KR20140119783A - 숏-컷 마이크로섬유 제조 방법 - Google Patents

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다니엘 윌리암 클로시위츠
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Abstract

(A) 섬유 슬러리 대역에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 처리된 수성 스트림과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계; (B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리 및 가열된 수성 스트림을 섬유 개방 대역에서 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계; 및 (C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 마이크로섬유 생성물 스트림의 제조 방법이 제공된다.

Description

숏-컷 마이크로섬유 제조 방법{PROCESSES TO PRODUCE SHORT CUT MICROFIBERS}
본 발명은 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 섬유 및 섬유 물품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 설포폴리에스터를 포함하는 다성분 섬유, 및 이로부터 제조된 마이크로데니어 섬유 및 섬유 물품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 수분산성 다성분 섬유 및 마이크로데니어 섬유의 제조 방법 및 이들로부터 제조된 물품에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 1월 31일자 출원된 미국 가출원 제 61/592,854 호, 제 61/592,867 호, 제 61/592,917 호, 및 제 61/592,974 호를 우선권으로 주장하며, 이들의 개시내용을 이들이 본원 기술 내용과 모순되지 않는 정도로 본원에 참고로 인용한다.
폴리(프로필렌), 폴리아미드 및 폴리에스터 같은 열가소성 중합체로부터 섬유, 용융 취입 웹 및 다른 용융 방사 섬유 물품이 제조되어 왔다. 이들 섬유 및 섬유 물품의 한 가지 통상적인 용도는, 특히 와이프(wipe), 여성용 위생 물품, 유아용 기저귀, 성인 실금자용 브리프, 병원/수술용 및 다른 의료용 일회용 보호 직물 및 층, 경편성 직물(geotextile), 공업용 와이프, 및 필터 매체 같은 퍼스널 케어 물품에서의 부직물이다. 불행하게도, 종래의 열가소성 중합체로부터 제조된 퍼스널 케어 물품은 폐기하기가 곤란하고 통상 매립지에 버려진다. 한 가지 유망한 다른 폐기 방법은 이들 물품 또는 이들의 성분을 "수세가능"하게, 즉 공공 하수 시스템에 적합하게 만드는 것이다. 수분산성 또는 수용성 물질의 사용도 또한 퍼스널 케어 물품의 재순환성 및 재생을 개선시킨다. 현재 퍼스널 케어 물품에 사용되는 다양한 열가소성 중합체는 내재적으로 수분산성 또는 수용성이 아니며, 따라서 용이하게 해체되고 하수 시스템에 폐기되거나 용이하게 재순환될 수 있는 물품을 생산하지 못한다.
수세가능한 퍼스널 케어 물품에 대한 요구로 인해, 다양한 수-반응도를 갖는 섬유, 부직물 및 다른 섬유 물품이 필요해졌다. 이러한 요구를 다루기 위한 다양한 해결책이 예컨대 미국 특허 제 6,548,592 호, 제 6,552,162 호, 제 5,281,306 호, 제 5,292,581 호, 제 5,935,880 호 및 제 5,509,913 호; 미국 특허원 제 09/775,312 호 및 제 09/752,017 호; 및 PCT 국제 특허 공개 WO 01/666666 A2 호에 기재되어 있다. 그러나, 이들 해결책은 여러가지 단점을 가지며, 인장 강도, 흡수성, 가요성 및 습윤 또는 건조 상태하에서의 직물 일체성 같은 성능 특성의 만족스러운 균형을 갖는, 섬유 또는 부직물 같은 섬유 물품을 제공하지 못한다.
예를 들어, 전형적인 부직 기법은 수지 결합 접착제로 처리된 섬유를 여러 방향으로 침적시켜 강력한 일체성 및 다른 바람직한 특성을 갖는 웹을 제조하는데 기초한다. 그러나, 생성된 어셈블리는 일반적으로 불량한 수-반응성을 갖고, 수세가능한 용도에 적합하지 않다. 결합제의 존재는 또한 감소된 시트 습윤성, 증가된 강성도(stiffness), 블로킹성 및 더 높은 제조 비용 같은 최종 물품의 바람직하지 못한 특성을 야기할 수 있다. 또한, 사용 동안에는 적절한 습윤 강도를 나타내지만 폐기시에는 신속하게 분산되는 결합제를 제조하기도 곤란하다. 따라서, 이러한 결합제를 사용한 부직 어셈블리는 주위 조건하에서 서서히 해체될 수 있거나 또는 체액의 존재하에 적절한 정도 미만의 습윤 강도 특성을 가질 수 있다. 이 문제를 다루기 위하여, 염이 첨가되거나 첨가되지 않은 아크릴산 또는 메타크릴산을 함유하는 격자 같은, pH 및 이온-민감성 수분산성 결합제가 공지되어 있고, 예를 들어 미국 특허 제 6,548,592 B1 호에 기재되어 있다. 그러나, 공공 하수 및 주택 정화 시스템의 이온 농도 및 pH 수준은 지리학적 위치에 따라 광범위하게 변할 수 있고 결합제가 가용성이 되어 분산되기에 충분하지 않을 수 있다. 이 경우, 섬유 물품은 폐기 후 해체되지 않고 배수관 또는 하수구 지관을 막을 수 있다.
수분산성 성분 및 열가소성 수 비-분산성 성분을 함유하는 다성분 섬유가 예컨대 미국 특허 제 5,916,678 호, 제 5,405,698 호, 제 4,966,808 호, 제 5,525,282 호, 제 5,366,804 호, 제 5,486,418 호에 기재되어 있다. 예를 들어, 이들 다성분 섬유는 예를 들어 해도(islands-in-the-sea), 외피 코어(sheath core), 병렬(side-by-side) 또는 분할된 파이(segmented pie) 형상 같은 성형되거나 엔지니어링된 횡단면을 갖는 이성분 섬유일 수 있다. 다성분 섬유에 물 또는 묽은 알칼리성 용액을 가하여, 수분산성 성분을 용해시켜냄으로써 수 비-분산성 성분을 극히 작은 섬도(fineness)의 별도의 독립적인 섬유로서 남길 수 있다. 그러나, 우수한 수 분산성을 갖는 중합체는 흔히 생성되는 다성분 섬유에 끈적거림을 부여하여, 권취하는 동안 또는 특히 고온 다습한 조건하에 저장한지 수일 후 섬유가 서로 들러붙거나 블로킹되거나 융합되게 한다. 융합을 방지하기 위하여, 흔히 지방산 또는 오일계 최종처리제를 섬유 표면에 도포한다. 또한, 예컨대 미국 특허 제 6,171,685 호에 기재되어 있는 바와 같이, 다량의 안료 또는 충전제를 때때로 수분산성 중합체에 첨가하여 섬유의 융합을 방지한다. 이러한 오일 최종처리제, 안료 및 충전제는 추가적인 가공 단계를 필요로 하고, 최종 섬유에 바람직하지 못한 특성을 부여할 수 있다. 다수의 수분산성 중합체는 또한 이들을 제거하기 위해 알칼리성 용액을 필요로 하는데, 이는 예를 들어 고유 점도, 인성 및 용융 강도의 감소 같은 섬유의 다른 중합체 성분의 열화를 야기할 수 있다. 또한, 몇몇 수분산성 중합체는 고수압 직조(hydroentanglement) 동안 물에의 노출을 견딜 수 없고, 따라서 부직 웹 및 부직물의 제조에 적합하지 않다.
다르게는, 수분산성 성분은 부직 웹에서 열가소성 섬유에 대한 결합제로서의 역할을 할 수 있다. 물에 노출되면, 부직 웹이 그의 일체성을 상실하고 개별 섬유로 나뉘어지도록 섬유-섬유 결합이 분리된다. 그러나, 이들 부직 웹의 열가소성 섬유 성분은 수분산성이 아니고 수성 매질에 잔류하며, 따라서 결국에는 도시의 폐수 처리 플랜트로부터 제거되어야 한다. 고수압 직조를 이용하여, 섬유를 함께 유지시키기 위하여 매우 낮은 수준(5중량% 미만)의 결합제가 첨가되거나 첨가되지 않은 분해가능한 부직물을 생성시킬 수 있다. 이들 직물은 폐기시 해체될 수 있기는 하지만, 이들은 흔히 수용성 또는 수분산성이 아닌 섬유를 사용하고 하수 시스템 내에서 엉키고 막히는 상황을 일으킬 수 있다. 임의의 첨가된 수분산성 결합제는 또한 고수압 직조에 의해 최소한으로만 영향을 받아야 하며, 젤라틴질 생성 또는 가교결합을 형성하지 않아야 하며, 이에 의해 직물 취급 또는 하수도 관련 문제에 기여해야 한다.
몇몇 수용성 또는 수분산성 중합체가 입수될 수 있으나, 통상적으로는 용융 취입 섬유 제조 공정 또는 용융 방사에 적용되지 못한다. 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈 및 폴리아크릴산 같은 중합체는 적합한 용융 점도가 달성되는 온도 미만의 온도에서 일어나는 열 분해 때문에 용융 가공될 수 없다. 고분자량 폴리에틸렌 옥사이드는 적합한 열 안정성을 가질 수 있으나, 중합체 계면에서 높은 점도의 용액을 제공하여 해체의 속도를 늦춘다. 수분산성 설포폴리에스터가 예컨대 미국 특허 제 6,171,685 호, 제 5,543,488 호, 제 5,853,701 호, 제 4,304,901 호, 제 6,211,309 호, 제 5,570,605 호, 제 6,428,900 호 및 제 3,779,993 호에 기재되어 있다. 그러나, 전형적인 설포폴리에스터는, 부서지기 쉽고, 파쇄되지 않거나 부서지지 않는 물질의 롤을 수득하기 위한 권취 작업을 견디는 가요성이 결핍된 저분자량 열가소성 플라스틱이다. 설포폴리에스터는 또한 필름 또는 섬유로의 가공 동안 블로킹 또는 융착을 나타낼 수 있으며, 이를 피하기 위해 오일 최종처리제 또는 다량의 안료 또는 충전제의 사용을 필요로 할 수 있다. 저분자량 폴리에틸렌 옥사이드(폴리에틸렌 글리콜로 더욱 통상적으로 알려져 있음)는 섬유 용도에 요구되는 물리적 특성을 갖지 않는 약하고/부서지기 쉬운 중합체이다. 용액 기법을 통해 공지의 수용성 중합체로부터 섬유를 제조하는 대안이 있으나, 용매(특히 물)를 제거하는 복잡함이 부가되어 제조 비용을 증가시킨다.
따라서, 적절한 인장 강도, 흡수성, 가요성 및 수분의 존재하에서, 특히 인간의 체액에 노출될 때 직물 일체성을 나타내는 수분산성 섬유 및 이로부터 제조된 섬유 물품이 요구된다. 또한, 결합제를 필요로 하지 않고 주택 또는 도시 하수 시스템에서 완전히 분산 또는 용해되는 섬유 물품이 요구된다. 가능한 용도는 용융 취입 웹, 방사 결합(spunbonded) 직물, 고수압 직조된 직물, 건식-적층(dry-laid) 부직물, 이성분 섬유 성분, 접착 촉진 층, 셀룰로즈용 결합제, 수세가능한 부직물 및 필름, 용해가능한 결합제 섬유, 보호 층, 및 물에 방출되거나 용해되는 활성 성분용 담체를 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다. 또한, 방사 작업 동안 필라멘트의 과도한 블로킹 또는 융착을 나타내지 않고 중성 또는 약산성 pH의 온수에 의해 용이하게 제거되며 부직물을 제조하기 위한 고수압 직조 공정에 적합한 수분산성 성분을 갖는 다성분 섬유가 요구된다. 압출가능하고 용융 방사된 다른 섬유 물질도 가능하다.
본 발명자들은 설포폴리에스터로부터 가요성의 수분산성 섬유를 제조할 수 있음을 예기치 못하게 발견하였다. 따라서 본 발명은
(A) (i) 하나 이상의 다이카복실산 잔기; (ii) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하는, 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터;
(B) 임의적으로, 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 수분산성 중합체; 및
(C) 임의적으로, 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 수 비-분산성 중합체(단, 이 블렌드는 비혼화성 블렌드임)
를 포함하며, 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유하는 수분산성 섬유를 제공한다.
본 발명의 상기 섬유는 물에 용이하게 분산 또는 용해되고 용융-취입 또는 용융-방사에 의해 제조될 수 있는 단일성분 섬유일 수 있다. 상기 섬유는 단일 설포폴리에스터, 또는 설포폴리에스터와 수분산성 또는 수 비-분산성 중합체의 블렌드로부터 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 섬유는 설포폴리에스터와 블렌딩된 수분산성 중합체를 임의적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 섬유는 설포폴리에스터와 블렌딩된 수 비-분산성 중합체(단, 이 블렌드는 비혼화성 블렌드임)를 임의적으로 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 본 발명의 수분산성 섬유를 포함하는 섬유 물품을 포함한다. 따라서, 본 발명의 섬유를 사용하여, 얀, 용융-취입 웹, 방사 결합 웹 및 부직물 같은 다양한 섬유 물품(이는 수분산성이거나 수세가능함)을 제조할 수 있다. 본 발명의 스테이플 섬유는 또한 종이, 부직 웹 및 텍스타일 얀에서 천연 또는 합성 섬유와 블렌딩될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하는, 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터;
(B) 임의적으로, 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 제 1 수분산성 중합체; 및
(C) 임의적으로, 비혼화성 블렌드를 형성하도록 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 수 비-분산성 중합체
를 포함하며, 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유하는, 수분산성 섬유이다.
본 발명의 수분산성 섬유 물품은 예를 들어 와이프, 거즈, 티슈, 기저귀, 배변연습용 팬츠, 생리대, 붕대, 상처 케어 및 수술용 드레싱 같은 퍼스널 케어 물품을 포함한다. 수분산성인 것 이외에도, 본 발명의 섬유 물품은 수세가능하며, 즉, 주택 및 도시 하수 시스템과 호환성이 있고 상기 하수 시스템에서 폐기하기에 적합하다.
본 발명은 또한 수분산성 설포폴리에스터 및 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 다성분 섬유도 제공한다. 이 섬유는, 중간에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 수 비-분산성 중합체가 서로 실질적으로 단리된 구획으로서 존재하도록 설계된 기하 형태를 가지며, 상기 설포폴리에스터는 수 비-분산성 구획에 대한 결합제 또는 둘러싸는 매트릭스로서 작용한다. 따라서, 본 발명의 다른 양태는
(A) (i) 하나 이상의 다이카복실산 잔기; (ii) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하는, 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획(segment)으로서, 상기 구획들이 구획들 사이에 개입하는 상기 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 복수개의 구획
을 포함하는, 성형된 단면을 가진 다성분 섬유이다.
상기 설포폴리에스터는 57℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는데, 이로 인해 권취 및 장기 저장 동안 섬유의 블록킹 및 융착이 크게 감소된다. 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시킴으로써 설포폴리에스터를 제거하여, 수 비-분산성 구획을 마이크로데니어 섬유로서 남길 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하고 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터, 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획을 갖고, 상기 구획들은 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계; 및
(B) 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 상기 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법도 제공한다.
상기 수 비-분산성 중합체는 DIN 기준 54900에 의해 결정될 때 바이오해체성(biodisintegratable)일 수 있고/있거나 ASTM 표준 방법 D6340-98에 의해 결정될 때 생분해성(biodegradable)일 수 있다. 상기 다성분 섬유를 사용하여 또한, 얀, 직물, 용융-취입 웹, 방사-결합 웹 또는 부직물(하나 이상의 섬유 층을 포함할 수 있음) 같은 섬유 물품을 제조할 수도 있다. 다성분 섬유를 갖는 섬유 물품을 이어서 물과 접촉시켜, 마이크로데니어 섬유를 함유하는 섬유 물품을 생성시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태는
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하고 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터, 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획을 갖고, 상기 구획들은 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 단계 (A)의 다성분 섬유를 중첩 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 상기 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법이다.
본 발명은 또한
(A) (i) (a) 하나 이상의 다이카복실산 잔기; (b) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 금속 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기; (c) 총 다이올 잔기를 기준으로 20몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (d) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하는, 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터;
(ii) 임의적으로, 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 수분산성 중합체; 및
(iii) 임의적으로, 비혼화성 블렌드를 생성하도록 상기 설포폴리에스터와 블렌딩된 수 비-분산성 중합체
를 포함하고, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유하는 수분산성 중합체 조성물을 그의 유동점보다 높은 온도로 가열하는 단계;
(B) 필라멘트를 용융 방사시키는 단계; 및
(C) 단계 (B)의 필라멘트를 중첩 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 수분산성 부직물의 제조 방법도 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에서는,
(A) 1라디안/초의 변형 속도에서 240℃에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내며, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하는, 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 마이크로섬유 도메인으로서, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 복수개의 마이크로섬유 도메인
을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인으로서, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 복수개의 도메인
을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 압출물이 제공되며,
이때 상기 압출물은 약 2000m/분 이상의 속도로 용융 인발(melt drawn)될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 방사시키는 단계를 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유의 제조 방법이 제공되는데,
이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 이들 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 1라디안/초의 변형 속도에서 240℃에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내고, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서는,
하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물이 상기 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들이 상기 도메인들 사이에 개입하는 상기 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계, 및
상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도로 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유의 제조 방법이 제공된다.
다른 양태에서, 본 발명은
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 1라디안/초의 변형 속도에서 240℃에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내며, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하는, 단계, 및
(B) 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 상기 수분산성 설포폴리에스터를 제거함으로써 수 비-분산성 중합체(들)의 마이크로데니어 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물은 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도로 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터를 제거함으로써 수 비-분산성 중합체(들)의 마이크로데니어 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 수분산성 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 1라디안/초의 변형 속도에서 240℃에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 갖고, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하는, 단계;
(B) 단계 (A)의 다성분 섬유를 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물은 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도에서 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계;
(C) 단계 (B)의 다성분 섬유를 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(D) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 상기 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는,
(A) 다성분 섬유를 절단된 다성분 섬유로 절단하는 단계;
(B) 절단된 다성분 섬유를 포함하는 섬유-함유 공급원료를 물과 접촉시켜 섬유 혼합 슬러리를 생성하는 단계;
(C) 상기 섬유 혼합 슬러리를 가열하여 가열된 섬유 혼합 슬러리를 생성하는 단계;
(D) 임의적으로, 상기 섬유 혼합 슬러리를 전단 대역에서 혼합하는 단계;
(E) 절단된 다성분 섬유로부터 설포폴리에스터의 적어도 일부를 제거하여, 설포폴리에스터 분산물 및 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 슬러리 혼합물을 생성하는 단계; 및
(F) 상기 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 상기 슬러리 혼합물로부터 분리하는 단계
를 포함하는, 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 제공되며, 이때 상기 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 5 미크론 미만의 등가 직경(equivalent diameter) 및 25 mm 미만의 길이를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로부터 부직 물품을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은
(A) 다성분 섬유로부터 제조된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 제공하는 단계; 및
(B) 습식-적층(laid) 공정 또는 건식-적층 공정을 이용하여 부직 물품을 제조하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
(A) 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 섬유 개방 대역에서 가열된 수성 스트림과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 가열된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도이며, 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 물, 마이크로섬유 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계; 및
(B) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은
(A) 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 섬유 개방 대역에서 가열된 수성 스트림과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 가열된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도이며, 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
(B) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은
(A) 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 섬유 슬러리 대역에서 처리된 수성 스트림과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 처리된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리 및 가열된 수성 스트림을 섬유 개방 대역에서 접촉시켜 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
(C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 또 하나의 방법이 제공되며, 이 방법은
(A) 혼합 대역에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 가열된 수성 스트림과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 가열된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리, 및 임의적으로, 가열된 수성 스트림을, 섬유 개방 대역으로 보내어, 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
(C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 또 하나의 방법이 제공되며, 이 방법은
(A) 섬유 슬러리 대역에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 처리된 수성 스트림과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 처리된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 가열된 수성 스트림과 혼합 대역에서 접촉시켜 가열된 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계;
(C) 상기 가열된 다성분 섬유 슬러리를 섬유 개방 대역으로 보내어, 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계; 및
(D) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 제1 모액 스트림을 분리하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 제1 모액 스트림을 제2 고액 분리 대역으로 보내어, 제2 습윤 케익 스트림 및 제2 모액 스트림을 생성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제2 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하고 상기 제2 습윤 케익 스트림은 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 설포폴리에스터를 회수하는 방법이 제공된다. 이 방법은,
(A) 제2 모액 스트림을 제1 농축 대역으로 보내어, 제1 중합체 농축물 스트림 및 제1 회수된 물 스트림을 생성하는 단계; 및
(B) 임의적으로, 상기 제1 회수된 물 스트림을 섬유 개방 영역으로 보내는 단계
를 포함한다.
도 1a, 1b, 및 1c는, 특히 섬유의 크기 및 형상과 관련된 다양한 측정치를 어떻게 결정하는지를 설명해주는, 3가지의 다르게 구성된 섬유들의 단면도이다.
도 2는, 1 단계 개방 대역에서 마이크로섬유 생성물 스트림이 생성되는 본 발명의 실시양태를 예시한다.
도 3a 및 3b는, 2 단계 개방 대역에서 마이크로섬유 생성물 스트림이 생성되는 본 발명의 실시양태를 예시한다.
도 4는, 3 단계 개방 대역에서 마이크로섬유 생성물 스트림이 생성되는 본 발명의 실시양태를 예시한다.
도 5는, 다성분 섬유를 절단하여 숏-컷 다성분 섬유를 제조하는 방법의 실시양태를 예시한다.
도 6a는, 파이프를 포함하는 개방 대역의 실시양태를 예시한다.
도 6b는, 연속 교반식 탱크를 포함하는 개방 대역의 실시양태를 예시한다.
도 6c는, 하나 초과의 연속 교반식 탱크를 포함하는 개방 대역의 실시양태를 예시한다.
도 7a 및 7b는, 제1 고액 분리 대역의 실시양태를 예시한다.
도 8은 실시예 36의 개방 공정으로부터 회수된 제1 모액 내의 고체의 변화를 나타낸다.
도 9는 실시예 38에 따라 37 INS 이성분 섬유 개방 공정을 수행한 결과를 나타낸다.
도 10은 실시예 39에 따른 개방 공정에서 제1 모액 중의 설포폴리에스터 함량을 처리 시간의 함수로서 나타낸 것이다.
도 11은 비교예 40에 따른 개방 공정에서의 설포폴리에스터 제거 속도를 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 41에 따른 섬유 개방에 대한 설포폴리에스터 제거 프로파일을 나타낸 것이다.
본 발명은, 인장 강도, 흡수성, 가요성, 및 수분의 존재하에서 특히 인간 체액에 노출될 때 직물 일체성을 나타내는 수분산성 섬유 및 섬유 물품을 제공한다. 본 발명의 섬유 및 섬유 물품은 가공 동안 섬유의 블로킹 또는 융착을 방지하기 위하여 오일, 왁스 또는 지방산 최종처리제의 존재, 또는 다량(전형적으로는 10중량% 이상)의 안료 또는 충전제의 사용을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명의 신규 섬유로부터 제조된 섬유 물품은 결합제를 필요로 하지 않으며, 가정 또는 공공 하수 시스템에서 용이하게 분산 또는 용해된다.
포괄적인 실시양태에서, 본 발명은 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 섬유로서, 이때 상기 설포폴리에스터는
(A) 하나 이상의 다이카복실산 잔기;
(B) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기;
(C) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및
(D) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기
를 포함하는, 수분산성 섬유를 제공한다.
본 발명의 섬유는 설포폴리에스터와 블렌딩된 수분산성 중합체를 임의적으로 포함할 수 있고, 설포폴리에스터와 블렌딩된 수 비-분산성 중합체(단, 이 블렌드는 비혼화성 블렌드임)를 임의적으로 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 이들 섬유를 포함하는 섬유 물품도 포함하고, 와이프, 거즈, 티슈, 기저귀, 성인 실금자용 브리프, 배변연습용 팬츠, 생리대, 붕대 및 수술용 드레싱 같은 퍼스널 케어 물품을 포함할 수 있다. 상기 섬유 물품은 하나 이상의 흡수성 섬유층을 가질 수 있다.
본 발명의 섬유는 단일성분 섬유, 이성분 섬유 또는 다성분 섬유일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 섬유는 단일 설포폴리에스터 또는 설포폴리에스터 블렌드를 용융 방사시킴으로써 제조될 수 있으며, 성형된 단면을 갖는 스테이플 섬유, 단일 필라멘트 섬유 및 다중 필라멘트 섬유를 포함한다. 또한, 본 발명은 예컨대 미국 특허 제 5,916,678 호에 기재되어 있는 것과 같은 다성분 섬유를 제공하는데, 이는 예컨대 "해도", 외피-코어, 병렬 또는 분할된 파이 형상 같은 성형되거나 엔지니어링된 횡단 기하학적 형태를 갖는 방사구금을 통해 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 별도로 압출시킴으로써 제조될 수 있다. 계면 층 또는 파이 구획을 용해시킴으로써 설포폴리에스터를 후에 제거하여 수 비-분산성 중합체(들)의 더 작은 필라멘트 또는 마이크로데니어 섬유를 남길 수 있다. 이들 수 비-분산성 중합체 섬유는 설포폴리에스터를 제거하기 전의 다성분 섬유보다 훨씬 더 작은 섬유 크기를 갖는다. 예를 들어, 중합체를 분할된 방사구금 플레이트 내로 도입하는 중합체 분배 시스템에 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 공급할 수 있다. 중합체는 섬유 방사구금으로의 별도의 경로를 따라가고, 2개의 동심 원형 구멍을 포함하여 외피-코어 유형의 섬유를 제공하는 방사구금 구멍, 또는 직경을 따라 다수개의 부분으로 분할되어 병렬형의 섬유를 제공하는 원형 방사구금 구멍에서 합쳐진다. 다르게는, 비혼화성 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를, 복수개의 방사상 채널을 가져서 분할된 파이 단면을 갖는 다성분 섬유를 생성시키는 방사구금 내로 별도로 도입할 수 있다. 전형적으로, 설포폴리에스터는 외피 코어 형상의 "외피" 성분을 형성한다. 복수개의 구획을 갖는 섬유 단면에서, 수 비-분산성 구획은 전형적으로 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리된다. 다르게는, 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 별도의 압출기에서 용융시키고 작고 얇은 관 또는 구획 형태의 복수개의 분배 흐름 경로를 갖는 하나의 방사구금 내로 중합체를 유동시켜 해도 형상의 단면을 갖는 섬유를 제공함으로써 다성분 섬유를 제조할 수 있다. 이러한 방사구금의 예는 미국 특허 제 5,366,804 호에 기재되어 있다. 본 발명에서는, 전형적으로 설포폴리에스터가 "바다(sea)" 성분을 형성하고 수 비-분산성 중합체가 "섬(island)" 성분을 형성한다.
달리 표시되지 않는 한, 상세한 설명 및 청구의 범위에 사용되는, 구성성분의 양, 분자량 같은 특성, 반응 조건 등을 표현하는 숫자는 모두 모든 경우에 용어 "약"으로 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 표시되지 않는 한, 하기 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위에 기재되는 수치 매개변수는 본 발명에 의해 수득하고자 하는 목적하는 특성에 따라 변할 수 있는 어림값이다. 적어도, 각각의 수치 매개변수는 보고된 유의한 숫자의 수치에 비추어, 또한 통상적인 어림 기법을 적용함으로써 유추되어야 한다. 또한, 본 상세한 설명 및 청구의 범위에 언급되는 범위는 단지 종결값(들)만이 아닌 전체 범위를 구체적으로 포함하고자 한다. 예를 들어, 0 내지 10으로 언급되는 범위는 예컨대 1, 2, 3, 4 등과 같은 0과 10 사이의 모든 정수, 0과 10 사이의 모든 소수, 예를 들어 1.5, 2.3, 4.57, 6.1113 등, 및 종결값 0 및 10을 개시하고자 한다. 또한, 예를 들어 "C1 내지 C5 탄화수소" 같은 화학적 치환기에 수반되는 범위는 C1 및 C5 탄화수소뿐만 아니라 C2, C3 및 C4 탄화수소를 구체적으로 포함 및 개시하려는 의도이다.
본 발명의 넓은 영역을 기재하는 수치 범위 및 매개변수가 어림값임에도 불구하고, 구체적인 실시예에 기재되는 수치 값은 가능한한 정밀하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 개별적인 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 불가피하게 야기되는 특정 오차를 내재적으로 함유한다.
본 발명의 단일성분 섬유 및 섬유 물품은 수분산성이고, 전형적으로 실온에서 완전히 분산된다. 이들의 분산 또는 부직 또는 다성분 섬유로부터의 제거 속도를 가속화하기 위해 더 높은 수온을 이용할 수 있다. 단일성분 섬유 및 단일성분 섬유로부터 제조되는 섬유 물품과 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "수분산성"은 용어 "수-소산성(water-dissipatable)", "수-해체성", "수-가용성", "수-일소성(water-dispellable)", "수용성", "수-제거성", "수성-가용성(hydrosoluble)" 및 "수성-분산성(hydrodispersible)"과 동의어이며, 섬유 또는 섬유 물품이 물의 작용에 의해 그 안에서 또는 그를 통해 분산 또는 용해됨을 의미하고자 한다. 용어 "분산되는", "분산성", "소산되는" 또는 "소산성"은 약 60℃에서 5일 이내에 섬유 또는 섬유 물품의 엉성한 현탁액 또는 슬러리를 형성하기에 충분한 양의 탈이온수(예컨대, 100:1 물:섬유, 중량 기준)를 사용하여, 섬유 또는 섬유 물품을, 예컨대 여과 또는 증발에 의해 물을 제거할 때 매질로부터 인지할만한 필라멘트가 회수되지 못하도록 매질 전체에 걸쳐 분포되는 복수개의 흩어진 조각 또는 입자로 용해, 해체 또는 분리시킴을 의미한다. 따라서, 본원에 사용되는 "수분산성"은 얽혀지거나 결합된, 그러나 비수용성 또는 비분산성인 섬유의 어셈블리의 단순한 해체(이 경우에는, 섬유 어셈블리가 단순히 물에서 나뉘어져서 물의 제거에 의해 회수될 수 있는 물중 섬유의 슬러리를 생성시킴)를 포함하지는 않는다. 본 발명과 관련하여, 이들 용어는 모두 본원에 기재된 설포폴리에스터에 대한 물 또는 물과 수-혼화성 보조용매의 혼합물의 작용을 가리킨다. 이러한 수-혼화성 보조용매의 예는 알콜, 케톤, 글리콜 에터, 에스터 등을 포함한다. 이 용어는 설포폴리에스터가 용해되어 진정한 용액을 생성시키는 상태 및 설포폴리에스터가 수성 매질 내에 분산되는 상태를 포함하고자 한다. 흔히, 설포폴리에스터 조성물의 통계적인 특성 때문에, 단일 설포폴리에스터 샘플이 수성 매질에 위치할 때에는 가용성 분획 및 분산된 분획을 가질 수 있다.
유사하게, 다성분 섬유 또는 섬유 물품의 한 성분으로서의 설포폴리에스터와 관련하여 본원에 사용되는 용어 "수분산성"도 용어 "수-소산성", "수-해체성", "수-가용성", "수-일소성", "수용성", "수-제거성", "수성-가용성" 및 "수성-분산성"과 동의어이며, 설포폴리에스터 성분이 물의 작용에 의해 다성분 섬유로부터 충분히 제거되고 분산 또는 용해되어 그에 함유된 수 비-분산성 섬유를 방출 및 분리시킬 수 있음을 의미하고자 한다. 용어 "분산되는", "분산성", "소산되는" 또는 "소산성"은 약 60℃에서 5일 이내에 섬유 또는 섬유 물품의 엉성한(loose)현탁액 또는 슬러리를 형성하기에 충분한 양의 탈이온수(예컨대, 100:1 물:섬유, 중량 기준)를 사용하여, 설포폴리에스터 성분을 다성분 섬유로부터 용해, 해체 또는 분리시켜 수 비-분산성 구획으로부터의 복수개의 마이크로데니어 섬유를 남김을 의미한다.
다성분 섬유의 성형된 단면을 기재하는데 사용되는 경우 용어 "구획" 또는 "도메인" 또는 "대역"은 수 비-분산성 중합체를 포함하는 단면 내의 구획을 지칭하는데, 이들 도메인 또는 구획은 구획 또는 도메인 사이에 개입하는 수분산성 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리된다. 본원에 사용되는 용어 "실질적으로 단리되는"은 구획 또는 도메인이 서로 떨어져 있어서, 설포폴리에스터의 제거시 구획 또는 도메인이 개별적인 섬유를 형성할 수 있음을 의미한다. 구획 또는 도메인 또는 대역은 유사한 크기 및 형상이거나, 또는 변화하는 크기 및 형상일 수 있다. 다시, 구획 또는 도메인 또는 대역은 임의의 형상으로 배열될 수 있다. 이들 구획 또는 도메인 또는 대역은 다성분 압출물 또는 섬유의 길이를 따라 "실질적으로 연속적"이다. 용어 "실질적으로 연속적"이란 다성분 섬유의 10cm 이상의 길이를 따라 연속적임을 의미한다. 다성분 섬유의 상기 구획, 도메인 또는 대역은 수분산성 설포폴리에스터가 제거되는 경우 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 생성한다.
상세한 설명에 언급되는 바와 같이, 다성분 섬유의 성형된 단면은 예를 들어 외피-코어, 해도, 분할된 파이, 중공 분할된 파이, 중심에서 벗어난 분할된 파이 등의 형태일 수 있다.
본 발명의 수분산성 섬유는, 폴리에스터, 더욱 구체적으로는 다이카복실산 단량체 잔기, 설포단량체 잔기, 다이올 단량체 잔기 및 반복 단위를 포함하는 설포폴리에스터로부터 제조된다. 설포단량체는 다이카복실산, 다이올 또는 하이드록시카복실산일 수 있다. 따라서, 본원에 사용되는 용어 "단량체 잔기"는 다이카복실산, 다이올 또는 하이드록시카복실산 잔기를 의미한다. 본원에 사용되는 "반복 단위"는 카본일옥시기를 통해 결합되는 2개의 단량체 잔기를 갖는 유기 구조체를 의미한다. 본 발명의 설포폴리에스터는 반복 단위의 총 몰이 100몰%이도록 실질적으로 동일한 비율로 반응하는 실질적으로 동몰량의 산 잔기(100몰%) 및 다이올 잔기(100몰%)를 함유한다. 따라서, 상세한 설명에 제공되는 몰%는 산 잔기의 총 몰, 다이올 잔기의 총 몰 또는 반복 단위의 총 몰을 기준으로 할 수 있다. 예를 들어, 총 반복 단위를 기준으로 30몰%의 설포단량체(이는 다이카복실산, 다이올 또는 하이드록시카복실산일 수 있음)를 함유하는 설포폴리에스터는 설포폴리에스터가 총 100몰%의 반복 단위중 30몰%의 설포단량체를 함유함을 의미한다. 따라서, 매 100몰의 반복 단위 중에 30몰의 설포단량체 잔기가 존재한다. 유사하게, 총 산 잔기를 기준으로 30몰%의 다이카복실산 설포단량체를 함유하는 설포폴리에스터는 설포폴리에스터가 총 100몰%의 산 잔기중 30몰%의 설포단량체를 함유한다는 의미이다. 따라서, 이 경우에는, 매 100몰의 산 잔기 중에 30몰의 설포단량체 잔기가 존재한다.
본원에 기재된 설포폴리에스터는 용매 100mL중 설포폴리에스터 약 0.5g의 농도에서 25℃에서 페놀/테트라클로로에테인 용매의 60/40중량부 용액 중에서 측정될 때 약 0.1dL/g 이상, 바람직하게는 약 0.2 내지 0.3dL/g, 가장 바람직하게는 약 0.3dL/g보다 큰 고유 점도(본원에서는 "Ih.V."로 약칭됨)를 갖는다. 본원에 사용되는 용어 "폴리에스터"는 "호모폴리에스터" 및 "코폴리에스터" 둘 다를 포괄하고, 이작용성 카복실산과 이작용성 하이드록실 화합물의 중축합에 의해 제조되는 합성 중합체를 의미한다. 본원에 사용되는 용어 "설포폴리에스터"는 설포단량체를 포함하는 임의의 폴리에스터를 의미한다. 전형적으로, 이작용성 카복실산은 다이카복실산이고, 이작용성 하이드록실 화합물은 예컨대 글리콜 및 다이올 같은 2가 알콜이다. 다르게는, 이작용성 카복실산은 예컨대 p-하이드록시벤조산 같은 하이드록시 카복실산일 수 있으며, 이작용성 하이드록실 화합물은 2개의 하이드록시 치환기를 갖는 방향족 핵(예컨대, 하이드로퀴논)일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "잔기"는 상응하는 단량체를 포함하는 중축합 반응을 통해 중합체 내로 혼입되는 임의의 유기 구조체를 의미한다. 따라서, 다이카복실산 잔기는 다이카복실산 단량체 또는 그에 관련된 산 할라이드, 에스터, 염, 무수물 또는 이들의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 따라서, 본원에 사용되는 용어 다이카복실산은 고분자량 폴리에스터를 제조하기 위한 다이올과의 중축합 공정에 유용한 다이카복실산, 및 그와 관련된 산 할라이드, 에스터, 반-에스터, 염, 반-염, 무수물, 혼합된 무수물 또는 이들의 혼합물을 비롯한 다이카복실산의 임의의 유도체를 포함하고자 한다.
본 발명의 설포폴리에스터는 하나 이상의 다이카복실산 잔기를 포함한다. 설포단량체의 유형 및 농도에 따라, 다이카복실산 잔기는 약 60 내지 약 100몰%의 산 잔기를 포함할 수 있다. 다이카복실산 잔기의 농도 범위의 다른 예는 약 60 내지 약 95몰%, 및 약 70 내지 약 95몰%이다. 사용될 수 있는 다이카복실산의 예는 지방족 다이카복실산, 지환족 다이카복실산, 방향족 다이카복실산, 또는 이들 산중 둘 이상의 혼합물을 포함한다. 따라서, 적합한 다이카복실산은 석신산; 글루타르산; 아디프산; 아젤라산; 세바스산; 퓨마르산; 말레산; 이타콘산; 1,3-사이클로헥산다이카복실산; 1,4-사이클로헥산다이카복실산; 다이글리콜산; 2,5-노보네인다이카복실산; 프탈산; 테레프탈산; 1,4-나프탈렌다이카복실산; 2,5-나프탈렌다이카복실산; 다이펜산; 4,4'-옥시다이벤조산; 4,4'-설폰일다이벤조산 및 이소프탈산을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 바람직한 다이카복실산 잔기는 이소프탈산, 테레프탈산 및 1,4-사이클로헥산다이카복실산이거나, 또는 다이에스터가 사용되는 경우, 다이메틸 테레프탈레이트, 다이메틸 이소프탈레이트 및 다이메틸-1,4-사이클로헥산다이카복실레이트이며, 이소프탈산 및 테레프탈산 잔기가 특히 바람직하다. 다이카복실산 메틸 에스터가 가장 바람직한 실시양태이기는 하지만, 에틸, 프로필, 이소프로필, 뷰틸 등과 같은 더욱 고급의 알킬 에스터를 포함하는 것도 허용가능하다. 또한, 방향족 에스터, 특히 페닐도 사용될 수 있다.
설포폴리에스터는 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하며, 이때 상기 작용기는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합이다. 설포단량체 잔기의 농도 범위의 추가적인 예는 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 35몰%, 약 8 내지 약 30몰%, 및 약 8 내지 약 25몰%이다. 설포단량체는 설포네이트기를 함유하는 다이카복실산 또는 그의 에스터, 설포네이트기를 함유하는 다이올, 또는 설포네이트기를 함유하는 하이드록시산일 수 있다. 용어 "설포네이트"는 "-SO3N"(여기에서, M은 설포네이트 염의 양이온임)의 구조를 갖는 설폰산의 염을 말한다. 설포네이트 염의 양이온은 Li+, Na+, K+, Mg++, Ca++, Ni++, Fe++ 등과 같은 금속 이온일 수 있다. 다르게는, 설포네이트 염의 양이온은 예컨대 미국 특허 제 4,304,901 호에 기재되어 있는 질소 함유 염기 같은 비-금속성일 수 있다. 질소계 양이온은 지방족, 지환족 또는 방향족 화합물일 수 있는 질소-함유 염기로부터 유도된다. 이러한 질소 함유 염기의 예는 암모니아, 다이메틸에탄올아민, 다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 피리딘, 모폴린 및 피페리딘을 포함한다. 질소계 설포네이트 염을 함유하는 단량체는 전형적으로 용융물에서 중합체를 제조하는데 필요한 조건에서 열에 안정하지 않기 때문에, 질소계 설포네이트 염 기를 함유하는 설포폴리에스터를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 알칼리금속 염 형태의 설포네이트기 필요량을 함유하는 중합체를 물에 분산, 소산 또는 용해시킨 다음 알칼리금속 양이온을 질소계 양이온으로 교환하는 것이다.
1가 알칼리금속 이온이 설포네이트 염의 양이온으로서 사용되는 경우, 생성되는 설포폴리에스터는 중합체중 설포단량체의 함량, 물의 온도, 설포폴리에스터의 표면적/두께 등에 따라 달라지는 분산 속도로 물에 완전히 분산될 수 있다. 2가 금속 이온이 사용되는 경우, 생성되는 설포폴리에스터는 냉수에 의해서는 용이하게 분산되지 않으나 온수에 의해서는 보다 용이하게 분산된다. 단일 중합체 조성물 내에 하나보다 많은 대이온을 사용할 수 있으며, 이 경우 생성되는 물품의 수-반응성을 손질하거나 미세-조절하는 수단을 제공할 수 있다. 설포단량체 잔기의 예는 설포네이트 염 기가 예컨대 벤젠; 나프탈렌; 다이페닐; 옥시다이페닐; 설폰일다이페닐; 및 메틸렌다이페닐 같은 방향족 산 핵, 또는 예컨대 사이클로헥실; 사이클로펜틸; 사이클로뷰틸; 사이클로헵틸; 및 사이클로옥틸 같은 지환족 고리에 부착된 단량체 잔기를 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 설포단량체 잔기의 다른 예는 설포프탈산, 설포테레프탈산, 설포이소프탈산 또는 이들의 조합의 금속 설포네이트 염이다. 사용될 수 있는 설포단량체의 다른 예는 5-소디오설포이소프탈산 및 그의 에스터이다. 설포단량체 잔기가 5-소디오설포이소프탈산으로부터 유래되는 경우, 전형적인 설포단량체 농도 범위는 산 잔기의 총 몰을 기준으로 약 4 내지 약 35몰%, 약 8 내지 약 30몰%, 및 약 8 내지 25몰%이다.
설포폴리에스터의 제조에 사용되는 설포단량체는 공지 화합물이고, 당해 분야에 널리 공지되어 있는 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 설포네이트기가 방향족 고리에 부착된 설포단량체는 방향족 화합물을 발연 황산으로 설폰화시켜 상응하는 설폰산을 수득한 후 금속 산화물 또는 염기(예컨대, 아세트산나트륨)와 반응시켜 설포네이트 염을 제조함으로써 제조될 수 있다. 다양한 설포단량체의 제조 절차는 예를 들어 미국 특허 제 3,779,993 호, 제 3,018,272 호 및 제 3,528,947 호에 기재되어 있다.
예를 들어 소듐 설포네이트 염, 및 중합체가 분산되는 형태인 경우 나트륨을 상이한 이온(예컨대, 아연)으로 대체하는 이온-교환 방법을 이용하여 폴리에스터를 제조할 수도 있다. 이러한 유형의 이온 교환 절차는 통상적으로 나트륨 염이 통상 중합체 반응물 용융물-상에 보다 가용성이기 때무에 2가 염을 갖는 중합체를 제조하는 것보다 탁월하다.
설포폴리에스터는 지방족, 지환족 및 아르알킬 글리콜을 포함할 수 있는 하나 이상의 다이올 잔기를 포함한다. 지환족 다이올, 예를 들어 1,3- 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올은 이들의 순수한 시스 또는 트랜스 이성질체로서, 또는 시스 이성질체와 트랜스 이성질체의 혼합물로서 존재할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "다이올"은 용어 "글리콜"과 동의어이고, 임의의 2가 알콜을 의미한다. 다이올의 예는 에틸렌 글리콜; 다이에틸렌 글리콜; 트라이에틸렌 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 1,3-프로페인다이올; 2,4-다이메틸-2-에틸헥산-1,3-다이올; 2,2-다이메틸-1,3-프로페인다이올; 2-에틸-2-뷰틸-1,3-프로페인다이올; 2-에틸-2-이소뷰틸-1,3-프로페인다이올; 1,3-부탄다이올; 1,4-부탄다이올; 1,5-펜테인다이올; 1,6-헥산다이올; 2,2,4-트라이메틸-1,6-헥산다이올; 티오다이에탄올; 1,2-사이클로헥산다이메탄올; 1,3-사이클로헥산다이메탄올; 1,4-사이클로헥산다이메탄올; 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄다이올; p-자일릴렌다이올 또는 이들 글리콜중 하나 이상의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다.
다이올 잔기는 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜) 잔기를 총 다이올 잔기를 기준으로 약 25 내지 약 100몰%로 포함할 수 있다. 예컨대 n이 2 내지 6인 저분자량 폴리에틸렌 글리콜의 비제한적인 예는 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸렌 글리콜 및 테트라에틸렌 글리콜이다. 이들 저분자량 글리콜 중에서, 다이에틸렌 글리콜 및 트라이에틸렌 글리콜이 가장 바람직하다. n이 7 내지 약 500인 고분자량 폴리에틸렌 글리콜(본원에서는 "PEG"로 약칭됨)은 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company)[이전에는, 유니온 카바이드(Union Carbide)] 물품인 카보왁스(CARBOWAX; 등록상표)라는 상표명으로 알려져 있는 시판중인 물품을 포함한다. 전형적으로, PEG는 예컨대 다이에틸렌 글리콜 또는 에틸렌 글리콜 같은 다른 다이올과 함께 사용된다. 6 내지 500의 범위인 n의 값를 기준으로, 분자량은 300 내지 약 22,000g/몰일 수 있다. 분자량 및 몰%는 서로 반비례하는데, 구체적으로는 분자량이 증가함에 따라 규정된 친수성을 획득하기 위하여 몰%가 감소된다. 예를 들어, 이 개념의 예로서 1000의 분자량을 갖는 PEG가 총 다이올의 10몰% 이하를 구성할 수 있는 반면 10,000의 분자량을 갖는 PEG는 전형적으로 총 다이올의 1몰% 미만의 수준으로 혼입되는 것이 고려된다.
공정 조건을 변화시킴으로써 조절될 수 있는 부반응 때문에 특정 이량체, 삼량체 및 사량체 다이올이 동일 반응계 내에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 산성 조건하에서 중축합 반응을 수행하는 경우에 용이하게 발생되는 산-촉진되는 탈수 반응에 의해 에틸렌 글리콜로부터 다양한 양의 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸렌 글리콜 및 테트라에틸렌 글리콜이 생성될 수 있다. 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있는 완충제 용액을 반응 혼합물에 첨가하여 이들 부반응을 지연시킬 수 있다. 그러나, 완충제가 배제되고 이량체화, 삼량체화 및 사량체화 반응이 진행된다면 추가적인 조성 범위가 가능하다.
본 발명의 설포폴리에스터는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기를 3개 이상 갖는 분지화 단량체 잔기를 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%로 포함할 수 있다. 분지화 단량체의 비한정적인 예는 1,1,1-트라이메틸올 프로페인, 1,1,1-트라이메틸올 에테인, 글라이세린, 펜타에리트리톨, 에리트리톨, 트레이톨, 다이펜타에리트리톨, 솔비톨, 트라이멜리트산 무수물, 피로멜리트산 이무수물, 다이메틸올 프로피온산 또는 이들의 조합이다. 분지화 단량체 농도 범위의 추가적인 예는 0 내지 약 20몰% 및 0 내지 약 10몰%이다. 분지화 단량체의 존재로 인해, 레올로지, 용해도 및 인장 특성을 손질할 수 있는 능력을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 본 발명의 설포폴리에스터에 대해 가능한 이점이 다수 생길 수 있다. 예를 들어, 일정한 분자량에서, 분지된 설포폴리에스터는 선형 유사체에 비해 중합후 가교결합 반응을 용이하게 할 수 있는 말단기를 더 높은 농도로 갖는다. 그러나, 분지화제의 농도가 높으면, 설포폴리에스터가 겔화되기 쉬울 수 있다.
본 발명의 섬유에 사용되는 설포폴리에스터는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있는 시차 주사 열계량법("DSC") 같은 표준 기법을 이용하여 건조 중합체 상에서 측정될 때 25℃ 이상의 유리 전이 온도(본원에서는 "Tg"로 약칭됨)를 갖는다. "건조 중합체", 즉 중합체를 약 200℃까지 가열하고 샘플을 실온으로 되돌림으로써 외래 또는 흡수된 물을 제거한 중합체 샘플을 사용하여, 본 발명의 설포폴리에스터의 Tg를 측정한다. 전형적으로는, 샘플을 물의 기화 온도보다 높은 온도로 가열하는 제 1 열 주사를 수행하고, 중합체에 흡수된 물의 기화가 완결될 때(크고 넓은 흡열부로 표시됨)까지 그 온도에서 샘플을 유지시킨 후, 샘플을 실온까지 냉각시키고, 이어 제 2 열 주사를 수행하여 Tg를 측정함으로써, DSC 장치에서 설포폴리에스터를 건조시킨다. 설포폴리에스터가 나타내는 유리 전이 온도의 추가적인 예는 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 80℃ 이상 및 90℃ 이상이다. 다른 Tg가 가능하지만, 본 발명의 건조 설포폴리에스터의 전형적인 유리 전이 온도는 약 30℃, 약 48℃, 약 55℃, 약 65℃, 약 70℃, 약 75℃, 약 85℃, 및 약 90℃이다.
본 발명의 신규 섬유는 상기 기재된 설포폴리에스터로 본질적으로 이루어지거나, 상기 기재된 설포폴리에스터로 구성된다. 그러나, 다른 실시양태에서, 본 발명의 설포폴리에스터는 단일 폴리에스터일 수 있거나, 또는 생성되는 섬유의 특성을 개질시키기 위하여 하나 이상의 보충 중합체와 블렌딩될 수 있다. 보충 중합체는 용도에 따라 수분산성일 수 있거나 수분산성이 아닐 수 있으며, 설포폴리에스터와 혼화성일 수 있거나 혼화성이 아닐 수 있다. 보충 중합체가 수 비-분산성인 경우, 설포폴리에스터와의 블렌드가 비혼화성인 것이 바람직하다. 본원에 사용되는 용어 "혼화성"은 블렌드가 단일 조성에 기초한 Tg에 의해 표시되는 바와 같이 단일의 균질한 비정질 상을 가짐을 의미하고자 한다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,211,309 호에 예시되는 바와 같이 제 2 중합체와 혼화성인 제 1 중합체를 사용하여 제 2 중합체를 "가소화"시킬 수 있다. 대조적으로, 본원에 사용되는 용어 "비혼화성"은 둘 이상의 무작위적으로 혼합된 상을 보이고 하나보다 많은 Tg를 나타내는 블렌드를 가리킨다. 일부 중합체는 설포폴리에스터와 비혼화성이지만 양립가능하다. 혼화성 및 비혼화성 중합체 블렌드에 대한 추가의 포괄적인 기재내용 및 이들의 특징을 결정하기 위한 다양한 분석 기법은 문헌[Polymer Blends Volumes 1 and 2, 폴 및 벅널 편집, 2000, John Wiley & Sons, Inc.]에서 찾아볼 수 있다.
설포폴리에스터와 블렌딩될 수 있는 수분산성 중합체의 비한정적인 예는 폴리메타크릴산, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌-아크릴산 공중합체, 폴리비닐 메틸 에터, 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 하이드록시 프로필 셀룰로즈, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로즈, 이소프로필 셀룰로즈, 메틸 에터 전분, 폴리아크릴아미드, 폴리(N-비닐 카프로락탐), 폴리에틸 옥사졸린, 폴리(2-이소프로필-2-옥사졸린), 폴리비닐 메틸 옥사졸리돈, 수분산성 설포폴리에스터, 폴리비닐 메틸 옥사졸리딘온, 폴리(2,4-다이메틸-6-트라이아진일에틸렌) 및 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 공중합체이다. 설포폴리에스터와 블렌딩될 수 있는 수 비-분산성인 중합체의 예는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 단독중합체 및 공중합체 같은 폴리올레핀; 폴리(에틸렌 테레프탈레이트); 폴리(부틸렌 테레프탈레이트); 나일론-6 같은 폴리아미드; 폴리락타이드; 카프로락톤; 이스타 바이오(Eastar Bio; 등록상표)[폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 이스트만 케미칼 캄파니(Eastman Chemical Company) 물품]; 폴리카본에이트; 폴리우레탄; 및 폴리비닐 클로라이드를 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다.
본 발명에 따르면, 하나보다 많은 설포폴리에스터의 블렌드를 사용하여 생성되는 섬유 또는 섬유 물품, 예컨대 부직물 또는 부직 웹의 최종-용도 특성을 조절할 수 있다. 하나 이상의 설포폴리에스터의 블렌드는 수분산성 단일성분 섬유의 경우 25℃ 이상, 또한 다성분 섬유의 경우 57℃ 이상의 Tg를 갖는다. 따라서, 부직물의 제조를 용이하게 하기 위하여 설포폴리에스터의 가공 특징을 변화시키는데 블렌딩을 또한 이용할 수 있다. 다른 예에서, 폴리프로필렌과 설포폴리에스터의 비혼화성 블렌드는 진정한 용해성이 필요하지 않으므로 물에서 쪼개져서 완전히 분산되는 통상적인 부직 웹을 제공할 수 있다. 이 후자의 예의 경우, 목적하는 성능은, 설포폴리에스터가 물품의 실제 사용 동안 방관자일 뿐이거나 또는 다르게는 설포폴리에스터가 물품의 최종 형태가 사용되기 전에 없어지고 제거되는 동안에, 폴리프로필렌의 물리적 특성을 유지하는데 관련된다.
설포폴리에스터 및 보충 중합체는 회분식, 반연속식 또는 연속식 공정에서 블렌딩할 수 있다. 섬유를 용융-방사하기 전에, 밴버리(Banbury) 믹서 같은 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있는 임의의 고강도 혼합 장치에서 소규모 배취를 용이하게 제조할 수 있다. 성분을 또한 적절한 용매 중에서 용액으로 블렌딩할 수도 있다. 용융 블렌딩 방법은 중합체를 용융시키기에 충분한 온도에서 설포폴리에스터와 보충 중합체를 블렌딩함을 포함한다. 추가 사용을 위해 블렌드를 냉각 및 펠렛화시킬 수 있거나, 또는 용융물 블렌드를 이 용융된 블렌드로부터 직접 섬유 형태로 용융 방사할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "용융"은 단순히 폴리에스터를 연화시킴을 포함하지만 이것으로 국한되지는 않는다. 중합체 분야에 통상적으로 알려져 있는 용융 혼합 방법에 대해서는, 문헌[Mixing and Compounding of Polymers (마나스-즐로조워 및 태드머 편집, Carl Hanser Verlag Publisher, 1994, 뉴욕주 뉴욕)]을 참조한다.
본 발명은 또한, 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 섬유로서, 이때 상기 설포폴리에스터가
(A) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기;
(B) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기;
(C) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기;
(D) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기를 3개 이상 갖는 분지화 단량체 잔기
를 포함하는, 수분산성 섬유를 제공한다.
앞서 기재된 바와 같이, 상기 섬유는 설포폴리에스터와 블렌딩되는 제 1 수분산성 중합체; 및 임의적으로 블렌드가 비혼화성 블렌드이도록 설포폴리에스터와 블렌딩되는 수 비-분산성 중합체를 임의적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만, 8중량% 미만, 또는 6중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다. 제 1 수분산성 중합체는 앞서 기재된 바와 같다. 설포폴리에스터는 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 가져야 하지만, 예를 들어 약 35℃, 약 48℃, 약 55℃, 약 65℃, 약 70℃, 약 75℃, 약 85℃ 및 약 90℃의 Tg를 가질 수 있다. 설포폴리에스터는 이소프탈산 잔기의 다른 농도, 예를 들어 약 60 내지 약 95몰%, 및 약 75 내지 약 95몰%를 함유할 수 있다. 이소프탈산 잔기 농도의 추가적인 예는 약 70 내지 약 85몰%, 약 85 내지 약 95몰%, 및 약 90 내지 약 95몰%이다. 설포폴리에스터는 또한 다이에틸렌 글리콜 잔기 약 25 내지 약 95몰%를 포함할 수 있다. 다이에틸렌 글리콜 잔기 농도 범위의 추가의 예는 약 50 내지 약 95몰%, 약 70 내지 약 95몰%, 및 약 75 내지 약 95몰%를 포함한다. 설포폴리에스터는 또한 에틸렌 글리콜 잔기 및/또는 1,4-사이클로헥산다이메탄올(본원에서 "CHDM"으로 약칭됨) 잔기도 포함할 수 있다. CHDM 잔기의 전형적인 농도 범위는 약 10 내지 약 75몰%, 약 25 내지 약 65몰%, 및 약 40 내지 약 60몰%이다. 에틸렌 글리콜 잔기의 전형적인 농도 범위는 약 10 내지 약 75몰%, 약 25 내지 약 65몰%, 및 약 40 내지 약 60몰%이다. 다른 실시양태에서, 설포폴리에스터는 이소프탈산 잔기 약 75 내지 약 96몰% 및 다이에틸렌 글리콜 잔기 약 25 내지 약 95몰%를 포함한다.
본 발명의 설포폴리에스터는 전형적인 중축합 반응 조건을 이용하여 적절한 다이카복실산, 에스터, 무수물 또는 염, 설포단량체, 및 적절한 다이올 또는 다이올 혼합물로부터 용이하게 제조된다. 이들은 연속식, 반연속식 및 회분식 작업에 의해 제조될 수 있으며, 다양한 반응기 유형을 이용할 수 있다. 적합한 반응기 유형의 예는 교반식 탱크, 연속 교반식 탱크, 슬러리, 관상, 와이핑-필름, 낙하 필름 또는 압출 반응기를 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다. 본원에 사용되는 용어 "연속식"은 중단되지 않는 방식으로 반응물의 도입과 생성물의 회수가 동시에 이루어지는 공정을 의미한다. "연속식"이란, 공정이 작업시 실질적으로 또는 완전히 연속적임을 의미하며, "회분식" 공정과 대조된다. "연속식"은 예컨대 조업 개시, 반응기 유지 또는 계획된 조업 중지 기간으로 인한 공정의 연속성에 대한 정상적인 중단을 임의의 방식으로 금지함을 의미하지는 않는다. 본원에 사용되는 용어 "회분식" 공정은 모든 반응물을 반응기에 첨가한 다음 소정의 반응 절차에 따라 가공하는 동안 물질을 반응기에 공급하거나 반응기로부터 제거하지 않는 공정을 의미한다. 용어 "반연속식"은 반응물중 일부는 공정 개시시에 첨가하고 나머지 반응물은 반응이 진행됨에 따라 연속적으로 공급하는 공정을 의미한다. 다르게는, 반연속식 공정은 또한 반응이 진행됨에 따라 생성물중 하나 이상을 연속적으로 제거함을 제외하고는 모든 반응물을 공정 개시시에 첨가하는 회분식 공정과 유사한 공정도 포함할 수 있다. 경제적인 이유 때문에, 또한 설포폴리에스터가 너무 긴 시간동안 승온의 반응기에 체류하게 되면(이것이 허용되는 경우에) 외관이 열화될 수 있기 때문에 중합체의 탁월한 색상을 생성시키기 위하여, 공정을 유리하게는 연속식 공정으로서 진행시킨다.
당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 절차에 의해 본 발명의 설포폴리에스터를 제조한다. 다른 공정이 공지되어 있고 또한 예컨대 미국 특허 제 3,018,272 호, 제 3,075,952 호 및 제 3,033,822 호에 기재되어 있는 바와 같이 이용될 수 있기는 하지만, 가장 흔히는 설포단량체를 중합체가 제조되는 반응 혼합물에 직접 첨가한다. 통상적인 폴리에스터 중합 조건을 이용하여 설포단량체, 다이올 성분 및 다이카복실산 성분의 반응을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에스터 교환 반응에 의해, 즉 다이카복실산 성분의 에스터 형태로부터 설포폴리에스터를 제조하는 경우, 반응 공정은 2개의 단계를 포함할 수 있다. 제 1 단계에서는, 다이올 성분 및 예컨대 다이메틸 이소프탈레이트 같은 다이카복실산 성분을 승온, 전형적으로는 약 150 내지 약 250℃에서 약 0.0 내지 약 414kPa 게이지(60파운드/제곱인치, "psig")의 압력에서 약 0.5 내지 약 8시간동안 반응시킨다. 바람직하게는, 에스터 교환 반응의 온도는 약 1 내지 약 4시간동안 약 180 내지 약 230℃이고, 바람직한 압력 범위는 약 103kPa 게이지(15psig) 내지 약 276kPa 게이지(40psig)이다. 그 후, 반응 생성물을 고온 및 감압하에 가열하여, 다이올을 제거하면서 설포폴리에스터를 생성시키며, 상기 다이올은 이들 조건하에서 용이하게 기화되어 시스템으로부터 제거된다. 이 제 2 단계 또는 중축합 단계를 고진공하에 통상 약 230 내지 약 350℃, 바람직하게는 약 250 내지 약 310℃, 가장 바람직하게는 약 260 내지 약 290℃에서 고유 점도에 의해 결정될 때 목적하는 중합도를 갖는 중합체가 수득될 때까지 약 0.1 내지 약 6시간, 또는 바람직하게는 약 0.2 내지 약 2시간동안 지속시킨다. 약 53kPa(400토르) 내지 약 0.013kPa(0.1토르)의 감압하에서 중축합 단계를 수행할 수 있다. 두 단계 모두에서 교반 또는 적절한 조건을 이용하여 반응 혼합물의 적절한 열 전달 및 표면 재생을 보장한다. 예를 들어 알콕시 티탄 화합물, 알칼리금속 수산화물 및 알콜레이트, 유기 카복실산의 염, 알킬 주석 화합물, 금속 산화물 등과 같은 적절한 촉매에 의해 두 단계의 반응을 촉진시킨다. 특히 산 및 에스터의 혼합된 단량체 공급물을 사용하는 경우 미국 특허 제 5,290,631 호에 기재되어 있는 것과 유사한 3단계 제조 절차를 또한 이용할 수 있다.
에스터 교환 반응 메카니즘에 의한 다이올 성분과 다이카복실산 성분의 반응이 완결되도록 보장하기 위하여, 다이카복실산 성분 1몰에 대해 약 1.05 내지 약 2.5몰의 다이올 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 당해 분야의 숙련자는 통상 반응 공정이 수행되는 반응기의 디자인에 의해 다이올 성분 대 다이카복실산 성분의 비가 결정됨을 알 것이다.
직접 에스터화에 의해, 즉 다이카복실산 성분의 산 형태로부터 설포폴리에스터를 제조함에 있어서는, 다이카복실산 또는 다이카복실산의 혼합물과 다이올 성분 또는 다이올 성분의 혼합물을 반응시킴으로써 설포폴리에스터를 생성시킨다. 약 7kPa 게이지(1psig) 내지 약 1379kPa 게이지(200psig), 바람직하게는 689kPa(100psig) 미만의 압력에서 반응을 수행하여, 약 1.4 내지 약 10의 평균 중합도를 갖는 저분자량의 선형 또는 분지형 설포폴리에스터 생성물을 생성시킨다. 직접 에스터화 반응 동안 이용되는 온도는 전형적으로 약 180 내지 약 280℃, 더욱 바람직하게는 약 220 내지 약 270℃이다. 이어, 이 저분자량 중합체를 중축합 반응에 의해 중합시킬 수 있다.
본 발명의 수분산성 다성분 섬유 및 숏-컷 섬유, 섬유 물품은 또한 이들의 최종 용도에 유해하게 영향을 끼치지 않는 다른 통상적인 첨가제 및 성분도 함유할 수 있다. 예를 들어, 충전제, 표면 마찰 개질제, 광 안정화제, 열 안정화제, 압출 보조제, 대전방지제, 착색제, 염료, 안료, 형광 증백제, 항균제, 위조 방지 마커, 소수성 향상제, 친수성 향상제, 점도 개질제, 미끄럼제, 강화제(toughener), 접착 촉진제 등과 같은 첨가제를 사용할 수 있다.
본 발명의 섬유 및 섬유 물품은 가공 동안 섬유의 블로킹 또는 융착을 방지하기 위하여 예컨대 안료, 충전제, 오일, 왁스 또는 지방산 최종처리제 같은 첨가제의 존재를 필요로 하지 않는다. 본원에 사용되는 용어 "블로킹 또는 융착"은 섬유가 의도된 목적을 위해 가공 또는 사용될 수 없도록 섬유 또는 섬유 물품이 함께 블로킹되거나 한 덩어리로 융착됨을 의미하는 것으로 이해된다. 섬유 또는 섬유 물품의 가공 동안 또는 수일 또는 수주의 기간에 걸쳐 저장되는 동안 블로킹 및 융착이 일어날 수 있으며, 이는 고온 다습한 조건 하에서 악화된다.
본 발명의 한 실시양태에서, 섬유 및 섬유 물품은 섬유 또는 섬유 물품의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 이러한 블로킹 방지 첨가제를 함유한다. 예를 들어, 섬유 및 섬유 물품은 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유할 수 있다. 다른 실시예에서, 섬유 및 섬유 물품은 섬유의 총 중량을 기준으로 9중량% 미만, 5중량% 미만, 3중량% 미만, 1중량% 미만 및 0중량%의 안료 또는 충전제를 함유할 수 있다. 때때로 토너라고 불리는 착색제를 첨가하여 설포폴리에스터에 목적하는 중성 색조 및/또는 밝기를 부여할 수 있다. 착색된 섬유가 요구되는 경우, 안료 또는 착색제를 다이올 단량체와 다이카복실산 단량체의 반응 동안 설포폴리에스터 반응 혼합물에 포함시킬 수 있거나, 또는 이들을 미리 제조된 설포폴리에스터와 용융 블렌딩시킬 수 있다. 착색제를 포함시키는 바람직한 방법은 착색제가 설포폴리에스터와 공중합하여 그 안에 혼입됨으로써 설포폴리에스터의 색조를 개선시키도록 반응성 기를 갖는 열 안정성 유기 착색된 화합물을 갖는 착색제를 사용하는 것이다. 예를 들어, 청색 및 적색 치환된 안트라퀴논을 비롯한(이것으로 한정되지는 않음), 반응성 하이드록실기 및/또는 카복실기를 갖는 염료 같은 착색제를 중합체 쇄 내로 공중합시킬 수 있다. 염료를 착색제로서 사용하는 경우에는, 에스터 교환 또는 직접 에스터화 반응 후 코폴리에스터 반응 공정에 이들을 첨가할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "섬유"는 직물 또는 부직물 같은 2차원 또는 3차원 물품으로 제조될 수 있는 높은 종횡비의 중합체 물체를 말한다. 본 발명과 관련하여, 용어 "섬유"는 "섬유들"과 동의어이고, 하나 이상의 섬유를 의미하고자 한다. 본 발명의 섬유는 단일성분 섬유, 이성분 섬유 또는 다성분 섬유일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "단일성분 섬유"는 단일 설포폴리에스터, 하나 이상의 설포폴리에스터의 블렌드, 또는 하나 이상의 설포폴리에스터와 하나 이상의 추가적인 중합체의 블렌드를 용융 방사시킴으로써 제조되는 섬유를 의미하고자 하며, 스테이플 섬유, 단일 필라멘트 섬유 및 다중 필라멘트 섬유를 포함한다. "단일성분"은 용어 "단성분"과 동의어이고, "혼합이성분(biconstituent)" 또는 "혼합다성분(multiconstituent)" 섬유를 포함하며, 블렌드로서 동일한 압출기로부터 압출되는 둘 이상의 중합체로부터 제조된 섬유를 말한다. 단일성분 또는 혼합이성분 섬유는 섬유의 단면을 가로질러 비교적 일정하게 위치된 별개의 대역에 배열된 다양한 중합체 성분을 갖지 않으며, 다양한 중합체는 무작위적으로 개시 및 종결되는 피브릴 또는 프로토피브릴을 생성시키는 대신 통상 섬유의 전체 길이를 따라 연속적이지 않다. 따라서, 용어 "단일성분"은 착색, 대전 방지 특성, 윤활성, 친수성 등을 위해 소량의 첨가제가 첨가될 수 있는 하나의 중합체 또는 하나 이상의 중합체의 블렌드로부터 생성된 섬유를 배제하고자 하지 않는다.
대조적으로, 본원에 사용되는 용어 "다성분 섬유"는 둘 이상의 섬유 형성 중합체를 별도의 압출기에서 용융시키고, 생성된 다중 중합체를 복수개의 분배 흐름 경로를 갖는 하나의 방사구금 내로 유동시키고 함께 방사시켜 하나의 섬유를 형성함으로써 제조되는 섬유를 의미하고자 한다. 다성분 섬유는 또한 때때로 컨쥬게이트 또는 이성분 섬유라고 불린다. 중합체는 컨쥬게이트 섬유의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치된 별도의 구획 또는 대역에 배열되고, 컨쥬게이트 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장된다. 이러한 다성분 섬유의 형상은 예를 들어 하나의 중합체가 다른 하나에 의해 둘러싸인 외피/코어 배열일 수 있거나, 또는 병렬 배열, 파이 배열 또는 "해도" 배열일 수 있다. 예를 들어, "해도" 또는 분할된 파이 형상 같은 성형 또는 엔지니어링된 횡단 기하학적 형태를 갖는 방사구금을 통해 설포폴리에스터 및 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 별도로 압출시킴으로써 다성분 섬유를 제조할 수 있다. 단일성분 섬유는 전형적으로 성형된 단면 또는 둥근 단면을 갖는 스테이플 섬유, 단일 필라멘트 섬유 또는 다중 필라멘트 섬유이다. 대부분의 섬유 형태는 열 경화된다. 섬유는 다양한 산화방지제, 안료 및 본원에 기재된 첨가제를 포함할 수 있다.
단일 필라멘트 섬유는 일반적으로 그 크기가 약 15 내지 약 8000데니어/필라멘트(본원에서는 "d/f"로 약칭됨)이다. 본 발명의 신규 섬유는 전형적으로 약 40 내지 약 5000의 d/f 값을 갖는다. 단일 필라멘트는 단일성분 또는 다성분 섬유의 형태일 수 있다. 본 발명의 다중 필라멘트 섬유는 바람직하게는 그 크기가 용융 취입 웹의 경우 약 1.5㎛, 스테이플 섬유의 경우 약 0.5 내지 약 50d/f, 단일 필라멘트 섬유의 경우 약 5000d/f 이하이다. 다중 필라멘트 섬유는 또한 권축되거나 권축되지 않은 얀 및 토우(tow)로서도 사용될 수 있다. 용융 취입된 웹 및 용융 방사된 직물에 사용되는 섬유는 마이크로데니어 크기로 제조될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "마이크로데니어"는 1d/f 이하의 d/f 값을 의미하고자 한다. 예를 들어, 본 발명의 마이크로데니어 섬유는 전형적으로 1 이하, 0.5 이하, 또는 0.1 이하의 d/f 값을 갖는다. 정전기 방사에 의해 나노섬유를 또한 생성시킬 수 있다.
상기 기재한 바와 같이, 설포폴리에스터는 또한 성형된 단면을 갖는 이성분 섬유 및 다성분 섬유의 제조에 유리하다. 본 발명자들은 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 설포폴리에스터 또는 설포폴리에스터의 블렌드가 방사 및 권취 동안 섬유의 블로킹 및 융착을 방지하기 위해 다성분 섬유에 특히 유용함을 발견하였다. 따라서, 본 발명은
(A) (i) 하나 이상의 다이카복실산 잔기; (ii) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기; (iii) 총 다이올 잔기의 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하는, 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획으로서, 상기 구획들이 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는 복수개의 구획
을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유를 제공하며, 임의적으로, 이 섬유는 해도 또는 분할된 파이 단면을 갖고, 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다.
다이카복실산, 다이올, 설포폴리에스터, 설포단량체 및 분지화 단량체 잔기는 본 발명의 다른 실시양태에 대해 앞서 기재된 바와 같다. 다성분 섬유의 경우, 설포폴리에스터가 57℃ 이상의 Tg를 갖는 것이 유리하다. 본 발명의 다성분 섬유의 설포폴리에스터 또는 설포폴리에스터 블렌드가 나타낼 수 있는 유리 전이 온도의 다른 예는 60℃ 이상, 65℃ 이상, 70℃ 이상, 75℃ 이상, 80℃ 이상, 85℃ 이상 및 90℃ 이상이다. 또한, 57℃ 이상의 Tg를 갖는 설포폴리에스터를 수득하기 위하여, 하나 이상의 설포폴리에스터의 블렌드를 다양한 비율로 사용하여 목적하는 Tg를 갖는 설포폴리에스터 블렌드를 수득할 수 있다. 설포폴리에스터 성분의 Tg의 가중 평균치를 사용함으로써 설포폴리에스터 블렌드의 Tg를 계산할 수 있다. 예를 들어, 48℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터를 65℃의 Tg를 갖는 다른 설포폴리에스터와 27:75 중량:중량 비로 블렌딩시켜, 약 61℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터 블렌드를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 다성분 섬유의 수분산성 설포폴리에스터는 하기중 하나 이상을 허용하는 특성을 제공한다:
(A) 다성분 섬유가 목적하는 낮은 데니어로 방사되도록 함;
(B) 이들 다성분 섬유중 설포폴리에스터가 섬유로부터 생성된 웹의 고수압 직조 동안의 제거에는 저항성이지만, 고수압 직조 후 승온에서 효과적으로 제거됨;
(C) 다성분 섬유가 열경화성이어서 안정하고 강한 직물을 수득함.
특정 용융 점도 및 설포단량체 잔기의 수준을 갖는 설포폴리에스터를 사용하여 이들 목적을 추구함에 있어서 놀랍고도 예기치 못한 결과가 달성되었다.
따라서, 본 발명의 본 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인으로서, 상기 도메인들이 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되는 복수개의 도메인
을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유가 제공되며, 이때 상기 섬유는 약 6데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 갖고, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정될 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내며, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함한다.
이들 다성분 섬유에 사용되는 설포폴리에스터는 통상 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 갖는다. 바람직하게는, 설포폴리에스터의 용융 점도는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정될 때 10,000포아즈 미만, 더욱 바람직하게는 6,000포아즈 미만, 가장 바람직하게는 4,000포아즈 미만이다. 다른 양태에서, 설포폴리에스터는 240℃ 및 1라디안/초의 변형 속도에서 측정될 때 약 1000 내지 12000포아즈, 더욱 바람직하게는 2000 내지 6000포아즈, 가장 바람직하게는 2500 내지 4000포아즈의 용융 점도를 나타낸다. 점도를 결정하기 전에, 샘플을 진공 오븐에서 60℃에서 2일동안 건조시킨다. 1mm 간격이 설정된 25mm 직경 평행판 구조체를 사용하는 점도계에서 용융 점도를 측정한다. 1 내지 400라디안/초의 변형 속도 및 10% 변형 폭에서 동적 주파수 스위프(sweep)를 작동시킨다. 이어, 240℃ 및 1라디안/초의 변형 속도에서 점도를 측정한다.
본 발명의 본 양태에 따라 사용하기 위한 설포폴리에스터 중합체중 설포단량체 잔기의 수준은 일반적으로 약 25몰% 미만, 바람직하게는 20몰% 미만이다(설포폴리에스터중 전체 이산 또는 다이올 잔기의 백분율로서 보고됨). 더욱 바람직하게는, 이 수준은 약 4 내지 약 20몰%, 더더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 12몰%, 가장 바람직하게는 약 7 내지 약 10몰%이다. 본 발명에서 사용하기 위한 설포단량체는 바람직하게는 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기 및 하나 이상의 설포네이트기를 가지며, 이때 상기 작용기는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합이다. 소디오설포-이소프탈산 단량체가 특히 바람직하다.
이미 기재된 설포단량체 외에, 상기 설포폴리에스터는 바람직하게는 하나 이상의 다이카복실산 잔기, 총 다이올 잔기의 25몰% 이상의 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임) 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기, 및 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함한다.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 설포폴리에스터는 약 80 내지 96몰%의 다이카복실산 잔기, 약 4 내지 약 20몰%의 설포단량체 잔기 및 100몰%의 다이올 잔기를 포함한다(총 200몰%, 즉 100몰% 이산 및 100몰% 다이올이 존재함). 더욱 구체적으로, 상기 설포폴리에스터의 다이카복실산 부분은 테레프탈산 약 60 내지 80몰%, 이소프탈산 약 0 내지 30몰% 및 5-소디오설포이소프탈산(5-SSIPA) 약 4 내지 20몰%를 포함한다. 다이올 부분은 다이에틸렌 글리콜 약 0 내지 50몰% 및 에틸렌 글리콜 약 50 내지 100몰%를 포함한다. 본 발명의 이 실시양태에 따른 예시적인 배합물이 아래에 기재된다.
Figure pct00001

다성분 섬유의 수 비-분산성 성분은 본원에 기재된 임의의 수 비-분산성 중합체를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 임의의 방법에 따라 섬유를 방사시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 이 양태에 따른 다성분 섬유의 개선된 레올로지 특성은 향상된 인발 속도를 제공한다. 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 경우에는, 본원에 개시된 임의의 방법을 이용하여 약 2000m/분 이상, 더욱 바람직하게는 약 3000m/분 이상, 더더욱 바람직하게는 약 4000m/분 이상, 가장 바람직하게는 약 4500m/분 이상의 속도에서 다성분 압출물을 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시킬 수 있다. 임의의 특정 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 이러한 속도에서 다성분 압출물을 용융 인발시키면, 다성분 섬유중 수 비-분산성 성분에서 적어도 약간의 배향된 결정성이 야기된다. 이 배향된 결정성은 후속 가공 동안 다성분 섬유로부터 제조되는 부직 물질의 치수 안정성을 증가시킬 수 있다.
다성분 압출물의 다른 이점은 이를 6데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 갖는 다성분 섬유로 용융 인발시킬 수 있다는 것이다. 다성분 섬유 크기의 다른 범위는 4데니어/필라멘트 미만, 및 2.5데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 포함한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인으로서, 상기 도메인들이 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되는 복수개의 도메인
을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 압출물이 제공되며, 이때 상기 압출물은 약 2000m/분 이상의 속도에서 용융 인발될 수 있다.
상기 다성분 섬유는 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체의 복수개의 구획 또는 도메인을 포함하며, 이때 상기 구획 또는 도메인은 구획 또는 도메인 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리된다. 본원에 사용되는 용어 "실질적으로 단리되는"은 구획 또는 도메인이 서로 떨어져서 설포폴리에스터의 제거시 구획 또는 도메인이 개별적인 섬유를 형성할 수 있음을 의미하고자 한다. 예를 들어, 구획 또는 도메인은 예컨대 분할된 파이 형상에서와 같이 서로 접촉할 수 있으나, 충격에 의해 또는 설포폴리에스터가 제거되는 경우 나뉘어질 수 있다.
본 발명의 다성분 섬유에서 설포폴리에스터 대 수 비-분산성 중합체 성분의 중량비는 일반적으로 약 60:40 내지 약 2:98, 또는 다른 예에서는 약 50:50 내지 약 5:95이다. 전형적으로, 설포폴리에스터는 다성분 섬유의 총 중량의 50중량% 이하를 차지한다.
다성분 섬유의 구획 또는 도메인은 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함할 수 있다. 다성분 섬유의 구획에 사용될 수 있는 수 비-분산성 중합체의 예는 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카본에이트, 폴리우레탄 및 폴리비닐 클로라이드를 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 수 비-분산성 중합체는 폴리(에틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(부틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(사이클로헥실렌) 사이클로헥산다이카복실레이트, 폴리(사이클로헥실렌) 테레프탈레이트, 폴리(트라이메틸렌) 테레프탈레이트 등과 같은 폴리에스터일 수 있다. 다른 예에서, 수 비-분산성 중합체는 DIN 표준 54900에 의해 결정될 때 바이오해체성일 수 있고/있거나 ASTM 표준 방법 D6340-98에 의해 결정될 때 생분해성일 수 있다. 생분해성 폴리에스터 및 폴리에스터 블렌드의 예는 미국 특허 제 5,599,858 호, 제 5,580,911 호, 제 5,446,079 호 및 제 5,559,171 호에 개시되어 있다. 본 발명의 수 비-분산성 중합체와 관련하여 본원에 사용되는 용어 "생분해성"은 중합체가 예컨대 퇴비화 환경 같은 환경의 영향 하에서 예를 들어 ASTM 표준 방법 D6340-98(표제 "수성 또는 퇴비화 환경에서 방사성 라벨링된 플라스틱 물질의 호기성 생분해를 결정하기 위한 표준 시험 방법")에 의해 한정되는 적절하고 명백한 기준 기간에 분해됨을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 수 비-분산성 중합체는 또한 "바이오해체성"일 수 있는데, 이는 중합체가 예컨대 DIN 표준 54900에 의해 정의되는 퇴비화 환경에서 용이하게 분해됨을 의미한다. 예를 들어, 생분해성 중합체는 처음에는 열, 물, 공기, 미생물 및 다른 인자의 작용에 의해 환경 중에서 분자량이 감소된다. 이러한 분자량의 감소는 물리적 특성(인성)의 상실 및 흔히 섬유 파단으로 이어진다. 중합체의 분자량이 충분히 낮으면, 이어서 단량체 및 올리고머가 미생물에 의해 동화된다. 호기성 환경에서, 이들 단량체 또는 올리고머는 궁극적으로는 CO2, H2O 및 신규의 세포 생물 자원으로 산화된다. 혐기성 환경에서, 단량체 또는 올리고머는 궁극적으로 CO2, H2, 아세테이트, 메테인 및 세포 생물자원으로 전환된다.
예를 들어, 수 비-분산성 중합체는 지방족-방향족 폴리에스터(본원에서는 "AAPE"로 약칭됨)일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "지방족-방향족 폴리에스터"는 지방족 또는 지환족 다이카복실산 또는 다이올 및 방향족 다이카복실산 또는 다이올로부터 잔기의 혼합물을 포함하는 폴리에스터를 의미한다. 본 발명의 다이카복실산 및 다이올 단량체와 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "비-방향족"은 단량체의 카복실 또는 하이드록실기가 방향족 핵을 통해 연결되지 않음을 의미한다. 예를 들어, 아디프산은 그의 주쇄, 즉 카복실산기를 연결하는 탄소 원자의 쇄에 방향족 핵을 함유하지 않으며, 따라서 "비-방향족"이다. 대조적으로, 용어 "방향족"은 예를 들어 테레프탈산 또는 2,6-나프탈렌 다이카복실산 같이 다이카복실산 또는 다이올이 주쇄에 방향족 핵을 함유함을 의미한다. 따라서, "비-방향족"은 예를 들어 본질적으로 포화 또는 파라핀성, 불포화(즉, 비-방향족 탄소-탄소 이중 결합을 함유함), 또는 아세틸렌성(즉, 탄소-탄소 삼중 결합을 함유함)일 수 있는 구성 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 또는 환상 배열을 주쇄로서 함유하는 다이올 및 다이카복실산 같은 지방족 및 지환족 구조체를 둘 다 포함하고자 한다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 청구의 범위와 관련하여, 비-방향족은 선형 및 분지형 쇄 구조체(본원에서 "지방족"이라고 함) 및 환상 구조체(본원에서 "지환족"이라고 함)를 포함하고자 한다. 그러나, 용어 "비-방향족"은 지방족 또는 지환족 다이올 또는 다이카복실산에 부착될 수 있는 임의의 방향족 치환기를 배제하고자 하지는 않는다. 본 발명에서, 이작용성 카복실산은 전형적으로 예컨대 아디프산 같은 지방족 다이카복실산, 또는 예컨대 테레프탈산 같은 방향족 다이카복실산이다. 이작용성 하이드록실 화합물은 예를 들어 1,4-사이클로헥산다이메탄올 같은 지환족 다이올, 예컨대 1,4-부탄다이올 같은 선형 또는 분지형 지방족 다이올, 또는 예컨대 하이드로퀴논 같은 방향족 다이올일 수 있다.
AAPE는 하나 이상의 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형 다이올(2 내지 약 8개의 탄소 원자를 함유하는 지방족 다이올, 2 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 폴리알킬렌 에터 글리콜 및 약 4 내지 약 12개의 탄소 원자를 함유하는 지환족 다이올로부터 선택됨) 잔기를 포함하는 선형 또는 분지형 랜덤 코폴리에스터및/또는 쇄 연장된 코폴리에스터일 수 있다. 치환된 다이올은 전형적으로 할로, C6-C10 아릴 및 C1-C4 알콕시로부터 독립적으로 선택되는 1 내지 약 4개의 치환기를 포함한다. 사용될 수 있는 다이올의 예는 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로페인다이올, 2,2-다이메틸-1,3-프로페인다이올, 1,3-부탄다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜테인다이올, 1,6-헥산다이올, 폴리에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 2,2,4-트라이메틸-1,6-헥산다이올, 티오-다이에탄올, 1,3-사이클로헥산다이메탄올, 1,4-사이클로헥산다이메탄올, 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄다이올, 트라이에틸렌 글리콜 및 테트라에틸렌 글리콜을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않으며, 바람직한 다이올은 1,4-부탄다이올, 1,3-프로페인다이올, 에틸렌 글리콜, 1,6-헥산다이올, 다이에틸렌 글리콜 또는 1,4-사이클로헥산다이메탄올로부터 선택되는 하나 이상의 다이올을 포함한다. AAPE는 또한 이산 잔기의 총 몰을 기준으로 약 35 내지 약 99몰%의, 2 내지 약 12개의 탄소 원자를 함유하는 지방족 다이카복실산 및 약 5 내지 약 10개의 탄소 원자를 함유하는 지환족 산으로부터 선택되는 하나 이상의 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형 비-방향족 다이카복실산 잔기를 함유하는 이산 잔기도 포함한다. 치환된 비-방향족 다이카복실산은 전형적으로 할로, C6-C10 아릴 및 C1-C4 알콕시로부터 선택되는 1 내지 약 4개의 치환기를 함유한다. 비-방향족 이산의 비제한적인 예는 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 아젤라산, 세바스산, 퓨마르산, 2,2-다이메틸 글루타르산, 수베르산, 1,3-사이클로펜테인다이카복실산, 1,4-사이클로헥산다이카복실산, 1,3-사이클로헥산다이카복실산, 다이글리콜산, 이타콘산, 말레산 및 2,5-노보네인다이카복실산을 포함한다. 비-방향족 다이카복실산에 덧붙여, AAPE는 이산 잔기의 총 몰을 기준으로 약 1 내지 약 65몰%의, 6 내지 약 10개의 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 치환되거나 치환되지 않은 방향족 다이카복실산 잔기를 포함한다. 치환된 방향족 다이카복실산이 사용되는 경우, 이들은 전형적으로 할로, C6-C10 아릴 및 C1-C4 알콕시로부터 선택되는 1 내지 약 4개의 치환기를 함유한다. 본 발명의 AAPE에 사용될 수 있는 방향족 다이카복실산의 비제한적인 예는 테레프탈산, 이소프탈산, 5-설포이소프탈산의 염 및 2,6-나프탈렌다이카복실산이다. 더욱 바람직하게는, 비-방향족 다이카복실산은 아디프산을 포함하고, 방향족 다이카복실산은 테레프탈산을 포함하고, 다이올은 1,4-부탄다이올을 포함한다.
본 발명의 AAPE에 가능한 다른 조성물은 이산 성분 100몰% 및 다이올 성분 100몰%를 기준으로 하기 몰%의 하기 다이올 및 다이카복실산(또는 다이에스터 같은 이들의 폴리에스터-형성 등가물)으로부터 제조되는 것이다:
(1) 글루타르산(약 30 내지 약 75%); 테레프탈산(약 25 내지 약 70%); 1,4-부탄다이올(약 90 내지 100%); 및 개질 다이올(0 내지 약 10%);
(2) 석신산(약 30 내지 약 95%); 테레프탈산(약 5 내지 약 70%); 1,4-부탄다이올(약 90 내지 100%); 및 개질 다이올(0 내지 약 10%); 및
(3) 아디프산(약 30 내지 약 75%); 테레프탈산(약 25 내지 약 70%); 1,4-부탄다이올(약 90 내지 100%); 및 개질 다이올(0 내지 약 10%).
개질 다이올은 바람직하게는 1,4-사이클로헥산다이메탄올, 트라이에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 네오펜틸 글리콜로부터 선택된다. 가장 바람직한 AAPE는 아디프산 잔기 약 50 내지 약 60몰%, 테레프탈산 잔기 약 40 내지 약 50몰%, 및 1,4-부탄다이올 잔기 95몰% 이상을 포함하는 선형, 분지형 또는 쇄 연장된 코폴리에스터이다. 더욱 더 바람직하게는, 아디프산 잔기는 약 55 내지 약 60몰%를 차지하고, 테레프탈산 잔기는 약 40 내지 약 45몰%를 구성하며, 다이올 잔기는 1,4-부탄다이올 잔기 약 95몰%를 포함한다. 이러한 조성물은 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 캄파니로부터 상표명 이스타 바이오(등록상표) 코폴리에스터로서, 또한 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 상표명 에코플렉스(ECOFLEX; 등록상표)로서 시판되고 있다.
바람직한 AAPE의 추가적인 특정한 예는 (a) 글루타르산 잔기 50몰%, 테레프탈산 잔기 50몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%, (b) 글루타르산 잔기 60몰%, 테레프탈산 잔기 40몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%, 또는 (c) 글루타르산 잔기 40몰%, 테레프탈산 잔기 60몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%를 함유하는 폴리(테트라메틸렌 글루타레이트-코-테레프탈레이트); (a) 석신산 잔기 85몰%, 테레프탈산 잔기 15몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%, 또는 (b) 석신산 잔기 70몰%, 테레프탈산 잔기 30몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%를 함유하는 폴리(테트라메틸렌-석신에이트-코-테레프탈레이트); 석신산 잔기 70몰%, 테레프탈산 잔기 30몰% 및 에틸렌 글리콜 잔기 100몰%를 함유하는 폴리(에틸렌 석신에이트-코-테레프탈레이트); 및 (a) 아디프산 잔기 85몰%, 테레프탈산 잔기 15몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%, 또는 (b) 아디프산 잔기 55몰%, 테레프탈산 잔기 45몰% 및 1,4-부탄다이올 잔기 100몰%를 함유하는 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)를 포함한다.
AAPE는 바람직하게는 약 10 내지 약 1,000개, 바람직하게는 약 15 내지 약 600개의 반복 단위를 포함한다. AAPE는 페놀/테트라클로로에테인의 60/40(중량 기준) 용액 100ml중 코폴리에스터 0.5g의 농도를 사용하여 25℃에서 측정할 때 약 0.4 내지 약 2.0dL/g, 더욱 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.6dL/g의 고유 점도를 가질 수 있다.
AAPE는 임의적으로 분지화제 잔기를 함유할 수 있다. 분지화제의 몰% 범위는 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로(분지화제가 카복실기를 함유하는지 또는 하이드록실기를 함유하는지의 여부에 따라) 약 0 내지 약 2몰%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1몰%, 가장 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.5몰%이다. 분지화제는 바람직하게는 약 50 내지 약 5000, 더욱 바람직하게는 약 92 내지 약 3000의 중량평균 분자량 및 약 3 내지 약 6의 작용가를 갖는다. 분지화제는 예를 들어 3 내지 6개의 하이드록실기를 갖는 폴리올의 에스터화된 잔기, 3 또는 4개의카복실기(또는 에스터-형성 등가 기)를 갖는 폴리카복실산, 또는 총 3 내지 6개의 하이드록실기 및 카복실기를 갖는 하이드록시 산일 수 있다. 또한, 반응성 압출 동안 퍼옥사이드를 첨가함으로써 AAPE를 분지화시킬 수 있다.
수 비-분산성 중합체의 각 구획은 섬도에 있어서 서로 상이할 수 있고, 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 임의의 성형 또는 엔지니어링된 단면 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 사용하여 예컨대 병렬, "해도", 분할된 파이, 다른 나뉘어질 수 있는 형상, 외피/코어 또는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 다른 형태 같은 엔지니어링된 기하학적 형태를 갖는 이성분 섬유를 제조할 수 있다. 다른 다성분 형상도 가능하다. 병렬형의 한 쪽, "바다" 또는 "파이"의 일부를 후속 제거하여 매우 미세한 섬유를 생성시킬 수 있다. 이성분 섬유를 제조하는 방법은 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있다. 이성분 섬유에서, 본 발명의 설포폴리에스터 섬유는 약 10 내지 약 90중량%의 양으로 존재할 수 있으며, 일반적으로는 외피/코어 섬유의 외피 부분에 사용된다. 다른 성분은 예컨대 폴리(에틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(부틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(트라이메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리락타이드 등뿐만 아니라 폴리올레핀, 셀룰로즈 에스터 및 폴리아미드 같은 광범위한 다른 중합체 물질일 수 있다. 전형적으로, 비수용성 또는 수 비-분산성 중합체가 사용되는 경우, 생성되는 이성분 또는 다성분 섬유는 완전히 수분산성이 아니다. 열 수축률이 상당히 상이한 병렬 조합을 이용하여 나선형 권축을 일으킬 수 있다. 권축이 필요한 경우, 톱니 또는 압입 권축이 다수의 용도에 통상적으로 적합하다. 제 2 중합체 성분이 외피/코어 형상의 코어에 존재하는 경우, 이러한 코어는 임의적으로 안정화될 수 있다.
다성분 섬유로부터 다른 수분산성 중합체를 제거하는데 때때로 요구되는 가성 소다-함유 용액에 비해, 상기 설포폴리에스터는 분산시키는데 단지 중성 또는 약산성(즉, "연(soft)"수)만을 요구하기 때문에 "해도" 또는 "분할된 파이" 단면을 갖는 섬유에 특히 유용하다. 본 개시내용에 사용된 "연수"라는 용어는, 물이 CaCO3로서 5개 이하의 그레인/갤론을 가짐(1 그레인의 CaCO3/갤론은 17.1 ppm과 동등함)을 의미한다.
본 발명의 다른 양태는
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하고 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터; 및
(B) 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획으로서, 상기 구획들이 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되는 복수개의 구획
을 포함하는 다성분 섬유이다.
하나의 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 해도 또는 분할된 파이 단면을 갖고, 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다.
상기 다이카복실산, 다이올, 설포폴리에스터, 설포단량체, 분지화 단량체 잔기 및 수 비-분산성 중합체는 이미 기재된 바와 같다. 상기 다성분 섬유의 경우, 설포폴리에스터가 57℃ 이상의 Tg를 갖는 것이 유리하다. 상기 설포폴리에스터는 단일 설포폴리에스터 또는 하나 이상의 설포폴리에스터 중합체의 블렌드일 수 있다. 상기 설포폴리에스터 또는 설포폴리에스터 블렌드가 나타낼 수 있는 유리 전이 온도의 다른 예는 65℃ 이상, 70℃ 이상, 75℃ 이상, 85℃ 이상 및 90℃ 이상이다. 예를 들어, 설포폴리에스터는 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기 약 75 내지 약 96몰% 및 다이에틸렌 글리콜 잔기 약 25 내지 약 95몰%를 포함할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 수 비-분산성 중합체의 예는 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카본에이트, 폴리우레탄 및 폴리비닐 클로라이드이다. 또한, 수 비-분산성 중합체는 생분해성 또는 바이오해체성일 수 있다. 예를 들어, 수 비-분산성 중합체는 이미 기재된 바와 같은 지방족-방향족 폴리에스터일 수 있다.
당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 다양한 방법에 의해 본 발명의 신규 다성분 섬유를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은
(A) 하나 이상의 다이카복실산 잔기;
(B) 총 반복 단위를 기준으로 약 4 내지 약 40몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 2개의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임) 및 하나 이상의 설포네이트기를 갖는 하나 이상의 설포단량체 잔기;
(C) 총 다이올 잔기의 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및
(D) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 25몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기
를 포함하며 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터, 및
상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체
를 섬유로 방사시키는 단계를 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유의 제조 방법을 제공하는데, 이때 상기 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획을 가지며, 상기 구획들은 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있다 하나의 실시양태에서, 상기 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다. 예를 들어, 설포폴리에스터 및 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 별도의 압출기에서 용융시키고, 상기 수 비-분산성 중합체 성분이 설포폴리에스터의 개입에 의해 서로 실질적으로 단리되는 작은 구획 또는 가는 스트랜드를 형성하도록 복수개의 분배 흐름 경로를 갖는 하나의 방사구금 또는 압출 다이 내로 개별 중합체를 유동시킴으로써 다성분 섬유를 제조할 수 있다. 이러한 섬유의 단면은 예컨대 분할된 파이 배열 또는 해도 배열일 수 있다. 다른 예에서는, 설포폴리에스터 및 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 방사구금의 방사구로 별도로 공급한 다음, 수 비-분산성 중합체가 설포폴리에스터 "외피" 중합체에 의해 실질적으로 둘러싸여지는 "코어"를 형성하는 외피-코어 형태로 압출시킨다. 이러한 동심 섬유의 경우, "코어" 중합체를 공급하는 구멍은 방사구 출구의 중심에 있으며, 코어 중합체 유체의 흐름 조건은 방사시 두 성분의 동심성을 유지시키도록 엄격하게 조절된다. 방사구금의 방사구를 변형시켜 섬유 단면 내에서 상이한 코어 및/또는 외피 형상이 수득되도록 할 수 있다. 또 다른 예에서는, (1) 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 방사구를 통해 별도로 동시 압출시키고, 별도의 중합체 스트림을 실질적으로 동일한 속도로 수렴시켜 방사구금의 표면 아래에서 조합된 스트림으로서 병렬 합체시킴으로써, 또는 (2) 방사구금의 표면에서 실질적으로 동일한 속도로 수렴하는 방사구를 통해 두 중합체 스트림을 별도로 공급하여, 방사구금의 표면에서 조합된 스트림으로서 병렬 합체시킴으로써, 병렬 단면 또는 형상을 갖는 다성분 섬유를 생성시킬 수 있다. 두 경우 모두에서, 합체 지점에서의 각 중합체 스트림의 속도는 그의 칭량 펌프 속도, 방사구의 갯수 및 방사구의 크기에 의해 결정된다.
상기 다이카복실산, 다이올, 설포폴리에스터, 설포단량체, 분지화 단량체 잔기 및 수 비-분산성 중합체는 이미 기재된 바와 같다. 상기 설포폴리에스터는 57℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는다. 상기 설포폴리에스터 또는 설포폴리에스터 블렌드에 의해 나타내어질 수 있는 유리 전이 온도의 추가적인 예는 65℃ 이상, 70℃ 이상, 75℃ 이상, 85℃ 이상 및 90℃ 이상이다. 한 예에서, 상기 설포폴리에스터는 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; 및 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; 및 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 설포폴리에스터는 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기 약 75 내지 약 96몰% 및 다이에틸렌 글리콜 잔기 약 25 내지 약 95몰%를 포함할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 수 비-분산성 중합체의 예는 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카본에이트, 폴리우레탄 및 폴리비닐 클로라이드이다. 또한, 수 비-분산성 중합체는 생분해성 또는 바이오해체성일 수 있다. 예를 들어, 수 비-분산성 중합체는 이미 기재된 바와 같은 지방족-방향족 폴리에스터일 수 있다. 성형된 단면의 예는 해도, 병렬, 외피-코어, 분할된 파이 또는 리본(스트립형) 구조를 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다.
본 발명의 다른 실시양태에서는, 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 방사시켜 다성분 섬유를 생성시킴을 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유의 제조 방법이 제공되는데, 이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인은 도메인 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정될 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내며, 상기 설포폴리에스터는 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함한다. 또 하나의 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 약 6데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 갖는다.
이들 다성분 섬유에 사용되는 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체는 본 상세한 설명에서 이미 논의된 바 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물은 상기 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인은 상기 도메인 사이에 개입하는 상기 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계, 및
(B) 상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도로 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 성형된 단면을 갖는 다성분 섬유의 제조 방법이 제공된다.
또한, 상기 방법이 약 2000m/분 이상, 더욱 바람직하게는 약 3000m/분 이상, 가장 바람직하게는 4500m/분 이상의 속도로 다성분 압출물을 용융 인발하는 단계를 포함하는 것도 본 발명의 본 실시양태의 특징이다.
전형적으로는, 방사구금에서 나갈 때, 섬유를 공기의 직교 흐름으로 급랭시키는데, 이때 섬유가 고화된다. 이 단계에서 다양한 최종처리제 및 사이징제를 섬유에 도포할 수 있다. 냉각된 섬유를 전형적으로는 후속 인발하고 권취 스풀에 권취한다. 유화제, 대전방지제, 항균제, 소포제, 윤활제, 열 안정화제, UV 안정화제 등과 같은 다른 첨가제를 효과적인 양으로 최종처리제에 혼입시킬 수 있다.
임의적으로, 인발된 섬유를 텍스쳐화하고 권취하여, 부피가 큰 연속 필라멘트를 생성시킬 수 있다. 이 1단계 기법은 방사-인발-텍스쳐화로 당해 분야에 알려져 있다. 다른 실시양태는 편평한 필라멘트(텍스쳐화되지 않음) 얀 또는 권축되거나 권축되지 않은 절단 스테이플 섬유를 포함한다.
계면 층 또는 파이 구획을 용해시키고 수 비-분산성 중합체(들)의 더 작은 필라멘트 또는 마이크로데니어 섬유를 남김으로써, 설포폴리에스터를 나중에 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명은
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하고 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획을 갖고, 상기 구획들이 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계; 및
(B) 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법을 제공한다.
또 하나의 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다.
전형적으로는, 다성분 섬유를 약 25 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 50 내지 약 80℃에서 약 10 내지 약 600초간 물과 접촉시킴으로써 설포폴리에스터를 소산 또는 용해시킨다. 설포폴리에스터를 제거한 후, 잔류하는 마이크로섬유는 1d/f 이하, 전형적으로는 0.5d/f 이하, 더욱 전형적으로는 0.1d/f 이하의 평균 섬도를 갖는다.
이들 잔류하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 전형적인 용도는 인조 가죽, 스웨이드, 와이프 및 필터 매체를 포함한다. 이 마이크로섬유로부터 제조된 필터 매체는 공기 또는 액체를 여과하는데 이용될 수 있다. 액체용 여과 매체는 비제한적으로 물, 체액, 용매 및 탄화수소를 포함한다. 설포폴리에스터의 이온성 특성으로 인해 유리하게는 체액 같은 염수 매질에서의 "용해도"가 불량하다. 이러한 특성은 오수 시스템에서 수세될 수 있거나 또는 달리 폐기되는 퍼스널 케어 물품 및 세정 와이프에 바람직하다. 선택된 설포폴리에스터는 또한 염색욕에서의 분산제로서, 또한 세탁 사이클 동안 오염물 재침착 방지제로서 사용하였다.
본 발명의 다른 실시양태에서는,
하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 섬유는 상기 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 가지며, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하는, 단계;
상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유를 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법이 제공된다.
하나의 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 약 6데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물은 상기 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 상기 도메인들 사이에 개입하는 상기 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도에서 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 상기 수분산성 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유를 제조하는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유의 제조 방법이 제공된다.
상기 다성분 압출물은 약 2000m/분 이상, 더욱 바람직하게는 약 3000m/분 이상, 가장 바람직하게는 4500m/분 이상의 속도로 용융 인발될 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 적합한 이러한 설포단량체 및 설포폴리에스터는 상기 기재되어 있다.
하나의 실시양태에서, 다성분 섬유로부터 설포폴리에스터를 제거하는데 사용되는 물은 실온보다 높은 온도이다. 다른 실시양태에서, 설포폴리에스터를 제거하는데 사용되는 물은 약 45℃ 이상, 약 60℃ 이상 또는 약 80℃ 이상이다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 제조하기 위한 또 하나의 방법이 제공된다. 상기 방법은
(A) 다성분 섬유를 절단된 다성분 섬유로 절단하는 단계;
(B) 절단된 다성분 섬유를 포함하는 섬유-함유 공급원료를 물과 접촉시켜 섬유 혼합 슬러리를 생성하는 단계;
(C) 상기 섬유 혼합 슬러리를 가열하여 가열된 섬유 혼합 슬러리를 생성하는 단계;
(D) 임의적으로, 상기 섬유 혼합 슬러리를 전단 대역에서 혼합하는 단계;
(E) 절단된 다성분 섬유로부터 설포폴리에스터의 적어도 일부를 제거하여, 설포폴리에스터 분산물 및 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 슬러리 혼합물을 생성하는 단계; 및
(F) 상기 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 상기 슬러리 혼합물로부터 분리하는 단계
를 포함한다.
상기 다성분 섬유는, 부직 물품을 제조하는데 이용될 수 있는 임의의 길이로 절단될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 약 1 mm 내지 약 50 mm 범위의 길이로 절단될 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 다성분 섬유는 약 1 mm 내지 약 25 mm, 약 1 mm 내지 약 20 mm, 약 1 mm 내지 약 15 mm, 약 1 mm 내지 약 10 mm, 약 1 mm 내지 약 6 mm, 약 1 mm 내지 약 5 mm, 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위의 길이로 절단될 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유는 약 25 mm 미만, 약 20 mm 미만, 약 15 mm 미만, 약 10 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만의 길이로 절단된다. 본 발명의 또 하나의 양태에서, 다성분 섬유는 다양한 길이들의 혼합물로 절단될 수 있다.
본 개시내용에 사용된 "스테이플 섬유"이라는 용어는, 25 mm 초과 내지 약 50 mm의 길이로 절단된 섬유를 한정하는데 사용된다. "숏-컷 섬유"라는 용어는 약 25 mm 이하의 길이로 절단된 섬유를 한정하는데 사용된다.
섬유-함유 공급원료는, 부직 물품의 제조에 유용한 임의의 다른 유형의 섬유를 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 섬유-함유 공급원료는 추가로, 셀룰로즈 섬유 펄프, 유리 섬유, 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이욘 섬유, 및 셀룰로즈 에스터 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
상기 섬유-함유 공급원료는 물과 혼합하여 섬유 혼합 슬러리를 생성한다. 바람직하게는, 수분산성 설포폴리에스터의 제거를 용이하게 하기 위해, 이용된 물은 연수 또는 탈이온수일 수 있다. 연수는 앞에서 본 개시내용에 정의되어 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 다성분 섬유로부터의 수분산성 설포폴리에스터의 제거를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 수 연화제가 사용될 수 있다. 당분야에 공지된 임의의 수 연화제가 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수 연화제는 킬레이트화제 또는 칼슘 이온 봉쇄제이다. 적용가능한 킬레이트화제 또는 칼슘 이온 봉쇄제는, 분자당 복수개의 카복실산 기를 함유하되 킬레이트화제의 분자 구조에 카복실산 기들이 2 내지 6개의 원자에 의해 분리된 화합물이다. 테트라소듐 에틸렌 다이아민 테트라아세트산(EDTA)은, 인접한 카복실산 기들 사이에 3개의 원자들로 분리되어 있는, 분자 구조 당 4개의 카복실산 기를 함유하는, 가장 일반적인 킬레이트화제의 예이다. 폴리아크릴산 나트륨염은, 카복실산 기들 사이에 2개의 원자로 분리되어 있는 카복실산 기를 함유하는 칼슘 봉쇄제의 예이다. 말레산 또는 숙신산의 나트륨 염은, 가장 기본적인 킬레이트화제 화합물의 예이다. 적용가능한 킬레이트화제의 추가 예는, 분자 구조 당 복수 개의 카복실산 기를 갖되, 상기 카복실산 기가 요구되는 거리(2 내지 6개의 원자 단위)로 분리되어 있어서, 2가 또는 다가 양이온(예를 들어, 칼슘)과의 바람직한 입체 상호작용을 유발하여, 킬레이트화제가 이가 또는 다가 양이온에 우선적으로 결합되는, 화합물을 포함한다. 이러한 화합물은, 예를 들어, 다이에틸렌트라이아민펜타아세트산; 다이에틸렌트라이아민-N,N,N',N',N"-펜타아세트산; 펜텐산; N,N-비스(2-(비스-(카복시메틸)아미노)에틸)-글리신; 다이에틸렌트라이아민 펜타아세트산; [[(카복시메틸)이미노]비스(에틸렌니트릴로)]-테트라-아세트산; 에데트산; 에틸렌다이니트릴로테트라아세트산; EDTA, 유리 염기; EDTA, 유리 산; 에틸렌다이아민-N,N,N',N'-테트라아세트산; 햄펜; 베르센; N,N'-1,2-에탄 다이일비스-(N-(카복시메틸)글리신); 에틸렌다이아민 테트라-아세트산; N,N-비스(카복시메틸)글리신; 트라이글리콜아믹산; 트릴론 A; α,α',α"-트라이메틸아민트라이카복실산; 트라이(카복시메틸)아민; 아미노트라이아세트산; 햄프셔 NTA산; 니트릴로-2,2',2"-트라이아세트산; 티트리플렉스 i; 니트릴로트라이아세트산; 및 이들의 혼합물을 포함한다.
수 연화제의 필요량은 Ca++ 및 기타 다가 이온 면에서 사용된 물의 경도에 의존한다.
상기 섬유 혼합 슬러리를 가열하여 가열된 섬유 혼합 슬러리를 생성한다. 상기 온도는 다성분 섬유로부터 설포폴리에스터의 일부를 제거하기에 충분한 온도이다. 본 발명의 하나의 실시양태에서는, 상기 섬유 혼합 슬러리를 약 50 내지 약 100 ℃ 범위의 온도로 가열한다. 다른 온도 범위는 약 70 내지 약 100 ℃ 범위, 약 80 내지 약 100 ℃ 범위, 및 약 90 내지 약 100 ℃ 범위이다.
임의적으로, 상기 섬유 혼합 슬러리를 전단 대역에서 혼합한다. 혼합 정도는, 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 단리 및 제거하고 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 분리하는데 충분한 정도이다. 본 발명의 하나의 실시양태에서는, 설포폴리에스터의 90%가 제거된다. 또 하나의 실시양태에서는 설포폴리에스터의 95%가 제거되고, 또 하나의 실시양태에서는 설포폴리에스터의 98% 초과가 제거된다. 상기 전단 대역은, 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 단리 및 제거하고 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 분리하는데 필요한 전단 작용을 제공할 수 있는 임의의 유형의 장비를 포함할 수 있다. 그러한 장비의 예는 비제한적으로 펄프화기(pulper) 및 정제기(refiner)를 포함한다.
물과의 접촉 및 가열 후 다성분 섬유내의 수분산성 설포폴리에스터는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로부터 단리 및 분리되어, 설포폴리에스터 분산물 및 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 슬러리 혼합물을 생성한다. 이어서, 상기 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 당분야에 공지된 임의의 수단에 의해 상기 설포폴리에스터 분산물로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 슬러리 혼합물을 분리 장비, 예를 들어 스크린 및 필터에 통과시킬 수 있다. 임의적으로, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 1회 또는 여러회 세척하여 수분산성 설포폴리에스터의 더 많은 양을 제거할 수 있다.
수분산성 설포폴리에스터의 제거는, 슬러리 혼합물의 물리적 관찰에 의해 결정될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 세정하는데 이용된 물은, 수분산성 설포폴리에스터가 주로 제거되었다면 투명하다. 또한, 수분산성 설포폴리에스터가 여전히 제거된다면, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 세정하는데 이용된 물은 우유빛일 수 있다. 또한, 수분산성 설포폴리에스터가 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 상에 남아있다면, 상기 마이크로섬유는 다소 만지기에 접착성일 수 있다.
수분산성 설포폴리에스터는 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 설포폴리에스터 분산물로부터 회수될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 포함하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 제공되며, 이때 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 5 미크론 미만의 등가 직경(equivalent diameter) 및 25 mm 미만의 길이를 갖는다. 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 앞서 기술된 마이크로섬유 제조 방법에 의해 제조된다. 본 발명의 또 하나의 양태에서, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 3 미크론 미만의 등가 직경 및 25 mm 미만의 길이를 갖는다. 본 발명의 또 하나의 실시양태에서, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 5 미크론 미만 또는 3 미크론 미만의 등가 직경을 갖는다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 21 mm 미만, 10 mm 미만, 6.5 mm 미만, 및 3.5 mm 미만의 길이를 갖는다. 일단 분리된 다성분 섬유 내의 도메인들 또는 구획들은 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 생성한다.
본 발명은 또한 상기 기재된 수분산성 섬유, 다성분 섬유, 마이크로데니어 섬유 또는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 섬유 물품을 포함한다. 용어 "섬유 물품"은 섬유를 갖거나 섬유와 유사한 임의의 물품을 의미하는 것으로 이해된다. 섬유 물품의 비제한적인 예는 다성분 섬유, 얀, 코드, 테이프, 직물, 용융 취입 웹, 방사 결합 웹, 열 결합 웹, 고수압 직조된 웹, 부직 웹 및 부직물, 및 이들의 조합; 예컨대 다층 부직물, 적층체 및 이러한 섬유로부터의 복합체, 거즈, 붕대, 기저귀, 배변연습용 팬츠, 탐폰, 수술용 가운 및 마스크, 생리대 등과 같은 하나 이상의 섬유 층을 갖는 품목을 포함한다. 또한, 섬유 물품은 다양한 퍼스널 위생 및 세정 물품용 대체 삽입물을 포함할 수 있다. 본 발명의 섬유 물품은 수분산성일 수 있거나 수분산성이 아닐 수 있는 다른 물질에 결합, 적층, 부착되거나 또는 이러한 다른 물질과 함께 사용될 수 있다. 섬유 물품, 예를 들어 부직물 층을 가요성 플라스틱 필름 또는 수 비-분산성 물질(예컨대, 폴리에틸렌)의 백킹에 결합시킬 수 있다. 예컨대 이러한 어셈블리를 일회용 기저귀의 한 성분으로서 사용할 수 있다. 또한, 다른 기판 상으로 섬유를 상부 취입(overblowing)하여, 엔지니어링된 용융 취입, 방사 결합 필름 또는 막 구조체의 매우 다채로운 조합을 생성시킴으로써, 섬유 물품을 제조할 수 있다.
본 발명의 섬유 물품은 부직물 및 부직 웹을 포함한다. 부직물은 직조 또는 편직 작업 없이 섬유 웹으로부터 직접 제조되는 직물로서 정의된다. 텍스타일 연구소(Textile Institute)는, 부직물을, 얀이 아닌 섬유로부터 직접 제조된 텍스타일 구조물로서 정의한다. 이 직물은 보통, 비제한적으로 접착제 결합, 니들링 또는 유체 제트 얽힘에 의한 기계적 인터락킹(interlocking), 열 결합 및 스티치 결합을 비롯한 다양한 기법을 사용하여 결합함으로써, 강화된 검유 웹 또는 배트(batt)로부터 또는 연속 필라멘트로부터 제조된다. 예를 들어, 본 발명의 다성분 섬유는 임의의 공지된 직물 형성 공정에 의해 직물로 형성될 수 있다. 생성된 직물 또는 웹은, 다성분 섬유를 분할하기에 충분한 힘을 가함으로써, 또는 웹을 물과 접촉시켜 설포폴리에스터를 제거하고 나머지 마이크로데니어 섬유를 남김으로써, 마이크로데니어 섬유 웹으로 전환될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서,
(A) (i) 총 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96몰%의 하나 이상의 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기; (ii) 총 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 30몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기; (iii) 총 다이올 잔기를 기준으로 25몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(여기에서, n은 2 내지 약 500의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 하나 이상의 다이올 잔기; 및 (iv) 총 반복 단위를 기준으로 0 내지 약 20몰%의, 3개 이상의 작용기(이는 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합임)를 갖는 분지화 단량체 잔기를 포함하고 57℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분산성 설포폴리에스터 및 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 구획을 갖고, 상기 구획들은 구획들 사이에 개입하는 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 단계 (A)의 다성분 섬유를 중첩 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 사용된 다성분 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 10중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 다성분 섬유로 방사시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들이 상기 도메인들 사이에 개입하는 상기 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있으며, 상기 수분산성 설포폴리에스터는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정할 때 약 12,000포아즈 미만의 용융 점도를 나타내고, 이산 또는 다이올 잔기의 총 몰을 기준으로 약 25몰% 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함하는, 단계;
(B) 단계 (A)의 상기 다성분 섬유를 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(C) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 상기 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 사용된 상기 다성분 섬유는 약 6데니어/필라멘트 미만의 방사 데니어를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는,
(A) 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 중합체를 압출시켜 다성분 압출물을 생성시키는 단계로서, 이때 상기 다성분 압출물은 상기 수 비-분산성 중합체를 포함하는 복수개의 도메인을 갖고, 상기 도메인들은 도메인들 사이에 개입하는 상기 수분산성 설포폴리에스터에 의해 서로 실질적으로 단리되어 있는, 단계;
(B) 상기 다성분 압출물을 약 2000m/분 이상의 속도에서 용융 인발시켜 다성분 섬유를 생성시키는 단계;
(C) 단계 (B)의 상기 다성분 섬유를 수집하여 부직 웹을 생성시키는 단계; 및
(D) 상기 부직 웹을 물과 접촉시켜 상기 설포폴리에스터를 제거함으로써 마이크로데니어 섬유 웹을 생성시키는 단계
를 포함하는, 마이크로데니어 섬유 웹의 제조 방법이 제공된다.
이 방법은 또한 바람직하게는 단계 (C) 전에 부직 웹의 다성분 섬유를 고수압 직조하는 단계를 포함한다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 고수압 직조 단계는 다성분 섬유에 함유된 설포폴리에스터의 약 20중량% 미만, 15중량% 미만 또는 10중량% 미만의 손실을 야기한다. 고수압 직조 동안 설포폴리에스터의 손실을 감소시키는 목적을 추진함에 있어서, 이 공정 중에 사용되는 물은 바람직하게는 약 45℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 35℃ 미만, 가장 바람직하게는 약 30℃ 미만의 온도를 갖는다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 고수압 직조 동안 사용되는 물이 가능한한 실온에 근접하여 다성분 섬유로부터의 설포폴리에스터의 손실을 최소화하는 것이 바람직하다. 반대로, 약 45℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 60℃ 이상, 가장 바람직하게는 약 80℃ 이상의 온도를 갖는 물을 사용하여 단계 (C) 동안 설포폴리에스터 중합체의 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
고수압 직조 후 단계 (C) 전에, 부직 웹을 약 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 120℃ 이상으로 가열함을 포함하는 열 경화 단계를 부직 웹에 대해 수행할 수 있다. 열 경화 단계는 내부 섬유 응력을 이완시키고 치수 안정성 직물 생성물을 생성시키는데 도움을 준다. 열 경화성 물질을 열 경화 단계 동안 가열된 온도까지 재가열하는 경우, 이것이 그의 원래 표면적의 약 5% 미만의 표면적 수축률을 나타내는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 수축률은 원래 표면적의 약 2% 미만이고, 가장 바람직하게는 수축률은 약 1% 미만이다.
다성분 섬유에 사용되는 설포폴리에스터는 본원에 기재된 임의의 것일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 설포폴리에스터는 240℃에서 1라디안/초의 변형 속도에서 측정할 때 약 6000포아즈 미만의 용융 점도를 갖고 총 반복 단위를 기준으로 약 12몰 미만의 하나 이상의 설포단량체 잔기를 포함한다. 이들 유형의 설포폴리에스터는 본원에 이미 기재되어 있다.
또한, 본 발명의 방법은 바람직하게는 2000m/분 이상, 더욱 바람직하게는 약 3000m/분 이상, 더욱더 바람직하게는 약 4000m/분 이상, 가장 바람직하게는 약 5000m/분 이상의 섬유 속도로 다성분 섬유를 인발하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 부직 물품이 제조될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 부직 물품은, 건식-적층 공정 및 습식-적층 공정으로 이루어진 군 중에서 선택된 방법에 의해 제조된다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 제조하기 위한 방법 및 다성분 섬유는 본원에서 전술되어 있다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 1% 이상의 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 부직 물품에 함유된다. 부직 물품에 함유되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 다른 양은 10% 이상, 25% 이상 및 50% 이상이다.
본 발명의 또 하나의 양태에서, 상기 부직 물품은 추가로 하나 이상의 다른 섬유를 포함할 수 있다. 상기 다른 섬유는, 제조할 부직 물품의 유형에 따라 당분야에 공지된 임의의 것일 수 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 다른 섬유는, 셀룰로즈 섬유 펄프, 유리 섬유, 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이욘 섬유, 셀룰로즈 에스터 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 부직 물품은 또한 추가로 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 비제한적으로 스타치, 충전제 및 결합제를 포함한다. 다른 첨가제는 본원의 다른 섹션에서 언급된다.
일반적으로, 다성분 섬유로부터 제조된 수 비-분산성 마이크로섬유로부터 이 부직 물품을 제조하는 방법은 하기 그룹으로 분할될 수 있다: 건식-적층 웹, 습식-적층 웹, 및 이들 공정들 간의 조합 또는 이들 공정과 다른 부직 공정과의 조합.
일반적으로, 건식-적층된 부직 물품은, 건조 상태에서 섬유를 다루도록 고안된 스테이플 섬유 가공 기기로 제조된다. 이것은, 기계적 공정들, 예를 들어 카딩, 공기역학, 및 기타 공기-적층 경로를 포함한다. 또한, 이러한 범주에는, 토우 형태의 필라멘트로 제조된 부직 물품, 스테이플 섬유로 구성된 직물, 및 스티칭 필라멘트 또는 야드(즉, 스티치결합된 부직포)가 포함된다. 카딩은, 부직 물품으로의 추가 가공을 위한 웹을 제조하기 위한, 디스인탱글링(disentangling), 세척, 및 섬유의 상호혼합의 공정이다. 상기 공정은 주로 기계적 인탱글링(entangling) 및 섬유-섬유 마찰에 의해 웹으로서 서로 고정되는 섬유를 정렬한다. 카드(예를 들어, 롤링된(rolled) 카드)는 하나 이상의 주된 실린더, 롤러, 또는 고정식 탑(stationary top), 하나 이상의 도퍼(doffer) 또는 이러한 주요 구성성분의 다양한 조합으로 일반적으로 구성된다. 카딩 작업은, 일련의 상호작동 카드 롤러 상의 카드의 위치들 사이의 수 비-분산성 마이크로섬유의 조합 또는 작업이다. 카드의 유형은, 롤러 카드, 모직 카드, 면 카드 및 랜덤 카드를 포함한다. 가네트도 이러한 섬유를 정렬하기 위해서 사용될 수도 있다.
건식-적층 공정에서 절단된 다성분 섬유는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는 또한 공기-적층에 의해 정렬될 수도 있다. 이러한 섬유들은, 공기 흐름(air current)에 의해 편평한 콘베이어 또는 드럼일 수 있는 수집기로 보내진다.
또한 본 발명의 다성분 섬유로부터 압출-성형된 웹이 제조될 수 있다. 예로는 방사-결합된 및 용융-취입된 것이 포함된다. 압출 기술을 사용하여 방사-결합된, 용융-취입된 및 다공성-필름 부직 물품을 제조한다. 이 부직 물품은 용융-방사, 필름 캐스팅 및 압출 코팅과 같은 중합체 압출 방법과 관련된 기계로 제조된다. 이어서, 부직 물품을 물과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터를 제거하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 부직 물품을 생성한다.
방사-결합 공정에서는, 다성분 필라멘트를 압출하고 이를 다발(bundle) 또는 묶음(grouping)으로서 배향하고 이를 수송 스크린 상에 적층하고 이를 인터락킹함으로써, 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 직접 직물로 변환시킨다. 상기 인터락킹은, 열 융착, 기계적 인탱글링, 고수압직조, 화학적 결합제 또는 이들 공정의 조합에 의해 수행될 수 있다.
용용 취입 직물 또한, 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체로부터 직접 제조된다. 중합체를 용융 및 압출한다. 용융물이 압출 오리피스를 통과하면, 이를 고온에서 공기로 취입시킨다. 공기 스트림은 용융된 중합체를 희석 및 고화시킨다. 이어서, 상기 공기 스트림으로부터 웹으로서 다성분 섬유를 분리하고 가열된 롤들 사이에서 압축시킬 수 있다.
조합된 방사-결합 및 용융-결합 공정 또한 부직 물품 제조에 이용될 수 있다.
습식 적층 공정은 부직 물품을 생성하는 제지 기법의 사용을 포함한다. 이러한 부직 물품은 펄프 소섬유화와 관련된 기계류(예를 들어, 해머 밀) 및 제지, 예를 들어, 유체 내의 단섬유들을 다루도록 고안된 연속 스크린으로의 슬러리의 펌핑으로 제조된다.
습식 적층 공정의 하나의 실시양태에서는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 물에 현탁되어, 형성 스크린으로부터 물이 배수되는 형성 유닛으로 옮겨지고, 섬유들이 스크린 와이어에 배치된다.
습식 적층 공정의 또다른 실시양태에서는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유는, 탈수 모듈(예를 들어, 흡입 박스, 호일, 및 큐라츄어(curature))에서 수압식 형성기의 초기에 1,500 미터/분까지의 고속으로 회전하는 와이어 메쉬 또는 시브 상에서 탈수된다. 상기 시트는, 약 20 내지 30%의 고체 함량까지 탈수된다. 그다음, 상기 시트는 가압되고 건조될 수 있다.
습식-적층 공정의 또다른 실시양태에서,
(A) 임의적으로, 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 물로 세척하는 단계;
(B) 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유에 물을 첨가하여 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 슬러리를 형성하는 단계;
(C) 임의적으로, 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 슬러리에 기타 섬유 및/또는 첨가제를 첨가하는 단계; 및
(D) 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 슬러리를 습식-적층 부직 대역으로 옮겨서 부직 물품을 제조하는 단계
를 포함하는 공정이 제공된다.
단계 (A)에서, 세정 횟수는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유에 대해 선택된 구체적인 용도에 좌우된다. 단계 (B)에서, 충분한 물을 리본 섬유에 첨가하여, 이들이 습식-적층 부직 대역으로 이동하는 것을 허용하도록 한다.
습식-적층 부직 대역은 습식-적층 부직 물품을 생성할 수 있는 것으로 당분야에 공지된 임의의 장치를 포함한다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 습식-적층 부직포 대역은 하나 이상의 스크린, 메쉬, 또는 시브(sieve)를 포함하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 슬러리로부터 물을 제거한다.
습식-적층 공정의 또다른 실시양태에서,
(A) 절단된 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계;
(B) 임의적으로, 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 물로 세척하는 단계;
(C) 임의적으로, 상기 수분산성 중합체 슬러리에 기타 섬유 및/또는 첨가제를 첨가하는 단계; 및
(D) 상기 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 함유 슬러리를 습식-적층 부직 대역으로 옮겨서 부직 물품을 제조하는 단계
를 포함하는 공정이 제공된다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 수 비-분산성 마이크로섬유 슬러리는, 습식-적층 부직 대역으로 이동하기 전에, 혼합된다.
부직 물품 제조에 웹-결합 공정이 또한 사용될 수도 있다. 이 공정은 화학적 공정 및 물리적 공정으로 나뉠 수 있다. 화학적 결합은 수계 및 용매계 중합체를 사용하여 섬유 및/또는 섬유 웹을 함께 결합하는 것을 지칭한다. 상기 결합제는 포화, 함침, 분사, 인쇄 또는 폼(foam)으로서의 적용에 의해 적용될 수 있다. 물리적 결합 공정은, 칼렌다링 및 핫-에어 결합과 같은 열 공정, 및 니들링 및 고수압직조과 같은 기계적 공정을 포함한다. 니들링 또는 니들-펀칭 공정은, 섬유들의 일부를 거의 수평 위치에서 거의 수직 위치로 물리적으로 이동시킴으로써 섬유들을 인터락킹한다. 니들-펀칭은 니들룸(needleloom)에 의해 수행될 수 있다. 니들룸은 일반적으로 웹-공급 기계부, 니들을 보지하는 니들보드를 포함하는 니들 빔, 스트라이퍼 플레이트, 베드 플레이트 및 직물 권취 기계부를 포함한다.
스티치-결합은, 얀을 이용하여 또는 얀 없이 편직 요소를 사용하여 섬유 웹을 인터락킹하는 기계적 결합 방법이다. 스티치-결합 기계의 예는 말리와트(Maliwatt), 아라크네(Arachne), 말리블리즈(Malivlies), 및 아라베바(Arabeva)를 포함하나 그에 한정되지 않는다.
부직 물품은, 1) 웹 또는 매트(mat)로의 기계적인 섬유 결속 및 인터락킹; 2) 특정 중합체 및 중합체 블렌드의 열가소성 특성을 이용하는 결합제 섬유의 사용을 포함하는 섬유를 융착시키는 다양한 기법; 3) 전분, 카세인, 셀룰로스 유도체, 또는 아크릴계 라텍스 또는 우레탄과 같은 합성 수지와 같은 결합 수지의 사용; 4) 분말 접착제 결합제; 또는 5) 이들의 조합에 의해 함께 유지될 수 있다. 섬유는 종종 무작위한 방식으로 퇴적되지만, 한 방향으로의 배향이 가능하며, 이후에 상술한 방법 중 하나를 이용하여 결합된다.
본 발명의 섬유 물품은 또한 수분산성 섬유, 다성분 섬유, 또는 마이크로데니어 섬유의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 섬유 층은 하나 이상의 부직포 층, 느슨하게 결합된 중첩 섬유, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 섬유 물품은 아동 케어 물품, 예컨대 유아 기저귀; 아동 배변연습용 팬츠; 성인 케어 물품, 예컨대 성인용 기저귀 및 성인용 실금 패드; 여성 케어 물품, 예컨대 여성 생리대, 팬티 라이너, 및 탐폰; 와이프; 섬유-함유 세정 물품; 의료 및 수술 케어 물품, 예컨대 의료용 와이프, 티슈, 거즈, 검사 베드 커버, 수술용 마스크, 가운, 붕대, 및 상처 드레싱; 직물; 엘라스토머성 얀, 와이프, 테이프, 다른 보호 배리어, 및 포장재를 포함하나 그에 한정되지 않는 퍼스널 케어 및 헬쓰 케어 물품을 포함할 수 있다. 섬유 물품은 액체를 흡수하는 데 사용될 수 있거나 또는 다양한 액체 조성물로 미리 습윤되고 이 조성물을 표면에 전하는 데 사용될 수 있다. 액체 조성물의 비제한적 예는 습윤제; 세정제; 스킨 케어 물품, 예컨대 화장품, 연고, 약제, 연화약, 및 방향제를 포함한다. 섬유 물품은 또한 흡수성을 개선하기 위해 또는 전달 비히클로서 다양한 분말 및 미립자를 포함할 수 있다. 분말 및 미립자의 예는 탈크, 전분, 다양한 수흡수성, 수분산성, 또는 수팽윤성 중합체, 예컨대 초흡수성 중합체, 설포폴리에스터, 및 폴리(비닐알코올), 실리카, 안료, 및 마이크로캡슐을 포함하나 그에 한정되지 않는다. 또한, 첨가제는 특정 용도에 대한 필요에 따라 존재할 수 있으나, 요구되지는 않는다. 첨가제의 예는 산화안정제, UV 흡수제, 착색제, 안료, 불투명화제(소광제; delustrant), 광증백제, 충전제, 핵형성제, 가소제, 점도개질제, 표면개질제, 항균제, 살균제, 저온 유동성 억제제, 분지제, 및 촉매를 포함하나 그에 한정되지 않는다.
수분산성인 것 이외에도, 상술된 섬유 물품은 수세가능할 수 있다. 본원에서 "수세가능한"이란 용어는, 통상적인 화장실에서 버려져서, 화장실 또는 하수 시스템에서 방해 또는 막힘을 초래하지 않고 지역의 하수 또는 주거의 정화 시스템으로 도입될 수 있음을 의미한다.
상기 섬유 물품은, 제 2 수분산성 중합체를 포함하는 수분산성 필름을 또한 포함할 수 있다. 상기 제 2 수분산성 중합체는 본 발명의 섬유 및 섬유 물품에 사용되는 전술한 수분산성 중합체와 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 하나의 실시양태에서, 예를 들어, 상기 제 2 수분산성 중합체는 하기 (A) 내지 (D)를 포함하는 추가적인 설포폴리에스터일 수 있다:
(A) 전체 산 잔기 기준으로 약 50 내지 약 96 몰%의, 이소프탈산 또는 테레프탈산 잔기 하나 이상;
(B) 전체 산 잔기 기준으로 약 4 내지 약 30 몰%의 소디오설포이소프탈산 잔기;
(C) 전체 다이올 잔기 기준으로 15 몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(이때, n은 2 내지 약 500 범위의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 다이올 잔기 하나 이상;
(D) 전체 반복 단위 기준으로 0 내지 약 20 몰%의, 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 3개 이상을 갖는 분지화 단량체 잔기.
상기 추가적인 설포폴리에스터는, 생성된 섬유 물품의 특성을 개질시키기 위해 상기한 하나 이상의 보조 중합체와 블렌딩될 수 있다. 상기 보조 중합체는 용도에 따라 수분산성이거나 수분산성이 아닐 수 있다. 상기 보조 중합체는 상기 추가적인 설포폴리에스터와 혼화성이거나 비혼화성일 수 있다.
추가적인 설포폴리에스터는 다른 농도, 예를 들어 약 60 내지 약 95 몰%, 및 약 75 내지 약 95 몰%의 이소프탈산 잔기를 함유할 수 있다. 이소프탈산 잔기 농도 범위의 추가적인 예는 약 70 내지 약 85 몰%, 약 85 내지 약 95 몰% 및 약 90 내지 약 95 몰%이다. 추가적인 설포폴리에스터는 또한 약 25 내지 약 95 몰%의 다이에틸렌 글리콜 잔기를 포함할 수 있다. 다이에틸렌 글리콜 잔기 농도 범위의 추가적인 예는 약 50 내지 약 95 몰%, 약 70 내지 약 95 몰%, 및 약 75 내지 약 95 몰%를 포함한다. 추가적인 설포폴리에스터는 또한 에틸렌 글리콜 및/또는 1,4-사이클로헥산다이메탄올 잔기를 포함할 수 있다. CHDM 잔기의 전형적인 농도 범위는 약 10 내지 약 75 몰%, 약 25 내지 약 65 몰%, 및 약 40 내지 약 60 몰%이다. 에틸렌 글리콜 잔기의 전형적인 농도 범위는 약 10 내지 약 75 몰%, 약 25 내지 약 65 몰%, 및 약 40 내지 약 60 몰%이다. 또 다른 실시양태에서, 추가적인 설포폴리에스터는 약 75 내지 약 96 몰%의 이소프탈산 잔기 및 약 25 내지 약 95 몰%의 다이에틸렌 글리콜 잔기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 섬유 물품의 설포폴리에스터 필름 성분은 단층 또는 다층 필름으로서 제조될 수 있다. 단층 필름은 통상적인 캐스팅 기법에 의해 제조될 수 있다. 다층 필름은 통상적인 적층법 등에 의해 제조될 수 있다. 필름은 통상적인 두께일 수 있지만, 전체 두께는 보통 약 2 내지 약 50 mil이다.
필름-함유 섬유 물품은 상술한 바와 같은 수분산성 섬유 층을 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 섬유 층은 하나 이상의 부직포 층, 느슨하게 결합된 중첩 섬유의 층, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 필름-함유 섬유 물품은 본원에서 상기한 바와 같은 퍼스널 및 헬쓰 케어 물품을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 섬유 물품은 또한 흡수성을 개선하기 위해 또는 전달 비히클로서 다양한 분말 및 미립자를 포함할 수 있다. 그러므로, 하나의 실시양태에서, 본 발명의 섬유 물품은 본원에서 전술한 수분산성 중합체 성분과 동일하거나 상이할 수 있는 제 3 수분산성 중합체를 포함하는 분말을 포함한다. 분말 및 미립자의 다른 예는 탈크, 전분, 다양한 수흡수성, 수분산성, 또는 수팽윤성 중합체, 예컨대 폴리(아크릴로니트릴), 설포폴리에스터, 및 폴리(비닐 알코올), 실리카, 안료, 및 마이크로캡슐을 포함하나 그에 한정되지 않는다.
본 발명의 신규한 섬유 및 섬유 물품은 상기한 용도 외에도 많은 가능한 용도를 갖는다. 하나의 신규한 용도는 필름 또는 부직포를 평면, 곡면, 또는 성형된 표면에 용융 취입하여 보호층을 제공하는 것을 포함한다. 이러한 층은 선적 동안 내구성 있는 장비에 표면 보호를 제공한다. 목적지에서, 상기 장비를 사용하기 전에, 설포폴리에스터의 외부 층은 세척 제거될 수 있다. 이러한 일반적인 용도 개념의 추가적인 실시양태는 몇몇 재사용가능하거나 또는 제한된 용도의 가멘트 또는 커버를 위한 임시 배리어층을 제공하는 퍼스널 케어 물품을 포함할 수 있다. 군사용으로, 활성화된 탄소 및 화학 흡수제를 가늘어지는 필라멘트 패턴 상으로 수집기 직전에 분무하여 용융 취입된 매트릭스를 그 전체를 노출된 표면에 고착되도록 할 수 있다. 화학 흡수제는 심지어 위협이 발생할 때 전방 조작 영역에서 또 다른 층 상에 용융 취입함에 의해 변화될 수 있다.
설포폴리에스터에 내재하는 주된 이점은, 이온성 잔기(예컨대 염)의 첨가에 의해 응집(flocculation) 또는 침전을 통하여 수성 분산액으로부터 중합체를 제거 또는 회수하는 것의 용이성이다. 다른 방법, 예컨대 pH 조정, 비용매 첨가, 동결 등도 사용할 수 있다. 따라서, 섬유 물품, 예컨대 외부 마모 보호 가멘트는, 성공적인 보호 배리어 사용 후에 중합체가 설사 유해한 폐기물로 되더라도, 잠재적으로 소각과 같은 허용되는 절차를 위해 훨씬 적은 체적으로 안전하게 취급될 수 있다.
용해되지 않았거나 건조된 설포폴리에스터는 플러프(fluff) 펄프, 면, 아크릴, 레이욘, 라이오셀(lyocell), PLA(폴리락타이드), 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리(에틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(부틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(트라이메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(사이클로헥실렌) 테레프탈레이트, 코폴리에스터, 폴리아미드(나일론), 스테인레스 강, 알루미늄, 처리된 폴리올레핀, PAN(폴리아크릴로나이트릴), 및 폴리카보네이트를 포함하는(이에 한정되지 않음) 광범위한 기재와 강한 접착성 결합을 형성하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 본 발명의 부직포는 열, 라디오파(RF), 마이크로파, 및 초음파법과 같은 공지된 기법에 의해 결합될 수 있는 적층용 접착제 또는 결합제로서 사용될 수 있다. RF 활성화를 가능케 하는 설포폴리에스터의 적용은 최근의 다수의 특허에 개시되어 있다. 그러므로, 본 발명의 신규한 부직포는 접착제 용도에 더하여 2기능성 또는 심지어 다기능성을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 부직포가 최종 조립품의 유체 케어 구성요소뿐만 아니라 수-반응성 접착제로서 작용하는 1회용 아기 기저귀를 수득할 수 있다.
또한, 본 발명은,
(A)(i) 다이카복실산 잔기 하나 이상;
(ii) 전체 반복 단위 기준으로 약 4 내지 약 40 몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 금속 설포네이트기 1개 이상과 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 2개를 갖는 설포단량체 잔기 하나 이상;
(iii) 전체 다이올 잔기 기준으로 20 몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(이때, n은 2 내지 약 500 범위의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 다이올 잔기 하나 이상; 및
(iv) 전체 반복 단위 기준으로 0 내지 약 25 몰%의, 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 3개 이상을 갖는 분지화 단량체 잔기
를 포함하고, 중합체 조성물의 전체 중량 기준으로 10 중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유하는 수분산성 중합체 조성물을 그의 유동점보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및
(B) 필라멘트를 용융 방사하는 단계
를 포함하는, 수분산성 섬유의 제조 방법을 제공한다. 본원에서 상술한 바와 같이, 수분산성 중합체는 임의적으로 설포폴리에스터와 블렌딩될 수 있다. 또한, 수 비-분산성 중합체는 임의적으로 설포폴리에스터와 블렌딩되어 비혼화성 블렌드인 블렌드를 형성할 수 있다. 본원에서 사용되는 "유동점"이란 용어는, 상기 중합체 조성물의 점도가 방사구 또는 압출 다이를 통한 압출 또는 다른 형태의 가공을 허용하는 온도를 의미한다. 다이카복실산 잔기는 설포단량체의 유형 및 농도에 따라 약 60 내지 약 100 몰%의 산 잔기를 포함할 수 있다. 다이카복실산 잔기의 농도 범위의 다른 예는 약 60 몰% 내지 약 95 몰% 및 약 70 몰% 내지 약 95 몰%이다. 바람직한 다이카복실산 잔기는 이소프탈산, 테레프탈산, 및 1,4-사이클로헥산다이카복실산이거나, 또는 다이에스터가 사용될 경우, 다이메틸 테레프탈레이트, 다이메틸 이소프탈레이트, 및 다이메틸-1,4-사이클로헥산다이카복실레이트이며, 이소프탈산 및 테레프탈산 잔기가 특히 바람직하다.
상기 설포단량체는 설포네이트기를 함유하는 다이카복실산 또는 그의 에스터, 설포네이트기를 함유하는 다이올, 또는 설포네이트기를 함유하는 하이드록시산일 수 있다. 설포단량체 잔기의 농도 범위의 추가적인 예는 전체 반복 단위 기준으로 약 4 내지 약 25 몰%, 약 4 내지 약 20 몰%, 약 4 내지 약 15 몰%, 및 약 4 내지 약 10 몰%이다. 설포네이트염의 양이온은 Li+, Na+, K+, Mg++, Ca++, Ni++, Fe++ 등과 같은 금속 이온일 수 있다. 다르게는, 설포네이트염의 양이온은 전술한 바와 같은 질소성 염기와 같이 비금속성일 수 있다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 설포단량체 잔기의 예는 설포프탈산, 설포테레프탈산, 설포이소프탈산의 금속 설포네이트염, 또는 이들의 조합이다. 사용될 수 있는 설포단량체의 또 다른 예는 5-소디오설포이소프탈산 또는 그의 에스터이다. 설포단량체 잔기가 5-소디오설포이소프탈산으로부터 유도되는 경우, 전형적인 설포단량체 농도 범위는 전체 산 잔기 기준으로 약 4 내지 약 35 몰%, 약 8 내지 약 30 몰%, 및 약 10 내지 25 몰%이다.
본 발명의 설포폴리에스터는 지방족, 지환족, 및 아르알킬 글리콜을 포함할 수 있는 하나 이상의 다이올 잔기를 포함한다. 지환족 다이올, 예를 들어 1,3- 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올은, 그의 순수한 시스 또는 트랜스 이성질체로서 존재하거나 시스 및 트랜스 이성질체의 혼합물로서 존재할 수 있다. 예컨대 n이 2 내지 6인 저분자량 폴리에틸렌 글리콜의 비제한적 예는 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸렌 글리콜, 및 테트라에틸렌 글리콜이다. 이들 저분자량 글리콜 중에서, 다이에틸렌 및 트라이에틸렌 글리콜이 가장 바람직하다. 설포폴리에스터는 임의적으로 분지화 단량체를 포함할 수 있다. 분지화 단량체의 예는 본원에 상술한 바와 같다. 분지화 단량체 농도 범위의 추가적인 예는 0 내지 약 20 몰% 및 0 내지 약 10 몰%이다. 본 발명의 신규한 방법의 설포폴리에스터는 25℃ 이상의 Tg를 갖는다. 설포폴리에스터에 의해 나타나는 유리 전이 온도의 추가적인 예는 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 80℃ 이상, 및 90℃ 이상이다. 다른 Tg도 가능하지만, 본 발명의 건조 설포폴리에스터의 전형적인 유리 전이 온도는 약 30℃, 약 48℃, 약 55℃, 약 65℃, 약 70℃, 약 75℃, 약 85℃, 및 약 90℃이다.
수분산성 섬유는 용융 취입 공정에 의해 제조된다. 중합체를 압출기에서 용융시키고 다이를 통해 밀어낸다. 다이를 빠져나오는 압출물은 고온, 고속 공기에 의해 신속하게 초미세(ultrafine) 직경으로 가늘어진다. 섬유의 배향, 냉각 속도, 유리 전이 온도(Tg), 및 결정화 속도는, 압출물이 가늘어지는 동안 중합체의 점도 및 가공 특성에 영향을 미치기 때문에 중요하다. 필라멘트를 이동 벨트, 원통형 드럼, 회전 맨드릴 등과 같은 갱신가능한(renewable) 표면상에 수집한다. 펠릿의 예비건조(필요시), 압출기 대역 온도, 용융 온도, 스크류 디자인, 처리 속도, 공기 온도, 공기 흐름(속도), 다이 공기 갭 및 셋백(setback), 노즈 팁 홀 크기, 다이 온도, 다이에서 수집기 간의 거리(die-to-collector; DCP), 급랭 환경, 컬렉터 속도, 및 후처리는 필라멘트 직경, 평량, 웹 두께, 기공 크기, 부드러움, 및 수축률과 같은 물품 특징에 영향을 미치는 모든 요인이다. 또한, 고속 공기는 필라멘트를 다소간 무작위한 형식으로 이동시켜 광범위한 직조(interlacing)가 일어나도록 하는 데 사용될 수 있다. 이동 벨트가 다이 밑으로 이동할 경우, 부직포는 필라멘트의 중첩 레이다운(laydown), 기계적 점착(cohesiveness), 및 열 결합의 조합에 의해 제조될 수 있다. 방사-결합된 또는 배킹 층과 같은 또 다른 기재 상으로의 오버취입도 가능하다. 필라멘트가 회전 맨드릴 상에 권취되는 경우, 원통형 물품이 형성된다. 수분산성 섬유 레이-다운도 방사-결합 공정에 의해 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한,
(A)(i) 다이카복실산 잔기 하나 이상;
(ii) 전체 반복 단위 기준으로 약 4 내지 약 40 몰%의, 방향족 또는 지환족 고리에 부착된 금속 설포네이트기 1개 이상과 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 2개를 갖는 설포단량체 잔기 하나 이상;
(iii) 전체 다이올 잔기 기준으로 20 몰% 이상이 H-(OCH2-CH2)n-OH(이때, n은 2 내지 약 500 범위의 정수임)의 구조를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)인 다이올 잔기 하나 이상; 및
(iv) 전체 반복 단위 기준으로 0 내지 약 25 몰%의, 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 3개 이상을 갖는 분지화 단량체 잔기
를 포함하는 수분산성 중합체 조성물(이때 설포폴리에스터는 25℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖고; 상기 중합체 조성물은 상기 중합체 조성물의 전체 중량 기준으로 10 중량% 미만의 안료 또는 충전제를 함유한다)을 그의 유동점보다 높은 온도로 가열하는 단계;
(B) 필라멘트를 용융-방사하는 단계; 및
(C) 상기 단계 (B)의 필라멘트를 중첩하고 수집하여 부직포를 형성하는 단계
를 포함하는 수분산성 부직포의 제조 방법을 제공한다.
본원에서 상술한 바와 같이, 수분산성 중합체가 임의적으로 설포폴리에스터와 블렌딩될 수 있다. 또한, 비-수분산성 중합체가 임의적으로 설포폴리에스터와 블렌딩되어 비혼화성 블렌드인 블렌드를 형성할 수 있다. 다이카복실산, 설포단량체, 및 분지화 단량체 잔기는 전술한 바와 같다. 설포폴리에스터는 25℃ 이상의 Tg를 갖는다. 설포폴리에스터에 의해 나타나는 유리 전이 온도의 추가적인 예는 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 80℃ 이상, 및 90℃ 이상이다. 다른 Tg도 가능하지만, 본 발명의 건조 설포폴리에스터의 전형적인 유리 전이 온도는 약 30℃, 약 48℃, 약 55℃, 약 65℃, 약 70℃, 약 75℃, 약 85℃, 및 약 90℃이다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 다성분 섬유를 절단, 세척 및 과량의 물 탈수한 후에 제조된 수-습윤 마이크로섬유 제품(습윤 랩)은 습식-적층 부직 공정에 직접(즉, 추가 건조공정 없이) 사용된다. 습식-적층 부직 공정에 습윤 랩 제품을 직접 사용하는 것은 습윤 랩의 완전한 건조에 대한 필요성을 피함으로써, 상당한 에너지 및 장비 비용을 절약한다. 습윤 랩 생산 시설이 습식-적층 부직 제조 시설로부터 떨어져 위치하는 경우, 습윤 랩은 포장되어 습윤 랩 생산 장소로부터 부직 생산 장소로 운송될 수 있다. 이런 습윤 랩 조성물은 바로 하기에서 상세히 기술한다.
본 발명의 한 실시양태는, 물 및 복수의 합성 섬유를 포함하는 습윤 랩 조성물에 관한 것이다. 물은 습윤 랩 조성물의 50, 55 또는 60 중량% 이상 및/또는 90, 85 또는 80 중량% 이하를 구성할 수 있다. 상기 합성 섬유는 습윤 랩 조성물의 10, 15 또는 20 중량% 이상 및/또는 50, 45 또는 40 중량% 이하를 구성할 수 있다. 상기 물 및 상기 합성 섬유는 합쳐서 습윤 랩 조성물의 95, 98 또는 99 중량% 이상을 구성할 수 있다. 상기 합성 섬유는 0.25, 0.5 또는 1mm 이상 및/또는 25, 10 또는 2mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 상기 합성 섬유는 0.1, 0.5 또는 0.75 마이크론 이상 및/또는 10, 5 또는 2 마이크론 이하의 최소 횡방향 치수를 가질 수 있다.
본원에 사용된, "최소 횡방향 치수"는, 외부 캘리퍼법에 의해 섬유의 신장축에 대해 수직으로 측정된 섬유의 최소 치수로 정의된다. 본원에 사용된 "최대 횡방향 치수"는, 외부 캘리퍼법에 의해 섬유의 신장축에 대해 수직으로 측정된 섬유의 최대 치수로 정의된다. 도 1a, 1b, 및 1c는, 다양한 섬유 단면에서 이러한 치수들이 어떻게 측정될 수 있는지를 도시한다. 도 1a, 1b 및 1c에서, "TD최소"는 최소 횡방향 치수이고 "TD최대"는 최대 횡방향 치수이다. 본원에 사용된 "외부 캘리퍼법"는 섬유의 외부 치수 측정 방법으로서, 여기서 측정된 치수는 동일 평면상의 평행선 2개 사이의 거리이며, 이들 2개의 평행선 사이에 섬유가 위치하고, 각각의 평행선들이 섬유의 일반적으로 대향하는(opposite) 측면 상의 섬유의 외면과 접촉한다. 본원에서 제공된 모든 섬유 치수(예를 들어, 길이, 최소 횡방향 치수 및 최대 횡방향 치수)는, 명시된 그룹에 속하는 섬유들의 평균 치수이다.
상기 습윤 랩 조성물은, 10, 50 또는 100ppmw 이상 및/또는 1,000, 500, 250ppmw 이하의 양으로 섬유 최종처리(finishing) 조성물을 더 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 섬유 최종처리 조성물은 오일, 왁스 및/또는 지방산을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 섬유 최종처리 조성물은 천연 지방산 및/또는 천연 오일을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 섬유 최종처리 조성물은 광유, 스테아레이트 에스터, 소르비탄 에스터 및/또는 우족유를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 섬유 최종처리 조성물은 광유를 포함한다.
상기 습윤 랩 조성물은 0.001, 0.01, 또는 0.1 중량% 이상, 및/또는 5, 2, 또는 1 중량% 이하의 수분산성 중합체를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 수분산성 중합체는 하나 이상의 설포폴리에스터를 포함할 수 있다. 상기 설포폴리에스터는 본원에서 전술되었다.
상기 설포폴리에스터는
(A) 전체 산 잔기를 기준으로 약 50 내지 약 96 %의, 테레프탈산 및 아이소프탈산을 포함하는 다이카복실 산의 잔기 하나 이상,
(B) 전체 산 잔기를 기준으로 약 4 내지 약 40 몰%의, 방향족 또는 사이클로지방족 고리에 부착된 설포네이트기 1개 이상과 하이드록실, 카복실 또는 이들의 조합인 작용기 2개를 갖는 설포단량체 잔기 하나 이상, 및
(C) 다이올 잔기 하나 이상
을 포함한다.
상기 설포폴리에스터는 40℃ 이상 또는 50℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 가지며, 페놀/테트라클로로에탄 용매의 60/40 중량부 용액에서 40℃ 및 용매 100ml 중 설포폴리에스터 0.5g의 농도에서 측정된 0.2 dL/g 이상의 내재 점도(inherent viscosity)를 가지며, 240℃에서 1 rad/sec 변형률로 측정시 약 12,000, 8,000 또는 6,000 포아즈 미만의 용융 점도를 가질 수 있다.
습윤 랩 조성물의 상기 수 비-분산성 합성 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스터, 코폴리에스터, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 셀룰로스 에스터, 아크릴, 폴리염화비닐 및 이들의 블렌드로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 한 실시양태에서, 수 비-분산성 합성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단독중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 66 및 이들의 블렌드로 구성된 군으로부터 선택된다.
습윤 랩 조성물은 하기 단계 (A) 내지 (D)를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
(A) 수분산성 설포폴리에스터 하나 이상 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 수 비-분산성 합성 중합체 하나 이상을 포함하는, 15dpf 미만의 방사 데니어를 갖는 다성분 섬유를 제조하는 단계;
(B) 다성분 섬유를 25mm 미만의 길이를 갖는 절단된 다성분 섬유로 절단하는 단계;
(C) 상기 절단된 다성분 섬유를 물과 접촉시켜 설포폴리에스터를 제거함으로써, 물 및 설포폴리에스터의 적어도 일부를 포함하는 설포폴리에스터 분산액 중의 합성 섬유 슬러리를 제조하는 단계; 및
(D) 상기 슬러리로부터 설포폴리에스터 분산액의 적어도 일부를 제거함으로써 습윤 랩 조성물을 제조하는 단계.
상기 논의하였듯이, 습윤 랩 조성물은 습식-적층 공정에 직접 사용되어 부직포 물품을 제조할 수 있다. 습식-적층 공정 중에 습윤 랩을 사용하기 위해, 습윤 랩 조성물은 제조 위치로부터 습식-적층 부직 대역으로 운송된다. 상기 습윤 랩 조성물은 습식-적층 부직 대역 및/또는 습식-적층 직전에 추가적인 섬유와 혼합될 수 있다. 상기 추가적인 섬유는 셀룰로스 섬유 펄프, 무기 섬유, 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 라이오셀 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이욘 섬유, 셀룰로스 에스터 섬유 및 이들 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
습식-적층 공정의 일부로서, 상기 습윤 랩 조성물은 습식-적층 부직 대역 및/또는 습식-적층 부직 대역의 직전 상류에서 희석수와 혼합될 수 있다. 상기 희석수 및 습윤 랩은, 습윤 랩 1부당 희석수 50, 75, 90 또는 95 중량부 이상의 양으로 혼합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서는, 도 2, 3a, 3b, 및 4에 도시된 바와 같이, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공된다. 다성분 섬유는 본원에서 이미 언급한 바와 같다. 다성분 섬유와 관련된 추가의 개시내용은 하기 특허 및 특허출원에 제공되어 있다: 미국 특허 6,989,193; 7,635,745; 7,902,094; 7,892,993; 7,687,143; 및 미국 특허출원 12/199,304; 12/909,574; 13/273,692; 13/273,648; 13/273,710; 13/273,720; 13/273,929, 13/273,937; 13/273,727, 13/273,737; 13/273,745; 13/273,749; 12/966,502; 12/966,507; 12/975,450; 12/975,452; 12/975,456; 13/053,615; 13/352,362; 13/433,812; 13/433,854; 61/471,259; 61/472,964; 및 61/558,744. 상기 문헌들을 본원에 언급한 내용과 모순되지 않는 정도로 본원에 참고로 인용한다.
용어 "습윤 랩" 및 "마이크로섬유 생성물 스트림"은 본원에서 상호교환적으로 사용될 것이다.
도 2에 도시된 본 발명의 하나의 실시양태에서, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
(A) 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유(101)를 섬유 개방 대역(400)에서 가열된 수성 스트림(801)과 접촉시켜 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 가열된 수성 스트림(801)은 40℃ 이상의 온도이며, 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)는 물, 마이크로섬유 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계; 및
(B) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림(503) 및 제1 모액 스트림(501)을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 이 실시양태에서, 도 4에 도시한 바와 같은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300) 및 섬유 개방 영역(400)이 개방 공정 대역(1100)에서 하나의 유닛 조작으로 합쳐진다. 개방 공정 대역(1100)은 섬유 개방 대역(400)을 포함한다.
이 방법에 사용된 처리된 수성 스트림(103)은, 수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)으로 보내어 처리된 수성 스트림(103)을 생성함으로써 생성될 수 있다. 수성 스트림은 물을 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103) 내의 1가 금속 양이온은 약 1000 중량ppm 미만, 약 500 중량ppm 미만, 약 100 중량ppm 미만, 또는 약 50 중량ppm 미만일 수 있다. 수성 스트림(102)로부터의 2가 및 다가 금속 양이온의 제거가 수성 처리 대역(1000)의 하나의 기능이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 2가 및 다가 금속 양이온의 농도는 약 50 중량ppm 미만, 약 25 중량ppm 미만, 약 10 중량ppm 미만, 또는 약 5 중량ppm 미만이다. 스트림(103)의 온도는 지하수 온도 내지 약 40℃ 범위일 수 있다.
수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)에서 처리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법으로 달성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수성 처리 대역(1000)은, 수증기가 발생되고 응축되어 처리된 수성 스트림(103)을 생성하는 증류 장비를 포함한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 역삼투 멤브레인 분리 대역으로 보내어, 1가 및 2가 금속 양이온을 물로부터 제거하여 처리된 수성 스트림(103)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 이온 교환 수지로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 상업적 연수화 장치로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 2가 및 다가 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 이들 수처리 옵션의 임의의 조합을 이용하여 필요한 처리수 특성을 달성함을 이해하여야 한다.
처리된 수성 스트림(103)은, 공정 내의 필요한 임의의 위치로 보낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, 스트림(103)의 일부가 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내져, 천(cloth) 세척액 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내에 함유된 고체를 위한 세척액으로서 작용한다.
하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내져 가열된 수성 스트림을 생성한다. 열 교환기 대역(800)의 하나의 기능은 가열된 수성 스트림(801)을 특정의 제어된 온도로 생성하는 것이다.
하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림(800)은 처리된 수성 스트림(103) 및 제2 모액 스트림(601)이다. 또 하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림(800)은 처리된 수성 스트림(103), 제1 회수된 물 스트림(703)의 일부, 제1 모액 스트림(501)의 일부 및 제2 모액 스트림(601)의 일부를 포함한다.
스트림(801)의 온도를 조절하기 위한 당분야에 공지된 장치, 예를 들어 비제한적으로, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 스트림을 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 열 전달 유체를 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 전기적 가열 요소를 이용하는 임의의 열교환기, 및 스팀이 응축되고 응축물이 열교환기 대역(800)으로 공급되는 물과 혼합되는 직접적인 스팀 주입을 이용하는 임의의 용기 또는 탱크가 이용될 수 있다. 다성분 섬유 스트림(90)을 섬유 절단 대역(100)으로 보내어 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성한다. 다성분 섬유는 당분야에 공지된 임의의 다성분 구조를 가질 수 있다. 다성분 섬유는 본원에서 전술한 바와 같이 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 포함한다.
당분야에 공지된 임의의 장치를 사용하여 다성분 섬유 스트림(90)을 절단하여 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 50 mm 미만이다. 다른 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 25 mm 미만, 약 20 mm 미만, 약 15 mm 미만, 약 10 mm 미만, 약 5 mm 미만, 또는 약 2.5 mm 미만이다.
절단된 다성분 섬유 스트림(101) 및 가열된 처리된 수성 스트림(801)의 일부를 섬유 개방 대역(400)으로 보내어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 생성한다. 섬유 개방 대역(400)의 하나의 기능은, 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 중합체를 분리하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 적어도 일부가 상기 절단된 다성분 섬유 섬유로부터 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 현탁되도록 하는 것이다. 본 발명의 또하나의 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 50 내지 약 100 중량%가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다. 다른 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 스트림(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 75 내지 약 100 중량%, 약 90 내지 약 100 중량%, 또는 약 95 내지 약 100 중량%가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다.
스트림(201) 내의 출발 절단된 다성분 섬유의 직경 또는 데니어는, 섬유 개방 대역(400) 내의 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터가 분리되는 정도에 영향을 미친다. 전형적인 다성분 섬유 유형은 일반적으로 약 12 미크론 내지 약 20 미크론 범위의 직경을 갖는다. 유용한 다성분 섬유는 약 40 미크론 이상 직경 크기의 더 큰 출발 직경을 가질 수 있다. 절단된 다성분 섬유로부터 원하는 양의 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는데 필요한 시간은, 스트림(201) 내의 절단된 다성분 섬유의 직경이 증가함에 따라 증가한다.
본 발명의 이 실시양태에서, 도 4에 도시한 바와 같은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300) 및 섬유 개방 영역(400)이 합쳐져 도 2에 도시한 바와 같이 하나의 유닛 조작으로 달성된다. 이 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101)은 직접적으로 단일 유닛 조작으로 보내어져, 여기에서 섬유 개방 영역(400) 내에서 가열된 수성 스트림(801)과 혼합된다. 예를 들어, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 및 가열된 수성 스트림(801)이 직접적으로 섬유 개방 영역(400)에 첨가되는 단일 배취 혼합 장치에서, 절단된 다성분 섬유의 개방 또는 세척이 달성되는 배취 혼합 장치가 있다. 섬유 개방 대역은 하나 이상의 혼합 탱크를 포함할 수 있다. 이 실시양태에서, 상기 대역(200), (300) 및 (400)의 합쳐진 기능은, 도 5b aoc 도 5c에도시된 연속 교반식 탱크 반응기에서 달성될 수 있다. 이 실시양태에서, 상기 대역(200), (300) 및 (400)의 합쳐진 기능은, 상기 대역(200), (300) 및 (400)의 적절한 기능에 필요한 체류 시간, 온도 및 혼합 전단력의 기능적 요건을 달성할 수 있는 임의의 배취 또는 연속 혼합 장치에서 달성될 수 있다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 또한 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400) 내의 개방 공정에 영향을 주는 조건은 체류 시간, 슬러리 온도 및 전단력을 포함하며, 여기서 섬유 개방 대역(400) 내의 물 온도, 체류 시간의 범위, 적용된 전단의 정도는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)의 연속 수성상에 현탁되기에 충분한 정도로, 출발 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리할 필요에 의해 좌우된다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간은 약 5분 내지 약 10초, 약 3분 내지 약 20초, 또는 약 2분 내지 약 30초 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400)에서 충분한 혼합이 유지되어, 절단된 마이크로섬유의 침강이 최소가 되도록 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 현탁이 유지된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400) 내의 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량은 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 5% 미만, 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 3% 미만, 또는 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 1% 미만이다.
섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방은, 허용가능한 체류 시간, 온도 및 혼합 범위를 가능하게 할 수 있는 임의의 장치에서 달성될 수 있다. 적합한 장치의 예로는 비제한적으로 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같은 교반식 배취 탱크, 연속 교반식 탱크 반응기, 및 도 6a에 도시된 바와 같이 고체가 슬러리로부터 침강되는 것을 최소화하기에 충분한 흐름을 이용하는 파이프가 포함된다. 섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방을 달성하기 위한 단위 조작의 한 예는 플러그(plug) 흐름 반응기이며, 여기서는 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)가 영역(400) 플러그 흐름 장치, 전형적으로 원형 파이프 또는 도관으로 보내진다. 플러그 흐름 장치에서의 물질의 체류 시간은, 장치 내의 충전된 부피를 장치 내의 부피 유속으로 나눔으로써 산출된다. 장치 내의 물질 속도는, 흐름 채널의 단면적을 장치를 통과하는 액체의 부피 흐름으로 나눈 값으로 정의된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은, 파이프내의 물질 유속이 0.1 내지 약 20 ft/초, 0.2 내지 약 10 ft/초, 또는 약 0.5 내지 약 5 ft/초 범위일 수 있는 파이프 또는 도관을 포함할 수 있다. 파이프 또는 도관 내의 유체 또는 슬러리의 흐름의 경우, 레이놀즈 수(Reynolds number)는, 방향 및 시간 둘다에 대해 불규칙적인 유체 와류(eddy current)의 난류도 또는 움직임을 기술하는데 유용한 무차원 수이다. 파이프 또는 관에서의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는 일반적으로 하기와 같이 정의된다:
Figure pct00002
상기 식에서,
D H 는 파이프의 수력학적 직경(L)(m 단위)이고;
Q는 부피 유속(m3/s)이고,
A는 파이프 단면적(m2)이고,
υ는 유체 대비 물체의 평균 속도(SI 단위: m/s)이고,
μ는 유체의 동역학적 점도(Pa·s 또는 N·s/m2 또는 kg/(m·s))이고,
v는 동적 점도(v=μ/ρ)(m2/s)이고,
ρ는 유체의 밀도(kg/m3)이다.
직경 D의 파이프에서의 흐름의 경우, 실험적 관찰은, 완전 발달된 흐름의 경우 Re D 가 2000 미만일 때 층상(laminar) 흐름이 발생하고, Re D 가 4000 초과일 때 난류(turbulent) 흐름이 발생한다. 2300과 4000 사이에서는, 다른 인자, 예컨대 파이프 조도 및 흐름 균일도에 따라, 층상 및 난류 흐름이 가능하다("전이" 흐름).
섬유 개방 대역(400)은, 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 섬유 개방 대역(400) 내의 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 약 2,100 내지 약 6,000, 약 3,000 내지 약 6,000, 또는 약 3,500 내지 약 6,000 범위일 수 있다. 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 상기 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 2,500 이상, 약 3,500 이상 또는 약 4,000 이상이다.
섬유 개방 대역(400)은, 파이프 또는 도관 내에 혼합 장치가 삽입된 파이프 또는 도관을 포함한다. 상기 장치는 인-라인 혼합 장치를 포함할 수 있다. 인-라인 혼합 장치는, 이동성 부분이 없는 정적 혼합기(static mixer)일 수 있다. 또하나의 실시양태에서, 상기 인-라인 혼합 장치는 이동성 부분을 포함한다. 비제한적으로, 그러한 요소는, 파이프를 통한 흐름에 의해 달성되는 것이 아니라 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)에 더 많은 혼합 에너지를 부여할 목적을 위한 기계적 장치이다. 상기 장치는, 섬유 개방 대역으로서 사용된 파이프 구역의 초기, 상기 파이프 구역의 말기, 또는 파이프 흐름 경로 내의 임의의 위치에 삽입될 수 있다.
수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 및 제1 모액 스트림(501)을 포함하는 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)내의 고체의 중량%는 약 0.1 내지 약 20 중량%, 약 0.3 내지 약 10 중량%, 약 0.3 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 2.5 중량% 범위일 수 있다.
마이크로섬유 생성물 스트림(503)내의 고체의 중량%는 약 10 내지 약 65 중량%, 약 15 내지 약 50 중량%, 약 25 내지 약 45 중량%, 또는 약 30 내지 약 40 중량% 범위일 수 있다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 분리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 물을 포함하는 세척 스트림(103)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보낸다. 세척 스트림(103)은, 제1 고액 분리 대역(500) 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 천 매체에서 마이크로섬유 생성물 스트림을 세척하여 세액 스트림(502)를 생성하는데 사용될 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을, 제1 고액 분리 대역(500)으로 유입되기 전의 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)과 합할 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을 제2 고액 분리 대역(600)으로 보낼 수 있다. 세액 스트림(502)은 마이크로섬유를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 200 미크론 이하의 개구부를 가진 필터 매체를 통과하는 마이크로섬유 질량의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 2 g 범위이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 매체의 필터 개구부는 약 43 미크론 내지 3000 미크론, 약 100 미크론 내지 2000 미크론, 또는 약 500 미크론 내지 2000 미크론 범위일 수 있다.
제1 고액 분리 대역(500)에서 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유 생성물 스트림을 분리하는 것은, 하나 또는 여러 개의 고액 분리 장치에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500)에서의 분리는, 배취 및/또는 연속 식으로 작동되는 고액 분리 장치 또는 장치들에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500) 내의 적합한 고액 분리 장치는, 비제한적으로 하기 중 하나를 포함할 수 있다: 천공된 바스켓 원심분리기, 연속 진공 벨트 필터, 배취 진공 너트쉬필터(nutschfilter), 배취 천공된 침강 탱크, 트윈 와이어 탈수 장치, 압축 영역이 구비된 연속 수평 벨트 필터, 웨지(wedge) 와이어 필터 매체가 구비된 비진동 경사 스크린 장치, 연속 진공 드럼 필터, 탈수 콘베이어 벨트 등.
하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은 트윈 와이어 탈수 장치를 포함하며, 여기서는 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)이 보내진다. 트윈 와이어 탈수 장치의 제1 대역에서는, 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 중력으로 인해 그리고 두 이동 필터 천 사이의 매 좁은 갭으로부터 물이 배수된다. 트윈 와이어 탈수 장치의 하류 대역에서는, 두 필터 천 및 이들 두 필터 천 사이의 마이크로섬유 물질이 한번 이상 압축되어 상기 마이크로섬유 물질 내의 수분을 기계적으로 감소시킨다. 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는, 상기 두 필터 천 및 함유된 마이크로섬유 물질을, 두 필터 천 및 이들 사이의 마이크로섬유 물질 상에 압축력을 가하는 하나 이상의 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다. 또 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는 상기 두 필터 천 및 마이크로섬유 물질을 하나 이상의 가압 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 각 가압 롤러 세트에 대해 기계적 탈수에 의해 가해지는 힘은, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 25 내지 약 300 lb 범위, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 50 내지 약 200 lb 범위, 또는 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 70 내지 약 125 lb 범위일 수 있다. 트윈 와이어 탈수 장치의 고체 배출 대역에서 두 필터 천이 분리되고 나뉘어짐에 따라 트윈 와이어 탈수 장치로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)이 배출된다. 배출된 마이크로섬유 물질의 두께는 약 0.2 내지 약 1.5 인치, 약 0.3 내지 약 1.25 인치, 또는 약 0.4 내지 약 1 인치 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 연속적으로 필터 매체에 적용된다. 또하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 주기적으로 필터 매체에 적용된다.
또 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은, 도 7에 예시된 바와 같이 중력 배수 대역 및 가압 탈수 대역을 포함하는 벨트 필터 장치를 포함한다. 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)을, 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 보내고, 이는 먼저 중력 배수 대역을 통과한 다음 도 6b에 도시된 바와 같은 롤러들이 구불구불한 배열로 포함된 가압 탈수 대역 또는 프레스 대역을 통과한다. 상기 벨트가 상기 롤러를 통해 공급됨에 따라, 고체로부터 물이 빠져나온다. 이 공정에서 벨트가 최종 롤러 쌍을 통과하면 필터 천이 분리되고 벨트 필터 장치로부터 고체가 배출된다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서는, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제1 모액 스트림(501)에 함유된 물의 적어도 일부가 회수되고 재순환된다. 제1 모액 스트림(501)은 제1 고액 분리 대역(500)으로 재순환될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 제거에서의 상기 제1 고액 분리 대역의 효율에 따라, 제1 모액 스트림(501)은 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 제1 모액 스트림(501)은, 관통(breakthrough) 및 천 세척으로 인해 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 소량의 고체를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 2000 미크론 이하의 개구부를 가진 제1 고체 분리 대역 내 필터 매체를 통과하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 물질의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 약 2 g 범위이다. 제1 모액 스트림(501)을 제1 농축 대역(700) 및 열교환 대역(800)(이 대역들에서는 부정적인 영향을 미치는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체가 수집되고 축적될 수 있다)으로 보내기 전에 상기 스트림(501)내의 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 최소화하는 것이 바람직하다.
제2 고액 분리 대역(600)은, 제1 모액 스트림(501)에 존재하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체의 적어도 일부를 제거하여, 수 비-분산성 마이크로섬유를 포함하는 제2 습윤 케익 스트림(602) 및 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제2 모액 스트림(601)을 생성하는 기능을 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)는 제1 농축 대역(700) 및/또는 열교환기 대역(800)으로 보내어지며, 이때 제1 농축 대역(700)으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 중량%는 0 내지 100% 범위일 수 있으며, 상기 스트림의 나머지는 열교환기 대역(800)으로 보내진다. 제2 모액 스트림(601)은 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(400)으로 보내지기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은, 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 임의의 부분은 분리 공정으로 처리되어 제1 회수된 물 스트림(703) 및 수분산성 설포폴리에스터가 풍부한 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성하며, 이때 제1 중합체 농축물 스트림(702) 내의 수분산성 설포폴리에스터의 중량%는 약 5 내지 약 85중량%, 약 10 내지 약 65중량%, 또는 약 15 내지 약 45중량% 범위일 수 있다. 제1 회수된 물 스트림(703)은 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(400)으로 보내지기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 상기 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역(700)에서 제2 모액 스트림(601)으로부터 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 물이 제거되어 제1 중합체 농축 스트림(702)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물의 제거는, 배취 또는 연속 증발 장치에서 물을 비등시키는 것에 의한 증발 공정을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 박막 증발기를 이 용도에 사용될 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 나노여과 매체를 포함하는 멤브레인 기술을 사용하여 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 추출 장치를 포함하는 공정을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 추출하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 증발, 멤브레인 및 추출 단계들의 조합을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 분리하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 이어서 공정 밖으로 배출할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 제2 농축 대역(900)으로 보내어져, 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)(이때 중합체의 중량%는 약 95 내지 약 100%임) 및 물을 포함하는 증기 스트림(902)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 스트림(903)은 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다. 제2 농축 대역(900)에 적합한 장치는, 수분산성 중합체의 수성 분산액을 공급할 수 있고 95% 내지 100% 수분산성 중합체 스트림(903)을 생성할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 포함한다. 이 실시양태는, 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액을 제2 농축 대역(900)으로 공급하는 것을 포함한다. 공급 스트림의 온도는 전형적으로 100℃ 미만이다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)은, 회전하는 수송 스크류를 함유하는 자켓화된 관형 쉘(shell)을 특징으로 하는 하나 이상의 장치(이때 상기 수송 스크류는 열전달 유체 또는 스팀으로 가열되며 수송 및 고전단 혼합 요소 둘다를 포함함)를 포함한다. 상기 자켓 또는 쉘은 배기되어 증기가 제거되게 한다. 쉘 자켓은, 장치의 길이를 따라 다른 온도 설정점이 가능하게 하도록 대역화될 수 있다. 연속 조작 중에, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하며, 제2 농축 대역(900)으로 연속적으로 공급된다. 상기 장치 내에서, 정상 상태(steady state) 중에 적어도 3개의 분명하고 상이한 형태로 물질이 존재한다. 장치 내에서 물질은 우선 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액으로서 존재한다. 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액이 장치를 통해 이동함에 따라, 자켓 및 내부 스크류의 열로 인해 물이 증발된다. 충분한 물이 증발되면, 상기 물질은, 설포폴리에스터 중합체의 용융점보다 낮은 온도에서 점성 플러그(plug)를 포함하는 제2 형태가 된다. 수성 분산액은 이 점성 플러그를 지나 흐를 수 없으며, 상기 장치의 제1 수성 분산액 대역에 국한된다. 자켓의 열, 내부 가열된 스크류의 열, 및 이 고점성 플러그 물질의 혼합 전단력으로 인한 열 때문에, 이 위치에 존재하는 물의 실질적으로 모두가 증발되고, 온도는 설포에스터의 용융 온도가 도달될 때까지 상승하여, 용융된 설포폴리에스터 중합체를 포함하는 물질의 제3의 최종 물리적 형태가 상기 장치에서 생성된다. 이어서, 용융된 설포폴리에스터 중합체는 압출 다이를 통해 상기 장치를 나오며, 전형적으로 당분야에 공지된 임의의 방식으로 냉각되고 펠렛으로 절단된다. 상술한 제2 농축 대역(900)을 위한 장치는 또한 배취 방식으로 작동될 수 있음을 이해해야 하며, 여기서는 상기 장치의 길이 전체에 걸쳐 수성 분산액을 시작으로 점성 플러그 물질 및 최종적으로 설포폴리에스터 용융물의 연속적 순서로 다른 시간대에서 상술한 물질의 세 가지 물리적 형태가 발생한다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)에서 발생된 증기는 응축되어 열교환기 대역(800)으로 보내지고/지거나, 폐기되고/되거나, 세척 스트림(103)으로 보내질 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 수증기를 포함하는 응축된 증기 스트림(902)은 열교환기 대역(800)으로 보내어져 스트림(801)에 필요한 온도를 생성하는데 필요한 에너지의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 용융상으로 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 중합체를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 냉각하고 펠렛으로 쵸핑할 수 있다.
상기 공정으로 불순물이 유입되어, 회수되고 재순환되는 물에 농축될 수 있다. 하나 이상의 퍼지 스트림(603) 및 (701)을 이용하여 제2 모액(601) 및 제1 회수된 물 스트림(701) 내의 불순물의 농도를 허용가능한 수준으로 조절할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 제1 회수된 물 스트림(701)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
(A) 섬유 슬러리 대역(200)에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유(101)를 처리된 수성 스트림(103)과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(201)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유(101)는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 처리된 수성 스트림(103)은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(201) 및 가열된 수성 스트림(801)을 섬유 개방 대역(400)에서 접촉시켜 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
(C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림(503) 및 제1 모액 스트림(501)을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
본 발명의 이 실시양태에서, 도 4에 도시한 바와 같은 혼합 대역(300) 및 섬유 개방 영역(400)이 개방 공정 대역(1100)에서 하나의 유닛 조작으로 합쳐진다. 개방 공정 대역(1100)은 섬유 슬러리 대역(200) 및 섬유 개방 대역(400)을 포함한다.
이 방법에 사용하기 위한 처리된 수성 스트림(103)은, 수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)으로 보내어 처리된 수성 스트림(103)을 생성함으로써 생성될 수 있다. 수성 스트림은 물을 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103) 내의 1가 금속 양이온은 약 1000 중량ppm 미만, 약 500 중량ppm 미만, 약 100 중량ppm 미만, 또는 약 50 중량ppm 미만일 수 있다. 수성 스트림(102)로부터의 2가 및 다가 금속 양이온의 제거가 수성 처리 대역(1000)의 하나의 기능이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 2가 및 다가 금속 양이온의 농도는 약 50 중량ppm 미만, 약 25 중량ppm 미만, 약 10 중량ppm 미만, 또는 약 5 중량ppm 미만이다. 스트림(103)의 온도는 지하수 온도 내지 약 40℃ 범위일 수 있다.
수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)에서 처리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법으로 달성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수성 처리 대역(1000)은, 수증기가 발생되고 응축되어 처리된 수성 스트림(103)을 생성하는 증류 장비를 포함한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 역삼투 멤브레인 분리 대역으로 보내어, 1가 및 2가 금속 양이온을 물로부터 제거하여 처리된 수성 스트림(103)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 이온 교환 수지로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 상업적 연수화 장치로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 2가 및 다가 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 이들 수처리 옵션의 임의의 조합을 이용하여 필요한 처리수 특성을 달성함을 이해하여야 한다.
처리된 수성 스트림(103)을, 공정 내의 필요한 임의의 위치로 보낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, 스트림(103)의 일부가 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내져, 천(cloth) 세척액 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내에 함유된 고체를 위한 세척액으로서 작용한다.
하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내지고 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내진다. 열 교환기 대역(800)의 하나의 기능은 가열된 수성 스트림(801)을 특정의 제어된 온도로 생성하는 것이다.
하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림(800)은 처리된 수성 스트림(103) 및 제2 모액 스트림(601)이다. 또 하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림(800)은 처리된 수성 스트림(103), 제1 회수된 물 스트림(703), 제1 모액 스트림(501) 및 제2 모액 스트림(601)를 포함한다.
스트림(801)의 온도를 조절하기 위한 당분야에 공지된 장치, 예를 들어 비제한적으로, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 스트림을 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 열 전달 유체를 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 전기적 가열 요소를 이용하는 임의의 열교환기, 및 스팀이 응축되고 응축물이 열교환기 대역(800)으로 공급되는 물과 혼합되는 직접적인 스팀 주입을 이용하는 임의의 용기 또는 탱크가 이용될 수 있다. 다성분 섬유 스트림(90)을 섬유 절단 대역(100)으로 보내어 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성한다. 다성분 섬유는 당분야에 공지된 임의의 다성분 구조를 가질 수 있다. 다성분 섬유는 본원에서 전술한 바와 같이 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 포함한다.
당분야에 공지된 임의의 장치를 사용하여 다성분 섬유 스트림(90)을 절단하여 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 50 mm 미만이다. 다른 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 25 mm 미만, 약 20 mm 미만, 약 15 mm 미만, 약 10 mm 미만, 약 5 mm 미만, 또는 약 2.5 mm 미만이다.
절단된 다성분 섬유 스트림(101) 및 가열된 처리된 수성 스트림(801)의 일부를 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내어, 물 및 절단된 다성분 섬유를 포함하는 절단된 다성분 섬유 슬러리(201)을 생성한다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는 약 35 중량% 내지 약 1중량%, 약 25 중량% 내지 약 1중량%, 약 15 중량% 내지 약 1중량%, 또는 약 7 중량% 내지 약 1중량% 범위일 수 있다.
절단된 다성분 섬유 슬러리(201)의 온도는 약 5 내지 약 45℃, 약 10 내지 약 35℃, 또는 약 10 내지 약 25℃ 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 섬유 슬러리 대역(200)은 절단된 다성분 섬유의 연속 수성상 중의 현탁액을 생성하기에 충분한 교반을 구비한 탱크를 포함한다.
고체를 물과 혼합하고 생성된 절단된 다성분 섬유의 연속 수성상 중의 현탁액을 유지하기에 적합한 것으로 당분야에 공지된 임의의 장치를 섬유 슬러리 대역(200)에 사용할 수 있다. 섬유 슬러리 대역(200)은 연속 또는 배취 모드로 작동되는 배취 또는 연속 혼합 장치를 포함할 수 있다. 섬유 슬러리 대역(200)에 사용하기에 적합한 장치는 비제한적으로 하이드로-펄프화기, 연속 교반식 탱크 반응기, 배취 모드로 작동되는 교반을 구비한 탱크가 포함된다.
이어서, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201)는 섬유 개방 대역(400)으로 보내질 수 있다. 섬유 개방 대역(400)의 하나의 기능은, 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 중합체를 분리하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 적어도 일부가 상기 절단된 다성분 섬유 섬유로부터 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 현탁되도록 하는 것이다. 본 발명의 또하나의 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 50 내지 약 100 중량% 가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다. 다른 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 스트림(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 75 내지 약 100 중량%, 약 90 내지 약 100 중량%, 또는 약 95 내지 약 100 중량%가 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다.
스트림(201) 내의 출발 절단된 다성분 섬유의 직경 또는 데니어는, 섬유 개방 대역(400) 내의 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터가 분리되는 정도에 영향을 미친다. 전형적인 다성분 섬유 유형은 일반적으로 약 12 미크론 내지 약 20 미크론 범위의 직경을 갖는다. 유용한 다성분 섬유는 약 40 미크론 이상 직경 크기의 더 큰 출발 직경을 가질 수 있다. 절단된 다성분 섬유로부터 원하는 양의 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는데 필요한 시간은, 스트림(201) 내의 절단된 다성분 섬유의 직경이 증가함에 따라 증가한다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 또한 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400) 내의 개방 공정에 영향을 주는 조건은 체류 시간, 슬러리 온도 및 전단력을 포함하며, 여기서 섬유 개방 대역(400) 내의 물 온도, 체류 시간의 범위, 적용된 전단의 정도는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)의 연속 수성상에 현탁되기에 충분한 정도로 출발 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리할 필요에 의해 좌우된다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간은 약 5분 내지 약 10초, 약 3분 내지 약 20초, 또는 약 2분 내지 약 30초 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400)에서 충분한 혼합이 유지되어, 절단된 마이크로섬유의 침강이 최소가 되도록 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 현탁이 유지된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400) 내의 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량은 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 5% 미만, 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 3% 미만, 또는 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 1% 미만이다.
섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방은, 허용가능한 체류 시간, 온도 및 혼합 범위를 가능하게 할 수 있는 임의의 장치에서 달성될 수 있다. 적합한 장치의 예로는 비제한적으로 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같은 교반식 배취 탱크, 연속 교반식 탱크 반응기, 및 도 6a에 도시된 바와 같이 고체가 슬러리로부터 침강되는 것을 최소화하기에 충분한 흐름을 이용하는 파이프가 포함된다. 섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방을 달성하기 위한 단위 조작의 한 예는 플러그(plug) 흐름 반응기이며, 여기서는 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)가 영역(400) 플러그 흐름 장치, 전형적으로 원형 파이프 또는 도관으로 보내진다. 플러그 흐름 장치에서의 물질의 체류 시간은, 장치 내의 충전된 부피를 장치 내의 부피 유속으로 나눔으로써 산출된다. 장치 내의 물질 속도는, 흐름 채널의 단면적을 장치를 통과하는 액체의 부피 흐름으로 나눈 값으로 정의된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은, 파이프내의 물질 유속이 0.1 내지 약 20 ft/초, 0.2 내지 약 10 ft/초, 또는 약 0.5 내지 약 5 ft/초 범위일 수 있는 파이프 또는 도관을 포함할 수 있다. 파이프 또는 도관 내의 유체 또는 슬러리의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는, 방향 및 시간 둘다에 대해 불규칙적인 유체 와류의 난류도 또는 움직임을 기술하는데 유용한 무차원 수이다. 파이프 또는 관에서의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는 일반적으로 하기와 같이 정의된다:
Figure pct00003
상기 식에서,
D H 는 파이프의 수력학적 직경(L)(m 단위)이고;
Q는 부피 유속(m3/s)이고,
A는 파이프 단면적(m2)이고,
υ는 유체 대비 물체의 평균 속도(SI 단위: m/s)이고,
μ는 유체의 동역학적 점도(Pa·s 또는 N·s/m2 또는 kg/(m·s))이고,
v는 동적 점도(v=μ/ρ)(m2/s)이고,
ρ는 유체의 밀도(kg/m3)이다.
직경 D의 파이프에서의 흐름의 경우, 실험적 관찰은, 완전 발달된 흐름의 경우 Re D 가 2000 미만일 때 층상 흐름이 발생하고, Re D 가 4000 초과일 때 난류 흐름이 발생한다. 2300과 4000 사이에서는, 다른 인자, 예컨대 파이프 조도 및 흐름 균일도에 따라, 층상 및 난류 흐름이 가능하다("전이" 흐름).
섬유 개방 대역(400)은, 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 섬유 개방 대역(400) 내의 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 약 2,100 내지 약 6,000, 약 3,000 내지 약 6,000, 또는 약 3,500 내지 약 6,000 범위일 수 있다. 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 상기 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 2,500 이상, 약 3,500 이상 또는 약 4,000 이상이다.
섬유 개방 대역(400)은, 파이프 또는 도관 내에 혼합 장치가 삽입된 파이프 또는 도관을 포함한다. 상기 장치는 인-라인 혼합 장치를 포함할 수 있다. 인-라인 혼합 장치는, 이동성 부분이 없는 정적 혼합기(static mixer)일 수 있다. 또하나의 실시양태에서, 상기 인-라인 혼합 장치는 이동성 부분을 포함한다. 비제한적으로, 그러한 요소는, 파이프를 통한 흐름에 의해 달성되는 것이 아니라 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)에 더 많은 혼합 에너지를 부여할 목적을 위한 기계적 장치이다. 상기 장치는, 섬유 개방 대역으로서 사용된 파이프 구역의 초기, 상기 파이프 구역의 말기, 또는 파이프 흐름 경로 내의 임의의 위치에 삽입될 수 있다.
수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 및 제1 모액 스트림(501)을 포함하는 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)내의 고체의 중량%는 약 0.1 내지 약 20 중량%, 약 0.3 내지 약 10 중량%, 약 0.3 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 2.5 중량% 범위일 수 있다.
마이크로섬유 생성물 스트림(503)내의 고체의 중량%는 약 10 내지 약 65 중량%, 약 15 내지 약 50 중량%, 약 25 내지 약 45 중량%, 또는 약 30 내지 약 40 중량% 범위일 수 있다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 분리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 물을 포함하는 세척 스트림(103)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보낸다. 세척 스트림(103)은, 제1 고액 분리 대역(500) 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 천 매체에서 마이크로섬유 생성물 스트림을 세척하여 세액 스트림(502)를 생성하는데 사용될 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을, 제1 고액 분리 대역(500)으로 유입되기 전의 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)과 합할 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을 제2 고액 분리 대역(600)으로 보낼 수 있다. 세액 스트림(502)은 마이크로섬유를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 200 미크론 이하의 개구부를 가진 필터 매체를 통과하는 마이크로섬유 질량의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 2 g 범위이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 매체의 필터 개구부는 약 43 미크론 내지 3000 미크론, 약 100 미크론 내지 2000 미크론, 또는 약 500 미크론 내지 2000 미크론 범위일 수 있다.
제1 고액 분리 대역(500)에서 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유 생성물 스트림을 분리하는 것은, 하나 또는 여러 개의 고액 분리 장치에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500)에서의 분리는, 배취 및/또는 연속 식으로 작동되는 고액 분리 장치 또는 장치들에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500) 내의 적합한 고액 분리 장치는, 비제한적으로 하기 중 하나를 포함할 수 있다: 천공된 바스켓 원심분리기, 연속 진공 벨트 필터, 배취 진공 너트쉬필터(nutschfilter), 배취 천공된 침강 탱크, 트윈 와이어 탈수 장치, 압축 영역이 구비된 연속 수평 벨트 필터, 웨지(wedge) 와이어 필터 매체가 구비된 비진동 경사 스크린 장치, 연속 진공 드럼 필터, 탈수 콘베이어 벨트 등.
하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은 트윈 와이어 탈수 장치를 포함하며, 여기서는 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)이 보내진다. 트윈 와이어 탈수 장치의 제1 대역에서는, 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 중력으로 인해 그리고 두 이동 필터 천 사이의 매 좁은 갭으로부터 물이 배수된다. 트윈 와이어 탈수 장치의 하류 대역에서는, 두 필터 천 및 이들 두 필터 천 사이의 마이크로섬유 물질이 한번 이상 압축되어 상기 마이크로섬유 물질 내의 수분을 기계적으로 감소시킨다. 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는, 상기 두 필터 천 및 함유된 마이크로섬유 물질을, 두 필터 천 및 이들 사이의 마이크로섬유 물질 상에 압축력을 가하는 하나 이상의 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다. 또 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는 상기 두 필터 천 및 마이크로섬유 물질을 하나 이상의 가압 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 각 가압 롤러 세트에 대해 기계적 탈수에 의해 가해지는 힘은, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 25 내지 약 300 lb 범위, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 50 내지 약 200 lb 범위, 또는 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 70 내지 약 125 lb 범위일 수 있다. 트윈 와이어 탈수 장치의 고체 배출 대역에서 두 필터 천이 분리되고 나뉘어짐에 따라 트윈 와이어 탈수 장치로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)이 배출된다. 배출된 마이크로섬유 물질의 두께는 약 0.2 내지 약 1.5 인치, 약 0.3 내지 약 1.25 인치, 또는 약 0.4 내지 약 1 인치 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 연속적으로 필터 매체에 적용된다. 또하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 주기적으로 필터 매체에 적용된다.
또 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은, 도 7에 예시된 바와 같이 중력 배수 대역 및 가압 탈수 대역을 포함하는 벨트 필터 장치를 포함한다. 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)을, 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 보내고, 이는 먼저 중력 배수 대역을 통과한 다음 도 6b에 도시된 바와 같은 롤러들이 구불구불한 배열로 포함된 가압 탈수 대역 또는 프레스 대역을 통과한다. 상기 벨트가 상기 롤러를 통해 공급됨에 따라, 고체로부터 물이 빠져나온다. 이 공정에서 벨트가 최종 롤러 쌍을 통과하면 필터 천이 분리되고 벨트 필터 장치로부터 고체가 배출된다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서는, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제1 모액 스트림(501)에 함유된 물의 적어도 일부가 회수되고 재순환된다. 제1 모액 스트림(501)은 제1 고액 분리 대역(500)으로 재순환될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 제거에서의 상기 제1 고액 분리 대역의 효율에 따라, 제1 모액 스트림(501)은 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 제1 모액 스트림(501)은, 관통 및 천 세척으로 인해 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 소량의 고체를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 2000 미크론 이하의 개구부를 가진 제1 고체 분리 대역 내 필터 매체를 통과하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 물질의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 약 2 g 범위이다. 제1 모액 스트림(501)을 제1 농축 대역(700) 및 열교환 대역(800)(이 대역들에서는 부정적인 영향을 미치는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체가 수집되고 축적될 수 있다)으로 보내기 전에 상기 스트림(501)내의 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 최소화하는 것이 바람직하다.
제2 고액 분리 대역(600)은, 제1 모액 스트림(501)에 존재하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체의 적어도 일부를 제거하여, 수 비-분산성 마이크로섬유를 포함하는 제2 습윤 케익 스트림(602) 및 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제2 모액 스트림(601)을 생성하는 기능을 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)는 제1 농축 대역(700) 및/또는 열교환기 대역(800)으로 보내어지며, 이때 제1 농축 대역(700)으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 중량%는 0 내지 100% 범위일 수 있으며, 상기 스트림의 나머지는 열교환기 대역(800)으로 보내진다. 제2 모액 스트림(601)은 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(400)으로 보내지기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은, 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 임의의 부분은 분리 공정으로 처리되어 제1 회수된 물 스트림(703) 및 수분산성 설포폴리에스터가 풍부한 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성하며, 이때 제1 중합체 농축물 스트림(702) 내의 수분산성 설포폴리에스터의 중량%는 약 5 내지 약 85중량%, 약 10 내지 약 65중량%, 또는 약 15 내지 약 45중량% 범위일 수 있다. 제1 회수된 물 스트림(703)은 섬유 슬러리 대역(200), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200) 및/또는 (400)으로 보내지기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 상기 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역(700)에서 제2 모액 스트림(601)으로부터 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 물이 제거되어 제1 중합체 농축 스트림(702)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물의 제거는, 배취 또는 연속 증발 장치에서 물을 비등시키는 것에 의한 증발 공정을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 박막 증발기를 이 용도에 사용될 수 있다.
또 하나의 실시양태에서, 나노여과 매체를 포함하는 멤브레인 기술을 사용하여 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 추출 장치를 포함하는 공정을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 추출하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 증발, 멤브레인 및 추출 단계들의 조합을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 분리하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 이어서 공정 밖으로 배출할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 제2 농축 대역(900)으로 보내어져, 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)(이때 중합체의 중량%는 약 95 내지 약 100%임) 및 물을 포함하는 증기 스트림(902)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 스트림(903)은 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다. 제2 농축 대역(900)에 적합한 장치는, 수분산성 중합체의 수성 분산액을 공급할 수 있고 95% 내지 100% 수분산성 중합체 스트림(903)을 생성할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 포함한다. 이 실시양태는, 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액을 제2 농축 대역(900)으로 공급하는 것을 포함한다. 공급 스트림의 온도는 전형적으로 100℃ 미만이다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)은, 회전하는 수송 스크류를 함유하는 자켓화된 관형 쉘(shell)을 특징으로 하는 하나 이상의 장치(이때 상기 수송 스크류는 열전달 유체 또는 스팀으로 가열되며 수송 및 고전단 혼합 요소 둘다를 포함함)를 포함한다. 상기 자켓 또는 쉘은 배기되어 증기가 제거되게 한다. 쉘 자켓은, 장치의 길이를 따라 다른 온도 설정점이 가능하게 하도록 대역화될 수 있다. 연속 조작 중에, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하며, 제2 농축 대역(900)으로 연속적으로 공급된다. 상기 장치 내에서, 정상 상태(steady state) 중에 적어도 3개의 분명하고 상이한 형태로 물질이 존재한다. 장치내에서 물질은 우선 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액으로서 존재한다. 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액이 장치를 통해 이동함에 따라, 자켓 및 내부 스크류의 열로 인해 물이 증발된다. 충분한 물이 증발되면, 상기 물질은, 설포폴리에스터 중합체의 용융점보다 낮은 온도에서 점성 플러그(plug)를 포함하는 제2 형태가 된다. 수성 분산액은 이 점성 플러그를 지나 흐를 수 없으며, 상기 장치의 제1 수성 분산액 대역에 국한된다. 자켓의 열, 내부 가열된 스크류의 열, 및 이 고점성 플러그 물질의 혼합 전단력으로 인한 열 때문에, 이 위치에 존재하는 물의 실질적으로 모두가 증발되고, 온도는 설포에스터의 용융 온도가 도달될 때까지 상승하여, 용융된 설포폴리에스터 중합체를 포함하는 물질의 제3의 최종 물리적 형태가 상기 장치에서 생성된다. 이어서, 용융된 설포폴리에스터 중합체는 압출 다이를 통해 상기 장치를 나오며, 전형적으로 당분야에 공지된 임의의 방식으로 냉각되고 펠렛으로 절단된다. 상술한 제2 농축 대역(900)을 위한 장치는 또한 배취 방식으로 작동될 수 있음을 이해해야 하며, 여기서는 상기 장치의 길이 전체에 걸쳐 수성 분산액을 시작으로 점성 플러그 물질 및 최종적으로 설포폴리에스터 용융물의 연속적 순서로 다른 시간대에서 상술한 물질의 세 가지 물리적 형태가 발생한다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)에서 발생된 증기는 응축되어 열교환기 대역(800)으로 보내지고/지거나, 폐기되고/되거나, 세척 스트림(103)으로 보내질 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 수증기를 포함하는 응축된 증기 스트림(902)은 열교환기 대역(800)으로 보내어져 스트림(801)에 필요한 온도를 생성하는데 필요한 에너지의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 용융상으로 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 중합체를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 냉각하고 펠렛으로 쵸핑할 수 있다.
상기 공정으로 불순물이 유입되어, 회수되고 재순환되는 물에 농축될 수 있다. 하나 이상의 퍼지 스트림(603) 및 (701)을 이용하여 제2 모액(601) 및 제1 회수된 물 스트림(701) 내의 불순물의 농도를 허용가능한 수준으로 조절할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 제1 회수된 물 스트림(701)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 도 3b에 도시된 바와 같이 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
(A) 혼합 대역에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유(101)를 가열된 수성 스트림(801)과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(301)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유(101)는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 가열된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(301), 및 임의적으로, 가열된 수성 스트림(801)을 섬유 개방 대역(400)으로 보내어, 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
(C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림(503) 및 제1 모액 스트림(501)을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
도 3b에 도시한 바와 같은 본 발명의 이 실시양태에서, 섬유 슬러리 대역(200) 및 섬유 혼합 대역(300)이 개방 공정 대역(1100)에서 하나의 유닛 조작으로 합쳐진다. 개방 공정 대역(1100)은 혼합 대역(200) 및 섬유 개방 대역(400)을 포함한다.
이 방법에 사용하기 위한 처리된 수성 스트림(103)은, 수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)으로 보내어 처리된 수성 스트림(103)을 생성함으로써 생성될 수 있다. 수성 스트림은 물을 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103) 내의 1가 금속 양이온은 약 1000 중량ppm 미만, 약 500 중량ppm 미만, 약 100 중량ppm 미만, 또는 약 50 중량ppm 미만일 수 있다. 수성 스트림(102)로부터의 2가 및 다가 금속 양이온의 제거가 수성 처리 대역(1000)의 하나의 기능이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 2가 및 다가 금속 양이온의 농도는 약 50 중량ppm 미만, 약 25 중량ppm 미만, 약 10 중량ppm 미만, 또는 약 5 중량ppm 미만이다. 스트림(103)의 온도는 지하수 온도 내지 약 40℃ 범위일 수 있다.
수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)에서 처리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법으로 달성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수성 처리 대역(1000)은, 수증기가 발생되고 응축되어 처리된 수성 스트림(103)을 생성하는 증류 장비를 포함한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 역삼투 멤브레인 분리 대역으로 보내어, 1가 및 2가 금속 양이온을 물로부터 제거하여 처리된 수성 스트림(103)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 이온 교환 수지로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 상업적 연수화 장치로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 2가 및 다가 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 이들 수처리 옵션의 임의의 조합을 이용하여 필요한 처리수 특성을 달성함을 이해하여야 한다.
처리된 수성 스트림(103)을, 공정 내의 필요한 임의의 위치로 보낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, 스트림(103)의 일부가 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내져, 천(cloth) 세척액 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내에 함유된 고체를 위한 세척액으로서 작용한다.
하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 혼합 대역(300)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내지고 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 혼합 대역(300)으로 보내진다. 열 교환기 대역(800)의 하나의 기능은 가열된 수성 스트림(801)을 특정의 제어된 온도로 생성하는 것이다.
하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림은 처리된 수성 스트림(103) 및 제2 모액 스트림(601)이다. 또 하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림(800)은 처리된 수성 스트림(103), 제1 회수된 물 스트림(703), 제1 모액 스트림(501) 및 제2 모액 스트림(601)를 포함한다.
스트림(801)의 온도를 조절하기 위한 당분야에 공지된 임의의 장치, 예를 들어 비제한적으로, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 스트림을 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 열 전달 유체를 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 전기적 가열 요소를 이용하는 임의의 열교환기, 및 스팀이 응축되고 응축물이 열교환기 대역(800)으로 공급되는 물과 혼합되는 직접적인 스팀 주입을 이용하는 임의의 용기 또는 탱크가 이용될 수 있다. 다성분 섬유 스트림(90)을 섬유 절단 대역(100)으로 보내어 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성한다. 다성분 섬유는 당분야에 공지된 임의의 다성분 구조를 가질 수 있다. 다성분 섬유는 본원에서 전술한 바와 같이 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 포함한다.
당분야에 공지된 임의의 장치를 사용하여 다성분 섬유 스트림(90)을 절단하여 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 50 mm 미만이다. 다른 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 25 mm 미만, 약 20 mm 미만, 약 15 mm 미만, 약 10 mm 미만, 약 5 mm 미만, 또는 약 2.5 mm 미만이다.
절단된 다성분 섬유 스트림(101) 및 가열된 처리된 수성 스트림(801)의 일부를 혼합 대역(300)으로 보내어, 물 및 절단된 다성분 섬유를 포함하는 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)을 생성한다.
가열된 다성분 섬유 슬러리(301)의 온도는 섬유 개방 영역(400) 내의 절단된 다성분 섬유의 수 비-분산성 중합체 부분으로부터 절단된 다성분 섬유의 수 비-분산성 중합체 부분을 분리하는 것에 영향을 준다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다.
가열된 다성분 섬유 슬러리(301) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는 제어될 수 있다. 다른 실시양태에서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는약 10 중량% 내지 약 0.1중량%, 약 5 중량% 내지 약 0.2중량%, 약 3 중량% 내지 약 0.3중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 0.4중량% 범위일 수 있다.
가열된 수성 스트림(801)을 절단된 다성분 섬유(101)과 혼합할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 혼합 대역(300)에 사용할 수 있다. 적합한 장치는 연속 및 배취 혼합 장치 둘다를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 혼합 대역(300)에 적합한 혼합 장치는 탱크 및 교반기를 포함한다. 또하나의 실시양태에서, 적합한 혼합 장치는 파이프 또는 도관을 포함한다.
다른 실시양태에서, 혼합 대역(300)에 적합한 혼합 장치는, 도관내의 속도가 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 및 가열된 수성 스트림(801)을 혼합하기에 충분하도록 하는 직경을 가진 파이프 또는 도관을 포함하며, 이때 상기 도관으로 분당 유입되는 절단된 다성분 물질의 약 2 중량% 미만, 약 1중량% 미만, 또는 약 0.5 중량% 미만이 침강되어 상기 도관에 축적된다.
이어서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)는 섬유 개방 대역(400)으로 보내질 수 있다. 섬유 개방 대역(400)의 하나의 기능은, 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 중합체를 분리하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 적어도 일부가 상기 절단된 다성분 섬유 섬유로부터 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 현탁되도록 하는 것이다. 본 발명의 또하나의 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 50 내지 약 100 중량% 가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다. 다른 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 스트림(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 75 내지 약 100 중량%, 약 90 내지 약 100 중량%, 또는 약 95 내지 약 100 중량%가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다.
스트림(201) 내의 출발 절단된 다성분 섬유의 직경 또는 데니어는, 섬유 개방 대역(400) 내의 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터가 분리되는 정도에 영향을 미친다. 전형적인 다성분 섬유 유형은 일반적으로 약 12 미크론 내지 약 20 미크론 범위의 직경을 갖는다. 유용한 다성분 섬유는 약 40 미크론 이상 직경 크기의 더 큰 출발 직경을 가질 수 있다. 절단된 다성분 섬유로부터 원하는 양의 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는데 필요한 시간은, 스트림(201) 내의 절단된 다성분 섬유의 직경이 증가함에 따라 증가한다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 또한 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400) 내의 개방 공정에 영향을 주는 조건은 체류 시간, 온도 및 전단력을 포함하며, 여기서 섬유 개방 대역(400) 내의 물 온도, 체류 시간의 범위, 적용된 전단의 정도는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)의 연속 수성상에 현탁되기에 충분한 정도로 출발 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리할 필요에 의해 좌우된다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간은 약 5분 내지 약 10초, 약 3분 내지 약 20초, 또는 약 2분 내지 약 30초 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400)에서 충분한 혼합이 유지되어, 절단된 마이크로섬유의 침강이 최소가 되도록 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 현탁이 유지된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400) 내의 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량은 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 5% 미만, 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 3% 미만, 또는 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 1% 미만이다.
섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방은, 허용가능한 체류 시간, 온도 및 혼합 범위를 가능하게 할 수 있는 임의의 장치에서 달성될 수 있다. 적합한 장치의 예로는 비제한적으로 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같은 교반식 배취 탱크, 연속 교반식 탱크 반응기, 및 도 6a에 도시된 바와 같이 고체가 슬러리로부터 침강되는 것을 최소화하기에 충분한 흐름을 이용하는 파이프가 포함된다. 섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방을 달성하기 위한 단위 조작의 한 예는 플러그(plug) 흐름 반응기이며, 여기서는 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)가 영역(400) 플러그 흐름 장치, 전형적으로 원형 파이프 또는 도관으로 보내진다. 플러그 흐름 장치에서의 물질의 체류 시간은, 장치 내의 충전된 부피를 장치 내의 부피 유속으로 나눔으로써 산출된다. 장치 내의 물질 속도는, 흐름 채널의 단면적을 장치를 통과하는 액체의 부피 흐름으로 나눈 값으로 정의된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은, 파이프내의 물질 유속이 0.1 내지 약 20 ft/초, 0.2 내지 약 10 ft/초, 또는 약 0.5 내지 약 5 ft/초 범위일 수 있는 파이프 또는 도관을 포함할 수 있다. 파이프 또는 도관 내의 유체 또는 슬러리의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는, 방향 및 시간 둘다에 대해 불규칙적인 유체 와류의 난류도 또는 움직임을 기술하는데 유용한 무차원 수이다. 파이프 또는 관에서의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는 일반적으로 하기와 같이 정의된다:
Figure pct00004
상기 식에서,
D H 는 파이프의 수력학적 직경(L)(m 단위)이고;
Q는 부피 유속(m3/s)이고,
A는 파이프 단면적(m2)이고,
υ는 유체 대비 물체의 평균 속도(SI 단위: m/s)이고,
μ는 유체의 동역학적 점도(Pa·s 또는 N·s/m2 또는 kg/(m·s))이고,
v는 동적 점도(v=μ/ρ)(m2/s)이고,
ρ는 유체의 밀도(kg/m3)이다.
직경 D의 파이프에서의 흐름의 경우, 실험적 관찰은, 완전 발달된 흐름의 경우 Re D 가 2000 미만일 때 층상 흐름이 발생하고, Re D 가 4000 초과일 때 난류 흐름이 발생한다. 2300과 4000 사이에서는, 다른 인자, 예컨대 파이프 조도 및 흐름 균일도에 따라, 층상 및 난류 흐름이 가능하다("전이" 흐름).
섬유 개방 대역(400)은, 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 섬유 개방 대역(400) 내의 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 약 2,100 내지 약 6,000, 약 3,000 내지 약 6,000, 또는 약 3,500 내지 약 6,000 범위일 수 있다. 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 상기 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 2,500 이상, 약 3,500 이상 또는 약 4,000 이상이다.
섬유 개방 대역(400)은, 파이프 또는 도관 내에 혼합 장치가 삽입된 파이프 또는 도관을 포함한다. 상기 장치는 인-라인 혼합 장치를 포함할 수 있다. 인-라인 혼합 장치는, 이동성 부분이 없는 정적 혼합기(static mixer)일 수 있다. 또하나의 실시양태에서, 상기 인-라인 혼합 장치는 이동성 부분을 포함한다. 비제한적으로, 그러한 요소는, 파이프를 통한 흐름에 의해 달성되는 것이 아니라 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)에 더 많은 혼합 에너지를 부여할 목적을 위한 기계적 장치이다. 상기 장치는, 섬유 개방 대역으로서 사용된 파이프 구역의 초기, 상기 파이프 구역의 말기, 또는 파이프 흐름 경로 내의 임의의 위치에 삽입될 수 있다.
수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 및 제1 모액 스트림(501)을 포함하는 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)내의 고체의 중량%는 약 0.1 내지 약 20 중량%, 약 0.3 내지 약 10 중량%, 약 0.3 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 2.5 중량% 범위일 수 있다.
마이크로섬유 생성물 스트림(503)내의 고체의 중량%는 약 10 내지 약 65 중량%, 약 15 내지 약 50 중량%, 약 25 내지 약 45 중량%, 또는 약 30 내지 약 40 중량% 범위일 수 있다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 분리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 물을 포함하는 세척 스트림(103)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보낸다. 세척 스트림(103)은, 제1 고액 분리 대역(500) 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 천 매체에서 마이크로섬유 생성물 스트림을 세척하여 세액 스트림(502)를 생성하는데 사용될 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을, 제1 고액 분리 대역(500)으로 유입되기 전의 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)과 합할 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을 제2 고액 분리 대역(600)으로 보낼 수 있다. 세액 스트림(502)은 마이크로섬유를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 200 미크론 이하의 개구부를 가진 필터 매체를 통과하는 마이크로섬유 질량의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 2 g 범위이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 매체의 필터 개구부는 약 43 미크론 내지 3000 미크론, 약 100 미크론 내지 2000 미크론, 또는 약 500 미크론 내지 2000 미크론 범위일 수 있다.
제1 고액 분리 대역(500)에서 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유 생성물 스트림을 분리하는 것은, 하나 또는 여러 개의 고액 분리 장치에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500)에서의 분리는, 배취 및/또는 연속 식으로 작동되는 고액 분리 장치 또는 장치들에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500) 내의 적합한 고액 분리 장치는, 비제한적으로 하기 중 하나를 포함할 수 있다: 천공된 바스켓 원심분리기, 연속 진공 벨트 필터, 배취 진공 너트쉬필터(nutschfilter), 배취 천공된 침강 탱크, 트윈 와이어 탈수 장치, 압축 영역이 구비된 연속 수평 벨트 필터, 웨지(wedge) 와이어 필터 매체가 구비된 비진동 경사 스크린 장치, 연속 진공 드럼 필터, 탈수 콘베이어 벨트 등.
하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은 트윈 와이어 탈수 장치를 포함하며, 여기서는 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)이 보내진다. 트윈 와이어 탈수 장치의 제1 대역에서는, 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 중력으로 인해 그리고 두 이동 필터 천 사이의 매 좁은 갭으로부터 물이 배수된다. 트윈 와이어 탈수 장치의 하류 대역에서는, 두 필터 천 및 이들 두 필터 천 사이의 마이크로섬유 물질이 한번 이상 압축되어 상기 마이크로섬유 물질 내의 수분을 기계적으로 감소시킨다. 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는, 상기 두 필터 천 및 함유된 마이크로섬유 물질을, 두 필터 천 및 이들 사이의 마이크로섬유 물질 상에 압축력을 가하는 하나 이상의 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다. 또 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는 상기 두 필터 천 및 마이크로섬유 물질을 하나 이상의 가압 롤러 세트 및 고정된 표면에 통과시킴으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 기계적 탈수에 의해 가해지는 힘은, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 25 내지 약 300 lb 범위, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 50 내지 약 200 lb 범위, 또는 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 70 내지 약 125 lb 범위일 수 있다. 트윈 와이어 탈수 장치의 고체 배출 대역에서 두 필터 천이 분리되고 나뉘어짐에 따라 트윈 와이어 탈수 장치로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)이 배출된다. 배출된 마이크로섬유 물질의 두께는 약 0.2 내지 약 1.5 인치, 약 0.3 내지 약 1.25 인치, 또는 약 0.4 내지 약 1 인치 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 연속적으로 필터 매체에 적용된다. 또하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 주기적으로 필터 매체에 적용된다.
또 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은, 도 7에 예시된 바와 같이 중력 배수 대역 및 가압 탈수 대역을 포함하는 벨트 필터 장치를 포함한다. 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를, 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 보내고, 이는 먼저 중력 배수 대역을 통과한 다음 도 6b에 도시된 바와 같은 롤러들이 구불구불한 배열로 포함된 가압 탈수 대역 또는 프레스 대역을 통과한다. 상기 벨트가 상기 롤러를 통해 공급됨에 따라, 고체로부터 물이 빠져나온다. 이 공정에서 벨트가 최종 롤러 쌍을 통과하면 필터 천이 분리되고 벨트 필터 장치로부터 고체가 배출된다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서는, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제1 모액 스트림(501)에 함유된 물의 적어도 일부가 회수되고 재순환된다. 제1 모액 스트림(501)은 제1 고액 분리 대역(500)으로 재순환될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 제거에서의 상기 제1 고액 분리 대역의 효율에 따라, 제1 모액 스트림(501)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 제1 모액 스트림(501)은, 관통 및 천 세척으로 인해 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 소량의 고체를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 2000 미크론 이하의 개구부를 가진 제1 고체 분리 대역 내 필터 매체를 통과하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 물질의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 약 2 g 범위이다. 제1 모액 스트림(501)을 제1 농축 대역(700) 및 열교환 대역(800)(이 대역들에서는 부정적인 영향을 미치는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체가 수집되고 축적될 수 있다)으로 보내기 전에 상기 스트림(501)내의 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 최소화하는 것이 바람직하다.
제2 고액 분리 대역(600)은, 제1 모액 스트림(501)에 존재하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체의 적어도 일부를 제거하여, 수 비-분산성 마이크로섬유를 포함하는 제2 습윤 케익 스트림(602) 및 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제2 모액 스트림(601)을 생성하는 기능을 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)는 제1 농축 대역(700) 및/또는 열교환기 대역(800)으로 보내어지며, 이때 제1 농축 대역(700)으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 중량%는 0 내지 100% 범위일 수 있으며, 상기 스트림의 나머지는 열교환기 대역(800)으로 보내진다. 제2 모액 스트림(601)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로 들거가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은, 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 임의의 부분은 분리 공정으로 처리되어 제1 회수된 물 스트림(703) 및 수분산성 설포폴리에스터가 풍부한 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성하며, 이때 제1 중합체 농축물 스트림(702) 내의 수분산성 설포폴리에스터의 중량%는 약 5 내지 약 85중량%, 약 10 내지 약 65중량%, 또는 약 15 내지 약 45중량% 범위일 수 있다. 제1 회수된 물 스트림(703)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 상기 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역(700)에서 제2 모액 스트림(601)으로부터 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 물이 제거되어 제1 중합체 농축 스트림(702)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물의 제거는, 배취 또는 연속 증발 장치에서 물을 비등시키는 것에 의한 증발 공정을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 박막 증발기를 이 용도에 사용될 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 나노여과 매체를 포함하는 멤브레인 기술을 사용하여 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 추출 장치를 포함하는 공정을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 추출하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 증발, 멤브레인 및 추출 단계들의 조합을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 분리하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 이어서 공정 밖으로 배출할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 제2 농축 대역(900)으로 보내어져, 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)(이때 중합체의 중량%는 약 95 내지 약 100%임) 및 물을 포함하는 증기 스트림(902)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 스트림(903)은 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다. 제2 농축 대역(900)에 적합한 장치는, 수분산성 중합체의 수성 분산액을 공급할 수 있고 95% 내지 100% 수분산성 중합체 스트림(903)을 생성할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 포함한다. 이 실시양태는, 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액을 제2 농축 대역(900)으로 공급하는 것을 포함한다. 공급 스트림의 온도는 전형적으로 100℃ 미만이다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)은, 회전하는 수송 스크류를 함유하는 자켓화된 관형 쉘(shell)을 특징으로 하는 하나 이상의 장치(이때 상기 수송 스크류는 열전달 유체 또는 스팀으로 가열되며 수송 및 고전단 혼합 요소 둘다를 포함함)를 포함한다. 상기 자켓 또는 쉘은 배기되어 증기가 제거되게 한다. 쉘 자켓은, 장치의 길이를 따라 다른 온도 설정점이 가능하게 하도록 대역화될 수 있다. 연속 조작 중에, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하며, 제2 농축 대역(900)으로 연속적으로 공급된다. 상기 장치 내에서, 정상 상태(steady state) 중에 적어도 3개의 분명하고 상이한 형태로 물질이 존재한다. 장치내에서 물질은 우선 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액으로서 존재한다. 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액이 장치를 통해 이동함에 따라, 자켓 및 내부 스크류의 열로 인해 물이 증발된다. 충분한 물이 증발되면, 상기 물질은, 설포폴리에스터 중합체의 용융점보다 낮은 온도에서 점성 플러그(plug)를 포함하는 제2 형태가 된다. 수성 분산액은 이 점성 플러그를 지나 흐를 수 없으며, 상기 장치의 제1 수성 분산액 대역에 국한된다. 자켓의 열, 내부 가열된 스크류의 열, 및 이 고점성 플러그 물질의 혼합 전단력으로 인한 열 때문에, 이 위치에 존재하는 물의 실질적으로 모두가 증발되고, 온도는 설포에스터의 용융 온도가 도달될 때까지 상승하여, 용융된 설포폴리에스터 중합체를 포함하는 물질의 제3의 최종 물리적 형태가 상기 장치에서 생성된다. 이어서, 용융된 설포폴리에스터 중합체는 압출 다이를 통해 상기 장치를 나오며, 전형적으로 당분야에 공지된 임의의 방식으로 냉각되고 펠렛으로 절단된다. 상술한 제2 농축 대역(900)을 위한 장치는 또한 배취 방식으로 작동될 수 있음을 이해해야 하며, 여기서는 상기 장치의 길이 전체에 걸쳐 수성 분산액을 시작으로 점성 플러그 물질 및 최종적으로 설포폴리에스터 용융물의 연속적 순서로 다른 시간대에서 상술한 물질의 세 가지 물리적 형태가 발생한다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)에서 발생된 증기는 응축되어 열교환기 대역(800)으로 보내지고/지거나, 폐기되고/되거나, 세척 스트림(103)으로 보내질 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 수증기를 포함하는 응축된 증기 스트림(902)은 열교환기 대역(800)으로 보내어져 스트림(801)에 필요한 온도를 생성하는데 필요한 에너지의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 용융상으로 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 중합체를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 냉각하고 펠렛으로 쵸핑할 수 있다.
상기 공정으로 불순물이 유입되어, 회수되고 재순환되는 물에 농축될 수 있다. 하나 이상의 퍼지 스트림(603) 및 (701)을 이용하여 제2 모액(601) 및 제1 회수된 물 스트림(701) 내의 불순물의 농도를 허용가능한 수준으로 조절할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 제1 회수된 물 스트림(701)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로섬유 생성물 스트림을 제조하는 또 하나의 방법이 제공된다. 이 방법은
(A) 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유(101)를 섬유 슬러리 대역(200)에서 처리된 수성 스트림(103)과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(201)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유(101)는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 처리된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
(B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리(201)를 가열된 수성 스트림(801)과 혼합 대역(300)에서 접촉시켜 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)를 생성하는 단계;
(C) 상기 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)를 섬유 개방 대역(400)으로 보내어, 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 생성하는 단계; 및
(D) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림(503) 및 제1 모액 스트림(501)을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같은 본 발명의 이 실시양태에서, 개방 공정 대역(1100)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300) 및 섬유 개방 대역(400)을 포함한다.
이 방법에 사용하기 위한 처리된 수성 스트림(103)은, 수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)으로 보내어 처리된 수성 스트림(103)을 생성함으로써 생성될 수 있다. 수성 스트림은 물을 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103) 내의 1가 금속 양이온은 약 1000 중량ppm 미만, 약 500 중량ppm 미만, 약 100 중량ppm 미만, 또는 약 50 중량ppm 미만일 수 있다. 수성 스트림(102)로부터의 2가 및 다가 금속 양이온의 제거가 수성 처리 대역(1000)의 하나의 기능이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 2가 및 다가 금속 양이온의 농도는 약 50 중량ppm 미만, 약 25 중량ppm 미만, 약 10 중량ppm 미만, 또는 약 5 중량ppm 미만이다. 스트림(103)의 온도는 지하수 온도 내지 약 40℃ 범위일 수 있다.
수성 스트림(102)을 수성 처리 대역(1000)에서 처리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법으로 달성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 수성 처리 대역(1000)은, 수증기가 발생되고 응축되어 처리된 수성 스트림(103)을 생성하는 증류 장비를 포함한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 역삼투 멤브레인 분리 대역으로 보내어, 1가 및 2가 금속 양이온을 물로부터 제거하여 처리된 수성 스트림(103)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 이온 교환 수지로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 또 하나의 실시양태에서는, 물을 상업적 연수화 장치로 보내어, 허용가능하게 낮은 농도의 2가 및 다가 금속 이온을 가진 처리된 수성 스트림(103)을 생성한다. 이들 수처리 옵션의 임의의 조합을 이용하여 필요한 처리수 특성을 달성함을 이해하여야 한다.
처리된 수성 스트림(103)을, 공정 내의 필요한 임의의 위치로 보낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, 스트림(103)의 일부가 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내져, 천(cloth) 세척액 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내에 함유된 고체를 위한 세척액으로서 작용한다.
하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내진다. 또 하나의 실시양태에서, 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 열 교환기 대역(800)으로 보내지고 처리된 수성 스트림(103)의 적어도 일부는 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내진다. 열 교환기 대역(800)의 하나의 기능은 가열된 수성 스트림(801)을 특정의 제어된 온도로 생성하는 것이다.
하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림은 처리된 수성 스트림(103) 및 제2 모액 스트림(601)이다. 또 하나의 실시양태에서, 열 교환기 대역(800)으로 공급될 수 있는 스트림은 처리된 수성 스트림(103), 제1 회수된 물 스트림(703), 제1 모액 스트림(501) 및 제2 모액 스트림(601)를 포함한다.
스트림(801)의 온도를 조절하기 위한 당분야에 공지된 임의의 장치, 예를 들어 비제한적으로, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 스트림을 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 열 전달 유체를 이용하는 임의의 열교환기, 필요한 에너지의 일부를 제공하는데 사용되는 전기적 가열 요소를 이용하는 임의의 열교환기, 및 스팀이 응축되고 응축물이 열교환기 대역(800)으로 공급되는 물과 혼합되는 직접적인 스팀 주입을 이용하는 임의의 용기 또는 탱크가 이용될 수 있다.
다성분 섬유 스트림(90)을 섬유 절단 대역(100)으로 보내어 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성한다. 다성분 섬유는 당분야에 공지된 임의의 다성분 구조를 가질 수 있다. 다성분 섬유는 본원에서 전술한 바와 같이 수분산성 설포폴리에스터 및 수 비-분산성 중합체를 포함한다.
당분야에 공지된 임의의 장치를 사용하여 다성분 섬유 스트림(90)을 절단하여 절단된 다성분 섬유 스트림(101)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 50 mm 미만이다. 다른 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 스트림(101) 내의 절단된 섬유의 길이는 약 25 mm 미만, 약 20 mm 미만, 약 15 mm 미만, 약 10 mm 미만, 약 5 mm 미만, 또는 약 2.5 mm 미만이다.
절단된 다성분 섬유 스트림(101) 및 가열된 처리된 수성 스트림(801)의 일부를 섬유 슬러리 대역(200)으로 보내어, 물 및 절단된 다성분 섬유를 포함하는 절단된 다성분 섬유 슬러리(201)을 생성한다. 하나의 실시양태에서, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는 약 35 중량% 내지 약 1중량%, 약 25 중량% 내지 약 1중량%, 약 15 중량% 내지 약 1중량%, 또는 약 7 중량% 내지 약 1중량% 범위일 수 있다.
절단된 다성분 섬유 슬러리(201)의 온도는 약 5 내지 약 45℃, 약 10 내지 약 35℃, 또는 약 10 내지 약 25℃ 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 섬유 슬러리 대역(200)은 절단된 다성분 섬유의 연속 수성상 중의 현탁액을 생성하기에 충분한 교반을 구비한 탱크를 포함한다.
고체를 물과 혼합하고 생성된 절단된 다성분 섬유의 연속 수성상 중의 현탁액을 유지하기에 적합한 것으로 당분야에 공지된 임의의 장치를 섬유 슬러리 대역(200)에 사용할 수 있다. 섬유 슬러리 대역(200)은 연속 또는 배취 모드로 작동되는 배취 또는 연속 혼합 장치를 포함할 수 있다. 섬유 슬러리 대역(200)에 사용하기에 적합한 장치는 비제한적으로 하이드로-펄프화기, 연속 교반식 탱크 반응기, 배취 모드로 작동되는 교반을 구비한 탱크가 포함된다.
이어서, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 및 가열된 수성 스트림(801)은 혼합 대역(300)으로 보내어져 합쳐져 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)을 생성한다. 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)의 온도는 섬유 개방 영역(400) 내의 절단된 다성분 섬유의 수 비-분산성 중합체 부분으로부터 절단된 다성분 섬유의 수 비-분산성 중합체 부분을 분리하는 것에 영향을 준다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다.
가열된 다성분 섬유 슬러리(301) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는 제어될 수 있다. 다른 실시양태에서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301) 내의 절단된 마이크로섬유의 중량%는약 10 중량% 내지 약 0.1중량%, 약 5 중량% 내지 약 0.2중량%, 약 3 중량% 내지 약 0.3중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 0.4중량% 범위일 수 있다.
가열된 수성 스트림(801)을 절단된 다성분 섬유 슬러리(201)과 혼합할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 혼합 대역(300)에 사용할 수 있다. 적합한 장치는 연속 및 배취 혼합 장치 둘다를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 혼합 대역(300)에 적합한 혼합 장치는 탱크 및 교반기를 포함한다. 또하나의 실시양태에서, 적합한 혼합 장치는 파이프 또는 도관을 포함한다.
다른 실시양태에서, 혼합 대역(300)에 적합한 혼합 장치는, 도관내의 속도가 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 및 가열된 수성 스트림(801)을 혼합하기에 충분하도록 하는 직경을 가진 파이프 또는 도관을 포함하며, 이때 상기 도관으로 분당 유입되는 절단된 다성분 물질의 약 2 중량% 미만, 약 1중량% 미만, 또는 약 0.5 중량% 미만이 침강되어 상기 도관에 축적된다.
이어서, 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)는 섬유 개방 대역(400)으로 보내질 수 있다. 섬유 개방 대역(400)의 하나의 기능은, 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 중합체를 분리하여, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 적어도 일부가 상기 절단된 다성분 섬유 섬유로부터 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 현탁되도록 하는 것이다. 본 발명의 또하나의 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 슬러리(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 50 내지 약 100 중량% 가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다. 다른 실시양태에서는, 절단된 다성분 섬유 스트림(201) 내에 함유된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 약 75 내지 약 100 중량%, 약 90 내지 약 100 중량%, 또는 약 95 내지 약 100 중량%가 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)에 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유로서 현탁되어 더이상 절단된 다성분 섬유의 부분이 아니다.
스트림(201) 내의 출발 절단된 다성분 섬유의 직경 또는 데니어는, 섬유 개방 대역(400) 내의 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터가 분리되는 정도에 영향을 미친다. 전형적인 다성분 섬유 유형은 일반적으로 약 12 미크론 내지 약 20 미크론 범위의 직경을 갖는다. 유용한 다성분 섬유는 약 40 미크론 이상 직경 크기의 더 큰 출발 직경을 가질 수 있다. 절단된 다성분 섬유로부터 원하는 양의 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는데 필요한 시간은, 스트림(201) 내의 절단된 다성분 섬유의 직경이 증가함에 따라 증가한다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 또한 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400) 내의 개방 공정에 영향을 주는 조건은 체류 시간, 슬러리 온도 및 전단력을 포함하며, 여기서 섬유 개방 대역(400) 내의 물 온도, 체류 시간의 범위, 적용된 전단의 정도는, 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유가 분리되어 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)의 연속 수성상에 현탁되기에 충분한 정도로, 출발 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리할 필요에 의해 좌우된다.
섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간, 온도 및 전단력은 절단된 다성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터를 분리하는 정도에 영향을 준다. 섬유 개방 대역(400)의 온도는 약 55 내지 약 100℃, 약 60 내지 약 90℃, 또는 약 65 내지 약 80℃ 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400) 내의 체류 시간은 약 5분 내지 약 10초, 약 3분 내지 약 20초, 또는 약 2분 내지 약 30초 범위일 수 있다. 섬유 개방 대역(400)에서 충분한 혼합이 유지되어, 절단된 마이크로섬유의 침강이 최소가 되도록 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 현탁이 유지된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400) 내의 절단된 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량은 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 5% 미만, 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 3% 미만, 또는 상기 대역(400)으로 유입되는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 단위 시간당 질량의 약 1% 미만이다.
섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방은, 허용가능한 체류 시간, 온도 및 혼합 범위를 가능하게 할 수 있는 임의의 장치에서 달성될 수 있다. 적합한 장치의 예로는 비제한적으로 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같은 교반식 배취 탱크, 연속 교반식 탱크 반응기, 및 도 6a에 도시된 바와 같이 고체가 슬러리로부터 침강되는 것을 최소화하기에 충분한 흐름을 이용하는 파이프가 포함된다. 섬유 개방 대역(400)에서의 섬유 개방을 달성하기 위한 단위 조작의 한 예는 플러그(plug) 흐름 반응기이며, 여기서는 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)가 영역(400) 플러그 흐름 장치, 전형적으로 원형 파이프 또는 도관으로 보내진다. 플러그 흐름 장치에서의 물질의 체류 시간은, 장치 내의 충전된 부피를 장치 내의 부피 유속으로 나눔으로써 산출된다. 장치에서의 물질 속도는, 흐름 채널의 단면적을 장치를 통과하는 액체의 부피 흐름으로 나눈 값으로 정의된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은, 파이프내의 물질 유속이 0.1 내지 약 20 ft/초, 0.2 내지 약 10 ft/초, 또는 약 0.5 내지 약 5 ft/초 범위일 수 있는 파이프 또는 도관을 포함할 수 있다. 파이프 또는 도관 내의 유체 또는 슬러리의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는, 방향 및 시간 둘다에 대해 불규칙적인 유체 와류의 난류도 또는 움직임을 기술하는데 유용한 무차원 수이다. 파이프 또는 관에서의 흐름의 경우, 레이놀즈 수는 일반적으로 하기와 같이 정의된다:
Figure pct00005
상기 식에서,
D H 는 파이프의 수력학적 직경(L)(m 단위)이고;
Q는 부피 유속(m3/s)이고,
A는 파이프 단면적(m2)이고,
υ는 유체 대비 물체의 평균 속도(SI 단위: m/s)이고,
μ는 유체의 동역학적 점도(Pa·s 또는 N·s/m2 또는 kg/(m·s))이고,
v는 동적 점도(v=μ/ρ)(m2/s)이고,
ρ는 유체의 밀도(kg/m3)이다.
직경 D의 파이프에서의 흐름의 경우, 실험적 관찰은, 완전 발달된 흐름의 경우 Re D 가 2000 미만일 때 층상 흐름이 발생하고, Re D 가 4000 초과일 때 난류 흐름이 발생한다. 2300과 4000 사이에서는, 다른 인자, 예컨대 파이프 조도 및 흐름 균일도에 따라, 층상 및 난류 흐름이 가능하다("전이" 흐름).
섬유 개방 대역(400)은, 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 섬유 개방 대역(400) 내의 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 약 2,100 내지 약 6,000, 약 3,000 내지 약 6,000, 또는 약 3,500 내지 약 6,000 범위일 수 있다. 다른 실시양태에서, 섬유 개방 대역(400)은 개방 공정을 용이하게 하기 위한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있으며, 상기 파이프 또는 도관을 통과하는 흐름의 레이놀즈 수는 2,500 이상, 약 3,500 이상 또는 약 4,000 이상이다.
섬유 개방 대역(400)은, 파이프 또는 도관 내에 혼합 장치가 삽입된 파이프 또는 도관을 포함한다. 상기 장치는 인-라인 혼합 장치를 포함할 수 있다. 인-라인 혼합 장치는, 이동성 부분이 없는 정적 혼합기(static mixer)일 수 있다. 또하나의 실시양태에서, 상기 인-라인 혼합 장치는 이동성 부분을 포함한다. 비제한적으로, 그러한 요소는, 파이프를 통한 흐름에 의해 달성되는 것이 아니라 가열된 다성분 섬유 슬러리(301)에 더 많은 혼합 에너지를 부여할 목적을 위한 기계적 장치이다. 상기 장치는, 섬유 개방 대역으로서 사용된 파이프 구역의 초기, 상기 파이프 구역의 말기, 또는 파이프 흐름 경로 내의 임의의 위치에 삽입될 수 있다.
수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보내어, 마이크로섬유 및 제1 모액 스트림(501)을 포함하는 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 모액 스트림(501)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)내의 고체의 중량%는 약 0.1 내지 약 20 중량%, 약 0.3 내지 약 10 중량%, 약 0.3 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 2.5 중량% 범위일 수 있다.
마이크로섬유 생성물 스트림(503)내의 고체의 중량%는 약 10 내지 약 65 중량%, 약 15 내지 약 50 중량%, 약 25 내지 약 45 중량%, 또는 약 30 내지 약 40 중량% 범위일 수 있다.
개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)을 분리하는 것은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 물을 포함하는 세척 스트림(103)을 제1 고액 분리 대역(500)으로 보낸다. 세척 스트림(103)은, 제1 고액 분리 대역(500) 및/또는 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 천 매체에서 마이크로섬유 생성물 스트림을 세척하여 세액 스트림(502)를 생성하는데 사용될 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을, 제1 고액 분리 대역(500)으로 유입되기 전의 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)과 합할 수 있다. 세액 스트림(502)의 100 중량% 이하의 분획을 제2 고액 분리 대역(600)으로 보낼 수 있다. 세액 스트림(502)은 마이크로섬유를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 200 미크론 이하의 개구부를 가진 필터 매체를 통과하는 마이크로섬유 질량의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 2 g 범위이다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500) 내의 필터 매체의 필터 개구부는 약 43 미크론 내지 3000 미크론, 약 100 미크론 내지 2000 미크론, 또는 약 500 미크론 내지 2000 미크론 범위일 수 있다.
제1 고액 분리 대역(500)에서 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유 생성물 스트림을 분리하는 것은, 하나 또는 여러 개의 고액 분리 장치에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500)에서의 분리는, 배취 및/또는 연속 식으로 작동되는 고액 분리 장치 또는 장치들에 의해 달성될 수 있다. 제1 고액 분리 대역(500) 내의 적합한 고액 분리 장치는, 비제한적으로 하기 중 하나를 포함할 수 있다: 천공된 바스켓 원심분리기, 연속 진공 벨트 필터, 배취 진공 너트쉬필터(nutschfilter), 배취 천공된 침강 탱크, 트윈 와이어 탈수 장치, 압축 영역이 구비된 연속 수평 벨트 필터, 웨지(wedge) 와이어 필터 매체가 구비된 비진동 경사 스크린 장치, 연속 진공 드럼 필터, 탈수 콘베이어 벨트 등.
하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은 트윈 와이어 탈수 장치를 포함하며, 여기서는 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)이 보내진다. 트윈 와이어 탈수 장치의 제1 대역에서는, 개방된 섬유 슬러리 스트림(401)으로부터 중력으로 인해 그리고 두 이동 필터 천 사이의 매 좁은 갭으로부터 물이 배수된다. 트윈 와이어 탈수 장치의 하류 대역에서는, 두 필터 천 및 이들 두 필터 천 사이의 마이크로섬유 물질이 한번 이상 압축되어 상기 마이크로섬유 물질 내의 수분을 기계적으로 감소시킨다. 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는, 상기 두 필터 천 및 함유된 마이크로섬유 물질을, 두 필터 천 및 이들 사이의 마이크로섬유 물질 상에 압축력을 가하는 하나 이상의 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다. 또 하나의 실시양태에서, 기계적 탈수는 상기 두 필터 천 및 마이크로섬유 물질을 하나 이상의 가압 롤러 세트에 통과시킴으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 각 가압 롤러 세트에 대해 기계적 탈수에 의해 가해지는 힘은, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 25 내지 약 300 lb 범위, 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 50 내지 약 200 lb 범위, 또는 필터 매체 폭의 선형 인치 당 약 70 내지 약 125 lb 범위일 수 있다. 트윈 와이어 탈수 장치의 고체 배출 대역에서 두 필터 천이 분리되고 나뉘어짐에 따라 트윈 와이어 탈수 장치로부터 마이크로섬유 생성물 스트림(503)이 배출된다. 배출된 마이크로섬유 물질의 두께는 약 0.2 내지 약 1.5 인치, 약 0.3 내지 약 1.25 인치, 또는 약 0.4 내지 약 1 인치 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 연속적으로 필터 매체에 적용된다. 또하나의 실시양태에서, 물을 포함하는 세액 스트림은 주기적으로 필터 매체에 적용된다.
또 하나의 실시양태에서, 제1 고액 분리 대역(500)은, 도 7에 예시된 바와 같이 중력 배수 대역 및 가압 탈수 대역을 포함하는 벨트 필터 장치를 포함한다. 개방된 마이크로섬유 슬러리(401)를, 동일방향으로 이동하는 한쌍의 이동 필터 천 사이의 테이퍼링 갭으로 보내고, 이는 먼저 중력 배수 대역을 통과한 다음 도 6b에 도시된 바와 같은 롤러들이 구불구불한 배열로 포함된 가압 탈수 대역 또는 프레스 대역을 통과한다. 상기 벨트가 상기 롤러를 통해 공급됨에 따라, 고체로부터 물이 빠져나온다. 이 공정에서 벨트가 최종 롤러 쌍을 통과하면 필터 천이 분리되고 벨트 필터 장치로부터 고체가 배출된다.
본 발명의 또 하나의 실시양태에서는, 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제1 모액 스트림(501)에 함유된 물의 적어도 일부가 회수되고 재순환된다. 제1 모액 스트림(501)은 제1 고액 분리 대역(500)으로 재순환될 수 있다. 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유의 제거에서의 상기 제1 고액 분리 대역의 효율에 따라, 제1 모액 스트림(501)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 제1 모액 스트림(501)은, 관통 및 천 세척으로 인해 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 포함하는 소량의 고체를 함유할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 2000 미크론 이하의 개구부를 가진 제1 고체 분리 대역 내 필터 매체를 통과하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 물질의 g은 필터 면적의 cm2 당 약 1 내지 약 2 g 범위이다. 제1 모액 스트림(501)을 제1 농축 대역(700) 및 열교환 대역(800)(이 대역들에서는 부정적인 영향을 미치는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체가 수집되고 축적될 수 있다)으로 보내기 전에 상기 스트림(501)내의 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유를 최소화하는 것이 바람직하다.
제2 고액 분리 대역(600)은, 제1 모액 스트림(501)에 존재하는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유 고체의 적어도 일부를 제거하여, 수 비-분산성 마이크로섬유를 포함하는 제2 습윤 케익 스트림(602) 및 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 제2 모액 스트림(601)을 생성하는 기능을 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)는 제1 농축 대역(700) 및/또는 열교환기 대역(800)으로 보내어지며, 이때 제1 농축 대역(700)으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 중량%는 0 내지 100% 범위일 수 있으며, 상기 스트림의 나머지는 열교환기 대역(800)으로 보내진다. 제2 모액 스트림(601)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은, 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역으로 보내진 제2 모액 스트림(601)의 임의의 부분은 분리 공정으로 처리되어 제1 회수된 물 스트림(703) 및 수분산성 설포폴리에스터가 풍부한 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성하며, 이때 제1 중합체 농축물 스트림(702) 내의 수분산성 설포폴리에스터의 중량%는 약 5 내지 약 85중량%, 약 10 내지 약 65중량%, 또는 약 15 내지 약 45중량% 범위일 수 있다. 제1 회수된 물 스트림(703)은 섬유 슬러리 대역(200), 혼합 대역(300), 섬유 개방 대역(400), 또는 상기 대역(200), (300) 및/또는 (400)으로 들어가기 전의 열교환기 대역(800)으로 재순환될 수 있다. 섬유 개방 대역(400)으로 보내진 상기 제2 모액 스트림 내의 수분산성 설포폴리에스터의 양은 제2 모액 스트림의 중량%를 기준으로, 약 0.01 내지 약 7 중량%, 또는 약 0.1 내지 약 7 중량%, 약 0.2 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 3 중량% 범위일 수 있다.
제1 농축 대역(700)에서 제2 모액 스트림(601)으로부터 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 물이 제거되어 제1 중합체 농축 스트림(702)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물의 제거는, 배취 또는 연속 증발 장치에서 물을 비등시키는 것에 의한 증발 공정을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 박막 증발기를 이 용도에 사용될 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 나노여과 매체를 포함하는 멤브레인 기술을 사용하여 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 추출 장치를 포함하는 공정을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 추출하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 증발, 멤브레인 및 추출 단계들의 조합을 사용하여 제2 모액 스트림(601)으로부터 수분산성 중합체를 분리하고 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 생성할 수 있다. 제1 중합체 농축물 스트림(702)을 이어서 공정 밖으로 배출할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 제2 농축 대역(900)으로 보내어져, 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)(이때 중합체의 중량%는 약 95 내지 약 100%임) 및 물을 포함하는 증기 스트림(902)을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 스트림(903)은 수분산성 설포폴리에스터를 포함한다. 제2 농축 대역(900)에 적합한 장치는, 수분산성 중합체의 수성 분산액을 공급할 수 있고 95% 내지 100% 수분산성 중합체 스트림(903)을 생성할 수 있는 당분야에 공지된 임의의 장치를 포함한다. 이 실시양태는, 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액을 제2 농축 대역(900)으로 공급하는 것을 포함한다. 공급 스트림의 온도는 전형적으로 100℃ 미만이다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)은, 회전하는 수송 스크류를 함유하는 자켓화된 관형 쉘(shell)을 특징으로 하는 하나 이상의 장치(이때 상기 수송 스크류는 열전달 유체 또는 스팀으로 가열되며 수송 및 고전단 혼합 요소 둘다를 포함함)를 포함한다. 상기 자켓 또는 쉘은 배기되어 증기가 제거되게 한다. 쉘 자켓은, 장치의 길이를 따라 다른 온도 설정점이 가능하게 하도록 대역화될 수 있다. 연속 조작 중에, 제1 중합체 농축물 스트림(702)은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하며, 제2 농축 대역(900)으로 연속적으로 공급된다. 상기 장치 내에서, 정상 상태(steady state) 중에 적어도 3개의 분명하고 상이한 형태로 물질이 존재한다. 장치내에서 물질은 우선 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액으로서 존재한다. 설포폴리에스터 중합체의 수성 분산액이 장치를 통해 이동함에 따라, 자켓 및 내부 스크류의 열로 인해 물이 증발된다. 충분한 물이 증발되면, 상기 물질은, 설포폴리에스터 중합체의 용융점보다 낮은 온도에서 점성 플러그(plug)를 포함하는 제2 형태가 된다. 수성 분산액은 이 점성 플러그를 지나 흐를 수 없으며, 상기 장치의 제1 수성 분산액 대역에 국한된다. 자켓의 열, 내부 가열된 스크류의 열, 및 이 고점성 플러그 물질의 혼합 전단력으로 인한 열 때문에, 이 위치에 존재하는 물의 실질적으로 모두가 증발되고, 온도는 설포에스터의 용융 온도가 도달될 때까지 상승하여, 용융된 설포폴리에스터 중합체를 포함하는 물질의 제3의 최종 물리적 형태가 상기 장치에서 생성된다. 이어서, 용융된 설포폴리에스터 중합체는 압출 다이를 통해 상기 장치를 나오며, 전형적으로 당분야에 공지된 임의의 방식으로 냉각되고 펠렛으로 절단된다. 상술한 제2 농축 대역(900)을 위한 장치는 또한 배취 방식으로 작동될 수 있음을 이해해야 하며, 여기서는 상기 장치의 길이 전체에 걸쳐 수성 분산액을 시작으로 점성 플러그 물질 및 최종적으로 설포폴리에스터 용융물의 연속적 순서로 다른 시간대에서 상술한 물질의 세 가지 물리적 형태가 발생한다.
하나의 실시양태에서, 제2 농축 대역(900)에서 발생된 증기는 응축되어 열교환기 대역(800)으로 보내지고/지거나, 폐기되고/되거나, 세척 스트림(103)으로 보내질 수 있다. 또 하나의 실시양태에서, 수증기를 포함하는 응축된 증기 스트림(902)은 열교환기 대역(800)으로 보내어져 스트림(801)에 필요한 온도를 생성하는데 필요한 에너지의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 용융상으로 설포폴리에스터를 포함하는 수분산성 중합체를 포함하는 용융된 중합체 스트림(903)은 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 냉각하고 펠렛으로 쵸핑할 수 있다.
상기 공정으로 불순물이 유입되어, 회수되고 재순환되는 물에 농축될 수 있다. 하나 이상의 퍼지 스트림(603) 및 (701)을 이용하여 제2 모액(601) 및 제1 회수된 물 스트림(701) 내의 불순물의 농도를 허용가능한 수준으로 조절할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제2 모액 스트림(601)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 제1 회수된 물 스트림(701)의 일부를 상기 공정으로부터 단리하여 퍼지할 수 있다.
본 발명을 하기 실시예에 의해 추가로 설명한다.
[실시예]
모든 펠렛 샘플을 진공하에 실온에서 12시간 이상동안 미리 건조시켰다. 표 3에 기재되는 분산 시간은 부직물 샘플의 완전한 분산 또는 용해를 위한 것이다. 표 2 및 3에 사용되는 약어 "CE"는 "비교예"를 의미한다.
실시예 1
이소프탈산 76몰%, 소디오설포이소프탈산 24몰%, 다이에틸렌 글리콜 76몰% 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올 24몰%를 함유하고 0.29의 Ih.V. 및 48℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터를, 표 1에 기재되는 조건을 이용하여 공칭 6-인치 다이(샘플을 올려놓는 대(nosepiece)에 30개의 구멍/인치)를 통해 원통형 수집기 상으로 용융 취입시켰다. 간지(interleafing paper)는 필요하지 않았다. 롤 권취 작업 동안 블로킹되지 않는 유연하고 취급하기 용이한 가요성 웹을 수득하였다. 물리적 특성은 표 2에 제공된다. 부직물의 작은 조각(1"×3")은 표 3의 데이터에 의해 보여지듯이 약간만 진탕시키면 실온(RT) 및 50℃의 물 둘 다에 용이하게 분산되었다.
[표 1] 용융 취입 조건
Figure pct00006

[표 2] 부직물의 물리적 특성
Figure pct00007

[표 3] 부직물의 분산성
Figure pct00008

실시예 2
이소프탈산 89몰%, 소디오설포이소프탈산 11몰%, 다이에틸렌 글리콜 72몰% 및 에틸렌 글리콜 28몰%를 함유하고 0.4의 Ih.V. 및 35℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터를 표 1에서의 조건과 유사한 조건을 이용하여 6-인치 다이를 통해 용융 취입하였다. 롤 권취 작업 동안 블로킹되지 않는 유연하고 취급하기 용이한 가요성 웹을 수득하였다. 물리적 특성은 표 2에 제공되어 있다. 부직물의 작은 조각(1"×2")은 50℃ 및 80℃에서 용이하게 완전히 분산되었으며, 실온(23℃)에서는 표 3의 데이터에 의해 보여지듯이 직물이 완전히 분산되는데 더 긴 시간이 필요하였다.
실시예 1 및 2의 조성물을 다른 부직 기판 상으로 상부 취입할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 통상적인 웹 수집기 대신 사용되는 성형 또는 윤곽이 있는 형태로 축합 및 둘러쌀 수 있다. 따라서, 웹의 원형(circular) "로빙(roving)" 또는 플러그 형태를 수득할 수 있다.
비교예 ( CE ) 1 내지 3
이소프탈산 89몰%, 소디오설포이소프탈산 11몰%, 다이에틸렌 글리콜 72몰% 및 에틸렌 글리콜 28몰%를 함유하고 0.4의 Ih.V. 및 35℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터의 펠렛을 하기 이성분 비(중량% 기준)로 폴리프로필렌[바젤(Basell) PF 008] 펠렛과 합쳤다:
75 PP:25 설포폴리에스터(실시예 3)
50 PP:50 설포폴리에스터(실시예 4)
25 PP:75 설포폴리에스터(실시예 5)
PP는 800의 MFR(용융 유속)을 가졌다. 24인치 폭의 다이가 설치된 라인에서 용융 취입 작업을 수행하여, 표 2에 제공되는 물리적 특성을 갖는 취급이 용이하고 유연한 가요성의 비블로킹 웹을 수득하였다. 부직물의 작은 조각(1"×4")은 표 3에 보고된 바와 같이 용이하게 해체되었다. 그러나, 섬유중 그 어느 것도 불용성 폴리프로필렌 성분 때문에 완전히 수분산성이지는 않았다.
실시예 3
실시예 2에서 제조된 부직물의 원형 조각(4" 직경)을 2개의 면직물 시트 사이의 접착 층으로서 사용하였다. 해니핀(Hannifin) 용융 프레스를 이용하여 200℃에서 35psig의 압력을 30초간 가함으로써 두 면직물 시트를 함께 융착시켰다. 생성된 어셈블리는 매우 강한 결합 강도를 나타내었다. 접착 또는 결합이 파괴되기 전에 면 기판이 잘게 나뉘어졌다. 다른 셀룰로즈 및 PET 폴리에스터 기판에서도 유사한 결과가 수득되었다. 초음파 결합 기법에 의해서도 강한 결합이 생성되었다.
비교예 4
1200의 MFR을 갖는 PP[엑손(Exxon) 3356G]를 24" 다이를 이용하여 용융 취입시킴으로써, 블로킹되지 않고 롤로부터 용이하게 풀리는 가요성 부직물을 수득하였다. 작은 조각(1"×4")은 RT 또는 50℃의 물에 15분간 침지시킬 때 아무런 반응도 나타내지 않았다(즉, 해체 또는 평량 손실이 없었음).
실시예 4
이소프탈산 82몰%, 소디오설포이소프탈산 18몰%, 다이에틸렌 글리콜 54몰% 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올 46몰%를 함유하고 55℃의 Tg를 갖는 설포폴리에스터의 단일성분 섬유를 랩 스테이플 방사 라인에서 245℃(473℉)의 용융물 온도에서 용융 방사시켰다. 방사 데니어는 약 8d/f였다. 권취 관에서 약간의 블로킹이 있었지만, 10-필라멘트 스트랜드는 82℃ 및 pH 5 내지 6의 진탕되지 않은 탈염수에서 10 내지 19초 내에 용이하게 용해되었다.
실시예 5
이소프탈산 82몰%, 소디오설포이소프탈산 18몰%, 다이에틸렌 글리콜 54몰% 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올(55℃의 Tg) 46몰%를 함유하는 설포폴리에스터 및 이소프탈산 91몰%, 소디오설포이소프탈산 9몰%, 다이에틸렌 글리콜 25몰% 및 1,4-사이클로헥산다이메탄올(65℃의 Tg) 75몰%를 함유하는 설포폴리에스터의 블렌드(75:25)로부터 수득되는 단일성분 섬유를 각각 랩 스테이플 방사 라인에서 용융 방사시켰다. 성분 설포폴리에스터의 Tg의 가중 평균을 취함으로써 계산하였을 때 블렌드는 57℃의 Tg를 갖는다. 10-필라멘트 스트랜드는 권취 관 상에서 블로킹을 나타내지 않았으며, 82℃ 및 pH 5 내지 6의 진탕되지 않은 탈염수에서 20 내지 43초 내에 용이하게 용해되었다.
실시예 6
실시예 5에 기재된 블렌드를 PET와 동시-방사시켜 이성분 해도 섬유를 수득하였다. 설포폴리에스터 "바다"가 PET "섬" 80중량%를 함유하는 섬유 20중량%인 형상이 수득되었다. 방사 얀 신장률을 방사 직후 190%였다. 얀이 보빈으로부터 만족스럽게 풀렸고 방사한지 1주일 후에 가공하였기 때문에 블로킹을 나타나지 않았다. 후속 작업에서는, 얀을 88℃의 연수 욕을 통해 통과시킴으로써 "바다"를 용해시켜, 미세한 PET 필라멘트만을 남겼다.
실시예 7
이 추정적인 실시예는 특수지의 제조에 대한 본 발명의 다성분 및 마이크로데니어 섬유의 가능한 용도를 예시한다. 실시예 5에 기재된 블렌드를 PET와 동시 방사시켜 이성분 해도 섬유를 수득한다. 섬유는 약 35중량%의 설포폴리에스터 "바다" 성분 및 약 65중량%의 PET "섬"을 함유한다. 권축되지 않은 섬유를 1/8인치의 길이로 절단한다. 시뮬레이션된 제지에서는, 이들 짧게 절단한 이성분 섬유를 재생 작업에 첨가한다. 진탕되는 수성 슬러리에서 설포폴리에스터 "바다"를 제거함으로써, 마이크로데니어 PET 섬유를 믹스 중으로 방출시킨다. 필적할만한 중량에서, 마이크로데니어 PET 섬유("섬")는 거친 PET 섬유의 첨가보다 종이 인장 강도를 증가시키는데 더욱 효과적이다.
비교예 8
다이 플레이트에 총 다성분 섬유개의 다이 구멍을 갖는 플로리다주 멜번 소재의 힐즈 인코포레이티드(Hills Inc.)로부터의 24" 폭 이성분 방사구금 다이를 사용하는 방사 결합 라인에서 바다 구조에 108개의 섬을 갖는 이성분 섬유를 제조하였다. 2개의 압출기는 용융 펌프에 연결되었고, 용융 펌프는 다시 섬유 방사 다이의 두 성분을 위한 입구에 연결되었다. 주 압출기(A)는 이스트만 F61HC PET 폴리에스터의 흐름을 칭량하여 해도 섬유 단면 구조에서 섬 도메인을 생성시키는 입구에 연결되었다. 압출 대역을 285℃에서 다이에 들어가는 PET를 용융시키도록 설정하였다. 보조 압출기(B)는 약 0.35의 고유 점도 및 레오메트릭 다이나믹 애널라이저(Rheometric Dynamic Analyzer) RDAII[레오메트릭스 인코포레이티드(Rheometrics Inc.), 뉴저지주 피스카타웨이] 흐름계에서 240℃ 및 1라디안/초의 전단 속도에서 측정할 때 약 15,000포아즈, 및 240℃ 및 100라디안/초의 전단 속도에서 측정할 때 9,700포아즈의 용융 점도를 갖는 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 캄파니로부터의 이스트만 AQ 55S 설포폴리에스터를 가공하였다. 용융 점도 측정을 수행하기 전에, 샘플을 60℃의 진공 오븐에서 2일간 건조시켰다. 1mm 간격으로 설정된 25mm 직경의 평행판 형태를 이용하여 점도 시험을 수행하였다. 동적 주파수 스위프를 1 내지 400라디안/초의 변형 속도 범위 및 10% 변형 폭에서 수행하였다. 이어, 240℃ 및 1라디안/초의 변형 속도에서 점도를 측정하였다. 이 절차 후에는 후속 실시예에서 사용되는 설포폴리에스터 물질의 점도를 결정하였다. 보조 압출기를 AQ 55S 중합체를 용융시키고 이를 255℃의 용융물 온도에서 방사구금 다이로 공급하도록 설정하였다. 0.6g/구멍/분의 처리 속도에서 압출함으로써 두 중합체를 이성분 압출물로 생성시켰다. 이성분 압출물중 PET 대 AQ 55S의 부피비는 60/40 및 70/30 비를 생성시키도록 조정하였다.
흡입기 장치를 이용하여 이성분 압출물을 용융 인발하여 이성분 섬유를 생성시켰다. 흡입기 챔버를 통한 공기 흐름이 생성된 섬유를 아래로 잡아당겼다. 흡입기 어셈블리를 통해 하향 유동하는 공기의 양을 흡입기에 들어가는 공기의 압력에 의해 조절하였다. 이 실시예에서, 이성분 압출물을 용융 인발하기 위해 흡입기에 사용되는 공기의 최대 압력은 25psi였다. 이 값보다 큰 경우에는, 이성분 압출물 상에 부과되는 용융 인발 속도가 이성분 압출물의 고유 내구성보다 더 크기 때문에, 흡입기를 통한 기류가 이 용융 인발 방사 공정 동안 압출물을 파괴시켰다. 이성분 섬유를 95g/m2(gsm)의 직물 중량을 갖는 부직 웹으로 적층(laid down)시켰다. 광학 현미경법에 의한 이 부직 웹중 이성분 섬유의 평가는 PET가 섬유 구조의 중심에 섬으로서 존재하지만, 이성분 섬유의 외부 둘레 주변의 PET 섬이 거의 함께 응집되어 섬유의 원주 둘레에서 PEE 중합체의 거의 연속적인 고리를 형성함(이는 바람직하지 못함)을 보여주었다. 현미경법은 부직 웹중의 이성분 섬유의 직경이 일반적으로 15 내지 19마이크론이어서 약 2.5데니어/필라멘트(dpf)의 평균 섬유 방사 데니어에 상응함을 밝혀냈다. 이는 약 2160m/분의 용융 인발 섬유 속도를 제공한다. 방사 데니어는 용융 압출 및 용융 인발 단계에 의해 수득되는 섬유의 데니어(섬유 9000미터 길이의 중량(g))로서 정의된다. 이성분 섬유 직경에서의 변화는 섬유의 방사-인발에서는 불균일성을 나타내었다.
부직 웹 샘플을 강제-공기 오븐에서 120℃에서 5분간 컨디셔닝시켰다. 열처리된 웹은 상당한 수축률을 나타내었는데, 부직 웹의 면적은 가열 전의 웹의 초기 면적의 약 12%로 감소되었다. 특정 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 섬유에 사용되는 AQ 55S 설포폴리에스터의 높은 분자량 및 용융 점도 때문에, 이성분 압출물은 섬유 내에서 PET 구획의 변형 유도되는 결정화를 야기하기 위해 필요한 정도까지 용융 인발될 수 없었다. 결국, 이 특이적인 고유 점도 및 용융 점도를 갖는 AQ 55S 설포폴리에스터는, 이성분 압출물이 목적하는 미세한 데니어까지 균일하게 용융 인발될 수 없었기 때문에, 허용될 수 없었다.
실시예 8
시판중인 이스트만 AQ55S 중합체와 동일한 화학적 조성을 갖는 설포폴리에스터 중합체를 생성시켰으나, 약 0.25의 고유 점도에 의해 특징화되는 보다 낮은 값으로 분자량을 조절하였다. 이 중합체의 용융 점도는 240℃ 및 1라디안/초의 전단 속도에서 측정할 때 3300포아즈였다.
실시예 9
방사 결합 설비 상의 24인치 폭의 다이 플레이트에 총 2222개의 다이 구멍을 갖는 힐즈 인코포레이티드(플로리다주 멜번) 물품인 이성분 방사구금 다이를 사용하여 16-구획 분할된 파이 구조를 갖는 이성분 압축물을 제조하였다. 2개의 압출기를 사용하여 두 중합체를 용융시키고 이 방사구금 다이에 공급하였다. 주 압출기(A)는 이스트만 F61HC PET 폴리에스터 용융물을 공급하여 분할된 파이 단면 구조에서 도메인 또는 구획 슬라이스를 형성하는 입구에 연결되었다. 285℃에서 방사구금 다이에 들어가는 PET를 용융시키도록 압출 대역를 설정하였다. 보조 압출기(B)는 실시예 8의 설포폴리에스터 중합체를 용융시키고 공급하였다. 설포폴리에스터 중합체를 225℃의 용융물 온도에서 방사구금 다이 내로 압출시키도록 보조 압출기를 설정하였다. 사용되는 방사구금 다이 및 설포폴리에스터 중합체의 용융 점도를 제외하고는, 이 실시예에서 이용되는 절차는 비교예 8에서와 동일하였다. 구멍당 용융물 처리량은 0.6gm/분이었다. 이성분 압출물중 PET 대 설포폴리에스터의 부피 비는 약 70/30의 중량비를 나타내는 70/30으로 설정되었다.
비교예 8에서 사용된 것과 동일한 흡입기를 사용하여 이성분 압출물을 용융 인발시켜 이성분 섬유를 생성시켰다. 먼저, 흡입기로의 유입 공기를 25psi로 설정하였고, 섬유는 약 2.0의 방사 데니어를 가졌으며, 이성분 섬유는 약 14 내지 15마이크론의 균일한 직경 프로파일을 나타내었다. 용융 인발 동안 용융 압출물을 파괴시키지 않으면서 흡입기로의 공기를 45psi의 최대 이용가능한 압력까지 증가시켰다. 45psi의 공기를 사용하여, 이성분 압출물을 약 1.2의 섬유 방사 데니어까지 아래로 용융 인발시켰으며, 이성분 섬유는 현미경에서 보았을 때 11 내지 12마이크론의 직경을 나타내었다. 용융 인발 공정 동안의 속도는 약 4500m/분인 것으로 계산되었다. 특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 이 속도에 근접하는 용융 인발 속도에서, 용융 인발 공정 동안 PET의 변형 유도되는 결정화가 이루어지기 시작하는 것으로 생각된다. 상기 나타낸 바와 같이, 섬유 용융 인발 공정 동안 PET 섬유 구획에 약간의 배향된 결정성을 형성시켜 부직 웹이 후속 가공 동안 더욱 치수 안정성이도록 하는 것이 바람직하다.
45psi의 흡입기 공기 압력을 사용하여 이성분 섬유를 140g/m2(gsm)의 중량을 갖는 부직 웹으로 적층시켰다. 물질을 강제-공기 오븐에서 120℃에서 5분간 컨디셔닝시킴으로써 부직 웹의 수축률을 측정하였다. 이 실시예는 비교예 8의 섬유 및 직물에 비해 수축률의 상당한 감소를 나타낸다.
140gsm 직물 중량을 갖는 이 부직 웹을 다양한 온도의 정적 탈이온수 욕에 5분간 침지시켰다. 침지된 부직 웹을 건조시키고, 다양한 온도의 탈이온수에 침지됨으로 인한 중량 손실 %를 측정하였더니 아래 표 4와 같았다.
[표 4]
Figure pct00009

설포폴리에스터는 약 25℃의 탈이온수 중으로 매우 용이하게 소산되었다. 부직 웹의 이성분 섬유로부터의 설포폴리에스터 제거는 % 중량 손실에 의해 표시된다. 33℃ 이상에서는 이성분 섬유로부터의 설포폴리에스터의 광범위하거나 완전한 제거가 관찰되었다. 실시예 8의 본 설포폴리에스터를 포함하는 이들 이성분 섬유의 부직 웹을 생성시키는데 고수압 직조가 이용되는 경우, 수온이 주위 온도보다 높으면 고수압 직조 분사수에 의해 설포폴리에스터 중합체가 광범위하게 또는 완전히 제거될 것으로 예측된다. 고수압 직조 단계 동안 이들 이성분 섬유로부터 설포폴리에스터 중합체가 거의 제거되지 않기를 바라는 경우에는, 약 25℃ 미만의 낮은 수온을 이용해야 한다.
실시예 10
하기 이산 및 다이올 조성물로 설포폴리에스터 중합체를 제조하였다: 이산 조성물(테레프탈산 71몰%, 이소프탈산 20몰% 및 5-(소디오설포)이소프탈산 9몰%) 및 다이올 조성물(에틸렌 글리콜 60몰% 및 다이에틸렌 글리콜 40몰%). 진공하에 고온 폴리에스터화에 의해 설포폴리에스터를 제조하였다. 약 0.31의 고유 점도를 갖는 설포폴리에스터를 생성시키도록 에스터화 조건을 조절하였다. 이 설포폴리에스터의 용융 점도는 240℃ 및 1라디안/초의 전단 속도에서 약 3000 내지 4000포아즈인 것으로 측정되었다.
실시예 11
실시예 10의 설포폴리에스터 중합체를 실시예 9에 기재된 것과 동일한 절차에 따라 이성분 분할된 파이 섬유 및 부직 웹으로 방사시켰다. 주 압출기(A)는 이스트만 F61HC PET 폴리에스터 용융물을 공급하여, 분할된 파이 구조의 보다 큰 구획 슬라이스를 형성시켰다. 285℃에서 방사구금 다이에 들어가는 PET를 용융시키도록 압출 대역을 설정하였다. 보조 압출기(B)는 255℃의 용융물 온도에서 방사구금 다이로 공급되는 실시예 10의 설포폴리에스터 중합체를 가공하였다. 구멍당 용융물 처리 속도는 0.6gm/분이었다. 이성분 압출물중 PET 대 설포폴리에스터의 부피비는 약 70/30의 중량비를 나타내는 70/30으로 설정하였다. 이성분 압출물의 단면은 PET의 웨지형 도메인 및 이들 도메인을 분리시키는 설포폴리에스터 중합체를 가졌다.
비교예 8에 사용된 것과 동일한 흡입기 어셈블리를 이용하여 이성분 압출물을 용융 인발시켜 이성분 섬유를 생성시켰다. 인발동안 이성분 섬유를 파괴시키지 않으면서 흡입기로 이용될 수 있는 최대 공기 압력은 45psi였다. 45psi의 공기를 사용하여, 이성분 압출물을 아래로 용융 인발시켜 약 1.2의 방사 데니어를 갖는 이성분 섬유를 생성시켰으며, 이 이성분 섬유는 현미경하에서 볼 때 약 11 내지 12마이크론의 직경을 나타내었다. 용융 인발 공정 동안의 속도는 약 4500m/분인 것으로 계산되었다.
이성분 섬유를 140gsm 및 110gsm의 중량을 갖는 부직 웹으로 적층시켰다. 강제-공기 오븐에서 120℃에서 5분동안 물질을 컨디셔닝시킴으로써 웹의 수축률을 측정하였다. 수축 후 부직 웹의 면적은 웹의 출발 면적의 약 29%였다.
용융 인발된 섬유 및 부직 웹으로부터 채취된 섬유의 단면을 현미경으로 조사한 결과, 개별적인 구획이 명확하게 한정되어 있고 유사한 크기 및 형상을 나타내는 매우 우수한 분할된 파이 구조를 나타내었다. PET 구획은 서로 완전히 분리되어 있어, 이성분 섬유로부터 설포폴리에스터를 제거한 후 파이-슬라이스 형상을 갖는 8개의 별도의 PET 단일성분 섬유가 생성되었다.
110gsm의 직물 중량을 갖는 부직 웹을 다양한 온도의 정적 탈이온수 욕에 8분간 침지시켰다. 침지된 부직 웹을 건조시키고, 다양한 온도의 탈이온수에 침지시킴으로 인한 중량 손실 %를 측정하였더니 아래 표 5와 같았다.
[표 5]
Figure pct00010

설포폴리에스터 중합체는 약 46℃보다 높은 온도의 탈이온수 중으로 용이하게 소산되었으며, 섬유로부터의 설포폴리에스터 중합체의 제거는 중량 손실에 의해 보여지는 바와 같이 51℃보다 높은 온도에서 매우 광범위하거나 완전하였다. 약 30%의 중량 손실은 부직 웹의 이성분 섬유로부터 설포폴리에스터가 완전히 제거되었음을 나타내는 것이었다. 고수압 직조를 이용하여 이 설포폴리에스터를 포함하는 이성분 섬유의 이 부직 웹을 가공하는 경우, 수온 40℃ 미만의 고수압 직조 분사수에 의해서는 중합체가 광범위하게 제거되지 않을 것으로 예측된다.
실시예 12
140gsm 및 110gsm의 평량을 갖는 실시예 11의 부직 웹을, 플라이스너, 게엠베하(Fleissner, GmbH; 독일 에겔스바흐)에서 제조되는 고수압 직조 장치를 이용하여 고수압 직조하였다. 이 기계는 총 5개의 고수압 직조 스테이션을 갖는데, 여기에서는 분사수 3개 세트가 부직 웹의 상부와 접촉하고 분사수 2개 세트가 부직 웹의 반대쪽과 접촉하였다. 물 분사는 2피트 폭의 제트 스트립에 엔지니어링된 직경 약 100마이크론의 일련의 미세공을 포함하였다. 분사 수압을 60바(제트 스트립 #1), 190바(제트 스트립 #2 및 3) 및 230바(제트 스트립 #4 및 5)로 설정하였다. 고수압 직조 공정 동안, 분사 수온은 약 40 내지 45℃인 것으로 밝혀졌다. 고수압 직조 장치에 존재하는 부직물은 함께 강하게 결합되었다. 연속적인 섬유를 함께 얽히게 하여, 양 방향으로 연신될 때 높은 인열 저항성을 갖는 고수압 직조된 부직물을 생성시켰다.
이어, 고수압 직조된 부직물을, 둘레에 일련의 핀이 존재하는 강성 직사각형 프레임을 포함하는 텐터 프레임 상에 고정시켰다. 직물을 핀에 고정시켜 직물이 가열될 때 직물의 수축을 제한하였다. 직물 샘플이 장치된 프레임을 강제-공기 오븐에 130℃에서 3분간 두어, 제한되어 있는 동안 직물을 열경화시켰다. 열경화 후, 컨디셔닝된 직물을 측정된 크기의 시편으로 절단하고, 시편을 텐터 프레임에 의한 제한 없이 130℃에서 컨디셔닝시켰다. 이 컨디셔닝 후 고수압 직조된 부직물의 치수를 측정하였더니, 최소 수축률(0.5% 미만의 직경 감소)만이 관찰되었다. 고수압 직조된 부직물의 열 경화가 치수 안정성 부직물을 생성시키는데 충분함이 명백하였다.
상기 기재된 바와 같이 열 경화된 후 고수압 직조된 부직물을 90℃의 탈이온수 중에서 세척하여 설포폴리에스터 중합체를 제거하고 고수압 직조된 직물에 PET 단일성분 섬유 구획을 남겼다. 반복 세척 후, 건조된 직물은 약 26%의 중량 손실을 나타내었다. 고수압 직조 전에 부직물을 세척하면 31.3%의중량 손실을 나타내었다. 따라서, 고수압 직조 공정은 부직 웹으로부터 설포폴리에스터를 일부 제거하지만, 이 양은 비교적 소량이었다. 고수압 직조 동안 제거되는 설포폴리에스터의 양을 감소시키기 위해서는, 고수압 직조 분사 수온을 40℃ 미만으로 낮추어야 한다.
실시예 10의 설포폴리에스터는 우수한 구획 분포를 갖는 분할된 파이 섬유(수 비-분산성 중합체 구획이 설포폴리에스터 중합체의 제거 후 유사한 크기 및 형상의 개별 섬유를 생성시킴)를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 설포폴리에스터의 레올로지는 이성분 압출물을 고속으로 용융 인발시켜 약 1.0의 낮은 방사 데니어를 갖는 미세 데니어의 이성분 섬유를 달성하기에 적합하였다. 이들 이성분 섬유는 부직 웹으로 적층될 수 있었으며, 이들 부직 웹은 설포폴리에스터 중합체를 상당히 손실하지 않으면서 고수압 직조되어 부직물을 생성시켰다. 부직 웹의 고수압 직조에 의해 생성된 부직물은 높은 강도를 나타내었고, 약 120℃ 이상의 온도에서 열 경화되어 탁월한 치수 안정성을 갖는 부직물을 생성시켰다. 세척 단계에서 고수압 직조된 부직물로부터 설포폴리에스터 중합체를 제거하였다. 그 결과, 보다 가벼운 직물 중량 및 훨씬 더 큰 가요성과 부드러운 감촉을 갖는 강한 부직물 물품이 생성되었다. 이 부직물 물품의 단일성분 PET 섬유는 웨지 형상을 가졌고 약 0.1의 평균 데니어를 나타내었다.
실시예 13
하기 이산 및 다이올 조성물로 설포폴리에스터 중합체를 제조하였다: 이산 조성물(테레프탈산 69몰%, 이소프탈산 22.5몰% 및 5-(소디오설포)이소프탈산 8.5몰%) 및 다이올 조성물(65몰% 에틸렌 글리콜 및 35몰% 다이에틸렌 글리콜). 진공하에 고온 폴리에스터화에 의해 설포폴리에스터를 제조하였다. 약 0.33의 고유 점도를 갖는 설포폴리에스터를 생성시키도록 에스터화 조건을 조절하였다. 이 설포폴리에스터의 용융 점도는 240℃ 및 1라디안/초의 전단 속도에서 약 3000 내지 4000포아즈의 범위인 것으로 측정되었다.
실시예 14
실시예 13의 설포폴리에스터 중합체를 방사 결합 라인에서 이성분 해도(16개의 섬을 가짐) 단면 형상으로 방사시켰다. 주 압출기(A)는 이스트만 F61HC PET 폴리에스터 용융물을 공급하여 해도 구조의 섬을 생성시켰다. 약 290℃에서 방사구금에 들어가는 PET를 용융시키도록 압출 대역을 설정하였다. 보조 압출기(B)는 약 260℃의 용융물 온도에서 방사구금 다이로 공급되는 실시예 13의 설포폴리에스터 중합체를 가공하였다. 이성분 압출물중 PET 대 설포폴리에스터의 부피비는 약 70/30의 중량비를 나타내는 70/30으로 설정되었다. 방사구금을 통한 용융물 처리 속도는 0.6g/구멍/분이었다. 이성분 압출물의 단면은 설포폴리에스터 중합체가 분리하는 둥근 형상의 PET 섬 도메인을 가졌다.
흡입기 어셈블리를 이용하여 이성분 압출물을 용융 인발시켰다. 용융 인발동안 이성분 섬유를 파괴시키지 않으면서 흡입기로 이용가능한 공기의 최대 압력은 50psi였다. 50psi의 공기를 이용하여, 이성분 압출물을 아래로 용융 인발시켜 약 1.4의 방사 데니어를 갖는 이성분 섬유를 수득하였으며, 이 이성분 섬유는 현미경 하에서 볼 때 약 12마이크론의 직경을 나타내었다. 인발 공정 동안의 속도는 약 3900m/분인 것으로 계산되었다.
실시예 15
실시예 13의 설포폴리에스터 중합체를 이성분 압출 라인을 사용하여 64개 섬 섬유를 갖는 이성분 해도 단면 섬유로 방사했다. 1차 압출기는 이스트만 F61HC 폴리에스터 용융물을 공급하여 해도 섬유 단면 구조 중의 섬을 형성했다. 2차 압출기는 설포폴리에스터 중합체 용융물을 공급하여 해도 이성분 섬유 중의 바다를 형성했다. 폴리에스터의 고유 점도는 0.61dL/g이었고 건조 설포폴리에스터의 용융 점도는 전술한 용융 점도 측정 절차를 이용하여 240℃ 및 1rad/sec 변형률로 측정시 약 7000 포아즈였다. 상기 해도 이성분 섬유는 198개 홀을 갖는 방사구 및 0.85gm/분/홀의 스루풋 속도를 이용하여 제조되었다. "섬" 폴리에스터와 "바다" 설포폴리에스터 사이의 중합체 비율은 65% 대 35%였다. 상기 이성분 섬유는 폴리에스터 성분에 대해서는 280℃의 압출 온도, 설포폴리에스터 성분에 대해서는 260℃의 압출 온도를 이용하여 방사했다. 이성분 섬유는 다수의 필라멘트(198개 필라멘트)를 함유하고 약 530 미터/분의 속도로 용융 방사되어 약 14의 공칭 d/f를 갖는 필라멘트를 형성했다. 골스턴 테크놀러지즈(Goulston Technologies)로부터의 PT 769 마감재의 24 중량% 마감재 용액을 키스 롤 도포기를 사용하여 이성분 섬유에 도포했다. 이후 이성분 섬유의 필라멘트를 각각 90℃ 및 130℃로 가열된 2개의 고뎃(godet) 롤의 세트를 사용하여 일렬로 연신하고, 약 1750미터/분의 속도로 조작되는 최종 연신 롤로 연신하여, 약 3.3X의 필라멘트 연신비를 제공하여 약 4.5의 공칭 d/f 또는 약 25 마이크론의 평균 직경을 갖는 연신된 해도 이성분 필라멘트를 형성했다. 상기 필라멘트는 약 2.5 마이크론의 평균 직경을 갖는 폴리에스터 마이크로데니어 섬유 "섬"으로 이루어졌다.
실시예 16
실시예 15의 연신된 해도 이성분 섬유를 3.2밀리미터 및 6.4밀리미터 절단 길이의 짧은 길이 섬유로 절단하고, 이로써, 64개 섬의 해도 단면 구조를 갖는 짧은 길이 이성분 섬유를 제조했다. 상기 숏-컷 이성분 섬유는 폴리에스터의 "섬" 및 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 "바다"로 이루어졌다. 섬 및 바다의 단면 분포는 이들 숏-컷 이성분 섬유의 길이를 따라 본질적으로 일관되었다.
실시예 17
실시예 15의 연신된 해도 이성분 섬유를 연수에 약 24시간 동안 침지한 후 3.2밀리미터 및 6.4밀리미터 절단 길이의 짧은 길이 섬유로 절단했다. 수분산성 설포폴리에스터를 짧은 길이 섬유로 절단하기 전에 적어도 부분적으로 유화시켰다. 따라서 바다 성분으로부터의 섬의 부분적인 분리가 이루어지고, 이로써, 부분적으로 유화된 짧은 길이 해도 이성분 섬유가 제조되었다.
실시예 18
실시예 16의 숏-컷 길이의 해도 이성분 섬유를 80℃에서 연수를 사용하여 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 이성분 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 광학 현미경으로 관찰한바 약 2.5 마이크론의 평균 직경 및 3.2 및 6.4밀리미터의 길이를 나타냈다.
실시예 19
실시예 17의 숏-컷 길이의 부분 유화된 해도 이성분 섬유를 80℃에서 연수를 사용하여 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 광학 현미경으로 관찰한 바, 2.5 마이크론의 평균 직경 및 3.2 및 6.4밀리미터의 길이의 폴리에스터 마이크로섬유가 보였다.
비교예 20
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 7.5gm의 미국 테네시주 멤피스 소재의 인터내셔널 페이퍼(International Paper)에서 제조된 알바셀 서던 블리치드 소프트우드 크래프트(Albacel Southern Bleached Softwood Kraft; SBSK) 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 펄프화된 혼합물을 제조했다. 이 펄프화된 혼합물을 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커에 옮겨 약 0.1% 농도(consistency)(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 펄프 슬러리를 제조했다. 이 펄프 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 펄프 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 절차는 다음과 같다. 펄프 슬러리를 계속 교반하면서 25 센티미터 x 30 센티미터 핸드 시트 몰드에 부었다. 강하 밸브를 당기고, 펄프 섬유를 스크린 상에 흘러나가게 하여 핸드 시트를 형성했다. 750g/m2(gsm)의 블로터 종이를 형성된 핸드 시트의 상부에 놓고, 블로터 종이를 핸드 시트 상으로 평평하게 했다. 스크린 프레임을 올리고 투명 이형지 상에 뒤집어 10분 동안 올려놨다. 스크린을 형성된 핸드 시트로부터 수직으로 들어올렸다. 2장의 750gsm 블로터 종이를 형성된 핸드 시트의 상부에 배치했다. 핸드 시트를 3장의 블로터 종이와 함께 노우드 드라이어(Norwood Dryer)를 사용하여 약 88℃에서 15분 동안 건조시켰다. 한 장의 블로터 종이를 제거하여 한 장의 블로터 종이가 핸드 시트의 각 면에 남게 했다. 핸드 시트를 윌리엄스 드라이어(Williams Dryer)를 사용하여 65℃에서 15분 동안 건조시켰다. 이후 핸드 시트를 또한 12 내지 24시간 동안 40kg 드라이 프레스를 사용하여 건조시켰다. 블로터 종이를 제거하여 건조 핸드 시트 샘플을 수득했다. 핸드 시트를 시험을 위해 21.6센티미터×27.9센티미터 치수로 다듬었다.
비교예 21
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 7.5gm의 미국 테네시주 멤피스 소재의 인터내셔널 페이퍼에서 제조된 알바셀 서던 블리치드 소프트우드 크래프트(SBSK), 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베(Avebe)에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스(Solvitose) N, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 펄프화된 혼합물을 제조했다. 이 펄프화된 혼합물을 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커에 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 펄프 슬러리를 제조했다. 이 펄프 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 펄프 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다.
실시예 22
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 6.0gm의 미국 테네시주 멤피스 소재의 인터내셔널 페이퍼에서 제조된 알바셀 서던 블리치드 소프트우드 크래프트(SBSK), 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 1.5gm의 실시예 16의 3.2밀리미터 절단 길이 해도 섬유, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 섬유 혼합물 슬러리를 제조했다. 이 섬유 혼합물 슬러리를 82℃로 10초 동안 가열하여 유화시키고 해도 섬유 중의 수분산성 설포폴리에스터 성분을 제거하여 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 이후 섬유 혼합물 슬러리를 변형시켜 설포폴리에스터, 및 펄프 섬유 및 폴리에스터 마이크로섬유를 포함하는 마이크로섬유-함유 혼합물을 포함하는 설포폴리에스터 분산액을 제조했다. 마이크로섬유-함유 혼합물을 또한 500gm의 실온수로 세정하여 마이크로섬유-함유 혼합물로부터 수분산성 설포폴리에스터를 또한 제거했다. 이 마이크로섬유-함유 혼합물을 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커로 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 마이크로섬유-함유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유-함유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 마이크로섬유-함유 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다.
비교예 23
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 7.5gm의 미국 콜로라도주 덴버 소재의 존스 맨빌(Johns Manville)에서 입수가능한 마이크로스트랜드(MicroStrand) 475-106 미소 유리 섬유, 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 유리 섬유 혼합물을 제조했다. 이 유리 섬유 혼합물을 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커에 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 유리 섬유 슬러리를 제조했다. 이 유리 섬유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 유리 섬유 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다.
실시예 24
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 3.8gm의 미국 콜로라도주 덴버 소재의 존스 맨빌에서 입수가능한 마이크로스트랜드(MicroStrand) 475-106 미소 유리 섬유, 3.8gm의 실시예 16의 3.2밀리미터 절단 길이 해도 섬유, 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 섬유 혼합물 슬러리를 제조했다. 이 섬유 혼합물 슬러리를 82℃로 10초 동안 가열하여 유화시키고 해도 이성분 섬유 중의 수분산성 설포폴리에스터 성분을 제거하여 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 이후 섬유 혼합물 슬러리를 변형시켜 설포폴리에스터, 및 유리 마이크로섬유 및 폴리에스터 마이크로섬유를 포함하는 마이크로섬유-함유 혼합물을 포함하는 설포폴리에스터 분산액을 제조했다. 마이크로섬유-함유 혼합물을 또한 500gm의 실온수를 사용하여 세정하여 마이크로섬유-함유 혼합물로부터 설포폴리에스터를 또한 제거했다. 이 마이크로섬유-함유 혼합물를 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커에 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 마이크로섬유-함유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유-함유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 마이크로섬유-함유 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다.
실시예 25
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 7.5gm의 실시예 16의 3.2밀리미터 절단 길이 해도 섬유, 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화하여 섬유 혼합물 슬러리를 제조했다. 이 섬유 혼합물 슬러리를 82℃로 10초 동안 가열하여 유화시키고 해도 섬유 중의 수분산성 설포폴리에스터 성분을 제거하여 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 이후 섬유 혼합물 슬러리를 변형시켜 설포폴리에스터 분산액 및 폴리에스터 마이크로섬유를 제조했다. 설포폴리에스터 분산액은 수분산성 설포폴리에스터로 이루어졌다. 폴리에스터 마이크로섬유를 500gm의 실온수를 사용하여 세정하여 폴리에스터 마이크로섬유로부터 설포폴리에스터를 또한 제거했다. 상기 폴리에스터 마이크로섬유를 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커로 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)로 만들어 마이크로섬유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 마이크로섬유 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다.
실시예 20 내지 25의 핸드 시트 샘플을 시험하였으며, 특성들을 하기 표 6에 제공한다.
[표 6]
Figure pct00011

핸드 시트 평량은 핸드 시트를 칭량하고 제곱미터당 그램 중량(gsm)으로 계산하여 결정된다. 핸드 시트 두께는 오노 속키(Ono Sokki) EG-233 두께 게이지를 사용하여 측정하고 밀리미터 두께로 보고했다. 밀도는 입방 센티미터당 그램 중량으로서 계산했다. 다공도는 1.9x1.9cm 사각형 개구 헤드 및 100cc 용량을 갖는 그라이너(Greiner) 다공도 마노미터를 사용하여 측정했다. 다공도는 100cc의 물이 특성은 6개의 30mm×105mm 시험용 스트립에 대해 인스트론 모델(Instron Model) TM을 사용하여 측정했다. 6개 측정의 평균을 각 실시예에 대하여 보고했다. 상기 시험 데이터로부터 본 발명의 폴리에스터 마이크로섬유를 첨가함으로써 습식-적층 섬유상 구조의 인장 특성에 상당한 향상이 얻어짐을 관찰할 수 있다.
실시예 26
실시예 13의 설포폴리에스터 중합체를 이성분 압출 라인을 사용하여 37개 섬 섬유를 갖는 이성분 해도 단면 섬유로 방사했다. 1차 압출기는 이스트만 F61HC 폴리에스터를 공급하여 해도 단면 구조 중의 "섬"을 형성했다. 2차 압출기는 수분산성 설포폴리에스터 중합체를 공급하여 해도 이성분 섬유 중의 "바다"를 형성했다. 폴리에스터의 고유 점도는 0.61dL/g이었으며, 건조 설포폴리에스터의 용융 점도는 전기한 용융 점도 측정 절차를 이용하여 240℃ 및 1rad/sec 변형률로 측정시 약 7000포아즈였다. 이 해도 이성분 섬유를 72개 홀을 갖는 방사구 및 1.15gm/분/홀의 스루풋 속도를 사용하여 제조했다. "섬" 폴리에스터와 "바다" 설포폴리에스터 사이의 중합체 비율은 2 대 1이었다. 이 이성분 섬유를 폴리에스터 성분에 대해서는 280℃의 압출 온도 및 수분산성 설포폴리에스터 성분에 대해서는 255℃의 압출 온도를 이용하여 방사했다. 이 이성분 섬유는 다수의 필라멘트(198개 필라멘트)를 함유했고 약 530 미터/분의 속도로 용융 방사되어 19.5의 공칭 d/f를 갖는 필라멘트를 형성했다. 골스턴 테크놀러지즈로부터의 PT 769 마감재의 24중량% 마감재 용액을 키스 롤 도포기를 사용하여 이성분 섬유에 도포했다. 이후 이성분 섬유의 필라멘트를 각각 95℃ 및 130℃로 가열된 2개의 고뎃 롤의 세트를 사용하여 한 줄로 연신하고, 약 1750 미터/분의 속도로 조작되는 최종 연신 롤로 연신하여, 약 3.3X의 필라멘트 연신비를 제공하여 약 5.9의 공칭 d/f 또는 약 29 마이크론의 평균 직경을 갖는 연신된 해도 이성분 필라멘트를 형성했다. 상기 필라멘트는 약 3.9마이크론의 평균 직경을 갖는 폴리에스터 마이크로섬유 "섬"으로 이루어졌다.
실시예 27
실시예 26의 연신된 해도 이성분 섬유를 3.2밀리미터 및 6.4밀리미터 절단 길이의 짧은 길이 이성분 섬유로 절단하고, 이로써, 37개 섬의 해도 단면 구조를 갖는 짧은 길이 섬유를 제조했다. 상기 섬유는 폴리에스터의 "섬" 및 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 "바다"로 이루어졌다. "섬" 및 "바다"의 단면 분포는 상기 이성분 섬유의 길이를 따라 본질적으로 일관되었다.
실시예 28
실시예 27의 숏-컷 길이의 해도 섬유를 80℃에서 연수를 사용하여 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 이성분 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 광학 현미경으로 관찰한바, 약 3.9마이크론의 평균 직경 및 3.2 및 6.4밀리미터의 길이를 가졌다.
실시예 29
실시예 13의 설포폴리에스터 중합체를 이성분 압출 라인을 이용하여 37개 섬 섬유를 갖는 이성분 해도 단면 섬유로 방사했다. 1차 압출기는 폴리에스터를 공급하여 해도 섬유 단면 구조 중의 "섬"을 형성했다. 2차 압출기는 수분산성 설포폴리에스터 중합체를 공급하여 해도 이성분 섬유 중의 "바다"를 형성했다. 폴리에스터의 고유 점도는 0.52dL/g이었고, 건조 수분산성 설포폴리에스터의 용융 점도는 전기한 용융 점도 측정 절차를 이용하여 240℃ 및 1rad/sec 변형률로 측정시 약 3500포아즈였다. 상기 해도 이성분 섬유는 각각 175개 홀을 갖는 2개의 방사구 및 1.0gm/분/홀의 스루풋 속도를 사용하여 제조되었다. "섬" 폴리에스터와 "바다" 설포폴리에스터 사이의 중합체 비율은 70% 대 30%이었다. 이 이성분 섬유를 폴리에스터 성분에 대해서는 280℃의 압출 온도 및 설포폴리에스터 성분에 대해서는 255℃의 압출 온도를 이용하여 방사했다. 이 이성분 섬유는 다수의 필라멘트(350개 필라멘트)를 함유했고 100℃로 가열된 권취 롤을 사용하여 약 1000미터/분의 속도로 용융 방사되어 약 9의 공칭 d/f 및 약 36마이크론의 평균 섬유 직경을 갖는 필라멘트를 형성했다. PT 769 마감재의 24중량% 마감재 용액을 키스 롤 도포기를 사용하여 이성분 섬유에 도포했다. 이성분 섬유의 필라멘트를 조합한 후 100m/분의 연신 롤 속도 및 38℃의 온도에서 연신 라인 상에서 3.0x로 연신하여 약 3의 평균 d/f 및 약 20마이크론의 평균 직경을 갖는 연신된 해도 이성분 필라멘트를 형성했다. 상기 연신된 해도 이성분 섬유를 약 6.4밀리미터 길이의 짧은 길이 섬유로 절단했다. 상기 짧은 길이 해도 이성분 섬유는 평균 직경 약 2.8마이크론의 폴리에스터 마이크로섬유 "섬"으로 이루어졌다.
실시예 30
실시예 29의 숏-컷 길이의 해도 이성분 섬유를 80℃에서 연수를 사용하여 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 섬유를 광학 현미경으로 관찰한바 약 2.8마이크론의 평균 직경 및 약 6.4밀리미터 길이의 폴리에스터 마이크로섬유가 보였다.
실시예 31
습식-적층 마이크로섬유 원료 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 56.3gm의 실시예 16의 3.2밀리미터 절단 길이 해도 이성분 섬유, 2.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 및 1410gm의 실온수를 2 리터 비커에 배치하여 섬유 슬러리를 제조했다. 섬유 슬러리를 교반했다. 이 섬유 슬러리의 1/4의 양인, 약 352ml를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화했다. 이 섬유 슬러리를 82℃로 10초 동안 가열하여 유화시켜 해도 이성분 섬유 중의 수분산성 설포폴리에스터 성분을 제거하고 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 이후 섬유 슬러리를 변형시켜 설포폴리에스터 분산액 및 폴리에스터 마이크로섬유를 제조했다. 상기 폴리에스터 마이크로섬유를 500gm의 실온수를 사용하여 세정하여 폴리에스터 마이크로섬유로부터 설포폴리에스터를 또한 제거했다. 충분한 실온수를 첨가하여 352ml의 마이크로섬유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유 슬러리를 30초 동안 7000rpm에서 재펄프화했다. 이 마이크로섬유를 8리터 금속 비커에 옮겼다. 섬유 슬러리의 나머지 4분의 3을 유사하게 펄프화하고, 세척하고, 세정하고 재펄프화하고 8리터 금속 비커에 옮겼다. 이후 6090gm의 실온수를 첨가하여 약 0.49% 농도(7500gm 물 및 36.6gm 폴리에스터 마이크로섬유)를 만들어 마이크로섬유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 마이크로섬유 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다. 약 490gsm의 평량을 갖는 마이크로섬유 원료 핸드 시트는 약 2.5마이크론의 평균 직경 및 약 3.2밀리미터의 평균 길이의 폴리에스터 마이크로섬유로 이루어졌다.
실시예 32
습식-적층 핸드 시트를 하기 절차를 이용하여 제조했다. 7.5gm의 실시예 31의 폴리에스터 마이크로섬유 원료 핸드 시트, 0.3gm의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N, 및 188gm의 실온수를 1000ml 펄프제조기에 배치하고 30초 동안 7000rpm에서 펄프화했다. 마이크로섬유를 7312gm의 실온수와 함께 8리터 금속 비커에 옮겨 약 0.1% 농도(7500gm 물 및 7.5gm 섬유상 물질)를 만들어 마이크로섬유 슬러리를 제조했다. 이 마이크로섬유 슬러리를 고속 임펠러 믹서를 사용하여 60초 동안 진탕시켰다. 이 슬러리로부터 핸드 시트를 제조하는 나머지 절차는 실시예 20에서와 같다. 약 2.5 마이크론의 평균 직경을 갖는 폴리에스터 마이크로섬유의 100gsm 습식-적층 핸드 시트가 수득되었다.
실시예 33
실시예 29의 6.4밀리미터 절단 길이의 해도 이성분 섬유를 80℃에서 연수를 사용하여 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 이성분 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 광학 현미경으로 관찰한 바 약 2.5 마이크론의 평균 직경 및 6.4 밀리미터의 길이를 나타냈다.
실시예 34
실시예 16, 실시예 27 및 실시예 29의 숏-컷 길이의 해도 이성분 섬유를 약 1중량% 미국 조지아주 애틀란타 소재의 시그마-알드리치 캄파니(Sigma-Aldrich Company)로부터의 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산 테트라 나트륨염(Na4 EDTA)을 이성분 섬유 중량 기준으로 약 1중량% 함유하는 연수를 사용하여 80℃에서 따로따로 세척하여 수분산성 설포폴리에스터 "바다" 성분을 제거하고, 이로써, 이성분 섬유의 "섬" 성분이었던 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시켰다. Na4EDTA와 같은 하나 이상의 연수화제를 첨가하는 것은 해도 이성분 섬유로부터의 수분산성 설포폴리에스터 중합체의 제거를 보조한다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 25℃에서 연수를 사용하여 세정하여 대부분의 "바다" 성분을 본질적으로 제거했다. 세척된 폴리에스터 마이크로섬유를 광학 현미경으로 관찰한 바, 폴리에스터 마이크로섬유의 우수한 방출 및 분리를 나타냈다. Na4EDTA와 같은 연수화제를 물 중에 사용하는 것은 설포폴리에스터의 수분산성에 악영향을 미칠 수 있는 설포폴리에스터의 Ca++ 이온 교환을 예방한다. 전형적인 연수는 15ppm 이하의 Ca++ 이온 농도를 함유할 수 있다. 본원에 기재된 공정에 사용되는 연수가 Ca++ 및 다른 다가 이온의 본질적으로 0인 농도를 갖거나, 대안적으로 이 Ca++ 이온 및 다른 다가 이온과 결합하는 Na4EDTA와 같은 충분량의 연수화제를 사용하는 것이 바람직하다. 이 폴리에스터 마이크로섬유는 전술된 실시예의 절차를 이용하여 습식-적층 시트를 제조하는 데 사용될 수 있다.
실시예 35
실시예 16 및 실시예 27의 숏-컷 길이의 해도 이성분 섬유를 하기 절차를 이용하여 따로따로 처리했다. 17그램의 네덜란드 폭스홀 소재의 아베베에서 제조된 예비-젤라틴화된 4급 양이온성 감자 전분인 솔비토스 N을 증류수에 첨가했다. 전분이 완전히 용해되거나 가수분해된 후, 429그램의 숏-컷 길이의 해도 이성분 섬유를 상기 증류수에 서서히 첨가하여 섬유 슬러리를 제조했다. 윌리엄스 로터리 컨티뉴어스 피드 리파이너(Williams Rotary Continuous Feed Refiner)(5인치 직경)를 켜서 수분산성 설포폴리에스터가 폴리에스터 마이크로섬유로부터 분리되기에 충분한 전단 작용을 제공하기 위해 섬유 슬러리를 정제 또는 혼합했다. 원료 체스트의 내용물을 24리터 스테인레스강 용기에 붓고, 뚜껑을 꼭 닫았다. 스테인레스강 용기를 프로페인(propane) 쿠커 상에 배치하고 해도 섬유 중의 설포폴리에스터 성분을 제거하고 폴리에스터 마이크로섬유를 방출시키기 위해 섬유 슬러리가 약 97℃에서 비등하기 시작할 때까지 가열했다. 섬유 슬러리가 비등점에 도달한 후, 수동 진탕 패들로 진탕시켰다. 스테인레스강 용기의 내용물을 30메쉬 스크린을 갖는 27in x 15in x 6in 깊은 폴스 보텀 크누체(False Bottom Knuche)에 부어 설포폴리에스터 분산액 및 폴리에스터 마이크로섬유를 제조했다. 설포폴리에스터 분산액은 물 및 수분산성 설포폴리에스터로 이루어졌다. 폴리에스터 마이크로섬유를 크누체에서 15초 동안 10리터의 연수로 17℃에서 세정하고, 압착하여 과량의 물을 제거했다.
20그램의 폴리에스터 마이크로섬유(건조 섬유 기준)를 2000ml의 물에 70℃에서 첨가하고 허만 매뉴팩처링 캄파니(Hermann Manufacturing Company)에 의해 제조된 2리터 3000rpm 3/4 마력 하이드로펄퍼(hydropulper)를 사용하여 3분(9,000회전) 동안 진탕시켜 1% 농도의 마이크로섬유 슬러리를 제조했다. 실시예 20에서 전술된 절차를 이용하여 핸드시트를 제조했다.
상기 핸드시트를 광학 현미경 및 주사 전자 현미경으로 관찰한바 폴리에스터 마이크로섬유의 우수한 분리 및 형성이 보였다.
실시예 36
본 실시예는, 4.5 데니어/필라멘트 섬유(각 필라멘트는, 이스트만 F-61HC 폴리에스터를 포함하는 37 PET 섬 및 이스트만 설포폴리에스터 중합체를 포함하는 바다 분획을 가짐)를 형성하는 방식으로 압출된 이성분 해도(INS) 섬유의 개방에 관한 것이다. 폴리에스터 성분 대 설포폴리에스터 바다 성분의 비는 70PET/30 설포폴리에스터였다. 상기 섬유는, 힐스 인코포레이티드(Hills Inc.)(미국 플로리다주 멜보른 소재)가 제조한 이성분 해도 방사 팩(spin pack)을 사용하여 제조되었다. 압출 및 연신 조건은, 2.0 미크론의 평균 직경의 개별적인 섬을 목표로 하는 공칭 22 미크론의 전체 출발 섬유를 달성하도록 조정되었다. 연신된 얀을 제조하여 이를 1.5 mm 길이의 스테이플 섬유로 절단하였다. 이성분 섬유를 1.5 mm의 총 길이로 절단하여 절단된 이성분 섬유를 제조하고, 이를, 개방 공정 후 개별적인 3.0 미크론의 개별적인 PET 섬을 포함하는 개방된 마이크로섬유를 제조하는 평가에 사용하였다.
1.5 mm 길이로 절단된 37 INS 필라멘트를 포함하는 이성분 섬유를, 배취 개방 공정에 의해 개방하여, 절단된 이성분 섬유에서 37 PET 섬들을 함께 유지하는 결합제인 설포폴리에스터 바다 성분을 제거하였다. 실시예 36의 개방 공정에서는, 20 kg 부하량의 탈이온수를 10 갤론 실험실 하이드로펄프화기(애디론댁 머시너리 캄파니(Adirondack Machinery Co.))에 가하고, 30% 속도 설정치로 교반하면서 저압 스팀을 가하여 79℃로 가열하였다. 상기 탈이온수가 79℃에 도달하면, 400 g의 37 INS 절단된 이성분 섬유를 교반된 물에 재빨리 가하고, 절단된 이성분 섬유가 모두 가해진 다음 타이머를 가동하기 시작하였다. 교반한지 10 초 후에, 공칭 400 cc의 개방된 마이크로섬유 슬러리 샘플을 회수하고 콜랜더(colander)를 사용하여 즉시 스크리닝하여, 설포폴리에스터 중합체(이는 79℃ 물에서 10초 접촉하는 동안 제거됨)를 함유하는 제1 모액으로부터 마이크로섬유 생성물을 재빨리 분리하였다. 마이크로섬유 생성물 샘플을 스크린에 대해 가압하여 마이크로섬유 생성물을 약 20 내지 25 %의 수분 함량으로 탈수하였다. 20초 혼합 시간, 60초 혼합 시간, 및 120 초 혼합 시간 후에 샘플을 상기 하이드로펄프화기로부터 회수하여, 각 샘플을 유사하게 스크리닝하여 마이크로섬유 생성물로부터 분리된 제1 모액을 회수하였다.
설포폴리에스터 바다 성분의 제거 정도는, 상기 네가지의 시험 샘플 각각으로부터 회수된 제1 모액의 고체 함량을 측정함으로써 평가하였다. 상기 공정에서, 긴 120초 접촉 시간 후에 취한 최종 샘플의 고체 수준 %는, 출발 절단된 이성분 섬유로부터 최대량의 설포폴리에스터가 거의 정량적 제거로 제거되는 조건을 나타낸다. 각 샘플의 고체 함량은, 3인치 x 5인치 알루미늄 팬의 중량(+/-0.001g)을 측정한 다음 제거된 설포폴리에스터를 함유하는 제1 모액 샘플 100.0 g을 더함으로써 측정되었다. 상기 팬 밖으로 액체가 범핑(bumping)되는 것을 방지하기 위해 중간 속도로 핫 플레이트를 사용하여 물을 비등 제거하였다. 핫 플레이트 상에서 거의 모든 물을 제거한 후, 중합체 잔사를 함유하는 샘플 팬을, 상기 팬을 강제 공기 오븐에서 180℃에서 5분 동안 두어 상기 잔사를 균일한 수분 함량으로 조정함으로써, 균일한 수분 함량으로 추가로 건조하였다. 상기 팬을 다시 칭량하고(+/-0.001g), 출발 팬 중량을 뺌으로써 잔사의 중량을 산출하였다. 잔사 중량을 출발 샘플 중량으로 나눔으로써 고체 함량을 산출하였다.
실시예 36의 개방 공정으로부터 회수된 제1 모액 내의 고체의 변화를 도 8에 나타내었다.
절단된 다성분 섬유로부터 설포폴리에스터 중합체를 정량적으로 제거한 후, 제1 모액내의 고체 잔사는 증가하지 않을 것이다. 시험 결과는, 제1 10초 샘플을 회수한 후 회수된 제1 모액의 고체 함량은 최소 증가를 나타내었다. 20초, 60초, 및 120초에 회수된 샘플의 고체 수준의 차이는 시험 오차 범위 이내이다. 79℃ 물에서 단지 10초 접촉한 후 제거 효율은 95%이거나 또는 정량적으로 고려되는 제거 수준의 5% 이내였다. 실시예 36에서, 설포폴리에스터 바다 성분은, 79℃에서 교반된 물에서 15초 이하의 접촉 시간 사용시 4.5 dpf의 37 INS 절단된 이성분 섬유로부터 효과적으로 제거되었다.
실시예 37
애디론댁 하이드로펄프화기의 속도 설정치를 30%에서 80%로 증가시켜, 79℃로 가열된 탈이온수 내의 37 INS 절단된 이성분 섬유의 혼합울 개선하는 것으로 변화시켜, 실시예 36의 공정을 반복하였다. 도 1과 유사한 설포폴리에스터 제거 프로파일이 관찰되었는데, 여기서 초기 10초 샘플의 고체% 값은 나중 고체 값의 시험 정확도 이내였으며, 이는 79℃에서 10초 접촉 시간 후의 정량적인 설포폴리에스터 제거율을 나타낸다.
실시예 38
절단된 이성분 섬유와 접촉되는 탈이온수의 온도를 74℃ 또는 실시예 36에서 사용된 온도보다 5℃ 낮은 온도로 감소시키는 것으로 변경하여, 실시예 36과 동일한 방식으로 37 INS 이성분 섬유 개방 공정을 수행하였다.
상기 결과를 도 9에 나타내었다.
20초, 60초, 및 120초에 회수된 샘플은 절단된 이성분 섬유로부터의 설포폴리에스터의 정량적 제거에 일치하는 고체 함량을 나타내었다. 74℃ 물에서 10초 접촉할 때 조차도, 설포폴리에스터 제거는 정량적 제거의 5% 이내었으며, 이는 74℃에서, 절단된 이성분 섬유로부터 바다 성분이 빨리 제거되었음을 나타낸다.
실시예 39
37 INS 구성 및 4.5 dpf 섬도(fineness)를 가진 실시예 36의 절단된 이성분 섬유를 실시예 36에 기술된 바와 유사한 방식으로 개방하되, 이때 하이드로펄프화기의 교반은 50% 설정치로 설정하였고 개방 단계에 사용된 탈이온수의 온도는 68℃로 감소시켰다. 교반된 68℃ 온도에서 절단된 이성분 섬유를 15초, 30초, 60초, 및 120초 처리한 후 샘플을 회수하였다. 각각의 샘플로부터 회수된 제1 모액에 대해, 실시예 36에 기술된 방법을 사용하여 고체 함량을 측정함으로써, 설포폴리에스터 함량을 분석하였다. 제1 모액 중의 설포폴리에스터 함량을 처리 시간의 함수로서 도 10에 나타내었다. 고체 수준이 점근선(asymptote)에 도달(설포폴리에스터 제거가 정량적 수준에 접근)하는데 필요한 시간은 개방 단계의 속도의 지표이다.
68℃에서는, 68℃ 물에서 60초 또는 그 이상의 접촉 시간 후에 설포폴리에스터 바다 성분의 정량적 제거가 달성되었으나, 단시간(15초) 후의 제거는 정량적 제거와는 멀었으며, 30초 후에야 정량적 제거에 접근하였다. 비교해보면, 실시예 36 내지 실시예 38은 10초의 접촉 시간 후에 취해진 샘플에서 거의 정량적인 설포폴리에스터 바다 성분 제거를 나타내었다(이때, 이들 샘플에서의 수온은 실시예 39에서보다 높았다). 실시예 39는, 68℃에서 60초 또는 그 이상의 정도로 더 긴 섬유/열수 접촉 시간이 적용되면, 이성분 섬유 개방 공정은 더 효과적이지만 더 짧은 처리 시간에서는 바다 성분이 불완전하게 제거됨을 보여준다.
비교예 40
실시예 36과 동일한 방식으로 이성분 섬유 개방 공정을 수행하되, 개방 공정 중에 사용된 탈이온수의 온도를 63℃로 추가로 감소시켰다. 15초, 30초, 60초, 및 120초 후에 샘플을 회수하였으며, 각 샘플로부터 회수된 제1 모액에 대해 고체 성분을 분석하여 제거된 설포폴리에스터의 양 및 개방 효율을 결정하였다. 설포폴리에스터 제거 속도를 도 11에 나타내었다. 도 11의 결과는 설포폴리에스터 바다 성분의 더 느린 제거 거동을 보여준다.
15초 접촉 시간 후에 절단된 이성분 섬유로부터 설포폴리에스터 바다 성분의 약 2/3이 제거되었고, 30초 접촉 후에는 약 85%가 제거되었다. 60초 접촉 시간에서 제거 수준은 높았지만 정량적이지는 않았다. 63℃에서는 절단된 이성분 섬유로부터 바다 성분을 정량적으로 고려되는 제거 수준으로 제거하는데 2분 초과의 개방시간이 필요하였다. 개방 공정의 주요 효과는, 정량적이라고 고려되는 수준으로 바다 성분을 제거하는 것이며, 이와 관련하여, 비교예 40에서 측정된 느린 제거 속도는, 상업적 규모에서, 제거가능한 성분으로서 설포폴리에스터를 포함하는 절단된 이성분 섬유를 개방하는데 있어서 더 느린 개방 조건임을 보여주었다. 비교예 40에서, 교반 설정치는 30%였으며, 개방 공정 중의 더 높은 교반 또는 난류 수준은 정량적 개방을 수행하는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있고, 혼합 에너지의 감소는 개방 공정을 느리게 할 수 있고 설포폴리에스터 성분을 완전히 제거하는데 훨씬 더 긴 시간을 필요로 할 수 있다.
본 실시예 및 이전의 모든 실시예에서 기재된 제거 속도는 제거가능한 성분으로서 설포폴리에스터를 포함하는 절단된 이성분 섬유를 기초로 한 것이다. 제거가능한 성분이, 수상(water phase)으로 더 쉽게 또는 더 어렵게 제거(용해 또는 유화)될 수 있는 중합체 유형으로 대체된다면, 제거가능한 중합체의 특성에 따라 개방 온도는 변할 것이다. 이들 실시예는, 제거가능한 설포폴리에스터 중합체의 특정 유형을 함유하는 이성분 섬유의 제거 특성을 설명하기 위해 제공되었지만, 이들이, 다른 유형의 제거가능한 중합체를 포함하는 이성분 섬유에 적합한 개방 조건 면에서 제한적임을 의미하는 것은 아니다.
비교예 41
비교예 41에서는 실시예 36에 기술된 바와 동일한 공정을 사용하되, 탈이온수 부하량에 충분한 CaCl2를 가하여 수상에 20 중량ppm 수준으로 Ca+2 양이온을 가하고, 개방 공정의 온도는 77℃로 하였다. 이 조건하에서의 섬유 개방에 대한 설포폴리에스터 제거 프로파일은 도 12에 도시되어 있다.
유사한 개방 온도에서 탈이온수를 사용하여 수행된 실시예 36 및 37과 비교할 때, 비교예 41에서의 설포폴리에스터 제거 속도는 훨씬 느렸다. 이전의 두 실시예에서는 79℃에서 탈이온수에서 약 10초의 접촉 시간 후에 거의 정량적인 설포폴리에스터 제거가 기록되었다. 비교예 41에서는, 유사한 교반 수준으로 30초 후에 단지 약 90%의 제거가 달성되었다.
실시예 36, 37 및 38에서의 제거 특성과 비교할 때, 비교예 41에서의 설포폴리에스터 제거 특성은 더 느려서, 비교예 41에서는 30초 후에 단지 약 90%의 제거가 측정된 반면, 이전의 실시예들에서는 10 내지 15초 후에 거의 정량적 제거가 측정되었다. 비교예 41의 제거 특성은, 14℃ 더 낮은 개방 온도에서 수행되나 경질 양이온을 갖지 않은 탈이온수를 사용하는 비교예 40에 대해 측정된 특성(도 11)과 유사하였다. 비교예 41은, 개방 공정에 사용된 물의 경도가, 수분산성 설포폴리에스터 성분을 포함하는 이성분 섬유를 개방하는데 필요한 접촉 시간 및 온도에 크게 영향을 미침을 보여주기 위해 제공된 것이며, 20ppm의 Ca+2 경도가 경계선이고 더 높은 수준은 완전한 섬유 개방을 더 느리게 하거나 불가능하게 할 수 있다.
실시예 42
연속 이성분 섬유 개방 공정
이전의 실시예 36 내지 39는, 이성분 섬유로부터 수분산성 중합체 분획을 제거하는 배취 유형 개방 공정의 사용을 예시한다. 상업적 제조에서는, 일반적으로, 연속 조작이 더 높은 효율을 제공하기 때문에, 연속 유형 공정이 이용된다. 효율의 주요 개선은, 전체적인 배취 사이클의 배취식 부하 및 배취식 배출 단계의 생략(이는 배취 사이클 중의 상당한 공정 시간을 제거하고 또한 동일 생산량을 더 작은 장비 크기를 사용하여 달성하게 함)으로 인한 것이다.
수 비-분산성 중합체 섬유 물질로부터 수성 상으로 수분산성 중합체를 제거하거나 추출하는 것으로 이루어진 이성분 섬유의 개방 공정에 적용가능한 연속 조작으로는 두 가지 주요 유형이 있다. 제1 유형의 공정은, 물 및 절단된 다성분 섬유를 일정한 비율 및 일정한 공급 속도로 교반식 탱크에 가하면서 개방된 마이크로섬유 슬러리를 상기 교반식 탱크로부터 동일한 질량 유속으로 제거하여 상기 교반식 탱크에서 절단된 다성분 섬유 슬러리의 일정 수준을 유지할 수 있는 연속 교반식 탱크 반응기(CSTR)이다.
CSTR의 단점은, 공정 중의 교반식 탱크 내부의 절단된 다성분 섬유의 체류 시간 분포이다. 배취 유형 공정에서는, 부하 단계의 종료와 배출 단계의 개시 간의 배취 사이클 중에 공칭 동일 시간량 동안 모든 생성물이 처리된다. CSTR에서는, 교반식 탱크에 가해진 절단된 다성분 섬유를 탱크에서 다양한 시간 길이 동안 처리된 물질과 혼합하며, 탱크로부터 배출된 물질은, 다양한 시간 길이 동안 탱크 내부에서 처리된 마이크로섬유를 포함한다. CSTR 개방 공정 중에 탱크 내부에 마이크로섬유가 머무르는 시간량은, 통계적 평균에 의해 한정되며, 통계적 평균의 중심점은 마이크로섬유 물질이 탱크 내부에 머무르는 평균 시간이다. 마이크로섬유가 교반식 탱크 내부에 머무르는 이 통계적 평균 체류 시간(RT)은 식 RT = Vt/Q 에 의해 한정되며, 이때, Vt는 교반식 탱크 내에 함유된 액체의 총 부피이고, Q는 연속 조작 중에 탱크 밖으로 나가는 액체의 부피이다.
연속 조작용 CSTR이 가진 문제는, 이 통계적 분포를 기초로 할 때, 탱크에 가해진 절단된 다성분 섬유의 일부가 단지 단기간(이는 완전한 섬유 개방에는 불충분할 수 있음) 동안만 내부에 머무르고, 상기 분포의 다른 쪽 말단에서는 절단된 다성분 섬유의 일부가 탱크에 목표 평균 RT보다 훨씬 긴 시간(이 시간 동안 작은 직경의 마이크로섬유는 탱크 내부에서 장기간에 걸친 과도한 혼합에 의해 기계적으로 손상될 수 있음) 동안 머무른다는 점이다.
이러한 이유로, 연속적인 섬유 개방 공정을 위한 또하나의 방법은, 화학적 처리에 흔히 사용되는 플러그 흐름 공정이다. 이 유형의 공정에서는, 공정 용기에 유체가 일정한 속도로 가해지며, 상기 용기에 가해진 유체의 각각의 요소가 상기 용기를 통해 공칭 동일 속도로 이동하여 유체의 모든 요소가 공칭 동일 시간량 동안 상기 용기 내부에 함유될 수 있도록 한다. CSTR과 비교할 때 플러그 흐름 개방 공정은, 완전히 개방되기에는 불충분한 시간 동안 공정 용기 내부에 머무르는 절단된 다성분 섬유 부분 및 마이크로섬유의 기계적 손상을 야기하는 과도한 시간 동안 탱크에 머무르는 섬유 부분과 관련된 문제가 생략될 수 있다.
이성분 섬유에 대한 플러그 흐름 개방 공정의 하나의 실시양태에서, 플러그 흐름 용기는 긴 파이프 구역일 수 있으며, 여기서, 뜨거운 수성 다성분 섬유 슬러리가 일정한 부피 유속으로 파이프 구역의 한쪽 말단에 가해지고 다성분 섬유 슬러리가 상기 파이프를 공칭 일정한 유속으로 통과하고 상기 파이프 내부에서의 체류 시간(상기 공정 파이프 내부에 함유된 총 부피를 상기 공정 파이프 내로 들어가는 다성분 섬유 슬러리의 부피 유속으로 나눈 값으로 정의됨) 후에 다성분 섬유 슬러리가 상기 공정 파이프의 다른쪽 말단을 나간다.
일반적인 플러그 흐름 이성분 섬유 개방 공정
수분산성 설포폴리에스터 상(개방 공정 중에 절단된 다성분 섬유로부터 제거된다)을 포함하는 절단된 다성분 섬유를 개방하기 위한 연속 플러그 흐름 공정의 몇 가지 예가 제공된다. 전체적인 플러그 흐름 조작에서 특정 공정 단계는 하기 카테고리에 들어갈 수 있다:
1) 절단된 다성분 섬유로부터 농축된 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리를 제조하는 공정,
2) 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리와 혼합하기 위한 뜨거운 처리된 수성 스트림을 제조하는 공정,
3) 뜨거운 다성분 섬유 슬러리를 제조하기 위한 스트림 (1) 및 (2)의 조합 공정,
4) 뜨거운 다성분 섬유 슬러리(3)가 공정 파이프를 통해 플러그 흐름으로 흐름에 따라 섬유를 개방하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제조하는 공정, 및
5) 스크린 여과 장치를 사용하여 제거된 설포폴리에스터 중합체를 함유하는 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유 생성물 스트림을 분리하는 공정.
이들 특정 공정 단계 각각에 대한 더욱 자세한 설명을 이하 제공한다.
1) 절단된 다성분 섬유로부터의 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리의 제조
공칭 25 ppm의 경질 양이온을 함유하는 수도물을 연수기를 통과시켜 경질 양이온의 농도를 1 ppm 미만으로 감소시켰다. 약 18℃의 연수를 연속적으로, 10 갤론의 유체 수준을 함유하는 교반식 탱크에, 교반식 탱크에 일정한 유체 수준을 유지하는 목표 유속으로 계량 공급하였다. 실시예 36의 절단된 다성분 섬유를 연속적으로 상기 잘 교반된 혼합물 탱크에 믈 흐름 대비 일정한 속도 및 비율로 가하여, 절단된 다성분 섬유를 목표 농도로 함유하는 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리를 생성시켰다. 상기 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리를 펌핑해내기 위해 가변적 속도의 원심분리식 펌프를 사용하여 절단된 다성분 섬유의 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리를 상기 차가운 슬러리 혼합물 탱크 밖으로 펌핑하되, 차가운 슬러리 혼합물 탱크에서 일정한 수준을 유지하기 위해 상기 혼합물 탱크로 성분들이 공급되는 것과 동일한 속도로 펌핑하였다.
상기 차가운 슬러리 공정 단계의 조작 원리는, 제공된 교반이, 상기 절단된 다성분 섬유를 현탁 상태로 유지하면서 혼합물 탱크에서 상기 절단된 다성분 섬유가 침강되는 것을 방지하기에 충분하도록 하는 방식으로, 경질 양이온을 저농도로 함유하는 차가운 물 내로 상기 절단된 다성분 섬유를 분산시키는 것이다. 수온 및 상기 절단된 다성분 섬유의 차가운 슬러리 탱크에서의 체류 시간 둘다를, 차가운 슬러리 탱크에서의 유의적인 설포폴리에스터 제거를 방지하고 상기 탱크내 섬유에 대한 기계적 손상을 최소화하도록 설계한다.
2) 섬유 개방 공정을 위한 뜨거운 처리된 수성 스트림의 제조
마이크로-조정식 유량 제어기를 사용하여 스팀 가열된 관형 열교환기의 주입기에 탈이온수를 계량공급하여, 일정한 뜨거운 물 흐름을 목표 속도로 유지하였다. 스팀을 상기 열교환기에 적용하여 탈이온수 스트림을 목표 유속에서 96 내지 98℃의 배출구 온도로 가열하였다. 상기 열교환기를 나오는 뜨거운 탈이온수를 혼합 티(tee)로 보내어 앞에서 기술한 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리 스트림과 조합하였다.
3) 뜨거운 물 스트림과 차가운 섬유 슬러리 스트림의 조합
뜨거운 물 스트림(2)과 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리 스트림(1)을 단지 난류화를 사용하여 연속적으로 조합하여 두 스트림을 균질하게 혼합하고 합쳐진 스트림을 혼합 티 밖에서 섬유 개방 구획(1 1/2 인치 스케쥴 40 CPVC 파이프로 구성됨)으로 연속적으로 흐르게 함으로써 1 1/2 인치 파이프 티에서 상기 두 스트림을 조합하였다. 차가운 절단된 다성분 섬유 슬러리(18℃)에 대한 뜨거운 물(98℃)의 비는, 조합된 스트림의 온도가 상기 절단된 다성분 섬유로부터의 설포폴리에스터 중합체의 급속한 개방 또는 제거를 야기하기에 충분히 높을 수 있도록 선택되었다. 조합된 스트림에 대한 목표 온도는 공칭 70 내지 80℃ 범위로 하여 설포폴리에스터가 1 1/2 인치 파이프 개방 장치를 통해 급속히 흐르게 하였다.
4) 1 1/2 인치 파이프 장치를 통한 플러그 흐름에서의 섬유 개방
개방 장치는, 유입구에서 배출구까지의 흐름 길이가 총 55 피트로 이루어진, 1 1/2인치 CPVC 파이프의 5개의 10 피트 구역으로 이루어졌다. 0.78 ft3의 내부 파이프 부피가 계산되었다. 합쳐진 섬유 슬러리 스트림의 전형적인 유속은 약 1.1 ft3/분이며, 이는 플러그 흐름 개방 장치를 통해 흐르는 합친 섬유 슬러리로서 40초의 공칭 체류시간에 상응한다.
플러그 흐름 파이프 구역의 길이가 110 피트의 총 길이까지 연장되어 섬유 개방 단계 중에 80초의 총 체류 시간을 수득하는 예가 제공된다.
5) 개방된 마이크로섬유 회수
18인치 직경과 12인치 높이의 바스켓을, 3/16인치 천공부를 가진 천공된 강철 시트 금속으로 제조하였다. 구멍은 충분히 작아서, 개방 단계를 나가는 마이크로섬유 생성물은 통과하지 못하고 공정수는 배출되도록 한다. 1 1/2인치 파이프 개방 장치로부터의 유출물은 바로 상기 바스켓으로 보내어져, 설포폴리에스터를 함유하는 제1 모액이 배출되고 개방된 PET 마이크로섬유를 포함하는 습윤 케익을 회수할 수 있게 한다.
전술된 일반적인 플러그 흐름 이성분 섬유 개방 공정을 실시예 36의 절단된 이성분 섬유에 적용함으로써 37 해도 이성분 섬유의 연속적 개방이 수행되었다. 이 실시예에서, 18℃의 조질 수도물을 연수 유닛에 통과시켜 경질 양이온을 1 ppm 미만까지 제거하고, 연수를, 미리 처리된 물을 공칭 12 갤론 액체 수준으로 보유하는 교반식 탱크에, 약 2.3 갤론/분(gpm) 또는 공칭 9 kg/분으로 계량 도입함으로써 차가운 절단된 이성분 섬유 슬러리를 생성하였다. 차가운 물을 상기 탱크에 가할 때, 4인치 임펠러를 구비한 가변 속도 원심분리형 펌프를 사용하여 상기 탱크의 기저부로부터 혼합 티 및 개방 단계의 플러그 흐름 파이프 구역으로 펌핑하였으며, 이때 일정한 탱크 수준을 유지하기 위하여 첨가될 때와 동일하게 공칭 2.3 gpm 속도로 탱크 밖으로 액체가 펌핑되도록 펌프의 속도를 조절하였다.
물을 탱크에 가할 때, 실시예 36의 37 INS 절단 이성분 섬유를 연속적으로 혼합 탱크내 액체에 탱크 상부의 포트를 통해 325 g/분의 속도로 가하면서 탱크내 이성분 섬유 슬러리에 충분한 교반을 적용하여 출발 절단된 이성분 섬유가 탱크 내부에서 현탁액 상태로 유지되고 침강이 방지되도록 하였다. 연속 조작 중에 차가운 다성분 섬유 슬러리 내 절단된 다성분 섬유의 농도는, 물 중에 약 3.5 중량% 섬유의 정상 상태 슬러리 농도에 달하였다.
실시예 42의 공정을 위한 뜨거운 물 스트림은, Pic 히터 장치를 사용하여 생성하였으며, 여기서는 마이크로-조정식 흐름 제어 장치를 통해 스팀-가열식 열교환기의 유입구로 6 gpm 또는 22 kg/분의 공칭 속도로 탈이온수가 계량 도입되었다. 열교환기를 나가는 탈이온수의 배출구 온도는, 배출구 온도를 조절하기 위해 열교환기의 자켓에 대한 스팀 압력을 조정하는 온도 제어기에 의해 97℃로 조절되었다.
Pic 히터를 나가는 뜨거운 물 스트림은 혼합 티의 유입구로 흘러들어가 여기에서 차가운 이성분 섬유 슬러리 탱크로부터의 흐름 스트림과 합쳐진 다음 플러그 흐름 접촉 장치를 통과하였다. 뜨거운 물 스트림과 차가운 이성분 섬유 슬러리 스트림의 합쳐진 총 흐름은 8.3 gpm 또는 31 kg/분이었다. 뜨거운 물 스트림은 상기 합쳐진 스트림의 약 71 중량%를 차지하였다. 상기 혼합 티를 나가는 상기 합쳐진 스트림의 온도는 75℃로 측정되었고, 배출구 온도는, 각각의 스트림의 개별적 온도 및 혼합 티에서 스트림들이 합쳐지는 상대적 비율에 의해 제어되었다. 마찬가지로, 상기 합쳐진 스트림 내의 절단된 이성분 섬유의 농도는, 혼합전의 각각의 개별적 스트림의 비율을 기준으로 할 때, 차가운 슬러리 내의 3.5 %에서 합쳐진 스트림 내의 1.0 %로 감소되었다.
75℃ 온도에서 1.0 중량%의 절단된 이성분 섬유를 함유하는 상기 합쳐진 섬유 슬러리 스트림을 플러그 흐름 개방 장치의 유입구로 보내었다. 플러그 흐름 개방 장치는 총 흐름 길이가 55 피트인 1 1/2 인치 스케쥴 40 CPVC 파이프 5개 구획으로 이루어졌다. 절단된 이성분 섬유 슬러리가 상기 파이프 구역을 통과하는 평균 플러그 흐름 속도는 1.2 ft/sec로 산출되었고, 플러그 흐름 구역 내의 절단된 이성분 섬유 슬러리의 평균 체류 시간은 실시예 42에 적용된 흐름 조건하에서 45초인 것으로 계산되었다. 이들 조건하에서 파이프 흐름에 대한 레이놀즈 수의 계산은, 난류에 의해 수득된 혼합 에너지가 상기 절단된 이성분 섬유로부터 설포폴리에스터 중합체가 제거되어 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 것을 돕는 난류 방식으로 흐름이 존재하는지를 결정하였다. 파이프 구역 내부에서 45초의 접촉 시간 내에 상기 이성분 전구체 섬유로부터 설포폴리에스터를 본질적으로 정량적으로 제거하는 것이 이 실시예의 공정 요건이었다.
3/16 인치 천공을 가진(표면적의 40%) 바스켓 필터를 사용하여, 플러그 흐름 접촉 구역을 나가는 개방된 마이크로섬유 슬러리로부터 마이크로섬유를 여과하였다. 실시예36 내지 38의 마이크로섬유에 비해, 실시예 42의 마이크로섬유는, 필터를 통과하는 미세 섬유 및 더 느린 투과 속도 면에서 덜 효과적으로 여과되었다. 이러한 결과는, 실시예 42의 플러그 흐름 구역에서 흐르는 동안 상기 마이크로섬유가 덜 얽히는 것에 기인하였다. 실시예 42에서의 난류 혼합은 마이크로섬유가 이전 실시예에서의 격렬한 교반보다 덜한 정도로 변형되고 얽히게 할 수 있으며, 실시예 42의 마이크로섬유에는 더 작은 개구부를 가진 탈수 스크린이 필요할 수 있다.
실시예 42의 마이크로섬유의 텍스쳐는 출발 1.5 mm 절단된 이성분 섬유의 텍스쳐에서 극적으로 변하였다. 출발 습윤 절단된 이성분 섬유의 텍스쳐는 매우 거칠고 모래같았다. 실시예 42의 여과된 마이크로섬유의 텍스쳐는 끈적한 느낌이 있는 정도까지 평활하였으며, 이는 섬유 특성이 극적으로 변화되었음을 나타낸다.
실시예 42의 마이크로섬유를 추가의 물에 재분산하여 약간 희석하여 특성 분석을 위한 현미경 슬라이드에 적용하였다. 현미경 검사는, 실시예 42의 마이크로섬유가 약 3 미크론(이는, 37 해도 절단 이성분 섬유 내의 출발 PET 섬 도메인의 출발 직경에 해당됨)의 공칭 섬유 직경을 가진 매우 미세한 섬유임을 확인해주었다.
현미경 검사는, 생성 섬유내에서 3 미크론 섬 섬유를 함께 결합하는 잔류 바다 물질이 거의 없다는 증거를 확인시켜 주었다. 실시예 42의 공정 중에 불완전하게 제거된 잔류 바다 물질에 의해 함께 결합된 여러 개의 섬 피브릴을 포함하는 불완전하게 개방된 섬유는 단지 적은 분획으로 나타났다.
여과된 마이크로섬유 생성물을 물에 수중 고체 섬유 농도 0.02%로 재분산시키고, 표준 6.25 인치 직경의 TAPPI 시트 형성 장치를 사용하여 이 희석된 섬유 용액을 종이 핸드 시트 샘플로 전환시킴으로써 실시예 42의 마이크로섬유를 평가하였다. 실시예 36 내지 38에 기술된 배취 개방 공정으로 개방된 마이크로섬유를 사용하여 비교 시험을 수행하였다. 실시예 42의 마이크로섬유는, 낮은 수중 고체 슬러리로 재분산될 때의 공정 특성 및 재분산된 희석 섬유 슬러리를 통상의 6.25 인치 직경의 TAPPI 시트 형성 장치를 사용한 고희석 형성 기법에 의해 종이 유사 제품으로 전환시킬 때의 시트 특성 면에서 둘다, 배취 공정에 의해 개방된 섬유에 정성적으로 동등한 것으로 나타났다.
실시예 43
실시예 43에서는, 실시예 42의 공정을 수행하되, 차가운 슬러리 탱크에 대한 절단된 이성분 섬유의 첨가 속도를 325 g/분에서 475g/분으로 증가시켰으며, 이는 차가운 슬러리 스트림 중의 고체 수준을 3.5 중량%에서 5.0 중량%로 증가시킨 것에 상응하였다. 플러그 흐름 파이프 구역으로 들어가는 뜨거운 슬러리 중의 절단된 이성분 섬유의 공칭 농도는 1.5 중량%였다. 차가운 슬러리 구역 및 합쳐진 뜨거운 슬러리 구역 둘다에서 증가된 절단된 이성분 섬유 수준은 실시예 42의 공정에 비해 아무런 주목할만한 공정 어려움을 야기하지 않았다.
실시예 43의 마이크로섬유에 대해 실시예 42에 기술된 바와 동일한 방식으로 특성 분석을 실시하였으며, 희석 섬유 슬러리로 재분산한 경우 및 통상의 고희석 종이 형성 기법에 의해 시트 샘플로 전환한 경우, 개방 정도 및 후속 거동 면에서 기능적으로 동등함을 확인하였다.
실시예 44
실시예 44에서는, 실시예 42의 공정을 수행하되, 차가운 슬러리 탱크에 대한 차가운 물의 유량을 2.3 gpm에서 약 2.0 gpm으로 감소시켰고, Pic 히터로부터 혼합 티로의 97℃ 물의 유량을 6.0 gpm에서 7.2 gpm으로 증가시켰다. 차가운 물 스트림에 대한 뜨거운 물 스트림의 비율의 변화를 제공하여, 합쳐진 스트림의 온도를 실시예 42에서의 75℃에서 실시예 44에서는 80℃로 증가시켰다. 절단된 이성분 섬유는 차가운 슬러리 탱크에 약 320 g/분으로 첨가되었으며, 이는 차가운 이성분 섬유 슬러리 스트림 중의 절단된 이성분 섬유 농도 4.0 중량%에 상응하였다. 합치는 공정 후, 혼합 티를 나가는 합쳐진 스트림 중의 절단된 이성분 섬유의 농도는 0.90 중량%였다.
실시예 42 및 43의 마이크로섬유에 비해 실시예 44의 마이크로섬유는, 실시예 42 및 43에 비해 실시예 44의 더 높은 온도에서 1 1/2 인치 파이프를 통과하는 흐름 중의 더 높은 얽힘 정도로 인해, 더 우수하게 여과되었다. 실시예 44의 마이크로섬유의 현미경 검사는, 이 마이크로섬유가 공칭 3 미크론 직경(이는 해도 절단된 이성분 섬유에서의 섬 도메인의 출발 직경에 상응함)을 가진 미세 피브릴로 이루어진 것임을 보여주었다.
실시예 42에 기술된 방식으로 실시예 44의 마이크로섬유를 물에 고 희석배율로 재분산시키고 시트 샘플로 전환시켰다. 실시예 44의 마이크로섬유의 특성은, 동일한 플러그 흐름 개방 공정으로 더 낮은 온도에서 개방시킨 실시예 42의 마이크로섬유의 특성과 정성적으로 동등한 것으로 밝혀졌다.
실시예 45
실시예 44의 공정을 반복하되, 절단된 이성분 섬유의 뜨거운 물과의 접촉에 사용된 1 1/2 인치 플러그 흐름 파이프 구역의 길이를 110 피트로 증가시켰다. 실시예 45의 공정에서는 합쳐진 이성분 섬유 슬러리의 80℃에서의 유효 체류 시간을 2배로 하여 약 90초로 하였다. 마이크로섬유의 여과는 매우 효과적이었고, 실시예 44에서 확인된 거동과 유사하였다. 실시예 45의 마이크로섬유의 현미경 검사는, 이 마이크로섬유가 본질적으로 완전히 개방되어 공칭 3 미크론 직경을 가진 개개의 미세 피브릴로 이루어진 것임을 보여주었다. 실시예 44와 동일한 방식으로 실시예 45의 생성물을 고배율 희석 시트 형성 시험한 결과는, 거동에 있어서 별다른 특성 차이를 나타내지 않았다.
실시예 45에서, 실시예 42 내지 45에 사용된 장치의 플러그 흐름 파이프 구역에서의 체류 시간을 증가시키는 것은, 실시예 42 내지 44에 사용된 더 적은 체류 시간에 비해 그다지 유의적인 개선을 나타내지 않았다. 이들 실시예에서 45초의 체류 시간은, 실시예 42 내지 44의 개방 공정 중에 사용된 고온 때문에, 절단된 이성분 섬유의 개방을 야기하기에 충분한 정도로 설포폴리에스터 바다 중합체를 제거하기에 충분하였다. 절단된 이성분 섬유로부터 수분산성 설포폴리에스터 중합체를 효과적으로 제거하는데 필요한 최저 가능 온도에서 개방 공정을 실시하는데 공정 이점이 구현된다면, 실시예 45에서 실시된 바와 같은 더 긴 플러그 흐름 접촉 시간의 사용하면 이들 실시예에서 나타난 것보다 더 큰 이점을 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. (A) 섬유 슬러리 대역에서 25mm 미만의 길이를 가진 숏-컷 다성분 섬유를 처리된 수성 스트림과 접촉시켜 숏-컷 다성분 섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 숏-컷 다성분 섬유는 하나 이상의 수분산성 설포폴리에스터 및 상기 수분산성 설포폴리에스터와 비혼화성인 하나 이상의 수 비-분산성 합성 중합체를 포함하고, 상기 처리된 수성 스트림은 40℃ 이상의 온도인, 단계;
    (B) 상기 숏-컷 다성분 섬유 슬러리 및 가열된 수성 스트림을 섬유 개방 대역에서 접촉시켜 상기 수분산성 설포폴리에스터의 일부를 제거하여 개방된 마이크로섬유 슬러리를 생성하는 단계로서, 이때 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리는 수 비-분산성 중합체 마이크로섬유, 수분산성 설포폴리에스터 및 물을 포함하는, 단계; 및
    (C) 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리를 제1 고액 분리 대역으로 보내어, 마이크로섬유 생성물 스트림 및 제1 모액 스트림을 생성하는 단계로서, 이때 상기 제1 모액 스트림은 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하는, 단계
    를 포함하는, 마이크로섬유 생성물 스트림의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 숏-컷 다성분 섬유가 다성분 섬유를 절단함으로써 생성되는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 숏-컷 다성분 섬유가 5 mm 미만 또는 2.5 mm 미만의 길이를 갖는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 수성 스트림이, 비처리된 수성 스트림을 수성 처리 대역으로 보내어 생성시킨 처리된 수성 스트림을 포함하고,
    상기 처리된 수성 스트림은 50 ppm 미만의 2가 및 다가 양이온을 함유하고,
    상기 처리된 수성 스트림을 열교환기 대역으로 보내어 가열된 수성 스트림을 생성하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 슬러리 대역에서, 상기 숏컷 다성분 섬유 슬러리내의 절단된 다성분 섬유의 중량%가 약 35 중량% 내지 약 1 중량% 범위인, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 슬러리 대역은, 하이드로-펄프화기(hydro-pulper), 연속 교반식(stirred) 탱크 반응기, 및 교반식(agitated) 배취 탱크로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 장비(piece of equipment)를 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 개방 대역은 혼합 탱크, 교반식 배취 탱크, 플러그 흐름 반응기, 파이프, 및 연속 교반식 탱크 반응기로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 장비를 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 개방 대역에서 상기 개방된 마이크로섬유 슬러리의 온도는 약 55 ℃ 내지 약 100℃ 범위인, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 개방된 마이크로섬유 슬러리 내의 고체의 중량%가 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량% 범위인, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 고액 분리 대역이, 천공된 바스켓(perforated basket) 원심분리기, 연속 진공 벨트 필터, 배취 진공 너트쉬필터(nutschfilter), 배취 천공된 침강 탱크, 트윈 와이어 탈수 장치, 압축 영역이 구비된 연속 수평 벨트 필터, 웨지(wedge) 와이어 필터 매체가 구비된 비진동 경사 스크린 장치, 연속 진공 드럼 필터, 및 탈수 콘베이어 벨트로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 장비를 포함하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로섬유 생성물 스트림 내의 고체의 중량%가 약 10 중량% 내지 약 65 중량% 범위인, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 모액 스트림의 적어도 일부를
    (A) 상기 섬유 슬러리 대역,
    (B) 상기 섬유 개방 대역,
    (C) 상기 가열된 수성 스트림을 생성하기 위한 열교환 대역(이때, 상기 가열된 수성 스트림의 적어도 일부는 상기 섬유 개방 대역으로 보냄), 및/또는
    (D) 상기 제1 고액 분리 대역
    으로 보내는 것을 추가로 포함하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 모액의 적어도 일부를 제2 고액 분리 대역으로 보내어 제2 습윤 케익 스트림 및 제2 모액 스트림을 생성하는 것을 추가로 포함하되, 이때 상기 제2 모액 스트림이 물 및 수분산성 설포폴리에스터를 포함하고 상기 제2 습윤 케익 스트림이 마이크로섬유를 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 모액 스트림의 적어도 일부를 제1 농축 대역으로 보내어 제1 중합체 농축물 스트림 및 제1 회수된 물 스트림을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 모액 스트림의 적어도 일부를
    (A) 상기 섬유 슬러리 대역,
    (B) 상기 섬유 개방 대역,
    (C) 상기 가열된 수성 스트림을 생성하기 위한 열교환 대역(이때, 상기 가열된 수성 스트림의 적어도 일부는 상기 섬유 개방 대역으로 보냄), 및/또는
    (D) 세척 스트림으로서 이용하기 위해 상기 제1 고액 분리 대역
    으로 보내는 것을 추가로 포함하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 모액 스트림, 상기 제2 모액 스트림 및/또는 상기 제1 회수된 물 스트림을 상기 방법으로부터 퍼지하여 재사용하거나 폐수 처리 시스템으로 보내는 것을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 회수된 물 스트림을
    (A) 상기 섬유 슬러리 대역,
    (B) 상기 섬유 개방 대역,
    (C) 상기 가열된 수성 스트림을 생성하기 위한 열교환 대역(이때, 상기 가열된 수성 스트림의 적어도 일부는 상기 섬유 개방 대역으로 보냄), 및/또는
    (D) 세척 스트림으로서 이용하기 위해 상기 제1 고액 분리 대역
    으로 보내는 것을 추가로 포함하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 중합체 농축물의 적어도 일부를 제2 농축 대역으로 보내어 증기 스트림 및 용융된 중합체 스트림을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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