KR20020037357A - 처리된 섬유의 형성 방법 및 그로부터 형성된 처리된 섬유 - Google Patents

처리된 섬유의 형성 방법 및 그로부터 형성된 처리된 섬유 Download PDF

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데브라 진 맥도웰
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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

본 발명은 처리된 섬유의 형성 방법에 관한 것이다. 용융 중합체를 중합체 유동물을 형성하고 분배하도록 개조된 섬유방사 장치로 운반한다. 하나 이상의 액상 처리제를 섬유 방사 장치 내에서 하나 이상의 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 영역에 적용한다. 처리제의 상당 부분이 처리된 영역 내에서 생성된 섬유의 표면에 남는다. 용융 중합체 표면 상의 하나 이상의 영역을 하나 또는 다수의 처리제로 처리할 수 있다. 피복율은 섬유 표면의 거의 없는 피복율에서 완전한 피복율까지 다양할 수 있다. 처리된 영역은 서로 접촉하거나 또는 독립 및 별개일 수 있다. 하나 이상의 섬유 방사 장치를 설계하여 선택된 섬유를 처리하거나 또는 다수의 처리제를 적용하여 선택적으로 처리된 섬유 영역을 가지는 부직 웹을 생성할 수 있다. 부직 웹의 영역들은 처리제의 종류, 양 또는 피복율이 다양할 수 있다.

Description

처리된 섬유의 형성 방법 및 그로부터 형성된 처리된 섬유{Method of Forming a Treated Fiber and a Treated Fiber Formed Therefrom}
부직포는 기저귀, 용변 연습용 팬츠, 실금용 가먼트, 매트리스 패드, 와이퍼 및 여성용 위생 용품(예를 들어, 생리대)과 같은 개인 위생 흡수 물품, 수술용 드레이프, 가운, 상처 보호 붕대 및 안면마스크와 같은 의료 분야, 산업용 작업복 및 실험복을 포함하는 의류 물품 또는 그의 일부분, 액체 및 기체 여과 등을 포함하는 가정용 및 산업용 작업 등과 같은 다양한 분야에서 용도가 증가하고 있다.
어떤 기능을 수행하기 위해서 또는 특정 분야에서 요구되는 요건을 충족시키기 위해서 부직포의 특성을 개선하는 것이 종종 바람직하다. 특성을 개선하는 수단의 하나는 처리제를 사용하는 것이다. 처리제는 일반적으로 섬유 또는 섬유 웹을 국소적으로 처리함으로써 또는 용융 압출 또는 다른 방법으로 섬유를 형성하기 이전의 중합체에 처리제를 혼합함으로써 첨가된다. 처리제의 전형적인 종류의 예로는 안정제, 소광제, 방염제, 충전제, 살균제, 광학표백제, 증량제, 착색제, 광택제, 대전방지제, 알코올 반발제(alcohol repellent), 연화제, 방오제, 습윤제, 가공조제 및 다른 기능성 화학 물질이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
일단 어떤 분야를 위한 적당한 처리제가 확정되면, 그 처리제를 섬유 및 섬유 웹에 적용하는 수단이 종종 문제가 된다. 일부 처리제는 처리제의 화학 구조 및 임의의 공정 제한에 따라 내부적으로 또는 국소적으로 적용될 수 있다.
형성된 섬유 또는 섬유 웹의 국소 처리 또는 코팅은 미국 특허 제4,095,558호(엘레가스트(Ellegast) 등)에 개시된 것과 같은 발포 처리, 미국 특허 제3,993,805호(로버츠(Roberts))에 개시된 것과 같은 롤 코팅, 미국 특허 제3,032,813호(스탈레고(Stalego))에 개시된 것과 같은 분무 코팅, 미국 특허 제4,457,034호(시멘(Simmen)) 및 미국 특허 제5,679,158호(홀저 주니어(Holzer, Jr.) 등)에 개시된 것과 같은 슬롯 코팅, 유럽 특허 제0,594,983 A1호(가라바글리아(Garavaglia) 등)에 개시된 것과 같은 브러쉬 처리, 및 미국 특허 제5,151,321호(리브스(Reeves) 등)에 개시된 것과 같이 섬유를 처리욕에 침지한 후 블롯팅(blotting) 또는 압착으로 과량의 처리제를 제거하는 것으로 구성된 침지 및 압착 처리를 포함하는 다양한 기술로 수행될 수 있다. 적은 양의 처리제만 필요할 경우, 이러한 시스템은 섬유 또는 섬유 웹 표면의 처리제 균일성 불량을 유발할 수 있다. 따라서 처리제 양을 높이거나 또는 처리제를 희석시켜 처리욕을 형성하는 것이 종종 필요하다. 게다가 처리 공정후, 고가이며(이거나) 번거로우며, 강도와 같은 섬유 또는 섬유 웹의 물성에 불리하게 영향을 줄 수 있는 건조 단계가 이어질 수 있다. 또한, 혼화성이 없는 다수의 처리제를 적용할 경우 다단계의 코팅 및 건조 공정이 필요할 수 있다.
통상적으로, 내부 처리는 미국 특허 제4,167,503호(시프리아니(Cipriani))에 개시된 것과 같이 처리제를 중합체 안에 혼합하고 혼합된 생성물을 미처리 중합체 펠렛과 블렌드한 후 압출하거나 또는 미국 특허 제4,857,251호 및 제5,057,262호(노르(Nohr) 등)에 개시된 것과 같이 압출 동안 용융 중합체와 처리제를 직접 배합하는 방법으로 달성되었다. 이러한 방법은 섬유의 처리제 균일성을 얻기 위해 충분한 혼합이 필요하고, 전형적인 제조 공정 변경시 압출기로부터 처리제를 제거하기 위해 긴 정화 시간이 필요하다.
미국 특허 제5,516,476호(하가드(Haggard) 등)에 예시된 대체적인 접근법은, 방사구의 방사 오리피스 바로 상류에서 스핀 팩 플레이트 내의 혼합기 채널에 통과시켜 처리제를 용융 중합체와 블렌드한다. 이 접근법은 정화시간을 단축하지만, 모든 처리제를 효과적으로 사용할 수 없는데, 이는 많은 처리제들이 단지 섬유 표면에서만 기능성을 가지고 섬유 내부에 있을 경우에는 거의 또는 전혀 이점을 제공하지 못하기 때문이다. 중합체와 혼화되지 않는 처리제는 시간이 지나면서 섬유 표면으로 이동할 수 있지만, 이동성이 높은 처리제조차 완전히 표면으로 확산될 수는 없다. 따라서, 목적하는 섬유의 특성을 얻기 위해서 보다 높은 양의 처리제가 종종 필요하다. 국소 처리 시스템과 마찬가지로, 내부 처리 시스템도 단일 처리제 또는 혼화성 처리제의 블렌드의 사용에 한정될 수 있는데, 이는 다수의 비혼화성 처리제를 혼입할 경우 섬유 형성 곤란 및 섬유 표면의 처리제 균일성 불량이 유발될 수 있기 때문이다.
따라서, 통상적인 국소 처리 시스템은 균일성, 비용 및 융통성의 측면에서 제한을 받지만, 처리제의 기능적 이점이 종종 요구되는 섬유 또는 섬유 웹의 표면에만 처리제를 적용하기에 유용하다. 내부 처리 시스템은 처리 공정을 단순하게 할 수 있지만, 섬유 표면에서 바람직한 특성을 얻기 위한 높은 처리제 요구량 또는 긴 중합체 정화 시간에 의해 종종 비효율적이다. 따라서 국소 처리와 내부 처리 둘다의 이점을 제공하는 시스템이 매우 바람직하다.
종래 기술은 중합체와의 혼합 없이 하나 이상의 처리제를 이동하는 용융 중합제의 표면에 선택적으로 적용하기 위한 방법 또는 장치를 제공하지 못했다. 이러한 방법은 신속한 생성물 변경, 매우 효율적인 처리제 및 중합체 사용, 다수의 비혼화성 처리제의 사용, 필요시 최소한의 건조 요구, 공정 중단 감소를 가능하게 한다.
<발명의 요약>
본 발명은 처리된 섬유 및 처리된 섬유의 형성 방법을 제공한다. 용융 중합체를 그의 유동물을 형성하여 분배하도록 개조된 섬유 방사 장치로 운반한다. 하나 이상의 액상 처리제를 섬유 방사 장치 내에서 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 영역에 적용한다. 처리제의 상당 부분이 처리제가 적용된 영역 내에서 형성된 섬유 표면 상에 남는다.
섬유 형성 공정에 적합한 임의의 중합체를 사용하여 본 발명의 처리된 섬유를 형성할 수 있다. 유사하게, 처리제가 섬유 형성 공정 동안 사용되는 공정 조건을 견딜 수 있고, 섬유 형성에 불리한 영향을 미치지 않는다면, 임의의 종류의 처리제, 예를 들어, 습윤제, 피부 보호 처리제, 의료 처리제 및 대전방지제를 사용할 수 있다. 처리제의 양은, 예를 들어, 섬유의 약 0.05 중량％ 내지 약 3.0 중량％ 범위일 수 있으며, 섬유의 약 0.1 중량％ 내지 약 1.5 중량％ 범위가 바람직하다. 처리제는 바람직하게 액체이거나 또는 액체 담체 중에서, 즉 액상으로 운반될 수 있는 형태이다.
한 실시양태에서, 용융 중합체 표면의 하나 이상의 영역을 단일 처리제 또는 다수 처리제의 블렌드로 처리한다. 그 영역은 원주상, 즉 섬유 둘레 방향, 또는 길이상, 즉 섬유의 길이 방향일 수 있다. 그 영역은 연속 또는 불연속일 수 있다. 피복율은 특정 분야의 요건에 따라 섬유 표면의 거의 없는 피복율에서 완전한 피복율까지 다양할 수 있다.
다른 실시양태에서, 둘 이상의 처리제를 섬유 표면의 다수의 영역에 적용한다. 그 영역들은 서로 접촉할 수 있거나 또는 독립 및 별개일 수 있다. 처리제는 혼화성 또는 비혼화성일 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 선택적으로 처리된 섬유의 영역을 가지는 부직 웹을 생성한다. 이것은 선택된 섬유를 처리하거나 또는 다수의 처리제를 적용하도록 고안된 하나 또는 다수의 섬유 방사 장치를 통해 달성된다. 부직 웹의 섬유 영역은 처리제의 종류, 양 또는 피복율이 다양할 수 있다.
본 발명의 처리된 섬유의 형성 방법 및 처리된 섬유는 다양한 분야를 위한 부직포 제조에 사용될 수 있다. 본 발명의 넓은 적용 범위는 이후에 주어질 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 그러나 다음의 상세한 설명을 보면발명의 취지 및 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 당업자들에게 명백해지기 때문에 본 발명의 바람직한 실시양태에 대한 상세한 설명은 단지 예시를 목적으로 한 것임을 이해하여야 한다.
본 발명은 처리된 섬유 및 처리된 섬유 형성 방법에 관한 것이다. 이러한 처리된 섬유는, 예를 들어, 부직포, 실, 카페트 및 하나 이상의 특성이 개선된 섬유가 요구되는 다른 분야에서 다양하게 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 처리된 섬유 형성 방법의 예이다.
도 2(a)-2(d)는 본 발명에 따른, 처리제가 다양하게 배치된 섬유 단면이다.
도 3(a)-3(b)는 각각 원주상 연속 및 원주상 불연속 처리제 영역을 가지는 섬유 단면이다.
도 4(a)-4(b)는 각각 길이상 연속 처리제 영역 및 길이상 불연속 처리제 영역을 가지는 섬유의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조될 수 있는 다수의 처리제 영역을 가지는 부직 웹의 예이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조될 수 있는 다수의 처리제 층을 가지는 부직 웹의 예이다.
<정의>
본원에서 사용되는 "처리제"는 섬유 또는 섬유 웹의 물리적 또는 화학적 특성을 개성하기 위해 사용되는 임의의 물질을 말한다. 처리제는 단일 물질이거나 둘 이상의 물질의 블렌드일 수 있다. 본원에서 사용되는 "내부 처리제"는 섬유 형성 공정 동안 임의의 단계에서 용융 중합체와 실질적으로 혼합되는 임의의 처리제를 말한다. 본원에서 사용되는 용어 "국소 처리제"는 섬유 또는 섬유 웹에 외부적으로 적용되는 임의의 처리제를 말한다.
본원에서 사용되는 용어 "블렌드"는 둘 이상의 중합체 또는 처리제의 블렌드를 의미한다. 용어 "혼화성" 또는 "비혼화성"은 혼합의 자유 에너지가 각각 음의 값 및 양의 값인 블렌드를 기술한다. 본원에서 사용되는 "액체"는 임의의 용기 형상을 취할 수 있는 주로 비입상, 비기상인 임의의 물질이다. 본원에서 사용되는 용어 "액상"은 액체의 특성을 가지는 물질로, 예를 들어, 슬러리, 현탁액, 유화액 등을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "섬유"는 직물 및 다른 텍스타일 구조물의 기본 요소를 말한다. 섬유는 길이가 폭 또는 지름의 약 100 배 이상인 것을 특징으로 한다. 섬유는 천연 중합체, 예를 들어, 알긴 또는 셀룰로오스 기재 섬유, 합성 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리비닐 섬유, 또는 광물, 예를 들어, 유리로부터 제조될 수 있다. 이러한 섬유들은 문헌[Dictionary of Fiber ＆ Textile Technology by Hoechst Celanese, copyright 1990, 59면 및 94면]에 논의되어 있다.
본원에서 사용되는 용어 "부직포" 또는 "웹" 또는 "섬유 웹"은 개별적인 섬유 또는 실이 교차하지만, 편성 직물에서와 같이 구분가능한 형식으로 교차된 구조가 아닌 웹을 의미한다. 본원에서 단수로 사용되는 용어 "웹" 또는 "층"은 단일 요소 또는 복수 요소들의 두 가지 의미를 가질 수 있다. 부직포의 기본 중량은 통상 평방야드 당 온스(osy) 또는 평방미터 당 그램(gsm)으로 표현하고, 섬유의 지름은 보통 미크론으로 표현한다. (osy를 gsm으로 전환하려면, osy에 33.91을 곱하면된다.) 자주 사용되는 섬유 지름의 또다른 표현은 섬유 9000 미터 당 그램으로 정의되는 "데니어"이며, 미크론(㎛)의 섬유 직경을 제곱하고, 그램/cc의 밀도를 곱하고, 0.00707을 곱하여 계산할 수 있다. 더 낮은 데니어는 더 미세한 섬유를 나타내고 더 높은 데니어는 더 두껍고 무거운 섬유를 나타낸다. 예를 들어, 15 ㎛로 주어진 폴리프로필렌 섬유의 직경은, 15 ㎛를 제곱하고, 그 결과값에 0.89 g/cc를 곱하고, 0.00707을 곱함으로써 데니어로 전환될 수 있다. 따라서 15 ㎛의 폴리프로필렌 섬유는 데니어가 약 1.42(152×0.89×0.00707=1.415)이다. 미국 외에서의 측정 단위는 "텍스"가 더 통상적이며, 섬유의 킬로미터 당 그램으로서 정의된다. 텍스는 데니어/9로서 계산될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "스펀본드 섬유"는, 예를 들어, 아펠(Apel) 등에게 허여된 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등에게 허여된 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼(Matsuki) 등에게 허여된 미국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)에게 허여된 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만(Hartman)에게 허여된 미국 특허 제3,502,763호 및 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이, 압출 필라멘트의 직경을 가지는 다수의 미세한, 통상적으로 원형인 방사구 모세관으로부터 용융 열가소성 재료를 필라멘트로서 압출시킨 후 직경을 급격히 감소시킴으로써 형성되는 직경이 작은 섬유를 말한다. 상기 각 특허들의 내용은 전부 참고문헌으로서 본원에 인용된다. 스펀본드 섬유는 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 비접착성이다. 스펀본드 섬유는 일반적으로연속적이고, 평균 직경(적어도 10 개의 시료로부터)이 7 ㎛보다 크고, 종종 약 10 내지 20 ㎛이다.
본원에서 사용되는 용어 "코폼(coform)"은 웹이 형성되는 동안 다른 재료를 섬유 웹에 가하는 슈트(chute) 근처에 1개 이상의 멜트블로운 다이헤드가 배열되어 있는 공정을 의미한다. 그러한 다른 재료는, 예를 들어, 펄프, 초흡수성 미립자, 셀룰로오스 또는 스테이플 섬유일 수 있다. 코폼 공정은 라우(Lau)에게 허여되고 일반 양도된 미국 특허 제4,818,464호 및 앤더슨(Anderson) 등에게 허여되고 일반 양도된 미국 특허 제4,100,324호에 기재되어 있으며, 상기 문헌의 전체 내용은 본원에 전부 인용된다. 코폼 공정에 의해 제조된 웹을 일반적으로 코폼재료라고 말한다.
본원에서 사용되는 용어 "멜트블로운 섬유"는 열가소성 물질을 용융된 실 또는 필라멘트로서 복수의 미세한, 통상적으로 원형인 다이 모세관을 통해, 집중 고속, 통상적으로 고온인 기체(예를 들어, 공기) 유동물 내로 압출시킴으로써 용융 열가소성 재료의 필라멘트를 늘려서 그의 직경을 감소시켜 미세 섬유 직경이 된 섬유를 의미한다. 그 후에, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 유동물에 의해 운반되고, 수집 표면 상에 퇴적되어 무질서하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 공정은, 예를 들어, 그 전문이 본원에 인용된 부틴(Butin) 등에게 허여된 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수 있고, 일반적으로 평균 직경이 10 ㎛보다 작고, 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 접착성이다.
본원에서 사용되는 용어 "미세섬유"는 약 25 ㎛보다 크지 않은 평균 직경, 예를 들어, 약 0.5 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 특히 약 2 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 평균 직경을 가지는 작은 직경의 섬유를 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "단일성분 섬유"는 단지 1종의 중합체를 사용하여 하나 이상의 압출기로 형성한 섬유를 말한다. 이것은 착색, 대전 특성, 광택, 친수성 등을 위해 적은 양의 첨가제를 첨가한 1종의 중합체로부터 형성된 섬유를 배제하는 의미가 아니다. 이러한 첨가제, 예를 들어 착색을 위한 이산화티타늄은 보통 5 중량％ 미만의 양으로 존재하며, 더 전형적으로는 약 2 중량％의 양으로 존재한다.
"복합 섬유"는 별도의 압출기로부터 압출되나 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는, 2종 이상의 중합체로부터 형성된 섬유를 말한다. 또한, 복합 섬유를 때때로 다성분 또는 이성분 섬유라고 말한다. 복합 섬유는 단일성분 섬유일 수도 있지만, 일반적으로 중합체가 서로 상이하다. 중합체는 복합 섬유의 단면을 따라 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 영역으로 배열되어 있으며 복합 섬유의 길이를 따라 연속적으로 뻗어 있다. 그러한 복합 섬유의 배열은, 예를 들어, 한 중합체가 또다른 중합체에 의해 둘러싸여지는 쉬쓰/코어(sheath/core) 배열이거나, 또는 병렬식 배열, 파이(pie) 배열 또는 "해도(island-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 복합 섬유는, 예를 들어, 가네코(Kaneko) 등에게 허여된 미국 특허 제5,108,820호, 크루이거(Krueger) 등에게 허여된 미국 특허 제4,795,668호 및 스트랙(Strack) 등에게 허여된 미국 특허 제5,336,552호에 교시되어 있다. 또한 복합 섬유는파이크(Pike) 등에게 혀여된 미국 특허 제5,382,400호에 교시되어 있으며, 2종의 (또는 그 이상의) 중합체의 팽창 및 수축 속도 차이를 이용하여 섬유에 권축을 생성하는데 사용할 수 있다. 또한, 권축 섬유는 기계적 수단 및 독일 특허 DT 제25 13 251 A1호의 방법으로 생성될 수도 있다. 2성분 섬유의 경우, 중합체는 75/25, 50/50, 25/75 또는 임의의 다른 목적하는 비율로 존재할 수 있다. 또한, 섬유는 비통상적인 형상을 가지는 섬유는 기술하는, 호글(Hogle) 등에게 허여된 미국 특허 제5,277,976호, 힐즈(Hills)에게 허여된 미국 특허 제5,446,410호, 라그만(Largmen) 등에게 허여된 미국 특허 제5,069,970호 및 제5,507,368호에 기술된 것과 같은 형상을 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "이구성성분(biconstituent) 섬유"는 동일한 압출기로부터 블렌드로서 압출된, 2종 이상의 중합체로부터 형성된 섬유를 말한다. 이구성성분 섬유는 다양한 중합체 성분이 섬유의 단면적을 따라 비교적 일정하게 위치된 별개의 영역으로 배열되어 있지 않으며, 다양한 중합체는 일반적으로 섬유 전체 길이를 따라서 연속적이지 않고, 그 대신에 일반적으로 무질서하게 시작하고 끝나는 피브릴(fibril) 또는 프로토피브릴(protofibril)을 형성한다. 또한, 이구성성분 섬유는 때때로 다중구성성분 섬유로도 언급된다. 이러한 일반 유형의 섬유는, 예를 들어, 게스너(Gessner) 등에게 허여된 미국 특허 제5,108,827호 및 제5,294,482호에 논의되어 있다. 이성분 및 이구성성분 섬유는 또한 문헌[Polymer Blends and Composites by John A. Manson and Leslie H. Sperling, copyright 1976 by Plenum Press, a division of Plenum Publishing Corporation of NewYork, ISBN 0-306-30831-2, 273면 내지 277면]에 논의되어 있다.
본원에서 사용되는 용어 "중합체"는 일반적으로 단일중합체, 예를 들면, 블록, 그라프트, 랜덤 및 교호 중합체와 같은 공중합체, 삼원공중합체 등과 이들의 블렌드 및 개질물이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 다르게 구체적으로 제한되지 않는다면, 용어 "중합체"는 분자의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함한다. 이들 배열에는 이소탁틱, 신디오탁틱 및 랜덤 대칭물이 포함되나 이들에 제한되지 않는다.
본원 및 청구의 범위에 사용되는 용어 "포함하는"은 포괄적이거나 또는 개방적이며 언급되지 않는 추가적인 요소, 구성 성분 또는 공정 단계를 배제하지 않는다.
도 1을 참조하면, 용융 중합체 (10)이 섬유 방사 장치 (12)로 운반되며, 이 섬유 방사 장치에는 일반적으로 분배를 위한 채널 및 통과를 위한 구멍이 있는 일련의 얇은 분배 판(나타내지 않음)이 있다. 처리제의 유동물 (14)가 섬유 방사 장치 내로 이동되고 도관 (16)을 통하여 구멍 주위로 운반된다. 중합체를 운반하는데 사용되는 채널 및 구멍은 처리제를 위해 사용되는 것과 독립되어, 처리제와 용융 중합체가 혼합되지 않는다. 중합체 유동물이 방사구 판으로 알려진 최종 판 (18)에 들어가기 이전의 지점에서, 처리제가 용융 중합체와 접촉하여 용융 중합체 유동물의 표면의 하나 이상의 영역에 적용된다. 그 후에, 처리된 중합체가 방사구 판의 오리피스 (20)을 통과하여 처리된 섬유 (22)가 형성된다. 유사한 섬유가 방사구 판의 오리피스 (24)를 통과하여 형성되지만, 명확함을 위해 예시하지 않는다. 상당 부분의 처리제가 섬유 표면의 처리된 영역 내에 남게 되어, 통상적인 국소 또는 내부 처리 방법에 비하여 더욱 효율적인 처리제 사용을 유발한다.
그 후에 섬유를 수집하거나 또는 다른 섬유와 배합하여 부직 웹, 실 등을 형성할 수 있다. 원할 경우, 생성되는 부직 웹의 특정 영역 또는 층의 섬유에만 처리제가 적용되거나 또는 처리된 섬유의 종류 또는 처리 정도가 다양한 영역이 생성되도록 섬유 방사 장치를 고안할 수 있다. 본 발명에 유용할 수 있는 이러한 부직 웹 공정의 예로는 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 코폼 공정 및 본디드 카디드 웹 공정이 포함된다. 다른 유용한 공정들이 숙련된 당업자들에게 명백할 것이다.
본 발명의 섬유로부터 형성된 부직 웹은 미립자가 있거나 또는 없는 다양한 종류의 섬유 혼합물일 수 있다. 그러한 혼합물의 예의 경우, 탄성 및 비탄성 섬유를 뒤섞어 무질서하게 분산된 섬유의 단일 응집 웹을 형성하는 공정에 언급되어 있다. 그러한 웹의 또다른 예는 모르만(Morman) 등에게 허여된 미국 특허 제4,741,949호에 개시된 것과 같은 기술에 의해 제조된 것인데, 상기 문헌에는 열가소성 멜트블로운 섬유 및 다른 재료들의 혼합물을 포함하는 부직 재료가 개시되어 있다. 섬유 및 다른 재료들을 멜트블로운 섬유를 함유하는 기체 유동물에서 배합되어 멜트블로운 섬유와 다른 재료가 밀접하게 얽히게 혼합되게 한 후 수집 장치 상에 섬유를 수집하여 무질서하게 분산된 섬유의 응집 웹을 형성한다. 사용될 수 있는 미립자들의 일부 예로는 목재 펄프, 스테이플 섬유, 또는 활성탄, 점토, 전분 또는 보통 초흡수성 재료로 언급되는 하이드로콜로이드(하이드로겔)과 같은 미립자가 포함된다.
본 발명의 섬유는 임의의 적합한 열가소성 중합체 또는 이를 함유한 블렌드로부터 형성될 수 있고, 단일성분 섬유, 복합 섬유 또는 이구성성분 섬유일 수 있다. 유용한 중합체로는 폴리올레핀, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부텐, 에틸렌 공중합체, 프로필렌 공중합체 및 부텐 공중합체, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 및 선형 저밀도 폴리에틸렌이 포함된다. 다른 적합한 열가소성 중합체로는 셀로판, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 폴리카프로락탐, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 또는 하나 이상의 이들 재료의 혼합물 또는 공압출물이 포함된다.
또한, 본 발명의 섬유는 폴리우레탄을 포함한 블록 공중합체; 코폴리에테르에스테르와 같은 코폴리에스테르 탄성체; 폴리아미드 폴리에테르 블록 공중합체; 에틸렌과 비닐 단량체 1종 이상, 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 비닐 아세테이트, 불포화 지방족 모노카르복실산 및 이러한 모노카르복실산의 에스테르의 공중합체; 코폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌), 스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-폴리(에틸렌-부틸렌)-스티렌, 폴리스티렌/폴리(에틸렌-부틸렌)/폴리스티렌, 폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌), 폴리스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-폴리스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌) 등과 같이 일반적 형태가 A-B-A', A-B 또는 A-B-A-B인 블록 공중합체와 같은 탄성 열가소성 중합체로부터 형성될 수 있다. 또한, 메탈로센 방법에 따라 생성된 "메탈로센" 중합체와 같이 단일 자리 촉매화 중합체로 언급되는 새로운 부류의 중합체도 유용하다. 메탈로센 중합체 및 본 발명에 유용한 동일물 생성 방법에 대한 보다 상세한 설명은, 그 전문이 본원에 참고문헌으로 인용된, 일반 양도된 그발트니(Gwaltney) 등의 PCT 특허 출원 제WO 98/29246호를 참조하기 바란다.
본 발명의 방법은 처리 섬유 형성에 높은 융통성을 제공한다. 형성될 수 있는 처리제 배치는 오직 충분히 큰 구멍이 있는 방사구 판을 제작하는 능력 및 특정 처리제 양을 섬유 방사 장치에 정확하게 계량하는 능력에 의해서만 제한을 받는다. 섬유 표면의 처리제 두께 및 피복율는 섬유 방사 장치에 계량되는 처리제의 유동 속도 및 처리제와 이동하는 용융 중합체 유동물 사이의 접촉 면적 치수에 의해 결정된다. 처리제의 양은 예를 들어 섬유의 약 0.05 중량％ 내지 약 3.0 중량％, 바람직하게는 섬유의 약 0.1 중량％ 내지 약 1.5 중량％ 범위이다. 처리제는 바람직하게는 액체이거나 또는 액체 담체 중에서, 즉 액상으로 운반될 수 있는 형태이다.
도 2(a)-2(d)는 일반적으로 임의의 잠재적인 섬유 처리제 배치를 예시한다. 명확함을 위해, 본원에 포함된 도면은 비율에 맞게 그리지 않았다. 도 2(a)는 하나의 처리제 영역 (26)을 가지는 섬유의 단면 (24)를 일반적으로 나타내는데, 여기에서 처리제는 하나의 처리제 또는 둘 이상의 처리제의 블렌드일 수 있다. 도 2(b)는 동일한 처리제의 두 개의 처리제 영역 (30) 및 (30')을 가지는 섬유의 단면 (28)을 일반적으로 나타낸다. 도 2(c)는 두 개의 다른 처리제의 두 개의 처리제 영역 (34) 및 (36)을 가지는 섬유의 단면 (32)를 일반적으로 나타낸다. 도 2(d)는 다수의 처리제 영역 (40), (42), (44) 및 (44')와 다수의 처리제를 가지는 섬유의단면 (38)을 일반적으로 나타낸다. 처리제 영역 (50)은 섬유 (52)의 원주를 따라 연속상일 수 있거나(도 3(a)) 또는 섬유 (54)의 표면에 일반적으로 독립 및 별개의 다수 영역 (56) 및 (56')으로 구성될 수 있다(도 3(b)). 섬유의 표면 (62)의 처리된 영역 (60)은 일반적으로 도 4(a)에서와 같이 길이 방향 즉 섬유의 길이를 따라서 연속상일 수 있거나 또는 섬유 표면 (66)의 처리된 영역 (64)가 일반적으로 도 4(b)에서와 같이 길이 방향으로 불연속일 수 있다.
일반적으로, 섬유 형성 공정에서 도달하는 온도에서 액상을 유지할 수 있고 섬유 형성 능력에 불리하게 영향을 주지 않는 임의의 처리제를 생성된 섬유 또는 부직 웹에 특성을 부여하는데 사용할 수 있다. 폴리올레핀 열가소성 재료의 전형적인 섬유 형성 공정 온도는, 예를 들어, 약 300 ℉(149 ℃) 내지 약 550 ℉(288 ℃) 범위이다. 처리제는 바람직하게 섬유의 바깥 표면에 유익하며 중합체와 충분히 상용성이 있어, 섬유에서 방울져 떨어지거나 또는 섬유 표면으로부터 증발되는 경향이 없다. 이러한 가능한 처리제의 예로는 안정제, 소광제, 방염제, 충전제, 살균제, 광학표백제, 증량제, 착색제, 광택제, 대전방지제, 알코올 반발제, 연화제, 방오제, 습윤제, 가공조제 및 다른 기능성 화학 물질이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
일부 처리제는 섬유 표면에 퍼지는 능력을 고려하여 선택될 수 있다. 이동성이 높은 처리제, 예를 들어, 실리콘 폴리에테르 습윤제는 용융 중합체의 유동물의 좁은 영역에 적용되면 시간이 지나면서 섬유 표면에 퍼질 것이다. 따라서, 이동성이 높은 처리제를 낮은 양으로 예를 들어 두 개의 처리제 영역 배치로 적용하면 처리제가 매우 얇은 층으로 그리고 높은 피복율로 처리된 섬유를 형성할 수 있다. 따라서 섬유 전체 표면에 매우 얇은 처리제의 층을 형성하기 위해 통상적인 내부 처리 방법을 사용할 때에 비하여 처리제가 덜 필요하다. 또한 통상적인 국소 처리 방법을 사용하여 얻어질 수 있는 것보다 균일성이 향상된다.
그러나, 일부 처리제의 경우 섬유 표면의 피복율이 높은 것이 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 수술용 드레이프 및 가먼트와 같은 의료 분야에서는 전기 전도도 뿐만 아니라 높은 액체 차단성을 얻는 것이 필요하다. 알코올 반발제(예를 들어, 불소계 화합물) 및 대전방지제(예를 들어, 알킬 포스페이트 에스테르)를 사용하는 것이 그와 같은 분야에 적절할 수 있다. 많은 대전방지제의 단점은 그러한 처리제가 또한 습윤제라는 점이다. 따라서, 특정 대전방지제를 사용하면 부직포 또는 가먼트의 차단성이 손상될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 적은 양의 대전방지제를 섬유 상의 좁고 불연속인 영역에 적용하는 동시에 보다 많은 양의 알코올 반발 처리제를 섬유의 제2의 불연속적인 영역에 적용하여, 부직포 또는 가먼트의 차단성을 실질적으로 방해하지 않으면서 전기 전도도에 필요한 전도 경로를 생성시킬 수 있다.
또한, 본 발명을 사용하여 전체 처리제의 배치 및 피복율에서 유사한 융통성이 있는 부직 웹 섬유를 제조할 수 있다. 도 5는 본 발명에 따라 제조된, 각각 구역 (76) 및 (78)에 각각 선택된 처리된 섬유 (72)(하나의 처리제 영역) 및 (74)(두 개의 처리제 영역)와 처리되지 않는 섬유 (82)가 있는 부직 구역 (80)이 있는 부직 웹 (70)을 일반적으로 보여준다. 이러한 부직 웹이 사용될 수 있는 분야의 예로는액체 투과성을 위해 습윤제로 처리된 하나 이상의 영역을 가지는 것이 바람직할 수 있는 개인 위생 물품, 약물 처리제(예를 들어, 항균제) 또는 다른 피부 보호 처리제(예를 들어, 알로에)로 처리된 하나 이상의 영역을 가지는 것이 바람직할 수 있는 상처 보호 붕대, 및 마찰계수 또는 대전방지성을 바꾸기 위해 처리 정도 또는 처리 유형이 상이한 하나 이상의 영역을 가지는 것이 바람직한 의료용 직물(예를 들어, 수술용 드레이프 또는 가먼트)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 6은 부직 웹의 층 (92) 및 (94)가 다른 처리제 종류 및(또는) 배치를 가지는 부직 웹 (90)을 일반적으로 도시한다. 상층 (92)는 하나의 처리제 영역으로 처리된 섬유 (98) 및 (98')가 있는 두 부분 및 처리되지 않은 각 섬유 (102)가 있는 중앙 구역 (100)을 가진다. 하층 (94)는 처리되지 않은 섬유 (104) 및 (104')가 있는 두 부분 (102) 및 (102') 및 두 개의 처리제 영역으로 처리된 각 섬유 (108)이 있는 중앙 구역 (106)을 가진다. 이러한 부직 웹이 사용될 수 있는 분야의 예로는 향상된 액체 투과성을 위한 표면 에너지 구배를 생성시키기 위해 다양한 양의 습윤제가 둘 이상의 층에 적용될 수 있거나, 피부 보호 처리제(예를 들어, 알로에) 또는 약물 처리제(예를 들어, 항균제)로 처리된 층 및 친수성인 추가 층을 가지는 것이 바람직할 수 있는 개인 위생 물품, 의료용 가먼트, 예를 들어, 표면이 혈액 및(또는) 알코올을 반발하는 표면 및 대전방지성이 있는 추가 층을 가지는 것이 바람직할 수 있는 수술용 가운이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
다음의 본 발명의 이점을 설명하기 위해 제공된 실시예 및 비교 실시예로 본 발명을 좀더 기술한다. 제시된 실시예는 단지 설명을 목적으로 한 것이며 발명을제한하는 것으로 해석해서는 안된다. 당업계 숙련자들은 본 발명의 매개 변수들이 사용되는 특정 공정 장치에 따라 다음 실시예에 제시된 것으로부터 다소 변경될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 특별하게 기술된 요소들의 모든 대체물, 변형물 및 동등물은 청구의 범위에 의해 규정된 본 발명의 범위에 포함시킬 의도이다.
본 발명의 개선된 효율 및 성능을 나타내기 위하여 미국 특허 제3,802,817호(마츠키(Matsuki) 등)에 개시된 것과 유사한 섬유 형성 방법을 사용하여 14 인치(35.6 cm) 폭의 파일로트 장비에서 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 시료를 제조하였다. 약 430 ℉(221 ℃)의 공정 온도에서 견딜 수 있기 때문에 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 ICI 서펙턴츠 사(ICI Surfactants, Inc.)로부터 구입가능한 탄화수소 기재 습윤제, 아트머(Atmer, 등록상표) 688을 처리제로서 선택하였다.
용융 중합체를 섬유 방사 장치에 통과시킨 후, 섬유를 이동하는 와이어 위에 놓고 열로 점 결합시켜 부직 웹을 형성하였다. 생성된 부직재는 기본 중량이 약 1.35 osy(45.8 gsm)이고 약 2.5 데니어였다. 시료를 평평한 표면에 놓고 일회용 피펫을 사용하여 시료 위에 증류수 몇 방울을 떨어뜨려서 시료의 수습윤성을 평가하였다. 일반적으로, 습윤성이 높은 기판은 물 방울이 즉시 섬유를 적시어 부직재를 통과할 것이다. 평가 결과를 표 1에 요약하였다.
본 발명에 따라, 고압 하에 가열된 공급 라인을 통해 처리제를 섬유 방사 장치에 정확하게 계량하기 위해 정변위펌프를 이용하여 시료 1 및 시료 2를 제조하였다. 그 후에 처리제를 일련의 얇은 분배 판을 이용하여 개별적인 구멍으로 계량하였다. 이중의 연속상 처리제 영역 배치를 이용하여 각각 약 0.25 중량％ 및 약 0.50 중량％의 처리제 양을 개별적인 용융 중합체 유동물에 적용하여 시료 1 및 2를 제조하였다. 물과 접촉시, 생성된 부직 웹은 즉각적인 습윤성을 보였다.
통상적인 내부 처리 방법을 따라 각각 섬유의 약 1 중량％ 및 약 2 중량％의 처리제 양으로 처리제와 용융 중합체를 블렌드하여 시료 3 및 4를 제조하였다. 섬유 방사 장치에 도입되기 전에 처리제와 용융 중합체를 철저히 혼합하였다. 생성된 부직 웹은 물과 접촉했을 때, 시료 3 및 4는 모두 습윤성을 전혀 보이지 않았다.
시료 처리제 양 결과
1 0.25 ％ 습윤성
2 0.50 ％ 습윤성
3 1％ 비습윤성
4 2％ 비습윤성
평가 결과는 섬유 방사 장치를 빠져나가기 전에 이동하는 용융 중합체 유동물의 표면에 처리제를 적용할 수 있음을 보여준다. 본 발명에 따라 적용되는 처리제 양보다 4 내지 8배 높은 처리제 양에서, 내부 처리된 부직 웹은 습윤성을 전혀 보이지 않았다. 따라서, 높은 처리제 양에서도 시료 3 및 4는 부직 웹에 습윤성을 부여할 정도로 섬유 표면에 충분한 양의 처리제가 있지 않았다.
본 발명의 방법은 섬유 표면으로 이동하는 경향이 없는 처리제를 사용하여 매우 높은 처리제 양으로 사용하거나 처리제가 시간에 따라 섬유 표면으로 이동하기를 기다려야 하는 일 없이 섬유에 바람직한 특성을 성공적으로 부여할 수 있기때문에, 현재의 내부 처리 시스템에 비하여 상당한 이점을 제공한다. 또한, 이동성이 높은 처리제를 사용할 때에도, 더 낮은 처리제 양을 사용하여 더 높은 처리제 양을 내부 첨가제로서 부직 웹 섬유에 혼입하여 얻는 것과 동일한 결과를 달성할 수 있다.
본 발명을 상기와 같이 상세히 기술함에 따라 하기 청구항의 취지 및 범위를 벗어남 없이 본 발명을 다양하게 변형할 수 있음이 명백해졌을 것이다.

Claims (27)

  1. a)용융 중합체를 공급하고;
    b)상기 용융 중합체를 그의 유동물을 형성하고 분배하도록 개조된 섬유 방사 장치로 운반하고;
    c)상기 섬유 방사 장치 내에서 상기 용융 중합체의 유동물 표면 상의 하나 이상의 영역에 액상 처리제를 적용하는 것을 포함하며, 그로 인해 상기 처리제의 상당 부분이 상기 처리된 영역 내에서 생성된 섬유의 상기 표면 상에 남아있도록 하는, 처리된 섬유의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리제의 비점이 약 300 ℉ (149 ℃) 이상인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리제를 섬유의 약 0.05 중량％ 내지 약 3 중량％ 양으로 적용하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리제를 섬유의 약 0.1 중량％ 내지 약 1.5 중량％ 양으로 적용하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 처리제를 상기 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 별개 영역에서 상기 용융 중합체 유동물의 표면에 적용하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 처리제를 상기 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 별개 영역에서 상기 용융 중합체 유동물의 표면에 적용하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 처리제가 혼화성인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 처리제가 비혼화성인 방법.
  9. a)용융 중합체를 공급하고;
    b)상기 용융 중합체를 그의 유동물을 형성하고 분배하도록 개조된 섬유 방사 장치로 운반하고;
    c)상기 섬유 방사 장치 내에서 상기 용융 중합체의 유동물 표면 상의 하나 이상의 영역에 하나 이상의 액상 처리제를 적용하는 것을 포함하여, 상기 처리제의 상당 부분이 상기 처리된 영역 내에서 생성된 섬유의 표면 상에 남아 있도록 하는 방법에 의해 제조된, 하나 이상의 처리제가 있는 섬유.
  10. 제9항에 있어서, 상기 처리제의 비점이 약 300 ℉ (149 ℃) 이상인 섬유.
  11. 제9항에 있어서, 상기 처리제를 섬유의 약 0.05 중량％ 내지 약 3 중량％ 양으로 포함하는 섬유.
  12. 제9항에 있어서, 상기 처리제를 섬유의 약 0.1 중량％ 내지 약 1.5 중량％ 양으로 포함하는 섬유.
  13. 제9항에 있어서, 상기 처리제를 상기 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 별개 영역에서 상기 용융 중합체 유동물의 표면에 적용한 섬유.
  14. 제9항에서 있어서, 하나 이상의 처리제를 상기 용융 중합체 유동물의 표면 상의 하나 이상의 별개 영역에서 상기 용융 중합체 유동물의 표면에 적용한 섬유.
  15. 제14항에 있어서, 상기 처리제가 혼화성인 섬유.
  16. 제14항에 있어서, 상기 처리제가 비혼화성인 섬유.
  17. 제9항에 있어서, 상기 용융 중합체가 폴리올레핀을 포함하는 것인 섬유.
  18. 제9항에 있어서, 상기 처리제가 습윤제를 포함하는 것인 섬유.
  19. 제18항에 있어서, 상기 처리제가 실리콘 폴리에테르를 포함하는 것인 섬유.
  20. 제9항에 있어서, 상기 처리제가 대전방지제를 포함하는 것인 섬유.
  21. 제20항에 있어서, 상기 처리제가 알킬 포스페이트 에스테르를 포함하는 것인 섬유.
  22. 제9항에 있어서, 상기 처리제가 피부 보호 처리제를 포함하는 것인 섬유.
  23. 제22항에 있어서, 상기 처리제가 알로에를 포함하는 것인 섬유.
  24. 제9항에 있어서, 상기 처리제가 약물 처리제를 포함하는 것인 섬유.
  25. 제9항에 있어서, 상기 처리제가 알코올 반발제(alcohol repellent)를 포함하는 것인 섬유.
  26. 제25항에 있어서, 상기 처리제가 불소계 화합물을 포함하는 것인 섬유.
  27. a)용융 중합체 공급하기 위한 수단;
    b)상기 용융 중합체를 그의 유동물을 형성하고 분배하도록 개조된 섬유 방사 장치로 운반하기 위한 수단;
    c)상기 섬유 방사 장치 내에서 상기 용융 중합체의 유동물 표면 상의 하나 이상의 영역 이상에 액상 처리제를 적용하기 위한 수단을 포함하며, 그로 인해 상기 처리제의 상당 부분이 상기 처리된 영역 내에서 생성된 섬유의 표면 상에 남아있도록 하는, 처리된 섬유의 형성 장치.
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