KR20020029438A - 저응력이완성 엘라스토머성 물질 - Google Patents

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Abstract

저응력이완성 엘라스토머성 물질은 엘라스토머성 연질 블록부 및 열가소성 경질 블록부를 갖는 블록 공중합체, 하나 이상의 비닐아렌 수지 및 광유를 포함한다. 상기 엘라스토머성 물질은 엘라스토머성 층 및 하나 이상의 실질적으로 저엘라스토머성인 표피층을 포함하는 필름에 사용될 수 있다. 상기 표피층은 폴리올레핀과 같은 열가소성 중합체를 포함한다. 상기 필름은 인간의 체온에서 목적하는 탄성 및 응력이완 특성을 나타낸다. 상기 필름은 거시적으로 팽창된 3차원 엘라스토머성 웹을 형성하는데 유용하다.

Description

저응력이완성 엘라스토머성 물질{LOW STRESS RELAXATION ELASTOMERIC MATERIALS}
일회용 흡수 제품 분야에서는 오랜동안 사이즈의 범위, 운동의 용이성 및 유지 정합성을 향상시키기 위해 탄성 요소를 갖는 흡수 장치, 예를 들어 패스너를 갖는 일회용 기저귀, 풀-온(pull-on) 기저귀, 배변연습용 팬츠, 생리대, 팬티라이너, 실금자용 브리프 등을 제조하는 것이 바람직한 것으로 알려져 왔다. 또한, 특히 고온 다습한 조건에서 착용되도록 고안된 물품의 경우에는, 부적절한 피부 차단으로 인하여 민감한 피부 발진 또는 땀띠가 생길 수 있는 모든 영역에 적절한 다공성을 제공하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 많은 일회용 흡수 제품의 성질로 인하여, 제품의 탄성부와 착용자의 피부 사이에 수분 및 다른 신체 분비물이 포획됨에 따라 피부가 자극될 가능성이 높다. 일회용 제품의 탄성부는 특히 신체에 보다 순응하는 경향이 있고, 따라서 때로는 장시간 동안 피부 영역을 차단하기 때문에 피부를 자극시키기 쉽다. 당해 분야에는 중합체 필름에 탄성을 부여하는 다양한 방법이 알려져 있다. 보다 큰 탄성을 갖는 물질은 신체에 대한 정합이 더욱 우수한 의료용 또는 개인용 위생 물품을 제공하기 때문에, 피부로의 공기 흐름 및 차단 영역으로부터의 증기 흐름을 감소시킨다. 피부 건강을 위해 통기성(특히 증기 투과성)이 더욱 중요하다. 또한, 당해 분야에는 중합체 필름에 다공성을 부여하여 통기성을 향상시키는 다양한 방법이 알려져 있기는 하지만, 개인 위생용 또는 의료용 물품, 특히 일회용 제품, 붕대, 랩(wrap) 및 상처 보호대(wound dressing)에서 영구적으로 오랜동안 사용하기에 적절할 수 있는, 적절한 탄성과 다공성을 둘다 제공하는 중합체성 필름 또는 웹이 여전히 요구된다.
보다 편안하게 정합될 뿐만 아니라 누출을 보다 양호하게 제어하기 위한 탄성화된 다리 커프스 또는 탄성화된 허리 밴드가 장착된 일회용 기저귀 및 다른 흡수 제품이 당해 분야에 알려져 있다. 이러한 탄성은 종종 기저귀의 일부의 목적하는 주름화 또는 집중화를 야기시키는 중합체성 물질의 열처리를 이용하여 성취된다. 이러한 처리 방법중의 하나가 본원에 참고로 인용되는 1987년 7월 21일자로 레이싱(Reising) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,681,580 호에 개시되어 있다. 탄성을 부여하는 다른 방법들은, 모두 본원에 참고로 인용되는 1992년 9월 1일자로 웨버(Weber) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,143,679 호, 1992년 10월 20일자로 부엘(Buell) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,156,793 호 및 1992년 12월 1일자로 웨버등에게 허여된 미국 특허 제 5,167,897 호에 교시되어 있다.
다이 펀칭(die punching), 슬릿팅(slitting) 및 핫-핀 용융 천공(hot-pinmelt aperturing)과 같이, 탄성화된 이차원적 중합체성 필름을 보다 다공성으로 만들기 위한 몇가지 수단이 당해 분야에 알려져 있다. 그러나, 전술한 특정 기법을 열가소성의 엘라스토머성 필름에 적용하는 경우, 다공성의 증가는 탄성 성능의 신뢰도의 감소를 수반한다. 예를 들어, 이차원적 필름에서의 환상 개구의 경우, 인가 응력 S1에 대하여, 개구 주변의 인가 응력에 직각인 국부 응력 S2가 생성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 국부 응력 S2는 인가 응력 S1보다 크며, 상기 인가 응력의 대략 3배 정도이다. 둥글지 않은 개구의 경우에는, 응력 집중이 훨씬 더 크다. 결과적으로, 개구는 그의 가장자리에서 인열 개시부위의 근원이 되는데, 이는 물질의 가장자리가 인가 응력의 평면에서 개구의 가장자리를 형성하기 때문이다. 통상의 열가소성 탄성 필름의 경우, 이러한 개구는 오버타임(over time)을 증가시킬 수 있는 인열 개시를 촉진하여 필름의 심각한 파손을 유발시킨다. 일회용 흡수 제품의 탄성부에 사용된 경우, 이러한 파손은 흡수 제품의 편의성, 정합성 및 용도의 손실을 비롯한 중요한 탄성 특성의 손실을 가져온다.
일회용 흡수 제품상의 착용자 접촉면으로서 사용하기에 바람직하도록 적절한 다공성을 제공하는 종래의 웹 구조물은 2가지의 기본적인 변형물, 즉, 섬유상 부직물과 같은 고유의 유체 투과성 구조물, 및 개구를 통하여 유체 투과도가 제공되어 이를 통해 유체 및 수분을 흐르게 하는 중합체성 웹과 같은 유체 불투과성 물질을 가지고 있었다. 어떠한 변형물도 특징적으로 탄성이 아니며, 결과적으로 이들 2가지 변형물은 일반적으로는 생리대의 신체 접촉층과 같은 유체 투과성은 요구되지만신장성은 요구되지 않는 흡수 제품의 영역에 사용된다.
1975년 12월 30일자로 톰슨(Thompson)에게 허여되고 본원에서 참고로 인용되는 통상적으로 양도된 미국 특허 제 3,929,135 호에는 일회용 제품에 적합한 신체 접촉성의 다공성 중합체성 웹이 개시되어 있다. 상기 톰슨의 특허에는 유체 불투과성 중합체성 물질로 구성된 거시적으로 팽창된 3차원 상면시이트가 교시되어 있다. 그러나, 중합체성 물질은 상면시이트의 평면내의 베이스 개구(base opening) 및 일회용 흡수 제품내에 사용된 흡수 패드와의 접촉면내에 정점 개구(apex opening)를 가진 테이퍼진(tapered) 모세관을 포함하도록 형성된다. 톰슨이 교시한 중합체 물질은 일반적으로 엘라스토머는 아니지만, 톰슨은 가열 성형된 단층 필름의 비탄성 특성에 따라 목적하는 3차원 구조물을 제조하였다.
1982년 8월 3일자로 라델(Radel) 등에게 허여되고 본원에 참고로 인용되는 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,342,314 호에는 일회용 흡수 제품의 신체 접촉면으로서 사용되는 또다른 물질이 개시되어 있다. 라델 등의 특허에는 웹의 한 면내에서 생성되고 그로부터 연장되어 그의 대향면내에서 개구의 형태로 종결되는 모세관 망상구조의 규칙적인 연속체를 포함하는 개선된 거시적으로 팽창된 3차원 플라스틱 웹이 개시되어 있다. 특히 바람직한 실시태양에서, 모세관 망상구조는 액체가 운송되는 방향으로 크기가 감소한다.
전술한 통상적으로 양도된 톰슨 및 라델 등의 특허에 일반적으로 기술되어 있는 유형의 거시적으로 팽창된 3차원 플라스틱 웹은 개구에 의해 제공된 다공성으로 인하여 적절한 증기 투과성이라는 면에서 상당히 성공적이었다. 그러나, 물질의 한계로 인하여 상기 웹은 일반적으로는 생성된 웹이 상당한 엘라스토머성 특성을 갖도록 하는데 필수적인 탄성을 갖지 않는다. 이러한 결점으로 인하여 실질적으로 흡수 제품의 탄성부에서의 상기 웹의 사용이 제한된다.
탄성화된 중합체성 웹은 당해 분야에 알려져 있는 엘라스토머성 물질로부터 제조할 수 있으며, 1996년 3월 26일자로 크루에거(Krueger) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,501,679 호에 개시된 바와 같은 중합체성 물질의 적층체일 수 있다. 이러한 유형의 적층체는 일반적으로는 엘라스토머성 물질 및 비탄성 표피층을 공압출시킨 다음 표피층의 탄성 한계 이상으로 적층체를 연신시키고, 이어서 적층체를 복원시킴으로써 제조된다. 전술한 바와 같은 엘라스토머성 웹 또는 필름은 허리밴드, 다리 커프스 및 측부 패널과 같은 가멘트의 신체 밀착부에 사용될 수 있지만, 일반적으로는 연장된 시간동안 사용될 경우 바람직하지 못한 피부 자극을 방지하기에 충분할 만큼 다공성이지 못하다.
또한, 흡수 제품 또는 기타 개인 보호 제품에 대한 실제 사용 조건은 전형적으로 열, 습도, 하중 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 엘라스토머성 물질은 특히 하중 또는 장력하에 체온에서 탄성 및 치수 안정성의 손실을 받게 된다. 탄성 및 치수 안정성이 손실되면 흡수 제품의 휘어짐 및 부정합을 일으키고, 심한 경우에는 흡수 제품으로부터 누출이 발생할 수 있다.
배변연습용 팬츠, 풀-온 기저귀, 패스너를 갖는 일회용 기저귀, 성인 실금자용 가멘트, 붕대, 랩, 상처 보호대 등과 같은 특정한 제품의 탄성 성분은 제품이 착용자의 신체에 착용되는 경우 그의 원래 치수의 400% 정도의 변형에서 상당량의연신을 받게될 수 있다. 이러한 단계는 엘라스토머성 물질에서 연신성 및 회복성을 추가로 요구한다.
엘라스토머성 물질 고유의 점착성 및 연신성으로 인해 엘라스토머성 물질의 가공 및 취급에 상당한 어려움이 있다. 엘라스토머성 물질은 가공 장치에 부착되는 경향이 있고 롤로부터 제거하거나 최종 제품에 도입되도록 정확한 크기로 절단하기가 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 특정한 시간동안 최종 제품의 실제 사용 조건하에서, 예를 들어 약 10시간동안 지속되는 하중하에 체온에서 그의 탄성을 실질적으로 보유하는 엘라스토머성 물질을 제공하고자 한다.
형태 정합성 및 통기성(즉, 증기 투과성)인 엘라스토머성 필름을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, 특히 바람직한 태양에서 약 400% 이상 정도의 변형이 가해진 후 그의 3차원 형상을 실질적으로 회복할 수 있는 거시적으로 팽창된 3차원의 천공된 엘라스토머성 웹을 제공하고자 한다.
또한, 개구의 가장자리로부터 웹에 가해진 변형의 효과를 분리시켜 인열 개시를 지연시키거나 방지하도록 설계된 천공된 엘라스토머성 웹에서 사용하기에 적합한 엘라스토머성 필름을 제공하고자 한다.
더구나, 개선된 가공성을 갖고 풀-온 기저귀, 배변연습용 팬츠, 패스너를 갖는 일회용 기저귀, 실금자용 가멘트, 생리대, 팬티라이너, 상처 보호대, 붕대 및 랩과 같은 개인용 위생용 제품 및 의료용 제품에 대해 비용면에서 효과적인 엘라스토머성 물질을 제공하고자 한다.
발명의 요약
본 발명은 저응력이완성 엘라스토머성 물질에 관한 것이다. 상기 엘라스토머성 물질은 엘라스토머성 필름을 형성하기 위해 단독으로 또는 표피층과 함께 사용될 수 있다. 상기 엘라스토머성 필름은 다공성의 거시적으로 팽창된 3차원 엘라스토머성 웹을 제공하는 형성 공정에 유용하다. 바람직한 태양에서, 엘라스토머성 웹은 측부 패널, 허리 밴드 및 커프스와 같은 일회용 흡수 제품, 또는 보호대, 붕대 및 랩과 같은 의료용 제품의 탄성화부 또는 신체 밀착부에서 사용하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 다공성의 연장가능한 중합체성 웹은 상면시이트 또는 배면시이트와 같은, 연신성 또는 통기성 물질이 바람직한 흡수 제품의 다른 부분에서 사용될 수 있다.
본 발명의 엘라스토머성 물질은 바람직하게는 특정 시간동안 하중 또는 응력하에 체온에서 저응력이완성을 나타낸다. 또한, 엘라스토머성 물질은 큰 변형이 가해지는 경우 낮은 히스테리시스(hysteresis) 및 높은 파단신도를 나타낸다. 바람직한 태양에서, 엘라스토머성 물질은 스티렌계 블록 공중합체, 예를 들어 폴리스티렌-폴리(에틸렌/프로필렌)-폴리스티렌(S-EP-S), 폴리스티렌-폴리(에틸렌/부틸렌)-폴리스티렌(S-EB-S), 폴리스티렌-폴리부틸렌-폴리스티렌(S-B-S), 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌(S-I-S), 또는 수소화된 폴리스티렌-폴리(이소프렌/부타디엔)-폴리스티렌(S-IB-S), 하나 이상의 비닐아렌 수지,및 가공유, 특히 광유와 같은 저점도 탄화수소 오일을 포함한다.
본 발명의 엘라스토머성 물질은 단일 필름, 또는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀형 물질과 같은 실질적으로 저엘라스토머성인 하나 이상의 표피층을 갖는 다중 필름일 수 있다. 엘라스토머성 필름은 거시적으로 팽창된 3차원 엘라스토머성 웹을 형성하는데 유용하다.
바람직한 태양에서, 웹은 연속적인 제 1 표면 및 상기 제 1 표면으로부터 떨어져 있는 불연속적인 제 2 표면을 갖는다. 엘라스토머성 웹은 웹의 제 1 표면에서 다수의 제 1 개구를 가지며, 제 1 개구는 상호연결 부재의 연속적인 망상구조에 의해 제 1 표면의 평면에서 한정되고 각각의 상호연결 부재는 그의 길이를 따라 상향 오목형 단면을 나타낸다. 바람직한 태양에서, 각각의 상호연결 부재는 그의 길이의 일부를 따라 일반적으로 U자형 단면을 나타내고, 상기 단면은 일반적으로 웹의 제 1 표면의 평면에 있는 기저부 및 상기 기저부의 각각의 가장자리에 연결되고 다른 측벽부에 상호연결된 측벽부를 포함한다. 상호연결된 측벽부는 일반적으로 웹의 제 2 표면 방향으로 연장되고, 웹의 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 서로 연결된다. 상호연결된 측벽부는 서로 동시에 실질적으로 종결되어 웹의 제 2 표면의 평면에서 제 2 개구를 형성한다.
본 발명의 엘라스토머성 층은 흡수 제품에서 연장가능한 다공성 부재로서 사용되는 경우, 상호연결 부재를 제 1 표면의 평면에서 연신시킨다. 웹의 3차원 성질은 제 1 표면의 평면에서 상호연결 부재에 대한 변형을 제 2 표면의 제 2 개구에서의 변형과 분리시키고, 따라서 인열 개시 부위에서 잠재적인 변형 유도 응력과분리시킨다. 웹의 변형 유도 응력이 제 2 개구에서의 변형 유도 응력과 분리되면 개구에서 인열 개시로 인한 웹의 파손 없이 약 400% 이상 정도의 웹 변형을 반복하고 지속시킴으로써 웹의 신뢰성을 상당히 증가시킨다.
또한, 다층 엘라스토머성 필름을 제공하는 단계, 상기 필름을 형성 구조체에 지지시키는 단계, 및 상기 다층 필름의 두께를 가로질러 유체 압력차를 적용하는 단계를 포함하는 본 발명의 엘라스토머성 웹의 제조방법이 개시된다. 유체 압력차는 다층 필름을 지지 구조체에 일치시키고 형성된 필름의 적어도 일부를 파열시킬 정도로 충분히 크다.
본 발명은 거시적으로 팽창된 3차원의 천공된 중합체성 웹에 사용하기에 적합한 저응력이완성 엘라스토머성 물질에 관한 것이다.
본 명세서가 본 발명의 주제를 특별히 지적하고 명확하게 주장하는 특허청구범위로 완결되지만, 첨부된 도면과 관련한 하기의 설명으로부터 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 이들 도면에서, 유사한 도면부호는 동일한 요소로 간주한다.
도 1은 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,342,314 호에 일반적으로 개시된 유형의 종래의 중합체성 웹의 확대 부분 투시도이다.
도 2는 하나 이상의 층이 엘라스토머성인 2개의 중합체 필름층을 가진 본 발명의 바람직한 엘라스토머성 웹의 확대 부분 투시도이다.
도 3은 일반적으로는 도 2에 도시된 유형의 웹의 부분 확대도이지만, 본 발명의 다른 엘라스토머성 웹의 웹 구조를 보다 상세히 예시한 것이다.
도 4는 2개의 표피층 사이에 삽입된 엘라스토머성 층을 가진 본 발명의 엘라스토머성 웹의 바람직한 다층 필름의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 엘라스토머성 웹의 제 1 표면의 평면내에서 투영된 개구 형상의 평면도이다.
도 6은 도 5의 단면 라인 6-6을 따라 취한 상호연결 부재(interconnecting member)의 확대 단면도이다.
도 7은 도 5의 단면 라인 7-7을 따라 취한 상호연결 부재의 또 다른 확대 단면도이다.
도 8a 내지 8c는 다양한 장력 상태에서의 본 발명의 엘라스토머성 웹의 개구의 개략적인 단면도이다.
도 9는 대략 1㎟의 개구의 정렬된 패턴을 가진 본 발명의 엘라스토머성 웹의 제 1 표면을 나타내는 확대 현미경 사진이다.
도 10은 연신되지 않은 상태에서의 도 9에 도시된 엘라스토머성 웹의 제 2 표면의 확대 주사전자 현미경의 현미경 사진의 투시도이다.
도 11은 대략 100% 신도로 신장된 도 9에 도시된 엘라스토머성 웹의 제 2 표면의 확대 주사전자 현미경의 현미경 사진의 투시도이다.
도 12는 신장 및 회복후에 형성된 주름부(rugosite)를 도시한 본 발명의 엘라스토머성 웹의 개구의 확대 주사전자 현미경의 현미경 사진의 투시도이다.
도 13은 본 발명의 엘라스토머성 웹을 포함하는 일회용 가멘트의 부분 단면투시도이다.
도 14는 일회용 가멘트용 측부 패널의 바람직한 실시태양의 단순화된 부분 단면도이다.
도 15는 도 2에 예시된 웹 구조물을 형성하는데 일반적으로 유용한 적층 구조물의 단순화된 부분 절개도이다.
도 16은 도 15에 일반적으로 예시된 유형의 이차원적 적층 구조물을 목적하는 반경 곡률까지 롤링시킨 다음 그의 자유 말단을 서로 결합시킴으로써 형성된 관상 부재의 투시도이다.
도 17은 일반적으로 본 발명에 따른 엘라스토머성 필름을 디보싱(debossing) 및 천공하는데 바람직한 방법 및 장치의 단순화된 개략도이다.
도 18은 본 발명의 다른 엘라스토머성 웹의 확대 부분 단면 투시도이다.
도 19는 단면 라인 19-19를 따라 취한 도 18의 웹의 확대 단면도이다.
본원에서 사용된 "포함하는(comprising)"이란 용어는 여러 구성요소, 성분 또는 단계들이 본 발명을 실시하는데 함께 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, "포함하는"이란 용어는 보다 제한적인 용어인 "이루어진(consisting of)" 및 "필수적으로 이루어진(consisting essentially of)"이란 용어를 포함한다.
본원에서 사용된 "탄성(elastic)" 또는 "엘라스토머성(elastomeric)"이란 용어는 외부적으로 인가된 힘하에서 신장되거나 또는 변형될 수 있고, 외부의 힘이 제거된 후에, 실질적으로 그의 본래의 치수 또는 형상으로 되돌아가 단지 작은 불변 세트(permanent set)(전형적으로는 약 20% 이하)만을 유지할 수 있는 특정의 물질을 지칭한다. "엘라스토머(elastomer)"란 용어는 전술한 바와 같은 탄성 특성을 나타내는 특정의 물질을 지칭한다.
본원에서 사용된 "열가소성(thermoplastic)"이란 용어는 물성에 있어서 거의 또는 전혀 변화없이(최소의 산화적 분해를 의미한다) 용융되고 재고화될 수 있는 특정의 물질을 지칭한다.
본원에서 사용된 "표피층(skin layer)"이란 용어는 엘라스토머성 층보다 실질적으로 엘라스토머성이 낮은 열가소성 중합체 또는 중합체성 블렌드를 포함하는 층을 지칭한다. 표피층의 불변 세트가 엘라스토머성 층의 불변 세트의 약 20% 이상인 경우 표피층은 "실질적으로 저엘라스토머성"인 것으로 간주한다. 불변 세트는 물질로부터 특정 신도를 제거하여 물질이 완전히 되돌아가게 하기에 충분한 시간이 지난 후에 측정된 물질의 변형율을 지칭한다.
본원에서 사용된 "% 신도(percent elongation)"란 용어는 힘을 가하여 물질을 신장시키는 동안 측정된 엘라스토머성 물질의 길이와 변형되지 않거나 긴장되지 않은 상태에서의 물질의 길이 사이의 차이를 변형되지 않은 상태에서의 물질의 길이로 나눈 다음, 얻어진 값에 100을 곱한 값을 지칭한다. 예를 들어, 변형되지 않거나 긴장되지 않은 상태에서의 물질은 0% 신도를 갖는다.
본원에서 사용된 "세트(set)" 또는 "% 세트"란 용어는 물질이 완전히 원상으로 되돌아가지 않고서 물질로부터 특정 신도를 제거한 후에 특정 시간(즉, 본원에 기술된 시험방법에 대해서는 60초)동안 물질을 이완된 조건에서 유지시키면서 측정한 엘라스토머성 물질의 변형율을 지칭한다. % 세트는 하기 수학식 1로 나타낸다:
제로 하중 신장은 인장시험 장치에 의해 하중을 가하기 전에 제 2 사이클 시작시의 조(jaw)들 사이의 거리를 지칭한다.
본원에서 사용된 "응력이완율(stress relaxation)"이란 용어는 엘라스토머성 물질을 특정 신도에서 예비결정된 길이로 신장시킨 후에 직면하게 되는 최대 하중 또는 힘(또는 일부의 초기 길이에서 측정된 하중 또는 힘)과 샘플을 특정 시간동안 예비결정된 길이 또는 신도에서 유지시킨 후에 측정된 잔류 하중 또는 힘 사이의 장력 또는 하중의 % 손실을 지칭한다. 이완은 엘라스토머성 물질의 특정 신도에서 직면하게 되는 초기 하중의 % 손실로서 나타낸다.
본원에서 사용된 "히스테리시스(hysteresis)"란 용어는 특정 신도로부터 수축되는 동안 엘라스토머성 물질에 의해 보유된 에너지와 후속적으로 엘라스토머성 물질을 이전의 길이로 신장시키는데 요구되는 에너지 사이의 차이를 지칭한다. 엘라스토머성 물질을 특정 신도, 전형적으로는 200% 신도로 연신시킨 다음 제로 하중으로 복원시키면 히스테리시스 곡선이 완성된다.
초기에 논의된 다른 용어들은 본원에서 정의한다.
도 1은 기저귀 및 생리대와 같은 일회용 흡수 제품에서 상면시이트로서 사용하기에 매우 적합한 것으로 밝혀진 종래의 거시적으로 팽창된 3차원 섬유 유사 유체 투과성 중합체성 웹(40)의 확대 부분 단면 투시도이다. 종래의 웹은 일반적으로는 1982년 8월 3일자로 라델 등에게 허여되고 본원에 참고로 인용되는 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,342,314 호의 교시내용에 따른다. 유체 투과성 웹(40)은 다수의 상호연결된 섬유 유사 요소, 예를 들어, 웹의 제 1 표면(50)내에서 서로 상호연결된 섬유 유사 요소(42, 43, 44, 45 및 46)에 의해 형성된 다수의 개구, 예를 들어, 개구(41)를 나타낸다. 각각의 섬유 유사 요소는 제 1 표면(50)의 평면(52)내에 위치한 기저부(base portion), 예를 들어, 기저부(51)를 포함한다. 각각의 기저부는 그의 각각의 가장자리에 부착된 측벽부, 예를 들어 측벽부(53)를 포함한다. 측벽부는 일반적으로는 웹의 제 2 표면(55)의 방향으로 연장한다. 섬유 유사 요소의 교차하는 측벽부는 웹의 제 1 및 제 2 표면의 중간부에서 서로 상호연결되며, 제 2 표면(55)의 평면(56)내에서 서로 실질적으로 함께 종결된다.
바람직한 실시태양에서, 기저부(51)는 일반적으로는 개시내용이 본원에서 참고로 인용되는 1984년 7월 31일자로 아르(Ahr) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,463,045 호의 교시내용에 따르는 표면 수차(surface aberration)(58)의 현미경 패턴을 포함한다. 표면 수차(58)의 현미경 패턴은 웹에 입사광선을 비추었을 때 실질적으로 무광택성의 가시 표면을 제공한다.
다른 실시태양에서, 종래의 웹은 1987년 1월 20일자로 오우엘렛(Ouellette) 등에게 허여되고 본원에서 참고로 인용된 미국 특허 제 4,637,819 호에 교시된 바와 같이 웹의 제 1 표면(50)내에 (도시되지 않은) 훨씬 더 작은 모세관 망상구조를 다수 포함할 수 있다. 더 작은 유체 취급 모세관 망상구조에 의해 제공된 추가의기공은 일회용 흡수 제품의 연장가능한 기공부로서 사용된 경우에 본 발명의 웹이 보다 효과적으로 작용할 수 있도록 해준다.
본원에서 사용된 "상호연결 부재(interconnecting member)"란 용어는 엘라스토머성 웹의 일부 또는 모든 요소를 지칭하며, 이들의 일부는 연속적인 망상구조에 의해 제 1 개구를 정의하기 위하여 제공된다. 대표적인 상호연결 부재로는 상기 언급된 '314 라델등의 특허 및 1996년 5월 7일자로 굿맨, 주니어(Goodman, Jr.) 등에게 허여되고 본원에 참고로 인용되는 통상적으로 양도된 미국 특허 제 5,514,105 호의 섬유 유사 요소를 들 수 있지만, 이들로 국한되는 것은 아니다. 하기의 설명 및 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상호연결 요소는 고유적으로 연속적이며, 이러한 연속적인 상호연결 요소는 서로 인접한 전이부(transition portion)에서 서로 블렌딩된다.
개개의 상호연결 부재는 일반적으로는 엘라스토머성 웹의 이러한 부분이 제 1 표면(50)에서 시작하여 제 2 표면(55)으로 연장하는 특정의 2개의 인접한 제 1 개구 사이에 배치되어 있는 도 1을 참조하여 가장 잘 기술할 수 있다. 웹의 제 1 표면상에서, 상호연결 부재는 연속적인 망상구조 또는 패턴을 선택적으로 형성(상호연결 부재의 연속적인 망상구조는 제 1 개구를 한정한다)하며, 웹의 제 2 표면상에서, 상호연결 부재의 상호연결 측벽은 불연속적인 패턴의 제 2 개구를 선택적으로 형성한다.
본원에서 사용된 "연속적(continuous)"이란 용어는, 엘라스토머성 웹의 제 1 표면을 기술하는데 사용된 경우에는, 일반적으로는 제 1 표면의 평면내에서의 제 1표면의 연속성을 지칭한다. 따라서, 제 1 표면상의 임의 지점은 제 1 표면의 평면내에서 실질적으로 제 1 표면을 이탈하지 않고서도 제 1 표면상의 임의 및 모든 다른 지점에 도달할 수 있다. 이와 유사하게, 본원에서 사용된 "불연속적 (discontinuous)"이란 용어는, 엘라스토머성 웹의 제 2 표면을 기술하는데 사용된 경우에는, 일반적으로는 제 2 표면의 평면내에서의 제 2 표면의 불연속성을 지칭한다. 따라서, 제 2 표면상의 임의 지점은 제 2 표면의 평면내에서 실질적으로 제 2 표면을 이탈하지 않고서도 제 2 표면상의 모든 다른 지점에 도달할 수 없다.
일반적으로, 본원에서 사용된 "거시적(macroscopic)"이란 용어는 관찰자의 눈과 웹의 평면 사이의 수직 거리가 약 12 인치인 경우 정상적인 인간의 눈으로 쉽게 볼 수 있는 구조적 형상 또는 구조적 요소를 지칭하는데 사용된다. 역으로, "미시적(microscopic)"이란 용어는 관찰자의 눈과 웹의 평면 사이의 수직 거리가 약 12 인치인 경우 정상적인 인간의 눈으로 쉽게 볼 수 없는 구조적 형상 또는 구조적 요소를 지칭하는데 사용된다.
본원에서 사용된 "거시적으로 팽창된(macroscopically-expanded)"이란 용어는, 3차원 엘라스토머성 웹, 리본 및 필름을 기술하는데 사용된 경우, 3차원 형성 구조물의 표면에 일치되어 그의 양 표면이 성형 구조물의 3차원 패턴을 나타내게 하는 엘라스토머성 웹, 리본 및 필름을 지칭한다. 이러한 거시적으로 팽창된 웹, 리본 및 필름은 전형적으로는 엠보싱(즉, 성형 구조물이 주로 숫형 돌기(male projection)로 이루어진 패턴을 나타내는 경우)시키거나, 디보싱(debossing)(즉, 성형 구조물이 주로 암형(female) 모세관 망상구조로 이루어진 패턴을 나타내는 경우)시키거나, 또는 이들 두가지 유형의 성형 구조물의 표면상에서 수지상 용융물을 압출시킴으로써 성형 구조물의 표면에 일치된다.
비교하기 위하여, "이차원적(planar)"이란 용어는, 본원에서 플라스틱 웹, 리본 및 필름을 기술하는데 사용된 경우, 거시적 등급상에서 육안으로 관찰하였을 때 웹, 리본 또는 필름의 총괄적인 일반조건을 지칭한다. 예를 들어, 필름의 평면 밖에서 상당한 거시적 변형을 나타내지 않는 천공되지 않은 압출 필름 또는 천공된 압출 필름을 이차원적이라 기술할 수 있다. 따라서, 천공된 평면 웹의 경우, 개구에서 물질의 가장자리는 실질적으로 웹의 평면내에 있어서, 웹의 평면내에서 웹 응력이 인가되어 개구에서 인열 개시부위에 직접 결합된다.
거시적으로 팽창된 경우, 본 발명의 엘라스토머성 웹의 다층 필름은 채널형이라 기술할 수 있는 3차원 상호연결 부재로 형성된다. 이들의 이차원적 단면은 상기 언급된 라델등의 특허에서와 같이 "U자형"으로서, 또는 보다 일반적으로는 상기 언급된 굿맨, 주니어등의 특허에 개시된 바와 같이 "상향 오목형"으로서 기술할 수 있다. 본원에서 사용된 "상향 오목형"이란 용어는 엘라스토머성 웹의 표면, 일반적으로 제 1 표면내에 있는 기저부, 및 상기 기저부로부터 제 2 표면의 방향으로 연장하는 채널의 다리, 및 실질적으로 제 2 표면내에 있는 채널 개구와 관련한 채널 유사 형상의 배향을 기술한다. 일반적으로는, 도 5를 참조하여 아래에서 기술하는 바와 같이, 웹을 통하여 제 1 표면의 평면에 대해 수직으로 연장되어 특정의 2개의 인접한 제 1 개구와 교차하는 평면에 대해, 그들사이에 배치된 상호연결 부재의 생성되는 단면은 실질적으로 U자형일 수 있는 일반적으로 상향 오목형을 나타낼 것이다.
다이 천공, 슬릿팅 및 핫-핀 용융 천공법과 같은, 천공되지 않은 이차원적의 탄성화된 중합체성 웹을 보다 더 다공성으로 만드는 몇가지 수단이 당해 분야에 알려져 있다. 그러나, 특정의 상기 기법을 열가소성의 엘라스토머성 필름에 적용하는 경우, 전형적으로는 기공이 증가하면 탄성 성능의 신뢰도가 감소하게 된다. 통상의 방법으로 천공하자마자, 개구의 가장자리는 그들이 인가 응력의 평면내에 있기 때문에 웹에 힘이 인가됨에 따라 인열 개시부위의 근원이 된다. 통상의 열가소성 탄성 필름의 경우, 웹 응력은 오보타임을 증가시켜 필름의 심각한 파손을 유발시키는 인열을 개시시킨다. 개구 형상이 둥글지 않은 경우, 예를 들어, 정사각형, 삼각형 또는 다른 다각형 형상인 경우, 측부의 각진 교차점에서의 응력 집중으로 인하여 인열 개시의 가능성이 증가한다.
본 출원인은, 하나 이상의 표피층이 조합된 엘라스토머성 층을 포함하는 다층 중합체성 웹을 이용하고, 상기 다층 웹을 본원에 기재된 방법에 따라 거시적으로 팽창된 3차원 형태로 형성시킴으로써, 생성된 엘라스토머성 웹이 신뢰도 뿐만 아니라 다공성, 탄성 및 강도가 높은 이점을 나타냄을 밝혀냈다.
바람직하게는, 엘라스토머성 층 자체는 천공되지 않은 이차원 상태일 경우 실온에서 50% 내지 1200%의 신도를 나타낼 수 있다. 엘라스토머는 순수한 엘라스토머이거나, 인간의 체온을 포함하는 주위 온도에서 상당한 엘라스토머 특성을 나타내는 엘라스토머성 상 또는 내용물과의 블렌드일 수 있다. 본 발명의 엘라스토머성 물질은 단일 필름, 하나 이상의 엘라스토머성 층을 갖는 다층 필름, 또는 본원에 기재된 방법에 따라 형성된 다공성의 3차원 웹에서 목적하는 탄성 및 응력이완 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명의 엘라스토머성 물질은 실온하에 200% 신도에서 바람직하게는 약 20% 미만, 보다 바람직하게는 약 30% 미만, 가장 바람직하게는 약 40% 미만의 응력이완율을 나타낸다. 본 발명의 엘라스토머성 물질은 인간의 체온(약 100℉)에서 10시간 후 50% 신도에서 약 45% 미만, 바람직하게는 약 50% 미만, 보다 바람직하게는 약 55% 미만의 응력이완율을 나타낸다.
본 발명의 표피층은 엘라스토머성 층보다 바람직하게는 더 얇고 실질적으로는 덜 탄성적이며, 제한적인 경우에는 일반적으로 비탄성일 수 있다. 본 발명의 엘라스토머성 층과 함께 사용된 하나 이상의 표피층이 존재할 수 있으며, 이들 층은 일반적으로 엘라스토머의 탄성 특성을 개선시킬 수 있다. 하나 이상의 표피층이 사용된 경우, 이러한 표피층은 같거나 다른 물질 특성을 가질 수 있다.
도 2는 일반적으로 도면부호(80)로 나타내어진 본 발명의 거시적으로 팽창된 3차원 엘라스토머성 웹 실시태양의 확대 부분 단면 투시도이다. 유체 투과성 엘라스토머성 웹(80)의 기하학적 배열은 일반적으로는 도 1에 예시된 종래 기술의 웹(40)의 배열과 유사하며, 일반적으로는 상기 언급된 '314 라델등의 특허의 교시내용에 따른다. 다른 적합한 성형 필름 배열이 1975년 12월 30일자로 톰슨에게 허여된 미국 특허 제 3,929,135 호; 1982년 4월 13일자로 뮬란(Mullane)등에게 허여된 미국 특허 제 4,324,246 호; 및 1991년 4월 9일자로 베어드(Baird)에게 허여된 미국 특허 제 5,006,394 호에 기술되어 있다. 이들 특허의 개시내용을 본원에서 참고로 인용한다.
본 발명의 엘라스토머성 웹(80)의 바람직한 실시태양은 상호연결 부재, 예를 들어, 서로 상호연결된 부재(91, 92, 93, 94, 95)의 연속적인 망상구조에 의해 제 1 표면(90)의 평면(102)내에 형성된 다수의 제 1 개구, 예를 들어, 제 1 개구(71)를 나타낸다. 제 1 표면(90)의 평면상에 투영된 바와 같은 제 1 개구(71)의 형상은 정렬되거나 랜덤한 패턴의 다각형, 예를 들어, 사각형, 육각형 등의 형상이다. 바람직한 실시태양에서, 각각의 상호연결 부재는 평면(102)내에 위치된 기저부, 예를 들어, 기저부(81)를 포함하며, 각각의 기저부는 그의 각각의 가장자리에 부착된 측벽부, 예를 들어, 측벽부(83)를 갖는다. 이러한 측벽부(83)는 일반적으로는 웹의 제 2 표면(85)의 방향으로 연장하여 상호연결 부재를 결합시키는 측벽과 교차한다. 교차하는 측벽부는 웹의 제 1 표면과 제 2 표면 중간에서 서로 상호연결되고, 제 2 표면(85)의 평면(106)내에서 실질적으로 함께 서로 종결되어 제 2 개구, 예를 들어, 제 2 개구(72)를 형성한다. 다공성의 거시적으로 팽창된 3차원 엘라스토머성 웹에 대한 상세한 설명은 그 개시내용이 본원에 참고로 인용되는 1997년 3월 14일자로 쿠로(Curro) 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 제 08/816,106 호에 개시되어 있다.
도 3은 일반적으로는 도 2의 웹(80)과 유사하지만 본 발명에 따른 다른 웹 구조를 예시한 유형의 웹의 추가의 부분 확대도이다. 웹(80)의 다층 중합체성 성형 필름(120)은 바람직하게는 하나 이상의 엘라스토머 층(101) 및 하나 이상의 표피층(103)으로 구성된다. 도 3이 제 1 표면(90)에 근접한 표피층(103)을 가진 2층 실시태양을 도시한 반면, 성형 필름(120)의 층의 순서는 제한적이지 않은 것으로여겨진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 중합체 층들이 제 2 표면의 평면내에서 실질적으로 함께 종결되는 것이 바람직하지만, 현재에는 그들이 그렇게 되는 것이 필수적이라 생각되지 않는다, 즉, 하나 이상의 층들이 다른 것들보다도 제 2 표면쪽으로 더 연장될 수 있다. 엘라스토머성 층은 총 필름두께의 약 20% 내지 약 95%를 차지하며, 각각의 표피층은 총 필름두께의 약 1% 내지 약 40%를 차지한다. 전형적으로, 엘라스토머성 필름의 두께는 약 0.5mil 내지 약 20mil, 바람직하게는 약 1.0mil 내지 5.0mil이다. 각각의 표피층의 두께는 약 0.05mil 내지 약 5mil, 바람직하게는 약 0.1mil 내지 약 1.5mil이다. 바람직한 태양에서, 엘라스토머성 층의 두께는 약 3.2mil이며, 각각의 표피층의 두께는 약 0.15mil이다.
웹(80)의 특히 바람직한 다층 중합체성 필름(120)의 단면이 도 4에 도시되어 있으며, 여기에는 2개의 표피층(103) 사이에 삽입된 엘라스토머성 층(101)이 나타나 있다. 엘라스토머성 층(101)은 바람직하게는 하나 이상의 엘라스토머 부분 및 하나 이상의 열가소성 부분을 가진 열가소성 엘라스토머를 포함한다. 열가소성 엘라스토머는 전형적으로는 유리질 또는 결정질 영역이 전체에 산재되어 있는 실질적으로 연속적인 무정형 매트릭스를 포함한다. 이론에 국한시키려는 것은 아니지만, 불연속 영역은 물질에 응력을 가한 다음 이어서 응력을 제거하는 경우에 탄성 복원력(elastic memory)을 나타낼 수 있는 효과적인 물리적 가교결합제로서 작용하는 것으로 여겨진다. 바람직한 열가소성 엘라스토머성 물질은 블록 공중합체 및 그의 블렌드를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 열가소성 엘라스토머성 물질은 스티렌-부타디엔-스티렌 등의 스티렌계 블록 공중합체를 포함한다. 또한, 열가소성 엘라스토머성 물질로는 목적하는 열가소성 엘라스토머성 특성 및 생성되는 탄성 특성을 나타내는 특정 폴리올레핀, 예를 들어 밀도가 약 0.90g/cc 미만인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 표피층은 바람직하게는 약 0.90g/cc보다 큰 밀도를 갖는 폴리올레핀과 같은 실질적으로 저엘라스토머성인 물질 또는 다른 열가소성 물질을 포함한다. 표피층은 그것이 웹의 연신 전후에 서로 완전히 박리되지 않도록 엘라스토머성 층에 대해 충분한 접착력을 가져야만 한다. 본원에서 표피층으로서 사용하기에 적합한 물질은 엘라스토머성 층과 함께 성공적으로 가공되어 다층 필름을 형성할 수 있도록 하기에 바람직한 용융 유동 특성을 가져야만 한다. 다층 중합체성 필름(120)을 제조하는데 바람직한 방법은 공압출법이다.
일반적으로, 목적하는 탄성/응력이완 특성을 갖는 본 발명의 엘라스토머성 저응력이완성 물질은 엘라스토머성 블록 공중합체, 하나 이상의 열가소성 수지 또는 블렌드 및 저점도 가공유를 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다. 바람직한 조성물은 약 55 중량%의 스티렌-올레핀계 트리블록 공중합체, 약 15 중량%의 폴리스티렌 및 약 30 중량%의 광유를 포함한다. 이러한 조성물은 또한 산화방지제, 블록방지제 및 미끄럼방지제와 같은 다른 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 전형적으로, 산화방지제는 엘라스토머성 조성물의 총 중량의 1 중량% 이하, 바람직하게는 0.5 중량% 이하이다.
많은 블록 공중합체를 사용하여 본 발명의 저응력이완성 엘라스토머성 필름 또는 시이트를 제조하는데 유용한 엘라스토머성 조성물을 제조할 수 있다. 블록함량 및 상기 블록의 평균 분자량에 기초하여 A-B-A 트리블록 공중합체, A-B-A-B 테트라블록 공중합체, A-B-A-B-A 펜타블록 공중합체 등과 같은 선형 블록 공중합체를 적절히 선택한다. 이러한 블록 공중합체는 일반적으로 엘라스토머성 블록부 B 및 열가소성 블록부 A 를 포함한다. 본원에 사용하기에 적합한 블록 공중합체는 열가소성 및 엘라스토머성이다. 블록 공중합체는 일반적으로 외부 압력에 대하여 탄성 복원력을 나타내도록 열가소성 블록부의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 3차원의 물리적으로 가교결합되거나 얽혀진 구조를 형성한다는 점에서 엘라스토머성이다. 블록 공중합체는 거의 또는 전혀 물성의 변화없이(최소의 산화적 분해를 가정한다) 여러 차례에 걸쳐 말단블록 Tg 이상에서 용융되고, 형성되고, 재고화될 수 있다는 점에서 열가소성이다.
이러한 공중합체에 있어서, 블록부 A 는 경질 블록이며, 중합체의 사용온도에서 결정질 또는 유리질 영역을 형성하기에 충분히 높은 유리전이온도를 갖는 물질로부터 유도된다. 이러한 경질 블록은 일반적으로는 공중합체내의 다른 경질 블록과 함께 강한 물리적 얽힘(entanglement) 또는 응집체를 형성한다. 경질 블록부 A는 일반적으로 스티렌, α- 메틸 스티렌, 다른 스티렌 유도체 또는 이들의 혼합물과 같은 단량체로부터 유도된 폴리비닐아렌을 포함한다. 경질 블록부 A는 또한 전술한 바와 같은 스티렌계 단량체, 및 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌, 부타디엔 및 이들의 혼합물과 같은 올레핀계 단량체로부터 유도된 공중합체일 수 있다.
경질 블록부 A 는 바람직하게는 약 1,000 내지 약 200,000, 바람직하게는 약 2,000 내지 약 100,000, 보다 바람직하게는 약 5,000 내지 약 60,000 사이의 수평균분자량을 갖는 폴리스티렌이다. 전형적으로, 경질 블록부 A는 공중합체의 총 중량의 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 약 25 중량% 내지 약 35 중량%를 차지한다.
블록 B를 형성하는 물질은 중합체의 사용 온도에서 충분히 낮은 유리전이온도를 가짐으로써 이러한 작업 온도에서 결정질 또는 유리질 영역이 형성되지 않는다. 따라서, 블록 B는 연질 블록으로서 간주될 수 있다. 연질 블록부 B 는 전형적으로는 약 4 내지 약 6개의 탄소원자를 가진 공액 지방족 디엔 단량체 또는 약 2 내지 약 6개의 탄소원자를 가진 선형 알켄 단량체로부터 유도된 올레핀계 중합체이다. 적합한 디엔 단량체로는 부타디엔, 이소프렌 등이 있다. 적합한 알켄 단량체의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등을 들 수 있다. 연질 블록부 B는 에틸렌/프로필렌 중합체, 에틸렌/부틸렌 중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 및 이들의 혼합물과 같은 실질적으로 무정형의 폴리올레핀을 포함한다. 연질 블록부 B의 수평균분자량은 전형적으로는 약 1,000 내지 약 300,000, 바람직하게는 약 10,000 내지 약 200,000, 보다 바람직하게는 약 20,000 내지 약 100,000이다. 전형적으로, 연질 블록부 B는 공중합체의 총 중량의 약 20 중량% 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 보다 바람직하게는 약 65 중량% 내지 약 75 중량%를 차지한다.
본원에 사용하기에 적합한 블록 공중합체는 하나 이상의 실질적인 엘라스토머성 블록부 B 및 하나 이상의 실질적인 열가소성 블록부 A를 포함한다. 블록 공중합체는 다수의 블록을 가질 수 있다. 바람직한 태양에 있어서, 블록 공중합체는A-B-A 트리블록 공중합체, A-B-A-B 테트라블록 공중합체 또는 A-B-A-B-A 펜타블록 공중합체일 수 있다. 또한, 엘라스토머성 중간블록 B 및 열가소성 말단블록 A 및 A'[여기서, A 및 A'은 상이한 비닐아렌 단량체로부터 유도될 수 있다]을 갖는 트리블록 공중합체가 본원에 사용하기에 바람직하다. 블록 A 하나 이상 및/또는 블록 B 하나 이상을 갖는 블록 공중합체가 또한 본 발명에 유용하며, 여기서 각각의 블록 A는 동일하거나 상이한 비닐아렌 단량체로부터 유도될 수 있고, 각각의 블록 B는 동일하거나 상이한 올레핀계 단량체로부터 유도될 수 있다. 또한, 블록 공중합체는 셋 이상의 아암(arm) 갖는 방사상일 수 있으며, 여기서 아암은 B-A, B-A-B-A 등과 같은 유형의 공중합체이고, 블록 B는 방사상 중합체의 중심부 또는 중심부 근처에 존재한다. 예를 들어, 4개, 5개 또는 6개의 아암을 갖는 우수한 결과를 얻을 수 있다. 올레핀 블록은 전형적으로 블록 공중합체의 약 50중량% 이상을 차지한다. 올레핀계 이중결합에서의 불포화물은 경우에 따라 선택적으로 수소화되어, 산화 분해에 대한 민감성을 감소시킬 수 있고, 엘라스토머성 특성에 유리한 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리이소프렌 블록을 선택적으로 감소시켜 에틸렌-프로필렌 블록을 형성할 수 있다. 비닐아렌 블록은 전형적으로 블록 공중합체의 약 10중량% 이상을 차지한다. 그러나, 비닐아렌의 함량이 높은 것이 고탄성 및 저응력이완 특성을 위해 더욱 바람직하다.
블록 공중합체는 목적하는 탄성 및 저응력이완 특성을 달성하는데 효과적인 양으로 엘라스토머성 조성물에 사용될 수 있다. 일반적으로, 블록 공중합체는 전형적으로는 엘라스토머성 조성물의 약 20 내지 약 80 중량%, 바람직하게는 약 30내지 약 70 중량%, 보다 바람직하게는 약 40 내지 약 60 중량%의 양으로 엘라스토머성 조성물내에 존재할 수 있다.
본원에 사용하기에 적합한 것은 스티렌-올레핀-스티렌 트리블록 공중합체, 예를 들어 스티렌-부타디엔-스티렌(S-B-S), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(S-EB-S), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌(S-EP-S), 스티렌-이소프렌-스티렌(S-I-S), 또는 수소화된 폴리스티렌-이소프렌/부타디엔-스티렌(S-IB-S) 및 이들의 혼합물이다. 블록 공중합체는 단독으로, 블록 공중합체의 블렌드로, 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 이들의 혼합물과 같은 실질적으로 저엘라스토머성인 중합체 하나 이상과 하나 이상의 블록 공중합체의 블렌드로 사용될 수 있다. 사용되는 블록 공중합체는 이러한 다른 중합체가 단지 소량으로 존재하는 것이 바람직하고, 본질적으로 전혀 없는 것이 가장 바람직하다.
본원에 사용하기에 특히 바람직한 블록 공중합체는 약 10중량% 초과의 스티렌 함량을 갖는 폴리스티렌-에틸렌/부틸렌-폴리스티렌 블록 공중합체이다. 스티렌의 함량이 높을수록 폴리스티렌 블록부가 일반적으로 비교적 고분자량을 갖는다. 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(S-EB-S)의 이러한 선형 블록 공중합체는 미국 텍사스 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 캄파니(Shell Chemical Company)로부터 상표명 크라톤(KRATON, 등록상표) G1600 시리즈로 시판되고 있다. 또한, 본원에 사용하기에 바람직한 것은 에틸렌/프로필렌 블록이 폴리스티렌-이소프렌/부타디엔-스티렌 블록 공중합체 내에 불포화 부위의 선택적인 수소화로부터 유도된 폴리스티렌-에틸렌-에틸렌/프로필렌-스티렌(S-E-EP-S) 블록 공중합체이다. 수소화된 폴리스티렌-이소프렌/부타디엔-스티렌(S-IB-S) 블록 공중합체는 미국 뉴욕주 소재의 쿠라레이 아메리카 인코포레이티드(Kuraray America, Inc.)로부터 상표명 셉톤(SEPTON, 등록상표) 4000 시리즈로 시판되고 있다. 본원에 기술된 모든 스티렌-올레핀계 블록 공중합체는 단독으로 또는 이들의 혼합물로 저응력이완성 엘라스토머성 물질에 사용하기가 적합하다.
다양한 열가소성 또는 실질적으로 저엘라스토머성인 블렌드는 본 발명의 저응력이완성 엘라스토머성 물질에 사용될 수 있다. 적합한 열가소성 중합체는 바람직하게는 얽혀진 3차원 망상구조를 형성하기 위해 블록 공중합체의 경질 블록과 결합해야 한다. 이론에 의해 국한시키려는 것은 아니지만, 상기 얽혀진 망상구조 구조체는 인장, 탄성 및 응력이완 특성을 개선시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 폴리페닐렌 옥사이드와 같은 열가소성 중합체, 및 스티렌, α-메틸 스티렌, 기타 스티렌 유도체, 비닐 톨루엔 및 이들의 혼합물을 포함하는 단량체로부터 유도된 비닐아렌 수지가 본 발명에 유용하다. 이러한 중합체는 블록 공중합체의 스티렌계 경질 블록과 화학적으로 상용성이므로 바람직하다. 성분은 얽혀진 3차원 망상구조 구조체를 보다 용이하게 형성할 수 있고, 망상구조 구조체로부터 상당한 정도로 물리적으로 분리되지 않도록 상용성인 것이 유리하다고 여겨진다.
경질 블록 결합 성분으로서 본원에서 유용한 열가소성 중합체는 적합한 범위의 분자량을 가져야 한다. 열가소성 중합체는 바람직하게는 그의 유리전이온도, 인장 및 탄성 특성이 증가하도록 충분히 큰 평균 분자량을 가져야 한다. 또한, 본원에서 유용한 열가소성 중합체는 경질 블록과 상용성이 되도록 엘라스토머성 블록공중합체의 경질 블록과는 상당히 상이하지 않은 평균 분자량을 가져야 한다. 적합한 비닐아렌 수지는 바람직하게는 약 600 내지 약 200,000, 보다 바람직하게는 약 5,000 내지 약 150,000, 가장 바람직하게는 약 10,000 내지 약 100,000의 수평균분자량을 가져야 한다. 폴리스티렌이 특히 바람직하다. 바람직한 폴리스티렌은 약 40,000 내지 약 60,000의 수평균분자량을 가지며 미국 펜실베니아주 모나카 소재의 노바 케미칼즈 인코포레이티드(Nova Chemicals, Inc.)로부터 상표명 노바코(NOVACOR, 등록상표) PS200 시리즈로 시판중이다.
이론에 의해 국한시키려는 것은 아니지만, 일반적으로 경질 블록 결합 성분으로서 유용한 중합체 또는 수지는 3차원 망상구조 구조체로 "고정(lock in)"되고 목적하는 특성을 제공하기 위해 엘라스토머성 물질의 사용 온도보다 높은 유리전이온도(Tg)를 가져야 한다. 사용 온도와 유리전이온도 사이의 갭이 작으면, 이러한 중합체는 망상구조 구조체로부터 "풀릴 수 있고" 망상구조 구조체를 약화시킬 수 있다. 따라서, 엘라스토머성 물질의 인장, 탄성 및 응력이완 특성은 부정적인 영향을 받는다. 이러한 부정적인 영향은 특히 응력이완 특성에서 현저하다.
장시간 동안 신체에 인접하여 착용되는 흡수 제품, 붕대, 랩 또는 상처 보호대와 같은 체온 적용을 위해, 이전에는 폴리페닐렌 옥사이드와 같은 높은 유리전이온도를 갖는 중합체가 사용되어야 하는 것으로 고려되었다. 그러나, 폴리페닐렌 옥사이드는 높은 융점 및 비교적 높은 용융 점도를 가지므로 가공하기가 어렵다. 더구나, 폴리페닐렌 옥사이드에 요구되는 가공 온도가 높으면 엘라스토머성 물질의 다른 성분 또는 최종 제품이 분해될 수 있다. 폴리페닐렌 옥사이드의 초기 모듈러스는 또한 제품을 착용자에게 착용시키기 위해 과다한 힘이 인가될 정도로 연신성 제품에 대해 너무 높을 수 있다.
비닐아렌 수지는 폴리페닐렌 옥사이드보다 상당히 낮은 유리전이온도를 갖기 때문에, 놀랍게도 지속되는 하중 조건하에 체온에서 목적하는 탄성 및 응력이완 특성을 제공하기 위해 비닐아렌 수지가 본 발명의 엘라스토머성 물질에 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 더구나, 비닐아렌 수지는 다른 열가소성 또는 엘라스토머성 성분의 분해가 거의 또는 전혀 일어나지 않도록 비교적 낮은 온도에서 가공하기에 용이하다.
경질 블록 결합 중합체로서 본원에서 유용한 비닐아렌 수지는 바람직하게는 약 58℃ 내지 약 180℃, 보다 바람직하게는 약 70℃ 내지 약 150℃, 보다 바람직하게는 약 90℃ 내지 약 130℃의 유리전이온도를 가져야 한다.
또한, 경질 블록 결합 중합체로서 본원에서 유용한 것은 저분자량 방향족 탄화수소 수지, 또는 상기 수지와 고분자량 폴리비닐아렌, 특히 폴리스티렌의 블렌드이다. 저분자량 방향족 수지는 바람직하게는 비닐아렌 단량체로부터 유도된다. 저분자량 수지는 엘라스토머성 조성물의 점도를 낮추어서 우수한 가공성을 제공한다. 이론에 국한시키려는 것은 아니지만, 저분자량 수지는 엘라스토머성 공중합체 및 폴리스티렌의 경질 블록과의 3차원 얽힘을 형성하는데 덜 효과적인 경향이 있는 것으로 여겨진다. 저분자량으로 인해, 수지는 엘라스토머성 연질 블록 또는 열가소성 경질 블록과 결합할 수 있다. 실제로, 저분자량 수지를 혼입시키면 조성물에서 경질의 얽혀진 망상구조의 %가 감소된다. 따라서, 저분자량 수지는 가공 보조제로서 사용될 수 있지만, 일반적으로 상기 수지를 함유한 조성물로부터 제조된 필름의 탄성 및 응력이완 특성에 부정적인 영향을 제공하는 것으로 여겨진다. 놀랍게도, 저분자량의 방향족 탄화수소 수지 단독 또는 상기 수지와 폴리스티렌의 혼합물을 함유하는 엘라스토머성 조성물이 본원에 사용하기에 적합한 목적하는 탄성 및 응력이완 특성을 나타냄을 밝혀냈다.
전형적으로, 블렌드 중의 폴리스티렌 함량과 방향족 탄화수소 수지 함량의 비는 약 1:10 내지 약 10:1, 바람직하게는 약 1:4 내지 약 4:1이다. 방향족 탄화수소 수지의 수평균분자량은 전형적으로 약 600 내지 약 10,000이다. 바람직한 방향족 탄화수소 수지는 약 60℃ 내지 약 105℃의 유리전이온도 및 약 600 내지 약 4,000의 수평균분자량을 갖는다. 바람직한 방향족 탄화수소 수지는, 모두 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 헤르큘레스 인코포레이티드(Hercules, Inc.)에서 시판중인 엔덱스(ENDEX, 등록상표) 155 또는 160, 크리스탈렉스(KRISTALEX, 등록상표) 3115 또는 5140, 피코텍스(PICCOTEX, 등록상표) 120 및 피코라스틱(PICCOLASTIC, 등록상표) D125를 포함한다.
열가소성 중합체 또는 수지 블렌드는 일반적으로 본 발명에 사용되는 저응력이완성 엘라스토머성 조성물의 전형적으로 약 3 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 40중량%, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 30중량%의 양으로 존재한다.
폴리스티렌, 저분자량의 방향족 탄화수소 수지 및 다른 말단블록 결합 중합체 또는 수지가 낮은 용융 점도를 제공하고 조성물의 가공성을 증진시킬 수 있다고 해도, 탄화수소 오일과 같은 추가의 가공 보조제가 추가로 점도를 낮추고 가공성을향상시키는데 유리한 것으로 밝혀졌다. 상기 오일은 엘라스토머성 조성물이 보다 가공될 수 있도록 엘라스토머성 조성물의 점도를 감소시킨다. 그러나, 가공유는 조성물의 엘라스토머성 보유능 및 인장 특성을 감소시키는 경향이 있다. 전형적으로, 가공유는 엘라스토머성 조성물의 약 60중량% 이하, 바람직하게는 약 5 내지 약 60중량%, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 50중량%, 가장 바람직하게는 약 15 내지 약 45중량%의 양으로 존재한다.
바람직한 태양에서, 가공유는 조성물과 상용성이고, 가공 온도에서 실질적으로 분해되지 않는다. 본원에 사용하기에 적합한 것은 선형, 분지형, 환형, 지방족 또는 방향족일 수 있는 탄화수소 오일이다. 바람직하게는, 가공유는 미국 코넥티컷주 그린위치 소재의 위트코 캄파니(Witco Company)로부터 상표명 브리톨(BRITOL, 등록상표)로 시판중인 백색 광유이다. 또한, 가공유로서 바람직한 것은 미국 펜실베니아주 칸즈 시티 소재의 펜조일 캄파니 펜렌코 디비젼(Pennzoil Company Penrenco Division)으로부터의 상표명 드라케올(DRAKEOL, 등록상표)의 다른 광유이다.
일반적으로, 목적하는 탄성 특성을 갖는 엘라스토머성 조성물은 필수적으로 블록 공중합체만을 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 조성물은 일반적으로 조성물의 높은 점도 및 높은 연신성 및 점착성으로 인해 가공하기가 매우 어렵다. 또한, 엘라스토머성 조성물의 고유 점착성은 처리를 어렵게 만든다. 예를 들어, 조성물은 가공 장치에 점착하는 경향이 있어서 장치로부터 제거하기 어려운 필름으로 가공될 수 있거나, 조성물이 가공되어 감겨지는 경우 함께 융합되어서 최종 제품으로의 추가의 가공을 위한 풀림이 매우 어렵게 된다.
순수한 블록 공중합체와 기타 열가소성 중합체 및 가공유를 블렌딩하면 조성물의 가공성 및 처리능이 개선됨을 밝혀냈다. 열가소성 중합체 및 가공유는 조성물의 점도를 감소시키는 경향이 있어서 조성물의 가공능을 개선시킨다. 추가로 조성물의 가공능 및 취급성을 개선시키기 위해, 특히 이러한 엘라스토머성 조성물의 필름이 바람직한 경우 실질적으로 저엘라스토머성인 물질의 하나 이상의 표피층이 엘라스토머성 조성물과 적층될 수 있다. 바람직한 태양에서, 엘라스토머성 조성물은 열가소성 조성물과 공압출되어서 2개의 표피층 사이에 엘라스토머성 중심층을 제공하고, 상기 표피층은 각각 상기 중심층의 한 측에 실질적으로 연결된다. 2개의 표피층은 동일하거나 상이한 열가소성 물질을 가질 수 있다.
표피층은 바람직하게는 부분적으로 엘라스토머성 블록 공중합체의 성분과 상용성 또는 혼화성이어서 추가의 가공 및 취급을 위해 중심 엘라스토머성 층과 표피층 사이에서 충분한 접착성을 갖는다. 표피층은 열가소성 중합체 또는 열가소성 중합체와 엘라스토머성 중합체의 블렌드를 포함하여, 중심 엘라스토머성 층보다 실질적으로 엘라스토머성이 낮다. 전형적으로, 표피층의 불변 세트는 엘라스토머성 중심층의 불변 세트보다 약 20% 이상, 바람직하게는 약 30% 이상, 보다 바람직하게는 약 40% 이상이다. 표피층으로 사용하기에 적합한 열가소성 중합체는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌, 부타디엔, 1,3-펜타디엔, α-알켄(1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐을 포함함)과 같은 단량체 및 이들 단량체의 혼합물로부터 유도된 폴리올레핀, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체(EMA)및 에틸렌-아크릴산 공중합체와 같은 에틸렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸스티렌), 스티렌계 랜덤 블록 공중합체(예: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼즈(Dow Chemicals)에서 시판중인 인덱스(등록상표) 상호중합체), 폴리페닐렌 옥사이드 및 이들의 블렌드일 수 있다. 또한, 결합층이 중심 엘라스토머성 층과 열가소성 표피층 사이의 접착성을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 엘라스토머성 웹의 제 1 표면의 평면에서 투영된 또다른 제 1 개구 형태의 평면도이다. 균일한 형태의 반복 패턴이 바람직하지만, 제 1 개구(예, 개구(71))의 형태는 일반적으로 원형, 다각형 또는 혼합된 형태일 수 있고, 정렬된 패턴 또는 랜덤 패턴으로 배열될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 투영된 형태는 또한 타원형, 물방울형 또는 임의의 다른 형태일 수 있고, 즉 본 발명의 개구 형태는 독립적인 것으로 여겨진다.
상호연결 요소는 도 5에 도시한 상호 인접하는 전이대역 또는 부분(예, 전이부(87))에서 서로 블렌딩되는 인접한 상호연결 요소와 고유하게 연속적이다. 일반적으로, 전이부는 임의의 3개의 인접한 개구에 내접일 수 있는 가장 큰 원으로 정의된다. 임의의 개구 패턴에 있어서, 전이부의 내접원은 3개 이상의 인접한 개구에 접할 수 있다. 예시적인 목적에서, 상호연결 부재는 상호연결 부재(97 및 98)와 같이 전이부의 중심에서 실질적으로 시작 또는 종결되는 것으로 생각할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 상호연결 부재의 측벽은 접하는 지점에 상응하는 영역에서 인접한 상호연결 부재의 측벽에 대한 접속부로서 기술될 수 있고, 여기서 전이부의 내접원은 인접한 개구에 접한다.
전이대역을 제외하고, 상호연결 부재의 시작과 끝 사이의 중심선에 대한 횡방향 단면은 바람직하게는 일반적으로 균일한 U자형이다. 그러나, 횡방향 단면은 상호연결 부재의 전체 길이에 따라 균일할 필요는 없고, 임의의 개구 형태에서 그의 대부분의 길이에 따라 균일하지는 않을 것이다. 예컨대, 도 5의 단면으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 상호연결 부재(96)에 대해 기저부(81)의 폭치수(86)는 실질적으로 상호연결 부재의 길이에 따라 변할 수 있다. 특히, 전이대역 또는 전이부(87)에서, 전이대역 또는 전이부의 인접한 연속적인 상호연결 부재 및 횡방향 단면으로의 상호연결 부재 블렌드는 실질적으로 불균일한 U자형, 또는 인식불가능한 U자형을 나타낼 수 있다.
이론에 국한시키려는 것은 아니지만, 본 발명의 웹은 도 8a 내지 8c 및 미세현미경 사진인 도 9 내지 11에 개략적으로 도시한 기작으로 인해 변형 유도 응력을 받을 때 더욱 신뢰성(즉, 심각한 파손에 대한 내성)이 있는 것으로 여겨진다. 도 8a는 미응력 상태에서 웹(80)의 제 1 표면(90)의 평면(102)의 제 1 개구(71), 및 상기 제 1 표면(90)의 평면(106)으로부터 이격된 제 2 표면(85)의 평면(106)에서의 제 2 개구(72)를 도시한다. 웹(80)이 일반적으로 도 8b에 화살표로 나타낸 방향으로 연신되는 경우에, 제 1 표면(90)이 변형되고, 마찬가지로 제 1 개구(71)도 변형된 형태가 된다. 그러나, 제 1 개구(71)의 주변은 연속적인 제 1 표면에서 상호연결 부재에 의해 형성된다. 따라서, 개구(71)는 웹의 탄성 신뢰도를 이루기 위해 인열 개시 부위에 대한 "가장자리"를 갖지 않는다. 가능한 인열 개시 부위인 제 2 개구(72)의 가장자리는 평면(102)이 도 8c에 도시한 바와 같이 제 1 표면(90)의 평면(106)으로부터 더 이상 이격되지 않는 지점으로 웹이 변형될때까지 인지가능한 변형 유도 응력을 나타내지 않는다. 평면(102 및 106)이 더이상 이격되지 않는 상기 지점에서, 웹(80)은 본질적으로 평면의 천공된 웹으로서 거동하기 시작한다.
미연신 엘라스토머성 웹의 전체 웹 깊이(도 8a의 "D") 대 필름 두께(도 8a의 "T")의 비가 고려된다. D/T의 비는 연신비로 정의될 수 있고, 이는 본 발명의 형성 방법으로 인한 제 1 표면의 평면 외부로 연신하는 필름의 양에 연관된다. 일반적으로, 본 출원인은 제 2 표면을 제 1 표면으로부터 더욱 이격시켜 위치시킴으로써 연신비를 증가시키면 내인열성이 증가됨을 밝혀냈다.
이론에 국한시키려는 것은 아니지만, 웹(80)이 변형되거나 연신되는 경우, 본 발명의 엘라스토머성 층(101)은 연속적인 제 1 표면(90)에서 연속 웹을 형성하는 상호연결 부재의 기저부(81)를 연신시키는 것으로 여겨진다. 표피층(103)은 인가된 응력에도 불구하고 웹의 3차원 특성을 유지시키고, 연속적인 제 1 표면(90)을 변형시키고, 제 1 개구(71)를 변형시켜 불연속적인 제 2 표면으로부터 적어도 부분적으로 분리됨으로써 제 2 개구(72)에서 변형을 최소화시킨다. 따라서, 웹의 연속적인 제 1 표면에서 변형 유도 응력은 적어도 제 2 개구가 제 1 표면의 평면에 유입되기 시작할 때까지 불연속적인 제 2 표면상의 인열 개시 부위에서 잠재적인 변형 유도 응력으로부터 실질적으로 분리된다. 제 2 개구에서의 변형 유도 응력으로부터의 이러한 웹의 변형 유도 응력의 실질적인 해리 또는 분리는 개구에서의 인열 개시로 인한 웹의 파손없이 약 400% 이상 정도로 웹을 반복적이고 지속적으로 변형시킴으로써 웹 신뢰도를 상당히 증가시킨다.
도 9 내지 11의 현미경 사진은 도 8a 내지 8c에 개략적으로 도시된 기작을 가시적으로 도시한 것이다. 도 9는 본원에 기재된 방법에 따라 형성된 웹의 제 1 표면 및 제 1 개구를 나타낸 현미경 사진이다. 상기 형성된 미신장 형태에서, 도 9에 도시된 웹 실시태양의 연속적인 제 1 표면은 일반적으로 모든 측부상에서 약 1mm 간격으로 이격된 1mm2의 제 1 개구의 규칙 패턴을 형성한다. 도 10 및 도 11은 약간 상이한 규모로 도시한, 도 9의 웹 실시태양의 불연속적인 제 2 표면을 도시하는 주사 전자미세 현미경 사진이다. 도 10은 일반적으로는 미연신 상태에서 제 1 표면의 평면으로부터 이격된 평면내에 있는 엘라스토머성 웹의 제 2 표면을 도시한 것이다. 도 11은 약 100% 신장된 상태에서의 웹의 제 2 표면을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 2 개구의 가장자리는 제 1 표면의 평면으로부터 이격되어 유지된다. 제 2 개구의 비틀림이 어느정도 발생하더라도 가장자리는 거의 응력받지 않은 상태로 유지된다. 또한, 제 2 개구에서의 변형 유도 응력으로부터의 이러한 웹의 변형 유도 응력의 실질적인 분리는 웹의 신뢰도를 상당히 향상시킨다.
탄성 한계치 이상으로 연신된 비교적 적은 탄성의 표피층을 갖는 이차원 다층 필름 또는 섬유의 차등 탄성 거동은 전술한 크루에거 등의 미국 특허 뿐만 아니라 1994년 12월 27일자로 스웬슨(Swenson) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,376,430 호 및 1994년 10월 4일자로 무라모토(Muramoto) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,352,518 호에 기술된 바와 같이 당해분야에 공지되어 있다. 당해분야에 공지된바와 같이, 표피층은 표피층의 탄성 한계치 이상으로 신장된후에 즉시 복원시키는 경우, 엘라스토머성 층에 비해 표피층의 표면적이 증가됨에 따라 정점 및 홈이 불규칙한 미시적 미세 조직을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 웹이 처음으로 변형되는 경우에, 변형부의 표피층은 그의 탄성 한계치 이상으로 응력을 받을 수 있다. 엘라스토머성 층은 웹을 예비 응력의 거시적인 3차원 형태로 실질적으로 회복시키지만, 탄성 한계치 이상으로 응력받은 표피층은 비탄성 변형시 생성된 과량의 물질로 인하여 예비응력된 형태로 회복될 수 없다. 도 12의 현미경 사진에서 도시한 바와 같이, 신장후의 회복시, 표피층은 정점 및 홈이 불규칙적인, 보다 일반적으로는 횡방향으로 연장하는 주름으로 기술되는 미시적인 미세조직을 형성한다. 실질적으로 균일한 패턴에서 상호연결 부재상의 주름 형태는 일반적으로 연신 방향에 대해 횡방향이고, 일반적으로 제 1 개구 주위에 방사상으로 배치된다. 웹상의 변형도에 따라, 주름은 실질적으로 웹의 연속적인 제 1 표면에 한정될 수 있거나, 또는 보다 일반적으로는 실질적으로 상호연결 부재의 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다.
이론에 국한시키려는 것은 아니지만, 횡방향으로 연장하는 주름은 2가지 이상의 이유로 엘라스토머성 웹에 유리한 것으로 여겨진다. 첫째, 주름은 엘라스토머성 웹에 부드러운 조직 또는 감촉을 부여한다. 두 번째, 제 1 개구에 방사상으로 배치되고 제 2 개구쪽으로 연장하는 주름은 일회용 흡수 제품의 신체 접촉 웹으로 사용되는 경우에 보다 양호한 유체 취급 특성을 촉진시킬 수 있다.
기저귀(400)의 형태로 일회용 흡수 제품에 이용되는 본 발명의 엘라스토머성웹의 대표적인 실시태양이 도 13에 도시되어 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "기저귀"란 용어는 일반적으로 유아 및 실금자들이 착용자의 하체부 주위에 착용하는 가멘트를 지칭한다. 그러나, 본 발명의 엘라스토머성 웹은 또한 실금자용 브리프, 배변연습용 팬츠, 생리대 등과 같은 기타 흡수 제품에 적용가능하다. 도 13에 도시된 기저귀(400)는 착용자에 위치시키기 이전의 기저귀를 나타내는 흡수 제품을 개략적으로 도시한 것이다. 그러나, 본 발명은 도 13에 도시한 기저귀의 특정 유형 또는 형태로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 기저귀의 형태에서 일회용 흡수 제품의 특히 바람직한 대표적인 실시태양은 본원에 참고로 인용되는 1992년 9월 29일자로 부엘 등에게 허여된 미국 특허 제 5,151,092호에 교시되어 있다.
도 13은 기저귀(400)의 구조를 보다 명확하게 나타내기 위해 절단된 구조부를 갖는 미수축 상태(즉, 모든 탄성 유발 수축이 제거됨)의 기저귀(400)의 투시도이다. 착용자에 접하는 기저귀(400)의 부분은 관찰자에 대면한다. 기저귀(400)는 도 13에 도시되어 있고, 바람직하게는 액체 투과성 상면시이트(404), 상기 상면시이트(404)에 결합된 액체 불투과성 배면시이트(402), 및 상기 상면시이트(404)와 배면시이트(402) 사이에 위치한 흡수코어(406)를 포함한다. 착용자상에 위치하는 기저귀를 고정시키기 위한 탄성 다리 커프스 부재 및 패스닝 수단과 같은 추가의 구조적 특징부가 또한 포함될 수 있다.
상면시이트(404), 배면시이트(402) 및 흡수 코어(406)는 널리 공지된 각종 형태로 조립될 수 있지만, 바람직한 기저귀 형태가 1975년 1월 14일자로 케네쓰 비 부엘(Kenneth B. Buell)에게 허여된 "일회용 기저귀를 위한 수축성측부(Contractible Side Portions for Disposable Diaper)"라는 명칭의 미국 특허 제 3,860,003 호; 1992년 9월 9일자로 부엘에게 허여된 미국 특허 제 5,151,092 호; 1993년 6월 22일자로 부엘에게 허여된 미국 특허 제 5,221,274 호; 1996년 9월 10일자로 로(Roe) 등에게 허여된 "탄성-유사 필름 웹 연장성 허리 특징부 구조의 다중 대역을 갖는 흡수 제품(Absorbent Article With Multiple Zone Structural Elastic-Like Film Web Extensible Waist Feature)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,554,145 호; 1996년 10월 29일자로 부엘 등에게 허여된 "일회용 풀-온 팬티(Disposable Pull-on Pant)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,569,234 호; 1996년 12월 3일자로 니스(Nease) 등에게 허여된 "흡수 제품용 측부 패널을 제조하기 위한 제로 스크랩 방법(Zero Scrap Method For Manufacturing Side Panels For Absorbent Articles)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,580,411 호; 및 1997년 8월 20일자로 로블(Roble) 등의 명의로 출원된 "다중 방향으로 연장가능한 측부 패널을 갖는 흡수 제품(Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제 08/915,471 호에 일반적으로 기술되어 있으며, 이들 문헌은 각각 본원에 참고로 인용된다.
도 13은 기저귀(400)의 대표적인 실시태양을 도시한 것으로, 여기서 상면시이트(404) 및 배면시이트(402)는 함께 연장되고, 일반적으로 흡수코어(406)보다 큰 길이 및 폭 치수를 갖는다. 상면시이트(404)는 배면시이트(402)에 결합되고 겹쳐짐으로써 기저귀(400)의 주변부를 형성한다. 주변부는 기저귀(400)의 외부 둘레 또는 가장자리를 한정한다. 주변부는 말단 가장자리(401) 및 종방향가장자리(403)를 포함한다.
배면시이트(402)의 크기는 흡수코어(406)의 크기 및 선택된 정확한 기저귀 설계에 의해 결정된다. 바람직한 실시태양에서, 배면시이트(402)는 전체 기저귀 둘레 주위 약 1.3cm 내지 약 2.5cm(약 0.5 내지 약 1.0인치)의 최소 거리로 흡수코어(406)를 넘어 연장하는 개질된 모래시계형을 갖는다.
상면시이트(404) 및 배면시이트(402)는 임의의 적합한 방식으로 함께 결합시킨다. 본원에서 사용된 "결합된"이란 용어는 상면시이트(404)가 배면시이트(402)에 직접 부착됨으로서 상면시이트(404)가 배면시이트(402)에 직접 결합되는 형태, 및 배면시이트(402)에 순서대로 부착되는 중간 부재에 상면시이트(404)가 부착됨으로써 상면시이트(404)가 배면시이트(402)에 간접적으로 결합되는 형태를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 상면시이트(404) 및 배면시이트(402)는 당해 분야에 공지된 접착제 또는 임의의 다른 접착수단과 같은 접착수단(도시하지 않음)에 의해 기저귀 주변부에서 서로 직접 부착된다. 예컨대, 균일한 연속 접착제층, 패턴화된 접착제층, 또는 접착제의 개별적인 선 또는 점의 배열을 사용하여 배면시이트(402)에 상면시이트(404)를 부착시킬 수 있다.
말단 가장자리(401)는 바람직한 실시태양에서는 연장된 형태에서 기저귀(400)의 말단 가장자리(401)로부터 측방향으로 연장하는 한쌍의 엘라스토머성 측부 패널(420)을 포함하는 허리 영역을 형성한다. 바람직한 실시태양에서, 엘라스토머성 측부 패널(420)은 본 발명의 엘라스토머성 웹을 포함한다. 특히 바람직한 실시태양에서, 엘라스토머성 측부 패널으로서 사용되는 경우에, 본 발명의 웹은 추가로 가공되어 섬유상 부직물과 한 측부 또는 바람직하게는 양 측부상에 결합됨으로써 복합 적층물을 형성하여 접착제 결합과 같은 당해분야에 공지된 방법을 이용하여 부드럽고, 유순한 탄성부재를 형성한다.
본 발명의 복합 적층물에 사용하기에 적합한 섬유상 부직물은 합성섬유(폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌), 천연섬유(목재, 면 또는 레이온) 또는 천연섬유와 합성섬유의 혼방으로 형성된 부직웹을 포함한다. 적합한 부직물은 부직물 분야의 당업자에게 알려진 카딩, 스펀-본딩, 하이드로인탱글링 및 다른 방법등의 각종방법에 의해 형성될 수 있다. 바람직한 섬유상 부직물은 미국 사우스캐롤라이나주의 심슨빌 소재의 화이버웹(Fiberweb)에서 시판중인 카딩된 폴리프로필렌이다.
섬유상 부직물은 당해분야에 공지된 각종 결합방법중 임의의 한가지 방법에 의해 엘라스토머성 웹에 결합될 수 있다. 적합한 결합방법은 당해 분야에 공지된 균일한 연속 접착제층, 패턴화된 접착제층, 또는 개별적인 선배열, 나선, 또는 접착제 점과 같은 접착제 결합 또는 열결합, 가압결합, 초음파 결합, 동적 기계적 결합, 또는 임의의 다른 적합한 부착수단 또는 이들 부착수단의 조합과 같은 다른 방법을 포함한다. 대표적인 결합방법은 또한 본원에 참고로 인용되는 1997년 7월 1일자로 아지즈(Aziz) 등에 의해 공개된 "부직되고 천공된 필름 커버시이트를 갖는 흡수 제품(Absorbent Article Having a Nonwoven and Apertured Film Coversheet)"이란 명칭의 미국 SIR 번호 제 H1670 호에 기술되어 있다.
섬유상 부직물에 결합한 후에, 복합 웹은 결합된 부직물의 상대적인 비탄성도에 의해 보다 적은 엘라스토머성을 가질 수 있다. 부직물에 보다 탄성을 부여하고, 복합 적층물에 탄성도를 회복하기 위해, 복합 웹은 전술한 부엘 등의 '092 특허 뿐만 아니라 전술한 웨버 등의 '897 특허, 부엘 등의 '793 특허 및 웨버 등의 '679 특허에 개시된 바와 같은 증가하는 연신에 의해 "제로 변형" 적층물을 탄성화하기 위해 사용되는 방법 및 장치에 의해 가공될 수 있다. 생성된 탄성화된 "제로 변형" 복합 웹은 흡수 가멘트에서의 확장된 용도 및 정합성을 위해 부드러운 천-유사 촉감을 갖는다.
측부 패널(420)은 당해 분야에 공지된 임의의 적합한 방법으로 기저귀에 결합될 수 있다. 예컨대, 도 13에 도시한 바와 같이, 측부 패널(420)은 당해 분야에 공지된 접착제 또는 임의의 다른 부착 수단과 같은 부착 수단(도시하지 않음)에 의해 배면시이트(402)에 직접 부착될 수 있다. 측부 패널(420)로 특히 바람직한 형태가 도 14에 도시되어 있으며, 상기 형태는 1997년 9월 23일자로 라본(LaVon) 등에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 5,669,897 호 및 1993년 11월 19일자로 롤스(Roles) 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 제 08/155,048 호에 더욱 상세히 개시되어 있으며, 이들 문헌의 개시 내용은 본원에 참고로 인용된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 측부 패널(420)은 바람직하게는 두 개의 웹 또는 스트립(421 및 422)으로 구성된다. 스트립(421 및 422)은 두 개의 불연속 스트립일 수 있거나, 다르게는 앞쪽 가장자리(424)에서 단일 스트립을 구부리고, 비평행 방법으로 두 개의 형성된 스트립 길이를 오프셋(offset)시킴으로써 형성될 수 있다. 두 개의 불연속 스트립을 사용하는 경우에, 이는 앞쪽 가장자리(424)에서 서로 적합한 접착제와 결합될 수 있고, 테이프 탭(423)에 동시에 결합될 수 있다. 측부 패널(420)은 임의의 적합한 방법으로 결합 영역(425)에서 배면시이트(402)에 결합될 수 있고, 특히 라본 등의 '879 특허에 개시되어 있다. 측부 패널의 쌍이 동일할 필요는 없지만 이들은 바람직하게는 서로 거울상이다. 탄성화된 측부 패널을 갖는 기저귀의 다른 예는 1989년 8월 15일자로 우드(Wood) 등에게 허여된 "주름잡힌 귀부를 갖는 일회용 기저귀(Disposable Diaper Having Shirred Ears)"라는 명칭의 미국 특허 제 4,857,067 호; 1983년 5월 3일자로 시아라파(Sciaraffa) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,381,781 호; 1990년 7월 3일자로 반 곰펠(Van Gompel) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,938,753 호; 1992년 9월 9일자로 부엘에게 허여된 전술한 미국 특허 제 5,151,092 호; 1993년 6월 22일자로 부엘에게 허여된 전술한 미국 특허 제 5,221,274 호; 1997년 9월 23일자로 라본 등에게 허여된 "동적 정합이 유지된 흡수 제품(Absorbent Articles Providing Sustained Dynamic Fit)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,669,897 호; 1999년 4월 27일자로 클린(Kline) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,897,545 호; 및 1993년 11월 19일자로 로블 등의 명의로 출원된 "다중 방향으로 연장가능한 측부 패널을 갖는 흡수 제품(Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제 08/155,048 호에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 각각 본원에 참고로 인용된다.
기저귀(400)는 또한 패스닝 시스템(423)을 포함할 수 있다. 패스닝 시스템(423)은 기저귀(400) 둘레 주위에 측방향 장력을 제공하도록 허리 영역(401)을 중첩 형태로 바람직하게 유지시켜 기저귀(400)를 착용자에게 고정시킨다. 패스닝 시스템(423)은 테이프 탭 및/또는 후크 및 루프 패스닝 구성요소를 포함하는 것이 바람직하지만, 임의의 다른 공지된 패스닝 수단도 일반적으로 허용가능하다. 패스닝 시스템의 예는 1974년 11월 19일자로 부엘에게 허여된 "일회용 기저귀를 위한 테이프 패스닝 시스템(Tape Fastening System for Disposable Diaper)"이라는 명칭의 미국 특허 제 3,848,594 호; 1987년 5월 5일자로 히로츠(Hirotsu) 등에게 허여된 "흡수 제품(Absorbent Article)"이라는 명칭의 미국 특허 제 4,662,875 호; 1989년 7월 11일자로 스크립스(Scripps)에게 허여된 "개선된 패스닝 장치를 갖는 일회용 기저귀(Disposable Diaper Having An Improved Fastening Device)"라는 명칭의 미국 특허 제 4,846,815 호; 1990년 1월 16일자로 네스테가드(Nestegard)에게 허여된 "개선된 후크 패스너부를 갖는 일회용 기저귀(Disposable Diaper With Improved Hook Fastener Portion)"라는 명칭의 미국 특허 제 4,894,060 호; 1990년 8월 7일자로 바트렐(Battrell)에게 허여된 "감압성 접착제 패스너 및 이의 제조방법(Pressure-Sensitive Adhesive Fastener And Method of Making Same)"이라는 명칭의 미국 특허 제 4,946,527 호; 1992년 9월 9일자로 부엘에게 허여된 전술한 미국 특허 제 5,151,092 호; 및 1993년 6월 22일자로 부엘에게 허여된 미국 특허 제 5,221,274 호에 개시되어 있다. 패스닝 시스템은 또한 1990년 10월 16일자로 로버트슨(Robertson) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,963,140 호에 개시된 바와 같은 처분 형태로 제품을 고정시키기 위한 수단을 제공할 수 있다. 패스닝 시스템은 또한 미국 특허 제 4,699,622 호에 개시된 바와 같이 제 1 및 제 2 패스닝 시스템을 포함하여, 중첩된 부분의 이동을 감소시키거나 미국 특허 제 5,242,436 호, 제5,499,978 호, 제 5,507,736 호, 제 5,591,152 호에 개시된 바와 같이 정합을 개선시킬 수 있다. 상기 특허 문헌은 각각 본원에 참고로 인용된다. 다른 태양에 있어서, 가멘트의 대향 측부를 봉합하거나 접합시켜 팬티를 형성할 수 있다. 이는 풀-온 기저귀 또는 배변연습용 팬티와 같은 제품으로 사용된다.
본 발명의 다른 탄성 부재(도시하지 않음)는 기저귀(400)의 주변부에 인접하게 배치될 수 있다. 탄성 부재는 바람직하게는 각각의 종방향 가장자리(403)를 따라 배치됨으로써 탄성 부재는 착용자의 다리에 대해 기저귀(400)를 당기고 고정시킬 수 있다. 게다가, 탄성 부재는 기저귀(400)의 말단 가장자리(401)중의 하나 또는 양 가장자리에 인접하게 배치됨으로써 허리밴드 뿐만 아니라 다리 커프스를 제공할 수 있다. 예컨대, 적합한 허리밴드는 본원에 그 개시내용이 참고로 인용되는 1985년 5월 7일자로 키에빗(Kievit)등에게 허여된 미국 특허 제 4,515,595 호에 개시되어 있다. 게다가, 탄성적으로 수축가능한 탄성 부재를 갖는 일회용 기저귀를 제조하는데 적합한 방법 및 장치는 본원에 참고로 인용되는 1978년 3월 28일자로 부엘에게 허여된 미국 특허 제 4,081,301 호에 기술되어 있다.
탄성 부재는 탄성적으로 수축가능한 상태로 기저귀(400)에 고착됨으로써 보통 구속되지 않는 형태로 기저귀(400)를 효과적으로 수축시키거나 집중시킨다. 탄성부재는 둘 이상의 방법으로 탄성적으로 수축가능한 상태로 고착될 수 있다. 예컨대, 탄성 부재는 기저귀(400)가 미수축된 상태로 있는 동안 연신되고 고착될 수 있다. 게다가, 탄성 부재가 이완 또는 미연신된 상태로 있는 동안 기저귀(400)는 예컨대 주름에 의해 수축될 수 있고, 탄성 부재는 기저귀(400)에 고착되고 연결될수 있다. 탄성 부재는 기저귀(400)의 길이부를 따라 연장될 수 있다. 다르게는, 탄성부재는 기저귀(400)의 전체 길이, 또는 탄성적으로 수축가능한 선을 제공하기에 적합한 임의의 다른 길이로 연장될 수 있다. 탄성 부재의 길이는 기저귀 설계에 의해 결정된다.
탄성 부재는 다수의 형태일 수 있다. 예컨대, 탄성 부재의 폭은 약 0.25mm(0.01인치) 내지 약 25mm(1.0인치) 이상으로 다양할 수 있고, 탄성부재는 탄성 물질의 단일 스트랜드를 포함할 수 있거나 탄성 물질의 수개의 평행 또는 비평행 스트랜드를 포함할 수 있고, 또는 탄성부재는 직사각형 또는 곡선일 수 있다. 또한, 탄성부재는 당해 분야에 공지된 임의의 여러가지 방법으로 기저귀에 부착시킬 수 있다. 예컨대, 탄성부재는 각종 결합 패턴을 사용하여 기저귀(400)에 초음파 결합, 열 및 가압 밀봉될 수 있거나, 또는 기저귀(400)에 간단히 접착시킬 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 흡수 코어(406)는 바람직하게는 유체 분배 부재(408)를 포함한다. 도 13에 도시한 바와 같은 바람직한 형태에서, 흡수 코어(406)는 바람직하게는 추가로 유체 분배 부재(408)와 유체 연통하고, 유체 분배 부재(408)와 상면시이트(404)사이에 위치한 포획층 또는 부재(410)를 포함한다. 포획층 또는 부재(410)는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌을 비롯한 합성섬유, 면 또는 셀룰로즈를 비롯한 천연섬유, 이러한 섬유의 블렌드, 또는 이러한 물질의 임의의 등가물 또는 조합물의 부직웹 또는 직조웹을 포함하는 수개의 다른 물질로 이루어질 수 있다.
사용시, 기저귀(400)는 후방 허리밴드 영역을 착용자의 후방부 아래에 위치시키고, 착용자의 다리 사이로 기저귀(400)의 잔여부를 당김으로써 전방 허리밴드 영역이 착용자의 전방부를 가로질러 위치하여 착용자에 착용된다. 이어서, 엘라스토머성 측부 패널은 정합성을 위해 필요한 만큼 연장되고, 테이프 탭 또는 다른 패스너는 바람직하게는 기저귀(400)의 바깥쪽으로 대향하는 영역에 고착된다. 본 발명의 엘라스토머성 웹을 포함하는 측부 패널(420)을 갖는 기저귀는 예를 들어, 밀착성, 편안한 정합성 및 통기성을 제공하는 방식으로 다양한 사이즈의 유아에게 적합하게 될 수 있다.
일회용 기저귀는 본 발명의 엘라스토머성 웹을 포함하는 가멘트의 바람직한 실시태양으로서 도시되지만, 본원은 일회용 기저귀에 한정하고자 하는 것은 아니다. 다른 일회용 가멘트는 또한 각종 부품에 본 발명의 엘라스토머성 웹을 도입시켜 편안함, 정합성 및 통기성을 부여할 수 있다. 언더가멘트 및 수영복과 같은 내구성 가멘트는 본 발명의 엘라스토머성 웹의 내구적인 다공성의 연장가능한 특성으로부터 유리할 수 있다.
본 발명의 다층 필름(120)은 통상적인 공압출된 필름 제조 장비상에서 다층 필름을 제조하기 위한 통상적인 절차를 사용하여 가공될 수 있다. 일반적으로, 중합체는 본원에 참고로 인용된 문헌["Plastics Extrusion Technology" 2nd Ed., by Allan A. Griff(Van Nostrand Reinhold-1976)]에 기술된 캐스트 또는 취입 필름 압출 방법을 사용하여 필름으로 용융 가공될 수 있다. 캐스트 필름은 선형 슬롯 다이를 통하여 압출된다. 일반적으로, 평탄한 웹은 크게 이동하는 연마된 금속 롤상에서 냉각된다. 급냉시키고, 제 1 롤을 박리시켜 하나이상의 보조 롤상으로 통과시킨 다음 일련의 고무 피복된 풀(pull) 또는 "홀-오프(haul-off)"롤에 통과시키고, 최종적으로 권취기로 감는다.
취입 필름 압출에서, 용융물은 얇은 환형 다이 개구부를 통해 상향으로 압출된다. 이 방법은 또한 관형 필름 압출로 지칭된다. 공기는 다이의 중심을 통해 도입되어 관을 팽창시킨다. 따라서, 형성된 이동 기포는 내부 공기압을 조절하여 일정 크기로 유지한다. 필름 관은 관을 둘러싸는 하나 이상의 냉각 링을 통해 공기를 취입시킴으로써 냉각된다. 이어서, 관은 한쌍의 풀(pull) 롤을 통해 평탄한 프레임으로 당긴 다음 권취기로 당김으로서 접는다.
공압출 방법은 다층 필름 구조물을 얻는데 하나 이상의 압출기 및 공압출 피드블록(feedblock) 또는 다기관 다이 시스템 또는 상기 두 개의 조합을 필요로 한다. 본원에 참고로 인용되는 1979년 5월 1일자로 클로렌(Cloeren)에게 허여된 미국 특허 제 4,152,387 호 및 1980년 4월 8일자로 허여된 미국 특허 제 4,197,069 호에는 각각 공압출의 피드블록 원리가 개시되어 있다. 다중 압출기는 유동 채널을 통과하는 중합체의 부피에 직접 관련하여 각각의 개별적인 유동 채널의 기하학을 비례적으로 변화시키기 위해 이동가능한 유동 분할기를 사용하는 피드블록에 연결된다. 유동 채널은 합류지점에서 계면 응력 및 유동 불안정성을 제거하는 동일한 유량 및 압력에서 물질이 함께 흐르도록 고안된다. 물질이 피드블록에서 결합되면, 이들은 복합 구조물로서 단기관 다이로 흐른다. 물질의 용융 점도 및 융점은 너무 크게 다르지 않도록 하는 방법이 중요하다. 한편으로, 유동 불안정성은다이에서 발생하여 다층 필름의 층 두께 분포의 불량한 조절을 유발할 수 있다.
피드블록 공압출에 대한 대체 방법은 본원에 참고로 인용되는 1985년 8월 6일자로 클로렌에게 허여된 미국 특허 제 4,152,387 호, 제 4,197,069 호 뿐만 아니라 제 4,533,308 호에 개시된 다기관 또는 베인(vane) 다이이다. 피드블록 시스템에서, 용융 스트림은 다이 몸체에 유입되기 이전에 외측에서 함께 유발되고, 다기관 또는 베인 다이에서, 각각의 용융 스트림은 다이에서 다기관을 갖고, 여기서 중합체는 각각의 다기관에서 독립적으로 분산된다. 용융 스트림은 전체 다이 폭에서 각각의 용융 스트림으로 다이 배출구 근처에서 합류된다. 이동가능한 베인은 통과 유동하는 물질의 부피에 직접 비례하여 각각의 유동 채널의 배출구의 조절성을 제공함으로써, 용융물을 동일한 선형 유량, 압력 및 목적하는 폭으로 함께 유동시킨다.
중합체의 용융 유동성 및 융점은 광범위하기 때문에 베인 다이의 사용은 몇가지 잇점을 갖는다. 상기 다이는 상당히 상이한 융점, 예를 들어 175℉(80℃)이하의 중합체를 함께 가공할 수 있는 열 분리 특성을 부여한다.
베인 다이에서 각각의 다기관은 특정 중합체로 설계하여 맞춤 제작할 수 있다. 따라서, 각각의 중합체의 유동은 단지 다기관의 설계에 의해서만 영향을 받고, 다른 중합체에 의해 힘이 부과되지 않는다. 이러한 이유로 상당히 상이한 용융 점도를 갖는 물질을 다층 필름으로 공압출시킬 수 있다. 게다가, 베인 다이는 또한 각각의 다기관의 폭을 맞추는 능력을 제공함으로써, 내층은 노출되지 않는 가장자리를 벗어나는 표피층에 의해 완전히 둘러쌓일 수 있다. 전술한 특허는 또한보다 복잡한 다층 구조물을 얻기 위한 피드블록 시스템 및 베인 다이의 조합 용도를 개시하고 있다.
본 발명의 다층 필름은 둘 이상의 층(여기서, 하나 이상의 층은 엘라스토머성이다)을 포함할 수 있다. 또한, 다수의 엘라스토머성 층이 사용될 수도 있으며, 이때 각각의 엘라스토머성 층은 하나 또는 두 개의 표피층에 결합될 수 있다. 3층 필름에서, 코어층(101)은 제 1 대향 측부 및 제 2 대향 측부를 가지며, 이때 하나의 측부는 웹에 인가된 응력의 적용 이전에 각각의 표피층(103)의 한 측에 실질적으로 연속 결합된다. 도 4에 도시된 다층 필름(120)과 같은 3층 필름은 바람직하게는 총 필름두께의 약 10 내지 90%를 차지할 수 있는 중심 엘라스토머성 코어(101)를 포함한다. 표피층(103)은 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만, 동일하고, 총 필름두께의 약 5 내지 45%를 차지할 수 있다. 엘라스토머성 층이 일반적으로 접착제의 사용없이 하나 또는 두 개의 표피층에 실질적으로 결합되지만, 접착제 또는 결합층을 사용하여 층 사이의 접착성을 증진시킬 수 있다. 결합층이 사용되는 경우에, 각각의 결합층은 총 필름두께의 약 5 내지 10%를 차지할 수 있다.
다층 엘라스토머성 필름을 공압출한 후에, 천공 및 냉각을 위해 성형 구조물에 공급함으로써 본 발명의 거시적으로 팽창된 3차원의 천공된 엘라스토머성 웹을 제조하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 필름은 다른 성형 구조물 또는 성형 스크린을 진공시켜 상기 필름을 연신시키고, 바깥쪽으로 위치한 필름면상에 공기 또는 물 스트림을 통과시킴으로써 성형시킬 수 있다. 이러한 방법은 본원에 참고로 인용되고 루카스(Lucas) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,154,240 호 뿐만 아니라 전술한 라델 등의 특허에 기술되어 있다. 3차원 엘라스토머성 웹의 성형은 본원에 참고로 인용되는 쿠로 등에게 허여된 통상 양도된 미국 특허 제 4,695,422 호에 개시된 바와 같이, 충분한 힘 및 질량 유동을 갖는 액체 스트림을 가하여 웹을 성형할 수 있다. 다르게는, 필름은 본원에 참고로 인용되고 코게(Koger) 등에게 양도된 미국 특허 제 4,552,709 호에 기술된 바와 같이 성형할 수 있다. 바람직하게는, 엘라스토머성 웹은 본원에 참고로 인용되고 뮬란에게 허여되고 통상 양도된 미국 특허 제 4,878,825 호 및 제 4,741,877 호에 교시된 고정 지지 부재에 의해 유체 압력 차등 대역에서 성형 구조물을 지지하는 방법에 의해 균일하게 거시적으로 팽창되고 천공된다.
도시되지는 않았지만, 직조 와이어 지지 구조물을 갖는 통상적인 성형 스크린을 사용하는 본 발명의 방법은 또한 본 발명의 범주내에서 웹을 성형할 수 있다. 직조 와이어 성형 스크린의 너클(knuckle)은 스크린의 너클에 상응하는 제 1 표면의 파동 패턴을 갖는 거시적으로 팽창된 3차원 웹을 생성할 수 있다. 그러나, 파동은 일반적으로 제 1 표면의 평면에 유지되고, 제 2 표면의 평면으로부터 이격된다. 상호연결 부재의 단면은 일반적으로 제 2 표면의 평면내에서 실질적으로 제 2 개구를 형성하도록 종결되는 상호연결 부재의 상호연결 측벽이 상향 오목형이다.
특히 바람직한 성형 구조물은 일반적으로 도 2에 도시된 유형의 가소성 웹을 성형하기 위해 사용된 유형의 광에칭된 적층 구조물의 확대 부분 투시도를 나타내는 도 15에 도시된 광에칭된 적층 구조물을 포함한다. 적층 구조물(30)은 바람직하게는 전술한 라델(Radel) 등의 특허에 따라 일반적으로 제작되고, 각각의적층물(31, 32 및 33)로 구성된다. 도 2에 도시된 엘라스토머성 웹(80)과 도 3을 비교하여 보면 엘라스토머성 웹(80)의 평면(102)의 제 1 개구(71)가 광에칭된 적층 구조물(30)의 최상부 평면(62)의 개구(61)에 상응하는 것으로 드러난다. 마찬가지로, 엘라스토머성 웹(80)의 평면(106)의 개방 개구(72)는 광에칭된 적층 구조물(30)의 최하부 평면(64)의 개구(63)에 상응한다.
최상부 평면(62)에 위치한 광에칭된 적층 구조물(30)의 최상부 표면은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서 돌기(48)의 미시적 패턴을 가질 수 있다. 이는 바람직하게는 평면 광에칭된 적층물(31)의 상측부에 대한 표면 변형의 목적하는 미시적 패턴에 상응하는 레지스트 피복물을 도포한 다음 제 2 광에칭 공정을 개시함으로써 성취된다. 제 2 광에칭 공정은 오각형 개구(예, 개구(41))를 한정하는 상호연결 요소의 최상부 표면상에 돌기(48)의 미시적 패턴을 갖는 적층물(31)을 생성시킨다. 돌기의 미시적 패턴은 제 1 표면의 평면으로부터 제 1 표면을 실질적으로 제거하지 않는다. 제 1 표면은 거시적 규모로 인지되지만 돌기는 미시적 규모로 인지된다. 최상부층상에 돌기(48) 패턴을 사용하는 적층 구조물의 제조는 일반적으로 전술한 아르 등의 특허에 개시되어 있다.
도 2에 일반적으로 개시된 유형의 적층 구조물을 제조하는 방법은 전술한 라델 등의 특허에 개시되어 있다. 광에칭된 적층 구조물을 바람직하게는 통상적인 기법에 의해, 도 16에 일반적으로 도시된 관형 성형 부재(520)에 롤링시키고, 일반적으로는 대향 말단을 라델 등의 특허에 교시된 바에 따라 결합시켜 솔기가 없는 관형 성형 부재(520)를 제조한다.
관형 성형 부재(520)의 최외곽 표면(524)을 이용하여 그와 접촉하는 다층 엘라스토머성 웹을 성형하며, 여기서 관형 성형 부재의 최내부 표면(522)은 일반적으로 성형 공정도중 플라스틱 웹과 접촉하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 관형 성형 부재는 전술한 루카스 등의 특허에서 상세하게 기술한 유형의 방법으로 디보싱/천공 실린더(555)상에서 성형 표면으로 사용될 수 있다. 상기 특허에 기술된 유형의 특히 바람직한 장치(540)가 도 17에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 장치는 디보싱 및 천공 수단(543), 및 전송 및 권취 수단(545)을 포함하는 일정 장력 필름을 포함하며, 이들은 경우에 따라 본원에 참고로 인용되고 1972년 7월 4일자로 리메르스마(Riemersma)에게 허여된 미국 특허 제 3,674,221 호에 도시되고 기술된 상응하는 장치와 실질적으로 동일하고 거의 동일하게 작용할 수 있다. 장치(540)의 작용 부재에 대해 필수적으로 제공되어야 하는 프레임, 베어링, 지지체 등은 본 발명을 개략적이고, 보다 명확하게 기술하기 위해 상세하게 도시하거나 기술하지는 않을 것이며, 이러한 설명이 가소성 필름 변환기를 설계하는 당업자에게 자명한 것으로 이해되어야 한다.
간략하게, 도 17에 개략적으로 도시한 장치(540)는 예를 들어 공압출기(559)로부터 열가소성 필름(550)의 리본을 연속적으로 수용하고, 이를 디보싱 및 천공 필름(551)으로 변환시키는 수단을 포함한다. 필름(550)은 바람직하게는 공압출 방법으로부터 직접 공급하면서, 열가소성 온도이상으로 유지시켜 냉각이전에 진공 성형시킨다. 다르게는, 필름(550)은 필름의 대향 면에 인접하게 진공을 가하면서 필름의 하나의 표면에 대해 고온 공기 제트를 가하여 가열시킬 수 있다. 필름이 주름 및/또는 거시적으로 팽창하는 것을 실질적으로 방지하도록 필름(550)을 충분하게 제어하기 위하여, 장치(540)는 온도가 필름의 열가소성 온도 이상이나 필름을 거시적으로 팽창시키는 경향이 있는 실질적으로 제로 기계방향 및 횡기계방향 장력을 갖는 대역의 업스트림(upstream) 및 다운스트림(downstream) 둘다에서 필름내에서 일정한 기계방향 장력을 유지하기 위한 수단을 포함한다. 장력은 열가소성 필름의 진행(running) 리본을 조절하고 부드럽게 하는데 필요하고, 제로 장력 대역은 필름을 디보싱 및 천공하는데 충분히 높은 온도를 가진 대역을 필름으로부터 생성시킨다.
도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 디보싱 및 천공 수단(543)은 밀폐된 말단부(580), 비회전 삼중 진공 다기관 조립체(556) 및 임의의 고온 공기 제트 수단(도시하지 않음)을 갖는 회전가능하게 탑재된 디보싱 천공 실린더(555)를 포함한다. 삼중 진공 다기관 조립체(556)는 3개의 다기관(561, 562 및 563)을 포함한다. 또한, 도 17에 도시된 것은 전력 회전식 리드-오프(lead-off)/냉각 롤(566) 및 상기 냉각 롤과 함께 구동되는 부드러운 표면(예, 저밀도 네오프렌) 롤(567)이다. 간략하게, 3개의 진공 다기관의 진공도를 독립적으로 조절하기 위한 수단(도시하지 않음)을 제공함으로써, 디보싱 천공 실린더(555) 주위를 이동하는 필름의 열가소성 리본에 다기관(561)에 의한 진공의 제 1 레벨, 다기관(562)에 의한 진공의 제 2 레벨 및 다기관(563)에 의한 진공의 제 3 레벨이 순서대로 적용된다. 하기에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 다기관(561)에 의해 필름에 가해진 진공은 필름의 업스트림 장력을 유지하고, 다기관(562)에 의해 가해진 진공은 필름을 천공시키고,다기관(563)에 의해 가해진 진공은 필름을 그의 열가소성 온도 아래로 냉각시키고, 다운스트림 장력이 내부에 확립될 수 있게 한다. 경우에 따라서는, 디보싱-천공 실린더(555)의 필름 접촉면은 당해 분야에 널리 공지된 수단(도시하지는 않음)에 의해 진공 다기관(562)에 도달하기 이전에 예비가열시켜 디보싱 작업도중에 내유동성 중합체로 구성된 플라스틱 필름의 보다 양호한 적합성을 증진시킬 수 있다. 고압에서는 전술한 방식으로 필름내에 형성된 3차원 디보싱이 고르게 되기 때문에, 냉각 롤(566) 및 부드러운 면 롤(567) 중간의 닙(570)만이 명목적으로 로딩된다. 그러나, 닙(570)의 명목상 압력은 다기관(563)에 의해 가해진 진공을 보조하여 디보싱 천공 실린더(555)의 디보싱 천공부로부터 다운스트림 장력(즉, 롤 권취 장력)을 분리시키고, 디보싱 천공 실린더(555)로부터 디보싱되고 천공된 필름을 박리시킬 수 있다. 더욱이, 필름을 통과하여 다기관(563)으로 유입되는 진공 흡입 주위 공기는 보통 필름을 그의 열가소성 온도 미만으로 냉각시키지만, 도 17에 화살표(573, 574)로 지시된 냉각 롤을 통과하는 냉매의 통로는 상기 장치가 두꺼운 필름을 취급하거나 고속에서 조작될 수 있게 한다.
디보싱 및 천공 수단(543)은 회전가능하게 탑재된 디보싱 천공 실린더(555), 조절된 주변 속도에서 상기 실린더(555)를 회전시키는 수단(도시하지 않음), 상기 디보싱 천공 실린더(555)내측의 비회전 삼중 진공 다기관 조립체(556), 상기 삼중 다기관 조립체(556)를 포함하는 3개의 진공 다기관(561, 562 및 563) 내측에 진공의 조절된 수준을 적용하는 수단(도시하지 않음) 및 임의의 고온 공기 제트 수단(도시하지 않음)을 포함한다. 디보싱 천공 실린더(555)는 본원에 개시된 천공된 관형 성형 표면을 본 발명의 관형 적층체 성형 표면으로 대체하는 것을 제외하고는 전술한 루카스 등의 특허에 따라 일반적으로 제조할 수 있다.
요약하면, 디보싱 천공 실린더(555)내에 위치한 제 1 진공 다기관(561) 및 제 3 진공 다기관(563)은 필름의 진행 리본에서 각각 거의 일정한 업스트림 및 다운스트림 장력을 유지할 수 있는 반면, 디보싱 천공 실린더(555)내의 제 2 진공 다기관(562)에 인접한 필름의 중간부는 열 및 진공을 손상시키는 장력을 가하여 필름의 디보싱 및 천공을 효과적으로 한다.
개시된 광에칭된 적층 구조물의 바람직한 용도는 루카스 등에게 허여되고 통상적으로 양도된 전술한 특허에 일반적으로 언급된 바와 같이 진공 필름 성형 조작에서 이지만, 본 발명의 광에칭된 적층물 성형 구조물은 동일한 설비를 가지고서 본 발명의 3차원 플라스틱 구조물을 직접 성형하는데 이용될 수 있다. 이러한 절차는 가열 유체 플라스틱 물질, 전형적으로 플라스틱 수지를 성형 표면에 직접 가하고, 상기 가열 유체 플라스틱 물질에 충분히 큰 공기압 차등 압력을 직접 가하여 상기 물질을 천공 적층체 성형 표면의 이미지와 일치시키고, 유체 물질을 고형화시킨 다음, 성형 표면으로부터 3차원 플라스틱 구조물을 제거하는 단계를 포함한다.
도 2에 일반적으로 도시된 웹 실시태양은 특히 바람직한 본 발명의 실시태양을 나타내지만 임의의 상호연결 부재의 수(예, 제 2, 제 3 등)는 본 발명의 웹 구조물내에 사용될 수 있다. 이러한 구조물의 예는 또한 상호연결 부재의 상향 오목형 단면의 변형을 나타내는 도 18에 도시되어 있다. 도 18에 도시된 개구 망상구조는 웹(300)의 최상부 평면(307)내에서 서로 상호연결된 다수의 제 1 상호연결요소(예, 요소(302, 303, 304 및 305))에 의해 형성된 제 1 개구(301)를 포함하며, 이때 상기 개구는 추가로 중간 평면(314)에서 제 2 상호연결 부재(313)에 의해 더작은 제 2 개구(310 및 311)로 분할된다. 제 1 개구(310)는 추가로 웹(300)내의 하부 평면(325)에서 제 3 상호연결 부재(320)에 의해 각각 보다 작은 제 2 개구(321 및 322)으로 분할된다. 도 18의 라인 19-19를 따라 취한 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 평면(314 및 325)은 일반적으로 최상부 평면(307)과 최하부 평면(330)에 평행하고, 이들의 중간에 위치한다.
도 17 및 18에 도시된 웹 실시태양에서, 제 1 상호연결 부재 및 제 2 상호연결 부재는 교차하는 제 3 상호연결 부재(예, 제 3 상호연결 부재(320))에 추가로 접속되며, 또한 일반적으로 이들의 길이를 따라 상향 오목형 단면을 나타낸다. 교차하는 제 1, 제 2 및 제 3 상호연결 부재는 제 2 표면(332)의 평면(330)에서 서로 실질적으로 동시에 종결되어 웹의 제 2 표면에서 다수의 개구(예, 개구(370, 371 및 372))를 형성한다. 웹(300)의 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 위치한 상호연결된 제 1, 제 2 및 제 3 상호연결 부재는 각각 제 1 개구(예, 웹의 제 1 표면(331)의 개구(301))와 다수의 제 2 개구(예, 웹의 제 2 표면(332)의 개구(370, 371 및 372))를 접속하는 밀폐된 망상구조를 형성한다.
알고 있는 바와 같이, 본 발명의 웹에 이용되는 일반적으로 상향 오목형 상호연결 부재는 전체 길이를 따라 거의 직선형일 수 있다. 다르게는, 상기 부재는 곡선일 수 있고, 2개 이상의 실질적으로 직선형 분획을 포함할 수 있거나, 길이의 임의 부분을 따라 임의의 목적하는 방향으로 다르게 배향될 수 있다. 상호연결 부재가 서로 동일할 필요는 없다. 더욱이, 전술한 유형은 임의의 목적하는 형식으로 조합되어 어떤 패턴이라도 바람직하다. 궁극적으로 선택된 형상과 상관없이, 각각의 상호연결된 상호연결 부재의 길이를 따라 존재하는 상향 오목형 단면은 본 발명의 엘라스토머성 웹에 탄성 뿐만 아니라 3차원 격리상태를 부여한다.
각종 변화 및 변형은 본 발명의 취지 및 범주를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백해질 것이다. 예컨대, 웹의 예비결정부가 유체 투과를 방지할 수 있는 본 발명의 웹을 제조하는데 있어서, 제 2 표면에서 웹의 파열을 초래함이 없이 디보싱 조작을 수행할 수 있는 것이 바람직하다. 본원에 참고로 인용되는 1983년 7월 26일자로 비숍(Bishop)에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,395,215 호 및 1988년 5월 31일자로 비숍에게 허여되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,747,991 호는 모두 예비결정된 영역에서 천공되는 것을 제외하고는 균일하게 디보싱되는 3차원으로 팽창된 필름을 제조할 수 있는 관 성형 구조물을 제조하는 방법을 개시하고 있다.
본원에 기술된 설명으로 당업자는 많은 변화된 형태로 본 발명을 실행할 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 하기의 예시적인 실시태양 및 분석 방법은 본 발명의 특히 바람직한 저응력이완성 엘라스토머성 물질의 유리한 탄성 신뢰도를 예시할 목적으로 제시된다.
시험방법
A. 인장강도 및 파단신도
본 발명의 방법에 의해 측정된 특성은 엘라스토머성 필름의 연신성과 관련될수 있다. 이들 특성은 흡수 제품, 특히 풀-온 기저귀, 배변연습용 팬츠, 패스너를 갖는 일회용 기저귀, 또는 기타 성인용 흡수 가멘트와 같이 착용시 실질적으로 연신되는 제품의 탄성 성분으로 사용하기에 적합한 물질의 선택과 연관된다.
미국 메사추세츠주의 캔톤 소재의 인스트론 엔지니어링 코포레이션(Instron Engineering Corp.) 또는 미네소타주의 에덴 프라이리소재의 신테크엠티에스 시스템즈 코포레이션(SINTECHMTS Systems Corporation)에서 시판중인 인장 시험기가 본 시험에 사용된다. 상기 필름은 필름의 기계방향(MD)에서 1"폭과 횡방향(CD, 횡방향은 기계방향으로부터 90°각도이다)에서 4" 길이로 절단한다. 상기 기구는 시험 속도 및 다른 시험 파라미터를 제어하고, 데이터를 수집하고, 계산하고 기록하기 위한 컴퓨터와 접속된다. 필름의 인장 응력 변형 특성은 ASTM 방법 D882-83에 따라 측정한다. 이들 인장 특성은 실온(약 20℃)에서 측정한다. 본 절차는 하기와 같다:
(1) 시험을 위해 적절한 조(jaw) 및 하중 셀을 선택하고; 여기서 조는 샘플을 정합시키기에 충분한 폭을 가져야 하고, 전형적으로 1" 폭의 조가 사용된다; 하중 셀은 시험된 샘플로부터의 인장 반응이 사용된 하중 셀 또는 하중 범위의 용량의 25% 내지 75%이도록 선택되며, 전형적으로는 50lb의 하중 셀이 사용된다;
(2) 제조업자의 지시에 따라 기구를 보정하고;
(3) 게이지 길이를 2"로 설정하고;
(4) 제조업자의 지시에 따라 조의 평탄면에 샘플을 놓고;
(5) 20"/분의 일정속도에서 크로스헤드 속도를 설정하고;
(6) 시험을 개시하고 동시에 데이터를 수집하며;
(7) 파단신도 및 100% 및 200% 신도에서의 하중을 포함한 인장 특성을 계산 및 기록한다. 3개 샘플의 평균 결과를 기록한다.
B. 2주기 히스테리시스 시험
본 발명의 방법에 의해 측정된 특성은 제품을 초기에 착용할 때 측부 패널, 허리밴드 또는 다른 탄성 구성요소로부터 착용자가 느끼는 압박감 및 착용후 제품의 정합도와 연관될 수 있다.
메사추세츠주의 캔톤 소재의 인스트론 엔지니어링 코포레이션 또는 미네소타주의 에덴 프라이리 소재의 신테크엠티에스 시스템즈 코포레이션에서 시판중인 인장 시험기가 본 시험에 사용될 수 있다. 상기 필름은 필름의 MD에서 1"폭과 CD에서 4" 길이로 절단한다. 상기 기구는 시험 속도 및 다른 시험 파라미터를 제어하고, 데이터를 수집하고, 계산하고 기록하기 위한 컴퓨터와 접속된다. 2주기 히스테리시스는 실온에서 측정한다. 본 절차는 하기와 같다:
(1) 시험을 위해 적절한 조 및 하중 셀을 선택하고; 여기서 조는 샘플을 정합시키기에 충분한 폭을 가져야 하고, 전형적으로 1" 폭의 조가 사용된다; 하중 셀은 시험된 샘플로부터의 인장 반응이 사용된 하중 셀 또는 하중 범위의 용량의 25% 내지 75%이도록 선택되며, 전형적으로는 50lb의 하중 셀이 사용된다;
(2) 제조업자의 지시에 따라 기구를 보정하고;
(3) 게이지 길이를 2"로 설정하고;
(4) 제조업자의 지시에 따라 조의 평면에 샘플을 놓고;
(5) 20"/분의 일정속도에서 크로스헤드 속도를 설정하고;
(6) 2주기 히스테리시스 시험을 시작함과 동시에 데이터를 수집하고, 여기서 2주기 히스테리시스 시험은 하기의 단계를 포함한다: a) 20"/분의 일정속도에서 200%의 신도를 가하고; b) 30초동안 위치를 고정시키고; c) 20"/분의 일정속도에서 0% 변형을 가하고; d) 60초동안 위치를 고정시키고; e) 20"/분의 일정속도에서 50% 신도를 가하고; f) 30초동안 위치를 고정시키고; g) 0% 변형을 가하고; 및
(7) 200% 신도에서 응력 이완 및 % 세트를 비롯한 특성을 계산하고, 기록한다. 3개 샘플의 평균 결과를 기록한다.
C. 지속 하중 응력이완 시험
상기 방법에 의해 측정된 특성은 측부 패널, 허리 밴드 또는 제품의 다른 탄성 구성요소로부터 소비자가 느끼는 압박감 및 제품을 특정 시간 동안 착용한 후의 체온에서 상기 제품의 정합 정도와 상관관계를 가질 수 있다. 상기 방법에 의해 측정된 특성은 체온(대략 100℉)에서 지속되는 하중하에 이완에 대한 내성을 가져 흡수 제품의 최대 착용 시간에 걸쳐 지속적인 정합을 제공하는 물질을 선택하는 것과 관련된다.
메사추세츠주의 캔톤 소재의 인스트론 엔지니어링 코포레이션 또는 미네소타주의 에덴 프라이리 소재의 신테크엠티에스 시스템즈 코포레이션에서 시판중인 인장 시험기가 본 시험에 사용될 수 있다. 상기 필름은 필름의 MD에서 1"폭과 CD에서 2" 길이로 절단한다. 샘플상의 마크 1" 게이지 길이 및 게이지 길이 외측의 샘플 둘레에 랩 테이프는 조에 의해 붙잡기 위해 보다 양호한 표면을 제공하도록 표시한다. 상기 기구는 시험 속도 및 다른 시험 파라미터를 제어하고, 데이터를 수집하고, 계산하고 기록하기 위한 컴퓨터와 접속된다. 지속 하중 응력이완율은 100℉(약 인간 체온)에서 측정한다. 절차는 하기와 같다:
(1) 시험을 위해 적절한 조 및 하중 셀을 선택하고; 여기서 조는 샘플을 정합시키기에 충분한 폭을 가져야 하고, 전형적으로 1" 폭의 조가 사용된다; 하중 셀은 시험된 샘플로부터의 인장 반응이 사용된 하중 셀 또는 하중 범위의 용량의 25% 내지 75%이도록 선택하며, 전형적으로는 50lb의 하중 셀이 사용된다;
(2) 제조업자의 지시에 따라 기구를 보정하고;
(3) 게이지 길이를 1"로 설정하고;
(4) 제조업자의 지시에 따라 조의 평면에 샘플을 놓고;
(5) 10"/분의 일정속도에서 크로스헤드 속도를 설정하고;
(6) 지속 하중 응력이완 시험을 시작함과 동시에 데이터를 수집하고, 여기서 지속 하중 응력이완 시험은 하기의 단계를 포함한다: a) 10"/분의 일정속도에서 200%의 신도를 가하고; b) 30초동안 위치를 고정시키고; c) 10"/분의 일정속도에서 0% 변형을 가하고; d) 60초동안 위치를 고정시키고; e) 10"/분의 일정속도에서 50% 신도를 가하고; f) 10시간동안 위치를 고정시키고; g) 0% 변형을 가하고; 및
(7) 초기 및 최종 하중 및 % 손실을 비롯한 특성을 계산하고, 기록한다. 3개 샘플의 평균 결과를 기록한다.
% 손실은 10시간 지속된 하중에서의 응력이완율이고, 하기 수학식 2로 나타낸다:
압출가능하고 성형가능한 엘라스토머성 조성물은 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 캄파니로부터의 크라톤(등록상표) G1600 시리즈 또는 미국 뉴욕주 소재의 쿠라레이 아메리카 인코포레이티드로부터의 셉톤(등록상표) S4000 또는 S8000 시리즈와 같은 스티렌계 엘라스토머성 공중합체, 미국 펜실베니아주 모나카 소재의 노바 케미칼 인코포레이티드로부터의 폴리스티렌 PS210과 같은 비닐아렌 수지, 및 미국 펜실베니아주 칸즈 시티 소재의 펜조일 캄파니 펜렌코 디비젼으로부터 구입가능한 드라케올(등록상표)과 같은 광유를 다양한 양으로 블렌딩하여 엘라스토머성 혼합물을 형성함으로써 제조된다.
본원에 사용하기에 적합한 엘라스토머성 조성물의 예는 하기 표 1에 나타난다. 각 성분의 양은 엘라스토머성 조성물의 중량%로 표현된다. 단지 소량으로 존재하는 첨가제, 구체적으로 산화방지제는 하기 표 1의 조성에 나타내지 않는다. 전형적으로, 본 발명에 유용한 엘라스토머성 조성물은 약 0.5중량%의 산화방지제를 포함한다.
엘라스토머성 조성물(중량%)
샘플 1 2 3 4
S-E-EP-S 블록 공중합체셉톤(등록상표) S-4033 55 55 55 55
폴리스티렌 PS210 15 10 10
수지 피코텍스(등록상표 120) 15 5
수지 크리스탈렉스(등록상표) 5140 5
광유 드라케올(등록상표) 30 30 30 30
표 1의 엘라스토머성 조성물의 압출된 단층 필름의 물성은 하기 표 2에 나타낸다. 이러한 특성은 전술한 시험 방법에 의해 측정된다. 하기 표 2에서 모든 물성은 필름 샘플의 동일한 기본 중량을 기준으로 표현된다. 하기 표 2는 폴리스티렌을 저분자량의 방향족 탄화수소 수지로 대체하면 3차원의 얽혀진 망상구조로 이루어진 조성물의 총 중량%가 감소되는 경우에도 놀랍게도 동일한 탄성 및 응력이완 특성이 제공됨을 입증한다.
엘라스토머성 조성물의 압출 필름의 특성
샘플 1 2 3 4
기본 중량(g/m2) 70 70 70 70
100% 신도에서 응력(g/in) 183 226 182 179
200% 신도에서 응력(g/in) 267 261 252 266
200% 신도에서 응력이완(%) 6 11 7 7
200% 신도로의제 1 주기 후 세트(%) 1 3 2 1
50% 신도에서최종 지속 하중(g/in) 86 68 74 82
10시간 지속된 하중에서응력이완(%) 27 43 35 28
파단신도(%) 721 660 737 666
하기 표 3에 개시된 조성물 1의 물성은 압출된 단층 엘라스토머성 필름, 공압출된 다층 필름 및 3차원의 진공 형성된 웹으로 측정된다.
평면 공압출된 다층 필름은 일반적으로 도 9 내지 11의 현미경사진에서 나타난 바와 같이 위에 개시된 방법에 의해 엘라스토머성 웹으로 제조되고 형성된다. 공압출된 필름은 도 4에 나타난 바와 같이 3개의 층을 포함한다. 중심 엘라스토머층은 폴리스티렌 및 광유와 블렌딩된 스티렌계 트리블록 공중합체 및 임의적으로 방향족 탄화수소 수지를 포함한다. 엘라스토머층은 전형적으로 약 0.052mm(3.2mil)의 두께를 갖는다. 표피층은 폴리올레핀 물질을 포함하고 각각 전형적으로 약 0.0038mm(0.15mil)의 두께를 갖는다. 필름의 총 게이지는 약 0.09mm(3.5mil)이고 엘라스토머층은 두께의 약 75 내지 90%이다. 단층 엘라스토머성 필름은 또한 당해 분야에 일반적으로 공지된 방법에 의해 제조되어 약 0.072mm(2.8mil) 두께의 필름을 형성한다. 상기 필름은 전술한 시험 방법에 따라 적당한 샘플 크기로 절단된다.
정확하게 측정하기는 어렵지만, 제 1 표면으로부터 제 2 표면까지의 3차원 엘라스토머성 웹의 게이지는 약 10:1의 연신비에 대해 1mm이다. 형성된 미신장된 배치에서, 연속적인 제 1 표면은 일반적으로 모든 측에서 약 1mm 떨어져 있는 1mm2유체 투과성 개구의 규칙적인 패턴을 형성하였다. 제 2 개구는 약 12 내지 16%의 개방 천공된 면적을 엘라스토머성 웹에 제공하는 제 1 개구보다 약간 작았다.
본 발명의 예시적인 엘라스토머성 웹은 웹 탄성 또는 다공성에 대한 상당한영향 없이 약 400% 이상 정도의 반복 지속되는 웹 변형에 의해 신뢰성있는 탄성 성능을 나타내었다. 일반적으로, 웹은 표피층에 비탄성 변형이 가해지면 제 1 신장시 높은 모듈러스를 나타내었다. 이후, 미시적인 주름이 비탄성 표피층 변형의 영역에서 상호연결 부재에 형성되어서 웹 모듈러스를 낮추고 일반적으로 일정하게 하는 것으로 여겨진다.
엘라스토머성 필름/웹의 특성
샘플 1a 1b 1c
기본 중량(g/m2) 71 89 88
100% 신도에서 응력(g/in) 186 293 258
200% 신도에서 응력(g/in) 271 346 307
200% 신도에서 응력이완(%) 6 11 13
200% 신도로의제 1 주기 후 세트(%) 1 8 10
50% 신도에서최종 지속 하중(g/in) 87 98 76
10시간 지속된 하중에서응력이완(%) 27 33 33
파단신도(%) 721 667 669
상기 표 3에서, 샘플 1a는 조성물 1의 압출된 단층 엘라스토머성 필름이고; 샘플 1b는 중심층으로서 조성물 1, 및 상기 중심층의 대향면에 배치된 표피층으로서 폴리에틸렌을 갖는 공압출된 다층 필름이고; 샘플 1c는 1b의 다층 공압출된 필름으로부터 전술한 방법에 따라 형성된 3차원 엘라스토머성 웹이다.
본원의 명세서에 걸쳐 언급되는 모든 특허, 특허출원(및 임의의 허여된 특허 뿐만 아니라 전술한 특허출원에 대응하는 임의의 문헌) 및 공개공보의 내용은 본원에 참고로 인용된다. 그러나, 본원에 인용된 임의의 문헌이 본 발명을 교시하거나개시하는 것으로 생각해서는 안된다.
본 발명의 특정 실시태양을 예시하고 기술하고 있지만, 본 발명의 취지 및 범주를 벗어남이 없이 각종 다른 변화 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주내에 있는 이러한 모든 변화 및 변형이 첨부하는 청구의 범위에 포함되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (13)

  1. (a) 하나 이상의 경질 블록 10 내지 80중량% 및 둘 이상의 연질 블록 20 내지 90중량%를 포함하는 엘라스토머성 블록 공중합체 20 내지 80중량%;
    (b) 하나 이상의 비닐아렌 수지 3 내지 60중량%; 및
    (c) 가공유 5 내지 60중량%를 포함하며,
    실온하에 200% 신도에서 20% 미만의 응력이완율을 갖고, 100℉하에 50% 신도에서 10시간 후 45% 미만의 응력이완율을 가짐을 특징으로 하는,
    다공성이면서 거시적으로 팽창된 3차원의 엘라스토머성 웹으로 형성되기에 적합한 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    엘라스토머성 블록 공중합체가 A-B-A 트리블록 공중합체, A-B-A-B 테트라블록 공중합체, A-B-A-B-A 펜타블록 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 A가 비닐아렌 단량체 또는 비닐아렌과 올레핀계 단량체의 혼합물로부터 유도된 경질 블록이고, 상기 B가 올레핀계 단량체로부터 유도된 연질 블록인 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    비닐아렌 단량체가 스티렌, α-메틸 스티렌, 기타 스티렌 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 올레핀계 단량체가 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌, 부타디엔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    경질 블록의 수평균분자량이 1,000 내지 200,000, 바람직하게는 2,000 내지 100,000, 보다 바람직하게는 5,000 내지 60,000이고, 연질 블록의 수평균분자량이 1,000 내지 300,000, 바람직하게는 10,000 내지 200,000, 보다 바람직하게는 20,000 내지 100,000인 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    비닐아렌 수지가, 스티렌, α-메틸 스티렌, 기타 스티렌 유도체, 비닐 톨루엔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체로부터 유도되고, 600 내지 200,000, 바람직하게는 5,000 내지 150,000, 보다 바람직하게는 10,000 내지 100,000의 수평균분자량, 및 58 내지 180℃, 바람직하게는 70 내지 150℃, 보다 바람직하게는 90 내지 130℃의 유리전이온도를 가지는 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    비닐아렌 수지가 폴리스티렌 대 저분자량의 방향족 탄화수소 수지의 농도비 1:10내지 10:1, 바람직하게는 1:4 내지 4:1로 이루어진 혼합물이며, 상기 폴리스티렌이 10,000 내지 100,000, 바람직하게는 40,000 내지 60,000의 수평균분자량을 갖고, 상기 방향족 탄화수소 수지가 600 내지 10,000, 바람직하게는 600 내지 4,000의 수평균분자량을 갖는 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    블록 공중합체가 스티렌-부타디엔-스티렌(S-B-S), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(S-EB-S), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌(S-EP-S), 스티렌-이소프렌-스티렌(S-I-S), 수소화된 폴리스티렌-이소프렌/부타디엔-스티렌(S-IB-S) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 스티렌-올레핀-스티렌 트리블록 공중합체이고, 비닐아렌 수지가 폴리스티렌이고, 가공유가 광유인 저응력이완성 엘라스토머성 물질.
  8. 제 1 대향면 및 제 2 대향면을 갖는 것으로 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는 엘라스토머성 층; 및
    상기 엘라스토머성 층의 제 1 면에 실질적으로 연속적으로 결합된 것으로 실질적으로 저엘라스토머성인 하나 이상의 표피층을 포함하는,
    다공성이면서 거시적으로 팽창된 3차원의 엘라스토머성 웹으로 형성되기에 적합한 저응력이완성 엘라스토머성 필름.
  9. 제 8 항에 있어서,
    엘라스토머성 층이 총 필름두께의 20 내지 95%를 차지하고, 표피층이 총 필름두께의 1 내지 40%를 차지하는 저응력이완성 엘라스토머성 필름.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    표피층이 폴리올레핀, 에틸렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸 스티렌), 스티렌계 랜덤 블록 공중합체, 폴리페닐렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성 중합체를 포함하는 저응력이완성 엘라스토머성 필름.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 따른 저응력이완성 엘라스토머성 물질을 포함하는 탄성부를 포함하는 인간의 신체에 인접하여 착용되는 제품.
  12. 제 11 항에 있어서,
    탄성부가 붕대, 랩(wrap), 흡수 제품 또는 상처 보호대(wound dressing)인 제품.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    흡수 제품이며, 탄성부가 허리 밴드, 측부 패널, 커프스, 상면시이트 또는 배면시이트인 제품.
KR10-2002-7003500A 1999-09-17 2000-09-12 저응력이완성 엘라스토머성 필름 및 이를 포함하는 제품 KR100489857B1 (ko)

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