KR20020055588A - 공압출된 엘라스토머성 통기성 필름 및 그의 제조 방법 - Google Patents

공압출된 엘라스토머성 통기성 필름 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20020055588A
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글라이니스 알리샤 월튼
수잔 일레인 셔버
제임스 러쎌 주니어. 핏츠
제니퍼 레베카 리어비스
리챠드 맥프란 섀인
듀앤 기랄드 위텐브뢰크
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로날드 디. 맥크레이
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

폴리올레핀인 제1 엘라스토머 및 하나 이상의 충전제로 된 코어층, 및 열가소성 폴리우레탄, 폴리에테르아미드, 블록 코폴리머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 엘라스토머로 된 하나 이상의 표피층을 포함하는 통기성의 탄성 다층 필름이 제공된다. 별법으로, 하나 이상의 지지층이 다층 필름에 결합될 수 있다.

Description

공압출된 엘라스토머성 통기성 필름 및 그의 제조 방법 {Coextruded, Elastomeric Breathable Films and Process for Making Same}
본 발명은 얇은 다층 필름 및 그로부터 제조되는 라미네이트 및 물품에서의 그의 용도에 관한 것이다. 필름 라미네이트는 다양한 물품에서의 용도, 예를들면 기저귀, 용변연습용 속팬츠, 실금용 가먼트, 여성위생제품 등과 같은 개인위생용품의 외부 커버로서의 용도를 포함하여 폭넓고 다양한 응용이 발견됨으로써 중요한 상품이 되어왔다. 게다가, 필름 라미네이트는 가먼트, 수술가운, 보호용 작업복, 상처 드레싱, 붕대 등과 같은 다양한 다른 신체용 물품에서의 용도가 발견되었다. 필름은 목적하는 배리어 특성을 물품에 제공하고, 한편, 거기에 적층된 다른 물질들은 내마모성 및(또는) 양호한 취급성과 같은 추가의 요망되는 특성을 제공할 수 있다. 게다가, 착용자의 편안함을 증가시키기 위해, 필름 라미네이트는 바람직하게는 "통기성"이며, 이것은 그 라미네이트가 액체에 대해서는 배리어로서 작용하지만 수증기 및 공기에 대해서는 그를 통해 통과할 수 있게 한다는 의미이다. 높은 통기성을 달성하고 유지함으로써, 직물을 통한 수증기 이동이 피부와 마주 대하여 갇힌 과량의 수분으로 인한 불편함을 감소 및(또는) 제한하는 것을 돕기 때문에 착용하기에 더 편안한 물품을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 물품은 잠재적으로 전체적으로 개선된 피부 건강에 기여할 수 있다. 따라서, 요망되는 편안함 수준을 달성하는 필름을 물품에 사용하는 것이 바람직한 경우가 종종 있다. 이를 위해, 요망되는 특수 목표를 달성하도록 필름이 설계되어 왔다.
예를들면, 다양한 필름 라미네이트가 당업계에 알려져 있지만, 특히 유용한 한가지 라미네이트는 스트레칭(stretching)된 충전 다층(단층과 대립되는 것임) 미세다공성 필름을 포함하는 통기성 배리어를 사용한다. 대표적으로 이러한 필름은 필름 물질의 대부분을 포함하는 상대적으로 두껍고 종종 값비싼(덜 비싼 물질을 더 많은 양 사용하는 것에 기초함) 코어층 및 상대적으로 얇은 외부 표피층으로 이루어진다. 종종, 코어층은 입자 또는 다른 물질로 충전된 후 압착(crushing) 또는 스트레칭됨으로써 층 전체에 걸쳐 미세 기공 망상조직을 형성한다. 기공은 폴리머와 충전제 입자의 분리로 인해 생기는 것이다. 필름-기공 망상조직는 비교적 높은 수준의 기체 및 수증기가 필름을 통해 통과하게 하는 반면, 액체 및 특정 물질에 대해서는 배리어로서 작용한다. 필름 내의 충전제 양 및 스트레칭 정도는 요망되는 수준의 통기성을 직물에 부여할 수 있는 크기 및(또는) 빈도의 미세기공 망상조직을 형성하도록 조정된다.
스트레칭된 충전 필름의 한가지 예는 코폴리머 및(또는) 블렌드를 포함하여폴리올레핀과 같은 압출가능 열가소성 폴리머로부터 제조된 통기성 미세다공성 코어층을 포함하는 다층 충전 필름을 개시하는 일반 양도된 맥코맥(McCormack)의 국제특허출원 96/19346에 기재되어 있다. 코어층에 1개 이상의 통기성 미세다공성 표피층이 부착된다. 맥코맥은 일반적인 유형의 코어층 및 특수하게 설계된 표피층을 사용하는 것을 강조한다. 개시된 표피층은 전체 필름에 특수 성질을 부여하도록 의도된 압출가능 열가소성 폴리머 및(또는) 첨가제를 포함한다. 맥코맥의 문헌에서 표피층 폴리머의 선택은 요망되는 전체 필름 속성에 달려있다. 가능한 표피층 폴리머가 기재되어 있고, 여기에는 폴리올레핀 호모폴리머, 코폴리머 및 블렌드 뿐만 아니라 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 폴리에스테르(PET), 나일론, 에틸렌 비닐 알콜(EVOH), 폴리스티렌, 폴리우레탄 및 올레핀계 열가소성 엘라스토머가 포함된다. 추가로, 맥코맥은 가공성 개선 및(또는) 층들의 원치않는 부착 방지를 위해 블록킹 방지제(antiblock) 물질을 사용하는 것을 개시한다. 맥코맥의 미립자 충전 필름은 통기성을 부여하기 위해 스트레칭될 수 있다. 이어서, 스트레칭된 필름이 부직웹에 적층됨으로써 부직웹의 강도 및 보전성(integrity) 및 스트레칭된 필름의 배리어 특성을 이용하는 라미네이트가 형성된다. 맥코맥의 문헌은 비용이 적게 들고 상대적으로 높은 수준의 통기성을 제공하면서 더 높은 성능을 갖는 엘라스토머의 사용을 제공하지 못한다.
또, 충전된 폴리머가 필름 제조 공정 동안 압출될 때 압출기 다이에 축적되는 경향이 있는 충전제 입자의 잔류 체증(buildup)인 다이 립(die lip) 체증 발생을 감소시키는 데 특히 도움을 주는 표피층을 갖는 필름도 설계되었다. 다이 립에서의 이러한 물질 체증은 다이 립을 문질러서 과량의 물질을 제거하기 위해 공정이 정지되어야 하는 것을 필요로 하기 때문에 제조 공정이 느려지게 한다. 이러한 충전제 입자의 축적을 감소시키기 위해 EVA를 포함하는 표피층이 종종 사용된다.
일반 양도된 쇼버(Shawver) 등의 국제특허출원 99/14262에는 0.89 g/㎤ 이하의 밀도를 갖는 제1 폴리에틸렌 폴리머, 약 0.90 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 제2 폴리에틸렌 폴리머, 및 충전제로 된 열가소성 폴리머 블렌드로 이루어진 통기성 미세다공성 필름을 개시한다. 특히, 이 문헌에는 단일 부위/메탈로센 촉매된 폴리에틸렌을 필름 성분으로 사용하는 것이 개시되어 있다. 이 필름의 속성을 양호한 통기성 및 신체 순응성을 제공할 뿐만 아니라 열에 노출될 때 줄어들지 않는다고 기재하고 있지만, 쇼버 문헌은 필름에서 값싼 엘라스토머의 엘라스토머성 성질을 보강하는 데 도움을 주도록 전략적으로 배치된 값비싼 엘라스토머 물질을 기재하지 않고 있을 뿐만 아니라 비교적 높은 수준의 통기성을 달성하면서 더 높은 성능을 갖는 엘라스토머의 사용을 기재하지 않고 있다. 이러한 필름은 탄성 성질을 나타내긴 하지만, 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌 엘라스토머의 탄성 성질보다 더 나은 탄성 성질을 갖는 필름이 요망된다.
다층 필름 라미네이트의 통기성에 더하여, 라미네이트가 고성능 탄성 특성을 나타낼 수 있는 능력은 그로부터 제조된 가먼트가 더 나은 신체 순응성을 제공하도게 할 수 있다. 그러나, 요망되는 순응성 및 통기성을 달성하는 값비싼 다층 라미네이트의 제공은 특히 스트레칭된 충전 필름을 이용하는 경우 문제가 있다. 양호한 신체 순응성을 달성하기 위해, 필름층들의 폴리머 조성물은 바람직하게는 양호한 스트레치 및 회복 성질을 가져야 하고, 또한 가공시 기공 형성 및 유지를 허용할 수 있어야 한다. 이러한 두가지 목표는 서로 맞서서 화합되지 않는 경우가 종종 있다.
예를들면, 크루커(Krueger) 등의 미국 특허 제5,691,034호에는 미세구조(microtexture)의 표피층이 있는 다층 엘라스토머성 라미네이트가 기재되어 있다. 다층 라미네이트는 공압출에 의해 제조된 하나 이상의 엘라스토머층 및 하나 이상의 얇은 표피층으로 이루어져 있다. 이 특허에서는 3개의 층을 갖는 라미네이트가 예시되어 있다. 공압출 후, 라미네이트는 표피층의 탄성 한계를 넘어서까지 스트레칭되고 나서 회복하도록 방치된다. 크루거의 문헌은 값비싼 고성능 엘라스토머성 물질의 사용을 제공하지만, 기재된 라미네이트에 통기성을 제공하지 못한다. 이것은 고성능 엘라스토머를 사용하는 경우에는 엘라스토머가 스트레칭 후 기공을 패쇄하기 때문에 달성하기가 특히 어렵다. 본질적으로, 엘라스토머 물질의 수축 성질 때문에, 필름이 통기성을 갖도록 하는 데 필요한 미세기공이 스트레칭 공정 후 반드시 개방된 채로 유지되지는 않는다.
이 문제의 한가지 해결책은 물질이 수축하는 경향을 감소시키는 추가의 충전제를 첨가함으로써 더 많은 미세기공이 개방된 채로 유지되도록 하여 통기성 제품을 생성하는 것이다. 그러나, 이와 같은 수축 속성의 감소는 최종 제품에 더 높은 ％ 세트(set)(즉, 일반적으로, 스트레칭 후 신장율)를 낳고, 이것은 활동을 많이 하게 되는 물품에 사용될 때 시간이 경과함에 따라 맞음새 상실 또는 처짐을 발생시킨다(또한. 댐프닝(dampening)이라고도 알려져있음).
통기성 필름을 달성하기 위해 다층 필름에 5개의 층을 사용하는 것도 알려져 있다. 이러한 필름은 중앙 코어층에 여러 표피/외부 층을 결합시키기 위해 연결층 또는 접착제층을 필요로 하는 경우가 종종 있다. 코어층 내에 접착제 성분을 사용하면 필름 제조 공정 동안 점착성부여제가 원치않는 들러붙음/접착을 촉진시키기 때문에 제조에 어려움을 주는 결과를 발생시키는 것으로 밝혀졌다. 5층 필름 구조는 쉬다(Shida) 등의 미국 특허 제5,164,258호에 기재되어 있다. 쉬다는 흡습성 기체 배리어인 모놀리식(monolithic) 필름 코어층 및 코어에 흡수된 수분 배출을 촉진하도록 설계된 내부 및 외부 표면층을 갖는 다층 구조를 기술한다. 외부층들은 그의 수증기 투과율(water vapor transmission rate:WVTR)를 증가시키기 위해 발포된 또는 충전되는 것으로 기술되어 있다. 쉬다 등은 다층 필름의 탄성 속성에 대해서는 기재하지 않고 있다.
게다가, 일반 양도된 포르트(Forte)의 국제특허출원 97/04955에는 3층 및 5층 필름이 기재되어 있다. 포르트는 다층 통기성 필름 및 이 필름의 제조 방법을 기술하고 있다. 기술된 3층 필름 실시태양보다 바람직한 5층 필름은 여러 층의 결합을 촉진하는 2개의 접착성 미세다공성 층을 포함한다. 외부층들은 모놀리식이고, 미세다공성 코어층은 요망되는 수준의 통기성 또는 WVTR을 달성하도록 충전되어 있다. 접착제층을 갖는 5층 필름을 기술함에 있어서, 포르트 문헌은 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌을 함유하는 열가소성 폴리머를 포함하는 코어를 기술한다. 포르트는 또한 외부 모놀리식 표피층이 친수성 폴리머 수지를 포함한다고 기술한다. 특히, 포르트는 외부 5개층에 일부 수지, 특히 페박스(Pebax,등록상표)라는 상표를 가진 폴리머 수지, 특히 페박스(등록상표)4033 수지를 사용하는 것을 기술한다.
포르트의 문헌에 기술된 3층 필름은 층들에 결합할 수 있는 폴리머 물질, 모놀리식 외부층으로부터의 물질 혼합물, 또는 다층 필름의 스크랩(scrap)으로 이루어진 접착 성분을 갖는 접착성 미세다공성 코어층을 이용한다. 이 특허에 기재된 3층 실시태양은 별도의 외부 접착제층을 포함하지 않고, 표피층 물질과 코어층 물질 사이의 상용성을 증진하기 위해 불상용성 표피층 중에 블렌딩된 EMA 물질 용융물을 사용한다.
포르트가 엘라스토머성의 미세다공성 다층 필름을 기술하고 있긴 하지만, 포르트는 값싼 저성능 엘라스토머성 물질을 보강하기 위해 필름 복합체 내의 여러 위치에 고성능 엘라스토머성 물질을 전략적으로 배치하고 특정 스트레치에서 특히 효과적인 다층 필름을 기재하고 있지 않고, 또한, 특히 3층 필름 실시태양에 대해, 그 자체가 특수한 추가의 스트레치 및 회복 속성을 가질 수 있는 비교적 높은 통기성을 갖는 "프로덕트(product)" 필름을 기재하고 있지 않다.
따라서, 값싼 엘라스토머를 주로 사용하되, 통기성을 희생시키지 않고 상대적으로 성능이 낮은 엘라스토머의 성능을 보강하기 위해 필름 복합체에 전략적으로 배치된 값비싼 고성능 엘라스토머를 포함하는, 비교적 높은 통기성(즉, WVTR) 및 신체 순응성을 제공할 수 있는 효율적인 필름 및 그의 라미네이트가 필요하다. 그 자체가 유의한 회복 또는 수축과 함께 스트레치 속성을 나타내는 프로덕트 다층필름 및 필름 라미네이트가 필요하다. 이러한 개선은 이러한 필름 및(또는) 라미네이트로부터 제조된 물품의 맞음새 유지에 도움이 될 것이다. 제조시 다이 립 체증이 감소되고 극성 및 비극성 물질의 공압출을 허락하는 상용화제를 포함하는 탄성 및 통기성을 갖는 다층 필름이 필요하다. 게다가, 탄성 및 통기성을 가지면서도 여전히 5층 필름 제조와 관련된 병참술적인 복잡한 문제가 없는 3층 필름이 필요하다.
본 발명은 순응성(conformable) 가먼트 및 개인위생용품에 사용하기 위한 공압출된 엘라스토머성 통기성 필름에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하자면, 본 발명은 일회용 가먼트 및 개인위생용품에서 직물과 함께 사용하기 위한 다층 필름 및 필름 라미네이트에 관한 것이다.
<발명의 요약>
주로 비교적 값싼 저성능 엘라스토머인 제1 엘라스토머로 된 충전된 코어층 및 코어층의 엘라스토머 속성을 보강하는 데 도움을 주는 고성능 엘라스토머인 제2 엘라스토머로 된 하나 이상의 모놀리식 표피층을 포함하는 본 발명의 다층 필름에 의해 위에서 언급한 필요 사항들이 충족되고 당업계 숙련자들이 경험하는 문제점들이 극복된다. 충전된 필름이 스트레칭/배향되어 공극들이 충전제에 인접해 있는 1,000g/㎡/24시 이상의 WVTR을 갖는 미세다공성 필름을 형성한다. 이와 같이 하여 생성된 본 발명의 미세다공성 필름은 통기성을 희생시킴이 없이 탄성을 나타낸다. 바람직하게는, 코어층은 폴리올레핀 엘라스토머, 특히 엘라스토머성의 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌과 같이 히스테리시스값(hysteresis value)이 약 75％보다 큰 덜 값비싼 저성능 엘라스토머로 이루어진다. 별법으로, 물질의 전체 탄성 성능을 개선하기 위해 스티렌 블록 코폴리머(예: 크라톤(Kraton,등록상표) G)와 같은 고성능 엘라스토머 소량이 코어의 값싼 저성능 엘라스토머와 블렌딩될 수 있다.
바람직하게는, 표피층은 블렌딩된 고성능 엘라스토머, 특히 약 75％ 미만, 바람직하게는 60％ 미만의 히스테리시스값을 갖는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 및 폴리에테르아미드로 이루어진다. 바람직하게는, 높은 수준의 메틸 아크릴레이트를 갖는 EMA가 표피층의 고성능 엘라스토머와 블렌딩되어 상용화제로 작용하여 라미네이트의 코어층 및 섬유상 외부층에 대한 접착을 개선시킨다. 표피층은 필름 압출 공정 동안 다이 립 체증을 감소시키는 데 도움을 준다.
본 발명의 또다른 일면으로, 스티렌 블록 코폴리머 엘라스토머성 수지가 탄성 표피층(들)에 첨가되어 상용화제로 작용하여 두 불상용성 물질, 예를들면 코어층 및 표피층에서 발견되는 것들의 접착을 돕는다.
본 발명의 또다른 일면으로, 본 발명의 미세다공성 필름은 섬유층에 적층된다. 섬유층은 예를들면 늘일 수 있는 부직웹과 같은 부직웹일 수 있다. 본 발명의 필름 부직 라미네이트는 예를들면 기저귀 외부 커버, 성인 실금용 가먼트, 보호용 의복 등과 같은 신체용품에서 배리어로서 사용될 수 있다. 추가로, 그리고 본 발명의 또다른 일면으로, 본 발명의 통기성 미세다공성 필름 및(또는) 필름 라미네이트는 흡수성 신체용품의 성분을 구성한다. 일례로서, 흡수성 신체용품은 액체 투과성 라이너, 흡수코어 및 본 발명의 미세다공성 필름 또는 필름 라미네이트를 포함할 수 있고, 여기서 흡수코어는 액체 투과성 라이너와 미세다공성 필름 또는 필름 라미네이트 사이에 배치된다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 본 발명에 따른 다층 프로덕트 필름의 측단면도(설명을 쉽게 하기 위해 필름의 오른쪽이 갈라져 있음).
도 2는 본 발명에 따른 다층 필름/부직 라미네이트의 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 다층 필름 및 다층 필름/부직 라미네이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 다층 필름 및 다층 필름/부직 라미네이트를 이용하는 일례의 개인위생용 흡수용품(이 경우에는 기저귀임)의 부분절취된 평면도.
<정의>
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서, "포함하는"이라는 용어는 포괄적이거나 제한없는 것이고, 언급되지 않은 추가 요소, 구성 성분 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
본원 명세서에서 사용된 "회복"이라는 용어는 바이어스력(biasing force)을 가해서 물질을 스트레칭시킨 후 바이어스력을 종결할 때 일어나는 스트레칭된 물질의 수축을 의미한다. 예를들면, 바이어스력이 가해지지 않은 이완 길이가 2.5 ㎝ (1 인치)인 물질이 3.75 ㎝(1.5 인치)의 길이로 스트레칭함으로써 50％ 신장된다면, 그 물질은 50％ 신장된 것이고, 그의 이완 길이의 150％의 스트레칭된 길이를 가진 또는 1.5X 스트레칭된 것이다. 이 예의 스트레칭된 물질이 수축되는 경우, 즉 바이어스력 및 스트레칭력이 제거된 후 2.75 ㎝(1.1 인치)의 길이로 회복되는 경우, 그 물질은 그의 신장 길이 1.25 ㎝(0.5 인치)의 80％를 회복할 것이다. 회복률(％)은 [(최대 스트레치 길이 - 최종 샘플 길이)/(최대 스트레치 길이 - 최초 샘플 길이)] × 100으로 표현될 수 있다.
본원 명세서에서 사용된 "부직"포 또는 "부직"웹이라는 용어는 편직물에서처럼 확인가능한 방식으로가 아니라 인터레잉(interlaying)된 개별 섬유 또는 스레드의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 부직웹은 예를들면 멜트블로윙 공정, 스펀본딩 공정, 히드로엔탱글링(hydroentangling), 에어레이드 및 본디드 카디드 웹 공정과 같은 많은 공정에 의해 형성되어 왔다.
본원 명세서에서 사용된 "늘일 수 있는"이라는 용어는 하나 이상의 방향으로 신장될 수 있는 또는 스트레칭될 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "스펀본드 섬유"라는 용어는 분자 배향된 폴리머 물질의 직경이 작은 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 예를들면 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제 4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제 3,692,618호, 매추키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 킨니(Kinney) 등의 미국 특허 제3,338,992호 및 동제3,341,394호, 하르트만(Hartman) 등의 미국 특허 제3,502,763호, 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호 및 피케(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호에서와 같이(이들 각 문헌은 전체로서 본원 명세서에 참고로 포함됨), 용융된 열가소성 물질이 방사노즐의 다수의 미세하고 통상 원형인 모세관으로부터 필라멘트로서 압출된 후 압출된 필라멘트의 직경이 급속하게 감소됨으로써 형성될 수 있다. 스펀본드 섬유는 그들이 수집표면에 침착될 때는 일반적으로 점착성이 아니며, 일반적으로 연속적이다. 스펀본드 섬유는 종종 약 10 마이크론 이상의 직경을 갖는다. 그러나, 미세 섬유 스펀본드 웹(평균 섬유 직경이 약 10 마이크론 미만임)은 일반 양도된 마르몬(Marmon) 등의 국제특허출원 98/23804호 및피케 등의 미국 특허 제5,759,926호에 기재되어 있는 것들을 포함하는(그러나, 이들에 제한되는 것은 아님) 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다.
본원 명세서에서 사용된 "멜트블로운 섬유"라는 용어는 일반적으로, 용융된 열가소성 물질을 다수의 미세하고 통상 원형인 다이 모세관을 통해 용융 스레드 또는 필라멘트로서 통상 뜨거운 수렴하는 고속 기체(예: 공기) 스트림 내로 압출시켜 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘어지게 하여 직경을 감소시킴으로써 형성된 폴리머 물질의 섬유를 의미한다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되어 수집 표면 상에 침착됨으로써 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유 웹을 형성한다. 이러한 방법은 예를들면 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호 및 티몬스(Timmons) 등의 미국 특허 제5,271,883호에 기재되어 있고, 이들 문헌은 각각 전체로서 본원 명세서에 참고로 포함시킨다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속적일 수 있고, 일반적으로 평균 직경이 10 마이크론 미만이며, 수집 표면 상에 침착될 때 일반적으로 점착성을 갖는다.
본원 명세서에서 사용된 "다층 부직 라미네이트"라는 용어는 하나 이상의 층이 예를들면 스펀본드층과 같은 부직 물질인 2개 이상의 층의 라미네이트를 의미한다. 예를들면, 다층 부직 라미네이트는 스펀본드/멜트블로운/스펀본드(SMS) 라미네이트, 또는 하나 이상의 층이 부직 물질이고 다른 층(들)은 다른 물질(예를들어, 스펀본드/필름 라미네이트(SF)에서는 필름임)인 라미네이트를 포함할 수 있다. 다층 부직 라미네이트의 예는 브록(Brock) 등의 미국 특허 제4,041,203호, 퍼킨스(Perkins) 등의 미국 특허 제5,178,931호 및 티몬스 등의 미국 특허제5,188,885호에 기재되어 있고, 이 문헌들은 각각 본원 명세서에 참고로 포함시킨다. 이러한 라미네이트는 이동하는 형성 벨트 상에 먼저 스펀본드 직물층, 그 다음에 멜트블로운 직물층, 마지막으로 또다른 스펀본드층을 순차적으로 침착시키고, 이어서 하기하는 열적 포인트 결합과 같은 방법에 의해 라미네이트를 결합시킴으로써 제조된다. 별법으로, 직물층들은 개별적으로 제조되어 롤에 수집되고 별도의 결합단계에서 결합될 수 있다.
본원 명세서에서 사용되는 "폴리머"라는 용어는 일반적으로 호모폴리머, 코폴리머, 예를 들면 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 코폴리머, 터폴리머 등 및 그의 블렌드 및 변형을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 게다가, 달리 특별히 제한되지 않는다면, "폴리머"라는 용어는 분자의 모든 가능한 공간 배열을 포함한다. 이러한 배열은 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원 명세서에서 사용된 "기계 방향" 또는 MD라는 용어는 직물이 제조되는 방향의 길이를 의미한다. "횡방향" 또는 CD라는 용어는 직물의 폭, 즉 MD에 대해 일반적으로 수직인 방향을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "초음파 결합"이라는 용어는 예를들면 봄슬래거(Bomslaeger)의 미국 특허 제4,374,888호에 예시된 음파 호른(horn)과 앙빌(anvil) 롤 사이로 직물을 통과시킴으로써 수행되는 방법을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된, "포인트 결합"이라는 용어는 1 층 이상의 직물을 다수의 불연속 결합 지점에서 결합시키는 것을 의미한다. 예를들면, 열적 포인트결합은 일반적으로 결합될 하나 이상의 층을 가열된 롤들 사이로, 예를들면 조각된 패턴 롤과 평탄한 캘린더 롤 사이로 통과시키는 것을 포함한다. 조각된 롤은 전체 직물이 그의 전체 표면에 걸쳐서 결합되지는 않도록 하는 몇가지 방식으로 패턴화되고, 앙빌 롤은 보통 편평하다. 따라서, 조각된 롤을 위한 다양한 패턴은 심미적인 이유에서 뿐만 아니라 기능적인 이유에서 개발되었다. 포인트 결합 패턴의 일례는 한센(Hansen) 및 페닝(Pennings)의 미국 특허 제3,855,046호(이 문헌은 전체를 본원 명세서에 참고로 포함시킴)에 개시된 바와 같이 약 200개 결합/in2을 가지고, 약 30％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는 한센 페닝(Hansen Pennings) 또는 "H＆P" 패턴이다. H＆P 패턴은 정사각형 포인트 또는 핀 결합 영역을 가지고, 여기서 각 핀은 한 변 치수가 0.965 ㎜ (0.038 인치)이고, 핀 사이 간격이 1.778 ㎜ (0.070 인치)이며, 결합 깊이가 0.584 ㎜(0.023 인치)이다. 또다른 대표적인 포인트 결합 패턴은 한 변 치수가 0.94 ㎜ (0.037 인치)이고, 핀 사이 간격이 2.464 ㎜ (0.097 인치)이며, 깊이가 0.991 ㎜ (0.039 인치)인 정사각형 핀을 가지고 15％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 형성하는 확장형 한센 페닝 또는 "EHP" 결합 패턴이다. "714"라고 명명된 또다른 대표적인 포인트 결합 패턴은 각 핀의 한 변 치수가 0.584 ㎜ (0.023 인치), 핀 사이 간격이 1.575 ㎜ (0.062 인치), 결합 깊이가 0.838 ㎜ (0.033 인치)인 정사각형 핀 결합 영역을 갖는다. 얻어진 패턴은 약 15％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는다. 또다른 흔한 패턴은 약 16％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는 반복되고 약간 옵셋된 다이아몬드를 갖는 다이아몬드패턴, 및 명칭이 암시하는 바와 같이 예를들면 윈도우 스크린(window screen)처럼 보이는 약 15％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는 망상 위브(wire weave) 패턴을 포함한다. 추가의 패턴은 약 17％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는 "s자 위브(s-weave)" 패턴 및 약 12％ 결합 면적(새로운 것일 때)을 갖는 베이비 오브젝트 패턴(baby objects pattern)이다. 이러한 결합 패턴은 예오(Yeo) 등의 미국 특허 제5,599,420호(이 문헌은 전체를 본원 명세서에 참고로 포함시킴)에 상세히 기술되어 있다. 대표적으로, ％ 결합 면적은 직물 라미네이트 웹 면적의 약 50％ 미만, 더 바람직하게는 약 10％ 내지 약 30％이다.
본원 명세서에서 사용된 "탄성" 또는 "엘라스토머성"이라는 용어는 바이어스력이 가해질 때는 하나 이상의 방향으로 늘일 수 있는 또는 신장될 수 있고 바이어스력이 제거된 후에는 거의 원래 치수로 복귀하는 물질을 의미한다. 예를들면, 바이어스력이 가해졌을 때의 길이가 바이어스력이 가해지지 않은 이완 길이보다 50％ 이상 더 긴 신장된 물질은 신장력이 해제되었을 때 그의 신장 길이의 50％ 이상을 회복한다. 가설적인 한가지 예로, 어떤 물질의 2.54 ㎝ (1 인치) 샘플은 3.8 ㎝(1.50 인치)까지 신장될 수 있고, 바이어스력이 해제되었을 때, 3.18 ㎝(1.25 인치) 이하의 길이로 회복될 것이다.
본원 명세서에서 사용된 "％ 스트레치"라는 용어는 스트레칭된 치수의 증가분을 측정하고, 그 값을 원래 치수로 나눔으로써 결정되는 비, 즉 (스트레칭된 치수의 증가분/원래 치수) × 100을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "세트(set)"라는 용어는 신장 및 회복 후, 즉 물질이 스트레칭되고 나서 이완된 후의 물질 샘플에 보유된 신장을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "％ 세트"라는 용어는 사이클링 후 물질이 원래 길이로부터 스트레칭된 양을 측정한 값이다. 가해진 응력이 제거된 후 잔류하는 변형은 ％ 세트로 측정된다. ％ 세트는 한 사이클의 수축 곡선이 신장축과 교차하는 곳으로서, 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다.
본원 명세서에서 사용된 "비탄성" 또는 "탄성이 없는"이라는 용어는 상기 탄성의 정의에 해당되지 않는 모든 물질을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "통기성"이라는 용어는 최소 WVTR(water vapor transmission rate)이 약 1,000 g/㎡/24시인 수증기 투과성 물질을 의미한다. 일면으로, 어떤 직물의 WVTR은 그 직물이 착용하기에 얼마나 편안한가를 알려주는 지표를 제공한다. WVTR은 아래에서 지시된 바와 같이 측정되고, 그 결과는 g/㎡/24시 단위로 보고한다. 그러나, 종종, 통기성 배리어의 응용은 더 높은 WVTR을 가지는 것이 바람직하고, 본 발명의 통기성 배리어는 약 1,200 g/㎡/24시, 1,500 g/㎡/24시, 1,800 g/㎡/24시, 또는 심지어 약 2,000 g/㎡/24시를 초과하는 WVTR을 가질 수 있다.
본원 명세서에 사용되는 "블렌드"라는 용어는 2개 이상의 폴리머의 혼합물을 의미한다. 몇몇 경우에서는, 블렌드의 성분들이 상용성은 없지만, 고전단 하에서 용융 혼합되어 균질 블렌드를 제공한다.
본원 명세서에서 사용되는 상용화제라는 용어는 정상적으로는 상용성이 없는 두 물질의 접착을 돕는 물질을 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 "가먼트"라는 용어는 착용될 수 있는 모든 형태의 의복을 의미한다. 이것은 산업용 작업복 및 커버롤스, 언더가먼트, 팬츠, 셔츠, 쟈켓, 장갑, 양말 등을 포함한다.
본원 명세서에서 사용되는 "개인위생용품"이라는 용어는 기저귀, 용변연습용 속팬츠, 흡수 언더팬츠, 성인 실금용 제품, 및 여성위생용품을 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 "고성능 엘라스토머"라는 용어는 10 gsm 샘플에 대해 하기 방법에 의해 결정된 히스테리시스 수준이 약 75％ 미만, 바람직하게는 약 60％ 미만인 엘라스토머를 의미한다. 히스테리시스값은 먼저 샘플을 주어진 백분율(예: 50％ 또는 100％)의 극한 신장율로 신장시키고, 이어서 저항 정도가 0이 되는 정도까지 샘플이 수축되게 함으로써 결정된다. 본원의 목적상, 극한 신장율이라는 용어는 미리 정의된 신장 백분율을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 본원의 목적상, 고성능 및 저성능 엘라스토머의 정의에 사용되는 수치를 결정하는 히스테리시스값은 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 횡방향으로 30％ 및 50％ 총 극한 신장율에서의 값으로 나타낸다.
본원 명세서에서 사용되는 "저성능 엘라스토머"라는 용어는 하기 방법에 의해 결정된 히스테리시스 수준이 약 75％보다 큰 엘라스토머를 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 "전구체 필름"이라는 용어는 아직 그의 미립자상 충전제를 그의 폴리머 성분으로부터 격리시켜 미세기공을 형성하도록 스트레칭 또는 배향되지 않은 충전된 필름 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 "프로덕트 필름"이라는 용어는 그의 미립자상 충전제 성분 둘레에 공극이 형성되어 미립자상 충전제가 폴리머 성분으로부터 격리되도록 스트레칭 또는 배향된 미세다공성의 충전된 필름을 의미한다. 프로덕트 필름은 이러한 형태로 사용될 수 있거나 또는 계속해서 라미네이트에 사용될 수 있다.
본원 명세서에 사용된 "모놀리식"이라는 용어는 충전되지 않은 필름 또는 필름층을 의미한다.
본원 명세서에서 사용된 "충전제"라는 용어는 필름 폴리머 압출 물질에 첨가되어 압출된 필름과 화학적으로 간섭하지 않거나 또는 불리한 영향을 주지 않으며 또한 필름 전체에 걸쳐서 균일하게 분산될 수 있는 미립자상 및(또는) 다른 형태의 물질을 의미한다. 일반적으로, 충전제는 평균 입자 크기가 약 0.1 내지 약 10 마이크론, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 4 마이크론의 범위인 미립자 형태일 것이다.
본원 명세서에서 사용되는 "입자 크기"라는 용어는 충전제 입자의 최대 치수 또는 길이를 설명한다.
본원 명세서에서 사용되는 "이성분 섬유"라는 용어는 별개의 압출기로부터 압출되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 2개 이상의 폴리머원으로부터 형성된 섬유를 의미한다. 또, 이성분 섬유는 이따금 복합 섬유 또는 다성분 섬유라고도 불린다. 폴리머들은 이성분 섬유의 횡단면을 가로질러서 실질적으로 일정하게 위치한 상이한 대역에 배열되고, 이성분 섬유의 길이를 따라 연속적으로 걸쳐 있다. 이러한 이성분 섬유의 배열은 예를들면 한 폴리머가 다른 한 폴리머를 둘러싼 쉬드/코어 배열일 수 있거나, 또는 병행 배열, 파이(pie) 배열 또는 "아일런드-인-더-시(island-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 이성분 섬유는카네코(Kaneko) 등의 미국 특허 제5,108,820호, 크루거 등의 미국 특허 제4,795,668호, 마처(Marcher) 등의 미국 특허 제 5,540,992호 및 스트랙(Strack) 등의 미국 특허 제5,336,552호에 개시되어 있고, 이들 문헌은 각각 전체로서 본원 명세서에 참고로 포함시킨다. 또, 이성분 섬유는 피케 등의 미국 특허 제5,382,400호에 개시되어 있다. 이성분 섬유의 경우, 폴리머들은 75/25, 50/50, 25/75 또는 다른 요망되는 비율로 존재할 수 있다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명은 통기성의 엘라스토머성 다층 프로덕트 필름, 즉 2개 이상의 층을 갖는 필름, 이러한 필름의 제조 방법, 및 예를 들면 섬유상 부직웹과 같은 지지층에 적층된 필름에 관한 것이다. 도 1에는 다층 프로덕트 필름(특히, 제조 공정으로부터 제거된 프로덕트 필름)(10c)가 도시되어 있고, 여기서는 설명상 도면의 오른쪽 부분이 갈라져 있다. 다층 프로덕트 필름(10c)는 코어층(12)를 포함한다. 코어층(12)는 제1 외표면(14) 및 제2 외표면(16)을 갖는다. 코어층은 또한 코어 두께(22)를 갖는다. 코어층(12)의 제1 외표면(14)에 제1 표피 두께(24)를 갖는 제1 표피층(18)이 부착된다. 코어층(12)의 제2 외표면(16)에 제2 표피 두께(26)을 갖는 임의의 제2 표피층(20)이 부착된다. 바람직하게는, 다층 필름은 3개의 층을 가진다.
코어층(12)는 바람직하세는 전체 필름의 약 85 내지 98％를 구성하고, 폴리올레핀과 같이 압출가능 저성능 엘라스토머성 폴리머 또는 이러한 폴리머의 혼합물인 제1 엘라스토머로부터 제조된다. 코어층은 바람직하게는 폴리에틸렌, 특히 다우 케미칼 컴파니(Dow Chemical Company)의 다우 인게이지(등록상표) EG8200(Dow Engage(등록상표) EG8200) 및 다우 어피니티(등록상표) PL 1845(Dow Affinity(등록상표) PL 1845)라는 상표명으로 입수가능한 단일 부위/메탈로센 촉매된 폴리에틸렌으로 이루어진다.
당업계에서 "메탈로센", "단일 부위" 또는 "속박 기하(constrained geometry)" 촉매된 폴리머라고 알려져 있는 이러한 폴리머는 오비제스키(Obijeski) 등의 미국 특허 제5,472,775호(다우 케미칼 컴파니로 양도됨)에 기재되어 있고, 이 문헌의 전체 내용을 본원 명세서에 참고로 포함시킨다. 메탈로센 방법은 일반적으로 조촉매에 의해 활성화되는, 즉 이온화되는 메탈로센 촉매를 사용한다. 메탈로센 촉매의 예는 특히 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸듐 클로라이드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드, 페로센, 하프노센 디클로라이드, 이소프로필(시클로펜타디에닐-1-플로우레닐)지르코늄 디클로라이드, 몰리브도센 디클로라이드, 니켈로센, 니오보센 디클로라이드, 루테노센, 티타노센 디클로라이드, 지르코노센 클로라이드 히드라이드 및 지르코노센 디클로라이드를 포함한다. 이러한 화합물을 더 많이 망라하는 목록은 로센(Rosen) 등의 미국 특허 제5,374,696호(다우 케미칼 컴파니에 양도됨)에 포함되어 있다. 이러한 화합물은 또 스티븐스(Stevens) 등의 미국 특허 제5,064,802호(다우에 양도됨)에도 기재되어 있다. 그러나, 다른 많은메탈로센, 단일 부위 및(또는) 유사한 촉매계가 당업계에 알려져 있고, 예를들면 에더톤(Etherton) 등의 미국 특허 제5,539,124호, 크리쉬나무루티(Krishnamurti) 등의 미국 특허 제5,554,775호, 어덜리(Erderly) 등의 미국 특허 제5,451,450호, 및 문헌[The Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othemer, Fourth Edition, vol. 17, Olefinic Polymers, pp. 765-767(John Wiley ＆ Sons 1996)]를 참조한다. 이들 특허 및 문헌의 전제 내용을 본원 명세서에 참고로 포함시킨다.
또, 코어층(12)는 1종 이상의 충전제를 포함한다. 궁극적으로 통기성 코어층(12)를 만들기 위해서는, 바람직하게는 1 종 이상의 충전제가 코어층 폴리머 압출 블렌드에 첨가되어야 한다. 이들 충전제는 궁극적으로 통기성을 부여하는 것 이외에도, 코어층(12)에 사용되는 폴리머의 양을 감소시키기 위해서도 사용될 수 있다. 필름 형성 공정 및(또는) 후속 적층 공정에 방해를 주지 않는다는 것을 전제로 하면, 유기 및 무기 충전제 모두가 본 발명과 함께 사용하기 위한 것으로 고려된다. 충전제의 예는 탄산칼슘(CaCO3), 여러가지 점토, 실리카(SiO2), 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 활석, 황산마그네슘, 이산화티탄, 제올라이트, 황산알루미늄, 셀룰로오스계 분말, 규조토, 석고, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 카올린, 운모, 카본, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 펄프 분말, 목재 분말, 셀룰로오스 유도체, 폴리머 입자, 키틴 및 키틴 유도체를 포함한다. 충전제 입자는 입자(벌크)의 자유 유동 및 폴리머 내에서의 분산 용이성을 조장하기 위해 임의로 스테아르산 또는 베헨산과 같은 지방산 및(또는) 다른 물질로 코팅될 수 있다. 특히 유용한 충전제는 이씨씨 인터내셔날(ECC International; 미국 조오지아주 아틀란타 소재)의 슈퍼코트(등록상표)(Supercoat(등록상표))라는 상표로 판매되는 탄산칼슘이다. 충전된 필름은 바람직하게는 필름층 총중량 기준으로 35 중량％ 이상의 충전제, 더 바람직하게는 약 50 중량％ 내지 약 65 중량％의 충전제를 함유할 것이다. 폴리머 블렌드의 본성 때문에, 약 50％ 미만의 충전제가 사용될 때는 롤 블록킹이 발생할 수 있고, 롤 블록킹은 전구체 필름 시트가 롤로부터 풀릴 때 전구체 필름 시트 사이에 발생하는 달라붙는 현상이다. 따라서, 저수준의 충전제가 사용되는 경우에는, 이러한 블록킹을 방지하기 위해 추가의 공정 보조제 및(또는) 공정 변경이 필요할 수 있다.
게다가, 필름의 충전된 통기성 코어층은 임의로 1종 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 충전된 필름은 예를들면 힌더드 페놀 안정화제와 같은 산화방지제를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 산화방지제는 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals; 미국 뉴욕주 태리타운 소재)로부터 입수가능한 이어가녹스™(IRGANOX™) E 17 (a-토코페롤) 및 이어가녹스™ 1076(옥토데실 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 필름 형성 공정, 스트레칭 및 후속하는 어떠한 적층 단계와도 상용성이 있는 다른 안정화제 또는 첨가제도 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 필름에 요망되는 특성을 부여하기 위해 예를들면 용융 안정화제, 가공 안정화제, 열 안정화제, 광 안정화제, 열노화 안정화제 및 당업계에 알려진 다른 첨가제와 같은 추가의 첨가제가 첨가될 수 있다. 일반적으로, 포스파이트 안정화제(즉, 시바 스페셜티 케미칼즈(미국 뉴욕주 태리타운 소재)로부터 입수가능한 이어가포스(IRGAFOS 168 및 도버 케미칼 코포레이션(Dover Chemical Corp.; 미국 오하이오주 도버 소재)으로부터 입수가능한 도버포스(DOVERPHOS))는 좋은 용융 안정화제이고, 한편 힌더드 아민 안정화제(즉, 시바 스페셜티 케미칼즈(미국 뉴욕주 태리타운 소재)로부터 입수가능한 치마소르브(CHIMASSORB) 944 및 199)는 좋은 열 및 광 안정화제이다. 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수가능한 B900과 같은 상기 안정화제 1 종 이상의 패키지가 상업적으로 입수가능하다. 바람직하게는, 압출전에 기본 폴리머(들)에 약 100 내지 2000 ppm(ppm은 충전된 필름의 전체 중량을 기준으로 함)의 안정화제가 첨가될 수 있다.
코어층의 저성능 엘라스토머는 코어층의 약 35 내지 50 중량％의 양으로 존재할 수 있고, 충전제는 바람직하게는 코어층의 약 50 내지 65 중량％의 양으로 존재한다.
별법으로, 전제 탄성 성능을 개선시킬(즉, 스트레치 및 회복 성질을 증진시킬) 목적으로 고성능 엘라스토머성 스티렌계 블록 코폴리머가 덜 탄성인 코어 물질과 블렌딩될 수 있다. 이러한 물질로는 쉘 케미칼 컴파니(Shell Chemical Company)를 통해 크라톤(등록상표)(Kraton,등록상표)이라는 상표로 판매되는 것이제공된다. 적당한 크라톤(등록상표) 엘라스토머는 크라톤(등록상표) G1657을 포함한다. 스티렌계 블록 코폴리머 물질이 저성능 엘라스토머와 블렌딩된다면, 그것은 바람직하게는 코어층의 약 5 내지 20 중량％의 양으로 존재한다.
다층 프로덕트 필름(10c)는 필름의 최종 용도에 따라 1개 또는 2개의 표피층을 포함할 수 있다. 예를들면, 필름 블록킹을 피하기 위해서는 2층 필름이 유리할 수 있다. 표면 버클링(buckling)이 없는 편평한 표면을 요하는 응용에 대해서는 3층 필름이 더 유리할 수 있다. 표피층은 바람직하게는 고성능 엘라스토머 및(또는) 엘라스토머 블렌드인 제2 엘라스토머로 이루어진다. 바람직하게는, 표피층은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 폴리에테르아미드로 이루어진다. 적당한 열가소성 폴리우레탄은 다우 케미칼 컴파니로부터 펠레탄(등록상표)(Pellethane,등록상표) 2103-70A라는 상표로 또는 비에프 굿리치 컴파니(BF Goodrich Company)로부터 에스탄(등록상표)(Estane,등록상표) 58245라는 상표로 입수가능하다. 적당한 폴리에테르아미드는 엘프 아토켐 컴파니(Elf Atochem Company)로부터 페박스(등록상표)(Pebax,등록상표) 2553 및 4033이라는 상표로 입수가능하다. 별법으로, 표피층들은 이들 고성능 엘라스토머의 블렌드 또는 코어층과 표피층 간의 상용화제로 작용하는 추가의 고성능 엘라스토머를 포함할 수 있다. 이러한 추가의 고성능 엘라스토머는 위에서 설명된 쉘 컴파니의 크라톤(등록상표)이라는 상표로 입수가능한 것들과 같은 스티렌계 블록 코폴리머를 포함한다. 추가로, 블록킹 방지제로서 작용하는 몇가지 충전제도 표피층에 포함될 수 있다. 이러한 충전제는 위에서 설명된 것들을 포함한다. 특히 적당한 표피층 블록킹 방지제는 셀라이트 코포레이션(Celite Corporation)으로부터 슈퍼플로스(Superfloss)라는 상표로 입수가능한 것과 같은 규조토를 포함한다. 이러한 충전제가 표피층에 존재한다면, 이들은 바람직하게는 표피층의 약 1 내지 15 중량％, 더 바람직하게는 약 10％의 양으로 존재한다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 표피층은 상이한 표피 및 코어 물질을 필름으로 공압출시키기 위한 상용화제를 포함할 수도 있다. 다층 공압출된 폴리올레핀 및 다른 비극성 물질을 사용하는 것이 포장 및 다른 필름 응용 분야에서는 흔하다. 그러나, 극성 물질과 비극성 물질처럼 불상용성인 물질들을 공압출시키기 위해서는, 대표적으로 연결층 물질이 필요하다. 연결층을 사용하지 않는다면, 상이한 두 물질이 잘 부착하지 않을 것이고, 필름은 낱낱이 흩어질 것이다. 본 발명에 따르면, 메틸 아크릴레이트 수준이 높은 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA) 코폴리머 수지가 다층 필름의 표피층에 첨가될 때, 표피층과 코어층간의 결합이 개선된다는 것을 발견하였다. 바람직하게는, 메틸 아크릴레이트 수준은 약 20％를 넘는다. EMA는 상용화제로서 작용하여 불상용성인 두 물질의 부착을 돕는다. 그렇다면, 본질적으로, 비극성 물질 및 극성 물질은 그 층들 중 하나의 층에 EMA를 첨가함으로써 다층 필름으로서 공압출될 수 있다. 이것은 1개가 넘는 물질의 성질을 갖는 단일 필름을 제조케 하는 잇점을 제공한다.
이와 관련하여, 2개 이상의 불상용성 물질의 2개 이상의 층이 함께 ABA, ABC, AB 및 그밖의 다른 모든 순열(여기서, A는 한 물질을 나타내고, B는 A와 불상용성인 제2의 물질을 나타내며, C는 또하나의 상이한 불상용성 물질을 나타냄)의 층 구조를 갖는 다층 필름으로 압출될 수 있다. 필름으로 압출되기 전에 이들 물질 중 하나 이상에 EMA 수지가 사전배합되거나 또는 건조 블렌딩되는 것이 바람직하다. 또, EMA 수준은 필요한 부착을 촉진할 정도로 충분히 높되, 주 표피 물질로부터 얻으려고 하는 성질을 위태롭게 할 정도로 높지 않는 것이 바람직하다. 따라서, EMA가 표피층 중량 기준으로 약 15 - 50 ％의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 적당한 EMA는 엑손 케미칼 컴파니(Exxon Chemical Company)로부터 엑손 옵티마(등록상표) TC221(Exxon Optema(등록상표) TC221) EMA라는 상표로 입수가능하다. 엑손 옵티마 EMA는 높은 백분율의 메틸 아크릴레이트를 가지고, 따라서 더 부드럽고 더 달라붙지만, 더 탄성이다. 또, 그것은 약간 통기성이고, 비극성 지지층에 잘 부착한다. 비교해 보면, 표피층에 사용되었던 EVA가 비극성 물질과 결합하는 경향이 있긴 하지만, 그것은 EMA보다 낮은 온도에서 열화된다. 따라서, 그것은 때때로 압출 다이의 립에서 열화되어 긁어 벗겨야 하는 것이 필요하고, 이것은 작업 효율을 감소시키는 결과를 발생시킨다.
따라서, 표피층 중 하나 이상에 EMA의 첨가는 추가의 접착제 층을 필요로 한다거나 또는 접착제 물질을 두꺼운 코어층에 포함시키는 것을 필요로 함이 없이 1종이 넘는 물질의 성질을 이용하는 단일 필름을 제조케 하는 잇점을 제공한다. 값비싼 고성능 엘라스토머가 얇은 표피층에 적은 양으로 사용될 수 있고, 덜 값비싼 저성능 엘라스토머가 두꺼운 코어층에 많은 양으로 사용될 수 있다.
바람직하게는, 도 1의 프로덕트 필름(10c)의 전체 두께는 0.6 내지 1.2 ㎜, 더 바람직하게는 약 1.0 ㎜이다. 표피층은 바람직하게는 전체 필름 두께의 3％ 이하 또는 약 0.018 - 0.04 ㎜의 전체 두께(필름의 각 표피층의 두께는 약 0.009 - 0.02임)를 가지고, 프로덕트 필름의 코어층은 전체 필름 두께의 약 97％를 구성한다. 프로덕트 필름은 약 50％ 극한 스트레치/신장율(아래에서 더 상세히 정의됨)에서 특히 개선된 엘라스토머성 및 통기성 성질의 조합을 나타낸다. 또, 표피층은다이 립 체증을 피하는 것을 돕는다.
통기성 프로덕트 필름(10c)는 바람직하게는 1,000 g/㎡/24시 이상, 바람직하게는 1,200 g/㎡/24시 초과, 1500 g/㎡/24시 초과 또는 심지어 2,000 g/㎡/24시 초과의 WVTR을 갖는 충전된 배리어 필름을 포함한다. 게다가, 통기성의 스트레칭된 충전 프로덕트 필름은 바람직하게는 약 60 g/㎡ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 약 15 내지 40 g/㎡의 기초중량을 갖는다. 스트레칭되지 않은 전구체 필름은 바람직하게는 약 100 g/㎡ 이하의 기초중량 및 약 3 ㎜의 전체 두께를 가진다.
이러한 다층 필름(10c)는 필름 제조 산업의 통상의 기술을 가진 자에게 잘 알려져 있는 폭넓고 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 특히 유리한 두가지 방법은 캐스트 필름 공압출 방법 및 블로운 필름 공압출 방법이다. 이러한 방법들에서는, 2개 또는 3개의 층이 동시에 형성되어 다층 형태로 압출기를 빠져나간다. 다른 압출 방법을 사용하여 다층 필름을 형성하는 것도 가능할 수 있긴 하지만, 본 발명에 따른 다층 필름이 극도로 얇다는 특성 때문에, 이러한 방법들이 가장 유리한 것으로 증명될 것이다. 이러한 방법들에 대한 더 많은 정보에 대해서는 예를들면 메이즈(Mays)의 미국 특허 제4,522,203호 및 힐(Hill)의 미국 특허 제4,734,324호를 참조하고, 이 특허를 전체로서 본원 명세서에 참고로 포함시킨다.
다층 프로덕트 필름(10c)를 형성하는 방법은 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 전구체 필름(10a)가 제조되기 전, 먼저 원료 물질, 즉 폴리머(들) 및 충전제가 당업계 숙련자에게 일반적으로 알려진 방법을 통해 배합되어야 한다. 예를들면, 원료 물질들이 함께 건조 혼합되어 이축 압출기의 호퍼(hopper)에 첨가될 수 있다.호퍼에서 물질들이 용융물 중에 분산 혼합되고 서로 맞물리는 회전 스크루 작용으로 수송된다. 이축 압출기를 빠져나갈 때, 물질들이 즉시 냉각되어 펠렛 형태로 절단된다.
다시 도면을 보면, 다층 전구체 필름(10a)가 위에서 이미 설명한 캐스트 또는 블로운 유닛과 같은 공압출 필름 장치(40)으로부터 형성된다. 대표적으로, 장치(40)은 2 개 이상의 폴리머 압출기(41)을 포함할 것이다. 배합된 물질들이 먼저 필름 압출기(호퍼)로 향해 간다. 대표적으로, 표피층(들)을 위한 물질들이 더 작은 압출기에 첨가되고, 한편 코어층을 위한 물질이 더 큰 주압출기에 첨가된다. 당업계 숙련자에게 일반적으로 알려져 있지만 참조의 편의상 본원 명세서에 설명되고 있는 바와 같이, 압출기에는 두 압출기의 유동을 함께 합쳐서 필름 다이의 공동(장치(40)의 하부)으로 향하게 하는 유동 플레이트가 구비되어 있다. 유동 플레이트의 사용으로 작은 압출기(표피층 압출기)의 유동이 분열되어 주압출기 유동 둘레로 향하게 됨으로써 작은 압출기의 유동이 주압출기의 유동을 샌드위치 모양으로 양자 사이에 끼운다. 이러한 방식으로 다층(3층) 유동이 압출기 다이의 슬롯을 빠져나간다.
다층 필름(10a)는 냉각 롤(42) 위에 압출되는데, 이 롤은 패턴화될 수도 있다. 다이(40)으로부터 나온 유동은 즉시 냉각 롤(42)에서 냉각된다. 냉각 롤에 인접 위치한 진공 상자(43)이 롤 표면을 따라서 진공을 형성하여 전구체 필름(10a)가 롤 표면에 밀착하여 놓이도록 유지시키는 것을 돕는다. 게다가, 에어 나이프(air knife) 또는 정전 피너(pinner)(44)가 전구체 필름(10a)를 그것이 방사롤 둘레를 이동할 때 냉각 롤 표면에 강제로 밀어놓는 것을 돕는다. 에어 나이프는 매우 높은 유속의 공기 스트림을 압출된 폴리머 물질의 가장자리에 집속시키는 당업계에 알려져 있는 장비이다. 그 결과로 다수의 층을 갖는 얇은 필름이 형성된다. 이러한 얇은 전구체 필름(10a)는 수집되거나 또는 추가 가공될 수 있다.
처음에 형성된 3층 전구체 필름(10a) 구조는 약 2 - 3 ㎜의 전체 두께 및 약 100 g/㎡ 이상의 기초중량을 가질 것이고, 각 표피층은 0.03 - 0.13 또는 그 이상의 초기 두께를 가질 것이며, 이것은 합쳐서 전체 초기 전구체 필름 두께의 약 3 - 5％이다.
전구체 필름(10a)는 그것이 통기성이 되도록 하기 위해 추가 가공된다. 따라서, 공압출 필름 장치(40)으로부터 유래된 전구체 필름(10a)는 기계방향 배향기 또는 "MDO"(이것은 미국 로드 아일런드 프로비던스 소재의 마샬 앤드 윌리암스 컴파니(Marshall and Williams Company)와 같은 판매사로부터 상업적으로 입수가능한 장치임)와 같은 필름 스트레칭 유닛(47)로 향해 간다. 이 장치(47)은 도 3에 나타낸 공정을 통해 필름의 이동 방향인 필름의 기계 방향으로 다층 필름을 점진적으로 스트레칭시켜 얇아지게 하는 다수의 스트레칭 롤러(46a)-(46e)를 갖는다. 5개의 롤을 갖는 MDO가 예시되어 있긴 하자만, 요망되는 스트레치 수준 및 각 롤간의 스트레칭 정도에 따라 롤의 수가 더 많거나 더 적을 수 있다. 필름은 단일 또는 다수의 상이한 스트레칭 작업으로 스트레칭될 수 있다. 바람직하게는, 스트레칭되지 않은 충전 필름(전구체 필름)은 그의 원래 길이의 약 3배 내지 약 6배 스트레칭되고, 이것은 필름이 이완된 후 원래 필름 길이의 3배 내지 5배의 세트를 스트레칭된필름(10b)에 부여한다.
다시, 도 3을 보면, 가열된 롤(46a) 및 (46b)는 예비가열 롤로서 작용할 수 있다. 이들 처음 몇 개의 롤은 필름을 실온보다 약간 높게 (32 ℃(90 ℉)로) 가열한다. 저속 롤(46c)는 그 다음의 고속 롤(46d)보다 더 느린 원주속도로 움직인다. 인접 롤들의 상이한 속도가 충전된 전구체 필름(10a)를 스트레칭시키는 작용을 한다. 스트레치 롤들이 회전하는 속도가 필름에서의 스트레치 정도 및 따라서 통기성 정도를 결정한다. 저속 롤(46c) 또는 고속 롤(46d) 중 하나 또는 양자 모두가 가열될 수 있다. 스트레칭 후, 필름(10b)는 약간 수축되도록 하고(하거나) 가열된 어닐링(annealing) 롤(46e)와 같은 하나 이상의 가열된 롤에 의해 추가로 가열 또는 어닐링될 수 있다. 이들 롤은 대표적으로 49 ℃(약 120 ℉)로 가열되어 필름을 어닐링한다. 필름이 MDO를 빠져나가서 이완된 후, 그것은 원래 전구체 필름과 비교해서 대표적으로 필름의 원래 길이의 3 내지 5배의 세트/신장을 포함한다. 이 전체 최종 스트레치는 프로덕트 필름에 통기성 및 적어도 횡방향으로 약 50％ 이하 신장율의 추가 스트레치를 허용한다.
MDO 필름 스트레칭 유닛(47)을 빠져나간 후, 통기성 프로덕트 필름은 바람직하게는 약 0.6 - 1.2 ㎜의 최대 두께를 가지고, 표피층은 바람직하게는 약 0.018 - 0.04 ㎜ 이하의 전체 최대 두께를 가지며, 이것은 합쳐서 전체 필름의 약 3％이다. 이 시점에서, 스트레치에 의해 얇아진 충전된 프로덕트 필름은 보관을 위해 감기거나 또는 추가 가공을 위해 진행할 것이다. 그렇게 되면, 프로덕트 필름은 추가 길이, 예를들면 CD로 약 50％ 이하 및 MD로 약간의 추가 스트레치로 스트레칭될 수있다.
필요하다면, 제조된 다층 프로덕트 필름(10c)는 섬유층과 같은 하나 이상의 지지층(30)에 부착되어 다층 필름/라미네이트(32)를 형성할 수 있다. 적당한 라미네이트 물질은 부직포, 다층 부직포, 스크림, 직포 및 기타 유사 물질을 포함한다. 개선된 신체 순응성을 갖는 라미네이트를 달성하기 위해, 섬유층은 바람직하게는 늘일 수 있는 직물이고, 훨씬 더 바람직하게는 탄성 직물이다. 예를들면, 부직포의 MD 인장은 부직포가 CD로 "넥킹(necking)"되거나 또는 좁아지게 하여 네킹된 직물에 CD 스트레칭 능력(stretchabiliy)을 준다. 추가의 적당한 늘어날 수 있는(있거나) 탄성인 직물의 예는 메이트너(Meitner) 등의 미국 특허 제4,443,513호, 모르만(Morman) 등의 미국 특허 제5,116,662호, 모르만 등의 미국 특허 제4,965,122호, 모르만 등의 미국 특허 제5,336,545호, 반데르 빌렌(Vander Vielen) 등의 미국 특허 제4,720,415호, 키에퍼(Kieffer) 등의 미국 특허 제4,789,669호, 테일러(Taylor) 등의 미국 특허 제5,332,613호, 콜리어(Collier) 등의 미국 특허 제5,288,791호, 위스네스키(Wisneski) 등의 미국 특허 제4,663,220호, 쇼버(Shawver) 등의 미국 특허 제5,540,976호에 기재되어 있는 것들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 특허의 전체 내용을 본원 명세서에 참고로 포함시킨다.
이러한 다층 필름에 적층될 부직포는 바람직하게는 약 10 g/㎡ 내지 약 70 g/㎡, 훨씬 더 바람직하게는 약 15 g/㎡ 내지 약 34 g/㎡의 기초중량을 갖는다. 특별한 한 예로서, 폴리프로필렌 스펀본드 섬유의 17 g/㎡ (0.5 osy) 웹은 요망되는 정도로 넥킹된 후, 통기성의 스트레칭된 충전 프로덕트 필름(10b)에 적층될 수 있다. 따라서, 프로덕트 필름(10b)는 (캘린더 롤 어셈블리의 적층 롤에서) 넥킹된 또는 CD 스트레칭가능한 스펀본드 부직웹으로 닙핑(nipping)될 것이다.
필름 및 스펀본드 물질은 대표적으로 필름이 MDO를 빠져나가는 속도와 동일한 속도로 적층 롤에 들어간다. 외부 부직층은 당업계에 공지된 한 가지 이상의 수단에 의해 통기성의 충전된 프로덕트 필름에 적층될 수 있다. 부직층 및 충전된 필름은 예를들면 열, 초음파, 마이크로파 및(또는) 압축력 또는 에너지를 가함으로써 물질들이 유연해지고(지거나) 유동하게 하기에 충분한 에너지를 필름 및(또는) 섬유 직물에 부여함으로써 결합, 예를 들면 포인트 결합될 수 있다. 층들의 부착을 개선하기 위해 결합제 및(또는) 점착성 부여제가 필름에 첨가될 수 있다. 본 발명의 또다른 일면으로서, 충전된 필름 및 섬유층은 접착제에 의해 서로 적층될 수 있다. 개선된 드레이프(drape)를 달성하기 위해, 접착제는 바람직하게는 직물 중 하나에 패턴 도포되거나 또는 외부 섬유층에만 적용된다. 접착제를 부직포와 같은 외부 섬유층에 도포함으로써, 접착제가 일반적으로 섬유 접촉 지점에서만 필름 위에 놓일 것이고, 따라서 개선된 드레이프 및(또는) 통기성을 갖는 라미네이트를 제공한다. 적당한 접착제의 예는 헌츠만 코포레이션(Huntsman Corporation; 미국 유타주 솔트 레이크 시티 소재)으로부터의 렉스택™(REXTAC™) 2730; 핀들레이 어드히시브즈, 인크.(Findley Adhesives, Inc.; 미국 위스콘신주 와우워투사 소재)로부터 입수가능한 스티렌 블록 코폴리머 접착제인 H225A; 및 내셔날 스타치, 스타치 앤드 케미칼 코.(National Starch, Starch and Chemical Co.; 미국 뉴저지주 브릿지워터 소재)로부터 입수가능한 스티렌 블록 코폴리머 접착제인 34-5610을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명과 함께 사용하기에 적당한 핫 멜트 접착제에 사용되는 상업적으로 입수가능한 비결정성 폴리알파올레핀(APAO)는 헌츠만 코포레이션(미국 유타주 솔트레이크 시티 소재)로부터의 렉스택™ 에틸렌-프로필렌 APAO E-4 및 E-5 및 부틸렌-프로필렌 BM-4 및 BH-5, 및 휼스 아게(Huels AG; 독일 마알 소재)로부터의 베스토플라스트™(VESTOPLAST™) 792를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 약 1 g/㎡ 내지 약 10 g/㎡의 접착제가 지지층과 충전된 필름을 겹쳐놓기 전에 섬유상 지지 직물에 도포된다. 또, 추가의 결합 보조제 또는 점착성 부여제도 사용될 수 있다.
다시, 도 3을 보면, 미리제조된 늘일 수 있는 부직 물질로부터 3층 라미네이트(도 2에서 볼 수 있는 바와 같음)를 제조하는 방법이 도시되어 있다. 스트레칭된 충전 프로덕트 필름(10b)가 넥킹된 스펀본드 웹과 같은 늘일 수 있는 섬유층(30)에 부착되어 필름/부직 라미네이트를 형성하는 것이 도시되어 있다. 넥킹가능 물질(30)이 공급 롤(62)로부터 풀린다. 이어서, 넥킹가능 물질(30)이 그것과 연관된 화살표로 나타낸 방향으로 이동한다. 이어서, 넥킹가능 물질(30)이 쌓여진 롤러(68) 및 (70)에 의해 형성되는 S자-롤 배열(66)의 닙(64)를 통해 쌓여진 롤러(68) 및(70)과 연관된 화살표로 표시된 바와 같이 역S자-랩 경로로 통과한다. S-롤 배열(66)의 롤러들의 원주 속도가 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 아래쪽의 캘린더 롤 어셈블리(58)의 원주 속도보다 더 느리도록 조절되기 때문에, 넥킹가능 물질(30)이 인장되어 요망되는 양으로 넥킹된다. 별법으로, 넥킹된 물질(30)은오프라인으로 넥킹되어 인장되고 넥킹된 상태로 풀릴 수 있다. 넥킹된 물질(30)이 접착제(73)을 접착제 다이 헤드(74)를 통해 넥킹된 물질(30)으로 분무하는 분무 장비(72) 아래를 통과할 때 넥킹된 물질(30)은 인장되고 넥킹된 상태로 유지된다. 스트레칭된 충전 프로덕트 필름(10b)가 충분히 얇아져서 넥킹된 물질(30)이 형성되고 거기에 접착제가 도포되면, 층들이 함께 합쳐지고 접착제가 활성화/처리됨으로써(필요하다면, 열을 가함) 도 2에서 볼 수 있는 바와 같은 통기성 라미네이트(32)를 형성한다.
별법으로, 지지층(30)을 인라인 공정으로 형성하기 위해 1쌍의 스펀본드 기계(도시되지 않음)와 같은 통상의 섬유상 부직웹 형성 장치가 사용될 수 있다. 이러한 인라인 공정에서는, 길고 본질적으로 연속인 섬유가 결합되지 않은 웹으로서 형성 와이어에 침착될 것이다. 이어서, 결합되지 않은 웹이 1쌍의 결합 롤을 통해 급송되어 섬유들을 함께 결합시키고 얻어진 웹 지지층의 인열강도를 증가시킬 것이다. 결합에 도움을 주기 위해 롤들 중 하나 또는 둘 모두가 가열될 수 있다. 대표적으로, 규정된 결합 표면적을 갖는 불연속 결합 패턴을 웹에 부여하기 위해 롤들 중 하나가 패턴화될 수 있다. 다른 하나의 롤은 보통 평탄한 앙빌 롤이지만, 이 롤도 필요하다면 패턴화될 수 있다. 다층 프로덕트 필름이 충분히 얇아져서 배향되고 지지층이 형성되면, 두 층이 함께 합쳐져서 1 쌍의 적층 롤 또는 다른 수단을 이용하여 서로 적층될 것이다.
결합 롤의 경우에서처럼, 적층 롤(58)은 가열될 수 있다. 또, 롤들 중 하나는 생성되는 라미네이트에 규정된 결합 표면적을 갖는 불연속 결합 패턴을 형성하기 위해 패턴화될 수 있다. 바람직하게는, 라미네이트의 한쪽면의 주어진 표면적에 대한 최대 결합 포인트 표면적은 전체 표면적의 약 50％를 초과하지 않을 것이다. H＆P 결합 패턴, C-스타(star) 결합 패턴 또는 베이비 오브젝트 결합 패턴과 같은 많은 불연속 결합 패턴이 사용될 수 있다. 예를들면, 브록(Brock) 등의 미국 특허 제4,041,203호(이 특허를 전체로서 본원 명세서에 포함시킴)를 참조한다. 라미네이트가 일단 적층 롤을 빠져나가면, 그것은 후속 가공을 위해 롤로 감길 것이다. 별법으로, 라미네이트는 추가 가공 또는 전환을 위해 인라인으로 계속 진행될 수 있다.
도 3에 도시된 방법은 또한 도 2에 도시된 것과 같은 3층 라미네이트(32)를 제조하는 데 사용될 수 있다. 앞에서 설명한 방법에 대한 유일한 변경은 제2의 섬유상 부직웹 지지층(30a)의 공급원(63)을 적층 롤(58)로 다층 프로덕트 필름(10b)에 다른 섬유상 부직웹 지지층(30)의 반대쪽에 공급하는 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지지층(30)의 공급원은 미리형성된 롤(62)의 형태이다. 별법으로, 다른 층들에서처럼, 지지층(30)은 직접 인라인으로 형성될 수 있다. 어떤 경우이든, 제2 지지층(30a)는 적층 롤(58)로 공급되어 제1 지지층(30)과 동일한 방식으로 다층 프로덕트 필름(10c)에 적층된다.
이미 언급된 바와 같이, 라미네이트(32)가 일단 제조되면, 그 물질은 계속해서 권취기로 진행한다. 그 물질이 권취기로 이동할 때, 그것은 수축된다. 이것은 권취기의 속도를 그 물질의 수축에 맞춰서 느리게 함으로써 달성된다. 이 방법은 스펀본드가 수축하는 필름과 함께 "주름지고" 따라서 최종 라미네이트(32)에서 기계방향으로 스트레칭될 때 "탄력성(give)"을 가지기 때문에 그 물질에 기계방향 스트레칭을 허용한다.
이미 언급된 바와 같이, 라미네이트(32)의 다층 프로덕트 필름(10b) 및 다층 프로덕트 필름(10c)는 폭넓고 다양한 응용으로 사용될 수 있고, 그들 중에서도 특히 기저귀, 용변연습용 속팬츠, 실금용품 및 생리대와 같은 여성위생용품과 같은 개인위생용품을 포함한다. 일례의 용품(80)(이 경우에는 기저귀임)이 도 4에 도시되어 있다. 도 4를 보면, 대부분의 이러한 개인위생용 흡수용품(80)은 액체 투과성 톱시트 또는 라이너(82), 배면 시트 또는 외향커버(84) 및 톱시트(82)와 배면시트(84) 사이에 배치되어 그에 의해 내포된 흡수코어(86)을 포함한다. 기저귀와 같은 용품(80)은 또 접착성 잠금 테이프 또는 기계적 후크 및 루프 유형 패스너와 같은 몇가지 유형의 잠금 수단을 포함할 수도 있다.
다층 프로덕트 필름(10c) 그 자체, 또는 다층 필름/지지층 라미네이트(32)와 같은 다른 형태는 톱시트(82) 및 배면시트(84)를 포함하여(이에 제한되지 않음) 용품의 여러 부분을 형성하는 데 사용될 수 있다. 필름이 라이너(82)로서 사용되는 경우, 그것은 천공되어야 하거나 또는 다른 방식으로 액체 투과성을 갖도록 하여야 할 것이다. 다층 필름/부직 라미네이트(32)를 외향커버(84)로 사용할 때, 보통 부직포쪽을 사용자로부터 멀리 떨어져 바깥쪽으로 향하게 놓는 것이 유리하다. 게다가, 이러한 실시태양에서, 라미네이트(32)의 부직 부분을 후크 및 루프 조합의 루프 부분으로 이용하는 것도 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름 및 다층 필름/부직 라미네이트의 다른 용도는 수술용 드레이프 및 가운, 와이퍼, 배리어 물질, 및 작업복 및 실험복과 같은 품목을 포함하는 가먼트/의류용품 또는 그의 일부를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
이러한 방식에서는, 필름 코어층으로서 필름의 대부분을 구성하는 저성능 엘라스토머의 성능을 보강하기 위해 다층 필름 라미네이트의 표피층에 값비싼 고성능 엘라스토머 물질이 보다 적은 양으로 효율적으로 사용될 수 있다. 표피층(들)에 고성능 엘라스토머를 사용함으로써, 필름은 비교적 높은 수준의 통기성을 보유하고, 여전히 탄성 거동, 특히 횡방향으로 약 50％ 스트레치를 나타낸다. 특히, 고성능 탄성 표피층은 수축을 개선시켜 프로덕트 필름의 ％세트(즉, 수축 인장이 거의 0이 되는 신장율)을 감소시킬 것이다.
본 발명은 후술하는 실시예에 의해 더 설명된다. 그러나, 이러한 실시예는 어떤 식으로든 본 발명의 정신 또는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
시험
용융지수: 용융지수(MI)는 주어진 조건 하에서 폴리머의 점도를 측정한 값이다. MI는 측정 기간 동안 특정 하중 또는 전단속도 하에서 기지의 치수를 갖는 모세관으로부터 유동하는 물질의 양으로 표현되고, ASTM 시험 1238-90b에 따라 2160 g의 하중으로 190 ℃에서 g/10분으로 측정된다.
WVTR : 샘플 물질의 수증기 투과율(WVTR)은 다음 시험 방법에 따라 계산되었다. 훽스트 셀라니즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corporation); 미국 뉴저지주 섬머빌 소재)으로부터의 셀가드(등록상표)(CELGARD,등록상표) 2500 필름 피스인 대조 물질 및 각 시험 물질로부터 직경 7.6 ㎝ (3 인치)의 원형 샘플을 잘라내었다. 셀가드(등록상표) 2500 필름은 미세다공성 폴리프로필렌 필름이다. 각 물질로부터 3개의 샘플을 준비하였다. 시험 접시는 트윙-알버트 인스트루먼트 컴파니(Thwing-Albert Instrument Company; 미국 펜실바니아주 필라델피아 소재)에 의해 판매된 No. 60-1 베이포미터(Vapometer) 팬이었다. 각 베이포미터 팬에 물 100 ㎖를 붓고, 시험 물질 및 대조 물질의 각 샘플을 각 팬의 개방된 상부를 가로질러서 놓았다. 스크루-온 플랜지를 죄어서 팬 가장자리를 따라 밀봉부를 형성하고, 관련 시험물질 또는 대조물질이 약 33.17 ㎠의 노출 면적을 갖는 직경 6.5 ㎝의 원 영역에서 주변 분위기에 노출되도록 하였다. 팬을 강제 공기 오븐에 38 ℃(100 ℉)에서 또는 1 시간 놓아두어 평형시켰다. 오븐은 항온 오븐이며, 외부 공기를 그를 통해 순환시켜서 수증기가 내부에 축적되지 못하도록 한다. 적당한 강제 공기 오븐은 예를 들면 블루 엠. 일렉트릭 컴파니(Blue M. Electric Company; 미국 일리노이주 블루 아일런드 소재)에 의해 판매된 블루 엠. 파워-오-매틱(Blue M. Power-O-Matic) 60 오븐이다. 평형이 이루어졌을 때, 팬을 오븐으로부터 꺼내어 칭량하고, 즉시 오븐에 다시 넣었다. 24 시간 후, 팬을 오븐에서 꺼내어 다시 칭량하였다. 예비 시험 수증기 투과율 값은 하기 수학식 I에 의해 계산하였다. 오븐 내의 상대습도는 특별히 조절되지 않았다.
시험 WVTR = (24시간 동안에 손실된 중량) × 315.5 g/㎡/24시
미리결정된 정해진 조건, 즉 약 38 ℃(100 ℉) 및 주변 상대습도 하에서, 셀가드(등록상표) 2500 대조물질의 WVTR은 5000 g/㎡/24시인 것으로 정의되었다. 따라서, 대조 샘플에 대해 각 시험을 수행하고, 예비 시험 값을 하기 수학식 Ⅱ를 사용하여 정해진 조건으로 보정하였다:
WVTR = (시험 WVTR/대조 WVTR) × (5000 g/㎡/24시)
박리 시험: 박리 또는 층간분리 시험으로, 라미네이트를 라미네이트의 층들을 떼어놓는 인장력의 크기에 대해 시험한다. 박리강도 값은 특정 폭의 직물, 클램프 조오 폭 및 일정한 늘임(extension) 속도를 이용하여 얻는다. 필름쪽을 갖는 샘플의 경우, 표본의 필름쪽을 필름이 시험동안 찢어지지 않도록 마스킹 테이프 또는 몇가지 다른 적당한 물질로 덮는다. 마스킹 테이프는 라미네이트의 한쪽면에만 있고, 따라서 샘플의 박리강도에 기여하지 않는다. 이 시험은 2개의 클램프(각 클램프는 샘플과 접촉하는 페이싱(facing)을 각각 갖는 2개의 조오를 가짐)를 사용하여 물질을 동일 평면에서 고정시키고, 두 클램프는 처음에 보통 수직으로 5.1㎝(2 인치) 떨어져 있다. 샘플 크기는 폭이 4 인치이고, 충분한 샘플 길이를 층간분리하는 데 필요한 정도의 길이를 갖는다. 조오의 페이싱 크기는 높이가 2.54 ㎝ (1 인치)이고 폭이 10.2 ㎝ (4 인치) 이상이며, 일정한 늘임 속도는 300 ㎜/분이다. 샘플을 그것이 클램프로 적소에 조일 수 있도록 하기에 충분한 양을 손으로 층간분리하고, 클램프를 명시된 늘임 속도로 서로 멀어지게 이동시켜 라미네이트를 떼어놓는다. 샘플 표본은 두 층이 180 °분리되도록 떼어놓고, 박리강도를 피크 하중의 평균(단위: g)으로 보고한다. 인장력 측정은 라미네이트가 16 ㎜ 떼어졌을때 시작해서 총 170 ㎜가 층간분리될 때까지 계속한다. 이 시험에는 신텍 코포레이션(Sintech Corporation; 미국 27513 노쓰캐롤라이나주 캐리 셀던 드라이브 1001 소재)으로부터 입수가능한 신텍(Sintech) 2 테스터, 인스트론 코포레이션(Instron Corporation; 미국 02021 매사츄세츠주 캔톤 워싱톤 스트리트 2500 소재)으로부터 입수가능한 인스트론 모델 TM, 또는 트윙-알버트 인스트루먼트 코.(미국 19154 펜실바니아주 필라델피아 더톤 로드 10960 소재)의 트윙-알버트 모델 인텔렉트 II(INTELLECT II)가 사용될 수 있다. 결과는 세개의 표본의 평균으로 보고하고, 표본에 대해 횡방향(CD) 또는 기계 방향(MD)으로 수행될 수 있다.
늘임/수축: 신텍 시험은 제1 사이클 늘임 인장 및 제2 사이클 수축 인장의 2-사이클 50％ 극한(목표) 신장율 늘임 인장 시험 (즉, 미리 정의된 신장점), 및 제1 사이클 늘임 인장 및 제2 사이클 수축 인장의 2-사이클 100％ 늘임 시험을 포함하였다. 50％ 극한 신장율 늘임 시험에서는, 샘플을 먼저 50％ 극한 신장율까지 신장시킨 후, 저항이 0이 되는 정도까지 수축/회복하게 한다. 시험은 윈도우 3.02 소프트웨어용 테스트워크스(TESTWORKS)를 이용하는 신텍 1/S 또는 2/S로 수행하여 데이타를 기록한다. 늘임/수축 시험을 수행함에 있어서, 두 사이클 동안, 물질의 3 인치 폭 샘플을 클램프(100％ 시험에 대해서는 3 인치 게이지 길이, 50％ 시험에 대해서는 4 인치 게이지 길이) 내에 고정하고, 500 ㎜/분의 속도로 목표 신장율인 50％ 또는 100％까지 당기고, 원래 거리, 대표적으로 4 인치로 복귀시킨다. 시험은 주위 온도 및 습도 조건에서 행하였다.
히스테리시스는 하기 식에 따라 계산된다:
히스테리시스={늘임력(제1 사이클)-수축력(제2 사이클)}/늘임력(제1사이클) ×100
히드로헤드: 히드로헤드 시험은 어떤 직물의 액체 배리어 성질을 측정하는 것이다. 히드로헤드 시험은 액체가 직물을 통해 통과하기 전에 직물이 지지하게 되는 물의 높이 또는 수압 크기(mbar)를 결정한다. 히드로헤드 값이 높은 직물은 히드로헤드 값이 낮은 직물보다 액체 통과에 대해 더 큰 배리어 성질을 갖는다는 것을 알려준다. 히드로헤드는 연방 시험 규격 191A, 방법 5514에 따라 수행할 수 있다. 본원 명세서에서 인용된 히드로헤드 데이타는 상기 연방 시험 규격을 아래와 같이 변경시키는 것을 제외하고는 그와 유사한 시험 방법을 이용하여 얻었다. 히드로헤드는 마를로 엔터프라이즈, 인크.(Marlo Enterprises, Inc.; 미국 노쓰캐롤라이나주 콘코드 소재)로부터 입수가능한 정력학적 헤드 시험기를 이용하여 결정하였다. 표본에 직물 표면의 3개의 다른 영역에서 누출이 일어날 때까지 일정한 속도로 증가하는 표준화된 수압(연방 시험 규격에서 이용되는 물기둥과는 대조되는 것임)을 가한다. (클램프와 인접한 가장자리에서의 누출은 무시된다.) 얇은 필름과 같이 지지되지 않은 직물은 표본이 조기에 파괴되는 것을 방지하기 위해 지지되게 할 수 있다.
실시예 조건
엘프 아토켐 페박스(등록상표) 4033 및 2533, 다우 펠에탄(등록상표) 2103-70A 및 비에프 굿리치 에스탄(등록상표) 58245를 배합 전에 150 ℉에서 3시간 동안 건조시켰다. 거의 극성인 표피층 물질을 비극성인 충전된 폴리에틸렌 코어층과 공압출시킬 때 상용화제 및 접착 증진제로서 작용하도록 엑손 옵티마(등록상표) TCEMA를 많은 시험 화합물들과 블렌딩하였다. 충전제는 각 샘플에 대해서 배합전에 1 중량％의 스테아르산으로 코팅시켰다. 2-압출기 시스템을 이용하여 ABA형 구조("A"는 표피층을 나타내고, "B"는 코어층을 나타냄)의 표피층 및 코어층을 공압출시켰다.
시험 작업 조건
코어층의 목표 용융 온도는 216 ℃(420 ℉)이고, 한편 표피층의 목표 용융 온도는 193 ℃(380 ℉)이었다. 용융 온도는 각 화합물의 용융 유동에 따라 달라진다는 것을 유념하여야 한다. 이 시험의 목적상, MDO는 6개의 스트레치 롤을 포함하였다. 이것들은 2개의 미리가열된 롤, F1 및 F2로 표시되는 2개의 고속 롤, 및 2개의 어닐링 롤(이들 중 두번째가 A2로 표시됨)을 포함하였다. 적층 롤이 6개의 롤 다음에 오고, "Lam"이라 표시한다.
실시예의 코어층은 2 개의 제제로 이루어졌다. P5492-106A(106A)로 표시되는 제1 제제는 20％ 다우 인게이지 EG8200, 20％ 다우 어피니티 PL1845, 60％ ECC 슈퍼코트 탄산칼슘 및 600 ppm 이어가녹스 E17을 포함하였다. P5492-106E(106E)로 표시되는 제2 제제는 17.5％ 다우 인게이지 EG8200, 17.5％ 다우 어피니티 PL1845, 10％ 크라톤 G1657, 55％ ECC 슈퍼코트 탄산칼슘 및 600 ppm 이어가녹스 E17을 포함하였다.
제1 코어층은 많은 가능한 표피 제제로 수행하지만, 제2 코어층 제제는 EMA/크라톤(등록상표) 및 페박스/크라톤(등록상표) 블렌드로만 수행하였다. 킴벌리-클라크 코포레이션으로부터 입수한 45％ 넥킹된 폴리프로필렌 부직 스펀본드를 이용하여 3회의 스트레칭 및 적층 시험을 수행하였다. 일부 시험에서 사용된 스펀본드는 유연성 폴리올레핀 스펀본드로 이루어지고, 이것은 "FPO"로 표시한다. 유연성 폴리올레핀이라는 용어는 헤즐러(Hetzler) 및 쟈콥스(Jacobs)의 미국 특허 제5,910,136호(발명의 명칭: Oriented Polymers Microporous Films with Flexible Polyolefins and Method of Making the Same)(이 특허를 전체로서 본원 명세서에 참고로 포함시킴)에 기재된 것과 같이 요망되는 결정도를 달성하기 위해 조절된 영역의 아택틱 폴리프로필렌을 갖는 프로필렌계 폴리머를 함유하는 폴리올레핀 물질을 의미한다.
스트레칭가능한 이성분 스펀본드(FPO/PP)는 MD 및 CD 스트레치 성질을 가졌다. 이 물질은 50 내지 70％의 스트레치 늘임, 부드러운 감촉, 주변 FDU(fiber draw unit) 온도에서의 섬유 크림핑(crimping), 및 통상의 스펀본드의 강도를 가진다. 유연성 폴리올레핀이 병행 배열된(S/S) 폴리프로필렌을 함유하는 시트 물질들을 제조하였다. S/S 이성분 PP에 사용하기 위한 FPO 폴리머는 렉센 코포레이션(Rexen Corp.; 미국 텍사스 소재)로부터 입수할 수 있다. 유사하게, 쉬드/코어 섬유 배열(S/C)을 갖는 시트 물질을 제조하였다. 그 물질에는 14 마이크론 이상의 섬유 크기가 사용되었다. 폴리머 비는 50/50 내지 70/30 PP/FPO일 수 있다. FPO/PP 스펀본드는 기저귀 라이너, 기저귀 외부 커버, 후크 앤드 루프 패스너 베이스, 넥킹된 스펀본드 물질 대용품, 필름 라미네이트의 성분, 및 스트레치 및 회복이 요망되는 다른 라미네이트의 성분과 같은 일회용 위생용품의 스트레칭가능 물질로 이용될 수 있다. 스트레칭가능 이성분 스펀본드(FPO/PP)는 인라인으로 1단계로 제조될 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 직물은 고유 탄성 때문에 스트레치로부터 회복하는 성질을 보인다. 유연성 폴리올레핀에 대한 추가 설명은 서스틱(Sustic)의 미국 특허 제5,723,546호(렉센 코포레이션으로 양도됨)에서 찾을 수 있다. 특히, 이러한 부직 시트는 렉스플렉스 플렉시블 폴리올레핀(REXFLEX FLEXIBLE POLYOLEFINS)이라는 상표로 판매되는 헌츠만의 변형가능한 폴리올레핀/폴리프로필렌 이성분 스펀본드 섬유(FPO/PP)를 포함한다. 이성분 스펀본드는 폴리프로필렌 약 70％ 및 유연성 폴리올레핀 30％을 포함한다.
다양한 표피층의 영향을 분리시키기 위해, 두 코어 화합물 제제를 사용하는 단일층 필름도 각각의 개별 시험 동안 대조구로서 스트레칭 및 적층하였다. 하기 표 1에 실린 바와 같은 다양한 표피층 제제로 시험을 수행하고 평가하였다.
표피층 제제
1)30％엑손 옵티마(등록상표) TC221 EMA60％엘프 아토켐 페박스(등록상표)2533폴리에테르아미드10％규조토 4)45％엑손 옵티마(등록상표) TC221 EMA45％쉘 크라톤(등록상표) G165710％규조토
2)30％엑손 옵티마(등록상표) TC221 EMA60％엘프 아토켐 페박스(등록상표)403310％규조토 5)30％쉘 크라톤(등록상표) G 165760％엘프 아토켐 페박스(등록상표)4033폴리에테르아미드10％규조토
3)30％엑손 옵티마(등록상표) TC221 EMA60％다우 펠에탄(등록상표)2103-70A TPU10％규조토
실시예 1
조건: 제1 스트레칭 및 적층 시험을 위해 다음과 같이 조건을 설정하였다:
MDO 롤 1-6 온도 32℃(90℉),32℃(90℉),주위온도
43℃(110℉),32℃(110℉),주위온도
접착제렉스택 2730 @ 2 gsm 부가량
풀림 속도63 fpm(feet per minute)
권취기 속도가변적임
F2/F1(속도비)3.5X
Lam/A2(속도비)0.92-0.880
핫 멜트 다이 용융 온도174℃(345℉)
핫 멜트 다이 공기 온도185℃(365℉)
형성 높이7.6 ㎝(3인치)
결합기 패턴 표면 ℃(250℉)(베이비 오브젝츠)
이 시험에 사용된 페이싱은 킴벌리 클라크 코포레이션으로부터 입수된 51 ㎝(20 인치) 폭의 45％ 넥킹된 폴리프로필렌 스펀본드이었다. 고무 앙빌 및 베이비 오브젝트 패턴 롤을 열적 적층 단계에 사용하였다. 모든 필름 샘플은 접착제로 적층시켰지만, 6개의 필름만은 열로 적층시킬 수 있었다. 모든 필름 샘플은 45％ 넥킹된 폴리프로필렌 스펀본드에 접착제로 성공적으로 적층시켰다. 펠에탄/EMA 샘플은 롤의 불량한 필름 게이지 균일성 때문에 단단한 가장자리를 가졌고, 이것은 감긴 필름 롤에서 블록킹을 조장했다는 것을 유념하여야 한다. 패턴 롤 온도는 열적 적층 접착을 개선하기 위해 121℃(200℉) 내지 174℃(250℉)이었지만, 그것은 어떤 열적 라미네이트에 대해서도 충분하지 않은 것으로 보였다. 필름은 완전 백화가 일어날 때까지 스트레칭시켰다. 이것은 F1/F2 롤 사이에서 3.0X 내지 3.5X로 수행하였다. 적층 전에 수축이 대부분 일어났을 때, 권취기 속도를 약간 감소시켜서 필름의 잔류 수축이 일어나도록 하였다. 이와 같이 하여 나타난 라미네이트의 최종 스트레치는 약 2.5 - 2.7 X (원래 길이)이었다. 코어에 크라톤(등록상표)을 함유하는 필름들은 완전 백화가 일어나기 위해서는 4.0X 스트레칭시키는 것이 필요하였다.
실시예 2
조건: 제2 스트레칭 및 적층 시험을 위해 다음과 같이 조건을 설정하였다:
MDO 롤 1-6 온도 32℃(90℉),32℃(90℉),주위 온도, 43℃(110℉),43℃(110℉),주위온도
접착제렉스택 2730 @ 3 gsm 부가량
풀림 속도57 fpm
권취기 속도수축에 따라 가변적임
F2/F1(속도비)5.0X - 5.5X
Lam/A2(속도비)0.95-1.0 (탄성이 증가함에 따라 감소됨)
핫 멜트 다이 용융 온도 174℃(345℉)
핫 멜트 다이 공기 온도 185℃(365℉)
형성 높이7.6 ㎝(3인치)
실시예 2에서는 다음 표피 제제 및 코어 제제를 시험하였다:
1) EMA/페박스(등록상표)4033 블렌드, 제1 코어 제제
2) EMA/페박스(등록상표)2533 블렌드, 제1 코어 제제
3) EMA/펠에탄(등록상표) 블렌드, 제1 코어 제제
4) 크라톤/페박스(등록상표)4033 블렌드, 제2 코어 제제
5) EMA/크라톤(등록상표) 블렌드, 제2 코어 제제
6) 제1 코어제제층(대조구)
7) 제2 코어제제층(대조구)
이 실시예에서 사용된 페이싱은 킴벌리 클라크 코포레이션으로부터 입수된 45％ 넥킹된 폴리프로필렌 스펀본드이었다. 이 필름들은 MD로 늘어날 수 없는 스펀본드와 함께 MD 스트레치 및 CD 스트레치를 달성하기 위해 반복시험하였다. 인장된 필름을 신장된 상태로 스펀본드에 접착제로 적층시키고, 권취기에 감기 전에 라미네이트가 수축되도록 하였다. 이것은 필름/스펀본드 라미네이트에서 MD 늘임을 가능하게 하였다. 수축은 권취기 대 적층기 속도비를 기준으로 하여 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 12 - 16％ MD로 다양하게 일어났다. 이와 같이 하여 얻어진 필름의 전체 스트레치는 4.0 - 4.9X이었다. 필름이 스펀본드에 적절하게 접착될 때의 문제들을 역점을 두어 다루기 위해 접착제 부가량을 2-3 gsm으로부터 증가시켰다. 이 필름들은 그 위에 다른 롤로 가압한 상태에서 저장하고, 이전에 시험된 샘플보다 더 많은 필름 블록킹이 일어나는 경향이 있었다. 따라서, 5개의 필름만이 성공적으로 적층될 수 있었다. 필름 종류 및 그것이 얼마나 나쁘게 블록킹되었는가에 따라 시험 수행 조건은 다소 변화시켰다. 이 물질들의 늘임성(extensibility)을 MD 방향으로 측정하였다. MD 늘임성 수치가 더 클 수록바람직하다는 것을 유념하여야 한다. 하기 표 2에 데이타를 나타내었다.
MD 늘임성(기계방향 수축을 기준으로 함)
샘플 ％MD 늘임성
106A 대조구 12％
30％ EMA TC 22160％ 페박스(등록상표)253310％ 블록킹 방지제 16％ **
30％ EMA TC22160％ 펠에탄10％ 블록킹 방지제 19％ **
106E 대조구 13.5％
30％ 크라톤(등록상표) G165760％ 페박스(등록상표) 403310％ 블록킹 방지제 *w/106E 26％
** 이들 필름은 층간분리되어 적절하게 사이클 시험되지 못함.
실시예 3
조건: 제3 스트레칭 및 적층 시험을 위해 다음과 같이 조건을 설정하였다. 킴벌리 클라크 코포레이션으로부터 입수된 유연성 폴리올레핀(FPO) 스펀본드를 이용하였고, FPO는 렉센 코포레이션으로부터 입수되었다.
MDO 롤 1-6 온도 32℃(90℉),32℃(90℉),주위 온도,
43℃(110℉),43℃(110℉),주위온도
접착제핀들레이 2525A @ 1.5 gsm 부가량
풀림 속도42 fpm
권취기 속도수축에 따라 가변적임
F2/F1(속도비)4.75X - 5.0X
Lam/A2(속도비)0.95-1.0 (탄성이 증가함에 따라 감소됨)
핫 멜트 다이 용융 온도174℃(345℉)
핫 멜트 다이 공기 온도185℃(365℉)
형성 높이7.6 ㎝(3인치)
실시예 3에서는 다음 표피 제제 및 코어 제제를 시험하였다:
1) EMA/페박스(등록상표)2533 블렌드, 제1 코어 제제
2) EMA/펠에탄(등록상표) 블렌드, 제1 코어 제제
3) 크라톤(등록상표) G1657/페박스(등록상표)4033 블렌드, 제2 코어 제제
핀들레이 접착제로 적층시킨 후 유연성 폴리올레핀 스펀본드에 잘 접착한 것으로 나타났다. 필름은 가시적으로는 구멍을 전혀 함유하지 않았다. 크라톤(등록상표)이 블렌딩된 코어(106E)가 있는 필름은 더 나은 탄성 성질을 입증하였다. 핀들레이 접착제는 상당히 점착성이며, 종종 스펀본드를 통해 새어나와서, 라미네이트가 다소 블록킹되게 한다. 이 접착제는 렉스택보다 더 오래 용융된 채로 있으며, 가끔 용융 스트랜드가 응집되어 필름에 작은 구멍들을 뚫을 것이다. 이들 필름은 적층기 이후 권취기 이전에 충분히 수축하도록 하여, MD 늘임성을 달성할 수 있었다. 필름들 중 소수는 그것이 MDO를 떠날 때 필름 인장을 감소시키기 위해 접착제로 적층되기 전에 약간의 수축을 필요로 하였다. 감소된 인장은 필름이 찢어지는 것을 피하는 데 도움을 주었다. 필름은 16.5 - 19％의 MD 수축을 나타내었다.
실시예 시험 요약
A) 적층 실시예 1 시험(3-3.5X) 결과
필름의 기본 통기성은 106A 코어 대조 샘플에 의해 약 3,000 g/㎡/24시로 나타났다. 표피층에 크라톤(등록상표)을 갖는 샘플은 통기성을 다소 억제하였다. 106E 제제 코어층을 갖는 모든 필름은 상당히 낮은 통기성 결과를 가졌다. 페박스(등록상표)2533, 4033, 펠에탄(등록상표) 및 크라톤(등록상표)과 같은 고성능 엘라스토머를 갖는 표피를 포함하는 필름은 통기성이 대조 코어층 필름의 55 내지 89％인 것으로 입증되었다. 하기 표 3은 이러한 결과를 반영한다.
표 3은 여러 시험 샘플의 WVTR 시험 결과를 예시한다.
WVTR 시험 결과
코어층(조성) 표피층(조성) 수증기투과율, g/㎡/일
3.5X 스트레치 4.75X 스트레치 5.5X 스트레치
제1 시험 제3 시험 제2 시험
106A(60％ 충전제,mPE) 없음 3000 100％ - - 4450 100％
(EMA/Peb2533) 1726 57.5％ 2289 - 2850 64％
(EMA/펠에탄) 2092 69.7％ 3132 - 3640* 81.8％
(크라톤/Peb4033) 1643 54.8％ - - 2480 55.7％
(크라톤/EMA) 2383 79.4％
(EMA/Peb4033) 2685 89.5％
(EMA/a.b.) 3179 106.0％
106E(55％ 충전제,35％ mPE,10％ 크라톤) 없음 1400 100％ 4270 100％
(크라톤/Peb4033) 1188 84.9％ 1629/1325 2480 58.1％
(크라톤/EMA) 1485 106.1％
* 5X 스트레치로 행함
B) 적층 실시예 2 시험 결과
제2 적층 시험의 경우 라미네이트의 통기성은 증가되었다. 처음에는, 필름을 3.5X 늘이고, 수축되도록 한 후 접착제로 적층시켰다. 다음 시험에서는, 필름을 5.5X 스트레칭하고, 스트레치 인장 하에서 유지하고, 접착제로 적층시키고, 이어서 라미네이트가 수축되도록 하였다. 이 과정으로 MD 및 CD 늘임성을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 필름의 최종 스트레치 비율은 이 시험 동안 4.08 내지 4.86으로 훨씬 더 높았다. 펠에탄(등록상표)이 블렌딩된 표피층을 갖는 필름은 페박스(등록상표) 2533을 사용한 유사한 제제를 갖는 필름보다 더 높은 WVTR 값을 나타내었다. 이것은 또한 제1 시험의 경우에도 마찬가지였다. 106E 코어를 가지며 페박스(등록상표) 4033 블렌딩된 표피층을 갖는 필름의 WVTR은 낮은 스트레치 비율에서의 1188에서 높은 스트레치 비율에서의 2480으로 두 배 이상 증가하였다.
제1 및 제2 실시예 모두에서 표피층은 필름의 통기성에 지장을 주는 것으로 보였다. 그러나, WVTR 결과는 허용될 수는 있지만, 대조 필름보다 작았다. 표피층을 갖는 필름은 더 수축하는 경향이 있었고, 결과적으로 최종 스트레치가 대조 필름보다 낮았다. 이 결과들을 하기 표 4에 나타내었다.
제2 시험 라미네이트의 WVTR 및 스트레치(선택된 표피 다층 및 대조층, 5.0X 내지 5.5X 스트레치)
샘플 MDO 스트레치 최종 스트레치 WVTR
1) 30％ EMA TC22160％ 페박스(등록상표) 253310％ 블록킹방지제106A 코어 5.5X 4.08X 2850
2) 30％ EMA TC22160％ 펠에탄(등록상표)10％ 블록킹방지제106A 코어 5.0X 4.18X 3640
106A 코어60％ CaCO340％ Met PE 5.5X 4.86X 4450
1) 30％ 크라톤(등록상표)60％ 페박스(등록상표) 403310％ 블록킹방지제106E 코어층 5.5X 4.08X 2480
4) 106 코어55％ CaCO335％ Met PE10％ 크라톤(등록상표) 5.5X 4.75X 4270
상기 모든 경우의 히드로헤드는 150 mbar를 넘었다.
제2 시험 라미네이트에 대한 MD 및 CD 사이클 시험(표피 다층 및 대조층, 5.5X 스트레치)
샘플 CD-50％시험30％늘임1 CD-50％시험30％수축2 히스테리시스CD @ 30％ MD-20％시험10％늘임1 MD-20％시험15％늘임1 MD-20％시험20％늘임1
106A 층60％ CaCO340％ Met PE 322 77 76.1 1198 1870 4298
106E 층55％ CaCO335％ Met PE10％ 크라톤(등록상표) 324 78 76
표피층(w/106E 코어층)30％ 크라톤(등록상표)60％ 페박스(등록상표)10％ 블록킹방지제 389 103 73.5 914 1312 1669
늘임 및 수축 인장 결과치는 그램(g) 단위이다. 히스테리시스 및 세트 결과치는 ％ 단위이다.
이 필름들은 MD에서 완전 50％ 신장율 사이클에 대해서는 적절히 시험될 수 없었다.
요약
페박스가 블렌딩된 표피층 필름은 더 높은 수축 및 이에 따라 더 낮은 WVTR을 나타내는 경향이 있었다. 표피층에서의 이러한 탄성이 낮은 WVTR의 한 요인인 것으로 보인다.
실시예 3의 3층 필름들은 라미네이트에서 MD 및 CD 스트레치가 일어나도록 접착제 및 페이싱을 적용한 후 높은 스트레치 비율(4.75 - 5.0)로 시험을 수행하고 나서 수축하도록 하였다. 핀들레이 2525A 접착제의 경우, 이전 시험에서처럼 아무런 층간분리 문제도 관찰되지 않았다. 이 시험에서는 넥킹된 폴리프로필렌 스펀본드 대신에 유연성 폴리올레핀 스펀본드가 주로 사용되었다.
106E 코어를 갖는 크라톤(등록상표)/페박스(등록상표) 표피층 필름에 대해 세가지 다른 변수로 시험을 수행하였다. FPO 스펀본드를 사용하고 마지막 MDO 롤과 접착제 적층기 사이에서 약간 수축이 일어나도록 하는 경우(마지막 MDO 롤과 적층기 사이의 비율은 0.95임), FPO 스펀본드를 사용하고 적층기 이전에 어떠한 수축도 일어나지 않는 경우(비율은 1임), 및 45％ 넥킹된 스펀본드를 사용하고 적층 이전에 어떠한 수축도 일어나지 않는 경우에 대해 시험을 수행하였다. 적층 이전에 약간의 수축이 일어나는 경우는 필름의 전체 WVTR을 감소시켰다. FPO 물질 및 넥킹된 스펀본드에 적층된 필름의 WVTR은 중요한 차이가 보이지 않았다. 이 데이타는 하기 표 6에 반영되었다.
제3 시험 라미네이트의 WVTR, 박리 및 스트레치(선택된 표피 다층 및 대조층, 4.75X - 5.5X 스트레치)
샘플 MDO스트레치 최종스트레치 WVTR 라미네이트박리 기초중량
1)30％ EMA TC22160％ 페박스(등록상표)253310％ 블록킹방지제106A 코어/FPO SB 4.75X 3.87 2289 524 89.4
2)30％ EMA CTC22160％ 펠에탄(등록상표)253310％ 블록킹방지제106A 코어/FPO SB 4.75X 3.87 3132 310 90
3)106A 코어60％ CaCO340％ Met PE넥킹된 SB 5.5X 4.86 4450 불량<50
4)30％ 크라톤(등록상표)60％ 페박스(등록상표)403310％ 블록킹방지제106E 코어/FPO (1.0) 4.75X 3.87 1570 N.M. 110.8
5)30％ 크라톤(등록상표)60％ 페박스(등록상표)403310％ 블록킹방지제106A 코어/FPO (0.95) 4.75X 3.85 1325 N.M. 105.3
6)30％ 크라톤(등록상표)60％ 페박스(등록상표)403310％ 블록킹방지제106E 코어/넥킹된 SB(0.95) 4.75X 3.85 1629 143 88.3
7)106E 코어55％ CaCO335％ Met PE10％ 크라톤(등록상표)넥킹된 SB 5.5X 4.75 4270 불량<50
상기 모든 경우의 히스테리시스는 150 mbar를 초과하였다,.
* N.M. - 박리가 개시될 수 없었기 때문에 측정하지 못함
50％ 및 100％ 신장율에서의 2-사이클 스트레치 시험을 각 샘플을 스펀본드 물질에 적층시킨 후에 각 샘플의 5 replicate에 대해 수행하였다(상기한 바와 같이 수행함). CD 방향으로 50％ 신장율 시험은 대조구에 비해 30％의 스트레치 및 회복 인장에 대해 동등하거나 더 나은 결과를 제공하였다. 그 결과를 하기 표 7에예시하였다.
늘임 인장 (Ext1) 및 수축 인장 (Ret2)은 그램 (g) 단위임. 히스테리시스 (Hyst1/2) 및 세트 결과치는 ％ 단위임.
** 106E 코어층과 함께 사용됨.
*** 106E 코어층 및 이 필름이 적층 공정으로 적층되기 이전에 더 높은 백분율로 수축됨.
샘플들을 100％ 신장율에 대해서는 시험을 수행하지 않았다. 100％ 신장율에서는 높은 ％세트 결과가 관찰되기 때문에 100％ 신장율은 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌 코어 및 넥킹된 스펀본드의 탄성 범위를 넘었다는 이론이 세워진다.
표피층이 코어층에 미치는 상대적인 영향은 표 5 - 6에 예시되어 있다. 그 결과는 크라톤(등록상표)이 블렌딩된 대조 필름(106E) 및 이 코어 제제와 공압출된 필름의 경우 더 나은 히스테리시스 및 세트를 가짐을 보여주었다. 이 필름들은 대응하는 늘임 인장(Ext1)에 비해 특히 높은 수축 인장(Ret2) 및 이에 따라 개선된 히스테리시스를 나타내었다. 106A 코어 제제와 공압출되고 페박스(등록상표) 2533 및 펠에탄(등록상표)을 함유하는 표피층들은 동등한 높은 히스테리시스값을 나타내었다.
실시예에 대한 결론
페박스(등록상표) 및 펠에탄(등록상표)이 블렌딩된 표피를 갖는 다층 필름들은 50％ 신장율에서의 탄성 성질에 있어서 표피층이 없는 대조 필름에 비해 개선점을 제공하였다. 이 필름들은 대조 필름보다 낮은 WVTR을 나타내긴 하지만, 더 높은 스트레치 비율로 스트레칭될 때 여전히 2000 g/㎡/24시 이상의 WVTR 값을 나타내었다.
100％ 신장율 사이클 시험에서, 고탄성 표피층들은 코어층의 열등한 탄성 성질을 효과적으로 극복하지 못했다. 이러한 높은 신장율 수준에서, 충전된 메탈로센 플라스토머 코어층은 그의 탄성 영역을 넘는 것으로 보이며, 많은 수축을 나타내지 않았다. 전체 필름 두께의 5 부피％ 미만의 표피층은 이 수준의 신장율에서 코어의 탄성 부족을 상쇄할 수 없었다.
충전된 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌 제제(106E)에 10％ 크라톤(등록상표) 첨가는 탄성 성질은 개선시켰지만, WVTR이 크라톤(등록상표)이 없는 106A 제제의 WVTR보다 낮았다. 두 개의 단층 대조 필름이 더 높은 비율(5.0 - 5.5X)로 스트레칭될 때, 50％에서의 WVTR 및 탄성 성질은 수렴하여 유사해지는 것으로 보였다. 높은 스트레치 비율에서는, 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌 수지가 그의 탄성 영역을 넘어서까지 스트레칭될 수 있었다. 높은 스트레치/변형 수준에서, 이들 탄성 물질은 경화(hardening)되어, 비탄성 플라스틱 물질에 더 가까와질 수 있다. 그들의 회복 능력은 최소가 된다. 이것은 높은 스트레치 비율로 스트레칭된 메탈로센 촉매된 폴리에틸렌 필름의 경우에 해당하는 것으로 보인다.
페박스(등록상표) 및 펠에탄(등록상표) 표피층 필름은 탄성에 대해서는 높은 성능(가장 낮은 히스테리시스값)을 나타내었지만, WVTR이 상당히 감소되었다. 이 필름들이 이축 스트레치를 나타내는 방식으로 적층될지라도, 그것들은 기계방향으로는 제한이 있었다. 이들 라미네이트로부터 얻어지는 MD에서의 가장 높은 신장율 수준은 26％이었다. 따라서, MD에서는 100％ 신장율에서 필름을 시험하는 것이 가능하지 않았다. 50％에서조차도, 매우 높은 인장 및 약간의 인열 및 필름/스펀본드 층간분리가 명백하게 나타났다. 그러나, MD 수축은 표피층 첨가로 개선되었다.
최적의 제제가 선택된다면, 페박스(등록상표) 2533이 블렌딩된 표피층 및 106E 코어층을 갖는 필름이 위에서 언급한 모든 데이타에 기초할 때 가장 우수한 탄성 성질을 나타낼 것이다. 이러한 결론은 하기 표 8의 페박스 2533 대 펠에탄 2103-80의 개별 성질에 대한 시험 결과를 토대로 하여 내릴 수 있었다.
폴리머 늘임 인장/수축 인장 히스테리시스 WVTR
페박스(등록상표)2533 @ 10gsm 190/140 27％ 2800
펠에탄(등록상표)2103-80AE@10gsm 290/150 48％ 2200
함께 배합되거나 또는 공압출되는 물질들의 불상용성은 다층 물질 개발에 있어서 중요한 관심 대상이었다. 비극성 폴리에틸렌 코어층 및 폴리프로필렌 스펀본드층과는 달리, 페박스(등록상표), 펠에탄(등록상표) 및 에스탄(등록상표)은 모두 극성 물질이다. EMA 또는 크라톤(등록상표) 물질은 표피층과 성공적으로 블렌딩되어 상용화제로 작용하여 코어층 및 스펀본드와의 접착을 개선하였다. 표피 물질이 철저히 블렌딩되고 코어층에 표피층이 접착되기 때문에 배합 및 공압출이 성공했다고 생각한다.
따라서, 개선된 탄성 효율을 갖는 충전된 엘라스토머성 필름은 모놀리식 얇은 공압출된 표피층들이 충전된 코어층을 캡슐화하는 것으로부터 설명된다. 필름 공압출 동안 충전된 코어 물질의 한쪽 또는 양쪽에 비충전 탄성 폴리머 또는 탄성 폴리머 블렌드를 포함하는 매우 얇은 표피층의 첨가는 수축을 개선하고 50％ 이하 신장율에서 프로덕트 필름의 세트를 감소시킬 것이다. 50％보다 높은 신장율에서는 시험 물질이 더 낮은 수축을 경험한다는 것을 알아냈다. 그러나, 표피층은 수분이 그를 통해 계속해서 통과할 수 있도록 충분히 얇아야 한다. 표피층은 A-B-A 공압출 구조에서처럼 양쪽이 유사할 수 있거나, 또는 A-B-C 구조(여기서, B는 충전된 코어층이고, A 및 C는 표피층임)에서처럼 양쪽이 상이할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시태양을 구체적으로 언급하면서 상세히 설명하였지만, 첨부하는 특허청구범위에 나타낸 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 많은 변경, 첨가 및 삭제를 가할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (26)

  1. a) 고성능 엘라스토머를 블렌딩하여 하나 이상의 표피층 블렌드를 형성하는 단계,
    b) 저성능 엘라스토머를 충전제와 블렌딩 및 배합하여 코어층 블렌드를 형성하는 단계,
    c) 상기 표피층 블렌드와 코어층 블렌드를 공압출하여 코어층 및 하나 이상의 표피층을 갖는 원래 길이 1X를 갖는 다층 필름을 형성하는 단계,
    d) 상기 다층 필름을 3.0 내지 5.5X 스트레칭(stretching)하여 얇아지게 함으로써 상기 코어층에 다수의 미세기공을 형성하는 단계, 및
    e) 상기 스트레칭으로 얇아진 필름이 3.0X 내지 5.0X의 최종 스트레치 (stretch) 길이를 갖도록 상기 다층 필름을 수축되게 하는 단계
    를 포함하는 통기성 탄성 다층 필름의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공압출 단계가 코어층의 양쪽에 두 개의 표피층을 형성하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표피층(들)의 고성능 엘라스토머가 블록 코폴리머, 열가소성 폴리우레탄 및 폴리에테르아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 표피층(들)의 고성능 엘라스토머가 열가소성 폴리우레탄 및 폴리에테르아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고성능 엘라스토머가 에틸렌 메틸 아크릴레이트와 블렌딩되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저성능 엘라스토머가 폴리올레핀인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저성능 엘라스토머가 폴리에틸렌인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)에서 저성능 엘라스토머 및 충전제가 고성능 엘라스토머와 블렌딩되는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 고성능 엘라스토머가 상용화제와 블렌딩되는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 고성능 엘라스토머가 블록킹방지제와 블렌딩되는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 단계 e)에서 수축된 다층 필름이 0.6 내지 1.2 ㎜의 두께를 가지고, 상기 표피층(들)의 전체 두께가 전체 필름 두께의 3％ 이하인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 다층 필름에 지지층을 결합시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항의 방법에 의해 제조된 필름.
  14. 제1 엘라스토머 및 하나 이상의 충전제를 포함하는 코어층, 및 제2 엘라스토머를 포함하는 하나 이상의 표피층을 포함하는, 1000g/㎡/24시보다 큰 수증기 투과율을 갖는 통기성 탄성 다층 필름.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 엘라스토머가 저성능 엘라스토머이고, 상기 제2 엘라스토머가 고성능 엘라스토머인 통기성 탄성 다층 필름.
  16. 제15항에 있어서, 상기 고성능 엘라스토머가 60％ 미만의 히스테리시스값 (hysteresis value)을 갖는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1 엘라스토머가 폴리올레핀을 포함하는 것이고, 상기 제2 엘라스토머가 열가소성 폴리우레탄, 폴리에테르아미드 및 블록 코폴리머 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  18. 제17항에 있어서, 상기 필름이 상기 코어층의 양쪽에 2개의 표피층을 포함하는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  19. 제17항에 있어서, 상기 표피층(들)이 에틸렌 메틸 아크릴레이트를 더 포함하는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 엘라스토머가 폴리에틸렌인 통기성 탄성 다층 필름.
  21. 제17항에 있어서, 상기 코어층이 상기 제1 엘라스토머와 블렌딩된 고성능 엘라스토머를 포함하는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  22. 제17항에 있어서, 상기 표피층(들)이 상용화제를 포함하는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  23. 제17항에 있어서, 상기 표피층(들)에 블록킹 방지제가 블렌딩되는 것인 통기성 탄성 다층 필름.
  24. 제17항에 있어서, 상기 표피층(들)의 전체 두께가 전체 필름 두께의 약 3％인 약 0.6 내지 1.2 ㎜의 두께를 갖는 통기성 탄성 다층 필름.
  25. 폴리올레핀인 제1 엘라스토머 및 하나 이상의 충전제로 된 코어층, 및 열가소성 폴리우레탄, 폴리에테르아미드, 블록 코폴리머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 엘라스토머로 된 하나 이상의 표피층을 포함하는 탄성 다층 필름, 및
    상기 다층 필름에 결합된 하나 이상의 지지층
    을 포함하는 통기성 라미네이트 물질.
  26. 제25항의 통기성 라미네이트 물질을 포함하는 개인위생용 흡수용품.
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