KR20150127631A - 중합체 다층 필름 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

중합체 다층 필름 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20150127631A
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데이빗 에프 슬래마
가쓰 브이 안틸라
스티븐 제이 플래너건
브렌트 알 한센
토마스 피 한쉔
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층, 및 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부들의 어레이를 갖는, 중합체 다층 필름. 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 연장되는 개구들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층을 가지며, 개구들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면으로부터 개구들을 통한 일련의 영역들을 갖고, 최소 영역은 주 표면 중 적어도 하나에 존재하지 않는, 중합체 다층 필름. 본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름의 실시 형태는, 예를 들어 여과 및 흡음에 유용하다.

Description

중합체 다층 필름 및 이를 제조하는 방법{POLYMERIC MULTILAYER FILMS AND METHODS TO MAKE THE SAME}
본 발명은, 예를 들어 여과 및 흡음에 유용한, 중합체 다층 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 그 개시내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 3월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/777526호의 우선권의 이익을 주장한다.
천공 필름(perforated film)은 전형적으로 유체가 피부에 가까운 영역으로부터 흡수제 영역 내로 제거되도록 허용하는 유체 전달 필름을 제공하는 개인 위생 분야에 사용된다. 다른 일반적인 응용은 식품 포장 산업 및 보다 최근에는 흡음(acoustic absorption)에서의 응용이다. 이들 응용을 위한 천공 필름은 보통 두께가 100 마이크로미터(0.004 인치) 미만(보다 전형적으로는, 두께가 50 마이크로미터(0.002 인치) 미만)이며, 예를 들어 올레핀, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌으로 제조된다.
천공 필름을 제조하기 위한 전형적인 처리 방법은 하기를 포함한다; 천공 패널 또는 롤 내로의 필름의 진공 흡인, 필름을 성형 및 천공하기 위한 가압 유체의 사용, 저온 또는 고온 니들을 이용한 니들 펀칭(needle punching), 또는 필름을 용융시켜 구멍을 만들기 위한 레이저. 그러나, 이들 공정은 필름의 구멍 크기, 구멍 밀도, 및/또는 필름 두께와 같은 처리 한계를 갖는 경향이 있다.
천공 필름의 진공 또는 가압 유체 성형은 필름을 변형시키고 천공하는 데 이용가능한 힘으로 인해 비교적 얇은 필름(즉, 두께가 100 마이크로미터 미만인 필름)으로 제한되는 경향이 있다. 또한, 이러한 유형의 성형 공정에 사용되는 재료가 올레핀계 중합체로 제한되는 경향이 있다. 이러한 유형의 공정의 다른 특징은 필름 내의 돌출부의 생성이며, 이곳에서 필름은 천공이 생성될 때까지 연신된다. 이러한 돌출부는 유체 제어의 경우에 이점일 수 있으며, 여기서 돌출부는 방향성 유체 제어 특징부로서의 역할을 할 수 있다. 그러나, 그것은 또한 낮은 압력 강하가 요구되는 응용에서는 불리한 점일 수 있다. 돌출부는 긴(elongated) 구멍을 생성함으로써 표면적을 증가시키고, 유체 항력을 증가시킨다.
니들 펀칭 공정이 또한 비교적 얇은 필름에 대해 널리 사용되지만, 최대 약 254 마이크로미터(0.010 인치)의 필름 두께가 때때로 보인다. 이러한 공정에 관한 한계는 단위 면적당 천공 직경 구멍, 및 필름 내의 돌출부를 포함하는 경향이 있다.
레이저 천공 공정은 비교적 작은 구멍(즉, 50 마이크로미터 미만)을 제공할 수 있고, 광범위한 두께들을 천공할 수 있으며, 필름 표면과 평면인(즉, 예를 들어, 니들 펀칭 공정과 연관된 돌출부를 갖지 않음) 천공을 생성할 수 있다. 레이저 천공 공정의 한계는 그 공정에 적합한 재료의 유형, 및 처리 속도 및 비용을 포함한다. 레이저 천공 공정은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트(PC), 또는 다른 더 높은 유리 전이 온도 재료로부터의 필름을 처리하는 데 가장 적합한 경향이 있다. 레이저는 종종, 예를 들어 올레핀계 재료를 천공하는 데 매우 효과적이지는 않다.
일 태양에서, 본 개시물은 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면(major surface), 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층, 및 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부(indentation)들의 어레이를 갖는, 중합체 다층 필름을 기술한다. "분리가능한"은 개별 층들의 분리되거나 박리되어 떨어지는 능력을 말한다. 전형적으로, 층들은 손으로 층들을 수동으로 당겨 떨어지게 함으로써 분리될 수 있거나, 제조 시에 웨브 장력 및 상이한 웨브 경로를 통해 당겨져 떨어질 수 있다. 층들은 45 g/cm 미만의 박리력에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 20 g/cm 미만, 또는 심지어 6 g/cm 미만(일부 실시 형태에서, 0.8 g/cm 내지 45 g/cm, 1.6 g/cm 내지 20 g/cm, 2 g/cm 내지 14 g/cm, 또는 심지어 6 g/cm 내지 10 g/cm의 범위).
박리력은 다음과 같이 측정될 수 있다. 시험 스트립을, 분리가능한 스킨 층이 기재 필름에 접착된 다층 필름으로부터 절단한다. 스트립은 전형적으로 폭이 약 2.54 cm이고, 길이가 약 15.24 cm 초과이다. 전형적으로, 샘플은 제조 후에 그리고 시험 전에 약 24 시간 초과 동안 드웰링되어야(dwell) 한다. 이어서, 분리가능한 층의 전방 에지를 기재 필름으로부터 부분적으로 분리하고, 둘 모두의 필름 층을 인장 시험기(미국 매사추세츠주 노우드로부터 상표명 "인스트론(INSTRON) 55"로 입수가능함)의 한 세트의 인장 그립(tensile grip) 내에 각각 클램핑한다. 이어서 인장 시험기가 활성화되며, 이때 인장 그립들이 분리됨으로써 약 102 cm/분 (40 인치/분)의 일정한 속도로 샘플에 인장을 가하여, 분리가능한 층을 필름의 인접 층으로부터 약 180도 각도로 효과적으로 박리한다. 인장 그립들이 서로 멀어지는 쪽으로 이동함에 따라, 분리가능한 층을 필름의 인접 층으로부터 박리하는 데 요구되는 힘이 로드 셀(load cell)에 의해 감지되고 마이크로프로세서에 의해 기록된다. 이어서, 박리에 요구되는 힘이 5초의 정상 상태 이동(바람직하게는, 박리를 시작할 때의 초기 충격은 무시함)에 걸쳐 평균되고 기록된다.
다른 태양에서, 본 개시물은 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층, 및 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부들의 어레이를 갖는, 중합체 다층 필름의 방법을 기술하며, 본 방법은 적어도 제1 및 제2(일부 실시 형태에서, 적어도 3개, 4개, 5개, 또는 그 초과) 분리가능한 중합체 층을 닙(nip) 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 닙은 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부를 부여하는 구조화된 표면(structured surface)을 갖는 제1 롤을 포함한다.
다른 태양에서, 본 개시물은 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 연장되는 개구들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층을 갖는 중합체 다층 필름으로서, 개구들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면으로부터 개구들을 통한 일련의 영역들을 갖고, 최소 영역은 주 표면 중 적어도 하나에 존재하지 않는, 중합체 다층 필름을 기술한다.
다른 태양에서, 본 개시물은 중합체 다층 필름을 제조하는 방법을 기술하며, 본 방법은,
적어도 2개의(일부 실시 형태에서, 적어도 3개, 4개, 5개, 또는 그 초과) 분리가능한 중합체 층을 닙 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계로서, 닙은 중합체 다층 필름의 제1 주 표면을 통한 만입부를 부여하는 구조화된 표면을 갖는 제1 롤을 포함하는, 단계; 및
중합체 다층 필름의 대체로 대향된 제2 주 표면에 열원(heat source)을 적용하는 동안 만입부를 갖는 제1 주 표면을 냉각 롤(chill roll) 위로 통과시키는 단계로서, 열원으로부터의 열의 적용은 개구의 형성을 야기하여, 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 연장되는 개구들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층을 가지며, 개구들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면으로부터 개구들을 통한 일련의 영역들을 갖고, 최소 영역은 주 표면 중 적어도 하나에 존재하지 않는, 중합체 다층 필름을 제공하는, 단계를 포함한다. 선택적으로, 본 방법은 개구를 갖는 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층을 분리하는 단계를 추가로 포함한다.
본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름의 실시 형태는, 예를 들어 여과 및 흡음에 유용하다.
도 1은 본 명세서에 기술된 예시적인 중합체 다층 필름의 개략도.
도 2는 본 명세서에 기술된 예시적인 중합체 다층 필름을 제조하기 위한 예시적인 방법의 개략도.
도 3은 본 명세서에 기술된 다른 예시적인 중합체 다층 필름의 개략도.
도 4는 본 명세서에 기술된 예시적인 중합체 다층 필름을 제조하기 위한 다른 예시적인 방법의 개략도.
도 4a는 본 명세서에 기술된 다른 예시적인 중합체 다층 필름의 개략도.
도 4b는 본 명세서에 기술된 다른 예시적인 중합체 다층 필름의 개략도.
도 1을 참조하면, 본 명세서에 기술된 예시적인 중합체 다층 필름(110)은 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면(114, 115), 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층(111, 112), 및 제1 및 제2 층(111, 112) 내로 연장되는 만입부(120)들의 어레이를 갖는다.
도 1에 도시된 것과 같은, 본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름은, 예를 들어 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 예시적인 방법의 개략도가 도시된다. 적어도 제1 및 제2 분리가능한 중합체 층(211, 212)이 닙(231) 내로 압출되어 중합체 다층 필름(210)을 제공한다. 닙(231)은 제1 및 제2 층(211, 212) 내로 연장되는 만입부(213)를 부여하는 구조화된 표면(233)을 갖는 제1 롤(232), 및 중합체 다층 필름(210)을 제공하는 롤(238)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 명세서에 기술된 예시적인 중합체 다층 필름(310)은 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면(314, 315), 제1 주 표면(314)과 제2 주 표면(315) 사이에서 연장되는 개구(313)들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층(311, 312)을 갖는다. 개구(313)들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면(314, 315)으로부터 개구(313)를 통한 일련의 영역(317A, 317B, 317C)을 가지며, 여기서 최소 영역은 주 표면(314, 315) 중 적어도 하나에 존재하지 않는다.
도 3에 도시된 것과 같은, 본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름은, 예를 들어 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 4, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 예시적인 방법의 개략도가 도시된다. 적어도 2개의 분리가능한 중합체 층(411, 412)이 닙(431) 내로 압출되어 중합체 다층 필름(410)을 제공한다. 닙(431)은 제1 주 표면(423)을 통한 만입부(416)를 부여하는 구조화된 표면(433)을 갖는 제1 롤(432), 및 중합체 다층 필름(410)을 제공하는 롤(438)을 포함한다. 만입부(416)를 갖는 제1 주 표면(423)은, 중합체 다층 필름(410)의 대체로 대향된 제2 주 표면(424)에 열원(435)을 적용하는 동안, 냉각 롤(434) 위로 통과된다. 열원(435)으로부터의 열의 적용은 개구(413)의 형성을 야기하여, 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면(414, 415), 제1 주 표면(414)과 제2 주 표면(415) 사이에서 연장되는 개구(413)들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층(411, 412)을 갖는 중합체 다층 필름(410)을 제공한다. 개구(413)들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면(414, 415)으로부터 개구(413)를 통한 일련의 영역(417A, 417B, 417C)을 가지며, 여기서 최소 영역은 주 표면(414, 415) 중 적어도 하나에 존재하지 않는다. 선택적으로, 개구(413)를 갖는 중합체 다층 필름(410)의 적어도 제1 및 제2 층(411, 412)은 분리된다.
중합체 다층 필름을 제조하기 위한 예시적인 중합체 재료에는, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 코폴리에스테르(PETg), 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리올레핀 공중합체, 폴리에틸렌, 및 폴리스티렌(PS), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 폴리카르보네이트(PC), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리프로필렌이 포함된다.
분리가능한 적합한 재료 조합의 예에는 하기의 것이 포함된다: 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리프로필렌(PP); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리스티렌(PS); 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리아미드 6; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리아미드 66; 코폴리에스테르(coPETg)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 코폴리에스테르(PETg)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 코폴리에스테르(PETg)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 코폴리에스테르(PETg)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 코폴리에스테르(PETg)와 폴리프로필렌(PP); 코폴리에스테르(PETg)와 폴리스티렌(PS); 코폴리에스테르(PETg)와 폴리아미드 6; 코폴리에스테르(PETg)와 폴리아미드 66; 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 폴리프로필렌(PP); 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 폴리스티렌(PS); 폴리아미드 6과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리아미드 6과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리아미드 6과 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리아미드 6과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리아미드 6과 폴리스티렌(PS); 폴리아미드 66과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리아미드 66과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리아미드 66과 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리아미드 66과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리아미드 66과 폴리스티렌(PS); 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 폴리프로필렌(PP); 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 폴리프로필렌(PP); 중밀도 폴리에틸렌(MDPE)과 폴리프로필렌(PP); 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 폴리프로필렌(PP); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 폴리프로필렌(PP); 폴리카르보네이트(PC)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리카르보네이트(PC)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리카르보네이트(PC)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리카르보네이트(PC)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리카르보네이트(PC)와 폴리프로필렌(PP); 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 폴리프로필렌(PP); 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 폴리프로필렌(PP); 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB)와 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB)와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB)와 중밀도 폴리에틸렌(MDPE); 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 및 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB)와 폴리프로필렌(PP).
적합한 폴리프로필렌 재료에는, 호모 폴리프로필렌 및 개질 폴리프로필렌, 예를 들어 블록 공중합체, 임팩트 공중합체, 및 랜덤 공중합체가 포함된다.
일부 실시 형태에서, 제1 층은 폴리카르보네이트, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 코폴리에스테르(PETg), 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 층은 폴리올레핀을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 층은 폴리에틸렌을 포함하고 제2 층은 폴리프로필렌을 포함한다.
선택적으로, 본 명세서에 기술된 물품을 구성하는 중합체 재료들 중 임의의 것은 무기 충전제, 안료, 슬립제, 및 난연제와 같은 첨가제를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다층 필름을 제조하기에 적합한 압출 장치(장치의 구성요소를 제조하기 위한 재료를 포함)는 실시예를 포함한 본 개시물을 검토한 후에 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 롤(예를 들어, 232, 238, 432, 438, 434)은 강철과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체 재료(들)와 접촉하는 롤의 표면은 크롬 도금, 니켈 도금, 구리 도금, 또는 알루미늄 도금된다. 롤은, 예를 들어 수냉과 같은 종래의 기술을 사용하여 냉각될 수 있다. 닙 힘(nip force)은, 예를 들어 공기압 실린더에 의해 제공될 수 있다.
예시적인 압출 속도는 3 내지 15 m/분 (일부 실시 형태에서, 15 내지 50 m/분, 50 내지 100 m/분, 또는 그 초과의 범위)을 포함한다. 예시적인 압출 온도는 200℃ 내지 230℃의 범위(일부 실시 형태에서, 230℃ 내지 260℃, 260℃ 내지 300℃, 또는 그 초과의 범위)이다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름은 두께가 125 마이크로미터, 150 마이크로미터, 200 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 750 마이크로미터, 1000 마이크로미터, 1500 마이크로미터, 2000 마이크로미터 초과, 또는 심지어 2500 마이크로미터 이상; 일부 실시 형태에서, 125 마이크로미터 내지 1500 마이크로미터, 또는 심지어 125 마이크로미터 내지 2500 마이크로미터의 범위이다.
개구는 원 및 타원을 포함한 다양한 형상 중 임의의 것일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름은 적어도 30개의 개구/㎠(일부 실시 형태에서, 적어도 100개의 개구/㎠, 200개의 개구/㎠, 250개의 개구/㎠, 300개의 개구/㎠, 400개의 개구/㎠, 500개의 개구/㎠, 600개의 개구/㎠, 700개의 개구/㎠, 750개의 개구/㎠, 800개의 개구/㎠, 900개의 개구/㎠, 1000개의 개구/㎠, 2000개의 개구/㎠, 3000개의 개구/㎠, 또는 심지어 적어도 4000개의 개구/㎠; 일부 실시 형태에서, 30개의 개구/㎠ 내지 200개의 개구/㎠, 200개의 개구/㎠ 내지 500개의 개구/㎠, 또는 심지어 500개의 개구/㎠ 내지 4000개의 개구/㎠의 범위)를 갖는다.
본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름의 일부 실시 형태에서, 개구는 100 마이크로미터 이하(일부 실시 형태에서, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 또는 1000 마이크로미터 이하; 일부 실시 형태에서, 25 마이크로미터 내지 100 마이크로미터, 100 마이크로미터 내지 250 마이크로미터, 250 마이크로미터 내지 500 마이크로미터, 또는 심지어 500 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 범위)의 최대 치수를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서의 중합체 다층 필름은 유동 저항 시험(Flow Resistance Test)에 의해 결정된 유동 저항이 250 레일(rayl) 내지 2150 레일(일부 실시 형태에서, 650 레일 내지 2150 레일, 또는 심지어 1250 레일 내지 2150 레일)의 범위이다. 유동 저항 시험은 일반적으로 하기의 절차를 사용하는 ASTM 표준: C522-03 (2003)에 기술되어 있는 바와 같다. 시험할 필름을 직경이 100 mm인 피시험물 홀더의 상부의 플랜지의 외경보다 약간 큰 직경으로 절단하였다. 시험할 피시험물을, 피시험물의 다공 부분을 홀더의 내경으로 제한하도록 플랜지 상에 그리스를 바른 상태에서 클램핑 링을 이용하여 제위치에 유지한다. 그리스는 또한 피시험물의 에지 내로의 공기의 유동을 방지하는 데 사용된다. 이어서 피시험물 홀더를 장착 플레이트에 밀봉하고 공기유동을 조절하여 유량계 및 압력 측정 장치 상에 판독가능 설정을 제공한다. 공기 유동은 선형 공기 유동이고, 전형적으로 2 내지 7 mm/초의 범위이다. 차압 P, 유동 속도 U, 및 계산된 몫인 유동 저항 R=P/U를 기록한다. 매번 더 큰 공기유동 속도를 사용하여, 5번 반복하여 시험한다. 겉보기 저항이 꾸준하게 증가하면, 공기유동은 난류일 가능성이 있고 기록은 폐기되어야 한다. 난류 수준 미만의 잘 분리된 공기유동 속도(25% 권장 최소 차이)에서 일련의 3회 이상의 측정을 수행한다. 측정결과의 온도 범위는 21℃ 내지 23℃의 범위이다. 기압에 대해서는 조절이 이루어지지 않는다.
본 명세서에 기술된 중합체 다층 필름의 실시 형태는, 예를 들어 여과 및 흡음에 유용하다.
예시적인 실시 형태
1. 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층, 및 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부들의 어레이를 갖는, 중합체 다층 필름.
2. 제1 층은 폴리카르보네이트, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌프탈레이트(PETg), 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 층은 폴리올레핀을 포함하는, 예시적인 실시 형태 1의 중합체 다층 필름.
3. 제1 층은 폴리에틸렌을 포함하고 제2 층은 폴리프로필렌을 포함하는, 예시적인 실시 형태 1의 중합체 다층 필름.
4. 예시적인 실시 형태 1 내지 예시적인 실시 형태 3 중 어느 한 예시적인 실시 형태의 물품을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 적어도 제1 및 제2 분리가능한 중합체 층을 닙 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계를 포함하며, 닙은 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부를 부여하는 구조화된 표면을 갖는 제1 롤을 포함하는, 물품 제조 방법.
5. 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에서 연장되는 개구들의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층을 갖는 중합체 다층 필름으로서, 개구들은 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 제1 및 제2 주 표면으로부터 개구들을 통한 일련의 영역들을 갖고, 최소 영역은 주 표면 중 적어도 하나에 존재하지 않는, 중합체 다층 필름.
6. 제1 층은 폴리카르보네이트, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 코폴리에스테르(PETg), 셀룰로오스 아세토부티레이트(CAB), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 층은 폴리올레핀을 포함하는, 예시적인 실시 형태 5의 중합체 다층 필름.
7. 중합체 다층 필름은 125 마이크로미터 초과(일부 실시 형태에서, 150 마이크로미터, 200 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 750 마이크로미터, 1000 마이크로미터, 1500 마이크로미터, 2000 마이크로미터 초과, 또는 심지어 2500 마이크로미터 이상; 일부 실시 형태에서, 125 마이크로미터 내지 1500 마이크로미터, 또는 심지어 125 마이크로미터 내지 2500 마이크로미터의 범위)의 두께를 갖는, 예시적인 실시 형태 5 또는 예시적인 실시 형태 6의 중합체 다층 필름.
8. 적어도 30개의 개구/㎠(일부 실시 형태에서, 적어도 100개의 개구/㎠, 200개의 개구/㎠, 250개의 개구/㎠, 300개의 개구/㎠, 400개의 개구/㎠, 500개의 개구/㎠, 600개의 개구/㎠, 700개의 개구/㎠, 750개의 개구/㎠, 800개의 개구/㎠, 900개의 개구/㎠, 1000개의 개구/㎠, 2000개의 개구/㎠, 3000개의 개구/㎠, 또는 심지어 적어도 4000개의 개구/㎠; 일부 실시 형태에서, 30개의 개구/㎠ 내지 200개의 개구/㎠, 200개의 개구/㎠ 내지 500개의 개구/㎠, 또는 심지어 500개의 개구/㎠ 내지 4000개의 개구/㎠의 범위)를 갖는, 예시적인 실시 형태 5 내지 예시적인 실시 형태 7 중 어느 한 예시적인 실시 형태의 중합체 다층 필름.
9. 개구는 100 마이크로미터 이하(일부 실시 형태에서, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 또는 1000 마이크로미터 이하; 일부 실시 형태에서, 25 마이크로미터 내지 100 마이크로미터, 100 마이크로미터 내지 250 마이크로미터, 250 마이크로미터 내지 500 마이크로미터, 또는 심지어 500 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 범위)의 최대 치수를 갖는, 예시적인 실시 형태 5 내지 예시적인 실시 형태 8 중 어느 한 예시적인 실시 형태의 중합체 다층 필름.
10. 유동 저항 시험에 의해 결정된 유동 저항이 250 레일 내지 2150 레일(일부 실시 형태에서, 650 레일 내지 2150 레일, 또는 심지어 1250 레일 내지 2150 레일)의 범위인, 예시적인 실시 형태 5 내지 예시적인 실시 형태 9 중 어느 한 예시적인 실시 형태의 중합체 다층 필름.
11. 중합체 다층 필름을 제조하는 방법으로서,
적어도 2개의 분리가능한 중합체 층을 닙 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계로서, 닙은 중합체 다층 필름의 제1 주 표면을 통한 만입부를 부여하는 구조화된 표면을 갖는 제1 롤을 포함하는, 단계; 및
중합체 다층 필름의 대체로 대향된 제2 주 표면에 열원을 적용하는 동안 만입부를 갖는 제1 주 표면을 냉각 롤 위로 통과시키는 단계로서, 열원으로부터의 열의 적용은 개구의 형성을 야기하여 예시적인 실시 형태 5 내지 예시적인 실시 형태 10 중 어느 한 예시적인 실시 형태의 중합체 다층 필름을 제공하는, 단계를 포함하는, 중합체 다층 필름 제조 방법.
12. 개구를 갖는 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층을 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 예시적인 실시 형태 11의 방법.
본 발명의 이점 및 실시 형태가 하기 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 기타 조건 및 상세사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 모든 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1
천공 다층 중합체 필름을 하기의 절차를 사용하여 제조하였다. 3개의 압출기를 사용하여 25 cm 폭 3층 다중-매니폴드 다이(미국 텍사스주 오렌지 소재의 클로에렌 인크.(Cloeren Inc.)로부터 상표명 "클로에렌(CLOEREN)으로 입수함)에 공급하여, 층(A, B, C)으로 이루어진 3층 중합체 필름을 제조하였다. 층(A, B)은 동일한 중합체로 이루어졌고(이하, 층 "AB"로 지칭됨), 그 결과 본질적으로 압출 공정 후에 층(C)과 조합되는 하나의 단층으로서의 역할을 하였다. 압출 공정을, 툴링 롤(tooling roll)(432) 및 매끄러운 강철 백업 롤(438)로 이루어진 닙 내로 수직 하향으로 행하였다. 압출 공정을, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 층(AB)이 툴링 롤(432)과 접촉하고 층(C)이 백업 롤(438)과 접촉하도록 구성하였다. 층(A)을 위한 중합체를 6.35 cm 단축 압출기에 제공하였다. 층(B)을 위한 중합체를 6.35 cm 단축 압출기에 제공하였다. 층(C)을 위한 중합체를 3.2 cm 단축 압출기에 제공하였다. 3개의 압출기에 대한 가열 구역 온도가 아래의 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
Figure pct00001
압출기의 rpm이 아래의 표 2에 열거되어 있다.
[표 2]
Figure pct00002
흑색 착색된 폴리아미드 수지(미국 미네소타주 위노나 소재의 알티피 컴퍼니(RTP Company)로부터 상표명 "알티피 200 에스이 블랙(RTP 200 SE BLACK)"으로 입수함)를 사용하여 층(AB)을 압출하였다. 조합된 층(AB)(411)의 평량(basis weight)은 251 g/m2였다. 코폴리에스테르 수지(미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Company)로부터 상표명 "14285 COPETG"로 입수함)를 사용하여 층(C)(412)을 압출하였다. 층(C)(412)의 평량은 82 g/m2였다.
닙을 구성하는 2개의 롤은 공칭 직경이 30.5 cm이고 치폭(face width)이 40.6 cm인 수냉식 롤(432, 438)이었다. 닙 힘은 공기압 실린더에 의해 제공되었다. 38℃의 매끄러운 강철 백업 롤(438) 온도 설정값. 툴링 롤(432)은 롤의 표면 내로 커팅된 수형 포스트 특징부(male post feature)(433)를 가졌다. 수형 포스트 특징부를 크롬 도금하였다. 툴 표면 상의 (포스트로 정의된) 수형 특징부(433)는 정사각형 베이스를 갖는 평평한 정사각형 정상의 피라미드였다. 포스트의 정상은 94 제곱 마이크로미터였고 베이스는 500 제곱 마이크로미터였다. 전체 포스트 높이는 914 마이크로미터였다. 포스트의 중심간 간격은 반경방향 및 롤 횡단 방향 둘 모두에서 820 마이크로미터였다. 툴링 롤(432)은 온도 설정값이 38℃였다. 툴링 롤(432) 및 백업 롤(438)을 직접 구동하였다. 2개의 닙 롤 사이의 닙 힘은 531 뉴턴/선형 센티미터였다. 압출물 테이크어웨이(takeaway) 선속도는 3.66 m/분이었다.
3개 층을 위한 중합체들을 다이(409)로부터 툴링 롤(432)과 백업 롤(438) 사이의 닙(431) 내로 직접 압출하였다. 툴링 롤(432) 상의 수형 특징부(433)는 압출물 내에 만입부(416)를 생성하였다. 툴링 롤(432)과 백업 롤(438) 사이에 중합체의 얇은 층(426)이 남았다. 전형적으로, 이러한 층(426)은 두께가 20 마이크로미터 미만이었다. 압출물은, 압출물을 다층 중합체 필름으로 냉각 및 고화시키기 위해 툴링 롤(432) 상에 180도 둘러싸여 남아 있었다. 이어서 다층 필름을 롤 형태로 권취하였다.
이어서, 만입부를 포함하는 다층 중합체 필름을 하기의 절차를 사용하여 천공 필름으로 변환시켰다. 그 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제7,037,100호(스트로벨(Strobel) 등)에 기술된 바와 같은, 그리고 그 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제7,635,264호(스트로벨 등)로부터의 버너 디자인을 이용하는 화염 천공 시스템을, 얇은 층(426)을 용융 및 제거하는 데 사용하였다.
이러한 실험을 위한 장비 및 공정 조건에 대한 구체적인 변경은 다음과 같았다:
냉각 롤(434)은 에칭되거나 새겨진 패턴을 갖지 않는 매끄러운 표면의 롤이었다.
버너(439)는 그 개시내용이 참고로 포함되는 미국 특허 제7,635,264호(스트로벨 등)에 기술된 바와 같은 30.5 센티미터(12 인치) 6포트 버너, 안티 하울링(anti howling) 디자인이었으며, 미국 뉴욕주 뉴로셸 소재의 플린 버너 코포레이션(Flynn Burner Corporation)으로부터 입수하였다.
권취해제 장력: 178 뉴턴 총 장력
권취기 장력: 178 뉴턴 총 장력
버너(439) BTU: 5118 BTU/cm/시간
1% 과량의 산소
버너(439)와 필름 표면 사이의 간극(gap): 12 mm
선속도: 30 m/분
냉각 롤 냉각수 설정값: 15.5℃
다층 중합체 필름을 상기의 조건에서 도 4에 개략적으로 도시된 장치를 통해 처리하였다. 웨브 배향은, 얇은 중합체 층(426)을 갖는 필름(424)의 면이 버너(439)에 가장 가깝고 냉각 롤(434)의 반대편에 있게 하도록 하였다. 냉각 롤(434)이 필름의 본체를 냉각하여, 필름의 대부분을 중합체의 연화점 아래로 유지하였다. 버너 화염(435)으로부터의 열은 나머지 얇은 중합체 층(426)이 용융되게 함으로써, 필름 내에 천공(413)을 생성하였다. 이어서 층(C)을 층(AB)으로부터 분리하고, 층(AB)이 그랬던 것처럼 롤로 권취하였다.
실시예 2
아래의 표 3에 나타내어진 온도 설정값을 사용하여 다층 중합체 필름을 실시예 1에서와 같이 압출하였다.
[표 3]
Figure pct00003
압출기의 rpm이 아래의 표 4에 열거되어 있다.
[표 4]
Figure pct00004
흑색 착색된 폴리카르보네이트 수지("알티피 300 에이치알 에프알 블랙(RTP 300 HR FR BLACK)")를 사용하여 층(AB)을 압출하였다. 조합된 층(AB)(411)의 평량은 239 g/m2였다. 랜덤 공중합체 폴리프로필렌과 중밀도 폴리에틸렌 수지의 50/50 중량비 블렌드(미국 오하이오주 애크론 소재의 에이. 슐만 컴퍼니(A. Schulman Company)로부터 상표명 "폴리배치 디유엘 3636 디피12(POLYBATCH DUL 3636 DP12)"로 입수함)를 사용하여 층(C)(412)을 압출하였다. 층(C)(412)의 평량은 69 g/m2였다.
실시예 1에서와 동일한 닙 롤 구성 및 공정 파라미터를 사용하여, 3층(ABC) 압출물을 압출하였다. 이어서, 실시예 1에서와 동일한 절차 및 공정 파라미터를 사용하여, 만입부를 포함하는 다층 중합체 필름을 천공 필름으로 변환시켰다. 이어서 층(C)을 층(AB)으로부터 분리하고, 층(AB)이 그랬던 것처럼 롤로 권취하였다.
본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 개시물의 예견가능한 변경 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 예시의 목적으로 본 출원에 기재된 실시 형태로 제한되어서는 안된다.

Claims (12)

  1. 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면(major surface), 서로 분리가능한 인접한 제1 및 제2 층, 및 상기 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부(indentation)의 어레이를 갖는, 중합체 다층 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 폴리카르보네이트, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 셀룰로오스 아세토부티레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 층은 폴리올레핀을 포함하는, 중합체 다층 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 폴리에틸렌을 포함하고 상기 제2 층은 폴리프로필렌을 포함하는, 중합체 다층 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 물품을 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 제1 및 제2 분리가능한 중합체 층을 닙(nip) 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 닙은 상기 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층 내로 연장되는 만입부를 부여하는 구조화된 표면(structured surface)을 갖는 제1 롤을 포함하는, 물품 제조 방법.
  5. 대체로 대향된 제1 및 제2 주 표면, 상기 제1 주 표면과 상기 제2 주 표면 사이에서 연장되는 개구의 어레이, 및 서로 분리가능한 적어도 제1 및 제2 인접 층을 갖는 중합체 다층 필름으로서,
    상기 개구는 각각, 최소 영역에서 최대 영역까지 이르는, 상기 제1 및 제2 주 표면으로부터 상기 개구를 통한 일련의 영역을 갖고,
    상기 최소 영역은 상기 주 표면 중 적어도 하나에 존재하지 않는, 중합체 다층 필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 층은 폴리카르보네이트, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 셀룰로오스 아세토부티레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 층은 폴리올레핀을 포함하는, 중합체 다층 필름.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 중합체 다층 필름은 두께가 125 마이크로미터 초과인, 중합체 다층 필름.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 30개의 개구/㎠를 갖는 중합체 다층 필름.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 개구는 100 마이크로미터 이하의 최대 치수를 갖는, 중합체 다층 필름.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 저항 시험(Flow Resistance Test)에 의해 결정된 유동 저항이 250 레일(rayl) 내지 2150 레일의 범위인, 중합체 다층 필름.
  11. 중합체 다층 필름을 제조하는 방법으로서,
    적어도 2개의 분리가능한 중합체 층을 닙 내로 압출하여 중합체 다층 필름을 제공하는 단계로서, 상기 닙은 상기 중합체 다층 필름의 제1 주 표면을 통한 만입부를 부여하는 구조화된 표면을 갖는 제1 롤을 포함하는, 단계; 및
    상기 중합체 다층 필름의 대체로 대향된 제2 주 표면에 열원(heat source)을 적용하는 동안 상기 만입부를 갖는 상기 제1 주 표면을 냉각 롤(chill roll) 위로 통과시키는 단계로서, 상기 열원으로부터의 열의 적용은 개구의 형성을 야기하여 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 중합체 다층 필름을 제공하는, 단계
    를 포함하는, 중합체 다층 필름 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 개구를 갖는 상기 중합체 다층 필름의 적어도 제1 및 제2 층을 분리하는 단계를 추가로 포함하는 중합체 다층 필름 제조 방법.
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