KR20110055537A - 구역을 갖는 탄성 적층체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 네킹 결합된 적층체와, 네킹 결합된 탄성 적층체를 형성하기 위한 방법을 포함하고, 적층체는 제1 탄성 영역 및 제2 탄성 영역을 포함한다. 적층체를 형성하기 위한 예시적인 방법은, 네킹된 물질을 제공하고, 네킹된 물질을 탄성 시트로 오버레잉하는 단계를 포함한다. 네킹된 물질 및 탄성 시트는 2 개의 롤러 사이의 간극을 통과하고, 롤러는 제1 탄성 영역 및 제2 탄성 영역을 형성하도록 구성되고, 제2 탄성 영역은 제1 탄성 영역보다 더 높은 강도를 갖는다.

Description

구역을 갖는 탄성 적층체 및 그의 제조 방법{ZONED ELASTIC LAMINATE AND METHOD TO MANUFACTURE SAME}
본 발명은 일반적으로 탄성 물질 등의 분야, 보다 구체적으로는 강도를 다르게한 탄성 영역을 갖는 엘라스토머성 물질에 관한 것이다.
엘라스토머성 물질은 의복 또는 제품의 맞춤성 또는 기능을 개선하기 위해 다양한 용도로 사용되어 왔다. 예를 들어, 엘라스토머성 물질은 기저귀, 여성 위생 제품, 성인 위생 제품, 보건 위생 의복, 산업용 보호 의복에 사용되어 왔다. 많은 용도에서, 탄성 물질은 이들 의복 및 제품에 사용하기 위한 적층된 구조를 형성하도록 하나 이상의 다른 층들에 결합된다.
이러한 제품에 사용하기에 적절한 탄성 복합재는 필름, 발포체, 부직 웹 또는 평행 스트랜드의 형태로 탄성 중합체층을 하나 이상의 부직 페이싱층에 결합시킴으로써 형성되어 왔다. 특히 적절한 탄성 복합재는 "네킹 결합된 적층체(neck-bonded laminate)"("NBL")이다. 이러한 유형의 탄성 복합재에서, 탄성층은 이완된 상태로 하나 또는 두 개의 "네킹된" 페이싱층에 결합된다. 페이싱층(들)은 연장부에 수직하는 방향으로 치수를 감소시키도록 연장 또는 "네킹"된다. "네킹된" 물질 또는 웹은 예를 들어 인발(drawing)과 같은 방법에 의해 적어도 하나의 치수가 수축된 물질 또는 웹을 지칭한다. 네킹 결합된 적층체는 횡방향 신장성 및 회복성을 가질 수 있다. 네킹 결합된 적층체는, 예를 들어 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제5,853,881호(Estey 등), 미국 특허 제4,965,122호(Morman), 미국 특허 제6,001,460호(Morman 등), 및 미국 특허 제5,789,065호(Haffner 등)에 기술되어 있다.
이러한 의복 또는 제품의 구성에서는, 주로 고탄성 구성요소가 저탄성 또는 탄성이 없는 더 강한 구성요소에 부착된다. 고탄성 구성요소와 저탄성인 더 강한 구성요소의 부착은 흔히 중요하고 복잡하다. 따라서, 경계부를 없앰으로써 유의한 제품 간략화 및 개선의 좋은 기회를 제공하는, 고탄성 영역과 저탄성인 더 강한 영역을 갖는 연속 물질의 제조에 대한 요구가 있다.
본 발명은 탄성 물질과, 제품으로의 적층체의 개선된 가공성을 위해 고탄성 영역과 우수한 강도를 갖는 영역을 형성하는 방법을 제공함으로써 이러한 요구에 대응한다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적 및 이점은 이하의 설명에 부분적으로 기재될 것이고 또는 설명으로부터 명백할 수 있고, 또는 본 발명의 실시를 통해 알 수 있다. 본 발명은 적어도 하나의 네킹된 물질을 제공하는 단계를 포함하는, 네킹 결합된 적층체의 형성 방법에 관한 것이다. 선택된 실시양태에서, 네킹가능한 비연신성 물질이 제공될 수 있고, 장력이 물질을 네킹시키도록 비연신성 물질에 인가될 수 있다. 탄성 시트가 제공되어 네킹된 물질 위에 오버레잉된다. 탄성 시트 및 네킹된 물질은 두 개의 롤러들 사이에 형성된 간극을 통과한다. 간극은 제1 간극 섹션과, 제1 간극 섹션보다 더 좁은 간극을 갖는 적어도 하나의 제2 간극 섹션을 포함할 수 있다. 제1 간극 섹션은 롤러의 표면으로 함몰될 수 있다. 선택된 실시양태에서, 함몰부는 롤러의 원주 둘레로 연장될 수 있다. 일부 실시양태에서, 롤러들 중 적어도 하나는 제2 간극 섹션을 형성하도록 롤러의 표면으로부터 연장되는 돌출부를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 돌출부는 롤러의 주연 둘레로 연속적으로 연장될 수 있다.
적층체는 네킹된 물질과 탄성 시트를 간극에 통과시킴으로써 형성된다. 적층체는 적어도 하나의 제1 탄성 영역과 적어도 하나의 제2 탄성 영역을 포함한다. 두 탄성 영역은 실질적으로 동일한 기초 중량을 갖는다. 제1 탄성 영역은 제1 간극 섹션에, 즉 더 큰 갭을 갖는 간극의 영역에 형성된다. 이것은 일부 실시양태에서는 돌출부가 없는 간극의 영역에 있을 것이다. 제2 탄성 영역은 제2 간극 섹션에, 즉 더 좁은 갭을 갖는 간극의 영역에 형성된다.
제1 탄성 영역 및 제2 탄성 영역은, 제2 탄성 영역을 연장시키는데 필요한 하중이 제1 탄성 영역을 원래 길이의 약 10% 내지 약 90%의 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중보다 약 30% 이상 크다는 점에서 구분된다. 즉, 제2 탄성 영역을 원래 길이의 약 10% 내지 약 90%의 특정한 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중이 동일한 신장률까지 제1 탄성 영역을 연장시키는데 필요한 하중보다 적어도 약 30% 크다. 또한, 제2 탄성 영역의 피크 하중(peak load)은 제1 탄성 영역의 피크 하중보다 10% 이상 크다.
본 발명의 태양은 도면에 도시된 실시양태를 참조하여 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시양태에 유용한 결합 롤의 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시양태에 따라 형성될 수 있는 물질의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시양태에 따라 형성될 수 있는 다른 물질의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시양태의 제1 탄성 영역의 현미경 단면 사진이다.
도 6은 도 5에 도시된 실시양태의 제1 탄성 영역의 추가의 현미경 단면 사진이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 실시양태의 제1 탄성 영역과 제2 탄성 영역 사이의 전이 구역의 현미경 단면 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시양태의 고탄성 영역의 현미경 단면 사진이다.
도 9는 예시적인 제1 탄성 영역 및 예시적인 제2 탄성 영역의 이력 곡선을 도시하는 차트이다.
본 발명은 이제 특정 실시양태를 참조로 상세히 설명될 것이다. 실시양태는 본 발명의 설명을 위해 제공된 것이고, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 하나의 실시양태의 일부로서 설명 또는 예시된 특징부는 추가의 실시양태를 얻기 위해 다른 실시양태와 사용될 수 있다. 본 발명은 이들 및 다른 변형 및 수정을 본 발명의 범위 및 사상 내에 포함하도록 의도된다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 적층체(32)를 형성하기 위한 방법(10)이 도시된다. 도시된 방법은 특정 양태에 있어서 미국 특허 제5,226,992호에 설명된 탄성 네킹 결합된 적층체의 제조 방법에 관련되고, 미국 특허 제5,226,992호는 모든 목적을 위해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 네킹가능한 일반적으로 비연신성인 물질(12)은 공급 롤(16)로부터 풀리고 화살표로 도시된 방향으로 이동한다.
"비연신성"은 편향력의 인가시 파열없이 물질의 이완된 길이의 25% 신장되거나 연장되지 않는 물질을 지칭한다. 엘라스토머성 물질은 "비연신성"인 것으로 간주되지 않는다. "엘라스토머성" 및 "탄성"이라는 용어는 이완된 길이의 적어도 25% 신장될 수 있고 인가된 힘의 해제시 신장률의 적어도 10%를 회복하는 물질 또는 복합재를 지칭한다. 엘라스토머성 물질 또는 복합재는 대체로 이완된 길이의 적어도 35%, 그리고 보다 바람직하게는 적어도 50% 신장될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 엘라스토머성 물질 또는 복합재는 대체로 신장률의 적어도 약 25%, 그리고 보다 바람직하게는 신장률의 적어도 약 50%를 회복할 수 있는 것이 바람직하다.
많은 부직웹이 비연신성 물질로서 사용하기에 적합하다. "부직웹"이라는 용어는, 인터레잉되었지만 식별가능하고 반복적인 방식으로는 인터레잉되지 않은 개별 섬유 또는 쓰레드의 구조를 갖는 웹을 지칭한다. 예를 들어, 부직웹은 멜트 블로잉, 스펀본딩 및 본디드 카디드 웹 방법을 포함하는 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 멜트블로운 웹은 연장가능하지만 회복성을 갖지 않을 수 있고, 따라서 연신성이지만 비탄성인 물질일 수 있다. 본 발명의 네킹가능한 비연신성 물질로서 사용하기에 적절한 추가의 웹은 이하에 상세히 설명된다.
물질(12)은 "역 S자" 경로의 롤러들(B, C)에 의해 형성된 구동 롤러 배열체(17)의 간극(A)을 통과한다. 유사하게, 추가의 네킹가능한 일반적으로 비연신성인 물질(14)은 필요에 따라 공급 롤(18)로부터 풀려 화살표로 도시된 방향으로 이동할 수 있다. 물질(14)은 "S자" 경로로 롤러들(E, F)에 의해 형성된 구동 롤러 배열체(19)의 간극(D)을 통과한다. 물질들(12, 14)의 각각은 기계 방향으로 연장되는 2 개의 종방향 연부들을 포함한다. "기계 방향"은 제조되거나 전환되는 방향으로의 물질의 길이를 지칭하고, 이에 반해 "횡 방향" 또는 "횡 기계 방향"은 기계 방향에 대해 대체로 수직인 방향으로의 물질의 폭을 지칭한다.
물질(12, 14)은, 물질(12, 14)이 엘라스토머성 시트(28)에 부착되는 롤러들(20, 22)에 의해 형성된 간극(24)을 통과하기 전에 네킹된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 물질(12)은 공급 롤(16)의 주연 선형 속도를 롤러(B, C)의 주연 선형 속도 미만이도록 제어함으로써 공급 롤(16)과 롤러들(B, C) 사이에서 네킹될 수 있다. 따라서, 물질(12)은 기계 방향으로 장력을 받고 공급 롤과 S형 롤 배열체 사이에서 횡 방향으로 네킹된다.
별법으로, 롤러(B, C)의 주연 선형 속도는 결합 롤러 배열체의 롤러(20, 22)의 주연 선형 속도 미만이도록 제어되어, 물질(12)이 기계 방향으로 장력을 받고 롤러들(B, C)과 롤러들(20, 22) 사이에서 횡 방향으로 네킹되게 한다. 유사하게, 물질(14)은 롤러들(E, F)과 롤러들(20, 22) 사이에서 네킹될 수 있다. 롤러의 속도의 차이를 조정함으로써 물질(12, 14)은 장력을 받아, 적층체(32)를 형성하도록 결합 롤러(20, 22)를 통과하는 동안, 엘라스토머성 시트(28)가 물질(12, 14)에 부착된 채로 물질이 목적하는 양으로 네킹되고 네킹 상태를 유지할 수 있다.
네킹은 S형 롤러들과 결합 롤러들(20, 22) 사이, 또는 공급 롤들과 S형 롤러들 사이에 위치된 오븐 또는 다른 적절한 가열 장치(도시되지 않음)를 통해 부직층들(12, 14) 중 하나 또는 양자 모두를 통과시킴으로써 도움을 받을 수 있다. 결합 롤러들 중 하나 또는 양자 모두는 가열될 수 있고, 이들 두 개의 롤러들 사이의 압력은 공지된 수단에 의해 조정될 수 있다.
필요에 따라, 물질(12 또는 14)은 공급 롤로부터 직접 네킹된 물질로서 공급될 수 있다.
폴리프로필렌 스펀본드 웹은 물질(12, 14)로서 사용하기에 특히 적절하다. 폴리프로필렌 스펀본드 웹을 위한 적절한 네킹 온도는 약 220 내지 280℉(105 내지 138℃)의 범위일 수 있다. 각각의 물질(12, 14)은 초기 폭의 약 25 내지 80%, 보다 바람직하게는 초기 폭의 약 30 내지 70%까지 네킹될 수 있다.
도 1에 도시된 방법(10)의 실시양태에서는, 탄성 중합체 혼합물이 장치(26)에서 가열 및 블렌딩되고, 네킹된 물질들(12, 14) 사이에서 탄성 필름 시트(28)의 형태로 슬롯 다이를 통해 압출되지만, 단일의 네킹된 물질이 또한 사용될 수 있다. 탄성 시트(28)는 간극(24)을 통과하기 전에 완전히 고형화되지 않고 압력 하에서 여전히 유동할 수도 있다. "중합체"라는 용어는 일반적으로 단일중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원 공중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 달리 구체적으로 제한되지 않으면, "중합체"라는 용어는 분자의 모든 가능한 기하학적 구성을 포함할 것이다. 이들 구성은 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
생성된 네킹 결합된 적층체(32)는 횡 방향으로 탄성 신장성 및 회복성을 갖는다. 횡 방향으로 적층체(32)를 신장시키는 것은 부직층(12, 14)이 네킹 해제되게 하고, 신장된 적층체의 이완은 부직층이 다시 네킹되게 한다.
소정의 실시양태에서, 엘라스토머성 시트(28)는 별법으로는 공급 롤(도시되지 않음)로부터 풀릴 수 있다. 이러한 실시양태에서, 시트(28)는 간극(24)으로 진입하게 전에 압력 하에서 시트(28)를 유동시키기 충분하게 가열될 수 있다. 필요에 따라, 가열된 롤러가 또한 이용될 수 있다. 탄성 물질은 물질(12, 14)의 네킹된 후의 폭 미만인 폭을 가질 수 있다. 또한, 엘라스토머성 시트(28)는 상이한 물질의 복합재일 수 있다. 적절한 엘라스토머성 물질의 특정 실시양태가 이하에 상세히 설명된다.
하나의 네킹된 물질이 채용되면, 탄성 시트(28)의 하나의 면에 결합된다. 적어도 2 개의 네킹된 물질이 채용되면, 처음의 두 개의 물질이 탄성 시트의 각각의 면에 결합되고 탄성 시트는 네킹된 물질들 사이에 배치된다.
정해진 물질의 조합에 대해서는, 만족스러운 결합을 달성하는데 필요한 나머지 가공 조건은 본 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
네킹가능한 물질의 원래 치수와 장력을 받은 후의 치수 사이의 관계는 적층체(32)의 신장의 대략의 한계를 결정한다. 예를 들어, 적층체(32)의 일 부분이 예를 들어 10㎝의 폭을 가지면, 이러한 물질은 폭의 150%까지(즉, 15㎝까지) 신장가능하므로 따라서 하부 물질(12, 14)의 원래 폭은 적어도 15㎝인 것이 바람직하다. 쉽게 이해되는 바와 같이, 시트(28)의 탄성 한계는 물질(12, 14)의 목적하는 최대 탄성 한계만큼만 크면 된다. 즉, 탄성 시트는 네킹된 물질을 네킹되지 않은 상태로 다시 팽창시키도록 구성될 수 있다.
결합 롤들(20 또는 22) 중 하나 이상은 제1 간극 섹션 및 제2 간극 섹션을 갖는 간극을 형성하도록 형성될 수 있다. 제1 간극 섹션은 제1 간극 섹션에 의해 형성된 갭이 제2 간극 섹션에 의해 형성된 갭보다 크도록 롤러의 표면에 함몰부를 형성함으로써 생성될 수 있다. 결합 롤의 선택된 구성은 도 2에 도시된 돌출부(34, 36)와 같이 상승된 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부(34, 36)는 결합 롤들(20, 22) 사이에 간극이 감소된 영역을 생성한다. 결합 롤들(20, 22) 사이의 이러한 거리 변화는, 탄성 시트(28) 및 네킹된 물질(12, 14)이 상기의 간극(24)을 통과하여 서로 부착됨에 따라 적층체(32)에 차등 결합의 영역을 생성한다. "부착된" 및 "결합된"은 두 요소를 결합, 접착, 연결, 및 부착 또는 결합시키기 위한 임의의 다른 방법을 지칭한다. 롤러 대형 및 구성의 다른 방법이 사용되어 다른 갭 치수를 갖는 적어도 두 개의 영역을 갖는 간극을 생성할 수 있다.
차등 결합의 영역은 적어도 2 개의 구별된 영역을 갖는 적층체를 만든다. 이들 영역은 다양한 탄성, 강도 및 두께를 특징으로 할 수 있다. 이들 차등 결합의 영역은 더 높은 탄성을 갖는 제1 탄성 영역(도 8), 상대적으로 작은 전이 영역(도 7) 및 더 높은 강도를 갖는 제2 탄성 영역(도 5 및 도 6)을 포함할 수 있다.
제1 탄성 영역(46)은, 예를 들어 돌출부(34, 36)가 롤 상에 존재하지 않는 경우 또는 함몰부가 롤들 중 적어도 하나에 형성된 경우와 같이 더 큰 갭을 갖는 영역의 결합 롤(20, 22)의 제1 간극 섹션에 의해 형성될 수 있다. 적층체(32)의 제1 탄성 영역(46)은 제2 탄성 영역보다 더 높은 탄성을 갖고 횡단면이 더 두꺼운 적층체를 형성하도록 결합된다.
제2 탄성 영역(38)은, 예를 들어 돌출부(34, 36)가 배치되는 경우 또는 함몰부가 롤에 형성되지 않은 경우 더 좁은 갭을 갖는 간극의 영역에 형성된다. 제2 탄성 영역(38)은 제1 탄성 영역보다 더 높은 강도 특성을 갖고 제1 탄성 영역보다 횡단면이 더 얇다(도 7).
도 5 및 도 6에 도시된 제2 탄성 영역(38)에서, 부직층의 섬유는 필름층에 매립되었다. 선택된 실시양태에 있어서, 섬유의 적어도 약 10%는 제2 탄성 영역의 필름층에 매립될 수 있다. 다른 실시양태에서, 필름층에 매립될 수 있는 섬유의 비율은 약 20% 내지 약 90%, 또는 보다 바람직하게는 약 30% 내지 80%의 범위일 수 있다. 보다 바람직한 실시양태는 약 40% 내지 약 70% 범위로 필름층에 매립된 섬유 비율을 포함할 수 있다.
필름층에 매립된 섬유의 비율은, (도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이) 제2 탄성 영역을 가로로 절단하고, 적절한 현미경 사진에서 (섬유가 가로로 절단됐는지 여부와 상관없이) 보이는 직경의 적어도 1/3인 섬유의 개수를 카운팅함으로써 결정될 수 있다. 필름층과 접촉하는 가시적인 원주의 적어도 1/3인 섬유의 개수를 그 후 시각적 검사에 의해 카운팅한다. 이어서, 필름층에 매립된 섬유의 비율은 필름층에 매립된 가시적인 영역의 적어도 1/3인 섬유의 개수를, 단면도에서 가시적인 섬유의 개수로 나눔으로써 계산된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 결합 롤들(20, 22) 사이의 간극 또는 거리는 상승된 영역(34, 36)이 횡 기계 방향으로 탄성을 보유하는 결합된 제2 탄성 영역(38, 38a, 40 및 40a)을 생성하도록 선택될 수 있다. 이들 제2 탄성 영역(38, 40)은 제1 탄성 영역보다 적층체(32)를 전환하기 위한 더 높은 인장강도 및 안정성을 가진다.
도 3을 참조하면, 적층체(32)는 기계 방향을 따라 연장되는 2 개의 제2 탄성 영역(38, 40)을 포함한다. 제2 탄성 영역(38)은 적층체(32)의 연부들(42, 44) 각각에 실질적으로 평행한 2 개의 종방향 연부(48, 50)를 갖는다.
기계 방향 및 횡 기계 방향으로의 제2 탄성 영역(38)의 치수는 현저하게 변할 수 있다. 횡 기계 방향으로, 제2 탄성 영역은 적층체를 제품으로 전환시키기 위한 충분한 안정성을 제공하기 위해 적어도 1㎝인 것이 바람직하다. 제2 탄성 영역은 1㎝보다 현저하게 폭이 더 넓을 수 있고, 그 폭은 특정한 최종 제품의 필요조건에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 탄성 영역은 폭이 약 2㎝일 수 있다. 다른 실시양태에서, 제2 탄성 영역의 폭은 2 내지 10㎝ 범위 내에 있을 수 있다.
기계 방향으로 제2 탄성 영역의 길이도 또한 특정한 최종 제품의 필요조건에 따라 상당히 변할 수 있다. 제2 탄성 영역은 기계 방향으로 불연속적일 수 있다. 복수의 제2 탄성 영역은 적층체의 길이를 따라서 형성될 수 있다. 필요에 따라, 이러한 제2 탄성 영역은 필요에 따라 횡 방향으로 서로 정렬될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 탄성 영역은 기계 방향으로 길이가 적어도 3㎝인 것이 바람직하다. 다른 실시양태에서, 제2 탄성 영역은 기계 방향으로 3㎝ 초과, 예를 들어 7 내지 10㎝일 수 있다. 제2 탄성 영역은 또한 기계 방향으로 실질적으로 연속적일 수 있다.
제2 탄성 영역의 연부는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 적층체(32)의 종방향 연부(42, 44)는 제2 탄성 영역(40)의 연부(54)에 실질적으로 평행할 수 있다. 이러한 제2 탄성 영역의 다른 종방향 연부는 파도모양 패턴을 갖는 연부(52)와 같이 많은 별법의 형상 및 구성을 가질 수 있다.
도 4는 제2 탄성 영역(38a, 40a)을 갖는 적층체(32a)를 도시한다. 각각의 제2 탄성 영역(38a, 40a)은 적층체(32a)의 종방향 연부(42a, 44a)에 일반적으로 평행한 적어도 하나의 종방향 연부를 포함할 수 있다. 제2 탄성 영역(38a, 40a)의 종방향 연부(48a, 54a)는 다양한 다른 패턴을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 탄성 영역은 임의의 다양한 형상 및 구성으로 형성될 수 있고, 적층체의 종방향 연부에 실질적으로 평행한 연부를 갖지 않을 수 있다.
적층체(32)는 임의의 특정 개수의 물질층으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 하부의 네킹된 물질(12)은 물질의 특정한 최종 용도에 따라 적층체(32)의 목적하는 특징을 달성하도록 직물층 또는 부직물층의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 엘라스토머성 시트(28)는 목적하는 특성을 갖는 적층체(32)를 제공하도록 물질의 다양한 조합을 포함할 수 있다.
네킹된 물질(12)은 네킹되어 엘라스토머성 시트에 부착될 수 있는 적절한 물질 중 임의의 하나 또는 그의 조합일 수 있다. 다양한 섬유상 직포 또는 부직포가 본 발명의 비연신성 물질로서 사용하기에 적절할 수 있다. 예를 들어, 비연신성 또는 네킹된 물질은 멜트블로운 웹, 스펀본드 웹, 또는 합성 연속 또는 불연속 중합체 섬유 및/또는 천연 섬유로 구성된 본디드 카디드 웹, 에어레이드 웹 또는 수얽힘 웹과 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 직물이 천연 섬유, 합성 섬유 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 특정 태양에서, 물질은 중합체 섬유, 망상체, 적층체, 액체 투과성 필름, 액체 불투과성 필름, 셀룰로오스 섬유, 레이온, 수팽윤성 겔 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 적절한 중합체로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르와, 이들 폴리올레핀으로 구성된 이성분 물질을 들 수 있다. 부직 물질을 형성하는 섬유는 단일 성분, 이성분 또는 다성분 섬유 및 이들의 조합일 수 있다.
네킹된 물질(12, 14)은 다양한 중합체를 사용하여 형성될 수 있다. 적절한 일반적으로 비탄성인 중합체는 에틸렌, 프로필렌, 및 부틸렌의 단일중합체와, 탄소 원자를 약 12개까지 갖는 알파 올레핀 공단량체를 대체로 10 중량%까지 포함하는 상기 단량체와의 공중합체와 같은 폴리올레핀을 포함한다. 비탄성 중합체는 특정 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 또한 포함한다. 적절한 탄성 중합체는 일반적으로 10 중량% 초과 90 중량% 미만의 각각의 공단량체를 함유하는 알파 올레핀 공단량체와, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌의 공중합체를 포함한다. 탄성 올레핀 공중합체는 예를 들어, 약 0.855 내지 0.900 grams/㎤의 밀도를 갖는, 10 중량% 초과의 알파 올레핀 공단량체와 에틸렌의 단일 자리 촉매화 공중합체를 포함한다. 적절한 탄성 중합체는 또한 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 폴리우레탄, 블록 코폴리(에테르-에스테르) 및 블록 코폴리(아미드-에테르)를 포함한다.
엘라스토머성 시트(28)는 생성된 적층체에 목적하는 정도의 탄성을 제공하도록 네킹된 물질(12)에 부착될 수 있는 물질들 중 임의의 하나 또는 그의 조합일 수 있다. 물질의 최종 용도에 따라, 엘라스토머성 시트(28)는 통기성, 액체 불투과성 또는 액체 저항성일 수 있고, 필름, 발포체 또는 다른 엘라스토머성 물질일 수 있다.
탄성 시트(28)는 예를 들어, 탄성 폴리에스테르, 탄성 폴리우레탄, 탄성 폴리아미드, 탄성 폴리올레핀, 메탈로센 및 탄성 A--B--A' 블록 공중합체(여기서, A 및 A'는 동일하거나 상이한 열가소성 중합체이고, B는 스티렌계 블록 공중합체와 같은 엘라스토머성 중합체 블록임)일 수 있는 엘라스토머성 중합체를 포함할 수 있다. 특히 적절한 열가소성 엘라스토머는 미국 텍사스주 휴스턴의 크라톤 폴리머스 엘엘씨(Kraton Polymers LLC)로부터 크라톤(KRATON)®이라는 상표명으로 입수가능하다. 크라톤® 중합체는 스티렌-디엔 블록 공중합체, 예를 들어 스티렌-부타디엔, 스티렌-이소프렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 및 스티렌-이소프렌-스티렌을 포함한다. 크라톤® 중합체는 또한 스티렌-디엔 블록 공중합체의 선택적 수소화에 의해 형성된 스티렌-올레핀 블록 공중합체를 포함한다. 그러한 스티렌-올레핀 블록 공중합체의 예로는 스티렌-(에틸렌-부틸렌), 스티렌-(에틸렌-프로필렌), 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌-(에틸렌-부틸렌), 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌-(에틸렌-프로필렌), 및 스티렌-에틸렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌을 들 수 있다. 구체적인 크라톤® 블록 공중합체로는 G 1652, G 1657, G 1730, MD6673, 및 MD6973이라는 브랜드명으로 판매되는 것들을 들 수 있다. 다양한 적합한 스티렌계 블록 공중합체가 미국 특허 제4,663,220호, 제4,323,534호, 제4,834,738호, 제5,093,422호, 및 제5,304,599호에 설명되어 있으며, 이들 특허는 모든 목적을 위해 그의 전체가 참조로 포함된다.
적절한 엘라스토머성 공중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-옥텐 공중합체, 및 에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함한다. 엘라스토머성 폴리올레핀의 예로는 "단일 자리" 또는 "메탈로센" 촉매법에 의해 제조된 것과 같은 초저밀도 엘라스토머성 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 들 수 있다. 유사한 공중합체 및 폴리올레핀이 미국 특허 제5,709,921호, 제6,015,764호 또는 제6,207,237호에 기재되어 있다.
본 발명의 탄성 물질은 상기 대표적인 엘라스토머성 블록 공중합체의 목록에 제한되지 않고, 다른 적절한 엘라스토머성 블록 공중합체가 개시된 탄성 웹에 별법으로 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 탄성층은 탄성 성능에 부정적인 영향을 주지 않는 유형 및 양의 다른 성분을 포함할 수 있다. 다른 성분의 예는 안료, 산화방지제, 안정제, 계면 활성제, 왁스, 유동 촉진제, 미립자 충전제, 및 가공 보조제를 포함한다. 탄성층의 원료는 롤 압연, 압출 혼합, 및 다른 적절한 혼합 기술을 사용하여 배합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 엘라스토머성 물질은 예를 들어, 기저귀, 여성 위생 제품, 성인 위생 제품, 가운 및 드레이프를 포함하는 보건 위생 보호 용품, 및 산업용 보호 의복을 포함하는 다양한 산업 및 개인 제품 분야에 유용하다.
실시예 1
본 발명의 물질 및 방법에서 달성가능한 특성을 입증하도록 샘플을 제조하였다. 네킹 결합된 적층체는 일반적으로 미국 특허 제5,336,545호(Morman)에 따라 제조되었다. 약 0.75 gsm(25 gsm)의 기초 중량을 갖는 스펀본디드 폴리프로필렌의 2 개의 네킹된 웹을 탄성 폴리에틸렌 필름층의 각각의 면에 결합시켰다. 생성된 적층체의 기초 중량은 약 3.8 osy(128 gsm)이었다.
도 5 내지 도 8은 손으로 제조된 샘플을 취한 제2 탄성 영역의 예시적인 영역의 단면의 현미경 사진이다. 12 인치(30.5㎝)의 길이, 0.75 인치(1.9㎝)의 폭, 및 1/8 인치(0.3㎝)의 두께를 갖는 강판을, 약 350℉(177℃)의 온도에 도달할 때까지 카버(Carver) 프레스의 가열된 판과 접촉하도록 배치하였다. 상술된 바와 같이 네킹 결합된 적층체를, 강판의 일부가 샘플의 일부 위에 오버레잉되도록 배치하였다. 강판의 더 긴쪽 치수가 네킹 결합된 적층체의 기계 방향으로 정렬된 상태로 강판을 배향시켰다. 카버 프레스의 가열된 판에 대략 3500 psi를 3초 동안 인가시켰다.
도 5 및 도 6은 네킹된 재료의 섬유 중 일부가 필름층에 매립된 경우의 예시적인 제2 탄성 영역의 단면도를 도시한다. 도 5에서는, 60%를 초과하는 섬유가 필름층에 매립되었다. 도 6에서는, 40%를 초과하는 섬유가 필름층에 매립되었다.
도 7은 적층체의 제2 탄성 영역(도면의 좌측)과 제1 탄성 영역(도면의 우측) 사이에 형성될 수 있는 상대적으로 좁은 전이 구역의 단면도를 도시한다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 탄성 영역의 두께 또는 "z" 치수는 제1 탄성 영역과 비교할 때 현저하게 감소되었다. 일부 실시양태에서, 제2 탄성 영역의 두께는 제1 탄성 영역의 두께보다 적어도 약 30% 작다. 다른 실시양태에서, 제2 탄성 영역의 두께는 제1 탄성 영역의 두께보다 적어도 약 50% 작을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 적층체의 제1 탄성 영역의 단면도이다. 이 도면에서, 부직웹의 섬유는 도 5 및 도 6에서와 같이 필름에 매립되지 않는다.
실시예 2
일반적으로 미국 특허 제5,336,545호(Morman)에 따라 제조된 네킹 결합된 적층체로부터 추가의 샘플을 제조하였다. 상기 제조된 샘플에서와 같이, 약 0.75 gsm(25 gsm)의 기초 중량을 갖는 스펀본디드 폴리프로필렌의 2 개의 네킹된 웹을 탄성 폴리에틸렌 필름층의 각각의 면에 결합시켰다. 생성된 적층체의 기초 중량은 약 3.8 osy(128 gsm)이었다.
이러한 네킹 결합된 적층체로부터 4 개의 샘플군을 제조하였다. 샘플 1은 본 발명의 물질의 제1 탄성 영역을 나타내고, 이 샘플에는 사후 결합 또는 가공이 수행되지 않았다. 샘플 2 내지 4에는 사후 결합이 실시되었고, 본 발명의 제2 탄성 영역을 나타낸다. 샘플 2 내지 4의 각각을 30 ft/min(9.14 m/min)의 속도로 250℉(121℃)로 가열된 2 개의 평탄한 캘린더 롤을 개별적으로 통과시켰다. 45 psi(3.16 kg-f/㎠)의 압력을 샘플 2에 인가하고, 40 psi(2.81 kg-f/㎠) 및 35 psi(2.46 kg-f/㎠)의 압력을 샘플 3 및 4에 각각 인가하였다.
제1 탄성 영역과 제2 탄성 영역 사이의 탄성의 차이는 피크 하중과, 원래 길이에서 설정된 비율만큼 각각의 영역의 샘플들을 연장시키는데 필요한 하중을 비교함으로써 설명될 수 있다.
탄성 물질에 대한 이력 곡선은 또한 하중 하에서 탄성 물질의 특성을 비교하는데 사용될 수 있다. 이력 곡선을 준비함에 있어서, 샘플에는 원래의 길이에서 주어진 비율만큼 샘플을 연장시키도록 다양한 장력 하중을 가한다. 이러한 공정은 원래의 길이에서 주어진 비율로 각각의 샘플을 연장시키는데 얼마나 많은 하중이 필요했는지를 평가하는데 사용되었다. 시험은 미국 미네소타주 에든 프레리 소재의 MTS 시스템즈 코포레이션(MTS Systems Corporation)으로부터 입수가능한 Sintech사의 인장력 시험기 모델 MTS-1/S를 사용하고 Windows 3.02용 TESTWORKS 소프트웨어를 이용하여 결과 데이터를 기록하였다. 연장/수축 시험을 수행함에 있어서, 3 인치(7.6㎝) 폭과 6 인치(15.2㎝) 길이 섹션의 물질이 이용되었다. 물질의 섹션의 양단부를 장치의 대향하는 조오에 클램핑하여, 물질의 각각의 단부에서 길이의 1 인치(2.5㎝)가 조오 내에 유지되고, 길이의 2와 1/2 인치(6.4㎝)가 신장을 위해 이용가능하다. 각각의 물질 스트립을 지정된 신장률 값까지 분당 20 인치(50.8㎝)의 속도로 신장시키고, 물질 스트립을 신장시키는데 필요한 하중을 "로딩 에너지"로서 측정하고 기록하였다. 그 후 물질 스트립을 신장력이 0인 길이까지 회복시켰다. 시험은 대기 온도 및 습도 조건에서 수행되었다. 결과를 표 1에 기록하고, 샘플 1 및 2에 대한 이력 곡선은 각각 구역 1 및 2로서 도 9에 도시하였다.
Figure pct00001
또한, 표 2에 다양한 신장률에서 샘플 1(제1 탄성 영역)과 샘플 2 내지 4 사이의 하중의 차이(%)를 기록하였다. 표 2의 데이터와 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 동일한 신장률에서의 샘플 1과 비교할 때, 샘플 2 및 3을 0%로부터 90% 신장률까지 점차 연장시키는데 필요한 하중의 차이는 강도의 충분한 증가를 제공하여, 샘플 2, 3 및 4가 탄성을 유지하면서 적층체를 효과적으로 가공하게 한다. 샘플 4에 대한 하중이 샘플 1에 대한 하중보다 높지만, 적층체를 제품으로 적합하게 가공하기에는 강도의 증가가 충분하지 않다.
피크 하중은 샘플의 완전한 파열로 정의되는 파손까지 샘플을 시험함으로써 결정될 수 있다. 상술된 바와 같이, 각각의 샘플의 이력 주기 시험의 완료 후, 샘플의 피크 하중이 결정되었다. 각각의 샘플을 원래의 신장률의 100%까지 순환되고 수축되게 한 후, 샘플이 파열될 때까지 하중을 인가시켰다. 피크 하중은 파열 전에 발생된 피크 하중 값으로 결정되었다. 샘플 1 내지 4에 대한 피크 하중 값을 표 2에 기록하였다.
Figure pct00002
샘플 2 및 3은 물질을 다양한 제품으로 후속 가공하는 것을 개선하는데 효과적일 수 있는 피크 하중의 개선을 입증하였다. 적어도 약 10% 범위의 피크 하중의 개선이 본 발명을 통해 달성가능하고, 이는 적층체의 가공성을 개선함에 있어 효과적일 수 있다.
재분류가 본 명세서의 본 발명의 설명을 읽은 후에는 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 기술분야의 당업자에게 제안될 수 있는 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시양태의 다양한 다른 실시양태, 변형, 및 균등물에 행해질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 모든 이러한 변형은 후속의 청구범위와 그의 모든 균등물에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 또한, 본 명세서에 나타낸 임의의 주어진 범위는 포함된 범위 중 임의 그리고 포함된 범위 이하의 모두를 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 45 내지 90이라는 범위는 50 내지 90; 45 내지 80; 46 내지 89 등을 또한 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 네킹된 물질을 제공하는 단계;
    탄성 시트를 제공하고 네킹된 물질과 탄성 시트를 오버레잉하는 단계;
    제1 간극 섹션과, 제1 간극 섹션보다 좁은 하나 이상의 제2 간극 섹션을 포함하는 간극을 2 개의 롤러 사이에 형성하는 단계; 및
    네킹된 물질과 탄성 시트를 간극에 통과시켜 네킹된 물질과 탄성 시트를 서로 적층시켜 기계 방향으로 종방향 연부 및 횡 기계 방향으로 폭을 갖는 적층체를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    적층체는 제1 간극 섹션에 형성된 하나 이상의 제1 탄성 영역과 제2 간극 섹션에 의해 형성된 하나 이상의 제2 탄성 영역을 포함하고,
    제2 탄성 영역을 연장시키는데 필요한 하중은 제1 탄성 영역을 그의 원래 길이의 10% 내지 90%의 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중보다 약 30% 이상 크고, 제2 탄성 영역의 피크 하중(peak load)은 제1 탄성 영역의 피크 하중보다 10% 이상 큰, 적층체의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 탄성 영역을 그의 원래 길이의 10% 내지 90%의 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중이 제1 탄성 영역을 동일한 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중보다 약 100% 이상 큰 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2 탄성 영역의 피크 하중이 제1 탄성 영역의 피크 하중보다 50% 이상 큰 방법.
  4. 제1항에 있어서, 롤러를 통해 네킹된 물질과 탄성 시트를 통과시키는 단계에 의해 제1 탄성 영역의 두께의 약 50% 미만의 두께를 갖는 제2 탄성 영역이 형성되고, 네킹된 물질의 섬유의 10% 이상은 탄성층에 매립되는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 롤러를 통해 네킹된 물질과 탄성 시트를 통과시키는 단계에 의해 네킹된 물질의 섬유의 50% 이상이 탄성층에 매립된 제2 탄성 영역이 형성되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 제2 간극 섹션이 횡 기계 방향으로 간극의 길이의 약 15% 내지 약 50%를 점유하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제2 간극 섹션이 롤러 중 하나 이상으로부터 상향으로 연장되는 돌출부에 의해 형성되는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 돌출부가 간극에서 롤러의 원주 둘레로 연속적으로 연장되어, 적층체의 제2 탄성 영역이 종방향으로 연장되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제1 간극 섹션이 롤러들 중 하나 이상의 함몰부에 의해 형성되는 방법.
  10. 하나 이상의 네킹된 섬유상 웹;
    하나 이상의 네킹된 섬유상 층에 적층된 하나 이상의 탄성 시트;
    기초 중량 및 두께를 갖는 제1 탄성 영역; 및
    제1 탄성 영역의 기초 중량과 실질적으로 동일한 기초 중량, 제1 탄성 영역의 두께보다 약 1/3 이상 작은 두께, 약 1㎝ 내지 약 30㎝의 횡 기계 방향의 폭을 갖는 하나 이상의 제2 탄성 영역을 포함하고,
    제2 탄성 구역의 네킹된 물질의 섬유의 약 20% 내지 약 90%는 탄성 시트에 매립되는 적층체.
  11. 제10항에 있어서, 제2 탄성 영역의 두께가 제1 탄성 영역의 두께의 약 1/2 이상인 적층체.
  12. 제10항에 있어서, 제2 탄성 구역의 네킹된 물질의 섬유의 약 30% 내지 약 80%가 탄성 시트에 매립되는 적층체.
  13. 제10항에 있어서, 하나 이상의 제2 탄성 영역의 폭이 약 1㎝ 내지 약 10㎝인 적층체.
  14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 제2 탄성 영역의 폭이 약 2㎝ 내지 약 8㎝인 적층체.
  15. 하나 이상의 네킹된 섬유상 웹;
    하나 이상의 네킹된 섬유상 층에 적층된 하나 이상의 탄성 시트;
    제1 탄성 영역; 및
    제1 탄성 영역과 동일한 기초 중량을 갖는 제2 탄성 영역을 포함하고,
    제2 탄성 영역을 연장시키는데 필요한 하중은 제1 탄성 영역을 그의 원래 길이의 10% 내지 90%의 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중보다 약 30% 이상 크고, 제2 탄성 영역의 피크 하중은 제1 탄성 영역의 피크 하중보다 10% 이상 큰 적층체.
  16. 제15항에 있어서, 제2 탄성 영역의 피크 하중이 제1 탄성 영역의 피크 하중보다 50% 이상 큰 적층체.
  17. 제15항에 있어서, 제2 탄성 구역이 횡 기계 방향으로 약 1㎝ 이상의 폭을 갖는 적층체.
  18. 제15항에 있어서, 제2 탄성 영역 및 제1 탄성 영역을 이들의 원래 길이의 10% 내지 90%의 신장률까지 연장시키는데 필요한 하중의 차이가 약 185% 이상인 적층체.
  19. 제15항에 있어서, 제2 탄성 구역의 네킹된 물질의 섬유의 약 30% 내지 약 70%가 탄성 시트에 매립되는 적층체.
  20. 제15항에 있어서, 제1 탄성 영역 및 하나 이상의 제2 탄성 영역이 각각 두께를 갖고, 제2 탄성 영역의 두께는 제1 탄성 영역의 두께의 약 1/2 이상인 적층체.
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