KR20010005562A

KR20010005562A - 플래쉬-방사 생산물

Info

Publication number: KR20010005562A
Application number: KR1019997008625A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 잭슨 맥긴티; 현국 신; 영 에이치. 김
Original assignee: 메리 이. 보울러; 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2001-01-15
Also published as: EP0970268A1; US6117801A; ES2187944T3; WO1998044176A1; EP0970268B1; JP2001518151A; CA2279970A1; DE69810087T2; DE69810087D1

Abstract

본 발명은 플렉시필라멘트상 필름-피브릴 재료로 형성된 부직 시트 구조물에 유연성 및 정숙성을 제공하는 공중합체의 플래쉬 방사법에 관한 것이다. 특히, 폴리에틸렌을 에틸렌 공중합체와 플래쉬-방사하면 실질적으로 개선된 유연성 및 안정성을 제공한다.

Description

플래쉬-방사 생산물 {Flash-Spun Products}

듀폰 (DuPont; E. I. du Pont de Nemours)은 수년 간 타이벡(Tyvek; 등록 상표) 스펀본디드 올레핀 시트 생산물을 제조해 오고 있다. 이 기간 동안, 듀폰은 플래쉬-방사 부직 시트 생산물의 면 결합 재료 및 점 결합 재료의 두가지 기본 형태를 개발하였다. 면 결합된 재료는 일반적으로 시트의 면을 가로질러 열적으로 결합되어 있다. 점 또는 패턴 결합된 재료는, 더욱 강하게 결합되거나 그다지 강하게 결합되지 않은 일부분을 만드는 패턴 또는 점에서 열적으로 결합되어 있다. 상기의 면 결합된 생산물은 전형적으로 점 결합된 것보다 뻣뻣하며, 종이와 같은 질감을 가진다. 점 결합된 플래쉬-방사 부직 생산물은 더 유연한 섬유와 같은 질감을 가지는 경향이 있다. 점 결합된 플래쉬-방사 재료는 보호복에 가장 흔하게 사용된다. 면 결합된 생산물은 봉투, 의료용 포장재 및 건축 분야에서 공기 침투 장벽으로서 사용된다.

보호복의 관점에서, 착용자의 편안함이 시트 재료의 많은 특성을 고려하는 요소이다. 듀폰은 플래쉬-방사 부직 재료의 통기성 및 강도를 향상시키기 위해 많은 연구 개방을 수행해 왔다. 흔히 인지되면서도 측정하기는 어려운 한 가지 고려할 점은 유연성 또는 촉감이다. 유연성은 편안함에 영향을 주는 주요한 직물 물성의 하나이다. 다른 특성을 떨어뜨리지 않는 플래쉬-방사 부직포의 향상된 유연성은 고객 또는 사용자들에게 인정받을 수 있는 향상 또는 개선으로 간주된다. 의류에 대한 다른 흥미있는 특성은 정숙성 또는 잡음성이다. 착용자가 움직일 때 잡음을 내는 직물로 만들어진 보호복과 같은 의복은 불편하게 여겨진다.

면 결합된 재료에 대해 유연성이 추가되면 또한 바람직하게 받아들여질 것으로 여겨진다. 특히, 면 결합된 플래쉬-방사 부직 재료는 움직일 때 다소 잡음을 내는 경향이 있다. 몇몇 건축 분야에서, 문의 여닫음으로 인한 것과 같은 압력 변화에 노출되었을 때, 공기 장벽이 움직임으로부터 완전히 제한되지 않을 수 있다. 공기 침투 장벽의 청취 가능한 잔소리는 바람직하지 않다. 그러므로, 다시, 더 유연한 생산물은 종이 모양의 시트 재료에 관련된 잡음을 제거 또는 감소시킬 수도 있다.

〈발명의 요약〉

본 발명의 목적은 중합체가 단독으로 또는 고밀도 폴리에틸렌과 블렌드된 1종 이상의 에틸렌 공중합체를 포함하는 (comprise) 중합체 플래쉬-방사 플렉시필라멘트상 필름-피브릴 재료에 의해 달성된다. 본 발명에서 에틸렌 공중합체는 밀도가 약 0.85 내지 약 0.95 g/cc이고, 온도 190℃에서 중량 2.16 kg으로 측정한 용융지수가 약 0.1 내지 약 50 g/10분이다. 플래쉬-방사 플렉시필라멘트상 필름-피브릴 재료의 BET 표면적은 약 2 m²/gm을 초과한다.

본 발명은 플래쉬-방사 생산물 및 보다 구체적으로 플래쉬 방사에 의해 제조된 섬유 및 시트 생산물에 관한 것이다.

본 발명은 도면을 포함하는 발명의 상세한 설명에 의해 보다 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명을 설명하기 위해 특히 적합한 도면이 첨부되어 있으나, 이러한 도면은 단지 설명하기 위함이고 일정한 규격화를 위함이 아님을 이해해야 한다. 하기와 같이 도면을 간략히 설명한다.

도 1은 중합체를 플렉시필라멘트상 웹 형태로에 플래쉬 방사하고 플렉시필라멘트상 웹을 내려 놓아 부직 시트를 형성하는 데 적합한 장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에서 플렉시필라멘트상 웹의 레이다운의 단면 투시도이고,

도 3은 도 1의 장치의 압력 강하 챔버 및 방사 오리피스의 확대 단면도이며,

도 4는 중합체로부터 플렉시필라멘트상 사(yarn)를 제조하는 것에 대한 소규모의 시험 시스템의 개략도이다.

이제 도면을 참조하여 섬유를 방사하고 시트를 형성하는 바람직한 시스템 및 공정을 도 1 및 2에서 설명한다. 기본적인 시스템은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용하고 있는 종래의 미국 특허 제3,860,369호 (브레타우어; Brethauer et al.)에 개시되어 있다. 공정은 때때로 당업사자들에 의해 방사 셀로 언급되는 챔버 (1)에서 수행되며, 이 챔버는 증기 제거구 (2) 및 공정에서 생성된 부직 시트 재료가 제거되는 출구 (3)을 가진다. 중합체 용액 (또는 방사액)은 승온 및 가압 하에서 연속식으로 또는 배치식으로 제조되어 도관 (10)을 통해 방사 셀 (1)로 제공된다. 용액의 압력은 중합체가 방사제에 완전히 용해되어 균일한 단일상 혼합물을 형성하는 최저 압력인 혼탁점 압력보다 높아야 한다.

단일상 중합체 용액은 강하 오리피스 (11)을 통과하여 저압 (또는 압력 강하) 챔버 (12)로 전달된다. 저압 챔버 (12)에서 용액은 2-상 액체-액체 분산액으로 분리된다. 분산액의 한 상은 주로 방사제를 함유하는 방사제 농밀 상이고, 분산액의 나머지 상은 중합체의 대부분을 함유하는 중합체 농밀 상이다. 이 2-상 액체-액체 분산액은 방사구금 (13)을 통해 방사제가 매우 빠르게 증발하는 (플래쉬되는) 더 저압 (바람직하게는 대기압)영역으로 강제 도입되며, 방사구금으로부터 사 (또는 플렉시필라멘트) (20)으로서 폴리올레핀이 생성된다. 사 (20)은 터널 (14)에서 신장되어 회전 배플 (15)에 직접 충돌한다. 회전 배플 (15)는 사 (20)을 약 5-15 cm 너비의 평평한 웹 (21)로 변형시키는 모양을 가지고 있는데 웹 (21)을 생성하기 위해 피브릴을 분리한다. 회전 배플 (15)는 넓은 전후 올 (swath)을 생성하기 위해 충분한 진폭으로 전후 진동을 더 행한다. 웹 (21)은 방사구금 (13)의 약 50 cm 아래에 위치한 이동 와이어 레이다운 벨트 (16) 상에 놓여지고, 도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이 시트 (22)를 생성하기 위해 전후 진동 동작은 일반적으로 벨트 (16)을 가로질러 배열된다.

웹 (21)은 배플 (15)에 의해 이동 벨트 (16)을 향해 비껴가서, 고정된 다중 바늘 이온총 (30) 및 접지된 회전 타겟 플레이트 (grounded rdtation target plate) (31) 사이의 코로나 대전 영역으로 들어간다. 다중 바늘 이온총 (30)은 적절한 전압원 (36)에 의한 DC 전위로 대전된다. 대전된 웹 (21)은 두 부분 (정면부 (32) 및 후면부 (33))으로 구성된 확산기를 통한 고속 방사제 증기 스트림에 의해 운반된다. 확산기는 웹 (21)의 팽창을 제어하고 그의 속도를 줄인다. 확산기의 후면부 (33)은 고정되어 타겟 플레이트 (31)로부터 분리되어 있을 수 있거나 또는 그와 통합될 수 있다. 후면부 (33)과 타겟 플레이트 (31)이 통합되어 있는 경우 그들은 함께 회전한다. 도 1은 타겟 플레이트 (31) 및 확산기의 후면부 (33)을 단일 유닛으로 도시하고 있다. 흡기구 (34) 및 (35)는, 이동하는 웹 (21)의 확산기 후면부 (33)에 끼임 현상을 방지하기 위한 이동 웹 (21) 및 확산기 후면부 (33) 사이의 적절한 기체의 유동을 확실히 하기 위해 확산기의 후부 (33)에 뚫려져 있다. 이동 벨트 (16)은 롤 (17)을 통해 접지되어 대전된 웹 (21)이 정전기적으로 벨트 (16)에 이끌려 그위에 위치한다. 이동 벨트 (16) 상에 수집된 웹 올을 겹치고 정전기력으로 고정하여 벨트 속도에 의해 제어되는 두께로 시트 (22)를 형성한다. 시트 (22)는 벨트 (16) 및 고화 롤 (18) 사이에서 챔버 (1) 밖에서 취급되기에 충분한 강도를 가지는 구조로 압착되고 챔버 (1) 밖에서 권취롤 (23) 상에 수집된다.

전술한 방법과 유사한 방법에 의해 제조된 플래쉬-방사 부직 시트가 건축 분야에서 공기 침투 장벽용, 항공 특급 우편 봉투와 같은 포장재, 의료용 포장재, 깃발, 보호복 및 그 밖의 용도를 위한 타이벡 (Tyvek; 등록 상표) 스펀본디드 올레핀 시트로서 시판되고 있다. 타이벡 스펀본디드 올레핀은 수증기와 공기의 시트 통과를 가능하게 하지만 섬유 간의 작은 공간이 있으면서 매우 질기고 가볍다.

그래서, 타이벡 스펀본디드 올레핀의 특성은 그의 다양한 최종 용도에 대해 상당히 흥미 있고 중요하다. 다른 중요한 특성이 만족되지 않는 한 플래쉬-방사 생산물의 특성의 개선이 항상 요구되어 왔음은 말할 필요가 없다. 플래쉬 방사에 대한 종래의 많은 특허에 기재되어 있듯이 플래쉬-방사 섬유의 특성에 있어서 변화를 유도하는 무수히 다양한 방법이 개시되어 왔다.

타이벡 스펀본디드 올레핀 시트의 한가지 중요한 일단의 특성은 특히 고밀도 폴리에틸렌으로 제조되는 것을 고려할 때, 그의 상당한 인장강도이다. 플래쉬 방사는 플렉시필라멘트 내의 고배향 중합체를 제공하는 경향이 있다. 플래쉬 방사가 양호한 인장성을 제공하지만, 인장성 뿐만 아니라 신장율 및 타프니스 (toughness)가 개선되면 시장에서 인정될 것이다. 신장율은 생산물이 파단되기 전까지 측정한 늘어난 칫수이다. 파단까지의 일량 (Work To Break; WTB)은 신장율 및 인장강도 모두에 관한 것이다. WTB는 응력-변형율 곡선의 아랫 부분이다. 타프니스는 기본 중량에 대해 일반화한 WTB이다.

듀폰은 타이벡 사업의 모든 상업적 운영을 위해 고밀도 단독중합체 폴리에틸렌에만 의존해왔고, 실제로 사용된 폴리에틸렌을 매우 엄격한 규격의 특정 공급원으로부터 지정하였다. 그러나 최근에 듀폰은 소비자 사용 후 재활용된 고밀도 폴리에틸렌을 미사용 중합체에 첨가하기 시작했다. 소비자가 사용한 후의 재활용은 주로 재활용된 우유병으로부터이다. 상당한 기술을 재활용 물질을 수용하는 공정 및 시스템에서 진행시키고 있으며 듀폰은 이러한 성취에 대해 매우 자랑스러워 한다.

규격에서 상당히 벗어난 것으로 간주되어 왔던 폴리에틸렌을 수용하는 새로 발견된 능력으로, 보다 나은 생산의 경제성 또는 다른 생산물 특성을 제공하리라는 신념으로 새로운 형태의 중합체를 고려하고 있다. 본 발명자들은 이제 다른 단량체의 에틸렌 공중합체가 다른 중요한 특성을 손상시키지 않고 상당히 향상된 유연성을 제공하는 것을 밝혀내었다.

본 발명에 유용한 것으로 밝혀진 중합체에는 에틸렌 공중합체 및 고밀도 폴리에틸렌과 블렌드된 에틸렌 공중합체가 포함된다. 본 발명에 특히 유용한 에틸렌 공중합체에는 부텐, 헥센 및 옥텐과 같은 중합화된 알파 올레핀 단위를 포함하는 것들이 있다. 이러한 에틸렌 공중합체는 종래의 지글러-나타 (Ziegler-Natta) 또는 단일 부위 촉매를 사용하여 제조할 수 있다. 사용될 수 있는 시판되는 일부 에틸렌 공중합체에는 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 및 "어피니티 (Affinity)", "인게이지 (Engage)" 및 "어스펀 (ASPUN)"의 상품명으로 다우 (Dow)에서 판매되는 것과 "이그젝트 (Exact)" 및 "익시드 (Exceed)"의 상품명으로 엑슨 (Exxon)에서 판매되는 것들이 포함된다. 상기 에틸렌 공중합체의 대부분은, 일부는 2에 가까운, 4미만의 분자량 분포를 가진다. 하기에서 시험한 모든 시료의 MWD (Molecular Weight Distribution)은 4 미만이다.

의미를 분명히 하기 위해, 본 명세서 및 특히 청구 범위에서 폴리에틸렌은 그 속에 중합화되어 있는 전적으로, 또는 단지 소량의 알파 올레핀 공단량체 단위만 있는 거의 전적으로 에틸렌 단량체로 이루어진 중합체를 의미한다. 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.935를 초과하는 밀도의 폴리에틸렌을 의미한다.

향상된 유연성의 적합한 플래쉬-방사 생산물이 제조될 수 있음을 설명하기 위해 견본품들을 제조하였다. 부직 시트에서의 특성을 예측하기 위해 시험하고 다른 중합체와 비교할 수 있는 플래쉬-방사 섬유를 제조하는데 도 4에 도시되어 있는 소규모의 시험 장치를 사용하였다.

도 4를 설명하면, 중합체 및 방사제를 방사 혼합물에 혼합하기 위한 2개 셀 시험 장치 (40)이 도시되어 있다. 장치 (40)에는 주 실린더 챔버 (44) 및 부 실린더 챔버 (45)를 포함하는 블록 (41)이 포함되어 있다. 측정된 양의 중합체 및 방사제를 입구 (48)과 같은 적합한 통로를 통해 주 실린더 챔버 (44)로 공급한다. 중합체 및 방사제를 정지형 혼합기 부재 (51)을 포함하는 통로 (50)을 통해 주 실린더 챔버 (44)와 부 실린더 챔버 (45) 사이를 전후로 향하게 한다. 수압 밸브 (55) 및 수압 라인 (56) 및 (57)을 통한 수압 펌프 (54)로부터의 가압된 수압 유체가 피스톤 (64) 및 (65)를 작동시켜 중합체 및 방사제가 두 개의 챔버 (44) 및 (45) 사이에서 움직이도록 한다. 중합체 및 방사제가 적절히 혼합될 때까지 혼합물을 예정된 온도까지 가열하고 압력을 센서 (67)에서 모니터한다. 그 다음, 용액을 주 실린더 챔버 (44)로 향하게 하기 위해 수압 시스템을 작동하고, 그다음 위해 밸브 (55)를 막아서 통로 (50)에 밀접한 부 피스톤 (65)을 잠근다. 수압 유체가 라인 (56)으로부터 펌프 (54)로 역류하는 것을 방지하기 위해 수압 밸브 (55)도 막는다.

이제, 주 챔버 (44) 내의 방사 용액을, 비교적 일정한 방사 압력을 유지하는축압기 (74)를 사용하여 밸브 (71)을 통해 방사한다. 축압기 (74)는 피스톤 (76)과 함께 비교적 큰 (주 실린더 챔버 (44) 및 부 실린더 챔버 (45)와 비교하여) 실린더 (75)를 포함한다. 수압 유체 (바람직하게는 물)로 축압기 실린더 (75)를 대부분 채우고, 가압된 기체로 피스톤 (76)의 반대편에 있는 축압기 실린더 (75)의 나머지 공간을 채운다. 기체 라인 (78)을 통해 적합한 공급원으로부터 공급되는 가압된 기체는 이후 몇초간 지속되는 방사 동안 거의 일정한 축압기 압력을 제공하도록 제어된다. 센서 (79)에서 축압기 압력을 모니터 한다. 2개 셀 시험 장치 (40)으로, 공정 매개 변수를 도 1에 도시되어 있는 표준 장치의 작동과 비교할 때, 고려해야 할 여러 가지 요소가 있다. 앤더슨 등(Anderson et al.)에 의해 개시된 (미국 특허 3,227,794호) 압력 강하 챔버를 실시예에서 사용하지 않은 대신, 압력 강하 챔버 효과를 모사하기 위해 혼합 사이클 끝에서의 축압기 압력을 요구되는 방사 압력으로 설정한다. 방사 셀과 축압기 사이의 밸브 (81) 및 방사구금 오리피스 (71)을 연속적으로 빠르게 개방한다. 생산된 플래쉬-방사 생산물을 스테인레스강 개방 메시 스크린 베스킷 (stainless steel open mesh screen basket) 내로 수집한다. 비교적 소량의 재료와 고압을 사용하기 때문에 이러한 실시예에서의 대부분의 방사는 단지 약 1초간 지속될 뿐이다.

방사 셀과 축압기 사이의 밸브 (81)을 개방한 후 방사구금 오리피스 (71)을 개방하는 데에는 통상 약 1 내지 2초가 걸린다. 압력 강하 챔버를 사용하는 경우, 챔버 내의 체류 시간은 일반적으로 0.2 내지 0.8초이다. 그러나, 체류 시간이 약 0.1초를 초과하고 약 10초에 미치지 않는 한, 섬유 형태 및(또는) 특성에 그다지 많은 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 방사 셀과 축압기 사이의 밸브를 개방할 때, 방사 셀 내의 압력은 혼합 압력으로부터 축압기 압력까지 즉시 떨어진다. 방사구금 오리피스를 개방할 때, 방사 셀 압력은 라인에서의 압력 강하로 인해 다시 떨어진다. 컴퓨터를 사용하여 압력 변환기로 방사구금 바로 앞에서 방사 동안 측정되는 압력을 실시예에서의 방사 압력으로 입력한다. 이는 일반적으로 축압기 설정 압력보다 약 100 내지 200 psi 낮다. 그래서, 방사 셀 내의 2상 분산액의 질은 축압기 압력과 실제 방사 압력 및 그 압력에서의 시간에 의존한다. 때때로, 축압기 압력은 혼탁점 압력보다 높은 압력으로 설정된다. 이러한 경우, 방사 셀 내의 2상 분산액의 질은 방사구금이 개방된 후에 도달하는 방사 압력에 의해 주로 결정될 것이다.

하기의 몇가지 실시예에서, 에틸렌 공중합체를 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)과 블렌드하였다. 용융지수 약 0.73 g/10분 (109℃ 에서 2.16 kg의 중량), 용융 흐름 비 {MI (190℃ 에서 2.16 kg의 중량)/MI (190℃ 에서 21.6 kg의 중량)} 약 42 및 밀도 약 0.995 g/cc의 HDPE를 사용하였다. HDPE로는 라이온델 페트로케미컬 캄파니 (Lyondell Petrochemical Company (미국 텍사스 주 휴스톤 소재))의 상품명 알라톤 (ALATHON; 등록 상표)을 구입하였다. 알라톤은 현재 라이온델 페트로케미컬 캄파니의 등록 상표로 등록되어 있다.

섬유, 사 및 시트에 대해 인장강도, 신장율 및 파단 까지의 일량과 같은 다른 매개 변수를 측정하고 수 차례의 시험을 하였다. 수 차례의 시험과 측정된 매개 변수의 간략한 설명을 제공하기 위해 몇몇 시험 및 시험 방법을 하기에 설명하였다.

용융지수

용융지수는 여기서 참고로 인용하는 ASTM-D-1238-90A에 따라 190℃에서 중량 2.16 kg으로 측정하여 g/10분의 단위로 나타내었다.

농도

중합체/방사제의 농도 및 공중합체/단독중합체의 농도는 중량 백분율로 측정하였다.

표면적

플래쉬-방사 폴리에틸렌에 대한 표면적은 전형적으로 10 내지 50 m²/gm의 범위 이었다. 이는 다른 섬유 방사 기술보다 상당히 높은 것으로 부직 시트 생산물에서 전형적으로 요구되는 높은 불투명도를 제공한다. 플렉시필라멘트상 필름-피브릴 스트랜드의 표면적은 여기서 참고 문헌으로 인용하고 있는 브루나우어 등(S. Brunauer, P. H. Emmett and E. Teller, J. Am. Chem. Soc., V. 60 p 309-319 (1938))의 BET 질소 흡수법으로 측정하였으며, m²/g로 기재하였다. 하기에서 논의한 시료에 대해서는 표면적을 측정하지 않았지만, 숙련가에 의한 시각적 관찰에 근거하여 하기 시료들은 플래쉬-방사 생산물의 전형적 표면적 10 내지 50 m²/gm의 범위에 있다고 기재할 수 있다.

2개 셀 플렉시필라멘트 사 인장강도 시험 방법

플래쉬-방사 스트랜드의 데니어를 하기와 같이 측정하였다. 90 cm 길이의 사 스트랜드를 절단하여 굴곡과 주름을 제거하기 위해 사의 한쪽 끝에 20 그램의 중량을 3 분동안 메달았다. 긴 단일한 사 스트랜드로 부터 18 cm의 조각 5개를 각각 절단하여 각각의 조각에 대해 데니어를 측정하였다.

스트랜드의 강력, 신장율 및 타프니스는 인스트론 (Instron) 인장 시험 기계로 측정하였다. 스트랜드를 21℃ (70 F) 및 상대 습도 65%의 조건에서 시험하였다. 그다음 스트랜드를 인치 당 10회 꼬아서 인스트론 시험기의 받침대에 고정시켰다. 2 인치의 게이지 길이를 분당 2인치의 신장율로 사용하였다. 파단시의 강력을 데니어 당 그램 (grams per denier; gpd)으로 기재하였다. 파단시의 신장율을 2-인치 게이지 길이의 시료의 백분율로 기재하였다. 타프니스는 시료의 데니어로 나뉘어진 시료의 파단에 요구되는 일량이며 gpd로 기재하였다. 탄성율은 응력/변형율 곡선의 기울기이며 gpd 단위로 표시하였다.

기본 중량

기본 중량을 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한, ASTM D-3776에 따라 측정하여 oz/yd²(g/m²)으로 나타내었다. 하기 실시예에서 기재된 기본 중량은 시트에 대한 6회 이상 측정값의 평균을 각각 기준으로 하였다.

층간박리강도

시트 시료의 층간박리강도는 인스트론 테이블 모델 검사기와 같은 인장 검사기를 사용하여 일정 속도로 신장시켜 측정하였다. 1.0 inch(2.54 cm)×8.0 inch(20.32 cm) 시료의 단면에 픽(pick)을 삽입하여 분리시키기 시작하고 수동 층간박리에 의해 시료를 대략 3.18 cm(대략 1.25 inch) 층간박리시켰다. 박리된 시료 면을 1.0 inch (2.54 cm) 떨어져 있는 검사기의 클램프에 고정시켰다. 검사기를 가동시켜 5.0 인치/분 (12.7 cm/분)의 크로스헤드 속도로 작동시켰다. 크로스헤드가 약 5.0 inch (1.27 cm) 이동한 후 슬랙(slack)을 제거하고 컴퓨터로 힘 수치를 취하기 시작하였다. 시료를 약 6 inch (15.24 cm) 층간박리하고 그 동안의 3000번의 힘의 판독 값을 취하여 평균하였다. 평균 평균 힘을 시료의 너비로 나누어 층간박리강도를 N/cm (lb/inch)로 표시하였다. 검사는 일반적으로 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한, ASTM D 2724-87의 방법을 따랐다. 하기 실시예에서 기재한 층간박리강도 수치는 시트에 대해 6회 이상 측정한 평균값을 기준으로 한다.

불투명도

불투명도는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한, TAPPI T-519 om-86에 따라 측정하였다. 불투명도는 표준 백색 배면판으로부터의 반사율에 대한 흑색 배면판에 있는 단일 시트로부터의 반사율로서 백분율로 표시하였다. 하기 실시예에서 기재한 불투명도 수치는 시트에 대해 6회 이상 측정한 평균값을 각각 기준으로 하였다.

그랩(grab) 인장강도

인장 특성을 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한 ASTM D1682, 섹션 19를 하기와 같이 개조하여 측정하였다. 시험에서 2.54 cm × 20.32 cm (1 인치×8 인치)인 시료의 양쪽 끝을 클램프로 고정시켰다. 시료가 파단될 때까지 5.08 cm/분 (2 in/분)의 속도로 시료를 꾸준히 잡아 당겼다. 하기 실시예들에 대해 기재한 인장 특성 수치는 종방향으로 절단한 견본에 대한 6회 측정의 평균 및 횡방향으로 절단한 견본에 대한 6회 측정의 평균치이다. 파단시의 힘을 시료의 기본 중량으로 나누어 일반화 하였으며 파단 강도로서 lb-yd²/(oz-in) (뉴튼-m²/(g-cm))으로 기재하였다. 13.34 뉴튼 (3 lb) 하중하의 신장율 및 파단시의 신장율을 본래 시료 길이의 백분율로서 기재하였다. 응력-변형율 곡선의 아랫 부분인 파단까지의 일량 (Work-to-Break; WTB)은 시료의 기본 중량 및 시료의 너비로 나누어 일반화 하였으며 lb-yd²/oz (N-m²/g) 단위의 타프니스로서 기재하였다.

스펜서 천공도

스펜서 천공도는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한 ASTM D3420-91 B 공정에 따라 측정하되 접촉 면적 0.054 cm²(0.35 제곱 인치)의 충격 헤드를 6400 그램-힘 용량을 가지는 보완된 엘멘도르프 시험기 상에 사용하였다. 결과를, 파단까지 측정된 에너지를 충격 헤드의 면적으로 나누어 일반화하고 in-lb/in²(J/cm²)의 단위로 기재하였다. 하기의 결과는 시트에 대한 6회 이상 측정치의 평균을 각각 기준으로 한다.

엘멘도르프 인열강도

엘멘도르프 인열강도를 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용한 ASTM D1424에 따라 측정하였다. 하기 실시예에 대한 엘멘도르프 인열강도 수치를 기재하였다.

유연성 및 정숙성

다양한 사 및 시트에 대한 유연성의 일반적인 비교를 제공하기 위해 객관적인 유연성 척도를 창출하였다. 양쪽 척도에 대해, 별로 유연하지 않은 대조 표준에 유연성 1을 결정하였다. 사에 대해서는 가장 유연한 경우 등급 5를 부여하였다. 시트에 대해서는 가장 유연한 경우 등급 7을 부여하였다. 시트 또한 잡음성 및 대조 표준에 따른 정숙성에 대해 평가하여 가장 심한 잡음성을 등급 1로 하고, 최적 등급을 7로 하였다.

도 4의 2개 셀 시스템 (40)으로, 보통의 펜탄 방사제 중 20 중량% 중합체 용액으로 플래쉬-방사 사를 제조하였다. 여러 시험에서 일반적으로 지름 5.8 mm (0.2 인치) 및 길이 2.54 mm (0.1 인치)인 원기둥형 터널 A를 사용하였다. 별법으로, 지름 3.81 mm (0.15 인치) 및 길이 2.54 mm (0.1 인치)의 일반적인 원기둥형 터널 B를 사용하였다. 다른 장치에서는 터널을 사용하지 않았다. 하기 자료를 수집하였다.

시트 생산물을 제조하기 위한 파일러트 라인 설비 상에서도 시험을 실시하였다. 실시예 C1a에 대한 파일러트 라인 상의, 고밀도 폴리에틸렌 17.7% 및, 32%의 시클로펜탄 및 68%의 노말 펜탄으로 구성된 방사제 82.3%로 구성된 용액으로부터 플렉시필라멘트상 폴리에틸렌을 플래쉬 방사하였다. 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.73 g/10분(190℃에서 중량 21.6 kg)이고 용융 흐름 비 (melt flow ratio) {MI(190℃에서 중량 2.16 kg)/MI(190℃에서 중량 21.6 kg)}는 34이며 밀도는 0.96 g/cc이었다. 라이온델 페트로케미컬 캄파니(Lyondell Petrochemical Company(미국 텍사스주 휴스톤 소재))로부터 알라톤(ALATHON; 등록상표)이란 상품명의 폴리에틸렌을 구입하였다. 알라톤은 현재 라이온델 페트로케미컬 캄파니의 등록 상표이다. 연속식 혼합 유닛에서 용액을 제조하여 온도 185℃, 및 약 13.8 MPa (2000 psi)의 압력 하에서 가열 전송 라인을 통해 6개의 일련의 방사 위치로 이송하였다. 각각의 방사 위치는 용액 압력이 약 6.2 MPa (897 psi)로 떨어지는 압력 강하 챔버가 있었다. 용액을 각각의 압력 강하 챔버로부터 거의 대기압으로 유지되는 영역으로 약 50℃ 온도에서 지름에 대한 길이의 비가 약 0.9인 0.871 mm (0.0343 inch) 방사 오리피스를 통해 방출시켰다. 각 오리피스를 통한 용액의 유속은 약 120 kg/시간 (264 lbs/시간)이었다. 용액을 플렉시필라멘트상 필름-피브릴으로 플래쉬 방사하여 상기에서 언급한 바와 같이 이동 벨트 상에 내려놓고 고화시키고, 권취 롤상에 느슨하게 고화된 시트 형태로 수집하였다.

시트를 이동 벨트와 직경이 약 1.524 m (5 feet)인 회전 가열 평활 금속 드럼 (rotating heated smooth metal drum) 사이에 시트를 통과시킴으로써 팔마 결합기(Palmer bonder)상에서 결합시켰다. 드럼을 가압 증기로 가열시켰고 드럼의 결합 온도를 드럼 내부의 증기압을 조절함으로써 제어하였다. 가압 증기로 드럼의 결합 표면을 대략 133℃ 내지 141℃로 가열하였다. 원하는 결합 정도에 따라 증기의 압력을 사용하여 드럼의 온도를 조절하였다. 결합된 시트는 하기 표에서 실시예 C1a에 기재한 불투명도, 층간박리, 여타의 특성을 가지며, 실시예 C1b를 기재된 차이점을 두고 C1a와 유사한 방식으로 제조하였다.

시트의 특성은 결합제의 증기압을 조절함으로써 변화하는 결합 온도에 따라 변화한다는 것을 인지해야 한다. 일반적으로, 결합 온도가 증가함에 따라 층간박리강도는 증가하고 불투명도는 감소한다. 특정 수준의 층간박리강도 및 불투명도를 달성하기 위해 요구되는 결합 온도는 결합되지 않은 전구체 시트를 제조하는 데 사용한 중합체 및 방사 조건에 의존한다. 시료간의 의미있는 비교를 위해, 하기 각각의 시료 시트를 0.35 lb/in를 초과 및 미만인 양쪽의 박리강도 수치를 수득할 수 있는 온도 범위에서 결합하였으며, 박리강도 0.35 lb/in에서의 특성은 선형 회귀를 사용하여 결정하였다.

결과적으로 플래쉬 방사 에틸렌 공중합체는 매우 더 유연하고 더 정숙한 플래쉬 방사 생산물을 제공한다. 소량의 에틸렌 공중합체를 HDPE에 첨가하여도 유연성 및 정숙성에 있어서 또한 플래쉬 방사 생산물에 실질적인 개선을 제공한다는 것을 특히 인지해야 한다.

전기의 설명 및 도면은 지식의 대중적 기초에 기여하기 위해 발명을 설명하고 기술하려는 의도의 것이다. 이러한 지식 및 이해의 기여를 위한 교환에 있어서, 이해 및 독점적 권리는 추구되고 존중되어야 한다. 소개된 특정 설명 및 바람직한 협정에 의한 이러한 독점적 권리의 범위가 임의의 방식으로 한정되거나 제한되지 않아야 한다. 분명히, 본 출원에 의해 허여되는 모든 특허권의 범위는 하기 청구의 범위들로 판단되고 결정되어야 한다.

Claims

용융지수가 약 0.1 내지 약 50 g/10분이고, 밀도가 약 0.85 내지 약 0.95 g/cc인 에틸렌 공중합체를 포함하는, BET 표면적이 2 m²/gm 이상인 유연성 중합체 플래쉬-방사 플렉시필라멘트상 재료.
제1항에 있어서, 에틸렌 공중합체와 블렌드된 고밀도 폴리에틸렌을 더 함유하는 플렉시필라멘트상 재료.
제1항에 있어서, 에틸렌 공중합체의 밀도가 약 0.87 내지 약 0.93 g/cc인 플렉시필라멘트상 재료.
제1항에 있어서, 에틸렌 공중합체의 용융지수가 약 0.4 내지 약 10인 플렉시필라멘트상 재료.
제1항에 있어서, BET 표면적이 약 8 m²/gm을 초과하는 플렉시필라멘트상 재료.
제1항에 있어서, 에틸렌 공중합체의 분자량 분포가 약 4 미만인 플렉시필라멘트상 재료.
용융지수가 약 0.4 내지 약 10 g/10분이고, 밀도가 약 0.87 내지 약 0.93 g/cc이고, 분자량 분포가 약 4 미만인 에틸렌 공중합체 및 그와 블렌드된 고밀도 폴리에틸렌 중합체를 포함하는, BET 표면적이 약 8 m²/gm을 초과하는 유연성 중합체 플래쉬-방사 플렉시필라멘트상 재료.
밀도가 약 0.85 내지 약 0.95 g/cc이고, 용융지수가 약 0.1 내지 약 50 g/10분인 에틸렌 공중합체를 포함하는, BET 표면적이 2 m²/gm을 초과하는 유연성 플래쉬-방사 부직 시트 재료.
제8항에 있어서,스펀본디드인 시트 재료.
제8항에 있어서, 면 결합된 시트 재료.
제8항에 있어서, 점 결합된 시트 재료.
제8항에 있어서, 1.36 kg (3 lbs) 장력에서의 신장율이 약 1 퍼센트를 초과하는 시트 재료.
제8항에 있어서, 에틸렌 공중합체와 블렌드된 고밀도 폴리에틸렌을 더 포함하는 시트 재료.
제8항에 있어서, 정수 헤드가 약 50.8 cm (20 인치)를 초과하는 시트 재료.
제8항에 있어서, 정수 헤드가 약 100.16 cm (40 인치)를 초과하는 시트 재료.
제8항에 있어서, 불투명도가 85% 이상인 시트 재료.