KR20160056905A - 고도 결정성의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체 - Google Patents

고도 결정성의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체 Download PDF

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KR20160056905A
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지앙 퀸
카를로스 윌슨 콜먼
드보라 조이 케일왓츠
팔라니라 라마스와미 왈라자펫
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

고도 결정성 폴리올레핀 분산액, 교차결합성 결합제 및 계면활성제를 포함하는 거품이 일어난 중합체 발포체. 고도 결정성 폴리올레핀 분산액, 교차결합성 결합제 및 계면활성제를 포함하는 거품이 일어난 중합체 발포체의 제조 방법.

Description

고도 결정성의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체{HIGHLY CRYSTALLINE AND FROTHED POLYOLEFIN FOAM}
본 발명은 고도 결정성의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 관한 것이다.
개포형 발포체 (open cell foam)는 기저귀, 배변 훈련용 팬티, 아동용 팬티, 여성용 위생 용품, 성인용 실금 의류 및 패드, 물수건, 스펀지, 상처 드레싱, 수술용 스펀지 등과 같은, 수성 유체를 획득 및/또는 분배하는 용품에 바람직한 물질이다. 개포형 발포체는 또한 유체 여과, 절연 용도, 흡음, 방음, 카펫 및 직물 뒤채움제(backing), 보온 또는 단열 및 완충 작용(쿠셔닝)과 같은 다른 용도에서도 사용될 수 있다. 개포형 발포체의 한 유형인 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체 (frothed polyolefin foam)는 폴리우레탄 발포체 및 고 내부상 (high internal phase) 에멀션 발포체와 같은 다른 유형의 발포체와 비교할 때 저점도, 양호한 연성, 고도 흡수성 및 저렴한 비용과 같은 바람직한 유익을 나타낼 수 있다.
거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 제조하기 위한 제조 공정은 거품 발생 (frothing) 및 건조 공정 단계를 필요로 한다. 거품 발생 및 건조 공정 단계 후에 사용가능한 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 얻기 위하여, 폴리올레핀 중합체는 건조 공정 중에 분산 입자들이 함께 달라붙는 것을 가능하게 하기 위해 광범위한 연화 프로파일을 갖도록 매우 낮은 결정도를 가질 필요가 있다. 역으로, 고도 결정성 (highly crystalline) 중합체 분산은 점진적인 연화 공정 없이 매우 좁은 범위의 (sharp) 용융 상 전이점을 가질 것이다. 그런 열적-거동을 가지는 고도 결정성 폴리올레핀 중합체에 대해, 건조 공정은 1) 그것의 융점 아래의 온도에서 건조될 때 분산 입자들 사이에 형성되는 결합이 없음으로 인해 통합성을 갖지 못하는 건조된 분말성 발포체 또는 2) 그것의 융점 이상의 온도에서 중합체 용융으로 인해 내부 기공 및 공극이 없는 고체 중합체 중 어느 하나를 생성할 수 있다.
폴리올레핀 중합체 분산액에는 일반적으로 두 가지 유형이 있다. 제 1 유형은 순수 중합체를 포함하는 분산액이다. 그러므로 순수 중합체는 공중합체나 혼성중합체(interpolymer)가 아니다. 순수 폴리올레핀 중합체는 선형 중합체이고 고도로 유연성이 있기 때문에, 그것은 고도로 질서정연한 초분자 구조를 형성할 수 있다. 그러므로 순수 폴리올레핀 중합체는 고도의 결정도를 가진다. 순수 폴리올레핀 중합체를 사용하여 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 성공적으로 제조하기 위하여 필요한 낮은 결정도를 이루기 위해서는, 순수 폴리올레핀 중합체는 공단량체를 포함해서 그것의 초분자 질서를 깨트리고 고도로 질서정연한 결정성 구조를 형성하는 것을 방지할 필요가 있다. 폴리올레핀 공중합체는 폴리올레핀 중합체 분산액의 일반적인 제 2 유형이다. 폴리올레핀 공중합체는 결정성 구조를 형성하지 않으려는 경향이 있고 그것의 초분자 구조는 무작위 무질서 구조 (즉, 소위 비정질 구조)로 남는다. 그러나, 공중합화는 중합체를 제조하는 상이한 공정 뿐만 아니라 중합체 분산액 물질에 비용을 추가시킨다.
고도 결정성 폴리올레핀 중합체 분산액으로부터 발생된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 대한 요구가 존재한다. 고도 결정성 폴리올레핀 중합체 분산액으로부터 발생된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 제조하는 제조 공정에 대한 요구가 존재한다.
일 실시예에서, 개포형 발포체는 고도 결정성 폴리올레핀 분산액; 교차결합성 결합제; 및 계면활성제를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수용성일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 개질된 단백질로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수분산성일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 폴리이소프렌, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체 또는 스티렌-부타디엔 고무로부터 선택된다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 교차결합제를 사용하여 교차결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 교차결합제는 황 화합물, 과산화물, 과황산염, 아조 화합물, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 유기 과산화물 및 무기 과산화물로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 방사선 또는 전자기를 사용하여 교차결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 발포체는 추가로 섬유, 비-팽윤성 입자 또는 그것들의 조합을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 개포형 발포체의 제조 방법은 고도 결정성 폴리올레핀 분산액, 계면활성제, 교차결합성 결합제 및 교차결합제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 상기 조성물을 공기와 기계적으로 혼합해서 거품을 생성하는 단계; 및 상기 거품을 상기 개포형 발포체의 용융점 아래의 온도이며 상기 교차결합제가 상기 결합제를 교차결합시킬 수 있는 온도보다 위인 온도에서 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수용성일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 개질된 단백질로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수분산성일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 폴리이소프렌, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체 또는 스티렌-부타디엔 고무로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 교차결합제를 사용하여 교차결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 교차결합제는 황 화합물, 과산화물, 과황산염, 아조 화합물, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 유기 과산화물 및 무기 과산화물로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 방사선 또는 전자기를 사용하여 교차결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 개포형 발포체는 추가로 섬유, 비-팽윤성 입자 또는 그것들의 조합을 더 포함할 수 있다.
도 1은 HYPOD® 8510로 표시된 폴리에틸렌 공중합체에 대해 제 1 시차 주사 열량측정(DSC)에 의해 얻어진 용융 곡선, 즉 x-축 상의 온도(℃)에 대해 도표화된, 와트/그램(W/g)으로 나타낸 열 흐름을 도시한다.
도 2는 Michem® Shield 251로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액에 대해 제 1 시차 주사 열량측정(DSC)에 의해 얻어진 용융 곡선, 즉 x-축 상의 온도(℃)에 대해 도표화된, 와트/그램(W/g)으로 나타낸 열 흐름을 도시한다.
도 3은 Michem® Guard 55로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액에 대해 제 1 시차 주사 열량측정(DSC)에 의해 얻어진 용융 곡선, 즉 x-축 상의 온도(℃)에 대해 도표화된, 와트/그램(W/g)으로 나타낸 열 흐름을 도시한다.
도 4는 Hydrocer 257로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액에 대해 제 1 시차 주사 열량측정(DSC)에 의해 얻어진 용융 곡선, 즉 x-축 상의 온도(℃)에 대해 도표화된, 와트/그램(W/g)으로 나타낸 열 흐름을 도시한다.
도 5는 HYPOD® 8510으로 표시된 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체와 Michem® Guard 55로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액으로 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의, 손가락 터치 전, 터치 중 및 터치 후의 사진을 비교한 것이다.
도 6은 HYPOD® 8510으로 표시된 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체와 Hydrocer 257로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액으로 제조되고 결합제를 가지는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의, 손가락 터치 전, 터치 중 및 터치 후의 사진을 비교한 것이다.
도 7은 HYPOD® 8510으로 표시된 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체와 Hydrocer 257로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액으로 제조되고 결합제를 가지는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의, 굽힘 (bending) 전 및 굽힘 중의 사진을 비교한 것이다.
도 8은 HYPOD® 8510으로 표시된 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체와 Hydrocer 257로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액으로 제조되고 교차결합된 결합제를 가지는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의, 손가락 터치 전, 터치 중 및 터치 후의 사진을 비교한 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 일반적으로 고도 결정성 폴리올레핀 중합체 분산액을 사용하여 거품 발생 (frothing) 공정을 통해 제조된 개포형 발포체에 향해 있다.
정의:
본원에서 용어 "폐포형 (closed cell) 발포체"는 발포체 내에서 기체 형성된 개별 포켓을 말하는 것으로, 각각의 포켓은 고체 물질에 의해 완전히 둘러싸여 있다.
본원에서 용어 "분산액"은 2상 액체/중합체 조성물을 말하는 것으로, 여기서 수성 상은 보통 연속상이고 중합체는 그 안에서 안정적인 방식으로, 예컨대 분산화 제제/분산제의 도움으로 부유되어 있어서 중합체가 거품 발생 및 건조 단계를 완료하는 것이 필요하기 전 및 적어도 그런 필요가 있는 한 분산된 상태로 남을 것이다. 일 실시예에서, 중합체는 거품 발생 및 건조 공정에 걸쳐서 분산된 상태로 남아서, 전체 공정이 배치별 또는 연속 방식 중 어느 방식으로, 분산액의 중합체 침강 없이 수행될 수 있다.
본원에서 용어 "건조"는 거품이 건식 발포체가 되는 것을 유발하는 공정을 말하고 "건식"은 본원에서 적어도 약 95%의 물이 거품으로부터 제거되는 것을 말한다.
본원에서 용어 "발포체(foam)"는 기체 포켓을 액체 또는 고체에 포획함으로써 형성되는 내구성 구조를 말한다. 통상적으로 발포체 중의 기체의 부피는 크고 이때 액체 또는 고체의 박막이 기체 영역들을 분리시킨다.
본원에서 용어 "거품(froth)"은 건조 전에 거품이 일어난 중합체의 수성 분산액을 말한다.
본원에서 용어 "거품 발생" 또는 "거품이 일어난"은 실질적인 부피의 공기, 또는 다른 기체를 액체에 혼입시키는 공정을 말하고, 이때 적어도 약 80, 85 또는 90 부피%의 거품이 일어난 물질이 기체상 성분으로 구성된다. 수성 액체는 분자 용액, 교질입자 용액 또는 분산액일 수 있는 것이 인지되어야 한다. 일반적으로, 거품은 대기 조건하에서의 고 전단 혼합 또는 혼합하면서 시스템에 기체를 임의로 주입하는 것과 같은 기계적 방법에 의해 생성될 수 있다.
본원에서 용어 "개포형(open cell) 발포체"는 서로 연결되는 기체 포켓을 말한다. 액체는 개포형 발포체의 전체 구조에 걸쳐서 쉽게 흘러서 공기를 대체할 수 있다. 개포형 발포체는 ASTM D2856-A에 의해 및 그에 따라 측정되는 바 적어도 약 80, 85 또는 90%의 개포 (open cell) 함량을 가질 수 있다.
본원의 용어 "계면활성제"는 액체의 표면장력, 두 액체 사이의 계면장력 또는 액체와 고체 사이의 장력을 강하시키는 화합물을 말한다. 계면활성제는 세제, 습윤제, 유화제, 발포제 및 분산제로서 작용할 수 있다.
중합체 분산액:
폴리올레핀 중합체의 거품 형성능 (frothable) 조성물은 분산액의 형태로 존재할 수 있다. 고체, 예컨대 분말 및 과립인 폴리올레핀 중합체는 상승된 온도에서 고압 압출과 같은 특정 처리 조건하에서 그것을 물과, 필요에 따라 분산액(들)과, 혼합함으로써 거품 형성능 분산액으로 변환될 수 있다. 그런 다음 폴리올레핀 중합체 분산액은 거품으로 변환되기 위해 공기 또는 거품 발생 계면활성제와 혼합될 수 있다.
중합체 분산액은 폴리올레핀 중합체를 포함할 수 있다. 폴리올레핀 중합체는 고도 결정성 폴리올레핀 중합체일 수 있다. 일 실시예에서, 폴리올레핀 중합체는 순수 폴리올레핀 중합체일 수 있다. 그러한 실시예에서, 순수 폴리올레핀 중합체는 공중합체나 혼성중합체가 아니다. 일 실시예에서, 폴리올레핀 중합체는 고도 결정성 순수 폴리올레핀 중합체일 수 있다. 일 실시예에서, 폴리올레핀 중합체는 폴리올레핀 흡열반응의 특정 유형의 시차 주사 열량측정 (DSC) 도표를 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다. 그러한 실시예에서, 보통 매우 좁은 범위의 융점인 것으로 여겨지는 것이 관찰된 흡열반응에서 나타날 수 있다. 도 2 내지 4는 3가지 예시적인 고도 결정성 순수 폴리올레핀 중합체의 폴리올레핀 흡열반응의 비-제한적인 예시를 제공한다. 도 2는 Michelman에서 시판 중이며 Michem® Shield 251로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액의 폴리올레핀 흡열반응이다. 도 3은 Michelman에서 시판 중이며 Michem® Guard 55로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액의 폴리올레핀 흡열반응이다. 도 4는 Shamrock에서 시판 중이며 Hydrocer 257로 표시된 순수 폴리에틸렌 분산액의 폴리올레핀 흡열반응이다. 역으로, 도 1은 Dow Chemical Co.에서 시판 중이며 HYPOD 8510으로 표시된 폴리에틸렌 공중합체 분산액의 흡열반응이다. 폴리에틸렌 공중합체(도 1)는 고도 결정성 순수 폴리올레핀 중합체(도 2 내지 4)의 매우 좁은 범위의 융점보다 광범위한 용융 범위를 나타낸다. 고도 결정성 폴리올레핀 중합체의 예시로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다. 순수 폴리프로필렌은 그것의 입체 규칙성에 따라 고도의 또는 낮은 결정성일 수 있다. 이웃하는 단량체 단위체의 메틸기에 대한 각각의 메틸기(CH3)의 상대적 배향은 중합체가 결정을 형성하는 능력에 강력한 영향을 미친다. 고 결정성 폴리프로필렌은 동일배열 또는 교대배열 입체 규칙성을 가진다.
폴리올레핀 중합체 분산액은 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 중합체 분산액의 수성 분산액의 중량을 기준으로, 약 1, 2 또는 3% 내지 약 5, 8 또는 10%의 양으로 존재할 수 있다. 중합체 분산액 중의 중합체 입자들을 안정화시키기 위해 이용된 분산제는 선택된 폴리올레핀 중합체에 따라 다를 수 있다. 분산제는 거품의 후속적인 제조 시에 거품 발생 계면활성제와 동일하거나 상이할 수 있다.
거품:
거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 제조하기 위하여, 중합체 분산액은 거품으로 변환된다. 중합체 분산액은 다른 성분들, 예컨대 결합제 및 임의의 교차결합제와 함께, 발포 조성물 및 공기의 존재 하에 기계적 교반에 의해 거품이 형성된다. 발포 조성물은 적어도 하나의 거품 발생 계면활성제 또는 다음과 같은 4가지 기능적 목표 중 적어도 하나를 이루기 위해 중합체 분산액에 첨가될 수 있는 여러 가지 거품 발생 계면활성제의 조합을 포함한다: 발포 능력 (공기의 총량을 포획하는 중합체 분산액의 능력을 향상시키기 위함), 안정화 기능성 (건조 단계 중에 포획된 공기의 함유를 향상시키기 위함), 습윤 특성 (건조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 유체 습윤성을 증강시키기 위함) 및 거품 중의 겔화 능력 (변형 후 복원력을 향상시키기 위함). 다양한 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 유형 및 기능성 수요에 따라 다르게 제조될 수 있다. 예를 들어, 부드럽고 벌키한 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 결합제, 임의의 교차결합제, 공기 및 적어도 하나의 거품 발생 계면활성제를 포함하는 발포 조성물과 함께 폴리올레핀 분산액을 교반해서 발포 및 안정화를 전달함으로써 만들어질 수 있다. 대안적으로, 부드럽고, 벌키하며, 습윤성의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 발포, 안정화 및 습윤성 기능을 전달할 수 있는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 이루기 위하여, 결합제, 임의의 교차결합제, 공기 및 적어도 하나의 거품 발생 계면활성제 또는 여러 거품 발생 계면활성제의 조합을 포함하는 발포 조성물과 함께 폴리올레핀 분산액을 교반함으로써 만들어질 수 있다.
그러므로, 거품 발생 및 건조 단계 중에 거품의 생성 및 안정화는, 발포 계면활성제, 결합제 및 임의의 교차결합제를, 초기에 거품을 생성할 때 폴리올레핀 분산액에 첨가함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 거품 발생 계면활성제는 필요에 따라 수성 습윤성을 향상시킬 수 있다. 적절한 거품 발생 계면활성제는 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 양이온성, 음이온성 및 비이온성 계면활성제로부터 선택될 수 있다.
양이온성 계면활성제로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 일차 아민 염, 다이아민 염, 사차 암모늄 염 및 에톡실화된 아민이 사용될 수 있고, 비이온성 계면활성제로서는 예컨대 알킬페놀 에톡실레이트 및 8개 이상의 탄소 원자를 함유하는 알킬기의 선형 및 이차 알코올 에톡실레이트가 사용될 수 있다.
거품의 제조에 사용될 수 있는 음이온성 계면활성제는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 카르복실 지방산, 12 내지 36개의 탄소 원자를 포함하는 지방산, 예컨대 스테아르산 또는 라우르산, 팔미트산, 미리스트산, 올레산, 리놀레산, 리시놀레산, 에루스산, 12 내지 24개의 탄소 원자를 포함하는 지방산 및 그들의 알칼리 금속 (예, 나트륨 또는 칼륨)의 카르복실산 염 및 에스테르 아미드, 및 알칸올아민 또는 암모늄 염을 포함할 수 있다. 완제품 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에서 양호한 “손” 또는 직물 같은 느낌이 요구되는 경우, 포화 지방산 유도체(예, 스테아르산 또는 팔미트산의 염)가 사용될 수 있다. 다른 적당한 음이온성 계면활성제로는 알킬벤젠 설포네이트, 이차 n-알칸 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 다이알킬 다이페닐렌 옥사이드 설포네이트, 설포석시네이트 에스테르, 이세티오네이트, 선형 알킬 (알코올) 설페이트 및 선형 알코올 에테르 설페이트를 포함한다.
거품 발생 계면활성제는 또한 기능에 따라 하기 4개의 범주로 나누어질 수 있다: (1) 공기 포획제 - 액체 (분산액, 용액 등)의 공기 포획 능력을 증강시키기 위해 사용되며 이는 “송풍 비율(blow ratio)”을 측정함으로써 측정될 수 있다. 공기 포획제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 칼륨 라우레이트, 나트륨 라우릴 설페이트, 암모늄 라우릴 설페이트, 암모늄 스테아레이트, 칼륨 올레에이트, 2나트륨 옥타데실 설포석시니메이트, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 그것들의 조합을 포함한다; (2) 안정화제 - 시간 및 온도에 대하여 거품 공기 버블의 안정성을 증강시키기 위해 사용된다. 안정화제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 나트륨 라우릴 설페이트, 암모늄 스테아레이트, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 마이크로- 또는 나노-입자 및 섬유, 및 그것들의 조합을 포함한다; (3) 습윤제 - 건조된 발포체의 습윤성을 증강시키기 위해 사용된다. 습윤제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 나트륨 라우릴 설페이트, 칼륨 라우레이트, 2나트륨 옥타데실 석시니메이트 및 그것들의 조합을 포함한다; (4) 겔화제 - 중합체 분산액이 셀 벽을 강화시키는 작용을 하는 겔의 형태를 가지도록 유발함으로써 거품중의 공기 버블을 안정화시키기 위해 사용된다. 겔화제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 다른 개질된 셀룰로오스 에테르, 및 그것들의 조합을 포함한다. 일부 계면활성제는 상기 열거된 기능들 중 하나 이상을 전달할 수 있다. 그러므로, 비록 상기 4가지 범주의 각각으로부터의 계면활성제를 한 번에 거품에 사용하는 것이 가능하긴 하지만, 그것이 반드시 필요한 것은 아니다.
추가적인 계면활성제로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 라우릴 설페이트, 도데실벤젠 설페이트, 알코올 에톡시 설페이트, 이세티오네이트의 알칼리 금속 (예, 나트륨 또는 칼륨), 모노-, 디- 및 트리-알칸올 (예컨대 모노-, 디- 또는 트리에탄올) 아민 및 암모늄 염, 및 N-옥틸데실설포석시니메이트의 2염기성 염, 뿐만 아니라 그것들의 조합을 포함할 수 있다.
이들 계면활성제는 중합체 분산액을 제조하기 위해 분산제로서 사용된 것들과 상이할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이들 계면활성제는 거품 생성을 보조하고 거품을 안정화시키는 것을 돕는 두 가지 역할을 한다. 계면활성제는 중합체 분산액의 거품 발생에 적절한 어떠한 양으로든지 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 계면활성제는 조성물의 약 2중량% 내지 약 15 또는 20중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 어떠한 주어진 제형에 대해, 고정된 양의 공기를 포획하는 고유의 능력이 있다. 거품 발생 공정 중에, 중합체 분산액을 거품 발생시킬 수 있는 적절한 양의 공기가 존재하는 것이 중요하다. 만약 제공된 공기가 적절한 양보다 적다면, 중합체 분산액의 거품 발생 능력은 충분히 실현되지 않을 수 있고 그 결과 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 최적하지 않을 수도 있다. 역으로, 만약 공기 공급이 중합체 분산액이 처리할 수 있는 것보다 많다면, 정상 크기보다 큰 크기의 공기 버블이 거품 내부에 포획될 수 있고, 그것은 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체 평균 기공 크기 및 분포를 변화시킬 수 있으며, 건조 공정 중에 파열을 유도할 수 있고, 궁극적으로 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체 균일성을 깨트리거나 및/또는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 개포 구조 내부에 결함의 생성을 유도할 수 있다.
거품은 결합제를 포함할 수 있다. 결합제는 건조된 중합체 분산액 입자들이 서로 달라붙게 하는 아교로서 작용할 수 있다. 결합제의 선택에 있어, 결합제는 습식 및 건식 조건 모두에서 전체적인 기계적 강도를 제공하기 위해서 연성 및 접착성 뿐만 아니라, 복원력을 가지는 개포형 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 제공하기 위해서 탄성과 같은 유익한 특성을 나타내야 한다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수용성일 수 있다. 수용성 결합제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 개질된 단백질을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 결합제는 수분산성일 수 있다. 수분산성 결합제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 폴리이소프렌, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체 및 스티렌-부타디엔 고무를 포함한다. 결합제는 총 제형 중합체 중량의 약 5중량% 내지 약 60중량%의 양으로 거품에 첨가될 수 있다.
일 실시예에서, 거품에 사용하기 위해 선택된 결합제는 충분한 접착력을 제공할 수 있지만 충분한 기계적 강도를 제공하지 않을 수도 있다. 그러한 실시예에서, 결과적으로 생성된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 양호한 연성 및 응집력을 나타낼 수 있지만, 장력 강도 및 탄성 특성이 결핍되어 낮은 복원력 및 약한 굽힘 강도를 초래할 수 있다. 그러한 실시예에서, 결합제는 추가로 교차결합제와 교차결합될 수 있다. 그러면 그 결과의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 양호한 연성, 응집력, 복원력 및 굽힘 강도를 나타낼 수 있다. 교차결합제의 예로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 황 화합물 (예, Para-Chem으로부터 입수가능한 Curepaste 590), 과산화물 (예, 과산화수소), 과황산염 (예, 과황산 칼륨), 아조 화합물 (예, 비스아이소부티로니트릴), 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 유기 과산화물 (예, 1,3,1,4-비스(삼차-부틸퍼옥시아이소프로필) 벤젠, 다이큐밀 퍼옥사이드, t-부틸 큐밀 퍼옥사이드, 2,5-다이(t-부틸퍼옥시)-2,5-다이메틸헥산, n-부틸-4,4-다이(t-부틸퍼옥시)발레레이트, 1,1’-다이(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트라이메틸사이클로헥산, 2,4-펜탄디온 퍼옥사이드, 1,1-비스(삼차-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-비스(삼차-아밀퍼옥시)사이클로헥산 및 벤조일 퍼옥사이드), 및 무기 과산화물 (예, 과산화수소, 바륨 퍼옥사이드, 나트륨 퍼옥사이드, 칼륨 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드 및 마그네슘 퍼옥사이드)를 포함한다. 교차결합제의 적절한 양은 교차결합제의 유형, 교차결합제 효율, 폴리올레핀 중합체의 결정도, 거품이 일어난 발포체의 밀도, 사용된 결합제의 양 등에 따라 좌우된다. 교차결합제는 약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 범위의 양으로 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 결합제의 교차결합은 또한 전자빔 처리와 같은 다른 비-화학적 교차결합 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다. 본원에서 기술될 것과 같이, 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 전체 강도 및 탄성 특성은 고도 결정성 중합체 분산액, 결합제 및 교차결합제를 포함하는 조성물을 사용하여 제조될 때 향상될 수 있다.
거품의 제조:
거품은 고전단, 기계적 혼합 공정을 사용해서 중합체 분산액의 수성 상에 공기 또는 다른 기체를 포획시킴으로써 중합체 분산액으로부터 제조될 수 있다. 거품에 혼입될 공기 또는 다른 기체 (공기에 더불어 또는 공기와 다른 기체가 바람직한 경우)의 양은 결과적으로 생성된 거품의 적어도 약 80, 85 또는 90부피%를 포함할 수 있다. 일반적으로, 거품을 만드는 데 사용될 모든 성분들은 약한 교반으로 함께 혼합되어서 공기 포획을 피하게 된다. 일단 모든 성분이 잘 혼합되면, 성분들은 고 전단 기계적 혼합에 노출된다.
거품은 수성 액체 및 분산액의 거품 발생을 위해 보통 사용되는 어떠한 적절한 장비를 사용하여 제조될 수 있다. 수성 미립자 분산액의 제조에 유용한 어떠한 혼합 또는 교반 장치라도 분산액의 제조 및 후속적인 제형 및 계면활성제 및 다른 첨가제들과의 배합에 이용될 수 있고, 이때 거품 발생이 시작되기 전에 배합물에 상당량의 공기가 포획되는 것을 피하기 위해 주의가 기울여져야 한다. 주방용 믹서 또는 날이 있는 다른 혼합 장비가 적절한 장치이다. E.T. Oakes Corporation으로부터의 연속식 믹서 또는 Gaston Systems Incorporated로부터의 Chemical Foam System이 또한 상업적 용도로 적절하다. 배합물이 제조될 때, 그런 다음 동일하거나 상이한 혼합 장치가 작동되어서 중합체 분산액 및, 필요에 따라 어떠한 다른 첨가제를 함유하는 제형된 수성 배합물에 공기 포획을 시작할 수 있다.
최종 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 바람직한 밀도를 이루기 위하여, 거품 발생의 정확한 양 및 공기 함량은 간단한 실험에 의해 측정될 수 있다. 거품 밀도는 예정된 부피 및 중량의 컵에 거품 샘플을 빼내고, 거품-충전된 컵의 중량을 잰 후 샘플의 밀도를 계산함으로써 측정될 수 있다. 그런 다음 혼합 장치의 속도는 거품의 바람직한 밀도를 이루기 위해 증가되거나 감소될 수 있다.
거품의 건조 또는 건조 및 경화:
거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 형성하기 위한 거품의 건조는 배치식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 종래의 강제 통풍건조 오븐 또는 적외선 가열 램프 뱅크 또는 그 안에 거품이 배치되거나 그것을 통해 전달될 수 있는 터널 또는 채널이 연속적인 방식으로 라이닝되어 있는 유전 가열 장치와 같은 장치들이 건조를 위해 사용될 수 있다. 발포체를 형성하기 위해 거품을 건조시키기 위하여 동시에 또는 순차적으로 적용된 그런 건조 공급원들의 조합이 사용될 수 있다. 건조 공정의 온도는 중합체 분산액 및 궁극적으로 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 제조하기 위해 사용된 (시차 주사 열량측정 (DSC)에 의해 측정되는 바) 중합체의 성질 및 용융 범위에 따라 선택될 수 있다.
거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 거품의 액체/수성 요소들을 제거함으로써 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 거품은 강조 통풍 공기 건조 오븐에서, 최적의 건조에 적절한 온도에서 가열함으로써, 건조되고 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체로 변환될 수 있다. 중합체의 성질이 허용하는 한, 거품의 표면에서 중합체의 점도를 파괴하거나 부분적으로 건조된 거품의 상당한 (예컨대 30부피% 초과) 붕괴를 유발하는 일 없이 거품으로부터 신속하게 물을 제거하기 위해 실행가능한 최고 온도에서 건조 공정이 수행될 수 있다. 일반적으로 건조 단계는 중합체의 용융 범위에 근접하지만, 초과하지는 않는 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 바람직한 조건은 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체가 그것의 궁극적인 형태 및 크기로 완전히 “건조”되고 거품에서 적어도 95중량%의 물이 건조되기 전에 거품의 붕괴를 피하거나 적어도 최소화하기 위해 가열된 중합체에 대해 충분한 점도를 유지하면서 중합체의 비정질 영역이 합쳐지기 시작할 수 있는 온도를 얻는 것이다. 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체가 연속적인 방식으로 건조되는 경우, 건조 온도는 상이한 건조 구역에서 상이할 수 있다. 출발 구역에서의 건조 온도는 그 구역에 있는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체가 여전히 많은 양의 물을 함유하기 때문에 폴리올레핀의 융점보다 높을 수 있다. 이것은 건조 속도를 가속시킬 수 있고 필요한 건조 시간을 줄일 수 있다.
중합체의 용융 범위는 시차 주사 열량측정 (DSC) 기법에 의해 측정되고, DSC 주사 도표 상에서 기준선으로 복귀하기 직전의 DSC 흡열반응의 영역 또는 하나 이상이 존재하는 경우 최종 흡열반응의 경계를 표시하는 온도는 완성된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 형성하기 위해 거품의 건조가 수행되어야 하는 온도 범위이다. 중합체에 대한 건조 범위는 약 80 내지 약 150℃일 수 있다. 건조 공정 중에, 그런 온도를 유지함으로써, 만약 중합체의 모든 결정성 부분이 용융된다면, 대부분의 중합체는 중합체 인장 강도의 완전한 손실 및 그렇지 않으면 필연적으로 일어날 버블 붕괴 없이 융합될 수 있다.
거품 발포체의 건조를 위한 동일한 온도 제한은 또한 어떠한 경화 또는 교차결합에 대해서도 유지되어야 한다. 경화 온도는 상기에서 기술된 중합체의 용융 범위보다 낮아야 한다.
일 실시예에서, 거품은 컨베이어 장치 위로 압출되고 그곳으로부터 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체가 건조 공정 후에 회수될 수 있다. 일 실시예에서, 거품은 직접 다른 기질 (substrate) 위로 압출되거나 주조될 수 있고, 건조될 때, 그것에 접착되어 기질의 적어도 한 측면 상에서 결과적으로 형성되는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 가지는 적층체 구조를 형성할 것이다. 일 실시예에서, 거품은 건조 단계가 수행되기 전에, 다이 또는 다른 프로파일-유도 형상을 가진 구조를 통해 거품을 강제로 밀어 넣음으로써 형상화된 프로파일로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 엠보싱 단계가, 건조 중에 거품용 컨베이어 벨트 상에 형상화된 요소를 적용함으로써, 또는 나중에 별도의 열 엠보싱 단계에서 가열되고 형상화된 요소-내포 벨트 또는 휠을 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 주요 표면에 적용함으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 거품은 가열된 금형 형태에 배치될 수 있다. 그러한 실시예에서, 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체로부터 주변 대기로 스팀을 전도하기 위해 채널이 제공될 수 있다. 특정 형상을 가지는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 성형된 용품이 형성될 수 있고, 그런 다음 흡수 용품, 예컨대 신체의 모양을 띈 용품이 바람직할 수 있는 위생 및 의료 용도에 사용되는 흡수 용품의 제작에 사용될 수 있다.
일단 거품이 건조되었다면, 그 결과의 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 내부 기공 또는 공극이 상호연결되고 침투가능한 개포형 발포체 구조를 가질 수 있다. 개포형 발포체는 구조상의 여러 변수, 예컨대 예를 들면 밀도, 평균 기공 크기 및 분포, 셀 벽 두께, 셀 형상 및 균일성 등을 특징으로 가질 수 있다. 이들 구조상의 변수들의 형성을 제어하기 위하여, 여러 인자들이 사용될 수 있는데, 그것들은 한정되지는 않지만, 중합체 분산액 화학물질의 유형, 계면활성제 화학물질의 유형, 계면활성제의 첨가량, 결합제 유형, 결합제의 첨가량, 교차결합제 유형, 교차결합제의 첨가량, 분산액 중합체 대 물 비율 (즉, 고체 수준), 거품 발생 장비 (즉, 주방 친화적 믹서, 벤치 탑 또는 상업용 규모의 거품 발생 유닛), 혼합하면서 유입된 공기의 양, 건조 속도, 온도 및 다른 건조 조건들을 포함한다.
첨가제:
거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 추가로, 그것이 디자인된 용도에 따라, 중합체 성분의 건조 중량을 기준으로 약 2 내지 약 100%의 범위의 양으로 추가 성분들을 포함할 수 있다. 이들 임의 성분들은, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 섬유, 비-팽윤성 입자 또는 그것들의 조합을 포함한다. 비-팽윤성 입자는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 마이크로 입자, 카본 블랙, 실리카겔, 칼슘 카보네이트, 티타늄 다이옥사이드 분말, 중합체 입자, 중공 유리구, 열 팽창성 미세구, 추가의 중합체 분산액, 향료, 항-박테리아제, 보습제, 진정제, 의약 및 그것들의 조합을 포함한다. 흡수 용품에 사용하기 위해 의도된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 벌크 액체 흡수 물질, 예컨대 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 통해 골고루 분포되어 있는 짧은 면섬유 또는 다른 셀룰로오스 섬유를 함유할 수 있다. 초흡수성 물질의 미세 입자들이 또한 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 포함될 수 있다. 섬유 및/또는 비-팽윤성 입자들은 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 증강된 안정성을 제공할 수 있고 또한 최종 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 제품 유익을 가져다줄 수 있다. 예를 들어 만약 카본 블랙 또는 칼슘 카보네이트 분말이 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체에 첨가된다면, 최종 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체는 향상된 악취 흡수 특성을 나타낼 수 있다. 섬유 및/또는 비-팽윤성 입자들의 첨가로 인해 향상된 다른 특성은, 그것들에 한정되는 것은 아니지만, 기계적 강도, 탄성/신축성, 항미생물성, 전기 전도성, 향, 열 분리 및 피부에 대한 의학적 효과를 포함한다.
실시예:
1. 상이한 결정도를 가지는 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체
5개의 폴리올레핀 분산액을 2개의 거품 발생 계면활성제에 첨가하고, KitchenAid® 믹서에서 고속으로 (설정 번호 10) 5분 동안 기계적 혼합을 거치게 해서 각각의 폴리올레핀 중합체 화학물질을 가지는 거품을 제조하였다. 그런 다음 각각의 폴리올레핀 중합체 화학물질을 가지는 거품을, 기질로서의 스펀본드 부직포 위로 직접 거품을 주조함으로써 금속 막대 직경 (1/8”, ¼” 및 ½”)에 의해 제어된 상이한 두께를 가지는 시트로 주조하였다. 그런 다음 시트를 오븐에서 20분 동안 건조시켰다. 아래의 표 1은 제조된 코드를 요약한 것이다:
발포체 코드 목록
코드 폴리올레핀
분산액		 거품 발생 전의
분산액의 중량%		 거품 발생 계면활성제 1 계면활성제 1의 중량% 거품 발생 계면활성제 2 계면활성제 2의 중량% 건조 온도 범위
(℃)		 액체 발포체 밀도
(g/cc)		 건식 발포체 밀도
(g/cc)
1-2 HYPOD®
85103 		39.9% Stanfax
3201 		5% Stanfax
3182 		3.5% 80 - 100 0.115
1-3 Guard 554 38.8% Stanfax
320		 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 115 0.121 N/A*
1-4 Shield 2515 35.0% Stanfax
320		 5% Stanfax
318		 3.5% 85 - 115 0.111 N/A*
1-5 Hydrocer
2576 		39.4% Stanfax
320		 5% Stanfax
318		 3.5% 85 - 115 0.126 N/A*
1-6 Hydrocer
777 		38.8% Stanfax
320		 5% Stanfax
318		 3.5% 85 - 115 0.107 N/A*
* - 건조된 발포체는 약했고 손가락 터치시 가루가 되었다. 그러므로 밀도 측정을 수행할 수 없었다.
1 - Stanfax 320은 고체 수준이 36중량%인, ParaChem에서 시판 중인 암모늄 스테아레이트 용액이다.
2 - Stanfax 318은 고체 수준이 27중량%인, ParaChem에서 시판 중인 나트륨 라우릴 설페이트 용액이다.
3 - HYPODTM 8510은 고체 수준이 42중량%인, Dow Chemical Co.에서 시판 중인 폴리에틸렌 공중합체 분산액이다.
4 - Guard 55는 Michelman에서 시판 중인 순수 폴리에틸렌 분산액이다 (Michem® Guard 55로 표시됨).
5 - Shield 251은 Michelman에서 시판 중인 순수 폴리에틸렌 분산액이다 (Michem® Shield 251로 표시됨).
6 - Hydrocer 257은 Shamrock에서 시판 중인 순수 폴리에틸렌 분산액이다 (Hydrocer 257로 표시됨).
7 - Hydrocer 77은 Shamrock에서 시판 중인 순수 폴리에틸렌 분산액이다 (Hydrocer 77로 표시됨).
도 5는 코드 1-2, 폴리에틸렌 공중합체 분산액 (HYPOD 8510으로 표시됨) 및 코드 1-3, 순수 폴리에틸렌 분산액 (Michem® Guard 55로 표시됨)으로부터 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 시각적 사진 비교를 제공한다. 두 개의 발포체의 시각적 사진 비교는 각각의 발포체를 손가락 터치하기 전 (사진 “A”), 터치 중 (사진 “B”) 및 터치 후 (사진 “C”)를 비교한다. 사진 “D”는 순수 폴리에틸렌 중합체 분산액으로 제조된 발포체의 손가락 터치 후의 추가 사진이다. 사진들에서 볼 수 있는 것과 같이, 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 발포체는 손가락 터치 후에 그것의 구조를 유지하는 것으로 나타났다. 역으로, 고도 결정성 순수 폴리에틸렌 중합체 분산액으로 제조된 발포체는 손가락 터치시 그것의 구조를 유지하지 못하였고 분말이 되었다. 고도 결정성 순수 폴리에틸렌 중합체로 제조된 발포체는 약하여 그것의 구조를 유지하지 못하였기 때문에, 이 발포체의 밀도는 측정할 수 없었다.
2. 결합제를 가지는 고도 결정성 폴리올레핀 분산액 거품이 일어난 발포체
4개의 폴리올레핀 분산액을 2개의 거품 발생 계면활성제에 첨가하고, KitchenAid® 믹서에서 고속으로 (설정 번호 10) 5분 동안 기계적 혼합을 거치게 해서 각각의 폴리올레핀 중합체 화학물질을 가지는 거품을 제조하였다. 그런 다음 각각의 폴리올레핀 중합체 화학물질을 가지는 거품을, 기질로서의 스펀본드 부직포 위로 직접 거품을 주조함으로써 금속 막대 직경 (1/8”, ¼” 및 ½”)에 의해 제어된 상이한 두께를 가지는 시트로 주조하였다. 그런 다음 시트를 오븐에서 20분 동안 건조시켰다. 폴리올레핀 화학물질의 안정성을 보조하기 위하여, 여러 물질을 결합제로서 사용하여 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 기계적 강도 및 일체성을 증강시키기 위하여 거품의 형성시 고도 결정성 폴리올레핀 분산액과 혼합하였다. 시험한 결합제는 폴리스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 예컨대 Butanol® NS 104, Butanol® NS 209, Butanol® NS 222 (각각 BASF에서 시판 중임); HyStretch® V-43 (Lubrizol Advanced Materials, Inc.에서 시판 중임)과 같은 완전 포화 탄성체 테르중합체; Dur-O-Set® Elite Plus (DOS EP), Dur-O-Set® 351A (DOS 351A), 및 Dur-O-Set® Elite Ultra (DOS EU) (각각 Celanese Emulsion Polymers에서 시판 중임)와 같은 비닐 아세테이트 에틸렌 라텍스 분산액; Aqualon에서 시판 중인 CMC-7L과 같은 카르복시메틸 셀룰로오스; Home Depot로부터 입수가능한 Glidden 도료로서 상업적으로 입수가능한 GLN9013과 같은 도료 기초 물질 (20 내지 30% 아크릴계 수지 및 10 내지 20% 클레이를 함유함); Kraton Polymers에서 시판 중인 폴리이소프렌(PIP)과 같은 합성 고무 물질; 및 Momentive Specialty Chemicals Inc.에서 시판 중인 SB7201 (SynthebondTM 7201LSE, 점착 부여제를 사용하지 않는 아크릴계 에멀션 압력 민감성 접착제) 및 DuPont에서 시판 중인 PC4610 (Pro-Cote® 4610E Soy 중합체, 단백질 기초 중합체)과 같은 다른 결합제를 포함한다. 아래의 표 2는 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체를 요약한 것이다:
발포체 코드 목록
코드 폴리올레핀 분산액/
결합제		 혼합된 분산액의 중량% 거품 발생 계면활성제 1 계면활성제 1의 중량% 거품 발생 계면활성제 2 계면활성제 2의 중량% 건조 온도 범위(℃) 액체 발포체 밀도
(g/cc)
2-1 70% Shield 251 30% NS104 39.2% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 115 0.085
2-2 50% Shield 251 50% NS104 40.0% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 100 0.093
2-3 50% Guard 55 50% NS104 40.7% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.082
2-4 50% Hydrocer 257 50% NS104 40.7% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.078
2-5 50% Hydrocer 257 50% HyStretch® V-43 39.5% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.121
2-6 50% Hydrocer 257 50% DOS EP 39.5% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.121
2-7 50% Hydrocer 77 50% NS104 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.105
2-8 50% Hydrocer 77 50% HyStretch® V-43 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.107
2-9 50% Hydrocer 77 50% DOS EP 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.113
2-10 50% Guard 55 50% DOS EU 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.104
2-11 97% Guard 55 3% CMC-7L 37.3% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 0.121
2-12 90% Guard 55 10% CMC-7L 38.1% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 0.128
2-13 50% Guard 55 50% DOS 351A 39.7% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.139
2-14 50% Guard 55 50% DOS EU 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.086
2-15 50% Hydrocer 259FDA1 50% NS 209 39.2% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.110
2-16 50% Hydrocer 259FDA 50% NS222 39.2% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.100
2-17 50% Hydrocer 259FDA 40% DOS EU, 10% CMC-7L 38.8% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 85 - 100 0.093
2-18 55% Hydrocer 259FDA 40% DOS 351A, 5% CMC-7L 38.9% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 92 0.171
2-19 60% Hydrocer 257 40% GLN9013 40.1% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90
2-20 60% Hydrocer 257 40% SB7201 39.4% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 0.118
2-21 60% Hydrocer 257 40% PC4610 28.3% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 0.192
2-22 60% Hydrocer 257 40% PIP 39.6% Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 0.114
1 Hydrocer 259FDA는 Shamrock에서 시판 중인 순수 폴리에틸렌 분산액이고 FDA 승인받았다 (Hydrocer 259FDA로 표시됨).
도 6은 코드 1-2, 폴리에틸렌 공중합체 분산액 (HYPOD 8510으로 표시됨) 및 코드 2-4, 결합제 (폴리스티렌-부타디엔 고무 결합제, Butanol® NS104)와 혼합된 순수 폴리에틸렌 분산액 (Hydrocer 257로 표시됨)으로부터 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 시각적 사진 비교를 제공한다. 두 개의 발포체의 시각적 사진 비교는 각각의 발포체를 손가락 터치하기 전 (사진 “A”), 터치 중 (사진 “B”) 및 터치 후 (사진 “C”)를 비교한다. 사진들에서 볼 수 있는 것과 같이, 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 발포체는 손가락 터치 후에 그것의 구조를 유지하는 것으로 나타났다. 폴리에틸렌 공중합체 발포체는 또한 발포체가 그것의 원래 구조로 회복될 수 있었기 때문에 손가락 터치 후에 복원력과 탄성을 증명할 수 있었다. 역으로, 고도 결정성 순수 폴리에틸렌 중합체 분산액 및 결합제로 (교차결합제 없음) 제조된 발포체는 손가락 터치 후에 발포체가 가루가 되지 않았기 때문에 그것의 구조의 향상된 기계적 강도 및 응집력을 나타냈다. 그러나, 고도 결정성 중합체 및 비-교차결합된 결합제 발포체는 복원력 및 탄성을 나타내지 못하였다. 도 6, 코드 2-4의 사진 “C”에 예시된 것과 같이, 손가락으로 누른 후에, 손가락 압력에 의해 유발된 발포체의 변형은 손가락 자국으로서 발포체에 남아있다.
추가적으로, 비-교차결합된 결합제를 가지는 고도 결정성 폴리에틸렌 발포체는 향상된 기계적 강도를 증명할 수 있었던 한편, 기계적 강도의 향상은 발포체의 굽힘 후에 발포체가 부러지는 것을 방지하기에는 충분하지 않았다. 도 7은 코드 1-2, 폴리에틸렌 공중합체 분산액 (HYPOD 8510으로 표시됨) 및 코드 2-4, 결합제 (폴리스티렌-부타디엔 고무 결합제, Butanol® NS104)와 혼합된 순수 폴리에틸렌 분산액 (Hydrocer 257로 표시됨)으로부터 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 시각적 사진 비교를 제공한다. 두 개의 발포체의 시각적 사진 비교는 발포체에 대해 굽힘 동작을 취하기 전 (사진 “A”)과 도중 (사진 “B”)이다. 사진들에서 볼 수 있는 것과 같이, 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 발포체는 굽힘 동작 후에 그것의 구조를 유지하는 것으로 나타났다. 역으로, 고도 결정성 순수 폴리에틸렌 중합체 분산액과 결합제 (교차결합제 없음)로 제조된 발포체는, 비-교차결합된 결합제를 가지는 고도 결정성 폴리에틸렌 발포체가 향상된 기계적 강도를 증명할 수 있었던 반면, 기계적 강도의 향상이 발포체의 굽힘 후에 발포체가 부러지는 것을 방지하기에는 충분하지 못한 것으로 나타났다.
3. 결합제 및 교차결합제를 가지는 고도 결정성 폴리올레핀 거품이 일어난 발포체
결합제를 가지는 고도 결정성 폴리올레핀 거품이 일어난 발포체의 기계적 강도, 복원력, 탄성 및 응집력을 향상시키기 위하여, 교차결합제를 폴리올레핀 분산액 및 결합제와 혼합하였다. 폴리올레핀 분산액을 2개의 거품 발생 계면활성제에 첨가하고 KitchenAid® 믹서에서 고속으로 (설정 번호 10) 5분 동안 기계적 혼합을 거치게 해서 폴리올레핀 중합체 화학물질을 가지는 거품을 제조하였다. 그런 다음 거품을, 기질로서의 스펀본드 부직포 위로 직접 거품을 주조함으로써 금속 막대 직경 (1/8”, ¼” 및 ½”)에 의해 제어된 상이한 두께를 가지는 시트로 주조하였다. 폴리올레핀 화학물질의 안정성을 보조하기 위하여, 여러 물질을 결합제로서 사용하여 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 기계적 강도 및 일체성을 증강시키기 위하여 거품의 형성시 고도 결정성 폴리올레핀 분산액과 혼합하였다. 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 안정성을 추가로 증강시키기 위하여 또한 교차결합제를 제공하였다. 아래의 표 3은 제조한 발포체들을 요약한 것이다.
발포체 코드 목록
코드 폴리올레핀 분산액/결합제 분산액의 중량% 교차 결합제 (%) 거품 발생 계면활성제 1 계면활성제 1의 중량% 거품 발생 계면활성제 2 계면활성제 2의 중량% 건조 온도 범위(℃) 건조 시간 액체 발포체 밀도(g/cc)
3-1 53% Hydrocer 257 47% DOS 909tsb5 39.7% 6% EC1 Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 20 0.116
3-2 53% Hydrocer 257 47% DOS 909tsb 38.2% 12% EC Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 20 0.100
3-3 42% Hydrocer 257 58% NS104 46.3% 5.5% EC Stanfax 320 5% Stanfax 318 3.5% 80 - 90 20 0.111
3-4 43% Hydrocer 257 57% NS104 50.6% 14% 5902 Stanfax 2384 1.8% Stanfax 318 5% 140 20 0.113
3-5 50% Hydrocer 257 50% NS104 50.6% 14% 590 Stanfax 238 1.6% Stanfax 318 4.5% 140 20 0.110
3-6 50% Hydrocer 257 50% NS104 50.7% 2% Luperox® 2313 Stanfax 238 1.6% Stanfax 318 4.5% 120 40 0.150
1 - EC는 에틸렌 카보네이트이다.
2 - Curepaste 590 (Royal Coatings & Specialty Polymers에서 시판 중임)은 BASF에서 시판 중인 NS104와 같은 고무에 대한 황 함유 교차결합제이다.
3 - Stanfax 238은 3가지 성분: 테트라포타슘 피로포스페이트 (TKPP: 완충제, 유화제 및 분산제), 중화제 (즉, KOH) 및 농축제 (즉, T-111)를 238:TKPP:KOH:T-111=1:0.67:0.07:1.4의 건식 중량비로 함유하는 발포 계면활성제.
4 - Luperox® 231은 1,1-다이(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트라이메틸사이클로헥산의 분자 구조를 가지는, Arkema에서 시판 중인 유기 과산화물.
5 - DOS 909tsb는 Dur-O-Set® 909tsb로, Celanese Emulsion Polymers에서 시판 중인, 100℃에서 교차결합하는 점착 부여제.
도 8은 코드 1-2, 폴리에틸렌 공중합체 분산액 (HYPOD 8510으로 표시됨) 및 코드 3-5, 결합제 (폴리스티렌-부타디엔 고무 결합제, Butanol® NS104) 및 교차결합제 (Curepaste 590)와 혼합된 순수 폴리에틸렌 분산액 (Hydrocer 257로 표시됨)으로부터 제조된 거품이 일어난 폴리올레핀 발포체의 시각적 사진 비교를 제공한다. 두 개의 발포체의 시각적 사진 비교는 각각의 발포체를 손가락 터치하기 전 (사진 “A”), 터치 중 (사진 “B”) 및 터치 후 (사진 “C”)를 비교한다. 사진들에서 볼 수 있는 것과 같이, 폴리에틸렌 공중합체로 제조된 발포체는 손가락 터치 후에 그것의 구조를 유지하는 것으로 나타났다. 폴리에틸렌 공중합체 발포체는 또한 발포체가 그것의 원래 구조로 회복될 수 있었기 때문에 손가락 터치 후에 복원력과 탄성을 증명할 수 있었다. 추가로, 고도 결정성 순수 폴리에틸렌 중합체 분산액, 결합제 및 교차결합제로 제조된 발포체는 발포체가 손가락 터치 후에 분말이 되지 않았기 때문에 그것의 구조 및 그것의 구조의 응집력을 유지하였다. 추가적으로, 고도 결정성 중합체 및 교차결합된 결합제 발포체는 복원력 및 탄성을 나타냈다. 도 8, 코드 3-5의 사진 “C”에 예시된 것과 같이, 손가락으로 누른 후에, 발포체는 손가락 프레스에 의해 유발된 발포체의 변형 후에 발포체의 원래의 형상 및 구조로 복귀될 수 있었다.
간략하고 간결해 지도록, 본 발명에서 설명하는 값들의 임의의 범위는, 범위 내의 모든 값들을 고려하며, 해당하는 특정 범위 내의 모두 수치 값들인 종점들을 갖는 임의의 부 범위를 인용하는 청구범위를 지지하는 것으로서 해석되어야 한다. 가상 예를 들면, 1 내지 5 범위의 개시 내용은: 1 내지 5; 1 내지 4; 1 내지 3; 1 내지 2; 2 내지 5; 2 내지 4; 2 내지 3; 3 내지 5; 3 내지 4; 및 4 내지 5 범위들 중 임의의 것에 대한 청구범위를 지지하는 것으로 간주된다.
본원에 개시된 치수들과 값들은 인용된 정확한 수치 값으로 엄밀하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 이러한 치수는, 인용된 값 및 이 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하고자 하는 것이다. 예를 들어, “40mm”라고 개시된 치수는 “약 40mm”를 의미하고자 하는 것이다.
상세한 설명에서 인용되는 모든 문헌은, 관련 부분에서, 본원에 참고로 원용되며, 이러한 임의의 문헌 인용을, 이러한 문헌이 본 발명에 대한 종래 기술이라는 점을 인정하는 것으로 해석해서는 안 된다. 본원의 용어에 지정된 의미 또는 정의는, 본원에서의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 원용된 문헌에서의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충하는 정도까지, 좌우한다.
본 발명의 특정 실시예들을 예시하고 설명하였지만, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 다양한 다른 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 모든 변경 및 변형을 포함하고자 하는 것이다.

Claims (20)

  1. 고도 결정성 폴리올레핀 분산액; 교차결합성 결합제; 및 계면활성제를 포함하는 조성물을 포함하는 개포형 발포체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 수용성인 것인, 개포형 발포체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합제는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 개질된 단백질로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 수분산성인 것인, 개포형 발포체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합제는 폴리이소프렌, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체 또는 스티렌-부타디엔 고무로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 교차결합제를 사용하여 교차결합되는 것인, 개포형 발포체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 교차결합제는 황 화합물, 과산화물, 과황산염, 아조 화합물, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 유기 과산화물 및 무기 과산화물로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 방사선 또는 전자기를 사용하여 교차결합되는 것인, 개포형 발포체.
  10. 제1항에 있어서, 섬유, 비-팽윤성 입자 또는 그것들의 조합을 더 포함하는, 개포형 발포체.
  11. a. 고도 결정성 폴리올레핀 분산액, 계면활성제, 교차결합성 결합제 및 교차결합제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
    b. 상기 조성물을 공기와 기계적으로 혼합해서 거품을 생성하는 단계; 그리고
    c. 상기 거품을 개포형 발포체의 용융점 아래의 온도이고 상기 교차결합제가 상기 결합제를 교차결합시킬 수 있는 온도보다 위인 온도에서 건조시키는 단계를 포함하는,
    개포형 발포체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 결합제는 수용성인 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결합제는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 개질된 단백질로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 결합제는 수분산성인 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 결합제는 폴리이소프렌, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체 또는 스티렌-부타디엔 고무로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 결합제는 교차결합제를 사용하여 교차결합되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 교차결합제는 황 화합물, 과산화물, 과황산염, 아조 화합물, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트, 유기 과산화물 및 무기 과산화물로부터 선택되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 결합제는 방사선 또는 전자기를 사용하여 교차결합되는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 개포형 발포체는 섬유, 비-팽윤성 입자 또는 그것들의 혼합물을 더 포함하는 것인, 개포형 발포체의 제조 방법.
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