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KR100668020B1 - 파괴할 수 있는 피부층을 갖는 통기성 다중층 필름 - Google Patents

파괴할 수 있는 피부층을 갖는 통기성 다중층 필름 Download PDF

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KR100668020B1
KR100668020B1 KR1020027002499A KR20027002499A KR100668020B1 KR 100668020 B1 KR100668020 B1 KR 100668020B1 KR 1020027002499 A KR1020027002499 A KR 1020027002499A KR 20027002499 A KR20027002499 A KR 20027002499A KR 100668020 B1 KR100668020 B1 KR 100668020B1
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KR
South Korea
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immiscible polymer
core layer
film
breathable film
layer
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KR1020027002499A
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Inventor
앤 루이즈 맥콜맥
윌리암 벨라 해프너
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물로 코어층을 제공하고, 2 이상의 비혼화성 중합체 혼합물로 피부층을 제공하고, 코어층 및 피부층 혼합물을 공압출하여 다중층 필름을 형성하고, 다중층 필름을 연신하여 코어층에 공극을 형성시키고, 1 또는 2개의 피부층에 틈을 형성시킴으로써 통기성 코어층 및 1 또는 2개의 피부층을 포함하는 통기성 다중층을 제조한다. 연신이 일어 나는 동안 틈을 형성시킴으로써 피부층은 필름 또는 라미네이트 제품의 통기성율을 부당하게 감소시키지 않고 공압출 되는 동안 코어층의 충전제가 다이에 축척되는 것을 경감하고 공압출 후 필름을 기판에 결합하게 하는 두 가지 역할을 수행할 수 있게 된다. 통기성 필름, 및 통기성 필름을 포함하는 라미네이트는 다양한 개인 위생 흡수 용품, 의료용 가먼트 및 다른 제품에 유용하다.
통기성, 다중층, 피부층, 코어층

Description

파괴할 수 있는 피부층을 갖는 통기성 다중층 필름 {Breathable Multilayer Films With Breakable Skin Layers}
본 발명은 코어층 및 1 또는 2개의 인접 피부층을 갖는 통기성 다중층 필름에 관한 것이다. 코어층은 열가소성 수지와 미립자 충전제의 혼합물을 함유하여 필름이 공압출된 후 연신되어 얇아 졌을 때 수증기에 대해 통기성이 된다. 피부층(들)은 코어층의 미립자 충전제가 공압출되는 동안 다이립(die lip)에 축척되는 것을 방지한다. 피부층은 연신되는 동안 균열되고(거나) 파괴되어 전체적인 필름의 통기성을 향상시킨다.
연신에 의해 얇아진 통기성 필름, 및 통기성 필름 및 부직 웹을 포함하는 라미네이트는 일회용 제품의 백킹제(backing), 다른 개인 위생 용품 및 의료용 가먼트에 사용된다. 맥콜맥(McCormack)의 특허 US 5,695,868에는 통기성 필름, 및 섬유질 폴리올레핀 부직 웹에 열 결합된 필름을 포함하는, 직물과 같은 느낌의 통기성 필름/부직포 복합재가 개시되어 있다. 전형적으로, 필름은 1 또는 2개의 인접한 피부층과 함께 공압출된 코어층을 포함한다.
필름 두께의 대부분을 차지하는 코어층은 상당한 양(예를 들면, 30-75 중량％)의 미립자 무기 충전제와 열가소성 중합체의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 필 름이 공압출된 후에 연신되면, 코어층의 미립자 충전제 주위로 공극이 형성된다. 공극은 수증기가 필름을 통해 확산될 수 있도록 해 주는 얇은 중합체막(polymer membrane)에 의해 어느 정도 한정되고 분리된다. 이러한 확산이 필름이 수증기에 대해 통기성을 갖게 해 주는 원인이다.
피부층(들)은 필름 두께의 적은 부분을 차지하고, 필름 두께의 15％ 미만을 차지할 수 있다. 피부층은 2가지 주요한 역할을 담당한다. 그 중 한 가지 역할은 공압출되는 동안 다이립을 코어층으로부터 일부 보호하여 코어층의 미립자 충전제가 다이립에 과도하게 축척되지 않도록 하는 것이다. 다른 한 가지 역할은 결합층으로 작용하여 공압출된 필름이 부직 웹에 결합하는 것을 돕는 것이다.
피부층의 한 가지 단점은 필름 전체의 수증기 통기성을 감소시킨다는 것이다. 피부층이 두꺼워지면 질수록 통기성은 더욱 더 감소한다. 공압출되는 동안 다이 축척을 방지하고 필름이 부직 웹에 결합하는 것을 돕기에는 충분하지만, 피부층이 외히려 너무 두꺼워서 필름의 전체적인 통기성을 실질적으로 손상시키지 않을 수 있게 피부층의 두께를 최적화할 필요가 있다. 이러한 균형을 이루는 것은 특히 통기성이 더 큰 필름 및 라미네이트쪽으로 가는 경향을 고려해 볼 때 성취하기에 매우 어려운 일이다.
발명의 요약
본 발명은 코어층 및 1 또는 2개의 인접 피부층을 포함하는, 연신에 인해 얇아진 통기성 필름에 관한 것이다. 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물로부터 제조되어 필름이 연신될 때 미립자 충전제 주위로 공극이 형성된다. 피부층은 필름이 공압출 되는 동안은 그 일체성을 유지하고 있지만 필름이 연신될 때에는 균열이 발생하는 중합체 블렌드로부터 형성된다.
본 발명의 결과로, 피부층은 코어층의 미립자 충전제에 의해 야기되는 압출 다이 축척을 적절히 방지하기에 충분한 두께로 제조될 수 있다. 피부층은 필름을 기판, 예를 들면 부직 웹에 적절히 결합시키기 위해 요구되는 두께로 제조될 수도 있다. 피부층은 필름을 연신시키는 동안 균열되기 때문에 필름 전체의 수증기 통기성에 유의한 손상을 주지는 않는다.
피부층(들)은 필름이 연신될 때 피부층의 균열을 일으키는 2종 이상의 비혼화성 중합체 블렌드로부터 제조된다. 한 실시 태양에서, 피부층(들)은 통상적인 고압 중합법을 사용하여 제조한 약 20 내지 80 중량％의 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌및 약 20 내지 80 중량％의 에틸렌-프로필렌 공중합체 탄성체(프로필렌이 주성분이고 에틸렌이 부성분임)를 함유하는 블렌드로부터 제조된다. 다른 실시 태양에서, 피부층(들)은 약 12％ 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 약 20 내지 80 중량％의 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 및 상기한 에틸렌-프로필렌 공중합체 탄성체 약 20 내지 80 중량％를 함유하는 블렌드로부터 제조된다. 또 다른 실시 태양에서, 피부층(들)은 약 20 내지 80 중량％의 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체 및 상기한 에틸렌-프로필렌 공중합체 탄성체 20 내지 80 중량％를 함유하는 블렌드로부터 제조된다.
또 다른 실시 태양에서, 피부층(들)은 약 75 내지 98 중량％의 제 1 성분(이 것은 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌, 약 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 및 약 12 중량％ 이하의 메틸 아크릴레이트를 함유하는 에틸렌 메틸 아크릴레이트로부터 선택된다) 및 약 2 내지 25 중량％의 제 2 성분(이것은 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 및 폴리부텐으로부터 선택된다)을 함유하는 블렌드로부터 제조된다.
본 발명은 또한 연신으로 인해 얇아진 통기성 필름의 제조 방법을 포함한다. 이 방법은 1종 이상의 열가소성 중합체 및 미립자 충전제를 함유하는 코어층 조성물을 제공하는 단계, 코어층의 한 쪽면 또는 양 쪽면을 위한 피부층 조성물을 제공하는 단계, 다이를 통해 코어층 조성물 및 피부층 조성물을 공압출하여 코어층 및 1개 이상의 피부층을 갖는 다중층 필름을 형성하는 단계, 필름이 다이를 빠져 나온 후 필름을 1 방향 이상으로 연신하는 단계, 및 필름을 연신하는 동안 피부층을 균열시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 중요한 특징은 피부층이 공압출되는 동안 다이에서 균열되는 것이 아니라 다이를 빠져 나온 후 연신 되는 동안 균열된다는 점이다.
상기한 사항을 염두에 두면, 코어층 및 코어층의 한 쪽면 또는 양 쪽면에 균열된 피부층(이 피부층은 필름을 연신하는 동안 균열되어 수증기에 대해 향상된 통기성을 제공한다)을 갖는, 연신에 의해 얇아진 통기성 필름을 제공하는 것이 본 발명의 특징이자 우수한 점이다.
향상된 가공성을 갖고, 코어층의 미립자 충전제가 다이에 축척되는 것을 실질적으로 방지하기에 충분한 두께의 피부층을 갖는, 연신에 의해 얇아진 통기성 필 름을 제공하는 것이 또한 본 발명의 특징이자 우수한 점이다.
필름을 연신하는 동안 피부층(들)이 균열되어 향상된 통기성을 제공하게 되는, 연신에 의해 얇아진 통기성 다중층 필름의 향상된 제조 방법을 제공하는 것이 또한 본 발명의 특징이자 우수한 점이다.
상기한 및 다른 특징 및 우수성은 하기하는 현재 바람직한 실시 태양에 대한 상세한 설명 및 도면을 함께 참조하면 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시 태양인 3층 통기성 필름의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 태양인 2층 통기성 필름의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 통기성 필름을 포함하는 라미네이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 통기성 필름 및 라미네이트를 제조하기 위한 전체 공정의 개략도이다.
시험 절차
하기하는 절차는 본 발명의 자기 조절 필름(self-regulating film)에 대한 통기성율(MVTR)을 시험하기 위한 것이다. MVTR은 물질의 수증기 투과율을 시험하기 위한 ASTM 표준 시험법, 즉 아래의 지정 E-96-80과 유사한 방법으로 측정한다. 본 발명의 목적을 위해, 시험 물질 및 대조 물질(CELGARDTM 2500(Hoechst Celanese Corporation))으로부터 지름이 3 인치(76 mm)인 원형 샘플을 잘라 낸다. CELGARD 2500은 미세 다공성 폴리프로필렌으로 구성되어 있는 0.0025 cm 두께의 필름이다. 각 물질에 대해 2 또는 3개의 샘플을 준비한다. 시험 절차에 사용하는 시험 컵은 플랜지가 있고, 깊이가 5.1 cm이고, 기계적으로 밀봉되어 있고, 네오프렌 개스킷이 있는 캐스트 알루미늄이다. 상기 컵은 트윙-알버트 인스트루먼트 컴퍼니(Thwing-Albert Company, Philadelphia, Pennsylvania)가 증기 측정 컵(vaprmeter cup) 번호 68-1로 지정하여 판매하고 있다. 증류수 백만 밀리미터를 각 증기 측정 컵에 붓고, 시험 물질 및 대조 물질의 각 샘플을 각 컵의 최상면 맞은 편에 위치시킨다. 스크류-온 플랜지를 죄어서 시험 물질 또는 대조 물질의 지름 62 mm 이상에 해당하는 면적(개방 노출 면적 약 30 cm2)이 주위 대기압에 노출되게 하고 있는 컵 가장 자리를 따라 밀봉한다. 다음, 컵의 중량을 측정하고, 트레이에 놓은 후, 38℃의 송풍 건조기(forced air oven)에 둔다. 건조기는 온도가 일정하고, 외부 공기가 통할 수 있어 수증기가 그 내부에 축척되는 것을 방지한다. 적절한 송풍 건조기는 예를 들면 블루 엠 일렉트릭 코포레이션(Blue M Electric Co., Blue Island, Illinois)이 판매하는 블루 엠 파워-오-매틱(Blue M Power-O-Maatic) 60 건조기이다. 24시간이 지난 후, 컵을 건조기에서 제거하고 중량을 측정한다. 예비적인 시험 MVTR값은 아래의 수학식 1과 같이 계산한다.
시험 MVTR = [24시간 동안 손실 중량(g) x 7571]/24
건조기 내의 상대 습도는 특별히 제어하지 않는다. 소정의 조건, 즉 38℃ 및 주위 상대 습도에서 CELGARD 2500의 MVTR은 5000 g/m2-24시간으로 측정되어 왔다. 따라서, CELGARD 2500은 각 시험에서 대조 샘플로 사용되고, 알려져 있는 MVTR에 대한 대조 샘플의 변화율에 따라 측정치를 보정한다.
현재 바람직한 실시 태양에 대한 상세한 설명
도 1에는 2개의 피부층(22,24) 사이에 위치하는, 공극이 있는 중합체 매트릭스(12)를 갖고 연신에 의해 얇아진 코어층(11)을 포함하는 통기성 다중층 필름(10)이 도시되어 있다. "공극이 있는 중합체 매트릭스(12)"라는 용어는 개방 간극 또는 "공극"을 함유하는 중합체 매트릭스를 뜻한다. 매트릭스(12) 내의 공극(14)는 적어도 그 일부가 곡선 경로를 정의하는 얇은 다공성막(13)에 의해 둘러 싸여 있고, 각 공극(14) 내에는 하나 이상의 미립자 충전제(16)이 있다. 필름(10)은 MVTR이 약 500 g/m2-24시간 이상인 다공성 통기성 필름이다. 공극 사이의 다공성막(13)은 수증기 분자가 필름의 제 1 표면(18)에서 제 2 표면(20)으로 쉽게 확산될 수 있게 한다.
피부층(22,24)은 외부면(18,20)에서 피부층을 관통하여 코어층(11)의 경계면에 이르는 다수의 틈(17)을 포함한다. 피부층에 있는 이 틈(17)은 필름(10)을 연신하여 얇게 하는 과정에서 발생하여 코어층(12)에 공극이 형성되게 한다. 틈이 없으면 피부층은 중합체 매트릭스(12) 내의 공극 형성에 의해 촉진되는 수증기 투과를 어느 정도 억제할 것이다. 이러한 억제는 피부층을 균열시킴으로써 피부층(22,24)이 수증기 투과를 유의하게 방해하지 않는 정도까지 감소시킬 수 있 다. 그 결과 전체적인 통기성율이 높은 통기성 필름(10)을 얻을 수 있다.
도 2에는 도1의 피부층에 비해 상대적으로 두꺼운 단 하나의 피부층(24)를 갖는 2층 통기성 필름(10)이 도시되어 있다. 도 2의 필름은 도 1의 코어층과 유사하게 공극이 있는 코어층을 갖는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 틈(17)은 어느 정도 두꺼운 피부층(24)를 완전히 관통한다. 피부층(24)에 다수의 틈을 형성함으로써 두꺼운 피부층에도 불구하고 2층 필름의 통기성을 유지할 수 있다.
도 3에는 도 2의 2층 필름(10)이 열 결합, 접착제 결합, 초음파 결합 등에 의해 기판층(40)에 라미네이팅된 라미네이트(30)이 도시되어 있다. 기판층(40)은 섬유질 부직 웹, 예를 들면 스펀본드 또는 멜트블로운 웹일 수 있다.
어느 정도의 미소 섬유화를 포함할 수도 있는 균열된 피부층은 균열된 표면이 없는 통상적인 통기성 필름보다 더 천 같은 느낌을 줄 수 있고 또한 그렇게 보일 수도 있다. 부직포층이 다른 방법으로 필름에 라미네이팅되어 부드러운 느낌 및 천 같은 느낌을 주어야 하는 경우에, 균열된 피부층이 이러한 성질을 제공할 수 있어 부직포층의 필요성을 없애 준다.
양쪽 필름(10)의 코어층(11)을 한정하는 중합체 매트릭스(12)는 적절한 모든 필름 형성 열가소성 중합체로부터 제조될 있다. 적절한 중합체의 예에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 주성분인 에틸렌과 C3-C12 알파-올레핀(통상적으로 직쇄 저밀도 폴리에틸렌으로 알려져 있음)의 공중합체, 주성분인 프로필렌과 에틸렌 및(또는) C4-C12 알파-올레핀의 공중합체, 및 가요성 폴리올레핀(주폴리프로필렌 사슬에 아택 틱 및 이소택틱 프로필렌기를 갖는 프로필렌 기재 중합체를 포함함)이 있고, 이것에 한정되는 것은 아니다. 적절한 매트릭스 중합체의 다른 예에는 탄성체, 예를 들면 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 일반식 A-B-A' 또는 A-B를 갖는 블록 공중합체(예를 들면, 코폴리 (스티렌/에틸렌-부틸렌), 스티렌-폴리 (에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-폴리 (에틸렌-부틸렌)-스티렌, 폴리스티렌/폴리(에틸렌-부틸렌)/폴리스티렌, 폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌) 등)이 있고, 여기에 한정되는 것은 아니다. 메탈로센 촉매화에 의해 제조된 폴리올레핀(US 5,571,619, US 5,322,728 및 US 5,272,236에 기재되어 있는 것들을 포함함)도 유용하고, 상기 특허 문헌의 내용은 본 명세서에 참고로 인용한다.
메탈로센 촉매를 사용하여 제조한 중합체는 매우 좁은 분자량 범위를 갖는다. 메탈로센을 사용하여 제조한 중합체는 4 미만 심지어는 2 미만의 다분산도(Mw/Mn)도 가능하다. 이들 중합체는 다른 측면으로 유사한 지글러-나타 촉매를 사용한 중합체에 비해 제어된 단쇄 분지 분포도(short chain branching distribution)를 갖는다. 중합체의 이소택틱도를 매우 정밀하게 제어하기 위해 메탈로센 촉매계를 사용할 수도 있다.
메탈로센 중합체를 상업적으로 제조하는 것은 다소 제한되어 있기는 하지만 성장하고 있다. 폴리프로필렌 기재 중합체로는 엑손 케미컬 컴퍼니(Exxon Chemical Company, Baytown, Texas)의 상품명 ACHIEVETM을, 폴리에틸렌 기재 중합체로는 EXACTTM 및 EXCEEDTM을 사용할 수 있다. 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company, Midland, Michigan)의 중합체(상품명 AFFINITYTM)도 사용할 수 있다. 이들 물질들은 입체 비특이 메탈로센 촉매를 사용하여 제조된다고 생각된다. 엑손은 일반적으로 그들의 메탈로센 촉매 기술을 "한 자리"촉매로 부르지만 다우는 그들의 것을 여러 개의 반응 자리를 갖는 전통적인 지글러-나타 촉매와 구별하기 위해 상품명을 INSITETM으로 하여 "기하 구속 촉매"라 부른다. 피나 오일(Fina Oil), 바스프(BASF), 아모코(Amoco), 회히스트(Hoechst) 및 모빌(Mobil)과 같은 다른 제조 업체들도 이 분야에서 활동하고 있으며, 이러한 기술을 사용하여 제조된 중합체를 사용할 가능성은 향후 10년 내에 상당히 성장할 것으로 예상된다. 본 발명을 실시할 때에 있어서 매트릭스 폴리올레핀이 바람직하고 폴리에틸렌이 가장 바람직하다.
중합체 매트릭스는 약 20 내지 80 중량％, 바람직하게는 약 25 내지 65 중량％, 가장 바람직하게는 약 30 내지 50 중량％의 코어층(11) 및 그 나머지를 차지하는 충전제 입자(16)으로 구성되어야 한다.
중합체 조성물, 충전제 함량, 충전제 입자 크기 및 연신 정도는 다공성 코어층(11)의 통기성을 결정하는 인자이고, 따라서 다중층 필름(10)의 통기성에 영향을 미친다. 일반적으로, 통기성 필름(10)은 약 50 미크론보다 얇고, 바람직하게는 약 30 미크론보다 얇고, 가장 바람직하게는 약 20 미크론보다 얇다.
충전제 함량 및 연신 정도는 공극 갯수 및 공극 사이 곡선 경로의 성질에 영향을 미친다. 전체 충전제의 함량은 코어층(11)의 약 20 내지 80 중량％, 바람직하게는 약 35 내지 75 중량％, 가장 바람직하게는 약 50 내지 70 중량％이다. 필 름(10)은 일방향 또는 이방향으로 연신될 수 있다. 필름은 그 원래 길이의 약 1.1 내지 7.0배, 바람직하게는 약 1.5 내지 6.0배, 가장 바람직하게는 약 2.5 내지 6.0배 일방향으로 연신될 수 있다. 당업자가 잘 알고 있는 통상적인 기술을 사용하여 필름을 이방향으로 연신할 수도 있다. 연신 온도는 사용한 특정 중합체에 따라 달라지지만 약 38 내지 150℃이고, 일반적으로 약 70 내지 95℃이다.
충전제 입자(16)은 공극을 통한 증기 투과를 최대화하기 위해 바람직하게는 작다. 일반적으로 충전제 입자의 평균 입자 크기는 지름이 약 0.1 내지 7.0 미크론, 바람직하게는 약 0.5 내지 7.0 미크론, 가장 바람직하게는 약 0.8 내지 2.0 미크론이다.
코어층(11)의 충전제 입자(16)은 다양한 무기 및 유기 충전제로부터 선택될 수 있다. 적절한 충전제에는 칼슘 카르보네이트, 클레이, 실리카, 알루미나, 바륨 설페이트, 소듐 카르보네이트, 활석, 마그네슘 설페이트, 티타늄 디옥사이드, 제올라이트, 알루미늄 설페이트, 규조토, 마그네슘 설페이트, 마그네슘 카르보네이트, 바륨 카르보네이트, 고령토, 운모, 탄소, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 알루미늄 하이드록사이드 및 중합체 입자가 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 충전제 입자(16)은 소량(예를 들면, 2 중량％ 이하)의 지방산 또는 다른 물질로 코팅하여 중합체 매트릭스 내에서의 분산을 용이하게 할 수 있다. 적절한 지방산에는 스테아르산 또는 장쇄 지방산(예를 들면, 베헨산)이 포함되지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
피부층(22,24)은 각 응용에서 요구되는 다양한 두께를 가질 수 있다. 일반 적으로 얇은 피부층을 사용하여 통기성을 최대화하는 것이 바람직하지만, 연신 되는 동안 피부층에 균열이 생기기 때문에 바람직한 두께보다 더 두꺼운 피부층을 사용할 수 있는 여지를 크게 한다. 2개의 피부층(22,24)이 3층 필름에 사용되는 경우에는 이 두 피부층을 합한 두께가 전체 필름 두께의 약 1 내지 30％, 바람직하게는 약 2 내지 15％, 더 바람직하게는 약 3 내지 5％일 수 있다. 각 피부층의 두께는 전체 필름 두께의 약 0.5 내지 15％, 바람직하게는 약 1 내지 7.5％, 더 바람직하게는 약 1.5 내지 2.5％일 수 있다. 단 하나의 피부층(24)만이 2층 필름에 사용되는 경우에는 피부층의 두께는 전체 필름 두께의 약 0.5 내지 30％, 바람직하게는 약 1 내지 15％, 더 바람직하게는 약 1.5 내지 5％일 수 있다.
피부층(22,24)은 필름을 연신하는 동안 균열된다. 바꿔 말하면, 피부층은 다이에서 공압출되는 동안에는 그 일체성을 유지하고 균열되지 않아 코어층(11)의 충전제 입자(16)가 다이에 축척되는 것을 최소화하는 그 역할을 가장 잘 수행할 수 있다. 피부층의 균열은 다음의 필름(10) 연신 과정에서 일어 나야 한다. 연신에 의해 코어층의 충전제 입자(16) 주위로 공극(14)이 형성되고, 1 또는 2개의 피부층에 틈(17)이 형성되어 필름(10)에 통기성을 부여할 수 있다. 피부층의 틈은 피부층을 관통한다(즉, 각 피부층의 두께와 같은 깊이를 갖는다). 틈(17)의 길이는 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 약 0.3 내지 10 mm, 더 바람직하게는 약 0.5 내지 5 mm이다. 또한 틈(17)은 상당히 높은 진동수에서 생겨야 한다. 일반적으로 틈(17) 간의 평균 거리(즉, 각 틈과 여기에서 가장 가까운 다음 틈 사이의 평균 거리)는 약 10 mm 이하, 바람직하게는 약 5 mm 이하, 더 바람직하게는 약 1 mm 이하이어야 한다.
본 발명에 의하면 피부층(22,24)은 서로 블렌딩되어 있는 2 이상의 약비혼화성 중합체로부터 제조된다. "약비혼화성 중합체"라는 용어는 서로 잘 섞이지 않아 연신력이 가해져 얇은 피부층이 형성되었을 때 균열이 발생되는 중합체를 의미한다. 약비혼화성 중합체는 다이립에서 상 분리가 되어 다이에서 용융 파괴 또는 균열이 발생할 정도로 비혼화성이어서는 안된다. 그 대신, 피부층을 구성하는 중합체 블렌드는 다이를 통해 부드럽게 흘러야 하고, 코어층의 충전제 입자 축척을 최소화하기에 충분하게 연속성을 유지해야 한다. 그러나 중합체는 다중층 필름이 상기한 조건 및 하기하는 방법으로 연신되었을 때 피부층에서 분리 및 균열이 발생할 수 있도록 충분히 비혼화성이어야 한다.
몇몇 실시 태양에서, 피부층은 약 20 내지 80 중량％의 제 1 중합체를 포함할 수 있다. 제 1 중합체는 통상적인 고압(25,000-50,000 psi) 중합법으로 제조한 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌, 약 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 및 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체로부터 선택된다. 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 약 0.910 내지 0.925 g/cm3이고, 분지 수준이 탄소 원자 1000개당 약 15 내지 30 당량의 메틸기이고, 융점이 약 110 내지 120℃일 수 있다. 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체는 유사한 고압법을 사용하여 제조할 수 있고, 바람직하게는 약 8 중량％ 이하, 더 바람직하게는 약 5 중량 ％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유할 수 있다.
피부층은 또한 약 20 내지 80 중량％의 제 2 중합체를 포함할 수 있다. 제 2 중합체는 주성분이 프로필렌이고 부성분이 에틸렌인 에틸렌-프로필렌 공중합체 탄성체이다. 적절한 제 2 중합체에는 이상(heterophasic) 프로필렌-에틸렌 공중합체, 예를 들면 a) 폴리프로필렌 동종중합체 또는 약 10％ 이하의 에틸렌을 함유하는 불규칙 공중합체(random copolymer), b) 약 20 내지 40％의 에틸렌을 함유하는 프로필렌-에틸렌 불규칙 공중합체, 및 c) 55％ 이상의 에틸렌을 함유하는 프로필렌-에틸렌 불규칙 공중합체의 이상 반응기 블렌드가 포함된다. 이상 프로필렌-에틸렌 중합체는 US 5,331,047(Giacobbe), US 5,318,842(Ogale), US 5,300,365(Ogale), US 5,212,246(Oglae)에 개시되어 있다. 이들 특허 문헌들은 본 명세서에 참고로 인용한다.
상기한 실시 태양에서 피부층은 바람직하게는 약 30 내지 70 중량％, 더 바람직하게는 약 40 내지 60 중량％의 제 1 및 제 2 공중합체를 포함한다.
다른 실시 태양에서, 피부층은 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌, 약 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 및 에틸렌 메틸 아크릴레이트로부터 선택되는 약 75 내지 98 중량％의 제 1 성분, 및 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리부텐으로부터 선택되는 약 2 내지 25 중량％의 제 2 성분을 포함할 수 있다. 이들 실시 태양에서, 피부층은 바람직하게는 약 80 내지 97 중량％의 제 1 성분 및 약 3 내지 20 중량％의 제 2 성분을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 약 90 내지 95 중량％의 제 1 성분 및 약 5 내지 10 중량％의 제 2 성분을 포함할 수 있다.
피부층(22,24)는 공압출되는 동안 충전제 다이 축척의 경감 및 이 후의 필름(10)과 기판의 결합이라는 두 가지 역할을 제공하기에 적절하게 두꺼워야 한다. 다른 관점에서는, 피부층은 통기성 코어층(11)이 다중층 필름(10)의 통기성에 주된 영향을 주고(거나) 조절할 수 있도록 가능하면 얇아야 한다. 전체 필름(10)은 상기한 절차로 측정한 통기성율(MVTR)이 약 500 g/m2-24시간 이상이어야 한다. 바람직하게는 필름(10)은 MVTR이 약 1500 g/m2-24시간 이상이어야 하고, 더 바람직하게는 3000 g/m2-24시간 이상이어야 한다.
도 4에는 통기성 다중층 필름 및 라미네이트를 형성하는 일체의 방법이 제시되어 있다. 도 4를 참조하면, 필름(10)은 필름 공압출 장치(예를 들면, 인-라인 또는 오프-라인일 수 있는 캐스트 또는 블로운 유닛)로부터 형성된다. 전형적으로 장치(40)은 2 또는 3개의 압출기(41)을 포함한다. 각각의 피부층을 제조하기 위해서는, 비혼화성 중합체 성분을 혼합하고, 이것을 코어층의 한 쪽면 또는 양 쪽면에 피부층으로 압출하기 위해 유사한 추가의 혼합 장치(도시하지 않음) 및 압출 장치(41)을 사용할 수 있다. 다중층 필름(10)은 냉각 롤러(42)로 압출된다. 냉각 롤러(42)는 패터닝되어 있어 새롭게 형성되는 필름(10)에 엠보싱된 패턴을 제공할 수 있다. 필름은 냉각 롤러(42)에서 냉각된다. 냉각 롤러 옆의 진공 박스에 의해 냉각 롤러 표면에 진공이 형성되어 필름이 냉각 롤러의 표면에 계속해서 밀착되게 하는 것을 돕는다. 에어 나이프 또는 탄성체 피너(44)가 또한 필름(10)이 롤러 표면에 밀착되는 것을 돕는다.
다중층 필름(10)은 필름 압출 장치(40) 또는 제공된 오프-라인 롤러로부터 기계 방향 오리엔터(orienter)일 수 있는 필름 연신 유닛(47)로 이동한다. 필름 연신 유닛(47)은 마샬 앤 윌리암즈 코포레이션(Marshall and Williams Co., Providence, Rhode Island)를 포함하는 판매자로부터 구매할 수 있다. 장치(47)에는 다수의 연신 롤러(46a-46e)가 있다. 이들 연신 롤러는 필름을 기계 방향(필름이 운반되는 방향)으로 점진적으로 연신하여 얇게 한다. 연신 롤러(46a-46e)는 원하는 연신 온도까지 가열되어 코어층(11)이 다공성 및 통기성이 되고 피부층(22,24)에 앞에서 설명한 대로 균열이 발생할 수 있는 연신 길이까지 다중층 필름(10)에 힘을 가하고 점진적으로 연신시킨다. 5개의 연신 롤러(46a-46e)를 갖는 장치(47)을 도시하였지만 롤러의 갯수는 원하는 연신 정도 및 각 롤러 쌍 사이의 연신량에 따라 더 많을 수도 있고 적을 수도 있다.
유리하게는, 필름(10)은 대부분의 폴리올레핀 기재 필름의 경우에 약 38 내지 150℃, 바람직하게는 약 70 내지 95℃의 승온 연신 온도를 사용하여 일방향으로 원래 길이의 약 1.1 내지 7.0배, 바람직하게는 약 2 내지 6배, 더 바람직하게는 약 3 내지 5배 연신할 수 있다. 승온 연신 온도는 모든 연신 롤러(46a-46e) 또는 몇몇 연신 롤러(46a-46e)를 가열하여 유지할 수 있다. 최적 연신 온도는 필름(10)의 코어층 및 피부층 중합체에 따라 달라지지만 일반적으로 코어층(11)의 매트릭스 중합체 융점보다 낮다.
다중층 필름(10)은 당업계에 잘 알려진 접착제 결합 또는 열 결합 기술을 사용하여 하나 이상의 기판(예를 들면, 부직 웹)에 라미네이팅될 수 있다. 기판 및 결합의 종류는 특정 최종 사용 응용에 따라 달라질 것이다. 다시 도 4를 참조하면, 필름(10)은 필름이 연신된 후 곧바로 부직 웹(30)에 라미네이팅될 수 있다. 한 실시 태양에서, 넥커블(neckable) 부직 웹(30)(이것은 스펀본드 웹일 수 있다)은 공급 롤(62)로부터 풀어질 수 있다. 다음, 넥커블 물질(30)은 S-롤 장치(66)의 닙(64)(롤러(68,70)가 접해서 형성됨)을 통해 통과하여 화살표로 표시한 역 S-랩 경로를 따라 이동한다. 롤러(68,70)은 다운스트림 캘린더 결합 롤러(58)보다 느린 속도로 회전하여 웹(30)에 인장력을 가하고 넥-인을 일으킨다. 인장력을 받고 넥킹된 물질은 다이 헤드(74)를 통해 접착제(73)을 웹(30)의 표면에 분무하는 분무 장치(72) 아래를 통과할 수 있다. 넥킹된 웹(30)은 접착제 처리를 하거나 하지 않고 다중층 필름(10)에 접합되어 캘린더 롤러(58) 사이에서 결합될 수 있다. 캘린더 롤러(58)은 필요한 경우 가열될 수 있다. 도 4의 필름(10)의 다른 쪽 면이 공급 롤(63)로부터 공급된 제 2 물질(30a)에 동시에 결합될 수 있다. 제 2 물질(30a)는 제 2 부직 웹 또는 다른 필름층일 수 있다. 생성된 라미네이트(32)는 공급 롤(60)에 감겨지고 축척된다.
생성된 통기성 라미네이트는 다양한 개인 위생 흡수 용품 및 의료 용품에 사용될 수 있다. 흡수 용품에는 기저귀, 훈련용 팬츠, 수영복, 흡수 언드팬츠, 성인 요실금 제품, 여성 위생 용품 등이 포함되지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 의료용 제품에는 의료용 가먼트, 언더패드, 붕대, 천, 의료용 와이프 등이 포함된다.
자기 조절 필름이 유용한 라미네이트 및 최종 용도의 다른 예는 킴벌리-클라크 월드와이드 인크(Kimberly-Clark Worldwide, Inc.)가 소유하고 있는 다양한 특 허 및 특허 출원에 기재되어 있다. 이들 특허 문헌에는 US 특허 출원 08/359,986(1994.12.20 출원), US 특허 출원 08/755,692(1996. 11.25 출원), US 특허 출원 08/777,365(1996. 12.27)이 포함되고 여기에 한정되는 것은 아니다. 이들 특허 출원은 본 명세서에 참고로 인용한다.
본 명세서에 개시한 실시 태양은 현재 바람직한 것으로 여겨지는 것이지만 본 발명의 정신과 범위에서 벗어 나지 않고 다양한 변형 및 개선이 행해질 수 있다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타내었다. 균등물의 의미 및 범위에 속하는 모든 변형은 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석되어져야 한다.

Claims (47)

  1. 코어층(이 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물을 포함하고, 미립자 충전제 주위로는 공극이 형성되어 있음), 및
    상기 코어층의 양 쪽면에 접해 있는 피부층(이 각각의 피부층은 20 내지 80 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 20 내지 80 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 외부면에서 피부층을 관통하여 코어층의 경계면에 이르는 다수의 틈을 가지며, 틈의 길이는 0.1 mm 내지 10 mm임)
    을 포함하고, MVTR이 500 g/m2-24시간 이상인, 연신에 의해 얇게 만든 통기성 필름.
  2. 제 1항에 있어서, 제 2 비혼화성 중합체가 주성분이 프로필렌이고 부성분이 에틸렌인 에틸렌-프로필렌 공중합체 탄성체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  3. 제 2항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  4. 제 2항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  5. 제 2항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 피부층이 30 내지 70 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 30 내지 70 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 그 내부에 다수의 틈이 형성되어 있는 것인 통기성 필름.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 피부층이 40 내지 60 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 40 내지 60 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 그 내부에 다수의 틈이 형성되어 있는 것인 통기성 필름.
  10. 삭제
  11. 코어층(이 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물을 포함하고, 미립자 충전제 주위로는 공극이 형성되어 있음), 및
    상기 코어층의 양 쪽면에 접해 있는 피부층(이 각각의 피부층은 75 내지 98 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 2 내지 25 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 외부면에서 피부층을 관통하여 코어층의 경계면에 이르는 다수의 틈을 가지며, 틈의 길이는 0.1 mm 내지 10 mm임)
    을 포함하는, MVTR이 500 g/m2-24시간 이상인, 연신에 의해 얇게 만든 통기성 필름
  12. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌을 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리프로필렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  13. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌을 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리스티렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  14. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 분지쇄 저밀도 폴리에틸렌을 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리부텐을 포함하는 것인 통기성 필름.
  15. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리프로필렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  16. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리스티렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  17. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 12 중량％ 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리부텐을 포함하는 것인 통기성 필름.
  18. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 에틸렌 메틸 아크릴레이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리프로필렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  19. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 에틸렌 메틸 아크릴레이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리스티렌을 포함하는 것인 통기성 필름.
  20. 제 11항에 있어서, 제 1 비혼화성 중합체가 에틸렌 메틸 아크릴레이트를 포함하고 제 2 비혼화성 중합체가 폴리부텐을 포함하는 것인 통기성 필름.
  21. 제 11항에 있어서, 적어도 하나의 피부층이 80 내지 97 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 3 내지 20 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고 그 내부에 다수의 틈이 형성되어 있는 통기성 필름.
  22. 제 11항에 있어서, 적어도 하나의 피부층이 90 내지 95 중량％의 제 1 비혼화성 중합체 및 5 내지 10 중량％의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고 그 내부에 다수의 틈이 형성되어 있는 통기성 필름.
  23. 삭제
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  25. 삭제
  26. 삭제
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  28. 코어층(이 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물을 포함함)과 상기 코어층의 양 쪽면에 접해 있는 피부층(이 각각의 피부층은 2종 이상의 비혼화성 중합체의 혼합물을 포함함)을 공압출하여 공압출된 필름을 형성하는 단계,
    상기 공압출된 필름을 1 방향 이상으로 처음 길이의 1.1 내지 7.0배 연신하여 연신에 의해 얇게 만든 통기성 다중층 필름을 형성하는 단계,
    상기 필름을 연신하는 동안 상기 코어층에 공극을 형성하는 단계, 및
    상기 필름을 연신하는 동안 상기 피부층에 틈을 형성하는 단계
    를 포함하며, 틈은 외부면에서 피부층을 관통하여 코어층의 경계면에 이르고 그 길이가 0.1 mm 내지 10 mm인, MVTR이 500 g/m2-24시간 이상인 통기성 다중층 필름의 제조 방법.
  29. 제 28항의 방법에 의해 제조된 통기성 필름
  30. 제 29항의 필름 및 섬유질 부직 웹을 포함하는 통기성 라미네이트.
  31. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 기저귀.
  32. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 훈련용 팬츠.
  33. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 수영복.
  34. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 흡수 팬츠.
  35. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 성인 요실금 제품.
  36. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 여성 위생 용품.
  37. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 의료용 가먼트.
  38. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 언더패드.
  39. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 붕대.
  40. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 의료용 천.
  41. 제 30항의 라미네이트를 포함하는 의료용 와이프.
  42. 코어층(이 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물을 포함하고, 미립자 충전제 주위로는 공극이 형성되어 있음), 및
    상기 코어층의 양 쪽에 접해 있는 피부층(코어층 양 쪽의 이 피부층은 20 내지 80 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 20 내지 80 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 외부면에서 피부층을 관통하여 코어층의 경계면에 이르는 다수의 틈을 가지며, 틈의 길이는 0.1 mm 내지 10 mm임)
    을 포함하는, 연신에 의해 얇게 만든 통기성 필름.
  43. 제 42항에 있어서, 코어층 양 쪽의 피부층이 30 내지 70 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 30 내지 70 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  44. 제 42항에 있어서, 코어층 양 쪽의 피부층이 40 내지 60 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 40 내지 60 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  45. 코어층(이 코어층은 1종 이상의 열가소성 중합체와 미립자 충전제의 혼합물을 포함하고, 미립자 충전제 주위로는 공극이 형성되어 있음), 및
    상기 코어층의 양 쪽에 접해 있는 피부층(코어층 양 쪽의 이 피부층은 75 내지 98 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 2 내지 25 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하고, 외부면에서 피부층을 관통하여 코어층의 경계면에 이르는 다수의 틈을 가지며, 틈의 길이는 0.1 mm 내지 10 mm임)
    을 포함하는, 연신에 의해 얇게 만든 통기성 필름.
  46. 제 45항에 있어서, 코어층 양 쪽의 피부층이 80 내지 97 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 3 내지 20 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
  47. 제 45항에 있어서, 코어층 양 쪽의 피부층이 90 내지 95 중량%의 제 1 비혼화성 중합체 및 5 내지 10 중량%의 제 2 비혼화성 중합체를 포함하는 것인 통기성 필름.
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