KR19990082626A - 입자-함유 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부직포를 제조하는데 적당한 필라멘트의 섬유에 관한 것으로서, 상기 섬유 또는 필라멘트는 이며, 폴리올레핀 또는 그의 공중합체 및 무기입자의 0.01-20중량%로 구성되며, 상기 모든 입자들은 모오스 경도가 약 5 미만, 바람직하게 약 2 미만이고, 무기입자의 적어도 90중량%는 입자크기가 10㎛ 미만이며, 탈크 입자가 특히 바람직하고,
본 발명에 따른 입자-함유 스테이플 섬유는 웹으로 계속 형성될 수 있고, 고속에서 부직포로 열결합되며,
넓은 결합윈도우, 감소된 정전기 및 감소된 마찰계수를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

입자-함유 섬유
부직포는 섬유 또는 필라멘트를 함께 결합시킴으로써 제조된 다공질 시이트(sheet)이다. 이들은 플랫 또는 벌키일 수 있으며, 그들이 제조되는 방법에 의존하여 여러가지 다른 특성들을 가질 수 있다. 부직포는 의류 성분, 컨스트럭션, 가정용 복식품, 건강관리, 공학, 산업용 제품 및 소비자용 제품을 포함하는 여러 용도에 사용된다. 하나의 중요한 용도는 일회용 기저귀, 여성용 위생제품 및 성인용 부절제용 제품과 같은 다양한 분야의 위생 흡수용 제품의 제조에 있다.
부직포가 기초가 되는 섬유질 웹(web)내 섬유 또는 필라멘트의 결합은 일반적으로 웹에 강도를 제공하고, 그들의 특성에 영향을 미친다. 상기 섬유질 웹을 결합하는데 널리 사용되는 한가지 방법은 열로 폴리올레핀 또는 폴리에스테르계 열가소성 섬유 또는 필라멘트를 함께 결합시기는 것이다. 부직포 제조방법은 여러 간행물, 즉 "The Nonwovens Handbook"(The Association of the Nonwoven Industry, 1988) 및 "Encyclopaedia of polymer science and Engineeriring" Volume 10, Nonwoven Fabrics(John Wiley and Sons, 1987)에 기술되어 있다.
제조속도를 높임으로써 제조용량을 증가시키기 위한 압력으로 인해 부직포 제품의 소비가 증가되고 있다. 그러나 캘린더 결합속도가 증가될 때 결합질을 유지하기 위해서는 온도가 높아져야 하는 문제가 있다. 이는 차례로 캘린더에 부직포가 점착되는 문제를 야기한다.
무기입자(inorganic particle)는 일반적으로 플라스틱 산업에서 여러 목적으로 사용되며, 종래의 섬유는 부직포에 사용하기 위한 다수의 무기입자-함유 섬유를 포함한다.
예를 들면, JP 4194026 및 JP 4170463에는 생핵제로서 탈크 또는 실리카와같은 무기 비활성 입자의 0.01-3.0중량%를 함유하는 폴리에스테르계 섬유가 기술되어 있다.
EP 569 860-A에는 생핵제로서 입자크기가 1㎛ 이하인 퓸드(fumed) 실리카의 0.1-0.3 중량%를 함유하는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르계 스펀본드(spunbond)열가소성 필라멘트로 구성된 부직포가 기술되어 있다.
EP 539 890-A에는 습윤성 부직포용 섬유를 제조하기 위한 소수성 퓸드 실리카 및 폴리실록산을 함유하는 용융추출가능한 열가소성 폴리올레핀 조성물이 기술되어 있다.
JP 3069675에는 적외선을 멀리 방사하는 산화물 세라믹입자들의 3-30 중량%를 함유하는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌계 합성 섬유가 기술되어 있다.
상기 입자들은 예를 들어 Al2O3, MgQ, SiO2, ZrO2또는 TiO2이며, 바람직하게 직경이 1㎛ 미만인 입자를 가진다. 상기 섬유들의 표면은 실록산 화합물로 처리되었다.
JP 2169718에는 폴리에스테르 코어와 폴리올레핀 시이드(sheath)를 가진 시이드-코어 복합 섬유가 기술되어 있으며, 상기 시이드는 평균직경이 0.05-5㎛인 TiO2또는 탈크와 같은 무기입자의 O.3-10 중량%를 함유한다.
무기입자는 웹의 유연도와 불투명도를 향상시키기 위해 도입되었다.
JP 1266216에는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르와 같은 고용융 성분과 폴리에틸렌과 같은 저용융 성분을 가진 복합 섬유가 기술되어 있으며, 상기 고용융 성분은 입자크기가 110㎛ 이하이고, 탈크, 운모 또는 알루미나와 같은 판상 입자형태인 무기 충진제의 고용융 성분의 0.1-13 중량%를 함유한다.
JP 61155437에는 연속 필라멘트 부직포를 제조하기 위한 수지조성물이 기술되어 있으며, 상기 수지는 결정 성핵제의 0.05-0.5 중량% 및 폴리프로필렌을 함유하며, 상기 성핵제의 예로는 입자크기가 5㎛ 이하인 실리카 또는 알루미나가 있다.
상기 인용된 종래 참고문헌 모두 부직포에 사용하기 위한 다양한 입자-함유섬유 또는 필라멘트를 기술하고 있는 반면에, 상기중 어느 것도 부직포, 즉 웹으로 연속적으로 생성되고, 200-250m/분 이하의 고속으로 캘린더 결합될 수 있어서 강도 및 균일도면에서 우수한 특성을 가진 부직포를 수득할 수 있는 위생산업에 사용하기 위한 부직포를 고속으로 제조하는데 특히 적용되는 섬유 또는 필라멘트를 제공하는 문제를 다루지는 않는다.
탈크와 같이 상대적으로 소량의 미세하고 부드러운 무기입자를 함유하는 폴리올레핀계 섬유 및 필라멘트는 결합온도를 높이지 않고 강도특성을 유지하면서, 증가된 웹형성 및 결합속도를 사용하여 부직포를 제조할 수 있고, 또는 카딩(carding)과 같은 웹형성 및 결합속도를 늦추지 않고 개선된 강도를 수득할 수 있는 능력을 포함하여 많은 잇점을 얻을 수 있다. 상기 잇점 및 다른 잇점들은 이하에 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 간단한 설명
본 발명의 하나의 목적은 웹으로 연속적으로 형성되고, 고속으로 부직포에 열결합될 때 상기 입자들이 없는 해당섬유 또는 필라멘트와 같은 방법으로 제조된 부직포의 강도보다 높은 부직포 강도(결합지수)를 수득하는 입자-함유 폴리올레핀계 섬유 또는 필라멘트를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 입자들이 없는 해당섬유 또는 필라멘트보다 넓은 결합 윈도우(bonding window)를 가진 입자-함유 폴리올레핀계 섬유 또는 필라멘트를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 입자들이 없는 해당섬유 또는 필라멘트보다 정전기가 적은 입자-함유 폴리올레핀계 섬유 또는 필라멘트를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 입자들이 없는 해당섬유 또는 필라멘트보다 더 낮은 마찰계수를 가진 입자-함유 폴리올레핀-함유 섬유 또는 필라멘트를 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 이하의 기술로부터 분명해질 것이다.
한 관점에서, 본 발명은 부직포를 제조하기에 적합한 섬유 또는 필라멘트에 관한 것으로서, 상기 섬유 또는 필라멘트는 무기입자의 0.01-20 중량% 및 폴리올레핀 또는 그의 공중합체로 구성되며, 상기 모든 입자들은 모오스 경도 약 5 미만이며, 무기입자의 적어도 90 중량%가 입자크기 10㎛ 미만이다.
본 발명은 열결합된 부직포내 그들의 용도에 관해 특성이 개선된 입자-함유 폴리올레핀계 섬유 및 필라멘트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 입자-함유 폴리올레핀계 섬유 또는 필라멘트로부터 제조된 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 상세한 설명과 청구의 범위에서, "결합지수(bonding index)"라는 용어는 N/5cm로 나타내는 횡방향(CD) 및 종방향(MD)에서 접착력있는 생성물의 제곱근을 의미한다.
결합지수는 부직포의 강도의 지표가 된다. 종방향에서(웹/부직포의 움직임에 평행)의 강도가 횡방향에서의 강도와 종종 다르기 때문에, 결합지수는 상기 두가지 기능을 모두 한다. 선택적인 예로서, MD-강도와 CD-강도사이의 비율은 거의 일관된다.
"결합 윈도우"라는 용어는 수용가능한 결합지수가 수득된 특정 온도간격을의미한다. 본 명세서에서, "결합 윈도우"는 결합지수가 최대 결합지수(BImax)와 BImax의 15%이하 정도 다른 온도간격(켈빈(KelVin)으로 나타냄)을 의미한다.
위생흡수제품에 사용하기 위한 전형적으로 양질의 부직포의 경우, 상기는 BImax에 비해 약 3N/5cm의 결합지수 차이와 상응한다.
캘린더 표면위에 온도변화가 있는 캘린더 시스템을 사용할 때 또는 높은 결합속도 또는 낮은 결합온도를 사용할때도 넓은 결합 윈도우는 부직포 제조자가 균일한 제품을 얻을 수 있게 한다.
본 발명은 개선된 부직포용 폴리올레핀-함유 섬유 및 필라멘트를 제공한다. 이는 부직포용 응집성 웹내에 혼입될 때 섬유 또는 필라멘트내에 무기입자를 혼입함으로써 수득되어 섬유 또는 필라멘트의 열결합 특성에 있어서 잇점이 있는 방법에서 섬유 또는 필라멘트의 물리적 특성이 변형된다. 이하에서, 편의상 "섬유"를 통해, 본 발명에서는 스테이플 섬유와 같은 섬유 및 연속 스펀본드 필라멘트와 같은 필라멘트 둘다에 적용될 수 있다고 이해하겠다.
특히, 본 발명에 따른 섬유 및 필라멘트는 탈크, 카올리인(수화 알루미늄 실리케이트), 탄산칼슘, 운모(알루미늄 실리케이트 광물들), 규회석(칼슘 실리케이트), 황산칼슘, 황산바륨 등과 같은 "유연한" 무기입자들이 그들안에 혼입될 때, 유리한 특징을 가진다. 입자의 경도에 있어서, 상기 입자는 약 6 이하, 바람직하게 약 5 이하, 더 바람직하게 약 4 이하, 특히 약 3 이하의 모오스 경도(1-10 범위의 오리지날 모오스 경도 범위에 기초)를 가지는 것이 바람직하다. 탈크 및 카올리인은 섬유 또는 필라멘트내에 혼입하기에 특히 적합하기 때문에, 모오스 경도는 종종 약 2이하 또는 1정도 더 낮아질 것이며, 특히 탈크에도 해당할 것이다. 무기입자의 적어도 일부는 탈크입자인 것이 바람직하며, 구체적인 실시예에서 모든 입자들은 실질적으로 탈크입자이다. 실리카와 같이 모오스경도가 7인 상대적으로 단단한 입자를 함유한 섬유가 부직포의 제조에 적합하게 하는 특성을 가지고 있어도, 단단하고 연마입자는 섬유-제조 장치에 해를 끼치는 경향이 있기 때문에 유연한 무기입자가 바람직하다. 이는 또한 모오스경도 범위상에서 가장 유연한 광물인 탈크가 본 발명의 목적을 위한 무기입자중 바람직한 종류인 하나의 이유가 된다.
본 발명에 따라 사용된 "탈크"라는 용어는 높은 마그네슘 실리케이트 함유량(MgO+SiO2의 약 90% 이상에 해당)을 가진 광범위한 천연광물을 의미한다.
작은 입자크기 및 균일한 입자 크기분포(하기의 바람직한 입자크기 참조)가 바람직해도 가장 상업적인 탈크 등급은 본 발명에 따라 사용되기에 적합한 것으로 간주된다.
무기입자는 보통 섬유제조에 사용되는 중합체 과립을 제조하기 전에 중합체 덩어리에 도입될 수 있거나 중합체 용융물로 직접 도입될 수 있다. 무기입자의 함유량을 조정하고, 동시에 섬유제품내 입자분포를 수득할 수 있기 위해서, 30중량%, 40중량% 또는 50중량%의 입자의 높은 함유량을 갖는 중합체 과립의 마스터배치(masterbatch)를 제조하고, 입자의 바람직한 농도를 수득하기 위한 압출기내에서 중합체 용융물을 제조하기 전에 입자 없는 보통의 중합체 과립과 마스터배치의 일부를 혼합하는 것이 유리하다.
폴리올레핀-함유 섬유내 무기입자의 함유량에 있어서, 충분한 양의 입자가 섬유표면 부근에 위치(입자가 중합체 용융물내에 균질하게 분포되므로 또한 섬유를 통해 균일하게 분포될 것을 고려)되어야 하기 때문에 상기 함유량은 너무 적으면 안되며, 섬유의 기계적 강도가 손상되면 안되고(10% 미만, 바람직하게 5% 미만의 섬유의 강도를 감소시키는 것이 수용할 수 있는 최상의 목적), 과잉의 입자 함유량이 방사과정에 문제를 야기할 수 있기 때문에 상기 양은 너무 높으면 안된다.
이하에 기술될 다수의 가장 적절한 중합체 종류에 대해 섬유의 0.01-20 중량%, 바람직하게 0.1-15 중량%, 더 바람직하게 0.2-10중량%, 특히 0.5-5 중량%, 1.0-2.5 중량%의 무기입자의 함유량이 적당할 것이라고 믿어진다. 상기 양은 입자 섬도 및 입자 크기분포(입자가 미세할수록 다량으로 혼입될 수 있음) 및 섬유 또는 필라멘트가 부직포로 압밀되는 속도(입자의 효과는 높은 부직포 제조속도에서 특히 뚜렷하기 때문에 높은 제조속도를 위해 입자함유량을 증가시키는 것이 유리함)를 포함하여 여러 요소에 따라 다양화될 수 있다.
무기입자의 질에 있어서, 크기는 섬유의 단면치수에 적용되어야 한다.
그러나 섬유가 상대적으로 굵어도, 상대적으로 부드러운 표면을 갖는 섬유가 바람직하기 때문에 입자크기는 너무 크지 않아야 한다. 그러므로 위생산업용 부직포 제조하는데 전형적으로 사용되는 섬유의 섬유치수(즉, 하기에 기술될 바와 같이 약0.5-7dtex의 범위내 섬유직경)에 관해, 상기 입자는 입자의 적어도 90중량%가 10㎛ 미만의 입자크기(가장 큰 치수)를 갖도록 크기와 분포를 갖는 것이 바람직하므로 상기 입자들은 가능한한 작은 것이 바람직하며, 따라서 상기 입자들중 적어도 90중량%가 8㎛ 미만, 더 바람직하게 6㎛ 미만, 가장 바람직하게 4㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한 섬유방적공정의 안정성이 교란되지 않고, 큰 불균질성으로 인한 섬유 파손이 피해지도록 입자크기 분포는 상대적으로 좁은 것이 바람직하다. 따라서 입자크기 분포는 90중량% 백분수의 입자크기와 10중량% 백분수의 입자크기 사이의 비율이 대부분 약 20:1, 더 바람직하게 약 15:1, 가장 바람직하게 약 10:1, 특히 최대한 약 8:1 로 좁게 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 섬유 및 필라멘트내 폴리올레핀은 폴리올레핀 단일중합체 또는 공중합체로 구성될 수 있다. 적당한 폴리올레핀은 예를 들어 아이소스타시(isotatic) 폴리프로필렌 단일중합체 뿐만 아니라 에틸렌, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 등 및 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌과 같은 다른 밀도의 선형 폴리에틸렌과의 무작위 공중합체이다. 바람직한 폴리올레핀은 에틸렌, 1-부텐, 4-메틸펜텐 또는 1-헥센과 같은 다른 α-올레핀의 10중량%이하를 함유하는 프로필렌의 단일중합체 또는 그의 공중합체이다. 섬유를 제조하기 위한 출발물질로서 상기 중합체에 대한 적당한 용융물 흐름속도(MFR)는 25g/10분 이하와 같은 500g/10분 이하이다. 폴리올레핀계 섬유를 제조하는데 사용되는 용융물은 또한 TiO2등과 같은 착색제 및 백색제를 포함하여 스테아르산 칼슘, 산화방지제, 처리 안정화제 및 색소와 같은 여러 종래의 섬유 첨가제를 함유할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 스펀본드 필라멘트와 같은 연속 필라멘트 및 카아드웹에 사용되는 스테이플 섬유와 같은 두 섬유에 관한 것이다. 스테이플 섬유에 있어서는, 단일성분 섬유 또는 이성분 섬유가 될 수 있으며, 후자는 편심(중심에 없음) 또는 동심(실질적으로 중심내에 있음)적으로 위치되어 있는 코어를 갖는 코어형 및 시이드형이다. 이성분 섬유는 각각 폴리프로필렌/폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌/선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 무작위 공중합체/폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌/폴리프로필렌 무작위 공중합체로 구성된 시이드 및 코어를 가질 것이다. 이들은 폴리에스테르의 고용융 성분 및 폴리프로필렌의 저용융 성분 또는 그의 공중합체 또는 폴리에틸렌을 갖는 이성분 섬유일 수 있다.
본 발명의 명세서내에서 적어도 저용융(시이드)은 무기입자로 구성된다.
위생흡수제품용 부직포에 섬유 및 필라멘트를 사용하기 위해, 섬유 또는 필라멘트는 0.5-7dtex, 바람직하게 1-7dtex, 더 바람직하게 1.5-5dtex, 특히 1.7-3.3dtex의 범위내 섬도를 가질 것이다.
본 발명에 따른 섬유의 방적은 "단면방적(short spinning)" 방법 또는 종래의 용융방법("긴 방적(1ong spinning)"으로도 공지됨)에 의해 실시될 수 있다. 상기 두 방적방법은 당 분야에 잘 공지되어 있다. 종래의 방적은 두단계의 방법인데, 제1 단계에서는 용융물의 압출과 필라멘트의 실제적인 방적이 매우 빠른 속도로 일어나며, 제2 단계에서는 스테이플 섬유를 형성하기 위해 스펀 필라멘트를 늘리고, 연속적으로 권축가공, 건조 및 커팅을 실시한다. 단면방적은 섬유가 한 작업으로 스펀되고 늘어나는 한단계 방법이다. 상기 방적방법들은 예를 들어 Ahmed의 "폴리프로필렌 섬유-Science and Technology", 1982에 기술되어 있다. 위생흡수제품용 부직포에 사용되기에 적합한 폴리올레핀계 섬유를 제조하기 위한 긴 방적방법은 WO 89/10989, WO 93/01334, WO 94/20664, WO 95/19465 및 WO 96/33303에 기술되어 있다. 스펀본딩 방법은 "Spunbond Technology Today 2-Onstream in the 90's", Miller Freeman, 1992에 기술되어 있다. 방적공정동안, 필라멘트는 적당한 계면활성제, 대전 방지제 등으로 처리될 수 있다.
상기 기술된 바로 명확해지는 바와 같이, 본 발명은 또한 여기에 기술된 무기입자-함유 섬유 또는 필라멘트로 구성된 부직포에 관한 것이다.
본 발명은 스테이플 섬유로부터 부직포를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (가)본 명세서의 섬유에 따른 스테이플 섬유로 구성된 섬유질 웹을 형성하고, (나)섬유질 웹을 결합시키는 단계로 구성된다. 특히, 결합방법은 적어도 150m/분, 더 바람직하게 적어도 200m/분, 가장 바람직하게 적어도 250m/분의 속도로 실시된다. 결합은 캘린더 결합 또는 열풍 결합과 같은 열결합, 적외선 결합 또는 초음파 결합에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 필라멘트로부터 부직포를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (가)본 명세서의 필라멘트에 따른 필라멘트로 구성된 웹을 형성하고, (나)섬유질 웹을 결합시키는 단계로 구성된다. 상기 방법에서 언급된 실시예(스테이플 섬유)는 필라멘트가 사용되는 방법에도 사용한다.
상기와 같이, 본 발명의 입자-함유 섬유 또는 필라멘트는 무기입자가 없는 해당섬유에 비해 웹을 형성하고 고속으로 열결합되는 섬유 또는 필라멘트의 능력을 포함하여 여러 가지 장점을 수득하게 된다. 이론에 구애받지 않고, 섬유 또는 필라멘트상에 입자가 미치는 여러 유리한 영향의 조합으로서 일어나는 것으로 믿어진다. 주요 장점중 하나는 섬유 또는 필라멘트의 열역학적 특성의 개선, 특히 증가된 열전도성으로 생각되며, 이는 섬유가 고속, 즉 무기입자 없는 해당섬유 또는 필라멘트가 거의 결합을 안하고 저질의 부직포를 수득하는 속도로 캘린더 결합과 같은 열결합할 수 있다는 사실에 대해 상반된다. 따라서, 본 발명의 섬유는 넓은 결합 윈도우, 즉 만족스러운 결합이 주어진 조건의 세트하에서 일어날 수 있는 더 넓은 온도범위를 가진다는 것을 알았다. 이는 물론 강도 등의 면에서 만족스러운 특성을 갖는 부직포를 수득하기 위해 더 주의깊게 조절된 조건을 요구하는 높은 제조 속도가 중요하다.
본 발명의 섬유에서 발견되는 다른 장점은 정전기를 감소시킴으로써 섬유를 고속으로 카아드하는 카딩방법을 용이하게 한다. 현재 바람직한 종류의 무기입자, 적어도 탈크를 함유하는 섬유내에서 마찰이 감소된다. 이는 카딩방법을 매우 용이하게 하며, 수득된 부직포의 품질을 손실하지 않고 가능한 높은 제조속도로 되게 도와준다. 탈크-함유 폴리올레핀계 섬유는 습윤되는 부직포내에서 가치있을 수 있는 감소된 소수력을 가진다는 사실이 밝혀졌다.
입자의 전체적인 효과는 두가지이다: 첫째는 정전기 및 마찰 특성이 개선됨으로써 본 발명에 따른 스테이플 섬유가 웹의 균일도를 손실하지 않고 고속으로 카아드되는 것이고, 두 번째로는 열적 특성을 개선시킴으로써 결합온도를 높이지 않고 고속으로 캘린더 결합과 같이 열결합되는 것이다. 부직포 제조방법은 카딩 속도와 같은 웹형성 속도 및 연속공정라인이 실질적으로 동일해야 하는 결합속도 모두에 의존해야 하기 때문에, 품질을 손실하지 않고 고속의 공정라인과 같은 개선된 생산력을 수득한다. 그러나 높은 부직포 라인 속도는 가능한 장점 뿐만이 아니며, 즉 본 발명에 의해서는 속도증가대신(또는 부가하여)에 강도를 감소시키지 않고 낮은 기준중량을 갖는 부직포의 면에서도 잇점을 얻을 수 있기 때문이다.
그러므로 부직포를 제조하기 위해서는 결합 윈도우를 확대하고, 결합지수를 개선시키며, 정전기 및 마찰을 감소시킬 수 있는 본 발명에 따른 섬유의 상기 개선된 특징으로 하기의 제조 매개변수를 변형시킴으로써 제조비용을 감소시킨다:
-부직포의 강도가 유지되면서 기준중량이 불변하는 부직포는 불변하는 열결합온도와 함께증가된 제조속도로 제조될 수 있다;
-부직포의 강도가 유지되면서감소된 기준중량을 가진 부직포는 불변하는 제조속도와 열결합온도로 제조될 수 있다;
-부직포의 강도가 유지되면서 부직포는 불변하는 제조속도와 열결합온도에서감소된 캘린더 압력을 사용하여 제조될 수 있다;
-부직포의 강도가 유지되면서 불변하는 기준중량을 가진 부직포는 불변하는 제조속도와감소된 열결합온도로 제조될 수 있다;
상기 경우, 본 발명은 적용된 비용감소 순서에도 불구하고 부직포 강도와 품질을 유지시킨다.
그러므로 본 발명의 실시예에서, 폴리올레핀으로 구성되고, 무기입자의 0.1-20중량%를 함유하고, 상기 입자중 적어도 90중량%가 10마이크론 미만의 입자크기를 가지는 섬유는 웹으로 연속적으로 형성될 수 있으며, 무기입자가 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합 윈도우보다 적어도 10%, 바람직하게 적어도 20%, 더 바람직하게 적어도 30% 넓은 결합 윈도우내에서 100m/분의 속도로 캘린더 결합될 수 있으며, 상기 결합 윈도우는 결합지수가 BImax보다 15% 낮은 온도 간격을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리올레핀으로 구성되고, 무기입자의 0.1-20중량%를 함유하고, 상기 입자중 적어도 90중량%가 10마이크론 미만의 입자크기를 가지는 섬유는 웹으로 연속적으로 형성될 수 있으며, 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합되어서, 무기입자가 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합지수보다 적어도 10%, 바람직하게 적어도 20%, 더 바람직하게 적어도 30% 높은 결합지수와 20g/㎡의 기준중량을 갖는 부직포를 수득한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 폴리올레핀으로 구성되고, 무기입자의 0.1-20중량%를 함유하고, 상기 입자중 적어도 90중량%가 10마이크론 미만의 입자크기를 가지는 섬유는 웹으로 연속적으로 형성될 수 있으며, 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합되어, 무기입자가 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포에 대해 측정된 것보다 적어도 20%, 바람직하게 적어도 30%, 더 바람직하게 적어도 40%, 더욱 바람직하게 적어도 50%, 특히 적어도 70% 낮은 부직포 위 3cm에서 측정된 정전기의 값을 갖는 부직포를 수득한다.
상기 언급된 실시예(결합 윈도우, 결합지수 및 정전기)에서 선택된 폴리올레핀에 대해서는, 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체가 바람직하다(상기 기술된 바와 같음). 단일성분 섬유 또는 필라멘트는 일반적으로 적은 제조비용으로 인해 바람직하나, 이성분 섬유 또는 필라멘트가 사용될 수 있는 특별한 경우, 단독으로 또는 단일성분 섬유 또는 필라멘트가 조합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 더 구체적인 실시예에서, 결합 윈도우, 결합지수 및 정전기에 관한 상기 특성은 또한 175m/분 또는 200m/분 또는 250m/분, 또는 300m/분 또는 350m/분과 같은 높은 결합속도를 사용할 때 수득될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 섬유 또는 필라멘트의 마찰의 감소는 유연한 무기입자의 혼입에 의해 얻을 수 있다. 상기는 상기 섬유 또는 필라멘트로부터 제조된 부직포와 상기 섬유 또는 필라멘트를 제조하는데 사용된 장비에 대한 마모를 감소 시킴으로써 기계부품의 교체 및 에너지 소비에 드는 비용이 감소될 것이다.
따라서 본 발명의 실시예에서, 입자-함유 섬유 또는 필라멘트는 무기입자가 없는 해당섬유 또는 필라멘트에 비해 적어도 10%, 바람직하게 적어도 20%, 더 바람직하게 적어도 30%, 더욱 더 바람직하게 적어도 40%, 특히, 50% 감소된 마찰계수를 가진다.
실험방법
결합지수 측정
장력강도는 EDANA 70.2-89에 따라 종방향(MD) 및 횡방향(CD)으로 측정하였다. N/5cm로 표현하는 결합지수(BI)는 종방향 강도 및 횡방향 강도를 산출한 것의 제곱근으로 정의되는 결합지수이며, 결합온도를 다르게 하여 계산된다.
20g/㎡의 표준 부직포 기준중량에 대한 표준 결합지수(BI20-이하에서는 간단하게 BI라고 함)에서 도달하기 위해, 주어진 샘플에 대해 계산된 결합지수는 20으로 나누고, 실제기준중량(g/㎡)으로 나눠 기준중량으로 부직포의 강도를 다양하게 하는 사실을 보충한다. BImax는 결합온도 범위내 최대 결합지수를 의미한다.
결합 윈도우 측정
결합이 일어나지 않는 저온 및 캘린더에 섬유 또는 필라멘트가 점착하는 상온에 의해 제한되는 온도간격내 여러 온도에서의 결합지수를 측정한다. 그리고나서 최대 결합지수(BImax)를 측정한다. 결합 윈도우(켈빈에서 인용됨)는 결합지수가 BImax와 15% 미만 다른 온도간격으로 측정한다.
입자크기분포 측정
무기입자의 입자크기분포는 SediGraph 5000 입자크기 분석기(Micrometrics, Georgia, U.S.A.)와 같은 자동 침강 입자크기 분석기를 사용하여 측정할 수 있으며, Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee(P 115×Fourth proposal, 1987)이 권장된다.
정전기 측정
부직포상의 정전기의 측정은 독일의 Haug GmbH에 의해 제조된 Electrostatic Meter Station M, Type 7204를 사용하여 롤상에서 부직포가 수집된 후 실시하였다.
본 발명은 하기 실시예에 더 기술된다.
[실시 예]
실시예 1-6
본 실시예에 사용된 모든 폴리프로필렌 등급은 핀랜드의 보레알리스 폴리머 Oy(Borealis Polymers Oy)에 의해 제조하였다.
상기 부직포는 건조하게 놓아둔 부직포 섬유 라인을 사용하여 제조하였다. 카딩 및 캘린더화에 사용되는 가장 중요한 장비는: 헤르게트 카드(Hergeth Card) Akg-1-5-FI-dl-R2(작업폭 1000mm) 및 퀴스터 볼이 세 개인 캘린더(Kuesters Three-bowled Calender 410.30이다. 상기 캘린더는 원통형 직경이 400mm, 원통형 600mm, 최대 물질 폭이 500mm이고, 결합영역이 21.8%인 두 개의 볼을 구비하였다. 최대속도는 350m/분이었다. 모든 부직포는 기준중량부 약 20g/㎡이었다. 탈크의 양은 O.5 내지 2O중량%이었으며, 참조물질에서는 0%이었다.
실시예 1
MFR 12를 갖는 폴리프로필렌을 O, 5, 10 ,15 및 20% 탈크(Finntalc M03, Finnminerals Oy, 핀란드)를 갖는 용융단계내에서 화합물화시켰다. 상기 탈크는 하기의 입자크기분포(중량%)를 가졌다:
＜ 10㎛ : 99%
＜ 5㎛ : 96%
＜ 2㎛ : 74%
＜ 1㎛ : 40%
섬도가 2.5dtex인 섬유를 종래의 방사형 파일롯(pilot) 라인에서 충진제-함유 중합체로부터 스핀하였다. 상기 섬유를 약 12권축/cm의 수준으로 결을 내고, 40mm 스테이플 섬유로 잘라서 부직포를 제조하는데 사용하였다. 15% 이하의 탈크 입자를 함유하는 부직포의 강도를 탈크 없는 참조 부직포와 같은 수준상에 두었다. 그러나 더 넓은 결합 윈도우를 사용하여 수득될 수 있었던 입자-함유 섬유로 부직포가 캘린더에 점착하지 않고 더 높은 결합온도를에 사용할 수 있었다. 본 실시예에서, 스핀 팩의 차단으로 인해 20% 탈크 입자를 갖는 섬유를 스핀할 수 없었다. 이는 사용된 입자크기에 관련된 것으로 믿어지므로 더 미세한 입자로는 20% 또는 그 이상의 입자함유량을 가진 섬유를 스핀할 수 있었다.
실시예 2
MFR 8을 갖는 폴리프로필렌을 탈크의 0, 0.5 및 1.0중량%(노르웨이의 Norwegian Talc AS의 Micro-Talc I.T. Extra)와 용융하면서 혼합하였다. 상기 탈크는 하기의 입자크기 분포를 가졌다:
＜ 20㎛ : 100%
＜ 10㎛ : 99%
＜ 5㎛ : 85%
＜ 3㎛ : 60%
＜ 2㎛ : 43%
흰색의 탈크는 섬유의 색상에 아무 영향도 끼치지 않았다(섬유 방적은 실시예 1에 사용된 탈크에 비해 입자크기가 더 크기 때문에 더 어려웠음).
추가의 탈크 등급, 즉 Luzenac Prever-M8(Luzenac, 이태리)의 1중량%로 다른 시험을 실시하였으며, 하기와 같은 더 작아진 입자크기를 가진다:
＜ 8㎛ : 97.5%
＜ 5㎛ : 85.4%
＜ 2㎛ : 34.5%
＜ 1㎛ : 12.8%
상기 경우의 결과는 Finntalc(실시예 1)를 사용하여 수득된 것과 유사하였다.
실시예 3
MFR 18을 가진 폴리프로필렌을 0, 0.5 및 1.0% 탈크(Finntalc M03, Finnminerals Oy, 핀랜드)와 화합물화하였다. 결합 윈도우는 탈크없는 것에 비해 0.5 또는 1% 탈크로 더 넓다고 밝혀졌다.
실시예 4
마스터배치는 MFR 15를 갖는 폴리프로필렌 및 탈크(Finntalc M03, Finnminerals Oy, 핀랜드)로부터 제조하였다. 마스터배치는 탈크의 40중량%를 함유하였다. 0, 0.5, 1.0 및 1.5중량% 탈크를 함유하는 섬유는 상기 기술된 바와 같이 스핀하였으며, 부직포는 100 내지 295m/분의 여러 카딩 속도로 상기 섬유로부터 제조하였다. 저속에서는, 최대 결합지수 또는 윈도우 폭(윈도우 폭은 주어진 결합지수를 수득하는 온도간격의 폭을 의미하며, 하기 표에서 윈도우 폭은 각각 적어도 15와 10의 결합지수를 나타낸다)에 있어서의 상당한 차이가 없었다.
그러나 고속에서는, 탈크의 양이 증가할수록 최대 결합지수가 높아지고, 윈도우 폭이 넓어졌다. 그 결과는 하기 표에 나타나 있다.
실시예 5
섬유는 MFR 12를 갖고, 탈크를 함유하지 않거나 1.5% 탈크를 함유하는 폴리프로필렌으로부터, 270℃에서 방적하여 제조하였다. 섬유는 30m/분의 라인속도 및 여러 캘린더 결합온도를 사용하여 부직포를 제조하는데 계속 사용하였다. 탈크를 함유하는 부직포는 높은 캘린더 결합온도가 사용되었을때도 매우 부드러운 촉감을 유지하였다. 다른 결합온도에서의 최대결합지수는 하기 표 2에 나타나 있으며, 여기에서 우수한 강도를 갖는 부직포는 탈크입자 없는 섬유의 캘린더 결합이 불가능한 높은 결합온도에서 입자-함유 섬유로부터 제조될 수 있다는 것을 알 수 있다.
*)캘린더에 대한 점착물
실시예 6
MFR 12를 갖는, 폴리프로필렌으로부터 270℃에서 섬유를 방적하여 10Om/분의 라인속도 및 149℃의 결합온도에서 부직포를 제조하는데 사용하였다.
무기입자 없는 섬유로부터 제조된 부직포에 대해 부직포 롤위 3cm상에서 측정한 정전기는 -5.0 내지 -8.0kV(강한 변형)내에 있었다.
1.0중량% Finntalc M03을 함유하는 섬유로부터 제조된 부직포에 대해서, 정전기는 +2.0 내지 +3.0kV(작은 변형)내에 있었다.
실시예 7
스테이플 섬유는 상업적으로 유용한 파일롯 스피닝 및 스트레칭 기구(Fourne, 독일)를 사용한 종래의 긴 스피닝 방법에 따라 보레알리스 OY로부터 다른 등급의 폴리프로필렌으로부터 제조하였다. 긴 방적(종래의 방적)에 대응하는 스피닝은 하기에 기술되어 있다. 실시예 7의 결과는 표 3에 기술되어 있다.
표 3으로부터 섬유강도 특성은 입자없는 섬유에 비해 입자-함유 섬유내에 실질적으로 존재한다는 것을 알 수 있다.
DSC 분석으로부터 △T 값은 입자없는 섬유에 비해 입자-함유 섬유에 대해 감소된다고 나타난다. 이론에 구애받지 않고, 이는 입자-함유 섬유의 개선된 열역학적 특성을 나타낼 수 있다.
실시예 8-9
부직포는 두 개의 도퍼(doffer)와 래미쉬(Ramisch)-폭이 70Omm인 Kleinewerfers 2 볼 캘린더를 갖는 Spinbau Random Card를 사용하여 제조하였다.
캘린더는 평평한 롤(직경:250mm)과 인쇄된 롤(직경:240mm)이 구비되어 있었다. 인쇄물들(Type NW 99)은 카사레토(Casaretto)에 의해 제조되며, 21.78%의 결합영역(㎠당 60.1포인트)에 상응하였다. 공정라인의 속도는 175m/분이었다. 두 개의 다른 원료("HD 350 J" 및 "HE 350 J")로 하는 실험의 결과는 표 4와 표 5에 나타나 있다.
상기 기술된 것은 탈크없는 해당섬유를 사용한 부직포에 비해 탈크를 함유하는 스테이플 섬유를 사용할 때 부직포의 결합지수가 증가된다는 것을 나타낸다.
DSC 분석

Claims (32)

  1. 부직포를 제조하는데 적당한 섬유 또는 필라멘트에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 폴리올레핀 또는 그의 공중합체 및 무기입자의 0.01-20중량%로 구성되며, 상기 모든 입자들은 모오스 경도가 약 5 미만이고, 무기입자의 적어도 90중량%는 입자크기가 10㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 부직포를 제조하는데 적당한 섬유 또는 필라멘트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기입자는 탈크, 카올리인, 탄산칼슘, 운모, 규회석, 황산칼슘 및 황산바륨으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모든 무기입자들은 모오스 경도가 약 4.0 미만, 바람직하게 약 3.0 미만, 더 바람직하게 약 2.0 미만인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
    제 1항에 있어서,
    상기 무기입자는 탈크 입자로 구성된 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모든 무기입자들은 탈크 입자인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 무기입자의 0.2-10 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 무기입자의 0.5-5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 무기입자의 1.0-2.5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 또는 그의 공중합체는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 공중합체인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체는 에틸렌, 1-부텐, 4-메틸펜텐 또는 1-헥센과 같은 다른 α-올레핀의 10중량% 이하를 함유하는 프로필렌의 단일중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 스테이플 섬유 및 스펀본드 필라멘트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기입자중 90 중량%는 입자크기가 8㎛ 미만, 더 바람직하게 6㎛ 미만, 가장 바람직하게 4㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 단일성분 섬유인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체로 구성된 고용융 성분 및 폴리에틸렌 또는 그의 공중합체로 구성된 저용융 성분을 갖는 이성분 섬유이며, 적어도 저용융 성분은 무기입자로 구성된 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  14. 제 1 항 내지 제 l3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트는 섬도가 0.5-7dtex, l-7dtex, 전형적으로 1.5-5dtex, 즉 1.7-3.3dtex 범위인 것을 특징으로 하는 섬유 또는 필라멘트.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 입자-함유 섬유 또는 필라멘트에 있어서, 상기 섬유 또는 필라멘트의 마찰계수는 무기입자 없는 해당섬유 또는 필라멘트에 비해 적어도 10% 감소되는 것을 특징으로 하는 입자-함유 섬유 또는 필라멘트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 섬유 또는 필라멘트의 마찰계수는 무기입자 없는 해당섬유 또는 필라멘트에 비해 적어도 20% 감소되는 것을 특징으로 하는 입자-함유 섬유 또는 필라멘트.
  17. 부직포를 제조하는데 적당한 섬유에 있어서,
    상기 섬유는 폴리올레핀으로 구성되며, 무기입자의 0.1-20 중량%를 함유하고, 입자의 적어도 90중량%는 입자크기가 10㎛ 미만이며, 웹으로 연속적으로 형성될 수 있고, 무기입자 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합 윈도우보다 적어도 1O% 넓은 결합 윈도우내에서 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 부직포를 제조하는데 적당한 섬유.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체인 것을 특징으로 하는 섬유.
  19. 부직포를 제조하는데 적당한 섬유에 있어서,
    상기 섬유는 폴리올레핀으로 구성되고, 무기입자의 0.1-20 중량%를 함유하며, 입자중 적어도 90중량%가 입자크기가 10㎛ 미만이며, 웹으로 연속적으로 형성될 수 있고, 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합되어 무기입자 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합지수보다 적어도 10% 높은 결합지수와 20g/㎡의 기준 중량을 갖는 부직포를 수득하는 것을 특징으로 하는 부직포를 제조하는데 적당한 섬유.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체로 구성된 것을 특징으로 하는 섬유.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 섬유는 웹으로 연속적으로 형성될 수 있고, 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합될 수 있어서 무기입자 없는 섬유와 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합지수보다 적어도 20% 높은 결합지수와 20g/㎡의 기준중량을 갖는 부직포를 수득하는 것을 특징으로 하는 섬유.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 섬유는 웹으로 연속적으로 형성될 수 있고, 1OOm/분의 속도로 캘린더 결합되어 무기입자 없는 해당섬유로 같은 방법으로 제조된 부직포의 결합지수보다 적어도 30% 높은 결합지수와 20g/㎡의 기준중량을 갖는 부직포를 수득하는 것을 특징으로 하는 섬유.
  23. 부직포를 제조하는데 적당한 섬유에 있어서,
    상기 섬유는 폴리올레핀으로 구성되고, 무기입자의 0.1-20 증량%를 함유하며, 입자중 적어도 90중량%가 입자크기가 10㎛ 미만이며, 웹으로 연속적으로 형성될 수 있고, 100m/분의 속도로 캘린더 결합되어 20g/㎡의 기준중량을 갖는 부직포를 수득하고, 부직포 롤위 3cm상에서 측정된 정전기의 평균값은 무기입자 없는 해당섬유와 같은 방법으로 제조된 부직포 롤상에서 측정된 것보다 적어도 20% 낮은 것을 특징으로 하는 부직포를 제조하는데 적당한 섬유.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 그의 공중합체로 구성된 것을 특징으로 하는 섬유.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 부직포 롤위에 3cm상에서 측정된 안정적 정전기의 평균값은 무기입자 없는 해당섬유로부터 같은 방법으로 제조된 부직포 롤상에서 측정된 것보다 적어도 30% 낮은 것을 특징으로 하는 섬유.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 부직포 롤위 3cm상에서 측정된 정전기의 평균값은 무기입자 없는 해당섬유로부터 같은 방법으로 제조된 부직포 롤상에서 측정된 것보다 적어도 40% 낮은 것을 특징으로 하는 섬유.
  27. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 무기입자-함유 섬유 또는 필라멘트로 구성된 것을 특징으로 하는 부직포.
  28. 부직포를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 스테이플 섬유로 구성된 섬유질 웹을 형성하고, 섬유질 웹을 결합시키는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 부직포 제조방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹은 카아드되며, 적어도 150m/분의 속도로 계속 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 속도는 적어도 200m/분, 바람직하게 250m/분인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 섬유질 웹은 캘린더 결합 또는 열풍 결합과 같은 열결합, 적외선 결합 또는 초음파 결합에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 부직포를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 필라멘트로 구성된 스펀본드 웹을 형성하고 웹을 결합시키는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 부직포 제조방법.
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