능한 탄성 리본형 요소들을 압출하기 위한 리본 다이를 포함하는 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 압출된 탄성 층을 이송하기 위한 상부 롤 및 하부 롤을 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 하부 롤의 외부 표면에 인접하게 위치하는 제1 가공처리 유닛을 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상부 롤의 외부 표면에 인접하게 위치하는 제2 가공처리 유닛을 추가로 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가공처리 유닛들이 장치의 반대편에 위치하는 장치.
  10. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 압출된 탄성 층 위에 놓여지는 무작위로 배열된 엘라스토머 섬유를 적용하기 위한, 웹 성형기 위에 위치하는 멜트블로운 다이를 추가로 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 가공처리 유닛이 웹 성형기와 적층 닙 사이에 배치되는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 필라멘트 다이와 웹 성형기 사이에 배치된 롤을 추가로 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 가공처리 유닛이 롤의 외부 표면에 인접하게 배치되는 장치.
  14. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공처리 유닛이 전자 빔 가공처리 유닛을 포함하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전자 빔 가공처리 유닛이 100 내지 300 kV 사이에서 작동되고, 2 내지 30 MRad를 탄성 층에 전달하는 장치.
  16. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 롤과 적층 닙 사이의 압출된 탄성 층의 이동을 제어하기 위한 진공 이송기를 추가로 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 진공 이송기가 가공처리 유닛 안에 배치되는 장치.
  18. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공처리 유닛이 가교결합 이전에 탄성 층의 온도를 조절하기 위한 켄칭 시스템을 포함하는 장치.
  19. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가교결합가능한 탄성 공중합체가 탄성 스티렌계 블록 공중합체를 포함하는 장치.
  20. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가교결합가능한 탄성 공중합체가 반결정질 폴리올레핀 플라스토머(plastomer) 및 프로필렌-에틸렌 공중합체로부터 선택된 탄성 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 장치.
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