KR100722891B1 - 유체 제어용 생분해성 열가소성 부직웹 - Google Patents

Abstract

개인위생용품의 서지층으로 사용하기 위한 부직웹이 제공된다. 이 웹은 심각하게 열수축되지 않는 생분해성 열가소성 섬유인 제1 결합제 섬유를 포함한다. 또, 이 웹은 생분해성 열가소성 섬유인 제2 섬유를 포함한다. 제1 및 제2 섬유는 결합하여 500 내지 1500 ㎛²의 범위의 적당한 투과도 및 약 25 ㎤/g보다 큰 높은 공극부피를 갖는 웹을 형성한다.

서지층, 생분해성 열가소성 부직웹, 일회용 흡수용품.

Description

유체 제어용 생분해성 열가소성 부직웹 {BIODEGRADABLE THERMOPLASTIC NONWOVEN WEBS FOR FLUID MANAGEMENT}

본 발명은 개인위생용품에 사용되는 유체 제어(management) 물질에 관한 것이다.

환경에 대한 인식이 커짐에 따라, 보다 더 환경친화적인 제품에 대한 필요가 증가하고 있다. 특히, 유럽 및 아시아에서, 폐기물 규제에 관한 법률제정이 임박해오고 있다는 우려는 개인위생용품 판매에 상당한 영향을 줄 수 있다. 대부분의 개인위생용품은 분해되지 않는 폴리올레핀계 물질을 포함한다. 기능면에서 현존 제품과 동등하거나 더 좋으면서 또한 생분해될 수 있는 새로운 제품을 제조하는 것이 목표이다.

많은 개인위생용품의 한가지 중요한 성분은 대표적으로 라이너 아래, 초흡수층 위에 놓이는 유체 서지(surge) 제어층이다. 본원 명세서에서는 서지물질이라고도 부르는 서지층은 초흡수물질로의 유체 유동을 제어한다. 유체 제어는 일반적으로 공극 부피 및 투과도 특성에 의해 측정된다. 서지물질의 투과도가 너무 높으면, 유체가 너무 빠르게 초흡수물질을 투과할 것이고, 이는 그것이 눌려찌그러지게 할 것이다. 투과도가 너무 낮으면, 유체가 초흡수물질로 진행하지 못할 것이고, 라이너 안에 및 위에 "정체(back-up)"될 것이다. 한편, 서지층은 들어오는 액체에 임시저장소를 제공하기 위해 충분한 공극부피를 가져야 한다.

서지층은 보통 본디드 카디드 웹(BCW) 방법으로부터 제조된다. 현재 사용되는 서지물질은 요망되는 가공성 및 물리적 성질, 예를 들면 공극부피 및 투과도를 달성하기 위해 비분해성 섬유를 이용한다.

BCW 방법은 보통 약 1 내지 3 인치 길이의 스테이플 절단 섬유의 사용을 필요로 한다. 가공 후 부직웹에 보전성(integrity)을 부여하기 위해, 섬유 성분들 중 적어도 한 성분은 적어도 부분적으로 용융 또는 연화되어 웹을 결합시키는 열가소성 물질을 포함한다. 이러한 성분은 결합제 섬유라고도 부른다. 그러나, 전통적인 열가소성 생분해성 섬유는 웹 형성을 위한 열가공성이 매우 나쁘고, 종종 심각하게 열수축된다. 게다가, 현존하는 웹들은 요망되는 접촉각을 얻기 위해 계면활성제 처리와 같은 후처리를 요구한다.

대부분의 서서히 생분해될 수 있는 스테이플 섬유, 예를들면 셀룰로오스는 열가공될 수 없고, 따라서 결합제 섬유로서 사용될 수 없다.

<발명의 요약>

본 발명은 개인위생용품의 서지물질로 사용되기에 적합한 유체 제어 특성을 가지는 섬유상 부직웹에 관한 것이다. 그 조성물은 심각하게 열수축되지 않는 생분해성 열가소성 섬유인 제1 섬유(결합제 섬유라고도 부름)를 포함한다. 또한, 그 조성물은 생분해성 열가소성 섬유인 제2 섬유를 포함한다. 제1 섬유 및 제2 섬유 는 결합되어 500 - 1500 ㎛²의 범위의 적당한(moderate) 투과도 및 25 ㎤/g를 넘는 높은 공극부피를 갖는 웹을 형성한다.

제1 결합제 섬유는 바람직하게는 대다수의 표면 성분이 대다수의 비표면 성분의 용융온도보다 약 10 ℃ 이상 낮은 용융온도를 갖는 다성분 섬유이다. 바람직한 한 실시태양에서, 표면 성분은 폴리(락트산)(PLA)를 기재로 한다. 바람직한 한 실시태양에서, 제1 결합제 섬유는 이성분 섬유이고, 더 바람직한 한 실시태양에서, 제1 결합제 섬유는 쉬드가 주로 L,D 폴리락티드(LD-PLA), 또는 폴리락티드-카프로락톤 코폴리머로 제조되고 코어가 주로 L-폴리락티드(L-PLA)로 제조된 쉬드-코어 섬유이다. 제2 섬유는 열가소성 생분해성 섬유, 예를들면, 바람직하게는 셀룰로오스 아세테이트이다.

<발명의 상세한 설명>

본 발명은 개인위생용품의 서지층으로 사용하기 위한 부직웹에 관한 것이다. 본 발명의 웹은 심각하게 열수축되지 않는 생분해성 열가소성 섬유인 제1 섬유(결합제 섬유라고도 부름)를 포함한다. 또한, 본 발명의 웹은 생분해성 열가소성 섬유인 제2 섬유를 포함한다.

본원 명세서에 사용된 "생분해"라는 용어는 어떤 물질이 세균, 진균 및 조류(藻類)와 같은 자연 발생 미생물의 작용으로 분해됨을 나타내는 것을 의미한다. 따라서, 섬유 형태 또는 부직 구조 형태의 본 발명의 웹은 주위 환경에 폐기되면 생분해될 것이다.

제1 및 제2 섬유의 결합에 의해 생성된 웹은 서지물질로서 기능하기에 적합한 유체 제어 특성을 갖는다. 유체 제어 특성은 투과도 및 공극부피에 의해 측정될 수 있다. 본원 명세서에 기재된 서지물질은 500 - 1500 ㎛²의 범위의 적당한 투과도 및 25 ㎤/g를 넘는 높은 공극부피를 갖는다. 투과도는 유체가 흡수층으로 유동하는 속도를 조절하기 때문에 서지물질에서는 특히 중요하다. 현재 사용되고 있는 서지물질의 경우처럼 투과도가 너무 높으면, 흡수구조체가 액체를 흡입할 수 있는 것보다 더 빠르게 유체가 서지층으로부터 흡수층으로 배출될 것이다. 이렇게 되면, 고여서 누출될 가능성이 있다. 투과도가 너무 낮으면, 유체 인설트(insult)가 흡수층에 적절히 전달되는 대신 서지층에 저장될 것이다. 이렇게 되면, 후속되는 액체 인설트 동안 누출이 일어날 것이다. 공극부피는 서지구조에 임시 보유될 수 있는 유체의 양을 가리키는 것이기 때문에 공극부피도 또한 중요하다. 이상적으로는, 공극부피는 많은 양의 액체를 보유하기 위해서는 높아야 한다. 갑작스런 유체 서지가 발생할 때, 모든 액체가 서지층에 보유된 후, 서서히 흡수층으로 미터링(metering)되는 것이 바람직하다. 이것은 높은 공극부피 및 적당한 투과도를 요구한다.

40% 내지 95%의 제1 결합제 섬유 및 60% 내지 5%의 열가소성 생분해성 제2 섬유를 포함하고 제2 섬유가 제1 섬유보다 더 높은 용융온도를 갖는 것인 생분해성 부직웹을 기술한다. 모든 섬유는 생분해성이다. 본 발명에 따라 형성된 웹은 생분해성이고, 서지층으로 사용될 때, 현존하는 서지층보다 우수한 특성을 나타낸다.

열가소성 제2 섬유는 결합제 섬유보다 더 높은 용융온도를 가지기 때문에, 그것은 제1 섬유가 결합될 때 영향받을 수 없다. 형성된 웹은 개선된 유체 제어 성질을 가지는데, 이것은 500 - 1500 ㎛²의 범위의 투과도 및 25 ㎤/g를 넘는 공극부피에 기인할 수 있다.

본 발명의 생분해성 부직웹은 요망되는 접촉각을 발생시키기 위한 추가 단계를 요구하지 않고, 따라서 습윤성이 더 오래간다. 접촉각 및 그의 측정에 관한 일반적인 주제는 당업계에 잘 알려져 있고, 예를들면 문헌[Robert J. Good and Robert J. Stromberg, Ed., "Surface and Colloid Science -- Experimental Methods", Vol. II, (Plenum Press, 1979)]에 기재되어 있다. 시판되고 있는 개인위생용품은 요망되는 액체 수송 특성을 제공하기 위해 일반적으로 90°이하, 바람직하게는 약 80°이하, 더 바람직하게는 약 70° 이하의 접촉각을 요구한다. 일반적으로, 접촉각이 작으면, 습윤성이 더 좋다.

게다가, 본 발명의 웹은 다른 유체 제어 성질을 여전히 유지하면서 향상된 위킹(wicking)을 나타낸다.

I. 부직웹

결합제 섬유

결합제 섬유는 심각하게 열수축되지 않는 생분해성 열가소성 섬유이다. 결합제 섬유는 바람직하게는 표면 성분 및 비표면 성분을 갖는 다성분 섬유이다. 표면 성분은 비표면 성분의 용융온도보다 약 10℃ 이상 낮은 용융온도를 갖는다. 한 실시태양에서, 결합제 섬유는 지방족 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리(락트산)(PLA)을 포함한다.

폴리(락트산)은 일반적으로 락트산의 중합에 의해 제조된다. 그러나, 화학적으로 균등한 물질이 또한 락티드의 중합에 의해 제조될 수 있다는 것을 당업계 숙련자들은 인식할 것이다. 이리하여, 본원 명세서에서 "폴리(락트산)"이라는 용어는 락트산 또는 락티드의 중합에 의해 제조되는 폴리머를 나타내는 것을 의도한다.

락트산 및 락티드는 좌선성(이하에서는 "L"이라고 부름) 거울상이성질체 및 우회전성(이하에서는 "D"라고 부름) 거울상이성질체라고 불리는 두 개의 광학이성질체를 갖는 비대칭 분자인 것으로 알려져 있다. 따라서, 한 특정 거울상이성질체를 중합하거나 또는 두 개의 거울상이성질체의 혼합물을 사용함으로써, 화학적으로는 유사하지만 다른 성질을 갖는 다른 폴리머를 제조하는 것이 가능하다. 특히, 폴리(락트산) 폴리머의 입체화학을 변경함으로써, 예를들면 폴리머의 용융온도, 용융 레올로지 및 결정도를 조절하는 것이 가능하다. 이러한 성질을 조절할 수 있게 됨으로써, 애테뉴에이션(attenuation)되고 열 세팅(heat setting)되고 크림핑된 섬유를 제조할 수 있도록 요망되는 용융강도, 기계적 성질, 연화 및 가공성 성질을 나타내는 열가소성 조성물 및 다성분 섬유를 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에 사용하기에 적합한 폴리(락트산) 폴리머의 예는 크로노폴 인크.(Chronopol Inc.; 미국 콜로라도주 골든 소재)로부터 입수가능한 다양한 폴리(락트산) 폴리머를 포함한다. 본원 명세서에서 "폴리(락티드)", "폴리(락트 산)" 및 "PLA"라는 용어는 동일 의미로 사용된다.

미국 특허 제5,698,322호에 기재된 PLA계 섬유가 사용될 수 있다. 이 섬유는 제1 성분이 다성분 섬유의 적어도 일부 위에 노출 표면을 형성하는 용융온도를 갖는 제1 성분; 및 제1 성분이 나타내는 용융온도보다 약 10℃ 이상 높은 용융온도를 갖는 제2 성분을 포함한다. 이것은 예를들면 제1 성분으로서 락티드 또는 락트산과 카프로락톤 또는 다른 락티드 또는 락트산 이성질체와 같은 다른 코모노머와의 코폴리머를 사용함으로써 달성될 수 있다. 두가지 예는 L,D 폴리락티드 및 폴리락티드-카프로락톤이다. 또, 용융온도 차이는 예를들면 제1 성분으로서 L:D 비를 갖는 제1 PLA, 제2 성분으로서 제1 PLA가 나타내는 L:D 비보다 더 큰 L:D 비를 갖는 제2 PLA를 사용함으로써 달성될 수 있다.

제1 성분은 다성분 섬유에 0 중량% 초과 내지 100 중량% 미만, 유리하게는 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 더 유리하게는 약 25 중량% 내지 75 중량%, 적합하게는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 포함될 것이다. 따라서, 제2 성분은 다성분 섬유에 0 중량% 초과 내지 100 중량% 미만, 유리하게는 약 5 중량% 내지 95 중량%, 더 유리하게는 약 25 중량% 내지 약 75 중량%, 적합하게는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 포함될 것이다. 중량%는 다성분 섬유에 존재하는 제1 성분 및 제2 성분의 총량을 기준으로 한 것이다.

한 실시태양에서는, 다성분 섬유의 제2 성분의 PLA가 제1 성분의 PLA의 L:D비보다 더 높은 L:D 비를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 성분의 폴리(락트산) 폴리머의 L:D 비는 유리하게는 약 100:0 미만, 더 유리하게는 약 99.5:0.5 미 만, 적합하게는 약 98:2 미만, 더 적합하게는 약 96:4 미만에서부터 약 90:10까지이고, 여기서 L:D 비는 제1 성분의 PLA 제조에 사용된 L 및 D 모노머의 몰수를 기준으로 한 것이다.

상대적으로 더 낮은 L:D 비를 갖는 제1 PLA는 제1 성분이 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 양으로 제1 성분에 존재하는 것이 바람직하다. 이리하여, 제1 PLA는 제1 성분에 유리하게는 약 50 중량%를 넘는 양, 더 유리하게는 약 75 중량%를 넘는 양, 적합하게는 약 90 중량%를 넘는 양, 더 적합하게는 약 95 중량%를 넘는 양, 가장 적합하게는 약 100 중량%의 양으로 존재하고, 여기서, 모든 중량%는 제1 성분의 총량을 기준으로 한 것이다.

마찬가지로, 제2 성분의 PLA는 제1 성분의 PLA보다 적은 D-거울상이성질체를 포함하는 것이 바람직하다. 이리하여, 제2 성분의 PLA는 제1 성분의 PLA가 나타내는 L:D 비보다 더 큰 L:D 비를 가질 것이다. 따라서, 제2 성분의 PLA의 L:D 비는 유리하게는 약 96:4 이상, 더 유리하게는 약 98:2 이상, 적합하게는 약 99.5:0.5 이상, 더 적합하게는 약 100:0인 것이 바람직하고, 여기서, L:D 비는 제2 성분의 PLA 제조에 사용된 L 및 D 모노머의 몰수를 기준으로 한 것이다.

상대적으로 더 높은 L:D 비를 갖는 제2 PLA는 제2 성분이 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 양으로 제2 성분에 존재하는 것이 바람직하다. 이리하여, 제2 PLA는 제2 성분에 유리하게는 약 50 중량%를 넘는 양, 더 유리하게는 약 75 중량%를 넘는 양, 적합하게는 약 90 중량%를 넘는 양, 더 적합하게는 약 95 중량%를 넘는 양, 가장 적합하게는 약 100 중량% 의 양으로 존재하고, 여기서, 모든 중량%는 제2 성분의 총량을 기준으로 한 것이다.

다성분 섬유의 제1 및 제2 성분 각각은 각자의 PLA를 실질적으로 포함하지만, 이 성분들은 거기에 제한되지 않고, 제1 및 제2 성분 및 다성분 섬유의 요망되는 성질에 불리한 영향을 주지 않는 다른 성분들을 포함할 수 있다. 추가 성분으로서 사용될 수 있는 물질의 예는 안료, 산화방지제, 안정화제, 계면활성제, 왁스, 유동 촉진제, 솔리드 솔벤트(solid solvent), 미립자, 및 제1 및 제2 성분의 가공성을 향상시키기 위해 첨가되는 물질을 포함하며, 하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 추가 물질이 성분들에 포함되는 경우, 일반적으로, 이러한 추가 성분들은 유리하게는 약 5 중량% 미만, 더 유리하게는 약 3 중량% 미만, 적합하게는 약 1 중량% 미만의 양으로 사용되는 것이 바람직하고, 여기서 모든 중량%는 제1 또는 제2 성분의 총량을 기준으로 한 것이다.

일반적으로, 제2 성분의 용융 또는 연화 온도는 제1 성분의 용융 또는 연화 온도보다 유리하게는 약 10 ℃ 이상, 더 유리하게는 약 20 ℃ 이상, 적합하게는 약 25 ℃ 이상 더 높은 것이 바람직하다. 제1 및 제2 성분의 절대 용융 또는 연화 온도는 일반적으로 두 온도의 상대 비교만큼 중요하지는 않지만, 일반적으로, 제1 및 제2 성분의 용융 또는 연화 온도는 대부분의 유용한 응용에서 대표적으로 부딪히게 되는 범위 내인 것이 바람직하다. 이리하여, 일반적으로, 제1 및 제2 성분 각각의 용융 또는 연화 온도는 유리하게는 약 25 ℃ 내지 약 350 ℃, 더 유리하게는 약 55 ℃ 내지 약 300 ℃, 적합하게는 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃인 것이 바람직하다.

또, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 제1 및 제2 성분 각각이 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 중량평균분자량을 나타내는 것이 바람직하다. 일반적으로, PLA의 중량평균분자량이 너무 높으면, 이것은 폴리머 사슬이 심하게 얽혀있다는 것을 나타내고, 따라서 그 성분을 가공하는 것이 어려울 수 있다. 반대로, PLA의 중량평균분자량이 너무 낮으면, 이것은 폴리머 사슬이 충분히 얽혀있지 않다는 것을 나타내고, 따라서 그 성분은 비교적 약한 용융강도를 나타내게 되고, 이것은 고속가공이 매우 어려워지게 할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 둘 모두 유리하게는 약 10,000 내지 약 500,000, 더 유리하게는 약 50,000 내지 약 400,000, 적합하게는 약 100,000 내지약 300,000의 중량평균분자량을 나타낸다. 본 발명에 유용한 폴리머 또는 폴리머 블렌드의 경우, 중량평균분자량은 당업계 숙련자에게 알려진 방법을 이용하여 결정될 수 있다.

또, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 둘 모두 제1 및 제2 성분 각각이 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 다분산도 지수 값을 나타내는 것이 바람직하다. 본원 명세서에서 사용되는 "다분산도 지수"라는 용어는 폴리머의 중량평균분자량을 폴리머의 수평균분자량으로 나누어서 얻은 값을 나타내는 것을 의미한다. 일반적으로, 한 성분의 다분산도 지수가 너무 높으면, 그 성분은 방사시 더 낮은 용융강도 성질을 갖는 저분자량 폴리머를 포함하는 성분 세그먼트들로 인한 불일치된 가공 성질 때문에 가공하기가 어려울 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 유리하게는 약 1 내지 약 10, 더 바람직하 게는 약 1 내지 약 4, 적합하게는 약 1 내지 약 3의 다분산도 지수를 나타낸다. 본 발명에 유용한 폴리머 또는 폴리머 블렌드에 대해, 수평균분자량은 당업계 숙련자에게 공지된 방법을 이용하여 결정될 수 있다.

제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 제1 및 제2 성분 각각이 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 잔류 모노머 백분율을 나타내는 것이 바람직하다. 본원 명세서에서 사용되는 "잔류 모노머 백분율"이라는 용어는 반응되지 않고 얽힌 PLA의 구조 내에 트랩핑된 채로 남아있는 락트산 또는 락티드 모노머의 양을 나타내는 것을 의미한다. 일반적으로, 한 성분의 PLA의 잔류 모노머 백분율이 너무 높으면, 그 성분은 압출 압력에 변화를 일으키는 가공시 방출되는 다량의 모노머 증기로 인한 불일치된 가공 성질 때문에 가공하기가 어려울 수 있다. 그러나, 한 성분의 PLA의 미량의 잔류 모노머는 방사공정시 가소제로서 기능하는 이러한 잔류 모노머 때문에 유익할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 유리하게는 약 15% 미만, 더 유리하게는 약 10% 미만, 적합하게는 약 7% 미만의 잔류 모노머 백분율을 나타낸다.

또한, 제1 및 제2 성분 각각의 PLA는 제1 및 제2 성분이 결합되었을 때 바람직한 용융강도, 섬유기계강도 및 섬유방사 성질을 나타내는 데 효과적인 실질적으로 유사한 용융 레올로지를 나타내는 것이 바람직하다. PLA의 용융 레올로지는 PLA의 겉보기 점도를 이용하여 정량화될 수 있고, 본원 명세서에서는 한 성분의 겉보기 점도를 예를들면 그 성분이 방사구금을 통해 가공될 때와 같이 그 성분이 열가공될 수 있는 온도 및 전단속도에서의 겉보기 점도를 나타내는 것을 의미한다. 실질적으로 다른 겉보기 점도를 갖는 폴리머들은 쉽게 가공될 수 없는 것으로 밝혀져 있다. 제1 및 제2 성분이 실질적으로 유사한 겉보기 점도를 나타내는 것이 바람직하긴 하지만, 이러한 겉보기 점도가 동일하여야 할 필요는 없다. 게다가, 일반적으로, 제1 성분 또는 제2 성분 중 어느 것이 더 높은 겉보기 점도를 가지고 어느 것이 더 낮은 겉보기 점도를 가지느냐는 중요하지 않다. 그 대신, 제1 성분이 열가공될 수 있는 온도 및 전단속도에서 측정되는 제1 성분의 폴리(락트산) 폴리머의 겉보기 점도 값과 제2 성분이 열가공될 수 있는 온도 및 전단속도에서 측정되는 제2 성분의 폴리(락트산) 폴리머의 겉보기 점도 값의 차가 유리하게는 약 250 Pascal.seconds 미만, 더 유리하게는 약 150 Pascal.seconds 미만, 적합하게는 약 100 Pascal.seconds 미만, 더 적합하게는 약 50 Pascal.seconds 미만인 것이 바람직하다.

특히 바람직한 실시태양에서, 쉬드는 95:5 L:D 폴리락티드, 또는 폴리락티드-카프로락톤 코폴리머이고, 코어는 100% L-폴리락티드이다.

제1 및 제2 성분을 열가공하기 위한 대표적인 조건은 유리하게는 약 100 seconds^-1 내지 약 10000 seconds^-1, 더 바람직하게는 약 500 seconds^-1 내지 약 5000 seconds^-1, 적합하게는 약 1000 seconds^-1 내지 약 2000 seconds^-1, 더 적합하게는 약 1000 seconds^-1의 전단속도를 사용하는 것을 포함한다. 또, 제1 및 제2 성분을 열가공하기 위한 대표적인 조건은 유리하게는 약 100 ℃ 내지 약 500 ℃, 더 유리하게는 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃, 적합하게는 약 175 ℃ 내지 약 250 ℃의 온 도를 사용하는 것을 포함한다.

일반적으로 기술하자면, 다성분 섬유 제조방법은 2개 이상의 폴리머를 별도로 압출하고, 그것들을 폴리머가 구획화된 방사구금 플레이트 내로 도입되는 폴리머 분배 시스템에 공급하는 것을 포함한다. 폴리머들은 별개의 통로를 따라서 섬유 방사구금으로 가서, 2개 이상의 동심원형 호울을 포함하여 쉬드/코어형 섬유를 제공하거나 또는 직경을 따라 2개 이상의 부분으로 나뉜 원형 방사구금 호울을 포함하여 병행배열형 섬유를 제공하는 방사구금 호울에서 결합된다. 이어서, 결합된 폴리머 필라멘트는 냉각되고, 고화되고, 일반적으로 기계적 롤 시스템에 의해 중간 필라멘트 직경으로 연신되고, 수집된다. 이어서, 필라멘트는 그의 연화온도 이하의 온도에서 요망되는 최종 섬유직경으로 "냉각 연신"되고, 크림핑 또는 텍스처화되고, 바람직한 섬유 길이로 절단될 수 있다. 다성분 섬유는 일반적으로 약 25 내지 약 50 ㎜의 범위의 길이를 갖는 스테이플 섬유 및 일반적으로 약 25 ㎜ 미만의 길이를 갖는 훨씬 더 짧은 숏-컷(short-cut) 섬유와 같은 비교적 짧은 길이로 절단될 수 있다.

PLA는 하류의 열가공시 종종 열수축될 수 있는 대표적인 폴리에스테르계 물질이다. 열수축은 비결정상 및 불완전결정상 폴리머 세그먼트들의 열에 의해 유발된 사슬 이완 때문에 주로 일어난다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 일반적으로, 열에너지가 불완전결정 구조의 사슬 이완 및 재배열을 하게 하는 것이 아니라 바로 용융시킬 수 있도록 결합단계 전에 물질의 결정화를 최대화하는 것이 바람직하다. 이 문제에 대한 한가지 해결책은 물질을 열 세팅 처리하는 것이다. 이리하 여, 열 세팅된 섬유가 결합 롤에 도달했을 때, 이 섬유는 이미 충분히 또는 고도로 배향되기 때문에 실질적으로 수축되지 않을 것이다.

따라서, 서지물질에 사용된 다성분 섬유는 열 세팅되는 것이 바람직하다. 이러한 열 세팅은 섬유가 5% 이상의 일정 변형을 받을 때, 유리하게는 약 50 ℃보다 높은, 더 유리하게는 약 70℃보다 높은, 적합하게는 약 90℃보다 높은 온도에서 일어나는 것이 바람직하다. 일반적으로, 섬유의 가공성을 희생시키지 않으면서 최고의 가능한 열 세팅 온도를 사용하는 것이 권장된다. 그러나, 열 세팅 온도가 예를들면 다성분 섬유의 제1 성분의 용융온도에 가까운 온도 정도로 너무 높으면, 섬유강도를 감소시킬 수 있고, 결과적으로 점착성 때문에 섬유를 취급하기가 어려울 수 있다.

본 발명의 한 실시태양에서, 제1 섬유는 약 70℃의 온도에서 유리하게는 약 10% 미만, 더 유리하게는 약 5% 미만, 적합하게는 약 2% 미만, 더 적합하게는 약 1% 미만의 수축 양을 나타내고, 여기서, 수축 양은 최초 길이와 최종 길이의 차를 최초 길이로 나누고 여기에 100을 곱해서 얻은 값을 기초로 한다.

본 발명의 조성물은 바람직하게는 약 40% 내지 95%의 결합제 섬유를 포함하고, 여기서 모든 중량%는 웹 조성물에 존재하는 PLA의 총중량을 기준으로 한 것이다.

생분해성 제2 섬유

제2 섬유는 열가소성 생분해성 섬유이다. 본 발명의 조성물에 적합한 열가소성 생분해성 섬유는 열을 이용하여 섬유를 결합시킬 수 있도록 열 존재 하에서 유동하는 열가소성이면서 또한 생분해성인 섬유들을 포함한다. 적합한 열가소성 생분해성 섬유의 비제한적인 예는 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(CAB), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP) 및 트리아세테이트 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 같은 저급 알킬 셀룰로오스 에스테르, 전분, 폴리비닐 알콜(PVA), 키토산 및 PHBV(폴리베타히드록시 부티레이트 및 베타히드록시발레레이트의 코폴리머)를 포함한다. PLA 쉬드 물질의 용융온도보다 약 20℃ 이상 높은 용융온도를 갖는다면, 어떠한 열가소성 섬유라도 사용될 수 있다.

셀룰로오스 아세테이트의 사용은 많은 이점을 제공한다. 특히, 삼엽형(trilobal shape)은 유체 제어 성질을 향상시킬 수 있다. 게다가, 셀룰로오스 아세테이트의 매우 높은 연화온도 260℃는 그것이 본 발명의 웹의 열가소성 결합제 섬유에 사용되는 결합조건을 견딜 수 있게 한다.

본 발명의 조성물은 바람직하게는 약 60% 내지 5%의 제2 섬유를 포함하고, 여기서 모든 중량%는 웹 조성물에 존재하는 PLA의 총중량을 기준으로 한 것이다.

II. 부직웹 제조방법

부직웹은 본디드 카디드 웹 방법에 의해 제조된다. "본디드 카디드 웹" 또는 "BCW"는 스테이플 섬유를 코밍(combing) 또는 카딩(carding) 유닛을 통해 보내고, 여기서 스테이플 섬유를 분리 또는 분열하고 기계방향으로 정렬하여 일반적으로 기계방향으로 배향된 섬유상 부직웹을 형성함으로써 제조되는 웹을 의미한다. 보통, 이 섬유는 카딩 유닛 전에 섬유를 분리하는 오프너(opener)/블렌더 (blender) 또는 피커(picker) 안에 놓이는 베일(bale)로서 구입된다.

부직웹 제조의 제1 단계는 섬유들을 집합시켜서 그것들을 요망되는 중량비로 블렌딩하는 것을 포함한다. 이어서, 섬유들은 밀접하게 모여있는 섬유들을 오픈(open)시켜서 2개 이상의 다른 종류의 섬유들을 블렌딩하는 오프닝 공정을 거친다. 이 오프닝 공정은 피커를 이용하여 섬유들을 분리하는 기계로 구성된다. 이어서, 이들 블렌딩된 섬유는 배트(batt)라고 불리는 평탄한 층에 분배된다. 섬유 배트는 섬유를 분리하여 기계방향으로 배향시키는 카딩 또는 코밍 공정에 공급된다. 카드는 섬유에 작업하기 위한 이(tooth)를 갖는 커다란 회전드럼이다. 이어서, 카딩된 섬유는 카드로부터 제거되어, 형성벨트에 의해 운반되는 연속 시트에 방출된다.

일단 웹이 형성되면, 그것은 몇가지 공지된 결합방법 중 하나 이상에 의해 결합된다. 이러한 결합방법 중 한가지는 분말 결합인데, 여기서는 분말 접착제가 웹에 분배된 후, 보통 더운 공기로 웹 및 접착제를 가열함으로써 활성화된다. 또다른 적합한 결합방법은 패턴 결합인데, 여기서는 가열된 캘린더 롤 또는 초음파 결합 장비가 보통은 국한된 결합 패턴으로(그러나, 요망된다면, 웹은 웹 전표면을 가로질러서 결합될 수도 있음) 섬유들을 결합시키는 데 사용된다. 또다른 적합한 공지 결합방법은, 특히 복합 스테이플 섬유를 사용하는 경우, 통기 결합이다. 다른 방법은 히드로엔탱글먼트(hydroentanglement) 및 캘린더 본딩을 포함한다. 서지에 요망되는 로프티(lofty) 구조를 제조하기 위해서는, 보통, 통기 결합이 바람직하다. 통기 결합은 가열된 공기가 웹을 통해 관통하여 흐르게 하는 것을 포함한다. 이 공기는 코어에는 영향을 주지 않고 그대로 두면서 이성분 결합제 섬유의 쉬드를 연화 또는 용융시킬 정도로 충분히 뜨거워야 한다. 요망되는 공기 온도는 사용되는 물질의 종류 및 양에 따라 좌우될 것이다. 예를들면, 온도는 제2 섬유나 또는 제1 이성분 섬유의 코어를 용융시킬 정도로 높지는 않아야 한다. 게다가, 조성물이 소량의 결합제 섬유를 함유하는 경우에는 적절한 결합을 보증하기 위해서는 더 높은 온도가 요구될 것이다. 통기 결합에 사용되는 대표적인 온도는 약 132℃ 내지 166℃(270℉ 내지 330℉)의 범위내이다.

웹은 바람직하게는 약 20% 내지 95%, 더 바람직하게는 약 30% 내지 95%, 보다 더 바람직하게는 약 40% 내지 95%, 가장 바람직하게는 약 50% 내지 90%의 결합제 섬유를 포함한다. 웹은 바람직하게는 약 80% 내지 5%, 더 바람직하게는 약 70% 내지 5%, 보다 더 바람직하게는 약 60% 내지 5%, 가장 바람직하게는 약 50 내지 10%의 열가소성 생분해성 제2 섬유를 포함한다.

III. 부직웹 사용방법

본 발명의 부직웹은 기저귀, 성인실금용품 및 침대패드와 같은 일회용 흡수용품; 생리대 및 탐폰과 같은 월경도구; 및 와이프, 턱받이, 상처 드레싱 및 수술 케이프 또는 드레이프와 같은 기타 흡수용품을 포함하는 일회용품에서 서지층으로서 사용하기에 적합하다.

대표적인 일회용 흡수용품은 액체투과성 상면시트, 액체투과성 상면시트와 부착된 배면시트, 및 액체투과성 상면시트와 배면시트 사이에 놓인 흡수구조체를 포함한다. 서지층은 대표적으로 상면시트와 흡수구조체 사이에 놓인다. 일회용 흡수용품의 예는 일반적으로 미국 특허 제4,710,187호, 미국 특허 제4,762,521호, 미국 특허 제4,770,656호 및 미국 특허 제4,798,603호에 기재되어 있다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 더 예시하며, 이 실시예는 어떤 식으로도 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것으로 해석되지 않는다. 반대로, 본원 명세서에 기재된 내용을 읽은 후에 당업계 숙련자들의 머리에 떠오를 수 있는, 본 발명의 정신에서 벗어나지 않는 본 발명의 다양한 다른 실시태양, 변형 및 균등물에 호소할 수 있다는 것이 명백하게 이해될 것이다.

시험방법

기초중량은 4 인치 × 4 인치의 정사각형 부직재료를 절단하고, 그것을 분석용 저울로 칭량함으로써 결정하였다. 이러한 정사각형을 5개 절단하고, 그 결과를 평균하여 기초중량을 얻었다.

밀도는 기초중량을 웹의 두께로 나눔으로써 결정하였다. 두께는 0.05 psi의 작용 압력(applied pressure)에서 디지매틱 인디케이터(Digimatic Indicator)를 사용하여 결정하였다.

공극부피는 밀도의 역수로 계산하였다.

투과도는 PERMIX 방정식을 이용하여 계산하였다.

κ = C₁·r²·(1-φ)[(φ/(1-φ)(sat/sat_o)]^C2

여기서, r은 섬유 반경이고, sat는 포화수준이며, sat_o는 1(100% 포화)이고, C₁ 및 C₂는 섬유의 기하 및 웹 내의 배향에 좌우되고, 대표적인 값은 각각 0.075 및 2.5이며, φ는 공극부피 분율(웹 구조의 개방면적 백분율)이다. 투과도 수치가 높은 것은 부딪히는 저항이 거의 없어 액체가 신속하고 쉽고 비교적 통제받지 않고 흐른다는 것을 가리킨다.

벌크 회복은 웹이 작용 압력을 받은 후 원래 상태로 복귀할 수 있는 능력을 측정하는 것이다. 디지매틱 인디케이터를 사용하여, 샘플의 두께를 0.05 psi의 작용 압력에서, 그 다음에는 0.2 psi의 작용 압력에서, 그 다음에는 0.05 psi의 작용 압력에서 측정하였다. 최초 두께에 대한 최종 측정 두께의 비에 100을 곱함으로써 얻은 백분율이 % 벌크 회복이다. 이것은 제품이 예를들면 기저귀 또는 성인 실금용품에서처럼 사용자의 거의 모든 체중 부하를 받는 응용에 특히 중요하다.

웹 접촉각은 각 성분의 질량 백분율에 기초하여 성분 접촉각에 가중치를 줌으로써 결정하였다.

유체 흡입 및 플로우백 평가(Fluid Intake and Flowback Evaluation; FIFE) 시험을 이용하여 흡수 또는 흡입 시간 및 플로우백을 결정하였다. 메이저-플렉스 디지-스태틱 오토매틱 디스펜싱 시스템(Maser-Flex Digi-Static Automatic Dispensing system)에 소량의 FD & C 블루 염료로 착색된 염수를 공급하고, 80 ml 인설트를 제공하도록 설정하고, 수 회 디스펜싱하여 기포를 제거하였다. 제품 샘플인 유아용 기저귀를 그것이 쉽게 편평하게 놓이도록 탄성체 없이 제조하였다. 3.5 인치 × 12 인치 압지(blotter paper) 샘플 2개를 칭량하였다. 이 압지들을 3 인치 × 6 인치의 융기된 플랫폼(platform)이 중앙에 있는 제1 FIFE 보드(board) 위에 놓았다. 압지를 융기된 플랫폼의 양변을 따라 길이방향으로 뻗도록 정렬하였 다. 이어서, 기저귀를 상면시트가 위로 향하게 하고 부직 상면시트에 주름이 보이지 않도록 해서 조심스럽게 인서트될 영역이 융기된 플랫폼 위에 중앙에 위치하도록 정렬시켰다. 이어서, 제2 FIFE 보드를 제품 위에 놓았다. 제2 FIFE 보드는 보드의 상부로부터만 돌출하는 중공 실린더가 교차하는 편평한 보드이다. 실린더가 보드의 편평한 평면과 교차하는 곳에 생긴 원형 영역은 중공이었다. 실린더의 내경은 5.1 ㎝이었다. 짧은 말단에서의 내경이 7 ㎜인 깔때기를 실린더 안에 놓았다. 이어서, 유체를 펌프에 의해 직접 깔때기로 디스펜싱하였다. 흡입시간은 유체가 깔때기에 부딪치는 시점에서부터 표본 표면에서 유체가 보이지 않는 순간까지를 스톱와치로 기록하였다. 압지를 제품 누출 여부에 대해 검사하고, 누출이 일어났다면, 압지의 중량을 측정하여 누출된 유체 양을 결정하였다. 기재된 시험에서는, 누출이 일어나지 않았다. 약 1분이 경과한 후에 제2 인설트를 동일 방식으로 적용하였다. 제2 인설트 흡수 후, 위에 놓인 FIFE 보드를 제거하고, 샘플을 포화용량시험기(Satureated Capacity Tester) 위에 라이너쪽이 위로 향하게 하여 놓았다. 표본을 약 1분 동안 그대로 둔 후, 표적영역 위에 2장의 테어드(tared) 12인치 압지 를 한 장 위에 나머지 한 장이 포개지도록 놓았다. 이어서, 이것을 라텍스 고무 시트로 덮고, 진공밸브를 0.5 psi로 조정하였다. 2분 후, 라텍스를 들어올려서 압력을 해제하고, 표본을 1분 동안 그대로 두었다. 이어서, 젖은 압지를 칭량하여 그들이 함유하고 있는 액체 양을 결정하였다. 표본을 원래 배치로 FIFE 보드에 다시 놓고, 처음 두번의 방식으로 제3 인설트를 적용하였다. 샘플을 포화용량시험기 위에 테어드 압지와 함께 놓고 진공을 적용하는 과정을 반복하였다. 제3 인설트 후 압지에 의해 흡수된 액체 양이 플로우백 값이다.

웹 제조

이성분 PLA 섬유는 치쏘(Chisso; 일본 마리야마 소재)에서 제조하였다. 그 섬유는 95:5 L-D 폴리락티드로 된 쉬드 및 100% L-폴리락티드로 된 코어를 가진 이성분 섬유이었다. 섬유를 열 세팅하고, 크림핑하고, 1.25 인치 길이로 절단하였다. 셀라니즈 아세테이트(Celanese Acetate)로부터 얻은 삼엽형 셀룰로오스 아세테이트를 사용하였다. 이 섬유들은 생분해성 및 우수한 비장력(tenacity) 때문에 선택되었다. 비장력 범위는 표준조건에서는 약 1.2 내지 1.4 G/D이고, 70 ℉ 습윤시에는 0 내지 1.0 G/D이었다. 파단 신장률은 표준조건하에서는 25 내지 45%이고, 70℉ 습윤시에는 35 내지 50%이었다. 사용된 섬유의 성질 중 몇가지를 표 1에 요약하였다.

출발물질 정보
섬유	길이 (인치)	데니어	크림프 수준 (크림프/인치)	표면 용융 온도 (℃)
셀룰로오스 아세테이트	1.5	1.7	10-15	260
이성분 PLA	1.25	4.0	15-20	145

섬유들을 집합시켜 표 2에 표시된 중량비로 블렌딩하였다. 이어서, 섬유는 피커를 사용하여 섬유를 분리하는 기계에서 오프닝 공정을 거쳤다. 이어서, 블렌딩된 섬유를 배트에 분배시켰다. 섬유 배트를 카딩 드럼에 공급하였다. 이어서, 카딩된 섬유를 카드로부터 제거하고, 형성벨트에 의해 운반되는 연속 시트에 방출 시켰다. 이어서, 이 시트를 통기결합법을 이용하여 결합시켰다. 표 2에 제조된 샘플 및 사용된 공정조건을 요약하였다.

샘플 및 공정조건
샘플 #	섬유 #1	섬유 #2	섬유 1:섬유 2의 중량비	오프너 통과 횟수	통기 결합기 온도 (℃)
1	이성분 PLA		100:0	5	168
2	이성분 PLA	셀룰로오스 아세테이트	70:30	5	168
3	이성분 PLA	셀룰로오스 아세테이트	70:30	5	143

샘플 2는 과잉결합으로 인해 단단하고 덩어리가 되었다. 샘플 3은 부드럽고 강한 웹이었으며, 계속해서 평가하였다.

웹 시험

상기 샘플 3으로서 제조된 웹, 이성분 PLA 섬유 단독, 및 현재 사용되고 있는 서지물질의 물리적 성질을 표 3에 나타내었다. 현재 사용되고 있는 서지물질은 킴벌리 클라크 코포레이션(Kimberly-Clark Corporation)에서 제조한, 폴리에스테르 스테이플 섬유 및 60:40의 쉬드/코어 이성분 섬유로 구성되고 기초중량이 2.5 osy인 본디드 카디드 웹이었다. 쉬드는 폴리에틸렌이고, 코어는 폴리프로필렌이었다.

물리적 성질
성질	현재 사용되고 있는 서지물질	100 % 이성분 PLA	시료 #3
기초중량 (gsm)	87.45	103	88.16
공극부피 (㎤/g)	26.04	14.30	31.62
투과도(㎛2)	2078	402.3	1231
벌크 회복률(%)	88.9	98.5	97.6
웹 접촉각 (도)	76	85	74
비부하 수평포화용량 (그램)	30.17	----	30.41
수직 위킹 (㎝)	0.5	----	0.94
플로우백 (그램)	16.1	----	13.1

샘플 3의 웹의 적당한 투과도 및 높은 공극부피는 개선된 유체 운반 성질을 제공하였다. 이것은 대조구에 비해 수직 위킹이 증가한 것에 의해 입증되었다. 샘플 3의 웹은 현재 사용되고 있는 서지물질과 매우 유사한 접촉각을 가졌다. 샘플 3의 경우에서 작은 접촉각은 웹을 구성하는 섬유의 고유 성질 때문인 것에 반해, 현재 사용되고 있는 서지물질은 접촉각 76°을 성취하기 위해 계면활성제 처리를 필요로 한다는 것을 주목하여야 한다. 현재 사용되고 있는 서지물질의 수직 위킹은 불과 0.5 ㎝에 지나지 않지만, 샘플 3은 거의 1 ㎝의 수직 위킹을 나타내었다. 웹 접촉각이 매우 유사하기 때문에, 이러한 위킹 차이는 본 발명의 서지물질의 독특한 물리적 구조 때문일 수 있다. 수직 위킹 시험은 샘플3의 웹의 유체 운반 성질이 개선되었음을 나타내었다.

샘플 3은 대조구와 동등한 비부하 포화용량을 가진다는 것을 알았다. 이것은 작용 압력이 없는 상태에서 부직포가 보유할 수 있는 유체 양이다.

플로우백에 있어서, 샘플 3은 현재 사용되고 있는 서지물질보다 더 낮은 플 로우백 값을 가진다는 것을 알았다. 이것은 유아용 기저귀와 같은 개인위생용품에서는 인체와 접촉하는 유체 양을 최소화하는 것이 바람직하기 때문에 중요한 것이다. 서지층은 정상 착용시 압력이 가해질 수 있고, 유체 플로우백은 바람직하지 않다.

상기 설명은 제한하는 것이 아니라 예시하기 위한 것으로 의도된다. 상기 설명을 읽어볼 때 당업계 숙련자에게는 많은 실시태양이 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명과 관련해서 결정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위 및 이러한 특허청구범위 권리 내의 모든 범위의 균등물과 관련해서 결정되는 것이다. 특허, 특허출원 및 출판물을 포함하여 본원 명세서에 기재된 모든 논문 및 문헌의 기재 내용은 본원에 참고로 포함된다.

Claims (16)

1. 생분해성 제1 결합제 섬유 및 생분해성 열가소성 제2 섬유를 포함하고,

   상기 제1 섬유는 70℃의 온도에서 제1 섬유의 최초 길이와 최종 길이의 차의 10% 미만인 수축 양을 나타내고,

   상기 열가소성 제2 섬유는 제1 섬유의 용융온도보다 20 ℃ 이상 높은 용융온도를 갖는 것인,

   500 내지 1500 ㎛²의 범위인 투과도 및 25 ㎤/g보다 큰 공극부피를 갖는 부직웹.
2. 제1항에 있어서, 제1 섬유가 폴리(락트산)(PLA)을 포함하는 다성분 섬유인 부직웹.
3. 제2항에 있어서, 다성분 섬유가 표면 성분 및 비표면 성분을 포함하고, 표면 성분이 비표면 성분의 용융온도보다 10 ℃ 이상 낮은 용융온도를 갖는 것인 부직웹.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 표면 성분이 L,D-폴리락티드(LD-PLA), 또는 폴리락티드-카프로락톤 코폴리머를 포함하는 것인 부직웹.
6. 제3항에 있어서, 상기 표면 성분 및 비표면 성분 각각이 폴리(락트산)을 포함하고, 상기 각각의 성분 중의 상기 폴리(락트산)은 락트산(L 거울상이성질체) 대 락티드(D 거울상이성질체)의 L:D 비로 정의되고, 상기 표면 성분이 비표면 성분보다 더 낮은 L:D 비를 갖는 것인 부직웹.
7. 제2항에 있어서, 제1 섬유가 이성분 쉬드/코어 섬유인 부직웹.
8. 제7항에 있어서, 쉬드가 95:5 L:D 폴리락티드, 또는 폴리락티드-카프로락톤 코폴리머이고, 코어가 100% L-폴리락티드인 부직웹.
9. 제1항에 있어서, 제1 섬유가 70 ℃ 온도에서 5% 미만의 수축 양을 나타내는 것인 부직웹.
10. 제1항에 있어서, 제2 섬유가 저급 알킬 셀룰로오스 에스테르, 전분, 폴리비닐 알콜(PVA), 키토산 및 PHBV(폴리베타히드록시 부티레이트 및 베타히드록시발레레이트의 코폴리머)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 부직웹.
11. 제10항에 있어서, 저급 알킬 셀룰로오스 에스테르가 셀룰로오스 아세테이트인 부직웹.
12. 제1항에 있어서, 추가로 80°미만의 접촉각을 가지고, 접촉각이 섬유의 고유 성질 때문인 것인 부직웹.
13. 제1항에 있어서, 40% 내지 95%의 제1 섬유 및 60% 내지 5%의 제2 섬유를 포함하는 부직웹.
14. 제1항에 있어서, 통기결합을 이용하여 본디드 카디드 웹 방법에 의해 제조된 부직웹.
15. 제1항의 부직웹으로부터 제조된 서지층을 포함하는 흡수용품.
16. 제15항에 있어서, 액체투과성 상면시트, 액체투과성 상면시트에 부착된 배면시트, 액체투과성 상면시트와 배면시트 사이에 놓인 흡수구조체를 포함하고, 서지층이 상면시트와 흡수구조체 사이에 놓인 흡수용품.