KR102554641B1 - 부드러운 부직포 웹 및 그 제조 방법 - Google Patents

부드러운 부직포 웹 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102554641B1
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데이비드 에이. 팔즈윅즈
다니엘 엠. 너스바움
톰 알. 벨라우
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

매크로-요소를 함께 형성하는 순차적인 패턴으로 작은, 별개의 접합점들의 패턴을 이용하는 부드러운 점 접합 부직포 웹, 및 이를 제조하는 방법이 기술된다. 매크로-요소들 그 자체가, 점 접합된 부직포 웹 상의 기계적 신장 동작이 부드럽고 부피가 크지만, 개별 접합점들의 인열 또는 파열 발생이 감소된 직물을 생산하도록 패턴 내에 위치되고 정렬된다.

Description

부드러운 부직포 웹 및 그 제조 방법
본 출원은 2017년 8월 16일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/546408호에 대한 우선권을 주장하고, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 원용된다.
부직포 직물은 기저귀, 팬티-라이너, 아기용 와이프 및 다른 개인 생활 제품과 같은 다양한 일회용 제품에서 통상적으로 사용된다. 그들의 저 비용 및 강도 때문에, 부직포 물질은 이러한 제품들에서 매우 다양한 상이한 구성요소에 사용된다. 일 측면에서, 개인 생활 제품에 사용되는 많은 기능적 물질, 예를 들어 탄성 물질 및 장벽 필름은 원하는 부드러움 속성이 부족하고 불쾌한 촉감을 갖는다. 따라서, 적층체의 전체 촉감 및 부드러움을 개선하기 위해 다른 기능성 층과 함께 대면층으로서 부직포 재료를 사용하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 흡수성 개인 생활 용품에 사용되는 액체 불투과성 외부 커버는 종종, 폴리프로필렌 스펀본드 섬유 부직포 웹에 접합된, 미소공성 필름 등의 장벽 필름을 포함하는 적층체를 포함한다. 그러나, 부직포는 일반적으로 다양한 기능성 재료보다 우수한 촉감을 갖지만, 많은 부직포 웹은 여전히 비교적 강성일 수 있고 그리고/또는 소비자 요구 부드러움 수준이 부족할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 기계적 처리뿐만 아니라 첨가제 부가를 통해 부직포 웹의 부드러움을 개선하기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 예를 들어, 사용되어 온 한 가지 기술은 일반적으로 링-롤링(ring-rolling) 또는 증분 신장(incremental stretching)으로 지칭되는, 상호 맞물리는 홈형(grooved) 롤을 통해 부직포 직물을 신장하는 것이다. 이러한 처리는 부직포의 전체 촉감과 관련하여 약간의 개선을 제공하였다. 그러나, 이러한 처리는 부직포 내에서 찢김을 형성할 뿐만 아니라 퍼징(fuzzing) 또는 린팅(linting) 증가로 이어질 수 있다. 종종 이러한 린팅 또는 찢김은 제한된 규모나 크기일 수 있으며, 그럼에도 불구하고 이러한 고르지 못한 부분의 형성은 품질에 대한 전반적인 인식을 떨어뜨리고 제품이 그것의 의도된 성능을 수행할 수 있는 능력에 대한 소비자의 신뢰를 약화시킬 수 있다. 예를 들어, 작은 찢어짐이 필름/부직포 적층체의 장벽 기능에 실질적으로 영향을 미치지 않을 수 있더라도, 부직포 웹이 기저귀용 액체 불투과성 외부 커버의 외부 페이싱 물질로서 사용되는 경우, 이러한 찢어짐은 소비자가 적절하게 수행할 수 있는 제품의 능력에 의문을 제기하도록 할 수 있다.
따라서, 여전히 더 큰 수준의 부드러움 및/또는 촉감을 갖는 부직포 웹에 대한 지속적인 요구를 해결하기 위해서, 본 발명은 독특하고 개선된 특성의 조합, 즉 고강도 및 크게 감소된 시각적 결함의 발생과 함께 만족스러운 촉감 및 부드러움을 갖는 부직포 직물을 제공한다. 이와 관련하여, 본 발명의 패턴 및 공정은 형성 후 기계적 연화 처리와 흔히 연관된 힘과 응력을 훨씬 잘 견딜 수 있다.
일반적으로 말하면, 상술한 바와 같이 하나 이상의 개선된 특성을 갖는 부직포 웹은 하나 이상의 기계적 신축 동작과 조합하여 특정 접합 패턴을 사용함으로써 달성될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 접합 패턴은 (i) 1.25mm 이하의 최대 치수 및 3:1 미만의 종횡비를 갖는 분리된 개별 접합점들, (ii) 순차적인 패턴으로 개별 접합점들에 의해 형성된 매크로-요소로서, 매크로-요소는 실질적으로 기계 방향으로 연장되고 약 4 내지 약 25mm의 기계-방향 길이를 가지는, 상기 매크로-요소, (iii) 약 20 내지 약 50mm2의 면적을 갖는 매크로-요소에 인접하는 미접합 포켓, 및 (iv) 약 5% 내지 약 20%의 전체 접합 면적을 포함할 수 있다. 접합 패턴을 부직포 웹에 부여한 후, 제1 신장력이 패턴 접합된 부직포 웹에 인가되어서 하나 이상의 웹 치수를 증가시키고 부드러운 고 로프트(high-loft) 영역을 형성한다. 예를 들면, 패턴 접합된 부직포 웹은 교차 방향으로 신장되어서 교차 방향으로 그 치수를 증가시키고, 즉 그 폭을 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 상기 방법은 패턴 접합된 부직포 웹에 제2 신장력을 적용하여 패턴 접합된 부직포 웹의 동일하거나 상이한 치수를 증가시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 부직포 웹은 기계 방향으로 신장될 수 있어서, 패턴 접합된 부직포가 기계 방향으로 연장되고 네킹되고, 즉 CD 치수 또는 폭이 감소한다. 하나 이상의 기계적 신장 동작에 의해 인가되는 강한 힘에도 불구하고, 생성된 부직포 웹은 개별 접합점의 1% 미만, 또는 심지어 0.1% 미만의 찢어짐을 가질 것이다.
대안적인 실시예에서, 접합 패턴은 (i) 1.25mm 이하의 최대 치수를 갖는 분리된 개별 접합점, (ii) 후속 패턴으로 개별 접합점에 의해 형성된 매크로-요소, (iii) 약 1 내지 약 5㎠의 매크로-요소의 전체 밀도, 및 (iv) 약 5% 내지 약 20%의 전체 접합 면적을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매크로-요소는 실질적으로 교차 방향으로 연장하는 복수의 행에 위치될 수 있고, 인접하는 행들은 엇갈리게 배치되어서 상부 행의 매크로-요소가 아래에 놓인 행의 미접합된 포켓을 덮어씌운다. 소정의 실시예들에서, 매크로-요소들을 형성하는 개별 접합점들 사이의 간격은 0.03 내지 약 0.7mm이고, 매크로-요소들 사이의 간격은 약 0.9mm 내지 약 2.5mm이다. 또한, 행들은 교차 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 적절한 접합 패턴은 약 1 내지 약 7mm의 CD 폭 및/또는 약 4 내지 약 25mm의 기계 방향 길이를 갖는 매크로-요소들을 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 패턴 접합된 웹을 제조하기 위한 공정의 개략적인 측면도이다.
도 1a는 도 1의 공정의 개략적인 상면도이다.
도 2는 본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 홈 롤 조립체의 닙의 부분이다.
도 3 및 도 4는 본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 접합 패턴을 도시한다.
도 5는 본 발명의 패턴 접합된 부직포 웹을 포함하는 다층 적층체의 측면도이다.
도 6은 기계적 신장 작업을 거치기 전의 패턴 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
도 7은 CD 기계적 신장 작업을 거친 후의 본 발명의 패턴 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
도 8은 CD 및 MD 기계적 신장 작업을 거친 후 본 발명의 패턴 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
도 9는 CD 및 MD 기계적 신장 작업을 거친 후 본 발명의 패턴 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
도 10 및 도 10a는 CD 기계적 신장 작업을 거친 종래 기술의 접합 패턴과 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
도 11은 CD 기계적 신장 작업을 거친 종래 기술의 접합 패턴과 접합된 부직포 웹의 SEM 현미경사진이다.
정의
명세서 및 청구항 전체에 걸쳐, 물품 및/또는 그 개별 성분들에 대한 논의는 아래에 기술된 점을 포함한다.
본원에서 사용된 대로, "포함하는" 또는 "구비하는" 또는 "가지는"이라는 용어는 포괄적이거나 개방형이며, 언급되지 않은 추가 요소, 조성 성분, 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 따라서, "포함하는" 또는 "구비하는" 또는 "가지는"은 더 제한적인 용어 "본질적으로 이루어지는" 및 "로 이루어지는"을 포함하고 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "시퀀스 패턴"은, 차례로 뒤따르고 직선형 선, 곡선형 선을 형성하는 패턴, 직선형 및 곡선형 선을 모두 포함하는 패턴, 분지형 또는 비분지형 선형 및 곡선형 패턴 등을 포함하는 일련의 가깝게 이격된 접합점을 포함하는 패턴을 의미한다.
본원에서 사용된 대로, 용어 "기계 방향" 또는 "MD"는 섬유성 웹의 형성 중 섬유가 피착되는 형성 표면의 이동 방향을 지칭하고; 이러한 방향은 또한 섬유가 대부분 연장되는 방향이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "교차 기계 방향" 또는 "CD"는 상기 정의된 기계 방향에 본질적으로 수직인 방향을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "부직 웹"은, 식별 가능하고, 반복되는 방식이 아니라, 엉켜 있거나 맞물려 있는 개별 섬유 또는 스레드의 구조체를 생산하도록, 직조 또는 편직과 같은 전통적인 직물 형성 공정을 사용하지 않고 형성된 재료의 구조체 또는 웹을 의미한다. 부직포 웹은 예를 들어 용융취입 공정, 스펀본딩 공정, 스테이플 섬유 카딩 공정 및 에어 레이드 및 습식 레이드 공정을 포함하는 다양한 공정에 의해 형성될 수 있다.
본원에서 사용된 대로, "스펀본드" 섬유 및 "스펀본드" 부직포 웹은 용융된 열가소성 물질을 복수의 미세하고 일반적으로 원형인 모세관들로부터 용융된 실로서 수렴 고속 공기 스트림 내로 압출시키며 공기 스트림은 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 약화시켜 그 직경을 감소시키는 것에 의해서 형성되는 연속 섬유 웹을 포함한다. 스펀본드 공정의 이덕티브 연신은 또한 비교적 증가된 강도를 갖는 웹을 제공하는 형성된 중합체 섬유에 결정화도를 부여하는 역할을 한다. 비제한적인 예로서, 스펀본드 섬유 부직포 웹 및 이를 제조하기 위한 공정이 Appel 등의 US4340563; Pike 등의 US5382400; Conrad 등의 US8246898; Lennon 등의 US8333918 등에 개시되어 있다.
본원에서 사용된 것과 같이, "멜트블로운"섬유 및 "멜트블로운" 부직포 웹은 일반적으로 용융된 열가소성 물질이 용융 섬유로서 다수의 미세한, 대개는 원형의 다이 모세관을 통해 압출되어 용융된 열가소성 물질의 섬유를 약화시켜서 그것의 직경을 감소시키는 수렴하는 고속 가스(예컨대 공기)로 압출되는 공정에 의해 형성되는 것들을 말한다. 그런 다음 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 위에 쌓여서 무작위 분산된 멜트블로운 섬유 웹이 형성된다. 비제한적인 예로서, 멜트블로운 섬유 부직포 웹 및 이를 제조하기 위한 공정이 Butin 등의 US3849241; Abba 등의 US4775582, Wisneski 등의 US4707398; Haynes 등의 US5652048, Haynes 등의 US6972104 등에 개시되어 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "개인 생활 용품(personal care article)"은, 기저귀, 성인 실금 의복, 흡수성 팬티 및 의복, 탐폰, 여성용 패드 및 라이너, 신체 와이프(예를 들어, 아기 와이프, 회음부 와이프, 손 와이프 등), 턱받이(bib), 교환 패드, 붕대, 및 그들의 구성요소들을 포함하는 개인 건강 또는 위생을 위해 사용되는 임의의 모든 용품 또는 제품을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "보호 용품"은, 예를 들어, 얼굴 마스크, 보호용 가운 및 에이프런, 장갑, 캡, 신발 커버, 장비 커버, 멸균 랩(예를 들어, 의료 기기용), 차량 커버 등을 포함하는, 사용자 또는 장비를 외부 물질과 접촉하거나 노출하는 것을 보호하기 위한 모든 용품을 의미한다.
부직포 직물을 제조하는 방법
본 발명의 측면들은 광범위한 부직포 직물과 관련하여 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 부직포 웹은 스펀본딩, 멜트블로잉, 수력엉킴 공정 등에 의해 제조된 것들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 다층 부직포 적층체가 또한 본 발명과 관련하여 사용될 수도 있다. 적합한 부직포 직물 및 이를 제조하는 방법들의 예들은 Pike 등의 US5382400, Butt 등의 US5492751, Kobylivker 등의 US6224977, Welch 등의 US8603281, Stokes 등의 WO99/32699 및 Kupelian 등의 WO16/080960에 기술된 것들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 부직포 웹은 바람직하게, 예를 들어 스펀본드 섬유 부직포 웹 공정에 의해 형성된 것들과 같은 연속적이거나 실질적으로 연속적인 섬유를 포함한다. 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 부직포 매트 또는 웹들은 약 60g/m2 미만의 평량을 가질 수 있다. 소정의 실시예들에서, 부직포 웹은 약 45g/m2, 35g/m2, 30g/m2, 25g/m2, 20g/m2, 또는 심지어 18g/m2 미만의 평량을 가질 수 있고 또한, 소정의 실시예들에서, 약 8g/m2, 10g/m2 또는 12g/m2 초과의 평량을 가질 수 있다.
광범위한 열가소성 중합체 조성물이 본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 것으로 여겨진다. 비한정적인 예로서, 적합한 열가소성 중합체는 폴리에스테르 (예를 들어, 폴리락트산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등); 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등); 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리비닐 아세테이트; 폴리비닐 클로라이드 아세테이트; 폴리비닐 부티랄; 아크릴 수지(예를 들어, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등); 폴리아미드(예를 들어, 나일론); 폴리비닐 클로라이드; 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리스티렌 폴리비닐 알코올; 폴리우레탄; 및 이들의 배합물과 혼합물을 포함한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 열가소성 조성물은 열가소성 조성물의 50 중량% 초과의 폴리올레핀, 예컨대 약 51 내지 99 중량%, 60 내지 98 중량%, 또는 심지어 80 내지 98 중량%를 포함하는 폴리올레핀 조성물을 포함할 수 있다. 적절한 폴리올레핀은, 예를 들어, 에틸렌 (예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 등), 프로필렌 (예를 들어, 교대배열, 혼성배열, 동일배열 등), 부틸렌 등의 단독중합체, 공중합체 및 삼중합체를 포함한다. 중합체 조성물은 2개 이상의 열가소성 중합체의 단독중합체 또는 균질한 또는 비균질한 배합물을 포함할 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 바와 같이, 예를 들어, 하나 이상의 필러, 착색제(예를 들어, TiO2), 항산화제, 연화제, 계면활성제, 슬립제 등을 첨가하는 것을 포함해 하나 이상의 접착제가 열가소성 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 특히, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 하나 이상의 슬립제, 예컨대 지방산 아미드가 용융 방적을 위해 중합체 조성물에 첨가될 수 있다.
부직포 웹을 형성하는 데 사용되는 섬유는 단일성분, 다구성요소 및/또는 다성분 섬유를 포함할 수 있다. 다성분 섬유는, 섬유의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치하는 별개의 구역들에 배열될 수 있고 일반적으로 별도의 압출기들로부터 압출되지만 함께 방사된 2개 이상의 중합체 조성물(예를 들어, 이성분 섬유)로 형성되는 중합체 조성물을 포함한다. 성분들은 임의의 바람직한 구성, 예를 들어 외피-코어형(sheath-core), 편심 외피-코어형 (eccentric sheath-core), 나란한 형(side-by-side), 파이형(pie), 해상섬형(island-in-the-sea) 또는 당 기술분야에 공지된 다양한 다른 배열로 배열될 수 있다. 다구성요소 섬유는 동일한 압출기로부터 배합물로서 압출된 적어도 두 개의 중합체로 형성된 섬유를 지칭한다. 다구성요소 섬유에서, 다양한 중합체는 일반적으로 섬유의 길이를 따라 연속적으로 위치하지 않으며, 대신에 보통 무작위로 시작 및 종료되는 피브릴이나 프로토피브릴을 형성한다. 단지 예로서, 다성분 및 다구성요소 섬유를 형성하기 위한 다양한 방법은 Krueger 등의 US4795668, Kaneko 등의 US5108820, Hills의 US 5162074, Strack 등의 US5336552, Pike 등의 US5382400 및 DeLucia 등의 US2001/0019929 등에 설명된다.
도 1을 참조하면, 일 측면에서, 제조 공정(10)은, 스펀본드 섬유 부직포 웹을 형성하기 위한 것과 같은, 섬유 형성 장치(12)를 포함할 수 있다. 원하는 중합체 조성물은 압출기(14)에서 용융되고 도관(16)을 통해 방적돌기(18)로 향하게 된다. 선택적으로, 예를 들어, 다성분 또는 다구성요소 섬유를 제조할 때, 제2 중합체는 제2 압출부(15)를 통해 용융되고 동시에 제2 도관(17)을 통해 방적돌기(18)로 향하게 된다. 이어서, 하나 이상의 용융된 중합체는 방적돌기(18)의 오리피스(미도시)를 통해 압출되어 섬유(20)를 형성한다. 섬유는 송풍기(22)에 의해 제공된 비교적 찬 공기(24)를 통해 고형화되거나 켄칭된다. 이어서, 켄칭된 섬유(20)는 섬유의 직경을 더욱 감소시키도록 작용하는 섬유 연신 유닛(26)으로 공급된다. 이어서, 섬유들은 섬유 연신 유닛(26)의 바닥부에서 빠져나가고 형성 와이어(28) 상에 피착되어 비교적 느슨한 섬유(32)의 매트 또는 웹을 형성한다. 전형적으로, 진공(30)은 형성 와이어(28) 아래에 위치되어 섬유를 형성 와이어(28) 상에 끌어당겨 배치하는 것을 돕는다. 선택적으로, 섬유들의 매트는 추가적인 취급에 요구되는 어떤 최소 정도의 무결성을 부여하기 위해 처리될 수 있다. 이러한 처리는, 예를 들어, 압축 롤(34)과 매트를 통합하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로(도시되지 않음), 섬유들의 매트는 Arnold 등의 US5707468에 기술된 것과 같은 고속 통기 접합기의 사용에 의해 처리될 수 있으며, 그 전체 내용이 참조로 본원에 원용된다. 또한, 소정의 부직포 웹에 대하여, 충분한 무결성을 갖는 부직포 웹이 선택적으로 별도로 제조될 수 있고 공급 롤(미도시)로부터 권출될 수 있음을 이해할 것이다.
형성 후, 부직포 매트는 패턴 접합된다. 매트는 원하는 패턴에 대응하는 국부적 압축 및/또는 접합을 부여하는 당 업계에 공지된 한 가지 이상의 접합 기술에 의해 처리될 수 있다. 이와 관련하여, 매트는 국부적 압력, 열 및/또는 초음파 에너지의 적용에 의해 점 접합될 수 있다. 소정의 측면에서, 매트는 한 쌍의 접합 롤을 사용하여 당 업계에 공지된 바와 같이 패턴 접합될 수 있으며, 롤 중 적어도 하나는 매트에 부여되는 접합점의 원하는 패턴에 대응하는 돌출부 또는 "핀"의 패턴을 갖는다. 2개의 협동하는 롤은 닙을 형성하며, 이 닙을 통해 매트가 압력 및 선택적으로 열을 적용하여 통과된다. 적절한 접합 요소는 열의 적용 없이 형성될 수 있지만, 압력과 함께 열을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 접합은 패턴화된 롤 및 평활한 모루 롤("핀 대 플랫") 또는 2개의 조정된 패턴화된 롤("핀 대 핀")에 의해 형성된 닙을 이용해 당 업계에 공지된 바와 같이 수행될 수 있다. 평활한 모루 롤의 사용과 관련하여, 롤은 강 롤일 수도 있고, 또는 대안적으로 탄성 물질로 코팅될 수도 있다. 단지 예로서, 다양한 패턴 접합 방법이 Hansen 등의 US3855046, Sciaraffa 등의 US4333979, Bornslaeger의 US4374888, Ehlert의 US5110403, Samida 등의 US6165298 등에 도시되고 설명된다. 당 업계에 공지된 대로, 압력, 온도, 체류 시간, 베이스 시트의 조성, 평량, 및 다른 파라미터들은 베이스 시트에 적용된 원하는 정도의 압력 및/또는 열의 선택에 영향을 주어서 접합점을 형성할 것이다. 그럼에도 불구하고, 많은 실시예들에서, 약 3200 kg/cm2 (약 45,000 PSI) 및 약 4600 kg/cm2 (약 65000 PSI) 또는, 대안적인 실시예들에서, 약 3400 kg/cm2 (약 48,000 PSI) 및 약 4200 kg/cm2 (약 60,000 PSI)의 접촉 압력을 닙에 가하는 것이 바람직할 것이다. 추가적으로, 섬유가 폴리프로필렌 섬유를 포함할 때, 접합 롤 중 하나 이상은 약 130℃ 내지 약 155℃의 온도를 가질 수 있다.
부직포 웹을 접합하는 것과 관련하여, 접합이 다양한 신장 단계 동안 섬유에 대한 앵커 역할을 할 수 있는 강한 접합점을 달성하고자 하는 것이 중요하다. 그러나, 부직포 웹의 과잉 접합은, 접합 부위들 내부 및 그 주위에서 모두 섬유들의 과잉 용융의 결과로서 일반적으로 더 뻣뻣한 웹을 초래할 수 있다. 이와 관련하여, 과잉 접합은 균질한 평탄한 필름으로 완전히 감소된 접합점의 형성과 관련될 수 있어서, 섬유의 잔여물은 더 이상 구별할 수 없고 /없거나 원하는 접합 영역 외부의 섬유의 용융을 야기한다. 또한, 부직포 웹의 부족 접합은, 접합점이 신장 동안 섬유에 대한 앵커로서 효과적으로 작용하고 원하는 연화 및 벌크 개선을 달성하는 것을 막을 것이다. 또한, 과잉 접합 및 부족 접합 둘 다 찢어지거나 다른 시각적 결함의 발생 증가로 이어질 수 있다. 도 6 내지 도 9를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 접합점에서, 열가소성 섬유가 평평해지고, 열 및 압력의 국부적인 적용의 결과로서 중합체가 연화되어 유동하도록 한다. 접합 단계는 접합점이 실질적으로 평평하고, 용융된 표면을 갖도록 한다. 그러나, 접합점을 형성하는 영역의 현미경 분석에서 원래의 섬유들의 잔여물이 여전히 보일 수 있다. 또한, 접합점 외부의 섬유는 점 접합 동작의 결과로서 함께 용융 또는 접합되지 않는다.
다시 도 1 및 도 1a의 실시예를 참조하면, 섬유 형성 장치(12)를 빠져나가는 매트(32)는 초기 CD 폭(W1)을 갖고 한 쌍의 접합 롤(44, 46)을 포함하는 패턴 접합 조립체(40)로 향하게 된다. 접합 롤(44, 46)은 매트(32)가 이동하는 닙(42)을 형성하고, 닙(42) 내에 있는 동안 접합점의 패턴이 부여된다. 점 접합된 부직포 직물(48)은 접합 롤러 조립체(40)의 닙(42)을 빠져나간다. 통상적으로, 부직포 웹의 CD 폭(W1)은 패턴 접합 공정의 결과로서 실질적으로 변하지 않은 채로 유지될 것이다. 적절한 접합 패턴에 관한 세부 사항이 아래에 제공된다.
대안적인 실시예(미도시)에서, 점 접합된 부직포 웹은, 도 1의 실시예에 도시한 바와 같이 직접적으로 용융 방사되고 인라인으로 형성되는 것과 달리 공급 롤로부터 공급될 수 있음이 쉽게 인식될 것이다.
패턴 접합된 부직포 웹은, 패턴 접합된 부직포 웹을 CD로 신장시키기 위한 장치, 즉, 직물의 CD 폭을 증가시키는 장치로 향하게 된다. CD로 부직포 웹의 신장은, 예를 들어 텐터 프레임 장비를 포함하는 당업자에게 알려져 있는 임의의 수단에 의해 또는 상호 맞물림 홈 롤(intermeshing grooved roll) 시스템에 의해 수행될 수 있다. 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 것으로 믿어지는 다양한 신장 시스템의 예로는 Schwarz의 US4116892, Schwarz의 US4223059, Sneed 등의 US4517714, Sudduth 등의 US5770531, Jameson 등의 US6368444, 및 Gerndt의 US7198742에 설명된 것들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 도 1 및 도 1a에 도시된 실시예를 참조하면, 점 접합된 부직포 웹(48)은, 맞물리는 제1 및 제2 홈 롤(54, 56)을 포함하는 홈 롤 조립체(50)로 향하게 된다.
맞물리는 홈 롤 조립체의 사용에 관하여, 부직포 웹에 부여된 CD 신장 양은 홈 롤들이 설정되는 깊이의 함수이고; 홈 롤들이 더 깊게 맞물릴수록, CD로 연장율은 더 커진다. 도 2는 홈 롤 조립체(50)의 맞물리는 제1 및 제2 홈 롤(54, 56)에 의해 형성된 닙(52)의 섹션의 단면도이다. 닙(52)은 일련의 골들 또는 홈들(55, 59) 및 돌출부들 또는 융기부들(53, 57)을 제공한다. 홈 롤(54, 56)은, 제1 또는 상부 홈 롤(54)의 홈들(55)이 대향하는 제2 또는 하부 홈 롤(56) 상의 융기부들(57)과 대응하고 맞물리도록 서로에 대해 위치된다. 유사하게, 상부 홈 롤(54) 상의 융기부들(53)은 대향하는 하부 홈 롤(56)의 홈들(59)과 대응하고 맞물린다. 대향하는 홈들 및 융기부는 선택된 깊이(d1)로 서로 계합하거나 맞물린다. 소정의 실시예들에서, 융기부 및 홈은 롤들(54, 56) 전체를 중심으로 동심으로 이어질 것이다. 이 점에서, 홈들(53, 57)은 대략 물질의 신장 방향에 수직으로 연장된다. 점 접합된 부직포 웹(66)이 닙(52) 내부와 닙을 통하여 당겨짐에 따라, 대향 롤들의 대응하는 융기부 및 홈들 사이 맞물림은 부직포 웹(66)이 특히 융기부들(53, 57)의 상부들 사이에서 연장되는 맞물리지 않은 영역에서 폭 또는 교차 기계 방향으로 신장되게 한다. 이러한 홈 롤들의 홈 또는 골들은 롤로 가공될 수도 있고, 디스크와 같은 일련의 요소일 수도 있고, 또는 도시된 기능적 구조체를 제공하는 임의의 다른 수단일 수도 있다. 맞물리는 롤의 개수 및 각 롤의 맞물림 깊이는 가변될 수 있고, 롤들이 부분적으로 또는 완전히 홈 형성될 수 있어서 원하는 대로 롤 길이를 따라 구역화된 또는 완전 신장을 제공할 수 있음은 분명할 것이다. 또한, 홈 롤 내에 또는 교차 기계 방향 신장 동안 열을 첨가하는 것은 소정의 실시예들에서 폭방향 연장을 향상시킬 수 있다.
소정의 실시예들에서, 단일 롤 상에 포함된 융기부 및 홈의 크기 및 간격은 가변될 수 있다. 예를 들면, 단일 롤은 cm 당 약 0.25개의 홈(즉, 4cm마다 약 1개) 내지 cm 당 약 5개의 홈, 일부 실시예에서는 cm 당 약 0.5개의 홈 내지 cm 당 4개의 홈을 가질 수 있고, 또 다른 실시예에서는 cm 당 약 1개 내지 약 3개의 홈을 가질 수 있다. 예를 들어, 약 0.15cm 내지 약 4cm 또는 다른 실시예들에서는 약 0.2cm 내지 약 2cm와 같은 소정의 깊이를 홈들이 또한 가질 수 있고 그리고/또는 소정의 높이를 융기부들이 가질 수 있다. 또한, 홈들 사이의 융기부의 피크 간 거리는, 또한, 소정의 실시예들에서는, 약 4cm 내지 약 0.2cm이고, 다른 실시예들에서는 약 2cm 내지 약 0.25cm이고, 또 다른 실시예들에서는 약 1 내지 약 0.34cm로 가변될 수 있다. 또한, 롤들 사이에 간극 거리를 배열함으로써, 부직포 물질은, 소정의 실시예들에서, 융기부들 및/또는 홈들의 깊이의 약 10-90%, 약 30-85%, 또는 심지어 약 50-80% 범위일 수 있는 맞물림 깊이(d1)에 부분적으로 대응하는 가변 정도로 맞물릴 수 있다. 소정의 실시예에서, 맞물림 깊이(d1)는 약 1.2mm 내지 약 3.5mm, 1.5mm 내지 3mm 또는 심지어 약 1.8mm 내지 약 2.8mm일 수 있다. 또한, 부직포 직물의 압축을 제한하기 위해서, 전형적으로 맞물리는 홈과 융기부 및 제공된 대응하는 간극의 형상이 부직포 물질의 두께와 관련하여 선택되어 홈들의 측면들에 의해 야기되는 압축 정도를 감소시키거나 제거할 것이다.
상기에서 나타낸 바와 같이, 홈들의 크기, 형상 및 개수는 원하는 CD 신장을 달성하기 위해 가변될 수 있다. 이와 관련하여, 물질에 부여된 총 CD 신장은 적어도 1%이고 소정의 실시예들에서 약 1 내지 약 12%, 약 2% 내지 약 10%, 또는 심지어 약 2 내지 약 8%일 수 있다. 도 1a를 참조하여 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 홈 롤 조립체(50)에 의해 제공되는 CD 신장의 결과로서, 상기 홈 롤 조립체(50)의 닙을 빠져나가는 부직포 직물(68)의 폭(W2)은 홈 롤 조립체(50)에 진입하는 점 접합된 부직포 웹(48)의 폭(W1)보다 크다. 또한, CD 신장은 또한 부직포 웹의 전체 평량을 감소시키도록 작용한다는 점에 주목한다. 또한, 홈 롤들은 홈 롤의 융기부 및 홈에 일반적으로 대응하는 홈형 3차원 형상을 부직포 웹에 부여할 수 있다.
그런 다음, CD 배향된 부직포 직물은 MD로 신장되어 직물을 네킹할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "네킹(necking)" 또는 "넥 신장(neck stretching)"은 대략 기계 방향으로 부직포 직물을 신장시켜서 원하는 양으로 제어된 방식으로 CD 폭을 감소시키는 방법을 지칭한다. 제어된 신장은 저온, 실온 또는 고온에서 일어날 수 있고, 직물을 파괴하는데 필요한 신율로 신장되는 방향으로 MD 치수에서 전체 길이의 증가로 제한된다. 넥 신장은, Meitner 등의 US4443513, Morman의 US4981747 및 Hassenboehler Jr. 등의 US5244482에 기술된 것들과 같은 당업계에 알려져 있지만, 이에 한정되지 않는 다양한 수단에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 부직포 웹의 네킹은 기계 방향 장력을 인가함으로써 달성된다. 이와 관련하여, CD 신장된 부직포 물질(68)은 제1 원주 속도(S1)에서 작동하는 적층된 롤(72, 74)에 의해 형성된 S-랩 롤러 조립체(70)로 유도될 수 있다. 부직포 웹은 S-랩 롤 조립체(70)를 빠져나가고 한 쌍의 구동 롤러(82, 84)에 의해 형성된 닙을 포함하는 구동 롤 조립체(80)로 유도된다. 구동 롤러(82, 84)는 S-랩 조립체(70)의 제1 원주 속도(S1)보다 높은 제2 원주 속도(S2)로 작동한다. 증가된 속도는 MD 신장력을 부직포 웹(76)에 부여하고 부직포 웹을 네킹한다. 네킹은 CD 신장된 부직포 웹(68)의 CD 폭(W2)에 대하여 감소된 CD 폭(W3)을 갖는 부직포 웹(76)을 초래한다. 소정의 실시예들에서, 상류 및 하류 롤 조립체 사이의 속도 차이는 약 0.2 내지 3.5%, 약 0.4 내지 약 3%, 또는 다른 실시예에서는 약 0.5 내지 약 2.5%이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 시스템을 참조하면, 1%의 속도 차이는 s-롤 조립체(70)의 원주 속도가 구동 롤 조립체(80)의 원주 속도보다 1% 느린 것을 의미한다. 유사하게, 1% 속도 차이에 있어서, 웹은 s-랩 조립체(70) 내의 속도에 비해 구동 롤 조립체(80) 내에서 1% 더 빠르게 주행한다. 추가 측면에서, CD 배향된 부직포 웹(68)은, CD 폭(W2)이 적어도 0.5%를 감소시키도록 MD로 충분한 힘으로 당겨진다. 예를 들면, 소정의 실시예들에서, CD 배향된 재료(68)의 CD 폭(W2)은 약 0.5 내지 약 3.5%, 약 0.7 내지 약 3% 또는 심지어 약 0.7 내지 약 2.5%로 CD로 네킹되거나 감소될 수 있다. 즉, CD 배향 재료(68)를 네킹하는 것은 감소된 CD 폭을 갖는 네킹된 재료(76)를 초래하고; 즉 도 1a를 참조하면, CD 폭(W3)은 CD 폭(W2)보다 약 0.5% 내지 3.5% 작다. 본원에서 설명하는 접합 패턴을 갖는 접합된 부직포 직물을 네킹하는 것은, 상당히 개선된 부드러움 및 벌크를 가지지만 인장 강도의 적은 손실 및/또는 시각적 이상 또는 결함, 특히 시각적으로 식별 가능한 찢어짐의 현저하게 감소된 형성을 갖는 부직포 웹을 초래한다.
네킹 후, 처리된 부직포 웹은 슬릿(slit)일 수 있고 개인 생활 용품의 하나 이상의 구성요소 내에 포함시키는 것과 같은 변환 동작으로 직접 공급될 수 있다. 대안적으로, 도 1 및 도 1a에 도시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 처리된 부직포 웹(86)은 제3 원주 속도(S3)로 작동하는 권취 롤(90) 상에 감길 수 있다. 권취 롤(90)의 속도(S3)는 구동 롤 조립체(80)의 속도(S2)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 권취 롤(90)의 속도(S3)는 구동 롤러 조립체(80)의 속도보다 약간 느릴 수 있고, 이에 따라 네킹된 부직포 웹(76)이 이완될 수 있고, 이완시, 웹(86)은 네킹 전 치수를 향하여 어느 정도 복귀할 수 있고, 네킹된 부직포(76)의 CD 폭(W3)보다 약간 큰 최종 CD 폭(W4)을 초래한다.
처리된 부직포 직물(86)은 바람직하게 약 60g/m2 미만의 평량을 갖는다. 소정의 실시예들에서, 부직포 웹은 약 45g/m2, 35g/m2, 30g/m2, 25g/m2, 20g/m2, 또는 심지어 18g/m2 미만의 평량을 가질 수 있고 또한, 소정의 실시예들에서, 약 8g/m2, 10g/m2 또는 12g/m2 초과의 평량을 가질 수 있다. 또한, 처리된 부직포 직물은 또한 예를 들어, 약 100g-f, 150g-f, 200g-f, 250g-f 또는 심지어 300g-f를 초과하는 인장 강도를 포함하여 적어도 약 50g-f의 인장 강도를 갖고, 소정의 실시예들에서 약 5000g-f, 3000g-f, 2500g-f, 2000g-f 또는 심지어 1500g-f의 인장 강도를 갖는다.
본 발명의 공정은 부드럽고 부피가 크고 강한 부직포 웹을 제공할 수 있다. 소정 측면에서, 부직포 웹은 MD로 연장되는 교번하는 제1 및 제2 섹션을 가질 수 있으며, 이러한 제1 및 제2 섹션은 일반적으로 맞물리는 홈 롤러들의 홈들 및 융기부들의 위치에 대응한다. 이와 관련하여, 소정의 실시예들에서, 표면형태가 상이한 별개의 제1 및 제2 세그먼트를 갖는 부직포 웹이 제공되며, 여기서 제1 섹션은 평균적으로 (부직포 웹이 평평한 표면 상에 놓일 때) 제2 섹션보다 적어도 350μm, 400μm 또는 심지어 425μm 높다. 또한, 섹션의 빈도는 일반적으로 직물을 신장시키는 데에 사용되는 융기부들 및 홈들에 대응할 것이고, 따라서 제1 섹션은 약 0.25 내지 약 6개/cm 또는 약 0.5 내지 약 5개/cm의 빈도를 가질 수 있다. 또한, 소정의 실시예들에서, 제1 섹션은 제2 섹션보다 큰 벌크를 가질 수 있고, 보다 높은 평균 두께를 가질 수 있고, 그리고/또는 제2 섹션보다 높은 평균 평량을 가질 수 있다. 부직포의 벌크 또는 두께는 시각적으로 결정될 수 있다.
본 기술분야의 숙련자라면, 도시되지 않았지만, 당 기술분야에 공지된 다양한 부가적이고 잠재적인 가공 및/또는 마무리 단계들이 슬릿팅, 인쇄, 적층화, 일렉트릿 처리, 국소 처리 또는 화학물질 적용 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 부직포 물질에 대해 수행될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
접합 패턴
상술한 바와 같이, 특정한 접합 패턴은 증가된 직물 벌크와 부드러움을 얻기 위해 사용되지만, 아직 시트 강도 상실 또는 육안으로 알 수 있는 표면적 결함 형성을 초래하는 규칙적인 찢김을 겪지 않는다. 이와 관련하여, 상당한 특성 저하를 야기할 만큼 충분히 실질적이지 않더라도, 소비자에게 보이는 찢어짐은 의도된 기능을 수행할 수 있는 시트 및 관련 구성요소의 능력에 대한 사용자의 신뢰를 약화시킬 수 있다. 예를 들어, 배플로서 사용되는 부직포/필름 적층체와 관련하여, 심지어 작은 찢어짐이 보이면 누출에 대한 우려를 제기할 수 있다. 부드러움, 벌크 및 시각적 외관과 관련된 원하는 개선된 특성을 달성하기 위해서, 이하에서 논의된 바와 같은 다양한 파라미터의 조합을 갖는 접합 패턴이 선택된다.
일 측면에서, 패턴을 형성하는 접합점은 작은, 별개의 개별 접합점을 포함할 것이다. 소정의 실시예들에서, 접합점은 약 5mm2 미만의 접합 면적을 가질 것이고, 소정의 실시예들에서, 약 0.5mm2 내지 약 5mm2 또는 심지어 약 0.8mm2 내지 약 3mm2의 접합 면적을 가질 수 있다. 추가 측면에서 그리고 도 4를 참조하면, 개별 접합점은 최대 치수(d2), 예를 들어 약 1.25mm, 1.15mm, 1.0mm 미만 또는 심지어 약 0.9mm 미만의 최대 치수로 연장되는 직경을 가질 수 있다. 추가 측면에서, 패턴을 형성하는 별개의 개별 접합점은 0.38mm 이상, 다른 실시예에서는 약 0.5mm 이상의 최소 치수를 가질 것이다. 개별 접합점들의 형상은, 예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 삼각형 등과 같이 가변될 수 있다. 그러나, 날카로운 모서리 또는 세그먼트가 없는 형상이 일반적으로 바람직하다. 또한, 개별 접합점은 약 3:1, 2.5:1, 2:1 또는 심지어 1.5:1의 종횡비를 가질 수 있고; 여기서 길이는 최대 치수이고 폭은 그에 수직인 치수이다. 원형 형상의 접합점이 일반적으로 바람직하다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 특정 실시예를 참조하면, 접합 패턴(100)은 원형 형상의 개별 접합점(110)에 의해 형성된다.
또한, 적절한 패턴은 개별 매크로 디자인 요소를 생성하도록 순차적인 패턴 또는 그룹으로 개별 접합점을 배열할 것이다. 일 예로서, 그리고 도 3 및 도 4를 여전히 참조하면, 개별 접합점(110)은 대략 선형 또는 곡선으로 그룹화되어 매크로 디자인 요소(112)를 형성한다. 개별 매크로-요소는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 패턴(100)은, 서로 다른 형상을 갖는 제1 매크로-요소(112A) 및 제2 마크로 요소(112B)를 포함한다. 매크로 디자인 요소를 형성하는 가깝게 이격된 접합점은, 예를 들어, 약 0.03mm 내지 0.8mm, 약 0.04mm 내지 0.7mm, 또는 심지어 약 0.05mm 내지 0.6mm와 같은, 0.8mm 이하의 에지-대-에지 거리만큼 이격되어 서로 근접하게 위치될 수 있다. 도 4를 참조하여 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 인접한 개별 접합점(110) 사이의 거리는, 두 개의 접합점의 가장 가까운 에지들 사이에 선을 그려서 결정되고, 이러한 선과 거리의 예는 d3으로 나타나 있다. 매크로-요소를 형성하는 개별 접합점은, 예를 들어, 선형 또는 곡선 요소뿐만 아니라 이들의 분지형 또는 비분지형 버전들을 형성하는 것들과 같은, 순차적인 패턴으로 제공된다. 예들은 지그재그, 사인파, 반월형, S, 3, 또는 J 형상뿐만 아니라 다수의 불규칙한 곡선을 갖는 형상을 갖는 요소들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 매크로-요소들을 형성하는 순차적인 패턴은 실질적으로 기계 방향으로, 즉 MD의 +/- 25로 연장될 것이고, 소정의 실시예들에서, 매크로-요소는 MD의 +/- 20, +/-15 또는 +/-10으로 배향되어 연장될 수 있다. 이와 관련하여, 예로서 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 매크로-요소의 방향 또는 각도는 매크로-요소(112)를 형성하는 최상부 및 최하부 접합점(110U, 110L)의 외부 원위 MD 에지로부터 직선을 그리고 그 다음 MD 선에 대한 각도 θ를 결정함으로써 결정된다.
접합 패턴은 많은 매크로-요소를 포함하고 각각은 MD에서 제한된 길이만 연장된다. 이와 관련하여, 매크로-요소는 바람직하게 약 25mm, 20mm, 15mm 또는 심지어 약 12mm 미만의 MD 길이를 갖고, 소정의 실시예에서 약 4mm, 5mm, 6mm 또는 심지어 7mm보다 큰 MD 길이를 갖는다. 도 4에서 d4로 지정된 MD 길이는, CD로 연장되는 접선을 그리고 2개의 접선들 사이에서 MD로 선을 그려줌으로써 최상부 및 최하부 접합점(110U, 110L)의 최외측 MD 에지들 사이에서 측정된다. 추가 측면에서, 매크로-요소의 전체 밀도는 cm2 당 약 1 내지 약 5, 예를 들어, cm2 당 약 1.5 내지 약 4이고, 또는 심지어 cm2 당 약 1.5 내지 약 3.5일 수 있다.
또 다른 측면에서, 소정의 실시예들에서, 매크로-요소는 예를 들면 약 1 내지 약 7mm, 또는 약 1.5 내지 약 5mm 또는 심지어 약 1.5mm 내지 약 4mm의 CD 폭을 갖는 것과 같은 적어도 1mm의 CD 폭을 가질 것이다. CD 폭은 대향하는 CD 방향으로 가장 멀리 위치하는 개별 접합점들, 예를 들어, 도 4를 참조하여 좌측으로 가장 먼 접합점들과 우측으로 가장 먼 접합점들의 외측 에지로부터 MD로 연장되는 접선을 그려서 측정된다. 여전히 도 4를 참조하면, MD 접선은 가장 원위의 CD 접합점(110C 및 110D)으로 그리고, 2개의 접선 사이의 CD 거리는 d5로 지정된 매크로-요소 폭이다.
추가 측면에서, 인접하는 매크로-요소들의 가장 가까운 접합점은, 매크로-요소들을 형성하는 접합점들의 간격보다 더 크게 서로(d6) 이격된다. 이와 관련하여, 인접하는 매크로-요소들의 가장 가까운 접합점은 서로로부터 0.9mm 이상의 최소 거리만큼 이격되어 있다. 추가 측면에서, 인접하는 매크로-요소들의 가장 가까운 접합점은 서로 약 0.9 내지 약 4mm, 약 0.9 내지 약 3mm, 약 0.9 내지 약 2.5mm, 약 1mm 내지 약 3.5mm, 약 1mm 내지 약 3mm, 약 1mm 내지 약 2.5mm 또는 약 1mm 내지 약 2.25mm의 거리로 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 매크로-요소 대 매크로-요소 간격(d6)은 인접한 매크로-요소들의 가장 가까운 접합점의 근접 외측 에지 사이로 계산된다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 매크로-요소 대 매크로-요소 간격(d6)은 상부 매크로 디자인 요소(112U)의 가장 낮은 접합 요소(110L)와 가장 가까운 하부 디자인 요소(112L)의 최상부 접합 요소(110U의 근접 외측 에지 사이로 계산된다.
추가 측면에서, 특정 실시예에서, 개별 매크로-요소는 적어도 2.5:1, 바람직하게는 적어도 3:1의 종횡비, MD 길이:CD 폭을 가질 수도 있다. 예로서, 소정의 실시예들에서, 매크로-요소는 약 25:1 내지 2.5:1, 15:1 내지 3:1, 12:1 내지 3:1, 10:1 내지 3:1 또는 심지어 6:1 내지 3:1의 종횡비를 가질 수 있다.
접합 패턴은 매크로-요소의 행을 포함할 수 있고, 도 3을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 개별 행들(114A, 114B)은 실질적으로 CD로 연장될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 행들은 CD에 대해 +/- 15도, +/-10도 또는 심지어 +/-5도로 연장되는 것과 같이 CD에 대해 약간 비스듬한 각도로 연장된다. 행 각도는 행을 형성하는 매크로-요소의 최상부 접합점들의 외측 에지들을 따라 연장되는 선을 그려줌으로써 CD에 대해 계산될 수 있다. 예로서 도 4를 참조하면, 행(114) 내의 매크로-요소(112)의 최상부 접합점(110U)이 그려지고 행 각도(α)는 CD 선에 대해 측정된다. 또한, 행 내의 개별 매크로-요소들은 서로 이격되어 그 사이에 미접합 포켓(116)을 형성한다.
간격 및 행 각도는, CD로 연장되는 선이 적어도 하나의 접합점과 교차하도록 선택된다. 즉, 인접하는 행들의 매크로-요소는 CD로 상당히 연장되는 미접합 레인이 없도록 위치된다. 또한, 매크로-요소들의 행들은 상부 행의 매크로-요소들이 상부 및/또는 하부 매크로-요소와 완전히 정렬되거나 중첩되지 않도록 다른 것에 대해 엇갈리게 되거나 오프셋될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이격된 매크로-요소는 실질적으로 접합점이 없는 영역들 또는 포켓들을 형성하고, 포켓들은 유연성 및/또는 벌크를 향상시키도록 충분히 클 것이다. 이와 관련하여, 포켓들(116)은 매크로-요소(112)에 인접하게 놓이고 적어도 20mm2, 22mm2, 또는 25mm2의 면적을 제공할 수 있고 추가 측면들에서 약 50mm2, 45mm2, 또는 40 mm2 미만의 면적을 제공할 수 있다. 인접하는 매크로-요소(112) 사이, 포켓 영역 또는 PA는 대향하는 매크로-요소(112A, 112B) 각각에 있어서 개별 접합점(110)의 포켓 대면 에지들 사이에 선(113)을 그려줌으로써 결정되어서 포켓들의 측방향 경계들을 형성한다. 포켓의 상부 및 하부 경계선을 정의하기 위해서, 선(113)은 포켓의 바로 위에 놓이거나 아래에 놓인 매크로-요소의 최상부 접합점(110U)(또는 적용 가능한 경우 최하부 접합점(110L))의 포켓 대면 에지로부터 그려진다.
또한, 간격, CD 폭 및 매크로-요소 각도는, 유의미한 미접합 레인이 MD로 연장되지 않도록 선택될 수 있다. 즉, 인접하는 행의 엇갈리거나 오프셋된 매크로-요소는 MD로 패턴을 통해 연장되는 유의미한 미접합 레인을 갖지 않도록 위치된다. 소정의 실시예들에서, 1.5mm의 CD 두께를 갖는 MD 연장 레인은 패턴으로 적어도 하나의 접합점을 교차할 것이다. 소정의 다른 실시예들에서, 1mm의 CD 두께를 갖는 MD 연장 레인은 패턴으로 적어도 하나의 접합점을 교차할 것이다. 또 다른 실시예들에서, 0.5mm의 CD 두께를 갖는 MD 연장 레인은 패턴으로 적어도 하나의 접합점을 교차할 것이다. 또한, 포켓들은 접합점들에 의해 완전히 막히거나 둘러싸이지 않는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 매크로-요소 대 매크로-요소 간격(d6)에 대응하는 미접합된 섹션은 포켓 주변부의 다수의 섹션에 인접할 것이고, 예를 들어, 포켓의 주변부에 인접하는 2, 3 또는 4개의 이러한 미접합 섹션을 가진다.
추가 측면에서, 접합된 부직포 직물은 약 20% 미만의 전체 접합 면적을 가질 수 있고, 소정의 실시예들에서, 약 5 내지 약 18% 또는 심지어 약 7 내지 약 15%의 접합 면적을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 패턴 접합된 부직포 웹은 기계적 연화와 연관된 CD 및/또는 MD 신장 동작을 견디기에 더욱 적합하다. 이와 관련하여, 기계적으로 연화된 부직포 웹은 매우 낮은 접합점 인열 또는 파열의 발생을 가질 수 있다. 이와 관련하여, CD 및/또는 MD 연화 처리를 받은 후, 본 발명의 패턴 접합된 웹은 접합점의 2% 미만, 접합점의 1% 미만, 접합점의 0.5% 미만 또는 심지어 접합점의 0.1% 미만의 파열을 가질 수 있다. 섬유들 및 중합체가 없는 영역들로부터 생성되는, 형성시 구멍들을 접합점들이 내부에 갖는 것이 일반적이지만, 접합점의 형성 시에 발생된 구멍들은 일반적으로 둥글게 되어 평탄화 섬유들 또는 접합점의 일부를 형성하는 필름화-세그먼트들에 의해 경계지어진다. 그러나, 파열되거나 찢어진 접합점은 접합점을 갖는 평면을 통해 연장되고 밖으로 연장되는 톱니 모양의 미연결 세그먼트를 제공하고, 접합점의 경계 내부로부터 끊어진 섬유들 및 분리된 필름 세그먼트를 포함한다. 이러한 파열의 형성은 신장 동작을 통해 얻고자 하는 신장 및 벌크 이점을 달성하도록 제 위치에 충분히 섬유를 보유하는 다수의 독립적인 앵커 점의 형성을 통해, 본 공정 및 접합 패턴에 의해 크게 감소 및/또는 회피된다. 또한, 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 패턴은 웹에 걸쳐 응력을 더욱 양호하게 분포시키고 접합점에서 또는 접합점 내부에서 국부화된 응력을 감소시키는 것으로 여겨진다. 이와 관련하여, 본 발명의 접합된 부직포 웹들 상에서 수행될 때 신장 동작은 응력을 더욱 균등하게 분배하는 역할을 하고, 이러한 동작들로 섬유 파괴가 일어나는 동안, 그것은 접합점 주위에 더욱 양호하게 분포되어 (도 9에 도시) 접합점 파열 수를 상당히 감소시킨다.
부직포 웹의 사용
본 발명의 부직포 웹은 다수의 상이한 최종 사용 용도들 중 어느 하나에서 이용될 수 있다. 부직포 웹은 단독으로 또는 다른 층 또는 물질과 함께 사용될 수 있다. 다층 구조체에 관하여, 본 발명의 패턴 접합 부직포 웹은, 다음 층상 물질 내에 하나 이상의 층을 포함하는 것과 같은 다층 적층체 내의 층으로서 사용될 수 있다: 스펀본드/멜트블로운; 스펀본드/멜트블로운/스펀본드; 스펀본드/멜트블로운/멜트블로운/스펀본드; 스펀본드/필름; 스펀본드/필름/스펀본드; 스펀본드/멜트블로운/필름; 스펀본드/멜트블로운/필름/스펀본드; 스펀본드/필름/멜트블로운; 스펀본드/스펀본드; 스펀본드/본디드 카디드 웹; 멜트블로운/본디드 카디드 웹; 등. 예시적인 적층체 물질 및 패턴 접합 부직포 웹에 대한 최종 용도로는, McCormack의 US5843057, Butt 등의 US5492751, Welch 등의 US8603281, Siqueira 등의 US7803244, Covington 등의 US6115839, Close 등의 US6811638, Reader의 WO98/53896, Jemsby 등의 US8914936에 설명된 것들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
일례로 도 5를 참조하면, 필름(104)에 부착된, 본 발명에 따라 형성된 패턴 접합 스펀본드 부직포 웹(102)을 포함하는 다층 적층체(100)가 제공된다. 예를 들어 그라비아, 슬롯 또는 스프레이 접착 시스템을 통한 접착제 접합, 열 접합, 초음파 접합 등을 포함하는, 다양한 기술이 다른 층과 함께 패턴 접합 부직포 웹을 접합하는 데에 이용될 수 있다.
일 측면에서, 부직포 웹은 개인 생활 용품의 구성요소로서 단독으로 또는 다른 층 또는 물질과 함께 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 패턴 접합된 부직포 웹은 피부와 접촉하도록 의도된 층으로서 기능하기에 매우 적합하다. 예를 들어, 패턴 접합 부직포 웹은 액체 흡입 구조체 또는 라이너의 일부를 포함할 수 있다. 추가 측면에서, 패턴 접합 부직포 웹은 필름/스펀본드 적층체에 의해 일반적으로 제공되는 것과 같은 통기성 배플층의 외부층을 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 패턴 접합 부직포 웹은 탄성 구성요소의 외부 페이싱을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 탄성 물질들은, 용품의 착용감을 향상시킬 수 있는 능력에 있어서 바람직하지만, 종종 끈적거리거나 그렇지 않으면 바람직하지 촉감을 갖는다. 따라서, 패턴 접합 부직포 웹은 탄성 적층체에서 외부 페이싱으로서 사용하기에 매우 적합하다.
또한, 부직포 웹은 보호 용품의 구성요소로서 사용될 수도 있다. 이와 관련하여, 패턴 접합 부직포 웹은, 예를 들어 커프스 또는 의복 내 다른 탄성 패널에 사용될 수 있는 탄성 물질을 위한 대면층을 포함할 수 있다. 여전히 또한, 패턴 접합 부직포 웹은 장벽 적층체를 위한 대면층으로서 사용될 수 있고, 장벽층은 종종 필름 또는 미세 섬유 멜트블로운 웹에 의해 제공된다.
실시예
실시예 1.
22g/M2의 평량을 갖는 프로필렌 단독중합체 스펀본드 섬유 부직포 웹을 도 3에 도시된 바와 같이 패턴으로 패턴 접합하였다. 생성된 개별 접합점(110) 및 미접합 포켓(116)의 SEM 현미경사진은 도 6에 나타나 있다. 그런 다음, 패턴 접합된 부직포 웹은 한 쌍의 맞물리는 홈 롤을 이용하여 CD 신장 공정을 거쳤고; 패턴 접합된 부직포 웹을 CD로 신장시켜서 전체 폭이 대략 2% 증가하였다. CD 신장된 부직포 웹의 SEM 현미경사진은 도 7에 나타나 있다. 도 6 및 도 7의 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 개별 접합점(110)은 손상되지 않고 파열 없이 유지된다. 이어서, CD 신장된 부직포는 기계 방향 힘의 인가에 의해 신장되어서 전체 폭을 대략 1.5%만큼 감소시켰다. MD 및 CD 신장된 부직포 웹의 SEM 현미경사진은 도 8에 나타나 있고, 여기에서 알 수 있는 바와 같이 접합점(110)은 여전히 온전하게 유지된다.
비교예 2.
25g/M2의 평량을 갖는 시스/코어 PE/PP 스펀본드 섬유 부직포 웹은 균일하게 이격된 대략 타원형 접합점을 갖는 패턴으로 패턴 접합되었다. 그런 다음, 패턴 접합된 부직포 웹을 한 쌍의 상호 맞물리는 홈 롤을 이용한 CD 신장 공정을 거쳤고; 패턴 접합 부직포 웹을 CD로 대략 2% 신장하였다. CD 신장된 부직포 웹(200)의 SEM 현미경사진은 도 10 및 도 10a에 나타나 있고, 도면에 도시한 바와 같이 복수의 개별 접합점(202)은 인열 및/또는 파열(204)을 갖는다.
비교예 3.
22g/M2의 평량을 갖는 단일중합체 폴리프로필렌 스펀본드 섬유 부직포 웹은 일련의 이격된 큰 곡선형 요소들을 갖는 Palzewicz의 USD765993에 나타난 바와 같은 패턴으로 패턴 접합하였다. 그런 다음, 패턴 접합된 부직포 웹을 한 쌍의 상호 맞물리는 홈 롤을 이용한 CD 신장 공정을 거쳤고; 패턴 접합 부직포 웹을 CD로 대략 2% 신장하였다. CD 신장 동작의 결과, 다수의 인열이 개별 접합점들 내에 형성되었다. CD 신장된 부직포 웹(200)의 SEM 현미경사진은 도 11에 나타나 있고, 도면에 나타낸 바와 같이, 선형 접합 요소(302)는 다수의 인열(304)을 갖는다.
테스트
인장 강도: 본원에서 사용된 바와 같이, "인장 강도" 또는 "스트립 인장"은 피크 부하 값, 즉 시편이 당겨져 파열될 때 시편에 의해 생성되는 최대 힘이다. 인장 강도 시험용 샘플은 25mm의 폭과 대략 152mm의 길이로 시험편을 건조 후 다이 절단하여 준비된다. 인장 강도 측정에 사용되는 계측기는 Windows Ver. 4용 MTS Criterian 42 및 MTS TestWorks™ (노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크의 MTS Systems Corp.)이다. 테스트 중인 샘플의 강도에 따라, 로드 셀이 선택되어서, 피크 부하 값은 로드 셀의 전체 스케일 로드의 10 내지 90%에 있다. 게이지 길이는 76mm이고 조 길이는 76mm이다. 크로스헤드 속도는 305㎜/분이며, 브레이크 감도는 70%로 설정되고, 미리 설정된 구배는 70 및 157g으로 향한다. 샘플을 계측기의 조에 놓고 더 긴 치수가 부하 적용 방향에 평행한 상태로 중심에 놓인다. 테스트가 그후 시작되며 시험편이 파단될 때에 종료된다. 피크 부하는 CD 인장 강도에 기초하여 본원에서 목적을 위해 결정된다. 6개의 대표적인 시험편이 테스트되며, 테스트된 모든 개별적인 시험편의 산술 평균은 제품을 위한 인장 강도이다.
본 발명을 본 발명의 특정 실시예들에 관하여 상세히 설명하였지만, 통상의 기술자라면, 전술한 바를 이해함에 따라, 이러한 실시예들에 대한 대체예, 변형예, 균등예를 쉽게 구상할 수 있다는 점을 알 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물로서 평가되어야 한다.

Claims (34)

  1. 부직포 웹의 제조 방법으로,
    섬유성 부직포 매트를 기계 방향으로 유도하되, 상기 섬유성 부직포 매트는 교차 방향으로 제1 폭을 갖는, 단계;
    상기 섬유성 부직포 매트를 패턴 접합하고 패턴 접합된 부직포 웹을 형성하고, 여기서 상기 패턴은 (i) 1.25mm 이하의 최대 치수 및 3:1 미만의 종횡비를 갖는 분리된 개별 접합점들, (ii) 순차적인 패턴으로 상기 개별 접합점들에 의해 형성된 매크로-요소로서, 여기서 상기 매크로-요소는 기계 방향으로 연장되고 4 내지 25mm의 기계-방향 길이를 가지는, 상기 매크로-요소, (iii) 20 내지 50mm2의 면적을 갖는 상기 매크로-요소에 인접하는 미접합 포켓, (iv) 5% 내지 20%의 전체 접합 면적을 포함하는, 단계;
    상기 교차 방향으로 상기 패턴 접합된 부직포 웹에 제1 신장력을 가하여 상기 패턴 접합된 부직포 웹이 상기 교차 방향으로 신장하고 상기 교차 방향으로 제2 폭을 가지되, 제2 교차 방향 폭은 제1 교차 방향 폭보다 큰, 단계; 및
    상기 기계 방향으로 상기 패턴 접합된 부직포 웹에 제2 신장력을 가하여 상기 패턴 접합된 부직포 웹이 네킹되고 상기 교차 방향으로 제3 폭을 가지되, 제3 교차 방향 폭은 상기 제2 교차 방향 폭보다 작고, 상기 제1 및 제2 신장력 모두 인가된 후 상기 개별 접합점들의 2% 미만이 파열되는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 교차 방향 폭은 상기 제2 교차 방향 폭보다 적어도 0.5% 작은, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 교차 방향 폭은 상기 제1 폭보다 적어도 1% 큰, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 신장력은 상호 맞물림 홈 롤에 의해 인가되는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상호 맞물림 홈 롤은 일련의 융기부 및 홈을 가지고, 추가로 여기서 상기 홈 롤은 cm 당 0.25 내지 5개의 융기부들을 갖는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 매크로-요소는 상기 교차 방향으로 연장되는 복수의 행에 위치되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 인접하는 행들의 매크로-요소는, 상부 행의 매크로-요소가 밑에 있는 행의 미접합된 포켓들을 덮도록 엇갈리게 배치되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 매크로-요소를 형성하는 개별 접합점들 사이의 간격은 0.03 내지 0.7mm인, 방법.
  10. 제6항에 있어서, 인접하는 행들의 매크로-요소들 사이의 간격은 0.9mm 내지 2.5mm인, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 행들은 교차 방향으로 중첩되는, 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 접합점은 원형 또는 타원 형상을 갖는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 매크로-요소는 1 내지 7mm의 CD 폭을 가지는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 신장력 모두 인가된 후 상기 개별 접합점들의 1% 미만이 파열되는, 방법.
  16. 직물로서,
    열가소성 중합체 섬유의 부직포 웹;
    1.25mm 미만의 최대 치수를 갖는 분리된 개별 접합점들의 패턴을 포함하고;
    상기 접합점들은 0.8mm 미만의 에지-대-에지 간격을 갖는 순차적인 패턴으로 배열되고 개별 매크로-요소를 형성하고;
    상기 매크로-요소는 기계 방향으로 연장되고 5mm 내지 25mm의 기계 방향 길이를 가지고;
    상기 매크로-요소에 인접하여 20 내지 50mm2의 면적을 갖는 미접합 포켓들이 있고;
    여기서 상기 부직포 웹은 5 내지 20%의 총 접합 면적을 가지고;
    상기 개별 접합점들의 2% 미만이 파열되는, 직물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 매크로-요소는 교차 방향으로 연장되는 복수의 행에 위치되는, 직물.
  18. 제17항에 있어서, 인접하는 행들의 매크로-요소는, 상부 행의 매크로-요소가 밑에 있는 행의 미접합된 포켓들을 덮도록 엇갈리게 배치되는, 직물.
  19. 제18항에 있어서, 상기 행들은 교차 방향으로 중첩되는, 직물.
  20. 제18항에 있어서, 상기 행들은 교차 방향에 대하여 +/- 15도로 연장되는, 직물.
  21. 제18항에 있어서, 상기 매크로-요소들은, 상기 기계 방향으로, 인접하는 행의 매크로-요소의 위에 부분적으로 놓이는, 직물.
  22. 제16항에 있어서, 상기 매크로-요소를 형성하는 개별 접합점들 사이의 간격은 0.03 내지 0.8mm인, 직물.
  23. 삭제
  24. 제16항에 있어서, 상기 접합점은 원형 또는 타원 형상을 가지는, 직물.
  25. 제16항에 있어서, 상기 매크로-요소는 1mm 내지 7mm의 CD 폭을 가지는, 직물.
  26. 제16항에 있어서, 상기 매크로-요소는 상기 기계 방향에 대하여 +/- 20도로 연장되는, 직물.
  27. 제16항에 있어서, 상기 매크로-요소들을 형성하는 접합점들은 순차적 패턴으로 있는, 직물.
  28. 제16항에 있어서, 상기 패턴은 ㎠ 당 1 내지 5의 매크로-요소의 전체 밀도를 가지는, 직물.
  29. 제16항에 있어서, 상기 부직포 웹은 홈형 3차원 형상인, 직물.
  30. 제16항에 있어서, 상기 개별 접합점들의 0.5% 미만이 파열되는, 직물.
  31. 제16항에 있어서, 상기 분리된 개별 접합점들은 0.5 내지 5mm2의 접합 면적을 갖는, 직물.
  32. 제16항에 있어서, 상기 분리된 개별 접합점들은 3:1 미만의 종횡비를 가지는, 직물.
  33. 제16항의 부직포 웹을 포함하는 개인 생활 용품.
  34. 신체-접촉 표면을 포함하고 상기 신체-접촉 표면 상에 제16항의 부직포 웹을 노출시킨, 개인 생활 용품.
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