KR20040111413A - 패턴 형성된 요소와, 엠보싱 및 접착제 도포 방법과,엠보싱되고 접착제 코팅된 기재와, 고속 엠보싱 및 접착제인쇄 방법 - Google Patents

패턴 형성된 요소와, 엠보싱 및 접착제 도포 방법과,엠보싱되고 접착제 코팅된 기재와, 고속 엠보싱 및 접착제인쇄 방법 Download PDF

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KR20040111413A KR10-2004-7014485A KR20047014485A KR20040111413A KR 20040111413 A KR20040111413 A KR 20040111413A KR 20047014485 A KR20047014485 A KR 20047014485A KR 20040111413 A KR20040111413 A KR 20040111413A
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Abstract

본 발명의 패턴 형성된 요소는 엠보싱 및 접착제 도포 공정에 사용된다. 패턴 형성된 요소는 상부에 패턴이 배치된 재료를 포함하며, 이 재료는 중합체를 포함하며 약 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖는다.

Description

패턴 형성된 요소와, 엠보싱 및 접착제 도포 방법과, 엠보싱되고 접착제 코팅된 기재와, 고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 방법{ELEMENTS FOR EMBOSSING AND ADHESIVE APPLICATION}
의도하지 않은 표면 접촉으로부터 보호되는 감압 접착제(pressure-sensitive adhesive)의 얇은 층을 포함하는 3차원 시트 재료, 및 이를 제조하기 위한 방법과 장치가 개발되어 왔으며, 본 출원인에게 양도된 특허들, 즉 발명의 명칭이 "목표 표면에 대해 가압될 때 목표 표면에 해제 가능하게 밀봉될 수 있는 복합 재료 및 그 제조 방법(Composite Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst and Method of Making)"인 해밀턴(Hamilton) 등의 미국 특허 제 5,662,758 호, 발명의 명칭이 "변형 가능한 스탠드오프에 의해 보호되는 물질을 갖는 재료 및 그 제조 방법(Material Having A Substance Protected by DeformableStandoffs and Method of Making)"인 해밀턴 등의 미국 특허 제 5,871,607 호, 발명의 명칭이 "3차원 중첩-저항성 시트 재료 및 이를 제조하는 방법과 장치(Three-Dimensional, Nesting-Resistant Sheet Materials and Method and Apparatus for Making Same)"인 맥과이어(McGuire) 등의 미국 특허 제 5,965,235 호, 발명의 명칭이 "개선된 보관 랩 재료(Improved Storage Wrap Materials)"인 해밀턴 등의 미국 특허 제 6,194,062 호, 및 발명의 명칭이 "고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 공정 및 장치(High Speed Embossing and Adhesive Printing Process and Apparatus)"인 맥과이어 등의 미국 특허 제 6,193,918 호에 상세하게 개시되어 있다.
이러한 특허들에 설명된 바와 같은 감압 접착제 코팅된 재료(pressure sensitive adhesive-coated material)를 제조하기 위한 공정과 장치는 제조에는 적합하지만, 이 공정과 장치의 특성은 상이한 기계 구성 요소에 사용되는 재료에 대해 민감할 수 있다. 달리 말하면, 상기 공정의 개개의 구성 요소는 감압 접착제 코팅된 재료의 생산에 있어서 문제를 초래할 수 있다. 이러한 것의 일례는 종래 기술의 공정에 사용되는 엠보싱 롤이다. 이 롤은 전형적으로 얇은 이형 코팅[전형적으로 0.05㎜(2/1000인치) 미만]으로 코팅되고 조각된 강철 롤(engraved steel roll)이다. 이러한 코팅은 접착제의 해제를 제공하기 위하여 강철 롤에 필요하다. 이러한 종래 기술의 롤이 종래 기술의 공정에 사용하기에는 적합하지만, 이들은 이상적이지는 못하다. 사용중, 롤 상의 코팅은 치핑(chipping), 박리(delamination) 및 연마 마모(abrasive wear)를 받게 되어, 전형적으로 코팅 수명이 50시간 미만이 되게 한다. 이러한 롤 코팅의 열화의 결과, 롤은 접착제 코팅된 재료 내의 웨브인열(web tear) 또는 핀홀(pinhole)에 의한 품질 및/또는 가동 정지 시간의 문제를 초래한다. 핀홀은 마모에 의한 날카로운 에지에 기인하여 또는 제 2 롤과 제 1 롤 사이에서의 마모된 에지의 핀칭(pinching)으로부터 발생한다. 핀홀은 필름의 장벽(barrier) 특성을 저하시키고, 큰 핀홀은 유체 누출을 초래할 수 있다. 이러한 조기의 롤 코팅 마모는 생산 라인 상에서의 롤의 매우 빈번한 교체에 의해 교정되어야 한다.
롤을 교체하는 것도 역시 곤란하다. 롤의 재코팅에 수반되는 고온은 코팅의 반복성을 저하시켜, 새로운 롤을 적합하게 하는 것을 곤란하게 한다. 또한, 새로운 롤은 전형적으로 시간 소모적이고 고가인 밀 조각 공정(mill engraving process)에 의해 제작된다.
이러한 모든 인자들은 공정과 장치가 작동될 수 있는 신뢰성과 효율의 상당한 감소를 초래하며, 이러한 공정 및 장치의 신뢰성과 효율은 상업적인 규모로 이러한 재료를 생산하는 경제성에서 주요 인자이다.
따라서, 우수한 내구성을 갖고, 그 결과로서 웨브 인열과 핀홀 형성을 최소화 내지는 제거하며, 양호한 반복성을 갖는 패턴 형성된 요소를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
발명의 요약
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 엠보싱 및 접착제 도포 공정에 사용되는, 패턴 형성된 요소가 제공된다. 패턴 형성된 요소의 표면은 패턴이 상부에 배치된 재료를 포함하며, 이 재료는 중합체를 포함하고 약 70을 초과하는 쇼어(Shore) A 경도 및 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖는다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 기재를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, ⓐ 제 1 엠보싱 패턴이 상부에 배치되고, 제 1 엠보싱 패턴과 상보적인 제 2 엠보싱 패턴이 상부에 배치된 제 2 엠보싱 롤과 맞물리며, 약 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖고 중합체를 포함하는 재료를 그 표면이 포함하는 제 1 엠보싱 롤을 공급하는 단계, ⓑ 접착제를 제 1 엠보싱 롤에 도포하는 단계, 및 ⓒ 시트 재료의 기재를 제 1 및 제 2 엠보싱 롤 사이로 통과시켜 기재를 엠보싱하여 골 및 랜드 영역의 패턴을 형성함과 동시에 접착제를 기재에 도포함으로써 접착제가 랜드 영역들 사이의 골 상에 접착제 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 기재를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, ⓐ 제 1 엠보싱 패턴이 상부에 배치되고, 제 1 엠보싱 패턴과 상보적인 제 2 엠보싱 패턴이 상부에 배치된 제 2 엠보싱 롤과 맞물리며, 약 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖고 중합체를 포함하는 재료를 그 표면이 포함하는 제 1 엠보싱 롤을 공급하는 단계, ⓑ 접착제를 제 1 엠보싱 롤에 도포하는 단계, ⓒ 상기 단계 ⓑ 후에, 시트 재료의 기재를 제 1 엠보싱 롤과 접촉시켜, 접착제가 제 1 엠보싱 롤의 제 1 엠보싱 패턴과 정합하여 시트 재료의 기재 상에 접착제 패턴을 형성하는 단계, 및 ⓓ 시트 재료의 기재를 제 1 엠보싱 롤과 제 2 엠보싱 롤 사이로 통과시켜 제 1 엠보싱 롤과 제 2 엠보싱 롤이 기재를 상보적인 엠보싱 패턴으로 엠보싱하여 골 및 랜드 영역의 패턴을 형성함으로써 접착제 패턴이 랜드 영역들 사이의 골 상에 있도록 하는 단계를 포함한다.
인용된 모든 특허, 논문, 문헌 및 기타 자료는 관련 부분이 본 명세서에 참고로 인용되며, 임의의 문헌의 인용은 이 문헌이 본 발명과 관련된 종래 기술이라는 인정으로 해석되어서는 안된다.
달리 명시되지 않는 한, 모든 백분율, 비 및 비율은 중량 단위이며, 모든 온도는 섭씨 온도(℃)이다. 모든 측정치는 달리 명시되지 않는 한 SI 단위이다.
본 발명은 패턴 형성된 요소(patterned element), 패턴 형성된 요소를 사용하는 공정, 및 웨브 재료의 시트에 대한 엠보싱 및 접착제 도포에 적합한 패턴 형성된 요소의 개선에 관한 것이다.
본 명세서는 본 발명을 특별히 지적하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 끝맺고 있지만, 본 발명은 동일한 도면 부호가 동일한 구성 요소를 지시하는 첨부 도면과 관련된 양호한 실시예의 후속 설명으로부터 더욱 잘 이해될 수 있을 것으로 여겨진다.
도 1은 간단한 엠보싱 및 접착제 인쇄 공정과 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 제 2 태양에 따른 엠보싱 및 접착제 인쇄 공정과 장치를 도시하는 개략도.
도 3은 엠보싱 롤 사이에서의 정합 엠보싱 및 접착제 도포 단계를 도시하는, 도 2의 참조부호(3)로 표시된 영역에서의 장치의 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 제 3 태양에 따른 엠보싱 및 접착제 인쇄 공정과 장치를 도시하는 개략도.
도 5는 엠보싱 롤 사이에서의 정합 엠보싱 단계를 도시하는, 도 4의 참조부호(4)로 표시된 영역에서의 장치의 부분 확대도.
1) 패턴 형성된 요소
본 발명의 패턴 형성된 요소는 다양한 엠보싱 공정, 특히 고속 엠보싱에 사용될 수 있다. 미국 특허 제 5,662,758 호, 제 5,871,607 호, 제 5,965,235 호, 제 6,254,965 호, 제 6,194,062 호 및 제 6,193,918 호에 설명된 공정, 장치 및 방법은 본 발명의 패턴 형성된 요소가 적합하게 되는 엠보싱 공정, 장치 및 방법을 예시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 요소는 롤과 연속 벨트로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 벨트는 임의의 기재(substrate) 상에 엠보싱을 생성하도록 진공과 조합하여 사용된다. 다른 대안은 기재의 엠보싱을 생성하도록 상보적인 패턴을 각각 갖는 벨트와 롤을 사용하는 것이다. 연속 벨트를 사용하는 엠보싱 공정의 예시적이고 비제한적인 예들은 미국 특허 제 5,965,235 호, 제 6,254,965 호 및 제 6,194,062 호에서 알 수 있다. 유사하게, 엠보싱 롤을 사용하는 엠보싱 공정의 예시적이고 비제한적인 예는 미국 특허 제 6,193,918 호에서 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 패턴 형성된 요소는 패턴 형성된 롤이고, 소정 재료가 원통형 코어의 곡선형 몸체를 둘러싼다. 즉, 상기 재료는 패턴 형성된 롤의 외부층 또는 표면층이다. 원통형 코어는 전형적으로 금속, 세라믹, 중합체, 복합재료 등으로부터 선택된다. 대안적인 일 실시예에서, 패턴 형성된 요소는 그 곡선형 몸체가 상기 재료에 의해 둘러싸인 금속 코어를 포함하는 패턴 형성된 롤이다. 이러한 2개 층의 패턴 형성된 롤의 임의적인 사용은 부수적인 장점을 제공한다. 즉, 재료가 그 사용 수명을 다했을 때, 재료는 실린더로부터 제거될 수 있고, 새로운 재료가 부가되고 나서 패턴이 부여된다.
본 발명의 다른 대안적인 실시예에서, 패턴 형성된 롤은 단지 상기 재료만을 포함한다. 즉, 패턴 형성된 롤은 예컨대 패터닝 주형 내에서 롤러를 주조함으로써 재료만으로 제조된다. 그러나, 재료만을 포함하는 패턴 형성된 롤러는 주형의 사용을 통해서 생산될 수 있는 롤러만으로 제한되지는 않는다.
본 발명의 상기 재료는 중합체를 포함한다. 재료는 약 70을 초과하는, 바람직하게는 약 80을 초과하는 쇼어 A 경도(Shore A hardness)를 갖는다. 쇼어 A 경도를 결정하는 방법이 이하에 설명된다. 또한, 본 발명의 재료는 약 30dyne/㎝ 미만, 바람직하게는 약 24dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지(critical surface energy)를 갖는다. 임계 표면 에너지를 결정하는 방법도 역시 이하에 설명된다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 상기 재료는 바람직하게는 약 300㎎ 미만, 보다 바람직하게는 약 200㎎ 미만의, 이후에 상세히 설명될 테이버 마모 중량 손실(Taber abrasion weight loss)을 갖는다.
본 발명의 다른 대안적인 실시예에서, 상기 재료는 바람직하게는 약 0.8미크론(micron)(30 마이크로인치(microinch)) 미만, 보다 바람직하게는 약 0.4미크론(15마이크로인치) 미만의, 이후에 상세히 설명될 표면 조도(Ra)(surfaceroughness)를 갖는다.
본 발명의 다른 대안적인 실시예에서, 상기 재료는 바람직하게는 약 500g/25.4㎜(500g/in) 미만, 보다 바람직하게는 약 250g/25.4㎜(250g/in) 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 150g/25.4㎜(150g/in) 미만의, 이후에 상세히 설명될 박리 강도(peel strength)를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 재료는 중합체를 포함한다. 중합체는 열경화성 중합체 또는 열가소성 중합체일 수 있다. 적합한 예시적인 중합체는 이들로 제한되지 않지만 실리콘, 플루오르중합체, 폴리우레탄, 니트릴 고무, 아이소프렌 고무, 열가소성 탄성중합체, 에틸렌-프로필렌(EP) 고무, 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 단량체(EPDM), 에폭시드(epoxide), 폴리클로로프렌 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 중합체는 실리콘 및/또는 불소를 함유하는 공중합체이다. 예를 들면, 상기에서 열거된 중합체, 즉 실리콘, 플루오르중합체, 클로로술폰화(chlorosulfonated) 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 니트릴 고무, 아이소프렌 고무, 열가소성 탄성중합체, 에틸렌-프로필렌(EP) 고무, 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 단량체(EPDM), 에폭시드, 폴리클로로프렌 및 이들의 혼합물은 실리콘 및/또는 불소를 함유하는 공중합체 단위체(unit)를 함유한다. 이들의 예는 헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 불화물 공중합체(HFP/VDF), 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-클로로트라이플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 퍼플루오로알킬-테트라플루오로에틸렌 공중합체(PFA), 우레탄-불소 공중합체와 같은 불소 공중합체; 플루오로실리콘을 포함하는 실리콘공중합체; 및 우레탄-실리콘 공중합체이다. 특히 적합한 중합체와 공중합체는 이들로 제한되지 않지만 골격(backbone) 중에 실리콘을 갖거나(실리콘-우레탄 공중합체) 실리콘 표면 개질 말단기(silicone surface modifying end group)를 갖는 것을 포함하는 변성 폴리우레탄, 실리콘 중합체와 공중합체, 우레탄 불소 공중합체, 불소화 중합체와 공중합체를 포함한다. 이러한 특히 적합한 중합체와 공중합체의 조합 역시 본 발명의 범주 내에 있다.
추가적인 적합한 중합체는 미국 특허 제 5,235,003 호, 제 5,428,123 호, 제 5,589,563 호 및 제 5,756,632 호에서 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 재료는 전체적으로 중합체로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 재료는 임계 표면 에너지 감소제(reducer)와 같은 임의의 성분을 추가로 포함할 수도 있다. 전형적으로, 임계 표면 에너지 감소제는 재료의 임계 표면 에너지를 약 30dyne/㎝ 미만의 필요 임계 표면 에너지로 감소시키도록 재료에 포함된다. 예를 들면, 재료가 약 30dyne/㎝를 초과하는 임계 표면 에너지를 갖는 중합체인 상황에서는, 최종 혼합물의 임계 표면 에너지를 약 30dyne/㎝ 미만으로 낮추기 위한 임계 표면 에너지 감소제의 혼입이 필요하다. 임계 표면 에너지 감소제는 재료와 혼합되거나 브러쉬, 롤러, 분무기 등을 사용하여 외부적으로 인가될 수 있다. 그러나, 임계 표면 에너지 감소제의 혼입 이전에도 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖는 재료에 임계 표면 에너지 감소제를 혼입하는 것 역시 본 발명의 범주 내에 있다. 적합한 임계 표면 에너지 감소제는 이들로 제한되지 않지만 실리콘 및/또는 불소를 함유하는 입자, 수지, 검(gum), 왁스 또는 오일, 및 이들의 조합을 포함한다. 폴리다이메틸실록산계 실리콘 오일이 특히 유리하다. 이러한 임계 표면 에너지 감소제는 재료의 임계 표면 에너지를 요구되는 수준으로 낮추기에 충분한 양으로 재료에 혼입된다.
재료의 표면은 예컨대 불소를 함유하는 플라즈마 코팅에 의해 임계 표면 에너지를 감소시키도록 개질될 수도 있다.
본 발명의 재료는 또한 필러(filler), 산화방지제(antioxidant), 안정화제(stabilizer), 계면활성제(surfactant) 등과 같은 기타 임의의 성분을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 패턴 형성된 요소는 바람직하게는 패터닝 및 접착제 도포 공정을 위해 요구되는 바와 같은 접착 및 해제 특성의 최상의 조합을 갖는다. 또한, 패턴 형성된 요소의 특성은 특정한 엠보싱 및 접착 공정에 사용되는 특정한 접착제 및/또는 기재에 대하여 최적화될 수 있다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 패턴 형성된 요소는 패턴 형성된 요소로부터 접착제 코팅된 기재의 패턴 형성된 재료를 분리하는 것을 보조하는 온도까지 내부적으로 냉각된다. 이 온도는, 이들로 제한되지 않지만 기재 재료, 라인 속도, 선택된 접착제, 재료 등을 포함하는 몇몇 인자에 의존한다. 대안적으로, 이러한 결과는 점착 또는 접착 방식에서 패턴 형성된 요소로부터 접착제가 분리되도록 패턴 형성된 요소를 가열하고 나서, 엠보싱되고 접착제 코팅된 기재를 패턴 형성된 요소로부터 제거한 후에 선택적으로 냉각함으로써 달성될 수 있다. 가열기는 복사형, 전도형, 대류형 및 이들의 조합을 포함하는, 당업계의 숙련자들에게 공지된 것이다.
본 발명의 패턴 형성된 요소는 패턴이 그 상부에 배치된다. 재료 상에 배치된 패턴은, 기재 상에 소정 패턴으로의 접착제 도포, 또는 기재의 엠보싱, 또는 이 둘 모두에 적합한 임의의 적합한 패턴일 수 있다. 전형적으로, 패턴은 재료 상의 연속적인 융기 표면이다. 본 발명의 일 실시예에서, 패턴은 기재에 대한 접착제의 도포 및 기재의 엠보싱 모두에 적합하다. 임의의 적합한 패턴은 발명의 명칭이 "비결정성 패턴의 시밍 및 확장 방법(Method of Seaming and Expanding Amorphous Patterns)"인 1999년 4월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 제 09/288,736 호(P&G 사건번호 7492)에 매우 상세히 설명된 알고리즘을 사용하여 생성된 것과 같은 패턴이 사용될 수 있다. 기타 적합한 패턴, 특히 엠보싱 패턴은 미국 특허 제 5,662,758 호, 제 5,871,607 호, 제 5,965,235 호, 제 6,194,062 호 및 제 6,193,918 호에서 알 수 있다.
본 발명의 패턴 형성된 요소는 임의의 적절한 방식으로 제조될 수 있다. 즉, 재료는, 예컨대 코어 상에 주조, 성형, 분무되고 나서 중합/경화될 수 있거나, 또는 수축 슬리브(shrink sleeve)가 적용될 수 있다. 일단 요소가 형성되면, 패턴이 임의의 적합한 방식으로 재료 상으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 패턴은 기계 가공, 레이저 조각(laser engraving), 에칭 등에 의해 재료 상에 배치될 수 있다.
본 명세서 내의 어느 것도 본 발명의 제 1 태양의 패턴 형성된 요소를 이후에 상세히 설명될 본 발명의 제 2 태양 또는 제 3 태양의 공정들에서만 사용하는 것으로 제한하도록 어떠한 방식으로도 해석되어서는 안된다. 본 발명의 패턴 형성된 요소는 어떠한 접착제 도포 공정 또는 엠보싱 및 접착제 도포 공정에도 사용하기에 적당하다.
이러한 대안적인 하나의 엠보싱 및 접착제 도포 공정이 도 1에 도시되어 있다. 스테이션 10에서, 시트 재료의 웨브(20)는 시트 재료의 웨브(20) 상에 엠보싱된 패턴을 형성하도록 상보적인 또는 정합하는 엠보싱 패턴을 갖는 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(30, 40) 사이를 접선 속도로 통과한다. 엠보싱된 웨브(50)는 제 1 엠보싱 롤(30) 상에 유지된다. 스테이션 60에서, 엠보싱된 웨브(50)의 리세스에 접착제(70)가 도포된다. 접착제(70)는 제 1 엠보싱 롤(30)에 의해 형성된 엠보싱된 웨브(50)의 엠보싱된 패턴과 상보적인 패턴을 갖는 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)에 의해 도포된다. 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)은 약 70을 초과하는 쇼어 A 경도를 갖는 재료를 포함하며, 약 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖는다. 그 후, 접착제 코팅되고 엠보싱된 시트 재료의 웨브(90)가 패턴 형성된 제 1 접착제 도포 롤(80)과 제 1 엠보싱 롤(30) 사이에서 제거된다.
패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)에는 바람직하게는 이후에 설명되는 바와 같은 다중-롤 접착제 코팅기 스택(multi-roll adhesive coater stack, 100) 및 슬롯 다이(slot die, 110)로부터, 또는 당업계의 숙련자들에게 공지된 임의의 다른 수단에 의해 접착제가 코팅된다.
도 1의 엠보싱 및 접착제 인쇄를 위한 공정은, 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)이 엠보싱 기능을 수행하는데 필요하지 않으므로 이점을 제공한다. 그러므로, 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)의 특성은 엠보싱시의 충격과 무관하게 접착제(70)의 도포 및 해제를 위해 최적화될 수 있다. 특히, 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)은 패턴 형성된 제 1 엠보싱 롤(40)과 고도의 허용차 끼워맞춤을 요구하지 않을 뿐만 아니라 엠보싱을 위해 고압에 노출되지도 않는다. 그러므로, 해제 표면 상의 변형이 적게 되어, 패턴 형성된 접착제 도포 롤(80)의 수명을 연장시키게 된다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 엠보싱 요소를 사용하여 기재를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법도 역시 본 발명의 범주내에 포함된다. 이러한 방법에 따라 준비된 엠보싱되고 접착제 코팅된 기재 또한 본 발명의 범주 내에 있다.
2) 웨브를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법.
본 발명의 제 2 실시예는 웨브를 엠보싱하는 동시에 이에 접착제를 도포하는 방법에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 고속 엠보싱 공정 및 고속 엠보싱 장치(200)를 개략적인 형태로 도시한다. 고속 엠보싱 장치(200)는 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(210, 220), 복수개의 접착제 계량 도포 롤(230 내지 260), 가압 롤(270), 박리 롤(strip-off roll, 280), 및 S-랩(S-wrap, 290)을 포함한다. 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(210, 220)은 이들 사이로 통과하는 시트 재료의 웨브(300) 상에 패턴을 엠보싱하도록 인터로킹하는 상보적인(즉, 정합되는) 엠보싱 패턴을 갖는다. 골(valley) 및 (연결된) 랜드 영역을 갖는 엠보싱 롤은 일반적으로 암형(female) 또는 제 1 엠보싱 롤로서 지칭된다. 융기된 별개의 연결되지 않은 너브(nub)를 갖는 엠보싱 롤은 일반적으로 수형(male) 또는 제 2 엠보싱 롤로서 지칭된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고속 엠보싱 장치는 계량된 양의 접착제(310)를접착제 공급부로부터 제 1 엠보싱 롤(210)로 공급하는 복수개의 접착제 도포 계량 롤(230, 240, 250, 260)을 전형적으로 포함한다. 접착제 도포 계량 롤(230 내지 260)은 바람직하게는 교번하는 경도를 갖는다. 비제한적인 예로서, 제 1 접착제 도포 계량 롤(230)은 강철일 수 있고, 인접한 접착제 도포 계량 롤(240)은 고무 코팅된 또는 다른 순응성의 표면일 수 있다. 다양한 구성이 가능하지만, 복수개의 접착제 도포 계량 롤(230 내지 260)들 중 하나씩 거른 롤마다 순응성 표면을 갖는 것이 바람직하다. 어떠한 경우에서도, 접착제 도포 계량 롤(260)은 제 1 엠보싱 롤(210)과 접촉하므로 순응성이어야 한다.
도 2는 각각의 롤에 대한 예시적이고 비제한적인 롤 회전 방향을 화살표로 도시한다. 보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 접착제(310)는 슬롯 다이(320)를 통해 제 1 접착제 도포 계량 롤(230)의 표면 상으로 압출된다. 예시적이고 비제한적인 접착제는 고온 용융성(hot melt), 감압성(pressure sensitive), 수계(water based), 수성(water borne), 용제계(solvent based), 자외선 및 전자 비임 경화성(ultraviolet and e-beam cured) 접착제와, 이들의 조합을 포함한다. 슬롯 다이(320)는 가열식 탱크 및 가변속 기어 펌프(variable speed gear pump, 도시 안됨)를 포함할 수 있는 고온 용융성 접착제 공급 시스템에 의해 가열되어 가열식 호스를 통해 공급되는 것이 바람직하다. 그러나, 당업계의 숙련자들에게는 접착제(310)를 제 1 접착제 도포 계량 롤(230)에 공급하기 위한 다른 방법이 사용될 수 있다는 것이 공지되어 있다.
제 1 접착제 도포 계량 롤(230)의 표면 속도는 대체로 엠보싱 및 코팅될 시트 재료의 웨브(300)의 공칭 접선 속도보다 상당히 느리다. 계량 닙(nip)이 도 2에서 스테이션 330, 340 및 350으로서 도시되어 있다. 이때, 나머지 접착제 도포 계량 롤(240 내지 260)이 점진적으로 빠르게 회전하여, 접착제 도포 닙, 즉 스테이션 360은 주행하는 시트 재료의 웨브(300)의 표면 속도와 일치되는 표면 속도를 갖는다. 그 후, 접착제(310)는 최종 접착제 도포 계량 롤(260)로부터 스테이션 360에 배치된 제 1 엠보싱 롤(210)로 전달된다. 접착제(310)는 제 1 엠보싱 롤(210)의 표면 상에서 스테이션 370으로 이동하고, 여기서 접착제(310)는 제 2 엠보싱 롤(220)을 거쳐 스테이션 370으로 운반되는 시트 재료의 웨브(300)와 조합된다.
스테이션 370에서, 시트 재료의 웨브(300)는 상보적인 엠보싱 패턴이 상부에 배치된 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(210, 220)에 의해 엠보싱되는 동시에 접착제(310)와 조합되어, 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)를 형성하도록 한다. 이에 의해, 제 1 엠보싱 롤(210)의 접착제 패턴과 정합하는 엠보싱 패턴을 생성한다. 이제 제 1 엠보싱 롤(210)의 표면에 부착된 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)는 다음으로 제 1 엠보싱 롤(210)의 표면 상에서 스테이션 390으로 이동하며, 여기서 가압 롤(270)이 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)에 압력을 인가한다. 아직까지는 제 1 엠보싱 롤(210)에 부착되어 있는 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)는 다음으로 스테이션 400으로 이동하며, 여기서 박리 롤(280)을 거쳐 제 1 엠보싱 롤(210)로부터 제거된다. 그리고 나서, 최종의 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)는 스테이션 410에서 S-랩(290)으로 이동한다. 당업계의 숙련자들에게 공지된 바와 같이, 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)는 스테이션 390 및 400에서 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)에 추가의 냉각을 제공함으로써 더욱 강화될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 접착제(310)는 제 1 엠보싱 롤(210)의 랜드 영역에만 도포된다. 이는 스테이션 360에서 엠보싱 롤(210)과 최종 접착제 도포 계량 롤(260) 사이의 상호 작용을 세밀하게 제어함으로써 이루어질 수 있다. 제 1 엠보싱 롤(210)과 최종 접착제 도포 계량 롤(260) 사이의 상호 작용은 최종 접착제 도포 계량 롤(260)이 접착제(310)를 제 1 엠보싱 롤(210)의 랜드 영역들 사이의 골(valley) 내부로 가압하지 않고 접착제(310)를 제 1 엠보싱 롤(210)의 랜드에만 도포하도록 제어되어야 한다. 이러한 이유로, 제 1 엠보싱 롤(210)과 최종 접착제 도포 계량 롤(260)은 역시 일치하는 표면 속도를 가져야 한다. 오로지 제 1 엠보싱 롤(210)의 랜드 상으로만 접착제(310)를 부착시키는 것은 엠보싱되고 접착제 코팅된 최종 웨브(380)의 엠보싱 부분의 리세스 형성되지 않은 영역 상으로 접착제(310)가 전달되는 것을 방지한다. (다양한 크기와 형상을 가질 수 있는) 엠보싱 부분의 상부에 존재하는 접착제는 통상적으로 양도된 전술한 인용 특허들 모두에 설명되어 있는 바와 같이, 엠보싱 부분들의 압착(crushing)을 통한 최종 제품의 활성화 이전에 접착 특성이 조기에 발현되는 것을 초래할 수 있다.
당업계의 숙련자들에게 공지된 바와 같이, 접착제(310)는 임의의 적합한 접착제, 예컨대 위스콘신주 와우와토사 소재의 보스틱 파인들레이 코포레이션(Bostik Findley Corporation)에 의해 제조된 H2630-08과 같은 스타이렌화 블록 공중합체(styrenated block copolymer)일 수 있다. 접착제의 신장률을 감소시키기 위하여,접착제(310)는 이동하는 시트 재료의 웨브(300)의 속도보다 낮은 표면 속도를 갖는 롤에 먼저 도포되고, 그 후 접착제(310)가 매우 얇은 필름으로 얇게 될 때까지 일련의 계량 닙(스테이션 330, 340 및 350)을 통과하면서 요구되는 접선 속도로 가속되는 것이 바람직하다.
접착제의 두께는 얇은 것이 바람직한 것으로 발견되었는데, 이는 공정에서 접착제가 덜 축적되고 접착제의 축적과 관련된 제조 비효율성이 덜하기 때문이다. 놀랍게도, 접착제의 두께가 얇은 경우에도 최종 완성품에서의 양호한 점착성이 사용시 유지된다. 접착제의 두께 감소로 인한 추가의 이점은 재료 구매 비용과 추가되는 재고 비용의 감소이다. 추가적인 제품의 이점은 롤 내의 층들을 함께 고착시켜서 소비자가 제품을 풀어내는 것을 더욱 곤란하게 하는 제품 내의 누설 접착제가 적다는 것이다.
접착제(310)에 대한 정밀한 제어, 특히 제 1 엠보싱 롤(210)에 도포되는 접착제 층의 두께와 균일성은 고속에서 고품질의 제품을 생산하는 데 있어서 중요한 인자이다. 특히, 접착제(310)의 부가 수준이 매우 낮은 경우에는 롤간의 전달 중에 접착제(310) 두께의 아주 약간의 변동에도 접착제(310)가 제 1 엠보싱 롤(210)에 도포될 때쯤 갭을 덮을 수 있다. 동시에, 이러한 변동은 제 1 엠보싱 롤(210)의 소정 영역에서 접착제(310)를 과다하게 하여, 제 1 엠보싱 롤(210) 내의 리세스들을 오염시키거나 접착제(310)가 시트 재료의 웨브(300)로 불완전하게 전달되어 제 1 엠보싱 롤(210) 상의 접착제(310)의 축적을 초래할 수 있다.
도 2와 관련하여 설명된 바와 같은 본 발명의 공정의 경우, 바람직하게는 접착제 두께는 약 0.00025㎜(약 0.00001인치) 내지 약 0.008㎜(약 0.0003인치)의 범위를 갖는다. 보다 바람직하게는, 접착제 두께는 약 0.0007㎜(약 0.00003인치) 내지 약 0.005㎜(0.0002인치) 사이의 범위를 갖는다. 또한, 접착제(310)는 약 3g/mㅂ 미만, 가장 바람직하게는 2g/mㅂ 미만의 기본 중량(basis weight)으로 시트 재료의 웨브(300)에 도포되어야 하는 것으로 여겨진다. 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(210, 220)뿐만 아니라 접착제 도포 계량 롤(230 내지 260)은 열적으로 유도되는 롤의 크라운(crown) 또는 흔들림(runout)을 방지하기 위하여 원주방향으로 그리고 기계가공방향을 가로질러 균일하게 가열될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 엠보싱 롤(210)은 엠보싱 롤(210)로부터 접착제 코팅된 웨브의 해제를 용이하게 하는 온도까지 내부적으로 냉각된다. 바람직하게는, 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)의 온도는 스테이션 400에서 약 82℃(180℉) 미만, 보다 바람직하게는 약 60℃(140℉) 미만, 가장 바람직하게는 약 38℃(100℉) 미만으로 냉각된다. 요컨대, 스테이션 360에서의 접착제(310) 포집(pick-up) 지점과 스테이션 400에서의 제 1 엠보싱 롤(210)로부터의 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380) 제거 지점 사이에 온도차가 존재하여야 한다. 박리 롤(280)은 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)의 손상 없이 제 1 엠보싱 롤(210)로부터 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(380)를 제거하는 것을 보조한다.
상보적인 패턴 형상의 정합하는 제 2 및 제 1 엠보싱 롤의 사용은 시트 재료의 웨브(300) 내에 힘이 적절하게 분포되는 것을 보장하도록 엠보싱 및 접착제 도포 공정 단계 중에 시트 재료의 얇은 필름 웨브(300)를 완전하게 지지할 수 있다.개구 또는 리세스로 변형되는 시트 재료의 웨브(300)의 부분이 지지되지 않는 개구형 벨트 또는 드럼과 같은 개방형 지지 구조를 갖는 시트 재료의 웨브(300)의 열성형 또는 진공 성형과는 반대로, 시트 재료의 웨브(300)에 대한 완전한 지지는 시트 재료의 웨브(300)에 대한 손상 없이 시트 재료의 웨브(300)에 변형이 부여되는 비율을 증가시켜 생산 속도를 더욱 고속화할 수 있게 하는 것으로 여겨진다. 제 1 엠보싱 롤(210) 상에서 시트 재료의 웨브(300)에 대한 접착제(310)의 도포는 제 1 엠보싱 롤(210)의 랜드 영역 상에 있는 시트 재료의 웨브(300)의 부분에서의 접착제(310)의 정밀한 정합을 제공한다.
본 발명의 제 2 실시예에 개시된 공정, 특히 시트 재료의 웨브(300)에 대한 접착제(310)의 도포에 대한 추가 정보는 2001년 2월 27일자로 맥과이어(McGuire) 등에게 허여되고 프록터 앤드 갬블(Procter & Gamble)에 양도된 미국 특허 제 6,193,918 호에서 알 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예는 웨브를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법에 관한 것이다. 도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 고속 엠보싱 공정 및 고속 엠보싱 장치(500)의 개략적인 형태를 도시한다. 도 4에 도시된 공정은 도 2와 도 3에 도시된 공정과 유사하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이들 상이한 도면들에 도시된 공정들 간의 주요 차이점은, 도 4에 도시된 공정에서는 접착제가 제 1 엠보싱 롤에 의해 시트 재료의 기재에 도포되고 나서 시트 재료를 엠보싱하기 위하여 시트가 제 1 및 제 2 엠보싱 롤 사이를 통과하는 반면, 도 2 와 도 3에 도시된 공정에서는 접착제가 엠보싱 단계와 동시에 도포된다는 점이다.
고속 엠보싱 장치(500)는 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(510, 520), 복수개의 접착제 도포 계량 롤(530), 웨브 전달 롤(540), 가압 롤(550), 박리 롤(560) 및 S-랩(570)을 포함한다. 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(510, 520)은 그 사이를 통과하는 시트 재료의 웨브(580) 상에 패턴을 엠보싱하도록 인터로킹하는 상보적인(즉, 정합되는) 엠보싱 패턴을 갖는다. 골 및 (연결된) 랜드 영역이 제공된 엠보싱 롤은 일반적으로 암형 또는 제 1 엠보싱 롤로서 지칭된다. 융기된 별개의 연결되지 않은 너브를 갖춘 엠보싱 롤은 일반적으로 수형 또는 제 2 엠보싱 롤로서 지칭된다.
제 1 엠보싱 롤(510)에는 바람직하게는 이후에 설명되는 바와 같은 다중-롤 접착제 코팅기 스택(530) 및 슬롯 다이(600)로부터, 또는 당업계의 숙련자들에게 공지된 임의의 다른 수단에 의해 접착제가 코팅된다.
도 4는 각각의 롤에 대한 예시적이며 비제한적인 롤 회전 방향을 화살표로 도시한다. 예시적이고 비제한적인 접착제는 고온 용융성, 감압성, 수계, 수성, 용제계, 자외선 및 전자 비임 경화성 접착제와, 이들의 조합을 포함한다. 슬롯 다이(600)는 가열식 탱크 및 가변속 기어 펌프(도시 안됨)를 포함할 수 있는 고온 용융성 접착제 공급 시스템에 의해 가열되어 가열식 호스를 통해 공급되는 것이 바람직하다. 그러나, 당업계의 숙련자에게는 접착제(590)를 공급하는 다른 방법이 공지되어 있다.
접착제(590)는 접착제 도포 계량 롤(530)로부터 스테이션 610에 배치된 제 1 엠보싱 롤(510)로 전달된다. 접착제(590)는 제 1 엠보싱 롤(510)의 표면 상에서 스테이션 620으로 이동하고, 여기서 접착제(590)는 접착제 코팅된 웨브(630)를 형성하도록 시트 재료의 웨브(580)와 조합된다. 그 후 접착제 코팅된 웨브(630)는 스테이션 640으로 진행한다.
스테이션 640에서, 접착제 코팅된 웨브(630)는 상보적인 엠보싱 패턴이 상부에 형성된 제 1 및 제 2 엠보싱 롤(510, 520)에 의해 엠보싱되어, 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)를 형성하도록 한다. 이에 의해, 제 1 엠보싱 롤(210)의 접착제 패턴과 정합하는 엠보싱 패턴을 생성한다. 이제, 제 1 엠보싱 롤(510)의 표면에 부착된 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)는 다음으로 제 1 엠보싱 롤(510)의 표면 상에서 스테이션 660으로 이동하며, 여기서 가압 롤(550)이 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)에 압력을 인가한다. 아직까지는 제 1 엠보싱 롤(510)에 부착되어 있는 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)는 다음으로 스테이션 670으로 이동하며, 여기서 박리 롤(560)을 거쳐 제 1 엠보싱 롤(510)로부터 제거된다. 그리고 나서, 최종의 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)는 스테이션 680에서 S-랩(570)으로 이동한다. 당업계의 숙련자들에게 공지된 바와 같이, 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)는 스테이션 660 및 670에서 엠보싱되고 접착제 코팅된 웨브(650)에 추가의 냉각을 제공함으로써 더욱 강화될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 개시된 공정에 대한 추가의 정보는 발명의 명칭이 "보관용 랩 재료"(Storage Wrap Material)인 2001년 10월 25일자로 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제 10/003,900 호(P&G 사건번호 8762)에서 알 수 있다.
기재 시트는 엠보싱 및 접착제 도포 공정에 사용하기 적합한 임의의 기재일 수 있다. 적합한 기재는 알루미늄 포일과 같은 금속 포일(metal foil), 왁스지(wax paper) 또는 내유지(grease proof paper), 중합 필름, 부직 웨브, 직물(fabric), 종이, 및 이들의 조합을 비제한적으로 포함한다. 중합 필름의 일부 비제한적인 예들은 고밀도, 선형 저밀도 또는 저밀도의 것을 포함하는 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀 필름; 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 또는 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체(EMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 공중합체(PETG) 등의 에틸렌 공중합체; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체; 나일론 및 유사한 특성을 갖는 기타 중합 필름을 포함한다.
재료의 쇼어 경도는 고무, 유사 고무 재료(rubberlike material) 및 연성 플라스틱에 사용하는 ASTM D2240의 수정판에 따라 A형 쇼어 경도계(Type A Shore Durometer)를 사용하여 측정된다. 샘플은 이물질이 없어야 하며, 매끄럽고, 최소 0.6㎝(0.25인치)의 두께를 가져야 한다. 시험은 수평의 경질 표면상에서 실온에서 수행된다. A형 경도계 눈금이 통합된 PTC 인스트루먼츠(instruments)(캘리포니아주 로스앤젤레스 소재)로부터 입수할 수 있는 것과 같은 압입 장치(indentation device)가 샘플의 표면으로 가압된다. 압입량을 장치 상의 눈금으로부터 판독하고, 그 값을 쇼어 A형 경도 단위로 기록한다.
임계 표면 에너지는 표면과 접촉하는 각종 유체의 접촉각을 파악함으로써 계산할 수 있다. 임계 표면 에너지는 2개의 성분, 즉 분산(런던력(London force)) 성분 및 극성[쌍극자-쌍극자(dipole-dipole)] 성분을 갖는다. 구체적으로, AST 프로덕츠(Products)(매사추세츠주 빌러리카 소재)로부터 공급되는 SE2000 표면 에너지 소프트웨어 패키지 등의 소프트웨어 패키지는, 사용자가 표면과 일정 액체의 접촉각을 알아 표면의 임계 표면 에너지를 계산할 수 있게 해준다. 계산을 수행하기 위하여, 다수의 액체의 접촉각을 구하고 표준 액체의 분산 및 극성 표면 장력 성분을 파악하는 것이 필요하다. 정적 접촉각은 액적을 평면 고체 표면 상에 놓았을 때 3상 지점(three phase point)에서 액적 표면으로 그은 접선과 표면 사이의 각도로서 정의된다. (ASTM D5946은 물 및 처리된 필름을 사용하는 접촉각 측정법을 설명한다. 대상 용제 및 표면을 물 및 처리된 필름 대신에 사용할 수 있다.) 표면 상의 고착 액적(sessile liquid drop)은 표면 장력에 기초하여 고체, 액체 및 공기 계면에서 특정 접촉각을 생성할 것이다. 그리고 나서, 고착 액적의 확대된 프로파일로부터 접촉각을 측정하고, 소프트웨어가 이 접촉각을 다른 표준 액체에 대해 측정된 접촉각과 함께 사용하여 임계 표면 에너지를 계산한다.
표준 액체에 대한 분산 및 극성 성분이 소프트웨어 패키지에 기록된다. 다른 액체에 대한 분산 및 극성 성분은 사용자가 입력할 수 있다.
본 시험에서, 3가지의 액체[물, 다이아이오도메탄(diiodomethane) 및 에틸렌 글리콜]의 접촉각을 대상 표면 상에서 측정한다. 접촉각은 자동 접촉각 측각기, 예컨대 AST 프로덕츠의 VCA 25000XE 비디오 접촉각 시스템(Video Contact Angle System)을 사용하여 적절하게 측정한다. 접촉각은 1마이크로리터(microliter)의 공칭값을 갖는 5개의 액적의 평균이다.
2500XE 시스템을 사용하여 접촉각을 측정하기 위하여, 이하의 절차를 따른다. 대상 기재를 샘플 스테이지 상에 놓는다. 표면이 바늘 팁 바로 아래에 놓일 때까지 샘플 스테이지를 상향으로 조절한다. 전동식 주사기 조립체를 사용하여 1마이크로리터의 유체를 주사기로부터 분배하고 스테이지를 후퇴시켜 주사기 팁으로부터 액적을 분리한다. 액적을 시야내에 중심설정한다. 초점을 맞추고 양호한 콘트라스트를 갖도록 액적의 화상을 조절한다. 디지털 처리를 위해 화상을 포착한다. 일단 화상을 얻으면, 사용자는 액적의 표면 상에 5개의 기준 표시(L: 표면과의 접촉 지점에서 좌측, T: 최대 높이에서의 액적의 상부, R: 표면과의 접촉 지점의 우측, 1 : 상부까지의 중간부에서의 좌측, 및 2 : 상부까지의 중간부에서의 우측)를 디지털식으로 배치한다. 그리고 나서, 사용자는 소프트웨어가 접촉각을 계산하도록 지시한다.
일단 3가지의 액체에 대한 접촉각을 측정하고 나면, 임계 표면 에너지를 조화 평균법(Harmonic Mean Method)을 사용하여 계산한다. 조화 평균법의 유도에 대한 논의는 문헌[A.J. Kinloch, "Adhesion and Adhesives: Science and Technology", Chapman & Hall, (1987), pp 18-32]을 참고한다. 표면의 임계 표면 에너지를 결정하기 위하여 동시에 풀게 되는 방정식은 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
γs= γs p+ γs d
여기서, Θi: 고체 표면에 대해 측정된 주어진 유체의 접촉각,
γi d및 γi p: 주어진 유체에 대한 분산 및 극성 유체 표면 장력 성분(공지의 값),
γi: 분산 및 극성 성분의 합과 동일한 유체의 표면 장력(공지의 값),
γs d및 γs p: 고체 표면에 대한 분산 및 극성 유체 임계 표면 에너지 성분,
γs: 고체 표면의 임계 표면 에너지,
γi d및 γi p(분산 및 극성 유체 표면 장력 성분)은 공지되어 있으므로, 표면의 표면 자유 에너지 성분(γs d, γs p)은 2개의 방정식(각각의 액체에 대해 하나씩)을 사용하여 방정식을 동시에 풀어 각각의 액체 쌍에 대해 구할 수 있다. 3가지의 액체가 사용되기 때문에, 임계 표면 에너지를 계산하기 위하여 3개의 액체 쌍[(1,2), (2,3), (1,3)]이 사용된다. 임계 표면 에너지는 이러한 3개의 값의 평균이다. SE-2000 소프트웨어 패키지가 접촉각이 일단 입력되면 이 계산을 수행한다.
접촉각을 결정하기 위하여 사용되는 3가지 유체의 분산 및 극성 유체 표면 장력 성분의 값은 아래에 주어진다.
γi dγi pγi
물 22.1 50.7 72.8
다이아이오도메탄 48.5 2.3 50.8
에틸렌 글리콜 29.3 19.0 48.3
위에서 지적한 바와 같이, 측정된 접촉각과 조합된 이러한 값들은 임계 표면 에너지의 3개의 추정치를 정의하기 위해 위에서 정의된 방정식을 동시에 푸는 데 사용될 수 있다. 이러한 추정치를 기록되는 임계 표면 에너지에 도달하도록 평균한다.
샘플로부터의 접착제의 박리력은 ASTM D3330의 수정판을 사용하여 측정한다. 시험용 접착제 필름을 다음과 같이 준비한다. 보스틱 파인들레이로부터 입수할 수 있는 고온 용융성 감압 접착제 H2630을 Mylar(등록상표) 배향성 폴리에스테르(OPET)의 50미크론(2mil) 두께의 기재 상에 30gsm으로 코팅한다. 최종 접착제 필름의 접착면은 실리콘 이형지(silicone release paper)로 덮여진다. 접착제 필름은 2.5㎝×25.4㎝(1인치×10인치) 스트립으로 절단한다. 이형지를 벗기고, 접착제 필름 스트립을 시험할 표면 상에 배치하며, 2.04㎏(4.5lb)의 중량을 갖고 쇼어 60A 경도를 갖는 5.1㎝(2인치) 폭의 탄성중합체 롤러를 가지고 적어도 12.7㎝(5인치)의 거리에 걸쳐 30.5㎝/분(12인치/분)의 속도로 롤링된다. 접착제 필름 스트립은 시험에 앞서 15분 동안 실온에서 평형을 유지한다. 샘플과 접착제 필름 스트립을 2개의 그립(grip) 내에 배치하여 7.6㎝(3인치)의 거리에 걸쳐 Instron(등록상표) 시험기를 사용하여 30.5㎝/분(12인치/분)의 속도로 180°의 각도로 박리한다. 접착제 필름 스트립을 2.5㎝ 내지 7.62㎝(1인치 내지 3인치) 사이의 거리로 박리시키는 데 요구되는 평균력이 기록된다. 결과는 3개의 샘플의 평균이다.
테이버 마모(Taber abrasion)는 ASTM D4060에 따른 재료의 내연마 마모성을나타내는 데 사용한다. 테이버 마모기와 부속품은 테이버 인더스트리즈(Taber Industries)(뉴욕주 토나완다 소재)로부터 입수할 수 있다. 중간에 드릴 가공된 구멍을 갖고 0.318㎝(0.125인치)의 최소 두께를 갖는 10.2㎝×10.2㎝(4인치×4인치) 샘플을 샘플 카드에 장착하여 기계 상에 배치한다. 각각의 측면에 1000g의 추(weight)를 부착한 2개의 H-18 연삭 휘일(grinding wheel)을 샘플의 표면 상에 배치한다. 샘플을 1000 사이클 동안 회전시킨다. 모든 부스러기(debris)를 강제 환기를 사용하여 제거한다. 중량 손실을 밀리그램 단위로 측정한다.
평균 표면 조도(Ra)는 표면의 평균 높이이며, 2X 화상 줌(zoom) 및 5X 저반사성 미켈슨 대물렌즈(Low-Reflectivity Michelson Objective)를 사용하는 자이고(Zygo)(코네티컷주 미들필드 소재)의 뉴뷰 5030 스캐닝 백색광 간섭계(NewView 5030 Scanning White Light Interferometer) 등에 의한 광학 프로파일 측정법을 사용하여 얻는다. 이 장비는 샘플 화상 또는 조도 프로파일(R)을 얻기 위하여 비접촉 스캐닝 백색광 간섭계를 사용한다. 최소 스캔 길이는 40미크론이다. 이 장비는 조도 프로파일(R)의 산술 평균을 계산함으로써 Ra를 얻고, 이를 마이크로인치 또는 미크론 단위로 기록한다. 옵티컬 체크(Optical Check)(캘리포니아주 레이크 포레스트 소재)의 Lasercheck(등록상표) 표면 조도 게이지(surface roughness gage)와 같은 휴대용 장치는 장치를 표면과 접촉시킨 후 Ra 값을 표시하는 데 용이하게 이용할 수 있다.
예
예 1
TDT 308 우레탄을 기본 수지로서 사용한다. 29중량%의 수지 개질제 4-7051[미시건주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)]을 수지에 혼합하여 실온에서 경화시킨다. 4-7051은 상용성(compatibility)을 향상시키기 위하여 에폭시에 의해 기능화된 고점성 실리콘의 분말이다. 마모 특성 및 박리 강도는 대조표준(control)과 비교하여 상당한 향상을 나타낸다.
비교예 1
GE 실리콘즈(silicones)로부터 입수할 수 있는 가교결합된 실리콘 미소구체(Crosslinked silicone microspheres)인 Tospearl(등록상표) 145를 29중량%로 TDT 308 우레탄에 혼합하여 10.2㎝×10.2㎝×0.318㎝(4인치×4인치×0.125인치)의 소형 판(plaque)을 형성하도록 경화시킨다. 이는 높은 박리 강도를 나타내지만 테이버 마모값의 향상을 나타내지는 않는다.
예 2
카스탈론(Kastalon)(일리노이주 시카고 소재)으로부터 입수할 수 있는, 소멸성 실리콘(fugitive silicone) 및 10중량% 플루오르중합체 입자를 함유하는 폴리에테르 우레탄인 KAS44208ATS를 약 0.38㎝(0.15인치) 내지 약 0.318㎝(0.125인치)의 두께로 10.2㎝(4인치) 직경의 롤 상에 주조하고, 0.318㎝(0.125인치)의 두께로 연마하며 무작위 패턴으로 레이저 조각한다. 제 1 롤을 제 2 롤과 정합시켜, 제 1 롤 상에 가시적인 접착제 잔류물을 남기지 않고 허용 가능한 엠보싱된 접착제 함유 제품을 제조할 수 있다.
예 3
에어 프로덕츠(Air Products)로부터 입수할 수 있는 우레탄인 PET 91A를 10중량%의 20 cst 점도의 다우 코닝 DC200 실리콘 유체와 혼합하여 주조하여 롤로 형성한다. 롤을 소정 직경으로 연마하고, 패턴을 레이저 조각한다. 롤을 대응하는 제 2 롤과 정합시키고, 공정이 진행되어 접착제가 롤 상에 잔류하기 시작하기 전에 1,000,000 미터의 제품을 생산한다.
비교예 2
Duralease(등록상표) 2096은 85의 쇼어 A 경도를 갖는 클로로술폰화 폴리에틸렌이다. 이 재료는 높은 테이버 마모 및 높은 박리 강도를 나타내어, 소형 판 상에 잔류 접착제를 남기므로 본 적용에는 적합하지 않다.
비교예 3
TDT 308 우레탄 기재를 23중량%의 합성 2미크론 흑연 분말과 혼합하고 12.7㎝×12.7㎝×0.318㎝(5인치×5인치×0.125인치)의 소형 판을 형성하도록 경화시킨다. 샘플은 낮은 내마모성과, 박리 후에 접착제 잔류물이 있게 되는 높은 박리 강도를 나타내어, 본 공정 또는 요소에 부적합하다.
예 4
Teflon(등록상표) 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP) 필름은 우수한 해제 특성과 양호한 내구성을 나타낸다. FEP 슬리브를 15.2㎝(6인치) 직경의 강철 롤 상에서 열수축시켜, 전술된 필름 스트립을 적용한 후에 우수한 접착제 해제를 제공하고 잔류물을 남기지 않는다.
예 5
우레탄 골격내에 10% 실리콘으로 구성된 2성분 실리콘 우레탄 공중합체를 0.64㎝(0.25인치)의 두께로 10.16㎝(4인치) 직경의 강철 롤에 도포하고 공차까지 연마한다. 롤을 소정 패턴으로 레이저 조각한다. 롤을 엠보싱되지 않은 강철 롤과 조합하여 운전한다. 롤은 양호한 접착제 연속성을 갖고 접착제 잔류물이 없는 상태로 70,000미터 동안 접착제의 해제를 허용한다.
[표 1] 각종 탄성중합체에 대한 감압 접착제 테이프의 테이버 마모 중량 손실 및 박리 강도의 요약
ID 재료 테이퍼 중량 손실(㎎) 박리 강도(g/㎝)[(g/인치)]
TDT-308 우레탄(대조표준) 410 512[1300]
C1 29중량% Tospearl 145 800 591[1500]
C2 Duralease 2096 583 378[960]
C3 흑연 함유 TDT-308 387 630[1600]
1 29중량% 다우코닝 4-7051 110 55[140]
2 소멸성 실리콘 함유 우레탄 91 0.8[2]
3 옴니(Omni) 우레탄+10중량% 실리콘 오일 28 3.1[8]
4 FEP 110 13.4[34]
5 실리콘-우레탄 공중합체 57 18.1[46]
본 발명의 특정 실시예가 예시되고 설명되었지만, 다양한 변경과 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당업계의 숙련자들에게 명백하게 될 것이며, 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 수정을 첨부된 청구의 범위에 포함하고자 한다.

Claims (10)

  1. 엠보싱 및 접착제 도포 공정에 사용되는 패턴 형성된 요소에 있어서,
    상기 패턴 형성된 요소의 표면이 패턴이 상부에 배치된 재료를 포함하며, 상기 재료는 중합체를 포함하고 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖는
    패턴 형성된 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 500g/25.4㎜ 미만의 박리력을 갖는
    패턴 형성된 요소.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재료는 300㎎ 미만의 테이버 마모 중량 손실을 갖는
    패턴 형성된 요소.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 2중량% 내지 50중량%의 임계 표면 에너지 감소제를 더 포함하는
    패턴 형성된 요소.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체는 실리콘, 플루오르중합체, 폴리우레탄, 니트릴 고무, 아이소프렌 고무, 열가소성 탄성중합체, EP 고무, SBR, EPDM, 에폭시드, 폴리클로로프렌 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    패턴 형성된 요소.
  6. 기재를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법에 있어서,
    시트 재료의 기재를 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 따른 패턴 형성된 요소와 접촉시키는 단계를 포함하는
    엠보싱 및 접착제 도포 방법.
  7. 기재를 엠보싱하고 이에 접착제를 도포하는 방법에 있어서,
    ⓐ 제 1 엠보싱 패턴이 상부에 배치되고, 상기 제 1 엠보싱 패턴과 상보적인 제 2 엠보싱 패턴이 상부에 배치된 제 2 엠보싱 롤과 맞물리며, 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖고 중합체를 포함하는 엠보싱 재료를 그 표면이 포함하는 제 1 엠보싱 롤을 공급하는 단계와,
    ⓑ 접착제를 상기 제 1 엠보싱 롤에 도포하는 단계와,
    ⓒ 상기 단계 ⓑ 후에, 시트 재료의 기재를 상기 제 1 엠보싱 롤과 접촉시켜, 상기 접착제가 상기 제 1 엠보싱 롤의 상기 제 1 엠보싱 패턴과 정합하여 상기 시트 재료의 기재 상에 접착제 패턴을 형성하는 단계와,
    ⓓ 상기 시트 재료의 기재를 상기 제 1 엠보싱 롤과 상기 제 2 엠보싱 롤 사이로 통과시켜 상기 제 1 엠보싱 롤과 상기 제 2 엠보싱 롤이 상기 기재를 상기 상보적인 엠보싱 패턴으로 엠보싱하여 골 및 랜드 영역의 패턴을 형성함으로써, 상기 접착제 패턴이 상기 랜드 영역들 사이의 상기 골 상에 있도록 하는 단계를 포함하는
    엠보싱 및 접착제 도포 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중합체는 실리콘, 실리콘 공중합체, 플루오르중합체, 불소화 공중합체, 우레탄-불소 공중합체, 폴리우레탄, 니트릴 고무, EP 고무, SBR, EPDM, 에폭시드, 실리콘-우레탄 공중합체, 폴리클로로프렌 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    엠보싱 및 접착제 도포 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 엠보싱되고 접착제 코팅된 기재.
  10. 고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 방법에 있어서,
    ⓐ 제 1 엠보싱 패턴이 상부에 배치되고, 상기 제 1 엠보싱 패턴과 상보적인 제 2 엠보싱 패턴이 상부에 배치된 제 2 엠보싱 롤과 맞물리며, 70을 초과하는 쇼어 A 경도 및 30dyne/㎝ 미만의 임계 표면 에너지를 갖고 중합체를 포함하는 재료를 그 표면이 포함하는 제 1 엠보싱 롤을 공급하는 단계와,
    ⓑ 상기 접착제를 상기 제 1 엠보싱 롤에 도포하는 단계와,
    ⓒ 시트 재료의 기재를 상기 제 1 및 제 2 엠보싱 롤 사이로 통과시켜 상기 기재를 엠보싱하여 골 및 랜드 영역의 패턴을 형성함과 동시에 상기 접착제를 상기 기재에 도포함으로써, 상기 접착제가 상기 랜드 영역들 사이의 상기 골 상에 접착제 패턴을 형성하는 단계를 포함하는
    고속 엠보싱 및 접착제 인쇄 방법.
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