KR20060012052A - 점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름 - Google Patents

점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름 Download PDF

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Abstract

수증기를 투과시키고 액체에 대해 차단재로서 작용하는 미소 다공성 필름 생성물이 고속 방법으로 제조된다. 이러한 미소 다공성 생성물은 약 500 내지 약 1200fpm의 속도로 제조된다. 열가소성 공중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌 약 35 내지 약 45중량%, 저밀도 폴리에틸렌 약 3 내지 약 10중량%, 탄산칼슘 충전재 입자 약 40 내지 약 55중량% 및 스티렌의 트리블록 공중합체 약 2 내지 약 6중량%를 함유하도록 용융 혼합한다.
미소 다공성 필름 생성물, 액체 차단재, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 탄산칼슘 충전재, 스티렌, 트리블록 공중합체.

Description

점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름{An incrementally stretched nonembossed film}
도 1은 본 발명의 미소 다공성 적층물을 제조하기 위한 인라인 압출 적층 및 점진적 신장기의 도식이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 본 단면으로서 맞물림 롤을 다이아그램 형태로 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 5에 대한 선속도를 도시한 그래프이다.
도 4는 엠보싱 처리한 필름과 평평한 미소 다공성 필름의 수증기 투과성을 도시한 그래프이다.
도 5는 수증기 투과율이 전구체 필름의 가열에 의해 조절될 수 있음을 도시한 그래프이다.
미소 다공성 필름 생성물의 제조방법은 종종 공지되어 왔다. 예를 들면, 류 (Liu)의 미국 특허 제3,832,267호에는, 신장 또는 배향 전에 분산된 무정형 공중합체 상을 함유하는 폴리올레핀 필름을 용융-엠보싱 처리하여 필름의 기체 및 수증기 투과율을 향상시키는 방법이 교시되어 있다. 류의 '267호 특허에 따르면, 분산된 무정형 폴리프로필렌 상을 갖는 결정성 폴리프로필렌 필름을 먼저 이축 연신(신장)시키기 전에 엠보싱 처리하여 투과율이 보다 큰 배향된 무공(無孔) 필름을 제조한다. 분산된 무정형 상은 수증기 투과율(moisture vapor transmission; MVT)을 향상시키기 위하여 다른 무공 필름의 투과율을 증진시키는 미소 공극을 제공하는 역할을 한다. 엠보싱 처리된 필름은 바람직하게는 엠보싱 처리하고 후속적으로 연신시킨다.
1976년에, 슈바르츠(Schwarz)는 미소 다공성 기판을 제조하기 위한 공중합체 블렌드 및 조성물을 언급하는 논문을 발표하였다[참조: Eckhard C. A. Schwartz(Biax-Fiberfilm), "New Fibrillated Film Structures, Manufacture and Uses", Pap. Synth. Conf. (TAPPI), 1976, pages 33-39]. 당해 논문에 따르면, 신장시 하나의 공중합체는 연속상을 형성하고 다른 공중합체는 불연속상을 형성하는, 2개 이상의 비혼화성 공중합체로 이루어진 필름은 상분리되어 공중합체 매트릭스 속에 공극을 형성시키고 필름의 다공성을 증가시킨다. 또한, 결정화 가능한 공중합체로 이루어진 연속상 필름 매트릭스는 무기 충전재(예: 점토, 이산화티탄, 탄산칼슘 등)로 충전되어 신장된 공중합체성 기판에 미소 다공성을 제공할 수 있다.
다수의 다른 특허 및 문헌에도 미소 다공성인 열가소성 필름 생성물의 제조시 나타나는 현상에 대해 기재되어 있다. 예를 들면, 유럽 특허 제141592호에는, 신장시 필름의 수증기 투과율을 향상시키는 공극을 갖는 필름을 생성하는 분산된 폴리스티렌 상을 함유하는 폴리올레핀, 특히 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 사용이 기재되어 있다. 또한, 상기 유럽 특허 '592호에는, 두꺼운 영역과 얇은 영역을 갖는 EVA 필름을 엠보싱 처리하고, 먼저 신장시켜 공극을 갖는 필름을 제조한 다음, 다시 신장시키는 경우, 망상형 제품이 생성되는 연속 단계가 기재되어 있다. 또한, 미국 특허 제4,452,845호 및 미국 특허 제4,596,738호에는, 분산된 상이 신장시 미소 공극을 제공하기 위하여 탄산칼슘으로 충전된 폴리에틸렌일 수 있는 신장된 열가소성 필름이 기재되어 있다. 또한, 미국 특허 제4,777,073호, 미국 특허 제4,814,124호 및 미국 특허 제4,921,653호에는, 먼저 충전재를 함유하는 폴리올레핀 필름을 엠보싱 처리하고, 이 필름을 신장시켜 미소 다공성 생성물을 제공하는 단계를 포함하는, 상기한 선행 특허 문헌들에 기재되어 있는 방법과 동일한 방법이 기재되어 있다.
미국 특허 제4,705,812호 및 미국 특허 제4,705,813호에 따르면, 미소 다공성 필름은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 평균 입자 직경이 0.1 내지 7μ인 무기 충전재로서의 황산바륨과의 블렌드로부터 제조된다. 또한, LLDPE 및 LDPE와 열가소성 고무[예: 크라톤(Kraton)]와의 블렌드를 개질시키는 방법은 공지되어 있다. 다른 특허, 예를 들면, 미국 특허 제4,582,871호에는, 다른 비혼화성 공중합체(예: 스티렌)를 함유하는 미소 다공성 필름의 제조시 열가소성 스티렌 블록 삼원 공중합체의 사용이 공지되어 있다. 미국 특허 제4,472,328호 및 미국 특허 제4,921,652호의 명세서 등의 당해 분야에서 일반적인 다른 교시가 기재되어 있다.
신장되지 않은 부직포 웹의 압출 적층에 대한 관련 특허에는 미국 특허 제2,714,571호, 미국 특허 제3,058,868호, 미국 특허 제4,522,203호, 미국 특허 제4,614,679호, 미국 특허 제4,692,368호, 미국 특허 제4,753,840호 및 미국 특허 제5,035,941호가 포함된다. 위의 '863호 특허와 '368호 특허에는, 압력 롤러 닙(pressure roller nip)에서 신장되지 않은 부직 섬유상 웹으로 적층시키기 전에 압출된 공중합체성 필름을 신장시키는 과정이 공지되어 있다. '203호 특허와 '941호 특허는 다중 공중합체성 필름을 압력 롤러 닙에서 신장되지 않은 부직포 웹과 동시압출시키는 과정에 관한 것이다. '840호 특허에는, 필름으로 압출 적층시키기 전에 부직포 공중합체성 섬유 재료를 예비 성형시켜 부직포 섬유와 필름 사이의 결합을 개선시키는 과정이 공지되어 있다. 보다 구체적으로, '840호 특허에는, 압출 적층시키기 전에 부직포 기재 플라이(ply)에 치밀화 영역과 비치밀화 영역을 형성하여, 치밀화된 섬유 영역에 의해 부직 섬유상 웹과 필름과의 결합을 개선시키는 통상의 엠보싱 기술이 기재되어 있다. 또한, '941호 특허에는 단일 플라이 공중합체 필름에 압출 적층된 신장되지 않은 부직포 웹은 일반적으로 섬유 기판의 면으로부터 수직으로 연장되는 섬유에 의해 핀 홀이 형성되기 쉽다고 교시되어 있고, 이에 따라 당해 특허에는, 다중 동시압출된 필름 플라이를 사용하여 핀 홀 문제를 방지하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 느슨한 부직포 섬유를 공중합체성 필름에 결합시키는 방법은 미국 특허 제3,622,422호, 미국 특허 제4,379,197호 및 미국 특허 제4,725,473호에 기재되어 있다.
또한, 맞물림 롤러(intermeshing roller)들을 사용하여 부직 섬유상 웹을 신장시켜 기본 중량을 감소시키는 방법이 공지되어 있으며, 이 분야에 대한 특허의 예로는 미국 특허 제4,153,664호 및 미국 특허 제4,517,714호가 있다. '664호 특허에는, 부직포 웹을 강화 및 연화시키기 위하여 한쌍의 맞물림 롤러(interdigitating roller)를 사용하여 부직 섬유상 웹을 횡 방향(CD)으로 또는 기계 방향(MD)으로 점진적으로 신장시키는 방법이 기재되어 있다. 또한, '664호 특허에는, 부직 섬유상 웹이 맞물림 롤러쌍을 사용하는 신장 전에 열가소성 필름에 적층되는 또다른 양태가 기재되어 있다.
액체는 투과시키지 않지만 수증기는 투과시키는 통기성 부직포 복합재 차단 직물을 제조하려는 노력이 있어 왔다. 미국 특허 제5,409,761호는 특허 분야에 공지된 제조방법의 한 예이다. 상기 '761호 특허에 따르면, 복합 부직포는 미소 다공성 열가소성 필름을 부직포 섬유상 열가소성 물질의 층에 초음파를 사용하여 결합시켜 제조한다. 부직포 및 열가소성 물질로 이루어지는 통기성 적층물을 제조하기 위한 이러한 방법 및 포함하는 경향이 있다.
액체 차단 특성을 가지면서 공기 및 수증기 투과성을 제공하기 위한 통기성 미소 다공성 필름 및 적층물을 제조하기 위한 당해 분야의 광범위한 개발에도 불구하고, 추가의 개선이 요구된다. 특히, 고속 제조기에서 미소 다공성 필름 생성물 및 적층물을 제조하기 위한 개선책이 요구된다. 바람직하지 못한 핀 홀 형성 및 연신 공명(draw resonance) 없이 미소 다공성 필름 생성물을 제조하는 것이 매우 바람직하다. 과거에는, 제조 속도를 증가시키기 위한 시도에 의해 필름이 파손되 거나 일관되지 않은 특성을 갖는 필름 생성물이 생성되었다.
본 발명은 미소 다공성 열가소성 필름의 고속 제조방법에 관한 것이다. 미소 다공성 필름은 공기 및 수증기는 투과시키지만, 액체는 차단한다. 또한, 부직포 기판을 갖는 미소 다공성 필름의 통기성 적층물이 본 발명의 방법에 따라 고속으로 제조된다.
본 발명의 고속 제조방법은,
선형 저밀도 폴리에틸렌(a) 약 35 내지 약 45중량%,
저밀도 폴리에틸렌(b) 약 3 내지 약 10중량%,
탄산칼슘 충전재 입자(c) 약 40 내지 약 55중량% 및
스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 스티렌의 트리블록 공중합체(d) 약 2 내지 약 6중량%를 포함하는 조성물의 용융 블렌딩법을 포함한다.
용융 블렌딩된 조성물은 바람직하게는 슬롯 다이(slot die)를 통하여 에어 나이프(air knife)를 사용하여 롤러 닙 속으로 압출시켜 연신 공명 없이 약 550 내지 약 1200fpm(2.794 내지 6.096m/s)의 속도로 필름을 형성한다. 약 750(3.81m/s) 내지 약 1,200fpm(6.096m/s)의 속도가 연신 공명 없이 성취되었다. 연신 공명을 제거하기 위한 에어 나이프의 사용은 참조로, 예를 들면, 미국 특허 제4,626,574호에 공지되어 있다. 이어서, 필름에 대하여 점진적으로 증가되는 신장력을 모든 라 인에 걸쳐 거의 균일하게 필름의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 그리고 필름의 깊이 방향으로 공급하여 미소 다공성 필름을 제공한다. 따라서, 본 발명은 게이지가 균일한 부직포 기판을 갖는 미소 다공성 필름 및 적층물의 고속 제조방법을 제공한다. 지금까지 필름 생성물에서 불규칙한 게이지 또는 두께를 유발했던 연신 공명의 문제점은, 심지어 약 750 내지 1200fpm(3.81 내지 6.096m/s)의 선속도가 달성되는 경우에도 방지된다.
유사한 성분 범위내에서 LLDPE와 LDPE와의 혼합물은 소정량의 탄산칼슘으로 잔량을 채우는 경우, 파손과 핀 홀 형성 없이 필름을 제조할 수 있다. 특히, LLDPE는 탄산칼슘 충전재 입자를 함유하기에 충분한 양의 매트릭스를 제공하기 위하여 약 35 내지 약 45중량%의 양으로 존재함으로써, 필름을 핀 홀 형성과 파손 없이 취급하고 신장시킬 수 있다. 또한, 약 3 내지 약 10중량%의 LDPE는 핀 홀 형성 없이 필름을 제조하는 데 기여하며, 연신 공명 없이 고속 제조를 가능하게 한다. 공중합체성 매트릭스는 평균 입자 직경이 바람직하게는 약 1㎛인 탄산칼슘 입자 약 40 내지 약 55중량%의 양으로 잔량을 채워 약 1000 내지 4000gms/㎡/일의 충분한 MVT를 성취한다. 또한, 용융 블렌딩된 조성물은 파손 없이 고속 제조시 신장을 촉진시키기 위하여 트리블록 공중합체가 약 2 내지 약 6중량%의 양으로 요구된다. 생성된 필름에 대해 점진적으로 증가되는 신장력을 주위 조건하에 또는 승온에서 약 550(2.794m/s) 내지 약 1200fpm(6.096m/s)의 속도로 인라인(inline) 방식으로 모든 라인에 걸쳐 거의 균일하게 필름의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 그리고 필름의 깊이 방향으로 공급하여 미소 다공성 필름을 제공한다.
또한, 본 발명의 방법은 미소 다공성 형성 가능한 열가소성 필름을 압출 도중에 부직 섬유상 웹으로 적층시키는 단계를 포함한다. 압출 적층은 부직 섬유상 웹이 미소 다공성 형성 가능한 열가소성 압출물을 따라 롤러의 닙 속으로 도입되는 경우에 동일한 고속으로 수행한다. 섬유상 웹과 압출물 사이의 압축력을 조절하여 필름에 대해 웹의 한면을 결합시켜 적층물을 형성시킨다. 이어서, 적층물을 모든 라인에 걸쳐 거의 균일하게 적층물의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 그리고 적층물의 깊이 방향으로 한쪽 방향으로 점진적으로 신장시켜 필름을 미소 다공성으로 만든다. 적층물은 횡 방향과 기계 방향으로 모두 신장시켜 수증기와 공기를 투과할 수 있는 통기성 천 형태(breathable cloth-like)의 액체 차단벽을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 이점, 유용성 및 목적은 다음의 상세한 설명을 참고하여 추가로 이해하게 될 것이다.
본 발명의 주요 목적은 고속 제조기에서 미소 다공성 필름 및 이와 부직 섬유상 웹과의 적층물을 제조하는 것이다. 본 방법의 또 다른 목적은 파손 없이 게이지가 규칙적이고 다공성이 균일한 미소 다공성 필름을 제조하는 것이다.
A. 방법을 위한 물질
위에서 전개한 바와 같이, 이들 및 다른 목적은
선형 저밀도 폴리에틸렌(a) 약 35 내지 약 45중량%,
저밀도 폴리에틸렌(b) 약 3 내지 약 10중량%,
탄산칼슘 충전재 입자(c) 약 40 내지 약 55중량% 및
스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 스티렌의 트리블록 공중합체(d) 약 2 내지 약 6중량%를 포함하는 조성물을 용융 블렌딩시키고,
용융 블렌딩된 조성물을 롤러 닙 속으로 압출시켜 연신 공명 없이 약 550 내지 약 1200fpm(2.794 내지 6.096m/s)의 속도로 필름을 형성하며,
상기 필름에 대하여 점진적으로 증가되는 신장력을 모든 라인에 걸쳐 거의 균일하게 필름의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 그리고 필름의 깊이 방향으로 공급하여 본 발명의 바람직한 형태로 성취된다.
보다 구체적으로, 바람직한 형태에 있어서, 용융 블렌딩된 조성물은 필수적으로 LLDPE 약 42중량%, LDPE 약 4중량%, 평균 입자 크기가 약 1μ인 탄산칼슘 충전재 입자 약 44중량% 및 트리블록 공중합체 약 3중량%와 필수적으로 스티렌-부타디엔-스티렌으로 이루어진다. 경우에 따라, 미소 다공성 필름 생성물의 강도 특성은 약 0 내지 5중량%의 고밀도 폴리에틸렌과 0 내지 4중량%의 이산화티탄을 포함시킴으로써 조절할 수 있다. 통상, 약 0.1 내지 약 0.2중량%의 가공 조제(예: 플루오로카본 공중합체)를 가하며, 1,1-디플루오로에틸렌과의 1-프로펜,1,1,2,3,3,3-헥사플루오로 공중합체를 예로 들 수 있다. 또한, 트리블록 공중합체는 오일, 탄화수소, 산화방지제 및 안정제와 블렌딩할 수 있다. 산화방지제는 총 500 내지 4000ppm인 테트라키스(메틸렌(3,5-디-3급 부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)) 메탄[상표명: 이르가녹스(Irganox) 1010] 및 트리스(2,4-디-3급 부틸페닐)포스파이트[상표명: 이르가포스(Irgafos) 168]가 포함된다.
엠보싱 처리된 필름 및 편평한 필름은 모두 본 발명의 원리에 따라 제조할 수 있다. 엠보싱 처리된 필름의 경우에, 롤러 닙은 금속 엠보싱 롤러와 고무 롤러를 포함한다. 금속 엠보싱 롤러와 고무 롤러 사이의 압축력은 약 0.5 내지 약 10mils(12.7 내지 254㎛)의 목적하는 두께의 엠보싱 처리된 필름을 형성한다. 또한, 연마된 크롬 표면이 제공된 롤러가 편평한 필름을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 필름이 엠보싱 처리된 필름이든지 편평한 필름이든지 간에, 고속으로 점진적으로 신장시, 약 1000 내지 4000gms/㎡/일의 허용 범위의 높은 수증기 투과율(MVTR)을 갖는 미소 다공성 필름 생성물이 제조된다. 편평한 필름은 엠보싱 처리된 필름보다 균일하게 점진적으로 신장될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 공정은 주위 온도 또는 실온에서 수행하거나, 승온에서 수행할 수 있다. 상기한 바와 같이, 미소 다공성 필름의 적층물은 부직 섬유상 웹에 의해 수득될 수 있다.
부직 섬유상 웹은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 레이욘, 셀룰로스, 나일론 및 이러한 섬유의 블렌드인 혼합물인 섬유를 포함할 수 있다. 부직 섬유상 웹에 대해 다수 정의가 제안되었다. 섬유는 일반적으로 스테이플 섬유 또는 연속 필라멘트이다. 부직포는 일반적으로 스펀 본딩, 카딩, 용융 취입된 것을 의미한다. 섬유 또는 필라멘트는 결합을 촉진시키기 위하여 이성분일 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 등의 상이한 공중합체의 시드 및 코어를 갖는 섬유가 사용되거나, PE 섬유와 PP 섬유와의 혼합물이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용한 바와 같이 "부직 섬유상 웹"은 이의 일반적인 의미로 비교적 편평하고 가요성이며 다공성인 일반적으로 평면형 구조를 정의하는 데 사용되며, 스테이플 섬유 또는 연속 필라멘트로 구성된다. 부직포에 대한 상세한 기술은 문헌[참조: "Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler" by E. A. Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 3d Edition (1992)]을 참조한다.
바람직한 형태에 있어서, 미소 다공성 적층물은 게이지 또는 두께가 약 0.25 내지 10mils(6.35 내지 254㎛)인 필름을 사용하며, 용도에 따라 필름 두께가 가변적이고, 가장 바람직하게는, 일회용 제품에서, 두께가 약 0.25 내지 2mils(6.35 내지 60.8㎛)이다. 적층된 시트로 이루어진 부직 섬유상 웹의 중량은 통상 약 5 내지 75gms/yd2(5.98 내지 89.70g/m2), 바람직하게는 약 20 내지 약 40gms/yd2(23.92 내지 47.84g/m2)이다. 복합재 또는 적층물은 횡 방향(CD)으로 점진적으로 신장시켜 CD 신장 복합재를 형성할 수 있다. 또한, CD 신장에 이어서 기계 방향(MD)으로 신장시켜 CD 및 MD 두 방향으로 신장된 복합재를 형성할 수 있다. 위에서 제시한 바와 같이, 미소 다공성 필름 또는 적층물은 수증기 및 공기 투과 특성과 유체 차단 특성이 요구되는 아기 기저귀, 아기의 용변 연습용 바지, 생리대 및 의복 등의 많은 상이한 용도에 사용될 수 있다.
B. 미소 다공성 필름 및 적층물의 신장기
다수의 상이한 신장기 및 기술을 필름 또는 부직 섬유상 웹과 미소 다공성 형성 가능한 필름의 적층물을 신장시키는 데 사용될 수 있다. 이들 스테이플 섬유의 부직 카딩된 섬유상 웹 또는 부직 스펀 본딩된 섬유상 웹의 적층물은 다음에 언급되는 신장기 및 기술에 의해 신장시킬 수 있다.
1. 대각선 맞물림 신장기(Diagonal Intermeshing Stretcher)
대각선 맞물림 신장기는 평행하게 위치하는 샤프트들 위에 배치된 한쌍의 좌측 나선 기어형 부재 및 우측 나선 기어형 부품으로 이루어진다. 샤프트들은 두개의 기기 측판(machine side plate) 사이에 위치하며, 하부 샤프트는 고정된 베어링에 위치하고, 상부 샤프트는 수직으로 슬라이딩 가능한 부품의 베어링에 위치한다. 슬라이딩 가능한 부품은 조절 나사에 의해 작동할 수 있는 웨지형 부품에 의해 수직 방향으로 조절될 수 있다. 웨지를 밖이나 안으로 조이는 것은 수직으로 슬라이딩 부품을 각각 아래 또는 위로 움직여 하부 맞물림 롤에 의해 상부 맞물림 롤의 기어형 날을 다시 맞물리게 하거나 맞물리지 않게 한다. 측면 프레임에 설치한 측미계는 맞물림 롤의 날의 맞물림 깊이를 나타내도록 작동한다.
에어 실린더를 사용하여 신장되는 물질에 의해 발휘되는 상부방향 힘에 대항하기 위해, 슬라이딩 부재의 하부 맞물림 위치에서 슬라이딩 부재를 조절 웨지에 대해 단단히 유지시킨다. 또한, 에어 실린더는 재료를 맞물림 장치 속으로 넣거나 작동시 모든 기계 닙 지점을 개방하는 안전 회로와 연결할 목적으로 상부 및 하부 맞물림 롤들이 서로 맞물리지 않도록 수축시킬 수 있다.
구동 장치는 통상 정지 맞물림 롤을 구동시키는데 사용된다. 상부 맞물림 롤이 재료를 맞물림 장치 속으로 넣거나 안전을 위하여 맞물리지 않게 한 경우에 이들을 다시 맞물리게 할 때는 하나의 맞물림 롤의 날들이 항상 다른 맞물림 롤의 날들 사이에 끼도록 하고, 잠재적 손상을 일으키는 맞물림 날들 사이의 물리적 접촉은 피하도록 보장하기 위하여 상부 맞물림 롤과 하부 맞물림 롤 사이에 역회전 방지 기어 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 맞물림 롤들이 지속적인 맞물림을 유지하는 경우, 상부 맞물림 롤은 통상 구동시킬 필요가 없다. 신장되는 물질을 통하여 구동되는 맞물림 롤에 의해 구동시킬 수 있다.
맞물림 롤은 미세한 피치 나선형 기어(pitch helical gear)와 아주 유사하다. 바람직한 양태에 있어서, 롤은 직경이 5.935"(15.075cm)이고, 나선각이 45°이며, 법선 피치(normal pitch)가 0.100"(0.254cm)이고, 직경 피치가 30이며, 압력각이 14 1/2°이고, 기본적으로 긴 날 끝이 솟아있는 기어이다. 이는 약 0.090"(0.2286cm) 이하인 맞물림 재료 두께를 고려한 날들 측면상의 약 0.005"(0.0127cm)의 틈새를 허용하는 좁고 깊은 날 프로필을 생성한다. 날은 회전 토크를 전달하도록 고안되지 않으며, 통상의 맞물림 신장 조작시 금속 대 금속 접촉이 일어나지 않는다.
2. 횡 방향 맞물림 신장기
CD 맞물림 신장 장치는 대각선 맞물림 신장기와 동일하나, 맞물림 롤 및 다음에 제시되는 다른 소수 영역의 디자인이 상이하다. CD 맞물림 부품은 큰 나사 깊이를 가질 수 있으므로, 장치는 상부 샤프트가 상승 또는 하강되는 경우에, 두 개의 맞물림 롤의 샤프트가 유지되도록 하는 장치를 포함하는 것이 중요하다. 이는 하나의 맞물림 롤의 날들이 항상 다른 맞물림 롤의 날들 사이에 끼도록 하고, 잠재적 손상을 일으키는 맞물림 날들 사이의 물리적 접촉은 피하도록 보장할 필요가 있다. 이러한 평행 운동은 랙(rack) 및 기어 장치에 의해 보장하며, 이때 고정 기어 랙은 수직으로 슬라이딩하는 부품에 병렬로 각 측면 프레임에 결합시킨다. 샤프트는 측면 프레임을 가로지르고, 수직으로 슬라이딩하는 각각의 부재의 베어링으로 작동한다. 기어는 이 샤프트의 각 말단에 위치하며, 원하는 평행 운동을 생성하도록 랙과 맞물린 상태로 작동한다.
CD 맞물림 신장기의 구동은 상부 및 하부 맞물림 롤을 모두 작동시켜야 하나, 비교적 높은 마찰 계수를 갖는 물질의 맞물림 신장인 경우는 예외이다. 그러나, 구동은 역회전을 방지할 필요가 없는데, 이는 다소의 기계 방향 설치 불량 또는 구동 손실이 문제를 유발하지 않기 때문이다. 이러한 이유는 CD 맞물림 부품에 대한 기술로 명백해진다.
CD 맞물림 부품은 고체 물질로부터 기계 가공되지만, 두개의 직경이 상이한 디스크의 교호 스택(stack)으로서 가장 잘 설명될 수 있다. 바람직한 양태에 있어서, 맞물림 디스크는 직경이 6"(15.24cm)이고, 두께가 0.031"(0.0787cm)이며, 이들의 웨지에서 완전한 반경을 갖는다. 맞물림 디스크를 분리하는 스페이서 디스크는 직경이 5 1/2"(13.97cm)이고, 두께가 0.069"(0.1753cm)이다. 이러한 배열의 두 롤은 0.231"(0.587cm)까지 맞물릴 수 있고, 모든 면에서 물질에 대한 틈새는 0.019"(0.048cm)이다. 대각선 맞물림 신장기에 있어서, 이러한 CD 맞물림 부품 배 열의 피치는 0.100"(0.254cm)이다.
3. 기계 방향 맞물림 신장기
MD 맞물림 신장 장치는 대각선 맞물림 신장기와 동일하나, 맞물림 롤의 디자인은 예외이다. MD 맞물림 롤은 미세한 피치 스퍼어 기어(pitch spur gear)와 아주 유사하다. 바람직한 양태에 있어서, 롤은 직경이 5.933"(15.075cm)이고, 피치는 0.100"(0.254cm)이며, 직경 피치는 30이고, 압력각은 14 1/2°이고, 기본적으로 긴 날 끝이 솟아있는 기어이다. 기어 호브 오프셋(gear hob offset)이 0.010"(0.0254cm)인 이들 롤에 대해 제2 패스를 제공하여 틈이 보다 큰 좁은 날을 제공한다. 약 0.090"(0.2286cm)의 맞물림을 사용하면, 이러한 배열은 물질 두께에 대한 측면에서 약 0.010"(0.0254cm)의 틈을 갖게 된다.
4. 점진적 신장 기술(Incremental Stretching Technique)
상기한 대각선 맞물림 신장기, CD 맞물림 신장기 또는 MD 맞물림 신장기는 본 발명의 미소 다공성 필름 생성물을 형성하도록 점진적으로 신장되는 필름 또는 부직 섬유상 웹과 미소 다공성 형성 가능한 필름과의 적층물을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 스테이플 섬유 또는 스펀 본딩된 필라멘트의 부직 섬유상 웹과 미소 다공성 형성 가능한 열가소성 필름과의 압출 적층물에 대해 신장시킬 수 있다. 본 발명의 한 독특한 측면에 있어서, 스펀 본딩된 필라멘트의 부직 섬유상 웹의 적층물은 점진적으로 신장시켜 천처럼 보이는 적층물에 매우 부드러운 섬유상 가공을 제공할 수 있다. 부직 섬유상 웹 및 미소 다공성 형성 가능한 필름의 적층물은, 예를 들면, CD 및/또는 MD 맞물림 신장기를 사용하여 점진적으로 신장시키며, 롤러 맞물림 깊이가 약 0.060 내지 0.120inch(0.1524 내지 0.3048cm)이고, 속도가 약 550 내지 1200fpm(2.794 내지 6.096m/s)인 고속 신장기를 통하여 일회 통과시킨다. 이러한 점진적 또는 맞물림 신장의 결과로 우수한 통기성 및 액체 차단성을 갖는 적층물이 제공되며, 게다가 우수한 접합 강도 및 부드러운 천 형태의 직물도 제공된다.
다음 실시예는 본 발명의 미소 다공성 필름 및 적층물의 제조방법을 언급한다. 이들 실시예 및 추가의 상세한 설명으로서, 당해 분야의 통상의 숙련가에게는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 이의 변화가 수행될 수 있음이 명백하다.
본 발명은 도면을 참조로 추가로 이해된다.
실시예 1 내지 실시예 5
다음 표 1에 기재되어 있는 조성을 갖는 LLDPE와 LDPE와의 블렌드를 압출시켜 필름을 형성시키고, 필름을 점진적으로 신장시켜 미소 다공성 필름을 제조한다.
제형(중량 기준) 1 2 3 4 5
CaCO3 44.2 44.2 44.2 44.2 44.2
LLDPE 44.1 44.9 41.9 41.9 41.9
LDPE 1.5 3.7 3.7 3.7 3.7
기타* 10.2 10.2 10.2 10.2 10.2
나사(screw) RPM A 33 45 57 64 75
B 33 45 57 64 75
기본 중량(gms/m2) 45 45 45 45 45
게이지(mils) [x 25.4(㎛)] 2 2 2 2 2
선속도(fpm) [x 0.00508(m/s)] 550 700 900 1000 1200
에어 나이프(cfm/inch) 5 내지 25 5 내지 25 5 내지 25 5 내지 25 5 내지 25
웹 안정성 연신 공명이 있는 불량한 게이지 조절 연신 공명이 없는 양호한 웹 안정성
* 다른 성분은 2.5중량%의 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 트리블록 공중합체인 쉘 크라톤(Shell Kraton) 2122X(50중량% 미만의 SBS + 30중량% 미만의 광유, 15중량% 미만인 EVA 공중합체, 10중량% 미만의 폴리스티렌, 10중량% 미만의 탄화수소 수지, 1중량% 미만의 산화방지제/안정제 및 1중량% 미만의 수화 무정형 실리카)를 포함한다.
실시예 1 내지 실시예 5의 각각의 제형은 도 1에 도식적으로 제시된 압출 장치를 사용하여 필름으로 압출시킨다. 제시한 바와 같이, 장치는 적층의 존재 및 부재하에 필름 압출을 위하여 사용될 수 있다. 필름 압출의 경우, 실시예 1 내지 실시예 5의 조성물은 다이(2)를 통하여 압출기(1)로부터 공급하여 에어 나이프(3)에 의해 고무 롤(5) 및 금속 롤(4)의 닙 속에서 압출물(6)을 형성한다. 압출 적층이 수행되는 경우, 롤러(13)로부터 섬유상 물질의 도입 웹(9)은 또한 고무 롤(5) 및 금속 롤(4)의 닙 속으로 도입된다. 실시예 1 내지 실시예 5에서, 열가소성 필름은 미소 다공성 필름을 형성하기 위하여 후속으로 점진적 신장을 위해 제조한다. 표 1에 제시한 바와 같이, 약 550 내지 1200fpm(2.794 내지 6.096m/s)의 속도에 대해, 두께가 약 2mils(50.8㎛)인 폴리에틸렌 필름(6)이 제조되며, 이는 롤러(7)에서 제거된다. 에어 나이프(3)는 길이가 약 120"(304.8cm)이고, 개구부는 약 0.035 내지 0.060"(0.089 내지 0.152cm)이며, 공기는 개구를 통해, 압출물(6)에 대해 약 5 내지 25cfm/inch로 취입된다. 닙과 공기 나이프의 압축력은 필름이 실시예 2 내지 5의 경우에 연신 공명 없이 핀 홀 형성 없이 제조되도록 조절한다. LDPE가 조성물에 1.5중량%의 수준으로 포함되는 경우, 연신 공명은 550fpm(2.794m/s)의 선속도로 놓인다. 그러나, LDPE가 제형에 3.7중량%이고, LLDPE가 44.1 내지 44.9중량%의 수준으로 포함되는 경우, 필름 제조는 연신 공명 없이 550 내지 1200fpm(2.794 내지 6.096m/s) 이상의 고속으로 성취될 수 있다. 공급 영역으로부터 압출기(A) 및 (B)의 나사 팁까지의 용융 온도는 약 400 내지 430℉(204.4 내지 221.1℃)에서 유지되며, 다이 온도는 대략 450℉(232.2)에서 유지되어 약 2mils(50.8㎛)(45gms/㎡)인 전구체 필름을 압출한다.
도 3은 실시예 1 내지 5에 대한 선속도를 나타내는 그래프이다. 단지 1.5중량%의 LDPE만을 함유하는 실시예 1은 에어 나이프(3)를 사용하여도 연신 공명이 있는 불량한 필름 게이지 조절을 유발한다. 그러나, LDPE가 약 3.7중량%로 증가되면, 선속도가 약 1200fpm(6.096m/s)으로 증가되더라도 우수한 웹 안정성이 연신 공명 없이 성취된다. 이는 도 3에 다이아그램으로 제시되어 있다.
도 4는 상이한 온도 및 신장 롤러 나사 조건하에 실시예 2 내지 실시예 5의 전구체 필름을 점진적으로 신장시켜 생성되는 엠보싱 필름 및 편평한 필름의 수증기 투과 특성을 나타내는 그래프이다. 도 1에 도식적으로 제시한 바와 같이, 주위 온도에서 도입 필름(12)을 CD 및 MD 점진적 신장 롤러(10 및 11과, 10' 및 11') 앞의 온도 조절된 롤러(20) 및 (21)를 통하여 통과시키는 경우, 맞물림 온도 및 깊이가 조절될 수 있다. 도 4에 제시된 바와 같이, 평평한 필름의 수증기 투과율(MVTR)이 엠보싱 필름의 수증기 투과율(MVTR)을 현저하게 초과한다. 간략히, 약 1200 내지 1400gms/㎡/일에서 엠보싱 필름에 대한 MVTR이 성취되는 반면에, 약 1900 내지 3200gms/㎡/일에서 편평한 필름에 대한 MVTR이 성취된다. 예상 외로, 도 5에도 제시하는 바와 같이, 미소 다공성 필름의 MVTR은 신장 도중 웹 온도에 의해서도 조절할 수 있다. 도 5는 CD 신장 전에 상이한 온도로 가열하는 경우, 필름이 상이한 MVTR을 유발할 수 있음을 나타낸다. 도 5에 보고된 데이터는 롤러(21)의 온도가 주위 온도로 유지되는 경우, CD 롤러 맞물림 깊이가 0.065"(0.1651cm)이고 MD 롤러 맞물림 깊이가 0.040"(0.1016cm)이다. 엠보싱 필름은 약 165 내지 300line/inch(64.96 내지 118.11lines/cm)의 CD 라인과 MD 라인에 의해 형성된 직사각형 조각부(engraving)를 갖는 금속 엠보싱 롤러를 사용하여 제조한다. 이러한 패턴은, 예를 들면, 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제4,376,147호에 기재되어 있다. 이러한 마이크로 패턴은 필름에 대해 매트한 가공을 제공하지만, 육안으로 감지할 수 없다.
본 발명에 의해, 수증기를 투과시키고 액체에 대해 차단재로서 작용하는 미 소 다공성 필름 생성물이 고속 방법으로 제조된다.

Claims (2)

  1. 입자들로 이루어진 분산 상을 함유하는 열가소성 중합체 필름을 포함하고 수증기 투과율(MVTR)이 높으며 점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름으로서, ASTM E 96E에 따르는 수증기 투과율(MVTR)이 1900g/m2/일을 초과하는 필름에서 미소다공성을 제공하기 위해 필름에서 점진적으로 신장될 영역의 두께가 0.25 내지 10mils인, 점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름.
  2. 제1항에 있어서, 두께가 0.25 내지 2mils인, 점진적으로 신장되는 엠보싱 미처리 필름.
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