KR101968793B1 - 멜트 블로잉 공정, 저수축 멜트 블로운 중합체 섬유 및 섬유질 구조, 및 멜트 블로잉할 수 있는 중합체 조성물 - Google Patents

멜트 블로잉 공정, 저수축 멜트 블로운 중합체 섬유 및 섬유질 구조, 및 멜트 블로잉할 수 있는 중합체 조성물 Download PDF

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Abstract

(a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; 및 (b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 또는 복수의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계(각각의 섬유는 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 가짐)를 포함하는 멜트 블로잉 공정. 금속 포스피네이트는, 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 (a) 폴리에스테르 중합체의 점도를 감소시키고 (b) 폴리에스테르 중합체의 결정화를 적어도 촉진하는 결정화제로서 작용하는 양이다. 본 공정으로부터 제조된 섬유를 사용하여 부직물 및 직물 섬유질 구조를 제조할 수 있다.

Description

멜트 블로잉 공정, 저수축 멜트 블로운 중합체 섬유 및 섬유질 구조, 및 멜트 블로잉할 수 있는 중합체 조성물 {Melt Blowing Process, Low Shrinkage Melt Blown Polymer Fibers and Fibrous Structures, and Melt Blowable Polymer Compositions}
본 발명은, 중합체 섬유를 멜트 블로잉하는 공정, 특히 폴리에스테르 중합체를 포함하는 섬유를 멜트 블로잉하는 공정, 및 더욱 특히 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 갖는 그러한 섬유의 멜트 블로잉에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 저수축을 나타내는 그러한 멜트 블로운 중합체 섬유 및 그로부터 제조된 섬유질 구조뿐 아니라, 그러한 섬유로 멜트 블로잉할 수 있는 중합체 조성물에 관한 것이다.
멜트 블로잉은, 중합체로부터 직접 미세 섬유(fine fiber) 웨브를 제조하는 압출 기술이다. 멜트 블로잉에서는, 밀집 배열된 작은 토출구를 포함하는 다이를 통해 열가소성 중합체 스트림을 압출하고 미세 섬유 내로의 고속 고온 공기의 2개의 수렴하는 스트림에 의해 감쇠시킨다(attenuated). 이들 미세 섬유를 사용하여, 흔히 블로운 극세-섬유(micro-fiber) 웨브라고 지칭되는 멜트 블로운 웨브를 형성시킬 수 있다. 블로운 극세-섬유 웨브는, 다수의 다른 것들 중에서 특히, 방음재 및 단열재, 여과, 장벽 웨브(barrier web) 및 와이프(wipe)를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. 블로운 극세-섬유 공정에 사용되는 1차 수지(primary resin)는 폴리프로필렌(PP)이다.
본 발명은 중합체 섬유의 멜트 블로잉뿐 아니라, 멜트 블로운 섬유 및 섬유 웨브에 대한 선행 기술에 비해 개선된 것이다.
(발명의 개요)
본 발명 전에, 폴리에스테르 중합체를 포함하는 열가소성 중합체 섬유, 특히 약 10 미크론 미만의 직경 또는 두께를 갖는 그러한 섬유를 멜트 블로잉하는 것은 어려웠다. 그러한 섬유를 멜트 블로잉하기 위해서는, 상응하는 열가소성 폴리에스테르 중합체를 그의 융점보다 훨씬 더 높은 온도로 가열해야 했다. 열가소성 폴리에스테르 중합체의 그러한 높은 가열은, 예를 들어, 중합체의 과도한 분해, 약하고 취성인 섬유 웨브, 및 멜트블로잉 중의 샌드(sand)의 형성을 포함할 수 있는 문제 중 하나 또는 그의 임의의 조합을 유발할 수 있다. 심지어 관용적 공정을 사용하여 멜트 블로운 폴리에스테르 중합체 섬유를 제조하는 경우에도, 그러한 섬유로 제조된 섬유질 웨브 및 다른 섬유질 구조는 전형적으로, 섬유를 제조하기 위해 사용한 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 과도한 수축 또는 그 밖의 불량한 치수 안정성을 나타낸다.
본 발명자들은, 하나 이상의 폴리에스테르 중합체 또는 복수의 폴리에스테르 중합체를 포함하는 열가소성 중합체를 사용하여 섬유를 멜트 블로잉하는 방법을 발견하였으며, 여기서 섬유는, 심지어 섬유의 직경이 약 10 미크론 미만인 경우에도, 섬유를 제조하기 위해 사용한 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 사용하기에 적합할 수 있다. 그러한 섬유는, 예를 들어, 상대적으로 낮은 비용(예를 들어, 제조 및/또는 원재료 비용), 내구성, 열 노출로부터의 수축 감소, 승온에서의 치수 안정성 증가, 및 난연 특성 중 하나 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 하나 이상의 바람직한 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명은 또한, 부직물 또는 직물 섬유질 재료를 기반으로 하는 더 환경 친화적인 비-할로겐화 난연성 폴리에스테르를 제공하기 위해 사용할 수 있다.
본 발명은, 하나의 폴리에스테르 중합체 또는 폴리에스테르 중합체의 조합으로 구성되거나, 본질적으로 구성되거나, 이를 포함하는 섬유로 치수 안정 멜트 블로운 극세-섬유질 구조(예를 들어, 매트, 웨브, 시트, 스크림, 천 등)를 제조하는 공정을 포함한다. 그들은 승온에서 치수 안정한 중합체 재료를 함유하는 폴리에스테르로 제조되므로, 그러한 섬유로 제조된 부직물 및 직물 섬유질 구조(예를 들어, 매트, 웨브, 시트, 스크림, 천 등), 및 그러한 섬유질 구조로부터 제조된 용품(예를 들어, 단열재 및 방음재 및 절연 용품, 액체 및 기체 필터, 의복, 및 개인 보호 장비)은, 단지 소량의(존재하는 경우) 수축을 나타내는 가운데 상대적으로 고온 환경에서 사용할 수 있다. 열에 노출시에 현저하게 수축하지 않을 치수 안정 폴리에스테르 블로운 극세-섬유 웨브의 개발은 이들 웨브의 응용성을 확장할 것이다. 방축성에 부가하여 충분한 난연 특성 및/또는 내구성을 나타내도록 제조됨으로써, 그러한 멜트 블로운 극세-섬유 웨브는 단열재 및 방음재로서 특히 유용해질 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따라, (a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; (b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 또는 복수의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계; 및 (c) 하나 이상의 섬유를 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 공정이 제공된다. 금속 포스피네이트는, 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때, 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하는 양이다. 하나 이상의 섬유의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질이다.
본 발명의 부가적인 태양에 따라, (a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; 및 (b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 또는 복수의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계(각각의 섬유는 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 가짐)를 포함하는 공정이 제공된다. 금속 포스피네이트는, 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 (a) 폴리에스테르 중합체의 점도를 감소시키고 (b) 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하는 결정화제로서 작용하는 양이다. 하나 이상의 섬유의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질이다.
본 발명의 다른 태양에는, 부직물 또는 직물 섬유질 구조(예를 들어, 매트, 시트, 스크림, 웨브, 천 등)의 제조 방법이 제공되며, 여기서 본 방법은 본 발명에 따른 멜트 블로잉 공정을 사용하여 섬유를 제조하는 단계 및 섬유를 부직물 또는 직물 섬유질 구조로 형성시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 부가적인 태양에는, 적어도 하나 이상의 멜트 블로운 섬유가 제공되며, 여기서 각각의 섬유는 약 10 미크론 미만의 직경을 갖고, 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함한다. 100% 결정질 폴리에스테르 중합체가 이론적으로 가능할 수 있지만, 실질적인 문제로서, 중합체 구조의 일부 부분은 무정형으로 남아 있을 것이다. 따라서, 이들 섬유에 사용되는 폴리에스테르 중합체는 반-결정질이다. 즉, 폴리에스테르 중합체의 적어도 목적하는 최소 백분율은 결정질이다. 결정성의 목적하는 최소 백분율은 특정 섬유 응용에 따라 달라질 것이다.
본 발명의 다른 태양에는, 본 발명에 따른 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하는 섬유질 구조가 제공된다. 섬유질 구조는 부직물, 직물, 또는 그의 조합일 수 있다.
본 발명의 부가적인 태양에는, 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하는 섬유질 구조가 제공된다. 각각의 멜트 블로운 섬유는 하나 이상의 폴리에스테르 중합체, 또는 복수의 폴리에스테르 중합체, 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함한다. 하나 이상의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질이며, 섬유질 구조는 하나 이상의 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도 이상의 온도에 섬유질 구조가 노출되는 환경(예를 들어, 내연 기관 등에 인접함)에서의 사용을 위해 작동적으로 적합화된다(예를 들어, 구조적으로 치수화되거나, 형상화되거나, 달리 구성되거나 설계됨).
본 발명의 추가의 태양에는, 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 약 2 중량% 이하의 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 저수축 열가소성 중합체 조성물이 제공된다.
본 발명의 상기 및 다른 태양 및 이점은, 동일한 도면 부호가 유사한 부분을 나타내도록 사용되는 본 발명의 도면 및 상세한 설명에 추가로 나타내어지고 기재된다. 그러나, 도면 및 설명은 예시의 목적만을 가지며 본 발명의 범주를 부당하게 제한하는 방식으로 읽혀져서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 이하의 기재는 더 구체적으로 예시적인 실시 형태를 예증한다. 본 출원의 여러 곳에서, 실시예들의 목록을 통해 지침이 제공되며, 이들 실시예는 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 각각의 경우에, 열거된 목록은 단지 대표적인 군으로서의 역할을 하며, 배타적인 목록으로 해석되어서는 안된다.
<도 1a>
도 1a는, 섬유의 열가소성 중합체 재료가 약 2.5 중량%의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는, 본 발명에 따른 섬유질 구조 실시 형태의 1800X 현미경 사진이다.
<도 1b>
도 1b는, 섬유의 열가소성 중합체 재료가 약 5 중량%의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는, 본 발명에 따른 섬유질 구조 실시 형태의 1800X 현미경 사진이다.
<도 1c>
도 1c는, 섬유의 열가소성 중합체 재료가 약 10 중량%의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는, 본 발명에 따른 섬유질 구조 실시 형태의 1800X 현미경 사진이다.
<도 2a>
도 2a는, 본 발명에 따라 롤로 권취된 섬유질 웨브의 정면도이다.
<도 2b>
도 2b는, 도 2a의 섬유질 웨브로부터 절단된 시트 또는 매트의 평면도이다.
<도 2c>
도 2c는 도 2a의 섬유질 웨브의 단면의 450X 현미경 사진이다.
<도 2d>
도 2d는 도 2a의 섬유질 웨브의 표면의 450X 현미경 사진이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명함에 있어서, 명확함을 위하여 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 선택된 특정 용어로 제한하고자 하는 것은 아니며, 이와 같이 선택된 각각의 용어는 유사하게 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다.
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구의 범위에 사용된 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치적 파라미터는 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.
종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함하며(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
용어 "중합체"는 중합체, 공중합체(예를 들어, 2개 이상의 상이한 단량체를 사용하여 형성된 중합체), 올리고머 및 그 조합뿐만 아니라, 혼화가능한 블렌드로 형성될 수 있는 중합체, 올리고머 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
용어 "포함하는(comprising)", "포함하다(comprises)", "포함한(including)", 및 그의 변형은 이들 용어가 상세한 설명 및 특허청구범위에서 나타날 경우 제한적 의미를 갖지 않는다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"은 소정의 환경 하에서 소정의 이득을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 말한다. 그러나, 동일한 또는 다른 상황 하에서 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예의 언급은 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시예를 배제하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 부정관사("a," "an"), 정관사("the"), "적어도 하나의", 및 "하나 이상의"는 호환적으로 사용되며, 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 갖는 실시 형태를 포괄한다. 따라서, 예를 들어, "소정의"("a") 폴리에스테르 중합체를 포함하는 멜트 블로운 섬유는, 섬유가 "하나 이상의" 폴리에스테르 중합체를 포함함을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
용어 "및/또는"은 열거된 요소들 중 하나 또는 전부 또는 열거된 요소들 중 임의의 2개 이상의 조합을 의미한다(예를 들어, 고통의 방지 및/또는 치료는 추가의 고통의 방지, 치료, 또는 치료 및 방지 양자 모두를 의미함).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 설명은 그 범위 이내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함함).
본 발명에 따른 멜트 블로잉 공정에는, 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체(예를 들어, PET, PBT, PLA, 및 가능하게는 PHB 및 PTT와 같은 것) 및 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료가 제공된다. 이러한 열가소성 중합체 재료를 복수의 섬유로 멜트 블로잉하며, 각각의 섬유는 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 갖는다.
섬유 직경은 약 9, 8, 7, 6, 또는 심지어 5 미크론 이하인 것이 상업적으로 바람직할 수 있다. 심지어 섬유 직경이 4, 3, 2, 또는 1 미크론 이하인 것이 상업적으로 바람직할 수 있다. 금속 포스피네이트는, 약 370℃ 이하의 온도, 바람직하게는 약 360℃ 이하의 온도에서 열가소성 중합체 재료를 그러한 크기의 섬유로 멜트 블로잉할 수 있도록 사용되는 하나 이상의 폴리에스테르 중합체, 및 가능하게는 다른 중합체의 점도를 감소시키는 양으로 존재한다. 금속 포스피네이트 함량은, 약 350℃, 340℃, 330℃, 320℃, 310℃ 이하, 또는 심지어 300℃ 이하의 온도에서 열가소성 중합체 재료를 그러한 크기의 섬유로 멜트 블로잉하는 것을 가능하게 하는 양인 것이 바람직할 수 있다. 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때, 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하는 결정화제로서 작용하기에 충분한 금속 포스피네이트 또한 존재한다. 중합체성 재료가 분해되기 시작할 멜트 블로잉 온도가 존재한다(즉, 그들의 분해 온도). 예를 들어, PET 분해의 개시는 약 380℃이다. 그러한 분해 온도 미만으로 가열할 경우에도 멜트 블로운 중합체성 섬유는 여전히 문제를 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 약 350℃ 초과의 온도에서 중합체를 멜트 블로잉할 경우에 PET는 "샌드 아웃(sand out)"과 같은 문제를 나타낼 수 있다.
열가소성 중합체 재료가 멜트 블로잉되는 것을 가능하게 하기에 충분히 높으나 열가소성 중합체 재료의 허용할 수 없는 변질을 유발할 만큼 높지는 않은 온도 범위 내에서 멜트 블로잉을 수행해야 한다. 예를 들어, 열가소성 중합체 재료가 약 290℃ 이상 내지 약 360℃, 350℃, 340℃, 330℃, 320℃, 310℃, 또는 300℃ 이하의 범위의 온도에 도달하는 것을 유발하는 온도에서 멜트 블로잉을 수행할 수 있다.
멜트 블로잉 공정에서는, 열가소성 중합체 재료가 용융되어 용융된 중합체 재료를 형성한다. 멜트 블로잉 공정은 용융된 중합체 재료를 하나 이상 또는 복수의 섬유 모재로 형성시키는 단계(예를 들어, 압출) 및 하나 이상의 섬유 모재를 하나 이상의 섬유로 고형화시키는 단계(예를 들어, 냉각)를 포함할 수 있다. 모재가 최초 제조될 때 열가소성 중합체 재료는 여전히 용융되어 있을 수 있다. 금속 포스피네이트는, 적어도 폴리에스테르 중합체의 융점 이하에서 용융되고, 용융된 중합체 재료가 고형화되는(즉, 섬유 모재가 섬유로 고형화되는) 것과 적어도 거의 동일한 시간에, 또는 그 전에, 용융된 중합체 재료의 적어도 폴리에스테르 중합체 상이 결정화되는 것을 유발하는 결정화 촉진제 또는 결정화제로서 작용하는 것이 바람직하다.
금속 포스피네이트는 고형화되는 용융된 폴리에스테르 중합체의 더 빠른 결정화를 촉진한다. 결과적으로, 멜트 블로운 섬유 및 섬유의 부직물 웨브는 열 유도 수축의 감소를 나타낼 것이다. 이러한 수축의 감소는 섬유로 제조한 섬유 웨브의 길이 및 너비 치수에 관하여 특히 분명하다. 금속 포스피네이트를 약 10% 이하의 양으로 사용한다면, 금속 포스피네이트의 사용은 멜트 블로운 섬유의 기계적 특성을 실제로 개선할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 금속 포스피네이트는 포스피네이트 금속 염(들)을 포함한다. 금속 포스피네이트는, 예를 들어, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 미국 특허 제6,365,071호, 및 제6,255,371호; 미국 특허 공개 제US2004/1076506호에 개시된 것들과 같은 아연, 알루미늄, 및 칼슘 포스피네이트, 바람직하게는 아연 포스피네이트를 포함할 수 있다. 부가적으로, 사용되는 특정 폴리에스테르 중합체(예를 들어, PET)에 따라, 10, 9, 8, 7, 6, 또는 5 미크론의 섬유 두께는 각각 약 1.0, 0.8, 0.6, 0.5, 0.4, 또는 0.3 데니어와 등가이다.
본 발명에서 그것을 사용하는 방법에 따라, 그리고 적어도 지금까지 시험된 중합체 조성물에 있어서, 약 20% 이하의 금속 포스피네이트를 사용하는 경우에, 금속 포스피네이트는 단지 폴리에스테르 중합체 조성물의 점도를 충분히 감소시킬 것으로 생각된다(즉, 조성물이 그러한 작은 직경의 섬유로 멜트 블로잉되는 것을 가능하게 함). 멜트 블로운 폴리에스테르 중합체는 존재하는 금속 포스피네이트 없이 어느 정도 결정화될 것이나, 충분히 빠르지는 않은 것으로 확인되었다. 금속 포스피네이트 없이는, 멜트 블로운 폴리에스테르 중합체의 현저한 열 유도 수축을 방지하기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되지 않는다. 이론에 구애되고자 하는 것은 아니나, 금속 포스피네이트는 멜트 블로잉된 후에 폴리에스테르 중합체의 더 신속한 기핵(nucleation)을 유발함으로써 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진할 수 있는 것으로 생각된다.
열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계는 금속 포스피네이트와 폴리에스테르 중합체의 멜트 블렌딩을 포함할 수 있다. 금속 포스피네이트와 멜트 블렌딩될 때 폴리에스테르는 중합체 형태이다. 부가적으로, 멜트 블로잉 단계는 하나 이상의 섬유를 형성하도록 설계된(예를 들어, 치수 및 형상화됨) 하나 이상 또는 복수의 상응하는 다이 개구를 통해 열가소성 중합체 재료를 직접 압출하는 단계를 포함할 수 있다. 관용적 기술의 사용에 의해 멜트 블로운 섬유를 부직물 섬유 웨브로 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 압출 공정으로부터 아직 따뜻한 결과로서 멜트 블로운 섬유가 자기-결합하거나 서로에 부착되게 함으로써 부직물 섬유 웨브를 형성시킬 수 있을 것이다. 캘린더 롤(예를 들어, 섬유가 아직 따뜻한 동안 및/또는 섬유가 냉각된 후), 가열된 공기, 접착제 코팅(들), 기계적 결합 기술, 또는 그의 임의의 조합을 사용함으로써 또한 멜트 블로운 섬유를 서로 결합시켜 부직물 섬유 웨브를 형성시킬 수 있다.
2개 이상의 중합체 상의 중합체 블렌드를 형성하기 위해, 열가소성 중합체 재료는 폴리에스테르 중합체와 하나 이상의 다른 중합체의 블렌드를 포함할 수 있다. 폴리에스테르 중합체가 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르, 또는 지방족 폴리에스테르와 방향족 폴리에스테르의 조합인 것이 바람직할 수 있다. 열가소성 중합체 재료는 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 또는 0.5 중량% 이상의 금속 포스피네이트를 포함할 수 있다. 열가소성 중합체 재료가 약 20 중량% 미만의 금속 포스피네이트를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 약 20% 초과의 농도에서는, 금속 포스피네이트가 결정화 촉진제로서 덜 효과적이 된다. 또한, 그렇게 높은 금속 포스피네이트 농도에서는, 멜트 블렌딩된 폴리에스테르 중합체 및 금속 포스피네이트의 점도가 증가함으로써, 열가소성 중합체 재료가 섬유로 멜트 블로잉되는 능력이 저해될 것이다. 이러한 점도의 증가는, 10 미크론 이하의 직경을 갖는 작은 직경의 섬유를 멜트 블로잉하는 것을 불가능하게 하거나, 적어도 어렵게 할 수 있다.
폴리에스테르 중합체는 열가소성 중합체 재료의 유일하거나, 대부분이거나, 적어도 실질적인 중합체 부분 또는 상을 형성할 수 있다. 열가소성 중합체 재료가 멜트 블로잉될 수 있고 생성되는 섬유(들)가 허용가능한 기계적 특성 및 열적 특성을 나타내는 경우, 폴리에스테르 중합체는 열가소성 중합체 재료의 실질적인 부분을 형성한다. 예를 들어, 약 70 부피% 이상의 폴리에스테르 중합체 함량은 열가소성 중합체 재료의 실질적인 중합체 부분 또는 상을 형성할 수 있다. 허용가능한 기계적 특성 또는 특징은, 예를 들어, 인장 강도, 초기 탄성률, 두께 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유로부터 제조된 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30, 25, 20, 또는 15% 미만, 바람직하게는 약 10 또는 5% 이하의 선형 수축을 나타내는 경우, 섬유는 허용가능한 열적 특성을 나타내는 것으로 볼 수 있다.
멜트 블로잉 후에, 열가소성 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체 상은 완전히, 대부분, 부분적으로, 또는 적어도 실질적으로 결정질이고, 폴리에스테르 중합체의 나머지는 무정형이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 멜트 블로운 섬유로 제조된 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30, 25, 20, 또는 15%의 선형 수축, 바람직하게는 약 10 또는 5% 이하의 선형 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화될 경우, 폴리에스테르 중합체 상은 실질적으로 결정질이라고 볼 수 있다. 선형 수축은 기계 방향(machine direction) 및 폭 방향(cross direction) 웨브 수축의 평균이다.
그렇게 제한하고자 하는 것은 아니나, (a) 최소 약 70 중량%, 바람직하게는 약 80 중량%의 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 재료 및 (b) 최소 약 30 질량%, 바람직하게는 약 35 질량%(시차 주사 열량법에 의해 측정함)의, 결정질이고자 하는 섬유를 형성하는 열가소성 중합체 재료를 제공함으로써 상업적으로 허용가능한 특성(예를 들어, 낮은 웨브 수축)을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 본 발명에 따른 섬유로 제조된 웨브가 10% 미만의 열 유도 수축을 나타내는 것은 상업적으로 중요할 수 있다. 본 발명에 따른 상업적으로 중요한 섬유는, 최소 약 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 또는 심지어 70 중량% 이상의, 변동하는 결정화도를 가진 폴리에스테르를 포함하는 열가소성 중합체 재료를 사용하여 입수가능할 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명에 따라 멜트 블로잉되는 섬유의 열가소성 중합체 재료는, 동일한 열가소성 중합체 재료로 제조된 멜트-스펀 또는 스펀본드 섬유에 비교할 경우, 낮은 분자 배향 및/또는 상이한 결정 형태를 나타낼 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 멜트 블로운 섬유는 약 0.10, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, 또는 0.01 이하의 복굴절을 나타낼 수 있다. 섬유의 복굴절은 섬유 내에 존재하는 중합체 분자 배향의 수준에 관련된다. 어느 정도까지는, 복굴절을 사용하여 섬유 내의 결정화의 정도(즉, 결정 구조의 부피) 또한 측정할 수 있다.
본 명세서에 개시된 멜트 블로잉 공정을 사용하여 섬유를 제조하는 단계 및 섬유를 부직물 또는 직물 섬유질 구조로 형성시키는 단계에 의해, 본 발명에 따라 부직물 및 직물 섬유질 구조(예를 들어, 스크림, 웨브, 매트, 시트, 천 등)를 제조할 수 있다. 본 발명의 멜트 블로운 극세섬유를 부직물 웨브 또는 다른 섬유질 구조로 형성시키기 위해 사용할 수 있는 상이한 기술뿐 아니라, 멜트 블로운 극세섬유를 직물 웨브 또는 다른 섬유질 구조로 형성시키기 위해 사용할 수 있는 것들을 기재하는 상세한 설명 또는 참고문헌의 인용이 하기에 이어진다. 예를 들어, 멜트블로잉 섬유의 개념은 문헌[V.A. Wente, "Manufacture of Superfine Organic Fibers.", U.S. Department of Commerce, Office of Technical Services Report No. PBI 11437, Naval Research Laboratory, Report 4364, 1954] 및 문헌["Superfine Thermoplastic" Industrial and Engineering Chemistry, 48: 1342-1346, 1956]에 최초로 설명되었다. 스테이플 섬유(staple fiber), 벌킹 섬유(bulking fiber), 또는 결합 섬유(binding fiber)와 같은 미립자 또는 섬유를 혼입시키는 방법을, 예를 들어, 미국 특허 제4,118,531호;제4,429,001호, 또는 제4,755,178호에 개시된 멜트-블로운 극세섬유 웨브를 형성시키는 방법과 함께 사용할 수 있으며, 여기서 입자 또는 섬유는 멜트-블로운 섬유의 단일 스트림 내로 전달된다. 부가적으로, 미국 특허 제3,971,373호는 미립자(섬유)를 멜트블로운 섬유의 이중 스트림 내로 혼입시키는 방법을 교시한다.
본 발명에 따른 멜트 블로운 섬유는 약 10 미크론 미만, 또는 약 9, 8, 7, 또는 6 미크론 이하인 직경 또는 두께를 가질 수 있다. 멜트 블로운 섬유는 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체(예를 들어, PET, PBT, PLA, 및 가능하게는 PHB 및 PTT와 같은 것) 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료 또한 포함할 수 있다. 폴리에스테르 중합체는 적어도 실질적으로 결정질이다. 즉, 폴리에스테르 중합체의 구조의 적어도 실질적인 양이 결정질 형태이다. 폴리에스테르 중합체가 약 30 질량% 이상 결정질이고, 바람직하게는 약 30 질량% 내지 약 70 질량%의 범위에서, 또는 약 35 질량% 내지 약 65 질량%의 범위에서 결정질인 것이 바람직할 수 있다.
본 멜트 블로운 섬유를 제조하기 위해 사용되는 열가소성 중합체 재료는, 중합체 블렌드를 형성하기 위해 폴리에스테르 중합체와 하나 이상의 다른 중합체의 블렌드를 포함할 수 있다. 폴리에스테르 중합체는 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르, 또는 지방족 폴리에스테르와 방향족 폴리에스테르의 조합일 수 있다. 폴리에스테르 중합체는 (a) 유일한 중합체 상 또는 열가소성 중합체 재료 전부, (b) 중합체 상의 대부분 또는 열가소성 중합체 재료의 상당 부분, 또는 (c) 중합체 상 또는 열가소성 중합체 재료의 적어도 실질적인 부분을 형성한다. 열가소성 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체 상의 전부, 대부분, 또는 적어도 실질적인 부분이 결정질이지만, 폴리에스테르 중합체의 나머지는 무정형이다. 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하는 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30, 25, 20, 또는 15% 미만, 바람직하게는 약 10 또는 5% 이하의 선형 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화된다.
열가소성 중합체 재료는 약 20 중량% 이하의 금속 포스피네이트를 포함할 수 있다. 20% 초과의 금속 포스피네이트를 사용한다면, 섬유 형성이 저해됨으로써 섬유를 방사하는 것을 어렵게 한다. 열가소성 중합체 재료가 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 또는 0.5 중량% 이상의 금속 포스피네이트를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 금속 포스피네이트는 아연 포스피네이트일 수 있다.
멜트 블로운 섬유는 동일한 중합체 재료로 제조된 멜트-스펀 또는 스펀본드 섬유에 비교할 경우에 낮은 분자 배향을 나타낼 수 있다. 부가적으로, 멜트 블로운 섬유는 약 0.01 이하의 복굴절을 나타낼 수 있다. 섬유의 복굴절은 섬유 내에 존재하는 중합체 분자 배향의 수준에 관련된다.
용융성 금속 포스피네이트는 중합체 재료에 난연 특징을 부여하기 위해 사용되지만, 본 발명에 따른 저수축 열가소성 중합체 조성물은 소정량의 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합과 조합된 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체를 포함할 수 있으며, 여기서 금속 포스피네이트(들)의 양은 조성물을 상업적 목적을 위해 충분하게 난연성으로 만들기에 충분하지 않을 것이나, 그 양은 열가소성 중합체 재료를 섬유로 멜트 블로잉할 때 폴리에스테르 중합체(들)의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하기에 충분하다. 예를 들어, 일부 그러한 조성물은 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합의 약 2 중량% 이하의 양에서 상업적으로 허용가능한 난연 특징을 나타내지 않을 수 있다. 동시에, 그러한 저수축 열가소성 중합체 조성물은, 조성물이 약 10 미크론 미만의 직경을 갖는 섬유로 멜트 블로잉되고 승온에서 저수축을 나타내기에 충분하게 여전히 결정질이도록 하기 위해 필요할, 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합의 최소량을 포함할 수 있다. 일부 그러한 조성물은, 그들이 약 0.5 중량% 이상의 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 함유한다면, 그러한 섬유로 멜트 블로잉될 수 있는 것으로 확인되었다. 예시적인 일 실시 형태에서는, 100 중량% 폴리에스테르인 중합체 구성요소 및 약 0.5 중량% 이상의 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 갖는 조성물을 사용하여, 약 10 미크론 미만의 직경을 갖는 섬유를 성공적으로 멜트 블로잉하였다. 이러한 양의 용융성 금속 포스피네이트(즉, 약 0.5 중량%)는 또한, 심지어 조성물의 중합체 구성요소가 100 중량% 미만의 폴리에스테르 내지 폴리에스테르의 목적하는 최소량(즉, 약 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 또는 심지어 70 중량%) 범위를 함유하는 경우에도, 10 미크론 직경의 섬유를 멜트 블로잉하기 위해 필요한 금속 포스피네이트의 최소량일 수 있는 것으로 생각된다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 멜트 블로운 섬유(10)는 섬유질 구조(12)(예를 들어, 웨브, 스크림, 매트, 시트, 천 등)의 형태일 수 있으며, 이는 부직물, 직물, 또는 그의 조합일 수 있다. 도 1a 실시 형태의 섬유(10)의 열가소성 중합체 재료는, 명칭 엑솔리트(Exolit)(상표) OP 950으로 판매되고 스위스, 4132 무텐츠, 로타우스트라세 61에 위치한 클라리언트 인터내셔날 리미티드(Clariant International Ltd.)에 의해 제조되는 약 2.5 중량%의 아연 다이에틸포스피네이트를 포함하며, 섬유 조성물의 나머지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 유형 8416이다. 도 1b 실시 형태의 섬유(10)의 열가소성 중합체 재료는 약 5 중량%의 엑솔리트(상표) OP 950을 포함하며, 나머지는 PET 유형 8416이다. 도 1c 실시 형태의 섬유(10)의 열가소성 중합체 재료는 약 10 중량%의 엑솔리트(상표) OP 950을 포함하며, 나머지는 PET 유형 8416이다. 도면 부호(14)에 의해 표시된 바와 같이, 10% 이상의 로딩에서는, 엑솔리트(상표) OP 950이 응집되어 섬유 단면 내에 분포 및 분산되기 어려워지는 경향이 있다. 또한, 엑솔리트(상표) OP 950의 더 높은 로딩(10 중량% 이상)은 섬유를 제조하기 전에 수지를 아연 포스피네이트와 예비-컴파운딩하는 단계를 필요로 할 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 섬유질 구조는, 예를 들어, 스테이플 섬유 또는 그 밖의 불연속 섬유, 멜트 스펀 연속 섬유, 또는 그의 조합과 같은 하나 이상 또는 복수의 다른 유형의 섬유(나타내지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 도 2a 내지 2d를 참조하면, 본 발명의 섬유질 구조(12)는, 예를 들어, 튜브 또는 다른 코어(22) 둘레에 권취되어 롤(24)을 형성할 수 있는 부직물 웨브(20)로 형성되어(도 2a 참조) 후속의 가공을 위해 저장되거나 추가의 가공 단계에 직접 이전될 수 있다. 웨브(20)는 또한, 웨브(20)가 제조된 직후에, 또는 그로부터 잠시 후에, 개별적인 시트 또는 매트(24)로 절단될 수 있다. 예를 들어, 운송 수단(예를 들어, 기차, 비행기, 자동차, 및 보트)을 위한 단열재 및/또는 방음재 구성요소와 같은 임의의 적합한 용품(20)을 제조하기 위해 웨브(20)를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 섬유질 구조를 사용하여, 예를 들어, 침구, 쉘터(shelter), 텐트, 절연재, 절연 용품, 액체 및 기체 필터, 와이프, 의복 및 의복 구성요소, 개인 보호 장비, 방독면 등과 같은 다른 용품 또한 제조할 수 있다. 도 2c는 웨브(20)의 단면을 나타내고, 도 2d는 웨브(20)의 노출된 표면을 나타낸다.
하기의 실시예들은 단지 본 발명의 특징부, 이점 및 기타 상세 사항을 추가로 예시하기 위하여 선택하였다. 그러나, 이 실시예들이 이와 같은 목적을 갖지만, 사용된 특정 성분과 양 및 기타 조건과 상세 사항은 본 발명의 범주를 부당하게 제한하는 방식으로 해석되지 않아야 한다는 것을 명확히 이해하여야 한다.
시험 방법
멜트 블로운 섬유 부직물 웨브의 기계적 특성
ASTM D5035-06에 따라, 공압 클램프가 장착된 인스트론(Instron) 인장 시험기를 사용하여 멜트블로운 웨브의 파괴 강도(break force) 및 탄성 계수를 결정하였다. 기계 방향(MD) 및 폭 방향(CD) 양자 모두에서 각각의 웨브 샘플로부터 5개의 시편을 절단하였다. 각각의 시편의 두께를 캘리퍼 게이지로 측정하였다. 시편의 치수는 2.54 cm 너비 × 15.24 cm 길이(1 in. × 6 in.)였다. 7.62 cm(3 인치)의 게이지 길이 및 30.48 cm/min(12 인치/min.)의 크로스헤드 시험 속도를 사용하였다. 기계 방향 및 폭 방향 양자 모두에 있어서의 파괴 강도 및 탄성률에 대한 값을 얻어 5회 반복실험(시편)에 대해 평균하였으며 하기 표 1에 보고한다.
Figure 112014067164182-pct00001
멜트 블로운 섬유 부직물 웨브의 난연 특성
ASTM D6413-08을 사용하여 멜트블로운 웨브의 난연 특징을 결정하였다. 기계 방향(MD) 및 폭 방향(CD) 양자 모두에서 각각의 웨브 샘플로부터 10개의 시편(76 mm × 300 mm)을 절단하였다. 탄화 길이(char length) 및 잔염 시간(after-flame time)에 대한 값을 결정하였으며, 하기 표 2에 보고한다. 10개의 MD 및 10개의 CD 시편을 함께 평균하였다. 임의의 웨브 화염 점적(flaming drip)의 발생 또한 보고하였다. 잔염 시간은, 착화원이 제거된 후에 재료가 계속 타오르는 시간의 길이로서 정의된다. 탄화 길이는, 화염에 직접 노출된 재료 모서리로부터 0.98 N(100 그램)의 인열력(tearing force)이 적용된 후의 가시적인 재료 손상의 가장 먼 지점까지의 거리로서 정의된다.
Figure 112014067164182-pct00002
전계 방출 주사 전자 현미경( FESEM : Field Emission Scanning Electron Microscope )
히타치(Hitachi) S4700 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM) 상에서 저전압을 사용하여 ExB 조성 모드(compositional mode)로 250x 및 1000x의 배율에서 멜트블로운 웨브를 영상화하고 촬영하였다. 액체 질소 하에서 새 외과용 블레이드로 각각의 웨브 샘플을 파쇄함으로써 각각의 웨브의 단면 시편을 제조하였다. 이어서, 도전성 카본 테이프로 시편을 FESEM 스터브에 부착한 후, 조성 영상을 취하였다. 일반적으로 조성에 의해 더 많이 영향을 받는 후방산란 전자를 사용하여 ExB 영상을 생성시키며, 따라서 더 높은 평균 원자 번호의 영역이 ExB 영상에서 더 밝게 나타난다. 몇몇 영역에서 각각의 시편을 영상화하여 샘플의 대표적인 영상을 얻었다. 대표적인 영상을 도 1a, 1b, 1c, 2c, 및 2d에 나타낸다.
변조 시차 주사 열량법( MDSC : Modulated Differential Scanning Calorimetry )
TA 인스트루먼츠(TA Instruments) Q2000 변조 시차 주사 열량계(MDSC)를 사용하여 순수한 유형 8396 PET 수지 및 유형 8396과 2.5 중량%의 아연 다이에틸포스피네이트(ZDP)의 블렌드의 열적 특징을 측정하였다. 브라벤더(Brabender) 혼합기 내에서 8396 PET 수지를 용융시킴으로써 시험 샘플을 제조하였다. 용융된 수지를 수거하고 실온에서 공기 냉각시켰다. PET가 완전히 용융된 후에 ZDP를 브라벤더에 첨가한 후 혼합한 점을 제외하고는, 동일한 방식으로 유형 8396과 ZDP의 블렌드를 제조하였다. 시편을 칭량하고 TA 인스트루먼츠 T제로 알루미늄 팬 내에 로딩하였다. 매 60 초마다 ± 0.636℃의 섭동 진폭(perturbation amplitude)을 동반하여 4℃/min의 선형 가열 속도를 적용하였다. 시편에 짧은 홀드(short hold)를 적용하여 시편을 건조시킨 후에 0 내지 290℃의 온도 범위에 걸쳐 가열(H1) - 켄치(quench) 냉각(Q) - 가열(H2) - 느린 냉각(C2) - 가열(H3) 프로파일이 이어졌다. 열 유동(HF: heat flow) 또는 비-가역(NR: non-reversing) 열 유동 곡선의 단계 변화를 사용하여 유리 전이 온도를 평가하였다. 유리 전이에서 관찰되는 열 용량의 변화뿐 아니라, 전이의 개시, 중간점(절반 높이), 및 종료 온도를 기록하였다. 열 유동(HF), 가역(R) 열 유동, 또는 비가역(NR) 열 유동 신호를 사용하여 피크 적분을 평가하였다. 피크 개시 온도, 피크 최소 또는 최대 온도, 및 피크 면적 결과를 기록하였다. 피크 적분 결과를 샘플 중량에 대해 정규화하고 J/g 단위로 보고하였다. 하기 수학식에 따라 시편 결정화도를 계산하였다:
Figure 112014067164182-pct00003
여기서
Figure 112014067164182-pct00004
는 재료의 결정화도이고;
Figure 112014067164182-pct00005
는 중합체 재료의 융해열이며;
Figure 112014067164182-pct00006
은 100% 결정질 재료의 이론적 융해열이다. 시편의 평가를 위해 140 J/g의 값을 이용하였다. 열적 값을 하기 표 3에 보고한다. Tcc는 냉결정화 피크 온도이다. ΔHcc는 냉결정화 피크 아래의 면적이다. Tm은 융점 온도이다. ΔHm은 용융 피크 아래의 면적이다. Tc는 결정화 피크 온도(냉각 사이클)이다. ΔHc는 결정화 피크 아래의 면적이다.
Figure 112014067164182-pct00007
수축 측정
기계 방향(MD) 및 폭 방향(CD) 양자 모두에서 3개의 10 cm × 10 cm 시편을 사용하여 각각의 웨브 샘플에 대해 멜트블로운 웨브의 수축 특성을 계산하였다. 80℃에서 60 분 동안, 150℃에서 60 분 동안, 그리고 150℃에서 7 일 동안 각각의 시편을 피셔 사이언티픽 아이소템프 오븐(Fisher Scientific Isotemp Oven) 내에 넣어두기 전 및 후에 그들의 치수를 측정하였다. 하기의 수학식에 의해 MD 및 CD에서 각각의 시편에 대한 수축을 계산하였다:
Figure 112014067164182-pct00008
여기서 L0은 초기 시편 길이이고 L은 최종 시편 길이이다. 수축의 평균 값을 계산하고 하기 표 4에 보고하였다.
Figure 112014067164182-pct00009
실시예
사용한 재료
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 유형 8416: 델라웨어주 윌밍턴 소재의 인비스타(Invista)로부터 구매가능함, 융점 260℃, 고유 점도 0.51 dL/g.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 유형 8396: 델라웨어주 윌밍턴 소재의 인비스타로부터 구매가능함, 융점 260℃, 고유 점도 0.55 dL/g.
아연 다이에틸포스피네이트: 스위스 무텐츠 소재의 클라리언트 인터내셔날로부터 상표명 엑솔리트(상표) OP950으로 구매가능함, 융점 220℃, 분해 온도(2% 중량 손실에서 정의됨) 380℃, 인 함량 대략 20%.
실시예 1
하기의 절차를 사용하여 유형 8416 PET 수지 및 엑솔리트(상표) OP950 첨가제를 사용하여 본 발명의 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 울트라 글라이드(Ultra Glide) 25 mm 트윈-스크류 압출기(독일 뮌헨 소재의 크라스 마페이 쿰스토프테크닉-베르스토르프(Krass Maffei Kumstofftechnik-Berstorff))(동회전하며, 10개 구역을 가짐)를 사용하여 280℃의 용융 온도를 사용하여 8416 PET(97.5 중량%) 및 엑솔리트(상표) OP950 첨가제(2.5 중량%)의 마스터배치를 제조하였다. 관용적인 스트랜드 다이/물 트로프/펠렛화기(strand die/water trough/pelletizer) 장치를 사용하여 마스터배치를 펠렛화하였다. 이어서, 31mm(0.75 in.) 브라벤더 원추형 트윈 스크류 압출기를 사용하여 용융된 마스터배치 조성물을 멜트 펌프(65 rpm)에 공급한 후에 토출구(10개 토출구/cm) 및 381 미크론(0.015 인치)의 토출구 직경을 갖는 25 cm(10 인치) 너비의 멜트블로잉 다이에 공급한 점을 제외하고는, 문헌[Wente, Van A., "Superfine Thermoplastic Fibers" in Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pages 1342 et seq (1956)] 또는 문헌[Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954 entitled "Manufacture of Superfine Organic Fibers" by Wente, Van. A. Boone, C. D., and Fluharty, E. L.]에 기재된 것과 유사한 공정에 의해 마스터배치 펠렛을 극세섬유 웨브로 압출하였다. 용융 온도는 290℃였고, 스크류 속도는 120 rpm였으며, 다이는 290℃에서 유지하였고, 1차 공기 온도 및 압력은 각각 350℃ 및 60 ㎪(8.7 psi)이었으며, 중합체 처리 속도는 5.44 Kg/hr(12 lbs/hr.)였고, 수집기/다이 거리는 15.2 cm(6 in.)였다. 생성되는 부직물 웨브는 8.9 미크론의 평균 섬유 직경 및 149 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 수축, 기계적 특성, 및 난연 특성에 대해 부직물 웨브를 시험하였으며, 상기 표 1 내지 3에 보고한다. 웨브의 단면의 FESEM 영상을 도 1a에 나타낸다.
실시예 2
5 중량%의 아연 다이에틸포스피네이트(ZDP)를 유형 8416 PET 수지 내로 컴파운딩하였고 멜트 펌프 스피드가 70 rpm이었던 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 같이 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 1차 공기 온도 및 압력은 각각 350℃ 및 48 ㎪(7 psi)이었다. 생성되는 부직물 웨브는 9.0 미크론의 평균 섬유 직경 및 166 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 수축, 기계적 특성, 및 난연 특성에 대해 부직물 웨브를 시험하였으며, 상기 표 1 내지 3에 보고한다. 웨브의 단면의 FESEM 영상을 도 1b에 나타낸다.
실시예 3
10 중량%의 ZDP를 유형 8416 PET 수지 내로 컴파운딩하였고 멜트 펌프 스피드가 50 rpm이었던 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 같이 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 1차 공기 온도 및 압력은 각각 350℃ 및 62 ㎪(9 psi)이었다. 생성되는 부직물 웨브는 10.4 미크론의 평균 섬유 직경 및 163 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 수축, 기계적 특성, 및 난연 특성에 대해 부직물 웨브를 시험하였으며, 하기 표 1 내지 3에 보고한다. 웨브의 단면의 FESEM 영상을 도 1c에 나타낸다.
실시예 4
유형 8396 PET 수지를 사용하였고 290℃의 용융 온도를 사용하여 마스터배치 펠렛을 제조한 점을 제외하고는, 상기 실시예 3에서와 같이 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 1차 공기 온도 및 압력이 각각 350℃ 및 69 ㎪(10 psi)이었던 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같이 펠렛을 극세섬유 웨브로 압출하였다. 생성되는 부직물 웨브는 10 미크론의 평균 섬유 직경 및 대략 153 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 부직물 웨브를 수축 특성에 대해 시험하였으며 상기 표 4에 보고한다.
실시예 5
브라벤더 혼합기를 사용하여 270℃ 및 70 rpm의 스크류 속도에서 2 분 동안 8396 PET 수지를 용융시킴으로써 MDSC 시험을 위한 PET 컴파운드를 제조하였다. PET가 완전히 용융된 후에, 2.5 중량%의 ZDP를 브라벤더에 첨가하고, 이어서 부가적인 2 분 동안 70 rpm 및 270℃에서 혼합하였다. 용융된 블렌드를 수거하고 실온에서 공기 냉각시켰다. 컴파운드를 그의 열적 특성에 대해 시험하였으며, 그 결과는 표 3에 보고한다.
비교예 C1
ZDP를 사용하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 같이 비교예로서 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 1차 공기 온도 및 압력은 각각 350℃ 및 63 ㎪(9.1 psi)이었다. 생성되는 부직물 웨브는 12.9 미크론의 평균 섬유 직경 및 147 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 수축, 기계적 특성, 및 난연 특성에 대해 부직물 웨브를 시험하였으며, 상기 표 1 내지 3에 보고한다.
비교예 C2
ZDP를 사용하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예 4에서와 같이 비교예로서 PET 멜트블로운 극세섬유 웨브를 제조하였다. 1차 공기 온도 및 압력은 각각 350℃ 및 63 ㎪(9.1 psi)이었다. 생성되는 부직물 웨브는 12.9 미크론의 평균 섬유 직경 및 대략 148 g/m2의 평량을 가졌다. 상기와 같이 부직물 웨브를 수축 특성에 대해 시험하였으며 상기 표 4에 보고한다.
비교예 C3
비교예로서, 브라벤더 혼합기를 사용하여 270℃ 및 70 rpm의 스크류 속도에서 2 분 동안 8396 PET 수지를 용융시킴으로써 MDSC 시험을 위한 PET 컴파운드를 제조하였다. 이어서, 용융된 중합체를 수거하고 실온에서 공기 냉각시켰다. 중합체를 그의 열적 특성에 대해 시험하였으며, 그 결과는 표 3에 보고한다.
표 4는, 아연 다이에틸포스피네이트로 로딩된 실시예 1 내지 4 섬유 웨브가 100% PET 블로운 극세-섬유 웨브였던 비교예 C1 및 C2에 비교하여 본질적으로 수축을 나타내지 않았음을 설명한다. 또한, 웨브의 PET 섬유 내에 존재하는 금속 포스피네이트의 비율은 일반적으로 웨브 수축에 영향을 미치지 않았다. 비교예 C2에 기재되고 더 높은 고유 점도의 수지(유형 8396)로 제조된 100% PET 웨브는 비교예 C1에 나타낸 100% PET 웨브보다 전반적으로 더 낮은 수축 값을 가졌다. 금속 포스피네이트의 첨가는 PET를 위한 결정 기핵제로서 작용하여, 결정화 속도를 증가시키고 아마도 그의 전반적인 결정성을 개선한다는 이론이 제시되어 있다. 이러한 추정을 입증하기 위하여, 100% PET 유형 8396 원본 수지 및 PET 수지와 2.5% 아연 다이에틸포스피네이트의 블렌드(각각 실시예 C3 및 5)에 대한 열 주사를 수집하였으며, 그 결과는 표 3에 나타낸다.
예시적인 실시 형태
멜트 블로잉 공정 실시 형태
1.
(a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계;
(b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 또는 복수의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계; 및
(c) 하나 이상의 섬유를 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도(예를 들어, Tg를 약 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 또는 심지어 30℃ 이상 초과하는 온도)로 가열하는 단계를 포함하며,
여기서 금속 포스피네이트는 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하는 양이고, 하나 이상의 섬유의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인 공정. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 전형적인 폴리에스테르 중합체의 Tg는 약 80℃ 내지 약 90℃의 범위이다.
2, 실시 형태 1에 있어서, 하나 이상의 섬유의 가열이 폴리에스테르 중합체의 Tg를 약 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 또는 심지어 30℃ 이상 초과하는 온도까지인 공정.
3. 실시 형태 1 또는 2에 있어서, 하나 이상의 섬유를 내연 기관에 인접하여 배치하는 단계(예를 들어, 자동차 등의 후드(hood) 밑에, 또는 방화벽에 인접하여)를 추가로 포함하며, 여기서 가열은 내연 기관에 의해 발생하는 공정.
4. 실시 형태 1 또는 2에 있어서, 하나 이상의 섬유를 포함하는 텍스타일 제품을 제조하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 가열은 텍스타일 제품의 세탁 및/또는 건조를 포함하는 공정.
5. 실시 형태 4에 있어서, 텍스타일 제품이 의류(예를 들어, 자켓, 코트, 장갑, 신발 등) 또는 침구(예를 들어, 이불, 담요, 침낭 등)인 공정.
6.(a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; 및
(b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 또는 복수의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계(각각의 섬유는 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 가짐)를 포함하며,
여기서 금속 포스피네이트는 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 폴리에스테르 중합체의 점도를 감소시키고, 폴리에스테르 중합체의 결정화를 가속시키거나, 유도하거나, 적어도 촉진하는 양이고, 하나 이상의 섬유의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인 공정.
7. 실시 형태 6에 있어서, 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계가, 금속 포스피네이트와 폴리에스테르 중합체의 멜트 블렌딩을 포함하는 공정.
8. 실시 형태 7에 있어서, 멜트 블로잉 단계가 하나 이상의 섬유를 형성하도록 설계된(예를 들어, 치수 및 형상화됨) 하나 이상 또는 복수의 상응하는 다이 개구를 통해 열가소성 중합체 재료를 압출하는 단계를 포함하는 공정.
9. 실시 형태 1 내지 8 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 중합체 블렌드를 형성하기 위해 폴리에스테르 중합체와 하나 이상의 다른 중합체의 블렌드를 포함하는 공정.
10. 실시 형태 1 내지 9 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 폴리에스테르 중합체가 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르, 또는 지방족 폴리에스테르와 방향족 폴리에스테르의 조합인 공정.
11. 실시 형태 1 내지 10 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 0.1 중량% 이상의 금속 포스피네이트를 포함하는 공정.
12. 실시 형태 1 내지 11 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 20 중량% 미만의 금속 포스피네이트를 포함하는 공정.
13. 실시 형태 1 내지 12 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 금속 포스피네이트가 아연 포스피네이트인 공정.
14. 실시 형태 1 내지 13 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 방법이 열가소성 중합체 재료를 용융시켜 용융된 중합체 재료를 형성시키는 단계를 추가로 포함하며, 멜트 블로잉이 용융된 중합체 재료를 하나 이상 또는 복수의 섬유 모재로 형성시키는 단계(예를 들어, 압출); 및 하나 이상의 섬유 모재를 하나 이상의 섬유로 고형화시키는 단계(예를 들어, 냉각)를 포함하고; 여기서 폴리에스테르 중합체는 융점을 가지며, 금속 포스피네이트는 적어도 폴리에스테르 중합체의 융점 이하에서 용융되고, 용융된 중합체 재료가 고형화되기 전에, 또는 적어도 그와 거의 동시에 적어도 용융된 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 것을 유발하는 결정화 촉진제 또는 결정화제로서 작용하는 공정.
15. 실시 형태 1 내지 14 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 360℃ 이하의 온도에 도달하는 것을 유발하는 온도에서 멜트 블로잉을 수행하는 공정.
16. 실시 형태 1 내지 14 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 290℃ 이상 내지 약 360℃ 이하의 범위의 온도에 도달하는 것을 유발하는 온도에서 멜트 블로잉을 수행하는 공정.
17. 실시 형태 1 내지 16 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 폴리에스테르 중합체가 열가소성 중합체 재료의 유일하거나, 대부분이거나, 적어도 실질적인 중합체 부분, 즉, 90 질량%, 85 질량%, 80 질량%, 75 질량%, 또는 심지어 70 질량%를 형성하는 공정.
18. 실시 형태 1 내지 17 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 멜트 블로잉 후에, 열가소성 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체가 완전히, 대부분, 부분적으로, 또는 적어도 실질적으로 결정질인 공정.
19. 실시 형태 1 내지 18 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 섬유로 제조된 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30% 미만의 선형 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 공정.
20. 실시 형태 1 내지 18 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 섬유로 제조된 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 10% 미만의 선형 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 공정.
21. 실시 형태 1 내지 20 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 중합체 재료가 동일한 중합체 재료로 제조된 동일한 크기의 멜트-스펀 또는 스펀본드 섬유에 비교할 경우에 낮은 분자 배향을 나타내는 섬유로 멜트 블로잉되는 공정.
22. 실시 형태 1 내지 21 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 섬유가 약 0.01 이하의 복굴절을 나타내는 공정.
섬유질 구조의 제조 방법 실시 형태
23.실시 형태 1 내지 22 중 어느 한 실시 형태에 따른 공정을 사용하여 섬유를 제조하는 단계; 및 섬유를 섬유질 구조(예를 들어, 부직물 웨브, 스크림, 매트, 시트, 또는 다른 구조)로 형성시키는 단계를 포함하는, 섬유질 구조의 제조 방법.
24. 실시 형태 23에 있어서, 섬유질 구조가, 폴리에스테르 중합체의 Tg 이상의 온도(예를 들어, Tg를 약 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 또는 심지어 30℃ 이상 초과하는 온도)에 섬유질 구조가 노출되는 환경(예를 들어, 내연 기관 등에 인접함)에서의 사용을 위해 작동적으로 적합화되는(예를 들어, 구조적으로 치수화되거나, 형상화되거나, 달리 구성되거나 설계됨) 방법. 예를 들어, 자동차용 후드의 밑면에 고정되도록 그러한 섬유질 구조를 절단하거나 달리 형상화할 수 있을 것이다.
25. 실시 형태 23 또는 24에 있어서, 섬유질 구조가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 내의 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 방법.
26. 실시 형태 23 또는 24에 있어서, 섬유질 구조가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 10% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 내의 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 방법.
멜트 블로운 섬유 실시 형태
27. 약 10 미크론 미만인 직경 또는 두께를 갖고, 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체, 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함하며, 여기서 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인 하나 이상의 멜트 블로운 섬유.
28. 실시 형태 27에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 중합체 블렌드를 형성하기 위해 폴리에스테르 중합체와 하나 이상의 다른 중합체의 블렌드를 포함하는 멜트 블로운 섬유.
29. 실시 형태 27 또는 28에 있어서, 폴리에스테르 중합체가 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르, 또는 지방족 폴리에스테르와 방향족 폴리에스테르의 조합인 멜트 블로운 섬유.
30. 실시 형태 27 내지 29 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 폴리에스테르 중합체가 열가소성 중합체 재료의 유일하거나, 대부분이거나, 적어도 실질적인 중합체 부분을 형성하는 멜트 블로운 섬유.
31. 실시 형태 27 내지 30 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체의 대부분 또는 적어도 실질적인 부분이 결정질인 멜트 블로운 섬유.
32. 실시 형태 27 내지 31 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 멜트 블로운 섬유의 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30% 미만의 선형 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 멜트 블로운 섬유.
33. 실시 형태 27 내지 32 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 멜트 블로운 섬유의 부직물 웨브가 약 4 시간 동안 150℃의 온도로 가열될 때 약 10% 미만의 수축을 나타내기에 충분한 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 멜트 블로운 섬유.
34. 실시 형태 27 내지 33 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 0.1 중량% 이상의 금속 포스피네이트를 포함하는 멜트 블로운 섬유.
35. 실시 형태 27 내지 34 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 열가소성 중합체 재료가 약 20 중량% 이하의 금속 포스피네이트를 포함하는 멜트 블로운 섬유.
36. 실시 형태 27 내지 35 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 금속 포스피네이트가 아연 다이에틸포스피네이트인 멜트 블로운 섬유.
37. 실시 형태 27 내지 36 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 동일한 중합체 재료로 제조된 동일한 크기의 멜트-스펀 또는 스펀본드 섬유에 비교할 경우에 낮은 분자 배향을 나타내는 멜트 블로운 섬유.
38. 실시 형태 27 내지 37 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상의 멜트 블로운 섬유가 약 0.01 이하의 복굴절을 나타내는 멜트 블로운 섬유.
섬유질 구조 실시 형태
39. 실시 형태 27 내지 38 중 어느 한 실시 형태에 따른 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하는 섬유질 구조(예를 들어, 부직물 또는 직물).
40. 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하며, 각각의 멜트 블로운 섬유는 하나 이상의 폴리에스테르 중합체, 또는 복수의 폴리에스테르 중합체, 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함하고, 여기서 하나 이상의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질이며, 하나 이상의 폴리에스테르 중합체의 Tg 이상의 온도(예를 들어, Tg를 약 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 또는 심지어 30℃ 이상 초과하는 온도)에 섬유질 구조가 노출되는 환경(예를 들어, 내연 기관 등에 인접함)에서의 사용을 위해 작동적으로 적합화되는(예를 들어, 구조적으로 치수화되거나, 형상화되거나, 달리 구성되거나 설계됨) 섬유질 구조. 예를 들어, 자동차용 후드의 밑면에 고정되도록 그러한 섬유질 구조를 구성할 수 있을 것이다.
41. 실시 형태 39 또는 40에 있어서, 섬유질 구조가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 30% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 내의 충분한 하나 이상의 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 섬유질 구조.
42. 실시 형태 39 또는 40에 있어서, 섬유질 구조가 약 4 시간 동안 약 150℃의 온도로 가열될 때 약 10% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 내의 충분한 하나 이상의 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 섬유질 구조.
43. 실시 형태 39 내지 42 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 부직물 섬유질 웨브인 섬유질 구조.
44. 실시 형태 39 또는 43 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 하나 이상 또는 복수의 스테이플 섬유 또는 그 밖의 불연속 섬유, 멜트 스펀 연속 섬유, 또는 그의 조합을 추가로 포함하는 섬유질 구조.
용품 실시 형태
45. 실시 형태 39 내지 44 중 어느 한 실시 형태에 따른 섬유질 구조를 포함하는 용품.
중합체 조성물 실시 형태
46. 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 약 2 중량% 이하의 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 조성물.
47. 실시 형태 46에 있어서, 약 0.5 중량% 이상의 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는 열가소성 중합체 조성물. 이는 조성물이 최소량의 폴리에스테르를 함유하는 경우에 10 미크론 직경의 섬유를 멜트 블로잉하기 위해 필요한 금속 포스피네이트의 최소량이다.
본 명세서에 기재된 발명을 사용하여 할로겐이 없는 난연성 폴리에스테르 멜트 블로운 섬유질 구조(예를 들어, 섬유 웨브)를 제조할 수 있으며, 사용되는 공정은 그러한 구조를 연속적으로 제조할 수 있다. 블로운 섬유 내의 난연성 첨가제의 분포 및 분산은 난연성 화학물질이 섬유 및 웨브 표면으로부터 씻겨지거나 벗겨지는 것을 방지한다. 상이한 섬유 크기, 중량, 밀도, 두께, 로프트(loft), 및 기능성 요건(예를 들어, 강직성, 회복 탄력성, 통기성 등)을 충족시키도록 난연성 블로운 극세-섬유 웨브를 개질할 수 있다. 난연 특성에 부가하여, 높은 내열성, 내습성, 및/또는 내오염성; 항균 특성; 개선된 여과 특성 등을 갖도록 블로운 극세-섬유 웨브를 개질할 수 있다. 난연제 외의 첨가제를 압출 공정 중에 첨가하거나, 웨브 내에 방출하거나 웨브 상에 코팅하거나 섬유 또는 입자와 같은 형태로 웨브 내에 로딩할 수 있을 것이다. 난연성 블로운 극세-섬유질 구조를 재가공(예를 들어, 세단함)하고 에어-레잉(air-laying) 공정, 또는 카딩 및 크로스-래핑(cross-lapping) 공정에 사용하여 고 로프트 및 중간 로프트의 부직물을 제조할 수 있다.
절연재 및 여과 응용을 포함하나 이로 제한되지 않는 다양한 응용에 본 발명의 섬유질 구조를 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 난연성 또는 비-난연성 블로운 극세-섬유질 구조는 직업 의류(occupational apparel), 임시 쉘터, 및 침구를 위한 단열재로서 사용될 수 있다. 다른 응용은 또한, 운송 수단(예를 들어, 자동차, 버스, 트럭, 기차, 항공기, 보트, 선박 등), 건물, 기기에서의 단열재 및/또는 방음재, 또는 그 밖에 적용할 수 있는 건설 법규 또는 제조자 규격을 충족시키는 것들, 필터 매질 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 블로운 극세-섬유질 구조는 적합한 대체 섬유 유리 구조(예를 들어, 내연 기관 격실에서의 절연재로서)가 될 수 있다. 현재의 섬유 유리 제품은, 본 발명의 섬유질 구조로 제조된 동일한 제품에 비교하여 취급이 어려울 수 있다. 본 발명의 난연성 섬유질 구조는 또한, 전형적으로 고가이고 불량한 내압축성 및 정합성(conformability)을 나타내는 관용적인 난연성 유형 섬유질 구조에 대한 유력한 대체물일 수 있다. 그러한 특징은 난연성 침구, 의류, 및 임시 쉘터에 사용되는 섬유질 구조에 있어서 중요할 수 있다.
본 발명은 그의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 여러 변형 및 변경을 취할 수 있다. 단지 예를 들어, 저/고 로프트, 저/고 밀도, 및 저/고 평량 중 하나 또는 그의 임의의 조합을 나타내는 섬유질 구조를 형성시키도록 본 발명을 개질할 수 있을 것이다. 멜트 블로운 섬유의 압출 중에, 또는 멜트 블로운 섬유 및/또는 웨브의 가공 후에 첨가제 또한 첨가하여, 항균성, 내습성 등인 제품을 제조할 수 있을 것이다. 부가적으로, 에어-레잉 공정의 사용을 통해 본 발명의 멜트 블로운 섬유질 구조를 부직물 매질로 추가로 재가공할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 상세한 설명으로 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 그의 임의의 등가물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.
본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재 시에도 적합하게 실시될 수 있다.
배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다.

Claims (17)

  1. (a) 하나 이상 또는 복수의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 상이한 용융성 금속 포스피네이트 또는 상이한 용융성 금속 포스피네이트의 조합을 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; 및
    (b) 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉(melt blowing)하는 단계를 포함하며,
    여기서 하나 이상의 섬유 중 폴리에스테르 중합체가 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 작동 온도에서 사용하기에 적합해지기 위해 적어도 부분적으로 결정질이 되도록, 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 금속 포스피네이트가 폴리에스테르 중합체의 결정화를 적어도 촉진하는 양으로 존재하는, 중합체 섬유 제조 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    열가소성 중합체 재료를 용융시켜 용융된 중합체 재료를 형성시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 멜트 블로잉은
    용융된 중합체 재료를 하나 이상의 섬유 모재로 형성시키는 단계; 및
    하나 이상의 섬유 모재를 하나 이상의 섬유로 고형화시키는 단계를 포함하며,
    여기서 폴리에스테르 중합체는 융점을 가지며, 금속 포스피네이트는 적어도 폴리에스테르 중합체의 융점 이하에서 용융되고, 용융된 중합체 재료가 고형화되기 전에, 또는 적어도 그와 동시에 적어도 용융된 중합체 재료의 폴리에스테르 중합체가 결정화되는 것을 유발하는 작용을 하는, 중합체 섬유 제조 공정.
  3. (a) 하나 이상의 폴리에스테르 중합체 및 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는 열가소성 중합체 재료를 제공하는 단계; 및
    (b) 열가소성 중합체 재료를 10 미크론 미만의 직경을 갖는 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉하는 단계를 포함하며,
    여기서 금속 포스피네이트는 열가소성 중합체 재료를 하나 이상의 섬유로 멜트 블로잉할 때 폴리에스테르 중합체의 점도를 감소시키고 폴리에스테르 중합체의 결정화를 적어도 촉진하며, 하나 이상의 섬유 중 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인, 중합체 섬유 제조 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 공정을 이용하여 섬유를 제조하는 단계; 및
    섬유를 섬유질 구조로 형성시키는 단계를 포함하는, 섬유질 구조의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 섬유질 구조가 4시간 동안 150℃의 온도로 가열될 때 30% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 중 폴리에스테르 중합체가 결정화되는, 섬유질 구조의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 제조된 섬유를 포함하는 섬유질 구조를 형성시키는 단계; 및
    섬유질 구조를 내연 기관에 인접하여 배치하는 단계를 포함하며,
    여기서 내연 기관에 의해 발생된 열은 섬유질 구조가 폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도에 노출되는 것을 유도하는, 절연 방법.
  7. 섬유를 포함하는 텍스타일 제품을 제조하는 단계, 및
    폴리에스테르 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도에서 텍스타일 제품을 세탁 또는 건조시키는 단계를 포함하며,
    여기서 텍스타일 제품이 상기 세탁 또는 건조 동안 10% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 섬유 중 폴리에스테르 중합체가 결정화되는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 제조된 섬유를 포함하는 텍스타일 제품의 제조 방법.
  8. 각각의 멜트 블로운 섬유가, 10 미크론 미만의 직경을 가지며, 하나 이상의 폴리에스테르 중합체와 멜트 블로운 섬유를 형성하기 위해 사용되는 온도에서 용융되는 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함하고, 여기서 상기 폴리에스테르 중합체는 융점을 가지며, 상기 금속 포스피네이트는 상기 폴리에스테르 중합체의 융점 이하에서 용융되고, 상기 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인, 멜트 블로운 섬유를 포함하는 섬유질 구조.
  9. 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하며, 각각의 멜트 블로운 섬유는 하나 이상의 폴리에스테르 중합체, 및 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하는 열가소성 중합체 재료를 포함하고, 여기서 하나 이상의 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질이며, 하나 이상의 폴리에스테르 중합체의 Tg 이상의 온도에 노출되는 경우 섬유질 구조가 10% 미만의 선형 수축을 나타내는, 복수의 멜트 블로운 섬유를 포함하는 섬유질 구조.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 섬유질 구조가 4시간 동안 150℃의 온도로 가열될 때 10% 미만의 선형 수축을 나타내도록 각각의 멜트 블로운 섬유 중 하나 이상의 폴리에스테르 중합체가 결정화되는, 섬유질 구조.
  11. 하나 이상의 폴리에스테르 중합체 및 2 중량% 이하의 하나 이상의 용융성 금속 포스피네이트를 포함하며, 여기서 상기 폴리에스테르 중합체는 융점을 가지고, 상기 금속 포스피네이트는 상기 폴리에스테르 중합체의 융점 이하에서 용융되며, 상기 폴리에스테르 중합체는 적어도 부분적으로 결정질인, 멜트 블로운 열가소성 중합체 섬유.
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