KR20030023625A - 멜트블로운 웹 - Google Patents

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KR20030023625A
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에드거 엔. 루디실
비샬 반살
마이클 씨. 데이비스
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함하는 멜트블로운 섬유를 제공한다. 이 멜트블로운 섬유는 웹으로서 수집되어 복합 시트 구조물에 혼입될 수 있다.

Description

멜트블로운 웹{Meltblown Web}
멜트블로잉 방법에서, 용융된 중합체를 다이를 통해 압출한 후, 생성된 필라멘트를 뜨거운 고속의 기체 스트림을 이용하여 가늘게 만들고 절단시킴으로써 부직 웹을 형성한다. 이 방법은 이동 벨트 상에 수집되어, 냉각 동안 서로 접합될 수 있는 짧고 매우 가는 섬유를 발생시킨다. 차단성이 매우 양호한 멜트블로운 웹을 형성할 수 있다.
멜트블로운 섬유는 가장 전형적으로는 폴리프로필렌으로부터 방사된다. 멜트블로운 섬유로 방사되고 있는 다른 중합체로는 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리우레탄이 포함된다. 폴리에스테르 중합체, 예를 들어 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)("PET") 및 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)("PTT")는 가는 멜트블로운 섬유를 제조하기에 별로 적당하지 않다. 또한, 멜트블로운 웹 형성시 폴리에스테르의 낮은 결정화도로 인하여, 그리고 폴리에스테르의 낮은 결정화 온도로 인하여, 열적으로 접합된 멜트블로운 폴리에스테르 웹은 취성이 되기 쉽고 유체 차단성이 비교적 열악하며 특히 기계적 응력에 노출될 경우에 그러하다. 미국 특허 제5,364,694호에는 PET와 비상용성이며 결정화 속도가 높고 용융 점도가 낮은 다른 열가소성 중합체 예를 들면 폴리에틸렌과 PET의 블렌드의 멜트블로잉이 개시되어 있다. 제2 중합체는 전체 블렌드의 용융 점도를 감소시키는 "점도 감소 효과"를 발생시켜 멜트블로잉시 PET를 가늘게 만드는 것을 용이하게 한다. 미국 특허 제4,795,668호에는 한 성분이 PET이고 다른 성분은 열적으로 보다 안정한 중합체, 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌인 2성분 섬유의 멜트블로잉이 개시되어 있다.
멜트블로운 섬유는 스펀본드-멜트블로운-스펀본드("SMS") 복합 시트와 같은 복합 적층물을 포함한 다양한 부직포에 혼입되어 왔다. SMS 복합재에서, 외곽 층은 전체 복합재의 강도에 기여하는 스펀본드 섬유 층인 반면, 코어 층은 차단성을 제공하는 멜트블로운 섬유 층이다. 통상적으로, SMS 복합재의 스펀본드 층 및 멜트블로운 층은 폴리프로필렌 섬유로 제조되어 왔다. 의료용 가운과 같은 특정 최종 용도 분야에 있어서, SMS 복합 시트는 강도 및 차단성이 양호하면서도 또한 가능한 한 부드럽고 드레이프성이 있을 것이 요구된다. 폴리프로필렌 기재 SMS 직물은 양호한 강도 및 차단성을 제공하는 반면, 의복 제품에서 요구되고 있는 부드럽고 드레이프성이 있지 않는 경향이 있다. 또한, 폴리프로필렌 기재 SMS 직물은, 감마선으로 멸균시 변색되고 약화되기 때문에, 그리고 폴리프로필렌 기재 SMS 직물의 감마선 멸균은 불쾌한 냄새를 발생시키기 때문에 감마선으로 멸균할 수 없다는 제한이 있다. 일반적으로, 감마선을 이용하여 직물을 멸균할 경우 섬유 또는 직물의 강도가 상당히 저하되거나, 섬유 또는 직물의 외관이 눈에 띄게 변형되거나 또는 혐오스러운 냄새가 발생하게 되면, 중합체 섬유 또는 직물은 방사선으로 멸균할 수 없는 것으로 간주된다. 방사선 멸균은 의료 산업 전반에서 통상적으로 사용되기 때문에, 상기와 같이 감마선 멸균을 할 수 없다는 것은 폴리프로필렌 기재 SMS 직물에 상당한 문제가 된다.
웹으로 형성되었을 때 차단성이 양호한 보다 가는 폴리에스테르 멜트블로운 섬유가 요구된다. 기계적으로 응력을 받았을 때 차단성이 크게 손실되지 않고 유연한 멜트블로운 폴리에스테르 웹이 또한 요구된다.
<발명의 요약>
본 발명은 멜트블로운 섬유 및 멜트블로운 섬유로 된 웹에 관한 것이다. 본 발명의 멜트블로운 섬유는 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함함을 특징으로 한다. 본 발명의 멜트블로운 섬유는 평균 유효 직경이 10 미크론 미만이다. 바람직하게는, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도는 0.20 내지 0.50 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도는 0.45 내지 0.75 ㎗/g 범위이다. 보다 바람직하게는, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도는 0.25 내지 0.45 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도는 0.50 내지 0.70 ㎗/g 범위이다. 본 발명의 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 멜트블로운 웹으로 형성된다.
본 발명의 한 바람직한 실시양태에 따라, 멜트블로운 섬유는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 20 내지 98 중량％, 및 폴리에틸렌 중합체 10 ％ 이상으로 이루어진 제2 중합체 성분 80 내지 2 중량％로 이루어진 다성분 섬유이다. 본 발명의 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 20 내지 98 중량％, 및 폴리에틸렌 중합체 10 ％ 이상으로 이루어진 제2 중합체 성분 80 내지 2 중량％로 이루어진 다성분 멜트블로운 웹으로 형성된다.
또한, 본 발명은 제1 면 및 반대쪽의 제2 면이 있는 제1 섬유 층, 및 제1 섬유 층의 제1 면에 접합된 제2 섬유 층이 있는 복합 시트에 관한 것이다. 제1 섬유 층은 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상으로 이루어진 멜트블로운 웹이다. 제2 섬유 층은 바람직하게는 용융방사된 섬유 95 중량％ 이상으로 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 복합 시트는 기본 중량이 120 g/m2미만이고, 정수두(hydrostatic head)가 10 cm 이상이다. 본 발명의 보다 바람직한 실시양태에 따라서, 제1 섬유 층 중의 멜트블로운 섬유의 10 ％ 이상은 다성분 섬유이다. 보다 바람직하게는, 다성분 멜트블로운 섬유는 고유점도가 낮은 폴리에스테르 성분 및 폴리에틸렌 성분을 갖는다. 본 발명에 따라서, 제2 섬유 층의 용융방사 섬유는 폴리에스테르 성분 및 폴리에틸렌 성분을 갖는 다성분 섬유일 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 복합 시트로 제조된 의복에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 중량 평균 분자량이 25,000 미만인 폴리에스테르 20 중량％이상을 포함함을 특징으로 하는 멜트블로운 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 5,000 내지 22,000 범위이다. 보다 바람직하게는, 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 10,000 내지 19,000 범위이다.
본 발명은 멜트블로운 섬유, 멜트블로운 섬유 웹 및 멜트블로운 섬유를 포함하는 복합 부직포에 관한 것이다. 본 발명의 멜트블로운 웹은 의복, 닦개, 위생 제품 및 의료용 싸개로 사용하기에 적합한 복합 직물에 혼입될 수 있다.
도 1은 본 발명의 복합 부직포용 멜트블로운 섬유의 제조에 사용되는 장치의 일부분에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따른 복합 부직포의 도식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 복합 부직포의 도식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 복합 부직포의 제조를 위한 장치의 개략적인 예시이다.
<정의>
본원에서 사용되는 용어, "중합체"는 일반적으로 단일중합체, 공중합체(예를 들면, 블록, 그라프트, 랜덤 및 교호 공중합체), 삼원공중합체 및 이들의 블렌드 및 변형물을 포함한다. 또한, 특별히 다르게 제한되지 않은 한, 용어, "중합체"는 상기 물질의 모든 가능한 기하학적 형태를 포함할 것이다. 이들 형태로는 이소탁틱(isotactic), 신디오탁틱(syndiotactic) 및 랜덤 대칭이 포함된다.
본원에서 사용되는 용어, "폴리에틸렌"은 에틸렌의 단일중합체 뿐만 아니라, 반복 단위의 85 ％ 이상이 에틸렌 단위인 공중합체도 또한 포함한다.
본원에서 사용되는 용어, "폴리프로필렌"은 프로필렌의 단일중합체 뿐만 아니라, 반복 단위의 85 ％ 이상이 프로필렌 단위인 공중합체도 또한 포함한다.
본원에서 사용되는 용어, "폴리에스테르"는 반복 단위의 85 ％ 이상이 디카르복실산 및 디히드록시 알코올의 축합 생성물로서, 중합체 결합이 에스테르 단위의 형성에 의하여 생성된 중합체를 포함한다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화 디산 및 디알코올을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어, "폴리에스테르"는 공중합체(예를 들어, 블록, 그라프트, 랜덤 및 교호 공중합체), 블렌드 및 이들의 변형물을 또한 포함한다. 폴리에스테르의 일반적인 예는 에틸렌 글리콜 및 테레프탈산의 축합 생성물인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)이다.
본원에서 사용되는 용어, "용융방사 섬유"는 용융된 열가소성 중합체 재료를 다수의 가늘고 일반적으로 원형인 방사구 모세관으로부터 필라멘트로서 압출시킨 후, 압출된 필라멘트의 직경을 신속하게 감소시킴으로써 형성된 섬유를 의미한다. 용융방사 섬유는 일반적으로 연속상이고, 평균 직경이 약 5 미크론 이상이다.
본원에서 사용되는 용어, "멜트블로운 섬유"는 용융된 열가소성 중합체를 다수의 가늘고 일반적으로 원형인 모세관을 통하여 용융된 실 또는 필라멘트로서 고속 기체(예를 들면, 공기) 스트림 내로 압출시킴으로써 형성된 섬유를 의미한다. 고속 기체 스트림은 용융된 열가소성 중합체 재료를 가늘게 만들어 그 직경을 약 0.5 내지 10 미크론으로 감소시킨다. 멜트블로운 섬유는 일반적으로 불연속상 섬유이다. 고속 기체 스트림에 의하여 운반된 멜트블로운 섬유는 일반적으로 수집 표면 상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 섬유로 된 웹을 형성한다.
본원에서 사용되는 용어, "스펀본드 섬유"는 용융된 열가소성 중합체 재료를 다수의 가는 방사구 모세관으로부터 필라멘트로서 압출시킴으로써 형성되고, 연신되고, 스크린 상에 불규칙하게 퇴적되어 함께 접합된 섬유를 의미한다.
본원에서 사용되는 용어, "부직포, 부직 시트 또는 부직 웹"은 개별적인 섬유 또는 실이 불규칙한 방식으로 배치되어 편성물에서와 같은 식별가능한 패턴이 없는 평면 재료를 형성한 구조물을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어, "다성분 멜트블로운 웹"은 가는 모세관으로부터 다수의 별개의 중합체 성분을 함유한 용융된 필라멘트로서 방사하고, 용융된 필라멘트를 고속 기체 스트림으로 가늘게 만들어 수집 표면 상에 불규칙하게 분산된 섬유로 된 웹으로서 퇴적시킨 멜트블로운 섬유를 의미한다.
본원에서 사용되는 "기계 방향"은 시트의 면내의 긴 방향, 즉 시트가 생성되는 방향이다. "교차 방향"은 기계 방향에 수직인 시트의 면내의 방향이다.
<시험 방법>
상기 설명 및 하기의 실시예에서, 기재된 다양한 특징 및 특성은 하기 시험방법을 사용하여 측정하였다. ASTM은 미국 시험 및 재료 협회(American Society for Testing and Materials)를 가리키고, AATCC는 미국 섬유 화학자 및 염색자 협회(American Association of Textile Chemists and Colorists)를 가리킨다.
고유점도(IV)는 중합체 용액의 내재된 흐름 저항성의 척도이며, 본원에 참고문헌으로 인용된 ASTM D-2857에 의하여 측정하였고 ㎗/g으로 기록하였다. 유리 모세관 점도계에서 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도를 조사하기 위하여 사용한 용매 및 온도는 0.01 M 소듐 트리플루오로아세테이트와 헥사플루오로프로판올 및 35 ℃이었다. 유리 모세관 점도계에서 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도를 조사하기 위하여 사용한 용매 및 온도는 오르토클로로페놀 및 25 ℃이었다.
중량 평균 분자량은 3중 검출기 시스템과 함께 크기 배제 크로마토그래피 분석을 사용하여 측정하였다. 이 시스템은 검량 표준물의 종류에 관계없이 절대 분자량을 측정할 수 있게 하였다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 평균 분자량은 35 ℃에서 1.000 ㎖/분의 유속으로 운전하고 100 마이크로리터의 주사 부피를 사용하여 0.01 M 소듐 트리플루오로아세테이트와 헥사플루오로이소프로판올 중에서 측정하였다.
섬유 직경은 광학 현미경을 통하여 측정하였고, 평균 미크론 값으로서 기록하였다.
기본 중량은 직물 또는 시트의 단위 면적 당 질량의 척도이며, 본원에 참고문헌으로 인용된 ASTM D-3776에 의하여 측정하였고, g/m2으로 기록하였다.
그랩 인장 강도(Grab Tensile Strength)는 시트의 파단 강도의 척도이며, 본원에 참고문헌으로 인용된 ASTM D 5034에 따라 측정하였고, 뉴톤으로 기록하였다.
정수두는정압(static pressure) 하에서 액상 물의 침투에 대한 시트의 저항성의 척도이다. 시험은 본원에 참고문헌으로 인용된 AATCC-127에 따라 수행하였고, 센티미터로 기록하였다.
프레지어 공기 투과율(Frazier Air Permeability)은 시트 양면 사이의 규정된 차압 하에서 시트를 통과하는 공기 흐름의 척도이며, 본원에 참고문헌으로 인용된 ASTM D 737에 따라서 측정하였고, m3/분/m2으로 기록하였다.
수 충격(Water Impact)은 충격에 의한 물의 침투에 대한 시트의 저항성의 척도이며, 본원에 참고문헌으로 인용된 AATCC 42-1989에 의하여 측정하였고, 그램으로 기록하였다.
이제 본 발명의 바람직한 실시양태에 대하여 상세하게 언급할 것이며, 그 예가 하기에 예시된다. 본 발명은 보다 가는 섬유를 얻기 위한 보다 낮은 점도의 폴리에스테르로부터 방사된 멜트블로운 폴리에스테르 섬유에 관한 것이다. 본원에서 구체화된 바와 같이, 멜트블로운 섬유는 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상으로 이루어진다. 종래 멜트블로잉되는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 폴리에스테르의 고유점도는 일반적으로 0.65 내지 0.80 ㎗/g 범위이었다. 중합체의 고유점도 또는 "IV"는 중합체의 분자량의 지표로서, 보다 높은 IV는 보다 높은 분자량을 나타낸다. IV가 약 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 "저IV(low IV)" 폴리에스테르인 것으로 간주된다. IV가 약 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)("PTT")는 "저IV" 폴리에스테르인 것으로 간주된다. 본 발명에 유용한 저IV 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 25,000 미만이다. 바람직하게는, 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 5,000 내지 22,000 범위이다. 보다 바람직하게는, 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 10,000 내지 19,000 범위이다.
저IV 폴리에스테르는 멜트블로운 섬유 또는 웹의 제조에 사용되지 않고 있다. 저IV 폴리에스테르를 멜트블로잉할 경우, 제조되는 섬유는 통상적인 IV의 폴리에스테르로부터 멜트블로잉된 섬유보다 직경이 작다는 것이 발견되었다. 이러한 보다 작은 직경의 섬유는 복합 SMS 직물에 사용될 경우 개선된 차단성을 제공한다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 가는 폴리에스테르 멜트블로운 섬유는 통상적인 멜트블로잉법에 따라 제조된다. 멜트블로잉법에서, 1개 이상의 압출기가 용융된 중합체를 다이 팁에 공급하고, 다이 팁에서 중합체가 가는 모세관 구멍을 통과하면서 섬유화되어 필라멘트의 커튼(curtain)을 형성한다. 필라멘트는 다이의 가는 모세관 구멍 둘레의 공기 분출에 의하여 공기작용으로 연신되고 일반적으로 절단된다. 섬유는 이동하는 벨트 또는 스크린, 스크림(scrim), 또는 또다른 섬유 층 상에 퇴적된다. 멜트블로잉에 의하여 제조된 섬유는 일반적으로 유효 직경이 약 0.5 내지 약 10 미크론 범위인 불연속상 섬유이다. 본원에 사용되는 단면이 고르지 못한 섬유의 "유효 직경"은 단면적이 동일한 가상의 원형 섬유의 직경과 같다.
보다 유연하고 내구성이 있는, 열적으로 접합된 멜트블로운 폴리에스테르 웹을 제조하기 위하여, 멜트블로운 섬유를 섬유 성분 중 하나가 저IV 폴리에스테르로 이루어진 다성분 섬유로서 방사할 수 있다. 본 발명의 다성분 멜트블로운 웹 중의 섬유는 전형적으로 평균 유효 직경이 약 0.5 내지 10 미크론, 보다 바람직하게는 1 내지 6 미크론, 가장 바람직하게는 약 2 내지 4 미크론인 불연속상 섬유이다. 다성분 멜트블로운 웹은 스핀 팩으로부터 동시에 방사된 2종 이상의 중합체로부터 형성된다. 바람직하게는, 다성분 멜트블로운 웹은 2종의 중합체로부터 제조된 2성분 웹이다. 2성분 웹 중의 섬유의 형태는 바람직하게는, 대부분의 섬유가 각 섬유 길이의 상당 부분에 연장되어 있는 2종의 사이드-바이-사이드(side-by-side) 중합체 성분으로 제조된 사이드-바이-사이드 배열이다. 또한, 2성분 섬유는 한 중합체가 다른 중합체로 둘러싸인 시쓰/코어 배열, 1종의 중합체의 다수의 스트랜드가 다른 중합체 중에 박혀 있는 "해도(islands-in-the-sea)" 배열, 또는 다른 통상적인 2성분 섬유 구조일 수 있다. 이론에 얽매이기를 바라지 않으나, 멜트블로운 섬유를 가늘게 만드는 것에 의하여 실제로 다성분 필라멘트가 보다 가는 필라멘트로 분할될 수 있고, 그의 일부는 단지 1종의 중합체 성분만을 함유할 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명에 따라서, 다성분 멜트블로운 웹의 제2 중합체 성분은 폴리에스테르보다 유연한 섬유 형성 합성 중합체 1종 이상을 포함함을 특징으로 한다. 바람직하게는, 제2 성분의 용융 온도는 열 접합시 멜트블로운 섬유의 접합에 도움이 되도록 제1 성분의 용융 온도 미만이며, 이는 웹을 보다 유연하게 한다. 바람직하게는, 다른 중합체 또는 중합체들은 폴리에틸렌과 같이 감마선에 안정한 중합체이다. 또한, 시트의 최종 용도가 시트를 방사선으로 멸균하는 것을 필요로 하지 않을 경우, 제2 중합체 성분은 폴리프로필렌과 같이 방사선으로 멸균할 수 없는 중합체일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다성분 멜트블로운 웹은 저IV PET 및 폴리에틸렌으로 이루어진 2성분 멜트블로운 웹이다. 바람직하게는, 저IV PET 성분은 멜트블로운 웹의 20 내지 98 중량％를 이루고, 폴리에틸렌 성분은 멜트블로운 웹의 2 내지 80 중량％를 이룬다. 보다 바람직하게는, 저IV PET 성분은 멜트블로운 웹의 55 내지 98 중량％를 이루고, 폴리에틸렌 성분은 멜트블로운 웹의 2 내지 45 중량％를 이룬다. 보다 더욱 바람직하게는, 저IV PET 성분은 멜트블로운 웹의 65 내지 97 중량％를 이루고, 폴리에틸렌 성분은 멜트블로운 웹의 3 내지 35 중량％를 이룬다. 가장 바람직하게는, 저IV PET 성분은 멜트블로운 웹의 80 내지 95 중량％를 이루고, 폴리에틸렌 성분은 멜트블로운 웹의 5 내지 20 중량％를 이룬다.
본 발명의 멜트블로운 웹의 섬유는 도 1에 나타내었고 본원에 참고문헌으로 인용된 미국 특허 제4,795,668호에 보다 충분하게 기술되어 있는 것 같은 모세관 다이 구멍이 있는 멜트블로잉 장치를 사용하여 멜트블로잉할 수 있다. 도 1에 나타낸 멜트블로잉 다이 (20)의 단면도에서, 상이한 2종의 중합체 성분이 평행한 압출기 (23) 및 (24)에서 용융되어 기어 펌프(나타내지 않았음) 및 도관 (25) 및 (26)을 통하여 다이 공동 (22)로 개별적으로 계량된다. 다이 공동에서, 중합체 성분들은 2종의 성분이 불연속 층으로서 분리된 층상 물질을 형성한다. 층상 물질은 일렬로 된 모세관 오리피스(orifice) (21)을 통하여 압출된다. 단일성분 섬유를 목적할 경우, 동일한 중합체를 2개의 압출기 (23) 및 (24)에 공급하거나, 또는 단지 1개의 압출기만을 사용한다. 채널 (28)로부터 공급되는 뜨거운 공기의 분출이 빠져나오는 중합체 필라멘트를 가늘게 만든다. 이론에 얽매이기를 바라지 않으나, 공기 분출에 의하여 필라멘트가 보다 가는 필라멘트로 분할될 수 있는 것으로 생각된다. 생성된 필라멘트는 각 필라멘트가 모두 멜트블로운 섬유의 길이방향으로 사이드-바이-사이드 형태로 연장되어 있는 2종의 별개 중합체 성분으로 이루어진 2성분 필라멘트를 포함하는 것으로 생각된다. 층 (14)의 가는 섬유는 다른 공지된 멜트블로잉법, 예를 들면 미국 특허 제4,380,570호에 개시된 바와 같이 개별적인 공기 노즐이 각각의 중합체 모세관을 둘러싸는 방법으로도 또한 제조될 수 있다.
본 발명의 멜트블로운 웹을 포함하는 복합 부직 시트를 도 2에 나타내었다 시트 (10)은 각각 보다 크고 보다 강하고 접합된 섬유로 이루어진 외부 층 (12) 및 (16)의 사이에 매우 가는 멜트블로운 중합체 섬유로 이루어진 내부 층 (14)가 개재되어 있는 3층 복합 직물이다. 내부 층 (14)의 매우 가는 섬유들은 층 (14)로 형성될 때 극도로 미세한 통로를 갖는 차단 층을 생성한다. 층 (14)는 유체에 대한 차단물로서 작용하나, 수증기의 통과는 막지 않는다. 접합된 섬유 층 (12) 및 (16)은 복합 시트에 대하여 강도를 제공하고, 일부 경우에 차단을 제공하는 보다 굵고 보다 강한 섬유로 이루어진다. 복합 시트는 또한 도 3에 나타낸 바와 같이 2층 복합재 (18)로 형성할 수 있다. 2층 복합 시트에서, 가는 멜트블로운 섬유 층 (14)는 보다 굵고 보다 강한 접합된 층 (12)에 대하여 단지 한 면에만 부착된다. 본 발명의 또다른 실시양태에 따라서, 복합 시트를 층 (14)와 같은 가는 멜트블로운 섬유의 층 다수 개로 제조하거나, 또는 층 (12) 및 (16)과 같이 보다 굵고 보다 강한 섬유 층 2개 이상으로 제조할 수 있다.
층 (12) 및 (16)의 보다 크고 보다 강한 접합된 섬유는 바람직하게는 통상적인 용융방사 섬유이거나 또는 다소 다른 종류의 강한 스펀본드 섬유이다. 바람직하게는, 용융방사 섬유는 실질적으로 연속상 섬유이다. 또한, 층 (12) 및 (16)은섬유들이 서로 접합되어 강한 웹 구조물을 형성한 에어-레이드(air-laid) 또는 웨트-레이드(wet-laid) 스테이플 섬유 웹 또는 카디드(carded) 웹일 수 있다. 층 (12) 및 (16)의 섬유는 코어 층 (14)의 폴리에틸렌 함유 가는 섬유가 용이하게 접합될 수 있는 중합체로 제조되어야 한다. 층 (12) 및 (16)의 섬유는 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드 또는 이들의 일부 배합물과 같은, 폴리프로필렌 이외의 중합체로 이루어진 외부 층을 가지므로 감마선으로 멸균할 수 있다. 또한, 복합 직물을 방사선 멸균이 사용되는 최종 용도 분야에 사용하지 않을 경우, 층 (12) 및 (16)의 섬유는 감마선으로 멸균할 수 없는 폴리프로필렌과 같은 중합체로 이루어질 수도 있다.
층 (12) 및 (16)을 위한 바람직한 용융방사 섬유는 폴리에스테르 및 폴리에틸렌으로 이루어진 2성분 섬유이다. 폴리에스테르 성분은 직물에 강도를 제공하는 반면, 폴리에틸렌 성분은 직물을 보다 부드럽고 보다 드레이프성이 있게 한다. 또한, 폴리에틸렌 성분은 섬유 중의 폴리에스테르 성분보다 용융 온도가 낮아, 열 접합법 사용시 층 (12) 및 (16)이 코어 층 (14)의 가는 멜트블로운 섬유에 보다 용이하게 접합될 수 있게 한다. 또한, 층 (12) 및 (16)은 단일 중합체 성분 섬유의 블렌드, 예를 들면 섬유의 일부는 폴리에틸렌 섬유이고, 섬유의 일부는 폴리에스테르 섬유인 스펀본드 웹으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 층 (12) 및 (16)의 보다 크고 보다 강한 섬유는 실질적으로 고속 용융 방사법, 예를 들어 본원에 참고문헌으로 인용된 미국 특허 제3,802,817호, 제5,545,371호 및 제5,885,909호에 개시된 고속 방사법을 사용하여 제조된 실질적으로 연속상인 스펀본드 섬유이다. 바람직한 고속 용융 방사법에 따라서, 1개 이상의 압출기가 용융된 중합체를 스핀 팩에 공급하고, 스핀 팩에서 중합체가 구멍을 통과하면서 섬유화되어 필라멘트의 커튼을 형성한다. 필라멘트를 공기 급랭 대역에서 부분적으로 냉각시킨다. 그 후에, 필라멘트를 공기작용으로 연신시켜 필라멘트의 크기를 감소시키고, 강도를 증가시킨다. 필라멘트를 이동하는 스크린, 벨트, 스크림 또는 다른 섬유 층 상에 퇴적시킨다. 바람직한 고속 용융 방사법으로 제조한 섬유는 실질적으로 연속상이고 직경이 5 내지 30 미크론이다. 이들 섬유는 단일성분 섬유, 다성분 섬유, 또는 이들의 일부 배합물로서 제조할 수 있다. 다성분 섬유는 사이드-바이-사이드, 시쓰-코어, 세그멘티드 파이(segmented pie) 또는 해도 형태를 포함하는 다양한 공지된 단면 형태로 제조할 수 있다.
상기한 고유점도가 낮은 폴리에스테르 멜트블로운 웹을 포함하는 복합 부직포는 도 4에 개략적으로 나타낸 장치를 사용하여 인-라인(in-line) 제조할 수 있다. 또한, 복합 시트의 층을 독립적으로 제조하고, 나중에 합하고 접합하여 복합 시트를 형성할 수 있다. 도 4에 나타낸 장치는 당업계에 널리 공지되어 있는 스펀본드 웹 생성부 (80) 및 (94)를 포함한다. 도 4의 장치는 또한 상기 도 1과 관련하여 기술한 멜트블로잉 장치를 포함하는 멜트블로운 웹 생성부 (82)를 포함한다. 예시를 목적으로, 2개의 스펀본드 웹 생성부 (80) 및 (94), 및 멜트블로운 웹 생성부 (82)가 2성분 섬유를 제조하는 것을 나타내었다. 스펀본드 웹 생성부 (80) 및 (94), 및 멜트블로운 웹 생성부 (82)를 단지 1종의 중합체 성분을 갖거나 또는 3종 이상의 중합체 성분을 갖는 웹을 생성하도록 고안된 장치로 대체할 수 있음을 고려할 수 있다. 또한, 1개 이상의 스펀본드 웹 생성부를 직렬로 사용하여 상이한 단일성분 또는 다성분 섬유의 블렌드로 이루어진 웹을 제조할 수 있음을 고려할 수 있다. 마찬가지로, 다수의 멜트블로운 층이 있는 복합 시트를 제조하기 위하여 1개 이상의 멜트블로운 웹 생성부를 직렬로 사용할 수 있음을 고려할 수 있다. 또한, 다양한 웹 생성부에서 사용되는 중합체(들)이 서로 상이할 수 있음을 고려할 수 있다. (도 3에 나타낸 바와 같이) 단지 1개의 스펀본드 층 및 1개의 가는 섬유 층을 갖는 복합 시트를 목적할 경우, 제2 스펀본드 웹 생성부 (94)는 전원을 끄거나 또는 제거할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따라서, 도 4에 나타낸 장치의 스펀본드 웹 생성부 (80) 및 (94)에서, 2종의 열가소성 중합체 성분 (A) 및 (B)를 용융시키고, 여과하고 스핀 팩 (56) 및 (96)에 계량한다(나타내지 않음). 용융된 중합체 필라멘트 (60) 및 (100)을 각각 방사구 세트 (58) 및 (98)을 통하여 스핀 팩으로부터 압출시킨다. 필라멘트는 목적하는 단면, 예를 들어 시쓰-코어 필라멘트 단면을 갖는 2성분 필라멘트로서 압출할 수 있다. 바람직하게는, 용융 온도가 보다 낮은 중합체는 시쓰부에 사용하고, 용융 온도가 보다 높은 중합체를 코어부에 사용한다. 생성된 필라멘트 (60) 및 (100)을 급랭 공기 (62) 및 (102)로 냉각시킨다. 다음으로, 필라멘트를 공기작용식 연신 젯 (64) 및 (104)로 도입하고, 연신 공기 (66) 및 (106)에 의하여 연신한다. 스펀본드 웹 생성부 (80)으로부터의 섬유 (67)을 형성 스크린 (68) 상에 퇴적시켜 벨트 상의 스펀본드 층 (12)를 형성한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따라서, 멜트블로운 웹 생성부 (82)에서 고유점도가 낮은 폴리에스테르 중합체 및 또다른 중합체를 배합하여 멜트블로운 2성분 웹을 제조한다. 2종의 중합체 (C) 및 (D)를 용융시키고, 여과한 후, 스핀 팩 (84)로 계량한다(나타내지 않음). 용융된 중합체를 스핀 팩 (84)에서 배합하고, 도 1과 관련하여 상기한 것과 같은 일렬로 된 모세관 구멍 (86)을 통해 스핀 팩에서 배출시킨다. 바람직하게는, 스핀 팩 (84)는 목적하는 사이드-바이-사이드 섬유 필라멘트 단면을 발생시킨다. 다른 스핀 팩 배열을 사용하여 다른 섬유 단면, 예를 들어 시쓰-코어 단면을 생성할 수 있다. 각 필라멘트가 모세관 구멍에서 배출된 직후, 채널 (90)으로부터 공급되는 뜨거운 공기 (88)의 분출이 배출된 필라멘트 (91)의 반대 면에 충돌하여 각 필라멘트 (91)을 가늘게 만든다. 일반적으로, 멜트블로운 필라멘트 (91)은 가늘게 만드는 공정 동안 분할된다. 멜트블로운 필라멘트 섬유 (91)은 스펀본드 층 (12) 상에 퇴적되어 다성분 멜트블로운 웹 층 (14)를 생성한다.
제2 스펀본드 웹 생성부 (94)를 사용할 경우, 스펀본드 웹 생성부 (80)으로부터의, 실질적으로 연속상인 스펀본드 섬유 (107)이 멜트블로운 층 (14) 상에 퇴적되어 복합 시트의 제2 스펀본드 층 (16)을 형성한다. 층 (12) 및 (16)이 반드시 동일한 두께 또는 기본 중량을 가질 필요는 없다.
스펀본드-멜트블로운-스펀본드 웹 구조물을 열 접합 롤 (72) 및 (74) 사이에 통과시켜 복합 부직포 (10)을 제조하고 롤 (78) 상에 수집한다. 바람직하게는, 접합 롤 (72) 및 (74)는 복합재 중의 용융 온도가 가장 낮은 중합체의 용융 온도 ± 20 ℃ 이내의 온도로 유지되는 가열 롤이다. 본 발명의 폴리에틸렌 함유 복합 시트의 경우, 양호한 열 접합을 얻기 위하여 115 내지 120 ℃ 범위의 접합 온도 및 350 내지 700 N/cm 범위의 접합 압력을 적용하였다. 복합 시트의 층을 접합하기 위한 다른 방법으로는 캘린더 접합, 통기 접합, 증기 접합 및 접착제 접합이 포함된다.
임의로는, 불소화학 코팅물을 복합 부직 웹에 도포하여 섬유 표면의 표면 에너지를 감소시킴으로써, 액체 투과에 대한 직물의 저항성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 직물을 국소 마감재 처리로 처리하여 액체 차단을 개선하고, 특히 표면 장력이 낮은 액체에 대한 차단을 개선할 수 있다. 많은 국소 마감재 처리법이 당업계에 널리 공지되어 있으며, 분무 도포, 롤 코팅, 발포체 도포, 침지-압착 도포 등이 포함된다. 전형적인 마감재 구성성분으로는 조닐(ZONYL, 등록상표) 불소화합물(듀폰(DuPont) 제품, 미국 델라웨어주 윌밍턴) 또는 리펄(REPEARL, 등록상표) 불소화합물(미쯔비시 인트. 코포레이션(Mitsubishi Int. Corp) 제품, 미국 뉴욕주 뉴욕)이 포함된다. 국소 마감 공정은 직물 제조와 인-라인으로 실시하거나 또는 개별 공정 단계에서 실시할 수 있다. 또한, 상기 불소화합물을 용융물에 대한 첨가제로서 섬유 내로 방사할 수 있다.
복합 부직 시트의 기본 중량은 바람직하게는 10 내지 120 g/m2범위, 보다 바람직하게는 30 내지 90 g/m2범위 이내, 가장 바람직하게는 50 내지 70 g/m2범위 이내이다. 복합 부직 시트의 그랩 인장 강도는 사용되는 열 접합 조건에 따라서 광범위할 수 있다. 전형적인 그랩 인장 시트 강도(기계 방향 및 교차 방향 모두)는 35 내지 400 N, 보다 바람직하게는 40 내지 300 N, 가장 바람직하게는 50 내지 200 N이다. 복합 시트의 내부 멜트블로운 섬유 층의 기본 중량은 전형적으로 2 내지 40 g/m2, 보다 바람직하게는 5 내지 30 g/m2, 가장 바람직하게는 12 내지 25 g/m2이다. 복합재의 외부 층은 복합 부직포에 대하여 강도를 제공하고, 일부 경우 차단을 제공한다. 각 외부 층의 기본 중량은 전형적으로 3 내지 50 g/m2, 보다 바람직하게는 8 내지 40 g/m2, 가장 바람직하게는 12 내지 35 g/m2이다. 바람직하게는, 복합 시트의 층은 열 접합, 예를 들면 가는 섬유 층 (14) 및(또는) 보다 큰 섬유 층 (12) 및 (16) 중의 용융 온도가 낮은 중합체 성분의 용융에 의하여 함께 고정된다. 본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 복합 시트의 정수두는 10 cm 이상, 보다 바람직하게는 25 cm 이상, 보다 더욱 바람직하게는 45 cm 이상, 가장 바람직하게는 60 cm 이상이다. 복합 시트의 수 충격은 5 g 미만, 보다 바람직하게는 2 g 미만, 가장 바람직하게는 0.5 g 미만인 것이 더욱 바람직하다. 마지막으로, 복합 시트의 프레지어 공기 투과율은 1 m3/분/m2이상, 보다 바람직하게는 5 m3/분/m2이상인 것이 바람직하다.
이제, 하기 실시예로 본 발명을 예시할 것이나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하지 않는다.
실시예 1 및 비교예 A에서, 1성분 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운섬유를 제조하였다. 도 1에 나타낸 장치와 관련하여 상기한 방법에 따라 2성분 멜트블로운 방사 장치의 양 쪽에 동일한 중합체를 사용하여 이들 섬유를 멜트블로잉하였다.
실시예 2 및 비교예 B에서, 1성분 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운 섬유를 제조하였다. 도 1에 나타낸 장치와 관련하여 상기한 방법에 따라 2성분 멜트블로운 방사 장치의 양 쪽에 동일한 중합체를 사용하여 이들 섬유를 멜트블로잉하였다.
실시예 3 및 4, 및 비교예 C 및 D에서, 2성분 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 멜트블로운 섬유를 제조하여 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 복합 시트에 혼입하였다. 도 1의 장치와 관련하여 상기한 방법에 따라, 2성분 멜트블로운 방사 장치의 한 쪽에는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 사용하고, 다른 쪽에는 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 블렌드를 사용하여 멜트블로운 섬유를 제조하였다. 이들 2성분 멜트블로운 섬유를 스펀본드 외부 층 사이에 개재시켜 도 2에 나타낸 것 같은 복합 시트를 제조하였다. 스펀본드 층은 도 4에 나타낸 방법의 스펀본드 웹 생성부 (80)과 관련하여 상기한 바와 같은 고속 용융 방사법을 사용하여 개별적으로 각각 제조하였다. 그러나, 도 4와 관련하여 기술된 바와 같이 하나의 연속 공정으로 모든 층을 제조하는 대신, 스펀본드 층을 개별적으로 각각 방사하고, 퇴적시키고, 감았다. 이어서, 2개의 스펀본드 층 및 멜트블로운 층을 풀고, 합하고, 열적으로 접합하여 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 복합 구조물을 제조하였다.
<실시예 1>
멜트블로운 1성분 섬유를 듀폰으로부터 크리스타(Crystar, 등록상표) 폴리에스테르(머지(Merge) 3949)로서 입수가능한 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 제조하였다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 고유점도가 0.63 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량이 35,600이었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 수득한 그대로 어떠한 컨디셔닝 또는 건조 없이 사용하였고, 수분 함량이 약 1300 ppm이었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 개별 압출기에서 575 ℉(300 ℃)로 가열하였다. 2종의 중합체 성분을 개별적으로 압출하고, 여과하고, 2성분 스핀 팩에 계량하여 1성분 섬유로 합체하였다. 스핀 팩의 다이를 600 ℉(315 ℃)로 가열하였다. 다이에는 601 개의 모세관 구멍이 24 인치(61 cm)의 직선으로 배열되어 있었다. 중합체를 각 모세관을 통하여 0.80 g/구멍/분의 중합체 처리량 속도로 방사하였다. 가늘게 만드는 공기를 615 ℉(323 ℃)의 온도로 가열하고, 폭이 0.8 mm인 2개의 공기 채널을 통하여 분 당 225 표준 세제곱 피트(6.4 m3/분)의 속도로 공급하였다. 2개의 공기 채널은 모세관 구멍이 있는 24 인치 직선의 길이방향으로 뻗어 있고, 모세관이 있는 직선의 각 측면에 1개의 채널이 모세관 구멍으로부터 1 mm 떨어져 있었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 두 스트림을 12 kg/시간의 속도로 스핀 팩에 공급하였다. 필라멘트를 이동하는 형성 스크린 상에 수집하였다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 멜트블로잉할 때, 가수분해 및 열 분해가 발생하여 멜트블로운 섬유를 형성하는 중합체의 분자량이 감소하였고, 그로 인해 멜트블로운 섬유를 형성하는중합체의 고유점도가 감소하였다. 멜트블로운 섬유의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 고유점도가 0.34 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량이 16,500이었다. 평균 섬유 직경을 표 1에 기록하였다.
<비교예 A>
폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 멜트블로잉 전에 120 ℃에서 4 시간 동안 건조시켜 수분 함량을 약 50 ppm으로 낮춘 것을 제외하곤, 실시예 1의 절차에 따라 멜트블로운 1성분 섬유를 형성하였다. 멜트블로운 섬유의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 고유점도가 0.59 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량이 31,000이었다. 평균 섬유 직경을 표 1에 기록하였다.
수분 함량이 보다 높은 실시예 1의 건조시키지 않은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 수분 함량이 보다 낮은 비교예 A의 건조시킨 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)보다 방사 후에 보다 낮은 중량 평균 분자량 및 고유점도를 유발하였다. 수분 함량이 보다 높은 실시예의 부가적인 물의 존재는 수분 함량이 보다 낮은 실시예에서보다 많은 중합체 사슬 절단을 유발하였다. 표 1은 실시예 1의 IV가 보다 낮은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 제조된 멜트블로운 섬유가 비교예 A의 통상적인 IV의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)보다 평균 섬유 직경이 작다는 것을 나타낸다. 실시예 1의 섬유로부터의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 고유점도 및 중량 평균 분자량이 보다 낮아, 섬유가 보다 작은 평균 섬유 직경으로 연신되었다.
<실시예 2>
폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 대신 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 사용한 것을 제외하곤 실시예 1의 절차에 따라 멜트블로운 1성분 섬유를 형성하였다. 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 수지의 고유점도는 0.70 ㎗/g이었다. 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 110 ℃에서 8 시간 동안 건조시켰다. 압출기를 약 518 ℉(270 ℃)로 가열하고 스핀 팩의 다이를 약 518 ℉(270 ℃)로 가열한 것을 제외하곤, 상기 중합체를 실시예 1의 방법에 따라 멜트블로잉하였다. 평균 섬유 직경은 표 1에 기록하였다.
<비교예 B>
폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 수지가 0.84 ㎗/g의 보다 높은 고유점도를 가진 것을 제외하곤, 실시예 2의 절차에 따라 멜트블로운 1성분 섬유를 형성하였다. 평균 섬유 직경을 표 1에 기록하였다.
표 1은 실시예 2의 고유점도가 보다 낮은 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 제조된 멜트블로운 섬유가 비교예 B의 고유점도가 보다 높은 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로부터 제조된 섬유보다 평균 섬유 직경이 작다는 것을 나타낸다.
멜트블로운 섬유 특성
실시예 PET IV(㎗/g) PTT IV(㎗/g) 평균 섬유 직경(미크론)
1 0.34 3.6
A 0.59 4.9
2 0.70 2.9
B 0.84 5.5
PET = 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)PTT = 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)
<실시예 3>
폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 성분, 및 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 블렌드를 포함하는 제2 성분으로 멜트블로운 2성분 웹을 제조하였다. 이 멜트블로운 웹을 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 복합 시트에 혼입하였다.
멜트블로운 웹에서, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 성분은 듀폰으로부터 입수가능한 크리스타(등록상표) 폴리에스테르(머지 3949)이었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도는 0.63 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량은 35,600이었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 수득한 그대로 어떠한 컨디셔닝 또는 건조 없이 사용하였고, 수분 함량은 약 1300 ppm이었다. 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 2성분 블렌드는 다우(Dow)로부터 아스펀(ASPUN) 6831A로서 입수가능한 용융 지수 150 g/10분(ASTM D-1238에 따라 측정함)의 선형 저밀도 폴리에틸렌 90 중량％ 및 훽스트(Hoechst)로부터 머지 1300A로서 입수가능한 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 10 중량％를 함유하였다. 폴리에틸렌 및 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)를 265 ℃의 압출기에서 혼합하여 2성분 중합체 블렌드를 제조하였다. 개별 압출기에서 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 575 ℉(300 ℃)로 가열하고, 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 2성분 중합체 블렌드를 510 ℉(265 ℃)로 가열하였다. 2종의 중합체 성분을 개별적으로 압출하고, 여과하고, 사이드-바이-사이드 필라멘트 단면을 제공하도록 배열된 2성분 스핀 팩에 계량하였다. 스핀 팩의 다이를 600 ℉(315 ℃)로 가열하였다. 다이에는 601 개의 모세관 구멍이 24 인치(61 cm)의 직선으로 배열되어 있었다. 중합체를 각 모세관을 통하여 0.80 g/구멍/분의 중합체 처리량 속도로 방사하였다. 가늘게 만드는 공기를 615 ℉(323 ℃)의 온도로 가열하고, 폭이 0.8 mm인 2개의 공기 채널을 통하여 분 당 300 표준 세제곱피트(8.5 m3/분)의 속도로 공급하였다. 2개의 공기 채널은 모세관 구멍이 있는 24 인치의 직선의 길이방향으로 뻗어 있고, 모세관이 있는 직선의 각 측면에 1개의 채널이 모세관 구멍으로부터 1 mm 떨어져 있었다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 12 kg/시간의 속도로 스핀 팩에 공급하고, 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트)를 12 kg/시간의 속도로 스핀 팩에 공급하였다. 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)가 50 중량％이고 폴리에틸렌/폴리(부틸렌 테레프탈레이트)가 50 중량％인 2성분 멜트블로운 웹을 생성하였다. 필라멘트를 이동하는 형성 스크린 상에 수집하여 멜트블로운 웹을 생성하였다. 멜트블로운 웹을 롤 상에 수집하였다. 멜트블로운 웹의 기본 중량은 17 g/m2이었다.
폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 멜트블로잉할 때, 가수분해 및 열 분해가 발생하여 멜트블로운 섬유를 형성하는 중합체의 분자량이 감소하였고, 그로 인해 멜트블로운 섬유를 형성하는 중합체의 고유점도가 감소하였다. 멜트블로운 섬유의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)는 고유점도가 0.34 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량이 16,500이었다.
스펀본드 외부 층은 시쓰-코어 단면을 갖는 2성분 섬유이었다. 도 4와 관련하여 상기한 것 같은 장치를 사용하여 스펀본드 섬유를 제조하였다. 복합 시트의 외부 층에 사용하기 위하여 두 기본 중량(17 g/m2및 24 g/m2)의 스펀본드 웹을 제조하였다. 다우로부터 아스펀 6811A로서 입수가능한 용융 지수 27 g/10분(ASTM D-1238에 따라 측정함)의 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 듀폰으로부터 크리스타(등록상표) 폴리에스테르(머지 3949)로서 입수가능한 고유점도 0.63 ㎗/g 및 중량 평균 분자량 약 35,600의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 폴리에스테르로부터 스펀본드 2성분 섬유를 제조하였다. 사용 전에, 폴리에스테르 수지를 180 ℃의 온도에서 결정화하고, 120 ℃의 온도에서 수분 함량 50 ppm 미만으로 건조시켰다.
개별 압출기에서, 스펀본드 층에 사용되는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 290 ℃로 가열하고, 폴리에틸렌을 280 ℃로 가열하였다. 중합체를 압출하고, 여과하고, 295 ℃를 유지하며 시쓰-코어 필라멘트 단면을 제공하도록 고안된 2성분 스핀 팩에 계량하였다. 방사구를 통하여 중합체를 방사하여 폴리에틸렌 시쓰 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 코어를 갖는 2성분 필라멘트를 제조하였다. 스핀 팩 모세관 당 총 중합체 처리량은 기본 중량이 17 g/m2인 웹의 경우 1.0 g/분이었고, 기본 중량이 24 g/m2인 웹의 경우 1.0 g/분이었다. 중합체를 계량하여 섬유 중량을 기준으로 폴리에틸렌(시쓰)이 30 ％이고 폴리에스테르(코어)가 70 ％인 필라멘트 섬유를 제공하였다. 생성된 보다 작고 보다 강하고 실질적으로 연속상인 필라멘트를 진공 흡입으로 퇴적 벨트 상에 퇴적시켰다. 2개의 웹(기본 중량 17 g/m2및 24 g/m2)의 섬유의 유효 직경은 9 내지 12 미크론의 범위이었다. 운송을 위하여, 생성된 웹을 100 ℃의 온도 및 100 N/cm의 닙 압력에서 점 접합 패턴을 사용하여 2개의 열 접합 롤 사이에 개별적으로 통과시켜 웹을 약하게 함께 고정시켰다. 접합 동안 라인 속력은 기본 중량이 17 g/m2인 웹의 경우 206 m/분이었고, 기본 중량이 24g/m2인 웹의 경우 146 m/분이었다. 약하게 접합된 스펀본드 웹을 롤 상에 각각 수집하였다.
기본 중량이 17 g/m2인 스펀본드 웹을 이동하는 벨트 상에 풀어서 복합 부직 시트를 제조하였다. 멜트블로운 2성분 웹을 풀어 이동하는 스펀본드 웹의 상부에 퇴적시켰다. 기본 중량이 24 g/m2인 스펀본드 웹의 제2 롤을 풀어 스펀본드-멜트블로운 웹의 상부에 퇴적시켜 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 복합 부직 웹을 제조하였다. 복합 웹을 오일가열식 조각 금속 캘린더 롤과 오일가열식 평면 금속 캘린더 롤 사이에서 열적으로 접합시켰다. 2개의 롤 모두 직경이 466 mm이었다. 조각 롤은 점 크기가 0.466 mm2이고, 점 깊이가 0.86 mm이고, 점 간격이 1.2 mm이고, 접합 면적이 14.6 ％인 다이아몬드 패턴이 있고 크롬으로 코팅된 비경화강 표면을 가졌다. 평면 롤은 경화강 표면을 가졌다. 복합 웹을 110 ℃의 온도, 350 N/cm의 닙 압력 및 20 m/분의 라인 속력으로 접합하였다. 접합된 복합 시트를 롤 상에 수집하였다. 이 복합 부직 시트의 최종 기본 중량은 58 g/m2이었다. 시트의 물성을 표 2에 기록하였다.
<비교예 C>
멜트블로잉 전에 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 120 ℃에서 4 시간 동안 건조시켜 수분 함량을 약 50 ppm으로 보다 낮게 만든 것을 제외하곤, 실시예 3의 절차에 따라 복합 시트를 형성하였다. 멜트블로운 섬유의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 중합체는 고유점도가 0.59 ㎗/g이었고, 중량 평균 분자량이 31,000이었다. 복합 시트의 물성을 표 2에 기록하였다.
표 2는 실시예 3의 점도가 보다 낮은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 제조된 멜트블로운 섬유로 제조한 복합 시트가 비교예 C의 복합 시트에 비하여 정수두가 증가하였다는 것을 나타낸다.
<실시예 4>
멜트블로잉 공정 동안 공기 유속이 분 당 300 표준 세제곱 피트(8.5 m3/분) 대신 분 당 310 표준 세제곱 피트(8.8 m3/분)인 것을 제외하곤, 실시예 3의 절차에 따라 복합 시트를 형성하였다. 시트의 물성을 표 2에 기록하였다.
<비교예 D>
멜트블로잉 공정 동안 공기 유속이 분 당 300 표준 세제곱 피트(8.5 m3/분) 대신 분 당 500 표준 세제곱 피트(14.1 m3/분)인 것을 제외하곤, 비교예 C의 절차에 따라 복합 시트를 형성하였다. 시트의 물성을 표 2에 기록하였다.
표 2는 실시예 4의 점도가 보다 낮은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 제조된 멜트블로운 섬유로 제조한 복합 시트가 비교예 D의 복합 시트에 비하여 정수두가 증가하였다는 것을 나타낸다.
부직 웹 특성
실시예 멜트블로운 PET IV(㎗/g) 멜트블로운 PET Mw 정수두(cm) 프레지어+(m3/분/m2) 그랩 인장 강도 MD(N) 그랩 인장 강도 XD(N)
3 0.34 16,500 77 27 143.4 77.5
C 0.59 31,000 40 65 139.8 86.0
4 0.34 16,500 83 28 140.2 81.5
D 0.59 31,000 58 39 147.8 77.5
PET = 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)IV = 고유점도Mw = 중량 평균 분자량MD = 기계 방향XD = 교차 방향+프레지어 공기 투과율

Claims (20)

  1. 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함함을 특징으로 하는 멜트블로운 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 섬유의 평균 유효 직경이 10 미크론 미만이고, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.20 내지 0.50 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.45 내지 0.75 ㎗/g 범위인 멜트블로운 섬유.
  3. 제2항에 있어서, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.25 내지 0.45 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.50 내지 0.70 ㎗/g 범위인 멜트블로운 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 20 내지 98 중량％ 및 제2 중합체 성분 80 내지 2 중량％를 포함하는 다성분 섬유인 멜트블로운 섬유.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 중합체 성분이 폴리에틸렌 중합체 10 ％ 이상을 포함함을 특징으로 하는 것인 멜트블로운 섬유.
  6. 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함하는, 멜트블로운 섬유로 된 웹.
  7. 제6항에 있어서, 웹의 섬유의 평균 유효 직경이 10 미크론 미만이고, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.20 내지 0.50 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.45 내지 0.75 ㎗/g 범위인 웹.
  8. 제7항에 있어서, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.25 내지 0.45 ㎗/g 범위이고, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유점도가 0.50 내지 0.70 ㎗/g 범위인 웹.
  9. 제6항에 있어서, 다성분 섬유를 포함하고, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 20 내지 98 중량％ 및 제2 중합체 성분 80 내지 2 중량％를 포함하는 웹.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 중합체 성분이 폴리에틸렌 중합체 10 중량％ 이상을 포함함을 특징으로 하는 것인 웹.
  11. 고유점도가 0.55 ㎗/g 미만인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함하는 멜트블로운 웹인, 제1 면 및 반대쪽의 제2 면이 있는 제1 섬유 층, 및
    용융방사 섬유 95 중량％ 이상을 포함하는, 상기 제1 섬유 층의 상기 제1 면에 접합된 제2 섬유 층을 포함하며
    기본 중량이 120 g/m2미만이고, 정수두(hydrostatic head)가 10 cm 이상인 것을 특징으로 하는 복합 시트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 섬유 층 중의 멜트블로운 섬유의 10 ％ 이상이 임의의 길이의 다성분 섬유이고,
    상기 다성분 섬유는 제1 및 제2 중합체 성분이 각각 2성분 섬유의 전체 길이에 실질적으로 연장되어 있는 방식으로 배열된 제1 및 제2 중합체 성분을 갖는 복합 시트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 2성분 멜트블로운 섬유의 상기 제1 및 제2 중합체 성분이 사이드-바이-사이드 배열로 배열된 복합 시트.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 중합체 성분이 상기 제1 섬유 층 20 내지 98 중량％를 이루고, 상기 제2 중합체 성분이 상기 제1 섬유 층의 80 내지 2 ％를 이루며,
    상기 제1 섬유 층의 상기 제2 중합체 성분이 폴리에틸렌을 주성분으로 포함하는 복합 시트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 섬유 층의 용융방사 섬유가 폴리에스테르 성분 및 폴리에틸렌 성분이 있는 다성분 섬유이며, 폴리에스테르 성분이 제2 섬유 층의 10 중량％ 이상을 이루고, 폴리에틸렌 성분이 제2 섬유 층의 10 중량％ 이상을 이루는 복합 시트.
  16. 제11항의 복합 시트를 포함하는 의복.
  17. 중량 평균 분자량이 25,000 미만인 폴리에스테르 20 중량％ 이상을 포함함을 특징으로 하는 멜트블로운 섬유.
  18. 제17항에 있어서, 상기 폴리에스테르의 중량 평균 분자량이 5,000 내지 22,000 범위인 멜트블로운 섬유.
  19. 제18항에 있어서, 상기 폴리에스테르의 중량 평균 분자량이 10,000 내지 19,000 범위인 멜트블로운 섬유.
  20. 제17항에 있어서, 상기 폴리에스테르가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)인 멜트블로운 섬유.
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