KR20130019394A

KR20130019394A - 부직포 웨브

Info

Publication number: KR20130019394A
Application number: KR20127027340A
Authority: KR
Inventors: 락쉬미 크리쉬나무르티; 요아힘 체. 리터; 조엘 엠. 폴리노; 마이클 티. 포티거; 존 씨. 호위; 데이비드 매튜스 로라 제이알; 젱-젱 후앙; 해리 본 사무엘슨; 로버트 존 더프
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2013-02-26
Also published as: US20130012092A1; EP2550385A4; JP2013522497A; WO2011119520A2; WO2011119520A3; CN102812172A; EP2550385A2; CA2793073A1

Abstract

이성분 섬유를 포함하는 부직포 웨브가 제공된다. 섬유는 제1 폴리아릴렌 설파이드(PAS) 성분 및 중합체 성분의 연속상 각각을 갖는다. 중합체 성분은 또한 제2 폴리아릴렌 설파이드일 수 있다. 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고, 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 외부 표면에 적어도 부분적으로 노출된다.

Description

부직포 웨브{NONWOVEN WEBS}

관련-출원과의 상호 참조

본 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 삽입되는, 2010년 3월 22일에 출원된 미국 가출원 제61/316,061 호의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 부직포 웨브, 및 특히 폴리아릴렌 설파이드로부터 형성되는 웨브 분야에 관한 것이다.

웨브의 물리적 특성은, 캘린더링(calendaring)에 의해 개선될 수 있으며, 이는 시트 물질에 매끄럽고 광택있는 외양을 부여하거나 그렇지 않으면 선택된 물리적 특성을 개선시키기 위해 롤 또는 플레이트 사이의 닙(nip)을 통해 시트 물질을 통과시키는 방법인 것으로 알려져 있다.

제지 또는 다른 섬유성 물질의 캘린더링을 통해, 형성되는 제지의 품질을 추가로 개선시키거나, 표준 수준의 품질을 제공하는 데 있어서는, 생산되는 제지의 벌크(bulk)를 증가시키거나 진행 속도를 높이기 위한 노력이 이루어진다. 제지 또는 섬유의 가소성(plasticity) 또는 성형 경향(molding tendency)은 제지 또는 섬유의 온도 및/또는 가소화제 함량을 상승시킴으로써 증가될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 가소성을 비롯해 기계적 특성의 상당한 변화는, 제지 내에 함유된 중합체의 온도가 소위 유리 전이 온도(T.sub.g)로까지 또는 그보다 더 넘어서 상승될 때 발생하며, 이 온도점에서 물질은 그 온도 미만에서 할 수 있는 것보다 더 쉽게 성형 또는 형성 또는 마감될 수 있다.

많은 부직포 천은 천에 온전성(integrity)을 부여하기 위해 본딩(bonded)된다. 이용가능한 여러 본딩(bonding) 기법이 존재하지만, 열적 본딩 방법은 새 제품의 연구 및 개발에 바치는 시간 및 업무량 둘다의 면에서 부직포 산업에 만연해 있다. 이들 방법은 전통적인 화학적 본딩 방법보다 많은 이점 및 간단함을 가져서 광범위한 허용도를 얻는다. 매력적인 특징에는, 저 에너지 및 원료 비용, 증가된 생산 속도, 및 제품 다능성이 포함된다. 화학적 간략화는, 접착제 결합제가 사용되지 않기 때문에, 환경에 대한 염려를 감소시킨다. 미국 특허 제4,035,219 호 및 미국 특허 제5,424,115 호는 물리적 특성을 증진시키기 위한 부직포 웨브의 포인트 본딩의 예를 제공한다.

리드(Reed)의 미국 특허 제2,277,049 호는, 유사한 데니어 및 절단 길이(cut length)의 가용성(fusible) 및 비가용성(nonfusible) 섬유를 블렌딩하고 웨브를 용매 또는 열로 처리함으로써 부직포 천을 제조하기 위해 가용성 섬유를 사용하는 아이디어를 도입하였다. 가용성 섬유는 점성으로 되고 결합제로서 작용한다. 부직포 천은 점성의 웨브를 압축시키고 냉각시킨 후에 생성된다.

나노웨브 내 섬유의 용융점 Tm 근처의 온도를 사용하면 웨브의 품질을 저하시킨다. 캘린더링 기계에 내재하는 불균일한 가열과 조합된 섬유의 작은 크기는 불균일한 용융 및 본딩을 생성하려는 경향이 있으며, 웨브를 여과 및 배터리 분리기 및 다른 에너지 저장 응용에 대해 덜 효과적으로 만든다. 저 평량(basis weight)의 웨브를 강화시키고 미세 데니어 섬유를 포함하는 영역에서 선행 기술의 결점은 EP 1 042 549호에 예시되어 있으며, 이 문헌에서 패턴 상의 열적 본딩은 덜 변형가능한 웨브를 생성하는 데 제조된다.

본 발명은 이전에는 덜 심각한 조건 하에 고 강도의 생성물을 제공하는 방법을 제공함으로써 캘린더링된 웨브를 제조하는 이전의 방법에서의 결점을 극복한다.

요약

본 발명은 제1 폴리아릴렌 설파이드(PAS) 성분 및 중합체 성분의 연속상 각각을 포함하는 이성분 섬유를 포함하는 부직포 웨브에 관한 것이며, 여기서 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고, 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 외부 표면에 적어도 부분적으로 노출된다. "부분적으로 노출된"이란, 성분 중 일부 이상이 섬유의 바깥쪽 표면 상에 나타나는 것을 의미한다. 섬유의 전체 바깥쪽 표면은 제1 PAS 성분일 수 있고, 이는 또한 중합체 성분을 적어도 부분적으로 피복시킬 수 있다.

본 발명은 또한, (i) 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분 및 중합체 성분의 연속상 각각을 포함하는 이성분 섬유를 부직포 웨브로 방사시키는 단계로서, 여기서 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 외부 표면에 적어도 부분적으로 노출되는 단계, 및 (ii) 개별 섬유의 하나 이상의 하위 부류를 본딩시키기 위해 부직포 웨브를 캘린더링하는 단계를 포함하는, 부직포 웨브를 제작하는 개선된 방법에 관한 것이다. 특정 실시 양태에서, 부직포 웨브는 개별 섬유의 하나 이상의 하위 부류에 본딩되기에 충분한 온도 및 시간 동안 캘린더링된다.

본 발명의 방법 중의 단계의 존재를 언급하거나 기술하는 것과 관련해 부정 관사 ("a" 또는 "an")가 사용될 때, 그 언급 또는 기술이 명쾌하게 반대로 제공되지 않는 한, 그러한 부정 관사의 사용은 방법 중의 단계의 존재를 수적으로 하나에 제한되는 것이 아님을 이해해야 할 것이다.

수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하고자 하는 것이다. 본 발명의 범주가 범위를 한정할 때 언급되는 구체적인 값에 제한되는 것으로는 의도되지 않는다.

정의

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "스펀본드(spunbond)"는 용융된 열가소성 물질을 다수의 미세한, 보통은 원형의 방적돌기 모세관으로부터 필라멘트로서 압출시킴으로써 형성되는 작은 직경의 섬유를 말하며, 압축된 필라멘트의 직경은 예를 들어, 에이펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563 호, 및 도쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618 호, 마추키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817 호, 킨니(Kinney) 등의 미국 특허 제3,338,992 호 및 제3,341,394 호, 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615 호에서와 같이 빠르게 감소되며, 이 문헌들은 각각 그의 전체가 본원에서 참조로서 삽입된다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "멜트블로운(meltblown)"은 용융된 열가소성 물질을 다수의 미세한, 보통은 원형의 다이 모세관을 통해, 용융된 실(thread) 또는 필라멘트로서 수렴성(converging) 고속 기체 (예를 들어, 공기) 흐름 내로 압출시킴으로써 형성되는 섬유를 의미하며, 이는 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 감쇠시켜 그의 직경을 감소시켜서 미세섬유 직경으로 될 수 있게 한다. 이후, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 흐름에 의해 수행되고, 무작위하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웨브를 형성하기 위해 수합 표면 상에서 침착된다. 그러한 방법은 문헌[NRL Report 4364, "Manufacture of Super-Fine Organic Fibers" by B. A. Wendt, E. L. Boone and D. D. Fluharty]; 문헌[NRL Report 5265, "An Improved Device For The Formation of Super-Fine Thermoplastic Fibers" by K. D. Lawrence, R. T. Lukas, J. A. Young]; 및 1974년 11월 19일에 발행된 부틴(Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241 호를 비롯해 다양한 특허 및 공보에 개시되어 있으며, 이 특허는 그 전체가 본원에 참조로서 삽입되어 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "다성분 섬유"는 2 개 이상의 성분의 중합체, 또는 상이한 특성 또는 첨가제를 갖는 동일한 중합체로부터 형성되고, 분리된 압출기로부터 압출되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 섬유를 말한다. 다성분 섬유를 또한 종종 컨쥬게이트 섬유 또는 이성분 섬유라고도 한다. 중합체는 다성분 섬유의 단면을 가로질러서 실질적으로 일정하게 위치한 구분된 구역에서 배열되고, 다성분 섬유의 길이를 따라 연속적으로 뻗어 있다. 그러한 다성분 섬유의 구성은 예를 들어, 시쓰(sheath)/코어 배열일 수 있으며, 여기서 하나의 중합체는 또다른 중합체에 의해 둘러싸여 있거나 나란한(side by side) 배열, "해도형(islands-in-the-sea)" 배열일 수 있거나, 원형, 타원형 또는 직사각형 단면 섬유 상에서 파이-쐐기(pie-wedge) 형상으로서 또는 스트라이프로서 배열될 수 있다. 다성분 섬유는 예를 들어, 카네코(Kaneko) 등의 미국 특허 제5,108,820 호, 스트랙(Strack) 등의 미국 특허 제5,336,552 호, 및 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400 호에서 교시되어 있다. 2 개 성분 섬유에 대해, 중합체는 임의의 원하는 비율로 존재할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "이구성분(biconstituent) 섬유" 또는 "다구성분 섬유"는 2 개 이상의 중합체, 또는 상이한 특성이나 첨가제를 갖는 동일한 중합체로부터 형성되고, 동일한 압출기로부터 블렌드로서 압출되는 섬유를 말하며, 여기서 중합체는 다성분 섬유의 단면을 가로질러서 실질적으로 일정하게 위치된 구별된 구역에 배열되지 않는다. 이러한 일반적인 유형의 섬유는 예를 들어, 게스너(Gessner) 등의 미국 특허 제5,108,827 호에서 토의되어 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "부직포 웨브" 또는 "부직포 물질"은 편물(knitted) 또는 직물 천에서와 같이 식별가능한 방식으로는 아니지만 인터레이드(interlaid)된 개별 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 웨브를 의미한다. 부직포 웨브는 예를 들어 멜트블로잉(meltblowing) 방법, 스펀본딩 방법, 에어-레잉(air-laying) 방법 및 카디드 웨브(carded web) 방법과 같은 많은 방법으로부터 형성된다. 부직포 천의 평량은 보통 평방 미터 당 그램(gsm) 또는 평방 야드 당 물질의 온스(osy)로 표현되고, 유용한 섬유 직경은 보통 미크론으로 표현된다. (osy를 gsm으로 변환시키려면 osy에 33.91을 곱하는 것을 주지함).

"부분적으로 피복시킨다"란, 이성분 또는 다성분 섬유의 한 성분이 제2 성분을 적어도 부분적으로 밀폐시킨다는 것을 의미한다. 하나의 성분은 또한, 섬유의 외부 표면 상에 나타날 수 있다.

"캘린더링"은 2 개의 롤 사이에 있는 닙을 통해 웨브를 통과시키는 방법이다. 롤은 서로 접촉될 수 있거나, 롤 표면 사이의 고정된 또는 가변성의 갭일 수 있다. 유리하게는, 본 발명의 캘린더링 방법에서, 닙은 연질(soft) 롤 및 경질(hard) 롤 사이에서 형성된다. "연질 롤"은 캘린더 내에서 2 개의 롤을 함께 유지시키도록 적용되는 압력 하에 변형되는 롤이다. "경질 롤"은 과정 또는 생성물에 대해 유의한 효과를 갖는 변형이 과정의 압력 하에서 발생하지 않는 표면이 있는 롤이다. 경질 롤은 그 위에서 인그레이브된(engraved) 패턴을 가질 수 있거나 비패턴화될 수 있다. "비패턴화된" 롤은 이들을 제작하는데 사용되는 과정의 능력 내에서 매끄러운 표면을 갖는 것이다. 포인트 본딩 롤과는 달리, 닙을 통과했기 때문에 웨브 상에 패턴을 정교하게 생성하기 위한 포인트나 패턴은 없다.

폴리아릴렌 설파이드(PAS)는 아릴렌 설파이드 단위를 포함하는 선형, 분지형 또는 가교결합된 중합체를 포함한다. 폴리아릴렌 설파이드 중합체 및 이들의 합성은 당업계에 알려져 있고, 그러한 중합체는 시판된다.

본 발명에서 유용한 실례의 폴리아릴렌 설파이드는 화학식 -[(Ar¹)_n-X]_m-[(Ar²)_i-Y]_j-(Ar³)_k-Z]_l-[(Ar⁴)_o- W]_p- (식 중, Ar¹, Ar², Ar³, 및 Ar⁴ 는 동일 또는 상이하고, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자의 아릴렌 단위이며; W, X, Y, 및 Z은 동일 또는 상이하고, -SO₂-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -COO- 또는 1 개 내지 6 개의 탄소 원자의 알킬렌 또는 알킬리덴 기로부터 선택되는 2 가 연결기이며, 여기서 연결 기의 하나 이상은 -S-이고; n, m, i, j, k, l, o, 및 p는 독립적으로 0 또는 1, 2, 3, 또는 4이며, 단, 이들의 총 합은 2 이상임)의 반복 단위를 함유하는 폴리아릴렌 티오에테르를 포함한다. 아릴렌 단위 Ar¹, Ar², Ar³, 및 Ar⁴는 선택적으로 치환 또는 비치환될 수 있다. 유리한 아릴렌 시스템은 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라센 및 페난트렌이다. 폴리아릴렌 설파이드는 전형적으로 30 몰% 이상, 특히 50 몰% 이상 및 더욱 특히 70 몰% 이상의 아릴렌 설파이드 (-S-) 단위를 포함한다. 바람직하게는 폴리아릴렌 설파이드 중합체는 2 개의 방향족 고리에 직접 부착된 설파이드 연결 기를 85 몰% 이상 포함한다. 유리하게는, 폴리아릴렌 설파이드 중합체는 페닐렌 설파이드 구조식 -(C₆H₄-S)_n- (식 중, n은 1 이상의 정수임)을 그의 성분으로서 함유하는 본원에서 정의된 폴리페닐렌 설파이드(PPS)이다.

하나의 유형의 아릴렌 기를 주요 성분으로서 갖는 폴리아릴렌 설파이드 중합체가 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나, 가공성 및 내열성의 면에서, 2 개 이상의 유형의 아릴렌 기를 함유하는 공중합체가 또한 사용될 수 있다. p-페닐렌 설파이드 재발 단위(recurring unit)를 주요 구성분으로서 포함하는 PPS 수지는, 그것이 탁월한 가공성을 갖고 산업적으로 쉽게 수득되기 때문에, 특히 바람직하다. 또한, 폴리아릴렌 케톤 설파이드, 폴리아릴렌 케톤 케톤 설파이드, 폴리아릴렌 설파이드 설폰 등이 또한 사용될 수 있다.

가능한 공중합체의 구체적인 예에는, p-페닐렌 설파이드 재발 단위 및 m-페닐렌 설파이드 재발 단위를 갖는 랜덤 또는 블록 공중합체, 페닐렌 설파이드 재발 단위 및 아릴렌 케톤 설파이드 재발 단위를 갖는 랜덤 또는 블록 공중합체, 페닐렌 설파이드 재발 단위 및 아릴렌 케톤 케톤 설파이드 재발 단위를 갖는 랜덤 또는 블록 공중합체, 및 페닐렌 설파이드 재발 단위 및 아릴렌 설폰 설파이드 재발 단위를 갖는 랜덤 또는 블록 공중합체가 포함된다.

폴리아릴렌 설파이드는 그의 원하는 특성에 부작용을 미치지 않는 다른 성분을 임의로 포함할 수 있다. 추가의 성분으로서 사용될 수 있는 실례의 물질에는, 제한 없이, 항미생물제, 안료, 항산화제, 계면활성제, 왁스, 유동 촉진제, 입자성 물질, 및 중합체의 가공성을 증진시키기 위해 첨가되는 다른 물질이 포함될 것이다. 이들 및 다른 첨가제는 통상의 양으로 사용될 수 있다.

설명

본 발명은 제1 폴리아릴렌 설파이드(PAS) 성분 및 제2 중합체 성분의 연속상 각각을 포함하는 이성분 섬유를 포함하는 부직포 웨브에 관한 것이며, 여기서 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고, 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 바깥쪽 표면에 적어도 부분적으로 노출된다. "부분적으로 노출된"이란, 성분의 적어도 일부가 섬유의 바깥쪽 표면 상에 나타나는 것을 의미한다. 섬유의 전체 바깥쪽 표면은 제1 PAS 성분으로 이루어질 수 있다. 제1 PAS 성분은 또한, 제2 중합체 성분을 적어도 부분적으로 피복시킬 수 있다.

본 발명은 또한, (i) 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분 및 제2 중합체 성분의 연속상 각각을 포함하는 이성분 섬유를 부직포 웨브로 방사시키는 단계로서, 여기서 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 바깥쪽 표면에 적어도 부분적으로 노출되어 있는 단계, 및 (ii) 개별 섬유의 하나 이상의 하위 부류를 본딩시키기에 충분한 온도 및 시간 동안 부직포 웨브를 캘린더링하는 단계를 포함하는, 부직포 웨브를 제작하는 개선된 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방사 방법은 당업자에게 알려진 임의의 부직포 방사 방법, 예를 들어 스펀본딩 또는 멜트블로잉 방법일 수 있다.

제2 중합체 성분은 임의의 열가소성 중합체성 물질을 포함할 수 있다. 추가의 실시 양태에서, 제2 중합체 성분은 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함할 수 있다. 폴리에스테르는 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트, 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)이다. 제2 중합체 성분은 추가로 제2 PAS를 포함할 수 있고, 이는 추가로 칼슘 염 첨가제, 바람직하게는 칼슘 스테아레이트를 포함할 수 있다.

한 실시 양태에서, 섬유의 시쓰의 제1 PAS 성분은 유기 카르복실산의 하나 이상의 주석(II) 염을 포함한다. 폴리아릴렌 설파이드 조성물은 Sn(O₂CR)₂, Sn(O₂CR)(O₂CR'), Sn(O₂CR)(O₂CR"), 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 분지형 주석(II) 카르복실레이트 (식 중, 카르실레이트 부분 O₂CR 및 O₂CR'는 독립적으로 분지형 카르복실레이트 음이온을 나타내고, 카르복실레이트 부분 O₂CR"는 선형 카르복실레이트 음이온을 나타냄)를 포함하는 하나 이상의 주석 첨가제를 포함할 수 있다. 한 실시 양태에서, 분지형 주석(II) 카르복실레이트는 Sn(O₂CR)₂, Sn(O₂CR)(O₂CR'), 또는 그의 혼합물을 포함한다. 한 실시 양태에서, 분지형 주석(II) 카르복실레이트는 Sn(O₂CR)₂를 포함한다. 한 실시 양태에서, 분지형 주석(II) 카르복실레이트는 Sn(O₂CR)(O₂CR')를 포함한다. 한 실시 양태에서, 분지형 주석(II) 카르복실레이트는 Sn(O₂CR)(O₂CR")를 포함한다.

임의로, 주석 첨가제는 선형 주석(II) 카르복실레이트 Sn(O₂CR")₂를 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 분지형 및 선형 주석(II) 카르복실레이트의 상대량은, 분지형 카르복실레이트 부분의 합 [O₂CR + O₂CR']은 첨가제 내에 함유된 총 카르복실레이트 부분 [O₂CR + O₂CR' + O₂CR"]의 몰 기준으로 약 25% 이상이도록 선택된다. 예를 들어, 분지형 카르복실레이트 부분의 합은 주석 첨가제 내에 함유된 총 카르복실레이트 부분의 약 33% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 66% 이상, 또는 약 75% 이상, 또는 약 90% 이상일 수 있다.

한 실시 양태에서, 라디칼 R 및 R' 둘다는 6 개 내지 30 개의 탄소 원자를 포함하고, 둘다는 하나 이상의 2차 또는 3차 탄소를 함유한다. 2차 또는 3차 탄소(들)는 카르복실레이트 부분 O₂CR 및 O₂CR'에 있는 임의의 위치(들)에서, 예를 들어 카르복실레이트 탄소에 대해 α 위치에서, 카르복실레이트 탄소에 대해 ω 위치에서, 그리고 임의의 중간 위치(들)에서 위치할 수 있다. 라디칼 R 및 R'는 비치환될 수 있거나, 또는 불활성 기, 예를 들어 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실레이트 기로 임의 치환될 수 있다. 적합한 유기 R 및 R' 기의 예에는, 지방족, 방향족, 지환족, 산소-함유 헤테로사이클릭, 질소-함유 헤테로사이클릭, 및 황-함유 헤테로사이클릭 라디칼이 포함된다. 헤테로사이클릭 라디칼은 고리 구조에서 탄소 및 산소, 질소, 또는 황을 함유할 수 있다.

한 실시 양태에서, 라디칼 R"는 불활성 기, 예를 들어 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실레이트 기로 임의 치환된, 6 개 내지 30 개 탄소 원자를 포함하는 1차 알킬 기이다. 한 실시 양태에서, 라디칼 R"는 6 개 내지 20 개의 탄소 원자를 포함하는 1차 알킬 기이다.

한 실시 양태에서, 라디칼 R 또는 R'는 독립적으로 또는 둘다 하기 화학식 (I)로 나타낸 구조를 갖는다:

[화학식 (I)]

(식 중, R₁, R₂, 및 R₃은 독립적으로:

H;

플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 1차, 2차, 또는 3차 알킬 기;

알킬, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 기; 및

플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 지환족 기이며;

단, R₂ 및 R₃이 H일 때, R₁은:

플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2차 또는 3차 알킬 기;

6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖고, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2차 또는 3차 알킬 기로 치환된 방향족 기 (방향족 기 및/또는 2차 또는 3차 알킬 기는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환됨); 및

플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 지환족 기임).

한 실시 양태에서, 라디칼 R 또는 R' 또는 둘다는 화학식 (I)로 나타낸 구조를 갖고, R₃은 H이다.

또다른 실시 양태에서, 라디칼 R 또는 R' 또는 둘다는 하기 화학식 (II)로 나타낸 구조를 갖는다:

[화학식 (II)]

(식 중,

R₄는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로 및 하이드록실 기로 임의 치환된, 4 개 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 1차, 2차, 또는 3차 알킬 기이고;

R₅는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 및 하이드록실 기로 임의 치환된, 메틸, 에틸, n-프로필, sec-프로필, n-부틸, sec-부틸, 또는 tert-부틸 기임).

한 실시 양태에서, 라디칼 R 및 R'는 동일하고, 둘다는 화학식 (II) (식 중, R₄는 n-부틸이고, R₅는 에틸임)로 나타낸 구조를 갖는다. 본 실시 양태는 본원에서 주석(II) 에틸헥사노에이트라고도 알려진 분지형 주석(II) 카르복실레이트 주석(II) 2-에틸헥사노에이트를 기술한다.

주석(II) 카르복실레이트(들)는 시중적으로 수득될 수 있거나, 주석(II) 양이온 및 원하는 카르복실레이트(들)에 상응하는 카르복실산의 적절한 공급원으로부터 제자리에서 발생될 수 있다. 주석(II) 첨가제는 개선된 열-산화적 및/또는 열적 안정성을 제공하기에 충분한 농도로 폴리아릴렌 설파이드 내에서 존재할 수 있다. 한 실시 양태에서, 주석(II) 첨가제는 폴리아릴렌 설파이드의 중량을 기준으로, 약 10 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 주석(II) 첨가제는 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 예를 들어 약 0.25 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 전형적으로, 주석(II) 첨가제의 농도는 마스터 배치 조성물 내에서 더 높을 수 있는데, 예를 들어 약 5 중량% 내지 약 10 중량% 또는 그 이상일 수 있다. 주석(II) 첨가제는 용융된 또는 고체 폴리아릴렌 설파이드에 고체로서, 슬러리로서, 또는 용액으로서 첨가될 수 있다.

추가의 실시 양태에서, 본 발명의 섬유의 시쓰의 폴리아릴렌 설파이드 조성물은 추가로 하나 이상의 아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속 [Zn(0)]을 포함한다. 아연(II) 첨가제는, 유기 또는 무기 반대 이온이 폴리아릴렌 설파이드 조성물의 원하는 특성에 부작용을 미치지 않는 한, 아연 스테아레이트와 같은 유기 화합물, 또는 아연 설페이트 또는 아연 옥사이드와 같은 무기 화합물일 수 있다. 아연(II) 첨가제는 시중적으로 수득될 수 있거나, 제자리에서 발생될 수 있다. 아연 금속은 아연(II) 이온의 공급원으로서 조성물 내에서, 단독으로 또는 하나 이상의 아연(II) 첨가제와 함께 사용될 수 있다. 한 실시 양태에서, 아연(II) 첨가제는 아연 옥사이드, 아연 스테아레이트, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속은 폴리아릴렌 설파이드의 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하의 농도로 폴리아릴렌 설파이드 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속은 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 예를 들어 약 0.25 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 전형적으로, 아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속의 농도는 마스터 배치 조성물 내에서 더 높을 수 있는데, 예를 들어 약 5 중량% 내지 약 10 중량% 또는 그 이상일 수 있다. 하나 이상의 아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속은 용융된 또는 고체 폴리아릴렌 설파이드에 고체로서, 슬러리로서, 또는 용액으로서 첨가될 수 있다. 아연(II) 첨가제 및/또는 아연 금속은 주석(II) 염과 함께 또는 따로 첨가될 수 있다.

실시예

이성분 스펀본드 천을 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET) 성분 및 폴리(페닐렌 설파이드) (PPS) 성분으로부터 제조하였다. PET 성분의 고유 점도는 0.633 dl/g이고, 이는 미국 노쓰캐롤라이나 윌밍턴(Wilmington, NC) 소재의 폴리퀘스트(PolyQuest)로부터 PET 수지 등급 PQB8A-065로서 입수가능하다. 미국 켄터키주 플로렌스(Florence, KY) 소재의 티코나 엔지니어링 폴리머즈(Ticona Engineering Polymers)로부터 상표명 포트론(Fortron)? PPS 하에 입수가능한 PPS 성분은 70 중량%의 등급 0309 C1 및 30 중량%의 등급 0317 C1의 혼합물이었다.

하기 재료를 실시예에서 사용하였다. 모든 시판의 재료를 달리 언급되지 않는 한 받은 대로 사용하였다. 주석(II) 2-에틸헥사노에이트 (90%) 및 아연 옥사이드 (99%)를 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich) (미국 미주리주 세인트루이스(St. Louis, MO) 소재)로부터 입수하였다. 주석(II) 스테아레이트 (98%) (Sn 스테아레이트)를 아크로스 오가닉스(Acros Organics) (미국 뉴저지주 모리스 플레인즈(Morris Plains, NJ) 소재)로부터 입수하였다. 아연 스테아레이트 (99%) (Zn 스테아레이트)를 허니웰 라이델-드 하엔(Honeywell Reidel-de Haen) (독일 시엘제(Seelze, Germany) 소재)으로부터 입수하였다. 주석(II) 2-에틸헥사노에이트를 또한 본원에서는 주석(II) 에틸헥사노에이트 또는 SnEH 라고도 한다.

만약 사용한다면, 첨가제는 PPS와 함께 용융 블렌딩해서, 첨가제가 PPS 성분의 총 질량 중 필요한 %만큼 포함하도록 하였다. PET 수지를 120℃의 온도에서 공기 건조기를 통해 건조시켜 수분 함량이 50 백만분율 미만이 되게 하였다. PPS 수지를 115℃의 온도에서 공기 건조기를 통해 건조시켜 수분 함량이 150 백만분율 미만이 되게 하였다. PET 중합체를 290℃에서 압출기 내에서 가열하였고, PPS 수지를 295℃에서 분리된 압출기 내에서 가열하였다. 2 개의 중합체를 스핀-팩 어셈블리(spin-pack assembly)로 계랑하였고, 이 어셈블리에서 2 개의 용융물 스트림을 따로 여과하였으며 그런 다음, 분배 플레이트의 적층물을 통해 조합해서 시쓰-코어 단면이 있는 스펀본드 섬유의 여러 열(row)을 제공하였다. 그러한 가공은 당업자에게 잘 알려져 있다. PET 성분은 코어를 포함하였고, PPS 성분은 시쓰를 포함하였다.

2158 개의 원형 모세관 개구(opening)로 이루어진 스핀 팩 어셈블리를 295℃로 가열하였고, PPS 및 PET 중합체를 2.2 g/홀(hole)/분의 중합체 처리 속도(throughput rate)로 각각의 모세관을 통해 방사하였다. PET 성분은 스펀 본드 섬유의 총 중량의 70 중량%로 이루어졌다. 122 ㎝의 길이에 걸쳐서 뻗어 있는 직교류 켄치(cross flow quench) 내에서 섬유를 냉각시켰다. 감쇠력(attenuating force)을 직사각형 슬롯 제트(rectangular slot jet)에 의해 섬유 다발에 제공하였다. 제트의 입구와 스핀 팩 사이의 거리는 147 ㎝였다. 제트를 빠져 나오는 섬유를 87.4 m/분으로 이동하는 형성 벨트(forming belt) 상에서 수합하였다. 진공을 벨트 밑에다 적용해서 섬유가 벨트에 고정(pin)되도록 도왔다. 다음, 2 개의 매끄러운 금속(smooth metal) 사이에서 웨브를 통과시킴으로써 스펀본드 층을 매끄럽게 캘린더링해서, 필라멘트 대 필라멘트(filament to filament) 본딩을 달성하였다. 본딩 조건은 135℃ 롤 온도 및 875 N/㎝ 닙 압력이었다. 열적 본딩 후에, 스펀본드 시트를 와인더(winder)를 사용해 롤 내로 형성하였다.

다음, 추가의 단계에서, 부직포 웨브를 매끄럽게 캘린더링해서, 이미 본딩된 부직포 웨브를 추가로 치밀화시켰다. 4200 N/㎝의 닙 압력에서 76.2 ㎝의 직경을 갖는 2 개의 가열된 스테인레스 스틸 롤 사이에서 웨브를 통과시켰다. 라인 속도(line speed)는 61 m/분이었고, 롤을 200℃의 표면 온도로 가열하였다. 캘린더링 후에, 스펀본드 시트의 평량은 51g/㎡이었다.

이들 샘플에 대한 인장 시험의 결과를 하기 표에 나타내며, 이 표에서 SnEH는 주석 (II) 에틸헥사노에이트이고, ZnO는 아연 옥사이드이고, SnO는 주석 옥사이드이고, Zn 스테아레이트는 아연 스테아레이트이고, Sn 스테아레이트는 주석 스테아레이트이다. 부직포 시트의 인장 강도 및 파단 작업(work to break)을, ASTM D 828-97에 따라 폭이 2.54 ㎝이고 게이지 길이(gage length)가 18 ㎝인 시험 표본을 사용해 인스트론-유형(Instron-type) 시험 기계 상에서 측정하였다. 기계 방향(MD) 결과만 보고한다.

웨브의 파단에 필요한 총 에너지 및 인장 강도를 상승시키는 데 있어서 주석 및/또는 아연 첨가제의 효과는 이들 실시예로부터 분명하다.

Claims

제1 폴리아릴렌 설파이드(PAS) 성분 및 중합체 성분의 연속상 각각을 포함하는 이성분 섬유를 포함하는 부직포 웨브로서, 여기서 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 주석 또는 아연 첨가제 또는 둘다를 함유하고, 임의의 주어진 섬유의 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분은 그 섬유의 외부 표면에 적어도 부분적으로 노출되는, 부직포 웨브.
제1 항에 있어서, 중합체 성분은 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아미드 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 웨브.
제2 항에 있어서, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트, 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 웨브.
제1 항에 있어서, 제2 중합체 성분은 제2 폴리아릴렌 설파이드를 포함하는 웨브.
제4 항에 있어서, 제2 폴리아릴렌 설파이드는 칼슘 염과 블렌딩되는 웨브.
제5 항에 있어서, 칼슘 염은 칼슘 스테아레이트인 웨브.
제1 항에 있어서, 주석 첨가제는 Sn(O₂CR)₂, Sn(O₂CR)(O₂CR'), Sn(O₂CR)(O₂CR"), 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 분지형 카르복실레이트이며, 여기서 카르복실레이트 부분 O₂CR 및 O₂CR'는 독립적으로 분지형 카르복실레이트 음이온을 나타내고 카르복실레이트 부분 O₂CR"는 선형 카르복실레이트 음이온을 나타내는 웨브.
제7 항에 있어서, 주석 첨가제는 선형 주석(II) 카르복실레이트 Sn(O₂CR")₂를 추가로 포함하는 웨브.
제7 항에 있어서, 분지형 카르복실레이트 부분 O₂CR 및 O₂CR'의 합은 주석 첨가제 내에 함유되는 총 카르복실레이트 부분 O₂CR, O₂CR' 및 O₂CR"의 몰 기준으로 약 25% 이상인 웨브.
제7 항에 있어서, 라디칼 R"는 6 개 내지 30 개의 탄소 원자를 포함하는 1 차 알킬 기인 웨브.
제10 항에 있어서, 라디칼 R"는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 카르복실레이트, 및 그의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기로 치환되는 웨브.
제7 항에 있어서, 라디칼 R 또는 R'는 독립적으로 또는 둘다 하기 화학식 (I)로 나타낸 구조를 갖는 웨브:
[화학식 (I)]

(식 중, R₁, R₂, 및 R₃은:
H;
플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 1차, 2차, 또는 3차 알킬 기;
알킬, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 기; 및
플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 지환족 기로 이루어진 군으로부터 선택되며;
단, R₂ 및 R₃이 H일 때, R₁은:
플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2차 또는 3차 알킬 기;
6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖고, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2차 또는 3차 알킬 기로 치환된 방향족 기 (방향족 기 및/또는 2차 또는 3차 알킬 기는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환됨); 및
플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 하이드록실, 및 카르복실 기로 임의 치환된, 6 개 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 지환족 기임).
제7 항에 있어서, 라디칼 R 또는 R' 또는 둘다는 화학식 (I)로 나타낸 구조를 가지고, R₃은 H인 웨브.
제7 항에 있어서, 라디칼 R 또는 R'는 독립적으로 또는 둘다 하기 화학식 (II)로 나타낸 구조를 갖는 웨브:
[화학식 (II)]

(식 중,
R₄는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로 및 하이드록실 기로 임의 치환된, 4 개 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 1차, 2차, 또는 3차 알킬 기이고;
R₅는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 니트로, 및 하이드록실 기로 임의 치환된, 메틸, 에틸, n-프로필, sec-프로필, n-부틸, sec-부틸, 또는 tert-부틸 기임).
제7 항에 있어서, 라디칼 R 및 R'는 동일하고, 둘다는 화학식 (II)로 나타낸 구조를 갖고, R₄는 n-부틸이고, R₅는 에틸인 웨브.
제1 항에 있어서, 주석 첨가제는 제1 폴리아릴렌 설파이드 성분의 중량의 약 10 중량% 이하의 농도로 존재하는 웨브.
제1 항에 있어서, 아연 첨가제는 하나의 아연(II) 첨가제, 아연 금속 [Zn(0)], 또는 둘다로 이루어진 군으로부터 선택되는 웨브.
제17 항에 있어서, 아연(II) 첨가제는 유기 화합물 또는 무기 화합물 또는 둘다의 혼합물인 웨브.
제18 항에 있어서, 아연(II) 첨가제는 아연 옥사이드, 아연 스테아레이트, 아연 설페이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 웨브.
제1 항에 있어서, 아연 및 주석 첨가제는 폴리아릴렌 설파이드의 중량을 기준으로, 약 25 중량% 이하의 총 농도로 존재하는 웨브.
제20 항에 있어서, 아연 첨가제는 폴리아릴렌 설파이드의 중량을 기준으로 0 중량% 내지 약 10 중량%의 농도로 존재하는 웨브.
제4 항에 있어서, 제1 폴리아릴렌 설파이드, 또는 제2 폴리아릴렌 설파이드, 또는 둘다는 폴리페닐렌 설파이드인 웨브.