KR20030062420A

KR20030062420A - 생분해성 통기성 필름 및 라미네이트

Info

Publication number: KR20030062420A
Application number: KR10-2003-7007547A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 케이. 쉬퍼; 스티븐 알. 스톱퍼
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-07-25
Also published as: WO2002046277A1; EP1341839B1; MXPA03004758A; DE60132111D1; AU2700702A; DE60132111T3; US20090191780A1; EP1341839A1; US20020098341A1; DE60132111T2; EP1341839B2; KR100802219B1; JP2008188994A; JP2004532901A

Abstract

생분해성 중합체와 입상 충전재를 혼합하고, 이 혼합물을 필름으로 성형하고, 충전재 입자 주위에 공극이 형성되도록 필름을 일축 또는 이축 연신시켜, 생분해성 통기성 필름을 제조한다. 이 필름을 섬유상 부직웹에 라미네이팅시켜 라미네이트를 형성하는데, 이 섬유상 부직웹도 생분해성 중합체로부터 제조할 수 있다. 생분해성 필름 및 라미네이트는 다양한 일회용 개인위생용 흡수용품 및 일회용 의료용품에서 유용하다.

Description

생분해성 통기성 필름 및 라미네이트 {BIODEGRADABLE BREATHABLE FILM AND LAMINATE}

연신됨으로써 얇아진(이하 "연신-박화"라고 칭함) 통기성 필름 및 이를 포함하는 부직물 라미네이트는 당해 분야에 공지되어 있다. 이러한 필름을 제조하려면, 전형적으로 폴리올레핀, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과, 입상 무기 충전재, 예를 들면 탄산칼슘을 혼합한다. 이 혼합물을 필름으로 캐스트 또는 블로잉 가공한다. 이 필름은 단일 충전재-함유층을 가질 수 있고, 또는 가공성을 개선하고 나중에 기재에 결합되도록 하나 이상의 외피층과 공-압출될 수 있다.

이 필름은 폴리올레핀의 융점보다 낮은 승온에서, 원래 크기의 1.5 내지 7.0배의 크기가 되도록 한방향 또는 양방향으로 일축 또는 이축 연신됨으로써 수증기에 통과성으로 된다. 이러한 연신으로 인해 폴리올레핀과 각 충전재 입자들 사이에 국소적으로 틈새가 생기게 되어, 충전재 입자들 주위에 공극이 형성된다. 이러한 공극은 얇은 멤브레인과 경계를 접하고, 이 얇은 중합체 멤브레인은 인접한 공극들 사이에서 연속되거나 단절될 수 있다. 공극과 얇은 중합체 멤브레인의 망상구조는 수증기가 확산될 수 있는 구불구불한 통로를, 필름을 관통하게 형성한다. 그러나, 필름은 액체 물에 대해서는 실질적으로 불투과성이다.

통상적으로는 통기성 연신-박화 필름의 한쪽 면 또는 양쪽 면을 스펀본드웹과 같은 부직웹에 라미네이팅시킴으로써, 통기성 차단 라미네이트를 제조한다. 예를 들면 폴리프로필렌 스펀본드웹은, 통기성 차단 라미네이트가 사용되는 다양한 개인위생용 흡수용품 및 의료용 의복 분야에서, 효과적인 하중-지지(load bearing) 성분으로서의 역할을 할 수 있다. 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복은 전형적으로 일회용인데, 이는 한번 또는 몇 번 사용된 후에는 버려진다는 뜻이다. 이러한 많은 일회용품들이 최종적으로 쓰레기 매립지에 쌓이게 되는데, 여기서도 폴리올레핀 성분은 너무나 안정하여 쉽게 분해되지 않는다.

기본 구조적 성분이 생분해성인 일회용 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복이 필요하다. 따라서 하나 이상의 생분해성 중합체를 사용하여 제조한 통기성 차단 필름, 및 필름/부직 라미네이트도 필요하다.

발명의 개요

본 발명은 생분해성 중합체 매트릭스와 이 매트릭스 내에 분산된 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 미공질 차단 필름에 관한 것이다. "생분해성"이라는 용어는 생물학적 수단, 특히는 주변의 열, 습기 및/또는 박테리아의 활동에 의해 쉽게 분해될 수 있는 물질을 말한다. 플라스틱 물질이 생분해성인지 아닌지를 결정하는데 적합한 시험방법은 "수성 또는 퇴비 환경에서 방사선-표지된 플라스틱 물질의 호기성 생분해를 결정하는 표준시험방법(Standard Test Methods For Determining Aerobic Biodegradation of Radiolabeled Plastic Materials In An Aqueous Or Compost Environment)"이라는 제하의 ASTM D6340-98이다. 이 시험절차는 참고로 인용된다. 이와 관련된 시험절차는 조절된 퇴비 환경에서 플라스틱 물질의 누적 ％ 산화율을 측정하는 "방법 B"이다.

본 발명에 따라서, 생분해성 중합체를 충전재 입자와 혼합하여, 캐스트 필름 압출법, 블로운 필름 압출법 또는 이와 유사한 방법에 의해 필름으로 제조되는 조성물을 제조한다. 이 필름을 바람직하게는 매트릭스 중합체의 융점보다 낮은 승온에서 연신-박화시켜 충전재 입자 주위에 공극을 형성한다. 이 공극은 얇은 중합체 멤브레인과 경계를 접하며, 이 멤브레인은 인접한 공극들 사이에서 연속되거나 단절될 수 있다. 공극과 얇은 중합체 멤브레인의 망상구조는 수증기가 확산되게 하면서도 수성 액체의 침투를 실질적으로 차단하는 구불구불한 통로를, 필름을 관통하게 형성한다. 필름은 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 임의의 추가적인 층은 중합체만을 함유하거나, 중합체와 충전재의 혼합물을 함유할 수 있다.

본 발명은 또한 통기성 미공질 필름과 하나 이상의 섬유상 부직웹을 포함하는 통기성 라미네이트에 관한 것이다. 이 섬유상 부직웹은 열가소성 중합체, 바람직하게는 생분해성 열가소성 중합체로부터 제조된다. 통기성 필름 및/또는 라미네이트는 다양한 일회용 개인위생용 흡수용품 및 의료용 의복에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 통기성 차단 필름 및/또는 라미네이트는 기저귀, 용변연습용 속 팬츠,흡수성 수용복, 흡수성 속바지, 성인 요실금용품 및 여성용 위생용품에서 외부 커버(배면시이트)로서 사용되고, 베이비 와이프에서도 사용될 수 있다. 통기성 차단 필름 및/또는 라미네이트는 의료용 의복, 앞치마, 언더패드, 붕대, 드레이프 및 와이프에서도 사용될 수 있다. 통기성 필름 및/또는 라미네이트는 쓰레기 매립지에 버려진 후에 비교적 짧은 시간에 걸쳐 분해된다.

전술한 내용을 고려해 볼 때, 본 발명의 특징 및 장점은 구조적 성분(중합체 매트릭스)이 생분해성인, 통기성 연신-박화 차단 필름을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 특징 및 장점은 생분해성 필름과 섬유상 부직웹의 라미네이트 뿐만 아니라 섬유상 부직웹이 생분해성인 라미네이트를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 특징 및 장점은 본 발명의 필름 및 라미네이트를 포함하고 개선된 생분해성을 나타내는 개인위생용 흡수성 의류 및 의료용 의복을 제공하는 것이다.

본 발명은 수증기를 투과시키면서도 액체 물에는 실질적으로 불투과성인 생분해성 통기성 필름에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 생분해성 통기성 필름과 부직웹을 포함하는 통기성 라미네이트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 단층 연신-박화 통기성 필름의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다층 통기성 필름의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 통기성 필름을 부직웹에 라미네이팅시키는 공정을 도시하는 것이다.

도 4는 본 발명의 통기성 필름을 포함하는 라미네이트를 도시한다.

용어 정의

"필름"이란 용어는 캐스트 필름 또는 블로운 필름 압출 공정과 같은 필름 압출 공정을 사용하여 제조된 열가소성 필름을 말한다.

"생분해성 필름"이란 용어는 기본 구조적 성분(매트릭스 중합체)가 생분해성인 필름을 말한다. 중합체가 생분해성인지 아닌지는 전술된 바와 같은 ASTM 절차 D6340-98을 사용해 결정할 수 있다.

"통기성 차단 필름"이란 용어는 액체 물에 실질적으로 불투과성이고, 후술되는 모콘(Mocon) 절차에 의해 측정된 수증기 투과속도("WVTR")가 약 500g/㎡-24시간 이상인 필름을 말한다.

"중합체"라는 용어는 단독중합체, 공중합체, 예를 들면 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 랜덤 공중합체 및 교대 공중합체, 삼원공중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형물을 포함하지만 여기에만 국한되는 것은 아니다. 또한 달리 특별한 언급이 없는 한, "중합체"란 용어는 이러한 물질의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함하는 것이다. 이러한 배열은 이소택틱(isotactic), 신디오택틱(syndiotactic) 및 아택틱(atactic) 대칭을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.

"생분해성 중합체"란 생물학적 수단, 예를 들면 박테리아의 활동, 주변의 열 및/또는 습기에 의해 쉽게 분해될 수 있는 중합체를 말한다. 환경 또는 대지(예를 들면 쓰레기 매립지)에 존재하는 박테리아의 활동에 의해 자연히 분해되는 중합체가 특히 적합하다. 전술된 바와 같이 ASTM D6340-98에 따라 시험한 바에 따르면, 생분해성 중합체는 이 절차에 따라 설정된 조절된 퇴비 환경에서 180일 후에 80％ 이상이 용해 및/또는 분해(산화)되는 중합체이다.

"부직물 또는 부직웹"이라는 용어는 편직물에서와 같이 규칙적이거나 한정된방식이 아닌 방식으로, 개개의 섬유 또는 실이 얽힌 구조를 갖는 웹을 말한다. 부직물 또는 부직웹을 예를 들면 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 에어 레잉(air laying) 공정 및 본디드카디드웹(bonded carded web) 공정과 같은 많은 공정으로 제조할 수 있다. 부직물의 기초중량은 통상적으로 야드²당 온스(osy) 또는 ㎡당 g(gsm)으로 표현되며, 섬유 직경은 통상적으로 마이크론으로 표현된다(osy를 gsm으로 환산할 경우에는 osy에 33.91을 곱해야 한다는 것을 명심하도록 한다).

"미섬유(microfiber)"라는 용어는 평균 직경이 약 75 마이크론 이하, 예를 들면 약 1 내지 약 50 마이크론, 보다 특히는 약 1 내지 약 30 마이크론인 소직경 섬유를 말한다. 섬유 직경을 표현하는데 흔히 사용되는 또다른 표현으로는 데니어(denier)가 있는데, 이것은 섬유 9000m당 g으로서 정의된다. 둥근 횡단면을 갖는 섬유의 경우, 섬유 직경(마이크론)의 제곱과 밀도(g/cc)와 0.00707을 곱한 것이 데니어이다. 데니어가 보다 낮다는 것은 섬유가 보다 가늘다는 것을 뜻하며 데니어가 보다 높다는 것은 섬유가 보다 두껍거나 두툼하다는 것을 뜻한다. 예를 들면 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유의 직경을 데니어로 환산하려면, 섬유 직경을 제곱한 것에 0.89g/cc를 곱하고 0.00707을 곱한다. 따라서 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42 데니어(15²×0.89×0.00707=1.415)가 된다. 미국 외의 국가에서는, 측정단위는 보다 통상적으로는 "텍스(tex)"이며, 이것은 섬유 1㎞당 g으로서 정의된다. 텍스는 데니어/9로서 계산될 수 있다.

"스펀본드 섬유"라는 용어는, 둥근 또는 기타 형태의 출사돌기의 다수의 미세한 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 필라멘트로서 압출하고, 이 압출된 필라멘트의 직경을, 예를 들면 본원에서 전문이 참고로 인용된 아펠(Appel) 등의 미국특허 제 4,340,563 호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국특허 제 3,692,618 호, 매추키(Matsuki) 등의 미국특허 제 3,802,817 호, 키니(Kinney)의 미국특허 제 3,338,992 호 및 제 3,341,394 호, 하트만(Hartman)의 미국특허 제 3,502,763 호, 피터슨(Petersen)의 미국특허 제 3,502,538 호, 및 도보(Dobo) 등의 미국특허 제 3,542,615 호에 기술된 바와 같이 재빨리 감소시킴으로써 제조한 소직경 섬유이다. 스펀본드 섬유는 급냉되며 수집 표면에 침착될 때 일반적으로 점착성이 없다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이며, 흔히 평균 직경이 7 마이크론보다 크고, 더욱 특히는 약 10 내지 30 마이크론이다.

"멜트블로운 섬유"란 용어는 용융된 열가소성 물질을, 미세한, 통상적으로는 둥근, 다수의 다이 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로서, 수렴성 고속 가열 기체(예를 들면 공기) 스트림에 압출시키고, 이 스트림으로써 용융된 열가소성 물질의 필라멘트의 직경을 미섬유 직경으로 감소시켜 제조한 섬유이다. 이어서 멜트블로운 섬유는 고속 기체 스트림에 의해 운반되며 수집 표면에 침착됨으로써 불규칙적으로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들면 부틴(Butin) 등의 미국특허 제 3,849,241 호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 비연속적인 미섬유이며, 직경이 일반적으로 10 마이크론 미만이고, 일반적으로는 수집 표면에 침착될 때 자체 결합된다. 본 발명에서 사용되는 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 길이 방향으로 실질적으로 연속적이다.

본 발명의 바람직한 실시양태의 상세한 설명

도 1에는, 매트릭스(12), 구불구불한 통로를 형성하는 비교적 얇은 미공질 멤브레인(13)에 둘러싸여진, 매트릭스 내 다수의 공극(14), 및 각 공극(14) 내에 존재하는 하나 이상의 충전재 입자(16)를 포함하는 통기성 단층 필름(10)이 도시되어 있다. 필름(10)은 통기성일 뿐만 아니라 미공질이며, 공극들 사이의 미공질 멤브레인(13)은 필름(10)의 제 1 표면(18)으로부터 제 2 표면(20)으로 수증기 분자가 용이하게 확산되도록 한다.

매트릭스(12)는 임의의 적합한 필름-형성 생분해성 중합체를 포함할 수 있다. 생분해성 매트릭스 중합체의 예는 폴리락트산 중합체(특히 단독중합체); 부탄디올, 아디프산, 숙신산 및/또는 테레프탈산의 폴리에스테르; 폴리카프로락톤 중합체; 및 이들의 조합을 포함하나, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 특히 적합한 중합체는 바스프 코포레이션(BASF Corporation)에서 에코플렉스(ECOFLEX, 등록상표)라는 상표로 판매되는 테레프탈산과 아디프산과 1,4-부탄디올의 삼원공중합체이거나, 이스트만 케미칼 캄파니(Eastman Chemical Co.)에서 이스타(EASTAR, 등록상표)라는 상표로 판매되는 유사 중합체이다.

매트릭스 중합체는 통기성 단층 필름(10)(또는 후술될 다층 필름의 경우에는 충전된 필름층)의 약 20 내지 95중량％를 차지할 수 있다. 필름이 (후술될 바와 같이 연신된 후에) 탁월한 강도 및 중간 정도의 통기성을 가져야 할 경우에는, 매트릭스 중합체는 통기성 필름 또는 필름층의 약 55 내지 95중량％, 적합하게는 약 60 내지 80중량％를 차지할 수 있다. 이 실시양태에서, 충전재 입자(16)는 통기성필름 또는 필름층의 약 5 내지 45중량％, 적합하게는 약 20 내지 40중량％를 차지할 수 있다. 필름이 (연신된 후에) 탁월한 통기성 및 중간 정도의 강도를 가져야 할 경우에는, 통기성 필름 또는 필름층은 약 20중량％ 내지 55중량％ 미만, 적합하게는 약 35 내지 50중량％의 매트릭스 중합체, 및 45중량％ 초과 내지 약 80중량％, 적합하게는 약 50 내지 65중량％의 입상 충전재를 포함할 수 있다.

충전재 입자(16)는 무기 충전재 입자일 수 있다. 적합한 무기 충전재는 탄산칼슘, 점토, 실리카, 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 활석, 황산마그네슘, 이산화티탄, 제올라이트, 황산알루미늄, 규조토, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 카올린, 운모, 탄소, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 이들의 조합을 포함하나, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 충전재 입자(16)의 평균입경은 약 0.1 내지 10 마이크론, 바람직하게는 약 0.5 내지 7.0 마이크론, 가장 바람직하게는 약 0.8 내지 2.0 마이크론이어야 한다.

충전재 입자(16)는 유기 충전재 입자일 수도 있다. 사용가능한 유기 충전재 입자의 예는 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 기타 적합한 중합체 및 그의 유도체로 된 입자를 포함한다.

충전재 입자(16)는 수-팽윤성(water-swellable) 충전재 입자일 수 있다. "수-팽윤성"이란 입자가 증류수에서 자기의 중량의 약 10배 이상, 바람직하게는 약 20배 이상, 가장 바람직하게는 약 30배 이상을 흡수할 수 있는 것을 말한다. 유기 수-팽윤성 충전재의 예는 천연 및 합성 초흡수성 물질을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다. 천연 초흡수성 물질은 구아검, 한천, 펙틴 등을 포함한다. 합성 초흡수성 물질은 히드로겔 중합체, 예를 들면 폴리아크릴산의 알칼리금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌-말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 메틸 셀룰로스, 카복시메틸 셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 폴리비닐모르폴리논, 및 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피리딘 등을 포함한다. 다른 적합한 중합체는 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프팅된 전분, 아크릴산 그라프팅된 전분, 및 이소부틸렌 말레산 무수물 중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 히드로겔 중합체는 바람직하게는 실질적으로 수-불용성이 되도록 약간만 가교결합된다. 가교결합은 예를 들면 광조사, 또는 공유결합, 이온결합, 반데르발스 결합 또는 수소결합에 의해 형성될 수 있다.

충전재 입자(16)는 바람직하게는 생분해성 충전재 입자일 수 있다. 적합한 생분해성 충전재 입자는 시클로덱스트린을 포함한다. "시클로덱스트린"이라는 용어는 시클로덱스트린 고리형 구조를 그 분자구조의 전부 또는 일부 내에 보유하는 시클로덱스트린 화합물 및 그의 유도체를 포함한다.

시클로덱스트린은 1개의 고리 내에 배열된 6 내지 12개의 글루코스 단위를 함유할 수 있다. 시클로덱스트린은 예를 들면 알파-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 6개의 글루코스 단위가 배열되어 있음), 베타-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 7개의 글루코스 단위가 배열되어 있음) 및 감마-시클로덱스트린 화합물(1개의 고리에 8개의 글루코스 단위가 배열되어 있음)을 포함한다. 글루코스 단위가 짝짓기하고 배열함으로써 시클로덱스트린은, 수소 원자 및 글리코시드 가교 산소원자에 의해 내부에 동공이 형성된 원뿔형 분자구조를 갖게 된다.

적합한 시클로덱스트린 화합물은, 필름에 사용된 열가소성 중합체에 요구되는 연신 온도보다 높으면서도 필름 압출 온도보다는 낮은 융점을 갖는 고체 입자로서 존재하게 하는 화학 형태를 가져야 한다. 이렇게 해서 중합체 및 충전재를 용융된 상태로 필름으로서 압출시킨 후, 시클로덱스트린 입자가 용융되지 않도록, 중합체의 융점보다 다소 낮은 온도로 연신시킨다. 이렇게 압출 동안에 충전재를 용융시킴으로써, 다이립 빌드업 같은 가공상의 문제점을 완화시킨다. 충전재가 필름 연신 동안에 공극-개시 기능을 발휘하려면, 충전재는 필름 연신 동안에 재-결정화하여 고체 입자 상태를 유지해야 한다. 충전재 입자가 중합체 매트릭스에 용해되거나 깨지거나 분산되어 너무 작아지면, 이들은 필름(10)의 연신 동안에 공극을 형성하는데 효과적이지 못할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 충전재 입자(16)는 상이한 충전재 입자(예를 들면 상이한 물질로 된 충전재 입자)의 혼합물을 포함할 수 있다.

필름을 일축 또는 이축 연신시킬 수 있다. 필름을 그의 원래 길이의 약 1.1 내지 7.0 배, 바람직하게는 그의 원래 길이의 약 1.5 내지 6.0배, 가장 바람직하게는 그의 원래 길이의 약 2.5 내지 5.0배로 일축 연신시킬 수 있다. 또한 필름을 당해 분야의 숙련자들에게 친숙한 통상적인 기술을 사용해서, 동일한 비율로 이축 연신시킬 수도 있다. 연신을 중합체 매트릭스의 융점보다 낮은 온도, 적합하게는 중합체 매트릭스의 융점보다 약 15 내지 50℉ 낮은 온도에서 수행할 수 있다.

통기성 연신-박화 필름(10)은 수증기에 통기성이 되기 쉽게 하면서도 구조적일체성과 액체 차단 효과를 제공하는 두께를 가져야 한다. 필름(10)은 연신된 후에는 두께가 약 5 내지 50 마이크론, 바람직하게는 약 8 내지 30 마이크론, 가장 바람직하게는 약 10 내지 20 마이크론이어야 한다. 필름(10)은 배향되기 전에는 캐스트 또는 블로운 필름 압출 또는 기타 적합한 필름-형성 기술에 의해 제조될 수 있다.

도 2는 다층 연신-박화 통기성 필름(11)이 2개의 외피층(22)과 외피층(24) 사이에서 공압출된 기본 통기성 코어층(15)을 포함하는 또다른 실시양태를 도시한다. 코어층(15)은 생분해성 중합체 매트릭스(12), 및 공극(14)에 둘러싸여진 충전재 입자(16)를 포함한다. 제 1 외피층(22)은 열가소성 중합체만을 포함하며 충전재 입자 및 공극은 포함하지 않는다. 제 2 외피층(24)은 중합체 매트릭스(13), 및 이 매트릭스(13) 내 공극(14)에 둘러싸여진 충전재 입자(16)를 포함한다.

도 2는 다층 필름(11)에서 외피층(22) 및 (24)은 충전재를 함유할 수도 있고 함유하지 않을 수도 있다는 것을 보여준다. 코어층(15)은 도 1에 도시된 단층 필름(10)과 중합체 조성이 동일하거나 유사할 수 있다. 외피층(22) 및 (24)은, 필름을 부직웹에 열 결합시키는 열 밀봉 결합층으로서 보다 적합하도록, 보다 부드럽고 융점이 보다 낮은 중합체 또는 중합체 블렌드를 함유할 수 있다. 외피층(예를 들면 22)이 충전재를 포함하지 않을 때, 그 목적은 충전된 단층 필름이 압출되는 경우 생길 수 있는 압출 다이립에서의 충전재의 빌드업을 완화시키려는 것이다. 외피층(예를 들면 24)이 충전재 입자 및 공극을 함유할 때, 그 목적은 필름(11)의 전체 통기성에 부정적인 영향을 미치지 않는 적합한 결합층을 제공하려는 것이다.

외피층(22) 및 (24)의 두께 및 조성을, 통기성 코어층(15)을 통한 습기 투과가 실질적으로 손상되지 않게 선택해야 한다. 이렇듯 통기성 코어층(15)은 전체 필름의 통기성을 결정지을 수 있고, 외피층은 필름의 통기성을 실질적으로 감소시키거나 방해하지 않는다. 이를 위해서, 외피층(22) 및 (24)은 두께가 약 10 마이크론 미만, 적합하게는 약 5 마이크론 미만, 바람직하게는 약 2.5 마이크론 미만이어야 한다. 적합한 외피층 중합체는 생분해성 중합체, 예를 들면 폴리락트산 중합체(특히 단독중합체); 부탄디올, 아디프산, 숙신산 및/또는 테레프탈산의 폴리에스테르; 폴리카프로락톤 중합체; 및 이들의 조합을 포함하나, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 특히 적합한 중합체는 바스프 코포레이션(BASF Corporation)에서 에코플렉스(ECOFLEX, 등록상표)라는 상표로 판매되거나, 이스트만 케미칼 캄파니에서 이스타(EASTAR, 등록상표)라는 상표로 판매되는, 테레프탈산과 아디프산과 1,4-부탄디올이다.

통기성 연신-박화 필름이 단층 필름인지 다층 필름인지에 상관없이, 전체 필름은 통기성 미공질 필름으로서의 역할을 하도록 구성되어야 한다. 이러한 역할을 잘 수행하려면, 전체 필름은 후술된 모콘 절차에 의해 측정된 수증기 투과속도(WVTR)가 약 500g/㎡-24시간 이상이어야 한다. 적합하게는, 전체 필름은 WVTR이 약 1000g/㎡-24시간 이상, 보다 적합하게는 2000g/㎡-24시간 이상, 바람직하게는 5000g/㎡-24시간 이상이어야 한다.

도 3은 통기성 미공질 필름 및 이를 함유하는 필름/부직 라미네이트를 제조하기 위한 통합된 공정을 예시한다. 도 3에서는, 인-라인 또는 오프-라인일 수 있는 캐스트 또는 블로운 장치 같은 필름 압출 장치(40)에서 필름(10)이 제조된다. 전형적으로 상기 장치(40)는 압출기(41)를 포함할 것이다. 생분해성 중합체 매트릭스 물질 및 입상 충전재를 포함하는 충전된 수지는 혼합기(43)에서 제조된 후 압출기(41)로 향한다. 필름(10)은 한 쌍의 닙 또는 냉각 롤러(42)(이들 중 하나는 새로이 제조된 필름(10)에 엠보싱 패턴을 새길 수 있도록 패턴화될 수 있다)로 압출된다.

충전된 필름(10)은, 필름 압출 장치(40) 또는 오프-라인 롤로부터, 미국 로드 아일랜드주 프로비던스 소재의 마샬 앤드 윌리엄스 캄파니(the Marshall and Williams Co.)를 포함하는 회사로부터 시판되는, 기계방향 배향기일 수 있는 필름 연신 장치(44)로 향한다. 장치(44)는 여러 쌍의 연신 롤러(46)를 갖는데, 이러한 연신 롤러들은 나중으로 갈수록 각각 이전의 롤러쌍보다는 점점 더 빨라지는 속도로 움직인다. 롤러(46)는 충전된 필름(10)에 일정 수준의 응력을 가하여, 필름(10)이 미공질 및 통기성이도록 하는 연신 길이가 되게 점진적으로 연신시킨다. 도시된 바와 같이, 필름(10)은 도 3의 공정에서 필름(10)이 이동하는 방향인 기계방향으로만 연신된다.

유리하게는, 대부분의 폴리올레핀계 필름의 경우, 필름(10)을 약 150 내지 200℉의 상승된 연신 온도에서 그의 원래 길이의 약 3배가 되게 일축 연신시킬 수 있다. 몇몇 연신 롤러(46)를 가열함으로써 상승된 연신 온도를 유지할 수 있다. 최적의 연신 온도는 필름(10) 내 매트릭스 중합체의 종류에 따라 달라지며, 매트릭스 중합체의 융점보다는 항상 낮다. 필름(10)을 기계방향으로 연신시키기 전, 후또는 그와 동시에 횡방향 연신시킴으로써 이축 연신시킬 수도 있다.

계속해서 도 3을 보면, 필름(10)을 연신시킨 직후 및 부직웹(30)을 제조한 직후에 필름을 부직웹에 라미네이팅시킬 수 있다. 부직웹(30)은 스펀본드웹, 멜트블로운웹, 본디드카디드웹 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 쌍의 통상적인 출사돌기(48)로부터 나온 중합체 필라멘트(50)를 컨베이어 어셈블리(52)에 분배함으로써 웹을 제조할 수 있다. 필라멘트(50)는 컨베이어에 침착되어 매트(54)를 형성한다. 이어서 매트(54)의 필라멘트(50)를 한 쌍의 닙 롤러(56)를 사용해 압축시켜 필라멘트끼리 결합시킴으로써, 스펀본드웹(30)을 제조한다. 이어서 스펀본드웹(30)을 캘린더 결합 롤러(58)에 옮기고, 필름(10)의 한쪽 면에 열 결합시킨다. 이와 동시에 도 3의 필름(10)의 다른쪽 면은 공급 롤(62)로부터 나온 제 2 물질(30a)에 결합한다. 제 2 물질(30a)은 제 2 부직웹이거나 또다른 필름층일 수 있다. 이렇게 만들어진 라미네이트(32)를 공급 롤(60)에 감아서 보관한다.

통기성 필름을 당해 분야에 공지된 통상적인 접착 결합 또는 열 결합 기술을 사용해서, 스펀본드웹, 멜트블로운웹 또는 에어레이드웹과 같은 하나 이상의 섬유상 부직 기재에 라미네이팅시킬 수 있다. 기재 및 결합 기술의 종류는 특정 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 라미네이트의 한 예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 부직웹(40)은 본 발명의 이층 통기성 필름에 라미네이팅되어 있다. 이 실시양태에서, 생분해성 중합체로부터 제조된 스펀본드웹일 수 있는 웹(40)은 입상 충전재 입자를 함유할 수 있는, 다층 필름(10)의 다공질 외피층(24)에 결합된다. 기본 충전재-함유 층(15)은 부직웹(40)과는 외면해 있다. 필름을 부직웹에 라미네이팅시키는데에는 통상적인 열 결합 또는 접착 결합 기술을 사용할 수 있다. 섬유상 부직웹은 통기성 필름과 관련해 열거된 생분해성 중합체중 하나로부터 제조될 수 있다. 또 다르게는, 스펀보드웹은 적합한 폴리올레핀(예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌), 또는 기타 열가소성 중합체로부터 제조될 수 있다.

통기성 연신-박화 생분해성 필름 및/또는 이를 함유하는 라미네이트를 다양한 개인위생용품 및 의료용품에 사용할 수 있다. "개인위생용품"이란 용어는 기저귀, 용변연습용 속 팬츠, 수영복, 흡수성 속바지, 베이비 와이프, 성인 요실금용품 및 여성용 위생용품을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다. "의료용품"이란 용어는 의료용 의복, 앞치마, 언더패드, 붕대, 드레이프 및 와이프를 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.

개인위생용품은 일반적으로 착용자에 대면된 액체 투과성 상면시이트, 및 액체-불투과성 바닥(bottom)시이트 또는 외부커버를 포함한다. 상면시이트와 외부커버 사이에는 흡수코어가 있으며, 종종 상면시이트와 외부커버는 흡수코어를 감싸도록 밀봉된다. 개인위생용품은 예를 들면 전체적으로 직사각형, T-형 또는 모래시계형의 다양한 형태일 수 있다. 배플(baffle) 또는 외부커버는 통기성 액체-불투과성 필름 및/또는 전술된 바와 같은 이들의 라미네이트를 포함할 수 있다. 상면시이트는 일반적으로 외부커버와 같은 길이로 연장되지만, 임의적으로는 경우에 따라서 외부커버의 면적보다 크거나 작은 면적을 덮을 수도 있다. 단지 예시할 목적으로 예를 들자면, 개인위생용품 및 그 부품에 대한 예가 본원에서 전문이 참고로 인용된, 메이어(Meyer) 등의 미국특허 제 4,798,603 호, 파즈더닉(Pazdernick)의미국특허 제 4,753,649 호, 엔로(Enloe)의 미국특허 제 4,704,116 호, 라티머(Latimer) 등의 미국특허 제 5,429,629 호에 기술되어 있다.

상면시이트는 바람직하게는 유연하고 감촉이 부드럽고 착용자의 피부에 자극적이지 않은 신체-대면 표면을 제공한다. 상면시이트는 착용자의 피부를 흡수코어 내에 포획된 액체로부터 격리시키는 것을 돕는 역할을 하는데 적합하다. 착용자에게 보다 건조한 표면을 제공하기 위해서, 상면시이트는 흡수코어보다 덜 친수성일 수 있고, 액체를 용이하게 투과하도록 충분히 다공질일 수 있다. 상면시이트는 당해 분야에 잘 공지되어 있으며, 다공질 폼, 망상 폼, 개구(apertured) 플라스틱 폼, 천연섬유(즉 울 또는 면 섬유), 합성섬유(즉 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 또는 천연섬유와 합성섬유의 조합 같은 다양한 물질로부터 제조될 수 있다. 예를 들면 상면시이트는 폴리올레핀 섬유의 스펀본드 섬유웹 또는 천연 및/또는 합성 섬유로 이루어진 본디드카디드웹을 포함할 수 있다. 이와 관련해서 상면시이트는 계면활성제로 처리된 실질적으로 소수성인 물질로 이루어지거나, 아니면 원하는 수준의 습윤성 및 액체 투과성을 제공하도록 가공될 수 있다. 상면시이트의 예는 본원에서 전문이 참고로 인용된 엘리스(Ellis) 등의 미국특허 제 5,879,343 호, 엘리스 등의 미국특허 제 5,490,846 호, 라티머 등의 미국특허 제 5,364,382 호, 및 1998년 12월 9일 배로나(Varona) 등에게 통상적으로 양도된 미국특허원 제 09/209,177 호에 기술되어 있다.

통기성 액체-불투과성 외부 커버와 액체-투과성 상면시이트 사이에는 전형적으로, 예를 들면 초흡수성 입자, 목재펄프 플러프, 합성 목재펄프 섬유, 합성섬유및 이들의 조합 같은 하나 이상의 흡수성 물질을 포함하는 흡수코어가 존재한다. 그러나 목재펄프 플러프는 통상적으로, 단독으로는 충분한 일체성을 갖추지 못하므로 습윤시 붕괴되는 경향이 있다. 따라서, 전형적으로는, 예를 들면 라우(Lau)의 미국특허 제 4,818,464 호 및 앤더슨(Anderson) 등의 미국특허 제 4,100,324 호에 기술된 바와 같은 코폼(coform) 물질로서 제공되는, 폴리올레핀 멜트블로운 섬유 또는 보다 짧은 스테이플 섬유와 같은 보다 단단한 보강섬유를 첨가하는 것이 종종 유리하다. 흡수코어는 다양한 형태를 취할 수 있고, 그 크기는 원하는 충전 용량, 흡수용품의 용도 및 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 기타 인자에 따라 달라질 것이다. 기저귀의 다양한 부품들을, 예를 들면 접착 결합, 초음파 결합, 열 결합 또는 이들의 조합 같은, 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 다양한 부착 수단을 사용하여, 함께 일체가 되게 조립할 수 있다.

수증기 투과속도(WVTR)을 측정하기 위한 모콘 시험절차

본 발명의 필름 또는 라미네이트 물질의 WVTR(수증기 투과속도) 값을 결정하기에 적합한 가술은, 본원에서 참고로 인용된 "가드필름 및 증기압 센서를 사용한, 부직물 및 플라스틱 필름을 통한 수증기 투과속도를 측정하는 표준시험방법(STANDARD TEST METHOD FOR WATER VAPOR TRANSMISSION RATE THROUGH NONWOVEN AND PLASTIC FILM USING A GUARD FILM AND VAPOR PRESSURE SENSOR)"이라는 제하의, IST-70.4-99라는, INDA(부직물 산업 협회)에 의해 표준화된 시험절차다. 이 INDA 시험절차는 필름의 수증기 투과성인 WVTR을 결정하고 균질 물질에 대한 수증기 투과능 계수를 결정한다.

이 INDA 시험절차는 잘 공지되어 있으므로 여기에서 상세히 설명하지는 않겠다. 그러나 시험절차를 요약하면 다음과 같다. 건조 챔버를, 영구 가드필름 및 시험될 샘플 물질에 의해, 공지된 온도 및 습도의 습윤 챔버로부터 격리시킨다. 가드필름의 목적은 일정한 공기틈을 한정짓고 공기틈이 특성화되는 동안에 공기틈의 공기를 진정시키기나 가라앉히기 위한 것이다. 건조 챔버, 가드필름 및 습윤 챔버는 확산셀을 구성하며, 확산셀 안에 시험필름을 가두어 놓게 된다. 샘플 홀더는 미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의 모콘/모던 콘트롤스 인코포레이티드(Mocon/Modern Controls, Inc.)에 의해 제조된 퍼마트란-W 모델 100K(Permatran-W Model 100K)로서 공지되어 있다. 제 1 실험은, 100％의 상대 습도를 달성하는 증발기 어셈블리 사이에서 가드필름 및 공기틈의 WVTR을 측정하는 것이다. 수증기는 공기틈 및 가드필름을 통해 확산된 후, 수증기 농도에 비례하는 건조 기체 흐름과 혼합된다. 전기 신호가 처리를 위해 컴퓨터에 전송된다. 컴퓨터는 공기틈 및 가드필름의 투과속도를 계산하며, 이 값을 나중에 사용하기 위해 저장해 둔다.

가드필름 및 공기틈의 투과속도는 컴퓨터에 CalC로서 저장된다. 이어서 샘플 물질을 시험 셀안에 가두어 놓는다. 마찬가지로, 수증기는 공기틈을 통해 가드필름과 시험 물질로 확산하며, 시험 물질을 휩쓸고 가는 건조 공기 흐름과 혼합된다. 이어서 다시, 이 혼합물은 증기 센서로 운반된다. 이어서 컴퓨터는 공기틈과 가드필름과 시험 물질의 조합의 투과속도를 계산한다. 이어서 이 정보를 사용하여 습기가 시험 물질을 투과하는 투과속도를 다음 식에 따라 계산한다.

TR^-1 _시험물질= TR^-1 _{시험물질, 가드필름, 공기틈}- TR^-1 _{가드필름, 공기틈}

계산:

WVTR: WVTR을 다음 식에 따라 계산한다.

WVTR = Fp_포화(T)RH/Ap_포화(T)(1-RH)

여기서, F는 수증기의 유속(cc/분)이고, p_포화(T)는 온도 T에서 포화 공기중 물의 밀도이고, RH는 셀 내의 특정 위치에서의 상대습도이고, A는 셀의 횡단면적이고, p_포화(T)는 온도 T에서 수증기의 포화증기압이다.

Claims

충전재 입자와 생분해성 열가소성 중합체의 혼합물을 포함하고, 수증기가 필름을 용이하게 통과할 수 있도록 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 생분해성 열가소성 중합체가 폴리락트산 중합체; 부탄디올, 아디프산, 숙신산 및/또는 테레프탈산의 폴리에스테르; 및 폴리카프로락톤 중합체 중에서 선택되는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 생분해성 열가소성 중합체가 부탄디올과 테레프탈산과 아디프산의 삼원공중합체를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 충전재 입자가 무기 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 4 항에 있어서, 충전재 입자가 탄산칼슘을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 충전재 입자가 유기 충전재 입자를 포함하는 통기성연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 충전재 입자가 수-팽윤성 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 충전재 입자가 생분해성 충전재 입자를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 8 항에 있어서, 충전재 입자가 시클로덱스트린을 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 약 5 내지 80중량％의 충전재 입자 및 약 20 내지 95중량％의 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 약 20 내지 40중량％의 충전재 입자 및 약 60 내지 80중량％의 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 45중량％ 초과 내지 약 80중량％의 충전재 입자 및 약 20중량％ 내지 55중량％ 미만의 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 약 50 내지 65중량％의 충전재 입자 및 약 35 내지 50중량％의 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 필름이 일축 연신된 통기성 연신-박화 필름.
제 1 항에 있어서, 필름이 이축 연신된 통기성 연신-박화 필름.
충전재 입자 약 5 내지 80중량％와, 부탄디올과 테레프탈산과 아디프산의 삼원공중합체 약 20 내지 95중량％의 혼합물을 포함하고, 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 신장-박화 필름.
충전재 입자와 생분해성 열가소성 중합체의 혼합물을 포함하고 수증기가 용이하게 통과할 수 있도록 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 기본 통기성 층과, 하나 이상의 외피층을 포함하는 통기성 연신-박화 다층 필름.
제 17 항에 있어서, 생분해성 열가소성 중합체가 폴리락트산 중합체; 부탄디올, 아디프산, 숙신산 및/또는 테레프탈산의 폴리에스테르; 및 폴리카프로락톤 중합체 중에서 선택되는 통기성 연신-박화 다층 필름.
제 17 항에 있어서, 외피층이 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 연신-박화다층 필름.
제 19 항에 있어서, 외피층이 추가로 충전재 입자를 포함하고, 수증기가 용이하게 통과할 수 있도록 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 다층 필름.
충전재 입자와 생분해성 열가소성 중합체의 혼합물을 포함하고 수증기가 필름을 용이하게 통과할 수 있도록 충전재 입자 주위에 형성된 공극을 갖는 통기성 연신-박화 필름과, 섬유상 부직웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 필름과 부직웹이 서로 접착 결합된 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 필름과 부직웹이 서로 열 결합된 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 부직웹이 스펀본드웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 부직웹이 멜트블로운웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 부직웹이 에어레이드웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
제 21 항에 있어서, 부직웹이 생분해성 중합체를 포함하는 통기성 라미네이트.
제 1 항의 통기성 필름을 포함하는 개인위생용품.
제 16 항의 통기성 필름을 포함하는 개인위생용품.
제 17 항의 통기성 필름을 포함하는 개인위생용품.
제 21 항의 통기성 라미네이트를 포함하는 개인위생용품.
제 1 항의 통기성 필름을 포함하는 의료용품.
제 16 항의 통기성 필름을 포함하는 의료용품.
제 17 항의 통기성 필름을 포함하는 의료용품.
제 21 항의 통기성 라미네이트를 포함하는 의료용품.