KR20080028925A - 클린룸 와이퍼 - Google Patents

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KR20080028925A
KR20080028925A KR1020087000797A KR20087000797A KR20080028925A KR 20080028925 A KR20080028925 A KR 20080028925A KR 1020087000797 A KR1020087000797 A KR 1020087000797A KR 20087000797 A KR20087000797 A KR 20087000797A KR 20080028925 A KR20080028925 A KR 20080028925A
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KR
South Korea
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wiper
test
wipers
fabric
wipe dry
Prior art date
Application number
KR1020087000797A
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English (en)
Inventor
로리 안 쉐퍼
알리 야히아오우이
유제니오 고 바로나
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Filing date
Publication date
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    • A47L13/10—Scrubbing; Scouring; Cleaning; Polishing
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Abstract

편직, 연속적 합성 필라멘트로 제조되는 클린룸 환경에서 사용되는 와이퍼가 개시된다. 상기 와이퍼는 와이퍼의 와이핑 능력을 강화시키는 특정 포어 사이즈 분포를 갖는다. 상기 와이퍼는 임계적 클린룸 환경에서 사용하기에 적합하게 만드는 개선된 와이핑 능력, 낮은 보풀 및 낮은 추출성 이온을 갖는다.
클린룸. 와이퍼, 포어, 보풀, 계면활성제, 필라멘트, 편직

Description

클린룸 와이퍼{CLEANROOM WIPER}
본 출원은 "클린룸 와이퍼"의 명칭으로, 2005년 7월 11일에 Lori Ann Shaffer et al의 이름으로 출원되고, 그 전체가 참조예로서 여기에 병합된 미국 임시출원번호 제60/698,116호에 대한 우선권을 주장한다.
전체가 참조예로서 여기에 병합된, 대리인 관리번호(Attorney Docket Number) 21,772A, Lori Ann Shaffer et al의 이름으로 된, "클린룸 와이퍼" 명칭의 관련 출원에 관심이 주목된다.
클린룸(Cleanrooms)은 입자(particles) 및 다른 잠재적 오염물질이 실질적으로 존재하지 않는 통제된 환경에서 수행되는 다양한 공정이 필요한 민감성 제품 및 구성요소의 제조(manufacture), 조립(assembly) 및 포장(packaging)에 광범위하게 사용된다. 이와 같이, 클린룸은 전형적으로 습도, 온도 및 입자성 물질(particulate matter)을 엄격하게 제어하여 민감성 제품 및 구성요소를 먼지, 곰팡이(molds), 바이러스, 유해한 연기(noxious fumes), 및 기타 잠재적으로 유해한 입자에 의한 오염으로부터 보호하는 폐쇄된(confined) 환경이다.
광범위하게 정의하면, 입자는 명확하게 특정된 경계, 즉, 명확하게 특정된 윤곽을 갖는 고체 또는 액체 상태에서의 미세한 물체일 수 있다. 이러한 입자는 먼 지, 인간의 피부(skin) 또는 머리카락 또는 기타 파편(debris)일 수 있다. 크기의 상대적 순서에 따라, 인간은 규칙적으로 1분당 0.3마이크로미터 사이즈의 입자 100,000 내지 5,000,000개를 떨어뜨릴 것이다. 일부 환경에 있어서, 이러한 입자들은 미세 유기물 또는 생존 가능한 입자(즉, 적절한 주변 온도, 물 및 영양분의 존재 하에서 증식 가능한 단일 세포 유기체)일 수 있다. 이들 생존 가능한 입자들은 박테리아, 곰팡이, 효모(yeasts) 등을 포함할 수 있다. 입자들은 외부 대기, 에어컨 시스템 및 클린룸을 사용하는 자 또는 공정에 의한 클린룸 내에서의 유리(liberation)에 의해 기인할 수 있다. 상기 클린룸 내로 유입되는 모든 것은 이러한 오염물을 상기 룸 내에 도입할 가능성에 기인한다.
클린룸은 마이크로 칩 제조, LCD 모니터 제조, 민감성 전자제품 제조, 제약 등과 같은 민감성 제품 및 구성요소를 갖는 산업에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 마이크로 프로세서 제조에서, 이러한 미세 입자는 웨이퍼 표면 상에 전도성 층과 간섭하여 웨이퍼의 회로를 파괴할 수 있다. 엄격한 통제 및 표준이 고안되었고, 그리고, 클린룸의 청결을 명확하게 하기 위해 이러한 산업 전반에 사용되고 있다. 청결에 대한 요구가 중요해질수록 클린룸 내에서 입자에 대한 허용량은 작아진다.
ISO 표준에 의한 클린룸의 분류는 존재할 수 있는 특정 사이즈 입자의 최대 수에 근거한다. 예를 들어, 마이크로 칩 제조에 있어서, 클린룸은 일반적으로 ISO 등급(Class) 3 환경으로서 보증된다. ISO 등급 3 환경은 단지 1 마이크로미터 또는 그 이상인 입자를 큐빅 미터당 8개; 0.5마이크로미터 또는 그 이상인 입자를 큐빅 미터당 35개; 0.3마이크로미터 또는 그 이상인 입자를 큐빅 미터당 102개; 0.2마이 크로미터 또는 그 이상인 입자를 큐빅 미터당 237개로 최대 가질 수 있으며, 0.1마이크로미터 또는 그 이상인 입자를 큐빅미터당 최대 1000입자를 가질 수 있다. ISO 등급 4 및 5 환경은 ISO 등급 3 환경에서 필요로 하는 것보다 덜 엄격한 제조환경에 대하여 적합할 수 있는 클린룸에 존재하는 입자로 점증하는 것을 허용한다.
와이퍼는 통상 클린룸으로 도입되는 표면 또는 도구를 세정하고, 파편 및 과량의 가공 화학물질 및 잔해를 정화하고, 그리고, 클린룸 내의 표면을 깨끗이 닦기 위해 클린룸에서 사용된다. 마이크로 칩 제조의 ISO 등급 3 환경에서, 편직 폴리에스테르 와이퍼가 통상 사용된다. 제조 공정의 필요한 부분 중 클린룸 환경으로 유입된 각 와이퍼는 잠재적으로 클린룸에 유해한 입자를 도입할 가능성을 갖는다.
그 첫 번째 잠재적 입자 공급원은 와이퍼 그 자체로부터의 보풀(lint)이다. 보풀은 와이퍼에 의해 운반될 수 있고, 와이퍼 그 자체로부터 생성될 수 있다. 전형적으로, 편직된 폴리에스테르 와이퍼에 대하여, 보풀은 와이퍼 가장자리로부터 생성되는 것으로서, 여기에서 폴리에스테르 사(yarn)의 느슨한 조각(loose fragments)이 와이퍼의 제조 중에 사용된 마무리 공정에 기인하여 존재한다. 이러한 와이퍼의 제조에서 통상적으로 행해지는 것으로서 와이퍼 가장자리의 실링(sealing)은 이러한 타입의 보풀을 상당히 경감시키도록 한다.
다른 불리한 오염의 잠재적 근원은 와이퍼에 잔존하는 이온 또는 잔류물 형태의 분자 또는 원자이다. 이들 오염물은 전형적으로 와이퍼를 가공하는데 사용된 물, 와이퍼의 성능 특성을 향상시키기 위해 첨가된 화학물질 또는 와이퍼와 접촉하는 인간으로부터 유래한다. 예를 들어, 마이크로 칩 제조용 실리콘 웨이퍼의 제조 에서, 소듐(Na), 포타슘(K) 및 클로라이드(Cl)와 같은 이온이 통상 클린룸에서 발견되며, 심각한 제조상의 문제를 야기하며, 그리고, 제조되는 웨이퍼에 손상을 줄 수 있다. 예를 들어, 마이크로프로세서 제조에 있어서, 잔류 이온은 웨이퍼 표면에 고착되고, 회로를 생성하는데 사용되는 물질과 반응함으로써 웨이퍼 상의 회로를 파괴할 수 있다.
클린룸 환경으로 입자를 유입할 가능성과 함께, 클린룸 와이퍼의 사용에 수반하는 다른 문제는 조각 및 공정 중에 사용된 과량의 액체를 제거하는 것과 관련된다. 잘 알려진 바와 같이, 셀룰로오스 화합물 및 코튼 파이버는 페이퍼 타올, 생리대(rags), 와이퍼 및 유사 제품에 사용되었다. 이러한 제품은 상당량의 액체를 잘 흡수하는 작용을 한다. 그러나, 보다 엄격한 클린룸 환경과는 양립하는 것이 아니다. 폴리에스테르-셀룰로오스 섬유로 제조된 직조 코튼 생리대, 페이퍼 타올 또는 와이퍼는 클린룸 세탁된 편직 폴리에스테르 와이퍼보다 한층 많은 양의 보풀을 가진다. 편직 폴리에스테르의 사용으로 보풀의 양을 감소시킬 조건은 이러한 와이퍼에 대한 흡수용량(즉, 와이퍼가 보유할 수 있는 액체의 최대 함량)의 감소이다.
또한, 전형적으로 편직 폴리에스테르 와이퍼는 임계 표면(critical surface)으로부터 액체를 제거하는 반면, 이들은 종종 닦은 후의 표면에 어느 정도의 잔류물을 남긴다. 예를 들어, 6그램의 이소프로필 알코올로 6그램의 폴리에스테르 와이퍼를 사용하여 표면을 1분간 닦았으며, 그 표면을 닦은 사람은 8그램의 니트릴 장갑(nitrile glove)을 착용하였으나, 19.3마이크로그램(61ng/cm2)의 잔류물을 뒤에 남겼다. 이소프로필알코올로 인한 소량과 함께, 대부분의 잔류물은 와이퍼 및 장갑으로 인한 것이었다. 상기 논의한 바와 같이, 이러한 잔류물은 마이크로 칩의 제조와 같은 민감성 제조 환경에 문제를 야기할 수 있다.
특정 합성 와이퍼의 제조에 있어서, 액체의 성능을 향상시키기 위해 계면활성제가 기재의 표면에 첨가되어 표면을 적셔 상기 와이퍼가 액체를 빨리 흡수하도록 하였다. 그러나, 전통적인 계면활성제는 상기한 바와 같이, 클린룸의 민감성 환경에 해로울 수 있는 잔류물 및 이온을 생성한다.
임계적(critical) 클린룸 환경에서 표면을 건조하게 닦을(wipe) 필요성 및, 보풀 및 이온으로 인한 문제점의 관점에서, 표면을 닦아 건조하게 할 우수한 성능을 가지면서 낮은 보풀, 낮은 이온의 편직 클린룸 와이퍼를 갖는 것이 요구된다.
본 발명의 와이퍼는 클린룸 환경에서 표면을 건조하게 와이핑(wiping)할 수 있는 것이다. 이러한 와이퍼는 연속의 합성 필라멘트의 편직 기재로 만들어지되, 약 5 내지 약 25%의 포어가 약 20미크론 또는 그 이하의 사이즈, 그리고, 약 30 내지 약 50%의 포어가 약 60미크론 내지 약 160미크론 범위의 사이즈인 포어 사이즈 분포를 갖는 편직 구조를 갖는다.
다양한 구현예로서, 상기 와이퍼는 약 760 평방 센티미터 또는 그 이상의 와이프 드라이(wipe dry) 능력(capability); 약 91% 또는 그 이상의 동적 와이핑 성능(efficiency); 60초에 약 5센티미터 또는 그 이상의 수직 위킹(wicking) 능력; 평방미터 당 약 300밀리리터 내지 평방미터 당 약 360밀리리터 범위의 흡수용량(capacity); 및/또는 이축 진동 테스트(Biaxial Shake Test: (IEST RP-CC004.3, Section 6.1.3))에 의해 평방 미터 당 약 30×106개 또는 그 이하의 입자를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 편직 기재(knitted substrate)는 연속적 폴리에스테르 필라멘트로 만들어질 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 편직 기재는 추가적으로 편직 기재의 중량을 기준으로 약 0.5% 또는 그 이하의 추가량 수준으로 계면활성제를 그 표면에 가질 수 있다. 나아가, 이들 계면활성제는 게미니(Gemini) 계면활성제, 폴리머릭 웨팅제, 또는 관능화된(functionalized) 올리고머일 수 있다.
본 발명은 또한, 연속적 폴리에스테르 필라멘트의 편직 기재로부터 제조되는 클린룸 환경에서 사용되는 와이퍼에 관한 것이다. 상기 와이퍼는 약 760평방 센티미터 또는 그 이상의 와이프 드라이 능력을 가지며, 포어의 약 5 내지 약 25%가 약 20미크론 또는 그 이하의 사이즈이고, 포어의 약 30 내지 약 50%가 약 60미크론 내지 약 160미크론 범위의 사이즈인 포어 사이즈 분포를 갖는 편직 구조를 갖는다.
마지막으로, 본 발명은 또한, 연속적 폴리에스테르 필라멘트의 편직 기재로 제조되는 클린룸 환경에서 사용하기에 적합한 와이퍼에 관한 것이다. 상기 와이퍼는 이축 진동 테스트(Biaxial Shake Test: (IEST RP-CC004.3, Section 6.1.3))에 의해 평방 미터 당 약 30×106개 또는 그 이하의 입자를 가지며, 포어의 약 5 내지 약 25%가 약 20미크론 또는 그 이하의 사이즈이고, 포어의 약 30 내지 약 50%가 약 60미크론 내지 약 160미크론 범위의 사이즈인 포어 사이즈 분포를 갖는 편직 구조를 갖는다.
다양한 구현예에서, 상기 와이퍼는 약 850평방 센티미터 또는 그 이상의 와이프 드라이 능력; 약 91% 또는 그 이상의 동적 와이핑 효능; 60초에 약 5센티미터 또는 그 이상의 수직 위킹 능력을 갖는다.
일부 구현예에서, 상기 와이퍼는 편직 기재의 표면에 존재하는 계면활성제를 가질 수 있으며, 여기서 상기 계면활성제는 게미니 계면활성제, 폴리머릭 웨팅제 또는 작용화된 올리고머이다. 나아가, 상기 계면활성제는 편직 폴리에스테르 기재의 중량을 기준으로 약 0.06% 및 0.5% 사이의 추가량으로 존재할 수 있다.
본 발명의 와이퍼는 클린룸 환경에서 현재 사용되는 시판 편직 폴리에스테르 와이퍼 보다 한층 우수한 정도로 표면의 액체를 와이핑하여 건조할 수 있는 개선된 능력을 갖는다. 본 발명은 복수의 가능한 방법으로 이들 개선된 와이프 드라이 능력을 달성할 수 있다. 제 1의 일반적인 방법은 편직 기재 재료의 표면을 개질하여 와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시키는 것이다. 제 2의 일반적인 방법은 상기 와이프 드라이 능력을 향상시키기 위해 편직물의 구조를 개선하는 것이다. 이들 일반적인 해결책은 모두 요구되는 와이프 드라이 능력을 개별적으로 또는 두 방법을 조합함으로써 제공할 수 있다.
특별한 관심사는 클린룸 환경에서 와이퍼의 와이프 드라이 능력이다. 여기서 사용되는 것으로서, "와이프 드라이(wipe dry)"는 잔류물을 남기지 않고 표면의 액체를 와이핑하여 건조하는 능력이다. 와이퍼의 능력은 와이퍼가 와이프되는 표면을 가로지르게 될 때 와이핑 동작 중에 와이퍼 구조체로 액체를 빨리 흡수하는 능력과 관련된다. 우수한 와이프 드라이 능력을 갖는 와이퍼는 액체가 존재하는 표면을 와이프하여 건조시키기 위해 복수 회 지나는 것이 아니라, 한번 또는 두 번 표면을 가로지르는 것이 필요할 뿐이다. 와이프되어 건조된 표면은 더 이상 액체의 잔류 증거(즉, 작은 시내(rivulets) 또는, 방울(drop))를 갖지 않을 것이다.
우수한 와이프 드라이 능력을 갖는 와이퍼는 와이퍼 재료의 구조 틈새(interstices)로 액체를 빨리 흡수하고, 와이핑 중에 그 액체를 그 틈새에 유지할 것이다. 와이퍼의 흡수 용량(absorbent capacity)은 와이퍼가 포함할 수 있는 유체의 최대량이고, 와이퍼의 와이프 드라이 능력(wipe dry ability)과는 다르다. 와이퍼는 높은 흡수용량을 가질 수 있으나, 액체를 빨리 흡수할 수 있는 것은 아니다. 이러한 와이퍼는 종종 와이퍼가 액체를 흡수할 수 있기 전에 액체를 표면 주변으로 밀어내게 될 것이다. 종종 이러한 와이퍼의 흡수성을 증가시키기 위해 사용되는 물질(예를 들어, 셀룰로오스 섬유, 초흡수 입자 등)은 이러한 와이퍼가 사용되는 임계 환경에 허용할 수 없는 정도의 보풀(lint), 입자 및 잔류 이온을 야기할 것이다.
클린룸 환경의 ISO 분류는 이러한 환경의 공기에 존재하는 입자 수준에 근거한다. 낮은 ISO 분류를 갖는 클린룸은 오염에 대하여 매우 민감한 환경이고, 그 결과, 허용 가능한 입자 수에 대한 보다 낮은 한계를 갖는다. 반대로, 클린룸의 공기에 존재하는 입자의 허용 가능한 수준은 ISO 분류와 함께 증가한다. 예를 들어, 반도체가 제조되는 클린룸은 아주 소량의 입자가 반도체에 해를 끼칠 수 있는 엄격한 환경이다. 명백히, 반도체 제조는 ISO 등급 3 또는 4의 환경으로 나타난다. 제약 및 바이오테크 클린룸에서 사용되는 것과 같이, ISO 등급 5 및 6의 환경은 여전히 오염물질에 대한 제어를 필요로 하나, ISO 등급 3 또는 4 환경 보다는 덜 엄격하다.
따라서, 이들 환경에서 사용하고자 디자인된 와이퍼는 이러한 임계 환경에서 사용하기에 적합하다. 클린룸에서 사용되는 와이퍼는 반대로 클린룸의 오염물질의 정도에 영향을 끼쳐서는 안 된다. 클린룸 소모품(와이퍼와 같은)에서 허용 가능한 입자 및 이온의 정도에 대한 현존하는 기준은 없으나, 이러한 클린룸 소모품의 최대 제조사들을 위한 산업 평균에 근거하여 이들 수준에 근접시킬 수 있다. 특정 ISO 환경에서 사용하기 위해 추천되는 상업적으로 시판되는 와이퍼에 존재하는 입자 및 이온 수준의 평균을 표 1에 기재하였다. 표 1의 평균은 콘텍사(Contec Inc., Spartanburg, SC), 밀리켄 & 컴퍼니(Milliken & Company, Spartanburg, SC), 베르크샤이어 코포레이션(Berkshire Corporation, Great Barrington, MA) 및 ITW 텍스와이프(ITW Texwipe, Mahwah, NJ)사에서 상업적으로 시판하는 클린룸 와이퍼를 기준으로 한 것이다.
[표 1]
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이러한 강제적인 보풀/입자 한계(lint/particle limits)를 충족시키기 위해, 클린룸 와이퍼 용으로 사용되는 기재는 어떤 느슨한 섬유가 실질적으로 없을 필요가 있다. 그러므로, 본 분야에서 알려져 있는 바와 같이, 임계 클린룸 환경(ISO 등급 3과 같은)을 위한 와이퍼 기재는 일반적으로 연속적 필라멘트 사로 제조된다. 연속적 필라멘트는 일반적으로 방사구를 통해 용융 폴리머를 압출함으로써 만들어지는 합성 섬유의 파괴되지 않는 스트랜드(strand)로서 정의된다. 상기 파이버들은 냉각된 후, 사로서 언급되는 번들(bundles)로 연신 및 가공(textured)된다.
클린룸 와이퍼는 직조된 코튼, 폴리우레탄 폼, 폴리에스테르-셀룰로오스, 및 나일론으로 제조되어 왔다. 그러나, 합성 섬유는 어느 정도 천연섬유(예를 들어, 코튼, 셀룰로오스 등)로 제조된 것보다는 일반적으로 낮은 수준의 보풀 및 추출물을 생성하므로, 통상 보다 임계적 클린룸 환경용으로 사용된다. 이러한 합성 섬유는 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴, 폴리비닐, 폴리우레탄 및 기타 공지된 이러한 합성 섬유일 수 있다.
폴리에스테르는 클린룸 환경에서 사용되는 가장 일반적인 재료이다. 더욱 특별하게는, 이러한 와이퍼는 전형적으로 폴리(에틸렌테레프탈레이트)("PET") 섬유로 제조된다. 더블 니트(double knit) 폴리에스테르로 제조된 와이퍼의 보풀 정도는 부직물, 면직물, 폴리에스테르-셀룰로오스 혼방섬유 등과 같은 다른 물질로 제조된 와이퍼보다 한층 낮다.
다른 연속적인 합성 필라멘트의 사용은 와이퍼의 기재를 만드는데 사용될 수 있으나, PET가 클린룸 환경 내에서 사용되기에 가장 일반적인 물질이다. 이하 본 발명을 용이하게 논의하기 위해, 본 발명의 와이퍼의 기재는 폴리에스테르 또는 PET로 만들어지는 것으로 논의될 것이다. 그러나, 상기한 바와 같이, 다른 합성 폴리머가 사용될 수 있으며, 본 발명에서 이들의 사용을 배제하는 것으로 해석되도록 의도하는 것이 아니다.
본 발명의 편직 와이퍼는 이러한 클린룸 와이퍼에 대한 일반적이고, 공지된 통상적인 편직 및 가공 공정에 의해 제조된다. 먼저, 100% 연속 필라멘트 폴리에스테르 사를 원형의 편직기 상에서 소정 형태로 편직한다. 이러한 패턴은 이에 한정하는 것은 아니지만, 인터락 패턴(interlock pattern) 또는 피크 패턴(pique pattern)을 포함할 수 있다. 그 후에 직물을 소정의 폭으로 찢고(slit) 연속식의 뜨거운 욕조(hot bath)를 통과시키는데, 여기에 세제를 첨가하여 직물의 편직 윤활제를 세정한다. 이러한 상기 공정 부분은 문지름(스카우어링; scouring)으로 기재된다. 상기 문지름 공정의 온도 및 속도는 본 분야에서 공지된 바와 같이 필요에 따라서 조절될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 문지름 온도는 100도 F(37.8도 C)이고, 전형적인 문지름 공정을 통과하는 속도는 40yd/min (36.6m/min)이다.
상기 직물을 따뜻한 물로 린스하고(rinse), 과량의 물을 제거하는 스퀴즈 롤에 진입하기 직전에 스프링클로 시스템으로 재-린스한다(re-rinse). 그리고 나서, 상기 직물은 건조 열이 가해지는 텐터 프레임(tenter frame)으로 진입한다. 상기 텐터 프레임 건조의 온도 및 속도는 본 분야에서 공지된 바와 같이 필요에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 전형적인 텐터 프레임 온도는 340 내지 370도 F(171-188도 C)이고, 텐터를 통과하는 전형적인 속도는 대략 35-40yd/min (36.6-32.0 m/min)이다.
상기 텐터 프레임을 나온 후, 직물을 소정 사이즈의 와이퍼로 재단하고, 실링기(sealing machine)를 사용하여 와이퍼의 에지 상의 파이버를 상호 융합시킨다. 본 분야에서 알려진 바와 같이, 이러한 실링은 핫 와이어 나이프(hot wire knife), 초음파 본딩(ultrasonic bonding), 레이저 실링(laser sealing), 열 본딩(thermal bonding) 등에 의해 이루어질 수 있다.
상기 가장자리가 실링되었을 때, 상기 와이퍼를 클린룸 세탁기로 세탁한다. 상기 린스 사이클 중에, 화학적 처리가 상기 직물에 가해질 수 있다. 본 분야에서 공지된 바와 같이, 전형적인 린스 온도는 약 130 내지 160도 F((54.4-71.1도 C)의 범위일 수 있다. 전형적인 사이클 시간은 40분 내지 한 시간이다. 초고순도(ultrapure, 0.2미크론으로 정제됨) 탈이온수(deionized water)로 3회 린스하여 과량의 추출물을 제거한 후, 상기 와이퍼를 클린룸 건조기로 진입시켜 대략 온도 160도 F(71.1도 C)에서 20 내지 30분 동안 건조된다. 상기 세탁 공정이 완료되면, 상기 와이퍼를 청결한 PVC 대전방지 필름(anti-static film)에 포개어 넣는다.
폴리에스테르는 본래, 액체를 빨리 흡수하는 와이퍼의 요구되는 와이프 드라이 능력에 반하는 작용을 하는 소수성이다. 이 문제를 극복하는 본 발명의 일 방법은 표면 개질 처리법의 사용이다.
와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시키기 위해서, 폴리에스테르/액체 계면에서의 표면 에너지 차이(계면 에너지)를 최소화하여 액체가 폴리에스테르 와이퍼의 표면을 적시는 것을 확보하는 것이 바람직하다. 예를 들어, PET는 약 43dynes/cm의 표면에너지를 가지나, 물의 표면장력은 72dynes/cm이다. PET의 표면을 적시는 물과 같은 액체에 대하여, 물과 PET간의 표면 에너지의 간격은 최소화되어야 한다("표면에너지" 및 "표면장력"은 바꿔 사용할 수 있음을 주의하라. 고체에 대하여는 "표면 에너지", 액체에 대하여는 "표면장력"을 사용하는 것이 관례이다.). 폴리에스테르 와이퍼의 경우에, 와이퍼의 표면에너지는 와이퍼가 와이핑하는 액체의 표면장력에 근접하도록 증가할 필요가 있다. 50dynes/cm 이상으로 폴리에스테르 와이퍼의 표면에너지를 증가시키고자 한다. 보다 바람직하게는, 60dynes/cm 이상으로 와이퍼의 표면 에너지를 증가시키고자 한다. 한층 더 바람직하게는, 70dynes/cm 이상으로 와이퍼의 표면에너지, 이상적으로는 80dynes/cm 이상으로 와이퍼의 표면 에너지를 증가시키고자 한다.
기재의 젖음성을 결정하는데 사용될 수 있는 다른 관련된 특징은 접촉각으로서, 상기 각은 고체/액체 계면 및 액체/기체 계면에 의해 형성되며, 액체 측에서 측정된다. 상기 접촉각은 고체 및 액체의 표면 에너지에 크게 의존하는 것으로 생각된다. 만약 물 및 폴리에스테르의 경우와 같이, 액체의 표면 에너지가 고체보다 상당히 높다면, 그 액체에서의 응집은 액체 및 고체간의 인력보다 강할 것이다. 이는 액체가 구슬모양으로 되게 하여 큰 접촉각을 생성시킨다. 액체는 접촉각이 90도 이하일 때 단지 표면을 적실 것이다. 액체와 고체간의 보다 작은 표면 에너지 차가 보다 작은 접촉각을 제공하기 때문에, 표면 에너지 차이를 최소화하는 그러한 고체 또는 액체로 변경함으로써 고체의 젖음성을 향상시킬 수 있다.
액체가 와이퍼의 표면을 적시기 위해서는 90도 이하의 접촉각이 요구되는 한편, 상기 접촉각은 이러한 와이퍼의 젖음성을 보다 좋게 하기 위해 보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 접촉각은 80도 이하인 것이 바람직하다. 상기 접촉각은 70도 이하인 것이 보다 바람직하다. 60도 이하의 접촉각이 한층 더 바람직하다. 40도 이하의 접촉각이 한층 더 바람직하다.
통상적인 계면활성제가 수년 동안 부직포를 처리하기 위해 사용되어, 기저귀, 여성 위생용품 등과 같은 흡수 제품에 사용되는 이러한 직물의 젖음성을 향상시켜왔다. 계면활성제는 전형적으로, 직물의 소수성 표면 상에 둘 때, 스스로 배향하여 수성 유체에 젖을 수 있는 직물 표면을 제공하는, 극성 머리(polar head) 및 소수성(무극성) 꼬리(hydrophobic (non-polar) tail)를 갖는다.
이러한 계면활성제는 전형적으로 22 탄소 이하의 길이를 갖는 체인을 갖는 지방산과 같은 천연 물질의 유도체인 것이 일반적이다. 지방산 유도체의 합성 유사물이 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 계면활성제는 상대적으로 높은 계면활성제 농도가 액체의 흡수 및 젖음의 요구되는 정도를 달성하기 위해 사용될 것을 필요로 한다. 전형적으로, 이들의 분리되고, 이원적인 극성 및 무극성의 특성으로 인해, 통상적인 계면활성제는 임계 농도(즉, 임계 미셀(micelle) 농도 또는 CMC)에 도달하기 쉬워질 것으로서, 상기 임계농도에서 계면활성제 집단은 상기 꼬리(또는 소수성 부분)가 수성상과 멀어지도록 스스로를 한 점으로 모아 구형 미셀의 형태를 형성한다. 전형적인 계면활성제에 있어서, 상대적으로 높은 CMC에 도달하면, 그 물리적 특성(즉, 표면 활성 또는 표면장력 감소를 유도하는 능력)은 차이가 없게 된다는 것을 이해하게 될 것이다. 또한, 계면 활성은 계면활성제 농도에 크게 의존한다는 것 또한 잘 이해될 것이다. 클린룸 와이퍼의 경우에, 입자, 이온 및 잔류물에 대한 우려에 기인하여, PET 와이퍼/액체 계면에서 최소, 바람직하게는 영의 계면 에너지를 이루기 위한 가장 적은 량의 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
통상적인 또는 단순한 계면활성제는 일반적으로 하나의 친수성 머리 및 하나 또는 2개의 소수성 꼬리로 구성된다. 이러한 통상적인 계면활성제의 예로는 Synthrapol KB, Tween 85, Aerosol OT 및 광범위한 에톡실레이트화 지방에스테르 및 알코올을 포함하며, 이들은 유니크마(Uniqema (New Castle, DE)), 코그니스(Cognis Corp. (Cincinnati, OH)), 및 BASF (Florham Park, NJ)와 같은 다양한 제조사에서 용이하게 시판되는 것이다. 다른 등급의 통상적인 계면활성제는 에톡실레이트화 폴리디메틸실록산(다우코닝(Dow Corning), GE 및 기타 제조사로부터 입수할 수 있음) 및 에톡실레이트화 플루오로카본(3M, 듀폰(DuPont) 및 기타 제조사로부터 입수할 수 있음)을 포함한다.
본 발명의 표면처리는 통상적인 계면활성제가 제공할 수 없는 클린룸 와이퍼 적용에 이점을 제공한다. 합성 계면활성제의 이러한 등급은 게미니 계면활성제(이량체 계면활성제(dimmer surfactants)로 기재되기도 한다.)로 알려져 있다. 통상의 계면활성제의 단순한 구조와 달리, 게미니 계면활성제는 통상 스페이서(spacer)로 불리고, 친수성 헤드 그룹 근처에 위치하는 연결기로 결합되는 복수의 친수성 머리 그룹 및 복수의 소수성 꼬리로 특징지어진다. 전형적인 게미니 계면활성제는 스페이서에 의해 공유적으로 결합된 두 개의 통상적인 단순한 계면활성제로 구성된다. 상기 친수성 헤드 그룹은 서로 동일 또는 상이할 수 있으며, 소수성 꼬리는 서로 동일 또는 상이할 수 있다. 게미니 계면활성제는 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 상기 스페이서는 소수성(즉, 지방족 또는 방향족) 또는 친수성(즉, 폴리에테르), 짧거나(즉, 1 또는 2개의 메틸렌기) 또는 길거나(즉, 3 내지 12개의 메틸렌기), 강직하거나 또는 유연할 수 있다.
게미니 계면활성제의 독특한 특성은 통상적인 계면활성제에 비하여 한층 감소된 농도에서 액체의 계면장력을 감소시키는 능력을 포함한다. 또 다른 게미니 계면활성제의 구별되는 특징은 용액의 집합적 거동이다. 게미니 계면활성제는 통상적인 계면활성제에서 일반적으로 발견되는 것보다 덜 정돈된 구형 미셀로 집합시키는 경향을 갖는다. 결과적으로, 게미니 계면활성제는 계면활성이 상당히 더 많으며, 효능이 상당히 더 많다(즉, 통상적인 계면활성제보다 한층 더 낮은 농도에서 효과적이다). 게미니 계면활성제에 대한 연구 결과는 다음의 문헌에서 찾을 수 있다: "게미니 계면활성제 상 거동에 대한 이론적 고찰(A theoretical Study of Gemini Surfactant Phase Behavior)", K.M. Layn et al., K.M. Layn et al., Journal of Chemical Physics, vol. 109, Number 13, pp. 5651-5658, 1 October 1998.
이러한 상업적으로 입수할 수 있는 게미니 계면활성제의 예로는 다이놀(Dynol) 604(2,5,8,11 테트라메틸 6 도데신-5, 디올 에톡실레이트); 서피놀(Surfynol) 440 (에톡실레이트화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신 4,7-디올 (에틸렌 옥사이드-40중량%)); 서피놀(Surfynol) 485(에톡실레이트화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신 4,7-디올(에틸렌 옥사이드-85중량%)); 및 서피놀 420(65중량% 에톡실레이트화 2,4,7,9-테트라메틸 5 데신-4,7-디올, 25중량% 테트라메틸-5-데사인-4,7-디올,2,4,7,9)를 포함한다. 모든 이러한 계면활성제들은 달톤(Dalton, GA)의 에어 프로덕츠 폴리머즈 L.P.(Air Products Polymers L.P.)사로부터 구입할 수 있다.
합성 계면활성제의 다른 등급으로는, 관능화된 올리고머들이다. 관능화된 올리고머들은 합성 저분자량 폴리올레핀(즉, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 공중합체)으로서, 폴리에틸렌옥사이드 또는 카르복실산, 술페이트, 술포네이트, 하이드록실, 아민, 아마이드, 안하이드라이드 등과 같은 기타 기와 같은 극성 작용기로 관능화되어 있다. 이들 올리고머들은 일반적으로 소수성 또는 탄소 22 이상을 함유하는 폴리올레핀 꼬리를 나타낸다. 일반적으로 PET 상에서 강력한 흡수는 무극성력(apolar force)(긴 알킬 체인)은 물론, PET 상의 극성 에스테르기와 관능화된 올리고머 상의 극성기 사이의 극성력 모두에 기인하여 발생한다. 일반적으로 이들 관능화된 올리고머들, 특히 에톡실레이트화 올리고머들은 "에톡실레이트"기가 비이온(non-ionic)이고, 전하 중성이기 때문에 낮은 수준의 이온을 나타낸다. 이러한 상업적으로 입수 가능한 물질의 예로서는 Sugar Land, TX 소재의 베이커 페트롤라이트(Baker Petrolite)사로부터의 유니톡스(Unithox) 490 (알코올 에톡실레이트화, 에탄 호모폴리머(에틸렌옥사이드-90중량%))를 포함한다.
마지막으로, 제3 등급의 이러한 합성 계면활성제는 폴리머 웨팅제이다.
폴리머 웨팅제는 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리아크리아미도-메틸-프로판 술폰산(PAMPS), 에틸 하이드록실 에틸 셀룰로오스(EHEC), 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC) 및 많은 다른 수용성 폴리사카라이드와 같은 수용성 셀룰로오스 (또는 폴리사카라이드) 유도체와 같은수용성 합성 폴리머이다. 다른 독점적 수용성 폴리머는 Cranbury, NJ 소재의 Rhodia, Inc.에 의해 제조되는 것으로서, 하이드로시스템(Hydrosystem) 105-2, 하이드로폴(Hydropol) 및 레펠-o-텍스(Repel-o-tex) QCX-2(15% 폴리에틸렌글리콜 폴리에스테르 분산, 85% 물, <0.0006% 디옥산, <0.0005% 에틸렌 옥사이드)를 포함한다.
계면활성제와 같은 화학 첨가제를 사용하는 것 외에, 다른 계면 처리가 상기 와이퍼의 표면에너지를 개질하기 위해 사용할 수 있다. 예를 들어, 대기 플라즈마 또는 코로나에 의해 글로 방전(glow discharge, GD) 처리할 수 있다. GD 처리는 PET의 표면에너지를 50 dynes/cm 이상으로 강화시킬 수 있으며, 그에 의해 수성 유체에 더 잘 젖게 만들 수 있다. 대기 플라즈마에 의한 GD가 보다 바람직한데, 시간을 초과하여 견딜 수 있는 표면 산화(또는 다른 극성기)를 가능하도록 하기 때문이다. 또한, 화염처리(flame treatment)가 GD 처리와 유사한 결과를 얻을 수 있는 또 다른 방법이다.
또 다른 잠재적 표면처리는 PET 상의 친수성 모노머의 방사-유도된 그라프트-공중합(radiation-induced graft-copolymerization)이다. 전형적인 친수성 모노머들(또는 수용성 모노머들)은 이로서 한정하는 것은 아니지만, N-비닐 피롤리돈(NVP), 아크릴산, 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA) 등을 포함하며, 여기서 감마 방사, 전자빔, UV 방사, 등에 의해 PET 상에 그라프트-공중합될 수 있다. 또한, PET를 예비 산화하는 GD(대기 플라즈마 또는 코로나) 처리, 이어서 방사-유도된 그라프트-공중합 공정을 조합할 수 있다. 상기 예비-산화 단계는 PET의 표면 에너지를 증가시킬 수 있어 그라프트 공중합의 수성 모노머에 의해 PET의 보다 바람직한 젖음(wetting)이 발생할 수 있다. 그러므로, 보다 좋은 그라프팅 효능 및 그라프팅 균일성이 발생할 수 있다.
계면활성제는 일반적으로 편직 폴리에스테르 와이퍼 제조의 세탁 공정 중 린스 사이클 도중에 와이퍼에 적용된다. 상기 세탁공정이 상기 와이퍼에 계면활성제를 첨가하기에 가장 편리한 위치인데, PET 섬유의 용융 압출 및 이러한 와이퍼의 제조에 사용된 처리 화학약품이 씻겨져서, 바람직한 계면활성제의 첨가와 충돌하지 않기 때문이다. 계면활성제는 린스되는 와이퍼의 중량에 대하여 대략 0.06 내지 0.5중량%로 린스 배치(batch)에 첨가된다(즉, 와이퍼의 100lbs(45.4kg)에 대하여 계면활성제 1 내지 8온스(28 내지 227그램)). 상기 와이퍼는 0.2미크론으로 정제된 초고순도 탈이온수로 200갤론(757L) 용량의 세탁기에서 세정된다. 일회 세탁시의 전형적인 와이퍼의 배치 사이즈는 와이퍼 100lbs(45.4kg)이다.
그러나, 상기 와이퍼 제조공정에 상기 논의된 표면 처리를 부가하여 다른 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 용융 압출 후에, 그리고 스풀링(spooling) 이전에 어떤 적합한 습식 화학적 방법(계면활성제, 수용성 폴리머 등)을 사용하여 PET 섬유 또는 PET 사를 처리할 수 있다. 유사하게, 표면처리가 상기 섬유의 용융압출 중에 상기 섬유에 병합될 수 있다. 다른 방법으로서, 침윤(saturation), 스프레이, 그라비어 인쇄(gravure), 발포, 슬롯 다이(slot die), 또는 유사한 방법으로 통상적인 습식 화학적 방법을 사용하여 롤 형태로 편직 PET를 처리하여 염색할 수 있다. 또 다른 처리방법으로서, 침윤(saturation), 스프레이, 그라비어 인쇄(gravure), 발포, 슬롯 다이(slot die), 또는 유사한 방법으로 통상적인 습식 화학적 방법을 사용하여 롤 형태로 편직 PET를 처리한 다음, 감마, e-빔, 또는 UV를 조사하고, 염색할 수 있다. 마지막으로, GD 또는 화염 처리를 사용하여 롤 형태로 편직 PET를 처리할 수 있다.
개별적으로 사용되는 이들 표면 처리 각각에 더하여, 이러한 표면처리의 조합이 함께 사용될 수 있다. 예로서 한정하지 않는 것으로, 계면활성제 등급의 조합이 함께 사용될 수 있다. 다른 예로 한정하지 않는 것으로, 플라즈마 처리와 함께 계면활성제의 조합이 편직 폴리에스테르 와이퍼의 와이프 드라이능력을 향상시킬 수 있다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 논의한 견지로부터, 각각 또는 조합하여 사용하여 편직 폴리에스테르 와이프의 와이프 드라이 능력을 향상시킬 수 있는 이러한 표면처리의 무수한 조합이 있음을 알 수 있을 것이다.
선택적으로, 또는 편직 폴리에스테르 직물의 표면 처리에 추가하여, 직물 구조를 개질하여 와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시킬 수 있다. 본 발명자들은 작동에 대한 특별한 이론을 확신하거나, 한정하고자 하는 것은 아니나, 편직된 폴리에스테르 와이퍼의 흡수 및 유지 능력이 직물의 모세관 구조(capillary structure)의 기능이라고 믿는다. 직물의 포어 속으로 물을 유도하는(driving) 상기 모세관력은 액체/가스 계면의 표면장력, 접촉각 및 포어 자체의 사이즈의 기능이다. 잘 알려진 바와 같이, 직물의 상기 "포어(pore)"는 사를 만드는 필라멘트(인트라-얀 보이드(intra-yarn voids)/포어)에 의해 정의되며, 직물을 만드는 사(인터-얀 보이드(inter-yarn voids)/포어)에 의해 정의되는 직물 내부의 불연속적 보이드 체적(discrete void volume)이다.
상기 접촉각은 고체/액체 계면 및 액체/가스 계면에 의해 형성되는 각으로서, 액체 측으로부터 측정된다. 상기 접촉각이 작을수록 상기 액체는 보다 효과적으로 그 표면을 적신다. 상기 접촉각은 액체의 표면장력 및 수령 표면(receiving surface)의 표면에너지의 함수이며, 상기한 바와 같이 수령 표면의 화학적 처리를 통해 변화될 수 있다.
모세관 활동의 추진력(driving force)은 다음 식으로 표현될 수 있다:
힘(Force)= 2πrσLGcosθ
여기서,
r= 포어 개구부(pore opening)의 반경
σLG= 액체-가스 표면 장력
θ= 접촉각
압력은 주어진 면적에 대한 힘이므로, 모세관 압력이라 불리는 발현된 압력은 다음과 같이 기재될 수 있다:
모세관 압력= (2σLGcosθ)/r
모세관 압력이 높을수록, 직물의 포어로 액체를 추진하는 힘은 더 강해진다. 그러므로, 직물로 흡수되는 유체의 양을 최대화하기 위해서, 모세관 압력을 최대화해야 한다. 이는 접촉각을 최소화 및/또는 포어 개구부의 반경을 최소화함으로써 할 수 있다.
상기 포어 사이즈 분포를 적정화함으로써 모세관 구조를 적정화하는 요구는 50미크론 및 그 미만의 사이즈 범위에서 포어의 퍼센트를 최대화하는 것이다. 이러한 보다 작은 포어는 사 구조(필라멘트/사, 필라멘트 구조(홈이 있는 것 vs 홈이 없는 것), 사의 데니어, 및 사의 기하학적 형상(둥근 형 vs 톱니모양 단면))의 작용이다. 와이프 드라이를 최대화하기 위해서, 편직물의 포어의 20 내지 75%가 50 또는 그 미만의 사이즈이어야 한다. 와이프 드라이 성능은 5 내지 25%의 20미크론 또는 그 미만의 포어를 갖는 직물에 의해 강화될 수 있다.
이론적으로, 100%의 50미크론 또는 그 미만의 포어는 최대 와이프 드라이를 갖는 직물을 형성하게 될 것이다. 그러나, 이러한 사이즈 범위에서 너무 많은 포어를 가지면, 필수적으로 액체 불투과성(impervious)인 직물에 이를 수 있다. 포어의 퍼센트(15-80%)는 상당한 양의 유체를 유지할 수 있는 직물을 위해 60 내지 160미크론의 사이즈 범위에 있어야 한다. 이 사이즈 범위의 포어는 인터-얀 구조의 작용이며, 이는 니트 스타일(이중(더블(double)) vs 단일(싱글(single)) 니트), 및 니트 패턴(즉, 인터락 vs 피크)에 의해 결정된다. 일반적으로, 단일 니트는 더블 니트보다 작은 인터-얀 포어(inter-yarn pores)를 가지며, 피크 패턴은 인터락 패턴보다 작은 인터-얀 포어를 갖는다. 그러나, 단일 니트는 클린룸 환경에서 사용하기에 덜 적합한 구조를 만들기 때문에 보다 많은 보풀을 생성하는 경향이 있다. 이중 니트는 피크 니트보다는 보풀이 적지만, 양자 모두 클린룸에서 사용하기에 적합하다. 60 내지 160미크론 범위에서 인터-얀 포어 부분을 유지하도록 니트 스타일 및 패턴을 조절하는 것은 직물의 유체 취급 성능(및 그로 인한 와이프 드라이)을 최대화할 것이다. 와이프 드라이는 30-50퍼센트의 포어를 60-160미크론 사이즈 범위 내에서 갖는 와이퍼로 개선된다는 것을 알았다.
니트 구조의 변경은 사가 유체를 수령하기 위해 사용되는 보이드의 사이즈 및 수를 최적화하도록 함께 편직되는 방법을 변화하는 것을 포함한다. 편직에 있어서, 가로줄(course)은 루프(loop)의 수평 열(horizontal rows)을 말하고, 골(wale)은 루프의 수직 칼럼(vertical columns)을 말한다. 가로줄 및 골의 수를 감소시키는 것은 스티치를 느슨하게 하여, 유체를 수령하는데 사용되는 공극의 사이즈를 증가시킨다. 유체를 흡수(wick) 및 유지하는 직물의 능력을 향상시켜, 와이핑 후 표면 건조 상태를 남길 수 있도록 스티치의 타이트 정도를 최적화할 수 있다. 가로줄 및 골의 수를 30 아래로 감소시키는 것은 포어가 너무 커져 직물이 유체를 유지할 수 없게 하는 결과를 야기할 것이다. 바람직한 골의 수는 30 내지 45이고, 바람직한 가로줄 수의 범위는 35 내지 65이다.
직물 구조를 변경하는 다른 방법은 니트 패턴을 변화시키는 것을 포함한다. 대부분의 클린룸 와이퍼는 위로 아래로 반복하는 루프를 갖는 인터록킹 니트 패턴(interlocking knit pattern)으로 제조된다(도 1[50배 확대] 및 도 2[40배 확대] 참조). 선택적인 니트 패턴이 사용되어 포어 개구부(pore openings) 사이즈를 감소시키고, 사용 가능한 포어의 수를 최대화시킬 수 있다. 이러한 니트 패턴의 예로는 코빌(Coville, Inc.)사로부터 시판되는 스위스 피크(Swiss pique. 도 3 및 4 참조, 양자 모두 5O배 확대) 패턴 및 프랑스 피크(French pique. 도 5 및 6 참조, 양자 모두 5O배 확대) 패턴과 같은 피크 패턴을 포함한다. 상기 피크 패턴들은 인터록킹 니트 패턴보다 타이트한 니트이다.
도 7 및 도 8은 50배 확대의 전자 현미경 사진을 스캐닝한 것으로서, 동일한 니트 패턴(코빌 프랑스 피크) 및 동일한 필라멘트 카운트를 사용하는 루즈 스티치(도 7)와 타이트 스티치(도 8)의 비교를 나타낸다. 도 7 및 8에 나타낸 바와 같이, x1은 스티치의 길이이고, x2는 스티치의 폭이고, x3는 사간의 거리이고, x4는 골간의 거리이다. 도 7 및 8에 그려진 직물에 대한 이들 변수의 분석은 루즈 스티치(도 7)의 길이가 타이트 스티치의 길이보다 대략 10퍼센트 더 크고, 폭이 루즈 대 타이트에 대하여 대략 9퍼센트 이상임을 보여준다. 타이트 스티치에 대한 사간의 거리는 루즈 스티치에 대한 것보다 대략 275퍼센트 이상이고, 골간의 거리는 루즈 대 타이트에 대하여 대략 60퍼센트 미만이다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 니트 패턴을 느슨하게 하는 것(loosening)은 사간의 거리를 감소시킨다. 이는 0 내지 20미크론 범위에서 포어의 더 높은 퍼센트를 유도하고, 그리하여 와이프 드라이 성능을 향상시킨다. 도 7의 루즈 스티치 직물과 도 8의 타이트 스티치 피크 직물에 대한 포어 사이즈 분포의 비교를 도 9에 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 루즈 스티치 직물은 0 내지 20미크론 범위에서 더 큰 포어 체적을 갖는다.
직물 구조를 변경함으로써 와이퍼의 와이프 드라이를 향상시키는 추가적 방법은 필라멘트의 카운트를 증가시키는 것이다. 필라멘트는 사의 단일 스트랜드를 구성하는 개별 섬유를 말한다. 도 4 및 6을 참조하라. 사에서 필라멘트의 수를 증가시키는 것은 사 내부의 포어의 사이즈를 감소시켜, 사의 모세 작용을 향상시킨다. 전형적으로 폴리에스테르 편직 클린룸 와이퍼는 34 내지 60의 범위에서 필라멘트 카운트를 갖는다. 필라멘트 카운트를 60 이상으로 증가시키는 것은 와이프 드라이의 향상을 제공한다. 와이프 드라이를 최적화시키는 필라멘트 카운트의 범위는 60-120이다. 이러한 필라멘트 카운트 범위를 갖는 직물은 마이크로-섬유 직물인 것으로 생각된다.
사 변경을 통한 모세관 구조를 향상시키는 다른 방법은 사의 데니어를 변경하는 것이다. 필라멘트 카운트 상수를 유지하면서 사 데니어를 감소시키는 것은 필라멘트의 직경을 더 작게 하는 결과를 가져온다. 이것은 동일한 효과를 갖는 것으로서, 사당 필라멘트 카운트를 증가시킨다. 즉, 사 내에서의 포어 사이즈를 감소시킨다.
마지막으로, 유체 흡수 및 유지 능력은 사 자체의 구조를 변경함으로써 강화될 수 있다. 클린룸에서 사용된 니트의 대부분은 원통모양의 단면을 갖는 사로 만들어 진다. 사에서 노치를 생성하는 것은 유체를 수령하는데 사용되는 보이드의 수를 증가시킬 수 있다. 이들 노치는 사를 노치 크로스와 함께 구입하거나, 또는, 직물의 표면을 물리적으로 처리함으로써 사를 "구부려(bend)" 교차부(cross section)에 노치를 형성할 수 있다.
상기 두 가지 옵션은 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 직물을 크레이핑(creping)함으로써 달성될 수 있다. 상기한 바와 같이, 이것은 유체를 유지시키는데 유용한 부위를 증가시키는 노치를 사에 형성시킨다. 부직포 및 함습(wet-laid) 셀룰로오스 웨브(webs)의 크레이핑은 본 분야에서 잘 알려져 있으며, 본 발명의 편직물에 유사하게 적용될 수 있다. 직물의 크레이핑의 예는 미국특허번호 제4,810,556호; 제6,150,002호; 제6,673,980호; 및 제6,835,264호에서 찾을 수 있다. 닥터 블레이드로 직물을 크레이핑하는 것은 필수적으로 얀을 구부려 유체를 수령하는데 사용되는 보이드의 수를 증가시키는 홈을 형성한다. 상기 직물은 물리적으로 직물을 압축하여 사에 홈을 생기게 하는 닥터 블레이드 하에서 가공된다. 이들 홈들은 유체를 수령하고 유지시키는데 유용한 공간의 양을 증가시킨다. 상기 닥터 블레이드 디자인을 변화시키는 것은 직물이 겪는 압밀(compaction)의 양을 변경시킬 수 있다. 이 용도에 있어서, 10 내지 20퍼센트의 범위에서 압밀을 전달하는 닥터 블레이드는 와이프 드라이를 향상시키기에 충분하다.
개별적으로 사용된 이들 직물 구조 개질에 추가하여, 이들 개질 방법들의 조합이 함께 사용될 수 있다. 한정하지 않는 예시적 방법으로서, 편직 폴리에스테르 와이퍼는 프랑스 피크 패턴, 40 골을 갖는 60 가로줄을 갖는 필라멘트 카운트 80으로 제조될 수 있다. 다른 예로서는 인터록크 패턴 및 120 필라멘트 카운트로 제조된 와이퍼를 들 수 있으며, 상기 와이퍼는 크레이프된다(creped). 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 논의한 관점으로부터, 이러한 직물 구조 개질은 각각 또는 조합하여 사용함으로써 편직 폴리에스테르 와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시킬 수 있는 수많은 조합이 있음을 알 것이다.
마지막으로, 표면 처리 방법 및 직물 구조 개질 방법은 조합하여 사용함으로써 편직 폴리에스테르 와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시킬 수 있다. 한정하지 않는 예시적 방법으로서, 편직 폴리에스테르 와이퍼는 프랑스 피크 패턴, 및 40 골의 60 가로줄을 갖는 필라멘트 카운트 80으로 제조하고, 그리고 서피놀 440과 같은 게미니 계면활성제로 처리할 수 있다. 다른 예로서는 인터록크 패턴, 필라멘트 카운트 120으로 제조될 수 있으며, 여기서 상기 와이퍼는 크레이프되고, 대기 플라즈마에 의해 표면 처리될 수 있다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 논의한 관점으로부터, 이러한 직물 구조 개질 및 표면처리는 각각 또는 조합하여 사용함으로써 편직 폴리에스테르 와이퍼의 와이프 드라이 능력을 향상시킬 수 있는 수많은 조합이 있음을 알 것이다.
도 1은 인터락(interlock)된 니트 패턴을 갖는 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 상면도이다.
도 2는 도 1의 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 투시도이다.
도 3은 스위스 피크 니트 패턴(Swiss pique)을 갖는 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 상면도이다.
도 4는 도 3의 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 단면도이다.
도 5는 프랑스 피크(French pique) 니트 패턴을 갖는 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 상면도이다.
도 6은 도 5의 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 단면도이다.
도 7은 루즈 스티치(loose stitch)를 갖는 프랑스 피크 니트 패턴을 갖는 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 상면도이다.
도 8은 타이트 스티치(tight stitch)를 갖는 프랑스 피크 니트 패턴을 갖는 편직 폴리에스테르 와이퍼의 확대 상면도이다.
도 9는 포어 체적(그램 당 큐빅 센티미터로) 대 등가의 포어 반경(미크론으로)으로 나타내어 지는 도 7 및 8의 재료의 상대적 포어 사이즈 분포의 그래프이다.
도 10은 수직 위킹 테스트로 사용되는 테스트 장치의 개략도이다.
도 11은 와이프 드라이 테스트법에 사용하는 테스트 장치의 투시도이다.
도 12는 도 11의 테스트 장치의 샘플 슬레드(sample sled)의 근접 투시도이다.
도 13은 와이프 드라이 테스트법에 사용되는 개선된 테스트 장치의 정면도이다.
도 14는 와이프 드라이 테스트법에 사용되는 개선된 테스트 장치의 다른 정면도이다.
도 15는 도 13 및 14의 테스트 장치의 디스크의 근접 투시도이다.
도 16은 와이프 드라이 테스트 장치의 와이핑 암 어셈블리(wiping arm assembly)에 부착된 샘플 슬레드의 투시 상면도이다.
도 17은 와이프 드라이 테스트법에서 사용되는 샘플 슬레드의 투시 상면도이다.
도 18은 와이프 드라이 테스트법에서 사용되는 샘플 슬레드의 투시 저면도이다.
테스트
수직 위킹 테스트(Vertical Wicking Test): 수직 위킹 테스트는 주어진 기간의 시간 내에 샘플에 의해 수직으로 흡수될 수 있는 물의 높이를 측정한다. 정제된 증류수/탈이온수 저장소 또는 컨테이닝(containing)이 제공된다. 25mm X 203mm(1inch X 8inch) 시편의 한쪽 끝을 고정시키고, 다른 쪽 끝을 2.5cm로 되게 하여 유체에 둔다. 장치 30은 도 7에 그려진 것과 유사하게 사용될 수 있다. 페이퍼 클립 32 또는 다른 무거운 물건(weight)을 사용해서 상기 시편 34의 하부 끝을 무겁게 하여 상기 시편이 말리는 것을 방지하고, 시편의 하부 끝이 용이하게 상기 저장소의 물 40에 잠기도록 할 수 있다. 지지 블록 36은 고정된 높이에서 시편을 유지한다. 유체의 이동 정도는 센티미터로 15초, 30초, 45초 및 60초 간격으로 측 정한다. 자(ruler) 38 또는 다른 도구를 사용하여 시편으로의 유체의 이동 정도를 측정할 수 있다. 테스트를 23+/- 1도C 및 50+/- 5% RH의 실험실 분위기에서 수행한다. 샘플에 대한 수직 위킹 값을 적어도 3가지 시편의 평균값으로 제공한다. 수직 위킹 테스트는 샘플의 세로방향(machine direction, MD) 또는 가로방향(cross direction, CD)을 따라 시편에 대하여 행해진다.
흡수 용량 테스트(Absorbent Capacity Test): 여기서 사용되는 것으로서 "흡수 용량(absorbent capacity)"은 23+/-1도C 및 50+/-2% RH의 표준 실험실 분위기에서 최초 4인치 X 4인치(102mm X 102mm) 재료의 샘플이 실온(23+/-2도C)의 액체의 풀(pool) 2인치(51mm)에 3분 +/-5초 접촉하는 동안 흡수하고, 액체와의 접촉을 제거하고, 3분+/-5초 동안 원-포인트 클램프(one-point clamp)로 고정한 후에 계속 유지할 수 있는 물의 양을 말한다. 흡수 용량은 0.01그램 근사치로 측정되는 것으로서, 액체의 그램으로 절대적 용량(absolute capacity) 및 건조 파이버의 그램 당 유지되는 액체의 그램의 비 용량(specific capacity) 모두로 표현된다. 적어도 3개의 시편이 각 샘플에 대하여 테스트된다. 샘플은 물의 흡수 용량 및 이소프로필알코올(IPA)의 흡수용량에 대하여 테스트될 수 있다.
수분 흡수 속도(Water Absorbency Rate): 여기서 사용되는 것으로서, "수분 흡수속도"는 증류수에 의해 그 표면을 100%까지 적시는데 필요한 시간을 측정하는 것으로서, 샘플 재료가 물을 흡수할 속도의 척도이다. 상기 수분 흡수 속도를 측정하기 위해, 9인치 X 9인치(229mm X 229mm) 건조 시편이 사용된다. 적어도 3개의 시편이 각 샘플에 대하여 테스트된다. 테스트는 표준 실험실 분위기 23+/-1도C 및 50+/-2% RH에서 행해진다. 각 시편보다 큰 내부 직경을 가지며, 2인치(51mm)보다 큰 깊이를 갖는 팬이 제공된다. 상기 팬은 적어도 2인치(51mm)의 깊이로 증류수로 채워진다. 상기 물은 30분 동안 유지하여 물이 실온(23+/-1도C)으로 평형을 유지하도록 한다. 정밀하고, 0.1초까지 읽을 수 있는 타이머를 제1 시편이 물과 접촉할 때 작동시킨다. 상기 타이머를 시편의 표면이 완벽히 젖을 때, 즉, 100퍼센트 젖을 때 정지시킨다. 결과를 0.1초 근사치로 기록한다. 흡수 속도는 3개의 흡수 기록의 평균이다.
수분 흡입속도(Water Intake Rate): 수분의 흡입 속도는 예를 들면, 재료 표면에 놓여 있는 것에 대하여 웨브로 액체를 완전히 흡수하는데 필요한 초 단위의 시간이다. 특히, 수분의 흡입은 재료 표면에 피펫으로 0.1 큐빅 센티미터의 물을 가함으로써 ASTM No. 2410에 따라 측정된다. 0.1 큐빅 센티미터 수분의 4회 적하(각 면마다 2번 적하)가 각 재료 표면에 적용된다. 4개의 적하 수분에 대한 상기 재료(z-방향)로 흡수하는 초 단위의 평균 시간을 기록하였다. 더 낮은 흡수 시간은 더 빠른 흡입 속도를 나타낸다. 상기 테스트는 23 +/- 1도 C 및 50% +/- 5% RH에서 수행된다.
겔보 보풀 테스트(Gelbo Lint Test): 주어진 샘플에 대한 보풀의 양을 겔보 보풀 테스트에 따라 측정하였다. 겔보 보풀 테스트는 연속적 굽힘(flexing) 및 꼬임(twisting) 운동을 가하였을 때 직물로부터 방출되는 입자의 상대적 수를 측정한다. INDA 테스트 법 160.1-92에 따라 수행된다. 샘플은 굽힘 챔버(flexing chamber)에 둔다. 레이저 입자 카운터로 헤아리기 위해서, 샘플을 굽힘에 따라, 분 당 1큐빅 피트(0.028m3/min)로 공기를 상기 챔버로부터 회수한다. 상기 입자 카운터는 입자를 측정하는 채널을 사용하여 특정 입자 사이즈(즉, 25미크론) 미만 또는 이상의 사이즈의 입자를 헤아린다. 상기 결과를 30초간으로 10회 연속으로 헤아린 총 입자, 10회 측정 기간 중 하나에서 달성된 최대 농도 또는 10회 측정 주기의 평균으로 기록할 수 있다. 상기 테스트는 재료의 보풀 생성 가능성을 나타낸다.
이축 진동 테스트에 의한 용이 방출 입자(Readily Releasable Particles by Biaxial Shake Test): 이축 진동 테스트는 물에서 시편을 진동시킨 후 0.5미크론 및 20미크론 범위의 사이즈 입자의 수를 측정한다. 결과는 시편의 평방미터 당 입자의 수로서 특정 사이즈 범위에 대하여 기록된다. 상기 이축 진동 테스트는 IEST RP-CC004.3, 섹션 6.1.3 테스트 방법을 사용하여 수행되었다.
테이버 마모 저항 테스트(Taber Abrasion Resistance Test): 테이버 마모저항은 제어된 로터리 마찰 작용(rotary rubbing action)에 의해 생성되는 직물 파괴의 관점에서 마찰 저항을 측정한다. 마찰 저항은 여기에 달리 기재된 것을 제외하고, Method 5306, Federal Test Methods Standard No. 191 A에 따라 측정된다. 단지 단일 휠(single wheel)이 시편을 마모하는데 사용된다. 5-inch X 5-inch(127mm X 127mm) 시편이 연마 헤드 및 각 암의 500-그램 카운터 웨이트 상에 고무 휠(No. H-18)을 갖는 테이버 표준 연마기(Taber Standard Abrader, Model No. E-140-15 시편 홀더를 갖는 Model No. 504)의 시편 플래트폼(platform)에 고정된다. 파괴 강도의 손실(loss in breaking strength)은 연마저항을 결정하는 표준으로서 사용되지 않는다. 결과는 정지(failure)까지의 연마 사이클을 얻어 기록하며, 여기서 정지는 0.5인치(13mm) 홀이 직물에 생성되는 지점이 생길 때로 간주된다.
그래브 인장 테스트(Grab Tensile Test): 그래브 인장 테스트는 단일방향성 응력(unidirectional stress)이 가해질 때 직물의 파괴 강도(breaking strength)의 값이다. 이 테스트는 본 분야에서 알려진 것이고, Federal Test Methods Standard 191 A의 Method 5100의 설명에 부합한다. 그 결과는 파괴할 파운드로 표현된다. 수치가 커질수록 직물이 강력함을 나타낸다. 상기 그래브 인장 테스트는 두 개의 클램프를 사용하였으며, 각각은 두 개의 입구(jaw)를 가지며, 각 입구는 샘플과 접촉하는 면을 갖는다. 상기 클램프는 일반적으로 수직으로 3인치(76mm) 떨어진 동일 평면에서 재료를 지지하고, 특정한 확장 속도로 멀어지도록 움직인다. 그래브 인장강도의 값은 300mm/min의 일정한 확장 속도로 1인치(25mm) X 1인치(25mm)의 입구 직면 사이즈(jaw facing size)를 갖는 4인치(102mm) X 6인치(152mm) 사이즈의 샘플을 사용하여 얻어진다. 상기 샘플은 클램프 입구보다 더 넓어 직물에서 인접 파이버에 의해 기여되는 추가적 강도와 조합되는 고정 폭에서의 파이버의 대표적인 유효 강도 결과를 제공한다. 상기 견본은 예를 들어, 그레이, NC의 신테크 코포레이션(Sintech Corporation of Gary, NC)에서 시판하는 신테크 2 테스터(Sintech 2 tester) 및 칸톤, MA의 인스트론 코포레이션(lnstron Corporation of Canton, MA)에서 시판하는 인스트론 모델 TM(lnstron Model TM), 또는 필라델피아, PA의 드윙-알버트 인스트루먼트 Co.(Thwing-Albert Instrument Co. of Philadelphia, PA)에서 시판하는 드윙-알버트 모델 INTELLECT II(Thwing-Albert Model INTELLECT Il)에 고 정된다. 이는 실제 사용시 직물 응력 조건으로 엄격하게 실험한다. 결과는 3개 견본의 평균으로 기록되며, 견본의 가로방향(cross direction, CD) 또는 세로방향(machine direction, MD)으로 수행될 수 있다.
추출성 이온 테스트(Extractable Ion test): 추출성 이온 테스트는 샘플에 존재하는 K, Na, Cl, Ca, 니트레이트, 포스페이트 및 술페이트 이온의 특정 수준을 측정한다. 존재하는 각 이온의 정도는 샘플의 그램 당 밀리그램으로서 기록된다. 상기 추출성 이온 정도는 IEST RP-CC004.3, Section 7.2.2. 테스트 방법을 사용하여 결정된다.
비휘발성 잔류물 테스트(Nonvolatile Residue Test): 비휘발성 잔류물 테스트는 샘플에 존재하는 가용성 물질을 측정한다. 결과를 샘플의 그램당 마이크로그램으로, 그리고, 샘플의 평방 미터 당 밀리그램으로서 기록한다. 비휘발성 잔류물 테스트는 IEST RP-CC004.3, Section 7.1.2. 테스트 방법을 사용하여 수행된다.
동적 와이핑 성능(Dynamic Wiping Efficiency): 동적 와이핑 성능은 일반적으로 얼룩 제거용으로, 표면으로부터 액체를 제거하는 능력을 측정한다. 그 결과는 테스트 액체를 와이핑하기 전에 샘플 직물에 의해 흡수되는 테스트 액체의 퍼센트로서 기록된다. 상기 테스트는 ASTM D6650-01, Section 10.2을 사용하여 수행된다.
와이프 드라이 테스트(Wipe Dry Test (Version 1.0)): 와이프 드라이 테스트는 시편 와이퍼에 의해 표면으로부터 액체가 와이핑된 후에 건조 상태로 방치된 표면 상에서 건조 부위를 측정한다. 결과는 평방 센티미터로 기록된다. 와이퍼의 와이프 드라이 성능을 측정하는데 사용된 장비는 도 11 및 도 12에 나타낸다. 액체 흔적에 대한 와이퍼의 와이프 드라이 성능을 측정하는데 사용되는 장치는 여기에 참조예로서 병합된 미국특허번호 제4,096,311호에 기재된 것과 유사한 방법 및 설비로 수행된다. 상기 와이프 드라이 테스트는 다음 단계를 포함한다.
1. 테스트되는 와이퍼의 샘플이 샘플 슬레드(sample sled) 8(10 cm x 6.3 cm)의 덧댄 표면에 탑재된다.
2. 상기 샘플 슬레드 8는 회전 디스크 9를 가로질러 샘플 슬레드 8가 움직이도록 고안된 트래버스 암(traverse arm) 7에 탑재된다.
3. 상기 샘플 슬레드 8는 샘플 슬레드와 샘플의 합계 중량이 약 770그램이 되도록 하중이 주어진다.
4. 상기 샘플 슬레드 8 및 트래버스 암 7은 평면상에서 회전가능한 디스크 9에 가중된 샘플 슬레드 8에 의해 디스크 9 표면에 대해 가압되는 샘플과 함께 배치된다(상기 슬레드 및 트래버스 암은 슬레드의 리딩 에지(6.3cm 측면)가 디스크 9의 조금 옆에, 그리고, 슬레드 8의 10cm 중앙선(center line)에 배치되고, 디스크의 반경선을 따라 배치되어 트레일링 6.3cm 에지가 디스크의 외주변에 위치된다).
5. 0.5ml 테스트 용액은 슬레드의 리딩 에지(leading edge)의 정면 디스크 9의 중심 상에 분배된다(불연속의 작은 물방울이 아니라 와이핑될 때 필름을 남기도록 충분한 계면활성제가 물에 첨가된다). 상기 테스트 용액은 상기 유체 분배 버튼 2가 눌려질 때, 유체 저장소로부터 유체 계량 펌프 4에 의해 디스크 상으로 유체 노즐을 통하여 이송된다. 이 테스트를 위해서, 0.0125% 테르지톨(Tergitol) 15-S-15 용액이 사용된다.
6. 상기 슬레드 8의 트레일링 에지(trailing edge)가 디스크 9의 외주부 가장자리(outer edge)를 가로지를 때(이 지점에서 테스트가 정지된다)까지 약 60cm의 직경을 갖는 상기 디스크 9는 테이블 1회전 당 약 1.27cm의 속도(트래버스 암 속도 변속기로 설정)로 디스크를 가로질러 슬레드 8을 이동시키면서, 약 65rpm으로 회전한다. 상기 테스트의 시작부터 종료될 때까지 약 20초 소요된다.
7. 슬레드 8가 디스크 9를 가로질러 와이프함으로써 테스트 중 테스트 용액에 따른 테스트 샘플의 와이핑 효과가 관찰된다. 특히, 젖은 표면이 관찰되고, 와이핑된 건조 부위는 디스크 9의 중심에 나타나고, 디스크 9의 방사상으로 증가한다.
8. 상기 테스트가 정지될 때(상기 슬레드 8의 트레일링 가장자리가 디스크 9의 가장자리를 지나갈 때) 상기 와이핑된 건조 부위의 사이즈를 평방센티미터로, 디스크 9의 중심에서 관찰하여(있을 경우), 기록한다. 테스트 샘플에 의해 디스크 9 상의 와이프된 건조 부위의 사이즈의 관찰을 쉽게 하기 위해서, 동심원의 스코어 라인(score lines, 긁힌 선)이 50, 100, 200, 300, 400, 500 및 750cm2 원에 대응하는 디스크의 표면에 생성된다. 그리하여 알려진 부위의 대조 스코어 라인에 대한 건조 부위를 시각적으로 비교함으로써 건조 부위의 사이즈가 쉽게 결정될 수 있다. 상기 테스트는 일정한 온도 및 상대습도 조건(23 +/- 1 도C, 50% RH +/- 2%) 하에서 수행된다.
상기 테스트는 각 샘플에 대하여 10회(회전 표면에 대하여 외측 및 내측 타 월 표면에 각 5회씩) 수행된다. 턴테이블(turntable)은 다른 샘플을 테스트하기 전에 와이퍼 및 증류수로 2번 세정된다. 테스트되는 샘플의 표면에 대하여 평방 센티미터로, 와이프 드라이 지수로서, 각 표면에 대하여 평균 5번 측정 및 기록된다. 보다 높은 턴테이블 스피드는 샘플들의 기록을 0.5"에서 1000 사이로 구별시키기 위한 도구로서 사용될 수 있다. 재료의 샘플은 상기 샘플의 세로방향 및 가로방향으로 테스트될 수 있다.
와이프 드라이 테스트(Version 2.0): 개선된 와이프 드라이 테스트 장치가 개선되어 왔으며, 도 13-18에 나타낸다. 상기 설비는 이미지 캡쳐링(capturing) 기술의 부가로 이전에 사용된 와이프 드라이 테스트 장치와 기능적으로 동일하다. 새로운 장치는 자외선 램프 21에 의해 제공되는 자외선을 사용하여 디스크 표면 9 및 카메라 23에 테스트 유체를 비추어 상기 테스트가 정지될 때 디스크 9 상에 잔존하는 테스트 유체의 이미지를 포착한다. 그리하여 관련 이미지 소프트웨어를 장착한 컴퓨터는 디스크 9 상에 잔존하는 유체의 부위를 계산하고, 디스크 9의 건조 부위를 기록한다. 이와 같이, 개선된 테스트 방법은 디스크 표면 9 상에 잔존하는 유체 양의 보다 정확한 측정을 제공하며, 결과의 재현성을 보다 잘 제공한다.
개선된 와이프 드라이 테스트는 아래의 변화를 제외하고는 와이프 드라이 테스트(Version 1.0)에 대한 상기한 바와 같은 방법으로 수행된다.
1) 상기 개선된 테스트는 테스트 유체로서 75ppm 플루오레세인 소듐 염 용액 4ml를 사용한다. 상기 용액은 0.285g의 플루오레세인 소듐 염(시그마 알드리치 사제(Sigma-Aldrich), Cat Number: F6377-100g) 및 0.22g의 테르지톨(Tergitol) 15- S-9을 증류수 3780ml에 첨가하여 제조하였다.
2) 상기 와이퍼는 쿼터 폴딩되고(quarter-folded), 샘플 홀더 8로 배향되며, 그리하여 접힌(folded) 에지(edge)는 먼저 액체와 접촉하게 된다. 상기 쿼터 폴딩은 클림룸 환경에서 와이퍼의 전형적인 용도를 보다 잘 발현한다. 전형적인 테스트에 대하여 5회 반복이 상기 직물의 각 측면에 대하여 수행된다. 최종 와이프 드라이 수는 10회 반복의 평균이다.
포어 사이즈 분포 테스트(Pore Size Distribution Test): 포어 반경 분포 차트는 x축에 따라 미크론으로 포어 반경을, y-축에 따라 포어 체적(그 포어 간격에서 드라이 샘플의 액체의 cc/그램으로서 흡수된 체적)을 나타낸다. 포어 체적(cc/g) 대 포어 반경의 분포로부터 흡수된 체적의 최대값에서 포어 반경의 값을 측정함으로써 이 차트로부터 피크 포어 사이즈(r피크)를 추출하였다. 이 분포는 Textile Research Journal Volume 37, 356-366 (1967)에 부르게니(Burgeni) 및 카푸르(Kapur)에 기재된 다공성 플레이트 방법에 기초한 장치를 사용하여 측정된다. 상기 시스템은 다공성 플레이트법의 개조된 버전이며, 프로그램할 수 있는 스테퍼 모터(stepper motor) 및 컴퓨터로 제어된 전자저울(electronic balance)로 조정되는 이동 가능한 벨멕스(Velmex) 스테이지로 구성된다. 제어 프로그램은 자동적으로 단계를 소정의 높이로 이동시키고, 평형에 이를 때까지 특정 샘플링 속도로 데이터를 수집하며, 그 후에 다음의 계산된 높이로 이동한다. 상기 방법의 제거 가능한 변수는 샘플링 속도, 평형에 대한 기준 및 흡수/이탈 사이클의 수를 포함한다.
이 분석을 위한 데이터는 이탈 모드에서 로스앤젤레스, CA의 페느레 코(Penreco of Los Angeles, CA) 6센티포이즈의 점도를 갖는 미네랄 오일(페네텍 네크니칼 미네랄 오일(Peneteck Technical Mineral Oil))을 사용하여 수집된다. 즉, 재료는 제로 높이에서 포화되고, 다공성 플레이트 (및 상기 샘플에 대한 효과적인 모세관 장력)는 바람직한 모세관의 반경에 대응하여 점진적으로 이산단계(discrete steps)로 올라간다. 상기 샘플로부터 빠진 액체의 양을 모니터하였다. 각 높이에서 기록을 매 15초 기록하여 4회 연속 기록의 평균 변화가 0.005g 미만일 때 평형에 도달한 것으로 가정하였다. 이 방법은 Varona의 미국특허 제5,679,042호에 보다 상세하게 기재되어 있다.
실시예
실시예 1-4
편직 폴리에스테르 와이퍼를 실시예 1 내지 4의 기본 재료로 사용하였다. 와이퍼는 퀄리티 텍스타일 컴퍼니, 밀 스프링, NC(Quality Textile Company("QTC"), Mill Spring, NC)에 의해 제공된 100퍼센트 연속 필라멘트 이중 니트 폴리에스테르였다. 상기 직물은 70데니어/34필라멘트사 및 36가로줄 및 36골을 갖는 135gsm 인터록킹 스티치였다(이 재료는 샘플 테스트 내내 사용되었으며, 여기서는 "QTC 컨트롤 와이퍼(QTC Control wiper)"라 한다).
상기 QTC 컨트롤 와이퍼를 표 2에 기재된 바와 같이 여러 가지 웨팅제를 포함하는 다양한 욕조에 적셨다. 서피놀 440, 서피놀 485, 및 다이놀 604를 달톤, GA(Dalton, GA)의 에어 프로닥츠 폴리머즈 LP(Air Products Polymers LP)사로부터 얻었다. 상기 유니톡스 490을 슈가 랜드, TX(Sugar Land, TX)의 베이커 페트롤라이 트(Baker Petrolite)로부터 얻었다.
포화된 후, 상기 와이퍼를 직경이 1.5인치(38mm)이고, 롤러간 갭이 1/16인치(1.6mm)인 아틀라스 일렉트릭 디바이스 Co.(Atlas Electric Devices Co.(Chicago, IL))사에서 제조된 아틀라스 라보라토리 링거 타입 LW-1(Atlas Laboratory Wringer type LW-1)의 두 개의 고무 롤러 사이에 니핑한다. 상기 니핑 압력(nipping pressure)은 톱 롤러(top roller)에 압력을 적용하는 암에 부착된 하중에 의해 제어된다. 바람직한 수분 흡수가 달성될 때까지 반복하여 닢(iterative nip)이 통과하는 내내 압력을 적용하였다. 수분 흡수량(wet pick up) 및 추가량(Add-on)은 다음 식을 사용하여 계산하였다:
%WPU = ((WW-WD)/WD) X 100
%추가량(Add-on) = (%WPU/100) x 욕 농도
여기서,
WPU = 흡수량
Ww = 포화 후 수분 중량/니핑
WD = 미처리 와이퍼의 건조 중량
욕 농도(Bath concentration) = 욕 내의 웨팅제 농도
[표 2]: 웨팅제 첨가량
Figure 112008002237635-PCT00002
* 욕 농도 = 0.5%
비교예들을 실시예 1-4의 샘플에 따라 테스트하였다. 비교예 1은 미처리된 QTC 컨트롤 와이퍼이다. 비교예 2는 ITW 텍스와이프(Texwipe (Mahwah, NJ))에서 판매한 텍스와이프 벡트라 알파 10(Texwipe Vectra Alpha 10) 와이퍼였다. 실시예 1-4 및 비교예 1 및 2의 실험실 테스트된 샘플에 대한 와이프 드라이 테스트(Version 1.0) 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]: 실시예 1-4에 대한 와이프 드라이 테스트(Version 1.0) 결과
Figure 112008002237635-PCT00003
실시예 5-7
실시예 1-4에 대하여 상기 기재한 바와 같은 방법으로, QTC 컨트롤 와이퍼를 크란베리(Cranbury), NJ의 로디아(Rhodia) Inc.로부터 구입된, 레펠-o-텍스(Repel- o-tex)(실시예 5), 하이드로폴(Hydropol)(실시예 6), 및 하이드로시스템(Hydrosystem)(실시예 7)로 처리하였다. 상기 와이퍼를 실시예 1-4와 같은 방법으로 여러 가지 욕으로 포화시켰다. 실시예 5-7의 모든 와이퍼를 0.5% 첨가량 수준으로 포화시켰다. 이들 수동 처리된 샘플에 대한 흡수 용량(물), 수직 위킹 및 와이프 드라이 결과를 표 4에 나타낸다. 비교예 2(즉, 텍스와이프 벡트라 알파 10)에 대한 데이터를 비교를 위해 포함한다.
[표 4]: 실시예 5-7에 대한 테스트 결과
Figure 112008002237635-PCT00004
실시예 5-7에 대한 테스트 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 3 및 4에 기재된 바와 같이, 본 발명의 계면활성제로 처리된 샘플들은 이와 유사하게 미처리된 와이퍼보다 우수한 와이핑, 위킹, 및 흡수 특성을 가졌다.
실시예 8-11
실시예 8-11은 실시예 1-7에 사용된 바와 같이 모두 동일한 QTC 컨트롤 직물을 사용하여 제조된다. 상기 와이퍼를 표 5에 기재된 바와 같이 와이퍼 제조 중에 세탁 공정의 린스 사이클에서 화학적으로 처리하였다. 상기 화학적 계면활성제를 세제를 첨가하기 위해 사용된 동일한 포트를 통해 세정 사이클 중에 수동으로 첨가하였다. 화학물질의 첨가량을 와이퍼의 중량으로 계산하였다. 예를 들어, 100lb 하중(45.4kg)의 와이퍼에 대하여, 8온스(227g)의 계면활성제를 0.5중량%의 첨가량으로 되도록 첨가하였다.
상기 와이퍼를 물 온도 130 내지 160도 F(54-71도 C)로 각 40분 지속하여 3회 린스 사이클로 세정하였다. 그리고 나서 상기 와이퍼를 클린룸 건조기에서 20 내지 30분 동안 약 150도 F(66도 C)의 온도에서 건조하였다.
[표 5]: 실시예 8-11의 요약
Figure 112008002237635-PCT00005
실시예 8-11의 흡수 용량(물), 흡수용량(IPA), 수직위킹, 수분 흡수 속도, 수분 흡입 속도 및 와이프 드라이 테스트 결과를 표 6에 나타낸다. 비교예 1 및 2(즉, 미처리된 QTC 컨트롤 및 텍스와이프 벡트라 알파 10)에 대한 데이터를 비교 를 위해 포함한다.
[표 6]: 실시예 8-11의 결과
Figure 112008002237635-PCT00006
실시예 8-9의 테스트 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 6에 기재된 것처럼, 본 발명의 계면활성제(보다 낮은 첨가량 수준에서)로 처리된 샘플들은 유사하게 미처리된 와이퍼보다 좋은 와이핑, 위킹 및 흡수 특성을 가졌다.
실시예 12-16
실시예 12-16을 윈스톤-살렘, NC(Winston-Salem, NC)의 코빌(Coville, Inc.)사에서 다음과 같은 제조단계로 제조하였다.
1. 100% 연속 필라멘트 폴리에스테르를 원형 편직기로 두 개의 피크패턴(스위스 또는 프랑스-표 7 참조) 중 어느 하나로 편직하였다.
2. 직물에서 편직 윤활제를 세정하기 위해 직물을 세제가 첨가된 연속 고온 욕을 통과시켰다. 세정 온도는 약 110도 F(43도 C)였고, 세정 공정을 통과하는 속도는 40yd/min(36.6m/min)이었다.
3. 직물은 광학적으로 백색으로 표백하였다.
4. 하이드로위크 마무리 공정을 적용하여 위킹/흡수 특성을 강화시켰다.
5. 위생 처리 마무리 공정을 향균 특성을 위해 적용하였다.
6. 양이온 유연제(cationic softener)를 첨가하여 촉감을 강화시켰다.
7. 직물을 찢어 개방(slit open)하고, 텐터 프레임 상에서 마무리하였다.
8. 대략 360도 F(182도 C)의 온도에서 건조 열이 텐터 프레임에 적용된다; 상기 텐터를 통한 속도는 대략 40yd/min (36.6 m/min) 이다.
9. 상기 텐터 프레임을 나온 후, 직물을 플라스틱 랩으로 포장하고, 소정 사이즈로 와이퍼를 커팅하고, 상기 와이퍼의 가장자리를 재봉할 수 있는 능력을 갖는 제3 지역으로 보내어 보풀 발생을 최소화시킨다.
10. 그리고 나서, 절단 및 재봉된 와이퍼를 ISO 등급 5 클린룸에서 세탁되는 K-C로 보내었다.
11. 세정 사이클은 130 내지 160도 F(54-71도 C) 사이의 온도에서 대략 40분이다.
12. 그리고 나서 와이퍼를 20 내지 30분 동안 온도 150도 F(66도 C)의 온도에서 건조한다.
13. 세탁 공정이 완료될 때, 상기 와이퍼를 핸드 실러(hand sealer)를 사용하여 PVC 대전방지필름에 두겹으로 포장한다.
코빌(Coville) 샘플의 요약을 표 7에 제공한다. 실시예 12의 컨트롤 직물을 상기한 바와 같이 제조하였다. 4, 6 및 7 단계의 공정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 13 내지 16을 또한 상기한 바와 같은 공정으로 제조하였다.
[표 7]: 실시예 12-16의 요약
Figure 112008002237635-PCT00007
실시예 12 내지 16에 대한 흡수 용량(물), 흡수 용량(IPA), 수직 위킹, 수분 흡수 속도, 수분 흡입 속도 및 와이프 드라이 테스트 결과를 표 8에 나타낸다. 비교예 2(즉, 텍스와이프 벡트라 알파 10)의 데이터를 비교를 위해 포함한다.
[표 8]: 실시예 12 내지 16의 테스트 결과
Figure 112008002237635-PCT00008
실시예 12 내지 16에 대한 테스트 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 8에 기재된 것처럼, 본 발명에 의해 기재된 바와 같이 필라멘트, 데니어, 가로 줄 및 골의 개질에 의해 제조된 와이퍼는 비개질된 비교 와이퍼보다 와이핑 능력이 우수하였다.
실시예 17-24
추가 테스트를 실시예 8, 9 및 10에 따라 수행하였다. 유사하게, 4개의 추가 실시예를 동일한 방법으로 제조하여 테스트하였다. 실시예 18은 0.5% 첨가량 정도에서 레펠-o-텍스로 처리된 QTC 컨트롤 직물; 실시예 18은 0.5% 첨가량 정도에서 하이드로폴로 처리된 QTC 컨트롤 직물; 실시예 19는 0.5% 첨가량 정도에서 유니톡스 490으로 처리된 QTC 컨트롤 직물; 실시예 20은 0.5% 첨가량 정도에서 서피놀 440으로 처리된 QTC 컨트롤 직물이다. 본 발명의 계면활성제로 제조된 실시예와 비교할 수 있는 첨가량 수준으로 통상적인 계면활성제로 샘플을 제조하였다. 실시예 21은 0.06% 첨가량 수준에서 ICI 아메리카즈(ICI Americas Inc.)사 제의 밀라제 T(Milease T)로 처리된 QTC 컨트롤이다. 실시예 22는 밀라제 T가 0.5% 첨가량 수준인 것을 제외하고는 실시예 12과 같다. 실시예 23은 0.06% 첨가량 수준에서 유니케마((Uniqema (New Castle, DE))사제 신드라폴 KB(Synthrapol KB)로 처리된 QTC 컨트롤이다. 실시예 24는 0.06% 첨가량 수준에서 유니케마사의 트윈 85LM(Tween 85LM)으로 처리된 QTC 컨트롤이다.
비교예를 유사하게 테스트하였다. 이전과 같이, 비교예 2는 ITW 텍스와이프(ITW Texwipe (Mahwah, NJ))에서 판매되는 것으로서, 텍스와이프 벡트라 알파 10(Texwipe Vectra Alpha 10) 와이퍼였다. 비교예 3은 밀리켄&컴퍼니(Milliken & Company (Spartanburg, SC))에서 판매하는 밀리켄 안티콘 100(Milliken Anticon 100) 와이퍼였다. 비교예 4는 콘텍사(Contec Inc. (Spartanburg, SC))에서 판매되는 콘텍 폴리와이프 라이트(Contec Polywipe Light) 와이퍼였다. 비교예 5는 베르샤이어 코포레이션(Bershire Corporation (Great Barrington, MA))에서 판매하는 베르크샤이어 울트라실 3000(Berkshire UltraSeal 3000) 와이퍼였다.
상기 모든 샘플을 개선된 와이프 드라이 테스트(Version 2.0) 장치 및 방법론(methodology)으로 테스트하였다. 추가적으로 위킹, 흡수 용량, 및 동적 와이핑 효능을 각 실시예에 대하여 테스트하였다. 그 테스트 결과를 표 9, 10, 및 11에 요약하였다.
[표 9]
Figure 112008002237635-PCT00009
[표 10]
Figure 112008002237635-PCT00010
[표 11]
Figure 112008002237635-PCT00011
표 9, 10 및 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 계면활성제를 사용하는 상기 실시예들은 0.06 내지 0.5퍼센트의 첨가량 수준으로 바람직한 와이프 드라이 테스트 결과를 나타내었다. 코드의 대부분이 860cm2 이상의 와이프 드라이 능력을 갖는 본 발명의 계면활성제를 사용하는 대다수는 개선된 와이프 드라이 테스트(version 2.0)을 사용하는 상기 와이프 드라이 능력이 760cm2 이상이었다. 또한, 상기 와이프 드라이 능력은 본 발명의 계면활성제를 갖는 테스트된 모든 실시예가 91퍼센트 이상인 동적 와이핑 효능에 의해 직접적으로 확인된다.
본 발명의 계면활성제를 사용하는 실시예는 비교예에 비하여 더 좋은 와이프 드라이 능력(와이프 드라이 테스트, version 2.0을 사용), 수직 위킹 및 동적 와이 핑 효과를 가졌다. 개선된 와이프 드라이 테스트(Version 2)를 사용함으로써, 와이프 드라이 테스트는 이전에 사용된 와이프 드라이 테스트((Version 1.0)에서 보여준 것과 동일한 결과를 직접적으로 나타내었다.
추가적으로, 본 발명의 계면활성제를 사용하는 실시예의 일부는 통상의 계면활성제를 사용하여 만든 실시예보다 더 좋은 와이프 드라이 능력, 수직 위킹 및 동적 와이핑 효능을 가졌다. 통상적인 계면활성제(Milease T)를 사용하는 실시예들 중 2개(실시예 21 및 22)는 양호한 와이프 드라이 값을 가졌다. 그러나, 입자 및 추출성 이온 테스트는 통상적인 계면활성제를 사용하는 이들 실시예들은 둘 다 본 발명의 계면활성제로 만들어진 실시예 또는 비교예보다 더 많은 입자 수 또는 더 많은 추출성 이온을 가졌다. 계면활성제를 사용하는 실시예에 대한 입자, 추출성 이온 및 포어 사이즈 분포 테스트의 요약을 표 12에 나타낸다. 비교예에서 행해진 이들 동일한 테스트의 요약은 표 13에 나타낸다.
[표 12]
Figure 112008002237635-PCT00012
[표 13]
Figure 112008002237635-PCT00013
표 12 및 13에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 와이퍼를 설명하고, 바람직한 정도의 와이프 드라이 능력을 갖는 실시예들은 또한, 바람직한 포어 사이즈 분포를 갖는다. 즉, 20미크론 미만의 사이즈를 갖는 포어는 비교예에서 찾을 수 있는 것보다 더 큰 퍼센트로 존재한다. 더 바람직한 것으로서, 본 발명의 와이퍼는 20미크론 미만의 사이즈의 포어가 5 내지 25퍼센트 사이, 그리고, 60 내지 160미크론 사이의 사이즈 범위의 포어 30 내지 50퍼센트 사이로 존재한다.
실시예 12-16의 와이퍼들을 또 개선된 와이프 드라이 테스트를 사용하여 테스트하였다. 추가적으로, 동적 와이핑 효능, 수직 위킹, 흡수 용량, 포어 사이즈 분포 테스트, 입자 및 추출성 이온을 또한 실시예 12 내지 16의 각각에 대하여 테스트하였다. 그 테스트 결과들의 요약을 표 14에 나타낸다.
[표 14]
Figure 112008002237635-PCT00014
앞에서 논의한 바와 같이, 실시예 12-16의 와이퍼들을 본 발명의 직물 개질 방법을 사용하여 제조하여, 본 발명의 소정 포어 사이즈 분포 및 그 결과로서 소정 와이프 드라이 능력을 달성하였다. 표 14의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 13-16의 개질 구조는 대조표준 직물(실시예 12)와 비교하여 보다 우수한 와이프 드라이 및 위킹 특성을 가졌다. 또한, 예상되는 것으로서, 보다 루즈한 스티치 와이퍼(실시예 14 및 16)는 대응하는 보다 타이트한 스티치 와이퍼(실시예 13 및 15)와 비교하여 보다 우수한 와이프 드라이 및 위킹 능력을 가졌다.

Claims (9)

  1. 클린룸 환경(cleanroom environment)에서 사용하는 와이퍼(wiper)로서, 연속적, 합성 필라멘트의 편직 기재(knitted substrate)를 포함하되, 상기 기재는 표면을 가지며, 크린룸 환경에서 사용하기에 적합하고,
    상기 와이퍼는 편직 구조를 가지되, 포어(pore)의 5 내지 25퍼센트가 20미크론 또는 그 미만의 사이즈이고, 포어의 30 내지 50퍼센트가 60미크론 내지 160미크론 범위의 사이즈인 포어 사이즈 분포(pore size distribution)를 갖는 것인 와이퍼.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 와이퍼는 수직 위킹 능력(vertical wicking capability)이 60초에서 5센티미터 또는 그 이상인 와이퍼.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이퍼는 평방미터 당 300밀리리터 내지 평방미터 당 360밀리리터의 범위에서 흡수 용량을 갖는 와이퍼.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이퍼는 이축 진동 테스트(Biaxial Shake Test (IEST RP- CC004.3, Section 6.1.3))에 의해 평방미터당 30 X 106개 또는 그 미만의 입자를 갖는 와이퍼.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이퍼는 91퍼센트 또는 그 이상의 동적 와이핑 효능을 갖는 와이퍼.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이퍼는 760평방 센티미터 또는 그 이상의 와이프 드라이 능력을 갖는 와이퍼.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편직 기재는 연속 폴리에스테르 필라멘트를 포함하는 와이퍼.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 부직 기재의 표면에 존재하는 계면활성제를 더욱 포함하되, 상기 계면활성제는 부직 기재의 중량으로, 0.5퍼센트 또는 그 이하의 추가량으로 존재하는 와이퍼.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 계면활성제는 게미니(gemini) 계면활성제, 폴리머 웨팅제, 및 관능화된 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택되는 와이퍼.
KR1020087000797A 2005-07-11 2006-06-29 클린룸 와이퍼 KR20080028925A (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US69811605P 2005-07-11 2005-07-11
US60/698,116 2005-07-11
US11/293,449 US20070010153A1 (en) 2005-07-11 2005-12-02 Cleanroom wiper
US11/293,449 2005-12-02

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