KR20040094343A - 탄성 복합소재, 상기 탄성 복합소재의 제조방법 및 용도 - Google Patents

탄성 복합소재, 상기 탄성 복합소재의 제조방법 및 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 부직포, 하나 이상의 추가 섬유직물 및 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에 놓여 평행하게 연장되는 일련의 탄성 섬유를 포함하는 복합소재에 관한 것이다. 상기 부직포는 미리 정해진 패턴 형태의 추가 섬유직물과 열용접되고, 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이의 용접부 내 선택된 위치에 상기 탄성 섬유들이 신장된 상태로 함입된다.
상기 복합소재는 위생 제품, 특히 팬티형 기저귀를 포함한 기저귀를 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

탄성 복합소재, 상기 탄성 복합소재의 제조방법 및 용도{ELASTIC COMPOSITE, METHOD OF PRODUCING THE SAME AND THE USE THEREOF}
본 발명은 특히 위생 제품의 제조에 적합한 탄성 복합소재, 상기 탄성 복합소재의 제조 방법 및 일회용 기저귀와 같은 위생 제품을 제조하는데 사용되는 상기 탄성 복합소재의 용도에 관한 것이다.
탄성 성분은 이미 수년 전부터 성인용 및 유아용 일회용 기저귀 또는 다목적 팬티형 기저귀에 사용되어 왔다. 그러한 기저귀의 다리 차단 커프스(closing cuffs)는 기저귀가 체형에 잘 맞도록 함으로써 체액이 새는 것을 방지하기 위해, 2개의 부직포 층 사이에 접착된 결이 거친 개별 탄성 필라멘트들을 포함한다. 기저귀의 허리 밴드부도 역시 몸에 잘 맞도록 하기 위한 목적으로 탄성 복합소재로 형성될 수 있다.
그와 동일한 이유로, 기저귀의 기계식 잠금 시스템의 후크부가 탄성 캐리어에 고정될 수 있다. 일회용 기저귀뿐만 아니라 팬티형 기저귀의 경우에도 기저귀 제조 프로세스 중에 수백 내지 수천 dtex의 매우 높은 섬도를 가진 소량의 개별 탄성 필라멘트가 결합된다. 이 때, 탄성 필라멘트는 신장된 상태로 2개의 부직포 층 사이에 접착된다. 접착제로는 보통 점착제(PSA-접착제, 여기서 PSA는 Pressure sensitive adhesive(감압접착제)를 의미함)가 사용되는데, 이러한 점착제는 두 겹의 부직포 중 하나 이상의 전체 또는 일부 면 상에 도포된다. 서로 평행하게 인접하여 정렬된 개별 탄성 필라멘트들 사이의 간격은 비교적 넓고, 수 밀리미터(mm)에서 1 센티미터(cm)까지의 범위에 놓인다. 신장된 탄성 필라멘트가 이완되면 비탄성 부직포 층들이 융기하거나(bulging) 거친 주름을 형성함으로써 부피가 매우 크고, 표면이 거칠며 광감도가 낮은 구조물이 발생한다. 또한 그러한 거친 주름이 신체에 직접 접촉됨으로써 착용감을 떨어뜨리며, 이러한 불편한 착용감은 최악의 경우 사람의 피부에 자국이 남게 되는 현상과 더불어 경우에 따라 피부 염증(홍반)의 형성을 촉진한다.
지금까지는 전술한 단점들을 수반하지 않는 탄성 직물이 일회용품에 사용하기에는 너무 비싸고 질이 높다는 이유로 통용될 수 없었다. 특히 땀수(날실 방향(기계방향)의 메쉬(mesh) 수)뿐만 아니라 소위 분할도(즉 기계방향(machine direction: MD)(종방향)에 대한 횡방향 길이 단위당 필라멘트 또는 실의 개수)가 높은 경우에, 44 dtex 내지 약 200 dtex의 비교적 높은 섬도를 가진 연신된 탄성 필라멘트의 작용(라셸(Raschel) 기술; 말리와트(Maliwatt))에 의해 감광도가 매우 높은 탄성 섬유직물이 생성된다. 그러나 이러한 스티치본드(stitch bonded) 탄성 제품은, 섬유직물 내에 탄성 필라멘트들이 고정되어있지 않기 때문에 재단 또는 펀칭 공정 이후 기계적 부하(신장 및 이완)를 받으면 결합체로부터 분리된다는 문제가 있다. 앞부분과 뒷부분으로 이루어진 탄성 팬티형 기저귀를 제조하기 위해서는 펀칭 공정 이전에 필라멘트의 에지에 부직포를 용접 또는 접착해야 한다. 이는 기저귀 또는 탄성 팬티의 제조를 더욱 어렵게 만들 수 있다.
공지된 바에 따르면, 탄성 필라멘트를 하나의 비탄성 캐리어 또는 2개의 비탄성 캐리어로 접착하기 전에 상기 탄성 필라멘트의 신장 정도를 통해 최대 신장값을 설정할 수 있다. WO-A-00/20202에서는 2겹의 부직포(폴리에스테르 스펀레이스 부직포 및 폴리프로필렌 스펀본드 부직포) 및 상기 두 부직포 사이에 놓인 스판덱스-엘라스탄(elastane) 필라멘트로 이루어진 복합소재의 제조 방법이 기술되어 있다. 스판덱스-엘라스탄 필라멘트들의 결합은 소위 멜트블로운(meltblown) 원리에 따라 용융 접착제가 추가로 도포되는 공정을 통해 이루어지며, 그 결과 탄성 필라멘트들이 부직포 층들에 점착되는 것이 보증된다.
US-A-6,179,946에는 가로 방향으로 플레이팅된 스판덱스-엘라스탄 필라멘트들이 분사된 용융 접착제에 의해 양 부직포 층에 결합되는 복합재료들이 기술되어 있다.
US-A-6,086,571에는 두 부분으로 된 기저귀의 탄성 허리 밴드가 기술되어 있는데, 상기 두 부분의 단부에는 기계식 잠금 시스템의 후크부가 장착되어 있다. 이 문서에서도 신장된 탄성 필라멘트들이 점착력 또는 용융 접착제에 의해 폴리프로필렌 스펀본드 부직포에 접착된다고 설명되어 있다.
EP-A-677,284에는 기저귀의 측면 샘방지 기능에 관해 기술되어 있는데, 여기서는 2개의 소수성 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 사이에 1개의 탄성중합체 필라멘트가 결합된다. 삽입된 탄성중합체 필라멘트 주변에 스펀본드 부직포의 주름을 형성하거나, 필라멘트의 피막화(encapsulating)를 위해 상기 탄성중합체 필라멘트를 2개의 스펀본드 부직포 층과 핫 멜트 공법으로 접착(hot melt adhesion)시키는 대신, 2개의 분리된 부직포 층의 단부를 제 1 엠보싱 패턴과 서로 열용접시킴으로써 탄성 필라멘트가 삐져나올 수 없게 한다. 간헐성 엠보싱 패턴은 탄성 필라멘트의 한 측면 또는 양 측면에 제공될 수 있다. 2개의 부직포 층 사이에 놓인 신장된 탄성 필라멘트 상에 제 2 간헐성 엠보싱 패턴이 배치됨으로써 2개의 부직포 층의 용접 라인들 사이에 필라멘트가 단단히 고정된다. 이로써 용융 접착제의 추가 도포 공정이 생략되고 제품의 경직화가 방직된다. 즉, 연성이 개선될 수 있다.
전술한 종래 기술에 따라 용융 접착제의 추가 도포 공정을 거쳐 제조된 제품들은 섬유직물의 경직화를 초래하고, 신장 탄성 필라멘트의 결합을 위한 원료 소비량을 증가시키며, 복잡한 라미네이팅 공정 및 상대적으로 높은 비용을 필요로 한다.
원칙적으로는 EP-A-677,284에 따라 용융 접착제를 사용하지 않고 탄성 필라멘트를 결합시키는 것이 성공되긴 했지만, 이 방법은 단일 필라멘트 또는 한 겹으로 된 단 2개의 필라멘트를 포함하는 기저귀의 측면 샘방지 기능에만 제한적으로 적용된다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점들을 제거하고, 기저귀 또는 팬티형 기저귀와 같은 위생 제품들의 여러 부분들에 사용될 수 있는 탄성 복합소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 연성 및 텍스쳐에 있어서 캐리어로서 부직포를 포함하는 스티치본드 제품에 거의 근접하거나 공지되어 있는 용융접착식 또는 점착결합식 탄성 부직포 필라멘트 적층물을 능가하는 탄성 복합소재를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 탄성 섬유직물은 이미 공지되어 있는 부직포-필라멘트-적층물에 비해 더 개선된 텍스쳐 및 광학적 구성을 가지며, 이러한 광학적 구성에 의해 기저귀 및/또는 팬티형 기저귀에 구성요소로서 사용됨에 따라 상기 기저귀 및/또는 팬티형 기저귀의 맞음새(fit)와 인체 적응성 및 착용감이 개선될 수 있고, 공지되어 있는 제품들에 비해 체액이 새어나올 위험이 감소될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 그 형성 및 제조 방법에 있어서 탄성 필라멘트들을 부직포 층에 결합하기 위해 추가의 접착제를 전혀 사용하지 않을 수 있고, 그럼에도 불구하고 부직포 내 탄성 필라멘트의 함입 강도 또는 고착 강도가 악화되지 않는 탄성 복합소재를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 복합소재의 형태이다.
도 2는 도 1의 복합소재를 라인 A-A를 따라 잘라낸 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 복합소재를 하중 경감 상태에서 라인 B-B를 따라 잘라낸 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합소재를 제조하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
*도면의 주요 부호 설명*
20, 21, 22: 언와인더(unwinder) 23: 캘린더
24, 25: 부직포 26: 탄성 필라멘트
27: 복합소재 28: 롤(roll)
본 발명은 하나 이상의 부직포, 하나 이상의 추가 섬유직물 및 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에 놓여 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들을 포함하는 복합소재에 관한 것으로, 상기 복합소재는 부직포가 추가 섬유직물과 미리 정해진 패턴의 형태로 열용접되고, 탄성 필라멘트들이 신장된 상태로 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이의 용접부 내 선택된 위치에 함입되는 것을 특징으로 한다.
탄성 필라멘트들이 열용접부 부분에서 부직포와 추가 섬유직물 사이에 함입됨으로써, 신장된 상태로 미끄러지거나 풀어지지 않고 복합소재 내에 적층된다. 이 공정은 탄성 필라멘트 상에 및/또는 부직포와 추가 섬유직물 사이에 추가의 접착제나 결합제를 사용하지 않는 방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 복합소재는 하나 이상의 부직포 층의 하나 이상의 추가 섬유직물 층을 포함한다. 상기 추가 섬유직물 역시 부직포이거나 시이트(sheet)일 수 있다. 부직포 및/또는 추가 섬유직물은 낮은 수축 특성을 가지거나, 습열 및/또는 건열의 작용 하에 수축 내지는 면적 축소 경향을 나타내도록 형성될 수 있다. 부직포 및/또는 추가 섬유직물은 그 자체로 탄성 또는 강성을 가질 수 있다. 부직포는 탄성을 갖지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 사용될 부직포는 섬도 범위가 매우 다양한, 예컨대 0.5 내지10 dtex, 바람직하게는 0.8 내지 6.7 dtex, 특히 1.3 내지 3.3 dtex의 섬도를 가진 임의의 섬유 타입으로 형성될 수 있다. 동종사 섬유(homo filament fiber) 외에 주름진 형태 또는 주름지지 않은 형태의 이성분 섬유와 같은 이종사 섬유(hetero filament fiber) 또는 상이한 섬유 타입의 혼합물이 사용될 수도 있다.
바람직하게는 섬유들이 백색으로 착색된다. 착색을 위해 섬유형성 폴리머의 용융재에 염료가 첨가될 수 있다.
특히 부드러운 제품을 제조하기 위해 2차원 또는 3차원 방식으로 주름 가공된 이성분 섬유로 형성된 부직포가 선호된다.
본 발명에 따라 사용되는 부직포는 다양한 플레이팅(plating) 방법으로 형성될 수 있다. 레이어로는 습식부직포(wet-laid nonwoven), 카딩 스테이플파이버(carding staple fiber) 부직포, 무한 필라멘트 부직포, 멜트블로운 부직포, 스펀본드-멜트블로운 스펀본드 부직포(SMS) 및 스펀본드-멜트블로운 부직포(SM)가 사용될 수 있다. SM 부직포의 경우, 멜트블로운 레이어가 복합소재 내에서 안쪽을 향해, 즉 탄성 필라멘트들에 접하여 놓이는 것이 바람직하다.
스펀레이스 부직포 외에도 바람직하게 스테이플파이버 부직포, 특별히 더 바람직하게는 결합되지 않은 부직포(웨브)가 사용된다.
부직포로는 공지되어 있는 부직포 플레이팅 기법으로 형성된 성긴 섬유 웨브도 사용될 수 있다. 상기 섬유는 등방성으로 또는 어느 한 방향(preferred direction)으로 두드러지게, 즉 이방성으로 플레이팅될 수 있다. 섬유 웨브는 하나 이상의 부직포 레이어와 적층되기 전에 공지되어 있는 기법으로 예비 경화될 수있다. 섬유 웨브는 동일한 섬도 또는 상이한 섬도를 가진 같은 섬유로 형성될 수 있다. 부직포 또는 웨브를 형성하는 섬유들은 상이한 유형의 섬유로 형성될 수 있다. 즉, 단사 섬유로 형성될 수도 있고, 100% 이성분 섬유 또는 이성분 섬유와 단사 섬유의 가교 결합체로 형성될 수도 있으며, 이 때 이성분 섬유(core-mantle fiber)의 경우 용융점이 더 높은 폴리머가 코어 성분으로서 사용된다는 제한이 따른다. 바람직한 이성분 섬유로는 폴리머 복합소재인 폴리프로필렌/코폴리프로필렌(Copolypropylene) 및 폴리프로필렌/폴리에틸렌이 있으며, 이 때 이성분 섬유와 단사 섬유의 가교 결합이 특히 선호되며, 상기 단사 섬유는 이성분 섬유의 성분 중 용융점이 더 낮은 성분이다. 이에 대한 한 예로 이성분 섬유인 폴리프로필렌/폴리에틸렌과 단사 섬유인 폴리에틸렌의 가교 결합체가 있다.
웨브층 또는 부직포 층은 공지된 기법으로 천공될 수 있거나 그물형 구조를 가질 수 있다.
그러한 천공 기법 또는 섬유의 패턴식 사이드 슬라이딩(side sliding) 원리를 기초로 하는 패턴형성 기법이 선호된다. 이러한 재료 비파괴적 기법은 EP-A-919,212 및 EP-A-789,793에 기술되어 있다.
하기에서 시이트와 관련하여 기술되는 천공 기법도 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 부직포는 복합소재의 제조 조건하에서 바람직하게 수축성이 없다.
사용되는 부직포 또는 상기 부직포의 결합 이전 단계(웨브)는 일반적으로 6내지 70 g/㎡의 단위 면적당 질량을 갖는다.
특히 단위 면적당 질량이 6 내지 40 g/㎡로 낮은 부직포가 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 부직포로부터 매우 가볍고 흡수력이 높은 복합소재가 제조될 수 있다.
특히 올레핀 중합체 조성물을 함유한 단사 섬유 또는 이성분 섬유로 이루어진 연속 필라멘트(continuous filament) 부직포가 사용되는 것이 바람직하다.
이에 대한 예로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 그리고 지글러 나타(Ziegler-Natta) 촉매 또는 메탈로센(metallocene) 촉매를 사용하여 제조된 올레핀 공중합체로 이루어진 무한 필라멘트 부직포가 있다.
또 다른 섬유직물은 임의의 천연재료일 수 있다. 예컨대 직물, 편물, 네트(net), 그리드(grid) 및 접합포(bonded fabric) 또는 특히 부직포가 사용될 수 있고, 또는 그러한 추가 섬유직물이 최초 부직포와 용접될 수 있다는 전제하에 시이트가 사용될 수 있다.
상기 추가 섬유직물은 신장되어 일직선으로 서로 평행하게 정렬된 필라멘트 또는 얀(yarn)으로 형성될 수 있다. 연신된 필라멘트 또는 단섬유(monofilament)는 이전의 필라멘트/단섬유 또는 얀에 대해 임의의 각도로 연신되거나, 연신되지 않거나 또는 약하게 연신된 다른 필라멘트/단섬유 또는 얀으로 형성될 수 있다. 교차되지 않는 섬유, 필라멘트 또는 단섬유는 예컨대 기계 결합이나 교차점 용접과 같은 자가결합을 통해 다른 섬유, 필라멘트 또는 단섬유에 결합될 수 있다. 또는 수성 분산액과 같은 결합제에 의해서도 결합이 이루어질 수 있다.
복합소재의 추가 섬유직물은 1축 연신(uniaxial drawing) 시이트 또는 2축 연신(biaxial drawing) 시이트로 형성될 수 있다. 이러한 시이트는 예컨대 관 형태로 연신되는 블로 성형(blow moulding)과 같은 공지되어 있는 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 또한 상기 시이트는 와이드 슬롯 노즐(wide slot nozzle)에 의한 압출을 통해서도 성형될 수 있고, 기계방향으로의 기계적 연신을 통해 얻어질 수 있거나 기계방향에 대해 횡으로 텐터 프레임(tenter frame)을 통해 또는 상호 물림 롤(roll) 쌍을 통과함으로써 기계방향으로 연신될 수 있다.
시이트의 일반적인 연신비는 단일 연신 방향 또는 양 연신 방향으로 5 : 1 이하의 값을 갖는다. 연신비는 연신 이전의 시이트 길이에 대한 연신 이후의 시이트 길이의 비를 의미한다.
시이트 압출물은 예컨대 백악(chalk), 활석(talc) 또는 고령토 등의 무기 입자와 같은, 본래 공지되어 있는 충진재 또는 구조 형성체를 포함할 수 있다. 그로 인해 본래 공지되어 있는 방식의 연신을 통해 미세다공성 구조물이 생성될 수 있고, 통기성이 향상된다는 장점을 얻을 수 있다.
또는 시이트가 연신되기 전에 공지되어 있는 기법으로 천공될 수 있고, 천공된 구멍들은 연신 후에 더 큰 구멍으로 확장된다.
상기 시이트가 연신되기 전에 슬리팅(slitting)될 수 있고, 그럼으로써 시이트가 특히 슬릿의 세로 팽창에 대해 90°로 연신됨에 따라 상기 슬릿이 구멍 형태로 확장될 수 있다.
시이트는 연신되기 전에 패턴 방식으로 유연화(tendering) 처리될 수 있으며, 그 결과 연화된 부분이 연신 공정에서 구멍으로 확장된다. 시이트의 패턴식 유연화는 캘린더 롤(calender roll) 통과를 통해, 즉 열과 압력에 의해 또는 초음파 처리를 통해 이루어질 수 있다.
시이트는 천공되었는지, 패턴식으로 유연화되었는지 또는 슬리팅되었는지의 여부와 상관없이 단일층으로 형성되거나, 다수의 층, 적어도 둘 이상의 층으로부터 공압출을 통해 형성될 수도 있다. 공압출된 시이트의 양쪽 층 중 하나 또는 바깥쪽의 양쪽 층 모두 다른 층 또는 중간층보다 용융점이 낮은 열가소성 수지로 이루어질 수 있다. 수축 시이트(shrink sheet)를 둘러싸고 있는 부직포 층의 섬유는 공압출된 시이트의 용융점이 낮은 층(들)에만 결합되고, 중간층에는 결합되지 않을 수 있다.
바람직하게는 시이트가 단일 중합체 성분 또는 용융점이 상대적으로 높은 중합체와 용융점이 상대적으로 낮은 중합체를 포함하는 둘 이상의 층으로 형성되며, 공압출을 통해 제조된다. 바람직하게는 시이트 내지는 공압출된 시이트의 용융점이 낮은 층의 용융점 영역 또는 연화점 영역은 부직포 섬유의 용융점 영역 또는 연화점 영역과 매우 유사하다.
시이트 및 부직포 섬유의 재료는 동일한 중합체류로 형성되는 것이 바람직하다.
바람직한 재료 결합은 폴리프로필렌이나 코폴리프로필렌으로 이루어진 부직포 및 폴리프로필렌으로 이루어진 시이트 또는 다른 올레핀을 함유한 프로필렌이나 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 포함하는 공중합체로 이루어진 시이트이다.
시이트의 연신율에 의해 상기 시이트의 용융점 영역 또는 연화점 영역이 부직포 내 연속 필라멘트의 용융점 영역 또는 연화점 영역과 같게 조정된다. 예컨대 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로 이루어진 1개의 폴리에틸렌 스펀본드 부직포와, 블로 성형을 통해 매우 약하게 연신된 PP 시이트 또는 주조된 비연신 PP 시이트가 서로 용접될 수도 있다. 이는 스펀본드 부직포와 시이트의 매우 상이한 연신율에 의해 용접 온도가 전반적으로 균등 조정되기 때문에 가능하다.
본 발명은 소수성 단일체 시이트, 즉 수증기 불투과 시이트의 사용도 포함한다.
그러나 탄성 복합소재의 대부분의 용도에 있어서, 착용감의 개선 및 피부 침연(maceration) 현상의 방지를 위해 수증기 투과성 복합재료가 선호된다.
공지되어 있는 것처럼 소수성 중합체 재료로 형성되거나 소수성 마감질(finishing) 처리된 미세다공성 시이트는 수증기 투과성을 가지며, 본 발명의 특수한 실시예에 매우 유리하다.
미세다공성 시이트의 상대적으로 높은 연성 및 높은 불투명도도 본 발명에 따른 복합소재의 층으로서 바람직하게 사용되는데 있어서 유리하다.
일회용 기저귀에 사용하기에는 소수성 폴리올레핀 및 상기 소수성 폴리올레핀의 공중합체로 이루어진 미세다공성 시이트가 유리하다.
스테아린산으로 코팅된, 백악과 같은 광물 충진제가 중합체 내에 층간 삽입되고 연신 공정을 거침으로써 미세다공성을 지니게 된 폴리올레핀 시이트는 특히일회용 기저귀에 적합하다.
이 경우에도 물론 시이트 제조를 위해 공압출 기법이 사용될 수 있다.
미세다공성 폴리올레핀 시이트는 바람직하게 연신비(더 강하게 연신될수록 용융점 영역 또는 연화점 영역이 더 높음)의 변동을 통해 부직포 층의 용융점 영역 또는 연화점 영역과 같게 조정된다. 연신은 기계방향, 기계방향에 대한 횡방향 또는 양방향으로 이루어질 수 있다. 그러나 최대 미세다공성의 관점에서는 반대로 시이트를 강하게 연신하고, 공중합을 통해 부직포 층의 섬유 중합체를 미세다공성 시이트의 용융점 조건 또는 연화점 조건에 맞게 조정하는 것이 유리할 수도 있다.
시이트는 부직포와 똑같이 불투명도를 높이고 및/또는 색감을 내기 위해 백색 또는 유색으로 착색될 수 있다.
본 발명의 매우 바람직한 한 변형예는 탄성 필라멘트의 제조를 위한 폴리에스테르우레탄 요소 또는 폴리에스테르-폴리에테르우레탄 요소와 두 겹의 부직포를 위한 폴리올레핀 섬유를 결합하는 것이다.
복합구조물의 층으로는 1축 연신된 또는 2축 연신된 압출 플라스틱 네트(plastic net)도 사용될 수 있다. 양방향으로의 연신비는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
또는 바람직하게 하나 이상의 방향으로 더 강하게 연신된다. 강한 연신비라 함은 적어도 3:1의 연신비를 말한다.
필라멘트의 강도는 일반적으로 150 내지 2000 ㎛이다. 압출 플라스틱 네트란 평행하게 배열된 제 1 모노필라멘트군(set)이 역시 평행하게 배열된 제 2 모노필라멘트군과 정해진 일정한 각도로 교차되어 교차점에서 서로 자가 용접됨으로써 형성되는, 격자 구조를 가진 섬유직물을 말한다. 플라스틱 네트에서는 일반적으로 두 모노필라멘트군이 동일한 중합체로 형성된다. 그러나 두 필라멘트군의 밀도 및 연신율은 상이할 수 있다.
추가 섬유직물로 접착포도 사용될 수 있는데, 상기 접착포는 교차하는 필라멘트군이 그들의 교차점에서 서로 자가결합에 의해 결합되지 않고 예컨대 수성 중합체 분산액과 같은 결합제의 도포에 의해 서로 결합된다는 점에서 플라스틱 네트 또는 그리드와 상이하다. 이 경우 평행하게 정렬된 2개의 모노필라멘트군이 상이한 중합체로 형성될 수 있다. 접합포에서는 연신된 모노필라멘트사뿐만 아니라 호모필라멘트(homo filament)도 사용될 수 있다. 교차하는 필라멘트군들의 각도는 임의적일 수 있다. 그러나 실용적인 측면에서는 90°가 바람직하다. 접착포 또는 플라스틱 네트의 필라멘트군은 바람직하게는 기계방향으로 평행하게 정렬되고, 제 2 필라멘트군은 횡으로, 즉 기계방향에 대해 90°로 정렬된다. 기계방향으로 평행하게 정렬된 제 1 필라멘트들 사이의 간격은 통상 약 0.5 내지 20 mm, 바람직하게는 2 내지 10 mm이고, 평행하게 정렬된 제 2 필라멘트군들의 간격은 3 내지 200 mm이다.
이미 기술한 추가 섬유직물 외에 직물 및 편물도 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 사용된 탄성 필라멘트는 임의의 천연재료일 수 있는데, 이 때 상기 천연재료는 탄성 천연재료이고, 상기 천연재료를 둘러싸고 있는 부직포 층 또는 추가 섬유직물로 이루어진 층들의 재료와 함께 신장된 상태로 함입될 수 있다는 것이 전제된다. 탄성 필라멘트는 일반적으로 상기 탄성 필라멘트를 둘러싸고 있는 층들과 용접 지점에서 열에 의해 결합되지 않고 상기 두 층들이 신장된 상태에서 용접되는 것을 통해 기계적으로 고정된다. 또는 탄성 필라멘트들이 상기 탄성 필라멘트들을 둘러싸고 있는 층들의 재료와 용접 지점에서 결합되는 재료 결합도 제공될 수 있다.
탄성 필라멘트로는 모노필라멘트, 스테이플파이버 얀 또는 연속 필라멘트들로 형성된 멀티필라멘트 얀이 사용될 수 있다. 이러한 얀은 플랫 얀(flat yarn)으로서 사용되거나 꼬인 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 사용된 탄성 필라멘트는 상이한 탄성중합체 재료들로 형성될 수 있다.
이 때, 일반적으로는 탄성중합체 플라스틱이 사용된다. 탄성중합체 플라스틱의 예로는 폴리에틸 블록 아미드(PEBA), 폴리에틸 블록 에스테르, 폴리우레탄, 폴리우레탄우레아, 탄성 폴리올레핀, 열가소성 수지 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌, 수소화 스티렌-부타디엔 고무를 기재로 하는 탄성중합체 및 예컨대 폴리스티렌 또는 폴리올레핀과 같은 다른 중합체를 함유한 상기 탄성중합체 플라스틱들의 가교 결합체들이 있다.
바람직하게는 분절된(segmented) 폴리에스테르우레아 또는 폴리에테르우레탄 우레아로 형성된 탄성 필라멘트가 사용된다. 이들은 바람직하게 디메틸아세트아미드 또는 디메틸포름아미드 용액으로부터 방사된다.
수축력이 요구됨에 따라 예컨대 탄성중합 폴리우레탄, 탄성중합 폴리에스테르 또는 탄성중합 폴리아미드와 같은 용융방사된 탄성중합체 열가소성 수지 필라멘트도 사용될 수 있다.
탄성 필라멘트는 라미네이팅 전과 후에 복합소재에 가교 결합될 수 있고, 그로 인해 탄성중합체가 어느 정도까지는 열경화성 플라스틱으로 변환된다.
평행하게 연장된 탄성 필라멘트군들에서 개별 필라멘트들 사이의 간격은 일반적으로 0.5 내지 15.0 mm, 바람직하게는 1.0 내지 10.0 mm이다.
탄성 필라멘트의 섬도는 일반적으로 약 22 내지 500 dtex, 바람직하게는 약 44 내지 300 dtex이다.
탄성 필라멘트는 탄성 슬릿 필름 얀(slit film yarn)으로 대체될 수 있다.
출발 재료로는 중합체 용액으로부터 주조되거나 탄성 중합체 용융물로부터 캐스트 압출 성형을 통해 제조되는 탄성중합체 시이트가 사용된다. 시이트는 바람직하게 기계방향으로 2개의 층, 바람직하게는 2개의 부직포 사이에 신장된 형태로 서로 평행하게 정렬되도록 함입되는 필름 얀으로 방사된다. 이 때 슬릿 필름 얀은 평평하게 (평행하게) 또는 0 내지 180℃의 임의 각도로 상기 두 층 사이에 도달된다.
필름 얀의 폭이 부직포 내 가운데 시이트의 간격보다 크거나 같은 경우에는 필름 얀들이 수직선으로 정렬되는 것이 바람직하다.
상기 두 층, 바람직하게 PP 스펀본드 부직포 층이 캘린더 용접을 거침에 따라 상기 두 층 사이에 슬릿 필름 얀들이 평평하게 함입되거나 다소 강하게 주름진형태로 플레이팅될 수 있다.
서로 평행하게 정렬된 슬릿 필름 얀의 공급은 통상 코움(comb)을 통해 이루어진다. 코움 투스(comb tooth)간의 간격이 필름 얀의 폭보다 작으면, 슬릿 필름 얀들이 접히거나 수직으로 세워진다.
슬릿 필름 얀을 제조하기 위한 시이트의 단위면적당 질량은 일반적으로 10 내지 400 g/㎡, 바람직하게는 20 내지 200 g/㎡이다.
시이트 폭은 통상 4 내지 20 mm, 바람직하게는 4 내지 10 mm이다.
따라서 40 내지 8,000 dtex, 바람직하게는 80 내지 4,000 dtex의 슬릿 필름 얀 섬도가 산출된다.
주름진 또는 주름지지 않은 슬릿 필름 얀의 중심으로부터 기계방향에 대해 횡으로 인접한 (다음) 슬릿 필름 얀의 중심까지의 거리는 일반적으로 2 내지 30 mm, 바람직하게는 5 내지 15 mm이다. 일반적으로 상기 거리는 시이트 폭의 최대한 절반을 차지한다. 이는 슬릿 필름 얀의 단위면적당 질량이 적어도 20 g/㎡이상 800 g/㎡ 이하, 바람직하게는 40 g/㎡ 내지 400 g/㎡인 것에 상응한다.
필라멘트군의 진행 방향은 바람직하게 기계방향과 일치한다.
본 발명에 따른 탄성 복합소재는 둘 이상의 층, 특히 2개의 부직포 층 또는 스펀본드 웨브층으로 이루어지며, 바람직하게는 상기 두 층 사이에 기계방향으로 정렬되어 평행하게 연장되는 탄성중합체 필라멘트 또는 얀을 포함하고, 이 때 뻣뻣한 비탄성 부직포와 연신된 탄성 필라멘트가 추가의 접착제(용융 접착제 또는 점착제)의 사용없이 결합된다.
일반적으로 본 발명에 따른 복합소재는 완전 신장된 상태, 즉 주름이 없는 상태에서 15 내지 150 g/㎡, 바람직하게는 15 내지 70 g/㎡의 단위면적당 질량을 갖는다.
탄성 복합소재가 주름이 없는 상태로 되기까지의 최대 신장율(m)은 통상 10 내지 350%, 바람직하게는 20 내지 250%에 달한다.
완전히 이완된 복합소재의 단위면적당 질량은 보통 16.5 내지 680 g/㎡, 바람직하게는 22 내지 350 g/㎡에 이른다.
한 바람직한 실시예에서는 본 발명에 따른 복합소재가 2개의 층으로 이루어지며, 이 때 상기 2개의 층은 평행하게 연장되는 탄성 필라멘트들이 중간에 함입되어 있는 부직포들로 형성된다.
또 다른 한 바람직한 실시예에서는 본 발명에 따른 복합소재가 셋 이상의 층으로 형성되는데, 상기 층들 중 2개는 부직포로 형성되고, 상기 부직포들 사이에는 평행하게 연장되는 탄성 필라멘트들이 삽입되고, 상기 부직포들 중 하나를 덮는 하나 이상의 층은 바람직하게 스테이플파이버 부직포이다.
중간에 탄성 필라멘트들이 삽입되어 있는 본 발명에 따른 복합소재의 2개의 층은 적어도 비례적으로 동일한 섬유 중합체로 된 섬유들로 형성되고, 이 때 섬유의 섬도는 상이할 수 있다.
바람직하게는 상기 두 층이 각각 동일한 용융방사 섬유로 형성되고, 상기 용융방사 섬유는 짧게 절단된 섬유, 스테이플파이버 또는 필라멘트로서 플레이팅된 것이다.
본 발명에 따른 복합소재를 위한 중합체 조합의 선택시, 필라멘트의 탄성중합체가 부직포 층 또는 추가 섬유직물 층의 중합체와 함께 실질적으로 열적 결합에 관여하지 않으며, 바람직하게는 상기 두 섬유직물들 사이에서만 열용접이 이루어진다는 점에 주의해야 한다.
필라멘트 탄성중합체와 부직포 내 섬유 내지는 추가 섬유직물 내 섬유의 바람직한 조합이 아래의 표에 기재되어 있다.
필라멘트 탄성중합체 부직포/섬유직물 내 중합체
폴리우레탄 폴리올레핀
폴리에스테르 탄성중합체 폴리올레핀
SBS1)및/또는 SEBS2) 코폴리에스테르
SBS 및/또는 SEBS (크라톤) 코폴리아미드
1)스티렌-부타디엔-스티렌
2)스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌
폴리올레핀, 코폴리에스테르 및 코폴리아미드는 이성분 섬유의, 용융점이 더 낮은 부분을 형성할 수도 있다.
매우 놀라운 것은, 신장된 탄성 필라멘트들이 상기 필라멘트들을 둘러싸는 2개의 섬유직물 층들의 중합체에 대한 접착 적대성에도 불구하고 용접 구역으로 매우 강하게 끼워 넣어짐으로써, 신장/하중 경감 주기가 수 회 반복된 후에 탄성 필라멘트가 자체적으로 풀리는 현상이 일어나지 않았다는 사실이다.
부직포 층(들)의 섬유 내지는 추가 섬유형성 재료는 열에 의해 용접될 수 있어야 한다. 이는 전술한 섬유 내지는 재료들이 열과 압력, 초음파 및 적외선 에너지에 의해 서로 용융되거나 결합에 관여한다는 것을 뜻한다.
상기 두 층, 예컨대 섬유층들의 재료들의 용융점 또는 연화점은 탄성 필라멘트의 용융점 또는 연화점보다 일반적으로 적어도 25℃ 더 낮아야 한다.
탄성 필라멘트의 용융점을 상승시키거나 탄성중합체를 용융될 수 없는 상태로 바꾸기 위해, 복합소재 제조 프로세스 전에 상기 탄성 필라멘트가 가교(cross linking) 과정을 거치는 것도 고려될 수 있다.
부직포와 섬유직물이 서로 용접되고 그 결과 본 발명에 따른 복합소재의 평행하게 연장되는 탄성 섬유들이 단단하게 조여지는 과정은 바람직하게 캘린더 갭(calander gap) 내에서 발생하는 열과 압력에 의해 및/또는 초음파에 의해 이루어진다.
수축력이 있는 부직포 및/또는 섬유직물이 사용되면, 수축이 어느 한 방향으로만 두드러지게 일어나거나 양방향 또는 2개 이상의 방향으로 일어날 수 있다. 여러 방향, 예컨대 양방향, 즉 기계방향 및 기계방향에 대해 직각 방향으로 이루어지는 수축 정도는 서로 같거나 완전히 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 복합소재는 부직포 및 미리 정해진 패턴의 형태로 상기 부직포와 열용접된 추가 섬유직물들로 형성되며, 상기 부직포와 추가 섬유직물들 사이에는 평행하게 연장되는 탄성 필라멘트들이 신장된 상태로 함입되어 있다.
추가 섬유직물의 양면이 부직포에 의해 대칭 또는 비대칭 형태로 덮일 수 있다. 즉, 양쪽의 부직포 층의 질량이 서로 같거나 상이할 수 있다. 적어도 부직포 층과 추가 섬유직물들(역시 부직포일 수 있음) 사이에는 평행하게 연장되는 탄성 필라멘트들이 신장된 상태로 함입될 수 있다. 용접 구역에서는 상기 두 섬유직물사이에 신장된 탄성 필라멘트들이 아무 손상 없이 삽입되고, 이 때 용융 접착은 일어나지 않는다. 상부 부직포 층과 하부 부직포 층 및 추가 섬유직물들 사이에는 각각 평행하게 연장되는 2개의 탄성 필라멘트군이 존재할 수 있으며, 이러한 탄성 필라멘트들은 신장된 상태로 그들을 둘러싸고 있는 층들 내로 삽입된다. 이 때 필라멘트군들의 방향은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
탄성 필라멘트들의 상부와 하부에 놓이는, 본 발명에 따른 부직포의 섬유직물들 사이에 상기 탄성 필라멘트들을 고정시키기 위한 부직포들 내지는 섬유직물들의 열용접 패턴은 임의적일 수 있는데, 이 때 상기 필라멘트들을 둘러싸는 섬유직물의 완전한 고정화(immobilization) 처리가 실시되어야 한다. 직선으로 정렬된 개별 점들을 포함하거나 다름 임의의 형태를 갖는 그라비어 기하구조(gravure geometry)는, 상기 점들의 직선 정렬이 탄성 필라멘트들의 정렬에 대해 평행하게, 즉 보통의 경우 기계방향으로 선택될 때에는 적합하지 않다. 그 이유는 용접 패턴이 그러한 방식으로 진행되면 탄성 필라멘트들이 신장된 상태로 상기 두 섬유직물들 사이에 고정될 수 없기 때문이다.
열용접의 바람직한 패턴은 평행하게 배열된, 폭이 다른 연속하는 선들이다. 또는 마름모형, 물결형, 지그재그형 또는 원형 용접 구역을 형성하는 다른 패턴도 고려될 수 있다.
상기 두 층을 연결하는 용접면들은 일반적으로 전체면의 10 내지 40%, 바람직하게는 15 내지 30%를 차지한다.
본 발명에 따른 부직포는 완전히 신장된 상태에서 통상 2차원 구조를 갖는다. 이완 과정에서 3차원 구조가 형성된다. 주름(pleating)이 형성되고, 상기 주름의 형태, 간격 및 높이는 그라비어 패턴 및 신장율에 의해 광범위하게 변동될 수 있다.
본 발명에 따른 부직포는 종래 기술과 달리, 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들의 방향으로, 일반적으로는 기계방향으로, 비탄성 영역과 탄성 영역이 반복 배치되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 탄성 영역은 탄성 필라멘트 상의 인접하는 2개의 용접선 사이의 영역을 말한다. 신장된 탄성 필라멘트들은 비탄성 영역 내로 기계적으로 밀어 넣어져서 상기 탄성 필라멘트들을 둘러싸는 2개의 층 사이에 함입된다.
복합소재의 수축력은 탄성중합체 필라멘트들의 섬도 및 그들 사이의 간격 변동에 따라 크게 변할 수 있다.
본 발명은 전술한 복합소재를 제조하기 위한, 아래의 조치들을 포함하는 방법과도 관련이 있다.
a) 하나 이상의 부직포를 추가 섬유직물 및 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에 신장된 상태로 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들과 결합시킨다.
b) 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에서 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들을 미리 정해진 패턴 형태로, 바람직하게는 열과 캘린더 압력을 이용하여 및/또는 초음파를 이용하여 용접시킴으로써, 각 탄성 필라멘트의 선택된 영역들이 신장된 상태로 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이의 용접 지점에 함입된다.
부직포와 추가 섬유직물의 열용접은 임의의 방식으로, 예컨대 미리 정해진패턴, 바람직하게는 규칙적인 선형 패턴을 가진 롤을 구비한 엠보싱 캘린더를 이용한 캘린더 가공을 통해 이루어지거나, 각각 미리 정해진 패턴으로 상기 부직포와 추가 섬유직물에 작용하는 초음파 또는 적외선 방사를 이용한 용접을 통해 이루어질 수 있다.
일련의 탄성 필라멘트들은 기계방향에 대해 임의의 방향으로 연장될 수 있다. 바람직하게는 기계방향으로 평행하게 연장된다.
서로 평행하게 정렬되는 방식으로 전체 제품 폭에 걸쳐서 분포되어 있는 탄성 필라멘트들은, 상기 탄성 필라멘트들이 사전 설정된 섹션을 따라 자체적으로 상기 두 층의 재료에 접착되지 않고, 상기 두 층과 사전 설정된 용접 지점에서만 결합되는 방식으로, 바람직하게는 단속되지 않는 연속 용접 라인을 따라 상기 두 층의 재료와 서로 연결되는 방식으로 두 겹의 부직포 내지는 추가 섬유직물 사이에 삽입된다.
용접 라인들은 원칙적으로 각각 요구되는 형태를 가질 수 있고, 통상 평행하게 정렬된 탄성 필라멘트들과 45°내지 90°의 각을 이룬다. 그러나 상기 각도가 모든 위치에서 동일해야 하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 방법에서는 탄성 필라멘트들 또는 슬릿 필름 얀들이 신장된 상태로 2개의 층, 바람직하게는 2개의 부직포 층 사이에 플레이팅된다.
필요한 신장 정도는 제조 장치의 공급 장치와 방출 장치, 예컨대 필라멘트 배출기와 캘린더 롤의 속도차에 의해 조정될 수 있다. 탄성 필라멘트는 경사 빔 (warp beam) 또는 부분 경사 빔 상에 권취될 수 있다. 배출물은 게이트에 꽂혀있는 스풀로부터 풀려서 캘린더 갭에 공급될 수 있다.
신장된 필라멘트 또는 슬릿 필름 얀의 상부와 하부에서는 바람직하게 엠보싱 처리된 폴리올레핀 스펀본드 부직포로 이루어진 2개의 층이 캘린더 압착 갭으로 공급된다.
한 바람직한 실시예에서는 평활한 표면을 가진 롤과 연속 라인 엠보싱(line embossing)을 가진 또 다른 롤이 제공된다. 두 층의 중량이 동일하지 않은 경우 단위면적당 질량이 더 낮은 층이 평활 롤(smoothing roll)에 접촉된다.
선형 그라비어의 에지는 약간 굴곡처리된(rounding) 것이 바람직하다. 그럼으로써 캘린더 갭 내에서 압착되는 신장 및 가열된 탄성 필라멘트 또는 슬릿 필름 얀이 절단되거나 갈라지는 현상이 효과적으로 방지될 수 있다.
탄성 복합소재의 제조는 열과 압력에 의한 캘린더 가공 외에 초음파 기술에 의해서도 달성될 수 있다.
제품은 캘린더 가공 이후 신장된 상태에서 탄성 복합소재로 권취될 수 있다. 그러나 탄성 필라멘트의 추후 수축가공을 실시하고 제품의 전체 폭과 길이에 걸쳐서 수축력을 균등화하기 위해, 또는 방사 프로세스 이후 탄성 필라멘트 내에 남겨진 용제를 제거하고 연화(softening) 가공을 실시하기 위해서는, 제품이 캘린더를 통과한 후 상기 제품을 (예컨대 캘린더 롤보다 더 느리게 작동되는 하나 이상의 롤을 통해) 이완시키고, 이와 같이 이완된 상태에서 현재 통용되고 있는 탄성 섬유 처리에 상응하게 복합소재를 수증기 처리하는 것이 바람직하다.
이러한 후처리 이후 제품이 다시 신장된 상태에서 권취되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합소재는 특히 팬티형 기저귀를 포함한 기저귀와 같은 위생제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 용도도 역시 본 발명의 대상이다.
하기에는 도면을 참고로 하여 본 발명의 더 상세히 설명된다.
도 1에는 본 발명에 따른 섬유직물의 무수한 변형예들 중 하나가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서는 총 3개의 부직포 층으로 이루어진 복합체가 도시되어 있다. 복합소재(1)는 평면도로 도시되어 있고, 이 때 이해를 돕기 위해 부직포 층들 사이에 삽입된 탄성 필라멘트들이 자세히 그려져 있다.
2개의 부직포 층의 섬유(5) 또는 스펀본드 조직들은 용접 라인(4)을 따라 서로 강력하게 용접되어 있다(자가 용접).
도 1에 도시된 복합소재의 형태는 삽입된 탄성 필라멘트들이 이완된(즉 하중이 경감된) 상태에서 존재한다. 탄성 필라멘트들이 신장된 상태에서 경직된 2개의 비탄성 부직포 시이트와 결합되어 하나의 복합소재를 형성함으로써, 공지되어 있는 것처럼 필라멘트가 이완된 후 필라멘트의 양쪽 표면에 주름이 있는 3차원 구조가 생성된다.
이러한 구조가 도 2에 라인 A-A를 따라 잘라낸 횡단면으로 도시되어 있다.
2개의 부직포 시이트(6 및 7)가 이완 공정 이후 용접 지점(4)에 대해 서로 대칭인 정점(8 및 9)을 갖도록 주름 가공된다. 이러한 물결형 섹션들에 의해 공동(10)이 형성된다.
도 1에서는 바람직하게 기계방향으로 정렬된 탄성 필라멘트가 전체적으로 또는 부분적으로 신장된 복합소재 내에서 상대적으로 두꺼운 두께(섬도)를 가진 영역과 상대적으로 얇은 두께(섬도)를 가진 영역을 교대로 포함한다는 것을 명백히 알 수 있다.
용접 영역(4) 내부에는, 탄성 필라멘트가 상기 탄성 필라멘트의 신장된 상태, 즉 두께(3)가 복합소재의 제조 동안 변동되지 않을 정도로 강하게 기계적으로 삽입되어 있다. 이는 필라멘트가 전반적으로 부직포에 의해 방해받지 않고 하중 경감(이완) 정도에 상응하게 더 두꺼운 두께(2)를 취할 수 있는, 용접 영역들(4) 사이의 탄성 필라멘트 영역과 완전히 반대되는 경우이다.
도 3에는 하중이 경감된 상태에 있는 탄성 복합소재의, 라인 B-B를 따라 잘라낸 횡단면이 도시되어 있다. 용접 지점(4)에는 두께가 얇은 지점(신장된 상태)(3) 및 두꺼운 지점(부분적 내지는 전체적으로 하중 경감된 상태)(2)을 가진 탄성 필라멘트가 도시되어 있다. 용접 지점(4) 외부에서는 상부 부직포의 벽두께(11) 및 하부 부직포의 벽두께(12)가 상기 상부 및 하부 부직포의 질량 및 경화 조건에 따라 결정된다. 필라멘트 평면 양측의 물결형 정점의 높이(13 및 14)는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 전반적으로 제조 조건들(예: 사용된 롤 캘린더 쌍)에 따라 좌우된다. 열과 압력에 의한 경화 프로세스에서 평활한 캘린더 롤과 요철형 캘린더 롤이 사용되면, 하중이 경감된 복합소재의 그라비어가 압인되어 있는 정점 높이가 반대편 정점 높이보다 더 높아진다. 전술한 설명의 범주에서 정점 높이(13 및 14)란 정점(8 및 9)과 필라멘트 평면(15) 사이의 거리를 말한다.
공동(10)은 수축(이완) 비율이 높을수록, 그리고 신장 불가능한 부직포가 더유연하고 더 가벼울수록 더 많이 축소된다. 특히 복합소재의 제조시 탄성 필라멘트의 높은 초기 응력에 상응하게 이완율이 높은 경우에는 공동이 완전히 사라질 수 있고, 특히 부직포 층들이 가볍고 유연한 경우에는 물결형들이 접힐 수 있다. 이러한 접힘은 압착을 통해 목적에 맞게 수행될 수 있다.
백색 안료로 채워지지 않은 섬유를 사용하는 경우에는 용접 영역(4)이 전반적으로 투명하게 보인다. 높은 불투명도를 허용하는 분야에서는 부직포뿐만 아니라 탄성 필라멘트를 위해서도, 예컨대 이산화티타늄을 사용한 최대한 강력한 백색 착색이 바람직하다. 불투명도를 높이기 위한 또 다른 바람직한 부가 조치로서, 캘린더 가공을 통해 물결형들을 평평하게 압착하여 투명한 용접 지점들을 덮는 방법이 제공된다.
이러한 복합소재의 편평화는 열의 작용 없이 또는 아래로 꺾인 부직포 주름들이 접착되지 않을 정도로 낮은 온도에서 이루어져야 한다는 사실은 이미 당업자에게 공지되어 있다. 그 이유는 부직포의 탄성이 악화되는 것을 방지하기 위해서이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 복합소재는 도 4에 따른 장치에서 제조될 수 있다.
상기 장치에서 언와인더(unwinder) (20)과 (21)은 2개의 스펀본드 부직포 층과 관련이 있고, 언와인더 (22)는 스톱 장치(yarn stop motion)를 구비한 경사 빔 언와인더이다(예컨대 약 50,000 m). 또한 부직포(24 및 25) 및 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들(26)이 공급되어 열과 압력의 작용에 의해 미리 정해진 위치에서 서로 결합되는 캘린더(23)도 도시되어 있다. 제조된 복합소재(27)는롤(28) 상에 권취된다.
하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하지는 않는다.
실시예 1:
인치 당 18개 필라멘트(2.54 cm 당 18개의 필라멘트)의 밀도를 위한 날실을 위해 준비된 부분 경사 빔으로부터, 디메틸아세트아미드 내에서 용제 방사되어 분절화된 폴리에테르우레탄을 기재로 하며 78 dtex의 섬도를 가진, 40%의 신장율로 권취되었던 엘라스탄 필라멘트가 2.5 m/min의 속도로 풀려나온다.
필라멘트의 평행 가이드는 인치당 18개 필라멘트(2.54 cm 당 18개의 필라멘트)의 밀도를 위한 2개의 랙(rack)에 의해 이루어지는데, 이 때 상기 두 랙은 기계방향에 대해 90°로 정렬되어 있다. 폭이 50 cm인 2개의 랙 중 하나는 경사 빔의 바로 뒤에 설치되고, 다른 하나는 2개의 캘린더 롤 앞에 설치된다. 이러한 랙은 라셸 기계로부터 차용한 것이다. 기계방향으로 평행하게 정렬된 엘라스탄 필라멘트는 - 각각 특수강으로 된- 평활 캘린더 롤 및 그라비어 캘린더 롤의 압착 갭(nip)에 공급되거나 상기 압착 갭 사이에 넣어진다. 캘린더 롤의 속도는 5 m/min이다. 그라비어 롤(gravure roll)로서 선형 엠보싱을 포함하는 Line Seal 그라비어 롤이 기계방향에 대해 거의 횡방향으로 설치되었다.
Line Seal 그라비어 롤의 정보:
라인 폭: 1.00 mm
두 라인 중심 사이의 거리: 4.00 mm
용접 면적: 25%
그라비어 깊이: 0.90 mm
기계방향에 대해 횡방향으로 측정한 라인의 각도: 0.8°
캘린더 가공시 신장된 엘라스탄 필라멘트가 절단되거나 갈라지는 것을 막기 위한 목적으로, Line Seal 그라비어 롤을 설치하기 전에 그 에지를 굴곡처리(rounding)하였다.
0.8°의 각은 캘린더 롤의 평활 구동(smooth running)을 보증하기 위해(즉, 롤이 덜거덕거리는 현상을 방지하기 위해) 선택되었다.
롤 갭의 바로 앞에서 신장된 엘라스탄 얀의 상부 및 하부에 각각 하나의 백색으로 무광택 처리된 폴리프로필렌 스펀본드 부직포가 공급되었으며, 상기 부직포의 단위면적당 중량은 각각 17 g/㎡이다. 폴리프로필렌 스펀본드 부직포는 세로 방향 최대 인장력과 가로방향 최대 인장력의 비율은 균등하였고, 방사 재료의 불투명도를 증가시키기 위해 0.9%의 이산화티타늄으로 착색되었다.
두 롤의 온도는 145℃였고, 선형 압력(linear load)은 35 N/mm였다.
복합소재는 신장된 상태에서 5 m/min의 속도로 권취되었다. 복합소재가 풀려나와 완전히 이완된 후 엘라스탄 필라멘트 면의 양쪽 및 Line Seal 용접부들 사이에 대칭성 주름을 가진 제품이 만들어진다.
놀랍게도, 2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 사이에 있는 엘라스탄 필라멘트들은 주름이 완전히 제거될 때까지 신장 주기와 이완 주기가 여러 번 반복되는 경우 느슨해지거나 복합소재로부터 미끄러졌다.
이는 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층의 열용접 온도(여기서는 145℃)와 엘라스탄 필라멘트의 분절화된 폴리우레탄 요소의 열용접 온도의 차가 높다(온도 편차 약 190-200℃)는 점에서 놀랍다.
기계방향으로 탄성을 나타내는 복합소재가 신장된 상태(즉, 스펀본드 부직포 층에 주름이 없는 상태)에서 3개의 층에 대해 다음과 같은 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/㎡]
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 1: 17.00
인치당 18개의 얀을 가진 78 dtex의 엘라스탄 얀 1.974
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 2: 17.00
총합 35.974
엘라스탄 얀의 단위면적당 질량(F)이 다음 관계식에 따라 산출되었다.
T = 엘라스탄 얀의 섬도 (dtex)
g = 얀 분할비 (개수/인치)
v = 경사 빔 상에서의 엘라스탄 얀의 신장율 (%)
a = 경사 빔의 언와인드(unwind) 속도 (m/min)
k = 캘린더 속도 (m/min)
실시예 1에 대한 산출값:
T = 78 dtex
g = 18개/inch (18개/2.54 cm)
v = 40%
a = 2.5 m/min
k = 5.0 m/min
이로써 위의 공식에 따라 F에 대해 1.974 g/㎡의 값이 산출되었다.
실시예 1의 복합소재가 이완된 상태에서 기계방향으로 이격되어 있는 2개의 지점이 표시된 다음, 주름이 완전히 사라질 때까지 신장된 후 상기 두 표시 지점 사이의 거리가 다시 측정되었다.
신장된 상태와 신장되지 않은 상태의 거리비로부터 신장율(본 문서에서는 최대 신장율로 표기됨)이 측정되었다.
실시예 1에서는 최대 95%의 탄성 신장율이 산출되었다.
본 발명에서는 실시예 1에 따라 기계방향으로 교대로 나타나는 2개의 영역, 즉 전체 면적의 25%를 차지하는 Line Seal 용접 영역, 그리고 주름이 완전히 사라질 때까지 신장되었을때 전체 면적의 75%를 차지하는 용접 라인들 사이의 영역으로 나뉜다.
용접된 영역(25%)은 탄성 및 신축성이 전혀 없다. 이 때, 엘라스탄 필라멘트는 2.8 배의 신장 및 그에 따라 27.86 dtex의 섬도에 상응하는 상태, 더 정확히 말하면 복합소재의 신장 상태가 어느 정도인지와는 전혀 무관한 상태이다.
복합소재의 최대 탄성 신장율이 단 95%라는(즉, 1.95 배 신장된다는) 사실로부터, 2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층에 의해 엘라스탄 필라멘트가 본래의 78 dtex의 섬도로 이완되는 것이 방해된다는 것을 명백히 알 수 있다.
이완된 새로운 복합소재의 단위면적당 질량 비율(f)은 다음의 관계식으로부터 산출된다.
f = 0.01*w*F + (1+0.01*m-0.01*w)*F
w = 용접 구역의 면적 비율(%)
p = 최대로(주름이 없도록) 신장된 상태의 용접 구역들 사이의 영역의 면적 비율(%)(p = 100 - w)
m = 복합소재의 (주름이 없는 상태까지의) 최대 신장비 (%)
F = 엘라스탄 얀의 단위면적당 질량
실시예 1에 대한 산출값:
w = 25%
p = 75%
m = 95%
F = 1.974
이로써 위의 공식에 따라 f에 대해 아래의 값이 산출된다.
f = 1.95 - 1.974 = 3.8493 g/㎡의 엘라스탄 필라멘트
여기서 f는 다음과 같이 용접된 영역(fv)과 용접되지 않은 영역(fu)으로 나뉜다.
fv= 0.01*w*F fu= f - fv
이로부터 fv및 fu에 대해 아래의 값이 산출된다.
fv= 0.25*1.974 = 0.4935 g/㎡
fu= 3.3558 g/㎡
실시예 1의 복합소재 내에서 이완된 후 엘라스탄 필라멘트의 섬도 및 신장 상태가 어느 정도인지를 확인하기 위해서는 다음의 공식을 이용하여야 한다.
상기 식에서 "Mp"는 주름 영역 내에서의 최대 신장율을 백분율(%)로 나타낸 것이며, 나머지 변수들은 이미 앞에서 설명하였다.
상기 식으로부터 실시예 1에 대한 값이 다음과 같이 산출된다.
Mp= 126.66 %
주름이 없어질 때까지 신장된 상태를 기준으로 볼 때 면적의 25%가 탄성이 전혀 없는 상태로 유지된다는 사실에 의거하여, 가능한 최대 신장율이 전체 면적의 126.66 %에서 95%로 감소된다.
실시예 1의 새로운 복합소재가 이완된 상태뿐만 아니라 신장된 상태에서도 엘라스탄 얀의 섬도(Td)는 아래와 같다.
위 식의 변수들은 이미 앞에서 설명하였다.
따라서 실시예 1에 대해 Td= 78/2.8 = 27.857 dtex의 값이 산출된다.
복합소재의 용접 구역들 사이의 이완된 엘라스탄 얀 영역에 대해서는 아래의 관계식에 따라 섬도(Te)가 산출된다.
Te= Td*(1 + 0.01*Mp)
위 식의 변수들은 이미 앞에서 설명하였다.
따라서 실시예 1에 대해 Te= 27.857 * 2.2666 = 63.14 dtex의 값이 산출된다.
17 g/㎡의 두 겹의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포에 의해 27.857 dtex의 엘라스탄 얀이 처음의 78 dtex의 상태로 완전히 이완되지 않고, 63.14 dtex의 섬도에서 이완을 멈추어 그 상태로 유지되며, 이는 180 % 대신 단 126.66 %만 복원된 것에 상응한다.
주름이 완전히 사라질 때까지 신장된 복합소재의 단위면적당 질량은 38 g/㎡이고, 이완된 상태에서는 74 g/㎡이다.
탄성 검사:
신장 탄성 특성의 검사는 DIN 53 835의 1절과 14절을 토대로 산출하였다.
검사를 위해 힘/신장-이완 실험의 실시예 1로부터 25 mm 폭의 스트립에 3회의 주기에 걸쳐서 각각 500 mm/min의 언와인드 속도로 최대 신장을 가하였다. 측정은 거리당 힘의 값이 0.05 N/25 mm일 때 시작되었다. 제 1 주기는 20초동안 실시되었다(최대 신장율이 120% 이하인 하중 곡선에 대해 10초 및 하중 경감에 대해10초). 바로 이어서 제 1 주기와 같은 시간에 걸쳐서 제 2 히스테리시스 주기가 시작되었다. 이완된 상태에서 60초동안 체류된 후 제 3 주기가 실시되었다.
하기의 표 1에는 상이한 신장율(40, 60, 100 및 120%)에 따른 인장력 및 0.05 N/25 mm일 때, 0.1 N/25 mm일 때 그리고 3개의 주기로 된 하중 곡선과 하중 경감 곡선에서의 신장율(ε)이 제시되어 있다.
표 1
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) (N/25 mm) 신장율(ε) (%)
히스테리시스 40 % 60 % 100 % 120 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.36 0.51 1.11 15.81 0.1 3.1
제 1주기하중 경감 0.19 0.29 0.57 15.51 16.1 22.8
제 2 주기하중 0.26 0.38 0.75 14.83 8.9 13.9
제 2 주기하중 경감 0.19 0.29 0.56 14.76 16.7 24.2
제 3 주기하중 0.29 0.41 0.79 14.68 0.7 10.6
제 3 주기하중 경감 0.19 0.29 0.56 14.59 14.59 23.4
하중 경감 주기 이후의 인장력(Z)을 소위 수축력이라고도 한다. 팬티형 기저귀의 경우 예컨대 제 3 주기의 하중 경감 이후 40% 신장된 상태에서의 수축력이 매우 적절하다.
실시예 2:
실시예 1의 17 g/㎡의 2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포를 각각 단 8 g/㎡의 더 가벼운 부직포로 대체하였다. 실시예 1에 기술된 조건들은 그대로 유지하였다.
기계방향으로 탄성을 가지는 복합소재가 신장된 상태(즉, 스펀본드 부직포층의 주름이 사라진 상태)에서 3개의 층에 대해 각각 아래와 같은 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/㎡]
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 1: 8.000
인치당 18개의 얀을 가진 78 dtex의 엘라스탄 얀 1.974
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 2: 8.000
총합 17.974
120%의 최대 탄성 신장율(m)이 산출되었으며, 그로부터 이완된 상태의 복합소재에 대해 아래와 같은 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/㎡]
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 1: 17.600
인치당 18개의 얀을 가진 78 dtex의 엘라스탄 얀 4.343
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 2: 17.600
총합 39.543
실시예 1(95%)에 비해 신장율(m)에 대한 값이 120%로 더 높게 조정된 것은, 2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층의 단위면적당 질량이 더 작으면 신장된 엘라스탄 얀이 이완된 후 본래의 상태(78 dtex)로 실시예 1의 경우보다 더 많이 되돌아갈 수 있었다는 것을 명백하게 보여준다.
m = 120%라는 계산으로부터 실시예 2에 대해 아래와 같은 데이터를 얻을 수 있다.
단위 값
F ㎡ 4.3428
fv /㎡ 0.4935
fu g/㎡ 3.8493
Mp % 160%
Td dtex 27.857
Te dtex 72.43
복합소재 내 엘라스탄 얀은 이완된 후 78 dtex의 상태에 비해 7.7% 만큼 신장된 상태가 되었다. 반면 실시예 1에서는 상기 값이 23.5%로 훨씬 더 높았다.
히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) (N/25 mm) 신장율(ε) (%)
히스테리시스 40 % 60 % 100 % 120 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.34 0.47 0.78 1.00 0.8 3.2
제 1주기하중 경감 0.19 0.26 0.48 0.98 14.1 21.4
제 2 주기하중 0.24 0.35 0.62 0.93 4.9 11.3
제 2 주기하중 경감 0.18 0.25 0.47 0.92 14.1 22.4
제 3 주기하중 0.27 0.36 0.64 0.91 0.1 9.8
제 3 주기하중 경감 0.19 0.26 0.48 0.90 14.9 22.9
실시예 3 :
실시예 3에서는 탄성 복합소재의 제조를 위해 실시예 2와 동일한 출발 재료들, 즉 78 dtex의 폴리우레탄 얀 및 각각 8 g/㎡의 2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층이 사용되었다.
경사 빔의 언와인드 속도는 1.0 m/min였다. 캘린더 속도는 3.0 m/min였다.
제품은 캘린더 통과 후 신장되지 않고, 하중이 경감된 상태에서 약 1.10 m/min의 속도로 풀려 나왔다.
최대 탄성 신장율(m)의 측정은 제품을 1주일간 보관한 후 완전히 하중이 완전히 경감된 상태에서 이루어졌다.
실시예 1 및 실시예 2와 달리 탄성 신장이 최대인 상태에서 Line Seal 그라비어 롤의 구조에 상응하는 것과 현저한 차이가 나는 거리비가 측정되었다. 이론적으로는 주름이 완전히 제거된 상태(m)에서 용접 라인의 폭에 대해 1.000 mm의 값이 설정되어야 하고, 용접 라인들 사이의 영역에 대해 3.000 mm의 거리가 설정되어야 한다. 그러나 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 이용한 측정 결과, 용접폭은 평균적으로 b2= 0.694 mm(b1= 1.000 mm 대신)가 산출되었고, 용접 라인들 사이의 영역에 대해서는 b4= 2.046(b3= 3.000 mm 대신)의 거리가 산출되었다. 따라서 용접된 영역뿐만 아니라 용접되지 않은 영역도 Line Seal 롤 구조를 기준으로 평균 29%만큼 감소되었다.
실시예 3에 따른 탄성 복합소재가 이완된 상태일 때 단위면적당 질량은 61.31 g/㎡로 측정되었다. 이로부터 190%의 신장율로 최대로 (주름이 없는) 신장된 상태에 대해 21.1 g/㎡의 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재가 최대로 신장된 상태에서의 엘라스탄 필라멘트 질량(F)에 대해 전술한 공식에 따라 다음의 값이 산출되었다.
따라서 제품이 주름이 없도록 신장된 상태에서 언와인드되었다면, 복합소재의 구성에 대해 다음과 같은 단위면적당 질량이 산출되었을 것이다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/㎡]
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 1: 8.00
인치당 18개의 얀을 가진 78 dtex의 엘라스탄 얀 1.316
폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층 2: 8.00
총합 17.316
그러나 제품이 전반적으로 하중을 받지 않는 상태에서 권취됨으로써LineSeal 용접 영역의 폭은 1.000 mm에서 0.704 mm로 축소되었다. 그 원인은 거의 엘라스탄 필라멘트의 복원력에 있다고 할 수 있다. 이러한 용접 영역의 축소는 캘린더 압착 갭을 통과한 직후에만, 즉 방사 재료가 아직 연성을 갖는 동안에만 이루어질 수 있다. 용접폭의 축소와 함께 용접 영역 내에 있는 얀의 단위면적당 질량과 섬도가 상응하게 증가하였다.
1.316*b2/b1= 1.316*1/0.694 = 1.896 g/㎡
2개의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 층의 질량비도 그에 상응하게 동일한 배수만큼 증가해야 했다.
전술한 방식으로 축소된 복합소재의 몇몇 특성값이 하기의 공식들에 따라 산출될 수 있다. 하기의 공식들에 사용된 변수들의 설명은 아래와 같다.
B1 = LineSeal 그라비어의 폭 (mm)
B2 = 복합소재 내 LineSeal 용접 구역의 폭
S1 = 삽입된 스펀본드 부직포 층의 단위면적당 질량 (g/㎡)
S2 = 복합소재 내 1개의 스펀본드 부직포 층의 단위면적당 질량
F1 = 완전히 신장된 상태(주름이 없는 상태)로 권취된 제품의 엘라스탄의 단위면적당 질량비
F2 = 거의 신장되지 않은 상태로 권취된 제품의 엘라스탄의 단위면적당 질량비
F3 = 거의 신장되지 않은 상태로 권취된 제품의 복합소재의 엠보싱 구역 내에 있는 부직포 층의 단위면적당 질량비
F4 = 완전히 신장된 상태(주름이 없는 상태)의 제품의, 엠보싱 가공되지 않은 구역 내에 있는 부직포 층의 단위면적당 질량비
Fv = 면적 축소율
Gkg = 완전히 신장된(주름이 없는) 제품의 복합소재의 단위면적당 질량
Gkr = 완전히 이완된 상태의 복합소재의 단위면적당 질량
계산식은 아래와 같다.
F1 = 1.316 g/㎡
실시예 3의 경우, F3 = 0.25 * 8 * 1.441 = 2.882 g/㎡의 값이 산출된다.
F4 = 0.01 * p * S1
실시예 3의 경우, F4 = 0.75 * 8 = 6 g/㎡의 값이 산출된다.
Gkg = (F2 + 2 * F3 + 2 * F4) * 1/Fv =
(1.8962 + 2 * 2.882 + 2 * 6) * 4/3.694 = 21.289 g/㎡
최대 탄성 신장율이 190%일 때 이완된 상태에서는 다음과 같이 산출되었다.
Gkr = (1 + 0.01 * m) * Gkg
실시예 3의 경우 m = 190%이다.
Gkr = 2.9 * 21.289 = 61.738 g/㎡
따라서 기계방향으로 탄성을 나타내는 복합소재가 신장된 상태(즉, 스펀본드 부직포 층의 주름이 없어진 상태)에서는 3개의 층에 대해 다음과 같은 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/0.925 ㎡] 단위면적당 질량[g/㎡]
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 1개의 PP(폴리프로필렌) 스펀본드 부직포 층의 질량비 F4 6.000 6.497
엠보싱 처리된 구역 내 1개의 PP 스펀본드 부직포 층의 질량비 F3 2.882 3.121
인치당 18개의 얀을 가진 78 dtex의 엘라스탄 얀 1.896 2.053
엠보싱 처리된 구역 내 1개의 PP 스펀본드 부직포 층의 질량비 F3 2.882 3.121
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 1개의 PP 스펀본드 부직포 층의 질량비 F4 6.000 6.497
총합 19.99 21.289
신장율이 최대 60%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 30 % 40 % 50 % 60 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.40 0.45 0.53 0.60 0.20 0.90
제 1주기하중 경감 0.25 0.34 0.55 0.60 7.00 13.20
제 2 주기하중 0.34 0.44 0.54 0.58
제 2 주기하중 경감 0.24 0.32 0.58 8.30 13.70
제 3 주기하중 0.36 0.43 0.58 2.10 3.90
제 3 주기하중 경감 0.25 0.31 0.58 8.70 13.00
신장율이 최대 80%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 30 % 40 % 60 % 80 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.35 0.40 0.55 0.72 0.00 1.50
제 1주기하중 경감 0.21 0.27 0.42 0.70 9.60 14.90
제 2 주기하중 0.29 0.36 0.50 0.70 3.50 8.10
제 2 주기하중 경감 0.20 0.27 0.41 0.70 9.70 15.10
제 3 주기하중 0.39 0.39 0.51 0.70 5.30
제 3 주기하중 경감 0.19 0.26 0.42 9.30 17.10
신장율이 최대 110%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 30 % 40 % 60 % 100% 110 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.36 0.42 0.57 0.95 0.99 0.00 1.70
제 1주기하중 경감 0.17 0.23 0.34 0.76 0.99 12.1 18.50
제 2 주기하중 0.27 0.34 0.47 0.87 0.94 3.90 5.90
제 2 주기하중 경감 0.17 0.23 0.34 0.75 0.95 12.20 21.00
제 3 주기하중 0.30 0.35 0.49 0.87 0.94 2.60 5.50
제 3 주기하중 경감 0.17 0.24 0.34 0.73 11.90 20.90
신장율이 최대 150%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 40 % 60 % 100 % 150 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.45 0.58 0.90 1.47 0.20 2.00
제 1주기하중 경감 0.21 0.28 0.44 1.45 18.10 25.00
제 2 주기하중 0.32 0.41 0.65 1.36 1.80 13.60
제 2 주기하중 경감 0.18 0.27 0.41 1.32 18.40 26.60
제 3 주기하중 0.30 0.42 0.69 1.33 0.20 11.60
제 3 주기하중 경감 0.19 0.27 0.45 1.32 18.90 26.90
신장율이 최대 200%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 40 % 60 % 100 % 200 % 0.05 N/25mm일 때 0.1 N/25mm일 때
제 1주기하중 0.42 0.53 0.87 3.33 0.20 0.70
제 1주기하중 경감 0.15 0.22 0.31 3.25 22.10 30.90
제 2 주기하중 0.24 0.33 0.51 3.00 1.80 17.40
제 2 주기하중 경감 0.14 0.20 0.29 2.96 24.30 31.90
제 3 주기하중 0.26 0.36 0.53 2.89 0.40 1.00
제 3 주기하중 경감 0.15 0.23 0.31 2.87 22.00 30.00
실시예 4 :
실시예 4에서는 실시예 1 내지 실시예 3과 동일한 엘라스탄 필라멘트(78 dtex), 기계방향에 대해 횡으로 동일한 얀 분할비(18/inch) 및 부분 경사 빔 상에서의 동일한 필라멘트 장력(yarn tension)(40%)이 사용되었다.
신장된 엘라스탄 필라멘트 평면의 하부에는 8 g/㎡의 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 및 위에서부터 세로로 정렬된 18 g/㎡의 웨브가 놓였고, 상기 웨브는 2.2 dtex의 섬도 및 40 mm의 절단 길이를 갖는 코폴리프로필렌 섬유로 이루어진 것이다. 코폴리프로필렌 섬유의 용융 온도는 고강도로 연신된(highly stretched) 폴리프로필렌 섬유 및 스테이플파이버보다 약 5 내지 7℃ 더 낮았다.
2개의 롤 중 상부 롤은 LineSeal 그라비어 롤이기 때문에, 스테이플파이버 웨브가 상기 그라비어 롤 쪽을 향해 놓였다.
캘린더 온도는 평활 롤에서는 130℃였고, LineSeal 그라비어 롤에서는 127℃였으며, 선형 압력은 30 kp/cm였다.
경사 빔의 언와인드 속도는 1.5 m/min였고, 캘린더 속도는 3 m/min였다.
제품은 거의 장력이 없는 상태로 권취되었고, 7일간 보관된 후 상기 제품의 탄성 신장 특성이 검사되었다.
실시예 4의 복합소재는 실시예 1 내지 3의 복합소재들과 시각적으로 확연히 구별되었다. 스펀본드 부직포측(= 평활 롤측)에서는 주름이 전혀 보이지 않은 반면, 18 g/㎡의 스테이플파이버측에서는 주름이 매우 강하게 형성되어 있었다. 주름 형성에 있어서 차이가 나는 요인은 주로 다음과 같은 4가지를 들 수 있다.
- 스펀본드 부직포 층(6 g/㎡)과 스테이플파이버 웨브(18 g/㎡)의 질량차
- 스펀본드 부직포와 달리 스테이플파이버 웨브는 예비경화처리를 거치지 않았음.
- 스펀본드 부직포 내 평활한 섬유들에 비해 스테이플파이버 웨브 내 섬유들은 주름이 져 있음.
- 스펀본드 부직포 층이 평활 롤을 향해 놓였음.
실시예 4에 따라 제조된 복합소재의 이완된 상태에서의 단위면적당 질량이 67.8 g/㎡로 측정되었다. 색상 비디오 레코딩(video recording) 과정에서 엠보싱 라인의 폭이 측정되었다. 실시예 3에서 이미 확인된 바와 같이, 여기서도 엠보싱 라인의 폭이 처음의 B1 = 1.00 mm에서 평균값 B2 = 0.852 mm로 축소된 것이 확인되었으며, 이는 제품이 신장되지 않은 상태로 권축된 결과이다. 주름이 없는 상태로 신장될 때까지의 최대 신장비(m)는 116%로 측정되었다.
이러한 측정 데이터들로부터, 실시예 3에서 이미 설명한 것처럼, 스펀본드 부직포, 스테이플파이버 웨브 및 엘라스탄 얀과 같은 개별 성분들의, 최대로 신장되어 주름이 없는 상태와 이완된 후의 질량비가 다음과 같이 산출되었다.
Fv = 0.963
F1 = 1.974 g/㎡
F2 = 2.317 g/㎡
F3s = 스펀본드 부직포의 경우 2.347 g/㎡ (s는 스펀본드 부직포를 나타냄)
F3c = 스테이플파이버 웨브의 경우 5.282 g/㎡ (c는 카딩가공(carded)을 나타냄)
F4s = 6.0 g/㎡
F4c = 13.50 g/㎡
따라서 탄성 부직포가 기계방향으로 신장된 상태(즉, 스펀본드 부직포 층 및스테이플파이버 웨브 층의 주름이 없어진 상태)에서 3개의 층에 대해 다음과 같은 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/0.963 ㎡] 단위면적당 질량[g/㎡]
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 PP(폴리프로필렌) 스펀본드 부직포 층의 질량비 F4s 6.000 6.231
엠보싱 처리된 구역 내 PP 스펀본드 부직포 층의 질량비 F3s 2.347 2.437
yarn/inch 단위의 78 dtex의 엘라스탄 얀 층 F1 1.974 2.050
엠보싱 처리된 구역 내 스테이플파이버 웨브의 질량비 F3c 5.282 5.485
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 스테이플파이버 웨브의 질량비 F4c 13.50 14.019
총합 29.103 30.22
이완된 상태에서 산출된 단위면적당 질량은 다음과 같다.
Gkr = 30.22 * 2.16 = 65.28 g/㎡
산출된 상기 값 65.28 g/㎡은 측정된 값 67.80 g/㎡와 거의 일치한다.
신장율이 최대 80%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 30 % 40 % 60 % 80 % 0.05 N/25mm 0.1 N/25mm
제 1주기하중 0.38 0.45 0.61 1.63 0.00 130
제 1주기하중 경감 0.17 0.23 0.35 1.49 15.30 20.20
제 2 주기하중 0.26 0.32 0.47 1.29 5.90 11.20
제 2 주기하중 경감 0.17 0.22 0.33 1.28 15.40 21.80
제 3 주기하중 0.28 0.34 0.50 0.70 8.90
제 3 주기하중 경감 0.17 0.22 0.34 14.00 20.50
신장율이 최대 60%인 경우 히스테리시스 실험의 측정 결과
상이한 신장율(%)에서의 인장력(Z) [N/25 mm] 신장율(ε) [%]
히스테리시스 30 % 40 % 60 % 0.05 N/25mm 0.1 N/25mm
제 1주기하중 0.44 0.51 0.58 0.10 1.40
제 1주기하중 경감 0.28 0.41 0.60 4.60 11.30
제 2 주기하중 0.37 0.48 0.56 1.80 3.70
제 2 주기하중 경감 0.30 0.35 0.59 7.50 11.60
제 3 주기하중 0.40 0.49 0.57 0.60 2.30
제 3 주기하중 경감 0.30 0.38 0.61 5.10 10.20
실시예 5 :
실시예 5는 부분 경사 빔의 엘라스탄 얀 언와인드 속도가 2.5 m/min으로 증가되었다는 점에서 실시예 4와 차이가 있다. 그에 비해 캘린더 속도는 3 m/min으로 유지되었다.
그 결과, 복합소재의 최대 탄성 신장비가 57.50 %로 훨씬 더 낮아질 수 있었다. 측정된 값들 B1 = 1.00 mm, B2 = 0.942 mm, m = 57.50으로부터, 실시예 4에서 이미 설명한 것처럼, 스펀본드 부직포, 스테이플파이버 웨브 및 엘라스탄 얀과 같은 개별 성분들의, 최대로 신장되어 주름이 없는 상태와 이완된 후의 질량비가 다음과 같이 산출되었다.
Fv = 0.9855
F1 = 3.290
F2 = 1.411
F3s = 스펀본드 부직포의 경우 2.123 (s는 스펀본드 부직포를 나타냄)
F3c = 스테이플파이버 웨브의 경우 4.777 (c는 카딩가공(carded)을 나타냄)
F4s = 6.0 g/㎡
F4c = 13.50 g/㎡
따라서 기계방향으로 탄성을 나타내는 부직포가 신장된 상태(즉, 스펀본드 부직포 층 및 스테이플파이버 웨브 층의 주름이 없어진 상태)에서 3개의 층에 대해 다음과 같은 단위면적당 질량이 산출되었다.
복합소재의 성분 단위면적당 질량[g/0.9855 ㎡] 단위면적당 질량[g/㎡]
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 PP(폴리프로필렌) 스펀본드 부직포 층의 질량비 F4s 6.000 6.088
엠보싱 처리된 구역 내 PP 스펀본드 부직포 층의 질량비 F3s 2.123 2.154
yarns/inch 단위의 78 dtex의 엘라스탄 얀 층 F1 3.290 3.338
엠보싱 처리된 구역 내 스테이플파이버 웨브의 질량비 F3c 4.777 4.847
엠보싱 처리되지 않은 구역 내 스테이플파이버 웨브의 질량비 F4c 13.50 13.699
총합 29.690 30.127
이완된 상태에서 산출된 단위면적당 질량은 다음과 같다.
Gkr = 30.127 * 1.575 = 47.45 g/㎡
산출된 상기 값은 측정값(50.1 g/㎡)과 약간 차이가 난다.
본 발명을 통해 종래 기술의 단점들이 제거된, 기저귀 또는 팬티형 기저귀와 같은 위생 제품들의 여러 부분들에 사용될 수 있는 탄성 복합소재를 제공할 수 있다. 또한 본 발명을 통해 연성 및 텍스쳐에 있어서 캐리어로서 부직포를 포함하는 스티치본드 제품에 거의 근접하거나 공지되어 있는 용융접착식 또는 점착결합식 탄성 부직포 필라멘트 적층물을 능가하는 탄성 복합소재를 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 하나 이상의 부직포, 하나 이상의 추가 섬유직물(면 형성체, 면 구조물) 및 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에 놓여 평행하게 연장되는 일련의 탄성 섬유를 포함하는 복합소재에 있어서, 상기 부직포는 미리 정해진 패턴 형태의 추가 섬유직물과 열용접되고, 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이의 용접부 내 선택된 위치에 상기 탄성 섬유들이 신장된 상태로 함입되는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  2. 제 1항에 있어서, 추가 섬유직물이 시이트 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  3. 제 1항에 있어서, 부직포가 백색으로 착색된 섬유를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  4. 제 1항에 있어서, 부직포가 2차원 또는 3차원 방식으로 주름진 2성분 섬유를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  5. 제 1항에 있어서, 부직포가 스펀본드 부직포(spun-bonded fabric) 또는 스테이플파이버(staple fiber) 부직포인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  6. 제 1항에 있어서, 추가 섬유직물이 단 하나의 중합체 성분으로 구성되거나, 상대적으로 높은 온도에서 용융된 중합체 및 상대적으로 낮은 온도에서 용융된 중합체를 함유한 둘 이상의 층으로 구성되고, 시이트 또는 공압출된 시이트의 용융점이 낮은 층의 용융 영역 또는 연화(softening) 영역이 부직포 섬유의 용융 영역 또는 연화 영역과 일치하는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  7. 제 6항에 있어서, 시이트 및 부직포 섬유의 재료가 폴리프로필렌을 포함하는 동족의 중합체로 형성되거나/되고 다른 올레핀을 함유하는 프로필렌의 공중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  8. 제 6항에 있어서, 시이트가 소수성 중합체 재료 또는 소수적으로 가공된 중합체 재료로 이루어진 미세다공성 시이트인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  9. 제 1항에 있어서, 분절(segmented) 폴리에스테르-요소 또는 분절 폴리에테르우레탄-요소로 형성된 탄성 섬유가 사용되는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  10. 제 1항에 있어서, 평행하게 연장되는 일련의 탄성 섬유들 간의 간격이 1.0 내지 10.0 mm인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  11. 제 1항에 있어서, 탄성 섬유가 슬릿 필름 얀(slit film yarn)인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  12. 제 1항에 있어서, 일련의 탄성 섬유들의 진행 방향이 기계방향(machine direction: MD)과 일치하는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  13. 제 1항에 있어서, 복합소재가 셋 이상의 층으로 형성되는데, 상기 층들 중 2개는 부직포로 형성되고, 상기 부직포들 사이에는 평행하게 연장되는 탄성 섬유들이 삽입되며, 세 번째 층은 부직포들 중 하나를 덮는 층인 것을 특징으로 하는 복합소재.
  14. 제 1항에 있어서, 복합소재는 탄성 섬유들의 중합체와 부직포 또는 추가 섬유직물의 중합체의 조합물을 함유하며, 상기 조합물은 폴리우레탄/폴리올레핀, 폴리에스테르 탄성중합체/폴리올레핀, SBS/코폴리에스테르, SEBS/코폴리에스테르, SBS/코폴리아미드 및 SEBS/코폴리아미드로 형성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  15. 제 1항에 있어서, 미리 정해진 열용접 패턴이 탄성 필라멘트의 방향에 대해 30 내지 90°의 각도로 서로 평행하게 연장되는 일련의 영역을 의미하는 것을 특징으로 하는 복합소재.
  16. a) 추가 섬유직물을 포함하는 하나 이상의 부직포를, 상기 부직포와 추가 섬유직물 사이에 신장된 상태로 배치되어 서로 평행하게 연장되는 일련의 탄성 필라멘트들과 결합하는 단계, 및
    b) 상기 부직포와 미리 정해진 패턴 형태의 추가 섬유직물 사이에서 평행하게 연장되는 일련의 탄성 섬유들을 열 및 캘린더 압력 및/또는 초음파를 이용하여 용접함으로써 각 탄성 섬유들의 선택된 영역이 신장된 상태로 부직포와 추가 섬유직물 사이의 용접 위치에 함입되게 하는 단계를 포함하는, 제 1항에 따른 복합소재의 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 부직포와 추가 섬유직물의 열용접은 엠보싱 캘린더(embossing calender)를 이용한 캘린더 가공을 통해 이루어지며, 상기 엠보싱 캘린더에 의해 하나 이상의 롤이 미리 정해진 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 복합소재 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 한 쪽 롤은 평활한 표면을 가지고, 다른 한 쪽 롤은 연속하는 선형 엠보싱을 갖는 것을 특징으로 하는 복합소재 제조 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 선형 그라비어(gravure)의 에지가 약간의 굴곡을 가진 것을 특징으로 하는 복합소재 제조 방법.
  20. 제 1항에 따른 복합소재로 제조된 위생 제품.
  21. 제 20항에 있어서, 위생 제품이 팬티형 기저귀를 포함한 기저귀인 것을 특징으로 하는 위생 제품.
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