KR100625161B1 - 탄성 물질층 및 비탄성 시트층의 횡방향 신장 및수축가능한 네킹된 적층체를 포함하는 연신 및 회복성을갖는 복합재 - Google Patents

탄성 물질층 및 비탄성 시트층의 횡방향 신장 및수축가능한 네킹된 적층체를 포함하는 연신 및 회복성을갖는 복합재 Download PDF

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마이클 토드 모르만
로버트 존 쉬바르츠
하워드 마르틴 웰취
퍼트리셔 후시아오인 황
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 복합재 및 이 복합재의 제조 방법에 관한 것이다. 복합재는 통기성일 수 있고, 하나 이상의 탄성 물질층 및 시트층의 네킹된 적층체로부터 형성된다. 시트층은 종방향 및 횡방향 크기를 한정하는 하나 이상의 비탄성 필름에 적층된 하나 이상의 비탄성 네킹성 물질을 포함하며, 적층체는 필름층의 통기성 및(또는) 액체 장벽 특성의 현저한 감소없이 하나 이상의 크기로 신장 및 수축가능하다. 이러한 적층체의 신장성 및 수축성은 예를 들면 네킹된 적층체가 횡방향 크기에서 소정의 신장성 및 수축성을 가지도록 하는 필름층의 종방향 크기에서의 줄무늬 주름의 결과이다. 통기성 적층체는 먼저 충진된 비탄성의 필름층을 부분적으로 연신하고, 비탄성의 네킹성 층을 부착하여 적층체를 형성한 후, 이어서 적층체를 연신하여 적층체를 네킹하여 목적하는 완전히 연신된 형상으로 필름을 연신함으로써 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 탄성 물질층을 네킹된 적층체에 부착하여 하나 이상의 크기에서 연신 및 회복성을 제공한다.
복합재, 횡방향 신장, 수축, 네킹된 적층체, 비탄성 시트, 연신, 편향력, 줄무늬 주름, 기초중량, 스펀본드, 통기성

Description

탄성 물질층 및 비탄성 시트층의 횡방향 신장 및 수축가능한 네킹된 적층체를 포함하는 연신 및 회복성을 갖는 복합재 {Composite Material Having Stretch and Recovery Including a Layer of an Elastic Material and a Transversely Extensible and Retractable Necked Laminate of Non-Elastic Sheet Layers}
본 발명은 복합재 및 이 복합재의 제조 방법에 관한 것이다. 복합재는 통기성일 수 있고, 하나 이상의 비탄성 필름층, 하나 이상의 비탄성의 네킹성 물질 및 하나 이상의 탄성 물질 층으로부터 형성된다. 하나 이상의 비탄성 필름에 적층된 하나 이상의 비탄성의 네킹성 물질의 시트층이 결합되어 종방향 및 횡방향 크기를 한정하는 네킹된 적층체를 형성하며, 네킹된 적층체는 필름층의 통기성 및(또는) 액체 장벽 특성의 현저한 감소없이 하나 이상의 방향(dimension)으로 신장 및 수축가능하다. 네킹된 적층체의 신장성 및 수축성은 예를 들면 네킹된 적층체가 횡방향으로 소정의 신장성 및 수축성을 가지도록 하는 필름층의 종방향으로의 줄무늬 주름의 결과이다. 하나 이상의 탄성 물질층을 네킹된 적층체에 부가하여 복합재를 형성함으로써 네킹된 적층체에 존재하지 않았던 연신 및 회복성을 제공하면서 여전히 통기성 및 장벽 특성을 유지할 수 있다.
예를 들어 필름 및 부직 웹 층의 다수 시트층의 복합재는 기저귀, 용변연습용 팬츠, 실금용 의류, 매트리스 패드, 와이퍼, 여성용 위생 용품, 예를 들면 생리대와 같은 용품, 외과용 드레이프, 가운 및 안면마스크와 같은 의료용 용도, 작업복 및 실험실 외투 등을 포함하는 의류 또는 그의 부분 용품 등에 유용한 것으로 공지되어 있다.
이러한 복합재는 용품이 비교적 저비용으로 제조되고, 이에 따라 단지 한번 또는 적은 사용 후에 폐기될 수 있도록 제조될 수 있다. 그러나, 또한 액체 불침투성인 용품을 제공하면서, 통기성 및 저비용을 희생하지 않으면서 이들 용품의 "천-유사"의 시각 및 질감의 품질을 달성하기 위하여 많은 연구 및 개발이 계속되고 있다. 특히, 이러한 용품의 단점 중 하나는, 용품을 제조하기 위하여 사용되는 재료가 예를 들면 그 섬유 및 얀 구조 때문에 신장 및 수축할 수 있는 자연적인 능력을 갖는 면으로부터 제조된 직물과 같은 탄력성을 주지 않는다는 것이다. 이러한 특성은 용품을 사용자의 신체에 순응하도록 하여 촉감 및 외관이 더욱 "천-유사"이도록 하는데 필요하다. 심지어 용품이 탄력성을 줄지라도, 연신 및 회복성을 나타내지 않는 경우 그의 형태를 신속히 잃어버릴 수 있다. 이러한 문제에 대한 공지된 해법은 용품에 탄성체 또는 탄성 물질을 사용하여 예를 들어 필름/부직 적층체를 형성하는 것이었다. 충진된 탄성 필름을 연신하여 미세포아를 형성함으로써 통기성이 달성된다면, 연신 후의 탄성 물질의 회복은 통기성을 위하여 생성된 미세포아를 일반적으로 또는 부분적으로 막기 때문에 충진된 탄성 필름의 통기성을 유지하는 것과 관련된 문제가 있게 된다.
예를 들면 모르만의 미국특허 제5,336,545호에서 설명된 것처럼 탄성 중합체를 사용하여 제조된 탄성 시트를 적용하기에 앞서 부직 웹 층이 네킹되었다 (후술함). 부직 웹의 네킹은 횡방향으로의 신장을 허용하였으나, 탄성 시트의 부착없이는 회복성을 갖지 않는다.
예를 들면 기저귀 외부 커버로서 사용되는 비탄성 물질로부터 제조된 종래의 적층체는 모든 방향에서 연신되지 않으며, 여전히 비탄성 미세포아 필름을 통해 통기성이었다. 또한, 예를 들면 기저귀와 같은 용품에서 허리밴드 성분으로서 사용되는 비탄성 물질로부터 제조된 종래의 적층체는 먼저 탄성의 허리밴드를 연신하고, 이어서 적층체를 연신된 허리밴드에 부착시켜, 허리밴드가 수축될 때 적층체를 오므라들게 함으로써, 더욱 순응성이 되도록 제조되었다. 이러한 고안의 문제는 적층체를 주름잡거나 다발로 묶는 것이 어렵고, 생성된 제품은 최소의 신장성 및 수축성을 갖는다는 것이다. 이러한 묶여진 적층체는 또한 제작하기가 매우 어렵고, 값싼 외관을 가지며, 신체에 접촉할 때 불편하다.
본 발명은 통기성, 액체 장벽 특성 및 강도와 같은 다른 특성에 손상을 주지 않으면서 연신성 및 회복성을 달성하며, 비탄성 네킹된 적층체 및 하나 이상의 탄성 물질의 값싼 복합재를 제공함으로써 이들 및 다른 문제점을 회피한다.
<발명의 요약>
본 발명은 복합재 및 이 복합재의 제조 방법에 관한 것이다. 복합재는 통기성일 수 있고, 하나 이상의 탄성 물질층 및 시트층의 네킹된 적층체로부터 형성된다. 시트층은 종방향 및 횡방향 크기를 한정하는 하나 이상의 비탄성 필름에 적층된 하나 이상의 비탄성 네킹성 물질을 포함하며, 적층체는 필름층의 통기성 및(또는) 액체 장벽 특성의 현저한 감소없이 하나 이상의 방향으로 신장 및 수축가능하다. 이러한 적층체의 신장성 및 수축성은 예를 들면 네킹된 적층체가 횡방향으로 소정의 신장성 및 수축성을 가지도록 하는 필름층의 종방향으로의 줄무늬 주름의 결과이다. 통기성 적층체는 먼저 충진된 비탄성의 필름층을 부분적으로 연신하고, 비탄성의 네킹성 층을 부착하여 적층체를 형성한 후, 이어서 적층체를 연신하여 적층체를 네킹하여 목적하는 완전히 연신된 형상으로 필름을 연신함으로써 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 탄성 물질층을 네킹된 적층체에 부착하여 하나 이상의 방향으로 연신 및 회복성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 복합재를 형성하는 예시적인 방법의 조망도.
도 2는 종방향의 줄무늬 주름을 나타내는 네킹된 본 발명의 복합재를 형성하는 적층체의 평면도.
도 3은 비탄성의 필름층의 연신, 비탄성의 네킹성 물질의 부착, 적층체의 네킹 및 본 발명의 복합재를 형성하는 탄성 물질의 부착을 나타내는 도 1의 방법의 조망도.
도 4는 본 발명에 따른 복합재를 이용할 수 있는, 이 경우에는 기저귀인 예시적인 개인 위생 흡수 용품의 부분 절단 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 복합재를 이용할 수 있는, 이 경우에는 안면 마스크인 예시적인 의료 용품의 평면도.
도 6은 줄무늬 주름을 나타내는 본 발명의 복합재를 형성하는 네킹된 적층체 의 비탄성 필름층 측의 광학 현미경 사진 (고해상도 디지탈 화상)의 평면도.
도 6a는 줄무늬 주름의 변화 및 불규칙성을 나타내는 도 6의 확대된 부분의 광학 현미경 사진의 평면도.
도 7, 8 및 9는 각각 사다리꼴, 플리트, 및 무딘 톱날 모양의 줄무늬를 나타내는 본 발명의 복합재를 형성하는 적층체의 단면의 광학 현미경 사진.
도 10은 종래 적층체의 광학 현미경 사진의 사시도.
도 11a, b 및 c, 및 12a, b 및 c는 다양한 시료의 경우 부하 대 신장 곡선을 설명하는 그래프.
도 13은 탄성 필라멘트의 연신된 층을 갖는 본 발명의 복합재를 형성하는 예시적인 방법의 조망도.
도 14 및 15는 다양한 시료의 부하 대 신장의 확대된 곡선을 설명하는 그래프.
도 16 내지 18은 다양한 시료에 대해 행해진 사이클링 시험의 결과를 설명하는 그래프.
도 19a 및 b는 네킹된 적층체를 탄성 물질에 결합하여 본 발명의 복합재를 형성하는데 사용되는 사인파 및 점 결합 패턴을 각각 나타내는 모식도.
도 20은 본 발명의 복합재를 구성하는 네킹된 적층체의 비탄성 네킹성 재료 측의 화상의 평면도.
도 21은 네킹된 적층체의 비탄성 필름 측의 종방향으로 부착된 상태로 LD로 연신되는 탄성 필라멘트의 층을 나타내는, 도 20의 반대면.
도 22는 네킹된 적층체의 비탄성 필름 측의 TD에 길이 방향으로 부착된 탄성 필라멘트의 층을 나타내는, 본 발명의 복합재를 구성하는 네킹된 적층체의 비탄성 네킹성 재료 측의 화상의 평면도.
도 23은 본 발명에 따른 탄성 물질층을 형성하는, 이 경우에는 비연신된 탄성 용융블로잉 부직웹을 사용하는 복합재의 단면 광학 현미경 사진.
도 24는 본 발명에 따른 탄성 물질층을 형성하는, 이 경우에는 비연신된 탄성 용융블로잉 부직웹을 사용하는 복합재의 단면 광학 현미경 사진.
도 25는 본 발명에 따른 탄성 물질층을 형성하는, 이 경우에는 연신된 탄성 용융블로잉 부직웹을 사용하는 복합재의 단면 광학 현미경 사진.
도 26 내지 28은 다양한 시료에 대한 LD 인장 시험 부하 대 신장 곡선의 결과를 설명하는 그래프.
도 29 내지 31은 다양한 시료에 대한 TD 인장 시험 부하 대 신장 곡선의 결과를 설명하는 그래프.
도 32 내지 34는 다양한 시료에 대해 행해진 LD 사이클링 시험의 결과를 설명하는 그래프.
도 35 내지 37은 다양한 시료에 대해 행해진 TD 사이클링 시험의 결과를 설명하는 그래프.
본 발명은 통기성일 수 있으며 하나 이상의 비탄성 필름층, 하나 이상의 비탄성 네킹성 물질 및 탄성 물질로부터 형성된 복합재에 관한 것이다. 하나 이상의 비탄성 필름에 적층된 하나 이상의 비탄성 네킹성 물질의 시트층들을 결합하여 네킹된 적층체를 형성하고, 이 적층체는 필름층의 통기성 및(또는) 액체 장벽 특성의 현저한 감소없이 적층체가 하나 이상의 방향으로 신장 및 수축가능하도록 종방향 및 횡방향 크기를 한정한다. 이러한 적층체의 신장성 및 수축성은 예를 들면 네킹된 적층체가 횡방향(이하 "TD")으로 소정의 신장성 및 수축성을 가지도록 하는 필름층의 종방향(이하 "LD")으로의 줄무늬 주름의 결과이다. 하나 이상의 탄성 물질층이 네킹된 적층체에 부착되어 연신 및 회복가능한 복합재를 형성한다.
본원 명세서에서, 탄성 물질은 복합 부재중에 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 탄성 물질은 탄성 비네킹성 물질(예를 들면 탄성 용융블로잉 부직웹 층), 탄성 필라멘트(예를 들면 양도된 라이트(Wright)의 미국 특허 제5,385,775호에서 발견되는 본질적으로 연속인 장섬유)의 형태일 수 있다.
탄성 물질이 본 발명의 복합재중에 탄성 필라멘트의 층으로서 존재하는 경우, 이러한 필라멘트는 횡방향으로 신장성 및 수축성을 갖는 네킹된 적층체에 부착되기 전에 종방향으로 연신되거나 되지 않을 수 있다. 탄성 필라멘트가 종방향으로 연신되고 연신된 상태로 네킹된 적층체의 TD를 따라 네킹된 적층체에 부착되는 경우, 복합재는 LD에서 연신성과 회복성 및 TD에서 신장성과 수축성을 나타낸다. 또한, 탄성 필라멘트의 층이 네킹된 적층체의 횡방향으로 길이 방향으로 부착됨으로써 TD 연신성 및 회복성을 제공할 수 있다.
탄성 물질이 비연신된 탄성 물질로서 존재하는 경우, 생성된 복합재는 TD 연신성 및 회복성을 나타낼 것이다. 그러나, TD 연신성은 네킹된 적층체의 비탄성 필름 부분이 실제로 연신되지 않기 때문에 네킹된 적층체의 신장성에 의해 제한되며, 대신에 줄무늬 주름은 편향력이 횡방향으로 인가되는 경우 본질적으로 일시 제거된다. 이러한 줄무늬 주름이 예를 들어 적층체를 횡방향으로 과도하게 신장하거나 신장된 적층체를 가열하여 "새로운" 기억을 부여함으로써 영구 제거되지 않는 경우, 적층체는 원래 크기에 가깝게 복귀하거나 수축하는 경향이 있을 것이다.
탄성 물질이 탄성 비네킹성 물질로서 존재하는 경우, 탄성 물질은 연신될 수 있고 연신된 상태로 네킹된 적층체에 부착되어 다수의 방향으로 신장 및 회복가능한 복합재를 형성할 수 있다. 탄성 비네킹성 물질은 예를 들어 LD로 연신된 후 TD에서 신장성 및 수축성을 갖는 네킹된 적층체에 부착될 수 있다. 종방향으로 연신된 탄성 비네킹성 물질을 가함으로써 네킹된 적층체 및 비연신된 탄성 비네킹성 물질에서 발견되는 TD 연신성 및 회복성을 보완할 수 있는 LD 연신성 및 회복성이 달성될 수 있다. 이 복합재는 LD 및 TD로 연신 및 회복할 뿐만 아니라 모든 방향으로 약간의 연신 및 회복성을 가질 것이다.
네킹된 적층체는 예를 들면 먼저 비탄성의 필름층을 부분적으로 연신하고, 비탄성의 네킹성 층을 필름층에 부착하여 적층체를 형성한 후, 이어서 적층체를 연신하여 목적하는 완전히 연신된 형상으로 적층체를 네킹하고, 필름층의 연신/배향을 완료함으로써 제조된다. 그 후, 탄성 필라멘트의 층이 네킹된 적층체에 부착되어 복합재를 형성할 수 있다. 또한, 탄성 물질이 종방향으로 연신된 후 네킹된 적층체에 부착되어 복합재를 형성할 수 있다. 또다른 실시 양태로서, 탄성 물질이 처음에 연신되지 않은 상태로 네킹된 적층체에 부착되어 복합재를 형성한다. 적층체가 "완전히 연신"되었을 때, 그것은 의도된 용도에 대하여 완전히 충분한 특성, 예를 들면 통기성 및 인장 강도를 나타낸다. 본원에서 사용된 용어 "부분적으로 연신된"은 필름 및(또는) 적층체가 완전히 연신되지 않았음을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "네킹" 또는 "네킹 신장"은 교환적으로 폭 또는 횡방향 크기를 감소시키는 조건하에서 직물의 길이를 증가시키기 위하여 인발 및 신장시킴으로써 적층체가 신장되도록 인발됨을 의미한다. 냉각 온도, 실온 또는 고온에서 조절된 인발이 일어날 수 있으며, 적층체를 파단시키는데 필요한 신장, 많은 경우 약 1.2 내지 1.6배로 인발되는 방향에서 전체 크기의 증가가 제한된다. 이완되었을 때, 적층체는 그 원래의 종방향으로 회복되거나 또는 그 원래의 횡방향으로 신장되지 않으며, 대신에 기본적으로 그 네킹된 크기를 유지한다. 통상적으로, 네킹 공정은 공급 롤로부터 시트를 풀고 소정의 선형 속도로 구동되는 파단 닙 롤 어셈블리를 통과시키는 것을 포함한다. 파단 닙 롤 보다 더 높은 선형 속도로 작동하는 권취 롤 또는 닙은 직물을 인발하고, 직물을 신장하고 네킹하는데 필요한 장력을 생성한다. 모르만에게 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제4,965,122호는 물질을 네킹한 후 네킹된 물질을 가열하고 이어서 냉각하여 형성될 수 있는 가역적으로 네킹된 부직 물질을 개시하며, 상기 문헌의 전체 내용이 본원에 참고로 도입된다. 네킹된 물질의 가열은 부분적인 열 경화 및 몇몇 수축을 생성하는 중합체의 추가의 결정화를 초래한다.
본원에서 사용된 용어 "네킹성 물질 또는 층"은 부직포, 직포 또는 니트 물질과 같이 네킹될 수 있는 임의의 물질을 의미한다. 본원에서 사용된 용어 "네킹된 물질"은 인발력이 제거되었을 때 물질이 그 원래의 폭으로 되돌려 질 수 있도록 하나 이상의 크기 (예를 들면, 길이 방향)에서 인발되어 반대 크기 (예를 들면, 폭)가 감소된 임의의 물질을 의미한다. 용어 "네킹성"은 네킹될 수 있는 물질의 속성을 기재하는 것이며 물질이 실제로 네킹되어야 할 필요는 없는 것으로 이해되어야 한다. 네킹된 물질은 비네킹된 물질보다 더 높은 단위 면적당 기초중량을 갖는다. 네킹된 물질이 그 원래의 비네킹된 폭으로 되돌려지는 경우, 비네킹된 물질과 거의 동일한 기초중량을 가져야 한다. 이것이 필름이 박막화되고 기초중량이 감소되는 필름층의 연신/배향과 상이하다.
본원에서 사용된 용어 "적층체"는 하나 이상의 시트층이 비탄성 필름층이고, 하나 이상의 시트층이 비탄성 네킹성 물질 층인 둘 이상의 층으로 이루어진 조합물을 의미한다. 또한, 용어 "종방향" 또는 "LD"는 물질이 생산될 때 이동하는 방향에서의 물질의 길이를 의미한다. 따라서, "종방향 크기"는 종방향의 크기이다. 용어 "횡방향" 또는 "TD"는 물질의 폭, 즉 종방향과 일반적으로 수직인 방향을 의미한다. 따라서, 유사하게 "횡방향 크기"는 횡방향의 크기이다.
도 1을 참고로 하여, 본 발명에 따른 복합재 (8)을 형성하기 위한 예시적인 방법 (10)이 설명된다. 모든 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 또는 균등한 구조 또는 요소를 나타낸다. 비탄성의 필름층 (12)는 제1 공급 롤 (16)으로부터 풀려 가이드 롤러 (26)을 사용하여 연신 수단 (20)으로 공급된다. 연신 수단 (20)에서, 비탄성의 필름층 (12)는 필름층 (12)를 연신하고 박막화하는 연신 롤러 (24)에 의하여 종방향으로 부분적으로 연신된다. 이러한 연신으로는 일반적으로 필름층의 네킹이 거의 또는 전혀 일어나지 않는다. 롤 사이의 거리가 너무 크면 필름층의 비가역적인 협소함이 일어날 수 있다. 필름층 (12)를 부분적으로 연신한 후 네킹성 물질 (14)에 적층하기에 앞서 필름층 (12)의 장력은 단지 층을 늘어지거나 회복되지 않도록 유지하기에 충분한 정도이다. 달리 말하면, 연신 수단 (20)과 적층 수단 (30) 사이에서 필름층 (12)를 계속 연신할 필요는 없다.
비탄성의 네킹성 물질 (14)는 유사하게 관련된 화살표 방향으로 회전하는 제2 공급 롤 (18)로부터 풀린다. 필름 네킹을 방지하기 위하여 부분적인 필름 연신이 조절되는 구현예에서, 필름 폭 대 네킹성 물질 폭의 적합성이 촉진될 수 있다. 비탄성의 네킹성 물질 및(또는) 필름층은 미리 만들어져 풀리는 것 이외에 인-라인으로도 형성될 수 있다.
접착제 분무기 (34)가 네킹성 물질 (14)의 표면에 접착제를 도포하고, 그 후 네킹성 물질(14)는 적층 수단 (30) (예를 들면, 닙 롤)을 사용하여 필름층 (12)에 적층되어 네킹된 적층체를 형성한다. 적층체는 또한 가열 점 결합, 음파 웰딩, 점 결합 등에 의하여 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 적층체 (2)는 그 후 적층 수단 (30)의 표면 속도 V0이 네킹 수단 (22)의 표면 속도 V1 미만인 도 1에서 나타낸 것처럼 이루어질 수 있는 네킹 수단 (22) (예를 들면, 권취 롤)에 의하여 네킹된다. 본원에서 1×로 적층체가 인발되었다고 하는 것은 표면 속도 V0가 표면 속도 V1과 동일한 것을 의미한다. 따라서, "네킹 연신"은 표면 속도 V1을 표면 속도 V0로 나눈 값이다. 더욱이, 적층 수단 (30)과 네킹 수단 (22) 사이의 거리 x는 적층체의 횡방향 크기가 비네킹된 적층체의 횡방향 크기보다 작도록 적층체의 네킹을 허용하기에 충분해야만 한다. 일반적인 규칙으로서, 거리 x는 적층체 횡방향 크기 (폭)의 두 배 이상이어야 한다. 이러한 네킹은 필름 및(또는) 적층체에 줄무늬 주름을 제공하여 네킹된 적층체 (2)에 횡방향 신장성 및 수축성과, 또한 더욱 "천-유사"의 미관 (예를 들면, 네킹된 적층체는 줄무늬 주름 때문에 종래의 적층체에 비해 더욱 부드러우며, 또한 직포 물질처럼 보인다)을 초래한다.
이외에, 본원 명세서에 그 전체가 참고로 포함되는 양도된 위스네스키(Wisneski) 등의 미국 특허 제4,663,220호에서 발견되는 것과 같은 탄성 용융블로잉 부직웹을 형성하는데 통상적으로 사용되는 장치와 같은 탄성 물질 형성 장치 (48)이 탄성 물질 (50)을 형성하는데 사용된다. 용융블로잉 섬유는 네킹된 적층체 (2)상에 퇴적되어 한쌍의 결합 롤러 (52) 및 (52')를 통해 이송되어 탄성 물질 (50)을 네킹된 적층체 (2)에 결합시킬 수 있다. 또한, 길고 본질적으로 연속인 탄성 필라멘트 (51)(도 4에서 볼 수 있음)이 네킹된 적층체 (2)에 유사하게 부착될 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 탄성 물질은 의도하는 특성에 따라 연신 또는 비연신 상태로 부착될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 결합 롤러 (52) 및 (52')는 상기 기술한 네킹 기능을 수행하기에 충분한 속도로 회전하여 결합 및 네킹의 이중 기능을 갖는다. 또한, 복합재 (8)은 나타낸 바와 같이 롤 (52)상으로 권취된다. 탄성 물질 (50)은 점착성일 수 있고, 따라서 쉽게 풀리지 않기 때문에, 복합재 (8)은 바로 인-라인으로 용품으로 쉽게 전환될 수 있다. 도 3은 사시도인 점 및 상부 결합 롤러 (52') 가 탄성 물질 (50)의 층을 네킹된 적층체 (2)에 결합하는데 필요하지 않을 수 있기 때문에 상부 결합 롤러 (52')가 제거되었다는 점을 제외하고는 도 1과 본질적으로 동일하다. 즉, 탄성 물질 (50)의 층은 네킹된 적층체 (2)상으로 본질적으로 용융될 수 있다.
도 13을 참고로 하여, 이 경우에 탄성 물질 형성 장치 (48)이 사용되어 실질적으로 평행한 열의 탄성 필라멘트 (51)을 형성한다. 길고 본질적으로 연속인 탄성 필라멘트가 형성 와이어 (56)상으로 퇴적된다. 탄성 필라멘트 (51)의 층은 네킹 수단에 대해 상기 기재된 것과 동일한 수단에 의해 네킹된 적층체 (2)에 적층된 상태로 연신된다. 결합 롤러 (52)의 표면 속도 V0는 탄성 필라멘트 (51)의 층이 네킹된 적층체 (2)에 적층된 상태로 연신되도록 적층 수단 (30)의 표면 속도 V1 미만이다. 따라서, 연신된 탄성 필라멘트 (51)의 장력은 네킹된 적층체 (2)에 적층된 상태로 유지된다. 이 실시 양태에서, 형성된 복합재 (8)은 LD에서 연신성과 회복성 및 TD에서 신장성 및 수축성을 나타낸다.
이제 도 20을 참고로 하면, 평면도는 본 발명의 복합재 (8)을 구성하는 네킹된 적층체 (2)의 비탄성 네킹성 물질 (14') 측의 화상을 나타내고 있다. 줄무늬 주름은 28에서 LD로 나타날 수 있다. 도 21은 네킹된 적층체 (2)의 비탄성 필름 (12') 측의 종방향으로 부착된 상태로 LD로 연신된 탄성 필라멘트 (51)의 층을 나타내는, 도 20의 반대면이다. 도 22는 네킹된 적층체 (2)의 비탄성 필름 (12') 측의 TD에 길이 방향으로 부착된 탄성 필라멘트 (51)의 층을 나타내는, 본 발명의 복합재 (8)을 구성하는 네킹된 적층체 (2)의 비탄성 네킹성 물질 (14') 측의 화상의 평면도이다.
충진된 필름층의 연신 및 배향이 필름에 미세포아를 형성시키지만, 통상적으로 연신될 때 종방향의 줄무늬 주름은 필름층에 형성되지 않는다는 것이 공지되어 있다. 대신에 필름층은 물리적으로 박막화되고 다소 협소해질 수 있다. 더욱이, 배향된 충진된 필름층을 TD로 신장하기 위한 시도는 매우 작은 힘이 인가되었을 때 인열을 초래할 수 있으며, 이는 충진된 필름층의 연신 및 배향으로부터 형성된 LD 미세슬릿을 따른 인열에 기인하는 것 같다. 필름을 제조하기 위하여 사용된 중합체, 충진제의 양 및 필름의 전체적인 연신의 양은 필름이 파단 전에 얼마나 많이 TD 신장될 수 있는지에 영향을 미친다. 적층체를 네킹함으로써, 비탄성 필름층에 부착된 비탄성의 네킹성 물질이 네킹되면서 비탄성의 필름층을 이끌어가고, 그럼으로써 종방향의 줄무늬 주름을 필름에 형성시켜 필름의 통기성 및(또는) 장벽 특성에 불리하게 영향을 미치지 않으면서 필름층을 TD로 신장 및 수축할 수 있다. 도 2에서, 줄무늬 주름 (28)은 횡방향 TD에서 네킹된 적층체 (2)의 종방향 LD를 특징적으로 보여준다. 네킹되지 않은 횡방향 크기 (32)는 네킹이 아니었을 경우 가졌을 적층체의 크기이다. 이중 화살표는 TD에서의 적층체의 신장성 및 수축성을 가리킨다. 본원에서 사용된 용어 "줄무늬 주름"은 네킹된 적층체 (2)의 비탄성 필름층 (12)에서의 얇고, 좁은 그루브, 또는 채널 주름을 의미한다. 도 6을 참고로 할 때, 줄무늬 주름은 일반적으로 시료 6 (하기 실시예)의 필름층 12'의 표면에서 (28)로 나타낼 수 있다. 도 6a는 도 6의 확대도이다. 이들 도면에서 알 수 있는 것처럼, 줄무늬 주름은 가변적이고 불규칙한 패턴을 갖는다. 도 7 내지 9는 네킹성 물질 (14')에 부착된 필름층 (12')에서 가변 줄무늬를 나타내는 구역을 따라 여러 지점에서의 도 6의 적층체 (2)의 확대된 단면도이다. 도 7은 일반적으로 사다리꼴 줄무늬 (40)을 나타내고, 도 8은 일반적으로 플리트 (42)를 나타내고, 도 9는 일반적으로 무딘 톱날 모양의 주름 (44)를 나타낸다. 본원에서 사용된 용어 "무딘 톱날 모양"은 문헌 (Webster's Third New International Dictionary, 완본, 1986 판권)에 따라 "중세 건물에서 공통적인 톱니모양의 패턴...의 주형"인 무딘 톱날 모양의 주형에서 처럼 사용된다. 줄무늬 주름은 실제적으로 주로 비탄성의 필름층에서 발생하지만 네킹된 물질을 통하여도 볼 수 있으며 전체 적층체에게 더욱 천-유사 외관을 준다. 네킹 후, 네킹성 물질로부터 필름층을 박리하는 경우, 네킹성 물질은 없지만 필름층은 가시적으로 줄무늬 주름을 유지할 것이다. 분리된 필름은 아코디온과 같이 TD로 신장 및 수축될 수 있다. 이러한 현상을 설명할 수 있는 이론은 필름이 줄무늬 주름을 형성할 때 실제 결정화되고(거나) 가소적으로 어느정도 변형되어, 신장되면 적층체를 수축하도록 하는 "기억"이 필름에 형성된다는 것이다.
용어 "비탄성"은 일반적으로 비탄성으로 생각되는 중합체로부터 만들어진 시트층을 의미한다. 달리 말하면, 시트층을 형성하기 위한 이러한 비탄성의 중합체의 사용은 탄성이 아닌 시트층을 생성할 것이다. 본원에서 사용된 용어 "탄성"은 편향력의 인가시 약 60% 이상 연신될 수 있는, 즉 신장될 수 있고 (이완된 비편향 길이의 약 160% 이상인 신장된, 편향된 길이), 연신의, 신장력의 제거시 그 신장의 55% 이상으로 즉시 회복되는 임의의 물질을 의미한다. "즉시"란 예를 들면 탄성물질이 신장력이 제거되자마자 회복되는 고무 밴드로서의 양상을 나타내는 것을 의미 한다. 가설적인 예는 1.60 인치 (4.06 cm)로 신장된 후 제거되면, 즉시, 즉 1 초 미만 내에 1.27 인치 (3.23 cm) 이하의 길이로 회복되는 1.60 인치 (4.06 cm) 이상으로 신장가능한 1인치의 시료의 물질이다. 많은 탄성 물질은 60% 이상, 예를 들면 100% 이상으로 신장될 수 있으며, 이들 대부분은 실질적으로 그들의 초기 이완 길이, 예를 들면 연신력의 제거시 그들의 초기 이완 길이의 105% 이내로 회복될 수 있다.
용어 "신장 및 수축가능한"은 편향력의 인가 및 제거시 본 발명의 비탄성의 시트층으로 이루어진 적층체가 어떻게 되는지를 설명하기 위하여 선택된다. 본원 명세서에서 기술된 신규한 네킹된 적층체를 위해, 시트층을 형성하는데 사용된 물질은 탄성이 아니며, 따라서 편향력의 인가 및 제거시 적층체에 의해 나타난 현상을 기술하는데 선택되는 용어는 "신장 및 수축가능한"이다. 상기 설명한 것처럼 편향력의 인가 및 제거시 탄성물질이 어떻게 되는지를 설명하기 위하여 탄성 물질 분야의 숙련자는 "연신 및 회복" 표현을 통상적으로 사용한다. 본원 명세서에서 사용된 용어 "회복" 및 "회복성"은 편향력의 인가에 의한 물질의 연신후 편향력의 종결시 연신된 탄성 물질의 즉각적인 수축을 가리킨다.
본원에서 사용된 용어 "중합체"에는 일반적으로 동종중합체, 공중합체, 예를 들면, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원중합체, 등 및 이들의 블렌드 및 변형물이 포함되나 이들에 제한되지 않는다. 이러한 블렌드에는 탄성 중합체의 사용이 중합체를 탄성으로 만들지 않는 양 및 조성으로 사용되는 한 비탄성 중합체와 탄성 중합체의 블렌드도 포함한다. 다르게 구체적으로 제한되지 않는 한, 용어 "중합체"는 분자의 모든 가능한 기하학적 형상을 포함한다. 이러한 형상에는 이소탁틱, 신디오탁틱 및 랜덤 대칭물이 포함되나 이들에 제한되지 않는다.
비탄성의 필름층 (12)는 주형 또는 블로잉 필름 장비로 제조되고, 공압출되고, 소망된다면 엠보싱될 수 있다. 필름층은 임의의 적합한 비탄성의 중합체 조성물로부터 제조될 수 있다.
이러한 중합체는 폴리올레핀, 또는 폴리올레핀, 나일론, 폴리에스테르 및 에틸렌 비닐 알콜의 블렌드와 같은 비탄성의 압출가능한 중합체를 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 더욱 구체적으로, 유용한 폴리올레핀에는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌이 포함된다. 다른 유용한 중합체에는 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌 또는 선형의 저밀도 폴리에틸렌의 공중합체와 같은 엑손 케미칼 페이턴트 인크.에 양도된 세쓰의 미국특허 제4,777,073호에서 설명된 것이 포함된다.
다른 유용한 중합체는 메탈로센 방법에 따라 제조되며 제한된 탄성 특성을 갖는 "메탈로센" 중합체와 같은 단일 부위 촉매된 중합체로 언급되는 것이 포함된다. 본원에서 사용된 용어 "메탈로센-촉매된 중합체"에는 촉매로서 유기금속계 착물의 유형인 메탈로센 또는 억제 기하 촉매를 사용하여 적어도 에틸렌을 중합함으로써 제조된 중합체 물질이 포함된다. 예를 들면, 일반적인 메탈로센은 두 개의 시클로펜타디에닐 (Cp) 리간드 사이의 금속 착물인 페로센이다. 메탈로센 공정의 촉매에는 다른 것들 중에 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸듐 클로라이드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)티타 늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드, 페로센, 하프노센 디클로라이드, 이소프로필(시클로펜타디에닐-1-플로레닐)지르코늄 디클로라이드, 몰리브도센 디클로라이드, 니켈로센, 니오보센 디클로라이드, 루테노센, 티타노센 디클로라이드, 지르코노센 클로라이드 히드리드, 지르코노센 디클로라이드가 포함된다. 이러한 화합물의 더욱 철저한 목록은 다우 케미칼 컴패니에게 양도된 로센 등의 미국특허 제5,374,696호에 포함되어 있다. 이러한 화합물은 또한 다우에게 양도된 스티븐 등의 미국특허 제5,064,802호에서 설명되어 있다.
이러한 메탈로센 중합체는 폴리프로필렌 기재 중합체의 경우 상품명 EXXPOL (등록상표) 및 폴리에틸렌 기재 중합체의 경우 EXACT (등록상표)로 미국 텍사스주 베이타운의 엑손 케미칼 컴패니에서 시판된다. 미국 미시간주 미드랜드의 다우 케미칼 컴패니에서는 상품명 ENGAGE (등록상표)로 상업적으로 중합체를 시판한다. 바람직하게는, 메탈로센 중합체는 에틸렌 및 1-부텐의 공중합체, 에틸렌 및 1-헥센의 공중합체, 에틸렌 및 1-옥텐의 공중합체 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 본 발명에 유용한 메탈로센 중합체 및 이의 제조 방법에 대한 더욱 자세한 설명은 그왈트니 등의 명의로 1996년 12월 27일 최초 출원된 미국특허 출원 제774,852호 및 제854,658호를 참조하며, 이들 각각의 전체 내용이 본원에 참고로 도입된다. 일반적으로, 본 발명의 메탈로센-유래의 에틸렌 기재 중합체는 0.900 g/cc 이상의 밀도를 갖는다.
비탄성 필름층은 코아 층 또는 "B" 층 및 코아 층의 한측 또는 양측 상의 하나 이상의 외피 층 또는 "A" 층을 포함할 수 있는 다중층의 필름층일 수 있다. 하 나 이상의 외피 층이 존재하는 경우, 외피 층이 동일한 것이 필수요건은 아니다. 예를 들면, A 층 및 A' 층이 있을 수 있다. 상기 논의된 임의의 중합체가 다중층 필름의 코아 층으로서 사용하기에 적합하다. 본원에 개시된 임의의 충진제가 임의의 필름층에 사용하기에 적합하다.
외피 층은 통상적으로 압출가능한 열가소성 중합체 및(또는) 비탄성 필름층에 특정 특성을 부여하는 첨가제를 포함한다. 따라서, 외피층은 항균성, 장벽성, 수증기 투과성, 접착성 및(또는) 블록방지 특성과 같은 특성을 제공하는 중합체로부터 제조될 수 있다. 따라서, 중합체는 바람직한 특정 속성을 위하여 선택된다. 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있는 가능한 중합체의 예에는 폴리올레핀의 동종중합체, 공중합체 및 블렌드뿐만 아니라 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트 (EEA), 에틸렌 아크릴산 (EAA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트 (EMA), 에틸렌 부틸 아크릴레이트 (EBA), 폴리에스테르 (PET), 나일론 (PA), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리스티렌 (PS), 폴리우레탄 (PU), 및 무정형 에틸렌 프로필렌 랜덤 공중합체가 주로 반결정성의 고 폴리프로필렌 단량체/저 에틸렌 단량체의 연속상 매트릭스에 분자적으로 분산되어 있는 다단계 반응기 산물인 올레핀계 열가소성 탄성체가 포함된다. 외피층은 탄성체를 포함하여 임의의 반결정성 또는 무정형 중합체로 형성될 수 있다. 그러나, 외피층은 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀이지만 또한 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리(메틸 메타크릴레이트) (단지 블렌드로서)와 같은 폴리아크릴레이트 등 및 이들의 블렌드와 같은 전체적으로 또는 부분적으로 폴리아미드일 수 있다.
본 발명의 적층에서 비탄성 필름층은 통기성 또는 비통기성 물질로부터 제조될 수 있으며 천공될 수 있다. 비탄성 필름층은 미세포아 생성 충진제, 예를 들면 탄산칼슘, 불투명화제, 예를 들면 이산화티타늄, 및 블록방지 첨가제, 예를 들면 규조토와 같은 충진제를 함유할 수 있다.
충진제는 통기성 필름을 생성하는 비탄성 필름층의 배향 동안 미세포아를 전개하기 위하여 도입될 수 있다. 입자 충진된 필름이 형성되면, 연신되거나 분쇄되어 필름층을 통한 통로를 생성한다. 일반적으로 본 발명의 경우 통기성으로 간주하기 위해서는 생성된 적층체가 하기 설명되는 실험 방법에 의하여 측정하였을 때 약 250 g/m2/24 시간 이상의 수증기 투과율 (WVTR)을 가져야 한다. 바람직하게는 적층체는 약 1000 g/m2/24 시간 이상의 WVTR을 갖는다.
본원에서 사용된 "미세포아 생성 충진제"는 중합체에 첨가되어 압출된 필름에 화학적으로 간섭하거나 또는 불리한 영향을 미치지 않으면서 필름층 전반에 걸쳐 균일하게 분산될 수 있는 입자 및 다른 형태의 물질을 포함하는 것을 의미한다. 일반적으로, 미세포아 생성 충진제는 입자 형태이며, 일반적으로 약 0.5 내지 약 8 ㎛의 평균 입도를 갖는 다소 구형을 갖는다. 비탄성의 필름층은 일반적으로 필름층의 총 부피를 기준으로 약 20 부피% 이상, 바람직하게는 약 20 내지 약 40 부피%의 미세포아 생성 충진제를 함유한다. 필름 형성 방법, 생성된 비탄성 필름층의 통기성, 필름층의 액체 장벽 특성 또는 또 다른 시트층에 대한 결합 능력에 대하여 간섭하지 않는 한 유기 및 무기 미세포아 생성 충진제 모두가 본 발명의 범위내에서 고려된다.
미세포아 생성 충진제의 예에는 탄산칼슘 (CaCO3), 다양한 종류의 점토, 실리카 (SiO2), 알루미나, 황산바륨, 탄산나트륨, 활석, 황산마그네슘, 이산화티타늄, 제올라이트, 황산알루미늄, 셀룰로오스형 분말, 규조토, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 카올린, 운모, 탄소, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 펄프 분말, 목분, 셀룰로오스 유도체, 중합체 입자, 키틴 및 키틴 유도체가 포함된다. 미세포아 생성 충진제 입자는 선택적으로 입자의 자유 유동 (벌크로) 및 중합체 매트릭스로의 분산의 용이성을 촉진할 수 있는 스테아르산, 또는 베헨산과 같은 전분보다 큰 사슬의 지방산과 같은 지방산으로 피복될 수 있다. 실리카 함유 충진제는 또한 블록방지 특성을 제공하기에 효과적인 양으로 존재할 수 있다.
또한, 본원 명세서에서 고려되는 것은, 네킹된 적층체와 반대로, 비연신된 탄성 물질에 매우 유리하게 부착될 수 있으며 네킹되지 않은 추가 비탄성 네킹성 물질의 부착이다. 그러한 추가 층은 복합재의 다른 측에 보다 좋은 외관 및 촉감을 제공할 것이다.
하나 이상의 비탄성 네킹성 물질 층이 본 발명의 복합재에 부가된다. 비탄성 네킹성 물질 (14)(예를 들어, 도 1 참조)는 공기 투과성인 부직웹, 직포 물질 및 니트 물질을 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "부직포 또는 부직 웹"은 니트 직물에서처럼 식별될 수 있는 방식이 아니게 개별적인 섬유 또는 스레드 구조가 인터레이드된 웹을 의미한다. 부직 직물 또는 웹은 많은 방법, 예를 들면 본디드 카디드 웹 방법, 용융블로잉 방법 및 스펀본딩 방법에 의하여 형성될 수 있다. 부직 직물의 기초중량은 일반적으로 평방 야드 당 물질의 온스 (osy) 또는 평방 미터당 그램 (gsm)으로 표현되며, 유용한 섬유 직경은 일반적으로 ㎛로 표현된다 (주의. osy를 gsm으로 변환하기 위하여는 osy에 33.91을 곱한다). 본 발명의 네킹성 물질은 5 내지 90 gsm, 바람직하게는 10 내지 90 gsm, 더욱 바람직하게는 20 내지 60 gsm의 기초중량을 갖는다.
비탄성 네킹성 물질을 형성하기에 적합한 섬유는 천연 및 합성 섬유 뿐만 아니라, 이성분, 다성분 및 형상화된 중합체 섬유를 포함한다. 또한, 본 발명에 따라 복수의 비탄성 네킹성 물질이 사용될 수 있다. 이러한 물질의 예에는 예를 들면, 본원에 그 전체가 참고로 도입되는 브록 등의 미국특허 제4,041,203호에서 교시된 것과 같은 스펀본드/용융블로잉 복합체 및 스펀본드/용융블로잉/스펀본드 복합체가 포함될 수 있다. 또한, 비탄성 네킹성 물질은 앤더슨 등의 미국특허 제4,100,324호에서 설명된 "코폼"으로 형성될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "스펀본드 섬유"는 아펠 등의 미국특허 제4,340,563호, 마쓰키 등의 미국특허 제3,802,817호, 도르쉐너 등의 미국특허 제3,692,618호, 키네이의 미국특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만의 미국특허 제3,502,763호 및 도보 등의 미국특허 제3,542,615호에서처럼 용융된 열가소성 물질을 생산하기 위한 적어도 전달 파이프 및 방사판으로 이루어진 하나 이상의 뱅크에 부착된 하나 이상의 압출기를 통하여 필라멘트로서 방적 돌기에서의 여러개의 일반적으로 미세 환상인 모세관으로부터 압출된 필라멘트의 직경이 신속히 감소되도록 압출시킴으로써 형성된 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 집속 표면상에 퇴적될 때 비점착성이다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속상이며, 7 ㎛ 초과, 더욱 빈번하게는 약 10 내지 40 ㎛의 평균 직경 (10 개 이상의 시료)을 갖는다. 그 후, 섬유의 생성된 매트를 결합하여 강한 네킹성 직물을 형성한다. 이러한 결합은 초음파 결합, 화학 결합, 접착제 결합, 가열 결합, 바늘 천공, 수얽힘 등에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "용융블로잉 섬유"는 용융된 열가소성 물질을 여러개의 일반적으로 미세의 환상인 다이 모세관을 통하여 미세섬유 직경이 될 수 있도록 그 직경을 감소시켜 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 감쇠하는 수렴되는 고속의 일반적으로 고온의 기체 (예를 들면, 공기) 스트림으로 용융된 스레드 또는 필라멘트로서 압출시켜 형성된 섬유를 의미한다. 그 후, 용융블로잉 섬유는 고속의 기체 스트림에 의하여 운반되어 집속 표면 상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 용융블로잉 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 방법은 예를 들면 부틴 등의 미국특허 제3,849,241호에서 개시된다. 용융블로잉 섬유는 연속상 또는 불연속상일 수 있는 미세섬유이며, 일반적으로 평균 직경이 20 ㎛ 미만이다.
본원에서 사용된 용어 "미세섬유"는 평균 직경이 약 75 ㎛ 이하, 예를 들면 약 0.5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 더욱 특별하게는 약 2 ㎛ 내지 약 40 ㎛의 평균 직경을 갖는 작은 직경의 섬유를 의미한다. 또 다른 빈번하게 사용되는 섬유 직경의 표현은 데니어로, 섬유 9000 m당 그램으로 정의되며, 섬유의 직경 (㎛)의 제곱에 g/cc의 중합체 밀도를 곱하고, 0.00707을 곱하여 계산될 수 있다. 동일한 중합체의 경우, 데니어가 작을수록 섬유가 미세함을 가리키며, 데니어가 클수록 섬유는 두껍거나 무거운 것을 가리킨다. 예를 들면, 15 ㎛로 주어진 폴리프로필렌 섬유의 직경은 그 값을 제곱하고, 그 결과에 0.89 g/cc를 곱한 후, 0.00707을 곱하여 데니어로 변환될 수 있다. 따라서, 15 ㎛ 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42 (152 × 0.89 × 0.00707 = 1.415)의 데니어를 갖는다. 미국 이외에서, 측정 단위는 더욱 일반적으로 "텍스 (tex)"이며, 이는 섬유 킬로미터 당 그램으로 정의된다. 텍스는 데니어/9로 계산될 수 있다.
비탄성의 네킹성 물질은 바람직하게는 폴리에스테르, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 폴리아미드, 예를 들면, 나일론 6 및 나일론 66과 같은 비탄성 중합체의 섬유 및 필라멘트로부터 선택된 하나 이상의 요소로부터 형성된다. 이들 섬유 또는 필라멘트는 단독으로 또는 그의 둘 이상의 혼합물로 사용된다.
본 발명에 따른 섬유 제조를 위하여 많은 폴리올레핀이 이용가능하며, 예를 들면 섬유 형성 폴리프로필렌에는 엑손 케미칼 컴패니의 Escorene (등록상표) PD 3445 폴리프로필렌 및 히몬트 케미컬 컴패니의 PF-304가 포함된다. 다우 케미칼의 ASPUN (등록상표) 6811A 선형 저밀도 폴리에틸렌, 2553 LLDPE 및 25355, 및 12350 고밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌이 또한 적합한 중합체이다. 상기 폴리에틸렌은 각각 약 26, 40, 25 및 12의 용융 유동 속도를 갖는다. 많은 다른 폴리올레핀도 상업적으로 시판된다.
하나 이상의 탄성 필라멘트 층 (51)이 복합재에 부가되는 경우, 이 필라멘트는 본원 명세서에 전체가 참고로 도입되는 양도된 라이트의 미국 특허 제5,385,775호에 발견되는 탄성 필라멘트의 실질적인 평행한 열을 형성하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 탄성 필라멘트의 평균 직경은 약 40 ㎛ 이상, 바람직하게는 약 40 내지 약 750 ㎛ 이상일 수 있다.
탄성 필라멘트 및(또는) 탄성 물질의 층은 바람직하게는 비탄성 네킹성 물질에 대해 상기 기재된 바와 같이 탄성 섬유, 예를 들어 용융블로잉 탄성 섬유의 부직웹으로 형성될 수 있는 탄성(또는 탄성체) 중합체로 제조된 섬유 및 필라멘트로부터 선택되는 하나 이상의 요소로부터 형성된다. 탄성 물질의 유용한 층은 약 5 gsm(g/m2) 내지 약 300 gsm, 예를 들어 약 5 gsm 내지 약 150 gsm의 기초 중량을 가질 수 있다. 본 발명의 수행에 유용한 탄성 열가소성 중합체는 폴리우레탄, 코폴리에테르 에스테르, 폴리아미드 폴리에테르 블록 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 화학식 A-B-A' 또는 A-B를 갖는 블록 공중합체, 예를 들어 코폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌), 스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-폴리(에틸렌-부틸렌)-스티렌, (폴리스티렌/폴리(에틸렌-부틸렌)/폴리스티렌, 폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌) 등과 같은 블록 공중합체로부터 제조된 것일 수 있다.
유용한 탄성체 수지는 화학식 A-B-A' 또는 A-B(여기서, A 및 A'는 각각 폴리(비닐 아렌)과 같은 스티렌 잔기를 함유하는 열가소성 중합체 말단 블록이고, B는 공액 디엔 또는 저급 알켄 중합체와 같은 탄성 중합체 중간 블록임)를 갖는 블록 공중합체를 포함한다. A-B-A' 형의 블록 공중합체는 A 및 A' 블록에 대해 상이하거나 동일한 열가소성 블록 중합체를 가질 수 있고, 상기 블록 공중합체는 선형, 분지 및 방사상 블록 공중합체를 포함하기 위한 것이다. 이에 대해, 방사상 블록 공중합체는 (A-B)m-X(여기서, X는 다관능성 원자 또는 분자이고, 각각의 (A-B)m-은 A가 말단 블록이 되도록 X로부터 방사상으로 나옴)로 표시될 수 있다. 방사상 블록 공중합체에서, X는 유기 또는 무기 다관능성 원자 또는 분자일 수 있고, m은 X에 원래 존재하는 관능기와 동일한 값을 갖는 정수이다. m은 통상 3 이상, 자주 4 또는 5이나 이에 제한되지는 않는다. 따라서, 본 발명에서, 표현 "블록 공중합체" 및 특히 "A-B-A'" 및 "A-B" 블록 공중합체는 압출될 수 있는(예를 들어 용융블로잉) 상기 기술한 고무상 블록 및 열가소성 블록을 갖는 모든 블록 공중합체를 포함하기 위한 것이며, 블록의 수는 제한되지 않는다. 탄성 부직웹은 예를 들어 탄성체 (폴리스티렌/폴리(에틸렌-부틸렌)/폴리스티렌)블록 공중합체로부터 형성될 수 있다. 그러한 탄성 공중합체의 상업적인 예는 예를 들어 크라톤(KRATON)(등록상표) 물질(Shell Chemical Company 제조, Houston, Texas 소재)로서 공지된 것이다. 크라톤(등록상표) 블록 공중합체는 여러 상이한 조성물로 시판되고, 이들중 많은 것이 본원 명세서에 참고로 도입되는 미국 특허 제4,663,220호 및 제5,304,599호에서 확인된다.
탄성 A-B-A-B 테트라블록 공중합체로 구성된 중합체가 또한 본 발명의 수행에 사용될 수 있다. 그러한 중합체는 테일러(Taylor) 등의 미국 특허 제5,332,613호에 기재되어 있다. 그러한 중합체에서, A는 열가소성 중합체 블록이고, B는 폴 리(에틸렌-프로필렌) 단량체 단위로 수소화되는 이소프렌 단량체 단위이다. 그러한 테트라블록 공중합체의 예는 스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌) 또는 SEPSEP 탄성 블록 공중합체 (상품명 크라톤(등록상표) G-1657)(Shell Chemical Company 제조, Houston, Texas 소재)이다.
사용될 수 있는 다른 예시적 탄성 물질은 폴리우레탄 탄성 물질, 예를 들어 상품명 에스탄(ESTANE)(등록상표)(B.F. Goodrich & Co.) 또는 모르탄(MORTHANE)(등록상표)(Morton Thiokol Corp.), 폴리에테르에스테르 탄성 물질, 예를 들어 상표명 하이트렐(HYTREL)(등록상표)(E.I. du Pont de Nemours and Company, Inc.) 및 상품명 아니텔(ARNITEL)(등록상표)(이전에 Akzo Plastics(Arnhem, Holland소재), 지금은 DSM(Sittard, Holland 소재)에서 시판)을 포함한다.
또다른 적합한 물질은 하기 화학식의 폴리에테르 블록 아미드 공중합체이다.
Figure 112001015127753-pct00046
식중, n은 양의 정수이고, PA는 폴리아미드 중합체 분절이고, PE는 폴리에테르 중합체 분절을 나타낸다. 특히, 폴리에테르 블록 아미드 공중합체의 융점은 ASTM D-789에 따라 측정할 때 약 150 내지 약 170 ℃; 용융 지수는 ASTM D-1238, 조건 Q(235C/1Kg 부하)에 따라 측정할 때 약 6 g/10분 내지 약 25 g/10분; 굴곡 탄성 계수는 ASTM D-790에 따라 측정할 때 약 20 Mpa 내지 약 200 Mpa; 파단시 인장 강도는 ASTM D-638에 따라 측정할 때 약 29 Mpa 내지 약 33 Mpa; 및 파단시 최종 연신률은 ASTM D-638에 따라 측정할 때 약 500 내지 약 700%이다. 폴리에테르 블록 아미드 공중합체의 구체적 실시 양태의 융점은 ASTM D-789에 따라 측정할 때 약 152℃; 용융 지수는 ASTM D-1238, 조건 Q(235C/1Kg 부하)에 따라 측정할 때 약 7 g/10분; 굴곡 탄성 계수는 ASTM D-790에 따라 측정할 때 약 29.50 Mpa; 파단시 인장 강도는 ASTM D-639에 따라 측정할 때 약 29 Mpa; 및 파단시 연신률은 ASTM D-638에 따라 측정할 때 약 650%이다. 그러한 물질은 상표명 페박스(PEBAX)(등록상표)(Atochem Inc. Polymers Division(릴산(RILSAN)(등록상표))(Glen Rock, New Jersey)으로 다양한 등급으로 시판된다. 그러한 중합체의 사용례는 본원 명세서에 참고로 도입되는, 본 발명과 동일한 양수인에 양도된 킬리안(Killian) 등의 미국 특허 제4,724,184호, 제4,820,572호 및 제4,923,742호에서 발견될 수 있다.
또한, 탄성 중합체는 에틸렌과 하나 이상의 비닐 단량체, 예를 들어 비닐 아세테이트, 불포화 지방족 모노카르복실산 및 그러한 모노카르복실산의 에스테르의 공중합체를 포함한다. 탄성 공중합체 및 이러한 탄성 공중합체로부터의 탄성 부직웹의 형성은 예를 들어 미국 특허 제4,803,117호에 개시되어 있다.
열가소성 코폴리에스테르 탄성중합체는 하기 화학식의 코폴리에테르에스테르를 포함한다.
Figure 112001015127753-pct00047
식중, "G"는 폴리(옥시에틸렌)-알파, 오메가-디올, 폴리(옥시프로필렌)-알파, 오메가-디올, 폴리(옥시테트라메틸렌)-알파, 오메가-디올로 이루어진 군에서 선택되고, "a" 및 "b"는 2, 4 및 6를 포함하는 양의 정수이고, "m" 및 "n"은 1 내지 20를 포함하는 양의 정수이다. 일반적으로, 그러한 물질의 파단시 연신률은 ASTM D-638에 따라 측정할 때 약 600 내지 750%이고, 그의 융점은 ASTM D-2117에 따라 측정할 때 약 350 내지 약 400℉(176 내지 205℃)이다.
그러한 코폴리에스테르 물질의 상업적인 예는 예를 들어 상표명 아니텔(등록상표)(이전에 Akzo Plastics(Arnhem, Holland소재), 지금은 DSM(Sittard, Holland 소재)에서 시판), 또는 상표명 하이트렐(등록상표)(E.I. du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware)로 공지된 것이다. 폴리에스테르 탄성 물질로부터 탄성 부직웹의 형성은 예를 들어 본원 명세서에 참고로 도입되는 모르만 등의 미국 특허 제4,741,949호 및 보그스(Boggs)의 미국 특허 제4,707,398호에 개시되어 있다.
부직 웹 층은 지정된 결합 표면적을 갖는 별개의 결합 패턴을 부여하도록 결합될 수 있다. 이것은 가열 점 결합으로 공지되어 있다. "가열 점 결합"은 결합될 섬유의 웹을 가열된 캘린더 또는 패턴화된 롤 및 앤빌 롤 사이에 통과시키는 것을 포함한다. 캘린더 롤은 전체 네킹성 물질이 그 전체의 표면에 걸쳐 결합되지 않도록 패턴화된다. 사실상, 이러한 특징은 본원에서 설명된 네킹성 물질의 네킹에 매우 중요하다. 네킹성 물질 상에 너무 많은 결합 면적이 존재하면, 네킹 전에 파괴될 것이다. 결합 면적이 충분하지 않다면, 네킹성 물질은 떨어지게 될 것이다. 통상적으로, 본 발명에 유용한 결합 면적 백분율은 네킹성 물질 면적의 약 5% 내지 약 40%의 범위이다. 캘린더 롤의 많은 패턴이 개발되었다. 당분야의 숙련자에게 이해되는 것처럼, 결합 핀은 일반적으로 시간이 지남에 따라 가늘어져서 마모되기 때문에 결합 면적 백분율은 근사치 또는 범위로 설명되는 것이 필요하다. 또한, 당 분야의 숙련자는 핀이 기본적으로 롤 상의 핀과 동일한 크기 및 표면 관계로 지지체에 결합을 생성하기 때문에 "핀/인치2" 및 "결합/인치2"라는 관계는 어느정도 상호교환적이라는 것을 인식할 것이다. 많은 별개의 결합 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들면, 브록 등의 미국특허 제4,041,203호가 참조된다. 일례의 패턴은 점을 가지며, 한센 및 페닝의 미국특허 제3,855,046호에서 교시된 것처럼 약 200 결합/인치2를 갖는 한센 페닝스 또는 H&P 패턴이다. H&P 패턴은 각 핀이 약 30%의 결합 면적을 갖는 패턴을 생성하는 예를 들면 0.038 인치 (0.965 mm)의 측면 크기를 가질 수 있는 평방 점 또는 핀 결합 면적을 갖는다. 또 다른 전형적인 점 결합 패턴은 예를 들면 0.037 인치 (0.94 mm)의 측면 크기를 갖는 평방 핀과 약 100 핀/인치2의 핀 밀도를 가질 수 있는 약 15% 내지 18%의 결합 면적을 생성하는 팽창된 한센 및 페닝스 또는 "EHP" 결합 패턴이다. 또 다른 전형적인 점 결합 패턴은 "714"로 지정되며, 각 핀이 15% 내지 20%의 결합 면적의 경우 0.023 인치의 측면 크기 및 약 270 핀/인치2를 가질 수 있는 평방 핀 결합 면적을 갖는다. 다른 통상적인 패턴에는 8% 내지 14%의 결합 면적 및 52 핀/인치2를 갖는 반복되는 다이아몬드의 "라미쉬" 다이아몬드 패턴, 약 15% 내지 약 23%의 결합 면적의 경우 약 460 핀/인치2의 점 결합을 포함하는 HDD 패턴뿐만 아니라, 그 이름이 제안하는 것처럼 예를 들면 창문 스크린과 같이 15% 내지 20%의 결합 면적 및 302 결합/인치2를 갖는 철망 패턴이 포함된다. 스펀본드 대향 웹의 또 다른 점 패턴은 본원에 그 전체가 참고로 도입되는 멕코르맥 등의 미국특허 제5,964,742호에서 설명된 "S" 위브 패턴이다.
네킹된 적층체를 형성하기 위하여 비탄성 네킹성 물질에 대한 비탄성 필름층의 적층은 접착제 결합, 점 결합, 가열 점 결합 및 음파 웰딩을 포함하여 당분야에 공지된 통상적인 방법에 의하여 일어날 수 있다. 또한, 접착제 결합을 위한 비탄성 및(또는) 탄성 접착제의 사용이 본원에서 고려된다. 하기에서 더욱 자세하게 설명되는 것처럼, 탄성 접착제의 사용은 용이한 신장성에 상당히 영향을 주는 것으로 밝혀지지 않았었다. 필름층 및 네킹성 물질이 가열 및(또는) 압력의 사용을 통하여 결합되는 경우, 적층 롤러와 같은 적층 수단 (30) (도 1)이 사용될 수 있다. 적층 롤러는 가열될 수 있으며, 점 결합이 사용될 수 있다. 적층 롤러의 가열 온도는 필름 및(또는) 네킹성 물질의 특성에 따라 달라지지만, 일반적으로 200 내지 275 ℉ (93 내지 135 ℃)이다. 적층 롤러는 각각 패턴화될 수 있으며, 하나의 롤이 평탄하고 다른 롤이 패턴화될 수 있다. 한 롤이 패턴화된다면, 생성된 네킹된 적층체 (2)에서 지정된 결합 표면적을 갖는 분리된 결합 패턴을 생성할 것이다.
앞서 설명한 것처럼, 연신성 및 회복성을 갖는 복합재는 기저귀, 용변연습용 팬츠, 실금용 기구 및 생리대와 같은 여성용 위생 제품과 같은 개인 위생용 흡수 용품을 포함하여 넓은 범위의 용도에서 사용될 수 있다. 기저귀인 예시적인 용품 (80)이 도 4에 나타난다. 도 4를 참고로 할 때, 이러한 대부분의 개인 위생 흡수 용품 (80)은 액체 투과성 상면 시트 또는 라이너 (82), 배면 시트 또는 외부 덮개 (84) 및 상면 시트 (82)와 배면 시트 (84) 사이에 위치하고 그에 의하여 함유되는 흡수 코아 (86)을 포함한다. 기저귀와 같은 용품 (80)은 또한 사용자에게 그 의류를 유지하기 위한 접착제 결속 테이프 또는 기계적 후크 및 루프 유형의 결속구와 같은 여러 유형의 결속 수단 (88)을 포함할 수 있다.
복합재는 상면 시트 (82) 및 배면시트 (84)를 포함하여 이에 제한되지 않는 용품의 다양한 부분을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 복합재가 상면 시트 (82)로서 사용되는 경우, 대부분 천공되거나 그렇지 않은 경우 액체 투과성으로 제조될 것이다. 배면 시트 (84)로서 복합재를 사용하는 경우, 단지 하나의 부직포가 있으면 일반적으로 부직 측면이 사용자로부터 바깥을 향하도록 위치시키는 것이 유리하다. 이외에, 이러한 구현예에서, 결속 수단 (88)의 후크 및 루프 조합의 루프 부분으로서 복합재의 부직 부분을 이용하는 것도 가능할 수 있다.
복합재가 연신성 및 회복성을 가지므로, 기저귀 제조동안, 탄성 허리밴드 (90)은 비연신된 형상으로 부착/도입될 수 있어 전환 작업을 현저히 단순화시킬 수 있다. 생성된 허리영역은 아기의 허리 주위에서 더욱 우수하게 연신, 회복 및 밀봉될 수 있다. 본 발명의 복합재는 의료용 용도로 사용되는 용품에서도 동일하게 유용하다. 도 5를 참고로 하여, 복합재는 의료용 용도에 유용한 예시적인 용품, 이 경우에는 안면 마스크 (60)을 형성하기 위하여 이용되었다. 복합재가 사용자의 머리에 안면 마스크 (60)을 매는 고정 수단 (88')에 부착된다. 이 용도에서, 비탄성 필름층은 착용자가 편안하게 호흡할 수 있도록 대부분 천공될 것이다. 그러한 천공 (62)는 호흡이 불편하지 않으면서도 안면 마스크의 기능(예를 들어, 착용자 보호)이 손상되지 않도록 너무 크거나 많지 않도록 크기를 조절하여 위치될 것이다. 그러한 한 실시 양태는 안면 마스크의 TD 가장자리(나타내지 않음)상에 천공을 갖는 것일 것이다.
또 다른 예시적인 용품은 실험 외투 또는 작업복과 같은 보호 의류이다. 선행 기술의 비탄성 적층체의 사용과 관련하여 특히 곤란한 면은 상기 설명한 것처럼 "탄력성"이 없다는 것이다. 이것은 적층체-클래드 이음매의 굽힘과 관련하여 가장 잘 이해될 수 있다. 선행 기술의 적층체가 사용되어 의류를 만드는 경우, 이음매가 굽혀지면 물질은 이음매 주위에서 조밀해져서 물질이 인열되거나 적어도 착용자에게 불쾌감을 줄 수 있다. 그러나, 본 발명의 복합재로 의류가 제조된다면, 그 물질은 이음매가 굽혀질 때, 탄력성을 주고, 그 후에 그 원래의 형상으로 되돌아가는 경향이 있다.
이러한 용도에서 복합재를 사용하는 한가지 이점은 용품이 외관 및 감촉 모두에서 더욱 "천-유사"하다는 것이다. 이외에, 연신성 및 회복성은 용품이 착용자의 신체에 더욱 밀접하게 순응하도록 한다.
본 발명의 복합재는 강도, 히드로헤드 및 통기성과 같은 특성을 유지하면서 순응성 및 연신성과 회복성과 같은 "천-유사" 특성에서의 개선을 이룰 수 있다. 본 발명의 이점 및 다른 특성은 하기 실시예에 의하여 가장 잘 설명된다.
본 발명의 시료는 하기에 설명된 것처럼 제조하였다. 그 후, 시료에 대하여 하기 실험을 수행하였다.
인장 실험: 인장 실험은 ASTM 표준 실험 D 5034-95 뿐만 아니라, 미국 연방 실험 방법 표준 제191A 방법 5102-78에 따라 단일 방향의 응력을 수행하였을 때 직물의 강도 및 신장 또는 변형률을 측정하였다. 본 실험은 파운드의 강도와, 파단 전까지 시료를 신장하였을 때의 연신 백분율을 측정하였다. 수치가 클수록 각각 더욱 강하고(거나) 연신성인 직물을 가리킨다. 용어 "피크 부하"는 인장 실험에서 시료가 파괴되거나 파열되도록 신장시키는 데 필요한 파운드로 표현된 최대 부하 또는 힘을 의미한다. 용어 "연신률", "변형률" 또는 "연신 백분율"은 인장 실험동안 백분율로 표현된 시료의 길이 증가를 의미한다. 피크 부하 및 피크 부하에서의 변형률은 3 × 6인치 (76 × 152 mm), 3 인치 (76 mm)의 클램프 폭, 3 인치 (76 mm)의 게이지 길이 및 12 인치/분 (305 mm/분)의 일정한 신장 속도를 사용하여 얻었으며, 여기서 전체 시료 폭은 클램프로 고정하였다. 예를 들면, 표본을 인스트론 코포레이션에서 시판되는 1130 Instron 또는 미국 19154 펜실바니아주 필라델피아 듀통 로드 10960의 트윙-알버트 인스트루먼트 컴패니에서 시판되는 트윙-알버트 모델 INTELLECT II에 고정하고, 단위를 표준 절차에 따라 영점 조정하고, 계측하고, 보정하였다.
사이클 실험: 또한, 시료를 마이크로콘(Microcon) II를 갖는 인스트론 시험 기상에 50 kg 부하 셀을 사용하여 사이클링하였다. 시료 크기 및 실험기를 게이지 길이가 2 인치(5.08 cm)인 것을 제외하고는 상기와 같이 설정하였다. 차트 및 크로스헤드 속도를 20 인치(50.8 cm)/분으로 설정하였다. 사이클 길이에 대한 최대 신장 한계를 인장 실험에서 얻은 "파단 연신률"의 50%를 계산하여 결정된 거리로 설정하였다. 시료를 특정 사이클 길이로 2회 사이클링한 후, 제3 사이클에서 파단하였다. 실험 장치는 각각의 사이클에 대해 피크 부하(g힘)를 측정하도록 설정하였다. 제3 사이클(파단 사이클)에서, 피크 연신률 및 피크 부하를 측정하였다.
% 영구 고정: 영구 고정 실험은 특정 길이로 연신된 후 물질의 수축 정도를 측정한다. 일반적으로 영구 고정 값이 클수록 시료의 수축성은 작다. 적층체를 제조하여 롤 상에 감은 후, 지울 수 없는 잉크를 사용하여 횡방향 크기로 물질의 2 인치 (5.08 cm) 폭 스트립을 표시하였다. 적층체를 풀은 후에, 구획된 면적이 포함되도록 3 인치 (7.62 cm) (LD) × 4.5 인치 (11.43 cm) (TD)의 시료 면적을 적층체에서 절단하였다. 각 시료를 두 개의 3인치 (7.62 cm) 폭의 조우 사이에 위치시켰다. 두 조우는 2 인치 (5.08 cm) 거리로 떨어져 있으며, 조우는 앞서 물질 상에 이루어진 표시를 고정하였다. 그 후, 시료를 특정한 양, 90% 또는 1.8 인치 (4.57 cm)로 신장하고, 수축되도록 하였다. 수축 동안 힘이 25 g에 도달할 때의 신장을 기록하였다. 영구 고정은 다음과 같이 계산하였다.
% 영구 고정 = 100 ×(적층체의 저항이 수축 사이클동안 25 g힘으로 떨어질 때 조우 사이의 거리×- 초기 길이)÷총 연신된 길이 = [× (인치) - 2 (인치)]÷1.8 =[ × (cm) - 5.08 (cm)]÷4.57
3번 반복하고, 평균 값을 하기 실시예에 나타내었다.
통기성 실험: 시료의 통기성을 측정하기 위하여 일반적으로 하기 실험 방법에 따라 시료 물질에 대한 수증기 투과율 (WVTR)을 계산하였다. 실험 절차는 일정한 정적 상태의 조건하에서 고체 및 다공성 필름, 부직 물질, 및 다른 물질을 통한 수중기 투과의 표준화된 속도를 결정하기 위한 수단을 구축한다. 평가될 물질로 한 컵의 물 위를 밀봉하고, 온도 조절된 환경하에 두었다. 컵에서의 물 증발은 컵 외부의 환경의 수증기 압력보다 비교적 더 높은 컵 내부의 수증기 압력을 초래한다. 수증기 압력의 이러한 차이는 컵 내부의 수증기가 실험 물질을 통하여 컵 외부로 유동하게 한다. 이러한 유동 속도는 컵의 상부를 밀봉한 실험 물질의 투과성에 의존한다. 초기 및 말기 사이의 컵 중량의 차이를 사용하여 수증기 투과율을 계산한다.
특히, 각각의 실험 물질 및 획스트 셀라네스 코포레이션에서 시판되는 CELGARD (등록상표) 2500의 조각인 대조군으로부터 직경이 3인치로 측정된 환상의 시료를 절단하였다. CELGARD (등록상표) 2500은 미세다공성 폴리프로필렌 필름이다. 실험 접시는 펜실바니아주 필라델피아의 트윙-알버트 인스트루먼트 컴패니에 의하여 판매되는 68-1 수증기 측정계 컵이었다. 물 100 ml을 각 수증기 측정계 컵에 붓고, 실험 물질 및 대조군 물질의 각각의 시료를 각 컵의 개방 상부를 가로지르게 위치시켰다. 고무 가스켓 및 금속 링 (컵에 장착)을 시료 위에 두고, 금속 클램프를 사용하여 고정하였다. 실험 시료 물질 및 대조 물질을 실온에서 대략 33.17 cm2의 노출 면적을 갖는 6.5 cm 직경의 환형 위에 노출시켰다. 컵을 열 평형에 도달하기에 충분한 시간 동안 약 38 ℃ (100 ℉) 온도의 오븐에 두었다. 컵을 오븐으로부터 꺼내어, 칭량하고, 오븐에 다시 두었다. 오븐은 내부의 수증기 축적을 방지하기 위하여 외부 공기 순환을 갖는 항온 오븐이었다. 적합한 강제된 공기 오븐은 예를 들면 미국 일리노이주 블루 이스피크의 블루 엠. 일렉트릭 컴패니에 의하여 판매되는 Blue M Power-O-Matic 60 오븐이다. 24 시간 후, 컵을 오븐으로부터 꺼내어 다시 칭량하였다. 예비실험의 수증기 투과율 값은 하기 수학식 1로 계산하였다.
Figure 112004060239266-pct00048
대략적인 수증기 전달은 "APP MVT"로 표시된다. 약 38 ℃ (100 ℉) 및 주위 상대 습도의 지정된 고정된 조건하에서, CELGARD (등록상표) 2500 대조군의 WVTR은 24 시간 동안 평방미터당 5000 g으로 정의되었다. 따라서, 대조군 시료를 각 실험과 함께 수행하고, 예비 실험 값을 하기 수학식 2를 사용하여 고정된 조건으로 보정하였다.
Figure 112004060239266-pct00049
히드로헤드: 직물의 액체 장벽 특성의 측정이 히드로헤드 실험이다. 히드로헤드 실험은 지정된 양, 일반적으로 3액적의 액체가 통과하기 전에 직물이 지지하는 물의 높이 (cm)를 측정한다. 높은 히드로헤드 값을 갖는 직물은 낮은 히드로헤드 값을 갖는 직물에 비해 액체 침투에 대하여 더 큰 장벽성을 갖는다. 히드로헤드 실험은 미국 노쓰 캐롤리나주 콘코드 사서함 1071의 말로 인더스트리즈 인크.에서 시판하는 Textest FX-3000 정수 헤드 시험계를 사용하여 미국 연방 실험 표준 191A, 방법 5514에 따라 수행하였다. 26 cm의 내부 둘레를 갖는 환상의 헤드를 사용하여 시료를 고정하였다.
%이론적 신장성: %이론적 신장성은 원래의 적층체가 고유한 신장성이 없다는 가정하에 원래의 폭이 얼마나 감소되었는가를 기준으로 본 발명의 네킹된 적층체에 기대될 수 있는 신장 및 수축성의 양이다. 하기 방정식에서, 원래의 폭은 적층체의 비네킹된 폭 (횡방향 크기)이고, 네킹된 폭은 네킹 후의 적층체의 폭이다. %이론적 신장성은 하기와 같이 측정될 수 있다.
%이론적 신장성 = 100 × [(원래의 폭 - 네킹된 폭) ÷ 네킹된 폭]
이는 %이론적 신장성 = 100 × [(원래의 폭 ÷ 네킹된 폭) -1]으로 고칠 수 있다.
적층체가 네킹된 원래의 폭%는 하기 방정식으로 표현될 수 있다.
원래의 폭% = 100 × (네킹된 폭 ÷ 원래의 폭)
이는 (원래의 폭 ÷ 네킹된 폭) = 100 ÷ 원래의 폭%로 고칠 수 있다.
이 방정식을 상기 %이론적 신장성으로 치환하면,
%이론적 신장성 = 100 × [(100 ÷ 원래의 폭%) - 1]이다.
따라서, 하기 각 시료의 경우, 원래의 폭과 네킹된 폭을 측정하여, %이론적 신장성을 하기 표 3에서처럼 계산하였다.
<실시예 1>
본 실시예는 복합재의 일부로서 사용될 네킹된 적층체를 제조하는데 사용되는 과정을 설명한다. 비탄성 필름층 및 비탄성 부직 웹 층으로부터 네킹된 적층체를 제조하였다. 미국 알라바마주 실라카우가의 잉글리쉬 차이나 클레이 아메리카, 인크.사에서 제조한 SUPERCOAT 탄산 칼슘 48 중랑% (25 부피%), 다우 케미칼 컴패니 ("다우")에서 제조한 상품명 DOWLEX NG3347A로 구입가능한 선형의 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 47 중량% (68 부피%), 다우에서 제조한 상품명 6401로 구입가능한 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 5 중량% (7 부피%) 및 미국 뉴욕주 테리타운의 시바 스페셜티스 컴패니에 의하여 제조된 상품명 B900으로 구입가능한 산화방지 안정화제 2000 ppm으로 1.5 밀의 블로잉 필름층을 제조하였다. 상기 설명된 조성으로 제조된 필름층을 미리 제조하고, 롤 상에 감았다. 이러한 필름층을 고도의 통기성으로 만들기 위하여, 약 4× (원래 길이의 4배) 이상, 예를 들어 5× 이상 까지로 연신하여야 한다. 그 후, 필름층을 필름 풀림 유니트로부터 마셜 앤드 윌리엄스 컴패니에 의하여 제조된 것과 같은 통상적인 기계 방향 배향기로 풀고, 하기 표 1에 나타낸 것처럼 기계방향으로 부분적으로 연신하여 (연신 인발) 부분적으로 연신된 통기성 필름층을 형성하였다. 마찬가지로, 미국 텍사스주 달라스의 킴벌리-클라크 코포레이션에서 시판되는 것과 같은 철망 결합 패턴을 갖는 0.4 osy 기초중량의 표준 폴리프로필렌 스펀본드를 풀고, 부틴 등의 상기 문헌에서 설명된 용융블로잉 기구와 같은 공기 보조 분무 기구를 사용하여 위스콘신주 와우와토사의 아토 파인들리에서 H2525A로 시판되는 3 gsm 중량 (도포 지점에서)의 접착제를 부직 웹 층의 한 표면에 도포하였다. 이러한 기구는 일반적으로 예를 들면 하인델 등의 미국특허 제4,949,668호; 노드슨 코포레이션에 양도된 밀러 등의 미국특허 제4,983,109호; 및 제이 앤드 엠 레이보레이터리즈, 인크.에 양도된 알렌 등의 미국특허 제5,728,219호에서 설명된다.
그 후, 부직 웹 층의 접착제 측을 한 면의 평탄한 미가열된 강철 롤 상의 30 pli (5.4 kg/선형 cm)의 평탄한 탄성 (고무 피복된) 앤빌 롤 압력에서 적층 롤러를 사용하여 부분적으로 연신된 필름층에 적층하여 적층체를 형성하였다.
그 후, 적층체를 종방향으로 연신하고, 적층 롤러의 속도보다 더 큰 속도 (하기 표 1 - 적층체 네킹 인발 항목 참조)에서 연신 닙을 통하여 통과시켜 횡방향으로 네킹하였다. 네킹 인발은 횡방향 크기에서 적층체의 수축 (네킹)을 초래한다. 적층 롤러는 연신 닙으로부터 약 8 피트 (2.4 m) 떨어져 있다. 표 1의 "총 인발"은 네킹 인발에 연신 인발을 곱한 것이고, 고도의 통기성으로 만들기 위하여 필름층의 충분한 배향 또는 연신을 보장하기에 충분하였다. 그 후, 이렇게 형성된 횡방향 신장 및 수축가능한 네킹된 적층체를 롤 상에 감았다. 시료를 네킹된 적층체로부터 절단하여 실험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 시료 C1 및 C2는 필름층을 지시한대로 연신하였지만 적층체가 네킹되지 않은 비교예 (기준선)이다. 도 10은 네킹성 물질 (14)에 적층하여 적층체를 형성하기에 앞서 필름층 (12)가 완전히 연신되어 후속적으로 네킹되지 않은 종래의 적층체인 시료 C1의 사선 화상을 나타낸다. 시료 8은 시료 7의 반복물이다. "피크 변형률"은 "피크 부하"에서의 변형률이다.
시료 총 인발 필름 연신 인발 적층체 네킹 인발 WVTR g/m2/24h 히드로헤드 mbar LD 피크 변형률 % LD 피크 부하 lb (kg) TD 피크 변형률 % TD 피크 부하 lb (kg)
C1 5.0X 5.0X 1.0X 2799 353 35.7 25.62 (11.62) 92.15 5.11 (2.32)
C2 3.6X 3.6X 1.0X 1759 265 66.4 23.36 (10.59) 100.82 6.16 (2.79)
3 3.9X 3.6X 1.1X 1004 316 65.6 26.33 (11.94) 99.98 6.15 (2.79)
4 4.3X 3.6X 1.2X 886 437 69.1 30.75 (13.95) 94.99 6.01 (2.73)
5 4.6X 3.6X 1.3X 1474 383 65.2 33.32 (15.11) 126.92 5.43 (2.46)
6 5.0X 3.6X 1.4X 1213 454 55.6 44.07 (19.99) 197.79 4.99 (2.26)
7 5.2X 3.6X 1.45X - 383 48.8 35.01 (15.88) 144.25 5.46 (2.48)
8 5.2X 3.6X 1.45X 1140 387 56.0 40.20 (18.23) 141.24 4.70 (2.13)
시료 6은 가장 높은 TD 피크 변형률을 가졌다. 이러한 적층체에서, 필름층은 이러한 용품의 경우 통상적인 인발인 총 5.0×로 인발되었다. 추가로, 적층체를 1.4× 인발로 네킹하였다. 시료 C1의 필름층은 또한 총 5.0×로 인발하였으나, 적층체를 네킹하지 않았다. 필름층이 동일한 양으로 인발되었지만, 본 발명의 예인 시료 6은 비교예의 경우보다 더 큰 TD 피크 변형률을 가지며, 이는 본 발명의 횡방향 신장성 및 수축성의 개선을 가리킨다. 도 11a, b와 c, 및 도 12a, b와 c는 시료 C1 및 6의 경우의 부하 대 신장 곡선을 설명하는 그래프이며, 도 14 및 15는 이들 시료의 부하 대 신장 곡선의 확대된 곡선을 설명하는 그래프이다. 도 11a, b 및 c는 시료 C1의 박리된 필름층의 3개의 복제물에 관한 것인 반면 도 12a, b 및 c는 줄무늬 주름을 갖는 시료 6의 박리된 필름층의 3개의 복제물에 관한 것이다.
하기 표 3은 연신 백분율의 함수로서의 네킹된 인치 단위의 폭 (cm)을 나타내고, 표 1의 시료 각각의 경우 횡방향에서 네킹된 적층체가 얼마나 용이하게 신장되는지를 보여준다. 상기 인장 강도 실험으로부터, 30%, 60%, 90%, 120%, 150% 및 180%의 각 시료에 대한 파운드 단위의 힘 (킬로그램)을 하기 표 2에 기록하였다. 더욱 좁은 폭으로 네킹된 적층체 (시료 5, 6, 8; 표 3의 "적층된 네킹된 폭" 항목 참조)는 파단전에 대조군에 비해 동일한 %신장에서 훨씬 작은 힘으로 훨씬 큰 정도로 신장되었다. 시료가 백분율 단계 변화시 또는 그에 앞서 파단된다면, 이를 "--"로 표시하였다.
시료 30% 60% 90% 120% 150% 180%
C1 2.51 (1.14) 4.21 (1.91) 5.05 (2.29) --
C2 3.16 (1.43) 5.05 (2.29) 6.02 (2.73) --
3 2.74 (1.24) 4.88 (2.21) 5.88 (2.67) --
4 2.78 (1.26) 4.89 (2.22) 5.92 (2.69) --
5 1.30 (0.59) 2.84 (1.29) 4.41 (2.00) 5.27 (2.39) --
6 0.60 (0.27) 1.28 (0.58) 2.13 (0.97) 3.22 (1.46) 4.09 (1.86) 4.73 (2.15)
7 1.51 (0.68) 2.78 (1.26) 4.18 (1.90) 5.06 (2.30) 5.38 (2.44) --
8 1.21 (0.55) 2.33 (1.06) 3.42 (1.55) 3.89 (1.76) 4.47 (2.03) --
표 3은 추가적으로 표 1의 각각의 시료에 대하여 상기 설명된 것처럼 계산된 %이론적 신장성을 나타낸다.
시료 적층체 네킹 폭 인치 (cm) %원래의 폭 %이론적 신장성
C1 12 3/8 (31.43) 100 0
C2 12 1/4 (31.12) 99 1
3 11 1/2 (29.21) 93 7.5
4 10 3/4 (27.31) 87 15
5 8 3/4 (22.23) 71 41
6 7 1/2 (19.05) 61 65
8 6 3/8 (16.19) 51 94
통기성은 예를 들면 기저귀로 사용되는 경우 가지는 형상이기 때문에 TD 신장된 형상일 때의 네킹된 적층체에 대하여 WVTR로 측정하였다. 시료 6을 100% 및 166%로 신장하는 것을 3번 반복하고, WVTR에 대하여 실험하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. TD 신장된 적층체는 어떠한 비교예보다도 훨씬 높은 WVTR을 갖는다는 것을 주목한다.
시료 6 WVTR (g/m2/24h)
비연신 (상기 표 1) 1213
100% 신장 3960
166% 신장 4250
상기 시료 C1 및 6의 경우 필름층의 TD 신장성을 더욱 잘 설명하기 위하여, 추가의 실험을 위하여 스펀본드층으로부터 필름층을 박리하였다. 박리에 앞서, 적층체의 필름 측에 TD로 길이 3 인치 (7.62 cm)를 표시하였다. 적층체를 변성 에틸 알콜 (에탄올)에 완전히 담구고 침적시켜, 필름층의 줄무늬 주름이 제거되거나, 손상되거나 또는 그렇지 않으면 왜곡되지 않도록 필름층과 스펀본드층 사이의 접착제 결합을 연화하고 부분적으로 분해하여 박리를 수행하였다. 박리된 후, 필름층을 상기 설명된 인장 시험계로 시험하고, 필름층이 0.3 인치 (0.762 cm) (10% 변형률)으로 신장되었을 때의 힘을 측정하였다. 시료 C1을 신장하기 위하여 필요한 힘 (세번 반복의 평균)은 대략 필름층 두께 밀당 1000 g이었다. 다른 한편, 시료 6을 신장하기 위하여 필요한 힘 (세번 반복의 평균)은 대략 필름층 두께 밀당 60 g이었으며, 이 두께는 줄무늬 주름이 평탄해졌을 때 측정된 두께였다.
<실시예 2>
일부 시료에서 비탄성의 접착제를 사용하고, 일부 시료에서는 네킹 후 가열한 것을 제외하고는 상기 설명한 것처럼 추가의 적층체를 제조하였다. 상기 변형은 1) 상기 사용된 반탄성의 접착제와 비교하여 비탄성의 접착제의 사용, 및 2) 네킹 공정 후의 적층체의 가열의 효과를 평가하기 위하여 이루어졌다. 각 시료의 경우, 비탄성 필름층을 스펀본드 층에 적층하기에 앞서 그 길이의 4배로 연신하였다. 적층체를 표 5에 지시된 것처럼 네킹하고 상기 설명된 영구 고정에 대하여 시험하였다. 사용된 비탄성 접착제는 미국 텍사스주 오데사의 헌츠만 폴리머에서 시판되는 Rextac (등록상표)2730이었다. 또한, 네킹 후에 가열된 시료를 약 170 ℉ (76 ℃)의 온도로 유지된 가열 롤러에 접촉시켰다.
적층체를 여전히 롤 상에 감은 채로 10 cm × 10 cm (3.94 인치 × 3.94 인치) 시료를 측정하였다. 물질이 장력하에서 감겨있고, 시간에 따라 어느 정도의 이완이 일어나므로, 롤에서 절단한 후에 시료를 재측정하였다. 시료 C9 및 C10은 필름이 연신되었으나, 적층체가 네킹되지 않은 비교 (기준) 물질이다.
시료 적층체 네킹 인발 실제 인발 접착제 유형 가열 적용 측정된 시료 크기 cm (인치) 이완후 시료 크기 cm (인치) 영구 고정 cm (인치)
C9 1.1X 1.03X 비탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 10x10 (3.94x3.94) -
C10 1.1X 1.03X 반탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 10x10 (3.94x3.94) -
11 1.43X 1.32X 비탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 10x12.2 (3.94x4.80) 76
12 1.4X 1.28X 반탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 9.6x11.6 (3.78x4.57) 79
13 1.45X 1.3X 반탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 9.5x11.8 (3.74x4.65) 79
14 1.5X 1.36X 반탄성 있음 10x10 (3.94x3.94) 10x10.5 (3.94x4.13) 78
15 1.45X 1.3X 비탄성 있음 10x10 (3.94x3.94) 10x10.3 (3.94x4.06) 80
16 1.45X 1.3X 비탄성 없음 10x10 (3.94x3.94) 10x11.25 (3.94x4.43) 80
롤로부터 절단하기 전 및 후의 시료 크기 사이를 비교한 것을 기준으로, 열 고정 물질인 시료 14 및 15는 네킹되었으나 열 고정되지 않은 물질보다 원래의 크기를 더 잘 유지하였다. 더욱이, 탄성 또는 비탄성 접착제의 사용에 상관없이 모든 물질은 동일한 정도의 영구 고정을 나타내었다. 반탄성 접착제로 만들어진 적층체 및 비탄성 접착제로 만들어진 적층체의 영구 고정 사이의 차이는 거의 없으며, 이는 소량의 탄성 접착제가 사용되는 것은 부직 웹 적층체의 전체 신장성 및 수축성에 영향을 미치지 않음을 가리킨다.
추가적으로, 상기 설명된 실험 방법에 따라 횡방향 크기 (TD)에서의 인장 특성과 WVTR에 대하여 시료를 시험하였다. 그 결과를 표 6에 요약하였다.
시료 실제 인발 접착제 유형 가열 적용 50% 연신률에서 TD 부하 lb (kg) TD 피크 변형률% TD 피크 부하 lb (kg) 비신장된 WVTR g/m2/24h
C9 1.03X 비탄성 없음 5.73 (2.60) 62.5 6.24 (2.83) 1667
C10 1.03X 탄성 없음 4.85 (2.20) 89.7 6.15 (2.79) 2121
11 1.32X 비탄성 없음 0.0904 (0.041) 175 4.56 (2.07) 1272
12 1.28X 탄성 없음 0.375 (0.170) 201 4.72 (2.14) 1222
13 1.3X 탄성 없음 0.617 (0.280) 212 4.78 (2.17) 903
14 1.36X 탄성 있음 0.419 (0.190) 192 3.57 (1.62) 1482
15 1.3X 비탄성 있음 0.375 (0.170) 174 3.37 (1.53) 1400
16 1.3X 비탄성 없음 0.190 (0.086) 174 4.52 (2.05) N/A
시료를 50% 신장하였을 때, 대조 (비네킹된) 물질인 시료 C9 및 C10은 네킹된 물질인 시료 11 내지 16에 비하여 현저히 더 높은 부하를 나타내었으며, 이는 횡방향으로 대조 시료를 신장할 때 더 큰 힘이 필요하다는 것을 가리킨다.
<실시예 3>
고무 밴드 형태의 탄성 필라멘트의 스트랜드를 3M "Super 77" 분무 접착제를 사용하여 상기 실시예 1로부터의 시료 6의 네킹된 적층체 필름 측면의 종방향으로 길이방향으로 부착하였다. 전체 필름 표면을 접착제로 분무하였다. 연신된 고무 밴드를 접착제에 대해 압착시키고, 약 15초 동안 유지하였다. 고무 밴드가 여전히 인장하에 있는 동안 유아용 분말 (Johnson & Johnson에서 시판)을 접착제 코팅된 시료상에 뿌려서 고무 밴드 부착 위치이외에 다른 위치에서 접착 효과를 제거하였다. 편향력의 이완시, 탄성 필라멘트가 회복되면서 그와 함께 네킹된 적층체를 인발하였다. 형성된 복합재는 LD 연신성 및 회복성과 TD 신장성 및 수축성을 나타내었다. 도 20 및 21은 형성된 복합재의 화상을 나타낸다.
<실시예 4>
탄성 필라멘트를 연신하지 않고 종방향으로 줄무늬 주름과 수직인 상태로 부착시켰다는 점을 제외하고는, 본질적으로 실시예 3에 대해 상기 기재된 것과 같이 복합재를 제조하였다. 즉, 도 22에서 볼 수 있는 바와 같이 탄성 필라멘트를 네킹된 적층체의 횡방향 크기로 부착시켰다. 형성된 복합재는 TD 연신성 및 회복성을 나타내었다.
<실시예 5>
킴벌리-클라크 코포레이션(Dallas, Texas 소재)에 의해 제조된 것과 같은 표준 폴리프로필렌 스펀본드 대향물이 양면상에 부착된 내부 탄성 물질로서 탄성 물질 73 gsm의 연신 결합된 적층체(SBL)를 스펀본드 층들중 하나로부터 조심스럽게 박리시켰다. "연신 결합"은 통상적으로 탄성 부재가 그의 이완 길이의 약 25% 이상으로 신장된 상태로 또다른 부재에 결합되는 것을 가리킨다. "연신 결합된 적층체"는 하나의 층이 주름가능한 층이고 다른 층이 탄성층인 2개 이상의 층을 갖는 물질을 가리킨다. 탄성층이 신장된 상태에 있을 때 층들은 함께 결합하여 층들의 이완시 주름가능한 층이 주름이 지었다. 그러한 물질은 결합 위치사이에서 주름이 진 비탄성 물질로 인해 탄성 물질이 신장할 수 있도록 하는 정도로 연신될 수 있다. 연신 결합된 적층체의 한 유형은 예를 들어 반더 윌렌(Vander Wielen) 등의 미국 특허 제4,720,415호에 개시되어 있으며, 이 특허에는 다수의 압출기 뱅크로부터 제조된 동일한 중합체의 다중층이 사용된다.
하나의 스펀본드 대향물을 갖는 탄성 물질을 상기 실시예 1로부터의 적층체에 부착시켰다. 본원에 사용되는 박리된 SBL의 탄성 물질의 경우, 폴리스티렌 "A" 및 "A'" 말단 블록 및 폴리(에틸렌-부틸렌) "B" 중간 블록을 갖는 A-B-A' 블록 공중합체(Shell Chemical Company에서 상표명 크라톤(등록상표) GX 1657로서 시판) 70 중량% 및 폴리에틸렌(U.S.I. Chemical Company에서 상표명 PE Na601로서 시판) 30 중량%의 블렌드를 용융블로잉함으로써 탄성 물질을 형성하였다.
탄성 물질의 용융블로잉을 위스네스키 등의 미국 특허 제4,663,220호에 기재된 바와 같이 압출기 및 용융블로잉 다이를 통해 물질의 블렌드를 압출시킴으로써 수행하였다.
그 후, 탄성 물질 및 스펀본드 층을 상기 실시예 1의 네킹된 적층체에 적층하여 하기 표 7에서와 같은 복합재를 형성하였다. 탄성 물질 측면을 사인파 패턴 결합 플레이트 및 카르버 프레스(Carver Press)(모델 #1528, Serial #2518-66)를 사용하여 네킹된 적층체의 필름 측면에 직접 결합시켰다. 사용된 결합 패턴은 도 19a에 나타내었다. 150℉(65.56℃)의 프레스 온도를 사용하였고, 결합 시간은 15초이었다. 사용된 힘은 카르버 프레스상의 게이지에 나타난 바와 같이 20,000 파운드(88,960 뉴톤)이었다. 시료 크기는 약 9 ×10 인치(22.86 ×25.4 cm)이었다.
상기 실시예 1의 시료 1 내지 8을 사용하여 시료 9 내지 16의 복합재를 위한 네킹된 적층체를 각각 형성하였다. 시료를 파단까지 신장시키고 피크 부하에서 피크 부하 및 연신률을 하기 표 7에서와 같이 기록하였다. 추가 스펀본드층(SBL로부터)을 가짐으로써, "TD 피크 변형률"은 시료 9 내지 16 모두에 대해 약 150 내지 160%로 증가하였다. 이는 높은 TD 피크 부하에 의해 나타나는 바와 같이 피크 부하가 SBL 스펀본드층에 의해 증대되기 때문이었다. 한가지 예외는 시료 14(부착된 탄성층 및 추가 스펀본드층을 갖는 시료 6임)는 시료 6의 변형률 197.79%과 비교하여 변형률 189.657%을 갖는다는 것이며, 이는 시료 6 자체가 높은 연신률을 갖기 때문이다. 도 25는 탄성 물질이 연신되지 않은 복합재의 단면 광학 현미경 사진이며 시료 14의 다수의 층을 나타내고 있다.
시료 설명 TD 피크 변형률 TD 피크 하중
C1 적층체 대조물(총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.0x) 92.15 2319.03
C2 적층체(총 인발 3.6x, 네킹 인발 1.0x) 100.823 2795.73
C3 적층체(총 인발 3.9x, 네킹 인발 1.1x) 99.98 2792.10
C4 적층체(총 인발 4.3x, 네킹 인발 1.2x) 94.993 2758.96
C5 적층체(총 인발 4.6x, 네킹 인발 1.3x) 126.92 2465.67
C6 적층체(총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.4x) 197.79 2263.64
C7 적층체(총 인발 5.2x, 네킹 인발 1.45x) 144.25 2478.84
C8 적층체(총 인발 5.2x, 네킹 인발 1.45x) 141.24 2131.53
9 SBL이 부착된 적층체 1 165.055 8891.14
10 SBL이 부착된 적층체 2 157.08 8863.44
11 SBL이 부착된 적층체 3 150.283 10312.16
12 SBL이 부착된 적층체 4 153.473 9129.49
13 SBL이 부착된 적층체 5 168.35 8913.38
14 SBL이 부착된 적층체 6 189.657 8996.92
15 SBL이 부착된 적층체 7(적층체 8과 동일함) 153.665 8564.71
16 SBL이 부착된 적층체 8 138.765 7894.15
표 8에서, 상기 실시예 1의 시료 1 내지 8을 상기 기재된 바와 같이 수행된 사이클링 실험에 대해 시료 9 내지 16과 각각 비교하였다. 각각의 시료를 상기 인장 실험으로부터의 "피크 부하시 연신률"에 따라 상이한 길이로 사이클링하였다. 이 자료로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 탄성 물질은 초기 연신후 신장력 및 수축력을 유지하는 것을 도왔으며, 예를 들어 시료 1 내지 8은 인열하지 않으면서 신장하였으나 그다지 또는 적어도 매우 신속히는 수축하지 않았다. 다른 한편, 시료 9 내지 16은 낮은 영구 고정, 및 50%의 연신률 거리에서 신장력 및 수축력이 유지되는 것에 의해 알 수 있는 바와 같이 TD 방향에서 연신되고 회복되었다. 도 16은 시료 6에 대한 사이클링을 나타내고, 도 17은 시료 1에 대한 사이클링을 나타낸다. 시료 6은 시료 14와 비교하여 높은 영구 고정을 갖는다.
시료 사이클링된 연신률(%) 사이클링된 연신률 50%에서(g) 영구 고정(%) TD 피크 부하(g) 피크 부하에서 연신률(%)
제1 상향 제3 상향 제1 하향 제2 하향
C1 50 1027 98 5 6 62 2400 92
9 85 2757 458 242 231 20 8900 178
C2 55 1513 97 1.4 13 61 2900 90
10 81 2815 446 237 217 21 10700 175
C3 55 1114 57 8 11 64 3100 104
11 78 1913 374 225 206 20 9700 168
C4 52 1014 33 3 7 64 2900 118
12 78 1915 396 234 217 20 9800 185
C5 66 448 5 0 5 72 2700 157
13 87 1530 340 225 206 19 10400 216
C6 101 420 12 9 6.6 76 2300 194
14 98 1064 380 246 230 19 8100 174
C7 75 650 3.5 10 6 72 2600 151
15 80 1354 344 181 192 21 9800 188
C8 73 193 24 2 4 79 2000 215
16 72 637 306 200 200 25 8100 182
<실시예 6>
스펀본드 대향물을 모두 시료 18 내지 22로부터 제거한 점을 제외하고는 실시예 5에 대해 상기 기재한 바와 같이 73 gsm의 탄성 물질을 갖는 연신 결합된 적층체(SBL)를 형성하였다. 그 후, 내부 탄성 물질인 크라톤(등록상표) 탄성 용융블로잉 물질을 하기와 같이 연신하지 않은 상태로 상기 실시예 1의 네킹된 적층체에 결합시켰다: 시료 18을 시료 C1으로부터 제조하고, 시료 19를 시료 C2로부터 제조하고, 시료 20 및 21을 시료 6으로부터 제조하였다. 또한, 이때 120℉(48.89℃)의 프레스 온도 및 30초의 결합 시간을 사용하였다. 시료 크기는 8 ×10 인치(20.32 ×25.4 cm)이었다. 도 19a로부터의 사인파 결합 패턴을 시료 18 내지 20에 사용한 반면, 도 19b로부터의 점 결합 패턴을 시료 21에 사용하였다. 이러한 시료들을 실시예 2에 대해 상기 기재된 바와 같이 사이클 실험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 9에 기록하였다. 다시, 복합재를 제조하는데 탄성 물질을 사용한 경우 영구 고정이 크게 감소하였다. 신장력 및 수축력이 상당히 증가하였다. 도 16은 시료 6에 대한 사이클링을 나타내는 반면 도 18은 시료 20에 대한 사이클링을 나타낸다.
시료 사이클링된 연신률(%) 사이클링된 연신률% 50%에서(g) 영구 고정(%) TD 피크 부하(g) 피크 부하에서 연신률(%)
제1 상향 제3 상향 제1 하향 제2 하향
C1 50 1027 98 5 6 62 2400 92
18 51 1326 172 58 51 40 3400 100
C2 55 1513 97 1.4 13 61 2900 90
19 56 1694 178 56 47 41 3500 94
C6 101 420 12 9 6.6 76 2300 194
20 102 683 112 70 65 32 3000 242
21 102 747 125 80 74 27 2900 221
표 10은 시료 20을 횡방향으로 100% 연신시켜 제조된 시료 22를 포함하여, 상기 기재된 시료 모두에 대한 WVTR 및 히드로헤드 실험의 결과를 제공한다.
시료 설명 WVTR(g/m2/24h) 히드로헤드(mbar)
C1 적층체 대조물(총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.0x) 2799 353
C2 적층체(총 인발 3.6x, 네킹 인발 1.0x) 1759 265
C3 적층체(총 인발 3.9x, 네킹 인발 1.1x) 1004 316
C4 적층체(총 인발 4.3x, 네킹 인발 1.2x) 886 437
C5 적층체(총 인발 4.6x, 네킹 인발 1.3x) 1474 383
C6 적층체(총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.4x) 1213 454
C7 적층체(총 인발 5.2x, 네킹 인발 1.45x) 1793 383
C8 적층체(총 인발 5.2x, 네킹 인발 1.45x) 1140 387
9 SBL이 부착된 적층체 1 2362 253
10 SBL이 부착된 적층체 2 1404 331
11 SBL이 부착된 적층체 3 1118 427
12 SBL이 부착된 적층체 4 970 457
13 SBL이 부착된 적층체 5 1126 356
14 SBL이 부착된 적층체 6 168 239
15 SBL이 부착된 적층체 7(적층체 8과 동일함) 1293 100
16 SBL이 부착된 적층체 8 791 104
18 비연신된 크라톤이 부착된 적층체 1 2819 242
19 비연신된 크라톤이 부착된 적층체 2 1550 289
20 비연신된 크라톤이 부착된 적층체 6 1476 310
21 사인대신에 점 패턴을 갖는 적층체 20 1471 350
22 2x 연신된 적층체 20 2407 207
하기 표 11은 상기 실시예 5로부터의 대응물(시료 9, 10 및 14) 및 실시예 6로부터의 대응물(시료 18, 19 및 20)에 각각 상응하는 시료 C1, C2 및 6에 대한 WVTR 자료를 요약한다. 따라서, 연신되지 않은 탄성 물질을 갖는 복합재는 탄성 물질을 부가함으로써 통기성에 대해 역효과를 나타내지 않았다.
시료 네킹된 적층체 실시예 2 실시예 3
C1 2799 2362 2819
C2 1759 1404 1550
6 1213 1368 1476
<실시예 7>
상기 실시예 6에 기재된 내부 탄성 물질로부터의 탄성 물질(크라톤(등록상표) 용융블로잉 부직웹)을 상기 실시예 1로부터의 시료 6에 부가함으로써 시료 17을 제조하였다. 탄성 물질을 먼저 LD로 연신하고 연신된 상태로 시료 6의 필름 측면에 결합시켰다. 결합을 실시예 5에 대해 상기 기재된 카르버 프레스를 사용하여 수행하였다. 사용된 결합 패턴은 도 19a에 나타낸 사인파 패턴이었다. 110℉(43.33℃)의 프레스 온도를 사용하였고, 결합 시간은 15초이었다. 사용된 힘은 20,000 파운드(88,960 뉴톤)이었다. 시료 크기는 약 6 ×6 인치(15.24 ×15.24 cm)이었다. 시료를 실험하고, 그 결과를 하기 표 12에 기록하였다. LD 및 TD 실험 모두에 대해 예시적 인장 실험 곡선을 도 26 내지 31에 나타내었다. 도 25는 시료 17의 다수층을 나타내는 본 발명의 복합재의 단면 광학 현미경 사진이다. 몇몇 시료를 기재된 대로 연신시키고 WVTR에 대해 재실험하여 복합재가 실제 사용시와 유사하게 연신될 때의 통기성을 모사하였다. 시료 17은 LD 및 TD뿐만 아니라 자료로 구체적으로 기재하지 않았지만 모든 방향에서 연신성 및 회복성을 모두 갖는다. 또한, 이 시료는 우수한 액체(물) 장벽 특성, 통기성 및 매우 양호한 외관 및 촉감을 갖는다.
시료 설명 WVTR(g/㎡/24h) 히드로헤드(mbar) LD 피크 변형률(%) LD 피크 부하(g) TD 피크 변형률(%) TD 피크 부하(g)
C1 적층체 대조물(총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.0x) 2799 353 35.7 11631 92.15 2319
6 적층체 (총 인발 5.0x, 네킹 인발 1.4x) 1213 454 56.62 20010 197.79 2264
2x 연신된 적층체 6 3960 207
17 부착된 연신 크라톤(등록상표)을 갖는 적층체 6 1859 260* 126.64 15014 196.53 3979
LD로 2x 연신된 적층체 17 1424
TD로 2x 연신된 적층체 17 3018
*탄성이기 때문에 경량(대략 0.4 osy) 스펀본드 층에 의해 지지되며 그렇지 않을 경우 물의 중량하에 파괴되었을 것임
이러한 시료를 실시예 5에 대해 상기 기재한 바와 같이 사이클 실험하고, 그 결과를 하기 표 13 및 14에 기록하였다. 표 13에서의 시료를 LD로 사이클 실험하여 도 32 내지 34에 그래프로 나타내었다. 표 14에서의 시료를 LD로 사이클 실험하여 도 35 내지 37에 그래프로 나타내었다.
시료 사이클링된 연신률(%) 사이클링된 연신률% 50%에서(g) 영구 고정(%) LD 피크 하중(g) 피크 부하에서의 연신률(%)
제1 상향 제3 상향 제1 하향 제2 하향
C1 21 4378 476 631 16 29 12533 43
6 31 7088 971 732 7 28 20536 64
17 66 339 252 199 18 18 15437 189
시료 사이클링된 연신률(%) 사이클링된 연신률% 50%에서(g) 영구 고정(%) TD 피크 하중(g) 피크 부하에서의 연신률(%)
제1 상향 제3 상향 제1 하향 제2 하향
C1 50 1027 98 5 6 62 2400 92
6 101 420 12 9 6.6 76 2300 194
17 72 905 107 12 14 58 4662 177
본 발명에 대하여 자세하게 설명하였지만, 하기 특허청구의 범위의 취지 및 범위로부터 벗어남없이 본 발명에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다.

Claims (33)

  1. a) 비탄성의 네킹성 물질의 하나 이상의 제1 층,
    b) 상기 하나 이상의 제1 층에 부착되어 적층체를 형성하는 비탄성 필름의 하나 이상의 제2 층 (여기서, 상기 적층체는 제1 방향(dimension)으로 네킹되어 네킹된 적층체를 형성하고, 상기 제2 필름 층은 제1 방향에 수직인 방향으로 줄무늬 주름을 가진다), 및
    c) 상기 네킹된 적층체에 부착된 하나 이상의 탄성 물질 층을 포함하는 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복합재가 하나 이상의 방향으로 신장성 및 수축성을 나타내며 하나 이상의 방향에서 연신성 및 회복성을 나타내는 복합재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 줄무늬 주름이 사다리꼴, 무딘 톱날 모양, 또는 플리트 주름을 포함하는 복합재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 부착 수단이 점 결합, 가열 점 결합, 접착제 결합, 또는 음파 웰딩을 포함하는 복합재.
  5. 제4항에 있어서, 접착제 결합을 사용하여 층들이 부착된 복합재.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향이 횡방향으로 한정되고, 상기 수직 방향은 종방향으로 한정되는 복합재.
  7. 제2항에 있어서, 상기 복합재가 통기성인 복합재.
  8. 제2항에 있어서, 상기 비탄성의 네킹성 물질이 약 0.3 osy (10 gsm) 내지 약 2.7 osy (90 gsm)의 기초중량을 갖는 복합재.
  9. 제2항에 있어서, 상기 비탄성 네킹성 물질 또는 상기 비탄성 필름이 폴리올레핀을 포함하는 복합재.
  10. 제2항 또는 제9항에 있어서, 상기 네킹성 물질이 스펀본드 부직 물질을 포함하는 복합재.
  11. a) 비탄성의 네킹성 물질의 하나 이상의 제1 층,
    b) 상기 하나 이상의 제1 층에 부착되어 적층체를 형성하는 비탄성 필름의 하나 이상의 제2 층 (여기서 상기 적층체는 제1 방향으로 네킹되어 네킹된 적층체를 형성하고, 상기 제2 필름 층은 제1 방향에 수직인 방향으로 줄무늬 주름을 가진다), 및
    c) 상기 네킹된 적층체에 부착된 하나 이상의 탄성 물질 층을 포함하며, 복합재의 제1 방향으로 인가된 편향력이 복합재를 신장하여 연신시켜 착용자의 신체 주위에 순응하도록 하는, 의류에 사용하기 위한 순응성 복합재.
  12. 제11항에 있어서, 상기 줄무늬 주름이 사다리꼴, 무딘 톱날 모양, 또는 플리트 주름을 포함하는 순응성 복합재.
  13. 제11항에 있어서, 상기 부착 수단이 점 결합, 가열 점 결합, 접착제 결합, 또는 음파 웰딩을 포함하는 순응성 복합재.
  14. 제13항에 있어서, 접착제 결합을 사용하여 층들이 부착된 순응성 복합재.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 방향이 횡방향으로 한정되고, 상기 수직 방향은 종방향으로 한정되는 순응성 복합재.
  16. 제11항에 있어서, 상기 비탄성의 네킹성 물질이 약 0.3 osy (10 gsm) 내지 약 2.7 osy (90 gsm)의 기초중량을 갖는 순응성 복합재.
  17. 제11항에 있어서, 상기 복합재가 통기성인 순응성 복합재.
  18. 제11항에 있어서, 상기 적층체가 개인 위생 흡수 용품의 일부분 이상을 형성하는 순응성 복합재.
  19. 제11항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층체가 개인 위생 흡수 용품의 외부 덮개의 일부분 이상을 형성하는 순응성 복합재.
  20. 제11항에 있어서, 상기 복합재가 천공을 함유하는 순응성 복합재.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복합재가 개인 위생 흡수 용품의 라이너의 일부분 이상을 형성하는 순응성 복합재.
  22. 제11항에 있어서, 상기 적층체가 보호 의류의 일부분 이상을 형성하는 순응성 복합재.
  23. 제11항 또는 제20항에 있어서, 상기 적층체가 안면 마스크의 일부분 이상을 형성하는 순응성 복합재.
  24. a) 비탄성의 네킹성 물질의 하나 이상의 제1 층을 제공하는 단계,
    b) 비탄성 필름 층의 하나 이상의 제2 층을 제공하는 단계,
    c) 상기 비탄성의 네킹성 물질을 상기 비탄성 필름에 부착하여 적층체를 형성하는 단계,
    d) 상기 적층체를 제1 방향으로 연신하여 상기 제1 방향에 수직인 방향으로 적층체를 네킹하여 비탄성 필름 층에 상기 수직인 방향으로 줄무늬 주름이 형성된 네킹된 적층체를 형성하는 단계, 및
    e) 상기 네킹된 적층체에 탄성 물질의 하나 이상의 제3 층을 더 부착시키는 단계를 포함하는 복합재의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 적층체의 형성에 앞서 상기 비탄성 필름층을 부분적으로 연신하여 적층체의 필름층에 통기성을 부여하는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 비탄성 필름층이 약 20 부피% 내지 약 45 부피%의 충진제를 함유하는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 적층체가 약 1000 g/m2/24 시간 이상의 수증기 투과율 (WVTR)을 갖는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 적층체를 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  29. 제24항에 있어서, 상기 부착 단계가 접착제 결합, 가열 점 결합, 점 결합, 또는 음파 웰딩을 포함하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 접착제 결합을 사용하여 층들을 부착하는 방법.
  31. 제24항에 있어서, 상기 적층체가 그 원래 길이의 약 1.2 내지 약 1.6 배 연신되는 방법.
  32. a) 약 0.3 osy (10 gsm) 내지 약 0.7 osy (24 gsm)의 기초중량을 갖는 비탄성의 네킹성 스펀본드 물질의 하나 이상의 제1 층,
    b) 약 20 부피% 내지 약 45 부피%의 충진제를 함유하는 비탄성 필름의 하나 이상의 제2 층 (여기서, 제2 필름층은 비탄성 네킹성 스펀본드 물질에 부착되어 적층체를 형성하며 이 적층체는 제1 방향으로 그 원래 폭의 약 30% 내지 약 80%로 네킹되어 네킹된 적층체를 형성하고, 상기 필름 층은 적층체의 제1 방향으로 인가된 편향력이 상기 네킹된 적층체를 신장하여 착용자의 신체 주위에 순응하도록 제1 방향에 수직인 방향으로 줄무늬 주름을 갖는다), 및
    c) 복합재가 하나 이상의 방향으로 연신성 및 회복성을 나타내도록 상기 네킹된 적층체에 부착된 연신된 탄성 물질의 하나 이상의 층을 포함하는, 의류에 사용하기 위한 통기성의 순응성 복합재.
  33. 제32항에 있어서, 상기 복합재가 다수의 방향으로 연신성 및 회복성을 나타내는 통기성의 순응성 복합재.
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