KR102190860B1 - 세라믹 장벽층을 갖는, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치 - Google Patents

세라믹 장벽층을 갖는, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치에 관한 것이로, 필름 웹을 운송하기 위한 운송 수단; 필름 웹을 장치의 코팅실로 도입시키기 위한 제1 잠금 시스템 적어도 1개; 코팅실에서 장벽 물질을 침착시킴으로써 필름 웹이 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단에 의한 제1 코팅 수단 적어도 1개; 및 선택적으로 코팅실 외부로 필름 웹을 배출시키기 위한 제2 잠금 시스템 적어도 1개; 및 플라스틱 용융물의 압출에 의해 코팅된 필름 웹이 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단에 의한 제2 코팅 수단 적어도 1개를 포함한다.

Description

세라믹 장벽층을 갖는, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치{DEVICE FOR PRODUCING AN ADHESIVE-FREE GAS BARRIER FILM WITH A CERAMIC BARRIER LAYER}
본 발명은 접착제가 없는 가스 장벽 필름, 바람직하게는 세라믹 장벽층을 갖는, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치, 접착제가 없는 가스 장벽 필름, 바람직하게는 세라믹 장벽층을 갖는, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 방법, 다중층 가스 장벽 필름, 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치의 용도 뿐만 아니라 일회용품에 관한 것이다.
장벽층 필름(Barrier layer film)은 예를 들어, 중탄산염으로 완충시킨 투석 용액을 포장하는데 필요하며, 이는 복막투석 및 급성투석 둘다에 있어서 사용이 증가되고 있다. 더구나, 가스 장벽층이 장착되어 있는 이들 필름 타입은 또한 장관(enteral) 및 장관외(parenteral) 영약액용 용기로서 사용된다.
필름 웹의 세라믹 코팅을 위한 통상의 공법에서는, 슬리브 위에 권취된 캐리어 필름을 코팅 플랜트에 놓고 이는 이후 배출시킨다. DE 42 21 800에 나타낸 바와 같이, 필름이 상기 코팅 플랜트에 감기지 않아, 다른 가이드 롤러(guide roller)를 통하여 코팅 장치를 지나쳐서 감겨 상기 플랜트내에 다시 필름 랩(film wrap)이 형성된다. 필름 랩은 이와 관련하여 슬리브 위에 권취되거나 감긴 필름으로 이해된다. 상기 코팅 공법은 전체 플랜트의 배출(evacuation)을 필요로 한다. 일반적으로, 이 방법으로 제조되는 세라믹 장벽층은 임의의 추가적인 보호 코팅없이도 필름을 연신시키는 인장 스트레스와 같은 외부적 효과 또는 필름 물질이 마찬가지로 연신되는 킹크 어플리케이션(kink application)에 대해 민감하게 반응한다.
EP 0 640 474 A1에는 또한 필름 복합체의 제조가 개시되어 있는데 여기에서 세라믹층이 스퍼터링 방식에 의해 캐리어 필름(carrier film)에 도포된다. 이는 스퍼터링 방식에 의해 세라믹으로 코팅된 기판 필름과 커버층을 고진공 증발 플랜트에서 필름 복합체에 의해 연결된다.
세라믹 또는 유리-타입 장벽층은 통상의 물질 두께에서 깨지는 행태를 보여 필름이 연신되면 장벽층에 크랙이 형성될 수 있다. 그 결과는 장벽 효과의 실질적인 열화(deterioration)일 수 있다. 따라서, 캐리어 필름이 통상적이며 이는 인장 스트레스에 대한 높은 내성을 나타낸다. DE 42 21 800에 나타낸 바와 같이, 이는 탄성계수로부터 읽어낼 수 있다. 그러므로, 폴리에스테르 소재가 현재 캐리어 물질로서 사용하기에 바람직한 물질이다.
추가적인 공법으로, 지지된 가스 장벽 필름이 코팅 공법 또는 적층 공법으로 기판 필름에 연결된다. 이어서 상기 기판 필름은 전체적인 복합체 필름에 대한 추가적인 요구사항(demand)을 고려하며; 예를 들어, 층 두께, 블로우 내성(blow resistance), 투명도, 기계적 적재량(mechanical loadability), 열적 적재량(thermal loadability), 용접성(weldability) 등이 필름 복합체에서 기판 필름의 일부에 의해 실질적으로 만족되는 요구사항이다.
특별한 특성 프로파일을 갖는 필름은 예를 들어 주입 용액용 약제용 백(pharmaceutical bag)의 제조에 특히 요구된다. 그러한 백의 필름은 그 안에 들어있는 용액의 시각적 평가가 가능하도록 투명하여야 하며; 이들은 반드시 121℃의 온도에서 멸균되어야 하고; 이 필름은 블로우-내성이어야 하며 이 백은 승압을 견딜 수 있어야 하며; 용접 심(weld seam)은 기계적 영향 하에서 상응하는 강도를 나타낼 수 있어야 한다. 박리될 수 있도록(peelably) 용접될 수 있는 필름, 즉, 감소된 용접 온도에서 필름의 반영구적인 방출성 연결부(releasable connection)가 되는 필름이 다중-실(multi-chamber) 백의 제조에 요구된다.
결합 연결부의 박리가능성(peelability)은 결합 파트너 중 하나가 완전히 파괴되지 않고 방출될 수 있는 2개의 결합 파트너의 연결로 이해된다. 필름 2개의 박리성 연결부에서, 필름은 일반적으로 이들의 원래의 경계부(border) 표면을 따라 방출될 수 이다. 필름이 다중층 복합체로 구성되어 있는 특별한 경우에는, 박리 연결부는 또한 복합체 필름이 완전히 파괴되지 않는 한 2개의 필름 중 하나의 탈적층화로 이해된다. 필름 사이의 박리 연결부는 열고정 연결부(heat set connection)에 의해 또는 접착 촉진제에 의해 제조된다. 박리 연결부(peel connection)에 대한 정보는 ASTM 스탠다드 F88-94 또는 D 1876-01로부터 알 수 있다.
통상적으로, 연신된 폴리에스테르 필름 또는 연신된 폴리아미드 필름이 세라믹 장벽 물질을 갖는 장벽 필름의 제조를 위한 캐리어 필름으로 사용된다. 필름의 연신에 대한 척도는 연신되지 않은 필름 대 연신된 필름의 인장비(draw ratio)이다. 연신된 필름은 1:10의 인장비를 가질 수 있다. 세로방향 연신 기계에서는, 상이한 속도로 구동되는 배출용 롤(draw-off roll)에 의해 세로로 배향된다. 후속되는 가로방향 연신에서는, 소위 니퍼(nipper)에 의해 양면에서 필름이 유지되고 열의 작용하에서 이의 폭 방향으로 연신된다. 세로방향 및 가로방향으로 연신된 필름은 또한 쌍축으로 배향된 필름으로도 불리워진다. 대조적으로, 비-연신된 필름은 압출 과정 중 플라스틱 용융물의 배출에 의해서 최소로만 연신된다. 높은 인장비를 갖는 연신된 필름은 세라믹 장벽 물질을 갖는 코팅용으로 일반적으로 양호한 기계적 강도(mechanical stiffness) 값을 갖는다. 그러나, 연신된 필름은 기계적 측면에서 모든 응용에 이상적인 것은 아니다. 연신된 폴리머 물질은 열의 작용하에서 수축되는 경향이 있다. 따라서, 연신된 필름 물질을 포함하는 수액 백(solution bag)의 멸균 공정에서, 물질 변화가 일어날 수 있으며 장벽 효과의 열화가 일어날 수 있다. 한편, 연신된 필름은 상응하는 플랜트에서 스트레스 하에 추가적인 열적 방법 단계에 의해 열적으로 이완되거나 열적으로 고정된다. 분자 평면 상에서, 폴리머 사슬 절편이 엔트로피적으로 유리한 상태로 이완되어 물질이 수축되지 않거나 미소하게만 수축되는 것이 필름의 열부하(thermal load)에 대해 예측된다. 이 방식으로 연신되고 열적으로 고정되는 필름 물질은 특히 가열-멸균 약제학적 수액 백의 제조에도 사용된다. 그러나, 추가적인 방법 단계는 플랜트 집약적이고 에너지 집약적이어서 가스 장벽 필름의 제조에서 연신된 필름의 제조에 필수적인 것이 되고 있다.
더구나, 상업적으로 제조된 폴리에스테르-지지된 또는 폴리아미드-지지된 세라믹 장벽 필름은 즉시 사용하기 위한 복합체 필름을 형성시키기 위해서는 기판 필름 또는 상부 필름과의 적층을 위한 추가적인 단계에 의해 생산된다. 접착제 및 접착 촉진제는 적층 공정에서 구별된다. 접착제는 저분자 물질로 이는 층 사이를 접착시켜 적층시킨다. 접착 촉진제는 압출 적층법에 사용되는 것과 같은 고분자 폴리머 물질로 이해된다. 개질된 폴리머가 예를 들면 접착 촉진제로 사용될 수 있다. 말레인산 무수물로 개질된 폴리프로필렌이 예를 들면 상표명 "Admer"하에 접착 촉진제로 사용된다. 말레인산 무수물로 개질된 스티렌계 블럭 코폴리머는 폴리머 타입 "Kraton"하에 접착 촉진제로 알려져 있다. 카르복실기, 옥사졸린기 및 글리시딜기로 개질된 폴리머가 접착 촉진제로 대등하게 사용된다. 이들 고분자 접착 촉진제는 이동 공정(migration process)에 있어서 대부분 불활성이다. 즉, 이런 접착 물질의 성분들은 적용 조건하에서 크게 이동할 수 없다. 복합체 필름을 통한 성분의 필름 표면으로의 이동과 후속되는 포장된 제품의 오염이 최소화된다.
대조적으로 접착제의 경우, 접착제의 저분자 성분이 필름 복합체를 통해 이동할 수 있으며 특히 의료용 적용분야에서 필름과 접촉하는 액체의 허용되지 않는 오염을 일으킬 수 있다. 그러므로, 접착제는 약제학적 제품용 포장에 사용하는데 있어서 문제가 되어서는 안된다. 규제적인 측면에서, 접착제를 갖는 복합체 필름은 약제의 포장에 있어서 비판적인 평가가 증가하고 있다.
일반적으로, 폴리에스테르-지지된 또는 폴리아미드-지지된 세라믹 장벽 필름은 접착제에 의해 장벽 필름과 적층된다. 세라믹 장벽층과 캐리어 필름 사이에서 접착 촉진이 일어난다. 이런 타입의 적층화에는 가스 장벽 복합체 필름 위에 빌드업(build up)시키기 위한 추가의 별개 공정 단계를 필요로 하며, 이는 불이익한 것이다.
세라믹 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 선행 방법은 배치식 공법에 따른다. 이 목적을 위하여, 미리 제조한 연신된 캐리어 필름을 슬리브 위에 권취시켜 필름 랩(film wrap)을 형성시켜 코팅실(coating chamber)로 도입시킨다. 상기 캐리어 필름은 여기에서 권취되지 않으며, 코팅 공정에 도입되어 추가의 수용 슬리브(receiving sleeve)에 의해 감겨 필름 랩을 형성한다. 이러한 공정에는 높은 플랜트적 노력과 기술적 공정 노력이 요구된다. 배치식 공정을 준비하고 중단시키기 위한 많은 준비시간(setup time)은 불이익하다. 경제적인 면을 고려할 때, 가능한한 크고 그 위에 보존된 필름의 표면이 큰 필름 랩을 코팅용으로 사용하여 코팅할 필름의 양에 대해 짧은 준비시간을 유지하기 위한 노력이 필수적이다. 이는 결과적으로 더 큰 코팅실을 제공하여야만 하며, 이는 이러한 공정을 불이익하게 만들기 때문에 높은 기술적 플랜트적 노력을 필요로 한다.
따라서, 세라믹 가스 장벽 복합체 필름을 제조하기 위한 선행 기술에 대해서 접착제 또는 2차적인 생성물 또는 접착제의 분해 생성물이 없는 의료용 수액 백(medical solution bag)의 생산 및 통상적인 적층법을 생략할 수 있는 제조에 대한 필요성이 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 필름의 생산을 단순화할 수 있고 필름의 특성을 개선할 수 있는 것과 같은 유리한 방식으로 초기에 명명된 종류의 장치, 방법, 필름 뿐만 아니라 장치의 용도를 추가로 개발하는 것이다.
제조 공법은 세라믹 장벽층을 수용하기 위한 에너지-집약적이고 플랜트-집약적인 연신된 캐리어 필름의 용도와 제조를 생략할 수 있도록 추구되었다.
이 목적은 특허청구의 범위 제1항의 특징을 갖는 장치에 의해 본 발명에 따라서 성취된다. 따라서, 바람직하게는 세라믹 장벽층을 갖는 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치로서, 필름 웹을 운송하기 위한 운송 수단(conveying mean) 적어도 1개, 상기 필름 웹을 장치의 코팅실로 도입시키기 위한 제1 잠금 시스템(lock system) 적어도 1개, 상기 코팅실에서 장벽 물질의 침착(증착, deposition)에 의해 필름 웹이 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단에 의한 제1 코팅 수단(coating mean) 적어도 1개, 및 선택적으로, 필름 웹을 배출시키기 위한 제2 잠금 시스템 적어도 1개 및 플라스틱 용융물의 압출(extrusion) 및 플라스틱 용융물의 필름 웹상으로의 도포(application)에 의해 필름 웹이 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단에 의한 제2 코팅 수단 적어도 1개를 포함하는 장치가 제공된다.
상기 장치의 유리한 실시형태는 종속항의 주제를 형성한다.
이와 관련하여, 운송 수단의 모든 기술 장치는 필름 웹을 인도하고, 편향시키며, 권취시킬 수 있는 운송 수단, 특히 롤러, 편향 롤(deflection roll) 및 필름 권취용 슬리브로 간주된다.
따라서, 본 발명에 있어서 통상적이며 주된 장점 및 기술적 효과는 압출 코팅 공정 단계를 사용하여, 본 발명의 근간을 이루는 목적을 특히 유리하게 성취하면서 접착제가 없는 세라믹 가스 장벽 필름을 제공할 수 있는 장치로부터 발생한다.
특히, 상기 장점은 장치에 의해 제조될 수 있는 접착제가 없는 가스 장벽 필름으로부터 제조된 일회용품으로부터 예를 들어, 의약 용액으로부터 가스 성분이 탈기되는 것을 신뢰성 있게 방지할 수 있는 접착제가 없는 가스 장벽 필름으로부터 발생한다.
이와 관련하여 이산화탄소(CO2)를 배출시키는 경향이 있는 중탄산염을 함유하는 용액을 참고한다. 방출된 이산화탄소 가스가 투석 용액으로부터 배출될 경우, 이는 pH를 증가시켜, 탄산칼슘(CaCO3)의 원치 않는 침전을 초래할 수 있다.
그러나, 이는 가스 성분의 탈기를 신뢰할 수 있을 정도로 방지하는 것 외에, 이제 본 발명에 의해 가스 장벽 기능을 위하여 이전부터 요구되는 무기, 특히 세라믹, 장벽층을 미리 고정시킨 접착제층을 생략할 수 있다. 이러한 접착제층은 투석 용액으로 이동하는 물질에 대한 공급원이 될 수 있기 때문에 상기 특징은 무엇보다도 특히 유리하다. 이러한 잠재적으로 이동하는 물질의 문제점이 특히 유리하게 회피되며 따라서 접착제층을 생략할 수 있는 가능성에 의해 해결된다.
코팅이 저압에서 일어날 경우 유리하다. 코팅실 내의 압력은 장치 주변 대기에서보다 특히 더 낮아 코팅실의 내부는 장치 주변 대기와 비교하여 저압측(low-pressure side)으로 불리워질 수 있다. 장치 주변의 대기는 코팅실 내에 존재하는 압력과 비교하여 더 높은 압력을 갖기 때문에 이에 대해서 고압측(high-pressure side)으로 불리워질 수 있다. 통상적으로, 고압측의 압력은 정상 대기압에 대응하게 제공된다.
선택적으로, 플라스틱 용융물을 필름 웹에 도포하기 위한 제2 코팅 수단이 코팅실 내에 놓이도록 제공될 수 있다. 그러나, 특히, 제1 코팅 수단에 대해서 높은 진공을 필요로 하는 코팅에서는, 제2 코팅에 따르는 플라스틱 용융물이 모두 필름 웹에 신뢰할 수 있을 정도로 도포될 수 있는 것은 아니다. 또한, 일부 경우에 있어서, 코팅실 내부의 제2 코팅 수단을 위한 기술적 플랜트 노력은 크게 불이익할 수 있다. 그러한 경우, 제1 코팅 수단으로 코팅된 필름 웹을 코팅실로부터 제2 잠금 시스템에 의해 고압측으로 배출시키는 것이 필수적이다. 고압측에서, 필름 웹은 롤러 및 편향 롤과 같은 추가의 운송 수단에 의해 제2 코팅 수단으로 운송될 수 있어 압출된 플라스틱 용융물이 필름 웹에 도포될 수 있다.
제2 코팅이 제2 코팅 수단에 의해 인라인(inline)으로 수행될 경우, 제1 코팅의 숙성(aging), 즉, 화학적 변화가 두드러질 정도로 일어나지 않는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 제1 코팅층 위에 제2 코팅층이 접착되는 것이 불리하게 영향을 주지 않음을 확신할 수 있다.
장치가 플라스틱 용융물 적어도 1종을 압출시키기 위한 압출 노즐을 가지며 (상기 플라스틱 용융물로부터 필름 웹이 수득된다), 압출된 플라스틱 용융물로부터 수득되는 필름 웹을 운송하기 위한 롤러 1개 이상을 갖는 것이 유리할 수 있다.
또한, 필름 웹이 적어도 3 m/분, 특히 30 m/분 내지 45 m/분, 추가로 특히 30 내지 300 m/분, 또는 240 m/분까지, 또는 150 m/분까지 및 그 이하, 특히 최대 300 m/분, 바람직하게는 최대 60 m/분까지의 운송 속도로 운송될 수 있도록 제공될 수 있다.
또한, 제1 및/또는 선택적으로 제2 잠금 시스템이 1개 이상의 롤러 락(roller lock) 및/또는 1개 이상의 슬릿 락(slit lock)을 갖는 것이 가능하다.
또한, 다수의 흡인실(suction chamber)이 제1 잠금 시스템에 제공되거나, 선택적으로 제2 잠금 시스템에 제공되는 것이 가능하며, 상기 흡인실은 각각 압력 스테이지를 형성한다. 흡인실은 각각의 락 사이에 각각 위치할 수 있다. 이 점에 있어서, 적어도 1개 이상의 탈기실(degassing chamber)이 제1 잠금 시스템의 흡인실 다음에 제공될 수 있다. 필름으로부터의 휘발성 부분의 제거가 일어날 수 있는 탈기실로부터 장점이 발생한다.
각각의 락(lock) 사이에 위치하는 흡인실에는 진공 요구조건에 따라서 펌핑 수단, 예를 들면, 회전식 베인 펌프(rotary vane pump), 루트 펌프(Roots pump) 또는 터보펌브(turbopump)가 장착될 수 있다.
다수의 흡인 단계에 의해 단계식으로 진공이 또한 걸릴 수 있어 대기압에서부터 10-6 mbar의 바람직한 최종 압력까지 압력 강하식으로 전체 잠금 시스템내에 진공이 발생한다.
특히, 코팅실과 제1 코팅 수단을 사용하여 장벽층을 필름 웹 위에 침착시킬 수 있도록 제공된다. 약제학적 벌크 물질의 포장용 필름에서는 장벽층이 산소, 이산화탄소, 수증기와 같은 가스의 통과에 대해 장벽 효과를 갖는 것이 필요하다. 필름 웹 상에 금속 또는 세라믹 물질을 침착(증착, deposition)시킴으로서 성취될 수 있는 것과 같이 예외적으로 우수한 장벽 효과가 무기 코팅 물질에 부여될 수 있다. 특히, 알루미늄이 금속에 의한 코팅용으로 적합하다. 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물은 세라믹 물질의 침착용으로 특히 적합하다. 그러므로, 본 발명 개념의 실시형태 중 하나로, 코팅실이 필름 웹 위에 세라믹 장벽층을 침착시키기 위한 수단을 갖도록 제공된다.
추가로, 코팅실에 캐리어 필름을 전처리하기 위한 이온 공급원이 있도록 제공될 수 있으며, 이온 공급원은 아르곤과 같은 비활성 가스 및/또는 탄화수소 및 불포화 탄화수소의 가스, 산소, 질소 및 가스상 질소 화합물, 할로겐, 암모니아, 웃음가스(lauphing gas, 아산화질소), 에틸렌 옥사이드 등과 같은 반응성 가스의 이온 공급원이다. 아르곤-산소 이온 공급원이 필름 전처리 용으로 바람직하게 선택되며, 특히 1종 이상의 이온 공급원이 필름 웹의 전처리용으로 제공된다. 상기 처리는 필름의 한쪽면으로부터, 코팅면으로부터 유리하게 일어난다. 필름의 전처리용 수단은 코팅실에 유리하게 배열된다. 반응성 가스는 이온화 후 필름 물질과 화학적 화합물을 형성할 수 있는 가스들로 이해된다. 비활성 가스는 이들과 구별될 수 있다. 비활성 가스는 이들의 이온화된 형태로 필름 물질, 특히 필름 물질의 표면을 화학적으로 개질시킬 수 있는 것으로 공공연하게 인정되지만; 비활성 가스 자체는 필름 물질과 안정한 화학적 화합물을 형성할 수 없다.
또한, 코팅실에는 캐리어 필름 위에 세라믹 장벽 물질이 침착되는 것을 돕기 위하여 이온 공급원 1종 이상이 부착되어 있는 코팅존(coating zone)이 있다. 아르곤/산소 혼합물이 이온화된 가스를 발생시키기 위하여 바람직하게 사용된다.
또한, 세라믹 장벽층, 예를 들어, 알루미늄 산화물층 또는 규소 산화물층을 침착시키기 위하여 코팅 물질로 침착 물질 또는 증발 물질 적어도 1종을 제공하는 것을 생각할 수 있다. 규소와 산소를 기본으로 하는 증발 물질, 특히 규소(S), 규소 아산화물(SiOx) 또는 이산화규소(SiO2)의 혼합물이 Si 및/또는 SiOx를 증발시켜 필름 웹 위에 침착시킬 수 있는 방식으로 제안된다. 규소/규소 산화물 혼합물의 증발은 바람직하게는 1000℃ 내지 1500℃, 1250℃ 내지 1500℃, 1200℃±100℃, 1300℃±100℃, 특히 1250℃의 온도에서 일어난다. Si와 SiO2의 혼합물을 코팅용 출발 물질로서 예를 들면 50:50의 혼합비로 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상기 혼합비는 일반적으로 가변적일 수 있으며 요구에 따라서 선택될 수 있다. 세라믹 가스 장벽층을 생성시킬 수 있는, 세라믹 장벽 물질의 대안적인 침착 공법으로 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 증진 화학증착법(PECVD) 및 물리적 증착법(PVD)이 있다.
규소 산화물(SiOx)의 혼합물이 세라믹 규소층의 바람직한 침착 공법용 출발 물질로 사용되며, 이는 규소 산화물:SiOx의 화학양론적 조성에 대해서 적용되고, 여기서 x는 0 내지 2; 바람직하게는 여기서 x = 0.5 내지 1.7 또는 x = 0.7 내지 1.3 또는 x = 0.9±0.2 또는 x = 1.0±0.2 또는 1.1±0.2 또는 x = 1.7±0.2 이다. 또한, 실질적인 부분의 원소 Si 또는 SiO2가 규소 산화물의 혼합물에 존재한다는 것을 생각할 수 있다.
또한, 코팅 두께를 측정하기 위한 수단 적어도 1개 및/또는 냉각된 코팅 롤러 적어도 1개가 코팅실 내부 또는 외부에 제공될 수 있으며, 상기 냉각된 코팅 롤러는 -70℃ 내지 +70℃의 온도 범위에서 작동할 수 있는 것이 바람직하다.
특허청구의범위 제11항 내지 제17항 중 하나에 따르는 방법이 수행될 수 있고 제18항 내지 20항의 특징을 갖는 필름이 상기 장치를 사용하여 제조될 수 있도록 제공되는 것이 특히 유리하다.
본 발명에 따르는 필름은 본 발명에 따르는 방법에 따라서 바람직하게 제조되고/되거나 본 발명에 따르는 장치를 사용하여 바람직하게 제조된다. 제18항에 따르는 필름 또는 제18항 및 선택적으로 유리한 실시형태의 필름은 제11항 내지 제17항 중 하나에 따르는 방법에 따라서 또는 상기 방법의 다른 유리한 측면에 따라서 및/또는 제1항 내지 제10항 중 하나에 따르는 장치에서 또는 상기 장치의 다른 유리한 측면에 따라서 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 제11항의 특징을 갖는 방법에 관한 것이다. 따라서, 접착제가 없는 가스 장벽 필름, 바람직하게는 세라믹 장벽층을 갖는 가스 장벽 필름을 제조하는 방법은 다음과 같은 단계:
- 선택적으로, 플라스틱 용융물을 압출시켜 캐리어 필름을 형성시키는 단계;
- 상기 캐리어 필름을 적어도 1개의 잠금 시스템으로 운송, 특히 인라인(inline) 운송하는 단계;
- 상기 잠금 시스템을 통하여 캐리어 필름을 코팅실로 도입하는 단계;
- 장벽층을 상기 캐리어 필름 위에 침착시키는 단계;
- 선택적으로, 필름 웹을 배출시키는 단계;
- 예를 들어, 플라스틱 용융물을 도포함으로써 바람직하게는 세라믹 장벽층을 코팅, 특히 인라인(inline) 코팅, 즉, 필름 운송의 중단없이 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 유리한 실시형태는 종속항의 주제이다.
단, 필름 웹은 제공되는 압력 조건하에 코팅실에서 장벽층으로 코팅되며, 바람직하게는, 필름 웹이 잠금 시스템을 통하여 코팅실의 고압측에서 저압측으로 운송되도록 제공된다.
장벽 필름의 제조는 본 발명에 따르는 방법으로 수행되는 것이 바람직하며, 상기 장벽 효과는 무기, 금속 또는 세라믹 장벽 물질의 침착에 의해 발생한다.
이미 상기에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서 통상적이며 주된 장점 및 기술적 효과는 압출 코팅 공정 단계를 사용하여 접착제가 없는, 바람직하게는 세라믹 가스 장벽 필름을 제공할 수 있는 방법으로부터 발생한다.
다음 단계
- 적어도 1개의 캐리어 필름 또는 1개의 기판 필름을 제조하기 위한 압출 노즐 적어도 1개에 의해 플라스틱 용융물 적어도 1개를 압출시키는 단계; 및
- 상기 압출된 필름을 코팅실로 운반하는 단계를 본 방법을 시작할 때 인라인(inline)으로 수행하여 캐리어 필름을 수득하는 것이 가능하다.
필름의 운송 속도는 적어도 3 m/분, 특히 30 m/분 내지 45 m/분, 추가로 특히 30 내지 300 m/분, 또는 240 m/분까지, 또는 150 m/분까지 및 그 이하로, 특히 최대 300 m/분, 바람직하게는 최대 60 m/분까지 되도록 제공될 수 있다.
또한, 제1 및/또는 제2 잠금 시스템이 적어도 1개의 롤러락 및/또는 적어도 1개의 슬릿락을 갖는 것이 가능하다.
또한, 각각이 압력 스테이지를 형성하는 다수의 흡인실이 제공되고/되거나 적어도 1개의 탈기실이 흡인실 다음에 제공되는 것을 생각할 수 있다.
다수의 흡인 단계에 의해 단계식으로 진공이 또한 걸릴 수 있어 대기압에서부터 10-6 mbar의 바람직한 최종 압력까지 압력 강하식으로 전체 잠금 시스템내에 진공이 발생될 수 있다.
또한, 적어도 1종의 이온 공급원을 사용하여 조사시킴으로써 코팅실에서 필름을 선처리할 수 있으며, 이온 공급원은 아르곤과 같은 비활성 가스 및/또는 탄화수소 및 불포화 탄화수소, 산소, 질소 및 가스상 질소 화합물, 예를 들면, 암모니아, 웃음가스, 할로겐, 예를 들면, 염소, 브롬, 요오드, 불소, 에틸렌 옥사이드 등과 같은 반응성 가스의 이온 공급원이다. 이러한 가스는 코팅 조건하에서 추가의 반응 파트너, 특히 코팅 물질과 화학적 화합물을 형성할 수 있는 반응성 가스로 간주된다. 아르곤-산소 이온 공급원이 필름 선처리용으로 바람직하게 선택되며, 특히 필름 웹의 선처리용으로 1종 이상의 이온 공급원이 제공된다. 상기 처리는 필름의 면 중 하나로부터, 코팅면으로부터 유리하게 일어난다. 필름의 선처리용 수단이 코팅실에 유리하게 배열된다.
또한, 본 발명에 따르는 방법에 따라, 적어도 1종의 침착 물질이 세라믹 장벽층, 예를 들면, 알루미늄 산화물층 또는 규소 산화물층을 침착시키기 위하여 코팅실에 제공되는 것으로 생각할 수 있다. 규소(Si), 규소 산화물(SiOx) 또는 이산화규소(SiO2)의 혼합물이 증발되어 필름 웹 위에 침착되는 증발법을 선택하는 것이 바람직하다. 규소/규소 산화물 혼합물의 증발은 바람직하게는 1000℃ 내지 1500℃, 1250℃ 내지 1500℃, 1200℃±100℃, 1300℃±100℃, 특히 1250℃의 온도에서 일어난다. Si와 SiO2의 혼합물을 코팅용 출발 물질로서 예를 들면 50:50의 혼합비로 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상기 혼합비는 일반적으로 가변적일 수 있으며 요구에 따라서 선택될 수 있다. 대등하게, 세라믹 장벽 물질을 플라스틱 캐리어 필름 위에 침착시키기 위하여 대안 공법이 사용될 수 있다. 대안적인 공법으로 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 증진 화학증착법(PECVD) 및 물리적 증착법(PVD)이 거명될 수 있다.
코팅 두께의 측정이 코팅실에서 수행되도록 제공될 수 있다. 필름 웹(film web)의 냉각(cooling)은 롤러, 특히 -70℃ 내지 70℃의 온도 범위의 온도로 고정되어 있는 코팅 롤러를 냉각시킴으로써 바람직하게 수행된다.
본 발명은 또한 특허청구범위 제18항의 특징을 갖는 필름에 관한 것이다. 따라서, 다중층 가스 장벽 필름이 단일층 또는 다중층 디자인을 갖는 캐리어층, 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 엘라스토머 폴리우레탄(TPU) 및 열가소성 폴리올레핀(TPO)의 군으로부터 선택되는, 열가소성 물질 1종 이상을 포함하는 캐리어 필름을 포함하도록 제공된다. 세라믹 장벽층은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 열가소성 엘라스토머(TPE)의 군으로부터 선택되는 플라스틱 물질로 된, 추가의 비연신 단일층 또는 다중층 상부층과 접촉하도록 그 안에 배열되며, 상부층과 장벽층 사이에 접착제층 없이 배열된다.
이점에 있어서, 열가소성 엘라스토머의 군은 스티렌 블럭 코폴리머 또는 열가소성 폴리올레핀(TPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리부틸렌(PBU) 및 폴리알파올레핀의 엘리스토머 폴리머를 포함한다. 폴리알파올레핀은 예를 들어, 부텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐 또는 도데칸의 모노머로 만들어진 폴리머를 포함한다.
이 점에 있어서, 세라믹 장벽 물질의 침착이 일어나는 출발 필름은 캐리어층(carrier layer) 또는 캐리어 필름(carrier film)으로 이해된다. 이 점에 있어서, 세라믹 장벽 물질로 발생된 층을 덮는 필름층은 상부층(top layer) 또는 상부 필름(top film)으로 이해된다. 캐리어층과 상부층은 본 발명의 의미에 있어서 캐리어층 또는 상부층의 기능적 정렬 방법을 표시하는데 있어서 제한없이, 이상적으로 또는 상이하게 디자인될 수 있다. 캐리어층과 상부층은 완성된 복합체 필름에서 제조 공법에 따라서 구별될 수 있는 각각의 층으로 서열(sequence)을 이루도록 디자인된다.
본 발명에 있어서 통상적이고 주된 장점 및 기술적 효과는 또한 필름, 즉 접착제 없이 가스 장벽 필름이 자체적으로 제공될 수 있는 필름으로부터 유래하며, 본 발명에 따르는 필름은 압출 코팅의 공정 단계를 사용하여 제공된다.
캐리어 층은 10 내지 300 ㎛, 특히 20 내지 250 ㎛, 10 내지 100 ㎛, 바람직하게는 30 내지 100 ㎛ 또는 30 내지 80 ㎛에 달하고/달하거나 가스 장벽층은 규소 아산화물(SiOx), 특히 규소 아산화물 SiOx (여기서 x = 1.2 내지 1.9 또는 1.3 내지 1.8 또는 1.4 내지 1.7, 특히 1.7), 또는 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하는 세라믹층이고 10 내지 500 nm, 30 내지 300 nm, 15 내지 150 nm, 특히 30 내지 100 nm, 바람직하게는 50 nm의 두께를 갖는 것이 유리한 것으로 생각될 수 있다.
특히, 특허청구의범위 제1항 내지 제10항 중 하나에 따르는 장치를 사용해서 및/또는 제11항 내지 제17항 중 하나에 따르는 방법을 사용하여 제조되는 다중층 가스 장벽 필름이 유리하다.
특히, 상기 필름은 폴리올레핀 물질과 열가소성 엘라스토머를 기본으로 하는 상부층과 캐리어층을 포함한다. 폴리올레핀 물질은 올레핀계 모노머를 포함하는 폴리머로 구성된 플라스틱으로 이해되어야 한다. 프로필렌, 에틸렌, 부틸렌, 헥센, 옥텐 및 추가의 말단 불포화 올레핀과 같은 알파-올레핀으로 구성된 폴리머가 폴리알파올레핀으로 불리워진다. 특히, 상기 명명된 모노머의 코폴리머, 이들로부터 유래되는 폴리머의 블렌드, 상기 명명된 모노머의 블럭 코폴리머 및 이들로부터 유래하는 상기 블럭 코폴리머와 폴리머의 블렌드, 상기 명명된 폴리머의 분지된 폴리머와 상기 모노머로부터 제조된 폴리머, 코폴리머, 블럭 코폴리머 및 분지된 폴리머를 포함하는 블렌드가 상기 용어 하에 있는 것으로 이해된다.
각각의 층도 마찬가지로 폴리에스테르 또는 폴리아미드와 같은 다른 열가소성 물질로 구성될 수 있다.
캐리어 필름 또는 상부 필름 또는 이들 필름들의 층들은 또한 아크릴계 블럭 코폴리머의 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다. 그러한 폴리머는 스티렌, 프로필렌, 부틸렌, 에틸렌, 이소프렌, 부타디엔의 폴리머-화학적 중복 유니트(polymer-chemical duplication units)에 의한 블럭 방식으로 제조되며 예를 들어, 스티렌 에틸렌 부틸렌 블럭 코폴리머(SEBS, SEB), 스티렌 이소프렌 블럭 코폴리머(SIS), 스티렌 에틸렌 프로필렌 블럭 코폴리머(SEPS, SEEPS)를 포함한다. 일례의 층 디자인이 예를 들어, EP 0 739 713에 기재되어 있다.
본 발명은 또한 특허청구범위 제21항의 특징을 갖는 접착제가 없는 장벽 필름을 제조하기 위한 장치의 용도에 관한 것이다. 따라서, 제1항 내지 제10항 중 하나에 따르는 장치가 제11항 내지 제17항 중 하나에 따르는 방법을 수행하기 위하여, 특히 제18항 내지 제20항 중 하나에 따르는 다중층 가스 장벽 필름을 제조하기 위하여 사용되도록 제공된다.
본 발명은 또한 제22항의 특징을 갖는 일회용품에 관한 것이다. 따라서, 제1항 내지 제10항 중 하나에 따르는 장치가 제11항 내지 제17항 중 하나에 따르는 방법을 수행하기 위하여, 특히 제18항 내지 제20항 중 하나에 따르는 다중층 가스 장벽 필름을 제조하기 위하여 사용되도록 제공된다.
일회용품은 특히 의약 용액을 수용하기 위하여 바람직하게 제공되는, 1회 용도의 필름 백일 수 있다.
본 발명의 추가적인 세부사항 및 장점은 이제 도면에 나타낸 실시형태를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 SiOx 장벽으로 캐리어 필름을 코팅하기 위한 조합 방법을 도식적으로 나타낸 것이다;
도 2는 세라믹 장벽층을 가지며 접착제가 없는 장벽 필름을 제조하기 위한 본 발명에 따르는 장치를 도식적으로 나타낸 것이다;
도 3은 본 발명에 따르는 접착제가 없는 복합체 필름의 디자인을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 1은 SiOx 장벽으로 필름 웹, 이후 캐리어 필름을 코팅하기 위한 조합 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
출발 물질 일산화규소(SiO)(이는 추가의 규소 산화물 화합물과의 혼합물로 SiO 과립(10)으로 존재한다)를 고진공하에서 가열 와이어(26)를 사용하여 방사선조사 보호장치(24)로 둘러싸인 도가니(22)에서 1300 내지 1500℃의 온도 (이 온도에서는 충분한 양이 가스상으로 변화된다)로 가열한다. 증발로(evaporation furnace: 20) 위를 지나도록 하여 캐리어 필름(30) 위에 증기를 침착시킨다. 그러나, 그렇게 생성된 SiOx 층의 장벽은 아직도 충분치 못하다.
충분히 낮은 가스 투과성은 이온 공급원(40)과 결합하여 성취된다 (IBAD: ion-beam assisted deposition 이온-빔 보조 침착법). 이 목적으로, 캐리어 필름 위에 응축되어 있는 규소 아산화물, 예를 들어, SiO1.4를 이온화된 입자와 충돌(bombardment)시킨다. 이로써 점결함(defect point)이 더 적고 더 조밀한 SiOx 층이 생성된다.
이온 공급원(40) (이는 예를 들어, 아르곤-산소 이온 공급원(40)이다)은 고전압 공급장치(high-voltage supply: HV)와 가열장치를 갖는데 상세하게 표시되어 있지는 않다. 이온 공급원(40)은 추가로 애노드(44)를 갖는다. 이 점에 있어서, Ar+와 O2 +는 임의의 이온화된 종을 대표하며 이들은 반응성 가스로부터 형성될 수 있다. 전 공정은 p=1*10-4 내지 1*10-7 mbar의 압력의 진공실(50)에서 수행된다. 진공은 진공 펌프(52)를 사용하여 건다.
도 2는 세라믹 장벽층을 가지며 접착제가 없는 장벽 필름을 제조하기 위한 본 발명에 따르는 장치(100)를 도식적으로 나타낸 것이다.
이와 관련하여 캐리어 필름(30)을 잠금 유니트(135)와 탈기실(120)을 통하여 코팅실(130)에 도입시킨다. 흡인 모듈(150)은 잠금 모듈(140)의 다운스트림으로 제공되며 다음에 슬릿락 모듈(60)이 뒤따라 있어 요구되는 공정 압력에 도달하게 된다. 탈기실(120)을 통과한 후, 필름은 코팅실(130)로 이동하게 되는데, 여기에서 SiOx 장벽층이 증착된다. SiOx 증기는 코팅실(130)에서 증발로(170)에 의해 발생된다.
SiOx 층은 IBAD 이온 공급원(180)과 함께 도포된다. 또한, 필름의 선처리는 이온 공급원(190)을 통하여 제공되는데 여기서 표면이 후속 가공 단계을 위하여 활성화된다. 필름 장력의 측정은 필름 장력 측정 장치를 사용하여 수행하며 층 두께 측정 장치를 사용하여 층의 두께를 측정한다.
코팅실에서의 가공 단계가 캐리어 필름이 파괴될 수 있을 정도로 높은 열을 발달시키는 것과 관련 있기 때문에 캐리어 필름의 열에 의한 과도한 긴장(thermal overstraining)을 피하기 위해서는 냉각 롤러와 잘 접촉시키는 것이 필수적이다. 필름(30)의 두께와는 상관없이 냉각 롤러의 온도는 -50℃에서 +50℃로 고정시킨다. 마지막으로, 코팅된 필름(30')은 다시 잠금 모듈(220, 210)과 잠금 유니트(200)의 흡인실(230)을 통하여 코팅 플랜트(100)로부터 배출시킨다.
필름 웹을 용융 압출에 의해 적어도 부분적으로 코팅시킬 수 있는 수단에 의한, 제2 코팅 수단은 잠금 유니트(200) 다음에 배열되며 도식적으로 나타나 있다. 이와 관련하여 압출 장치(240)는 플라스틱 용융물을 운반된 필름 웹(30') 위에 도포하고 이에 따라 방금 생산된 SiOx 층이 인라인 공법, 즉, 공정의 중단없이 계속적인 공정내에서 코팅된다.
원리에 따라서, 세라믹 가스 장벽 복합체 필름의 제조는 필수적으로 다음 단계:
- 단일층/다중층 캐리어 필름의 압출;
- 진공 잠금 시스템에 의한 필름 웹의 코팅 플랜트로의 도입;
- 세라믹 물질의 이온 빔 보조 침착법 - IBAD - 을 사용한 필름의 코팅;
- 진공 잠금 시스템에 의한 필름의 배출; 및
- 용융 압출에 의한 단일층/다중층의 상부층의 복합체 필름에의 코팅에 의해 수행된다.
본 방법에 따라서 접착제는 생략할 수 있는 것으로 나타났다. 실시간으로 상부층과 함께 세라믹 코팅이 되어 세라믹 표면의 숙성 과정이 작동되지 않는 것이 결정적이다. 이와 관련하여 비-숙성된 표면이 용융물-압출된 상부층과의 연결이 좋아진다. EP 0 640 474의 주제와는 대조적으로, 특히 커다란 장점은 상부층의 도포를 진공에서 수행되지 않아도 되는 결과는 가져왔다. 세라믹으로 코팅된 캐리어 필름과 상부층이 진공실 외부에서 인라인으로 연결되어 세라믹 표면과 상부층 간의 접착이 충분하다. 따라서, 가스 장벽 필름 복합체의 전체적인 제조 공정은 인라인 공법으로 수행될 수 있다.
가장 단순한 경우로, 캐리어 필름만이 가스 장벽 필름에 대한 기계적 지지체로 제공된다. 대안적인 경우로, 캐리어층은 기능적 디자인을 가질 수 있으며 수액 백의 제조에 요구되는 기계적 안정성, 광학적 품질 및 열적 특성에 대해 전체적인 복합체 필름의 필수적인 요구조건을 만족시킬 수 있다.
캐리어 필름이 열적으로 크게 안정한 상태, 즉, 폴리머 물질이 압출 후 임의의 후결정화(postcrystallization) 공정의 대상이 아닐 수 있는 상태로 존재하는 것이 필수적일 수 있다. 세라믹 장벽 물질로 코팅한 후, 사용되는 플라스틱 물질의 후결정화는 물질 장력에 의해 장벽층에 점결함을 일으킬 수 있다. 따라서 온도 설정 과정은 캐리어 필름의 압출 후 수행하여 세라믹 장벽 물질의 침착이 일어나기 전에 필름 내에서 가능한 결정화 공정이 일어날 수 있다.
가장 단순한 경우에는, 상부층 만이 세라믹 가스 장벽층에 대한 보호층으로 작용할 수 있다. 대안적인 경우에는, 상부층 자체가 이미 백 필름의 제조용으로 기능적으로 디자인될 수 있으며 전체적인 복합체 필름에 대한 기계적, 열적 및 광학적 요구조건을 만족시킬 수 있다.
전체적인 복합체 필름의 기능에 따라서 캐리어층 및/또는 상부층이 단일층 또는 다중층일 수 있다.
폴리올레핀, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 헥센, 옥텐 등의 폴리알파올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, SEBS, SIS, SEPS, SEP, 대안적 경우에는, 폴리에스테르(PE) 또는 폴리아미드(PA)가 또한 캐리어 필름 및 상부 필름용 물질로 선택될 수 있다.
본 발명에 따르는 본 방법에서, 안정한 복합체 필름은 인라인 방법을 통하여 캐리어 필름, 장벽층 및 상부층에 의해 직접 수득된다. 한편, 연신된 캐리어 필름을 필요로 하지 않을 수 있으며; 다른 한편으로는, 생성된 복합체 필름이 추가의 적층 공정을 제공할 필요없이, 수액 백의 생산을 위하여 직접 추가로 사용될 수 있다.
캐리어 필름 및/또는 상부 필름의 두께는 예를 들어, 10 ㎛에 달할 수 있지만, 백 필름의 경우 300 ㎛까지 될 수도 있다. 적용 분야에 따라서 10 ㎛에서 300 ㎛까지 사이의 모든 두께 값이 자연적으로 선택될 수 있다. 특히, 20 내지 250 ㎛, 또는 10 내지 50 ㎛, 바람직하게는 30 ㎛의 값이 두께 값으로 선택된다.
캐리어 층이 10 내지 300 ㎛, 특히 20 내지 250 ㎛, 10 내지 100 ㎛, 바람직하게는 30 내지 100 ㎛ 또는 30 내지 80 ㎛에 달하고/달하거나 가스 장벽층이 규소 아산화물(SiOx), 특히 규소 아산화물 SiOx (여기서 x = 1.2 내지 1.9 또는 1.3 내지 1.8 또는 1.4 내지 1.7, 특히 1.7), 또는 알루미늄 산화물(AlOx)을 포함하는 세라믹층이고 두께가 10 내지 500 nm, 30 내지 300 nm, 15 내지 150 nm, 특히 30 내지 100 nm, 바람직하게는 50 nm인 것이 유리한 것으로 생각될 수 있다.
세라믹 코팅은 원칙적으로 캐리어 필름의 양쪽 면에 가능하다.
도 3은 본 발명에 따르는 필름(300)의 도식적 디자인을 나타낸 것이다. 캐리어 필름(340)은 본 실시예에서 단일층 디자인의 것이다. 공정 과정에서, 캐리어 필름(340)을 잠금 시스템을 통하여 코팅실로 도입시키고 세라믹 가스 장벽 물질로 코팅시키는데 이는 조밀한 층(330)을 형성한다. 본 경우에는, 층(330)이 규소 산화물층에 대한 일례로 이는 IBAD 보조 가스 침착 공법으로 제조된 것이다. 코팅실로부터 코팅된 캐리어 필름을 배출시킨 후, 상부층을 용융 압출 코팅법으로 도포한다. 이 목적으로, 압출 용융물 (이는 이미 2개층으로 미리 가압시켰다)을 캐리어 필름에 도포하며; 이들은 상부층(320)과 (310)을 형성한다.
본 실례의 실시형태에서, 상부층은 2개-층으로 디자인되며, 한개 층은 복합체 필름의 용접성에 대해 미리정해진 요구조건을 만족시킨다.
이 점에 있어서, 기계적 안정성면에서 전체 복합체 필름에 대한 실질적인 요구사항, 예를 들어, 블로우 내성이 층(320)을 통하여 만족되는데, 이는 상부층으로서 세라믹 장벽층(330)을 오버코팅한다.
층(310)은 전체 복합체 필름이 용접될 수 있도록 디자인된 것으로; 특히 박리가능한 방식으로도 용접될 수 있다. 층(310)은 또한 이와 관련하여 씰링층(sealing layer)으로 불리워진다.
캐리어층(340)은 장벽층(330)에 대해 딱딱한 기반(stiff basis)을 인도해야 한다. 이에 따라, 복합체 필름은 높은 인열전파 내성(tear propagation resistance), 높은 천공 내성(piercing resistance) 및 인장변형 하에서의 낮은 스트레칭을 갖는 것으로 특징된다. 또한, 예를 들어, 수액 백의 제작시 복합체 필름의 교합 경향(interlocking tendency)이 캐리어 필름보다 낮을 경우 유리하다. 교합 경향은 여기서 필름이 압력의 효과하에서 매끈한 표면에 접착하는 행태로 이해된다.
대안적으로, 도 3에 나타나 있지 않은 접착 촉진제층이 또한 장벽층(330)과 상부층(320) 사이에 배열될 수 있다. 접착 촉진제층은 널리 알려져 있으며 이들은 압출 코팅법으로 도포된다.
캐리어층(340)과 씰링층(310)은 복합체 필름의 외부층을 형성한다. 필름(300)으로부터 제조되는 수액 백에서, 씰링층(310)은 백 내용물과 대면하는 면을 형성한다. 캐리어층(340)은 그러한 백에서 외부면을 형성한다. 본 발명에 따르는, 접착제가 없는 필름의 일례의 디자인은 다음과 같은 구조를 나타낸다:
캐리어층(340):
층 두께: 30 ㎛
제제: 100% 호모 폴리프로필렌 HD 601 CF Borealis
장벽층(330):
층 두께: 50 nm
제제: SiO1.7±0.2
상부층(220):
층 두께: 130 ㎛
제제: 70% 폴리프로필렌의 랜덤 코폴리머 RD 204 CF Borealis
30% SEBS Kraton G 1652
씰링층(210):
층 두께: 20 ㎛
제제: 80% 폴리프로필렌의 랜덤 코폴리머 RD 204 CF Borealis
20% SEBS Kraton G 1652
실시예의 방식으로 명명된 복합체층은 즉시 사용 가스 장벽 필름을 인도하며 이는 예를 들어, 식품 또는 약제의 포장 수단으로 사용될 수 있다.
도 2에 나타낸 장치는 또한 다음과 같이 유리하게 디자인될 수 있다:
잠금 모듈(lock module)은 롤러락(140)을 가질 수 있으며 여기서 필름이 롤러 사이로 인도되어 측면에서 밀봉된다. 롤러 사이에서 가압시키는 것이 반드시 필수적인 것은 아니다.
도 2에 도식적으로 나타낸 바와 같은 슬릿락(160)이 또한 제공된다. 이 점에 있어서 필름이 2개의 금속판 사이의 좁은 갭(gap)을 통하여 인도된다. 장점은 복합한 씰링을 필요로 하는 잠금의 이동부(moving part)가 없다는 것이다.
후속해서, 필름이 탈기실(120)을 통과하게 되는데 여기서 휘발성 성분들이 필름으로부터 분리된다. 탈기실에서 필름의 드웰 시간(dwell time)이 더 긴 것이 복합체 필름내 또는 필름에 캡슐화되어 있거나, 용해 또는 흡착되어 있는 휘발성 물질이 벗어나는데 바람직하다.
필름의 드웰 시간을 정하는데 있어서 6 미터의 필름 (플랜트에 따라서 가변적이다)을 탈기실을 통하여 인도하도록 제공될 수 있다. 탈기실을 통하는 필름의 드웰 시간은 가능한 필름 운송 속도에 따른다. 이 점에 있어서, 필름의 운송 속도는 적어도 3 m/분, 특히 30 m/분 내지 45 m/분, 추가로 특히 30 내지 300 m/분, 또는 240 m/분까지, 또는 150 m/분 까지 및 그 아래, 특히 최대 300 m/분까지, 바람직하게는 최대 60 m/분까지이다.
필름의 선처리는 코팅실에서 수행된다. 이 점에 있어서, 필름을 이온 공급원 (이미 언급된 바와 같은 아르곤, 산소 및/또는 추가의 가스)을 사용하여 조사시키면 플라즈마가 형성된다. 이에 따라 코팅할 캐리어 필름의 세정과 표면 활성화가 일어난다.
추가로, 품질 보증과 온라인 검사를 위하여 코팅 두께의 측정 수단이 제공된다. SiOx 층의 경우 통상적인 층 두께로 대략 50 nm가 선택된다. 일반적으로, 30 내지 300 nm, 특히 30 내지 100 nm, 또는 10 내지 300 nm, 바람직하게는 15 내지 150 nm, 우선적으로는 50 nm의 두께가 선택된다.
규소 산화물을 사용한 코팅용 출발 물질은 바람직하게는 Si와 SiO2의 혼합물, 예를 들어, 50:50 비율의 혼합물 및/또는 SiOx와의 혼합물이다. SiOx:SiOx에 대해 바람직하게는 다음과 같이 적용된다: 여기서 x = 0 내지 2; 바람직하게는 x = 0.5 내지 1.7 또는 x = 0.7 내지 1.3 또는 x = 0.9±0.2 또는 x = 1.0±0.2 또는 1.1±0.2 또는 x = 1.7±0.2. 완성된 세라믹 장벽층에서, SiOx는 바람직하게는, SiO1.7±2의 화학양론으로 존재한다.
층 두께에 대해서 너무 얇은 층은 가요성 측면에서 허용될 수 있지만, 장벽값이 불량한 반면, 너무 두꺼운 층은 양호한 장벽 효과를 가져오지만, 깨지기 쉬운 물질 특성이 있어, 장벽층에 크랙이 형성될 위험이 있다는 것을 알아야 한다.
Si/SiOx는 증발되며 필름 위에 침착된다. 이 때, 온도는 1250℃ 내지 1500℃에 이른다. 일반적으로 침착은 1000℃ 내지 1500℃, 1250℃ 내지 1500℃, 1200℃±100℃, 1300℃±100℃, 특히 1250℃의 온도에서 일어날 수 있다.
이 점에 있어서 노즐에서 필름까지의 공간은 100 mm 내지 350 mm에 달한다. 필름 용융의 위험성이 고려되어야 하며, 이를 피해야 한다. 필름 운반이 빠를수록 코팅존(coating zone)에 노출되는 동안 필름이 이의 용융 온도에 도달할 수 없기 때문에 더욱 신속한 필름 운반으로 인하여 용융될 위험성이 작다.
코팅 롤러가 냉각되고 이 점에 있어서 -70℃ 내지 +70℃ 범위의 온도에서 작동될 수 있다고 생각할 수 있다.
캐리어 필름 위의 코팅층을 IBAD 공급원을 사용하여 조사시키고, IBAD 이온 공급원은 아르곤과 산소를 이용한다. SiOx 층의 충전(compacting)과 규소 산화물의 화학양론적 개질은 IBAD 이온 공급원에 의해 일어난다. 열역학적 안정성, 광학적 투명도 및 유체-밀봉성(fluid-tightness) 면에서 규소 산화물의 유리한 화학양론적 조성은 SiO1.2-1.9 이다.
중탄산염을 함유하는 용액용으로 사용되는 필름에 있어서 바람직한 장벽 효과는 용액중 중탄산염의 농도 함량 및 CO2의 부분압, 이후 평형상태에 따라서 적어도, 최대
Figure 112015037564151-pct00001
; 바람직하게는 ≤10; 추가로 바람직하게는 ≤5; 또한 바람직하게는 ≤1의 CO2에 대한 투과성을 가져야 한다. 필름의 투과성 측정 방법은 표준으로 잘 정리되어 있다. 특히, 예를 들어 ASTM D1434 또는 DIN 53380이 적합하다.
본 발명의 의미에 있어서, 본 발명에 따르는 장벽 필름은 바람직하게는 20 ml(CO2)/bar/m2/24h 또는 10 ml(CO2)/bar/m2/24h, 또는 5 ml(CO2)/bar/m2/24h 미만의 가스 투과성 값을 갖는다. 공지의 방법으로 산소의 투과성 값과 상관되는 상응하는 투과성 값이 본 발명에 따르는 장벽 필름에 대한 산소 장벽에 적용된다.

Claims (22)

  1. 접착제가 없는(adhesive-free) 가스 장벽 필름을 제조하기 위한 장치(100)로서:
    필름 웹을 운송하기 위한 운송 수단;
    상기 필름 웹을 장치(100)의 코팅실(coating chamber: 130)로 도입시키기 위한 제1 잠금 시스템(lock system: 135) 적어도 1개;
    코팅실(130) 내에서 장벽 물질을 침착시킴으로써 상기 필름 웹이 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단인 제1 코팅 수단(coating mean: 170, 180) 적어도 1개; 및
    코팅실(130) 외부로 필름 웹(30')을 배출(expelling)시키기 위한 제2 잠금 시스템(200) 적어도 1개; 및
    상기 코팅된 필름 웹이 플라스틱 용융물(plastic melt)의 압출(extrusion)에 의해 적어도 부분적으로 코팅될 수 있는 수단인 제2 코팅 수단(240) 적어도 1개를 포함하며,
    Si 증발 물질, SiOx 증발 물질 또는 Si 증발 물질과 SiOx 증발 물질이, Si, SiOx 또는 Si와 SiOx를 증발시켜 필름 웹 위에 침착시킬 수 있는 수단에 의해, 코팅실(130)에 제공되고, 침착이 1000℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행되는 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 더 낮은 압력이 코팅실 외부보다 코팅실 내에 존재하며 제1 잠금 시스템(135)은 필름 웹을 고압측(high-pressure side)에서 코팅실의 저압측(low-pressure side)으로 도입시키기 위해 제공되고 제2 잠금 시스템(200)은 필름 웹을 저압측으로부터 고압측으로 배출시키기 위하여 제공되는 장치(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 장치(100)가 플라스틱 용융물 적어도 1종을 압출시키기 위한 압출 노즐 적어도 1개; 및 압출된 플라스틱 용융물로부터 수득한 필름 웹(30)을 운송하기 위한 롤러(roller) 1개 이상을 가지며, 상기 필름 웹(30)은 상기 플라스틱 용융물로부터 수득되는 장치(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필름 웹(30)이 3 m/분 내지 300 m/분의 운송 속도로 운송될 수 있음을 특징으로 하는 장치(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 잠금 시스템(135), 제2 잠금 시스템(200) 또는 제1 잠금 시스템(135)과 제2 잠금 시스템(200)이, 롤러락(roller lock: 140, 120) 적어도 1개, 슬릿락(slit lock: 160, 220) 적어도 1개 또는 롤러락(roller lock: 140, 120) 적어도 1개와 슬릿락(slit lock: 160, 220) 적어도 1개를 가짐을 특징으로 하는 장치(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡인실(suction chamber: 150) 1개 이상이 상기 제1 잠금 시스템에 제공되거나, 흡인실 1개 이상이 상기 제2 잠금 시스템(135)에 제공되거나, 흡인실(suction chamber: 150) 1개 이상이 상기 제1 잠금 시스템과 제2 잠금 시스템 각각에 제공됨을 특징으로 하는 장치(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅실이 필름 웹 위에 세라믹 장벽층을 침착시키기 위한 수단을 가짐을 특징으로 하는 장치(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅실(130)이 필름 선처리(pretreatment)를 위한 이온 공급원(190)을 가짐을 특징으로 하며, 이온 공급원은 비활성 가스(noble gas), 반응성 가스 또는 비활성 가스와 반응성 가스의 공급원인 장치(100).
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각된 코팅 롤러 적어도 1개가 코팅실(130)에 제공됨을 특징으로 하며, 상기 냉각된 코팅 롤러는 -70℃ 내지 +70℃의 온도 범위에서 작동될 수 있는 것인 장치.
  11. 접착제가 없는 가스 장벽 필름을 제조하는 방법으로, 다음 단계:
    - 플라스틱 용융물을 압출시켜 캐리어 필름을 형성시키는 단계;
    - 캐리어 필름(30)을 적어도 1개의 잠금 시스템(lock system: 135)으로 운송하는 단계;
    - 잠금 시스템(135)을 통하여 코팅실(130)로 캐리어 필름(30)을 도입시키는 단계;
    - 캐리어 필름(30) 위에 장벽층을 침착시키는 단계;
    - 제2 잠금 시스템(200)을 통하여 필름(30)을 배출시키는 단계; 및
    - 플라스틱 용융물을 도포함으로써 장벽층을 코팅시키는 단계를 포함하며,
    Si, SiOx 또는 Si와 SiOx이 코팅실(130)에서 증발되어 필름 웹 위에 침착됨을 특징으로 하고, 침착이 1000℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행되는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 캐리어 필름을 형성시키는 단계는
    - 적어도 1개의 캐리어 필름(30)을 제조하기 위하여 적어도 1종의 플라스틱 용융물을 적어도 1개의 압출 노즐(extrusion nozzle)을 통하여 압출시키는 단계;를 포함하는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 필름의 운송 속도가 3 m/분 내지 300 m/분인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 1개 이상의 흡인실(suction chamber: 150)이 제1잠금 시스템 또는 제2잠금 시스템에 제공되어 각각이 압력 스테이지(pressure stage)를 형성하고; 적어도 1개의 탈기실(degassing chamber: 120)이 상기 흡인실(150) 다음에 제공됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 필름 선처리를 코팅실(130)에서 적어도 1종의 이온 공급원으로 조사시킴으로써 수행됨을 특징으로 하며, 이온 공급원은 비활성 가스(noble gas), 반응성 가스 또는 비활성 가스와 반응성 가스의 이온 공급원인 방법.
  16. 삭제
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서, 필름 웹의 냉각이 -70℃ 내지 +70℃의 온도 범위에서 냉각 롤러에 의해 수행되는 방법.
  18. 접착제가 없는 다중층 가스 장벽 필름으로,
    ·폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 엘라스토머(elastomer), 열가소성 우레탄 및 열가소성 폴리올레핀의 군으로부터 선택되는, 열가소성 물질 1종 이상을 포함하는 단일층 또는 다중층 디자인을 갖는 캐리어 필름(carrier film);
    ·Si, SiOx 또는 Si와 SiOx을 포함하는 세라믹 장벽층(ceramic barrier layer);
    ·폴리올레핀, 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르 또는 폴리아미드, TPU의 군으로부터 선택되는, 상기 장벽층 위에 배열되어 있는 플라스틱 물질의 단일층 또는 다중층의 상부층(top layer)을 포함하며,
    여기서 상부층은 상부층과 장벽층 사이에 접착제층이 배열되지 않고 가스 장벽층 위에 폴리머 용융물을 도포함으로서 제공되는, 접착제가 없는 다중층 가스 장벽 필름.
  19. 제18항에 있어서, 캐리어층이 10 내지 300 ㎛에 달하며, 가스 장벽층이 규소 아산화물(silicon suboxide)을 포함하는 세라믹층이고 30 내지 300 nm의 두께를 가짐을 특징으로 하는 다중층 가스 장벽 필름.
  20. 제18항에 있어서, 가스 장벽 필름이 제11항에 따르는 방법에 따라 제조됨을 특징으로 하는 다중층 가스 장벽 필름.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는,
    접착제가 없는 다중층 가스 장벽 필름이며,
    ·폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 엘라스토머(elastomer), 열가소성 우레탄 및 열가소성 폴리올레핀의 군으로부터 선택되는, 열가소성 물질 1종 이상을 포함하는 단일층 또는 다중층 디자인을 갖는 캐리어 필름(carrier film);
    ·Si, SiOx 또는 Si와 SiOx을 포함하는 세라믹 장벽층(ceramic barrier layer);
    ·폴리올레핀, 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르 또는 폴리아미드, TPU의 군으로부터 선택되는, 상기 장벽층 위에 배열되어 있는 플라스틱 물질의 단일층 또는 다중층의 상부층(top layer)을 포함하며,
    여기서 상부층은 상부층과 장벽층 사이에 접착제층이 배열되지 않고 가스 장벽층 위에 폴리머 용융물을 도포함으로서 제공되는, 접착제가 없는 다중층 가스 장벽 필름을 제조하기 위한,
    다중층 가스 장벽 필름 제조용인 장치(100).
  22. 제18항에 따르는 다중층 가스 장벽 필름을 포함하는 일회용품(disposable).


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