KR101586515B1 - 올레핀계 탄성체를 함유하는 수감응성 필름 - Google Patents

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Abstract

탄성이면서 물의 존재하에 시간이 지나면 통합성을 상실한다는 점에서 수감응성(예: 수용성, 수분산성 등)인 필름이 개시된다. 이러한 이중의 속성을 획득하기 위해, 필름은 올레핀계 탄성체 및 수용성 중합체를 함유한다. 이들 중합체는 보통은 그들 간의 상이한 극성으로 인해 화학적으로 비상용성이지만, 본 발명자들은 필름의 특정 측면, 예컨대 폴리올레핀, 수용성 중합체 및 다른 필름 성분들의 속성, 필름 성분들의 상대적인 양 등을 선택적으로 조절함으로써 상 분리를 최소화할 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 특정 수용성 중합체는 비극성 폴리올레핀과의 용융 상용성을 향상시키기 위해 낮은 분자량 및 점도를 가지는 것으로 선택할 수 있다. 이것은, 수용성 중합체가 물과 접촉하여 분산되는 능력을 제한하는 분리된 상이 대체로 없는 필름을 생성할 수 있다.

Description

올레핀계 탄성체를 함유하는 수감응성 필름{WATER-SENSITIVE FILM CONTAINING AN OLEFINIC ELASTOMER}
필름은 기저귀, 생리대, 성인 요실금 의복, 붕대 등과 같은 다양한 일회용 상품에 사용된다. 예를 들면, 많은 생리대는 그의 뒷면(신체측 표면의 반대쪽 생리대 표면)에 생리대를 속옷에 부착하여 신체에 대해 고정하기 위한 접착 스트립을 갖는다. 사용 전, 접착 스트립은 벗겨낼 수 있는 박리 라이너(release liner)로 보호된다. 벗겨낼 수 있는 박리 라이너는 제거 후에는 폐기되어야 한다. 통상의 박리 라이너는 박리 코팅물로 코팅된 필름 또는 종이를 함유할 수 있다. 그러나 그러한 박리 코팅 필름 또는 종이는 물에 잘 분산되지 않으며, 이에 따라 폐기 방법은 박리 라이너를 쓰레기통에 버리는 것에 제한된다. 통상의 박리 라이너를 변기에 버리는 것이 소비자에게는 편리할 것이지만, 그것은 변기의 막힘을 유발할 가능성이 있다.
수세처리형(flushable) 필름은 수분산성 중합체로부터 형성된 것이 개발되고 있다. 미국 특허 제6,296,914호(Kerins, et al.)에는 예를 들어 폴리에틸렌 옥시드, 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 공중합체, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 공중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리(2-에틸 옥사졸린), 폴리비닐 메틸 에테르, 폴리비닐 피롤리돈/비닐 아세테이트 공중합체, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로스, 에틸 히드록시에틸 셀룰로스, 메틸 에테르 전분, 폴리 (n-이소프로필 아크릴아미드), 폴리 N-비닐 카프로락탐, 폴리비닐 메틸 옥사졸리돈, 폴리 (2-이소프로필-2-옥사졸린), 폴리 (2,4-디메틸-6-트리아지닐 에틸렌) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 수감응성 필름이 기재되어 있다. 그러나 이들 중합체의 일부는 열가소성이 아니며, 따라서 열가소성 필름 전환 장치를 사용하여 가공하기 쉽지 않다. 또한, 이들 필름은 탄성이 아니므로 용도가 제한될 수 있다. 상기 및 기타 문제에 대응하여, 탄성체성 및 수분산성의 중합체로부터 수수축성(water-shrinkable) 필름을 제조하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그러한 필름의 한 가지는 미국 특허 제5,641,562호(Larson, et al.)에 기재되어 있다. 한 예로서, 약 200,000의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 옥시드 및 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 함유하는 필름을 형성한다. 그러한 필름은 수축성이지만, 그럼에도 완전한 수세처리성을 획득할 정도로 물에 분산성 또는 붕해성은 아니다. 더욱이, 이 필름은 탄성이 아니다.
이와 같이, 탄성이면서 물의 존재하에 시간이 지나면 통합성을 쉽게 상실한다는 점에서 수감응성이기도 한 개선된 필름에 대한 필요성이 현존하고 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따라, 1종 이상의 수용성 중합체, 1종 이상의 가소제, 및 1종 이상의 올레핀계 탄성체를 포함하는 수감응성 탄성 필름이 개시된다. 수용성 중합체는 중량 평균 분자량이 약 10,000 내지 약 150,000 그램/몰이고 수 평균 분자량이 약 1,000 내지 약 80,000 그램/몰이다. 가소제에 대한 수용성 중합체의 중량비는 약 1 내지 약 50이고, 폴리올레핀에 대한 수용성 중합체의 중량비는 약 0.01 내지 약 3.0이다.
본 발명의 다른 실시양태에 따라, 수감응성 탄성 필름의 형성 방법이 개시된다. 이 방법은 1종 이상의 수용성 중합체, 1종 이상의 가소제, 및 1종 이상의 올레핀계 엘라스토머를 포함하는 조성물을 용융 블렌딩하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 조성물을 압출하여 필름을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 측면은 이하 보다 상세히 논의된다.
당 업자를 위한 최선의 실시 형태를 포함하는 본 발명의 완전하고 실시가능한 개시가 본 명세서의 나머지에서 하기 첨부 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 필름 형성 방법의 한 실시양태의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따라 형성될 수 있는 흡수 용품의 평면도이고;
도 3은 가소화 Elvanol™ 51-05, Celvol™ 523S, 및 Vistamaxx™ 1120의 다양한 전단 속도에서의 용융 점도를 보여주는 그래프이고;
도 4는 실시예 6의 필름의 SEM 사진이고;
도 5는 실시예 7의 필름의 SEM 사진이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복 사용은 본 발명의 동일한 또는 유사한 특징부 또는 요소를 나타내기 위함이다.
정의
본원에 사용된 "기계 방향" 또는 "MD"라는 용어는 일반적으로 재료가 생성되는 방향을 가리킨다. "횡 기계 방향" 또는 "CD"는 기계 방향에 수직인 방향을 가리킨다. 횡 기계 방향으로 측정된 치수를 "폭" 치수라 하고, 기계 방향으로 측정된 치수를 "길이" 치수라 한다.
본원에 사용된 "탄성체" 또는 "탄성"이라는 용어는 신장력 적용시 한 방향(예컨대 CD 방향)으로 신장 가능하고, 신장력 제거시 대략 그의 초기 치수로 수축/복귀하는 재료를 가리킨다. 예를 들어, 신장된 재료는 그의 이완된 비신장 길이보다 50％ 이상 더 큰 신장된 길이를 가질 수 있고, 신장력의 제거시에 그의 신장된 길이의 적어도 50％ 이내로 회복될 것이다. 가상의 예는, 1.50 인치 이상으로 신장 가능하고, 신장력 제거시 적어도 1.25 인치의 길이로 회복되는 1 인치 샘플이 될 것이다. 바람직하게는, 재료는 신장된 길이의 적어도 50％, 더욱 바람직하게는 적어도 80％를 수축 또는 회복한다.
본원에 사용된 "연신 가능한" 또는 "연신성"이라는 용어는 일반적으로 가해진 힘의 방향으로 이완 길이 또는 폭의 약 50％ 이상 신장 또는 연신되는 재료를 가리킨다. 연신성 재료는 반드시 회복 특성을 갖지는 않는다. 예를 들어, 탄성체 재료는 회복 특성을 갖는 연신성 재료이다. 필름은 연신성이나 회복 특성을 갖지 않을 수 있으며, 따라서 연신성 비탄성 재료일 수 있다.
본원에 사용된 "신장률"이라는 용어는 일정한 힘을 받았을 때 주어진 방향으로 재료가 신장하는 정도를 가리킨다. 특히, 신장률은 신장된 방향으로의 재료 길이 증가를 측정하고 이 값을 재료의 초기 치수로 나눈 후 100을 곱하여 결정한다.
본원에 사용된 "고정(set)"이라는 용어는 연신 및 회복 후, 즉, 순환 시험 동안 재료를 신장시키고 이완시킨 후의 재료 샘플의 잔류 연신율을 가리킨다.
본원에 사용된 "고정률(percent set)"은 신장 및 이완 후 재료 초기 길이로부터 신장된 양에 대한 측정치이다. 가해진 응력의 제거 후 잔류하는 변형을 고정률로 한다.
상세한 설명
이제 본 발명의 다양한 실시양태를 상세히 참조할 것이며, 그의 하나 이상의 예를 이하에 제시하겠다. 각 예는 본 발명의 설명 수단으로 제공된 것이며, 본 발명을 제한하지 않는다. 실제로, 당 업계의 숙련자에게는 본 발명의 범위 또는 취지에서 벗어남 없이 본 발명에 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음이 자명할 것이다. 예를 들어, 한 실시양태의 일부로서 도시되거나 설명된 특징을 다른 실시양태에 사용하여 또 다른 실시양태를 도출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 그러한 변형 및 변경은 첨부 청구범위 및 그의 등가물에 드는 것으로서 포함하고자 한다.
일반적으로 말해서, 본 발명은 탄성이면서 물의 존재하에 시간이 지나면 통합성을 상실한다는 점에서 수감응성(예: 수용성, 수분산성 등)인 필름에 대한 것이다. 이러한 이중의 속성을 획득하기 위해, 필름은 올레핀계 탄성체 및 수용성 중합체를 함유한다. 이들 중합체는 보통은 그들 간의 상이한 극성으로 인해 화학적으로 비상용성이지만, 본 발명자들은 필름의 특정 측면, 예컨대 폴리올레핀, 수용성 중합체 및 다른 필름 성분들의 속성, 필름 성분들의 상대적인 양 등을 선택적으로 조절함으로써 상 분리를 최소화할 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 특정 수용성 중합체는 비극성 폴리올레핀과의 용융 상용성을 향상시키기 위해 낮은 분자량 및 점도를 가지는 것으로 선택할 수 있다. 이것은, 수용성 중합체가 물과 접촉하여 분산되는 능력을 제한하는 분리된 상이 대체로 없는 필름을 생성할 수 있다. 이와 관련, 본 발명의 다양한 실시양태를 이제 이하에 더욱 상세히 설명하겠다.
I. 필름 성분
A. 올레핀계 탄성체
당 업계에 공지된 것과 같은 다양한 올레핀계 탄성체를 필름에 사용할 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 올레핀계 탄성체는 실질적으로 규칙적인 구조("반결정질")을 가지거나 나타낼 수 있는 폴리올레핀이다. 그러한 올레핀계 탄성체는 비변형 상태에서는 실질적으로 무정형이나, 신장시에 결정성 도메인을 형성할 수 있다. 올레핀 중합체의 결정화도는 약 3％ 내지 약 30％, 일부 실시양태에서는 약 5％ 내지 약 25％, 일부 실시양태에서는 약 5％ 내지 약 15％일 수 있다. 마찬가지로, 올레핀계 탄성체는, 결정화도의 또 다른 지표인 용융잠열(ΔHf)이 약 15 내지 약 75 줄/그램("J/g"), 일부 실시양태에서는 약 20 내지 약 65 J/g, 일부 실시양태에서는 약 25 내지 약 50 J/g일 수 있다. 올레핀계 탄성체는 또한 비캣(Vicat) 연화 온도가 약 10℃ 내지 약 100℃, 일부 실시양태에서는 약 20℃ 내지 약 80℃, 일부 실시양태에서는 약 30℃ 내지 약 60℃일 수 있다. 올레핀계 탄성체는 용융 온도가 약 20℃ 내지 약 120℃, 일부 실시양태에서는 약 35℃ 내지 약 90℃, 일부 실시양태에서는 약 40 내지 약 80℃일 수 있다. 용융잠열(ΔHf) 및 용융 온도는 당 업계의 숙련자에게 주지된 바와 같이 ASTM D-3417에 따라 시차 주사 열량계("DSC")를 사용하여 측정할 수 있다. 비캣 연화 온도는 ASTM D-1525에 따라 측정할 수 있다.
예시적인 반결정질 올레핀계 탄성체로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이들의 블렌드 및 공중합체를 들 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 폴리에틸렌은 에틸렌과 α-올레핀, 예컨대 C3-C20 α-올레핀 또는 C3-C12 α-올레핀의 공중합체인 것을 사용할 수 있다. 적합한 α-올레핀은 선형 또는 분지형(예: 하나 이상의 C1-C3 알킬 분지, 또는 아릴기)일 수 있다. 구체적인 예로는 1-부텐; 3-메틸-1-부텐; 3,3-디메틸-1-부텐; 1-펜텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-펜텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-헥센; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-헵텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-옥텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-노넨; 에틸, 메틸 또는 디메틸 치환된 1-데센; 1-도데센; 및 스티렌을 들 수 있다. 특히 바람직한 α-올레핀 공단량체는 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐이다. 그러한 공중합체의 에틸렌 함량은 약 60 몰％ 내지 약 99 몰％, 일부 실시양태에서는 약 80 몰％ 내지 약 98.5 몰％, 일부 실시양태에서는 약 87 몰％ 내지 약 97.5 몰％일 수 있다. α-올레핀 함량은 마찬가지로 약 1 몰％ 내지 약 40 몰％, 일부 실시양태에서는 약 1.5 몰％ 내지 약 15 몰％, 일부 실시양태에서는 약 2.5 몰％ 내지 약 13 몰％의 범위일 수 있다. 프로필렌 중합체도 또한 올레핀계 탄성체로 사용하기에 적합할 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 반결정질 프로필렌계 중합체는 프로필렌과 α-올레핀, 예컨대 C2-C20 α-올레핀 또는 C2-C12 α-올레핀의 공중합체를 포함한다. 특히 바람직한 α-올레핀 공단량체는 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐이다. 그러한 공중합체의 프로필렌 함량은 약 60 몰％ 내지 약 99.5 중량％, 일부 실시양태에서는 약 80 몰％ 내지 약 99 몰％, 일부 실시양태에서는 약 85 몰％ 내지 약 98 몰％일 수 있다. α-올레핀 함량은 마찬가지로 약 0.5 몰％ 내지 약 40 몰％, 일부 실시양태에서는 약 1 몰％ 내지 약 20 몰％, 일부 실시양태에서는 약 2 몰％ 내지 약 15 몰％의 범위일 수 있다.
임의의 다양한 공지된 기술을 일반적으로 올레핀계 탄성체의 제조에 사용할 수 있다. 예를 들어, 올레핀 중합체는 자유 라디칼 또는 배위 촉매(예: 지글러-나타)를 사용하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 올레핀 중합체는 단일 자리 배위 촉매, 예컨대 메탈로센 촉매로부터 형성된다. 그러한 촉매 시스템은 공단량체가 분자 사슬 내부에 무작위로 분포되고 상이한 분자량 분획에 걸쳐 균일하게 분포된 에틸렌 공중합체를 생성한다. 메탈로센 촉매화된 폴리올레핀은 예를 들어 미국 특허 제5,571,619호(McAlpin et al.); 제5,322,728호(Davis et al.); 제5,472,775호(Obijeski et al.); 제5,272,236호(Lai et al.); 및 제6,090,325호(Wheat, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 메탈로센 촉매의 예로는 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티탄 디클로리드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로리드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸듐 클로리드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로리드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)티탄 디클로리드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로리드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티탄 트리클로리드, 페로센, 하프노센 디클로리드, 이소프로필(시클로펜타디에닐,-1-플루오레닐)지르코늄 디클로리드, 몰리브도센 디클로리드, 니켈로센, 니오보센 디클로리드, 루테노센, 티타노센 디클로리드, 지르코노센 클로리드 히드리드, 지르코노센 디클로리드 등을 들 수 있다. 메탈로센 촉매를 사용하여 제조한 중합체는 전형적으로 좁은 분자량 범위를 갖는다. 예를 들어, 메탈로센 촉매화 중합체는 다분산도(Mw/Mn)가 4 미만이며, 조절된 단쇄 분지 분포 및 조절된 이소택틱성을 갖는다.
그러한 α-올레핀 공중합체의 밀도는 α-올레핀의 길이 및 양 둘 다의 함수이다. 즉, α-올레핀의 길이가 더 길고 α-올레핀의 존재량이 더 많을수록 공중합체의 밀도는 낮아진다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 공중합체가 소성 및 탄성체 특성을 모두 나타내도록 하는 α-올레핀 단쇄 분지 함량을 갖는다는 점에서, 실질적으로 선형인 탄성체가 특히 바람직하다. α-올레핀 공단량체와의 중합은 결정화도 및 밀도를 떨어뜨리므로, 결과의 탄성체는 보통은 폴리에틸렌 열가소성 중합체(예: LLDPE)의 밀도보다는 낮으나 다른 탄성체의 밀도에는 근접하고/거나 중첩되는 밀도를 갖는다. 예를 들어, 올레핀계 탄성체의 밀도는 약 0.91 그램/세제곱센티미터(g/㎤) 이하, 일부 실시양태에서는 약 0.85 내지 약 0.89 g/㎤, 일부 실시양태에서는 약 0.85 g/㎤ 내지 약 0.88 g/㎤일 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 바람직한 에틸렌 탄성체는 미국 텍사스주 휴스턴의 엑손모빌 케미컬 캄파니(ExxonMobil Chemical Company)로부터 EXACT™로 입수 가능한 에틸렌계 공중합체 플라스토머이다. 다른 적합한 폴리에틸렌 플라스토머는 미국 미시건주 미들랜드의 다우 케미컬 캄파니(Dow Chemical Company)로부터 ENGAGE™ 및 AFFINITY™라는 상표명으로 입수 가능하다. 또 다른 적합한 에틸렌 중합체는 더 다우 케미컬 캄파니로부터 DOWLEX™(LLDPE) 및 ATTANE™(ULDPE)라는 상표명으로 입수 가능하다. 그러한 에틸렌 중합체는 미국 특허 제4,937,299호(Ewen et al.); 제5,218,071호(Tsutsui et al.); 제5,272,236호(Lai, et al.); 및 제5,278,272호(Lai, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 적합한 프로필렌 중합체는 미국 텍사스주 휴스턴의 엑손모빌 케미컬 캄파니로부터 VISTAMAXX™; 벨기에 펠루이의 아토피나 케미컬스(Atofina Chemicals)로부터 FINA™(예: 8573); 미쓰이 페트로케미컬 인더스트리스(Mitsui Petrochemical Industries)로부터 TAFMER™; 및 미국 미시건주 미들랜드의 다우 케미컬 캄파니로부터 VERSIFY™라는 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 프로필렌 중합체의 다른 예는 미국 특허 제6,500,563호(Datta, et al.); 제5,539,056호(Yang, et al.); 및 제5,596,052호(Resconi, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
올레핀계 탄성체의 용융 유동 지수(MI)는 일반적으로 다양하지만, 전형적으로는 190℃에서 측정하여 약 0.1 그램/10분 내지 약 100 그램/10분, 일부 실시양태에서는 약 0.5 그램/10분 내지 약 30 그램/10분, 일부 실시양태에서는 약 1 내지 약 10 그램/10분의 범위이다. 용융 유동 지수는 190℃에서 10분 동안 2.16 kg의 힘을 받았을 때에 압출 유변계 오리피스(0.0825 인치 직경)를 통해 빠져나갈 수 있는 중합체의 중량(그램 단위)이며, ASTM 시험법 D1238-E에 따라 측정할 수 있다.
물론, 다른 올레핀계 탄성체가 본 발명에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 열가소성 탄성체는 스티렌-올레핀 블록 공중합체, 예컨대 스티렌-(에틸렌-부틸렌), 스티렌-(에틸렌-프로필렌), 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌-(에틸렌-부틸렌), 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌-(에틸렌-프로필렌), 및 스티렌-에틸렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌일 수 있다. 그러한 중합체는 스티렌-디엔 블록 공중합체의 선택적 수소화에 의해 형성될 수 있으며, 이는 미국 특허 제4,663,220호, 제4,323,534호, 제4,834,738호, 제5,093,422호 및 제5,304,599호 등에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 특히 적합한 열가소성 탄성체는 미국 텍사스주 휴스턴의 크라톤 폴리머스 엘엘씨(Kraton Polymers LLC)로부터 KRATON®이라는 상표명으로 입수 가능하다. 상업적으로 입수 가능한 다른 블록 공중합체로는 일본 오까야마의 쿠라레이 캄파니, 리미티드(Kuraray Company, Ltd.)로부터 SEPTON®이라는 상표명으로 입수 가능한 S-EP-S 탄성체 공중합체를 들 수 있다. 또한 적합한 것은 미국 특허 제5,332,613호(Taylor, et al.)에 논의된 것과 같은 A-B-A-B 테트라블록 공중합체로 구성된 중합체이며, 상기 문헌은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 그러한 테트라블록 공중합체의 예는 스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)("S-EP-S-EP") 블록 공중합체이다.
B. 수용성 중합체
필름은 1종 이상의 수용성 중합체를 포함한다. 그러한 중합체는 비닐 피롤리돈, 히드록시에틸 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트(예: 2-히드록시에틸 메타크릴레이트), 히드록시프로필 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 아크릴산 또는 메타크릴산, 아크릴 또는 메타크릴 에스테르 또는 비닐 피리딘, 아크릴아미드, 비닐 아세테이트, 비닐 알코올(비닐 아세테이트의 가수분해물), 에틸렌 옥시드, 이들의 유도체 등과 같은 단량체로부터 형성될 수 있다. 적합한 단량체의 다른 예는 미국 특허 제4,499,154호(James, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 생성된 중합체는 단독중합체 또는 혼성중합체(예: 공중합체, 삼원공중합체 등)일 수 있고, 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성일 수 있다. 또한, 중합체는 한 종류로 된 것일 수도 있고(즉, 균질), 또는 상이한 중합체들의 혼합물을 사용할 수도 있다(즉, 불균질). 한 특정 실시양태에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올("PVOH"), 폴리비닐 알코올의 공중합체(예: 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 메틸 메타크릴레이트 비닐 알코올 공중합체 등) 등과 같이 관능성 히드록실기를 갖는 반복 단위를 함유한다. 예를 들어 비닐 알코올 중합체는 분자 내에 2개 이상의 비닐 알코올 단위를 가지며, 비닐 알코올의 단독중합체 또는 다른 단량체 단위를 함유하는 공중합체일 수 있다. 비닐 알코올 단독중합체는 비닐 포르메이트, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트 등과 같은 비닐 에스테르 중합체의 가수분해에 의해 얻을 수 있다. 비닐 알코올 공중합체는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐 등과 같은 2 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 올레핀; 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레산, 푸마르산 등과 같은 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 불포화 카르복실산, 또는 그의 에스테르, 염, 무수물 또는 아미드; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등과 같은 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 불포화 니트릴; 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르 등과 같은 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 비닐 에테르; 등과 비닐 에스테르의 공중합체의 가수분해에 의해 얻을 수 있다.
가수분해도는 중합체의 가용성 등을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 가수분해도는 약 60 몰％ 내지 약 95 몰％, 일부 실시양태에서는 약 80 몰％ 내지 약 90 몰％, 일부 실시양태에서는 약 85 몰％ 내지 약 89 몰％일 수 있다. 적합한 부분 가수분해 폴리비닐 알코올 중합체의 예는 셀라니즈 코포레이션(Celanese Corp.)으로부터 CELVOL™ 203, 205, 502, 504, 508, 513, 518, 523, 530, 또는 540이라는 상표명으로 입수 가능하다. 다른 적합한 부분 가수분해 폴리비닐 알코올 중합체는 듀폰(DuPont)으로부터 ELVANOL™ 50-14, 50-26, 50-42, 51-03, 51-04, 51-05, 51-08 및 52-22라는 상표명으로 입수 가능하다.
본 발명에 사용되는 수용성 중합체는 일반적으로 낮은 분자량을 갖는다. 예를 들어, 수용성 중합체는 수 평균 분자량("Mn")이 약 1,000 내지 약 80,000 그램/몰, 일부 실시양태에서는 약 5,000 내지 60,000 그램/몰, 일부 실시양태에서는 약 10,000 내지 약 40,000 그램/몰 범위일 수 있다. 마찬가지로, 수용성 중합체는 또한 중량 평균 분자량("Mw")이 약 10,000 내지 약 150,000 그램/몰, 일부 실시양태에서는 약 20,000 내지 약 100,000 그램/몰, 일부 실시양태에서는 약 30,000 내지 약 75,000 그램/몰 범위일 수 있다. 수 평균 분자량에 대한 중량 평균 분자량의 비율("Mw/Mn"), 즉, "다분산도" 또한 비교적 낮다. 예를 들어, 다분산도는 전형적으로 약 1.0 내지 약 4.0, 일부 실시양태에서는 약 1.1 내지 약 3.0, 일부 실시양태에서는 약 1.2 내지 약 2.5 범위이다. 수용성 중합체는 또한 용액 점도가 약 50 내지 약 800 밀리파스칼·초(mPa·s), 일부 실시양태에서는 약 100 내지 약 700 mPa·s, 일부 실시양태에서는 약 200 내지 약 600 mPa·s일 수 있다. 용액 점도는 문헌[ASTM-D 1343-56 Part 8, 1958, page 486]에 따라 회플러(Hoeppler) 낙구법에 의해 20℃의 4％ 수용액으로 측정한다.
가소제가 또한 수용성 중합체를 용융 가공성으로 하기 위해 본 발명에 사용된다. 적합한 가소제로는 예를 들어 다가 알코올 가소제, 예컨대 당류(예: 글루코스, 수크로스, 프룩토스, 라피노스, 말토덱스트로스, 갈락토스, 크실로스, 말토스, 락토스, 만노스 및 에리트로스), 당 알코올류(예: 에리트리톨, 크실리톨, 말리톨, 만니톨 및 소르비톨), 폴리올(예: 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜 및 헥산 트리올) 등을 들 수 있다. 또한 적합한 것은 히드록실기를 갖지 않는 수소 결합 형성 유기 화합물이며, 우레아 및 우레아 유도체; 소르비탄과 같은 당 알코올류의 무수물; 젤라틴과 같은 동물 단백질; 해바라기 단백질, 대두 단백질, 면실 단백질과 같은 식물 단백질; 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 다른 적합한 가소제로는 프탈레이트 에스테르, 디메틸 및 디에틸숙시네이트 및 관련 에스테르, 글리세롤 트리아세테이트, 글리세롤 모노 및 디아세테이트, 글리세롤 모노, 디, 및 트리프로피오네이트, 부타노에이트, 스테아레이트, 락트산 에스테르, 시트르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 스테아르산 에스테르, 올레산 에스테르 및 기타 산 에스테르를 들 수 있다. 지방족 산을 또한 사용할 수 있으며, 예컨대 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 말레산으로 그래프팅된 폴리에틸렌, 폴리부타디엔-코-아크릴산, 폴리부타디엔-코-말레산, 폴리프로필렌-코-아크릴산, 폴리프로필렌-코-말레산, 및 다른 탄화수소계 산이다. 저분자량 가소제가 바람직하며, 예컨대 약 20,000 g/mol 미만, 바람직하게는 약 5,000 g/mol 미만, 더욱 바람직하게는 약 1,000 g/mol 미만이다.
전형적으로, 가소제에 대한 수용성 중합체의 중량비는 약 1 내지 약 50, 일부 실시양태에서는 약 2 내지 약 25, 일부 실시양태에서는 약 3 내지 약 15일 수 있다. 예를 들어, 가소제와 수용성 중합체의 블렌드("가소화된 수용성 중합체")는 약 1 중량％ 내지 약 40 중량％, 일부 실시양태에서는 약 2 중량％ 내지 약 30 중량％, 일부 실시양태에서는 약 5 중량％ 내지 약 25 중량％의 가소제 및 약 60 중량％ 내지 약 99 중량％, 일부 실시양태에서는 약 70 중량％ 내지 약 98 중량％, 일부 실시양태에서는 약 75 중량％ 내지 약 95 중량％의 수용성 중합체를 함유할 수 있다.
수용성 중합체의 속성(예: 분자량, 점도 등), 가소제의 속성, 및 수용성 중합체와 가소제의 상대적인 양에 대한 선택적 조절을 통해, 결과의 가소화 수용성 중합체는 올레핀 탄성체와 유사한 용융 점도를 달성할 수 있어 필름의 형성 동안 상 분리의 최소화에 더욱 도움이 된다. 즉, 가소화 수용성 중합체에 대한 올레핀계 탄성체의 용융 점도의 비율은 전형적으로 약 0.6 내지 약 2.5, 일부 실시양태에서는 약 0.8 내지 약 2.2, 일부 실시양태에서는 약 0.9 내지 약 2이다. 예를 들어, 가소화 수용성 중합체는 겉보기 용융 점도가 195℃의 온도 및 1000 초-1의 전단 속도에서 측정하여 약 10 내지 약 400 파스칼·초(Pa·s), 일부 실시양태에서는 약 20 내지 200 Pa·s, 일부 실시양태에서는 약 30 내지 약 80 Pa·s일 수 있다. 마찬가지로, 올레핀계 탄성체의 겉보기 용융 점도는 195℃의 온도 및 1000 초-1의 전단 속도에서 측정하여 약 20 내지 약 500 파스칼·초(Pa·s), 일부 실시양태에서는 약 30 내지 약 200 Pa·s, 일부 실시양태에서는 약 40 내지 약 100 Pa·s 범위일 수 있다.
필름에 사용되는 수용성 중합체와 올레핀계 탄성체의 상대적인 양도 상 분리를 더욱 최소화하는 데에 도움이 되도록 선택할 수 있다. 예를 들어, 올레핀계 탄성체에 대한 수용성 중합체의 중량비는 전형적으로 약 0.01 내지 약 3.0, 일부 실시양태에서는 약 0.1 내지 약 2.5, 일부 실시양태에서는 약 1.0 내지 약 2.0이다. 올레핀계 탄성체는 필름의 약 10 중량％ 내지 약 70 중량％, 일부 실시양태에서는 약 15 중량％ 내지 약 60 중량％, 일부 실시양태에서는 약 20 중량％ 내지 약 50 중량％를 구성할 수 있다. 수용성 중합체는 필름의 약 20 중량％ 내지 약 90 중량％, 일부 실시양태에서는 약 30 중량％ 내지 약 80 중량％, 일부 실시양태에서는 약 40 중량％ 내지 약 70 중량％를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 가소제는 필름의 약 1 중량％ 내지 약 30 중량％, 일부 실시양태에서는 약 2 중량％ 내지 약 20 중량％, 일부 실시양태에서는 약 5 중량％ 내지 약 15 중량％를 구성할 수 있다.
C. 슬립 첨가제( Slip Additive )
바람직할 경우, 상이한 중합체 상들 간의 접착을 감소시킴으로써 분리된 용융 상들의 형성을 최소화하기 위해 슬립 첨가제를 또한 본 발명에 사용할 수 있다. 적합한 슬립 첨가제로는 예를 들어 지방산의 염 또는 아미드, 방향족 또는 지방족 탄화수소 오일의 염 유도체, 특히 탄소 원자 7 내지 26개, 바람직하게는 탄소 원자 10 내지 22개의 사슬 길이를 갖는 포화 또는 불포화 지방산의 금속 염을 들 수 있다. 적합한 지방산의 예로는 모노카르복실산 라우르산, 스테아르산, 숙신산, 스테아릴 락트산, 락트산, 프탈산, 벤조산, 히드록시스테아르산, 리시놀레산, 나프텐산, 올레산, 팔미트산, 에루스산 등을 들 수 있다. 적합한 금속으로는 Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Al, Sn, Pb 등을 들 수 있다. 대표적인 지방산 염으로는 예를 들어 마그네슘 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 소듐 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 칼슘 올레에이트, 아연 올레에이트, 마그네슘 올레에이트 등을 들 수 있다. 대표적인 지방산 아미드는 화학식이 RC(O)NHR1이며, 여기에서 R은 탄소 원자 7 내지 26개, 바람직하게는 탄소 원자 10 내지 22개를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기이고, R1은 독립적으로 수소, 또는 탄소 원자 7 내지 26개, 바람직하게는 탄소 원자 10 내지 22개를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기이다. 이 구조의 예시적인 화합물로는 팔미트아미드, 스테아르아미드, 아라키드아미드, 베헨아미드, 올레아미드, 에루스아미드, 리놀레아미드, 스테아릴 스테아르아미드, 팔미틸 팔미트아미드, 스테아릴 아라키드아미드 등을 들 수 있다.
슬립 첨가제는 담체 수지와 블렌딩되어 마스터배치를 형성할 수 있다. 특히, 담체 수지는 필름 형성에 사용되는 다른 중합체와 첨가제의 상용성을 향상시킨다. 첨가제는 중합체의 결정성 도메인보다는 무정형 영역과 더욱 혼화성이므로, 담체 수지는 일반적으로 상용성을 최적화하기 위해 무정형 또는 반결정형이다. 예시적인 무정형 중합체로는 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 아크릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 스티렌-아크릴로니트릴, 및 폴리술폰을 들 수 있다. 예시적인 반결정형 중합체로는 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리(비닐리덴 플루오리드), 폴리(메틸 펜텐), 폴리(에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌), 폴리(비닐 플루오리드), 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 나일론 6, 나일론 66, 폴리(비닐 알코올) 및 폴리부텐을 들 수 있다. 특히 적합한 담체 수지로는 폴리올레핀, 예컨대 에틸렌계 중합체(예: DOWLEX™ 2517; Dow LLDPE DNDA-1082, Dow LLDPE DNDB-1077, Dow LLDPE 1081, 및 Dow LLDPE DNDA 7147)를 들 수 있다. 일부 경우, 고밀도 중합체, 예컨대 Dow HDPE DMDA-8980이 유용할 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 슬립 첨가제 마스터배치의 예로는 AMPACET™ 10090 (암파셋 노쓰 어메리카(Ampacet North America))를 들 수 있으며, 이것은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 중에 5 중량％의 에루스아미드를 함유하는 것으로 여겨진다.
슬립 첨가제 마스터배치의 담체 수지는 사용될 경우 마스터배치의 약 80 중량％ 내지 약 99 중량％, 일부 실시양태에서는 약 85 중량％ 내지 약 98 중량％, 일부 실시양태에서는 약 90 중량％ 내지 약 97 중량％를 구성할 수 있다. 슬립 첨가제는 마찬가지로 마스터배치의 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％, 일부 실시양태에서는 약 2 중량％ 내지 약 15 중량％, 일부 실시양태에서는 약 3 중량％ 내지 약 10 중량％를 구성할 수 있다. 매스터배치는 필름의 약 0.05 중량％ 내지 약 10 중량％, 일부 실시양태에서는 약 0.1 중량％ 내지 약 5 중량％, 일부 실시양태에서는 약 0.5 중량％ 내지 약 4 중량％를 구성할 수 있다.
D. 상용화제
폴리올레핀과 수용성 중합체 사이의 상용성을 더욱 향상사키기 위해 필름에 상용화제를 사용할 수도 있다. 그러한 상용화제는 사용될 경우 필름의 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％, 일부 실시양태에서는 약 2 중량％ 내지 약 15 중량％, 일부 실시양태에서는 약 4 중량％ 내지 약 10 중량％를 구성할 수 있다. 예를 들어, 상용화제는 수용성 중합체와 상용성인 하나 이상의 관능기에 의해 제공되는 극성 성분, 및 올레핀계 탄성체와 상용성인 올레핀에 의해 제공되는 비극성 성분을 보유하는 관능화 폴리올레핀일 수 있다. 극성 성분은 예를 들어 하나 이상의 관능기에 의해 제공될 수 있고, 비극성 성분은 올레핀에 의해 제공될 수 있다. 상용화제의 올레핀 성분은 일반적으로 임의의 선형 또는 분지형 α-올레핀 단량체, 올레핀 단량체로부터 유도된 올리고머 또는 중합체(공중합체 포함)로부터 형성될 수 있다. α-올레핀 단량체는 전형적으로 2 내지 14개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다. 적합한 단량체의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 2-메틸-1-프로펜, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 및 5-메틸-1-헥센을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 폴리올레핀의 예로는 단독중합체 및 공중합체 둘 다, 즉, 폴리올레핀, EPDM과 같은 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 및 폴리메틸펜텐 중합체를 들 수 있다. 올레핀 공중합체는 소량의 비올레핀계 단량체, 예컨대 스티렌, 비닐 아세테이트, 디엔, 또는 아크릴 및 비아크릴 단량체를 포함할 수 있다.
관능기는 다양한 공지의 기술을 사용하여 중합체 주쇄에 도입될 수 있다. 예를 들어, 관능기를 함유하는 단량체를 폴리올레핀 주쇄상에 그래프팅하여 그래프트 공중합체를 형성할 수 있다. 그러한 그래프팅 기술은 당 업계에 주지되어 있고, 예를 들어 미국 특허 제5,179,164호에 기재되어 있으며, 이 문헌은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 다른 실시양태에서, 관능기를 함유하는 단량체를 올레핀 단량체와 공중합하여 블록 또는 랜덤 공중합체를 형성할 수 있다. 도입되는 방식과 상관없이, 상용화제의 관능기는 분자에 극성 세그먼트를 제공하는 임의의 기일 수 있으며, 예컨대 카르복실기, 산 무수물 기, 산 아미드기, 이미드기, 카르복실레이트기, 에폭시기, 아미노기, 이소시아네이트기, 옥사졸린 고리를 함유하는 기, 히드록실기 등이다. 그러한 관능기를 함유하는 화합물의 예로는 지방족 카르복실산; 방향족 카르복실산; 에스테르; 이들 산의 산 무수물 및 산 아미드; 상기 산 및/또는 산 무수물로부터 유도된 이미드; 지방족 글리콜 또는 페놀; 이소시아네이트, 예컨대 톨루엔 디이소시아네이트 및 메틸렌비스-(4-페닐 이소시아네이트); 옥사졸린, 예컨대 2-비닐-2-옥사졸린; 에폭시 화합물, 예컨대 에피클로로히드린 및 글리시딜 메타크릴레이트; 지방족 아민(예: 모노아민, 디아민, 아민, 또는 테트라아민); 방향족 아민, 예컨대 m-페닐렌디아민 등을 들 수 있다. 특히 적합한 관능기는 말레산 무수물, 말레산, 푸마르산, 말레이미드, 말레산 히드라지드, 말레산 무수물과 디아민의 반응 생성물, 메틸나드산 무수물, 디클로로말레산 무수물, 말레산 아미드, 및 천연 지방 및 오일, 예컨대 대두유, 동유, 피마자유, 아마유, 대마씨유, 면실유, 참기름, 유채씨유, 낙화생유, 동백유, 올리브유, 야자유 및 정어리유; 불포화 카르복실산, 예컨대 아크릴산, 부텐산, 크로톤산, 비닐 아세트산, 메타크릴산, 펜텐산, 엔젤산, 티글산, 2-펜텐산, 3-펜텐산, α-에틸아크릴산, β-메틸크로톤산, 4-펜텐산, 2-메틸-2-펜텐산, 3-메틸-2-펜텐산, α-에틸크로톤산, 2,2-디메틸-3-부텐산, 2-헵텐산, 2-옥텐산, 4-데센산, 9-운데센산, 10-운데센산, 4-도데센산, 5-도데센산, 4-테트라데센산, 9-테트라데센산, 9-헥사데센산, 2-옥타데센산, 9-옥타데센산, 에이코센산, 도코센산, 에루스산, 테트라코센산, 미콜리펜산, 2,4-펜타디엔산, 2,4-헥사디엔산, 디알릴 아세트산, 게란산, 2,4-데카디엔산, 2,4-도데카디엔산, 9,12-헥사데카디엔산, 9,12-옥타데카디엔산, 헥사데카트리엔산, 리놀산, 리놀렌산, 옥타데카트리엔산, 에이코사디엔산, 에이코사트리엔산, 에이코사테트라엔산, 리시놀레산, 엘레오스테르산, 올레산, 에이코사펜타엔산, 에루스산, 도코사디엔산, 도코사트리엔산, 도코사테트라엔산, 도코사펜타엔산, 테트라코센산, 헥사코센산, 헥사코디엔산, 옥타코센산, 및 테트라아코니트산; 상기한 이들 불포화 카르복실산의 에스테르, 산 아미드 또는 무수물; 등이다.
말레산 무수물로 개질된 폴리올레핀이 본 발명에 사용하기에 특히 적합하다. 그러한 개질된 폴리올레핀은 전형적으로 말레산 무수물을 중합체 주쇄 물질상에 그래프팅하여 형성된다. 그러한 말레에이트화(maleated) 폴리올레핀은 이. 아이. 듀폰 드 네모아 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 Fusabond®, 예컨대 P Series(화학적으로 개질된 폴리프로필렌), E Series(화학적으로 개질된 폴리에틸렌), C Series(화학적으로 개질된 에틸렌 비닐 아세테이트), A Series(화학적으로 개질된 에틸렌 아크릴레이트 공중합체 또는 삼원공중합체), 또는 N Series(화학적으로 개질된 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-프로필렌 디엔 단량체("EPDM") 또는 에틸렌-옥텐)라는 상표명으로 입수 가능하다. 별법으로, 말레에이트화 폴리올레핀은 또한 켐투라 코포레이션(Chemtura Corp.)으로부터 Polybond®라는 상표명으로 및 이스트맨 케미컬 캄파니(Eastman Chemical Company)로부터 Eastman G 시리즈라는 상표명으로 입수 가능하다.
형성되는 특정 방식과 상관없이, 상용화제의 다양한 측면을 선택적으로 조절하여 필름에 사용되기 위한 그의 성능을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 상용화제의 극성 기의 중량％는 올레핀계 탄성체 및 수용성 중합체와 함께 블렌딩되는 능력에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 극성 기 개질 수준이 너무 높으면, 극성 기에 의한 강한 분자 상호작용 및 물리적 네트워크 형성으로 인해 필름 형성이 제한될 수 있다. 역으로, 극성 기 개질 수준이 너무 낮으면, 상용화 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 극성 관능기(예: 말레산 무수물)는 전형적으로는 상용화제의 약 0.2 중량％ 내지 약 10 중량％, 일부 실시양태에서는 약 0.5 중량％ 내지 약 5 중량％, 일부 실시양태에서는 약 1 중량％ 내지 약 3 중량％를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 폴리올레핀 성분은 전형적으로는 상용화제의 약 90 중량％ 내지 약 99.8 중량％, 일부 실시양태에서는 약 95 중량％ 내지 약 99.5 중량％, 일부 실시양태에서는 약 97 중량％ 내지 약 99 중량％를 구성할 수 있다. 또한, 상용화제의 용융 유동 속도를 필름 형성에 부정적 영향이 없도록 조절할 수도 있다. 예를 들어, 상용화제의 용융 유동 속도는 ASTM 시험법 D1238-E에 따라 190℃의 온도에서 2160 그램의 하중으로 측정하여 약 100 내지 약 600 그램/10분, 일부 실시양태에서는 약 200 내지 약 500 그램/10분, 일부 실시양태에서는 약 250 내지 약 450 그램/10분의 범위일 수 있다.
E. 다른 성분들
당 업계에 공지된 바와 같은 다른 성분들을 또한 필름에 혼입할 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서 필름은 전분을 포함할 수 있다. 전분은 많은 식물에서 생산되지만, 전형적인 공급원으로는 곡류 낟알의 종자, 예컨대 옥수수, 찰옥수수, 밀, 수수, 쌀, 및 찹쌀; 덩이줄기, 예컨대 감자; 뿌리, 예컨대 타포이카(즉, 카사바 및 매니옥(manioc)), 고구마, 및 칡; 및 사고야자의 속을 들 수 있다. 대략적으로 말하면, 천연(비개질) 및/또는 개질 전분을 사용할 수 있다. 개질 전분은 예를 들어 당 업계에 공지된 전형적인 공정(예: 에스테르화, 에테르화, 산화, 효소 가수분해 등)에 의해 화학적으로 개질된 것을 사용할 수 있다. 전분 에테르 및/또는 에스테르가 특히 바람직할 수 있으며, 예를 들어 히드록시알킬 전분, 카르복시메틸 전분 등이다. 히드록시알킬 전분의 히드록시알킬기는 예를 들어 2 내지 10개의 탄소 원자, 일부 실시양태에서는 2 내지 6개의 탄소 원자, 일부 실시양태에서는 2 내지 4개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 대표적인 히드록시알킬 전분은 히드록시에틸 전분, 히드록시프로필 전분, 히드록시부틸 전분, 및 이들의 유도체 등이다. 전분 에스테르는 예를 들어 다양한 무수물(예: 아세틱, 프로피오닉, 부티릭 등), 유기 산, 산 클로리드, 또는 다른 에스테르화 시약을 사용하여 제조할 수 있다. 에스테르화도는 원하는 대로 변할 수 있으며, 예를 들면 전분의 글루코스 단위당 에스테르기를 1 내지 3개로 한다.
또한, 필름은 또한 1종 이상의 생분해성 폴리에스테르를 함유할 수 있다. "생분해성"이라는 용어는 일반적으로 자연에 존재하는 미생물, 예컨대 박테리아, 진균류, 및 조류; 주변의 열; 습기; 또는 다른 환경적 요인의 작용에 의해, 예를 들어 ASTM 시험 방법 5338.92에 따라 측정시에 분해되는 물질을 가리킨다. 적합한 생분해성 폴리에스테르의 예로는 지방족 폴리에스테르, 예컨대 폴리카프로락톤, 폴리에스테르아미드, 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산(PLA) 및 그의 공중합체, 폴리락트산에 기초한 삼원공중합체, 폴리글리콜산, 폴리알킬렌 카르보네이트(예컨대, 폴리에틸렌 카르보네이트), 폴리히드록시알카노에이트(PHA), 폴리-3-히드록시부티레이트(PHB), 폴리-3-히드록시발레레이트(PHV), 폴리-3-히드록시부티레이트-코-4-히드록시부티레이트, 폴리-3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레레이트 공중합체(PHBV), 폴리-3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시헥사노에이트, 폴리-3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시옥타노에이트, 폴리-3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시데카노에이트, 폴리-3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시옥타데카노에이트, 및 숙시네이트계 지방족 중합체(예: 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트, 폴리에틸렌 숙시네이트 등); 방향족 폴리에스테르 및 개질 방향족 폴리에스테르; 및 지방족-방향족 코폴리에스테르를 들 수 있다. 예를 들어, 생분해성 폴리에스테르는 하기 구조의 지방족-방향족 코폴리에스테르일 수 있다.
Figure 112010073872383-pct00001
상기 식에서,
m은 2 내지 10, 일부 실시양태에서는 2 내지 4, 일부 실시양태에서는 4의 정수이고;
n은 0 내지 18, 일부 실시양태에서는 2 내지 4, 일부 실시양태에서는 4의 정수이고;
p는 2 내지 10; 일부 실시양태에서는 2 내지 4, 일부 실시양태에서는 4의 정수이고;
x는 1 초과의 정수이고;
y는 1초과의 정수이다. 이러한 코폴리에스테르의 한 예는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트이며, 바스프 코포레이션(BASF Corp.)으로부터 ECOFLEX® F BX 7011이라는 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다. 방향족 테레프탈산 단량체 성분을 함유하는 적합한 코폴리에스테르의 또 다른 예는 이래화학(IRE Chemicals; 한국)으로부터 ENPOL™ 8060M이라는 상표명으로 입수 가능하다. 다른 적합한 지방족-방향족 코폴리에스테르는 미국 특허 제5,292,783호, 제5,446,079호, 제5,559,171호, 제5,580,911호, 제5,599,858호, 제5,817,721호, 제5,900,322호, 및 제6,258,924호에 기재되어 있을 수 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
상기한 성분들에 더하여, 다른 첨가제들을 본 발명의 필름에 혼입할 수도 있으며, 예컨대 분산 조제, 슬립 첨가제, 용융 안정화제, 가공 안정화제, 열 안정화제, 광 안정화제, 산화방지제, 열 노화 안정화제, 증백제, 결합제, 충전제 등이다. 예를 들어, 분산 조제는 전분/폴리비닐 알코올/가소제 혼합물의 균일한 분산액을 생성하고 구성 성분의 상들로 분리되는 것을 지연 또는 방지하는 데에 도움이 되도록 하기 위해 사용할 수 있다. 마찬가지로, 분산 조제는 필름의 수분산성을 향상시킬 수도 있다. 분산 조제(들)는 사용될 경우에 전형적으로 필름의 약 0.01 중량％ 내지 약 15 중량％, 일부 실시양태에서는 약 0.1 중량％ 내지 약 10 중량％, 일부 실시양태에서는 약 0.5 중량％ 내지 약 5 중량％를 구성한다. 본 발명에는 일반적으로 어떠한 분산 조제든지 사용할 수 있으나, 특정한 친수/소수 균형("HLB")을 갖는 계면활성제는 조성물의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다. HLB 지수는 당 업계에 주지되어 있으며, 한 화합물의 친수 및 친유 용액 성향 사이의 균형을 측정하는 크기이다. HLB 크기는 1 내지 약 50의 범위이며, 여기에서 낮은 수는 매우 친유 성향을 나타내고, 높은 수는 매우 친수 성향을 나타낸다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 계면활성제의 HLB 값은 약 1 내지 약 20, 일부 실시양태에서는 약 1 내지 약 15, 일부 실시양태에서는 약 2 내지 약 10이다. 바람직한 경우, HLB 값이 바람직한 값 미만 또는 초과이지만 조합으로는 평균 HLB 값이 바람직한 범위 이내인 2종 이상의 계면활성제를 사용할 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 계면활성제의 한 가지 특히 적합한 부류는, 전형적으로 소수성 베이스(예: 장쇄 알킬기 또는 알킬화 아릴기)과 친수성 사슬(예: 에톡시 및/또는 프로폭시 부분을 포함하는 사슬)을 갖는 비이온성 계면활성제이다. 예를 들어, 사용할 수 있는 일부 적합한 비이온성 계면활성제로는 에톡실화 알킬페놀, 에톡실화 및 프로폭실화 지방 알코올, 메틸 글루코스의 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 소르비톨의 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 블록 공중합체, 지방 (C8-C18) 산의 에톡실화 에스테르, 에틸렌 옥시드와 장쇄 아민 또는 아미드의 축합 생성물, 에틸렌 옥시드와 알코올의 축합 생성물, 지방산 에스테르, 장쇄 알코올의 모노글리세리드 또는 디글리세리드, 및 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 한 특정 실시양태에서, 비이온성 계면활성제는 지방산 에스테르, 예컨대 수크로스 지방산 에스테르, 글리세롤 지방산 에스테르, 프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 펜타에리트리톨 지방산 에스테르, 소르비톨 지방산 에스테르 등일 수 있다. 그러한 에스테르를 형성하는 데에 사용되는 지방산은 포화 또는 불포화, 치환 또는 비치환일 수 있고, 6 내지 22개의 탄소 원자, 일부 실시양태에서는 8 내지 18개의 탄소 원자, 일부 실시양태에서는 12 내지 14개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 지방산의 모노- 및 디-글리세리드를 본 발명에 사용할 수 있다.
충전제가 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 충전제는 필름 중합체 압출 블렌드에 첨가될 수 있고, 압출된 필름을 화학적으로 저해하지 않으며, 필름 전체에 균일하게 분산될 수 있는 미립자 또는 다른 형태의 물질이다. 충전제는 필름 탁도 및/또는 통기성(즉, 기체 투과성이면서 실질적으로 액체 불투과성) 향상을 비롯한 다양한 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 충전된 필름은, 신장에 의해 중합체를 충전제로부터 분리되게 하여 세공성 경로를 생성함으로써 통기성으로 할 수 있다. 통기성 세공성 탄성 필름은 예를 들어 미국 특허 제5,997,981호, 제6,015,764호, 및 제6,111,163호(McCormack, et al.), 제5,932,497호(Morman, et al.), 제6,461,457호(Taylor, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 또한, 힌더드 페놀은 필름 제조에서 산화방지제로서 흔히 사용된다. 일부 적합한 힌더드 페놀로는 시바 스페셜티 케미컬즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 "Irganox®", 예를 들어 Irganox® 1076, 1010, 또는 E 201이라는 상표명으로 입수 가능한 것들을 들 수 있다. 또한, 추가의 재료(예: 부직 웹)에 대한 필름의 결합을 촉진하기 위해 결합제가 필름에 첨가될 수도 있다. 그러한 결합제의 예로는 수소화 탄화수소 수지를 들 수 있다. 다른 적합한 결합제는 미국 특허 제4,789,699호(Kieffer, et al.) 및 제5,695,868호(McCormack)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
II. 필름 구조
본 발명의 필름은 단층 또는 다층일 수 있다. 다층 필름은 층들의 공압출, 압출 코팅, 또는 임의의 통상적인 적층 공정에 의해 제조할 수 있다. 그러한 다층 필름은 보통 하나 이상의 기부 층 및 하나 이상의 표피 층을 함유하나, 임의의 바람직한 수의 층들을 함유할 수 있다. 예를 들어, 다층 필름은 기부 층, 및 하나 이상의 표피 층으로부터 형성될 수 있으며, 여기에서 기부 층은 수용성 중합체와 열가소성 우레탄의 블렌드로부터 형성된다. 대부분의 실시양태에서, 표피 층(들)도 또한 상기한 블렌드로부터 형성된다. 그러나 다른 중합체들이 표피 층(들)에 사용될 수도 있음을 알 것이다.
배합된 재료로부터 필름을 형성하는 데에는 취입, 캐스팅, 플랫 다이 압출 등을 비롯한 임의의 공지된 기술을 사용할 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 필름은 기체(예: 공기)를 사용하여 압출된 중합체 블렌드의 기포를 환형 다이를 통해 팽창시키는 취입 공정에 의해 형성될 수 있다. 이어서 기포를 붕괴시켜 평평한 필름 형태로 수집한다. 취입 필름을 생성하는 방법은 예를 들어 미국 특허 제3,354,506호(Raley), 제3,650,649호(Schippers), 및 제3,801,429호(Schrenk, et al.), 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0245162호(McCormack, et al.) 및 제2003/0068951호(Boggs, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 그러나 또 다른 실시양태에서는, 캐스팅 기술을 이용하여 필름을 형성한다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 캐스트 필름을 형성하는 방법의 한 실시양태가 도시되어 있다. 원료(예: 가소제, 수용성 중합체, 올레핀계 탄성체 등)를 따로 또는 블렌드로서 용융 블렌딩 장치에 공급할 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 성분들을 따로 용융 블렌딩 장치에 공급하고, 거기에서 상기한 바와 같은 방식으로 분산 블렌딩한다. 예를 들어, 공급구 및 배기구를 포함하는 압출기를 사용할 수 있다. 한 실시양태에서, 올레핀계 탄성체를 2축 압출기의 공급구에 주입하고 용융시킬 수 있다. 그 후에, 가소제 및 수용성 중합체를 중합체 용융물에 주입할 수 있다. 어느 경우든지 상관없이, 충분한 혼합이 보장되도록 재료들을 고 전단/압력 및 열 하에 블렌딩한다. 예를 들어, 용융 블렌딩은 약 75℃ 내지 약 400℃, 일부 실시양태에서는 약 80℃ 내지 약 300℃, 일부 실시양태에서는 약 90℃ 내지 약 250℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 용융 블렌딩 동안의 겉보기 전단 속도는 약 100 초-1 내지 약 10,000 초-1, 일부 실시양태에서는 약 500 초-1 내지 약 5000 초-1, 일부 실시양태에서는 약 800 초-1 내지 약 1200 초-1의 범위일 수 있다. 겉보기 전단 속도는 4Q/πR3이며, 여기에서 Q는 중합체 용융물의 체적 유속("㎥/s")이고, R은 용융된 중합체가 통과하여 흐르는 모세관(예: 압출기 다이)의 직경("m")이다.
그 후에, 압출된 재료를 즉시 냉각시키고 펠렛 형태로 절단할 수 있다. 도 1의 특정 실시양태에서, 배합된 재료(나타내지 않음)를 이어서 압출 장치(80)로 공급하고 캐스팅 롤(90)상에 캐스팅하여 단층 전구체 필름(10a)을 형성한다. 다층 필름을 제조하고자 하는 경우, 다수의 층을 캐스팅 롤(90)상에 함께 공압출한다. 캐스팅 롤(90)에는 선택적으로는 필름에 패턴을 부여하기 위해 엠보싱 요소가 제공될 수 있다. 전형적으로, 캐스팅 롤(90)은 형성되는 시트(10a)을 고화 및 급랭시키기에 충분한 온도, 예컨대 약 20 내지 60℃로 유지된다. 바람직한 경우, 전구체 필름(10a)를 롤(90)의 표면에 가깝게 유지하는 것을 돕기 위해 캐스팅 롤(90) 인접부에 진공 상자를 위치시킬 수 있다. 또한, 에어 나이프(air knife) 또는 정전 피너(electrostatic pinner)가, 회전하는 롤을 돌아 움직이는 전구체 필름(10a)을 캐스팅 롤(90)의 표면에 밀착시키는 것에 도움이 될 수 있다. 에어 나이프는 기류를 매우 높은 유속으로 집중시켜 필름의 엣지를 고정시키는, 당 업계에 공지된 장치이다.
일단 캐스팅되면, 이어서 선택적으로는 필름(10a)을 하나 이상의 방향으로 배향시켜 추가로 필름 균일성을 향상시키고 두께를 감소시킬 수 있다. 배향은 또한 충전제를 함유하는 필름 내에 세공을 형성하여, 필름에 통기성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 필름 내의 하나 이상의 중합체의 융점보다는 낮지만 조성물이 연신 또는 신장될 수 있기에 충분히 높은 온도로 필름을 즉시 재가열할 수 있다. 순차적 배향의 경우, "연화된" 필름을 상이한 회전 속력으로 회전하는 롤들에 의해 연신하여, 시트가 길이 방향(기계 방향)으로 원하는 연신비로 신장되도록 한다. 이렇게 "단축" 배향된 필름을 이어서 섬유 웹에 적층할 수 있다. 또한, 단축 배향 필름을 또한 횡 기계 방향으로 배향시켜 "이축 배향" 필름을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 필름의 측면 엣지를 체인 클립에 물리고 텐터 오븐 안으로 이송한다. 텐터 오븐 내에서, 필름은 재가열되고, 체인 클립이 전방으로 이동하면서 벌어짐으로써 횡 기계 방향으로 원하는 연신비까지 연신된다.
예를 들어, 다시 도 1을 참조하면, 단축 배향 필름을 형성하는 한 가지 방법이 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 전구체 필름(10a)을, 미국 로드아일랜드주 프로비던스의 마샬 앤드 윌람스 캄파니(Marshall and Willams, Co.)로부터 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 필름 배향 장치(100) 또는 기계 방향 배향기("MDO")로 보낸다. MDO는 도 1에 나타낸 바와 같은 공정을 통과하는 필름의 이동 방향인 기계 방향으로 필름을 점진적으로 신장시키고 얇게 만드는 복수의 신장 롤(예컨대 5 내지 8개)을 갖는다. MDO(100)는 8개의 롤로 도시하였으나, 롤의 수는 목적하는 신장 수준 및 각 롤들 사이의 신장도에 따라 더 많거나 적을 수 있음을 알 것이다. 필름은 단일 또는 다수의 독립된 신장 공정에서 신장시킬 수 있다. MDO 장치의 일부 롤은 점진적으로 증가하는 속력으로 작동하지 않을 수도 있음을 알 것이다. 원할 경우, MDO(100)의 일부 롤은 예열 롤로서 작용할 수 있다. 이러한 처음 몇 개의 롤은 존재할 경우 필름(10a)을 실온 초과로(예: 125℉로) 가열한다. MDO의 인접 롤들의 점진적으로 더 빠른 속력이 필름(10a)을 신장시키는 작용을 한다. 신장 롤이 회전하는 속도는 필름의 신장량 및 최종 필름 중량을 결정한다.
결과의 필름(10b)은 이어서 권취 롤(60)에 감아 저장할 수 있다. 여기에 나타내지는 않았으나, 당 업계에 공지된 다양한 추가의 가능한 가공 및/또는 마무리 단계들, 예컨대 슬리팅, 처리, 천공, 그래픽 인쇄, 또는 필름과 다른 층들(예: 부직 웹 재료)의 적층을 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남 없이 수행할 수 있다.
결과의 수감응성 탄성 필름의 두께는 일반적으로 목적 용도에 따라 달라질 수 있다. 그럼에도, 필름 두께는 전형적으로 필름이 물에 분산되는 데에 필요한 시간이 단축되도록 최소화된다. 따라서, 본 발명의 대부분의 실시양태에서, 수감응성 탄성 필름은 약 50 마이크로미터 이하, 일부 실시양태에서는 약 1 내지 약 100 마이크로미터, 일부 실시양태에서는 약 5 내지 약 75 마이크로미터, 일부 실시양태에서는 약 10 내지 약 60 마이크로미터이다.
그러한 얇은 두께 및 양호한 수감응성을 갖지만, 그럼에도 본 발명의 필름은 사용 동안 양호한 건조 기계 특성을 유지할 수 있다. 필름의 상대적 건조 강도를 표시하는 한 가지 파라미터는 최대 인장 강도이며, 이것은 응력-변형 곡선에서 얻어지는 피크 응력과 동일하다. 바람직하게는, 본 발명의 필름은 약 10 내지 약 80 메가파스칼(MPa), 일부 실시양태에서는 약 15 내지 약 60 MPa, 일부 실시양태에서는 약 20 내지 약 50 MPa의 기계 방향("MD") 최대 인장 강도 및 약 2 내지 약 40 메가파스칼(MPa), 일부 실시양태에서는 약 4 내지 약 40 MPa, 일부 실시양태에서는 약 5 내지 약 30 MPa의 횡 기계 방향("CD") 최대 인장 강도를 나타낸다. 양호한 강도를 보유하지만, 또한 필름이 너무 뻣뻣하지 않은 것이 바람직하다. 필름(건조한 경우)의 상대적인 뻣뻣함을 표시하는 한 가지 파라미터는 영 탄성률(Young's modulus of elasticity)이며, 이것은 인장 변형에 대한 인장 응력의 비와 동일하며 응력-변형 곡선의 기울기로부터 결정된다. 예를 들어, 필름은 전형적으로 약 20 내지 약 800 메가파스칼("MPa"), 일부 실시양태에서는 약 50 내지 약 500 MPa, 일부 실시양태에서는 약 100 내지 약 400 MPa의 기계 방향("MD") 영률(Young's modulus) 및 약 20 내지 약 800 메가파스칼("MPa"), 일부 실시양태에서는 약 50 내지 약 500 MPa, 일부 실시양태에서는 약 100 내지 약 400 MPa의 횡 기계 방향("CD") 영률을 나타낸다.
필름은 또한 약 50％ 이상, 일부 실시양태에서는 약 100％ 이상, 일부 실시양태에서는 약 200％ 이상, 일부 실시양태에서는 약 300％ 이상의 기계 및/또는 횡 기계 방향 연신율을 보유한다는 점에서 일반적으로 연신성이다. 연신성인 것 외에, 필름은 또한 신장력 제거시에 그의 신장된 길이의 적어도 약 50％를 회복할 수 있다는 점에서 일반적으로 탄성이다. 필름의 탄성은 전형적으로 약 30％ 이하, 일부 실시양태에서는 약 15％ 이하, 일부 실시양태에서는 약 10％ 이하, 일부 실시양태에서는 약 0.001％ 내지 약 5％의 "고정률"을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 수감응성 탄성 필름은 다양한 적용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 필름은 흡수 용품에 사용될 수 있다. "흡수 용품"이란 일반적으로 물 또는 다른 유체를 흡수할 수 있는 임의의 용품을 가리킨다. 일부 흡수 용품의 예로는 개인 위생 흡수 용품, 예컨대 기저귀, 배변연습용 팬츠, 흡수성 속옷, 요실금 용품, 여성 위생 제품(예: 생리대, 팬티라이너 등), 수영복, 아기용 닦개 등; 의료용 흡수 용품, 예컨대 의복, 창냄(fenestration) 재료, 언더패드, 베드패드, 붕대, 흡수성 드레이프, 및 의료용 닦개; 요식업용 닦개; 의류 용품; 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 그러한 흡수 용품의 몇몇 예는 미국 특허 제5,649,916호(DiPalma, et al.), 제6,110,158호(Kielpikowski), 제6,663,611호(Blaney, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 또 다른 적합한 용품은 미국 특허 출원 공개 제2004/0060112 A1호(Fell, et al.), 및 미국 특허 제4,886,512호(Damico, et al.), 제5,558,659호(Sherrod, et al.), 제6,888,044호(Fell, et al.), 및 제6,511,465호(Freiburger, et al.)에 기재되어 있으며, 이들 모든 문헌은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 그러한 흡수 용품의 형성에 적합한 재료 및 방법은 당 업계의 숙련자에게 주지되어 있다.
당 업계에 주지되어 있는 바와 같이, 흡수 용품에는 용품을 속옷의 가랑이 부분에 제거 가능하게 고정하고/거나 폐기를 위해 용품을 감싸는 것을 돕는 접착제(예: 감압성 접착제)가 제공될 수 있다. 적합한 감압성 접착제로는 예를 들어 아크릴 접착제, 천연 고무 접착제, 점착성화 블록 공중합체 접착제, 폴리비닐 아세테이트 접착제, 에틸렌 비닐 아세테이트 접착제, 실리콘 접착제, 폴리우레탄 접착제, 열경화성 감압성 접착제, 예컨대 에폭시 아크릴레이트 또는 에폭시 폴리에스테르 감압성 접착제 등을 들 수 있다. 그러한 감압성 접착제는 당 업계에 공지되어 있으며, 문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Satas (Donatas), 1989, 2nd edition, Van Nostrand Reinhold]에 기재되어 있다. 감압성 접착제는 또한 가교제, 충전제, 기체, 발포제, 유리 또는 중합체 미소구체, 실리카, 탄산칼슘 섬유, 계면활성제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 목적하는 특성을 얻기에 충분한 양으로 포함된다.
흡수 용품상의 접착제 위치는 중요하지 않으며, 용품의 목적 용도에 따라 크게 달라질 수 있다. 예를 들어, 어떤 여성 위생 제품(예: 생리대)은 중앙의 흡수 코어로부터 횡방향으로 연장되고 착용자 팬티의 가랑이 영역의 엣지 둘레로 접히도록 의도된 날개 또는 플랩을 가질 수 있다. 플랩에는 착용자의 팬티 밑면에 플랩을 부착시키기 위한 접착제(예: 감압성 접착제)가 제공될 수 있다.
그러나 접착제의 구체적 위치에 무관하게, 박리 라이너를 사용하여 접착제를 피복함으로써 먼지, 건조, 및 사용 전의 조기 점착으로부터 접착제를 보호할 수 있다. 박리 라이너는 라이너가 접착제로부터 벗겨지는 능력을 향상시키는 박리 코팅을 함유할 수 있다. 박리 코팅은 박리제, 예컨대 소수성 중합체를 함유한다. 예시적인 소수성 중합체로는 예를 들어 실리콘(예: 폴리실록산, 에폭시 실리콘 등), 퍼플루오로에테르, 플루오로카본, 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 그러한 박리제의 예는 예를 들어 미국 특허 제6,530,910호(Pomplun, et al.), 제5,985,396호(Kerins, et al.), 및 제5,981,012호(Pomplun, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 한 가지 특히 적합한 박리제는 유.에스. 렉센 캄파니(U.S. Rexene Company)에 의해 REXTAC®(예: RT2315, RT2535 및 RT2330)이라는 상표명으로 제조되는 것과 같은, 용융 점도가 190℃에서 약 400 내지 약 10,000 cps인 무정형 폴리올레핀이다. 박리 코팅은 또한 탈점착제, 예컨대 저분자량 고분지형 폴리올레핀을 함유할 수 있다. 특히 적합한 저분자량 고분지형 폴리올레핀은 페트롤라이트 코포레이션(Petrolite Corporation)에 의해 제조되는 VYBAR® 253이다. 다른 첨가제가 또한 박리 코팅에 사용될 수 있으며, 예를 들면 상용화제, 가공 조제, 가소제, 점착제, 슬립제, 및 항균제 등이다. 박리 코팅은 라이너의 한쪽 또는 양쪽 표면에 적용될 수 있고, 표면의 전부를 또는 단지 일부만 피복할 수 있다. 임의의 적합한 기술을 사용하여 박리 코팅을 적용할 수 있으며, 예를 들면 용매계 코팅, 핫 멜트 코팅, 무용매 코팅 등이다. 용매계 코팅은 전형적으로 롤 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 그라비어 코팅, 와운드 로드 코팅 등과 같은 공정에 의해 박리 라이너에 적용된다. 용매(예: 물)는 그 후에 오븐에서 건조하여 제거하고, 선택적으로는 코팅을 오븐에서 경화시킨다. 무용매 코팅은 실리콘 또는 에폭시 실리콘과 같은 고체 조성물을 포함할 수 있으며, 이것을 라이너상에 코팅한 후에 자외선 광에 노출시켜 경화시킨다. 선택적 단계로, 라이너의 코팅 또는 표면 개질 전에 코로나 처리와 같은 라이너의 예비처리(priming)를 포함한다. 핫 멜트 코팅, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 퍼플루오로에테르는 가열 후 다이를 통해 또는 가열된 나이프를 이용하여 적용할 수 있다. 핫 멜트 코팅은 코팅의 용이성 및 공정 효율을 위해, 박리제를 박리 라이너와 함께 취입 필름이나 시트 압출기에서 함께 공압출하여 적용할 수 있다.
쉽게 제거되는 능력을 촉진하기 위해, 박리 라이너는 본 발명에 따른 수감응성 필름으로부터 형성될 수 있다. 이와 관련, 수감응성 필름을 사용할 수 있는 생리대의 한 특정 실시양태를 이제 더욱 상세히 설명하겠다. 단지 예시를 목적으로 흡수 용품(20)을 여성 위생용 생리대로서 도 2에 나타내었다. 도시된 실시양태에서, 흡수 용품(20)은 톱시트(40), 외부 커버 또는 백시트(42), 백시트(42)와 톱시트(40) 사이에 위치하는 흡수 코어(44)를 함유하는 본체 부분(22), 및 본체 부분(22)의 각 세로 측면(22a)으로부터 연장되는 한쌍의 플랩(24)을 포함한다. 톱시트(40)는 흡수 용품(20)의 신체측 표면을 형성한다. 흡수 코어(44)는 흡수 용품(20)의 외부 주변부로부터 안쪽으로 위치하며, 톱시트(40)에 인접하여 위치하는 신체측 표면 및 백시트(42)에 인접하여 위치하는 의복측 표면을 포함한다.
톱시트(40)는 일반적으로 사용자의 신체에 접촉하도록 디자인되고 액체 투과성이다. 톱시트(40)는 흡수 코어(44)를 둘러싸서 흡수 용품(20)을 완전히 감쌀 수 있다. 이와 달리, 톱시트(40) 및 백시트(42)는 흡수 코어(44) 너머로 연장되고, 주변부에서 공지 기술을 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 함께 접합될 수 있다. 전형적으로, 톱시트(40) 및 백시트(42)는 접착제 결합, 초음파 결합, 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 적합한 접합 방법에 의해 접합된다. 톱시트(40)는 위생적이고 외관이 깨끗하며 흡수 코어(44)에 의해 수집 및 흡수된 신체 배출물을 숨기기 위해 다소 불투명하다. 톱시트(40)는 또한 신체 배출물이 톱시트(40)를 통해 흡수 코어(44)까지 신속하게 침투하는 것을 허용하는 양호한 관통 및 재습윤 특성을 나타내지만, 체액이 톱시트(40)를 통해 착용자의 피부로 역류하는 것은 허용하지 않는다. 예를 들어, 톱시트(40)에 사용될 수 있는 일부 적합한 재료로는 부직포 재료, 천공된 열가소성 필름, 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이성분, 나일론, 레이온 등 섬유로 제조된 부직포를 사용할 수 있다. 예를 들어, 백색의 균일한 스펀본드 재료는 그 색이 그것을 통해 지나간 생리혈을 숨기는 우수한 차폐 효과를 가지므로 특히 바람직하다. 미국 특허 제4,801,494호(Datta, et al.) 및 제4,908,026호(Sukiennik, et al.)에는 본 발명에 사용될 수 있는 다양한 다른 커버 재료가 교시되어 있다.
톱시트(40)는 체액이 보다 쉽게 흡수 코어(44)로 들어가도록 허용하기 위해 그를 통해 형성된 복수의 구멍(나타내지 않음)을 함유할 수 있다. 구멍은 톱시트(40) 전체에 무작위로 또는 균일하게 배열될 수도 있고, 또는 흡수 용품(20)의 세로축 X--X를 따라 배열되는 좁은 세로 밴드 또는 스트립으로만 위치할 수도 있다. 구멍은 체액이 아래쪽 흡수 코어(44)로 신속하게 침투하는 것을 허용한다. 구멍의 크기, 모양, 직경 및 수는 당 업자의 특정 필요에 알맞게 변할 수 있다.
상술한 바와 같이, 흡수 용품은 또한 백시트(42)를 포함한다. 백시트(42)는 일반적으로 액체 불투과성이고 내부 표면, 즉 속옷의 가랑이 부분(나타내지 않음)을 향하도록 디자인된다. 백시트(42)는 공기 또는 증기가 흡수 용품(20) 밖으로 통과하는 것을 허용할 수 있으면서, 액체의 통과는 막는다. 임의의 액체 불투과성 재료가 일반적으로 백시트(42)의 형성에 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용될 수 있는 한 가지 적합한 재료는 마이크로엠보싱된 중합체 필름, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이다. 특정 실시양태에서, 폴리에틸렌 필름은 두께가 약 0.2 밀(mil) 내지 약 5.0 밀, 특히 약 0.5 내지 약 3.0 밀 범위인 것을 사용한다.
흡수 용품(20)은 또한 톱시트(40)와 백시트(42) 사이에 위치하는 흡수 코어(44)를 함유한다. 흡수 코어(44)는 단일 흡수 부재 또는 분리 및 구분되는 흡수 부재들을 함유하는 복합재로부터 형성될 수 있다. 그러나 임의의 수의 흡수 부재를 본 발명에 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 흡수 코어(44)는 톱시트(40)와 전달 지연 부재(나타내지 않음) 사이에 위치하는 흡입 부재(나타내지 않음)를 함유할 수 있다. 흡입 부재는 톱시트(40)에 전달되는 체액을 z-방향으로 신속하게 전달할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 흡입 부재는 일반적으로 임의의 원하는 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 흡입 부재는 길이가 흡수 용품(20)의 전체 길이와 동일하거나 그 미만이고 폭이 흡수 용품(20)의 폭 미만인 직사각형 모양이다. 예를 들어, 약 150 mm 내지 약 300 mm의 길이 및 약 10 mm 내지 약 60 mm의 폭을 사용할 수 있다.
임의의 다양한 여러 물질을 흡입 부재에 사용하여 상기 언급한 기능을 달성할 수 있다. 재료는 합성, 셀룰로스, 또는 합성 및 셀룰로스 재료의 조합일 수 있다. 예를 들어, 에어레이드(airlaid) 셀룰로스 티슈가 흡입 부재에 사용하기 적합할 수 있다. 에어레이드 셀룰로스 티슈는 평량(basis weight)이 약 10 그램/제곱미터(gsm) 내지 약 300 gsm, 일부 실시양태에서는 약 100 gsm 내지 약 250 gsm 범위일 수 있다. 한 실시양태에서, 에어레이드 셀룰로스 티슈는 평량이 약 200 gsm이다. 에어레이드 티슈는 경목 및/또는 연목 섬유로부터 형성될 수 있다. 에어레이드 티슈는 미세한 공극 구조를 가지며, 특히 생리혈에 대해 우수한 흡상능을 제공한다.
바람직할 경우, 전달 지연 부재(나타내지 않음)는 흡입 부재의 수직 아래에 위치할 수 있다. 전달 지연 부재는 다른 흡수 부재보다 덜 친수성인 재료를 함유할 수 있고, 일반적으로 실질적으로 소수성인 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 전달 지연 부재는 상대적으로 소수성인 재료, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등으로 구성된 부직 섬유 웹일 수 있고, 또한 그러한 재료들의 블렌드로 구성될 수 있다. 전달 지연 부재에 적합한 재료의 한 예는 폴리프로필렌 다엽형(multi-lobal) 섬유로 구성된 스펀본드 웹이다. 적합한 전달 지연 부재 재료의 추가의 예로는 단면 모양이 원형, 삼엽형(tri-lobal) 또는 다엽형일 수 있고 구조상 중공 또는 중실형일 수 있는 폴리프로필렌 섬유로 구성된 스펀본드 웹을 들 수 있다. 전형적으로 웹은 열 결합 등에 의해 웹 면적의 약 3％ 내지 약 30％에 걸쳐 결합된다. 전달 지연 부재에 사용될 수 있는 적합한 재료의 다른 예는 미국 특허 제4,798,603호(Meyer, et al.) 및 미국 특허 제5,248,309호(Serbiak, et al.)에 기재되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다. 본 발명의 성능을 조정하기 위해, 전달 지연 부재를 선택된 양의 계면활성제로 처리하여 그의 초기 습윤성을 증가시킬 수도 있다.
전달 지연 부재는 일반적으로 임의의 크기, 예컨대 약 150 mm 내지 약 300 mm의 길이를 가질 수 있다. 전형적으로, 전달 지연 부재의 길이는 흡수 용품(20)의 길이와 대략 동일하다. 전달 지연 부재는 또한 흡입 부재와 폭이 동일할 수 있으나, 전형적으로는 더 넓다. 예를 들어, 전달 지연 부재의 폭은 약 50 mm 내지 약 75 mm, 특히 약 48 mm일 수 있다. 전달 지연 부재는 전형적으로 다른 흡수 부재보다 낮은 평량을 갖는다. 예를 들어, 전달 지연 부재의 평량은 전형적으로 약 150 그램/제곱미터(gsm), 일부 실시양태에서는 약 10 gsm 내지 약 100 gsm이다. 한 특정 실시양태에서, 전달 지연 부재는 평량이 약 30 gsm인 스펀본드 웹으로부터 형성된다.
상기 언급한 부재 외에, 흡수 코어(44)는 또한 코폼(coform) 재료와 같은 복합 흡수 부재(나타내지 않음)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 유체는 전달 지연 부재로부터 복합 흡수 부재 내로 흡상될 수 있다. 복합 흡수 부재는 흡입 부재 및/또는 전달 지연 부재와 별도로 형성될 수도 있고, 또는 그것들과 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 복합 흡수 부재는, 상기한 코폼 공정 동안 캐리어로서 작용하는 전달 지연 부재 또는 흡입 부재상에 형성될 수 있다.
특정 구조와 무관하게, 흡수 용품(20)은 전형적으로 속옷에 고정하기 위한 접착제를 함유한다. 접착제는 흡수 용품(20)의 임의의 위치에, 예컨대 백시트(42)의 하부 표면상에 제공될 수 있다. 이 특정 실시양태에서, 백시트(42)는 본 발명에 따라 형성될 수 있는 벗겨낼 수 있는 박리 라이너(58)에 의해 사용 전에 피복되는 의복 접착제 (54)의 스트립을 세로로 중앙에 갖는다. 각각의 플랩(24)도 또한 플랩(24)의 먼쪽 엣지(34)에 인접하여 위치하는 접착제(56)를 함유할 수 있다. 역시 본 발명에 따라 형성될 수 있는 벗겨낼 수 있는 박리 라이너(57)는 사용 전에 접착제(56)를 피복할 수 있다. 따라서, 위생 흡수 용품(20)의 사용자가 접착제(54 및 56)를 노출시켜 흡수 용품(20)을 속옷의 밑면에 고정시키고자 할 경우, 사용자는 간단히 라이너(57 및 58)를 벗겨내어 수세식 폐기 시스템(예: 변기)에 폐기한다.
다양한 형태의 박리 라이너를 앞에서 설명하였으나, 다른 박리 라이너 형태도 본 발명의 범위 내에 포함된다는 것을 알 것이다. 또한, 본 발명은 박리 라이너에만 한정되는 것은 전혀 아니며, 수감응성 탄성 필름은 흡수 용품의 다양한 여러 성분들에 도입될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 다시 참조하면, 생리대(20)의 백시트(42)가 본 발명의 수감응성 필름을 포함할 수 있다. 그러한 실시양태에서, 필름은 단독으로 백시트(42)의 형성에 사용되거나 또는 부직 웹과 같은 하나 이상의 추가 재료에 적층될 수 있다. 본 발명의 수감응성 탄성 필름은 또한 흡수 용품 이외의 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 필름은 개별 랩(wrap), 포장용 주머니(pouch), 또는 다양한 물품의 폐기용 백(bag), 예컨대 식료품, 흡수 용품 등에 사용될 수 있다. 흡수 용품을 위한 여러 적합한 주머니, 랩 또는 백 형태는 예를 들어 미국 특허 제6,716,203호(Sorebo, et al.) 및 제6,380,445호(Moder, et al.), 및 미국 특허 출원 공개 제2003/0116462(Sorebo, et al.)에 개시되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다.
시험 방법
겉보기 용융 점도:
중합체 샘플의 유변학적 특성을 Gottfert Rheograph 2003 모세관 유변계와 WinRHEO 버전 2.31 분석 소프트웨어를 사용하여 측정하였다. 장치는 2000-bar 압력 변환기 및 30/1:0/180 라운드홀 모세관 다이를 포함하였다. 샘플 로딩(loading)은 샘플 첨가 및 램로드(ramrod)를 이용한 패킹을 교대함으로써 실시하였다. 각 시험에 앞서 2분의 용융 시간을 두어 중합체가 시험 온도(150℃ 또는 160℃)에서 완전히 용융되도록 하였다. 모세관 유변계는 다양한 전단 속도, 예컨대 100, 200, 500, 1000, 2000, 및 4000 s-1에서 겉보기 용융 점도(Pa·s)를 측정하였다. 결과의 겉보기 전단 속도 대 겉보기 용융 점도의 유변학 곡선은 중합체가 압출 공정에서 당해 온도에서 어떻게 흐를지에 대한 정보를 제공하였다.
인장 특성:
스트립 인장 강도 값을 실질적으로 ASTM 표준 D-5034에 따라 측정하였다. 정속 연신형 인장 시험기를 사용하였다. 인장 시험 시스템은, 미국 노쓰캐롤라이나주 캐리의 신테크 코포레이션(Sintech Corp.)으로부터 입수 가능한 Sintech 1/D 인장 시험기였다. 인장 시험기에는 시험을 지원하기 위한 엠티에스 코포레이션(MTS Corporation)으로부터의 TESTWORKS 4.08B 소프트웨어가 설치되어 있었다. 시험된 값이 풀스케일 하중의 10 내지 90％의 범위 내에 들도록 적당한 하중 셀을 선택하였다. 필름 샘플을 처음에 시험 전의 중간 폭이 3.0 mm인 독-본(dog-bone) 모양으로 잘라냈다. 샘플을 25.4 밀리미터 × 76 밀리미터 크기의 전면 및 후면을 가지는 그립 사이에 고정시켰다. 그립 면은 고무 처리되었으며, 그립의 더 긴 치수 쪽이 당기는 방향에 대해 수직이었다. 그립 압력은 기압에 의해 40 파운드/제곱인치의 압력으로 유지하였다. 인장 시험은 게이지 길이 18.0 밀리미터 및 파단 감도 40％를 이용하여 실시하였다. 5개의 샘플은 기계 방향으로 시험 하중을 가하여 시험하였고, 5개의 샘플은 횡 방향으로 시험 하중을 가하여 시험하였다. 시험 동안, 샘플은 약 127 밀리미터/분의 크로스헤드 속력으로 파단될 때까지 신장시켰다. 탄성률, 피크 응력, 및 연신율을 기계 방향("MD") 및 횡 기계 방향("CD")으로 측정하였다.
수붕해 시험:
수돗물 중에서 필름 붕해 속도를 힌지드 플랫폼(hinged platform)상의, 물리적 치수가 14" × 18" × 12" 높이인 플라스틱 박스를 갖는 "슬로시 박스(slosh box)"를 사용하여 시험하였다. 플랫폼의 한쪽 말단은 왕복 캠에 부착시켰다. 전형적인 진폭은 ±2" (4" 범위)이고, 슬로싱은 초당 0.5 내지 1.5회의 슬로시가 발생하게 하였다. 바람직한 작용은 초당 0.9 내지 1.3회의 슬로시이다. 시험 동안 슬로시 박스가 상하로 흔들리면서 내부의 물이 왔다갔다 "슬로싱"되었다. 이 작용은 물에 분산되기 쉬운 샘플에 파면 및 단속적 운동을 유발하였다. 수 중 샘플 필름 붕해의 측정을 정량화하는 데에는 영상 분석 없이 단순히 시간 측정으로 충분하였다. 3 리터의 수돗물을 슬로시 박스에 넣고 박스 내의 수심이 약 5.5"가 되게 하였다. 3.5의 진동수를 시험을 위해 선택하였다. 각 필름 샘플을 1" × 3" 크기로 잘라냈다. 3개의 조각을 슬로시 박스 안에 떨어뜨렸다. 정해진 조건에서 샘플이 붕해되는 시간을 각 샘플마다 2회씩 기록하였다. 이어서, 샘플 붕해까지의 시간의 평균을 보고하였다. 일반적으로, 필름들은 6시간 이내의 교반 후에 25 ㎟보다 큰 조각이 없을 경우, 허용가능한 분산 시점에 도달한 것으로 하였다.
순환 시험
고정률을 측정하기 위해 순환 시험 절차를 사용하여 재료를 시험하였다. 구체적으로, 1회 순환을 이용하여 100％의 정해진 연신율까지 연신하였다. 시험은, 시험을 지원하기 위한 엠티에스 코포레이션으로부터의 TESTWORKS 4.08B 소프트웨어가 설치된 신테크 코포레이션의 정속 연신 시험기 1/D상에서 이루어졌다. 시험은 주변 조건 하에 수행하였다. 이 시험에서, 샘플 크기는 횡 기계 방향으로 1 인치(2.54 센티미터)이고 기계 방향으로 3 인치(7.6 센티미터)였다. 그립 크기는 폭이 3 인치(7.6 센티미터)이고 그립 분리는 4 인치였다. 샘플은 샘플의 기계 방향이 수직 방향이 되도록 물렸다. 약 20 내지 30 그램의 예비 하중을 설정하였다. 시험에서는, 샘플을 100％ 연신율까지 20 인치(50.8 센티미터)/분의 속력으로 당기고, 샘플을 연신된 상태에서 30초 동안 유지한 후 샘플을 제로 연신율까지 20 인치(50.8 센티미터)/분의 속력으로 되돌렸다. 그 후에, 필름 길이를 즉시 측정하고, 10, 20, 및 30분 후에 다시 측정하였다. 회복되지 않는 비율("고정률")은, 필름의 초기 길이를 순환 시험 후 30분의 필름 길이에서 빼고, 이 값을 필름의 초기 길이로 나누어서 결정하였다.
실시예 1
16 중량％의 ELVANOL™ 51-05(미국 델라웨어주 윌밍턴의 듀폰에 의해 제조된 폴리비닐 알코올), 44 중량％의 GLUCOSOL™ 800(미국 미네소타주 미니애폴리스의 켐스타(Chemstar)), 20 중량％의 글리세롤(미국 오하이오주 신시내티의 코그니스 코포레이션(Cognis Corporation)), 및 20 중량％의 ECOFLEX™ F BX 7011(미국 뉴저지주 마운트 올리브의 바스프(BASF))로부터, 수용성 중합체 수지인 전분계 블렌드를 형성하였다. 이들 성분을 동시 회전 2축 압출기(ZSK-30, 미국 뉴저지주 램시의 베르너 앤드 플라이데러 코포레이션(Werner and Pfleiderer Corporation))에 주입하였다. 압출기 직경은 30 mm였고, 축의 길이는 1328 mm 이하였다. 압출기는 14개의 배럴이 있었으며, 공급 호퍼에서 다이까지 연속적으로 1 내지 14로 번호를 붙였다. 압출기의 대역 1 내지 14의 온도 프로파일은 각각 110℃, 130℃, 190℃, 190℃, 190℃, 180℃, 및 170℃였다. 축 속력은 150 rpm으로 설정하여 45 내지 50％의 토크, 130 내지 200 psi의 Pmelt, 및 약 18 내지 20 lb/hr의 출력을 달성하였다. 이어서, HAAKE Rheomex 252 단축 압출기를 사용하여 열가소성 블렌드를 엑손모빌로부터의 메탈로센 촉매화된 에틸렌/프로필렌 공중합체인 VISTAMAXX™ 1120과 함께 건식 블렌딩하여 필름을 캐스팅하였다. 축 속력은 40 내지 50 rpm으로 설정하였고, 압출기의 온도 프로파일은 대역 1에서 5까지 각각 190℃, 200℃, 200℃, 198℃, 및 175℃였다. 용융 온도는 195℃였다. 결과의 필름은 두께가 약 0.002 인치(약 50.8 마이크로미터)였다. 수붕해 시험은 필름이 일반적으로 수감응성이 아님을 나타냈다.
실시예 2
72 중량％의 CELVOL™ 523S(셀라니즈의 폴리비닐 알코올), 10 중량％의 활석(미국 몬타나주 딜론의 배럿스 미네랄스(Barretts Minerals)의 MP 30-36), 및 18 중량％의 글리세린(미국 오하이오주 신시내티의 코그니스 코포레이션)으로부터 또 다른 수용성 중합체 수지를 형성하였다. 이어서, 블렌드를 엑손모빌로부터의 메탈로센 촉매화된 에틸렌/프로필렌 공중합체인 VISTAMAXX™ 6102 15 중량％ 및 FUSABOND™(듀폰으로부터의 관능화 폴리에틸렌계 상용화제) 5 중량％와 함께 건식 블렌딩하였다. 이 특정 경우에서 필름 캐스팅은 성공적이지 않았다.
실시예 3
66 중량％의 CELVOL™ 523S(셀라니즈의 폴리비닐 알코올), 20 중량％의 활석(미국 몬타나주 딜론의 배럿스 미네랄스의 MP 30-36), 및 14 중량％의 글리세린(미국 오하이오주 신시내티의 코그니스 코포레이션)으로부터 수용성 중합체 수지를 형성하였다. 이어서, 블렌드를 엑손모빌로부터의 메탈로센 촉매화된 에틸렌/프로필렌 공중합체인 VISTAMAXX™ 1120 15 중량％ 및 FUSABOND™(듀폰으로부터의 관능화 폴리에틸렌계 상용화제) 5 중량％와 함께 건식 블렌딩하였다. 이들 성분을 동시 회전 2축 압출기(ZSK-30, 미국 뉴저지주 램시의 베르너 앤드 플라이데러 코포레이션)에 주입하였다. 압출기 직경은 30 mm였고, 축의 길이는 1328 mm 이하였다. 압출기는 14개의 배럴이 있었으며, 공급 호퍼에서 다이까지 연속적으로 1 내지 14로 번호를 붙였다. 압출기의 대역 1 내지 14의 온도 프로파일은 각각 110℃, 130℃, 190℃, 190℃, 190℃, 180℃, 및 170℃였다. 축 속력은 150 rpm으로 설정하여 45 내지 50％의 토크, 130 내지 200 psi의 Pmelt, 및 약 18 내지 20 lb/hr의 출력을 달성하였다. 결과의 필름은 수용성이었고 두께는 약 0.002 인치였다. 그러나 MD 및 CD 방향의 필름 강도는 등방성이 아니었다.
실시예 4
55 중량％의 수용성 중합체, 25 중량％의 탄성체, 및 20 중량％의 가소제로 블렌드를 형성하였다. 수용성 중합체는 CELVOL™ 523S(셀라니즈의 폴리비닐 알코올)였다. 탄성체는 KRATON™ G1657, 즉, 미국 텍사스주 휴스턴의 크라톤 폴리머스 엘엘씨로부터의 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체였다. 가소제는 글리세린(미국 오하이오주 신시내티의 코그니스 코포레이션)이었다. 이들 성분을 동시 회전 2축 압출기(ZSK-30, 미국 뉴저지주 램시의 베르너 앤드 플라이데러 코포레이션)에 주입하였다. 압출기 직경은 30 mm였고, 축의 길이는 1328 mm 이하였다. 압출기는 14개의 배럴이 있었으며, 공급 호퍼에서 다이까지 연속적으로 1 내지 14로 번호를 붙였다. 압출기의 대역 1 내지 14의 온도 프로파일은 각각 110℃, 130℃, 190℃, 190℃, 190℃, 180℃, 및 170℃였다. 축 속력은 150 rpm으로 설정하여 45 내지 50％의 토크, 130 내지 200 psi의 Pmelt, 및 약 18 내지 20 lb/hr의 출력을 달성하였다. 배합으로부터 얻어진 스트랜드는 거칠었으며, 이는 재료들이 상용성이 아니었음을 나타낸다. 필름은 형성되지 않았다.
실시예 5
가소화 PVOH를 ELVANOL™ 51-05(듀폰)로부터, 85 중량％의 PVOH 분말을 동시 회전 2축 압출기(ZSK-30, 미국 뉴저지주 램시의 베르너 앤드 플라이데러 코포레이션)에 주입하여 형성하였다. 글리세린(미국 오하이오주 신시내티의 코그니스 코포레이션)을 가소제로 사용하였고, Eldex 펌프에 의해 대역 1에 15 중량％로 주입하였다. 압출기 직경은 30 mm였고, 축의 길이는 1328 mm 이하였다. 압출기는 14개의 배럴이 있었으며, 공급 호퍼에서 다이까지 연속적으로 1 내지 14로 번호를 붙였다. 압출기의 대역 1 내지 14의 온도 프로파일은 각각 95℃, 145℃, 185℃, 185℃, 175℃, 160℃, 및 155℃였다. 축 속력은 150 rpm으로 설정하여 50 내지 55％의 토크, 180 내지 190 psi의 Pmelt, 및 약 19 lb/hr의 출력을 달성하였다.
실시예 6 및 7
실시예 5로부터의 가소화 폴리비닐 알코올을 VISTAMAXX™ 1120과 HAAKE Rheomex 252 단축 압출기상에서 건식 블렌딩하여 2개의 필름을 형성하였다. 가소화 PVOH와 VISTAMAXX™ 1120의 비율은 실시예 6에서 60/40, 실시예 7에서 70/30이었다. 축 속력은 40 내지 50 rpm으로 설정하였고, 압출기의 온도 프로파일은 대역 1부터 5까지 각각 190℃, 200℃, 200℃, 198℃, 및 175℃였다. 용융 온도는 195℃였다. 결과의 필름은 두께가 약 0.002 인치(약 50.8 마이크로미터)였다.
실시예 8
실시예 6에 기재된 바와 같이 필름을 형성하되, 슬립 첨가제(미국 뉴욕주 테리타운의 암파셋 코포레이션에 의해 제조된 Clarity Slip PE MB) 1 중량％를 함유시켰다.
실시예 9 및 10
실시예 6 및 7에 기재된 바와 같이 2개의 필름을 형성하되, 1 중량％의 Clarity Slip PE MB 및 5 중량％의 FUSABOND™ MC 190D를 사용하였다. 실시예 9는 실시예 6에 나타낸 것과 동일한 가소화 폴리비닐 알코올과 VISTAMAXX™ 1120의 비율을 유지하였고, 실시예 10은 실시예 7에 나타낸 것과 동일한 가소화 PVOH와 VISTAMAXX™ 1120의 비율을 유지하였다.
실시예 11
실시예 5의 블렌드로부터 상기한 바와 같이 필름을 형성하였다.
실시예 12
실시예 6 내지 11의 필름의 기계적 특성을 상기한 바와 같이 시험하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
열가소성 필름 기계적 인장 특성
실시예 샘플 설명 조성 필름 두께 피크 응력
(MPa)		 연신율
(％)		 탄성률
(MPa)
MD(밀) CD(밀) MD CD MD CD MD CD
6 가소화 Elvanol/VM1120 60/40 2.4 2.3 26 16 359 266 86 83
7 가소화 Elvanol/VM1120 70/30 2.1 2.1 22 14 265 144 142 116
8 가소화 Elvanol/VM1120/슬립제 60/40/1 2.1 1.9 24 13 341 250 63 58
9 가소화 Elvanol/VM1120/슬립제/Fusabond MC190D 60/40/1/5 2.2 2.1 22 12 311 221 98 84
10 가소화 Elvanol/VM1120/슬립제/Fusabond MC190D 70/30/1/5 2.1 2.0 29 18 293 219 186 156
11 가소화 Elvanol(Elvanol 51-05/글리세린) 85/15 1.1 1.0 48 46 173 161 1224 1554
가공 조제가 없는 필름의 탄성률은 실시예 7을 제외하곤 낮았으며, 이것은 필름이 유연하고 부드러웠음을 나타내며, 이는 제품 적용에 바람직한 재료 특성이다. 이에 비해, 실시예 11의 가소화 ELVANOL™ 51-05 필름(열가소성 탄성체가 첨가되지 않았음)은 가장 높은 탄성률 및 피크 응력을 보여, 강성 필름임을 나타내었다. 블렌드에 탄성체가 존재하면, 필름 연신율은 일반적으로 가소화 ELVANOL™ 51-05보다 높았다. 실시예 8, 9, 및 10은 블렌드에 슬립 첨가제 및 상용화제를 사용하는 것의 효과를 보여준다. 예를 들어, 슬립 첨가제를 단독으로(실시예 8) 또는 상용화제와 함께(실시예 9) 사용한 경우 필름 연신율 및 피크 응력이 약간 감소하였다. 동일 수준의 슬립제 및 상용화제에서, 실시예 10은 VISTAMAXX™ 1120을 30％로, 실시예 9에서보다 10％ 적게 사용하였다. 필름 피크 응력은 필름 연신율의 미미한 감소와 함께 현저히 증가하였다. 실시예 10을 실시예 7과 비교하면, 피크 응력은 MD로는 7 MPa(32％) 및 CD로는 4 MPa(29％) 증가하였고; 연신율은 1％의 슬립제 및 5％의 상용화제를 첨가함으로써 MD로는 265％에서 293％로 및 CD로는 144％에서 219％로 증가하였다.
실시예 13
실시예 6 내지 11의 필름에 대해 상기한 수붕해 시험을 행하였다. 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
필름 붕해 시간
실시예 6 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40) 1 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
2 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
실시예 7 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol/VM1120 (70/30) 1 23.6 26 N/A N/A 4 42
2 23.6 26 N/A N/A 4 27
실시예 8 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 1 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
2 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
실시예 9 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D 1 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
2 23.6 26 N/A N/A N/A N/A
실시예 10 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol/VM1120 (70/30)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D 1 23.6 26 0 18.00 0 18.00
2 23.6 26 0 17.00 0 17.00
실시예 11 실험 수온
(℃)		 RPM 시간(분)
최초 파단까지 25 ㎟ 조각까지
(분) (초) (분) (초)
가소화 Elvanol 1 23.6 26 0 13.00 0 40.00
2 23.6 26 0 7.00 0 25.00
실시예 6, 8, 및 9의 필름은 시험 동안 물에 분산되지 않았으며, 따라서 30분 후에 시험을 종료하였다. 일반적으로, 일단 샘플을 물에 넣으면, 샘플은 색이 변하기 시작했다. 예를 들어, 실시예 10의 필름(가공 조제를 사용했음)은 물에 넣은 후 투명에서 백색으로 변색되었으며, 1분이 지나기 전에 줄 모양으로 분리되었다. 그 후 얼마 안 되어 모든 줄이 함께 모였다. 대조적으로, 실시예 7의 필름은(가공 조제를 사용하지 않았음)은 2개의 조각으로 분산되는데 단지 약 5분이 걸렸다.
실시예 14
탄성을 평가하기 위해, 실시예 6 내지 10의 필름에 대해 상기한 바와 같은 순환 시험을 행하였다. 표 4의 실시예 14는 100％ VISTAMAXX™ 1120 수지로부터 상기한 바와 같이 형성한 필름이었다. 시험 전에, 전체 게이지 필름 길이는 51 밀리미터였다. 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
필름 기계적 신장 및 회복 시험
실시예 샘플 설명 초기 시험 후 10분 후 20분 후 30분 후 비회복 ％
6 가소화 Elvanol/VM1120 (60/40) - MD 51 71 61 60 60 17.6
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40) - CD 51 67 60 59 59 15.7
7 가소화 Elvanol/VM1120 (70/30) - MD 51 73 55 54 54 5.9
가소화 Elvanol/VM1120 (70/30) - CD 51 파단 파단 파단 파단 N/A
8 가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 - MD 51 74 63 62 61 19.6
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 - CD 51 68 60 59 58 13.7
9 가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D - MD 51 78 65 64 63 23.5
가소화 Elvanol/VM1120 (60/40)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D - CD 51 파단 파단 파단 파단 N/A
10 가소화 Elvanol/VM1120 (70/30)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D - MD 51 85 68 66 66 29.4
가소화 Elvanol/VM1120 (70/30)과 1％ 슬립제 및 5％ MC190D - CD 51 81 63 63 63 23.5
14 VM1120 (100％) - MD 51 55 54 54 54 5.9
VM1120 (100％) - CD 51 55 54 54 54 5.9
실시예 15
전분계 재료, 가소화 Elvanol™ 51-05, Celvol™ 523S의 용융 점도를 Gottfert Rheograph 2003 모세관 유변계를 사용하여 측정하였다. 결과를 도 3에 나타내었다. 비교를 목적으로, 1000 s-1의 전단 속도를 또한 선택하여 Vistamaxx™ 1120에 대한 가소화 PVOH 또는 전분계 블렌드의 비율을 각각 계산하였다. 이 값은 표 4에 나타내었다.
탄성체에 대한 가소화 PVOH 또는 전분계 블렌드의 비율
전단 속도
(s-1)		 겉보기 점도 (Pa·s)
전분계 블렌드 가소화 Celvol 523S 가소화 Elvanol 51-05 VM1120
1000 26 114 42 38
점도 비율 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 7
0.7 3.0 3.0 1.1
수감응성 필름의 형성하기 위한 바람직한 비율은 0.6 내지 2.5였다.
실시예 16
실시예 6 및 7의 필름의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 찍었다. 사진은 정바이어스 에버하트-톤리 검출기(positive-biased Everhart-Thornley detector)에 의해 실시 가능한 표준 2차 전자 영상화 모드를 사용한 플라즈마 에칭/광학법에 의해 얻었다. 결과를 도 4 및 5에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 6의 필름은 연속적인 층들이 실질적으로 필름 표면과 평행한 비교적 비상용성을 보이는 적층 구조를 나타냈다. 그러한 층들은 물 접근을 억제하고 수감응성을 저하시키는 것으로 생각된다. 반면, 실시예 7의 필름은 수용성 중합체 상 내로 탄성체의 개선된 분산을 나타냈으며, 이것은 물 접근을 개선하므로 필름의 수감응성을 증가시킨다.
본 발명을 그의 특정 실시양태에 대해 상세하게 설명하였으나, 당 업자가 상기를 이해한 후 이들 실시양태에 대한 변경, 변형, 및 등가물을 쉽게 생각할 수 있음은 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부의 청구항 및 그의 임의의 등가물로서 평가되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 중량 평균 분자량이 10,000 내지 150,000 그램/몰이고 수 평균 분자량이 1,000 내지 80,000 그램/몰인 1종 이상의 수용성 중합체,
    다가 알코올을 포함하는, 수용성 중합체를 위한 1종 이상의 가소제 ― 가소화 수용성 중합체에 대한 올레핀계 탄성체의 용융 점도의 비율이 0.6 내지 2.5이고, 가소제에 대한 수용성 중합체의 중량비는 1 내지 50임 ― , 및
    1종 이상의 올레핀계 탄성체 ― 올레핀계 탄성체에 대한 수용성 중합체의 중량비는 0.01 내지 3.0임 ―
    를 포함하는 수감응성 탄성 필름.
  2. 제1항에 있어서, 수용성 중합체가 비닐 알코올 중합체를 포함하는 필름.
  3. 제2항에 있어서, 비닐 알코올 중합체의 가수분해도가 80 몰％ 내지 90 몰％인 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수용성 중합체의 중량 평균 분자량이 30,000 내지 75,000 그램/몰이고 수 평균 분자량이 10,000 내지 40,000 그램/몰인 필름.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수용성 중합체의 용액 점도가 20℃의 4％ 수용액으로 측정하여 50 내지 800 밀리파스칼·초인 필름.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 다가 알코올이 당 알코올을 포함하는 필름.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가소제에 대한 수용성 중합체의 중량비가 3 내지 15인 필름.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가소제가 필름의 1 중량％ 내지 30 중량％를 구성하고, 수용성 중합체가 필름의 20 중량％ 내지 90 중량％를 구성하는 필름.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 올레핀계 탄성체가 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 프로필렌/α-올레핀 공중합체, 스티렌-올레핀 블록 공중합체, 또는 이들의 조합인 필름.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 올레핀계 탄성체에 대한 수용성 중합체의 중량비가 1.0 내지 2.0인 필름.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 올레핀계 탄성체가 필름의 10 중량％ 내지 70 중량％를 구성하는 필름.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 지방산 염, 지방산 아미드, 또는 이들의 조합을 포함하는 슬립 첨가제를 함유하는 필름.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 말레에이트화(maleated) 폴리올레핀을 포함하는 상용화제를 함유하는 필름.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전분, 생분해성 폴리에스테르, 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 필름.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 필름 및 그의 표면상에 코팅된 박리제(release agent)를 포함하는 박리 라이너(release liner).
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 필름을 포함하고, 액체 투과성 톱시트, 일반적으로 액체 불투과성인 백시트, 및 백시트와 톱시트의 사이에 위치하는 흡수 코어를 포함하는 본체 부분을 포함하는 흡수 용품.
  19. 중량 평균 분자량이 10,000 내지 150,000 그램/몰이고 수 평균 분자량이 1,000 내지 80,000 그램/몰인 1종 이상의 수용성 중합체,
    다가 알코올을 포함하는, 수용성 중합체를 위한 1종 이상의 가소제 ― 가소화 수용성 중합체에 대한 올레핀계 탄성체의 용융 점도의 비율이 0.6 내지 2.5이고, 가소제에 대한 수용성 중합체의 중량비는 1 내지 50임 ― , 및
    1종 이상의 올레핀계 탄성체 ― 올레핀계 탄성체에 대한 수용성 중합체의 중량비는 0.01 내지 3.0임 ―
    를 포함하는 조성물을 용융 블렌딩하는 단계; 및
    조성물을 표면상에 압출하여 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 수감응성 탄성 필름의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 필름을 기계 방향, 횡 기계 방향, 또는 둘 다로 신장시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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