KR20020060750A - 탄성 스트랜드의 강도 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명자들은 탄성 스트랜드의 강도 특성이 스트랜드를 가열시켰을 때 개선된다는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명은 스트랜드를 가열함으로써 탄성 스트랜드의 강도 특성을 개선시키는 것에 관한 것이다. 스트랜드는 열 전도 및(또는) 대류에 의해, 예를 들면 적외선 또는 마이크로파선을 사용하는 조사 방법에 의해, 또는 이들 중 몇몇을 병행하여 가열될 수 있다. 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 위치와는 다른 위치에서 탄성 스트랜드가 제조되는 경우, 스트랜드는 이들 중 어느 한 위치에서 또는 두 위치에서 모두 가열될 수 있다. 또한, 스트랜드는 인라인, 즉 스트랜드를 제조하는 방법 또는 스트랜드를 원료로 사용하는 방법의 일부로서, 또는 오프라인, 즉 상기한 어느 한 방법과는 별개의 단계로 가열될 수 있다. 최종적으로, 스트랜드의 열 처리 외에, 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출은 강도 열화를 감소시키거나 또는 없애도록 조절될 수 있다.
Description
본 출원은 1999년 11월 19일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/166,348호 및 1999년 12월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/171,467호를 우선권 주장한다.
사람들은 그들의 일상의 활동에 참여하고 즐기는 것을 돕기 위하여 일회용 흡수 용품에 의존한다.
성인 실금 용품 및 기저귀와 같은 일회용 흡수 용품은 일반적으로 몇가지 구성재료들을 결합하여 제조된다. 이들 구성재료들은 대표적으로는 액체 투과성 표면시트; 이 표면시트에 부착된 액체 불투과성 배면시트; 및 표면시트와 배면시트 사이에 위치한 흡수 코어를 포함한다. 일회용 용품이 착용되었을 때, 액체 투과성 표면시트는 착용자의 몸 곁에 위치한다. 표면시트는 체액이 흡수 코어 내로 통과할 수 있게 한다. 액체 불투과성 배면시트는 흡수 코어 내에 보유된 유체의 누출 예방을 돕는다. 흡수 코어는 바람직한 물리적 특성, 예를 들면 높은 흡수 용량 및 높은 흡수 속도를 가져서, 체액이 착용자의 피부로부터 일회용 흡수 용품 내로 수송될 수 있도록 디자인된다.
몇몇 일회용 흡수 용품은 다양한 타입의 탄성화 허리밴드 및 탄성화 다리 밴드 또는 다리 커프스를 갖도록 구성된다. 탄성화 영역을 구성하는 한 방법은 일회용 흡수 제품 내로 탄성 스트랜드를 혼입시키는 것이다. 예를 들면, 탄성 스트랜드들이 중합체 필름 층 및(또는) 직물 또는 부직포 층 사이에서 적층되어 상기 영역을 제공하였다. 선택된 재료의 스트랜드들을 둘러싸거나 또는 봉하기 위하여 접어포개진(folded-over) 층들이 또한 사용되어 왔다. 이들 접어포개진 층들은 엘라스토머 스트랜드들을 일회용 기저귀 및 다른 일회용 흡수 용품의 허리밴드, 다리 커프스 및 내부 차단층 커프스 구성재료들 내에 둘러싸는데 사용되어 왔다. 중합체 필름 또는 필름들, 직물 또는 부직포 층들 및(또는) 접어포개진 층들은 상기 논의한 표면시트 및(또는) 배면시트의 일체 부분일 수 있거나, 또는 표면시트 및(또는) 배면시트에 부착된 별도의 구성재료들일 수 있다.
탄성 스트랜드를 제조되는 제품 내에 도입시키기 위하여, 스트랜드의 스풀 (spool)을 일반적으로 권출(卷出) 스탠드(unwind stand) 상에 둔다. 이어서 스트랜드를 기계 방향으로 연속적으로 권출시키고, 이 때 스트랜드가 지지체, 예를 들면 재료의 기층에 부착되어 지지 복합체를 제공한다. 상기한 바와 같이, 기초 재료의 예로는 중합체 필름 및(또는) 직물 또는 부직포를 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다.
탄성 스트랜드가 제조하고자 하는 용품의 제조 동안 그 위에 놓여지는 힘들을 견딜 수 있는 일체성을 갖지 못한다면, 스트랜드는 절단될 수 있다. 예를 들면, 권출 스탠드와 기초 재료 상의 부착 지점 사이의 탄성 스트랜드 세그먼트 상에 놓여진 장력이 그 세그먼트의 인장 강도를 초과하여 절단을 야기시킬 수 있다. 이러한 절단은 비용이 많이 드는 비가동 시간으로 이어진다. 따라서, 일회용 흡수 용품의 생산자, 뿐만 아니라 제조 방법의 원료로 탄성 스트랜드를 사용하는 다른 제조업자들은 탄성 스트랜드의 강도 특성을 제조 동안에 스트랜드 상에 놓여지는 힘들을 견딜 수 있을 정도로 충분하게 하여 절단되는 숫자를 감소시키거나 또는 최소화시킬 수 있는 방법을 찾는다. 또한, 일회용 흡수 용품과 같은 용품의 생산업자는 용품 중의 탄성 스트랜드의 기능을 개선시키는 방법을 찾는다. 대표적으로 한 기능은 일회용 흡수 용품이 용품의 착용자에게 보다 잘 맞을 수 있도록 탄성화된 영역의 형성을 돕는 것이다. 제조 기계 상에서의 스트랜드 전달수를 감소시키고, 용품 중의 탄성 스트랜드의 기능을 개선시키거나 또는 이 둘을 모두 하기 위한 한 방법은 탄성 스트랜드의 특정 강도 특성을 증가시키는 것이다.
따라서, 스트랜드의 강도를 개선시키기 위하여 탄성 스트랜드를 처리하는 방법, 및 상기 탄성 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 또는 일회용 흡수 용품이 요구된다.
요약
본 발명자들은 탄성 스트랜드의 강도 특성이 스트랜드를 가열시켰을 때 개선된다는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명은 스트랜드를 가열함으로써 탄성 스트랜드의 강도 특성을 개선시키는 것에 관한 것이다. 스트랜드는 열 전도 및(또는) 대류에 의해, 예를 들면 적외선 또는 마이크로파선을 포함하는 조사 방법에 의해, 또는 이들 중 몇몇을 병행하여 가열될 수 있다. 스트랜드가 원료로 사용되는 위치와는 다른 위치에서 탄성 스트랜드가 제조되는 경우, 스트랜드는 이들 중 어느 한 위치에서 가열될 수 있다. 또한, 스트랜드는 인라인(in-line), 즉 스트랜드를 제조하는 방법 또는 스트랜드를 원료로 사용하는 방법의 일부로서, 또는 오프라인(off-line), 즉 상기한 어느 한 방법과는 별개의 단계로 가열될 수 있다. 그리고, 하기되는 바와 같이, 스트랜드는 열 처리될 수 있고, 그의 물 또는 수증기에 대한 노출이 조절될 수 있다.
본 발명의 특징을 갖는 한 방법은 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및 가열된 탄성 스트랜드의 피크 하중 값이 가열 전의 탄성 스트랜드의 피크 하중 값보다 약 10％ 이상, 구체적으로는 약 20％ 이상, 특히 약 30％ 이상, 및 보다 구체적으로는 약 40％ 이상 더 크도록 스트랜드를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몇몇 대표적인 실시태양에서, 탄성 스트랜드는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 폴리에테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 또는 폴리에테르-b-폴리아미드 블록 공중합체를 포함한다.
탄성 스트랜드를 가열시킬 수 있는 방법으로는 적외선 또는 마이크로파선, 대류성 열, 전도성 열 또는 이들의 몇몇 조합을 사용하는 것을 들 수 있다.
본 발명의 특징을 갖는 몇몇 방법은 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및 스트랜드를 약 120 ℉ 이상의 온도를 갖는 환경으로 보내어 스트랜드를 그 환경 중에 약 4시간 이상, 구체적으로는 약 8시간 이상 및 보다 구체적으로는 약 24시간 이상 동안 유지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징을 갖는 한 방법은 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및 스트랜드를 약 212 ℉ 이상의 온도를 갖는 환경으로 보내어 스트랜드를 그 환경 중에 약 2시간 이상, 구체적으로는 약 4시간 이상 및 보다 구체적으로는 약 8시간 이상 동안 유지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징을 갖는 또다른 방법은 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및 스트랜드를 약 150 ℃ 이상의 온도를 갖는 환경으로 보내어 스트랜드를 그 환경 중에 약 10분 이상, 구체적으로는 약 20분 이상 및 보다 구체적으로는 약 30분 이상 동안 유지시키는 단계를 포함한다.
몇몇 대표적인 실시태양에서는, 스트랜드가 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 또는 스트랜드를 포함하는 일회용 흡수 용품을 제조하는데 사용되는 제조 기계 상에서 온라인 가열된다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 탄성 스트랜드는 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드의 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 가열된 탄성 스트랜드의 피크 하중 값이 가열 전의 탄성 스트랜드의 피크 하중 값보다 약 10％ 이상, 구체적으로는 약 20％ 이상, 특히 약 30％ 이상, 및 보다 구체적으로는 약 40％ 이상 더 크도록 스트랜드를 가열하는 단계; 및 비임시적인 본 출원이 우선권을 주장할 수 있고 본 명세서와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용하고 있는, 1999년 11월 19일에 출원되고, 발명의 명칭이 "Method for Regulating Strength Degradation in an Elastic Strand"인 동시계류중인 미국 특허 출원 제60/166348호(대리인 참조 번호 15,427)에 발표되어 있는 바와 같이, 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출을 조절하는 단계에 의해 가공처리된다. 동시계류 중인 출원은 일반적으로 탄성 스트랜드의 물 또는 수증기에 대한 노출을 조절하여, 스트랜드에 대한 물 또는 수증기의 작용에 기인한 스트랜드의 강도 특성의 열화를 조절하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 그의 강도 특성을 증가시키기 위하여 탄성 스트랜드를 열 처리하는 것, 및 강도 열화를 최소화시키거나 또는 없애기 위하여 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출을 조절하는 것을 모두 포함하는 방법에 관한 것이다.
탄성 스트랜드의 가열 전, 동안 또는 후에 사용될 수 있는, 물 또는 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출을 조절하기 위한 각종 방법들의 예가 아래에 제공된다.
몇몇 실시태양에서, 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출은, 스트랜드의 제조, 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소에서의 스트랜드의 저장, 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소와 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소 사이에서의 스트랜드의 운송, 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소에서의 탄성 스트랜드의 저장, 탄성 스트랜드의 원료로서의 사용, 또는 이들의 몇몇 조합 동안 스트랜드 주위의 비습도가 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.01 파운드-질량, 구체적으로는 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.005 파운드-질량을 초과하지 않도록 가열 전, 동안 또는 후에 조절된다. 한 면에서는, 탄성 스트랜드는 탄성 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 또는 탄성 스트랜드를 포함하는 흡수 용품을 제조하는데 원료로 사용된다.
다른 면에서, 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출은 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소와 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소 사이에서의 스트랜드의 운송 동안에 조절된다.
몇몇 대표적인 실시태양에서, 수증기에 대한 스트랜드의 노출의 조절은 스트랜드를 함유하는 용기 주위 또는 스트랜드 주위의 온도를 조절하는 것을 포함한다. 예를 들면, 온도는 약 55 ℉를 초과하지 않는 값으로 조절될 수 있다. 온도를 조절함으로써, 달성될 수 있는 최대 습도가 조절된다(즉, 공기 온도가 감소함에 따라, 수증기를 보유할 수 있는 공기의 용량이 감소된다).
본 발명의 다른 형태에서는, 수증기에 대한 스트랜드의 노출의 조절이 스트랜드를 함유하는 용기 주위 또는 스트랜드 주위의 습도를 조절하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에서, 스트랜드의 가열 전 또는 후의, 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출의 조절은 스트랜드를 차단재를 포함하는 용기 중에 넣고 용기를 밀폐시키는 것을 포함한다.
다른 면에서, 차단재를 포함하는 용기는 스트랜드가 처음 제조될 때의 시간 후이고 스트랜드가 처음 제조된 지리적 장소로부터 스트랜드가 사용되는 지리적 장소로 스트랜드가 운송될 때의 시간 전인 시간 t1에 밀폐된다.
또 다른 면에서, 스트랜드 주위의 비습도는 차단재를 포함하는 밀폐된 용기가 처음 개봉될 때의 시간인 시간 t2와 시간 t1사이에서, 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.017 파운드-질량, 구체적으로는 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.01 파운드-질량, 및 특히 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.005 파운드-질량을 초과하지 않는다.
본 발명의 몇몇 형태에서, 차단재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론, 셀룰로스 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
다른 면에서, 차단재를 포함하는 용기의 밀폐는 용기, 차단재 또는 2가지를 모두 가열 밀봉시키는 것을 포함한다.
몇몇 대표적인 실시태양은 용기, 차단재, 또는 2가지를 모두 가열 밀봉시키기 전에 건조제 물질을 스트랜드와 함께 넣는 것을 포함한다. 가능한 건조제 물질은 염화칼슘, 황산칼슘, 실리카겔, 분자체, Al2O3, 또는 이들의 몇몇 혼합물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에서, 차단재를 포함하는 용기 내의 공기 및 수증기의 임의의 혼합물은, 용기, 차단재, 또는 이들 둘을 모두 가열 밀봉시키는 단계 전에; 용기를 가열 밀봉시키기 전에 차단재를 포함하는 용기 내에 습도 표시기를 넣는 단계 전에; 또는 이들 2개의 단계 모두 전에 불활성 건조 기체로 치환된다.
본 발명은 강도를 증가시키기 위하여 가열된 탄성 스트랜드, 뿐만 아니라 상기 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 및(또는) 일회용 흡수 제품을 포함한다. 추가로, 상기한 바와 같이 탄성 스트랜드는 또한 스트랜드의 물 또는 수증기에 대한 노출이 스트랜드의 열 처리 전, 동안 또는 후에 조절되도록 취급될 수도 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 형태 및 이점들은 하기하는 상세한 설명, 첨부된 특허청구의 범위 및 수반되는 도면에 대하여 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 탄성 스트랜드를 제조하기 위한 한 장치의 단면도를 나타낸다.
도 2는 탄성 스트랜드를 제조하기 위한 한 장치의 단면도를 나타낸다.
도 3은 명시된 온도에 대한 노출 시간의 함수로서의 연신율(％) 및 그램 단위의 피크 하중 값의 플롯을 나타낸다.
도 4 및 4A는 인장 시험기의 투시도를 나타낸다.
도 5는 명시된 온도에 대한 노출 시간의 함수로서의 연신율(오른쪽 수직 축) 및 그램 단위의 피크 하중 값의 플롯을 나타낸다.
본 발명은 스트랜드를 가열시켜 탄성 스트랜드의 강도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 증가된 강도는 스트랜드 및(또는) 스트랜드를 혼입시킨 지지 복합체의 개선된 성능을 위한 기회를 제공한다. 또한, 증가된 강도는 탄성 스트랜드를 원료로 사용하는 제조 기계(예를 들면, 분 당 약 1000 피트 이상으로 작동하는 종래의 고속 일회용 흡수 용품 제조 방법) 상의 스트랜드 전달수를 감소시키거나, 최소화시키거나 또는 없앨 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 방법은 스트랜드를 열풍; 몇몇 형태의 복사선, 예를 들면 마이크로파선 또는 적외선; 또는 이들 중 몇몇을 병행하여 가열시키는 것을 포함한다. 스트랜드가 원료로 사용되는 위치와 상이한 위치에서 스트랜드가 제조되는 경우, 탄성 스트랜드는 그가 제조되는 위치에서, 원료로 사용되는 위치에서 또는 2군데 모두에서 가열될 수 있다. 또한, 스트랜드는 인라인, 즉 스트랜드를 제조하는 방법 또는 스트랜드가 원료로 사용되는 방법의 일부로서, 또는 오프라인, 즉 이들 방법과는 별개의 단계로 가열될 수 있다. 본 발명의 특징을 갖는 한 방법은 압출, 방사 또는 다른 방식의 스트랜드 제조를 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및 가열된 탄성 스트랜드의 피크 하중 값이 가열 전의 탄성 스트랜드의 피크 하중 값보다 약 10％ 이상, 구체적으로는 약 20％ 이상, 특히 약 30％ 이상, 및 보다 구체적으로는 약 40％ 이상 더 크도록 스트랜드를 가열하는 단계를 포함한다. 이들 및 다른 실시태양은 하기하는 단락에서 보다 상세하게 논의된다.
탄성 스트랜드는 압출 및 방사를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는 각종 방식으로 제조될 수 있다. 도 1에 예시된 압출 방법에서는, 중합체 칩, 미립자, 펠릿 또는 다른 고상 형태(10)를 호퍼(12) 중에 넣는다. 고상 중합체를 호퍼로부터 챔버(14)로 보낸다. 중합체는 회전 스크류(16)에 의해 챔버를 지나도록 연속적으로 추진된다. 중합체가 챔버를 통해 나아갈 때, 온도 및 압력은 고상 중합체가 용융되어 압착되도록 하는 것이다. 열의 일부는 마찰에 의해 발생될 수 있지만, 전형적으로는 외부 가열원(18)을 또한 사용하여 중합체를 가열시킨다. 이어서 용융 중합체를 다이(20)를 지나가도록 하여 스트랜드, 연속 섬유 또는 원하는 구조적형태를 갖는 필라멘트를 제공한다. 가능한 단면 형태로는 원형, 3엽형, 다각형, 장방형(예를 들면, 리본과 같은 구조물), 또는 타원형을 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 스트랜드는 압출기를 빠져 나온 후 냉각되고 고화된다.
중합체를 공급 재료로 사용하기 보다는, 1종 이상의 단량체를 칩, 미립자, 펠릿 또는 다른 고상 형태로 압출기에 첨가할 수 있다. 별법으로는, 단량체의 분자량보다는 크지만 최종 중합체의 분자량보다는 작은 분자량을 갖는 예비중합체를 압출기에 첨가할 수 있다. 단량체 또는 예비중합체를 중합을 촉진시키는 화합물과 함께 첨가할 수 있다. 중합은 압출기 챔버 내에서 일어나지만, 재료가 다이를 지나 배출되기 전에 완료되거나 또는 완료되지 않을 수 있다. 중합이 완료되지 않은 경우라면, 일부 중합이 재료가 압출된 후에 일어날 수 있다. 또한, 단량체 또는 예비중합체의 일부가 궁극적으로는 스트랜드 내의 중합체 사슬의 일부가 되도록 반응하지 않을 수 있다.
폴리에스테르; 폴리우레탄; 폴리에테르; 폴리아미드; 폴리아크릴레이트; 또는, 랜덤, 블록 또는 그라프트 공중합체, 예를 들면 폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 폴리에테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 및(또는) 폴리에테르-b-폴리아미드 블록 공중합체를 포함하는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는 많은 재료들이 압출되어 탄성 스트랜드를 제공할 수 있다. 상기한 바와 같이, 단량체 또는 예비중합체 전구체들을 압출기에 첨가하여 방금 인용한 타입의 중합체 재료를 제공할 수 있다.
본 발명은 동시계류중인 미국 특허 출원 제60/166348호에 설명된 주제와 함께 사용될 수 있다. 탄성 스트랜드가 물에 의한(예를 들면 가수분해에 의한) 공격을 받기 쉬울 때, 물의 작용에 기인한 스트랜드 강도의 열화는 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출을 조절함으로서 조절될 수 있다. 탄성 스트랜드가 물 또는 수증기의 작용 때문에 스트랜드의 강도가 상당히 열화되도록 제조되고, 저장되고, 운송되고 또는 다른 방식으로 가공처리되는 경우, 본 발명에 따른 스트랜드의 열 처리는 강도를 개선시키는데 덜 효과적일 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출은 스트랜드가 가열되기 전에, 스트랜드가 가열될 때, 또는 스트랜드가 가열된 후, 또는 이들의 몇몇 조합시에 조절될 수 있다.
탄성 스트랜드를 제조할 때 가교결합제가 또한 사용될 수도 있다. 중합체 사슬이 가교결합되는 만큼, 재료가 압출된 후에 가교결합 반응이 개시되기 쉽다. 이것은 예를 들면, 스트랜드가 압출된 후 별도의 가공 단계로 수행될 수 있다.
스트랜드가 압출기를 빠져나간 후 추가의 가공처리 단계를 받을 수 있다. 이들 가공처리 단계는 스트랜드가 처음으로 보빈, 스핀들(spindle) 또는 스풀(spool)에 권취될 때와 스트랜드의 압출 사이의 몇몇 위치에서 일어날 수 있다. 별법으로는, 1개 이상의 이들 가공처리 단계들이 스트랜드가 처음으로 권취된 후에 일어날 수 있다. 탄성 스트랜드의 한 보빈이 제조된 후, 이것은 나중에 권출되어 이들이 다시 권취되기 전에 몇몇 방식으로 처리될 수 있다.
추가의 가공처리 단계로는 다음의 것을 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 공기가 냉각 속도를 증가시키기 위하여 다이를 빠져나가는 스트랜드로 향하게 될 수 있다. 스트랜드를 비누 또는 세제에 노출시켜 스트랜드로부터 불순물을 제거하기 위하여 세척 단계가 포함될 수 있다. 윤활제를 스트랜드에 도포하여 스트랜드들 사이 또는 스트랜드와 장치 부품들 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다. 가능한 윤활제로는 식물성유 또는 광유, 적합하게 정제된 석유 제품, 실리콘 기초 재료 또는 계면활성제를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 중합체를 배향시키는 것을 도와 바람직한 물리적 특성을 생성시키도록 연신 단계가 포함될 수 있다. 별도의 연신 단계의 한 예에서, 스트랜드가 2 세트의 롤 위로 배향된다. 스트랜드는 제1 속도로 이동하는 제1 세트의 롤 위를 지난 다음, 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 이동하는 제2 세트의 롤 위를 지난다. 제1 및 제2 세트의 롤 사이의 속도 차이는 스트랜드 상의 장력을 증가시켜, 스트랜드의 구성 중합체의 배향, 스트랜드의 물리적 치수의 변화 또는 다른 변화를 일으키는 것을 돕는다.
이들 또는 다른 추가의 가공처리 단계 후, 스트랜드는 저장 또는 다른 지리적 위치로의 저장 또는 운송을 위하여 권취된다. 탄성 스트랜드의 스풀, 릴 또는 보빈이 권출된 다음 권취되는 이 단계 또는 다른 단계 동안, 스트랜드를 세정제, 윤활제 또는 염료와 같은 각종 첨가제로 처리할 수 있다.
상기에서 논의한 압출 방법의 예 외에, 각종 방사 방법을 사용하여 탄성 스트랜드 또는 섬유를 제조할 수 있다. 일반적으로, 이들 방법은 중합체를 용액 중에 용해시키거나 또는 중합체를 용융시키는 것을 필요로 한다.
도 2에 예시한 용융 방사 방법에서는, 중합체 칩, 미립자, 펠릿, 또는 다른고상 형태(30)를 가열된 금속 그리드(32)에 의해 또는 다른 가열 장치에 의해 가열된다. 생성된 용융 중합체(34)를 고압하에 방사구(38)라 불리는 플레이트를 통해 펌핑시킨다. 플레이트는 일반적으로 다수개의 작은 홀들을 형성한다. 용융 중합체는 방사구의 면으로부터 일반적으로 공기 내로 빠져나가 고화된다. 많은 이들 스트랜드(40)를 함께 결합시켜 다수개의 스트랜드를 포함하는 케이블과 같은 또는 로우프와 같은 구조물을 형성할 수 있다.
중합체는 전형적으로는 전기적으로 또는 몇몇 다른 수단에 의해 가열된 강 튜브 형태의 고온 그리드를 접촉시킴으로써 용융된다. 계량형 펌프(36) 또는 계량형 펌프와 부스터(booster) 펌프의 혼합물을 사용하여 용융 중합체를 방사구로 및 방사구를 지나게 호송할 수 있다. 별법으로는, 압출 타입 스크류를 사용하여 중합체의 용융을 도울 수 있고, 생성된 용융 중합체를 계량하여 방사구로 및 방사구를 지나도록 할 수 있다.
일반적으로 스트랜드 또는 필라멘트들이 방사구 면으로부터 공기 내로 빠져나가서 냉각되기 시작한다. 빠져나오는 스트랜드로 향하는 공기 젯 또는 분사공기를 사용하여 냉각 과정을 가속시킬 수 있다. 스트랜드 또는 필라멘트가 고화될 수 있도록 충분히 멀리 이동한 후, 이들은 추가로 가공처리된다. 상기한 바와 같이, 추가의 공정 단계들은 스트랜드 또는 스트랜드들의 세척, 윤활 또는 연신을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 도 2는 예를 들면 1개 이상의 스트랜드에 윤활제를 도포하기 위한 윤활 디스크 및 트라프(trough)(42)를 예시한다. 가공처리가 완료된 후, 스트랜드(이 경우에는 케이블 또는 로우프와 같은 구조물)는 권취 스테이션에서 릴, 스핀들, 스풀 또는 보빈(44) 상에 권취된다. 권취된 후, 스트랜드는1개 이상의 롤(46) 위를 지날 수 있다.
다른 방사 방법으로는 중합체 또는 중합체 유도체의 용액이 방사구로부터 중합체 또는 중합체 유도체를 응결시키는 액체 내로 빠져나가서 스트랜드를 형성하는 습식 방사; 및 중합체 용액이 방사구로부터, 용매가 증발되는 공기 또는 불활성 기체 대기 내로 빠져나가서 필라멘트 또는 스트랜드를 형성시키는 건식 방사를 들 수 있다. 상기 방법들의 예가 문헌[FRED W. BILLMEYER, JR., TEXTBOOK OF POLYMER SCIENCE, pp. 518-530(Wiley-Interscience, 2d ed. 1971]에 제공되어 있다.
일반적으로, 탄성 스트랜드를 압출시키는데 유용한 동일한 중합체, 예비중합체 또는 단량체 재료도 또한 탄성 스트랜드의 방사에 유용하다. 상기 재료의 예가 위에서 논의된다. 또한, 가교결합제가 사용될 수 있다. 역시 가교결합은 스트랜드 또는 필라멘트가 방사구로부터 빠져나간 후 행해지기 쉽게 된다.
상기 논의는 탄성 스트랜드를 제조하는 방식의 예를 제공한다고 이해해야 한다. 본 발명은 이들 예로 제한되지 않고, 가열에 의해 강도 특성이 개선될 수 있는 탄성 스트랜드를 제조하는 다른 방법과 함께 사용될 수 있다.
탄성 스트랜드의 가열이 스트랜드의 강도를 개선시킨다는 것을 입증하는 데이타에 대하여 살펴보기 전에, 특정 용어들을 논의하는 것이 유리하다. 본 명세서에서 의되는 바와 같이, "피크 하중" 또는 "피크 하중 값"은 스트랜드가 절단되거나 또는 절단될 때 스트랜드 상에 놓여지는 인장 하중(그램 단위로 측정됨)을 말한다. 또한, "인장 강도", 피크 하중 및 피크 하중 값은 본 명세서에서 동의적으로 사용된다. 그러나 다른 측정치들을 탄성 스트랜드의 강도 또는 일체성에 미치는물 또는 수증기의 영향을 특성화시키는데 사용할 수 있음을 알아야 한다. 본 명세서에서 논의된 "연신율"은 피크 하중에서 단위 길이 당의 길이 변화를 말한다. 대표적으로는 연신율은 ％로 인용된다.
도 3(아래 실시예에서 논의됨)은 212 ℉의 온도에의 노출이 미국 메사추세츠주 폴 리버에 사무실을 갖는 사업체인 글로브 매뉴팩처링 캄파니(Globe Manufacturing Company)가 제조한 재료인 상품명 글로스판(GLOSPAN) 840 하에 판매되는 탄성 스트랜드의 피크 하중 값을 증가시켰음을 보여준다. 글로스판 840은 폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체를 포함한다. 스트랜드의 샘플을 인용한 온도에서 대략 2 시간 동안 강제 공기 오븐 중에 넣은 후, 피크 하중 값은 20％ 이상의 증가인, 약 375 그램으로부터 약 460 그램으로 증가되었다. 스트랜드를 강제 공기 오븐 중에서 1000분 동안 동일한 온도에 노출시킨 후 피크 하중 값은 35％ 이상의 증가인, 약 375 그램으로부터 약 510 그램으로 증가되었다.
앞의 예는 탄성 스트랜드의 강도 특성이 가열에 의해 개선될 수 있음을 보여준다. 상기한 바와 같이, 탄성 스트랜드는 열기에 의해, 즉 대류성 열 수송 및(또는) 열 전도에 의해, 또는 예를 들면 마이크로파선 또는 적외선을 포함하는 조사 방법에 의해, 또는 이들의 몇몇 조합에 의해 가열될 수 있다. 탄성 스트랜드 또는 탄성 스트랜드의 보빈을 별도의 가공처리 단계로(즉, 오프라인) 가열시키는 경우, 스트랜드 또는 보빈을 예를 들면, 강제 공기 오븐 중에서, 전자 오븐 중에서 또는 적외선 램프 하에서 가열시킬 수 있다. 한편, 스트랜드가 스트랜드를 제조하거나 또는 스트랜드를 원료로 사용하는 방법의 일부분으로(즉, 인라인) 가열되는 경우,마이크로파, 적외선, 열기 또는 이들의 몇몇 조합이 이동하는 스트랜드로 향하여 스트랜드를 가열시킬 수 있다.
오븐이 스트랜드를 가열시키는데 사용되는 유일한 장치인 경우, 스트랜드는 전형적으로는 스트랜드를 제조하는데 사용된 방법 또는 탄성 스트랜드를 원료로 사용하는 방법과는 별도의 단계로 가열되게 된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 스트랜드의 강도 특성을 개선시키는데 필요한 시간은 오븐 혼자만이 일반적으로 스트랜드를 제조하는데 사용된 장치, 또는 복합체 또는 제품 내로 스트랜드를 혼입시키는데 사용된 장치와 인라인으로 놓여지지 않도록 하는 것이다. 오븐 온도가 100 ℃ 이상 증가되어 스트랜드가 가열되는 속도를 증가시킬 수 있는 반면, 온도는 스트랜드의 중합체 구성성분들이 열화되도록 높게 상승될 수는 없다. 그러나, 스트랜드를 가열시키는데 대류 및 전도에 의존하는 방법, 예를 들면 열기가 스트랜드로 향하게 하는 방법은 스트랜드를 인라인 가열시키기 위하여 1종 이상의 조사 방법과 병행될 수 있다(아래에서 논의됨).
스트랜드 제조 방법 또는 스트랜드가 원료로 사용되는 방법과는 별도의 단계로(즉, 오프라인) 탄성 스트랜드를 가열시키기 위하여, 스트랜드의 스풀, 보빈, 또는 릴(reel)을 선택된 온도에서 선택된 시간 동안 오븐 중에 둘 수 있다. 별법으로는, 선택된 온도의 열풍을 선택된 시간 동안 스풀, 보빈 또는 릴로 향하게 할 수 있다. 이하 실시예에서 입증된 바와 같이, 간단한 실험을 행하여 명시된 온도에서 특정 탄성 스트랜드 재료의 강도 개선을 알아볼 수 있다. 또한, 분석 기술을 사용하여 탄성 스트랜드 재료가 명시된 온도에서 열화되는지를 확인할 수 있다. 이러한 데이타를 조합하여(즉, 주어진 온도에서 탄성 스트랜드 재료에 대한 강도-대-시간 곡선 및 스트랜드의 중합체 구성성분이 그 온도에서 열화되는지의 여부를 보여주는 분석 결과), 원하는 강도 증가를 제공하는 처리 온도 및 시간을 선택할 수 있다.
예를 들면, 도 3은 글로스판 840의 피크 하중 값이, 이 탄성 스트랜드 재료를 100 ℃의 온도에서 약 2시간 동안 강제 공기 오븐 중에 넣은 후에, 20％ 이상의 증가인, 약 375 그램으로부터 약 460 그램으로 증가되었음을 보여준다. 추가의 작업(아래 실시예에서 논의됨)은 글로스판 840의 피크 하중 값이, 150 ℃의 온도에서 약 15분 동안 노출시킨 후에, 약 20％ 증가될 수 있음을 입증하였다. 그러나, 이 탄성 스트랜드 재료를 216 ℃의 온도에서 5분 동안 강제 공기 오븐 중에 넣었을 때 글로스판 840의 피크 하중 값이 30％ 감소되었다. 또한, 열중량 분석은 글로스판 840의 중합체 구성성분이 약 240 ℃의 온도에서(이때 온도는 분 당 10 ℃의 속도로 증가됨) 분해된다는 것을 나타냈다. 이러한 후자의 정보는 가열 속도 및 강도 개선 속도를 (한 지점으로까지) 증가시키기 위하여 온도를 증가시킬 수 있음을 보여준다. 특정 온도 이상에서 탄성 스트랜드 재료의 강도는 스트랜드의 중합체 구성성분이 열화되거나 또는 분해되기 시작하기 때문에 개선되지 않고 열화된다.
앞의 정보에 기초하여, 글로스판 840의 제조업자 또는 사용자는 이 탄성 스트랜드 재료를, 강도를 약 20％ 증가시키기 위해 150 ℃의 온도에서 15분 동안 강제 공기 오븐 중에 둘 수 있다. 그러나, 글로스판 840의 제조업자 또는 사용자는 상기 예에서 논의되는 바와 같이 단지 1개의 스트랜드 샘플이 아닌 스트랜드의 스풀 전체를 오븐에 넣게 된다는 것에 주목해야 한다. 스트랜드의 몇몇 스풀은 3 인치 반경 및 10 인치의 길이를 갖는 플라스틱 코어를 갖고, 이 때 스트랜드는 스트랜드 재료가 플라스틱 코어의 외부 표면으로부터 대략 3인치 방사상으로 바깥쪽으로 연정되도록 코어 주위에 권취된다. 다른 스풀 기하형태가 가능하다. 예를 들면 문헌[R. BYRON BIRD et al., TRANSPORT PHENOMENA(John Wiley & Sons 1960)(244-47 페이지에 열 전도의 푸리에 법칙이 논의되어 있음)]에 논의되어 있는 바와 같은 기본적인 열 전달 원리는 1개의 스트랜드 전체에 걸쳐 열을 전도하는데 필요한 시간과 비교하여, 예를 들면 스풀 상에 스트랜드 재료의 3인치 층을 통해 열이 전도되는데에는 보다 긴 시간이 필요하게 된다고 제시하였다. 이하 실시예 7 및 8은 이것이 글로스판 1060의 경우라는 것을 입증하는 것같다. 100 ℃에서 4시간 후, 개별 스트랜드의 피크 하중 값은 약 640 그램이었던 반면(실시예 7), 보빈으로부터 취한 샘플의 피크 하중 값은 평균 약 605 그램이었다(4시간의 처리 시간 후에 측정되는 592 그램, 614 그램 및 608 그램의 평균에 대응하는 605 그램의 값; 실시예 8 참조). 따라서, 스풀 또는 보빈 상에서 탄성 스트랜드의 강도를 증가시키는데 필요한 시간은 개별 스트랜드에 대한 실험 결과가 제시하는 것보다 더 길어지게 된다.
스트랜드의 스풀 또는 보빈을 탄성 스트랜드가 제조되는 위치에서, 또는 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 위치에서(스트랜드가 사용되는 위치가 스트랜드가 제조되는 위치와 다를 경우) 오븐 중에 넣을 수 있다. 예를 들면, 탄성 스트랜드의 보빈은 스트랜드가 제조되는 사이트에서 스트랜드가 처음 권취된 후에 100 ℃이상의 온도에서 2시간 이상 동안 강제 공기 오븐 중에 넣을 수 있다. 별법으로는, 스트랜드를 가능하게는 보다 짧은 기간의 시간 동안 보다 150 ℃ 이상의 온도에서 강제 공기 오븐 중에 넣을 수 있다. 스트랜드가 열 처리된 후, 보빈을 운송을 위해 제조하거나 또는 운송 전 어느 정도의 시간 동안 저장시킬 수 있다.
다른 방법을 사용하여 스트랜드를 가열시킬 수 있다. 예를 들면, 탄성 스트랜드를 조사시키기 위하여 적외선 라이트를 탄성 스트랜드에 매우 가깝게 위치시킬 수 있다. 적외선 라이트의 한 예는 미국 뉴저지주 레쿠아녹 소재의 테크니랩 인스트루먼츠, 인크.(TechniLab Instruments, Inc.)로부터 입수할 수 있는 250W 적외선 램프이다. 스트랜드의 중합체 구성성분에 의한 적외선의 흡수는 열을 발생시켜 스트랜드를 가열시킨다. 또한, 스트랜드가 압출되거나 방사된 후, 그러나 처음으로 보빈 상에 권취되기 전에(즉, 탄성 스트랜드가 제조되는 장소에서 인라인) 적외선 라이트 또는 다수개의 라이트를 스트랜드에 매우 가깝게 위치시킬 수 있다. 보빈이 권출되고 처리된 다음 다시 권취되는 별도의 가공처리 단계가 있을 경우, 적외선 라이트 또는 다수개의 적외선 라이트들을 사용하여 별도의 가공처리 단계 동안 스트랜드를 열 처리시킬 수 있다.
별법으로는, 탄성 스트랜드는 스트랜드를 가열시키기 위하여 마이크로파선으로 조사될 수 있다. 적합한 마이크로파 발생기 또는 캐비티(cavity)는 본 명세서에서 이와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용하고 있는, 1996년 7월 16일에 특허된 헤드릭(Hedrick) 등의 미국 특허 제5,536,921호에 기재되어 있다. 시트유사 재료의 온라인 처리에 유용한 이 장치는 또한 탄성 스트랜드의 인라인 처리에 사용될수 있다. 이 장치는 원통형의 단일모드의 모델 TM010 공명-캐비티 마이크로파 어플리케이터(모델 TM101)를 포함하고, 미국 뉴욕주 아몽크에 사무실을 갖는 사업체인 인터내셔날 비지니스 머신즈 코포레이션(International Business Machines Corporation)으로부터 입수할 수 있다. 이 모델의 어플리케이터의 직경은 4 인치이고, 출력 전력은 2450 MHz의 주파수에서 최대 6.0 kW로 연속적으로 조정될 수 있다. 탄성 스트랜드는 스트랜드가 캐비티 내에서 다수개의 마이크로파 정상파에 노출되도록 캐비티를 통해 배향될 수 있다. 탄성 재료가 정상파를 통과할 때, 입사되는 마이크로파 에너지는 스트랜드 내에서 열로 전환된다. 스트랜드 보다는 웹을 연속적으로 처리하기 위하여 마이크로파 발생기를 사용하는 한 예는 본 명세서와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있고, 발명의 명칭이 "Composite Material with Elasticized Portions and a Method of Making the Same"인 1999년 6월 29일에 특허된 브랜든(Brandon) 등의 미국 특허 제5,916,203호에 제공된다. 이러한 동일한 방법을 사용하여 탄성 스트랜드 또는 다수개의 탄성 스트랜드들을 가열시킬 수 있다.
상기한 방법들 중의 1개 이상을 함께 사용하여 탄성 스트랜드 또는 다수개의 탄성 스트랜드를 가열시킬 수 있다. 예를 들면, 적외선 라이트 또는 몇 개의 적외선 라이트들을 스트랜드를 향하는 열기 스트림과 함께 사용하여 스트랜드를 가열시킬 수 있다. 또는, 열기 스트림이 스트랜드가 위에서 논의한 캐비티 내의 마이크로파선에 노출되기 전 또는 후에 스트랜드를 향할 수 있다. 스트랜드가 가열되어 스트랜드의 강도를 개선시키도록 에너지가 탄성 스트랜드로 전달되는 방식들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다. 따라서, 예를 들면 스트랜드는 위에서 논의된 바와 같이 열기, 적외선 램프로부터의 적외선 및 마이크로파선에 의해 가열될 수 있다.
동시계류중인 미국 특허 제60/166348호에 논의된 바와 같이, 몇몇 경우 탄성 스트랜드의 보빈은 처음 권취된 후에, 보빈을 권출시키고, 스트랜드를 처리한 다음 스트랜드를 다시 한번 권취함으로써 가공처리되거나 또는 몇몇 방식으로 처리될 수 있다. 이 동시계류중인 출원은 또한 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출은 스트랜드 중의 강도 열화를 조절하도록 조절될 수 있다고 설명하고 있다. 따라서 스트랜드의 제조업자에 의해 열 처리된 탄성 스트랜드는 또한 열처리된 스트랜드의 수증기에 대한 노출을 조절하는 방식으로 가공처리되거나, 저장되거나, 취급되거나 또는 운송될 수 있다.
동시계류중인 미국 특허 제60/166348호는 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출을 조절할 수 있는 많은 예를 제공한다. 이들과 동일한 방법들을 스트랜드가 열 처리되기 전, 스트랜드가 열 처리된 후 또는 스트랜드가 열 처리되기 전과 후 모두 탄성 스트랜드와 함께 사용될 수 있다. 탄성 스트랜드가 이미 열 처리된 경우, 열 처리된 스트랜드의 보빈, 스풀 또는 릴은 조절된 습도 또는 조절된 온도 방 또는 설비 중에서 저장될 수 있다. 이들 보빈이 다른 위치로 운송되는 경우, 이들 보빈은 수증기 침투에 견디는 차단재를 포함하는 용기 중에 포장될 수 있다. 탄성 스트랜드가 저습 환경 중에 있는 동안 차단재를 포함하는 용기 중에 위치할 때, 용기 내에서 탄성 스트랜드 바로 주위의 마이크로-환경은 저습 환경에 대응하게 된다.용기를 밀폐시킨 후(예를 들면, 플라스틱 백을 열적으로 밀봉시킨 후), 후속되는 가공처리 단계를 용기 밖의 습도 또는 온도가 조절되지 않도록 수행할 수 있다. 한 면에서, 용기는 탄성 스트랜드가 제조 방법에서 원료로 사용될 때까지 개봉되지 않게 된다.
동시계류중인 미국 특허 제60/166348호에 설명된 바와 같이, 건조제 물질을 차단재를 포함하는 용기를 밀폐시키기 전에 열 처리된 탄성 스트랜드를 포함하여 탄성 스트랜드 근처에 위치시킬 수 있다. 용기가 수증기가 탄성 스트랜드 내로 및 주위로 침투할 수 있도록 하는 만큼, 건조제가 수증기를 우선적으로 흡착 또는 흡수하는 작용을 한다. 따라서, 건조제는 강도 열화를 최소화시키는 수준으로 용기 내의 습도를 유지하는 것을 돕는다.
다른 면에서, 습도 검출기 또는 표시기를 차단재를 포함하는 용기를 닫기 전에 탄성 스트랜드(역시 탄성 스트랜드는 이미 열 처리되었을 수 있음)와 함께 위치한다. 가장 적합하게는 탄성 스트랜드의 구입자에게 운송된 후에 백 또는 용기를 개봉할 때, 습도 검출기를 관찰하여 용기 내의 습도가 특정 값을 초과하였는지를 알아볼 수 있다. 습도가 특정 값을 초과한 경우, 백 또는 용기가 거부되어 다시 공급자에게 보내질 수 있다. 별법으로는, 운송 중의 샘플을 바로 시험할 수 있다. 스트랜드의 강도 특성은 허용가능할 수 있기 때문에, 운송은 원료로서의 사용에 대하여 허용될 수 있다.
스트랜드가 제조되는 장소에서 스트랜드를 열 처리하기 보다는, 탄성 스트랜드의 보빈을 스트랜드가 원료로 사용되는 장소에서 가열시킬 수 있다. 탄성 스트랜드가 차단재를 포함하는 밀봉된 용기 중에서 운송되지 않을 경우, 탄성 스트랜드는 스트랜드가 수용될 때 또는 임의의 저장 기간 후, 그러나 스트랜드가 원료로 사용되지 전에 저장될 수 있다. 사용 전에 탄성 스트랜드가 저장되는 경우, 스트랜드는 동시계류중인 미국 특허 제60/166348호에 기재되어 있는 바와 같이, 습도를 직접 조절하거나 또는 온도를 조절함으로써 습도가 조절되는 환경 중에서 저장될 수 있다.
탄성 스트랜드가 차단재를 포함하는 용기 중에서 운송되는 경우, 탄성 스트랜드는 용기가 개봉될 때까지 가열되지 않게 된다. 따라서, 예를 들면 탄성 스트랜드의 용기는 용기가 개봉되기 전에 일정 기간 동안 저장될 수 있다. 용기가 개봉되어 탄성 스트랜드의 보빈이 제거된 후, 바람직한 강도 특성(예를 들면, 피크 하중 값)의 증가를 얻기 위하여 보빈을 선택된 온도 및 시간 동안 오븐 중에 넣을 수 있다. 별법으로는, 보빈을 전자 오븐 중에 넣어 바람직한 내크리프성의 증가를 얻을 수 있다. 스트랜드를 오프라인 열 처리하기 보다는, 탄성 스트랜드를 권출 스탠드와 지지 복합체를 제조하기 위한 기초 재료 상에서의 스트랜드의 부착 지점 사이의 몇몇 위치에서(즉, 인라인) 마이크로파, 적외선 및(또는) 열기로 조사할 수 있다. 각 경우, 용이하게 이용할 수 있거나 또는 습득할 수 있는 데이타를 사용하여 주어진 강도의 개선을 달성하는데 필요한 열처리 조건을 선택할 수 있다.
탄성 스트랜드 중의 강도 열화 조절에 관한 추가적인 상세한 설명
상기에서 논의된 바와 같이, 탄성 스트랜드의 강도 개선 방법은 스트랜드의 물 또는 수증기에 대한 노출을 조절함으로써 탄성 스트랜드 중의 강도를 조절하기위한 방법과 병행될 수 있다. 물 또는 수증기에 대한 스트랜드의 노출이 조절될 수 있는 몇몇 대표적인 방법에 대한 보다 상세한 설명으로 들어가기에 앞서, 특정 추가의 정의를 살펴보는 것이 유용하다. 용어 비습도는 일반적으로 증기없는 기체의 단위 질량에 의해 운반되는 증기의 질량을 말한다. 본 명세서에서 사용된 "비습도"는 증기없는 기체, 대표적으로는 공기의 단위 질량에 의해 운반되는 수증기의 질량을 말한다. 용어 상대습도는 일반적으로 기체 온도에서 액체의 증기압에 대한 증기의 부분압의 비를 말한다. 이것은 일반적으로 ％ 단위로 표현되어, 100％ 상대 습도는 기체가 증기로 포화된 것을 의미하며, 0％ 상대 습도는 기체가 증기가 없는 것임을 의미한다. 본 명세서에서 사용된 "상대 습도"는 대표적으로는 공기인 기체 온도에서 물의 증기압에 대한 수증기의 부분압의 비를 말한다. 본 출원의 목적상, "습도"는 기체, 대표적으로는 공기 중의 수증기의 양의 척도를 말하며, 달리 언급하지 않는 한, 비습도 및(또는) 상대습도를 말한다. 용어 이슬점은 일반적으로 증기-기체 혼합물이 일정한 습도에서 포화되도록 냉각되어야 하는 온도를 말한다. 본 명세서에서 사용된 "이슬점"은 수증기-기체 혼합물이 일정한 습도에서 포화되도록 냉각되어야 하는 온도를 말한다.
수증기에 대한 스트랜드의 노출이 조절될 수 있는 한 방법은 조절된 습도 환경 중에서의 압출 또는 방사 후에 1개 이상의 가공처리 및(또는) 취급 단계를 행하는 것이다. 이것은 일반적으로 폐쇄용기(enclosure) 내의 습도에 대응하는 값이 선택된 설정점을 초과하지 않도록 조절되는 방, 구획실 또는 다른 폐쇄용기 중에서 상기 단계들 중의 1개 이상을 수행함으로써 달성된다. 설정점은 바람직한 비습도또는 상대습도에 대응한다. 조절은 일반적으로 폐쇄용기 내의 비습도 또는 상대습도에 해당하는 값을 먼저 감지하거나 또는 측정하는 것을 포함한다 대표적으로는, 습도를 감지하거나 또는 측정하는데 사용된 장치는 탄성 스트랜드의 근처에 있게 된다. 감지되거나 또는 측정된 값을 절정점 값과 비교하는 조절기, 컴퓨터 또는 다른 장치로 감지되거나 또는 측정된 값을 전달시킨다. 감지되거나 또는 측정된 값이 설정점 값과 상당히 상이할 경우, 폐쇄용기 내의 비습도 또는 상대습도를 강제로 원하는 비습도 또는 상대습도로 또는 그 이하로 조절시키도록 조절 작용을 취한다.
대표적으로는, 비습도 또는 상대습도는 혼합물의 온도가 혼합물의 이슬점 이하로 감소되도록 냉각 코일을 가로질로 공기/수증기 혼합물을 배향시킴으로써 강제 조절된다. 이 조절 과정의 결과로, 수증기의 일부분이 코일 상에 응축되어 액체로서 제거됨으로써 습도를 감소시킨다. 충분한 양의 공기/수증기 혼합물을 냉각 코일을 가로질러 배향시킨 다음 제습 공기를 폐쇄용기 내로 보냄으로써, 습도가 원하는 수준으로 강제 조절된다. 이러한 냉각 과정에 의해 수증기가 응축되어 제거된 후에, 공기를 가열시켜 건구 온도를 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "건구 온도"는 혼합물 중에 위치한 온도계가 지시하는 공기/수증기 혼합물의 온도를 말한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 "조절된 습도"는 비습도 및(또는) 상대습도가 조절되는 환경, 및 공기/수증기 혼합물이 제습된 후에 공기가 가열되어 건구 온도를 증가시키는 경우, 건구 온도가 또한 조절되거나 또는 제어되는 환경을 말한다.
공기/수증기 혼합물을 폐쇄용기 내부로부터 취하여, 제습시킨 다음 다시 폐쇄용기로 재순환시키거나, 또는 폐쇄용기의 외부로부터 취하여 제습시켜서 폐쇄용기 내로 보낼 수 있거나, 또는 둘다 가능하다. 예를 들면, 폐쇄용기가 탄성 스트랜드가 연속적으로 보내지는 권취 스테이션 주위에 있을 경우, 스트랜드가 들어가서 권취될 수 있도록 폐쇄용기 내에 개구부가 있게 된다. 제조 환경이 고온 다습한 경우, 개구부를 통해 폐쇄용기로 들어가는 고온 다습한 공기의 양을 감소시키도록 폐쇄용기 내부에 약간의 양의 압력이 유지되기 쉽다. 이 경우, 폐쇄용기 밖의 공기/수증기 혼합물의 어느 정도의 양이 제습되어 폐쇄용기 내로 보내져서 양의 압력 때문에 개구부를 통해 빠져나가는 폐쇄용기 내부의 공기/수증기 혼합물을 대신해야 한다.
습도를 설정점 값으로 또는 그 이하로 조절하기 보다는, 방 또는 폐쇄용기 내의 공기를 최대 비습도가 특정 수준을 넘지 않을 수 있도록 하는 온도 설정점으로 냉각시킬 수 있다. 대기압에서의 공기에 대한 습도 차트를 사용하여 적절한 온도 설정점을 선택할 수 있다. 예를 들면, 40 ℉의 온도에서, 심지어는 10％의 상대습도에서, 비습도는 건조 공기 1 lbm당 수증기 약 0.006 lbm이다. 이 값은 60일 동안의 기간에 걸쳐 피크 하중(peak-load) 값의 60％ 강하를 야기시킨 비습도의 1/4 미만이다(이하 실시예 10 참조). 따라서, 본 명세서에서 사용된 "조절된 습도"는 탄성 스트랜드가 경험하는 수증기 양을 조절하기 위하여 온도를 어떤 값으로 조절하는 환경으로 말한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 한 실시태양은 압출 또는 방사 후에 1개 이상의 가공처리 및(또는) 취급 단계의 습도를 조절하는 것에 관한 것이다. 별법으로는, 가공처리 및(또는) 취급 단계(들)의 온도는 공기가 수증기를 보유할 수 있는 용량을 제한하도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 탄성 스트랜드가 권취기에서 처음 권취되는 단계는 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다. 제1 권취기의 업스트림 또는 다운스트림의 가공처리 단계도 또한 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "제1 권취기"는 스트랜드가 압출되거나 또는 방사된 후에 처음 권취되는 권취기를 말하며; "업스트림"은 스트랜드가 압출되거나 또는 방사된 후에 그러나 제1 권취기 전에 일어나는 가공처리 단계를 말하고; "다운스트림"은 제1 권취기 후에 일어나는 가공처리 단계를 말한다. 별도의 권출/권취 스테이션(즉, 탄성 스트랜드가 권출되어 몇몇 방식으로 가공처리되고 재권취되는 스테이션)에서의 제1 권취 후에 1개 이상의 추가의 가공처리 단계가 일어나는 경우, 이들 1개 이상의 추가의 가공처리 단계들은 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다. 사용 또는 운송 전에 탄성 스트랜드의 보빈이 저장되는 것에 관해서는, 보빈은 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 저장될 수 있다. 탄성 스트랜드가 다른 위치로 운송되는 경우, 탄성 스트랜드가 제조되고(아마도 탄성 스트랜드가 권출된 다음 다시 권취되는 다른 단계를 포함) 운송을 위해 포장되는 단계는 또한 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다. 또한, 탄성 스트랜드 그 자체의 운송 또는 수송 단계는 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다.
이들 단계(권취, 저장, 제조 및 운송을 위한 포장(운송이 필요한 경우), 운송, 및 아마도 스트랜드가 원료로 사용되게 되는 위치에서의 다시한번의 저장)는 모두 스트랜드가 제조기 상에서 원료로 사용될 때의 스트랜드의 인장 강도가 처음 제조되었거나 또는 운송을 위해 제조되었을 때의 스트랜드의 인장 강도로부터 약 20％ 이하, 구체적으로는 약 10％ 및 특히 약 5％ 감소되도록 하는 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행할 수 있다.
그러나, 몇몇 경우에 이들 단계 모두가 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 탄성 스트랜드는 차단재를 포함하는 용기 중에 넣을 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "차단재"는 수증기에 의한 침투에 대해 저항성인 재료를 말한다. 탄성 스트랜드를 차단재를 포함하는 용기 중에 넣는 단계, 즉 저장 또는 운송을 위한 탄성 스트랜드의 포장 단계는 많은 방식으로 달성될 수 있다. 탄성 스트랜드의 보빈 또는 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트는 차단재, 예를 들면 적합한 수축-랩(shrink-wrap)으로 둘러싸거나 또는 쌀 수 있다. 별법으로는, 탄성 스트랜드의 보빈 또는 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트는 차단재를 포함하는 연질 플라스틱 백 안에 넣을 수 있다. 또는, 탄성 스트랜드는 예를 들면, 수증기에 의한 침투에 대해 저항성인 연질 플라스틱 백을 보유하거나 또는 이들로 라이닝된 차단재를 포함하는 상자 또는 수송용 종이용기 (carton) 중에 위치할 수 있다. 다른 타입의 차단재를 포함하는 용기들이 사용될 수 있다.
탄성 스트랜드가 저습 환경 중에 있는 동안 차단재를 포함하는 용기 중에 놓여질 경우, 용기 내부의 탄성 스트랜드 바로 주위의 마이크로-환경(micro-environment)은 저습 환경과 일치하게 된다. 후속되는 가공처리 단계는 용기 밖의 습도 또는 온도가 조절되지 않도록 수행할 수 있다. 용기는 탄성 스트랜드가 제조 방법에서 원료로 사용될 때까지 개봉되지 않게 된다.
많은 방법들이 탄성 스트랜드를 포장하는데 사용될 수 있다. 탄성 스트랜드를 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 제1 권취기에서 권취한 다음 포장을 위한 조절된 습도 또는 조절된 환경으로 취하거나 보내거나 또는 이송시킬 수 있다. 별법으로는, 탄성 스트랜드를 제1 권취기에서 권취시킨 직후, 포장을 위한 조절된 습도 또는 조절된 환경으로 취하거나 보내거나 또는 이송시킬 수 있다.
조절된 습도 또는 조절된 환경 중에 있을 때, 탄성 스트랜드의 보빈 또는 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트를 차단재를 포함하는 용기 중에 넣을 수 있다. 수증기에 의한 침투에 대해 저항성인 적합한 차단재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 상기 논의된 몇몇 다른 재료, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이어서 용기를 후속되는 저장 및(또는) 운송 단계들 동안 포장된 스트랜드에 도달할 수 있는 수증기의 양을 최소화시키는 방식으로 밀폐시킨다. 예를 들면, 차단재를 포함하는 용기가 연질 폴리에틸렌 백 또는 다른 연질의 내수증기성 플라스틱 백인 경우, 용기는 탄성 스트랜드의 보빈 또는 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트가 백 내로 삽입된 후에 가열 밀봉될 수 있다. 별법으로는, 탄성 스트랜드의 보빈 또는 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트를 폴리에틸렌 백과 같은 차단재로 라이닝된 수송용 종이용기 또는 상자 중에 넣을 수 있으며, 백은 탄성 스트랜드의보빈들이 제자리에 있은 후에 가열 밀봉된다.
차단재를 포함하는 용기가 밀폐되기, 예를 들면 가열 밀봉되기 전에 건조제 물질을 탄성 스트랜드 근처에 둘 수 있다. 용기가 수증기가 탄성 스트랜드 내로 및 주위로 침투할 수 있도록 하는 것에 대해서는, 건조제가 수증기를 우선적으로 흡착 또는 흡수하는 작용을 한다. 따라서, 건조제는 강도 열화를 최소화시키는 수준으로 용기 내의 습도를 유지하는 것을 돕는다.
유용한 건조제 물질의 예로는 염화칼슘, 황산칼슘, 실리카겔, 상기 논의한 다른 몇몇 재료 등을 들 수 있다. 대표적으로는, 건조제는 수증기가 그릇의 내부로 들어가서 건조제와 접촉하도록 하지만, 건조제를 탄성 스트랜드로부터 떨어져 있도록 유지시켜 그릇 내에 넣어지게 된다. 그릇의 한 예는 자연 발생 섬유(대표적으로는 셀룰로스를 주 구성성분으로 갖는 것)의 섬유 웹 또는 수증기의 통과가 가능하도록 만들어진 부직 재료, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 부직포를 포함하는 파우치이다.
다른 면에서, 본 발명은 추가로 차단재를 포함하는 용기 내부의 공기/수증기 혼합물을 용기를 밀폐하기 전에 건조한 불활성 기체로 치환시키는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들면, 탄성 스트랜드의 보빈들의 팔렛트가 용기 내에 넣어진 후에, 건조한 질소 기체를 연질 도관을 사용하여 용기의 내부로 보낼 수 있다. 충분한 시간이 지나 용기의 내부로부터 공기/수증기 혼합물의 치환이 가능해진 후에, 도관을 용기로부터 제거한 다음, 용기를 밀폐시킨다. 이 치환 단계는 용기를 밀폐하기 전에 탄성 스트랜드와 함께 건조제 물질을 넣는 단계와 함께 사용될 수 있다.별법의 방법으로, 차단재를 포함하는 용기 내부의 임의의 공기/수증기 혼합물이 용기가 밀폐되기 전에 배출되도록 포장 시스템을 구성할 수 있다.
다른 면에서, 습도 검출기를 차단재를 포함하는 용기를 밀폐하기 전에 탄성 스트랜드와 함께 둔다. 가장 적합하게는 탄성 스트랜드의 구입자에게 운송된 후에 백 또는 용기를 개봉할 때, 습도 검출기를 관찰하여 용기 내의 습도가 특정 값을 초과하였는지를 알아볼 수 있다. 습도가 특정 값을 초과한 경우, 백 또는 용기가 거부되어 다시 공급자에게 보내질 수 있다. 별법으로는, 운송 중의 샘플을 바로 시험할 수 있다. 스트랜드의 강도 특성이 허용될 수 있는 경우, 운송은 원료로서의 사용에 대하여 허용될 수 있다. 적합한 습도 검출기의 한 예는 미국 컨넥티컷주 스탬포드 소재의 오메가 엔지니어링, 인크.(Omega Engineering, Inc.)로부터 입수할 수 있는 카탈로그 번호 HC-10/60-200에 대응하는 습도 표시기이다. 표시기는 10 내지 60％ 범위에 걸친 상대 습도를 검출할 수 있다.
습도 검출기를 탄성 스트랜드와 함께 두는 단계는 차단재를 포함하는 용기를 밀폐시키기 전에 스트랜드와 함께 건조제를 넣는 단계; 차단재를 포함하는 용기 내부의 공기/수증기 혼합물을 건조한 불활성 기체로 치환시키는 단계; 또는 이들 2개의 단계들 모두와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시태양에서, 탄성 스트랜드의 보빈들은 스트랜드가 제조되는 장소에서 또는 스트랜드가 원료로 사용되는 장소에서 또는 이들 2곳 모두에서 저장된다. 스트랜드가 이들 저장 단계 동안에 포장되지 않고, 스트랜드가 10일 이상, 구체적으로는 20일 이상 및 특히 30일 이상 동안 저장되어야 하는 경우, 스트랜드가 저장되는 방, 설비 또는 영역은 주위의 습도가 스트랜드의 강도를 상당히 열화시킬 수 있는 것일 경우 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경일 수 있다. 그러나, 위에서 논의한 바와 같이, 스트랜드가 압출되거나 방사된 후에 이어지는 가공처리 및 취급 단계들 모두는 (스트랜드의 압출 또는 방사와 스트랜드의 원료로서의 사용 사이의 전체 시간과는 무관하게) 강도 열화를 최소화시키거나 또는 없애는 조절된 습도 또는 조절된 온도 환경 중에서 수행될 수 있다. 또는, 탄성 스트랜드는 차단재를 포함하는 용기 내부의 "마이크로-환경"이 낮은 수증기 함량(즉, 저습도)을 가져서 후속되는 가공처리 단계가 포장 밖의 환경이 조절되어야 할 필요가 없도록 포장될 수 있다.
본 발명에 따라 가공처리되거나 또는 취급된 탄성 스트랜드는 많은 지지 복합체 및 일회용 흡수 용품 내로 혼입될 수 있다. 상기 지지 복합체 및(또는) 일회용 흡수 용품의 예는 본 명세서와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있는, 발명의 명칭이 "Disposable Incontinence Garment or Training Pant"인 미국 특허 제4,940,464호; 본 출원과 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있는, 발명의 명칭이 "Absorbent Article with Improved Elastic Margins and Containment System"이며, 컬럼 7의 라인 7 내지 34가 수용 플랩을 갖는 탄성 스트랜드의 사용에 대하여 논의하고 있고 컬럼 9의 라인 29 내지 컬럼 10의 라인 36이 탄성 부재에 대하여 논의하고 있는 미국 특허 제5,904,675호; 본 출원과 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있는, 발명의 명칭이 "Absorbent Article having Improved Waist Region Dryness and Method of Manufacture"이며, 컬럼 11의 라인 39 내지컬럼 12의 라인 2가 탄성 다리 부재를 논의하고 있는 미국 특허 제5,904,672호; 및 본 명세서에서 이와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있는, 발명의 명칭이 "Absorbent Article Having a Collection Conduit"이며, 컬럼 4의 라인 18 내지 48이 탄성화 다리 및 허리 부재에 대하여 논의하고 있는 미국 특허 제5,902,297호에 기재되어 있다. 본 발명은 물 또는 수증기에 대한 노출이 강도 열화를 조절하도록 조절된, 강도를 개선시키도록 열처리된 1개 이상의 탄성 스트랜드를 혼입시킨 다른 구조물, 복합체 또는 제품에 적용할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 탄성 라미네이트 웹(즉, 본 발명의 목적상, 탄성 스트랜드를 혼입시킨 지지 복합체) 제조용 장치 및 방법의 예는 본 명세서와 일치하는 방식의 참고문헌으로 인용되어 있는, 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Making an Elastomeric Laminate Web"인 미국 특허 제5,964,973호에서 찾아볼 수 있다. 또한, 이 특허는 탄성 스트랜드를 지지 복합체 내로 혼입시키기 위한 방법 및 장치의 예들을 제공하고, 본 발명은 지지 복합체를 제조하는데 사용되는 다른 방법 및 장치와 함께 사용될 수 있음을 알아야 한다.
실시예 1
폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체를 포함하는 탄성 스트랜드인 글로스판 840(글로브)의 보빈을 글로브 매뉴팩처링 캄파니로부터 얻었다. 탄성 스트랜드를 실리콘 기재 윤활제로 피복시켰다. 스트랜드의 샘플들을 미국 일리노이주 블럼 아일랜드에 사무실을 갖는 사업체인 블루 엠(Blue M)이 제조한 모델 번호 OV-490A-2의 강제 공기 오븐 중에 넣었다. 스트랜드의 샘플을 오븐 내에 넣기 전에 오븐을 100 ℃의 온도로 예열시켰다. 선택된 시간 동안 이들 조건에 노출시킨 후 스트랜드 샘플들을 오븐으로부터 꺼내어 시험실로 보냈다. 샘플을 조절된 환경으로부터 꺼낸 시간과 샘플을 시험한 시간 사이에는 일반적으로 약 15 내지 30분이 경과하였다.
미국 미네소타주 에덴 프레이리에 사무실을 갖는 사업체인 엠티에스 시스템 코포레이션(MTS System Corporation)으로부터 입수할 수 있는 신테크(Sintech) 인장 시험기를 사용하여 스트랜드 샘플의 연신율 및 인장 강도를 모두 측정하였다. 도 4 및 4A에 나타낸 바와 같이, 인장 시험기 상의 대향하는 홀더들은 원통형 막대들(60)로 이루어졌다. 막대들의 중심축들이 서로 1.5 인치 떨어져 있도록 홀더들을 이동시킴으로써 게이지 길이를 1.5 인치로 설정하였다. 이어서 스트랜드 길이의 한 단부를 1개의 원통형 막대 주위에 2회 둘러쌌다. 이어서 다른 단부들 취하여 다른 원통형 막대 주위에 2회 들러쌌다. 이어서 대향하는 홀더들이 20 ±0.4 인치 분-1의 크로스헤드 속력으로 반대 방향으로 이동하도록 시험기를 작동시켰다. 스트랜드가 절단될 때까지 이 속도로 스트랜드들을 잡아 찢었다. 단위 길이 당의 변화를 반영하는 연신율％ 및 그램 단위의 피크 하중 값을 스트랜드가 절단된 지점에서 기록하였다. 도 3에 플롯팅된 값들은 5 내지 10회 반복물의 평균을 반영한다. 이 시험 과정을 명시된 온도에 대한 선택된 노출 시간에서 반복하여 도 3에 예시한 플롯을 제공하였다.
실시예 2
실시예 1에서 설명된 강제 공기 오븐을 150 ℃의 온도로 예열시켰다. 실시예서 1에 논의된 동일한 보빈으로부터 취한 글로스판 840의 샘플을 이 인용한 온도에서 오븐 중에 넣었다. 15분 후, 스트랜드를 꺼내어 실시예 1에 개략적으로 설명한 방법을 사용하여 시험하였다. 피크 하중 값은 스트랜드의 이 시간 및 온도에서의 가열 때문에, 약 375 그램으로부터 약 450 그램으로, 또는 약 20％ 증가로 증가된 것으로 밝혀졌다.
실시예 3
실시예 1에서 설명된 강제 공기 오븐을 216 ℃의 온도로 예열시켰다. 실시예서 1에 논의된 동일한 보빈으로부터 취한 글로스판 840의 샘플을 이 인용한 온도에서 오븐 중에 넣었다. 5분 후, 스트랜드를 꺼내어 실시예 1에 개략적으로 설명한 방법을 사용하여 시험하였다. 피크 하중 값은 스트랜드의 이 시간 및 온도에서의 가열 때문에, 약 375 그램으로부터 약 265 그램으로, 또는 약 30％ 감소로 감소된 것으로 밝혀졌다.
실시예 4
글로스판 840의 샘플의 열 안정성을 열중량 분석 및 시차 주사 열량계를 사용하여 알아보았다. 열중량 분석의 경우, 글로스판 840의 샘플을 미국 델라웨어주 뉴 캐슬에 사무실을 갖는 사업체인 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)가 제조한 모델 951 열중량 분석기의 가열 엘레멘트 중의 샘플 홀더 중에 넣었다. 샘플을 대략 21 ℃인 실온으로부터 분 당 10 ℃의 가열 속도로 450 ℃의 온도까지 가열시켰다. 샘플을 분 당 약 80 밀리리터의 공기흐름을 갖는 동적 공기 분위기 하에서 가열시켰다. 중량에 있어서의 어떠한 감소가 검출될 수 있도록 도가니를 가열 동안 연속적으로 칭량하였다. 얻은 중량-변화 곡선, 즉 샘플의 중량 대 온도의 플롯은 글로스판 840이 공기 중에서 약 240 ℃의 분해 온도를 가졌다는 것을 보여주었다.
시차 주사 열량계를 사용한 분석의 경우, 글로스판 840의 샘플 10 밀리그램을 티에이 인스트루먼츠가 제조한 모델 2920 시차 주사 열량계 분석기의 가열/냉각 블록의 샘플실 중에 넣었다. 샘플을 분 당 10 ℃의 가열 및 냉각 속도로 -100 ℃로부터 200 ℃까지 가열시킨 다음, -100 ℃로 냉각시키고, 이어서 다시 200 ℃로 재가열시켰다. 역시 티에이 인스트루먼츠가 제조한 액상 질소 냉각 부속장치를 모델 2920 시차 주사 열량계에 부착시켰다. 결과는 약 20 ℃ 내지 약 200 ℃의 온도 범위에 걸쳐 에너지 흡수 또는 발생을 나타내는 중요한 피크가 없었음을 보여주었다. 따라서, 글로스판 840은 이 범위의 온도에 걸쳐 산화적으로 및 열적으로 안정한 것으로 보인다.
실시예 5
글로스판 840의 보빈으로부터의 8 인치 길이의 샘플(상기 실시예 1에서 논의됨)을 미국 뉴저지주 레쿠안녹에 사무실을 갖는 사업체인 테크니랩 인스트루먼츠, 인크.(TechniLab Instruments, Inc.)로부터 입수할 수 있는 250와트 적외선 램프 하에 두었다. 스트랜드와 램프의 표면 사이의 거리는 1.5인치이었다. 30초 후, 스트랜드를 램프 하에서의 그의 위치로부터 제거하여 상기 실시예 1에서 개략적으로 설명된 방법을 사용하여 시험하였다. 스트랜드의 피크 하중 값은 강도가 약375 그램으로부터 약 410 그램으로, 또는 약 10％ 증가되었다.
실시예 6
상기 실시예 1에 논의된 글로스판 840의 보빈으로부터의 스트랜드를 스트랜드가 캐비티 내에 다수개의 마이크로판 정상파에 노출되도록 캐비티를 통해 연속적으로 배향시켰다. 사용된 마이크로파 발생기 또는 캐비티(cavity)는 1996년 7월 16일에 특허된 헤드릭(Hedrick) 등의 미국 특허 제5,536,921호에 일반적으로 기재되어 있다. 위의 상세한 설명 부분에서 논의된 바와 같이, 이 문헌은 본 출원과 일치하는 방식의 참고문헌으로 포함된다. 이 장치는 원통형의 단일모드 공명-캐비티 마이크로파 어플리케이터(모델 TM101)를 포함하고, 미국 뉴욕주 아몽크에 사무실을 갖는 사업체인 인터내셔날 비지니스 머신즈 코포레이션(International Business Machines Corporation)으로부터 입수할 수 있다. 이 모델의 어플리케이터의 직경은 4 인치이고, 출력 전력은 2450 MHz의 주파수에서 최대 6.0 kW로 연속적으로 조정될 수 있다. 전력을 2.0 킬로와트로 조절하면서 스트랜드를 분 당 약 50 피트의 속력으로 캐비티를 통해 배향시켰다. 이들 조건 하에서, 스트랜드를 약 1-2초 동안 마이크로파 에너지에 노출시켰다. 조사된 스트랜드의 피크 하중 값을 상기 실시예 1에서 개략적으로 설명한 방법을 사용하여 구하였다. 이러한 방식으로 시험된 스트랜드의 피크 하중 값은 약 375 그램으로부터 약 410 그램으로, 또는 약 10％ 증가로 증가되었다.
실시예 7
폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체를 포함하는 탄성 스트랜드인 글로스판 1060의 보빈을 글로브 매뉴팩처링 캄파니로부터 얻었다. 탄성 스트랜드를 실리콘 기재 윤활제로 피복시켰다. 스트랜드의 샘플들을 미국 일리노이주 블럼 아일랜드에 사무실을 갖는 사업체인 블루 엠이 제조한 모델 번호 OV-490A-2의 강제 공기 오븐 중에 넣었다. 스트랜드의 샘플을 오븐 내에 넣기 전에 오븐을 100 ℃의 온도로 예열시켰다. 선택된 시간 동안 이들 조건에 노출시킨 후 스트랜드 샘플들을 오븐으로부터 꺼내어 시험실로 보냈다. 샘플을 조절된 환경으로부터 꺼낸 시간과 샘플을 시험한 시간 사이에는 일반적으로 약 15 내지 30분이 경과하였다.
실시예 1에서 논의된 방법 및 장치를 사용하여 스트랜드 샘플의 연신율 및 인장 강도를 모두 구하였다. 도 5에 플롯팅된 피크 하중 및 연신율 값은 5 내지 10회 반복한 것의 평균을 반영한다. 이 시험 방법을 명시된 온도에서의 선택된 노출 시간에 반복하여 도 5에 예시된 플롯을 제공하였다. 데이타는 이 탄성 스트랜드 재료의 피크 하중 값이, 100 ℃의 온도에서 4 시간 동안 노출 후에 약 15％의 증가인 약 550 그램으로부터 약 640 그램으로 증가되었음을 보여준다.
실시예 8
글로스판 1060의 보빈을 블루 엠이 제조한 모델 번호 OV-490A-2의 강제 공기 오븐 중에 넣었다. 글로스판 1060의 보빈은 3 인치 반경 및 10 인치 길이를 갖는 플라스틱 코어를 가졌다. 글로스판 1060 탄성 스트랜드는 외부 표면이 플라스틱 코어의 외부 표면으로부터 약 3 인치 방사상으로 바깥쪽으로 연장된 스트랜드에 의해 형성되도록 각 플라스틱 코어 주위에 권취되었다.
실시예 1에 논의된 방법 및 장치를 사용하여 스트랜드 샘플의 연신율 및 인장 강도를 모두 구하였다. 탄성 스트랜드의 열 처리된 보빈의 경우, 몇몇 샘플을 보빈의 표면으로부터 얻었고, 몇몇 샘플은 중간층(즉, 플라스틱 코어의 외부 표면으로부터 약 1.5 인치)으로부터 얻었으며, 몇몇 샘플은 플라스틱 코어의 외부 표면에 인접한 위치로부터 얻었다. 하기 표의 피크 하중 및 연신율 값은 5 내지 10회 반복한 것의 평균을 반영한다. 100 ℃의 온도에 대한 2 및 4 시간 노출에서 이 시험 방법을 반복하여 하기 표 1을 얻었다.
| 100 ℃에 대한 노출 시간[시] | 샘플의 보빈 위치 | |||||
| 표면 | 중간층 | 코어 | ||||
| 피크 하중 값[g] | 연신율[％] | 피크 하중 값[g] | 연신율[％] | 피크 하중 값[g] | 연신율[％] | |
| 2.0 | 590 | 1262 | 597 | 1415 | 588 | 1377 |
| 4.0 | 592 | 1222 | 614 | 1436 | 608 | 1352 |
열 처리 전의 글로스판 1060의 초기 피크 하중 값 및 연신율은 각각 약 550 그램 및 1300％이었다. 상기 데이타는 강도가 보빈의 열 처리에 의해 개선되지만, 강도 증가는 개별 스트랜드 샘플에 대한 실시예 7에서 발견된 강도의 증가보다 적었음을 입증한다. 또한, 데이타는 탄성 스트랜드가 보빈 전체에 걸쳐 강도의 비교적 균일한 증가를 경험한 것을 보여준다.
실시예 9
폴리에테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체를 포함하는 탄성 스트랜드인 라이크라(LYCRA) 1040의 보빈을 미국 델라웨어주 윌밍톤에 사무실을 갖는 사업체인 듀퐁, 인크.(Dupont, Inc.)로부터 얻었다. 스트랜드의 샘플들을 미국 일리노이주 블럼 아일랜드에 사무실을 갖는 사업체인 블루 엠이 제조한 모델 번호 OV-490A-2의 강제공기 오븐 중에 넣었다. 스트랜드의 샘플을 오븐 내에 넣기 전에 오븐을 100 ℃의 온도로 예열시켰다. 선택된 시간 동안 이들 조건에 노출시킨 후 스트랜드 샘플들을 오븐으로부터 꺼내어 시험실로 보냈다. 샘플을 조절된 환경으로부터 꺼낸 시간과 샘플을 시험한 시간 사이에는 일반적으로 약 15 내지 30분이 경과하였다.
실시예 1에 논의된 방법 및 장치를 사용하여 스트랜드 샘플의 연신율 및 인장 강도를 모두 구하였다. 열 처리되지 않은 샘플의 피크 하중 값은 715 그램이었고, 대응하는 연신율은 978％이었다. 100 ℃의 온도에서 1시간 동안 가열된 후 라이크라 1040의 피크 하중 값은 약 5％ 증가인 757 그램이었고, 연신율은 930％이었다. 100 ℃의 온도에서 24시간 동안 가열된 후 라이크라 1040의 피크 하중 값은 약 13％ 증가인 812 그램이었고, 연신율은 1126％이었다.
실시예 10
폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체를 포함하는 탄성 스트랜드인 글로스판 840(글로브)의 보빈을 글로브 매뉴팩처링 캄파니로부터 얻었다. 탄성 스트랜드를 실리콘 기재 윤활제로 피복시켰다. 스트랜드의 샘플들을 100 ℉의 값으로 조절된 온도 및 80％의 값으로 조절된 상대 습도를 갖는, 조절된 환경 중에 놓았다. 선택된 시간 동안 이들 조건에 노출시킨 후 스트랜드 샘플들을 조절된 환경으로부터 꺼내어 시험실로 보냈다. 샘플을 조절된 환경으로부터 꺼낸 시간과 샘플을 시험한 시간 사이에는 일반적으로 약 15 내지 30분이 경과하였다.
미국 미네소타주 에덴 프레이리 소재의 엠티에스 시스템 코포레이션으로부터 입수할 수 있는 신테크 인장 시험기를 사용하여 스트랜드 샘플의 연신율 및 인장강도를 모두 측정하였다. 도 4 및 4A에 나타낸 바와 같이, 인장 시험기 상의 대향하는 홀더들은 원통형 막대들(60)로 이루어졌다. 막대들의 중심축들(62)이 서로 1.5 인치 떨어져 있도록 홀더들을 이동시킴으로써 게이지 길이를 1.5 인치로 설정하였다. 이어서 스트랜드 길이의 한 단부를 1개의 실린더 주위에 2회 둘러쌌다. 이어서 다른 단부들 취하여 다른 실린더 주위에 2회 둘러쌌다. 이어서 대향하는 홀더들이 20 ±0.4 인치 분-1의 크로스헤드 속력으로 반대 방향으로 이동하도록 시험기를 작동시켰다. 스트랜드가 절단될 때까지 이 속도로 스트랜드들을 잡아 찢었다. 단위 길이 당의 변화를 반영하는 연신율％ 및 그램 단위의 피크 하중 값을 스트랜드가 절단된 지점에서 기록하였다. 이 시험 과정을 명시된 상대 습도 및 온도의 조건에 대한 선택된 노출 시간에서 반복하여 다음과 같은 인장 강도(즉, 피크 하중 값)를 제공하였다(각 값은 5 내지 10회 반복한 것의 평균을 반영한다): 100 ℉의 온도 및 80％의 상대 습도에 노출되기 전 스트랜드의 피크 하중 값은 약 375 그램(약 1080％의 연신율)이었고; 이들 명시된 조건에 약 5일 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 345 그램(약 1175％의 연신율)으로 감소되었고; 이들 명시된 조건에 약 18일 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 250 그램(약 1200％의 연신율)으로 감소되었고; 이들 명시된 조건에 약 30일 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 245 그램(약 1145％의 연신율)으로 감소되었고; 및 이들 명시된 조건에 약 65일 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 150 그램(약 870％의 연신율)으로 감소되었다.
실시예 11
실시예 1에서 논의된 동일한 글로스판 840의 보빈의 샘플들을 120 ℉의 온도 및 20％의 상대 습도를 갖는, 조절된 환경 중에 놓았다. 실시예 1에 설명한 바와 동일한 방법을 사용하여, 스트랜드 샘플들을 이들 조건에 대한 선택된 노출 시간에 시험하여 다음을 얻었다(각 값은 5 내지 10회 반복한 것의 평균을 반영한다): 120 ℉의 온도 및 20％의 상대 습도에 노출되기 전 스트랜드의 피크 하중 값은 약 375 그램(약 1080％의 연신율)이었고; 이들 명시된 조건에 약 50시간 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 400 그램(약 1125％의 연신율)이었고; 이들 명시된 조건에 약 180 시간 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 455 그램(약 1250％의 연신율)이었고; 및 이들 명시된 조건에 약 500시간 동안 노출 후 피크 하중 값은 약 410 그램(약 1275％의 연신율)이었다.
실시예 12
미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁 코포레이션으로부터의 라이크라(LYCRA) 940의 보빈으로부터의 샘플을 100 ℉의 값으로 온도 조절되고 80％의 값으로 상대 습도 조절되는 환경 중에 위치시켰다. 이들 조건에 2개월 동안 노출 후, 라이크라 940 샘플은 이들 조건에 노출되지 않은 라이크라 940의 피크 하중 값보다 10％ 더 낮은 피크 하중 값을 나타냈다.
비록 본 발명을 특정 형태를 참고로 하여 상당히 상세하게 설명하였지만, 다른 형태들로 가능하다. 첨부된 특허 청구의 범위의 본질 및 영역이 본 명세서에 포함된 특정 형태에 관한 설명으로 제한되어서는 안된다.
Claims (28)
- 탄성 스트랜드를 압출 또는 방사시키는 것을 포함하는 단계들에 의해 제조된 탄성 스트랜드를 제공하는 단계; 및탄성 스트랜드의 피크 하중 값이 약 20％ 이상 증가하도록 탄성 스트랜드를 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 탄성 스트랜드의 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스트랜드의 인장 강도가 약 10％ 이상 증가되는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드가 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 폴리에테르-b-폴리우레탄 블록 공중합체, 또는 폴리에테르-b-폴리아미드 블록 공중합체를 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드를 적외선, 마이크로파선, 대류성 열, 전도성 열 또는 이들의 몇몇 조합에 의해 가열시키는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드를 약 120 ℉의 온도를 갖는 환경 중에 약 4 시간 이상 두는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드를 약 212 ℉의 온도를 갖는 환경 중에 약 2 시간 이상 두는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드를 약 150 ℃의 온도를 갖는 환경 중에 약 10 분 이상 두는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 스트랜드가, 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 또는 스트랜드를 포함하는 일회용 흡수 용품을 제조하는데 사용되는 제조 기계 상에서 인라인 가열되는 방법.
- 제2항에 있어서, 스트랜드의 제조, 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소에서의 스트랜드의 저장, 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소와 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소 사이에서의 스트랜드의 운반, 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소에서의 탄성 스트랜드의 저장, 탄성 스트랜드의 원료로서의 사용, 또는 이들의 몇몇 조합 동안 스트랜드 주위의 비습도가 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 질량 약 0.01 파운드-질량을 초과하지 않도록 가열 전, 동안 또는 후에 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출을 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드가 탄성 스트랜드를 포함하는 지지 복합체 또는 탄성 스트랜드를 포함하는 흡수 용품을 제조하기 위한 원료로 사용되는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 탄성 스트랜드 주위의 비습도가 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 약 0.005 파운드-질량을 초과하지 않는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출이 탄성 스트랜드가 제조되는 지리적 장소와 탄성 스트랜드가 원료로 사용되는 지리적 장소 사이에서의 스트랜드의 운송 동안에 조절되는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 수증기에 대한 스트랜드의 노출을 조절하는 단계가 스트랜드를 함유하는 용기 주위 또는 스트랜드 주위의 온도를 조절하는 것을 포함하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 온도를 약 55 ℉를 초과하지 않는 값으로 조절하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 수증기에 대한 스트랜드의 노출을 조절하는 단계가 스트랜드를 함유하는 용기 주위 또는 스트랜드 주위의 습도를 조절하는 것을 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 스트랜드를 차단재를 포함하는 용기 중에 넣는 단계, 및용기를 밀폐시키는 단계를 더 포함하는, 가열 전 또는 후에 수증기에 대한 탄성 스트랜드의 노출을 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 차단재를 포함하는 용기가, 스트랜드가 처음 제조될 때의 시간 후이고 스트랜드가 처음 제조된 지리적 장소로부터 스트랜드가 사용되는 지리적 장소로 스트랜드가 운반될 때의 시간 전인 시간 t1에 밀폐되는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 스트랜드 주위의 비습도가, 차단재를 포함하는 밀폐된 용기가 처음 개봉될 때의 시간인 시간 t2와 시간 t1사이에서, 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 0.017 파운드-질량을 초과하지 않는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 스트랜드 주위의 비습도가, 차단재를 포함하는 밀폐된 용기가 처음 개봉될 때의 시간인 시간 t2와 시간 t1사이에서, 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 0.01 파운드-질량을 초과하지 않는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 스트랜드 주위의 비습도가, 차단재를 포함하는 밀폐된 용기가 처음 개봉될 때의 시간인 시간 t2와 시간 t1사이에서, 건조 공기 1 파운드-질량 당 수증기 0.005 파운드-질량을 초과하지 않는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 차단재가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론, 셀룰로스 또는 이들의 혼합물을 포함하는 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 차단재를 포함하는 용기를 밀폐시키는 단계가 용기, 차단재 또는 2가지를 모두 가열 밀봉시키는 것을 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 용기, 차단재, 또는 2가지를 모두 가열 밀봉시키기 전에 건조제 물질을 스트랜드와 함께 두는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 건조제 물질이 염화칼슘, 황산칼슘, 실리카겔, 분자체, Al2O3, 또는 이들의 몇몇 혼합물을 포함하는 방법.
- 제22항 내지 24항 중 어느 한 항에 있어서, 차단재를 포함하는 용기 내부의 공기 및 수증기의 임의의 혼합물을 용기, 차단재, 또는 이들 둘을 모두 가열 밀봉시키기 전에 불활성 건조 기체로 치환시키는 단계; 또는 용기, 차단재, 또는 이들 둘을 모두 가열 밀봉시키기 전에 차단재를 포함하는 용기 내에 습도 표시기를 두는 단계를 더 포함하거나; 또는 이들 두 단계 모두를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제1, 4, 9, 16, 18, 22 또는 23항 기재의 방법에 의해 취급되거나, 처리되거나, 또는 취급되고 처리된 탄성 스트랜드.
- 제26항 기재의 탄성 스트랜드를 포함하는 지지 복합체.
- 제27항 기재의 지지 복합체를 포함하는 일회용 흡수 제품.
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