KR20160091943A - 수분산성 열가소성 사출 성형 조성물 - Google Patents

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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

물의 존재 시에 시간 경과에 따라 그의 완전성을 상실하는 점에서 수-민감성(예를 들어, 수용성, 수분산성 등)인 사출 성형 또한 가능한 열가소성 조성물이 제공된다. 조성물은 셀룰로오스 유도체, 합성 수용성 중합체, 및 가소제를 포함한다. 조성물의 원하는 수-민감성 및 성형가능 속성은 조성물의 다양한 측면, 예를 들어 사용된 성분들의 속성, 각 성분의 상대량, 조성물이 형성되는 방식 등을 선택적으로 제어함으로써 본 발명에서 달성될 수 있다.

Description

수분산성 열가소성 사출 성형 조성물{WATER-DISPERSIBLE THERMOPLASTIC INJECTION MOLDED COMPOSITION}
관련 출원
본 출원은, 미국 특허출원 제14/092,013호(2013년 11월 27일 출원)에 대한 우선권을 주장하고, 상기 출원은 본원에 그것의 전체 내용이 참조로 원용된다.
본 발명은 수분산성 열가소성 사출 성형 조성물에 관한 것이다.
수세식(Flushable) 여성용 위생 용품은 소비자에게 재량과 편리한 이점을 제공한다. 그러나, 현재의 플라스틱 탐폰 애플리케이터(tampon applicator)는 생분해성이거나 재생가능하지 않은 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌) 및 폴리에스테르와 같은 사출 성형 물질로 이루어지는데, 이는 사출 성형 부품에서 생분해성 중합체를 사용하는 것이 이러한 중합체를 열 처리하는 것과 관련한 어려움과 고 비용으로 인한 문제점을 가지고 있기 때문이다. 이와 같이, 소비자는 분리형 쓰레기 통 안에 탐폰 애플리케이터를 처분해야만 하고, 이는 소비자가 개별적이면서 편리한 방식으로 애플리케이터를 처분하기 위한 도전 과제가 된다. 또한, 오염되거나 사용한 탐폰 애플리케이터는 또한 생물학적 위험 또는 잠재적인 건강 위험을 초래할 수도 있다. 그 결과, 현재의 플라스틱 탐폰 애플리케이터가 수세식으로 변기 아래로 수세될 것이라고 생각되지 않지만, 그럼에도 불구하고 일부 소비자는 변기 안에 애플리케이터를 흘려 보내려고 할 수 있어, 하수관 및 도시 폐수 처리 시설의 막힘으로 이어질 수 있다. 이러한 문제점을 완화시키기 위해서 셀룰로오스 유도체 또는 폴리비닐 알코올과 같은 수분산성 물질을 사출 성형하고자 하는 시도가 이루어져 왔지만, 이러한 시도는 성공하지 못했다. 대신에, 탐폰 애플리케이터 내에 셀룰로오스 유도체 또는 폴리비닐 알코올을 사용할 때에는, 물질들이 충분히 두꺼운 벽을 갖는 탐폰 애플리케이터로 형성될 수 있도록 용액 처리되어야만 하고, 이러한 용액 처리는 높은 에너지 요건을 필요로 하는 저속이고, 고가이며, 환경적으로 지속 불가능한 처리이다. 또한, 판지(cardboard) 애플리케이터가 개발되어 왔지만, 판지는 흔히 애플리케이터의 마찰 계수를 소비자에게 편안한 수준으로 감소시키도록 코팅되어야만 하고, 이러한 코팅층은 친환경적이지 않으며 애플리케이터를 형성하는 것과 연관된 비용에 추가된다.
이와 같이, 현재, 사출 성형될 수도 있고, 탐폰 애플리케이터로 성공적으로 형성될 수 있는 수분산성 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 삽입하기가 편안하고 삽입 시에 붕해하기 시작하지 않는 수분산성 애플리케이터에 대한 필요성도 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조성물의 총 중량 기준으로 약 7중량% 내지 약 70중량%의 적어도 하나의 셀룰로오스 유도체; 약 7중량% 내지 약 70중량%의 적어도 하나의 합성 수용성 중합체; 및 약 2중량% 내지 약 50중량%의 적어도 하나의 가소제를 포함하는 수분산성 조성물이 개시되어 있고, 여기서 상기 합성 수용성 중합체 대 상기 셀룰로오스 유도체의 중량% 비는 약 0.1 내지 약 10의 범위이며, 또한 여기서 조성물은 열가소성이다.
일 실시예에서, 셀룰로오스 유도체는 조성물의 총 중량 기준으로 조성물의 약 20중량% 내지 약 60중량%를 구성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 합성 수용성 중합체는 조성물의 총 중량 기준으로 조성물의 약 20중량% 내지 약 60중량%를 구성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가소제는 조성물의 총 중량 기준으로 조성물의 약 5중량% 내지 약 40중량%를 구성할 수 있다. 추가 실시예에서, 상기 합성 수용성 중합체 대 상기 셀룰로오스 유도체의 중량% 비는 약 0.3 내지 약 3.0의 범위이다.
또 다른 실시예에서, 셀룰로오스 유도체는 비이온성 셀룰로오스 에테르일 수 있고, 일부 실시예에서 비이온성 셀룰로오스 에테르는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스일 수 있다. 일부 예에서, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 약 10% 내지 약 40%의 메톡실 함량을 가질 수 있다. 또한, 일부 예에서, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 약 1% 내지 약 15%의 히드록시프로필 함량을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 비이온성 셀룰로오스 에테르는 20℃에서 2% 수용액에 대해 약 1,000 mPa·s 내지 약 75,000 mPa·s 범위의 점도를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 합성 수용성 중합체는 비닐 알코올 중합체, 예를 들어 부분적으로 가수분해되는 비닐 알코올 중합체일 수 있다. 비닐 알코올 중합체는 약 80 몰% 내지 약 90 몰%의 가수분해도를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 가소제는 다가 알코올일 수 있다. 예를 들면, 가소제는 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 헥산 트리올, 또는 이들의 조합일 수 있다.
다른 실시예에서, 조성물은 이 조성물의 총 중량 기준으로 약 0.5중량% 내지 약 35중량%의 무기 미립자 충전제를 더 포함할 수 있다. 무기 미립자 충전제는 탄산칼슘, 카올린 점토, 실리카, 알루미나, 탄산바륨, 탄산나트륨, 이산화티탄, 제올라이트, 탄산마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 탈크, 또는 이들의 조합일 수 있다.
하나의 특정 실시예에서, 조성물은 ASTM 시험 방법 D1238-E에 따라 190℃의 온도에서 2160 그램의 하중으로 처리했을 때 10분당 약 10 그램 내지 10분당 약 150 그램의 용융 흐름 지수를 나타낼 수 있다.
또 다른 실시예에서, 수분산성 열가소성 조성물은 성형 용품으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 성형 용품은 약 18시간 미만 만에 수돗물 안에서 붕해할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 성형 용품은 탐폰 애플리케이터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사출 성형 부품을 형성하기 위한 방법이 설명된다. 상기 방법은, 약 7중량% 내지 약 70중량%의 셀룰로오스 유도체, 약 7중량% 내지 약 70중량%의 합성 수용성 중합체, 및 약 2중량% 내지 약 50중량%의 가소제를 포함하는 수분산성 열가소성 조성물을 금형 캐비티 안에 주입하는 단계; 및 열가소성 조성물을 금형 캐비티 내에서 성형 부품으로 성형하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 수불용성 코팅으로 사출 성형 부품을 코팅하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 이중사출 성형 공정을 포함할 수 있고, 여기서 사출 성형 부품은 내부층 및 외부층을 갖는 2층의 성형 부품이고, 여기서 내부층은 사출 성형된 열가소성 조성물을 포함하고, 외부층은 수불용성이다. 또한, 외부층은 약 1중량% 내지 약 50중량%의 사출 성형 부품을 포함할 수 있고, 내부층은 약 50중량% 내지 약 99중량%의 사출 성형 부품을 포함할 수 있다. 또한, 수불용성 층은 왁스, 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 탄성중합체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 폴리올레핀계 탄성중합체), 또는 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 셀룰로오스 유도체는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스일 수 있다. 추가 실시예에서, 합성 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올일 수 있다. 또한, 성형 부품은 탐폰 애플리케이터 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 특징들과 측면들은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
통상의 기술자를 위한 본 발명의 최상의 모드를 포함한 본 발명의 모든 가능한 개시 내용을, 첨부 도면이 참조되는 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 기재한다.
도 1은 본 발명에서 사용하기 위한 사출 성형 장치의 일 실시예의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 의해 고려되는 바와 같이 수분산성 탐폰 애플리케이터의 일 실시예의 사시도이고;
도 3은 본 발명의 탐폰 애플리케이터의 성분의 일 실시예의 단면도이고; 그리고
도 4는 본 발명의 탐폰 애플리케이터의 성분의 다른 실시예의 단면도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 특징의 반복적인 사용은 발명의
동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다
이하, 하나 이상의 예가 후술되어 있는 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 각각의 예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 설명을 위해서 제공된다. 실제로, 본 발명의 사상이나 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명에 있어서 다양한 수정과 변형을 행할 수 있다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예에 일부로서 예시하거나 설명하는 특징들을 다른 하나의 실시예에 사용하여 추가적인 실시예를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변형들 및 변경들을 첨부된 특허청구범위 및 그들의 등가물들의 범주 내로 포함시키고자 하는 것이다.
일반적으로, 본 발명은 수-민감성(예를 들어, 수용성, 수분산성 등)인 조성물에 관한 것으로, 조성물은 물의 존재 시에 시간 경과에 따라 그의 완전성을 상실하지만, 사출 성형될 수 있도록 하기에 충분히 높은 용융 유동 지수 및 충분히 낮은 용융 점도를 갖는 열가소성이라는 점에서 수-민감성이다. 상기 조성물은 천연 셀룰로오스 유도체, 합성 수용성 중합체 및 가소제를 함유한다. 조성물의 원하는 수-민감성 속성은 조성물의 다양한 측면, 예를 들어 사용된 성분들의 속성, 각 성분의 상대량, 하나의 성분의 중량% 대 다른 성분의 중량%의 비, 조성물이 형성되는 방식 등을 선택적으로 제어함으로써 본 발명에서 달성될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예를 이제 보다 상세하게 설명하기로 한다.
I. 조성물 성분
A. 셀룰로오스 유도체
수분산성 열가소성 조성물은 셀룰로오스 유도체(예를 들어, 셀룰로오스 에테르 또는 에스테르)를 포함한다. 하나의 특정 실시예에서, 예를 들면, 셀룰로오스 유도체는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 및/또는 양성 셀룰로오스 에테르이다. 비이온성 셀룰로오스 에테르는, 예를 들면, 당 기술분야에 숙련된 자에게 알려진 임의의 방식으로, 예를 들어 알칼리 셀룰로오스를 산화에틸렌 및/또는 산화프로필렌과 반응시키고, 이어서 염화메틸, 염화에틸 및/또는 염화프로필과의 반응에 의해 생성될 수 있다. 비이온성 셀룰로오스 에테르 및 이러한 에테르를 생성하기 위한 방법은, 예를 들면, Larsson 등에 의한 미국 특허 제6,123,996호; Karlson에 의한 미국 특허 제6,248,880호; 및 Bostrom 등에 의한 미국 특허 제6,639,066호에 설명되어 있고, 이들 문헌의 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다. 비이온성 셀룰로오스 에테르의 일부 적절한 예는, 수용성 알킬 셀룰로오스 에테르, 예를 들어 메틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스; 히드록시알킬 셀룰로오스 에테르, 예를 들어 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필 히드록시부틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시에틸 히드록시부틸 셀룰로오스 및 히드록시에틸 히드록시프로필 히드록시부틸 셀룰로오스; 알킬 히드록시알킬 셀룰로오스 에테르, 예를 들어 메틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 에틸 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스 및 메틸 에틸 히드록시프로필 셀룰로오스 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 조성물에서 사용하기 위한 바람직한 비이온성 셀룰로오스 에테르는 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 메틸에틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 메틸에틸 히드록시에틸 히드록시프로필 셀룰로오스, 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스이다.
특히 적절한 셀룰로오스 에테르는, 예를 들면, 상표명 METHOCELTM로 Dow Chemical로부터 입수 가능하고, 약 10% 내지 약 40%, 예를 들어 약 15% 내지 약 30%의 메톡실 함량 및 약 1% 내지 약 15%, 예를 들어 약 2% 내지 약 10%의 히드록시프로필 함량을 갖는 것을 포함할 수 있다. 이러한 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 셀룰로오스 유도체는 약 1,000 mPa·s 내지 약 75,000 mPa·s, 예를 들어 약 2,000 mPa·s 내지 약 50,000 mPa·s, 예를 들어 약 3,000 mPa·s 내지 약 25,000 mPa·s, 예를 들어 약 4,000 mPa·s 내지 약 15,000 mPa·s 범위에 있는 20℃에서의 수용액 내에 2% 결정된 점도를 가질 수 있다. 하나의 적절한 셀룰로오스 에테르는 METHOCELTM 40-100, 즉 18%의 메톡실 함량, 5%의 히드록시프로필 함량, 및 12,000 mPa·s의 점도를 갖는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스이다. 다른 적절한 셀룰로오스 에테르는 METHOCELTM 40-202, 즉 29%의 메톡실 함량, 8.5%의 히드록시프로필 함량, 및 4,000 mPa·s의 점도를 갖는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스이다.
다른 적절한 셀룰로오스 에테르는 상표명 BERMOCOLLTM로 코네티컷주 스탬포드의 Akzo Nobel로부터 입수 가능한 것이다. 또 다른 적절한 셀룰로오스 에테르는 METOLOSETM Type SM(메틸셀룰로오스), METOLOSETM Type SH(히드록시프로필 메틸 셀룰로오스), 및 METOLOSETM Type SE (히드록시에틸메틸 셀룰로오스)를 포함하는 상표명 METOLOSETM로 일본 도쿄의 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.로부터 입수 가능한 것이다. 다른 적절한 셀룰로오스 에테르는 또한 상표명 CULMINALTM로 델라웨어주 윌밍턴의 Hercules, Inc.로부터 입수 가능하다. 적절한 다당류의 또 다른 예가 상기에 더욱 상세히 설명되어 있다.
셀룰로오스 유도체는, 조성물의 총 중량 기준으로 약 7중량% 내지 약 70중량%, 예를 들어 약 15중량% 내지 약 65중량%, 예를 들어 약 20중량% 내지 약 60중량%, 예를 들어 약 25중량% 내지 약 50중량% 범위의 양으로 수분산성 열가소성 조성물 내에 존재할 수 있다.
B. 합성 수용성 중합체
수분산성 열가소성 조성물은 하나 이상의 합성 수용성 중합체를 또한 포함한다. 이러한 중합체는 모노머, 예를 들어 비닐 피롤리돈, 히드록시에틸 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트(예를 들어, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트), 히드록시프로필 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 아크릴 또는 메타크릴산, 아크릴 또는 메타크릴 에스테르 또는 비닐 피리딘, 아크릴아미드, 비닐 아세테이트, 비닐 알코올, 산화에틸렌, 이들의 유도체 등으로부터 형성될 수 있다. 적절한 모노머의 다른 예는 James 등에 의한 미국 특허 제4,499,154호에 설명되어 있고, 이 문헌의 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다. 결과적인 중합체는 단독중합체 또는 혼성중합체(예를 들어, 공중합체, 터폴리머 등)일 수 있고, 비이온성, 음이온성, 양이온성, 또는 양성일 수 있다. 또한, 중합체는 한 종류의 것(즉, 동종)일 수 있거나, 또는 상이한 중합체의 혼합물(즉, 이종)이 사용될 수도 있다.
하나의 특정한 실시예에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올 ("PVOH"), 폴리비닐 알코올의 공중합체(예, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 메틸 메타크릴레이트 비닐 알코올 공중합체 등)의 기능성 하이드록실기를 갖는 반복 단위를 포함한다. 비닐 알코올 중합체는, 예를 들면, 분자 중에 적어도 두 개 이상의 비닐 알코올 단위를 가지고 있으며, 비닐 알코올의 단독중합체 또는 다른 단량체 단위를 함유하는 공중합체일 수도 있다. 비닐 알코올 단독중합체는 포름산 비닐, 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐 등과 같은 비닐 에스테르 중합체의 가수분해에 의해 얻을 수도 있다. 비닐 알코올 공중합체는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐 등의 2 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 올레핀; 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레산, 푸마르산 등의 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 불포화 카르복실산, 또는 그들의 에스테르, 염, 무수물 또는 아미드; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 불포화 니트릴; 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르 등의 3 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 비닐 에테르; 기타 등등과, 비닐 에스테르의 공중합체의 가수분해에 의해 얻을 수도 있다. 가수분해의 정도는 중합체의 용해성 등을 최적화하도록 선택될 수도 있다. 예를 들면, 가수분해의 정도는 약 60 몰% 내지 약 95 몰%, 일부 실시예에서는 약 80 몰% 내지 약 90 몰%, 일부 실시예에서는 약 85 몰% 내지 약 89 몰%, 일부 실시예에서는 약 87 몰% 내지 약 89 몰%일 수도 있다. 적절한 부분 가수분해된 폴리비닐 알코올 중합체들의 예로는 Celanese Corp.로부터 품명 CELVOL™ 203, 205, 502, 504, 508, 513, 518, 523, 530, 또는 540 하에 입수가능하다. 기타 적절한 부분 가수분해된 폴리비닐 알코올 중합체들은 DuPont로부터 품명 ELVANOL™ 50-14, 50-26, 50-42, 51-03, 51-04, 51-05, 51-08, 및 52-22 하에 입수가능하다.
합성 수용성 중합체는 상기 조성물의 총 중량 기준 약 7중량% 내지 약 70중량%, 예컨대 약 15중량% 내지 약 65중량%, 예컨대 약 20중량% 내지 약 60중량%, 예컨대 약 25중량% 내지 약 55중량%, 예컨대 약 30중량% 내지 약 50중량%의 범위 양으로 수분산성 열가소성 조성물에 존재할 수 있다. 또한, 조성물에 존재하는 합성 수용성 중합체 대 조성물에 존재하는 셀룰로오스 유도체의 비는 약 0.1 내지 약 10, 예컨대 약 0.3 내지 약 3, 예컨대 약 0.6 내지 약 1.7, 예컨대 약 0.65 내지 약 1.6 범위일 수 있다.
C. 가소제
가소제 또한 수분산성 열가소성 조성물에 사용되어서 셀룰로오스 유도체와 수용성 중합체에 열가소성을 제공하도록 도움을 주는 데에 사용되며 이에 따라 펠릿으로 압출 후 사출 성형하기에 적절하다. 적합한 가소제로는, 예를 들어 다가 알코올 가소제, 예를 들어 당류(예를 들어, 글루코오즈, 수크로오즈, 프럭토오즈, 라피노오즈, 말토덱스트로오즈, 갈락토오즈, 자일로오즈, 말토오즈, 락토오즈, 만노오즈, 및 에리트로오즈), 당알코올류(예를 들어, 에리트리톨, 자일리톨, 말리톨, 만니톨, 및 소르비톨), 폴리올류(예를 들어, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌클리콜, 및 헥산 트리올), 및 폴리에틸렌글리콜 등을 들 수 있다. 우레아 및 우레아 유도체; 소르비탄과 같은 당알코올류의 무수물; 젤라틴과 같은 동물성 단백질; 해바라기 단백질, 대두 단백질, 목화씨 단백질과 같은 식물성 단백질; 및 이의 혼합물을 포함한, 하이드록실기를 갖지 않는 수소 결합 형성용 유기 화합물들이 또한 적합하다. 기타 적합한 가소제로는 프탈산 에스테르류, 디메틸 및 디에틸숙시네이트 및 관련 에스테르류, 글리세롤 트리아세테이트, 글리세롤 모노- 및 디-아세테이트류, 글리세롤 모노-, 디-, 및 트리-프로피오네이트류, 부타노에이트류, 스테아레이트류, 락트산 에스테르류, 시트르산 에스테르류, 아디프산 에스테르류, 스테아르산 에스테르류, 올레산 에스테르류, 및 기타 산 에스테르류를 들 수 있다. 에틸렌 아크릴산, 에틸렌 말레산, 부타디엔 아크릴산, 부타디엔 말레산, 프로필렌 아크릴산, 프로필렌 말레산 및 기타 탄화수소 기반 산과 같은 지방족 산 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어 약 20,000g/mol 미만, 바람직하게는 약 5,000g/mol 미만, 및 더욱 바람직하게는 약 1,000g/mol 미만의 저분자량 가소제가 바람직하다.
가소제는 공지된 다양한 기술 중 하나를 사용하여 본 발명의 조성물에 혼입될 수도 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 유도체 및/또는 수용성 중합체는 조성물에 혼입되기 전 “선-가소화"될 수도 있다. 대안적으로, 하나 이상의 성분들이 함께 배합되는 바와 같은 시간에 가소화 될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 배치식 및/또는 연속식 용융 배합 기술을 사용해서 성분들을 배합할 수도 있다. 예를 들어, 혼합기/혼련기, 밴버리(Banbury) 혼합기, 패럴(Farrel) 연속 혼합기, 단일 스크류 압출기, 트윈 스크류 압출기, 롤밀 등이 사용될 수 있다. 하나의 특히 적합한 용융-배합 장치는 동회전형 이축 압출기(예를 들어, 잉글랜드의 스톤 소재의 Thermo Electron Corporation으로부터 입수가능한 USALAB 이축 압출기, 또는 뉴저지주의 람지 소재의 Werner-Pfleiderer으로부터 입수가능한 압출기)이다. 그런 압출기들은 송급 및 환기 포트를 포함할 수 있고 고강도의 분배적이고 분산적인 혼합을 제공한다. 예를 들어, 셀룰로오스 유도체 및 수용성 중합체는 초기에 이축 압출기의 송급 포트로 송급되어서 조성물을 형성할 수도 있다. 그 후, 가소제가 조성물 내에 주입될 수도 있다. 대안적으로, 상기 성분들은 상기 압출기의 투입구에 동시에 송급될 수 있거나, 압출기의 길이를 따라 상이한 지점에서 분리해서 송급될 수도 있다. 용융 배합은 임의의 다양한 온도, 예컨대 약 30℃ 내지 약 240℃, 일부 실시예에서는 약 40℃ 내지 약 200℃, 일부 실시예에서는 50℃ 내지 약 150℃에서 일어날 수도 있다.
가소제는 상기 조성물의 총 중량 기준 약 2중량% 내지 약 50중량%, 예컨대 약 3중량% 내지 약 45중량%, 예컨대 약 5중량% 내지 약 40중량%, 예컨대 약 10중량% 내지 약 35중량%의 범위 양으로 수분산성 열가소성 조성물에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서는 가소제의 양은 15중량% 보다 커서 사용되는 중합체 조성물이 압출되고 펠릿화를 위해 다이로부터 잘 유동해서 사출 성형될 수 있게 된다. 예를 들어, 가소제의 양은 약 25중량% 내지 약 50중량%의 양으로 존재할 수 있다.
D. 충전제
셀룰로오스 유도체, 수용성 중합체 및 가소제의 조합이 수분산성 사출 성형 조성물에 요구되는 원하는 용해성을 얻을 수도 있지만, 사출 성형 용품에 요망하는 바와 같은 정확한 기계적 특성 세트를 달성하는 것은 여전히 종종 어렵다. 이와 관련하여, 상기 조성물은 하나 이상의 충전제를 포함할 수도 있다. 그것의 강성 성질로 인해, 충전제의 양이 용이하게 조정되어서 원하는 정도의 연성(예, 피크 신장율) 및 강성(예, 탄성 계수)로 조성물을 미세 조정할 수도 있다.
본 발명의 충전제는 약 0.5 내지 약 10μm, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 8μm, 일부 실시예에서는 약 2 내지 약 6μm의 평균 크기를 갖는 것과 같이, 임의의 원하는 크기를 갖는 입자를 포함할 수도 있다. 충전제로서 사용하기에 적절한 입자로는 탄산 칼슘, 카올린 클레이, 실리카, 알루미나, 탄산 바륨, 탄산 나트륨, 이산화 티탄, 제올라이트, 탄산 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 탈크 등의 무기 산화물; 황산 바륨, 황산 마그네슘, 황산 알루미늄 등의 황산염; 셀룰로오스 타입 분말 (예, 펄프 분말, 목재 분말 등); 탄소; 시클로덱스트린; 합성 중합체 (예, 폴리스티렌), 기타 등등을 포함할 수도 있다. 또 다른 적절한 입자는 McCormack 등의 미국 특허 제6,015,764호 및 제6,111,163호; Morman 등 의 제5,932,497호; McCormack 의 제5,695,868호; McCormack 등 의 제5,855,999호; McCormack 등 의 제5,997,981호; 및 Taylor 등 의 제6,461,457호에 설명되어 있으며, 이들은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 원용된다.
하나의 특정 실시예에서, 충전제는 탄산 칼슘으로 형성된 입자를 포함한다. 원하는 경우, 적어도 약 95중량%, 일부 실시예에서는 적어도 약 98중량%, 일부 실시예에서는 적어도 약 99중량%의 순도를 갖는 탄산 칼슘 입자가 이용될 수도 있다. 이러한 고순도 탄산 칼슘은 일반적으로 미세하고 부드럽고 둥글며, 이에 따라, 조성물의 특성을 개선하기 위해 더욱 제어되고 좁은 입자 크기를 제공한다. 이러한 고순도 탄산 칼슘의 일례는 카리브해 미크라이트 탄산 칼슘으로, 카리브해(예, 자메이카)에서 표면 침착물로서 흔히 발생하는 부드럽고 무르고 미분된 분필 같은 해양 퇴적물로부터 채굴된다. 탄산 칼슘은 통상적으로 약 10μm 이하, 바람직하게는 약 6μm 이하의 평균 입자 크기를 갖는다. 카리브해 미크라이트 탄산 칼슘의 다른 예는 Lamond의 미국 특허 제5,102,465호에 기재되어 있으며, 이는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 원용된다. 이러한 탄산 칼슘은 습식 또는 건식 연마된 것일 수도 있으며, 원형 또는 구형 형상 입자들의 좁은 입자 크기 분포로 분류될 수도 있다. 하나의 특히 적절한 미크라이트 탄산 칼슘은 품명 “MD1517” 하에 Specialty Minerals에서 입수가능하다.
필요한 것은 아니지만, 충전제는 임의사항으로 개질제 (예, 스테아르산 또는 베헨산 등의 지방산)으로 코팅되어서 조성물 내에서 벌크 입자들의 자유 유동과 분산의 용이성을 촉진할 수도 있다. 충전제는 조성물의 다른 성분들과 혼합하기 전에 이러한 첨가제가 미리 컴파운딩될 수도 있고, 또는 용융 배합 단계에서 조성물 및 충전제의 다른 성분들과 첨가제가 배합될 수도 있다.
존재하는 경우, 충전제는 수분산성 열가소성 조성물의 총 중량 기준 약 0.5중량% 내지 약 35중량%, 예컨대 약 1중량% 내지 약 30중량%, 예컨대 약 2중량% 내지 약 25중량%, 예컨대 약 3중량% 내지 약 20중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
E. 착색제
또한, 수분산성 열가소성 조성물은 하나 이상의 착색제(예, 안료 또는 염료)를 포함할 수 있다. 통상적으로, 안료는 물 또는 용제에 용해되지 않는 무기 또는 유기 입자에 기반하는 착색제를 의미한다. 보통 안료는 수중 유화액 또는 현탁액을 형성한다. 한편, 염료는 일반적으로 물 또는 용제에 가용성인 착색제를 의미한다.
일단 조성물이 사출 성형 용품으로 형성되면 안료 또는 염료가 보일 수 있기에 효과적인 양으로 존재함으로써 조성물로부터의 용품이 사용자에게 미적으로 매력적인 외관을 가질 수 있도록 할 수 있다. 적절한 유기 안료로는 다이어릴라이드 옐로우(dairylide yellow) AAOT (예를 들어, Pigment Yellow 14 CI No. 21 095), 다이어릴라이드 옐로우 AAOA (예를 들어, Pigment Yellow 12 CI No. 21090), Hansa Yellow, CI Pigment Yellow 74, 프탈로시아닌 블루(Phthalocyanine Blue) (예를 들어, Pigment Blue 15), 리톨 레드(lithol red) (예를 들어, Pigment Red 52:1 CI No. 15860:1), 톨루이딘 레드(toluidine red) (예를 들어, Pigment Red 22 CI No. 12315), 디옥사진 바이올렛(dioxazine violet) (예를 들어, Pigment Violet 23 CI No. 51319), 프탈로시아닌 그린(phthalocyanine green) (예를 들어, Pigment Green 7 CI No. 74260), 프탈로시아닌 블루(phthalocyanine blue) (예를 들어, Pigment Blue 15 CI No. 74160), 나프토산 레드(naphthoic acid red) (예를 들어, Pigment Red 48:2 CI No. 15865:2)를 포함한다. 무기 안료로는 이산화 티탄 (예를 들면, Pigment White 6 CI No. 77891), 산화 철 (예를 들면, 적색, 황색, 갈색), 산화 크롬(예를 들면, 녹색), 페릭 암모늄 페로시아나이드 (예를 들면, 청색) 기타 등등을 포함한다.
사용될 수 있는 적절한 염료로는, 예를 들면, 산성 염료, 다이렉트 염료를 비롯한 술폰화 염료를 포함한다. 다른 적절한 염료로는 아조 염료 (예, Solvent Yellow 14, Dispersed Yellow 23, 및 Metanil Yellow), 안트라퀴논 염료 (예, Solvent Red 111, Dispersed Violet 1, Solvent Blue 56, 및 Solvent Orange 3), 크산텐 염료 (Solvent Green 4, Acid Red 52, Basic Red 1, 및 Solvent Orange 63), 아진 염료 기타 등등을 포함한다.
존재하는 경우, 착색제는 수분산성 열가소성 조성물의 총 중량 기준 약 0.5중량% 내지 약 20중량%, 예컨대 약 1중량% 내지 약 15중량%, 예컨대 약 1.5중량% 내지 약 12.5중량%, 예컨대 약 2중량% 내지 약 10중량% 범위의 양으로 수분산성 열가소성 조성물에 존재할 수 있다.
F. 기타 선택적 성분
상기한 성분들 이외에, 다른 첨가제들, 예컨대 분산 보조제, 용융 안정화제, 공정 안정화제, 열 안정화제, 광 안정화제, 산화 방지제, 열 노화 안정화제, 미백제, 블로킹 방지제, 결합제, 윤활제 등도 또한 조성물 내에 포함될 수도 있다. 또한 분산 보조제는, 예를 들면, 셀룰로오스 유도체/폴리비닐 알코올/가소제 혼합물의 균일한 분산을 형성하고 구성상으로 분리되는 것을 지연시키거나 방지하도록 돕기 위해 사용될 수도 있다. 마찬가지로, 분산 보조제는 또한 상기 조성물의 수분산성을 향상시킬 수도 있다. 어떠한 분산 보조제도 일반적으로 본 발명에 사용될 수 있지만, 소정의 친수성/친유성 밸런스("HLB")를 갖는 계면활성제가 조성물의 장기간의 안정성을 향상시킬 수도 있다. HLB 지수는 당업계에 주지되어 있으며, 화합물의 친수성과 친유성 용액 경향들 간의 밸런스를 측정하는 척도이다. HLB 스케일은 고도의 친유성 경향을 나타내는 낮은 숫자 및 고도의 친수성 경향을 나타내는 높은 숫자를 가지면서, 1 내지 약 50 범위이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 계면활성제의 HLB 값은 약 1 내지 약 20, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 15, 그리고 일부 실시예에서는, 약 2 내지 약 10이다. 원한다면, 원하는 값 아래 또는 위 중 하나의 HLB 값을 갖는 둘 이상의 계면활성제가 사용될 수도 있지만, 원하는 범위 이내의 평균 HLB 값을 함께 갖는다.
본 발명에 사용하기 위한 계면활성제의 하나의 특히 적절한 군은 비이온성 계면활성제로, 일반적으로 소수성 베이스(예, 장쇄 알킬기 또는 알킬화 아릴기) 및 친수성 사슬(예, 에톡시 및/또는 프로폭시 부분을 함유하는 사슬)을 갖는다. 예를 들어, 사용될 수 있는 일부 적절한 비이온성 계면활성제는, 에톡실화 알킬페놀, 에톡실화 및 프로폭 실화 지방 알코올, 메틸 글루코오스의 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 소르비톨의 폴리에틸렌 글리콜 에테르, 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 블록 공중합체, 지방산의 에톡실화 에스테르 (C8 -C18), 장쇄 아민 또는 아미드와 에틸렌 옥사이드의 축합 생성물, 알코올과 에틸렌 옥사이드의 축합 생성물, 지방산 에스테르, 장쇄 알코올의 모노글리세라이드와 또는 디글리세라이드 및 이들의 혼합물을 포함할 수도 있지만, 이들에만 한정되지 않는다. 하나의 특정 실시예에서, 상기 비이온성 계면활성제는 수크로오스 지방산 에스테르, 글리세롤 지방산 에스테르, 프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 펜타에리스리톨 지방산 에스테르, 소르비톨 지방산 에스테르 기타 등등과 같은 지방산 에스테르일 수도 있다. 이러한 에스테르를 형성하는데 사용되는 지방산은 포화 또는 불포화, 치환 또는 비치환된 것일 수도 있으며, 6 내지 22 개의 탄소 원자, 일부 실시예에서는, 8 내지 18 개의 탄소 원자, 일부 실시예에서는, 12 내지 14 개의 탄소 원자를 포함할 수도 있다. 하나의 특정 실시예에서, 지방산의 모노- 및 디-글리세라이드가 본 발명에 사용될 수도 있다.
사용되는 경우, 분산 보조제(들)은 통상적으로 수분산성 열가소성 조성물의 총 중량 기준 약 0.01중량% 내지 약 15중량%, 예컨대 약 0.1중량% 내지 약 10중량%, 예컨대 약 0.5중량% 내지 약 5중량%, 예컨대 약 1중량% 내지 약 3중량%를 구성한다.
II. 성형 부품
성형 부품은, 당 기술분야에 공지된 다양한 기술 중 어느 하나, 예를 들어 압출 블로우 성형, 사출 성형, 회전 성형, 압축 성형 등, 및 이들의 조합을 이용하여 본 발명의 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 본 발명자들은 조성물의 특정 성분 및 그들의 중량% 비의 선택적인 제어를 통해, 사출 성형 응용예에서 사용하기 위해 충분히 높은 용융 유동 지수 및 충분히 낮은 점도를 갖는 열가소성 조성물이 달성될 수 있다. 수분산성 열가소성 조성물의 용융 유동 지수는 10분당 약 10 그램 내지 10분당 약 150 그램, 일부 실시예에서는 10분당 약 15 그램 내지 10분당 약 125 그램, 일부 실시예에서는 10분당 약 20 그램 내지 10분당 약 100 그램의 범위일 수도 있다. 용융 유동 지수는, ASTM 시험 방법 D1238-E에 따라 측정한 바, 소정의 온도(예를 들어, 190℃)에서 10분에 2160 그램의 하중으로 처리했을 때에 압출 레오미터 오리피스(extrusion rheometer orifice)(0.0825 인치 직경)를 통해 강제될 수 있는 중합체의 중량(그램 단위)이다. 한편, 점도는 본 발명의 조성물이 예를 들면 사출 형성 동안에 오리피스를 통해 금형 안으로 압출되고 또한 가압될 수 있도록 하기에 충분히 낮은 점도이다.
선택된 성형 공정에 상관 없이, 열가소성 조성물이 성형 부품을 형성하는 데에 단독으로 사용될 수 있거나, 다른 중합체 성분과 조합하여 성형 부품을 형성할 수 있다. 예를 들면, 다른 중합체(들)가 동시 사출 성형 공정 동안에 금형 안으로 주입 또는 이송되어 본 발명의 조성물의 수분산성 코어층 주위에 수불용성 표피층(skin layer)을 형성할 수 있다. 코어층과 표피층 사이에 타이층(tie layer)이 또한 형성될 수도 있다. 동시 사출, 샌드위치, 또는 이성분 성형에 적절한 기계의 예는 Presma Corp., Northeast Mold & Plastics, Inc.가 생산한 기계를 포함한다. 요구되지는 않지만, 이러한 성형 부품의 코어는 통상적으로 본 발명의 열가소성 조성물로부터 형성되며, 표피층은 통상적으로 성형 부품 상의 표면 특성을 향상시키는 다른 물질(예를 들어, 왁스, 실리콘(예를 들어, 폴리실록산), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌), 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 탄성중합체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 폴리올레핀계 탄성중합체), 또는 이들의 조합)로부터 형성된다. 예를 들면, 성형 부품이 탐폰 애플리케이터일 때, 표피층은 사용자에게 더욱 편안함을 제공하기 위해서 감소된 마찰 계수를 가질 수 있다. 또한, 표피층은 애플리케이터가 사용 동안에 붕해하기 시작할 가능성이 낮도록 더욱 낮은 수준의 물 민감도를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 예를 들면, 본 발명에서 사용될 수 있는 단일 성분 사출 성형 장치 또는 공구(10)의 하나의 특정 실시예가 더욱 상세히 도시되어 있다. 이 실시예에서, 장치(10)는 용품 또는 성분-한정 금형 캐비티(16)를 함께 정의하는 제1 금형 베이스(12) 및 제2 금형 베이스(14)를 포함한다. 각각의 금형 베이스(12 및 14)는 물과 같은 냉각액이 사용 동안에 장치(10)를 냉각하도록 흐르는 하나 이상의 냉각 라인(18)을 포함한다. 성형 장치(10)는 제1 금형 절반부(12)의 외부 표면(20)으로부터 주입구(sprue)(22)를 통해 금형 캐비티(16)로 연장되는 수지 유로를 또한 포함한다. 수지 유로는 단순화를 위해 나타내지 않은 러너 및 게이트를 또한 포함할 수 있다. 성형 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 장치(10)의 폐쇄 위치에서 금형 캐비티(16)를 정의하는 것을 보조하는 제2 금형 절반부(14) 내에 슬라이딩 가능하게 고정되는 하나 이상의 이젝터 핀(ejector pin)(24)을 또한 포함한다. 이젝터 핀(24)은 잘 알려진 방식으로 동작해서 성형 장치(10)의 개방 위치에서 캐비티(16)로부터 성형 부품을 제거한다.
열가소성 조성물은 당 기술분야에서 알려진 기술을 이용하여 성형 장치(10) 내에 직접 주입될 수 있다. 예를 들면, 성형 물질은 회전 스크류(도시하지 않음)를 수용하는 배럴에 부착된 송급 호퍼에 펠릿 형태로 송급될 수 있다. 스크류가 회전함에 따라, 펠릿이 전방으로 이동해서 극도의 압력 및 마찰을 격게 되어, 열을 발생시켜 펠릿을 용융시킨다. 배럴의 외측에 부착된 전기 히터 밴드(도시하지 않음)가 용융 공정 동안에 가열 및 온도 제어를 보조할 수도 있다. 예를 들면, 밴드는 약 200℃ 내지 약 260℃, 일부 실시예에서는 약 230℃ 내지 약 255℃, 일부 실시예에서는 약 240℃ 내지 약 250℃의 온도로 가열될 수 있다. 금형 캐비티(16) 내로 진입 시, 성형 물질이 라인(18)을 통해 흐르는 냉각액에 의해 고화된다. 냉각액은, 예를 들면, 약 5℃ 내지 약 50℃, 일부 실시예에서는 약 10℃ 내지 약 40℃, 일부 실시예에서는 약 15℃ 내지 약 30℃의 온도(“성형 온도”)일 수도 있다.
성형 부품은 다양한 다른 크기 및 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 성형 부품은 “개인용 위생” 응용예에서 사용되는 다양한 부품을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 특정 실시예에서, 성형 부품은 수분산성인 탐폰 애플리케이터를 형성하는 데에 사용된다. 성형 부품은 약 18시간 미만, 예를 들어 약 12시간 미만, 예를 들어 약 4시간 미만 만에 수돗물(tap water)에서 붕해될 수 있다. 일부 실시예에서, 성형 부품은 약 3시간 미만, 예를 들어 약 2시간 미만, 예를 들어 약 5 분 내지 약 100분 만에 수돗물에서 붕해될 수 있다.
본 발명의 수분산성 열가소성 조성물을 함유하는 성형 부품은 ASTM D955-08에 따라 측정한 바, 약 1% 이하, 예컨대 약 0.1% 내지 약 1%, 예컨대 약 0.2% 내지 약 0.9%, 예컨대 약 0.3% 내지 약 0.8%의 폭 방향으로의 팽창도를 가질 수 있다. 한편, 본 발명의 성형 부품은 약 0.5% 이하, 예컨대 약 0.05% 내지 약 5%, 예컨대 약 0.1% 내지 약 0.4%, 예컨대 약 0.15% 내지 약 0.3%의 길이 방향으로의 수축도를 가질 수 있다. 폭 방향으로의 팽창도가 낮기 때문에, 원하는 경우 부품은 이차 사출을 위해 동일한 금형에 맞춰질 수 있다.
또한, 본 발명의 수분산성 열가소성 조성물을 함유하는 성형 부품은 약 1MPa 내지 약 40MPa, 예를 들어 약 2.5MPa 내지 약 30Mpa, 예를 들어 약 5MPa 내지 약 20Mpa의 인장 강도; 약 2% 내지 약 50%, 예를 들어 약 6% 내지 약 40%, 예를 들어 약 8% 내지 약 30%의 파단 신장율(elongation at break); 약 50MPa 내지 약 1100MPa, 예를 들어 약 60MPa 내지 약 1000MPa, 예를 들어 약 70MPa 내지 약 900Mpa의 탄성 계수; 및 약 2.5% 내지 약 30%, 예를 들어 약 5% 내지 약 25%, 예를 들어 약 7.5% 내지 약 20%의 항복시 신장율을 가질 수 있다.
상기한 성형 부품은 다양한 다른 크기 및 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 성형 부품은 “개인용 위생” 응용예에서 사용되는 다양한 부품을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 특정 실시예에서, 성형 부품은 수분산성인 탐폰 애플리케이터를 형성하는 데에 사용된다.
도 2의 탐폰 조립체(400)에 도시된 바와 같이, 탐폰 애플리케이터(54)는 외부 튜브(40) 및 내부 튜브(42)를 포함한다. 외부 튜브(40)는 탐폰(52)을 수용하는 크기 및 형상으로 된다. 도 2에서는 외부 튜브(40)의 일부분을 부분적으로 제거하여 탐폰(52)을 도시하고 있다. 도시된 실시예에서, 외부 튜브(40)는 실질적으로 평활한 외부 표면을 갖는데, 이는 내부 조직이 마모되지 않게 하면서 탐폰 애플리케이터(54)의 삽입을 용이하게 한다. 외부 튜브(40)는 높은 슬립 특징을 부여하도록 코팅될 수 있다. 도시된 외부 튜브(40)는 직선의 세장형 원통 튜브이다. 그러나, 애플리케이터(54)는 본 명세서에 도시 및 설명된 것과는 다른 형상 및 크기를 가질 수 있음이 이해된다.
외부 튜브로부터 외부로 연장되는 것은 삽입 팁(44)이다. 외부 튜브(40)와 한 부분으로서 형성되는 삽입 팁(44)은 편안한 방식으로 여성의 질 안으로의 외부 튜브의 삽입을 용이하게 하도록 돔 형상일 수 있다. 도시된 삽입 팁(44)은 얇은 유연성 물질로 이루어지고, 돔 형상을 형성하도록 배열되는 복수의 부드러운 유연성 판(46)을 갖는다. 판(46)은, 탐폰(52)이 내부 튜브(42)에 의해 전방으로 밀렸을 때에 빠져 나갈 수 있는 확대 개구를 제공하도록 방사상으로 구부러질(즉, 바깥쪽으로 휠) 수 있다. 그러나, 외부 튜브(40)가 삽입 팁(44) 없이 형성될 수 있음이 이해되어야 한다. 삽입 팁이 없으면, 외부 튜브는 탐폰(52)이 내부 튜브에 의해 전방으로 밀렸을 때에 빠져 나갈 수 있는 개방 단부(도시하지 않음)를 포함한다.
내부 튜브(42)는 외부 튜브(40) 내에 수용되는 탐폰(52)과 체결하는 데에 사용되는 세장형 실린더이다. 내부 튜브(42)의 자유 단부(48)는 사용자가 외부 튜브(40)에 대하여 내부 튜브를 이동시킬 수 있도록 구성된다. 즉, 자유 단부(48)는 사용자의 집게 손가락용 그립으로서 기능한다. 내부 튜브(42)는 신축 가능하게 외부 튜브 내로 이동함으로써 탐폰(52)을 외부 튜브(40) 밖으로 밀어서 여성의 질 안으로 밀어 넣는 데에 사용된다. 내부 튜브(42)가 사용자에 의해 외부 튜브(40) 안으로 밀어 넣어짐에 따라, 탐폰(52)이 삽입 팁(44)에 대하여 전방으로 강제된다. 탐폰(52)에 의한 접촉은, 삽입 팁(44)의 판(46)을, 탐폰이 외부 튜브(40)를 빠져 나가서 여성의 질 안으로 들어갈 수 있도록 하기에 충분한 직경으로 방사상으로 개방시키게 한다. 탐폰(52)이 여성의 질 안에 적절하게 위치함에 따라, 탐폰 애플리케이터(54)가 인출된다. 사용된 탐폰 애플리케이터(54)의 구성에서, 내부 튜브(42)는 외부 튜브(40) 안에 수용된다.
내부 튜브(42), 외부 튜브(40), 및 삽입 팁(44)은, 하나의 층이 본 발명의 수분산성 열가소성 조성물을 포함하는 하나 이상의 층으로부터 형성될 수 있다. 또한, 사용 동안에 애플리케이터(54)가 수분으로 인해 너무 이르게 붕해되는 것을 방지하기 위해서 그리고/또는 사용자가 더욱 편안해지도록 애플리케이터(54)의 마찰 계수를 감소시키기 위해서, 애플리케이터가 또한 낮은 마찰 계수를 갖는 수불용성 물질로 코팅되어 애플리케이터(54)의 삽입 동안에 편안함을 향상시키고 붕해를 방지할 수 있다. 상술한 탐폰 및 탐폰 애플리케이터의 구성과 작동은 종래의 것이고 당 기술분야에 숙련된 자에게 알려져 있다. 상술한 탐폰 애플리케이터의 구조는 종래의 것이고 당 기술분야에 숙련된 자에게 알려져 있으며, 예를 들면, Loyd 등에 의한 미국 특허 제8,317,765호에 설명되어 있고, 그 전제 내용이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다. 본 발명의 열가소성 조성물로부터 형성될 수 있는 다른 탐폰 애플리케이터 구성은, 예를 들면 Suzuki 등에 의한 미국 특허 제4,921,474호 및 Keck에 의한 미국 특허 제5,389,068호뿐만 아니라, VanDenBogart 등에 의한 미국 특허출원공개 제2010/0016780호 및 Matalish 등에 의한 미국 특허출원공개 제2012/0204410호에 설명되어 있고, 이들의 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.
외부 튜브가 2개의 층을 포함하는 탐폰 애플리케이터(54)의 외부 튜브(40)의 단면이 도 3에 도시되어 있다. 외부 튜브(40)는 탐폰-대향 표면(64)을 갖는 내부층(56) 및 신체-대향 표면(62)을 갖는 외부층(58)을 포함할 수 있다. 내부층(56)은 본 발명의 수분산성 열가소성 조성물로부터 형성될 수 있는 한편, 외부층(58)은 또한 낮은 마찰 계수를 갖는 수불용성 물질로부터 형성되어 사용 및 습한 환경으로의 도입 시 탐폰 애플리케이터가 끈적거리게 되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 외부층(58)은 왁스, 실리콘(예를 들어, 폴리실록산), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌), 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 탄성중합체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 폴리올레핀계 탄성중합체), 또는 이들의 조합의 층 또는 코팅층일 수 있다. 외부층(58)은, 코팅층으로서 상술되어 있지만, 수분산성 내부층(56)을 형성하는 데에 사용된 조성물을 주입하기 전에 형성될 수 있는 사출 형성층일 수 있다.
2개의 층의 중량%의 비는, 애플리케이터가 체액과 접촉할 때에 안정하게 되도록 사용 동안에 요구되는 기계 및 물리적 특성을 희생하지 않으면서, 동시에 탐폰 애플리케이터의 수분산성을 최적화하도록 선택적으로 제어될 수 있다. 따라서, 탐폰 애플리케이터의 신체-대향 외부층의 중량% 대 탐폰 대향 내부층의 중량%의 비는 약 0.005 내지 약 1, 예를 들어 약 0.0075 내지 약 0.75, 예를 들어 약 0.01 내지 약 0.5일 수 있다. 예를 들면, 애플리케이터는 약 1중량% 내지 약 50중량%, 예를 들어 약 5중량% 내지 약 40중량%, 예를 들어 약 10중량% 내지 약 30중량%의 수불용성 외부층을 포함할 수 있다. 한편, 애플리케이터는 약 50중량% 내지 약 99중량%, 예를 들어 약 60중량% 내지 약 95중량%, 예를 들어 약 70중량% 내지 약 90중량% 수분산성 내부층을 포함할 수 있다.
한편, 도 4는 외부 튜브가 3개의 층을 포함하는 탐폰 애플리케이터(54)의 외부 튜브(40)의 단면을 나타내고 있다. 도 3에서와 같이, 외부 튜브(40)는 탐폰 대향 표면(64)을 갖는 내부층(56) 및 신체 대향 표면(62)을 갖는 외부층(58)을 포함할 수 있다. 내부층(56)은 본 발명의 수분산성 열가소성 조성물로부터 형성될 수 있는 한편, 외부층(58)은 수불용성 물질로부터 형성되어 탐폰 애플리케이터가 사용 시에 끈적거리게 되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 외부층(58)은 왁스, 실리콘(예를 들어, 폴리실록산), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌), 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 탄성중합체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 폴리올레핀계 탄성중합체), 임의의 기타 적절한 수불용성 중합체, 또는 이들의 조합의 층 또는 코팅층일 수 있다. 또한, 내부층(56)과 외부층(58) 사이의 타이층(60)이 내부층(56)과 외부층(58) 사이의 접착성을 개선할 수 있다. 이 층은 외부층(58)과 내부층(56)을 결합하는 접착 물질일 수 있다. 대안적으로, 타이층은 블록 공중합체 또는 그래프트 공중합체일 수 있고, 예를 들면, 이러한 공중합체는 극성 비닐 모노머로 그래프트된 외부층 중합체(즉, 말레산 무수물 또는 히드록시에틸 메타크릴레이트로 그래프트된 폴리에틸렌)일 수 있고, 외부층 물질이 폴리에틸렌인 경우, 그래프트 공중합체는 양쪽의 층들과 양호한 접착성을 갖는다.
도 3 및 도 4는 외부 튜브(40)의 단면만을 나타내고 있지만, 탐폰 애플리케이터(54)의 다른 성분, 예를 들어 삽입 팁(44) 및/또는 내부 튜브(42), 특히 신체와 접촉하는 성분도 도 3 및 도 4에 도시된 다층 용품으로부터 형성되어, 사용자가 불편해할 수 있는, 성분이 사용 동안에 끈적거리게 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
시험 방법
용융 유속
용융 유속("MFR")은, 통상적으로 190℃ 또는 230℃에서 10분 동안 2160그램의 하중을 받는 압출 유동계 오리피스(0.0825-인치 직경)를 통해 강제된 중합체의 중량(gram)이다. 달리 언급하지 않는 한, 용융 유속은 Tinius Olsen Extrusion Plastometer로 ASTM 시험 방법 D1239에 따라 측정된다.
팽창도
열가소성 수지의 금형 치수로부터 수축을 측정하는 ASTM D955-08 표준 시험 방법에 따라 사출 성형 부품의 팽창도를 결정하였다. 사출 성형 캐비티는 ASTM D955-08 Type A 시편에 일치하는 126.78mm의 길이(L m ) 치수 및 12.61mm의 폭(W m ) 치수를 갖는다. 시편을 금형으로부터 제거한 다음 48 ± 1시간 후에 실시예 1-4로부터의 시편의 평균 길이(L s ) 및 폭(W s )을 측정하였다. 길이 방향의 수축(S l )을 S l = (L m -L s ) x 100/L m 에 의해 계산하였고, 폭 방향의 수축(S w )을 S w = (W m -W s ) x 100/W m 에 의해 계산하였다. 음의 수축 값이 부품의 팽창을 나타내므로, 폭 방향의 팽창도(“Ei”) 는 -Sw와 같고, 길이 방향의 팽창도(“El”)는 -Sl과 같다.
인장 특성
인장 특성은 ASTM D638-10 지침에 따라 측정하였다. ASTM D638-10 V 형 사출 성형 시편을 3,300 파운드 하중 셀을 가진 MTS 몰드 810 인장 프레임을 통해 당겼다. 다섯 개의 표본을 각각의 예에서 당겼다. 피크 응력 (인장 강도), 파단 신장율, 탄성 계수, 및 항복시 신장율의 평균 값을 보고하였다.
하룻밤의 잔잔한 물 붕해 시험
약 1 그램의 중량을 갖는 작은 인장 바 샘플을 200mm의 수돗물을 수용하는 용기 내에 배치함으로써 수돗물 내의 사출 성형 샘플의 붕해를 시험하였다. 상기 샘플을 상술한 방식으로 사출 성형함으로써 형성하였다. 상기 샘플을 하룻밤 방치해서 분산성을 관찰하였다.
슬로시 박스 물 붕해 시험
슬로시 박스 물 붕해 시험에서, 순환하지 않은 정수 중에 샘플을 배치하지 않고, 샘플들을 15℃로 미리 냉각시킨 수돗물 1500mL에 넣었다. 4g과 5g 사이에서 무게가 나가고 0.05 인치의 두께를 갖는 사출 성형된 샘플들을 예비 냉각수에 첨가하고, 분 당 26 회전(RPM)의 속도로 전후 요동시켰다. 샘플들이 완전히 분산될 때까지의 시간의 길이를 기록하였으며, 목표 붕해 시간은 180 분 미만이었다.
실시예 1
히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 용융 압출 가능한 열가소성 물질로 변환하는 시도로 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 조성물을 다음과 같이 형성하였다. METHOCELTM 40-100 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 주방 믹서를 사용하여 압출 공정 전에 글리세린과 함께 혼합하였다. 히드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC) 및 글리세린을 75:25 및 50:50의 HPMC 대 글리세린 중량비로 혼합하였다. 그런 다음, 결과적인 배합물을, 혼합한 직후 및 하룻밤 방치한 후 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 열 처리하였다. 상기 압출을 가변하는 온도에서 실시하였다. 형성된 다양한 배합물 및 그들의 압출 온도를 아래의 표 1에 나타내고 있다.
실시예는 METHOCELTM 40-100 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 용융 압출 가능한 열가소성 물질로 변환하고자 했다. 보다 낮은 압출 온도(100℃ 내지 140℃)에서, 보다 연한 색의 분말이 생성되었고, 압출 후, 조성물은 합착 가닥(coherent strand)을 형성하지 않았으며, 이에 따라 열가소성으로 간주될 수 없었다. 140℃ 내지 160℃ 및 160℃ 내지 180℃의 압출 온도에서, 일부 반-변환 가닥이 형성되었지만, 갈색 또는 흑색으로 진해진 가닥의 색에 의해 입증된 바와 같이, HPMC가 현저하게 열화되었다. 또한, 중합체 가닥이 잘 흐르지 못하고 많이 파단되었기 때문에, 높은 압출기 압력이 초래되었다. 시도된 HPMC의 가소화로부터는 유용한 물질을 생성할 수 없었고, 그 결과 압출된 물질은 완전히 열가소성이 되지 못했고 사출 성형에 적절하지 못했다.
또한, 하룻밤 방치된 물질을, HPMC 및 글리세린을 혼합한 직후에 처리된 물질보다 양호하게 처리하지는 않았다. 또한, 물질 외관의 변화 없이 다수의 스크류 속도(100 rpm, 140 rpm, 및 200 rpm)를 시도하였다.
METHOCEL TM 40-100 용융 가공 조건
조성물 압출 온도 (℃) 압출물로부터 관찰
75% HPMC/25% 글리세린 80-100 연황갈색 분말(Light tan powder)
75% HPMC/25% 글리세린 100-120 황갈색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 120-140 갈색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 140-160 진갈색 반-변환 분말
75% HPMC/25% 글리세린 160-180 갈색/흑색 반-변환 분말
50% HPMC/50% 글리세린 80-100 연황갈색 분말
50% HPMC/50% 글리세린 100-120 연황갈색 분말
50% HPMC/50% 글리세린 120-140 연황갈색 분말
50% HPMC/50% 글리세린 140-160 연갈색 반-변환 분말
50% HPMC/50% 글리세린 160-180 갈색 반-변환 물질
실시예 2
히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 용융 압출 가능한 열가소성 물질로 변환하는 시도로 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 조성물을 다음과 같이 형성하였다. METHOCELTM 40-202 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 주방 믹서를 사용하여 압출 공정 전에 글리세린과 함께 혼합하였다. 히드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC) 및 글리세린을 75:25의 HPMC 대 글리세린 중량비로 혼합하였다. 그런 다음, 결과적인 배합물을, 혼합한 직후 및 하룻밤 방치한 후 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 열 처리하였다. 상기 압출을 가변하는 온도에서 실시하였다. 형성된 다양한 배합물 및 그들의 압출 온도를 아래의 표 2에 나타내고 있다.
실시예 1에서 관찰한 바와 같이, HPMC를 열가소성 물질로 변환하려는 노력은 실패했고, 원-홀 다이(one-hole die)를 사용했을 때, 중합체 가닥들이 이들 가닥 및 압출물에서 많이 파단되어 잘 흐르지 못해서, 높은 압출기 압력을 초래하였다. 또한, 하룻밤 방치된 물질을, 혼합한 직후에 처리된 물질보다 양호하게 처리하지는 않았다.
METHOCEL TM 40-202 용융 가공 조건
조성물 압출 온도 (℃) 압출물로부터 관찰
75% HPMC/25% 글리세린 100-120 백색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 120-140 백색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 140-160 백색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 160-180 백색 분말
75% HPMC/25% 글리세린 180-200 연갈색 반-변환 물질
75% HPMC/25% 글리세린 200-220 갈색 반-변환 물질
실시예 3
가소화 폴리비닐 알코올을 다음과 같이 형성하였다. 87.0-89.0 몰%의 가수분해도를 가지며 DuPont에 의해 제조된 과립형 중합체인 ELVANOLTM 51-05 폴리비닐 알코올을, 43mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 71:14:15 중량비로 글리세린 및 탄산칼슘과 합성하였다. 펠리타이저(Conair, 미국 미시건주 베이시티)를 사용하여 압출된 가닥을 절단해서 폴리비닐 알코올 펠릿을 생성하였다. 이러한 가소화 PVOH가 이하의 실시예 4-7에서 사용된다.
실시예 4
히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 및 탄산칼슘의 가소화 배합물을 다음과 같이 형성하였다. 처음에, METHOCELTM 40-100 HPMC를 글리세린과 50:50 중량비(125 그램의 HPMC, 125 그램의 글리세린)로 함께 혼합하였다. 혼합하기 위해서 Hobart 주방 보조 믹서를 사용하였다(모델 K5SS). 그런 다음, 실시예 3으로부터의 250 그램의 가소화 PVOH를, 50:50 중량비로 사전에 배합된 HPMC/글리세린에 첨가하였다. 그런 다음, 배합한 직후에 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 상기 배합물을 열 처리하였고, 여기서 상기 압출기는 구역 1 내지 9 및 다이에 대하여 각각 170℃, 170℃, 170℃, 175℃, 175℃, 180℃, 185℃, 185℃, 190℃, 및 190℃의 온도로 가열되었다. 스크류 속도를 140 rpm으로 설정하여 9 바의 용융 압력 및 20-22%의 토크를 달성하였다. 압출된 중합체는 갈색이었지만 잘 흘렀다. 가닥을 냉각하고 펠릿화하였다. 최종 조성물은 이 중합체 조성물의 총 중량 기준으로 35.5중량% PVOH, 25중량% HPMC, 32중량% 글리세린, 및 7.5중량% 탄산칼슘이다.
실시예 5
히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 탄산칼슘, 및 이산화티탄의 가소화 배합물을 다음과 같이 형성하였다. 처음에, METHOCELTM 40-100 HPMC를 글리세린과 50:50 중량비(200 그램의 HPMC, 200 그램의 글리세린)로 함께 혼합하였다. 혼합하기 위해서 Hobart 주방 보조 믹서를 사용하였다(모델 K5SS). 그런 다음, 실시예 3으로부터의 375 그램의 가소화 PVOH과 38 그램의 이산화티탄 백색 착색제를, 50:50 중량비로 사전에 배합된 HPMC/글리세린에 첨가하였다(예, 413 그램의 HPMC/글리세린 배합물을 413 그램의 가소화 PVOH/이산화티탄과 혼합하였다). 그런 다음, 배합한 직후에 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 상기 배합물을 열 처리하였고, 여기서 상기 압출기는 구역 1 내지 9 및 다이에 대하여 각각 170℃, 170℃, 170℃, 175℃, 175℃, 180℃, 185℃, 185℃, 190℃, 및 190℃의 온도로 가열되었다. 스크류 속도를 140 rpm으로 설정하여 12 바의 용융 압력 및 22-25%의 토크를 달성하였다. 압출된 중합체는 백색이었으며 다이로부터 잘 흘렀다. 가닥을 냉각하고 펠릿화하였다. 최종 조성물은 이 중합체 조성물의 총 중량 기준으로 32.2중량% PVOH, 25중량% HPMC, 31.4중량% 글리세린, 6.8중량% 탄산칼슘, 및 4.6중량% 이산화티탄이다.
실시예 6
히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 탄산칼슘, 및 이산화티탄의 가소화 배합물을 다음과 같이 형성하였다. 처음에, METHOCELTM 40-100 HPMC를 글리세린과 83:17 중량비(250 그램의 HPMC, 50 그램의 글리세린)로 함께 혼합하였다. 혼합하기 위해서 Hobart 주방 보조 믹서를 사용하였다(모델 K5SS). 그런 다음, 실시예 3으로부터의 250 그램의 가소화 PVOH과 55 그램의 이산화티탄 백색 착색제를, 50:50 중량비로 사전에 배합된 HPMC/글리세린에 첨가하였다(예, 305 그램의 HPMC/글리세린 배합물을 305 그램의 가소화 PVOH/이산화티탄과 혼합하였다). 그런 다음, 배합한 직후에 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 상기 배합물을 열 처리하였고, 여기서 상기 압출기는 구역 1 내지 9 및 다이에 대하여 각각 170℃, 170℃, 170℃, 175℃, 175℃, 180℃, 185℃, 185℃, 190℃, 및 190℃의 온도로 가열되었다. 스크류 속도를 140 rpm으로 설정하여 28 바의 용융 압력 및 60-64%의 토크를 달성하였다. 압출된 중합체는 백색이었지만 다이로부터 잘 흐르지 않았다. 가닥을 냉각하고 펠릿화하였다. 이것으로 조성물의 흐름성에 대한 글리세린의 수준의 영향을 보여주었다. 최종 조성물은 이 중합체 조성물의 총 중량 기준으로 29.1중량% PVOH, 41.7중량% HPMC, 14.1중량% 글리세린, 6.1중량% 탄산칼슘, 및 9중량% 이산화티탄이다.
실시예 7
히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 탄산칼슘, 및 이산화티탄의 가소화 배합물을 다음과 같이 형성하였다. 처음에, METHOCELTM 40-100 HPMC를 글리세린과 63:37 중량비(250 그램의 HPMC, 150 그램의 글리세린)로 함께 혼합하였다. 혼합하기 위해서 Hobart 주방 보조 믹서를 사용하였다(모델 K5SS). 그런 다음, 실시예 3으로부터의 400 그램의 가소화 PVOH과 80 그램의 이산화티탄 백색 착색제를, 50:50 중량비로 사전에 배합된 HPMC/글리세린에 첨가하였다(예, 480 그램의 HPMC/글리세린 배합물을 480 그램의 가소화 PVOH/이산화티탄과 혼합하였다). 그런 다음, 배합한 직후에 16mm 트윈 스크류 압출기를 사용하여 상기 배합물을 열 처리하였고, 여기서 상기 압출기는 구역 1 내지 9 및 다이에 대하여 각각 170℃, 170℃, 170℃, 175℃, 175℃, 180℃, 185℃, 185℃, 190℃, 및 190℃의 온도로 가열되었다. 스크류 속도를 140 rpm으로 설정하여 18 바의 용융 압력 및 30-35%의 토크를 달성하였다. 압출된 중합체는 백색이었으며 다이로부터 잘 흘렀다. 가닥을 냉각하고 펠릿화하였다. 최종 조성물은 이 중합체 조성물의 총 중량 기준으로 29.6중량% PVOH, 31.3중량% HPMC, 24.6중량% 글리세린, 6.2중량% 탄산칼슘, 및 8.3중량% 이산화티탄이다.
실시예 4 내지 7을 위한 압출 조건이 표 3에서 아래에 개시되어 있다.
압출 조건 요약
샘플 압출기 속도
(rpm)		 압출기 온도 프로파일 (℃) 압력
(bar)		 토크
(%)
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 다이
실시예 4 140 170 171 170 175 176 180 185 185 190 190 9 20-22
실시예 5 140 170 170 170 174 175 180 185 186 190 190 12 22-25
실시예 6 140 170 170 170 175 175 179 185 185 190 190 28 60-64
실시예 7 140 170 171 170 175 175 179 185 184 190 190 18 30-35
실시예 8
다음으로, 실시예 4-7로부터의 사출 성형 샘플의 수분산성을 상술한 방법에 기초하여 결정하였다. 하룻밤 방치한 후, 샘플을 모두 슬러리로 용해하였고 인장 바를 식별할 수는 없었다.
실시예 9
실시예 1-7로부터의 샘플에 대하여, 사출 성형하기 위해 나중에 처리되는 용융 흐름 지수 및 수분 함량을 시험하였고, 여기서 이들 샘플을 Boy Machine 22톤 사출 성형 프레스를 사용하여 인장 바로 성형하였다. 상기 프레스는 4개의 캐비티를 갖는 ASTM 시편 금형을 가졌다. 온도 프로파일은 구역 1 내지 4에 대하여 175℃, 178℃, 180℃ 및 185℃이었다. 금형은 50℉로 설정되었고 사이클 시간은 69초이었다. 형성되면, 시편에 대하여 성형 수축(ASTM D955) 및 인장 특성(ASTM D638)을 시험하였다. 그 결과가 아래의 표 4, 5, 및 6에 제공되어 있다.
요약하면, 실시예 1 및 2는 열 처리 또는 사출 성형될 수 없었다. 상기 금형은 조성물의 빈약한 유동성으로 인해 실시예 3에서는 완전히 채워지지 않았을 것이다. 결과적인 시편은 부분적으로 채워졌고, 황색이었으며, 금형 수축 및 기계 시험을 수행하지 않았다.
한편, 실시예 1로부터의 결과적인 시편은 외관이 갈색이었고, 점착성으로 인해 금형으로부터 배출하기가 어려웠다. 시편은 가요성이었고 강성이지는 않았다. 실시예 2로부터의 결과적인 시편은 외관이 백색이었고 금형으로부터 배출하기가 어려웠다. 시편은 매우 가요성이 컸으며, 거의 고무 같은 느낌을 가졌다. 실시예 3으로부터의 결과적인 시편은 칙칙한 백색이었다. 금형은 채우기가 어려웠고, 빈약한 유동성 및 14 g/10분만의 낮은 용융 흐름 지수로 인해 완전히 채워질 수 없었다. 시편은 매우 강성이었고 휘었을 때에는 파단되었을 것이다. 실시예 4, 5, 및 7의 물질은 금형을 완전히 채울 수 있었고, 사출 성형하기 위한 양호한 가공성을 입증하였다. 그러나, 실시예 4로부터의 결과적인 시편은 백색이었고 금형으로부터 배출하기가 어려웠다. 시편은 매우 가요성이 컸으며, 거의 고무 같은 느낌을 가졌다. 한편, 실시예 6의 물질은, 실시예 6에서의 낮은 수준의 가소제에 기인할 수 있는, 낮은 용융 유속으로 인해 금형을 완전히 채울 수 없었다.
용융 유동 지수 및 수분 함량
실시예 용융 유동 지수 (g/10분) 수분 함량 (ppm/%)
1 열 처리될 수 없었음 열 처리될 수 없었음
2 열 처리될 수 없었음 열 처리될 수 없었음
3 14 12,000 (1.2%)
4 60 17,000 (1.7%)
5 70 14,000 (1.4%)
6 0 8,300 (0.83%)
7 23 11,700 (1.17%)
팽창도
실시예 Sw Ew Sl El
4 -0.8% +0.8% +0.2% -0.2%
5 -0.7% +0.7% +0.2% -0.2%
6 -0.5% +0.7% +0.2% -0.2%
7 -0.7% +0.7% +0.2% -0.2%
인장 특성
실시예 인장 강도(MPa) 파단 신장율 % 탄성 계수 (MPa) 항복시 신장율 %
4 6 26% 97 16%
5 6 22% 89 17%
6 20 9% 821 8%
7 8 19% 197 13%
실시예 10
실시예 10에서, 폴리비닐 알코올, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 및 다른 첨가제를 포함하는 다양한 조성물을 30mm 트윈 스크류 압출기 ZSK-30 상에서 압출하여 균질한 열가소성 배합물을 형성하였다. 스크류 속도는 160 rpm이었고, 온도 프로파일은 압출기의 구역 1 내지 7에 대하여 87℃, 129℃, 159℃, 190℃, 190℃, 184℃, 및 145℃이었다. 용융 온도는 170℃이었고, 용융 압력은 제곱인치당 50 파운드(psi)이었으며, 토크는 40%이었다. 그런 다음, 압출된 물질을, Boy Machine 22톤 사출 성형 프레스를 사용하여 인장 바로 성형하였다. 상기 프레스는 4개의 캐비티를 갖는 ASTM 시편 금형을 가졌다. 온도 프로파일은 구역 1 내지 4에 대하여 185℃, 190℃, 195℃ 및 200℃이었다. 금형을 55℉로 설정하였다. 그런 다음, 실시예들에 대하여 그들의 기계적 특성 및 슬로시 박스 물 붕해 시간을 시험하였다. 부품을 성형하기 전에, 조성물의 용융 흐름 지수 또한 상기한 바와 같이 결정하였다.
PVOH 및 HPMC 배합물
실시예 PVOH (중량%) HPMC (중량%) 글리세린 (중량%) 착색제 (중량%) CaCO3 충전제 (중량%)
8 21 64 15 - -
9 28 57 15 - -
10 42 42 15 - -
11 57 28 15 - -
12 64 21 15 - -
13 61 7 15 2 15
14 54 14 15 2 15
15 47 21 15 2 15
실시예 8-12는 CELVOLTM 205 PVOH를 포함했다(5.2-6.2cps 점도, 87-89% 가수분해)
실시예 13-15는 CELVOLTM 502 PVOH를 포함했다(3.0-3.7cps 점도, 87-89% 가수분해)
HPMC는 METHOCELTM 40-100 PCG이었다(18% 메톡실, 5% 히드록시프로필, 12,000cps 점도)
착색제는 SCC 49487였다
실시예 5-12의 특성
실시예 용융 유동 (g/10분) 슬로시 박스 붕해 시간 (분) 인장 강도 (MPa) 파단 신장율 % 탄성 계수 (MPa)
8 - - - - -
9 - - - - -
10 <1 >180 20 18 559
11 2 180 21 41 602
12 3 180 17 68 366
13 124 40 13 28 332
14 90 50 13 17 412
15 72 55 11 21 262
본 발명을 본 발명의 특정 실시예들에 관하여 상세히 설명하였지만, 통상의 기술자라면, 전술한 바를 이해함에 따라, 이러한 실시예들에 대한 대체예, 변형예, 균등예를 쉽게 구상할 수 있다는 점을 알 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물로서 평가되어야 한다.

Claims (20)

  1. 수분산성 조성물로, 상기 조성물은,
    상기 조성물의 총 중량 기준으로 약 7중량% 내지 약 70중량%의 적어도 하나의 셀룰로오스 유도체;
    약 7중량% 내지 약 70중량%의 적어도 하나의 합성 수용성 중합체; 및
    약 2중량% 내지 약 50중량%의 적어도 하나의 가소제를 포함하고, 여기서 상기 합성 수용성 중합체 대 상기 셀룰로오스 유도체의 중량% 비는 약 0.1 내지 약 10의 범위이고, 또한 여기서 상기 조성물은 열가소성인, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 유도체는 상기 조성물의 총 중량 기준으로 상기 조성물의 약 20중량% 내지 약 60중량%를 구성하는, 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합성 수용성 중합체는 상기 조성물의 총 중량 기준으로 상기 조성물의 약 20중량% 내지 약 60중량%를 구성하는, 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가소제는 상기 조성물의 총 중량 기준으로 상기 조성물의 약 5중량% 내지 약 40중량%를 구성하는, 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 수용성 중합체 대 상기 셀룰로오스 유도체의 중량% 비는 약 0.3 내지 약 3의 범위인, 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 유도체는 비이온성 셀룰로오스 에테르인, 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비이온성 셀룰로오스 에테르는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스이고, 바람직하게는 여기서 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 약 10% 내지 약 40%의 메톡실 함량을 가지는, 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 약 1% 내지 약 15%의 히드록시프로필 함량을 가지는, 조성물.
  9. 제6항에 있어서, 상기 비이온성 셀룰로오스 에테르는 20℃에서 2% 수용액에 대해 약 1,000 mPa·s 내지 약 75,000 mPa·s 범위의 점도를 가지는, 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 수용성 중합체는 비닐 알코올 중합체이고, 바람직하게는 여기서 상기 비닐 알코올 중합체는 부분적으로 가수분해되어 있고, 바람직하게는 여기서 상기 비닐 알코올 중합체는 약 80 몰% 내지 약 90 몰%의 가수분해도를 가지는, 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가소제는 다가 알코올이고, 바람직하게는 여기서 상기 가소제는 폴리올이고, 바람직하게는 여기서 상기 폴리올은 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 헥산 트리올, 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 총 중량 기준으로 약 0.5중량% 내지 약 35중량%의 무기 미립자 충전제를 더 포함하고, 바람직하게는 여기서 상기 무기 미립자 충전제는 탄산칼슘, 카올린 점토, 실리카, 알루미나, 탄산바륨, 탄산나트륨, 이산화티탄, 제올라이트, 탄산마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 탈크, 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 ASTM 시험 방법 D1238-E에 따라 190℃의 온도에서 2160 그램의 하중으로 처리했을 때 10분당 약 10 그램 내지 10분당 약 150 그램의 용융 흐름 지수를 나타내는, 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 사출 성형가능한, 조성물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 성형 용품으로, 바람직하게는 여기서 상기 성형 용품은 약 18시간 미만 만에 수돗물에서 붕해하고, 바람직하게는 여기서 상기 성형 용품은 탐폰 애플리케이터인, 성형 용품.
  16. 사출 성형 부품을 형성하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
    약 7중량% 내지 약 70중량%의 셀룰로오스 유도체, 약 7중량% 내지 약 70중량%의 합성 수용성 중합체, 및 약 2중량% 내지 약 50중량%의 가소제를 포함하는 수분산성 열가소성 조성물을 금형 캐비티 안에 주입하는 단계; 및
    상기 열가소성 조성물을 상기 금형 캐비티 내에서 성형 부품으로 성형하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 수불용성 코팅으로 상기 사출 성형 부품을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 이중사출 성형 공정을 더 포함하고, 여기서 상기 사출 성형 부품은 내부층과 외부층을 갖는 2층의 성형 부품이고, 여기서 상기 내부층은 사출 성형 열가소성 조성물을 포함하고, 상기 외부층은 수불용성이고, 바람직하게는 여기서 상기 외부층은 약 1중량% 내지 약 50중량%의 상기 사출 성형 부품을 포함하고, 상기 내부층은 약 50중량% 내지 약 99중량%의 상기 사출 성형 부품을 포함하고, 바람직하게는 여기서 상기 외부층은 왁스, 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 탄성중합체 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 유도체는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 포함하고, 여기서 상기 합성 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올을 포함하는, 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 부품은 탐폰 애플리케이터인, 방법.
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