KR19980066537A - 통기성 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 수지계 40~80체적%와 무기충진제 60~20체적%로 구성되는 조성물 100중량부에 대해 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머 3~30 중량부와 폴리에틸렌계 왁스 0.1~30중량부를 배합한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 면적연신배율 1.5배~36배 범위로 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는 통기성 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따른 통기성 필름은 부드러운 촉감을 가지면서도 필름 가공성, 각종 무기물 충전제 및 첨가제들의 분산성이 우수하며 적정 강도와 투습도를 가지며 기저귀 백시이트, 방수의류 등에 사용하기에 적합한 것이다.

Description

통기성 필름

본 발명은 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성을 가짐과 동시에 이축연신 가공성이 우수한 통기성 필름 또는 통기성 시이트에 관한 것이다.

통기성 필름은 일회용 기저귀, 방수의류, 포장재료, 위생재료 등 여러용도로 사용되고 있다. 그 중에서도 특히 최근 다량 사용되고 있는 일회용 기저귀에는 장시간 착용시 피부호흡의 방해로 피부가 짓물리는 등 소위 다이어퍼래쉬라는 현상을 방지하기 위해 적정 투습성을 가진 통기성 필름이 백시이트로서 널리 사용되고 있다.

종래 통기성 필름은 일본 특허공개공보 소58-149303호, 소60-185803호, 소59-69906호 및 미국특허 제4,472,328호 등에 개시된 바와 같이 주로 폴리에틸렌계 수지인 폴리올레핀수지에 무기충진제를 특정 배율로 첨가한 후 공지의 방법으로 용융제막하여 얻어진 시이트를 1축 또는 2축으로 연신하여 수지와 무기충진제 사이계면에서 미세한 기공이 연속적으로 형성되게 함으로써 통기성 필름을 얻는 방법이 다수 제안되어 왔다.

그런데 통기성 필름은 감촉에 예민한 유아용 기저귀에 사용되고 있다는 점에서 부드러운 감촉이 요구되고 있으며, 또한 미세한 다공성을 가지고 있는 까닭으로 기존 사용하던 비통기성 필름 대비 기계적 물성, 특히 1축연신시 폭방향으로의 인장강도, 연신방향으로의 인열강도 등 강도가 매우 열악해지는 큰 문제점이 있어 그 개선이 시급히 요청되어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 폴리에틸렌계 수지와 무기충진제외에 저융점 고분자, 가소제, 계면활성제 등을 제3성분으로 추가하는 방법들이 다수 제안되었다. 가령 유럽 특허공보 제66672호에서는 액상 또는 왁스상 탄화수소 고분자를, 일본특허공개공보 소57-47334호에서는 액상 폴리부타디엔 또는폴리부텐을, 일본특허공개공보 소58-15538호에서는 폴리히드록시 포화 탄화수소를, 일본특허공개공보 소61-14431호에서는 폴리에스테르계 또는 에폭시계 가소제를, 일본특허공개공보 소62-129321호에서는 실리콘오일을, 일본특허공개공보 소61-235439호, 소62-18435호, 소62-27438호, 소62-280233호, 소62-280234호, 소62-280235호, 소62-288640호, 소63-22844호, 평1-56744호, 평1-96229호, 평1-249840호, 평5-5253호 등에서는 가령 디펜타에리트리톨 에스테르와 같은 에스테르류를 제3성분으로 첨가하여 강도가 우수하면서 동시에 부드러운 촉감을 가지는 통기성 필름을 얻고자 하였다.

그러나 종래기술에서 채택한 상기의 제3성분은 대부분 매우 고가이어서 원가가 크게 상승함은 물론 분자량이 수백 내지 수천 정도밖에 되지 않는 저분자량인 관계로 이런 성분의 용출에 의한 연신 롤 오염, 용융압출가공시 이상유동에 의한 두께 불안정 등 필름 가공공정상 제부작용이 나타남으로써 이에 대한 개선이 절실히 필요하게 되었다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 개선하고자 예의 연구를 거듭한 결과, 신규의 폴리에틸렌계 수지 조성물을 이용하여 필름성형시연신롤 오염, 두께 불안정등 공정상의 문제점이 없음과 동시에 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성을 가지는, 기저귀 백쉬이트 등에 적합하게 이용될 수 있는 통기성 필름을 개발하게 된 것이다.

본 발명의 목적은 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하며 적정 투습도를 가지는 신규의 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제공하기 위한 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명의 목적은 폴리에틸렌계 수지 40~80체적%와 무기충진제 60~20체적%로 구성되는 조성물 100중량부에 대해 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머 3~30중량부와 폴리에틸렌계 왁스 0.1~30중량부를 배합한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는 통기성 필름을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 폴리에틸렌계 수지는 통상의 지글러-나타계 촉매를 사용하여 중합된 폴리에틸렌계 단독중합체 또는 공중합체로서, 대표적인 예로서 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 등을 들 수 있는데, 공중합체는 가령 프로필렌, 부텐, 헥센, 옥텐 등과의 공중합체를 들 수 있다.

본 발명에서는 폴리에틸렌계수지로서, 상기한 폴리에틸렌계 단독중합체 또는 공중합체를 1종 이상 사용할 수 있다.

본 발명에 적합한 폴리에틸렌계 수지의 용융지수는 0.02~20g분/10분(ASTM D1238-70에 따라 190℃, 2.16Kg하에서 측정)범위의 것이 적당하다. 용융지수가 0.02g/10분 미만일 경우에는 압출용융하여 원판 시이트를 제조할 때 이상유동이 발생하여 균일한 필름을 얻기가 어렵고, 20g/10분을 초과하게 되면 균일연신성이 악화된다.

본 발명에 있어서 무기충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 알루미나, 산화티탄, 마이카, 제오라이트, 규조토, 탄산마그네슘, 크레이 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 무기충진제의 형태로서는 판상, 침상, 구상 등이 있으나, 구상이 가장 바람직하며, 그 평균입경은 0.1~5㎛, 좋기로는 0.5~3㎛ 범위의 것이다. 평균입경이 0.1㎛미만일 경우는 수지내에서의 무기충진제의 분산이 어려워 기계적 물성이 나빠지는 결점이 있고, 5㎛를 초과하는 경우에는 연신 성형된 통기성 필름의 표면 외관이 불량해지는 결점이 있다.

본 발명에 있어서 폴리에틸렌계 수지와 무기충진제와의 조성비는 상기 폴리에틸렌계수지가 40~80체적%, 좋기로는 55~70체적%, 무기충진제가 60~20체적%, 좋기로는 45~30체적%의 범위이다. 무기충진제가 20체적% 미만시에는 폴리에틸렌계 수지와 무기충진제와의 계면이 박리되어 발현되는 구멍이 연속적으로 관통하지 못해 통기성이 나빠지는 결점이 있고, 60체적%를 초과할 시에는 필름의 연신후 신율 등 물성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명에 있어서 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머는 대표적으로 지르코노센화합물과 메틸알미녹산으로 구성된 촉매, 소위 메타로센계 촉매를 사용하여 중합된 에틸렌, C₃~C₁₅α-올레핀, 비공유 디엔 모노머와의 중합체 엘라스토머로서, 그 제조방법은 미국특허 제4,871,705호, 제5,001,205호, 제5,229,478호, 유럽특허출원 제347,129호, 제624,604호 등에 보다 상세히 기술되어 있다.

본 발명에 사용되는 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머는 ASTM D 1646에 의한 무니점도가 10 이상인 것이 적합하다. 무니점도가 10미만일 경우에는 무기충진제에 대한 분산력은 우수하고 부드러운 촉감 발현에 좋으나 너무 강도가 열악해지고, 롤오염, 압출가공시 두께 불안정 등 단점이 나타날 우려가 있다.

본 발명에 있어서 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머는 폴리에틸렌계 수지 40~80체적%와 무기충진제 60~20체적%로 구성되는 조성물 100중량부에 대하여 3~30중량부를 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하기로는 5~20증량부가 가장 적당하다. 3중량부 미만시에는 부드러운 촉감이 현저히 떨어지는 경향이 있으며 30중량부를 초과할 시에는 수지 양의 과다로 통기성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명에 있어서 폴리에틸렌계 왁스는 라이트 스캐터링에 의한 수평균 분자량이 약 200~5,000이고, 분자량 분포를 나타내는 척도인 [중량평균분자량/수평균분자량] 비가 1.1~5.0인 에틸렌 중합체로 에틸렌 단독중합체 혹은 부텐, 헥센, 옥텐과의 공중합체로 구성된 것이다.

폴리에틸렌계 왁스의 수평균 분자량이 약 200 미만일 경우에는 무기충진제에 대한 분산력은 우수하고 부드러운 촉감 발현에는 좋으나 강도가 매우 열악해지고, 롤오염 증가,압출가공시 두께 불안정 등의 단점이 나타날 우려가 있다.

본 발명에 있어서는 폴리에틸렌계 수지 40~80체적%와 무기충진제 60~20체적%로 구성되는 조성물 100중량부에 대하여 폴리에틸렌계왁스 0.1~30중량부를 첨가하는 것이 좋고, 더욱 좋기로는 0.5~20중량부가 가장 적당하다. 0.1중량부 미만시에는 부드러운 촉감이 현저히 떨어지는 경향이 있으며, 30중량부를 초과할 시에는 왁스양의 과다로 통기성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명에서 통기성 필름의 제조에 사용되는 수지 조성물에는 통상의 첨가제 예를들면, 활제, 산화방지제, 대전방지제, 가공조제 등을 첨가하는 것도 가능하다.

본 발명에 의하면 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머 자체의 탄성에 기인한 부드러운 촉감발현은 물론 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머 및 폴리에틸렌계 왁스와 무기충진제간의 강한 접착력 및 분산력에 기인하여 상기 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머와 폴리에틸렌계 왁스가 종래 사용하던 분산제등 첨가제의 역할을 동시에 하고, 더불어 고분자로 되어 있는 관계로 종래 저분자량으로 되어 있는 첨가제의 용출에 의한 연신 롤 오염, 압출가공시 이상유동에 의한 두께 불안정 등 가공상제 문제점이 나타남이 없이 부드러운 촉감을 가지면서도 가공성이 우수하고 적정 투습성을 가지는 통기성 필름을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 폴리에틸렌계 통기성 필름의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

폴리에틸렌계 수지, 무기충진제 및 통상의 첨가제, 그리고 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머와 폴리에틸렌계 왁스를 적정량 조절하여 통상의 블랜더나 혼합기에 투입하여 혼합한다. 혼합기로는 드럼, 덤블러형 혼합기, 리본블랜더, 헨셀믹서, 수퍼믹서 등이 사용될 수 있는데, 헨셀믹서 등의 고속교반형의 혼합기가 좋다.

다음으로 혼합물을 혼련하는데, 종래 공지의 장치 가령 통상의 단축 스크류 압출기, 2축 스크류 혼합기, 믹싱롤, 밤바리믹서, 2축형 혼련기 등에 의해 적절히 실시된다. 이어서 혼련된 수지 조성물을 펠렛화한다. 수지 조성물 펠렛을 호퍼에 투입하여 압출가공에 의한 통상의 필름 성형장치 및 성형방법에 준하여 필름을 성형하게 되는데, 원형 다이에 의한 인플레이숀 성형, 티-다이에 의한 티-다이 압출성형등을 적절히 채용하여 실시하면 좋다.

다음으로 압출법에 의거 성형된 시이트를 유리전이점 이상, 용융점 이하 사이의 온도에서 1.2배~6.0배 범위로, 좋기로는 1.5배~5.0배의 범위로 주행방향(MD)으로 연신한다. 이 경우 온도가 유리전이점 미만의 경우에는 신도가 항복점을 넘기 이전에 필름에 파열이 발생하여 연신을 행할 수 없으며, 용융점을 넘게 되는 경우에는 분자사슬의 유동에 의해 주행방향연신시 만족할 만한 통기량을 얻는 것이 불가능하다. 또한 연신배율이 1.2배 미만인 경우는 충분한 통기량이 얻어지지 않게 되며, 연신배율이 6배를 초과하는 경우는 연신중 절단 현상이 자주 발생하여 안정하게 필름을 얻을 수 없다. 이어서 주행방향으로 연신된 필름을 상기 온도 범위의 조건 및 연신배율로 폭방향(TD) 연신하여 이축연신 통기성필름을 얻는다.

또한, 상기와 같이 이축연신을 하지 않고 일축 연신만 하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 의한 통기성 필름의 제조방법은 일축 또는 이축연신 어느 방식으로도 제조할 수 있으며, 총 면적연신배율이 1.5~36배의 범위로 되게 연신하는 것이 바람직하다. 면적연신배율이 1.5배 미만에서는 충분한 통기성을 얻을 수 없고, 36배를 초과하는 경우는 통기성은 얻어지지만, 강도가 현저히 나빠진다. 연신후의 필름은 그 치수 안정성을 향상시키기 위해 열고정을 행해도 좋다.

본 발명에 따라 제조된 폴리에틸렌계 통기성 필름의 물성은 폴리에틸렌계 수지의 종류 및 물성, 무기충진제의 종류 및 입경, 상기 메타로센 촉매계 폴리올레핀 에라스토마의 종류 및 물성, 배합비율, 연신온도, 연신배율, 연신방식 등 연신조건 등에 따라 자유롭게 조절 가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것은 아니다.

[실시예]

하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 통기성 필름의 인장강도, 인열강도, 투습도, 유연성(부드러운 감촉), 가공성(롤오염 정도 및 두께 균일성)을 다음과 같이 측정하였다.

인장강도

JIS P 8113에 준해 시료가 파단시의 강도(kg/㎠)를 주행방향(MD), 주행방향에 수직인 폭방향(TD)에 대해 각각 측정하였다(시료크기 : 100mm 길이 × 25mm 폭, 인장속도 500mm/min, 측정온도 : 23±1℃).

인열강도

JIS K6772에 준하여 인열강도(g)를 측정하였다(측정온도 : 23±1℃, 인장속도 : 300mm/min).

투습도

통기성의 평가방법의 하나로 ASTM E 96-63에 준하여 투습도(g/m²24hr)를 측정하였다(온도 : 37.8℃, 습도 90% R.H.)

유연성(부드러운 감촉)

손으로 만져서 부드러운 감촉 정도를 평가하였다(◎ : 매우 유연하고 좋은 감촉, ○ : 유연함, △ : 약간 딱딱함, × : 딱딱하고 나쁜 감촉).

가공성

연신가공시 롤오염상태 및 두께 균일성을 육안으로 측정하였다(◎ : 매우 양호, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량).

분산성

연신가공된 통기성 필름의 무기충전제 및 각종 첨가제의 분산상태를 육안으로 관찰하였다(◎ : 매우 양호, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량).

[실시예 1~5]

용융지수 2.5g/10분 (190℃, 2.16Kg)인 선형저밀도폴리에틸렌(에티렌-헥센계 공중합체, 헥센 함량 13%, 밀도 0.919, 삼성종합화학사제 LL6040, 수지 A) 60체적%, 탄산칼슘(평균입경 2.0㎛) 40체적%로 구성된 조성물 100중량부에 대하여, 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머인 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머(옥텐함량 24%, 밀도 0.870, 무니점도 23, 미국다우케미칼사제 ENGAGE EG 8,100)와 폴리에틸렌계 왁스(라이트 스캐터링에 의한 수평균 분자량이 2,000~3,000이고, 분자량 분포를 나타내는 척도인 [중량평균분자량/수평균분자량]=1.1~5.0)를 함량을 달리하여 첨가하고(조성 표1 참조), 헨셀믹서에서 혼합해서 그 혼합물을 2축 혼련기로 혼련한 뒤 펠렛화하였다. 얻어진 수지조성물 펠렛을 호퍼를 통해 필름성형압출기에 투입하고 220℃에서 용융압출하여 이 용융물을 티다이를 통해 원판시이트로 제조하였다. 얻어진 원판시이트를 60℃의 연신 온도에서 주행방향(MD)으로 1.7배 연신하고 텐더온도를 120℃로 유지한 채 폭방향(TD)으로 1.5배 연신하며, 110℃에서 1일간 열처리하여 최종적으로 면적연신배율 2.6으로 가공된 두께 38㎛인 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다. 제조된 통기성 필름에 대하여 인장강도, 인열강도, 투습도, 유연성(부드러운 감촉), 가공성(롤오염 정도 및 두께균일성) 등을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 6~7)

면적연신배율을 3.2(1.9×1.7), 4.0(2.1×1.9)으로 변화시킨 것외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다. 제조된 통기성 필름에 대하여 같은 방법으로 제 물성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 8]

실시예 3과 동일한 면적연신배율 2.6으로 실시하되 동일한 온도조건에서 일축연신한 것 외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다. 제조된 통기성 필름에 대하여 같은 방법으로 제물성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 9~10]

폴리에틸렌계 수지와 탄산칼슘의 체적 조성비를 변경한 것외에는 실시예 3과 동일하게 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다. 제조된 통기성 필름에 대하여 같은 방법으로 제 물성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머와 폴리에틸렌계 왁스를 전혀 첨가하지 않고 단지 선형저밀도폴리에틸렌(에틸렌-헥센계 공중합체, 헥센 함량 13%, 밀도 0.919, 삼서종합화학사제 LL6040, 수지 A) 60체적%, 탄산칼슘(평균입경 2.0㎛) 40체적%로 구성된 조성물만을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리에틸렌계 통기성 필름을 제조하였다. 제조된 통기성 필름에 대하여 같은 방법으로 제 물성을 평가하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[표 1] 실시예 필름의 조성물

[표 2] 실시예 필름의 물성

[표 3] 비교예 필름의 조성물 및 물성

Claims (5)

1. 폴리에틸렌계수지 40~80체적%와 무기충진제 60~20체적%로 구성되는 조성물 100중량부에 대해 메타로센촉매계 폴리올레핀 엘라스토머 3~30중량부와 폴리에틸렌계 왁스를 0.1~30중량부 배합한 조성물을 용융성형한 원판 시이트를 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는 통기성 필름
2. 제 1항에 있어서, 폴리에틸렌계 수지는 지글러-나타계 촉배를 사용하여 중합된 폴리에틸렌계 단독중합체 또는 공중합체로서 용융지수가 0.02~20g/10분의 범위의 것임을 특징으로 하는 통기성 필름.
3. 제 1항에 있어서, 무기충진제가 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화아연, 알루미나, 산화티탄, 마이카, 제오라이트, 규조토, 탄산마그네슘, 크레이 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 통기성 필름.
4. 제 1항에 있어서, 메타로센 촉매계 폴리올레핀 엘라스토머는 메타로센계 촉매를 사용하여 중합된 에티렌, C₃~C₁₅α-올레핀, 비공유 디엔 모노머와의 중합체 엘라스토머로서 ASTM D 1646에 의한 무니점도가 10이상인 것임을 특징으로 하는 통기성 필름.
5. 제 1항에 있어서, 폴리에틸렌계 왁스는 라이트 스캐터링에 의한 수평균 분자량이 200~5,000이고,분자량분포를 나타내는 척도인 [중량평균분자량/수평균분자량] 비가 1.1~5.0인 것임을 특징으로 하는 통기성 필름.