KR20190009320A - 탄성 용도에서 크리프 성능을 개선시키기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

탄성 용도에서 크리프 성능을 개선시키기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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킴벌리 이. 시크리스트
로널드 에프. 그라프
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보스틱, 인크.
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Abstract

폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 사용하는 방법 및 시스템은, 또 다른 기재에 부착된 탄성 스트랜드의 크리프 성능을 개선시킨다. 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 형성된 출사각의 1°보다 큰 약간의 편향이 도입된다. 바람직하게는, 입사각의 편향도 도입되며, 헤드 경사각도 제공된다. 편향의 사용은 크리프 성능을 개선시키거나, 감소된 양의 접착제를 사용하여 동일하거나 유사한 크리프 성능을 달성할 수 있게 한다. 탄성 스트랜드는 기저귀와 같은 개인 생활용품에서 렉 커프를 형성하는데 사용될 수 있으며, 이들이 도포되는 기재는 폴리에틸렌 필름 또는 부직물 재료일 수 있다.

Description

탄성 용도에서 크리프 성능을 개선시키기 위한 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 35 U.S.C. §119 하에서 2016년 5월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/332,819호에 대한 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은, 탄성 스트랜드를 기재에 결합시키기 위해 폴리올레핀계 접착제를 사용하는 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은, 아기 기저귀, 성인 실금용품 및 여성 생리대와 같은 다양한 일회용 부직물 위생용품을 제조하는데 종종 보이는 부직물 재료 또는 열가소성 필름에 부착된 탄성 스트랜드의 크리프 성능을 개선시키는데 특히 유리하다.
핫 멜트 접착제(hot melt adhesive)는 통상적으로 주위 온도에서 고체 덩어리로서 존재하며, 열의 적용에 의해 유동성 액체로 전환될 수 있다. 이러한 접착제는 다양한 기재의 결합이 종종 필요한 각종 일회용품을 제조하는데 특히 유용하다. 구체적인 용도는 통틀어 일회용 부직물 위생용품이라고 알려진 일회용 기저귀, 병원 패드, 여성 생리대, 팬티쉴드, 수술용 드레이프 및 성인 실금용품을 포함한다. 다른 다각적인 용도는 종이 제품, 패키징 재료, 자동차 헤드라이너, 가전제품, 테이프 및 라벨을 포함한다. 이러한 용도의 대부분에서, 핫 멜트 접착제를 용융 상태가 되도록 가열한 다음, 종종 제1 기재라고 불리는 기재에 도포한다. 그후, 종종 제2 기재라고 불리는 이차 기재를 제1 기재와 즉시 접촉되게 하여 압축시킨다. 접착제는 냉각시 고화되어 강한 결합을 형성한다. 핫 멜트 접착제의 주요 이점은 수계 또는 용매계 접착제의 경우와 같은 액체 캐리어가 부재한다는 것이며, 이에 의해 용매 제거와 관련된 고가의 공정이 배제된다.
다수의 용도를 위해, 핫 멜트 접착제를 종종 피스톤 또는 기어 펌프 장비를 사용하여 박막 또는 비드의 형태로 기재에 직접적으로 압출시킨다. 이 경우에, 기재를 가압하에 가열 다이와 긴밀하게 접촉시킨다. 용융된 핫 멜트 재료가 도포 노즐을 통해 부드럽게 유동하도록, 다이의 온도를 접착제의 융점 이상으로 잘 유지시켜야 한다. 대부분의 용도, 특히 식품 패키징 및 일회용 부직물 위생용품 제조에서 마주하는 용도를 위해, 섬세한 열 민감성 기재, 예를 들면, 얇은 게이지 플라스틱 필름들의 결합이 종종 포함된다. 이것은 핫 멜트 접착제 도포를 위한 피복 온도에 대한 상한을 정한다. 오늘날의 상업용 핫 멜트는 기재 연소 또는 변형을 피하기 위해 전형적으로 200℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하의 피복 온도를 갖도록 제형화된다. 직접 피복 외에, 핫 멜트 접착제가 압축 공기의 도움으로 멀리서 기재에 분무 피복될 수 있는 몇가지 간접 또는 비접촉 피복법도 개발되어 있다. 이러한 비접촉 피복 기술은 종래의 나선 분무, OmegaTM, SurewrapTM 및 다양한 형태의 용융-취입 방법을 포함한다. 그러나, 간접 방법은 허용 가능한 피복 패턴을 수득하기 위해, 접착제의 점도가 도포 온도에서 통상적으로 500 내지 30,000mPa.s의 범위, 바람직하게는 500 내지 15,000mPa.s의 범위로 충분히 낮아야 한다는 것을 필요로 한다. 이러한 시스템에서 분무성(sprayability)을 유지하는데 필요한 낮은 점도는, 이러한 시스템이 불량한 응집 강도를 나타내는 접착제를 야기하는 저분자량을 갖는 중합체 또는 낮은 중합체 수준의 사용을 필요로 하기 때문에 성능 저하를 초래한다. 접착제의 여러 다른 물리적 요인들, 특히 유동학적 특성들이 핫 멜트의 분무성을 결정하는데 있어서 역할을 한다. 대다수의 상업용 핫 멜트 제품은 분무 도포에 적합하지 않다. 분무성을 예측할 수 있는 허용된 이론적 모델 또는 가이드라인은 없으며, 이것은 도포 장비를 사용하여 경험적으로 결정되어야 한다.
핫 멜트 접착제는 중합체, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지(antioxidant apckage)로 전형적으로 이루어진 유기 재료이다. 왁스, 충전재, 착색제 및 UV 흡수제와 같은 다른 성분들도 접착 특성을 개질시키거나 특수한 속성을 부여하는데 사용될 수 있다. 이러한 유기 성분들은 접착제의 피복 조건하에서 열 분해되는 경향이 있다. 예를 들어, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 삼블럭 공중합체를 기본으로 하는 광범위하게 사용되는 상업용 핫 멜트 접착제는, 24시간 동안 175℃에 적용되는 경우, 원래 값으로부터 약 50 퍼센트의 점도 강하를 겪을 수 있다. 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 기반 핫 멜트는 유사한 조건하에서 가교결합에 의해 문제를 야기할 수 있다. 가교결합은 점도의 극적인 증가를 초래할 수 있으며, 결국은 삼차원 중합체 망상구조의 형성에 의해 접착제가 비-유동성으로 되게 할 수 있다. 점도 변화는 종종 용융된 재료의 상단에서 탄화, 겔화 및 스킨의 형성을 동반한다. 분해(degradation)는 불가피하게 접착 특성 및 성능의 악화를 야기할 것이다. 또한, 이들은 장비 손상을 유발할 수도 있다. 분해 속도는 온도 의존적이며, 온도가 높아질수록, 분해 속도는 증가한다. 따라서, 접착제의 피복 온도를 감소시키는 것이 분해를 둔화시킬 수 있다.
선 속도(line speed)를 증가시키도록 직접 스트랜드 피복 공정으로 바꾸는 것이 산업에서 요구되고 있으며, 추가로, 스티렌 블록 공중합체(SBC)-타입 제형에서 냄새가 덜 하고/덜 하거나 더욱 열에 안정한 재료, 예를 들면, 폴리올레핀 핫-멜트 시스템으로 바꿔야할 필요가 존재한다. 그러나, 직접 스트랜드 피복 공정을 위해 공지된 피복기 구성하에서 작동하는 경우, 현재의 폴리올레핀-타입 재료들은 종종 불충분하고 일관성없는 최종 성능을 보인다. 접착제가 탄성 스트랜드를 적어도 하나의 부직물 기재 또는 중합체성 필름에 대해 유지하는 능력인 크리프 보유성(creep retention)이 폴리올레핀-함유 제형의 장기 노화 동안 특히 손상된다.
본 발명은, 일관되게 높은 수준의 크리프 성능을 제공하면서, 높은 생산 라인 속도로 도포될 수 있고 열 및 전단에 대한 증진된 안정성을 나타낼 수 있는 핫 멜트 접착제에 대한 필요성을 해결한다. 본 발명은, 접착제를 탄성 스트랜드에 직접 도포하는 경우에 궁극적인 크리프 성능을 개선시키는 최적화된 공정 구성을 기술한다. 본원 명세서에 개략적으로 설명된 상기 방법은 폴리올레핀-함유 접착제 제형을 사용하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 공정 및 기재 변화에 대해 적절한 최종 성능 기준을 유지하는 과제를 제형을 변화시키지 않고 해결한다. 가장 특히, 본 발명은 성능을 상실하지 않으면서 보다 소량의 접착제가 사용될 수 있게 한다. 더 낮은 부가(add-on)를 가능케 한다는 것은 잠재적으로 소비자가 더 얇은 기재를 사용할 수 있게 한다.
본 발명은 직접적인 탄성 스트랜드 피복 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도포기 헤드, 아이들러(idler), 롤러, 및 스트랜드 가이드의 신중한 배치를 통해 탄성 스트랜드의 경로를 주의깊게 제어하는 방법을 개시한다. 전반적으로, 상기 공정은 접착제 도포 지점에서 탄성 스트랜드에 하향력(downward force)을 생성하도록 설계되며; 이러한 하향력은, 입사각(entrance angle) 단독을 또는 출사각(exit angle)과 함께 입사각을 형성하고, 이들 둘 다는 폴리올레핀 및 이들의 혼합물을 기본으로 하는 핫-멜트 접착제 제형을 사용하여 최종 사용 성능을 최적화하도록 개별적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 사용하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 용융 상태의 상기 접착제를, 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포기로 도포하는 단계(여기서, 중립-배치된(neutrally-positioned) 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행(travel)의 하류 방향(downstream direction)으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 출사각은 적어도 1°이다), 및 제2 기재를 상기 접착제와 접촉시킴으로써, 상기 제2 기재를 상기 제1 기재에 결합시키는 단계. 임의로, 본 발명의 방법은, 도포 단계 동안, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향(upstream direction)으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°인 입사각을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 상기 도포 단계 동안, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁(tip)의 접촉 지점에 접하는(tangent) 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선(axial line)에 의해 한정되는 헤드 경사각(head tilt angle)이 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120° 범위에 걸쳐 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 탄성 스트랜드에 도포하기 위한 시스템은, 도포기 팁을 갖는 도포기 및 도포기 팁의 수직 위치 위에 배치된 유출구(outlet) 롤러(roller) 또는 아이들러(idler)를 포함한다. 상기 도포기 팁은 탄성 스트랜드를 포함하고 선형으로 이동(moving)하는 제1 기재와 접촉하도록 구성되고, 또한 상기 접착제를 상기 제1 기재에 도포하도록 구성된다. 유출구 롤러 또는 아이들러는 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 하류 방향으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°의 출사각을 제공하도록 배치된다. 본 발명의 시스템은 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°의 입사각을 제공하도록, 상기 도포기 팁의 수직 위치 위에 구성된 유입구 롤러 또는 아이들러를 추가로 포함할 수 있다. 상기 도포기는, 상기 스트랜드와 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선에 의해 한정되는 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°의 헤드 경사각을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시형태는 또한 본원에 포함된 (본원에 기술된 바와 같은) 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제와 함께 본 발명의 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제는 단일-활성점 촉매(single-site catalyst; SSC)를 사용하여 제조된 프로필렌 중합체; 고분자량의 본질적으로 무정질인 폴리프로필렌 중합체(HMW SSC-PP 중합체) 및 저분자량 반결정질 폴리프로필렌 공중합체(LMW SSC-PP 중합체)의 폴리올레핀 블렌드인 중합체 성분을 포함한다. 성분 중합체들의 이산 분자량은 이정(bimodal) 분자량 분포를 갖는 중합체 블렌드를 야기한다. 분자량의 차이 이외에, 블렌드 중의 SSC-PP 중합체는 또한 중합체 결정화도의 간접 척도인 용융 엔탈피에 있어서 상이하다. 본 발명의 목적을 위해, LMW 반결정질 SSC-PP 중합체는 100,000g/mole 이하의 중량 평균 분자량(Mw), DSC 곡선 상에 별개의 융점, 및 재료 1그램당 30Joules(J/g) 이상의 용융 엔탈피를 갖는 프로필렌 단독- 또는 공-중합체로서 정의된다. HMW 본질적으로 무정질인 SSC-PP 중합체는 100,000g/mole 이상의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖고, DSC 곡선 상에 작지만 뚜렷한 융점과 재료 1그램당 30Joules(J/g) 이하의 용융 엔탈피를 특징으로 하는 잔류물 결정화도의 작은 분획을 함유하는, 프로필렌 단독- 또는 공-중합체로서 정의된다. 상기 HMW 본질적으로 무정질인 SSC-PP 중합체는 DSC 곡선 상에 용융 피크를 보이지 않는 완전 무정질일 수도 있다. 조성물은 또한 점착제 성분, 가소제 성분, 항산화제 패키지, 및 임의로 다른 첨가제, 예를 들면, 왁스, 충전재, 착색제, UV 흡수제, 및 또 다른 중합체를 포함한다. 조성물은 다양한 직접 및 간접 피복 방법으로의 도포에 매우 적합하며, 낮은 피복 온도, 광범위한 피복 온도 범위, 낮은 표면 에너지 플라스틱 기재에의 탁월한 접착성, 높은 응집 강도, 높은 전단 저항, 높은 스트랜드 보유성, 낮은 점도, 낮은 융점 및 보다 우수한 열 안정성을 포함하는 특성들의 신규한 조합을 갖는다. 본 발명의 조성물은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 필름, 부직포 및 탄성 스트랜드를 서로 또는 서로에게 결합시키기 위한 식품 패키징, 프로덕트 어셈블리 및 일회용 부직물 물품의 어셈블리에 특히 유용하다.
본원에서 사용되는, SSC는 α-올레핀 중합을 위한 단일-활성점 촉매를 가리킨다.
본원에서 사용되는, Mw는 중합체의 중량 평균 분자량을 가리킨다.
본 발명의 목적을 위해, 본질적으로 무정질(essentially amorphous)이라는 용어는, 폴리프로필렌계(PP) 중합체가 0J/g 내지 약 30J/g의 용융 엔탈피를 나타내는 상태를 가리키는데 사용된다.
본 발명의 목적을 위해, 반결정질이라는 용어는, PP계 중합체가 30J/g 이상의 용융 엔탈피를 나타내는 상태를 가리키는데 사용된다.
본원에서 사용되는, HMW SSC-PP는 약 100,000g/mole 이상의 Mw를 갖는 단일-활성점 촉매를 사용하여 제조된 고분자량의 본질적으로 무정질인 프로필렌 단독중합체 또는 공중합체의 부류를 가리킨다. 상기 중합체는 DSC 곡선 상에 용융 피크를 보이지 않는 완전 무정질일 수 있지만, 이들은 또한 DSC 곡선 상에 재료 1그램당 30Joules(J/g) 이하, 즉, 0J/g 내지 약 30J/g의 관련 용융 엔탈피를 갖는 작지만 뚜렷한 융점 피크 또는 피크들을 야기하는 결정의 소분획을 가질 수 있다.
본원에서 사용되는, DSC 곡선은 시차 주사 열량법(DSC) 기기를 사용함으로써 수득되는 열류 또는 열용량 대 온도의 플롯을 가리킨다. 이러한 값을 구하는데 사용되는 시험 방법은 ASTM E793-01 "시차 주사 열량법에 의한 융합 및 결정화 엔탈피에 대한 표준 시험 방법"이다.
본원에서 사용되는, LMW SSC-PP는 약 100,000g/mole 이하의 중량 평균 분자량(Mw), 및 재료 1그램당 30Joules(J/g) 이상, 즉, 30J/g 내지 약 100J/g의 관련 용융 엔탈피를 갖는 DSC 곡선 상의 뚜렷한 융점 피크 또는 피크들을 갖는 저분자량 반결정질 프로필렌 단독중합체 또는 공중합체 부류를 가리킨다. 용어 "용융 엔탈피", "융합 엔탈피", "융합 열" 및 "용융 열"은 상호교환 가능하게 사용된다.
본원에서 사용되는, SSC-PP 블렌드는 적어도 하나의 HMW SSC-PP 중합체와 적어도 하나의 LMW SSC-PP 중합체로 구성된 중합체 블렌드를 가리킨다.
본 발명과 관련하여 사용되는 핫 멜트 접착제 조성물은, 반결정질 LMW SSC-PP 중합체 및 본질적으로 무정질인 HMW SSC-PP 중합체를, 상기 LMW 물질 대 상기 HMW 물질의 비를 9:1 내지 1:9 중량부로 하여 함유하는 폴리프로필렌 중합체 블렌드를 포함할 수 있다. 접착제 조성물은, 상기 SSC-PP 블렌드 이외에, 주 성분으로서 점착성 수지, 가소제 및 항산화제 시스템을 포함한다. 본 발명의 조성물은, 반결정질 LMW SSC-PP 중합체와 본질적으로 무정질인 HMW SSC-PP 중합체 간에 상보적인 특성을 이용하며, 선행 기술의 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제의 단점을 극복한다. 본 발명의 조성물은 인장 강도, 인성, 가요성 및 접착성의 매우 균형잡힌 특성을 제공한다. 이것은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 이소택틱 폴리프로필렌(iPP) 필름과 같은 다양한 저 표면 에너지 기재에 대한 높은 결합 강도, 정장력(constant tension) 하에서 탄성 물질을 유지하는 높은 응집 강도, 탁월한 열 안정성, 우수한 웨트-아웃(wet-out) 특성, 광범위한 도포 온도 범위, 긴 오픈 시간, 우수한 그린 결합 강도(green bond strength), 낮은 점도, 경화시 낮은 또는 무 잔류 점착성, 및 필수적으로 모든 알려진 핫 멜트 피복 방법에 대한 적합성을 나타낸다. 특히, 본 발명은, 예를 들어, 나선 분무, OmegaTM, SurewrapTM, 용융-취입, Control Coat® 등과 같은 다양한 분무 피복 도포 기술, 및 예를 들어, 슬롯 코트(slot coat), V-slotTM, AllegroTM 등과 같은 비-분무 피복 도포 기술에 매우 적합한 접착제 조성물을 야기하며; 이러한 피복 기술은 당업계의 숙련가들에게 널리 공지되어 있으며 본 발명의 논의의 주제는 아니다.
따라서, 본 발명은 적어도 하나의 반결정질 LMW SSC-PP 공중합체 및 적어도 하나의 본질적으로 무정질인 HMW SSC-PP 공중합체를 함유하는 중합체 블렌드를 포함하는 핫 멜트 접착제 조성물에 사용될 수 있으며; 상기 공중합체 둘 다는 프로필렌의 단독중합체 또는 프로필렌과 단일-활성점 촉매(SSC)를 사용하여 제조된 알파-올레핀 공단량체와의 공중합체이고, 중합체 쇄를 따라 통계적으로 랜덤한 공단량체 분포를 갖는다. 블렌드 중의 반결정질 LMW SSC-PP 중합체 대 본질적으로 무정질인 HMW SSC-PP 중합체의 중량비는 9:1 내지 1:9에 이르며, 본 발명의 조성물 중의 중합체 블렌드의 총 양은 20중량% 내지 80중량%, 바람직하게는 30중량% 내지 60중량%, 가장 바람직하게는 30중량% 내지 50중량%이다.
본 발명은, 상기 언급된 본원의 중합체 블렌드를 가소제, 상용성 점착제 및 항산화제와 함께 함유하는 핫 멜트 접착제 조성물에 사용될 수 있다. 조성물은 왁스, 관능화된 중합체, 착색제, UV 흡수제, 및 충전재를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명에 사용되는 핫 멜트 조성물은 177℃에서 500mPa.s 내지 35,000mPa.s, 바람직하게는 1000mPa.s 내지 20,000mPa.s, 가장 바람직하게는 2,000mPa.s 내지 15,000mPa.s 범위의 낮은 점도를 갖는 중합체 블렌드를 포함할 수 있다. 낮은 점도는 다양한 분무 피복 방법을 포함하는 용도에 있어서 필수적이다.
본 발명에 사용되는 핫 멜트 접착제 조성물은, 부직물 탄성 부착 용도를 위해, 적어도 80% 이상의 크리프 보유도를 제공할 수 있으며; 80%의 값은 일반적으로 일회용 부직물 위생용품 산업에 의해 허용 가능한 최소치이다.
또 다른 목적은, 다양한 핫 멜트 피복 방법을 사용하여 본 발명의 핫 멜트 조성물을 도포하는 기술을 교시하는 것, 및 먼저 상기 핫 멜트를 제1 기재에 도포한 다음 상기 제1 기재를 제2 기재 또는 추가의 기재에 접합시켜 둘 이상의 기재를 결합 또는 적층시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 아기 기저귀, 배변훈련용 팬츠, 성인 실금용품, 여성 생리대, 팬티 라이너, 수술 가운 및 가금류 흡수성 패드를 포함하지만 이에 제한되지 않는 부직물 위생 흡수용품의 제조에 있어서의 다양한 용도에 특히 유용한 핫 멜트 접착제 조성물을 사용하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 조성물은 인장 강도, 인성, 가요성 및 접착성의 매우 균형잡힌 특성을 갖는다. 이것은 LDPE 및 iPP 필름과 같은 다양한 저 표면 에너지 기재에 대한 높은 결합 강도, 정장력 하에서 탄성 물질을 유지하는 높은 응집 강도, 탁월한 열 안정성, 우수한 웨트-아웃 특성, 광범위한 도포 온도 범위, 긴 오픈 시간, 우수한 그린 결합 강도, 낮은 점도, 경화시 낮은 또는 무 잔류 점착성, 및 필수적으로 모든 알려진 핫 멜트 피복 방법에 대한 적합성을 나타낸다.
본 발명의 실시형태들은 임의의 편향(비-제로(non-zero) 출사각, 비-제로 입사각, 비(non)-90도 헤드 경사각, 또는 이들의 임의의 조합을 통한 편향)을 제공함을 포함하며, 이러한 편향은, 초기 크리프 및 54.4℃에서 유지된 4주 노화시 크리프 값 둘 다에 대해, 어떠한 편향도 없는 동일한 기재, 제형 및 시험 조건에 대한 크리프 보유도 값에 비해 10%, 보다 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 30%의 크리프 보유도의 개선을 제공하는데 효과적이다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 해석할 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 도면에는 아래에 확인된 도면이 포함된다.
도 1은 1° 이상의 상이한 입사각 및 출사각을 갖는 본 발명에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2a는 입사각 및 출사각의 편향을 갖지 않는 선행 기술에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2b는 1° 이상의 입사각 및 출사각을 갖는 본 발명에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2c는 1° 이상의 입사각 및 출사각과 도포기의 전방 헤드 경사를 갖는 본 발명에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 3a는 1° 이상의 입사각을 갖지만 출사각은 없는 본 발명에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 3b는 1° 이상의 출사각을 갖지만 입사각은 없는 본 발명에 따르는 시스템을 보여주는 개략도이다.
본 발명은 첨부한 도면과 관련하여 해석할 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해되며, 도면은 예시적인 목적을 위해 선택된 본 발명의 예시적인 실시형태들을 보여준다. 본 발명은 도면을 참고로 하여 예시될 것이다. 이러한 도면은 제한한다기 보다는 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명의 설명을 도모하기 위해 여기에 포함된다.
도 1은, 유입구 스트랜드 가이드에서 도포기 헤드까지의 입사각 및 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러/롤러까지의 출사각을 생성하도록 탄성 스트랜드를 아래로 누르는 도포기 헤드(또는 팁)를 보여주는 적합한 설정 옵션의 개략도를 도시한다. 시스템이 다양한 구성의 가이드(또는 아이들러) 및 롤러를 가질 수 있지만, 본원에 논의된 유입구 가이드 또는 롤러는 입사 쪽에서 도포기 팁에 가장 가까운 것이며, 본원에 논의된 유출구 가이드 또는 롤러는 출사 쪽에서 도포기 팁에 가장 가까운 가이드 또는 롤러이다. 아이들러와 가이드는 본원에서 동의어로 사용된다. 입사각 및 출사각은 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선으로부터 도면에 보여지는 바와 같이 상향으로 (또는 도포기 쪽으로) 연장된다는 점에서 포지티브(positive)하다.
보다 구체적으로, 도 1은 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 1°보다 큰 상이한 입사각 및 출사각을 갖는 탄성 스트랜드(12)를 포함하는 제1 기재에 도포하기 위한 도포기 시스템(10)을 보여준다. 시스템(10)은 도포기 팁(16)을 갖는 도포기(14)를 포함한다. 도포기(14)는 접착제가 탄성 스트랜드(12)로 전달된 다음 공지된 방식으로 냉각시 경화될 수 있도록 용융 상태의 접착제를 함유한다. 도포기(14)는 도면에서 보여지는 바와 같이 좌측에서 우측으로, 작동시 선형으로 이동하는, 탄성 스트랜드(12)와 접촉시키도록 구성된 도포기 팁(16)을 갖는다. 팁(16)은 접착제를 제1 기재에 직접 도포하도록 구성된다. 시스템(10)은, 주행의 하류 방향으로 도포기로부터 연장되는 탄성 스트랜드와 도포기(14)의 축에 수직인 선 N1에 의해 한정되는 적어도 1°의 출사각 α를 제공하도록, 도포기 팁(16)의 수직 위치 위에 배치된 유출구 롤러 또는 아이들러(18)를 추가로 포함한다. 보다 구체적으로, 도포기 팁(16)의 수직 위치는 도포기 팁이 탄성 스트랜드(12)와 접촉하는 지점에 의해 한정되고, 유출구 롤러 또는 아이들러(18)의 수직 위치는 탄성 스트랜드(12)와의 최상단 접촉 지점에 의해 한정된다. 출사각 α는 선 N1을 따라 도 1에 나타내어져 있으며, 선 N1은 도포기 팁(16)과 탄성 스트랜드(12)의 접촉 지점으로부터 수평으로 연장된다.
선 N1은 도 1에서 수평으로 연장되는데, 그 이유는 시스템이 접착제가 일반적으로, 사용시 도포기(14)로부터 (임의의 헤드 경사의 부재하에서) 하향으로 유동하도록 배향되기 때문이다. 본원에서 사용되는, 입사각 및 출사각은 도포기 팁으로 각각 들어가거나 빠져나오는 스트랜드 및 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선에 의해 정의된다. 중립 배치된 도포기는, 축이, 입사각 또는 출사각을 갖지 않는 탄성 스트랜드에 의해 형성된 선(즉, 도 1에 도시된 선 N1 또는 N2)으로부터 90°인, 도 1에 도시된 바와 같은 것이다. 도면에 나타낸 것 이외의 시스템은 중립 위치에 배치된 도포기로 비스듬히 또는 옆으로 도포하는 것과 같이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 중립-배치된 도포기가 접착제를 옆으로(즉, 수평으로) 도포하는 시스템에서, 선 N1 및 N2는 수직으로 연장된다. "주행의 하류 방향(downstream direction of travel)"은 탄성 스트랜드(12)가 시스템(10)의 작동시 주행하는 방향, 즉 도면에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측(left-to-right)으로의 방향을 의미하는 것으로 의도된다.
시스템(10)은 주행의 상류 방향으로 도포기로부터 연장되는 탄성 스트랜드(12)와 도포기의 축에 수직인 선 N2에 의해 한정되는 적어도 1°의 입사각 β를 제공하도록, 도포기 팁(16)의 수직 위치 위에 구성된 유입구 롤러 또는 아이들러(20)를 추가로 포함한다. 보다 구체적으로, 도포기 팁(16)의 수직 위치는, 도포기 팁이 탄성 스트랜드(12)와 접촉하는 지점에 의해 한정되고, 유입구 롤러 또는 아이들러(20)의 수직 위치는 탄성 스트랜드(12)와의 접촉의 최상단 지점에 의해 한정된다. 입사각 β는 선 N2를 따라 도 1에 나타내어져 있으며, 상기 선은 도포기 팁(16)과 탄성 스트랜드(12)의 접촉 지점으로부터 수평으로 연장된다. "주행의 상류 방향(upstream direction of travel)"은 탄성 스트랜드(12)가 시스템(10)의 작동시 주행하는 방향과 반대의 방향, 즉 도면에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측(left-to-right)으로의 방향을 의미하는 것으로 의도된다.
접착제를 탄성 스트랜드에 도포하기 위한 상업적으로-이용 가능한 도포기 시스템 및 그렇게 하기 위한 도포기 팁, 또는 노즐은 AllegroTM 도포기 팁을 갖는 NordsonTM Zero-Cavity 핫 멜트 피복 모듈 및 ITW Dynatec Ultra™ 스트랜드 피복 시스템(SCS)을 포함한 노드슨 코포레이션(Nordson Corporation) 및 ITW Dynatec에 의해 제조된 시스템 및 제품을 포함한다.
시스템(10)의 다양한 구성 요소(component)들은 입사각 α 및 출사각 β를 변경하도록 구성될 수 있다. 상기 두 각도의 특정 값은, 다른 공지된 인자들 중에서도, 선택되는 접착제 제형, 사용되는 탄성 재료, 접착제의 목적하는 부가 중량(add-on weight), 선 속도, 목적하는 크리프 보유도, 노즐 구성, 및 가공 조건을 포함한 다수의 인자들에 따라 최적화될 수 있다. 본 발명의 교시를 고려하여 공지된 파라미터 내에서, 출사각 α는 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°일 수 있다. 유사하게도, 입사각 β는 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°일 수 있다. 범위가 본원에 제공되어 있지만, 각각의 하한은 입사각 또는 출사각이 예를 들어 1° 내지 7.5° 또는 2.5° 내지 20°로 확대될 수 있도록 임의의 개시된 상한으로 확대될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 출사각만을 이용하는 것 및 입사 측에 편향이 없음(예를 들면, 0°의 입사각 β)을 고려한다. 대안적으로, 본 발명은 입사각 만을 이용하는 것 및 출사 쪽에 편향이 없음(예를 들면, 0°의 출사각 α)을 고려한다.
도 2a는, 유입구 롤러 또는 아이들러(40a)와 유출구 롤러 또는 아이들러(38a)가 도포기 팁(36a)과 동일한 수직 위치에 있는 선행 기술 시스템에 따르는 실시형태를 보여준다. 보다 구체적으로, 두 개의 롤러 또는 아이들러가 탄성 스트랜드(32a)와 접촉하는 최상단부는, 도포기 팁(36a)이 탄성 스트랜드(32a)와 접촉하는 지점과 동일한 수직 위치에 있다. 따라서, 탄성 스트랜드(32a)는, 편향없이, 유입구 롤러 또는 아이들러(40a)로부터 유출구 롤러 또는 아이들러(38a)까지 필수적으로 수평인 선을 형성한다. 이러한 수평인 선은 도포기의 축을 기준으로 하여 수직이다. 환언하면, 입사각 및 출사각 둘 다는 0°이다. 이러한 실시형태에서, 도포기 팁(36a)은 탄성 스트랜드(32a)에 닿아 있지만 어떠한 하향력도 발휘하지 않는다. 이러한 도식은 또한 도포기 팁이 탄성 스트랜드와 접촉하지 않는 간접 접촉을 대표할 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시형태가 도 3b 내지 4b에 나타내어져 있다. 도 2b에 나타낸 실시형태에서, 시스템(30b)의 구성 요소들은 출사각 α 및 입사각 β가 동일하도록 구성된다. 특히, 유입구 롤러 또는 아이들러(40b) 및 유출구 롤러 또는 아이들러(38b)는 도포기 팁(36b)에 대해 동일한 간격 및 동일한 수직 높이이다. 다른 실시형태에서와 같이, 수직 높이를 언급할 때에는, 롤러 또는 아이들러가 탄성 스트랜드(32b)와 접촉하는 최상단부에 대해 언급하는 것이다. 유사하게, 언급되는 도포기 팁(36b)의 특정 지점은 도포기 팁이 탄성 스트랜드(32b)와 접촉하는 지점이다. 이러한 실시형태에 따르는 대안적인 접근법에서, 두 개의 롤러는 도포기 팁(36b)에 대해 동일한 수직 높이 및 간격으로 있지 않을 수 있으며, 출사각 α가 입사각 β와 같도록 배치될 것이다. 예를 들어, 유출구 롤러 또는 아이들러(38b)는, 출사각 α가 동일하도록, 유출구 롤러 또는 아이들러는 탄성 스트랜드(32b)와 접촉하는 최상단부가 도 2b에 나타낸 탄성 스트랜드(32b)에 의해 형성된 선을 따라 존재하는 한, 도포기 팁(36b)에 비해 더 낮은 수직 높이로 더 가까이에 있을 수 있다.
도 2c에 나타낸 실시형태에서, 시스템(30c)의 구성 요소들은, 적어도 1°의 출사각 α 및 입사각 β를 갖는 것 이외에, 89° 이하의 '헤드 경사각' γ가 존재하도록 구성된다. 공지된 조절 구성 요소들을 사용하여 도포기(34c)의 헤드 경사를 조정할 수 있다. 헤드 경사각은 (도포기 팁(36c)이 탄성 스트랜드(32c)와 접촉하는 지점으로부터 연장되는) 스트랜드와 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선, 및 접착제가 도포기 팁(36c)을 빠져나가면서 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선 A에 의해 정의된다(선 A는 또한 도포기의 축과 동일한 선이다). 스트랜드와 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선은 실시형태에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 이러한 선은, 도 2b에서와 같이, 입사각이 없는 경우에 도포기의 유입구 쪽에서 스트랜드에 의해 형성된 선과 일치한다. 유사하게, 이러한 선은, 도 2a에서와 같이, 출사각이 없는 경우에 도포기의 유출구 쪽에서 스트랜드에 의해 형성된 선과 일치한다. 입사각 및 출사각 둘 다가 있는 경우에, 이러한 선은, 도 2c에 나타낸 바와 같이, N1 또는 N2일 것이다. 다양한 시스템에서, 이러한 선은 상이한 방향으로 연장될 것이다. 예를 들어, 도포가 측면으로(헤드 경사의 부재하에) 이루어지는 시스템에서, 스트랜드와 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선은 수직선일 것이다.
'전방(forward)' 헤드 경사는, 헤드가 탄성 스트랜드(32c)의 주행의 하류 방향쪽으로 기울어져 있다는 점에서, 헤드 경사각이 89° 이하임을 의미한다. 대안적인 실시형태에서, '후방(rearward)' 헤드 경사가 이용될 수 있으며, 이는 헤드 경사각이 91°보다 크다는 것을 의미한다. 본 발명의 대안적인 실시형태에서, 헤드 경사각은 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°이다. 바람직하게는, 헤드 경사각은 70° 내지 88°, 및 보다 바람직하게는, 80° 내지 88°이다. 범위가 본원에 제공되어 있지만, 각 하한은 헤드 경사각이 예를 들어 70° 내지 89°로 확대될 수 있도록 (전방 및 후방 헤드 경사에 대해 별도로) 임의의 개시된 상한으로 확대될 수 있다. 본 발명은 입사각 또는 출사각의 편향이 없는, 둘 다의 편향이 있는, 또는 입사각 또는 출사각 중의 어느 하나에 편향이 있는 헤드 경사각의 사용을 고려한다. 바람직하게는, 시스템은 헤드 경사는 75° 내지 90°이면서 0.0° 내지 2.5°의 입사각과 1.0° 내지 5.0°의 출사각을 제공하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에 따르면, 90° 이상의 헤드 경사가 2.5° 이상의 출사각과 함께 제공된다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제는, 탄성 스트랜드 또는 다른 탄성중합체 성분의 크리프 내성을 개선시키도록 하나 이상의 기재에 도포된다. 본 발명의 실시형태에 따르는 방법은, 용융 상태의 접착제를, 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포기로 도포함을 포함하며, 여기서, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 하류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 출사각은 적어도 1°이다. 상기 방법은 제2 기재를 상기 접착제와 접촉시킴으로써, 상기 제2 기재를 제1 기재에 결합시킴을 추가로 포함한다. 상기 도포 단계 동안, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 입사각은 적어도 1°로 형성된다. 이러한 입사각은 적어도 1°의 출사각에 대한 대안으로서, 또는 이에 더하여 사용될 수 있다. 또한 상기 도포 단계 동안, 헤드 경사각은 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°의, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선에 의해 정의된다. 이러한 헤드 경사각은 비-제로 입사각 또는 출사각 중의 어느 하나 또는 이들 둘 다에 대해 추가로 또는 이들 둘 다에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 시스템과 관련하여 상기 논의된 바람직한 범위는 본 방법에도 동일하게 적용된다.
본 발명의 실시형태에서, 적층물을 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다: (1) 용융 상태의 본 발명의 핫 멜트 접착제 조성물을 비-제로 입사각 또는 출사각 또는 90°가 아닌 헤드 경사각 중의 적어도 하나를 사용하여 제1 기재에 도포하는 단계; 및 (2) 제2 기재를 접착제 조성물과 접촉시켜 상기 제2 기재를 제1 기재에 결합시키는 단계. 제1 기재는 기저귀의 렉 커프(leg cuff) 부분으로서 사용되는 탄성 스트랜드와 같은 기저귀의 탄성 부분일 수 있다. 이러한 탄성 스트랜드 (또는 밴드) 및 기저귀의 렉 커프 부분으로서의 이들의 용도는 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제5,190,606호에 나타내어져 있다. 제2 기재는 SMS 부직포 폴리에틸렌 필름과 같은 부직물 재료 또는 필름을 포함할 수 있으며, 상기 방법은 제2 기재를 탄성 스트랜드 주위에 폴딩시킴(folding)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 기재만이 렉 커프의 스트랜드 또는 스트랜드들을 캡슐화하는 기재로서 작용할 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 제3 기재가 사용되며, 제2 및 제3 기재는 탄성 스트랜드의 반대면의 탄성 스트랜드에 접합될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 제2 기재는 폴리에틸렌 필름일 수 있고 제3 기재는 부직물 재료의 필름일 수 있거나, 그 반대일 수 있다. 더욱이, 부직포에 접합된 폴리올레핀 필름으로 이루어진 복합 기저귀 백시트도 상기 언급된 제2 및 제3 기재로서 사용될 수 있다.
상기 나타낸 바와 같이, 접착제는 중합체 성분, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지를 포함하고, 상기 중합체 성분은 폴리올레핀을 포함한다. 따라서, 본 발명의 접착제는 폴리올레핀계이지만, 이것이 49중량% 이하, 보다 바람직하게는 25중량% 이하, 보다 바람직하게는 10중량% 이하, 가장 바람직하게는 5중량% 이하과 같은 소량의 비-폴리올레핀 성분을 배제하는 것은 아니다. 바람직하게는, 중합체 성분은 적어도 50중량%의 폴리올레핀, 보다 바람직하게는 51중량%, 보다 바람직하게는 75중량%, 보다 더 바람직하게는 90중량%, 보다 더 바람직하게는 95중량%, 가장 바람직하게는 전부 또는 실질적으로 전부의 폴리올레핀을 포함한다. 중합체 성분은 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 블렌드를 포함할 수 있거나, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 블렌드로 필수적으로 이루어질 수 있거나, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 블렌드로 이루어질 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 몇몇 예시적인 폴리올레핀계 접착제는 본원에 참고로 포함된 제US 2015/0024649 A1호에 개시된 것들을 포함한다. 바람직하게는, 중합체 성분은 특수한 종류의 폴리프로필렌(PP) 내충격성 공중합체를 나타내는, RAHECO로 불리우는 Borealis 랜덤 헤테로상 공중합체와 같은 헤테로상 폴리올레핀이다. 이러한 물질은 일반적인 상업용 내충격성 공중합체와 유사한 화학 조성 및 상 구조를 갖지만, 결정질 PP 매트릭스 상과 고무질 상 간에 개선된 상용성을 갖는다. 이들의 독특한 제조 공정에 기인하여, RAHECO 등급은 전형적인 상업용 내충격성 공중합체(ICP) 시스템보다 더 넓은 범위에 걸쳐 조절될 수 있는 결정질 PP 매트릭스 중의 "연질"의 보다 결정질이고 보다 높은 융점의 고무 상으로 구성되는 것으로 제안된다. 추가로, 중합체는 LyondellBasell로부터 입수 가능한 폴리프로필렌 내충격성 공중합체일 수 있다. 헤테로상 중합체는 연속 및 불연속 중합체 상 둘 다를 함유하는 다중 상 중합체로서 정의될 수 있다. 연속 상은 매트릭스 상이라고도 할 수 있고, 불연속 상은 고무 또는 탄성중합체 상으로 알려져 있다. 2016년 1월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/278,747호에 기술된 폴리올레핀 블렌드가 본 발명에서 사용하기에 특히 적합하며, 이의 측면은 본원에 기술되어 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 폴리올레핀 성분은 폴리프로필렌 단독중합체, 폴리프로필렌 공중합체, 무정질 폴리알파-올레핀(APAO), 올레핀 블럭 공중합체, 랜덤 헤테로상 공중합체(프로필렌계일 수 있음), 에틸렌 알파-올레핀 공중합체, 및 에틸렌 공중합체, 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 핫 멜트 접착제에 사용되는 상용성의 점착성 수지 또는 점착제는, 접착 특성을 확대시키고 비접착(specific adhesion)을 개선시키는 것들이다. 본원에서 사용되는, 용어 "점착성 수지"는 다음을 포함한다:
(a) ASTM 방법 E28-58T로 측정하여, 10℃ 내지 150℃의 환구식 연화점(Ring and Ball softening point)을 갖는 지방족 및 지환족 석유 탄화수소 수지로서, 지환족 석유 탄화수소 수지는 지방족 및/또는 지환족 올레핀 및 디올레핀으로 주로 이루어진 단량체의 중합으로부터 야기되고; 수소화 지방족 및 지환족 석유 탄화수소 수지가 또한 포함되며; 이러한 유형의 C5 올레핀 분획을 기본으로 하는 이러한 상업적으로 입수 가능한 수지의 예는 Eastman Chemicals에 의해 판매되는 Piccotac 95 점착성 수지 및 ExxonMobil Chemical Company에 의해 판매되는 Escorez 1310LC이고 사이클로펜타디엔을 기본으로 하는 수소화 지환족 석유 탄화수소 수지의 예는 Exxonmobil로부터의 Escorez 5400 및 Resinall Corporation으로부터의 Resinall R1095S인, 상기 지방족 및 지환족 석유 탄화수소 수지;
(b) 방향족 석유 탄화수소 수지 및 이의 수소화 유도체로서, 수소화 방향족 탄화수소 수지의 예는 Arakawa Chemicals로부터의 Arkon P-115인, 상기 방향족 석유 탄화수소 수지 및 이의 수소화 유도체;
(c) 지방족/방향족 석유 유래 탄화수소 수지 및 이의 수소화 유도체;
(d) 방향족 개질된 지환족 수지 및 이의 수소화 유도체;
(e) 약 10℃ 내지 약 140℃의 연화점을 갖는 폴리테르펜 수지로서, 약 140℃의 연화점을 갖는 폴리테르펜 수지는 일반적으로 적당히 낮은 온도에서 프리델-크래프츠 촉매(Friedel-Crafts catalyst)의 존재하에서 피넨으로 알려진 모노-테르펜과 같은 테르펜 탄화수소의 중합으로부터 야기되며; 수소화 폴리테르펜 수지도 포함되는, 상기 폴리테르펜 수지;
(f) 천연 테르펜의 공중합체 및 삼원공중합체, 예를 들면, 스티렌/테르펜, α-에틸 스티렌/테르펜 및 비닐 톨루엔/테르펜;
(g) 천연 및 변성 로진, 예를 들어, 검 로진, 우드 로진, 톨유 로진, 증류된 로진, 수소화 로진, 이량체화 로진 및 중합된 로진;
(h) 천연 및 변성 로진의 글리세롤 및 펜타에리트리톨 에스테르, 예를 들어, 페일 우드 로진의 글리세롤 에스테르, 수소화 로진의 글리세롤 에스테르, 중합된 로진의 글리세롤 에스테르, 페일 우드 로진의 펜타에리트리톨 에스테르, 수소화 로진의 펜타에리트리톨 에스테르, 톨유 로진의 펜타에리트리톨 에스테르, 및 로진의 페놀성 변성 펜타에리트리톨 에스테르; 및
(i) 페놀성-변성 테르펜 수지, 예를 들어, 테르펜과 페놀의 산성 매질에서의 축합으로부터 야기되는 수지 생성물.
상기한 점착성 수지 중 둘 이상의 혼합물이 몇몇 제형을 위해 필요할 수 있다. 약 15중량% 내지 약 75중량% 범위의 점착성 수지가 사용될 수 있지만, 바람직한 양은 약 30중량% 내지 약 60중량%이다. 본 발명을 위해 유용한 점착성 수지는 아마도 극성 점착성 수지를 포함할 수 있다. 그러나, 이용 가능한 극성 점착성 수지의 선택은 다수의 극성 수지가 폴리올레핀과 부분적인 상용성만을 보인다는 사실을 고려하여 제한된다.
상기 주지된 바와 같이, 본 발명의 범위내에서 유용한 점착성 수지는 조성물의 약 15중량% 내지 약 75중량%, 바람직하게는 약 30중량% 내지 약 60중량%를 차지한다. 바람직하게는, 점착성 수지는 비극성 타입의 것들로부터 선택될 수 있으며, 이것은 상업적으로 입수 가능하다. 바람직한 수지는 지방족 석유 탄화수소 수지이고, 가장 바람직한 것은 수소화 디사이클로펜타디엔(HDCPD) 또는 70℃ 이상의 연화점을 갖는 이의 방향족 변성 유도체와 같은 비극성 제품이다. 이러한 수지의 예는 ExxonMobil Chemical company에 의해 판매되는 Escorez 5400 및 Escorez 5600이다.
가소제는 목적하는 점도 조절을 제공하고 가요성을 부여하기 위해 약 1중량% 내지 약 35중량%, 바람직하게는 약 2중량% 내지 약 20중량%의 양으로 본 발명에 사용되는 조성물에 존재할 수 있다. 적합한 가소제는 통상의 가소성 오일, 예를 들어 광유 뿐만 아니라 올레핀 올리고머 및 저분자량 중합체, 및 식물성 및 동물성 오일 및 이의 유도체를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 사용될 수 있는 석유 유래 오일은 적은 비율의 방향족 탄화수소만을 함유하는 비교적 고 비점 재료이다. 이와 관련하여, 방향족 탄화수소는, 방향족 탄소 원자의 분율에 의해 측정되는 바와 같이, 바람직하게는 오일의 30% 이하, 보다 특히 15% 이하이어야 한다. 보다 바람직하게는, 오일은 필수적으로 비-방향족일 수 있다. 올리고머는 약 350g/mole 내지 약 10,000g/mole의 평균 분자량을 갖는 폴리프로필렌, 폴리부텐, 수소화 폴리이소프렌, 수소화 폴리부타디엔 등일 수 있다. 적합한 식물성 및 동물성 오일은 통상의 지방산의 글리세롤 에스테르 및 이의 중합 생성물을 포함한다. 다른 유용한 가소제는 종래의 디벤조에이트, 포스페이트, 프탈레이트 에스테르, 및 모노- 또는 폴리글리콜의 에스테르의 계열에서 발견될 수 있다. 이러한 가소제의 예는 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트, 펜타에리트리톨 테트라벤조에이트, 2-에틸헥실 디페닐 포스페이트, 폴리에틸렌 글리콜 4-디-2-에틸헥사노에이트; 부틸 벤질 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트 및 디옥틸 프탈레이트를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 유용성이 인정된 가소제는 여러 상이한 가소제일 수 있지만, 본 발명자들은 5,000 이하의 평균 분자량을 갖는 광유 및 액체 폴리부텐이 특히 유리함을 밝혀내었다. 인지되는 바와 같이, 가소제는 전형적으로, 접착 강도 및/또는 접착제의 사용 온도를 실질적으로 감소시키지 않으면서 전체 접착제 조성물의 점도를 낮추는데, 그리고 오픈 시간을 연장시키고 접착제의 가요성을 개선시키는데 사용되어 왔다.
왁스가 핫 멜트 접착제 조성물의 용융 점도를 감소시키는데 사용될 수 있다. 약 0중량% 내지 약 20중량%로 다양한 양이 본 발명의 조성물에서 사용될 수 있지만, 바람직한 양은 약 0중량% 내지 약 15중량%이다. 이러한 왁스는 또한 접착제의 준비 시간 및 연화점에 영향을 미칠 수 있다. 유용한 왁스 중에는 다음이 있다:
1. ASTM 방법 D-1321으로 측정하여, 약 0.1 내지 120의 경도 값을 갖고, 약 65℃ 내지 140℃의 ASTM 연화점을 갖는 저분자량, 즉, 500 내지 6,000g/mole의 수 평균 분자량(Mn)의 폴리에틸렌;
2. 약 50℃ 내지 80℃의 융점을 갖는 파라핀 왁스 및 약 55℃ 내지 100℃의 융점을 갖는 미세결정질 왁스와 같은 석유 왁스로서, 미세결정질 왁스의 융점은 ASTM 방법 D127-60으로 결정되는, 상기 석유 왁스;
3. 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax)와 같은 일산화탄소와 수소를 중합시켜 제조한 합성 왁스; 및
4. 폴리올레핀 왁스. 본원에서 사용되는, 용어 "폴리올레핀 왁스"는 올레핀성 단량체 단위로 이루어진 중합체성 또는 장쇄 개체를 가리킨다. 이러한 유형의 재료는 상품명 "Epolene"하에 텍사스주 휴스턴 포스트 오크 블러바드 2801에 소재하는 Westlake Chemical corporation으로부터, 그리고 상품명 "A-C" 하에 뉴저지주 모리스타운 컬럼비아 로드 101에 소재하는 Honeywell Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 본 발명의 조성물에서 사용하기에 바람직한 재료는 약 100℃ 내지 170℃의 환구식 연화점을 갖는다. 이해되는 바와 같이, 이러한 왁스 희석제 각각은 실온에서 고체이다.
수소화 우지, 라드, 대두유, 면실유, 피마자유, 멘헤이든유, 대구 간유 등과 같은 수소화 동물성, 어류 및 식물성 지방 및 오일을 포함하고, 이들이 수소화된 덕분에 실온에서 고체인 기타의 물질이 또한 왁스 희석제 등가물로서 기능하는 것과 관련하여 유용하다. 이러한 수소화 재료를 접착제 산업에서는 종종 "동물성 또는 식물성 왁스"라고 한다.
본 발명에서 사용되는 접착제는 안정화제를 약 0.1중량% 내지 약 3중량%의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는 약 0.2% 내지 1%의 안정화제가 조성물에 혼입된다. 본 발명의 핫 멜트 접착제 조성물에서 유용한 안정화제는, 접착제의 제조 및 도포 동안, 그리고 주위 환경에 대한 최종 생성물의 일상적인 노출시 정상적으로 일어나는 열 및 산화 분해의 영향으로부터, 상기 주지된 중합체, 및 이에 의해 전체 접착제 시스템을 보호하는 것을 돕기 위해 혼입된다. 적용 가능한 안정화제 중에는 고분자량 장애 페놀 및 다관능성 페놀, 예를 들어 황 및 인-함유 페놀이 있다. 장애 페놀은 당업계의 숙련가들에게 널리 공지되어 있으며, 이의 페놀성 하이드록실 그룹에 매우 인접한 입체 벌크 라디칼을 또한 함유하는 페놀성 화합물로서 특징지워질 수 있다. 특히, 3급 부틸 그룹은 일반적으로 페놀성 하이드록실 그룹에 대해 오르토 위치들 중의 적어도 하나에서 벤젠 환으로 치환된다. 하이드록실 그룹 부근의 이러한 입체 벌크 치환된 라디칼의 존재는 이의 신축 빈도, 및 상응하게 이의 반응성을 지연시키는 역할을 하며; 따라서 이러한 입체 장애는 안정화 특성을 갖는 페놀성 화합물을 제공한다. 대표적인 장애 페놀은 다음을 포함한다:
1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3-5-디-3급-부틸-4-하이드록시벤질) 벤젠;
펜타에리트리톨 테트라키스-3(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트;
n-옥타데실-3(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트;
4,4'-메틸렌비스(4-메틸-6-3급 부틸페놀);
2,6-디-3급-부틸페놀;
6-(4-하이드록시페녹시)-2,4-비스(n-옥틸티오)-1,3,5-트리아진;
2,3,6-트리스(4-하이드록시-3,5-디-3급-부틸-페녹시)-1,3,5-트리아진;
디-n-옥타데실-3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시벤질포스포네이트;
2-(n-옥틸티오)에틸-3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시벤조에이트; 및
소르비톨 헥사-3(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시-페닐) 프로피오네이트.
이러한 안정화제의 성능은, 이와 함께; (1) 상승작용제, 예를 들어, 티오디프로피오네이트 에스테르 및 포스파이트; 및 (2) 킬레이트화제 및 금속 불활성화제, 예를 들어, 에틸렌디아민테트라아세트산, 이의 염, 및 디살리실랄프로필렌디이민을 이용함으로써 더욱 증진될 수 있다.
특정한 물리적 특성을 개질시키기 위해 다른 광학 첨가제가 본 발명에서 사용되는 접착제 조성물에 혼입될 수 있음을 이해해야 한다. 이들은, 예를 들어, 불활성 착색제, 예를 들면, 이산화티탄, 충전재, 형광제, UV 흡수제, 계면활성제, 다른 유형의 중합체 등과 같은 재료를 포함할 수 있다. 전형적인 충전재는 활석, 탄산칼슘, 점토 실리카, 운모, 규회석, 장석, 알루미늄 실리케이트, 알루미나, 수화 알루미나, 유리 미소구체, 세라믹 미소구체, 열가소성 미소구체, 중정석 및 목분을 포함한다. 계면활성제는 위생 일회용 부직물에서 특히 중요한데, 그 이유는 이들이, 예를 들어, 기저귀 코어에 도포되는 접착제의 표면 장력을 극적으로 감소시켜, 상기 코어에 의해 뇨를 보다 신속하게 운반하고 후속적으로 흡수할 수 있도록 할 수 있기 때문이다. 추가의 적합한 첨가제는 핵형성제 및/또는 정화제를 포함한다.
본 발명의 접착제 조성물은, 예를 들어, 일회용 부직물 위생용품, 제지 가공(paper converting), 가요성 패키징(flexible packaging), 목공(wood working), 상자 및 케이스 밀봉, 라벨화 및 기타 어셈블리 용도에서와 같은 다수의 용도에서 일반 목적 핫 멜트 접착제로서 사용될 수 있다. 특히 바람직한 용도는 부직물 일회용 기저귀 및 여성 생리대 구성, 기저귀 및 성인 실금 브리프 탄성 부착, 기저귀 및 냅킨 코어 안정화, 기저귀 백시트 적층, 산업용 필터 재료 변환, 수술 가운 및 수술용 드레이프 어셈블리 등을 포함한다.
그후, 생성된 핫 멜트 접착제를 다양한 도포 기술을 사용하여 기재에 도포할 수 있다. 예는 핫 멜트 글루 건, 핫 멜트 슬롯-다이 피복, 핫 멜트 휠 피복, 핫 멜트 롤러 피복, 용융 취입 피복, 나선 분무, OmegaTM, SurewrapTM, V-slotTM 및 AllegroTM 방법 등과 같이 브랜드화된 접촉 또는 비접촉 스트랜드 피복을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 핫 멜트 접착제는 기저귀 및 성인 실금용품 제조에서 탄성 부착을 위해 바람직한 기술인 스트랜드 피복법을 사용하여 탄성 스트랜드 상에 직접 도포한다. 하나의 예에서, 본 발명의 핫 멜트 조성물을 AllegroTM 노즐을 사용하여 피복시켜 아기 기저귀, 배변훈련용 팬츠 및 성인 실금용품에서 탄성화된 렉, 렉 커프 및 허리밴드에 사용되는 탄성 스트랜드 상에 연속 접착제 결합 라인을 형성한다. 다양한 기술들의 상세한 설명을 제공하는 것이 본 발명의 의도는 아니며 세부사항은 문헌에서 또는 노즐 제조업자의 웹사이트 www.nordson.com 또는 www.itw.com에서 찾아볼 수 있다.
본 발명을 요약하는데 있어서, 도포기 팁 또는 헤드는 폴리올레핀계 제형이 흐를 때 피복 공정 동안 탄성 스트랜드 내로 내려간다. 백그라운드를 위해, 직접 스트랜드 도포시 헤드 높이는, 전형적으로 이것이 SBc-기반 접착제를 사용하여 탄성 스트랜드에 겨우 닿도록 설정된다. 이것은 접촉없이 흐르면 접착제가 스트랜드와 부딪치지 않는 반면 깊은 맞물림(deep engagement)을 사용하면 접착제가 스트랜드를 통해 아래 기재로 "객출(spitting)"한다는 관찰에서 기인한다. 이상적으로는, 탄성 스트랜드가 스트랜드 가이드를 통과하고, 입사각(스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드로)을 생성하는, 탄성 스트랜드 내로 밀어내는 도포기 헤드로부터의 하향력을 경험하는 것이다. 아이들러 또는 롤러를 도포기 위에 수직 위치에서 도포기 헤드의 보다 하류에 배치함으로써, 추가의 각도가 형성된다. 이 각도 - 여기서는 출사각으로서 정의됨 - 는 도포기 헤드와 제1 아이들러/롤러 사이의 각도일 수 있다. 입사각 및 출사각은 피복 장치의 간격을 서로에 대해 조절함으로써 추가로 조율될 수 있다.
소비자가 탄성 도포에서 사용되는 부직물 및/또는 중합체 필름을 다운게이지(downgauge)하려는 노력을 계속함에 따라, 높은 부가 수준에서 접착제의 열 에너지가 기재의 바람직하지 않은 용낙(burn through)을 좀더 야기할 것 같다. (최종 생성물을 훼손시키는) 기재에 대한 손상을 피하기 위해, 보다 소량의 접착제가 요구되며, 이것이 크리프 성능의 상당한 저하를 야기할 수 있다. 본 발명은 적절한 크리프 성능을 유지하면서 보다 낮은 부가 수준이 사용될 수 있게 하여, 공정이 저 기준-중량 기재(low basis-weight substrates)에 보다 적합하게 만들 수 있다. 폴리올레핀계 접착제에 적용되는 바와 같은 본 발명에 따르는 편향의 사용의 효과는, 특히 스티렌 블럭 공중합체를 기본으로 하는 접착제에 대한 편향의 효과와 비교하는 경우, 놀라운 것으로 밝혀졌다. 스티렌 블럭 공중합체를 기본으로 하는 접착제에서는, 편향의 사용을 통해 크리프 보유성의 개선이 거의 또는 전혀 달성되지 않거나 접착제가 편향시 기재를 불균일하게 응집 및 피복시키는 경향이 있었다. 이러한 놀라운 효과는 아래에 제시된 본 발명의 실시예들을 비교 실시예 1 및 2와 비교함으로써 보여진다.
어떠한 이론에 결부시킴이 없이, 본 발명의 핫-멜트 접착제는, 탄성 스트랜드가 명세서에 정의된 "편향된(deflected)" 피복 기하학 하에서 사용되는 경우에서와 같이 도포 노즐과 긴밀하게 맞물려 있는 조건하에서 보다 높은 유동을 나타낼 것이 의도된다. 이러한 능력은 유동(높은 값의 tan d, G"/G' 값)이 유지되고 강성(저장 탄성률, G')이 켄칭 냉각시 서서히만 발달하도록 하는 본 발명의 제형에서 사용되는 폴리올레핀의 반-결정성으로부터 유래하는 것으로 보인다. 비교해 보면, 스티렌 블럭 공중합체(SBc)를 기본으로 하는 것과 같은 "유리질" 시스템은 급속 냉각시 급속히 유리화되는 것으로 알려져 있다. 이러한 비교적 경질이며 덜 유동성인 재료는 도포 지점에서 극심한 스트랜드 맞물림("편향")을 쉽게 견디지 못하는 것으로 나타난다. 극단적인 경우에, 이것은 SBc-기반 접착제가 편향된 스트랜드에 의해 "분할(split)"되고 탄성 구성 요소의 표적 결합 부위로부터 맹렬히 방출되게 한다. 신속하게 냉각되면서 비교적 연질 또는 겔 유사 상태(예를 들면, tan d 값 > 1을 나타냄)로 남아 있음으로써, 본 발명의 핫 멜트 접착제 시스템은 명세서에 정의된 조건하에서 보다 균일하게 피복되어 개선된 초기 및 노화시 크리프 보유성을 야기할 수 있도록 보다 높은 정도의 변형을 견디는 것을 제시한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 다음과 같이 함으로써, 초기 크리프 및 54.4℃에서 유지된 4주 노화시 크리프 값 둘 다에 대해, 어떠한 편향도 없는 동일한 기재, 제형 및 시험 조건에 대한 크리프 보유도 값에 비해, 10%, 보다 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 30%의 크리프 보유도의 개선을 달성하는데 효과적인, 적어도 약간의 편향이 도입된다: (1) 비-제로 출사각, 바람직하게는 적어도 1°의 출사각, 또는 본원에 개시된 다른 출사각을 제공함; (2) 비-제로 입사각, 바람직하게는 적어도 1°의 입사각, 또는 본원에 개시된 다른 입사각을 제공함; (3) 비-90도 헤드 경사각, 바람직하게는 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°의 헤드 경사각을 제공함, 또는 (4) 상기 중의 어느 것의 임의의 조합.
상기한 방법은 임의의 특정 단계 또는 단계들의 순서에 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다.
본 발명의 측면들
본 발명은 다음의 측면들을 포함한다.
1. 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 사용하는 방법으로서,
용융 상태의 상기 접착제를, 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포기로 도포하는 단계(여기서, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 하류 방향으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 출사각은 적어도 1°이다); 및
제2 기재를 상기 접착제와 접촉시킴으로써, 상기 제2 기재를 상기 제1 기재에 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
2. 측면 1에 있어서, 출사각이 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°인, 방법.
3. 측면 1 또는 2에 있어서, 상기 도포 단계 동안, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 입사각이 적어도 1°인. 방법.
4. 측면 3에 있어서, 입사각이 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°인, 방법.
5. 측면 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 도포 단계 동안, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선에 의해 한정되는 헤드 경사각이 1° 내지 30° 또는 91° 내지 120°인, 방법.
6. 측면 5에 있어서, 헤드 경사각이 70° 내지 88° 또는 80° 내지 88°인, 방법.
7. 측면 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 성가 접착제가 중합체 성분, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지를 포함하고, 상기 중합체 성분이 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
8. 측면 7에 있어서, 중합체 성분이 적어도 50중량%의 상기 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
9. 측면 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 접착제가 중합체 성분, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지를 포함하고, 상기 중합체 성분이 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 블렌드로 필수적으로 이루어지는, 방법.
10. 측면 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 초기 크리프 값 및 54.4℃에서 유지된 4주 노화시 크리프 값 둘 다에 대해, 어떠한 편향도 없는 동일한 기재, 제형 및 시험 조건에 대한 크리프 보유도 값에 비해 10%, 보다 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 30%의 크리프 보유도의 개선이 달성되는, 방법.
11. 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포하기 위한 시스템으로서,
탄성 스트랜드를 포함하고 선형으로 이동하는 제1 기재와 접촉하도록 구성되고, 또한 상기 접착제를 상기 제1 기재에 도포하도록 구성된 도포기 팁을 갖는 도포기; 및
중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 하류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°의 출사각을 제공하도록, 상기 도포기 팁의 수직 위치 위에 배치된 유출구 롤러 또는 아이들러를 포함하는, 시스템.
12. 측면 11에 있어서, 상기 출사각이 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°인, 시스템.
13. 측면 11 또는 12에 있어서, 주행의 상류 방향으로 상기 도포기로부터 연장되는 상기 탄성 스트랜드와 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선에 의해 한정되는 적어도 1°의 입사각을 제공하도록, 상기 도포기 팁의 수직 위치 위에 구성된 유입구 롤러 또는 아이들러를 추가로 포함하는, 시스템.
14. 측면 13에 있어서, 입사각이 1° 내지 20°, 2° 내지 10°, 또는 2.5° 내지 7.5°인, 시스템.
15. 측면 11 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 도포기가, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선에 의해 한정되는 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°의 헤드 경사각을 제공하도록 구성되는, 시스템.
16. 측면 15에 있어서, 도포기가 70° 내지 88° 또는 80° 내지 88°의 헤드 경사각을 제공하도록 구성되는, 시스템.
17. 측면 11 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 초기 크리프 값 및 54.4℃에서 유지된 4주 노화시 크리프 값 둘 다에 대해, 어떠한 편향도 없는 동일한 기재, 제형 및 시험 조건에 대한 크리프 보유도 값에 비해 10%, 보다 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 30%의 크리프 보유도의 개선이 달성되는, 시스템.
실시예
크리프 시험을 위한 표본은 SurewrapTM, AllegroTM 및 슬롯 다이 팁을 수용하도록 설계된 NordsonTM Zero-Cavity 핫 멜트 피복 모듈이 장착된 맞춤형 피복기/적층기를 사용하여 제조한다. 본 발명을 위해, AllegroTM 팁이 본 발명의 조성물을 680Decitex(dtex) 섬도를 갖는 InvistaTM 탄성 스트랜드에 직접 도포하는데 사용된다. 팁은 세 개의 탄성 스트랜드를 동시에 피복시킬 수 있는 5mm 간격으로 떨어져 있는 세 개의 별도의 접착제 노즐 또는 오리피스를 갖는다.
본원에서 사용되는, Decitex(dtex로 약칭됨)는 10,000미터의 섬유 길이당 그램 단위의 질량을 가리킨다. 이것은 직물 산업에서 섬유 섬도(fineness)의 척도이다.
크리프 내성 시험은 표 2 내지 표 4에 기술된 바와 같은 적층된 표본으로 실시하였다. 적층된 표본 세그먼트 약 350mm를 완전히 신장시켜서(stretched) 강성 Polyglass 보드 조각에 단단히 부착한다. 300mm의 길이를 표시하고 탄성 스트랜드를 그 표시에서 절단한다. 그후, 표본을 37.8℃(100℉)에서 공기-순환 오븐에 배치한다. 이러한 조건하에서, 상기 신장 하의 탄성 스트랜드를 특정 거리로 수축시킨다. 상기 탄성 스트랜드들의 말단들 사이의 거리를 4시간 후 측정한다. 크리프 보유도로서 정의되고 퍼센트(%)로서 표현되는, 초기 길이에 대한 최종 길이의 비가 접착제가 탄성 스트랜드를 보유하는 능력의 척도이다(더 큰 수가 바람직하다). 유사하게, 노화시 크리프 보유도 시험은 54.4℃(130℉)에서 설정 기간(1주일, 2주일, 4주일 등) 동안 적층 노화시킴으로써 수행하였다. 상기 지정된 시간 후에, 크리프 내성 시험을 수행하기 전 적어도 12시간 동안 샘플을 실온으로 되게 한다. 또한, 그린 크리프(Green Creep)는 피복기 라인에서 제거된 즉시 시험된 상기 적층물에 대한 것이다. 상기 탄성 스트랜드도 마찬가지로 절단하지만, 실온에서 30분 동안 방치한다. 그 시점에서 스트랜드 이동(movement)의 길이를 측정하여 기록한다(더 작은 숫자가 바람직하다).
다음이 실시예에서 사용된다:
Nyflex 222B는 텍사스주 휴스턴 스위트 540 게스너 로드 840에 소재하는 Nynas USA Inc.로부터 구입된 광유 가소제이다.
Sukorez SU-210은 Kolon Chemicals에 의해 생산된 수소화 탄화수소 점착성 수지이다.
Escorez 5615는 118℃ 연화점을 갖는 수소화 방향족 개질된 지환족 탄화수소 수지이다. 이것은 ExxonMobil Chemical로부터 입수 가능하다.
L-MODU S901은 Idemitsu로부터 입수 가능한 저 모듈러스의, 제어된 입체규칙성 폴리프로필렌이다.
Vestoplast EP NC 702는 Evonik으로부터 입수 가능한 프로필렌-풍부 공중합체이다.
Irganox 1010 항산화제는 BASF로부터 입수 가능한 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)이다.
Clopay BR134는 오하이오주 메이슨 듀크 블러바드 8585에 소재하는 Clopay Plastic Product Co., Inc.로부터의 통기성 PE 필름이다.
SQN SB 15 gsm은 펜실베니아주 맥엘하탄 121 노쓰 로드에 소재하는 First Quality Nonwovens Inc.로부터 구입한 스펀본드 부직포이다.
Irganox 1010은 뉴저지주 플로햄 파크 애브뉴 100에 소재하는 BASF Corporation으로부터 구입한 장애 페놀 항산화제이다.
실시예 1
아래 표 1은 아래 논의된 편향 연구에서 사용된 두 가지 유형의 폴리올레핀계 제형, 즉 APAO 및 헤테로상 제형의 예를 제공한다.
[표 1]
Figure pct00001
a. Nynas Nyflex 222B 광유
b. ExxonMobil Escorez 5615 석유 탄화수소 수지
c. Kolon Sukorez SU-210 수소화 C5/사이클릭 탄화수소 수지
d. 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐) 포스파이트 항산화제
e. LyondellBasell Pro-fax EP501V (프로필렌계 내충격성 공중합체)
f. Dow Infuse 9807 올레핀 블럭 공중합체
g. Idemitsu Kosan L-MODU S901
h. Evonik Vestoplast EP NC 702 (프로펜 풍부)
i. Borealis SD 350 BAS
j. Alphamin 104N (폴리에틸렌 왁스)
표 1의 조성은 총 100 퍼센트에 상응하는 중량 퍼센트를 나타낸다.
표 2는 40psi 닙 압축(nip compression)을 사용하여 0.15초의 오픈 시간에 500m/min의 선 속도와 35mg 접착제/m 스트랜드의 피복 중량으로 수행되는 제형 Ex1의 초기 및 노화시 크리프 보유 성능을 요약한다. 제작 동안 이용되는 기재는 제2 기재로서의 통기성 폴리에틸렌 필름, 680dtex Invista 탄성 스트랜드 (적용 동안 300% 연신된 5mm 간격으로 떨어져 있는 3개의 스트랜드), 및 제2 기재로서의 15 gsm 부직물을 포함한다. 유입구 스트랜드 가이드에서 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드에서 제1 유출구 아이들러까지와 동일하였으며 3.5"였다. 이 경우에, 입사각(유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드로) 및 출사각(도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러로) 둘 다에 대한 값은 동일하다. 모든 각도는 M-D Building Products, Inc.로부터 입수 가능한 디지털 각도 센서를 사용하여 측정하였다.
[표 2]
Ex1의 성능에 대한 편향각(Deflection Angle)의 효과
Figure pct00002
참조: 다중 샘플에 대해 수집된 크리프 보유성 데이터로부터의 표준 편차 값은 모든 표에서 괄호 안에 제공됨.
표 2는 증가된 편향각이 표본의 라이프사이클 동안 본질적으로 모든 시간에서 크리프 보유성을 개선시킴을 입증한다. 이것은, 예전에는, 탄성 스트랜드를 유지하기에 충분할 정도로 빨리 탄성률을 셋-업하여 전개시키는 접착제의 능력에 의해 주로 그린 크리프 성능이 주로 우세하다고 믿어졌기 때문에, 놀라운 발견이었다. 개선된 크리프 보유성은 54.4℃에서 4주 노화 공정 전반에 걸쳐 유지된다.
실시예 2
상기한 바와 같이, 상기 편향은 도포기 헤드를 낮춤으로써 증가될 수 있다. 도포기 헤드에 이르는 스트랜드 가이드와 아이들러의 거리를 상대적으로 조절하는 것 또한, 입사 편향각 및 출사 편향각 둘 다를 독립적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다. 아래 실시예는 입사각(유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드로) 및 출사각(도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러로) 둘 다의 측면에서의 편향을 설명한다. 실시예 2의 추가의 연구는 입사각 및 출사각이 동일하지 않은 경우의 편향의 효과를 조사하기 위해 이루어졌다. 표 3은 제형 Ex1을 사용한 이들 연구의 결과를 요약한다. 시험은 상기한 바와 같이 수행하되 선 속도를 1200ft/min로 하였다. 주지된 경우를 제외하고서, 유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러까지의 거리와 동일하였으며 3.5"였다. 피복 중량은 35mg 접착제/m 스트랜드이었다.
[표 3]
실시예 2 - 커플링되지 않은 입사각 및 출사각의 Ex1 제형에 대한 효과
Figure pct00003
a. 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 10.5"이고; 도포기 헤드로부터 제1 아이들러까지의 거리는 2.5"이다.
표 3은 비-제로 출사각의 중요성을 추가로 입증한다. 입사각이 5.0°로 증가되고 출사각이 0°로 유지되는 경우, 크리프 성능은 시험된 특정 제형에 대해 편향각을 전혀 갖지 않는 것보다 악화되었다. 추가로, 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리를 크게 증가시키는 것(탄성 스트랜드를 지지하지 않은 채로 두고 스트랜드 진동을 잠재적으로 증가시키는 것)은 출사각 편향이 유지(비-제로)되는 한 크리프 성능에 부정적인 영향을 미치지 않았다.
실시예 3
실시예 3은 상기한 조건하에서 500m/min의 선 속도로 수행된 Ex2 제형의 크리프 보유 성능을 평가하기 위해 이루어졌다. 유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러까지의 거리와 동일하였으며 대략 3.5"였다. 달리 주지된 바를 제외하고, 피복 중량은 35mg 접착제/m 스트랜드이었다. 표 4는 실시예 3의 결과를 요약한다.
[표 4]
APAO-기반 제형 Ex2에 대한 편향 효과
Figure pct00004
a. 피복 중량은 35mg 접착제/m 스트랜드에서 20mg 접착제/m 스트랜드로 감소되었다
실시예 4.
실시예 4는 APAO-기반 제형의 증가된 편향에 의한 크리프 보유성을 평가하기 위해 수행하였다. 증가된 편향은, Ex1의 헤테로상 폴리올레핀 접착제 제형에 대한 크리프 보유성에 있어서 가장 극적인 개선을 제공하면서, 또한 표준 편차 값을 최소화시키고 더 낮은 피복 중량이 APAO-기반 제형에서 사용되도록 촉진시키는 것으로 나타났다. 유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러까지의 거리와 동일하였으며 대략 3.5"였다. 달리 주지된 바를 제외하고서, 피복 중량은 35mg 접착제/m 스트랜드이었다.
[표 5]
RAHECO-기반 제형 Ex3에 대한 편향 효과
Figure pct00005
표 5는 1200ft/min에서 스트랜드 당 30mg/m Ex3 제형을 사용하여 다중 셋-업 조건들에 걸친 크리프 보유성의 표준 편차의 감소를 보여준다. 조건의 제1 세트는 다양한 편향 수준을 갖는 90°의 도포기 헤드 경사를 나타낸다. 비-편향 조건은 최저 크리프 보유성 뿐만 아니라 높은 표준 편차를 보였다. 제형 Ex3에 편향(2.5°)을 도입하기 시작하는 경우, 먼저 크리프 보유성이 (비 편향 조건에 비해) 증가한다. 편향의 정도가 증가함(5.0°)에 따라 크리프 보유성은 계속 증가하고 표준 편차는 감소하며; 보다 일관된 생성물을 야기한다. 이것은 75° 도포기 헤드 경사에서의 조건 값에 대해서도 적용된다(표 5).
헤테로상 폴리올레핀계 제형 또는 APAO-우세 제형 중 어느 것으로 취급하든 간에, Nordson Corp로부터 입수 가능한 AllegroTM 노즐과 같은 도포기를 사용하는 경우 편향각(입사 편향각 및 출사 편향각)을 반드시 고려해야 한다. 본 발명은 상기 라인 구성에의 작은 조절이 제형에 대한 어떠한 조절 없이도, 접착제 조성물의 최종 성능을 극적으로 증가시킬 수 있음을 입증한다. 이것은 추가로, 수행 공정 동안 표준 편차를 더 낮출 수 있게 하면서도 최종 성능을 손상시키지 않으면서 보다 낮은 피복 중량 사용을 촉진시킬 수 있다.
SBc를 폴리올레핀계 제형, 특히 헤테로상 폴리올레핀을 기본으로 하는 것으로 전환시키는 경우, 접착제가 하향력(편향)에 의해 탄성 스트랜드 상에 잘 피복될 뿐만 아니라, 이러한 구성상의 변화는 최종 크리프 성능 및 전반적인 일관성(consistency)을 극적으로 개선시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 상기한 바와 같이, 몇 가지 제형을 설정된 편향 값들에서 시험하여 이러한 중요한 연구 결과를 얻었다.
비교 실시예 1
비교 실시예 1을 SBc-기반 제형에 대한 편향의 효과를 평가하기 위해 실시하였다. SBc-기반 제형은 40psi 닙 압축을 사용하여 0.15초의 오픈 시간에 500m/min의 선 속도와 25mg 접착제/m 스트랜드의 피복 중량으로 수행되었다. 제작 동안 이용되는 기재는, 제1 기재로서의 통기성 폴리에틸렌 필름, 680dtex Invista 탄성 스트랜드(적용 동안 300% 연신된 5mm 간격으로 떨어져 있는 3개의 스트랜드), 및 제2 기재로서의 15 gsm 부직물을 포함한다. 유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러까지의 거리와 동일하였으며 대략 3.5"였다. 이 경우에, 입사각(유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드로) 및 출사각(도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러로) 둘 다에 대한 값은 동일하다.
[표 6]
Figure pct00006
상기 표 6의 데이터는 SBc-기반 제형, 특히, SBS(스티렌-부타디엔-스티렌) 블럭 공중합체를 함유하는 제형을 사용하는 경우의 결과를 나타낸다. 제형은 적어도 하나의 점착성 수지, 가소제, 및 항산화제를 추가로 함유한다. 크리프 보유도 값은 편향에 의해 전반적으로 약간 개선되는 것으로 보이지만, 기재 상에 형성된 접착제의 패턴은 예측 불가능한 경향이 있다. 특히, 이러한 SBc-기반 제형과 함께 사용되는 편향은 적층을 따라 접착제 응집을 초래하여, 불규일한 피막을 제공한다. 보다 높은 농도의 접착제를 갖는 이러한 부위는 불균일한 패턴 외관에도 불구하고 개선된 크리프 보유성을 야기할 수 있다. 더욱이, 이러한 불균일한 분무 및 접착 패턴은 상업적 규모에서는 허용될 수 없을 것이다.
비교 실시예 2.
비교 실시예 2는 또 다른 SBc-기반 제형에 대한 편향의 효과를 평가하기 위해 실시하였다. SBc-기반 제형은 40psi 닙 압축을 사용하여 0.15초의 오픈 시간에 900ft/min의 선 속도와 30mg 접착제/m 스트랜드의 피복 중량으로 수행되었다. 제작 동안 이용되는 기재는 제2 기재로서의 비-통기성 폴리에틸렌 필름, 680dtex Invista 탄성 스트랜드(적용 동안 300% 연신된 5mm 간격으로 떨어져 있는 3개의 스트랜드), 및 제2 기재로서의 15 gsm 부직물을 포함한다. 유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드까지의 거리는 도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러까지의 거리와 동일하였으며 대략 3.5"였다. 이 경우에, 입사각(유입구 스트랜드 가이드로부터 도포기 헤드로) 및 출사각(도포기 헤드로부터 제1 유출구 아이들러로) 둘 다에 대한 값은 동일하다.
[표 7]
Figure pct00007
상기 표 7의 데이터는 SBc-기반 제형, 특히, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 삼블럭/스티렌-이소프렌(SI) 이블럭 공중합체 블렌드를 함유하는 제형을 사용하는 경우의 결과를 나타낸다. 제형은 적어도 하나의 점착성 수지, 가소제, 및 항산화제를 추가로 함유한다. 이러한 비교 실시예 2에서, SBc-기반 제형의 크리프 보유 성능은 편향에 의존적이지 않은 것으로 나타났다. 예를 들어, 어떠한 편향도 적용되지 않은 제형의 4주 크리프 보유성 데이터는 2.5° 또는 5.0°의 출사각 및 입사각이 적용된 제형과 동일하거나 상기 제형보다 더 양호하게 성취되었다.
본 명세서 내에서 실시형태들은 명세서가 명확하고 간결하게 작성될 수 있도록 하는 방식으로 기술되었지만, 실시형태들은 본 발명을 벗어나지 않으면서 다양하게 조합되거나 분리될 수 있는 것으로 의도되고 인지될 것이다. 　예를 들어, 본원에 기술된 모든 바람직한 특징들은 본원에 기술된 발명의 모든 측면에 적용 가능한 것으로 인지될 것이다.

Claims (20)

  1. 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제(hot melt adhesive)를 사용하는 방법으로서,
    용융 상태의 상기 접착제를, 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포기로 도포하는 단계(여기서, 중립-배치된(neutrally-positioned) 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행(travel)의 하류 방향(downstream direction)으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 출사각(exit angle)은 적어도 1°이다); 및
    제2 기재를 상기 접착제와 접촉시킴으로써, 상기 제2 기재를 상기 제1 기재에 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출사각이 1° 내지 20°인, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 출사각이 2° 내지 10°인, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 출사각이 2.5° 내지 7.5°인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도포 단계 동안, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향(upstream direction)으로 연장되는 상기 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 입사각(entrance angle)이 적어도 1°인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 입사각이 1° 내지 20°인, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 입사각이 2° 내지 10°인, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 입사각이 2.5° 내지 7.5°인, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도포 단계 동안, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁(tip)의 접촉 지점에 접하는(tangent) 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선(axial line)에 의해 한정되는 헤드 경사각(head tilt angle)이 1° 내지 30° 또는 91° 내지 120°인, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 헤드 경사각이 70° 내지 88°인, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 헤드 경사각이 80° 내지 88°인, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 중합체 성분, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지(antioxidant package)를 포함하고, 중합체 성분이 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중합체 성분이 적어도 50중량%의 상기 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 중합체 성분, 가소제, 점착성 수지 및 항산화제 패키지를 포함하고, 상기 중합체 성분이 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 블렌드로 필수적으로 이루어지는, 방법.
  15. 폴리올레핀계 핫 멜트 접착제를 탄성 스트랜드를 포함하는 제1 기재에 도포하기 위한 시스템으로서,
    탄성 스트랜드를 포함하고 선형으로 이동(moving)하는 제1 기재와 접촉하도록 구성되고, 또한 상기 접착제를 상기 제1 기재에 도포하도록 구성된 도포기 팁(tip)을 갖는 도포기; 및
    중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 하류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°의 출사각을 제공하도록, 상기 도포기 팁의 수직 위치 위에 배치된 유출구(outlet) 롤러(roller) 또는 아이들러(idler)를 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 출사각이 2° 내지 10°인, 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 중립-배치된 도포기의 축에 수직인 선과 상기 도포기로부터 주행의 상류 방향으로 연장되는 탄성 스트랜드에 의해 한정되는 적어도 1°의 입사각을 제공하도록, 상기 도포기 팁의 수직 위치 위에 구성된 유입구 롤러 또는 아이들러를 추가로 포함하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 입사각이 2° 내지 10°인, 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 도포기가, 상기 스트랜드와 상기 도포기 팁의 접촉 지점에 접하는 선과 상기 접착제가 상기 도포기를 빠져나가면서 상기 접착제의 주행 방향을 따라 연장되는 축선에 의해 한정되는 60° 내지 89° 또는 91° 내지 120°의 헤드 경사각을 제공하도록 구성되는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 도포기가 70° 내지 88°의 헤드 경사각을 제공하도록 구성되는, 시스템.
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