KR100357725B1 - 부직포복합재료및이들로부터제조되는제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상당히 연속적인 열가소성 필라멘트 제 1 및 제 2 스펀본드 웹(11 및 13) 및 제 1 및 제 2 부직포 웹의 사이에 삽입된 열가소성 멜트블로운 마이크로파이버로 이루어진 소수성 마이크로파이버 부직포 웹(12)으로 이루어진 부직포 복합 재료(10)이다. 스펀본드 부직포 웹의 필라멘트는 낮은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머 성분 및 하나 이상의 높은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리머 성분을 포함하는 연속적인 다성분계 필라멘트로 형성되는데, 다성분계 필라멘트 표면의 상당한 부분은 낮은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 성분으로 이루어진다. 소수성 부직포 미세 다공 웹은 감마선 발사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머로부터 형성된다. 웹은 불연속 점 결합에 의하여 부직포 복합 재료를 형성하기 위하여 결합되며, 점 결합은 상기 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 상기 제 3 부직포 웹의 폴리에틸렌이 상호 융합하여 형성되는 결합이다.
Description
산업상 이용 분야
본 발명은 부직포(nonwoven fabric)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 의학 분야에서 응용될 수 있는 배리어(barrier) 부직포 복합 재료에 관한 것이다.
종래 기술
배리어 부직포는 박테리아 및 기타의 오염원의 침투를 억제하고, 외과용 패브릭(fabric), 일회용 가운 등과 같은 일회용 의료 제품에 사용될 수 있는 방향으로 발전되어 왔다. 예를 들어, 이러한 배리어 섬유는 두 개의 상당히 연속적인 열가소성 스펀본드(spunbond) 필라멘트로 이루어진 부직포 웹(web)의 사이에 열가소성 멜트블로운(meltblown) 마이크로파이버(microfiber)로 이루어진 내부 섬유상 웹을 위치시켜 압착시켜서 형성할 수 있다. 외부의 스펀본드층은 부직포 복합 재료를 보호하기 위한 바람직한 강도 및 마찰 저항을 제공하며, 섬유상 멜트블로운 웹은 박테리아 또는 기타의 오염물을 차단하는 역할 한다. 이러한 패브릭에 대한 예가 미합중국 특허 제 4,041,203호, 제 4,863,785호 및 제 4,508,113호에 기재되어 있다.
이러한 형태의 패브릭을 제조하는데 있어서, 각각의 부직포층은 열적으로 상호 결합하여 단일한 패브릭 복합 재료를 형성한다. 일반적으로, 열적 결합은 부직포층을 가열된 캘린더(calender)에 통과시키고, 내부의 멜트블로운층을 불연속적인면에 부분적으로 용융시켜 이루어져 복합 재료의 부직포층을 결합시키는 융합 결합을 형성한다. 멜트블로운층이 충분하게 용융 및 융합되지 않으면, 패브릭 복합 재료의 층간 결합력이 약화된다. 그러나, 열적 결합 조건이 정확하게 조절되지 않으면, 열 결합 영역이 과도하게 가열되어서, 내부 멜트블로운층의 배리어로서의 특징을 파괴하는 "핀홀(pinhole)"을 야기할 가능성이 있다. 그러므로, 실제적으로 사용되는 열적 결합 조건은 층간 결합력을 충분히 유지할 수 있고, 멜트블로운층에 의하여 반드시 제공되어져야 하는 배리어로서의 특성을 고려하여 결정된다.
또한, 종래의 스펀본드-멜트블로운-스펀본드형 배리어 패브릭은 사용되는 살균 공정에 따라서도 제한된다. 몇몇 공정에 있어서, 패브릭 또는 의류는 생산의 최종 공정에서 감마선 방사(gamma radiation)에 의하여 살균되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이러한 패브릭 또는 의류는 우선, 보호 포장에 밀봉된 후 포장 및 내용물을 살균하기 위하여 감마선 방사에 노출될 수 있다. 그러나, 감마선에 의한 방사는 현재까지 알려진 많은 종류의 의학용 배리어 패브릭에 적합하지 않은 것이 발견되었다. 이러한 종래의 의학용 배리어 패브릭에 사용되는 일부의 폴리머는, 예를 들면 일반적인 폴리에틸렌, 감마선 방사에 의한 손상에 특히 민감하다. 이러한 폴리머에 의하여 형성되는 패브릭은 시간이 경과함에 따라서 강도가 약화되고, 감마선 방사의 결과로 부서지는 경향이 있다. 또한, 상기 방사에 대한 폴리머의 불안정성은 소비자들이 혐오하는 악취의 발생을 유발한다.
종래의 스펀본드-멜트블로운-스펀본드형 배리어 패브릭은 외과 수술용 가운, 외과용 패브릭 등과 같은 제품으로 제조될 경우에 제한이 따른다. 일반적으로, 이러한 형태의 패브릭은 열적 결합 또는 용접에 의하여 패브릭 구조를 형성하는 시임(seam)을 형성하지 못한다. 게다가 이러한 시임은 그 조직이 연약할 가능성이 있고, 오염원의 경로에 대하여 바람직한 배리어를 제공하는데 필요한 완전성을 결여시킨다. 종래의 스펀본드-멜트블로운-스펀본드형 패브릭으로 형성된 패브릭은 재봉에 의하여 구조화될 수도 있으나 이러한 방법은 바람직하지 못하다. 왜냐하면 패브릭을 바늘로서 펀칭(punching)하면, 패브릭에 홀이 형성되고, 이것은 패브릭의 완전성 및 배리어 특성의 연속성을 손상시킨다.
이러한 제한을 극복하기 위한 많은 시도들이 진행되어 왔다. 예를 들면, 폴리프로필렌 폴리머를 감마선 방사에 보다 안정되게 하려는 노력으로서 폴리머에 특정한 첨가제를 첨가하여 손상량을 감소시키는 방법이 행하여졌다. 예를 들어, 미합중국 특허 제 4,822,666호는 방사에 의하여 살균된 폴리프로필렌 패브릭에 대하여 기술하고 있으며, 여기에는 긴 사슬 구조의 지방족 에스테르(aliphatic ester)가 첨가되어 있다. 미합중국 특허 제 5,041,483호에는 폴리머를 안정화시키고, 감마선 방사후의 악취 발생을 감소하기 위하여 로진(rosin) 에스테르를 폴리프로필렌에 첨가하는 것이 기술되어 있다. 그러나, 이러한 첨가제를 사용하는 것은 제조 공정의 경비 부담을 가중시킨다. 게다가, 폴리프로필렌은 첨가제 또는 안정제(stabilizer)와 함께 사용하는 경우에 있어서도, 상업적으로 사용되는 표준적인 용량 수준으로는 감마선에 불안정하다.
또한, 스펀본드-멜트블로운-스펀본드형 배리어 패브릭의 성분층은 감마선 방사에 안정된 폴리머로 형성될 수도 있다. 이러한 폴리머로서는 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 폴리에틸렌 등과 같은 일부 폴리올레핀계 등이 있다. 그러나, 폴리아미드 및 폴리에스테르와 같은 융점이 높은 폴리머로 형성되는 패브릭은 열적 결합의 형식이 용이하게 이루어지지 않는다. 패브릭을 충분히 결합시키기 위하여 요구되는 높은 온도는 멜트블로운 배리어의 특성 및 외부의 스펀본드 웹을 파괴할 수 있다. 이러한 높은 융점을 가지는 층을 결합시키기 위하여 접착제가 사용될 수 있으나, 이것은 패브릭을 경직화(stiffness)시키며 비용을 상승시킨다.
그러므로, 오염원의 침투에 대하여 배리어를 제공하고, 강도를 유지하면서 감마선 방사에 의한 살균으로 악취를 유발하지 않는 패브릭이 바람직하다. 또한, 외과 수술용 가운 등과 같은 제품으로 용이하게 형성될 수 있는 강도 및 내마모성뿐만 아니라 부드러움, 드레이프(drape) 및 공기 투과성 등과 같은 훌륭한 미적 특성을 가지는 패브릭이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 바람직한 배리어 특성을 지니며, 감마선 방사에 안정된 부직포 복합 재료를 제공한다. 본 발명의 부직포 복합 재료는 상당히 연속적인 열가소성 필라멘트로 이루어진 제 1 스펀본드 및 제 2 스펀본드 부직포 웹과 상기 제 1 웹 및 제 2 웹에 삽입되어 있으며 박테리아의 침입을 방지하면서 공기 유통이 가능한 하나 이상의 소수성 미세 다공층을 포함하는 제 3 부직포 웹을 포함하고 있다. 이러한 부직포 웹은 감마선 방사에 안정된 폴리머로 형성된다. 스펀본드 웹은 미세 다공층의 배리어로서의 특성을 방해하지 않는 부직포 복합 재료를 형성하기 위하여 상호 결합하여 가공한다. 보다 상세하게 말하면, 스펀본드 부직포 웹은 융점이 낮고 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머 성분 및 융점이 높고 감마선 방사에 안정된 폴리머 성분을 포함하는 연속적인 다성분계(multiconstituent) 필라멘트로 형성된다. 여기에서, 융점이 낮고 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 성분은 필라멘트 표면의 많은 부분에 존재하며, 융점이 높은 폴리머 성분은 필라멘트의 길이를 따라 상당히 연속적으로 형성되어 있다. 부직포 미세 다공층은 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머로부터 형성되는 멜트블로운 마이크로파이버 웹으로 이루어질 수 있다. 이러한 웹은 상기 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 상기 제 3 부직포 웹의 폴리에틸렌 마이크로파이버가 상호 융합될 수 있는 불연속 점 결합(discrete point bond)에 의하여 부직포 복합 재료를 형성하기 위하여 상호 결합된다.
본 발명의 부직포 복합 재료는 감마선 방사에 대한 안정성뿐만 아니라 우수한 강도, 공기 유통성 및 배리어 특성을 지니는데, 이러한 감마선 방사에 의한 안정성은 보호용 의류로서 사용되는 의료용 및 산업용 용도에 특별히 유용한 패브릭을 형성하기 위하여 필요한 특성이다. 본 발명의 부직포 복합 재료는 단면 방향(corss dircection : CD)으로 최소한 7킬로그램(15파운드)의 그랩 인장력(grab tensile strength), 머신 방향(machine direction : MD)으로 11킬로그램(25파운드)의 그랩 인장력을 지니며, 40 내지 120gsm의 범위의 기초 중량당 최소한 17L/m(35cfm)의 거얼리 공기 투과도(Gurley air permeability)를 지닌다. 본 발명의 패브릭의 우수한 배리어 특성은 일반적으로 35cm 이상의 높은 수두율(hydrostatic head rating) 및 85% 이상의 박테리아 여과 효율(bacterialfiltration efficiency : BFE)로서 증명된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 스펀본드 부직포 웹의 연속적인 필라멘트는 이성분계 폴리머 구조를 가진다. 이러한 이성분계 폴리머 구조는 쉬스/코어(sheath/core) 구조, 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구조 등을 포함한다. 이러한 이성분계 구조는 쉬스/코어 구조가 바람직한데, 여기에서 쉬스는 폴리에틸렌으로 형성되며, 코어는 폴리에스테르로 형성된다.
본 발명의 패브릭 복합 재료는 열 실제(heat sealer), 가열된 다이(die), 초음파 실제, RF 실제 등을 사용하여 낮은 융점의 폴리에틸렌 성분을 융합함으로써 봉합된다. 이러한 특성은 패브릭 복합 재료로부터 보호용 의류와 같은 제품을 직조하는 경우에 특히 유리하다. 두 장 이상의 패브릭 복합 재료는 융합에 의한 연속적인 시임을 형성함으로서 상호 결합시킬 수 있다. 연속적으로 융합하여 결합된 시임은 시임을 따라 패브릭의 보호 배리어 특성을 유지시킨다. 이에 비하여 종래의 재봉 등과 같은 방법은 배리어 부직포층에 구멍을 형성하여 배리어 특성을 손상시키는 위험이 있다.
본 발명을 하기한 상세한 설명 및 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명의 부직포 복합 재료를 개략적으로 나타낸 단면도.
제2도는 본 발명의 부직포 복합 재료를 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 개략도.
제3도는 본 발명의 부직포 복합 재료를 사용하여 제조한 보호 의류를 나타내는 개략도.
제4도는 제3도의 4-4행의 단면 및 의류의 융합 결합 시임을 보여주는 단면도.
제1도는 본 발명의 부직포 복합 재료를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 패브릭(10)은 외층(11 및 13)의 사이에 내재한 내층(12)으로 이루어진 세겹의 복합 재료이다. 패브릭(10)은 우수한 강도, 유연성 및 드레이프를 가진다. 패브릭(10)의 배리어 특성은 외과 수술용 가운, 살균 포장지, 외과용 패브릭, 모자, 신발 커버등과 같은 의료용 용도에 특별히 적합하며, 또한 배리어로서의 특성이 요구되는 산업용 작업복 또는 보호용 의류 등과 같은 기타의 용도에도 사용될 수 있다.
외층(11)은 최소한 약 3g/㎡의 기초 중량을 가질 수 있으며, 약 10g/㎡ 내지 30g/㎡인 것이 바람직하다. 예시된 실시예에 있어서, 층(11)은 종래의 스펀본드 기술로서 형성되는 부직포에 사용되는 연속적인 다성분 필라멘트로 이루어진다. 스펀본드 패브릭의 필라멘트는 단일한 접착 스펀본드 웹을 형성하기 위하여 패브릭 복합 재료의 다른 웹이 결합하기 이전에 필라멘트 크로스 오버(cross over) 포인트에서 예비 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 외층(13)은 상당히 연속적인 열가소성 필라멘트 스펀본드 부직포 웹이다. 예시된 실시예에 있어서, 층(13)은 외층(11)과 유사한 조성 및 기초 중량을 지니는 부직포 웹이다.
층(11)의 다성분계 필라멘트는 융점이 낮은 열가소성 폴리머 성분 및 하나이상의 융점이 높은 열가소성 성분을 가진다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 필라멘트 표면의 상당한 부분이 융점이 낮은 폴리머 성분으로 형성되어서 융점이 낮은 성분이 결합에 이용될 수 있도록 하는 것이 중요하다. 하기에서 이를 보다 상세히 설명한다. 최소한 하나의 융점이 높은 성분이 바람직한 인장력을 위하여 필라멘트의 길이를 따라 상당히 연속적으로 다성분 필라멘트에 존재해야만 한다. 융점이 낮은 폴리머 성분의 융점은 융점이 높은 성분의 융점과 비교하며 최소한 5℃ 이상 낮은 것이 바람직한데, 왜냐하면 패브릭 복합 재료의 층간의 열적 결합이 이루어지는 온도에서 융점이 높은 성분이 섬유 복합 재료에 있어서 강도 및 강화 기능을 제공하는 상당히 연속적인 섬유상 형태를 유지하도록 하기 위해서이다.
다성분 필라멘트의 융점이 높은 성분 및 융점이 낮은 성분에 사용되는 특별한 폴리머 조성은 종래의 멜트-스펀(melt-spun) 섬유에 사용되는 감마선 방사에 안정된 것중에서 선택될 수 있다. 융점이 낮은 폴리머 성분으로는 폴리에틸렌 호모폴리머(homopolymer), 코폴리머(copolymer) 및 터폴리머(terpolymer)를 포함하는 폴리에틸렌이 특별히 바람직하다. 융점이 높은 성분으로 사용되는 폴리머의 적절한 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) 및 폴리(카프로아미드) 등과 같은 폴리아미드 및 이들의 블렌드 등이다. 또한, 필라멘트는 소량의 기타의 폴리머 또는 대전 방지(antistatic) 성분, 오염 방지(soil release) 가공에 사용되는 첨가제, 물 또는 알콜 반발제(repellent) 등과 같은 비폴리머(non-polymer) 접착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 필라멘트는 이성분계 폴리머 구조로부터 형성된다. 폴리머 이성분 구조는 쉬스/코어 구조, 사이드-바이-사이드 구조 또는 융점이 낮고 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 성분은 필라멘트 표면의 많은 부분에 존재하며, 융점이 높은 폴리머 성분은 필라멘트의 길이를 따라 상당히 연속적으로 형성되어 있는 기타의 구조가 될 수 있다. 이성분계 필라멘트는 이성분계 필라멘트의 표면 성분에 기초한 감촉 및 부드러움과 같은 향상된 미적 특성을 제공할 수 있으며, 동시에 필라멘트의 코어(core) 성분에 기초한 향상된 강도 및 인열 저항(tear resistance)을 제공할 수 있다. 바람직한 이성분계 필라멘트로서는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 이성분계 쉬스/코어 필라멘트와 같은 폴리에틸렌/폴리에스테르 쉬스/코어 필라멘트가 포함될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 필라멘트는 폴리머 블렌드로부터 형성된다. 본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 우세한 상(phase)은 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리머이며, 분산된 상은 폴리에틸렌이다. 분산된 상의 폴리머는 전체 블렌드에 대하여 약 1 내지 20중량%, 바람직하게는 5 내지 15중량%, 존재함으로써 낮은 융점을 가진 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 성분이 필라멘트의 표면에 많이 존재하며, 높은 융점을 가진 폴리머 성분이 필라멘트의 길이를 따라 상당히 균일하게 존재한다.
내층(12)은 최소한 하나의 소수성 미세 다공층을 포함한다. 미세 다공층(microporous)은 미세 다공 필름, 열적으로 강화된 마이크로파이버로부터 형성되는 미세 다공 시트 또는 웹, 또는 마이크로파이버 미세 다공 부직포로 이루어질 수 있다. 마이크로파이버는 Buntin 등의 미합중국 특허 제 3,978,185호에 기술되어 있는 방법에 따라서 제조되는 것이 바람직하다. 내층(12)의 기초 중량은 약 10 내지 80gsm, 바람직하게는 10 내지 30gsm의 범위이다. 마이크로파이버의 직경은 50마이크론 이상이며, 가장 바람직하게는 10마이크론 이하의 직경을 가진다.
미세 다공층 또는 층(12)을 형성하기 위하여 사용되는 고분자 역시 감마선 방사에 안정된 것을 선택된다. 게다가, 상기 고분자는 다성분계 필라멘트의 낮은 융점을 가진 폴리에틸렌 성분과 열적으로 혼합될 수 있어야 한다. 열적 결합 온도까지 가열되었을 경우에 고분자는 "열적 혼합"에 의하여 결합력을 갖게 되며, 단일하고, 균일한 결합 영역을 형성하기 위하여 상호 결합된다. 일반적으로, "열적 혼합"이 가능하려면 고분자는 서로 동일한 화학적 조성을 가지거나 유사한 화학적 조성을 가져야 한다. 만약 고분자의 조성이 서로 동일하지 않으면 고분자의 표면 에너지가 서로 유사하므로 열적 활성화 온도까지 가열될 경우 쉽게 결합한다. 이와는 반대로, 서로 열적 혼합이 일어나지 않는 고분자는 결합을 형성하는데 필요한 친화성을 가지지 않는다. 열적 결합의 조건에서, 만약 배타적인 결합 조건이 아니라면, 폴리머는 주로 기계적인 양면(interlocking) 또는 캡슐화(encapsulation)에 의한 기계적 결합이 일어날 것이다. 폴리머는 균일한 결합 영역을 형성하지 않고 각각 분리된 고분자 상으로 존재한다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 미세 다공층(12)은 폴리에틸렌으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 열가소성 멜트블로운 마이크로파이버는 에틸렌 및 3 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 알파 올레핀을 공중합하여 제조한 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 포함한다. 상기한 폴리머는 약 125℃의 융점을 가지는 LLDPE인 것이더욱 바람직하다.
각각의 부직포 복합 재료의 층을 배열시킨 후 이들 층을 결합한다. 이러한 결합은 폴리에틸렌 성분을 충분히 연화시켜서 균일한 구조를 형성할 수 있도록 부직포 복합 재료가 용융되는 온도로 패브릭을 가열함으로써 이루어진다. 예를 들어, 이성분계 필라멘트가 사용될 경우 라미네이트(laminate) 복합 재료는 낮은 용융 온도를 가지는 폴리에틸렌 성분을 충분히 연화할 수 있는 온도로 열적으로 처리되어서 균일한 부직포 복합 재료를 형성하기 위한 부직포 웹을 함께 융합시킨다.
이러한 결합 방법 외에도 각 층들은 열적 융합 결합을 형성하기 위하여 종래의 다양한 방법을 사용하여 결합될 수 있다. 예를 들어, 가열 캘린더, 초음파 용접 및 이와 유사한 방법으로 결합이 이루어질 수 있다. 가열된 캘린더로서는 평활한 롤(roll), 패턴 롤, 텍스쳐 롤(textured roll)이 사용될 수 있다. 그러므로 필요에 따라서는 텍스쳐 롤 또는 패턴 롤을 사용하여 패브릭을 엠보싱(embossing) 처리함으로써 바람직한 표면 텍스쳐를 보강하고, 패브릭 복합 재료의 촉감을 향상시킬 수 있다. 엠보싱 롤의 패턴은 종래의 점(point) 패턴, 나선형(helical) 패턴 등과 같은 패턴이 사용될 수 있다. 이러한 엠보싱은 종래에 사용되는 것과 같이 연속적 또는 불연속적인 것 또는 균일한 것 또는 무작위적인 것 또는 이들의 조합 등이 모두 사용될 수 있다.
도면에서는 세겹으로 이루어진 패브릭 복합 재료를 나타내었지만, 겹의 개수 또는 배치는 라미네이트의 특별한 특성에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들면, 복수의 미세 다공층은 본 발명에서도 사용될 수 있고 및/또는 기타의 많은 섬유상 웹이본 발명에서 사용될 수 있다. 게다가, 패브릭에 방염 특성, 친수성(hydrophilic) 특성등을 부여하기 위한 처리제(treatment agent)와 함께 최소한 하나 이상의 외부 웹이 사용될 수 있다.
패브릭 복합 재료(10)의 스펀본드 외부층(11 및 13)의 표면에 낮은 융점의 폴리에틸렌이 존재함으로써 패브릭이 열 실제, 가열된 다이, 초음파 실제, RF 실제등을 사용하여 낮은 융점의 폴리에틸렌 성분을 융합함으로써 봉합된다. 그러므로 패브릭의 모서리는 외주까지 확장되는 상당히 연속적인 융합 결합을 형성함으로써 완료되고, 융합 결합은 외부 스펀본드 층(11 및 13)의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 내부 웹(12)의 폴리에틸렌 성분의 사이에서 일어난다. 이러한 특성은 패브릭 복합 재료로부터 형성되는 보호용 의류와 같은 제품을 형성하는데 유리하다. 두 개 이상의 패브릭 복합 재료는 융합에 의한 연속적인 시임을 형성함으로써 상호 결합될 수 있다. 이와 같이 연속적으로 융합 결합된 시임은 시임을 따라서 패브릭의 보호 배리어 특성을 유지한다.
제2도는 본 발명의 부직포 복합 재료를 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 개략도이다. 종래의 스펀본드 장치(20)는 상당히 연속적인 열가소성 폴리머 필라멘트로 이루어진 제 1 스펀본드층(22)을 형성시킨다. 웹(22)은 롤(26)에 의하여 세로 방향으로 구동되는 스크린(24)에 증착된다.
스펀본드 공정은 일반적으로 사용되는 선상 다이 헤드(die head) 또는 방사구(30)(spinneret)를 통하여 상당히 연속적인 필라멘트(32)를 용융 방사하는 작업인 폴리머의 배출 작업을 포함한다. 방사구는 상당히 균일한 공간 배치를 가지는필라멘트를 생산하며, 다이 오리피스(orifice)의 직경은 약 0.002 내지 약 0.040인치(inch)인 것이 바람직하다.
제2도에서 볼 수 있는 바와 같이, 상당히 연속적인 필라멘트(32)는 방사구(30)에서 배출되어서 냉각 공기(34)에 의하여 퀀칭(quenching)된다. 퀀칭된 필라멘트는 연신기(36)로 인입되고 연신 공기를 적용시킨다. 도면에서는 퀀칭 및 연신 영역이 각각 별도로 나타나 있지만 방사구(30)에서 배출된 필라멘트는 이들이 연신 공기의 공급 또는 퀀칭 공기의 별도의 공급에 의하여 퀀칭되는 연신기(36)로 곧바로 향한다는 것을 당해 분야의 기술자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
연신 공기는 연신기(36)의 입구 끝의 윗부분에서 공기 공급, 포밍 와이어의 아래에 위치한 진공 또는 연신기 내부의 이덕터(eductor)의 사용에 의하여 연신기로 인입될 수 있다. 공기는 연신기(36)를 따라서 진행하면서 차츰 좁아지고 노즐 효과(nozzle effect)에 의하여 가속되어 필라멘트의 연신이 일어난다. 연신기(36)에서 배출된 공기 및 필라멘트는 컬렉션 스크린(collection screen)(24)에 모인다. 스펀본드 공정에 사용되는 연신기(36)는 슬롯 드로우(slot draw) 장치 또는 튜브형(Lurgi) 장치와 같이 종래에 사용되는 적당한 형태의 것이 사용될 수 있다.
스펀본드층(22)이 스크린(24)에 증착된 후 웹은 종래의 멜트블로윙 장치(40)의 아래를 통과한다. 멜트블로윙 장치(40)는 멜트블로운 섬유층을 형성하기 위하여 스펀본드 웹(22)의 표면에 증착되는 멜트블로운 섬유상 스트림(42)을 형성한다. 멜트블로윙 공정 및 장치는 예를 들어, Buntin 등의 미합중국 특허 제 3,849,241호 및 Harding 등의 미합중국 특허 제 4,048,364호에 기재된 것과 같이 당해 분야의전문가에게 널리 알려져 있다. 멜트블로윙 공정은 용융된 상태의 폴리머 물질을 미세한 모세관(capillary)을 통과시켜서 미세한 필라멘트 스트림으로 배출하는 공전을 수반한다. 상기의 필라멘트 스트림은 멜트블로윙 방사구 페이스(face)에서 배출되면 노즐(46 및 48)에서 배출되는 높은 속력의 집중된 가열 가스(일반적으로 공기)와 마주친다. 이러한 높은 속력의 집중된 가열 가스는 폴리머 스트림을 연신시키며, 연신된 스트림을 멜트블로운 마이크로파이버로 만든다.
상기와 같은 공정을 통하여 스펀본드 웹/멜트블로운 웹 구조(50)가 완성된다. 구조(50)는 포밍 스크린(24)(forming screen)에 의하여 세로 방향으로 이동하여 구조의 위에 열가소성 필라멘트의 부직포 웹이 형성되는 지점으로 향한다. 제2도에는 종래의 제 2 스펀본드 장치(60)에 의하여 형성되는 스펀본드층이 도시되어 있다. 스펀본드 장치(60)는 스펀본드 부직포층을 구조(50)의 복합 재료에 증착하여 스펀본드 웹/멜트블로운 웹/스펀본드 웹으로 이루어진 구조 복합 재료(64)를 형성한다.
구조 복합 재료는 결합된 부직포 복합 재료를 형성하기 위하여 종래의 열 융합 결합 영역(70)을 통과한다. 여기에서 낮은 융점을 가지는 폴리에틸렌 성분은 내부의 멜트블로운층을 완전하게 유지하면서 내부의 멜트블로운층을 외부의 스펀본드층에 안전하게 용융하기 위하여 연화된다. 이러한 공정을 통과한 웹 복합재료(80)은 열융합 영역(70)에서 배출되어 일반적인 롤(90)에 감긴다.
열 융합 영역(70)은 당해 기술 영역의 전문가들에게 공지된 방법으로 구성되며, 제2도에 도시된 바와 같이 결합 롤(72 및 74)을 가지는 캘린더를 사용하는 것이 유리하다. 결합 롤(72)은 평활한 롤(smooth roll), 점 롤(point roll), 나선상 롤(helical roll) 등이 사용될 수 있다.
비록 열 융합 영역이 제2도에서 결합 롤을 가지는 캘린더의 형태로 도시되어 있으나 본 발명의 패브릭을 결합할 수 있는 공기를 통한 결합, 복사 히터(radiant heater), 초음파, 마이크로웨이브, 기타의 RF 처리 등과 같은 기타의 열처리 영역으로 제2도의 캘린더를 대체할 수 있다. 이러한 종래의 가열 영역은 당해 분야의 전문가에게 공지되어 있다.
제2도에 도시된 방법은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 제2도의 대략적인 도면에서는 일련의 연속적인 작업이 진행되는 동안 스펀본드 웹을 직접적으로 제조하는 것으로 도시되어 있으나 스펀본드 웹을 사전에 제조하는 것도 물론 가능하다. 이와 유사하게 멜트블로운 웹(42)은 스펀본드 웹(22)에서 직접 형성되는 것으로 도시되어 있으나 사전에 제조되어 패브릭 복합 재료를 형성하기 위하여 결합되거나 또는 조직을 한층 강화하기 위하여 가열 롤을 통과한 후 스펀본드 웹에 결합되거나 롤의 형태로 저장되어서 사전에 형성된 롤에 공급되어 스펀본드에 결합될 수 있다. 이와 유사하게 세겹의 웹(64)은 영역(70)에서 결합하기 전에 저장되어질 수 있다.
제3도에서 부재번호(95)는 본 발명의 부직포 복합 재료에 의하여 만들어진 외과 수술용 가운을 나타낸다. 외과 수술용 가운으로 사용되기 위해서는 패브릭의 기초 중량은 바람직하게는 40 내지 60gsm의 범위이어야 하고, 가장 바람직하게는 50 내지 60gsm이어야 한다. 이러한 패브릭은 35cm 또는 그 이상의 수두율을 가지며, 85% 또는 그 이상의 박테리아 여과 효율(BFE)을 가진다. 가운(95)은 사전에 재단된 시밍 패널(seaming panel)로부터 만들어지거나, 융합 결합에 의하여 형성된 시임 및 부직포로부터 만들어진다. 보다 상세하게 설명하면, 제4도에 도시된 바와 같이, 하나의 패널(96)은 다른 하나의 패널(97)과 마주하여 접착하는 부분을 가지며, 시임(98)은 이러한 접착 부분을 따라서 두 패널을 결합한다. 시임(98)은 패널(96)의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 따른 하나의 패널(97)의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분의 사이에서 형성되는 융합 결합이다.
하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에틸렌/폴리에스테르(PET) 쉬스/코어 이성분계 필라멘트당 3데니어(denier)로 형성된 두 개의 외부층 스펀본드 부직포 및 선상 저밀도 폴리에틸렌으로부터 형성된 하나의 내부 멜트블로운 웹을 결합하여 세겹의 패브릭 복합 재료 샘플을 제조하였다. 샘플은 이성분계 스펀본드 필라멘트 패브릭의 상이한 두 개의 기초 중량을 사용하여 제조되었다. 결합은 가열 패턴 캘린더를 사용하여 행하여졌다. 패브릭의 물리적인 특성은 하기 표 1과 같다.
실시예 2
24gsm의 선상 저밀도 폴리에틸렌 멜트블로운층 및 필라멘트당 3데니어인 각각 20gsm 및 15gsm의 기초 중량을 가지는 폴리에틸렌/폴리에스테르(PET) 쉬스/코어 이성분계 스펀본드층을 사용하여 실시예 1의 방법에 따라서 샘플을 제조하였다. 물리적인 특성은 하기 표 2와 같다.
본 발명은 바람직한 실시예에 보다 상세하게 기재되어 있다. 그러나 전술한 명세서의 내용 또는 하기 청구 범위에 기재한 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고서도 여러 가지 다양한 변경이 가능할 것이다.
Claims (12)
- 감마선 방사 살균 가능한 부직포 복합 재료로서,연속적인 다성분계 필라멘트로 이루어진 제1 및 제2 스펀본드 부직포 웹;상기 제1 및 제2 스펀본드 부직포 웹의 사이에 삽입된 제3 부직포 웹; 및상기 부직포 복합 재료 전반에 걸쳐 상기 제1, 제2 및 제3 웹을 결합하여 상기 부직포 복합 재료를 형성하는 다수개의 불연속 점 결합을 포함하며,상기 제1 및 제2 스펀본드(spunbond) 부직포 웹은 부직포 복합 재료의 대향 외부 표면을 이루고, 상기 제1 및 제2 웹의 다성분계 필라멘트는 낮은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머 성분 및 높은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리머 성분을 포함하고, 상기 낮은 융점을 가지며 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 성분은 상기 필라멘트 표면의 상당 부분에 존재하고, 상기 높은 융점을 가지는 폴리머 성분은 상기 필라멘트 길이를 따라 실질적으로 연속적인 형상으로 존재하고,상기 제3 부직포 웹은 감마선 방사에 안정된 폴리에틸렌 폴리머로부터 형성되는 최소한 하나의 소수성 미세 다공층을 포함하며,상기 불연속 점 결합(discrete point bond)은 상기 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 상기 제3 부직포 웹의 폴리에틸렌 폴리머가 함께 융합된 영역을 포함하는 감마선 방사 살균 가능한 부직포 복합 재료.
- 제1항에 있어서, 상기 부직포 복합 재료는 단면 방향(CD)으로 최소한 7kg(15파운드), 머신 방향(MD)으로 최소한 11kg(25파운드)의 그랩(grab) 인장력, 최소한 17L sec(35cfm)의 거얼리(Gurley) 공기 투과도 및 40 내지 120gsm 범위의 기초 중량을 가지는 부직포 복합 재료.
- 제2항에 있어서, 상기 부직포 복합 재료는 50 내지 60gsm의 기초중량 및 35cm 이상의 수두율(hydrostatic head rating)을 가지는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 부직포 복합 재료는 85% 이상의 박테리아 여과 효율(BFE)을 가지는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 다성분계 필라멘트의 높은 융점을 가지는 폴리머 성분은 폴리에스테르인 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 다성분계 필라멘트의 높은 융점을 가지는 폴리머 성분은 폴리아미드인 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 웹의 다성분계 필라멘트는 폴리에스테르 코어 및 폴리에틸렌 쉬스(sheath)를가지는 쉬스-코어 구조와 이성분계 필라멘트를 포함하는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 웹의 다성분계 필라멘트는 폴리에스테르 성분 및 폴리에틸렌 성분을 가지는 사이드-바이-사이드 구조의 이성분계 필라멘트를 포함하는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 최소한 하나의 소수성 미세 다공층은 멜트블로운 마이크로파이버의 부직포를 포함하는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 부직포 복합 재료의 최소한 하나의 외주 부분을 따라서 확장된 상당히 연속적인 실(seal)을 더 포함하며,상기 실은 상기 제1 및 제2 웹의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 사이에 융합 결합하여 형성되는 부직포 복합 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 의한 두 장의 부직포 복합 재료, 및상기 두 부직포 복합 재료를 결합하는 시임(seam),을 포함하는 제품으로, 상기 시임은 상기 한 장의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 및 다른 한 장의 다성분계 필라멘트의 폴리에틸렌 성분 사이에 형성된 융합 결합을 포함하는 부직포 복합 제품.
- 제11항에 있어서, 상기 부직포 복합 재료는 단면 방향(CD)으로 최소한7kg(15파운드), 머신 방향(MD)으로 최소한 11kg(25파운드)의 그랩 인장력, 최소한 17L sec(35cfm)의 거얼리 공기 투과도 및 40 내지 120gsm 범위의 기초 중량을 가지는 부직포 복합 제품.
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