KR20050021427A - 부직 복합 직물의 형성 방법 및 그로부터 생성된 직물 - Google Patents

부직 복합 직물의 형성 방법 및 그로부터 생성된 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 분열성 연속 섬유를 포함하는 제1 층을 제공하고, b) 분열성 연속 섬유의 적어도 일부분을 분열 필라멘트로 분열시키고, c) 그 후, 스테이플 섬유를 포함하는 제2 층과 상기 제1 층을 중첩시키고, d) 제1 및 제2 층을 엉키게 하여 복합 직물을 형성하는 단계를 포함하는, 부직 복합 직물의 형성 방법을 제공한다.

Description

부직 복합 직물의 형성 방법 및 그로부터 생성된 직물{Method of Forming a Nonwoven Composite Fabric and Fabric Produced Thereof}
본 발명은 일반적으로 흡수성 와이퍼 물질의 조제 및 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분열 필라멘트 및 스테이플 섬유를 포함하는 흡수성 와이퍼 물질의 조제 및 제조에 관한 것이다.
분열성 열가소성 필라멘트의 부직 물질은 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다는 것은 당업계에 공지되어 있다. 일반적으로, 분열성 열가소성 필라멘트는 상이한 2종의 중합체가 필라멘트 내에서 종방향으로 이질의 단면을 형성하도록 상이한 2종의 중합체를 하나의 필라멘트로 방사함으로써 제조된다. 예를 들면, 제1 중합체가 필라멘트의 한쪽 측면을 형성하고 제2 중합체가 다른 측면을 형성하는 병렬식 (side-by-side) 형태가 형성될 수 있다. 겉-속 (sheath-core) 또는 해도 (islands-in-the sea)와 같은 많은 다른 형태가 당업계에 공지되어 있다.
종방향으로 이질의 단면을 함유하는 필라멘트는 당업계에 기재되어 있는 다양한 메커니즘에 따라 분열될 수 있다. 예로서, 미국 특허 제5,759,926호 (파이크 (Pike) 등)에는 종방향으로 이질의 단면을 함유하는 필라멘트를 뜨거운 물과 접촉시킴으로써 피브릴화를 유발하는 메커니즘이 개시되어 있다. 기계적 교반 및 차동 수축 (differential shrinkage)은 사용될 수 있는 추가적인 메커니즘이다. 추가적인 예로서, 미국 특허 제3,485,706호 (에반스 (Evans)), 동 제5,355,565호 (바라비안 (Baravian)) 및 동 제6,200,669호 (마르몬 (Marmon) 등) 각각에는 단일의 다성분 섬유의 개별 구역을 미세섬유로 분리시키는 수력 엉킴 공정에 의해 단일의 다성분 섬유가 분열되는 방법이 개시되어 있다.
스테이플 섬유를 부직웹에 첨가하여 흡수성을 향상시킬 수 있다는 것이 또한 당업계에 공지되어 있다. 부직 섬유 매트릭스에 펄프 섬유를 혼입하는 다양한 방법이 공지되어 있다. 미국 특허 제4,818,464호 (라우 (Lau)) 및 동 제4,100,324호 (앤더슨 (Anderson) 등)에는 에어 레잉 공정을 통해 펄프 섬유를 멜트블로운 섬유에 혼입하는 코폼 (coform) 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제4,902,559호 (에쉬웨이 (Eschwey) 등)에는 개재된 친수성 또는 친유성 스테이플 섬유를 함유하는 불균일하게 분산된 열가소성 무한 필라멘트로 형성된 흡수성 부직 물질의 제조 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,389,202호 (에버하트 (Everhart) 등) 및 국제 출원 공개 제WO00/29657호 (하이니스 (Haynes) 등) 모두에는 펄프 섬유를 연속 필라멘트 부직 웹으로 수력 엉키게 하는 방법이 기재되어 있다. 국제 출원 공개 제WO00/29657호 (하이니스 등)와 관련하여, 펄프 섬유가 분열성 필라멘트의 매트릭스로 엉킨 후 필라멘트가 분열되어 펄프 섬유를 포획하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 펄프 섬유가 워터 제트 (water jet)로부터 분열성 필라멘트를 차폐시키기 때문에 필라멘트가 불완전하게 분열되는 결과를 얻을 수 있다.
부드럽고 강하며 흡수성인 부직 물질 및 이러한 물질을 제조하는 방법이 여전히 요구되고 있다. 보다 구체적으로는, 스테이플 섬유 및 낮은 데니어의 연속 필라멘트의 복합체를 효율적이고 효과적으로 제조하는 방법이 여전히 요구되고 있다.
<발명의 요약>
본 발명은
a) 분열성 연속 섬유를 포함하는 제1 층을 제공하고,
b) 분열성 연속 섬유의 적어도 일부분을 분열 필라멘트로 분열시키고,
c) 그 후, 스테이플 섬유를 포함하는 제2 층과 상기 제1 층을 중첩시키고,
d) 제1 및 제2 섬유를 엉키게 하여 복합 직물을 형성하는 것을 포함하는, 부직 복합 직물의 형성 방법을 포함한다. 바람직하게는, 분열 필라멘트의 길이는 실질적으로 연속이다.
일 면에서, 분열 단계는 예를 들면 고에너지 워터 제트와 같은 높은 에너지 제트를 분열성 연속 섬유에 충돌시키는 것을 포함할 수 있다. 추가적인 일 면에서, 엉킴 단계는 예를 들면 고에너지 워터 제트와 같은 높은 에너지 제트를 중첩된 제1 및 제2 층에 충돌시키는 것을 포함할 수 있다. 엉킴 단계의 높은 에너지 제트는 바람직하게는 제2 층의 노출 표면으로 향한다. 바람직하게는, 엉킴 제트는 제1 오리피스를 통해 공급되고, 제1 오리피스에서의 수력 압력은 약 2,500 kPa 내지 약 21,000 kPa이다. 바람직하게는, 분열 제트는 제2 오리피스를 통해 공급되고, 제2 오리피스에서의 수력 압력은 약 1,300 kPa 내지 약 14,000 kPa이다. 추가적인 또다른 일 면에서, 제2 오리피스에서의 수력 압력은 제1 오리피스에서의 수력 압력보다 낮다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 복합 직물은 스테이플 섬유가 풍부한 측면을 포함할 수 있다. 별법으로, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 복합 직물은 복합 직물의 단면 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하게 엉켜 있는 스테이플 섬유를 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 분열성 연속 섬유의 약 25％ 이상이 적어도 부분적으로 분열되어 있는 복합 직물을 제조한다. 보다 더 바람직하게는, 본 발명의 방법은 분열성 연속 섬유의 약 50％ 이상, 75％ 이상, 90％ 이상, 또는 심지어 95％ 이상이 적어도 부분적으로 분열되어 있는 복합 섬유를 제조한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 엉킴 단계는 임의로는 분열성 연속 섬유를 실질적으로 추가로 분열시키지 않는다.
추가적인 일 면에서, 다성분 섬유는 바람직하게는 분열 필라멘트가 약 0.7 미만의 데니어, 보다 바람직하게는 약 0.1 미만의 데니어, 보다 더 바람직하게는 약 0.01 미만의 데니어를 갖는 방식으로 분열되도록 선택된다.
추가적인 일 면에서, 본 발명의 분열성 연속 섬유는 스펀본드 섬유를 포함한다. 스펀본드 섬유는 바람직하게는 섬유의 단면을 따라 별개의 대역에 배열된 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체를 포함하며, 제1 및 제2 열가소성 중합체는 서로 비상용성이다. 추가로, 본 발명의 스테이플 섬유는 바람직하게는 펄프 섬유를 포함한다.
추가적인 일 면에서, 제1 층의 건조 중량 대 제2 층의 건조 중량의 비는 바람직하게는 약 0.05 내지 약 9, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2, 보다 더 바람직하게는 약 0.2 내지 약 1이다.
본 발명의 상기 및 기타 특징 및 이점은 개시된 실시양태의 하기 상세한 설명을 검토하면 명백해질 것이다.
도 1은 수력 엉킨 복합 직물의 예시적인 제조 공정의 개략도이다.
도 2 내지 4는 본 발명에서 사용하기에 적합한 예시적인 다성분 섬유의 단면도이다.
<정의>
본원에서 사용되는 용어 "실질적인 연속 필라멘트 또는 섬유"는 방사구금으로부터 압출되어 제조되며, 부직웹 또는 부직물로 형성되기 전에 그의 원래 길이로부터 절단되지 않은 필라멘트 또는 섬유를 의미하는 것으로, 스펀본디드 및 멜트블로운 섬유가 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 실질적인 연속 필라멘트 또는 섬유는 평균 길이가 약 15 cm 내지 1 미터 이상보다 크며, 형성되는 부직웹 또는 부직물의 길이일 수 있다. "실직적인 연속 필라멘트 또는 섬유"의 정의는 부직웹 또는 부직물로 형성되기 전에 절단되지 않으나 나중에 부직웹 또는 부직물이 절단될 때 절단되는 것을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "다성분 필라멘트 또는 섬유"는 2종 이상의 중합체 성분으로부터 형성되는 섬유를 의미한다. 이러한 섬유는 일반적으로 개별 압출기로부터 압출되나 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성한다. 다성분 섬유는 유사하거나 또는 동일한 중합체 물질의 개별 성분을 포함할 수 있으나, 각각의 성분의 중합체는 일반적으로 서로 상이하다. 개개의 성분은 전형적으로 섬유의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치하는 별개의 대역에 배열되며, 섬유의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장된다.
명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 용어 "포함하는" 및 "포함한다"는 총괄적이거나 또는 개방적인 의미이며, 언급되지 않은 추가적인 요소, 구성 성분 또는 제조 단계를 배제하지 않는다.
본 발명의 방법은 스테이플 섬유의 층을 분열 연속 필라멘트의 층과 중첩시키고, 층들을 수력 엉키게 하여 접종하는 부직 복합 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
도면의 도 1에 대해 언급하면, 수력 엉킨 복합 직물을 형성하는 공정이 10으로 개략적으로 예시되어 있다. 본 발명에 따라, 스테이플 섬유의 현탁액은 헤드박스 (12)에 의해 공급되어 수문 (14)를 통해 통상의 습식 형성 기계의 형성 직물 (16) 상에 분산되어 부착된다. 그러나, 습식 형성 공정에 의한 스테이플 섬유의 형성에 대해 본원에서 언급하고 있으나, 스테이플 섬유 웹은 별법으로 예를 들면 카딩, 에어레잉, 드라이레잉 등과 같은 다른 통상의 방법에 의해 제조될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
스테이플 섬유의 현탁액은 통상의 습식 형성 공정에서 전형적으로 사용되는 임의의 컨시스턴시 (consistency)를 가질 수 있다. 예를 들면, 현탁액은 물 중에 현탁된 스테이플 섬유 약 0.01 내지 약 1.5 중량％를 함유할 수 있다. 물은 스테이플 섬유의 현탁액으로부터 제거되어 균일한 스테이플 섬유 층 (18)이 형성된다.
스테이플 섬유는 통상의 습식 형성 공정에서 사용하기에 적합한 임의의 평균 섬유 길이일 수 있다. 비제한적 예로서, 펄프 섬유는 본 발명에서 유용한 스테이플 섬유이다. 비제한적 예로서, 스테이플 섬유는 평균 섬유 길이가 약 1.5 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 바람직한 펄프 섬유는 평균 섬유 길이가 보다 낮은 것을 포함하며, 예를 들면 신문 용지, 교정 판지, 사무소 폐기물 등과 같은 공급원으로부터의 2차 (즉, 재생) 섬유 펄프 및 특정 버진 (virgin) 경목 펄프가 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 공급원으로부터의 펄프 섬유는 전형적으로 평균 섬유 길이가 약 1.2 mm 미만, 예를 들면 0.7 mm 내지 1.2 mm이다. 다른 적합한 스테이플 섬유로는 레이온 스테이플 섬유, 폴리에스테르 스테이플 섬유, 나일론 스테이플 섬유, 폴리프로필렌 스테이플 섬유, 폴리에틸렌 스테이플 섬유 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
펄프 섬유를 본 발명에서 사용할 때, 이들은 정련되지 않을 수 있고, 또는 다양한 정련도로 고해 (beating)될 수 있다. 습윤 강도 수지 및(또는) 수지 결합제를 첨가하여 원하는 만큼 강도 및 내마모성을 증가시킬 수 있다. 유용한 결합제 및 습윤 강도 수지는 제지 업계의 숙련자에게 공지되어 있다. 가교제 및(또는) 수화제도 또한 펄프에 첨가될 수 있다. 매우 개방된 또는 느슨한 펄프 섬유 웹을 원할 경우, 탈결합제 (debonding agent)를 펄프에 첨가하여 수소 결합의 정도를 감소시킬 수 있다. 유용한 탈결합제는 제지 업계의 숙련자에게 공지되어 있다. 특정 탈결합제를 첨가할 경우, 정적 및 동적 마찰 계수도 또한 감소될 수 있다. 이러한 탈결합제는 윤활제 또는 마찰 저하제로서 작용하는 것으로 생각된다.
도면의 도 1에 대해 다시 언급하면, 연속 필라멘트 부직 기질 (20)이 공급 롤 (22)로부터 풀린다. 부직 기질 (20)은 스택 롤러 (stack roller) (28 및 30)에 의해 형성된 S-롤 배열 (26)의 닙 (nip) (24)를 통과한다. 대안적인 일 실시양태 (도시되지 않음)에서, 부직 기질은 닙 (24)로 향하기 전에 인-라인으로 제조될 수 있다. 롤러의 정확한 배열은 본 발명에 중요한 것으로 생각되지 않는다.
부직 기질 (20)은 기계적 응력의 유도에 의해 적어도 일부 분열되도록 조정된 분열성 다성분 섬유를 포함한다. 분열성 다성분 섬유의 기질은 당업계에 기재되어 있는 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 부직 기질 (20)은 예를 들면 공지의 용매 방사 또는 용융-방사 방법, 예를 들면 스펀본딩과 같은 공지의 연속 필라멘트 부직 압출 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 그 전문이 본원에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제5,989,004호 (쿡 (Cook))에는 이러한 다성분 섬유의 제조에 유용한 방사 팩 (spin pack)이 개시되어 있다. 추가적인 예로서, 그 전문이 본원에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제5,382,400호 (파이크 (Pike) 등)에는 권축된 다성분 섬유의 제조에 대해 개시되어 있고, 그 전문이 본원에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제5,759,926호 (파이크 등)에는 뜨거운 물과 접촉하였을 때 빠르게 해리되는 분열성 다성분 섬유가 개시되어 있다.
분열성 다성분 섬유의 기질의 제작시, 섬유의 종축에 실질적으로 평행하게 뻗어 있는 다수의 접종 개별 구역을 포함하는 섬유를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 분열성 다성분 섬유가 분열 공정이 개시될 수 있는 지점으로 역할을 하도록 다성분 섬유의 외부 표면으로 연장된 개별 구역 사이의 많은 계면을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 2를 참조하면, 두 지점에서 다성분 섬유의 외부 표면으로 연장된 두 개별 구역 사이에 하나의 계면이 있는 병렬식 형태가 도시되어 있다. 또다른 예로서, 도 3을 참조하면, 다수의 쐐기 형상의 구역이 다성분 섬유의 외부 표면으로 연장된 쐐기 사이에 다수의 계면을 발생시키는 다성분 섬유를 포함한다. 다른 변형도 적합하다. 또다른 예에서, 도 4를 참조하면, 필라멘트의 단면 영역을 가로질러 연장되어 있는 다수의 얇은 조각 형상의 구역은 다성분 섬유의 외부 표면으로 연장되어 있는 얇은 조각 사이에 여러 계면을 발생시키는 다중 섬유를 포함한다.
본 발명의 실시는 속이 비지 않은 원형 형상의 필라멘트에 국한되지 않는다. 개별 구역은 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 마름모, 바이로발 (bilobal), 트라이로발 (trilobal), 멀티로발 (multilobal), 독본 (dog bone), 리본 및 중공 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는 형상을 갖는 다성분 섬유에 형성될 수 있다.
다성분 섬유의 다수의 개별 구역으로의 분열은 다성분 섬유보다 데니어가 낮은 매트릭스를 생성시킨다. 다성분 섬유에 존재하는 개별 구역의 개수가 클수록 보다 낮은 데니어의 섬유가 형성될 가능성이 커진다. 예를 들면, 약 1.0 데니어보다 낮은 스펀본드 섬유를 제조하는 것은 어려울 수 있다. 그러나, 다성분 필라멘트를 분열함으로써, 분열성 섬유의 크기 및 섬유 내의 개별 구역의 형태 및 개수에 따라, 예를 들면 약 0.7 데니어 미만, 약 0.5 데니어 미만, 0.1 데니어 미만, 약 0.01 데니어 미만 등의 분열 필라멘트 크기를 달성하는 것이 가능하다.
다성분 섬유의 분열은 구역 사이의 계면에서의 중합체의 혼화성이 최소화되도록 섬유 내의 이웃 구역이 비상용성 중합체를 포함할 때 향상된다. 구역으로 분열될 수 있는 다성분 섬유의 형성을 위해 적합한 비상용성 중합체 재료 쌍의 예시적인 예로는 폴리아미드와 폴리올레핀, 예를 들면 나일론 6과 폴리에틸렌, 나일론 6/6과 폴리에틸렌, 나일론 6과 폴리프로필렌, 나일론 6/6과 폴리프로필렌; 폴리에스테르와 폴리올레핀, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 폴리프로필렌; 및 폴리에스테르와 폴리아미드, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 나일론 6, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 나일론 6/6, 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 나일론 6 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 나일론 6/6 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들의 블렌드 뿐만 아니라 다른 비상용성 중합체도 또한 사용될 수 있다.
부직 기질 (20)은 기본 중량이 제곱 미터 당 약 10 내지 약 70 그램 (gsm)일 수 있다. 바람직하게는, 부직 기질 (20)은 기본 중량이 약 10 내지 약 35 gsm일 수 있다. 부직 기질을 포함하는 중합체는 예를 들면 안료, 산화방지제, 유동 촉진제, 안정화제 등과 같은 추가 물질을 포함할 수 있다.
부직 연속 분열성 필라멘트 기질 (20)은 분열 공정 전에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 부직 연속 필라멘트 기질 (20)은 총 결합 면적이 약 30％ 미만이고, 제곱 인치 당 약 100 결합보다 큰 균일한 결합 밀도를 갖는다. 예를 들면, 부직 연속 필라멘트 기질은 총 결합 면적이 약 2 내지 약 30％ (통상의 광학 현미경 방법으로 측정)일 수 있고, 제곱 인치 당 약 250 내지 약 500 핀 결합의 결합 밀도를 가질 수 있다.
이러한 총 결합 면적 및 결합 밀도의 조합은 다양한 결합 패턴을 갖는 결합 롤로 연속 필라멘트 기질을 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 단지 예로서, 적합한 핀 결합 패턴은 제곱 인치 당 약 100을 초과하는 핀 결합을 가지며, 이는 매끄로운 앤빌 롤과 완전히 접촉하였을 때 약 30％ 미만의 총 결합 표면적을 제공한다. 바람직하게는, 결합 패턴은 매끄로운 앤빌 롤과 접촉하였을 때 제곱 인치 당 약 250 내지 약 350 핀 결합의 핀 결합 밀도 및 약 10％ 내지 약 25％의 총 결합 표면적을 가질 수 있다.
열 결합 롤에 의해 생성되는 핀 결합을 상기에 기재하였으나, 본 발명은 최소 전체 결합 면적으로 필라멘트의 양호한 묶음을 생성하는 임의의 결합 형태를 기도한다. 예를 들면, 열 결합과 라텍스 함침의 조합을 사용하여 최소 결합 면적으로 바람직한 필라멘트 묶음을 제공할 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가적으로, 수지, 라텍스 또는 접착제를 예를 들면 분무 또는 인쇄로 부직 연속 필라멘트 웹에 도포하고 건조하여 목적하는 결합을 제공할 수 있다.
도 1에 대해 다시 언급하면, 연속 필라멘트 부직 기질 층 (20)은 이어서 통상의 수력 엉킴 기계의 소공 분열 표면 (31)로 이송된다. 연속 필라멘트 부직 기질 층 (20)은 하나 이상의 수력 분열 매니폴드 (32) 아래를 통과하고 유체의 제트로 처리되어, 다성분 연속 필라멘트가 성분 부분으로 분열된다.
별법으로, 부직 기질 (20)이 분열성 섬유 형성 공정이 수행된 동일한 소공 스크린 (즉, 메쉬 직물) 상에 있는 동안 수력 분열이 수행될 수 있다. 유체는 예를 들어 약 40 x 40 내지 약 100 x 100의 메쉬 크기를 갖는 단일 판 메쉬일 수 있는 소공 분열 표면 (31)에 의해 지지되는 부직 기질 (20)에 충돌한다. 소공 분열 표면 (31)은 또한 약 50 x 50 내지 약 200 x 200의 메쉬 크기를 갖는 다겹 메쉬일 수 있다. 많은 워터 제트 처리 공정에서 전형적이듯이, 진공 슬롯 (34)는 수력 매니폴드 (32) 바로 아래 또는 과도한 물이 분열 섬유 복합 물질 (33)으로부터 회수되도록 수력 매니폴드의 하류에 있는 소공 분열 표면 (31) 바로 아래에 위치할 수 있다.
스테이플 섬유의 혼입 전에 연속 다성분 섬유의 분열은 충분한 에너지의 제트가 분열성 다성분 섬유와 직접 충돌하게 하는 점에서 본 발명의 중요한 일 면이다. 이는 높은 분열 효율을 발생시킨다. 예를 들면, 약 25％ 이상의 분열성 필라멘트가 적어도 부분적으로 분열될 것으로 예상될 수 있다. 바람직하게는 약 50％ 이상, 75％ 이상, 90％ 이상, 또는 심지어 95％ 이상의 분열성 필라멘트가 적어도 부분적으로 분열된다. 분열 및 수력 엉킴이 단일 단계에서 완료될 경우, 스테이플 섬유가 그렇지 않을 경우 비분열 섬유로 향할 에너지를 흡수할 수 있기 때문에 보다 적은 분열이 달성될 것이라는 것을 예상할 수 있다.
수력 분열은 그 전문이 본원에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제3,485,706호 (에반스)에서 볼 수 있는 것과 같은 통상의 수력 엉킴 공정 및 장치를 이용하여 달성될 수 있다. 수력 엉킴 기법은 또한 그 전문이 본원에 참조 문헌으로 인용된 하니콤 시스템스사 (Honeycomb Systems, Inc., 미국 메인주 비데포드 소재)의 문헌 [표제: "Rotary Hydraulic Entanglement of Nonwovens", INSIGHT 86 INTERNATIONAL ADVANCED FORMING/BONDING CONFERENCE로부터 증쇄됨]에 개시되어 있다.
분열은 예를 들면 물과 같은 임의의 적절한 작업 유체로 수행될 수 있다. 작업 유체는 일련의 개별 구멍 또는 오리피스로 유체를 균등하게 분산시키는 매니폴드를 통해 흐른다. 이들 구멍 또는 오리피스는 예를 들면 직경이 약 0.07 내지 약 0.4 밀리미터일 수 있고 예를 들면 각 열에 센티미터 당 15 내지 40과 같은 임의의 개수의 오리피스가 하나 이상의 열로 배열될 수 있다. 많은 다른 매니폴드 형태가 사용될 수 있고, 예를 들면 단일 매니폴드가 사용될 수 있거나 또는 여러 매니폴드가 연속하여 배열될 수 있다. 분열성 다성분 섬유 기질이 제트 기기로부터의 액체 스트림으로 처리되는 동안 천공 지지체 상에 지지될 수 있다. 지지체는 메쉬 스크린 또는 형성 와이어일 수 있다. 지지체는 또한 일정 패턴을 가져 그 내에 그에 따른 패턴을 갖는 부직 물질을 형성할 수 있다. 섬유 분열은 미세하고 본질적으로 원주상인 액체 스트림을 지지된 기질의 표면을 향해 분출함으로써 달성될 수 있다. 섬유가 분열될 때까지 스트림이 지지된 기질을 가로지른다. 물의 가압 스트림의 충돌은 단일 다성분 섬유를 형성하는 개별 구역 또는 성분을 분리되게 한다. 결합된 기질은 한 측면 또는 양 측면 상에 여러 번 수력 엉킴 장치를 통과할 수 있다.
다성분 섬유에 부여되는 총 에너지는 오리피스의 개수를 증가시키거나 또는 노즐에서의 수력 압력을 증가시키거나 또는 총 유량을 증가시키거나 또는 노즐 아래를 통과하는 부직의 속도를 감소시키거나 또는 부직의 기본 중량을 감소시킴으로써 증가시킬 수 있다. 단지 예로서, 본 발명의 분열 필라멘트 전구체 웹의 발생은 약 2,500 내지 약 21,000 kPa의 수압을 사용하는 것을 포함할 것이다. 바람직하게는, 분열 공정에서의 제트의 개수, 배치 및 압력은 목적하는 정도의 분리가 발생하기에 충분한 에너지가 부여되도록 구성된다. 그러나, 실행될 수 있는 가장 낮은 에너지, 특히 보다 낮은 수압을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 상당히 보다 적은 에너지와 유체의 재순환을 요하므로, 생산 비용이 낮아지기 때문이다. 또한, 보다 낮은 에너지 수준에서 양호한 분리를 달성하는 능력이 동일한 수압에서 보다 높은 생산 속도를 사용하는 능력으로 전환될 수 있다.
특정한 다성분 섬유를 분리하기 위해 요구되는 압력은 많은 요인에 따라 좌우될지라도, 보다 낮은 수압에서 실질적인 분리가 보다 고품질의 단면 형상 구역을 형성함으로써 그리고(또는) 서로 쉽게 부착되지 않는 인접 구역에 중합체 물질을 이용함으로써 달성될 수 있다는 것을 주목하기 바란다. 또한, 보다 큰 분리는 분열성 다성분 섬유에 두번 이상 분열 공정을 가함으로써 부분적으로 달성될 수 있다. 다성분 섬유의 분열성 기질의 각 측면에 분열 공정을 가하면 분리 정도가 유의하게 향상된다는 것을 발견하였다. 따라서, 분열성 다성분 섬유 기질을 워터 제트가 제1 측면으로 향하는 분리 장치 아래에 적어도 한번 통과시키고 워터 제트가 분열성 섬유 기질의 반대 측면으로 향하는 분리 장치 아래에 추가로 통과시키는 것이 바람직하다.
분열성 섬유를 분열하기 전에 분열성 섬유를 상기한 바와 같이 결합시킬 수 있는 것과 같이, 분열 필라멘트는 분열 공정 후에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 부직 연속 다성분 필라멘트/분열 필라멘트 기질 (33)은 총 결합 면적이 약 30％ 미만이고, 제곱 인치 당 약 100 결합보다 큰 균일한 결합 밀도를 가질 것이다. 단지 예로서, 부직 연속 다성분 필라멘트/분열 필라멘트 기질 (33)은 약 2 내지 약 30％의 총 결합 면적 및 제곱 인치 당 약 250 내지 약 500 핀 결합의 결합 밀도를 가질 수 있다. 적합한 결합 패턴은 상기한 바와 같다.
열 결합 롤에 의해 생성되는 핀 결합이 상기한 바와 같을 지라도, 본 발명은 최소 전체 결합 면적으로 다성분 필라멘트 및(또는) 분열 필라멘트의 양호한 묶음을 생성하는 임의의 결합 형태를 기도한다. 예를 들면, 열 결합과 라텍스 함침의 조합을 사용하여 최소 결합 면적으로 바람직한 다성분 필라멘트/분열 필라멘트 묶음을 제공할 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가적으로, 수지, 라텍스 또는 접착제를 예를 들며 분무 또는 인쇄로 부직 연속 다성분 필라멘트/분열 필라멘트에 도포하고 건조하여 목적하는 결합을 제공할 수 있다.
이어서, 스테이플 섬유 층 (18)은 통상의 수력 엉킴 기계의 소공 엉킴 표면 (35) 상에 놓인 분열 연속 필라멘트 기질 (33)에 놓인다. 스테이플 섬유 층 (18)이 분열 연속 필라멘트 기질 (33)과 수력 엉킴 매니폴드 (36) 사이에 있는 것이 바람직하다. 스테이플 섬유 층 (18)과 분열 연속 필라멘트 기질 (33)은 하나 이상의 수력 엉킴 매니폴드 (36) 아래를 통과하고 유체의 제트로 처리되어, 스테이플 섬유는 분열 연속 필라멘트 기질 (33)의 다성분 필라멘트 및 분열 필라멘트와 엉키게 된다. 유체의 제트는 또는 스테이플 섬유를 분열 연속 필라멘트 기질 (33) 내 및 안으로 들어가게 하여 복합 물질 (37)을 형성한다.
별법으로, 수력 엉킴은 스테이플 섬유 층 (18) 및 분열 연속 필라멘트 기질 (33)이 웨트-레잉 (wet-laying)이 수행된 동일한 소공 스크린 (즉, 메쉬 직물) 상에 있는 동안 수행될 수 있다. 본 발명은 또한 분열 연속 필라멘트 기질 상에 건조 스테이플 시트를 중첩시키고, 건조 스테이플 시트를 특정 컨시스턴시로 재수화시킨 후, 재수화된 스테이플 시트를 수력 엉키게 하는 것을 기도한다.
수력 엉킴은 스테이플 섬유 층 (18)이 물로 고도로 포화되어 있는 동안 수행될 수 있다. 예를 들면, 스테이플 섬유 층 (18)은 수력 엉킴 바로 전에 약 90 중량％ 이하의 물을 함유할 수 있다. 별법으로, 스테이플 섬유 층은 스테이플 섬유의 에어-레이드 또는 드라이-레이드 층일 수 있다.
스테이플 섬유가 수화 상태로 유지되므로 "종이" 결합 (때때로 수소 결합이라 불리움)을 방해함없이 스테이플 섬유가 분열 연속 필라멘트 기질 (33) 내에 개재되고(거나) 분열 연속 필라멘트 기질 (33)과 얽히고 엉키게 될 수 있기 때문에 스테이플 섬유의 웨트-레이드 층을 수력 엉키게 하는 것이 바람직하다. "종이" 결합은 또한 스테이플 함량이 높은 복합 직물의 내마모성 및 인장성을 향상시키는 것으로 생각된다. "종이" 결합은 스테이플 섬유가 특히 수소 결합을 할 수 있는 펄프 섬유를 포함할 경우 특히 유의할 수 있다.
상기한 바와 같이 통상의 수력 엉킴 장치를 이용하여 수력 엉킴을 달성할 수 있다. 수력 엉킴은 예를 들면 물과 같은 임의의 적절한 작업 유체로 수행될 수 있다. 작업 유체는 일련의 개별 구멍 또는 오리피스로 유체를 균등하게 분산시키는 매니폴드를 통해 흐른다. 비제한적 예로서, 이들 구멍 또는 오리피스는 직경이 약 0.07 내지 약 0.4 밀리미터일 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 0.2 밀리미터 직경 오리피스, 센티미터 당 12개 구멍 및 1열의 구멍을 갖는 스트립을 함유하는 매니폴드를 이용하여 실시할 수 있다. 많은 다른 매니폴드 형태 및 조합이 사용될 수 있다. 예를 들면, 단일 매니폴드를 사용할 수 있거나 또는 여러 매니폴드를 연속하여 배열할 수 있다.
수력 엉킴 공정에서, 작업 유체는 바람직하게는 약 1,300 내지 약 14,000 kPa의 압력에서 오리피스를 통과한다. 상기한 압력의 상부 범위에서, 복합 직물은 분 당 약 300 미터의 속도에서 가공될 수 있다고 생각된다. 유체는 예를 들면 약 40 x 40 내지 약 100 x 100의 메쉬 크기를 갖는 단일 판 메쉬일 수 있는 소공 엉킴 표면 (35)에 의해 지지되는 스테이플 섬유 층 (18) 및 분열 연속 필라멘트 기질 (33)과 충돌한다. 소공 엉킴 표면 (35)는 또한 메쉬 크기가 약 50 x 50 내지 약 200 x 200인 다겹 메쉬일 수 있다. 많은 워터 제트 처리 공정에서 전형적이듯이, 진공 슬롯 (38)은 수력 엉킴 매니폴드 (36) 바로 아래 또는 과도한 물이 수력 엉킨 복합 물질 (37)로부터 회수되도록 수력 엉킴 매니폴드 (36)의 하류에 있는 소공 엉킴 표면 (35) 바로 아래에 위치할 수 있다.
본 발명자들은 특정 작용 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 부직 연속 필라멘트 기질 상에 놓인 스테이플 섬유와 직접 충돌하는 작업 유체의 원주상의 제트는 이들 섬유를 기질 중의 다성분 필라멘트 및 분열 필라멘트의 매트릭스 또는 부직 네트워크 내 및 부분적으로는 안으로 들어가게 하는 작용을 한다고 생각한다. 유체 제트 및 스테이플 섬유가 부직 연속 다성분 필라멘트 및 분열 필라멘트 웹과 상호작용할 때, 스테이플 섬유는 부직웹의 필라멘트와 엉키게 되어 서로 엉키게 된다. 달성될 수 있는 엉킴 정도는 연속 다성분 필라멘트 및 분열 필라멘트가 서로 결합하는 정도에 따라 좌우된다. 부직 연속 필라멘트 기질이 너무 느슨하게 결합되어 있을 경우, 필라멘트는 일반적으로 너무 움직여 스테이플 섬유를 고착시키기 위한 점착 매트릭스를 형성할 수 없다. 다른 한편, 기질의 총 결합 면적이 너무 클 경우, 스테이플 섬유 관통이 빈약할 수 있다. 더욱이, 유체의 제트는 이들이 큰 비통기성 결합 점을 타격할 때 스테이플 섬유를 튀기게 하고 비말시키고 씻겨 없애기 때문에 너무 큰 결합 면적은 또한 균일하지 않은 복합 직물을 유발할 것이다. 상기한 바와 같이, 적절한 결합 정도는 단지 한 측면 상에서의 수력 엉킴에 의해 스테이플 섬유 복합 직물로 형성될 수 있는 점착 기질을 제공하고, 또한 강하고 유용한 직물 뿐만 아니라 바람직한 치수 안정성을 갖는 복합 직물을 제공한다.
본 발명의 일 면에서, 스테이플 층 및 분열 연속 필라멘트 기질과 충돌하는 유체 제트의 에너지는 스테이플 섬유가 직물의 양면성을 향상시키는 방식으로 분열 연속 필라멘트 기질 내에 삽입되고 분열 연속 필라멘트 기질과 엉키도록 조정될 수 있다. 즉, 엉킴은 직물의 한 측면 상에서 스테이플 섬유의 농도가 높고 반대 측면 상에서 스테이플 섬유 농도가 대응하게 낮도록 조정될 수 있다. 이러한 형태는 예를 들면 일회용 기저귀, 여성용 패드, 성인 요실금 제품 등과 같은 특별한 용도의 와이퍼 및 개인 위생 제품 분야에서 특히 유용할 수 있다. 별법으로, 연속 필라멘트 기질은 한 측면 상에서 스테이플 섬유 층과 엉키고 다른 측면 상에서 상이한 스테이플 섬유 층과 엉켜, 스테이플-풍부 두 측면을 갖는 복합 직물을 생성할 수 있다. 이러한 경우, 복합 직물의 양 측면을 수력 엉키게 하는 것이 바람직하다.
유체 제트 처리 후, 복합 직물 (37)은 임의로는 건조 작업, 바람직하게는 비압축 건조 작업으로 이송될 수 있다. 차동 속도 픽업 롤 (40)을 사용하여 물질을 수력 엉킴 소공 표면 (35)로부터 비압축 건조 작업으로 이송시킬 수 있다. 별법으로, 통상의 진공 유형 픽업 및 이송 직물을 사용할 수 있다. 원할 경우, 복합 직물은 건조 작업으로 이송되기 전에 웨트-크레이핑될 수 있다. 웹의 비압축 건조는 도 1에서 42로 나타낸, 통상의 회전식 드럼 통기 건조 장치를 이용하여 달성될 수 있다. 통기 건조기 (42)는 천공 (46)을 통해 취입되는 뜨거운 공기를 수용하기 위한 외부 후드 (48)이 결합된, 천공 (46)이 있는 외부 회전가능 실린더 (44)일 수 있다. 통기 건조기 벨트 (50)은 통기 건조기 외부 실린더 (40)의 윗 부분 상에서 복합 직물 (37)을 운반한다. 통기 건조기 (42)의 외부 실린더 (44) 중의 천공 (46)을 통해 통풍되는 가열된 공기는 복합 직물 (37)로부터 물을 제거한다. 통기 건조기 (42)에 의해 복합 직물 (36)에 통풍되는 공기의 온도는 선 속도, 포화 백분율, 대기 조건 등에 따라 변할 수 있다. 건조 공기는 가열되거나 또는 주변 온도일 수 있다. 단지 예로서, 통기 건조기 (42)에 의해 복합 직물 (36)에 통풍되는 공기의 온도는 바람직하게는 약 93℃ 내지 약 260℃이다. 다른 유용한 통기 건조 방법 및 장치는 예를 들면 본원에 그 전문이 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제2,666,369호 (닉스 (Niks)) 및 본원에 그 전문이 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제3,821,068호 (쇼 (Shaw))에서 찾아 볼 수 있다.
선택된 특성을 복합 직물 (37)에 부여하기 위하여 마무리 단계 및(또는) 후 처리 공정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 직물을 칼랜더 롤로 가볍게 압착하거나, 크레이핑 또는 솔질하여 균일한 외형 외관 및(또는) 특정 감촉성을 제공할 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가적으로, 접착제 또는 염료와 같은 화학적 후-처리제를 직물에 첨가할 수 있다.
본 발명의 추가적인 일 면에서, 직물은 예를 들면 활성탄, 점토, 전분 및 초흡수성 물질과 같은 다양한 물질을 함유할 수 있다. 예를 들면, 이들 물질은 스테이플 섬유 층을 형성하기 위해 사용되는 스테이플 섬유의 현탁액에 첨가될 수 있다. 이들 물질은 또한 유체 제트 처리 전에 스테이플 섬유 층 상에 부착되어 이들이 유체 제트의 작용에 의해 복합 직물 내로 혼입되게 할 수 있다. 별법으로 및(또는) 추가적으로, 이들 물질은 유체 제트 처리 후 복합 직물에 첨가될 수 있다. 초흡수성 물질이 워터-제트 처리 전에 스테이플 섬유의 현탁액 또는 스테이플 섬유 층에 첨가될 경우, 초흡수성 물질은 습식 형성 및(또는) 워터 제트 처리 단계 동안 비활성으로 남아 있을 수 있고 후에 활성화될 수 있는 것이 바람직하다. 통상의 초흡수성 물질은 워터 제트 처리 후 복합 직물에 첨가될 수 있다. 유용한 초흡수성 물질은 흡수성 물질 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 초흡수성 물질은 바람직하게는 스테이플 섬유 층 중의 스테이플 섬유 100 그램 당 초흡수성 물질 약 50 그램 이하의 비율로 존재한다. 예를 들면, 부직웹은 스테이플 섬유 100 그램 당 약 15 내지 약 30 그램의 초흡수성 물질을 함유할 수 있다. 추가적인 일 예로서, 부직웹은 스테이플 섬유 100 그램 당 약 25 그램의 초흡수성 물질을 함유할 수 있다.
본 발명을 그의 특정 실시양태에 관하여 자세히 기재하였지만, 다양한 변경물, 변형물 및 기타 변화물이 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남없이 본 발명에서 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 청구의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 포함되는 이러한 모든 변경물, 변형물 및 기타 변화물을 포함할 의도이다.

Claims (31)

  1. 분열성 연속 섬유를 포함하는 제1 층을 제공하고;
    분열성 연속 섬유의 적어도 일부분을 분열 필라멘트로 분열시키고;
    그 후, 스테이플 섬유를 포함하는 제2 층과 상기 제1 층을 중첩시키고;
    제1 및 제2 층을 얽히게 하여 복합 직물을 형성하는 단계를 포함하는, 부직 복합 직물의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 분열 단계가 분열성 연속 섬유를 고에너지 제트와 충돌시키는 것을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제트가 물을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 복합 직물을 건조시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 분열 필라멘트의 길이가 실질적으로 연속인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 엉킴 단계가 중첩된 제1 및 제2 층을 고에너지 제트와 충돌시키는 것을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 제트가 물을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 제트가 제2 층의 노출 표면으로 향하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 복합 직물을 건조시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 복합 직물이 스테이플 섬유가 풍부한 측면을 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 스테이플 섬유가 복합 직물의 단면 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하게 엉켜지는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 엉킴 단계에서 분열성 연속 섬유가 실질적으로 더 분열되지 않는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 약 50％ 이상의 분열성 연속 섬유가 적어도 부분적으로 분열되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 약 75％ 이상의 분열성 연속 섬유가 적어도 부분적으로 분열되는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 약 90％ 이상의 분열성 연속 섬유가 적어도 부분적으로 분열되는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 분열 필라멘트의 적어도 실질적인 부분의 데니어가 약 0.7 미만인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 분열 필라멘트의 대부분의 데니어가 약 0.7 미만인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 분열 필라멘트의 적어도 실질적인 부분의 데니어가 약 0.1 미만인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 분열성 연속 섬유가 스펀본드 섬유를 포함하는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 스펀본드 섬유가 섬유의 단면을 가로질러 별개의 대역에 배열된 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 열가소성 중합체가 서로 비상용성인 방법.
  21. 제1항에 있어서, 스테이플 섬유가 펄프 섬유를 포함하는 것인 방법.
  22. 제1항의 방법에 의해 제조된 복합 직물.
  23. 제14항의 방법에 의해 제조된 복합 직물.
  24. 제1항에 있어서, 제1 층의 건조 중량 대 제2 층의 건조 중량의 비가 약 0.1 내지 약 2인 방법.
  25. 제1항에 있어서, 제1 층의 건조 중량 대 제2 층의 건조 중량의 비가 약 0.2 내지 약 1인 방법.
  26. 섬유의 단면을 가로질러 별개의 대역에 배열되어 있고 서로 비상용성인 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체를 포함하는 분열성 스펀본드 섬유를 포함하는 제1 층을 제공하고;
    분열성 연속 섬유의 적어도 일부분을 분열 필라멘트로 분열시키고;
    그 후, 펄프 섬유를 포함하는 제2 층과 상기 제1 층을 중첩시키고;
    제1 및 제2 층을 엉키게 하여 복합 직물을 형성하는 단계를 포함하는, 부직 복합 직물의 형성 방법.
  27. 제26항에 있어서, 분열 단계가 분열성 연속 섬유를 제1 고에너지 수력 제트와 충돌시키는 것을 포함하고, 엉킴 단계가 중첩된 제1 및 제2 층을 제2 고에너지 수력 제트와 충돌시키는 것을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 제1 제트가 제1 오리피스를 통해 공급되고, 제1 오리피스에서의 수력 압력이 약 2,500 kPa 내지 약 21,000 kPa인 방법.
  29. 제27항에 있어서, 제2 제트가 제2 오리피스를 통해 공급되고, 제2 오리피스에서의 수력 압력이 약 1,300 kPa 내지 약 14,000 kPa인 방법.
  30. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 제트가 각각 제1 및 제2 오리피스를 통해 공급되고, 제2 오리피스에서의 수력 압력이 제1 오리피스에서의 수력 압력보다 낮은 방법.
  31. 제26항의 방법에 의해 제조된 복합 직물.
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