KR20040030833A - 구멍 형성된 고연신율의 부직포 웨브 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브 및 이러한 구멍 형성된 부직포 웨브를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법은 구멍 형성된 부직포 웨브를 제공하는 단계와, 폭 방향에 대해 사실상 평행한 방향으로 웨브를 점진적으로 신장시키는 단계와, 인장력 인가 후의 웨브 폭이 점진적 신장 후의 웨브 폭보다 작도록 기계 방향으로 인장력을 가하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 부직포 웨브를 제공하는 단계와, 복수의 위치들에서 부직포 웨브를 약화시켜 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들을 생성하는 단계와, 부직포 웨브를 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들에서 파단시켜서 약화되고 용융 안정된 위치들과 일치하는 부직포 내의 복수의 구멍들을 생성하도록 부직포 웨브에 제 1 인장력을 가하는 단계와, 폭 방향에 대해 사실상 평행한 방향으로 부직포 웨브를 점진적으로 신장시키는 단계와, 기계 방향 인장력 인가 후의 웨브 폭이 점진적 신장 후의 웨브 폭보다 더 작도록 기계 방향으로 인장력을 가하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해 본 발명의 웨브를 제조하기 위한 장치도 개시되어 있다. 이와 같이 제조된 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브는 2㎟보다 더 큰 구멍 크기 및 6보다 더 작은 구멍 종횡비를 각각 갖는 복수의 구멍을 구비하며, 15%보다 더 큰 개방 면적을 갖고 10g/㎝의 부하에서 폭 방향으로 적어도 70% 신장할 수 있다.

Description

구멍 형성된 고연신율의 부직포 웨브 및 그 제조 방법{HIGH-ELONGATION APERTURED NONWOVEN WEB AND METHOD FOR MAKING}

예를 들어 멜트블로잉 공정 및 스펀본딩 공정과 같은 부직포 압출 공정에 의해 형성된 부직포 웨브는 단 1회 사용 또는 몇 회 사용 후에 버리는 것으로 간주될 수 있을 정도로 저렴하게 제품 및 제품의 구성요소로 제조될 수 있다. 그러한 제품의 대표적인 것으로는 기저귀, 요실금용 팬티, 배변 연습용 바지, 여성용 위생 내의 등과 같은 일회용 흡수용품이 포함된다.

유아 및 다른 요실금이 있는 사람들은 소변 및 다른 신체의 삼출물을 받아 담기 위해 기저귀와 같은 일회용 흡수용품을 착용한다. 흡수용품은 배출된 물질을 함유하고 이러한 물질들을 착용자의 신체로부터 그리고 착용자의 의복 및 침구류로부터 격리시키는 두 가지 기능을 한다. 많은 다른 기본적인 설계를 갖는 일회용흡수용품들이 공지되어 있다.

예시적인 흡수용품은 액체 투과성 톱시트, 톱시트에 결합된 액체 불투과성 백시트, 및 톱시트와 백시트 사이에 위치된 흡수제 코어를 포함한다. 부직포 웨브는 액체 투과성이고 피부 친화적인 표면을 제공하기 때문에 종종 톱시트로서 사용된다. 그러나, 어떤 용도에서, 부직포 웨브는 신체의 삼출물이 부직포 웨브 내에 정체되거나 걸려 착용자의 피부에 포집되므로 톱시트로서 전혀 기능을 하지 못한다. 전술한 문제점에 대한 한 가지 해결책은 신체의 삼출물이 부직포 웨브를 통과하여 아래에 놓인 흡수제 코어 내로 쉽게 스며들 수 있도록 부직포 웨브 내에 구멍을 제공하는 것이다. 불행하게도, 구멍 형성된 부직포 웨브를 형성하는 데에 이용되는 몇몇 기술은 비용이 많이 들거나 착용자의 피부에 대해 바람직하지 않은 거친 느낌을 생성하거나, 또는 특히 구멍 형성된 부직포 웨브가 일회용 흡수용품의 톱시트로 사용될 때 찢어지기 쉽다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 부직포 내에 구멍을 형성하는 한 경제적인 방법은 1997년 5월 13일자로 쿠로(Curro) 등에게 허여된 발명의 명칭이 "부직포 웨브를 선택적으로 구멍 형성하기 위한 방법"인 미국 특허 제 5,628,097 호와 1999년 6월 29일자로 쿠로 등에게 허여된 발명의 명칭이 "선택적으로 구멍 형성된 부직포 웨브"인 미국 특허 제 5,916,661 호에 개시되었고, 이들은 모두 본 명세서에서 참고되어 본 명세서 내에 구체화되어 포함되어 있다. 쿠로 등의 양 특허에 의해 개시된 부직포 웨브는 일회용 기저귀를 포함하는 일회용 흡수 내의에서 톱시트로서 효과적이라는 것이 증명되었다. 설명된 공정들에 의해 형성된 구멍들은 예를 들어높은 점성의 신체 분비물(body waste)의 처리에 대해 효과적이다.

구멍 형성된 부직포 웨브는 예를 들어 i) 발명의 명칭이 "천공된 부직포 천"인 미국 특허 제 5,714,107 호에서 설명된 바와 같은 슬리팅(slitting) 및 신장(stretching), ii) 발명의 명칭이 "구멍 형성된 라미네이트 웨브를 형성하기 위한 방법"인 유럽 특허 제 EP-A-0 955 159 호에서와 같은 패턴화된 롤에 의한 천공, iii) 발명의 명칭이 "구멍 형성된 부직포 천을 제조하기 위한 공정"인 미국 특허 제 5,414,914 호에 설명된 바와 같은 습식 엉킴(hydroentangling) 또는 습식 구멍 형성(hydroaperturing), 및 iv) 발명의 명칭이 "미세 섬유 웨브 제품"인 미국 특허 제 4,469,734 호에 설명된 바와 같은 고온 니들링(hot needling)과 같은 여러 다른 공정에 의해 제조될 수 있다.

개방 면적 및 구멍 크기는 일회용 흡수용품의 톱시트로서 사용하기 위한 구멍 형성된 웨브의 두 가지 중요한 특성이다. 점성의 신체 삼출물을 효과적으로 수용하기 위해, 각 개구의 개방 면적은 1㎟보다 커야 하고, 바람직하게는 2㎟보다 커야 하고, 가장 바람직하게는 3㎟보다 커야 한다. 또한, 전체 톱시트의 총 개방 면적은 바람직하게는 적어도 약 15%이다. 이상적으로는, 개구 또는 구멍들은 원형 또는 거의 원형이어야 한다. 그러나, 구멍이 타원형이라면, 타원형의 단축에 대한 장축의 비율로서 정의되는 구멍 종횡비는 8보다 작아야 하고, 바람직하게는 6보다 작아야 하고, 가장 바람직하게는 4보다 작아야 한다.

고품질의 경제적인 구멍 형성된 웨브를 생산하는 중에, 쿠로 등에 의해 개시된 웨브 및 전술한 다른 방법에 의해 제조된 웨브는 공지된 기술에서 웨브가 몇몇의 고신축성 일회용 의복 제품에서의 사용을 제한하는 폭 방향(cross-machine direction) 신장성(extensibility)을 나타내는 결점을 가지고 있다. 예를 들어, 일회용 흡수 의복이 개선됨에 따라, 다양한 구성요소들의 신장성은 더욱 중요해 진다. 일회용 기저귀에서, 예를 들어, 백시트 및 톱시트와 같은 신축성 섀시 구성요소를 갖는 것이 바람직하다. 신축성 구성요소는 아기와 같은 착용자의 보다 넓은 범위의 자유로운 운동을 허용한다. 더 큰 신장성은 착용을 더 쉽게 하고 피부를 덜 제한하며 착용자에게 더 편안함을 제공한다.

현재의 구멍 형성된 부직포는 통상 기재(base), 즉 구멍이 형성되지 않은 부직포와 본질적으로 동일한 신장성을 갖는다. 즉, 구멍 형성 공정은 신장 특성을 개선시키지는 않는다. 쿠로 등의 교시에 따라 제조된 것과 같은 일회용 흡수용품으로 특히 설계된 구멍 형성된 부직포도 통상 25g/in(25g/2.54㎝, 즉 약 10g/㎝)의 인장력을 가할 때 약 50%의 폭 방향 신장성을 갖는다. 즉, 기저귀 톱시트용과 같은 100㎝의 폭 방향 치수를 갖는 구멍 형성된 부직포 웨브는 성능 또는 재료 완전성(material integrity)의 현저한 열화가 없이 약 10g/㎝(각각의 대향 에지에 대해 인가되는 약 10g/㎝이 웨브가 인장 부하를 받도록 유지됨)의 인장 부하 하에서 그 방향으로 약 150㎝ 연장될 수 있다.

몇몇의 구멍 형성된 부직포 웨브는 충분한 신장성을 나타내지만, 그럼에도 불구하고 신장 시에 적절한 구멍 크기 및 형상을 유지하지 못한다. 예를 들어, 슬리팅 및 신장 방법에 의해 제조된 구멍 형성된 부직포 웨브는 슬리팅된 웨브를 경화함으로써, 즉 슬리팅된 웨브를 기계 방향으로 연신시켜서 폭 방향에서 더 좁은폭으로 수축시킴으로써 신장 가능하게 만들어질 수도 있다. 그러나, 이러한 방법은 구멍 크기를 실질적으로 감소시키고 구멍의 종횡비를 또한 증가시킬 것이다. 다른 가능한 방법은 웨브를 경화시킨 다음 이를 슬리팅하고 신장시키는 것이다. 그러나, 그러한 웨브가 폭 방향으로 신장될 때, 웨브는 구멍들이 확대되기 이전의 수축되지 않은 상태로 복귀하는 경향이 있으며, 따라서 경화의 이점을 상실한다. 또 다른 가능한 방법은 웨브를 경화시켜 고온 니들링과 같은 공정을 거쳐 그 안에 구멍을 펀칭하는 것일 수 있다. 이들 웨브는 부드럽지 않기 때문에 기저귀용으로 적합하지 않다. 이는 구멍이 형성되는 곳의 후방에 남아 있는 두꺼운 용융 에지(melt edges) 때문이다.

따라서, 2㎟보다 더 큰 구멍 크기, 15%보다 더 큰 총 개방 면적 및 6보다 더 작은 구멍 종횡비를 가지며 아울러 약 10g/㎝의 인장력 하에서 50%보다 더 큰 폭 방향 신장성을 나타낼 수 있는 구멍 형성된 부직포 웨브를 갖는 것이 바람직할 것이다.

또한, 10g/㎝의 인장력에서 약 70%보다 더 큰 폭 방향 신장성을 나타낼 수 있는, 일회용 기저귀의 톱시트로서 사용하기에 적합한 구멍 형성된 부직포 웨브를 갖는 것이 바람직할 것이다.

더욱이, 10g/㎝의 인장력 하에서 70%보다 더 큰 폭 방향 신장성을 나타낼 수 있는 구멍 형성된 부직포 웨브를 제조하기 위한 경제적인 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브 및 그러한 구멍 형성된 부직포 웨브를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 상기 방법은 구멍 형성된 부직포 웨브를 제공하는 단계와, 폭 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 웨브를 점진적으로 신장시키는 단계와, 장력 인가 후의 웨브 폭이 점진적인 신장 후의 웨브 폭보다 작게 되도록 기계 방향으로 인장력을 가하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 부직포 웨브를 제공하는 단계와, 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들을 생성하기 위해 복수의 위치들에서 부직포 웨브를 약화시키는 단계와, 부직포 웨브를 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들에서 파단시켜서 약화되고 용융 안정된 위치들과 일치하는 부직포 내의 복수의 구멍들을 생성하도록 부직포 웨브에 제 1 인장력을 가하는 단계와, 폭 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 부직포 웨브를 점진적으로 신장시키는 단계와, 기계 방향 인장력 인가 후의 웨브 폭이 점진적인 신장 후의 웨브 폭보다 더 작게 되도록 기계 방향으로 인장력을 가하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해 본 발명의 웨브를 제조하기 위한 장치도 또한 개시된다.

이와 같이 제조된 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브는 각각이 2㎟보다 더 큰 구멍 크기 및 6보다 더 작은 구멍 종횡비를 갖는 복수의 구멍을 갖고, 상기 부직포 웨브는 15%보다 더 큰 개방 면적을 가지며 10g/㎝의 부하에서 폭 방향으로 적어도 70% 이상 신장할 수 있다.

본 발명은 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 구멍 형성된 부직포 웨브는 기저귀, 요실금용 팬티, 배변 연습용 팬티, 여성용 위생 내의 등과 같은 일회용 흡수용품에 사용되기에 특히 적합하다.

본 명세서는 본 발명을 형성하는 요지를 구체적으로 지적하고 뚜렷하게 청구하는 청구의 범위에 의해 결론지어지지만, 본 발명은 실질적으로 동일한 구성요소를 나타내기 위해서 동일한 도면 부호가 사용되는 첨부 도면과 관련하여 설명되는 이하의 설명으로부터 더욱 잘 이해될 수 있는 것으로 생각된다.

도 1은 본 발명의 부직포 웨브를 제조하기 위한 예시적인 공정의 개략도.

도 2는 본 발명의 웨브 약화 장치(arrangement)의 확대 사시도.

도 3은 본 발명의 약화 장치의 돌기(protuberance)용 패턴의 개략도.

도 4는 부직포 웨브가 복수의 위치에서 약화된 후의 본 발명의 부직포 웨브의 확대 평면도 사진.

도 5는 본 발명의 부직포 웨브를 신장시키기 위한 장치의 사시도.

도 6은 본 발명의 점진적인 신장 시스템의 세부를 도시하는 확대도.

도 7은 부직포 내에 구멍을 생성하기 위해 부직포 웨브를 약화된 위치에서 파단시키도록 인장력이 인가된 후의 본 발명의 부직포 웨브의 확대 평면도 사진.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "부직포 웨브"라는 용어는 보통의 의미로 사용되고, 특별히 규칙적이거나 반복적이지 않은 방식으로 끼워 넣어진 개별 섬유 또는 실의 구조를 갖는 웨브를 말한다. 부직포 웨브는 예를 들어 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정 및 본디드 카디드 웨브 공정(bonded carded web process)과 같은 다양한 공지된 공정에 의해 형성될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 처리 이전의 구멍이 없는 부직포 웨브는 "프리커서 웨브"(precursor web)로도 불린다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "미세 섬유"라는 용어는 약 100 미크론보다 크지 않은 평균 직경을 갖는 소경 섬유를 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "멜트블로운 섬유"라는 용어는 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 그 직경을 미세 섬유 직경으로 감소시키는 고속 가스(예를 들어, 공기) 스트림 내로 용융된 실 또는 필라멘트로서 복수의 미세하고 통상 원형인 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 형성된 섬유를 말한다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 상에 침작되어 무작위로 분산된 멜트블로운 섬유들의 웨브를 형성한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스펀본디드 섬유"라는 용어는 방적 돌기(spinneret)의 복수의 미세하고 통상 원형인 모세관으로부터 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 형성된 소경 섬유를 말하며, 압출된 섬유의 직경은 예를 들어 인발 또는 다른 공지된 스펀본딩 메커니즘에 의해 신속하게 감소된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "중합체"라는 용어는 통상 단일 중합체와, 예를 들어 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원 공중합체 등과 같은 공중합체와, 이들의 블렌드 및 변형물을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다. 더욱이, 달리 특별하게 제한되지 않는다면, "중합체"라는 용어는 재료의 모든 가능한 기하학적인 구성을 포함할 것이다. 이러한 구성은 동일 배열, 교대 배열 및 랜덤 대칭을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "탄성"이라는 용어는 바이어스력의 인가 시에 (이완되고 바이어스되지 않은 길이의 적어도 약 160%인 신장되고 바이어스된 길이로) 적어도 약 60% 신장 가능하며, 즉 연신 가능하며, 신장력 또는 연신력의 해제 시에 그 연신량(elongation)의 적어도 55%를 회복하는 임의의 재료를 말한다. 이론적인 예는 적어도 1.60㎝로 연신 가능하며, 1.60㎝로 연신되었다가 해제되면 1.27㎝ 이하의 길이로 회복하는 1.0㎝의 재료 샘플이다. 많은 탄성 재료들은 60% 이상으로(즉, 이완된 길이의 160% 이상으로), 예를 들어 100% 이상으로 연신될 수 있고, 많은 이러한 재료들은 신장력의 해제 시에 실질적으로 초기 이완된 길이로, 예를 들어 초기의 이완된 길이의 105% 내로 회복될 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "비탄성"이라는 용어는 상기 "탄성"의 정의에 속하지 않는 임의의 재료를 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "신축성"이라는 용어는 바이어스력의 인가 시에 현저한 저항력(10g/㎝보다 작음)을 나타내지 않거나 치명적인 파괴를 겪지 않고서 적어도 약 50% 연신 가능한 임의의 재료를 말한다. 치명적인 파괴는 실질적인 파열(tearing), 파쇄(fracturing), 파단(rupturing), 및 표준 인장 시험기에서 시험되었을 때 측정된 인장력의 갑작스러운 현저한 저하를 생성하는 인장 시의 다른 파괴를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "고신축성"이라는 용어는 바이어스력의 인가 시에 현저한 저항력(10g/㎝보다 작음)을 나타내지 않거나 치명적인 파괴를 겪지 않고서 적어도 약 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 100%, 훨씬더 바람직하게는 약 120% 연신 가능한 임의의 재료를 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "용융 안정된"이라는 용어는 국소화된 열 및/또는 국소화된 압력을 받아서 실질적으로 부직포 웨브의 섬유들을 안정된 필름 형상으로 경화시킨 부직포 웨브의 부분을 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 특정되지 않는다면, 모든 조성물 백분율은 중량 백분율이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "흡수용품"이라는 용어는 신체의 삼출물을 흡수하여 보유하는 장치를 말하고, 보다 구체적으로는 착용자의 신체에 대해 또는 그에 인접하게 위치하여 신체로부터 배출된 다양한 삼출물을 흡수하여 보유하는 장치를 말한다. "일회용"이라는 용어는 세탁하거나 그렇지 않으면 흡수용품으로서 재저장 또는 재사용하고자 하는 것이 아닌 흡수용품을 기술하기 위해서 본 명세서에서 사용된다[즉, 이들은 1회 사용 후 폐기되거나, 바람직하게는 재생되거나, 퇴비화(composted)되거나 또는 그렇지 않으면 환경 친화적인 방식으로 처리된다]. "일체형" 흡수용품은 개별적인 홀더 및 라이너와 같이 별도의 조작을 요하는 부품을 필요로 하지 않도록 공동 작용하게 서로 일체화된 개별 부품으로 구성되는 흡수용품을 말한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "기저귀"라는 용어는 유아 및 요실금이 있는 사람에 의해 착용자의 하반신 둘레에 통상 착용되는 흡수용품을 말한다. 그러나, 본 발명은 요실금용 팬티, 요실금용 내의, 기저귀 홀더 및 라이너, 여성용 위생 내의, 배변 연습용 바지 등과 같은 다른 흡수용품에 적용될 수도 있다는 것을 알아야 한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "구멍 크기"라는 용어는 면적 단위, 예를 들어 평방 밀리미터 단위로 측정된 단일 구멍의 개방 면적의 평균 크기를 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "개방 면적"이라는 용어는 구멍을 갖는 웨브의 총면적의 백분율을 말한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "구멍 종횡비"라는 용어는 대략 타원형인 단일 구멍의 단축에 대한 장축의 비율이다.

"폭 방향"은 "기계 방향"에 직교하는, 웨브의 제조 중에 웨브의 폭 방향에 대응하는 방향을 의미한다. 따라서, 웨브 제조 중에, 웨브 제조의 선형 방향, 즉 웨브의 "길이"에 대응하는 방향은 기계 방향이다. 기계 방향을 가로지르는 방향, 즉 웨브의 "폭" 방향은 본 명세서에 사용되는 바와 같이 폭 방향이다.

고속 기저귀 장비에서 제조되는 전형적인 기저귀에 대하여, 구성요소 웨브 재료의 폭 방향은 본 명세서에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 완성된 기저귀의 횡중심선에 대해 일반적으로 평행한 방향에 대응한다. 이는 기저귀 신축성의 개선이 요구되는 방향이다.

전형적인 기저귀는 액체 투과성 톱시트 및 이 톱시트에 결합된 액체 불투과성 백시트를 포함하는 통상 "섀시"로 불리는 격납 조립체(containment assembly)를 포함한다. 흡수제 코어는 톱시트와 백시트 사이에 위치된다. 기저귀는 바람직하게는 탄성의 측면 패널, 탄성의 다리 커프, 탄성의 허리 밴드, 및 바람직하게는 한 쌍의 고정 부재(예를 들어, 테잎 탭 또는 기계식 패스너 부재) 및 랜딩 부재를 포함하는 체결 시스템과 같이 당업계에 공지된 다른 구성요소들을 또한 포함한다.

기저귀는 또한 두 개의 중심선, 즉 종중심선 및 횡중심선을 갖는다. "종방향"이라는 용어는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이 기저귀가 착용되었을 때 서 있는 착용자를 좌우 반부로 양분하는 수직면과 통상 정렬된(즉, 대략 평행한) 기저귀의 평면 내의 선, 축 또는 방향을 말한다. "횡방향" 및 "측방향"이라는 용어는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이 서로 혼용될 수 있고 (착용자를 전후 반부로 양분하는) 상기 종방향에 대해 통상 수직한 기저귀 평면 내에 놓인 선, 축, 또는 방향을 말한다.

톱시트, 백시트 및 흡수제 코어가 다양한 공지된 구성으로 조립될 수 있지만, 예시적인 격납 조립체 구성은 1975년 1월 14일자로 케네스 비. 부엘에게 허여된 "일회용 기저귀를 위한 수축 가능한 측부"라는 명칭의 미국 특허 제 3,860,003 호와, 1992년 9월 29일자로 케네스 비. 부엘 등에게 허여된 "미리 배치된 탄성의 굴곡성 힌지를 갖는 동적인 탄성 허리 기능을 구비한 흡수용품"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,151,092 호에 통상 설명되어 있고, 이들 각각은 본 명세서에서 참고되어 본 명세서 내에 구체화되어 포함되어 있다.

톱시트는 본 발명의 웨브로부터 제조될 수 있고, 이에 의해 끈적한 배설물(BM) 및 월경과 같은 점성의 신체 삼출물을 통과시켜 아래의 층에 저장되게 하도록 구멍이 형성된다. 구멍 형성된 톱시트(ATS)의 주요 특성은 개방 면적, 구멍 크기 및 구멍 종횡비이다. 바람직한 실시예에서, 개방 면적은 약 15%보다 더 크고 구멍 크기는 약 2㎟보다 더 크다. 몇몇의 경우에, 최소 및/또는 최대 구멍 크기가 중요하지만, 본 명세서에서 달리 기술되지 않는다면 이 구멍 크기는 평균구멍 크기를 말한다. 이상적으로는, 구멍들은 평균 구멍 크기의 표준 편차가 매우 작도록 그 형태가 원형이며 그 크기가 상대적으로 일정해야 한다. 비원형, 예를 들어 타원형인 구멍들도 타원의 단축에 대한 장축의 비율로서 정의되는 구멍 종횡비가 너무 크지 않다면 기능적일 것이다. 본 명세서에서 개시된 범위, 즉 2-4㎜ 내의 장축을 갖는 구멍에 대하여, 구멍 종횡비는 바람직하게는 약 6보다 작다.

본 발명에 따라 제조된 톱시트는 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브를 포함한다. 고신축성이라는 것은 본 발명의 구멍 형성된 부직포 웨브가 적어도 약 10g/㎝의 부하에서, 적어도 약 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 100%, 훨씬 더 바람직하게는 약 120%의 폭 방향 신축성을 나타내는 것을 의미한다. 비교하면, 전술한 미국 특허에서 쿠로 등에 의해 개시된 바와 같이 제작된 웨브는 약 10g/㎝의 부하에서 약 50%의 폭 방향 신축성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 일회용 흡수용품의 톱시트로서 사용하기에 적합한 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브를 제작하기 위한 공정이 도면 부호 100으로 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 프리커서 부직포 웨브(102)는 출발 재료로서 공급된다. 프리커서 부직포 웨브(102)는 일괄 처리를 위해 재료의 분리된 웨브들, 예를 들어 시트, 패치 등으로서 공급될 수 있다. 그러나, 상업적인 처리를 위하여 프리커서 부직포 웨브는 롤 스톡(roll stock)으로 공급되어 유한한 폭과 무한한 길이를 갖는 것으로 고려될 수 있다. 이러한 관계에 있어서, 길이는 처리 중 웨브가 이동하는 방향인 기계 방향(MD)으로 측정된다. 유사하게는, 폭은 폭 방향(CD)으로 측정된다.

부직포 재료(102)는 예를 들어 공지된 멜트블로잉 공정 또는 공지된 스펀본딩 공정과 같은 공지된 부직포 압출 공정에 의해 형성될 수 있고, 공급 롤 상에서 먼저 접착되거나 저장되지 않고서 닙(106)을 통해 직접 통과될 수 있다.

부직포 웨브(102)는 본 명세서에서 설명된 방법에 의해 처리될 수 있으며 본 명세서에서 설명된 특성을 보유할 수 있는 한, 신축성이거나, 탄성적이거나 또는 비탄성적일 수도 있다. 즉, 매우 많은 유형의 웨브들이 본 발명의 방법에 의해 처리될 수 있지만, 모든 부직포 웨브들이 그렇게 처리될 수는 없다. 이하에서 더욱 상세하게 보여지는 바와 같이, 프리커서 웨브의 폭 방향으로(CD)의 최대 인장 연신 특성과 그러한 웨브를 본 발명의 웨브로 처리하는 가능성 사이의 상관 관계가 발견되었다. 일반적으로, 본 발명에 의한 고연신율의 구멍 형성된 웨브를 얻기 위하여, 프리커서 부직포 웨브 재료는 적어도 약 150%, 더욱 바람직하게는 약 175%, 가장 바람직하게는 약 200%의 최대 CD 방향 인장 연신을 나타내야 한다. "최대 CD 방향 인장 연신"은 표준 인장 시험에서 나타나는 가장 큰 힘을 말한다. 본 발명의 프리커서 웨브의 인장 특성은 표준 인장 시험 방식을 사용하는 인스트론(Instron) 또는 MTS 장비 등을 이용하여 측정된다. 일반적으로, 시험되는 샘플 폭은 1 인치(2.54㎝)였고, 표점 거리(gauge length)는 2 인치(5.08㎝)였고, 크로스헤드 속도는 분당 2 인치(5.08㎝/min)였고, 처짐 예비 부하는 1g이었다.

전술한 최대 CD 방향 인장 연신을 발휘하는 한, 프리커서 부직포 웨브(102)는 스펀본디드 웨브, 멜트블로운 웨브, 또는 본디드 카디드 웨브일 수 있다. 부직포 웨브가 멜트블로운 섬유의 웨브이면, 이는 멜트블로운 미세 섬유를 포함한다. 부직포 웨브(102)는 예를 들어 폴리올레핀과 같은 섬유 형성 중합체(fiber forming polymer)로 제조된다. 예시적인 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 프로필렌 공중합체 및 부텐 공중합체 중 하나 이상을 포함한다. 바람직한 실시예에서, (본 발명의 방법에 의해 처리되기 전의) 프리커서 부직포 웨브(102)는 20 gsm(grams per square meter)과 70 gsm 사이, 더욱 바람직하게는 약 30 gsm과 60 gsm 사이의 평량(basis weight)을 갖는다. 기저귀 톱시트 적용에서의 현재 바람직한 평량은 약 40과 50 gsm 사이이다.

유사하게는, 다른 실시예에서 프리커서 부직포 웨브(102)는 예를 들어 멜트블로운 웨브, 본디드 카디드 웨브 또는 다른 적합한 재료 중의 적어도 하나의 층에 결합된 적어도 하나의 스펀본디드 웨브 층을 갖는 다층 재료일 수도 있다. 예를 들어, 프리커서 부직포 웨브(102)는 각각이 약 20 내지 약 60 gsm의 평량을 갖는 두 층의 스펀본디드 폴리프로필렌을 갖는 다층 웨브일 수도 있다.

프리커서 부직포 웨브(102)는 중합체 필름에 결합되어 라미네이트를 형성할 수 있다. 적합한 중합체 필름 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 공중합체, 프로필렌 공중합체 및 부텐 공중합체와 같은 폴리올레핀과, 나일론(폴리아미드)과, 메탈로신 촉매계 공중합체와, 셀룰로오스 에스터와, 폴리(메틸 메타아크릴레이트)와, 폴리스티렌과, 폴리(비닐 클로라이드)와, 폴리에스터와, 폴리우레탄과, 양립가능한 중합체와, 양립가능한 공중합체와, 이들의 블렌드, 라미네이트 및/또는 조합을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다.

프리커서 부직포 웨브(102)는 또한 둘 이상의 다른 섬유들의 혼합물 또는 섬유와 입자의 혼합물로 구성된 복합물일 수 있다. 그러한 혼합물은 섬유와 다른 재료, 예를 들어 목재 펄프, 스테이플 섬유 및 입자의 밀접하게 엉킨 혼합(co-mingling)이 섬유의 수집 이전에 일어나도록 멜트블로운 섬유 또는 스펀본디드 섬유가 운반되는 가스 스트림으로 섬유 및/또는 미립자를 추가함으로써 형성될 수 있다.

섬유의 부직포 웨브는 롤 스톡으로부터와 같은 처리에 적합한 밀착성(coherent) 웨브 구조를 형성하기 위해 접착 결합되어야 한다. 적합한 접착 기술은 화학 접착, 포인트 캘린더링(point calendearing)과 같은 열 접착, 습식 엉킴 및 니들링을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다.

공급 롤(104)이 해당 화살표에 의해 표시된 방향으로 회전함에 따라, 프리커서 부직포 웨브(102)는 공급 롤(104)로부터 풀려서 해당 화살표에 의해 표시된 방향(즉, 기계 방향)으로 이동한다. 부직포 재료(102)는 롤러(110, 112)들에 의해 형성된 웨브 약화 롤러 장치(108)의 닙(106)을 통과한다.

도 2를 참조하면, 부직포 웨브 약화 롤러 장치(108)는 패턴화된 캘린더 롤러(110; calendar roller)와, 매끄러운 앤빌 롤러(112; anvil roller)를 포함한다. 패턴화된 캘린더 롤러(110) 및 매끄러운 앤빌 롤러(112) 중 하나 또는 모두가 가열될 수도 있고, 두 롤러들 사이의 압력은 부직포 웨브(102)를 복수의 위치들에서 동시에 약화 및 용융 안정화 하기 위해 소정의 온도(있다면) 및 압력을 제공하도록 공지된 수단에 의해 조절될 수 있다.

패턴화된 캘린더 롤러(110)는 원형의 원통 표면(114)과 그 표면(114)으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌기 또는 패턴 요소(116)를 갖도록 구성된다. 돌기(116)들은 소정의 패턴으로 배치되고, 이 경우 각각의 돌기(116)는 부직포 웨브(102) 내의 약화되고 용융 안정된 위치들이, 부직포 웨브(102) 내의 약화되고 용융 안정된 위치들의 소정의 패턴을 달성하는 것을 촉진하도록 구성되고 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 패턴화된 캘린더 롤러(110)는 표면(114)의 전체 원주 둘레에서 연장되는 돌기(116)들의 반복 패턴을 갖는다. 선택적으로, 돌기(116)들은 표면(114)의 원주의 일부 또는 일부들을 둘러서 연장될 수 있다.

패턴화된 캘린더 롤러(110)에 적합한 패턴은 도 3에 평면도의 형태로 개략적으로 도시되어 있다. 돌기(116)들이 용융 안정된 위치들의 패턴에 일대일로 대응하기 때문에, 도 3은 본 발명에 따른 캘린더링된 부직포 웨브 상의 용융 안정된 위치들의 예시적인 패턴을 도시하는 것으로 생각될 수 있다. 도시된 바와 같이, 돌기들은 엇갈린 열 또는 칼럼의 규칙적인 패턴일 수 있다. 도시된 패턴은 통상 약 0.030 인치(0.76 ㎜)와 약 0.200 인치(5.08 ㎜) 사이의 열 간격(RS; row spacing)에 의해 각각 분리된 열 내의 엇갈린 돌기들의 규칙적인 반복 패턴이다. 바람직한 실시예에서, 열 간격(RS)은 약 0.060 인치(1.52 ㎜)이다. 돌기들은 일 실시예에서 0.150 인치(3.81 ㎜)의 돌기 길이(LP)와 통상 동일한 돌기 간격(PS)만큼 컬럼 내에서 이격될 수 있다. 그러나, 이 간격 및 패턴은 원하는 최종 제품에 따라 여러 방식으로 변화될 수 있다.

돌기들은 웨브 재료의 기계 방향(MD)에 대해 일반적으로 평행하게 배향된 종중심선(C)을 갖는다. 유사하게는, 각각의 돌기는 종중심선에 대해 일반적으로 직교하는 횡중심선(T)을 갖는다. 각 돌기(116)의 종방향 치수(LP)는 종중심선(C)에 대해 평행하게 측정된 치수에 대응하고, [유사하게는 횡중심선(T)에 대해 평행하게 측정된 치수에 대응하는] 폭 방향 치수(WP)보다 훨씬 더 길고, 이에 의해 돌기와 이에 대응하는 용융 안정된 위치는 비교적 높은 종횡비(즉, LP/WP)를 갖게 된다. 종횡비는 바람직하게는 10보다 더 크고, 더욱 바람직하게는 15보다 더 크다. 돌기의 높이, 즉 돌기가 원형의 원통 표면(114)으로부터 연장되는 거리는 용융 안정된 부직포 웨브의 두께에 따라 선택되어야 한다. 일반적으로, 높이 치수는 캘린더링 공정 중의 웨브의 최대 두께보다 더 커야 하고, 그 결과 적절한 용융 안정화가 달성될 수 있다.

일반적으로, 돌기들의 종횡비를 증가시킴으로써 용융 안정된 위치들의 대응 종횡비가 본 발명의 완성된 고신축성 웨브의 전반적인 CD 방향 신장성에 기여한다는 것을 알게 되었다. 증가된 종횡비는 기하학적인 신장 장점에 기여한다. 그러나, 일회용 기저귀의 톱시트로 사용하기 적합한 개방 면적 및 구멍 크기를 갖는 웨브에 대하여, 이러한 장점은 CD 방향의 약 10-20%의 추가적인 연신을 나타낼 뿐이라는 것이 발견되었다. 용융 안정된 위치들의 종횡비의 파라미터만으로도 충분히 구멍 형성된 고신축성 웨브를 생성할 수 있지만, 그러한 웨브는 구멍이 일회용 흡수용품에서의 사용을 포함하는 관심 적용예에 대해 허용할 수 없이 높은 구멍 종횡비(생성된 구멍의 장축 치수/단축 치수)를 갖는 구멍 형성된 웨브를 생성할 것으로 믿어진다.

돌기(116)들은 바람직하게는 표면(114)으로부터 반경방향 외측으로 연장되며 약간 타원형인 말단부 표면(117)을 가질 수 있는 절두 원추형이다. 그러나 본 발명의 범위를 단지 이러한 구성을 갖는 돌기로 한정하려는 것은 아니다. 롤러(110)는 단부 표면(117)들 모두가 롤러(110)의 회전축에 대해 동축인 가상의 완전한 원형 실린더 내에 놓이도록 완성된다.

돌기(116)들이 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 규칙적인 패턴의 열 및 칼럼으로 배치될 수 있지만, 본 발명의 범위를 도시된 돌기들의 패턴으로 한정하려는 것은 아니다. 돌기들은 패턴화된 캘린더 롤(110) 둘레에 임의의 소정 패턴으로 배치될 수 있다. 특히, "피쉬본(fishbone)" 또는 "헤링본(herringbone)" 패턴이 본 발명에 대해 유용할 수 있다고 믿어진다. 통상, 용융 안정된 영역들의 종축은 부직포 웨브의 기계 방향으로부터 45도 이하의 각도이다. 이러한 웨브는 구멍을 넓히기 위해 폭 방향으로 점진적으로 신장된다. 용융 안정된 영역들의 종축이 기계 방향으로부터 45도보다 큰 각도이면, 점진적인 신장은 기계 방향으로 행해질 필요가 있다. 앤빌 롤(112)은 바람직하게는 표면이 매끄러운 완전한 원형의 강철 실린더이다.

도 4는 약화 롤러 장치(108)를 통과한 후에 제 1 점진적 신장 시스템(132)의 닙(130)을 통과하기 전의 부직포 웨브(102)의 사진이다. 이 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 부직포 웨브(102)는 복수의 약화되고 용융 안정된 위치(202)들을 포함한다. 약화되고 용융 안정된 위치(202)들은 패턴화된 캘린더 롤러(110)의 표면(114)으로부터 연장되는 돌기(116)들의 패턴에 대응한다. 도 4에서 보이는 바와 같이, 부직포 웨브(102)는 부직포 웨브(102)의 구조적인 완전성을 유지하는 데에 적합한 밀착성 웨브 형성 지점이 캘린더링된 접착부(200)를 또한 포함한다.

약화 롤러 장치(108)로부터, 부직포 웨브(102)는 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들을 파단시키도록 인장력에 의해 CD 방향으로 연신될 수 있고, 이에 의해 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들과 일치하는 부직포 웨브 내의 복수의 구멍들이 생성된다. 텐터링(tentoring)과 같은 다양한 인장 수단이 이용될 수 있지만, 바람직한 실시예에서 웨브에 걸친 균일한 인장력 제공은 적어도 어느 정도 서로에 대해 상보적인 3차원 표면들을 갖는 대향 압력 인가 장치들을 채용하는 제 1 점진적 신장 시스템(132)에 의해 형성된 닙(130)을 통해 부직포 웨브를 통과시킴으로써 달성된다.

이제 도 5를 참조하면, 점진적인 신장 롤러(134, 136)들을 포함하는 점진적 신장 시스템(132)의 사시도가 도시되어 있다. 점진적인 연신 롤러(134)는 롤러(134)의 전체 원주 둘레에서 연장되는 복수의 치형부(teeth)(160) 및 대응 홈(161)을 포함한다. 점진적인 연신 롤러(136)는 복수의 치형부(162) 및 복수의 대응 홈(163)을 포함한다. 롤러(134) 상의 치형부(160)는 롤러(136) 상의 홈(163)과 맞물리거나 결합하고, 롤러(136) 상의 치형부(162)는 롤러(134) 상의 홈(161)과 맞물린다. 각 롤러의 치형부는 도 6에 도시된 바와 같이 일반적으로 삼각형 형태이다. 치형부의 정점은 완성된 웨브 내에서 특정한 효과를 위해 필요하다면 약간 라운딩될 수 있다.

롤러(134, 136)들의 각각의 치형부(160, 162)의 치합(intermeshing) 부분을도시하는 도 6을 참조하면, "피치(pitch)"라는 용어는 인접 치형부의 정점들 사이의 거리를 말한다. 피치는 약 0.02 내지 약 0.30 인치(0.51 - 7.62 ㎜) 사이이고, 바람직하게는 약 0.05와 약 0.15 인치(1.27 - 3.81 ㎜) 사이이다. 치형부의 높이(또는 깊이)는 치형부의 기부로부터 치형부의 정점까지로 측정되고, 바람직하게는 모든 치형부에 대해 동일하다. 치형부의 높이는 약 0.10 인치(2.54 ㎜)와 0.90 인치(22.9 ㎜) 사이일 수 있고, 바람직하게는 약 0.25 인치(6.35 ㎜)와 0.50 인치(12.7 ㎜) 사이이다.

하나의 롤 내의 치형부(160)는 다른 롤 내의 치형부(162)로부터 1/2 피치만큼 오프셋되어, 하나의 롤의 치형부[예를 들어, 치형부(160)]는 대응 롤 내의 치형부들 사이의 골(valley)[예를 들어, 골(163)] 내에 맞물린다. 오프셋은 롤러들이 서로에 대해 "결합"되거나 맞물림 작동 위치에 있을 때 2개의 롤러들의 맞물림을 가능케 한다. 바람직한 실시예에서, 각 롤러의 치형부는 단지 부분적으로 맞물린다. 대향 롤들 상의 치형부가 맞물리는 정도는 치형부의 "결합 깊이" 또는 "DOE"로 불린다. 도 6에 도시된 바와 같이, DOE(E)는 각각의 롤 상의 치형부의 정점들이 동일한 평면 상에 있는(0% 결합) 평면(P1)에 의해 지시된 위치와 하나의 롤의 치형부의 정점이 대향 롤 상의 골을 향해 평면(P1)을 넘어서 내측으로 연장되는 평면(P2)에 의해 지시된 위치 사이의 거리이다. 특정 라미네이트 웨브에 대한 최적 또는 유효 DOE는 치형부의 높이 및 피치와 웨브의 재료에 의존한다.

다른 실시예에서, 대응 롤의 치형부는 대향 롤의 골과 정렬될 필요는 없다. 즉, 치형부는 약간의 오프셋으로부터 큰 오프셋의 범위로 어느 정도까지는 골과 일치하지 않을 수 있다.

약화되고 용융 안정된 위치(202)들을 갖는 부직포 웨브(102)가 점진적 신장 시스템(132)을 통과할 때, 부직포 웨브(102)는 CD 방향으로 인장력을 받아서 부직포 웨브(102)를 CD 방향으로 신장되게 한다. 부직포 웨브(102) 상에 가해지는 인장력은 점진적인 신장이 약화되고 용융 안정된 위치(202)들을 파단시켜 부직포 웨브(102) 내의 약화되고 용융 안정된 위치(202)들과 일치하는 복수의 구멍(204)들을 생성하기에 충분하게 되도록, 피치, DOE 및 치형부 크기를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 그러나, 프리커서 부직포 웨브(102)의 접착부(200)는 인장 중에 파단되지 않고, 이에 의해 약화되고 용융 안정된 위치들이 파단되더라도 부직포 웨브를 밀착 상태로 유지한다.

제 1 점진적 신장 시스템(132)을 통과한 후에, 부직포 웨브는 프리커서 웨브의 폭보다 더 큰 폭과, 용융 안정된 영역이 파단된 영역 내의 구멍과, 폭 방향(CD)으로의 증가된 신장성을 갖는다. CD 방향으로의 실제 폭은 웨브가 점진적 신장 시스템(132)을 빠져 나올 때 웨브에 가해지는 인장력의 크기에 의존한다. 예상되는 바와 같이, 웨브의 좁힘(narrowing) 및 심지어 넥킹(necking)은 MD 방향으로의 인장력을 충분히 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 신장 특성은 인장력이 MD 방향으로 가해지지 않았거나 거의 가해지지 않은 점진적으로 연신된 웨브에 대한 것이다. 이러한 단계에서, 일회용 기저귀의 톱시트로서 전형적으로 이용되기에 적합한 평량 및 조성을 갖고 2㎟보다 더 큰 구멍 크기 및 적어도 15%의 개방 면적을 갖는 부직포 웨브에 대해, 10g/㎝의 부하에서의 연신은 단지 약40-50%이다. 약 40-50%의 신장 후에, 부직포 웨브는 처리의 이러한 단계에서 더 큰 인장 부하에서 실질적인 저항을 제공하며, 몇몇 경우에 파열되거나 또는 찢어지기 시작하거나, 그렇지 않으면 구조적인 완전성을 상실하기 시작한다.

도 7을 참조하면, 점진적 신장 시스템(132)에 의해 가해진 인장력을 받은 후의 부직포 웨브(102)의 사진이 도시되어 있다. 이 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 부직포 웨브(102)는 도 4에 도시된 부직포 웨브의 약화되고 용융 안정된 위치(202)들과 일치하는 복수의 구멍(204)들을 이제 포함하고 있다. 구멍(204)의 원주 모서리의 일부는 용융 안정된 위치(202)의 잔유물(205; remnant)을 포함한다. 잔유물(205)은 특히 부직포 웨브가 일회용 흡수용품의 톱시트로서 사용될 때 부직포 웨브의 이후의 파열을 견디는 것을 도와준다고 믿어진다.

부직포 웨브를 점진적으로 신장시키거나 인장하는 데 적합한 점진적인 신장 메커니즘의 다른 예시적인 구조는 1996년 5월 21일자로 차펠 등에게 허여된 미국 특허 제 5,518,801 호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참고되어 본 명세서 내에 구체화되어 포함되어 있다.

더욱 잘 맞고 편안하게 하기 위해 구성요소들의 더 높은 신장성을 요구하는 새로운 기저귀 설계는 톱시트로서 사용하기 위한 재료가 약 10g/㎝의 부하에서 적어도 70%의 신장량(extension)을 가질 것을 요구한다. 순 신장과, 특정 부하, 특히 약 10g/㎝와 같은 비교적 낮은 부하에서의 신장을 구별하는 것이 중요하다. 기저귀를 포함하는 일회용 흡수용품에 대해, 낮은 인장력 하의 신체 운동과 착용의 용이성을 위해 이러한 신장이 이용될 수 있다는 것이 중요하다. 작은 힘에 의한신장은 안락감, 착용감, 및 부드러운 느낌에 기여한다. 예를 들어, 아기의 엉덩이 부분 둘레에 맞춰졌을 때, 기저귀의 구성요소들이 앉기, 구부리기, 또는 비틀기와 같은 운동 시에 사실상 자유롭게 신장되는 것이 중요하다. 따라서, 기저귀는 아기의 피부를 벗겨지게 하거나 문지르거나 당겨서 불편함 및 피부 자극을 일으키지 않는다. 동일한 고려 사항이 생리 및 요실금 내의 등을 포함하는 성인 의복에 적용된다.

그러므로, 고신축성 톱시트를 제조하기 위해, 제 1 점진적 신장 시스템(132)을 통과한 후에, 부직포 웨브는 추가의 제 2 점진적 신장 시스템(132')을 통과한다. 이 제 2 점진적 신장 중에, 웨브 폭은 실질적으로 증가된다. 기계 방향으로 인장력을 가함으로써, 웨브 폭은 제 2 점진적 신장 이전과 대략 동일한 수준으로 감소된다. 이러한 공정에서, MD 인장력의 인가에 이어지는 이러한 제 2 점진적 신장 단계가 본 발명의 필요한 신장 특성을 갖는 구멍 형성된 부직포를 제작하는 것이다. 제 2 점진적 신장 시스템(132')에 대한 처리 파라미터, 장비 셋업 및 관련 방법은 제 1 점진적 신장 시스템(132)와 사실상 동일할 수 있으며 바람직하게는 사실상 동일하고, 따라서 제 1 점진적 신장 시스템(132)의 각각의 "도면 부호에 프라임이 붙은" 대응 요소에 대한 설명은 본 명세서에서 반복되지 않을 것이다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 부직포 웨브는 제 2 점진적 신장 시스템(132') 내에서 점진적 신장 시스템(132)에 대해 전술한 것과 동일한 방식 및 동일한 방법으로 처리된다. 그러나, 몇몇 다른 실시예에 있어서, 제 2 점진적 신장 시스템(132')은 예를 들어 대응 롤러들의 결합 피치 및 깊이와 같은 몇몇 관점에서 상당히 다를 수있다.

제 2 점진적 신장 시스템(132')의 목적은 이미 점진적으로 신장된 웨브의 추가적인 점진적 신장의 형태로 부직포 웨브에 다른 신장 가능성을 주는 것이다. "신장 가능성"은 본 명세서에서 설명되는 공정에 따라 점진적으로 신장되고 네킹(수축)된 후에, 부직포 웨브가 제 2 연신 단계 이전과 본질적으로 동일한 폭 방향의 폭을 가질 수 있으며 바람직하게 그러하고, 실질적으로 폭 방향으로 원래의 폭을 넘어서 신장될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 부분적으로는 점진적 신장 중에 웨브 내에 유도된 어코디언 형상 또는 접힌 부채형의 주름(pleating)에 기인한 것으로 믿어진다. 이러한 추가적인 점진적 신장은 전술한 바와 같이 프리커서 웨브가 특정의 최소 신장성을 나타낼 때 단지 달성될 수 있다고 믿어진다. 그렇지 않으면, 제 2 점진적 신장 단계에 의해 부직포 웨브가 단순히 찢어지게 된다. 부직포 웨브가 점진적 신장 장치를 빠져 나갈 때 그 인장력을 제어함으로써, 완성된 부직포 웨브의 폭은 낮은 신장력에서 100% 이상의 대응하는 신장 가능성을 갖고서 소정의 치수로 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의한 부직포 웨브의 추가적인 점진적 신장은 구성요소인 섬유 및 접착부가 구조적인 완전성을 견딜 수 있는 한계를 넘어서 부직포를 신장시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 프리커서 부직포 웨브는 그러한 추가적인 점진적 신장을 견디기에 충분한 구조적인 특성을 가져야 한다. 그러한 프리커서 부직포 웨브는 이하의 예 부분의 표 1에 포함하고 그 실시예가 본 명세서에 기술된 본 발명을 위해 개발되었다.

본 명세서에서 설명된 장치를 통한 점진적 신장은 웨브를 그 폭에 걸쳐 균일하게 신장시킬 수 있는 능력으로 인해 바람직하게 된다. 그러나, 제 2 신장 단계는 텐터링과 같은 다른 신장 수단에 의해 달성될 수 있으며, 이후의 "경화" 단계는 텐터링 후의(post-tentored) 웨브를 기계 방향으로 놓아서 이 웨브를 텐터링 전의(pre-tentoring) 폭으로 수축시킬 것이다.

또한, 필요하다면, 본 명세서에서 설명된 점진적 신장 단계는 상승된 온도에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 점진적 신장 롤러들 중 하나 또는 모두가 가열될 수 있다. 신장 단계에서 열을 이용하는 것은 부직포 웨브를 연화시키는 데 사용되고 섬유를 파단시키지 않으면서 신장시키는 데에 도움이 된다.

부직포 웨브(102)는 바람직하게는 권취 롤(180) 상에 감겨서 저장된다. 선택적으로, 부직포 웨브(102)는 일회용 흡수용품의 톱시트를 형성하는 데에 사용되는 제조 라인으로 직접 공급될 수 있다.

제 1 및 제 2 점진적 신장 모두가 오프라인 또는 온라인으로 행해질 수 있다. 더욱이, 점진적 신장은 웨브의 전체 영역에 걸쳐서 또는 특정 영역에서만 행해질 수 있다. 예를 들어, 제 2 점진적 신장은 고도의 신장성이 요구되는 기저귀의 후방부에 대응하는 영역에서만 행해질 수 있다.

몇몇 고신축성 프리커서 웨브에 따르면, 제한된 펼침 및 MD 방향 인장이 뒤따르는 2회 대신에 단 1회의 점진적 신장 단계로 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브를 달성하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 방법에서, 전술한 용융 약화된 영역들을 갖는 웨브는 비교적 큰 결합 깊이(DOE)로 점진적으로 신장될 수 있고, 그 후에 MD 방향 인장력이 가해져서 원하는 개방 면적, 구멍 크기, 종횡비, 및 CD 방향 신장성을 달성한다.

다른 실시예에서, 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브는 슬리팅 및 신장, 패턴화된 롤에 의한 천공, 습식 엉킴 또는 습식 구멍 형성, 또는 고온 니들링과 같은 다른 공지된 방법에 의해 부직포 웨브를 우선 구멍 형성하고, 구멍 형성된 부직포를 적어도 하나의 전술한 점진적 신장 단계를 거치고, 이어서 전술한 바와 같이 웨브 폭을 감소시키도록(즉, 웨브를 경화시키도록) 인장력을 기계 방향으로 가함으로써 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 필요한 신장성이 구멍 형성된 부직포 웨브에 부여되어 이러한 웨브를 약 10g/㎝의 부하에서 적어도 70%의 신장성을 갖는 고신축성 부직포 웨브로 제조할 수 있다. 본 발명의 고신축성 부직포 웨브를 형성하기 위한 대체 공정에 있어서, 부직포 웨브 약화 장치는 열식 점 접착 돌기(thermal point bonding protuberance) 대신에 초음파 트랜스듀서 및 앤빌 실린더를 포함할 수 있다. 부직포 재료가 초음파 트랜스듀서 및 앤빌 실린더 사이로 진행될 때, 초음파 진동 에너지를 받아서 부직포 웨브의 소정의 패턴 위치들이 약화되고 용융 안정화된다. 이에 적합한 트랜스듀서가 전술한 미국 특허 제 5,628,097 호에 개시되어 있다. 이에 개시된 바와 같이, 이러한 공정에서, 제 1 점진적 신장 시스템을 통과한 후에 부직포 웨브는 본 발명의 필요한 신장 특성을 갖는 구멍 형성된 부직포를 제조하는 추가적인 제 2 점진적 신장 시스템을 통과한다.

표 1은 본 발명의 방법에 의해 처리되는 여러 부직포 웨브의 기계적 특성을 기재하고 있다. 기재된 바와 같이, 몇몇 프리커서 부직포 재료는 이러한 처리에 적합하지 않다. 구멍 형성된 고신축성 부직포로 처리될 수 있는 이러한 실시예에 개시된 샘플은 가능한 구조를 예시하는 것을 의미하며 임의의 특정 재료 또는 구조로 한정하는 것을 의미하지 않는다.

표 1에 도시된 모든 샘플들은 후술하는 바와 같이 처리되었다. 샘플 1, 2, 3, 5 및 6의 경우, 웨브 약화 롤러 장치(108)를 사용하여 연속 공정으로 롤 스톡 프리커서 부직포를 열 접착함으로써 웨브 약화가 달성되었다. 샘플 4의 경우, 웨브 약화는 프리커서 부직포의 핸드시트(handsheet) 상에서 초음파로 달성되었다. 열 접착된 샘플의 경우, 웨브 약화 롤러 장치(108)를 통과하는 라인 속도는 대략 분당 250 피트(대략 75 m/min)였지만, 이 라인 속도는 이 방법의 실시에 있어 중요하게 고려되는 것은 아니다. 패턴화된 캘린더링 압력, 즉 닙 압력은 모든 샘플에 대해 약 700 psig(4823 kPa)였지만, 이 압력은 충분한 용융 안정화가 달성되는 한 원하는 대로 변화될 수 있다. 라인 속도 및 닙 압력은 처리되는 재료에 따라 변화될 수 있는 것으로 생각되고, 적절한 변경은 과도한 실험 없이도 당업자의 능력의 범위에 속한다. 패턴화된 캘린더 롤러(110)는 0.060 인치(1.52 ㎜)의 열 간격(RS)(또는 피치), 0.010 인치(0.25 ㎜)의 돌기 폭(WP), 및 (샘플 1 및 2의 경우) 0.100 인치(2.54 ㎜) 또는 (샘플 3-6의 경우) 0.150 인치(3.81 ㎜)의 돌기 길이(LP)를 갖는 패턴 요소(116)로 구성되었다.

(초음파 접착된 샘플 4를 제외한) 아래의 표 1에 도시된 구멍 형성된 신축성 부직포 웨브를 형성하기 위해, 패턴화된 캘린더 롤러 후에, 열 접착된 라미네이트는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 점진적 신장 공정에 의해 처리된다. 이들 샘플의 경우, 점진적 신장 롤러 피치는 0.060인치(1.52 ㎜)였고, 라인 속도는 250 fpm(약 75 m/min)이었다. 결합 깊이("DOE")는 웨브를 파괴하지 않고서도 필요한 신장성을 달성하도록 도시된 바와 같이 변화되었다. 샘플 4는 도시된 바와 유사한 피치 및 DOE를 구비한 점진적 신장 롤러들의 대응 평면 플레이트 변형 롤러를 사용하여 처리되었다.

상기 표에서 "50/50 PE/PP 2 성분(bico) SB 루르기(Lurgi) 공정"으로 설명된 샘플 1a 및 1b는 약 3-5의 섬유 데니어(fiber denier)를 갖는 50% 폴리에틸렌 외피/50% 폴리프로필렌 코어의 2 성분 섬유를 포함하는 스펀본드 웨브이다. 이 부직포는 미국 사우스캐롤라이나주 심슨빌의 BBA로부터 구입 가능하고, 당업계에 공지된 바와 같이 표준 루르기 공정을 거쳐 제조된다. 1 인치(2.5㎝)의 샘플 폭, 1 인치(2.5㎝)의 표점 거리, 10 inch/min(25 ㎝/min)의 크로스헤드 속도 및 1g의 처짐 예비 부하로 표준 인장 시험 방법(예를 들어, 인스트론 및 MTS 등)에 의해 측정된 최대 신장은 전형적으로는 150%보다 작다.

상기 표에서 "50/50 PE/PP 2 성분 SB 슬롯-드로잉 공정"으로 설명된 샘플 2a 및 2b는 약 4-6의 섬유 데니어를 갖는 50% 폴리에틸렌 외피/50% 폴리프로필렌 코어의 2 성분 섬유를 포함하는 스펀본드 웨브이다. 이 프리커서 부직포는 미국 사우스캐롤라이나주 심슨빌의 BBA로부터 구입 가능하고, 비교적 높은 CD 방향 최대 인장 연신을 갖도록 BBA 슬롯 드로잉을 거쳐 제조된다. 1 인치(2.5㎝)의 샘플 폭, 1 인치(2.5㎝)의 표점 거리, 10 inch/min(25 ㎝/min)의 크로스헤드 속도, 및 1g의 처침 예비 부하로 표준 인장 시험 방법(예를 들어, 인스트론 및 MTS 등)에 의해 측정된 최대 신장은 전형적으로는 250%보다 크다. 이 프리커서 웨브는 미국 특허 제 5,292,239 호, 제 5,470,639 호 및/또는 제 5,397,413 호 중 하나 이상에 따라 제조되는 것으로 믿어진다. 샘플 3a 및 3b도 동일한 슬롯 드로잉 공정을 사용해서 제조되었다. 그러나, 제조 중에 BBA에 의해 설정된 슬롯 드로잉 파라미터의 변화에 의해 이러한 프리커서 부직포의 CD 방향 최대 신장이 더 낮았던 것으로 믿어진다.

샘플 4a 및 4b는 두 층의 프리커서 부직포로 제조되었다. 즉, 상층은 80/20% PE/PP 2 성분 스펀본드 부직포였고, 하층은 50/50% PE/PP 2 성분 스펀본드 부직포이었다. 이러한 프리커서 부직포 모두는 전술한 슬롯 드로잉 공정을 이용해서 제조되었고, 각각 약 150% 및 250%의 CD 방향 최대 신장을 나타냈다.

샘플 5a 및 5b는 폴리프로필렌 공중합체로 제조된 스펀본드 부직포로부터 제조되었다. Softspan 200이라는 이름으로 BBA로부터 얻어진 이러한 부직포는 190%의 CD 방향 최대 신장을 나타냈다.

샘플 6a 및 6b를 제조하기 위해 사용되었던 50/50% PE/PP 2 성분 SB 루르기 공정 스펀본드 부직포는 샘플 1a 및 1b를 제조하는 데에 사용되었던 프리커서 웨브와 화학적으로 유사하지만, 더 높은 CD 방향 최대 신장을 갖도록 BBA에 의해 처리되었다. 더 높은 CD 방향 최대 신장은 이러한 웨브가 더 긴 접착 패턴 길이(접착길이 = 3.81 ㎜)를 이용하는 추가 변형으로써 구멍 형성된 신축성 톱시트로 처리되는 것을 가능케 했다. 이론에 의해 구애됨이 없이, 이러한 접착 길이는 최종 구멍 크기로 인해 흡수 의복의 톱시트로서 사용하기 위한 본 발명의 효과적인 웨브에 대한 한계에 근접하는 것으로 믿어진다.

개방 면적, 구멍 크기 및 구멍 종횡비는 흡수 의복의 톱시트로서 사용하기 위한 웨브의 유용성의 표시(indication)이다. 특히, 구멍 크기 및 개방 면적은 점성의 신체 분비물이 통과하는 것을 허용하기에 충분한 것이 바람직하다. 그러나, 효과적인 톱시트로서 기능하기 위해서는, 착용자의 피부와 의복의 흡수제 코어 사이의 장벽으로서도 효과적이어야 한다. 따라서, 톱시트로서 사용하기 위한 본 발명의 웨브는 일회용 흡수용품의 톱시트로서 사용하기에 충분한 개방 면적, 구멍 크기 및 구멍 종횡비의 허용 가능한 균형을 나타낸다.

개방 면적, 구멍 크기 및 구멍 종횡비는 디지털 카메라 및 이미지 분석 시스템을 구비한 광학 현미경을 사용해서 측정된다. 이 현미경은 0.5x 콘덴서 렌즈를 구비한 Zeiss SV8 입체경(뉴욕주 뉴욕의 Zeiss Inc.)이다. 구멍들이 상당히 크므로, 배율은 낮아야 한다. 통상, 배율은 시계 내에 적어도 15개의 구멍이 포착될 만큼 충분히 낮다. 작은 구멍을 구비한 샘플의 경우, 시계 내에 50개 정도의 구멍이 있을 수도 있다. 샘플은 측면 및 바닥으로부터 조명된다.

이미지는 Sony DKC-ST5 디지털 카메라(일본의 Sony Corp.)에 의해 포착되고, 이미지 분석은 Image-Pro Plus software(Media Cybernetics의 version 4.1.0.2)를 사용해서 행해진다. 구멍 크기의 임계값은 0.4㎟으로 설정된다. 구멍 크기 및 구멍 종횡비를 측정할 때, 모든 부분적인 구멍들, 즉 관심 영역 내에 단지 부분적으로만 위치된 구멍들은 배제되어야 한다. 반면에, 이러한 부분적인 구멍들은 개방 면적 측정에는 포함되어야 한다. Image-Pro Plus software는 평균 구멍 크기 및 구멍 종횡비를 제공한다. 때때로, 이 이미지 분석 소프트웨어는 부직포 평량이 낮은 영역에서 및/또는 조명이 최적보다 낮다면 작은 구멍들을 포착할 수 있다. 이러한 구멍들은 평균 구멍 크기를 현저하게 낮추므로 모든 측정으로부터 배제될 필요가 있다.

본 발명의 구멍 형성된 웨브의 인장 특성은 표준 인장 시험 방식을 사용하는 인스트론 또는 MTS 장비를 이용하여 측정된다. 표 1에 도시된 결과에 대해, 샘플 폭은 1 인치(2.54㎝), 표점 거리는 2 인치(5.08㎝), 크로스헤드 속도는 분당 2 인치(5.08 ㎝/min), 그리고 처짐 예비 부하는 0 g이었다. 이러한 신축성 웨브의 신장의 대부분이 0 g에 가까운 작은 힘에서 일어나므로, 구멍 형성된 웨브에 대해 처짐 예비 부하를 0 g로 설정하는 것이 필요하다. 본 발명의 점진적으로 신장된 웨브가 홈진 또는 약간 주름진 형상을 가지므로, 부직포가 롤 상에 있을 때는 2 인치(2.54㎝)의 표점 거리를 표시하거나 부직포가 완성되었을 때는 경화 폭을 표시하는 것이 중요하다. 롤을 벗어나면, 몇몇 샘플은 임의의 인장력을 가하기 전에도 폭 방향으로 어느 정도 신장될 수 있다.

[표 1]

상기 표 1에 도시된 바와 같이, 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브는 본 명세서에서 설명된 방법에 의해 제작될 수 있다. 프리커서 웨브의 CD 방향 최대 신장은 중요한 처리 한계이고, 용융 안정된 영역의 접착 길이도 중요한 파라미터이다.

본 발명의 특정 실시예들이 예시되고 기술되었으나, 당업자에게는 다른 다양한 조합 및 변경이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 속하는 이러한 모든 조합 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 포함시키고자 의도하는 바이다.

Claims (11)

1. 2㎟보다 더 큰 구멍 크기와 6보다 더 작은 구멍 종횡비를 각각 갖는 복수의 구멍을 포함하는 부직포 웨브로서, 상기 부직포 웨브는 15%보다 더 큰 개방 면적을 가지고 10g/㎝의 부하에서 폭 방향으로 적어도 70% 신장할 수 있는 것을 특징으로 하는

   부직포 웨브.
2. 인장력을 가함으로써 형성된 복수의 구멍들을 포함하는 부직포 웨브로서, 상기 구멍들은 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들과 일치하고, 상기 구멍은 원주 방향 모서리를 갖고, 상기 원주 방향 모서리의 일부는 상기 용융 안정된 위치의 잔유물에 의해 형성되고, 상기 부직포 웨브는 10g/㎝의 부하에서 폭 방향으로 적어도 70% 신장할 수 있는 것을 특징으로 하는

   부직포 웨브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 부직포 웨브는 15 내지 70 gsm 사이, 바람직하게는 40 내지 50 gsm 사이의 평량을 갖는 것을 특징으로 하는

   부직포 웨브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부직포 웨브는 섬유들의 본디드 카디드 웨브, 스펀본디드 섬유들의 웨브, 멜트블로운 섬유들의 웨브 및 상기 웨브들 중 적어도 하나를 포함하는 다층 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 웨브인 것을 특징으로 하는

   부직포 웨브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부직포 웨브는 일회용 흡수용품의 톱시트인 것을 특징으로 하는

   부직포 웨브.
6. 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   a) 기계 방향으로 측정된 길이와 폭 방향으로 측정된 제 1 폭을 갖는 부직포 웨브를 제공하는 단계와,

   b) 복수의 위치에서 상기 부직포 웨브를 약화시켜 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들을 생성하는 단계와,

   c) 상기 부직포 웨브가 제 2 폭을 갖게 하는 제 1 인장력을 상기 부직포 웨브에 가하여, 상기 부직포 웨브를 상기 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들에서 파단시켜서 상기 복수의 약화되고 용융 안정된 위치들과 일치하는 상기 부직포 웨브 내의 복수의 구멍들을 생성하는 단계와,

   d) 상기 제 2 폭보다 더 큰 제 3 폭으로 상기 부직포 웨브의 일부를 상기 폭 방향에 대해 사실상 평행한 방향으로 국부적으로 연장시키도록 상기 부직포 웨브를 점진적으로 신장시키는 단계와,

   e) 상기 부직포 웨브가 상기 제 3 폭보다 더 작은 폭을 갖도록 기계 방향으로 상기 부직포 웨브에 인장력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 부직포 웨브는 탄성 부직포 웨브 또는 비탄성 부직포 웨브를 포함하는 것을 특징으로 하는

   구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.
8. 구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   a) 기계 방향으로 측정된 길이와 폭 방향으로 측정된 제 1 폭을 갖는 구멍 형성된 부직포 웨브를 제공하는 단계와,

   b) 상기 부직포 웨브를 점진적으로 신장시켜 상기 부직포 웨브의 일부를 상기 폭 방향에 대해 사실상 평행한 방향으로 상기 제 1 폭보다 더 큰 제 2 폭으로 국부적으로 신장시키는 단계와,

   c) 상기 부직포 웨브가 상기 제 2 폭보다 더 작은 폭을 갖도록 기계 방향으로 상기 부직포 웨브에 인장력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 부직포 웨브는 섬유와, 목재 펄프, 스테이플 섬유, 미립자 및 고흡수성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 다른 재료의 혼합물을 포함하는 복합 재료인 것을 특징으로 하는

   구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부직포 웨브는, 적어도 150%의 최대 CD 방향 신장성을 갖고 섬유들의 본디드 카디드 웨브, 스펀본디드 섬유들의 웨브, 멜트블로운 섬유들의 웨브 및 상기 웨브들 중 적어도 하나를 포함하는 다층 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 웨브인 것을 특징으로 하는

    구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 인장 단계는 상기 부직포 웨브가 10g/㎝의 부하에서 적어도 70%의 폭 방향으로의 신장성을 나타내게 하는 것을 특징으로 하는

    구멍 형성된 고신축성 부직포 웨브 제조 방법.