KR20020037374A - 멜트블로운 웹 - Google Patents

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마이클 씨. 데이비스
에드거 엔. 루디실
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메리 이. 보울러
이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

제1 개별 용융가공성 중합체를 제1 압출 오리피스를 통해 압출하는 동시에, 제2 개별 용융가공성 중합체를 제2 압출 오리피스를 통해 압출하고, 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체를 압출 후 압출된 복합 필라멘트로 융합하고, 고속 기체의 제트로 상기 압출된 복합 필라멘트를 기압적으로 가늘게 하여 다중성분 멜트블로운 섬유를 형성하는 것을 포함함을 특징으로 하는 다중성분 멜트블로운 섬유의 형성 방법을 개시한다.

Description

멜트블로운 웹{Meltblown Web}
멜트블로잉 방법에서, 부직웹은 용융 중합체를 다이를 통해 압출한 후 생성된 섬유를 고온의 고속 기체 스트림으로 가늘게 함으로써 형성된다. 멜트블로운 섬유로 이루어진 웹의 제조에서, 각 재료가 물성이 상이하고 멜트블로운 웹에 상이한 특성을 부여할 수 있는 하나 이상의 중합체 재료로부터 섬유를 형성하는 것이 때때로 바람직하다. 이러한 섬유를 형성하는 통상적인 방법은, 수집기 상에 나열식(side-by-side) 이성분 섬유를 멜트블로잉하여 엉킨 응집성 웹을 형성하는 것을 개시한 미국 특허 제6,057,256호에 개시되어 있는 바와 같이, 중합체 재료들을 다이 공동 내에서 용융 상태로 합치고 단일 방사 오리피스를 통해 적층된 다성분 중합체 용융물로서 함께 압출하는 방사 방법을 통한 것이다.
그러나, 이러한 방법은 중합체 재료들이 함께 훌륭하게 방사되도록 하기 위한 중합체 재료의 선택시 고려해야 하는 상용성의 제한 때문에 상당한 제한이 있다.
멜트블로운 섬유는 스펀본드-멜트블로운-스펀본드("SMS") 복합 시트와 같은 복합 적층물을 포함한 다양한 부직물 중에 혼입되어 왔다. SMS 복합재에서, 외부 층은 전체 복합재에 강도를 부여하는 스펀본드 섬유 층이고, 코어층은 차단성을 제공하는 멜트블로운 섬유 층이다.
다중성분 멜트블로운 섬유를 제조하기에 보다 적합하고, 각 중합체 성분에 대한 가공 조건을 개별적으로 최적화시킬 수 있는, 멜트블로운 섬유 및 해당 멜트블로운 웹의 신규한 형성 방법이 제공될 필요가 있다.
<발명의 요약>
본 발명은 제1 압출 오리피스를 통해 제1 용융가공성 중합체를 압출하는 동시에, 제2 압출 오리피스를 통해 제2 용융가공성 중합체를 압출하고, 압출 후 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체를 압출된 복합 필라멘트로 융합하고, 고속 기체의 제트 하나 이상으로 상기 압출된 복합 필라멘트를 기압적으로 가늘게 하여 다중성분 멜트블로운 섬유를 형성하는 것을 포함함을 특징으로 하는 다중성분 멜트블로운 섬유의 형성 방법에 관한 것이다. 복합 필라멘트는 고속 기체의 제트에 의해 파괴되어 다수의 미세한 불연속 다중성분 멜트블로운 섬유를 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시양태는 다이의 유입부로부터 유입되는 2 이상의 개별 중합체 공급구를 포함함을 특징으로 하는 용융 중합체의 멜트블로잉용 압출 다이에 관한 것으로, 상기 중합체 공급구는 다이의 배출부에서 배출 개구가 있는 개별 압출 모세관과 소통하고, 상기 압출 모세관들은 복식 오리피스(combined orifice)로서 함께 기능하며, 하나 이상의 기체 공급구가 다이의 유입부로부터 유입되고, 상기 기체 공급구는 다이를 통해 연장되는 하나 이상의 기체 제트와 소통하고, 상기 하나 이상의 기체 제트는 상기 복식 오리피스의 출구 배출 개구 둘레에 동심적으로 배열되며, 상기 압출 모세관 배출 개구 및 상기 기체 제트가 다이의 배출부에서 취입 오리피스와 소통한다.
제3 실시양태에서, 본 발명은 다이의 유입부로부터 유입되는 2 이상의 개별 중합체 공급구를 각각 포함하는 다이 오리피스의 열을 포함하는 용융 중합체의 멜트블로잉용 압출 다이에 관한 것으로, 상기 중합체 공급구 각각은 다이의 배출부에서 배출 개구를 가지는 개별 압출 모세관과 소통하며, 기체 공급구는 다이의 유입부로부터 유입되고 상기 중합체 공급구에 측면으로 배열되고, 상기 기체 공급구는 다이를 통해 연장하는 기체 제트와 소통하고 상기 압출 모세관의 배출 개구에 측면으로 배열되고, 상기 압출 모세관 배출 개구 및 상기 기체 제트가 다이의 배출부에서 취입 오리피스와 소통한다.
본 발명은 다중성분 멜트블로운 웹, 다중성분 멜트블로운 섬유 웹, 및 다중성분 멜트블로운 섬유를 포함하는 복합 부직물에 관한 것이다. 본 발명의 멜트블로운 웹은 의류, 와이프, 위생 제품 및 의료용 랩에서 사용하기 적합한 복합 직물에 혼입될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 부직물에서 사용하기 위한 멜트블로운 섬유를 제조하기 위해 사용되는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 다이 또는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 단일 다이 오리피스의 개략적인 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 도 1의 다이의 단면 (2)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 방법에서 사용되는 도 1의 다이의 예시도이다.
도 4는 도 1에 예시된 본 발명의 제2 실시양태에 따른 다이에 대한 대안적 디자인의 개략도이다.
도 5는 도 1에 따른 다이의 본 발명의 제3 실시양태의 배출구의 말단도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시양태에 따른 다이에 대한 대안적 디자인의 배출구의 말단도이다.
본 발명은 다중성분 멜트블로운 섬유 및 다중성분 멜트블로운 웹의 형성 방법에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리올레핀"은 탄소 및 수소 원자로만 이루어진 대부분 포화된 개방 사슬의 중합체 탄화수소 계열 중 임의의 것을 의미할 의도이다. 전형적인 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 및 에틸렌, 프로필렌 및 메틸펜텐 단량체의 다양한 배합물을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리에틸렌" (PE)은 에틸렌의 단독중합체 뿐만 아니라, 반복 단위의 85％ 이상이 에틸렌 단위인 공중합체도 포함할 의도이다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리에스테르"는 에스테르 단위의 형성에 의해 연결되고 반복 단위 85％ 이상이 디카르복실산과 디히드록시 알콜과의 축합 생성물인 중합체를 포함할 의도이다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화 이산 및 이알콜(di-alcohol)을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "폴리에스테르"는 또한 공중합체 (예를 들면, 블록, 그라프트, 랜덤 및 교호 공중합체), 블렌드 및 이들의 변형물을 포함한다. 폴리에스테르의 일반적인 예는 에틸렌 글리콜과 테레프탈산과의 축합 생성물인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET)이다.
본원에서 사용되는 "멜트블로운 섬유" 및 "멜트블로운 필라멘트"는 용융가공성 중합체를 다수의 미세한, 일반적으로는 원형인 모세관을 통해 용융 실 또는 필라멘트로서 고속의 가열 기체 (예를 들면 공기) 스트림에 압출함으로써 형성된 섬유 또는 필라멘트를 의미한다. 고속 기체 스트림은 용융 열가소성 중합체 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 그의 직경을 약 0.5 내지 10 마이크론으로 감소시킨다. 멜트블로운 섬유는 일반적으로 불연속 섬유이나, 또한 연속일 수 있다. 고속 기체 스트림에 의해 운반되는 멜트블로운 섬유는 일반적으로 수집 표면 상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 섬유의 웹을 형성한다.
본원에서 사용되는 용어 "다중성분 섬유" 및 "다중성분 필라멘트"는 2 이상의 개별 중합체로 이루어진 임의의 필라멘트 또는 섬유를 의미하나, 2 이상의 개별 중합체를 함유하는 상기 물품을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 용어 "개별 중합체"는 2 이상의 중합체 중의 각 중합체가 다중성분 섬유의 단면을 따라 그리고 섬유의 길이를 따라 개별 대역에 배열되어 있는 것을 의미한다. 다중성분 섬유는 개별 중합체의 대역이 형성되지 않은 중합체 재료의 균일한 용융 블렌드로부터 압출된 섬유와 구별된다. 본원에 유용한 2 이상의 개별 중합체 성분은 화학적으로 상이할 수 있거나, 또는 이들은 고유 점도, 용융 점도, 다이 팽윤, 밀도, 결정성 및 융점 또는 연화점과 같은 물성이 상이하나 화학적으로 동일한 중합체일 수 있다. 예를 들면, 두 성분이 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌일 수 있다. 2 이상의 개별 중합체 각각이 2 이상의 중합체 재료의 블렌드를 포함할 수 있다. 다중성분 섬유는 또한 종종 이성분 섬유로 언급되며, 2성분으로부터 형성된 섬유 뿐만 아니라, 2 이상의 성분으로부터 형성된 섬유를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "이성분 웹" 또는 "다중성분 웹"은 다중성분 섬유 또는 필라멘트를 포함하는 웹을 의미한다. 본원에서 사용되는 용어 "다중성분 멜트블로운 웹" 및 "이성분 멜트블로운 웹"은 2 이상의 개별 중합체 성분을 함유하는 멜트블로운 다중성분 섬유를 포함하는 웹을 의미하며, 고속 가열 기체 스트림에 의해 용융 섬유가 가늘어지고 불규칙하게 분산된 섬유의 웹으로서 수집 표면 상에 퇴적된다.
본원에서 사용되는 용어 "스펀본드" 섬유는 압출되는 필라멘트 직경의 다수의 미세한, 일반적으로는 원형인 방사구의 모세관으로부터 필라멘트로서 용융된 열가소성 중합체 재료가 압출된 후 연신에 의해 급속히 직경이 감소되어 형성되는 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속이고, 평균 직경이 약 5 마이크론보다 크다. 스펀본드 부직물 또는 부직웹은 다공질 스크린 또는 벨트와 같은 수집 표면 상에서 불규칙하게 스펀본드 섬유를 배치함으로써 형성된다. 스펀본드 웹은 고온 롤 캘린더링과 같은 당업계에 공지되어 있는 방법에 의해 결합되거나 또는 승압에서 포화 증기 챔버에 웹을 통과시킴으로써 결합될 수 있다. 예를 들어, 웹은 스펀본드 직물을 교차하여 위치하는 다수의 열 결합 점에서 열적으로 점 결합될 수 있다.
본원에서 사용되는 "부직물, 부직 시트 또는 부직웹"은 개별 섬유, 필라멘트 또는 실이 편성물과 대조적으로 확인가능한 패턴없이 불규칙한 방식으로 위치하여 평면의 물질을 형성하는 개별 섬유, 필라멘트 또는 실의 구조물을 의미한다.
도 1은 본 발명의 멜트블로잉 방법에서 사용하기 위한, 본 발명의 제2 또는 제3 실시양태에 따른 압출 다이 또는 방사블록을 예시하며, 단순을 위해 2 성분 시스템을 예시하고 있다. 개별적으로 제어되는 다중 압출기 (나타내지 않음)가 중합체 공급구 (15a) 및 (15b)을 통해 다이 (10)에 개별 용융 중합체 스트림 A 및 B를 공급하고, 중합체는 개별 압출 모세관 (16a) 및 (16b)를 통과하며, 바람직한 실시양태에서는, 개별 중합체 스트림이 공통 종축에 향하도록 개별 압출 모세관 (16a) 및 (16b)는 다이내에서 경사진다. 그러나, 압출 모세관은 서로 평행일 수 있으나, 용융 중합체 스트림이 개별 압출 모세관으로부터 배출된 후 용융 중합체 스트림의 합체가 조장되도록 서로에 대해 충분히 가까이 있는 상태에서 평행일 수 있다. 압출 모세관은 바람직하게는 직경이 약 1.5 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 미만, 보다 바람직하게는 약 0.5 mm 미만이다. 다이 팁 (11)에서 이들 모세관의 배출구는 중합체가 취입 오리피스 (30)을 통해 다이 팁에서 배출될 때 중합체의 합체가 조장되도록 위치한다. 한쌍의 압출 모세관 (16a) 및 (16b)는 함께 기능하여 단일 복식 이성분 중합체 스트림을 형성하기 때문에, 이들은 "복식 오리피스"로 본원에서 총괄적으로 언급된다. 복식 오리피스를 통한 중합체 스트림의 압출에 의해 형성된 이성분 섬유는 기체 도입구를 통해 다이로 공급되고 기체 제트 (21)로 운반되는 가열 취입 기체에 의해 가늘어지며, 이때 기체 제트 (21)은 압출 모세관 (16a) 및 (16b)의 팁을 통해 배출되는 용융 중합체 스트림의 공통 종축을 향해 기울어진다. 기체 제트 (21) 사이의 총 협각 α는 바람직하게는 약 60도 내지 90도이다. 이 방법에서, 상이한 중합체에 대해 개별적으로 제어되는 압출기를 사용함으로써 온도,모세관 직경 및 압출 압력과 같은 가공 매개변수를 각 중합체에 대해 개별적으로 제어하여 두 중합체를 포함하는 단일 섬유를 여전히 형성하면서 개별 중합체의 압출을 최적화하는 것이 가능하다.
도 2는 도 1에서 다이 (10)의 단면 (2)의 개략도로서, 용융 중합체 필라멘트가 복식 오리피스의 배출구 둘레에 동심적으로 배열된 기체 제트 (21)에 의해 형성된 고속 기체의 반전된 원뿔로 용융 중합체 필라멘트를 운반하는 압출 모세관 배출 팁 (16a) 및 (16b)의 바람직한 나열식 배열이 예시되어 있다.
도 3은 압출 다이 (10)을 통해 본 발명의 방법을 작업하는 것을 나타내는 도 1에 따른 예시도이다. 중합체 A 및 B는 각각 압출구 (15a) 및 (15b)을 통해 개별적으로 운반되고, 압출 모세관 (16a) 및 (16b)로 보내진다. 중합체 A의 압출 필라멘트 (40a) 및 중합체 B의 압출 필라멘트 (40b)는 압출 모세관 팁에서 배출되고, 이때 기체 제트 (21)에 의해 생성된 힘의 측면 성분이 두 중합체를 이성분 필라멘트 (40)으로 합체되도록 조장하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 거의 동시에, 기체 제트 (21)에 의해 생성된 힘의 종 방향 성분은 신장된 이성분 필라멘트의 직경이 약 10 마이크론 이하로 감소되도록 필라멘트를 가늘게 하거나 또는 신장하는 역할을 한다. 이성분 필라멘트는 취입 오리피스 (30)에서 배출될 때 파괴되어 다수의 미세한 불연속 이성분 멜트블로운 섬유 (41)을 형성할 수 있다.
도 4는 도 2와 유사한 개략도로서, 이성분 시쓰-코어 섬유를 형성하도록 변형된 본 발명의 제2 실시양태를 따른 다이 (10)에 대한 대안적 디자인의 개략도이다. 이 실시양태에서, 중합체 A는 중앙 압출 모세관 (16c)를 통해 압출되고, 중합체 B는 일련의 압출 모세관을 통해 압출되고, 모세관 (16c)의 팁 둘레에 동심적으로 배열된 일련의 곡선 슬롯 (16d)을 통해 다이에서 배출된다. 이 실시양태에서, 복식 오리피스는 중앙 압출 모세관 (16c) 및 곡선 슬롯 (16d)를 포함한다. 다수의 가열 기체 제트 (21)은 복식 오리피스 둘레에 동심적으로 배열된다. 또한, 기체 제트 (21)은 복식 오리피스와 동심인 환형으로 대체될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 도 1에 나타낸 다이 (10)의 배출구의 말단도로서, 각각 모세관 배출구 (16a) 및 (16b)를 포함하는 일련의 복식 다이 오리피스가 일 열로 배열되고 슬롯 (21)을 통해 배출되는 기체 제트 중으로 용융 중합체가 압출되며, 배합되어 취입 오리피스 (30)을 형성한다. 중합체 스트림이 각각의 복식 다이 오리피스에서 배출될 때, 중합체 스트림은 다이 (10)의 길이를 따라 연장된 다중성분 멜트블로운 필라멘트의 커튼을 형성한다.
도 6은 도 5에 기술된 다이에 대한 또다른 디자인이다. 2개의 수직 에칭 다이 판 (60) 및 (60')는 고상 판 (64)에 의해 분리되어, 개별 압출 모세관 (62a) 및 (62b)를 형성한다. 도면에는 나타내지 않았으나, 기체 제트는 다이 판 (60) 및 (60') 근처에 측면으로 배치된다.
당업계 숙련자들은 압출 모세관의 배열 및 형상은 다양한 이유로 수많은 방식으로 변형될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 다이 팁에서 파이-슬라이스 형상 단면을 기계 가공함으로써, 공정은 파이 형상 성분 단면이 있는 실질적으로 원형인 단면의 섬유를 형성하도록 섬유 내에 2 이상의 중합체 성분을 운반할 수 있다. 마찬가지로, 당업계 숙련자들은 생산 규모에서, 허용가능한 부직웹 또는부직물이 제조되도록 수집 표면의 완전한 적용 범위를 수득하기 위해 많은 압출기/다이 장치 ("스핀 블록")을 사용하는 것이 필요할 수 있다는 것을 인지할 것이다.
본 발명의 방법의 수행시의 이점은 상이한 중합체 성분에 대해 압출 매개변수를 개별적으로 제어할 수 있다는 것이다. 각각 상이한 중합체가 상이한 압출 장치를 통해 운반되기 때문에, 한 중합체 성분이 다른 중합체 성분과 고유 점도, 용융 점도, 다이 팽윤 또는 융점/연화점과 같은 물성이 상당히 상이할 경우, 온도, 압력 및 심지어 압출 모세관 직경과 같은 압출 매개변수를 각 중합체의 압출에 대해 수용하고 최적화하도록 변화시킬 수 있다.
종래의 방법에서, 용융물이 다이에서 배출되기 전에 중합체들이 합쳐질 경우, 두 중합체 용융물 사이에 계면이 존재한다. 이 계면은 직접 제어되지 않고 공정에서 많은 요소에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 계면의 제어가 열악하여 발생할 수 있는 중요한 문제 중 2가지 예는 1) 2종의 유사한 중합체를 사용할 경우, 중합체가 혼합되기 시작할 때 계면이 흩어지기 시작할 수 있으며, 이로 인해 섬유는 보다 용융 블렌드 섬유 대 이성분 섬유일 것이라는 것이고, 2) 중합체들의 용융 점도가 상당히 차이가 있을 경우, 보다 높은 점도의 중합체가 다이 내에서 용융물에 이용될 수 있는 불균형 양의 공간을 충전하기 시작할 것이며, 이로 인해 중합체들이 다이에서 배출될 때 두 용융물의 속도가 불일치될 수 있고, 중합체 용융물이 계면을 따라 서로 미끄러질 수 있어 방사 문제가 유발될 수 있다는 것이다. 두 중합체가 다이에서 배출될 때까지 두 중합체가 분리된 상태로 유지될 경우, 용융물은 직접 제어되고 상기한 문제점이 회피된다.
본 발명의 방법에서 유용한 용융가공성 중합체는 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드, 예를 들면 나일론 유형 중합체, 우레탄, 비닐 중합체, 예를 들면 스티렌 유형 중합체, 플루오로중합체, 예를 들면 에틸렌-테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴 플루오라이드, 플루오르화 에틸렌-프로필렌, 퍼플루오로 (알킬 비닐 에테르) 등을 포함한 열가소성 물질과 같은, 용융가공될 수 있는 임의의 중합체를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 방법에 따른, 이성분 멜트블로운 섬유 및 이성분 멜트블로운 웹을 형성하기 위한 중합체의 바람직한 배합물은 폴리에틸렌 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)이다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 용융 지수 (ASTM D-1238에 따라 측정함; 190℃에서 2.16 kg)가 10 g/10 분 이상이고, 상한 융점이 약 120℃ 내지 140℃이며, 밀도가 평방 센티미터 당 0.86 내지 0.97 그램인 선형 저밀도 폴리에틸렌이다. 이성분 폴리에틸렌/폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운 섬유를 포함하는 멜트블로운 웹은 방사선 멸균할 수 있기 때문에 의료용 최종 용도를 위한 부직물에 특히 유용하다. 이성분 폴리에틸렌/폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운 웹은 상기 최종 용도에서 전형적으로 사용되는 스펀본드 층에 결합되어 강도, 유연성, 통기성 및 차단성이 양호하게 균형을 이룬 복합 적층물을 제공할 수 있다. 또한, 이성분 폴리에틸렌/폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운 섬유는 멜트블로운 단일 성분 폴리에틸렌 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 섬유 보다 특성이 양호하다고 생각한다. 본 발명의 후합체(post-coalescence) 방사 방법에서 유용한 다른 바람직한 중합체 배합물은 폴리프로필렌/폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(헥사메틸렌디아민 아디프아미드)/폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(헥사메틸렌디아민 아디프아미드)/폴리프로필렌 및 폴리(헥사메틸렌디아민 아디프아미드)/폴리에틸렌을 포함한다. 본 발명의 방법 동안 용융된 상태로 유지된다면 일부 열경화성 중합체가 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다고 생각한다.
통상적으로, 섬유는 이동 벨트 또는 스크린, 스크림 또는 다른 섬유상 층과 같은 수집 표면 상에 퇴적된다. 흡입 박스와 같은 기체 회수 장치가 수집기 밑에 위치하여 섬유의 퇴적 및 기체의 제거를 도울 수 있다. 멜트블로잉에 의해 생성된 섬유는 일반적으로 유효 직경이 약 0.5 내지 약 10 마이크론인 종횡비가 큰 불연속 섬유이다. 본원에서 사용되듯이, 불규칙한 단면의 섬유의 "유효 직경"은 단면적이 동일한 가설의 원형 섬유의 직경과 동일하다. 멜트블로운 웹은 바람직하게는 기본 중량이 약 2 내지 40 g/m2, 보다 바람직하게는 5 내지 30 g/m2, 가장 바람직하게는 12 내지 35 g/m2이다.
이론에 얽매이려는 의도없이, 기체 제트는 다중성분 필라멘트를 보다 미세한 필라멘트로 파쇄하거나 또는 분열시킬 수 있다고 생각한다. 생성된 필라멘트는 각 필라멘트가 예를 들면 모두 나열식 배열로 멜트블로운 섬유의 길이로 연장된 2 이상의 개별 중합체 성분으로 형성된 다중성분 필라멘트를 포함한다고 생각한다. 또한, 파쇄된 필라멘트 일부는 다중성분 섬유의 개별 일성분 섬유로의 분열에 의한 단지 일 중합체 성분만을 함유할 수 있다고 생각한다. 다중성분 멜트블로운 필라멘트의 2 이상의 개별 중합체 성분 사이의 분열 정도는 개별 중합체 대역 사이의 접착성이 목적하는 정도가 되도록 중합체 성분을 선택함으로써 제어할 수 있다.
본 발명의 다중성분 멜트블로운 웹 중의 섬유는 전형적으로 평균 유효 직경이 약 0.5 마이크론 내지 10 마이크론, 보다 바람직하게는 약 1 내지 6 마이크론, 가장 바람직하게는 약 2 내지 4 마이크론인 불연속 섬유이다. 다중성분 멜트블로운 웹은 본원의 도면에 예시된 바와 같이 압출 다이에 혼입되어 있는 스핀 블록으로부터 동시에 방사되는 2 이상의 중합체로부터 형성된다. 멜트블로운 다중성분 웹에서 섬유의 배열은 바람직하게는 섬유 대부분이 2종의 나열식 중합체 성분으로 형성되고, 각 개별 중합체 성분이 목적하는 웹 특성에 따라 좌우되어 약 10 내지 90 부피％의 양으로 존재하고 각 섬유의 길이 대부분에 연장되고 결합되어 있는 이성분 나열식 배열이다. 또한, 이성분 섬유는 한 중합체가 다른 중합체에 의해 둘러싸여 있고 2 이상의 상이한 중합체의 파이 형상 슬라이스가 있는 원형 단면이거나 또는 임의의 다른 통상의 이성분 섬유 구조물인 시쓰/코어 배열물일 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 융점이 낮은 중합체를 섬유의 표면의 일 부분을 따라 위치시켜 수집 표면 상에 멜트블로운 섬유 사이에서 결합을 강화시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 고유 점도가 낮은 폴리에스테르 중합체 및 폴리에틸렌을 배합하여 멜트블로운 웹 제조 장치에서 멜트블로운 이성분 웹을 제조한다. 낮은 점도의 폴리에스테르는 바람직하게는 고유 점도 (상이한 바와 같이 ASTM D 2857을 이용하여 측정함)가 약 0.55 dl/g 미만, 바람직하게는 약 0.17 내지 0.49 dl/g, 보다 바람직하게는 약 0.20 내지 0.45 dl/g, 가장 바람직하게는 약 0.22 내지 0.35 dl/g인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 포함한다. 두 중합체 A 및 B를 용융하고, 여과한 후 스핀 블록으로 계량한다. 용융 중합체는 스핀 블록내에서 개별 압출 모세관을 통해 압출되고, 오리피스를 통해 스핀 블록에서 배출되며, 이 때 용융 중합체들은 기체 제트로부터의 기체와 접촉하여 서로 접촉하게 되며, 종방향으로 가늘게 되어 종횡비가 높은 섬유가 형성된다. 멜트블로운 이성분 섬유는 가열 기체 제트에 의해 파괴되어 불연속 섬유를 형성할 수 있으나, 이들은 연속 섬유일 수 있다. 바람직하게는, 기체 제트는 목적하는 나열식 섬유 단면을 생성한다.
상기한 다중성분 멜트블로운 웹이 혼입되는 복합 부직물은 스펀본드 직물, 제직물 또는 발포체와 같은 상이한 시트 물질 상에 다중성분 멜트블로운 섬유를 수집함으로써 인라인(in-line)으로 생성될 수 있다. 열 결합, 초음파 결합 및(또는) 접착제 결합과 같은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 층을 합칠 수 있다. 멜트블로운 층 및 다른 직물 또는 시트 층은 각각 바람직하게는 층들이 열점 결합에 의해서와 같이 열적으로 결합될 수 있도록 상용성인 중합체 성분들을 포함한다. 예를 들어, 바람직한 실시양태에서, 복합 적층물은 멜트블로운 웹 및 스펀본드 웹을 포함하며, 이들 각각은 실질적으로 유사한 또는 동일한 중합체를 하나 이상 포함한다. 또한, 복합 시트의 층들을 독립적으로 제조한 후 합치고 결합하여 복합 시트를 형성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 스펀본드 웹 제조 장치를 연속으로 사용하여 상이한 단일성분 또는 다중성분 섬유의 블렌드로 된 웹을 제조할 수 있다는 것을 고려할 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 멜트블로운 웹 제조 장치를 연속으로 사용하여 다중 멜트블로운 층이 있는 복합 시트를 제조할 수 있다는 것을 고려할 수 있다. 또한, 다양한 웹 제조 장치에서 사용되는 중합체(들)가 서로 상이할수 있다는 것을 고려할 수 있다. 단지 하나의 스펀본드 층 및 하나의 미세한 멜트블로운 섬유 층을 가지는 복합 시트를 제조하기 원할 경우, 제2 스펀본드 웹 제조 장치를 가동하지 않거나 또는 제거할 수 있다.
임의로는, 플루오로화학물 코팅물을 복합 부직웹에 도포하여 섬유 표면의 표면 에너지를 감소시켜 액체 투과성에 대한 직물 내성을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 직물을 국소적 가공 처리로 처리하여 액체 차단성, 특히 낮은 표면 장력 액체에 대한 차단성을 향상시킬 수 있다. 많은 국소적 가공 처리 방법이 당업계에 널리 공지되어 있으며 분무 도포, 롤 코팅, 발포 도포, 침지-압착 도포 등을 포함한다. 전형적인 가공 성분은 조닐(ZONYL 등록상표) 플루오로화학물 (듀폰(DuPont, 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재) 제품) 또는 리펄(REPEARL 등록상표) 플루오로화학물 (미쯔비시사(Mitsubishi Int. Corp, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재) 제품)을 포함한다. 국소 가공 방법은 직물 제조에서 인라인으로 또는 개별 공정 단계로 수행할 수 있다. 대안으로, 이러한 플루오로화학물은 또한 용융물로의 첨가제로서 섬유로 방사될 수 있다.
<시험 방법>
상기 상세한 설명 및 이어지는 실시예에서, 하기 시험 방법을 사용하여 다양한 기록 성질 및 특성을 측정하였다. ASTM는 American Society for Testing and Materials이다.
섬유 직경은 광학 현미경을 통해 측정하였고 평균값을 마이크론으로 기록한다. 각 멜트블로운 시료의 경우, 약 100개 섬유의 직경을 측정하고 평균하였다.
기본 중량은 직물 또는 시트의 단위 면적 당 중량의 측정값이며, 본원에 참조문헌으로 인용된 ASTM D-3776으로 측정하고, g/m2으로 기록한다.
본원에 사용되는 폴리에스테르의고유 점도는 모세관 점도계에서 30℃에서 트리플루오로아세트산 25 부피％ 및 메틸렌 클로라이드 75 부피％를 사용하여 ASTM D 2857에 따라 측정한다.프레지어 투기성(Frazier Air Permeability)은 시트의 표면들 사이의 규정된 압력 차이 하에서 시트를 통과하는 기류의 측정값으로, 본원에 참조 문헌으로 인용된 ASTM D 737에 따라 측정하고, m3/분/m2으로 기록한다.
스펀본드 외부층 사이에 끼여 있는 멜트블로운 섬유의 내부층을 포함하는 복합 시트를 실시예 1 내지 4에서 제조하였다. 시쓰-코어 단면의 이성분 필라멘트를 포함하는 동일한 스펀본드 외부층을 이번 실시예 각각에서 사용하였다.
스펀본드 층은 ASPUN 6811A LLDPE(다우(Dow) 제품) 20 중량％ 및 ASPUN 61800-34 LLDPE(다우 제품) 80 중량％의 블렌드인 용융 지수 (190℃의 온도에서 ASTM D-1238에 따라 측정함) 27 g/10 분의 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE)과 크리스타(Crystar 등록상표) 4449 폴리에스테르로서 듀폰에서 시판되는 고유 점도 0.53 dl/g의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET)와의 이성분 섬유로 제조되었다. 폴리에스테르 수지는 사용전에 180℃의 온도에서 결정화하고 120℃의 온도에서 건조하여 수분 함량이 50 ppm 미만이도록 하였다. 각각의 압출기에서, 폴리에스테르를 290℃로 가열하고 폴리에틸렌을 280℃로 가열하였다. 중합체를 압출하고, 여과하고, 295℃로 유지되고 시쓰-코어 필라멘트 단면이 제조되도록 고안된 4000개 구멍/m (팩 중의 구멍 2016개)의 이성분 스핀 블록에 계량하였다. 중합체를 방사구를 통해 방사하여 폴리에틸렌 시쓰 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 코어의 이성분 필라멘트를 제조하였다. 스핀 블록 모세관 당 총 중합체 처리량은 1.0 g/분이었다. 중합체를 계량하여 섬유 중량을 기준으로 30％의 폴리에틸렌 (시쓰) 및 70％의 폴리에스테르 (코어)의 필라멘트를 제조하였다. 필라멘트를 12℃의 온도 및 1 m/초의 속도로 2개의 대향 급냉 박스로부터 제공되는 급냉 공기로 길이 15 인치 (38.1 cm) 급냉 대역에서 냉각하였다. 스핀 블록의 모세관 개구 밑 26 인치 (66.0 cm)로 이격된 기압 연신 제트에 필라멘트를 통과시켜 필라멘트를 연신하였다. 보다 작고 보다 강하며 실질적으로 연속인 생성된 필라멘트를 186 m/분의 속도로 이동하는 레이다운 벨트 상에 퇴적시키고, 진공 흡입하여 기본 중량 0.6 oz/yd2(20.3 g/m2)의 스펀본드 웹을 형성하였다. 웹 중의 섬유는 평균 직경이 약 11 마이크론이었다. 생성된 웹을 두개의 열 결합 롤 사이에 통과시켜 100℃의 온도 및 100 N/cm의 닙 압력에서 점 결합 패턴을 사용하여 운송하기 위하여 웹을 함께 가볍게 고정시켰다. 가볍게 결합된 스펀본드 웹을 롤 상에 수집하였다. 실시예 각각에 대한 멜트블로운 층의 제조에 대해 하기에 기술한다.
이성분 스펀본드 웹을 이동 벨트 상에서 펼치고 이동 스펀본드 웹의 상부에 멜트블로운 이성분 웹을 놓음으로써 복합 부직 시트를 실시예 1 내지 4에서 제조하였다. 스펀본드 웹의 제2 롤을 펼치고 스펀본드-멜트블로운 웹의 상부에 펼치고놓음으로써 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 복합 부직 웹을 제조하였다. 복합 웹을 조각된 오일 가열 금속 캘린더 롤과 매끄러운 오일 가열 금속 캘린더 롤 사이에서 열적으로 결합시켰다. 두 롤은 직경이 466 mm이었다. 조각된 롤은 점 크기가 0.466 mm2이고, 점 깊이가 0.86 mm이며, 점 간격이 1.2 mm이고, 결합 면적인 14.6％인 크롬 코팅 비경화 스틸 표면을 가졌다. 매끄러운 롤은 경화 스틸 표면을 가졌다. 복합 웹을 120℃의 온도, 350 N/cm의 닙 압력 및 50 m/분의 선 속도에서 결합시켰다. 결합된 복합 시트를 롤 상에 수집하였다. 각 복합 부직 시트의 최종 기본 중량은 약 58 g/m2이었다.
<실시예 1 내지 4>
본 실시예들에서 멜트블로운 이성분 웹은 후합체 멜트블로잉 방법을 사용하여 제조하였다. 이성분 섬유는 고유 점도가 0.53이고 수분 함량이 약 1500 ppm이며 듀폰에서 시판되는 크리스타(등록상표) 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 용융 지수(ASTM D-1238에 따라 측정함)가 100 g/10 분이고 ASPUN 6806으로 다우에서 시판되는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 나열식 배열로 제조하였다. 각 압출기에서, 폴리에틸렌 중합체를 450℉(232℃)로 가열하고 폴리에스테르 중합체를 572℉(300℃)로 가열하였다. 두 중합체를 개별적으로 압출하고, 여과하고 도 6에 나타낸 다이 팁 배열의 이성분 스핀 블록에 계량하였다. 다이는 내부에 형성된 반경 0.2 mm의 평행 글루브 (62a) 및 (62b)가 있는 두개의 수직 에칭 판 (60) 및 (60')로부터 형성되었다. 2종의 중합체가 압출 모세관에서 배출될 때까지 두 중합체 스트림을 분리시키기 위하여 2개의 판을 두께 2 밀 고상 판 (64)로 분리시켰다. 중합체 스트림 중 하나를 글루브 (62a)에 의해 형성된 모세관을 통해 공급하고 다른 중합체 스트림은 글루브 (62b)에 의해 형성된 모세관을 통해 공급하였다. 압출 모세관의 배출 구멍은 길이 약 21 인치 (53 cm)의 다이 팁 길이를 따라 30 구멍/인치로 이격되었다. 스핀 블록 다이를 572℉(300℃)로 가열하고, 표 1에 나타낸 중합체 물질 유속에서 중합체를 모세관을 통해 방사하였다. 가늘게 하는 공기를 310℃의 온도로 가열하고 두개의 너비 1.5 mm 공기 채널을 통해 9 psi(62 kPa)의 공기 압력에서 공급하였다. 하나의 채널이 모세관의 선의 각 측면상에서 모세관 개구로부터 1.5 mm 후방에 설치된 두개의 공기 채널은 약 21 인치 (53 cm) 선의 모세관 개구의 길이로 가동되었다. 공기 채널 각각은 압출 모세관 배출구를 향해 수렴되는 공기 채널의 축이 있는 판 (64)의 면에 대해 45도의 각도로 배열되었으며, 공기 채널 사이의 총 협각은 90도이었다. 폴리에틸렌 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 두개의 상이한 압출기를 사용하여 스핀 블록에 공급하였다. 압출기에서 배출될 때의 폴리에틸렌의 온도는 265℃이었고 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 온도는 295℃이었다. 스핀 블록에 공급되는 중합체의 물질 유속은 각 실시예에 대해 상이하였고 이를 표 1에 나타내었다. 필라멘트를 52 m/분의 속도로 이동하며 그의 상부 표면이 다이 팁의 말단에서 5.5 인치 (14.0 cm) 밑에 위치한 형성 스크린 상에 수집하여, 멜트블로운 웹을 제조한 후 롤 상에 수집하였다. 각 실시예에서 멜트블로운 웹의 기본 중량은 11.7 g/m2이었다.
<실시예 5>
멜트블로운 이성분 웹을 용융 지수(ASTM D-1238에 따라 측정함)가 135 g/10분이고 GA594로서 이퀴스타(Equistar)로부터 시판되는 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 성분 및 기록된 고유 점도가 0.53이고 듀폰사로부터 크리스타(등록상표) 폴리에스테르 (머지 (Merge) 4449)로서 시판되는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 성분으로 제조하였다. LLDPE 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 각 압출기에서 260℃ 및 305℃의 온도로 각각 가열하였다. 두 중합체를 개별적으로 압출하고 두개의 독립적인 중합체 분산기에 계량하였다. 각 분산기에서 배출되는 평면의 용융 스트림을 독립적으로 여과하고, LLDPE를 압출하기 위한 제1 세트 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 압출하기 위한 제2 세트의 독립 구멍의 2개의 선형 세트를 갖는 이성분 멜트블로운 다이를 통해 압출하였다. 각 LLDPE 방사 오리피스가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 방사 오리피스 근처에 인접하게 위치하고, 각 쌍의 방사 오리피스가 복식 오리피스로서 함께 기능하고, 복식 오리피스의 선형 배열이 다이 팁의 길이를 따라 형성되도록 구멍을 쌍으로 배열되었다. 각 쌍에서 양 오리피스의 중앙을 통과하는 선이 구명 한 쌍의 선형 배열의 방향과 수직이며, 한 쌍의 2개 구멍 사이에 중앙 점이 다이 팁의 정점에 위치하도록 각 복식 오리피스를 형성하는 한쌍의 오리피스를 배열하였다. 다이는 54.6 cm 선에 배열된 모세관 개구의 645개 쌍을 가졌다. 다이를 305℃로 가열하고 LLDPE 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 각각 0.16 g/구멍/분 및 0.64 g/구멍/분의 처리량으로 방사하였다. 가늘게 하는 공기를 305℃의 온도로 가열하고 2개의 너비 1.5 mm 공기 채널을 통해 5.5psi의 압력에서 공급하였다. 하나의 채널이 모세관의 선의 각 측면상에서 모세관 개구로부터 1.5 mm 후방에 설치된 두개의 공기 채널은 54.6 cm 선의 모세관 개구의 길이로 가동되었다. LLDPE 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 각각 6.2 kg/시간 및 24.8 kg/시간의 속도로 스핀 팩에 공급하여, LLDPE 20 중량％ 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 80 중량％의 이성분 멜트블로운 웹을 제조하였다. 다이에서 수집기까지의 거리 20.3 cm에서 멜트블로운 섬유를 이동 형성 스크린 상에 수집하여 웹을 형성하여, 멜트블로운 웹을 제조하고 롤 상에 권치하였다. 멜트블로운 웹은 기본 중량이 1.5 oz/yd2(50.9 g/m2)이었고, 시료의 프레지어 투기성은 86 ft3/분/ft2(26.2 m3/분/m2)이었다.
<비교 실시예 A>
본 실시예는 두개의 중합체 스트림이 다이 팁에서 배출되기 전 수렴되는 이성분 멜트블로운 웹의 형성을 나타낸다. 실시예 1 내지 4와 동일한 중합체 및 방사 장치를 사용하였으나, 도 6에 나타낸 고상 판 (64)는 제거되어 두 중합체 스트림이 압출 모세관에서 접촉하였다. 중합체 온도 및 물질 유속, 다이 온도, 공기 압력 및 온도는 실시예 1에서 사용된 바와 동일하였다. 멜트블로운 웹의 기본 중량은 17 g/m2이었다.
멜트블로운 가공 조건 및 멜트블로운 웹 특성
실시예 LLDPE 물질 유속 (kg/hr) PET 물질 유속 (kg/hr) 중량비 (％PE) 멜트블로운 웹의 프레지어 투기성 (m3/분/m2) 멜트블로운 웹 중의 섬유 크기 (μ) 복합 시트 프레지어 투기성 (m3/분/m2)
1 6 24 20 23.2 2.8 10.4
2 12 18 40 -- -- 11.6
3 18 12 60 -- -- 17.4
4 24 6 80 -- -- 9.4
5 6.2 24.8 20 26.2 -- --
A 6 24 20 23.8 3.0 13.7

Claims (15)

  1. 제1 압출 오리피스를 통해 제1 용융가공성 중합체를 압출하는 동시에, 제2 압출 오리피스를 통해 제2 용융가공성 중합체를 압출하고, 압출 후 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체를 압출된 복합 필라멘트로 융합하고, 상기 압출된 복합 필라멘트를 고속 기체의 제트 하나 이상으로 기압적으로 가늘게 하여 다중성분 멜트블로운 섬유를 형성하는 것을 포함함을 특징으로 하는 다중성분 멜트블로운 섬유의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복합 필라멘트를 다수의 고속 기체 제트로 가늘게 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복합 필라멘트를 하나 이상의 고속 기체의 제트로 파괴하여 다수의 다중성분 멜트블로운 섬유를 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체가 온도에 따른 점도가 상이한 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체가 융점 및(또는) 연화점이 상이한 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용융가공성 중합체가 화학적으로 상이한 중합체인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 용융가공성 중합체가 폴리에스테르이고, 제2 용융가공성 중합체가 폴리에틸렌인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리에스테르가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)인 방법.
  9. 제1항에 따른 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 수집함으로써 제조되는 부직물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수집 표면이 스펀본드 부직물인 부직물.
  11. 다이의 유입부로부터 유입되는 2 이상의 개별 중합체 공급구 (다이의 배출부에서 배출 개구가 있는 개별 압출 모세관과 소통함) 및 다이의 유입부로부터 유입되고 상기 중합체 공급구에 측면으로 배열된 기체 공급구 (다이를 통해 연장되고 기체 제트와 소통하고 상기 압출 모세관의 배출 개구에 측면으로 배열됨)를 포함하며, 상기 압출 모세관 배출 개구 및 상기 기체 제트는 다이의 배출부에서 취입 오리피스와 소통하는 것을 특징으로 하는 용융 중합체의 멜트블로잉용 압출 다이.
  12. 다이의 유입부로부터 유입되는 2 이상의 개별 중합체 공급구를 포함하며, 상기 개별 중합체 공급구는 다이의 배출부에서 압출 개구를 가지는 개별 압출 모세관과 소통하며, 상기 개별 압출 모세관은 복식 오리피스로서 함께 기능하고, 하나 이상의 기체 공급구가 다이의 유입부로부터 유입되고, 상기 기체 공급구는 다이를 통해 연장된 하나 이상의 기체 제트와 소통하며 상기 복식 오리피스의 배출 개구 둘레에 동심적으로 배열되고, 상기 압출 모세관 배출 개구 및 상기 기체 제트가 다이의 배출부에서 취입 오리피스와 소통하는 것을 특징으로 하는 용융 중합체의 멜트블로잉용 압출 다이.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 압출 모세관이 공통 종축을 향해 기울어져 있는 압출 다이.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 압출 다이가 2 이상의 기체 제트를 포함하며, 상기 압출 모세관 및 상기 기체 제트는 공통 종축을 향해 기울어져 있는 압출 다이.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 압출 다이는 2 이상의 기체 제트를 포함하고, 상기 압출 모세관은 서로에 대해 평행하고, 상기 기체 제트는 공통 종축을 향해 기울어져 있는 압출 다이.
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