KR20110115159A - 엠보싱된 웨브의 제조 방법 - Google Patents

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키이쓰 조셉 스톤
발켄버러 커티스 헌터 반
리차드 조오지 코
사라 베쓰 그로스
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Abstract

엠보싱된 웨브를 제조하기 위한 공정이 개시된다. 전구체 웨브는 성형 구조체와 정압 플리넘 사이에 제공된다. 성형 구조체는 복수의 불연속 돌출 요소를 갖는다. 압력이 정압 플리넘에 의해 전구체 웨브 및 성형 구조체에 대해서 제공되어 전구체 웨브를 성형 구조체의 불연속 돌출 요소에 일치시켜 엠보싱된 웨브를 형성한다. 생성되는 엠보싱된 웨브는 개방된 기단부를 갖는 복수의 불연속 연장 요소를 갖는다.

Description

엠보싱된 웨브의 제조 방법{PROCESS FOR MAKING AN EMBOSSED WEB}
본 발명은 복수의 불연속 연장 요소(discrete extended element)를 포함하는 엠보싱된 웨브의 제조 방법에 관한 것이다.
열가소성 필름과 같은 웨브 재료는 (톱시트(topsheet) 및 백시트(backsheet)와 같은) 흡수 용품의 구성요소 재료, (플로우 랩(flow wrap), 수축성 랩, 및 폴리백(polybag)과 같은) 패키징, 쓰레기 봉투, 음식 랩, 치실, 와이프(wipe), 전자 부품 등을 비롯하여 용도가 다양하다. 웨브 재료의 이들 용도 중 많은 경우에, 웨브 재료의 표면에 바람직한 감촉, 시각적 느낌(impression), 및/또는 청각적 느낌을 제공할 수 있는 텍스처화된 표면(textured surface)을 웨브 재료가 갖는 것이 유익할 수 있다.
부드럽고 비단결 같은 촉각적 느낌을 나타내는 중합체 웨브는 진공 성형 공정 또는 액압성형 공정(hydroforming process)을 통해 제조될 수 있다. 전형적인 진공 성형 공정에 있어서, 전구체 웨브는 가열되어 성형 구조체(forming structure) 위에 배치된다. 이어서 진공이 강제로 전구체 웨브를 성형 구조체의 텍스처에 일치시킨다. 생성되는 중합체 웨브는 성형 구조체의 텍스처 및 일치의 정도에 따라 부드럽고 비단결 같은 촉각적 느낌을 제공할 수 있는 텍스처를 갖는다. 진공 성형 공정이 부드럽고 비단결 같은 중합체 웨브를 제조하기에 적합할 수 있지만, 진공 성형 공정은 전형적으로 전구체 웨브에 가해질 수 있는 압력의 양에 관해 제한된다. 그 결과, 성형 구조체에 맞추어 전구체 필름을 진공 성형하기 위해 성형 구조체 상에 배치하기 전에 전구체 필름을 가열하여 전구체 필름을 상당히 연화시키거나 용융시키는 것이 일반적으로 요구된다. 따라서 진공 성형 공정은 공정에 의해 발생되는 제한된 압력 및 가열 단계로 인해 얼마나 빨리 공정이 수행될 수 있느냐의 관점에서 비효율인 공정이다.
전형적인 액압성형 공정에서, 전구체 웨브가 성형 구조체 위에 배치되고 고압 및 고온의 워터 젯(water jet)이 강제로 전구체 웨브를 성형 구조체의 텍스처에 일치시킨다. 생성되는 중합체 웨브는 성형 구조체의 텍스처에 따라 부드럽고 비단결 같은 촉각적 느낌을 제공할 수 있는 텍스처를 가질 수 있다. 액압성형 공정은 부드럽고 비단결 같은 중합체 웨브를 생성할 수는 있지만, 전형적으로 고압 및 고온의 워터 젯의 사용과, 탈수 단계를 비롯한 후속 건조 단계를 포함하는 값비싸고 비효율적인 공정이다.
엠보싱은 전형적으로 기재(substrate)가 압력 하에서 엠보싱 롤 상에 조각되어 있거나 달리 형성된 패턴의 깊이 및 윤곽에 일치하게 하도록 기재를 기계적으로 가공하는 작업을 포함하는 공정이다. 엠보싱은 소비자 제품의 제조에 널리 사용된다. 제조업자는 텍스타일(textile), 종이, 합성 재료, 플라스틱 재료, 금속 및 나무로 제조된 제품에 텍스처 또는 릴리프 패턴(relief pattern)을 부여하기 위해 엠보싱 공정을 사용한다.
엠보싱 공정은 중합체 필름에 텍스처를 제공하기 위해 사용되고 있다. 그러나, 그러한 엠보싱 공정은 전형적으로 성형 구조체 상에 용융 수지를 압출하는 단계 또는 성형 구조체 상에 배치하기 전에 전구체 웨브를 가열하는 단계, 및 이어서 엠보싱하여 엠보싱된 웨브를 생성하는 단계를 필요로 한다. 이어서 엠보싱된 웨브는 전형적으로 가열된 전구체 웨브 또는 용융 수지를 엠보싱하기 위해 사용된 엠보싱 롤 또는 플레이트를 냉각시킴으로써 냉각된다. 냉각 단계는 종종 엠보싱된 웨브의 텍스처를 경화시키기 위해 이용된다. 그러나, 이들 가열 및 냉각 단계는 바람직하지 않은 비용 및 비효율성뿐만 아니라 복잡성을 공정에 부가한다. 추가적으로, 그러한 엠보싱 공정은 전형적으로, 느리고 비효율적인 공정으로 이어질 수 있는 비교적 긴 체류 시간을 포함한다.
종래의 엠보싱 공정을 사용하여 비교적 작은 규모의 텍스처를 전구체 웨브에 부여하는 것은 또한 전형적으로 어렵다. 또한, 전형적인 엠보싱 공정은 웨브의 전체에 걸쳐 비교적 균일한 두께를 갖는 엠보싱된 웨브를 생성하는 경향이 있다.
예를 들어, 미국 특허 제5,972,280호는 엠보싱된 롤의 고온의 조각된 표면 및 챔버 내에 가해진 정압을 이용하여 웨브를 가열하고 이를 엠보싱된 롤의 표면 위에서 변형시키는 엠보싱 공정을 개시하고 있다. 이러한 공정은 전형적으로 웨브의 연화점보다 높은 상승된 온도, 및 약 0.007 ㎫ 내지 약 0.7 ㎫의 비교적 낮은 압력을 사용한다. 그 결과, 엠보싱된 패턴은 웨브의 반대쪽 표면에 영향을 미치지 않고 웨브의 단일 표면 상에만 배치되는 만입부(indentation)로서 형성된다.
당업계에서의 지식에도 불구하고, 바람직한 감촉, 시각적 느낌 및/또는 청각적 느낌을 갖는 엠보싱된 웨브, 특히 엠보싱된 웨브의 바람직한 영역에서 얇게 되는(thinning) 엠보싱된 웨브를 제조하기에 더 효율적인 공정의 개발에 대한 요구가 남아 있다. 소정의 태양에서, 바람직한 공정은 공정에 의해 요구되는 에너지 및 자원에 관해서 효율적이다. 소정의 태양에서, 바람직한 공정은 고속으로 진행될 수 있다. 소정 태양에서, 바람직한 공정은 주위 온도와 같은 비교적 낮은 온도에서 진행될 수 있다.
일 실시 형태에서, 엠보싱된 웨브의 제조 방법은 복수의 불연속 돌출 요소(discrete protruded element)를 갖는 성형 구조체와 기체 정압 플리넘(static gas pressure plenum) 사이에 전구체 웨브를 공급하는 단계를 포함한다. 본 방법은 성형 구조체의 반대쪽의 전구체 웨브에 대해서 기체 정압 플리넘으로부터의 압력을 가하고 이에 의해 전구체 웨브를 성형 구조체의 불연속 돌출 요소에 일치시키기에 충분한, 상기 전구체 웨브를 가로지르는 압력차를 생성하여, 개방된 기단부를 갖는 복수의 불연속 연장 요소(discrete extended element)를 포함하는 엠보싱된 웨브를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 추가의 특징이 도면과 관련된 이하의 상세한 설명, 실시예, 및 첨부된 특허청구범위의 개관을 통해 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성형 구조체의 일부분의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 성형 구조체의 일부분의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 성형 구조체의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 성형 구조체의 돌출 요소의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 성형 구조체의 측면도를 보여주는 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 공정에 의해 형성된 엠보싱된 웨브의 일부분의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 공정에 의해 형성된 엠보싱된 웨브의 일부분의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 공정에 의해 형성된 개방된 말단부를 구비한 불연속 연장 요소를 갖는 엠보싱된 웨브의 일부분의 사시도이다.
도 9는 기체 정압 플리넘을 도시하는, 본 발명의 실시 형태에 따른 공정의 개략도이다.
도 10a는 본 발명의 실시 형태에 따른 공정에 의해 형성된 엠보싱된 웨브의 현미경 사진 저면도이다.
도 10b는 본 발명의 실시 형태에 따른 공정에 의해 형성된 엠보싱된 웨브의 현미경 사진 저면도이다.
본 명세서는 본 발명으로 간주되는 요지를 구체적으로 지적하며 명확하게 청구하는 특허청구범위로 결론을 맺지만, 본 발명이 첨부 도면과 관련된 이하의 설명으로부터 더 완전하게 이해될 것으로 여겨진다. 도면들 중 일부는 다른 요소를 더 명료하게 도시하고자 하는 목적을 위해 선택된 요소의 생략을 통해 단순화되었을 수도 있다. 대응하는 기재된 설명에서 명시적으로 서술될 수 있는 경우를 제외하고, 일부 도면에서의 요소의 그러한 생략이 반드시 예시적인 실시 형태들 중 임의의 것에서 특정 요소들의 존재 또는 부재를 나타내는 것은 아니다. 어떠한 도면도 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다.
전술된 종래 기술의 단점들 중 하나 이상을 극복한 엠보싱된 웨브를 형성하기 위한 공정이 본 명세서에 개시된다. 구체적으로, 본 공정의 실시 형태는 이제 더 효율적인 웨브 엠보싱 공정을 가능하게 한다. 예를 들어, 본 공정의 실시 형태는 이제 비교적 작은 규모의 텍스처를 웨브에 부여하는 능력을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 공정의 실시 형태는 이제 종래 기술이 필요로 하는 번거로운 가열 및 냉각 단계를 회피하는 능력을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 공정의 실시 형태는 종래 기술의 공정에서 요구되는 긴 체류 시간을 필요로 하지 않는다. 부가적으로, 종래 기술의 정압 공정과 비교할 때, 본 공정의 실시 형태는 개방된 기단부 및 개방된 또는 폐쇄된 말단부를 갖는 3차원의 불연속 연장 요소의 형성을 허용할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 본 공정은 예를 들어 버블 랩(bubble wrap)과 같은 패키징 재료로서 사용하기 위한 거시적 규모의 구조체를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 공정은 일반적으로 정압 플리넘과 성형 구조체 사이에 전구체 웨브를 공급하는 단계를 포함한다. 성형 구조체는 복수의 불연속 돌출 요소를 포함한다. 본 공정은 전구체 웨브를 성형 구조체의 불연속 돌출 요소에 일치시키기에 충분하게 전구체 웨브 및 성형 구조체에 대해 정압 플리넘으로부터의 압력을 가하여, 개방된 기단부를 갖는 복수의 불연속 연장 요소를 포함하는 엠보싱된 웨브를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 본 공정의 이들 태양이 이하에 더 상세하게 설명된다.
성형 구조체
본 발명의 공정에 유용한 성형 구조체는 복수의 불연속 돌출 요소 및 불연속 돌출 요소를 완전히 둘러싸는 랜드(land)를 포함한다. 본 발명의 성형 구조체의 불연속 돌출 요소는 엠보싱 공정에서 다이(die)에 사용되는 전형적인 패턴에 비하여 규모가 작다. 성형 구조체의 불연속 돌출 요소는 또한 비교적 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 특성들의 이러한 조합은, 본 발명의 공정이 얇은 말단부를 갖는 비교적 큰 종횡비의 연장 요소를 포함하는 엠보싱된 웨브를, 심지어 전구체 웨브의 가열 없이 그리고 심지어 고속으로 생성하게 할 수 있다.
도 1에 관해서 설명되는 성형 구조체(8)와 같은 본 발명의 성형 구조체가 본 발명의 공정에서 엠보싱된 웨브를 제조하기 위해 사용된다. 성형 구조체는 때때로 성형 스크린으로 지칭된다. 도 1은 본 발명의 성형 구조체(8)의 일부분을 부분 사시도로 도시하고 있다. 도 1의 불연속 돌출 요소(10)는 성형 구조체 제1 표면(12)으로부터 연장되며, 대체로 원주형인 필라(pillar)와 유사한 형태를 갖는다.
도 2는 도 1에 도시된 성형 구조체(8)의 더 확대된 부분 사시도이며, 도 7의 엠보싱된 웨브(18)의 유사한 도면과 비교된다. 불연속 돌출 요소(10)는 제1 표면(12)으로부터 말단부(14)까지 연장되도록 하기에 설명되는 방법에 의해 제조될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 불연속 돌출 요소(10)는 인접한 돌출부들 사이의 제1 표면(12)부터 말단부(14)까지 측정된 최소 진폭으로부터 측정되는 높이("hp")를 가질 수 있다. 그렇기 때문에, 제1 표면(12)은 불연속 돌출 요소(10)를 완전히 둘러싸는 랜드 영역을 구성한다. 돌출 요소 높이(hp)는 약 30 마이크로미터 이상, 약 50 마이크로미터 이상, 약 75 마이크로미터 이상, 약 100 마이크로미터 이상, 약 150 마이크로미터 이상, 약 250 마이크로미터 이상, 또는 약 380 마이크로미터 이상일 수 있다. 돌출 요소(10)는 대체로 원통형인 구조의 경우 외경인 직경("dp")을 갖는다. 돌출 요소(10)의 불균일한 단면 및/또는 비-원통형 구조 때문에, 직경(dp)은 도 2에 도시된 바와 같이 돌출 요소(10)의 ½ 높이(hp)에서의 돌출 요소의 평균 단면 치수로서 측정된다. 돌출 요소는 약 10 마이크로미터 내지 약 5,000 마이크로미터일 수 있는 직경(dp)을 가질 수 있다. 다른 적합한 직경에는 예를 들어 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 약 65 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 약 75 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터, 약 100 마이크로미터 내지 약 25,000 마이크로미터, 약 500 마이크로미터 내지 약 5000 마이크로미터, 또는 약 800 마이크로미터 내지 약 2,500 마이크로미터가 포함된다. 소정 실시 형태에서, 돌출 요소는 거시적인 규모의 불연속 연장 요소를 형성하기 위한 더 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출 요소는 최대 약 2.5 센티미터, 최대 약 2 센티미터, 최대 약 1.5 센티미터, 최대 약 1 센티미터, 최대 약 0.5 센티미터, 또는 최대 약 0.1 센티미터의 직경을 가질 수 있다. 일 실시 형태에서, 성형 구조체의 돌출 요소는 약 500 마이크로미터 미만, 또는 약 300 마이크로미터 미만의 직경을 가질 것이다.
각각의 돌출 요소(10)에 대해, hp/dp로서 정의되는 돌출 요소 종횡비가 결정될 수 있다. 돌출 요소(10)는 종횡비(hp/dp)가 약 0.5 이상, 약 0.75 이상, 약 1 이상, 약 1.5 이상, 약 2 이상, 약 2.5 이상, 또는 약 3 이상이거나 그보다 클 수 있다. 돌출 요소(10)는 2개의 인접한 돌출 요소(10) 사이의 중심간 간격(Cp)이 약 100 마이크로미터 내지 약 1,020 마이크로미터, 약 100 마이크로미터 내지 약 640 마이크로미터, 약 150 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 또는 약 180 마이크로미터 내지 약 430 마이크로미터일 수 있다.
일반적으로, 2개의 인접한 돌출 요소(10) 사이의 실제 거리(즉, "에지간" 치수)는 인접한 돌출 요소(10)들 사이에서의 전구체 웨브의 적절한 변형을 보장하기 위해 전구체 웨브의 두께(t)의 2배보다 커야 하는 것으로 여겨진다. 불연속 돌출 요소(10)는 전형적으로 에지간 간격이 약 30 마이크로미터 내지 약 800 마이크로미터, 약 30 마이크로미터 내지 약 650 마이크로미터, 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 또는 약 60 내지 약 300 마이크로미터일 것이다.
일반적으로, 본 발명의 성형 구조체는 성형 구조체의 소정의 부분에 걸쳐 제곱센티미터당 약 95개 이상의 불연속 돌출 요소, 제곱센티미터당 약 240개 이상의 불연속 돌출 요소, 제곱센티미터당 약 350개 내지 약 10,000개의 불연속 돌출 요소, 제곱센티미터당 약 500개 내지 약 5,000개의 불연속 돌출 요소, 또는 제곱센티미터당 약 700개 내지 약 3,000개의 불연속 돌출 요소를 포함할 것이다.
소정 실시 형태에서, 성형 구조체의 소정의 부분은 전술한 단락에 기재된 바와 같이 불연속 돌출 요소의 면적 밀도(area density)를 포함할 수 있으며, 성형 구조체의 다른 부분은 불연속 돌출 요소를 전혀 포함하지 않는다. 다른 실시 형태에서, 성형 구조체의 불연속 돌출 요소는 성형 구조체의 상이한 수평 평면에 위치될 수 있다.
일반적으로, 각각의 개별 돌출 요소(10)의 실제 높이(hp)가 다를 수 있기 때문에, 복수의 돌출 요소(10)의 평균 높이("hpavg")는 성형 구조체(8)의 미리결정된 영역에 걸쳐 돌출 요소 평균 최소 진폭("Apmin") 및 돌출 요소 평균 최대 진폭("Apmax")을 측정함으로써 결정될 수 있다. 마찬가지로, 변하는 단면 치수에 대해서, 복수의 돌출부(8)에 대해 평균 돌출부 직경("dpavg")이 결정될 수 있다. 그러한 진폭 및 다른 치수 측정은 당업계에 알려져 있는 임의의 방법에 의해, 예를 들어 컴퓨터를 이용한 주사 현미경법 및 관련 데이터 처리에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 성형 구조체(8)의 미리결정된 부분에 대한 돌출 요소(10)의 평균 종횡비("ARpavg")는 hpavg//dpavg로 표현될 수 있다. 돌출 요소(10)에 대한 치수 hp 및 dp는 하기에 더 충분하게 개시되는 바와 같이 성형 구조체(8)를 제조하기 위한 공지의 사양에 기초하여 간접적으로 결정될 수 있다.
일 실시 형태에서, 불연속 돌출 요소의 평균 높이(hpavg) 대 전구체 웨브의 두께의 비는 약 1:1 이상, 약 2:1이상, 약 3:1 이상, 약 4:1 이상, 또는 약 5:1 이상이다. 이러한 비는 전구체 웨브가 충분히 신장되어서 영구적으로 변형되게 되어 특히 바람직한 공정 조건 및 속도에서 본 발명의 엠보싱된 웨브를 생성하는 것을 보장하기 위해 중요할 수 있다.
도 3은 본 발명의 성형 구조체의 일 실시 형태의 평면도이다. 성형 구조체는 랜드 영역(16)에 의해 완전히 둘러싸이는 복수의 불연속 돌출 요소(10)를 포함한다.
성형 구조체의 불연속 돌출 요소는 개방된 말단부(성형 구조체 상에 더 뾰족한 돌출 요소를 필요로 함) 또는 폐쇄된 말단부(성형 구조체 상에 더 둥근 돌출 요소를 필요로 함)를 갖는 불연속 연장 요소를 갖는 엠보싱된 웨브를 생성하는 것이 바람직한지에 따라 평평하거나, 둥글거나, 뾰족한 말단부를 가질 수 있다. 성형 구조체의 불연속 돌출 요소의 둥근 말단부는 예를 들어 약 5 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터, 약 10 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터, 약 20 마이크로미터 내지 약 75 마이크로미터, 또는 약 30 마이크로미터 내지 약 60 마이크로미터의 소정의 팁 반경을 가질 수 있다.
불연속 돌출 요소의 측벽은 완전히 수직일 수 있거나 테이퍼질 수 있다. 일 실시 형태에서, 불연속 돌출 요소는 테이퍼진 측벽을 갖는데, 그 이유는 테이퍼진 측벽은 웨브가 엠보싱 후에 성형 구조체로부터 더 용이하게 분리되게 할 수 있기 때문이다. 일 실시 형태에서, 측벽은 전형적으로 약 0° 내지 약 50°, 약 2° 내지 약 30°, 또는 약 5° 내지 약 25°의 테이퍼도(degree of taper)를 가질 것이다.
도 4는 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)의 일 실시 형태의 단면도를 도시하며, 여기서 불연속 돌출 요소(10)의 둥근 말단부(14)는 약 46 마이크로미터(0.0018 인치)의 팁 반경을 갖는다. 불연속 돌출 요소(10)의 측벽은 약 11°의 테이퍼도를 갖는다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 치수를 갖는 복수의 불연속 돌출 요소를 포함하는 성형 구조체의 현미경 사진이다.
일 실시 형태에서, 돌출 요소(10)의 직경은 일정하거나 진폭이 증가함에 따라 감소한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 돌출 요소(10)의 직경 또는 가장 큰 횡방향 단면 치수는 제1 표면(12)의 부근에서 최대이고 말단부(14)까지 꾸준히 감소한다. 이러한 구조는 엠보싱된 웨브가 성형 구조체(8)로부터 용이하게 제거될 수 있다는 것을 보장하는 것을 돕기 위해 바람직하다고 여겨진다.
성형 구조체의 불연속 돌출 요소는 원형, 타원형, 정사각형, 삼각형, 6각형, 사다리꼴, 리지(ridge), 피라미드, 눈사람, 버섯, 구형, 모래 시계 형상 등 및 이들의 조합을 포함하여, 대체로 원주형 또는 비-원주형인 형상과 같은 다양한 여러 단면 형상으로 구성될 수 있다.
성형 구조체(8)는, 본 발명의 엠보싱된 웨브를 제조하기 위해 필요한 치수를 갖는 돌출 요소(10)를 갖도록 형성될 수 있으며, 성형 구조체(8)가 겪게 되는 공정 온도 범위에 걸쳐 치수적으로 안정하고, 인장 모듈러스가 약 30 ㎫ 이상, 약 100 ㎫ 이상, 약 200 ㎫ 이상, 약 400 ㎫ 이상, 약 1,000 ㎫ 이상, 또는 약 2,000 ㎫ 이상이며; 항복 강도가 약 2 ㎫ 이상, 약 5 ㎫ 이상, 약 10 ㎫ 이상, 또는 약 15 ㎫ 이상이고; 파단 변형률이 약 1% 이상, 약 5% 이상, 또는 약 10% 이상인 임의의 재료로 제조될 수 있다. 충분한 파단 변형률을 가져서(즉, 너무 취성이 아니어서) 파단되지 않는 한, 성형 구조체의 재료의 모듈러스가 증가함에 따라, 비교적 높이가 높고 큰 종횡비의 돌출 요소가 더 양호한 엠보싱된 웨브를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 모듈러스 및 항복 강도 데이터에 관해, 공지된 방법에 따른 시험을 통해 값들이 결정될 수 있으며, 100%/분의 변형률로 표준 TAPPI 조건에서 시험될 수 있다.
일 실시 형태에서, 돌출 요소(10)는 성형 구조체(8)와 일체로 제조된다. 즉, 성형 구조체는 재료를 제거함으로써 또는 재료를 쌓아 올림으로써 통합된 구조체로서 제조된다. 예를 들어, 비교적 작은 규모의 요구되는 돌출 요소(10)를 갖는 성형 구조체(8)는 재료의 국부적이고 선택적인 제거에 의해, 예를 들어 화학적 에칭, 기계적 에칭에 의해, 또는 방전 가공기(electrical-discharge machine, EDM) 또는 레이저와 같은 고에너지원의 사용에 의한 어블레이션(ablating)에 의해, 또는 전자 빔(e-beam)에 의해, 또는 전기화학적 가공(electrochemical machining, ECM)에 의해 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 성형 구조체는 일반적으로 미국 특허 제4,342,314호의 교시에 따라 포토 에칭 라미네이트 공정(photo etched laminate process)에 의해 구성될 수 있다.
성형 구조체(8)를 제조하는 하나의 방법에서, 레이저 변형에 민감한 기본 재료가 레이저 "에칭"되어 재료를 선택적으로 제거하여 돌출 요소(10)를 형성한다. "레이저 변형에 민감하다"라는 것은 최적의 결과를 위해 레이저 공정에 사용되는 광의 파장뿐만 아니라 출력 수준이 재료에 맞춰질(또는 역으로도 성립함) 필요가 있을 수 있음을 인식하면서 재료가 제어된 방식으로 레이저 광에 의해 선택적으로 제거될 수 있음을 의미한다. 레이저 에칭은 원하는 돌출 요소 치수를 생성하기 위해 필요한 대로 파장, 출력 및 시간 파라미터를 선택하여 공지의 레이저 기술에 의해 달성될 수 있다. 레이저 변형에 민감한 현재 공지된 재료는 열가소성재, 예컨대 폴리프로필렌, 아세탈 수지, 예컨대 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀폰(DuPont)으로부터의 델린(DELRIN)(등록상표), 열경화성재, 예컨대 가교결합된 폴리에스테르 또는 에폭시, 또는 심지어 금속, 예컨대 알루미늄, 구리, 황동, 니켈, 스테인레스강 또는 이들의 합금을 포함한다. 선택적으로, 열가소성 및 열경화성 재료는 소정 파장의 광의 레이저와의 상용성을 증가시키기 위해 그리고/또는 모듈러스 또는 인성을 개선시켜 더 내구성이 있는 돌출 요소(10)를 제조하기 위해 미립자 또는 섬유 충전제로 충전될 수 있다. 예를 들어, PEEK와 같은 소정의 중합체는 그 중합체를 충분한 양의 중공형의 탄소 나노튜브 섬유로 균일하게 충전함으로써 더 높은 해상도까지 그리고 더 높은 속도에서 레이저 가공될 수 있다.
일 실시 형태에서, 성형 구조체는 연속 공정으로 레이저 가공될 수 있다. 예를 들어, 델린(등록상표)과 같은 중합체 재료가 중심 종축, 외측 표면 및 내측 표면 - 외측 표면과 내측 표면은 기본 재료의 두께를 한정함 - 을 갖는 기본 재료로서 원통형 형태로 제공될 수 있다. 그 중합체 재료는 또한 중실형 롤로서 제공될 수 있다. 이동가능한 레이저원이 외측 표면에 대해 대체로 직각으로 지향될 수 있다. 이동가능한 레이저원은 기본 재료의 중심 종축에 대해 평행한 방향으로 이동가능할 수 있다. 원통형 기본 재료는 레이저원이 기본 재료의 외측 표면을 가공하거나 에칭하여 복수의 불연속 돌출 요소를 한정하는 패턴으로 기본 재료의 선택된 부분들을 제거하는 동안 중심 종축의 둘레에서 회전될 수 있다. 각각의 돌출 요소는 본 명세서에 개시된 바와 같이 대체로 원주형이며 필라와 유사한 형상일 수 있다. 원통형 기본 재료가 회전할 때 레이저원을 원통형 기본 재료의 종축에 평행하게 이동시킴으로써, 상대 이동, 즉 회전 및 레이저 이동이 동기화될 수 있어서, 원통형 기본 재료의 각각의 회전 완료시에 돌출 요소의 미리결정된 패턴이 나사의 "나사산(thread)"과 유사하게 연속 공정으로 형성될 수 있다.
본 발명의 성형 구조체는 평판, 롤, 벨트, 슬리브(sleeve) 등의 형태일 수 있다. 일 실시 형태에서, 성형 구조체는 롤의 형태이다.
성형 구조체의 바닥 표면은 예를 들어 다공성 또는 비-다공성일 수 있다. 예를 들어, 바닥 표면은 공기가 성형 구조체를 통과하게 함으로써 성형 구조체를 통기시키는 개구 - 전구체 웨브가 개구 내로 변형되지 않도록 충분히 작은 폭을 가짐 - 를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 웨브의 아래에 포집된 임의의 공기가 빠져나가게 하는 수단이 제공된다. 예를 들어, 엠보싱된 웨브를 생성하기 위해 필요한 요구되는 압력을 증가시키지 않도록, 예를 들어 성형 구조체의 통기 개구를 통해 공기를 빼냄으로써 웨브 아래의 공기를 제거하기 위해 진공 보조 장치가 제공될 수 있다.
성형 구조체의 바닥 표면은 예를 들어 다공성 또는 비-다공성일 수 있다. 예를 들어, 바닥 표면은 공기가 성형 구조체를 통과하게 함으로써 성형 구조체를 통기시키는 개구 - 전구체 웨브가 개구 내로 변형되지 않도록 충분히 작은 폭을 가짐 - 를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 웨브의 아래에 포집된 임의의 공기가 빠져나가게 하는 수단이 제공된다. 예를 들어, 엠보싱된 웨브를 생성하기 위해 필요한 요구되는 압력을 증가시키지 않도록, 예를 들어 성형 구조체의 통기 개구를 통해 공기를 빼냄으로써 웨브 아래의 공기를 제거하기 위해 진공 보조 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 성형 구조체는 선택적으로 함몰부(depression) 또는 구멍을 추가로 포함할 수 있다. 성형 구조체가 함몰부 또는 구멍을 추가로 포함하는 경우, 본 발명의 공정에서 정압 플리넘과 조합하여 사용될 때, 전구체 웨브가 정압 플리넘에 의해 성형 구조체의 함몰부 또는 구멍 내로 밀어 넣어질 수 있어, 불연속 돌출 요소가 성형 구조체의 돌출 요소에 의해 형성되는 전구체 웨브 표면의 반대쪽 표면으로부터 연장하는 불연속 연장 요소가 전구체 웨브에 형성될 수 있게 한다. 그 결과, 엠보싱된 웨브의 각각의 면 상에 상이한 패턴 또는 치수의 연장 요소를 갖는 양면 엠보싱된 웨브가 생성될 수 있다. 성형 구조체와 정압 플리넘 사이에 발생되는 압력뿐만 아니라 성형 구조체의 돌출 요소 및 선택적인 함몰부 또는 구멍의 기하학적 형상에 따라, 엠보싱된 웨브의 불연속 연장 요소는 폐쇄된 또는 개방된 말단부를 가질 수 있다.
정압 플리넘
도 9를 참조하면, 전구체 웨브(34)에 대해서 힘을 제공하여 전구체 웨브(34)를 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시키기 위해 정압 플리넘(36)이 이용된다. 바람직하게는, 정압 플리넘(36)은 기체 정압 플리넘이다. 기체는 공기, 질소, 이산화탄소 등, 또는 이들의 조합일 수 있다.
기체 정압 플리넘(36)은 전구체 웨브(34)에 압력을 가한다. 기체 정압 플리넘(36)은 전구체 웨브(34)에 인접한 플리넘(40)을 형성하는 후드(38)를 포함할 수 있다. 후드(38)는 고압 기체 또는 다른 유체가 후드(38)에 들어가게 하여 정압 조건을 생성하는 적어도 하나의 고압 기체 입구(42)를 포함할 수 있다. 기체 정압 조건 하에서, 에어 나이프(air knife)와 같은 속도 압력원에서와 같이 비엠보싱된 전구체 웨브(34)에 충돌하는 속도 및 밀도가 존재하지 않는다. 오히려, 전구체 웨브(34)의 표면을 향하는 정압 플리넘(36)과 전구체 웨브(34)의 표면을 향하는 성형 구조체(8) 사이에서 전구체 웨브를 가로질러 압력차를 생성하는 높은 기체 정압이 후드(38) 내에서 유지된다. 일 실시 형태에서, 후드(38)는 전구체 웨브보다 더 넓을 수 있으며, 이는 후드(38)에 의해 형성되는 밀봉을 증대시킬 수 있다. 이 압력차는 강제로 전구체 웨브(34)를 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시키기에 충분한다. 이 압력차는 예를 들어 전구체 웨브(34)의 표면을 향하는 성형 구조체(8) 상에 진공을 적용함으로써 증대될 수 있다.
적합한 기체 정압 플리넘이 또한 2010년 3월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "웨브를 엠보싱하기 위한 장치(APPARATUS FOR EMBOSSING A WEB)" (P&G Case 11639P)인 미국 가특허 출원 제__/__,__호 및 미국 특허 제5,972,280호에 기재되어 있다.
전구체 웨브
전구체 웨브(34)는 본 발명의 공정에 따라 엠보싱된 웨브(16)로 변환된다. 적합한 전구체 웨브는 전구체 웨브(34)가 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치되어 엠보싱된 웨브(16)를 생성하도록 전구체 웨브(34)를 가로질러 정압 플리넘(36)에 의해 발생되는 압력차에 의해 변형될 수 있는 재료를 포함한다.
전구체 웨브(34)는 전형적으로 합성 재료, 금속성 재료, 생물학적 재료(특히, 동물로부터 유래된 재료) 또는 이들의 조합을 포함한다. 전구체 웨브(34)는 선택적으로 셀룰로오스 재료를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)에는 셀룰로오스 재료가 없다. 적합한 전구체 웨브의 비제한적인 예에는 필름, 예를 들어 중합체 또는 열가소성 필름, 포일, 예를 들어 금속성 포일( 예를 들어, 알루미늄, 황동, 구리 등), 환경 파괴 없이 유지되는(sustainable) 중합체를 포함하는 웨브, 폼(foam), 합성 섬유를 포함하는 섬유질 부직 웨브(예를 들어, 타이벡(TYVEK)(등록상표)), 콜라겐 필름, 키토산 필름, 레이온, 셀로판 등이 포함된다. 적합한 전구체 웨브는 이들 재료의 라미네이트 또는 블렌드를 추가로 포함한다.
전구체가 섬유질 웨브인 경우, 그 섬유질 웨브는 전형적으로 필름 재료와 유사하게 거동하도록 높은 밀도를 가질 것이다. 그러한 고밀도 섬유질 웨브의 일례는 타이벡(등록상표)이다.
일 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 중합체 필름이다. 적합한 중합체 필름에는 열가소성 필름, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 알코올(PVA), 나일론, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(예를 들어, 테플론(TEFLON)), 또는 이들의 조합이 포함된다. 적합한 중합체 필름은 중합체들의 블렌드 또는 혼합물을 포함할 수 있다.
소정 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 환경 파괴 없이 유지되는 중합체, 예를 들어 폴리락티드, 폴리글리콜라이드, 폴리하이드록시알카노에이트, 다당류, 폴리카프로락톤 등, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 웨브일 수 있다.
엠보싱 이전의 전구체 웨브(34)의 두께는 전형적으로 약 5 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 약 5 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터, 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터, 또는 약 15 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터의 범위일 것이다. 다른 적합한 두께는 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 또는 300 마이크로미터를 포함한다.
중합체 웨브와 같은 전구체 웨브는 전형적으로 약 -100℃ 내지 약 120℃, 또는 약 -80℃ 내지 약 100℃, 또는 다른 적합한 범위의 유리 전이 온도를 가질 것이다. 중합체 웨브와 같은 전구체 웨브는 약 100℃ 내지 약 350℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, LDPE 또는 LDPE와 LLDPE의 블렌드로 형성된 전구체 웨브(34)는 약 110℃ 내지 약 122℃의 융점을 갖는다. 폴리프로필렌으로 형성된 전구체 웨브(34)는 약 165℃의 융점을 갖는다. 폴리에스테르로 형성된 전구체 웨브(34)는 약 255℃의 융점을 갖는다. 나일론 6으로 형성된 전구체 웨브(34)는 약 215℃의 융점을 갖는다. PTFE로 형성된 전구체 웨브(34)는 약 327℃의 융점을 갖는다.
일 실시 형태에서, 공정은 전구체 웨브의 융점보다 낮은 온도에서 수행된다. 예를 들어, 공정은 전구체 웨브의 융점보다 10℃ 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 공정은 전구체 웨브의 융점과 실질적으로 동일한 온도에서 수행된다. 일 실시 형태에서, 공정은 전구체 웨브의 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 수행된다.
선택적으로, 전구체 웨브(34)는 공정의 엠보싱 전에 취성이 덜하도록 만들기 위해 가소화될 수 있다.
일 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 변형 경화성(strain hardening)이다. 전구체 웨브(34)의 변형 경화 특성은 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 대한 전구체 웨브(34)의 일치를 용이하게 하는 데 바람직할 수 있다. 이는 엠보싱된 웨브(16)의 연장 요소(22)의 폐쇄된 말단부(24)가 요구되는 엠보싱된 웨브를 생성하는 경우에 바람직할 수 있다.
전구체 웨브(34)는 본 발명의 엠보싱 공정에 의해 본 명세서에 설명된 엠보싱된 웨브(16)로 형성되기에 충분한 재료 특성을 갖는, 중합체 필름과 같은 임의의 재료일 수 있다. 전구체 웨브(34)는 전형적으로 항복점을 가질 것이며, 전구체 웨브(34)는 바람직하게는 그의 항복점을 넘어서 신장되어 엠보싱된 웨브(16)를 형성한다. 즉, 전구체 웨브(34)는 전구체 웨브(34)가 폐쇄된 말단부(24)를 갖는 원하는 불연속 연장 요소(22)를 생성하는 경우에 파열됨이 없이 변형될 수 있거나, 개방된 말단부(24)를 갖는 불연속 연장 요소(22)를 포함하는 엠보싱된 웨브(16)의 경우에 파열되어 개방된 말단부(24)를 형성할 수 있도록 충분한 항복 특성을 가져야 한다. 하기에 개시되는 바와 같이, 온도와 같은 공정 조건은 파열 신장되거나 파열됨이 없이 신장되어 원하는 불연속 연장 요소(22)를 갖는 엠보싱된 웨브(16)를 형성하게 하기 위해 주어진 중합체에 대해서 달라질 수 있다. 일반적으로, 따라서, 엠보싱된 웨브(16)를 생성하기 위해 전구체 웨브(34)로서 사용될 바람직한 출발 재료는 낮은 항복 특성 및 높은 연신 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 부가적으로, 앞서 논의된 바와 같이, 전구체 웨브는 바람직하게는 변형 경화된다. 전구체 웨브(34)로서 사용하기에 적합한 필름의 예에는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 및 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 블렌드(LLDPE/LDPE)를 포함하는 필름이 포함된다.
전구체 웨브(34)는 또한 충분히 변형가능해야 하며 전구체 웨브(34)로서 사용하기에 충분한 연성을 가져야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 "변형가능하다"라는 용어는 탄성 한계를 넘어서 신장될 때 새롭게 형성된 형태를 실질적으로 유지할 뿐만 아니라 생성되는 엠보싱된 웨브(16)의 불연속 연장 요소(22)의 말단부(24)에서 그리고/또는 측벽을 따라 얇게 되는 재료를 설명한다.
전구체 웨브(34)로서 사용하기에 적합한 것으로 확인된 하나의 재료는 미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미컬 컴퍼니(The Dow Chemical Company)로부터 입수가능한 다우렉스(DOWLEX) 2045A 폴리에틸렌 수지이다. 두께가 20 마이크로미터인 이 재료의 필름은 12 ㎫ 이상의 인장 항복; 53 ㎫ 이상의 최대 인장; 635% 이상의 최대 연신율; 및 210 ㎫ 이상의 인장 모듈러스(2% 시컨트(Secant))를 가질 수 있다(상기 측정값들의 각각은 ASTM D 882에 따라 측정됨). 다른 적합한 전구체 웨브는 두께가 약 25 마이크로미터(1.0 밀(mil))이고 평량(basis weight)이 약 24 그램/제곱미터(gram per square meter, "gsm")이며 알케이더블유 유에스, 인크.(RKW US, Inc.)(미국 조지아주 로마 소재)로부터 입수가능한 폴리에틸렌 필름, 및 평량이 약 14 gsm이고 두께가 약 15 마이크로미터이며 알케이더블유 유에스, 인크.로부터 입수가능한 폴리에틸렌/폴리프로필렌 필름을 포함한다.
전구체 웨브(34)는 2개 이상의 웨브의 라미네이트일 수 있으며, 공압출된 라미네이트일 수 있다. 예를 들어, 전구체 웨브(34)는 2개의 층을 포함할 수 있으며, 전구체 웨브(34)는 3개의 층- 최내측 층은 코어 층으로 지칭되고 2개의 최외측 층은 스킨 층으로 지칭됨 - 을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 전체 두께가 약 25 마이크로미터(0.001 인치)인 3개 층의 공압출된 라미네이트를 포함하는데, 이때 코어 층은 두께가 약 18 마이크로미터(0.0007 인치)이고; 각각의 스킨 층은 두께가 약 3.5 마이크로미터(0.00015 인치)이다. 일 실시 형태에서, 층은 상이한 응력-변형 및/또는 탄성 특성을 갖는 중합체를 포함할 수 있다.
전구체 웨브(34)는 종래의 공압출된 필름-제조 장비 상에서 다층 필름을 생성하기 위한 종래의 절차를 사용하여 제조될 수 있다. 블렌드를 포함하는 층이 요구되는 경우, 전술한 성분의 펠릿(pellet)이 먼저 건식 블렌딩되고 그 다음에 그 층을 공급받는 압출기 내에서 용융 혼합될 수 있다. 대안적으로, 압출기에서 불충분한 혼합이 일어나는 경우, 펠릿이 먼저 건식 블렌딩되고 그 다음에 예비-혼합 압출기 내에서 용융 혼합되며 이어서 필름 압출 이전에 재펠릿화가 뒤따를 수 있다. 전구체 웨브(34)를 제조하기에 적합한 방법이 미국 특허 제5,520,875호 및 미국 특허 제6,228,462호에 개시되어 있다.
일반적으로, 엠보싱된 웨브(16) 상에 큰 면적 밀도(또는 작은 평균 중심간 간격)의 불연속 연장 요소(22)를 형성하는 능력은 전구체 웨브(34)의 두께에 의해 제한될 수 있다.
소정 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 선택적으로 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 이용되는 경우, 바람직한 계면활성제는 비이온성 계열의 것들, 예를 들어 알코올 에톡실레이트, 알킬페놀 에톡실레이트, 카르복실산 에스테르, 글리세롤 에스테르, 지방산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 아비에틴산에 관련된 지방족 카르복실산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 안하이드로소르비톨 에스테르, 에톡실화 안하이드로소르비톨 에스테르, 에톡실화된 천연 지방, 오일, 및 왁스, 지방산의 글리콜 에스테르, 카르복실산 아미드, 다이에탄올아민 축합물, 및 폴리알킬렌옥사이드 블록 공중합체를 포함한다. 선택된 계면활성제의 분자량은 약 200 그램/몰 내지 약 10,000 그램/몰의 범위일 수 있다. 바람직한 계면활성제는 약 300 내지 약 1,000 그램/몰의 분자량을 갖는다.
이용되는 경우, 초기에 전구체 웨브(34)에 블렌딩되는 계면활성제 수준은 전체 전구체 웨브(34)의 10 중량%만큼 많을 수 있다. 바람직한 분자량 범위(300 내지 1,000 그램/몰) 내의 계면활성제는 낮은 수준, 일반적으로 전체 전구체 웨브(34)의 약 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다.
소정 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 또한 중합체 블렌드 내에 이산화티타늄을 포함할 수 있다. 이산화티타늄은 엠보싱된 웨브(16)의 더 큰 불투명성을 제공할 수 있다. 이산화티타늄은 저밀도 폴리에틸렌과 같은 전구체 웨브(34)의 최대 약 10 중량%까지 첨가될 수 있다.
미립자 재료, 예를 들어 미립자 피부 트리트먼트 또는 보호제, 또는 냄새 흡수 활성제, 예를 들어 제올라이트와 같은 다른 첨가제가 선택적으로 전구체 웨브(34)의 하나 이상의 층에 첨가될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미립자 물질을 포함하는 엠보싱된 웨브는, 피부 접촉 응용에 사용되는 경우, 활성제가 매우 직접적이고 효율적인 방식으로 피부에 접촉하게 할 수 있다. 구체적으로, 일부 실시 형태에서, 불연속 연장 요소(22)의 형성은 그의 말단부(24)에서 또는 그 부근에서 미립자 물질을 노출시킬 수 있다. 따라서, 엠보싱된 웨브(16)가 피부 접촉 응용에 사용되는 경우, 피부 케어 제제와 같은 활성제는 불연속 연장 요소(22)의 말단부(24)에 또는 그 부근에 국소배치되어 그러한 피부 케어 제제와의 직접적인 피부 접촉을 허용할 수 있다.
전구체 웨브(34)에 이용되는 경우 미립자 재료의 평균 입자 크기는 전형적으로 0.2 내지 약 200 마이크로미터, 또는 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터일 것이다. 운모 간섭 입자와 같은 소정의 미립자 재료의 사용은 엠보싱된 웨브(16)의 시각적 외관을 현저하게 개선시킬 수 있다.
전구체 웨브(34)는 또한 선택적으로 엠보싱된 웨브(16)의 시각적 외관을 개선시키기 위해 재료에 색상을 부여하도록 사용되는 안료, 레이크(lake), 토너, 염료, 잉크 또는 다른 제제와 같은 착색제를 포함할 수 있다.
본 발명에 적합한 안료는 무기 안료, 진주광택 안료(pearlescent pigment), 간섭 안료 등을 포함한다. 적합한 안료의 비제한적인 예에는 활석, 운모, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 규산마그네슘, 규산알루미늄마그네슘, 실리카, 이산화티타늄, 산화아연, 적색 산화철, 황색 산화철, 흑색 산화철, 카본 블랙, 울트라마린, 폴리에틸렌 분말, 메타크릴레이트 분말, 폴리스티렌 분말, 실크 분말, 결정질 셀룰로오스, 전분, 티탄산 운모, 산화철 티탄산 운모, 옥시염화비스무트 등이 포함된다.
적합한 착색된 웨브는 공계류 중인, 2010년 3월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "복수의 불연속 연장 요소를 포함하는 착색된 웨브 재료(COLORED WEB MATERIAL COMPRISING A PLURALITY OF DISCRETE EXTENDED ELEMENTS)" (P&G Case 11634)인 미국 특허 출원 제_/__,__호, 및 2010년 3월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "시야각 의존성 색상을 나타내며 복수의 불연속 연장 요소를 포함하는 웨브 재료(WEB MATERIAL EXHIBITING VIEWING-ANGLE DEPENDENT COLOR AND COMPRISING A PLURALITY OF DISCRETE EXTENDED ELEMENTS)"(P&G Case 11635)인 미국 특허 출원 제_/__,__호에 기재되어 있다.
전구체 웨브(34)는 또한 선택적으로 충전제, 가소제 등을 포함할 수 있다.
엠보싱된 웨브
전구체 웨브(34)는 다양한 원하는 구조적 특징 및 특성, 예를 들어 원하는 부드러운 촉감 및 미적 만족을 주는 시각적 외관을 가질 수 있는 엠보싱된 웨브(16)를 형성하도록 본 발명의 공정에 따라 처리된다. 전구체 웨브(34)는 전구체 웨브(34)를 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시키기 위해 제공되는 정압 플리넘(36)과 성형 구조체(8) 사이에 위치된다. 도 6을 참조하면, 불연속 연장 요소(22)를 갖는 엠보싱된 웨브(16)가 이에 의해 생성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 불연속 연장 요소(22)는 개방된 기단부(30)와, (도 8에 도시된 바와 같은) 개방된 말단부(24) 또는 (도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은) 폐쇄된 말단부를 갖는다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 설명된 공정으로부터 유래하는 엠보싱된 웨브(16)는 미국 특허 제7,402,723호 또는 제7,521,588호에 상세하게 기재되어 있는 것과 유사한 구조체(10)를 가질 수 있다.
3차원의 엠보싱된 웨브(16)는 전술된 바와 같이 웨브 재료의 단일 층 또는 다층 공압출 또는 라미네이트 웨브 재료일 수 있는 전구체 웨브(34)로부터 생성된다. 라미네이트 필름 재료들은 스킨 층을 포함하는 필름을 비롯한 라미네이트 필름을 제조하는 기술 분야에 알려져 있는 바와 같이 공압출될 수 있다. 도 6에 도시된 실시 형태에서, 전구체 웨브(34)는 제1 층(18) 및 제2 층(20)을 포함하는 2층 라미네이트 필름이다.
불연속 연장 요소(22)는 대체로 그의 제1 표면(26) 상에 웨브의 돌출된 연장부로서 형성된다. 엠보싱된 웨브(16) 상의 불연속 연장 요소(22)의 개수, 크기 및 분포는 원하는 부드러운 감촉, 소리 효과 및 시각적 효과에 기초하여 미리결정될 수 있다. 일회용 흡수 용품의 톱시트, 백시트 또는 이형지(release paper) 래퍼, 또는 패키징과 같은 응용의 경우, 불연속 연장 요소(22)가 엠보싱된 웨브(16)의 일 표면으로부터만 돌출하는 것이 요구될 수 있다. 따라서, 엠보싱된 웨브(16)가 일회용 흡수 용품의 톱시트로서 사용되는 경우, 엠보싱된 웨브(16)는 우수한 부드러움의 느낌을 위해 불연속 연장 요소(22)가 피부와 접촉하도록 배향될 수 있다. 더욱이, 폐쇄된 말단부(24)를 갖는 불연속 연장 요소(22)를 구비하는 것은 감소된 재습윤(rewet)으로 이어질 수 있는데, 즉 톱시트의 구멍을 통해 아래에 놓인 흡수 층으로 처음에 통과한 후에는 감소된 양의 유체가 톱시트의 표면으로 재도입된다.
도 7을 참조하면, 불연속 연장 요소(22)는 엠보싱된 웨브(16)의 제1 표면(28)으로부터 돌출하는 것으로 설명될 수 있다. 그렇기 때문에, 불연속 연장 요소(22)는 전구체 웨브(34)와 일체인 것으로 설명될 수 있으며 전구체 웨브(34)의 영구적인 국부 소성 변형에 의해 형성될 수 있다. 불연속 연장 요소(22)는 개방된 기부 부분(30) 및 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)를 한정하는 측벽(들)(28)을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 불연속 연장 요소(22) 각각은 인접한 연장 요소들 사이의 최소 진폭(Amin)부터 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)에 있는 최대 진폭(Amax)까지 측정된 높이(h)를 갖는다. 불연속 연장 요소(22)는 대체로 원통형인 구조체(10)의 경우에 횡방향 단면에서 외경인 직경(d)을 갖는다. "횡방향"은 제1 표면(26)의 평면에 대체로 평행한 것을 의미한다. 불균일한 횡방향 단면을 갖는 대체로 원주형인 불연속 연장 요소(22) 및/또는 불연속 연장 요소(22)의 비-원통형 구조의 경우, 직경(d)은 불연속 연장 요소의 ½ 높이(h)에서의 평균 횡방향 단면 치수로서 측정된다. 따라서, 각각의 불연속 연장 요소에 대해, h/d로서 정의되는 종횡비가 결정될 수 있다. 불연속 연장 요소는 종횡비(h/d)가 약 0.2 이상, 약 0.3 이상, 약 0.5 이상, 약 0.75 이상, 약 1 이상, 약 1.5 이상, 약 2 이상, 약 2.5 이상, 또는 약 3 이상일 수 있다. 불연속 연장 요소(22)는 전형적으로 높이(h)가 약 30 마이크로미터 이상, 약 50 마이크로미터 이상, 약 65 마이크로미터 이상, 약 80 마이크로미터 이상, 약 100 마이크로미터 이상, 약 120 마이크로미터 이상, 약 150 마이크로미터 이상, 또는 약 200 마이크로미터 이상일 것이다. 연장 요소는 전형적으로 높이가 전구체 웨브의 두께와 적어도 동일하거나, 전구체 웨브의 두께의 2배 이상이거나, 바람직하게는 전구체 웨브의 두께의 3배 이상일 것이다. 불연속 연장 요소(22)는 전형적으로 직경(d)이 약 50 마이크로미터 내지 약 5,000 마이크로미터, 약 50 마이크로미터 내지 약 3,000 마이크로미터, 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터, 약 65 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 또는 약 75 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터일 것이다. 소정 실시 형태에서, 불연속 연장 요소(22)는 최대 약 2.5 센티미터, 최대 약 2 센티미터, 최대 약 1.5 센티미터, 최대 약 1 센티미터, 최대 약 0.5 센티미터, 또는 최대 약 0.1 센티미터의 더 큰 직경(d)을 가질 수 있다.
대체로 비-원주형이거나 불규칙한 형상을 갖는 불연속 연장 요소(22)의 경우, 불연속 연장 요소의 직경은 ½ 높이에서의 불연속 연장 요소의 선회 반경의 2배로서 정의될 수 있다.
연장 요소가 개방된 연장 요소의 측벽의 일부분을 갖도록 전체 웨브 재료를 가로질러 길이방향으로 연장되는, 리지와 같은 형상을 갖는 불연속 연장 요소의 경우, 불연속 연장 요소의 직경은 ½ 높이에서의 연장 요소의 2개의 대향하는 측벽들 사이의 평균 최소 폭으로서 정의될 수 있다.
일반적으로, 임의의 개별 불연속 연장 요소의 실제 높이(h)는 결정하기 어려울 수 있기 때문에, 그리고 실제 높이는 서로 다를 수 있기 때문에, 복수의 불연속 연장 요소(22)의 평균 높이(havg)는 엠보싱된 웨브(16)의 미리결정된 영역에 걸쳐 평균 최소 진폭(Amin) 및 평균 최대 진폭(Amax)을 측정함으로써 결정될 수 있다. 그러한 평균 높이(hpavg)는 전형적으로 전술된 높이의 범위 내에 속할 것이다. 마찬가지로, 변하는 단면 치수에 대해서, 복수의 불연속 연장 요소(22)에 대해 평균 직경(davg)이 결정될 수 있다. 그러한 평균 직경(davg)은 전형적으로 전술된 직경의 범위 내에 속할 것이다. 그러한 진폭 및 다른 치수 측정은 당업계에 알려져 있는 임의의 방법에 의해, 예를 들어 컴퓨터를 이용한 주사 현미경법 및 데이터 처리에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 엠보싱된 웨브(16)의 미리결정된 부분에 대한 불연속 연장 요소(22)의 평균 종횡비(ARavg)는 havg //davg로 표현될 수 있다.
일 실시 형태에서, 불연속 연장 요소의 직경은 일정하거나 진폭이 증가함에 따라 감소한다(진폭은 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)에서 최대치로 증가함). 불연속 연장 요소(22)의 직경 또는 평균 횡방향 단면 치수는 기부 부분에서 최대일 수 있으며, 횡방향 단면 치수는 말단부까지 점차로 감소된다. 이 구조체(10)는 엠보싱된 웨브(16)가 성형 구조체(8)로부터 용이하게 제거될 수 있음을 보장하는 것을 돕기 위해 바람직한 것으로 여겨진다. 다른 실시 형태에서, 불연속 연장 요소(22)의 직경은 진폭이 증가함에 따라 증가한다. 예를 들어, 불연속 연장 요소(22)는 버섯 형상일 수 있다.
전구체 웨브(34)가 얇게 되는 것은 큰 종횡비의 불연속 연장 요소(22)를 형성하기 위해 필요한 비교적 깊은 드로잉(drawing)으로 인해 일어날 수 있다. 예를 들어, 얇게 되는 것은는 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)에서 그리고/또는 측벽을 따라 관찰될 수 있다. "관찰된다"는 확대된 단면에서 보았을 때 얇게 되는 것이 뚜렷함을 의미한다. 이와 같이 얇게 되는 것은 얇은 부분이 만져졌을 때 압축 또는 전단에 대한 저항을 거의 제공하지 않기 때문에 유익할 수 있다. 예를 들어, 사람이 불연속 연장 요소(22)를 나타내는 면에서 엠보싱된 웨브(16)를 만졌을 때, 사람의 손가락 끝은 먼저 불연속 연장 요소(22)의 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)와 접촉한다. 불연속 연장 요소(22)의 큰 종횡비, 그리고 말단부(24)에서의 그리고/또는 측벽을 따른 전구체 웨브(34)의 벽이 얇게 됨으로 인해, 불연속 연장 요소(22)는 사람의 손가락에 의해 엠보싱된 웨브(16) 상에 가해진 압축 또는 전단에 대한 저항을 거의 제공하지 않는다. 이러한 저항의 결여는 벨루어 천(velour fabric)의 감촉과 매우 유사한 부드러운 감촉으로서 나타난다.
폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)에서의 그리고/또는 측벽을 따른 전구체 웨브(34)가 얇게 되는 것은 전구체 웨브(34)의 두께에 대해서, 또는 엠보싱된 웨브(16)의 불연속 연장 요소(22)를 완전히 둘러싸는 랜드 영역의 두께에 대해서 측정될 수 있다. 전구체 웨브(34)는 전형적으로 전구체 웨브(34)의 두께에 대해서 약 25% 이상, 약 50% 이상, 또는 약 75% 이상이 얇게 될 것이다. 전구체 웨브(34)는 전형적으로 엠보싱된 웨브(16)의 불연속 연장 요소(22)를 둘러싼 랜드 영역의 두께에 대해서 약 25% 이상, 약 50% 이상, 또는 약 75% 이상, 약 85% 이상이 얇게 될 것이다.
본 명세서에 개시된 것과 같은 불연속 연장 요소(22)만을 가지며, 거시적인 구멍 또는 개방된 말단부(24)를 갖는 불연속 연장 요소(22)를 갖지 않는 유체 불투과성 웨브가 유체 투과성이 요구되지 않는 임의의 응용을 위해 부드러움을 제공할 수 있음에 주목하여야 한다. 따라서, 일 실시 형태에서, 공정은 적어도 하나의 표면에서 부드럽고 비단결 같은 촉각적 느낌을 나타내는 엠보싱된 웨브(16)를 생성하는데, 엠보싱된 웨브(16)의 비단결 같은 느낌의 표면은 불연속 연장 요소(22)의 패턴을 나타내며, 불연속 연장 요소(22)들의 각각은 웨브 표면의 돌출된 연장부이고 개방된 기부 부분(30)과 폐쇄된 또는 개방된 말단부(24)를 한정하는 측벽을 가지며, 불연속 연장 요소(22)는 개방된 기부 부분(30)에서 또는 그 부근에서 최대 횡방향 단면 치수를 갖는다.
엠보싱된 웨브(16)는 또한 개선된 소리 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 취급되거나 손으로 조작될 때, 엠보싱된 웨브(16)는 전구체 웨브(34)와 비교하여 소리를 덜 생성한다. 선택적으로, 소정의 엠보싱 패턴은 만져지거나 문질러질 때 독특하고 바람직한 소리를 생성할 수 있다.
제1 표면(26)의 단위 면적당 불연속 연장 요소(22)의 개수인, 불연속 연장 요소(22)의 "면적 밀도"는 최적화될 수 있으며, 엠보싱된 웨브(16)는 전형적으로 제곱센티미터당 약 4개 내지 약 10,000개, 약 95개 내지 약 10,000개, 약 240개 내지 약 10,000개, 약 350개 내지 약 10,000개, 약 500개 내지 약 5,000개, 또는 약 700개 내지 약 3,000개의 불연속 연장 요소(22)를 포함할 것이다. 일반적으로, 중심간 간격은 불연속 연장 요소(22)들 사이의, 유체와 같은 물질의 포획을 최소화하는 동시에 적절한 촉각적 느낌을 위해 최적화될 수 있다. 인접한 불연속 연장 요소(22)들 사이의 중심간 간격은 약 100 마이크로미터 내지 약 1,000 마이크로미터, 약 30 마이크로미터 내지 약 800 마이크로미터, 약 150 마이크로미터 내지 약 600 마이크로미터, 또는 약 180 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터일 수 있다.
엠보싱된 웨브(16)가 일회용 흡수 용품을 위한 톱시트로서 이용될 때, 엠보싱된 웨브(16)는 유체가 엠보싱된 웨브(16)를 통해 유동하게 하는 대형 구멍(macroaperture)을 추가로 포함할 수 있다.
엠보싱된 웨브를 제조하기 위한 공정
도 9를 다시 참조하면, 엠보싱된 웨브(16)를 형성하기 위한 공정은 정압 플리넘(36)과 성형 구조체(8) 사이에 전구체 웨브(34)를 공급하는 단계, 및 전구체 웨브(34)의 부분들을 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시키기에 충분하게 전구체 웨브(34) 및 성형 구조체(8)에 대해서 정압 플리넘(36)으로부터의 기체 압력을 가하고 이에 의해 불연속 연장 요소(22)를 갖는 엠보싱된 웨브(16)를 형성하는 단계를 포함한다. 성형 구조체(8)에 대한 전구체 웨브(34)의 일치는 발생되는 압력 및 성형 구조체(8)의 토포그래피(topography)에 따라 부분적인 일치, 실질적인 일치, 또는 완전한 일치일 수 있다. 이론에 의해 구애되는 것은 아니지만, 개방된 말단부(24)는 전구체 웨브(34)를 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시키는 동안 전구체 웨브(34)를 국부적으로 파열시킴으로써 형성될 수 있다고 여겨진다.
엠보싱된 웨브(16)를 형성하기 위한 전구체 웨브(34)의 영구적인 변형을 달성하기 위해, 가해진 압력은 일반적으로 전구체를 그의 항복점을 넘어서 신장시키기에 충분하다.
본 공정은 배치(batch) 공정 또는 연속 공정일 수 있다. 배치 공정은 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 배치되는 전구체 웨브(34) 재료의 개개의 시트들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
연속 공정은 권취해제되어 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 공급되는 전구체 웨브(34) 재료의 롤을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 성형 구조체(8)는 예를 들어 롤의 형태일 수 있다. 전구체 웨브(34)가 성형 구조체(8) 롤과 정압 플리넘(36) 사이를 통과함에 따라, 엠보싱된 웨브(16)가 형성된다.
본 공정은 비교적 짧은 체류 시간을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "체류 시간"이라는 용어는 전구체 웨브(34)의 소정 부분에 압력이 가해지는 시간의 양, 보통은 전구체 웨브(34)의 소정 부분이 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 위치되어 보내는 시간의 양을 지칭한다. 압력은 전형적으로 약 5초 미만, 약 1초 미만, 약 0.5초 미만, 약 0.1초 미만, 약 0.01초 미만, 또는 약 0.005초 미만의 체류 시간 동안 전구체 웨브(34)에 가해진다. 예를 들어, 체류 시간은 약 0.5 밀리초 내지 약 50 밀리초일 수 있다. 그러한 비교적 짧은 체류 시간에도, 본 명세서에 기재된 바람직한 구조적 특징을 갖는 엠보싱된 웨브가 생성될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 공정은 엠보싱된 웨브의 고속 생산을 가능하게 한다.
전구체 웨브(34)는 약 0.01 미터/초 이상, 약 1 미터/초 이상, 약 5 미터/초 이상, 또는 약 10 미터/초 이상의 속도로 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 공급될 수 있다. 다른 적합한 속도는, 예를 들어 적어도 약 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 미터/초를 포함한다.
성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)의 형상 및 가해진 압력과 같은 인자에 따라, 본 발명의 공정에 의해 생성되는 엠보싱된 웨브(16)의 연장 요소의 말단부(24)는 폐쇄되거나 개방될 수 있다.
본 공정은 주위 온도에서 수행될 수 있으며, 이는 열이 성형 구조체(8) 및/또는 전구체 웨브(34)에 의도적으로 가해지지 않음을 의미한다. 그러나, 특히 연속 공정에서 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이의 압력으로 인해 열이 발생될 수 있음을 이해하여야 한다. 그 결과, 성형 구조체(8) 및/또는 기체 정압 플리넘의 기체는 공정 조건을 주위 온도와 같은 원하는 온도로 유지하기 위해 냉각될 수 있다.
본 공정은 또한 전구체 웨브(34)가 상승된 온도를 갖는 상태에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 전구체 웨브(34)의 온도는 전구체 웨브(34)의 융점보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전구체 웨브(34)의 온도는 전구체 웨브(34)의 융점보다 약 10℃ 이상 낮을 수 있다. 전구체 웨브(34), 특히 폴리에틸렌을 포함하는 전구체 웨브(34)는 공정 동안에 약 10℃ 내지 약 200℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 20℃ 내지 약 110℃, 약 10℃ 내지 약 80℃, 또는 약 10℃ 내지 약 40℃의 온도를 가질 수 있다. 전구체 웨브(34)는 정압 플리넘(36)을 위한 가열된 유체 압력원을 사용하여 전구체 웨브(34)를 가열함으로써, 그리고/또는 성형 구조체(8)를 가열함으로써 공정 동안에 가열될 수 있다. 예를 들어, 가열된 기체가 정압 플리넘(36)을 위한 압력원으로서 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 전구체 웨브는 성형 구조체와 순응성 기재 사이에 제공되기 전에 가열되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 전구체 웨브, 성형 구조체 및 순응성 기재는 전구체 웨브를 성형 구조체와 순응성 기재 사이에 제공하기 전에 가열되지 않는다.
일반적으로, 본 발명의 공정은 약 10℃ 내지 약 200℃, 약 10℃ 내지 약 120℃, 약 10℃ 내지 약 80℃, 또는 약 10℃ 내지 약 40℃의 온도에서 수행될 수 있다. 온도는 예를 들어 적외선 온도계 또는 레이저 온도계와 같은 비-접촉 온도계에 의해 정압 플리넘과 성형 구조체(8) 사이의 닙(nip)에서 온도를 측정함으로써 측정될 수 있다. 온도는 또한 페이퍼 써모미터 컴퍼니(Paper Thermometer Company)로부터 입수가능한 써모라벨(Thermolabel)과 같은 온도 민감성 재료를 사용하여 측정될 수 있다.
평균 압력이 정압 플리넘(36)에 의해 제공된다. 평균 압력은 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 위치되는 전구체 웨브(34)를 성형 구조체(8)의 불연속 돌출 요소(10)에 일치시켜 엠보싱된 웨브(16)를 형성하기에 충분하다. 일반적으로 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 제공되는 평균 압력은 약 0.1 ㎫ 내지 약 25 ㎫, 약 1 ㎫ 내지 약 20 ㎫, 약 0.5 ㎫ 내지 약 10 ㎫, 약 10 ㎫ 내지 약 25 ㎫, 또는 약 0.5 ㎫ 내지 약 5 ㎫이다.
본 공정은 선택적으로 전구체 웨브(34)가 성형 구조체(8)와 정압 플리넘(36) 사이에 제공되기 전에 전구체 웨브(34) 및/또는 성형 구조체(8)에 슬립제(slip agent)를 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 특히 연속 공정에서 전구체 웨브(34)와 성형 구조체(8) 사이의 마찰을 감소시키는 것에 유익할 수 있다. 적합한 슬립제의 비제한적인 예에는 실리콘, 활석, 윤활유 등이 포함된다.
본 공정은 선택적으로 엠보싱된 웨브(16)를 추가로 조작하는 다른 공정과 조합될 수 있다. 일 실시 형태에서, 그러한 추가의 공정은 예를 들어 흡수 용품을 생성하기 위해 동일한 공정 제조 라인에서 본 공정과 조합될 수 있다. 일 실시 형태에서, 본 공정은 미국 특허 출원 공개 제2006/0087053 A1호 또는 제2005/0064136 A1호에 기재된 공정과 같이 엠보싱된 웨브(16)에 대형 구멍을 부여할 수 있는 공정과 조합된다. 그러한 공정 조합은 흡수 용품의 톱시트로서 사용하기에 적합할 수 있는, 대형 구멍이 형성된 엠보싱된 웨브(16)를 생성할 수 있다. 그러한 대형 구멍이 형성된 엠보싱된 웨브(16)는 후속적으로, 바람직하게는 동일한 공정 제조 라인에서, 다른 흡수 용품 구성요소, 예를 들어 흡수 코어, 백시트 등과 조합됨으로써 흡수 용품으로 변환될 수 있다.
전술된 공정에 부가하여, 엠보싱된 웨브를 제조하기 위한 대안적인 공정이 고려된다. 본 공정은 제2 압력원으로부터의 압력을 가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제2 압력원은 액체 정압 플리넘, 기체 정압 플리넘, 기체 속도 압력원, 예를 들어 에어 나이프, 액체 속도 압력원, 예를 들어 종래의 액압성형 공정에 사용되는 것, 및 순응성 기재로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 미국 가특허 출원 제61/159,906호는 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 순응성 기재를 개시하고 있다. 제2 압력원에 의해 전구체 웨브(34)에 가해지는 압력은 전형적으로 전술된 정압 플리넘(36)에 의해 전구체 웨브(34)에 가해지는 그 압력과 유사할 것이다. 제2 압력원은 정압 플리넘 전에 또는 그 후에 전구체 웨브에 대해서 압력을 가할 수 있다. 예를 들어, 본 공정은 다수의 정압 플리넘을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 적어도 2개의 정압 플리넘이 제공되며, 성형 구조체(8)와 제1 정압 플리넘 사이의 전구체 웨브(34)의 제1 부분에 압력이 가해진다. 이어서 성형 구조체(8)와 제2 정압 플리넘 사이의 전구체 웨브(34)의 제1 부분에 압력이 가해질 수 있다. 이는 일치된 전구체 웨브의 부분을 성형 구조체의 동일한 불연속 돌출 요소에 추가로 일치시킬 수 있다. 이는 본 공정에 의해 형성되는 불연속 연장 요소의 증대를 허용할 수 있다.
엠보싱된 웨브의 용도
엠보싱된 웨브는 흡수 용품의 구성요소 재료(예를 들어, 톱시트, 백시트 또는 이형지 래퍼), 패키징(예를 들어, 플로우 랩, 수축성 랩, 또는 폴리백), 쓰레기 봉투, 음식 랩, 치실, 와이프, 전자 부품, 벽지, 의류, 앞치마, 창문 커버, 식탁용 매트, 책 커버 등으로서 사용되는 것을 포함하여 다수의 상이한 방식으로 이용될 수 있다.
[실시예]
다음은 본 발명의 엠보싱된 웨브를 제조하기 위한 공정의 비제한적인 실시예이다.
실시예 1
기체 정압 플리넘 및 제곱센티미터당 약 1550개의 불연속 돌출 요소(제곱인치당 약 10,000개의 불연속 돌출 요소, 100 메시)를 갖는 성형 구조체를 사용하여 엠보싱 웨브를 생성한다. 성형 구조체는 델린 아세탈(DELRIN Acetal)로 제조되며 두께는 약 1 ㎜이다. 불연속 돌출 요소는 높이가 약 250 마이크로미터, 직경(½ 높이에서 측정됨)이 약 105 마이크로미터, 중심간 간격이 약 270 마이크로미터이다. 불연속 돌출 요소의 측벽은 약 8°의 각도로 테이퍼진다. 돌출 요소의 말단부는 직경이 약 88 마이크로미터이다. 불연속 돌출 요소는 인접한 돌출 요소에 대해서 오프셋(offset)된다.
이용된 전구체 웨브(34)는 두께가 약 15 마이크로미터이고 평량이 약 14.2 그램/제곱미터("gsm")인, 알케이더블유 유에스, 인크.로부터 입수한 폴리에틸렌 필름이다.
약 20℃의 주위 온도에서 성형 구조체를 갖는 고속 리서치 프레스(research press)를 사용하여 엠보싱 공정을 수행한다. 고속 리서치 프레스는 미국 특허 공개 제2009/0120308호에 상세하게 기재되어 있으며, 전구체 웨브(34)를 엠보싱하기 위한 연속 생산 라인 공정을 모의 실험하도록 설계된다. 프레스는 고압원에 연결되어 기체 정압 플리넘을 위한 압력을 전달하는, 고무(40A 경도의 네오프렌(Neoprene))에 의해 둘러싸인 25 ㎜ x 25 ㎜ 개구를 갖는 매니폴드 플레이트를 포함한다. 성형 구조체는 약 1.8 ㎜의 압축 거리까지 매니폴드 플레이트의 고무와 결합하여, 성형 구조체와 고무 사이의 전구체 웨브를 밀봉한다. 이로써, 기체 정압 플리넘에 의해 전구체 웨브를 가로질러 압력차가 생성되는데, 성형 구조체를 향하는 전구체 웨브의 면 상에 대기압이 존재하며 전구체 웨브의 반대쪽 면 상에 기체 정압 플리넘으로부터의 약 2 ㎫의 압력이 존재한다. 프레스는 205 ㎜ 직경의 성형 구조체 롤을 모의 실험하도록 작동된다. 전구체 웨브(34)를 약 2.74 미터/초의 모의 실험 속도로 성형 구조체(8)와 기체 정압 플리넘 사이에 공급한다. 체류 시간은 약 0.19초이다. 생성되는 엠보싱된 웨브는 약 100 마이크로미터의 평균 높이, 및 (도 10a에 도시된 바와 같은) 개방된 말단부 또는 (도 10b에 도시된 바와 같은) 폐쇄된 말단부를 갖는 불연속 연장 요소를 포함한다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값은, 기재된 정확한 수치 값으로 엄격히 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 대신에, 달리 명시되어 있지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 기재된 값과 그 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 둘 모두를 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, "40 ㎜"로 개시된 치수는 "약 40 ㎜"를 의미하는 것으로 의도된다.
일 실시 형태와 관련하여 기술적 특징이 본 명세서에서 개시되는 경우, 달리 명시되지 않는다면, 이러한 특징은 다른 실시 형태(들) 또는 청구항(들)에 개시된 임의의 다른 특징(들)과 조합될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 인용된 모든 문헌은 관련 부분에서 본 명세서에 참고로 포함되며; 어떠한 문헌의 인용도 본 발명에 관해 종래 기술임을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다 본 명세서 내의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함되는 문헌 내의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충될 경우, 본 명세서 내의 그 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.
본 발명의 특정 실시 형태가 예시되고 설명되었지만, 당업자에게는 다양한 다른 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 첨부된 특허청구범위에 포함하고자 한다.

Claims (15)

  1. 높이가 전구체 웨브의 두께와 적어도 실질적으로 동일한 복수의 불연속 돌출 요소(discrete protruded element)를 포함하는 성형 구조체(forming structure)와 기체 정압 플리넘(static gas pressure plenum) 사이에 전구체 웨브를 공급하는 단계; 및
    상기 성형 구조체의 반대쪽의 전구체 웨브에 대해서 기체 정압 플리넘으로부터 압력을 가하여, 상기 전구체 웨브를 상기 성형 구조체의 불연속 돌출 요소에 일치시키기에 충분한, 상기 전구체 웨브를 가로지르는 압력차를 생성하고, 이에 의해 개방된 기단부(proximal ends)를 갖는 복수의 불연속 연장 요소(discrete extended element)를 포함하는 엠보싱된 웨브를 형성하는 단계
    를 포함하는, 엠보싱된 웨브(embossed web)의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    약 1 미터/초 이상의 속도로 기체 정압 플리넘과 성형 구조체 사이에 전구체 웨브를 공급하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    약 1 밀리초 내지 약 5초의 체류 시간(dwell time) 동안 압력을 가하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 동안에 전구체 웨브의 온도는 전구체 웨브의 융점보다 낮은, 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    전구체 웨브의 온도는 전구체 웨브의 융점보다 약 10℃ 이상 낮은, 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 동안에 전구체 웨브의 온도는 약 20℃ 내지 약 110℃인, 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기체는 질소, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기체를 포함하는, 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    기체는 공기를 포함하는, 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    엠보싱된 웨브의 연장 요소는 개방된 말단부를 갖는, 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    엠보싱된 웨브의 연장 요소는 폐쇄된 말단부를 갖는, 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    엠보싱된 웨브의 연장 요소는 종횡비가 약 0.2 이상인, 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    가해진 압력은 약 0.1 ㎫ 내지 약 25 ㎫, 바람직하게는 약 0.5 ㎫ 내지 약 5 ㎫인, 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    연장 요소는 전구체 웨브의 두께에 비해 얇은, 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    가해진 압력은 전구체 웨브를 전구체 웨브의 항복점(yield point)을 넘어서 신장시키기에 충분한, 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    전구체 웨브는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
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