KR20000023690A - 미세 섬유 및 그의 직물의 제조 방법 - Google Patents

미세 섬유 및 그의 직물의 제조 방법 Download PDF

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필립 안토니 사쎄
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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

개시된 본 발명은 스플릿 섬유와 그를 얻기 위한 개선된 수단 및 방법, 뿐만 아니라 부직포에서의 그의 용도, 그의 개인 위생 용품 및 다른 제품으로의 혼입에 관한 것이다. 2종 이상의 비상용성 성분들을 포함하는 다성분 필라멘트가 형성된다. 이들 필라멘트는 이들이 비상용성 성분들을 함유하는 섬유로 스플릿되는 고온 수성, 예를 들어 수증기 조건하에 인취된다. 이들 섬유는 위생 냅킨, 기저귀 및 다른 제품의 성분으로서의 이용가치가 있는 미세 섬유 부직포로 제조된다.

Description

미세 섬유 및 그의 직물의 제조 방법{Process for Producing Fine Fibers and Fabrics Thereof}
본 발명은 미세 데니어 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 미세 데니어 스플릿 (split) 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
스플릿되거나 또는 피브릴화된 미세 섬유를 함유하는 부직포 및 직포는 텍스춰 특성, 차단성, 외관 및 강도 특성을 포함하는 매우 바람직한 특성을 나타낸다. 스플릿 미세 섬유의 제조를 위한 상이한 공지된 방법들이 있으며, 일반적으로 스플릿 섬유는 2종 이상의 비상용성 중합체 성분들을 함유하는 복합 섬유 또는 축방향으로 배향된 필름으로부터 제조된다. 예를 들어, 스플릿 섬유상 구조물을 제조하기 위한 공지된 방법은 스플릿가능 복합 필라멘트를 직물로 성형시키고, 이어서 직물을 벤질 알콜 또는 페닐 에틸 알콜의 수성 유제로 처리하여 복합 필라멘트를 스플릿시키는 단계를 포함한다. 또다른 공지된 방법은 스플릿가능 복합 필라멘트를 섬유상 구조물로 성형시키는 단계, 이어서 건조 상태로 또는 고온 수용액의 존재하에 필라멘트를 굴곡시키거나 또는 기계적으로 처리하므로써 복합 필라멘트를 스플릿시키는 단계를 갖는다. 또한, 스플릿 미세 데니어 섬유를 제조하기 위한 또다른 상업적으로 이용되는 방법으로는 니들링 (needling) 방법이 있다. 이 방법에서, 복합 섬유는 수력적으로 또는 기계적으로 니들링되어 복합 섬유의 상이한 중합체 성분이 분리된다. 또한, 미세 섬유 제조를 위한 또다른 방법은 이것이 섬유 스플릿팅 방법은 아닐지라도, 용매- 또는 수-가용성 중합체 성분을 함유하는 복합 섬유를 사용한다. 예를 들어, 섬유상 구조물은 시스-코어 (sheath-core) 복합 섬유로부터 제조된 후 시스 성분을 용해시키는 용매로 처리되어, 코어 성분의 미세 데니어 섬유의 섬유상 구조물이 생성된다.
상술한 방법들을 포함하는, 스플릿되거나 또는 피브릴화된 미세 데니어 섬유를 제조하기 위한 상이한 선행 기술 방법이 공지되어 있지만, 각각의 선행 기술 방법에는 처분상 문제점을 일으킬 수 있는 화학약품의 사용, 긴 피브릴화 처리 시간, 및(또는) 섬유를 수력적으로 또는 기계적으로 스플릿팅시키는 귀찮은 공정을 포함하는 하나 이상의 결점들이 있다. 결과적으로, 선행 기술의 스플릿 섬유 제조 방법은 상업용 규모의 생산에 그다지 경제적이지도, 그다지 적합하지도 않다. 또한, 선행 기술 방법에 의해서는 스플릿 섬유가 균일하게 제조되는 경향이 없고(없거나) 높은 수준의 섬유 스플릿팅이 제공되지 않는다.
경제적이고 환경에 유해하지 않으며 높은 수준의 섬유 스플릿팅을 제공하는 제조 방법에 대한 요구가 여전히 남아있다. 또한, 지속적이고 대규모 상업용 생산에 사용될 수 있는 미세 섬유 제조 방법에 대한 요구도 여전히 남아있다.
발명의 요약
본 발명은 스플릿 필라멘트를 제조하기 위한 인 시츄 (in situ) 방법을 제공한다. 이 방법은 예를 들어, 스펀본드 (spunbond) 방법에 의해 적어도 일부의 인접한 세그먼트들이 그 중 하나가 친수성인 비상용성 중합체 조성물인, 다수의 별개의 횡단면 세그먼트를 필라멘트의 길이를 따라 포함하는 다성분 복합 필라멘트를 용융 방사시키는 단계, 및 고온의 수성 스플릿 유도 매질의 존재하에 복합 필라멘트를 인취하므로써 세그먼트를 부직포로 성형될 수 있는 미세 데니어 섬유로 해리시키는 단계를 포함한다. 생성된 스플릿 섬유를 포함하는 다수의 이러한 세그먼트 및 부직포에 의해 성형되는 스플릿가능 섬유도 또한 본 발명에 의해 제공된다.
본 명세서에 사용되는 "수증기"라는 용어는 달리 언급하지 않는 한, 수증기 및 수증기와 공기의 혼합물 모두를 칭한다. 본 명세서에 사용되는 "수성 매질"이라는 용어는 물 또는 수증기를 함유하는 액상 또는 기상 매질을 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 "섬유"라는 용어는 달리 언급하지 않는 한, 스테이플 길이의 섬유 및 연속상 필라멘트 모두를 칭한다. "스펀본드 섬유 부직포"라는 용어는 방사구의 다수의 모세관으로부터 필라멘트로서의 용융된 열가소성 중합체를 압출시키므로써 성형되는 소직경 필라멘트의 직조되지 않은 섬유 직물을 칭한다. 압출되는 필라멘트는 끌어내거나 또는 잘 공지된 다른 인취 기구에 의해 인취되면서 냉각된다. 인취된 필라멘트는 성형 표면상에 랜덤한 등방성 방식으로 침착되거나 또는 레잉되어 (laid) 느슨하게 엉킨 섬유 웹을 형성하고, 이어서 레잉된 섬유 웹은 접합 공정을 거쳐 물리적 보전성 및 치수 안정성이 부여된다. 스펀본드 직물의 제조는 예를 들어, 아펠 (Appel) 등에게 허여된 미국 특허 제4,340,563호, 마추끼 (Matsuki) 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호 및 도르슈너 (Dorschner) 등에게 허여된 미국 특허 제3,692,618호에 개시되어 있다. 보다 미세한 스펀본드 섬유가 제조될 수도 있으나, 전형적으로 2 데니어를 넘고 약 6 데니어 이하 또는 그 이상의 단위 길이 당 중량을 갖는다. "스테이플 섬유"라는 용어는 전형적으로 스펀본드 섬유 보다 약간 더 작거나 또는 그와 유사한 평균 직경의 불연속상 섬유를 칭한다. 스테이플 섬유는 통상적인 섬유 방사 방법으로 제조된 후, 약 20.32 ㎝ (8 inch) 미만의 스테이플 길이로 절단된다. 이러한 스테이플 섬유는 사실상 카딩되거나 (carded) 또는 에어-레잉되고, 열적으로 또는 접착제에 의해 접합되어 부직포를 형성한다.
도 1은 본 발명에 따른 스플릿 계의 일 실시양태를 예시한다.
도 2는 접합 수단을 포함하는 제2 실시양태를 예시한다.
본 발명은 스플릿 필라멘트를 제조하기 위한 인 시츄 (in situ) 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 스플릿가능 복합 필라멘트를 방사하는 단계, 및 스플릿 필라멘트가 예를 들어, 부직 웹, 직물 필라멘트 또는 스테이플 섬유로 추가 가공되기 전에 스플릿되는 단계를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 "필라멘트 방사 방법"이라는 용어는 방사구 및 필라멘트 인취 수단을 사용하여 필라멘트를 형성하는 스펀본딩과 같은 통상의 필라멘트 방사 방법을 나타낸다. 본 발명의 방법은 용융처리된 중합체 조성물을 방사구에 통과시켜 필라멘트를 형성시키는 단계, 필라멘트를 냉각시켜 사실상 응고시키는 단계, 및 이어서 냉각된 필라멘트를 인취 유닛에 통과시켜 필라멘트를 가늘게하고 필라멘트의 중합체내에 분자 배향을 부여하는 단계를 포함한다. 가늘게하는 힘은 기계적으로, 예를 들어 연속 필라멘트 제조 방법에서와 마찬가지로 고데트 (godet) 롤을 사용하여 가해질 수 있으나, 바람직하게는 공기압에 의해, 예를 들어 스펀본드 필라멘트 제조 방법에서와 마찬가지로 뉴매틱 섬유 인취 유닛을 사용하여 가해진다. 본 명세서에 사용되는 "사실상 응고"라는 용어는 필라멘트의 성분 중합체의 50% 이상이 응고되고, 필라멘트의 표면 온도가 최저 융점을 갖는 성분 중합체의 융점 (Tm) 보다 더 낮다는 것을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 각각의 스플릿가능 필라멘트는 2종 이상의 비상용성 중합체 성분 조성물을 함유하고, 성분 조성물의 1종 이상은 친수성이다. 또한, 성분 조성물은 필라멘트의 길이를 따라 필라멘트의 단면을 가로지르는 별개의 세그먼트를 차지하도록 배열되고, 섬유 단면의 1개 이상의 세그먼트는 세그먼트가 물리적으로 필라멘트로부터 분리되는 것이 방해되지 않는 비차단 (unocclusive) 구조를 형성한다. 본 발명에 따르면, 통상의 복합 필라멘트 방사 방법은 본 발명의 복합 필라멘트를 스플릿시키기 위해 변형된다. 변형된 방법은 필라멘트가 사실상 응고된 후에 고온의 수성 스플릿 유도 매질을 필라멘트상에 가하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 필라멘트는 이들에 스플릿 유도 매질이 가해지기 전에 완전히 응고된다. 스플릿 유도 매질은 필라멘트 인취 단계 동안 또는 그 이전에 가해진다.
본 발명에 적합한 수성 스플릿 유도 매질은 열수, 바람직하게는 약 60 ℃ 이상의 열수를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 물의 온도는 약 65 ℃ 내지 100 ℃이다. 추가의 적합한 매질로는 60 ℃ 이상의 온도이되, 복합 섬유의 최저 융점을 갖는 중합체의 융점 보다 더 낮은 온도의 수증기와 공기의 혼합물 및 수증기가 있다. 공기와 수증기의 혼합 매질이 사용되는 경우, 수증기와 혼합되는 공기의 온도는 피브릴화 유도 매질의 온도를 변화시키기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 공기의 온도를 상승시켜 수증기-공기 혼합물의 온도를 더 증가시킬 수 있다. 수성 스플릿 유도 매질에의 노출은 섬유의 온도가 최저 융점을 갖는 성분의 융점 보다 높게 상승되는 것을 막기 위해 온도 및 체류 시간에 의해 조절된다.
도 1에는 고온의 수성 스플릿 유도 매질 적용 단계를 갖는, 기계적으로 연속상 필라멘트를 인취하는 제조 방법이 도시되어 있다. 스플릿 필라멘트 제조 장치 (10)는 그를 통해 2종 이상의 용융 가공 중합체 조성물이 유입되어 복합 필라멘트 (14)가 형성되는 방사 개구를 갖는 방사구 (12)를 포함한다. 각각의 필라멘트 (14)중의 용융 가공 중합체 조성물은 필라멘트의 길이를 따라 그의 단면을 가로지르는 별개의 세그먼트를 차지하도록 배열된다. 조성물은 필라멘트가 방사구 (12)로부터 떨어져나갈 때 급냉되어 응고된다. 일반적으로, 필라멘트 (14)는 냉풍의 횡단류 (16)에 의해 용이하게 냉각되어, 필라멘트가 수렴 가이드 (18)에 이를 때 사실상 응고된다. 이어서, 필라멘트는 고데트 롤 또는 권취 롤 인취 어셈블리 (20)로 도입된다. 바람직하지는 않지만, 고데트 롤 어셈블리 (20)는 필라멘트에 인락력 (draw-down force)을 가하여 인취하고, 필라멘트의 성분 중합체에 분자 배향을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 수성 매질 사출 수단 (22)은 고데트 롤 어셈블리 (20)의 하부에 인취된 필라멘트 옆에 위치한다. 사출 수단 (22)에 의해 수성 스플릿 유도 매질이 필라멘트상에 가해져 필라멘트가 인취력하에 있는 동안 매질과 격렬히 접촉되게 되고 필라멘트의 세그먼트는 스플릿 필라멘트로 스플릿된다. 이어서, 스플릿 필라멘트는 실, 스테이플 섬유, 토우 (tow) 등으로 더욱 가공된다. 사출 수단 (22)으로부터 공급되는 스플릿 유도 매질로는 예를 들어, 수증기, 수증기와 공기의 혼합물 또는 열수가 있을 수 있다.
도 2는 고온의 수성 스플릿 유도 매질 적용 단계로 변형된, 뉴매틱에 의해 필라멘트가 인취되는 제조 방법을 도시하고 있다. 더욱 구체적으로는, 도 2는 인취력이 가해지는 동안 스플릿 유도 매질에 적용되는 스펀본드 부직웹 제조 방법을 도시하고 있다. 이 방법은 상술한 연속상 필라멘트 제조 장치와 유사한 방사구 필라멘트 제조 장치 (42)를 사용한다. 그러나, 스펀본드 장치에는 고데트 롤 대신에 뉴매틱 인취 유닛 (30)이 사용된다. 일반적으로 뉴매틱 인취 유닛 (30)은 필라멘트가 통과되는 연장된 수직 통로를 갖는다. 수직 통로에서, 인취력은 통로의 측면으로부터 도입되어 통로를 통해 하향으로 흐르는 인취 유체 (32), 예를 들어 공기의 고속 흐름에 의해 필라멘트에 가해진다. 스펀본드 장치에 적합한 뉴매틱 인취 유닛은 예를 들어, 도르슈너 등에게 허여된 미국 특허 제3,692,618호, 아펠 등에게 허여된 미국 특허 제4,340,563호 및 마추끼 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호에 개시되어 있다. 본 발명의 실시양태에 따르면, 필라멘트 인취 공기 및 스플릿 유도 매질은 뉴매틱 인취 유닛 (30)을 통해 동시에 가해지므로써 복합 필라멘트가 동시에 인취 및 스플릿된다. 인취 공기 및 스플릿 유도 매질은 혼합물로서 공급될 수 있거나 또는 스플릿 유도 매질이 인취 공기 및 스플릿 유도 매질 모두로서 사용될 수 있다.
뉴매틱 유닛 (30)으로부터 빠져나오는 인취된 스플릿 필라멘트는 형성 표면 (34)상에 랜덤한 방식으로 직접 침착되어 부직웹 (36)이 형성될 수 있다. 이어서, 부직웹은 스펀본드 웹에 적합한 통상의 접합 방법, 예를 들어 캘린더 접합 방법, 점 접합 방법 및 초음파 접합 방법을 사용하여 접합되어 웹에 강성 및 물리적 보전성이 부여된다. 또한, 통기 (through-air) 접합 방법이 사용될 수도 있다. 도 2는 또한 예시적인 접합 방법인 패턴 접합 방법을 예시한다. 패턴 접합 방법에는 2개 이상의 인접하게 위치한 패턴 접합 롤 (38 및 40)이 사용되어, 웹을 패턴 접합 롤 (38 및 40)에 의해 형성된 닙 (nip)을 통과시켜 웹의 제한된 영역에서 접합점 또는 접합 대역이 부여된다. 롤 쌍 중 하나 또는 두 개 모두는 랜드 영역의 패턴 및 표면상의 함몰부를 가질 수 있고, 적절한 온도로 가열될 수 있다.
접합 롤 온도 및 닙 압력은 과도 수축 및 웹 열화와 같은 바람직하지 않은 부작용을 수반하지 않으면서 접합된 영역에 영향을 주도록 선택된다. 적절한 롤 온도 및 닙 압력은 일반적으로 웹 속도, 웹 기본 중량, 섬유 특성, 성분 중합체 등과 같은 변수에 의해 영향받지만, 롤 온도의 범위는 바람직하게는 최저 융점을 갖는 성분 중합체의 연화점과 결정 융점 사이이다. 예를 들어, 스플릿 폴리프로필렌 섬유를 함유하는 섬유 웹, 예를 들어 폴리프로필렌과 폴리아미드의 스플릿 섬유의 웹을 접합하기 위한 바람직한 설정은 약 125 ℃ 내지 약 160 ℃의 롤 온도 및 약 350 ㎏/㎠ 내지 약 3,500 ㎏/㎠의 직물상 핀 압력이다. 복합 필라멘트가 상이한 융점의 성분 조성물들로부터 제조되는 경우, 본 발명의 스플릿 섬유 웹에 적합한 예시적인 다른 접합 방법으로는 통기 접합 방법이 있다. 전형적인 통기 접합 방법에 의해 스플릿 섬유 웹상에 열풍의 흐름이 가해져서 웹의 온도가 웹의 최저 융점을 갖는 중합체의 융점 보다 높되, 웹의 최고 융점을 갖는 중합체의 융점 보다는 낮은 수준으로 상승된다. 통기 접합 방법은 어떠한 현저한 치밀 압력도 가해지지 않도록 사용될 수 있고, 따라서 특히 섬유가 크림핑되는 경우 강하게 접합된 직물을 제조하는 데 매우 적합하다.
본 발명의 또다른 실시양태로서, 복합 필라멘트용 성분 중합체가 상이한 열수축성의 중합체들로부터 선택되는 경우, 스펀본드 방법의 뉴매틱 인취 유닛이 사용되어 필라멘트를 인취 및 스플릿시키는 것 이외에 필라멘트에 크림프가 부여될 수 있다. 복합 필라멘트가 상이한 수축성의 중합체들로부터 제조되는 경우, 이들에 의해 잠재성 크림핑능이 형성된다. 잠재성 크림핑능은 뉴매틱 인취 유닛에서 가열된 인취 공기 또는 수증기를 사용하므로써 활성화될 수 있다. 인취 공기의 적절한 온도는 선택되는 성분 중합체에 따라 변할 것이다. 일반적으로, 유체 온도가 성분 중합체를 용융시킬 정도로 높지 않은 한, 보다 높은 온도에 의해 보다 높은 수준의 크림프가 생성된다. 파이크 (Pike) 등에게 허여된 미국 특허 제5,382,400호에는 복합 섬유 및 그로부터 제조된 웹을 제조하는데 적합한 방법이 개시되어 있으며, 상기 특허는 본 명세서에 참고문헌으로서 전체가 인용된다.
본 발명에 따르면, 스플릿가능 복합 필라멘트는 복합 필라멘트의 성분 중합체 조성물들의 1종 이상이 바람직하게는 친수성인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 복합 필라멘트 성분 조성물에 적합한 친수성 중합체에는 친수성 중합체 및 친수적으로 변성된 중합체 모두가 포함된다. 소수성 또는 불충분하게 친수성인 중합체가 사용되는 경우, 1종 이상의 중합체들은 친수적으로 변성되는 것이 필요하다. 바람직하게는, 친수성 중합체 성분의 초기 접촉각은 약 80。 이하, 더욱 바람직하게는 약 75。 이하, 훨씬 더 바람직하게는 약 60。 이하, 가장 바람직하게는 약 50。 이하이다. 친수성 성분 중합체의 친수성은 ASTM D724-89의, 복합 필라멘트의 제조에 사용되는 스핀 팩의 온도에서 중합체를 용융 캐스팅시키므로써 생성되는 필름상의 접촉각 시험 방법에 따라 측정될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "초기 접촉각"이라는 용어는 시험 필름 시편상에 약 5 초 이내로 수적을 가하여 생성되는 접촉각의 측정값을 나타낸다.
본 발명에 적합한 본래 친수성인 중합체에는 상술한 친수성을 갖는 열가소성 중합체가 포함된다. 이러한 중합체에는 카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체, 예를 들어 얼라이드-시그날사 (Allied-Signal Inc.)로부터 상업적으로 이용가능한 히드로필 (Hydrofil (등록상표)) 나일론; 폴리(옥시에틸렌)과 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리우레아의 공중합체, 예를 들어 파조스 (Pazos) 등에게 허여된 미국 특허 제4,767,825호에 개시된 흡수성의 열가소성 중합체; 및 에틸렌 비닐 알콜 공중합체 등이 포함된다. 미국 특허 제4,767,825호는 본명세서에 참고문헌으로서 전체가 인용된다.
본 발명에 적합한 친수적으로 변성될 수 있는 중합체에는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 및 이들의 공중합체 및 배합물이 포함된다. 적합한 폴리올레핀에는 폴리에틸렌, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌, 예를 들어 이소탁틱 폴리프로필렌, 신디오탁틱 폴리프로필렌, 이소탁틱 폴리프로필렌과 아탁틱 폴리프로필렌의 배합물, 및 이들의 배합물; 폴리부틸렌, 예를 들어, 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐); 폴리펜텐, 예를 들어 폴리(1-펜텐) 및 폴리(2-펜텐); 폴리(3-메틸-1-펜텐); 폴리(4-메틸-1-펜텐); 및 이들의 공중합체 및 배합물이 포함된다. 적합한 공중합체에는 2종 이상의 상이한 불포화 올레핀 단량체로부터 제조되는 랜덤 및 블록 공중합체, 예를 들어, 에틸렌/프로필렌 및 에틸렌/부틸렌 공중합체가 포함된다. 적합한 폴리아미드에는 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 4/6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6/10, 나일론 6/12, 나일론 12/12, 카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체 등, 뿐만 아니라 이들의 배합물 및 공중합체도 포함된다. 적합한 폴리에스테르에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 이소프탈레이트 공중합체, 뿐만 아니라 이들의 배합물도 포함된다.
본 발명에 따르면, 소수성 또는 불충분하게 친수성인 중합체가 스플릿가능 복합 섬유의 친수성 성분으로서 선택되는 경우, 중합체는 친수적으로 또는 습윤성으로 변성되어야 한다. 중합체를 변성시키기 위한 하나의 유용한 수단으로는 중합체를 친수적으로 만드는 친수성 변성 작용제 또는 친수성 변성제를 첨가하는 것이 있다. 적합한 친수성 변성제에는 여러 계면활성제가 포함된다. 스플릿 섬유재의 최종 용도에 따라, 계면활성제는 불안정성 (fugitive) 또는 안정성 (nonfugitive)일 수 있다. 불안정성 계면활성제, 즉 섬유 표면으로부터 세척 제거되는 계면활성제는 스플릿 섬유가 단일 노출 제품, 또는 비습윤성 또는 소수성이 바람직한 제품에 사용되는 경우 적합하고, 안정성 계면활성제, 즉 영구적 또는 반영구적으로 섬유 표면에 점착되는 계면활성제는 스플릿 섬유가 보다 지속적인 습윤성 또는 친수성이 바람직한 제품에 사용되는 경우 적합하다. 또한, 내부적으로 첨가되는 특히 적합한 계면활성제는 섬유의 친수성 성분의 중합체와 낮은 상용성을 갖도록 선택되며, 이는 이러한 계면활성제가 섬유 방사 공정 동안 섬유의 표면으로 용이하게 이동되기 때문이다. 느린 이동 특성을 갖는 계면활성제가 사용되는 경우, 섬유는 열처리되거나 또는 어닐링되어 (annealed) 계면활성제가 표면으로 이동되는 것을 용이하게 하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 열처리는 당업계에 "블루밍 (blooming)" 방법으로서 공지되어 있다. 적합한 계면활성제의 예시적 예에는 실리콘 기재의 계면활성제, 예를 들어 폴리알킬렌-옥시드 변성 폴리디메틸 실록산, 플루오로지방족 계면활성제, 예를 들어 퍼플루오로알킬 폴리알킬렌 옥시드, 및 다른 계면활성제, 예를 들어 악틸-페녹시폴리에톡시 에탄올 비이온성 계면활성제, 알킬아릴 폴리에테르 알콜 및 폴리에틸렌 옥시드가 포함된다. 본 발명에 적합한 상업적으로 이용가능한 계면활성제에는 상표명 트리톤 (Triton (등록상표))하에 이용가능한 여러 폴리(에틸렌 옥시드) 기재 계면활성제, 예를 들어 롬 앤드 하스사 (Rohm and Haas Corp.)로부터의 X-102 등급; 상표명 에머레스트 (Emerest (등록상표))하에 이용가능한 여러 폴리에틸렌 글리콜 기재 계면활성제, 예를 들어 에머리 인더스트리즈 (Emery Industries)로부터의 2620 및 2650 등급; 상표명 마실 (Masil (등록상표))하에 이용가능한 여러 폴리알킬렌 옥시드 변성 폴리디메틸실록산 기재 계면활성제, 예를 들어 마저 (Mazer)로부터 이용가능한 SF-19; 상표명 PEG (등록상표)하에 이용가능한 폴리알킬렌 옥시드 지방산 유도체, 예를 들어 ICI로부터 이용가능한 PEG 400; 소르비탄 모노올레에이트, 예를 들어 ICI로부터 이용가능한 스판 (Span) 80; 에톡실화된 히드록실화 피마자유, 예를 들어 ICI로부터 이용가능한 G1292; 소르비탄 모노올레에이트와 에톡실화된 히드록실화 피마자유의 혼합물, 예를 들어 ICI로부터 이용가능한 아코벨 바제 (Ahcovel (등록상표) Base) N62; 예를 들어 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링사 (Minnesota Mining and Manufacturing Co.)로부터 이용가능한 폴리옥시알킬렌 변성 플루오로지방족 계면활성제; 및 이들의 혼합물이 포함된다.
요구되는 계면활성제의 양 및 각각의 제품에 대한 변성 필라멘트의 친수성은 사용되는 계면활성제의 유형 및 중합체의 유형에 따라 변할 것이다. 일반적으로, 보다 친수성인 또는 친수적으로 변성된 중합체 성분을 함유하는 필라멘트에 의해 보다 자발적인 스플릿팅이 초래된다. 결과적으로, 계면활성제 수준이 중합체 조성물의 가공성에 악영향을 미칠만큼 너무 높지 않은 한, 높은 수준의 계면활성제가 복합 섬유의 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 섬유 조성물에 적합한 계면활성제의 양은 중합체 조성물의 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 4 중량%이다. 계면활성제는 조성물이 필라멘트로 가공되기 전에 중합체 조성물과 격렬히 배합된다. 예를 들어, 필라멘트를 제조하기 위한 용융-압출 방법이 사용되는 경우, 계면활성제는 압출기에서 중합체 조성물과 배합 및 용융-압출된 후 필라멘트로 방사된다.
본 발명에 따르면 복합 필라멘트용의 추가 성분 중합체는 복합 섬유의 친수성 성분 중합체와 비상용성인 친수성 및 소수성 열가소성 중합체로부터 선택된다. 중합체가 친수성 성분 중합체와 비상용성인 한, 적합한 중합체에는 친수성 성분에 적합한 상기 예시된 친수성 중합체 및 소수성 중합체가 포함된다.
본 명세서에 사용되는 "비상용성 중합체"라는 용어는 용융 배합되는 경우 혼화성 배합물로서 형성되지 않거나 또는 존재하지 않는, 즉 비혼화성인 중합체를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시양태로서, 중합체 용해도 변수 (δ)의 차이는 적합하게 비상용성인 중합체를 선택하는 데 사용된다. 상이한 중합체들의 중합체 용해도 변수 (δ)는 당업계에 잘 공지되어 있다. 용해도 변수에 대한 논의는 예를 들어, JMG 코비 (Cowie)의 문헌 ("Polymer Chemistry and Physics of Modern Materials", pages 142-145, International Textbook Co., Ltd., 1973)에 개시되어 있다. 바람직하게는, 본 발명의 복합 섬유의 인접하게 배치된 중합체 성분들의 용해도 변수 차이는 약 0.5 (cal/㎤)1/2이상, 더욱 바람직하게는 약 1 (cal/㎤)1/2이상, 가장 바람직하게는 약 2 (cal/㎤)1/2이상이다. 용해도 변수 차이의 상한은 본 발명의 경우 중요하지 않으며, 이는 차이가 클수록 필라멘트의 스플릿팅이 보다 자발적이 되기 때문이다.
본 발명에 유용한 특히 바람직한 비상용성 중합체 쌍의 예시적 예에는 폴리올레핀-폴리아미드, 예를 들어 폴리에틸렌-나일론 6, 폴리에틸렌-나일론 6/6, 폴리프로필렌-나일론 6, 폴리프로필렌-나일론 6/6, 폴리에틸렌-카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체 및 폴리프로필렌-카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체; 폴리올레핀-폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프로필렌-폴리부틸렌 테레프탈레이트; 및 폴리아미드-폴리에스테르, 예를 들어 나일론 6-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나일론 6/6-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나일론 6-폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나일론 6/6-폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트-카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트-카프롤락탐과 알킬렌 옥시드 디아민의 공중합체가 포함된다.
본 발명의 스플릿 필라멘트 또는 스테이플 섬유를 함유하는 직물 또는 웹은 통상의 미소섬유 직물의 바람직한 텍스춰 특성과 고도로 배향된 섬유 직물의 바람직한 강도 특성을 함께 제공한다. 특히 스펀본드 방법에 있어서, 웹 형성 이전에 스플릿팅에 의해 얻어지는 스플릿 섬유 직물은 미소섬유 직물과 유사한 직물의 균일성, 균일한 섬유 적용범위, 차단성 및 높은 섬유 표면적과 같은 바람직한 특성을 나타낸다. 또한, 용융취입 (meltblown) 웹과 같은 미소섬유 직물과는 달리, 스플릿 섬유 직물도 또한 매우 바람직한 강도 특성, 바람직한 촉감 및 연성을 나타내고, 상이한 수준의 로프트 (loft)를 갖도록 제조될 수 있다. 여과재, 흡수제품, 지오텍스타일 (geotextile), 가정용 랩 (housewrap), 합성지, 개인 위생 용품용 차단재 및 통기성 차단성 직물 등과 같이 여러 용도들이 명백할 것이다.
또한, 본 발명의 스플릿 섬유 제조 방법은 선행 기술의 스플릿 섬유 제조 방법 보다 훨씬 유리하다. 본 발명의 방법은 광범위한 로프트 및 밀도의 스플릿 섬유 직물을 제조하는 데 사용될 수 있는 변형가능한 비치밀화 방법이다. 본래 전구체 웹을 치밀화시키는 섬유를 스플릿시키기 위한 선행 기술의 니들링 방법과는 달리, 본 발명의 방법은 복합 섬유를 스플릿시키기 위해 치밀화 힘을 가하지 않는다. 따라서, 본 발명의 방법은 섬유 스플릿팅 공정 동안 전구체 섬유 웹 또는 직물의 로프트를 변경시키지 않는다. 또한, 본 발명의 방법은 전구체 섬유 웹의 강도 특성을 손상시키지 않는다. 미세 섬유의 제조를 위한 선행 기술의 용매 용해 방법과는 달리, 본 발명의 방법은 섬유 스플릿팅 공정 동안 전구체 복합 섬유의 모든 중합체 성분들을 보지한다. 결과적으로, 본 발명의 방법은 전구체 웹의 강도 특성을 적어도 보지하거나 또는 훨씬 개선시킨다. 이는 본 발명의 방법이 섬유 스트랜드의 수를 증가시키면서 전구체 웹의 중합체 성분들을 보지하기 때문이고, 당업계에 공지된 바와 같이 보다 많은 수의 섬유 스트랜드를 가져 보다 미세한 섬유를 갖는 직물이 동일한 중합체, 동일한 기본 중량, 및 유사한 수준의 분자 배향 및 결합을 갖는 조 섬유 직물 보다 더 강하기 때문이다.
상기 예시된 바람직한 특성을 나타내는 스플릿 미세 섬유를 함유하는 직물은 상술한 바와 같은 다양한 용도에 매우 적합하다. 예를 들어, 스플릿 미세 섬유를 함유하는 부직포는 1회용 제품, 예를 들어 보호 가먼트, 멸균 랩, 와이퍼 천 및 흡수성 제품용 커버를 포함하는 여러 추가 용도에 매우 적합하고, 매우 개선된 연성 및 균일성을 나타내는 스플릿 미세 섬유를 함유하는 직포는 연질 의복, 먼지털이 및 와이퍼 천 등에 매우 유용하다.
본 발명의 또다른 실시양태로서, 연질의 강한 미세 섬유 직물은 1층 이상의 미세 섬유 직물 및 추가로 1층 이상의 또다른 직조 또는 직조되지 않은 직물 또는 필름을 포함하는 적층물로서 사용될 수 있다. 적층물용의 추가 층은 액체 및(또는) 세균 차단성과 같은 추가적이고(추가적이거나) 보완적인 특성을 부여하도록 선택된다. 적층물 층들은 접합되어 적층 구조물에 적합한 것으로 당업계에 공지된 접합 방법, 예를 들어 열, 초음파 또는 접착제 방법에 의해 단일 구조물이 형성될 수 있다.
본 발명에 매우 적합한 적층 구조물은 브록크 (Brock) 등에게 허여된 미국 특허 제4,041,203호에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에 참고문헌으로서 전체가 인용된다. 미국 특허 제4,041,203호의 개시내용을 적용함에 있어서, 1종 이상의 스플릿 연속상 필라멘트 부직웹, 예를 들어 스플릿 스펀본드 복합 섬유 웹 및 1종 이상의 미소섬유 부직웹, 예를 들어 용융취입 웹의 패턴 접합 적층물이 제조될 수 있고, 이러한 적층물은 스플릿 섬유 직물의 강도 및 연성과 미소섬유 웹의 통기성 차단성을 겸비한다. 별법으로, 통기성 필름은 미세 섬유 웹으로 적층되어 연질 텍스춰, 강도 및 차단성과 같은 유용한 특성의 바람직한 조합을 나타내는 통기성 차단성 적층물이 제공될 수 있다. 본 발명의 또다른 실시양태로서, 미세 섬유 직물은 비통기성 필름으로 적층되어 천과 유사한 텍스춰를 갖는 강하고 높은 차단성의 적층물이 제공될 수 있다. 이들 적층 구조물에 의해 바람직한 천과 유사한 텍스춰 특성, 개선된 강도 특성 및 높은 차단성이 제공된다. 결과적으로, 적층 구조물은 여러 피부-접촉 제품, 예를 들어 보호 가먼트, 기저귀 커버, 성인 위생 용품, 트레이닝복, 및 위생 냅킨, 여러가지 드레이프 (drape) 등을 포함하는 다양한 용도에 매우 적합하다.
하기 실시예는 예시의 목적으로 제공되며, 이에 제한되는 것은 아니다.
사용되는 친수성 변성 작용제:
SF-19 - 마저로부터 이용가능한 에톡실화 폴리실록산. SF-19는 접촉각 약 0。를 나타내었다.
시험 방법:
접촉각 - ASTM D724-89에 따라 엑손 (Exxon)의 3445 폴리프로필렌으로부터 제조된 0.05 ㎜ 캐스트 필름을 사용하여 측정함.
<실시예 1>
모체 또는 초기 데니어가 약 2이고, 선형 저밀도 폴리에틸렌 50 중량% 및 나일론 6 50 중량%를 포함하고, 병립 구조인 크림핑된 복합 스펀본드 필라멘트를 제조하였다. 사용된 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE)은 다우 케미칼 (Dow Chemical)의 LLDPE 6811A이고, 나일론 6은 닐테크 (Nyltech), NH에 의해 제조되고 포름산 상대 점도 1.85의 맞춤 중합된 폴리카프롤락탐이었다. LLDPE를 TiO250 중량% 및 폴리프로필렌 50 중량%를 함유하는 TiO2농축물 2 중량%와 배합시키고, 이 혼합물을 제1 1축 압출기내로 도입시켰다. 또한, LLDPE 조성물을 압출기내로 도입시키기 전에 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 SF-19 계면활성제 2 중량%를 LLDPE 조성물과 배합시켰다. 실시예 1의 조성물을 하기 표 1에 나타내었다. LLDPE 압출물의 용융 온도는 약 232 ℃이고, 나일론 6 압출물의 용융 온도도 약 232 ℃이었다.
실시예 변성제
실시예 1 명칭 접촉각 LLDPE (%) 나일론 6 (%) % 스플릿*
SF-19 0。 2 0 75%
* 전체 복합 섬유의 갯수에 대한 스플릿시킨 복합 섬유의 갯수의 비율을 기준으로 육안으로 추정된 %.
압출된 중합체를 2성분 방사 다이로 도입시켜 상술한 미국 특허 제5,382,400호에 개시된 2성분 스펀본드 섬유 제조 방법에 따라 둥근 2성분 섬유로 방사시켰다. 2성분 방사 다이의 방사구멍 직경은 0.6 ㎜이고, L/D 비율은 4:1이었다. 방사구멍 처리량은 0.5 g/구멍/분이었다. 방사 다이는 232 ℃로 유지시켰다. 방사 다이를 빠져나오는 2성분 필라멘트를 유속 0.5 ㎥/분/㎝ 방사구 폭 및 18 ℃의 공기 흐름에 의해 급냉시켰다. 급냉 공기를 방사구의 약 12.7 ㎝ (약 5 inch) 하부에 가하고, 급냉된 섬유를 마추끼 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호에 기재된 유형의 흡인 유닛내로 인취시켰다. 급냉된 필라멘트를 스플릿팅 후에 흡인 유닛에서 약 93 ℃로 가열시킨 공기와 수증기의 50:50 혼합물의 흐름으로 인취시켜 약 1 데니어의 크림핑된 필라멘트를 얻었다. 인취된 필라멘트를 작은 구멍들이 있는 형성 표면상에 침착시켜 필라멘트의 로프티 웹을 형성하였다.

Claims (24)

  1. a) 인접한 별개의 세그먼트들이 1종 이상이 친수성인 비상용성 중합체 조성물을 포함하는, 다수의 별개의 횡단면 세그먼트를 필라멘트의 길이를 따라 포함하는 다성분 복합 필라멘트를 용융 방사시키고,
    b) 수성 피브릴화 유도 매질의 존재하에 복합 필라멘트를 인취시켜 필라멘트를 스플릿 (split)시키는
    것을 포함하고, 상기 세그먼트는 이들이 해리될 수 있는 비차단 (unocclusive) 구조를 가지고, 고온의 수성 피브릴화 유도 매질과 접촉되는 경우 약 30 초 이내에 해리되는, 스플릿 섬유의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 조성물의 1종 이상이 친수성 변성제를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비상용성 중합체 조성물이 제1 열가소성 중합체를 포함하는 제1 중합체 조성물 및 제2 열가소성 중합체를 포함하는 제2 중합체 조성물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 중합체가 폴리올레핀-폴리아미드, 폴리올레핀-폴리에스테르 및 폴리아미드-폴리에스테르 쌍으로부터 선택되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 친수성 변성제가 계면활성제인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 계면활성제가 ASTM D724-89에 따라 측정되는 경우 약 50。 이하의 물 접촉각을 제공하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중합체 조성물의 1종 이상이 상기 중합체 조성물의 총중량을 기준으로 상기 계면활성제 약 0.1% 내지 약 5%를 함유하는 것인 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중합체의 용해도 변수 차이가 약 0.5 (calth㎝-3)1/2이상인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고온의 피브릴화 유도 매질이 약 60 ℃ 이상의 온도의 물 또는 수증기를 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항 기재의 방법으로 제조된 스플릿 섬유를 포함하는 직물.
  10. 제1항 기재의 방법에 따른 스펀본드 (spunbond) 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중합체 조성물의 1종 이상이 친수성 변성제를 더 포함하는 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 비상용성 중합체 조성물이 제1 열가소성 중합체를 포함하는 제1 중합체 조성물 및 제2 열가소성 중합체를 포함하는 제2 중합체 조성물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 중합체가 폴리올레핀-폴리아미드, 폴리올레핀-폴리에스테르 및 폴리아미드-폴리에스테르 쌍으로부터 선택되는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 친수성 변성제가 계면활성제인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 계면활성제가 ASTM D724-89에 따라 측정되는 경우 물 접촉각 약 50。 이하를 제공하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중합체 조성물의 1종 이상이 상기 중합체 조성물의 총중량을 기준으로 상기 계면활성제 약 0.1% 내지 약 5%를 함유하는 것인 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중합체의 용해도 변수 차이가 약 0.5 (calth㎝-3)1/2이상인 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 고온 피브릴화 유도 매질이 수증기를 포함하는 인취 매질인 방법.
  18. 제10항 기재의 방법에 따라 제조된 스플릿 섬유를 포함하는 직물.
  19. 제9항 기재의 부직포를 포함하는 개인 위생 용품.
  20. 제18항 기재의 부직포를 포함하는 개인 위생 용품.
  21. 제3항 기재의 방법에 따라 제조된 스플릿 섬유를 포함하는 개인 위생 용품.
  22. 제3항 기재의 방법에 따라 제조된 스플릿 섬유를 포함하는 여과재.
  23. 고온 수성 조건하에 2종 이상이 성분들의 용해도 변수 차이가 약 0.5 (cal/㎝3)1/2이상인 다성분 섬유를 인취시키므로써 상기 다성분 섬유로부터 스플릿된 섬유를 포함하는 부직포.
  24. 제23항에 있어서, 상기 용해도 변수 차이가 약 2 (cal/㎝3)1/2이상인 부직포.
KR10-1999-7000147A 1996-07-10 1997-06-24 미세 섬유 및 그의 직물의 제조 방법 KR100462734B1 (ko)

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