KR20060041886A - 방사상 블록 코폴리머를 함유하는 탄성체 접합 접착제 - Google Patents

방사상 블록 코폴리머를 함유하는 탄성체 접합 접착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 방사상 폴리스티렌-폴리이소프렌/폴리부타디엔 블록 코폴리머를 포함하는 핫 멜트 접착제 조성물, 및 탄성이 있는 일회용 흡수 물품의 제조 시에 이용되는 탄성체 접합 접착제로서의 용도에 관한 것이다.
핫 멜트 접착제, 탄성체 접합 접착제, 방사상 블록 코폴리머, 일회용 물품

Description

방사상 블록 코폴리머를 함유하는 탄성체 접합 접착제 {ELASTIC ATTACHMENT ADHESIVE CONTAINING RADIAL BLOCK COPOLYMER}
본 발명은 접착제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성체 접합 접착제(elastic attachment adhesive)로서의 용도에 이용되는, 방사상 블록 코폴리머를 함유하는 핫 멜트 접착제(hot melt adhesive), 및 상기 접착제를 이용하여 제조된 탄성체 함유 제품에 관한 것이다.
핫 멜트 접착제를 적용하는 경우에는 용융된 상태에서 기재에 적용하고, 이를 냉각하여 접착제층을 고화시킨다. 이러한 접착제는 제품의 조립 및 포장과 같은 다양한 상업적 및 산업적 용도에 널리 이용되며, 아울러, 아기용 기저귀나 성인용 실금(incontinence) 제품을 제조하는 부직포 산업에서 널리 이용되고 있다. 전술한 용도에서, 상기 핫 멜트 접착제는 하나 이상의 폴리올레핀 부직포 기재, 스판덱스와 같은 하나 이상의 탄성체, 및/또는 상기 기재에 함께 접합되는 하나 이상의 폴리올레핀 필름에 적용된다.
그런데, 이 같은 부직포에 적용되는 핫 멜트 접착제를 현재까지 이용해 오고 있는 중에도, 정해진 최종 용도에 적용될 해당 타입의 기재를 보다 효과적으로 접 합하도록 제제화된 접착제가 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명자들은 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 방사상 블록 코폴리머(단, n은 PS-PI-PB의 팔(arm)의 개수로서, 3 이상임), 약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머(예: SBS, SEBS, SEPS, SIBS 및 이들의 조합), 및 약 30 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지(tackifying resin)를 함유하는 접착제가 특히 탄성체 접합 접착제로서 적절하다는 것을 발견하였다.
일 구현예로서, 본 발명은 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 방사상 블록 코폴리머를 포함하는 접착제 조성물을 제공한다. 상기 접착제를 탄성체 접합 접착제로서, 착용자의 다리 또는 허리에 접하도록 형성된 하나 이상의 탄성 커프스(cuffs)를 포함하는 일회용 흡수복(disposable absorbent garment)과 같은, 탄성 영역을 포함하는 물품의 제조 시에 이용하는 경우에는 양호한 내크리프성을 나타낸다.
다른 구현예로서, 본 발명은 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 (PS-PI-PB)nX 방사상 블록 코폴리머(단, n은 PS-PI-PB의 팔(arm)의 개수로서, 3 이상임), 약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머(예: SBS, SEBS, SEPS, SIBS 및 이들의 조합), 및 약 30 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지를 함유하는 접착제를 포함하는 제품(manufacture article)을 제공한다. 통상적으로, 상기 제품은 한 가지 이상의 기 재를 포함할 수 있다. 본 발명은 일회용 흡수복(disposable absorbent garment)을 포함해, 일회용 흡수 물품, 특히 일회용 탄성 물품을 포함한다.
또 다른 구현예로서, 본 발명은 기재와 상기 기재와 유사한 또는 상이한 기재의 접착 방법으로서, 용융된 핫 멜트 접착제 조성물을 상기 제1 기재에 적용하고, 상기 제1 기재 상에 존재하는 접착제를 상기 제2 기재에 접촉시켜, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 함께 접착시키는 단계를 포함하는 접착 방법을 제공한다. 본 발명의 수행 시에, 상기 제1 기재 및/또는 상기 제2 기재 중 한 가지 이상의 기재가 탄성 폴리우레탄 화이버(스판덱스)이다. 상기 방법에 이용되는 접착제 조성물은 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 (PS-PI-PB)nX 방사상 블록 코폴리머(단, n은 PS-PI-PB의 팔(arm)의 개수로서, 3 이상임), 약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머(예: SBS, SEBS, SEPS, SIBS 및 이들의 조합), 및 약 30 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지를 함유하는 접착제를 포함한다.
본 명세서에 인용된 모든 문헌들은 참조 문헌으로서 그 전문이 본 명세서에 병합된다.
본 발명은 핫 멜트 접착제 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 접착제 조성물을 폴리머의 함량이 낮으며 우수한 접착 강도를 나타내는 접착제로 제제화함으로써, 효과가 높은 접착제 시스템을 제공할 수 있다.
탄성 접합 시, 접착제에 필요한 가장 중요한 특성 중 하나는 크리프 성능 (creep performance)이다. 이처럼, 탄성 접합에 이용되는 접착제는 강인성(toughness)이 우수해야 한다. 본 발명의 접착제는 탄성 접합 용도 및 그 밖의 용도에 이용하는 데 필요한 물성을 구비한다. 따라서, 상기 접착제는 특히 탄성 부직포의 제조 및 아기용 기저귀, 운동용 바지, 성인용 실금 팬티 또는 내의 등의 제조에 유용하다.
본 발명의 핫 멜트 접착제는 방사상 블록 코폴리머, 열가소성 탄성체, 점착부여성 수지, 및 바람직한 경우, 희석제, 왁스 등과 같은 기타 첨가제를 포함한다.
본 발명에 이용되는 방사상 블록 코폴리머는 (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 폴리스티렌-폴리이소프렌/폴리부타디엔 블록 코폴리머이며, 상기 식에서 PS는 폴리스티렌이고, PI는 폴리이소프렌이고, PB는 폴리부타디엔이고, X는 상기 방사상 블록 코폴리머를 제조하는 데 이용되는 다관능성 결합제(coupling agent)의 잔기이고, n은 X에 결합된 PS-PI-PB의 팔의 개수로서, 3이상의 수를 나타낸다. 상기 팔의 개수 n은 통상적으로 약 3 내지 약 10의 범위의 수이고, 바람직하게는 약 3 내지 약 7의 범위의 수이며, 가장 바람직하게는 약 3.5 내지 약 4의 범위의 수이다. 본 발명에서는 상기 방사상 스티렌-이소프렌-부타디엔 스티렌 코폴리머는 디-블록 비율(%)이 상기 코폴리머에 대해 약 25 중량% 미만(결합 효율이 75%보다 큼), 더욱 바람직하게는 약 20 중량% 미만(결합 효율이 80%보다 큼)이고, 각각의 팔의 수평균 분자량이 약 30,000 내지 약 95,000 범위이며, 상기 블록 코폴리머 전체의 수평균 분자량이 약 380,000 미만인 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 상기 방사상 블록 코 폴리머의 스티렌 블록 성분의 함량이 상기 코폴리머에 대해 약 25 중량% 내지 약 50 중량% 범위일 수 있다. 본 발명에 이용하는 데 적합한 정해진 타입의 방사상 블록 코폴리머 및 이러한 방사상 블록 코폴리머의 제조 방법은 미국특허 제5,372,870호에 기재되어 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 본 발명의 접착제는 1종 이상의 열가소성 방사상 블록 코폴리머, 특히, (스티렌-이소프렌-부타디엔)n-X를 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 본 발명의 수행 시에, 상기 팔의 개수 n은 3 이상의 수, 통상적으로는 3 내지 10의 범위의 수이고, 더욱 바람직하게는 3 내지 6의 범위의 수이다.
그리고, 상기 (PS-PI-PB)nX 방사상 폴리머에서 각각의 팔 구조, 즉, 스티렌-이소프렌-부타디엔 블록 코폴리머의 구조는 하기와 같이 정의될 수 있다. 상기 블록 코폴리머의 구조에서, PS는 수평균 분자량이 약 10,000 내지 약 25,000이다. PI+PB는 수평균 분자량이 약 20,000 내지 약 70,000이다. 상기 방사상 블록 코폴리머에서의 수평균 분자량을 전술한 바와 같이 함으로써, 각각의 팔의 수평균 분자량이 약 30,000 내지 약 95,000의 범위가 되도록 할 수 있다. 본 발명에서, 전체 방사상 블록 코폴리머의 총 수평균 분자량은 약 90,000 내지 약 380,000의 범위이고, 상기 PS 성분은 상기 코폴리머 100 중량부에 대해 적어도 약 25 중량부 내지 약 50 중량부의 양으로 포함된다.
또한, 본 발명의 접착제는 일반 배열이 A-B-A형인 1종 이상의 선형 블록 코 폴리머를 포함할 수 있으며, 여기서, 비탄성 폴리머 말단 블록인 A는 호모폴리머로서 유리 전이 온도가 약 20℃보다 큰 비탄성 폴리머 블록이고, 탄성 폴리머 중간 블록인 B는 부분적으로 또는 실질적으로 수소 첨가된 이소프렌, 부타디엔 또는 이소부틸렌으로부터 유래된 것, 또는 이소프렌, 부타디엔 또는 이소부틸렌의 혼합물로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 비탄성 말단 블록 A는, 비닐 아렌(vinyl arene), 비닐 피리딘, 비닐 할라이드 및 비닐 카르복실레이트와 같은 비닐 모노머, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴과 같은 아크릴 모노머, 아크릴산 에스테르 등의 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함할 수 있다. 특히, 모노비닐 방향족 탄화수소로서는 스티렌, 비닐 톨루엔, 비닐 자일렌 및 에틸 비닐 벤젠과 같은 벤젠계 화합물, 및 비닐 나프탈렌 등과 같은 디사이클릭 모노비닐 화합물(dicyclic monovinyl compound)이 포함된다. 그 밖의 비탄성 폴리머 블록으로서는 알파 올레핀, 알킬렌 옥사이드, 아세탈, 우레탄 등으로부터 유래된 것이 포함될 수 있다. 본 발명에서는 상기 비탄성 폴리머 블록으로서 스티렌이 바람직하다.
상기 열가소성 탄성체 코폴리머의 나머지를 구성하는 상기 탄성 폴리머 중간 블록 B 성분은 공지된 바와 같이, 수소 첨가될 수 있는 이소프렌 또는 부타디엔으로부터 유래된 것이며, 그 예로서, 미국특허 제3,700,633호에 기재된 것을 들 수 있다. 그리고, 이러한 부타디엔의 수소 첨가 반응은 부분적으로 또는 실질적으로 완전하게 수행될 수 있다. 상기 수소 첨가 반응은, 예를 들면, 상기 비닐 아렌 폴리머 블록을 변형시키지 않으면서, 상기 탄성 부타디엔 블록을 수소화하는 조건으 로 수행될 수 있다. 전술한 조건 외에도, 상기 수소 첨가 반응은, 상기 폴리머 사슬을 따라 실질적으로 균일하게 수소화하는 조건, 즉, 상기 탄성 블록과 비탄성 블록 모두가 실질적으로 동일한 정도로, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 수소화 되도록 하는 조건에서 수행될 수 있다. 본 발명에서는, 고분자량의 폴리머에서 더 심각한 문제로 나타나는, 폴리머 처리 중에 폴리머가 분해되는 문제의 발생을 최소화하기 위해, 이처럼 수소 첨가된 폴리머를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 접착제 조성물은 통상적으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 A-B-A 블록 코폴리머를 포함할 수 있다. 상기 A-B-A 블록 코폴리머를 예시하면, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-이소부틸렌 스티렌(SIBS), 스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌(SEBS), 및/또는 스티렌-b-에틸렌/프로필렌-b-스티렌(SEPS)이 있다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물은 통상적으로 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 70 중량%, 더욱 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 65 중량%의 점착부여성 수지를 더 포함할 수 있으며, 상기 점착부여성 수지는 상기 열가소성 탄성체 중간 블록과 상용 가능하다. 본 발명에서는 상기 점착부여성 수지의 링 앤드 볼 연화점(Ring and Ball softening point)이 약 25℃보다 높은 것이 바람직하다. 본 발명에 바람직한 점착부여성 수지를 예시하면, (1)천연 로진 또는 변성 로진(예: 검 로진, 우드 로진, 톨 오일 로진(tall-oil rosin), 증류된 로진(distilled rosin), 수첨 로진(hydrogenated rosin), 이량체화된 로진, 및 폴리머화된 로진); (2) 천연 로진 또는 변성 로진의 글리세롤 에스테르 및 펜타 에리쓰리톨 에스테르(예: 페일 우드 로진의 글리세롤 에스테르, 수첨 로진의 글리세롤 에스테르, 폴리머화된 로진의 글리세롤 에스테르, 수첨 로진의 펜타에리스리톨 에스테르, 및 로진의 페놀 변성된 펜타에리스리톨 에스테르); (3) 천연 테르펜의 코폴리머 및 터폴리머(terpolymer)(예: 스티렌/테르펜 및 알피 메틸 스티렌/테르펜); (4) ASTM법 E28,58T에 준거하여 측정한 연화점이 약 80℃ 내지 150℃인 폴리테르펜 수지 및 수첨 폴리테르펜 수지(예: 통상적으로, 적절한 저온에서 Friedel-Crafts 촉매의 존재 하에, 피넨(pinene)으로 알려져 있는 바이사이클릭 모노테르펜과 같은 테르펜 탄화수소를 중합하여 얻는 폴리테르펜 수지); (5) 페놀 변성된 테르펜 수지 및 그의 수첨 유도체(예: 산성 매체에서 바이사이클릭 테르펜과 페놀의 축합 반응을 통해 얻은 수지 생성물); (6) 볼 앤드 링 연화점이 약 70℃ 내지 약 135℃인 지방족 페트롤륨 탄화수소 수지(예: 주로 올레핀과 디올레핀으로 이루어진 모노머를 중합하여 얻은 수지) 및 수첨 지방족 페트롤륨 탄화수소 수지; (7) 지환식 페트롤륨 탄화수소 수지 및 그의 수첨 유도체; 및 (8) 지방족/방향족 또는 지환식/방향족 코폴리머 및 그의 수첨 유도체를 들 수 있다.
본 발명에 이용되는 바람직한 점착부여제(tackifier)로서는 폴리테르펜, 지방족 수지, 지환식(cycloaliphatic) 수지, 및 지방족/방향족 또는 지환식/방향족 수지가 포함된다. 더욱 바람직하게는 지방족 수지 및 지환식 수지가 이용된다. 본 발명에 바람직한 점착부여제를 구체적으로 예시하면, Wingtack 95(Goodyear로부터 입수 가능함), Eastotac H100R(Eastman Chemical Company로부터 입수 가능함), 및 ESCOREZ 5600(ExxonMobil Chemical Company로부터 입수 가능함)을 들 수 있다. 본 발명에서는 사용된 특정 탄성 블록 코폴리머에 따라 상기 점착부여제를 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
아울러, 본 발명의 접착제에 말단 블록 점착부여제 수지를 약 30 중량% 이하의 양으로 배합하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 말단 블록 수지는 본 발명의 접착제를 냉각시킨 이후의 상기 열가소성 탄성체의 비탄성 블록에 주로 포함되어 있다. 이러한 수지의 대표적인 예를 들면, 혼합 C9 페트롤륨의 증류 스트림을 기재로 한 방향족 수지(예: Eastman Chemical Company로부터 입수 가능한 물질), 또는 방향족 모노머의 순수 또는 혼합 모노머 스트림를 기재로 한 수지(예: 비닐 톨루엔, 스티렌, 알파-메틸 스티렌, 쿠마론(coumarone) 또는 인덴의 호모폴리머 또는 코폴리머)를 들 수 있다. 본 발명에 바람직한 말단 블록 수지를 예시하면, Eastman Chemical Company로부터 입수 가능한 알파-메틸 스티렌 기재의 수지(상품명: Kristalex and Plastolyn)를 들 수 있다. 본 발명의 접착제 조성물에 상기 말단 블록 수지가 포함된 경우에는 통상적으로 상기 말단 블록 수지의 함량이 약 1 중량% 내지 약 30 중량%이고, 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 미만이다.
통상적으로, 본 발명의 바람직한 접착제 조성물은 상기 블록 코폴리머의 중간 블록과 상용 가능한 점착부여성 수지를 약 40 중량% 내지 약 70 중량% 양으로, 그리고 상기 블록 코폴리머의 말단 블록과 상용 가능한 열가소성 탄화수소 점착부여제를 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물은 지방족 물성을 가지며, 상기 열가소성 탄 성체 중간 블록과 상용 가능한 오일 또는 그 밖의 희석제를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 접착제 조성물은 통상 액상 가소제를 약 20 중량% 미만의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 접착제 조성물이 1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 중량% 이상의 액상 가소제를 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 액상 가소제를 예시하면, 파라핀계 페트롤륨 오일, 나프텐계 페트롤륨 오일, 고도로 정제된 방향족 수지 비함유 파라핀계 및 나프텐계 식품 및 기술 등급의 백색 페트롤륨 미네랄 오일, 및 액상 점착부여제(예: 폴리부텐, 폴리프로펜, 폴리테르펜 등의 합성 액상 올리고머)를 들 수 있다. 전술한 일련의 합성 가공 오일은 적절히 고분자량화한 영구적 유체의 액상 모노올레핀, 이소파라핀 또는 파라핀으로서, 고점도의 올리고머이다. 상기 액상의 가소성 또는 점착부여성 희석제로서는 Wingtack 10(Goodyear로부터 입수 가능함)과 같은 폴리테르펜, 및 Exxon Chemical로부터 입수 가능한 C5 원료 스트림 기재의 Escorez 2520이 포함된다. 그 외의 액상 희석제를 예시하면, Kuraray로부터 상품명 LIR 50으로서 입수 가능한 폴리이소프렌, 및 Amoco로부터 상품명 Indopol로서 입수 가능한 폴리부타디엔을 들 수 있다. 가장 바람직하게는, 파라핀 오일을 중합된 C5의 페트롤륨 공급 원료 스트림인 Escorez 2520과 병용한다.
아울러, 본 발명의 접착제 조성물은 폴리에티렌 왁스와 같은 왁스를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 접착제 조성물이 왁스를 포함하는 경우, 상기 왁스는 통상적으로 약 2 중량% 이상, 약 5 중량% 이하의 양으로 포함된다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물은, 통상적으로 고무계 감압성 접착제의 제조 시에 이용되는 항산화제를 약 3 중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다. 본 발명에 이용되는 바람직한 안정화제 또는 항산화제로서는 고분자량의 부자유 페놀(hindered phenol), 및 황 및 인 함유 페놀과 같은 다관능성 페놀이 포함된다. 상기 부자유 페놀은 동 기술 분야의 당업자들에게 공지되어 있으며, 입체적으로 벌키한(bulky) 라디칼을 페놀의 하이드록시기 부근에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀 화합물일 수 있다. 특히, 상기 부자유 페놀은, 벤젠환 상에서 상기 페놀의 하이드록시기에 대해 하나 이상의 오르쏘 위치에 일반적으로 터셔리 부틸기가 치환되어 있다. 대표적인 부자유 페놀을 예시하면, 1,3,5-트리메틸 2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠; 펜타에리스리틸 테트라키스-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트; 4,4'-메틸렌비스(2,6-tert-부틸페놀); 4,4'-티오비스(6-tert-부틸-o-크레졸); 2,6-디-tert-부틸페놀; 6-(4-하이드록시페녹시)-2,4-비스(n-옥틸티오)-1,2,5-트리아진; 디-n-옥타데실3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질 포스포네이트; 2-(n-옥틸티오)에틸 3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤조에이트; 및 소르비톨 헥사[3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트]를 들 수 있다.
본 발명의 핫 멜트 접착제 조성물은 동 기술 분야에 공지된 기술에 따라 제제화될 수 있다. 상기 제제화 방법의 일례로서, 약 20%의 오일 또는 액상 희석제를 모든 열가소성 폴리머 및 안정화제와 함께 재킷(jacket)이 장착된 혼합 용기 내에, 바람직하게는 로터 및 재킷이 장착된 대량의 듀티 믹서(heavy duty mixer)에 넣고, 약 190℃ 이하 범위의 온도로부터 온도를 상승시켰다. 이렇게 하여 상기 반응 혼합물을 용융시킨 다음, 반응 온도를 150℃ 내지 165℃로 낮추었다. 혼합 및 가열 반응을 계속 수행하여, 평탄하고 균일한 물질이 얻어지면, 상기 물질에 점착부여성 수지, 왁스 및 나머지 희석제를 완전히 균일하게 혼합한다.
전술한 방법에 따라 제제화한 접착제를 동 기술 분야에 공지된 방법에 따라, 원하는 기재에 적용할 수 있으며, 공지된 적용 방법을 예시하면, 극한 롤 코팅법(limitation roll coating), 페인팅법, 건식 브러싱법(dry-brushing), 딥 코팅 분무법(dip coating spraying), 슬롯 코팅법(slot-coating), 나선형 코팅법(swirl coating), 인쇄법(예: 잉크 젯 인쇄법), 플렉소그래프 인쇄법(flexographic printing), 압출 코팅법, 분무법(atomized spraying), 그라비어법[패턴 휠 전사(pattern wheel transfer)], 정전 인쇄법(electrostatic printing), 증착법, 화이버화(fiberization) 및/또는 스크린 인쇄법을 들 수 있으나, 전술한 적용 방법에 제한되지 않는다.
본 발명의 접착제는 고정용 접착제(positioning adhesive), 코어 접착제(core adhesive) 또는 탄성 접착제로서의 용도로 유용하며, 특히, 물이나 염수와 같은 액체, 및 소변, 월경분비물 및 혈액과 같은 체액을 흡수하는 데 이용되는 것으로서, 기저귀, 성인용 실금 제품, 침대 패드; 및 위생용 냅킨과 같은 일회용 흡수 제품, 및 턱받이(bib), 상처 처치용 드레싱(wound dressing) 및 수술용 케이프 또는 드레이프(surgical cape or drape)와 같은 기타 흡수 제품을 포함하는 물품의 제조에 적절하게 이용되나, 전술한 제품에 제한되지 않는다. 상기 접착제는 부직 포 또는 티슈(tissue)를 제2 기재 또는 성분에 접착하는 데 이용될 수 있다. 상기 제2 기재는 제2의 부직포, 제2의 티슈, 또는 이외의 재료일 수 있다. 통상적으로, 본 발명의 접착제는 상기 기재에 약 290℉ 내지 약 325℉의 온도에서 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 흡수 구조체는 일반적으로 부직포(nonwoven fabric)를 포함할 수 있다. 부직포는 가요성(flexibility), 다공성 및 강직성(integrity)을 가지며, 서로 맞물려 있는 화이버 네트워크로서 정의된다. 상기 부직포에 포함된 각각의 화이버는 합성된 것일 수도 있고, 천연에 존재하는 것, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 상기 각각의 화이버는 역학적, 화학적 또는 열적으로 서로 접합할 수 있다. 이러한 부직포는 상업적으로 다양한 용도에 이용되며, 이용되는 용도를 예시하면, 절연, 포장(예: 육류와 같은 식품), 가정용 와이프(wipe), 수술용 드레이프, 의학용 드레싱; 및 기저귀, 성인용 실금 제품 및 위생용 냅킨과 같은 일회용 물품을 들 수 있다. 상기 티슈는 각각의 화이버가 서로 화학적 결합을 이루고 있을 수 있거나, 또는 서로 화학적 결합을 이루지 않을 수 있는, 부직포와 밀접한 관련이 있는 재료이다.
본 발명의 접착제는 기재 시트에 제2 시트를 접합하는 데 이용된다. 다른 구현예로서, 상기 접착제는 기재 시트 또는 제2 시트를, 티슈층, 레그 플랩(leg flap), 고정용 접착제(fastening ear), 테이프 또는 탭(tab), 또는 동 기술 분야에 공지된 일회용 흡수 제품을 제조하는 데 통상적으로 이용되는 그 밖의 요소에 접합하는 데 이용될 수 있다.
동 기술 분야의 당업자라면 상기 제2 시트 및 상기 기재 시트로서 이용하는 데 적절한 재료를 알 수 있다. 상기 제2 시트로 적절하게 이용되는 재료를 예시하면, 기준 중량(basis weight)이 제곱 미터(㎡) 당 약 15 내지 25 그램이며 스펀 결합된(spunbonded) 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은, 액체 투과성 재료를 들 수 있다. 일회용 흡수 제품에 종종 이용되는 기재 시트는 일반적으로, 물, 소변 또는 혈액과 같은 액체를 상기 일회용 흡수 제품의 흡수 코어(absorbent core)에 수용하고, 침구류 및/또는 착용자의 겉옷이 오염되는 것을 방지하는 기능이 있는 재료로서, 액체 투과가 가능한 재료로부터 제조된다. 일회용 흡수 제품의 기재 시트로 적절한 재료는 통상적으로 액체는 투과시키지 않으나, 증기는 투과시킬 수 있다. 상기 기재 시트의 예를 들면, 폴리올레핀 필름과 같은 액체 비투과성 재료(예: 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌), 및 다공질 폴리에틸렌 필름과 같은, 종종 통기성 필름(breathable film)이라 칭하는 증기 투과성 재료가 있다.
본 발명의 접착제는 특히 탄성체 접합 접착제로서 유용하다. 각종 일회용 제품 및 내구성 제품(예: 실금 패드, 일회용 기저귀, 운동용 바지, 의복, 내의, 스포츠 의류(sports apparel), 자동차 외장(automotive trim), 틈마개(weather-stripping), 개스킷(gasket) 및 가구 장식(furniture upholstery))을 제조하는 데는 신장도(stretchability) 및 탄성도가 우수한 재료를 이용해야 한다. 상기 신장도 및 탄성도는 예를 들면, 착용자의 신체 또는 물품 구조에 적절하게 밀착되도록 할 수 있게 하는 특성이다. 실온에서의 응력-변형률 물성 및 탄성률이 우수한 재료로서 공지된 다양한 재료들이 있기는 하지만, 반복 사용 시에, 또는 체온과 같은 고온에서의 신장과 수축 시에, 또는 하절기에 자동차 내장품으로서 이용 시에도 형체를 유지하거나 밀착되는 탄성 재료가 바람직할 수 있다. 본 발명의 접착제는 특히 아기용 기저귀 또는 성인용 실금 제품과 같은 부직포를 적용하는 용도에 탄성체 접합 접착제로서 이용된다. 전술한 부직포 시장 이외에도, 본 발명의 핫 멜트 접착제는 적용 온도가 낮아야 하면서, 아울러, 접착제의 강인성 및 강도를 유지해야 하는, 포장, 가공(converting) 및 제본(bookbinding) 시장에서 유용하다.
보통, 일회용 탄성 물품은 그 제조 방법들을 조합하여 이용하여, 폴리머 필름, 탄성 화이버, 부직포 시트 및/또는 흡수 재료로부터 제조된 복합 재료이다. 상기 탄성 화이버는 용융 스핀법, 용액 스핀법 및 와인딩법과 같은 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 부직포 시트는 스펀 결합법(spun bonding), 용융 블로잉(melt blowing), 하이드로인탱글링법(hydroentangling), 기계적 인탱글링법(mechanical entangling) 등과 같은 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 일반적으로, 필름 및 시트를 형성하는 방법으로는 공지의 압출법 및 공압출법(예: 블로우 성형된 필름, 캐스트 필름, 프로파일 압출, 사출 성형, 압출 코팅 및 압출 쉬팅(extrusion sheeting)이 포함된다. 상기 폴리머 필름을 예시하면, 폴리올레핀 필름과 같은 액체 비투과성 재료(예: 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌), 및 다공질 폴리에틸렌 필름과 같은, 종종 통기성 필름(breathable film)이라 칭하는 증기 투과성 재료가 있다.
내구성이 있는 탄성 물품, 이를테면, 자동차 문 및 창문 외장, 의복의 허리 밴드 실 또는 스트립, 및 건물의 틈마개와 같은 물품은 공지된 성형법, 열형성법 및 프로파일 압출 기술을 이용하여 제조할 수 있다.
재료에 바이어스 힘(biasing force)을 가한 후에, 상기 재료의 탄성 복원률(%)이 높은(다시 말하면, 영구적 경화율(%)이 낮음) 경우, 통상적으로 상기 재료는 탄성이 있는 것으로서 여겨진다. 이상적으로, 탄성 재료는 온도에 대해 독립적인 세 가지 특성, 즉, 낮은 영구적 경화율(%), 변형 시에 낮은 응력 또는 낮은 하중(loading), 및 낮은 퍼센트 응력 또는 하중 완하의 특성을 나타낸다. 다시 말해, 이 세 가지 특성에 따르면, 탄성 재료는 고온의 서비스 온도에 대해서 (1) 재료를 신장시키는데 필요한 응력 또는 하중(loading)이 낮고, (2) 재료의 신장 시에 응력의 완화도가 전무하거나 낮음 또는 하중이 없으며, (3) 신장, 바이어스 힘 또는 변형을 가하는 것이 중단된 후에도 원래의 치수에 대해 완전한 또는 높은 복원률을 나타내어야 한다. 상기 탄성 폴리머는 보통 희석제를 포함하지 않는 폴리머로서, 임의의 크림프(crimp)(상기 폴리머가 화이버형인 경우)에서 독립적으로 파괴 신장률(break elongation)이 100%를 초과하며, 상기 탄성 폴리머의 길이를 1분간 2배로 신장시킨 다음, 다시 완화시키는 경우, 완화시킨 지 1분 이내에, 원래 길이의 1.5배 미만으로 수축된 상태를 유지한다. 이러한 폴리머를 예시하면, 천연 고무 또는 합성 고무, 세그먼트 폴리우레탄(폴리우레탄우레아를 포함함)(예: 폴리에테르우레탄 및 폴리에스테르우레탄), 폴리에테르에스테르, 탄성 폴리에틸렌, 탄성 폴리프로필렌 및 폴리에테르아미드를 들 수 있으나, 전술한 것에 한정되지 않는다. 본 발명의 물품은 각종 형태의 탄성 폴리머를 포함하는 기재를 포함할 수 있으며, 이러한 기재는 본 발명의 제조 방법에 이용될 수 있고, 본 발명의 이점에 불리한 영향 을 끼치지 않는다. 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 물품은 접착제 및 한 가지 이상의 탄성 기재(예: 한 가지 이상의 탄성 화이버, 테이프, 필름, 스트립, 코팅, 리본 및/또는 시트)를 포함하고, 아울러, 실질적으로 선형 에틸렌 폴리머 및 탄성 기재, 예를 들면, 스판덱스(예: Lycra® 스판덱스, 및 윤활 처리제(lubricating finish)를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 스판덱스인 Lycra® XA)를 포함한다. 일 구현예로서, 상기 기재는 스판덱스 또는 용융된 스펀(spun) 탄성체를 포함한다. 다른 구현예로서, 상기 기재는 화이버형 또는 폭이 약 10 ㎜ 미만인 스트립형의 천연 고무 또는 합성 고무를 포함한다. 상기 접착제 및 한 가지 이상의 탄성 기재는 한 가지 이상의 제품 요소를 포함할 수 있으며, 상기 제품 요소의 예로서, 허리 밴드, 다리 밴드, 복부 밴드 등을 포함하는 구성 요소를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
미국국제무역위원회(U.S. International Trade Commission)에서는, 스판덱스를, 85 중량% 이상이 폴리우레탄 세그먼트로 이루어지고, 긴 사슬을 갖는 화이버형 합성 폴리머로서 제조된 화이버라고 정의하고 있다. Lycra® 스판덱스는 거의 이상적으로 온도에 대해 독립적인 물성을 나타내므로, 의복, 스포츠 의류 및 수영복 용도에 매우 적합하다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기 실시예에 제한되지 않는다.
(실시예)
하기 실시예에서 별도의 언급이 없는 한, 부(part)는 중량부를 나타내고, 온도는 ℉ 단위이다.
접착제의 제조
시그마 블레이드를 포함하는 600 g의 브라벤더 혼합기에서 접착 제제를 제조하였다. 그런 다음, 상기 접착 제제 내의 가소성 블록 코폴리머 및 약 20%의 오일을 약 325℉로 예열한 용기에 첨가하였다. 상기 제제가 균일해지면, 상기 반응물에 중간 블록 점착부여제를 첨가하였다. 끝으로, 추가의 오일 및 말단 블록 점착부여제를 첨가하였다. 그리고, 상기 혼합물이 균일하게 되었을 때, 블렌딩 공정을 중단하였다.
상기 접착제를 제조하는 이용한 재료는 하기와 같다:
Vector DPX 589: 스티렌, 이소프렌 및 부타디엔의 방사상 블록 코폴리머(ExxonMobil Chemical Company로부터 입수 가능함)로서, 스티렌의 함량이 약 30%이고, 용융 흐름 지수(melt flow index)가 약 8∼14이며, 디-블록 코폴리머 퍼센트가 24%임;
Vector 4211: 연질의 중간 블록으로서 이소프렌을 포함하는, 스티렌과 이소프렌의 트리-블록 코폴리머(ExxonMobil Chemical Company로부터 입수 가능함)로서, 스티렌의 함량이 약 30%이고, 용융 흐름 지수가 약 10∼16임;
Kristalex 3085: 링 앤드 볼 연화점이 82℃ 내지 88℃인 방향족 탄화수소 수지임;
Eastotac H100: 수첨 탄화수소 점착부여성 수지(Eastman Chemical Company로 부터 입수 가능함)로서, 링 앤드 볼 연화점이 95℃ 내지 105℃임;
Eastotac H130: 링 앤드 볼 연화점이 125℃ 내지 135℃인 탄화수소 수지임;
Escorez 5400: 페트롤륨 탄화수소 수지(Exxon으로부터 입수 가능함)로서, 연화점이 100 내지 106℃임;
Calsol 5550: Calumet Lubricants Company로부터 입수 가능한 미네랄 오일;
IRGANOX 1010FF: Ciba-Geigy로부터 입수 가능한 항산화제.
본 실시예에서는 부직포 기재로서, Avgol에서 제조한 스펀 결합된 폴리프로필렌을 이용하였다.
또한, 폴리우레탄 필름으로는 두께가 0.75 mil이고, 코로나 처리된 TXEM-244.0 엠보싱 필름(Pliant Corp.에서 제조)을 이용하였다.
전술한 바와 같이 제조된 접착제에 대해, 상업적 용도에 이용하는 데 필요한 물성을 시뮬레이션하여 각종 테스트를 수행하였다.
용융 점도
넘버 27 스핀들을 사용한 브룩필드 모델 RVT Thermosel 점도계를 이용하여, 상기 핫 멜트 접착제의 용융 점도를 측정하였다.
크리프 성능
최종 사용 온도(100℉)에서 4시간 동안 스트랜드를 신장시킨 조건에서, 자유단(free-end) 탄성 스트랜드의 수축도를 측정하여, 크리프 성능을 평가하였다.
2장의 부직포 시트 또는 1장의 부직포와 폴리머 필름 사이에, 신장된 상태로 접합된 필라멘트(스판덱스)의 길이를 측정하였다("최초 길이"). 상기 부직포/필름 및 스판덱스의 양쪽 끝을 절단한 다음, 100℉에서 4시간 동안 자유단 필라멘트의 수축량을 측정하였다. 그런 다음, 상기 필라멘트의 크리프 백분율을 하기 수식에 따라 계산하였다:
(수식)
Figure 112005007409021-PAT00001
.
예를 들어, 표시점 사이의 최초 길이가 20㎝이고, 표시점 사이의 최종 길이가 15 ㎝라고 하면, 크리프 퍼센트는 25%이다. 각각의 상태에서 5개의 샘플에 대해 시험하여, 각각의 탄성 스트랜드에 대해 평균을 내어, 그 결과를 기록하였다.
표 1은 테스트가 수행된 제제의 테스트 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는 접착제 도포법으로서 Nordson Spiral 분무 방법을 이용하였다. 620 데시텍스(decitex)의 Lycra Spandex 스트랜드 3개를, 15 gsm의 방사상 부직포 1개 및 폴리-필름 1개를 포함하는 기재에 접착시켰다. 상기 접착제의 도포 중에는 연속적이고 비포장된 나선형 적용 패턴을 이용하였다. 상기 3개의 스트랜드에 대한 첨가 수준은 8 mg/in로 하였다.
(표 1)
Figure 112005007409021-PAT00002
본 실시예를 통해, 15 중량%보다 큰 양의 (스티렌-이소프렌-부타디엔)n-X를 트리-블록 SIS와 병용한 경우, 양호한 탄성체 접합 접착제를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 많은 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 특정 실시예들은 단지 예로서 제시되는 것으로, 본 발명은 첨부되는 청구의 범위 및 동 청구범위에 귀속되는 모든 등가물에 의해서만 한정되어야 한다.
본 발명의 접착제는 특히 탄성체 접합 접착제(elastic attachment adhesive)로서의 용도에 적합하다.

Claims (14)

  1. 핫 멜트 접착제로서, 상기 접착제에 대해,
    약 15 중량% 내지 약 35 중량%의, (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 방사상 블록 코폴리머(단, PS는 폴리스티렌이고, PI는 폴리이소프렌이고, PB는 폴리부타디엔이고, X는 상기 방사상 블록 코폴리머를 제조하는 데 이용되는 다관능성 결합제(coupling agent)의 잔기이고, n은 X에 결합된 PS-PI-PB의 팔의 개수로서, 3이상의 수를 나타냄);
    약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머; 및
    약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지(tackifying resin)
    를 포함하는 핫 멜트 접착제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사상 블록 코폴리머의 각각의 팔의 수평균 분자량이 약 30,000 내지 약 95,000인 것을 특징으로 하는 접착제.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사상 블록 코폴리머의 디-블록 비율(%)이 약 25% 미만인 것을 특징으로 하는 접착제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방사상 블록 코폴리머의 디-블록 비율(%)이 약 20% 미만인 것을 특징으로 하는 접착제.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 방사상 블록 코폴리머의 스티렌 함량이 약 25 중량% 내지 약 50 중량%인 것을 특징으로 하는 접착제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선형 블록 코폴리머가 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소부틸렌 스티렌, 스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌, 및/또는 스티렌-b-에틸렌/프로필렌-b-스티렌인 것을 특징으로 하는 접착제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 n이 약 3 내지 약 6의 범위의 수인 것을 특징으로 하는 접착제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접착제가 약 5 중량% 미만의 왁스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 접착제가 약 20 중량% 미만의 액상 가소제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제.
  10. 핫 멜트 접착제 및 기재를 포함하는 제품으로서,
    상기 핫 멜트 접착제가 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의, (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 방사상 블록 코폴리머(단, PS는 폴리스티렌이고, PI는 폴리이소프렌이고, PB는 폴리부타디엔이고, X는 상기 방사상 블록 코폴리머를 제조하는 데 이용되는 다관능성 결합제의 잔기이고, n은 X에 결합된 PS-PI-PB의 팔의 개수로서, 3이상의 수를 나타냄); 약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머; 및 약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지를 포함하고,
    상기 기재가 탄성 화이버(elastomeric fiber)를 포함하는
    제품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제품이 일회용 탄성 물품인 것을 특징으로 하는 제품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제품이 기저귀인 것을 특징으로 하는 제품.
  13. 제1항 기재의 접착제를 제1 기재에 적용하고, 상기 제1 기재 상에 존재하는 접착제를 상기 제2 기재에 접촉시켜, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 함께 접착시키는 단계를 포함하는, 제1 기재와 제2 기재의 접착 방법으로서,
    상기 제1 기재 및/또는 상기 제2 기재 중 한 가지 이상의 기재가 탄성 폴리우레탄 화이버이고,
    상기 핫 멜트 접착제가 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의, (PS-PI-PB)nX 구조를 갖는 방사상 블록 코폴리머(단, PS는 폴리스티렌이고, PI는 폴리이소프렌이고, PB는 폴리부타디엔이고, X는 상기 방사상 블록 코폴리머를 제조하는 데 이용되는 다관능성 결합제의 잔기이고, n은 X에 결합된 PS-PI-PB의 팔의 개수로서, 3이상의 수를 나타냄); 약 20 중량% 이하의 선형 블록 코폴리머; 약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 점착부여성 수지; 및 선택적으로, 0 중량% 내지 약 20 중량% 미만의 액상 가소제 및/또는 0 중량% 내지 약 5 중량% 미만의 왁스를 포함하는
    접착 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기재 중 한 가지 이상의 기재가 부직포 기재(nonwoven substrate)인 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020050011673A 2004-02-13 2005-02-11 방사상 블록 코폴리머를 함유하는 탄성체 접합 접착제 KR101170394B1 (ko)

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US10/779,505 2004-02-13

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