KR101281506B1 - 층상 필름 조성물, 그로부터 제조된 패키지, 및 사용 방법 - Google Patents
층상 필름 조성물, 그로부터 제조된 패키지, 및 사용 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 승온에 노출될 때는 상기 내층이 압축력에 노출될 때 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 전체 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여하게 되는 정도로 연화 또는 용융되는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물에 관한 것이다. 또, 본 발명은 이러한 천공된 필름 조성물을 형성하는 방법, 이로부터 제조된 패키지, 및 천공된 필름 조성물로부터 제조된 패키지를 충전하는 방법에 관한 것이다.
천공된 필름 조성물, 분말 제품 포장, 수분 장벽
Description
선출원 참조
본원은 2005년 7월 8일자로 출원된 가출원 60/697,915를 우선권 주장의 기초로 하는 출원이고, 이 가출원은 전체를 본원에 참고로 혼입한다.
본 발명은 승온 및 압축력에 노출될 때, 예를 들어 필름의 천공구멍을 통한 주로 액체 형태인 물 전달의 면에서, 수분에 대한 장벽을 형성하는 천공된 층상 필름 조성물에 관한 것이다. 이 필름 조성물은 다양한 포장, 특히 유연성 포장에 이용될 수 있다. 이 필름 조성물로부터 형성된 패키지에는 가압 조건 하에서 분말 물질을 효과적으로 충전할 수 있다. 또, 본 발명은 이러한 필름 조성물로부터 제조된 패키지, 이러한 필름 조성물 및 이러한 패키지를 형성하는 방법, 및 이러한 패키지에 분말 제품을 충전하는 방법에 관한 것이다.
분말 포장 업계에서는, 분말 입자를 유동화하는 가압 공기로 봉지(bag)를 충전하기 때문에 통기성 봉지를 갖는 것이 결정적으로 중요하다. 연행된 공기는 봉지로부터 제거되어야 하고, 그렇지 않으면, 내부 봉지 압력이 증가해서 봉지가 파열될 것이다. 현재, 연행된 공기는 플라스틱 봉지의 천공구멍에 의해 제거된다. 불행하게도, 천공된 봉지는 비 또는 고습에 노출될 가능성이 있어 습한 환경에서 장기간 수송될 수 없거나 또는 옥외에 보관할 수 없다. 충전 공정 동안에 공기를 효율적으로 방출할 수 있고 그 후에는 안에 함유된 제품과 수분이 접촉하는 것을 방지할 수 있는 저비용 통기성 패키지가 필요하다. 게다가, 이러한 패키지는 추가 가공 단계가 필요 없거나 또는 원래 가공 단계를 변화시킬 필요 없이 표준 포장 라인에서 쉽게 이용가능하여야 한다.
분말 제품의 패키지를 설계할 때는, 벌크 틈새 공기, 내부 제품 하중 및 공정 열이 다루어져야 하는 결정적인 요소이다. 충전 공정 동안, 패키지를 충전할 때 분말을 운반하는 데 이용되는 공기 및 분말 중에 남아 있는 틈새 공기는 제거되어야 한다. 현재, 시멘트와 같은 분말 제품의 포장에서, 분말 제품은 분말 입자를 유동화하는 가압 공기를 이용하여 강제로 유연성 포장으로 포장한다. 유동화된 분말을 최대한으로 포집하기 위해서는 연행된 공기가 조절된 방식으로 패키지로부터 제거되어야 한다.
최적의 패키지는 분말이 밖으로 누출되지 않도록 하여야 하는 것이지만, 분말의 보유가 충전 공정 동안의 공기 배기의 필요성과 균형을 이루어야 한다. 위에서 논의한 바와 같이, 공기 배기의 한 가지 방법은 패키지를 천공하는 것이다. 그러나, 패키지의 천공구멍의 크기 및 수가 봉지로부터 누출될 수 있는 분말의 양을 지시할 것이다. 분말 분진을 감소시키고 공기 배기를 허용하는 데 이용되는 다른 방법은 각 봉지가 상이한 천공 형태를 갖는 이중 봉지(bag-in-a-bag) 디자인을 포함한다. 이들 디자인은 패키지 내에 함유된 제품으로의 수분 진입을 막지 못한다.
분말 제품을 위한 패키지는 상대적으로 작은 1 kg 팩(pack)에서부터 잘 알려진 50 kg 시멘트 봉지에 이르기까지 다양할 수 있는 함유된 제품의 하중을 견딜 수 있어야 한다. 50 kg의 시멘트와 연관된 하중은 축방향 응력 계산을 이용해서 시뮬레이션할 수 있다. 계산을 해 보면, 심지어 상대적으로 얇은 필름(~75 ㎛)이 50 kg과 연관된 축방향 응력을 견디기에 충분한 항복 강도를 가진다는 것을 알 수 있다. 또, 패키지의 외부 또는 외피 층의 중합체는 충전 온도에서 실질적인 용융을 피하는 충분히 높은 용융점을 가져야 한다. 내열성 문제는 필름 구조를 위한 개개의 수지의 선택에 강력한 영향을 줄 것이다.
상기 요인 이외에도, 관심을 끄는 추가의 요인은 제조 플랜트에서 공정 단계로부터 유래하는 외부에서 적용되는 힘과 관련 있다. 예를 들어, 충전된 패키지는 일련의 컨베이어를 이용해서 제조 플랜트를 통해 수송된다. 이들 컨베이어는 경사진 표면(상향 경사 및 하향 경사), 다양한 각도의 많은 전환점, 및 많은 상이한 표면 질감(금속 롤러, 고무 컨베이어, 직물 컨베이어 등)을 포함할 수 있다. 충전된 패키지는 이들 컨베이어를 따라서 활주하거나 미끄러져 넘어지지 않고 이동하여야 한다. 컨베이어 라인에서의 패키지의 안정성은 패키지의 표면 구조(잠재적인 마찰 계수를 포함함) 뿐만 아니라 내부 봉지 압력과 관련 있을 것이다.
게다가, 전형적으로, 패키지를 파레트화하고 파레트를 쌓아 올릴 때는, 자동 파레트화기에 의해 파레트 당 45 개의 봉지가 쌓인다. 이어서, 파레트들을 파레트 3 개만큼의 높이로 쌓고, 쌓인 더미의 저부 가까이의 패키지는 상부 하중으로부터 상당한 응력을 받는다. 이러한 상황에서, 내크리프성의 가능성은 쌓인 더미의 저 부 가까이의 패키지에 변형을 일으킬 수 있을 것이고, 제품을 방출시킬 수 있을 것이다.
GB 1 265 547은 플라스틱 시팅으로 제조된 포장 수단으로 미립자상 또는 분상 제품을 포장하는 방법을 게재한다. 이 참고 문헌은 포장 수단으로 사용하기 위한 배향 플라스틱 시팅으로 제조되고 제품의 평균 입자 크기보다 작은 직경을 갖는 천공구멍이 제공된 용기를 게재한다. 용기에 제품을 충전하고, 충전 후 세정하고, 이어서 천공구멍이 폐쇄될 때까지 가열한다. 시팅이 가열되는 동안 플라스틱 시팅으로부터 제품이 가하는 압력을 제거하기 위해, 천공구멍의 폐쇄를 보장하기 위해 천공구멍이 폐쇄되기 전에 외부 힘을 충전된 용기에 적용할 수 있다. 이 힘은 플라스틱 시팅의 천공된 부분에 의해 형성된 평면에 대해 평행인 방향으로 적용되고, 제품의 압력이 천공된 시팅에 가하는 인장력에 맞서서 작용한다. 미국 특허 4,332,845는 산소 흡수제가 안에 밀봉되는 봉지를 구성하는 물질의 적어도 일부가 기체 투과성 시트가 미세다공성 필름의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 적층되어 적층물을 제공한 적층된 시트로 이루어진 봉지를 기술한다. 적층물의 2 개의 외층은 상이한 연화점을 가지며, 낮은 연화점을 갖는 층이 봉지의 내부 표면을 구성한다. 봉지는 통상의 열 밀봉 기계를 이용함으로써 고속으로 제조될 수 있다.
미국 특허 4,743,123은 50 ㎛ 미만의 입자를 포함하는 물질을 포장하기 위한 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀 물질의 플라스틱 봉지를 게재한다. 또, 이 특허는 이러한 물질을 함유하는 폐쇄된 봉지, 및 이러한 봉지를 위한 호일 물질을 게재한다. 이 봉지의 호일 벽에는 레이저 조사에 의해 얻어진 50 - 100 ㎛의 최대 크기 를 가지고 가장자리가 매끈한 배출 틈이 제공된다. 배출 천공구멍 간의 거리는 호일의 인장강도가 유사한 비천공된 호일의 인장강도와 실질적으로 동일하도록 하는 만큼이다. 또, 이 특허는 저밀도 폴리에틸렌 호일을 함유하는 봉지, 및 천공구멍이 엇갈리는 2 개의 천공된 호일 층을 함유하는 봉지를 게재한다. 미국 특허 4,672,684는 충전 중에 또는 충전 후에 분말을 허용될 수 없는 수준으로 대기 중으로 방출하지 않고 미세하게 분말화된 물질의 포장을 허락하는 메쉬를 포함하는 열가소성 내겹을 갖는 열가소성 적송 봉지를 게재한다. 봉지의 벽은 다수의 겹을 함유할 수 있고, 겹 및 메쉬 라이닝은 상이한 물질로 제조될 수 있다. 이 봉지는 그다지 개조하지 않고도 다중 벽 종이 적송 봉지를 충전 및 가공하는 데 이용되는 현존 포장 시스템에 이용될 수 있다.
미국 특허 3,085,608은 봉지의 물질을 천공하고 그 천공구멍으로부터 물질을 제거하지 않음으로써 생성된 미소한 플랩 밸브 형태의 다수의 배출구를 함유하고 공기에 대해 투과성이며 물에 대해 실질적으로 불투과성인 플라스틱 시트 또는 봉지를 게재한다. 봉지의 어느 한 면에 대한 압력이 다수의 미소한 밸브를 개방시켜 그를 통해 공기가 통과하게 하고, 천공구멍은 물, 예를 들어 봉지의 외부에 있는 물이 표면장력 효과 때문에 작은 천공구멍을 통해 통과하지 못할 정도로 작은 크기를 갖는다. 또, 이 특허는 소정의 거리만큼 이격된 무수한 천공구멍을 갖는 다소 규칙적인 패턴으로 천공된 폴리에틸렌 시트 또는 봉지를 게재한다. 미국 특허 5,888,597은 폴리아미드 블록 및 폴리에테르 블록을 함유하는 중합체를 기반으로 하는 열가소성 필름을 포함하는 포장재를 게재한다. 중합체는 수증기, 에틸렌, CO2 및 산소에 대해 투과성이고, 그의 CO2 투과도는 산소 투과도보다 훨씬 더 크다.
미국 특허 5,891,376은 필름 형성 폴리올레핀 중합체; 및 필름의 산소 투과도에 대한 이산화탄소 투과도 및 물 투과도의 비를 감소시키는 데 유효한 양의 불활성 다공성 충전제를 포함하는 조절된 투과도를 갖는 필름 및 그의 제조 방법을 게재한다. 이 특허는 압력 처리, 열 처리, 신장 처리 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 "투과도 조절 단계"로 필름을 처리하는 것을 게재한다. 추가의 필름은 EP 0 500 931 A1, EP 0 391 661A, US 5,807,630, WO 2004/106392; EP 0 060 599, EP 0 368 632 및 GB 1 248 731에 기술되어 있다. 참고 문헌 DE 38 32 673 A1은 분말 제품 충전을 위한 부직포 튜브의 용도를 게재한다.
그러나, 위에서 논의한 참고 문헌 중 어느 것도 코어층 및 외층이 상이한 열적 성질을 가지고, 질긴 봉지를 형성하도록 설계되고, 충전 공정 동안 공기 배기를 허용하고, 봉지의 구조적 완전성을 손상시킴이 없이 열 및 압축 처리되어 함유된 제품으로의 벌크 수분의 진입을 막는 개선된 수분 장벽을 형성할 수 있는 다층(3층 이상) 천공 필름을 게재하고 있지 않다.
따라서, 충전 공정 동안 배기를 허용하고 나중에는 천공구멍을 통한 물 수송에 맞서는 개선된 수분 장벽을 형성하는 천공된 내습성 패키지가 필요하다. 게다가, 포장 공정 동안 및 보관 동안에 적용된 응력 하에서 승온에서 구조적 완전성을 유지할 수 있는 패키지가 필요하다. 이들 및 다른 쟁점은 다음 발명에 의해 충족 된다.
<발명의 요약>
본 발명은 가압 조건 하에서 분말 물질을 효과적으로 충전할 수 있고 승온 및 압축력에 노출될 때 수분에 대해 장벽을 형성하는 통기성(천공된) 층상 패키지를 제공한다. 이 패키지는 충전 중에 및 충전 후에 하나 이상의 내층을 용융시키기에는 충분하지만 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 구조적 완전성을 손상시키기에는 불충분한 온도로 가열될 수 있고 분말 물질을 충전하는 동안 통기성인 천공된 다층 필름 조성물로부터 형성된다. 압축력 적용시, 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여한다.
따라서, 본 발명은 또한 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름 조성물이 승온에 노출될 때 상기 하나 이상의 내층이 압축력에 노출시 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여하는 정도로 연화 또는 용융되는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물을 제공한다. 필름의 각 층을 통하는 천공구멍은 공통 중심을 갖는다. 필름 조성물의 수분 장벽은 승온 및 압축력에 노출되기 전의 필름 조성물의 수분 장벽보다 더 크다. 수분 장벽의 증가는 천공구멍의 밀봉 때문이고, 이것은 또한 물이 통과할 수 있는 필름 표면적의 양을 감소시킨다. 수분 장벽의 증가는 히드로헤드 수압 시험과 같은 수압 시험을 이용해서 측정할 수 있다. 한 양상에서는, 수분 장벽의 차이가 히드로헤드 수압 시험 ISO 1420 A1을 이용해서 결정된다. 본 발명의 다른 한 양상에서는, 승온에의 노출 및 압축력에의 노출이 동시에 일어난다. 다른 한 양상에서는, 천공구멍이 개별적으로 100 ㎛ 이상인 크기를 갖는다. 다른 한 양상에서는, 천공구멍이 개별적으로 1000 ㎛ 이하의 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 한 양상에서, 하나 이상의 내층은 20 ℃ 내지 150 ℃의 비캣(Vicat) 연화점을 갖는 열가소성 수지를 포함한다. 다른 한 양상에서, 열가소성 수지는 프로필렌/α-올레핀 인터폴리머, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 및 이들의 블렌드로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 추가의 한 양상에서, 열가소성 수지는 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드이다. 다른 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드는 에틸렌 및 1-옥텐, 에틸렌 및 1-부텐, 에틸렌 및 1-헥센, 에틸렌 및 1-펜텐, 에틸렌 및 1-헵텐, 에틸렌 및 프로필렌, 에틸렌 및 4-메틸펜텐-1 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체로부터 형성된 공중합체를 포함한다. 다른 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드는 1 g/10분 내지 100 g/10분의 용융지수 (I2)를 갖는다. 추가의 다른 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머는 1 내지 50 g/10분의 용융지수, 0.86 내지 0.920 g/㎤, 및 2 내지 10의 분자량 분포 Mw/Mn을 갖는다.
본 발명의 다른 한 양상에서는, 하나 이상의 외층이 프로필렌 단일중합체, 프로필렌 인터폴리머, 에틸렌 단일중합체, 에틸렌 인터폴리머 및 이들의 블렌드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 열가소성 수지이다. 추가의 한 양상에서, 열가소성 수지는 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드이다. 추가의 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드는 에틸렌 및 1-옥텐, 에틸렌 및 1-부텐, 에틸렌 및 1-헥센, 에틸렌 및 1-펜텐, 에틸렌 및 1-헵텐, 에틸렌 및 프로필렌, 에틸렌 및 4-메틸펜텐-1 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체로부터 형성된 공중합체를 포함한다. 다른 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드는 0.1 g/10분 내지 100 g/10분의 용융지수(I2)를 갖는다. 추가의 한 양상에서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머는 0.2 내지 50 g/10분의 용융지수, 0.900 내지 0.940 g/cc의 밀도 및 1.5 내지 5의 분자량 분포 Mw/Mn을 갖는다.
본 발명의 다른 한 양상에서, 필름 조성물은 GPPS, HIPS, ABS, SAN, 나일론, 스티렌 블록 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 1 개의 층을 더 포함한다. 다른 한 양상에서는, 내층이 열전달제를 포함한다.
본 발명의 한 양상에서, 필름 조성물의 각 외층은 내층의 표면에 인접한다. 다른 한 실시태양에서는, 1 개 또는 2 개의 외층이 하나 이상의 개재 층에 의해 내층으로부터 분리된다. 다른 한 실시태양에서, 필름 조성물은 3 개의 층만 함유한다. 다른 한 실시태양에서, 필름 조성물은 5 개의 층만 함유한다. 다른 한 실시태양에서, 필름 조성물은 5 개 초과의 층을 함유한다.
다른 한 양상에서, 내층은 둘 이상의 외층의 각 연화점보다 20 ℃ 이상 낮은 비캣 연화점을 갖는다. 다른 한 양상에서, 내층은 둘 이상의 외층의 각 연화점보다 30 ℃ 이상 낮은 비캣 연화점을 갖는다. 다른 한 양상에서는, 히드로헤드 수압 시험(ISO 1420 A1)으로 결정할 때 수분 장벽이 10 내지 21.5 mbar의 압력에서 유지된다.
또, 본 발명은 지정된 영역에서 천공되고/되거나 천공구멍 구배 및/또는 특별한 천공구멍 형태를 함유하는 필름 조성물 및 패키지를 제공한다. 한 양상에서, 패키지는 둘 이상의 이음매를 함유하고, 패키지는 패키지의 표면 내의 하나 이상의 지정된 영역에 천공구멍을 함유한다. 다른 한 양상에서, 천공구멍은 패키지의 표면에 압축력을 가하는 장치로부터 받는 최대 압축력을 경험하는 하나 이상의 지정된 영역에 국지화된다. 추가의 한 양상에서, 그 장치는 1 쌍의 수직으로 위치하는 롤러이다. 다른 한 양상에서, 그 장치는 일련의 2 쌍 이상의 수직으로 위치하는 롤러이다.
다른 한 양상에서, 패키지의 필름 조성물은 약 20 ㎥/시 이상의 공기 투과도를 갖는다. 다른 한 양상에서, 필름 조성물은 50 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 갖는다. 다른 한 양상에서, 패키지는 1 kg 내지 100 kg의 용량을 갖는다.
다른 한 양상에서, 패키지는 패키지의 하나 이상의 수평으로 편평한 표면 내에 위치하는 하나 이상의 지정된 영역을 포함한다. 추가의 한 양상에서, 천공구멍은 1 개 이상의 지정된 영역 내에서 균등하게 이격된다. 다른 한 양상에서, 천공구멍은 하나 이상의 지정된 영역 각각의 종방향 중점을 따라서 더 높은 밀도로 존재한다. 다른 한 양상에서, 하나 이상의 지정된 영역 각각은 패키지의 표면의 종 방향 중점을 따라서 위치하고, 각 영역은 패키지의 폭의 1/2 미만의 폭을 갖는다.
또, 본 발명은
(a) 각 층에 적당한 열가소성 중합체 또는 중합체 블렌드를 선택하고,
(b) 상기 열가소성 중합체 또는 블렌드로부터 3 개 이상의 층을 포함하는 블로운 또는 캐스트 필름을 형성하고,
(c) 상기 블로운 또는 캐스트 필름을 천공하여 천공된 필름 조성물을 형성하는 것을 포함하고,
상기 필름의 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름의 층이 공통 중심을 갖는 천공구멍을 가지고, 상기 필름이 승온에 노출될 때, 상기 하나 이상의 내층이 압축력에 노출시 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여하는 정도로 연화 또는 용융되는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물 형성 방법을 제공한다.
게다가, 본 발명은
(a) 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름 조성물의 층이 공통 중심을 갖는 천공구멍을 갖는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물로부터 형성된 적당한 용량의 패키지에 분말화된 제품을 첨가하여 충전된 패키지를 형성하고,
(b) 패키지를 하나 이상의 내층을 연화시키거나 또는 부분 용융시키기에 충분한 온도로 처리하고,
(c) 충전된 패키지에 압축력을 가하는
것을 포함하는 패키지에 분말화된 제품을 충전하는 방법을 제공한다.
다른 한 양상에서, 천공구멍은 패키지의 하나 이상의 지정된 영역에 국지화되고, 이 하나 이상의 지정된 영역이 패키지의 표면에 압축력을 가하는 장치로부터 받는 최대 압축력을 경험한다.
다른 한 양상에서, 충전된 패키지는 그 패키지에 압축력을 가한 후 추가로 밀봉된다.
추가의 양상에서, 충전 방법은 본 발명의 봉지를 충전 스파우트(spout)에 고정하는 것을 포함한다. 추가의 한 양상에서는, 충전 공정 동안에 공기 제거를 촉진하기 위해 DE 3832673A1(본원에 참고로 혼입함)에 기술된 부직포로 제조된 관이 이용될 수 있다.
또, 본 발명은 본원에 기술된 둘 이상의 양상 또는 실시태양의 조합을 포함하는 필름을 제공한다.
또, 본 발명은 본원에 기술된 둘 이상의 양상 또는 실시태양의 조합을 포함하는 패키지를 제공한다.
또, 본 발명은 본원에 기술된 둘 이상의 양상 또는 실시태양의 조합을 포함하는 필름 또는 패키지 형성 방법을 제공한다.
또, 본 발명은 본원에 기술된 둘 이상의 양상 또는 실시태양의 조합을 포함 하는 패키지 충전 방법을 제공한다.
도 1은 증가된 압력 및 온도 적용 전후의 3 개의 층을 함유하는 필름 조성물의 횡단면도. "전" 및 "후"의 각 필름 층의 상대 두께는 도 1에 도시된 것과 다를 수 있음.
도 2는 다공성 종이 봉지와 비교해서 천공된 폴리올레핀 필름의 총 구멍 면적(㎛2/in2)에 대한 걸리(Gurley) 투과도(초)의 플롯을 나타낸 도면.
도 3은 각 패키지가 지정된 영역(2a, 2b, 2c)에서 상이한 천공구멍 형태(3a, 3b, 3c)를 함유하는 3 개의 패키지 (1a, 1b, 1c)의 개략도.
도 4는 본 발명의 필름 조성물로부터 형성된 패키지 (3)에 1 쌍의 롤러 (1,2)를 이용해서 압축력을 적용하는 것을 나타내는 개략도.
본 발명은 가압 조건 하에서 분말 물질을 효과적으로 충전할 수 있고 승온 및 적용된 압축력에 노출될 때 수분 장벽을 형성하는 통기성 층상 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 패키지는 하나 이상의 내층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 것인 3 개 이상의 층(또는 겹)을 함유하는 천공된 필름 조성물을 기반으로 한다. 필름 조성물의 층들은 공통 중심을 갖는 천공구멍을 갖는다. 한 실시태양에서, 이들 각 외층은 내층의 각 표면에 인접한다.
승온에 노출될 때, 이 내층은 압축력에 노출시 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 전체 필름 조성물에 수분 장벽의 증가를 부여하기에 충분한 정도로 연화한다. 필름 형태의 이러한 변화가 도 1에 도시되어 있다. 천공구멍의 밀봉으로 인한 수분 장벽의 증가는 물, 주로 액체 형태의 물이 필름 조성물의 외부로부터 필름 조성물의 내부로, 및 그 역으로 통과하는 것을 방지하는 것을 돕는다. 수분 장벽의 증가는 히드로헤드 수압 시험과 같은 수압 시험을 이용해서 측정할 수 있다. 한 실시태양에서, 수분 장벽의 차이는 히드로헤드 수압 시험 ISO 1420 A1을 이용해서 결정한다.
열 처리된 내층은 압축력 적용시 유동하여 개방 천공구멍을 밀봉한다. 물질의 "유동성"은 적용된 온도, 적용된 압력, 내층의 두께, 내층의 연화 온도 및/또는 용융 온도, 및/또는 내층의 유동 성질에 부분적으로 의존할 것이다. 한 실시태양에서, 필름 조성물은 열 처리 및 압축력을 가한 후 히드로헤드 수압 시험 ISO 1420A1)에 따라 10 mbar 내지 21.5 mbar의 압력에서 그의 수분 장벽 및 구조적 완전성을 유지할 수 있다.
승온에의 노출 및 압축력에의 노출은 동시에 일어날 수 있거나, 또는 승온에의 노출이 일어난 후 압축력에의 노출이 일어나는 순차 방식으로 일어날 수 있다. 바람직한 한 실시태양에서, 필름 조성물은 90 ℃ 이상의 온도 및 30 - 60 kPa의 압축력에 노출된다. 다른 한 실시태양에서, 내층은 둘 이상의 외층의 각 연화점보다 20 ℃ 이상 낮은 비캣 연화점을 갖는다. 다른 한 실시태양에서, 내층은 둘 이상의 외층의 각 연화점보다 30 ℃ 이상 낮은 비캣 연화점을 갖는다.
본 발명은 응용에서 필요로 하는 강직성 및 최대 하중에 의존해서, 상이한 필름 조성물을 이용해서 적용될 수 있다. 외층으로서 인스파이어(등록상표)(INSPIRE™) 성능 중합체(더 다우 케미칼 컴파니(The DOW Chemical Company))의 사용은 강직성이 높은 최종 필름을 제공하고, 한편, 외층으로서 다우렉스(등록상표)(DOWLEX™) 폴리에틸렌 중합체, 엘리트(등록상표)(ELITE™) 폴리에틸렌 중합체 및 인스파이어(등록상표)(INSPIRE™) 폴리프로필렌 중합체(이들 모두 더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)의 사용은 최종 필름에 높은 유연성을 제공한다.
본 발명의 필름 조성물로부터 형성된 패키지는 다양한 크기의 분말상 제품을 담을 수 있다. 한 실시태양에서, 이러한 제품의 입자 크기는 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위일 수 있다. 입자는 어떠한 모양이라도 가질 수 있고, 예를 들어 구형일 수 있거나 또는 불규칙 모양을 가지고 불균일할 수 있다.
본 발명의 필름 조성물은 미립자, 분말, 과립 및 벌크 제품을 포함해서 어떠한 유형의 제품의 포장에도 이용될 수 있고, 특히 수분 민감성 제품 및 수분 민감성 분말 제품의 포장에 이용될 수 있다. 본 발명의 필름 조성물로부터 형성된 패키지는 분말 제품, 예를 들어 시멘트, 석회, 활석, 탤컴 파우더(talcum powder), 폴리비닐 클로라이드, 석고, 코코아, 옥수수 가루, 곡분 및 분말 설탕의 포장에 특히 유용하다.
본 발명의 필름 조성물로부터 제조된 패키지는 특별한 포장 요구에서 요하는 추가의 가공 단계로 열적 또는 기계적으로 처리될 수 있다. 그러나, 본 발명은 추가의 가공 단계가 필요 없거나 또는 가공 단계를 변화시킬 필요 없이 일상의 분말 포장 공정 단계 동안에 열 및 응력으로 변형될 수 있는 필름 조성물을 제공한다. 전형적인 분말 충전 방법에서, 봉지를 충전하는 동안 발생하는 열이 봉지 온도를 100 ℃ 정도로 높게 증가시킬 수 있다. 추가로, 전형적인 충전 방법에서, 충전된 봉지는 공기 방출을 위해 일련의 롤로 즉시 가압된다. 또, 패키지에 명시된 온도로 가열된 공기 제거 롤에 의해 동시에 승온 및 압축력을 가할 수 있다. 이들 가공 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 필름 형태의 요망되는 변화를 달성할 수 있다.
이어서, 필름 조성물은 충전 공정 동안 통기성이고, 상이한 분말 충전물을 위한 유연성 패키지로 이용될 수 있다. 충전 후, 필름 조성물은 하나 이상의 내층을 연화 및/또는 용융시키기에는 충분하지만 내층의 서로 맞은편 표면에 각각 위치하는 둘 이상의 외층의 구조적 완전성을 손상시키기에는 충분하지 않은 온도로 가열될 수 있다.
필름 조성물의 온도 증가는 가열된 롤러와 같은 접촉 가열, 뜨거운 공기와 같은 대류 가열, 및 적외선(IR), 마이크로파(MW), 무선주파수(RF) 및 임펄스 가열과 같은 대체 가열원을 포함하는(하지만 이들에 제한되는 것은 아님) 다양한 가열 메카니즘에 의해 달성될 수 있다. 이들 가열 메카니즘 중 일부는 하나 이상의 층, 바람직하게는 내층에 하나 이상의 수용 성분을 필요로 할 수 있다. 이들 수용체 또는 열전달제는 열을 흡수해서 주변의 중합체 매트릭스로 열을 전달하는 기능을 한다. 이러한 물질은 극성 물질 또는 중합체(비닐 중합체, ECO 중합체 또는 실록산) 또는 다른 물질/입자(금속, 카본 블랙), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
필름 조성물에 내층을 연화 또는 부분 용융시키기에 충분한 승온 처리를 한 후에, 연화된 수지가 개방 천공구멍으로 강제로 들어가도록 후속 압축력 처리를 하여야 한다. 압축력은 필름을 1 쌍의 롤러 또는 일련의 롤러를 통해 공급함으로써 적용될 수 있다(도 4 참조). 롤러는 응용에 의존해서 실온으로 유지될 수 있거나 또는 어떤 일정 온도로 가열될 수 있다. 이러한 공정이 완료될 때, 내층의 천공구멍의 상당 부분 또는 전부가 밀봉되어, 필름 조성물에 증가된 내습성 장벽을 부여한다.
본 발명의 한 실시태양에서, 패키지에는 패키지 부피를 감소시키기 위해 압축력 적용 후 추가의 열 처리를 할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시태양에서, 필름 조성물은 예를 들어 영구적 인장 응력이 가해질 때 또는 배향된 코어 물질이 완화될 때 밀봉된 천공구멍의 재개방을 허용하도록 설계될 수 있다.
다른 한 실시태양에서는, 수분에 노출될 때 내층이 팽윤하도록 내층에 물 흡수제를 첨가할 수 있다. 내층의 팽윤은 내층의 천공구멍을 추가로 밀봉할 것이다.
본 발명의 다른 한 실시태양에서, 내층은 실란제 또는 실란 그래프팅된 중합체와 같은 가교제를 함유할 수 있고, 게다가 경화 촉진제를 함유할 수 있다. 수분에 노출될 때, 내층이 가교해서 내층의 천공구멍을 추가로 밀봉할 것이다.
필름 층 내의 천공구멍은 다양한 정도의 원형도를 갖는 구멍, 다양한 삼각형 모양, 다양한 직사각형 모양 및 다른 다각형 모양, 불규칙 모양 및 슬릿을 포함하는(하지만 이들에 제한되는 것은 아님) 어떠한 크기 또는 모양이라도 가질 수 있다. 본 발명의 한 실시태양에서, 층(또는 겹)은 동일한 크기 또는 크기 구배를 갖는 천공구멍을 갖는다.
또, 필름 조성물은 폴리올레핀(예를 들어, 라피아(RAFFIA) 폴리프로필렌)으로부터 제조된 직포(브레이디드(braided) 포함) 필름 리본을 포함하는 하나 이상의 다른 필름 층을 함유할 수 있거나, 또는 또한 하나 이상의 공동성 필름 구조를 함유할 수 있다. 필름 조성물은 충전 공정 동안에 공기 방출을 촉진하기 위해 필터 기능을 하는 외부 중합체 층을 함유할 수 있다.
한 실시태양에서, 필름 조성물은 바람직하게는 20 ㎥/시 이상의 공기 투과도 및 바람직하게는 35 초 미만의 걸리 투과도 값(ISO 시험 방법 5636/5, 표제 "종이 및 보드지 - 공기 투과도(중간 범위) 결정 - 제 5 부 : 걸리 방법")을 갖는다. 필름은 350,000 ㎛2/in2 이상, 바람직하게는 500,000 ㎛2/in2 이상의 천공구멍 밀도를 가질 수 있다.
필름 조성물은 6 내지 50 개 구멍/in2,의 천공구멍 또는 구멍의 평균 수 밀도, 및 바람직하게는 10,000 ㎛2 내지 70,000 ㎛2의 평균 개개의 구멍 면적을 가질 수 있다. 천공구멍의 크기는 함유된 제품의 크기에 의존해서 달라질 것이다. 천공구멍 크기는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 50 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 이보다 클 수 있다. 10 ㎛ 내지 1000 ㎛의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고, 본원에 구체적으로 게재된다.
본 발명의 필름 조성물은 전형적으로 25 ㎛ 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 40 ㎛ 내지 300 ㎛, 더 바람직하게는 50 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 25 ㎛ 내지 1000 ㎛의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고, 본원에 구체적으로 게재된다. 또, 필름 조성물은 1000 ㎛ 초과의 두께를 가질 수도 있다.
한 실시태양에서, 본 발명의 필름 조성물로부터 제조된 패키지는 1 kg 내지 100 kg, 바람직하게는 1 kg 내지 50 kg 또는 1 kg 내지 25 kg의 중량을 담을 수 있다.
전형적으로, 필름 조성물은 열가소성 중합체를 함유한다. 필름 조성물 중의 열가소성 중합체의 양은 요망되는 성질, 예를 들어 필름 강도 성질, 다른 필름 성분, 및 사용된 중합체의 유형 또는 유형들에 의존해서 달라질 것이다. 일반적으로, 필름 중의 폴리올레핀의 양은 조성물의 총 중량의 40 중량％ 이상, 바람직하게는 50 중량％ 이상, 더 바람직하게는 60 중량％ 이상이다.
본 발명의 필름 조성물은 분말 제품을 함유하는 것 이외에 다른 응용에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 필름 조성물은 용이한 공기 배기를 허용하는 표면 또는 부분 보호 필름으로서 사용될 수 있고, 열 및 압력 처리 후 보호된 필름 층을 제공한다. 또, 본 발명의 필름 조성물은 코어 층이 천공구멍 형성 지점을 통해 통과하기 때문에 정확한 밀봉을 허용할 수 있다. 이것은 필름의 한쪽 면을 천공함으로써 또는 이러한 필름을 비천공된 필름에 적층함으로써 2-플래토 밀봉 강도 조성물을 설계하는 데 이용될 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 필름은 온도에 의존해서 습도 차단 외에 공기 통기성도 달성하기 위해 부직포 구조와의 적층물로 이용될 수 있다. 또, 필름 조성물은 온도 구배 조성물을 위해 상이한 용융점을 갖는 다층 필름을 함유할 수 있다.
열, 빛, 또는 원료 물질로부터의 잔여 촉매와 같은 것들에 의해 유발되는 산소와의 반응에 기인하는 열화로부터 수지를 보호하기 위해 수지 제제에 안정화제 및 항산화제가 첨가될 수 있다. 항산화제는 시바-가이기(미국 뉴욕주 호손에 위치함)로부터 상업적으로 입수가능하고, 차단된 페놀 항산화제인 어가녹스(등록상표)(Irganox®) 565, 1010 및 1076을 포함한다. 이들은 자유 라디칼 스캐빈저로 작용하는 1차 항산화제이고, 단독으로 이용될 수 있거나 또는 어가포스(등록상표)(Irgafos®) 168(시바 가이기로부터 입수가능함) 같은 포스파이트 항산화제와 같은 다른 항산화제와 조합해서 이용될 수 있다. 포스파이트 항산화제는 2차 항산화제인 것으로 간주되고, 일반적으로 단독으로 이용되지 않고, 주로 과산화물 분해제로 이용된다. 다른 입수가능한 항산화제는 시아녹스(등록상표)(Cyanox®) LTDP (사이텍 인더스트리즈(Cytec Industries), 미국 코넥티컷주 스탬포드) 및 에타녹스(등록상표)(Ethanox®) 1330 (앨버마를 코프.(Albemarle Corp.), 미국 루지아나주 베이톤 라우지)를 포함하고, 하지만 이들에 제한되는 것은 아니다. 많은 다른 항산화제는 그 자체만으로 또는 다른 이러한 종류의 항산화제와 조합해서 사용하기 위해 입수가능하다. 다른 수지 첨가제는 자외선 흡수제, 정전기 방지제, 안료, 염료, 핵생성제, 충전제, 슬립제, 난연제, 가소제, 가공 조제, 윤활제, 안정화제, 매연 억제제, 점도 조절제 및 블록킹방지제를 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다.
내층 및 외층을 위한 물질
내층 및 외층은 다양한 열가소성 중합체로부터 제조할 수 있다. 각 층을 위한 수지의 선택은 층의 위치, 수지의 연화 및/또는 용융 온도, 및 연속 층간의 접착력에 의존할 것이다.
본 발명의 실시에는 어떠한 열가소성 중합체 또는 열가소성 중합체 블렌드라도 사용될 수 있고, 대표적인 중합체는 천연 또는 합성 수지, 예를 들어 스티렌 블록 공중합체; 고무, 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부텐; 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체; 에틸렌 아크릴산 공중합체(EAA); 에틸렌 아크릴레이트 공중합체(EMA, EEA, EBA); 폴리부틸렌; 폴리부타디엔; 나일론; 폴리카르보네이트; 폴리에스테르; 폴리에틸렌 옥시드; 폴리프로필렌 옥시드; 에틸렌-프로필렌 인터폴리머, 예를 들어 에틸렌-프로필렌 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 고무; 염소화 폴리에틸렌; 열가소성 벌커네이트(vulcanate); 에틸렌 에틸아크릴레이트 중합체(EEA); 에틸렌 스티렌 인터폴리머(ESI); 폴리우레탄; 뿐만 아니라 관능적으로 개질된 폴리올레핀, 예를 들어 실란-그래프트 또는 무수말레산 그래프트로 개질된 올레핀 중합체, 및 이들 중합체 둘 이상의 조합을 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다.
또, 개방된 또는 폐쇄된 기포, 또는 양자의 조합을 갖는 발포된 열가소성 중합체도 이용될 수 있다.
열가소성 중합체 또는 열가소성 중합체 블렌드는 단독 중합체 성분으로서 또는 주요 중합체 성분으로서 하나 이상의 에틸렌 단일중합체 또는 인터폴리머를 포함할 수 있다. 이러한 중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 균질하게 분지화된 선형 에틸렌 중합체, 균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체, 및 불균질한 선형 에틸렌 중합체를 포함한다. 필름 조성물에 이들 중합체가 하나 이상 있는 경우, 그 양은 요망되는 성질, 다른 성분들 및 폴리에틸렌(들) 유형에 의존해서 달라질 것이다.
에틸렌 또는 프로필렌과 같은 올레핀과 중합하는 데 유용한 적당한 공단량체는 에틸렌성 불포화 단량체, 공액 또는 비공액 디엔 또는 폴리엔을 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다. 이러한 공단량체의 예는 에틸렌 및 C3-C20 α-올레핀, 예를 들어 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 및 1-데센을 포함한다. 바람직한 공단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐을 포함하고, 이들 중 후자가 특히 바람직하다. 다른 적당한 단량체는 스티렌, 할로 또는 알킬 치환 스티렌, 테트라플루오로에틸렌, 비닐벤조시클로부탄, 부타디엔, 이소프렌, 펜타디엔, 헥사디엔, 옥타디엔 및 시클로알켄, 예를 들어 시클로펜텐, 시클로헥센 및 시클로옥텐을 포함한다. 전형적으로, 에틸렌은 하나의 C3-C20 α-올레핀과 공중합된다. 바람직한 공단량체는 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 및 1-옥텐과 같은 C3-C8 α-올레핀을 포함한다.
한 실시태양에서, 필름 층으로서 또는 필름 층의 한 성분으로서 유용한 올레핀 기반 인터폴리머는 상기 인터폴리머의 20 중량％ 이하, 바람직하게는 15 중량％ 미만, 더 바람직하게는 10 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 5 중량％ 미만을 포함하는 공단량체 함량을 갖는다. 5 내지 20 중량％의 모든 개개의 중량％ 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 필름 층으로서 또는 필름 층의 한 성분으로서 유용한 올레핀 기반 인터폴리머는 상기 인터폴리머의 7 중량％ 이하, 바람직하게는 5 중량％ 미만, 더 바람직하게는 3 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 2 중량％ 미만을 포함하는 공단량체 함량을 갖는다. 2 내지 7 중량％의 모든 개개의 중량％ 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 필름 층으로서 또는 필름 층의 한 성분으로서 유용한 올레핀 기반 인터폴리머는 상기 인터폴리머의 50 중량％ 이하, 바람직하게는 40 중량％ 미만, 더 바람직하게는 30 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 20 중량％ 미만을 포함하는 공단량체 함량을 갖는다. 20 내지 50 중량％의 모든 개개의 중량％ 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 필름 층으로서 또는 필름 층의 한 성분으로서 유용한 올레핀 기반 인터폴리머는 상기 인터폴리머의 20 중량％ 이하, 바람직하게는 10 중량％ 미만, 더 바람직하게는 7 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 5 중량％ 미만을 포함하는 공단량체 함량을 갖는다. 5 내지 20 중량％의 모든 개개의 중량％ 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
본 발명의 인터폴리머 중의 공단량체 함량은 50 중량％ 초과일 수 있거나, 또는 2 중량％ 미만일 수도 있다.
유용한 올레핀 기반 인터폴리머는 에틸렌 기반 인터폴리머 및 프로필렌 기반 인터폴리머를 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다.
"균질한" 및 "균질하게 분지화된"이라는 용어는 α-올레핀 공단량체가 주어진 중합체 분자 내에서 랜덤하게 분포되고, 실질적으로 모든 중합체 분자가 동일한 에틸렌 대 공단량체 비를 갖는 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머와 관련해서 사용된다.
본 발명의 실시에 이용될 수 있는 균질하게 분지화된 에틸렌 인터폴리머는 균질하게 분지화된 선형 에틸렌 인터폴리머, 및 균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머를 포함한다.
균질하게 분지화된 선형 에틸렌 인터폴리머 중에는 장쇄 분지는 없지만, 동일 중합체 사슬 내에 및 상이한 중합체 사슬 사이에 균질하게 분포된 인터폴리머로 중합된 공단량체로부터 유래되는 단쇄 분지를 갖는 에틸렌 중합체가 포함된다. 즉, 균질하게 분지화된 선형 에틸렌 인터폴리머는 예를 들어 엘스톤(Elston)의 미국 특허 3,645,992에 기술된 바와 같은 균일 분지 분포 중합 방법을 이용하여 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 또는 선형 고밀도 폴리에틸렌 중합체의 경우처럼 장쇄 분지가 없다. 균질하게 분지화된 선형 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머의 상업적인 예는 미추이 케미칼 컴파니(Mitsui Chemical Company)에 의해 공급되는 태프머(등록상표)(TAFMER™) 중합체 및 엑손 케미칼 컴파니(Exxon Chemical Company)에 의해 공급되는 이그잭트(등록상표)(EXACT™) 중합체를 포함한다.
균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머는 미국 특허 5,272,236, 5,278,272, 6,054,544, 6,335,410, 및 6,723,810에 기술되어 있고, 각 특허의 전체 내용은 본원에 참고로 혼입한다.
게다가, 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머는 장쇄 분지를 갖는 균질하게 분지화된 에틸렌 중합체이다. 장쇄 분지는 중합체 골격과 동일한 공단량체 분포를 가지고, 중합체 골격의 길이와 대략 동일한 길이를 가질 수 있다. 전형적으로, "실질적으로 선형"은 벌크 중합체가 평균적으로 총 탄소(골격 및 분지 탄소 둘 모두를 포함함) 1000 개 당 장쇄 분지 0.01 개 내지 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 3 개로 치환된 것을 의미한다. 바람직한 중합체는 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 0.01 개 내지 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 1 개, 더 바람직하게는 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 0.05 개 내지 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 1 개, 특히 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 0.3 개 내지 총 탄소 1000 개 당 장쇄 분지 1 개로 치환된다.
실질적으로 선형인 중합체의 상업적인 예는 엔게이지(등록상표)(ENGAGE™) 중합체 및 어피니티(등록상표)(AFFINITY™) 중합체(둘 모두 더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)를 포함한다.
실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머는 독특한 부류의 균질하게 분지화된 에틸렌 중합체를 형성한다. 이들은 엘스톤의 미국 특허 3,645,992에 기술된 잘 알려져 있는 부류의 통상의 균질하게 분지화된 선형 에틸렌 인터폴리머와 실질적으로 상이하고, 게다가 이들은 통상의 불균질 지글러-나타 촉매에 의해 중합된 선형 에틸렌 중합체(예를 들어, 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 4,076,698에 게재된 기술을 이용해서 제조된 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE))와 동일한 부류가 아니고, 또한 이들은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌-아크릴산(EAA) 공중합체 및 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 공중합체와 같은 고압 자유 라디칼에 의해 개시된 고도로 분지화된 폴리에틸렌과 동일한 부류도 아니다.
본 발명에 유용한 균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머는 비록 이들이 상대적으로 좁은 분자량 분포를 가지긴 하지만 우수한 가공성을 갖는다. 놀랍게도, 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머의 ASTM D 1238에 따르는 용융 흐름 비(I10/I2)는 폭넓게 달라질 수 있고, 분자량 분포 Mw/Mn 또는 MWD와는 본질적으로 독립적이다. 이러한 놀라운 거동은 예를 들어 엘스톤의 미국 특허 3,645,992에 기술된 것과 같은 통상의 균질하게 분지화된 선형 에틸렌 인터폴리머, 및 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 4,076,698에 기술된 것과 같은 불균질하게 분지화된 통상의 지글러-나타 중합 선형 폴리에틸렌 인터폴리머와 대조적인 것이다. 균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 인터폴리머와는 달리, 선형 에틸렌 인터폴리머(균질하게 분지화되든 또는 불균질하게 분지화되든)는 분자량 분포에 의해 좀더 영향을 받는 레올로지 성질을 갖는다.
균질하게 분지화된 선형 또는 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체는 좁은 분자량 분포(Mw/Mn)을 가짐을 특징으로 한다. 선형 및 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체의 경우, 분자량 분포 Mw/Mn은 예를 들어 5 이하, 바람직하게는 4 이하, 더 바람직하게는 1.5 내지 4, 훨씬 더 바람직하게는 1.5 내지 3, 가장 바람직하게는 2.5 내지 3.5이다. 1 내지 5의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
균질한 선형 및 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체의 공단량체 분지의 분포는 SCBDI(Short Chain Branch Distribution Index) 또는 CDBI(Composition Distribution Branch Index)에 의해 특성화되고, 중앙 총 공단량체 몰 함량의 50％ 이내의 공단량체 함량을 갖는 중합체 분자의 중량％로 정의된다. 중합체의 CDBI는 예를 들어 와일드(Wild) 등의 문헌(Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol. 20, p. 441 (1982)) 또는 미국 특허 4,798,081 및 5,008,204에 기술된 승온 용리 분별(본원에서는 "TREF"라고 약어로 표기함)과 같은 당업계에 알려진 기술로부터 얻은 데이터로부터 계산한다. 본 발명의 조성물에 유용한 실질적으로 선형인 중합체의 SCBDI 또는 CDBI는 바람직하게는 50％ 초과, 특히 70％ 초과, 더 바람직하게는 90％ 초과이다.
본 발명의 필름 조성물에 사용되는 균질하게 분지화된 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체는 공지되어 있고, 그들 및 그들의 제조 방법은 예를 들어 미국 특허 5,272,236, 5,278,272, 및 5,703,187에 기술되어 있고, 각 문헌은 전체를 본원에 참고로 혼입한다.
균질한 선형 또는 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체는 단일 부위 촉매를 이용해서 적당하게 제조할 수 있다. 이들 촉매의 일부 및 특히 구속 기하 촉매의 몇몇 예가 EP-A-416,815; US 5,703,187; 5,872,201; US EP-A-514,828; US 6,118,013; US 5,470,993; US 5,374,696; US 5,231,106; US 5,055,438; US 5,057,475; US 5,096,867; US 5,064,802; 및 US 5,132,380에 게재되어 있다. 1991년 6월 24일자로 출원된 미국 출원 720,041(EP-A 514,828)에서는, 상기 구속 기하 촉매의 일부 보란 유도체가 게재되어 있고, 그들의 제조 방법을 알려주고 있으며 청구하고 있다. US-A-5,453,410에는, 양이온성 구속 기하 촉매와 알루목산의 조합이 적당한 올레핀 중합 촉매로 게재되어 있다.
또, 불균질한 선형 에틸렌 중합체도 본 발명에 이용될 수 있다. 불균질한 선형 에틸렌 중합체는 에틸렌 및 하나 이상의 C3-C8 α-올레핀의 공중합체를 포함한다. 또, 에틸렌의 단일중합체는 지글러-나타 촉매와 같은 불균질계를 제조하는 데 이용되는 동일한 촉매를 이용해서 제조할 수 있다. 분자량 분포, 및 α-올레핀 공중합으로부터 생기는 단쇄 분지 분포 둘 모두가 균질한 선형 에틸렌 중합체에 비해 상대적으로 넓다. 불균질한 선형 에틸렌 중합체는 지글러-나타 촉매를 이용한 용액, 슬러리 또는 기상 방법으로 제조될 수 있고, 당업계 숙련자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어 US-A 특허 4,339,507을 참조하고, 이 문헌의 전체 내용을 본원에 참고로 혼입한다.
또, 콜트해머(Kolthammer) 등의 US-A 특허 5,844,045; 5,869,575; 및 6,448,341(이들 문헌의 전체 내용은 본원에 참고로 혼입함)에 게재된 것과 같은 불균질한 에틸렌 중합체 및 균질한 에틸렌 중합체의 혼합물("복합 폴리에틸렌")도 본 발명의 필름 조성물에 이용될 수 있다.
내층
내층의 물질은 외층의 상응하는 온도에 비해 상대적으로 낮은 연화 온도 또는 비캣 연화점, 및/또는 상대적으로 낮은 용융 온도를 가져야 한다. 내층의 물질은 전형적으로 외층의 물질보다 더 높은 탄성을 갖는다. 이 층을 위한 적당한 중합체의 예는 폴리에틸렌 기반 중합체, 예를 들어 어피니티(등록상표) 및 플렉소머(등록상표)(FLEXOMER™), 및 폴리프로필렌 기반 중합체, 예를 들어 버시파이(등록상표)(VERSIFY™) 중합체 (모두 더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)를 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다. 폴리올레핀 기반 계 이외의 다른 중합체계도 또한 내층에 이용될 수 있다. 내층은 하나의 중합체 또는 둘 이상의 중합체, 예를 들어 중합체 블렌드를 함유할 수 있다.
내층의 특이적인 성질은 사용되는 중합체 또는 중합체 블렌드에 의존할 것이다. 아래에 제공된 성질은 기록된 성질 내에 드는 폴리올레핀 수지 및 다른 중합체 수지를 대표한다. 아래에 제공된 성질은 본 발명에 사용하기에 적당한 폴리올레핀 및 다른 중합체 및 블렌드의 범위에 관해서 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 없다.
한 실시태양에서는, 아래에 기술된 각 중합체가 내층에 단독 중합체 성분으로 이용된다. 다른 한 실시태양에서는, 아래에 기술된 각 중합체가 내층에 중합체 블렌드 성분으로 이용된다. 이러한 중합체는 본원에 기술된 둘 이상의 실시태양에 의해 특성화될 수 있다.
한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로서 또는 블렌드 성분으로서 사용되는 중합체는 전형적으로 20 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 30 ℃ 내지 120 ℃, 더 바람직하게는 40 ℃ 내지 110 ℃, 가장 바람직하게는 45 ℃ 내지 100 ℃의 비캣 연화점을 갖는다는 특징이 있다. 20 ℃ 내지 150 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서는, 블렌드가 전형적으로 20 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 30 ℃ 내지 120 ℃, 더 바람직하게는 40 ℃ 내지 110 ℃, 가장 바람직하게는 45 ℃ 내지 100 ℃의 비캣 연화점을 갖는다는 특징이 있다. 20 ℃ 내지 150 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로서 또는 한 블렌드 성분으로서 사용되는 중합체는 전형적으로 30 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 40 ℃ 내지 120 ℃, 더 바람직하게는 50 ℃ 내지 110 ℃, 가장 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃의 DSC 용융점 또는 용융 범위를 갖는다는 특징이 있다. 30 ℃ 내지 150 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융지수(I2)(ASTM D-1238)가 1 내지 1000 g/10분, 바람직하게는 1 내지 100 g/10분, 더 바람직하게는 1 내지 50 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 30g/10분, 가장 바람직하게는 1 내지 10 g/10분이라는 특징이 있다. 1 내지 1000 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서, 블렌드는 전형적으로 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융지수(I2)(ASTM D-1238)가 1 내지 1000 g/10분, 바람직하게는 1 내지 100 g/10분, 더 바람직하게는 1 내지 50 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 30g/10분, 가장 바람직하게는 1 내지 10 g/10분이라는 특징이 있다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 230 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융 흐름 속도 (MFR)(ASTM D-1238)가 1 내지 1000 g/10분, 바람직하게는 1 내지 100 g/10분, 더 바람직하게는 1 내지 50 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 30g/10분, 가장 바람직하게는 1 내지 10 g/10분이라는 특징이 있다. 1 내지 1000 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서, 블렌드는 전형적으로 230 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융 흐름 속도(MFR)(ASTM D-1238)가 1 내지 1000 g/10분, 바람직하게는 1 내지 100 g/10분, 더 바람직하게는 1 내지 50 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 30g/10분, 가장 바람직하게는 1 내지 10 g/10분이라는 특징이 있다. 1 내지 1000 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 실질적으로 비결정성이고, DSC로 측정한 총 ％ 결정도가 50 ％ 미만, 바람직하게는 30 ％ 미만이다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 0.840 g/㎤ 내지 0.940 g/㎤, 바람직하게는 0.860 g/㎤ 내지 0.920 g/㎤, 더 바람직하게는 0.860 g/㎤ 내지 0.910 g/㎤의 밀도를 가질 것이다. 0.840 g/㎤ 내지 0.940 g/㎤의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 10,000 내지 200,000 g/mol의 중량 평균 분자량(Mw)를 가질 것이고, 이 범위의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10, 더 바람직하게는 1 내지 5, 훨씬 더 바람직하게는 1.5 내지 3.5의 분자량 분포 Mw/Mn을 가질 것이다. 1 내지 20의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 내층의 성분들의 총 중량을 기준으로 하여 50 중량％ 내지 100 중량％의 양으로 존재할 것이다. 50 중량％ 내지 100 중량％의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
내층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 상기 실시태양들의 둘 이상의 성질의 조합을 가질 수 있다.
외층
외층의 물질은 승온 및 압력에 노출될 때 필름 조성물의 구조적 완전성을 유지하여야 한다. 적당한 물질은 폴리에틸렌 단일중합체 및 인터폴리머를 포함한다. 전형적으로, 외층을 위한 물질은 내층의 물질보다 더 높은 강직성을 가질 것이다. 이러한 중합체의 예는 다우렉스(등록상표) 및 엘리트(등록상표)(이들은 더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)와 같은 폴리에틸렌 기반 중합체, 및 인스파이어(등록상표)(더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)와 같은 폴리프로필렌 기반 중합체를 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다. 각 외층은 하나의 중합체 또는 둘 이상의 중합체, 예를 들어 중합체 블렌드를 함유할 수 있다.
외층의 특이적인 성질은 사용되는 중합체 또는 중합체 블렌드에 의존할 것이다. 아래에 제공된 성질은 기록된 성질 내에 포함되는 폴리올레핀 수지 및 다른 중합체 수지를 대표한다. 아래에 제공된 성질은 본 발명에 사용하기에 적당한 폴리올레핀 및 다른 중합체 및 블렌드의 범위에 관해서 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 없다.
한 실시태양에서는, 아래에 기술된 각 중합체가 외층에 단독 중합체 성분으로 이용된다. 다른 한 실시태양에서는, 아래에 기술된 각 중합체가 외층에 중합체 블렌드 성분으로 이용된다. 이러한 중합체는 본원에 기술된 둘 이상의 실시태양에 의해 특성화될 수 있다.
한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로서 또는 한 블렌드 성분으로서 사용되는 중합체는 전형적으로 50 ℃ 내지 230 ℃, 바람직하게는 70 ℃ 내지 200 ℃, 더 바람직하게는 100 ℃ 내지 150 ℃의 비캣 연화점을 갖는다는 특징이 있다. 50 ℃ 내지 230 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서는, 블렌드가 전형적으로 50 ℃ 내지 230 ℃, 바람직하게는 70 ℃ 내지 200 ℃, 더 바람직하게는 100 ℃ 내지 150 ℃의 비캣 연화점을 갖는다는 특징이 있다. 50 ℃ 내지 230 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로서 또는 한 블렌드 성분으로서 사용되는 중합체는 전형적으로 50 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 70 ℃ 내지 200 ℃, 더 바람직하게는 100 ℃ 내지 180 ℃, 훨씬 더 바람직하게는 120 ℃ 내지 170 ℃의 DSC 용융점을 갖는다는 특징이 있다. 50 ℃ 내지 250 ℃의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융지수(I2)(ASTM D-1238)가 0.1 내지 100 g/10분, 바람직하게는 0.2 내지 50 g/10분, 더 바람직하게는 0.3 내지 10 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 0.4 내지 5 g/10분이라는 특징이 있다. 0.1 내지 100 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서, 블렌드는 전형적으로 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융지수(I2)(ASTM D-1238)가 0.1 내지 100 g/10분, 바람직하게는 0.2 내지 50 g/10분, 더 바람직하게는 0.3 내지 10 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 0.4 내지 5 g/10분이라는 특징이 있다. 0.1 내지 100 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 230 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융 흐름 속도 (ASTM D-1238)가 0.1 내지 100 g/10분, 바람직하게는 0.2 내지 50 g/10분, 더 바람직하게는 0.3 내지 10 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 0.4 내지 5 g/10분이라는 특징이 있다. 0.1 내지 100 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다. 다른 한 실시태양에서, 블렌드는 전형적으로 230 ℃ 및 2.16 kg 하중에서의 용융 흐름 속도(ASTM D-1238)가 0.1 내지 100 g/10분, 바람직하게는 0.2 내지 50 g/10분, 더 바람직하게는 0.3 내지 10 g/10분, 훨씬 더 바람직하게는 0.4 내지 5 g/10분이라는 특징이 있다. 0.1 내지 100 g/10분의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 20,000 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는다는 특징이 있고, 이 범위의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 DSC로 측정한 총 ％ 결정도가 60 ％ 미만, 바람직하게는 50 ％ 미만이다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 0.880 g/㎤ 내지 0.960 g/㎤, 바람직하게는 0.900 g/㎤ 내지 0.940 g/㎤ 또는 0.900 g/㎤ 내지 0.950 g/㎤의 밀도를 가질 것이다. 0.880 g/㎤ 내지 0.960 g/㎤의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
다른 한 실시태양에서, 외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10, 더 바람직하게는 1 내지 5, 훨씬 더 바람직하게는 1.5 내지 3.5의 분자량 분포 Mw/Mn을 가질 것이다. 1 내지 20의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 전형적으로 외층의 성분들의 총 중량을 기준으로 하여 50 중량％ 내지 100 중량％의 양으로 존재할 것이다. 50 중량％ 내지 100 중량％의 모든 개개의 값 및 하위 범위가 본원에 포함되고 본원에 게재된다.
외층에 단일 성분으로 또는 한 블렌드 성분으로 사용되는 중합체는 상기 실시태양들의 둘 이상의 성질의 조합을 가질 수 있다.
본 발명의 필름 조성물 형성 방법
본 발명의 필름 조성물은 각 층을 제조하는 데 적당한 열가소성 중합체를 선택하고; 각 층의 필름을 형성하고, 층들을 결합하거나, 또는 하나 이상의 층을 공압출하거나 또는 캐스팅함으로써 제조할 수 있다. 최종 필름 조성물을 천공하여 통기성 필름을 형성한다. 바람직하게는, 필름 층들은 필름 사이의 계면 위에 연속으로 결합된다. 천공 메카니즘은 핀 롤러(pinned roller), 판상 핀(plated pin) 및 레이저 기술을 포함하고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다.
각 층의 경우, 전형적으로 성분들 및 추가의 첨가제, 예를 들어 슬립 조제, 블록킹방지 조제 및 중합체 가공 조제를 압출 블렌딩하는 것이 적당하다. 압출 블렌딩은 적절한 정도의 분산이 달성되는 방식으로 수행하여야 한다. 압출 블렌딩의 매개변수는 성분들에 의존해서 반드시 변할 것이다. 그러나, 전형적으로, 총 중합체 변형, 즉 혼합 정도가 중요하고, 예를 들어 스크루 디자인 및 용융 온도에 의해 조절된다. 필름 형성 동안의 용융 온도는 필름 성분에 의존할 것이다.
압출 블렌딩 후, 필름 구조체가 형성된다. 필름 구조체는 통상의 제작 기술, 예를 들어 버블 압출, 이축 배향 방법(예: 텐터 프레임 또는 이중 버블 방법), 캐스트/시트 압출, 공압출 및 적층에 의해 제조할 수 있다. 통상의 버블 압출 방법(이것은 핫 블로운 필름 방법이라고도 알려짐)은 예를 들어 문헌(The Encyclopedia of Chemical Technology, 커크-오트머(Kirk-Othmer), 제3판, John Wily & Sons, 뉴욕, 1981, 제16권, 416-417 페이지 및 제18권, 191-192 페이지)에 기술되어 있다. US-A 특허 3,456,044(팔케(Pahlke))의 "이중 버블 방법"에 기술된 것과 같은 이축 배향 필름 제조 방법, 및 US-A 특허 4,352,849(뮐러(Mueller)), US-A 특허 4,820,557 및 4,837,084(둘 모두 워렌(Warren)), US-A 특허 4,865,902(골리케(Golike) 등), US-A 특허 4,927,708(헤란(Herran) 등), US-A 특허 4,952,451(뮐러) 및 US-A 특허 4,963,419 및 5,059,481(둘 모두 러스티그(Lustig) 등)에 기술된 방법들도 본 발명의 신규 필름 구조체를 제조하는 데 이용될 수 있다. 이들 특허는 모두 본원에 참고로 혼입한다.
본 발명의 구조체를 제조하기 위한 제조 기술은 문헌[Packaging Machinery Operation, Chapter 8: Form-Fill-Sealing, 씨. 글렌 데이비스(C. Glenn Davis)( Packaging Machinery Manufacturers Institute, 미국 20006 워싱톤 디.씨. 케이 스트리트 2000); The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 메릴린 베이커(Marilyn Bakker)(수석 편집자), 364-369 페이지(John Wiley & Sons); US 5,288,531(폴라(Falla) 등), US 5,721,025(폴라 등), US 5,360,648(폴라 등) 및 US 6,117,465(폴라 등)에 기술된 것과 같은 수직 형성-충전-밀봉 기술; 문헌[Plastic Films, Technology and Packaging Applications(Technomic Publishing Co., Inc.(1992)), 켄톤 알. 오스본(Kenton R. Osborn) 및 윌머 에이. 젠켄스(Wilmer A Jenkens), 39-105 페이지]에서 논의된 것과 같은 다른 필름 제조 기술을 포함한다. 이들 특허 및 참고 문헌은 모두 본원에 참고로 혼입한다.
다른 필름 제조 기술은 US 6,723,398(쿰(Chum) 등)에 게재되어 있다. 특히 인쇄 응용을 위한 방사선 처리 및 코로나 처리와 같은 후가공 기술도 본 발명의 물질에 수행할 수 있다. 또, 본 발명으로부터 제조된 필름은 실란 경화될 수 있거나, 또는 본 발명의 물품을 제조하는 데 이용되는 중합체는 제조 후 그래프팅될 수 있다(예를 들어, 무수 말레산 그래프팅된 중합체; US 4,927,888(스트레이트(Strait) 등), US 4,950,541(테이버(Tabor) 등), US 4,762,890(스트레이트 등), US 5,346,963 (휴게스(Hughes) 등), US 4,684,576(테이버 등)에 게재된 기술을 포함함). 이들 특허는 모두 본원에 참고로 혼입한다.
필름 조성물이 형성된 후, 그것을 신장할 수 있다. 신장은 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 방법으로도 수행할 수 있다. 필름 조성물은 천공될 수 있고, 필름 시트를 봉지 제조를 위해 컨버터로 보낼 수 있다. 필름 시트는 당업계의 공지 방법을 이용해서 천공할 수 있다. 천공구멍의 모양 및 크기 및 천공구멍의 양은 필름 조성물의 최종 용도에 의존할 것이다.
필름 조성물의 시트는 가열 밀봉에 의해 또는 접착제 이용에 의해 결합될 수 있다. 가열 밀봉은 위에서 논의된 바와 같이 핫바(hot bar), 임펄스 가열, 사이드(side) 용접, 초음파 용접, 또는 다른 대체 가열 메카니즘을 포함하는(하지만 이들에 제한되지는 않음) 통상의 기술을 이용해서 달성할 수 있다.
상기한 방법의 필름 조성물은 응용에 의존해서 어떠한 두께로도 제조될 수 있다. 전형적으로, 필름 조성물은 5 내지 300 ㎛, 바람직하게는 50 내지 250 ㎛, 더 바람직하게는 75 내지 200 ㎛의 총 두께를 갖는다. 또, 투과도도 응용에 의존해서 조정될 수 있다.
천공구멍의 형태
필름 조성물 내의 천공구멍의 형태는 다양할 것이고, 필름 조성물의 최종 용도에 의존할 것이다. 필름 조성물의 시트는 시트 내의 지정된 영역에 천공구멍을 가질 수 있다. 지정된 영역은 어떠한 크기 및 모양이라도 가질 수 있다. 이들 지정된 영역 내에서, 천공구멍은 한 영역의 특정 축을 따르는 천공구멍 크기 구배, 한 영역의 특정 축을 따르는 천공구멍 밀도 구배, 및 상이한 모양 및/또는 크기의 천공구멍 구배를 포함해서(하지만 이들에 제한되지는 않음) 다양한 형태로 존재할 수 있다.
바람직한 한 실시태양에서, 필름 조성물은 지정된 영역에서 천공된다. 다른 한 바람직한 실시태양에서, 필름 조성물은 이러한 조성물로부터 형성된 패키지가 하나 이상의 수평으로 편평한 표면 내에만 천공구멍을 함유하도록 천공된다. 이러한 패키지는 전형적으로 둘 이상의 이음매를 함유한다. 이러한 디자인에서, 천공구멍은 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이 패키지의 명시된 영역에 국지화될 수 있다(패키지 1a, 1b, 1c 참조). 도 3A에 나타낸 바와 같이, 천공구멍 (3a)는 지정된 영역 (2a) 내에 균등하게 이격되어 있을 수 있거나, 또는 도 3B에 나타낸 바와 같이, 천공구멍 (3b)는 지정된 표면 영역 (2b)의 종방향 중점을 따라서 더 높은 밀도로 있을 수 있다. 다른 한 실시태양에서는, 도 3C에 나타낸 바와 같이 천공구멍 (3c)가 패키지의 표면의 종방향 중점을 따라서 위치하는 더 좁은 영역 (2c)에 정렬된다. 이 실시태양에서는, 지정된 영역의 폭이 용기의 폭(w)보다 상당히 작고, 바람직하게는 용기 폭의 1/2 미만이다. 이들 각 실시태양에서, 천공구멍의 크기 및 모양은 다양할 수 있다. 전형적으로, 천공구멍의 수가 감소함에 따라 천공구멍의 크기가 증가할 것이다.
도 3에 나타낸 형태는 도 4에 나타낸 수직으로 위치하는 롤러와 같은 장치가 가하는 최대 압축력에 노출되는 천공구멍의 수를 증가시킨다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 충전된 패키지의 가장 높은 표면을 따라서 위치하는 천공구멍은 더 큰 양의 압축력을 경험할 것이다.
정의
본원에 열거된 어느 수치 범위도 하한값에서부터 상한값까지 한 단위씩 증가하는 모든 값을 포함하고, 단, 어느 하한값과 어느 상한값 사이에도 두 단위 이상의 간격이 있다. 예를 들면, 예를 들어 블렌드 성분의 양, 연화 온도, 용융지수 등과 같은 성분의 양, 또는 조성적 또는 물리적 성질의 값이 1 내지 100이라고 말하는 경우, 모든 개개의 값, 예를 들어 1, 2, 3 등 및 모든 하위 범위, 예를 들어 1 내지 20, 55 내지 70, 197 내지 100 등이 명백하게 본 명세서에 열거되는 것을 의도한다. 1 미만의 값의 경우, 한 단위는 적절하게 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 여긴다. 이들은 구체적으로 의도된 것들의 예에 불과하고, 열거된 최저값과 최고값 사이의 수치 값의 모든 가능한 조합이 본원에 명백하게 언급되는 것으로 여겨야 한다. 수치 범위는 본원에서 논의된 바와 같이 비캣 연화점, DSC 용융 온도, 기공 또는 천공구멍 크기, 필름 두께, 용융지수, 용융 흐름 속도, 중량 평균 분자량, 분자량 분포, ％결정도, 밀도, 한 성분의 중량％, 압력 및 다른 성질에 관하여 열거되어 있다.
본원에서 사용되는 "필름 조성물"이라는 용어는 층상 필름 구조체를 의미한다. "필름"이라는 용어가 층상 필름 구조체를 언급하는 것일 때는, "필름 조성물"이라는 용어가 "필름"이라는 용어와 동등하다.
본원에서 사용되는 "조성물"이라는 용어는 조성물을 이루는 물질의 혼합물, 뿐만 아니라 조성물의 물질로부터 형성된 반응 생성물 및 분해 생성물을 포함한다.
본원에서 사용되는 "천공구멍"이라는 용어는 충돌 메카니즘, 레이저 또는 다른 장치를 이용해서 필름 조성물 내에 만들어진 구멍을 의미한다. 천공구멍은 다양한 크기 및 다양한 모양을 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 "공통 중심을 갖는 천공구멍"이라는 용어는 필름 층 전부를 통하는 구멍을 형성하는 동일한 충돌 메카니즘, 레이저 또는 다른 장치를 이용해서 필름 조성물에 형성된 천공구멍의 공통 중심을 의미하고, 또한 필름 층 내의 천공구멍의 중심의 미소한 오정렬도 포함한다. 필름 조성물의 층 내의 천공구멍은 전형적으로 다른 필름 층들에 대해 제자리에 있지만; 한 필름 층 내의 하나 이상의 천공구멍의 위치의 적은 이동이 일어날 수 있고, 이것은 이들 천공구멍의 중심을 그들의 원래 위치로부터 이동시키고, 필름 층들의 천공구멍의 정렬을 파괴시킨다. 이러한 이동된 중심도 "공통 중심을 갖는 천공구멍"이라는 어구에 포함된다.
본원에서 사용되는 "중합체"라는 용어는 동일한 종류의 단량체이든 상이한 종류의 단량체이든 단량체를 중합함으로써 제조되는 중합체 화합물을 의미한다. 따라서, 총칭적인 용어인 중합체는 오직 한 종류의 단량체로부터 제조된 중합체를 의미하는 데 보통 이용되는 단일중합체라는 용어, 및 이후에 정의되는 인터폴리머라는 용어를 망라한다.
본원에서 사용되는 "인터폴리머"라는 용어는 두 가지 이상의 상이한 종류의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 의미한다. 따라서, 총칭적인 용어인 인터폴리머는 두 가지 상이한 종류의 단량체로부터 제조된 중합체를 의미하는 데 보통 이용되는 공중합체, 및 두 가지 초과의 상이한 종류의 단량체로부터 제조된 중합체를 포함한다.
"열가소성 중합체" 또는 "열가소성 조성물" 및 유사한 용어는 상대적으로 공격적 조건이 요구될 수 있음에도 불구하고, 실질적으로 열에 의해 압출될 수 있거나 또는 변형될 수 있는 중합체 또는 중합체 조성물을 의미한다.
본원에서 사용되는 "블렌드" 또는 "중합체 블렌드"는 둘 이상의 중합체의 블렌드를 의미한다. 이러한 블렌드는 혼화성일 수 있거나, 또는 혼화성이 아닐 수 있다. 이러한 블렌드는 상 분리될 수 있거나 또는 상분리되지 않을 수 있다. 이러한 블렌드는 투과 전자 현미경으로부터 결정되는 하나 이상의 도메인 형태를 함유할 수 있거나 또는 함유하지 않을 수 있다.
본원에서 내층의 천공구멍에 관해서 사용되는 "밀봉", "밀봉된" 또는 "밀봉하는"이라는 용어는 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍의 완전 또는 부분 폐쇄를 의미하고, 이러한 폐쇄를 갖지 않는 동일한 필름 조성물의 수분 장벽에 비해서 증가된 수분 장벽을 필름 조성물에 부여한다.
시험 절차
각 시험에서 특이적인 시험 매개변수는 사용되는 중합체 또는 중합체 블렌드에 의존할 것이다. 하기 시험들 중의 일부는 폴리올레핀 수지를 대표하는 것으로 지시된 시험 매개변수를 기술한다. 어떤 시험의 특별한 매개변수가 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않는다. 당업계 숙련자들은 특별한 한 조의 시험 매개변수의 한계를 이해할 것이고, 다른 종류의 중합체 및 블렌드에 대해 적절한 매개변수를 결정할 수 있을 것이다.
비캣 연화 온도는 ASTM D1525에 따라서 측정한다.
에틸렌 단일중합체 및 인터폴리머, 및 다른 폴리올레핀의 밀도는 ASTM D-792에 따라서 측정한다. 일부 샘플은 측정하기 전에 24 시간 동안 주변 조건에서 어닐링(anealing)한다. 또, ASTM D-792는 이 시험에 언급된 다른 중합체의 밀도를 측정하는 데도 이용될 수 있다.
에틸렌 단일중합체 또는 인터폴리머의 용융 흐름 속도(MFR) 또는 용융지수(I2)는 190 ℃/2.16 kg이라는 조건에서 ASTM D-1238에 따라서 측정한다. 용융 흐름이 높은 일부 수지의 경우, 미국 특허 6,335,410; 6,723,810; 6,054,544에 기술된 바와 같이 용융 점도로부터 겉보기 용융지수를 결정할 수 있다는 것을 주목한다. 또, ASTM D-1238은 이 시험에 언급된 다른 중합체의 용융지수를 측정하는 데도 이용될 수 있다. 프로필렌 단일중합체 및 인터폴리머의 용융 흐름 속도는 230 ℃/2.16 kg이라는 조건에서 ASTM D-1238에 따라서 측정한다.
폴리에틸렌 기반 수지의 분자량 분포는 폴리머 래보라토리즈 모델(Polymer Laboratories Model) PL-210 또는 폴리머 래보라토리즈 모델 PL-220으로 이루어진 크로마토그래피 시스템으로 결정할 수 있다. 칼럼 및 캐로우셀(carousel) 구역이 140 ℃에서 작동된다. 칼럼은 3 개의 폴리머 래보라토리즈 10-㎛ 혼합형-B 칼럼이다. 용매는 1,2,4-트리클로로벤젠이다. 샘플은 용매 50 ml 중의 중합체 0.1g의 농도로 제조한다. 샘플을 제조하는 데 이용되는 용매는 200 ppm의 부틸화 히드록시톨루엔(BHT)를 함유한다. 160 ℃에서 2 시간 동안 약하게 휘저어서 샘플을 제조한다. 주입 부피는 100 ㎕이고, 흐름 속도는 1.0 ml/분이다.
개개의 분자량 사이에 10배 이상의 간격을 갖는 6 "칵테일" 혼합물로 배열된 580 내지 8,400,000의 범위의 분자량을 갖는 21 개의 좁은 분자량 분포 폴리스티렌 표준물을 이용해서 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 칼럼 세트의 검량의 5차 다항식 피트(polynominal fit)를 수행한다. 표준물은 폴리머 래보라토리즈(영국)로부터 구입한다. 폴리스티렌 표준물은 1,000,000 이상의 분자량에 대해서는 용매 50 ml에 0.025 g으로 제조하고, 1,000,000 미만의 분자량에 대해서는 용매 50 ml에 0.05 g으로 제조한다. 폴리스티렌 표준물은 80 ℃에서 30 분 동안 온화하게 휘저어서 용해시킨다. 좁은 표준물 혼합물을 먼저 실행하고, 분해를 최소화하기 위해 최고 분자량 내림차순으로 성분들을 실행한다. 폴리스티렌 표준물 피크 분자량은 다음 방정식(윌리암스(Williams) 및 워드(Ward)의 J. Polym. Sci.,Poym. Let., 6, 621 (1968)에 기술됨)을 이용해서 폴리에틸렌 분자량으로 전환한다:
M폴리에틸렌 = A x (M폴리스티렌)B
여기서, M은 분자량이고, A는 0.4315이고, B는 1.0이다.
비스코텍 트리섹(Viscotek TriSEC) 소프트웨어 버전 3.0을 이용해서 폴리에틸렌 당량 분자량 계산을 수행한다. 폴리프로필렌 기반 중합체의 분자량은 ASTM D6474.9714-1에 따라서 마크-호우윙크(Mark-Houwink) 비(여기서, 폴리스티렌의 경우 a = 0.702, log K = -3.9이고, 폴리프로필렌의 경우 a = 0.725, log K = -3.721임)를 이용해서 결정할 수 있다. 폴리프로필렌 기반 샘플의 경우, 칼럼 및 캐로우셀 구역이 160 ℃에서 작동된다.
한 중합체의 수 평균 분자량 Mn은 분자량에 대한 각 분자량 범위 내의 분자 수의 플롯의 1차 모멘트로 표현한다. 사실상, 이것은 모든 분자의 총 분자량을 분자 수로 나눈 것이고, 다음 식에 따라서 통상의 방법으로 계산한다.
Mn = Σ ni Mi/Σni = w/Σ(wi/Mi)
(여기서, ni = 분자량 Mi를 갖는 분자의 수; w = 물질의 총 중량; Σ ni = 분자의 총 수)
중량 평균 분자량 Mw는 다음 식에 따라서 통상의 방법으로 계산한다: Mw = Σ wi*Mi (여기서, wi* 및 Mi는 각각 GPC 칼럼으로부터 용리되는 i번째 분획의 중량 분율 및 분자량임).
본원에서는 이들 두 분자량 평균(Mw 및 Mn)의 비인 분자량 분포(MWD 또는 Mw/Mn)를 이용해서 분자량 분포 폭을 정의한다.
폴리에틸렌 기반 및 폴리프로필렌 기반 중합체의 ％ 결정도는 티에이 인스트루먼츠 모델 Q10000(TA Instruments Model Q10000) 시차 주사 열량계를 이용해서 시차 주사 열량법 (DSC)에 의해 결정할 수 있다. 시험할 물질로부터 약 5 내지 8 mg 크기의 샘플을 자르고, 분석을 위해 DSC 팬에 직접 놓는다. 고분자량 물질의 경우에는, 샘플로부터 정상적으로 프레싱하여 얇은 필름을 형성하지만, 일부 저분자량 샘플의 경우, 이들을 프레싱하는 동안 너무 끈적끈적할 수 있거나, 또는 너무 쉽게 유동할 수 있다. 그러나, 시험을 위한 샘플을 제조된 플라크로부터 잘라서 밀도 시험에 이용할 수 있다. 폴리에틸렌 중합체의 경우에는 샘플을 먼저 약 10 ℃/분의 속도로 180 ℃까지 가열하고(폴리프로필렌 중합체의 경우에는 230 ℃까지 가열함), 완전 용융을 보장하기 위해 그 온도에서 3 분 동안 등온으로 유지한다(제 1 가열). 이어서, 폴리에틸렌 중합체의 경우에는 샘플을 10 ℃/분의 속도로 - 60 ℃까지 냉각하고(폴리프로필렌 중합체의 경우에는 - 40 ℃까지 냉각함), 그 온도에서 3 분 동안 등온으로 유지한 후, 다시 10 ℃/분의 속도로 완전 용융될 때까지 가열한다(제 2 가열). 이 제 2 가열로부터 얻은 온도 기록도를 "제 2 가열 곡선"이라고 부른다. 온도 기록도는 온도에 대한 와트/g으로 플롯팅한다.
폴리에틸렌 기반 중합체의 ％ 결정도는 제 2 가열 곡선에서 얻어지는 융해열 데이터(융해열은 전형적인 상업적 DSC 장비에 의해 가열 곡선 밑의 관련 영역을 적분함으로써 자동적으로 계산됨)를 이용해서 계산할 수 있다. 에틸렌 기반 샘플의 방정식은 ％ Cryst. = (Hf ÷ 292 J/g) x 100이고, 폴리프로필렌 기반 샘플의 방정식은 ％ Cryst. = (Hf ÷ 165 J/g) x 100이다. "％ Cryst."는 ％ 결정도를 나타내고, "Hf"는 중합체의 융해열(J/g)을 나타낸다.
중합체의 용융점(들) (Tm)은 위에서 논의한 바와 같이 DSC로부터 얻은 제 2 가열 곡선으로부터 결정할 수 있다. 결정화 온도(Tc)는 제 1 냉각 곡선으로부터 결정할 수 있다.
본 발명의 필름 및 방법 및 그의 용도는 다음 실시예에 의해 더 충분히 기술된다. 다음 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 제공된 것이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
개요
내층인 저밀도 중합체 및 상이한 외층(외피층) 중합체를 갖는 3층 필름 조성물을 제조하였다. 내층에 적당한 중합체는 어피니티(등록상표) 또는 버시파이(등록상표) 중합체를 포함하였고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다. 외층에 적당한 중합체는 인스파이어(등록상표), 다우렉스(등록상표) 및 엘리트(등록상표) 중합체 를 포함하였고, 하지만 이들에 제한되지는 않는다. 이들 필름 조성물은 블로운 또는 캐스트 제조 과정에 의해 제조하였다. 필름을 통기성이 되도록 하기 위해 작은 구멍을 갖도록 천공하고, 나중에 필름을 오븐에서 명시된 온도에서 상이한 시간 동안 가열하였다. 금속 롤러 또는 롤 밀을 이용하여 일부 필름에 압축력을 가하였다. 이러한 힘은 각 필름이 열 처리된 직후에 적용하였다. 필름에 상기 힘 중 하나를 가한 후 수압 시험을 이용해서 각 필름의 압력 저항성을 검사하였다.
필름 조성, 오븐 시간 및 오븐 온도, 뿐만 아니라 롤 압력은 분말 포장 제조 방법에서 적용되는 매개변수들을 모방하도록 선택하였다. 상이한 포장 방법에서, 각 매개변수는 그에 알맞게 결정될 것이다.
물질
이 연구에서 사용되는 중합체 수지를 하기 표 1에 나타내었다. 표에 실린 모든 수지는 하나 이상의 가공 첨가제 및 하나 이상의 안정화제를 함유하였다. A18 수지는 슬립 첨가제 및 블록킹방지 첨가제도 함유하였다.
| 수지 | 기본 단량체 |
밀도 (g/cc) |
MFR (g/10분) |
용융 | 비캣 | 방법 | 공단량체 | 촉매* |
| D20 | 에틸렌 | 0.92 | 1 | 122 ℃ | 107 ℃ | 용액 | 옥텐 | Z-N |
| E51 | 에틸렌 | 0.92 | 0.85 | 122 ℃ | 107 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
| I11 | 프로필렌 | 0.9 | 0.4 | 164 ℃ | 148 ℃ | 기상 | 에틸렌 | CGC |
| D50 | 에틸렌 | 0.934 | 1.1 | - | 124 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
| A82 | 에틸렌 | 0.87 | 5 | 60 ℃ | 45 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
| A18 | 에틸렌 | 0.904 | 1 | 100 ℃ | 89 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
| A13 | 에틸렌 | 0.902 | 30 | 98 ℃ | 79 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
| A14 | 에틸렌 | 0.902 | 7.5 | 95-100 ℃ | 84-90 ℃ | 용액 | 옥텐 | CGC |
*CGC = 구속 기하 촉매 *Z-N = 지글러-나타
필름 제작
표 2 및 3에 각각 실린 바와 같은 다음 용융 가공 조건을 이용해서 대표적인 블로운 및 캐스트 필름 조성물을 형성하였다.
| 블로운 필름(A/B/A) 구조 | 압출기 A | 압출기 B | 압출기 C | 최종 필름 |
| 호퍼 1 (주) | 60％ | 60％ | ||
| 블렌드 1 | 40％ | 40％ | 40％ | |
| 층 두께 | 40 ㎛ | 40 ㎛ | 40 ㎛ | |
| 용융 온도 | 236 ℃ | 228 ℃ | 239 ℃ | |
| 용융 압력 | 324 bar | 201 bar | 303 bar | |
| RPM | 73 | 53 | 49 | |
| 총 두께 | 120 ㎛ | |||
| 총 생산량 | 120 kg/h | |||
| 캘린더 속도 | 11.4 m/분 | |||
| BUR | 2.5 | |||
| 다이 갭 | 2.5 mm |
| 캐스트 필름(A/B/A) 구조 | 압출기 A | 압출기 C | 압출기 D | 최종 필름 |
| 층 백분율 | 40％ | 20％ | 40％ | |
| RPM | 32 | 38 | 65 | |
| Amps | 3.1A | 0.7A | 2.1A | |
| 용융 온도 | 231 ℃ | 232 ℃ | 234 ℃ | |
| 용융 압력 | 128 bar | 47 bar | 137 bar | |
| 총 두께 | 100 ㎛ | |||
| 총 생산량 | 6.8 kg/h | |||
| 이송 속도 | 4.6 m/분 | |||
| 다이 갭 | 0.7 mm |
블로운 및 캐스트 필름의 조성을 표 4에 실었다. 성분 백분율은 개개의 층 각각의 조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량％ 단위이다.
대표적 제조 - 블로운 필름(알파인) 시험의 경우, 40/60/40 mm 스크루의 A/B/C 압출기 형태를 갖는 알파인 실험실용 라인에서 수지를 압출하였다. 다이는 200 mm의 직경 및 1.5 mm의 갭을 가졌다. BUR은 전형적으로 2.5이었다.
압출기 조건은 달라질 것이고, 최종 필름 조성물에 의존할 것이다.
필름 천공
각 2 cm 거리 이내에 10 개의 바늘 구멍이 한 줄로 있는 20 cm x 20 cm 목재 플라크를 이용해서 각 필름의 20 cm x 20 cm 샘플에 100 개의 구멍을 천공하였다.
각 구멍의 직경은 실험 A에서는 0.6 mm, 실험 B에서는 0.8 mm이었다.
열 처리 및 적용된 힘(압축)
실험 A : 오븐 + 4.3 kg 금속 롤러
블로운 및 캐스트 필름 샘플 (20 cm x 20 cm)을 오븐에서 120 ℃에서 상이한 시간 동안, 즉 5 분, 10분, 15 분 동안 열 처리하였다. 각 시간 간격이 끝날 때마다, 필름을 4.3 kg의 무거운 금속 롤러로 프레싱하였다. 각 샘플을 롤러 위로 10 회 압연하였다. 열 처리는 되었지만 롤러로 프레싱되지 않은 샘플을 기준물로 사용하였다. 롤 당 샘플에 적용된 평가된 압력은 약 43 kPa이었다.
실험 B : 롤 밀
포장 라인의 압축 거동을 시뮬레이션하기 위해 롤 밀을 이용하여 필름 샘플에 적절한 온도 및 압축력을 가하였다. 블로운 및 캐스트 필름 샘플을 2 조각으로 자르고, 이들 조각을 표면을 인접해서 함께 쌓아올리고, 롤 밀에 넣었다. 롤 밀은 두께가 100 ㎛ 미만인 샘플에 대해서는 완전히 닫힐 수 없었다. 롤 밀은 약 110 ㎛ (평균)의 갭을 가졌다. 롤 밀의 온도는 90℃ 내지 120 ℃의 범위이고, 5 ℃씩 증가시켰다. 필름 조성물 내의 천공구멍을 폐쇄시키는 데 이용되는 압축력을 가하는 동안 롤 밀을 이용해서 필름을 열 처리하였다. 롤 밀에 의해 생성된 평가된 압력은 50 kPa이었다.
실험 C : 수압 시험 -히드로헤드
각 연구에서, 필름 샘플(시험 표면: 100 ㎠)을 ISO 1420 A1(압력: 60 mbar/분씩 증가, 면적: 100 ㎠, 측정: 23 ℃에서 행함)에 따라서 히드로헤드 장비로 시험하였다. 이 시험에서 최대 수압은 23 ℃에서 60 mbar/분이었다. 각 필름에 대해 수압을 정상 증가시키고, 필름 조성물 내의 3 개의 천공구멍이 개방된 후의 압력을 기록하였다.
금속 롤러 압력 처리 - 열 처리는 되었지만 금속 롤러를 이용한 압축력 처리는 적용되지 않은 천공된 블로운 필름은 7 mbar의 최대 압력을 견딜 수 있었다. 10 분 동안 열 처리된 후 4.3 kg 롤러로부터 압축력이 적용된 블로운 필름은 18 - 20 mbar의 최대 압력을 견딜 수 있었다(예를 들면, 필름 # 5.b - 20 mbar; 필름 # 10.b - 18 mbar; 필름 # 11.b - 19 mbar). 따라서, 18 - 20 mbar의 범위 내의 내압에 대해 저항성이 있는 본 발명의 블로운 필름 조성물로부터 형성된 봉지는 폐쇄된 천공구멍이 정상적인 응용 동안에 재개방되는 것을 방지하기에 충분하게 강해야 한다. 따라서, 이러한 봉지는 그의 원래의 수분 장벽을 보유할 것이고, 내부에 있는 제품으로 수분이 진입하는 것을 방지할 것이다.
롤 밀 처리로부터 얻은 결과는 하기 표 5에 기술하였고, 필름 층의 평가된 용융 온도 및 내층의 비캣 연화점은 표 6에 나타내었다.
실험 D : 캐스트 필름 - 수압 시험 - 히드로헤드
8 개의 캐스트 필름 조성물을 120 ℃(오븐)에서 5 분, 10 분 및 15 분 동안 열 처리하였다. 이 샘플들에 대해서는 압축력 처리를 하지 않았다. 각 열 처리 후에, 필름 샘플들을 위에서 논의한 바와 같은 히드로헤드 시험을 이용해서 최대 수압 저항성에 대해 시험하였다.
표 7에 나타낸 압력 결과는 압축력 처리를 하지 않았을 때 샘플의 천공구멍이 7 - 9 mbar의 낮은 압력 하에서 재개방한다는 것을 알려준다.
실험 E : 캐스트 필름 - 수압 시험 - 히드로헤드
캐스트 필름인 필름 # B.c(AT 용융 = 160 ℃; BT 용융 = 100 ℃; BT 비캣 = 80 ℃)을 롤 밀을 이용해서 압축력 및 승온(90 ℃ 및 120 ℃) 처리를 하였다. 표 8에 나타낸 압력 결과는 필름을 더 높은 온도로 처리했을 때는 샘플의 천공구멍이 더 높은 압력에서 재개방한다는 것을 알려준다.
| 캐스트 필름 | T(롤밀) | 평균 기록 온도(두 샘플을 시험함) |
| 필름 # B.c | 90 ℃ 120 ℃ |
18 mbar 21.5 mbar |
Claims (37)
- 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름 조성물이 승온에 노출될 때는 상기 하나 이상의 내층이 압축력에 노출될 때 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여하게 하는 정도로 연화 또는 용융되고, 필름 조성물의 층들이 공통 중심을 갖는 천공구멍을 갖는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 필름 조성물의 수분 장벽이 히드로헤드 수압 시험 ISO 1420A1을 이용해서 결정되는 것인 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 각 외층이 내층의 표면에 인접하는 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 내층이 둘 이상의 외층의 각 연화점보다 20 ℃ 이상 낮은 비캣 연화점을 갖는 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 승온에의 노출 및 압축력에의 노출이 동시에 일어나는 것인 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 천공구멍이 개별적으로 100 ㎛ 이상의 크기를 갖는 필름 조성물.
- 제6항에 있어서, 수분 장벽이 히드로헤드 수압 시험(ISO 1420 A1)에 의해 결정된 10 mbar 내지 21.5 mbar의 압력에서 유지되는 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 내층이 20 ℃ 내지 150 ℃의 비캣 연화점을 갖는 열가소성 수지를 포함하는 필름 조성물.
- 제8항에 있어서, 열가소성 수지가 프로필렌/α-올레핀 인터폴리머, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 및 이들의 블렌드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 필름 조성물.
- 제9항에 있어서, 열가소성 수지가 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드인 필름 조성물.
- 제10항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드가 에틸렌 및 1-옥텐, 에틸렌 및 1-부텐, 에틸렌 및 1-헥센, 에틸렌 및 1-펜텐, 에틸렌 및 1-헵텐, 에틸렌 및 프로필렌, 에틸렌 및 4-메틸펜텐-1 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체로부터 형성된 공중합체를 포함하는 필름 조성물.
- 제11항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드가 1 g/10분 내지 100 g/10분의 용융지수(I2)를 갖는 필름 조성물.
- 제10항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머가 1 내지 50 g/10분의 용융지수, 0.86 내지 0.920 g/㎤의 밀도, 및 2 내지 10의 분자량 분포 Mw/Mn을 갖는 필름 조성물.
- 제11항에 있어서, 하나 이상의 외층이 프로필렌 단일중합체, 프로필렌 인터폴리머, 에틸렌 단일중합체, 에틸렌 인터폴리머 및 이들의 블렌드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 열가소성 수지인 필름 조성물.
- 제14항에 있어서, 열가소성 수지가 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드인 필름 조성물.
- 제15항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드가 에틸렌 및 1-옥텐, 에틸렌 및 1-부텐, 에틸렌 및 1-헥센, 에틸렌 및 1-펜텐, 에틸렌 및 1-헵텐, 에틸렌 및 프로필렌, 에틸렌 및 4-메틸펜텐-1 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단량체로부터 형성된 공중합체를 포함하는 필름 조성물.
- 제16항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 또는 그의 블렌드가 0.1 g/10분 내지 100 g/10분의 용융지수(I2)를 갖는 필름 조성물.
- 제16항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머가 0.2 내지 50 g/10분의 용융지수, 0.900 내지 0.940 g/cc의 밀도, 및 1.5 내지 5의 분자량 분포 Mw/Mn을 갖는 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, GPPS, HIPS, ABS, SAN, 나일론, 스티렌 블록 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 층을 더 포함하는 필름 조성물.
- 제1항에 있어서, 내층이 열전달제를 포함하는 필름 조성물.
- 제1항의 필름 조성물로부터 제조된 패키지.
- 제21항에 있어서, 필름 조성물이 20 ㎥/시 이상의 공기 투과도를 갖는 패키지.
- 제21항에 있어서, 필름 조성물이 50 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 갖는 패키지.
- 제21항에 있어서, 1 kg 내지 100 kg의 용량을 갖는 패키지.
- 제21항에 있어서, 둘 이상의 이음매를 함유하고, 패키지의 표면 내의 하나 이상의 지정된 영역에 천공구멍을 함유하는 패키지.
- 제25항에 있어서, 천공구멍이 패키지의 표면에 압축력을 가하는 장치로부터 받는 최대 압축력을 경험하는 하나 이상의 지정된 영역에 국지화된 패키지.
- (a) 각 층에 적당한 열가소성 중합체 또는 중합체 블렌드를 선택하고,(b) 상기 열가소성 중합체 또는 블렌드로부터 3 개 이상의 층을 포함하는 블로운 또는 캐스트 필름 조성물을 형성하고,(c) 상기 블로운 또는 캐스트 필름을 천공하여 천공된 필름 조성물을 형성하는 것을 포함하고,상기 필름 조성물의 하나 이상의 층이 내층의 맞은 편의 표면들에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름 조성물의 층이 공통 중심을 갖는 천공구멍을 가지고, 상기 필름 조성물이 승온에 노출될 때는 상기 하나 이상의 내층이 압축력에 노출될 때 내층에 있는 충분한 수의 천공구멍이 밀봉되어 필름 조성물에 증가된 수분 장벽을 부여하게 되는 정도로 연화 또는 용융되는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천 공된 필름 조성물을 형성하는 방법.
- (a) 하나 이상의 층이 내층의 서로 맞은편 표면에 위치하는 둘 이상의 외층의 각 연화 및/또는 용융 온도에 비해 더 낮은 연화 및/또는 용융 온도를 갖는 내층이고, 필름 조성물의 층이 공통 중심을 갖는 천공구멍을 갖는 것인 3 개 이상의 층을 포함하는 천공된 필름 조성물로부터 형성된 적당한 용량의 패키지에 분말화된 제품을 첨가하여 충전된 패키지를 형성하고,(b) 패키지를 하나 이상의 내층을 연화시키거나 또는 부분 용융시키기에 충분한 온도로 처리하고,(c) 충전된 패키지에 압축력을 가하는것을 포함하는 패키지에 분말 제품을 충전하는 방법.
- 제28항에 있어서, 충전된 패키지에 압축력 처리를 한 후 충전된 패키지를 밀봉하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서, 천공구멍이 패키지의 하나 이상의 지정된 영역에 국지화되고, 하나 이상의 지정된 영역이 패키지의 표면에 압축력을 가하는 장치로부터 받는 최대 압축력을 경험하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 천공구멍이 개별적으로 1000 ㎛ 이하의 크기를 갖는 필름 조성물.
- 제25항에 있어서, 하나 이상의 지정된 영역이 패키지의 하나 이상의 수평으로 편평한 표면 내에 위치하는 패키지.
- 제32항에 있어서, 천공구멍이 하나 이상의 지정된 영역 내에 균등하게 이격된 패키지.
- 제32항에 있어서, 천공구멍이 하나 이상의 지정된 영역 각각의 종방향 중점을 따라서 더 높은 밀도로 있는 패키지.
- 제32항에 있어서, 하나 이상의 지정된 영역이 각각 패키지의 표면의 종방향 중점을 따라서 위치하고, 각 영역이 패키지 폭의 1/2 미만의 폭을 갖는 패키지.
- 제26항에 있어서, 장치가 1 쌍의 수직으로 위치하는 롤러인 패키지.
- 제26항에 있어서, 장치가 일련의 2 쌍 이상의 수직으로 위치하는 롤러인 패키지.
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