KR20160094444A - 수력엉킴 탄성 필라멘트 기반의 연신-결합 복합재 및 그 제조 방법 - Google Patents

수력엉킴 탄성 필라멘트 기반의 연신-결합 복합재 및 그 제조 방법 Download PDF

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조셉 케이. 베이커
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

물과 오일 모두에 대해 흡수성이 있는 연신-결합 탄성 부직포 복합재는 연신-결합 탄성 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층 및 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층의 모든 층과 수력엉킴되는 친수성 섬유층을 포함한다. 라미네이트 층은 2개의 비탄성 부직포 층 사이에 샌드위치된 중간 탄성 필라멘트 기반 층을 포함한다.

Description

수력엉킴 탄성 필라멘트 기반의 연신-결합 복합재 및 그 제조 방법{HYDROENTANGLED ELASTIC FILAMENT-BASED, STRETCH-BONDED COMPOSITES AND METHODS OF MAKING SAME}
본 출원은 2013년 12월 20일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/919,534호로부터의 우선권의 이익을 주장하며, 이 출원의 내용 전체를 참고로 본원에 인용하고 있다.
본 발명은 일반적으로 흡수성 및 탄성 라미네이트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수력엉킴 성분을 구비한 탄성 라미네이트 및 다양한 응용 분야에서의 그 용도에 관한 것이다.
(수력엉킴이라고도 알려진) 전통적인 수력엉킴 공정은 유체 제트를 이용하여, 단일 시트 내에서, 또는 제1 섬유 시트로부터 인접한 제2 섬유 시트로, 섬유들이 섞기거나 얽히도록 하는 공정이다. 이러한 공정은 제1 시트로부터 제2 웹 또는 섬유 시트로 천연 또는 합성 섬유의 혼입을 허용함으로써, 그렇지 않으면 제 2 시트에 존재하지 않았을 개선된 특성을 시트에 부여한다. 예컨대, 수력엉킴 기술의 사용은, 그렇지 않으면 원래 존재하지 않았을 개선된 감촉이나 흡수성을 미리 형성된 웹에 부여할 수 있다. 이러한 수력엉킴 섬유는, 예컨대, 특허 관련 분야에 공지된 바와 같은, 셀룰로오스계 또는 합성 스테이플 섬유 또는 합성의 실질적으로 연속적인 섬유와 같은, 매우 다양한 섬유일 수 있다. 수력엉킴 기술은, 예컨대, Boulton의 미국 특허 번호 제4,144,370호, Suskind 등의 미국 특허 번호 제4,808,467호, Radwanski의 미국 특허 번호 제4,931,355호, 제4,950,531호 및 제4,970,104호에 개시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다.
제2 웹으로 얽히게 되는 웹의 천연 또는 합성 섬유들은 흔히 탄성적이지 않거나 연신가능하지 않지만, 그럴 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 섬유들은, 수력엉킴 섬유를 함유한 니트형 웹 물질 또는 탄성 그물재의 최종 형태가 될 수 있는 라미네이트 구조를 생성하거나 변화시키기 위해, 코폼 웹 또는 탄성 니트 또는 그물형 웹 또는 시트로 수력엉킴될 수 있다. 이러한 물질의 벌키성은 다소 제한되는 것으로 판명되었다. 다양한 수력엉킴 웹의 예는, Hagy 등의 미국 특허 번호 제4,775,579호, Radwanski 등의 미국 특허 번호 제4,879,170호 및 제4,939,016호, Quantrille의 미국 특허 번호 제5,334,446호 및 제5,431,991호, Stopper 등의 미국 특허 번호 제5,635,290호 및 Skoog 등의 미국 특허 번호 제6,177,370호에 도시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다.
이러한 탄성 라미네이트에서는, 탄성 기재가 미리 연신되는 것으로 기술되어 있으며, 비탄성 물질의 다른 섬유층이 "지점들"에서 또는 이격된 위치들에서 탄성 기재를 가로질러 수력엉킴된다. 그와 같이 미리 연신하는 구성은 미리 연신된 탄성 기재가 수력엉킴 단계 이후 나중에 수축될 수 있도록 하는데 흔히 필요하다. 비탄성층이 미리 연신된 탄성층의 전표면에 걸쳐 수력엉킴되면, 그러한 수력엉킴은 연신된 탄성층을 그 연신된 상태로 흔히 "고착"시킴으로써, 그 완전한 탄성능을 발휘할 수 없게 만든다. 마찬가지로, 섬유의 비탄성층이 탄성층의 전표면 또는 그 일부분 위에서 비연신된 탄성층에 수력엉킴되었으면, 그와 같이 비연신된 탄성층 또한 수력엉킴 부분 또는 전표면 중 어느 하나에서 비탄성의 섞인 층에 의해 제자리에 고착됨으로써, 비탄성의 섞인 섬유층의 파열이나 파괴없이, 그 완전한 탄성 특성을 나타내는 것을 방지하게 된다.
전술한 바와 같이 미리 연신된 탄성 라미네이트에서는, 비교적 균질한 탄성 물질을 생성할 정도로 충분히 균일한 엉킴을 구현하기도 어렵다. 엉킴을 위해 흔히 사용되는 이러한 (일반적으로 흡수성이지만 비탄성적인) 천연 또는 합성 스테이플 섬유는 제한된 엉킴과 층들 간의 인장성의 조화 부족으로 인해 탄성 복합재에서 빠지게 될 수 있다. 섬유의 빠짐은 불규칙하거나 불분명한 기재 표면을 생성할 수 있으며, 이로 인해, 엉킨 웹에서 섬유가 박리된다. 이와 같이 불분명한 표면 형상이 항상 바람직한 것은 아니다. 따라서, 비교적 균질한 탄성 및 흡수성 라미네이트 구조에 대한 필요성이 존재한다.
매우 다양한 매우 높은 하이 벌크의 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트가 특허 관련 분야에 공지되어 있다. 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트는 일반적으로, 물 흡수성의 이점을 제공하지 않는, 소수성 중합체 물질의 2이상의 층(서브층)으로 제조된다. 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트는, 적어도 기계-방향을 따라 연신 및 수축할 수 있는 탄성층인, 기계-방향 탄성층으로 제조된다. 기계-방향 탄성층은, 탄성층이 기계-방향 연신 상태에 있을 때, 다양한 지점에서 (페이싱 또는 대면층이라고도 알려진) 하나 이상의 비탄성층에 결합되었다. 라미네이트는 결합 지점들 사이에서 비탄성 대면층(들)에 주름을 형성하며 수축할 수 있도록(주름은 횡-기계 방향을 가로질러 연장함), 그리고 기계-방향으로 라미네이트에 후속 탄성을 제공할 수 있도록 허용된다. 라미네이트는 개방된 주름 치수의 범위까지 기계-방향으로 연장(및 수축)될 수 있다. 이러한 탄성 라미네이트는 매우 다양한 제품 응용에 사용되고, 반복적으로 연신되는 능력을 가지며, 연신력이 제거되면, 물질이 수축 및 복원될 수 있다. 이러한 연신-결합 라미네이트는 일반적으로 횡-기계 방향으로 인장될 수 있는 넥-결합 라미네이트와 구별된다. 넥-결합 라미네이트는 Morman 등의 미국 특허 번호 제5,226,992호에 개시되어 있다. 연신-결합 라미네이트 층들은, 예컨대, 관련 분야에 공지된 바와 같은 열, 압력, 초음파 또는 자가 결합 방법을 통해, 접착제나 다른 전통적인 결합 기술로 결합된다. 예컨대, 연신-결합 라미네이트는 (스펀본드 부직포 대면층과 같은) 하나 이상의 비탄성 부직포 웹에 결합(점착성 웹 중합체, 접착제 또는 다른 방법을 통한 결합)되기 전에 기계-방향으로 연신되는 (탄성 멜트블로운 부직포 웹과 같은) 탄성 섬유 웹으로 제조될 수 있으며, 탄성 및 비탄성 물질 라미네이트는 기계-방향으로 수축되어 결합 후 라미네이트의 횡-기계 방향을 따라 지향되는 매우 높은 파형 주름을 형성할 수 있도록 허용된다. 전술한 바와 같이, 탄성 및 비탄성 층들은 각각 일반적으로 소수성 중합체로 제조되며, 따라서, 수성 액체에 대한 흡수성이 없다. 이러한 층들은, 예컨대, 블록 공중합체, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 기계-방향 연신-결합 탄성 웹 라미네이트는 Vander Wielen 등의 미국 특허 번호 제4,720,415호 및 Fitts 등의 미국 특허 번호 제5,366,793호에 개시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다.
대안적으로, 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트는 (기계-방향으로 탄성적인) 단방향의 대체로 평행한 탄성 스트랜드 또는 필라멘트를 탄성층으로서 포함할 수 있으며, 필라멘트들은 서로 나란히 배치되거나 2 이상의 비탄성층들 사이에 샌드위치된다. 전술한 웹 라미네이트와 마찬가지로, 이러한 탄성 필라멘트 기반 물질은 기계-방향을 따라 연신된 후, 연신된 상태에서 하나 이상의 비탄성 대면층에 결합된다. 그 다음, 결합된 라미네이트는 기계-방향으로 수축할 수 있도록 허용되어, 필라멘트형 구조에 주름을 형성한다. 이러한 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 라미네이트는 Wright의 미국 특허 번호 제5,385,775 호 및 Welch 등의 미국 특허 번호 제6,969,441호에 도시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 상기 문헌에 개시된 바와 같이 스트랜드/필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트는 (Wright에서와 같이) "수평" 또는 (Welch에서와 같이) "수직" 제조 플랫폼 상에서 제조될 수 있다. 수직 제조 플랫폼으로부터의 연신-결합 라미네이트는 Zhou 등의 미국 특허 번호 제6,978,486호에도 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 이러한 연신-결합 라미네이트는 탄성층의 일면 또는 양면에 비탄성 부직포 대면층을 포함할 수 있다. 일면 연신-결합 라미네이트는, 예컨대, Zhou 등의 미국 특허 번호 제7,601,657호에 개시되어 있으며, 이 역시 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 스트랜드 또는 얀 기반 연신-결합 라미네이트는, 예컨대, LYCRA라는 상품명으로 흔히 판매되는 폴리에스테르 폴리우레탄 공중합체 섬유와 같이 미리 성형된 탄성 스트랜드를 이용하여 형성될 수도 있으며, 그 후, 이러한 섬유가 연신된 상태일 때, 하나 이상의 부직포층에 접착식으로 결합된다.
마지막으로, 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트는, 연신된 상태에서 하나 이상의 비탄성층에 결합되는 기계-방향 연신 탄성 필름층을 이용하여 형성될 수 있으며, 그 후, 수축하도록 허용된다. 이러한 기계-방향 탄성 필름 기반 층은 천공되지 않거나 천공될 수 있다. 천공된 탄성 필름 기반 라미네이트는 Siqueira 등의 미국 특허 번호 제7,803,244호에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 이러한 연신-결합 라미네이트들은 모두 유용한 탄성 물질 성능뿐만 아니라 하이 벌크와 상쾌한 질감을 제공하지만, 이들은 자신들의 탄성 및 비탄성 중합체 조성물로 인해 그 전체 구조에 걸쳐 물 흡수성/친수성이 부족하다. 따라서, 탄성 성능을 희생하지 않고, 물 흡수성으로 제조될 수 있는 하이 벌크 연신-결합 라미네이트에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 물과 오일을 모두 흡수하도록 제조될 수 있는 연신-결합 라미네이트에 대한 필요성이 존재한다.
전술한 연신-결합 라미네이트의 중합체 제제 및 탄성 성분의 배열에 따라, 탄성 성분을 비탄성 페이싱 성분에 부착하기 위해 별도의 접착제 또는 다른 결합 기술이 필요할 수 있다. 이러한 접착제는 라미네이트에 생산 비용을 추가하고, 라미네이트 물질의 가요성/강성에 영향을 미칠 수도 있다. 따라서, 접착제, 또는 구조적 완전성을 위해 다량의 접착제나 다른 고가의 결합 방법을 필요로 하지 않으며, 물 및/또는 오일 흡수 기능을 제공할 수도 있는, 하이 벌크 연신-결합 라미네이트에 대한 필요성이 존재한다.
마지막으로, 전술한 연신-결합 탄성 라미네이트 물질의 고상한 성질과 화학적 구조는 추가적인 흡수층과의 결합을 곤란하게 만들었다. 이러한 라미네이트가 이완된 상태에서 다른 흡수성 섬유 시트와 접착식으로 결합되면, 이러한 라미네이트는 부착된 흡수성 섬유 시트를 먼저 파열시키지 않고는 자신의 탄성을 나타내지 못하게 된다. 따라서, 탄성 성능을 희생하지 않고, 흡수성으로 제조될 수 있는 탄성 연신-결합 라미네이트에 대한 필요성이 존재한다. 원래의 탄성층 또는 연신-결합 탄성 라미네이트 층의 탄성 인장성과 복원을 현저히 저하시키지 않고, 비교적 고도의 내구성을 보이는 이러한 탄성 물질에 대한 필요성이 존재한다.
연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법은, a) 웹 또는 필라멘트 기반 탄성층과 적어도 하나의 비탄성층을 자체적으로 가진, 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 부직포 라미네이트 층을 제공하는 단계; b) 적어도 하나의 비탄성층이 대체로 평탄한 구성이 되고 비탄성층의 파열이 발생하지 않도록, 연신-결합 부직포 라미네이트 층을 기계 방향으로 연신하는 단계; c) 연신된 연신-결합 부직포 라미네이트 층에, 스테이플 섬유, 실질적으로 연속적인 섬유, 펄프 섬유 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 친수성 섬유층을 제공하는 단계; d) 수성 및 유성 액체 모두에 대해 흡수성이 있는 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재를 생성하기 위해, 연신된 연신-결합 부직포 라미네이트 층으로 친수성 섬유층의 섬유를 수력엉킴하는 단계; e) 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재가 건조되어 이완되도록, 대안적으로는, 이완되어 건조되도록, 대안적으로는, 이완 및 건조가 동시에 이루어지도록, 허용하는 단계; f) 상기 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재를 저장하거나, 상기 복합재를 추가적인 제품 제조 공정으로 이동시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 친수성 섬유층의 섬유가 연신된 연신-결합 부직포 라미네이트 층으로 수력엉킴되기 전에, 연신-결합 부직포 라미네이트 층 내의 하나 이상의 비탄성층이 각각 대체로 평탄화되는 것이 바람직하다. 대안적인 실시예에서, 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층은, 멜트블로운 또는 스펀본드 층과 같은 탄성 부직포층이나, 탄성의 실질적으로 평행한 필라멘트 층 중 어느 하나를 포함한다. 다른 대안적인 실시예에서, 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 부직포 라미네이트 층 자체는 2개의 비탄성층을 포함하며, 각각의 비탄성층 중 하나는 중간 탄성층의 별도의 측면에 결합되고, 탄성층은 (멜트블로운 층과 같은) 탄성 부직포 웹 층 또는 필라멘트 기반 층으로 구성된다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 연신 단계는 점진적으로 더 빠르게 움직이는 일련의 롤에 의해 구현된다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 연신 단계는 연신-결합 탄성 라미네이트 층 공급원으로부터 가장 먼 제2 롤과 공급원에 가장 가까운 제1 롤 사이의 속도비가 약 1.1:1 내지 5:1인 S-랩 구성의 한 쌍의 롤에 의해 구현된다. 대안적인 실시예에서, 속도비는 약 1.5:1 내지 3:1이다. 또 다른 실시예에서, 속도비는 약 2.3:1 내지 2.3:1.5이다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 연신 단계는, 점진적으로 더 빠르게 움직이는 일련의 롤이나 S-랩에 의해 직렬로, 습식 섬유 공정에서 성형 와이어와 이송 와이어 사이의 접점에 의해 형성되는 것과 같은, 인접하여 동시 회전하는 유공성 웹 담체 표면에 의해 형성되는 닙 포인트에 의해, 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 친수성 섬유층은 셀룰로오스계이다. 다른 실시예에서, 친수성 섬유층은 수력엉킴 전에 약 2 내지 200 gsm 범위의 평량으로 처음에 존재한다. 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 연신-결합 탄성 부직포 복합재가 수성 및 유성 액체 모두에 대해 흡수성이 있다는 것을 또한 고려한다. 본 발명은 상기 방법으로 제조된 연신-결합 탄성 부직포 복합재로 제조되는 와이프, 의료용 제품 또는 개인 관리 제품을 추가로 고려한다.
추가로, 본 발명은 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층 및 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층의 모든 층과 수력엉킴되는 친수성 섬유층을 포함하는 연신-결합 탄성 부직포 복합재를 고려한다. 대안적으로, 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층은 탄성 필라멘트의 중간층과 중간층을 샌드위칭하는 2개의 비탄성층들인, 3개의 층을 포함한다. 일 실시예에서, 비탄성층은 스펀본드, 멜트블로운 및 BCW 웹들(본디드 카디드 웹들)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 비탄성층은 약 5 내지 50 gsm의 평량을 가진 스펀본드 웹이다. 다른 추가적인 실시예에서, 친수성 섬유층은 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 친수성 섬유층은 약 2 내지 200 gsm의 평량을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 친수성 섬유층은 약 20 내지 50 gsm, 대안적으로는 약 30 내지 50 gsm의 평량을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 복합재는 수성 액체 흡수성 및 유성 액체 흡수성이다. 다른 실시예에서, 복합재는 와이프, 개인 위생 흡수 물품 또는 의료용 덮개 중 어느 하나에 통합된다.
본 발명의 목적들과 장점들은, 다음에 따르는 상세한 설명에 설명되어 있으며, 또는 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 발명의 완전하고 사용 가능한 개시 내용은 다음과 같이 첨부한 참조 도면들을 비롯해 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른, 대체로 기계 방향을 따르는 제조 공정의 개략도를 도시하고 있다.
도 1a는 기계-방향 탄성 필라멘트기반 연신-결합 라미네이트 층(20)과 수력엉킴되기 전의 친수층(22)의 횡-기계 방향을 따라 취한 단면 구상도를 도시하고 있다.
도 1b는 친수층(22)과 수력엉킴되기 전의 기계 방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)의 횡-기계 방향을 따라 취한 단면 구상도를 도시하고 있다.
도 1c는 도 1의 방법을 사용하여 연신-결합 라미네이트 층들 각각에 수력엉킴된 친수층(22)과 (그 자체가 3개의 층으로 이루어진) 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)을 포함하는 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 복합재(24)의 횡-기계 방향을 따라 취한 단면 구상도를 도시하고 있다.
도 2a는 펄프측(40)에서 본, (그 자체가 3개의 층으로 이루어진) 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)으로 제조된 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 복합재(24)의 현미경 사진이다(SEM 5.00kV x 20, 2 mm 스케일 뷰).
도 2b는 펄프측(40)에서 본, (그 자체가 3개의 층으로 이루어진) 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)으로 제조된 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 복합재(24)의 현미경 사진이다(SEM 5.00kV x 100, 500 ㎛ 스케일 뷰).
도 3a는 와이어측(42)에서 본, (그 자체가 3개의 층으로 이루어진) 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)으로 제조된 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 복합재(24)의 현미경 사진이다(SEM 5.00kV x 20, 2 mm 스케일 뷰).
도 3b는 와이어측(42)에서 본, (그 자체가 3개의 층으로 이루어진) 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층(20)으로 제조된 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 복합재(24)의 현미경 사진이다(SEM 5.00kV x 100, 500 ㎛ 스케일 뷰).　
본원에서의 참조 문자의 반복 사용은 본 발명의 동일 또는 유사한 특징부 또는 요소를 표현하고자 하는 것이다.
정의
본 명세서에서 사용되는, "부직포 직물 또는 웹"이라는 용어는, 편물에서처럼 식별가능한 방식은 아니지만 상호 연결된(interlaid) 개별적인 섬유들이나 실들의 구조를 갖는 웹을 가리킨다. 부직포 직물 또는 웹은 다수의 공정, 예컨대, 멜트블로운 공정, 스펀본드 공정, 본디드 카디드 웹 공정 등으로 형성되어 왔다.
본원에서 사용되는 용어 "멜트블로운 웹"은 일반적으로, 용융 열가소성 물질이 용융 섬유로서 복수의 미세하고, 보통 원형인, 다이 모세관을 통해 수렴 고속 기체(예컨대, 공기) 스트림으로 압출되어, 용융 열가소성 물질의 섬유를 약화시켜 그들의 직경을 감소시키며, 이는 극세사 직경이 될 수도 있는 공정에 의해 형성되는 부직포 웹을 지칭한다. 그런 다음 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 위에 쌓여서 무작위 분산된 멜트블로운 섬유 웹이 형성된다. 이러한 공정은, 예를 들어, Butin 등의 미국 특허번호 제3,849,241호에 개시되어 있다. 일반적으로, 멜트블로운 섬유는 수집 표면상에 피착될 때 실질적으로 연속적 또는 불연속적이며, 일반적으로 직경 10 ㎛ 미만이며, 일반적으로 점착성(tacky)인 극세사일 수도 있다.
본원에서 사용되는 용어 "스펀본드 웹(spunbond web)"은 일반적으로 작은 직경의 실질적으로 연속식 섬유를 함유하는 웹을 지칭한다. 섬유들은, 복수의 미세하고 일반적으로 원형인 방적돌기(spinnerette)의 모세관들로부터 용융된 열가소성 물질을 압출한 후 압출된 섬유들의 직경이 예를 들어 추출성 연신 및/또는 기타 공지되어 있는 스펀본딩 기구에 의해 급격히 감소됨으로써 형성된다. 스펀본드 웹의 제조는, 예컨대, Dorschner 등의 미국특허번호 제3,692,618호, Matsuki 등의 미국특허번호 제3,802,817호, Kinney의 미국특허번호 제3,338,992호, Kinney의 미국특허번호 제3,341,394호, Hartman의 미국특허번호 제3,502,763호, Levy의 미국특허번호 제3,502,538호, Dobo 등의 미국특허번호 제3,542,615호, Appel 등의 미국특허번호 제4,340,563 호 및 Pike 등의 미국특허번호 제5,382,400호에 개시 및 도시되어 있으며, 이들은 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 스펀본드 섬유들은, 수집면 상에 피착(deposit)되는 경우에 일반적으로 끈적거리지 않는다. 스펀본드 섬유는 때때로 약 40 ㎛ 미만의 직경을 가질 수 있으며, 종종 약 5 내지 약 20 ㎛일 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "스테이플 섬유"라는 용어는 일반적으로 약 0.5 내지 약 150 mm 범위의 섬유 길이를 갖는 섬유를 의미한다. 스테이플 섬유는 셀룰로오스 섬유 또는 비-셀룰로오스 섬유일 수 있다. 사용될 수 있는 적절한 비-셀룰로오스 섬유의 일부 예는, 친수성 처리된 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 친수성 처리는 내구성 표면 처리 및 중합체 수지/혼합물에서의 처리를 포함할 수 있다. 셀룰로오스 스테이플 섬유는, 예를 들어, 펄프, 열기계적 펄프, 합성 셀룰로오스 섬유, 개질된 셀룰로오스 섬유 등을 포함한다. 셀룰로오스 섬유는 이차 공급원 또는 재활용 공급원으로부터 얻을 수 있다. 적절한 셀룰로오스 섬유 공급원의 일부 예는, 열기계적, 표백된 및 미표백된 침엽수 펄프 및 활엽수 펄프 등의 천연 목재 섬유를 포함한다. 이차 또는 재활용 셀룰로오스 섬유는 사무실 폐기물, 신문인쇄용지, 브라운 페이퍼 스톡, 페이퍼보드 스크랩으로부터 얻을 수 있다. 또한, 마닐라삼, 아마, 밀크위드, 면, 개질된 면, 면 린터 등의 식물 섬유도 셀룰로오스 섬유로서 사용될 수 있다. 또한, 예컨대, 레이온, 비스코스 레이온 및 리오셀과 같은 합성 셀룰로오스 섬유가 사용될 수 있다. 개질된 셀룰로오스 섬유는, 일반적으로 탄소 사슬을 따라 히드록실기를 적절한 라디칼(예컨대, 카르복실, 알킬, 아세테이트, 질산염 등)로 대체함으로써 형성되는 셀룰로오스의 유도체로 구성된다. 본 출원의 목적을 위해 바람직한 스테이플 섬유는 일반적인 셀룰로오스 섬유(그 바람직한 예는 펄프 섬유이다)와 같이 친수성이다. 또한, 공정 중에 분산을 제어하고/또는 강성 및 손 촉감과 같은 최종 특성에 영향을 미치기 위해, 탈결합제 또는 습윤 보조제와 같은 전처리제가 스테이플 섬유에 첨가될 수 있다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "실질적으로 연속적인 섬유"라는 용어는, 스테이플 섬유의 길이보다 긴 길이를 갖는 섬유를 의미하려는 것이다. 이 용어는, 스펀본드 섬유와 같이 연속적인 섬유들 및 연속적이지는 않지만 약 150 mm를 초과하는 정의된 길이를 갖는 섬유들을 포함하려는 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "본디드 카디드 웹" 또는 "BCW"는, 관련 분야의 기술자들에게 공지되어 있으며, 예컨대, 참고로 본원에 인용되어 있는 Ali Khan 등의 미국특허번호 제4,488,928호에 추가로 개시되어 있는 바와 같은, 소면 공정에 의해 형성되는 부직포 웹을 의미한다. 간단히, 소면 공정은, 대체로 균일한 평량을 제공하도록 빗질되거나 달리 처리된 벌키 볼 내에서 결합 섬유 또는 기타 결합 성분과, 예컨대, 스테이플 섬유의 혼합물로 시작하는 단계를 포함한다. 이 웹은 접착제 성분을 활성화하도록 가열되거나 달리 처리되어, 통합된 대체로 로프트(lofty)한 부직포 물질을 얻게 된다.
부직포 웹의 평량은 일반적으로 제곱야드당 물질의 온스(osy) 또는 제곱미터당 그램(gsm)으로 표현되며, 섬유 직경은 일반적으로 마이크로미터(㎛)로 표현되고, 또는 스테이플 섬유의 경우엔 데니어(denier)로 표현된다. osy로부터 gsm으로 변환하려면 osy를 33.91로 승산한다는 점에 유의한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기계 방향" 또는 "MD"는 일반적으로 재료가 제조되는 방향을 의미한다. 이는 흔히 부직포 웹을 형성하는 동안 섬유가 피착되는 성형면의 이동 방향이기도 하다. 용어 "횡-기계 방향" 또는 "CD"는 기계 방향에 대해 수직한 방향을 의미한다. 횡-기계 방향(CD)으로 측정된 치수는 "폭" 치수로 지칭되는 반면, 기계 방향(MD)으로 측정된 치수는 "길이" 치수로 지칭된다. 평면 시트의 폭 및 길이 치수는 시트의 X 및 Y 방향을 구성한다. 평면 시트의 깊이 방향의 치수는 Z 방향이라고도 지칭된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "엘라스토머"와 "탄성"은 상호 교환적으로 사용되며, 변형력이 제거되었을 때 변형 후 그 형상을 일반적으로 회복할 수 있는 층, 물질, 라미네이트 또는 복합재를 의미한다. 구체적으로, 본원에서 사용될 경우, "탄성" 또는 "엘라스토머"는, 편향력의 인가시에, 물질이 그 이완된 비편향 길이보다 적어도 약 50 퍼센트 더 긴 연신된 편향 길이로 연신될 수 있도록 허용하며, 연신력의 해제시, 그 길이의 적어도 40 퍼센트를 회복하도록 하는 임의의 물질의 특성을 의미한다. 엘라스토머 물질의 이러한 정의를 만족시킬 가상의 예는 적어도 1.50인치로 연신될 수 있는 1인치의 물질 샘플이며, 이는 1.50인치로 연신된 다음 해제되었을 때 1.30인치 미만의 길이로 회복될 것이다. 많은 탄성 물질은 그 이완된 길이의 50 퍼센트를 훨씬 초과하여 연신될 수 있으며, 이들 중 많은 수는 연신력의 해제시 실질적으로 그 원래 이완된 길이로 회복될 것이다. 변형력이 제거되었을 때 변형력이 제거되었을 때 변형 후 그 형상을 회복할 수 없는 물질은 비탄성적으로 간주된다.
물질은 주기적 시험 절차를 사용하여 그 탄성 특성에 대해 시험될 수 있다. 특히, 2-주기 시험은 100% 정의된 연신에 채용될 수 있다. 이 시험을 위하여, 샘플 크기는 기계 방향으로 6인치(15.2 cm) x 횡-기계 방향으로 3인치(7.6 cm)일 수 있다. 그립 크기는 폭으로 3인치(7.6 cm)일 수 있다. 그립 분리는 4인치(10.2 cm)일 수 있다. 샘플은, 샘플의 기계 방향이 수직 방향이 되도록, 로딩될 수 있다. 약 20 내지 30 g의 전부하가 채용될 수 있다. 이 실험은, 분당 20인치(50.8 cm)의 속도로 샘플을 100% 연신으로 당긴 다음, 즉시(일시 정지하지 않고) 분당 20인치(50.8 cm)의 속도로 샘플을 0% 연신으로 복원한다. 시험 데이터의 결과는 바람직하게제1 주기와 제2 주기로부터 나온다. 시험은 (노스 캐롤라이나주의 캐리(Cary)에 소재한 Sintech Corp.의) TESTWORKS 4.07b 소프트웨어를 사용하는 Renew MTS 몽구스 박스(컨트롤)를 구비한 Sintech Corp.의 정속 인장 시험기 2/S에서 실시될 수 있으며, 대기 조건 하에서 수행될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유체 엉킴(fluid entangling)" 및 "유체 엉킴된(fluid entangled)"은 일반적으로 주어진 섬유성 부직포 웹 내에 또는 섬유성 부직포 웹과 기타 물질 사이에 어느 정도의 섬유 엉킴을 생성하여 그 엉킴의 결과로 개별 섬유 및/또는 층의 분리를 더 어렵게 만들기 위한 성형 공정을 의미한다. 일반적으로, 이는 영향을 가하는 가압된 유체에 대하여 적어도 어느 정도의 투과성을 갖는 성형 와이어와 같은 소정의 유형의 성형 또는 담체 표면 상에 섬유성 부직포 웹을 지지함으로써 달성된다. 가압된 유체 스트림(일반적으로 하나의 매니폴드 또는 일련의 매니폴드들에서의 다수의 스트림들)은 웹의 지지된 표면에 대향하는 부직포 웹의 표면에 대해 유도된다. 웹의 지지된 표면은 와이어 측이라고도 알려져 있으며, 웹의 지지되지 않은 표면은 펄프 측이라고도 알려져 있다. 가압된 유체는 웹의 섬유들과 접촉하여 섬유들 중 일부를 유체 흐름 방향으로 강제하며, 이에 따라 복수의 섬유 중 일부 또는 전부를 웹의 지지된 표면(와이어 측)을 향하도록 변위시킨다. 그 결과, 웹의 Z 방향(그 깊이 방향 또는 두께)라고 지칭될 수 있는 방향으로 섬유들이 더욱 엉키게 된다. 둘 이상의 분리된 웹들 또는 다른 층들이 상기 성형/담체 표면 위에 서로 인접하게 배치되고, 상기 가압된 유체를 거치게 되는 경우, 일반적으로 원하는 결과는 상기 웹들 중 적어도 하나의 섬유의 일부가 인접하는 웹이나 층으로 강제로 들어오게 됨으로써, 상기 두 표면의 경계면 간의 섬유 엉킴을 유발해서 상기 섬유들의 엉킴의 증가로 인해 상기 웹/층을 함께 접합하거나 결합하게 하는 것이다. 결합 또는 엉킴의 정도는, 사용중인 섬유의 종류, 그들의 섬유 길이, 유체 엉킴 공정을 거치기 전 웹 또는 웹들의 예비 결합 또는 엉킴의 정도, 사용중인 유체의 종류(물과 같은 액체, 또는 공기와 같은 증기 또는 가스), 유체의 압력, 유체 스트림의 수, 공정의 속도, 유체의 체류 시간 및 웹 또는 웹들/기타 층들 및 (성형 와이어와 같은) 성형/담체 표면의 다공성을 포함하여 많은 요인에 따라 달라질 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 가장 흔한 유체 엉킴 공정 중 하나는 부직포 웹의 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자들에게 잘 알려진 수력엉킴이라고 부른다. 유체 엉킴 공정의 예는 Evans의 미국 특허 번호 제3,485,706호, Radwanski의 미국 특허 번호 제4,939,016호, 제4,959,531호 및 제4,970,104호에서 찾아 볼 수 있으며, 이들은 각각 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 통상적인 수력엉킴 공정은 물의 고압 제트 스트림을 이용해서, 스테이플 섬유들 및/또는 실질적으로 연속적인 섬유들이 엉키게 하여 고도로 엉킨 통합 섬유 구조를 형성하도록 한다. 스테이플 길이 섬유와 실질적으로 연속적인 섬유의 수력엉킴 부직포 직물은, 예컨대, Evans의 미국 특허 번호 제3,494,821호 및 Boulton의 미국 특허 번호 제4,144,370호에 개시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 연속 필라멘트 부직포 웹과 펄프 층의 수력엉킴 복합 부직포 직물의 추가적인 예는, 예컨대, Everhart 등의 미국 특허 번호 제5,284,703호 및 Anderson 등의 미국 특허 번호 제6,315,864 호에 개시되어 있으며, 이들은 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다. 이러한 문헌에 개시된 수력엉킴 제조 조건은 달리 언급하지 않는 한 본 발명에 따른 수력엉킴 시트의 제조에 사용하기 위해 허용될 수 있는 운전 조건을 나타낸다. 본 출원의 목적을 위해, 약어 "HET'd"는 "수력엉킴된"의 약식 표기일 것이다.
본원에서 사용된 용어 "g/cc"는 일반적으로 세제곱 센티미터(cm3) 당 그램을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "친수성"은 일반적으로 섬유 또는 필름, 또는 섬유와 접촉하는 수성 액체에 의해 습윤화될 수 있는 섬유 또는 필름의 표면을 의미한다. 용어 "소수성"은 정의된 바와 같은 친수성이 아닌 물질을 포함한다. 문구 "자연적으로 소수성"은 소수성에 영향을 미치는 첨가제나 처리 없이 그 화학적 조성 상태에서 소수성인 물질을 의미한다. 이에 따라, 물질의 습윤 정도는 연관된 액체 및 물질의 접촉각 및 표면 장력 측면에서 설명될 수 있다. 특정 섬유 물질들 또는 섬유 물질들의 혼합물의 습윤성을 측정하기 위한 적합한 장비 및 기술은, Cahn SFA-222 표면력 분석기 시스템(Surface Force Analyzer System) 또는 실질적으로 등가의 시스템에 의해 제공될 수 있다. 이 시스템으로 측정될 때, 90 미만의 접촉각을 갖는 섬유는 "습윤성" 또는 친수성인 것으로 지정되고, 90 초과의 접촉각을 갖는 섬유는 "비습윤성" 또는 소수성인 것으로 지정된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "개인 관리 제품"은 기저귀, 트레이닝 팬츠, 흡수성 언더팬츠, 성인용 요실금 제품, 위생 와이프 및, 위생 냅킨, 패드 및 라이너 등과 같은 여성 위생 제품을 의미한다. 용어 "흡수성 의료용 제품"은 의료용 붕대, 의료용, 치과용, 외과용 및/또는 비과용 탐폰, 수술포 및 의복, 의료 장비 내의 덮개 등과 같은 제품을 지칭하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "복합재"는 수성 액체 흡수성 또는 친수성 섬유층과 라미네이트 층이 수력엉킴된, 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트 물질을 의미한다. 기계-방향 연신-결합 탄성 라미네이트 물질은 그 자체가, 탄성층이 기계 방향으로 연신된 상태일 때, 함께 결합된 적어도 하나의 기계-방향 탄성층과 적어도 하나의 비탄성층을 포함하는 다성분 물질 또는 다층 물질이다. 예컨대, 다층 물질은 적어도 2개의 위치에서 적어도 하나의 주름형성가능한 비탄성층에 결합되는 적어도 하나의 기계-방향 탄성층을 가질 수 있으며, 이에 따라, 주름형성가능한 층이 탄성층에 결합되는 위치들 사이에 모인다. 이러한 다층 탄성 물질은, (수축된 형태일 때 결합 위치들 사이에 주름진) 비탄성 물질이 탄성 물질의 기계-방향 연신을 허용하는 정도까지, 기계 방향으로 연신될 수 있다. 다층 탄성 물질은 필라멘트 기반 층, 또는 부직포 웹 기반 층을 포함할 수 있다. 주름을 형성하는 비탄성 층은, 예컨대, 스펀본드, 멜트블로운, BCW, 그 라미네이트, 또는 2이상의 그러한 물질들의 조합과 같은, 다양한 부직포 물질로 구성될 수 있다. 다층 탄성 물질의 유형은, 예컨대, Vander Wielen 등의 미국 특허 번호 제4,720,415호에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "교차 변형"은 "최대 비파괴 연신"이라고 지칭되기도 한다. 이는 본질적으로 탄성 연신-결합 라미네이트/복합재의 최소 탄성 부하 기울기가 (예컨대, 스펀본드 페이싱의) 최대 페이싱 기울기와 교차하는 지점에서 취한 측정값이다. 이는 본질적으로 이들이 교차하기 시작하는 곳이다. 이는, 연신-결합 탄성 라미네이트를 연신할 때, 비탄성 페이싱 주름의 대체적인 평탄화(주름의 감소)를 초래하는 변형값의 지점 또는 좁은 범위이다. 이 지점 또는 좁은 범위에서, 페이싱은 본질적으로 그 파형 주름을 상실하였지만, 라미네이트의 탄성층으로부터 파열 또는 분리되지 않았다. 상기 지점 또는 좁은 범위는 부하(gf) 대 인장(mm)의 그래프에서 발견된다.
이하, 하나 이상의 예가 후술되어 있는 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 각각의 예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 설명을 위해서 제공된다. 실제로, 본 발명의 사상이나 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명에 있어서 다양한 수정과 변형을 행할 수 있다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예에 일부로서 예시하거나 설명하는 특징들을 다른 하나의 실시예에 사용하여 추가적인 실시예를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 수정과 변형을 포함하려는 것이다.
개략적으로, 탄성 연신-결합 부직포 복합재는 탄성 연신-결합 성분과 (친수성 섬유 물질을 포함한) 흡수성 성분을 포함하며, 탄성 연신-결합 성분은 탄성 연신-결합 성분의 탄성 연신성 및 복원성을 희생하지 않고 그 구조 전체에 걸쳐 흡수성 성분과 수력엉킴되어 있다. 탄성 연신-결합 부직포 복합재는, 일 실시예에서, 소수성 물질로 이루어진 미리 제조된(또는 예비 제조된) (바람직하게는, 라미네이트 서브층이라고도 알려진, 기계-방향 탄성층 및 적어도 하나의 비탄성 층으로 이루어진) 탄성 연신-결합 부직포 라미네이트 층으로 형성되며, 라미네이트 층은 친수성 층과 전체적으로 수력엉킴됨으로써, 친수성 층으로부터의 수성 액체 흡수성/친수성 물질을 탄성 연신-결합 부직포 라미네이트 층의 다양한 서브층 각각에 걸쳐 배치한다. 라미네이트 상의 하나 이상의 비탄성 대면층이 평탄화되고 주름이 본질적으로 제거되거나 사라지기는 하지만 비탄성 대면층이 파열되지는 않도록 연장되는 지점까지, 미리 제조된 탄성 연신-결합 부직포 라미네이트 층을 (수력엉킴 전에) 재연신함으로써, 탄성 연신-결합 라미네이트는 평탄한 양면에서 수성 및 유성 액체 모두에 대해 흡수성이 있는 탄성 및 흡수성 물질을 생성하도록 친수성 층과 균일하게 수력엉킴될 수 있다. 복합재 내의 친수성 물질, 바람직하게는 셀룰로오스 물질은 수성 액체를 흡수하는 반면, 복합재 내의 소수성 중합체 물질은 유성 액체를 유지한다. 복합재는 층들을 함께 결합하기 위해 접착제 또는 다량의 접착제 또는 다른 결합 메커니즘을 필요로 하지 않고 상당한 완전성을 나타낸다. 복합재는 적어도 기계-방향 탄성을 나타내며, 탄성 연신-결합 라미네이트 층 성분의 기계-방향 탄성을 반영한다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 수력엉킴 탄성 연신-결합 복합재의 제조 방법(10)이 도시되어 있다. 제1 실시예에서, 미리 제조된(예비 제조된) 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)(필라멘트 또는 웹 기반 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트)이 풀림 롤(11)로부터 주름진 상태로 풀려서, 본 발명의 공정으로 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 대안적으로, 탄성 연신-결합 라미네이트 층이, 도시된 바와 같이 저장 롤 또는 풀림 롤(11)로부터 풀리는 대신, 본 발명의 공정을 통과하기 직전에 설비 내에서 제조되는 것이 고려된다. 이러한 대안적인 실시예(미도시)에서는, 설비 내에서 제조된 라미네이트는 본 발명의 공정을 통과하기 전에 주름지지 않을 수 있으나, 처음 제조된 이후 주름지지 않은 연신된 상태로 남아 있을 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 미리 제조된 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)은 미국 특허 번호 제5,385,775호, 제6,969,441호, 제6,978,486호 및 제7,601,657호에 개시된 라미네이트와 같은 탄성 웹 또는 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층이다. 이러한 탄성 웹 또는 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트는 탄성 웹 또는 필라멘트 층의 일면 또는 양면 중 어느 하나에 비탄성층을 포함할 수 있다.
도면에 표상적으로 나타낸 바와 같이, 미리 제조되어 풀린 연신-결합 탄성 라미네이트 층(20)은 롤(11)로부터 풀릴 때 주름진 구성으로 되어 있다. 고려된 표면 파형 주름 특징의 유형의 실례를 도 2a 및 도 3a의 SEM 현미경 사진의 51에서 볼 수 있다. 그 다음, 비탄성층(들)이 파열되기 시작하거나 섬유가 비탄성층(들)으로부터 분리되기 시작하는 지점까지는 아니지만, 탄성 라미네이트의 하나 이상의 비탄성 대면층이 비교적 평탄한 상태로 연장되고 주름이 현저히 감소되거나 사라지는 지점까지, 기계-방향 탄성 라미네이트를 재연신하기 위해, 주름진 탄성 연신-결합 라미네이트는 적어도 하나의 일련의 S-랩 롤로 지향된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 미리제거되는 동작(미리 제조된)으로부터 제조되는 것과는 대조적으로 연신-결합 라미네이트가 설비 내에서 제조되는 경우, 수력엉킴 전에 연신된 구성으로 유지되기 때문에, 라미네이트는 대안적으로 처음 S-랩 롤 구성 또는 닙 포인트를 통과할 필요가 없을 수 있으며 재연신될 필요가 없을 수 있음을 다시 인식하여야 한다.
교차 변형 지점(좁은 범위)은 바람직하게, 2개의 S-랩 롤들 중 제2 롤(15)이 제1 롤(13)보다 빠르게 회전하는 속도비를 가진 2개의 S-랩 롤들의 제1 세트 사이에서 미리 주름진 탄성 라미네이트 층을 기계 방향으로 재연신함으로써 바람직하게 구현된다. 미리 주름진 연신-결합 라미네이트의 이러한 기계-방향 재연신은, 도시된 2개의 S-랩 롤(13, 15)들의 제1 세트와 (수력엉킴 매니폴드를 통해 연장하는) 후에 나타나는 유공성 웹 담체 표면(41) 사이에, 또는 S-랩 롤(13, 15)들의 제1 세트와 기계 방향을 따라 유공성 웹 담체 표면 이후에 배치되는 S-랩 롤(23, 25)들의 제2 세트 사이에, 속도차를 생성함으로써 구현될 수도 있다. 어느 경우에나, 미리 주름진 연신-결합 라미네이트(20)가 기계 방향으로 재연신되고 친수성 섬유층에 의한 수력엉킴 단계 전체에서 팽팽하게(연신된 상태로) 유지되는 것이 중요하다. 제1 실시예에서, S-랩 롤 구성의 2개의 롤은, 2개의 S-랩 롤들 중 제2 롤(15)이 제1 롤(13)보다 빠르게 회전하며(또는 와이어(41)가 롤(15)보다 빠르게 주행하며), 약 1.1:1 내지 5:1, 대안적으로 약 1.5:1 내지 3:1의 (제1롤에 대한 제2롤의) 속도비를 갖는다.
도시된 제1 S-랩 롤 구성(13, 15)을 빠져나온 후, 이제 주름이 없는 팽팽한 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)은 공급 롤(17)에서 풀린 친수성/흡수성 섬유 웹(22)과 만나게 되는 위치로 공급된다. 도면에는 미리 제조된 친수성/"수성 액체 흡수성" 섬유 웹(22)이 도시되어 있으나, 섬유 웹(22)은 미리 제조되거나 설비 내에서 제조될 수 있으며, 또는 그 친수성의 정도가 달라질 수 있음을 이해하여야 한다. 예컨대, 섬유 웹은 관련 분야에 공지된 바와 같은 습식 적층, 건식 적층 또는 카디드 공정을 이용하여 오프라인으로 또는 설비 내에서 제조될 수 있다. 이러한 섬유 웹(22)은 단층 또는 다층일 수 있으며, 셀룰로오스 또는 전술한 유형의 다른 친수성 섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게는 이러한 웹은 펄프 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 친수성 웹은 약 1 gsm 내지 200 gsm, 대안적으로는 약 2 gsm 내지 100 gsm, 대안적으로는 약 10 gsm 내지 50 gsm의 평량을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게, 일 실시예에서, 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)의 비탄성 대면층(서브층)은 각각 약 3 gsm 내지 100 gsm, 대안적으로는 약 5 gsm 내지 50 gsm의 평량을 갖는다. 일 실시예에서, 비탄성 대면층은 바람직하게 관련 분야에 공지된 바와 같은 통상의 결합 패턴을 이용하여 그 자체가 결합된 폴리프로필렌 스펀본드 웹과 같은 스펀본드 웹이다. 대안적으로, 이러한 비탄성층은 소수성 코폼 웹 또는 별도로 제조된 소수성 수력엉킴 웹일 수 있다.
친수성/"수성 액체 흡수성" 섬유 웹(22)과 만나는 지점에서, 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)은 친수성 섬유 웹(22)과 동일한 기계-방향 속도로 이동하며, 이들은 모두 움직이는 유공성 웹 담체 표면(41)을 통해 수력엉킴 매니폴드(19)에 공급된다. 친수성 섬유 웹은 스테이플 섬유 및/또는 전술한 바와 같이 친수성/소수성의 정도가 다른 실질적으로 연속적인 섬유 웹의 조합과 같은 임의의 개수의 웹 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 친수성 섬유 웹은 PET, PP, PE, 레이온 등과 같은 스테이플 섬유와 혼합된 목재 섬유일 수 있다.
본질적으로, (펄프 섬유층과 같은) 친수성 섬유층(22)은 종래의 수력엉킴 기계의 유공성 웹 담체 표면(41) 상에 안착되는 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)에 적층된다. 친수성층(22)은 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)와 수력엉킴 매니폴드(19)(들) 사이에 놓이는 것이 바람직하다. 친수성층(22)과 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)는 (하나만 표상적으로 도시되어 있으나) 하나 이상의 수력엉킴 매니폴드(19)(들) 아래를 지나며, 웹(22)의 펄프 또는 다른 친수성 섬유와 인접한 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)의 층들이 엉키도록 유체(21) 제트로 처리된다. 유체 제트는 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)의 층들속으로 친수성 섬유가 통과하도록 구동한다. 수력엉킴은, 친수성층(22)이 물로 상당히 포화되었을 때(습식 적층), 대안적으로, 친수성층(22)이 건조 공기 적층 또는 건식 적층 섬유층일 때, 발생할 수 있다.
수력엉킴(수교락)은, 예컨대, Evans의 미국 특허 번호 제3,485,706 호에서 발견할 수 있는 것과 같은 종래의 수력엉킴 장비를 이용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 수력 엉킴은, 예컨대, 물과 같은 임의의 적절한 작동 유체로 수행될 수 있다. 작동 유체는 일련의 개별 구멍 또는 오리피스에 유체를 균일하게 분포시키는 적어도 하나의 매니폴드를 통해 흐른다. 이 구멍 또는 오리피스는 직경이 약 0.003 내지 약 0.015인치일 수 있다. 단일의 매니폴드가 사용될 수 있거나, 다수의 매니폴드가 연속적으로 배치될 수 있다. 수력엉킴 공정에서, 작동 유체는 약 200 내지 약 5000 psi(평방인치당 파운드), 대안적으로는 약 200 내지 약 2900 psi, 대안적으로는 1400 내지 약 2900 psi, 추가로 대안적으로는 약 200 내지 2000 psi의 압력으로 오리피스를 통과한다.
물질을 더 조밀하게 엉키게 하기 위해서는 더 높은 압력이 사용될 것이지만, 과도한 파열을 방지하기 위해 압력을 모니터링하여야 한다. 전술한 압력의 상한 범위에서, 복합 섬유는 약 1000 fpm(분당 피트)의 속도로 처리될 수 있다는 것이 고려된다. 유체는 친수성 웹 위의 약 0.25 내지 2인치, 대안적으로는 약 0.5 내지 1인치에 일반적으로 배치되는 인젝터/제트 스트립으로부터 분출된다. 유체는 유공성 웹 담체 표면(41)에 의해 지지된 친수성층(22)과 주름지지 않은 기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트(20)에 충돌한다. 유공성 웹 담체 표면은, 예컨대, 약 40 x 40 내지 약 100 x 100의 메쉬 크기를 가진 단일 평면 와이어 메쉬일 수 있다. 유공성 표면은 약 50 x 50 내지 약 200 x 200의 메쉬 크기를 가진 다겹 메쉬일 수도 있다. 많은 워터 제트 처리 공정에서 일반적인 바와 같이, 수력엉킴 복합재(24)로부터 과다한 물이 인출되도록, 진공 슬롯(29)이 수력엉킴 매니폴드 바로 아래에, 또는 유공성 웹 담체 표면(41) 아래에, 또는 다소 하류에(도 1에서 기계 방향으로 우측에) 배치될 수 있다. 유체 제트 처리 후, 복합 직물(24)은 바람직하게 통기 건조기와 같은 비압축성 건조 작업(60)으로 이송되며, 여기서는 선택된 물질이 허용하는 최대 비파괴 온도까지의 온도에서 엉킨 복합재가 건조된다. 이러한 건조 작업(60)은 S-랩 롤(23, 25)의 제2 세트 이전이나 이후에 배치될 수 있다. S-랩 롤의 제2 세트는, 롤(27)에 최종적인 저장을 위해 권취되기 전에 또는 추가적인 가공을 위해 복합재가 다음으로 전달되기 전에, 이러한 복합재(24)가 다시 주름잡힐 수 있도록(26) 허용하기 위한 것이다. S-랩 롤(23, 25)의 제2 세트는 복합재 주행 속도를 감속함으로써, 기계-방향을 따라 다시 주름잡힐 수 있도록 한다. S-랩 롤 구성이 각각 쌍으로 도시되어 있으나, 3개 또는 4개의 일련의 롤이나 다른 유형의 연신/주름 장치와 같은, 다수의 롤이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 친수성 웹이 연신-결합 라미네이트의 일면으로부터 연신-결합 라미네이트에 수력엉킴되는 일 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 이러한 동작에 이어서, 연신-결합 라미네이트가 각각의 반대 웹 방향으로부터 하나씩 2개의 수력엉킴 단계를 거치도록, 제2 친수성 웹이 연신-결합 라미네이트 복합재의 타면으로부터 연신-결합 라미네이트에 수력엉킴될 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 제2 친수성 웹은 수력엉킴될 제1 친수성 웹과 웹의 조성물 유형이 동일할 수 있거나, 대안적으로 조성물이 다를 수 있다.
도시되지는 않았으나, 수력엉킴 복합재(26)에 선택된 특성을 부여하기 위해 마무리 단계 및/또는 후처리 공정을 사용하는게 바람직할 수 있다. 예컨대, 이후의 단계에서 복합재에 후처리가 추가될 수 있거나, 와이프, 개인 위생 흡수 물품의 구성 요소 또는 의료용 의복 또는 덮개 직물과 같은 최종 제품으로 복합재를 변환하기 위해 절단기, 슬리터 또는 다른 처리 장비로 복합재가 이송될 수 있다. 또한, 복합재(24)의 수력엉킴 외면에 공지의 공정을 통해 패터닝이 배치될 수 있다. 와이프형 제품의 예를 Clark 등의 미국 특허 번호 제7,194,788호 및 Mallory 등의 미국 공개 번호 제2011/0119850호에서 발견할 수 있으며, 이들은 각각 참고로 본원에 인용되어 있다.
기계-방향 탄성 연신-결합 라미네이트 층(20)은 펄프 대향면(40)(또는 친수성 웹(22)에 대향하고 있는 면)과 와이어 대향면(42) (유공성 웹 담체 표면(가장 일반적으로는 성형 와이어)에 대향하고 있는 면)을 갖는다. 조합된 웹이 수력엉킴 매니폴드를 통과하는 동안, 친수성 웹(22)의 섬유가 연신-결합 라미네이트의 하나 이상의 비탄성 대면층 및 탄성층(들)과 섞임으로써, 얽힌 섬유를 통해 층들이 함께 결합되어 탄성 연신-결합 복합재(24)를 생성하게 된다. 그러나, 비탄성 대면층은 멜트블로운, 스펀본드, BCW, 부직포 라미네이트 또는 전술한 층들의 조합일 수 있음을 이해하여야 한다. 웹(22)의 친수성 섬유들이 비탄성 대면층(들) 및 탄성층을 통해 강제됨으로써, 이들은 복합재(24)의 양면(및 대향면)에 존재하게 된다. 이와 같이 얽힌 섬유는 고도의 완전성을 가진 웹을 생성하는 역할을 함으로써, 복합재(24)의 다양한 층들 사이에 접착제를 결합할 필요성을 감소시킨다. 이와 같이 얽힌 섬유는 복합재의 각각의 서브층 전체에 걸쳐 물 흡수성을 제공하는 역할도 한다.
친수성/"수성 액체 흡수성" 섬유 웹(22)의 횡-기계 방향 단면도가 도 1a에 도시되어 있다. 개별 친수성 섬유(22A)의 표현을 웹 층을 가로질러 그리고 웹 깊이 방향(Z)을 따라 볼 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 주름이 없는 탄성 라미네이트(20)의 횡-기계 방향 단면도가 도시되어 있다. 탄성층이 일 실시예에서 연속적인 원통형 필라멘트(30)로 제조됨에 따라, 필라멘트는 원형 단면으로 도시되어 있다. 주름지지 않은 탄성 라미네이트는, 필라멘트가 연신된 구성일 때 대면층(32, 34)이 필라멘트(30)에 결합되었다는 점에서, 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트이다. 라미네이트는, 2개의 비탄성 부직포 대면층(32, 34)들 사이에 샌드위치된 기계 방향을 따라 연장하는 필라멘트(30)의 탄성층을 포함하여, 깊이 방향(Z)을 따라 3개의 층을 갖는다. 친수성 섬유층(22)이 기계-방향 필라멘트 기반 탄성 연신-결합 라미네이트와 수력엉킴되면, 흡수성 및 탄성 연신-결합 복합체(24)가 형성된다.
표상적인 도 1c에 도시된 바와 같이, 수력엉킴 후, 전술한 탄성 라미네이트(20)는 탄성 라미네이트의 각각의 서브층의 Z방향에 걸쳐 엉킨 친수성 섬유(22A)를 포함한다. 이제 개질된 탄성 라미네이트(20A)는 제1 비탄성 대면층(32A) 내에, 개질된 탄성층(30A)의 필라멘트들 사이에, 그리고 제2 비탄성 대면층(34A) 내에도 친수성 섬유(22A)를 포함한다. 복합재의 펄프측(40)과 복합재의 와이어측(42)이 또한 도시되어 있다. 도 1c에서는 복합재의 하나의 외면에서 친수성 웹(22)으로부터의 친수성 섬유(22A)의 우세가 나타나 있으나, 탄성 라미네이트 구조에 따라, 특히 복합재가 (이격된 필라멘트 기반 탄성층을 가진 구조와 같이) 비교적 개방된 구조인 경우, 친수성 섬유가 복합재 전체에 걸쳐 상당히 균일하게 분산될 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 친수성층이 탄성 라미네이트의 양면으로부터 수력엉킴되는 경우, 생성된 복합재는 그 전체 구조에 걸쳐 상당히 더 많은 친수성 섬유를 가지게 될 것이며, 이에 따라, 수성 액체에 대한 흡수성을 향상시키게 된다.
수력엉킴 탄성 연신-결합 복합재의 현미경 화상이 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 준비되었다. 대전을 완화하기 위해 샘플을 금으로 코팅한 후, 제조된 복합재의 두 표면(펄프측 및 와이어측)의 화상이 SEM에 의해 만들어졌다. 도 2a 내지 도 3b의 현미경 사진에서 보이는 바와 같이, 연속 필라멘트 기반 연신-결합 기계-방향 탄성 라미네이트가 전체 복합체의 시작(미리 제조된) 탄성층으로서 사용되었다. 현미경 사진은 각각 2 mm 및 500 ㎛ 스케일 배율로 촬영되었다. 연속 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트는 2개의 폴리프로필렌 기반 스펀본드 부직포 대면층들 사이에 적층된 (Kraton Polymers로부터 입수가능한 것들과 같은) 연속 스티렌계 블록 공중합체 필라멘트로부터 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트 제조 플랫폼에서 제조되었다. 스펀본드 층은 백색의 13.5 gsm의 폴리프로필렌 스펀본드 페이싱이었다. (실제로 3개의 층을 포함한) 이러한 시작 탄성층의 제조 방법은 적어도 Zhou 및 Thomas의 상기 문헌에 개시되어 있다. 셀룰로오스계 시트의 펄프 섬유가 모든 층들을 통해 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층의 양면에 성공적으로 엉킴으로써, 흡수성 복합재를 형성하였다. 도 2a는 하드 롤 타올의 티슈 시트가 탄성 라미네이트 층에 수력 엉킴된 기계-방향 연신-결합 탄성 복합재의 펄프측(40)을 도시하고 있다. 타올의 친수성 펄프 섬유는 스펀본드 섬유(50)를 통해 얽혀있다. 이완된 탄성 복합재의 주름진 표면 형상이, 복합재가 수력엉킴에 이어서 수축하도록 허용되었을 때 생성되는 파형 주름(51)에 의해 분명해진다. 도 2b의 펄프측(40)의 확대 화상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 특징적으로 평탄한 펄프 섬유(52)가 화상에서 분명하며, 비탄성 대면층의 특징적으로 연신된 원통형 소수성 스펀본드 섬유(50)로부터 구별될 수 있다. 화상에서 알 수 있는 바와 같이, 서로 다른 유형의 섬유들이 함께 얽혀있다. 탄성 라미네이트 시트의 처음 접촉면에 펄프 섬유의 우세가 존재하지만, 탄성 라미네이트 시트의 대향 와이어측에서 개별 펄프 섬유를 명확하게 볼 수 있다. 예컨대, 수력엉킴 후의 탄성 연신-결합 복합재의 와이어측(42)을 나타낸 도 3a에서 보이는 바와 같이, 수축된 복합재 내에 파형 주름(51)이 분명하다. 스펀본드 섬유(50)도 분명하다. 도 3b의 확대 화상에서, 평탄한 펄프 섬유(52)가, 원통형 스펀본드 섬유(50)와 아울러, 와이어측에 분명하다.
이와 같이 생성된 라미네이트는 우수한 연신 및 복원 특성을 나타내었다. 수직 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트는 대략 그 교차 변형 지점까지, 또는 스펀본드 페이싱 주름이 수력엉킴 전에 이 지점을 넘지 않고 평탄화된 구조 밖으로 당겨진 지점 또는 좁은 범위까지 연신되었다. 본질적으로, 스펀본드 대면층들은 그들이 파열되는 지점까지 당겨지지는 않았지만, 주름진 표면은 본질적으로 파형없이 보다 평탄한 표면으로 변형되었다. 이는 제1 롤에 대한 제2 S-랩 롤의 속도를 변화시킴으로써 달성되었다. 수력엉킴 동안 복합재를 팽팽하게 유지하기 위해, 제2 롤 세트의 제1 롤과 제1 롤 세트의 제2 롤 사이의 S-랩 롤 속도를 유지하였다. Kimberly-Clark로부터 입수가능한 크리넥스 하드 롤 타올(KLEENEX Hard Roll Towels (HRT))이 연신된 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트 상으로 풀렸으며, 2개의 층들은 전술한 바와 같이 수력엉킴 매니폴드 아래를 통과하였다. 그 다음, (이제 부착된 펄프 시트를 포함하는) 탄성 라미네이트 복합재를 건조 및 권취하기 위해, 통기 건조기(TAD)를 통과하기 전에, 얽힌 구조가 완전히 수축할 수 있도록 허용된다. 풀림 속도는 대략 30 fpm(분당 피트)이었고, 인출 속도는 대략 100 fpm이었다. TAD의 주행 속도는 대략 45 fpm이었다. 이와 같이 생성된 물질은 우수한 내구성과 아울러, 펄프 시트가 없는 원래의 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트와 유사하게 높은 로프트를 나타냈으며, 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트와 유사하게 높은 확장성 및 수축성을 나타내었다. 내구성이 우수하다는 것은 대략 교차 변형까지 연신되었을 때 펄프의 가시적인 파열이나 빠짐이 관찰되지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명에 따라 제조된 물질의 예
실시예
일련의 수력 엉킴 연신-결합 필라멘트 기반 복합재를 다음의 명세서에 따라 제조하였다. 각각 그 전체가 참고로 본원에 인용되어 있는 Thomas 등의 미국 특허 번호 제6,916,750호 및 Zhou의 미국 특허 번호 제6,978,486호에 일반적으로 개시된 방법에 따라, 수직 필라멘트(제조 플랫폼) 연신-결합 라미네이트를 제조하였다. 미리 제조된 "컨트롤" 수직 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트는 전술한 바와 같이 (Kimberly-Clark로부터 입수가능한) 폴리프로필렌의 0.4 osy 스펀본드 부직포 페이싱에 각 측면이 적층된 전술한 바와 같은 스티렌계 블록 공중합체 탄성 필라멘트로 구성된 반면, 수력엉킴 복합재는 (펄프 시트 역할을 하는) 흡수성 셀룰로오스 기반 시트와 수력엉킴된 컨트롤로 구성되었다. 연신-결합 라미네이트에 얽힌 셀룰로오스 기반 시트는 30 gsm 펄프 롤(Kimberly-Clark로부터 입수가능한 백색 크리넥스 하드 타올 롤(HRT))이었다. 이러한 셀룰로오스 기반 시트는 30 내지 50 gsm인 것이 바람직하였다. 연신-결합 라미네이트에 대한 와이프의 수력엉킴 공정 중에, 다음과 같은 제조 조건이 채용되었다. 풀림 속도는 약 30 fpm이었고, 인출 속도는 약 100 fpm이었다. 엉킴 후에, 약 45 fpm의 진행 속도로 약 75 내지 90의 TAD 온도에서 물질을 건조하였다. 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트를 대략 교차 변형 지점까지, 또는 스펀본드 페이싱 주름이 구조물 상에서 평탄한 구성으로 당겨지는 지점까지 연신하였다. 이는 제1 S-랩 롤(13)에 대한 제2 S-랩 롤(15)의 속도, 또는 S-랩 롤(15)에 대한 와이어(41) 속도, 또는 대안적으로 제2 S-랩 롤(15)의 속도에 대한 제3 S-랩 롤(23)의 속도를 변화시킴으로써 구현된다. 예시의 목적을 위해, 물질이 팽팽한 구성으로 유지되도록, 제3 S-랩 롤(23)의 속도를 제2 S-랩 롤(15)의 속도와 관련하여 제어하였다. 재연신 롤들의 속도비는 2.3:1 내지 2.3:1.5이었다.
수력엉킴 연신-결합 라미네이트에 대해 다음의 시험 방법을 채용하였으며, 다음의 표 1 내지 표 5의 데이터를 얻었다. 달리 언급하지 않는 한, 시험에 대비하여, 시험 조건은 주위의 실내 조건(23 +/- 2℃(73.4 +/- 3.6℉) 및 50 +/- 5%의 상대 습도)에서 채용되었다.
현상태, 조절된 및 완전 건조 평량
이 시험은 라미네이트/복합 제품의 현상태, 조절된 및 완전 건조 평량을 측정하기 위해 사용되었다. 이 시험은 76.2 x 76.2 mm (3 x 3 인치)로 절단된 16개의 시트 또는 101.6 x 101.6 mm (4 x 4 인치)로 절단된 9의 시트로 구성된 929.09 평방 센티미터(144 평방 인치) 크기의 처음 시험 시편을 사용하여 설계되었다. 평량은 평방 미터당 그램(g/m2)의 단위로 보고되었다. 이 시험의 목적을 위하여, 용어 "현상태"는, 평량값이 미지의 수분량을 함유하도록, 조절되지 않은(제어된 환경에 놓이지 않은) 물질을 의미한다. 용어 "완전 건조"는 평량을 측정하기 전에 특정 기간(예컨대, 중량이 10 g 미만인 시편의 경우에는 25분 내지 1시간) 동안 오븐에서 건조된 물질을 의미한다. 용어 "조절된"은 평량을 측정하기 전에 환경에 평형화되도록 설정된 기간 동안 실온 조건이나 특정 시험 환경에 적응된 물질을 의미한다. "완전 건조" 평량의 경우, 상기 오븐은 105 +/- 2℃로 예열되었다. 시험 시편을 준비하기 전에, 샘플을 최소 4시간 동안 특정 시험 환경에 대해 "조절"되도록 허용되었다. 모든 시편들에는 접힘, 주름선, 다른 시각적 결함이 없었다.
측정시 샘플이 균형 팬 가장자리를 넘지 않도록 한 상태에서, "현상태" 또는 "조절된" 평량을 측정하여 그램 단위로 보고하였다. 완전 건조 측정의 경우, 오븐 내에 샘플을 저장하기 위해 용기 및 뚜껑을 사용하였다. 용기와 뚜껑을 함께 계량하고 중량 시험 전체에 걸쳐 함께 유지하는 것이 중요했다. (분리된) 뚜껑과 모두를 오븐 내에 배치하고 용기를 덮지 않은 상태에서, 시편(들)을 계량 용기 내에 배치하였다. 오븐 내에 용기를 배치한 후, 오븐이 105 +/- 2℃로 복원되면 오븐 시간을 모니터링하였다. 중량이 10 g 미만인 시편의 경우, 오븐에서의 시간은 적어도 25분이었지만, 더 긴 것이 바람직하다. 중량이 10 g 이상인 시편의 경우, 오븐 시간은 최소 8시간이었다. 오븐에서의 특정 시간 후에, 오븐을 개방하였고, 각 용기(들) 위에 뚜껑을 배치함으로써 용기들을 폐쇄하였다. 그 다음, 10분 이하 동안 용기들이 대략 실온으로 냉각되도록 허용하였다. 그 다음, (시편(들)이 내부에 있는 상태로) 폐쇄된 용기를 계량하였다. 그리고, 완전 건조 시편 중량에 도달하도록, 미리 오븐에서 가열된 용기, 뚜껑 및 시편의 중량에서 용기와 뚜껑 자체의 중량을 감산하였다. g/m2 단위로 물질의 평량을 구하기 위해, 시편 중량(g)에 10.764(사용된 시편 크기에 특화된 계수)를 승산하여 g/m2를 얻었다. 사용된 오븐은 105 +/- 3.6℃를 유지할 수 있는 중력 강제-공기 오븐이었다.
수직 흡수 용량
이 시험은 시편에 의해 흡수된 시험 유체의 중량 및 그 단위 중량의 백분율로서 두가지 면에서 물질의 흡수 용량을 측정하기 위해 사용되었다. 이 시험은 흡수된 물이나 광유의 양을 측정하도록 설계되었다. 시험 방법은 특정 기간 동안 시험 유체 내에 정사각형 시편을 침지시켰다. 그 다음, 시편을 수직으로 매달아서 배수될 수 있도록 허용하였다. 그 다음, 흡수 용량, 비용량 및 퍼센트 흡수율을 산출하였다. 이 시험의 목적을 위하여, 흡수 용량 또는 g/시편 면적(g/시편 면적)은 침지된 시편이 배수될 수 있도록 허용된 후 유지된 시험 유체의 양이다. 퍼센트 흡수율(%흡수율)은 백분율로 표시되는 시편의 비용량이다. 비용량(g/g)은 시편 중량당 흡수 용량이다.
시험에 대비하여, 시험되는 시편이 시험 유체 내에 완전히 침지될 수 있도록 보장하기 위해, 최소 깊이가 50 mm인 용기를 사용하였다. 시험 유체의 온도는 바람직하게 23 +/- 3℃였다. 물질의 각 시료는 101 x 101 +/- 3 mm (4 x 4 +/- 0.04 인치)의 정방형으로, 바람직하게 적어도 3개의 시료로 절단되었다. 각 샘플을 먼저 0.01 g 단위까지 계량하였다. (샘플이 이상적으로 3점 클램프 또는 집게로 유지되고 있는 동안) 시험 유체 속으로 제1 시편을 배치함과 동시에 타이밍 장치를 시동하였다. 30초 간격으로 시험을 시작하였다. 샘플이 물에 침지되는 체류 시간은 3분 +/- 5초였고, 오일의 경우에는 3분 +/- 5초였다. 침지 시간이 끝나면, 시편을 시험 유체로부터 제거하고, 시편의 한쪽 모서리가 시편의 나머지보다 낮도록 다이아몬드 형상으로 매달았다. 그 다음, 물의 경우에는 3분 +/- 5초동안, 그리고 오일의 경우에는 5분 +/- 5초동안, 시편이 배수될 수 있도록 허용하였다. 배수 시간이 끝나면, 시편 아래에 있는 계량 접시를 잡고 클램프로부터 시편을 분리함으로써, 시편을 제거하였다. 그 다음, 시편을 0.01 g 단위까지 계량하였다. 습식 중량(g)에서 건조 중량(g)을 감산하여, g/시편 면적의 단위로 흡수 용량을 산출하였다. 흡수 용량(g)을 건조 중량(g)으로 나눠서 비용량(g/g)을 산출하였다. 비용량(g/g)에 100을 곱해서 %흡수율을 산출하였다. 사용된 오일은 백색 광유였다.
수직 위킹 속도
이 방법은 모세관 작용의 결과로서 부직포 기재 내로 유체(물 또는 오일)가 흡수되는 속도를 측정하기 위해 사용되었다. 이 시험은 수직으로 매달려 시험 유체 내에 부분적으로 침지된 직물에 대한 유체의 모세관 작용의 효과를 측정하기 위해 사용되었다. 시편이 저류지 유체 내에 침지될 수 있도록, 용기의 저류지를 완충하였다. 시험 유체가 시편을 타고 올라갈 때 더 잘 보이도록 하기 위해, 시험 유체를 착색하기 위한 (물을 위한 간단한 적색 식용 염료 및 오일을 위한 산성 푹신과 같은) 착색제가 사용될 수 있다. 한결같이 필요하다면, 시험 시편을 오븐 내에 배치할 수 있다. 시편 스트립의 하부 가장자리가 시험 유체 속으로 대략 25.4 mm(1인치) 연장되도록, 시편 홀더 높이를 조정하였다.
시편을 25.4 x 203.2 +/- 2.5 mm(1 x 8 +/- 0.1인치)의 직사각형 형상으로 절단하였다. 모든 이전의 시험 방법과 같이, 시편을 시험 물질의 나머지와 다르게 만드는 접힘, 주름 또는 임의의 왜곡이 없는 물질 샘플로부터 시험 샘플을 얻었다. 시험에서, 시편을 너무 이르게 습윤화하는 것을 방지하기 위해, 긴 치수가 유체에 대해 수직하고 하단부(들)가 저류지의 측면 위에 매달리도록 하여, 시험 시편을 스탠드(바람직하게는, 최대 3개의 시편을 동시에 매달 수 있는 스탠드)에 고정하였다. 스트립의 하부 가장자리가 유체 속으로 대략 25.4 mm 연장되도록, 시편 높이를 조정하였다. 시편의 대략 25.4 mm가 시험 유체 내에 침지되는 한 더 짧은 시편이 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 시편의 자유단이 시험 유체 내에 배치되면, 시편이 유체에 접촉하는 즉시 스톱 워치를 시작하였다. 모든 시편이 1분 동안 시험되었을 때 시험을 종료하였다. 오븐 건조를 원한다면, 105 +/- 3.6℃를 유지할 수 있는 중력 강제 공기 오븐이 바람직하다. 오일은 백색 광유였다.
부직포의 흡수율에 대한 물 또는 오일 액적 시험
이 방법은 시험 유체의 특정 양을 전달하기 위해 피펫을 사용하여 부직포 물질에 대한 물 및 오일 시험 유체의 개별 흡수율을 측정하기 위해 사용되었다. 물/오일 흡수율은 부직포의 시편이 개별 시험 유체의 특정 양을 흡수하는데 필요한 초 단위의 시간이다. 흡수율은 최소 4개의 흡수 측정값(물질의 면당 2개 이상)의 평균이다. 시험을 실시하기 위해, 충분한 시험 유체를 일상 시험에 사용되는 작은 비커에 붓고, 시계 유리 커버로 덮었다. 정사각형인 경우에는 100 mm x 100 mm인, 대략 10,000 mm2의 6개의 샘플을 사용하였다. 습강도 수지를 함유하고 4주가 안된 제품은 강제 공기 오븐에서 5분 동안 105 +/- 2℃로 경화되어야 한다. 사용되는 액적 크기는 0.1 ml였으며, 한번에 1개의 라미네이트 물질 샘플을 시험하였다. 시편을 스테인리스 스틸 비커의 상부 위에 씌우고, 시편을 제자리에 유지하기 위해 템플릿 또는 용도가 동등한 시험 장치로 덮었다. 물질의 각 면에 대해 최소 2개의 액적을 시험하였다. 필요한 양의 오일 또는 물로 피펫을 충전하였다. 피펫 팁을 시편 위의 대략 25 mm(1인치)에, 시편에 대해 직각으로 유지하였다. 이와 동시에, 피펫으로부터 시험 유체를 토출하였고, 타이머를 시작하였다. 그 다음, 시험 유체의 표면으로부터 빛이 반사되지 않는 지점까지 시험 유체를 흡수하였고, 타이머를 정지시켰다. 타이머는 측정값들 사이에 재설정되지 않았다. 시편 물질의 각 면은 180초의 최대 시한을 갖고 있었다. 각각의 측정값이 180초를 초과하면, 각각의 시간 측정값을 보고하였다. 시편을 재배치하고, 물질의 동일한 면에 대해 제2 액적으로 반복하였다. 그 다음, 시편을 뒤집고 (각 면에서 2개씩) 총 4개의 액적으로 반복하였다. 액적 확산이 시편의 가장자리에 도달하면, 시험을 중지하였다. 시편들 사이에 타이머를 이상적으로 정지하였다. 그러나, 타이머가 정지되지 않으면, 전체 초수를 판독값의 총수로 나누어야 한다. 사용된 오일은 백색 광유였다.
(SBL라고도 알려진) 연신-결합 라미네이트 물질의 결합 강도
이 시험은 라미네이트 직물의 성분층들 사이의 부착 강도를 측정하기 위해 사용되었다. 대략 180°의 각도로 분리력을 측정하였다. 이 방법은 Windows 소프트웨어용 MTS TestWorks®를 사용하여 개발되었다. 직물을 박리하기 위해 필요한 힘을 측정함으로써, 라미네이트 직물의 성분층들 사이의 결합 효율을 결정하였다. 0.1 g 단위로 표현되는 분리력의 값은 직물이 얼마나 잘 결합되었는지를 나타내는 표시이다.
이 시험의 목적을 위해, "결합 강도"는 특정 거리에 걸쳐서 대략 180°의 각도로 시험 시편의 성분층을 박리하기 위해 필요한 분리력이었다. 이 시험의 목적을 위해, "박리"는 플라이들을 함께 유지하는 결합 메커니즘의 파괴로 인한 라미네이트 직물의 플라이/성분의 분리였다. 시험된 연신-결합 라미네이트는 탄성층 외면 각각에 하나의 스펀본드 플라이를 구비한 미리 연신된 탄성층을 포함하는 복합재였다.
크로스 헤드 속도를 300 +/- 10 mm/분(12 +/- 0.4인치/분)으로 설정하였고, 로드 셀 유닛은 풀 스케일 부하의 5 내지 95%로 값이 하락하도록 허용하였다. 시작 측정은 16 +/- 1 mm에서 이루어졌고, 마지막 측정은 170 +/- 1 mm에서 이루어졌다.
시편은 제조후 1시간 이내에 시험되는 것이 바람직하였다. 전체 데클 폭x기계 방향(MD)으로 대략 300 mm(12 인치)인 라미네이트로부터 샘플을 처음에 절단하였다. 그 다음, 균일하게 이격된 방식으로 더 큰 시편으로부터 충분한 개수의 더 작은 샘플을 절단함으로써, 샘플의 최소 75%를 조사하였다. 기계 방향(MD)으로 175 mm(7인치) x횡-기계 방향(CD)으로 대략 75 mm(3인치)인 각각의 더 작은 샘플을 더 큰 샘플 시편으로부터 절단하였다. 더 큰 시편 샘플로부터 처음에 절단된 순서대로 샘플을 유지하고 시험 전체에 걸쳐 순서를 유지하는 것이 바람직했다.
　 추가 시험을 위해 샘플의 단부를 처음에 박리하기 위해, 다음과 같은 절차를 채용하였다. 흄 후드에서, 이소프로필알콜 90%(IPA)를 6 mm(0.25 인치)의 최대 깊이까지 용기에 부었다. 시험하고자 하는 각 샘플의 일단의 75 mm를 IPA의 표면에 가볍게 접촉시켰다. 평면상에 흡수성 물질의 층을 배치한 다음, 습윤화된 시편을 흡수성 물질상에 배치함으로써, 시편의 접촉 단부를 블러팅하였다. 시편을 흡수성 물질의 층으로 덮고, 시편의 습윤화된 단부에 대략 1초 동안 손으로 균등한 압력을 가하였다. 연신 및 해제 동작이 층의 처음 박리에 도움이 되기 때문에, 각각의 시편을 확실하게 유지한 상태에서, 75 mm의 블러팅된 단부를 연신 및 해제하였다. 각 샘플에서 탄성층이 균등하게 노출되도록, 38 +/- 13 mm(1.5 +/- 0.5인치) 아래의 스펀본드 대면층의 타측과 탄성층으로부터 시편의 스펀본드측을 조심스럽게(부분적으로만) 박리하였다.
균등하게 분포된 탄성층이 다음과 같이 외향하도록 하여, 인장 시험기의 그립 내에 시편(대면층)을 배치하였다. 그립이 폐쇄된 상태에서 그립 중앙에 시편을 배치하였다. 추가적인 시편의 분리를 시작하지 않고 그립들 사이에서 샘플의 느슨한 부분을 제거하고, 그립을 폐쇄하였다. 2개의 폐쇄된 그립 사이에 수직으로 시편을 유지하였다. 크로스헤드를 시작하였다. 시험을 완료하고, 크로스헤드를 반환하였다. 그 다음, 시편을 그립으로부터 제거하였다. 그립들 사이에서 물질의 미끄러짐이 관찰되지 않아야 한다. 미끄러짐이 관찰되는 경우, 인스트론 200파운드 최대 부하 그립을 채용할 것을 제안한다.
다음과 같은 장비가 시험을 위해 사용되었다. 인장 시험기 MTS Criterian 42-Nonwovens Bundle (INSTRON). Testworks 4 또는 Bluehill 2 프로그램을 위한 테스트 매크로. 1인치x 3인치의 페이스 그립. 5000 g의 로드 셀을 일반적으로 사용하였다.
Figure pct00001
표 1
표 1에서 조절된 및 건조된 평량 값은 셀룰로오스 기반 시트와 수력엉킴된 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트에 상당한 펄프 엉킴을 제안한다.
표 2
광유와 물에 대한 수직 흡수 용량 시험은 펄프가 기재에 수력엉킴되기 전후에 수직 필라멘트 연신 결합 라미네이트가 광유에 흡수성이 있음을 나타낸다. 그러나, 약간의 오일 흡수성이 수력엉킴시 소실된다. 오일과 물에 대해 균형잡힌 흡수성을 가진 기재에 적합한, 물 용량에서의 상당한 이득이 달성된다.
Figure pct00002
비교로서, 그 자체가 1 내지 4 샘플 타입 중 어느 하나인, 셀룰로오스-타입 와이퍼 시트에 대해 동일한 시험을 실시하였다. 비교에 사용된 셀룰로오스 및 스펀본드 와이퍼 시트 자체는, WYPALL이라는 와이퍼 상표명 및 구체적으로는 WYPALL X80, HYDROKNIT라는 부직포 직물 제품의 지정 상표명으로 Kimberly- Clark Professional으로부터 입수가능한 수력엉킴 와이퍼였다. 광유, 엔진 오일 및 물에 대한 결과가 아래에 기재되어 있다. 연신-결합 수력엉킴 프로토 타입은 유사하게 높은 광유 용량을 나타내었다.
표 2A
Figure pct00003
표 2B
샘플 1
Figure pct00004
표 3
MD및 CD으로의 수직 위킹 속도는 수직 흡수 용량과 유사한 추세를 나타낸다. 광유의 위킹은 얽힌 펄프에서 변하지 않은 w/ 및 w/아웃을 유지한다. 그러나, 수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트에 펄프를 얽으면 물의 위킹에서 상당한 개선이 달성된다.
Figure pct00005
표 4
수력엉킴시 물의 습수성에서 상당한 이득을 나타내는 광유 및 물의 흡수성에 대한 액적 시험.
Figure pct00006
표 5
라미네이트 박리 강도(즉, 라미네이트 페이싱과 필라멘트 사이의 결합 강도) 시험을 수행하여 얻은 데이터는 (수직 필라멘트 연신-결합 라미네이트에서) 필라멘트에 대한 페이싱의 결합이 펄프가 기재에 얽히는 지점에서 상당히 개선됨을 제안한다.
　이는 펄프에 의해 라미네이트 층들이 "함께 묶인다"는 것을 암시한다.
Figure pct00007
*펄프 인터페이스의 시작에서 박리가 정지/실패하였기 때문에, 수력엉킴 수직 필라멘트 연신 결합 복합재를 복합 박리 강도에 대해 시험할 수 없었다.
본 발명에 따라 제조된 시트 물질은 다양한 최종 제품 응용에 사용될 수 있다. 예컨대, 이러한 시트 물질은 드레이프성, 탄성 및 오일과 물 모두의 세정 작용을 위한 흡수성이 요구되는 다양한 와이프형 제품을 위해 사용될 수 있다. 탄성 및 흡수성 와이퍼는 세척하고자 하는 좁은 면적을 관통하는데 유리한 용도를 가질 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 이러한 시트 물질은 여과, 의료용 의복, 커버 및 붕대의 기술 분야, 그리고 아기/육아 기저귀의 귀부분 또는 측부 패널 및 성인 여성 위생 응용에서와 같은 개인 위생 분야에서 최종 제품 응용을 가질 것으로도 고려된다.
본 발명을 본 발명의 특정 실시예들에 관하여 상세히 설명하였지만, 통상의 기술자라면, 전술한 바를 이해함에 따라, 이러한 실시예들에 대한 대체예, 변형예, 균등예를 쉽게 구상할 수 있다는 점을 알 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물로서 평가되어야 한다.

Claims (21)

  1. 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법으로서,
    a) 웹 또는 필라멘트 기반 탄성층과 적어도 하나의 비탄성층을 자체적으로 가진, 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 부직포 라미네이트 층을 제공하는 단계;
    b) 적어도 하나의 비탄성층이 대체로 평탄한 구성이 되고 비탄성층의 파열이 발생하지 않도록, 연신-결합 부직포 라미네이트 층을 기계 방향으로 연신하는 단계;
    c) 연신된 연신-결합 부직포 라미네이트 층에, 스테이플 섬유, 실질적으로 연속적인 섬유, 펄프 섬유 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 친수성 섬유층을 제공하는 단계;
    d) 수성 및 유성 액체 모두에 대해 흡수성이 있는 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재를 생성하기 위해, 연신된 연신-결합 부직포 라미네이트 층으로 친수성 섬유층의 섬유를 수력엉킴하는 단계;
    e) 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재가 건조되어 이완되도록 허용하는 단계;
    f) 상기 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재를 저장하거나, 상기 복합재를 추가적인 제품 제조 공정으로 이동시키는 단계를 포함하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층은 탄성 멜트블로운 층 또는 탄성의 실질적으로 평행한 필라멘트 층 중 어느 하나를 포함하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기계 방향 탄성 웹 또는 필라멘트 기반 연신-결합 부직포 라미네이트 층 자체는 2개의 비탄성층을 포함하며, 각각의 비탄성층 중 하나는 중간 탄성층의 별도의 측면에 결합되고, 탄성층은 탄성 멜트블로운 웹 층 또는 필라멘트 기반 층으로 구성되는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 연신 단계는 점진적으로 더 빠르게 움직이는 일련의 롤에 의해 구현되는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 연신 단계는 연신-결합 탄성 라미네이트 층 공급원으로부터 가장 먼 제2 롤과 공급원에 가장 가까운 제1 롤 사이의 속도비가 약 1.1:1 내지 5:1인 S-랩 구성의 한 쌍의 롤에 의해 구현되는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 속도비는 약 1.5:1 내지 3:1인, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 속도비는 약 2.3:1 내지 2.3:1.5인, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 친수성 섬유층은 룰로오스계인, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 친수성 섬유층은 수력엉킴 전에 약 2 내지 200 gsm 범위의 평량으로 처음에 존재하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
  10. 제1항의 방법으로 제조된 수성 및 유성 액체 모두에 대해 흡수성이 있는 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  11. 제10항의 연신-결합 탄성 부직포 복합재로 제조된 와이프, 의료용 제품 또는 개인 관리 제품.
  12. 연신-결합 탄성 부직포 복합재로서, 기계-방향 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층 및 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층의 모든 층과 수력엉킴되는 친수성 섬유층을 포함하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탄성 필라멘트 기반 연신-결합 라미네이트 층은 탄성 필라멘트의 중간층과 상기 중간층을 샌드위칭하는 2개의 비탄성층들인, 3개의 층을 포함하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 비탄성층은 스펀본드, 멜트블로운 및 BCW 웹들로 이루어진 군으로부터 선택된, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  15. 제14항에 있어서, 상기 비탄성층은 약 5 내지 50 gsm의 평량을 가진 스펀본드 웹인, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  16. 제12항에 있어서, 상기 친수성 섬유층은 셀룰로오스 섬유를 포함하는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  17. 제12항에 있어서, 상기 친수성 섬유층은 약 2 내지 200 gsm의 평량을 가진, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  18. 제17항에 있어서, 상기 친수성 섬유층은 약 30 내지 50 gsm의 평량을 갖는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  19. 제12항에 있어서, 상기 복합재는 수성 액체 흡수성 및 유성 액체 흡수성인, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  20. 제12항에 있어서, 상기 복합재는 와이프, 개인 위생 흡수 물품 또는 의료용 덮개 중 어느 하나에 통합된, 연신-결합 탄성 부직포 복합재.
  21. 제1항에 있어서, 상기 수력엉킴 연신-결합 탄성 부직포 복합재는 접착제 없이 제조되는, 연신-결합 탄성 부직포 복합재의 제조 방법.
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