KR20000075741A - 동종 분지된 에틸렌 중합체를 이용한 카페트, 카페트 배면재및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카페트 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 한가지 실시태양에 따른 카페트는 (a) 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재(11), (b) 제 1 배면재에 부착되어 제 1 배면재의 표면으로부터 돌출되고 제 1 배면재의 이면에 노출된 다수의 섬유(12), (c) 접착성 배면재(13), (d) 접착성 배면재에 인접한 선택적 제 2 배면재(14), 및 (e) 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체를 포함한다. 본 발명의 방법은 제 1 배면재의 이면상에 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체를 압출 피복시켜 접착성 배면재를 제공하는 공정을 포함한다. 본 발명의 방법은 별도의 또는 다양한 조합으로 추가의 단계 또는 공정을 포함할 수 있다. 추가의 단계 또는 공정은 압출 단계 이전에 제 1 배면재 및 섬유를 세척 또는 세정하는 것과, 내부파열제를 사용하는 것을 포함한다. 바람직한 동종 분지된 에틸렌 중합체는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체이다. 본 발명에 기술된 구조 및 방법은 향상된 내마모성을 갖는 폭넓은 터프트 카페트의 제조에 특히 적합하다.
Description
본 발명은 제 1 배면재에 의해 구성된 카페트에 관한 것으로, 니들 펀칭된(needle-punched) 카페트와 같은 터프트 카페트(tufted carpet) 및 비-터프트 카페트(non-tufted carpet)를 포함한다. 특정의 실시태양이 터프트 및 비-터프트 카페트에 적용될 수 있지만, 터프트 카페트가 바람직하다.
도 1에 예시된 바와 같이, 터프트 카페트는 얀(섬유 다발로도 알려짐), 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 접착성 배면재, 및 선택적 제 2 배면재를 포함하는 복합 구조물이다. 터프트 카페트의 표면을 형성하기 위하여, 얀는 각 스티치의 더 긴 길이가 제 1 배면재의 표면을 통하여 연장되도록 제 1 배면재를 통해 터프트된다. 전형적으로, 제 1 배면재는 열가소성 중합체, 가장 흔하게는 폴리프로필렌과 같은 직물 또는 부직물로 제조된다.
일반적으로 터프트 가페트의 표면은 3가지 방식으로 제조될 수 있다. 첫째, 루프 파일 카페트에 있어, 터프팅 공정에서 형성된 얀 루프(yarn loop)가 변하지 않고 그대로 유지된다. 둘째, 절단 파일 카페트에 있어, 얀 루프가 터프팅 공정 중 또는 그 후에 절단되어 루프 대신에 단일의 얀 말단으로 된 파일을 형성하게 된다. 셋째, 일부의 카페트 유형은 루프와 절단 파일 모두를 포함한다. 이 혼성물의 한가지 변형예는 선단-전단된 카페트로 불리우는데, 여기에서는 다양한 길이의 루프를 터프팅한 다음 미절단, 부분 절단 및 완전 절단된 루프의 혼합물을 형성하도록 일정 높이로 카페트를 전단시킨다. 이와는 달리, 터프팅 기계는 루프의 일부만을 절단하도록 배열되어 절단 및 미절단 루프의 패턴을 남기게 할 수 있다. 루프, 절단 또는 혼성 형태이든 관계없이 제 1 배면재의 이면상의 얀은 연장되지 않은 타이트한 루프를 이룬다.
접착성 배면재 또는 제 2 배면재의 적용되지 않은 터프팅된 얀과 제 1 배면재의 조합은 카페트 분야에서 생 터프트 카페트 또는 생지 제품(greige goods)으로 불린다. 생지 제품은 접착성 배면재 및 선택적 제 2 배면재가 제 1 배면재의 이면에 적용된 가공된 터프트 카페트로 된다. 가공된 터프트 카페트는 전형적으로는 6 또는 12 피트폭의 롤 형태의 광폭 카페트로서 제조될 수 있다. 이와는 달리, 카페트는 카페트 타일로 제조될 수 있는데, 이는 전형적으로 미국에서는 18 in2이고 기타 지역에서는 50 cm2이다.
접착성 배면재는 제1 배면재의 이면에 적용되어 제1 배면재에 얀을 고착시킨다. 전형적으로, 접착성 배면재는 롤러, 롤러 또는 베드상의 롤, 또는 롤러 또는 베드상의 나이프(닥터 블레이드로 불리기도 함)를 사용하여 팬 도포기에 의해 적용된다. 적절히 적용된 접착성 배면재는 실질적으로 제 1 배면재를 거의 통과하지 않는다.
가장 흔하게는, 접착성 배면재는 단일의 피막 또는 층으로서 적용된다. 얀이 고착되는 정도 또는 강도는 터프트 결착 또는 터프트 결합강도로 불린다. 충분한 터프트 결합강도를 갖는 카페트는 양호한 내마모성을 나타내고, 그만큼 오랜 수명을 갖는다. 또한, 접착성 배면재는 제1 배면재의 이면에 노출된 얀(섬유 다발)을 실질적으로 침투하여야 하고, 얀내의 개별 섬유를 실질적으로 통합시켜야 한다. 양호한 얀에 대한 침투와 섬유의 통합은 양호한 내마모성을 나타낸다. 더구나, 양호한 터프트 결합강도 및 내마모성 외에도, 접착성 재료는 카페트의 설치를 용이하게 하기 위하여 카페트에 양호한 가요성을 부여할 수 있어야 한다.
제2 배면재는 전형적으로 열가소성 중합체, 가장 흔하게는 폴리프로필렌과 같은 직물 또는 부직물 재료로 제조된 경량 스크림이다. 제 2 배면재는 접착성 배면재상의 카페트 이면에 임의적으로 적용되어, 주로 카페트 구조에 향상된 치수 안정성을 제공하고 또 직접적인 도포-접착식(glue-down) 접착제의 적용을 위해 더 많은 표면적을 제공하게 된다.
존재한다면, 다른 배면재가 접착성 배면재의 이면 및/또는 제 2 배면재의 이면에 적용될 수도 있다. 다른 배면재는 발포 쿠션재(예컨대, 발포 폴리우레탄) 및 감압성 바닥 접착재를 포함할 수 있다. 또한, 다른 배면재가 예를 들어 증가된 표면적을 갖는 웨빙(weebing)으로서 적용되어 직접적인 도포-접착식 접착제 설치를 촉진하게 할 수 있다(예를 들어, 쿠션에 대한 요구가 종종 극소한 경우의 계약 업무용 카페트, 자동차 카페트 및 비행기 카페트에서). 또한, 수분, 곤충 및 식료품에 대한 차단 보호성을 향상시키고 또 카페트의 화제 억제, 열적 차단 및 소음 감쇠 특성을 제공하기 위하여 다른 배면재가 임의적으로 적용될 수도 있다.
공지된 접착성 배면재로는 경화성 라텍스, 우레탄 및 비닐 시스템이 있는데, 라텍스 시스템이 가장 흔히 사용된다. 통상적인 라텍스 시스템은 카페트 생산성이 높게 적용되고 양호한 섬유-배면재 접착력, 터프트 결합강도 및 적절한 가요성을 제공하는 저점도의 수성 조성물이다. 일반적으로, 건조 오븐에 통과시켜 과량의 물을 제거하여 라텍스를 경화시킨다. 스티렌 부타디엔 고무(SBR)는 라텍스 접착성 배면재에 사용되는 가장 흔한 중합체이다. 전형적으로, 라텍스 배면재 시스템은 탄산칼슘 또는 알루미늄 삼수화물과 같은 무기 충전재로 다량 충전되며 산화방지제, 항미생물제, 방염제, 연기 억제제, 습윤제 및 거품 조제와 같은 기타 성분을 포함한다.
통상적인 라텍스 접착성 배면재는 어떤 결점을 가질 수 있다. 하나의 중요한 결점으로서, 전형적인 라텍스 접착성 배면재 시스템은 수분 차단성을 제공하지 않는다. 특히 폴리프로필렌사 및 폴리프로필렌 제 1 및 제 2 배면재를 포함하는 카페트에 있어서 다른 가능한 결점은 카페트의 재생성을 저하시킬 수 있는 무기 충전재와 라텍스 시스템의 중합체의 비유사성이다.
상기한 결점에 비추어 볼 때, 카페트 분야의 일부에서는 통상적인 라텍스 접착성 배면재 시스템의 적합한 대체물을 찾기 시작하였다. 하나의 대체물은 우레탄 접착성 배면재 시스템을 사용하는 것이다. 우레탄 배면재는 카페트를 통합하는 적절한 접착상태를 제공할 뿐만 아니라, 일반적으로 양호한 가요성 및 차단 특성을 나타내고, 발포시 별도의 밑밭침 패딩에 대한 필요성을 없앨 수 있다(즉, 직접적인 도포-접착식 단일 배면재 시스템을 구성할 수 있다). 그러나, 우레탄 배면재 시스템은 또한 비교적 고가이고 라텍스 시스템에 비해 낮은 카페트 생산성을 초래하는 경화 요건을 필요로 하는 등의 중요한 결점을 가진다.
또한, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 같은 열가소성 폴리올레핀이 그 저렴한 비용, 양호한 수분 안정성 및 경화의 불필요로 인해 접착성 배면재로서 제안되어 왔다. 폴리올레핀 배면재를 적용하는 데에는 여러 가지 방법, 예를 들어 분말 코팅, 고온 용융 적용 및 압출 필름 또는 시이트 적층 방법이 이용가능하다. 그러나, 라텍스 접착성 배면재를 대체하기 위해 폴리올레핀을 사용하는 데는 어려움이 있을 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,240,530호의 10 칼럼의 표 A에 따르면, 보통의 폴리올레핀 수지가 카페트 제조에 사용하는데 부적절한 접착력을 가질 수 있다고 나타나 있다. 또한, 라텍스 및 다른 경화된 시스템에 비해, 통상의 폴리올레핀은 비교적 높은 적용 점도 및 비교적 높은 열적 요구 조건을 갖는다. 즉, 통상의 열가소성 폴리올레핀은 라텍스 및 다른 경화된 (열경화성) 시스템의 전형적인 수성 점도 및 경화 온도 요구 특성에 비해 비교적 높은 용융 점도 및 높은 재결정화 또는 고화 온도를 특징으로 한다.
통상의 엘라스토머성 폴리올레핀, 즉 저 결정성을 갖는 폴리올레핀 조차도 일반적으로 비교적 높은 점도 및 비교적 높은 재결정화 온도를 갖는다. 높은 재결정화 온도는 가공도중에 비교적 짧은 용융 시간을 초래하고, 높은 용융 점도와 결합하여 얀에 대한 적절한 침투의 달성을 어렵게 만들 수 있는데, 특히 통상적인 접착성 배면재의 적용 속도에서 그러하다.
통상의 폴리올레핀의 점도 및 재결정화 결함을 극복하기 위한 하나의 방법은, 보통 왁스, 점착화제, 다양한 유동성 개질제 및/또는 기타 엘라스토머성 재료와 함께 저분자량의 폴리올레핀을 제제화하는 것을 포함하여 고온 용융 접착제로서 폴리올레핀 수지를 제제화하는 것이다. 예를 들어 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체가 제제화된 고온 용융 접착성 배면재 조성물에 사용되어 왔으며, 다른 폴리올레핀 조성물 역시 고온 용융 배면재 조성물로서 제안되어 왔다. 예를 들면, 미국 특허 제 3,982,051호(Taft 등)에는 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 어택틱 폴리프로필렌 및 가황 고무를 포함하는 조성물이 고온 용융 카페트 배면 접착제로서 유용한 것으로 개시하고 있다.
불행하게도, 고온 용융 접착제 시스템은 일반적으로 통상적인 라텍스 접착성 배면재의 완전히 적합한 대체물로 생각되지 않는다. EVA, 및 에틸렌과 불포화 공단량체의 다른 공중합체를 기재로 한 전형적인 고온 용융 시스템은 상당한 제제화를 요할 수 있고 여전히 부적절한 터프트 결합강도를 초래한다. 그런데, 전형적인 가열 용융 시스템의 가장 중요한 결점은 직접 압출 피복 기술에 의해 적용을 하기에는 일반적으로 너무 낮은 용융 강도를 갖는다는 것이다. 이에 따라, 폴리올레핀 고온 용융 시스템은 전형적으로 가열된 닥터 블레이드 또는 회전식 용융물 이송 롤러의 얀용용과 같은 비교적 느리고 덜 효율적인 기술에 의해 제 1 배면재에 적용된다.
제제화되지 않은 고압 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 통상적인 압출 피복 기술에 의해 적용될 수 있지만, LDPE 수지는 전형적으로 카페트의 과도한 강성을 초래할 수 있는 빈약한 가요성을 갖는다. 역으로, 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE) 및 에틸렌/프로필렌 공중합체와 같은 향상된 가요성을 갖는 보통의 폴리올레핀은 여전히 충분한 가요성을 갖지 못하고(못하거나), 과도하게 낮은 용융강도를 가지며(가지거나)압출 피복코팅중 공명을 유발하는 경향을 갖는다. 압출 피복의 난제를 극복하기 위해, 충분한 가요성을 갖는 통상의 폴리올레핀이 적층 기술에 의해 적용되어 적절한 얀과 배면재의 접착 상태를 보장할 수 있는데, 적층 기술은 전형적으로 고가이고 직접 압출 피복 기술에 비해 낮은 생산성을 초래할 수 있다.
가요성 폴리올레핀 배면재의 공지된 예는 미국 특허 제 3,390,035호, 제 3,583,936호, 제 3,745,054호, 및 제 3,914,489호에 개시되어 있다. 일반적으로, 이들 개시 내용은 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 및 왁스와 같은 에틸렌 공중합체를 기재로 한 고온 용융 접착성 배면재 조성물에 대해 기술하고 있다. 얀을 통한 고온 용융 접착성 배면재 조성물의 침투를 향상시키기 위한 공지된 기술은, 예컨대 미국 특허 제 3,551,231호에 기술된 바와 같이 생지 제품이 회전하는 용융물 이송 롤러와 접촉하고 있는 동안에 압력을 적용하는 것을 포함한다.
고온 용융 시스템의 효과를 높이기 위한 다른 공지 기술로는 예비-피복된(pre-coat) 시스템을 이용하는 방법이다. 예를 들어, 미국 특허 제 3,648,600호, 제 3,583,936호, 및 제3,745,054호는 고온 용융 접착제 조성물의 적용 이전에 제 1 배면재의 이면에 저점도 수성 예비-피막의 적용을 기술하고 있다. 상기 특허에 개시된 고온 용융 접착성 배면재 시스템은 예를 들어 에틸렌/에틸 아세테이트(EEA) 및 애틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체와 같은 작용성 에틸렌 중합체를 기재로 한 다성분 제제로부터 유도된다.
카페트 배면재의 분야에서 여러 가지 시스템이 공지되어 있지만, 경화된 라텍스 배면재 시스템을 대체하기 위해 적절한 터프트 결합강도, 양호한 내마모성 및 양호한 가요성을 제공하는 열가소성 폴리올레핀 카페트 배면재 시스템에 대한 요구가 있다. 또한, 양호한 터프트 결합강도, 내마모성, 차단 특성 및 가요성의 요구 특성을 달성하면서 높은 카페트 생산성을 가능하게 하는 적용 방법에 대한 요구가 존재한다. 마지막으로, 카페트 구성 재료의 광범한 취급 및 분리의 필요가 없이 용이하게 재생될 수 있는 섬유 및 배면재를 갖는 카페트 구조물을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 적어도 하나의 가요성 에틸렌 중합체 배면재를 포함하는 카페트 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체로 이루어진 배면재를 포함하는 카페트, 및 압출 피복 기술에 의해 카페트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 터프트 카페트(10)의 예시도이다.
도 2는 카페트(70)를 제조하기 위한 압출 피복 라인(20)의 개략도이다.
도 3은 실시예 14의 여러 가지 카페트 구성요소의 계면을 나타내는 20배율(3a) 및 50 배율(3b)의 주사 전자 현미경사진이다.
도 4는 실시예 22의 여러 가지 카페트 구성요소의 계면을 나타내는 20배율(4a) 및 50 배율(4b)의 주사 전자 현미경사진이다.
도 5는 폴리프로필렌 및 나일론 카페트 샘플의 내마모 성능에 대한 섬유 다발의 접착성 배면재에 의한 침투의 영향에 관한 X-Y 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 카페트 타일의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 카페트 타일를 제조하기 위한 압출 피복라인의 개략도이다.
본 발명의 한가지 태양에 따르면, 카페트는 다수의 섬유, 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 접착성 배면재 및 선택적 제 2 배면재를 포함하되, 상기 다수의 섬유가 제 1 배면재에 부착되어 제 1 배면재의 표면으로부터 돌출되면서 제 1 배면재의 이면에 노출되어 있고, 상기 접착성 배면재는 제 1 배면재의 이면에 배치되며, 선택적 제 2 배면재는 접착성 배면재에 인접하는 것으로, 적어도 하나 이상의 다수의 섬유, 제 1 배면재, 접착성 배면재 또는 선택적 제 2 배면재가 50% 또는 그 이상의 단쇄 분지화 분포 지수(SCBDI)를 갖는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은, 다수의 섬유, 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 접착성 배면재 및 선택적 제 2 배면재를 포함하되, 상기 다수의 섬유가 제1 배면재에 부착되어 제 1 배면재의 표면으로부터 돌출되고 제 1 배면재의 이면에 노출되어 있는 카페트의 제조방법에 관한 것으로, 이 제조방법은 제 1 배면재의 이면상에 접착성 배면재 또는 선택적 제 2 배면재를 압출 피복시키는 단계를 포함하고, 압출 피복된 접착성 배면재 또는 선택적 제 2 배면재가 50% 또는 그 이상의 단쇄 분지화 분포 지수(SCBDI)를 갖는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체를 포함하는 카페트를 제조하는 방법이다.
본 발명의 또다른 태양은, 붕괴되고 비팽창된 접착성 배면재 매트릭스를 가지면서 제 1 배면재에 부착된 얀을 포함하며, 접착성 배면재가 적어도 하나의 에틸렌 중합체를 포함하고 제 1 배면재와 밀접하게 접촉하면서 실질적으로 얀을 침투하여 실질적으로 얀을 통합하는 카페트의 제조방법에 관한 것으로, 이 방법은 접착성 바탕제에 효과량의 적어도 하나의 내부파열제를 적용한 다음, 압출 피복 단계중에 내부파열제를 활성화시켜 용융 또는 반-용융 중합체가 제 1 배면재의 이면상에 노출된 얀의 자유 공간으로 강제로 들어가도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은, 표면을 가지고, 얀, 제 1 배면재, 접착성 배면재 및 선택적 제 2 배면재를 포함하되, 상기 제 1 배면재가 카페트의 표면 반대쪽에 이면을 가지고, 얀이 제 1 배면재에 부착되며, 접착성 배면재가 제 1 배면재의 이면에 적용되며, 선택적 제 2 배면재가 접착성 배면재상에 적용되는 카페트의 제조방법에 관한 것으로, 이 방법은 접착성 배면재의 적용 이전에 처리제(processing material)를 실질적으로 제거 또는 탈거시키기 위해 제1 배면재의 이면을 스팀, 용매 및/또는 가열에 의해 세정, 세척 또는 플래슁(flashing)하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 용어 "긴밀한 접촉", "실질적인 캡슐화" 및/또는 "실질적인 통합"은 하나 이상의 카페트 구성요소가 다른 카페트 구성요소와 화학적으로 상호작용할 수 있는지의 여부를 불문하고 유사하지 않은 카페트 구성요소간의 (화학적 결합과는 대조적인) 기계적 접착 또는 기계적 상호작용을 의미한다. 본 발명의 기계적 접착 또는 상호작용에 있어서 중합체 물질의 특정 효과량의 상호 혼합 또는 상호 용융이 있을 수 있지만, 여러 가지 카페트 계면의 현미경사진(20배율)을 가시적으로 검사했을 때 여러 가지 구성요소의 연속적 또는 일체적 융합은 존재하지 않는다. 이러한 의미에서, 얀 또는 섬유 다발의 융합 또는 섬유 다발내의 개별 섬유의 서로에 대한 융합은 그 자체로 일체적인 융합으로 간주되지 않는데, 이는 섬유가 본 발명에서 하나의 카페트 구성요소로서 언급되기 때문이다.
용어 "긴밀한 접촉"은 제1 배면재의 이면과 접착성 배면재 사이의 기계적 상호작용을 의미한다. 용어 "실질적 캡슐화"는 제1 배면재의 이면과 접착성 배면재 사이의 계면에 있거나 또는 이에 매우 근접해 있는 얀 또는 섬유 다발을 상당히 둘러싸는 접착성 배면재를 의미한다. 용어 "실질적 통합"은 얀 또는 섬유 다발을 실질적으로 캡슐화하고 제 1 배면재의 이면과 접착성 배면재를 긴밀하게 접촉시킴으로써 달성되는 카페트의 전체적인 일체성 및 치수 안정성을 의미한다. 실질적으로 통합된 카페트는 여러가지 카페트 구성요소에 대해 양호한 구성요소간의 결합성 및 양호한 박리저한을 가진다.
본 발명에서 용어 "일체적 융합"은 당업계에 공지된 의미와 동일한 것으로 접착성 배면재의 융점 이상의 온도를 사용하는 카페트 구성요소의 열 결합을 의미한다. 일체적 융합은 접착성 배면재가 섬유 또는 제1 배면재 또는 이들 둘 모두와 동일한 중합체를 포함하는 경우에 발생된다. 그러나, 접착성 배면재가 섬유 또는 제 1 배면재와 다른 중합체를 포함하는 경우에는 이러한 일체적 융합이 일어나지 않는다. 용어 "동일한 중합체"는 그의 분자 또는 형태학적 특성이 다를 수는 있지만, 중합체의 단량체 단위가 동일한 화학물질로 되어 있는 것을 의미한다. 역으로, 용어 "상이한 중합체"는 어떠한 분자적 또는 형태학적 차이에 관계없이 중합체의 단량체 단위가 상이한 화학 물질로 되어 있는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 여러 가지 정의에 따르면, 폴리프로필렌 제 1 배면재 및 폴리에틸렌 접착성 배면재는 그들 카페트 구성요소가 상이한 화학물질로 되어 있기 때문에 일체적으로 융합되지 않을 것이다.
본 발명에서 사용된 용어 "카페트 구성요소"는 카페트 섬유 다발, 제1 배면재, 접착성 배면재 및 임의적인 제2 배면재를 각각 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 " 압출 피복"은 통상적인 의미로 통상 펠렛 형태의 중합체 조성물을 압출기에서 그의 용융 온도 이상의 상승된 온도로 가열한 다음 슬롯 다이를 강제로 통과시켜 반-용융 또는 용융 중합체 웹을 형성시키는 압출 기술을 의미한다. 반-용융 또는 용융 중합체 웹을 연속적으로 공급되는 생지 제품상으로 연속적으로 인출하여 생지 제품의 이면을 중합체 조성물로 피복시킨다. 도 2 는 닙에서 생지 제품의 표면이 냉각 롤쪽으로 배향되고 접착성 배면재의 이면이 닙 가압 롤쪽으로 배향되는 본 발명의 압출 공정을 예시하고 있다. 압출 피복은 적층 기술과는 구별된다.
본 발명에서 사용된 용어 " 적층 기술"은 통상적인 의미로 일차적으로 고화 또는 실질적으로 고화된 필름 또는 시이트로서 접착성 배면재를 형성시킨 다음, 별도의 공정단계에서 제 1 배면재의 이면에 적용하기 전에 필름 또는 시이트를 재가열하거나 또는 필름 또는 시이트의 온도를 상승시킴으로써 생지 제품에 접착성 배면재를 적용하는 기술을 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 "열 함량"은 충전재의 열용량(비열)과 비중의 수학적 곱을 의미한다. 높은 열 함량을 갖는 충전재는 본 발명의 특정 실시태양에서 접착성 배면재의 고화 또는 용융 시간을 연장하기 위해 사용된다. 문헌[The Handbook for Chemical Technicians, Howard J. Strauss and Milton Kaufmann, McGraw Hill Book Company, 1976, Sections 1-4 and 2-1]은 선택된 무기 충전재의 열 용량과 비중에 대한 정보를 제공한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 충전재는 본 발명의 압출 피복 가공온도 범위 이상에서 그들의 물리적 상태가 변하지 않는다(즉, 고체 물질로 유지된다). 바람직한 고 열함량 충전재는 높은 비중과 높은 열 용량의 조합을 갖는다.
본 발명에서 사용된 용어 "내부파열제"는 보통 소정의 특정 활성화 온도에서 열에 의해 활성화될 때 가스를 방출하거나 또는 가스 방출을 유발하는 통상적인 발포제 또는 다른 화합물을 의미한다. 본 발명에서, 내부파열제는 접착성 배면재를 얀 또는 섬유 다발의 자유 공간 안으로 파열 또는 압입시키기 위해 사용된다.
본 발명에서 사용되는 용어 "가공물질(processing material)"은 접착성 배면재의 접착성 또는 물리적인 계면의 상호작용을 방해할 수 있는 방사 가공 왁스, 장비 오일, 사이징제 등과 같은 물질을 의미한다. 가공물질은 본 발명의 세정 또는 세척 기술에 의해 제거 또는 탈거시킴으로써 기계적 결합을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "폴리프로필렌 카페트" 및 "폴리프로필렌 생지 제품"은 카페트 또는 생지 제품용 제 1 배면재가 폴리프로필렌 또는 다른 재료로 이루어졌는가 여부를 불문하고 폴리프로필렌 섬유로 실질적으로 이루어진 카페트 및 생지 제품을 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 "나일론 카페트" 및 "나일론 생지 제품"은 카페트 또는 생지제품용 제 1 배면재가 나일론 또는 다른 재료로 이루어졌는가 여부를 불문하고 나일론 섬유로 실질적으로 이루어진 카페트 및 생지 제품을 의미한다.
본 발명에서 에틸렌 중합체를 기술하는데 사용된 "선형"이란 용어는 측세칸트 수 있거나 논증할 수 있는 장쇄 분지가 없는 에틸렌 중합체의 중합체 주쇄, 예를 들면 중합체가 평균 0.01 개의 분지/1000개의 탄소 이하로 치환된 것을 의미한다.
본 발명에서 에틸렌 중합체를 기술하는데 사용된 용어 "동종 에틸렌 중합체"는 미국 특허 제 3,645,992호(Elston)에 최초 개시된 내용에 따른 통상적인 의미로 사용되는 것으로, 공단량체가 소정의 중합체 분자내에 랜덤하게 분포되고 실질적으로 모든 중합체 분자가 실질적으로 동일한 에틸렌 대 공단량체 몰비를 갖는 에틸렌 중합체를 의미한다. 본 발명에서 정의된 바와 같이, 실질적인 선형 에틸렌 중합체와 동종 분지된 선형 에틸렌은 모두 동종 에틸렌 중합체이다.
동종 분지된 에틸렌 중합체는 단쇄 분지를 소유하면서 비교적 높은 단쇄 분지 분포 지수(SCBDI) 또는 비교적 높은 조성 분포 분지화 지수(CDBI)를 특징으로 하는 동종 에틸렌 중합체이다. 즉, 이러한 에틸렌 중합체는 50% 또는 그 이상, 바람직하게는 70% 또는 그 이상, 보다 바람직하게는 90% 또는 그 이상의 SCBDI 또는 CDBI를 가지며, 본질적으로 측정가능한 고밀도(결정성) 중합체 부분을 갖지 않는다.
SCBDI 또는 CDBI는 중간의 공단량체 총 몰 함량의 50% 이내의 공단량체 함량을 갖는 중합체 분자의 중량%로서 정의되며, 베르누이 분포에 있어 예측된 중합체 대 공단량체 분포에서의 공단량체 분포의 비교치를 나타낸다. 폴리올레핀의 SCBDI 또는 CDBI는 당업계에 공지된 기술, 예컨대 문헌[Wild et. al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol. 20, p. 441 (1982), L.D. Cady, "The Role of Comonomer Type and Distribution in LLDPE Product Performance", SPE Regional Technical Conference, Quaker Square Hilton, Akron, Ohio, October 1-2, pp. 107-119 (1985)] 또는 미국 특허 제4,798,081호 및 제 5,008,204호에 기술된 바와 같은 온도 상승 용출 분별법(이하 "TREF"로 약칭함)으로부터 얻은 데이터로부터 쉽게 게산될 수 있다. 그런데, 바람직한 TREF 기술은 SCBDI 또는 CDBI 계산시에 퍼지량을 포함하지 않는다. 더욱 바람직하게는, 중합체의 공단량체 분포 및 SCBDI 또는 CDBI는 예를 들어 미국 특허 제 5,292,845호 및 문헌[J.C. Randall , Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, pp. 201-317]에 기재된 기술에 따라13C NMR 분석법을 사용하여 측정한다.
용어 "동종 분지된 선형 에틸렌 중합체" 및 "동종 분지된 선형 에틸렌/α-올레핀 중합체"는 올레핀 중합체가 동종 또는 좁은 단쇄 분지화 분포를 갖지만(즉, 중합체가 비교적 높은 SCBDI 또는 CDBI를 가짐) 것을 의미하지만, 장쇄 분지는 갖지 않는 것을 의미한다. 즉, 선형 에틸렌 중합체는 장쇄 분지의 부재를 특징으로 하는 동종 에틸렌 중합체이다. 이러한 중합체는 균일한 단쇄 분지화 분포(즉, 동종 분지화)를 제공하는 중합 공정(예를 들어, 엘스톤(Elston)의 미국 특허 제 3,645,992호에 기술된 바와 같은)을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 중합공정에서, 엘스톤은 상기한 중합체를 제조하기 위해 가용성 바나듐 촉매 시스템을 사용하지만, 미쓰이 페트로케미칼 인더스트리즈(Mitsui Petrochemical Industries) 및 엑손 케미칼 캄파니(Exxon Chemical Company)와 같은 다른 회사에서는 엘스톤의 무헌에 기술된 중합체와 유사한 균일한 구조를 갖는 중합체를 제조하기 위해 소위 단일 부위 촉매 시스템을 사용하여 왔다. 미국 특허 제 4,937,299호(Ewen 등) 및 제 5,218,071호(Tsutsui 등)에는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체의 제조를 위해 메탈로센 촉매, 예컨대 하프늄를 기재로 한 촉매 시스템의 사용을 개시하고 있다. 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체는 전형적으로 분자량 분포(Mw/Mn)가 3 이하, 바람직하게는 2.8 이하, 보다 바람직하게는 2.3 이하인 것을 특징으로 한다. 적합한 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체의 상업적인 예로는 미쓰이 페트로케미칼 인더스트리즈사에서 상표명 "Tafmer" 수지로서 판매되는 것 및 엑손 케미칼 캄파니에서 상표명 "Exact" 수지 및 상표명 "Exceed" 수지로서 판매되는 것이 있다.
용어 "동종 분지된 선형 에틸렌 중합체" 또는 "동종 분지된 선형 에틸렌/α-올레핀 중합체"는 수많은 장쇄 분지를 갖는 것으로 당업자에게 알려진 고압 분지화 폴리에틸렌을 말하는 것이 아니다. 용어 "동종의 선형 에틸렌 중합체"는 일반적으로 선형 에틸렌 단독 중합체 및 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체 모두를 말한다. 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 단쇄 분지를 가지며 α-올레핀은 전형적으로 하나 이상의 C3-C20α-올레핀(예를 들어, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐)이다.
참고로, 에틸렌 단독중합체(즉, 특정의 공단량체를 함유하지 않으며 따라서 단쇄 분지를 전혀 함유하지 않는 고밀도 에틸렌 중합체)에 사용되었을 경우, "동종 에틸렌 중합체(homogeneous ethylene polymer)" 또는 "동종 선형 에틸렌 중합체(homogeneous linear ethylene polymer)"란 용어는, 예를 들면, 상기 엘스톤 또는 어웬의 문헌, 또는 카니치(Canich)의 미국 특허 제 5,026,798 호 및 제 5,055,438 호, 및 스티븐스(Stevens)등의 미국 특허 제 5,064,802 호에 기술되어 있는 바와 같은 균질 촉매 시스템을 사용하여 제조한 중합체를 의미한다.
본원에 사용된 "실질적으로 선형의 에틸렌 중합체(substantially linear ethylene polymer)"란 용어는 구체적으로는 장쇄 분지를 가진 동종 분지된 에틸렌 중합체를 지칭한다. 상기 용어는 선형 중합체 주쇄를 가진 이종 또는 동종 분지된에틸렌 중합체를 지칭하는 것이 아니다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 경우, 장쇄 분지는 중합체 주쇄와 동일한 공단량체 분포를 가지며, 장쇄 분지는 그들이 부착되는 중합체 주쇄의 길이와 거의 동일한 길이만큼 길 수 있다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 중합체 주쇄는 약 0.01개의 장쇄 분지/1000개의 탄소 내지 약 3개의 장쇄 분지/1000개의 탄소, 보다 바람직하게는 약 0.01개의 장쇄 분지/1000개의 탄소 내지 약 1개의 장쇄 분지/1000개의 탄소, 특히 바람직하게는 약 0.05개의 장쇄 분지/1000개의 탄소 내지 약 1개의 장쇄 분지/1000개의 탄소로 치환된다.
장쇄 분지는 본원에서는 적어도 6개의 탄소의 쇄 길이로서 정의되며, 이러한 쇄 길이는13C 핵자기공명(13C NMR) 분광법을 사용하여 판별할 수 없다. 장쇄 분지의 존재는13C 핵자기공명(13C NMR) 분광법을 사용하여 에틸렌 단독중합체내에서 측정하고, 랜달(Randall)의 문헌[Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, V. 2＆3, p. 285-297]에 기술되어 있는 방법으로 정량할 수 있다.
현재의13C 핵자기공명(13C NMR) 분광법으로는 6개의 탄소원자를 초과하는 경우의 장쇄 분지의 길이를 측세칸트 수 없지만, 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 비롯한 에틸렌 중합체내의 장쇄 분지의 존재를 측정하는데 유용한 다른 공지된 기술이 있다. 이러한 방법들중 두가지는 작은 각도의 레이저광 산란 검출기와 결합된 겔투과 크로마토그라피(GPC-LALLS, gel permeation chromatography coupled with a low angle laser light scattering detector)법 및 시차 점도계 측정기와 결합된 겔투과 크로마토그라피(GPC-DV, gel permeation chromatography coupled with a differential viscometer detector)법이다. 장쇄 분지를 검출하기 위한 이러한 기법 및 기초적인 이론이 아래 문헌에 잘 기술되어 있다[Zimm, G.H. and Stockmayer, W.H., J. Chem. Phys., 17, 1301(1949) and Rudin, A., Modern Methods of Polymer Characterization, John Wiley ＆ Sons, New York(1991) pp. 103-112].
더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에 근무하는 에이. 윌리암 데그루트(A. Willam deGroot) 및 피. 스티브 첨(P. Steve Chum)은 1994년 10월 4일 미국 미조리주 세인트루이스에서 개최된 FACCS(Federation of Analytical Chemistry and Spectroscopy Society)의 컨퍼런스에서 GPC-DV 기술이 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체내의 장쇄 분지의 존재를 정량하는데 유용한 기술이라는 것을 나타내는 데이타를 발표하였다. 특히, 데그루트 및 스티브 첨은 짐-스톡메이어 (Zimm-Stockmayer equation)을 사용하여 측정한 실질적으로 선형의 에틸렌 단독중합체 샘플내의 장쇄 분지의 수준이13C NMR을 이용하여 측정한 장쇄 분지의 수준과 밀접한 관계가 있다는 사실을 밝혀내었다.
또한, 데그루트 및 첨은 옥텐의 존재가 폴리에틸렌 샘플의 용액중에서의 유체역학적 부피를 변화시키지 않으며, 샘플내에 존재하는 옥텐의 몰%를 알아냄으로써 옥텐 단쇄 분지에 기인할 수 있는 분자량 증가를 계산할 수 있다는 사실을 밝혀내었다. 데그루트 및 첨은 1-옥텐 단쇄 분지에 기인할 수 있는 분자량 증가에 대한 기여도를 없앰으로써, GPC-DV법을 사용하여 실질적으로 선형의 에틸렌/옥텐 공중합체내에 존재하는 장쇄 분지의 수준을 정량할 수 있음을 알았다.
데그루트 및 첨은 또한 GPC-DV에 의해 측정했을 때 로그(Log)함수(GPC 중량평균분자량)로서의 로그 그래프( I2, 용융지수)가 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 장쇄 분지화 양태(그러나 장쇄 분지화의 범위는 아님)가 고압의 고도로 분지된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 양태와 비교가능하며 티타늄 착체와 같은 지글러 타입 촉매 및 하프늄 및 바나듐 착체와 같은 통상의 균질 촉매를 사용하여 제조한 에틸렌 중합체와 명백하게 구별됨을 나타낸다는 사실을 알았다.
실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 경우, 장쇄 분지는 중합체 주쇄내로 α- 올레핀(들)을 혼입시킬 경우에 생성되는 단쇄 분지보다 더 길다. 본 발명에 사용된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체내에 존재하는 장쇄 분지의 실험적 효과는 본원에서 기체 압출 전류측정(gas extrusion rheometry)(GER) 결과 및/또는 용융 유량(I10/I2) 증가율로 정량하여 나타낸 증가된 유동학적 특성값으로서 증명된다.
실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 동종 분지된 에틸렌 중합체이며 미국 특허 제 5,272,236 호 및 제 5,278,272 호에 개시되어 있다. 동종 분지된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 더 다우 케미칼 캄파니에서 어피너티TM(AFFINITYTM) 폴리올레핀 플라스토머로서, 또한 듀퐁 다우 엘라스토머스 제이브이(Dupont Dow Elastomers JV)에서 인게이지TM(ENGAGETM) 폴리올레핀 엘라스토머로서 시판하고 있다. 동종 분지된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 유럽 특허출원 제 416,815-A 호에 개시되어 있는 방법과 같이 구속된 기하학적 촉매의 존재하에 에틸렌과 하나 이상의 임의의 α- 올레핀 공단량체를 액상 중합, 슬러리상 중합 또는 기상 중합시켜 제조할 수 있다. 바람직하게는, 액상중합 공정을 사용하여 본 발명에 사용된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체를 제조한다.
본원에 사용된 바와 같은 "이종(heterogeneous)" 및 "이종 분지된(heterogeneously branched)"이란 용어는 에틸렌 중합체가 다양한 에틸렌:공단량체 몰비를 갖는 공중합체 분자의 혼합물을 특징으로 함을 의미한다. 이종 분지된 에틸렌 중합체는 약 30% 이하의 단쇄 분지화 분포지수(SCBDI, short chain branching distribution index)를 갖는 것을 특징으로 한다. 이종 분지된 선형 에틸렌 중합체는 더 다우 케미칼 캄파니에서 다우렉스TM(DOWLEXTM) 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 어테인TM(ATTANETM) 초저밀도 폴리에틸렌 수지로서 시판하고 있다. 이종 분지된 선형 에틸렌 중합체는 앤더슨(Anderson)등의 미국 특허 제 4,076,698 호에 개시되어 있는 바와 같은 공정을 사용하여 지글러-나타 촉매의 존재하에 에틸렌과 하나 이상의 임의의 α- 올레핀 공단량체를 액상중합, 슬러리중합 또는 기상중합시켜 제조할 수 있다. 이종 분지된 에틸렌 중합체는 전형적으로는 3.5 내지 4.1 범위의 분자량분포(Mw/Mn)를 갖는 것을 특징으로 하며, 따라서, 2가지의 조성적인 단쇄 분지 분포 및 분자량 분포로 인하여 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체와 구별된다.
본 발명에 사용되는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체와 동일한 부류가 아닐 뿐만아니라 이종 분지된 선형 에틸렌 중합체도 아니고 통상의 고도로 분지화된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 동일한 부류의 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체도 아니다. 본 발명에 유용한 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 놀라웁게도 그들 중합체가 비록 비교적 좁은 분자량 분포(MWDs, molecular weight distributions)를 가지고 있지만 탁월한 가공적성을 갖는다. 보다 놀라웁게도, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 용융 유동 비율(I10/I2)는 필수적으로 다분산도 지수(즉, 분자량분포(Mw/Mn))와 독립적으로 변화될 수 있다. 이러한 사실은 다분산도 지수가 증가함에 따라 I10/I2값이 또한 증가하도록 유동학적 특성을 갖는 통상의 이종 분지된 선형 폴리에틸렌 수지와 대비된다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 유동학적 특성은 또한 비교적 낮은 필수적으로 고정된 I10/I2비를 갖는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체와 다르다.
본 발명자들은 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체(즉, 동종 분지된 에틸렌 중합체)가 압출 피복된 카페트 배면재(carpet backing) 용도, 특히는 상업용 및 주거용 카페트 시장용으로 독특한 잇점을 제공한다. (특히 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체를 비롯한) 동종 분지된 에틸렌 중합체는 낮은 고화온도, 폴리프로필렌에 대한 양호한 접착성, 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 이종 분지된 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 이종 분지된 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE)와 같은 통상의 에틸렌 중합체에 비해 더 낮은 모듈러스를 갖는다. 따라서, 동종 분지된 에틸렌 중합체는 카페트 섬유, 제 1 배면재, 접착성 배면재 및 선택적 제 2 배면재를 제조하는데 유용하다. 그러나, 동종 분지된 에틸렌 중합체는 터프트 카페트(tufted carpet) 및 비터프트 카페트(non-tufted carpet)(예를 들면, 니들-펀칭된 카페트(needle-punched carpet))용의 접착성 배면재로서 특히 유용하며, 그중에서도 터프트 카페트용으로 특히 유용하다.
본 발명에 있어서, 카펫의 이면측에 접착성 배면재를 압출 피복하는 도중, 적절하게 선택된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체는 카페트용 얀(carpet yarn)(섬유 다발)의 양호한 투과성을 나타내며, 또한 d얀내에서 섬유와 양호하게 통합된다. 터프트 카페트 카페트용으로 사용된 경우, 카페트의 결합강도 및 내마모성은 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체가 얀내로 침투함으로써 증가된다. 바람직하게는 3.25 파운드(lb)(1.5 ㎏) 이상의 터프트 결합(tuft bind)(또는 터프트 고착(tuft lock))강도가 달성되며, 보다 바람직하게는 5 파운드(lb)(2.3 ㎏) 이상, 가장 바람직하게는 7.5 파운드(lb)(3.4 ㎏) 이상의 터프트 결합강도가 달성된다. 얀의 침투성을 향상시키는 이외에도, 중합체의 분자량을 증가시킴으로써 또한 터프트의 결합강도를 증가시킬 수도 있다. 그러나, 터프트 결합강도를 향상시키기 위해 선택된 보다 더 높은 중합체 분자량은 일반적으로 양호한 얀의 투과성 및 양호한 압출 피복성에 요구되는 낮은 중합체 분자량의 요건에 반한다. 또한, 내화학성 및 차단저항을 향상시키기 위해서는 중합체 밀도가 더 높은 것이 바람직하지만, 밀도가 더 높은 경우에 변함없이 더 강한 카페트가 얻어진다. 따라서, 중합체 특성은 압출 피복성과 내마모성사이에 뿐만아니라 내화학성과 카페트 가요성사이에 평형이 유지되도록 선택되어야 한다.
카페트 생지 제품을 적절하게 선택된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체로 이면처리하는 경우, 이러한 중합체가 낮은 가요성 모듈러스를 갖는 것이 카페트 설치가 용이하고 일반적인 카페트 취급성이 용이하다는 잇점을 제공해 준다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 특히 접착성 배면재로서 사용된 경우 다양한 카페트층 및 구성요소, 즉, 폴리프로필렌 섬유, 섬유 다발, 제 1 배면재, 접착성 배면재 및 임의로 적용된 경우의 제 2 배면재의 고화 및 박리저항을 향상시키는 폴리프로필렌에 대한 향상된 기계적 접착력을 나타낸다. 결과적으로, 예외적으로 양호한 내마모성 및 터프트 결합강도가 얻어진다. 양호한 내마모성은 일반적으로 카페트 내구성을 향상시키기 때문에 상업적인 카페트 세정작업에 있어서 양호한 내마모성은 특히 중요하다.
적절하게 선택된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 제 2 배면재를 제거가능하게 하며, 따라서 제조원가를 상당히 절감할 수 있다. 또한, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 동종 분지된된 선형 에틸렌 중합체로 접착시켜 이면처리한 카페트는 카페트의 위생학적 특성을 향상시켜 주는 실질적인 유체 및 입자 차단특성을 제공한다.
실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체 접착성 배면재는 특히 카페트가 폴리프로필렌 섬유를 포함하는 경우에 카페트 제품을 전체적으로 재순환가능하게 할 수 있다. 또한, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체와 섬유-등급 폴리프로필렌 수지와의 혼합물은 사출성형 및 기타 다른 성형에 유용할 뿐만아니라 카페트 제작시에, 예를 들면, 제 1 배면재로서 또는 접착성 배면재 중합체 조성물의 블렌드 성분으로서 재사용할 수 있는 충격 개질된 재순환 조성물을 생성시킬 수 있다. 즉, 폴리올레핀 중합체 혼합물은 일체화 융합에 충분한 유사성을 가지지 않고서도 양호한 재순환성을 허용하기에 충분히 유사한 중합체 화학적 성질, 상용성 및/또는 혼화성을 포함할 수 있다.
바람직한 동종 분지된 에틸렌 중합체는 시차주사열량계를 사용하여 측정했을 때 - 30℃ 와 150℃ 사이에서 단일의 용융 피크(melting peak)를 갖는다. 본 발명에 사용하기에 가장 바람직한 동종 분지된 에틸렌 중합체는 하기의 (a) 내지 (d)의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체이다:
(a) 용융 유동 비율, I10/I2≥5.63,
(b) 겔투과 크로마토그라피에 의해 측정하고 식 (Mw/Mn) ≤(I10/I2) - 4.63에 의해 정의되는 분자량 분포(Mw/Mn),
(c) 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체에 대한 표면 용융 분열 개시시에서의임계 전단율이 선형 에틸렌 중합체에 대한 표면 용융 분열 개시시에서의 임계 전단율보다 적어도 50% 이상 더 큰 기체 압출 유동학적 특성. 여기서, 상기 선형 에틸렌 중합체는 동종 분지된 단쇄 분지 분포를 갖고 장쇄 분지는 전혀 갖지 않으며, 상기 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 선형 에틸렌 중합체는 동시에 에틸렌 단독중합체이거나 또는 에틸렌과 C3-C20α- 올레핀과의 공중합체이고 동일한 I2및 Mw/Mn을 가지며, 상기 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 선형 에틸렌 중합체의 각각 의 임계 전단율은 동일한 용융온도에서 기체 압출식 점도계를 사용하여 측정한다.
(d) -30℃ 와 150℃ 사이의 단일의 시차 주사 열량계(DSC) 용융 피크
용융 분열 뿐만 아니라 "유동학적 가공지수(rheological processing index)"(PI)와 같은 다른 유동학적 특성과 관련된 임계 전단율은 기체 압출식 점도계(GER)를 사용하여 측정한다. 기체 압출식 점도계는 문헌[참조:M. Shida, R. N. Shroff and L. V. Cancio in Polymer Engineering Science, Vol. 17, No. 11, p. 770(1977), and "Rheometers for Molten Plastics" by John Dealy, published by Van Nostrand Reinhold Co.(1982) on pp. 97-99]에 기술되어 있다. GER 실험은 약 180。의 유입각을 갖는 0.0754㎜ 직경의 20:1 L/D 다이를 사용하여 약 250 내지 약 5500 psig(약 1.7 내지 약 37.4 MPa) 사이의 질소압하에 190℃의 온도에서 수행한다. 본원에서 사용된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 경우, PI값은 2.15 ×106dyne/㎠(2.19 ×104㎏/㎡)의 겉보기 전단응력하에서 GER을 사용하여 측정한 물질의 겉보기 점도(kpoise, 킬로포이즈)이다. 본 발명에 사용하기 위한 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 0.01 내지 50 킬로포이즈 범위, 바람직하게는 15 킬로포이즈 이하의 PI를 갖는다. 본 발명에 사용된 선형 에틸렌 중합체는 또한 각각 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 10% 범위내의 I2및 Mw/Mn 값을 갖는 선형 에틸렌 중합체(엘스톤(Elston)의 미국 특허 제 3,645,992 호에 기술되어 있는 바와 같은 지글러 중합된 중합체 또는 동종 분지된 선형 중합체)의 PI값의 70% 이하의 PI값을 갖는다.
겉보기 전단응력:겉보기 전단율 플롯을 사용하여 에틸렌 중합체의 용융 분열 현상을 확인하고 임계 전단율 및 임계 전단응력을 정량한다. 라마무티(Ramamurthy)의 문헌[Journal of Rheology, 30(2), 337-357, 1986]에 따르면, 상기 임계유량, 즉 관찰된 압출물 불규칙도는 다음의 2가지 주요 타입으로 폭넓게 분류될 수 있다: 표면 용융 분열 및 심한 용융 분열.
표면 용융 분열은 외관적으로 일정한 흐름조건하에서 나타나며, 상세하게는 반사성 필름광택의 손실에서 보다 심각한 "상어가죽(sharkskin)"의 형태까지의 범위이다. 본원에서는, 상술된 GER을 사용하여 측정하였을 때, 표면 용융 분열의 개시시(OSMF, the onset of surface melt fracture)는 압출물의 표면 조도(surface roughness)를 단지 40X 배율로만 검출할 수 있는 지점에서 압출물의 광택이 손실되기 시작하는 지점임을 특징으로 한다. 미국 특허 제 5,278,272 호에 기술되어 있는 바와 같이, 실질적으로 선형의 에틸렌 공중합체 및 단독중합체에 대한 표면 용융 분열 개시시에서의 임계 전단율은 필수적으로 동일한 I2및 Mw/Mn을 갖는 선형 에틸렌 중합체의 표면 용융 분열의 개시시에서의 임계 전단율보다 50% 이상 더 크다.
심한 용융 분열은 일정하지 않은 압출 흐름조건에서 일어나며, 상세하게는 규칙적인(달리는 조악하고 평활하고 나선형인 것등) 것에서부터 불규칙한 변형까지의 범위이다. 필름, 피복물 및 성형품의 성능 특성을 최대화시키기 위한 상업적인 만족을 위하여, 표면 결점은 최소화되어야 한다. 본 발명에 사용된, 특히 0.910 g/㏄ 보다 큰(＞0.910 g/㏄) 밀도를 갖는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체에 대한 광택 용융 분열의 개시시에서의 임계 전단응력은 4 ×106dyne/㎠ 이상이다. 표면 용융 분열의 개시시(OSMF) 및 광택 용융 분열의 개시시(OGMF)에서의 임계 전단율은 본원에서는 GER에 의해 압출된 압출물의 표면 조도 및 배열을 기본으로 하여 사용될 것이다.
본 발명에 사용된 동종 에틸렌 중합체는 단일의 DSC 용융 피이크를 특징으로 한다. 단일의 용융 피이크는 인듐 및 탈이온수를 사용하여 표준화한 시차주사열량계를 사용하여 측정한다. 상기 방법은 5 내지 7㎎ 크기의 샘플을 약 140℃로 "1차 가열(first heat)"하여 그 온도에서 4분동안 유지시키고, 10℃/분의 속도로 -30℃까지 냉각시켜 그 온도에서 3분간 유지시킨 다음, "2차 가열"을 위해 10℃/분의 속도로 150℃까지 가열한다. "2차 가열" 열량 대 온도 곡선으로부터 단일 용융 피이크를 구한다. 곡선 아래의 면적으로부터 중합체의 전체 융해열을 계산한다.
0.875 g/㏄ 내지 0.910 g/㏄의 밀도를 갖는 중합체의 경우, 단일 용융 피이크는, 장치 감도에 따라, 중합체의 전체 융해열의 12% 미만, 전형적으로는 9% 미만, 보다 전형적으로는 6% 미만을 형성하는 낮은 용융측상에서 "어깨(shoulder)" 또는 "육봉(hump)" 형상을 나타낼 수 있다. 이러한 가공물(artifact)은 이그잭트(Exact)TM수지와 같은 다른 동종 분지된 중합체의 경우에도 관찰될 수 있으며, 가공물의 용융영역을 통하여 단조롭게 변화하는 단일 용융 피이크의 슬로프를 기초로 하여 식별한다. 이러한 가공물은 단일 용융 피이크의 융점의 34℃ 범위내, 전형적으로는 27℃ 범위내, 보다 전형적으로는 20℃ 범위내에서 나타난다. 가공물에 기인할 수 있는 융해열은 열량 대 온도 곡선에서 그와 관련된 면적을 특이 적분하여 개별적으로 결세칸트 수 있다.
중합체 생성물 샘플 및 개개의 중합체 성분들은 140℃의 시스템 온도에서 동작하는 3개의 혼합 기공 컬럼(mixed porosity column)(Polymer Laboratories, 103, 104, 105및 106Å)이 장착되어 있는 워터스 150(Waters 150) 고온 크로마토그라피 장치상에서 겔투과 크로마토그라피하여 분석한다. 용매는 1,2,4-트리클로로벤젠이며, 그로부터 샘플의 3중량% 용액을 사출용으로 제조한다. 유량은 1.0mm/분이며, 사출량은 100㎕이다.
좁은 분자량분포를 가진 폴리스티렌 표준물(Polymer Laboratories 제품)을 그들의 압출부피와 함께 사용하여 분자량 측정값을 뺀다. (문헌(Williams and Ward in Journal of Polymer Science, Polymer Letters, Vol. 6, p. 621, 1968)에 기술되어 있는 바와 같이) 폴리에틸렌 및 폴리스티렌에 대한 적절한 마크-휴윈크(Mark-Houwink) 계수를 이용하여 등가의 폴리에틸렌 분자량을 측정하여 하기 수학식 1을 유도한다:
상기 식에서,
a 는 0.4316이고,
b 는 1.0이다.
중량평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은 하기 식에 따라 통상의 방법으로 계산한다: Mj=(S wi(Mi j))j. 상기 식에서, wi는 GPC 컬럼으로부터 분율 i 로 용출되는 Mi를 갖는 분자의 중량 분율이며, Mw를 계산할 경우 j는 1이고 Mn을 계산할 경우 j는 -1이다.
본 발명에 사용된 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 동종의 선형 에틸렌 중합체의 분자량 분포(Mw/Mn)는 일반적으로 약 1.8 내지 약 2.8이다.
그러나, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체는 비교적 좁은 분자량 분포를 가짐에도 불구하고 탁월한 가공적성을 갖는 것으로 알려져 있다. 동종 및 이종 분지된 선형 에틸렌 중합체와는 달리, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 용융 유량비(I10/I2)는 필수적으로 그들의 분자량 분포(Mw/Mn)를 독립적으로 변화시킬 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 동종 분지된 에틸렌 중합체는 에틸렌과 액상, 기상 또는 슬러리 중합공정에 의해 제조된 적어도 하나의 α- 올레핀의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함한다. 적합한 α- 올레핀은 일반식 CH2= CHR으로 나타난다. 이때, R은 하이드로카빌 라디칼이다. 또한, R은 1 내지 12개의 탄소원자를 갖는 하이드로카빌 라디칼일 수 있으며, 이 경우 상기 일반식은 C3-C20α- 올레핀이다. 공단량체로서 사용하기에 적합한 α- 올레핀의 예로는 프로필렌, 1-부텐, 1-이소부틸렌, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐 및 1-옥텐 뿐만 아니라 다른 유형의 공단량체, 예를 들면, 스티렌, 할로- 또는 알킬-치환된 스티렌, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 벤조사이클로부탄, 1,4-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 및 사이클로알켄, 예를 들면 사이클로펜텐, 사이클로헥센 및 사이클로옥텐을 들 수 있다. 바람직한 공단량체는 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐 또는 이들의 혼합물이며, 따라서, 고분자량 α- 올레핀으로 구성된 접착성 배면재는 특히 향상된 인성을 가질 것이다. 그러나, 가장 바람직한 공단량체는 1-옥텐이며, 에틸렌 중합체는 액상 공정으로 제조할 것이다.
실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체의 밀도는 ASTM D-792에 따라 측정했을 때 0.92 g/cc를 초과하지 않으며, 일반적으로는 약 0.85 g/cc 내지 약 0.92 g/cc, 바람직하게는 약 0.86 g/cc 내지 약 0.91 g/cc, 특히는 약 0.86 g/cc 내지 약 0.90 g/cc의 범위이다.
동종 분지된 선형 에틸렌 중합체 또는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 분자량은 편리하게는 ASTM D-1238, 조건 190℃/2.16kg(이미 "조건(E)"로 알려져 있으며, 또한 I2로도 알려져 있음)에 따라 용융지수 측정법을 이용하여 나타낸다. 용융지수는 중합체의 분자량에 반비례한다. 따라서, 서로의 관계가 선형적인 것은 아니지만, 분자량이 커지면 용융지수는 작아진다. 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체 또는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체에 대한 용융지수는 일반적으로는 약 1g/10분 내지 약 500g/10분, 바람직하게는 약 2g/10분 내지 약 300g/10분, 보다 바람직하게는 약 5g/10분 내지 약 100g/10분, 특히는 약 10g/10분 내지 약 50g/10분, 가장 바람직하게는 약 25g/10분 내지 약 35g/10분이다.
동종 분지된 선형 에틸렌 중합체 또는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 분자량을 특성화하는데 유용한 또다른 측정치는 편리하게는 ASTM D-1238, 조건 190℃/10kg(이미 "조건(N)"로 알려져 있으며, 또한 I10로도 알려져 있음)에 따른 용융지수 측정치를 이용하여 나타낸다. I10및 I2용융지수의 비란 용어는 용융 유동 비율이며, I10/I2로 명명한다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 경우, I10/I2비는 장쇄 분지도를 나타내며, 즉 I10/I2비가 높을수록 중합체내의 장쇄 분지도는 더 높다. 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체의 I10/I2비는 6.5 이상, 바람직하게는 7 이상, 특히 8 이상이다. 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체의 I10/I2비는 일반적으로 6.3 미만이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 에틸렌 중합체는 비교적 낮은 모듈러스를 갖는다. 즉, 에틸렌 중합체는 ASTM D790에 따라 측정했을 때 24,000 psi(163.3 MPa) 미만, 특히는 19,000 psi(129.3 MPa) 미만, 가장 특히는 14,000 psi(95.2 MPa) 미만의 2% 세칸트 모듈러스(2% secant modulus)를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 에틸렌 중합체는 실질적으로 무정형이거나 또는 전체적으로 무정형이다. 즉, 에틸렌 중합체는 식 [%결정화도 = Hf/292*100](여기서, Hf는 융해열(J/g)이다)을 이용하여 시차 주사 열량계로 측정했을 때 40% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 보다 바람직하게는 20% 미만, 가장 바람직하게는 10% 미만의 %결정화도를 갖는 것을 특징으로 한다.
동종 분지된 에틸렌 중합체는 단독으로 사용할 수 있거나 또는 하나 이상의 합성 또는 천연 중합체 물질과 블렌딩 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에 사용되는 동종 분지된 에틸렌 중합체와 블렌딩 또는 혼합하기에 적합한 중합체의 예로는 또다른 동종 분지된 에틸렌 중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 이종 분지된 LLDPE, 이종 분지된 ULDPE, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 그라프트 폴리에틸렌(예를 들면, 무수말레산 압출 그라프트된 이종 분지된 선형 저밀도 폴리에틸렌 또는 무수말레산 압출 그라프트된 동종 분지된 초저밀도 폴리에틸렌), 에틸렌 아크릴산 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리부틸렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 고무, 에틸렌 프로필렌 중합체, 에틸렌 스티렌 중합체, 스티렌 블록 공중합체 및 가황물(vulcanate)을 들 수 있지만 이들로 국한되는 것은 아니다.
다양한 중합체들의 실질적인 블렌딩 및 혼합은 편리하게는 본 기술분야에 알려져 있는 특정 기법, 예를 들면 용융압출 배합, 건식 블렌딩, 롤 밀링, 밴베리 혼합기내에서의 용융 혼합 및 다중 반응기 중합법에 의해 달성할 수 있지만, 이들 방법으로 국한되는 것은 아니다. 바람직한 블렌드 또는 혼합물은 동종 분지된 에틸렌 중합체 및 이종 분지된 에틸렌 α- 올레핀 공중합체(여기서, α- 올레핀은 각각의 반응기에 서로 다른 촉매 시스템이 사용되는 평행하게 또는 시리즈로 동작하는 2개의 반응기를 사용하여 제조한 C3-C8α- 올레핀이다)이다. 1995년 10월 18일 출원된 USSN 08/554,497 호 및 1994년 10월 21일 출원된 USSN 08/327,156 호에는 다중 반응기 중합법이 기술되어 있다. 그러나, 바람직한 다중 반응기 중합법은 1996년 4월 1일자로 각각 출원된 가출원인 USSN 60/014696 호 및 USSN 60/014705 호에 기술되어 있는 바와 같은 비-단열식 용액 루프 반응기(non-adiabatic solution loop reactor)를 포함한다.
현재의 라텍스 및 폴리우레탄 시스템과 유사하거나 그보다 우수한 성능을 전달하는 압출 피복가능한 카페트 배면 시스템에 대한 수지 특성, 가공조건 및 장치 배열의 범위가 밝혀졌다.
도 1 은 터프트된 카페트(10)의 예시도이다. 터프트된 카페트(10)는 그를 통하여 터프트된 얀(12)으로 이루어진 제 1 배면재(11); 상기 제 1 배면재(11)의 배면과 밀착되고, 실질적으로 얀(12)을 감싸고 있으며, 얀(12)을 통과하여 개개의 카페트 섬유를 결합시키는 접착성 배면재(13); 및 상기 접착성 배면재(13)의 배면에 적용되는 선택적 제 2 배면재(14)로 제조된다.
도 2 는 카페트(70)를 제조하기 위한 압출 피복라인(20)의 예시도이다. 상기 라인(70)은 슬롯 다이(22), 닙롤(nip roll)(24), 냉각롤(chill roll)(23), 배기 후드(26), 생지 제품 공급기 롤(28) 및 예열기(25)가 장착되어 있는 압출기(21)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 닙롤은 바람직하게는 약 60도 또는 그의 원주의 약 17% 이상으로 진공을 끌어내기 위한 진공 슬롯(vacuum slot)(29)을 구비하고 있으며 또한 진공 펌프(27)를 구비하고 있다. 슬롯 다이(22)는 반-용융 또는 용융된 중합체 웹(30) 형태의 접착성 배면재를 생지 제품(40)상으로 분배하되 중합체 웹(30)은 냉각롤(23)쪽으로, 생지 제품(40)은 임의의 진공 닙롤(24)쪽으로 분배한다. 예시된 바와 같이, 선택적 제 2 배면재(50)는 중합체 웹(30)상에 적용된다. 닙롤(24)과 냉각롤(23)이 서로 가장 근접한 지점은 닙(60)이라 지칭된다.
본 발명은 폴리프로필렌, 나일론, 울, 무명, 아크릴, 폴리에스테르 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 비롯한 다양한 물질로 제조한 표면 얀(face yarn)을 가진 카페트를 생산하는데 유용하지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 그러나, 본 발명의 목적중의 하나가 예를 들면 100% 폴리올레핀 카페트와 같은 재순환가능한 카페트를 제공하는 것이기 때문에, 가장 바람직한 얀은 폴리올레핀, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌을 포함한다. 가장 바람직하게, 본 발명에 사용된 얀은 쇼우 인더스트리즈, 인코포레이티드(Shaw Industries, Inc.)에서 제조하여 "페르마칼라(Permacolor) 2750 타입 015"라는 상품명으로 판매되는 바와 같은 에어 인탱글드(air entangled) 2750 데니어 폴리프로필렌 얀이다.
바람직한 제 1 배면재는 폴리올레핀, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌을 포함한다. 가장 바람직하게, 제 1 배면재는 아모코(AMOCO) 또는 신데틱 인더스트리즈(Synthetic Industries)에서 판매하고 있는 슬릿 필름 폴리프로필렌 시이트이다. 달리는, 또한 부직 웹과 같은 다른 유형의 제 1 배면재가 사용될 수도 있다. 제 1 배면재로 폴리에스테르 또는 폴리아미드와 같은 다른 물질이 사용될 수도 있지만, 전적으로 폴리올레핀으로부터 제조된 카페트를 제조하는 목적이 달성되도록 폴리올레핀을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전형적으로는 폴리프로필렌 제 1 배면재가 비용면에서 저가이다.
얀을 터프팅 또는 니들-펀칭하는 방법은 본 발명에 중요하지 않다. 따라서, 통상의 터프팅 또는 니들-펀칭 장치 및 스티치 패턴이 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 터프트된 얀 루프(yarn loop)가 절단되지 않은 채로 남아 루프 파일을 생성하거나; 절단되어 절단 파일을 생성하거나; 또는 절단, 부분 절단 및 절단되지 않고 팁 쉬어드(tip sheared)로서 알려진 표면 텍스쳐(face texture)를 제조하는 것은 문제가 되지 않는다.
얀을 제 1 배면재로 터프팅 또는 니들-펀칭한 후, 전형적으로는 생지 제품을 제 1 배면재의 배면측에서 바깥쪽을 향하도록 롤링하여 상기 생지 제품이 배면 라인(backing line)으로 전달될 때까지 유지시킨다.
바람직한 실시태양에서, 생지 제품을 세정하거나 세척한 다음 그 위에 접착성 배면재를 압출시킨다. 특히, 터프팅시키거나 니들-펀칭하여 카페트를 제조하는 얀은 통상 얀 제조공정에서 그위에 잔류하는 스핀-가공(spin-finish) 화학물질로서 알려져 있는 다양한 양의 가공물질, 가장 통상적으로는 오일상 또는 왁스상 화학물질을 갖는다. 제 1 배면재의 배면상에 접착성 배면재를 압출시키기 전에 모든 또는 거의 모두의 상기 가공물질을 제거하거나 탈거하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 바람직한 세정 또는 세척방법은 약 64℃ 내지 약 70℃(예를 들면, 67℃)의 세제 수용액을 함유하는 욕조에 생지 제품을 통과시키는 방법이다. 적합한 세제로는 아메리칸 에멀젼스(American Emulsions)사에서 시판하는 STA를 들 수 있지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 세제 세척공정 단계 이후에, 생지 제품을 건조시키거나 예열시킨다. 건조단계는 약 108℃ 내지 약 112℃(예를 들면, 110℃)의 온도에서 약 1.8 내지 약 2.2분(예를 들면, 2분)동안 실시한다.
또다른 바람직한 세정 또는 세척방법은 1차적으로 생지 제품의 제 1 배면재측상에 (임의로는 세제 또는 세정제를 함유하는) 주위온도의 물 또는 가열된 물을 분배한 다음, 계속해서 물과 잔류량의 가공물질을 진공 흡수하는 습윤 진공 클리너 시스템(wet vacuum cleaner system)을 사용하는 방법이다. 습윤 진공 시스템은 생지 제품의 전체 폭이 연속 압출 피복라인상에서 적어도 한번에 습윤 진공되도록 분배 및 진공 원드(wand) 또는 헤드와 적절하게 연결되어 있다. 습윤 진공 가공단계 이후에, 생지 제품을 건조시키고/시키거나 예열시키는 것이 적합하다. 이러한 습윤 진공법에 사용하기에 적합한 세제, 클리닝용액 또는 클리닝 농축액은, 예를 들면, 에틸렌 디아민 테트라아세트산 4나트륨염으로 구성된 용액과 같은 알칼리성 수용액을 포함하지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 한가지의 적합한 습윤 진공 클리너 시스템은 린세박(Rinsevac)TM카페트 클리닝 시스템이고, 한가지의 적합한 클리닝 농축액은 린세박TM프로패셔널 카페트 클리너이며, 이들은 모두 미국 인디애나주 인디애나폴리스에 소재한 블루 루스터 프로덕츠, 인코포레이티드(Blue Lustre Products, Inc.)에서 공급하고 있다.
예를 들어, 도 2 에 예시되어 있는 바와 같은 압출 피복라인에 적용할 수 있는, 가공물질을 세정 또는 세척하기 위한 본 발명의 다른 적합한 방법은 생지 제품을 증기 세정하는 방법, 승온 및/또는 진공하에서의 플래슁 및 용매 화학세척 방법이다.
또한, 가공물질로서 (통상의 유기 및 미네랄 오일보다는 차라리) 폴리올레핀 왁스를 사용하는 경우에 접착성 배면재 성능 자체를 향상시키거나 또는 세정 또는 세척 요건을 적어도 덜 손상시킬 것으로 생각된다. 그럼에도 불구하고, 당업자들은 존재하는 가공물질의 양 및 특정 유형에 따라 세정 또는 세척 요건이 변할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 예를 들어 연수 또는 탈이온수를 기본으로 하는 농축된 세척용액을 사용하는 다중 세척 및 건조 단계와 같은 보다 엄격한 세정 및 세척 기법에는 보다 많은 양의 가공물질 및/또는 고분자량 가공물질이 필요할 수 있다. 당업자들은 또한 가공물질을 효과적으로 제거하거나 탈거하기 위한 세정 및 세척요건들이 화장 또는 장식 목적으로 수행되거나 또는 느슨한 섬유, 제 1 배면재 또는 통상적으로 터프팅, 니들-펀칭 및/또는 절단 작업시에 발생되는 다른 파편을 간단하게 제거하기 위하여 수행되는 통상의 세척절차 또는 다른 세정절차보다 더 고가일 수 있다는 사실도 알 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 생지 제품은 최종 배면으로서 또는 그위에 접착성 배면재를 압출하기 전에 수성 예비-피복 물질로 피복시킨다. 이러한 분산액중의 입자는 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌(예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 또는 이들의 혼합물)와 같은 다양한 폴리올레핀 물질로부터 제조될 수 있다. 현재로는 폴리에틸렌 입자가 바람직하다. 보다 바람직하게, 폴리에틸렌 입자는 퀀텀 유에스아이 디비젼(Quantum USI Division)에서 "마이크로텐(Microthene) FN500"이란 상품명으로 판매되는 제품이다.
바람직하게, 폴리올레핀 입자는 분산액의 약 10 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 약 20 내지 50 중량%, 가장 바람직하게는 약 25 내지 33 중량%의 양으로 존재한다.
양호한 분산액이 얻어지고 또한 폴리올레핀 입자가 얀 및 제 1 배면에 침투하여 양호항 내마모성을 제공하기 위해서는 폴리올레핀 입자의 입경이 중요하다. 바람직하게, 폴리올레핀 입자의 평균 입경은 약 1 내지 약 1000 미크론, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 40 미크론이다. 상기 언급된 가장 바람직한 폴리에틸렌 입자는 약 18 내지 약 22 미크론(예를 들면, 20 미크론)의 평균 입경을 갖는다.
폴리올레핀 입자는 (ASTM D1525에 따라 측정했을 때) 바람직하게는 약 50 내지 약 100℃, 보다 바람직하게는 약 75 내지 100℃의 비캣(Vicat) 연화점을 갖는다. 상기 언급된 가장 바람직한 폴리에틸렌 입자는 약 80 내지 약 85℃(예를 들면, 83℃)의 연화점을 갖는다.
폴리프로필렌 입자가 사용된 경우, 그들은 (ASTM D-1238 조건 210/2.16에 따라 측정했을 때) 바람직하게는 약 1 내지 약 80, 가장 바람직하게는 약 60 내지 약 80의 용융유량을 갖는다. 폴리에틸렌 입자가 사용된 경우, 그들은 (ASTM D-1238 조건 190/2.16에 따라 측정했을 때) 바람직하게는 약 1 내지 약 100 g/10분, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 25 g/10분의 I2용융지수를 갖는다. 상기 언급된 가장 바람직한 폴리에틸렌 입자는 약 22 g/10분의 I2용융지수를 갖는다.
폴리올레핀 입자로는 에틸렌 아크릴산(EAA)을 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 입자와의 혼합물로 사용할 수 있다. EAA는 얀 및 제 1 배면에 대한 예비-피막의 접착력 뿐만아니라 그위에 압출된 열가소성 시이트에 대한 예비-피막의 접착력을 향상시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
수성 분산액은 바람직하게는 다른 성분들을 함유한다. 예를 들면, 계면활성제는 바람직하게는 폴리올레핀 입자를 분산시키기 위한 보조제로서 포함한다. 적합한 계면활성제는 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 플루오로 계면활성제이다. 바람직하게, 계면활성제는 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 1 중량%의 양으로 존재한다. 보다 바람직하게, 계면활성제는 음이온성 계면활성제이다. 가장 바람직하게, 계면활성제는 시바 가이기(Ciba Geigy)사에서 "이게팔(Igepal) C0430"이란 상품명으로 판매되는 계면활성제이며, 분산액의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%의 양으로 존재한다.
또한 바람직하게는, 분산액에 적절한 점도를 제공하기 위하여 증점제를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 증점제는 폴리아크릴산의 나트륨 및 암모늄염으로 이루어진 군중에서 선택된 것이며, 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 2 중량%의 양으로 존재한다. 가장 바람직하게, 증점제는 선 켐 인터내셔널( Sun Chem International)사에서 "프린트 검(Print Gum) 600"이란 상품명으로 시판하는 폴리아크릴산의 염이며, 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.8 중량%의 양으로 존재한다.
바람직하게, 브룩필드 RTV 점도계상에서 측정된 분산액의 점도는 23℃에서 측정했을 때 약 3000 cP(센티포이즈)(20 rpm, No.5 spindle) 내지 약 50,000 cP(2.5 rpm, No. 5 spindle)이다. 가장 바람직하게, 분산액의 점도는 약 10,000 cP 내지 약 20,000 cP(2.5 rpm, No. 5 spindle)이다.
또한, 분산액은 소포제를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 소포제는 비-실리콘계 소포제이며, 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량%의 양으로 존재한다. 가장 바람직하게, 소포제는 렌마 케미칼 코포레이션(LENMAR Chemical Corporation)에서 "마르폼(MARFOAM) N-24A"라는 상품명으로 판매하고 있는 소포제이며, 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량%의 양으로 존재한다.
바람직하게, 수성 분산액은 분산액을 위한 상용화제로서 작용하며 따라서 더 큰 폴리올레핀 입자를 사용할 수 있는 것으로 밝혀진 훈증 실리카와 같은 분산액 강화제를 더 포함한다. 바람직하게, 훈증 실리카는 분산액의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.2 중량%의 양으로 존재한다. 가장 바람직하게, 훈증 실리카는 데구사(DeGussa)사에서 "에어로실(Aerosil) 300"이란 상품명으로 시판되고 있는 것이다.
폴리올레핀 입자의 수성 분산액은 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 성분들을 아래의 순서에 따라 물에 첨가한다: 계면활성제, 소포제, 폴리올레핀, 증점제. 이어서, 생성된 혼합물을 균질 혼합기내에서 바람직하게는 모든 덩어리가 분산될 때까지 고전단 혼합하면서 전형적으로는 약 8 내지 약 12분(예를 들면, 10분) 동안 교반한다.
분산액은 다양한 방법으로 카페트에 도포할 수 있다. 예를 들면, 롤러식 도포기상의 롤을 사용하거나 또는 닥터 블레이드를 사용하여 분산액을 직접 도포할 수 있다. 다른 방법으로, 팬(pan) 도포기를 사용하여 분산액을 간접적으로 도포할 수도 있다. 바람직하게는, 롤러식 도포기상의 롤러를 라인속도의 약 22 내지 27%(예를 들면, 라인속도의 25%)로 회전하는 상부 롤러와 함께 사용한다.
도포된 분산액의 양 및 입자의 농도는 목적하는 공정 및 제품 파라메타에 따라 변할 수 있다. 바람직하게, 도포된 분산액의 양 및 입자의 농도는 약 4 내지 약 12 온스/yd2(OSY)(약 141.5 내지 약 424.4 ㎤/㎡) 카페트의 양으로 도포되도록 선택된다. 가장 바람직하게, 이러한 사실은 (분산액의 총 중량을 기준으로) 약 50 중량%의 폴리올레핀 입자를 함유하는 분산액을 사용하여 약 8 내지 약 10 OSY(약 283 내지 약 353.7 ㎤/㎡)의 분산액을 도포함으로써 달성된다.
분산액을 도포한 후, 제 1 배면의 배면측에 열을 가하여 분산액을 건조시키고 입자를 적어도 부분적으로 용융시킨다. 결과적으로, 루우프형의 얀이 제 1 배면에 고착된다. 바람직하게는, 생성물을 오븐에 통과시킴으로써 열을 가한다. 이러한 오븐은 바람직하게는 약 100 내지 약 150℃ 사이의 온도로 정치시키며, 오븐을 통과하는 생성물은 약 2분 내지 약 5분사이에 소비된다. 또한, 입자를 적어도 부분적으로 용융시키는 것이 목적이기 때문에, 오븐의 온도는 폴리올레핀 입자의 비캣 연화점보다 약 5 내지 약 75℃ 이상 높게 정치시킨다.
폴리올레핀 입자의 분산액으로 처리한 후, 카페트를 그대로 사용하거나, 또는 바람직하게는 거기에 추가의 배면을 적용할 수 있다. 추가의 배면은 열가소성 물질, 바람직하게는 상술된 동종 분지된 에틸렌 중합체의 압출 시이트를 사용하여 그위에 통상의 제 2 배면을 적층시키는 방법을 포함한, 상술한 바와 같은 바람직한 방법을 비롯한 다양한 방법으로 적용할 수 있다. 특히, 바람직하게는 다이를 통하여 용융된 열가소성 물질을 압출시켜 카페트와 같은 폭을 갖는 시이트를 제조한다. 용융된 압출 시이트는 제 1 카페트 배면의 배면측에 적용한다. 시이트는 용융되어 있기 때문에, 시이트는 루우프형의 얀의 형상과 일치하고 또한 제 1 배면내의 루우프에 고정될 것이다.
압출 피복 배열은 단일층 T-형 다이, 단일-?? 다이 공압출 피복, 이중-?? 다이 공압출 피복, 및 다단계 압출 피복을 포함한다. 바람직하게, 압출 피복장치는 약 4 내지 약 30 온스/yd2(OSY)(약 141.5 내지 약 1061.1 ㎤/㎡), 가장 바람직하게는 약 18 OSY(dir 636.7 ㎤/㎡) 내지 약 22 OSY(약 778.1 ㎤/㎡)(예를 들면, 약 20 OSY(약 707.4 ㎤/㎡)의 전체 피복중량이 적용되도록 배열한다.
또다른 방법으로 측정한 팽창되지 않고 접혀진 압출 피복된 접착성 배면재의 두께는 약 6 내지 약 80 밀, 바람직하게는 약 10 내지 약 60 밀(약 0.25 내지 약 1.52 mm), 보다 바람직하게는 약 15 내지 약 50 밀(약 0.38 내지 약 1.27 mm), 가장 바람직하게는 약 20 내지 약 40 밀(약 0.51 내지 약 1.02 mm)의 범위이다.
압출 공정의 라인속도는 압출시킬 특정 중합체, 사용할 압출장치, 및 적용할 중합체의 중량과 같은 인자에 좌우될 것이다. 라인속도는 바람직하게는 약 18 내지 약 250 ft/min(약 5.5 내지 약 76.2 m/min), 보다 바람직하게는 약 80 내지 약 220 ft/min(약 24.4 내지 약 67.1 m/min), 가장 바람직하게는 약 100 내지 약 200 ft/min(약 30.5 내지 약 61 m/min)이다.
압출 피복 용융온도는 압출시킬 특정 중합체에 의존한다. 상술한 바와 같은 가장 바람직한 실질적으로 선형의 폴리에틸렌을 사용하는 경우, 압출 피복 용융온도는 약 450℉(232℃) 이상, 바람직하게는 약 500℉( 약 260℃)와 동등하거나 그 이상 또는 약 450℉(약 232℃) 내지 약 650℉(약 343℃)사이, 보다 바람직하게는 약 475℉(약 246℃) 내지 약 600℉(약 316℃)사이, 가장 바람직하게는 약 500℉ 내지 약 550℉(약 269℃ 내지 약 288℃)사이이다.
바람직하게는, 각각 다른 수지를 포함하는 2개의 수지층을 압출시키며, 이때 제 1 배면재(제 1 층)의 배면측상에 직접 적용된 층은 상기 제 1 층의 배면측상에 적용된 제 2 층보다 더 높은 용융지수를 갖는다. 제 1 층이 얀을 캡슐화하고 침투하는데 좌우되기 때문에, 이러한 층은 얀의 캡슐화 및 침투를 촉진시키기에 충분히 높은 용융지수(충분히 낮은 용융점도)를 가져야만 한다. 일반적으로 얀의 캡슐화 및 침투에 좌우되지 않는 제 2 층은 카페트의 저면으로서 또는 선택적 제 2 배면재의 적용을 용이하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 2개의 층을 모두 사용하는 경우, 이들은 냉각후에 더 높은 강도를 제공하기 위해서는 더 낮은 용융지수를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 섬유 다발을 캡슐화하거나 침투하는데 좌우되지 않기 때문에, 제 2 층에는 보다 저급 및/또는 덜 타이트하게 조절된 특성을 갖는 수지를 사용할 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 제 2 층은 재순환 공급원료이다.
또한, 제 1 및 제 2 층은 서로 다른 중합체 또는 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 층은, 이들로 국한되는 것은 아니지만, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌 아크릴산 공중합체 또는 말레산 무수물/에틸렌 중합체 그라프트 공중합체( 바람직하게는, 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체/말레산 무수물 압출 그라프트 공중합체 또는 고밀도 폴리에틸렌/말레산 무수물 압출 그라프트 공중합체)와 같은 (첨가제로서 또는 전층의 조성물로서의) 접착성 중합체로 구성될 수 있으며, 제 2 층은 동종 분지된 에틸렌 중합체, 저밀도 폴리에틸렌 또는 초저밀도 폴리에틸렌과 같은 비극성 중합체로 구성될 수 있다. 달리는, 제 1 층이 비극성 중합체로 구성되고, 제 2 층이 접착성 중합체로 구성될 수 있다.
바람직하게, 제 1 층은 약 30 내지 약 175 g/10분의 I2용융지수를 가지며, 제 2 층은 약 1 내지 약 70 g/10분의 I2용융지수를 갖는다. 가장 바람직하게, 제 1 층은 약 30 내지 약 70 g/10분의 I2용융지수를 가지며, 제 2 층은 약 10 내지 약 30 g/10분의 I2용융지수를 갖는다.
또한, 카페트에 적용된 수지의 두께 또는 중량 이상으로 조절된 값을 갖도록 단일 중합체 조성물로 이루어진 2개의 층을 압출시키는 것이 바람직하다. 다른 실시태양에서는, 제 1 배면재의 배면측상에 3개 이상의 수지층을 압출시켜 훨씬 더 많은 피복중량을 달성하고/하거나 적용된 제 1 층과 제 2 층 사이에서 보다 점진적인 전달층을 얻을 수 있다. 바람직하게는, 이중 ?? 다이를 사용하여 2개의 층을 적용한다. 다른 방법으로, 2가지 이상의 압출 스테이션 또는 단일 ?? 공압출 다이를 사용하여 이러한 2개 이상의 층을 적용할 수도 있다.
본 발명의 또다른 양태는 개질된 동종 분지된 에틸렌 중합체를 사용하는 것이다. 특히, 본 발명의 특정 양태에 있어서, 적어도 하나의 접착성 중합체 첨가제를 첨가하여 접착성 배면재, 제 1 배면재 또는 얀, 바람직하게는 접착성 배면재로서 사용된 적어도 하나의 동종 분지된 에틸렌 중합체를 개질시킨다. 적합한 접착성 중합체 첨가제로는 (1) 하나 이상의 에틸렌계 불포화 카복실산, 무수물, 알킬 에스테르 및 반(half) 에스테르, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 말레산 무수물, 이타콘산, 푸마르산, 크로톤산 및 시트라콘산, 시트라콘산 무수물, 숙신산, 숙신산 무수물, 메틸 수소 말리에이트, 및 에틸 수소 말리에이트; 에틸렌계 불포화 카복실산의 에스테르, 예를 들면, 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 및 메틸 푸마레이트; 카복실산의 불포화 에스테르, 예를 들면, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 및 비닐 벤조에이트; 및 에틸렌계 불포화 아미드 및 니트릴, 예를 들면, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 푸마로니트릴; 및 (2) 지방족 α-올레핀 단량체와 같은 하나 이상의 에틸렌계 불포화 탄화수소 단량체, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1 및 이소부텐; 공액 디엔, 예를 들면, 부타디엔 및 이소프렌; 및 모노비닐리덴 방향족 카보사이클릭 단량체, 예를 들면, 스티렌, α- 메틸스티렌, 톨루엔, 및 t-부틸스티렌으로 이루어진 중합체 생성물이 포함된다. 적합한 접착성 중합체 첨가제는 예를 들면 공중합 또는 중합공정에 이어 화학적 또는 압출 그라프트 공정을 수행하는 공지된 기법으로 편리하게 제조할 수 있다. 적합한 그라프트화 기법이 미국 특허 제 4,762,890 호; 제 4,927,888 호; 제 4,230,830 호; 제 3,873,643 호; 및 제 3,882,194 호에 기술되어 있다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 접착성 중합체 첨가제는 말레산 무수물이 에틸렌 중합체상에 약 0.1 내지 약 5.0 중량%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 중량%의 농도로 그라프트된 말레산 무수물 그라프트 공중합체이다. 본 발명에서 에틸렌 중합체/말레산 무수물 그라프트 공중합체를 접착성 중합체 첨가제로서 사용하면, 이들로 국한되는 것은 아니지만, 나일론 및 폴리에스테르 대향 카페트와 같은 특히 극성 중합체용의 접착성 배면재로서의 압출 피복된 동종 분지된 에틸렌 중합체의 성능 및 작업 윈도우를 상당히 향상시킨다. 이러한 개선은 실질적으로 상당히 비교되는 내마모성 및 터프트 결합강도를 포함한다. 그라프트 중합체가 카페트 구조물에 존재하는 불연속 계면에 반대되는 연속 기재가 있는 필름 및 피막용 중간층 접착제로서의 성능 및 기능을 향상시키기 위하여 연장된 용융 또는 반-용융 접촉시간을 필요로 하는 것으로 일반적으로 알려져 있다는 점에서 본 발명에서의 개선은 놀라운 일이었다.
그라프트된 호스트 중합체로서 사용하기에 바람직한 에틸렌 중합체는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 이종 분지된 성형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체 및 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체이다. 바람직한 호스트 에틸렌 중합체는 0.915 g/cc 이상, 가장 바람직하게는 0.92 g/cc 이상의 중합체 밀도를 갖는다. 바람직한 호스트 에틸렌 중합체는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체 및 고밀도 폴리에틸렌이다.
본 발명의 이러한 양태에 있어서, 접착성 중합체 첨가제는 중합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 30 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 약 20 중량%, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 15 중량% 범위의 농도로 동종 분지된 에틸렌 중합체에 첨가한다. 바람직한 에틸렌 중합체 말레산 무수물 그라프트 공중합체의 경우, 중합체의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 0.5 중량%, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2 중량% 범위의 농도의 말레산 무수물의 최종 농도가 제공되도록 첨가하여야만 한다.
예열기와 같은 보조장치가 사용될 수도 있다. 특히, 대류식 오븐 또는 적외선 패널과 같은 히터를 사용하여 생지 제품의 이면을 가열한 다음 상기 생지 제품상에 접착성 배면재를 압출시킬 수 있다. 이렇게 하는 경우, 얀 다발의 캡슐화 및 침투성이 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게, 예열기는 약 200 내지 약 1500℃로 정치된 적외선 유닛이며, 생지 제품은 약 3 내지 약 30초동안 이러한 가열에 노출시킨다. 가장 바람직하게, 히터는 약 1000℃로 정치시키고, 이러한 가열에 생지 제품을 약 5 내지 약 7초(예를 들면, 약 6초)동안 노출시킨다.
예열 이외에 또는 예열에 대한 대용물로서, 본 발명의 공정에서는 또한 후-가열 침지공정 단계를 이용하여 접착성 배면재에 대한 용융시간을 연장시킴으로써 접착성 배면재에 의한 얀 또는 섬유의 캡슐화 및 침투성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 생지 제품에 접착성 배면재를 적용시킨 후, 대류식 오븐 또는 적외선 복사선을 사용하여 약 200 내지 약 1500℃ 사이의 온도에서 약 3 내지 30초 동안, 가장 바람직하게는 1000℃에서 약 5 내지 약 7초(예를 들면, 약 6초)동안 가열한다.
또다른 종류의 보조장치 또는 임의의 장치로서, 진공 닙 롤을 사용하여 생지 제품상의 접착성 배면재 압출물(즉, 반-용융 또는 용융 중합체 웹)을 흡수할 수 있다. 적절히 배열된 압출 피복 작업에서, 생지 제품의 파일 대향면을 진공 닙 롤을 향하도록 위치시키고, 생지 제품의 제 1 배면재의 배면상에서 중합체 웹을 흡수시킨다. 접착성 배면재 웹을 진공 흡수하는데는 (도 2 에 예시되어 있고, 블랙 클라우슨 코포레이션(Black Clawson Corporation)에서 시판하는) 진공 닙 롤이 적합하다. 진공 닙 롤(24)은 통상의 닙 롤과 연결시킬 수 있으며, 이 경우에는 롤의 중공 내부의 일부를 분할하고 건조시킨 다음 외부 진공 펌프(27)에 결합시켜 진공 표면을 제공한다. 진공부의 표면은 관통되어 있지만, 평평하고 롤의 나머지 면과 연속되어 있다. 적합한 진공 롤은 완전한 360도 진공 표면을 가질 수 있지만, 약 10 내지 약 180도의 진공 표면을 갖는 것이 바람직하며, 약 60도의 진공 표면을 갖는 것이 가장 바람직하다. 생지 제품상의 접착성 배면재 웹을 효과적으로 흡수하고 얀 또는 섬유 다발의 침투를 최대화시키기 위하여, 진공을 15 inH2O(3.7 Pa) 이상, 바람직하게는 25 inH2O(6.1 Pa) 또는 그이상, 보다 바람직하게는 40 inH2O(9.8 Pa) 또는 그이상으로 정치시키거나, 또는 약 15 내지 약 50 inH2O( 약 3.7 내지 약 12.3 Pa), 바람직하게는 약 20 내지 약 45 inH2O( 약 4.9 내지 약 11.1 Pa)로 정치시킨다.
생지 제품을 진공에서 유지시키는 시간의 길이는 주로 압출 피복 라인속도에 좌우될 것이며, 접착성 배면재에 대한 흡수범위는 생지 제품의 진공도 및 다공도에 크게 좌우될 것이다. 따라서, 더 높은 압출 피복 라인속도에 대해서는 더 높은 진공도가 필요할 것이며 접착성 배면재를 효과적으로 흡수하기 위해서는 보다 높은 밀도를 갖는 생지 제품이 요구될 것이다.
진공 닙 롤이외에 또는 그의 대체품으로, 에어 블레이드(air blade) 또는 나이프와 같은 고 양압 공기 장치(high pressure positive air device)를 또한 사용하여 제 1 배면재의 배면상에서의 접착성 배면재 웹을 강제할 수도 있다. 바람직하게는, 양압 공기 장치를 설치하여 20 psi(0.14 MPa) 또는 그 이상, 바람직하게는 40 psi(0.27 MPa) 또는 그 이상, 보다 바람직하게는 60 psi(0.41 MPa) 또는 그 이상의 공압을 제공하거나, 또는 약 20 내지 약 120 psi(약 0.14 내지 약 0.82 MPa), 가장 바람직하게는 약 30 내지 약 80 psi(약 0.20 내지 약 0.54 MPa)의 공압을 제공한다. 바람직하게, 포지형 공압 장치는 압출 피복 닙에 위치하여 중합체 웹의 전체 폭을 가로질러 연장하며, 냉각 롤을 향하여 중합체 웹의 이면에 위치함으로써 생지 제품상의 중합체 웹을 강제하여 얀 또는 섬유 다발내로 중합체 웹을 가압한다.
압출된 중합체(들)은 그대로 사용할 수 있거나, 또는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 바람직한 첨가제는 무기 충전제이며, 열 함량이 높은 무기 충전제가 보다 바람직하다. 이러한 충전제의 실례로 탄산칼슘, 알루미늄 삼수화물, 활석, 중정석을 들 수 있지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 본 발명에서는 고 열함량 충전제가 유리한 것으로 보여지는데, 그 이유는 이러한 충전제가 승온에서 압출물을 더 오랜시간동안 유지시켜 주어 향상된 캡슐화 및 침투성을 제공해주기 때문이다. 즉, 통상적으로는 충전제를 단지 부피를 증가시키기 위하여(즉, 증량제로서) 카페트 배면재에 첨가하거나 또는 절연특성 및 방음특성을 부여하기 위하여 첨가한다. 그러나, 본 발명자들은 고열함량을 가진 무기 미네랄 충전제가 놀라웁게도 압출 피복된 카페트 샘플의 내마모성 및 터프트 결합강도와 같은 성능을 실제로 향상시키는 얀 캡슐화 및 침투성을 향상시킨다는 사실을 밝혀내었다.
고열함량 충전제는 압출물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 1 내지 약 75 중량%, 보다 바람직하게는 약 15 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 20 내지 50 중량%의 수준으로 첨가한다. 이러한 충전제는 0.4 cal-cc/℃(1.8 J-cc/℃) 또는 그 이상, 바람직하게는 0.5 cal-cc/℃(2 J-㎤/℃) 또는 그 이상, 보다 바람직하게는 0.6 cal-cc/℃(2.5 J-㎤/℃) 또는 그 이상, 가장 바람직하게는 약 0.7 cal-cc/℃(2 J-㎤/℃) 또는 그 이상의 특이한 열함량을 갖는다. 본 발명에 사용하기 위한 고 열함량 충전제의 대표적인 실례로 석회암(주로 CaCO3), 대리석, 석영, 실리카 및 중정석( 주로 BaSO4)이 포함되지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 고 열함량 충전제는 압출 피복 용융 스트림내로 편리하게 혼입시킬 수 있는 크기로 분쇄되거나 침전되어야 한다. 적합한 입경은 약 1 내지 약 50 미크론의 범위이다.
카페트상에 발포 배면이 필요한 경우, 접착성 배면재 및/또는 선택적 제 2 배면재에 발포제(blowing agent)를 첨가할 수 있다. 사용된 경우, 발포제는 바람직하게는 아조디카본아미드, 톨루엔 설포닐 세미카브아지드 및 옥시 비스(벤젠 설포닐) 하이드라지드와 같은 통상의 가열 활성화된 발포제이다. 발포제의 첨가량은 의도된 발포도에 의존한다. 전형적인 발포제의 농도는 약 0.1 내지 약 1.0 중량%이다.
본 발명에 있어서의 내부파열(implosion)은 내부파열제를 활성화시키는 동안 제 1 배면재와 반대방향으로의 접착성 배면제의 팽창을 제한하여 용융 중합체를 얀 또는 섬유 다발의 내부 및 자유 공간내로 강제시킴으로써 달성한다. 내부파열된 접착성 배면재는 (발포된 배면과 비교하여) 접혀진 팽창되지 않은 매트릭스를 가질 것이며, 필수적으로 (제 1 배면재의 배면의 평면으로부터 측정했을 때) 내부파열제를 사용하지 않은 경우와 동일한 두께를 가질 것이다. 즉, 접착성 배면재 층은 내부파열제에 의해 팽창되지 않은 것을 특징으로 한다.
내부파열제를 선택하여 접착성 배면재내에서 배합하며, 접착성 배면재가 아직도 반-용융 또는 용융된 상태에 있는 동안 닙과 동시에 내부파열제의 활성화가 야기되도록 압출조건을 설정한다. 내부파열제를 사용하여 얀 침투성을 향상시키는 동시에, 카페트는 비교가능하게 향상된 내마모성을 나타낼 것이다. 따라서, 내부파열제를 사용하면 저분자량을 갖는 중합체 조성물을 사용해서도 아직도 더 높은 내마모성을 유지하는(즉, 고분자량 중합체 조성물을 기본으로 하는 접착성 배면재와 비교가능한) 향상된 압출 피복능을 제공할 수 있다. 내부파열제의 효과량은 접착성 배면재의 중량을 기본으로 약 0.1 내지 약 1.0 중량%이다.
본 발명에서는 통상의 발포제 또는 발포제로서 통상 작용하는 특정의 물질을 내부파열제로서 사용할 수 있지만, 단 용융된 중합체가 얀 또는 섬유 다발의 내부 및 자유 공간내로 강제되고 내부파열제를 사용한 결과로 접착성 배면재의 실질적인 팽창이 전혀 없도록 상기 물질이 활성화된 경우에 접착성 배면재의 팽창은 적절히 제한되거나 한정된다. 그러나 바람직하게는, 내부파열된 접착성 배면재는 50X 배율의 현미경 사진으로 편리하게 확인할 수 있는 밀폐된 셀 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
접착성 배면재는 또한 다른 첨가제를 그들이 본 출원인에 의해 발견된 향상된 물성을 방해하지 않는 범위까지 포함할 수 있다. 예를 들면, 장애 페놀, 장애 아민 및 아인산염과 같은 산화방지제가 사용될 수 있다. 적합한 산화방지제는 시바-가이기사에서 시판하는 장애 페놀인 이가녹스R(IrganoxR) 1010 및 시바-가이기사에서 시판하는 아인산염인 이가포스R(IrgafosR) 168 이다. 기타의 가능한 첨가제는 예를 들면 블록방지용 첨가제, 안료 및 착색제, 대전방지제, (4급 암모늄염과 같은)항미생물제 및 (지방산 아미드와 같은) 냉각롤 이형 첨가제이다.
상기 언급되고 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카페트는 또한 바람직하게는 제 2 배면재를 포함한다. 바람직하게, 제 2 배면재는 압출 피복후 압출물이 아직 용융된 상태로 유지되는 동안 압출된 층(들)에 직접 적층시킨다. 이러한 기술은 제 1 배면내로의 압출 피복물의 침투를 향상시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
다른 방법으로, 후속 단계에서 압출된 층의 최외곽의 적어도 일부를 재가열하고/하거나 재용융시키거나 또는 적어도 2개의 건조된 압출기를 사용하는 공압출 기술을 사용하여 제 2 배면재를 적층시킬 수도 있다. 또한, 접착성 배면재와 제 2 배면재 사이에 중합체성 접착물질의 층을 삽입시키는 것과 같은 몇가지 다른 수단을 통하여 제 2 배면재를 적층시킬 수도 있다. 적합한 중합체성 접착물질의 예로는 에틸렌 아크릴산(EAA) 공중합체, 이오노머 및 말레산 무수물 그라프트된 폴리에틸렌 조성물을 들 수 있지만, 이들로 국한되는 것은 아니다.
제 2 배면재용 물질은 아모코(AMOCO)사에서 액션 백R(Action BacR)이란 상품명으로 시판하고 있는 폴리프로필렌 패브릭 직물과 같은 통상의 물질이다. 이러한 물질은 일방향으로 폴리프로필렌 모노필라멘트가 연속되고 다른 방향으로는 폴리프로필렌 얀이 연속되는 리노우 직물(leno weave)이다. 보다 바람직하게, 본 발명에 사용된 제 2 배면재는 양방향으로 모노필라멘트가 연속되는 폴리프로필렌 직물이다. 이러한 물질의 적합한 실례를 아모코사에서 스타일(Style) 3878 이란 상품명으로 시판되고 있다. 이러한 물질은 2 OSY(70.7 ㎤/㎡)의 기본 중량을 갖는다. 양방향으로 모노필라멘트가 연속되는 이러한 물질은 카페트에 대해 향상된 치수 안정성을 제공하는데 유리한 것으로 밝혀졌다.
다른 바람직한 실시태양에 있어서, 제 2 배면재는 섬유 록 직물(fiber lock weave) 또는 "FLW"로서 알려진 물질이다. FLW는 그것의 안쪽으로 니들-펀칭된 섬유를 포함하는 직물이다. 때로, FLW는 적은 파일 중량을 가진 카페트상의 제 1 배면재로서 사용된다. 이러한 카페트에서, 제 1 배면재가 파일을 통하여 나타나지 못하도록 섬유가 파일측상에 돌출된다. 그러나, 이러한 다른 바람직한 실시태양에서, FLW는 니들-펀칭된 섬유가 카페트에서 멀리 떨어져 돌출되어 있는 제 2 배면재로서 사용된다. 이렇게 하므로써 도포-접착식 접착제(glue-down adhesive)를 사용하여 설치했을 경우 카페트의 접착력을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 특히, 도포-접착식 접착제와 접촉되는 표면적이 증가되고, 돌출 섬유는 카페트 배면을 도포-접착식 접착제에 고정시켜 준다.
달리, 제 2 배면재는 부직물일 수 있다. 방사-결합, 웨트-레이드(wet-laid), 용융-취입 및 에어 인탱글된 몇가지 유형의 직물이 시판되고 있지만, 이들로 국한되는 것은 아니다. 상기 언급된 바와 같이, 제 2 배면을 폴리올레핀으로부터 제조하여 재순환을 촉진시키는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시태양에 있어서, 부직물은 돈 앤드 로우 넌-우븐스(Don ＆ Low Non-wovens)사에서 "달텍스(Daltex)"란 상품명으로 시판하고 있는 방사-결합된 폴리프로필렌 직물이다. 전형적으로, 방사-결합 직물은 함께 짠 다음 예를 들면 가열된 캘린더 롤을 사용하여 포인트 결합(point bond)시킨 압출되고 에어-발포성형된 중합체 필라멘트로 제조한다. 이러한 방사-결합된 제 2 배면의 기본 중량은 바람직하게는 35 내지 80 g/㎡(gsm, grams/㎡), 보다 바람직하게는 60 내지 80 gsm으로 다양할 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 제 2 배면의 기본 중량은 77 내지 83 gsm(예를 들면, 80 gsm)이다. 방사-결합된 직물에 대한 더 높은 기본 중량을 선호하는 한가지 인자는 용융 압출된 배면과 접촉하게될 경우에 더 높은 기본 중량의 직물이 덜 용융될 것이라는 사실이다.
방사-결합된 부직물이 본 발명에서 제 2 배면재로 사용하기에 유리한 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는 상기 직물의 공극이 카페트를 바닥에 접착시키기 위한 카페트의 표면적을 증가시키기 때문이다.
또다른 바람직한 실시태양에 있어서, 제 2 배면재는 그의 일측상에서 니들-펀칭된 2 OSY(70.7 ㎤/㎡)의 폴리프로필렌 섬유를 갖도록 강화된, 아모코사에서 시판하는 Action BacR과 같은 폴리프로필렌 직물이다. 이러한 니들 펀칭된 직물은 접착성 배면재 층내에 폴리프로필렌 섬유가 매립되도록 적층시킨다. 결과적으로, 폴리프로필렌 직물의 스트랜드가 노출된다. 니들 펀칭된 섬유가 없는 경우 폴리프로필렌 직물의 스트랜드가 적어도 부분적으로 접착성 배면층내에 매립되기 때문에, 이러한 실시태양은 니들 펀칭된 섬유가 없는 실시태양에 비해 향상된 도포-접착 특성을 갖는 것으로 나타났다. 이와 같이, 접착 표면적은 감소한다. 또한, 이러한 실시태양에서 제조된 카페트의 배면은 통상의 라텍스 배면 카페트에서 밝혀진 것보다 훨씬 덜 마모되었다. 이러한 카페트는 또한 통상의 라텍스 배면 카페트보다 더 유연하다. 결과적으로, 본 실시태양은 융단등을 제조하는데 바람직하다.
또다른 물질을 제 2 배면에 사용할 수 있다. 예를 들면, 일체형 패드가 필요한 경우, 카페트의 배면측에 폴리우레탄 포움 또는 기타의 다른 쿠션재료를 적층시킬 수 있다. 이러한 배면재는 폭넓게 짠 카페트 뿐만아니라 카페트 타일에 사용될 수 있다.
본원에 기술된 압출 배면 카페트 구조 및 방법은 카페트 타일을 제조하는데 특히 적합하다. 도 6 은 본 발명에 따라 제조된 카페트 타일(100)의 단면을 나타낸다. 바람직하게는 폴리프로필렌으로 제조된 얀(103)은 또한 바람직하게는 폴리프로필렌으로 제조된 제 1 배면내에서 터프트되어 제 1 배면(101)의 상부에는 카페트 파일면(104)가 남고 제 1 배면 아래에는 배면 스티치(105)가 남는다. 제 1 배면(101) 및 배면 스티치(105)의 배면에 적용된 것은 접착층(107)이다. 바람직하게, 이러한 접착층은 폴리올레핀으로 제조한다. 보다 바람직하게, 접착층은 상기에서 상세히 기술한 에틸렌 중합체로 제조한다. 가장 바람직하게, 접착층(107)은 아래의 실시예 194에 기술된 첨가제를 함유하는 실질적으로 선형의 에틸렌 중합체로 제조한다.
카페트 타일의 바람직한 실시태양에서, 카페트는 약 5 내지 약 200 OSY(약 176.8 내지 약 7,074 ㎤/㎡)의 압출된 접착성 배면재를 포함한다. 보다 바람직하게, 타일용 카페트는 약 30 내지 약 80 OSY(약 1,061 내지 약 2,830 ㎤/㎡), 가장 바람직하게는 약 50 OSY(약 1,768 ㎤/㎡)의 압출된 접착성 배면재를 포함한다.
바람직하게는, 카페트 타일용 카페트는 2층의 압출된 배면재를 적용하기위해 2가지 경로로 그의 압출된 배면재를 수용한다. 제 1 경로는 도 6에서 층(107)을 가한다. 바람직하게는 이 층(107)은 약 2.5 내지 약 100 OSY(약 88.4 내지 약 3,537㎤/㎡), 보다 바람직하게는 약 15 내지 약 40OSY(약 530.5 내지 약 1,415㎤/㎡), 가장 바람직하게는 25OSY(884㎤/㎡)의 압출된 중합체이다. 제 2 경로는 층(111)을 추가한다. 바람직하게는 제 2 층(111)은 약 2.5 내지 약 100 OSY(약 88.4 내지 약 3,537㎤/㎡), 보다 바람직하게는 약 15 내지 약 40OSY(약 530.5 내지 약 1,415㎤/㎡), 가장 바람직하게는 25OSY(884㎤/㎡)이다.
두가지 경로로 압출된 배면재를 가하는 것은 상이한 물리적 및/또는 화학적 성질을 갖는 제 1 및 제 2 층을 적용하는 기회를 허용한다. 상기 언급된 바와 같이, 종종 인접한 제 1 배면재에 더 높은 용융 지수를 갖는 중합체 및 그의 아래에 더 낮은 용융 지수의 중합체를 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 배면재의 다음의 층에 더 낮은 충전제 함량을 갖는 압출물 및 그의 아래 층에 더 높은 충전제 함량을 갖는 압출물을 이용할 수 있다. 한 바람직한 양태에서는, 제 1 배면재의 다음 층은 30중량%의 충전제 부하량을 포함하고 그 아래 층은 60중량%의 충전제 부하량을 포함한다. 더 낮은 충전제 함량은 압출물에 의한 카페트에서의 제 1 배면재 및 배면 스티치의 더 우수한 투과를 제공하는 것으로 생각된다.
카페트 타일을 제조할 때, 압출물 배면재의 제 1 및 제 2 층 사이에 강화 물질의 층(109)을 삽입하는 것이 바람직하다. 카페트 타일의 중요한 성질은 치수 안정성, 즉 시간이 경과하는 동안 타일이 그의 크기 및 평평함을 유지하는 능력이다. 강화 물질의 이 층의 포함은 이 바람직한 양태에 따라 제조된 카페트 타일의 치수 안정성을 개선시키는 것으로 발견되었다. 적합한 강화 물질은 부직 또는 습윤 적층된 유리 섬유 스크림, 및 또한 직조 및 부직 열가소성 패브릭(예를 들면 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에스테르)과 같은 치수적 및 열적으로 안정한 패브릭을 포함한다. 가장 바람직하게는 강화 층은 3.5OSY(124㎤/㎡)의 기저 중량을 갖는 "티파(Typar)"로 리메이(Reemay)에서 시판하는 폴리프로필렌 부직 패브릭이다. 다르게는 바람직한 강화 층은 1.4OSY(49.5㎤/㎡)의 기저 중량을 갖는 "울트라-매트(Ultra-mat)"로서 ELK 코포레이션에서 시판하는 유리섬유 스크림이다.
카페트 타일은 압출된 배면재(111)의 제 2 층의 아래의 제 2 배면재 패브릭(113)을 포함할 수 있다. 제 2 배면재 패브릭용으로 적합한 물질은 상기 개시된 것들을 포함한다. 그러나, 카페트 타일상에 제 2 배면재 패브릭을 포함하는 것은 현재 바람직하지않다.
도 7은 도식적으로 본 발명에 따른 카페트 타일을 제조하기위한 바람직한 라인(120)을 나타낸다. 일정 길이의 생지 제품(121), 즉 제 1 배면재로 터프트된 얀을 롤(123)에서 푼다. 생지 제품(121)은 제 1 배면재가 롤러(123)를 향한채로 롤러(125) 및 (127)을 통과한다. 상기 개시된 바와 같이 예열기(129)가 롤러(125)와 (127)사이에 있다.
중합성 배면재의 시이트(135)를 다이(133)를 통해 롤러(127)와 닙롤(141)사이의 지점에서 생지의 이면에 압출하도록 압출기(131)가 탑재된다. 시이트(135)가 생지 제품과 접촉하는 정확한 위치는 라인 속도, 및 닙 롤(141)과 냉각 롤(143)사이를 통과하기전에 생지 제품상에 용융된 중합체가 위치하기에 바람직한 시간에 따라 변화될 수 있다. 현재에는, 생지 제품상에 위치하도록 닙 롤(141)과 냉각 롤(143) 사이를 통과하기전에 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 초, 가장 바람직하게는 약 1초동안 시이트(135)가 생지 제품과 접촉하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 개시된 양태에서는, 닙 롤(141)의 직전의 지점에서 냉각 롤(143)과 접촉되도록 부직 폴리프로필렌(139)의 스크림이 롤(137)로부터 공급된다. 결과적으로, 마무리된 카페트 타일에서 강화 패브릭으로서 작용하는 스크림(139)은 중합체를 통해 생지 제품으로 적층된다.
닙 롤(141)과 냉각 롤(143)사이의 압력은 압출된 시이트를 미는데 바람직한 힘에 따라 변화될 수 있다. 가장 바람직하게는 롤을 함께 미는 60psi(0.41MPa)의 공기 압력이 있다. 또한, 도 2와 연관해서 개시된 바와 같이, 닙 롤에 진공 슬롯이 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 가압된 공기의 제트가 또한 압출된 시이트를 카페트 이면으로 미는데 이용될 수 있다.
냉각 롤(143)의 크기 및 카페트가 이에 대해 감기는 시간의 길이는 공정에서 바람직한 냉각 수준에 따라 변화될 수 있다. 바람직하게는 냉각 롤(143)은 단순히 주위 공기를 이를 통해 통과시킴으로써 냉각된다.
냉각 롤(143)상으로 통과시킨 후에, 카페트는 카페트 파일이 롤러를 향하도록 롤러(145) 및 (147)상으로 이동될 수 있다. 제 2 압출기(149)는 중합체의 시이트(153)를 그의 다이(151)를 통해 스크림(139)의 이면으로 압출한다. 다시 한 번, 압출된 시이트(153)가 스크림(139)과 접촉하는 지점은 상기 개시된 바와 같이 변화될 수 있다.
이 지점에서 제 2 배면재 패브릭이 카페트 타일에 바람직하다면, 그 패브릭은 닙 롤(155)과 냉각 롤(153)사이를 통과함에 따라 압출된 시이트(153)를 통해 카페트로 적층되도록 접촉하도록 (137)에서 도시된 것과 유사한 롤로부터 도입될 수 있다. 이런 제 2 배면재 패브릭은 카페트 타일 구조의 경우 현재에는 바람직하지않다.
카페트는 닙 롤(155)과 냉각 롤(157)사이를 통과한다. 다시 한 번, 두 개의 롤(155) 및 (157)사이에 가해지는 압력은 변화될 수 있다. 현재에는, 60psi(0.41MPa)의 공기압이 바람직하게는 닙 롤(155)에 대해 가해진다.
냉각 롤(157) 둘레를 통과한 후, 카페트는 롤(159)을 돌아 통과하고 바람직하게는 카페트의 이면상에 바람직한 패턴을 날염하기위해 엠보싱 롤(도시되지않음) 상으로 통과된다.
도 7에 도시된 장치가 사이에 압출된 배면재 및 강화 패브릭의 2층을 갖는 카페트 타일을 제조하기위해 바람직하지만, 단일 압출 다이, 닙 롤 및 냉각 롤을 이용하여 동일한 구조가 제조될 수 있다. 특히, 압출된 배면재 및 강화 패브릭의 제 1 층이 라인을 통한 제 1 경로에서 적용된 후 카페트가 감길 수 있다. 압출된 배면재의 제 2 층이 동일한 라인을 통한 제 2 경로에서 강화 패브릭의 상부에 가해진후, 카페트가 카페트 타일로 절단될 수 있다.
카페트 타일은 전형적으로 안을 댄 카페트의 길이를 생성함으로서 제조된 후 카페트를 적절한 크기의 사각형으로 절단함으로써 제조된다. 미국에서는 가장 통상적인 크기는 18인치(45.7cm) 사각형이다. 나머지 지역에서는 가장 통상적인 크기는 50cm 사각형이다.
또다른 양태에서는, 감압성 접착제가 안을 댄 카페트의 바닥 표면에 도포되고 릴리이즈 시이트가 포함된다. 이 방식으로 "벗겨서 붙이는" 카페트가 생산된다. 카페트가 타일로 절단되는 경우 이는 특히 유리하다. 적합한 감압성 접착제의 예는 점착제 및 중합성 왁스와 배합된 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 및 실질적으로 선형 에틸렌 중합체를 포함한다. 릴리이즈 시이트는 통상적인 중합체 및/또는 종이 제품으로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 릴리이즈 시이트는 폴리에스테르/왁스 배합물로 제조된다.
감압성 접착제는 가장 좋게는 접착성 배면재에 직접 도포되었지만, 접착성 배면재는 여전히 압출 피복 공정으로부터의 승온에 있다. 바람직한 기술은 감압성 배면재와 함께 감압성 접착제를 압출 적층시키는 것이고, 즉, 감압성 접착제를 닙에 도포하는 것이다. 다르게는 접착성 배면재는 감압성 접착제가 도포되기전에 재가열될 수 있다.
선택적인 제 2 배면재를 배제하는 본 발명의 다른 바람직한 양태는 2층 접착제 배면재의 제 1 층에서 배합된 효과량의 내부파열제와 함께 적어도 하나의 실질적으로 선형 에틸렌 중합체의 사용과 함께 본원에 개시된 다양한 공정 단계의 조합을 포함한다. 공정 단계의 바람직한 조합은 적어도 수성 폴리올레핀 시스템을 이용하여 예비피복시키고; 67℃이상으로 가열된 수성 세제 용액을 이용하여 생지 제품을 세척 또는 세탁함으로써 가공 물질을 제거하고; 생지 제품을 약 1000℃에서 약 1 내지 약 6초 동안 적외선 조사함으로써 생지 제품을 건조 및 예비가열하고; 615℉(324℃)이상의 압출 용융 온도를 이용함으로써 에비가열되고 세척된 제 1 배면재의 이면 피복으로 접착제 배면재를 압출 피복하고; 반용융 또는 용융된 접착성 배면재 웹을 압출 피복 닙에서 40인치 H2O(9.8Pa)이상의 진공에 가하고; 반용융 또는 용융된 접착성 배면재를 압출 피복 닙에서 약 60psi(0.41MPa)이상으로 설정된 양적 공기 압 장치에 가하고; 압출 피복 닙에서 내부파열제를 활성화시키고; 카페트를 약 1000℃에서 약 1 내지 약 6초동안 적외선 조사함으로써 카페트를 열 침지시킴을 포함한다.
본 발명의 다양한 양태가 평가되었고, 특정한 경우, 종래 기술의 양태와 비교되었다. 그러나, 실시예는 이런 실시예로 본 발명의 범위를 한정하고자함이 아니다.
다양한 실시예에 대해 결정되는 제 1 성능 범위는 터프트 결합, 내마멸성, 벨크로(Velcro) 등급, 가요성 및 적층 강도를 포함한다. 터프트 결합 시험은 ASTM D-1335-67에 따라 수행되었다.
본 발명에 사용되는 에틸렌 중합체에 대한 모듈러스는 ASTM-790에 따라 측정되었다.
내마멸성은 정성적 벨크로 보풀 시험을 기준한다. 이 시험에서 표준 벨크로의 루프 사이드로 피복된 2인치(5.1cm) 직경의, 2파운드(0.91kg)의 롤러를 피복된 카페트 시료의 대향면상으로 10회 통과시킨다. 마멸된 카페트상의 보풀을 일련의 카페트 표준물과 비교하고 1 내지 10의 등급을 매기고, 이때 10의 등급은 보풀이 없음을 의미한다.
가요성 등급은 또한 정성적 평가에 근거하였다. 적층 강도는 카페트 시료의 다양한 층이 손으로 잡아당겨 분리되지않으면(즉, 제 1 배면재로부터 접착성 배면재의 분리) 우수한 탈적층 등급이 주어지고, 층이 탈적층되면 나쁜 등급이 주어지는 수동 정성 평가에 근거하였다.
아켄(Aachen) 시험을 카페트 타일의 치수 안정성을 결정하는데 사용하였다. 본원에 사용된 아켄 시험은 ISO 시험 방법 2551이다. 간략하게 개시하자면, 카페트 타일을 먼저 기계방향 및 기계횡방향 치수로 측정한 후 열(140℉(60℃)에 2시간) 및 습도(물에 2시간동안 담금)에 노출시켰다. 카페트 타일을 건조 오븐에서 16시간동안 건조시켰다. 그런 다음, 타일을 조절실에서 48시간 둔후, 각각의 타일을 기계 및 기계횡방향으로 측정하였다. 결과는 원래 치수로부터의 변화율로서 주어진다.
표 1은 다양한 예를 제조하는데 이용된 다양한 에틸렌 중합체를 열거한다.
표 2는 본 발명의 실시예 1 내지 8 및 비교용 실시 9 내지 12에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 시료 성능 결과를 요약한다. 압출 피복 장치는 30:1 L/D를 갖는 3.5인치(8.9cm) 직경의 제 1 압출기 및 24:1 L/D를 갖는 2.5인치(6.4cm) 직경의 제 2 압출기가 장착된 2-압출기 블랙 클로슨(Black Clawson) 공압출 라인으로 구성된다. 이들 실시예의 경우, 큰 압출기만이 90rpm(250lbs/h)으로 작동되었다. 76cm 슬롯 다이를 압출기에 부착시키고 20밀(0.51mm) 다이 갭 및 6인치(15.2cm) 공기/인장 갭으로 69cm로 데클링(deckling)하였다. 닙 롤 압력을 85psi(0.58MPa)로 설정하였고 냉각 롤을 60℉(15.6℃)로 제어하였다. 목표된 압출 온도, 라인 속도 및 피복 두께를 표 2에서 열거하였다.
폴리프로필렌(쇼 인더스트리즈(Shaw Industries)에서 상표명 볼런티어(volunteer)로 시판하는 26 OSY(919.6㎤/㎡), 터프트된 루프 파일의 직선 스티치 생지 제품)의 생지 제품 천조각을 절단하고 각각의 실시에에 대해 크래프트 종이상으로 슬립 시이트하였고, 후보자 수지를 생지 제품의 이면상으로 압출 코팅하였다. 제 2 배면재재(아모코 케미칼 캄파니(Amoco Chemical Company)의 패브릭스 및 섬유 지부에서 시판되는 액션 백(Action Bac)으로 공지된 2.8 OSY(99㎤/㎡)의 직조 폴리프로필렌 스크림)을 다이에서 압출물을 부착한 후 닙 가압 롤러 전에 생지 제품의 이면에 첨가하여 적층 구조물을 형성하였다. 도 2는 압출 피복 방법 및 압출 피복된 접착성 배면재 및 이어서 선택적인 제 2 배면재의 도포 순서를 나타낸다. 일부 예에서는, 생지 제품 천조각을 먼저 30분동안 200℉(93℃)에서 대류 오븐에서 예열하였다. 피복된 시료를 주위 실온 및 70% 상대 습도에서 24시간동안 노화시킨후, 터프트 결합, 내마멸성 및 탈적층을 결정하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 8은 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성하고, 터프트 결합 및 내마멸성이 가공 조건에 의존함을 나타낸다. 2개의 고압 LDPE, 이종 분지된 LLDPE, 및 이종 분지된 ULDPE 압출 피복(비교 시행 9 내지 12)은 비교적 딱딱한 카페트 시료 및 비교적 나쁜 성분 응집성을 생성한다.
나쁜 성분 응집성의 하나의 징후는 제 1 배면재로의 배면재의 비교적 낮은 접착성이었다. 다른 징후는 LDPE, LLDPE 및 ULDPE 압출 피복 수지를 이용한 얀 또는 섬유 다발의 비교적 낮은 투과성이었다.
표 3은 본 발명의 실시예 13 내지 22에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능을 요약한다. 이들 실시예는 실시예 1 내지 12에 대해 열거된 동일한 압출 장치, 압출 조건 및 생지 제품을 사용하였다.
본 발명의 실시예 13 내지 22는 카페트 배면재 성능에 대한 피복물 두께 및 압출 온도의 효과를 나타낸다. 본 발명의 특정 양태에서는, 7밀(0.18mm)이상, 바람직하게는 11밀(0.38mm)이상, 보다 바람직하게는 약 15밀이상, 가장 바람직하게는 약 22밀(0.56mm)이상의 피복 두께가 550℉(288℃)이상, 바람직하게는 575℉(302℃)이상, 보다 바람직하게는 600℉(316℃)이상, 가장 바람직하게는 615℉(324℃)이상의 압출 용융 온도에 대해 바람직하다. 실시자는 압출 용융 온도 및 압출 선 속도가 반비례 관계임을 인식할 것이다. 즉, 얀의 우수한 투과를 수득하기위해서는 더 낮은 압출 온도는 일반적으로 더 느린 압출 선 속도를 필요로할 것이다. 실시자는 또한 승온에서, 열 안정화 첨가제, 예를 들면 이르가녹스(Irganox) 1010 및 이르가포스(Irgafos) 168(둘 모두는 시바-가이기에 의해 제공된다)가 본 발명의 완전한 장점, 예를 들면 40%이상의 얀 또는 섬유 다발의 접착성 배면재 투과를 수득하기위해 필요할 수 있다. 실시자는 또한 과다한 화학적 안정성이 인발 성능에 역효과를 미칠 수 있고 따라서 첨가제 선택 및 농도는 인발 요구사항 및 투과 요구사항에 대해 균형잡혀야만함을 인식할 것이다. 그러나, 일반적으로 더 높은 첨가제 농도가 더 높은 압출 용융 온도에서 요구될 것이다.
표 4는 실시예 23 내지 54에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능 결과를 요약한다. 이 평가에서, 압출 피복 장치는 30:1 L/D 스크류가 장착된 3.5인치(8.9cm) 직경의 블랙 클로슨 모델 435 압출기, 150 hp(311J/h) 엘렉트로 플라이트(Electr Flight) 드라이브 시스템, 클로레렐(Cloreren) 3-층 공급블록, 및 20밀(0.51mm) 다이 갭 및 6인치(15.2cm) 공기/인발 갭을 이용하여 24인치(61cm)로 외부적으로 데클링된 블랙 클로슨 모델 300 XLHL 30인치 피복 행거 다이로 구성된다. 목표하는 압출 온도, 스크류 속도, 라인 속도 및 피복 두께는 표 4에 열거되어있다.
폴리프로필렌 생지 제품(볼런티어의 상표명으로 쇼 인더스트리즈에 의해 제공되는 26OSY(920㎤/㎡)의 터프트된, 루프 파일, 직선 스티치의 생지 제품)을 사용하였다. 후보자 에틸렌 중합체를 개별적인 생지 제품 천조각으로서 슬립 시이트되기보다는 압출 피복기를 통해 연속으로 진행되는 생지 제품의 이면으로 압출 피복시켰다. 생지 제품을 예열하기위해서 전기 및 가스-연소된 적외선 가열기를 피복 스테이션 전에 장착하였다. 45°진공 구획을 갖는 분할된 진공 가압 롤을 장착하고 다양한 진공 펌프에 부착하였다. 진공 구획을 압출물과 생지 제품의 접촉점에 위치시켰다. 닙 롤 압력은 80psi로 고정되었고 냉각 롤은 120℉(49℃)로 조절되었다. 제 2 배면재(아모코 케미칼 캄파니의 패브릭 및 섬유 지부에서 시판하는 액션 백 또는 2.8OSY(99㎤/㎡)의 직조 폴리프로필렌 스크림)을 다이에 압출물을 배치한후 닙 가압 롤러전에 카페트의 이면에 첨가하여 적층 구조물을 형성하였다. 피복된 시료를 주위온도 및 70% 상대 습도에서 24시간동안 노화시킨후, 터프트 결합, 내마멸성 및 탈적층 내성을 결정하였다.
이들 실시예는 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성하고, 터프트 결합 강도 및 내마멸성은 가공 조건에 의존함을 나타낸다. 이들 실시예는 또한 카페트 배면재 성능에서의 개선이 카페트 예열 공정 단계, 최적화된 피복 두께, 및/또는 진공 닙 가압 공정 단계를 이용함으로써 수득됨을 나타낸다.
고압 LDPE 압출 피복 수지는 나쁜 성분 응집성을 갖는 딱딱한 카페트를 생성한다.
표 5는 실시예 55 내지 77의 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능을 요약한다. 이들 실시예는 폴리프로필렌 생지 제품 대신 나일론 생지 제품(상표명 보케이션(Vocation)으로 쇼 인더스트리즈에서 시판하는 26OSY(920㎤/㎡)의 터프트된, 루프 파일된 직선 스티치의 생지 제품)을 사용한 점을 제외하고는 실시예 23 내지 54에서 열거된 것과 동일한 압출 장치 및 압출 조건을 사용하였다.
본 발명의 실시예 55 내지 77은 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성하고, 터프트 결합 강도 및 내마멸성이 가공 조건에 의존함을 나타낸다. 실시예 23 내지 53에서와 같이, 이들 실시예는 또한 카페트 배면재 성능의 개선이 예열 공정 단계, 최적의 피복 두께 및/또는 진공 닙 가압 공정 단계를 이용함으로써 수득될 수 있음을 나타낸다.
표 6은 실시예 78 내지 86에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능 결과를 요약한다. 이들 실시예는 직선 스티치 제품을 사용하는 대신 횡 스티치 폴리프로필렌 생지 제품("프로톤(Proton)"이라는 제품명으로 쇼 인더스트리즈에서 시판하는 20OSY(707㎤/㎡)의, 터프트된, 루프 파일된 제품)을 사용한 점을 제외하면 실시예 1 내지 12에서 열거된 것과 동일한 압출 장치 및 압출 조건을 사용하였다.
본 발명의 실시예 78 내지 83은 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 횡-스티치된 카페트를 생성함을 나타낸다. 비교 실시에 84 내지 86에 사용되기위한 LLDPE 압출 피복 수지는 딱딱한 횡-스티치된 카페트 시료를 생성하였다.
표 7은 본 발명의 실시예 87 내지 90에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능을 요약한다. 이들 실시예는 폴리프로필렌 생지 제품 대신 폴리프로필렌 생지 제품, 즉 상표명 콰드라틱(Quadratic)으로 쇼 인더스트리즈에서 시판하는 16OSY(566㎤/㎡)의 터프트된, 루프 파일된 직선 스티치의 2750 데니어 폴리프로필렌 얀을 사용한 점을 제외하고는 실시예 23 내지 54에서 열거된 것과 동일한 압출 장치 및 압출 조건을 사용하였다. 또한, 실시예 88 내지 90의 경우, 생지 제품을 압출 피복전에 예비 피복으로 공지된 올레핀 현탁액 또는 유화액으로 피복시켰다.
특히, 폴리에틸렌 입자의 수성 분산액을 200부의 물로 제조하였다. 그런 다음, 0.4부의 상표명 "이게팔(Igepal) CO-430"로서의 시바-게이기의 계면활성제를 저속의 고속 균질화기를 이용하여 물로 분산시켰다. 그런다음, 100부의 콴텀 케미칼(Quantum Chemical)의 "FN500"을 약 5분동안 중간 내지 고속 혼합을 이용하여 혼합물에 첨가하였다. FN500이 진탕하기 시작한 후에 0.4부의 렌마(Lenmar)의 상표명 "마르폼(Marfoam)"의 소포제를 첨가하여 혼합물의 발포를 감소시켰다. 최종적으로 2.4부의 선 케미칼 인터내셔날(Sun Chemical International)에서 상표명 "프린트검(Printgum) 600M"으로 시판되는 증점제를 혼합물에 첨가하였다. 증점제를 첨가한 후에 최소한 10분의 혼합이 필요하였다.
이 분산액을 종래의 방식으로 제 1 배면재의 이면에 가하였다. 특히 습윤 분산액을 기준으로 38OSY(1344㎤/㎡)를 분당 10피트(3.05m/분)에서 롤러 도포기상에서 감음으로써 제 1 배면재의 비-파일된 측면에 도포하였다.
분산액을 도포한 후에, 카페트를 직접 종래의 고속 건조 오븐으로 통과시켰다. 오븐에서의 총 잔류 시간은 5분이었고 카페트는 약 290℉(143℃)의 최종 온도에 도달하였다.
예비피복의 도포 전후, 압출된 접착성 배면재가 도포되기전에 관찰한 결과, 이렇게 제조된 카페트가 우수한 다발 투과성 및 감김을 가짐을 알아내었다. 측정은 건조 중량을 기준으로 4 및 8OSY(283㎤/㎡)의 FN500이 카페트 이면에 첨가되었음을 나타내었다.
압출된 접착성 배면재를 도포하기전에, 실시예 88 내지 90의 카페트를 또한 카페트의 터프트 결합 강도를 측정하기위해서 시험 방법 ASTM D1335에 따라 측정하였다([1991, Annual Book of ASTM Standards, Volume 07.01]을 참조할 수 있다). 이 시험은 배면재가 없는 루프 파일 카페트에서 루프의 하나 또는 두 개의 다리를 잡아당기는데 필요한 힘을 측정한다. 실시예 88 내지 90에서 제조된 카페트는 압출된 접착성 배면재의 도포전에 9.0파운드(4.1kg)의 평균 터프트 결합 강도를 나타내었다.
실시예 87은 4OSY(141.5㎤/㎡)으로 도포되는 일리노어주 우드스톡 소재의 모톤 인터네셔날에서 시판하는 에틸렌 아크릴산 공중합체 분산액인 아드코트(Adcote) 50T4990의 예비 피복을 포함하였다.
이들 실시예에서는 진공을 가하지않았다.
본 발명의 실시예 87 내지 90은 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성하고, 카페트 성능이 예비 피복을 도포함으로써 개선될 수 있음을 나타낸다.
표 8은 본 발명의 실시예 91 내지 96에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능을 요약한다. 이들 실시예는 직선 스티치 제품 대신 나일론 생지 제품, 즉 상표명 반가드(Vanguard)으로 쇼 인더스트리즈에서 시판하는 20OSY(707㎤/㎡)의 터프트된, 루프 파일된 직선 스티치의 3050 데니어 나일론 생지 제품을 사용하고, 생지 제품이 압출 피복 단계 전에 올레핀 현탁액 또는 유화액으로 피복된(즉, 예비 피복된) 점을 제외하고는 실시예 23 내지 54에서 열거된 것과 동일한 압출 장치 및 압출 조건을 사용하였다. 이들 실시예의 경우 진공을 가하지않았다. 평가되는 예비 피복물은 일리노어주 우드스톡 소재의 모톤 인터네셔날에서 시판하는 에틸렌 아크릴산 공중합체 분산액인 아드코트 50T4990 및 LDPE 현탁액을 포함하고, 이때 후자의 경우, 예비피복된 생지 제품은 상표명 반가드로 쇼 인더스트리즈에서 시판되었다. 이들 예비피복물은 4(141.5㎤/㎡) 및 8OSY(283㎤/㎡) 중량으로 도포되었다.
이들 실시예는 동종 분지된 에틸렌 중합체가 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성하고, 카페트 성능이 수성 예비-피복의 도포에 의해 개선될 수 있음을 나타낸다.
이들 실시예는 이중 립(lip) 또는 2개의 스테이션 압출 피복 기술이 평가된 점을 제외하고는 실시예 1 내지 12에 열거된 것과 동일한 압출 장치, 압출 조건 및 생지 제품을 사용하였다. 이 평가에서는, 생지 제품은 먼저 카페트의 배면재 다음의 층으로 압출 피복되었다. 이 층은 바닥 층으로 명명되었다. 일단 피복되면, 시료를 상부 층으로 명명된 다른 층으로 한 번 더 압출 피복하였다.
본 발명의 실시예 97 내지 109는 동종 분지된 에틸렌 중합체의 2 스테이션 압출이 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성함을 나타낸다. 상부 층 또한 카페트 성분을 함유할 수 있다. 상부 층은 또한 성질을 변화시키거나 비용 절감을 위해 충전제 또는 재활용된 중합성 물질을 사용할 수 있다.
표 10은 본 발명의 실시예 110 내지 117에 대한 중합체, 압출 조건 및 카페트 성능을 요약한다. 이들 실시예는 단일 다이 공압출 기술을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1 내지 12에 대해 열거된 것과 동일한 압출 장치, 생지 제품 및 압출 조건을 사용하였다. 상이한 후보자 에틸렌 중합체를 각각 둘모두의 압출기에 도입하였다. 그런 다음, 에틸렌 중합체를 단일 다이로 동시에 공급하고 생지 제품의 이면으로 공압출시켰다. 카페트의 이면(즉, 제 1 배면재에 인접하게)으로 압출된 층을 바닥 층으로 명명하고, 외부 층을 상부 층으로 명명하였다. 상이한 두께를 평가하고 상이한 용융 온도를 사용하였다.
본 발명의 실시예 110 내지 117은 동종 분지된 에틸렌 중합체의 단일 다이 공압출이 우수한 가요성 및 우수한 응집성의 카페트 성분을 갖는 카페트 시료를 생성함을 나타낸다. 상부 층 또한 카페트 성분을 함유할 수 있다. 상부 층은 또한 성질을 변화시키거나 비용 절감을 위해 충전제 또는 재활용된 중합성 물질을 사용할 수 있다.
압출 피복의 모의 시험으로써, 압축 주조 방법을 전개하여 후보 수지의 플라크를 생지 제품의 이면상으로 용융시켰다. 이 방법은 프로그램될 수 있는 프레스를 이용한다. 하기는 방법을 열거한다.
에틸렌 중합체 펠렛, 과립 또는 분말을 중량이 약 16g이고 두께가 0.025인치(0.64mm)인 플라크로 가압하였다. 사용된 프레스는 공기압 테트라헤드론 프로그램가능한 프레스이었다. 중합체 펠렛, 과립 또는 분말을 바람직한 플라크 주형의 밀라(Mylar) 브랜드 폴리에스테르 필름사이에 놓고 374℉(190℃)에서 30초동안 예열하였다. (이는 시료를 예열된 프레스에 삽입하고 압축없이 중합체 시료의 가열을 허용하기에 충분하도록 플래튼(platen)을 닫음으로써 수행된다). 30초 후에, 플래튼을 완전히 닫고 테트라헤드론 프로그램을 시작하였다. 프로그램은 1.5분동안 374℉(190℃)에서 2톤(1814kg) 압축, 100℉(38℃)에서 50톤(4.5x104kg) 압축, 및 5분간 냉각을 제공한다. 일단 프로그램이 종결되면, 시료를 회수하고 추가로 냉각시켰다. 그런다음, 시료를 생지 제품 사각형을 이용한 압축 적층 단계에서 더 나중에 사용하기위해 저장하였다.
생지 제품을 사각형(상기 개시된 바와 같은 에틸렌 중합체 시료를 주조하기위해 사용된 크기보다 약간 더 크다)으로 절단하고 절연판에 테이프로 붙였다. 그런 다음, 시료 사각형을 110℃로 설정된 고온 팩(Hot Pack) 오븐에서 15분동안 예열하였다.
상기와 같이 제조된 에틸렌 중합체 플라크를 밀라 브랜드 폴리에스테르 필름상에 위치시키고 5분간 예열된 프레스(374℉(190℃))로 설정하였다. 프레스 플래튼을 플라크를 압축하지않고서 예열하기에 충분하도록 닫았다. 약 374℉(190℃)에서 약 5분동안 예열된 생지 제품 사각형을 고온 팩 오븐에서 꺼내어 프레스(즉, 예열된 중합체 플라크로 뒤집음)에 도입하였다. 중합체 플라크 및 생지 제품 사각형을 결합시킬 때 약 0.1톤(90.7kg)의 힘을 가한 후 프레스를 곧 열었다. 그런 다음, 적층된 시료를 프레스에서 꺼내서 주위 온도로 냉각시켰다. 생지 제품 사각형 및 중합체 플라크를 압축 적층시키는데 필요한 시간의 양은 약 3 내지 7초이었다.
표 12는 다양한 동종 분지된 실질적으로 선형 에틸렌 중합체에 대한 주조 조건 및 성능 결과를 나타낸다.
생지 제품 사각형에 대한 후보 에틸렌 중합체의 접착성을 측정하기위해, 실시예 118 내지 122에 대해 개시된 압축 적층 방법을 사용하였다. 그런 다음, 25mm/분 횡-헤드 속도로 고정된 인스트론(Instron)을 사용하여 박리 강도를 측정하였다.
표 13은 폴리프로필렌 카페트 생지 제품으로부터 제조된 사각형으로 적층되는 다양한 동종 분지된 에틸렌 중합체, 고압 LDPE, 이종 분지된 ULDPE, 이종 분지된 LLDPE, 및 HDPE에 대한 접착성을 나타낸다.
이들 실시예는 동종 분지된 실질적으로 선형 에틸렌 중합체 및 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체가 통상적인 폴리올레핀 수지에 비해 우수한 접착성을 제공하고 결과적으로 접착성 배면재로서 사용되었을 때 개선된 성능을 생성함을 나타낸다.
다양한 카페트 성분간의 접착성 상호작용을 평가하기위해 주사 전자 현미경을 이용하여 카페트 시료 횡단면의 계면을 현미경사진으로 찍었다. 도 3은 20배 및 50배 확대된 실시예 18의 계면 횡단면의 현미경사진이다. 도 4는 20 배 및 50배 확대된 실시예 22의 계면 횡단면의 현미경사진이고, 실시예 18은 단지 무난한 카페트 성능을 소유하는 것으로 발견되었지만, 실시예 22는 비교적 우수한 카페트 성능을 가진 것으로 발견되었다. 실시예 22의 개선된 성능은 접착성 배면재와 제 1 배면재사이의 개선된 친밀한 접촉 및 개선된 다발 투과에 의한 섬유 다발의 실질적인 캡슐화에 기인한다. 실시예 18과 비교한 실시예 22의 개선된 다발 투과성은 도 3과 도 4를 비교하면 분명하게 명확해진다.
다발 투과를 정량화하기위해, 일리노아주 디어필드 소재의 레이카 인코포레이티드에서 시판하는 콴티메트(Quantimet) 570 영상기를 이용하고 2.0QUIC 소프트웨어를 작동시켜 디지탈 영성 분석을 수행하였다. 자벨린(Javelin) 12.5 내지 75mm 줌 렌즈가 장착된 산요(Sanyo) VDC 3860 CCD 비디오 카메라를 통해 주사 전자 현미경으로부터 디지탈 영상을 수득하였다.
섬유 다발의 총 횡단면 영역을 QUIC 소프트웨어의 이진수 특성을 이용한 디지탈 영상상으로 추적하여 결정하였다. 다발의 빈 횡단면 영역(즉, 배면재 투과가 없는 영역)을 총 횡단면 영역에서와 동일한 방식으로 결정하였다. 그런 다음, 다발 투과도를 1 - (공극 대 다발 영역의 비율)로 계산하였다.
도 5는 나일론 및 폴리프로필렌 카페트에 대한 다발 투과도 및 터프트 결합 강도사이의 관계를 나타낸다. 40%이상, 바람직하게는 60%이상, 보다 바람직하게는 80%이상, 가장 바람직하게는 90%이상의 압출 피복된 에틸렌 중합체 다발 투과도가 우수한 카페트 성능에 필요하다.
또한, 도 5는 폴리프로필렌 카페트와 동일한 수준의 내마멸성을 수득하기위해서는 더 낮은 섬유 다발 투과 수준이 필요함을 나타낸다. 여기서, 나일론 카페트는 폴리프로필렌 카페트와 비교시 2가지의 중요한 차이점을 갖는다. 하나는, 나일론 카페트는 염색 조작의 일부로서 온화한 수성 세제 용액으로 세척되었다. 둘째로, 나일론 카페트 섬유는 극성이지만, 폴리프로필렌 카페트 섬유는 비극성이다. 그러나, 나일론 카페트에 대한 섬유 다발 투과 필요성이 더 낮다는 도 5의 결과는, 비록 비극성 접착성 배면재가 사용되었지만 비극성 카페트(즉, 폴리프로필렌) 보다 세척 또는 세탁된 극성 카페트(즉, 나일론)를 이용하여 더 높은 마멸 성능이 나타나는 것처럼 보인다는 점에서 예상치못한 놀라운 것이었다. 통상적으로 당분야의 숙련된 이들은 유사한 물질이 서로를 더 잘 끌어당겨 주어진 수준의 내마멸성에 대해 접착성 배면재가 섬유 다발로 덜 투과하는 것을 요구할 것으로 예상할 것이다. 이 결과는 또한 동종 분지된 에틸렌 중합체가 미국 특허 제 5,395,471 호에서는 폴리프로필렌 기재에 대해 개선된 접착성을 나타내지만, 여기서는 폴리프로필렌 섬유보다 나일론 섬유에 대해 더 우수한 결과가 수득된다는 점에서 또한 놀랍다. 이들 결과는 기계적 결합 및 세척 또는 세탁 공정 단계에 대한 접착성 배면재의 선택이 다양한 카페트 성분사이의 화학적 상호작용의 감소 또는 제거를 보충할 수 있음을 나타낸다.
합리적인 가공 온도에서 카페트 얀 또는 섬유 다발로 후보 에틸렌 중합체가 투과하여 우수한 카페트 성능을 제공할 수 있는 상대적인 능력을 나타내기위해서, 고형화 온도 시험을 수행하였다. 이 시험에서는, 후보 에틸렌 중합체를 원뿔/원통 설비가 장착된 레오메트릭스 메카니칼(Rheometrics Mechanical) 분광계 800E(S/N 035-014)상에서 온도 스윕 모드로 시험하였다. 설비의 치수는 52mm(컵 내경) x 50mm(봅(bob) 외경) x 17mm(봅 높이) x 0.04(원뿔 각)이었다. 봅과 컵사이의 간격은 실온에서 50㎛±2㎛이고 220℃에서는 간격이 없다. 시료를 컵에 넣고 용융될 때까지 가열하였다. 간격을 봅이 밀어넣어지자마자 50㎛±2㎛이 되도록 설정하였다. 임의의 과량의 시료 또는 과잉분을 제거하였다. 고형화 측정은 장치 온도가 220℃에 도달하였을 때 개시하였다. 컵은 1Hz 및 20% 동적 변형에서 진동하였다. 실험은 먼저 10℃/단계로 220℃에서 110℃로 서서히 냉각시켜 진행되었다. 시료를 110℃에서 40℃로 5℃/단계의 제 2의 느린 냉각 속도로 처리하였다. 설비의 임의의 수축을 방지하기위해서, 자동 인장을 가하여 0보다 약간 위의 통상적인 힘을 유지시켰다. 자동 인장은 5g(예비 인장), 1g 민감성 및 100다인/㎠(1.02kg/㎡)의 하한으로 설정되었다. 시료가 고형화되었을 때, 높은 토크가 갑자기 발생하였다. 자동 변형이 가해져서 시료가 완전히 고형화되기전에 변환기가 과부하되는 것을 방지하였다. 자동 변형은 100% 최대 부가 변형, 100g·cm 최대 허용 토크, 10g·cm 최소 허용 토크 및 50% 변형 조절로서 고정되었다. 시료 분해를 최소화시키기위해서 무수 질소 환경에서 완전한 실험을 수행하였다.
표 14는 동종 분지된 에틸렌 중합체 및 고압 LDPE 압출 피복 수지를 위한 고형화 온도를 제공한다.
이들 실시예는 동종 분지된 에틸렌 중합체가 비교적 낮은 고형화 온도 및 따라서 통상적인 저밀도 폴리에틸렌과 비교시 카페트 얀 또는 섬유 다발을 투과하기에 더 좋은 능력을 가짐을 나타내었다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 올레핀 중합체는 100℃미만, 바람직하게는 90℃미만, 보다 바람직하게는 85℃미만, 가장 바람직하게는 80℃미만의 고형화 온도를 갖는 것으로 생각된다. 본 발명의 특정한 양태에서는, 올레핀 압출 피복 수지(동종 분지된 에틸렌 중합체가 바람직하다)의 고형화 온도는 약 65 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 70 내지 약 90℃, 보다 바람직하게는 약 70 내지 약 85℃의 범위이다.
다른 평가에서는, 본 발명의 접착성 배면재의 성능에 대한 그의 영향을 결정하기위해서 습윤 진공 세척 및 세탁 기술을 조사하였다.
평가는 2개의 상이한 습윤 진공 공정으로 구성된다. 제 1 습윤 진공 과정(하기 표에서는 Vac #1로 표시된다)은 세정 용액으로서 주위 온도 수도물을 분배하기위해 충진된 인디아나주 인디아나폴리스 소재의 블루 루스터 프로덕츠 인코포레이티드에 의해 공급된 분배/충진 탱크, 린센백(Rinsenvac) 카페트 세정 시스템이 장착된 시판되는 습윤 진공 카페트 세정제를 이용하는 생지 제품 시료의 이면(즉, 섬유 대향면에 대향하는 제 1 배면재)의 세정으로 구성된다. 제 1 습윤 진공 과정을 사용하는 경우, 생지 제품 시료를 2개의 개별적인 습윤 진공 세정에 가하고 각각의 세정후 완전히 공기 건조시켰다. 제 2 습윤 진공 과정(하기 표에서 Vac#2로 명명된다)은 세정 용액 혼합물로서 고온(90℃) 수성 용액을 분배하기위해 충진되는 린센백(상표명, Rinsenvac) 카페트 클리닝 시스템을 이용하여 생지 제품 시료의 이면을 세정하는 것으로 구성된다. 제 2 습윤 진공 과정을 위한 세정 용액의 농도는 10부의 수도물 대 1부의 린센백 세제이다. 제 2 습윤 진공 과정이 사용되는 경우, 생지 제품 시료를 하나의 습윤 진공 세정시킨후 완전히 공기 건조시키고, 주위 온도의 물로 세정한 후 최종으로 완전히 공기 건조시켰다. 각각의 세탁 과정의 경우, 0.5갈론(1.9ℓ)의 세정 용액을 생지 제품 5yd2(4.2㎡)당 분배하였다.
평가에서, 세척되지않은(대조군 시료) 및 세척된 터프트된 생지 제품 시료를 단층 다이 구조 이용하여 압출피복시켰고, 단일 다이 공압출 및 이중 립 공압출 또한 사용할 수 있다. 보조 장치는 예열기 및 가열 함침 오븐을 포함한다.
압출 피복 장치는 L/D 값이 30:1인 직경 3.5in(8.9cm)의 제 1 압출기 및 L/D 값이 24:1인 직경 2.5in(6.4cm)의 제 2 압출기를 갖는 2개의 압출기 블랙 클라우슨(Black Clawson) 공압출 라인으로 구성된다. 상기 실시예에 있어서, 오로지 대형 압출기만이 가변 속도로 작동된다. 76cm의 슬롯 다이가 부착되고 20mil(0.51mm)의 다이 갭 및 6in(15.2cm)의 공기/연신 갭으로 69cm로 디클링(deckling)된다. 닙 롤의 압력은 30psi(0.2MPa)로 설정되며 냉각 롤의 온도는 변한다.
생지 제품은 쇼 인더스트리즈(Shaw Industries)에 의해 공급되는 벌런티어TM카페트(VolunteerTMcarpet)의 천조각이다. 벌런티어TM카페트는 26oz/yd2(920cm3/m2)의 폴리프로필렌 섬유로 구성되며 터프팅(tufting)된 루프 파일, 단일 스티치 카페트로 특징지워진다. 대조용 미세척 및 세척 생지 제품의 시료는 둘 다 접착성 배면재를 적용하는 압출 피복 도중 크라프트 페이퍼 상으로 슬립(slip) 시이팅된다. 먼저 미세척 대조용 시료 및 세척된 시료를 둘 다 압출 피복된 접착성 배면재에 적용하기 전에 대류 오븐 속에서 예열시킨다.
실질적으로 선형인 에틸렌 중합체[명칭: XU-59100.00; 제조원: The Dow Chemical Company]가 평가시 접착성 배면재로서 사용된다. XU-59100.00는 30g/10min의 용융 지수 및 0.900g/cc의 밀도를 가짐을 특징으로 한다. 예열 측정 온도는 160℉(71℃)로 설정되고, 압출 피복 용융 온도는 500℉(260℃)로 설정되며, 냉각 롤 온도는 80℉(27℃)로 설정되고 압출 피복 라인의 속도는 85ft/min(26m/min)으로 설정된다.
압출 피복된 시료를 주위 온도에서 24시간 이상 동안 경화시킨 후 터프트 결합, 내마멸성 및 탈적층 성능을 측정한다. 터프트 결합 시험은 ASTM D-1335-67에 따라 수행된다. 내마멸성 결과는 표준 벨크로(Velco)의 루프 측면으로 피복된 직경 2in(51mm)의 2 lb(0.91kg)의 롤러를 피복된 카페트 시료의 정면에 10회 통과시키는 벨크로 시험 방법을 사용하여 수득한다. 이어서 박리시킨 카페트 상의 보풀을 일련의 카페트 표준과 비교하여 1 내지 10 등급으로 등급을 매긴다[여기서, 10은 보풀 없음을 나타낸다]. 또한 내마멸성은 후술하는 섬유 뭉치 시험(Fiber Lock Test)을 이용하여 정량화시킨다. 일반적으로 벨크로 수가 6 미만이거나 카페트 시료의 내마멸성이 불량한 등급에 속하는 경우 터프트 결합은 관측되지 않는다. 하기 표 15는 상기 평가 결과를 요약한 것이다.
표 15의 결과는 등가의 접착성 배면재 피복 중량으로 접착성 배면재에 도포하기 전에 습식 진공 공정 단계를 사용함으로써 미세척 시료에 비해 카페트 성능을 현저히 개선시킬 수 있음을 나타낸다. 이러한 개선은 탁월한 터프트 결합 및 내마멸성을 유지하면서 현저히 감소된 접착성 배면재 피복 중량이 사용될 수 있을 정도로 획기적이다.
또다른 평가에 있어서, 터프팅된 생지 제품 시료를 압출 피복시켜 높은 열 함량 충전제로서의 탄산칼슘, 및 내부파열제를 사용하는 경우 통상적인 발포제(즉, 아조디카본아미드)의 효과를 평가할 수 있다. 탄산 칼슘 및 아조디카본아미드를 하기 표에 제시된 중량%에 따라 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체와 건조 블렌딩한다. 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체는 30g/10min의 용융 지수 및 0.885g/cc의 밀도를 가지며 더 다우 케미칼 캄파니에 의해 명칭 XU-59400.00으로 공급된다. 아조디카본아미드 내부파열제는 30중량%의 농축물로 이피아이 케미칼 캄파니에 의해 공급되는 에피셀(Epicell) #301이다. 약 0.548cal-cc/℃(2.3J/-cm3/℃)의 비열능을 갖는 탄산칼슘이 저 폴리에틸렌중의 75중량%의 농축물로 헤리티지 백 캄파니에 의해 공급된다.
쇼 인더스트리즈에 의해 공급되는 벌런티어TM생지 제품이 본 평가에 사용된다. 생지 제품은 폴리프로필렌 섬유로 이루어지고 26oz/yd2(920cm3/m2)의 기본 중량을 갖고 터프팅되고 루프 파일인 단일 스티치 카페트 천조각이며, 이는 절단되며 각각의 접착성 배면재가 카페트의 후면 상으로 압출 피복되도록 각각의 시료에 대해 크라프트 페이퍼(즉, 카페트 천조각의 제 1 배면재)상으로 슬립 시이팅된다. 각각의 시료에 있어서 접착성 배면재 상에서 압출 피복을 수행하기 전에 먼저 생지 제품을 대류 오븐 속에서 예열시킨다.
본 평가에 있어서 압출 피복 다이 배열은 단일 층이며 보조 장비로서 예열기 및 열 흡수 오븐을 포함한다. 특히 압출 피복 장치는 L/D 값이 30:1인 직경 3.5in(8.9cm)의 제1 압출기 및 L/D 값이 24:1인 직경 2.5in(6.4cm)의 제2 압출기를 갖는 2개의 압출기 블랙 클라우슨 공압출 라인으로 구성된다. 그러나, 본 평가에 있어서, 오로지 대형 압출기만이 가변 속도로 작동된다. 76cm의 슬롯 다이가 부착되고 20mil(0.51mm)의 다이 갭 및 6in(15.2cm)의 공기/연신 갭으로 69cm로 디클링(deckling)된다. 닙 롤의 압력은 30psi(0.2MPa)로 설정되며 냉각 롤의 온도는 변한다. 생지 제품의 예열 온도는 160℉(71℃)로 설정되고, 압출 용융 온도는 550℉(288℃)로 설정되며, 라인 속도는 75ft/min(23m/min)으로 설정된다. 냉각 롤의 온도는 내부파열제를 함유하지 않는 시료에 대해서는 100℉(38℃)로 내부파열제를 함유하는 시료에 대해서는 70℉로 설정된다.
압출 피복 시료를 적어도 24시간동안 경화시킨후 이들을 터프트 결합, 내마멸성, 벨크로 등급, 보풀 등급, 가요성 및 탈적층 방지성에 대해 시험한다. 터프트 결합 시험은 ASTM D-1335-67에 따라 수행된다. 내마멸성 및 벨크로 시험은 표준 벨크로의 루프 측면으로 피복된 직경 2in(51mm)의 2 lb(0.91kg)의 롤러를 각각의 압출 피복된 시료의 정면에 10회 통과시켜 시료를 박리시키는 정성 시험을 기본으로 한다. 이어서 박리된 카페트 상의 보풀을 일련의 카페트 표준과 비교하여 1 내지 10 등급으로 등급을 매긴다[여기서, 10은 보풀 없음을 나타낸다].
정량적인 마멸 결과를 제공하기 위해 섬유 뭉치 시험이 사용된다. 본 시험에 있어서, 내마멸성값은 "섬유 뭉치 보풀 수"로서 취한다. 당해 시험은 한 쌍의 피스카스 6(Fiskars 6) 스프링 탑재 가위로 박리된 섬유를 절단하고 시료 중량을 박리된 섬유가 제거되기 전후와 비교함을 포함한다. 특히, 섬유 뭉치 보풀 시험은 8in(203mm) 횡방향×10in(254mm) 기계 방향의 압출 피복 시료를 제공하고; 시료가 이중 롤링도중 평탄함을 유지하도록 시료를 고정시키고; 일정한 속도 및 45°의 각도에서 상기 평가에서 논의된 벨크로 롤러를 사용하여 시료를 기계 방향으로 15회 이중 롤링시키고; 국립 분석 장치 연맹(NAEF)에 의해 공인된 압축 펀치에 부착된 2in×2in(51mm×51mm)의 시료 절단기를 사용하여 각각의 시료에 대한 2개의 시험편을 제공하고; 보정된 AE 200 천칭을 이용하여 각각의 시료의 경우 0.1mg까지 시료의 중량을 칭량 및 기록하고; 임의의 섬유 루프의 절단을 피하면서 한 쌍의 "피스카스 6" 스프링 탑재 가위를 이용하여 모든 박리된 섬유를 조심스럽게 제거하고; 박리된 섬유 제거 전후의 중량 편차를 섬유 뭉치 보풀 수(FLFN)로서 취함으로써 수행된다. 섬유 뭉치 보풀 수는 벨크로 수와 반비례하나, 벨크로 수가 클수록 개선된 내마멸성의 척도로서 바람직하며, 보풀 수가 작은 경우 개선된 내마멸성을 나타낸다. 표 16은 첨가제의 중량비 및 카페트 성능 결과를 제공한다.
상기 평가에 있어서 모든 실시예는 양호한 가요성을 나타내고 6 이상의 벨크로 수를 갖는 실시예는 모두 양호한 탈적층 방지 특성을 나타낸다. 내부파열제가 사용되는 실시예는 모두 밀폐된 셀 및 붕괴된 접착성 배면재 층을 갖고, 즉, 접착성 배면재 층의 두께는 내부파열제를 갖는 경우와 갖지 않는 경우가 거의 동일하다. 표 16은 내부파열제 및 높은 열 함량 충전제를 각각 또는 혼합하여 사용하는 경우 이들 첨가제 부재하에 수지의 등가의 피복 중량을 사용하는 경우와 비교하여 압출 피복된 카페트의 터프트 결합 및 내마멸성을 둘 다 개선시킴을 나타낸다. 또한 표 16은 놀랍게도 상기 첨가제를 사용하는 경우 감소된 접착제 피복 중량에서 성능을 개선시킴을 나타낸다.
또다른 평가에 있어서, 비개질된 대조용 접착성 배면재 시료 및 말레산 무수물 그래프트된 에틸렌 중합체의 첨가에 의해 개질된 2개의 접착성 배면재 시료는 터프팅된 그래프트 제품 상에서 단일 층 다이 배열을 사용하여 압출 피복되나, 단일 다이 공압출 및 이중 립 공압출 또한 사용될 수 있다. 보조 장치로는 예열기 및 열 흡수 오븐이 포함된다.
압출 피복 장치는 L/D 값이 30:1인 직경 3.5in(8.9cm)의 제1 압출기 및 L/D 값이 24:1인 직경 2.5in(6.4cm)의 제2 압출기를 갖는 2개의 압출기 블랙 클라우슨 공압출 라인으로 구성된다. 상기 실시예에 있어서, 오로지 대형 압출기만이 가변 속도로 작동된다. 76cm의 슬롯 다이가 부착되고 20mil(0.51mm)의 다이 갭 및 6in(15.2cm)의 공기/연신 갭으로 69cm로 디클링(deckling)된다. 닙 롤의 압력은 30psi(0.2MPa)로 설정되며 냉각 롤의 온도는 75 내지 80℉(24 내지 27℃)로 설정되며 압출 라인 속도는 75ft/min(23m/min)이다. 접착성 배면재를 적용하기 전에 생지 제품은 대류 오븐 속에서 약 210℉(99℃)로 예열되며 압출 용융 온도는 595 내지 610℉(313 내지 321℃)이다.
비개질된 접착성 배면재는 30g/10min의 용융 지수 및 0.885g/cc의 밀도를 갖는 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체[명칭: XU-59400.00; 제조원: The Dow Chemical Company]이다. 2개의 개질된 접착성 배면재를 제조하기 위해 XU-59400.00을, 각각 말레산 무수물을 1.0중량% 함유하는 2개의 상이한 말레산 무수물/에틸렌 중합체 그래프트 10중량%와 건조 블렌딩시켜 2개의 블렌드에 대해 최종 농도 0.1중량%의 말레산 무수물을 제공한다. 그래프트는 미국 특허 제4,762,890호에 기재된 방법에 따라 제조된다. 표 17에서 MAH-1로 명명된 그래프트는 호스트 에틸렌 중합체로서 고밀도 폴리에틸렌을 이용한다. 표 17에서 MAH-2로서 명명된 다른 그래프트는 호스트 에틸렌 중합체로서 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체를 이용한다.
생지 제품은 보케이션 26TM(Vocation 26TM) 카페트[제조원 Shaw Industries]의 천조각이다. 보케이션 26TM 카페트는 26oz/yd2(907cm3/m2)의 나일론 섬유로 이루어지며 터프팅된 루프 파일인 단일 스티치 카페트임을 특징으로 한다. 생지 제품 시료를 압출 피복 도중 크라프트 페이퍼 상으로 슬립 시이팅하여 대조용 접착성 배면재 및 2개의 개질된 접착성 배면재를 적용시킨다. 접착성 배면재의 적용 후 시료의 후면에 제 2 배면재는 가하지 않으나, 사용될 수도 있다.
압출 피복된 시료를 주위 온도에서 24시간 이상 동안 경화시킨 후 터프트 결합, 내마멸성 및 탈적층 성능을 측정한다. 터프트 결합 시험은 ASTM D-1335-67에 따라 수행된다. 내마멸성 결과는 표준 벨크로의 루프 측면으로 피복된 직경 2in(51mm)의 2 lb(0.91kg)의 롤러를 피복된 카페트 시료의 정면에 10회 통과시키는 벨크로 시험 방법을 사용하여 수득한다. 이어서 박리시킨 카페트 상의 보풀을 일련의 카페트 표준과 비교하여 1 내지 10 등급으로 등급을 매긴다[여기서, 10은 보풀 없음을 나타낸다]. 또한 내마멸성은 후술하는 섬유 뭉치 시험(Fiber Lock Test)을 이용하여 정량화시킨다. 일반적으로 벨크로 수가 6 미만이거나 카페트 시료의 내마멸성이 불량한 등급에 속하는 경우 터프트 결합은 관측되지 않는다. 하기 표 17는 상기 평가 결과를 요약한 것이다.
표 17의 결과는 호스트 수지로서 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체가 사용되는 말레산 무수물 에틸렌 중합체 그래프트를 도입시키는 경우 비교 터프트 결합 강도 및 내마멸성에 있어서 현저한 개선이 성취됨을 나타낸다. 이러한 개선점의 이점은 당업자가 비용 절감을 목적으로 감소된 열가소성 접착성 배면재 피복 중량을 사용할 수 있고 이경우에도 여전히 목적하는 수준의 고성능을 유지할 수 있다는 점이다.
실시예 176은 카페트 상에서 압출된 접착성 배면재가 존재하지 않음을 제외하고 상기 실시예 88과 동일하다. 이렇게 제조된 카페트는 우수한 다발 투과 및 감김을 갖는다. 측정치는 무수 중량 기준으로 12OSY(424cm3/m2)의 FN500이 카페트 이면에 부가됨을 나타낸다. 카페트는 또한 시험 방법 ASTM D1355에 따라 시험하여 카페트의 터프트 결합 강도를 측정한다[참조: 1991 Annual Book of ASTM Standards, Volume 0.7.01). 상기 시험에서 배면재가 없는 루프 파일 카페트에서 루프의 다리 중의 하나 또는 둘 다를 당기는데 요구되는 힘을 측정한다. 실시예 176에서 제조된 카페트는 9.0 lb(4.1kg)의 평균 터프트 결합 강도를 나타낸다.
실시예 177은 다음 사항을 제외하고 실시예 176과 동일하다: 첫째, 소포제가 분산액 중에 사용되지 않는다. 둘째, 에어로실 A300(Aerosil A300)[제조원: Degussa]을 0.5부로 분산액에 가한다. 셋째, FN500 대신에 HDPE[제조원: Dow Chemical Co.; 명칭: DOW 12065]를 사용한다. 넷째, CO-430 대신에 계면활성제[제조원 Sun Chemical International; 명칭: DA-6]가 사용된다. 최종적으로, 카페트를 270℉(132℃)의 블루 M 강제식 공기 대류 오븐 속에서 30분동안 건조시킨다. HDPE에 대한 부가량은 8.6 OSY(304cm3/m2)이고 평균 터프트 결합 강도는 4.0 lb(1.8kg)로 측정된다.
실시예 178은 에어로실 A-300을 제거하고 HDPE 대신에 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 중합체[제조원: Quantum; 명칭: FE-532]를 사용함을 제외하고 실시예 177과 동일하다. EVA에 대한 부가량은 10 OSY(354cm3/m2)이다. 생성 카페트에 대한 평균 터프트 결합 강도는 8.2 lb(3.7kg)로 측정된다.
실시예 179는 EVA 대신에 폴리에틸렌[제조원: Quantum; 명칭: MRL-0414]를 사용함을 제외하고 실시예 178과 동일하다. 폴리에틸렌에 대한 부가량은 3 OSY(106cm3/m2)이고 평균 터프트 결합 강도는 2.3 lb(1.04kg)로 측정된다.
실시예 180은 FN500에 대한 부가량이 5.4 OSY(191 cm3/m2)임을 제외하고 실시예 177과 동일하다. 터프트 결합 강도는 5.2 lb(2.4kg)로 측정된다.
실시예 181은 아이게팔(Igepal) CO-430 대신에 계면활성제[제조원 Sun Chemical International; 명칭 OT-75]를 사용함을 제외하고 실시예 180과 동일하다. FN500에 대한 부가량은 10.5 OSY(371cm3/m2)이며 평균 터프트 결합 강도는 4.3 lb(1.95kg)이다.
실시예 176에서 제조된 카페트에 도포되는 상이한 제 2 배면재를 나타내기위해 실시예 182 내지 193을 수행하였다.
실시예 182에서는, 카페트의 파일되지않은 면의 상부상에 상표명 NA202 UE635의 콴텀 케미칼 캄파니(Quantum Chemical Co.)의 에틸렌 비닐 아세테이트/폴리에틸렌의 공압출 시이트를 위치시킴으로써 실시예 176에서 제조된 카페트 조각에 제 2 배면재를 장착하였다. 예비 압출된 시이트는 23밀(0.58mm) 두께이었다. 그런 다음, 시이트가 용융되어 예비피복된 카페트의 이면에 접합하도록 카페트를 30분동안 300℉(149℃)로 설정된 중력 대류 오븐에 두었다. 그런다음, 카페트를 주위 온도로 냉각시켰다.
콴텀 NA202 UE635의 시이트가 각각 두께가 35, 37 및 50밀(0.89, 0.94 및 1.3mm)인 점을 제외하고는 실시예 182와 동일하게 실시예 183 내지 185를 수행하였다.
실시예 176의 카페트를 취하고 카페트의 이면상에 탄산칼슘 충전된 VAE 라텍스를 도포함으로써 실시예 186을 수행하였다. 그런 다음, 카페트를 30분동안 300℉(149℃)의 중력 대류 오븐에 두어 VAE를 건조시켰다. 피복물 중량은 건조 중량을 기준으로 약 25OSY(884㎤/㎡)이었다.
라텍스가 비충진된 VAE 라텍스인 점을 제외하고는 실시예 186과 동일하게 실시예 187을 수행하였다. 특히, 이 라텍스를 상표명 97808로 레이촐드 케미칼 캄파니(Reichold Chemical Co.)에서 구입하였다.
VAE 라텍스 대신 탄산 칼슘 충진된 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 라텍스를 사용한 점을 제외하고는 실시예 186과 동일하게 실시예 188을 수행하였다. 피복 중량이 약 25OSY(884㎤/㎡)가 되도록 SBR 라텍스를 도포하였다.
실시예 176의 카페트를 취하고 EVA 분말을 카페트의 배면재에 펴서 실시예 189를 수행하였다. 특히, EVA 분말은 상표명 엘박스(Elvax) 410으로 듀퐁(Dupont)에서 시판되고, 10OSY(354㎤/㎡)로 도포되었다.
분말이 상표명 폴리왁스(Polywax) 2000로 헤르큘레스(Hercules)에서 공급되는 폴리올레핀 왁스인 점을 제외하고는 실시에 189와 동일하게 실시예 190을 수행하였다.
실시예 176의 카페트를 취하고 배합된 고온 용융 접착제를 카페트의 배면재에 도포하여 실시예 191을 수행하였다. 특히, 충전된 EVA 및 헤르큘레스 인코포레이티드의 피코바(Poccovar) CB-20으로 구성된 고온 용융 접착제를 30OSY(1061㎤/㎡)로 약 300℉(149℃)의 온도에서 도포하였다.
우레탄 발포 패드를 고온 용융 접착제를 통해 카페트 배면재에 적층하는 점을 제외하고는 실시예 191과 동일하게 실시예 192를 수행하였다. 특히, 상표명 듀라텍(Duratech) 100으로 쇼 인더스트리즈에서 시판하는 폴리우레판 발포 패드를 고온 용융 접착제를 이용하여 적층시켰다.
실시예 193은 본 발명의 수성 예비 피복 양태의 바람직한 양태에 따라 수행하였다. 실시예 176의 카페트의 시료는 배면재로 직접 압출되는 중합체의 시이트를 가졌다. 사용되는 중합체는 상기 표 1에서 "G"로 명명된 폴리에틸렌 엘라스토머이다. 이 특정한 중합체의 밀도는 약 0.90g/cc이었다. 용융 지수는 75이었다.
마르스덴(Marsden) 프로판 점화된 적외선 히터를 기재를 예열하는데 사용하였다. 히터를 약 200℉(93℃) 내지 약 230℉(110℃)의 온도로 설정하였다. 카페트의 온도를 압출된 시이트를 수용하기 직전에 약 145℉(63℃)에서 측정하였다. 중합체를 종이 피복에 사용되는 전형적인 압출 피복 장치를 이용하여 7밀(0.18mm)의 두께로 압출하였다. 특히, 전형적인 폴리에틸렌 유형 압출기는 제 1 배럴의 경우 350℉(177℃)의 온도, 제 2 배럴의 경우 375℉(191℃)의 온도 및 나머지 배럴, 매니폴드 및 압출 다이의 경우 400℉(204℃)의 온도를 이용하였다. 다이는 카페트의 배면재상으로 일부 고온 중합체를 압출시키는 슬롯 유형이었다. 그런 다음, 배면재가 냉각 롤을 향하고 120℉(49℃)의 온도로 냉각 롤 둘레에 카페트를 위치시켰다. 라인 속도를 23피트/분(7m/분)으로 설정하였다. 카페트를 45psi(0.31MPa)의 닙 압력으로 냉각 롤에서 가압하였다. 구체적인 실시예로 수행되지는 않았지만, 패브릭, 예를 들면 "액션백(ActionBac)"으로 아모코 패브릭스 앤드 파이버(Amoco Fabrics ＆ Fibers)의 전형적인 폴리프로필렌 제 2 배면재는 이 냉각 롤 직전에 또는 여기에서 압출된 시이트를 통해 적층될 수 있다.
실시예 194 내지 197은 본 발명에 따른 카페트 타일을 제조하기위해 수행되었다.
실시예 194는 카페트 타일의 가장 바람직한 제조 방법에 따라 수행되었다. 6피트(1.8m) 폭의 생지 제품이 롤에 제공된다. 생지 제품은 약 45OSY(1592㎤/㎡)의 표면 얀 중량에서 절단 파일로서 아크조(Akzo)의 상표명 "콜백(Colback)"(폴리아미드와 폴리에스테르 중합체의 블렌드)으로부터 수득된 부직 제 1 배면재로 터프트된 폴리프로필렌 얀을 포함한다. 이 생지 제품을 17피트/분(5.2m/분)에서 압출기 하부로 통과시켰다. 압출기는 하기 조성을 갖는 용융된 중합체 혼합물을 함유하였다.
다이에서의 온도는 약 500℉(260℃)이었다. 약 25OSY(884㎤/㎡)를 제 1 경로에서 도포하고, 이후에, 강화 패브릭의 시이트를 중합체의 제 1 층의 상부에 위치시켰다. 이 실시예에서 강화 패브릭은 티파(Typar)("3351"로서 리메이(Reemay)에서 시판하는 부직 폴리프로필렌 패브릭)의 3.5OSY(124㎤/㎡) 시이트이었다. 냉각 롤상을 통과시킨후, 카페트를 제 2 층을 도포하기위해 라인을 통해 후속적으로 통과시키기위해 감았다.
동일한 라인을 통한 제 2 경로에서는, 동일한 압출물의 제 2 층을 강화 시이트의 상부에 도포하였다. 티파를 함유하지않는 총 부가량은 49.2OSY(1740㎤/㎡)이었다.
냉각시킨후에, 카페트를 18인치(45.7cm) 사각형 타일로 절단하고 터프트 결합 및 아켄(Aachen) 치수 안정성에 대해 시험하였다. 결과를 하기 표 18에 나타낸다.
직선 스티치가 있는 20OSY(707㎤/㎡)에서 표면 얀을 위해 루프 파일 나일론 얀을 사용하고 총 부가량이 54.0OSY(1910㎤/㎡)인 점을 제외하고는 실시예 194와 동일하게 실시예 195를 수행하였다.
루프 파일 나일론 얀을 쉬프트(shift) 스티치가 있는 30OSY(1061㎤/㎡)에서 터프팅하고 총 부가량이 52.6OSY(1860㎤/㎡)인 점을 제외하고는 실시예 195와 동일한 방식으로 실시예 196을 수행하였다.
사용된 제 1 배면재가 "루트라더(Lutradur)"로서 프루덴버그(Freudenberg)에서 시판하는 부직 폴리에스테르 패브릭인 점을 제외하고는 실시예 196과 동일한 방식으로 실시예 197을 수행하였다. 총 부가량은 52.3OSY(1850㎤/㎡)이었다.
실시예 198 내지 208을 수행하여 제 2 경로에 대한 상이한 부가 중량을 갖는 카페트 타일을 제조하였다. 또한, 2개의 상이한 강화 물질을 시험하였다.
제 1 경로에서 가해진 압출물이 하기 조성을 가짐을 제외하고는 상기 실시예 194와 동일하게 실시예 198을 수행하였다:
11OSY(389㎤/㎡)의 이 압출물을 루프 패턴으로 약 26OSY(920㎤/㎡)에서 직조 폴리프로필렌 제 1 배면재로 터프트된 폴리프로필렌으로 구성된 생지 제품의 이면에 가하였다.
실시예 198 내지 203에서, 3.5OSY(124㎤/㎡)의 티파 패브릭을 압출물의 제 1 층과 제 2 층 사이에 넣었다. 실시예 204 내지 208에서, 1.4OSY(49.5㎤/㎡)의 ELK 코포레이션의 유리섬유 스크림을 강화 층으로 사용하였다.
모든 실시예 198 내지 208에서, 동일한 라인을 통해 제 2 경로로 들어가는 압출물의 제 2 층은 하기 조성을 가졌다:
제 2 경로로부터의 부가 중량은 하기 표 19에서 도시된 바와 같이 다양하였다. 카페트를 타일로 절단하고 아켄 치수 안정성 시험을 수행하였고, 결과를 하기에 나타낸다.
특정한 바람직한 대안적인 양태가 본원에 개시되었지만, 본원에 개시된 본 발명의 범위를 벗어나지않고 다양한 다른 양태 및 변형이 가능함을 명심해야만한다. 첨부된 특허청구범위가 본 발명의 특허의 범위를 한정한다.
Claims (14)
- 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 제 1 배면재에 결합되어있고 제 1 배면재의 표면으로부터 연장되고 제 1 배면재의 이면에서 노출되는 다수의 섬유, 접착성 배면재, 및 접착성 배면재에 인접한 선택적인 제 2 배면재를 포함하며, 이때, 다수의 섬유, 제 1 배면재, 접착성 배면재 또는 선택적 제 2 배면재중 하나 이상이 50%이상의 단쇄 분지 분포 지수(SCBDI)를 가짐을 특징으로하는 하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체로 구성되는 카페트.
- 제 1 항에 있어서,접착성 배면재가 하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체로 구성되는 카페트.
- 제 1 항에 있어서,동종 분지된 에틸렌 중합체가 에틸렌과 하나이상의 C3-C20α-올레핀의 공중합체인 카페트.
- 제 3 항에 있어서,동종 분지된 에틸렌 중합체가 에틸렌과 하나이상의 C3-C20α-올레핀의 공중합체인 카페트.
- 제 4 항에 있어서,하나의 C3-C20α-올레핀이 프로필렌, 1-부텐, 1-이소부틸렌, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐 및 1-옥텐으로 구성된 군에서 선택되는 카페트.
- 제 5 항에 있어서,하나의 C3-C20α-올레핀이 1-옥텐인 카페트.
- 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 제 1 배면재에 결합되어있고 제 1 배면재의 표면으로부터 연장되고 제 1 배면재의 이면에서 노출되는 다수의 섬유, 및 제 1 배면재의 이면상에 부착된 접착성 배면재, 및 접착성 배면재에 인접한 선택적인 제 2 배면재를 포함하는 카페트의, 제 1 배면재의 이면상으로 접착성 배면재 또는 선택적인 제 2 배면재를 압출된 피복시키는 단계를 포함하며, 이때 압출 피복된 접착성 배면재 또는 선택적인 제 2 배면재가 50%이상의 단쇄 분지 분포 지수(SCBDI)를 가짐을 특징으로하는 하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체로 구성되는 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,접착성 배면재가 제 1 배면재의 이면상으로 압출 피복되는 방법.
- 제 1 항에 있어서,(i) 섬유, 제 1 배면재, 접착성 배면 및 선택적인 제 2 배면재가 모두 폴리올레핀 중합체를 포함하고, (ii) 접착성 배면재의 올레핀 단량체 화학이 섬유 및 제 1 배면재의 단량체 화학과 상이하고, (iii) 카페트가 카페트 성분의 분리없이 재활용될 수 있음을 나타내는 판매시에서의 라벨 또는 문구를 포함하는 카페트.
- 하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체가 -30 내지 150℃의 단일 시차 주사 열량계, DSC, 용융 피크를 가짐을 추가로 특징으로하는, 제 1 항의 카페트 또는 제 7 항의 방법.
- 제 10 항에 있어서,하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체가 (a) 5.63이상의 용융 유동 비율, I10/I2; (b) (Mw/Mn)≤(I10/I2) - 4.63으로 정의되는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정되는 분자량 분포, Mw/Mn; 및 (c) 실질적으로 선형 에틸렌 중합체의 표면 용융 분열의 개시시에서의 임계 전단율이 선형 에틸렌 중합체의 표면 용융 분열의 개시시에서의 임계 전단율보다 50%이상 더 크고, 이때, 선형 에틸렌 중합체가 동종 분지된 단쇄 분지 분포를 갖고 장쇄 분지를 갖지않으며, 실질적으로 선형 에틸렌 중합체 및 선형 에틸렌 중합체가 동시에 에틸렌과 하나이상의 C3-C20α-올레핀의 상호중합체 또는 에틸렌 단독중합체이고 동일한 I2및 Mw/Mn을 갖고, 이때, 실질적으로 선형 에틸렌 중합체 및 선형 에틸렌 중합체의 개별적인 임계 전단율이 기체 압출 점도계를 이용하여 동일한 용융 온도에서 측정되는 기체 압출 유동학을 가짐을 특징으로하는, 실질적으로 선형 에틸렌 중합체인, 카페트 또는 방법.
- 하나이상의 동종 분지된 에틸렌 중합체가 동종 분지된 선형 에틸렌 중합체인 제 1 항의 카페트 또는 제 7 항의 방법.
- 붕괴된, 비팽창된 접착성 배면재, 표면 및 이면을 갖는 제 1 배면재, 및 제 1 배면재에 접착된 유리 공간을 갖고 제 1 배면재의 표면으로부터 연장되고 제 1 배면재의 이면에서 노출됨을 특징으로하는 얀을 포함하고, 이때 접착성 배면재가 하나이상의 에틸렌 중합체를 포함하고 제 1 배면재와 밀접하게 접촉하고 실질적으로 얀을 투과하여 이와 결합하는 카페트의, 효과량의 하나이상의 내부 파열제를 접착성 배면재에 첨가한후, 용융 또는 반용융된 중합체가 제 1 배면재의 이면상에 노출된 얀의 유리 공간으로 밀려들어가도록 압출 피복동안 내부 파열제를 활성화시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
- 제 1 배면재를 제공하고,얀을 제 1 배면재로 터프팅(tufting)하여 제 1 배면재의 표면상에 카페트 파일(file) 및 제 1 배면재의 이면상에 얀의 루프를 생성하고,열가소성 물질의 시이트를 제 1 배면재의 이면으로 압출시키며,압출 단계 전에 적어도 제 1 배면재의 이면 및 제 1 배면재의 이면상의 얀의 루프를 처리하여 표면으로부터 바람직하지않은 화학물질을 제거함으로써 압출된 시이트의 접착성을 개선시킴을 포함하고, 이때 처리가 얀 또는 제 1 배면재상의 바람직하지않은 화학물질을 제거하기위한 증기, 화학적 용매 또는 플래쉬(flash) 가열, 세탁 또는 세척으로 구성되는 카페트의 제조 방법.
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