KR20140094566A

KR20140094566A - 미립자 충전재

Info

Publication number: KR20140094566A
Application number: KR1020147013806A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 존 모즐리; 마이클 죠지 트러스콧; 앨런 죠지 웨브; 아나벨 위게트 리니 레그릭스
Original assignee: 이메리즈 미네랄즈 리미티드
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-07-30
Also published as: EP2771412A1; JP6437031B2; JP2017122305A; AR088536A1; US20140287185A1; WO2013061068A1; KR102067567B1; CN104053728B; CN104053728A; JP2015504450A; BR112014009870A2

Abstract

본 발명은 굵은 물질을 함유하지 않거나 매우 낮은 양으로 함유하는 미립자 충전재, 상기 충전재를 포함하는 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 미립자 충전재 및 조성물을 생성시키는 방법에 관한 것이다.

Description

미립자 충전재 {PARTICULATE FILLERS}

본 발명은 굵은 물질 (coarse material)을 함유하지 않거나 매우 소량으로 함유하는 미립자 충전재, 상기 충전재를 포함하는 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 미립자 충전재 및 조성물을 생성하는 방법에 관한 것이다.

다양한 적용에서 가공된 미네랄의 용도는 공지되어 있다. 예를 들어, 종이 제품, 코팅, 예를 들어, 페인트 및 폴리머 조성물과 같은 적용에서 가공된 미네랄을 사용하는 것이 공지되어 있다.

특정 적용에 있어서 미네랄이 혼입될 수 있는 조성물의 특성에 입도 분포가 전형적으로 영향을 끼치기 때문에, 특정 입도 분포 (psd)를 갖는 가공된 미네랄을 개발하는데 많은 양의 연구가 수행되었다. 미립자 물질의 psd를 나타낼 때, 이는 종종 소위 "탑 컷 (top cut)"에 대한 언급을 포함한다. 탑 컷은 소정의 입경을 나타낼 수 있는데, 충전재 샘플중의 입자의 98% (또는 99%)가 언급된 값 보다 더 작은 직경을 갖는다. 예를 들어, 10㎛ 또는 그 미만의 탑 컷을 갖는 충전재는 충전재 샘플중의 입자의 98%가 10㎛ 보다 작은 직경을 가짐을 의미하는 것으로 여겨질 수 있다. 이는 입자의 약 2%가 탑 컷보다 큰 입도를 가질 것임을 의미한다. 탑 컷을 측정하는데 전형적으로 이용된 방법은 일반적으로 약 100ppm 또는 그 초과에 대해 민감하다.

본 발명자들은 놀랍게도, 본원에서 "굵은 물질" (또는 "단단한 물질 (hard material)")로서 언급될 수 있으며 충전재 예를 들어, 가공된 미네랄중에 존재하는, 특정 크기를 초과하는 매우 낮은 수준의 입자가, 충전재가 사용될 수 있는 다양한 적용; 특히 충전재가 폴리머 조성물중에 혼입될 수 있는 적용에 유해할 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 본 발명자들은, 폴리머 섬유 기반 적용에 사용하고자 하는 물질중에 단지 수 ppm의 굵은 입자가 존재하는 경우에도, 폴리머 섬유가 압출될 때 바람직하지 못한 압력 증가를 초래함을 발견하였다. 본 발명은 적어도 부분적으로 이러한 발견에 기반을 두고 있으며, 이와 같이, 본 발명자들은 굵은 물질 (또는 단단한 물질)을 함유하지 않거나 매우 적은 양으로 함유하는 미립자 충전재를 제공하는 것이 바람직할 것임을 발견하였다.

발명의 요약

제 1 양태에서, 본 발명은 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재를 제공한다.

미립자 충전재는 다양한 적용에 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제 1 양태에 따른 충전재는 종이 제품, 코팅, 예를 들어, 페인트 또는 배리어 코팅, 더욱 특히, 폴리머 조성물, 폴리머 필름 (특히, 통기성 필름), 폴리머 섬유, 예를 들어, 스펀레이드 섬유 (spunlaid fibre) 및 부직포 제품에 사용하기에 적합할 수 있다. 본 발명의 제 1 양태에 따른 충전재는 또한, 스테이플 섬유 (staple fiber) 및 카펫에 사용될 수 있다.

따라서, 추가의 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제 1 양태에 따른 미립자 충전재를 포함하는 조성물 즉, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재를 포함하는 조성물을 제공한다.

이러한 조성물은 폴리머 수지를 포함할 수 있는 폴리머 조성물일 수 있으며, 폴리머 조성물은 폴리머 필름 (예를 들어, 통기성 필름)으로 형성가능할 수 있거나 형성될 수 있다. 대안적으로, 폴리머 조성물은 폴리머 섬유 (예를 들어, 스펀레이드 섬유) 또는 부직포 제품으로 형성가능할 수 있거나 형성될 수 있다.

따라서, 추가의 양태에서, 본 발명은 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재 및 폴리머 수지를 포함하는 폴리머 조성물을 제공한다.

본 발명의 특정 구체예는 또한, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 스테이플 섬유를 제공한다. 본 발명의 특정 구체예는 또한, 상기 스테이플 섬유를 포함하는 카펫 또는 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 카펫을 제공한다. 본원에 사용된 바와 같이, "스테이플 섬유"는 특정 길이를 갖는 불연속 섬유를 나타낸다. 예를 들어, 스테이플 섬유는 약 25 mm 내지 약 150 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 다른 경우, 스테이플 섬유는 약 35 mm 내지 약 100 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 또 다른 경우, 스테이플 섬유는 약 50 mm 내지 약 75 mm 범위의 길이를 가질 수 있다.

본 발명의 추가의 양태에서, 본 발명에 따른 조성물, 폴리머 조성물, 필름 및 기타 폴리머 기반 제품을 제조하는 방법이 제공된다. 또한, 본 발명의 일부 구체예에 따른 스테이플 섬유 및 카펫을 제조하는 방법이 제공된다. 따라서, 본 발명의 추가의 양태에 있어서, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재와 폴리머 또는 폴리머의 전구체를 블렌딩 (blending)시키는 것을 포함하여, 상기 폴리머 조성물을 생성하는 공정이 제공된다. 그 후, 조성물은 폴리머 필름 또는 부직포 제품 또는 폴리머 섬유 (예를 들어, 스펀레이드 섬유)로 형성될 수 있다. 폴리머 필름은 통기성 필름일 수 있다. 또한, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재와 스테이플 섬유를 조합하는 것을 포함하여, 스테이플 섬유를 제조하기 위한 방법 또는 생성 공정이 제공된다. 그 후, 스테이플 섬유는 카펫의 일부로 형성될 수 있거나 카펫의 일부에 사용될 수 있다.

폴리머 성분에 적용된 바와 같은 용어 "전구체"는 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 예를 들어, 적합한 전구체는 모노머, 가교제, 가교제와 프로모터를 포함하는 경화 시스템, 또는 이들의 임의의 조합물중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 충전재가 폴리머의 전구체와 혼합되는 경우, 폴리머 조성물은 후속하여, 요망되는 폴리머를 형성하기 위해 전구체 성분을 경화시키고/거나 중합시킴으로써 형성될 수 있다.

폴리머 필름은 적합하게는, 식품 포장 제품 및 소비자 포장 제품을 포함하는 포장 제품에 사용될 수 있다.

충전재는 알칼리토금속 탄산염 (예를 들어, 돌로마이트 즉, CaMg(CO₃)₂ 또는 탄산칼슘), 금속 황산염 (예를 들어, 바라이트 또는 석고), 금속 규산염, 금속 산화물 (예를 들어, 티타니아, 산화철, 크로미아, 삼산화안티몬 또는 실리카), 금속 수산화물 (예를 들어, 알루미나 트리하이드레이트), 카올린, 하소 카올린, 규회석, 보크사이트, 활석 또는 운모, 및 이들의 조합물을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 이들로 필수적으로 구성될 수 있다. 임의의 상기 언급된 물질은 코팅 (또는 비코팅)될 수 있거나 처리 (또는 비처리)될 수 있다. 특히, 충전재는 코팅된 탄산칼슘, 처리된 하소 카올린 또는 처리된 활석을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 필수적으로 이들로 구성될 수 있다. 이하에서, 본 발명은 탄산칼슘 또는 코팅된 탄산칼슘에 있어서, 그리고 탄산칼슘 또는 코팅된 탄산칼슘이 가공되고/거나 처리되는 양태와 관련하여 논의될 경향이 있을 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 구체예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

충전재는 코팅될 수 있다. 예를 들어, 충전재는 소수성화 표면 처리제로 코팅될 수 있다. 특히, 탄산칼슘이 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 10개 이상의 탄소 원자 사슬을 갖는 하나 이상의 지방족 카르복실산으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 하나 이상의 지방산, 및 이들의 염 또는 에스테르로 코팅될 수 있다. 지방산은 스테아르산, 팔미트산, 베헨산, 몬탄산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 이소스테아르산 및 세로틴산으로부터 선택될 수 있다. 코팅된 탄산칼슘은 스테아레이트 코팅된 탄산칼슘일 수 있다. 코팅된 탄산칼슘은 스테아레이트 코팅된 분쇄 천연 탄산칼슘 (GCC) 또는 스테아레이트 코팅된 침전 탄산칼슘 (PCC)일 수 있다.

하소 카올린은 유기-실란 또는 프로필렌 글리콜로 처리될 수 있다. 활석은 실란, 예를 들어, 유기-실란으로 처리될 수 있다.

미립자 충전재의 평균 대응 입경 (mean equivalent particle diameter) (d₅₀)은 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 3㎛, 예를 들어, 약 2㎛ 또는 약 1.5㎛ 또는 약 1㎛ 범위일 수 있다.

본 발명자들은, 본 발명에 따른 저함량의 굵은 입자를 함유하는 미립자 충전재가 건식 체질 방법 예를 들어, 시프팅 방법 (sifting method)을 이용하여 제조될 수 있음을 발견하였다.

따라서, 추가의 양태에서, 본 발명은 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재를 생성시키기 위해 미립자 물질을 건식 체질 (예를 들어, 시프팅)하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 입자를 제거하는 방법을 제공한다. 시프터 (sifter)는 원심 또는 회전 시프터일 수 있다. 체 또는 시프터는 적합한 크기의 홀 (hole)을 지닌 메쉬 스크린을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메쉬 스크린 크기는 정사각형 홀을 지닐 수 있다. 메쉬 스크린은 53㎛, 48㎛, 41㎛, 30㎛, 25㎛, 20㎛ 또는 15㎛의 홀 크기를 지닐 수 있다. 메쉬 스크린은 나일론 또는 기타 적합한 재료 예컨대, 스테인레스 강철로 제조될 수 있다.

본 발명자들은 또한, 본 발명에 따른 저함량의 굵은 입자를 함유하는 미립자 충전재가 밀 분류기 (mill classifier)를 사용하여 제조될 수 있음을 발견하였다.

따라서, 추가의 양태에서, 본 발명은 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재를 생성시키기 위해 미립자 물질을 밀 분류하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 입자를 제거하는 방법을 제공한다.

본 발명자들은 또한, 본 발명에 따른 저함량의 굵은 입자를 함유하는 미립자 충전재가 공기 분류기를 사용하여 제조될 수 있음을 발견하였다.

따라서, 추가의 양태에서, 본 발명은 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재를 생성시키기 위해 미립자 물질을 공기 분류하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 입자를 제거하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다양한 양태 및 구체예에 있어서, 충전재는 약 38㎛ 초과, 또는 약 30㎛ 초과, 또는 약 25㎛ 초과 또는 약 20㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함할 수 있다. 이러한 입자 및 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 그러한 입자는 본원에서 "굵은 입자" 또는 "굵은 물질" 또는 "단단한 입자" 또는 "단단한 물질"로서 기재될 수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 양태 및 구체예에 있어서, 굵은 입자 함량은 약 2ppm 또는 그 미만; 약 1ppm 또는 그 미만; 약 0.5ppm 또는 그 미만; 약 0.2ppm 또는 그 미만의 범위일 수 있다. 굵은 입자 함량은 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 2ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 1ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.5ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.2ppm의 범위일 수 있다. 모든 전술한 범위에서, 굵은 입자 함량의 하한은 약 0.1ppm일 수 있다.

본 발명의 다양한 양태 및 구체예에 있어서, 미립자 충전재는 미립자 미네랄일 수 있다. 미립자 미네랄은 가공된 미립자 미네랄일 수 있다.

존재하는 굵은 입자의 양을 측정하기 위해, 미립자 충전재는 충전재가 응집되지 않는 액체중에 현탁된다. 본 발명자들은, 적합한 액체가 이소프로필 알코올임을 발견하였으며, 이는 본원에서 프로판-2-올 또는 단순히 IPA로서 언급될 수 있다. 그 후, 현탁액은 정사각형 홀을 지닌 적합한 크기의 메쉬 스크린을 통해 공급된다. 스크린 잔류물이 남겨져서 이를 실온에서 건조시키고, 잔존하는 잔류물을 제거하여 칭량한다. 초기 샘플 중량과 비교한 잔류물의 양은 굵은 입자의 양 (ppm)에 대한 특성을 결정하게 한다. 체질한 (또는 시프팅한) 물질 및 스크린 잔류물은 광학 현미경을 사용하여 분석될 수 있다.

본 발명과 관련하여 많은 이점이 존재한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 충전재의 사용은 다양한 적용에서 개선된 가공성을 부여한다. 예를 들어, 미립자 충전재가 압출기 또는 방적돌기 (spinneret)에서 가공되는 폴리머 조성물중에 혼입되는 경우, 이러한 장치의 스크린 요소는 미립자 충전재에 의해 막히지 않거나 거의 막히지 않는다. 미립자 충전재의 폴리머 필름으로의 포함은 특히, 필름 두께가 감소되는 경우 (게이지 저하), 가공된 필름 면적 당 필름 결함의 수를 감소시킨다. 본 발명에 따른 충전재의 사용은 예를 들어, 충격 강도 및/또는 인열 강도에 있어서 향상된 기계적 성능을 부여한다.

발명의 상세한 설명

미립자 충전재

적합한 충전재는 미립자 무기 충전재를 포함한다. 예를 들어, 미네랄 충전재 예컨대, 알칼리토금속 탄산염 (예를 들어, 돌로마이트 즉, CaMg(CO₃)₂ 또는 탄산칼슘), 금속 황산염 (예를 들어, 바라이트 또는 석고), 금속 규산염, 금속 산화물 (예를 들어, 티타니아, 산화철, 크로미아, 삼산화안티몬 또는 실리카), 금속 수산화물 (예를 들어, 알루미나 트리하이드레이트), 카올린, 하소 카올린, 규회석, 보크사이트, 활석 또는 운모 및 이들의 조합물을 포함한다. 임의의 상기 언급된 물질은 코팅 (또는 비코팅)될 수 있거나 처리 (또는 비처리)될 수 있다. 특히, 충전재는 코팅된 탄산칼슘, 처리된 하소 카올린 또는 처리된 활석을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 필수적으로 이들로 구성될 수 있다. 기타 적합한 충전재는 낮은 수분 픽업 (pick-up)을 갖는 것들을 포함할 수 있다. 충전재는 단일 충전재일 수 있거나, 충전재의 블렌드일 수 있다. 예를 들어, 충전재는 본원에 기재된 2개 이상의 충전재의 블렌드일 수 있다.

미립자 충전재의 평균 입도 (d₅₀)는 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 3㎛, 예를 들어, 약 1㎛ 또는 약 1.5㎛ 또는 약 2㎛일 수 있다. 미립자 충전재의 d₉₈는 약 8㎛ 또는 약 8㎛ 미만, 예를 들어, 약 4㎛ 내지 약 8㎛, 또는 약 4㎛ 내지 약 5㎛, 또는 약 5㎛ 내지 약 6㎛ 또는 약 6㎛ 내지 약 8㎛일 수 있다. 미립자 충전재의 d₉₀는 약 5㎛ 또는 그 미만, 또는 약 4㎛ 또는 그 미만일 수 있다. 예를 들어, 미립자 충전재의 d₉₀는 약 3㎛ 내지 약 5㎛ 또는 약 3㎛ 내지 약 4㎛일 수 있다. 입도 분포의 특정 예는 다음과 같다: 약 4㎛의 d₉₀ 및 약 8㎛의 d₉₈; 약 3㎛ 내지 약 4㎛의 d₉₀ 및 약 6㎛ 내지 약 8㎛의 d₉₈; 약 3㎛ 내지 약 4㎛의 d₉₀ 및 약 4㎛ 내지 약 5㎛의 d₉₈; 약 3㎛ 내지 약 5㎛의 d₉₀ 및 약 5㎛ 내지 약 8㎛ 또는 약 5㎛ 내지 약 6㎛의 d₉₈.

다르게 언급되지 않는 한, 미립자 충전재 또는 물질에 대해 본원에 언급된 입도 특성은, Micromeritics Instruments Corporation (Norcross, Georgia, USA (telephone: +17706623620; web-site: www.micromeritics.com))에 의해 공급된 Sedigraph 5100 기기 (본원에서 "Micromeritics Sedigraph 5100 unit"로서 언급됨)를 사용하여, 수성 매질중에서 완전히 분산된 상태의 미립자 충전재 또는 물질을 침전시킴으로써 널리 공지된 방식으로 측정된 바와 같다. 이러한 기기는 당해 기술분야에서 '대응 구면 직경 (equivalent spherical diameter)' (e.s.d)으로서 언급된 크기가 주어진 e.s.d 값 미만인 입자의 누적 중량%의 측정치 및 플롯을 제공한다. 평균 입도 d₅₀는 이러한 방식으로 측정된 입자 e.s.d의 값으로서, 이러한 d₅₀ 값 미만의 대응 구면 직경을 갖는 입자가 50 중량%인 값이다. d₉₈ 및 d₉₀은 이러한 방식으로 측정된 입자 e.s.d.의 값으로서, 이러한 d₉₈ 또는 d₉₀ 값 미만의 대응 구면 직경을 갖는 입자가 각각 98 중량% 또는 90 중량%인 값이다.

본 발명에 사용된 미립자 탄산칼슘은 분쇄에 의해 천연 공급원으로부터 수득될 수 있거나, 침전에 의해 합성으로 제조될 수 있거나 (PCC), 이들 둘의 조합물 즉, 천연 유래된 분쇄 물질과 합성 침전된 물질의 혼합물일 수 있다. PCC는 또한 분쇄될 수 있다.

분쇄 탄산칼슘 (GCC) 즉, 천연 분쇄 탄산칼슘은 미네랄 공급원 예컨대, 백악, 대리석 또는 석회석을 분쇄함으로써 전형적으로 수득되며, 이어서 요망되는 정도의 분말도를 갖는 생성물을 수득하기 위해 입도 분류 단계가 수행될 수 있다. 미립자 고형 물질은 자생적으로 즉, 고형 물질 입자 자체 사이의 마찰에 의해 또는 대안적으로, 분쇄될 탄산칼슘과 상이한 물질의 입자를 포함하는 미립자 분쇄 매질의 존재하에 분쇄될 수 있다.

탄산칼슘의 습식 분쇄는 임의적으로 적합한 분산제의 존재하에 후속하여 분쇄될 수 있는 탄산칼슘의 수성 현탁액을 형성시키는 것을 포함한다. 탄산칼슘의 습식 분쇄에 대한 더 많은 정보에 대해 예를 들어, EP-A-614948 (이의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함됨)가 참조될 수 있다.

충전재가 천연 발생 공급원으로부터 수득되는 경우, 일부 미네랄 불순물이 분쇄 물질을 불가피하게 오염시킬 수 있다. 예를 들어, 천연 발생 탄산칼슘은 다른 미네랄과 함께 발생한다. 또한, 일부 경우에, 다른 미네랄의 소량 첨가가 포함될 수 있으며 예를 들어, 카올린, 하소 카올린, 규회석, 보크사이트, 활석 또는 운모중 하나 이상이 또한 존재할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 본 발명에 사용된 충전재는 다른 미네랄 불순물을 5 중량% 미만, 바람직하게는, 1 중량% 미만으로 함유할 것이다.

PCC는 본 발명에서 미립자 탄산칼슘의 공급원으로서 사용될 수 있으며, 당해 기술분야에서 이용가능한 임의의 공지 방법에 의해 생성될 수 있다. 문헌 [TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", pages 34-35]에는 제지 산업에 사용하기 위한 생성물을 제조하는데 이용하기 적합하며, 본 발명의 실시에서 또한 이용될 수 있는, 침전 탄산칼슘을 제조하기 위한 3개의 주요 상업적인 공정이 기술되어 있다. 모든 세 공정에서, 석회석은 먼저 하소되어 생석회가 생성되고, 그 후 생석회는 물중에서 슬레이킹 (slake)되어 수산화칼슘 또는 석회유가 수득된다. 제 1 공정에서, 석회유는 이산화탄소 기체로 직접적으로 탄화된다. 이러한 공정은 부산물이 형성되지 않으며, 탄산칼슘 생성물의 특성 및 순도를 제어하기가 비교적 용이하다는 이점을 갖는다. 제 2 공정에서, 석회유는 소다회와 접촉되어 복분해에 의해 탄산칼슘 침전물 및 수산화나트륨 용액이 생성된다. 이러한 공정이 상업적으로 관심을 받고자 하는 경우, 수산화나트륨은 탄산칼슘으로부터 실질적으로 완전히 분리되어야 한다. 제 3의 주요 상업적 공정에서, 석회유는 먼저 염화암모늄과 접촉되어 염화칼슘 용액 및 암모니아 기체를 제공한다. 그 후, 염화칼슘 용액은 소다회와 접촉되어, 복분해에 의해 침전 탄산칼슘 및 염화나트륨 용액이 생성된다.

PPC를 제조하기 위한 공정은 매우 순수한 탄산칼슘 결정 및 물을 생성시킨다. 사용되는 특정 반응 공정에 따라, 여러 가지 다양한 형태 및 크기의 결정이 생성될 수 있다. PCC 결정의 3개의 주요 형태는 아라고나이트 (aragonite), 능면체, 및 편삼각면체이며, 이들의 혼합을 포함한 이들 모두는 본 발명에 사용되기에 적합하다.

분쇄 공정 후, 미립자 충전재의 d₅₀는 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛ 범위일 수 있다. 분쇄 후 충전재의 d₅₀는 약 2㎛ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 1.5㎛ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 1㎛ 또는 그 미만일 수 있다. 폴리머 필름에 사용되는 경우, 입자의 최대 크기는 전형적으로, 필름 두께 미만이다.

임의적으로, 미립자 충전재는 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘 (GCC 또는 PCC)이 소수성화 표면 처리제로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 10개 이상의 탄소 원자 사슬을 지닌 하나 이상의 지방족 카르복실산으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 하나 이상의 지방산 또는 이의 염 또는 에스테르로 코팅될 수 있다. 지방산은 스테아르산, 팔미트산, 베헨산, 몬탄산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 이소스테아르산 및 세로틴산으로부터 선택될 수 있다. 코팅된 탄산칼슘은 스테아레이트 코팅된 탄산칼슘일 수 있다. 본 발명의 발명자들은, 스테아레이트 코팅된 탄산칼슘이 특히 효과적이며, 스테아레이트 코팅된 GCC가 더욱 더 특히 효과적임을 발견하였다. 코팅의 수준은 미립자 충전재의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.5wt% 내지 약 1.5wt%, 예를 들어, 약 0.8wt% 내지 약 1.3wt%일 수 있다.

기타 적합한 코팅된 또는 처리된 충전재는 처리된 하소 카올린 및 처리된 활석을 포함한다. 하소 카올린은 예를 들어, 실란 (예를 들어, 유기-실란) 또는 프로필렌 글리콜로 처리될 수 있으며, 활석은 실란 (예를 들어, 유기-실란)으로 처리될 수 있다.

충전재는 조성물중에 포함되기 전에 건조될 수 있다. 예를 들어, 충전재는 폴리머 수지와 조합되기 전에 건조될 수 있다. 전형적으로, 충전재는 약 80℃하에 통상적인 오븐에서 건조될 수 있다. 폴리머는 약 80℃하에 진공 오븐에서 건조될 수 있다. 미립자 충전재는, 미립자 충전재가 미립자 충전재의 건조 중량을 기준으로 하여 예를 들어, 약 0.5wt% 이하, 및 특히 유리하게는, 약 0.1wt% 이하의 함량으로 흡착된 물 (또는 수분)을 가지며 유지하는 정도로 건조될 수 있다. 이는 비코팅된 및 코팅된 미립자 충전재 둘 모두를 포함한다. 충전재가 통기성 필름을 형성하는데 사용되는 경우, 낮은 수준의 흡착된 물이 특히 유익하다.

바람직하게는, 코팅된 또는 비코팅된 경우를 포함하는 미립자 충전재는 추가적인 실질적인 수분 픽업에 민감하지 않다. 미립자 충전재는 예를 들어, 20℃의 온도하에 40시간 동안 80% 또는 그 초과의 상대 습도 대기에 노출시킨 후, 약 0.5wt% 이하, 예를 들어, 약 0.1wt% 이하의 수분 수준을 가질 수 있다.

미립자 충전재는 흡습성 또는 친수성 화합물을 함유하지 않을 수 있거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 예를 들어, 미립자 충전재의 분쇄 동안, 분쇄는 첨가된 흡습성 또는 친수성 화합물의 부재하에 수행될 수 있거나, 습식 분쇄인 경우, 사용된 임의의 분산제는 최소화될 수 있고/거나 후속하여 공지된 방식으로 충전재로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 미립자 충전재의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.05wt% 이하의 친수성 성분이 미립자 충전재상에 존재할 수 있다. 예를 들어, 미립자 충전재의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.05wt% 이하의 분산제 예를 들어, 친수성 분산제가 미립자 충전재상에 존재할 수 있다. 이러한 분산제의 예는 소듐 폴리아크릴레이트이다. 수분 수준은 공지된 방식 예를 들어, 칼 피셔 (Karl Fischer) (KF) 적정 장치에 의해 측정될 수 있다. 이러한 방법에서, 물은 가열에 의해 샘플로부터 제거되고, 그 후 물과 요오드의 정량 반응을 이용하여 측정될 수 있다. 전량 KF 적정에서, 샘플은 피리딘-메탄올 용액 (주요 성분으로서 요오드 및 이산화황을 지님)에 첨가된다. 음극에서 전기분해에 의해 생성된 요오드는 물과 반응한다. 물의 양은 전기분해에 필요한 전하의 양으로부터 직접 결정될 수 있다.

미립자 충전재에 존재하는 굵은 물질의 양은 매우 낮은 값 또는 0으로 감소될 수 있다. 이는 체 또는 시프터 예를 들어, 회전 시프터로서 언급될 수 있는 원심 시프터를 사용하여 달성될 수 있다. 체 또는 시프터는 미세 메쉬 스크린을 포함할 수 있다. 미세 메쉬 스크린은 동일한 크기의 동일하게 이격된 홀을 가질 수 있으며, 이러한 홀은 정사각형일 수 있다. 홀은 직사각형 또는 슬롯 (slot) 형상일 수 있다. 메쉬 스크린은 나일론 또는 금속 와이어로 제조될 수 있다. 메쉬 스크린은 미세 직조 스크린 또는 레이저 어블레이팅된 스크린 (laser ablated screen)일 수 있다. 적합한 메쉬 스크린의 사용은 굵은 입자의 수준을 매우 낮은 수준으로 감소시키면서 우수한 공정 속도 또는 처리량을 유지시킨다. 체질 또는 시프팅 후에 존재하는 굵은 입자의 양은 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 2ppm일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 1ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.5ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.2ppm의 범위일 수 있다. 모든 전술한 범위에서, 굵은 입자 함량의 하한은 약 0.1ppm일 수 있다. 굵은 입자의 입도는 약 40㎛ 또는 그 초과, 또는 약 38㎛ 초과, 또는 약 30㎛ 초과, 또는 약 25㎛ 초과, 또는 약 20㎛ 초과일 수 있다.

본 발명은, 후에 스펀레이드 섬유 등을 포함할 수 있는 부직포 제품 및 폴리머 필름 (예를 들어, 통기성 폴리머 필름)을 형성하는데 사용될 수 있는 폴리머 조성물을 포함하는 다양한 적용에서 상기 충전재를 사용하는 경우 미립자 충전재중의 단지 수 ppm의 굵은 입자도 해로울 수 있다는 발견에 부분적으로 기반을 두고 있다. 이러한 해로운 영향은 공정 자체와 관련될 수 있거나 최종 제품의 성능과 관련될 수 있다. 지금까지, 체질 및 시프팅 기법은, 본 발명과 관련하여 고려된 것보다 현저하게 더 큰 입도를 전형적으로 갖는 식품 예컨대, 밀가루 또는 밀 (wheat)을 포함하는 굵은 물질에 대해서만 이용되었다.

건식 체질 기법 특히, 원심 시프터를 사용함으로써, 약 0.5㎛ 내지 5㎛ (예를 들어, 1.5㎛)의 d₅₀을 지닌 미립자 충전재는 매우 높은 회수 수준으로 약 1t/hr (시간당 톤)에서 스크리닝될 수 있다. 적합한 회수 수준 (생성물/공급물 x100)은 예를 들어, 약 90% 초과 및 약 96% 초과 또는 약 99% 초과까지의 회수 수준을 포함하며, 약 100% 이하일 수 있다. 적합한 처리량은 예를 들어, 약 1t/hr 이상 또는 2t/hr 이상일 수 있다.

시프터의 적합한 예는 회전 시프터 예컨대, Kek-Gardner (Kek-Gardner Ltd, Springwood Way, Macclesfield, Cheshire SK10 2^ND; www.kekgardner.com)로부터 입수가능한 원심 (회전) 시프터를 포함한다. Kek-Gardner로부터 입수가능한 적합한 등급의 시프터의 예는 K 등급의 원심 회전 시프터이다. 예를 들어, K650C는 650mm 길이의 드럼을 갖춘 작은 파일럿 머신이며, K1350은 1350mm 길이의 드럼을 지닌다. 시프터에는 적합한 메쉬 크기를 갖는 스크린이 장착될 수 있다. 스크린은 미세 직조 스크린 또는 레이저 어블레이팅된 스크린일 수 있다. 스크린은 나일론 또는 스테인레스 강철로 제조될 수 있다. 기타 적합한 회전 (또는 원심) 시프터는 KASON (KASON Corporation, 67-71 East Willow Street, Millburn, New Jersey, USA; www.kason.com) 및 SWECO (SWECO, PO Box 1509, Florence, KY 41022, USA; www.sweco.com)로부터 입수할 수 있다.

전형적인 원심 시프터에서, 물질은 공급 주입구로 공급되고, 공급 스크류에 의해 원통형 시프팅 챔버로 재유도된다. 챔버내에서 회전하는 나선형 패들은 연속적으로 물질을 메쉬 스크린으로 추진시키면서, 입자상의 생성된 원심력은 구멍을 통해 이를 가속화시킨다. 스크린과 접촉하지 않는 이러한 회전 패들은 또한, 연질 응집물을 쪼개는 작용을 한다. 대부분의 오버사이즈 입자 및 폐기물은 오버사이즈 방출 스파우트 (oversize discharge spout)를 통해 배출된다. 전형적으로, 원심 시프터는 공압 수송 장치가 구비된 시프팅 인-라인 및 중력 이용-공급 적용을 위해 고안된다. 적합한 시프터는 단일 및 트윈 모델, 및 벨트 구동 또는 직접 구동으로 이용가능한 것들을 포함한다. 이러한 유닛들은 독립적일 수 있거나, 새로운 또는 현존하는 공정 장치에 용이하게 탑재하는데 적합할 수 있다. 착탈식 말단 하우징은 신속한 세척 및 스크린 교체를 허용한다.

다른 구체예에서, 미립자 충전재중에 존재하는 굵은 물질의 양은, 밀 분류기 예를 들어, 다이나믹 밀 분류기 또는 분류기가 장착된 셀 밀 (cell mill)을 사용하여 매우 낮은 값 또는 0으로 감소될 수 있다. 밀 분류기는 블록 로터, 블레이드 로터 및/또는 블레이드 분류기를 포함할 수 있다. 밀 분류기를 통해 가공한 후 존재하는 굵은 입자의 양은 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 4ppm일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 3ppm 또는 그 미만의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 2ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 1ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.5ppm의 범위일 수 있다. 모든 전술한 범위에서, 굵은 입자 함량의 하한은 약 0.1ppm일 수 있다. 굵은 입자의 입도는 약 40㎛ 또는 그 초과, 또는 약 38㎛ 초과, 또는 약 30㎛ 초과, 또는 약 25㎛ 초과, 또는 약 20㎛ 초과일 수 있다.

밀 분류기를 사용함으로써, 미립자 충전재는 매우 높은 회수 수준으로 약 30 kg/h 초과 또는 그 초과, 130 kg/h 또는 그 초과, 180 kg/h 또는 그 초과, 300 kg/h 또는 그 초과, 350 kg/h 또는 그 초과, 또는 450 kg/h 또는 그 초과 (예를 들어, 1000kg/h 이상, 또는 5000kg/h 이상 또는 6000kg/h 이상)로 가공될 수 있다. 적합한 회수 수준 (생성물/공급물 x100)은 예를 들어, 약 40% 또는 그 초과, 약 70% 초과, 약 80% 초과 및 약 96% 초과 또는 약 99% 초과까지의 회수 수준을 포함하며, 약 100% 이하일 수 있다.

밀 분류기의 적합한 예는 다이나믹 밀 분류기 및 분류기가 장착된 셀 밀을 포함한다. 이들은 Atritor (Atritor Limited, Coventry, West Midlands, England; www.atritor.com)로부터 입수가능하며, 적합한 예는 멀티로터 셀 밀이다.

또 다른 구체예에서, 미립자 충전재중에 존재하는 굵은 물질의 양은 공기 분류기를 사용하여 매우 낮은 값 또는 0으로 감소될 수 있다. 공기 분류기는 사이클론 및/또는 필터와 함께 사용될 수 있다. 공기 분류기를 통해 가공한 후에 존재하는 굵은 입자의 양은 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 4ppm일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 3ppm 또는 그 미만의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 2ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 1ppm의 범위일 수 있거나, 0ppm 또는 약 0ppm 내지 약 0.5ppm의 범위일 수 있다. 모든 전술한 범위에서, 굵은 입자 함량의 하한은 약 0.1ppm일 수 있다. 굵은 입자의 입도는 약 40㎛ 또는 그 초과, 또는 약 38㎛ 초과, 또는 약 30㎛ 초과, 또는 약 25㎛ 초과, 또는 약 20㎛ 초과일 수 있다.

공기 분류기를 사용함으로써, 미립자 충전재는 매우 높은 회수 수준으로 300 kg/h 초과 또는 그 초과, 350 kg/h 또는 그 초과, 또는 450 kg/h 또는 그 초과로 가공될 수 있다. 적합한 회수 수준 (생성물/공급물 x100)은 예를 들어, 약 60% 초과, 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 90% 초과, 및 약 96% 초과 또는 약 99% 초과까지의 회수 수준을 포함하며, 약 100% 이하 일 수 있다.

공기 분류기의 적합한 예는 Comex (Comex Polska Sp. z o. o., Krakow, Poland, www.comex-group.com)로부터 입수가능하다.

적용

미립자 충전재는 종이 제품, 코팅 예를 들어, 페인트 또는 배리어 코팅, 더욱 특히, 폴리머 조성물, 폴리머 필름 (예를 들어, 통기성 필름), 폴리머 섬유, 예를 들어, 스펀레이드 섬유 및 부직포 제품을 포함한 다양한 적용에 사용될 수 있다.

폴리머 필름

본 발명에 따른 미립자 충전재는 폴리머 필름으로 형성가능할 수 있거나 형성될 수 있는 폴리머 조성물중에 혼입될 수 있다. 유리하게는, 미립자 충전재는 통기성 폴리머 필름을 형성하는데 사용될 수 있다.

폴리머 필름은 폴리머 및 미립자 충전재를 포함한다. 폴리머 필름은 폴리머 수지 및 충전재를 포함하는 폴리머 조성물로부터 형성가능하다. 미립자 충전재는 미네랄 충전재일 수 있다. 본 발명에 따라 충전되는 폴리머는 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 적합한 폴리머 수지는 열가소성 수지 예컨대, 폴리올레핀 수지를 포함하며, 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 또는 부텐 등의 모노-올레핀 폴리머, 이들의 작용기화된 유도체 및 물리적 블렌드 및 코폴리머를 포함한다. 폴리올레핀 수지의 전형적인 예는 폴리에틸렌 수지 예컨대, 저-밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌 (에틸렌-a-올레핀 코폴리머), 중-밀도 폴리에틸렌 및 고-밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌 수지 예컨대, 폴리프로필렌 및 에틸렌-폴리프로필렌 코폴리머; 폴리 (4-메틸펜텐); 폴리부텐; 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 폴리올레핀 수지는 공지된 방식 예를 들어, 찌글러 촉매를 사용하여 중합에 의해 수득될 수 있거나, 단일 자리 촉매 예컨대, 메탈로센 촉매를 사용하여 수득될 수 있다.

사용 전, 폴리머 수지는 요망되는 정도의 건조한 상태가 획득될 때까지 건조될 수 있다.

임의적으로, 폴리머 필름은 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 유용한 첨가제의 예는 불투명화제, 안료, 착색제, 슬립제, 항산화제, 방담제 (anti-fog agents), 정전기 방지제, 항-블록제 (anti-block agent), 수분 차단 첨가제, 기체 차단 첨가제, 하이드로카본 수지 또는 하이드로카본 왁스를 포함하나 이에 제한되지 않는다.

표면 처리될 수 있거나 처리되지 않을 수 있는 미립자 충전재가 폴리머 조성물중에 혼입될 수 있으며, 전형적으로 최종 폴리머 필름의 중량의 약 2 내지 55 wt% 예를 들어, 약 5 내지 50 wt%, 예를 들어, 약 10 내지 25 wt%의 농도로 존재한다. 통기성 필름에 사용하기 위해서, 표면 처리될 수 있거나 처리되지 않을 수 있는 미립자 충전재가 폴리머 조성물중에 혼입될 수 있으며, 전형적으로, 최종 폴리머 필름의 중량의 약 30 wt% 내지 약 55 wt%, 예를 들어, 약 45 wt% 내지 약 55 wt%의 농도로 존재한다. 폴리머 조성물은 하나 이상의 폴리머 수지를 포함한다. 용어 수지는 폴리머 필름과 같은 물품으로 형상화되기 전의 고체 또는 액체의 폴리머 물질을 의미한다. 폴리머 수지 및 충전재 물질은 혼합 전에 독립적으로 건조될 수 있다.

폴리머 수지는 폴리머 필름의 형성 전에 용융될 수 있으며 (또는 다르게는 연화될 수 있으며), 폴리머는 일반적으로 임의의 추가의 화학적 변형되지 않을 것이다. 폴리머 필름의 형성 후, 폴리머 수지는 냉각되고 경화된다.

폴리머 조성물은 미립자 충전재와 폴리머 수지가 적합한 비율로 함께 혼합되어 블렌드를 형성하는 당해 분야에 일반적으로 널리 공지된 방법 (소위 "컴파운딩")에 의해 제조될 수 있다. 폴리머 수지는 액체 형태로 존재하여 충전재의 입자가 여기에 분산되게 할 수 있다. 폴리머 수지가 주위 온도에서 고체인 경우, 폴리머 수지는 컴파운딩이 달성될 수 있기 전에 용융되는 것이 요구될 수 있다. 일부 구체예에서, 미립자 충전재는 폴리머 수지의 입자와 건식 블렌딩될 수 있으며, 그 후, 용융물로부터의 필름이 예를 들어, 압출기 자체에서 형성되기 전에 용융물이 수득되는 경우 수지중의 입자 분산이 달성된다.

본 발명의 구체예에서, 폴리머 수지 및 미립자 충전재 및 필요에 따라 어떠한 다른 임의적 첨가제는 그 자체로 공지된 방식으로 적합한 컴파운더 (compounder)/믹서를 사용하여 적합한 마스터배치로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 펠렛으로 절단되거나 파단될 수 있는 가닥을 형성하는 단일 스크류 압출기 또는 트윈-스크류 압출기를 사용하여 펠렛화될 수 있다. 컴파운더는 충전재와 폴리머 수지를 함께 도입시키기 위한 단일 주입구를 가질 수 있다. 대안적으로, 별도의 주입구가 충전재 및 폴리머 수지를 위해 제공될 수 있다. 적합한 컴파운더는 예를 들어, Coperion (이전에는 Werner & Pfleiderer)로부터 시중에서 입수가능하다.

본 발명에 따른 폴리머 조성물은 임의의 적합한 방식으로 폴리머 필름을 형성하거나 폴리머 필름중에 포함되도록 가공될 수 있다. 폴리머 필름을 제조하는 방법은 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 통상적인 방식으로 제조될 수 있다. 공지된 방법은 캐스팅, 압출 및 취입 공정의 이용을 포함한다. 예를 들어, 압출 취입 필름 라인이 이용될 수 있다. 폴리머의 조합물이 사용되는 그러한 경우에 있어서, 그러면 공압출 기법이 이용될 수 있다. 공압출 방법은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 전형적으로, 용융된 폴리머 수지의 2개 이상의 스트림이, 수지가 함께 결합하나 혼합되지는 않는 그러한 방식으로 단일 압출물 스트림으로 합쳐진다. 일반적으로, 별도의 압출기가 각각의 스트림에 대해 필요하며, 압출기는 압출물이 요망되는 적용에 적합한 방식으로 함께 유동할 수 있도록 연결된다. 적층 필름을 제조하기 위해서, 수개의 압출기가 함께 사용되고, 복합물 다이로 함께 공급될 수 있으며, 다이는 수지 스트림 각각을 적층 필름 또는 샌드위치 물질로 합칠 것이다.

본 발명에 따라 제조된 필름은 최종 적용에 적합한 크기 및 두께를 지닐 수 있다. 예를 들어, 필름의 평균 두께는 약 250㎛ 미만, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 250㎛ 미만, 예를 들어, 약 30㎛일 수 있다. 통기성 필름에 있어서, 필름의 두께는 약 5㎛ 내지 약 25㎛, 예를 들어, 약 8㎛ 내지 약 18㎛ 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 15㎛일 수 있다. 얇은 통기성 필름을 제공할 수 있는 능력은 본 발명의 특정 이점을 나타낸다.

통기성 필름에서 충전재의 사용은 WO 99/61521 및 US6569527 B1에 기술되어 있으며, 이의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

통기성 필름의 제작에서, 수지 (예를 들어, 열가소성 폴리올레핀 수지)와 충전재의 블렌드 또는 마스터배치가 필름 생성 단계 전에 혼합되고 컴파운딩됨으로써 먼저 생성될 수 있다. 컴파운딩에 의해 블렌딩될 성분들의 혼합물이 수지와 미립자 충전재 이외에, 열가소성 필름에 사용된 기타 공지의 임의적 성분 예를 들어, 하나 이상의 결합제, 가소제, 윤활제, 항산화제, 자외선 흡수제, 염료, 염색제를 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 결합제 또는 증점제는 형성된 후의 필름을 다른 부재 예를 들어, 부직포 섬유층, 또는 하나 이상의 비 다공성 층으로 결합시키는 것을 촉진할 수 있다.

수지, 충전재 및 필요에 따라, 다른 임의적 첨가제는 적합한 컴파운더/믹서 예를 들어, Henschel 믹서, 슈퍼 믹서, 또는 텀블러형 믹서 등을 사용하여 혼합될 수 있으며, 반죽될 수 있고, 예를 들어, 펠렛으로 절단되거나 파단될 수 있는 가닥을 형성하는 단일 스크류 압출기 또는 트윈-스크류 압출기를 사용하여 펠렛화될 수 있다. 예를 들어, 펠렛 형태의 마스터배치 또는 블렌드는 용융될 수 있으며, 공지된 몰딩 및 필름 형성 기기를 사용하여 필름으로 몰딩되거나 형상화될 수 있다.

필름은 취입 필름, 캐스트 필름 또는 압출 필름일 수 있다. 초기에 형성된 바와 같은 필름은 일반적으로 너무 두껍고 너무 노이지 (noisy)하여, 흔들 경우 달가닥 거리는 소리 (rattling sound)를 내는 경향이 있으며, 필름은 이의 수증기 투과율에 의해 측정할 경우 충분한 정도의 통기성을 아직 갖지 못할 수 있다. 결론적으로, 필름은 예를 들어, 열가소성 폴리머의 용융점 보다 약 5℃ 아래의 온도 또는 그 초과로 가열될 수 있으며, 그 후 이의 원래 길이의 약 1.2배 이상, 예를 들어, 약 2.5배 이상으로 연신되어 필름을 얇게 하고 다공성을 띠게 할 수 있다.

박화 공정 (thinning process)의 추가적인 특징은 필름의 불투명도의 변화이다. 형성된 바와 같이, 필름은 비교적 투명하나, 연신 후, 이는 불투명해진다. 또한, 필름은 연신 공정 동안 배향되는 반면, 이는 또한 더욱 연성을 띠며, 연신 전에는 가졌던 래틀 등급 (degree of rattle)을 갖지 않는다. 모든 이러한 점을 고려하여, 예를 들어, 24시간 당 제곱 미터당 100 그램 이상의 수증기 투과율을 가질 것이 요구되는 경우, 필름은 예를 들어, 퍼스널 케어 흡수 물품 적용에 있어서 제곱 미터당 약 35 그램 미만의 단위 면적당 중량 및 특정 다른 적용에 있어서 제곱 미터당 약 18 그램 미만의 단위 면적당 중량을 갖는 그러한 정도로 얇아질 수 있다.

몰딩 및 필름 형성 기기는 예를 들어, T-다이 등이 구비된 압출기 또는 원형 다이가 장착된 팽창 몰딩 기기를 포함할 수 있다. 필름 생성은 마스터배치 생성 후 임의 시간에 가능하게는 상이한 제작 설비에서 수행될 수 있다. 일부 경우에, 마스터배치는 예를 들어, 펠렛화에 의해 중간 생성물의 생성 없이 필름으로 직접 형성될 수 있다.

필름은 실온 내지 수지의 연화점의 온도에서 적어도 단축 방향으로 공지된 방식 예컨대, 롤 (roll) 방법 또는 텐터 (tenter) 방법으로 연신되어 수지와 미립자 충전재의 서로에 대한 계면 분리를 유발시킬 수 있으며, 이렇게 하여 다공성 필름이 제조될 수 있다. 연신은 한 단계 또는 여러 단계에 의해 수행될 수 있다. 연신 배율은 높은 연신에서의 필름 파단성 및 수득된 필름의 통기성과 습기 투과성을 결정하며, 바람직하게는, 매우 과도하게 높은 연신 배율 및 과도하게 낮은 연신 배율은 회피된다. 연신 배율은 바람직하게는, 적어도 단축 방향으로 약 1.2 내지 5 배, 예를 들어, 약 1.2 내지 4 배의 범위이다. 2축 연신이 수행되는 경우, 예를 들어, 제 1 방향으로의 연신이 기기 방향 또는 여기에 수직인 방향으로 가해지며, 그 후 제 2 방향으로의 연신이 제 1 방향에 대해 직각으로 가해지는 것이 가능하다. 대안적으로, 2축 연신은 기기 방향 및 이에 수직인 방향으로 동시에 수행될 수 있다.

연신 후, 열 고정 처리가 수득된 공극의 형상을 안정화시키기 위해 필요에 따라 수행될 수 있다. 열 고정 처리는 예를 들어, 수지의 연화점 내지 수지의 용융점 미만의 온도의 온도 범위에서 약 0.1 내지 약 100초 기간 동안 열 고정 처리될 수 있다. 두께는 바람직하게는, 인열되거나 파단될 것 같지 않고, 적합한 연성 및 우수한 촉감을 갖는 필름을 수득하게 하는 정도이어야 한다.

본 발명의 목적에 있어서, US-A-5695868 (이의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함됨)에 기술된 시험 방법을 이용하여 계산하는 경우 100g/m²/24 시간 이상의 수증기 투과율을 갖는 경우 필름은 통기성이다. 통기성 필름은 ASTM E96/E96M-05에 따라 계산하는 경우 3000g/m²/24 시간 이상의 수증기 투과율을 가질 수 있다. 일반적으로, 일단 필름이 형성되면, 제곱 미터당 약 100 그램 미만의 단위 면적당 중량을 가질 것이며, 연신 및 박화 후에는, 이의 단위 면적당 중량은 제곱 미터당 약 35 그램 미만 및 더욱 바람직하게는, 제곱 미터당 약 18 그램 미만일 것이다. 다공성 필름은 적합하게는 연성을 필요로 하는 적용 예를 들어, 1회용 기저귀의 백킹 시트에 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 다공성 또는 통기성 필름은 적합한 통기성, 습기 투과성 및 촉감 및 탁월한 기계적 특성 및 장기간 접착성을 가질 수 있다. 따라서, 통기성 필름은 적합하게는, 1회용 기저귀, 체액 흡수 패드 및 침대 시트와 같은 제품; 수술 가운 및 온열기를 위한 기본 재료와 같은 의료 재료; 점퍼, 우비와 같은 의류 재료; 벽지 및 지붕용 방수 재료 및 하우스 랩과 같은 건축 자재; 건조제, 제습제, 탈산제, 살충제, 1회용 바디 워머를 포장하기 위한 포장용 재료; 다양한 물품 및 식품의 신선도를 유지하기 위한 포장용 재료; 셀 분리기; 및 기타 등등에 사용될 수 있다. 통기성 필름은 1회용 기저귀 및 체액 흡수 패드와 같은 제품에 사용된 재료로서 특히 바람직하다. 이러한 제품에서 통기성 필름은 예를 들어, 접착제 또는 결합제에 의해 하나 이상의 다른 층 예를 들어, 부직포 섬유층과의 복합물 또는 라미네이트로 형성될 수 있다.

폴리머 섬유

본 발명에 따른 미립자 충전재는 스펀레이드 섬유 및 부직포 제품과 같은 폴리머 섬유중에 혼입될 수 있다. 본 발명에 따른 미립자 충전재는 또한 모노필라멘트 섬유중에 혼입될 수 있다.

스펀레이드 섬유는 일반적으로 연속 공정으로 제조되며, 여기서 섬유는 방적되고 부직포 웹중에 분산된다. 두 가지의 예시적인 스펀레이드 공정은 스펀본딩 또는 멜트블로잉 (meltblowing)이다. 특히, 스펀본디드 섬유 (spunbonded fiber)는 폴리머 수지를 섬유 형상으로 방적시킴으로써 예를 들어, 수지를 적어도 이의 연화 온도로 가열시키고, 방적돌기를 통해 수지를 압출시켜 섬유를 형성시키고, 섬유를 섬유 인발 장치로 전달하여 스펀레이드 웹 형태로 수집함으로써 생성될 수 있다. 멜트블로운 섬유 (meltbrown fiber)는, 수지를 압출하고 고온 공기에 의해 수지 스트림을 약화시켜 미세 직경을 갖는 섬유를 형성시키고, 섬유를 수집하여 스펀레이드 웹을 형성시킴으로써 생성될 수 있다.

스펀레이드 섬유는 기저귀, 여성용 위생 제품, 성인 요실금용 제품, 포장용 재료, 걸레, 타월, 자루걸레 (dust mop), 산업용 의류 (garment), 의료용 의류, 의료용 가운, 풋커버 (foot cover), 멸균 랩 (sterilization wrap), 테이블보 (table cloth), 페인트 브러쉬 (paint brush), 넵킨, 쓰레기 봉투, 다양한 퍼스널 케어 물품, 지면 커버, 및 여과 매체를 제조하는데 사용될 수 있다.

본원에 기재된 스펀레이드 섬유는 하나 이상의 폴리머 수지를 포함한다. 하나 이상의 폴리머 수지는 임의의 특정 부직포 제품 또는 적용에 요구되는 특성을 제공하는 통상적인 폴리머 수지로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 폴리머 수지는 폴리올레핀, 예컨대, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 호모폴리머, 및 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 및 1-헥산과의 코폴리머를 포함하는 코폴리머; 폴리아미드, 예컨대, 나일론; 폴리에스테르; 임의의 상기 언급된 폴리머의 코폴리머; 및 이들의 블렌드를 포함하나 이에 제한되지 않는 열가소성 폴리머로부터 선택될 수 있다.

하나 이상의 폴리머 수지로서 적합한 시중의 제품의 예로는 Exxon 3155, 즉, 용융 유동 속도가 약 30g/10min이며, Exxon Mobil Corporation로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머; PF305, 즉, 용융 유동 속도가 약 38g/10min이며, Montell USA로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머; ESD47, 즉, 용융 유동 속도가 약 38g/10min이며, Union Carbide로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머; 6D43, 즉, 용융 유동 속도가 약 35g/10min이며, Union Carbide로부터 입수가능한 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머; PPH 9099 즉, 용융 유동 속도가 약 25g/10min이며, Total Petrochemicals로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머; PPH 10099 즉, 용융 유동 속도가 약 35g/10min이며, Total Petrochemicals로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머; Moplen HP 561R 즉, 용융 유동 속도가 약 25g/10min이며, Lyondell Basell로부터 입수가능한 폴리프로필렌 호모폴리머를 포함하나 이에 제한되지 않는다.

미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 40wt% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 25wt% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 15wt% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 10wt% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 5wt% 내지 약 40wt%의 범위의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 10wt% 내지 약 25wt%의 범위의 양으로 존재할 수 있다. 미립자 충전재는 섬유의 총 중량에 대해 약 10wt% 내지 약 15wt%의 범위의 양으로 존재할 수 있다.

하나 이상의 폴리머 수지는 섬유의 총 중량에 대해 약 60wt% 또는 그 초과의 양으로 본 발명의 섬유에 포함될 수 있다. 하나 이상의 폴리머 수지는 약 60wt% 내지 약 90wt%의 범위의 양으로 섬유에 존재할 수 있다. 하나 이상의 폴리머는 약 75wt% 내지 약 90wt%의 범위의 양으로 섬유에 존재할 수 있다. 하나 이상의 폴리머는 약 80wt% 내지 약 90wt%의 범위의 양으로 섬유에 존재할 수 있다. 하나 이상의 폴리머는 약 75wt% 또는 그 초과의 양으로 섬유에 존재할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리머 섬유는 또한, 미립자 충전재를 포함한다. 예를 들어, 미립자 충전재는 폴리머 조성물 및/또는 필름의 사용과 관련하여 본원에 기록된 임의의 충전재일 수 있으며, 특히, 미립자 충전재는 코팅된 탄산칼슘 또는 비코팅된 탄산칼슘일 수 있다. 더욱 더 특히, 충전재는 스테아레이트 코팅된 GCC 또는 PCC일 수 있다.

충전재의 입도는 본원에 기재된 폴리머 섬유에 효과적으로 포함될 수 있는 충전재의 최대 양 및 생성된 제품의 미적 특성 및 강도에 영향을 끼칠 수 있다. 충전재의 입도 분포는, 개별 섬유가 현저하게 약화되지 않고/거나 섬유 표면이 마멸되지 않을 정도로 충분히 작을 수 있으나, 미적으로 만족할만한 표면 질감을 유도하기에 충분히 클 수 있다.

폴리머 수지 및 충전재 이외에, 스펀레이드 섬유가 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 첨가제는 추가적인 미네랄 충전재 예를 들어, 활석, 석고, 규조토, 카올린, 애터펄자이트, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 및 기타 천연 또는 합성 점토로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 첨가제는 무기 화합물 예를 들어, 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 산화칼슘 및 황산바륨으로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 첨가제는 형광 증백제; 열 안정화제; 항산화제; 정전기 방지제; 항-블록제; 염료; 안료, 예를 들어, 티타늄 디옥사이드; 광택 개선제; 계면활성제; 천연 오일; 및 합성 오일로 구성된 군중 하나로부터 선택될 수 있다.

스펀레이드 섬유는 하나 이상의 폴리머 수지를 포함하는 섬유의 부직포 웹의 생성을 유도하는 임의의 적합한 공정 또는 공정들에 따라 생성될 수 있다. 2개의 예시적인 스펀레이드 공정은 스펀본딩 및 멜트블로잉이다. 스펀레이드 공정은 하나 이상의 폴리머 수지를 적어도 이의 연화점 또는 폴리머 수지의 압출에 적합한 임의의 온도로 가열시킴으로써 시작될 수 있다. 폴리머 수지는 약 180℃ 내지 약 260℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 폴리머 수지는 약 220℃ 내지 약 250℃로 가열될 수 있다.

스펀본디드 섬유는 일반적인 스펀-본딩, 플래시-스피닝 (flash-spinning), 니들-펀칭 및 수-펀칭 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 공지 기법에 의해 생성될 수 있다. 예시적인 스펀-본딩 공정은 문헌 [Spunbond Technology Today 2-Onstream in the 90'S (Miller Freeman (1992))], U.S. 특허 제 3,692,618 호 (Dorschner et al.), U.S. 특허 제 3,802,817 호 (Matuski et al.), 및 U.S. 특허 제 4,340,563 호 (Appel et al.)에 기술되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

멜트블로운 섬유는 임의의 공지 기법에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 멜트블로운 섬유는 하나 이상의 폴리머 수지를 압출시키고, 고온 공기에 의해 수지 스트림을 약화시켜 미세 직경을 갖는 섬유를 형성시키고, 섬유를 수집하여 스펀레이드 웹을 형성시킴으로써 생성될 수 있다. 멜트블로운 공정의 한 예는 U.S. 특허 제 3,849,241 호 (Buntin)에 일반적으로 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

충전재는 통상적인 방법을 이용하여 폴리머 수지에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 충전재는 압출 전의 임의 단계 동안 예를 들어, 가열 단계 동안 또는 그 전에 폴리머 수지에 첨가될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 하나 이상의 폴리머 수지와 충전재의 "마스터배치"가 사전 혼합되고, 임의적으로 과립 또는 펠렛으로 형성되고, 하나 이상의 추가적인 순수한 폴리머 수지와 혼합된 후 섬유가 압출될 수 있다. 추가적인 순수한 폴리머 수지는 마스터배치를 제조하는데 사용된 폴리머 수지와 동일하거나 상이할 수 있다. 특정 구체예에서, 마스터배치는 최종 생성물에 요망되는 것보다 더 높은 농도 예를 들어, 약 20 내지 약 75wt% 범위의 농도의 미립자 충전재를 포함하며, 최종 스펀레이드 섬유 생성물에서 요망되는 농도의 충전재를 수득하기에 적합한 양으로 폴리머 수지와 혼합될 수 있다. 예를 들어, 약 50wt% 코팅된 탄산칼슘을 포함하는 마스터배치는 동일 양의 순수한 폴리머 수지와 혼합되어 약 25 wt% 코팅된 탄산칼슘을 포함하는 최종 생성물을 생성할 수 있다. 마스터배치는 적합한 장치를 사용하여 혼합되고 펠렛화될 수 있다. 예를 들어, ZSK 30 Twin Extruder가 코팅된 탄산칼슘 및 폴리머 수지 마스터배치를 혼합하고 압출하는데 사용될 수 있으며, Cumberland 펠렛타이저 (pelletizer)는 마스터배치를 펠렛으로 임의적으로 형성하는데 사용될 수 있다.

일단 미립자 충전재 또는 마스터배치가 폴리머 수지와 혼합되면, 혼합물은 하나 이상의 방적돌기를 통해 연속적으로 압출되어 긴 필라멘트를 생성할 수 있다. 압출 속도는 요망되는 적용에 따라 다양할 수 있다. 일 구체예에서, 압출 속도는 약 0.3g/min 내지 약 2.5g/min의 범위이다. 또 다른 구체예에서, 압출 속도는 약 0.4g/min 내지 약 0.8g/min의 범위이다.

압출 온도는 또한, 요망되는 적용에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 압출 온도는 약 180 내지 약 260℃의 범위일 수 있다. 압출 온도는 약 220 내지 약 250℃의 범위일 수 있다. 압출 장치는 당해 기술분야에 통상적으로 사용된 것 예를 들어, Reifenhauser에 의해 생산된 Reicofil 4 장치로부터 선택될 수 있다. Reicofil 4의 방적돌기는 예를 들어, 직경 약 0.6mm의 홀을 길이 미터 당 6800개 함유한다.

압출 후, 필라멘트는 가늘어질 수 있다. 스펀본디드 섬유는 예를 들어, 고속 드래프팅에 의해 가늘어질 수 있는데, 여기서 필라멘트는 인발되고 고속 기체 스트림 예컨대, 공기를 사용하여 냉각된다. 기체 스트림은 섬유상에 인발력을 일으켜서 수직 낙하 구역으로 요망되는 수준으로 섬유를 인발시킬 수 있다. 멜트블로운 섬유는 예를 들어, 고온 공기의 집중적 스트림에 의해 가늘어져서 미세 직경의 섬유를 형성할 수 있다.

가늘게 만든 후, 섬유는 유공성 표면 예컨대, 무빙 스크린 또는 와이어상으로 유도될 수 있다. 그 후, 섬유는 느슨하게 결합된 웹 또는 시트가 형성되도록 일부 섬유가 교차 방향으로 놓인 그 표면상에 무작위로 침적될 수 있다. 특정 구체예에서, 웹은 진공력에 의해 유공성 표면상에 고정된다. 이때, 웹은 이의 평량 (basis weight)이 특징일 수 있으며, 이러한 평량은 제곱 미터당 그램 (gsm)으로 표현되는 웹의 특정 영역의 중량이다. 웹의 평량은 약 10 내지 약 55gsm의 범위일 수 있다. 웹의 평량은 약 12 내지 약 30gsm의 범위일 수 있다.

일단 웹이 형성되면, 이는 통상적인 방법 예를 들어, 용융 및/또는 엉킴 방법 예컨대, 열에 의한 점 결합 (thermal point bonding), 초음파 결합, 수압직조 (hydroentanglement) 및 통기 결합 (through-air bonding)에 따라 결합될 수 있다. 열에 의한 점 결합은 통상적으로 사용되는 방법이며, 일반적으로 섬유의 웹을 하나 이상의 가열된 캘린더 롤 (calender roll)을 통해 통과시켜 시트를 형성시키는 것을 포함한다. 특정 구체예에서, 열에 의한 점 결합은 하나의 엠보싱된 롤과 다른 하나의 평탄한 롤의 두 개의 캘린더 롤을 포함할 수 있다. 생성된 웹은 롤상의 엠보싱된 점에 상응하는 열적으로 엠보싱된 점을 지닐 수 있다.

결합 후에, 생성되는 시트는 임의적으로 다양한 후처리 공정, 예컨대, 방향 배향, 크레핑(creping), 수압직조, 및/또는 엠보싱 공정으로 처리될 수 있다. 임의적으로 후처리된 시트는 이어서 다양한 부직포 제품을 제작하는데 사용될 수 있다. 부직포 제품을 제작하는 방법은 일반적으로 당해 기술분야, 예를 들어, 문헌 [The Nonwovens Handbook, The Association of the Nonwoven Industry (1988) and the Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, vol 10, John Wiley and Sons (1987)]에 기재되어 있다.

스펀레이드 섬유는 약 0.5 ㎛ 내지 약 35 ㎛ 범위 또는 그 초과의 평균 직경을 지닐 수 있다. 스펀본디드 섬유는 약 5 ㎛ 내지 약 35 ㎛ 범위의 직경을 지닐 수 있다. 스펀본디드 섬유는 약 15 ㎛의 직경을 지닐 수 있다. 스펀본디드 섬유는 약 16 ㎛의 직경을 지닐 수 있다. 멜트블로운 섬유는 약 0.5 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 범위의 직경을 지닐 수 있다. 멜트블로운 섬유는 약 2 ㎛ 내지 약 7 ㎛의 직경을 지닐 수 있다. 멜트블로운 섬유의 직경은 동일하거나 유사한 조성의 스펀본디드 섬유의 직경보다 작을 수 있다. 스펀본디드 또는 멜트블로운 섬유는 그 크기가 약 0.1 데니어(denier) 내지 약 120 데니어 범위일 수 있다. 섬유는 그 크기가 약 1 데니어 내지 약 100 데니어의 범위일 수 있다. 섬유의 크기는 약 1 내지 약 5 데니어의 범위일 수 있다. 섬유는 그 크기가 약 100 데니어일 수 있다.

본 발명은 이제 하기 도면 및 실시예를 참조로 하여 비제한적으로 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1a 및 1b는 실시예 1에 따라서, 원심 시프터에서 시프팅된 물질에 대한, 각각 100 ㎛ 스크린 및 48 ㎛ 스크린을 통한 회수율 % 대 공급 속도 (kg/hr)의 그래프를 도시한다.
도 2는 실시예 2에 따라서, 비스크리닝된 탄산칼슘 및 건식 스크리닝된 탄산칼슘을 함유하는 70 wt% 충전된 마스터배치에 대한 웨인 압력 상승 시험 (Wayne pressure rise test)에 관한 시간에 대한 압력의 그래프를 도시한다.
도 3은 실시예 2에 따라서, 비스크리닝된 탄산칼슘 및 건식 스크리닝된 탄산칼슘을 함유하는 70 wt% 충전된 마스터배치의 압력 증가 대 CaCO₃ 공급물중의 굵은 입자의 양과 관련된 데이타를 도해한다.

실시예

시험 방법 및 샘플

탄산칼슘 A는 d₅₀이 약 1.5㎛인 스테아르산으로 코팅된 천연 분쇄 탄산칼슘 (유럽의 광상에서 기원됨)이다. 탄산 칼슘 B는 d₅₀이 약 1㎛인 스테아르산으로 코팅된 천연 분쇄 탄산칼슘이다. 탄산칼슘 C는 d₅₀이 약 1.5㎛인 스테아르산으로 코팅된 천연 분쇄 탄산칼슘 (US 광상으로부터 기원됨)이다. 탄산 칼슘 D는 d₅₀이 약 1.5㎛인 천연 분쇄 탄산칼슘이다. 카올린 A는 d₅₀이 약 1.5㎛인 함수 차이나 점토이며, 하소 점토 A는 d₅₀이 약 2㎛인 하소 카올린이다.

다르게 언급되지 않는 한, 미립자 미네랄을 지시된 크기의 정사각형 홀을 지닌 나일론 스크린이 장착된 Kek-Gardner K650C 원심 시프터에서 시프팅하였다.

시프팅된 물질과 잔류물을 분석을 위해 모았다. 굵은 입자의 양은, 시프팅된 물질을 이소프로필 알코올 (IPA)중에 분산시키고, Endecotts Ltd (Lombard Road, London, SW19 3TZ)로부터 입수한 정사각형 홀을 지닌 38㎛ 메쉬 스크린을 통해 미네랄 분산물을 스크리닝함으로써 확인하였다. 시프팅된 물질과 임의의 잔류물은 광학 현미경을 사용하여 분석하고, 일부의 경우 명료하게 하기 위해 Infra-Red 및 EDX를 사용하여 분석하였다.

실시예 1

다양한 스크린 메쉬 크기 (100㎛, 53㎛, 48㎛, 41㎛, 30㎛)를 사용하여 Kek-Gardner로부터의 K650C 원심 회전 시프터를 통해 다양한 미립자 물질을 공급하였다. 처리량은 시간에 따라 스크리닝되고 수집되는 물질의 양으로부터 계산하였으며, 회수율은 생성물과 배척물 (reject)의 양을 칭량함으로써 계산하였다. 분석을 위해 시프팅된 물질과 잔류물을 수집하고, 결과는 표 1에 나타내었다.

비시프팅된 샘플 (탄산칼슘 A 또는 탄산칼슘 B 또는 탄산칼슘 C)에 있어서, 굵은 잔류물의 양은 3ppm 또는 3ppm 초과였으며, 주로 자철석과 단단한 방해석 입자의 혼합물을 함유하였다. 시프팅된 생성물에 있어서, 스크리닝 후에 단지 수개의 입자만이 발견되었다 (1ppm 미만과 등가임).

이러한 결과는, 53㎛ 스크린으로 시프팅된 탄산칼슘 A가 (IPA 분산 후) 38㎛ 초과의 입자를 0.6ppm 함유하였음을 나타내며, 이들 입자는 주로 자철석과 방해석이다.

30㎛ 스크린으로 시프팅된 탄산칼슘 A는 38㎛ 초과의 입자를 0.2ppm 미만으로 함유하였으며, 이는 단지 4개의 큰 입자가 500g의 샘플중에 발견되었음을 의미한다. 배척물에 대한 분석은 훨씬 높은 농도의 큰 입자를 보여주었으며 (200ppm 내지 5.8wt%의 범위), 따라서 회전 시프터가 굵은 입자를 제거하는데 효과적이었음을 확인시켜준다. 30㎛ 스크린으로 시프팅된 탄산칼슘 B는 또한, 38㎛ 초과의 입자를 0.2ppm 미만으로 함유하였다.

회수율과 관련하여 수득된 결과중 일부는 도 1a 및 1b에 도시되어 있으며, 이는 실시예 1에 따라서, 원심 시프터에서 시프팅된 물질에 대한, 각각 100 ㎛ 스크린 및 48 ㎛ 스크린을 통한 회수율 % 대 공급 속도 (kg/hr)의 그래프를 도시한다.

결과는 많은 양의 미립자 물질이 고속으로 시프팅될 수 있으며, 생성된 미립자 충전재는 본원에서 규정된 바와 같은 매우 적은 양의 굵은 물질을 함유하였음을 나타내었다. 특히, 결과는, 장치가 38㎛ 초과의 입자를 0에 가깝게 함유하는 매우 깨끗한 GCC를 생성하는데 성공적이었음을 보여주었다.

실시예 1a

탄산칼슘 A를 450kg/hr의 속도로 Attritor DCM300 밀 분류기를 통해 공급하였으며, 회수율은 98%이었다. 38㎛ 보다 큰 수집된 굵은 입자의 수치는 3.3ppm이었으며, 이는 공급물중의 굵은 입자의 양과 유사하였다.

실시예 1b

탄산칼슘 A를 약 1000kg/hr 내지 약 1300kg/hr 범위의 속도로 Attritor CM500 밀 분류기를 통해 공급하였다. 적합한 밀 스피드 및 밀 구동 주파수는 각각 4367rpm 및 53Hz이었다. 적합한 공기 흐름은 약 3200am³/h이었으며, 배출구와 주입구 온도의 적합한 범위는 각각 약 54℃ 내지 59℃ (배출구) 및 24℃ 내지 30℃ (주입구)이었다. 38㎛ 초과의 수집된 굵은 입자의 수치는, 2.9ppm을 포함하여, 약 0ppm 내지 4ppm이었다. 회수율은 76.7%이었다.

실시예 1c

탄산칼슘 A를 Comex UCX-200 공기 분류기를 통해 공급하였다. 약 64% 내지 92%의 회수율이 달성되었으며, 수집된 굵은 입자의 수치는 일반적으로 허용가능하였다. 적합한 로터 스피드는 약 4000rpm 내지 약 5000rpm의 범위이다. 적합한 전체 공기 흐름은 약 620am³/h 내지 약 695am³/h이었다.

실시예 1d

탄산칼슘 A를 Deltasizer DS2 공기 분류기 (Metso)를 통해 공급하였다. 굵은 입자의 수치는 공급물 보다 현저하게 낮았으며, 즉 0.6ppm 내지 1.2ppm의 범위이다 (공급물은 약 6ppm을 함유함). 회수율은 77.5% 내지 87.5% 범위이다. 적합한 로터 스피드는 약 4000 내지 약 5200rpm 범위이다. 적합한 전체 공기 흐름은 약 1100am³/h 내지 약 1400am³/h이다.

표 1

실시예 2

70wt%의 미립자 충전재를 함유하는 화합물이 압출기를 통과하는 압력을 측정하기 위한 시험을 수행하였다. 웨인 압력 시험은 굵은 지지 스크린 (60 메쉬 또는 250㎛)에 부착된, 해당 입자 크기를 갖는 미세 필터 스크린 (400 메쉬, 37㎛에 상응)을 통해 1kg의 70wt% 탄산칼슘 충전된 화합물을 압출시키는 것으로 구성된다. 시험은 Werner & Pfeiderer ZSK40 트윈 스크류 압출기를 사용하여 제조된 마스터배치에서 수행하였다. 웨인 압출기를 먼저 비충전된 수지 (이상적으로는 마스터배치에 사용된 수지와 유사한 용융 흐름 특성을 가짐)로 수행하였다. 그 후, 마스터배치가 합쳐지고, 스크린 뒤의 압력 증가를 모니터링하였다. 그 후, 라인을 비충전된 수지로 플러싱시키고, 최종 압력을 초기 압력과 비교하고, 그 차이를 "압력 증가"로 칭하였다.

도 2는 모두 동일한 조건하에서 가공된 (i) 비스크리닝된 탄산칼슘 A 및 (ii) 30㎛로 건식 스크리닝된 탄산칼슘 A를 함유하는 70wt% 마스터배치를 압출시키는 동안의 압력의 예이다. 스크리닝된 탄산칼슘은 비스크리닝된 탄산칼슘 보다 낮은 압력을 제공한다. 도 3은 건식 스크리닝 전 및 후의 다양한 탄산칼슘 (표 1로부터의)에 대한 압력 증가의 비교이며, 이는 굵은 입자의 양이 감소함에 따라 압력 증가가 감소함을 보여준다.

실시예 3

다양한 컴파운딩 조건하에서 압출된 70wt%의 미립자 충전재를 함유하는 마스터배치의 압력 증가를 조사하였다. 표 2는 다양한 컴파운딩 조건하에서 제조된 70wt% 충전된 마스터배치의 압력 증가와 관련된 데이타를 제공한다. 데이타는, 미네랄이 잘 분산된 경우 해당 세트의 컴파운딩 조건하에서 본 발명의 특정 구체예에 따른 ("30㎛ 스크리닝된") 미립자 탄산칼슘이 더 낮은 압력 증가 (p 증가)를 제공함을 나타낸다. 응집물의 양을 감소시키는 특정 공정 조건 (컴파운딩 조건 no. 3)하에서, 본 발명의 특정 구체예에 따라 가공된 탄산칼슘을 사용하여 매우 미세한 스크린 (25㎛ 또는 37㎛)을 통해 매우 낮은 압력 증가가 달성될 수 있다.

표 2

* 실시예 1d에 따라 공기 분류됨

실시예 4

REICOFIL® 4M 위생 스펀본드 라인에서 10wt% 내지 15wt% 미립자 충전재를 함유하는 화합물의 작업성에 대한 연구를 수행하였다. 스펀본드 공정에 있어서, 탄산칼슘을 수지 농축물 (또는 마스터배치)로서 폴리프로필렌중의 전형적으로 70wt% 부하의 탄산칼슘으로 첨가하였다. 수지 농축물을 폴리프로필렌 수지 Basell Moplen HP561R에서 희석하여 섬유중의 더 낮은 CaCO₃ 부하를 달성하였다. REICOFIL® 라인을 비충전된 폴리프로필렌 수지에 있어서는 300kg/hr, 10wt% 충전된 폴리프로필렌에 있어서는 205kg/hr 및 15wt% 충전된 폴리프로필렌에 있어서는 197kg/hr에서 작동시켰다. 모든 탄산칼슘 농축물이 10wt% 및 15wt%에서 우수한 가방성을 제공하는 것으로 나타났으며, 압출기에 사용된 400# (37㎛) 스크린을 통해 용융 압력에서의 현저한 차이가 관찰되었다. 비충전된 폴리프로필렌에 있어서, 용융 압력은 작동 시작시 전형적으로 88 bar이었다. 20.5kg/t의 탄산칼슘 첨가 후 (10wt% 부하를 위해), 압출기의 스크린을 교체하고, 용융 압력을 모니터링하였다. 일부 화합물에 있어서, 용융 압력은 증가하는 것으로 나타났으며, 주행 시간은 110bar에 도달하는 시간만큼 걸렸다.

표 3은 REICOFIL® 4M 위생 라인에서 탄산칼슘을 포함하는 마스터배치의 작업성에 관한 데이타를 제공한다. 결과는 본 발명의 구체예에 따른 탄산칼슘에 대한 작업성 데이타가 증가된 압력의 신호 없이 2h 미만 내지 3시간 초과 까지 현저하게 증가하였음을 나타낸다. 표 3에서 "30㎛ 스크리닝된" 및 "15㎛ 스크리닝된"으로서 언급된 기재는 본 발명의 구체예에 따른 탄산칼슘에 관한 것이다. 또한, 스크린상에 수집된 잔류물의 양을, 고온 자일렌중에 각 스크린 섹션을 함침시키고, 용해된 분획물 (수지 및 잘 분산된 탄산칼슘 함유)을 제거하고, 세척하여 불용성 잔류물을 수집한 후에 측정하였다. 잔류물을 칭량하고, 압출되는 탄산칼슘의 양에 대해 표준화시키고, 광학 현미경으로 관찰하여 조성물을 측정하였다 (특히, 응집물 대 큰 입자 함량). 큰 압력 증가는 스크린상의 많은 잔류물과 관련되었다.

표 3

* 실시예 1d에 따라 공기 분류됨

Claims

약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는 미립자 충전재.
제 1항에 있어서, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자의 양이 약 2ppm 또는 그 미만인, 미립자 충전재.
제 1항에 있어서, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자의 양이 약 1ppm 또는 그 미만인, 미립자 충전재.
제 1항에 있어서, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자의 양이 약 0.5ppm 또는 그 미만인, 미립자 충전재.
제 1항에 있어서, 약 40㎛ 또는 그 초과의 입도를 지닌 입자의 양이 0ppm 또는 약 0ppm 또는 약 0.1ppm인, 미립자 충전재.
제 1항에 있어서, 미립자 충전재가 약 38㎛ 초과 또는 약 30㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 약 3ppm 미만으로 포함하는, 미립자 충전재.
제 2항에 있어서, 미립자 충전재가 약 38㎛ 초과 또는 약 30㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 약 2ppm 또는 그 미만으로 포함하는, 미립자 충전재.
제 3항에 있어서, 미립자 충전재가 약 38㎛ 초과 또는 약 30㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 약 1ppm 또는 그 미만으로 포함하는, 미립자 충전재.
제 4항에 있어서, 미립자 충전재가 약 38㎛ 초과 또는 약 30㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 약 0.5ppm 또는 그 미만으로 포함하는, 미립자 충전재.
제 5항에 있어서, 미립자 충전재가 약 38㎛ 초과 또는 약 30㎛ 초과의 입도를 지닌 입자를 0ppm 또는 약 0ppm 또는 약 0.1ppm으로 포함하는, 미립자 충전재.
제 1항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전재가 알칼리토금속 탄산염 (예를 들어, 돌로마이트 또는 탄산칼슘), 금속 황산염 (예를 들어, 바라이트 또는 석고), 금속 규산염, 금속 산화물 (예를 들어, 티타니아, 산화철, 크로미아, 삼산화안티몬 또는 실리카), 금속 수산화물 (예를 들어, 알루미나 트리하이드레이트), 카올린, 하소 카올린, 규회석, 보크사이트, 활석 또는 운모, 및 이들의 조합물을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 이들로 필수적으로 구성되는, 미립자 충전재.
제 11항에 있어서, 충전재가 코팅되거나 처리되는, 미립자 충전재.
제 12항에 있어서, 충전재가 하나 이상의 지방산 또는 이들의 염 또는 에스테르로 코팅되며, 여기서 지방산은 예를 들어, 스테아르산, 팔미트산, 베헨산, 몬탄산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 이소스테아르산 및 세로틴산으로부터 선택될 수 있는, 미립자 충전재.
제 1항 내지 제 13항 중의 어느 한 항에 있어서, 미립자 충전재가 탄산칼슘 또는 코팅된 탄산칼슘인, 미립자 충전재,
제 14항에 있어서, 탄산칼슘이 스테아르산으로 코팅되는, 미립자 충전재.
제 1항 내지 제 15항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전재가 분쇄 탄산칼슘 (GCC) 또는 코팅된 GCC인, 미립자 충전재.
제 1항 내지 제 16항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전재의 d₅₀이 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 3㎛인, 미립자 충전재.
제 17항에 있어서, 충전재의 d₅₀이 약 1㎛ 또는 약 1.5㎛ 또는 약 2㎛인, 미립자 충전재.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 포함하는 조성물.
제 19항에 있어서, 조성물이 폴리머 조성물이며, 폴리머 조성물은 폴리머 수지를 포함하는, 조성물.
제 20항에 있어서, 폴리머 수지가 열가소성 수지인, 폴리머 조성물.
제 21항에 있어서, 열가소성 수지가 폴리올레핀 수지 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌 또는 부텐의 모노-올레핀 폴리머인, 폴리머 조성물.
제 21항에 있어서, 수지가 폴리에틸렌 수지 예를 들어, 저-밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌 (에틸렌-a-올레핀 코폴리머), 중-밀도 폴리에틸렌 또는 고-밀도 폴리에틸렌; 또는 폴리프로필렌 수지 예를 들어, 폴리프로필렌 또는 에틸렌-폴리프로필렌 코폴리머; 또는 폴리부텐 수지; 또는 폴리펜텐 수지 예를 들어, 폴리(4-메틸펜텐)인, 폴리머 조성물.
제 21항에 있어서, 수지가 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머인, 폴리머 조성물.
제 20항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 폴리머 수지가 호모폴리머 또는 코폴리머인, 폴리머 조성물.
제 20항 내지 제 25항 중의 어느 한 항에 있어서, 폴리머 수지가 폴리머의 혼합물 또는 블렌드 (blend)를 포함하는, 폴리머 조성물.
제 20항 내지 제 26항 중의 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물로부터 형성가능하거나 형성된 폴리머 필름.
제 27항에 있어서, 충전재가 최종 폴리머 필름의 중량의 약 2 내지 55 wt%, 예를 들어, 약 5 내지 약 50 wt%, 예를 들어, 약 10 내지 25 wt%의 농도로 존재하는, 폴리머 필름.
제 27항 또는 제 28항에 있어서, 필름의 평균 두께가 약 250㎛ 미만, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 250㎛ 미만, 예를 들어, 약 30㎛인, 폴리머 필름.
제 27항에 있어서, 폴리머 필름이 통기성 필름인, 폴리머 필름.
제 30항에 있어서, 충전재가 최종 폴리머 필름의 중량의 약 30wt% 내지 약 55wt%, 예를 들어, 약 45wt% 내지 약 55wt%의 농도로 존재하는, 통기성 필름.
제 30항 또는 제 31항에 있어서, 필름의 평균 두께가 약 5㎛ 내지 약 25㎛, 예를 들어, 약 8㎛ 내지 약 18㎛ 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 15㎛인, 통기성 필름.
제 30항 내지 제 32항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전재가 스테아르산으로 코팅된 탄산칼슘인, 통기성 필름.
폴리머 수지와 미립자 충전재를 블렌딩시키는 것을 포함하여, 제 20항 내지 제 33항 중의 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물을 제조하는 방법.
제 34항에 있어서, 폴리머 조성물로 폴리머 필름을 형성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재 및 폴리머 수지를 포함하는 스펀레이드 섬유 (spunlaid fiber).
제36항에 있어서, 폴리머 수지가 폴리올레핀, 예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 호모폴리머 및 코폴리머, 또는 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 및 1-헥산과의 코폴리머; 폴리아미드, 예를 들어, 나일론; 폴리에스테르; 임의의 상기 언급된 폴리머의 코폴리머; 및 이들의 블렌드로부터 선택되는, 스펀레이드 섬유.
제 36항 또는 제 37항에 있어서, 미립자 충전재가 섬유의 총 중량에 대해 약 5wt% 내지 약 40wt% 범위의 양, 예를 들어, 섬유의 총 중량에 대해 약 10wt% 내지 약 25wt% 범위의 양, 예를 들어, 섬유의 총 중량에 대해 약 10wt% 내지 약 15wt% 범위의 양으로 존재할 수 있는, 스펀레이드 섬유.
제 36항 내지 제 38항 중의 어느 한 항에 따른 스펀레이드 섬유를 포함하는 부직포 직물.
제 36항 내지 제 38항 중의 어느 한 항에 따른 스펀레이드 섬유 또는 제 39항에 따른 부직포 직물을 포함하는, 기저귀, 여성용 위생 제품, 성인 요실금용 제품, 포장용 재료, 걸레, 타월, 자루걸레 (dust mop), 산업용 의류 (garment), 의료용 의류, 의료용 가운, 풋커버 (foot cover), 멸균 랩 (sterilization wrap), 테이블보 (table cloth), 페인트 브러쉬 (paint brush), 넵킨, 쓰레기 봉투, 퍼스널 케어 물품, 지면 커버, 및 여과 매체중 어느 하나.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 포함하는 스테이플 섬유 (staple fiber).
제 41항에 따른 스테이플 섬유를 포함하는 카펫.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 포함하는 카펫.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 생성하기 위해 미립자 물질을 건식 체질하거나 시프팅하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 굵은 입자를 제거하는 방법.
제 44항에 있어서, 체질 또는 시프팅이 원심 회전 시프터를 사용하여 수행되는 방법.
제 44항 또는 제 45항에 있어서, 체 또는 시프터가 정사각형 홀을 지닌 메쉬 스크린을 포함하는 방법.
제 44항 내지 제 46항 중의 어느 한 항에 있어서, 체 또는 시프터가 나일론 또는 금속 메쉬 스크린을 포함하는 방법.
제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 생성하기 위해 미립자 물질을 밀 분류 (mill classifying)하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 굵은 입자를 제거하는 방법.
제 1항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 따른 미립자 충전재를 생성시키기 위해 미립자 물질을 공기 분류하는 것을 포함하여, 미립자 물질로부터 굵은 입자를 제거하는 방법.
제 44항 내지 제 47항 중의 어느 한 항에 있어서, 미립자 충전재의 회수율이 약 90% 초과, 예를 들어, 약 96% 초과, 예를 들어, 약 99% 초과 및 임의적으로 100% 이하인, 방법.
제 48항에 있어서, 미립자 충전재의 회수율이 약 70% 초과, 예를 들어, 약 80% 초과, 예를 들어, 약 96% 초과, 예를 들어, 약 99% 초과 및 임의적으로 약 100% 이하인, 방법.
제 49항에 있어서, 미립자 충전재의 회수율이 약 60% 초과, 예를 들어, 약 70% 초과, 예를 들어, 약 80% 초과, 예를 들어, 약 90% 초과, 예를 들어, 약 96% 초과, 예를 들어, 약 99% 초과 및 임의적으로 약 100% 이하인, 방법.