KR19990071771A

KR19990071771A - 저밀도 미세섬유 부직포

Info

Publication number: KR19990071771A
Application number: KR1019980704049A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 호웰 소여; 린다 앤 코노; 사무엘 에드워드 마몬
Original assignee: 로날드 디. 맥크레이; 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1999-09-27
Also published as: RU2142528C1; US5672415A; US5993714A; CN1168868C; DE69620009T2; CA2236324A1; AR004821A1; PL182110B1; DE69620009D1; MX9804033A; PE36498A1; ZA969250B; CN1207779A; MY121219A; AU1079097A; ES2170885T3; EP0864007B1; KR100404288B1; TW349135B; CO4750843A1

Abstract

본 발명은 공기식으로 연신한 필라멘트를 포함하는, 웹의 밀도가 약 0.01g/mL 내지 약 0.075g/mL이고 미세필라멘트의 단위 길이당 중량이 약 0.1dtex 내지 약 1.5dtex인 로프티 부직포 웹을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 로프티 부직포 웹을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

Description

저밀도 미세섬유 부직포

약 1.5dtex 이하의 평균 두께를, 더욱 구체적으로는 단위 길이당 중량을 가지는 합성 필라멘트는 미세필라멘트로 특징될 수 있고 미세필라멘트의 제조를 위하여 통상 사용되는 두 군의 제조 방법은 멜트블로운 섬유 제조 방법 및 스플릿(split) 섬유 제조 방법이다. 다수의 가느다란 다이(die) 모세관을 통하여 상기 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 아테뉴에이션(attenuation)하여 그 지름을 감소시키는 전형적으로는 가열된 공기인 고속의 가열 가스 스트림속으로 용융 가공된 열가소성 물질을 용융 필라멘트로서 압출함으로써 멜트블로운 섬유를 형성한다. 보통 점성이고(tacky) 완전히 급랭되지 않은 상기 섬유는 그 후 고속 가스 스트림에 의하여 운반되고 무작위로 집속(collecting) 표면 상에 용착되어 자생적으로 결합된 웹을 형성한다. 멜트블로운 웹은 필터, 걸레, 포장 물질, 일회용 의류 성분, 흡수 물품 성분 등과 같은 여러 응용에 널리 사용된다. 그러나, 멜트블로운 섬유 제조 방법 중의 상기 아테뉴에이션 단계는 형성되는 섬유의 중합체에서의 제한된 정도만의 분자 편향(molecular orientation)을 제공함으로써 멜트블로운 섬유 및 상기 섬유를 포함하는 웹이 고강도 성질을 나타내지 않도록 한다.

통상 스플릿 섬유는 복합 섬유의 단면을 가로지르는 별개 영역(distinct zone)을 점하도록 배열된 일반적으로 비상용성 중합체 성분들을 포함하는 다성분 복합 섬유로부터 형성되고 상기 영역은 섬유의 길이를 따라 연장된다. 상기 복합 섬유가 섬유내의 상기 별개 영역의 경계면을 따라 스플릿되도록 기계적으로 또는 화학적으로 유도하면 스플릿 섬유가 형성된다. 비록, 비교적 고강도 성질을 갖는 얇은 섬유를 제조하는 데에 스플릿 섬유 제조 방법을 사용할 수 있다 하더라도, 상기 제조 방법은 스플릿 단계를 필요로 하고 번거로우며 비용이 많이 든다. 더구나, 전통적인 스플릿 섬유 제조 방법으로부터 완전히 스플릿된 섬유를 만든다는 것은 너무나 어렵고 이들 제조 방법은 치밀하거나 고밀도의 구조를 만들기 쉽다.

스테이플(staple) 섬유를 형성하는 데에 적합한 미세필라멘트를 만들기 위한 시도들이 있었다. 상기 미세필라멘트는 방사 노출(spinneret)의 방적 동공(aperture)을 통하여 필라멘트를 형성시키고 그 필라멘트를 일반적으로 높은 연신율을 가하는 높은 연신 속도에서 권취 롤로 연신함으로써 만든다. 그러나, 미세필라멘트의 두께가 얇아질수록 미세필라멘트 및 그로부터 만들어진 미세 스테이플 섬유은 가공의 곤란성을 발생시킨다. 예를 들면, 미세 스테이플 섬유는 풀어서(open) 카드(card)하기가 매우 어렵고, 상기 섬유는 카디드되는 경우 불균일 부직포 웹을 형성하기 쉽다.

또는, 스펀본드 웹 제조 방법에 수정을 가하여 미세필라멘트 부직포 웹을 제조하는 시도가 있었다. 스펀본드 필라멘트는 멜트블로운 섬유 제조 방법과 비슷하게 열가소성 중합체를 다수의 가느다란 다이 모세관을 통하여 용융 가공하여 용융된 필라멘트를 만듬으로써 형성된다. 그러나, 멜트블로운 섬유 제조 방법과는 달리, 상기 형성화된 필라멘트를 가열 가스 스트림 속으로 주입하지 아니하고 냉각시키면서 공기식 연신 단위로 전달하고, 공기식 연신 단위 내의 압축 가스 또는 공기로 상기 필라멘트 상에 연신력을 가한다. 비교적 크림프가 없는, 상기 연신 단위를 나오는 연신된 필라멘트를 형성 표면(forming surface)상에 무작위로 용착시켜 느슨하게 얽힌 섬유 웹을 형성한 후 웹의 보존성(integrity) 및 구조적 안정성을 부여하기 위하여 상기 모아 둔 웹을 열과 압력을 가하여 결합시킴으로써 용융 퓨우즈된 결합부를 만든다. 스펀본드 필라멘트는 멜트블로운 섬유와 비교할 때 비교적 높은 분자 편향을 가짐으로써 비교적 고강도의 성질을 나타낸다. 그러나, 필라멘트의 크림프없는 성질 및 상기 치밀 결합 공정으로 인하여 스펀본드 부직포 웹은 치밀하고 평평하기 쉽다. 스펀본드 웹의 제조는 예를 들어, 앞펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호 및 마츄키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호에 개시되어 있다.

스펀본드 웹의 벌크를 개선하기 위하여, 크림프 필라멘트 스펀본드 웹의 제조가 제안되었다. 예를 들어, 피케(pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호는 다성분 복합 필라멘트를 포함하는 로프티 스펀본드 웹을 만드는 스펀본드 웹 제조 방법을 교시한다. 미국 특허 제5,382,400호의 상기의 교시는 로프티 스펀본드 웹의 제조에 매우 적합하다. 그러나, 통상의 스펀본드 필라멘트보다 더 얇은 필라멘트를 포함하는 로프티 웹을 제조하기 위한 시도는 크게 성공적이지 못하였다. 필라멘트 두께를 감소시키는 전통적인 제조 수단인 공기식 연신력을 증가시키고/시키거나 용융 가공된 중합체를 다이 모세관으로 배출하는 속도를 감소시키면 상기의 얇은 복합 필라멘트내의 크림프가 상당히 제거된다는 것이 밝혀졌다. 게다가, 스펀본드 필라멘트의 크기를 감소시키는 상기 공지 수단을 사용하더라도 상기 필라멘트의 크기를 무한히 감소시키는 것이 아님도 밝혀졌다. 어느 한계까지 상기 공기식 연신력을 증가시키고/증가시키거나 상기 배출 속도를 감소시키는 경우, 심각한 방적 파손은 방적 공정을 전적으로 붕괴시킨다. 결국, 전통적으로 알려진 수단을 사용하여 스펀본드 필라멘트의 두께를 감소시키는 데에는 상당한 한계가 있고, 전통적인 스펀본드 필라멘트의 제조로써 크림프 스펀본드 미세필라멘트를 제조하는 것은 실제적이지 못하다.

로프티하고 고강도의 성질을 가지는 미세필라멘트 부직포 웹에 대한 필요는 여전하다.

발명의 요약

본 발명은 웹의 밀도가 약 0.01g/mL 내지 0.075g/mL이고 그 미세필라민트의 단위 길이당 중량이 약 0.1dtex와 약 1.0dtex 사이인, 공기식으로 연신된 필라멘트 특히, 스펀본드 필라멘트를 포함하는 부피가 크거나 로프티한 부직포 웹을 제공한다.

또한, 본 발명은 스펀본드 미세필라멘트를 포함하는 로프티 부직포 웹을 제조하기 위한 방법을 제공하는데, 상기 방법은 에틸렌의 단일 중합체 또는 공중합체인 에틸렌 중합체 및 프로필렌의 단일 중합체 또는 공중합체인 프로필렌 중합체가 복합 섬유의 길이를 따라 단면을 가로질러 별개의 영역을 차지하고 상기 에틸렌 중합체는 상기 복합 섬유의 길이를 따라 가장자리 표면의 적어도 한 부분을 차지하는, 측정 조건 190/2.16의 ASTM D1238-90b에 따른 측정에 의할 때 10분당 약 60g 내지 약 400g의 용융 유속과 측정 조건 230/2.16의 ASTM D1238-90b에 의할 때 10분당 약 50g 내지 약 800g의 용융 유속인 높은 용융 유속을 각각 갖는 상기 에틸렌 중합체 및 상기 프로필렌 중합체를 가지는 연속 다성분 복합 섬유를 용융 방적하고; 상기 복합 필라멘트가 잠재적인 섬축성(crimpability)을 가지도록 상기 스펀 복합 필라멘트를 급랭시키고; 상기 스펀 복합 필라멘트를 연신하여 미세필라멘트를 형성시키고; 상기 복합 필라멘트가 크림프되도록 상기 잠재적인 섬축성을 활성화시키며; 그리고 상기 크림프 미세필라멘트를 용착시켜, 웹의 밀도가 약 0.01g/mL 내지 0.075g/mL이고 그 미세필라멘트의 단위 길이당 중량이 약 0.1dtex와 약 1.5dtex 사이인 부직포 웹을 형성하는 단계를 가진다. 바람직하게는, 균일한 필라멘트 피복도(coverage)를 만들기 위하여 용착시켜서 상기 부직포 웹을 형성하기에 앞서서 상기 복합 미세필라멘트를 크림프한다.

여기서 사용되는 용어인 "미세필라멘트"는 약 1.5dtex 이하의 단위 길이당 중량을 가지는 필라멘트를 의미한다. 여기서 사용되는 용어인 "웹"은 섬유상 웹 및 직물을 의미한다.

본 발명은 복합 미세필라멘트를 포함하는 부직포에 관한 것이다. 더 특별하게는, 본 발명은 공기식으로 연신(drawing)한 복합 미세필라멘트를 포함하는 부직포에 관한 것이다.

도1은 본 로프티 부직포를 제조하기 위한 전형적인 방법을 도시한다.

본 발명은 공기식으로 연신되고, 크림프된, 다성분 복합 필라멘트인 미세필라멘트를 포함하는 로프티, 저밀도 부직포 웹을 제공한다. 비록 상기 복합 필라멘트가 광범위한 섬유 형성 중합체로부터 선택되어지는 중합체 성분을 선택적이고/이거나 부가적으로 포함할 수 있다 하더라도, 상기 다성분 복합 필라멘트는 하나의 에틸렌 중합체 성분 및 하나의 프로필렌 중합체 성분을 포함한다.

본 발명에 적합한 에틸렌 중합체는 ASTM D1238-90b, 측정 조건 190/2.16에 따라 측정하는 경우 중합체가 용융 가공되기 전에 10분당 약 60 내지 약 400g, 더 바람직하게는 약 100 내지 약 200g, 가장 바람직하게는 약 125 내지 175g의 용융 유속을 가진다. 본 발명에 적합한 프로필렌 중합체는 ASTM D1238-90b, 측정 조건 230/2.16에 따라 측정하는 경우 중합체가 용융 가공되기 전에 10분당 약 50 내지 약 800g, 더 바람직하게는 약 60 내지 약 200g, 가장 바람직하게는 약 75 내지 150g의 용융 유속을 가진다. 본 발명에 적합한 상기 에틸렌 및 프로필렌 중합체는 용융 유속이 높은 중합체라는 것이 특징이다. 더구나, 본 발명에 적합한 에틸렌 및 프로필렌 중합체는 바람직하게는 스펀본드 섬유를 위한 전통적인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌보다 더 협소한 분자량 분포를 가진다.

상기 높은 용융 유속의 에틸렌 및 프로필렌 중합체를 사용하면 복합 스펀본드 미세필라멘트의 제조를 가능하게 하고 상기 미세필라멘트의 섬축성을 강화함으로써 부직포 웹의 벌크를 개선시키고 저밀도 부직포 웹의 제조를 가능하게 함이 밝혀졌다. 게다가, 상기 미세필라멘트는 균일한 섬유 피복도를 가지는 웹을 제공한다. 따라서, 본 발명의 상기 복합 스펀본드 웹은 개선된 유체 조작 성질 뿐만 아니라 크게 개선된 성질 예를 들면, 부드러움, 균일한 섬유 피복도 및 관리성을 가진다. 또한, 높은 용융 유속의 에틸렌 및 프로필렌 중합체 조성물은 스펀본드 섬유를 위한 전통적인 에틸렌 및 프로필렌 중합체보다 더 낮은 온도에서 용융 가공될 수 있다. 상기 낮은 가공 온도는 스펀본드 섬유 웹 제조 방법의 용융 가공 및 급랭 단계에 관련된 문제들 예를 들어 중합체의 열적 분해 및 스펀 필라멘트의 바람직하지 않은 꼬이기(roping)를 상당히 감소시키기 때문에 낮은 용융 가공 온도에서 상기 성분 중합체의 가공성은 매우 바람직하다.

본 발명에 적합한 에틸렌 중합체는 에틸렌의 섬유 형성 단일 중합체 및 에틸렌과 부텐, 헥센, 4-메틸-1 펜텐, 옥텐, 비닐 아세테이트 및 예컨대 에틸 아크릴레이트인 알킬 아크릴레이트 및 이들의 혼합물과 같은 하나 이상의 공단량체와의 공중합체를 포함한다. 상기 적합한 에틸렌 중합체는 예컨대 에틸렌 에틸 아크릴레이트인 에틸렌 알킬 아크릴레이트; 폴리부텐; 및/또는 에틸렌-비닐 아세테이트의 소량과 혼합될 수 있다. 다른 적합한 에틸렌 중합체는 입체특이적으로 중합된 에틸렌 중합체 예를 들어, 다우 케미칼(Dow Chemical)사가 시판하는 인게이지(Engage)표 폴리에틸렌과 같은 메탈로센(metallocene) 촉매를 사용한 중합체이다. 이들 적합한 에틸렌 중합체 중에서, 더 바람직한 에틸렌 중합체는 고밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 중간 밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 이들의 혼합물을 포함하고, 가장 바람직한 에틸렌 중합체는 고밀도 폴리에틸렌 및 선형의 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다.

본 발명에 적합한 프로필렌 중합체는 프로필렌의 단일 중합체 및 공중합체를 포함하고, 이들에는 이소택틱(isotactic) 폴리프로필렌, 신디오택틱(syndiotactic) 폴리프로필렌, 탄성 단일 중합체 폴리프로필렌 및 예컨대 에틸렌, 부텐, 메틸아크릴레이트-공-소듐 알릴 술포네이트 및 스티렌-공-스티렌 술폰아미드인 프로필렌 공중합체를 형성하는 데에 적합하다고 알려진 하나 이상의 기타 단량체의 소량을 함유하는 프로필렌 공중합체를 포함한다. 또한, 이들 중합체의 혼합물도 적합하고, 적합한 프로필렌 중합체는 에틸렌 알킬 아크릴레이트 예를 들어, 에틸렌 에틸 아크릴레이트; 폴리부틸렌; 및 에틸렌-비닐 아세테이트의 소량과 혼합할 수 있다. 또 다른 적합한 프로필렌 중합체는 입체특이적으로 중합된 프로필렌 중합체, 예를 들면, 메탈로센 촉매를 기초로 한 중합체 예컨대, 엑손 케미칼(Exxon Chemical)사가 시판하는 엑스폴(Exxpol)표 폴리프로필렌이다. 이들 적합한 폴리프로필렌 중합체들 중에서, 이소택틱 폴리프로필렌 및 약 15중량%에 달하는 에틸렌을 함유하는 프로필렌 공중합체가 더 바람직하다.

상기에 표시한 바와 같이, 본 발명의 복합 스펀본드 미세필라멘트는 프로필렌 및 에틸렌 중합체 이외의 다른 중합체들을 포함할 수 있다. 본 복합 섬유의 부가적 또는 선택적인 중합체 성분으로 적합한 섬유 형성 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아세탈, 아크릴릭 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 비닐 아세테이트를 이용한 중합체 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함한다. 유용한 폴리올레핀은 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 중간 밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형의 저밀도 폴리에틸렌인 폴리에틸렌; 예를 들어, 이소택틱 폴리프로필렌 및 신디오택틱 폴리프로필렌인 폴리프로필렌 ; 예를 들어, 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐)인 폴리부틸렌 ; 예를 들어, 폴리(2-펜텐) 및 폴리(4메틸-1펜텐)인 폴리펜텐; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 유용한 비닐 아세테이트를 이용한 중합체는 폴리비닐 아세테이트; 에틸렌-비닐 아세테이트; 비누화된 폴리비닐 아세테이트 즉, 폴리비닐 알콜; 에틸렌-비닐 알콜 및 이들의 혼합물을 포함한다. 유용한 폴리아미드는 나일론6, 나일론6/6, 나일론10, 나일론4/6, 나일론10/10, 나일론12, 카프로락탐과 예컨대 에틸렌 옥사이드 디아민인 알킬렌 옥사이드 디아민과의 공중합체 및 헥사메틸렌 아디프아미드와 알킬렌 옥사이드와의 공중합체와 같은 친수성 폴리아미드 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 유용한 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 적합한 아크릴릭 중합체는 에틸렌 아크릴산, 에틸렌 메타아크릴산, 에틸렌 메틸 메타아크릴산염 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 상기 복합 섬유의 중합체 조성물은 소량의 화합제(compatiblizing agent), 착색제, 색소, 열적 안정화제, 광학적 광택제, 자외선 안정화제, 정전기 방지제, 윤활제, 내마모성 강화제, 크림프 유도제, 핵형성제, 충전제 및 기타 가공 보조제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 적합한 복합 필라멘트는 병렬식(side-by-side) 또는 피복-핵(sheath-core) 배열을 가질 수 있다. 피복-핵 배열을 사용하는 경우, 집중 피복-핵 필라멘트가 필라멘트내 크림프의 비기계적 활성화를 방해하는 경향이 있는 대칭 기하 구조를 가지기 때문에 나선(eccentric) 피복-핵 배열 즉, 비집중적으로 정렬된 피복 및 핵이 바람직하다. 이들 적합한 복합 섬유 배열들 중에서, 나선 피복-핵 배열이 더 바람직하다.

본 발명에 따르면, 비록 용착시켜 부직포 웹을 형성하기 전후에 상기 복합 필라멘트를 크림프할 수 있다 하더라도, 그 필라멘트가 용착되어 부직포 웹을 형성하기 이전에 충분히 크림프하는 것이 바람직하다. 크림프의 활성화는 필연적으로 필라멘트의 입체적인 변화 및 변동을 수반하기 때문에, 균일한 섬유 피복도를 가지는 부직포 웹은 상기 크림프 활성화 공정 중에 그 균일성을 상실하기 쉽다. 반대로, 크림프 필라멘트로부터 만들어진 부직포 웹은 균일한 섬유 피복도를 가지고 더 이상의 입체적인 변화를 수반하지 않는다. 본 발명을 위한 복합 필라멘트 스펀본드 웹을 제조하기 위한 특별히 적합한 방법은 여기 참고문헌으로 포함되어 있는 피케 등의 미국 특허 제5,382,400호에 개시되어 있다.

도1을 보면, 본 발명을 위한 로프티, 저밀도 스펀본드 미세필라멘트 웹을 제조하는 특별히 바람직한 스펀본드 웹 제조 공정(10)이 도시되어 있다. 비록 본 발명의 복합 미세필라멘트가 2성분 이상의 중합체 조성물을 포함할 수 있다 하더라도, 도시하기 위한 목적으로, 도1은 2성분 미세필라멘트 웹으로 표현하고 있다. 제1 호퍼(14a) 및 제2 호퍼(14b)에 각각 프로필렌 중합체 및 에틸렌 중합체가 주입되고, 이들은 각각 한 쌍의 압출기(12a) 및 (12b)에 의하여 압출되어 용융 중합 조성물을 방사 노출(18)로 공급한다. 복합 필라멘트를 압출하기 위한 적합한 방사 노출은 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 간단히 말하면, 상기 방사 노출(18)은 방적 팩을 포함하는 틀을 가지고 상기 방적 팩은 다수의 판과 다이를 포함한다. 상기 판은 하나 이상의 구멍 열을 가진 다이에 상기 두 중합체를 보내기 위한 흐름 경로를 만들도록 정렬된 구멍의 형태를 가지고, 이는 제조되는 복합 필라멘트의 바람직한 배열에 따라 설계된다. 상기 두 중합체 조성물의 양을 변화시킬 수 있게 상기 판의 구멍을 배열할 수 있다. 특히 적합한 필라멘트는 필라멘트 전체 중량을 기준으로 약 20중량% 내지 약 80중량%의 프로필렌 중합체 및 약 80중량% 내지 약 20중량%의 에틸렌 중합체를 포함한다. 상기에 나타낸 바와 같이, 본 복합 미세필라멘트를 위한 중합체 조성물의 용융 가공 온도는 스펀본드 필라멘트를 위하여 사용된 전통적인 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌에 대한 전통적인 가공 온도보다 낮을 수 있다. 낮은 온도에서 중합체 조성물을 가공할 수 있다는 것은 예를 들어, 더 낮은 가공 온도는 성분 중합체 및 첨가제의 열 분해 기회를 줄이고 에너지 요구량을 줄일 뿐만 아니라 스펀 필라멘트가 꼬이는 것과 같은 스펀 필라멘트의 급랭과 관련된 문제점을 감소시킨다는 점에서 크게 유리하다.

방사 노출(18)은 복합 필라멘트 또는 연속 섬유의 한 막을 제공하고 상기 필라멘트는 섬유 연신 단위(22)에 주입되기 이전에 급랭 공기 송풍기(20)에 의하여 급랭된다. 급랭된 복합 섬유의 성분 중합체의 이질적인 열 수축 성질은 섬유 내의 잠재적인 섬축성을 부여하고 상기 잠재적인 섬축성은 열 활성화가 가능하다고 믿어진다. 용융 방적 중합체에 사용할 적합한 공기식 섬유 연신 단위는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명에 특히 적합한 섬유 연신 단위는 여기 참고문헌에 포함되어 있는 마츄키 등의 미국 특허 제3,802,817호에 개시되어 있는 형태의 선형의 섬유 흡입기를 포함한다. 간단히 말하면, 상기 섬유 연신 단위(22)은 통로의 측면으로부터 들어오는 연신 공기에 의하여 필라멘트를 연신하게 하는 연장 수직 통로를 포함한다. 압축 공기 공급원(24)으로부터 공급되는 상기 연신 공기는 필라멘트를 연신하고 필라멘트내의 분자 편향을 부여한다. 필라멘트를 연신시키는 것 뿐만 아니라 상기 연신 공기는 필라멘트내의 크림프를 부여하기 위하여, 보다 구체적으로는 필라멘트의 잠재적인 크림프를 활성화시키기 위하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 잠재적인 크림프를 활성화시키키에 충분히 높은 온도까지 가열 공기가 필라멘트를 가열하도록 상기 공기 공급원(24)으로부터 공급되는 연신 공기의 온도를 가열기에 의하여 높혔다. 여러 수준의 크림프를 얻기 위하여 상기 연신 공기의 온도를 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 상기 공기 온도가 섬유 연신 단위 내에서 필라멘트의 중합체 성분을 용융시킬 정도로 높지 않다면, 공기 온도가 높을수록 크림프의 정도는 더 높아진다. 결과적으로, 상기 연신 공기의 온도를 변화시킴으로써, 다른 정도의 크림프를 가지는 필라멘트를 쉽게 만들 수 있다.

공정 라인(10)은 상기 연신 단위(22) 아래에 위치하고 구동기 롤러(28)에 의하여 구동되어 상기 섬유 연신 단위(22) 아래에 자리잡는 무한한 포라미너스 형성 표면(26)을 더 포함한다. 섬유 연신 단위를 나오는 연신된 필라멘트는 무작위로 상기 형성 표면(26)상에 용착되어 균일한 벌크 및 섬유 피복도의 부직포 웹을 형성한다. 진공 장치(30)을 필라멘트가 용착되는 상기 형성 표면(26)의 직접 아래에 위치시킴으로써 상기 필라멘트 용착 공정을 더 용이하게 할 수 있다. 상기에 기재한 동시 연신 및 크림프 공정은 균일한 섬유 피복도 및 균일한 웹 캘리퍼(caliper)를 가지는 로프티 스펀본드 웹을 만드는 데에 매우 유용하다. 상기 동시 공정은 완전 크림프 필라멘트를 균등하게 용착시킴으로써 부직포 웹을 형성하고 그 결과, 상기 공정은 입체적으로 안정화된 부직포 웹을 만든다. 상기 높은 용융 유속의 에틸렌 및 프로필렌 중합체와 함께 상기 동시 공정은 본 발명의 매우 크림프 복합 미세필라멘트를 만드는 데에 대단히 유용하다.

그 후 상기 용착된 부직포 웹은 스펀본드 웹에 적합한 어떠한 공지의 결합 공정에 의하여 결합된다. 바람직하게는, 상기 용착된 부직포 웹은 드루 에어 결합(through air bonding)이 웹을 어느 정도 치밀하게 하지 않으면서 웹 전체에 균등하게 분포된 섬유간 결합을 이룰 수 있기 때문에 드루 에어 결합 공정에 의하여 결합한다. 도1을 다시 보면, 전형적인 드루 에어 결합제를 도시한다. 일반적으로 기재된 바와 같이, 드루 에어 결합제(36)은 상기 웹을 받아들이는 관통형 롤러(perforated roller)(38) 및 상기 관통형 롤러를 감싸고 있는 덮개(40)을 포함한다. 복합 섬유의 더 낮은 용융 성분 중합체를 부분적으로 용융할 수 있을 만큼 충분히 고온인 가열 공기를 상기 관통형 롤러(38)을 통하여 상기 웹에 공급하고 덮개(40)에 의하여 끌어낸다. 상기 가열 공기는 더 낮은 용융 성분 중합체 즉, 에틸렌 중합체를 부분적으로 용융하고 용융된 중합체는 웹 전체에 특히, 필라멘트의 교차 접촉 지점에서 섬유간 결합을 형성한다. 또는, 상기 비결합된 부직포 웹은 캘린더(calender) 결합제에 의하여 결합될 수 있다. 캘린더 결합제는 전형적으로 열가소성 부직포 웹의 섬유 또는 필라멘트를 용융 융합시키는 열과 압력의 조합을 가하는 닢(nip)을 형성함으로써 웹 내의 결합된 영역 또는 지점의 형태에 영향을 미치는 2이상의 인접 위치한 가열된 롤의 조합이다.

상기에 논의된 바와 같이, 높은 용융 유속의 중합체를 포함하는 공기식으로 연신된 필라멘트는 매우 얇은 데니어에서도 고수준의 크림프를 제공함으로써 로프티, 저밀도의 미세필라멘트의 부직포 웹으로 제작된다. 예를 들어, 상기 복합 섬유는 섬유의 크기가 약 1.5dtex 이하, 바람직하게는 약 1.0dtex 내지 약 0.10dtex, 더 바람직하게는 약 0.6dtex 내지 약 0.15dtex의 단위 길이당 중량으로 감소되는 경우에도, 0.05psi (0.34kPa)의 부하하에서 측정할 때, 약 0.013 mm/g/m²이상의 벌크를 가지는 섬유 웹을 제공하도록 가공될 수 있다. 게다가, 본 발명을 위한 특히 바람직한 복합 스펀본드 섬유 웹은, 0.05psi (0.34kPa)의 부하하에서 측정할 때, 약 0.01g/mL 내지 약 0.075g/mL, 바람직하게는 약 0.03g/mL 내지 약0.065g/mL, 가장 바람직하게는 약 0.015g/nmL 내지 약 0.06g/mL액의 밀도를 가진다.

본 발명의 미세필라멘트 웹 또는 직물, 특히 드루 에어 결합된 웹은 바람직한 로프티, 압축 내성 및 섬유간 공극(void) 구조를 제공하여 상기 웹을 유체 조작 응용에 매우 적합하게 만든다. 더구나, 본 발명의 얇은 필라멘트 웹은 높은 투과성 및 넓은 표면적을 제공하여 상기 웹이 여러 여과기 응용에 적합하도록 만든다. 또한 본 발명의 로프티 미세필라멘트 웹도 개선된 연화성(softness) 및 조작성(hand)을 제공한다. 상기 조직상의 성질은 상기 웹이 여러 일회용 물품들 예를 들어, 기저귀, 운동복, 실금 물품, 위생 네프킨 및 일회용 의복의 외피 물질로서; 유체 조작 물질로서; 여과기 물질로서 매우 유용하게 한다. 또한 상기 로프티 스펀본드 웹은 예를 들어 유체 또는 미생물 장벽 성질과 조합하여 피복류 직물(cloth-like texture)을 제공하는 장벽 복합물(barrier composite)의 외층으로서 매우 적합하다. 예를 들면, 상기 로프티 스펀본드 웹을 통상적인 방법으로 필름 또는 기타 미세섬유 직물상에 열적으로 또는 접착제로 라미네이트시켜 상기 장벽 복합물을 만들 수 있다. 여기 참고문헌에 포함되어 있는 브록(Brock) 등의 미국 특허 제4,041,203호는 예를 들어, 한 층의 스펀본드 섬유 웹과 한 층의 멜트블로운 섬유 웹을 포함하는 직물류(fabric-like) 복합물을 개시한다. 부직포 웹으로부터 만들수 있는 일회용 의복은 수술복, 실험복 등을 포함한다. 상기 일회용 의복은 예를 들어, 여기 참고문헌으로 퍼함되어 있는 그린(Green)의 미국 특허 제3,824,625호 및 베네벤토(Benevento)의 미국 특허 제3,911,499호에 개시되어 있다.

하기의 실시예들은 도시하기 위한 목적으로 제공되고 본 발명을 여기에 제한하는 것은 아니다.

사용된 측정 방법:

중합체 용융 유속 - 용융 유속은 ASTM D1238-90b에 따라서 측정하였다. 폴리에틸렌은 190/2.16 측정 조건을, 폴리프로필렌은 230/2.16 측정 조건을 사용하여 측정하였다.

벌크 - 웹의 벌크는 스타렛(Starret) 벌크 시험기를 사용하여 부하 0.05 psi(0.034kPa)하에서 측정하였다.

밀도 - 웹의 밀도는 벌크 측정 및 상기 웹의 기저 중량을 이용하여 계산하였다.

실시예 1

50중량%의 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 50중량%의 폴리프로필렌을 포함하는 구형 나선 피복-핵 복합 섬유의 드루 에어 본드 웹 스펀본드 섬유를 도 1에 도시한 방법을 사용하여 제조하였다.

상기 2성분 방적 팩은 지름이 0.4mm인 방적홀(spinhole), 6 : 1의 L/D 비율 및 센티미터당 34.6 홀의 방적홀 밀도를 가졌다. 다우 케미칼사가 시판하는, 2.16킬로그램의 부하, 섭씨 190도에서 10분당 150g의 용융 유속을 가지는 높은 용융 유속의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)인 Aspun 6831을 50중량%의 TiO2 및 50중량%의 폴리프로필렌을 포함하는 2중량%의 TiO2의 농축액과 혼합하고, 상기 혼합물을 제1 단일 스크류 압출기 속으로 주입하였다. 압출물이 압출기를 나갈 때 상기 LLDPE 조성물의 용융 온도가 약 섭씨 199도(화씨 390도)이었다. 쉘 케미칼(Shell Chemical)사가 시판하고, 2.16킬로그램의 부하, 섭씨 230도에서 10분당 약 100g의 용융 유속을 가지는 높은 용융 유속의 폴리프로필렌인 NRD51258을 상기의 2중량%의 TiO2 농축액과 혼합하고, 상기 혼합물을 제2 단일 스크류 압출기 속으로 주입하였다. 상기 폴리프로필렌 조성물의 용융 온도는 약 섭씨 210도(화씨 410도)였다. 상기 LLDPE 및 폴리프로필렌 압출액을 약 섭씨 204도(화씨 400도)로 유지된 상기 방적 팩 속으로 주입하고 방적홀 배출 속도는 0.4g/홀/분에 유지하였다. 상기 방적 팩을 나오는 2성분 섬유를 단위 방사 노출 폭당 0.5m³/min(45 SCFM/inch)의 유속과 섭씨 18도(화씨 65)인 공기의 흐름에 의하여 급랭시켰다. 상기 방사 노출의 약 13센티미터 아래에서 급랭 공기를 가하였다. 급랭된 섬유를 연신하고 약 섭씨 121도로 가열된 공기의 흐름을 사용하여 섬유 연신 단위 내에서 크림프한 다음 12 psi(83 kpa)의 압력을 가하였다. 그 후, 상기 연신되고, 크림프된 섬유를 진공 흐름의 도움을 받아 포라미너스 형성 표면에 용착시켜 본드되지 아니한 섬유 웹을 형성하였다. 상기 웹을 더 견고하게 하기 위하여 상기 형성 표면 상의 본드되지 아니한 상기 웹을 상기 형성 표면의 약 4.45센티미터(1.75인치) 위에 위치된 슬롯 노즐(slot nozzle)에 의하여 가해지는 가열 공기의 흐름하에 통과시켰다. 압력은 3.81센티미터 수주(水柱), 온도는 204도에서 상기 가열 공기를 가하였다. 그 다음, 상기 웹을 드루 에어 결합제에 전달하였다. 상기 결합제에 의하여 온도가 약 섭씨 127도이고 유속이 분당 약 61미터인 가열 공기의 흐름에 상기 부직포 웹을 노출시켰다. 상기 웹의 평균 기저 중량은 제곱미터당 85그램이었다. 결합된 웹의 섬유 크기 및 벌크를 측정하였고 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예 1

로프티하고 얇은 필라멘트 웹을 제조함에 있어서 높은 용융 유속 중합체를 이용하는 것이 중요하다는 것을 설명하기 위하여 비교예 1을 수행하였다. 하기의 변형 이외에는 기본적으로 실시예 1에 약술한 방법을 반복하였다. LLDPE 6811A 및 폴리프로필렌 3445를 높은 용융 유속 중합체 대신에 사용하였다. 상기 LLDPE의 용융 유속은 10분당 약 40g이고 다우사가 시판하는 일반적인 스펀본드 섬유급 LLDPE이다. 상기 폴리프로필렌의 용융 유속은 10분당 약 35g이고 엑손사가 시판하는 일반적인 스펀본드 섬유급 폴리프로필렌이다. 실시예 1과 다른 그 밖의 변형은 사용된 방적 팩에 있어서 방적홀의 지름이 0.6mm, 홀 밀도는 센티미터당 34.6홀인 점, 필라멘트 크기를 줄이기 위하여 분사 노출 속도를 분당 0.3g/홀로 감소시킨 점, 상기 두 중합체의 용융 온도를 섭씨 232도로 처리한 점 및 용융 처리된 중합체의 분산성(flowability)을 개선하기 위하여 상기 방적 팩 온도를 섭씨 232도로 증가시킨 점이다. 상기 제조된 웹은 비교적 평평하였다. 표 1은 그 결과를 보여준다.

비교예 2

상기 복합 필라멘트의 중합체 두 구성성분에 대하여 높은 용융 유속의 중합체를 이용하는 것이 중요하다는 것을 설명하기 위하여 비교예 2를 수행하였다. 일반적으로, 나란히 있는 팩을 사용하고 LLDPE 6811A을 높은 용융 흐름 LLDPE 대신에 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 약술한 방법을 반복하였다. 상기 방적 팩은 0.35밀리미터의 방적홀과 센티미터당 63홀의 홀 밀도를 가진다. 상기 방적 팩을 섭씨 217도에 유지시켰고 배출 속도는 분당 0.3그램/홀이었다.

또한, 그 결과 얻어지는 웹은 비교적 평평하였고, 표 1은 그 결과를 나타낸다.

실시예	용융흐름 속도(g/10min)LLDPE PP	섬유크기(den)(dtex)	웹 중량(osy) (g/m²)	벌크(inch/osy)(mm/g/m²)	밀도(g/cm³)
실시예1	140 100	0.59 0.66	2.5 85	0.022 0.016	0.061
비교예1	40 35	1.4 1.6	1.5 51	0.016 0.012	0.082
비교예2	40 100	0.8 0.9	3.0 102	0.016 0.012	0.084

비교예 1-2의 필라멘트는 그 크림프 정도가 낮았던 반면, 실시예 1의 필라멘트는 매우 크림프된 미세필라멘트였다. 결과적으로, 비교예 1-2의 웹들은 비교적 평평하였던 반면, 실시예 1의 상기 웹은 부피가 크고 로프티하고 밀도가 낮았다.

비록 상기 비교예 1 및 2의 중합체 배출 속도가 더 낮고 게다가 비교예 2의 방적 홀 크기가 실시예 1의 것보다 작다 하더라도, 실시예 1의 필라멘트는 더 얇고 더 크림프되어서 미세필라멘트를 포함한 부피가 큰 부직포 웹을 제조하는 노력에 있어서 높은 용융 유속 구성성분 중합체를 사용한 효과를 분명히 설명한다. 상기 결과는 복합 필라멘트에 대하여 높은 용융 유속 구성성분 중합체를 사용함이 더 얇은 필라멘트의 제조를 용이하게 할 뿐만 아니라 매우 크림프 미세필라멘트를 포함하는 저밀도 웹의 제조를 가능하게 한다는 것을 분명히 설명한다.

실시예 2

본 발명에 따라서 실시예 1의 필라멘트보다도 더 가는 미세필라멘트를 제조할 수 있다는 것을 설명하기 위하여 실시예 2를 수행하였다. 2성분 미세필라멘트를 제조하기 위하여 상기 방적 팩을 섭씨 217도에 유지시킨 점, 연신 공기의 압력을 10 psi(69 kPa)로 하고 온도는 실온으로 한 점 및 배출 속도를 분당 0.35그램/홀로 한 점을 제외하고 일반적으로 실시예 1에서 약술한 방법을 반복하였다.

제조된 미세필라멘트의 단위 길이당 중량은 0.5dtex였다. 미세필라멘트의 제조는 광범위한 마이크로데니어 스펀본드 필라멘트 및 그로부터 제조되는 부직포 웹을 본 발명에 따라서 제조할 수 있다는 것을 분명히 설명한다.

Claims

웹의 밀도가 약 0.01g/mL 내지 약 0.075g/mL이고 미세필라멘트의 단위 길이당 중량이 약 0.1dtex 내지 1.5dtex인, 스펀본드 미세필라멘트로 이루어진 로프티 부직포 웹.
제1항에 있어서, 상기 미세필라멘트가 다성분 복합 필라멘트인 로프티 부직포 웹.
제2항에 있어서, 상기 웹이 드루 에어 본드 웹인 로프티 부직포 웹.
제2항에 있어서, 상기 미세필라멘트가 2성분 스펀본드 복합 필라멘트인 로프티 부직포 웹.
제2항에 있어서, 상기 로프티 웹의 밀도가 약 0.015g/mL 내지 약 0.06g/mL인 로프티 부직포 웹.
제4항에 있어서, 상기 복합 필라멘트가 10분당 약 60g 내지 약 250g의 용융 유속을 가지는 에틸렌 중합체 및 10분당 약 50g 내지 약 250g의 용융 유속을 가지는 프로필렌 중합체로 이루어진 로프티 부직포 웹.
제6항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체가 에틸렌의 단일 중합체 및 공중합체로부터 선택되고, 프로필렌 중합체가 프로필렌의 단일 중합체 및 공중합체로부터 선택되어지는 것인 로프티 부직포 웹.
제7항에 있어서, 상기 웹의 밀도가 약 0.03g/mL 내지 약 0.065g/mL인 로프티 부직포 웹.
제7항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체는 선형의 저밀도 폴리에틸렌이고 상기 프로필렌 중합체는 이소택틱 폴리프로필렌인 것인 로프티 부직포 웹.
상기 제7항에 따른 로프티 부직포 웹을 포함하는 일회용 물품.
상기 제7항에 따른 로프티 부직포 웹을 포함하는 라미네이트.
에틸렌의 단일 중합체 또는 공중합체인 에틸렌 중합체 및 프로필렌의 단일 중합체 또는 공중합체인 프로필렌 중합체가 복합 섬유의 길이를 따라 단면을 가로질러 별개의 영역을 차지하고 상기 에틸렌 중합체는 상기 복합 섬유의 길이를 따라 가장자리 표면의 적어도 한 부분을 차지하는, 측정 조건 190/2.16의 ASTM D1238-90b에 따른 측정에 의할 때 10분당 약 60g 내지 약 400g의 용융 유속과 측정 조건 230/2.16의 ASTM D1238-90b에 의할 때 10분당 약 50g 내지 약 800g의 용융 유속인 높은 용융 유속을 각각 갖는 상기 에틸렌 중합체 및 상기 프로필렌 중합체를 가지는 연속 다성분 복합 섬유를 용융 방적하고;

상기 복합 필라멘트가 잠재적인 섬축성을 가지도록 상기 스펀 복합 필라멘트를 급랭시키고;

상기 스펀 복합 필라멘트를 연신하여 미세필라멘트를 형성하고;

상기 복합 필라멘트가 크림프를 갖도록 상기 잠재적인 섬축성을 활성화시키며; 그리고

상기 크림프 미세필라멘트를 용착시켜, 웹의 밀도가 약 0.01g/mL 내지 약 0.075g/mL이고 상기 미세필라멘트의 단위 길이당 중량이 약 0.1dtex 내지 약 1.5dtex인 부직포 웹을 형성하는 것을 포함하는, 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
상기 제12항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체의 용융 유속은 10분당 약 100g 내지 약 200g이고, 상기 프로필렌 중합체의 용융 유속은 10분당 60g 내지 200g인 것인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제13항에 따라 제조된 스펀본드 웹.
제13항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체는 선형의 저밀도 폴리에틸렌이고 상기 프로필렌 중합체는 폴리프로필렌인 것인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 크림프 활성화 단계 및 연신 단계가 가열 공기에 의한 공기식 연신 단위에 의해 수행되는 것인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 웹이 드루 에어 결합 공정을 더 거치는 것인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제조 방법 중의 상기 크림프 활성화 단계 후 연이어 상기 용착 단계를 수행하는 것인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 로프티 웹의 밀도가 약 0.03g/mL 내지 약 0.065g/mL인 로프티 부직포 웹의 제조 방법.
제12항에 따라 제조된 스펀본드 웹.