KR101296076B1 - 기계 방향 강성을 가진 횡-방향 탄성 필름 - Google Patents

기계 방향 강성을 가진 횡-방향 탄성 필름 Download PDF

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재니스 윌슨 휴즈
타마라 리 메이스
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글리니스 앨리시아 왈톤
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Abstract

엘라스토머 중합체 코어 층, 및 코어 층의 각각의 면 위에 중합체 표피 층을 포함하는 다층 필름. 중합체 표피 층은 엘라스토머가 아니고, 다층 필름은 횡-방향에서 탄성이다. 다층 필름은 횡-방향에서 탄성이며, 비-점착성 표면 감촉을 갖고 기계-방향 강성도를 갖는다.
기계 방향 강성, 횡 방향 탄성, 다층 필름, 엘라스토머 중합체 코어 층, 중합체 표피 층.

Description

기계 방향 강성을 가진 횡-방향 탄성 필름{CROSS-DIRECTIONAL ELASTIC FILMS WITH MACHINE DIRECTION STIFFNESS}
본 발명은 횡-방향(CD)에서 탄성이고 기계-방향(MD)에서 강성인 필름, 및 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
많은 개인 관리 제품은 다리 틈막이, 허리밴드 및 측 패널과 같은 부위에서 탄성 라미네이트 성분을 함유한다. 이러한 탄성 라미네이트는 예를 들어 모든 경우에 적용할 수 있는 (one-size-fits-all) 능력, 사용자에서 제품의 순응, 시간 경과에 따라 지속된 맞음새, 누출 방지, 및 개선된 흡수성을 포함한 다양한 기능성을 제공한다.
양호한 횡-방향 연신 성질을 가진 필름 및 필름 라미네이트가 개인 관리 제품에서 탄성 성분으로서 바람직하다. 그러나, 전형적으로 횡-방향에서 탄성인 필름은 기계-방향에서도 탄성이다. 이러한 탄성 필름은 가공 및 개인 관리 제품 제조 동안에 과제 및 어려움을 나타낸다.
현재의 기저귀 허리밴드는 종종 기계-방향(MD) 연신가능한 라미네이트 재료를 사용하여 만들어진다. 연신이 재료의 MD 방향에서 일어나기 때문에, 기저귀에 적용할 때 통상 라미네이트를 절단하고 회전시킨다. 회전시킬 필요없이, 엘라스토머 재료, 예컨대 SIS/SBS (스티렌-이소프렌-스티렌/스티렌-부타디엔-스티렌) 스티 렌 블록 공중합체 엘라스토머 필름 (MD 및 CD 연신 모두를 가짐)을 혼입하고자 하는 노력은, 일반적으로 원하는 대로 성공되지 못하였다. 예를 들어, "미끄럼-절단(slip-cut)" 적용장치를 사용하여 이러한 엘라스토머 재료의 적용이 시도되었으며, 이 장치는 진공 롤 위에서 재료를 "미끄러뜨리고" 필요에 따라 재료를 절단한다. 재료가 절단된 후에, 재료를 멈추어 진공 롤에 의해 고정되도록 하고 기저귀의 외부 커버에 부착시킨다. 기계 방향에서의 탄성은 일반적으로 엘라스토머 필름 라미네이트 재료가 절단될 때 진공 롤 위에서 급속히 회복되도록 하고 벗어나거나 "포개어"지도록 한다. 엘라스토머 필름의 고무질 또는 점착성 표면 조직에 의해 이러한 조건이 유발되거나 악화되었다. 엘라스토머 필름은 진공 롤을 사용하여 효과적인 전달을 하기에는 너무 고무질이고, 즉 너무 높은 마찰 계수를 갖는다.
개인 관리 제품을 제조할 수 있는 횡-방향 탄성을 가진 필름이 요구되고 있다. 바람직한 횡-방향 탄성을 유지하면서 기계-방향 탄성이 훨씬 적은 탄성 필름이 요구되고 있다. 비-고무질 표면을 가지면서 바람직한 횡-방향 연신을 가진 필름이 또한 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명의 일반적인 목적은 바람직한 횡-방향 연신 성질 및 기계-방향 강성도를 가진 필름을 제공하는 데 있다.
본 발명의 더욱 특별한 목적은 상기 기재된 하나 이상의 문제점을 극복하는데 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 적어도 부분적으로 코어 층의 적어도 한쪽 면 위 에서 엘라스토머 중합체 코어 층 및 중합체 표피 층을 포함하는 다층 필름을 통해 달성될 수 있다. 중합체 표피 층은 엘라스토머가 아니고, 다층 필름은 횡 방향에서 탄성이다.
본 발명의 다층 필름은 양호한 횡-방향 연신 성질을 갖고, 예를 들어 횡-방향에서 탄성이고, 비-점착성 표면 감촉을 갖고 기계-방향 강성도를 갖는다. 이러한 성질들, 특히 기계 방향 강성도는 예를 들어 재료를 회전시킬 필요없이 기저귀의 허리밴드에 재료를 쉽게 적용할 수 있도록 한다. 일회용 개인 관리 제품의 엘라스토머 부분을 형성하기 위하여 본 발명의 다층 필름이 유용하고 바람직하다. 통기성 다층 필름을 제공하기 위하여 본 발명의 다층 필름이 충진될 수 있다.
본 발명의 다층 필름은, 제한 없이 스티렌 블록 공중합체, 열가소성 폴리우레탄 및 메탈로센 폴리올레핀을 포함하는 엘라스토머 중합체를 압출함으로써 형성될 수 있는 엘라스토머 코어 층을 포함한다. 이러한 엘라스토머 중합체는 양쪽 방향에서 연신되고 비교적 점착성 및/또는 고무질인 필름을 제공한다. 상기 언급된 바와 같이, 이러한 필름의 점착성 및/또는 고무질 성질은 제품 전환 및 제조 동안에 어려움을 일으킬 수 있다. 가공 특징을 개선하기 위하여, 다양한 두께의 하나 이상의 표피 층을 엘라스토머 코어 층의 하나 이상의 면에 적용한다. 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌과 같은 더욱 강한 폴리올레핀으로부터 표피 층을 형성한다. 표피 층은 코어 층의 고무질 표면 감촉을 가리고 강성도를 부여한다.
본 발명의 다층 필름을 공압출하고 기계 방향에서 바람직하게 연신시켜 표피 층을 배향시킨다. 표피 층의 배향은 횡 방향에 비하여 기계 방향에서 더 높은 강 성도를 가져온다. MD 연신 비, 표피 층의 양, 및 표피 층 조성(들)에 의하여 기계-방향 강성도를 조절할 수 있다. 표피 층은 기계 방향 배향장치 또는 홈 롤을 사용하여 기계 방향에서 배향될 수 있고, 당업자에게 알려진 바와 같이 홈 롤 및/또는 텐터 프레임에 의해 횡-방향에서 배향될 수 있다. 다층 필름의 횡-방향 연신 성질은 표피 층의 양, 표피 층 조성(들) 및 사용된다면 홈 롤 또는 텐터 프레임의 횡-방향 배향에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 다층 필름의 배향은, 표피 층을 분해시키거나 파괴시킬 필요 없이 MD 강성도 및 CD 탄성을 부여한다. 본 발명의 한 가지 구현양태의 표피 층은 신장가능하고 부서지기 쉽지 않고, CD 배향 및/또는 사용 동안에 연신될 때 실질적으로 분해되지 않는다.
본 발명의 다층 필름은 개인 관리 제품에서 허리밴드, 연신 이어(ear) 또는 다른 연신 성분에 대해 저-비용 선택권을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적 및 특징은 도면과 관련하여 하기 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 2-층 필름인 본 발명의 한가지 구현양태의 단면도이다.
도 2는 3-층 통기성 필름인 본 발명의 다른 구현양태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 통기성 필름을 포함하는 라미네이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 통기성 필름 및 라미네이트를 제조하기 위한 통합 방법의 개략도이다.
도 5 내지 8은 여기에 개시된 실시예를 보고하고 요약한 표이다.
정의
본 명세서의 내용에서, 각각의 용어 또는 절은 하기 의미 또는 의미들을 포함할 것이다.
용어 "기계 방향" 또는 "MD"는 제조되는 방향에서 필름의 길이를 가리키는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "횡 기계 방향", "횡 방향의", "횡-방향" 또는 "CD"는 필름의 폭, 다시 말해서 MD에 일반적으로 수직인 방향을 가리킨다.
"탄성" 및 "엘라스토머"란, 편향 력의 적용 시에, 이완되고 연신되지 않은 길이에 비해 적어도 50% 더욱 큰 연신되고 편향된 길이에 대해 적어도 50%만큼 연신될 수 있고, 연신 편향 력의 방출 시에 그의 신도의 적어도 50%를 회복하는 섬유, 필름 또는 직물을 가리킨다.
"회복"이란, 편향 력의 적용에 의해 재료를 연신시킨 후에, 편향 력의 제거 시에 연신된 재료의 완화를 가리킨다. 예를 들어, 1인치의 완화된 비변향 길이를 가진 재료를 1.5인치의 길이까지 연신시킴으로써 50% 만큼 신장시킨다면, 이 재료는 완화된 길이에 비해 50% 더욱 큰 연신 길이를 가질 것이다. 이러한 일례의 연신 재료가 수축된다면, 즉 편향 및 연신 력의 방출 후에 1.1 인치의 길이까지 회복된다면, 재료는 그의 신도의 80% (0.4인치)를 회복할 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "엘라스토머"란 탄성인 중합체를 가리킨다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "비탄력" 또는 "비탄성"이란 상기 "탄성"의 정의에 속하지 않는 재료를 가리킨다.
용어 "신장가능한"은, 연신 력의 적용 시에, 파괴 또는 실질적인 분해 없이 원래의 비연신 치수에 비해 적어도 25% 더욱 큰 연신된 치수 (예, 폭)까지 특정한 방향에서 신장될 수 있는 재료를 의미하기 위해 사용된다. 1-분 유지 기간 후에 연신 력을 제거할 때, 재료는 수축되지 않거나, 또는 연신된 치수와 원래의 치수 간의 차이의 30% 이하만큼 수축된다. 신장가능한 재료는 탄성 재료와는 상이하고, 탄성 재료는 연신 력이 방출될 때 원래의 치수로 대부분 수축되는 경향이 있다. 연신 력은 재료를 파괴하지 않으면서 원래의 치수의 125%와 선택된 방향 (예를 들어, 횡-방향)에서 최대 연신 치수 사이로 재료를 신장시키기에 충분한 힘일 수 있다.
여기에서 사용된 것과 같이 용어 "신장가능한"은 적어도 하나의 방향에서 늘어날 수 있음을 의미하지만 반드시 회복가능해야 할 필요는 없다.
"연신" 또는 "연신하는"는 수축을 겪을 수도 있거나 겪지 않을 수도 있는 재료에 신장 력을 가하는 행동을 가리킨다.
"중합체" 및 "중합체의"는 단독중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그라프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원공중합체 등 및 이들의 배합물 및 변형을 포함한다. 용어 "중합체"는 분자의 모든 가능한 기하 배열을 포함한다. 이러한 배열은 이에 한정되지 않지만 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함한다.
"블록 공중합체"는 각각 유사한 단량체 단위의 열을 포함하는 다른 중합체 단편들이 공유 결합에 의해 연결되어진 중합체이다. 예를 들어, SBS 블록 공중합체는 반복 스티렌 단위의 열 또는 단편에 이어서 반복 부타디엔 단위의 열 또는 단 편, 이어서 반복 스티렌 단위의 두 번째 열 또는 단편을 포함한다.
"배합물"이란 2 이상의 중합체의 혼합물을 가리킨다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "열가소성"은 용융 가공될 수 있는 중합체를 가리킨다.
"부직포 또는 웹"은 편직 또는 제직에서와 같이 확인가능한 방식으로가 아니라 서로 얽혀있는 각각의 섬유 또는 실의 구조를 가진 웹을 의미한다. 부직포 또는 웹은 예를 들어 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정 및 본디드 카디드 웹 공정과 같은 많은 공정으로부터 형성되었다. 부직포의 기본 중량은 보통 평방야드 당 재료의 온스(osy) 또는 평방미터 당 재료의 그램(gsm)으로 표현되고, 유용한 섬유 직경은 마이크론으로 보통 표현된다 (osy로부터 gsm으로 전환시키기 위하여 osy에 33.91을 곱한다).
"스펀본디드 섬유"란, 예를 들어 미국 특허 4,340,563호 (Appel 등) 및 미국 특허 3,692,618호 (Dorschner 등), 미국 특허 3,802,817호 (Matsuki 등), 미국 특허 3,338,992호 및 3,341,394호 (Kinney), 미국 특허 3,502,763호 (Hartman) 및 미국 특허 3,542,615호 (Dobo 등)에서와 같이, 압출된 필라멘트의 직경을 가진 방사구의 다수의 미세하고 보통 원형의 모세관으로부터 필라멘트로서 용융된 열가소성 재료를 압출하고, 이어서 직경을 급히 감소시킴으로써 형성되는 소 직경 섬유를 가리킨다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 이들이 수집 표면 위에 침착될 때 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 7 마이크론보다 큰 평균 직경 (적어도 10개의 샘플로부터), 더욱 특별하게는 약 10 내지 20 마이크론의 평균 직 경을 갖는다.
"멜트블로운 섬유"는 한점으로 모이는 고속, 보통 고온 기체 (예, 공기) 흐름 내로 다수의 미세한, 보통 원형의 다이 모세관을 통하여 용융된 열가소성 재료를 용융된 실 또는 필라멘트로서 압출하여, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 그들의 직경 (미세섬유 직경일 수도 있음)을 감소시킴으로써 형성된 섬유를 의미한다. 그 후에, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 흐름에 의해 운반되고 수집 표면 위에 침착되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어 미국 특허 3,849,241호 (Butin 등)에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수도 있는 미세섬유이고, 일반적으로 10 마이크론 미만의 평균 직경을 가지며, 보통 수집 표면 위에 침착될 때 점착성이다.
"개인 관리 제품"은 기저귀, 배변훈련 팬츠, 흡수성 언더팬츠, 성인 요실금 제품 및 여성 위생 제품을 포함한다.
여기에서 사용된 바와 같이 용어 "시트" 또는 "시트 재료"란 직물, 부직포, 중합체 필름, 중합체 스크림-유사 재료, 및 중합체 발포 시트를 가리킨다.
여기에서 사용된 용어 "라미네이트"란 결합 단계, 예컨대 접착 결합, 열 결합, 점 결합, 압력 결합, 압출 코팅 또는 초음파 결합을 통해 부착되어지는 2 이상의 시트 재료 층의 복합 구조를 가리킨다.
"충진제"란 압출된 필름에 화학적으로 영향을 미치지 않거나 역효과를 미치지 않고 필름 전체에 걸쳐 분산될 수 있는 필름 중합체 압출 재료에 첨가될 수 있는 재료의 입상물 및/또는 기타 형태를 가리킨다. 일반적으로, 충진제는 약 0.1 내지 약 10 마이크론, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 4 마이크론의 평균 입자 크기를 가진 입상 형태이다. 여기에서 사용된 용어 "입자 크기"는 충진제 입자의 최대 치수 또는 길이를 설명한다.
여기에서 사용된 용어 "통기성"은 수증기에 침투성이 있는 재료를 가리킨다. 수증기 투과율 (WVTR) 또는 수분 증기 전달율 (MVTR)은 24 시간 당 평방 미터 당 그램으로 측정되고, 통기성의 상응하는 표시인자로서 간주된다. 용어 "통기성"은 바람직하게는 약 100 g/m2/24 시간의 최소 WVTR (수증기 투과율)을 가진 수증기에 침투성이 있는 재료를 가리킨다. 더욱 바람직하게는, 이러한 재료는 약 300 g/m2/24 시간 초과의 통기성을 나타낸다. 더욱 더 바람직하게는, 이러한 재료는 약 1000 g/m2/24 시간 초과의 통기성을 나타낸다.
본 발명의 필름 또는 라미네이트 재료의 WVTR (수증기 투과율) 값을 결정하기 위해 적절한 기술은 INDA (부직포산업 협회), 번호 IST-70.4-99, "가드 필름 및 증기압 센서를 사용하여 부직포 및 플라스틱 필름을 통한 수증기 투과율의 표준 시험 방법" (여기에서 참고문헌으로 포함됨)에 의해 규격화된 시험 절차이다. INDA 절차는 WVTR의 결정, 수증기에 대한 필름의 투과, 및 균질한 재료에 대한 수증기 투과율 계수를 제공한다.
INDA 시험 방법은 잘 알려져 있고 여기에 상세히 기술될 것이다. 그러나, 시험 절차는 다음과 같이 요약된다. 건조 챔버는 영구적 가드 필름 및 시험되어지는 샘플 재료에 의하여 공지된 온도 및 습도의 습윤 챔버와는 분리된다. 가드 필 름의 목적은, 에어 갭이 특징화되는 동안, 일정한 에어 갭을 한정하고 에어 갭 내에 공기를 진정시키거나 가라앉히기 위한 것이다. 건조 챔버, 가드 필름, 및 습윤 챔버는 시험 필름을 밀봉하는 확산 셀을 형성한다. 샘플 고정장치는 퍼마트란(Permatran)-W 모델 100K (미국 미네소타주 미네아폴리스 모콘 인코포레이티드 제)로서 공지되어 있다. 첫 번째 시험은 가드 필름의 WVTR 및 100% 상대 습도를 생성하는 증발장치 조립체 간의 에어 갭으로 이루어진다. 수증기가 에어 갭 및 가드 필름을 통해 확산되고 이어서 수증기 농도에 비례인 건조 기체 흐름과 혼합된다. 전기 시그날은 공정을 위해 컴퓨터에 송달된다. 컴퓨터는 에어 갭과 가드 필름의 투과율을 계산하고 추가의 사용을 위한 값을 저장한다.
가드 필름과 에어 갭의 투과율을 CalC로서 컴퓨터에 저장한다. 이어서, 샘플 재료를 시험 셀에 밀봉한다. 다시, 수증기가 에어 갭을 통해 가드 필름 및 시험 재료로 확산되고 이어서 시험 재료를 스쳐 지나가는 건조 기체 흐름과 혼합된다. 다시, 이 혼합물을 증기 센서에 운반한다. 하기 식에 따라 시험 재료를 통해 수분이 투과되는 투과율을 계산하기 위하여 이러한 정보를 사용한다:
TR- 1 시험 재료 = TR- 1 시험 재료, 가드 필름, 에어갭 - TR- 1 가드필름 , 에어갭
계산:
WVTR: WVTR의 계산은 하기 식을 사용한다.
WVTR = Fρsat(T)RH/(APsat(T)(1-RH))
상기 식에서, "F"는 cc/분으로 수증기의 흐름이고, "ρsat(T)"는 온도 "T"에 서 포화된 공기 중의 물의 밀도이고, "RH"는 셀에서 특정한 위치에서 상대 습도이고, "A"는 셀의 단면적이고, "Psat(T)"는 온도 T에서 수증기의 포화 증기압이다.
본 명세서 및 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는"은 총괄적이거나 제한이 없고, 추가의 열거된 요소, 조성물 성분 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 따라서, 이러한 용어들은 용어 "갖는다", "갖는", "포함한다", "포함하는" 및 이러한 단어의 파생어와 함께 동의어인 것으로 해석된다.
여기에서 사용된 용어 "퍼센트 연신"은 연신된 치수에서의 증가를 측정하고 값을 원래의 치수로 나눔으로써 결정된 비율, 즉 (연신된 치수에서의 증가/원래의 치수)×100을 가리킨다.
여기에서 사용된 용어 "변형(set)"은 신장 및 회복 후에, 즉 재료를 연신시키고 순환 시험 동안에 이완시킨 후에 재료 샘플에서 보유된 신도를 가리킨다.
여기에서 사용된 용어 "퍼센트 변형"은 순환시킨 후에 원래의 길이로부터 연신된 재료의 양의 측정이다 (순환 시험 후 즉각적 변형). 퍼센트 변형은 순환의 수축 곡선이 신장 축과 교차되는 곳이다. 적용된 응력의 제거 후 잔류하는 긴장을 퍼센트 변형으로서 측정한다.
"하중 손실" 값은 먼저 샘플을 주어진 퍼센트의 특정한 방향 (예컨대 CD)에서 한정된 신도까지 신장시킨 다음 이어서 샘플을 저항성 양이 제로가 되는 양까지 수축시킴으로써 결정된다. 주기를 두 번째로 반복하고, 주어진 신도에서 하중 손실을 계산한다. 본 출원의 목적을 위하여, 하중 손실을 다음과 같이 계산하였다.
주기 1 신장 장력 ("x"% 신도에서) - 주기 2 수축 장력 ("x"% 신도에서) 100% 주기 1 신장 장력 ("x"% 신도에서).
하중 손실 값을 측정하기 위한 실제 시험 방법을 이하에서 설명한다.
달리 지시되지 않는 한, 제제 중의 성분의 퍼센트는 중량 기준이다.
본 발명은 개인 관리 제품을 제조하기 위한 가공 탄성 필름의 문제점을 극복하기 위한 것이다. 엘라스토머 중합체 코어 층 및 적어도 하나의 중합체 표피 층을 코어 층의 한쪽에 포함하는 다층 필름에 의하여 본 발명의 첫 번째 구현양태에서 문제점이 해결된다. 중합체 표피 층(들)은 엘라스토머가 아니고, 가공 용이성을 제공한다. 다층 필름은 횡 방향에서 탄성이고 기계 방향에서 강성이다.
본 발명의 다층 필름은 주형 또는 취입 필름 공정 또는 제조 공정의 압출 코팅 유형을 사용하여 바람직하게 압출된다. 본 발명의 한가지 구현양태에서, 신장가능한 비탄성 표피 층이 엘라스토머 코어 층의 각 면 위에 공압출되고, 이에 의해 코어 층을 삽입한다. 상기 다층 필름 구조의 각각은 공정 기능성을 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
도 1은 본 발명의 다층 필름의 한가지 구현양태의 단면도를 나타낸다. 특정한 구현양태에서, 다층 필름(20)은 엘라스토머 중합체 성분(24)을 가진 엘라스토머 코어 층(22)을 포함한다. 표피 (또는 외부) 층 (30)이 코어 층(22)의 하나의 표면에 위치한다. 코어 층(22)의 단지 하나의 면 위에서 하나의 표피 층이 도 1에 나타나 있지만, 다층 필름은 2개의 대향 표피 층 또는 코어 층(22)의 적어도 하나의 표면 위에 하나 이상의 표피 층을 포함할 수도 있다는 것을 당업자라면 하기 교시내용으로부터 이해해야 한다.
도 2는 본 발명의 다른 구현양태에 따른 다층 필름(40)을 나타낸다. 다층 필름(40)은 엘라스토머 중합체 성분(44)을 가진 엘라스토머 코어 층(42)을 포함한다. 첫 번째 중합체 표피 층(46)은 코어 층(42)의 첫 번째 면(48)에 배치된다. 두 번째 중합체 표피 층(50)은 첫 번째 면(48)에 반대쪽인 코어 층(42)의 두 번째 면(52)에 배치된다. 각각의 첫 번째 표피 층(46) 및 두 번째 표피 층(50)은 각각 엘라스토머가 아닌 중합체 성분(54) 및 (56)을 갖는다. 이해되는 바와 같이, 중합체 성분(54) 및 (56)은 서로 동일하거나 유사하거나 상이할 수 있다.
다층 필름(40)은 충진된 통기성 필름이다. 코어 층(42)은 엘라스토머 중합체 성분(44) 전체에 걸쳐 분산된 공극(62)에 다수의 충진제 입자(60)를 포함한다. 필름이 기계 방향 배향장치 또는 하기 설명되는 바와 같은 기타 연신 장치에서 연신될 때 공극(62)이 형성된다. 충진제는 바람직하게는 압출된 필름 코어 층 내에 충진된 영역을 생성하고, 탄성 중합체 성분의 탄성 회복율에 부정적인 영향을 미치지 않으면서, 이것이 연신되어 중합체/충진제 계면에서 공극을 형성할 수 있다. 공극 또는 틈은 다소 한정되고, 필름을 통해 수증기의 분자 확산을 가능하게 하는 얇은 중합체 막에 의해 분리된다. 이러한 확산은 필름이 수증기 통기성을 갖게 하는 것이다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 다층 필름은 적어도 약 300 그램/m2-24 시간, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1000 그램/m2-24시간, 바람직하게는 약 1000 그램/m2-24시간 내지 약 5000 그램/m2-24시간의 수증기 투과율을 갖는다. 필름(40)은 단지 코어 층(40)에서만 충진제를 갖는 것으로 나타나지만, 통기성을 더욱 개선하거나 부여하기 위하여 충진제 입자가 본 발명의 하나 이상의 표피 층에 배치될 수 있다.
도 3은 도 2의 다층 필름(40)을 포함하는 라미네이트(70)의 단면도를 나타낸다. 예를 들어 섬유상 부직 웹, 스펀본드 또는 멜트블로운 웹일 수 있는 기판 층(72)이 열 결합, 접착제 결합, 초음파 결합 등에 의해 필름(40)에 적층된다.
다양한 열가소성 엘라스토머가 코어 엘라스토머 부분으로서 본 발명에서 사용하기 위해 고려된다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 코어 층은 스티렌 블록 공중합체, 열가소성 폴리우레탄, 단일-부위 촉매화 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 또는 이들의 조합으로부터 선택된 중합체를 포함한다.
유용한 스티렌 블록 공중합체의 특정한 예는 수소화 폴리이소프렌 중합체, 예컨대 스티렌-에틸렌프로필렌-스티렌 (SEPS), 스티렌-에틸렌프로필렌-스티렌-에틸렌프로필렌 (SEPSEP), 수소화 폴리부타디엔 중합체, 예컨대 스티렌-에틸렌부틸렌-스티렌 (SEBS), 스티렌-에틸렌부틸렌-스티렌-에틸렌부틸렌(SEBSEB), 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 (SIS), 및 수소화 폴리-이소프렌/부타디엔 중합체, 예컨대 스티렌-에틸렌-에틸렌프로필렌-스티렌 (SEEPS)을 포함한다. 이블록, 삼블록, 다블록, 별 및 라디칼과 같은 중합체 블록 배열이 본 발명에서 의도된다. 일부 경우에, 고 분자량 블록 공중합체가 바람직할 수도 있다. 블록 공중합체는 크레이톤 폴리머스 U.S.LLC (미국 텍사스주 휴스턴)으로부터 상표명 크레이톤(R) G 및 D 중합체로, 그리고 셉톤 컴퍼니 오브 아메리카 (미국 텍사스주 파사데나)로부터 입수가능하다. 이러한 중합체의 다른 가능한 공급업자는 스페인의 다이나솔(Dynasol) 및 미국 텍사스주 휴스턴의 덱스코 폴리머스(Dexco Polymers)를 포함한다. 이러한 중합체의 배합물이 코어 층(들)을 위해 고려된다.
이러한 엘라스토머 중합체는 스티렌 블록 공중합체, 예를 들어 SEBS 및 SEB 폴리머스 (크레이톤 폴리머스로부터 입수가능함)일 수도 있다. 이러한 블록 공중합체의 예는 SEBS 폴리머스, 예컨대 크레이톤(KRATON)(R) G 1657 (MI 22 g/10분, 230 ℃, 5kg)이다.
다른 적절한 엘라스토머 중합체는 단일 부위 촉매화 폴리올레핀 엘라스토머를 포함한다. 이러한 단일 부위 촉매화 재료는 메탈로센 촉매화 재료 및 구속된 기하 중합체를 포함한다. 본 발명의 한가지 구현양태에서, 엘라스토머 중합체는 단일 부위 메탈로센 촉매화 선형 저 밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 예컨대 다우 케미칼 컴퍼니로부터 상표명 어피니티(AFFINITY)(R)로 입수가능한 것이다. 메탈로센 촉매화 중합체는 미국 특허 5,472,775호 (Obijeski 등) (다우 케미칼 컴퍼니에 양도되며 그의 전체 내용이 참고문헌으로 포함된다)에 기재되어 있다. 메탈로센 공정은 일반적으로 조-촉매에 의해 활성화된, 다시 말해서 이온화된 메탈로센 촉매를 사용한다. 메탈로센 촉매의 예는 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티탄 디클로라이드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸듐 클로라이드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)티탄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티탄 트리클로라이드, 페로센, 하프노센 디클로라이드, 이소프로필(시클로펜타디에닐,-1-플루오레닐)지르코늄 디클로라이드, 몰리브도센 디클로라이드, 니켈로센, 니오보센 디클로라이드, 루테노센, 티타노센 디클로라이드, 지르코노센 클로라이드 히드라이드, 지르코노센 디클로라이드를 포함한다. 이러한 화합물들의 더욱 총망라한 목록은 다우 케미칼 컴퍼니에 양도된 미국 특허 5,374,696호 (Rosen 등)에 포함되어 있다. 이러한 화합물은 다우 케미칼 컴퍼니에 양도된 미국 특허 5,064,802호 (Stevens 등)에 또한 언급되어 있다. 그러나, 다수의 다른 메탈로센, 단일-부위 및/또는 유사한 촉매 체계가 당 기술분야에 공지되어 있고; 예를 들어 미국 특허 5,539,124호 (Etherton 등); 미국 특허 5,554,775호 (Krishnamurti 등); 미국 특허 5,451,450호 (Erderly 등) 및 문헌 [The Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othemer, 제4판, vol. 17, Olefinic Polymers, pp. 765-767 (John Wiley & Sons, 1996) (상기 언급된 특허의 전체 내용은 참고문헌으로 포함된다)를 참조한다.
본 발명의 하나의 구현양태에서, 코어 층은 크레이톤(KRATON)(R) G 1730 테트라블록 (230 ℃, 5 kg에서 MI 13g/10분)을 포함한다. 다른 엘라스토머의 예는 셉톤 컴퍼니 오브 아메리카로부터 셉톤(Septon) 2004 (230 ℃, 2.26 kg에서 5의 MFR, 250 ℃, 5 kg에서 27 MFR)이다. 이러한 구현양태에서, 충진제는 바람직하게는 탄산칼슘이고 약 50 내지 80%의 양으로 존재하며 화합물 중의 담체 수지는 약 20 내지 50%의 양으로 존재한다. 이러한 퍼센트는 중량 기준이다. 바람직하게는, 화합물은 약 50 내지 75%의 양으로 중합체와 함께 존재한다. 이러한 화합된 수지는 예를 들어 폴리에틸렌, 바람직하게는 LLDPE, 예를 들어 다우렉스(DOWLEX)TM 2517 LLDPE일 수도 있다.
본 발명의 하나의 구현양태에서, 스티렌 블록 공중합체가 SEPS 중합체인 것이 바람직하다. 열가소성 엘라스토머 자체는 엘라스토머 중합체와 연관된 가공 보조제 및/또는 점착화제를 포함할 수도 있다. 본 발명에서 유용한 다른 열가소성 엘라스토머는 올레핀-기재 엘라스토머, 예컨대 EP 고무, 에틸, 프로필, 부틸 삼원공중합체, 블록 및 이들의 공중합체를 포함한다. 배합된 엘라스토머 조성물의 엘라스토머 성분이 주어질 때, 왁스, 비결정성 폴리올레핀 및/또는 점착화제와 같은 저 분자량 탄화수소 재료와 같은 가공 보조제와 함께 순수한 기본 수지를 포함할 수도 있다.
본 발명의 표피 층은 엘라스토머가 아니지만, 파괴 또는 실질적인 분해 없이 연신력의 적용 시에 신장될 수 있다는 점에서 바람직한 신장성이다 (필름 조성에 의존하여, 소량의 무작위 균열은 피할 수 없을 수도 있고 중요하지 않을 수도 있다). 본 발명의 표피 층은 부서지기 쉽지 않고, 표피 층의 신장성은 표피 층에 있는 다수의 균열의 결과가 아니다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 표피 층은 폴리올레핀을 포함한다. 본 발명의 표피 층을 위해 유용한 폴리올레핀의 예는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 또는 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 다층 필름은 바람직하게는 약 2.5 중량% 내지 약 30 중량%의 표피 층(들), 더욱 바람직하게는 약 2.5 중량% 내지 약 15 중량%를 포함한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 표피 층(46) 및 (50)의 각각은 필름(40)의 총 중량의 7.5% 이하 (총 15%)에 달할 수 있다.
비록 표피 층이 엘라스토머가 아니긴 하지만, 본 발명의 다층 필름은 횡-방향에서 탄성이다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 다층 필름은 횡-방향에서 적어도 약 50% 만큼 연신될 수 있다. 다른 구현양태에서, 다층 필름은 횡-방향에서 적어도 약 100% 만큼 연신될 수 있고 연신 력의 방출 시에 적어도 50% 수축된다. 다층 필름은 횡-방향에서 탄성이지만 기계 방향에서 강성이다. 표피 층의 중합체를 배향함으로써, 기계 방향에서 다층 필름의 탄성이 감소된다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 다층 필름은 기계-방향에서 안정하다. 여기에서 사용된 바와 같이, "안정한"은 10% MD 신도에서 적어도 약 500g의 하중을 제공하는 필름을 설명한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 다층 필름은 3인치 폭 샘플에 대해 10% MD 신도에서 적어도 약 1000 g의 하중을 제공한다. 본 발명의 다른 구현양태에서, 다층 필름은 기계 방향에서 비탄성이고 횡 방향에서 탄성이다.
본 발명의 표피 층은 바람직하게는 엘라스토머 코어 층에 비해 점착성이 적고, 더욱 바람직하게는 비-점착성이고, 이에 의해 코어 엘라스토머의 점착성 및/또는 고무질 표면에 비해 더욱 바람직한 필름 표면을 제공한다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 표피 층은 약 0.75 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5 이하, 바람직하게는 약 0.3 내지 0.5의 동적 마찰 계수를 갖는다.
표피 층은 바람직하게는 롤-블로킹을 감소시키거나 제거할 수 있고, 다이 형성을 감소시키거나 제거함으로써 다이 수명을 바람직하게 개선할 수 있다. 표피 층은, 기계 방향 배향장치의 롤에 들러붙지 않으면서, 고온에서 엘라스토머 수지 기재 필름 구조의 어닐링을 개선할 수 있다. 그 결과, 이러한 구조는 연신가능하고 통기성인 필름의 치수 안정성을 개선할 수 있다. 하나의 구현양태에서, 표피 층은 충진된 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진다.
본 발명의 다층 필름 구조는, 특히 기저귀와 같은 개인 관리 제품을 형성함에 있어서, 개선된 가공 기능성을 허용하는 것으로 밝혀졌다.
다양한 층의 각각은 다른 재료를 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 탄성 코어 층 및/또는 표피 층에서 통기성을 달성하기 위하여, 충진제와 같은 기타 성분, 및 충진제를 운반하기 위한 담체 중합체를 포함하는 것이 필요하다. 이러한 층들은 가공 보조제, 안정화제, 산화방지제 및 착색제를 포함할 수도 있다. 표피 층(들)은 롤 블로킹을 감소시키기 위해 하나 이상의 블로킹방지 성분을 포함할 수도 있다.
필름 형성 공정 및/또는 이후의 적층 공정을 방해하지 않는 이상, 본 발명에서 사용하기 위하여 유기 및 무기 충진제 양쪽 모두가 고려된다. 충진제의 예는 탄산칼슘 (CaCO3), 다양한 점토, 실리카(SiO2), 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 탈크, 황산마그네슘, 이산화티탄, 제올라이트, 황산알루미늄, 셀룰로스-유형 분말, 규조토, 집섬(gypsum), 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 카올린, 운모, 탄소, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 펄프 분말, 목재 분말, 셀룰로스 유도체, 중합체 입자, 키틴 및 키틴 유도체를 포함한다.
입자의 자유 유동을 촉진하고 (대량으로) 담체 중합체 내로 용이하게 분산시키기 위하여 충진제 입자를 지방산, 예컨대 스테아르산 또는 베헨산 및/또는 기타 물질로 임의로 코팅할 수도 있다. 한 가지 충진제는 미국 조지아주 로스웰의 이머리스(Imerys)의 브랜드 슈퍼코트(SUPERCOAT)로 시판되는 탄산칼슘이다. 다른 충진제는 미국 버몬트주 프록터 옴야 인코포레이티드 노쓰 아메리카의 OMYACARB 2 SS T이다. 후자의 충진제를 스테아르산으로 코팅한다. 바람직하게는, 제품 필름 코어 층 (최종 필름 제제) 내의 충진제의 양은 약 40 내지 70 중량%이다. 더욱 바람직하게는, 제품 필름 코어 층에서 충진제의 양은 약 45 내지 60 중량%이다. 공극을 통해 수증기 투과율을 최대화하기 위하여 충진제 입자가 작은 것이 바람직하다. 일반적으로, 충진제 입자는 약 0.1 내지 7.0 마이크론, 바람직하게는 약 0.5 내지 7.0 마이크론, 가장 바람직하게는 약 0.8 내지 2.0 마이크론의 평균 입자 직경을 가져야 한다.
충진제와의 배합에서 유용한 반-결정성 담체 중합체의 예는, 이에 한정되지 않지만 주로 선형 폴리올레핀 (예컨대 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌) 및 이들의 공중합체를 포함한다. 이러한 담체 재료는 다수의 공급원으로부터 입수가능하다. 반-결정성 중합체의 특정한 예는 엑손모빌(ExxonMobil) 3155 및 다우 케미칼 폴리에틸렌, 예컨대 다우렉스(DOWLEX)TM 2517 (25 MI, 0.917 g/cc)을 포함한다. 일부 경우에, 고 밀도 중합체가 또한 유용할 수도 있다. 추가의 수지는 엑손모빌로부터의 에스코렌(Escorene) LL 5100 (20의 MI 및 0.925의 밀도를 가짐) 및 에스코렌 LL 6201 (50의 MI 및 0.926의 밀도를 가짐)을 포함한다.
대안적인 구현양태에서, 약 0.89 g/cc와 같은 저 밀도를 가진 폴리프로필렌 담체 수지, 특히 10 g/10분 MFR, 그러나 바람직하게는 20 MFR 또는 그 이상 (230 ℃, 2.16 kg의 조건)을 가진 것이 유용할 것이다. 0.89g/cc 내지 0.90g/cc의 밀도를 가진 폴리프로필렌-기재 수지, 예컨대 엑손 모빌 PP 3155 (36 MFR)와 같은 단독중합체 및 랜덤 공중합체가 유용할 것이다.
반-결정성 중합체 (폴리에틸렌-기재 중합체를 위한)의 용융 지수는 ASTM D1238 (2.16 kg, 190 ℃)에서 측정될 때 약 5 g/10분 초과인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 반-결정성 중합체의 용융 지수는 약 10 g/10분 초과이다. 더욱 더 바람직하게는, 용융 지수는 약 20 g/10분 초과이다. 바람직하게는, 반-결정성 담체 중합체는 폴리에틸렌-기초 중합체를 위하여 약 0.910 g/cc 초과의 밀도, 더욱 더 바람직하게는 약 0.915 g/cc 초과의 밀도를 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 밀도는 약 0.917 g/cc이다. 다른 대안적인 구현양태에서, 밀도는 0.917 g/cc 초과이다. 또 다른 대안적인 구현양태에서, 밀도는 약 0.917 g/cc 내지 0.923 g/cc이다.또 다른 구현양태에서, 반-결정성 담체 중합체는 약 0.917 내지 0.960 g/cc의 밀도를 갖는다. 또 다른 대안적인 구현양태에서, 반-결정성 중합체는 약 0.923 g/cc 내지 0.960 g/cc의 밀도를 갖는다. 필름 코어 층은 약 10 내지 25 중량% 반-결정성 중합체를 함유하는 것이 바람직하다.
추가로, 통기성 충진된 필름 층(들)은 임의로 하나 이상의 안정화제 또는 가공 보조제를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 충진된-필름은 항산화제, 예를 들어 장해 페놀 안정화제를 포함할 수도 있다. 통상적으로 입수가능한 항산화제는 이에 한정되지 않지만 미국 뉴욕주 태리타운의 시바 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 이르가녹스(IRGANOX) E17 (α-토코페롤) 및 이르가녹스 1076 (옥토데실 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트)를 포함한다. 또한, 필름 형성 공정, 연신 및 이후의 적층 단계와 상용가능한 다른 안정화제 또는 첨가제가 본 발명과 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 추가의 첨가제, 예를 들어 용융 안정화제, 가공 안정화제, 열 안정화제, 광 안정화제, 열 노화 안정화제 및 당업자에게 알려진 기타 첨가제가 필름에 바람직한 특징을 부여하기 위해 첨가될 수도 있다. 일반적으로, 포스파이트 안정화제 (즉, 미국 뉴욕주 태리타운의 시바 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 이르가포스(IRGAFOS) 168 및 미국 오하이오주 도버의 도버 케미칼 코포레이션으로부터 입수가능한 도베르포스(DOVERPHOS))가 양호한 용융 안정화제인 반면, 장해 아민 안정화제 (즉, 미국 뉴욕주 태리타운의 시바 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 시마소르브 944 및 119)은 양호한 열 및 광 안정화제이다. 하나 이상의 상기 안정화제의 포장은 시바 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 B900과 같이 통상적으로 입수가능하다. 바람직하게는, 약 100 내지 2000 ppm의 안정화제를 압출 전에 기본 중합체(들)에 첨가한다 (ppm은 충진된-필름의 전체 중량을 기준으로 한다).
바람직하게는, 하나의 구현양태에서, "충진된 중합체"의 농축물 (담체 수지 및 충진제)이 코어 층(들)을 위해 만들어지고, 충진제 및 반-결정성 담체 폴리올레핀은 충진제의 약 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 약 60 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 충진제의 약 70 내지 85중량%의 범위이다. 또한, 코어 층(들)의 엘라스토머 중합체 상의 탄성 성능에 대해 최소의 충격을 갖도록, 최종 조성물 중의 반-결정성 중합체의 양을 감소시키는 것이 바람직하다. 배합 장소에서 "강하(letdown)" 수지로서 필름 스크루 압출기 내로 도입하기에 앞서서 고 점도 탄성 중합체 (또는 중합체 배합물)을 충진된 중합체 농축물 수지와 배합한다. 블록 중합체의 농도는 일반적으로 최종 조성물 중의 바람직한 충진제 수준에 의해 결정된다. 충진제의 수준은 필름 코어 층(들) 및 최종 다층 필름의 통기성뿐만 아니라 탄성 성질에 영향을 미칠 것이다. 하나의 구현양태에서, 필름이 하기 기재된 바람직한 성질을 나타내도록 충진제가 충진된 중합체에 80중량% 초과의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
일례로서, 충진제는 약 25 내지 65중량%의 범위로 필름 코어 층(들)에 존재할 수도 있고, 엘라스토머 (또는 배합물)은 약 15 내지 60중량%의 범위로 존재할 수도 있고, 반-결정성 중합체는 약 5 내지 30중량%의 범위로 존재할 수도 있다.
다층 필름의 표피 층은 공압출 공정으로부터 코어 층과 함께 바람직하게 형성되고, 연신 및 기타 후-형성 공정에서 코어 층과 함께 가공된다. 이러한 다층 통기성 및 탄성 필름의 표피 층(들)은 바람직하게는 코어 층의 통기성 속성을 방해하지 않는다. 이러한 표피 층은 바람직하게는 코어 층 특징에 대해 추가의 기능성을 제공한다. 상기 언급된 바와 같이, 하나의 구현양태에서, 다층 필름의 통기성 속성을 증진시키거나, 필름의 블로킹을 더욱 감소시키거나, 및/또는 접착제를 사용하여 이러한 필름의 증진된 결합 능력을 다른 시트 재료에 제공하기 위하여, 표피 층(들)이 충진제, 예컨대 탄산칼슘을 예를 들어 폴리에틸렌 염기 수지와 함께 포함한다. 이러한 충진제가 존재한다면, 이것은 표피 층(들)의 약 10 내지 50중량%의 양으로 바람직하게 존재한다.
본 발명의 통기성 다층 탄성 필름을 제조하기 위한 방법이 도 4에 표시된다. 배합된 중합체 및 충진제가 압출기(80) 장치에 놓여진 다음 필름으로 주형 또는 취입된다. 단순성을 위하여, 단일 압출기(80)를 나타내지만, 본 발명의 다층 필름을 압출하기 위하여 하나 이상의 압출기, 예를 들어 코어 층을 위한 압출기 및 표피 층(들)을 위한 하나 이상의 압출기가 바람직하게 사용된다. 예를 들어, 필름 다이를 통해 병렬 식으로 3개의 층을 압출하기 위하여 3개의 압출기가 바람직하게 사용될 수 있다. 다층 전구체 필름(100a)이 예를 들어 매끄럽거나 패턴화될 수도 있는 주형 롤(90) 위로 압출된다 (예를 들어, 약 380 내지 440 ℉의 온도에서). 여러 개의 층들이 주형 롤(90) 위로 함께 공압출된다. 용어 "전구체" 필름은 예컨대 기계 방향 배향장치를 통해 주행시킴으로써 통기성으로 만들어지기 이전의 필름을 가리키기 위해 사용된다. 압출기 다이의 유출물을 주형 롤(90) 위에서 즉시 냉각한다. 롤의 표면에 가깝게 놓인 전구체 필름(100a)를 유지하는 것을 돕기 위해 롤의 표면을 따라 진공을 발생시키기 위하여 진공 상자 (도시되지 않음)가 주형 롤에 인접하여 위치할 수도 있다. 추가로, 에어 나이프 또는 정전 피너(pinner) (도시되지 않음)는 회전 롤 주위로 이동할 때 주형 롤 표면에 전구체 필름(100a)을 강제로 넣는 것을 보조할 수 있다. 에어 나이프는 매우 높은 유동 속도로 압출된 중합체 재료의 가장자리에 공기의 흐름을 집중시키는 당 기술에 공지된 장치이다. 전구체 필름(100a) (MDO를 통해 주행하기 이전)이 바람직하게는 약 20 내지 100 마이크론 두께이고, 약 30 gsm 내지 100 gsm의 전체 기본 중량을 갖는다. 한가지 구현양태에서, 기본 중량은 바람직하게는 약 50 내지 75 gsm이다. 연신 장치(110)에서 연신시킨 후에, 필름의 기본 중량은 바람직하게는 약 10 내지 60 gsm, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 60 gsm이다.
상기 언급된 바와 같이, 전구체 필름(100a)을 통기성이 되도록 더욱 가공한다. 따라서, 압출 장치(80) 및 주형 롤(90)로부터, 전구체 필름(100a)이 기계 방향 배향장치 또는 "MDO" (로드 아일랜드 프로방스의 마쉘 앤드 윌리암스 컴퍼니(Marshall and Williams Company)와 같은 판매업자로부터 통상적으로 입수가능한 장치이다)와 같은 필름 연신 장치(110)로 보내진다. 이러한 장치는 기계 방향에서 점진적으로 연신되고 필름을 가늘게 하는 다수의 연신 롤러 (예를 들어 5 내지 8)를 가질 수도 있으며, 기계 방향은 도 4에 나타낸 것과 같은 공정을 통한 필름의 이동 방향이다. MDO (110)은 8개 롤을 가진 것으로 도시되어 있으나, 원하는 연신 수준 및 각각의 롤 사이의 연신 정도에 의존하여 롤의 수가 더욱 많거나 적을 수도 있음을 이해해야 한다. 필름은 하나 또는 여러 별개의 연신 공정에서 연신될 수 있다. MDO 장치에서 일부 롤은 비교적 높은 속도에서 작동하지 않을 수도 있음을 주목해야 한다.
바람직하게는, 전구체 필름(100a) (비연신된 충진 다층 필름)을 원래 길이의 약 2 내지 약 5배로 배향 (연신)시켜, 권사기에서 필름을 이완시킨 후 원래 필름 길이의 1.5 내지 약 4배의 최종 연신을 부여한다. 대안적인 구현양태에서, 당업자에게 공지된 바와 같이, 바람직하게는 MDO를 사용하여 연신시키는 것에 추가로, 미국 특허 4,153,751호 (Schwarz)에 기재된 것과 같은 서로 맞물린 홈이 파인 롤을 통해 또는 텐터 프레임을 사용하여 필름을 CD 연신시킬 수도 있다.
임의로, MDO(110)의 롤의 일부가 예비가열 롤로서 작용할 수도 있다. 존재한다면, 첫 번째 몇몇 롤이 필름을 실온 (125 ℉) 이상으로 가열한다. MDO에서 인접한 롤들의 점차적으로 빨라지는 속도는 충진된 전구체 필름(100a)을 연신시키는 역할을 한다. 연신 롤이 회전되는 속도는 필름에서 연신 량 및 최종 필름 중량을 결정한다. 필름 (즉, 코어 층 및/또는 표피 층)을 미세다공성으로 만들고 이어서 통기성으로 만들기 위해 연신 동안에 도 2에 나타낸 것과 같은 미세공극이 형성된다. 연신 후에, 연신된 필름(100b)을 약간 수축시키고/거나 하나 이상의 가열된 롤(114), 예컨대 가열된 어닐링 롤에 의하여 더욱 가열 또는 어닐링할 수도 있다. 이러한 롤을 전형적으로 약 150 내지 220 ℉로 가열하여 필름을 어닐링한다. 이어서, 필름을 냉각시킬 수도 있다. MDO 필름 연신 장치에서 나온 후에, 통기성 다층 필름 (100b) (코어 층 및 적어도 하나의 표피 층 포함)을 저장을 위해 권사기(112)에 감거나 추가의 가공을 위해 더욱 진행시킬 수도 있다.
원한다면, 제조된 통기성 다층 필름(100b)을 부직 층과 같은 하나 이상의 층(120)에 부착시켜 다층 필름 라미네이트(122)를 형성할 수도 있다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 개선된 신체 순응성을 가진 라미네이트를 달성하기 위하여, 섬유 층은 그 자체로 신장가능한 직물, 더욱 바람직하게는 탄성 직물이 바람직하다. 예를 들어, MD에서 부직포를 긴장시키면 직물이 CD에서 "목이 좁아지거나(neck)" 또는 좁게 되고, 목이 좁아진 직물에 CD 신장성을 제공한다. 추가의 적절한 신장가능하고 및/또는 탄성 직물의 예는, 이에 한정되지 않지만 미국 특허 4,443,513호 (Meitner 등); 5,116,662호 (Morman 등); 4,965,122호 (Morman 등); 5,336,545호 (Morman 등); 4,720,415호 (Vander Wielen 등); 4,789,699호 (Kieffer 등); 5,332,613호 (Taylor 등); 5,288,791호 (Collier 등); 4,663,220호 (Wisneski 등); 및 5,540,976호 (Shawver 등)에 기재된 것을 포함한다. 상기 언급된 특허의 전체 내용은 여기에서 참고문헌으로 포함된다. 이러한 목이 좁아진(necked) 부직 재료를 본 발명의 필름에 결합시킬 수도 있다. 대안적인 구현양태에서, 길게 찢고 목이 좁아진 부직 재료를 본 발명의 필름에 결합시킬 수도 있다. 추가의 대안적인 구현양태에서, 스펀본드 지지체 층을 홈이 파인 롤에서 CD에서 1.5 내지 3배로 연신시킬 수도 있고, 이어서 원래의 폭으로 목이 좁아지거나 접착제에 의해 필름에 적층되기 전에 필름의 폭에 맞추어질 수도 있다.
본 발명의 다층 필름에 적층될 수도 있는 부직포는 바람직하게는 약 10 g/m2 내지 50 g/m2, 더욱 더 바람직하게는 약 15 g/m2 내지 30 g/m2의 기본 중량을 갖는다. 특정한 예로서, 폴리프로필렌 스펀본드 섬유의 17 g/m2 (평방 야드 당 0.5 온스) 웹이 원하는 정도로 목이 좁아질 수 있고, 그 후에 통기성 연신 충진-제품 필름(100b)에 적층될 수 있다. 따라서, 목이 좁아지거나 CD 연신가능한 스펀본드 부직 웹에 필름(100b)을 물릴 수 있다 (접착 닙, 또는 캘린더 롤 조립체(142)의 적층 롤에서).
스펀본드 층, 지지체 층 또는 기타 기능성 라미네이트 층은 예비-형성된 롤로부터 제공되거나, 또는 대안적으로 필름과 함께 정렬되어 제조되고 제조 후 즉시 함께 놓여진다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 스펀본드 압출기(130)는 스펀본드 섬유(132)를 연속 벨트 배열의 일부인 성형 와이어(134) 상에 용융회전시킨다. 연속 벨트는 일련의 롤러 (136) 주위를 순환한다. 성형 와이어 위에 섬유를 유지하기 위하여 진공 (도시되지 않음)을 사용할 수도 있다. 압축 롤(138)을 통해 섬유를 압축할 수도 있다. 압축 후에, 스펀본드 또는 기타 부직 재료 층을 다층 필름(100b)에 결합시킨다. 상기 언급된 바와 같이, 접착제 결합을 통해, 예를 들어 슬롯 또는 분무 접착 체계, 열 결합 또는 기타 결합 수단, 예컨대 초음파, 마이크로파, 압출 코팅 및/또는 압축력 또는 에너지를 통해 이러한 결합이 발생할 수도 있다. 접착 결합 체계(140)가 도시된다. 이러한 체계는 분무 또는 슬롯 코트 접착 체계일 수도 있다. 본 발명의 실행에서 사용될 수도 있는 적절한 접착제의 예는 헌츠만 폴리머스 (미국 텍사스주 휴사턴)로부터 입수가능한 렉스택(Rextac) 2730, 2723 뿐만 아니라 보스틱 파인들리 인코포레이티드 (미국 위스콘신주 와우와토사)로부터 입수가능한 접착제를 포함한다. 대안적인 구현양태에서, 접착제의 기본 중량이 약 1.0 내지 3.0 gsm이 되도록 필름 및 부직 지지체 층을 접착제로 적층시킨다. 사용된 접착제의 유형 및 기본 중량은 최종 라미네이트 및 최종 용도에서 바람직한 탄성 속성에 따라 결정될 것이다. 다른 대안적인 구현양태에서, 필름과 적층하기 전에 접착제를 부직 지지체 층에 직접 적용한다. 개선된 형태를 달성하기 위하여, 접착제를 외부 섬유 층에 패턴 적용할 수도 있다.
존재한다면 필름이 MDO에서 나올 때와 동일한 속도로 필름 및 지지체 층 재료가 전형적으로 적층 롤(142)에 들어간다. 대안적으로, 필름이 지지체 층에 적층될 때 필름을 긴장시키거나 이완시킨다. 대안적인 구현양태에서, 층의 접착성을 개선하기 위하여 결합 제 또는 점착화제를 필름에 첨가할 수도 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 충진된 다층 필름 및 섬유 층을 접착제에 의해 서로에 적층할 수 있다. 접착제를 외부 섬유 층, 예컨대 부직포에 적용함으로써, 접착제가 일반적으로 섬유 접촉 점에서 필름 위에 겹쳐지고 따라서 개선된 드레이프 및/또는 통기성을 라미네이트에 제공한다. 추가의 결합 보조제 또는 점착화제를 섬유 또는 기타 외부 층에서 사용할 수 있다.
결합 후에, 라미네이트(122)를 더욱 가공할 수도 있다. 적층 후에, 다층 라미네이트를 다수의 후-연신 제조 공정으로 처리할 수도 있다. 본 발명의 하나의 구현양태에서, 라미네이트(122)를 MD 방향에서 홈을 가진 일련의 홈이 파인 롤(150)을 통해 거쳐 나가게 할 수도 있다. 홈이 파인 롤은 표피 층을 더욱 배향시키고 다층 필름에 횡-방향 탄성을 바람직하게 제공할 수 있다. 이러한 가공 단계(150)는 탄성 또는 통기성을 희생시키지 않으면서 라미네이트(122)에 추가의 바람직한 속성, 예컨대 유연성을 제공할 수도 있다. 홈이 파인 롤(150)은 강철 또는 기타 경질 재료 (예컨대 경질 고무)로 만들어질 수 있고, 인치 당 약 4 내지 15개 홈, 바람직하게는 인치 당 약 6 내지 12개 홈, 더욱 바람직하게는 인치 당 약 8 내지 10개 홈을 포함할 수 있다. 추가의 대안적인 구현양태에서, 이러한 롤 위의 홈은 인치 당 약 십만 내지 이만오천 개의 골을 포함한다. 추가의 처리 후에, 라미네이트를 더욱 길게 찢고(160), 어닐링하고 (114) 및/또는 권사기 위에 감을 수도 있다 (112).
본 발명의 필름 및/또는 필름 라미네이트를 다수의 개인 관리 제품 내에 혼입할 수도 있다. 예를 들어, 이러한 재료는 다양한 개인 관리 제품을 위해 연신가능한 외부 커버 또는 측면 패널로서 특히 유리할 수도 있다. 추가로, 이러한 필름은 수술용 또는 병원 드레이프/가운과 같은 보호 가먼트에 기본 직물 재료로서 포함될 수도 있다. 추가의 대안적인 구현양태에서, 이러한 재료가 자동차 커버 등과 같은 보호용 개조 커버를 위한 기본 직물로서 사용될 수도 있다.
본 발명의 다층 필름은 다양한 흡수성 개인 관리 제품에서 사용될 수 있다. 본 발명의 재료는 연신가능한 측면 패널 또는 이어 플랩으로서 사용될 수도 있거나, 또는 트레이닝 팬츠, 언더웨어/언더팬츠, 여성 관리 제품 및 성인 요실금 제품을 포함한 다양한 제품 용도에서 외부 커버로서 사용될 수도 있다. 측면 패널 또는 외부 커버로서, 이러한 재료가 필름 형태로 존재할 수도 있거나, 또는 대안적으로 부직 또는 기타 시트 재료가 필름 층에 적층되어진 라미네이트로서 존재할 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 실행에 연관된 다양한 측면을 예증하거나 모방하는 하기 실시예와 관련하여 더욱 상세히 설명된다. 본 발명의 의도 내에 속하는 모든 변화는 보호되어야 하고 따라서 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
방법 절차
순환 시험:
하중 손실 및 퍼센트 변형을 결정하기 위하여 순환 시험 절차를 사용하여 재료를 시험하였다. 특히, 100% 한정된 신도까지 2개의 순환 시험을 사용하였다. 이러한 시험을 위하여, 샘플 크기는 MD에서 3인치 × CD에서 7인치였다. 그립 크기는 3인치 폭이었다. 그립 분리는 4인치였다. 샘플의 횡-방향이 수직 방향이 되도록 샘플을 부하하였다. 약 10 내지 15 그램의 예비하중을 설정하였다. 시험은 샘플을 100% 신도까지 끌어 당긴 다음 즉시(중단 없이) 제로로 되돌렸다. 시험 데이타의 결과는 모두 첫 번째 및 두 번째 주기로부터 얻어졌다. 시험을 테스트웍스(TESTWORKS) 4.07b 소프트웨어 (신테크 코포레이션, 미국 노쓰캐롤라이나 캐리)를 사용하여 리뉴 MTS 몬구스 박스(조절장치)에 의해 신테크 코포레이션(Sintech Corp.) 신장 시험기 2/S의 일정 속도로 수행하였다. 분 당 20인치의 크로스헤드 속도에서 주변 조건 하에 시험을 수행하였다.
마찰 계수 ( COF ) 시험
ASTM D 1894-87에 따라서 COF 시험을 실제로 수행하고 금속 표면에 대해 측정하였다. 마찰 계수 시험 동안에, 사용된 금속 표면은 150×300×1mm의 연마된 금속이고, 사용된 슬레드는 0.25 g/cc의 밀도를 가진 3.2mm 스폰지 고무에 싸여진 금속 블록 (63.5 mm2, 6 mm 두께, 199 그램)이었다.
크레이톤 DCP 스티렌 블록 공중합체 및 0.87 그램/cm3의 밀도 및 10그램/10분의 용융 지수(190 ℃)를 가진 실험용 단일-부위 촉매화 에틸렌-옥텐 공중합체 (다우 케미칼 컴퍼니)를 각각 30%/70% 및 50%/50%의 비율로 사용하여 필름을 제조하였다. 표피 층은 스탠드릿지 컬러 코포레이션(Standridge Color Corporation) (미국 조지아 소셜 서클)에 의해 제조된 각각 50%/50% 및 75%/25% 비율의 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체(SCC 22181)의 배합물에서 엑손모빌 폴리프로필렌 3155 및 탄산칼슘 화합물로 만들어졌다. 코어 층은 충진되지 않았고 표피 층은 일부 충진제를 포함하였다. 표피 층 중량 %는 각각의 면에서 2.5%로부터 각각의 면에서 15%까지 변하였다. 필름은 비연신 상태로 만들어졌고 MDO를 사용하여 기계 방향에서 원래의 길이의 3.8배까지 배향되었다. 홈이 파인 샘플은 MDO에서 연신하지 않으면서 2.6배의 횡-방향 연신까지 홈을 내었으며, 일부 샘플은 MDO 연신되고 이어서 홈을 내었다. 도 5 내지 7의 표는 샘플 및 결과를 요약한다. 첫 번째 주기 CD 연신 동안에 연신 시에 30% 내지 50% 위에서 하중 측정을 수득하고, 두 번째 주기 CD 연신 동안에 수축 시에 30% 및 50% 아래에서 하중 측정을 수득하였다. 첫 번째 주기 연신 동안에 10% 위에서 기계-방향 하중을 측정하였다. 도 8은 시효 후에 반복된 특정한 샘플의 결과를 요약한다.
필름 샘플은 양호한 CD 연신 성질을 갖고 표피 층 및 후-가공 단계를 거치지 않은 필름에 비해 기계-방향에서 상당히 강하였다.
하기 표는 실시예에서 사용된 표피 층 재료로부터 만들어진 필름의 성질을 제공한다.
CD MD
샘플 기본 중량(gsm) 파단 신도(%) 하중@파단 (g) 즉시 하중(g) 파단 신도(%) 하중@파단 (g)
100%
SCC22181		 19 180 550 700 375 900
50% SCC22181/
50% PP3155		 21 350 1400 1500 400 2700
100% PP3155 20 450 3000 3000 400 4000
본 발명의 다층 필름의 비-점착성 표면을 증명하기 위하여, 상기로부터 샘플 1의 마찰 계수를 시험하였다. 하기 비교 필름을 또한 시험하였다: 1) 표피 층을 갖지 않은 40% 크레이톤/60% 다우 메탈로센 폴리에틸렌 엘라스토머 필름; 2) 저 밀도 폴리에틸렌 표피 층을 가진 탄산칼슘 충진된 셉톤 2004 SEPS 블록 공중합체를 포함하는 연신된 통기성 공압출 필름, 및 3) 노르데니아 인터내셔날 AG (독일)로부터 표피 층을 가진 50gsm 녹색 엘라스토머 필름. 하기 표는 결과를 요약한다.
샘플 피크 하중(g) 정적 COF 동적 COF
대조 859 4.32 3.23
샘플 1 74 0.37 0.30
셉톤 필름 160 0.80 0.73
노르데니아 필름 57 0.29 0.24
따라서, 본 발명은 MD 강성 및 CD 탄성을 가진 다층 필름을 제공한다. 또한, 본 발명의 다층 필름은 비-점착성이고, 필름의 하나 이상의 층에 충진제를 혼입함으로써 통기성이 될 수 있다. 본 발명의 다층 필름은 개인 관리 제품으로 혼입될 때 더욱 효율적인 가공을 제공하고, 이에 의해 제조 시간 및 비용을 감소시킨다.
본 발명의 목적을 위해 주어진 상기 구현양태의 세부사항이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 단지 몇몇 구현양태들이 상기 상세히 설명되어 있긴 하지만, 당업자라면 본 발명의 새로운 교시내용 및 장점으로부터 실제로 벗어나지 않으면서 일례의 구현양태에서 많은 변형들이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되고 이것은 하기 청구의 범위 및 그의 모든 균등범위에 한정된다. 또한, 일부 구현양태, 특히 바람직한 구현양태의 모든 장점을 달성하지 않는 다수의 구현양태들이 고안될 수도 있는 것으로 인식되지만, 특정한 장점이 부재할 경우라도 이러한 구현양태가 본 발명의 범위 밖이라는 것을 반드시 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (23)

  1. 엘라스토머 중합체 코어 층; 및
    코어 층의 면 위에 중합체 표피 층을 포함하는 다층 필름으로,
    여기서, 상기 중합체 표피 층은 엘라스토머가 아니고, 전체 다층 필름 중량의 2.5% 내지 30%를 구성하며, 횡-방향으로 신장가능성이고;
    다층 필름이 횡-방향에서 탄성이고, 횡-방향에서보다 기계 방향에서 덜 탄성이며, 연신되지 않은 길이에 비해 10% 더 큰 길이로 기계 방향으로 연신될 때, 폭 3 인치 당 500 그램 이상의 하중을 나타내는, 다층 필름.
  2. 제1항에 있어서, 코어 층의 두 번째 면 위에 두 번째 중합체 표피 층을 추가로 포함하고, 두 번째 중합체 표피 층은 엘라스토머가 아닌 것인 다층 필름.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코어 층이 열가소성 엘라스토머를 포함하는 것인 다층 필름.
  4. 제3항에 있어서, 코어 층이 스티렌 블록 공중합체, 열가소성 폴리우레탄, 단일-부위 촉매화 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 또는 이들의 조합으로부터 선택된 중합체를 포함하는 것인 다층 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필름은 기계 방향에서 비탄성인 다층 필름.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표피 층이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 이들의 조합으로부터 선택된 폴리올레핀을 포함하는 것인 다층 필름.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 필름이 기계-방향에서 안정한 것인 다층 필름.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표피 층이 0.75 이하의 마찰 계수를 갖는 것인 다층 필름.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필름 층들이 공압출되는 것인 다층 필름.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2.5 중량% 내지 15 중량%의 표피 층을 포함하는 다층 필름.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 필름이 횡-방향에서 적어도 50% 만큼 연신될 수 있는 것인 다층 필름.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 필름이 횡-방향에서 100%까지 연신될 때 적어도 50% 수축될 수 있는 것인 다층 필름.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필름 층들 중의 적어도 하나가 탄산칼슘, 비-팽윤성 점토, 실리카, 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 탈크, 황산마그네슘, 이산화티탄, 탄산바륨, 카올린, 운모, 탄소, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄 또는 이들의 조합으로부터 선택된 충진제 입자를 포함하는 것인 다층 필름.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 필름이 적어도 300 그램/m2-24시간의 수증기 투과율을 갖는 것인 다층 필름.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다층 필름이 1000 그램/m2-24시간 내지 5000 그램/m2-24시간의 수증기 투과율을 갖는 것인 다층 필름.
  16. 첫 번째 중합체 표피 층과 두 번째 중합체 표피 층 사이에 엘라스토머 중합체 코어 층을 압출하고, 여기에서 첫 번째 및 두 번째 중합체 표피 층이 엘라스토머가 아니며, 첫 번째 및 두 번째 표피 층이 전체 다층 필름 중량의 2.5% 내지 30%를 구성하며, 횡-방향으로 신장가능성이고;
    첫 번째 및 두 번째 표피 층을 배향시켜 횡-방향 탄성을 가진 다층 필름을 제공하는 것을 포함하고, 여기에서 필름이 횡-방향에서보다 기계 방향에서 덜 탄성이며, 연신되지 않은 길이에 비해 10% 더 큰 길이로 기계 방향으로 연신될 때, 폭 3 인치 당 500 그램 이상의 하중을 나타내는, 횡-방향에서 탄성이고 기계 방향에서 비탄성인 다층 필름의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 첫 번째 및 두 번째 표피 층을 배향하는 것이 다층 필름을 기계 방향으로 연신시키는 것을 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 첫 번째 및 두 번째 표피 층을 배향하는 것이 다층 필름을 횡-방향으로 연신시키는 것을 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 다층 필름을 횡-방향으로 연신시키는 것이 2개의 홈이 파인 롤 사이의 닙을 통해 다층 필름을 통과시키는 것을 포함하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 다층 필름을 횡-방향으로 연신시키는 것이 다층 필름을 텐터링하는 것을 포함하는 방법.
  21. 제1항의 다층 필름과 부직웹을 포함하는 라미네이트.
  22. 제1항에 있어서, 상기 필름은 연신되지 않은 길이에 비해 10% 더 큰 길이로 기계 방향으로 연신시 3 인치 폭 당 1000 그램 이상의 하중을 나타내는 것인 다층 필름.
  23. 제1항에 있어서, 상기 표피 층이 비-엘라스토머성 폴리프로필렌, 비-엘라스토머성 폴리프로필렌 공중합체, 또는 이들의 조합으로 형성된 것인 다층 필름.
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