KR20070085091A - 비점착성 감촉을 갖는 연신성이고 탄성인 복합 섬유 및 웹 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일회용 개인 위생 제품 성분 적용에 특히 적합한 연신성 이성분 섬유 및 웹에 관한 것이다. 통상적인 탄성 섬유 및 웹과 비교시 탄성 실시양태에 대한 목적하는 감촉 특성을 제공하는 쉬쓰/코어 배열은 특정 올레핀 중합체 조합물 및 쉬쓰 배열로 얻어진다.

개인 위생 제품, 연신성 복합 섬유, 쉬쓰, 코어, 올레핀 중합체

Description

비점착성 감촉을 갖는 연신성이고 탄성인 복합 섬유 및 웹 {EXTENSIBLE AND ELASTIC CONJUGATE FIBERS AND WEBS HAVING A NONTACKY FEEL}

본 출원은 조이 에프. 조던(Joy F. Jordan) 등의 이름으로 2004년 3월 19일자로 출원된, 발명의 명칭이 "비점착성 감촉을 갖는 연신성이고 탄성인 복합 섬유 및 웹"인 미국 가출원 제60/554,482호에 대해 우선권을 주장한다.

대리인 사건 제63585호인 창(Chang) 등의 이름으로 출원된, 발명의 명칭이 "프로필렌계 공중합체, 섬유의 제조 방법 및 상기 섬유로부터 제조된 물품"인 관련 출원이 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.

본 발명은 이전에 제조된 탄성 섬유 및 웹과 관련된 점착성 감촉이 없는, 연신성 및/또는 탄성 특성을 갖는 올레핀 중합체로부터 형성된 섬유 및 웹에 관한 것이다. 이러한 섬유 및 필라멘트는 일회용 기저귀, 수영 팬츠, 요실금복, 여성 위생 제품, 수의학 제품, 밴드와 같은 개인 위생 제품, 및 외과의 가운, 외과용 드레이프, 멸균 랩 등과 같은 보건 위생 품목, 및 침실용품, 와이프 등과 같은 가정용 비품 등과 같은 많은 다양한 제품에서 적용분야를 갖는다.

저가의 섬유 및 웹의 제조는, 약간만 언급하자면 일회용 기저귀, 어린이 수영 팬츠, 어린이 배변연습용 팬츠 및 성인 요실금복과 같은 많은 혁신적인 제품을 가능하게 하는 잘 발달된 산업이 되었다. 상기 제품이 진화되고 개선이 이루어지면서, 섬유 및 웹 성분의 요건 또한 상기 물질에 대한 수요를 변화시키고 또한 증가시켰다. 특히, 탄성 특성은 허리띠, 다리 커프 및 심지어 이러한 제품의 전체 배킹 또는 흡수 성분, 뿐만 아니라 외과의 가운 커프 등과 같은 다른 것들에서도 개선된 편안함 및 적합성이 추구된다. 전통적인 고무 및 다른 텍스타일 탄성 물질은 많은 상기 일회용 제품을 제조하는데 사용되는 고속 장비 상에서 가공하는데 있어서의 곤란성 및 비용 때문에 단지 상기 적용에 대해 제한적인 용도만을 가졌다.

중합체 제조자는 전통적인 폴리올레핀과 매우 동일한 방식으로 용융-가공가능하지만 전통적인 고무 및 텍스타일 탄성에 근접하는 탄성 특성을 가지며 앞에서 기재된 것과 같은 일회용 섬유 및 웹 적용에 대해 비용 효과적일 수 있는 올레핀 중합체의 신규한 부류를 시판하여 왔다. 그러나, 많은 적용에 대한 상기 올레핀 중합체의 허용성은, 섬유 및 웹이 피부 접촉 용도에 바람직하지 않게 만드는 점착성 및 불편한 감촉 때문에 지연되었다.

따라서, 관련된 점착성 감촉을 갖지 않는 저가 올레핀 중합체의 이점을 갖는 탄성 섬유 및 웹에 대한 요구가 있다. 본 발명은 하기에서 보다 상세히 기재되는 바와 같은 이러한 복합 섬유 형태의 올레핀 중합체의 섬유 및 웹을 제공한다.

발명의 요약

본 발명은 총 용융열이 약 80 J/g 미만, 바람직하게는 70 J/g 미만, 보다 바람직하게는 60 J/g 미만인 연신성 복합 섬유를 제공한다. 상기 섬유는 총 섬유의 0.001 중량％ 내지 약 20 중량％, 바람직하게는 일부 적용에 대해서는 약 15 중량 ％, 다른 적용에 대해서는 약 10 중량％의 제1 성분 A (상기 제1 성분 A는 섬유 표면의 적어도 일부를, 일부의 경우에는 섬유 표면의 1/3 이상을 구성하고, 상기 제1 성분은 폴리프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌 공중합체를 포함함) 및 탄성 올레핀 중합체, 일부의 경우 프로필렌계 올레핀 중합체인 제2 성분 B를 포함한다. 본 발명은 또한 5％ 이상의 용융열이 80℃ 미만, 바람직하게는 25％ 이상, 보다 바람직하게는 40％ 이상에서 발생하는 상기 기재된 연신성 복합 섬유를 제공한다. 실시양태는 복합 섬유가 쉬쓰/코어 배열, 편심성 쉬쓰/코어 배열, 또는 공동 또는 파이 절편 정렬과 같은 배열인 것들을 포함한다. 쉬쓰가 불연속성이거나 균열된 쉬쓰/코어 배열에서 유리한 결과가 얻어진다. 일부 실시양태에서, 성분 A는 섬유 표면의 90％ 이상을 구성할 것이다. 또한, 섬유는 다양한 적용에 대해 연속성 필라멘트 길이 또는 스테이플 길이일 수 있다. 웹은 스펀본딩(spunbonding), 멜트블로잉(meltblowing), 카딩(carding), 웨트레잉(wetlaying), 에어레잉(airlaying) 또는 편직 및 직조와 같은 텍스타일 형성 단계를 사용하여 형성될 수 있다.

본 발명은 상대적으로 비탄성인 보다 높은 용융성 및 보다 큰 결정질 중합체, 및 쉬쓰 패치 또는 불연속체로 분리되는 중합체의 블렌드를 포함하는, 성분 A에 대한 다양한 저 모듈러스 중합체를 사용하여 수행될 수 있다. 전형적으로, 성분 B는 단일 부위 촉매화된, 또는 메탈로센 또는 비-메탈로센 촉매화된 에틸렌 및 프로필렌계 중합체, 예를 들어 MWD가 약 5 미만인 반응기 등급 중합체 및 블렌드를 비롯한 탄성 올레핀 중합체 및 공중합체로부터 선택될 수 있으며, 많은 경우에 약 60 J/g 미만의 용융열을 가질 것이다. 성분 A 및 B 둘다는 특정 특성을 위해 다양 한 첨가제를 포함할 수 있으며, 하기에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 추가의 성분이 포함될 수 있다. 더욱이, 특정 실시양태는 성분 A 중의 공단량체가 약 2 중량％ 이상 적은 성분 A 및 B에 대한 올레핀 공중합체를 사용할 것이다. 다른 실시양태는 성분 A 또는 B로서 9 중량％ 이상의 공단량체를 함유하는 프로필렌 알파 올레핀 공중합체를 사용한다.

섬유 및 웹을 또한 크림핑(crimping), 크레핑(creping), 적층 및 코팅, 인쇄 및 활성제를 사용한 침지와 같은 공지된 기술에 의해 처리하여 목적하는 바와 같은 방수성, 습윤성 또는 흡수성과 같은 특성을 얻을 수 있다. 본 발명은 또한 상기 탄성 섬유 및 웹에 대한 일회용 및 기타 제품 적용을 포함한다.

여러가지 실시양태는 쉬쓰가 리플(ripple), 균열부 또는 패치를 형성하고/거나 불연속성인 쉬쓰/코어 배열을 구성한다. 일 실시양태에서, 쉬쓰는 패치를 형성하는 상 분리된 중합체의 블렌드를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 웹은 용융 압출에 의해 스펀본드 및 멜트블로운과 같은 공기압으로 연신된 공정에 의해 형성될 수 있으며, 80％ 변형률에서의 제1 세트 사이클이 약 40％ 미만, 일부 적용에 대해서는 약 15％ 미만이다. 본 발명은 또한 이러한 섬유 및 웹의 형성 방법을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따라 사용되어 스펀본드 부직을 형성할 수 있는 이성분 방적 시스템의 개략 예시도이다.

도 2A 내지 2C는 본 발명에 따른 복합 섬유에 대한 쉬쓰/코어 구조의 다양한 횡단면 배열을 예시한다.

도 3A 내지 3C는 본 발명에 따른 섬유를 여러가지 쉬쓰 배열로 나타낸 개략 예시도이다.

도 4는 실시예 1-01의 제2 가열 DSC 온도기록도이다.

도 5는 본 발명의 복합 섬유 (실시예 1-01 내지 1-06) 및 비교예 (C1, C2, C4 및 C5)에 대한 강도, 모듈러스 및 신장률을 플롯팅한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 복합 섬유 (실시예 1-0 내지 1-06) 및 비교예 (C1, C2 및 C3)에 대한 COF를 플롯팅한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 복합 섬유 (실시예 1-01 내지 1-06) 및 비교예에 대한 COF 및 세트를 플롯팅한 그래프이다.

도 8은 다양한 본 발명의 직물 및 비교예의 COF를 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 복합 섬유 (실시예 3-09 및 3-10) 및 비교예 (C2 및 C5)에 대한 강도, 모듈러스 및 신장률을 플롯팅한 그래프이다.

도 10은 본 발명의 복합 섬유 (실시예 3-03 및 3-04) 및 비교예 (C1, C2, C9 및 C10)에 대한 COF를 플롯팅한 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따른 개인 위생 제품의 개략도이다.

본 발명은 최상의 양태를 비롯한 특정 실시양태와 관련하여 기재될 것이지만, 설명을 목적으로 하는 기재된 실시양태에 제한되지 않음이 이해될 것이다. 반대로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 개념 및 범위 내에 포함될 수 있는 모든 별법, 변형법 및 등가법을 포함하는 것으로 의도된다.

시험 절차

용융 유속:

중합체의 용융 유속을 측정하기 위해, ASTM D1238 시험 방법을 사용하였다. 프로필렌을 갖는 중합체는 230℃ 및 2.16 kg의 폴리프로필렌 조건을 사용하여 측정하였다. 에틸렌-옥텐 중합체는 190℃ 및 2.16 kg의 폴리에틸렌 조건으로 측정하였다.

쉬쓰 및 코어 함량의 설정:

섬유당 쉬쓰 함량을 설정하기 위해, 하기 절차를 사용하였다. 쉬쓰 성분 질량 유속 대 방적판에 대한 중합체의 총 질량 유속의 비율은 쉬쓰 퍼센트이다. 따라서, 쉬쓰 함량은 섬유 중 쉬쓰 중합체의 질량 퍼센트이다.

밀도 방법:

쿠폰 샘플 (1 인치 x 1 인치 x 0.125 인치)을 ASTM D4703-00에 따라 190℃에서 압축 성형하고, 절차 B를 사용하여 냉각시켰다. 샘플이 40 내지 50℃로 냉각되면, 이를 꺼냈다. 샘플이 23℃에 도달하면, 그의 건조 중량 및 이소프로판올 중 중량을 오하우스(Ohaus) AP210 저울 (미국 뉴저지주 파인 브루크에 소재하는 오하우스 코포레이션(Ohaus Corporation))을 사용하여 측정하였다. 밀도를 ASTM D792 절차 B에 지시된 바와 같이 계산하였다.

DSC 방법:

시차 주사 열량계 (DSC)는 반-결정질 중합체의 용융 및 결정화를 검사하는데 사용될 수 있는 통상적인 기술이다. DSC 측정의 일반적인 원리 및 DSC의 반-결정질 중합체를 연구하는데 대한 적용은 표준 문헌에 기재되어 있다 (예를 들어, 문헌 [E. A. Turi, ed., Thermal Characterization of Polymeric Materials, Academic Press, 1981]). 본 발명의 실시에 사용되는 특정 공중합체는, 공중합체 중 불포화된 공단량체의 양이 증가될 때 본질적으로 동일하게 유지되는 T_me 및 감소하는 T_max를 갖는 DSC 곡선을 특징으로 한다. T_me는 용융이 종료되는 온도를 의미한다. T_max는 피크 용융 온도를 의미한다.

시차 주사 열량계 (DSC) 분석은 TA 인스트루먼츠, 인크.(TA Instruments, Inc.)로부터의 모델 Q1000 DSC를 사용하여 측정한다. DSC의 보정은 하기와 같이 수행한다. 먼저, 알루미늄 DSC 팬 중 임의의 샘플이 없이 -90℃ 내지 290℃에서 DSC를 가동시킴으로써 기준선을 얻는다. 그 후, 신선한 인듐 샘플 7 mg을 샘플을 180℃로 가열하고, 샘플을 10℃/분의 냉각 속도로 140℃로 냉각시킨 후, 샘플을 140℃에서 1분 동안 등온 유지한 후, 샘플을 가열 속도 10℃/분으로 140℃ 내지 180℃로 가열함으로써 분석한다. 인듐 샘플의 융합열 및 용융 개시점을 측정하고, 용융 개시점에 대해서는 0.5℃ 내지 156.6℃ 내에서, 및 융합열에 대해서는 0.5 J/g 내지 28.71 J/g 내에서 검사한다. 그 후, 탈이온수를 신선한 샘플의 소적을 DSC 팬에서 냉각 속도 10℃/분으로 25℃ 내지 -30℃로 냉각시킴으로서 분석한다. 샘플을 -30℃에서 2분 동안 등온 유지하고, 가열 속도 10℃/분으로 60℃로 가열한다. 용융 개시점을 측정하고, 0.5℃ 내지 0℃ 내에서 검사한다.

중합체 샘플을 190℃의 온도에서 박막으로 압축한다. 샘플 약 5 내지 8 mg을 칭량하고, DSC 팬에 넣는다. 뚜껑을 팬 위에 덮어 밀폐 분위기를 보장한다. 샘플 팬을 DSC 셀에 정치하고, 약 100℃/분의 고속으로 약 30℃의 온도로 용융 온도 초과로 가열한다. 샘플을 상기 온도에서 약 3분 동안 유지한다. 그 후, 샘플을 10℃/분의 속도로 -40℃로 냉각시키고, 상기 온도에서 3분 동안 등온 유지한다. 이어서, 샘플을 완전히 용융될 때까지 10℃/분의 속도로 가열한다. 상기 단계는 제2 가열로서 나타낸다. 얻어지는 엔탈피 곡선을 피크 용융 온도, 개시점 및 피크 결정화 온도, 총 융합열 (용융열로도 알려짐) (ΔH), 80℃ 미만의 융합열 (용융열) (ΔH_PA (80℃))에 대해 분석한다. 총 융합열을 선형 기준선을 사용하여 용융 개시로부터 용융의 마지막까지 용융 흡열 아래의 면적을 적분함으로써 측정하였다. 80℃ 미만의 융합열 (용융열)은 80℃ 미만에서 총 융합열의 부분 면적으로서 정의되었다. 이는 전형적으로 표준 DSC 소프트웨어를 사용하여 80℃에서 수선을 내림으로써 측정한다. 도 4는 실시예 1-01에 대한 이러한 계산을 예시한다.

섬유 및 직물에 대한 DSC 방법:

장비, 보정 절차, 샘플 제조 및 데이타 분석은 이전의 섹션에서의 기재와 유사하였다. 차이점은 섬유 또는 직물 샘플을 필름 대신 사용한 것이었다.

섬유 인장 시험:

144개 필라멘트의 토우(tow)를 2 인치로 이격된 2개의 공기압으로 활성화된 라인-접촉 그립 사이에 적하하였다. 이를 게이지 길이인 것으로 취하였다. 평평한 그립 면을 고무로 코팅하였다. 압력을 조정하여 미끄러짐을 방지하였다 (통상적으로 50 내지 100 psi). 크로스헤드를 10 인치/분으로 시편이 파쇄될 때까지 증가시켰다. 크로스헤드 대체를 2 인치로 나누고 100을 곱함으로써 변형률을 계산하였다. 감소된 하중 (g/데니어)은 [하중 (g 힘)/필라멘트의 수/필라멘트당 데니어]와 같다. 신장률은 하기 수학식 1에 따라 정의되었다.

L₀는 초기 길이이고, L_파쇄는 파쇄시 길이이다. L₀는 2 인치로서 취해진다.

강도는 하기 수학식 2에 따라 정의된다.

F_파쇄는 g 힘으로 측정된 파쇄력이고, d는 필라멘트당 데이어이고, f는 필라멘트의 수이다.

섬유 50％ 1-사이클 시험:

샘플을 적하하고, 그립 공간을 인장 시험에서 수행한 바와 같이 설정하였다. 크로스헤드 속도를 10 인치/분으로 설정하였다. 크로스헤드를 100％ 변형률까지 연신시키고, 동일한 크로스헤드 속도에서 0％ 변형률로 복귀시켰다. 0％ 변형률로 복귀시킨 후, 크로스헤드를 10 인치/분으로 연신시켰다. 하중 개시점에 상응하는 변형률을 세트(set)로서 취하였다. 감소된 하중을 30％ 변형률에서 크로스헤드의 제1 연신 및 제1 수축 동안 측정하였다. 보유 하중을 연신 동안의 30％ 변형률에서 감소된 하중을 수축 동안의 30％ 변형률에서 감소된 하중으로 나누어서 계산하였다.

직물 인장 특성:

부직 측정용 시편을 기계 방향 (MD) 및 횡 방향 (CD)으로 웹으로부터 3 인치 폭 x 8 인치 길이 스트립을 절단함으로써 수득하였다. 분석 저울로 측정된 중량을 면적으로 나눔으로써 각각의 샘플에 대해 기본 중량 (g/m²)을 측정하였다. 공기압으로 활성화된 라인-접촉 그립으로 적합화된 신텍(Sintech) 기계 시험 장치를 직물 인장 시험에 사용하였다. 초기 그립 분리는 3 인치로 설정하였다. 샘플을 크로스헤드 대체의 방향에 평행하게 배향된 8 인치 길이로 그립한 후, 12 인치/분으로 잡아당겨 파쇄하였다. 피크 하중 및 피크 변형률을 각각의 인장 측정에 대해 기록하였다.

직물 탄성:

탄성을 1-사이클 이력 시험을 사용하여 80％ 변형률까지 측정하였다. 상기 시험에서, 샘플을 4 인치의 초기 분리를 갖는 공기압으로 활성화딘 라인-접촉 그립으로 적합화된 신텍 기계 시험 장치 내로 적하하였다. 그 후, 샘플을 500 mm/분으로 80％ 변형률까지 신장시키고, 동일한 속도로 0％ 변형률까지 복귀시켰다. 수축 시 10 g 하중에서의 변형률을 세트로서 취하였다. 이력 손실은 연신 및 수축 사이의 에너지 차이로서 정의된다. 하중 저하는 50％ 변형률에서의 수축력이었다. 모든 경우에, 샘플은 신선하거나 오래되지 않도록 하여 측정하였다.

섬유의 감촉:

섬유의 감촉을 ASTM D3108에 따른 90° 랩 각으로 0.25 인치 직경 강철 막대 (록웰(Rockwell) 경도 C60-C62; 최대 평활도 10 마이크로인치)에 대한 마찰 계수에 의해 측정하였다. 샘플은 144개 필라멘트로 구성되었다. 시험 속도는 20 m/분이고, 프리텐션(pretension)은 5 g 힘이었다.

부직의 감촉:

부직 웹의 감촉은 152 mm/분에서 6 인치 (152 mm)에 대한 직물 너머로 직물을 슬라이딩시킬 때 측정된 마찰 계수로 특성화한다. 시험을 수행하기 위해, 발포체를 첨가하여 최중 중량 200 g을 얻은 2 인치 x 4 인치 (50.8 mm x 101.6 mm)의 치수를 갖는 슬레드(sled)를 아이 스크류에 의해 그 바닥 표면까지 120 mm 길이 (MD) 및 67 mm 폭 (CD)의 시험 물질의 샘플에 부착시켰다. 시험 물질의 제2 샘플을 305 mm 폭 (MD) 및 약 102 mm 내지 127 mm (CD)을 갖는 적어도 슬레드 이동 공간을 덮는 평평한 표면에 부착시켰다. 25.4 mm V-컷은, 사용될 경우 아이 스크류의 주위에 고정하기 위한 슬레드 샘플로 제조될 수 있다. 슬레드를 직물이 덮힌 시험 표면 상에 위치시키고, 와이어에 대해 평행인 시편의 MD를 갖는 완전히 연신된 와이어에 의해, 에스. 에이. 마이어(S. A. Meyer) (미국 위스콘신주 밀워키에 소재)로부터 시판되는 200 g 슬레드에 대한 평균 게이지의 캐틸리온 모델 (Chatillion Model) DFI COF-2와 같은 장치에 연결하였다. 슬레드 이동은 미국 펜실베니아주 허니 브루크에 소재하는 케이네스, 인크.(Kayeness, Inc.)에서 시판되는 케이네스 "콤비" 모델(Kayeness "Combi" Model) 1055 시험기와 같은 장치에 의해 제어될 수 있으며, 게이지는 60초의 이동에 대해 연속적인 판독을 제공하며, 평균 COF 및 피크 COF를 측정하였다. 시험은 약 23℃ 및 상대습도 50％의 표준 조건하에서 수행하였다. 10회 반복하고 결과를 평균하였다. 샘플을 테이블 둘다의 외부 겹을 갖는 3 겹 두께로 제조하고, 슬레드 샘플을 시험 시작 전에 제거하였다. 보다 높은 마찰 계수는 직물에 대한 보다 거칠거나 덜 바람직한 "감촉"을 지시한다. 일반적으로 약 1.6 미만의 계수가 적합하며, 약 1.4 미만이 바람직하다.

주사 전자 현미경:

주사 전자 현미경용의 섬유 및 부직 샘플을 카본 블랙이 충전된 테이프 및 구리 테이프를 갖는 알루미늄 샘플 스테이지 상에 탑재시켰다. 그 후, 탑재된 샘플을 아르곤 가스 공급 및 진공 펌프가 구비된 스트럭쳐 프로브 인코포레이티드(Structure Probe Incorporated) (미국 메사추세츠주 웨스트 체스터에 소재)에서 시판되는 SPI-모듈 스퍼터 코터(SPI-Module Sputter Coater) (모델 번호 11430)를 사용하여 100 내지 200 Å의 금-팔라듐으로 코팅하였다.

그 후, 코팅된 샘플을 히타치 아메리카 엘티디(Hitachi America, Ltd) (미국 일리노이주 샤움버그에 소재)에 의해 공급되고 장 효과 건이 구비된 S4100 주사 전자 현미경에서 검사하였다. 샘플을 3 내지 5 kV의 가속 전압을 사용하여 2차 전자 영상 모드를 사용하여 검사하였고, 영상을 디지탈 영상 캡처링 시스템을 사용하여 수집하였다.

정의

본원에 사용된 하기 용어는 본문이 다른 의미를 요구하지 않거나, 다른 의미가 표현되지 않는다면 특정된 의미를 가지며, 또한 달리 지시되지 않는다면 단수형태는 일반적으로 복수형태를 포함하고, 복수형태는 일반적으로 단수형태를 포함한다.

본원에 사용된 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 개방형이며, 본 발명의 작동 및 결과를 실패시키지 않는 다른 조성적 성분, 장치 요소 또는 당법 단계의 첨가 또는 조합을 포함한다.

본원에 사용된 "섬유"라는 용어는 한정된 길이이거나 연속성일 수 있는 신장된 배열을 갖는 요소를 포괄한다.

본원에 사용된 "필라멘트"라는 용어는 "섬유"라는 용어의 일종이며, 직경에 대한 길이의 비율이 매우 긴, 예를 들어 1000 이상인 용융 압출되고 공기압으로 연신된, 일반적으로 연속성인 가닥을 의미한다.

본원에 사용된 "연신성"이라는 용어는 수축성 특성을 갖거나 갖지 않을 수 있지만, 본원에 기재된 각각의 인장 시험 절차를 사용하여 섬유에 대해 원래 치수의 50％ 이상 (즉 1.5배)까지, 그리고 직물에 대해 원래 치수의 100％ 이상 (즉 2배)까지 신장가능한 물질을 포함한다. "탄성" 웹은 시험 절차에서 상기 기재된 1-사이클 시험에 의해 80％ 변형률까지 측정된 바 40％ 미만의 세트를 가지게 될 웹 샘플을 의미한다. "탄성" 섬유는 시험 절차에서 기재된 1-사이클 시험에 의해 50 ％ 변형률까지 측정된 바 15％ 미만의 세트를 가질 섬유 샘플을 의미한다.

공지된 바와 같이, 세트의 감소된 수준은 보다 높은 탄성 특성의 수준을 지시하며, 일부의 적용에 대해, 본 발명의 섬유 및 웹은 예를 들어 15％ 미만의 세트 값을 가질 것이다. 섬유 또는 웹은 특정 지점까지 신장되며, 이어서 신장 전의 원래 위치로 이완된 후, 다시 신장된다. 섬유 또는 웹이 하중을 끌기 시작하는 지점은 세트 ％ 및 사용된 신장 사이클의 수의 용어로 표시된다. "탄성 물질"은 또한 당업계에서 "엘라스토머" 및 "엘라스토머성"으로 지칭된다. 탄성 물질 (때때로 탄성 물품으로도 지칭됨)은 중합체 자체 뿐만 아니라, 섬유, 필름, 스트립, 테이프, 리본, 쉬트 등의 형태의 중합체(이에 제한되지 않음)를 포함한다. 바람직한 탄성 물질은 웹이다. 탄성 물질은 경화되거나 비-경화될 수 있고/거나, 방사상이거나 비-방사상일 수 있고/거나 가교되거나 비-가교될 수 있다.

본원에 사용된 "비탄성"이라는 용어는 "탄성"의 정의를 충족시키지 않는 물질을 의미하며, 연신성이거나 비-연신성일 수 있다.

본원에 사용된 "부직"이라는 용어는 편직 또는 직조 이외에 수단에 의해 형성되며 섬유 또는 필라멘트의 일부 또는 전부 사이에 결합을 함유하는 섬유 또는 필라멘트의 웹을 의미하며, 이러한 결합은 예를 들어 엉킴과 같은 열적, 접착적 또는 기계적 수단에 의해 형성될 수 있다. 통상적인 부직은 스펀본드, 멜트블로운, 카딩, 웨트레잉 및 에어레잉 공정에 의해 형성된다.

본원에 사용된 "스펀본드"라는 용어는 통상적으로 중합체 압출물의 용융 압출에 의해 고속도 공기에 의해 켄칭 및 연신된 가닥으로 형성되어 형성 표면 상에 수집되고, 종종 열 및 압력의 패턴화된 적용에 의해 결합된 필라멘트를 강화시킨 필라멘트의 부직을 의미한다. 스펀본드 공정은 예를 들어 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호 및 도르슈너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호에 기재되어 있으며, 이들은 각각 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.

본원에 사용된 "멜트블로운"이라는 용어는 용융 중합체 압출물을 용융사 또는 필라멘트로서 다수의 미세한 통상적으로 원형의 다이 모세관을 통해 압출하여 고속의 통상적으로 가열된 가스 (즉, 공기) 스트림으로 전환시킴으로써 필라멘트를 가늘게 하여 그의 직경을 통상적으로 마이크로섬유 (즉 10 ㎛ 직경 미만)까지 감소시켜 형성한 섬유를 의미한다. 필라멘트는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고, 종종 여전히 점착성인 상태로 수집 표면상에 침착되어 랜덤하게 분포하는 일반적으로 연속성인 필라멘트를 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어, 버틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호에 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.

본원에 사용된 "복합" 및 "다성분"이라는 용어는 상호교환적으로 사용되며, 섬유 또는 필라멘트의 전체 길이를 따라 별개의 중합체 성분에 의해 점유된 2개 이상의 개별 섹션을 초래하는 각각의 섬유 또는 필라멘트에 다중 압출물을 조합함으로써 형성된 섬유 또는 필라멘트를 의미한다. 섬유의 횡단면은 나란한형(side-by-side), 파이, 쉬쓰-코어, 편심성 쉬쓰 코어 및 해도(islands-in-the-sea)와 같은 많은 여러가지 배열을 취할 수 있다. 본 발명에 대해 특히 흥미로운 것은 쉬쓰-코어 배열이다. 복합 섬유 또는 필라멘트는 또한 일부 적용에 대해 하나 이상의 중 공 부분을 가질 수 있다. 복합 섬유 및 필라멘트, 및 그의 제조는 예를 들어 샤우버(Shawver) 등의 미국 특허 제5,425,987호에 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다. 복합 섬유 및 필라멘트는 스펀본드 및 멜트블로운 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는 공정에 의해 형성될 수 있다.

"중합체"는 동일하거나 상이한 종류의 단량체를 중합함으로써 제조된 거대분자 화합물을 의미한다. "중합체"는 단독중합체, 공중합체, 삼원중합체, 인터폴리머 등을 포함한다. "인터폴리머"라는 용어는 2 이상의 종류의 단량체 또는 공단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 의미한다. 이로는 공중합체 (통상적으로, 2개의 상이한 종류의 단량체 또는 공단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하지만, 종종 3개 이상의 상이한 종류의 단량체 또는 공단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하는 "인터폴리머"와 상호교환적으로 사용되기도 함), 삼원중합체 (통상적으로, 3개의 상이한 종류의 단량체 또는 공단량체로부터 제조된 중합체를 지칭함), 사원중합체 (통상적으로, 4개의 상이한 종류의 단량체 또는 공단량체로부터 제조된 중합체를 지칭함) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

"단량체" 또는 "공단량체"라는 용어는 상호교환적으로 사용되며, 이들은 반응기에 첨가되어 중합체를 생성하는 중합성 잔기를 갖는 임의의 화합물을 지칭한다. 중합체가 하나 이상의 단량체를 포함하는 것으로서 기재되는, 예를 들어 프로필렌 및 에틸렌을 포함하는 중합체의 예에서, 중합체는 물론 단량체로부터 유래된 단위, 예를 들어 -CH₂-CH₂-를 포함하는 것이지, 단량체 그 자체, 예를 들어 CH₂=CH₂ 를 포함하는 것은 아니다. 본원에 사용된 "중합체"라는 용어는 일반적으로 단독중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그라프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 변형체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 또한, 달리 특정하게 제한되지 않는다면, 상기 용어는 분자식의 모든 가능한 기하학적 형태를 포함한다.

"P/E^* 공중합체" 및 유사한 용어는 (i) 약 14.6 및 약 15.7 ppm에서 기하-오차(regio-error)에 상응하는, 거의 동일한 강도의 13C NMR 피크, (ii) 공중합체 중 공단량체, 즉 에틸렌으로부터 유도된 단위 및/또는 불포화된 공단량체(들)의 양이 증가할 때 본질적으로 동일한 T_me 및 감소하는 T_max를 갖는 DSC 곡선, 또는 (iii) 지글러-나타(Ziegler-Natta; Z-N) 촉매로 제조된 것을 제외하고 중량 평균 분자량에서 비교가능한 프로필렌 공중합체보다 더 많은 감마형 결정체를 나타내는 X-선 회절 패턴 중 하나 이상의 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 프로필렌/불포화된 공단량체 (전형적으로, 그리고 바람직하게는 에틸렌) 공중합체를 의미한다. 전형적으로, 상기 실시양태의 공중합체는 상기 특성 중 2가지 이상, 바람직하게는 3가지 모두를 특징으로 한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 공중합체는 (iv) 약 -1.20 초과의 뒤틀림 지수 S_ix를 또한 갖는 것을 추가의 특징으로 한다.

본원에 사용된 "프로필렌계 올레핀 중합체"는 프로필렌 단위로 배타적으로 또는 우위적으로 구성된 중합체 또는 공중합체를 의미한다.

"메탈로센-촉매화된 중합체" 또는 유사한 용어는 메탈로센 촉매의 존재하에 서 제조된 임의의 중합체를 의미한다. "속박된(constrained) 기하구조 촉매 촉매화된 중합체", "CGC-촉매화된 중합체" 또는 유사한 용어는 속박된 기하구조 촉매의 존재하에서 제조된 임의의 중합체를 의미한다. "지글러-나타-촉매화된 중합체", "Z-N-촉매화된 중합체" 또는 유사한 용어는 지글러-나타 촉매의 존재하에서 제조된 임의의 중합체를 의미한다. "메탈로센"은 금속에 결합된 하나 이상의 치환되거나 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 금속-함유 화합물을 의미한다. 본원에 사용된 "속박된 기하구조 촉매" 또는 "CGC"는 미국 특허 제5,272,236호 및 동 제5,278,272호에 정의되고 기재된 상기 용어와 동일한 의미를 갖는다.

"랜덤 공중합체"는 단량체가 중합체 쇄를 통해 랜덤하게 분포된 공중합체를 의미한다. "프로필렌 단독중합체" 및 유사한 용어는 프로필렌으로부터 유도된 단위 만으로 또는 본질적으로 모두 이루어진 중합체를 의미한다. "폴리프로필렌 공중합체" 및 유사한 용어는 프로필렌 및 에틸렌 및/또는 1종 이상의 불포화된 공단량체로부터 유도된 단위를 포함하는 중합체를 의미한다. "공중합체"라는 용어는 삼원중합체, 사원중합체 등을 포함한다.

본 발명의 성분 B 중합체는 단독으로 또는 1종 이상의 다른 중합체와 조합으로, 필요에 따라 항산화제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 기핵제, 윤활제, 난연제, 블록킹 방지제, 착색제, 무기 또는 유기 충전제 등과 같은 다양한 첨가제와 블렌딩될 수 있다. 상기 첨가제는 통상적인 방식 및 통상적인 양으로 사용된다.

본 발명의 섬유에 대해 성분 B가 본 발명의 실시에 사용되는 프로필렌 공중합체와 1종 이상의 다른 중합체의 블렌드를 포함할 수 있는 반면, 중합체 블렌드 비율은 폭넓게 다양할 수 있으며, 편리하게는 본 발명의 일 실시양태에서, 섬유는 프로필렌으로부터 유도된 단위 약 50 중량％ 이상, 바람직하게는 약 60 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 70 중량％ 이상과, 프로필렌 이외의 공단량체 (바람직하게는 에틸렌 또는 C_4-12 α-올레핀)로부터 유도된 단위 약 8 중량％ 이상을 포함하는 프로필렌 공중합체 약 98 중량％ 이상, 바람직하게는 약 99 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 본질적으로 100 중량％의 성분 B 블렌드를 포함하며, 공중합체는 용융열이 60 J/g 이하, 바람직하게는 50 J/g 이하, 보다 바람직하게는 40 J/g 이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또다른 실시양태에서, 프로필렌 공중합체는 1종 이상의 프로필렌/에틸렌 공중합체이다. 앞에서 주목된 바와 같이, 상기 중합체 또는 중합체 블렌드로 이루어진 섬유는 다수의 여러가지 형태 및 배열 중 임의의 하나를 취할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복합 섬유 또는 필라멘트는 형성된 바와 같은 섬유 또는 필라멘트 표면의 적어도 일부를, 일부 실시양태에서는 90％ 이상을 구성하는 성분 A로 형성된다. 표면 함량은 특히 성분 A가 쉬쓰 성분인 쉬쓰-코어 섬유 또는 필라멘트 배열에 대해 압출 속도로부터 용이하게 측정될 수 있다. 또한, 쉬쓰 성분 함량은 탄성 특성에 악영향을 피하기 위해 약 10 중량％를 초과하지 않아야 한다는 것이 중요하다. 불연속성 쉬쓰를 수득하기 위해, 쉬쓰 성분이 약 6 중량％를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 성분 A는 바람직하게는 메탈로센 촉매화된 또는 비-메탈 로센 촉매화된 에틸렌 또는 프로필렌계 엘라스토머 및 플라스토머일 수 있는 중합체 및 공중합체로부터 선택된다. 그 예로는 다우(Dow)에서 시판되는 프로필렌계 엘라스토머 및 플라스토머 및 엑손-모바일(Exxon-Mobil)에서 시판되는 VISTAMAXX 브랜드 및 미쯔이(Mitsui)에서 시판되는 TAFMER 브랜드를 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 공단량체로는 관능성 이점을 위해 C₂, C₄-C₂₂ 및 디엔, 4-메틸 펜텐을 들 수 있다. 일반적으로 약 98 몰％ 내지 본질적으로 100 몰％의 프로필렌 및 약 90 몰％ 내지 본질적으로 100 몰％의 프로필렌을 갖는 프로필렌 공중합체의 선택이 특히 바람직하다. 보다 높은 몰％ 프로필렌은 보다 뻣뻣한 섬유 및 필라멘트를 생성하는 경향이 있는 반면, 보다 높은 몰％ 공단량체는 예를 들어 탄성을 증가시키는 경향이 있다. 특정 실시양태에 대해, 성분 A는 상 분리된 중합체의 패치의 고유한 스킨 배열을 제공하는 상 분리된 중합체의 블렌드일 수 있다.

본 발명에 따르면, 성분 B는 바람직하게는 메탈로센 촉매화된 또는 비-메탈로센 촉매화된 에틸렌 또는 프로필렌계 엘라스토머일 수 있는 탄성 중합체 및 공중합체로부터 선택된다. 미세구조는 예를 들어 랜덤, 비-랜덤 또는 블록 공중합체일 수 있다. 그 예로는 다우로부터의 AFFINITY 브랜드 등, 또는 엑손-모바일로부터의 VISTAMAXX 또는 이그잭트(Exact) 브랜드, 및 미쯔이로부터의 TAFMER 브랜드를 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 공단량체로는 관능성 이점을 위해 C₂, C₄-C₂₂ 및 디엔, 4-메틸 펜텐을 들 수 있다. 공중합체 양의 선택은 특정 공단량체 및 목적하는 탄성 특성을 기준으로 할 것이며, 감소된 양은 증가된 탄성 및 보다 낮은 결정성을 초래한다. 프로필렌계 공중합체에 대해, 일반적으로 프로필렌의 중량％는 바람직하게는 약 60 내지 91％ 범위이며, 프로필렌의 몰％는 바람직하게는 약 79 내지 91 몰％이다. 에틸렌과의 공중합체에 대해 특히 프로필렌의 중량％는 바람직하게는 약 84 내지 91％의 범위이고, 몰％는 바람직하게는 약 77 내지 87 몰％의 범위이다. 에틸렌계 엘라스토머에 대해, 선택은 바람직하게는 약 1 내지 39 부피％의 결정성 범위를 기준으로 하며, 약 1 내지 15 부피％는 일부 적용에 대해 유리하다. 부피％ 결정성은 하기와 같이 정의된 2-상 모델을 사용하여 계산된다.

p는 중합체의 밀도이고, p _c 는 결정질 밀도이고, p _a 는 무정질 밀도이고, x는 결정체의 중량 분율이다. 프로필렌 결정성의 경우, p _a 는 0.853 g/cm³으로 취해지며, p _c 는 0.936 g/cm³으로 취해진다.

에틸렌-옥텐 엘라스토머에 대해, 밀도 범위는 바람직하게는 0.855 내지 0.910 g/cc 내로 선택될 수 있으며, 일부 적용에 대해 약 0.855 내지 0.875 g/cc가 유리하다. 용융 유동 및 분자량 분포와 같은 다른 파라미터는 당업자에게 공지된 바와 같은 방적 조건을 기준으로 선택될 수 있다.

본 발명의 성분 B 프로필렌 공중합체는 공중합체의 중량을 기준으로 프로필렌으로부터 유도된 단위 약 50 중량％ 이상, 바람직하게는 약 60 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 70 중량％ 이상을 포함한다. 프로필렌으로부터 유도된 충분한 단위가 공중합체에 존재하여 용융 방적 동안 프로필렌 변형률-유도된 결정화 거동의 이점을 보장한다. 연신이 방적을 용이하게 하는 동안 생성된 변형률-유도된 결정성은 섬유 파쇄 및 꼬임을 감소시킨다.

프로필렌 이외의 충분한 수준의 공단량체는 결정화를 제어하여 탄성 성능이 유지되도록 한다. 프로필렌 공중합체의 잔류하는 단위는 에틸렌, C_4-20 α-올레핀, C_4-20 디엔, 스티렌계 화합물 등과 같은 1종 이상의 공단량체로부터 유도되지만, 바람직하게는 공단량체는 에틸렌, 및 1-헥센 또는 1-옥텐과 같은 C_4-12 α-올레핀 중 1종 이상이다. 바람직하게는, 공중합체의 잔류하는 단위는 에틸렌으로부터만 유도된다.

공중합체 중의 에틸렌 이외의 공단량체의 양은 적어도 부분적으로 공단량체와 공중합체의 목적하는 용융열의 함수이다. 공중합체의 목적하는 용융열은 약 60 J/g을 초과하지 않으며, 탄성 섬유에 대해 이는 약 50 J/g을 초과하지 않는다. 공단량체가 에틸렌일 경우, 전형적으로 공단량체-유도된 단위는 약 16, 바람직하게는 약 15, 보다 바람직하게는 약 12 중량％의 공중합체를 초과하지 않게 포함한다. 에틸렌-유도된 단위의 최소량은 전형적으로 공중합체의 중량을 기준으로 약 5 중량％ 이상, 바람직하게는 약 6 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 8 중량％ 이상이다.

본 발명의 성분 B 프로필렌 공중합체는 임의의 공정에 의해 제조될 수 있으며, 지글러-나타, CGC, 메탈로센 및 비-메탈로센, 금속-중심, 헤테로아릴 리간드 촉매작용에 의해 제조된 공중합체를 포함한다. 상기 공중합체는 랜덤, 블록 및 그라프트 공중합체를 포함하지만, 바람직하게는 공중합체는 랜덤 배열이다. 예시적인 프로필렌 공중합체로는 엑손 모바일의 VISTAMAXX, 미쯔이의 TAFMER 및 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에 의한 프로필렌계 엘라스토머를 들 수 있다.

본 발명의 성분 B 공중합체의 밀도는 전형적으로 약 0.850 g/cm³ 이상, 바람직하게는 약 0.860 g/cm³ 이상, 보다 바람직하게는 약 0.865 g/cm³ 이상이다. 전형적으로, 프로필렌 공중합체의 최대 밀도는 약 0.915 g/cm³이고, 바람직하게는 최대 밀도는 약 0.900 g/cm³이고, 보다 바람직하게는 최대 밀도는 약 0.890 g/cm³이다.

본 발명의 성분 B 공중합체의 중량 평균 분자량 (M_w)은 폭넓게 다양할 수 있지만, 전형적으로 이는 약 10,000 내지 1,000,000 (최소 또는 최대 M_w에 대한 유일한 제한은 실제적인 고려에 의해 설정되는 것이라는 점을 이해해야 함)이다. 멜트블로운 섬유의 제조에 사용되는 공중합체에 대해, 바람직하게는 최소 M_w는 약 20,000, 보다 바람직하게는 약 25,000이다.

본 발명의 성분 B 공중합체의 다분산도는 전형적으로 약 2 내지 약 4이다. "좁은 다분산도", "좁은 분자량 분포", "좁은 MWD" 및 유사한 용어는 중량 평균 분자량 (M_w) 대 수 평균 분자량 (M_n)의 비율 (M_w/M_n)이 약 3.5 미만, 바람직하게는 약 3.0 미만, 보다 바람직하게는 약 2.8 미만, 보다 바람직하게는 약 2.5 미만, 가장 바람직하게는 약 2.3 미만인 것을 의미한다. 섬유 용도에 사용하기 위한 중합체는 전형적으로 좁은 다분산도를 갖는다. 2종 이상의 본 발명의 공중합체를 포함하는 블렌드, 또는 1종 이상의 본 발명의 공중합체를 포함하는 블렌드 및 1종 이상의 기타 중합체는 4 초과의 다분산도를 가질 수 있지만, 방적 고려에 대해서는 이러한 블렌드의 분산도는 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 4이다.

적합한 성분 B 중합체의 예는 창(Chang) 등의 이름으로 본원과 함께 심지어 우선일에 출원된 발명의 명칭이 "프로필렌계 공중합체, 상기 섬유의 제조 방법 및 상기 섬유로부터 제조된 물품"인 미국 특허 출원 대리인 사건 제63585호에 보다 상세히 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.

성분 B는 또한 프로필렌-에틸렌과 같은 1종 이상의 프로필렌-공중합체의 블렌드로 이루어질 수 있다. 적합한 추가의 중합체로는 프로필렌-에틸렌, 단독중합체 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 포함하나 이에 제한되지 않는 기타 프로필렌 공중합체를 들 수 있다. 또한, 에틸렌 중합체 및 공중합체가 사용될 수 있다. 적합한 추가의 중합체는 지글러-나타, CGC, 메탈로센 및 비-메탈로센, 금속-중심, 헤테로아릴 리간드 촉매작용에 의해 제조될 수 있다. 상기 공중합체는 랜덤, 블록 및 그라프트 공중합체를 포함하지만, 바람직하게는 공중합체는 랜덤 배열이다. 성분 B 블렌드는 반응기중에서, 시리즈와 같은 다중 반응기의 형태로, 측면-암 압출 공정으로, 또는 용융 블렌딩에 의해 제조될 수 있다.

도 1로 돌아가서, 본 발명의 일 실시양태를 제조하기 위한 공정 라인 (10)을 설명한다. 공정 라인 (10)은 이성분 연속성 필라멘트를 생산하도록 배열되지만, 본 발명은 2 초과의 성분을 갖는 복합 필라멘트로 제조된 부직물도 고려함을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 필라멘트 및 부직물은 3개, 4개 또는 그보다 많은 성분을 갖는 필라멘트로 제조될 수 있다.

공정 라인 (10)은 중합체 성분 A 및 중합체 성분 B를 별개로 압출하기 위한 한 쌍의 압출기 (12a 및 12b)를 포함한다. 중합체 성분 A는 제1 호퍼 (14a)로부터 상응하는 압출기 (12a)로 공급되며, 중합체 성분 B는 제2 호퍼 (14b)로부터 상응하는 압출기 (12b)로 공급된다. 중합체 성분 A 및 B는 상응하는 중합체 도관 (16a 및 16b)을 통해 압출기 (12a 및 12b)로부터 방적돌기 (18)로 공급된다.

복합 필라멘트의 압출용 방적돌기는 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 따라서 본원에서는 상세히 기재하지 않는다. 일반적으로 기재하면, 방적돌기 (18)는 중합체 성분 A 및 B를 방적돌기를 통해 별개로 지정하는 유동 경로를 생성하기 위해 개구의 패턴이 배열된 다른 것의 상부 상에 하나를 쌓은 다수의 플레이트를 포함하는 방적 팩을 함유하는 하우징을 포함한다. 방적돌기 (18)는 하나 이상의 열로 배열된 개구를 갖는다. 방적돌기 개구는 중합체가 방적돌기를 통해 압출될 때 필라멘트의 하방향 압출 커튼을 형성한다. 방적돌기 (18)는 쉬쓰/코어, 편심성 쉬쓰/코어 또는 다른 필라멘트 횡단면을 형성하도록 배열될 수 있다.

공정 라인 (10)은 또한 방적돌기 (18)로부터 연장된 필라멘트의 커튼에 인접하게 위치된 켄치 블로어 (20)을 포함한다. 켄치 공기 블로어 (20)로부터의 공기는 방적돌기 (18)로부터 연장되는 필라멘트를 켄칭한다. 켄치 공기는 도 1에 도시 된 바와 같이 필라멘트 커튼의 한 측면 또는 필라멘트 커튼의 양 측면으로부터 방향할 수 있다.

섬유 연신 유닛 또는 흡입기 (22)는 방적돌기 (18) 아래에 위치되며, 켄칭된 필라멘트를 수용한다. 용융 방적 중합체에 사용하기 위한 섬유 연신 유닛 또는 흡입기는 상기 논의된 바와 같이 널리 공지되어 있다. 본 발명의 공정에 사용하기 위한 적합한 섬유 연신 유닛는 미국 특허 제3,802,817호 및 동 제3,423,255호에 나타난 종류의 선형 섬유 흡입기를 포함하며, 상기 특허의 개시사항은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.

일반적으로 기재하면, 섬유 연신 유닛 (22)는 통로의 측면으로부터 유입되고 통로를 통해 하부로 유동하는 공기를 흡입함으로써 필라멘트가 당겨지는 신장성 수직 경로를 포함한다. 가열기 또는 블로어 (24)는 섬유 연신 유닛 (22)에 흡입 공기를 공급한다. 흡입 공기는 필라멘트 및 섬유 연신 유닛를 통한 주위 공기를 연신한다.

끝없는 유공성 형성 표면 (26)은 섬유 연신 유닛 (22) 아래에 위치되며, 섬유 연신 유닛의 배출 개구로부터 연속성 필라멘트를 수용한다. 형성 표면 (26)은 가이드 롤러 (28) 주위를 이동한다. 필라멘트가 침착된 형성 표면 (26) 아래에 위치된 진공 (30)은 형성 표면 반대에서 필라멘트를 연신한다.

공정 라인 (10)은 열 포인트 결합 롤러 (34) (모형으로 도시됨) 또는 쓰루-에어(through-air) 결합기와 같은 결합 장치를 추가로 포함한다. 열 포인트 결합기 및 쓰루-에어 결합기는 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 본원에서는 상세히 기재하지 않는다. 일반적으로 기재하면, 쓰루-에어 결합기 (36)는 웹을 수용하는 천공된 롤러 (38), 및 천공된 롤러를 둘러싼 후드를 포함한다. 마지막으로, 공정 라인 (10)은 최종 직물을 취입하기 위한 와인딩 롤 (42)을 포함한다.

공정 라인 (10)을 작동시키기 위해, 호퍼 (14a 및 14b)를 상응하는 중합체 성분 A 및 B로 충전한다. 중합체 성분 A 및 B를 용융시키고, 상응하는 압출기 (12a 및 12b)에 의해 중합체 도관 (16a 및 16b) 및 방적돌기 (18)를 통해 압출한다. 압출된 필라멘트가 방적돌기 (18) 아래로 연장될 때, 켄치 블로어 (20)로부터의 공기 스트림은 적어도 부분적으로 필라멘트를 켄칭한다.

켄칭 후, 필라멘트를 공기와 같은 가스의 유동에 의해 가열기 또는 블로어 (24)로부터 섬유 연신 유닛를 통해 섬유 연신 유닛 (22)의 수직 경로로 연신한다. 가스의 유동은 필라멘트가 분자 작동 또는 필라멘트를 형성하는 중합체의 결정성을 증가시키도록 연신 또는 가늘게 한다.

필라멘트는 이동하는 형성 표면 (26) 상에 섬유 연신 유닛 (22)의 배출 개구를 통해 위치된다. 진공 (30)은 형성 표면 (26)에 반대쪽으로 필라멘트를 연신하여 연속성 필라멘트의 결합되지 않은 부직 웹을 통합한다. 필요할 경우, 웹을 압축 롤러 (32)에 의해 추가로 압축한 후, 롤러 (34)에 의해 또는 공기 결합기 (36)를 통해 열 포인트 결합할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같은 쓰루-에어 결합기 (36)에서, 성분 B의 용융 온도 초과의 온도 및 성분 A의 용융 온도 이하의 온도를 갖는 공기는 웹을 통해 후드로부터 천공된 롤러 (38)로 향한다. 뜨거운 공기는 중합체 성분 B를 용융시키고, 그 에 의해 이성분 필라멘트 사이에 결합을 형성하여 웹을 통합시킨다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌이 중합체 성분으로 사용될 경우, 쓰루-에어 결합기를 통해 유동하는 공기는 약 230℉ 내지 약 280℉ 범위의 온도 및 약 100 내지 약 500 피트/분의 속도를 갖는다. 쓰루-에어 결합기에서 팽창 속도는 바람직하게는 약 6초 미만이다. 그러나, 쓰루-에어 결합기의 파라미터는 사용되는 중합체의 종류 및 웹의 두께와 같은 인자에 의존한다는 것을 이해해야 한다.

마지막으로, 종결된 웹을 와인딩 롤러 (42) 상으로 감거나 당업자에게 이해될 것과 같은 라인 공정 및/또는 전환 단계 (도시하지 않음)로 추가로 지정할 수 있다.

도 1과 관련하여 논의된 결합 방법이 열 포인트 결합 및 쓰루-에어 결합이지만, 본 발명의 부직물은 오븐 결합, 초음파 결합, 수분엉킴(hydroentangling), 니들링(needling) 또는 이들의 조합과 같은 다른 수단에 의해 결합될 수 있다. 이러한 단계는 공지되어 있으며, 본원에서는 상세히 논의하지 않는다.

탄성 복합 멜트블로운 섬유 및 필라멘트 및 웹의 형성은 또한 본 발명에 따라 고려된다. 멜트블로잉 복합 공정의 기재에 대해서는, 레이크(Lake) 등의 미국 특허 제6,461,133호가 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다. 일반적으로, 형성시 필라멘트가 바람직하게는 점착성 섬유의 매트와 같은 형성 표면 상에 가열되고 블로잉된 고속 공기의 스트림을 집중시킴으로써 접촉되는 것을 제외하고는 상기 기재된 것과 유사한 중합체 분포 및 방적 공정이 사용될 수 있다. 원할 경우, 상기 기재된 바와 같은 추가의 결합 단계가 사용될 수 있다.

도 2로 돌아가서, 복합 쉬쓰/코어 섬유의 횡단면 3가지 형태를 설명한다. 도 2A는 코어 성분 B가 중심을 벗어난 편심성 배열이며, 사실상 외부 섬유 표면의 일부를 형성할 수 있지만, 여전히 일차적으로 섬유 횡단면 내에 있다. 도 2B는 코어 성분 A 내에서 전적으로 코어 성분을 갖는 표준 쉬쓰/코어 배열이며 일반적으로 중심적으로 위치된다. 도 2C는 성분 A 내에 다중 코어 성분 B가 있는 해도 배열을 나타낸다. 다른 배열은 당업자에게 명백할 것이다.

도 3으로 돌아가서, 본 발명에 따라 고려되는 쉬쓰 배열의 몇 가지 형태가 개략 투시도로 예시된다. 도 3A는 쉬쓰가 표면 상에 패치를 형성하고, 하기 기재된 바와 같은 비양립성 중합체의 블렌드인 쉬쓰 성분 A의 사용으로부터 초래될 수 있는 배열을 예시한다. 도 3B는 섬유 코어 성분 B 주위에 동심원적으로 배열된 일련의 폴드를 형성하는 리플 또는 주름진 쉬쓰를 예시한다. 도 3C는 섬유의 표면을 따라 불연속성 단편을 형성하는 쉬쓰를 예시한다. 다른 배열은 당업자에게 명백할 것이다.

DSC 용융열이 약 60 J/g 미만인 폴리올레핀 공중합체를 성분 B에 사용하였다. 약 60 J/g 초과의 DSC 용융열을 갖는 단독중합체 및 공중합체를 성분 A에 사용하였다. 각각의 중합체의 용융 유동 비율 (MER)은 20 내지 40 (또는 약 10 내지 20 용융 지수 (MI)와 동일)이었다.

실시예 1

미국 플로리다주 멜버른에 소재하는 힐스(Hills)에서 시판되는, 2.5 cm³/회전에서 작동하는 성분 A에 사용하는 한 개, 및 6.4 cm³/회전에서 작동하는 성분 B에 사용하는 제2의 것의 2개의 방적펌프로 이루어진 이성분 방적라인을 사용하였다. 성분 A를 170℃, 200℃, 220℃ 및 220℃의 온도에서 유지된 4개의 대역을 갖는 압출기로부터 공급하였다. 성분 B를 180℃, 210℃, 230℃ 및 230℃의 온도에서 유지된 4개의 대역을 갖는 압출기로부터 공급하였다. 다이는 0.65 mm 직경 및 3.85 L/D의 144개의 구멍을 가졌으며, 230℃에서 유지하였다. 압출기에서의 압력 세트 점은 750 psi였으며, 섬유 속도는 800 m/분으로부터 출발하여 1350 m/분이었고, 30초에서 램프되었다.

섬유를 지시된 속도에서 고데(Godet) 롤을 사용하여 연신하였다. 3개의 켄칭 대역을 12℃, 상부 공기 유동 0.2 m/초, 중간 공기 유동 0.28 m/초, 및 하부 공기 유동 0.44 m/초에서 사용하였다. 쉬쓰 코어 배열을 예를 들어 표 2에 지시된 바와 같은 1-01 내지 1-06의 다양한 쉬쓰 함량으로, 코어로서 MI가 10이고 밀도가 0.870 g/cc인 에틸렌-옥텐 공중합체 (30 내지 40 중량％ 옥텐), 및 쉬쓰로서 MFR이 38이고 밀도가 0.900 g/cc인 폴리프로필렌을 사용하여 방적하였다. 도 4는 표 2에 기재된 DSC 특성을 예시한다. 온도기록도는 실시예 1-01의 용융 엔탈피의 99％가 80℃ 미만에서 발생하며 총 용융 엔탈피 (AH)가 50 J/g 미만임을 나타낸다. 실시예 1-07 내지 1-10은 PE1 및 PE3으로 제조된 쉬쓰-코어 섬유를 기재한다. 참고로서, 비교예 C1 내지 C5가 포함되었다.

연신력의 효과를 또한 다양한 처리량 및 다양한 섬유에 대한 방적 속도에 의해 검사하였다. 이는 상이한 데니어의 섬유를 생성하였다.

도 5는 모듈러스, 강도 및 파단 신장률에 대한 쉬쓰 함량의 효과를 예시한다. 모듈러스는 성분 A의 증가하는 양에 따라 증가한 것으로 나타났다. 보다 경질인 보다 결정질 성분의 첨가는 보다 연질인 물질의 모듈러스를 증가시키는 통상적인 전략이다. 그러나, 보다 경질인 제2 상의 첨가는 종종 상기 궁극적인 특성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 실시예는 약 10 중량％ 이하의 성분 A의 첨가가 신장률 및 강도에 유의하게 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서, 이는 궁극적인 특성이 상기 섬유 내의 성분 A에 의해 영향받지 않는 신규한 것이다.

도 6은 COF에 대한 쉬쓰 함량의 효과를 나타낸다. 증가하는 PP1 함량은 COF를 감소시키며, 양성 곡선을 갖는 직선을 기재한다. 상기 관계는 블렌드에 대해 선형 예측에 해당하며, COF가 예상된 것보다 더 낮다는 증거를 제공한다. 피부와 직접 접촉하는 위생 물품 성분에 대한 보다 낮은 COF는, 일반적으로 보다 낮은 COF가 전형적인 엘라스토머로 제조된 "점착성", "끈적임성" 또는 "습윤성" 물품보다는 "보다 건조하고" "면같은" 감촉으로 전환된 손 감촉의 측면일 때 바람직하다.

도 7은 예를 들어 1-01 내지 1-06의 쉬쓰 함량의 함수로서의 탄성 성능 및 COF를 예시한다. 도시된 바와 같이, 약 10％ 미만으로 감소하는 쉬쓰 함량은 감소된 세트를 초래하며, 탄성 성능의 관점으로부터 바람직한 범위를 나타낸다. 2 내지 10 중량％의 성분 A 내에서, COF는 또한 감소되었다. 결합된 COF 및 세트는 탄성의 유의한 양을 유지하면서 개선된 손 감촉을 위한 바람직한 범위를 나타낸다. 본 발명은 임의의 이론에 제한되지 않지만, 2 내지 10 중량％의 성분 A를 갖는 섬유는 불연속성 쉬쓰 구조를 가지며, 이는 상대적으로 낮은 COF 및 상대적으로 낮은 세트의 바람직한 조합에 기여할 것이라고 믿어진다.

도시된 바와 같은 쉬쓰 구조는 부분적으로 주름진 또는 물결진 구조를 형성하며, 도 3B에 나타낸 개략도와 유사한 특성을 공유한다. 임의의 이론에 제한되는 것은 아니지만, 부분적으로 주름진 또는 물결진 구조는 성분 A의 불연속성 쉬쓰라고 생각된다. 성분 A의 주름진 영역은 바람직한 손 감촉을 부여하는 것으로 생각된다. 성분 A의 불완전한 커버링은 보다 많은 탄성 성분 B가 변형되고 보다 자유롭게 회복되는 것을 허용함으로써 "비-점착성" 손 감촉 및 탄성 성능의 신규한 조합을 부여하는 것으로 생각된다. 모든 경우에, 생성되는 웨의 감촉은 유사한 탄성 특성을 갖는 탄성 단독중합체 섬유 웹에 비해 개선되었다.

상기 기재된 COF 시험을 기준으로, 감촉은 표 1에 나타낸 바와 같은 가동 1-01 내지 1-10의 섬유로부터 형성된 웹의 샘플에 대해 수득되었다.

실시예 2

일반적으로 도 1에서와 같은 배열, 사용 조건 25 HPI 팩, 390℉ 용융 온도, 0.6 g/구멍/분, 섬유 연신 유닛 4 psi, 결합 온도 150℉, 상기 기재된 바와 같은 캘린더 롤 와이어 직조 패턴을 사용하여, 약 1 osy (34 gsm) 기준 중량의 스펀본드를 제조하였다 (표 3).

폴리프로필렌 쉬쓰 및 플라스토머 쉬쓰 물질 둘다는 천과 같은 감촉으로 입증되었지만, 실시예 2-1 내지 2-3의 플라스토머 쉬쓰 실시양태는 우수한 탄성 및 만족스런 손 특성 둘다를 입증하였다. 또한, 유사한 결정화 속도 및 열 거동을 갖는 성분 둘다에 대한 수지를 사용하는 것은 공정 (켄칭, 방적, 보다 균일한 드로잉, 본딩 및 켄칭)을 제공할 뿐만 아니라 재료 이익도 제공한다.

도 8은 본 발명 및 비교예에 따른 다양한 직물의 COF를 나타낸다. 실시예 2-1 및 2-2는 순수한 PE3 직물 (C6)보다 낮은 COF를 제공한다는 것이 명백하다. 실시예 2 및 3은 순수한 PE2 직물 (C7)보다 낮은 COF를 제공한다.

우수한 손 감촉의 일부는 주름진 쉬쓰 구조 (도 3B)에 기인한다. 쉬쓰 및 코어에 사용된 베이스 수지의 조성을 다양하게 할 때, 모듈러스 및 모듈러스의 차는 주름의 정도에 영향을 준다는 것이 명백하다.

실시예 3

실시예 1에 기재된 바와 같은 힐스 배열을 사용하여, 효과적인 이상(heterophasic) 쉬쓰를 갖는 섬유를 하기 표 4에 지시된 바와 같이 제공하였다.

도 9를 참고하면, 상 분리된 중합체 블렌드의 쉬쓰에 대한 인장 반응은 PP1 함량이 증가하면 증가된 모듈러스를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 도 5에 상응하는 실시예와 같이, 상기 실시예는 또한 약 10 중량％ 이하의 성분 A의 첨가가 신장률 및 강도에 유의한 효과를 갖지 않음을 나타낸다. 따라서, 궁극적인 특성이 상기 섬유 내의 성분 A에 영향받지 않는다는 것은 중요한 기여점이다.

섬유를 성분 A로서 PE3 및 PP1 및 성분 B로서 PE3의 상 분리된 블렌드로 제조하였다. 증가하는 PP1 함량은 COF를 감소시키며, 양성 곡선을 갖는 직선을 기재한다 (도 10). 상기 관계는 블렌드에 대한 선형 예측에 해당하며, COF가 예상된 것보다 낮다는 증거를 제공한다.

실시예 2 및 3의 기계적 특성은 표 5에 요약되어 있다.

도 11에 대해 언급하면, 본 발명의 복합 섬유 웹을 혼입시킨 본 발명의 개인 위생 제품의 실시예가 예시된다. 기저귀 (210)는 본 발명에 따른 복합 스펀본드 웹일 수 있는 라이너 (212)를 포함한다. 라이너 (212)는 소변이 통과하도록 허용하며, 흡수체 (214)에 의해 흡수되는 반면, 배킹 (216) (청결을 위한 층 (118 및 120)을 누설하도록 부분적으로 파쇄된 것으로 도시됨)은 소변이 누출되지 않게 불침투성이다. 라이너 (216)의 외부 또는 노출된 층은 또한 원할 경우 본 발명에 따른 복합 섬유 웹일 수 있다. 후크 패스터 부재 (218)과 같은 일부 부착 수단이 제공되어 라이너 (21)의 노출된 층 또는 다른 루프 수용성 부재가 착용자에게 적합함을 제공하는 것을 보장한다.

많은 다른 개인 위생 및 추가 적용은 상기 기재를 기초로 당업자에게 명백할 것이다. 특히, 신장 및/또는 탄성의 어느 정도가 요구되는 저비용 적용에 대해, 본 발명의 섬유 및 웹은 이상적으로 적합하다. 개인 위생 제품의 라이너, 배킹, 신장 허리 및/또는 이어(ear) 성분은 약간만 언급하자면 보건 위생 및 보호 가먼트의 슬리브 및/또는 레그(leg) 성분, 필터 부재에 적합한 신장, 및 가정 비품을 포함한다.

본 발명을 특정 실시양태에 관해 상세히 기재하였지만, 상기 내용을 이해할 때 당업자는 상기 실시양태에 대한 별법, 변형법 및 등가법을 용이하게 생각할 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 특허청구범위 및 그에 대한 임의의 등가물로서 평가되어야 한다.

Claims (25)

1. a. 총 섬유의 0.001 중량％ 내지 약 20 중량％인, 폴리프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌 공중합체를 포함하는, 섬유 표면의 적어도 일부를 구성하는 제1 성분 A, 및

   b. 탄성 프로필렌계 올레핀 중합체를 포함하는 제2 성분 B

   를 포함하는, 약 80 J/g 미만의 총 용융열을 갖는 연신성 복합 섬유.
2. 제1항에 있어서, 성분 A의 중량이 총 섬유의 약 0.001 중량％ 내지 약 15 중량％인 연신성 복합 섬유.
3. 제1항에 있어서, 용융 온도가 약 80℃ 초과인 1종 이상의 성분을 함유하는 연신성 복합 섬유.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 성분 A가 리플(ripple), 패치 또는 균열부를 구성하는 것인 연신성 복합 섬유.
5. 제1항에 있어서, 총 용융열이 약 70 J/g 미만인 연신성 복합 섬유.
6. 제1항에 있어서, 5％ 이상의 용융열이 80℃ 미만에서 발생하는 연신성 복합 섬유.
7. 제1항에 있어서, 40％ 이상의 용융열이 80℃ 미만에서 발생하는 연신성 복합 섬유.
8. 제1항에 있어서, 상기 성분 A 및 B가 각각 프로필렌 알파 올레핀 공중합체를 포함하며, 성분 A가 성분 B보다 2 중량％ 이상 적은 공단량체를 갖는 것인 연신성 복합 섬유.
9. 제8항에 있어서, 성분 A 또는 성분 B 중 적어도 하나가 공단량체 9 중량％ 이상을 함유하는 것인 연신성 복합 섬유.
10. 제1항에 있어서, 성분 A가 섬유 표면의 적어도 1/3을 구성하는 것인 연신성 복합 섬유.
11. 제10항에 있어서, 상기 성분 A가 섬유의 주름진 표면을 형성하는 것인 연신성 복합 섬유.
12. 제1항에 있어서, 상기 성분 A가 상기 총 섬유 함량의 8 중량％ 미만을 구성하고, 상기 섬유의 불연속성 표면을 형성하는 것인 연신성 복합 섬유.
13. 제1항에 있어서, 상기 성분 A가 쉬쓰 패치를 형성하는 상 분리된 중합체의 블렌드를 포함하는 것인 연신성 복합 섬유.
14. 용융 압출된 제1항의 연신성 복합 섬유를 포함하는 연신성 부직물.
15. 용융 압출되고 공기압으로 연신된 제10항의 섬유를 포함하는 연신성 부직물.
16. 제15항에 있어서, 80％ 변형률에서 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때 제1 사이클 세트가 약 40％ 미만인 부직물.
17. 제16항에 있어서, 80％ 변형률에서 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때 제1 사이클 세트가 약 15％ 미만인 부직물.
18. 제16항에 따른 부직물을 포함하는 연신성 적층물.
19. 제16항에 따른 부직물을 포함하는 개인 위생 제품.
20. 제18항에 따른 연신성 적층물을 포함하는 개인 위생 제품.
21. a. 프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌 공중합체를 포함하는 용융 성분 A를 형성하는 단계;

    b. 탄성 올레핀 중합체를 포함하는 용융 성분 B를 형성하는 단계;

    c. 섬유의 길이를 따라 상기 섬유의 표면의 적어도 일부 및 상기 필라멘트의 총 중량의 0.001％ 내지 약 20％를 형성하는 성분 A, 및 성분 B를 용융물로서 공압출하여 다수의 섬유를 형성하는 단계;

    d. 상기 섬유를 켄칭하는 단계;

    e. 상기 섬유를 가스의 제어된 적용으로 연신하는 단계;

    f. 상기 섬유를 형성 표면 상에서 수집하여 섬유의 웹을 형성하는 단계; 및

    g. 상기 웹을 결합시키는 단계

    를 포함하는, 총 용융열이 약 80 J/g 미만인 복합 연신성 섬유의 연신성 부직물의 형성 방법.
22. 섬유 표면의 적어도 일부 및 총 섬유 함량의 10 중량％ 미만을 구성하는 성분 A, 및 성분 B를 포함하며,

    a. 중합체 섬유 성분 A는 표면 패치를 형성하는 상 분리된 중합체의 블렌드를 포함하고,

    b. 중합체 섬유 성분 B는 탄성 올레핀 중합체를 포함하는, 연신성 복합 섬유.
23. 제22항에 있어서, 상기 중합체 성분 A의 용융열이 60 J/g 초과 약 100 J/g 미만인 연신성 복합 섬유.
24. 제23항에 있어서, 프로필렌 공중합체가

    (i) 약 14.6 및 약 15.7 ppm에서 기하-오차(regio-error)에 상응하는, 거의 동일한 강도의 13C NMR 피크;

    (ii) 공중합체 중의 공단량체의 양이 증가할 때 본질적으로 동일한 T_me 및 감소하는 T_max를 갖는 DSC 곡선; 또는

    (iii) 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매로 제조된 것을 제외하고 중량 평균 분자량에서 비교가능한 프로필렌 공중합체보다 더 많은 감마형 결정체를 나타내는 X-선 회절 패턴

    중 하나 이상의 특징을 갖는 연신성 복합 섬유.
25. 제24항에 있어서, 상기 성분 B가, MWD가 3.5 미만인 탄성 반응기 등급 올레핀 중합체를 포함하는 것인 연신성 복합 섬유.

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