KR100357671B1 - 차단특성을 갖는 폴리에틸렌 멜트블로 운부직포 - Google Patents

차단특성을 갖는 폴리에틸렌 멜트블로 운부직포 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연하고, 양호한 차단 특성 및 통기성을 갖는 부직포를 제공한다. 본 발명에서는 폴리프로필렌에 필적하는 차단 특성을 제공하기 위해서 멜트블로운층에 선형 저밀도 폴리에틸렌을 사용한다. 멜트블로운층은 다층 라미네이트에 사용될 수 있고, 다른 층들은 이성분계 섬유로 이루어질 수 있다. 본 발명의 직물은 에를 들면 기저귀, 여성용 위생용품, 성인 실금용품, 부상 드레싱재, 붕대, 멸균 랩 수술용 가운 및 드레이프 및 와이퍼에 사용될 수 있다.

Description

차단 특성을 갖는 폴리메틸렌 멜트블로운 부직포
본 발명은 열가소성 폴리에틸렌 수지의 멜트블로운 섬유로부터 형성된 부직포 또는 부직웹, 및 이러한 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.
지난 수 년간, 섬유 및 웹은 열가소성 수지를 압출시켜서 형성하여 왔다. 이와 같은 응용을 위한 가장 흔한 열가소성 재료는 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌이다. 또한, 폴리에스테르, 폴리에테르에스테르, 폴리아미드 및 폴리우레탄과 같은 기타 다른 재료도 이러한 목적으로 사용되고 있다. 각 재료는 이러한 섬유로부터 제조되는 최종 제품에 요구되는 특성과 관련해서 장점 및 단점을 가지고 있다.
부직포는 기저귀, 여성용 위생용품, 실금용품, 타월, 의료용 가먼트 등과 같이 광범위한 응용 분야에서 이용된다. 이러한 응용에 이용되는 부직포는 스펀본드/멜트블로운/스펀본드(SMS) 라미네이트와 같은 라미네이트 형태인 경우가 종종 있다. SMS 라미네이트에서, 일반적으로 외부층은 통상적으로 강도 특성을 제공하기 위해 존재하는 스펀본드 폴리프로필렌이고, 일반적으로 내부층은 통상적으로 차단층으로서 존재하는 멜트블로운 폴리프로필렌이다.
멜트블로운 부직포 차단층은 양호한 차단 특성을 가짐은 물론, 가능한 한 유연하고 드레이프성을 갖는 것이 요구된다. 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포는 통상적으로 양호한 차단 특성을 가지지만, 폴리에틸렌 부직포처럼 유연성 및 드레이프성을 가지지는 못한다. 폴리에틸렌 멜트블로운 부직포는 일반적으로 매우 유연하고 드레이프성을 가지지만 요구되는 차단 특성이 결여된 것이 통상적이다. 폴리에틸렌 멜트블로운 부직포에 충분한 차단 특성이 결여되어 있는 것은 미세 섬유를 균일하게 형성할 수 없기 때문이거나, 또는 웹에 갭 또는 호울을 생성시키는 결점인 "쇼트"를 발생시키는 경향이 있기 때문이라고 생각된다.
본 발명의 목적은 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포에 필적하는 차단 특성을 가짐은 물론, 폴리에틸렌 부적포가 흔히 갖는 유연성 및 드레이프성도 가지는 멜트블로운 부직포를 제공하는 것이다.
본 발명은 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포에 필적하는 차단 특성을 가짐은 물론, 폴리프로필렌보다 더 유연하고 양호한 통기성을 갖는 부직포를 제공한다. 이 부직포는 약 0.86 내지 약 0.97 g/cc의 밀도를 갖는 1 종 이상의 열가소성 폴리에틸렌 중합체를 용융시키는 단계, 미세 개구를 통해 중합체를 압출시키는 단계, 이 중합체를 연신시켜서 섬유를 형성하는 단계, 및 섬유화된 중합체를 집속 표면 위에 퇴적시켜서 디스버스트(disbursed) 섬유웹을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하며, 이 웹은 히드로헤드가 40cm 이상이고 컵 분쇄 피이크 하중치가 40g 미만인 것인 유연한 차단 부직포의 제조 방법에 의해 제공된다 이러한 웹은 통상적으로 프라지에(Frazier) 다공도가 91440 l/㎡/분(300 ft3/ft2/분) 미만이다.
본 발명의 부직포는 하나의 층이 예비 결합될 수 있고, 또한 이성분계 섬유로 이루어질 수 있는 스펀본드층들과 라미네이트시킬 수 있다.
본 발명의 부직포는 예를 들면 기저귀, 소아용 속팬츠, 여성용 위생용품, 성인용 실금용품, 부상 드레싱재, 붕대, 멸균 랩, 수술용 드레이프 및 가운 및 와이퍼와 같은 제품에 사용될 수 있다. 본 발명의 부직포가 사용되는 특정 분야로는, 개인 위생용품에서 외부 커버, 다리 커프 및 수납 플랩과 같이 누수 차단재로서 사용되는 것이다.
제1도는 본 발명의 부직 웹을 형성하는데 이용할 수 있는 장치의 개요도이다.
제2도는 명료하게 나타내기 위해 제1도의 다이를 90° 회전시켜서 본 저면도이다.
제3도는 제2도의 선 3--3을 따라서 절취한 제1도의 다이의 단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 "중합체"라는 용어는 일반적으로 단독 중합체, 공중합체(예를 들면, 블럭, 그래프트, 랜덤 및 교호 공중합체), 삼원공중합체 등, 및 이들의 혼합물 및 변형물을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다 또한, 특별히 달리 언급되지 않으면, "중합체"라는 용어는 이 물질의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함한다. 이러한 배열은 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "마이크로 섬유"라는 용어는 평균 직경이 약 75 미크론 이하, 예를 들면 평균 직경이 약 0.5 미크론 내지 약 50 미크론인 작은 직경을 갖는 섬유를 의미하며, 더 바람직하게는 마이크로 섬유는 평균 직경이 약 2 미크론 내지 약 40 미크론일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "부직포 또는 부직웹"이라는 용어는 각 섬유 또는 스레드(thread)가 편직물에서와 같이 확인가능한 방식으로 존재하는 것이 아니라 서로 사이사이에 삽입된 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 부직웹은 예를 들면 멜트블로윙법, 스펀본딩법 및 본디드카디드웹법과 같은 많은 방법에 의해 형성하여 왔다.
본 명세서에서 사용되는 "스펀본디드 섬유"라는 용어는 방사구금의 통상적으로 원형인 다수의 세관(細官)을 통해 용융 열가소성 중합체 재료를 필라멘트로서 압출시키고, 이어서 압출된 필라멘트의 직경을 예를 들면 아펠(Appel)의 미합중국 특허 제4,340,563호 및 도쉬너(Dorschner)의 미합중국 특허 제3,692,618호, 마츄키(Matsuki) 등의 미합중국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)의 미합중국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 레비(Levy)의 미합중국 특허 제3,502,763호 및 제3,909,009호 및 도보(Dobo) 등의 미합중국 특허 제3,542,615호에 기재된 바와 같은 방법에 의해 신속하게 감소시킴으로써 형성된 직경이 작은 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 평균 직경이 7 미크론보다 크고, 더 바람직하게는 평균 직경이 10 미크론보다 크다.
본 명세서에서 사용되는 "멜트블로운 섬유"라는 용어는 통상적으로 원형인 다수의 다이 세관을 통해 용융 열가소성 중합체를 용융 스레드 또는 필라멘트로서 고속 기체 스트립(예: 공기)내로 압출시키고,이 기체 스트림이 용융 열가소성 중합체 재료의 필라멘트를 어테뉴에이션(attenuation)시켜서 직경을 감소시킴으로써(마이크로 섬유 직경이 될 수도 있음) 형성된 섬유를 의미한다. 이어서, 멜트블로운 섬유를 고속 기체 스트림에 의해 운반시켜서 집속 표면 위에 퇴적시킴으로써 랜덤 디스버스트 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 방법은 예를 들면 부틴(Butin)의 미합중국 특허 제3,849,241호 및 미합중국 특허 제3,978,185호에 기재되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 "이성분계"라는 용어는 별개의 압출기로부터 압출된2종 이상의 중합체로부터 형성하되 이 중합체들을 함께 방사하여 하나의 섬유를 형성함으로써 얻어지는 섬유를 의미한다. 이러한 이성분계 섬유의 배열은 하나의 중합체가 다른 하나의 중합체를 포위하고 있는 시이드/코어 배열이거나, 또는 병행배열 또는 "해중도(islands-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 이성분개 섬유에 사용되는 중합체의 비율은 75/25, 50/50, 25/75 등일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "결합 윈도우(bonding window)"라는 용어는 부직포를 함께 결합시키는데 사용리는 캘린더 로울 또는 기타 다른 가열 수단의 온도범위를 의미하는 것으로서, 이 온도 범위에서는 성공적으로 결합된다. 폴리프로필렌 스펀본드의 경우, 이 캘린더 결합 윈도우는 대표적으로 약 125 내지 약 154℃(260 내지 310 ℉)이다. 약 125℃(260℉) 미만의 온도는 폴리프로필렌을 용융 및 결합시키기에 충분하지 않고, 약 154℃(310℉)를 초과하는 온도에서는 폴리프로필렌이 과다하게 용융해서 캘린더 로울에 점착할 수 있다. 폴리에틸렌은 훨씬 더 좁은 결합 윈도우를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 "스티치본디드"라는 용어는 예를 들면 스트랙 (Strack) 등의 미합중국 특허 세4,891,957호에 기재된 바에 따라서 재료를 스티칭 (stitching)하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "가먼트"라는 용어는 착용할 수 있는 모든 종류의 의류를 의미한다. 이러한 것으로는 산업용 작업복 및 원피스형 작업복, 언더가먼트, 팬츠, 셔츠, 자켓, 장갑, 양말 등이 있다.
본 명세서에서 사용되는 "의료용품"이라는 용어는 수술용 가운 및 드레이프,안면, 마스크, 머리 보호대, 발 보호대, 부상 드레싱재, 붕대, 멸균 랩, 와이퍼 등을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "개인 위생용품"이라는 용어는 기저귀, 소아용 속 팬츠, 흡수용 언더팬츠, 성인용 실금용품 및 여성 위생용품 등을 의미한다.
본 명세서에서 사용되논 "야외용 부직포"이라는 용어는 주로 야외에서 사용되는 부직포를 의미하지만, 이러한 것에 제한되지는 않는다. 이 부직포가 이용될 수 있는 응용 분야는 자동차 커버, 선박 커버, 항공기 커버, 캠퍼/트레일러 부직포, 가구 커버, 천막, 닫집, 텐트, 농업용 부직포 및 야외복을 포함한다.
<시험 방법>
컵 분쇄: 부직포의 유연성은 "컵 분쇄" 시험에 따라서 측정할 수 있다. 컵 분쇄 시험은 약 6.5cm×6.5cm(직경×높이)의 역(inverted) 컵으로 성형된 부직포의 23cm×23cm 피스를 직경 4.5cm의 반원형 푸트(foot)로 분쇄시키는데 필요한 피이크 하중 및 피이크 에너지를 측진함으로써 부직포의 강도를 평가하는 것으로서, 이때 컵 모양 부직포는 직경 약 6.5 cm의 실린더로 포위하여 컵 모양 부직포가 일정한 변형을 유지하게 한다. 푸트 및 컵은 컵 벽과 푸트가 접촉하지 않도록 배치하는데, 이는 피이크 하중에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 피이크 하중은 푸트를 약 38cm/분(0.25 인치/초)의 속도로 하강시키면서 측정한다. 컵 분쇄 값이 낮을수록 더 유연한 라미네이트이다. 컵 분쇄 시험을 위한 적당한 장치는 모델 FTD-G-500 하중 셀(500g 범위) (미합중국 뉴저지주 펜사우켄 소재 Schaevitz Company 제품)이다. 컵 분쇄 하중은 g 단위로 측정한다. 컵 분쇄 에너지는 g-mm 단위로 측정한다.
히드로헤드(hydrohead); 히드로헤드 시험은 부직포의 액체 차단 특성을 측정하는 것이디· 히드로헤드 시험은 예정량의 액체가 통과하기 전에 부직포가 지지하는 물의 높이(단위: cm)를 측정한다. 히드로헤드 눈금이 높은 부직포는 히드로헤드가 낮은 부직포보다 액체 투과에 대해 더 큰 차단 특성을 갖는다. 히드로헤드 시험은 연방 시험 표준 191A, 메서드 5514에 따라서 수행한다.
프라지에 다공도: 연방 시험 표준 191A,메서드 5450에 따라서 수행하는 프라지에 다공도 시험은 부직포의 통기성을 측정하는 것이다. 프라지에 다공도는 단위 시간 당 부직포의 단위 면적을 통과하는 공기의 부피(단위: l/㎡/분(ft3/ft2/분))로서 부직포를 통과하는 공기의 유속을 측정한 것이다. (ft3/ft2/분에 304.8을 곱하여 l/㎡/분 단위로 환산할 수 있다).
용융 유속: 용융 유속(MFR) 시험은 중합제의 점성을 측정하는 것이다. MFR은 측정 시간 동안 특정 하중 또는 전단을 하에 기지 치수의 세관으로부터 유동하는 재료의 중량으로 나타내고, 예를 들면 ASTM 테스트 1238의 조건 E에 따라서190℃에서 g/10분의 단위로 측정한다.
본 발명의 부직포를 제조하는데 이용되는 섬유는 당업계에 공지되어 있는, 예를 들면 부틴의 미합중국 특허 제3,849,241호 및 미합중국 특허 제3,978,185호에 기재되어 있는 멜트블로윙법에 의해 제조된다.
일반적으로, 멜트블로윙법은 용융된 중합체가 미세 개구를 통해 통과할 때 섬유화되어 필라멘트 커튼을 형성하게 되는 다이 팁에 용융 중합체를 공급함에 있어서 압출기를 이용한다. 필라멘트는 압축 공기에 의해 연신되고, 이동 다공 매트, 벨트 또는 "형성 와이어" 위에 퇴적되어 부직포를 형성한다. 부직포는 온스/평방야드(osy) 또는 그램/평방 미터(gsm) 단위로 측정할 수 있다. (osy 단위로 측정한 값에 33.91을 곱하면 gsm 단위로 환산시킬 수 있다.)
멜트블로윙법으로 제조된 섬유는 처리 조건 및 이 섬유로부터 제조된 부직포의 최종 용도에 따라서 일반적으로 직경이 약 0.5 내지 약 10 미크론이다. 예를 들면, 중합체 분자량을 증가시키거나 또는 처리 온도를 감소시키면 직경이 큰 섬유가 형성된다. 냉각 유체의 온도 및 압축 공기의 연신 압력의 변화도 섬유 직경에 영향을 줄 수 있다. 섬유가 미세할수록 일반적으로 더 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 그러한 섬유들은 그로부터 제조된 부직포에 더 큰 차단 특성을 제공하기 때문이다.
본 발명의 부직포는 단일층으로서 사용되거나 또는 본 발명의 부직포를 혼입시킨 다층 라미네이트로서 사용될 수 있다. 이러한 라미네이트는 접착, 니들 펀칭, 초음파 결합, 프린트 결합, 열 캘린더링 및 당업계에 공지된 기타 다른 방법을 포함하는 여러 가지 기술에 의해 형성될 수 있지만, 이들 기술에 한정되는 것은 아니다. 이러한 다층 라미네이트는 브록(Brock) 등의 미합중국 특허 제4,041,203호 및 콜리에(Collier) 등의 미합중국 특허 제5,169,706호에 기재된 바와 같은 스펀본드/멜트블로운(SM) 라미네이트 또는 스펀본드/멜트블로운/스펀본드 (SMS) 라미네이트와 같이 층들 중의 일부는 스펀본딩되고 또다른 일부는 멜트블로윙된 것이거나, 또는 층들 중의 일부가 스테이플 섬유로부터 제조된 것일 수 있다. 다른 층에 사용된섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이성분계 섬유일 수 있다.
SMS 라미네이트는 예를 들면 이동 컨베이어 벨트 또는 형성 와이어 위에 먼저 스펀본드 부직포층, 이어서 멜트블로운 부직포층, 마지막으로 또다른 스펀본드층을 연속해서 퇴적시킨 후, 상기한 바와 같은 방법으로 라미네이트를 결합시킴으로써 제조할 수 있다. 다른 방법으로는, 세개의 부직포층을 개별적으로 제조하고, 로울에 접속하고, 별도의 결합 단계에서 결합시킬 수 있다.
열 캘린더링에 있어서는, 캘린더 로울이 다양한 패턴으로 개발되어 왔다. 일례는 한센(Hansen) 및 페닝(Pennings)의 미합중국 특허 제3,855,046호에 개시된 바와 같이 약 10 내지 25%의 결합 면적을 갖는 약 15.5 내지 77.5 본드/㎠(약 100 내지 500 본드/평방 인치)의 한센-페닝 패턴이다. 또다른 일반적인 패턴은 반복적이고 약하게 옵셋된 다이아몬드의 다이아몬드 패턴이다. 결합 패턴 및 유효(coverage) 면적은 부직포가 사용될 용도에 따라서 상당히 변화시킬 수 있다.
본 발명의 부직포가 SMS 라미네이트로 사용되는 경우, 스펀본드층 중의 하나를 "예비 결합"시키는 것이 유리하다는 것을 발견하였다. 예비 결합은 많은 작은 핀이 있는 8 내지 50%, 더 바람직하게는 약 25%의 결합 면적을 갖는 패턴을 이용하여 층 자체를 (열적으로) 결합시키는 단계이다. 예비 결합은 폴리에틸렌 웹의 경우에 유리한데, 그 이유는 폴리에틸렌이 비교적 높은 융해열 및 낮은 융점을 가지기 때문이다. 폴리에틸렌 웹을 결합시키기 위해 충분한 열을 공급하기 위해서는, 웹이 과다하게 용융되어 캘린더 로울에 점착되는 것을 피하기 위해서 열을 충분히 느린 속도로 가해야 할 것으로 믿어진다. 스펀본드층 중의 하나를 예비 결합시키는 것은결합 단계에서 라미네이트가 접하게 되는 온도의 세기를 감소시키는데 도움을 준다.
또한, 예비 결합은 부직포의 드레이프성을 다소 감소시킬 수는 있지만, 부직포에 대해 보다 큰 내마모성을 제공한다. 웹이 양호한 차단 특성을 가짐은 물론, 유연하고 드레이프성을 가지게 하는 것이 본 발명의 목적이므로, 예비 결합은 최소한으로 하여야 한다. 이러한 이유 때문에, 예비 결합은 선택적으로 수행할 수 있는 것이고, 필요하다면, 오직 하나의 층에 대해서만 수행하도록 제한되어야 한다.
예비 결합 후, 이어서 스펀본드층을 비결합된 멜트블로운층 및 스펀본드층과 합치고 상기한 바와 같이 보다 많이 개방된 결합 패턴, 바람직하게는 비교적 더 많은 핀을 갖는 패턴을 이용하여 결합시킬 수 있다. 결합 온도는 사용하는 중합체, 목적하는 결합 정도와 강도 및 부직포의 최종 용도에 따라서 달라질 것이다.
또한, 본 발명의 부직포는 필름, 스테이플 섬유, 종이 및 기타 일반적으로 사용되는 재료와 라미네이트시킬 수 있다.
본 발명의 부직포가 이용될 수 있는 분야는 가먼트, 개인 위생용품 및 의료 용품이다. 본 발명의 부직포를 사용할 수 있는 개인 위생용품의 특정 성분은 격납플랩, 외부 커버 및 다리 커프와 같은 누수 차단재로서 사용되는 것이다. 와이퍼는 카운터톱(countertop)용 또는 욕실용 와이프로서 산업용 또는 가정용으로 사용될 수 있는 것이다. 물론, 멸균 랩으로 사용하기 위한 부직포는 부직포에 사용된 모든 중합체의 융점보다 낮은 온도에서 멸균되거나, 또는 감마 또는 기타 다른 방사선 기술과 같은 대체 수단으로 멸균된다.
도면, 특히 제1도는 본 발명의 부직 웹 형성 장치(1)을 나타낸다.
본 발명의 부직 웹을 형성함에 있어서, 적당한 재료의 펠렛, 비이드 또는 칩(도시되지 않음)을 압출기(14)의 호퍼(12)에 도입시킨다. 압출기(14)는 통상의 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되는 압출 스크루(도시되지 않음)를 가지고 있다. 구동 모터에 의한 압출 스크루의 회전으로 인해 재료가 압출기(14)를 통해 진행할 때, 재료는 점차 가열되어 용융 상태가 된다. 재료의 가열은 다수의 별도의 단계에서 수행될 수 있으며, 재료가 압출기(14)의 각 가열 대역을 통해서 멜트블로위 다이(16) 쪽으로 진행할 때 재료의 온도는 점차 증가한다. 또한, 다이(16)은 열 가소성 수지의 온도를 압출을 위해 높은 수준으로 유지시키는 또다른 가열 대역일 수 있다. 재료를 용융 상태로 가열시키는데 필요한 온도는 사용되는 재료의 종류에 따라 다소 달라질 수 있고, 당업계의 숙련자들은 쉽게 결정할 수 있다.
제2도는 다이(16)의 측면(18)에 다수의 오리피스(20)이 제공된 것을 나타내는데, 이 오리피스들은 단면이 통상적으로 원형이고 다이(16)의 팁(22)의 측면(18)에 선형 배열되어 있다. 다이(16)의 오리피스(20)은 직경이 약 0.0254 내지 약 0.0508 cm(약 0.01 내지 약 0.02 인치)이고, 길이가 약 0.127 내지 약 0.762 cm(약 0.05 인치 내지 약 0.30 인치)일 수 있다. 예를 들면, 오리피스는 직경이 약 0.0368 cm(약 0.0145 인치)이고, 길이가 약 0.287 cm(약 0.113 인치)일 수 있다. 다이(16)의 팁(22)의 측면(18)에 1 cm 당 약 1.97개 내지 약 19.7개(1 인치 당 약 5 내지 약 50개)의 오리피스가 제공될 수 있다. 다이(16)은 약 50.8 cm(약 20 인치) 내지 약 152.4 cm(약 60 인치) 또는 그 이상 여장된다. 제1도는 용융 재료가다이(16)의 약 50.8 cm(약 20 인치) 내지 약 152.4cm(약 60 인치) 또는 그 이상 연관된다. 제1도는 용융 재료가 다이(16)의 오리피스(20)으로부터 용융 스트랜드 또는 스레드(24)로서 나온다는 것을 나타낸다.
제3도는 제2도의 다이를 선 3-3을 따라서 절취한 단면도를 나타내는 것으로서, 다이(16)은 바람직하게는 어테뉴에이션 기체 공급관(30) 및 (32)를 포함한다(제1도 및 2도 참조)는 것을 나타낸다. 가열 및 가압된 어테뉴에이션 기체가 유입구(26) 및 (28)에서 다이(16)으로 들어가서, 두개의 쳄버(38) 및 (40)을 통해 화살표(34) 및 (36)으로 표시된 경로로 유동하여 두개의 좁은 통로 또는 갭(42) 및 (44)를 통과함으로써 압출 스레드(24)가 다이(16)의 오리피스(20)을 빠져나갈 때 스레드와 접촉한다. 쳄버(38) 및 (40)은 가열된 어테뉴에이션 기체가 쳄버(38) 및 (40)을 통과하여 갭(42) 및 (44)를 빠져나감으로써 다이(16)을 빠져나가는 어테뉴에이션 기체 스트림(도시되지 않음)이 스레드(24)의 앙쪽면에 형성되도록 디자인한다. 어테뉴에이션 기체의 가열된 스트림의 온도 및 압력은 폭넓게 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 가열된 어테뉴에이션 기체는 약 220 내지 약 315℃ (425 내지 600℉), 더 바람직하게는 약 230 내지 약 280℃의 온도로 적용할 수 있다. 일반적으로, 가열된 어테뉴에이신 기체는 약 0.034 내지 약 1.36 atm(약 0.5 내지 약 20 파운드/평방 인치(psig))의 압력으로 적용할 수 있다. 더 바람직하게는 약 0.068 내지 약 0.68 atm(약 1 내지 약 10 psig)의 압력으로 적용할 수 있다.
다이 부분(50)과 결합하여 쳄버(38) 및 (40)과 갭(42) 및 (44)를 한정하는 공기 플레이트(46) 및 (48)의 위치는 다이 부분(50)을 기준으로 하여 조정해서 어테뉴에이선 기체 통로(42) 및 (44)의 폭을 증가 또는 감소시킬 수 있으며, 이렇게 함으로써 어테뉴에이션 기체의 속도를 변화시키지 않고도 일정 기간 동안 공기 통로(42) 및 (44)를 통해 통과하는 어테뉴에이션 기체 부피를 변화시킬 수 있다. 또한, 공기 플레이트(46) 및 (48)을 조정해서 제3도에 도시한 바와 같은 "후퇴된" 다이 팁 배열을 만들거나, 또는 다이 부분(50)의 팁이 플레이트(48)에 의해 형성된 평면보다 돌출된 포지티브(positive) 다이 팁(22) 스틱 아웃(stick out) 배열을 만들 수 있다. 실질적으로 연속 멜트블로운 섬유 또는 마이크로 섬유(24)를 형성하고자 하는 경우에는 일반적으로 어테뉴에이선 기체 속도가 느리고 공기 통로 갭의 폭이 넓을수록 바람직하다.
두 개의 어테뉴에이션 기체 스트림이 수렴해서 하나의 기체 스트림을 형성하는데, 이 스트립은 용융 스레드(24)가 오리피스(20)을 빠져나갈 때 용응 스레드에 승차해서, 어테뉴에이션 정도에 따라 통상적으로 오리피스(20)의 직경보다 작은 직경을 갖는 섬유 또는 마이크로섬유로 어테뉴에이션시킨다. 기체 함유 섬유 또는 마이크로 섬유(24)는 어테뉴에이션 기체의 작용으로 집속 장치 위로 블로윙된다. 제1도에서는 이 집속 장치를 통상적으로 로울러(54)에 의해 구동되는 다공 무한 벨트(52)로 나타내었다. 회전 드럭과 같은 기타 다른 다공 장치도 사용될 수 있다. 1개 이상의 진공 박스(도시되지 않음)를 다공 벨트(52)의 표면 아래쪽 로울러(54) 사이에 위치시킬 수 있다. 섬유 또는 마이크로 섬유(24)는 제1도에서 화살표(58)로 표시한 바와 같이 회전하는 무한 벨트(52)의 표면 위에 응집성 섬유 매트릭스로서 집속된다. 진공 박스는 벨트(52)의 표면 위에 매트릭스를 보유시키는데 도움을 준다. 대표적으로, 다이(16)의 팁(22)은 섬유가 집속되는 다공 벨트(52)의 표면으로부터 약 15.24 내지 약 35.56 cm(약 6 내지 약 14 인치) 정도 떨어져 위치한다. 이렇게 접속되어 엉킨 섬유 또는 마이크로 섬유(24)는 응집성이고, 벨트(52)로부터 셀프-서포팅(self-supporting) 부직 웹(56)으로서 제거할 수 있다.
본 발명의 부직포를 제조하기 위해서는 많은 공정 변형이 도움을 준다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명을 실시하는데 사용되는 형성 와이어는 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포에 사용되는 것보다 더 미세한 메쉬를 가져야 한다. 이밖에, 다이 팁으로부터 형성 와이어까지의 거리, 또는 "형성 거리"는 약 18 cm(7 인치)로 감소시켜야 한다.
일반적으로, 멜트블로윙법에 사용되는 중합체는 처리 용융 온도가 약 208 내지 약 320℃ (406 내지 608℉)이다. 본 발명을 실시하는데 사용되는 멜트블로운 섬유는 특정 작업 조건 하에서 특정 폴리에틸렌 수지로부터 제조한다.
본 발명을 실시하는데 사용할 수 있는 특히 적합한 폴리에틸렌은 시판되고 있는 아스펀(Aspun)(미합중국 텍사스주 프리포트 소재 Dow Chemical Company 제품)이다. 아스펀은 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지군을 나타낸다. 허용가능한 수지는 미합중국 특허 제4,830,907호에 기재되어 있는 것이고, 에틸렌과 1종 이상의 C3내지 C12알파 올레괸과의 공풍합체로 이루어지며, 밀도는 약 0.86 내지 0.97 g/cc이고 용융 유속은 약 0.01 내지 약 400 g/10분이다.
본 발명의 부직포의 모든 층은 내화학약품성을 증진시키기 위해 플루오로카본 화학 물질을 함유할 수 있으며, 이러한 물질로는 미합중국 특허 제5,178,931호의 칼럼 7 라인 40 내지 칼럼 8 라인 60에 기재된 것들 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 특히 적합한 첨가제는 FX-1801(종전에는 L-10307이라 불림; 미합중국 미네소타주 세인트 폴 소재 3M Company 제품)이다. 이 물질은 상기 특허에서는 첨가제 M으초 표기한 것이며, 약 130 내지 138℃의 융점을 갖는다. 이 물질은 약 0.1 내지 약 2.0 중량%, 더 바람직하게는 약 0.25 내지 1.0 중량%의 양으로 하나 또는 다수의 층에 첨가할 수 있다. 상기 특허에서 개시한 바와 같이, 플루오로카본 첨가제는 국부적으로 적용된 첨가제와 구별되는 내부 첨가제이고, 우선적으로, 섬유가 형성될 때 섬유 표면으로 이동한다.
또한, 본 발명의 부직포의 층들은 내화성을 증가시키기 위한 난연제 및(또는) 각 층에 동일 또는 상이한 색상을 제공하기 위한 안료를 함유할 수 있다. 스펀본드 및 멜트블로운 열가소성 중한체를 위한 난연제 및 안료는 당업계에 공지되어 있으며, 내부 첨가제이다. 안료가 사용되는 경우, 일반적으로 안료는 층의 5 중량%미만의 양으로 존재한다.
또한, 본 발명의 부직포는 더 많은 특수 기능을 제공하기 위하여 국부 처리를 가할 수도 있다. 이러한 국부 처리 및 이러한 처리를 적용하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들면 분무, 침지 등에 의해 적용되는 내알콜화 처리, 대전 방지 처리 등을 들 수 있다. 이러한 국부 처리의 일례는 젤레크(Zelec; 미합중국 델라웨어주 월밍톤 소재 E.I. Du Pont 제품) 대전 방지제를 이용하는 것이다.
하기 실시예는 본 발명의 요건을 만족시키는 부직포와 그렇지 못한 부직포의특성을 보여준다. 실시예 1, 4 및 5는 본 발명의 부직포의 예를 나타낸 것이고, 그 나머지 실시예는 그렇지 않은 경우의 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 멜트블로운 웹은 섬유가 미세하며 쇼트가 결여되어 있음을 나타내고 있는데, 이러한 특성은 40 cm 보다 큰 히드로헤드 값 및 40 g 미만의 컵 분쇄 피이크 하중 값을 제공하는 데 필요하고, 또한 웹은 통상적으로 91440 l/㎡/분(300 ft3/ft2/분)의 프라지에 다공도를 갖는다. 본 발명의 멜트블로운 웹을 사용한 SMS 라미네이트는 히드로헤드 값이 50 cm 이상이고 컵 분쇄 피이크 하중이 125 g 미만이다.
실시예 1
멜트블로운 섬유를 다우(Dow)사의 아스펀XUR-1567-45766-30A 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지로부터 제조하였다. 중합체 용융 온도는 약 260℃(500℉)이고, 약 11.89 ㎥/분(약 420 SCFM)으로 유동하는 연신 공기의 온도도 약 260℃(500℉)이었다. 처리율을 약 357 g/cm/시간(1시간에 다이 플레이트 1인치 당 2파운드)으로하여, 기본 중량이 약 17 gsm(0.5 osy)인 부직포를 제조하였다. 다이 팁부터 형성 와이어까지의 거리는 약 15 cm(6인치)이었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 2
멜트블로운 섬유를 다우사의 61800.31 폴리에틸렌 수지로부터 제조하였다. 중합체 온도는 약 260℃(500℉)이고, 약 8.92 ㎥/분(약 315 SCFM)으로 유동하는 연신 공기의 온도는 약 282℃(540℉)이었다. 처리율을 약 357 g/cm/시간(1시간에 파이판 1인치 당 2파운드)으로 하여, 기본 중량이 약 24 gsm(0.7 osy)인 부직포를 제조하였다. 다이 팁부터 형성 와이어까지의 거리는 약 22 cm(8.5인치)이었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 2A
멜트블로운 섬유를 실시예 2의 것과 동일한 중합체인 다우사의 61800.31 폴리에틸렌 수지를 사용하고 약간 상이한 조건에서 제조하였다. 중합체 온도는 약 260℃(500℉)이고, 약 8.49 ㎥/분(약 300 SCFM)으로 유동하는 연신 공기의 온도는 약 266℃(510℉)이었다. 처리율을 약 357 g/cm/시간(l시간에 다이판 1인치 당 2파운드)으로 하여, 기본 중량이 약 17 gsm(0.5 osy)인 부직포를 제조하였다.
결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 3
멜트블로운 섬유를 히몬트(Himont) PF015 폴리프로필렌 수지로부터 제조하였
다. 중합체 온도는 약 270℃(520℉)이고, 약 10.5 ㎥/분(약 370 SCFM)으로 유동하는 연신 공기의 온도는 약 274 ℃(525℉)의 온도이었다. 처리율을 약 536 g/cm/시간(1시간에 다이판 1인치 당 3파운드)으로 하여, 기본 중량이 약 17 gsm(0.5 osy)인 부직포를 제조하였다. 다이 띤부터 형성 와이어까지의 거리는 약 23 cm(9인치)이었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 4
SMS 라미네이트 부직포를 제조하였다. 스펀본드층은 시이드로서 폴리에틸렌과 코어로서 폴리프로필렌을 갖는 시이드/코어 이성분계 섬유이었다. 스펀본드층에 사용된 폴리에틸렌은 다우사의 아스펀6811A이고, 폴리프로필겐은 엑손 케미칼 캄파니(Exxon Chemical Company; 미합중국 텍사스주 베이타운 소재)의 3445라는 것을 사용하였다. 스펀본드 용융 온도를 약 221℃(430℉)로 하고, 처리율을 0.5 g/호울/분(ghm)으로 하여, 2.1 데니어의 섬유를 제조하였다.
스펀본드층 중 하나는 약 132℃(270℉)의 온도에서 약 25%의 결합 면적을 갖는 한센-페닝 패턴으로 예비 결합시켰다.
멜트블로운층은 상기 실시예 1의 재료이었다.
층들을 149 ℃(300℉)에서 확대된 한센-페닝 패턴을 사용하여 함께 라미네이트시켰다. SMS 부직포의 기본 중량은 54 gsm(1.6 osy)이었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 5
SMS 라미네이트 부직포를 실시예 4와 동일한 중합체를 사용하여 유사하게 제조하였다. 스펀본드 용융 온도를 약 227 ℃(440 ℉)로 하고, 처리율을 0.4 g/호울/분(ghm)으로 하여, 1.1 데니어의 섬유를 제조하였다.
스펀본드층 중 하나는 약 124 ℃(255 ℉)에서 약 25%의 결합 면적을 갖는 한센-페닝 패턴으로 예비 결합시켰다.
층들을 확대된 한센-페닝 패턴을 사용하여 약 138 ℃(280℉)의 온도에서 함께 라미네이트시켰다. 부직포치 기본 중량은 54 gsm(1.6 osy)이었다.
결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 6
SMS 리미네이트 부직포를 제조하였다. 스펀본드층은 폴리프로필렌 단독섬유 (homofiber)이었다. 폴리프로필렌은 엑손(Exxon)사의 9355이었고, 용융 온도를 216℃(420℉)로 하고 처리율을 0.7 ghm으로 하여 2.5 데니어의 섬유를 제조하였다. 멜트블로운층은 상기 실시예 3의 재료이었다.
층들을 와이어 직조 패턴을 사용하여 약 132℃(270℉)의 온도에서 함께 라미네이트시켰다. 부직포의 기본 중량은 54 gsm(1.6 osy)이었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
놀랍게도, 상기 결과는 본 발명에서 사용되는 중합제로부터 방사된 섬유로부터 제조된 부직포가 기존의 폴리프로필렌 섬유에 필적하거나 훨씬 더 양호한 차단 특성을 가짐은 물론, 더 유연하고 양호한 통기성을 가진다는 것을 나타낸다.
바람직하게는 본 발명은 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포가 갖는 양호한 차단 특성과 폴리에틸렌 멜트틱로운 부직포가 갖는 유연성을 조합시킴으로써 높은 차단 특성을 갖는 유연한 부직포를 제조한다.
제1도는 본 발명의 부직 웹 형성 장치의 개요도.
제2도는 제1도의 다이를 90° 회전시켜서 본 저면도.
제3도는 제2도의 선 3--3을 따라서 절취한 제1도의 다이의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 부직 웹 형성 장치 12: 호퍼
14: 압출기 16: 다이
18: 측면 20: 오리피스
22: 팁 24: 스레드
26, 28: 유입구 30, 32: 기체 공급관
38, 40:챔버 42, 44: 통로
46,48: 공기 플래이트 52: 다공 벨트
54: 로울러

Claims (18)

  1. 0.86 내지 0.97 g/cc의 밀도를 갖는 1종 이상의 열가소성 폴리에틸렌 중합체를 용융시키는 단계, 치 중합체를 미세 개구를 통해 압출시키는 단계, 이 중합체를 연신시켜서 섬유를 형성하는 단계 및 상기 섬유화된 중합체를 접속 표면위에 퇴적시켜서 웹으로서 멜트블로운 디스버스트(disbursed) 섬유층을 형성하는 단계들 포함함을 특징으로 하며, 한기 웹은 히드로헤드가 40 cm 이상이고 컵 분쇄 피이크 하중치가 40g 미만인 것인 유연한 차단 부직포의 제조 방법.
  2. 제1항의 방법에 의해 제조되고, 상기 웹의 프라지에 다공도가 91440 l/㎡/분(300 ft3/ft2/분) 미만인 부직포.
  3. 상기 멜트블로운 섬유층에 제2의 재료층을 추가하는 단계 및 이 층들을 함께 결합시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 제1항의 방법에 의해 제조된 부직포.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2층은 스펀본드 섬유웹 및 스테이플 섬유웹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 부직포.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2층은 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분계 섬유로 이루어진 글으로부터 선택된 섬유를 포함하는 것인 부직포.
  6. 제1층, 제1항의 방법에 의해 제조된 제2층 및 제3층을 포함하고, 이 층들이 결합하여 라미네이트를 형성하는 부직포 라미네이트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1층 및 제3층은 스펀본드 섬유웹 및 스테이플 섬유웹으로 이루어진 군으로부터 선택피는 것인 부직포 라미네이트.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1층 및 제3층은 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틱렌/폴리프로필렌 이성분계 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유를 포함하는 것인 부직포 라미네이트.
  9. 제6항에 있어서, 상기 부직포들이 열 캘린더 결합에 의해 결합된 것인 부직포 라미네이트.
  10. 제6항에 있어서, 상기 부직포들이 초음파 결합에 의해 결합된 것인 부 직포 라미네이트.
  11. 제6항에 있어서, 가먼트, 의료용품, 개인 위생용품 및 야외용품으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품에 사용되는 것인 부직포 라미네이트.
  12. 제6항에 있어서, 필름, 유리 섬유, 스테이플 섬유 및 종이로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료에 라미네이트된 것인 부직포 라미네이트.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제1층과 제3층 중의 하나는 예비 결합된 것인 부직포 라미네이트.
  14. 제6항에 있어서, 상기 제1층 및 제3층의 섬유는 폴리에틸렌이 시이드 (sheath)인 시이드/코어 배열의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 이성분계 섬유인 것인 부직포 라미네이트.
  15. 제1층으로서 롤리에틸렌이 시이드인 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분계 시이드/코어 스펀본드 섬유웹을 제공하는 단계, 0.86 내지 0.97 g/cc의 밀도를 갖는 1종 이상의 열가소성 폴리에틸렌 중합체를 용융시키는 단계, 이 중합체를 미세 개구를 통해 압출시키는 단계, 이 중합체를 연신시켜서 섬유를 형성하는 단계 및 섬유화된 중합체를 상기 웹 위에 퇴적시켜서 제2층으로서 멜트블로운 디스버스트 섬유층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 유연한 차단 부직포의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,상기 제1층 및 제2층에 제3층으로서 폴리에틸렌이 시이드인 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분계 시이드/코어 스펀본드 섬유웹을 제2층쪽에 추가하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하며, 상기 부직포는 히드로헤드가 50 cm 이상이고 컵 분쇄 피이크 하중치가 125g 미만인 것인 유연한 차단 부직포의 제조 방법.
  17. 가먼트, 의료용품, 개인 위생용품 및 야외용품으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품에 사용되는, 제16항의 방법에 의해 제조된 유연한 차단 부직포.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제품은 의료용품이고, 의료용품은 수술용 가운인 것인 유연한 차단 부직포.
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