KR100445769B1 - 극세섬유 부직웹 - Google Patents

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KR100445769B1
KR100445769B1 KR10-1998-0704050A KR19980704050A KR100445769B1 KR 100445769 B1 KR100445769 B1 KR 100445769B1 KR 19980704050 A KR19980704050 A KR 19980704050A KR 100445769 B1 KR100445769 B1 KR 100445769B1
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라차드 다니엘 파이크
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 극세섬유로 이루어지는 웹을 제공한다. 이 웹은 제1 중합체 성분을 포함하는 제1 그룹의 분할 세섬유와 제2 중합체 성분을 포함하는 제2 그룹의 분할 세섬유의 블렌드를 포함하고, 이들 중합체 성분의 적어도 하나가 친수성이다. 또한, 본 발명은 적어도 2개 그룹의 섬유를 포함하고, 각 그룹의 섬유는 단면상 별개의 형상을 가지는 멜트블로운 섬유의 웹을 제공한다.
<대표도>
도 7

Description

극세섬유 부직웹{Superfine Microfiber Nonwoven Web}
본 발명은 세섬유 부직웹에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 극세섬유를 함유하는 웹에 관한 것이다.
멜트블로운 섬유 웹과 같은 세섬유 웹은 잘 알려져 있고, 멜트블로운 섬유 웹은 여러 가지 특허 및 간행물에 기술되어 있는데, 그 예로는 V.A. 웬트(Wendt) 등에 의한 해군 연구 시험소 보고 4364호인 "극세 유기 섬유의 제조", K.D. 로렌스(Lawrence) 등에 의한 해군 연구 시험소 보고 5265호인 "극세 유기 섬유 제조용의 개선된 장치", 및 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호 등이 있다. 멜트블로운 섬유 웹은 통상 10 ㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 열가소성 세섬유를 포함하는데, 이는 중합체 수지를 가열하여 용융시키고, 이 용융물을 다이 헤드의 다이 오리피스를 통해 압출시켜 필라멘트를 형성하고, 이 다이 오리피스를 나오는 필라멘트에 보통은 공기인 가열 유동체의 스트림을 보내 필라멘트를 가늘게 하며, 이 필라멘트를 작은 구멍이 형성된 표면 상에 수집하여 부직 웹을 형성함으로써 제조한다. 필라멘트가 수집될 때 여전히 점착성이기 때문에 필라멘트가 자생적인 섬유간 접착을 형성하여 결합된 웹을 제조하게 된다.
통상적인 멜트블로운 섬유 웹이 세섬유를 포함하고 있지만, 더욱 가는 세섬유를 포함하는 섬유 웹에 대한 필요성이 있다. 그동안 멜트블로운 섬유의 직경을감소시키려는 여러 가지 시도가 있어 왔다. 이러한 시도의 일 예는 다이 헤드로 통과하는 중합체의 양을 감소시키는 것이다. 그런데, 멜트블로운 세섬유를 제조하기 위한 이와 같은 직접적인 제어 방법은 섬유의 직경을 제한적인 정도로 감소시키는데 이용될 수 있을 뿐인데, 이는 어떤 한계 후에는 통과량의 감소가 섬유의 제조를 방해하기 때문이다. 멜트블로운 세섬유를 제조하기 위한 다른 예의 방법으로는, 해도(海島) 형태의 이성분 복합 멜트블로운 섬유를 제조한 다음, 멜트블로운 섬유의 해 성분을 용해시킴으로써 도 성분에 의한 세섬유를 제조하는 방법이 있다. 그런데, 이 용해 방법은 번거러운 용해 단계를 필요로 하고, 복합섬유의 대부분을 제거하여 세섬유를 제조한다는 점에서 불리한 점이 있다. 따라서, 이 용해 방법은 비경제적이고, 구성성분인 중합체를 비효율적으로 이용하는 경향이 있다.
세섬유를 제조하기 위한 것으로 당업계에 알려진 다른 예의 방법은 분할 섬유 제조방법이다. 그런데, 공지의 분할 섬유 제조방법은 멜트블로운 섬유를 분할하는데는 적합하지 않을 수 있다. 가장 폭 넓게 이용되는 분할 섬유 제조방법은, 다성분 복합섬유를 분할하기 위해 물의 가압 스트림을 이용하는 하이드로-니들링법(hydro-needling process)이다. 일반적으로, 이 방법은 섬유를 분할과 동시에 교락시켜서 접착된 부직웹을 제조하는 것이다. 그런데, 이 하이드로-니들링법은 분할 멜트블로운 섬유의 웹을 제조하는 데에는 이용되어 오지 않았는데, 이는 자생적으로 접착된 멜트블로운 섬유 웹이, 절단되기 쉬운 매우 섬세한 섬유를 가지고 있고, 섬유의 운동을 제한하는 거의 균일하게 분포된 수많은 섬유간 접착을 포함하고 있어, 기계적인 분할 방법에 의해 분할하기가 어렵기 때문이다.
다른 세섬유 웹이 당업계에 알려져 있는데, 이것으로는 유리 세섬유 웹이 있다. 극세섬의 유리 섬유가 제조될 수는 있지만, 유리 세섬유는 취성이어서 섬유의 강도 특성이 중요한 적용 분야에는 적합하지 않다.
따라서, 극세 섬유의 웹 및 이 웹을 제조하기 위한 제조방법에 대한 필요성이 여전히 남아 있다.
<발명의 요약>
본 발명은 극세섬유를 포함하는 웹을 제공한다. 이 웹은 제1 중합체 성분을 포함하는 분할 세섬유의 제1 그룹과 제2 중합체 성분을 포함하는 분할 세섬유의 제2 그룹의 블렌드를 포함하는데, 여기에서 제1 및 제2 중합체 성분중 적어도 하나는 친수성이다. 또한, 본 발명은 2개 이상의 섬유 그룹을 갖는 멜트블로운 섬유 웹을 제공하는데, 여기에서 섬유의 각 그룹은 별개의 단면 형상을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 섬유 단면상 별개의 세그먼트로 섬유 길이를 따라 배열된 2개 이상의 비상용적인 중합체 성분을 포함하는 분할성 멜트블로운 복합 섬유를 제공한다. 이 섬유는 중합체 성분의 적어도 하나가 친수성이라는 것으로 특징지워질 수 있다. 또한, 중합체 성분의 적어도 하나가 섬유의 길이를 따라 분리 가능한 별개의 비폐색적인 단면 세그먼트를 형성한다.
본 발명의 극세섬 분할 섬유 웹은 통상적인 멜트블로운 섬유 웹에 비해 개선된 섬유 피복성, 강도 및 조직 특성, 차단 특성, 여과 특성 등을 비롯하여 개선된 특성을 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 용어 "스팀"은 달리 표시되지 않으면 스팀 및 스팀과공기의 혼합물을 모두 의미한다. 용어 "수성 매체"는 물 또는 스팀을 포함하는 액상 또는 가스상 매체를 나타낸다. 용어 "섬유"는 달리 표시되지 않으면 스테이플 섬유와 연속적인 필라멘트를 모두 의미한다. 용어 "다성분 복합 섬유"는 섬유 길이를 따라 섬유 단면의 별도의 세그먼트를 차지하도록 배열된 2개 이상의 중합체 성분을 포함하는 섬유를 의미한다.
도 1 내지 4는 본 발명에 있어 적합한 복합섬유의 형상을 나타낸다.
도 5 및 6은 본 발명에 있어 예시적인 비대칭적 복합섬유의 형상을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 있어 예시적인 분할 극세섬유 웹의 제조공정을 나타낸다.
도 8은 멜트블로운 섬유의 제조를 위한 예시적인 다이 헤드를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 분할 세섬유 웹의 단면의 현미경 사진이다.
도 10은 미처리되고 미분활된 세섬유 웹의 단면의 현미경 사진이다.
본 발명은 극세섬유 웹을 제공하는데, 이 웹의 극세섬유는 분할성 복합 멜트블로운 섬유을 분할시킴으로써 제조한다. 분할 극세섬유 웹은 적어도 2개 그룹의 섬유를 포함하는데, 이 2개의 섬유 그룹을 형성하는 중합체는 비상용적이다. 또한, 비상용적인 구성 중합체의 적어도 하나는 친수성이다. 여기서 사용되는 "친수성"이라는 용어는 물에 대한 친화성을 의미한다. 친수성 중합체 성분의 친수도는, 분할 세섬유 웹을 제조하는데 사용되는 다이 헤드의 온도에서 중합체를 용융 성형하여 제조한 필름에 대해 ASTM D724-89 접촉각 테스트법에 따라 측정할 수 있다. 바람직하기로는 친수성 중합체는 약 80° 또는 그 이하의 초기 접촉각을 가지고, 더욱 바람직하기로는 약 75 °또는 그 이하, 더 더욱 바람직하기로는 약 60°또는 그 이하, 가장 바람직하기로는 약 50°또는 그 이하의 접촉각을 가진다. 여기에서 사용된 "초기 접촉각"이라는 용어는 테스트 필름 시료에 물 방울을 적용한 후 약 5초 이내에 측정한 접촉각을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 친수성 중합체 성분은 자연적인 친수성 중합체 또는 친수성으로 개질된 중합체일 수 있다.
본 발명의 분할성 복합 멜트블로운 섬유는 가열된 수성의 분할 유도 매체와 접촉될 때 외부적인 기계적 교반 또는 피브릴화가 없이도 자연적으로 분할된다. 본 발명에서 적합한 수성 분할 유도 매체로는 가열된 물, 바람직하기로는 약 60℃ 이상의 온도, 더욱 바람직하기로는 약 65℃ 내지 100℃의 온도를 갖는 가열된 물이 있다. 그외의 적합한 분할 유도 매체로는, 60℃보다 높고 섬유 분할 공정중에 중합체 성분의 의도하지 않은 용융을 방지하기 위해 복합 섬유의 중합체중 가장 낮은 용융점보다는 낮은 온도를 갖는 스팀 및 스팀과 공기의 혼합물이다. 바람직하기로는, 공기와 스팀의 혼합물은 약 0% 내지 약 75%의 공기와 약 100% 내지 약 20%의 스팀을 함유한다. 공기와 스팀의 혼합물 매체가 사용될 때 스팀과 혼합되는 공기의 온도는 분할 유도 매체의 온도를 변화시키도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 공기의 온도는 스팀-공기의 혼합물의 온도를 더 증가시키도록 상승될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복합 세섬유는 분할 유도 매체와 접촉될 때 약 30초 또는 그 이하, 바람직하기로는 10초 또는 그 이하, 더욱 바람직하기로는 5초 또는 그 이하, 가장 바람직하기로는 1초 또는 그 이하의 시간에, 예컨데 거의 순간적으로 분할된다. 또한, 약 25% 이상, 바람직하기로는 약 50% 이상, 더욱 바람직하기로는 75% 이상, 가장 바람직하기로는 약 95% 이상에서 100%까지의 복합 멜트블로운 섬유가 본 발명의 섬유 분할 방법에 의해 분할된다.
본 발명의 분할 극세섬유의 제조방법은 종래기술의 제조방법에 비해 매우 유리하다. 종래의 용해 제조방법과는 달리 본 발명의 분할 세섬유 제조방법은 간단하고 자생적이며, 처리할 필요가 있는 상당량의 부산물을 생성하지 않는다. 또한, 본 발명의 분할 방법은 섬유 부분을 제거하지 않는다. 따라서, 본 분할 방법은 섬유 웹의 중량과 섬유 피복성을 감소시키지 않는다. 실제, 그 기본 중량을 감소시킴이 없이 부직웹의 섬유 스트랜드의 수를 증가시키는 본 분할방법은 웹의 섬유 피복성, 조직 및 물리적 특성을 향상시킨다. 더구나, 본 발명의 방법에 의해 제조된 극세섬유 웹은 비교되는 크기의 극세 유리섬유을 포함하는 유리섬유 웹에 비해 강도 특성과 드레이프성을 비롯하여 매우 바람직한 특성을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 분할 극세섬유 웹은, 각 섬유의 전체 길이 또는 실질적인 전체 길이를 따라 단면상 별도의 세그먼트를 점하도록 위치된 적어도 2개 이상의 비상용적인 중합체을 함유하는 다성분 복합 멜트블로운 섬유에 의해 제조된다. 본 발명에 따르면, 복합섬유의 각 세그먼트는 인접하는 세그먼트 또는 세그먼트들의 중합체 또는 중합체들과 비상용적인 중합체로 이루어진다. 예를 들면, 2개의 비상용적인 중합체 조성물이 교대로 위치되어 단일의 복합섬유를 형성하거나 또는 서로 비상용적인 다수의 중합체들이 위치되어 단일의 복합섬유를 형성한다.
이 복합 섬유는 부분적 또는 전체적인 분리가 이루어지는 단면 형상을 가져야 한다. 따라서, 섬유의 구성 중합체중의 하나로 되어 있는 복합섬유 단면의 분리가능한 세그먼트의 적어도 하나는, 섬유의 주변 표면부분을 형성하고, 분리가능한 세그먼트의 분리가 물리적으로 방해받지 않도록 인접하는 세그먼트에 의해 폐색되지 않은 형상을 가진다.
복합섬유의 적합한 형상으로는 양측으로 나란한(side-by-side) 형상(도 1), 쐐기 형상(도 2), 중공 쐐기 형상(도 3) 및 단면적 형상(도 4)이 있다. 주의할 점은, 적합한 형상은 폐색적이거나 맞물려져 있지 않다면 대칭적인 형상을 가질 필요는 없다. 따라서, 적합한 형상으로는 예컨데 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 비대칭적인 형상이 있을 수도 있다. 예컨데 도 5 및 6과 같은 비대칭적인 단면 형상을 갖는 분리성 복합섬유는 상이한 단면 형상, 크기 또는 형태를 갖는 적어도 2개의 섬유 그룹의 혼합을 포함하는 극세섬유 웹을 형성한다. 또한, 분리성 복합섬유는 반드시 통상적인 둥근 섬유일 필요가 없다. 다른 유용한 섬유 형태로는 4각형, 타원형 및 다열편적(multilobal) 형상이 있다.
복합섬유의 상이한 구성 중합체는 동일한 양으로 존재할 필요가 없다. 예를 들면, 복합섬유의 하나의 구성 중합체가 2개의 인접하는 구성 중합체 사이에 단순히 분할자로서 작용하는 박막같은 단면을 형성하여, 주로 하나의 중합체 성분으로 된 세섬유를 포함하는 웹을 제공할 수도 있다.
또한, 분할성 복합 세섬유는 크림프가 부여되거나 또는 부여되지 않을 수도 있다. 본 발명의 크림프화된 분할성 세섬유는 크림프가 웹의 벌키성 또는 로프티성(loft)을 증가시키기 때문에 로프티한 웹을 제조하는데 매우 유용하다.
본 발명에 따르면, 다양한 굵기를 갖는 분할 세섬유는 복합섬유의 굵기의 조절 및(또는) 복합섬유 단면 내의 세그먼트의 수의 조절에 의해 간편하게 제조될 수 있다. 일반적으로 더 가는 굵기 및(또는) 더 많은 단면 세그먼트의 수를 가지는 복합섬유는 더 가는 분할 세섬유를 만든다. 따라서, 폭 넓은 굵기를 갖도록 분할 세섬유의 굵기가 용이하게 조절될 수 있다. 본 발명에 있어 적합한 굵기의 조절 방법중에서 단면 세그먼트의 수를 조절하는 방법이 특히 바람직하다. 단면 세그먼트의 수 및 복합 세섬유의 굵기를 조절함에 의해, 본 발명의 분할 세섬유는 약 0.2 ㎛ 또는 그 이하의 단위 길이당 중량을 가지도록 제조될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 분할성 복합섬유에 적합한 친수성 중합체는 친수성 중합체 및 친수성으로 개질된 중합체 모두를 포함한다. 바람직하기로는 적합한 친수성 중합체는 약 80°보다 작은 접촉각을 가진다. 본 발명에 적합한 고유의 친수성 중합체는 상기한 친수도를 갖는 열가소성 중합체를 포함한다. 이러한 중합체로는, 카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민의 공중합체, 예를 들어 얼라이드 시그널사(Allied Signal Inc.)로부터 상업적으로 구입가능한 상표명 'Hydrofil'; 폴리(옥시에틸렌)과 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리우레아와의 공중합체, 예를 들어 파조스(Pazos) 등의 미국 특허 제4,767,825호에 개시된 흡수성 열가소성 중합체; 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 등이 있다. 미국 특허 제 4,767,825호는 그 전체를 본 발명의 참고자료로 인용한다.
본 발명에 적합한 친수성으로 개질된 중합체로는, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 이들의 공중합체와 블렌드가 있다. 적합한 폴리올레핀으로는, 폴리에틸렌, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌, 예를 들어 이소택틱 폴리프로필렌, 신디오택틱 폴리프로필렌, 이소택틱과 어택틱 폴리프로필렌의 블렌드, 및 이들의 블렌드; 폴리부틸렌, 예를 들어 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐); 폴리펜텐, 예를 들어 폴리(1-펜텐) 및 폴리(2-펜텐); 폴리(3-메틸-1-펜텐); 폴리(4-메틸-1-펜텐); 및 이들의 공중합체와 블렌드가 있다.
적합한 공중합체로는, 에틸렌/프로필렌 및 에틸렌/부틸렌 공중합체와 같이 2개 또는 그 이상의 다른 불포화 올레핀 단량체로부터 제조된 랜덤 및 블록 공중합체가 있다. 적합한 폴리아미드로는, 나이론 6, 나이론 6/6, 나이론 4/6, 나이론 11, 나이론 12, 나이론 6/10, 나이론 6/12, 나이론 12/12, 카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민과의 공중합체와 이들의 블렌드 및 공중합체가 있다. 적합한 폴리에스테르로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 이소프탈레이트 공중합체와, 이들의 블렌드가 있다.
본 발명에 따르면, 소수성 또는 충분히 친수적이지 않은 중합체가 분할성 복합섬유의 친수성 구성성분으로서 사용될 때, 그 중합체는 친수적으로 또는 습윤적으로 개질되어야 한다. 중합체 조성물을 개질시키는 하나의 유용한 수단은, 친수성 개질화제 혹은 친수성 개질제를 가하는 것이다. 적합한 친수성 개질제로는, 여러 가지의 계면활성제가 있다. 분할 세섬유를 포함하는 재료의 최종적인 용도에따라, 계면활성제는 일시적 또는 비일시적일 수 있다. 분할섬유가 단일의 노출 적용 분야 또는 비습윤적 또는 소수적 특성이 특성이 요구되는 적용 분야에 사용된다면, 일시적인 계면활성제, 즉 섬유 표면으로부터 세척되어 제거되는 계면활성제가 적합하다. 비일시적인 계면활성제가 사용될 때, 웹 및 웹의 분할 세섬유가 소수성이 되도록 분할 세섬유 웹을 계속하여 세척할 수 있다. 분할 섬유가 더욱 내구적인 습윤성 또는 친수성이 요구되는 적용 분야에 사용된다면, 비일시적인 계면활성제, 즉 섬유 표면에 영구적으로 또는 반영구적으로 고착되는 계면활성제가 적합하다. 또한, 특히 적합한 내적 첨가 계면활성제는, 그러한 계면활성제가 섬유의 방사공정중에 섬유의 표면으로 쉽게 이동하기 때문에 섬유의 친수성 성분의 중합체와 상용성을 낮게 갖도록 선택된다. 느린 이동 특성을 갖는 계면활성제가 사용될 때, 섬유는 계면활성제의 표면으로의 이동을 용이하게 하도록 열처리 또는 가열 냉각 처리를 할 필요성이 있을 수 있다. 이러한 열처리는 당업계에 "블루밍(blooming)" 공정으로 알려져 있다. 적합한 계면활성제의 실례로는, 실리콘계 계면활성제, 예를 들어 폴리알킬렌-옥사이드 개질 폴리디메틸실록산; 플루오로지방족 계면활성제, 예를 들어 퍼플루오로알킬 폴리알킬렌 옥사이드; 및 그외의 계면활성제, 예를 들어 악틸페녹시폴리에티옥시 에탄올 비이온성 계면활성제, 알킬아릴 폴리에테르 알코올 및 폴리에틸렌 옥사이드 등이 있다. 상업적으로 입수가능하고 본 발명에 적합한 계면활성제로는, 상표명 'Triton'의 이름하에 입수가능한 여러 가지 폴리(에틸렌 옥사이드)계 계면활성제, 예를 들어 회사[Rohm and Hass Crop]의 grade X-102; 상표명 'Emerest'의 이름하에 입수가능한 여러 가지 폴리에틸렌 글리콜계 계면활성제, 예를 들어 에머리 인더스트리즈의 grades 2620 및 2650; 상표명 'Masil'의 이름으로 구입가능한 여러 가지 폴리알킬렌 옥사이드 개질 폴리디메틸실록산계 계면활성제, 예를 들어 메이저(Mazer)로부터 입수가능한 SF-19; 상표명 'PEG'의 이름으로 구입가능한 폴리알킬렌 옥사이드 지방산 유도체, 예를 들어 ICI로부처 구입가능한 PEG 400; 소르비탄 모노올리에이트, 예를 들어 ICI로부터 구입가능한 Span 80; 에톡실화 히드록실화 비버향 오일, 예를 들어 ICI로부터 입수가능한 G1292; 소르비탄 모노올리에이트와 에톡실화 히드록실화 비버향 오일의 혼합물, 예를 들어 ICI로부터 입수가능한 Ahcovel Base N62; 예를 들어 회사[Minnesota Mining and Manufacturing Co.]로부터 입수가능한 폴리옥시알킬렌 개질 플루오로 지방족 계면활성제; 및 이들의 혼합물이 있다.
각 적용분야에 있어 요구되는 계면활성제의 양 및 개질된 섬유의 친수도는 사용된 계면활성제 유형 및 중합체 유형에 따라 변화한다. 일반적으로, 더욱 친수성이거나 또는 친수적으로 개질된 중합체 또는 중합체들을 포함하는 섬유는 더욱 자생적인 분할을 일으킨다. 따라서, 그 정도가 중합체 조성물의 공정성에 불리하게 영향을 미칠 만큼 너무 높지 않는다면, 많은 양의 계면활성제가 복합섬유의 중합체 조성물에 가해질 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 섬유 조성에 적합한 계면활성제의 양은 중합체 조성물의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 5 중량%, 바람직하기로는 약 0.3 내지 약 4.5 중량%, 더욱 바람직하기로는 약 0.5 내지 약 4 중량%의 범위이다. 계면활성제가 중합체 조성물과 완전히 블렌딩된 후, 중합체 조성물이 섬유로 제조된다. 예를 들면, 섬유를 제조하기 위해 용융 압출 공정이 이용될때, 계면활성제는 압출기에서 중합체 조성물과 블렌딩되고 용융 압출된 다음, 섬유로 방사된다.
본 발명에 따르면, 분할성 복합섬유용의 추가적인 구성성분 중합체는 친수성 및 소수성 열가소성 중합체로부터 선택된다. 적합한 중합체로는, 전술한 친수성 중합체 및 친수적으로 개질된 중합체가 있다. 추가적인 구성성분 중합체는 친수적일 필요는 없지만, 멜트블로운 복합섬유의 친수성 중합체 성분과 비상용적일 필요는 있다.
여기에서 사용된 "비상용적 중합체"라는 용어는 용융 블렌딩될 때 혼화성 블렌드를 형성하지 않는, 즉 비혼화성 중합체를 의미한다. 본 발명의 바람직한 태양으로서 중합체 용해도 변수(δ)의 차이가 적절히 비상용적인 중합체를 선택하는데 이용된다. 상이한 중합체의 중합체 용해도 변수(δ)는 당업계에 잘 알려져 있다. 용해도 변수에 대한 논의는 예를 들어 문헌[Polymer:Chemistry and Physics of Modern Materials, pages 142-145, by JMG Cowie, International Textbook Co., Ltd., 1973)에 기술되어 있다. 본 발명의 멜트블로운 복합섬유의 인접 배치된 중합체 성분은, 바람직하기로는 약 0.5(cal/cm3)1/2이상, 더욱 바람직하기로는 약 1(cal/cm3)1/2이상, 가장 바람직하기로는 약 2 (cal/cm3)1/2이상의 용해도 변수의 차이를 가진다. 용해도 변수의 차이가 클수록 섬유의 더욱 자생적인 분할이 이루어지기 때문에, 그 차이의 상한은 본 발명에 있어서 임계적인 것이 아니다.
본 발명의 복합 세섬유에 유용한 비상용적인 중합체의 특히 바람직한 쌍의실례로는, 폴리올레핀-폴리아미드, 예를 들어 폴리에틸렌-나이론 6, 폴리에틸렌-나이론6/6, 폴리프리필렌-나이론6, 폴리프로필렌-나이론6/6, 폴리에틸렌-카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민과의 공중합체, 및 폴리프로필렌-카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민과의 공중합체; 폴리올레핀-폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-폴리부틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리프로필렌-폴리부틸렌 테레프탈레이트; 및 폴리아미드-폴리에스테르, 예를 들어 나이론 6-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나이론 6/6-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나이론 6-폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나이론 6/6-폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트-카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민과의 공중합체, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트-카프로락탐과 알킬렌 옥사이드 디아민 및 폴리프로필렌과의 공중합체가 있다.
도 7은 본 발명의 분할 극세섬유 부직웹을 제조하기 위한 예시적인 공정을 나타낸다. 공정 라인(10)은 2가지 중합체 성분(이성분)의 분할 멜트블로운 섬유 부직웹을 제조하도록 배열되어 있다. 주의 할 것은, 중합체 성분을 2종류보다 많이 포함하고 있는 복합 멜트블로운 섬유가 제조될 수도 있다는 것이다. 공정 라인(10)은 2개의 비상용적인 구성 중합체를 별도로 용융시키기 위한 한쌍의 압출기(12a, 12b)를 포함한다. 구성 중합체의 하나 또는 둘 모두는 친수성 중합체, 또는 본 발명에 따른 친수성 개질제의 유효량과 블렌딩된 소수성 중합체이고, 이들이 각 압출기로 공급된다. 이와는 달리, 친수성 개질제가 각 압출기에 주입될 수도 있다. 중합체는 압출기에서 용융된 다음, 예컨데 양측으로 나란한 형상의 다이 헤드(14)로 공급된다. 일반적으로 기술되는 바와 같이, 다이 헤드(14)에는 그 하우징이 중합체 압출물을 다이(14)를 통해 다이 선단 구멍 혹은 오리피스(16)로 보내는 유동 통로를 형성하도록 배치되어 있으면서 구멍 패턴을 가지고 층층이 쌓인 다수의 플레이트를 포함하고 있다. 다이 헤드 선단(22)는 도 8에 단면도로 도시되어 있는 바와 같이, 다이 구멍(16)을 구비하고 있다. 각 구멍(16)은 소정량의 2개의 압출물을 양측으로 나란히 받아서 양측으로 나란한 형상의 필라멘트(24)를 형성한다. 보통은 공기인 가열 고압 유동체가, 다이 구멍(16)에 인접한 채널(26, 28)에서 끝나는 파이프(18, 20)을 통하여 다이 선단에 공급된다. 압출물이 다이 구멍(16)을 나와 필라멘트(24)를 형성하면, 고압 유동체가 필라멘트(24)를 가늘게 하고 운동중인 작은 구멍이 형성된 벨트상으로 운반한다. 이와는 달리, 고압 유동체가 필라멘트를 가늘게 하고 필라멘트를 절단하여 공기로 지지된 비연속적인 세섬유를 형성하는데 사용될 수도 있다. 충분히 냉각 고화되지 않아 여전히 점착성이 있는 가늘게 된 필라멘트 섬유(24)는 랜덤하게 위치되어 자생적으로 접착된 부직웹(32)를 형성하게 된다. 작은 구멍이 형성된 벨트(30)의 바로 아래에는 진공이 배치되어 웹 형성을 도와 주게 된다. 일단 섬유가 위치되어 웹(32)이 형성되면, 웹(32)는 롤(34, 36)에 의해 벨트(30)으로부터 당겨지게 된다. 이어서, 복합 멜트블로운 섬유 웹(32)는 분무장치 아래를 통과하는데, 이 장치는 가열된 수성 분할 유도 매체, 예컨데 스팀 또는 온수를 완전하고 균일하게 도포하여 웹의 섬유를 분할시킨다. 다른 태양으로서, 웹(32)가 온수욕을 통과할 수도 있다. 진공장치(미도시)가 분무장치(38)의 아래에 웹의 다른 쪽으로 위치되어 도포된 분할 유도 매체를 제거하도록 할 수 있다. 그후, 분할된 섬유는 건조된다.
극세섬의 분할 멜트블로운 섬유 웹은 천의 균일성, 균일한 섬유 피복성, 높은 차단 특성, 높은 여과 특성 및 높은 섬유 표면 면적과 같은 바람직한 특성을 나타낸다. 이와 같은 바람직한 특성을 나타내는 분할 세섬유 웹은 여러 가지 용도로 매우 적합하다. 예를 들어, 분할 세섬유를 포함하는 부직웹은 방호복, 살균 랩, 닦개 천 및 흡수용품의 카버와 같은 일회용 제품을 비롯하여 여러 가지 용도에 매우 적합하다.
본 발명의 다른 태양으로서, 극세섬유 웹은 하나 이상의 분할 세섬유 웹층과 하나 이상의 다른 직물, 부직포 또는 필름의 추가적인 층을 포함하는 적층체로서 사용될 수도 있다. 적층체의 추가적인 층은 조직 및 강도 특성과 같은 추가적이고(이거나) 보충적인 특성을 부여하도록 선택된다. 적층체의 층들은 열, 초음파, 접착제 또는 수력 교락법(hydroentangling process)과 같은 적층 구조에 적합한 것으로 당업계에 알려진 접착법에 의해 접착되어 단일 구조를 형성한다.
본 발명에 매우 적합한 적층체 구조는 브록(Brock) 등의 미국 특허 제4,041,203호에 개시되어 있는데, 그 전체는 본 발명의 참고자료로 채택한다. 미국 특허 제4,041,203호의 개시내용을 적용함에 있어, 스펀본드 섬유 웹과 같은 연속적인 필라멘트 부직웹 층의 하나 이상과, 본 발명의 분할 극세섬유 부직웹층의 하나 이상을 포함하는 접착된 패턴 적층체가 제조될 수 있고, 그러한 적층체는 스펀본드 웹의 강도 및 조직 특성과 분할성 세섬유 웹의 통기성 차단 특성을 결합하고 있다. 이러한 적층체 구조물은 방호복, 기저귀 카버, 성인용 보호용품, 운동팬티 및 위생 내프킨과 같은 여러 가지 신체 접촉 적용분야, 여러 가지 커튼 등을 비롯하여 다양한 용도에 매우 적합하다.
본 발명의 다른 태양으로서, 본 발명의 분할 극세섬유 웹은, 극세섬유와 균일한 섬유 피복성을 가지고 매우 바람직한 여과 특성을 제공하는 점에서, 여러 가지 필터 매체용으로 매우 적합하다. 본 발명의 극세섬유 웹이 적용될 수 있는 세섬유 필터 매체 개념의 예는, 예를 들어 보그트(Vogt) 등의 미국 특허 제4,824,451호에 개시되어 있는데, 이는 본 발명의 참고자료로 채택한다.
다음의 실시예는 설명을 위한 목적으로 제공될 뿐, 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
<테스트 방법>
프래지어 투과도 : 프래지어 투과도는 0.5 인치 수압 강하에서 1분동안 매체의 ft2당 공기의 ft3의 측면에서 웹의 투과도를 표현하는 것인데, 회사[Frazier Precision Instrument Company]로부터 입수할 수 있는 프래지어 공기 투과도 시험기를 이용하여 결정하고, 연방 테스트법 5450 표준 번호 191A에 따라 측정하였다.
접촉각 : 접촉각은 3mm의 두께를 갖는 13 ×13 cm의 성형 필름상에서 탈이온수로 ASTM D724-89에 따라 측정한 초기 접촉각, 즉 5초 이내에 측정한 것이다.
<실시예 1>
양측으로 나란한 형상의 다이 헤드를 사용하고, 2개의 구성 중합체를 처리하는데 2개의 단일 스크류 압출기를 사용한 점을 제외하고는, 부틴 등의 미국 특허 제 3,978,185호에 기술된 방법에 따라 2성분 멜트블로운 섬유 웹을 제조하였다. 웹의 멜트블로운 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 50중량%의 폴리프로필렌과 50중량%의 나이론 6을 포함하였다. 폴리프로필렌은 히몬트(Himont)의 HH441이었고, 나이론 6은 주문 중합한 폴리카프로락탐으로, 미국 뉴햄프셔주 맨체스터 소재의 닐테크(Nyltech)에 의해 제조되었고, 1.85의 포름산 상대점도를 가졌다. 양 중합체의 용해도 변수 차이는 5(cal/cm3)1/2보다 크다. 나이론 성분은 추가로 2중량%의 에톡실화 폴리실록산, SF-19(Mazer로부터 입수 가능)을 포함하였다. 중합체 성분은 압출기로 공급되어 235℃(455℉)의 압출물로 되었다. 이 압출물은 다이로 공급되어 멜트블로운 이성분 섬유 웹으로 제조되었다. 멜트 블로운 웹을 제조 표면으로부터 제거하여 끓는 물에 5초 동안 두었다. 그후, 이 처리된 웹을 건조하고, 현미경으로 웹을 관찰하였다. 또한, 개질된 나이론 성분 조성물에 대해 그 친수도를 테스트하였고, 약 40°의 접촉각을 가졌다.
현미경에 의한 관찰은 멜트블로운 섬유 웹의 대부분의 섬유들이 수처리중에 분할되었음을 보여 준다.
<비교예 1>
비교예 1은 끓는 물에 처리되기 전의 실시예 1의 멜트블로운 이성분 섬유 웹이다. 부직웹은 가시적인 분할 섬유를 명백히 포함하지 않았다.
실시예 1과 비교예 1의 웹에 대한 시각적인 관찰 결과에 따르면, 친수성 성분 중합체를 포함하는 복합 세섬유가 본 발명의 분할 유도 매체로 처리될 때 분할됨을 보여 준다.
<실시예 2>
나이론 성분이 4중량%의 에톡실화 폴리실록산을 포함한 것을 제외하고는, 실시예 1에 따라 멜트블로운 이성분 섬유 웹을 제조하였다. 개질된 나이론 성분의 접촉각은 약 10°이었다. 처리된 부직웹에 대해 그 투과도를 테스트하였고, 그 결과는 표 1과 같다.
<비교예 2>
비교예 2는 끓는 물에 처리되기 전의 실시예 2의 멜트블로운 이성분 섬유 웹이다. 투과도 결과는 표 1과 같다.
<표 1>
실시예 프래지어 투과도
실시예 2 240
비교예 2 312
실시예 2의 투과도의 현저한 감소는, 친수적으로 개질된 복합 세섬유가 가열된 수성 피브릴화 유도 매체로 처리될 때 분할되어 증가된 섬유 스트랜드의 수를 포함하는 웹을 형성하고, 이에 의해 웹의 차단 특성을 향상시켜 줌을 명백히 보여 주는 것이다.
한편, 도 9는 실시예 2의 웹의 대표적인 단면에 대한 전자 주사 현미경 사진이고, 도 10은 비교예 2의 웹의 대표적인 단면에 대한 전자 주사 현미경 사진이다. 도 9는 양측으로 나란한 형상의 둥근 멜트블로운 섬유에 의해 제조된 반원형의 분할섬유를 보여 주는 한편, 도 10은 비교예 2의 웹의 분할되지 않은 이성분 섬유를 보여 준다.
위의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분할 극세섬유의 제조방법은 자생적으로 분할된 극세섬유 웹을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 분할 극세섬유 웹은 바람직한 유연도, 균일한 섬유 피복성, 바람직한 강도 특성, 드레이프성, 높은 차단 특성, 높은 여과 특성 등을 비롯하여 조직 및 물리적 특성의 매우 바람직한 결합을 제공한다.

Claims (15)

  1. 제1 중합체 조성물의 제1 섬유 및 제2 중합체 조성물의 제2 섬유를 포함하며, 상기 제1 및 제2 섬유 중합체 조성물이 서로 비상용적이고 또한, 제1 중합체 조성물이 최소한 일시적으로 친수성인, 멜트블로운 섬유의 분할 섬유를 포함하는 미세섬유 웹.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 섬유가 친수성인 미세섬유 웹.
  3. 제2항에 있어서, 제1 섬유 중합체 조성물이 (i) 소수성 열가소성 중합체 및 친수성 개질제 및 (ii) 친수성 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 미세섬유 웹.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 섬유가 ASTM D724-89에 따라 측정된 초기 접촉각이 약 80°이하인 미세섬유 웹.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 중합체 조성물이 소수성 열가소성 중합체 및 친수성 개질제를 포함하고, 상기 친수성 개질제가 계면활성제이며, 상기 제1 중합체 조성물이 그 성분의 총 중량 기준으로 약 0.1 내지 5%의 계면활성제를 포함하는 미세섬유 웹.
  6. 제5항에 있어서, 상기 계면 활성제가 일시적인 계면활성제인 미세섬유 웹.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 섬유가 일시적인 계면활성제를 세척하여 소수성으로 만들어진 것인 미세섬유 웹.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬유가 별개의 단면 형상을 갖는 미세섬유 웹.
  9. 제8항에 있어서, 상기 분할 섬유가 약 0.2 ㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 것인 미세섬유 웹.
  10. 제2항에 있어서, 제1 및 제2 섬유가 모두 친수성인 미세섬유 웹.
  11. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 섬유가 약 0.2 ㎛ 이하의 평균 두께를 갖는 것인 미세섬유 웹.
  12. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 중합체 조성물의 상기 분할 섬유가 통상의 다성분 섬유로부터 분할된 것이며, 상기 분할 섬유가 상기 통상의 다성분 섬유의 직경보다 작은 최소 치수를 갖는 미세섬유 웹.
  13. 제2항의 미세섬유 웹을 포함하는 필터 매체.
  14. 제2항의 미세섬유 웹을 포함하는 일회용 제품.
  15. a) 제1 및 제2 중합체로 이루어지되, 이 제1 중합체 및 제2 중합체가 섬유 단면상 별개의 세그먼트를 차지하면서 전체 세섬유 길이를 따라 연장되고, 상기 제1 중합체 성분이 상기 제2 중합체 성분과 비상용적이며, 제1 및 제2 중합체 성분 중 적어도 하나가 친수성인 멜트블로운 복합 섬유로 이루어지는 분할성 멜트블로운 섬유 웹을 제공하는 단계, 및
    b) 상기 멜트블로운 섬유 웹을 가열된 수성의 분할 유도 매체와 접촉시켜 그 웹 중의 복합섬유를 분할시키는 단계
    로 이루어지는 분할 멜트블로운 극세섬유 웹의 제조방법.
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