KR20030060943A - 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20030060943A
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파이-츄안 유
토마스알. 라일
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클로페이 플라스틱 프로덕츠 캄파니, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은, 고속 제조방법으로 제조된, 액밀층으로 작용하는 습증기 및 공기 투과가능한 생분해성 필름에 관한 것이다. 본 발명의 필름은, ASTM E96E에 따른 습증기 이동율(MVTR)이 약 1000 내지 약 4500(g/m2/일)이고, 공기 투과성이 기압 90psi에서 약 30 내지 약 2000(cc/cm2/분)이다.

Description

공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름 및 이의 제조방법{Air and moisture vapor breathable biodegradable films and method of manufacture}
플라스틱 필름의 제조방법의 개발은 수년전으로 거슬러 올라간다. 예를 들면, 현재로부터 30년보다 더 이전의 미국특허 제3,484,835호(1968; 특허권자 - Trounstine 등)는, 바람직한 취급 특성을 가지며 기저귀와 같은 유용한 제품을 제조하는 데에 사용되는 엠보싱된 플라스틱 필름에 관한 것이다. 그 이후로, 본 관련분야에서 다수의 특허가 부여되었다. 미국특허 제4,376,147호(1983)에서는, 엠보싱된 교차방향(CD) 및 기계방향(MD) 필름을 개시한다. 미국특허제5,202,173호(1993) 및 제5,296,184호(1994)에서는, 엠보싱된 필름을 점진적으로 신장시키고 구멍(perforation)을 형성시켜 통기성(breathability)을 가지도록 제조된 매우 유연한 열가소성 플라스틱 필름에 대해 교시하고 있다. 상기 필름은 충진 물질 (filler)을 포함할 수 있다. 미국특허 제5,200,247호 및 제5,407,979호에 기재된 바와 같이, 점진적인 신장(incremental stretching)을 하게 되면, 폴리카프로락톤(PCL) 및 전분 중합체 또는 폴리비닐 알코올(PVOH)로 된 중합체 필름으로 통기성 제품을 제조한다. 보다 최근에는, 미국특허 제5,865,926호에서는, 액밀성을 가진 공기 및 습증기 통과가능한 열가소성 플라스틱 필름과 비-직조 섬유성 웹의 포목(cloth)-유사 미세공 라미네이트의 제조방법에 대해 기술하고 있다.
미세공 필름제품의 제조방법도 이미 알려져 있다. 예를 들면, Liu에 부여된 미국특허 제3,832,267호에서는, 폴리올레핀 필름의 가스 및 습증기 이동을 양호하게 하기 위하여 신장 또는 배향되기 이전에, 분산된 무정형 중합체 상을 함유하는 폴리올레핀 필름을 용융-엠보싱시키는 것에 대해 기술하고 있다. Liu의 미국특허 제3,832,267호에 따르면, 분산된 무정형 폴리프로필렌 상을 가지는 결정 폴리프로필렌으로 된 필름에 대해 이축 끌기(신장) 이전에 엠보싱을 수행하여 보다 큰 투과성을 가지는 배향된 구멍이 없는 필름을 제조한다. 분산된 무정형 상은 미세공간(microvoid)을 제공하여, 그렇지 않은 경우에 구멍이 없는 필름의 투과성을 향상시켜 습증기 이동(MVT, moisture vapor transmission)을 향상시킨다.
1976년, Schwarz는 미세공 기질을 제조하는 데에 사용되는 중합체 블렌드 및 조성물에 관한 논문을 발표하였다 {참조: Eckhard C.A. Schwartz(Biax-Fiberfilm),"New Fibrillated Film Structures, Manufacture and Uses," Pap.Synth.Conf.(TAPPI), 1976, pages 33-39}. 상기 논문에 의하면, 제1 중합체는 연속상을 형성하고 제2 중합체는 불연속상을 형성하는 2 이상의 양립되지 않는 중합체로 된 필름으로서, 신장될 때에 상이 분리되어 중합체 매트릭스에 빈 공간이 형성되고 필름의 다공성이 증가하게 된다. 결정성 중합체로 된 연속상 필름 매트릭스는 무기 충진물질 (예를 들면, 클레이, 티타늄 디옥사이드, 칼슘 카보네이트 등)로 채워져, 신장된 중합체 기질에 미세공을 제공한다.
기타의 다른 특허 및 공개문헌에서, 미세공의 열가소성 플라스틱 필름제품을 제조하는 방법에 대해 기재하고 있다. 예를 들면, 유럽특허 제141592호에서는, 폴리올레핀, 특히 분산된 폴리스티렌 상을 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 사용하여, 신장되었을 때에 빈 공간을 가진 필름을 제조하여 습증기의 투과성을 향상시킨 필름에 대해 기재하고 있다. 또한, 상기한 유럽특허 제141592호에서는, 두껍고 얇은 면적을 가진 EVA 필름을 엠보싱하는 단계, 및 신장하여, 추가로 신장할 경우에 네트-유사 제품을 제조하는 빈 공간을 가진 필름을 제조하는 단계를 기재하고 있다. 또한, 미국특허 제4,452,845호 및 제4,596,738호에서는, 신장되는 경우에 미세공간을 제공하는, 분산된 상이 칼슘 카보네이트로 채워져 있는 폴리에틸렌일 수 있는, 신장된 열가소성 플라스틱 필름을 기재하고 있다. 미국특허 제3,137,746호, 제4,777,073호, 제4,814,124호 및 제4,921,653호에서는, 충진물질을 함유하는 폴리올레핀 필름을 엠보싱하는 단계 및 상기 필름을 신장시켜 미세공 제품을 제공하는 단계를 포함하는 상기 문헌에 기재된 것과 동일한 공정에 대해 기재하고 있다. WO 제98/23673호를 포함한 기타의 특허공보에서는, 습증기 이동률이 향상된, 코폴리에스테르(copolyester) 수지 및 무기 충진물질을 혼합하여 제조된 열가소성 플라스틱 코폴리에스테르 필름에 대해 기재하고 있다.
생분해성 및/또는 부숙성(compostable) 제품은, 환경을 보존하고 추가의 쓰레기가 발생되는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 제조업자 및 소비자 모두가 매립지 및 기타의 처분공간의 유한성에 대해 인지하고 있고, 비-생분해성 및/또는 비-부숙성 제품에 비해 생분해성 및/또는 부숙성 제품을 보다 호의적으로 찾을 것으로 생각된다. 생분해성 및/또는 부숙성 제품에 대한 필요성은, 특히 수요가 많은 1회용 제품 (예를 들면, 유아용 기저귀, 여성용 위생제품, 병원용 천제품 등)에 특히 중요하다.
생분해성 및/또는 부숙성의 열가소성 플라스틱 필름은 이미 공지되어 있다. 상기 미국특허 제5,407,979호에서는, 3가지 성분 (즉, 알카노일 중합체, 탈구조화된 전분 및 에틸렌 공중합체)으로 이루어진 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름에 대해 기재하고 있다. 상기 성분들은 사출될 수 있으며, 상기 필름은 신장되어 통기성 필름을 형성할 수 있다. 미국특허 제5,200,247호에서는, 알카노일 중합체/폴리비닐 알코올(PVA) 블렌드를 함유하는 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름에 대해 기재하고 있다. 미국특허 제5,196,247호에서는, 부숙성 중합체 조성 시이트 및 이의 제조방법 또는 부숙방법에 대해 기재하고 있다.
미국특허 제5,851,937호에서는, 완전히 생분해성 및/또는 부숙성의 유연한 포목-유사 합성물이 개시되어 있다. 상기 합성물은, 완전히 생분해성 및/또는 부숙성의 비-직조 웹과 플라스틱 필름으로 된 하나 이상의 층을 점진적으로 신장시켜 제조되어, 유연한 포목과 유사한 느낌을 가진다.
액밀성을 갖는 통기성 필름 및 라미네이트의 제조에는 아직까지 여러가지 문제점이 존재한다. 생분해성, 통기성 및 습증기 이동성을 유지하면서 충분한 강도를 갖는 액밀성 필름을 제조하는 것은 용이하지 않다.
관련출원
본 출원은, 출원번호 제09/080,063호 (출원일: 1998년 5월 15일; 미국특허 제6,013,151호) 및 출원번호 제09/395,627호 (출원일: 1999년 9월 14일)의 일부계속출원인 출원번호 제09/480,374호 (출원일: 2000년 1월 10일)의 일부계속출원이다. 상기 모든 출원은, 그 전체 내용이 본 출원의 인용문헌으로 포함된다.
기술분야
본 발명은, 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은, 실시예 1A의 필름 표면에 대한 현미경 사진도(1000×)이다.
도 2는, 실시예 1A의 필름 횡단면에 대한 현미경 사진도(2000×)이다.
도 3은, 인터메싱에 의해 신장되지 않은 부분에서의 실시예 1B의 필름 표면에 대한 현미경 사진도(1000×)이다.
도 4는, 인터메싱 신장에 의해 신장된 부분에서의 실시예 1B의 필름 표면에 대한 현미경 사진도(1000×)이다.
도 5는, 신장된 표면적에 걸친 실시예 1B의 횡단면에 대한 현미경 사진도(2000×)이다.
발명의 요약
본 발명은, 공기 및 습증기에 대한 통기성(breathability) 및 액밀성을 갖는 생분해성 필름에 관한 것이다. 본 발명의 필름은, ASTM E96E에 따라 95% 상대습도(RH), 100℉ 에서 약 1000(g/m2/일) 보다 큰 습증기 이동율(MVTR)과 기압 90psi에서 약 30(cc/cm2/분) 보다 큰 공기 투과성(air permeability)을 가진다.
상기한 특허출원 제09/080,063호 및 제09/480,374호에서는, 높은 MVTR을 갖는 점진적으로 신장된 필름(incrementally stretched films)에 대해 기재하고 있다. 상기 특허출원은, 바람직하게는 약 1200 내지 약 4500(g/m2/일)의 MVTR을 갖는, 점진적으로 신장된 엠보싱 필름 및 엠보싱되지 않은 필름을 개선한 것에 관한 것이다. 또한, 상기 특허출원에는, 비-직조된 기질을 갖는 상기 필름의 통기성 라미네이트에 대해서도 기재하고 있다.
또한, 본 발명은, 공기 및 습증기가 모두 통과할 수 있는 개선된 생분해성 필름 및 라미네이트에 관한 것이다. 본 발명의 넓은 의미에서, 상기한 생분해성필름은 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체와 기계적인 세공 형성제(예를 들면, 칼슘 카보네이트, 실리카 및 제올라이트의 무기 충진물질)의 블렌드를 포함한다. 상기한 필름 또는 라미네이트내의 세공 형성제는, 신장시에 (바람직하게는, 점진적인 신장시에) 활성화되어, 섬유성 웹 및 필름으로 된 미세공 필름 또는 라미네이트를 형성한다. 필름-형성될 수 있는 전분 중합체 또는 폴리비닐알코올(PVA)와 혼합된 폴리카프로락틴(PCL)과 같은 생분해성 중합체가 적합하다. 기타의 다른 생분해성 중합체로는, 폴리락티드 (PLA), 폴리에스테르 및 코폴리에스테르가 포함된다.
본 발명의 생분해성 필름 및 라미네이트는, 기저귀 후면, 위생 냅킨 및 패드에 사용될 수 있으며, 기타의 의료용, 포장용 및 의류용으로도 사용가능하다. 특히, 본 발명의 생분해성 필름은, 공기 통기성, 습증기 통기성 및 물-불투과성으로 인해 이와 유사한 여러 용도에도 적합하다. 본 발명의 생분해성 필름의 잇점 및 특성과 이의 제조방법은 아래의 상세한 설명을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 주요 목적은, ASTM E96E에 따라 95% 상대습도(RH), 100℉에서 약 1000(g/m2/일) 보다 큰 습증기 이동율(MVTR)과 기압 90psi에서 약 30(cc/cm2/분) 보다 큰 공기 투과성을 갖는, 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름을 제조하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 통상의 치수(gauge), 균일한 다공성 및 무-파열의 통기성 특성을 갖는, 점진적으로 신장된 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름을 제조하는 것이다.
A. 생분해성 필름 및 라미네이트 물질
상기한 생분해성 필름 조성물은, 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체를 적합한 접착제 및 세공-형성 충진물질과 함께 형성하여 사출물질 또는 필름을 제공함으로써 가능하다. 상기 필름은 비-직조 웹으로 적층시킬 수 있다. 칼슘 카보네이트, 바륨 설페이트, 실리카, 및 제올라이트 입자가 가장 통상적인 충진물질이다. 상기 개시된 바와 같이, 생분해성 필름에 상이한 중합체 상을 제공하여, 주위 온도 또는 실온에서 상기 필름을 신장시키면 미세공간(microvoid)이 형성되어 통기성 및 습증기 이동성이 제공된다. 이러한 방법은, 미국특허 제5,200,247호 및 제5,407,979호에 기재되어 있다. 이와 달리, 본 발명은, 무기 충진물질을 사용하여, 공기 투과성이 크고 MVTR이 크며 액밀성을 가진 생분해성 필름을 제공하는 것에 관한 것이다.
상기 개시된 바와 같이, 본 발명의 여러 목적들은, (i) 상기 정의된 유형의 생분해성 중합체 약 40 내지 약 75중량%와 무기 충진물질 입자 (예를 들면, 칼슘 카보네이트, 제올라이트, 실리카, 탈크, 바륨 설페이트, 미카 등) 약 25 내지 약 60중량%의 조성물을 용융 혼합시키는 단계; (ii) 상기 단계 이후에, 다른 접착제와 함께 상기 용융 혼합된 조성물을 롤러 닙으로 사출시켜, 드로잉 공진 (draw resonance) 없이 적어도 약 550fpm 내지 약 1200fpm의 속도로 필름을 형성하는 단계; 및 (iii) 상기 필름에 실질적으로 및 균일하게 걸치는 라인을 따라 상기 필름의 전체 두께에 걸쳐, 상기한 속도와 동일한 속도로 점진적 신장력을 상기 필름에 부과하여 생분해성의 미세공 필름을 제공하는 단계에 의해, 본 발명의 바람직한 실시양태에서 성취된다.
특히, 바람직한 형태로서, 상기 용융 혼합된 조성물은 약 60 내지 약 75%의 폴리에스테르 (예를 들면, 본 출원의 인용문헌으로 포함되어 있는 WO 제98/23673호에 기재된 지방족-방향족 코폴리에스테르)로 필수적으로 이루어진다. 특히, 상기한 열가소성 플라스틱 코폴리에스테르는 4 내지 12개의 탄소원자를 가지는 적어도 하나 이상의 지방족 디올, 적어도 하나 이상의 방향족 디카복실산 및 적어도 하나 이상의 지방족 디카복실산을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기한 열가소성 플라스틱 코폴리에스테르는 적어도 하나 이상의 방향족 디카복실산, 적어도 하나 이상의 지방족 디올 및 폴리알킬렌 에테르를 포함할 수 있다. 상기한 지방족 디카복실산은, 아디프산, 글루타르산, 사이클로헥사논산 및 이의 혼합물 중에서 선택된다. 상기한 하나 이상의 방향족 디카복실산은, 텔레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카복실산 및 이의 혼합물 중에서 선택된다. 상기한 적어도 하나 이상의 지방족 디올은, 1,4-부탄디올; 사이클로헥산디메탄올; 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(테트라메틸렌 글리콜) 및 폴리(프로필렌 글리콜)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 폴리알킬렌 에테르 화합물; 및 이의 혼합물 중에서 선택된다. 상기한 열가소성 플라스틱 코폴리에스테르는, 방향족 디카복실산, 지방족 디올, 사이클리칼리패틱 디카복실산, 폴리알킬렌 에테르 등의 다양한 배합물을 포함할 수 있다 (상기 화합물은, WO 제98/23673호에 기재되어 있음).
기타의 중합체로는, 에스테르-에테르 폴리에스테르 (Hytel and Armtel); 나일론-에테르 폴리에스테르 (Pebax); 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET); 폴리비닐알코올(PVA); 폴리카프로락톤 (PCL); 전분; 폴리락티드 (PLA); 전분과 PVA, PCL 또는 PLA의 블렌드; 폴리하이드록시(부티레이트)(PHB), 폴리하이드록시(발레레이트)(PHV)와 같은 폴리에스테르; 및 이의 혼합물이 포함된다. 바람직하게는, 약 1 내지 약 10μ의 평균입자크기를 갖는, 칼슘 카보네이트, 실리카, 바륨 설페이트, 또는 제올라이트 약 25 내지 40%를 사용한다.
상기한 생분해성 비-직조물은, 적층되어 필름으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 미국특허 제5,539,081호에 기재된 유형의 용융-안정성 락티드 중합체인 폴리락티드 비-직조물(PLA)을 포함한다. 상기한 비-직조물의 모든 필라멘트는, 락트산에서 유래된 중합체 또는 중합체 혼합물, 즉 L 락트산, D 락트산, L 및 D 락트산의 혼합물로부터 완전히 제조된다. 생분해성 및/또는 부숙성의 기타의 비-직조물로는, 목화 비-직조물, 셀룰로즈 비-직조물, 지방족-방향족 코폴리에스테르 및 이의 블렌드가 포함된다.
상기 방법에서, 용융-혼합된 조성물은, 공기 나이프에 의해 제공되는 냉각 지역을 통해 웹으로서 슬롯-다이 사출된 후, 롤러 닙으로 사출되어, 고속으로 필름을 형성한다. 엠보싱되거나 평탄한 (엠보싱되지 않은) 필름을 제조할 수 있다. 예를 들어 미국특허 제4,626,574호에 기재된 바와 같이, 상기한 바와 같이 공기 나이프를 사용하게 되면, 드로잉 공진 (draw resonance)을 제거하는 데에 도움이 된다. 또한, 본 출원에 참조문헌으로 포함되어 있는 미국출원 제09/395,627호 (출원일: 1999년 9월 14일)에서는, 웹 표면에 실질적으로 평행인 냉각 지역에서의 냉각 가스의 흐름의 방향을 결정하는 장치가 사용된다. 예를 들면, 본 출원에 참조문헌으로 포함되어 있는 미국특허 제4,718,178호 및 제4,779,355호에 기재된 장치가 사용될 수 있다. 냉각 이후, 상기 필름에 실질적으로 및 균일하게 걸치는 라인을 따라 상기 필름의 전체 두께에 걸쳐, 고속으로 점진적 신장력을 상기 필름 또는 라미네이트에 부과하여, 높은 MVTR 및 공기 투과성을 가지는 점진적으로 신장된 엠보싱된 필름 또는 평탄한 필름이 제공된다.
상기한 평탄한 필름은, 광택을 낸 크롬 표면을 제공하는 롤러 닙으로 웹을 사출시켜 평탄한 필름을 형성하는 본 발명의 원칙에 따라 제조된다. 상기한 평탄한 필름은, 점진적으로 신장되면, 고속으로 1000(g/m2/일) 보다 큰 MVTR을 가지는 미세공 필름 제품을 제조한다. 엠보싱된 필름에 비해, 평탄한 필름은 보다 균일하게 점진적으로 신장될 수 있는 것으로 알려져 있다. 신장 공정은, 당업계에 알려져 있는 바와 같은, 주위 온도, 실온 또는 상승된 온도에서 수행될 수 있다. 용어 "주위 온도"는, 상기 필름 주위의 공정 조건에 무관한, 주위의 온도 또는 대기를 의미한다. 상기한 바와 같이, 미세공 필름의 라미네이트는 비-직조 섬유성 웹으로 수득될 수 있다.
바람직한 형태에서, 상기한 미세공 라미네이트는 약 0.25 내지 10(mils)의 치수 또는 두께를 가지는 필름을 사용하며, 사용에 따라 필름의 두께는 달라지는 데, 1회용으로 사용되는 경우에는 약 0.25 내지 2(mils)의 두께를 가지는 것이 가장 바람직하다. 적층된 시이트의 비-직조 섬유성 웹은, 통상적으로 약 5g/yd2내지 75g/yd2, 바람직하게는 약 20g/yd2내지 약 40g/yd2의 중량을 가진다. 상기한 합성물 또는 라미네이트는, 교차 방향(CD)으로 점진적으로 신장되어 CD-신장된 합성물을 형성할 수 있다. 또한, CD 신장 후 기계 방향(MD)으로 신장되어, CD 및 MD 방향 모두로 신장된 합성물을 형성할 수 있다. 상기한 바와 같이, 다공성 필름 또는 라미네이트는, 유체 밀폐 특성 뿐만 아니라 습증기 및 공기 이동이 필요한 다양한 용도 (예를 들면, 유아용 기저귀, 유아용 트레이닝 팬츠, 월경용 패드 및 의류 등)로 사용될 수 있다.
B. 미세공 필름 및 라미네이트용 스트레처(stretcher)
다수의 상이한 스트레처 및 기법을 사용하여, 미세공-형성가능한 필름 및 비-직조 섬유성 웹으로 된 필름 또는 라미네이트를 신장할 수 있다. 스테이플 섬유로 된 비-직조 카드 섬유성 웹 또는 비-직조 스펀-결합된 섬유성 웹의 상기한 라미네이트는, 아래에 설명하는 스트레처 및 기법을 통해 신장될 수 있다.
1. 능직 인터메싱 스트레처(Diagonal Intermeshing Stretcher)
능직 인터메싱 스트레처는, 평행 샤프트 상에 1쌍의 좌선 및 우선 나선형 기어-유사 소자 (left hand and right hand helical gear-like element)로 이루어져 있다. 상기 샤프트는, 2개의 기계측 플레이트 사이에 배치되는 데, 하부 샤프트는 고정된 베어링 내에 위치하고, 상부 샤프트는 수직 활주가능한 부재내의 베어링 내에 위치한다. 상기한 활주가능한 부재는, 조절 스크류에 의해 작동가능한 웨지형 소자(wedge-shaped elements)에 의해 수직 방향으로 조절가능하다. 상기 웨지를 돌려서 빼거나 삽입하게 되면, 상기한 수직방향으로 활주가능한 부재가 아래쪽으로 또는 윗쪽으로 이동되어, 상부의 인터메싱 롤의 기어-유사 톱니(gear-like teeth)를 하부 인터메싱 롤과 더욱 더 맞물리게 하거나 분리시키게 된다. 상기 측 프레임에 장착된 마이크로미터는, 상기 인터메싱 롤의 톱니가 맞물리는 깊이(depth of engagement)를 나타내도록 작동할 수 있다.
공기 실린더를 사용하여, 신장되는 상기 물질에 의해 부과되는 상부측 힘에 대향하도록, 조절 웨지에 대해 하부측에서 맞물린 위치에 상기 활주가능한 부재를 확고히 유지한다. 또한, 상기 실린더는, 인터메싱 장비를 통해 또는 활성화되었을 때에 모든 기계 닙 포인트를 개방하는 안전회로와 결합되어 재료를 지필(threading)시킬 목적으로 상부 및 하부 인터메싱 롤을 각각 서로 분리되도록 후퇴할 수 있다.
드라이브 수단(drive means)은, 정지 인터메싱 롤(stationery intermeshing roll)을 구동하는 데에 통상적으로 사용된다. 상부 인터메싱 롤이 기계 지필(mechanical threading) 또는 안전의 목적상 분리가능하도록 하는 경우, 다시 맞물릴 때에 하나의 인터메싱 롤의 톱니가 항상 다른 인터메싱 롤의 톱니 사이에 맞물리도록 하고 인터메싱 톱니의 아덴다(addenda) 사이에 물리적인 접촉 손상을 피할 수 있도록 하기 위해, 상부 및 하부 인터메싱 롤 사이에 백래시 방지 기어 장치(antibacklash gear arrangement)를 사용하는 것이 바람직하다. 인터메싱 롤이 접촉을 유지하도록 하는 경우, 상부 인터메싱 롤은 통상적으로 구동이 필요하지 않다. 신장되는 재료를 통해 구동된 인터메싱 롤에 의해 구동이 이루어질 수 있다.
인터메싱 롤은, 미세한 피치 나선형 기어(fine pitch helical gear)와 매우흡사하다. 바람직한 양태에서는, 상기 롤은, 직경 5.935", 나선 각도 45°, 정상 피치 0.100", 직경 피치 30, 압력 각도 14 1/2°를 가지며, 기본적으로 긴 아덴덤-상부 기어(long adendum-topped gear)이다. 이로 인해, 재료의 두께에 대해 상기 톱니의 측면에서 최대 약 0.090"의 인터메싱 결합(intermeshing engagement)과 최대 약 0.005"의 간격(clearance)을 허용하는 좁고 깊은 톱니 프로파일이 만들어진다. 이러한 톱니는, 회전 토크를 전달하도록 설계된 것이 아니며, 정상적인 인터메싱 신장 작동시 금속 대 금속 접촉을 하지 않는다.
2. 교차방향 인터메싱 스트레처(Cross Direction Intermeshing Stretcher)
CD 인터메싱 신장 장치는, 인터메싱 롤의 디자인 및 아래에 기술된 다른 중요하지 않은 부위에 차이가 있는 것을 제외하고는, 상기한 능직 인터메싱 스트레처와 동일하다. CD 인터메싱 신장 소자는, 보다 큰 결합 깊이가 가능하기 때문에, 상부 샤프트가 상승 또는 하강할 때에 상기한 2가지의 인터메싱 롤의 샤프트가 평행을 유지하도록 하는 수단을 가지는 것이 중요하다. 이는, 하나의 인터메싱 롤의 톱니가 항상 다른 인터메싱 롤의 톱니 사이에 항상 맞물리도록 하고 인터메싱 톱니 사이에 물리적인 접촉 손상을 피할 수 있도록 하기 위해서는 필수적이다. 이러한 평행 운동은 랙(rack) 및 기어 장치에 의해 확실히 이루어지는 데, 여기서 정지 기어 랙이 상기한 수직 활주가능한 부재에 인접한 각 측 프레임에 부착된다. 샤프트는, 상기한 측 프레임을 횡단하고, 각각의 수직 활주가능한 부재에 있는 베어링에서 작동한다. 기어는, 이러한 샤프트의 각 말단에 위치하고, 상기 랙과 결합하여 작동함으로써 목적하는 평행 운동을 하게 한다.
CD 인터메싱 스트레처용 드라이브는, 상대적으로 큰 마찰계수를 갖는 재료의 인터메싱 신장의 경우를 제외하고는, 상부 및 하부 인터메싱 롤 모두를 작동시켜야 한다. 작은 정도의 기계방향 부정합(misalignment) 또는 드라이브 이탈(drive slippage)은 문제를 유발하지 않기 때문에, 상기 드라이브는 백래시 방지(antibacklash)될 필요는 없다. CD 인터메싱 소자의 설명을 통해, 이 이유는 명백할 것이다.
CD 인터메싱 소자는 고체 물질로부터 기계제작되며, 2가지의 상이한 직경의 디스크로 된 교호 스택 (alternating stack)으로서 가장 잘 기술될 수 있다. 바람직한 양태에서의 인터메싱 디스크는, 직경 6", 두께 0.031"이며, 말단부에서 최대 반경을 가진다. 인터메싱 디스크를 분리시키는 스페이서 디스크는, 직경 5 1/2", 두께 0.069"이다. 이러한 구성에서의 2개의 롤은 최대 0.231"까지 인터메쉬되어 모든 측에서의 재료에 대한 간격이 0.019"가 될 수 있다. 상기한 능직 인터메싱 스트레처와 같이, CD 인터메싱 소자의 형상은 0.100" 피치를 가진다.
3. 기계방향 인터메싱 스트레처(Machine Direction Intermeshing Stretcher)
MD 인터메싱 신장 장치는, 인터메싱 롤의 디자인을 제외하고는 상기한 능직 인터메싱 스트레처와 동일하다. MD 인터메싱 롤은, 미세한 피치 스퍼 기어(fine pitch spur gear)와 매우 흡사하다. 바람직한 양태에서의 상기 롤은, 직경 5.933", 피치 0.100", 직경 피치 30, 압력 각도 14 1/2°를 가지며, 기본적으로 긴 아덴덤 상부 기어 (long addendum, topped gear)이다. 상기 롤 상에서 제2 패스(pass)가 기어 홉 오프셋(gear hob offset) 0.010"으로 취해져, 보다 큰 간격을 갖는 좁은 톱니를 제공한다. 약 0.090" 결합되는 이러한 형상은, 물질 두께를 위한 측 상에서의 약 0.010" 간격을 가진다.
4. 점진적인 신장 기법(Incremental Stretching Technique)
상기한 능직 CD 또는 MD 인터메싱 스트레처를 사용하여, 비-직조 섬유성 웹 및 미세공-형성가능한 필름의 점진적으로 신장된 필름 또는 라미네이트를 제조할 수 있다. 예를 들면, 스테이플 섬유 또는 스펀-결합된 필라멘트의 비-직조 섬유성 웹 및 미세공-형성가능한 열가소성 플라스틱 필름의 사출 라미네이상에 신장 작동을 수행할 수 있다. 본 발명의 특이한 한 양태에서는, 스펀-결합된 필라멘트의 비-직조 섬유성 웹의 라미네이트가 점진적으로 신장되어 포목(cloth)에 흡사한 라미네이트에 매우 유연한 섬유성 마무리 지(finish)를 제공할 수 있다. 예를 들면, CD 및/또는 MD 인터메싱 스트레처를 이용하여 {여기서, 상기 스트레처를 통하는 하나의 패스를 가지며, 롤러 결합깊이는 약 0.60 인치 내지 0.120 인치이고, 속도는 약 550fpm 내지 1200fpm 또는 그 이상}, 비-직조 섬유성 웹 및 미세공-형성가능한 필름의 라미네이트는 점진적으로 신장된다. 이러한 점진적인 또는 인터메쉬 신장 결과, 우수한 통기성 및 액밀성을 가지면서 결합 강도는 우수하고 매우 유연한 포목-유사 질감을 가지는, 라미네이트를 제조한다.
아래의 실시예에서는, 본 발명에 따른 미세공 필름 및 라미네이트의 제조방법을 설명한다. 아래의 실시예 및 보다 상세한 설명을 참조하여, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 이의 변형도 제조될 수 있음은 당업자에게는 명백할 것이다.
실시예 1A 및 1B
WO 제98/23673호의 실시예에 충분히 기재되어 있는 방향족-지방족 형태의 생분해성 코폴리에스테르를 본 실시예에서 사용한다. 보다 상세하게는, 약 25% 내지 약 40%의 제올라이트 또는 칼슘 카보네이트를 함유하는 상기 공개문헌의 실시예에 기재된 대표적인 생분해성 코폴리에스테르를 갖는 필름을, 당업자에게 잘 알려져 있는 기존의 슬롯 다이 캐스트 필름 사출기법을 사용하여 사출시킨다. 특히, 약 2mil(평방미터 당 50g)의 두께를 갖는 필름을 약 425 내지 475℉의 용융 온도에서 사출시킨다. 이러한 필름 표면에 대한 현미경 사진도가 도 1이며, 이의 횡단면에 대한 현미경 사진도가 도 2이다. 상기 필름을 테스트한 결과, 공기가 투과되지 않았으나 939g/m2/일 (ASTM E96E 테스트 방법에 따라 측정)의 MVTR을 가지는 것으로나타났다.
실시예 1A의 필름은, 상기한 장치를 이용하여 약 72℉ 온도에서 0.070 인치의 CD 결합후 0.050 인치의 MD 결합으로 점진적으로 신장되었을 때, 공기 통기성을 가지며 습증기 이동률을 증가시켰다. MVTR은 939g/m2/일 (실시예 1A)에서 2350g/m2/일 (실시예 1B)로 증가하였다. 최초에 공기 투과율이 0 (실시예 1A)이었던 상기 필름의 공기 투과율이, 90psi 공기압하에서 공기 570cc/cm2/분 (실시예 1B)이 되었다.
실시예 1A 및 1B의 필름 표면과 횡단면에 대한 현미경 사진도에서는, 삽입된 무기물 입자를 보여준다 (참조: 도 1 내지 5). 본 발명에 따른 높은 MVTR 및 공기-투과성을 갖는 생분해가능한 필름은, 점진적인 신장시 상기 무기물 입자 주위에 세공이 형성되었다 (참조: 도 4 및 5). 하지만, 신장되지 않은 부분에서는 세공이 형성되지 않았다 (참조: 도 3). 실시예 1B의 필름의 횡단면 (참조: 도 5)에서는, 세공이 연결되어 공기가 흐를 수 있도록 함을 분명히 보여준다. 실시예 1A의 필름 (참조: 도 2, 횡단면)에서는, 세공이 연결되지 않아 공기가 관통하지 않음을 알 수 있다.
실시예 1A 필름의 기계적 특성은 다음과 같다:
실시예 A 실시예 B 실시예 1B/1A
총평량(GSM) 50 35 0.7
90psi에서의 공기 유속(cc/cm2/분) 0 570 ∞
MVTR(g/m2/일)(ASTM E96E에 따라 측정) 939 2350 2.5
MD 최종 인장력(g/inch) 1116 885
CD 최종 인장력(g/inch) 756 661
파열시 MD 신장(%) 707 494
파열시 CD 신장(%) 539 436
실시예 1B의 생분해성 필름은, 착용시 피부를 보호하고 편안한 느낌을 주는 데에 필요한 공기 흐름 (환기), 높은 습증기 이동 및 액밀성이 필요한 기저귀 배면 시이트, 위생 냅킨 및 보건용 의류용에 적합하다.
실시예 2A 내지 2H
본 실시예에서는, 실시예 1A에서 사용된 것과 같은 유형의 방향족-지방족 코폴리에스테르를 유사한 방식으로 사출시켜 필름을 제조한다. 이렇게 제조된 실시예 2A 내지 2H의 필름은, 실온에서 CD 및/또는 MD 신장되어, 아래 표와 같은 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성 필름이 된다.
실시예 인터메싱 신장(인치)CD MD 90psi에서의 공기 유속(cc/cm2/분) 습증기 이동율 E96E(g2/일) 평량(GSM) 신장률(이전/이후)
1A(기준) 0 0 0 939 50 0
2A 0.040 0 50 1365 48 1.05
2B 0.040 0.040 110 1665 45 1.11
2C 0.050 0 140 1665 45 1.11
2D 0.050 0.050 280 2122 39 1.28
2E 0.060 0 200 1895 40 1.25
2F 0.060 0.060 490 2350 33 1.51
2G 0.070 0 310 2122 36 1.39
2H 0.070 0.070 720 2652 29 1.72
폴리락티드, 폴리카프로락톤, 전분, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르 및 코폴리에스테르와 같은 기타의 생분해성 중합체를 무기 충진물질 입자와 함께 처리하여, 상기한 공기 및 습증기 통과가능한 필름을 제조할 수 있다.
상기한 상세한 설명에 비추어, 재료 및 조건에 따라 본 발명의 원칙을 이용하는 경우에 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (21)

  1. 분산된 상의 무기 충진물질 입자를 함유하는 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체를 포함하는, 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름으로서,
    액체-불투과성 두께를 가지며, 미세공을 제공하기 위해 신장된 부분을 그 내부에 가지는, ASTM E96E에 따라 약 1000(g/m2/일) 보다 큰 습증기 이동율(MVTR)과 기압 90psi에서 약 30(cc/cm2/분) 보다 큰 공기 통기성을 갖는, 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리카프로락톤, 전분, 폴리비닐알코올, 폴리락티드, 폴리에스테르, 코폴리에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충진물질이 칼슘 카보네이트, 실리카, 탈크, 바륨 설페이트, 제올라이트, 미카 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  4. 제1항에 있어서, 생분해가능한 섬유성 웹으로 적층되는 것을 특징으로 하는필름.
  5. 제4항에 있어서, 상기 섬유성 웹의 섬유가 셀룰로즈 중합체, 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 전체가 L-락트산으로 된 중합체, 전체가 D-락트산으로 된 중합체, L-락트산 및 D-락트산의 공중합체, L-락트산 및 D-락트산으로 된 중합체의 블렌드로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락티드(PLA), 전분, 전분과 PVA, PCL 또는 PLA와의 블렌드, 폴리하이드록시(부티레이트)(PHB), 폴리하이드록시(발레레이트)(PHV), 지방족-방향족 코폴리에스테르, 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세공성 필름의 두께가 약 0.25 내지 약 10(mils)인 것을 특징으로 하는 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 세공성 필름의 두께가 약 0.25 내지 약 2(mils)인 것을 특징으로 하는 필름.
  9. 제1항에 있어서, ASTM E96E에 따른 습증기 이동율(MVTR)이 약 2000 내지 약4500(g/m2/일)이고, 공기 투과성이 기압 90psi에서 약 200 내지 약 1600(cc/cm2/분)인 것을 특징으로 하는 필름.
  10. 제1항에 있어서, 상기 무기 충진물질이 칼슘 카보네이트, 바륨 설페이트, 미카, 탈크, 실리카 및 제올라이트로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  11. 액밀성을 가지는 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름의 고속 제조방법으로서,
    약 40 내지 약 75중량%의 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체 및 약 25 내지 약 60중량%의 무기 충진물질 입자를 용융 혼합하여, 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체 조성물을 형성하는 단계;
    적어도 약 550fpm 내지 약 1200fpm의 속도로 드로잉 공진없이, 상기 용융된 열가소성 플라스틱 조성물의 웹을 슬롯 다이로부터 냉각 지역을 통과시켜 롤러 닙으로 사출시켜, 두께 약 0.25 내지 약 10(mils)의 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 필름에 대해 실질적 및 균일하게 가로지르는 라인을 따라 상기 필름의 두께에 걸쳐 상기와 동일한 속도로 점진적인 신장력을 상기 필름에 가하여, ASTM E96E에 따라 약 1000(g/m2/일) 보다 큰 습증기 이동율(MVTR)과 기압 90psi에서 약 30(cc/cm2/분) 보다 큰 공기 통기성을 갖는 생분해성의 미세공 필름을 제공하는 단계를 포함하여, 액밀성을 가지는 공기 및 습증기 통과가능한 생분해성의 열가소성 플라스틱 필름의 고속 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, ASTM E96E에 따른 습증기 이동율(MVTR)이 약 2000 내지 약 4500(g/m2/일)이고, 공기 투과성이 기압 90psi에서 약 200 내지 약 1600(cc/cm2/분)인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 생분해성의 비-직조 섬유성 웹을 상기 롤러 닙에 도입하는 단계; 상기 웹을 상기 필름에 결합시키기 위해 압력을 조절하는 단계; 및 적층된 생분해성 필름을 형성하기 위해 신장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리카프로락톤, 전분, 폴리비닐알코올, 폴리락티드, 폴리에스테르, 코폴리에스테르 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 충진물질이 칼슘 카보네이트, 실리카, 탈크, 바륨 설페이트, 제올라이트, 미카 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 섬유성 웹의 섬유가 셀룰로즈 중합체, 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 전체가 L-락트산으로 된 중합체, 전체가 D-락트산으로 된 중합체, L-락트산 및 D-락트산의 공중합체, L-락트산 및 D-락트산으로 된 중합체의 블렌드로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 생분해성의 열가소성 플라스틱 중합체가 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락티드(PLA), 전분, 전분과 PVA, PCL 또는 PLA와의 블렌드, 폴리하이드록시(부티레이트)(PHB), 폴리하이드록시(발레레이트)(PHV), 지방족-방향족 코폴리에스테르, 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 세공성 필름의 두께가 약 0.25 내지 약 10(mils)인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 세공성 필름의 두께가 약 0.25 내지 약 2(mils)인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제11항에 있어서, ASTM E96E에 따른 습증기 이동율(MVTR)이 약 2000 내지약 4500(g/m2/일)인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제11항에 있어서, 상기 무기 충진물질은, 평균 입자크기가 약 1 내지 약 10 마이크론이고; 칼륨 카보네이트, 바륨 설페이트, 실리카 및 제올라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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