KR20000069111A - 엉킴 부직포 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

부분적으로 다성분 섬유의 표면에 노출되어 있는 복수개의 개별 세그먼트를 함유하는 단일의 다성분 섬유를 제조하여 부직웹을 제작하는 방법으로, 상기 방법이 열점결합 등으로 다성분 섬유를 결합하고, 결합된 다성분 섬유를 약 400 내지 3000 psi의 수압으로 히드로엉킴시키며, 이 히드로엉킴 공정이 단일 다성분 섬유의 각 세그먼트를 미세섬유로 분리시키고, 또한 이 미세섬유를 엉킴시켜 통합된 부직웹을 생성한다. 이 부직웹은 웹 표면적의 약 5% 내지 50%를 차지하는 부분 변성된 결합영역을 갖는 열가소성 다성분 섬유 및 미세섬유의 엉킴 웹을 포함한다.

Description

엉킴 부직포 및 그의 제조 방법{Entangled nonwoven fabrics and methods for forming the same}
다성분 섬유 및 다성분 섬유를 세밀화하여 미세 섬유를 만드는 방법은 문헌에 공지되어 있다. "접합 섬유" 또는 "미세화 가능 섬유"이라고도 또한 불리는 다성분 섬유는 실질적으로 섬유의 전 길이를 따라 뚜렷한 횡단면을 가지고 있는 최소한 두 개의 성분을 함유한다. 다성분 섬유는 전형적으로 여러가지의 용융된 섬유 형성 중합체를 단일의 필라멘트 가닥이 형성되도록 실돌기의 방적 입구를 통하여 동시에 계속하여 압출함으로써 제조한다. 집합적으로 다성분 섬유를 구성하는 각 성분들의 조성성분은, 서로 섞이지 않고, 다른 응축계수, 다른 용해특성 및/또는 다른 물리적 특성을 더 가지는 비유사 중합체들 중에서 종종 선택한다. 이 점에서, 각 성분들 또는 세그먼트 중합체의 선택은 인접 세그먼트와의 분리에 필요한 특성으로 인해 종종 제한받는다.
단일의 다성분 섬유를 세밀화하는데 사용되어온 한 방법은 성분중 하나를 다른 것에 비해 불균등하게 팽창 및 수축시키는 것이다. 이것은 다성분 섬유를 둘 이상의 각 성분들로 분리시킨다. 예를 들어, 니쉬다 등(Nishida et al.)의 미국 특허 제3,966,865호에는, 각 성분으로서 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리아크릴로니트릴 중의 하나와 폴리아미드를 포함하는 다성분 섬유로부터 합성 섬유질 구조를 형성하는 방법이 공개되어 있다. 이 폴리아미드 성분은 알코올 수용액(벤질 알코올 또는 페닐에틸 알코올 등)의 처리로 팽창 및 수축되어 분리된다. 유사하게, 마테스 등(Mathes et al.)의 미국 특허 제4,369,156호에는 공중합아미드의 연화점보다 10 내지 20℃ 낮은 액체 또는 증기수를 처리하여 공중합아미드와 폴리에스테르로 구성된 다성분 섬유를 분리하는 방법을 공개하고 있다. 이 처리는 중합체의 차등적인 수축을 가져오고, 따라서 분리시킨다. 그러나, 이런 공정에 의한 분리는 부드러움 및 크기 등과 같은 소망하는 특성을 상실한 섬유 또는 직물을 만들 수 있을 뿐만 아니라 낮은 가닥화 및/또는 불균일한 가닥화를 가져올 수 있다. 또한, 이런 공정은 처리하는데 비용이 드는 부산물을 생성할 수 있는 복잡하고 긴 공정을 종종 필요로 한다.
다성분 섬유로부터 각 성분을 분리하는데 사용되는 또다른 방법은, 비혼성의 섬유 형성 중합체들을 단일의 가닥으로 공압출한 후, 이 중합체 중 하나를 녹여 불용성 성분을 남게하는 것이다. 예를 들어, 두간(Dugan)의 미국 특허 제5,405,698호에는 수용성 중합체에 둘러싸여진 비수용성 폴리올레핀 필라멘트 복수 개로 구성된 다성분 섬유를 공개하고 있다. 이런 구성을 종종 "바다속 섬"타입 섬유라고 부르기도 한다. 이 다성분 섬유에 물을 처리하면, 수용성 중합체는 용해되고 각각의 비수용성 폴리올레핀 필라멘트가 유리된다. 유사하게, 박 등(Park et al.)의 미국 특허 제4,460,649호는 중앙 핵심의 일부인 바깥 성분으로 둘러쌓여진 쐐기 모양의 세그먼트를 갖는 폴리아미드 및 폴리에스테르로 구성된 다성분 섬유를 공개하고 있다. 이 바깥 성분은 산처리 또는 알칼리처리와 같은 화학적 과정에 의해 제거시키고, 나머지 성분들은 팽창제에 의해 분리시킨다. 그러나, 이런 공정에 따른 분리는 종종 비경제적이고, 환경적으로 유해하고 처리비용이 비싼 부산물을 상당량 생성하는 중합체 및/또는 용매를 이용한다. 또한 이러한 공정은 화학적 처리때문에 부드러움과 같은 소망하는 특성을 상실한 섬유를 만들 것이다. 또한, 이런 공정은 본질적으로 초기 다성분 섬유를 형성하는 중합체 물질을 상당부분 제거하기 때문에 크기가 상당히 작아진다는 것을 주목하는 것이 중요하다.
따라서, 중합체 섬유 및/또는 그로부터 생성된 웹의 소망하는 특성을 파괴 또는 감소시키지 않으면서, 쪼개질 수 있는 다성분 섬유로부터 부직웹을 생성하는 방법 및 다성분 섬유를 세밀화하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 더욱 다양한 혼성화 가능한 중합체가 쪼개질 수 있는 다성분 섬유에 사용될 수 있는 공정에 대한 필요성이 더 존재한다. 또한, 이로부터 만들어진 부직웹 및 물품으로, 내구성 있는 미세섬유, 부드러운 옷과 같은 감촉, 양호한 크기, 높은 피복도(불투명도), 양호한 차단 특성 및 개선된 히드로엉킴 처리특성을 갖는 것에 대한 필요성이 존재한다.
전술한 필요성 및 당업자가 겪어 왔던 문제점들은 다음과 같은 부직웹의 제작 방법을 제공하는 본 발명에 의해 극복된다. 본 발명은 (a) 다성분 섬유가 최소한 두 개의 성분으로 이루어지고, 각 성분의 일부는 다성분 섬유의 외부 표면에 노출되어 있는, 다성분 섬유 기질을 형성하는 단계와, (b) 상기 기질 다성분 섬유를 결합하는 단계와, (c) 각 성분들이 다성분 섬유로부터 분리되고, 다성분 섬유 및 이로부터 분리된 성분들이 엉켜서 통합 부직웹을 형성하는, 결합된 다성분 섬유 기질을 엉키게 하는 단계를 포함하는 부직웹의 제작 방법을 제공한다. 추가적인 측면에서는, 상기 결합이 다성분 섬유 기질 표면적의 최소한 약 5%, 소망하기에는 기질 표면적의 약 5 내지 50%에서의 열결합 또는 초음파 결합을 포함할 수 있다. 결합된 다성분 섬유 기질의 엉킴은 섬유를 히드로엉킴시켜; 선택적으로 다성분 섬유를 여러 번의 엉킴 처리(결합된 다성분 섬유 기질의 각 측면을 각각 히드로엉킴시키는 것 등)하여 달성할 수 있다. 다성분 섬유의 각 세그먼트 또는 성분들은 뚜렷한 단면 또는 "지대"를 차지하고, 일 측면에서는, 파이 형 부위를 여러개 포함할 수 있다. 추가적인 측면에서는, 각 성분들은 적합한 윤활제 또는 슬립제를 함께 첨가하여 비록 쉽게 서로 흡착하는 경향이 있는 물질들을 마찬가지로 사용할 수 있지만, 폴리올레핀 및 비폴리올레핀과 같은 낮은 상호 친화성을 갖고 서로 섞이지 않는 용융 방직가능한 물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 다른 측면에서는, 다성분 섬유의 최소한 일 부분은 각 성분들로 분리되어지는 연속 다성분 열가소성 섬유의 엉킴 웹을 포함하는 부직웹을 제공한다. 엉킴웹은 웹 표면적의 최소한 약 5%를 차지하는 결합 영역을 가질 수 있다. 이 결합영역은 상기 결합 점으로부터 분리된 결합 영역내의 연속 섬유의 일부분으로 적어도 부분적으로 변성된다. 부직웹은 바람직하게는 웹 표면적의 약 5 내지 50%, 더욱 바람직하게는 웹 표면적의 약 10 내지 약 30%를 포함하는 결합 영역을 갖는다. 게다가, 이 부직웹은 실질적으로 웹의 전 표면 영역에 퍼져 있는 불연속 영역인 결합 영역을 가질 수 있다.
본 발명은 부직포에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부직웹 및 쪼갬성 다성분 섬유에서 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도1 내지 5는 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 다성분 섬유의 단면도이다.
도6은 다성분 섬유의 외측 표면상에 노출되어 있지 않은, 일정하지 않은 각 세그먼트를 갖는 다성분 섬유의 단면도이다.
도7은 본 발명의 부직웹을 제작하는 예시적 공정 라인의 개략도이다.
도8A-10A 및 도8B-10B는 히드로엉킴 이전에 섬유를 결합하여 형성시킨 부직웹의 각각 대표적인 비결합 및 결합된 영역을 나타내는 SEM (100X 확대도)이다.
도11 내지 도13은 히드로엉킴 이전에 결합시키지 않은 부직웹의 대표적 부분의 상대적인 SEM (100X 확대도)이다.
도14는 엉킴 이전에 결합된 히드로엉킴 웹 및 엉킴 이전에 결합되지 않은 히드로엉킴 웹에 대한 에너지 충격 곱(energy impact product) 대 밀도의 그래프이다.
도15는 엉킴 이전에 결합된 히드로엉킴 웹 및 엉킴 이전에 결합되지 않은 히드로엉킴 웹에 대한 에너지 충격 곱 대 통기성의 그래프이다.
도16은 엉킴 이전에 결합된 나일론-6/LLDPE, 폴리프로필렌/LLDPE 및 폴리프로필렌/폴리프로필렌의 2성분 섬유 부직웹에 대한 컵 크러쉬 시험(Cup Crush Test)에서의 에너지 충격 곱 대 하중의 그래프이다.
도17A 및 도17B는 엉킴 이전에 결합된 나일론-6/LLDPE, 폴리프로필렌/LLDPE 및 폴리프로필렌/폴리프로필렌의 2성분 섬유 웹의 에너지 충격 곱 대 기계 방향(MD) 및 교차 방향(CD) 그래브(Grab) 인장강도의 그래프이다.
〈정의〉
본문에서 사용된 용어 "부직포" 또는 "부직웹"이란, 편직물에서 처럼 정의된 방법은 아니지만, 각각의 실 또는 가닥이 사이 사이에 끼워 놓여진 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포의 기본 중량은 일반적으로 평방 야드(yard)당 물질 온스(osy)나, 평방 미터당 그람(gsm)으로 나타낸다.
본문에서 사용된 용어 "섬유"란 다이와 같은 형성구를 통하여 중합체를 통과시켜 형성시킨 신장된 압출물을 의미한다. 다른 설명이 없는 한, 용어 "섬유"란 규정 길이를 갖는 불연속 가닥 및 필라멘트와 같은 물질의 연속 가닥을 포함한다. 본 발명의 부직포는 스테이플(staple) 다성분 섬유로부터 형성될 수 있다. 이런 스테이플 섬유은 빗질하고 결합시켜 부직포를 만들 수 있다. 그러나, 바람직하게는 연속 다성분 필라멘트를 압출시키고, 연신시키고, 이동 형성면 상에 놓아서 본 발명의 부직포를 만든다.
본문에서 사용된 용어 "미세 섬유"란 평균 직경이 약 12 마이크론 이하인, 예를 들어, 약 3 내지 8 마이크론의 평균 직경을 갖는, 작은 직경의 섬유를 의미한다. 섬유은 또한 데니어라는 용어로 통상적으로 논의된다. 낮은 데니어는 미세 섬유를 나타내고, 높은 데니어는 두껍거나 무거운 섬유를 나타낸다. 예를 들어 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유은 약 1.42(152×0.89×.00707=1.415)의 데니어값을 갖는다.
본문에 사용된 용어 "다성분 섬유" 또는 "접합 섬유"란 최소한 두 개의 중합체 성분으로부터 형성된 섬유를 의미한다. 이런 섬유는 일반적으로 별개의 압출기에서 압출되나 함께 편직하여 하나의 섬유를 형성한다. 비록 다성분 섬유는 유사 또는 동일한 중합체 물질인 각각의 성분을 함유할 수 있지만, 각 성분을 이루는 중합체는 일반적으로는 서로 다른 것이다. 각 성분들은 일반적으로 섬유의 단면에서 실질적으로 일정한 위치에 뚜렷한 지역으로 배열되고, 실질적으로 섬유는 전체 길이를 따라 신장한다. 이런 섬유의 구조는 예를 들어 병렬 배열, 파이 배열 또는 다른 배열일 수 있다. 2성분 섬유 및 그 생산 방법이 가네코 등(Kaneko et al.)의 미국 특허 제5,108,820호, 크루에거 등(Krueger et al.)의 미국 특허 제4,795,668호, 파이크 등(Pike et al.)의 미국 특허 제5,382,400호, 스트랙 등(Strack et al.)의 미국 특허 제5,336,552호, 및 쿡(Cook)의 1996.10.30일 출원된 미국 특허 출원 제08/550,042호에 공개되어 있다. 섬유 및 섬유를 구성하는 각 성분들은 또한 여러 불규칙한 형상을 가질 수 있는데, 그 예로는 호글 등(Hogle et al.)의 미국 특허 제5,277,976호, 힐스(Hills)의 미국 특허 제5,162,074호 및 제5,466,410호, 및 라그만(Largman et al.)의 미국 특허 제5,069,970호 및 제5,057,368호가 있다. 상기 특허 및 출원의 전문을 참고로 본문에 삽입한다.
본문에 사용된 용어 "핫 에어 나이프(hot air knife)" 또는 HAK는 충분한 통합성을 부여하기 위하여, 즉, 추후 처리에 필요한 웹의 강도를 증가시키기 위하여, 금방 생성된 웹을 결합하는 과정, 특히 스펀본딩(spund bond)하는 과정을 의미한다. 핫 에어 나이프는 일반적으로 분당 약 1000 내지 약 10000 피트(pfm)(분당 305 내지 3050 미터), 또는 특히 분당 약 3000 내지 5000 피트(915 내지 1525 m/min)의 높은 흐름속도로 가열 공기류를 형성 후의 부직웹에 집중시키는 장치이다. 공기 온도는 일반적으로 웹에 사용된 중합체 중 적어도 하나의 융점의 범위내이고, 일반적으로 스펀본딩에 보통으로 사용되는 열가소성 중합체의 경우는 약 200 및 550℉ 사이(93 및 290℃ 사이)이다. 공기 온도, 속도, 압력 부피 등의 요소의 조절은 통합성은 증가시키면서 웹의 손상을 피하는데 기여한다. HAK 공정은 공기 온도, 속도, 압력, 부피, 슬롯 또는 구 배열 및 크기, 및 HAK 플레넘에서 웹까지의 거리와 같은 많은 요소들의 폭넓은 변화 및 제어성 변화가 가능하다. HAK는 1994.12.22일자 출원 아놀드 (Arnold et al.)에게 일반양도된 미국 특허 출원 제08/362,328호에 더 자세히 기술되어 있고, 이 내용을 참고로 본문에 삽입한다.
본문에 사용된 용어 "통과 공기 결합(Through-air bonding)" 또는 "TAB"는 웹을 구성하는 중합체중 하나를 용융시키기에 충분히 뜨거운 공기를 웹에 강제 통과시켜 2성분 섬유 부직웹을 결합하는 공정을 의미한다. 공기 속도는 분당 100 과 500 피트 사이이고, 머무는 시간은 최장 6초일 것이다. 중합체의 용융 및 재고결화는 결합을 만든다. 통과 공기 결합은 다양성이 비교적 적고, 결합형성을 위하여 최소한 하나의 성분이 용융될 것을 필요로하기 때문에, 따라서 접합 섬유과 같은 2성분을 갖는 웹이나 접착제를 함유하는 것들과 관련하여 특히 유용하다. 통과 공기 결합에서는, 한 성분의 용융온도 보다는 높고, 다른 성분의 용융온도보다는 낮은 온도를 갖는 공기가 주변 후드에서 방출되어, 웹을 통과하고, 웹을 지지하는 구멍난 롤러로 들어간다. 대안적으로, 투과 공기 결합기는 공기가 웹 위로 수직적으로 아래로 쏘아지는 평면배열일 수 있다. 두 구조의 작동 조건을 유사하고, 주요한 차이는 결합 도중 웹의 입체구조이다. 뜨거운 공기는 저용융점 중합체를 녹여, 이 필라멘트들 사이에 결합을 형성하여 웹이 융합되도록 한다.
본문에 사용된 용어 "초음파 결합"이란, 보른슬리거(Bornslaeger)의 미국 특허 제4,374,888호에 설명된 바와 같이, 예를 들어 직물을 음파 호른(sonic horn)과 앤빌 롤(anvil roll) 사이를 통과시켜 수행하는 공정을 의미한다.
본문에 사용된 용어 "열점 결합"이란, 결합할 직물 또는 섬유의 웹을 가열된 칼렌더 롤(calender roll) 및 앤빌 롤과 같은 하나 이상의 가열된 롤 사이를 통과시키는 것을 포함한다. 칼렌더 롤은 일반적으로 어느정도 무늬가 있어서 직물이 전 표면에 걸쳐 결합되지는 않으나, 앤빌롤은 일반적으로 평편하다. 그 결과, 기능적이 이유 및 심미적인 이유에서 다양한 칼렌더롤의 무늬가 개발되어 왔다. 그 한 예로, 한센 및 페닝(Hansen and Penning)의 미국 특허 제3,855,046호(전문을 참고로 본문에 삽입한다)에 기재된 바와 같이, 약 30% 결합영역을 갖는, 새것일 때는 제곱 인치당 약 200 결합을 갖는, 한센 및 페닝 또는 "H＆P"무늬가 있다. H＆P 무늬는 스퀘어 포인트 또는 핀 결합영역을 갖고 여기서, 각 핀은 측면 치수 0.038 인치(0.965 mm), 핀 사이의 간격 0.070 인치(1.778 mm), 결합 깊이 0.023 인치(0.584 mm)를 갖는다. 결과적 무늬는 신규일 때, 약 29.5%의 결합 영역을 갖는다. 다른 전형적인 점 결합 무늬로는, 측면 치수 0.037 인치(0.94 mm), 핀 간격 0.097 인치(2.464 mm), 깊이 0.039 인치(0.991 mm)를 갖는 스퀘어 핀의 신규일 때 15%의 결합 영역을 생성하는 확대된 한센 및 페닝 또는 "EHP"결합 무늬가 있다. 또다른 전형적인 "714"라고 지정된 점 결합 무늬는, 각 핀이 측면 치수 0.023 인치, 핀 사이의 간격 0.062 인치(1.575 mm), 결합 깊이 0.033 인치(0.838 mm)를 갖는 스퀘어 핀 결합 영역을 갖는다. 그 결과의 무늬는 신규일때 약 15%의 결합 영역을 갖는다. 또다른 보통의 무늬로는 신규일 때 약 16.9%의 결합 영역을 갖는 S-스타 무늬가 있다. C-스타 무늬는 수많은 별들이 놓여진 십자 방향의 막대 또는 "코듀로이" 디자인을 갖는다. 다른 보통 무늬로는, 신규일때 약 16%의 결합 영역을 갖는 반복적이고 약간씩 소멸해가는 다이아몬드를 갖는 다이아몬드 무늬 및 신규일때 약 19% 결합 영역을 갖고 창문 스크린과 유사하게 보이는 철사 엮음 무늬 등이 있다.
본문에 사용된 용어 "중합체"에는 일반적으로 동형 중합체, 공중합체(예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤, 교대 공중합체와 같은), 테르중합체(terpolymer) 등 및 이들의 혼합 및 변형물 등이 있고, 여기에 국한되지 않는다. 또한 다른 특별한 제한이 없는 한, "중합체"는 이 분자들의 모든 가능한 기하학적 구조를 포함할 것이다. 이 구조로는 이소탁틱(isotactic), 신디오탁틱(syndiotactic), 및 랜덤 대칭(random symmetry)등이 있고, 이에 국한되지 않는다.
본문에 사용된 용어 "기계 방향" 또는 MD란 직물의 생성되는 방향으로의 길이를 의미한다. "교차 기계 방향" 또는 CD란 직물의 폭, 즉, 일반적으로 MD의 수직방향을 의미한다.
본문에 사용된 용어 "가먼트(garment)"란 비의학적 용도의 착용가능할 수도 있는 의복 유형을 의미한다. 이것에는 생산 작업복 및 상하 붙은 작업복, 언더가먼트, 바지 셔츠, 재킷, 장갑, 양말 등이 있다.
본문에 사용된 용어 "감염 제어 산물"이란 수술용 가운 및 수술용 드레이프, 안면용 마스크, 불룩한 모자, 수술용 모자 및 후드와 같은 머리덮개, 신발 덮개, 부츠 덮개, 슬리퍼와 같은 발용품, 환부 드레싱, 붕대, 멸균 랩, 와이퍼, 랩 코트와 같은 가먼트, 상하 붙은 작업복, 앞치마 및 재킷, 환자용 깔대, 들것, 및 바시넷 시트, 산업용 상하 붙은 작업복, 등의 의료용 용품을 의미한다.
본문에 사용된 용어 "개인용 케어 용품" 이란 아기용 기저귀, 트레이닝 펜츠, 흡수제 언더팬츠, 성인용 실금자 용품, 및 여성용 위생용품을 의미한다.
〈발명의 상세한 설명〉
일반적으로, 본 발명의 공정은 다성분 섬유를 형성하는 단계, 및 섬유 층을 결합하여 결합된 다성분 섬유 기질을 형성하는 단계를 포함한다. 그 다음, 결합된 다성분 섬유 기질을 엉키게 하여 단일의 다성분 섬유로부터 각 성분이 상당히 분리된 매우 통합된 부직웹을 형성한다.
본 발명에 가장 유용한 다성분 섬유의 제작에서, 단일의 다성분 섬유를 구성하는 각 세그먼트들 또는 성분들은 일부가 단일 다성분 섬유의 외부 표면을 형성하는 방식으로 다성분 섬유의 수평 방향을 따라 연속적이다. 환언하면, 복수의 세그먼트들 또는 성분들의 일부가 다성분 섬유의 외주를 따라 노출되어 있다. 예를 들어, 도1을 참조하면, 병렬 구조를 갖는 단일의 다성분 섬유(10)가 도시되고, 이는 다성분 섬유(10)의 외표면 일부를 형성하는 제1 세그먼트 또는 성분(12A) 및 다성분 섬유(10)의 외표면의 나머지를 형성하는 제2 세그먼트 또는 성분(12B)을 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 특히 유용한 구조는 복수의 방사선으로 신장된 웨지형으로, 세그먼트의 단면을 참조하면, 다성분 섬유(10)의 안쪽 부분 보다는 다성분 섬유(10)의 바깥쪽 표면이 더 두껍다. 일 측면에서는, 다성분 섬유(10)는 서로 다른 중합체 재질의 웨지형 세그먼트 또는 성분(12A) 및 (12B)를 번갈아 가진다.
원형 섬유 구조 이외에, 다성분 섬유는 네모, 다엽, 리본 및/또는 다른 형을 포함할 수 있다. 게다가, 도3을 참고하여, 우묵한 중앙부(16) 주위에 세그먼트 (14A) 및 (14B)를 번갈아 갖는 다성분 섬유가 이용될 수 있다. 추가적인 측면에서, 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되기에 적합한 다성분 섬유(10)는 각각의 성분 (18A) 및 (18B)를 함유하는데, 첫번째 세그먼트(18A)는 복수의 추가 세그먼트(18B)를 분리시키는 방사선으로 신장된 암(19)을 갖는 싱글 필라멘트를 함유한다. 성분들 (18A) 및 (18B)사이에서는 분리가 일어나야 하지만, 각 암(19)을 연결하는 중앙 코어(20) 때문에 로브사이 또는 암(19)에서는 종종 분리가 일어나지 않는다. 따라서, 더욱 균일한 섬유를 만들기 위해서는, 각 세그먼트 또는 성분들이 응집성 중앙 코어를 갖지 않을 것이 종종 소망스럽다. 추가적인 측면에서는, 도5를 참조하여, 다성분 섬유(10)를 형성하는 교대적 세그먼트(12A) 및 (12B)가 섬유의 전 횡단면에 걸쳐 신장할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 복수의 각 세그먼트는 2 이상의 다른 물질들 뿐만 아니라 동일 또는 유사한 물질을 함유할 수 있음을 또한 알 수 있다.
비록 다양한 형이지만, 각 세그먼트들은 바람직하게는 섬유의 단면을 따라 뚜렷한 경계 또는 지대를 갖는다. 유사한 물질의 세그먼트들이 다성분 섬유의 내부 부분의 접촉점에서 결합 또는 융합하는 것을 방지하기 위하여 어떤 물질에는 우묵한 섬유형 다성분 섬유가 바람직하다. 또한, 상기한 바와 같이, 다성분 섬유의 외부 표면을 따라 인접하는 세그먼트들이 겹치지 않도록 일정한 또는 "뚜렷한" 형상이 또한 바람직하다. 예를 들어, 도6에 도시된 바와같이, 세그먼트(22B)의 일부분이 인접 세그먼트(22A)의 외부쪽 일부분을 "둘러 싸는" 교대적 세그먼트 (22A) 및 (22B)가 도시된다. 이 중복은, 특히 세그먼트 (22A)가 인접 세그먼트 (22B)에 의해 완전히 가려지는 경우, 각 세그먼트들의 분리를 방해 및/또는 방지한다. 따라서, "둘러 싸는" 것은 바람직하게는 피하고, 일정하고 또는 뚜렷한 형상의 형성이 더욱 바람직하다.
일정한 세그먼트 형상의 제작에서, 각 열가소성 물질의 점도를 일치시키는 것이 상기한 "둘러 싸는" 것을 방지하는데 도움이 된다는 것이 발견되었다. 이것은 여러 다른 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 각 물질의 온도는 용융 범위 또는 프로세싱 윈도우의 양끝에서 실행될 수 있다; 예를 들어, 파이형 다성분 섬유 형의 나일론 및 폴리에틸렌 형성시, 폴리에틸렌은 그 용융 범위의 하한 근처 온도, 약 390℃까지 가열되어질 수 있고, 나일론은 그 용융 범위의 상한 근처, 약 500℃까지 가열되어질 수 있다. 이 점에서, 성분 중 하나는 스핀 팩의 온도보다 낮은 온도에서 스핀 팩 안으로 가져가 그것을 프로세싱 윈도우의 하단 근처 온도에서 프로세싱시키고, 반면에 다른 물질은 그 프로세싱 윈도우의 상한에서 프로세싱을 확실히 할 수 있는 온도에서 도입할 수 있다. 또한, 원한다면, 중합체 물질의 점도를 감소 또는 증가시키기 위해 어떤 첨가제가 사용될수 있다고 문헌에는 공지되어 있다.
작은 직경(예를 들어 15 마이크론)을 갖고 수많은 개개의 세그먼트들을 함유하는 다성분 섬유의 세밀화는 수많은 미세 섬유를 갖는 웹을 생성할 것이라는 것을 당업자는 감지할 수 있다. 용융 취입 섬유과는 달리, 스펀본드 섬유는 일반적으로 직경 약 12 내지 15 마이크론 이하에서는 방직되지 않기 때문에, 본 발명의 이 특성은 특히 흥미로운 스펀본드 미세 섬유를 포함하는 웹의 생성을 가능하게 한다는 것을 당업자는 인식할 수 있다. 또한 본 발명의 공정은 각 세그먼트의 크기 및 그들 각각의 중합체 물질이 서로 불균형일 수 있는 다성분 섬유의 이용을 가능하게 한다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 80:20 또는 75:25의 비율에서 더욱 손쉽게 제작될 수 있지만, 각 세그먼트들은 95:5 부피비까지 변화 가능하다. 예를 들어, 도3을 참조하면, 각 세그먼트들 (14A) 및 (14B)들은 서로에 대하여 불균형적인 크기를 가진다. 이러한 변화하는 비율을 이용할 때에도 좋은 분리를 이루는 능력은 저비용 웹을 달성하는데 있어서 종종 중요하다. 이러한 관점에서, 세그먼트를 구성하는 중합체중 하나가 나머지 세그먼트를 구성하는 중합체보다 훨씬 더 비싸다면, 각 세그먼트의 크기를 감소시킴으로써 비싼 중합체 물질의 양을 줄일 수 있다.
다성분 섬유 제작에 있어서 다양한 중합체 물질이 사용에 적합한 것으로 알려져 있고 이러한 모든 물질의 사용이 본 발명에의 사용에 적합한 것으로 믿어진다. 예로는(이에 국한되지 않음), 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 다른 용융 방직가능한 것 및/또는 섬유 형성 중합체 등이 있다. 본 발명의 실시에 사용되어질 수 있는 폴리아미드는 공중합체 및 그들의 혼합물 등의 이 기술분야의 당업자에게 공지인 모든 폴리아미드일 수 있다. 폴리아미드의 예 및 그 합성 방법은 문헌 [Don E. Floyd의 "중합체 수지"(국회도서관 카탈로그 제66-20811호, Reinhold 출판사, 뉴욕, 1966)]에서 구할 수 있다. 특히 상업적으로 유용한 폴리아미드는 나일론-6, 나일론 66, 나일론-11 및 나일론-12이다. 이들 폴리아미드들을 공급하는 회사로는 남부 캐롤리나의 섬터(Sumter)의 엠서산업사(Emser Industries)의 [Grilon＆ Grilamidnylons] 및 뉴져지, 글렌 록(Glen Rock)의 아토켐사(Atochem Inc.)의 중합체 분과(Polymers Division)의 [Rilsannylons] 등의 많은 공급원이 이용가능하다. 많은 폴리올레핀이 섬유 생산에 이용가능한데, 예를 들어 다우 화학사(Dow Chemical)의 ASPUN6811A LLDPE(선형 저밀도 폴리올레핀), 2553 LLDPE 및 25355 및 12350 고밀도 폴리에틸렌이 이러한 적합한 중합체이다. 섬유 형성 폴리프로필렌으로는 엑손 화학회사(Exxon Chemmical Company)의 EscorenePD3445 폴리프로필렌 및 히몬트 화학사(Himont Chemical Co.)의 PF-304 등이 있다. 상기한 것들 이외에 많은 다른 적합한 섬유 형성 폴리올레핀들이 또한 상업적으로 이용 가능하다.
비록 수많은 물질들이 용융 방직 또는 다른 다성분 섬유 제작 공정에의 사용에 적합하지만, 다성분 섬유는 2 이상의 다른 물질을 포함하기 때문에, 이 기술 분야의 당업자라면, 특정 물질이 다른 모든 물질과 함께 사용되기에 적합하지는 않을 수 있다는 것을 감지할 것이다. 따라서, 다성분 섬유의 각 세그먼트를 구성하는 물질의 조성은, 일 측면에서는, 인접 세그먼트들의 물질과 양립가능한지의 관점에서 선택하여야 한다. 이 점에 있어서, 각 세그먼트를 구성하는 물질은 인접 세그먼트를 구성하는 물질과 섞이지 않고, 바람직하게는 서로에 대해 상호 친화도가 나쁘다. 이 공정 조건하에서 서로 심하게 접착하는 경향이 있는 중합체 물질을 선택하는 것은, 그 세그먼트들을 분리하는데 필요한 충격 에너지를 증가시키고, 또한 단일 다성분 섬유의 각 세그먼트들 사이의 분리도를 감소시킬 것이다. 따라서, 인접 세그먼트들은 비유사한 물질들을 포함하는 것이 소망스럽다. 예를 들어, 인접 세그먼트들은 일반적으로 폴리올레핀 및 비폴리올레핀을 함유하고, 바람직한 조합은 다음 물질들의 교대적인 성분들을 포함한다: 나일론-6 및 폴리에틸렌; 나일론-6 및 폴리프로필렌; 폴리에스테르 및 HDPE(고밀도 폴리에틸렌). 본 발명에 사용하기에 적합하다고 믿어지는 다른 조합으로는, 나일론-6 및 폴리에스테르; 폴리프로필렌 및 HDPE 등이 있다. 그러나, 폴리올레핀 및 비폴리올레핀의 어떤 조합은 예를 들어 다성분 섬유가 서로 응집하여 "로프"를 형성하는 등, 방직후 처리가 잘 되지 않는다는 것이 이 기술분야의 당업자에게 인식될 것이다. 이러한 처리상 문제가 경험될 수 있는 물질 조합의 예로는, 폴리에스테르와 폴리프로필렌; 폴리에스테르와 LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌) 등이 있다.
하나 이상의 중합체 물질에 윤활제 또는 "슬립제"를 첨가하여, 상호 친화도가 높은 중합체 물질을 본 발명에 유용하게 사용할 수 있다. 중합체 형성에 첨가되는 슬립제는 단일의 다성분 섬유의 제작 도중 각 물질들이 서로 응집하는 것을 막아준다. 이러한 윤활제의 예로는, 약 0.5 내지 약 4.0 중량%의 SF-19 중합체 공식에 속하는 것들, 펜실베니아주 피츠버그의 PPG 산업사가 제조한 실리콘 폴리에테르, 또는 MN, 세인트 폴(St. Paul)의 3M이 제공하는 불화탄소 계면활성제인 DYNAMAR RX-5920 250-1000 ppm 등이 있으나 이에 국한되지 않는다. 분리성 섬유에의 사용을 위한 다른 계면활성제 및 윤활제가 문헌에 공지되어 있고, 이것은 본 발명에의 사용에 적합한 것으로 믿어진다. 또한, 본 발명은 예를 들어 1995.6.7일자로 출원된 미국 특허출원 제08/484,365호(그 전문을 참고로 본문에 삽입한다)에 기술되어 있는 고온 수성 매체를 이용하여 접합 섬유를 분리하는 기술과 같은 다른 분리 기술과 관련하여 사용될 수 있다.
지금까지는 다성분 섬유가 편직 및 직조된 합성 직물에 혼합되어 왔었다. 그러나, 분리성 다성분 섬유, 특히 연속 섬유를 통합된 부직웹에 혼합하는 것은 상당히 큰 어려움을 갖고 있다. 다성분 섬유의 히드로엉킴은 단일 다성분 섬유의 그 각각의 세그먼트로의 분리를 나쁘게 하고, 이는 웹의 높은 통기성 및 차단 특성의 감소를 가져온다. 또한, 히드로엉킴으로 다성분 섬유를 분리할 때, 결과적인 웹의 일부는 히드로엉킴 장치의 스크린과 종종 엉키게 된다. 이러한 문제는 웹의 손상 및/또는 부직웹을 장치로 부터 제거하는 것의 방해로 인한 웹의 생산속도 감소를 야기한다. 이러한 관점에서, 엉킴 이전에 연속적인 단일 다성분 섬유를 결합시킴으로써 결과적인 부직웹의 섬유 분리도가 높고, 따라서, 향상된 질감 및 물리적 특성을 가질 수 있다는 것이 발견되었다. 더욱이, 결합에 의해 웹에 부여되는 통합성의 증가는 히드로엉킴 장치에서 다성분 섬유가 엉키는 것과 관련된 문제를 상당히 감소 및/또는 제거한다.
열가소성 섬유를 결합하는 수많은 방법이 이 기술분야에 공지되어 있고, 예로는 열점 결합, HAK, TAB, 초음파 용접, 레이져 빔, 고에너지 전자 빔 및/또는 접착제 등이 있다. 바람직한 실시 태양에서는, 다성분 섬유를 무늬 가열 롤 사이를 통과시켜 열점 결합을 생성시킴으로써 다성분 섬유 사이의 결합을 형성한다. 본보기적인 결합 유형으로는, 핀이 민무늬 앤빌 롤러와 접촉할 때, 웹 표면적의 약 25-30%의 결합 영역을 형성하는 핀 밀도를 갖는 H＆P 결합 유형이 있다. 열점 결합은 상기한 한센 및 페닝(Hansen and Pennings)의 특허에 따라 수행될 수 있다. 비록 무늬 롤러가 다성분 섬유 기질의 전 표면 영역에 걸쳐 균일하게 분포하고 있는 촘촘한 무늬의 결합점들을 형성하는 것이 바람직하나, 본문에 기술된 다른 수많은 결합 유형의 어떤 것도 본 발명에 사용될 수 있다. 다른 특성에서는, 결합 부분이 기질의 표면적의 최소한 약 5%를, 더욱 바람직하게는 표면 영역의 약 5% 내지 50%를, 특히 더욱 바람직하게는 표면 영역의 약 10 내지 약 30%를 차지하는 것이 소망스럽다.
열 스폿 결합이 바람직하지만, 본 발명은 단일 다성분 섬유 사이의 접착을 생성하는 다른 유형의 결합도 고려하고 있다. 이 기술분야의 당업자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 바람직한 결합 패턴은 초음파 용접, 레이져 빔, 고에너지 전자빔 및 중합체 섬유 사이의 섬유간 결합을 형성하는 이 기술분야에 공지된 다른 방법들에 의해 대안적으로 유도될 수 있다. 이러한 점에서, 접착제 또는 결합제는 예를 들어 분무 또는 프린팅에 의해 다성분 섬유에 적용될 수 있고, 섬유 교차점에서와 같은 원하는 결합을 제공하도록 활성화될 수 있다. 바람직하게는 접착제 또는 결합제가 실질적으로 웹 표면 전체에 걸쳐 촘촘한 무늬로 가해진다. 예를 들어, 본문에서 상기한 무늬와 유사하다. 수많은 접착제 및 이것을 부직웹에 가하는 방법이 이 기술분야에 공지되어 있다.
섬유를 엉키게하여 부직웹을 만드는 방법은 이 기술분야에 공지이고, 그 엉킴 방법의 예로는 수압 엉킴, 또는 기계적 바느질 등이 있다. 일반적으로, 히드로엉킴은 섬유들을 재배열하고 엮어서 웹에 강도 및 통합성을 제공하는 미세한, 고압력, 칼럼형 분사기를 이용하여 섬유성의 부직웹을 생성한다. 히드로엉킴은 섬유의 엉킴을 이루기 위하여 바느질에 대립하는 것으로서 물 분사기의 통과가 이용된 것을 제외하고는 기계적 바느질과 유사하다. 수압 엉킴은 에반스(Evans)의 미국 특허 제3,485,706호(그 전문을 참고로 본문에 삽입한다)에 공지된 종래의 수압 엉킴 공정 및 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 수압 엉킴 기술은 허니콤 시스템 회사, 비데포드, 메인(Honeycomb Systems, Inc., Biddeford, Maine)의 문헌명 [INSIGHT 86 INTERNATIONAL ADVANCED FORMING /BONDING CONFERENCE에서 재인쇄된 "Rotary Hydraulic Entanglement of Nonwovens"]에 또한 공개되어 있다(그 전문을 참고로 본문에 삽입한다).
본 발명의 히드로엉킴은 예를 들어 물과 같은 적당한 작용액을 갖고 수행된다. 작용액은 직렬형의 각 구멍 또는 입구들에 작용액을 균일하게 분포시키는 분기관을 통하여 흐른다. 이들 구멍 또는 입구들은 예를 들어 직경이 약 0.003 내지 약 0.015 인치이고, 하나 이상의 줄로 배열될 수 있고, 각 줄에 예를 들어 인치당 40-100개의 입구를 가질 수 있다. 예를 들어 하나의 분기관이 사용되거나, 또는 여러 분기관이 직렬로 연결될 수 있는 등의 많은 다른 분기관 구조가 사용될 수 있다. 결합된 다성분 기질은 분사기 장치로부터의 액체류가 처리되는 동안, 개구 지지대상에서 지지되어질 수 있다. 지지대는 메쉬 스크린(mesh screen) 또는 형성 와이어(forming wire)일 수 있다. 이 지지대는 또한 무늬를 가질 수 있어서, 그안에 이러한 무늬를 갖는 부직물을 형성할 수 있다. 지지시킨 결합된 기질 표면을 향하여 미세하고 본질적으로 칼럼형인 액체류를 분사시킴으로써 섬유 엉킴을 이룰 수 있다. 이 지지시킨 결합된 기질에는 섬유가 랜덤하게 엉키고 뒤섞일때까지 그 흐름을 통과시킨다.
압축된 물흐름의 충격은 또한 단일 다성분 섬유를 형성하는 각 세그먼트 또는 성분들을 분리시킨다. 결합된 기질은 수압 엉킴장치를 일면 또는 양면에서 수없이 많은 회수 통과할 수 있다. 히드로엉킴은 약 0.002 내지 약 0.15의, 더욱 바람직하게는 약 0.002 내지 약 0.1, 또는 약 0.005 내지 0.05의 에너지 충격 곱을 이용하여 수행된다. 다음식을 이용하여 에너지 및 충격력을 계산할 수 있다.
E=0.125(YPG/sb) 및
I=PA
(여기서, Y 는 선형 인치당 입구 수;
P 는 p.s.i.g 단위의 분기관 내 액체 압력;
G 는 세제곱 피트/분/입구 단위의 흐름유체부피;
s 는 피트/분 단위의 유체류 하에서의 웹의 통과 속도; 및
b 는 osy(제곱 야드 당 온스) 단위의 생성 직물 중량; 및
A 는 제곱 인치 단위의 분사기의 단면적이다.)
에너지 충격 곱은 HP-hr-lb-force/lbM (마력-시-파운드-힘/파운드-질량)단위의 E×I이다. 바람직하게는, 본 발명의 히드로엉킴 웹의 생성은 약 400 내지 3000 psi, 더욱 바람직하게는 약 700 내지 1500 psi의 수압을 이용하는 것을 포함할 것이다.
결합된 다성분 섬유를 엉킴 공정처리하는 것은 단일 다성분 섬유의 분리를 야기한다. 또한, 이 엉킴 공정은 결합된 다성분 섬유 기질내 결합 영역을 부분적으로 변성시킨다. 상기한 바와 같이, 엉킴 처리공정내 분사기의 개수, 위치 및 압력은 바람직하게는 최소한 약 0.002의 에너지 충격 곱을 부여하도록 구성되는데 이는 더 낮은 충격 에너지는 종종 원하는 정도의 분리를 생성하지 못하기 때문이다. 그러나, 가장 낮은 실시가능한 에너지 충격 곱, 특히 낮은 수압의 사용이 소망스러운데, 이는 이것을 이용할때 상당한 필요한 에너지 및 액체의 재활용이 작고, 이에 의해 생산비용이 낮아지기 때문이다. 이 점에서, 본 발명의 방법은 종종 유사한 비결합된 웹과 비교시 더 낮은 에너지 충격 곱 및/또는 수압으로 더 큰 섬유 분리를 가능하게 한다. 또한, 낮은 충격 에너지에서 좋은 분리를 달성하는 능력은, 같은 수압에서 더 높은 생산 속도를 이용하는 능력으로 이해될 수 있다. 비록 특정 다성분 섬유를 분리하는데 필요한 압력은 여러가지 요소에 의존적일 것이지만, 고품질 횡단면 형 세그먼트의 형성 및/또는 서로 잘 응집하지 않는 중합 물질을 인접 세그먼트에 이용하는 것에 의해 낮은 수압에서의 실질적인 분리가 달성될 수 있다. 또한, 결합 다성분 섬유에 이 엉킴 공정을 두 번 이상 수행함으로써 부분적으로 더 좋은 분리가 달성될 수 있다. 다성분 섬유의 결합된 기질의 양측을 모두 엉킴 공정처리시키는 것이 분리도를 향상시킨다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 결합된 다성분 섬유 기질을 적어도 한 번은 물분사기가 일측면을 향하도록하여 엉킴 공정을 수행하고, 다음 번에는 물분사기가 결합 기질의 반대측면을 향하도록 하여 엉킴 공정을 수행하는 것이 소망스럽다.
결합된 다성분 기질을 통합된 부직웹으로 엉키게 한 후, 건조기 및/또는 건조통을 통과시켜 건조시키고, 와인더(winder)상에 감을 수 있다. 유용한 건조 방법 및 장치는 예를 들어 미국 특허 제2,666,369호 및 제3,821,068호에 기술되어 있다.
도7을 참조하여, 본 발명의 부직웹을 제작하는 공정라인(30)이 공개된다. 호퍼(Hopper) (32A) 및 (32B)에 각각의 중합체 성분 (33A) 및 (33B)를 채운다. 그다음 중합체 성분을 용융시키고 각각의 압출기 (34A) 및 (34B)에 의해 중합체 도관 (36A) 및 (36B), 및 스핀 팩(38)을 통하여 압출시킨다. 스핀 팩(spin pack)은 이 기술분야의 당업자에게는 공지이고, 일반적으로 중합체 성분을 위한 흐름 경로를 만들어주도록 배열된 개구의 패턴을 갖는 층층이 쌓인 복수개의 분배 플레이트를 포함하는 하우징이다. 그다음 섬유들은 스핀 팩(38)을 떠나자마자 실돌기 (spinneret)를 통하여 압출되어진다. 압출된 필라멘트가 실돌기 아래에서 신장됨에 따라, 소멸 송풍장치로부터의 공기류가 다성분 필라멘트(42)를 소멸시킨다. 이 필라멘트(42)는 섬유 연신장치 또는 연신기(44)에 흡입되고, 진공(48)의 도움으로 이동 형성면(46)상의 출구밖으로 나와서, 다성분 섬유의 비결합된 층 또는 기질(50)을 형성한다. 이 비결합된 다성분 섬유 기질(50)은 압축 롤러(52)에 의해 약간 압축되고, 결합 롤러(54)에 의해 열점 결합과 같은 결합이 이루어지고, 이에 의해 결합된 다성분 섬유(55)의 기질 또는 층을 형성할 수 있다. 이후, 결합된 기질(55)은 다공성 지지대(56)상에서 지지되면서, 분사기 장치(58)로부터의 액체류로 수압 엉킴될 수 있다. 결합된 기질 웹(55)의 각 측면을 연속 라인에서 처리하기 위하여, 이 공정을 쉽게 변화시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다. 결합된 기질(55)을 수압 엉킴시킨 후, 건조통(60)에서 건조시키고, 와인더(62) 상에 감는다.
일 측면에서, 본 발명의 공정은, 연속 다성분 열가소성 섬유의 엉킴 웹을 포함하는 부직웹의 제작을 허락하는데, 여기서 다성분 섬유의 각 성분들의 적어도 일 부분은 분리되어 있다. 이 엉킴 웹은 웹 표면적의 최소한 약 5%를 차지하는 결합 영역을 가질 수 있고, 이 결합 영역내 하나 이상의 연속 섬유들은 상기 결합점으로부터 분리되어 있다. 이 부직웹은 웹 표면적의 약 5 내지 약 50%, 더욱 바람직하게는 웹 표면적의 약 10 내지 약 30%를 차지하는 결합영역을 갖는다. 또한, 이 부직웹은 실질적으로 웹의 전 표면에 걸쳐 퍼져 있는 뚜렷한 영역인 결합 영역을 가질 수 있다. 본 공정의 특성으로 인하여, 결과적 직물의 결합영역은 적어도 부분적으로 변성된다. 부분 변성된 결합 영역은 비연속적이 되고, 종종 이곳을 넘어 신장되는 연속 섬유를 가질 수 있다.
이 엉킴 웹은 엉킴 및 섬유 분리의 결과인 미세 섬유 때문에 천과 같은 촉감 및 개선된 차단 특성을 가진다. 결과적 직물은 비록 결합되어 있지만, 결합전 엉킴시킨 결합된 기질에 비하여 상당히 증가된 부드러움을 갖는다. 본문에서 하기하는 컵 크러쉬 시험에 의해 측정되듯이 이 직물은 최소한 약 1/3의 부드러움, 바람직하게는 약 50% 이상의 부드러움을 가질 것이다. 더우기, 부드러움의 증가는 차단 특성이나 불투명도에서의 실질적인 손실없이 달성되어질 수 있다. 또한, 결합된 기질의 강도를 실질적으로 유지하면서 소망하는 부드러움 및 차단 특성을 달성한다. 또한 본 발명은 3성분 섬유의 제작 또는 슬립제의 필요 없이 상기 특성 및 두 가지 다른 유형 중합체의 미세 섬유 웹 형성을 가능하게 한다는 것에 주목하여야 한다.
부직웹의 섬유는 예를 들어 침윤제, 정전기 방지제, 충진제, 안료, UV 안정화제, 방수제 등의 종래의 첨가제를 함유하거나 또는 소망하는 특성을 부여하기 위하여 후처리되어질 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 이 부직웹에는 개선 또는 변화된 기능성을 부여하기 위하여 부가적인 물질 및 성분들이 첨가될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다(예를 들어 펄프, 숯, 점토 또는 초흡수제, 전분 등의 첨가 등). 이 점에 관하여는, 참조 [예를 들어 펄프 고함량 히드로엉킴 부직웹에 관한 에버하트 등(Everhart et al.)에게 부여된 미국 특허 제5,284,703호 및 제5,389,202호].
본 발명의 부직물의 유익한 특성 때문에, 이 부직물은 다양한 용도를 갖는다. 그 예로는 세탁하여 재사용 가능한 직물, 재사용 가능하거나 1회용 닦개(렌즈, 유리 또는 사전에 금속 프린팅된 표면용의 특별 세척용품 등을 포함), 가먼트(예를 들어 모렐 등(Morrell et al.)에게 허여된, 일반 양도된 미국 특허 제4,823,404호에 기술된 것과 같은 것), 개인용 케어 용품 및 감염 억제 물품(브룩 등(Brock et al.)에게 허여된, 일반 양도된 미국 특허 제4,041,203호(그 전문을 참고로 본문에 삽입한다)에 기술된 바와 같은 SMS(편직결합-취입용융-편직결합) 멸균 랩과 같은 것)이 있다. 본 발명의 직물은 또한 차단 직물로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 쉐쓰(Sheth)에게 허여된 미국 특허 제4,777,073호에 기술된 바와 같이, 액체 불투과성 미세 다공성 막에 엉킴 웹이 적층될 수 있다. 비록 엉킨 직물이 열점 결합 또는 초음파 결합과 같은 수단에 의해 미세 다공성 막에 적층될 수 있지만, 엉킴 웹의 부드러움 및 다른 유용한 촉감적 특성들을 유지하기 위하여는 접착제, 바람직하게는 무늬가 적용된 접착제를 이용하는 것이 종종 바람직하다.
시험 방법
컵 크러쉬: 부직포의 부드러움은 "컵 크러쉬" 시험에 따라 측정될 수 있다. 컵 크러쉬 시험은 4.5 cm 직경의 반구형 발이 약 6.5 cm 직경, 6.5 cm 높이의 거꾸로된 컵 모양으로 형성된 23cm×23cm 직물조각(컵 모양 직물의 균일한 변형을 유지하기 위하여 이 컵 모양 직물은 약 6.5cm 직경의 실린더로 둘러싸여져 있다)을 파쇄하는데 필요한 피크 로드(peak load)("컵 크러쉬 로드" 또는 간단히 "컵 크러쉬"라고도 한다)를 측정함으로써 직물의 경직성을 평가하는 것이다. 평균 10 리딩(readings)이 사용된다. 발과 컵은 리딩에 영향을 줄 수 있는 컵 벽 및 발 사이의 접촉을 피할수 있도록 배열된다. 피크 로드는 발이 약 초당 0.25 인치(분당 380 mm)의 속도로 하강할때 측정하고, 그람단위로 측정한다. 컵 크러쉬 시험으로는 또한 시료를 파쇄하는데 필요한 총 에너지에 대한 값(컵 크러쉬 에너지)을 산출할 수 있는데, 이는 시험 개시에서부터 피크 로드 점까지의 에너지, 즉 그람단위의 로드축과 밀리미터 단위의 발 이동거리 축으로 형성된 곡선 아래의 면적이다. 따라서 컵 크러쉬 에너지는 gm-mm단위로 보고된다. 낮은 컵 크러쉬 값이 더 부드러운 적층물을 나타낸다. 컵 크러쉬를 측정하기에 적합한 장치는 뉴저지, 펜사우켄(Pennsauken)의, 쉐비쯔사(Schaevitz Company)의 모델명 FTD-G-500 로드 셀(500 그람 범위)이다.
그랩 장력 시험: 그랩 장력 시험은 직물이 단일 방향의 응력을 받을때 섬유의 절단 강력 및 신장 또는 변형을 측정하는 것이다. 이 시험은 문헌에 공지되어 있고, 연방정부 표준 시험법 191A의 Method 5100의 설명에 따른다. 결과는 절단 및 절단 전 신장 퍼센트에 대한 파운드로 표시된다. 숫자가 클수록 더 강한, 더 신장가능한 섬유를 나타낸다. "로드(load)"라는 용어는 장력 시험내 표본을 절단 또는 파괴하는데 필요한 최대 하중 또는 힘(중량의 단위로 표시된다)을 의미한다. 용어 "변형" 또는 "총 에너지"란 중량-길이 단위로 표현되는 로드 대 신장 곡선 아래의 총 에너지를 의미한다. 용어 "신장"이란 장력 시험 도중 표본 길이의 증가를 의미한다. 그랩 장력 강도 및 그랩 신장에 대한 값은 특정 폭의 섬유(일반적으로는 4 인치(102 mm)), 클램프 폭 및 일정한 신장율을 사용하여 구한다. 섬유의 인접 섬유가 제공하는 부가 강력과 결합된 클램프된 폭내 섬유의 대표적인 유효 강력을 나타내기 위하여, 시료는 클램프보다 폭이 넓다. 예를 들어 인스트론(Intron) 모델 TM (인스트론사 제품, 메사추세츠주 02021, 캔톤시, 와싱턴 St. 2500) 또는 쓰윙 알버트(Thwing-Albert) 모델 INTELLECT II (쓰윙 알버트 기구사 제품, 펜실베니아주 19154, 필라델피아, 듀톤 로드, 10960)로 3 인치(76 mm)길이의 병렬 클램프를 갖는 것에 표본을 고정시킨다.
프라지에(Frazier) 투과도(통기성): 직물이나 웹의 공기 투과성 측정은 1978.7.20일자 연방정부 표준 시험법 191A의 Method 5450에 따라 수행되는 프라지에 투과도이고 평균 3 시료 리딩으로 보고된다. 프라지에 투과도는 분당 웹의 제곱 피트당 공기의 세제곱 피트(또는 CFM) 단위의 웹을 통과하는 공기 흐름 속도를 측정한다.
〈실시예 1〉
압출기의 제1 및 제2 호퍼 각각에 나일론-6(클리어 닐텍 #2169) 비드 및 1% TiO2를 갖는 폴리프로필렌(엑손 화학사에서 구입한 EscorenePD 3445)을 도입한다. 압출 나사를 회전하여 압출기를 통하여 물질을 압출시키고, 그 물질을 나일론-6 및 폴리프로필렌 각각에 대하여 400/360, 480/380 및 500/400의 온도를 갖는 분리된 가열 지대를 통과시킴으로써 온도가 점진적으로 상승하는, 복수의 단계적 발전적인 가열로 용융상태를 만든다. 스핀 팩 온도는 500℃로, 스핀 펌프는 각각 500/400℃로 설정하였다. 도2에 도시된 바와 같이, 스핀 팩은 16개의 파이형 세그먼트들을 포함하는 다성분 섬유를 생산하도록 구성되어 있다. 다성분 섬유는 실돌기의 모세관에서 압출되고, 흡입 압력 75psi(제곱 인치당 파운드)에서 흡입기에 의해 실돌기로부터 인출되어 나와 소멸된다. 진공의 도움으로, 다성분 섬유는 8.5 피트/분으로 이동하는 이동 소공성 표면상에 놓여지고, 와인더에 감긴다. 스펀본드된 물질의 비결합된 층은 약 2.0 osy(약 68 gsm)의 기본 중량을 갖는다.
다성분 섬유의 비결합된 기질은 풀려져서, 278°F로 가열되고 75pli(파운드/선형 인치)의 로딩을 제공하도록 설정되어 있는 H＆P 롤 및 앤빌을 25 피트/분의 속도로 통과한다. 비결합된 물질은 열점 결합되고, 감김 롤에 감긴다. 결합 기질은 곧 풀려서, 인치당 40구 및 구 직경 0.005인치를 갖는 물 분사기 한 줄을 갖는 히드로엉킴 장치에서 히드로엉킴된다. 섬유 생산속도는 10피트/분의 선속도를 갖는 약 0.7 pih(파운드/폭인치/시)이다. 수압은 400psi이고, 이는 약 0.001의 초기 에너지 충격 곱을 가져온다. 결합된 기질은 히드로엉킴 장치를 두번째 통과시 반대측이 분사기를 대면하도록 하여 통과되고, 결과적으로 약 0.002의 총 에너지 충격 곱을 나타내었다. 결과적인 직물의 SEM을 도8A 및 도8B에 도시한다. 또한 상기한 바와 같이 동일한 결합된 기질을, 수압을 700, 1000 및 1400 psi로 증가시키면서 별도로 히드로엉킴시키면, 결과적으로 총 에너지 충격 곱이 각각 0.007, 0.018 및 0.043이었다. 0.002, 0.007 및 0.043에서 엉킴시킨 결과적 섬유의 SEM을 도8, 도9 및 도10에 각각 도시하였다. 결과적 섬유의 통기성 및 밀도는 도14 및 도15의 그래프에 도시하였다.
〈실시예 2〉
상기 실시예 1에서 기술한 바와 같은 공정에 따라 나일론-6 및 폴리프로필렌의 교대적 파이형 세그먼트로 구성된 다성분 섬유를 제작하였다. 다성분 섬유를 미리 결합시키지 않고, 결과적인 비결합 다성분 섬유 기질을 상기 실시예 1에 관하여 기술한 수압 엉킴 공정에 따라 동일한 에너지 충격 곱에서 엉키게 한다. 0.002, 0.007 및 0.043에서 엉킴시킨 결과적 직물의 SEM을 각각 도11, 도12 및 도13에 도시한다. 결과적 직물의 통기성 및 밀도는 도14 및 도15의 그래프에 도시한다(실시예2의 섬유에 해당하는 자료는 "비결합"이라고 표시함).
실시예1 및 실시예2의 공정에 의해 형성된 웹의 현미경 사진 비교는 각 웹에서 두드러진 차이를 보인다. 특히, 도8A 및 도11을 비교하면, 낮은 충격 에너지에서조차도 결합된 기질은 다성분 섬유의 분리를 경험하지만, 비결합된 기질은 분리를 경험하지 못함을 현미경사진은 나타낸다. 또한 도9A를 도12와, 도10A를 도13과 비교하면, 에너지 충격 곱이 증가할수록 섬유 분리도도 증가한다. 그러나, 상응 비결합된 물질 보다는 결합된 물질이 더 큰 분리를 보인다. 더우기, 낮은 수압에서 비슷한 섬유 분리가 달성되고, 고압 또는 높은 충격 에너지에서 유사 비결합 기질에 의해 낮은 에너지 충격 곱이 달성된다는 것이 감지될 것이다.
또한, 도8B 내지 도10B를 참조하면, 결합된 다성분 기질의 결합영역이 히드로엉킴 공정에 의해 부분적으로 변성된 것이 보여진다. 또한, 이 변성의 정도는 에너지 충격 곱이 증가하면 함께 증가함을 알 수 있다. 원래는 결합 영역의 일부인 다성분 섬유은 결합된 부분으로부터 분리되게 된다. 그러나, 결합 영역으로부터 일부 또는 전부 분리되었다 해도 이 섬유는 그래도 남아 있고 결합영역을 넘어서 신장한다. 또한, 도14 및 도15를 참조하면, 비결합 물질과는 달리, 결합 기질은 결합전 미리 엉켜진 기질의 통기성과 유사한 통기성을 유지하고 밀도의 감소도 적게 경험한다.
〈실시예3〉
(i) 나일론-6 및 LLDPE (ii) 폴리프로필렌 및 LLDPE, 및 (iii) 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌의 교대 세그먼트로 이루어진 교대적 파이형 세그먼트 16개의 파이형 세그먼트 섬유를 제작하였다. 제조시 슬립제는 첨가하지 않았다. 접합 섬유를 층으로 이동하는 소공성 표면에 두고, H＆P 열점 결합 무늬로 열점 결합시켰다. 결과적인 결합된 층은 약 1.5osy의 기본 중량을 갖고, 관련 데이터를 기본 중량에서의 차이에 대하여 표준화시켰다. 각 층을 다양한 에너지 충격 곱에서 히드로엉킴시켰다. 에너지 충격 곱에 대한 엉킴 직물의 컵 크러쉬 시험을 이용하여 측정한 부드러움이 도16에 도시된다. 또한, 도17A 및 도17B에 도시한 바와 같이, 에너지 충격 곱에 대한 섬유의 MD 및 CD 장력 강도를 마찬가지로 분석하였다. 이 도면은 감지할만한 강도의 손실없이 상당히 부드러운 질감을 갖는 섬유를 만들 수 있음을 보여준다. 접합 섬유에는 계면활성제를 첨가하지 않았고, 폴리프로필렌과 폴리프로필렌의 중합 섬유에서는 분리가 거의 또는 전혀 관찰되지 않았음에 주목한다.
본 발명은 특정 구현례에 관하여 상세한 설명이 이루어져 왔으나, 본 발명의 사상 및 범위에서 이탈하지 않는 한 다양한 변형, 개조, 및 다른 변화가 가능함이 이 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서 첨부된 청구항에 포용될 수 있는 이러한 개조, 변형, 및 다른 변화가 청구항에 모두 포함될 것을 의도하고 있다.

Claims (27)

  1. 복수 개의 성분을 포함하며 이들 각 성분의 일부는 다성분 섬유 외측 표면에 노출되어 있는 다성분 섬유의 기질을 형성하는 단계;
    상기 다성분 섬유 기질을 결합하는 단계; 및
    상기 각 성분들의 일부분이 상기 다성분 섬유로부터 분리되고, 상기 다성분 섬유 및 이로부터 분리된 상기 성분들이 엉켜서 통합된 부직포를 형성하는 상기 결합된 기질에 엉킴을 일으키는 단계;
    를 포함하는 부직포의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다성분 섬유 기질의 결합이 열결합 및 초음파결합으로 구성된 군에서 선택된 방법에 의해 상기 다성분 섬유 기질을 패턴 결합하는 것을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다성분 섬유 기질의 결합이 상기 다성분 섬유 기질의 표면적 약 5% 내지 약 50%에서의 패턴 결합을 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 다성분 섬유의 결합이 상기 다성분 섬유 기질의 표면적 약 5% 내지 약 50%에서의 열점 결합(thermal point bonding)을 포함하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 다성분 섬유의 결합이 상기 다성분 섬유 기질의 표면적 약 10% 내지 약 30%에서의 열점 결합을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다성분 섬유 기질과는 불연속 영역에 도포된 접착제에 의해 상기 다성분 섬유 기질이 결합되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다성분 섬유 기질의 엉킴이 상기 결합된 다성분 섬유 기질을 히드로엉킴(hydroentangling)하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 적어도 0.002의 에너지 충격 곱(energy impact product)으로 상기 결합된 기질을 히드로엉킴시키는 것을 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 약 0.002 내지 0.05 의 에너지 충격 곱으로 상기 결합된 기질을 히드로엉킴시키는 것을 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 약 400 내지 약 3000 psi 의 수압으로 상기 결합된 기질을 히드로엉킴시키는 것을 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 성분들이 나일론과 폴리에틸렌의 교대 세그먼트(alternating segment)를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 성분들이 나일론과 폴리프로필렌의 교대 세그먼트를 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 성분들이 폴리에스테르와 고밀도 폴리에틸렌의 교대 세그먼트를 포함하는 방법.
  14. 제3항에 있어서, 상기 다성분 섬유가 연속 스펀본드사를 포함하는 방법.
  15. 제4항에 있어서, 상기 다성분 섬유가 연속 스펀본드사를 포함하는 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 다성분 섬유가 연속 스펀본드사를 포함하는 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 성분들 중 적어도 하나는 열가소성 중합체 및 계면활성제를 함유하는 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 다성분 섬유가 연속 스펀본드사를 포함하고, 상기 다성분 섬유의 결합은 상기 다성분 섬유 기질 표면적의 5 내지 50%에서 열점 결합을 포함하며, 상기 결합된 다성분 섬유 기질의 엉킴은 적어도 약 0.002 내지 약 0.15의 충격 에너지 곱으로 상기 기질을 히드로엉킴시키는 것을 포함하는 방법.
  19. 제1항의 방법에 의해 제작된 부직웹.
  20. 제3항의 방법에 의해 제작된 부직웹으로, 컵 크러쉬 시험에 의해 측정할 때 엉킴 전의 결합기질(pre-entangled bonded substrates) 보다 상기 엉킴 웹이 적어도 33% 더 부드러운 부직웹.
  21. 제20항에 있어서, 상기 부직웹은 히드로엉킴되고, 상기 엉킴 전의 결합 기질과 실질적으로 동일한 통기성을 갖는 부직웹.
  22. 제18항의 방법에 의해 제작된 부직웹.
  23. 복수개의 성분을 포함하며 이들 각 성분의 일부가 다성분 섬유의 외측 표면에 노출되어 있는 연속 스펀본드 다성분 열가소성 섬유, 및 상기 다성분 섬유에서 분리된 개별 성분들을 포함하는 미세섬유를 함유하는 엉킴 웹을 포함하고;
    상기 엉킴 웹은 그 표면적의 적어도 약 5%가 부분 변성된 결합영역이고, 상기 결합영역내에서 연속 섬유의 일부가 그로부터 분리되어 있는 부직웹.
  24. 제23항에 있어서, 상기 결합영역이 상기 웹 표면적의 약 5% 내지 약 50%를 차지하는 부직웹.
  25. 제24항에 있어서, 상기 결합영역이 상기 웹 표면적의 약 10% 내지 약 30%를 차지하는 부직웹.
  26. 제25항에 있어서, 상기 결합영역이 상기 웹의 실질적으로 전 표면적에 걸쳐 분포되어 있는 불연속 영역인 부직웹.
  27. 제26항에 있어서, 상기 변성된 결합영역이 실질적으로 웹 전체에 걸쳐 일정 패턴으로 분포되어 있는 부직웹.
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