KR101569537B1 - 차단 특성이 개선된 대전방지성 통기성 부직 적층체 - Google Patents

차단 특성이 개선된 대전방지성 통기성 부직 적층체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대체로 대전방지성과 알코올 반발성이 개선된 부직 웹 또는 적층체, 및 이들의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, 대전방지제와 열가소성 중합체의 열가소성 혼합물로부터 부직 웹을 형성하는 것을 포함한다. 상기 부직 웹의 표면에 고에너지 처리를 실시한다. 이어서, 단량체 부착 공정을 사용하여 상기 스펀본드 웹의 표면에 플루오르화제를 그라프트시킨다. 상기 단량체 부착 공정은 일반적으로 진공 챔버에서 액상 플루오르화제를 증발시킨 후에, 플루오르화제 기체를 상기 스펀본드 웹의 표면 상에 부착시킨 다음, 상기 표면을 방사선에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.

Description

차단 특성이 개선된 대전방지성 통기성 부직 적층체{ANTISTATIC BREATHABLE NONWOVEN LAMINATE HAVING IMPROVED BARRIER PROPERTIES}
부직 적층체는 광범위한 용도에, 예컨대 와이퍼, 타월, 공업용 의류, 의료용 의류, 의료용 드레이프, 멸균랩 등에 유용하다. 그러나, 주어진 용도에 대하여 모든 바람직한 속성을 갖춘 부직포를 제조하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 결과적으로, 바람직한 특성을 부여하기 위해서 다양한 수단에 의해 부직포를 처리할 필요가 있는 경우가 많다. 예를 들면, 몇 가지 용도에서, 물과 오일의 침투에 대한 차단 특성이 대전방지성과 함께 요구되기도 한다.
불행히도, 차단성을 위한 처리와 대전방지성을 위한 처리가 일반적으로 서로에 대하여 해가 된다. 예를 들면, 부직포상의 대전방지제의 존재는 정수두 테스트(hydrostatic head testing)에 의해 측정하였을 때 완성된 웹(web)의 액체 차단 특성에 나쁜 영향을 미친다. 본 발명자들의 판단에 의하면, 현재 입수 가능한 통상의 대전 방지제의 친수성이 부직포의 차단 특성을 열화시킨다고 할 수 있다.
따라서, 직물의 액체 반발 특성에 나쁜 영향을 미치지 않는 대전방지제로, 또는 역으로 직물의 대전방지 특성에 나쁜 영향을 미치지 않는 액체 반발제로 부직포를 처리하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 소수성과 통기성 사이에서 우수한 평형을 나타냄으로써 기재 부직포의 통기성과 대전방지성에 유해한 영향을 미치는 일 없이 기재 부직포의 소수성을 일층 증가시킬 수 있는 기재 부직물에 대한 필요성도 존재한다.
본 발명의 한 실시양태는 전반적으로 부직웹의 대전방지성과 통기성에 악영향을 미치는 일 없이 부직웹의 알코올 반발성을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 대전방지제와 열가소성 중합체를 배합하여 열가소성 혼합물을 형성하는 것을 포함한다. 상기 대전방지제는 용융유속이 높은 담체 수지(예: 용융유속이 약 10g/10분 초과, 예컨대 약 30g/10분 초과), 예를 들면 폴리프로필렌 단독중합체로 제공될 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 이와 같이 용융유속이 높은 담체 수지로는 메탈로센 촉매를 사용한 폴리프로필렌 단독중합체를 들 수 있다. 또한, 점도 조절용 중합체를 상기 대전방지제 및 상기 열가소성 중합체와 배합하여 열가소성 혼합물을 형성할 수 있다. 상기 점도 조절용 중합체로는 폴리부텐 에틸렌 공중합체를 들 수 있으며, 유리된 유기 퍼옥사이드 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 열가소성 혼합물로부터 연속 필라멘트의 스펀본드(spunbond) 웹을 형성한다. 한 구체적인 실시양태에서, 스펀본드 웹을 하나 이상의 다른 부직웹(예: 멜트블로운(meltblown) 웹)에 적층시킨다. 상기 스펀본드 웹의 표면에 고에너지 처리(예: 플라즈마 처리, 코로나 처리 등)을 실시한다. 이어서, 플루오르화제(예: 플루오로아크릴레이트 단량체)를 진공 챔버에서 고에너지 공정, 예컨대 단량체 부착 공정을 이용하여 상기 스펀본드 웹의 표면에 그라프트(graft)시킨다. 상기 단량체 부착 공정은 일반적으로, 액상 플루오르화제를 진공 챔버에서 증발시킨 후에, 플루오르화제 기체를 스펀본드 웹의 표면 상에 부착시킨 다음, 상기 표면을 방사선원(예: 전자빔 방사선, 감마선, 자외선 등)에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 본 발명은 우수한 대전방지성과 우수한 알코올 반발성을 갖는 스펀본드 웹에 관한 것이다. 상기 스펀본드 웹을 다른 웹에 적층시켜서 부직 적층체(예: SM, SMS, SMMS 등)를 형성할 수 있다. 상기 스펀본드 웹은 열가소성 중합체 물질의 연속 섬유 및 일체화된 대전방지제로 이루어진다. 플루오르화제를 상기 연속 섬유에 그라프트시킨다. 상기 스펀본드 웹의 알코올 반발성은 70%를 초과하고, 표면 저항률은 약 1010 Ω/square 미만이며, 정수두 값은 30 mbar를 초과하고, 50% 정전기 소멸 테스트를 통과한다.
이하에서는 본 발명의 다른 특징들과 양상들을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 최선의 실시양태를 비롯한 본 발명의 전체적인 내용을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 부직 적층체를 제조하기 위한 본 발명의 한 실시양태에 사용될 수 있는 방법의 개요도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호를 반복 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 구성 요소를 나타내고자 하는 의도이다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시양태들에 대하여 상세히 설명하고자 하며, 이중 하나 이상의 실시예를 게재하였다. 각 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다. 사실상, 당업자라면 본 발명의 보호범위나 기술사상을 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 개조예 및 변형예들을 실시할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들면, 한 실시양태의 부분으로서 설명 또는 기재된 특징들을 다른 한 실시양태에 사용하여 또 다른 실시양태를 창출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그와 대등한 범위 내에 포함되는 이와 같은 개조예 및 변형예들도 모두 포함하는 것으로 파악하여야 한다.
용어의 정의
본 명세서에서, "섬유"라는 용어는 중합체를 다이와 같은 성형 오리피스를 통해 통과시킴으로써 제조된 가늘고 긴 압출물을 언급한 것이다. 특별한 언급이 없는 한, "섬유"라는 용어는 유한한 길이 및 실질적으로 연속적인 필라멘트를 갖는 불연속 섬유들도 포함한다. 실질적으로 필라멘트는 예컨대 그 직경보다 훨씬 더 큰 길이를 가질 수 있으며, 예를 들자면 길이 대 직경 비율(종횡비)가 약 15,000 대 1보다 더 크고, 경우에 따라서는, 약 50,000 대 1보다 더 크다.
본 명세서에서, "단일성분(monocomponent)"이란 용어는 한 중합체로 형성된 섬유를 언급한 것이다. 물론, 착색, 대전방지성, 윤활성, 친수성, 액체 반발성 등을 위해서 첨가제가 첨가된 섬유들을 제외하는 것은 아니다.
본 명세서에서, "다성분(multicomponent)"이란 용어는 별개의 압출기들로부터 압출된 2종 이상의 중합체(예: 2성분 섬유)로부터 제조된 섬유를 언급한 것이다. 중합체는 섬유의 횡단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 배치된 불연속 영역들에 배치된다. 상기 성분들은 어떠한 바람직한 형상으로도 배열될 수 있으며, 예컨대 시드-코어(sheath-core), 사이드바이사이드(side-by-side), 파이, 해중도(island-in-the-sea) 등과 같은 형상으로 배열될 수 있다. 다성분 섬유를 제조하는 여러 가지 방법이 타니구치(Taniguchi) 등의 미국 특허 제 4,789,592호 및 스트랙(Strack) 등의 미국 특허 제 5,336,552호, 가네코(Kaneko) 등의 미국 특허 제 5,108,820호, 크뤠지(Kruege) 등의 미국 특허 제 4,795,668호, 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제 5,382,400호, 스트랙 등의 미국 특허 제 5,336,552호 및 마몽(Marmon) 등의 미국 특허 제 6,200,669호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허들은 여러 가지 목적으로 본 명세서에 참고 인용하였다. 다양한 불규칙 형상을 갖는 다성분 섬유도 예를 들면 호글(Hogle) 등의 미국 특허 제 5,277,976호, 힐스(Hills)의 미국 특허 제 5,162,074호, 힐스의 미국 특허 제 5,466,410호, 라그맨(Largman) 등의 미국 특허 제 5,069,970호, 및 라그맨 등의 미국 특허 제 5,057,368호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허들은 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에서, "다요소(multiconstituent)"란 용어는 동일한 압출기로부터 압출된 2종 이상의 중합체(예: 2요소 섬유)로부터 제조된 섬유를 언급한 것이다. 상기 중합체는 섬유들의 횡단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 배치된 불연속 영역에 배열되지 않는다. 여러 가지 다요소 섬유들이 게스너(Gessner)의 미국 특허 제 5,108,827호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허는 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에서 사용한 "부직웹"이란 용어는 편직물과 같이 식별가능한 방식이 아니라 무작위적으로 삽입된 개별적인 섬유들의 구조를 갖는 웹을 가리킨다. 부직웹의 예로서는, 멜트블로운 웹, 스펀본드 웹, 카디드 웹(carded web), 웨트레이드(wet-laid) 웹, 에어레이드(airlaid) 웹, 코폼(coform) 웹, 수력 엉킴(hydraulically entangled) 웹 등을 들 수 있다. 부직웹의 기본 중량은 일반적으로 달라질 수 있지만, 전형적으로 5 그램/제곱미터(gsm) 내지 200 gsm이고, 일부의 실시양태에서는 약 10 gsm 내지 약 150 gsm, 일부의 실시양태에서는 약 15 gsm 내지 약 100 gsm이다.
본 명세서에서, "멜트블로운" 웹 또는 층이란 용어는 일반적으로 용융된 열가소성 물질을 여러 개의 미세하고 대개는 원형인 다이 모세관을 통해서 용융된 섬유 형태로, 용융된 플라스틱 물질을 가늘게 하여 그 직경을 감소시키는 (극세사 직경까지 감소시킬 수 있음) 수렴용 고속 기체(예: 공기) 스트림 내로 압출시키는 방법에 의해서 제조된 부직웹을 가리킨다. 이어서, 멜트블로운 섬유를 고속 기체 스트림에 의해 운반하고 수집 표면 상에 부착시켜서 무작위 분산된 멜트블로운 섬유 웹을 형성한다. 이와 같은 방법이 예컨대 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호, 마이트너(Meitner) 등의 미국 특허 제 4,307,143호; 및 비스네스키(Wisneski) 등의 미국 특허 제 4,707,398호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허들은 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 멜트블로운 섬유는 실질적으로 연속적이거나 불연속적이며, 수집 표면 상에 부착될 때 일반적으로 점착성이 있다.
본 명세서에 사용한, "스펀본드" 웹 또는 층이란 용어는 직경이 작고 실질적으로 연속적인 필라멘트를 함유하는 부직 웹을 언급한 것이다. 상기 필라멘트는 여러 개의 미세하고 대개는 원형인, 방사구금의 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 압출킴으로써 제조되고, 이어서 압출된 필라멘트의 직경을 예컨대 추출 인발(eductive drawing) 및/또는 기타 잘 알려진 스펀본딩 메카니즘에 의해서 신속하게 감소시킨다. 스펀본드 웹의 제조 방법이 예를 들면 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제 4,340,563호, 도쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제 3,692,618호, 마츠키(Matsuki) 등의 미국 특허 제 3,802,817호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제 3,338,992호, 키니의 미국 특허 제 3,341,394호, 하트맨(Hartman)의 미국 특허 제 3,502,763호, 레비(Levy)의 미국 특허 제 3,502,538호, 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제 3,542,615호, 및 파이크 등의 미국 특허 제 5,382,400호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허들은 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 스펀본드 필라멘트는 일반적으로 수집 표면 상에 부착될 때 점착성이 없다. 스펀본드 필라멘트는 때때로 약 40 마이크로미터 미만의 직경을 가질 수 있으며, 약 5 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 범위 내의 직경을 갖는 경우가 많다.
테스트 방법
정수두: 직물의 액체 차단성의 척도는 정수두 테스트이다. 정수두 테스트는 정해진 양의 액체가 통과하기 이전에 직물이 지탱할 수 있는 물의 높이(센티미터 단위)를 측정한다. 직물의 정수두 판독치가 높을수록 정수두 수치가 낮은 직물보다 액체 침투에 대한 차단성이 더 우수하다는 것을 시사한다. 정수두 테스트는 연방 테스트 표준 191A, 방법 5514에 따라 수행한다.
상기 테스트를 표준 합성 섬유 윈도우 스크린 재료의 스크린 지지체를 포함하도록 변형시킨다. 스파탠버그, S.C.에 소재하는 슈미드 코오포레이션(Schmid Corporation)에서 시판하는 텍스테스트(Textest) FX-300 정수두 테스트 장치의 테스트 헤드에 정제수를 채운다. 정제수를 65℉ 내지 85℉(약 18.3℃ 내지 29.4℃)의 온도로 유지시키며, 이 온도는 테스트를 수행한 표준 대기 조건(약 73℉(약 23℃)) 및 약 50% 상대 습도) 범위 내이다. 테스트 재료의 8 인치 X 8 인치(약 20.3 cm X 20.3 cm) 정사각형 샘플을 테스트 헤드 저장기가 완전히 덮이도록 배치한다. 샘플에 표준 수압을 부하하고, 샘플 재료의 외부 표면상에서 누출이 관찰될 때까지 수압을 일정한 속도로 증가시킨다. 상기 샘플의 별개의 세 영역에서 누출의 최초 징후가 나타날 때 정역학적 내압력성을 측정한다. 이 테스트를 각 샘플 재료의 40개 표본에 대하여 반복한다. 각 표본에 대한 정역학적 내압력성 결과를 평균하여 밀리바아 단위로 기록한다. 여기서도, 보다 높은 수치는 물의 침투에 대해 내성이 더욱 크므로 차단 용도에 바람직하다는 것을 나타낸다.
알코올: 알코올 반발성 테스트는 알코올/물 용액과 같은 저표면장력 액체에 의한 침투에 대한 부직물의 내성을 측정하고자 고안된 것이다. 알코올 반발성을 다음과 같은 테스트 절차에 따라 테스트한다. 이 테스트에서, 저표면에너지 유체에 의한 침투에 대한 직물의 내성은, 정해진 부피%의 이소프로필 알코올(IPA) 용액 0.1 ml를 몇 가지 상이한 위치에서 직물의 표면 상에 배치하고 표본을 교란되지 않은 상태로 5분동안 방치해둠으로써 측정된다. 이 테스트에서, 10% 증분으로 60 부피%부터 100 부피%의 범위에 이르는 일련의 희석된 이소프로필 알코올 및 증류수 용액 0.1 ml을 평면 상에 배치된 직물 샘플위에 놓는다. 5분 경과 후에, 표면을 시각적으로 조사하고 직물 샘플에 의해 보호 유지되는 최고 농도를 파악한다. 예를 들면 최소값이 70% IPA 용액인 경우는, 다시 말해서 70% IPA 용액은 직물에 의해 보호 유지되지만, 80% 용액은 직물을 통해서 아래놓인 표면으로 투과되는 것이다. 등급 규모는 0 내지 5의 범위이고, 여기서 0은 IPA 용액이 직물을 습윤시키는 것을 가리키고, 5는 최대 반발성을 가리킨다. 특별한 언급이 없는 한, 보고된 알코올(IPA) 반발성 백분율은 테스트한 직물의 모든 지점에서 규모상 5등급을 여전히 유지하면서 물에 첨가될 수 있는 IPA의 최대 부피%를 가리킨다. 이러한 절차는 INDA 표준 테스트 번호 IST 80.9-74(R-82)로부터 변형된 것이다.
공기 투과성은 절차 번호 STM 3801을 사용해서 측정한다. 단위는 세제곱 피트/분/제곱 피트(cfm)이다. 이 과정에서, 프라지에(Frazier) 공기 투과성 테스트 장치를 사용해서 다공성을 측정한다. 다공성 결과는 표본 크기가 8 인치 X 8 인치인 것을 제외하고는, [Frazier Porosity tests, ASTM Standard D737 "Air Permeability of Textile Fabrics"] 및 방법 5450 연방 테스트 방법 표준 번호 191A에 의해 얻었다.
표면 저항률: 다음은 본 발명에 의해 사용된 표면 저항률 테스트 방법을 설명한 것이다. EN 1149-1:2004 및 ASTM D257-93에 따라서 실온(즉, 23±2℃)에서 25%(±5%)의 상대 습도로 100 V(±5 V)의 부하 전압하에 정압법에 의해서 측정을 수행하였으며, 15초 후에 판독을 수행하였다.
정전기 소멸: 다음은 본 발명에 사용된 정적 또는 정전기 소멸 테스트 방법을 설명한 것이다. 이 방법은 본 명세서에 참고 인용한 미국 특허 제 6,562,777호의 컬럼 10, 1행 내지 16행에도 보고되어 있다. 이 테스트는 물질의 표면으로부터 전하를 소산시키는데 필요한 시간을 측정함으로써 그 물질의 대전방지성을 측정한다. 예외적으로, 구체적으로 언급된 바와 같이, 이 테스트는 INDA 표준 테스트 방법:IST 40.2(95)에 따라서 수행한다. 일반적으로 설명하자면, 3.5 인치 X 6.5 인치 표본에 대해 존재하는 모든 전하를 제거하는 것을 비롯한 상태 조정을 한다. 이어서, 표본을 정전기 소멸 테스트 장치에 넣고 5000 볼트로 하전시킨다. 일단 표본이 전하를 수용한 다음에는, 하전 전압을 제거하고, 전극을 접지한다. 샘플이 예정된 양의 전하(예; 50% 또는 90%)를 잃는데 소요되는 시간을 기록한다. 본 명세서에 언급된 샘플에 대한 정전기 소멸 시간은 펜실베이니아주 글렌사이드 소재의 일렉트로테크 시스템즈 인코오포레이티드(Electro-Tech Systems, Inc.)에서 시판하는 검정된 정전기 소멸 측정기 모델 번호 SDM 406C 및 406D를 사용해서 테스트하였다.
상세한 설명
전반적으로, 본 발명은 적층체의 알코올 및 오일 차단 특성에 악영향을 미치는 일 없이 개선된 대전방지성을 나타내는 부직 적층체에 관한 것이다. 예를 들면, 본 발명에 의하면, 부직 적층체는 웹에 대전방지제가 존재하든지 존재하지 않든지 알코올과 오일 둘다에 대하여 동일하거나 실질적으로 유사한 차단 특성을 가질 수 있다. 이와 같이, 본 발명자들은 예기치 않게 알코올과 오일에 대한 차단 특성에 악영향을 미치는 일 없이 부직 적층체에 대전방지제를 첨가하는 방법을 발견하였다. 또한, 상기 부직 적층체는 알코올과 오일에 대한 바람직한 차단 특성을 유지함과 동시에 바람직한 통기성을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 부직 적층체의 스펀본드 층(또는 층들)의 섬유 내로 대전방지 처리제를 일체로 혼입시킬 수 있다. 예를 들면, 대전방지 처리제를 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용된 열가소성 물질 내로 혼합할 수 있다. 상기 대전방지 처리제는 담체 수지에 제공된 1종 이상의 대전방지제를 포함한다. 물론, 다른 성분들을 필요에 따라서 대전방지 처리제 내에 포함시킬 수 있다.
상기 대전방지제는 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용된 열가소성 물질에 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로, 예컨대 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 예를 들면 상기 대전방지제는 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용된 열가소성 물질에 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
대전방지 처리 첨가제 내에 포함된 대전방지제는 스펀본드 층의 제조시 연속 필라멘트의 형성을 견딜 수 있는 것인 한 어떠한 대전방지제라도 가능하다. 본 명세서에서, "대전방지제"란 용어는 섬유의 표면으로부터 정전하를 소멸시키는데 도움을 주는 물질 또는 2종 이상의 물질의 혼합물을 가리킨다. 따라서, 대전방지제는 섬유의 전기전도도를 증가시키며, 결과적으로 형성되는 부직웹의 전기전도도를 증가시킨다. 몇가지 통상적인 대전방지제가 쿠니(Cooney)의 미국 특허 제 3,898,166호, 헐트맨(Hultman) 등의 미국 특허 제 4,115,605호, 및 헤이븐스(Havens)의 미국 특허 제 5,001,015호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허들은 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
적당한 대전방지제로서는, 유기 포스페이트 에스테르, 무기 염류(예: 질산리튬) 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 대전방지제는 알킬 포스페이트 에스테르이다. 시판되는 적당한 알킬 포스페이트 에스테르의 예로서는, 스테판 케미칼(Stepan Chemical)에서 시판하는 "젤렉(ZELEC) KC"(일치환 및 이치환된 칼륨 n-부틸 포스페이트); 스테판 케미칼에서 시판하는 "알칸올(ALKANOL) MP"(일치환 및 이치환된 칼륨 n-프로필 포스페이트); 쉴 앤 세일레이커(Schill & Seilacher)에서 시판하는 "폴리픽스(POLYFIX) N"(일치환 및 이치환된 칼륨 i-부틸 포스페이트); 매뉴팩츄어러스 케미칼(Manufacturers Chemical)에서 시판하는 "콰드라스태트(QUADRASTAT) PBK"(일치환 및 이치환된 칼륨 n-부틸 포스페이트); 및 매뉴팩츄어러스 케미칼에서 시판하는 "콰드라스태트 1662"(일치환 및 이치환된 칼륨 i-부틸 포스페이트)를 들 수 있다. 다른 적당한 대전방지제들도 사용할 수 있으며, 그 예로는 4급 아민, 무기 염(예: 칼륨 폴리메타포스페이트, 염화나트륨 등), 폴리에틸렌 글리콜 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
한 구체적인 실시양태에서, 상기 대전방지제는 알킬 설포네이트의 염일 수 있다. 예를 들면, 상기 염은 알칼리 금속의 염(예: 나트륨염, 칼륨염 등), 알칼리토금속의 염(예: 마그네슘 이온, 칼슘 이온), 및 전이금속 이온(예: 아연 이온) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 알킬 사슬의 길이는 다양할 수 있으며, 예컨대 라우릴 사슬일 수 있다. 특히 적합한 한 대전방지제가 PCC 케맥스 인코오포레이티드(Chemax, Inc.)(사우스캐롤라이나주 그린빌)에서 상표명 켐스태트(Chemstat) PS101로 시판되고 있으며, 이러한 대전방지제를 제품 코드 SCC로서 담체 수지중의 형태로, 즉, SCC 06SAM0988(델라웨어주 윌밍턴, 바셀 폴리올레핀즈 컴퍼니(Basell Polyolefins Company)에서 시판하는 발텍(Valtec) HH441 중의 20% 켐스태트 PS101) 또는 07SAM0192(엑손(Exxon) 3155 중의 20% 켐스태트 PS101)로 입수할 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 대전방지제는 고용융유속 담체 수지 중에 제공될 수 있다. 상기 고용융유속 담체 수지는 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용되는 열가소성 물질 내로 대전방지제를 혼합하는데 도움을 주도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 고용융유속 중합체는 약 150℃를 초과하는, 특히 약 155℃를 초과하는 융점을 가질 수 있다. 또한, 스펀본드 필라멘트, 특히 용융 방사 작업에서 연속 필라멘트의 형성을 도모하기 위해서, 상기 고용융유속 중합체는 약 30 g/10분을 넘는 용융유속, 예컨대 약 30 g/10분 내지 약 50 g/10분, 특히 약 33 g/10분 내지 약 39 g/10분의 용융유속을 가질 수 있다. 상기 대전방지 담체 수지는 고용융유속 중합체(400 MFR 범위)일 수 있는 반면에, 상기 주요 중합체 용융유속은 10 MFR 내지 35 MFR 범위일 수 있다. 또한, 상기 주요 중합체는 Z-N 또는 메탈로센 촉매를 사용한 것일 수 있으며, 저 MFR 중합체는 물리적 특성, 예컨대 인장성, 파열 및 인열 내성면에서 탁월한 향상을 제공한다.
한 실시양태에서, 상기 고용융유속 담체 수지는 폴리프로필렌의 단독중합체를 함유한다. 담체 수지에 함유된 폴리프로필렌은 지글러-나타 촉매를 사용한 중합체이거나, 별법으로 메탈로센 촉매를 사용한 중합체일 수 있다. 메탈로센 촉매를 사용한 중합체는 분자량 분포가 비교적 좁은 중합체를 제조할 가능성을 제공하는 것을 비롯한 다양한 장점을 제공한다. 한 실시양태에서, 상기 담체 수지 중합체는 엑손 코오포레이션에서 시판하는 제품 번호 3155 또는 3854일 수 있으며, 이 중합체는 용융유속이 25 g/10분 내지 39 g/10분인 폴리프로필렌 중합체인 것으로 판단된다. 또 다른 적당한 고용융유속 담체 수지는 상표명 프로팩스(ProFax) PH835(델라웨어주 윌밍턴, 바셀 폴리올레핀즈 컴퍼니)로 시판되는 폴리프로필렌 수지이며, 이 수지의 용융유속은 35 g/10분이다. 바람직한 실시양태에서, MFR이 12 내지 15g/10분인 메탈로센 등급, 예를 들면 바셀 코오포레이션(Basell Corporation)에서 메탈로센 등급 37-1로 시판하는 것을 사용할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 상기 담체 수지는 초고용융유속 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 초고용융유속 중합체는 약 200 g/10분을 초과하는 용융유속, 예를 들면 약 300 g/10분 내지 약 500 g/10분, 특히 약 350 g/10분 내지 약 450 g/10분의 용융유속을 가질 수 있다. 초고용융유속 담체 수지의 적당한 일례는 상표명 발텍 HH441로 시판되는 것이 있으며(델라웨어주 윌밍턴, 바셀 폴리올레핀즈 컴퍼니), 이 수지는 약 400 g/10분의 용융유속을 갖는다.
대전방지제를 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용되는 열가소성 물질에 첨가하기 전에 고용융유속 담체 수지와 혼합하거나 배합할 수 있다. 예를 들면, 대전방지제는 약 50 중량% 이하, 예를 들면 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 담체 수지에 첨가할 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 대전방지제가 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 예컨대 약 15 중량% 내지 약 25 중량%로 존재하도록 대전방지제와 담체 수지를 혼합할 수 있다. 이어서, 대전방지제와 담체 수지의 혼합물을 스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용되는 열가소성 물질에 혼입시킬 수 있다.
또한, 점도 조절용 중합체를 대전방지 처리제에 포함시킬 수 있다. 상기 점도 조절용 중합체를 포함시켜서 분괴(blooming) 공정을 도울 수 있고, 소정의 정전기 소멸을 달성하는데 필요한 대전방지성 마스터배치의 농도를 감소시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 점도 조절용 중합체는 폴리부텐 에틸렌 공중합체일 수 있다. 특히 적합한 점도 조절용 중합체가 상표명 DP8911M으로 시판되고 있으며(델라웨어주 윌밍턴, 바셀 폴리올레핀즈 컴퍼니), 상기 중합체는 유리된 퍼옥사이드 첨가제를 함유하는 에틸렌 함량이 높은 부텐-1의 랜덤 공중합체인 것으로 파악된다. 폴리부텐-1 등급 DP 8911M내의 유리된 유기 퍼옥사이드의 존재에 의하면, 스펀본드 층을 제조하는데 사용되는 고온 공정에서 용융 점도를 감소시킬 수 있다. 점도 조절용 중합체가 포함될 경우, 이 중합체는 대전방지 처리제에 약 10 중량% 이하의 양으로, 예를 들면 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 점도 조절용 중합체는 대전방지 처리제에 약 1 중량% 내지 약 4 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
스펀본드 층의 연속 필라멘트를 형성하는데 사용되는 열가소성 물질 내부에 대전방지 처리 첨가제를 혼입시킴으로써, 1종 이상의 대전방지제가 형성되는 스펀본드 웹의 연속 필라멘트 내부에 일체로 혼입된다. 이와 같이 하면, 상기 스펀본드 웹이 대전방지 처리 첨가제 없이 형성된 유사한 구성의 웹에 비해서 향상된 대전방지성을 갖는다.
스펀본드 웹을 형성하는데 사용된 열가소성 중합체 물질은 일반적으로 소수성일 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 부직웹의 섬유는 주로 소수성 합성 섬유이다. 예를 들면, 상기 웹의 약 90%를 초과하는 섬유가, 예컨대 약 95%를 초과하는 섬유가 소수성 합성 섬유일 수 있다. 한 실시양태에서, 부직웹의 거의 모든 섬유(즉, 약 98% 초과, 약 99% 초과, 또는 약 100%)가 소수성 합성 섬유이다.
상기 스펀본드 웹은 통상의 방법에 의해서 제조되지만, 경우에 따라서는, 열점 결합, 통기 결합 및 수력엉킴(hydroentangling)과 같은 공지의 수단에 의해서 부직포를 안정화시키는 것이 바람직하거나 필요할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 부직웹은 주로 합성 섬유, 특히 합성 소수성 섬유, 예컨대 폴리올레핀 섬유를 포함할 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 폴리프로필렌 섬유를 사용하여 부직웹을 제조할 수 있다. 상기 폴리프로필렌 섬유는 필라멘트당 약 1.5 내지 2.5의 데니어(denier)를 가질 수 있으며, 상기 부직웹은 1 제곱미터당 약 17 그램(0.5 온스/제곱 야드)의 기본 중량을 가질 수 있다. 또한, 상기 부직포는 2성분 또는 다른 다성분 섬유를 포함할 수 있다. 다성분 부직포의 예가 파이크 등에게 허여된 미국 특허 제 5,382,400호, 미국 특허 공보 번호 제 2003/0118816호(발명의 명칭: "크림프 가공된 필라멘트의 고 로프트(high loft) 저밀도 부직포 및 이의 제조 방법") 및 미국 특허 공보 번호 제 2003/0203162호(발명의 명칭: "표면 형상을 가진 표면상의 부직물 및 표면 형상을 갖는 부직물의 제조 방법")에 개시되어 있으며, 상기 특허 공보들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 시드로 하고 폴리에스테르, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 또는 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)를 코어로 하는 시드/코어 2성분 섬유도 스펀본드 직물을 제조하는데 사용할 수 있다. 폴리에스테르 코어의 주요 역할은 탄성을 제공하여 하중하에/하중을 받은 후에 부피를 유지하거나 회복하는 것이다.
한 구체적인 실시양태에서, 형성된 스펀본드층을 다른 층에 부가하여 부직 적층체를 형성할 수 있다. 예를 들면, 부직 적층체는 멜트블로운 층과 스펀본드 층을 함유한다. 부직 적층체를 제조하는데 사용되는 기법은 일반적으로 목적하는 형상에 좌우된다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 부직 적층체는 2개의 스펀본드 층들 사이에 배치된 멜트블로운 층을 함유하여 스펀본드/멜트블로운/스펀본드(SMS) 적층체를 형성한다. SMS 적층체를 제조하기 위한 다양한 기법들이 브록(Brock) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,041,203호; 티몬스(Timmons) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,213,881호; 티몬스 등에게 허여된 미국 특허 제 5,464,688호; 본즈슬래거(Bornslaeger)에게 허여된 미국 특허 제 4,374,888호; 콜리어(Collier) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,169,706호; 및 브록 등에게 허여된 미국 특허 제 4,766,029호, 및 피팅(Fitting) 등의 미국 특허 출원 공보 번호 제 2004/0002273호에 개시되어 있으며, 이들 특허 공보는 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 물론, 부직 적층체는 다른 형상을 가질 수도 있고 멜트블로운 층과 스펀본드 층을 어떤 필요한 수로도 가질 수 있으며, 예컨대 스펀본드/멜트블로운/멜트블로운/스펀본드 적층체(SMMS), 스펀본드/멜트블로운 적층체(SM) 등이 될 수 있다.
도 1을 참조하면, 스펀본드 층들((28) 및 (36)) 사이에 배치된 멜트블로운 층(32)을 갖는 SMS 적층체(12)의 일례를 제조하기 위한 성형 기계(10)의 한 실시양태가 도시되어 있다. 상기 성형 기계(10)는 로울러(16)과 로울러(18) 주위에 감긴 엔드리스 다공성 표면(14)(예: 벨트)를 포함하며, 상기 표면(14)는 화살표로 나타낸 방향으로 구동된다. 이러한 실시양태에서, 도시된 성형 기계(10)는 제 1 스펀본드 지점(20), 멜트블로운 지점(22) 및 제 2 스펀본드 지점(24)을 사용한다. 다른 예로서, 하나 이상의 적층체 층들을 별도로 형성하고 압연한 다음에 적층체(12)로 전환시킬 수도 있다.
상기 스펀본드 지점(20) 및 스펀본드 지점(24)은 각각 하나 이상의 통상적인 압출기를 이용할 수 있다. 압출 온도는 일반적으로 사용된 중합체의 유형에 좌우되어 달라질 수 있다. 대전방지 처리 첨가제를 포함하는 용융된 열가소성 물질을 압출기로부터 각각의 중합체 도관을 통해 방사구금(도시 생략)으로 공급한다. 방사구금은 당업자에게 잘 알려져 있다. 방사구금으로부터 연장하는 필라멘트의 커튼에 인접하게 급냉 송풍기(도시 생략)를 배치할 수 있다. 상기 급냉 공기 송풍기로부터 나온 공기는 방사구금으로부터 연장하는 필라멘트를 급냉시킨다. 상기 급냉 공기는 필라멘트 커튼의 한 측면으로부터 또는 필라멘트 커튼의 양 측면으로부터 공급될 수 있다. 이와 같은 방법은 일반적으로 압출된 중합체의 온도를 비교적 짧은 시간 단위(초)에 걸쳐서 약 100℃ 이상 감소시킨다. 이와 같이 하면 일반적으로 냉각시 필요한 온도 변화가 바람직하게는 150℃ 미만이 되도록, 일부의 경우에는 100℃ 미만이 되도록 감소될 것이다. 또한, 비교적 낮은 압출기 온도를 사용함으로써 보다 낮은 급냉 온도를 이용할 수 있다. 예를 들면, 급냉 송풍기는 약 20℃ 내지 약 100℃, 일부의 실시양태에서는 약 25℃ 내지 약 60℃의 온도에서 작동하는 하나 이상의 영역을 사용할 수 있다.
급냉한 후에, 섬유 인출 유닛을 통해서 가열기 또는 송풍기로부터 공기와 같은 기체의 흐름에 의해 상기 섬유 인출 유닛의 수직 통로 내로 필라멘트를 인출한다. 이러한 기체의 흐름은 필라멘트를 인출 또는 가늘게 하여 필라멘트를 형성하는 중합체의 분자 배향 또는 결정도를 증가시킨다. 중합체를 용융 방적하는데 사용되는 섬유 인출 유닛 또는 흡인기가 당분야에 잘 알려져 있다. 본 발명의 방법에 사용하는데 적합한 섬유 인출 유닛으로는 그 전체가 모든 관련된 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제 3,802,817호 및 제 3,423,255호에 제시된 유형의 선형 섬유 흡인기를 들 수 있다. 이어서, 필라멘트를 섬유 인출 유닛의 배출구를 통해 다공성 표면(14)상에 부착시켜서 스펀본드 층(28)을 형성한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 멜트블로운 지점(22)은 단일의 다이 선단을 포함하지만, 다른 멜트블로운 다이 선단도 사용할 수 있음은 물론이다. 중합체가 다이로부터 배출될 때, 고압 유체(예: 가열된 공기)가 중합체 스트림을 극세사(30)로 가늘게 하고 전개시킨다. 상기 극세사(30)는 스펀본드 층(28)상에 무작위로 부착되어 멜트블로운 층(32)을 형성한다. 상기 다이 선단과 다공성 표면(14) 사이의 거리는 일반적으로 섬유 부착의 균일도를 향상시키기 위해서 작게 되어 있다. 예를 들면, 상기 거리는 약 1 센티미터 내지 약 6 센티미터이다. 멜트블로운 층(32)을 부착한 후에, 스펀본드 지점(24)은 스펀본드 필라멘트(34)를 전술한 바와 같이 멜트블로운 층(32)상에 부착하여 스펀본드 층(36)을 생성한다.
일단 부직 적층체를 제조한 다음에는, 부직 적층체를 통상의 기법을 사용해서, 예를 들면 접착제를 사용하거나 자생적으로(예: 외부 적용된 접착제를 사용하지 않는 섬유의 융합 및/또는 자가접착) 결합시킨다. 자생적인 결합은 예를 들면 섬유가 반용융 상태 또는 점착성 상태로 존재하는 동안 섬유의 접촉을 통해서 달성하거나, 또는 간단히 점착부여 수지 및/또는 용매를 섬유를 제조하는데 사용된 지방족 폴리에스테르(들)과 혼합함으로써 달성할 수 있다. 적당한 자생적 결합 기법으로는 초음파 결합, 열에 의한 결합, 통기 결합 등을 들 수 있다.
도 1에서, 예컨대, SMS 적층체를 한쌍의 로울(38)과 로울(40) 사이에 형성된 간격을 통해 통과시키며, 상기 두 로울들 중 하나 또는 둘다를 가열하여 섬유를 용융-융합시킨다. 상기 로울(38)과 로울(40) 중 하나 또는 둘다는 간헐적으로 상승되는 결합점을 함유하여 간헐적 결합 패턴을 제공할 수도 있다. 상승된 지점의 패턴은 일반적으로 부직 적층체가 약 50% 미만(통상의 광학 현미경 방법에 의해 측정했을 때), 일부의 경우에는 약 30% 미만의 총 결합 면적을 갖도록 선택된다. 마찬가지로, 결합 밀도는 1 제곱인치당 약 100개의 결합보다 더 많고, 일부의 경우에는 1 제곱인치당 약 250개 내지 약 500개의 핀 결합에 해당한다. 이와 같은 총 결합 면적과 결합 밀도의 조합은, 평활한 모루(anvil) 로울을 완전히 접촉시켰을 때 약 30% 미만의 총 결합 표면적을 제공하는 1 제곱인치당 대략 100개를 초과하는 핀 결합을 갖는 핀 결합 패턴을 사용해서 상기 웹을 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 일부의 실시양태에서, 결합 패턴은 평활한 모루 로울을 접촉시켰을 때 1 제곱인치당 약 250개 내지 약 350개의 핀 결합 범위의 핀 결합 밀도 및 약 10% 내지 약 25%의 총 결합 표면적을 가질 수 있다. 결합 패턴의 예로는, 한센(Hansen) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,855,046호, 레비 등에게 허여된 미국 특허 제 5,620,779호, 하이네스(Haynes) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,962,112호, 세이요비츠(Sayovitz) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,093,665호, 로마노(Romano) 등에게 허여된 미국 특허 제 428,267호 및 브라운(Brown)에게 허여된 미국 의장 특허 제 390,708호에 개시된 패턴을 들 수 있으며, 상기 특허 공보들은 그 전체가 모든 목적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 도 1에 도시된 방법에 따라서 제조된 SMS 적층체(12)의 한 실시양태가 도 2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 멜트블로운 층(32)은 2개의 스펀본드 층들((28) 및 (36)) 사이에 배치된다. 또한, 적층체(12)는 불연속 결합 영역 패턴(41)을 갖는다.
일단 적층된 다음에는, 부직 적층체의 외부 스펀본드 층을 특정한 조합의 고에너지 처리법으로 처리하여 웹의 대전방지성에 악영향을 미치는 일 없이 적층체에 알코올 및 오일 반발성을 제공한다. 먼저, 대전방지제를 함유하는 외부 스펀본드 층을 코로나 또는 플라즈마 처리 시스템으로부터 글로우 방전(glow discharge)과 같은 고에너지 처리법에 따라서 처리한다. 고에너지 처리에 이어서, 상기 외부 스펀본드 층에 공단량체의 플루오르화 단량체를 부착시킨 후, 방사선원으로부터 방사선 조사 처리를 하여 부직 적층체의 섬유 표면상에서 그라프트 공중합 반응을 수행한다.
상기 고에너지 처리는 오염물질 및 단쇄 올리고머로 제조된 "느슨한" 약한 경계 층으로부터 적층된 부직물을 "소제(clean)"하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 또한, 고에너지 처리는 적층체의 표면 상에서 라디칼을 발생시켜서, 차후에 방사선원으로부터 조사 처리되는 중합하는 플루오르화 단량체(들)의 공유결합을 통해 표면 부착을 증진시킬 수 있다. 일례를 들자면, 상기 고에너지 처리는 고주파(RF) 프라즈마 처리일 수 있다. 다른 예로서, 상기 고에너지 처리는 유전 차단 코로나 처리일 수 있다. 특정한 이론을 고수하려는 의도는 아니지만, 다공성 소수성 중합체 기재를 고에너지 처리에 노출시키면, 적층체의 표면이 변형됨으로써 기재의 표면 에너지를 일시적으로 상승시키고, 중합하는 플루오르화 단량체 시스템(또는 단량체 화합물)의 계면 접착을 촉진할 수 있는 일시적인 라디칼을 형성하는 것으로 생각된다. 이러한 기능들은 오염물질의 플라즈마 제거, 원자의 제거 및 자유 라디칼과 이온종을 발생할 수 있는 결합의 분해에 기인하는 것이다. 그 결과, 플루오르화 화합물이 다공성 기재 상에 균일하게 부착될 수 있으며, 다시 말해서 다공성 기재가 그 표면 상에서 다공성 구조를 통해 플루오르화 화합물로 포화될 수 있다. 따라서, 플루오르화 화합물을 노출된 영역 상에서(즉, 표면 및 소공 내부) 부직웹의 섬유의 표면 상에 부착시킬 수 있다.
고에너지 처리의 강도는 섬유웹의 하나 이상의 방향을 가로질러 제어된 방식으로 변화될 수 있다. 예를 들면, 고에너지 처리의 강도는 공지된 수단에 의해서 제어된 방식으로 쉽게 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 분할된 전극을 갖는 코로나 장치를 사용할 수 있으며, 이 때는 처리하고자 하는 샘플로부터 각 부분의 거리를 독립적으로 변화시킬 수 있다. 또 다른 예로서, 간격 구배형 전극 시스템을 갖는 코로나 장치를 사용할 수 있으며, 이 경우에는 한 전극을 그 전극의 길이에 대하여 법선 방향에 있는 축 주위로 회전시킬 수 있다. 다른 방법들도 사용할 수 있으며, 이에 관해서는 예컨대 문헌 ["Fabrication of a Continuous Wettability Gradient by Radio Frequency Plasma Disharge", W. G. Pitt, J. Colloid Interface Sci., 133, No. 1, 223 (1989)]; 및 문헌 ["Wettability Gradient Surfaces Prepared by Corona Discharge Treatment", J. H. Lee, et al., Transactions of the 17th Annual Meeting of the Society for Biomaterials, May 1-5, 1991, page 133, Scottsdale, Ariz]를 참조할 수 있다.
고에너지 처리를 완료한 후에, 외부 스펀본드 층에 단량체 화합물을 부착시키고, 이어서 단량체 화합물을 방사선원으로부터의 조사(예: 전자빔 방사) 처리를 통해 적층체에 그라프트시킨다. 상기 단량체 화합물은, 한 구체적인 실시양태에서, 플루오르화 화합물이다. 이러한 단량체 부착 공정은 일반적으로 (1) 진공 챔버에서 액상 플루오르화 화합물(예: 플루오르화 단량체, 플루오르화 중합체, 퍼플루오르화 중합체 등)의 분무 또는 증발, (2) 부직 적층체 상에 플루오르화 화합물의 부착 또는 분무, 및 (3) 방사선원, 예컨대 전자빔, 감마선 또는 자외선에의 노출을 통한 플루오르화 화합물의 중합을 포함한다.
플루오르화 단량체의 예로서는, 2-프로페논산, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7, 8,8,8-펜타데카플루오로옥틸 에스테르; 2-프로페논산, 2-메틸-2,2,3,3,4,4,5,5, 6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸 에스테르; 2-프로페논산, 펜타플루오로에틸 에스테르; 2-프로페논산, 2-메틸-펜타플루오로페닐 에스테르; 2,3,4,5,6-펜타플루오로스티렌; 2-프로페논산, 2,2,2-트리플루오로에틸 에스테르; 및 2-프로페논산, 2-메틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에스테르를 들 수 있다. 다른 적당한 단량체로서는 일반 구조식 CH2=CROCO(CH2)x(CnF2n+1)로 표시되는 플루오로아크릴레이트 단량체를 들 수 있고, 식 중 n은 1 내지 8 범위의 정수이고, x는 1 내지 8 범위의 정수이며, R은 H 또는 1 내지 16개 탄소 원자 범위의 사슬 길이를 갖는 알킬기이다. 많은 예에서, 플루오로아크릴레이트 단량체는 상이한 n값에 해당하는 동족체들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
이러한 유형의 단량체는 잘 알려진 기법을 적용함으로써 당업자에 의해 용이하게 합성될 수 있다. 또한, 이러한 물질 중 다수가 시판되고 있다. 델라웨어주 윌밍턴에 소재하는 듀퐁 코오포레이션(DuPont Corporation)은 플루오로아크릴레이트 단량체 부류를 조닐(ZONYL)®이라는 상표명으로 판매한다. 상기 단량체는 동족체들의 분포가 상이한 것들로 이용할 수 있다. 더욱 바람직하게, "TA-N" 및 "TM"이라는 명칭으로 판매되는 조닐® 단량체를 본 발명을 실시하는데 사용할 수 있다.
어떠한 특정의 플루오르화제를 사용하든지, 당해 플루오르화제는 단량체 부착 공정에 따라서 다공성 기재상에 증발(또는 분무)되고 응축(또는 분무)된다. 특히 적합한 단량체 부착 공정의 일례가 미카엘(Mikhael) 등에게 허여된 미국 특허 제7,157,117호에 개시되어 있으며, 상기 특허 공보는 본 출원과 상충되지 않는 한도로 본 명세서에 참고 인용하였다. 이러한 단량체 부착 공정에서, 통상의 진공 챔버를 플라즈마장 전처리에 이어 단량체 부착을 실시한 후 다공성 기재의 방사선 경화를 연속적인 공정으로 실시할 수 있도록 변형시킨다. 일반적으로, 부직웹 또는 부직 적층체를 공급 릴(reel)과 생산 릴 사이에서 연속적으로 권취하면서 진공 챔버 내부에서 전체적으로 처리한다. 상기 웹 또는 적층체를 먼저 저온 구역에 통과시켜서 차후 기화된 플루오르화제의 저온 응축을 확보하는데 충분히 낮은 온도까지 냉각시킬 수 있다. 이어서, 상기 웹 또는 적층체를 플라즈마 처리 유닛에 통과시키고, 그 직후에(수 초를 넘지 않는 시간내에, 바람직하게는 밀리초 단위의 시간내에) 플래쉬 증발기에 통과시켜서, 플래쉬 증발기에서 저온의 웹 또는 적층체 상에 얇은 액상 필름을 부착시키기 위해 상기 웹 또는 적층체를 플루오르화제 증기에 노출시킨다. 이어서, 플루오르화제 필름을 전자빔 유닛에의 노출을 통해 방사선 경화시킴으로써 중합시키고, 하류의 또 다른(임의 사양) 냉각된 구역에 통과시킨다.
부직웹 또는 적층체의 표면 상에 플루오르화 기체를 부착시킨 후에 전자빔에 노출시키면, 플루오르화제가 기재에 그라프트된다. 전자빔 장치의 일례가 매사추세츠주 윌밍턴의 에너지 사이언스 인코오포레이티드(Energy Sciences Inc.)에 의해 CB 150 일렉트로커튼(ELECTROCURTAIN)®이라는 상표명으로 제조된다. 상기 장치는 본 명세서에 참고 인용한 미국 특허 제 3,702,412호; 제 3,769,600호; 및 제 3,780,308호에 개시되어 있다. 전자빔 방사선이 일반적으로 바람직하지만, 다른 방사선원, 예컨대 감마선 또는 자외선도 사용할 수 있다.
일반적으로, 부직 적층체를 약 80 킬로볼트 내지 약 350 킬로볼트, 예컨대 약 80 킬로볼트 내지 약 250 킬로볼트의 가속 전압하에 작동하는 전자빔에 노출시킬 수 있다. 한 구체적인 실시양태에서, 상기 가속 전압은 약 175 킬로볼트이다. 적층체를 약 0.1 밀리온 라드(Mrad) 내지 약 20 Mrad, 예컨대 약 0.5 Mrad 내지 약 10 Mrad로 조사할 수 있다. 특히, 기재를 약 1 Mrad 내지 약 5 Mrad로 조사할 수 있다.
전술한 바와 같이, 적용된 방사선은 부착된 플루오르화제와 부직 적층체 표면의 중합체 사이에서 반응을 일으킨다. 그 결과, 플루오르화제가 대전방지제를 일체로 함유한 외부 스펀본드 층의 중합체 섬유에 그라프트 공중합(또는 그라프트) 및/또는 가교될 수 있다. 이러한 특정한 전처리의 조합에 의하면 적층체의 대전방지성에 악영향을 미치지 않음과 동시에 적층체의 알코올 및 오일 반발성이 증가된다. 특정한 이론을 고수하려는 의도는 아니지만, 본 발명자들의 견해로는 플루오르화제를 중합체 섬유 상에 그라프트시키는 후속하는 단량체 부착 공정이, 대전방지제의 기능을 손상시키는 일 없이, 섬유 내에 일체로 함유된 대전방지제를 은폐 또는 위장할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 적층체에 도포되는 어떤 알코올 및/또는 오일도 그라프트된 플루오르화제와 먼저 접촉하므로, 당해 액체에 대한 차단성이 충분히 제공된다. 의외로, 스펀본드 웹의 섬유 내부에 일체로 배치된 대전방지제는, 고에너지 처리 및 단량체 부착 공정을 실시하기 전의 동일한 웹과 비교할 때, 정전 소멸 성능을 상실하는 일 없이 여전히 정전기 또는 전기 하전을 분산시키는 기능을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 상기 웹이 약 70%를 초과하는 알코올 반발성(전술한 바와 같은 알코올 반발성 테스트를 사용함, 70%의 알코올 반발성은 IPA의 70% 용액이 5 등급을 갖는다는 것을 의미함), 예를 들면 약 80%를 초과, 또는 약 90%를 초과하는 알코올 반발성을 나타낼 수 있다는 것을 밝혀내었다. 한 구체적인 실시양태에서, 웹은 약 100%의 알코올 반발성을 나타낼 수 있으며, 이는 상기 웹 또는 적층체가 IPA 100% 용액에 대하여 최대 반발성(즉, 0-5의 등급중 5등급)을 나타냄을 시사한다.
또한, 상기 웹 또는 적층체는 높은 정수두 값, 예를 들면 약 35 mbar를 초과, 특히 약 70 mbar를 초과하는 값을 유지할 수 있다. 일부의 실시양태에서, 상기 웹 또는 적층체는 약 100 mbar 초과, 예를 들면 약 130 mbar 내지 약 150 mbar인 정수두 값을 가질 수 있다.
한 구체적인 실시양태에서, 상기 웹 또는 적층체의 처리된 외부 스펀본드 층은 약 1010 내지 약 1011 Ω/square의 표면 저항률을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 웹 또는 적층체의 층은 약 1010 Ω/square 미만의 표면 저항률을 가질 수 있다. 또한, 상기 웹 또는 적층체는 50% 및 90% 정전 소멸 테스트를 통과할 수 있다.
필요에 따라서, 본 발명의 부직 적층체를 바람직한 특성을 부여하기 위해 다른 다양한 처리제로 처리할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 적층체를 계면활성제, 착색제, 흐림방지제, 윤활제, 및/또는 항미생물제로 처리할 수 있다.
본 발명의 부직 적층체는 광범위한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 적층체를 "의료 제품", 예컨대 가운, 외과용 드레이프, 안면마스크, 머리 커버, 외과용 캡, 신발 커버, 멸균랩, 보온 담요, 가열 패드 등 내로 혼입시킬 수 있다. 물론, 부직 적층체를 다른 다양한 물품에 사용할 수도 있다. 예를 들면, 부직 적층체를 물 또는 다른 유체를 흡수할 수 있는 "흡수 물품" 내로 혼입시킬 수 있다. 몇가지 흡수 물품의 예로서는, 개인 관리 흡수 물품, 예컨대 기저귀, 용변연습용 팬츠, 흡수 내의류, 요실금 물품, 여성 위생용품(예: 생리용 냅킨), 수영복, 유아용 물수건, 장갑(mitt) 물수건 등; 의료용 흡수 물품, 예컨대 의류, 천공 재료, 언더패드, 침대패드, 붕대, 흡수 드레이프 및 의료용 와이프; 음식 서비스 물수건; 의류 제품; 파우치 등을 들 수 있으나 이들에 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 물품을 제조하는데 적합한 재료와 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다. 흡수 물품은, 예컨대, 일반적으로 실질적으로 불투액성인 층(예: 외부 커버), 투액성인 층(예: 신체측 라이너, 서지(surge)층 등), 및 흡수성 코어를 포함한다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 본 발명의 부직 적층체를 사용하여 흡수 물품의 외부 커버를 제조할 수 있다.
본 발명의 부직 적층체의 기본 중량은 목적하는 용도에 맞게 조정될 수 있지만, 일반적으로 기본 중량은 약 10 내지 약 300 그램/제곱미터(gsm), 일부의 실시양태에서는 약 25 내지 약 200 gsm, 그리고 일부의 실시양태에서는 약 40 내지 약 150 gsm 범위이다.
실시예를 참조하면 본 발명을 더욱 잘 파악할 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시양태와 관련하여 상세히 설명하였지만, 당업자라면 본 발명을 이해하였을 때 개시된 실시양태들에 대한 개조예, 변형예 및 균등한 예들을 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해 정해지는 것으로 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 대전방지제와 열가소성 중합체를 배합하여 열가소성 혼합물을 형성하는 것;
    상기 열가소성 혼합물로부터 연속 필라멘트의 스펀본드 웹을 형성하는 것;
    스펀본드 웹의 표면에 고에너지 처리를 실시하는 것;
    이어서, 단량체 부착 공정을 사용하여 스펀본드 웹의 표면에 플루오르화제를 그라프트시키는 것을 포함하는, 부직웹의 알코올 반발성에 악영향을 미치지 않고 부직웹의 대전방지성을 향상시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 대전방지제가 용융유속이 10 g/10분을 초과하는 고용융유속 담체 수지 중에 제공되는 것인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고용융유속 담체 수지가 폴리프로필렌의 단독중합체를 포함하는 것인 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 고용융유속 담체 수지가 메탈로센 촉매를 사용한 폴리프로필렌의 단독중합체를 포함하는 것인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 대전방지제 및 열가소성 중합체와 함께 점도 조절용 중합체를 더 배합하여 상기 열가소성 혼합물을 형성하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 점도 조절용 중합체가 폴리부텐 에틸렌 공중합체를포함하는 것인 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 점도 조절용 중합체가 유리된 유기 퍼옥사이드 첨가제를 더 포함하는 것인 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고에너지 처리가 플라즈마 처리를 포함하는 것인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단량체 부착 공정이
    진공 챔버에서 액상 플루오르화제를 증발시켜 플루오르화제 기체를 형성하는 단계;
    플루오르화제 기체를 스펀본드 웹의 표면 상에 부착시키는 단계; 및
    스펀본드 웹의 표면 상의 플루오르화제를 방사선원에 노출시켜 중합시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 플루오르화제가 플루오로아크릴레이트 단량체를 포함하는 것인 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 스펀본드 웹의 표면 상의 플루오르화제를 방사선원에 노출시켜 중합시키는 단계가 스펀본드 웹의 표면 상의 플루오르화제를 전자빔에 노출시키는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 단량체 부착 공정이
    스펀본드 웹의 표면 상에 상기 플루오르화제를 분무하는 단계; 및
    스펀본드 웹의 표면 상의 플루오르화제를 방사선원에 노출시켜 중합시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 스펀본드 웹을 제 2의 부직웹에 적층시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 열가소성 중합체 물질 및 일체화된 대전방지제를 함유하는 연속 섬유를 포함하는, 대전방지성과 알코올 반발성이 개선된 스펀본드 웹으로서,
    상기 연속 섬유에는 플루오르화제가 그라프트되고,
    상기 스펀본드 웹은 70%를 초과하는 알코올 반발성, 1010 Ω/square 미만의 표면 저항률 및 30 mbar를 초과하는 정수두 값을 갖고, 50% 정전 소멸 테스트를 통과하며,
    상기 알코올 반발성 백분율은 테스트한 스펀본드 웹의 모든 지점에서 최대 반발성을 유지하면서 이소프로필 알코올과 증류수를 함유하는 테스트 용액에 첨가될 수 있는 이소프로필 알코올의 최대 부피%인, 스펀본드 웹.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서, 90% 정전 소멸 테스트를 통과하는 스펀본드 웹.
  17. 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 제 2 섬유웹에 적층되어 있는 스펀본드 웹.
  18. 대전방지제, 점도 조절용 중합체 및 열가소성 중합체를 배합하여 열가소성 혼합물을 형성하는 것;
    상기 열가소성 혼합물로부터 연속 필라멘트의 스펀본드 웹을 형성하는 것;
    상기 스펀본드 웹을 멜트블로운 웹에 적층하여 부직 적층체를 형성하는 것;
    이어서, 상기 부직 적층체의 노출된 표면에 플라즈마 처리를 실시하는 것;
    이어서, 진공 챔버에서 액상 플루오르화제를 증발시켜 플루오르화제 기체를 형성하는 단계; 플루오르화제 기체를 스펀본드 웹의 표면 상에 부착시키는 단계; 및 스펀본드 웹의 표면 상의 플루오르화제를 전자빔 방사선에 노출시켜 중합시키는 단계를 포함하는 단량체 부착 공정을 사용하여, 스펀본드 웹의 표면에 플루오르화제를 그라프트시키는 것
    을 포함하고,
    상기 대전방지제는 폴리프로필렌의 단독중합체를 포함하는 고용융유속 담체 수지 중에 제공되고, 상기 점도 조절용 중합체는 폴리부텐 에틸렌 공중합체를 포함하고,
    상기 스펀본드 웹은 상기 부직 적층체의 노출된 표면을 형성하는,
    부직 적층체의 알코올 반발성에 악영향을 미치지 않고 부직 적층체의 대전방지성을 개선하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 점도 조절용 중합체가 유리된 유기 퍼옥사이드 첨가제를 더 포함하는 것인 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 플루오르화제가 플루오로아크릴레이트 단량체를 포함하는 것인 방법.
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