KR20110133548A - 천공된 친수성 성형 필름 - Google Patents

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앤드류 디. 매스키노
알빈 더블유. 그로스
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트레데가르 필름 프로덕츠 코포레이션
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Abstract

흡수성 용품에서 상면시트 또는 수송층으로서 사용하기에 특히 적합한 천공된 성형 필름은 필름의 친수성 친화력을 증가시킬 정도로 충분한 양인 지방 알코올 및 1종 이상의 열가소성 올레핀 중합체를 포함한다.

Description

천공된 친수성 성형 필름 {HYDROPHILIC APERTURED FORMED FILM}
본 발명은 일회용 흡수성 제품, 더욱 구체적으로는, 필름에 액체에 대한 친수성 친화력을 제공하는 특성을 갖는 천공된 진공 성형 또는 액압성형 (hydroformed) 3차원 필름에 관한 것이다.
천공된 필름은 필름에 천공 또는 구멍을 만들기 위해 가공되는 플라스틱 필름이다. 천공된 필름은 일반적으로 두 부류, 즉 3차원 필름 및 편평한 필름으로 분류된다. 모든 필름이 공칭 두께를 갖는다는 점에서는 3차원이지만, 본 발명에서 "3차원 필름" (본원에서 또한 "성형 필름"으로 언급됨)은 필름 표면으로부터 연장되어 천공에서 종결되는 표면 구조 또는 돌기를 갖는 것이다. 이러한 돌기는 필름의 공칭 두께를 넘어 필름에 큰 두께를 제공한다. 이와 같은 필름은 필름의 기저면과 돌기의 종결점에서 천공들에 의해 규정되는 2차 면 사이의 거리로서 규정되는 두께 또는 로프트 (loft)에 의해 특성화된다. 2차 면은 필름의 기저 면과 떨어져 있으며 일반적으로 기저 면에 평행하다. 다중-평면의 실시양태에서, 추가적인 돌기는 2차 면의 표면으로부터 기원하여 필름의 3차 면을 형성한다. 일반적으로, 필름의 변형 한도가 손상되지 않는 한에서는, 돌기는 압력 또는 장력으로 인해 변형된 후에 본래의 모양으로 되돌아 갈 것이라는 점에서 복원력을 갖는다. 대조적으로, 천공된 편평한 필름은 단순하게 구멍이 있는 필름이며, "3차원 필름"을 특성화하는 3차원 복원력을 가진 표면 구조가 결여되어 있다.
천공된 필름을 제조하는 기술에는 여러 가지 방법이 있다. 편평한 필름은 구멍을 필름에 가하는 임의의 방법으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 전구 필름에 구멍을 만들기 위해서 핀 또는 다른 부조세공 (embossment)을 사용하는 기계적인 방법이 있다. 3차원 필름의 경우, 두 가지의 가장 보편적인 방법은 진공 성형 및 액압성형이다. US 3939135호 및 US 4324246호와 같은 참조 문헌에서 예시된 진공 성형 방법은 필름의 한쪽에는 부압이 생기고 필름의 반대쪽에는 상응하는 정압이 생기도록 진공을 이용한다. 압력 차이는 필름이 성형 스크린에 있는 구멍으로 빨려들어가 천공이 생기게 한다. 참조 문헌 US 4609518호에 예시되어 있는 액압성형 방법에서는, 고압 물 제트를 사용하여 필름에 충돌하는 액체 증기를 발생시켜, 필름이 성형 스크린에 있는 구멍으로 밀려 들어가게 하여 천공이 생기게 한다.
액압성형 또는 진공 성형 방법에서, 필름은 당업계에서 공지되고, 본원에서 성형 스크린으로서 언급되는 다공성 구조물 상에 지지된다. 직접 캐스트 방법에서는, 용융된 중합체를 다이를 통해 성형 스크린 위에 압출한 후 진공에 노출시킨다. 이러한 방법은 본원에 참조 문헌으로 인용되는 US 4456570호에 예시되어 있다. 재가열 방법에서는, 전구 필름을 필름의 연화점보다 높지만 필름의 녹는점보다는 낮은 온도로 가열한 후 진공에 노출시킨다. 전구 필름은 캐스트 또는 블로운 (blown) 필름일 수 있다. 재가열 방법은 본원에 참조 문헌으로 인용되는 US 4151240호에 예시되어 있다.
천공된 필름의 다른 유형은 모두 본원에 참조 문헌으로 인용되는 미국 특허 4609518호, 동 4629643호, 동 4695422호, 동 4772444호, 동 4778644호, 동 4839216호, 및 동4637819호에 예시되어 있는 액압성형된 필름을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 필름을 스크린의 개구로 밀어 넣어 천공된 돌기를 형성하기 위해서 고압 물 제트를 사용한다는 점을 제외하고는, 액압성형 방법은 재가열 공정과 유사하다. 물의 제거 및 재순환에 도움을 주기 위해서 진공을 또한 필름에 적용하는 것이 흔한 경우이지만, 그렇지 않다면 진공은 돌기의 형성에는 작용하지 않는다.
수년에 걸쳐서, 계면활성제가 첨가되면 흡수 장치용 상면시트로서의 3차원 필름의 기능성이 향상된다는 것이 발견되었다. "계면활성제"는 액체의 표면 장력을 낮추기 위해 습윤제로서 작용하고 액체의 퍼짐성을 증가시켜 주는 화학종이다. 중합체 필름 생성물에서의 보편적인 사용은 김서림 방지 및 정전기방지의 적용이다. 필름은 열가소성 폴리올레핀과 같은 본래 소수성인 중합체로부터 만들어졌기 때문에, 계면활성제를 필름에 첨가하여 필름의 습윤성을 향상시켜 유체를 필름 상으로 퍼지게 하였다. 이는 필름이 사용자에게 건조하게 느껴지도록 하고, 천공으로의 유체 흐름을 개선시키기 때문에 위생상의 적용에 유용하다. 널리 공지된 김서림 방지제는 알킬페놀 에톡시레이트, 복합 폴리올 모노-에스테르, 올레산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 올레산의 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르, 및 지방산의 소르비탄 에스테르이다.
처음에는, 계면활성제를 필름에 국부적으로 적용시키는 것이 보편적인 실행이었지만, 현재는 액체에 대한 친수성 친화력을 갖는 필름을 제조하기 위해서 계면활성제를 수지 혼합물에 혼입하는 것이 가장 좋은 실행이다. 이러한 방법은 상기 언급한 US 4456570호에 예시되어 있다. 위생상의 적용을 위한 성형 필름에서 유용한 최근의 계면활성제는 US 5520875호에서 발견할 수 있으며, 비이온성 계면활성제, 예를 들어, 알코올 에톡시레이트, 알킬페놀 에톡시레이트, 카르복실산 에스테르, 글리세롤 에스테르, 지방산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 아비에트산과 관련된 지방족 카르복실산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 언히드로소르비톨 에스테르, 에톡시화 언히드로소르비톨 에스테르, 에톡시화 천연 지방, 오일, 및 왁스, 지방산의 글리콜 에스테르, 카르복실 아미드, 디에탄올아민 축합물, 모노알칸올아민 축합물, 폴리옥시에틸렌 지방산 아미드, 폴리알킬렌옥사이드 블록 공중합체를 포함한다. 이러한 계면활성제는 필름의 표면으로 이동하거나 또는 필름이 형성된 후 "이행 (bloom)"되어 필름의 표면에 친수성 친화력을 부여할 것이다. US 6353149호에는 에톡시화 지방 알코올, 에톡시화 알킬 페놀, 에톡시화 모노 지방산 에스테르, 에톡시화 디 지방산 에스테르, 및 이들의 혼합물로부터 구성되는 군으로부터 선택되는 계면활성제가 가속화된 이동을 나타낸다는 것이 개시되어 있다.
알코올 및 다른 가연성 용매가 만연하는 병원 수술실에서는, 이러한 용매를 발화시킬 수 있는 임의의 정전기 불꽃을 제거하는 것이 중요하다. 정전기 방지제는 정전기의 축적을 감소시키거나 또는 제거하기 위해서 재료 또는 이의 표면을 처리하기 위해 사용되는 화합물이다. 정전기 방지제는 공기 중의 수분을 흡수하여 자체적으로 전도성이 됨으로써 표면 또는 재료 자체를 약간 전도성으로 만드는 작용을 한다. 종종 정전기 방지제의 분자는 친수성 및 소수성 부분을 모두 가지고 있으며, 소수성 쪽은 재료의 표면과 상호작용을 하는 반면에, 친수성 쪽은 대기 습기와 상호작용하고 물 분자를 결합시켜 (김서림 방지 계면활성제와 같이) 물의 얇은 시트를 형성한다. 정전기 불꽃을 방전시키기 위해서, 물의 이러한 얇은 시트는 이후에 정전하를 기저상태로 만들어 정전하가 커질 수 없도록 한다. 많은 정전기 방지제는 장쇄 지방족 아민 (임의적으로 에톡시화됨), 아미드, 인산의 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 또는 폴리올을 기재로 한다.
종래 기술에서 지방 알코올 및 다른 지방 성분들은 계면활성제로서 사용되기 위해 '에톡시화'된다. 내로우-레인지 에톡시레이트 (narrow-range ethoxylate, "NRE")는 적합한 촉매 (소성된 또는 지방산으로 소수성이 된 층상 화합물)의 존재 하에, 지방 알코올에 에틸렌 옥사이드를 첨가함으로써 제조되는 공지 비이온성 계면활성제이다. 이러한 계면활성제 화학은 당업계에 널리 공지되어 있다.
개질되지 않은 지방 알코올이 종래 기술의 흡수 장치에서 발견될 수 있지만, 이는 건조함을 향상시키거나 또는 피부의 건강을 증진시키기 위한 로션 및 코팅에 사용되는 혼합물의 성분이다. 대표적인 기술은 모두 본원에 참조 문헌으로 인용되는 US 6426444호, US 6503526호 및 US 2008/0287896호를 포함한다.
식물 또는 동물의 지방성 물질로부터 유도되는 다양한 성분이 계면활성제 및 로션으로서 성형 필름 상면시트 종래 기술에 보편적이지만, 지방 알코올은 본 발명의 기술까지는 압출된 수지 블렌드에서 이동성 계면활성제로서 이전에 사용되지 않았다.
발명의 요약
일 실시양태에서, 본 발명은 필름을 친수성으로 만들 정도로 충분한 양인 지방 알코올 및 소수성 열가소성 중합체를 적어도 포함하는 천공된 3차원 필름을 제공한다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 상면시트 및 흡수성 코어를 포함하는 흡수성 용품을 제공하며, 여기서 상면시트는 필름을 친수성으로 만들 정도로 충분한 양인 지방 알코올 및 소수성 열가소성 중합체를 적어도 포함하는 천공된 3차원 필름을 포함한다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 상면시트, 흡수성 코어, 및 상면시트와 흡수성 코어 사이에 위치한 수송층을 포함하는 흡수성 용품을 제공하며, 여기서 상면시트 및 수송층 중 하나 이상이 필름을 친수성으로 만들 정도로 충분한 양인 지방 알코올 및 소수성 열가소성 중합체를 적어도 포함하는 천공된 3차원 필름을 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 측면은 도면 및 첨부된 특허청구범위를 참조하여 명세서를 추가로 읽을 경우 명백해질 것이다.
지방 알코올은 주로 식물에서 기원하는 천연 지방 및 오일로부터 유도되는 지방족 알코올이다. 지방 알코올은 보통 짝수의 탄소 원자를 갖는다. 지방산으로부터 제조할 경우 직쇄 알코올이 산출되거나, 또는 달리 말해, 알코올기 (-OH)가 말단 탄소에 부착된다. 다른 공정은 알코올기가 탄소 쇄 내부의 탄소에 부착되어 있는 이소알코올을 산출할 수 있다. 하기 표에 상응하는 그들의 탄소 원자 수와 함께 일련의 지방 알코올을 나타내었다.
<표 1>
Figure pct00001
탄소 원자 수가 감소할수록, 지방 알코올의 녹는점 또한 감소한다. 예를 들어, 탄소 원자가 14개인 지방 알코올은 약 100℃에서 녹고, 탄소 원자가 12개인 지방 알코올은 약 24℃ (상온)에서 녹을 것이다. 흡수성 용품의 특수한 사용을 위해 천공된 성형 필름을 설계할 때, 적용의 온도 한계가 설계자에게 명백할 것이다. 필름 내에 보류되어 있는 지방 알코올이 용융으로 인해 점도가 너무 낮아지면, 필요한 만큼 필름 내에 보류되지 않을 수 있다. 탄소 원자의 수가 증가할수록, 압출 공정에서 가공하기에 점도가 너무 높을 수 있다. 지방 알코올의 바람직한 탄소 원자 수 범위는 8 내지 24, 더욱 바람직하게는 12 내지 20, 가장 바람직하게는 16 내지 18이다.
많은 천공 모양 및 천공의 패턴 배열이 천공된 성형 필름 분야에 잘 공지되어 있다. 모양 및 패턴 배열은 심미적 및 촉각적 특성을 필름에 부여할 뿐만 아니라 유체 전송을 향상시키기 위한 목적으로 설계된다. 예를 들어, US 4324426호에는 천공의 등가 수력학적 직경이 어떻게 액체 전송에 영향을 줄 수 있는지에 대해 교시되어 있으며, US 4342314호에는 독특한 섬유 유사 심미적 특징을 어떻게 달성하는지에 대해 교시되어 있고, US 4463045호에는 천 유사 촉감을 부여하기 위한 작은 표면 변형 (surface aberration)의 용도에 대해 교시되어 있다. 상기 참조 문헌 및 당업계에 공지된 다른 참조 문헌의 모든 모양 및 패턴 배열이 본 실시양태와 관련하여 사용될 수 있다.
단지 예시의 목적으로, 천공이 좁은 섬유와 같은 요소로 인해 분리되도록 나란히 놓인 5각형 모양의 천공을 갖는 필름을 만들었다. 필름은 제곱 센티미터당 대략 90개의 천공으로 구성되었고, 개방 영역이 약 20 내지 25%이고 로프트가 약 500 내지 650 ㎛이었다. 로프트는 천공의 높이 및 임의의 표면 변형을 포함한 성형 필름의 전체 두께이다. 필름은 21.7 gram/m2의 기본 중량 및 일정하지 않은 무광택 외관 (matte finish)을 가졌다. 필름을 직접 캐스트 진공 성형 방법을 사용하여 제조하였다. 필름을 폴리올레핀 블렌드, 구체적으로는 보통은 소수성인 폴리에틸렌을 사용하여 만들었다. 하나의 필름에서, 블렌드는 대략 17,500 ppm 내지 20,000 ppm의 세틸 알코올을 함유하였다.
이들 필름에 대한 유출값 (run off value)을 US 4456570호에 명시된 절차를 사용하여 측정하였다. 시험 유체는 상기 특허 문헌의 6 컬럼, 10 내지 16행에 개시되어 있는 증류수, 염화나트륨 및 트리톤 (Triton) X-100 (다우 케미칼사 (Dow Chemical Company)의 비이온성 계면활성제)의 혼합물이었다. 유출값의 범위는 0% 내지 2.5%이었다. 보다 큰 세틸 알코올의 농도는 유출값을 지속적인 0%로 유지하게 할 것이다. 10,000 ppm의 농도는 10 및 15% 사이의 유출값을 야기하며, 마름모꼴 상면시트에 대한 하한으로 고려되어야 한다. 다양한 액체 점도 및 표면 장력을 갖는 다른 적용을 위해서 흡수 장치를 설계할 때, 지방 알코올을 약 500 ppm 만큼 적은 양으로 첨가하는 것이, 수송되고 흡수되는 액체의 유형에 따라 충분할 수 있다.
놀랍게도, 스테아릴 알코올을 사용하는 시험을 반복한 결과 유사한 결과가 나오지 않았다. 계면활성제 첨가제가 없는 소수성 폴리올레핀 (폴리에틸렌) 블렌드로부터 만들어진 대조군 필름은 유출값이 80%를 초과하였다. 스테아릴 알코올만을 최대 약 20,000 ppm의 양으로 블렌드에 첨가한 결과 78% 미만의 유출값이 나오지 않았다. 그러나, 세틸 알코올이 포함된 총합 농도 20,000 ppm의 50% 대 50% 혼합물로 첨가되었을 때, 0% 유출값이 얻어졌다. 세틸 알코올이 더욱 효과적인 성분이기 때문에, 50% 대 50% 비율을 벗어나는 블렌드는 세틸 알코올이 혼합물에서 주요 지방 알코올인 것이 유리할 것이다.
지방 알코올은 목적한 생성물의 기재 블렌드에서 공식적인 것으로 공지된 임의의 중합체 중에 배합 (let down)된 컴파운드로서 또는 그 자체로 압출 블렌드에 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 컴파운딩은 필름 압출 산업에 보편적이다. 필적하는 임의의 열가소성 필름 성형 중합체가 유리하게 사용될 수 있다. 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 특히 위생 및 개인 관리 적용을 목적으로 하는 필름에 있어서 바람직하다.

Claims (19)

1종 이상의 열가소성 올레핀 중합체 및 지방 알코올의 블렌드로 구성되는, 흡수 장치에서 액체 수송층으로서 유용한 천공된 친수성 압출 성형 필름.
제1항에 있어서, 지방 알코올이 약 500 ppm 이상의 양으로 존재하는 것인 필름.
제1항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올을 포함하는 것인 필름.
제1항에 있어서, 지방 알코올이 10,000 내지 20,000 ppm의 양으로 존재하는 것인 필름.
제1항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올 및 스테아릴 알코올의 혼합물인 것인 필름.
제5항에 있어서, 혼합물이 50% 이상의 세틸 알코올을 포함하는 것인 필름.
제1항에 있어서, 지방 알코올이 약 20,000 ppm 이상의 양으로 존재하는 것인 필름.
상면시트 및 흡수성 코어를 포함하며, 상면시트가 1종 이상의 열가소성 올레핀 중합체 및 지방 알코올의 블렌드로 구성되는 천공된 친수성 압출 성형 필름을 포함하는 것인 흡수성 용품.
제8항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올을 포함하는 것인 용품.
제8항에 있어서, 지방 알코올이 10,000 내지 20,000 ppm의 양으로 존재하는 것인 용품.
제8항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올 및 스테아릴 알코올의 혼합물인 것인 용품.
제11항에 있어서, 혼합물이 50% 이상의 세틸 알코올을 포함하는 것인 용품.
제8항에 있어서, 지방 알코올이 약 20,000 ppm 이상의 양으로 존재하는 것인 용품.
상면시트, 흡수성 코어 및 상면시트와 흡수성 코어 사이에 위치한 수송층을 포함하며, 수송층이 1종 이상의 열가소성 올레핀 중합체 및 지방 알코올의 블렌드로 구성되는 천공된 친수성 압출 성형 필름을 포함하는 것인 흡수성 용품.
제14항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올을 포함하는 것인 용품.
제14항에 있어서, 지방 알코올이 10,000 내지 20,000 ppm의 양으로 존재하는 것인 용품.
제14항에 있어서, 지방 알코올이 세틸 알코올 및 스테아릴 알코올의 혼합물인 것인 용품.
제17항에 있어서, 혼합물이 50% 이상의 세틸 알코올을 포함하는 것인 용품.
제14항에 있어서, 지방 알코올이 약 20,000 ppm 이상의 양으로 존재하는 것인 용품.

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