KR20010071801A - 수용성 폴리에틸렌 옥사이드 필름 - Google Patents

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제임스 에이치. 왕
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로날드 디. 맥크레이
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지와 라텍스 유화액의 블렌드에 관한 것이다. 이 블렌드는 PEO 분말 수지를 라텍스 유화액과 혼합하거나 그로 코팅하고, 분말을 용융 배합함으로써 형성된다. 이 블렌드는 PEO계 필름 및 섬유의 제조에서 유리한 개선된 가공성 및 인성을 갖는다. PEO/라텍스 블렌드로 이루어진 필름은 개선된 인성, 통기성 및 인열저항성을 가지며, 기저귀, 탐폰, 생리대 및 방광 조절 패드와 같은 일회용 수세성 의료 및 개인 관리 제품의 제조에 유용하다.

Description

수용성 폴리에틸렌 옥사이드 필름 {Water Soluble Polyethylene Oxide Films}
팬티-라이너, 기저귀 및 탐폰과 같은 일회용 개인 관리 제품은 드레이프(drape), 가운, 머리 덮개 및 얼굴 마스크와 같은 일회용 의료 관리 제품과 마찬가지로 매우 편리하다. 이들 제품은 1회의 위생적인 사용의 이점 및 편리함을 제공한다. 그러나, 많은 이들 제품의 처리는 제한된 매립지 공간으로 인하여 걱정거리이다. 이러한 제품의 소각은 공기 질에 대한 관심의 증가 및 이들 제품을 소각할 수 없는 다른 처리된 제품으로부터 분리하는 것과 관련된 비용 및 어려움 때문에 바람직하지 않다. 그 결과로서, 버리거나 소각함이 없이 신속하고 편리하게 처리될 수 있는 일회용 제품이 필요하다.
시영 및 개인 하수 시스템에서 이러한 제품을 처리하는 것이 제안되어 왔다.이상적으로, 이 제품들은 통상의 하수 시스템에서 분해될 것이다. 통상의 변기를 물로 씻어내릴 수 있고 물에서 분산되거나 붕괴되는, 하수 시스템에서 처리하기에 적합한 제품을 "수세성"이라 한다. 이러한 방식의 처리는 간단하고, 편리하고, 위생적이다.
개인 관리 및 의료 관리 제품은 이들이 사용될 환경 조건하에서 완전성을 유지하기에 충분한 강도를 가져야 한다. 이들은 또한 사용 및 보관중에 겪게 되는 상승된 온도 및 습도 조건을 견딜 수 있어야 하지만, 변기내의 물과 접촉될 때 완전성을 잃어야 한다. 따라서, 기계적 완전성을 갖는 박막으로 열가공될 수 있는 수-붕괴성 물질이 바람직하다.
현재, 박막은 전형적으로 수불용성 중합체 또는 중합체 블렌드로부터 만들어진다. 자주 사용되는 중합체로는 비정질 중합체, 에폭시 수지 및 반정질 중합체가 있다. 비정질 중합체의 예는 폴리스티렌(PS), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리카르보네이트 및 폴리(비닐 클로라이드)(PVC)이다. 반정질 중합체의 예는 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA), 폴리부타디엔(PB) 및 폴리프로필렌(PP)이다. 가장 일반적으로 사용되는 중합체는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌이다.
이들 중합체로 이루어진 박막은 압출 주조 또는 용융 취입 공정에 의해 형성된다. 통상의 필름 압출은 증가된 온도에서 시판중인 원하는 중합체의 펠렛을 혼합한 후, 이 혼합물을 슬릿 다이(slit die)를 통하여 일축 스크루 압출기에서 압출하여 필름을 형성함을 포함한다. 그 다음, 필름을 일련의 저온 롤을 통과시킴으로써 냉각시킨다. 수불용성 중합체로부터 이러한 방식으로 제조된 필름은 바람직한특징을 갖지 않기 때문에, 예를 들어 통상의 하수 시스템에서 분해되지 않아 결과적으로 하수관에 폐색을 형성하기 때문에 "수세성" 개인 관리 및 의료 관리 제품에 사용하기에 부적합하다.
폴리에틸렌 옥사이드(이후 PEO)는 에틸렌 옥사이드,의 개환 중합으로부터 생성된 친수성의 수용성 중합체, -(CH2CH2O)n-이다. 이것은 다수의 공급원, 예를 들어 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp., 미국 코넥티컷주 댄버리 소재)으로부터 분말 형태로 광범위한 분자량으로 입수할 수 있다. PEO는 제지 공정에서 콜로이드상 입자의 목재 펄프 섬유로의 침적을 증진시키기 위해 응집제로서 널리 사용된다. PEO는 또한 도료 및 접착제로서 사용된 중합체의 응집 상태, 침강 행동 및 유동성과 같은 특성을 개질시키기 위하여 첨가제로서 사용된다. PEO는 또한, 예를 들어 PEO 쇄를 폴리스티렌 격자에 접붙임으로써 중합체 격자를 개질하고 안정화하는데 사용된다.
PEO의 물 및 체액과의 독특한 상호작용으로 인하여, 본 발명자들은 이것을 수세성 및 개인 관리 제품을 위한 성분 물질로서 고려하고 있다. 그러나, 현재 입수할 수 있는 PEO 수지는 용융 압출에 의한 박막의 형성 또는 개인 관리 제품 용도에는 여러가지 이유로 실제적이지 않다.
예를 들어, 저분자량의 PEO 수지는 압출 가공에 바람직한 용융 점도 및 용융 압력 특성을 가지지만, 이들은 약 2밀 미만의 두께를 갖는 필름으로 연신되는 이들의 능력을 한정하는 낮은 용융 강도 및 낮은 용융 탄성을 갖는다. 저분자량의 PEO로부터 생성된 필름은 또한 낮은 인장 강도, 낮은 연성을 가지며, 상업적으로 사용하기에는 너무 부서지기 쉽다.
반대로, 고분자량의 PEO 수지는 저분자량의 PEO로부터 생성된 것에 비하여 개선된 기계적 특성을 갖는 필름을 생성해야 한다. 그러나, 고분자량의 PEO는 그의 높은 용융 점도로 인하여 불량한 가공성 및 불량한 용융 연신성을 갖는다. 용융 압력 및 융점은 고분자량의 PEO의 용융 압출중에 상당히 상승되어 PEO 분해 및 심한 용융 파열을 일으킬 것이다. 따라서, 고분자량의 PEO로부터 두께 약 7밀 이상의 매우 두꺼운 필름만이 만들어질 수 있다. 이러한 두께의 필름은 수세성 용도에는 실제적이지 않다.
PEO를 용융 압출하려는 시도는 종종 PEO의 심한 분해를 일으킨다. 필름이 형성될 수 있을지라도, PEO는 용융물로부터 냉각되고 주위 환경에 노출될 때 결정화 및 노화와 같은 형태학적 변화를 겪는다. 이러한 변화는 필름의 기계적 특성에 영향을 주어 매우 낮은 파단 신도 및 인열저항성을 갖는 약하고 부서지기 쉬운, 따라서 개인 관리 제품의 생성에 적합하지 않은 필름이 생성된다. 따라서, 당업계에 필요한 것은 PEO 수지의 용융 가공에서의 어려움을 극복하고, 그로부터 형성된 박막의 얻어지는 연성 및 인성을 개선하는 수단이다.
중합체 구조에 부드러운 고무 입자를 도입하여 중합체의 인성을 개선시키고, 그의 탄성률을 감소시키고, 생성되는 물질의 연화성 및 가요성을 개선시킴으로써, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌과 같은 수용성 중합체 수지를 개질시키는 것이 당업계에 공지되어 있다. 개질제는 고무상 엘라스토머, 코어-셸 개질제, 또는 스티렌 부타디엔 중합체 및 아크릴 중합체와 같은 다른 중합체일 수 있다. 개질제의 도입은 장력하에 중합체의 탄성률을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한 변형되는 동안 중합체 구조에 에너지 소산 과정을 개시하여 파단 신도를 증가시키고, 인성을 증진시키고, 인열저항성을 개선시킬 수 있다. 개질제의 효율은 특정 베이스 중합체/개질제 조성물, 블렌드의 형태학적 특성, 상 구조, 및 강화 메카니즘 및 공정 조건에 의존한다.
개질제는 몇가지의 상이한 공정에 의해 베이스 중합체에 도입될 수 있다. 이러한 한 공정은 통상의 용융 배합 방법이다. 이러한 방법은 베이스 중합체 블렌드와 열가소성 엘라스토머 또는 입상 고무의 배합을 포함한다. 요구되는 고도의 분산성 및 분배성 혼합은 일반적으로 고온 및 고전단 조건하에 이축 스크루 압출기 또는 고전단 혼합기에 의해 이루어진다. 이러한 다른 공정은 액상 고무를 바람직한 베이스 중합체의 단량체와 혼합한 후 조절된 고무-상 분리를 일으키는 조건하에 혼합물을 중합시키는 것이다.
형성될 수 있는 두 유형의 베이스 중합체/개질제 시스템은 분산 시스템 및 그물조직 시스템이다. 분산 시스템에서, 베이스 중합체는 개질제 입자가 분산되는 매트릭스이다. 그물조직 시스템에서, 베이스 중합체는 개질제의 얇은 엘라스토머 층에 둘러싸여 벌집형 그물조직을 형성하는 입자 또는 섬의 형태로 존재한다. 이들 두 유형의 시스템은 매우 미세한, 잘 분산된 형태학적 특성을 나타낸다.
분산 시스템은 전형적으로 장력하에 중합체에서 추가의 에너지 흡수를 제공하는 2가지의 강화 메카니즘을 나타낸다. 한 메카니즘은 고무 입자에서의 균열,즉 연신된 중합체 세섬유를 갖는 응력을 견디는 미세균열의 바람직한 형성이다. 이러한 유형의 에너지 흡수는 고충격 폴리스티렌 및 많은 등급의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 중합체에서 관찰된다. 다른 메카니즘은 개질제 입자간의 전단 변형, 즉 복합 전단이다. 이러한 유형의 에너지 흡수는 충격-개질 폴리아미드 및 폴리프로필렌에서 관찰된다.
그물조직 또는 벌집 시스템은 분산 시스템이 나타내는 2가지 메카니즘 외에 제3의 에너지 흡수 메카니즘을 나타낸다. 이 제3의 메카니즘에는 그물조직의 메쉬내에 열가소성 입자의 집중 항복, 즉 복합 입자 항복이 있다.
PEO는 전술한 종래 기술의 방법에 의해서는 효율적으로 개질될 수 없다. 종래 기술의 고무상 개질제를 PEO 매트릭스내로 도입하는데 필요한 조건하에 PEO를 용융 가공하기란 어려운데, 그 이유는 PEO가 고전단 및 고온에 매우 민감하기 때문이다. 이러한 식으로 PEO를 개질하려는 시도는 불량한 열안정성 및 고전단-유발성 분해를 가져온다. 또한, 통상의 용융 블렌드 압출기는 생성된 중합체 스트랜드를 냉각시키기 위하여 일련의 수욕을 사용한다. PEO는 수용성이고 물을 흡수하기 때문에, 스트랜드는 이러한 식으로 냉각될 수 없다.
PEO 단량체/개질제 혼합물의 중합은 비용이 많이 드는 복잡한 단계의 개발을 필요로 할 것이다. 생성된 블렌드의 형태학적 특성의 조절은 매우 한정될 것이며, 이러한 공정의 성공은 예측할 수 없다.
따라서, 사용하는 동안 강도 및 완전성을 유지하고 통상의 하수 시스템에서 분해될 일회용 의료 및 개인 관리 제품이 당업계에 필요하다. 또한, PEO의 용융가공성 및 기계적 특성을 개선하기 위하여 PEO를 개질하는 공정이 당업계에 필요하다.
또한, 더 질기고, 더 부드럽고 더 인열저항성인 PEO가 당업계에 필요하다. 개선된 용융 가공 특성을 갖는 PEO 수지도 또한 필요하다. 또한, 수세성 필름, 분산성 박막 및 수세성 통기성 필름의 생성에 유용한 PEO 수지가 당업계에 필요하다.
발명의 요약
일반적으로 말하자면, 본 발명은 개선된 인성 및 인열저항성을 갖는 수세성 의료 및 개인 관리 제품에 사용하기 위한 수분산성 조성물을 포함한다. 더 구체적으로, 본 발명은 하나의 양상으로 종래의 PEO와 비교할 때 개선된 가공 및 고상 특성을 제공하는 PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드를 포함한다. PEO 및 라텍스를 포함하는 본 발명의 블렌드는 PEO 단독의 경우와 비교할 때 다수의 유리한 특성을 제공하는 독특한 미소구조를 갖는다. 또한, 라텍스내에 존재하는 물은 블렌드내에서 PEO와 분자 회합을 형성하여 PEO의 가소제로서 작용한다.
제2 양상으로, 본 발명은 용융 가공성 및 물성을 개선하기 위하여 PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드를 형성함으로써 PEO를 개질하는 방법을 포함한다. 이 방법은 PEO 분말 또는 펠렛을 라텍스 유화액과 혼합하거나 그로 코팅함을 포함한다. 첨가되는 유화액의 양은 크게 달라질 수 있다. 일반적으로, 블렌드를 기준으로 약 60중량% 이하의 유화액이 PEO에 첨가된다. 그 다음, 혼합물은, 예를 들어 스트랜드 다이가 장착된 이축 스크루 압출기로 압출함으로써 용융 가공된다. 블렌드의 스트랜드는 팬-냉각 콘베이어 벨트에 모이고 펠렛으로 절단된다.
다른 양상으로, 본 발명은 블렌드로부터 생성된 PEO계 필름을 포함한다. 이들 필름은, 예를 들어 압축 성형 또는 압출 주조에 의해 생성될 수 있다. 이들 필름은 인장 강도 및 인열저항성과 같은 개선된 기계적 특성을 갖는다. 이들 필름은 또한 감소된 탄성률 및 개선된 연화성, 인성 및 연성을 나타낸다. 개선된 기계적 특성으로 인하여, 본 발명의 필름은 PEO 단독의 경우에 형성된 것보다 상당히 작은 두께로 생성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 필름은 약 1밀 내지 약 4밀의 두께를 가질 수 있다. 이들은 PEO 단독으로부터 유사하게 가공된 제품에 비하여 개선된 특성(예: 인성 및 분산성)을 갖는 제품을 열가공하는데 사용될 수 있다. 이러한 품목으로는 직물, 가멘트, 및 드레이프, 타월, 덮개, 오버랩, 가운, 머리 덮개, 얼굴 마스크, 구두 덮개, CSR 포장, 스폰지, 드레싱, 테이프, 언더패드, 기저귀, 라이너, 세수 수건, 시이트, 베개 커버, 냅킨, 천과 같은 바깥 덮개, 여성용 탐폰, 패드 및 팬티라이너, 배플(baffle) 필름과 같은 제품, 및 임의의 직물, 부직물 또는 달리 형성된 물질이 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 이러한 제품은 병원 및 외래환자 시설의 의료 산업, 및 가정 환경에서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 PEO의 용융 가공성을 개선하기 위하여 시중에서 입수할 수 있는 PEO 수지를 개질하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 PEO 및 최종 제품의 특성에 불리한 영향을 주지 않고 유용한 제품의 성분내로 PEO를 열가공하기 위하여 PEO를 개질하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 통상의 PEO를 포함하는 종래 기술의 열성형된 제품에 비하여 개선된 기계적 특성을 갖는 제품을 열성형하기 위하여 PEO를 개질하는것이다.
본 발명의 다른 목적은 신속하고, 경제적이며, 효율적인 PEO의 개질 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가요성, 인성 및 인열저항성이 개선된 PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 PEO 수지의 박막 구조 조립체에 미세 라텍스 입자의 미소 분산액의 독특한 미소구조를 갖는 PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 종래의 PEO보다 더 균일한 미정질의 형태학적 특성을 갖는 PEO 및 라텍스를 포함하는 수분산성 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄성, 인성 및 인열저항성이 개선된 PEO계 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 PEO 필름에 비하여 개선된 용융 유동성을 갖는 PEO계 필름을 제공하는 것이다.
더 일반적으로, 본 발명은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는 블렌드 및 이 블렌드로부터 제조된 필름을 제공한다. 따라서, 본 발명의 목적은 용융 가공성을 개선하기 위하여 수용성 및 수분산성 중합체를 개질하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 중합체 및 최종 제품의 특성에 불리한 영향을 주지 않고 유용한 제품의 성분내로 중합체를 열가공하기 위하여 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체를 개질하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 열성형된 제품에 비하여 개선된 기계적 특성을 갖는 제품을 열성형하기 위하여 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체를 개질하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 신속하고, 경제적이며, 효율적인 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체를 개질하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는, 가요성, 인성 및 인열저항성이 개선된 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는, 중합체의 구조 조립체내 미세 입자의 분산액의 독특한 미소구조를 갖는 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는, 종래의 수용성 및 수분산성 중합체보다 더 균일한 미정질 형태학적 특성을 갖는 블렌드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는, 연성, 인성 및 인열저항성이 개선된 블렌드로부터 제조된 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체 또는 중합체의 혼합물을 포함하는, 종래의 필름에 비하여 개선된 용융 유동성을 갖는 블렌드로부터 제조된 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 유화액 및 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체을 포함하는, 일회용 개인 관리 제품의 제조에 유용한 필름으로 가공할 수 있는 블렌드를 형성함으로써 달성된다. 더 구체적으로, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 일회용 개인 관리 제품의 제조에 유용한 PEO계 필름으로 가공할 수 있는 PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드에 의해 달성된다.
본 발명은 일반적으로 중합체 필름, 그의 제조 방법 및 그의 수세성 의료 및 개인 관리 제품에서의 용도에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 개선된 인성, 연화성 및 인열저항성의 이점을 갖는 수세성 제품의 제조를 위한 필름을 제조하기 위하여 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지를 개질하고 가공하는 것에 관한 것이다.
도 1은 PEO/라텍스(90/10) 블렌드내의 고무 입자 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 2는 PEO 수지내 라텍스 입자의 거의 균일한 분산을 나타내는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3은 PEO 수지내 미세 라텍스 입자의 미소 분산액의 독특한 미소구조를 나타내는 원자력 현미경 사진이다.
도 4는 PEO 수지에 라텍스 입자를 첨가함에 의해 구정 크기가 감소함을 나타내는 도면이다.
수용성 또는 수분산성 중합체로 이루어진 중합체 필름을 형성하는 것과 관련된 당업계의 문제를 극복하기 위하여, 본 발명자들은 중합체(예: PEO)를 유화액(예: 라텍스 유화액)으로 개질하는 방법을 개발하였다. 생성되는 블렌드는 개선된 가공 특성을 가지며, 수용성 또는 수분산성 중합체 단독으로부터 생성된 것보다 우수한 특성을 갖는 필름을 생성한다.
본 발명의 특정 실시양태를 PEO 및 라텍스를 포함하는 바람직한 블렌드에 대하여 기술하겠다. 그러나, 본원에 정의된 임의의 수용성 또는 수분산성 중합체 및 임의의 유화액은 유사한 방식으로 본 발명에 사용될 수 있고, 생성된 중합체/유화액 블렌드는 중합체 단독인 경우에 비하여 유사하게 유리한 특성을 가질 것임을 알아야 한다.
PEO 및 라텍스를 포함하는 본 발명의 블렌드는 주사 전자 형미경 및 원자력 현미경에 의해 관찰될 수 있는 독특한 미소구조를 갖는다. 블렌드의 PEO 수지는 미세 라텍스 입자의 거의 균일한 미소 분산액이 있는 박막 구조 조립체를 갖는다. 블렌드에서, 직경 약 100㎚ 내지 200㎚의 개개 라텍스 입자 및 크기가 약 수 미크론인 입자들의 클러스터가 모두 PEO 박막 구조 조립체에 내재되어 있다. 원자력 현미경 사진은 PEO 수지의 박막 구조내의 미세 라텍스 입자의 미소 분산액의 독특한 미소구조를 나타낸다. 일부 입자들은 클러스터를 형성한다. 클러스터내의 입자들은 꽉 채워져 있지 않으며, 결합되어 있는 것으로 보이지 않는다(도 3). 주사 전자 현미경은 PEO 수지내 라텍스 입자의 거의 균일한 분산을 나타낸다(도 2).
시차 주사 열량계(DSC)를 사용한 열적 특성의 분석 결과, 블렌드가 PEO 단독인 경우에 비하여 증가된 결정성을 나타낼 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 증가는 유화액 뿐만 아니라 고무에 의해 제공되는 추가의 핵형성 부위의 존재하에 PEO 쇄의 증진된 분자 이동성에 의한 것일 수 있다.
DSC 데이터는 또한 물-용융 전이가 냉각/가열 주기중에 일어나지 않기 때문에 유화액의 물이 PEO와 구조적으로 결합하지 않음을 나타낸다. 결합수는 PEO의 가소제로서 작용하여, 그의 가공 및 고상 특성을 개선시킨다.
PEO 및 라텍스를 포함하는 블렌드는 또한 모세 유량계에 의해 결정하였을 때 PEO 단독인 경우보다 낮은 용융 점도를 나타낸다. 예를 들어, 70/30 비율의 PEO/라텍스를 갖는 블렌드는 용융 점도가 30% 감소됨을 나타내었다. 이러한 점도 감소는 광범위한 전단속도에 걸쳐 나타나며, 종래의 PEO에 비하여 블렌드의 개선된 가공을 제공한다. 이로써 블렌드는 더 낮은 온도에서 가공될 수 있어서 PEO 분해가 감소된다. 더 낮은 가공 온도는 용융 냉각되는 동안 감소된 온도 구배를 제공하여 더 빠른 가공 속도가 가능하다.
회합 화합물을 형성할 수 있는 수용성, 수분산성 또는 두 성질을 다 갖는 임의의 중합체 수지가 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 혼합물 또는 1종보다 많은 이러한 중합체의 사용을 예상한다. 이러한 중합체 수지의 비제한적인 예는 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜, 폴리에틸옥사졸린, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 젤라틴화 전분, 나일론 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물이다. 바람직한 중합체 수지는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)이다. 본 발명에 바람직한 수지로서 PEO의 선택은 PEO의 수용성 및 용융 가공성에 근거한다. 선택은 또한 광범위한 분자량의 PEO 수지의 이용가능성에 근거한다.
본 발명에 유용한 PEO 및 다른 이러한 중합체는 종래 기술에 사용된 수불용성 중합체와는 매우 다른 특성을 갖는다. 이들 중합체는 물과 분자 회합을 형성한다. 예를 들어, 물 분자는 PEO 쇄의 에테르 산소와 특이한 수소 결합된 착체를 형성한다. 이 회합은 중합체 쇄의 국소 이동에 영향을 주어 가소화 효과를 제공한다. 또한, PEO-물 착체의 형성은 PEO 매트릭스내에 물의 독특한 상태를 형성시킨다. 결합수는 대부분의 물과 일반적으로 관련된 온도 범위에 걸쳐 검출할만한 상 전이를 나타내지 않는다. 달리 말하면, 결합수는 얼거나 끓지 않는다. 이는 조절된 형태학적 특성 및 크기의 미세 분산된 라텍스 입자를 갖는 수계 유화액의 사용에 의해 PEO 또는 다른 중합체를 개질되게 한다.
종래 기술의 수불용성 중합체는 본 발명의 방법에 의해 개질될 수 없는데, 그 이유는 물과 분자 회합을 형성하는 능력을 갖지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명의 유화액내에 존재하는 물은 종래 기술의 수불용성 중합체와 본 발명에 사용된 유화액 사이에 형성된 임의의 조성물에 "결합수"가 아니라 "자유수"로서 존재할 것이다. 이러한 자유수는 용융 가공중에 상 전이를 겪어 필름에 극히 작은 구멍 및 약한 얼룩이 생긴다. 이러한 중합체/유화액 조성물로부터 생성된 필름은 본 발명에 의해 해결되는 바로 그 문제인 감소된 인장 강도 및 감소된 파열 저항성을 가질 것이다.
본 발명의 실시에 유용한 PEO 수지는 임의의 분자량의 것일 수 있다. 바람직한 PEO 수지는 평균 분자량이 약 100,000g/㏖ 내지 약 8,000,000g/㏖이다. 액체 안정성, 기계적 강도 및 연성의 증진에는 고분자량의 PEO 수지가 바람직하지만, 저분자량의 수지는 더 우수한 용융 유동성 및 필름-형성 특성을 제공한다. 이러한 고려사항에 근거하여, 본 발명의 특히 바람직한 PEO 수지는 200,000g/㏖ 내지 4,000,000g/㏖의 분자량을 갖는다.
이러한 PEO 수지는 시중에서 입수할 수 있다. 예를 들어, PEO 수지는 유니온 카바이드 코포레이션(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)으로부터 상표명 폴리옥스(Polyox (등록상표)) WSR N-80(MW=200,000), WSR N-750(MW=300,000), WSR N-3000(MW=400,000) 및 WSR 205(MW=600,000)로 입수할 수 있다. 상기 평균 분자량 범위내에서 유니온 카바이드 코포레이션으로부터 입수할 수 있는 다른 PEO 수지는 상표명 WSR-3333, WSR-N-12K, WSR-N-60K, WSR-301, WSR 코아귤런트(Coagulant), WSR-303으로 시판중이다.
본 발명의 실시에 유용한 유화액은 임의의 유기 중합체 유화액 또는 임의의 무기 입상 분산액 및(또는) 현탁액일 수 있다. 이러한 유화액은 연화성, 연성, 인성 및 인열저항성과 같은 다수의 상이한 개질 특성을 PEO에 제공할 수 있다.
기본적으로 2가지 유형의 유기 중합체 유화액, 폴리부타디엔 및 아크릴계 중합체가 있다. 각 유형은 당업계에 공지된 유화 중합 기법에 의해 합성될 수 있다. 유화액내의 고무(라텍스) 입자의 입자 크기는 중합하는 동안 조절될 수 있다. 본 발명에 있어서, 약 10나노미터 내지 수 미크론의 평균 입자 크기가 바람직하다. 유화액은 또한 고무상-구상, 고무상-코어/유리상-셸과 같은 다양한 입자 형태로 생성되고, 다층화될 수 있다. 형태학적 특성을 변화시켜 개질제 입자에 조절된 순응성 및 표면 특성을 제공할 수 있다.
본 발명에 유용한 유기 중합체 유화액으로는 스티렌 부타디엔 중합체, 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴로니트릴 부타디엔이 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 특히바람직한 중합체 유화액은 스티렌 부타디엔 굿 라이트(GOOD RITE (등록상표)) 1168 라텍스 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 하이카(HYCAR (등록상표)) 라텍스이며, 이들은 각각 미국 오하이오주 클리블랜드에 사업장을 가진 비에프 굿리치 캄파니(BF GOODRICH (등록상표) COMPANY)로부터 입수할 수 있다.
특히, 본 발명에 유용한 무기 입상 분산액 및(또는) 현탁액으로는 안정화된 실리카겔 분산액, 미소 구형 실리카 분산액 및 팽윤성 점토의 분산액이 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 본 발명은 이들 화합물에 한정되지 않으나, 임의의 유기 또는 무기 입상 유화액/안정한 분산액을 안정화액내 별개 입상 물질의 형태로 포함한다.
유화액의 양은 개질될 특정 중합체, 선택된 특정 개질제 및 증진시킬 특정 특성을 근거로 하여 변할 수 있다. 예를 들어, 저분자량의 PEO를 위한 개질제를 선택하여, 연화성, 인장 강도 및 연성과 같은 기계적 특성을 개선하는 양으로 사용할 수 있다. 유사하게, 고분자량의 PEO를 위한 개질제를 선택하여 용융 점도를 낮추고 연신성을 개선하는 양으로 사용할 수 있다. 일반적으로, 사용된 유화액의 비율은 블렌드의 약 10 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 50중량%, 더 바람직하게는 약 15 내지 약 35중량%이다.
블렌드의 특성에 영향을 주는 2가지의 다른 변수는 블렌드내의 개개 입자의 직경(입자 크기) 및 블렌드내에서 입자들 사이의 거리(입자간 거리)이다. 이들 두 변수는 상호의존적이다. 이들의 관계는 하기 수학식에 의해 정의될 수 있다:
상기 식에서,
A는 블렌드내에서 입자들의 입자간 거리이고,
D는 블렌드내의 입자의 입자 크기이고,
Vp는 블렌드내의 입자 체적 분율, 즉 입자의 농도이다.
본 발명에 있어서, 입자는 일반적으로 중합체 중량의 약 3중량% 내지 약 30중량%, 바람직하게는 약 5중량% 내지 약 25중량%, 더 바람직하게는 약 8중량% 내지 약 20중량%이어야 한다. 블렌드내 입자의 평균 입자 크기는 약 10나노미터 내지 약 20미크론, 바람직하게는 약 50나노미터 내지 약 10미크론, 더 바람직하게는 약 100나노미터 내지 약 5미크론이어야 한다.
유화액의 수 함량은 개선된 파열 저항성을 갖는 필름의 제조에서 중요하다. 전술한 바와 같이, PEO 및 다른 수용성 중합체는 물과 수소 결합된 착체를 형성할 수 있다. 이 결합수는 상 전이를 나타내지 않는다. 그러나, 이러한 착체에 결합될 수 있는 물의 양은 중합체 쇄의 에테르 산소 원자의 수에 의해 PEO에서 한정된다. 추가의 물은 블렌드에 자유수로서 남을 것이다. 자유수는 상 전이를 나타낸다. 이러한 상 전이에 의해 블렌드를 약하게 만드는 미세한 파열이 일어나, 더 부서지기 쉽고 더 낮은 인장 강도를 갖는 필름이 생성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 유화액의 수 함량은 물 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 20중량% 이하, 더 바람직하게는 약 15중량% 이하를 갖는 블렌드를 생성하게 하는 것이다.
추가의 첨가제는 유리한 특성을 추가로 제공하기 위하여 블렌드에 임의로 포함될 수 있다. 이러한 첨가제의 비제한적인 예로는 가소제(예: 트윈(Tween (등록상표)) 20), 착색제, 안료, 블록방지제, 대전방지제, 슬립제, 점착방지제 및 산화방지제(예를 들어 어가녹스(Irganox (등록상표)) 1076, 어가녹스 5057 및 어가녹스 1135) 및 이들의 혼합물이 있다.
본 발명의 블렌드는 일반적으로 수용성이고(이거나) 수분산성인 중합체, 또는 이러한 중합체의 혼합물과 유화액을 혼합하고, 혼합물을 압출함으로써 생성될 수 있다. 중합체로서 PEO 수지를 사용하고, 유화액으로서 라텍스 유화액을 사용하는 이 방법의 몇몇 실시양태가 기술되어 있다. 그러나, 이 방법은 본원에 정의된 바와 같은 임의의 수용성 또는 수분산성 중합체 및 임의의 유화액을 사용하는 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
PEO 수지는 분말 형태로만 시중에서 입수할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 압출 후 PEO 스트랜드를 팬 냉각 콘베이어 벨트에서 냉각함으로써 PEO 펠렛을 생성하는 방법을 개발하였다. 따라서, 본 발명은 PEO 분말 및 PEO 펠렛 양자의 사용을 포함한다.
하나의 실시양태로, 본 발명의 PEO/라텍스 블렌드를 생성하는 방법은 두 단계를 포함한다. 첫번째 단계에서, 라텍스 유화액은 PEO와 혼합되고, PEO 분말 또는 펠렛에 코팅된다. 이 단계에서, 유화액으로부터의 물은 PEO내로 흡수되어, 가소화된 PEO 수지에 PEO 분말 또는 펠렛(PEO와 라텍스의 가소화된 혼합물)의 표면에 미리 분산된 고무상 입자를 제공한다.
이 방법의 두번째 단계에서, PEO와 라텍스의 가소화된 혼합물은 이축 스크루압출기 또는 고전단 혼합기내로 공급되어 PEO와 고무 입자의 용융 배합을 제공한다.
다른 실시양태로, 본 발명은 단일 단계를 포함한다. 단일 단계로서 실시되는 경우, PEO 분말 또는 펠렛 및 라텍스 유화액이 압출기의 공급 부분에 직접 함께 첨가되거나, PEO가 압출기의 공급 부분에 첨가되고, 라텍스 유화액은 더 다운스트림에 첨가된다. 다량의 점성 라텍스를 압출기에 공급하는 시도로 인하여, 본 발명을 2단계로 수행하는 것이 바람직하다.
PEO는 임의의 수단, 예를 들어 브라벤더 플라스티코더(Brabender Plasticorder), 롤 밀(roll mill) 또는 리본 블렌더(ribbon blender)에 의해 라텍스 유화액과 혼합되거나 그로 코팅될 수 있다. 유리하게는, PEO 펠렛은 통상의 텀블링(tumbling) 기법 또는 리본 블렌더를 사용하여 라텍스 유화액과 혼합된다. PEO 분말을 라텍스 유화액으로 코팅하는 바람직한 방법은 분말을 리본 블렌더에서 혼합하는 동안 높은 공기압 분사총에 의해 하는 것이다.
PEO/라텍스 블렌드를 형성하는데 사용되는 장치는 고전단 용융 가공, PEO와 라텍스 유화액의 혼합에 충분한 체류 시간 및 고속 가공을 위한 포텐셜을 제공하도록 고안되어야 한다. 이러한 장치로는 고전단 혼합기, 일축 스크루 압출기 및 이축 스크루 압출기가 있으며, 이축 스크루 압출기가 바람직하다. 높은 용융 전단 및 증가된 체류 시간을 제공하는 이축 스크루 압출기의 비제한적인 예는 하케(Haake) TW-100 이축 스크루 및 베르너 안트 플라이더러(Werner & Pfleiderer) ZSK-30 이축 스크루 압출기이다. 이러한 압출기는 공급 부분, 하나 이상의 가열압출 대역 및 스트랜드 다이를 갖는다. 생성된 중합체 스트랜드는 팬 냉각 콘베이어 벨트에 모인다. 압출기의 공급 부분은 물에 의해 냉각되어 PEO 수지의 조기 용융이 방지된다. 각각의 가열 대역에서 온도는 동일하거나 상이할 수 있으며 별개로 조절된다. 대역의 수는 PEO의 분자량 및 사용된 라텍스 유화액의 수 및 유형에 따라 변할 수 있다. 펠렛으로 절단될 중합체 스트랜드를 생성하는데 사용되는 스트랜드 다이는 임의로 약 3밀리미터 직경의 구멍을 가져 냉각에 충분한 표면적을 제공한다.
배합 공정에 일반적인 온도 범위는 사용된 PEO의 Tm(융점) 내지 PEO의 분해점이다. 이 온도 범위는 일반적으로 약 75℃ 내지 약 250℃이다. 바람직한 온도 범위는 약 85℃ 내지 약 220℃, 더 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 200℃이다. 250℃를 넘는 온도는 성분들의 과도한 열 분해를 일으킬 것이다. 더 높은 초기 온도는 PEO 펠렛으로부터가 아니라 PEO 분말로부터 블렌드를 생성하는데 필요한데, 그 이유는 분말을 용융하기가 더 어렵기 때문이다.
전단속도는 균일한 블렌드를 형성하는데 중요하다. 전단속도는 사용된 특정 성분 및 최종 블렌드의 바람직한 특성에 좌우될 것이다. 예를 들어, 고분자량의 PEO는 저분자량의 PEO보다 배합을 위해 더 큰 전단을 필요로 한다. PEO 분말의 배합은 PEO 펠렛의 배합보다 더 큰 전단속도를 필요로 한다. 일반적으로, 약 30rpm 내지 약 1200rpm의 스크루 속도는 적절한 전단속도를 일으킬 것이다.
본 발명의 블렌드는 임의의 통상적인 방법, 예를 들어 압축 성형, 압출 주조또는 용융 취입에 의해 필름 또는 시이트로 가공될 수 있다. 바람직한 실시양태로, 블렌드는 4인치의 슬릿 다이를 갖는 하케 이축 스크루 압출기를 사용하여 압출된다. 생성된 필름은 저온의 권취 롤에 모인다. 블렌드는 약 80℃ 내지 약 150℃, 바람직하게는 약 100℃ 내지 125℃에서 압출되고, 저온의 권취 롤은 약 15℃ 내지 약 20℃에서 유지된다.
생성된 필름의 두께는 다이 갭, 스크루 속도 및 권취 속도를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 임의로, 이들 변수는 두께 약 1밀 내지 약 4밀의 필름을 생성하도록 조절된다.
본 발명은 또한 블렌드로부터 제조된 필름을 포함한다. 이들 필름은 감소된 탄성률, 증진된 가요성, 연화성, 연성, 파단 신도, 인장 강도 및 인열저항성과 같은 기계적 특성의 개선된 조합 및 바람직한 수준의 통기성을 나타낸다. 인장 행동의 이러한 개선은 블렌드의 독특한 형태학적 특성의 결과이다.
인장 특성으로는 영(Young) 탄성률, 파단 인장 응력, 파단 변형 에너지 및 파단 신도(변형율)가 있다. 인장 특성은, 예를 들어 테스트웍스(Testworks) 3.03 소프트웨어(미국 노쓰 캐롤라이나주 캐리 소재의 MTS 시스템 캄파니)를 사용하여 신테크(Sintech) 인장 시험기(SINTECH 1/D)로 측정할 수 있다. 본 발명의 필름을 기계 방향(MD) 및 횡방향(TD) 모두에서 평가하였다. 기계 방향은 제조하거나 가공하는 동안 필름이 이동하는 방향이다. 횡방향은 기계 방향에 수직으로 위치하며 전체적으로 필름 면을 따라 위치한다.
블렌드로부터 제조된 필름은 특히 25중량% 이상의 라텍스 유화액 첨가시 탄성률의 감소를 나타낸다. 이러한 감소된 탄성률에 의해 가요성 및 연화성이 증가된다.
본 발명의 블렌드를 포함하는 필름은 또한 종래의 PEO로부터 제조한 필름에 비하여 증가된 파단 신도를 나타내고, 일반적으로 증가된 인장 강도를 나타낸다. 이들 특성의 증가는 종래의 PEO로부터 형성된 필름을 파괴하는데 필요한 것에 비하여 필름을 파괴하는데 필요한 비에너지의 상당한 증가에 일조를 한다.
건식 상태에서, 본 발명의 중합체로부터 제조된 필름은 약 3메가파스칼(㎫) 내지 약 150㎫의 기계 방향(MD) 인장 강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 기계 방향에서의 필름의 인장 강도는 약 8㎫ 내지 약 100㎫이고, 후속의 제조 공정동안의 개선된 성능 및 가공성은 약 50㎫ 이하의 인장 강도에서 얻어진다. 횡방향(TD)에서의 필름의 건식 인장 강도는 약 3㎫ 내지 약 150㎫, 바람직하게는 약 6㎫ 내지 약 100㎫이고, 가장 바람직한 범위는 50㎫ 이하이다.
필름의 파단 신도(%)는 하기 수학식에 의해 결정될 수 있다:
상기 식에서,
Lf는 파단시의 필름 샘플의 최종 길이이고,
Li는 신장 전의 필름 샘플의 최초 길이이다.
본 발명의 필름은 기계 방향의 파단 신도가 약 30% 내지 약 1500%, 바람직하게는 약 80% 내지 약 1000%, 더 바람직하게는 약 150% 내지 약 1000%이다. 필름은횡방향에서의 파단신도가 약 30% 내지 약 1500%, 바람직하게는 약 50% 내지 약 1000%, 더 바람직하게는 약 100% 내지 약 1000%이다.
본 발명의 필름의 인열저항성은 ASTM D 1938-94 시험 방법에 의해 측정되며, 최대 하중 및 총 에너지로서 보고되었다. 이들 인자는 각각 필름의 기계 방향 및 횡방향 모두에서 평가되었다. 인열 전개의 최대 하중을 인열 방향으로의 필름의 횡단면으로 정규화시켜 필름 두께 효과를 최소화하였다. PEO와 라텍스의 블렌드를 포함하는 필름은 PEO 단독으로부터 제조된 필름보다 상당히 높은 최대 하중을 견딜 수 있었다.
총 인열 에너지는 비절단 필름의 단편의 체적으로 정규화하여 필름의 두께를 고려하였다. 이는 상이한 두께를 갖는 필름간의 정확한 비교를 가능하게 한다. 본 발명의 필름은 평범한 PEO 필름에 비하여 인열 전개되는 동안 에너지 흡수가 매우 증가함을 나타낸다.
필름의 통기성은 수증기 전달 속도(WVTR)를 측정함으로써 결정할 수 있다. 필름의 수증기 전달 속도는 실시예 11에 기술된 ASTM 규격 E96-80 방법을 사용하여 계산될 수 있다.
본 발명의 블렌드를 포함하는 필름은 또한 종래의 수불용성 중합체로부터 제조된 필름에 비하여 개선된 통기성을 나타낸다. 통기성은 제품을 사용하는 동안 건조한 상태이게 하고, 피부에 대하여 수분을 감소시키기 때문에 필름으로부터 제조된 개인 관리 제품에서 중요한 특성이다. 따라서, 필름의 증가된 통기성은 피부 파괴, 발적, 자극, 및 보유된 물과 관련된 감염을 감소시킨다.
수불용성 중합체로부터 제조된 통상의 필름은 매우 낮은 수증기 전달 속도를 가지며, 따라서 감소된 통기성을 갖는다. 이 문제는 충전제를 첨가한 다음 필름을 연신하여 최종 제품에 통기성을 제공하는 기공을 제공함으로써 종래 기술에서 극복된다. 종래 기술에서 사용된 충전제의 한 종류는 탄산 칼슘이다. 수증기 전달 속도에 의해 측정된, 이러한 제품의 전체 통기성은 사용된 충전제, 사용된 충전제의 양 및 필름이 연신되는 정도에 따라, 약 500g/㎡/24h/mil(필름 두께의 0.001인치당 24시간당 평방미터당 그램) 내지 약 5000g/㎡/24h/mil로 광범위하게 변한다. 일반적으로, 본 발명의 필름은 약 300g/㎡/24h/mil 내지 약 20,000g/㎡/24h/mil, 바람직하게는 약 800g/㎡/24h/mil 내지 약 7,000g/㎡/24h/mil의 증진된 수증기 전달 속도를 제공한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 필름은 연신 및 기공 형성이 없이 약 1700g/㎡/24h/mil 내지 약 1800g/㎡/24h/mil의 수증기 전달 속도를 나타낸다. 본 발명의 필름의 통기성은 PEO의 더 높은 수증기 전달 속도의 결과이다.
이러한 우수한 특성이 본 발명의 필름을 일회용 수세성 의료 및 개인 관리 제품에 사용하기에 매우 적합하게 만든다. 이러한 제품으로는 드레이프, 타월, 덮개, 오버랩, 가운, 머리 덮개, 얼굴 마스크, 구두 덮개, CSR 포장, 스폰지, 드레싱, 테이프, 언더패드, 기저귀, 라이너, 세수 수건, 시이트, 베개 커버, 냅킨, 천과 같은 바깥 덮개, 여성용 탐폰, 패드 및 팬티라이너, 배플 필름, 및 임의의 직물, 부직물 또는 달리 형성된 물질이 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 이들 물질은 병원 및 외래환자 시설의 의료 산업 및 가정 환경에서 사용될 수 있다.
이러한 제품의 생성을 위하여, 본 발명의 필름은 일축 또는 이축 연신과 같은 선택된 다수의 연신 공정에 적용될 수 있다. 연신 공정은 필름에 증진된 연화성, 개선된 촉감 특성, 증진된 통기성 및 감소된 두께를 제공할 수 있다. 필름은 또한 필름을 승온에서 어닐링하거나, 필름에 표면활성액을 분무하여 필름에 수반발성 또는 수분반발성을 부여하거나, 필름의 물리적 상태를 자외선 조사, 초음파 처리 또는 고에너지 방사선 처리로 개질함으로써 후처리하여 필름 특성을 개선시킬 수 있다. 이외에, 필름의 후처리는 2가지 이상의 전술한 기법의 선택된 조합을 도입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 필름은 공압출되거나 수지와 같은 얇은 차단층으로 코팅되어 수차단층 또는 수분차단층을 제공할 수 있다. 차단층은 필름의 전체 게이지의 약 3 내지 20%를 구성할 수 있다. 이러한 차단층에 이용할 수 있는 수지의 예로는 폴리카프로락톤, 에틸렌 아크릴산 공중합체, 폴리부틸렌 숙시네이트(예: 비오놀(Bionolle (등록상표)) 및 크레이톤(Kraton (등록상표)) 수지)가 있으며, 이들에 한정되지 않는다.
개인 관리 제품에의 적용을 위하여, 본 발명의 필름은 엠보싱 가공되거나 다르게는 매트 표면처리되어 심미적으로 더 만족스러운 외관을 나타낼 수 있다. 필름은 또한 임의로 부직물이 적층될 수 있다. 부직물에 적합한 섬유의 예로는 유기 섬유(예: 셀룰로즈 섬유) 및 열가소성 중합체로부터 제조된 합성 섬유(예: 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리프로필렌)가 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 부직물은 바람직한 수준의 액체 및(또는) 증기/수분 불투과성을 부여하기 위해 임의로 코팅되거나 처리될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 설명되며, 이들 실시예는 어떤 식으로든 본 발명의 범주에 제한을 주는 것으로 생각되어서는 안된다. 반대로, 본원의 설명을 읽은 후 본 발명의 요지 및(또는) 첨부된 청구의 범위의 범주를 벗어남이 없이 당업자에게 제안될 수 있는 다른 실시양태, 변형물 및 등가물에 의지되어야 함을 분명히 알아야 한다.
실시예 1(비교예)
분말 형태의 폴리옥스 WSR N-3000 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지 175부를 가소제 트윈 20(아이씨아이 아메리카스 인코포레이티드(ICI Americas Inc.)) 24부 및 산화방지제 어가녹스 1076(시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션(Ciba Specialty Chemicals Corporation))과 혼합하고, 이축 스크루 압출기 및 플라넷 폴리머(미국 캘리포니아주 샌디에고 소재)의 공기 냉각된 벨트를 사용하여 배합하고 펠렛화하였다. 이 블렌드로부터 필름을 생성하기 위하여, 펠렛을 4인치 슬릿 다이가 부착된 실험실 규모의 하케 TW-100 이축 스크루 압출기에 공급하였다. 압출기내의 4개의 가열 대역의 온도는 100℃, 100℃, 110℃ 및 125℃이었다. 15 내지 20℃에서 유지된 권취 롤을 사용하여 필름을 주조하였다. 두께가 약 3밀인 PEO N3000 87.5%, 가소제 12% 및 산화방지제 0.5%(중량 기준)를 함유하는 콘트롤 필름을 생성하였다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 1에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 2
PEO와 가소제 및 산화방지제의 펠렛을 실시예 1에서와 같이 제조하였다. 이들 펠렛 90부를 굿 라이트 SB 1168(비에프 굿리치) 스티렌 부타디엔(SB) 유화액 10부와 통상의 텀블링 기법을 사용하여 혼합하였다. 이로써 유화액으로 코팅되고 다소 응집된 펠렛이 생성되었다. 그다음, 펠렛을 실시예 1에 기술된 하케 이축 스크루 압출기로 공급하였다. 실험실 규모의 하케 압출기의 작은 L/D 비율로 인하여, 화합물을 2회 압출하여 고무 분산을 개선하였다. 압출기 배럴 온도는 첫번째 실행의 경우 80℃, 80℃, 85℃ 및 87℃이고, 두번째 실행의 경우 110℃, 120℃ 및 120℃이었다. 스크루 속도는 60rpm이었다. 압출하는 동안 휘발성 물질의 증발이 약간 관찰되었다. 용융 스트랜드를 콘베이어 벨트상에서 공기에 의해 냉각하고, 펠렛화하였다. 두번째 압출 후, 매끄럽고 균일하고 부드러운 압출물이 얻어졌다. 실시예 1에 기술된 과정을 사용하여 PEO/SB 유화액 블렌드의 펠렛을 필름으로 주조하였다. 이 필름의 두께는 약 1.5밀이고, SB 유화액 함량은 약 10중량%이었다. 이 실시예의 필름의 인장 및 인열 특성은 표 1에서 찾을 수 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 3
이 실시예의 블렌드는 실시예 1의 PEO 펠렛 70부를 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액 30부와 배합한 것을 제외하고는 실시예 2의 과정에 의해 생성되었다. 이 블렌드로부터 실시예 1의 과정에 따라 필름을 생성하였다. 필름의 두께는 약 3밀이고, SB 유화액 함량은 약 30중량%이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 1에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 4
이 실시예의 블렌드는 실시예 1의 PEO 펠렛 50부를 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액 50부와 배합한 것을 제외하고는 실시예 2의 과정에 의해 생성되었다. 배합하는 동안 과량의 증발로부터 이 배합물에 다량의 자유수가 존재함이 분명하였다. 결과로서, 이 블렌드의 용융 스트랜드는 다공성이고 불균일하였다. 이 블렌드로부터 실시예 1의 과정에 따라 필름을 생성하였다. 필름의 두께는 약 13밀이고, SB 유화액 함량은 약 50%이었다. 이 필름이 인장 및 인열 특성은 표 1에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
신테크 인장 시험기(신테크 1/D) 및 테스트웍스 3.03 소프트웨어(미국 노쓰 캐롤라이나주 캐리 소재의 MTS 시스템 캄파니)의 스트립-시험 형태를 사용하여 본 발명의 강화된 PEO 필름의 인장 특성을 결정하였다. 시험은 25파운드(110N) 하중 셀에 대하여 수행하고, 공기-시동되고, 3인치(7.6㎝) 그립(grip)이 고무 코팅되었다. 필름 시험은 1인치(2.54㎝) 게이지 길이 및 5인치/분(12.7㎝/분)의 크로스헤드 속도로 수행하였다. 개개의 개뼈형 필름 샘플을 그립에 수직이도록 그립의 중앙에 놓여지고, 공기압이 그립을 서로 밀폐할 때 제자리에 고정된다. 필름의 두께는 인장 시험을 시작하기 전에 사용자에 의해 입력되었다. 각 샘플에서, 필름을 파괴될 때까지 연신하였다. 그 다음, 소프트웨어를 사용하여 응력-변형 플롯을 생성하고, 샘플의 바람직한 기계적 특성을 계산하였다.
물질의 단위 체적당 파단 변형 에너지는 필름의 단면적과 게이지 길이의 곱에서 나뉘어진 응력-변형 곡선 아래의 면적에 의해 결정하였다. 바람직한 평균 인장 특성을 얻기 위하여, 5개의 필름 시험편을 기계 방향 및 횡방향(MD 및 TD)으로 절단하고, 개개의 블렌드 조성물에 대하여 시험하였다.
단일-인열 방법(ASTM D 1938-94)에 의해 플라스틱 필름 및 얇은 시팅(sheeting)의 인열저항성을 결정하기 위해 필름의 인열 특성을 표준의 인열 전개에 의해 측정하였다. 인열 전개의 최대 하중을 측정하고, 필름의 횡단면적에 의해 정규화하여 필름-두께 효과를 고려하였다. 인열에 드는 총 에너지를 시험-필름 스트립의 비절단 부분의 체적에 의해 정규화하였다. 일부 경우에, 손상은 시험편의 인열의 결과로서 보다는 시험-필름 시험편의 인장 연신의 결과로서 일어났다. 일러한 손상을 인열에 의한 손상이라기 보다는 인장 손상으로서 불렀다.
바람직한 평균 인열저항성 특성을 얻기 위하여, 5개의 필름 시험편을 기계 방향 및 횡방향(MD & TD)으로 절단하고, 개개의 블렌드 조성물에 대하여 시험하였다.
인열 시험 결과 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
최대 하중 g/㎟
MD 160 350 200 150
TD 340 240 250 130
최대 하중에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 2 5 3 3
TD 4 2 2 2
총 에너지 MJ/㎥
MD 3 20 3.5 5.5
TD 10 8 4 3.5
인장 시험 결과
인장 강도 MPa
MD 8 7.5 6 3
TD 6.5 6 5 3.5
파단 변형율 %
MD 800 500 340 250
TD 280 250 150 200
탄성률 MPa
MD 120 110 120 40
TD 145 120 130 50
파괴에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 60 40 20 8
TD 20 16 10 7.5
실시예 5
이 실시예의 블렌드는 실시예 1의 PEO 펠릿 90부를 하이카 1580(비에프 굿리치) 아크릴로니트릴 스티렌 부타디엔(ASB) 고무 유화액 10부와 배합한 것을 제외하고는 실시예 2의 과정에 의해 생성되었다. 이 블렌드의 펠렛으로부터 실시예 1의 과정에 따라 필름을 생성하였다. 필름의 두께는 약 2밀이고, 하이카 유화액 함량은 약 10중량%이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 2에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열에 의한 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 6
이 실시예의 블렌드는 PEO 펠렛 70부를 하이카 1580(비에프 굿리치) 아크릴로니트릴 스티렌 부타디엔 유화액 30부와 배합한 것을 제외하고는 실시예 2의 과정에 의해 생성되었다. 이 블렌드의 펠렛으로부터 실시예 1의 과정에 따라 필름을 생성하였다. 필름의 두께는 약 2.5밀이고, 하이카 유화액 함량은 약 30중량%이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 2에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 7
리본 블렌더를 사용하여 분말 형태의 폴리옥스 WSR N3000(PEO) 수지(유니온 카바이드 코포레이션) 350부를 트윈 20(아이씨아이 아메리카스 인코포레이티드) 48부 및 어가녹스 1076(시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션)과 혼합하였다. 그 다음, 분말을 리본 블렌더에서 혼합하는 동안 고압의 분무총을 사용하여 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액(비에프 굿리치) 100부로 코팅하였다. 그 다음, 코팅된 분말을 플라넷 폴리머 테크날러지스(미국 캘리포니아주 샌디애고 소재)에서 입수할 수 있는 이축 스크루 압출기로 공급하였다. 공급 대역 온도는 180℉이고, 배럴 대역은 250 내지 300℉이고, 어댑터는 300 내지 320℉이고, 다이 온도는 320℉이었다. 스크루 속도는 250rpm이고, 공급 속도는 85 내지 100rpm이었다. 용융 스트랜드는 콘베이어 벨트상에서 공기에 의해 냉각되고 펠렛화되었다. 실험실 규모의 하케 압출기의 경우에 사용된 가공 온도에 비하여 플라넷 폴리머 테크날러지스에서의 더 높은 가공 온도의 사용은 물을 포함한 휘발성 물질의 더 집중적인 증발을 가져왔다. 그러나, 가공 조건을 최적화하여 공기 냉각된 콘베이어 벨트를 사용하여 펠렛화된 블렌드의 고상의 균일한 스트랜드를 얻었다. 그 다음, 이들 펠렛을 실시예 1의 과정을 사용하여 필름으로 주조하였다. 필름의 두께는 약 5밀이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 2에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 8
이 실시예의 블렌드는 분말 형태의 폴리옥스 WSR N3000 폴리에틸렌 옥사이드 수지 117부를 트윈 20 32부, 어가녹스 1076 1부 및 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액 50부와 혼합하여 블렌드 펠렛을 생성한 것을 제외하고는 실시예 7의 과정에 의해 생성되었다. 이들 펠렛은 실시예 1의 과정에 따라 필름으로 전환되었다. 필름의 두께는 약 2.5밀이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 2에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열에 의한 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
인열 시험 결과 단위 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
최대 하중 g/㎟
MD 270 265 270 215
TD 190 210 250 240
최대 하중에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 4 3 30 6.5
TD 4 20 10 25
총 에너지 MJ/㎥
MD 9 40 40 8
TD 7 25 15 30
인장 시험 결과
인장 강도 MPa
MD 10 8 7 12
TD 7 6 7 5
파단 변형율 %
MD 870 1050 1150 1150
TD 380 630 730 650
탄성률 MPa
MD 120 90 100 55
TD 120 100 115 65
파괴에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 80 70 70 100
TD 25 35 50 35
실시예 9
이 실시예의 블렌드는 분말 형태의 폴리옥스 WSR N750 폴리에틸렌 옥사이드 수지 121부를 트윈 20 28부, 어가녹스 1076 1부 및 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액 50부와 혼합하여 블렌드 펠렛을 생성한 것을 제외하고는 실시예 7의 과정에 의해 생성되었다. 이들 펠렛은 실시예 1의 과정에 따라 필름으로 전환되었다. 필름의 두께는 약 2.5밀이었다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 3에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열에 의한 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
실시예 10
이 실시예의 블렌드는 분말 형태의 폴리옥스 WSR N750(PEO) 수지 105부를 트윈 20 44부, 어가녹스 1076 1부 및 굿 라이트 SB 1168 스티렌 부타디엔 유화액 50부와 혼합하여 블렌드 펠렛을 생성한 것을 제외하고는 실시예 7의 과정에 의해 생성되었다. 이들 펠렛은 실시예 1의 과정에 따라 필름으로 전환되었다. 필름의 두께는 약 2.5밀이었다. 이 필름내의 더 높은 가소제 함량으로 인하여, 트인 20의 일부가 필름의 표면으로 흘러 나왔다. 이 필름의 인장 및 인열 특성은 표 3에 제공되어 있다. 인열 시험하는 동안, 이 필름은 기계 방향으로 인열에 의한 파손 및 횡방향으로 인장 파손을 겪었다.
인열 시험 결과 단위 실시예 9 실시예 10
최대 하중 g/㎟
MD 220 190
TD 220 165
최대 하중에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 4 4
TD 25 30
총 에너지 MJ/㎥
MD 5 6
TD 30 40
인장 시험 결과
인장 강도 MPa
MD 12 12
TD 6 4
파단 변형율 %
MD 1250 1750
TD 1025 1400
탄성률 MPa
MD 50 35
TD 60 30
파괴에 드는 에너지 MJ/㎥
MD 105 140
TD 55 50
실시예 11
통기성
실시예 1 및 실시예 9의 필름의 수증기 전달 속도(WVTR)를 ASTM 규격 E96-80에 의해 계산하였다. 각 시험 물질 및 콘트롤인 셀가드(CELGARD (등록상표)) 2500 미공질 필름(훽스트 셀라니즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corporation)으로부터 입수가능함)으로부터 직경 3인치 크기의 원형 샘플을 절단하였다. 이 시험 물질 및 콘트롤 물질의 개개 샘플을 100밀리리터의 증류수를 함유하는 개개 증기계 컵의 개방 상단을 가로질러 놓았다. 나사 연결 플랜지를 꽉 조여서 컵의 가장자리를 따라 밀폐를 형성하였다. 컵을 100℉의 대류형 오븐에 넣었다. 오븐내의 상대 습도는 특별히 조절하지 않았다. 뚜껑을 칭량하고 즉시 오븐에 넣었다. 24시간 후, 오븐에서 컵을 꺼내고 다시 칭량하였다. 소정의 규정된 조건하에 셀가드 2500 미공질 필름의 WVTR을 5000g/㎡/24hr로 가정하여, 각 물질의 WVTR을 중량 손실 및 대조용 필름의 WVTR을 근거로 하여 계산하였다. 실시예 1에서 생성된 필름의 통기성(WVTR)은 2000g/㎡/24hr인 반면에, 실시예 9에서 생성된 필름은 1750g/㎡/24hr이었다.
실시예 12
WinRHEO 2.31판 분석 소프트웨어와 함께 가트페르트 레오그래프(Gottfert Rheograph) 2003 모세관 유량계를 사용하여 폴리에틸렌 옥사이드, PEO N-3000, 및 PEO 및 라텍스를 포함하는 몇몇 블렌드의 용융 유동성을 측정하였다. 2000바 압력 변환기를 30/1.0/180 둥근 구멍 모세관 다이와 함께 사용하였다. 용융 점도(㎩·sec)를 50, 100, 200 및 1000rpm의 다양한 전단속도 및 125℃ 및 175℃의 온도에서 측정하였다.
125℃에서의 결과를 표 4에 제공하며, 175℃에서의 결과는 표 5에 제공한다.
전단 속도(ℓ/s) PEO N3000[㎩·sec] PEO N3000/SBL-1168(70/30) PEO N3000/하이카-1580(70/30) PEO N3000/하이카-1580(90/10)
50 3794 2573 2540 3387
100 2394 1653 1775 2182
200 1563 1046 1128 1348
500 819 558 596 731
1000 453 335 351 417
전단 속도(ℓ/s) PEO N3000[㎩·sec] PEO N3000/SBL-1168(70/30) PEO N3000/하이카-1580(70/30) PEO N3000/하이카-1580(90/10)
50 3257 2182 3697 1905
100 2190 1417 3102 1360
200 1368 908 1844 843
500 704 490 933 484
1000 440 300 311
실시예 13
TA 어낼리스트(TA Analyst) 2200과 함께 써멀 어낼리스트(Thermal Analyst)(TA) 2910 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 몇몇 PEO 블렌드의 열 분석을 수행하였다. 모든 시험은 N2분위기하에 수행하였다. 결과를 DSC4.0 분석 프로그램을 사용하여 평가하고, 융점(Tm)을 정량하고, 표 6에 제공하였다.
조성물 융점, ℃
PEO N3000/가소제 12% 66
PEO N3000/SBR 20% 가소제 9.6% 71
PEO N750/SBR 25% 가소제 14% 65
PEO N3000/ABS 1580 10% 가소제 10.8% 64
실시예 14
다이아톰(Diatome) 다이아몬드 저온칼이 장착된 라이헤르트 울트라컷(Reichert UltraCut) S FCS 저온-초박편 절단기를 사용하여 저온 현미경 절편 제작법에 의해 실시예 2, 3 및 4로부터 얻은 각 블렌드의 압출물의 얇은 횡단면을 준비하였다. 저온 박편화를 수행하여 스미어링(smearing)되지 않을 정도로 중합체를 강화하였다.
편광 광학 현미경을 사용하여 강화된 PEO/라텍스 블렌드 구정 크기 분석을 수행하였다. 편광 현미경을 위하여, 3마이크로미터 두께의 박편을 -80℃의 샘플 온도 및 -80℃의 칼 온도에서 절단하였다. 큰 직경의 압출물의 경우에, 시험편을 약 1㎟의 블록면 크기로 다듬었다. 절단중에 발생한 박편의 심한 말림을 최소화하기 위하여, 0.2㎜/sec의 박편화 속도가 사용되었다. 말리게 되면 박편을아이래쉬(eyelash) 프로브로 칼 가장자리 바깥으로 보내고, 조심스럽게 펴서 유리 검사 슬라이드위에 평평하게 펴야 한다. 박편은 매우 부드럽고 다소 자기-점착성이기 때문에, 이 과정동안 박편에 손상이 가지 않도록 주의하였다.
박편을 슬라이드 표면에 평평하게 편 후, 이들을 리졸브(Resolve (등록상표)) 비건조 매질을 사용하여 올려놓고, 커버를 밀어 넣었다. 이들을 올림푸스(Olympus) BH-2 현미경에서 교차 또는 부분 교차 편광기를 사용하여 검사하였다. 75배 및 150배의 고정 배율에서 폴라로이드(Polaroid (등록상표)) 현미경 사진을 얻었다.
편광 현미경 사진을 PC를 기반으로 하는 이미지 분석 프로그램인 이미지툴(ImageTool) V1.25(미국 산안토니오 소재의 유니버시티 오브 텍사스 헬쓰 사이언스 센터(University of Texas Health Science Center)로부터 무료로, 인터넷에서 입수할 수 있음)로 스캐닝하여 구정 크기 측정을 수행하였다. 구경 측정은 10미크론 분할을 기본으로 하여 단계 측미계(영국 켄트 소재의 그래티쿨스 리미티드(Graticules, Ltd.))를 사용하여 하였다. 샘플당 20개의 구정을 측정하고, 그 결과를 스프레드시이트에 표로 만들고, 이루부터 평균 구정 크기를 결정하였다(도 4 참조).
실시예 15
모델 E-2020 인바이런멘탈 세컨더리 일렉트론 마이크로스코프(Environmental Secondary Electron Microscope, ESEM)(미국 매사츄세츠주 윌밍톤 소재의 일렉트로스캔 코포레이션(ElectroScan Corp.))를 사용하여 실시예 2의 블렌드의 표면 이미지를 얻었다. 이미지를 표식 이미지 파일 형식(tagged file image format, TIFF)으로 얻었고, 1024×1024 화소 해상도이었다. 이미지는 또한 구경 측정 목적을 위하여 미크론 바(10 또는 25㎛)를 가졌다(도 2 참조).
이미지가 얻어진 후, 이들을 콴티메트(Quantimet) 600 IA 시스템(미국 일리노이주 디어필드 소재의 레이카 인코포레이티드(Leica, Inc.))으로 보냈다. 콴티메트 600에 존재하는 QUIPS 운용 소프트웨어를 사용하여 이미지 분석 프로그램을 작성하였다. 이 프로그램은 다음과 같은 기능을 수행하였다. 이미지를 얻고, 구경 측정을 수행하고, 라텍스 입자를 검출하고, 이미지 처리를 수행하고, 차폐된 면적의 비율 및 입자 크기를 측정하고, 평균값, 통계, 크기 분포 히스토그램 및 이미지와 같은 데이타를 출력하였다(도 1 참조). 입자 크기는 다음과 같이 등가-원 직경(equivalent-circular diameter, ECD) 유도 변수를 사용하여 측정하였다:
라텍스 입자에 의해 차폐된 면적의 비율은 14.25%이었다. ECD에 의한 입자 계수는 다음과 같다.
번호 ECD(㎛) 계수 계수(%)
1
2 0.010-0.014 0 0.00
3 0.014-0.020 0 0.00
4 0.020-0.026 0 0.00
5 0.028-0.040 0 0.00
6 0.040-0.056 0 0.00
7 0.056-0.079 0 0.00
8 0.079-0.112 68 6.67
9 0.112-0.158 70 8.06
10 0.158-0.224 105 12.07
11 0.224-0.316 118 13.56
12 10.316-0.447 136 16.83
13 0.447-0.631 145 16.67
14 0.631-0.891 131 15.06
15 0.89-1.26 76 6.74
16 1.25-1.78 26 2.99
17 1.78-2.51 4 0.46
18 2.51-3.65 1 0.11
19 3.55-5.01 0 0.00
20 6.01-7.08 0 0.00
21 7.08-10.0 0 0.00
총 입자 수 420.58평균 0.48㎛표준편차 0.34㎛표준오차 0.01최대 2.85㎛최소 0.11㎛
실시예 16
상 이미지화를 갖는 태핑 모드(Tapping Mode)를 사용하여, SPM, 나노스코프(Nanoscope (등록상표)) IIIa 멀티모드(Multimode™)(미국 캘리포니아주 산타바바라 소재의 디지탈 인스트루먼츠(Digital Instruments)) 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 실시예 3의 블렌드의 원자력 현미경 이미지를 얻었다. 나노스코프와 결합된 광학 현미경을 사용하여 블렌드의 횡단면상의 프로브의 위치를 정하였다. 원자력 현미경을 위하여, 다이아톰 다이아몬드 저온칼이 장착된 라이헤르트 울트라컷 S FCS 저온-초박편 절단기를 사용하여 저온 현미경 절편 제작법에 의해 PEO/라텍스 블렌드의 압출물의 횡단면을 준비하였다. 스미어링을 방지할 정도로중합체를 강화하는데 저온 박편화가 필요하였다. 블록 횡단면을 -80℃의 샘플 온도에서 제조하였고, 칼 온도도 또한 -80℃로 설정되었다. 큰 직경의 압출물의 경우에, 시험편을 약 1㎟의 블록면 크기로 다듬었다. 원자력 현미경 기법을 사용하여 PEO/라텍스 블렌드의 박막 구조내의 라텍스 입자의 분산을 분석하였다(도 3 참조).
상기 실시예는 본 발명에 의해 예상되고 청구의 범위의 범주내에 포함되는 실시양태를 한정하기 보다는 예증하기 위한 것이다.

Claims (21)

  1. 유화액 및 1종 이상의 수용성 및(또는) 수분산성 중합체 수지를 포함하며, 유화액의 입자가 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분포되고, 유화액내의 물이 중합체 분자와 수소 결합을 형성하는 블렌드.
  2. 제1항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리에틸옥사졸린, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 젤라틴화 전분, 나일론 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 블렌드.
  3. 제2항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드 수지인 블렌드.
  4. 제1항에 있어서, 유화액이 스티렌 부타디엔, 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴로니트릴 부타디엔으로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 블렌드.
  5. (a) 중합체 수지를, 임의로는 안정제, 가소제, 충전제 또는 첨가제의 존재하에, 유화액과 혼합하거나 유화액으로 코팅하는 단계; (b) 단계 (a)에서 형성된 중합체와 유화액의 혼합물을 압출기로 공급하는 단계; (c) 혼합물을 가열하고 압출하여 블렌드를 생성하는 단계; 및 (d) 생성된 블렌드를 냉각하는 단계를 포함하는, 유화액 및 1종 이상의 수용성 및(또는) 수분산성 중합체 수지를 포함하는 블렌드를 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 혼합물이 가소제를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 혼합물이 안정제를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 용융 스트랜드가 콘베이어 벨트상에서 공기에 의해 냉각되는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리에틸옥사졸린, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 젤라틴화 전분, 나일론 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지인 방법.
  11. (a) PEO 분말 수지를 가소제 및 안정제와 혼합하는 단계; (b) PEO 분말을 리본 블렌더로 혼합하는 동안에 높은 공기압 분무총을 사용하여 라텍스 유화액으로 코팅하는 단계; (c) 코팅된 PEO 분말을 이축 스크루 압출기로 공급하는 단계; (d) 코팅된 PEO 분말을 가열하고 압출하여 블렌드를 형성하는 단계(이때, 압출기 온도는 약 100℃ 내지 약 200℃임); 및 (e) 생성된 블렌드를 냉각하는 단계를 포함하는, PEO와 라텍스를 포함하는 블렌드를 제조하는 방법.
  12. 유화액 및 1종 이상의 수용성 및(또는) 수분산성 중합체 수지를 포함하며, 유화액의 입자가 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분포되고, 유화액내의 물이 중합체 분자와 수소 결합을 형성하는 블렌드를 포함하는 필름.
  13. 제12항에 있어서, 두께가 약 1밀 내지 약 4밀인 필름.
  14. 제12항에 있어서, 유화액이 스티렌 부타디엔, 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴로니트릴 부타디엔으로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 필름.
  15. 제12항에 있어서, 유화액이 스티렌 부타디엔 공중합체 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체인 필름.
  16. 제12항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리에틸옥사졸린, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 젤라틴화 전분, 나일론 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 필름.
  17. 제16항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지인 필름.
  18. (a) 블렌드를 포함하는 펠렛을 슬릿 다이를 갖는 압출기로 공급하는 단계; (b) 펠렛을 약 80℃ 내지 약 150℃에서 가열하고 압출하는 단계; 및 (c) 필름을 저온 권취 롤에 모으는 단계를 포함하는, 유화액 및 1종 이상의 수용성 및(또는) 수분산성 중합체 수지를 포함하는 블렌드를 포함하는 필름을 생성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리에틸옥사졸린, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 젤라틴화 전분, 나일론 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 중합체 수지가 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 수지인 방법.
  21. 제18항에 있어서, 유화액이 스티렌 부타디엔, 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴 및 아크릴로니트릴 부타디엔으로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 방법.
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