KR20170104675A - 부직포 및 섬유용 폴리에스테르에서 ｃａｃｏ３ - Google Patents

부직포 및 섬유용 폴리에스테르에서 ｃａｃｏ３ Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함하는 부직포에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 이러한 부직포의 제조 방법 및 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도에 관한 것이다.

Description

부직포 및 섬유용 폴리에스테르에서 ＣＡＣＯ３{CACO3 IN POLYESTER FOR NONWOVEN AND FIBERS}
본 발명은 부직포, 부직포의 제조 방법, 상기 부직포를 포함하는 물품, 및 상기 부직포의 용도, 그 외에 부직포의 제조를 위한 섬유의 용도 및 부직포용 충전제로서 탄산칼슘의 용도에 관한 것이다.
부직포는 섬유 또는 필라멘트를 함께 접합함으로써 제조된 시트 또는 웹(web) 구조체이다. 이들은 평탄하거나 벌키(bulky)일 수 있고, 이들이 제조되는 방법과 사용되는 물질에 따라 다양한 응용 분야에 맞출 수 있다. 다른 텍스타일 예컨대 직물 또는 편물과 비교하여, 부직포는 특정 패턴의 웹으로 변환시키기 위해 얀(yarn) 방적의 준비 단계를 검토할 필요가 없다. 특정 용도에 대해 필요한 물질의 강도에 따라, 부직포에서 특정 퍼센트의 재활용 패브릭(recycled fabric)을 사용하는 것이 가능하다. 반대로, 일부 부직포는 적합한 처리와 설비가 주어진다고 하면, 사용 후 재활용될 수 있다. 따라서 부직포는 특정 응용 분야를 위해, 특히 1회용 또는 단일 사용 제품이 중요한 분야 및 산업 예컨대 병원, 학교 또는 양로원에서 더 생태적인 패브릭일 수 있다.
오늘날, 부직포는 주로 열가소성 중합체 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 또는 폴리에스테르로부터 제조된다. 폴리에스테르 섬유 또는 필라멘트의 장점은 이들의 고 결정성, 고 강도 및 고 인성이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 가장 널리 사용되는 폴리에스테르이며, PET의 대단한 다용도성을 설명하는, 고 탄성률, 저 수축, 열고정(heat set) 안정성, 내광성 및 내화학성을 특징으로 한다. PET의 주요 단점 하나는 느린 결정화 속도이며, 이는 사출 성형과 같은 제조 공정에 대한 합당한 사이클 타임(cycle time)을 부여하지 않는다. 따라서 탈크와 같은 핵형성제가 흔히 첨가된다. 그러나 이들 불균질 입자는 스트레스 집중체(stress concentrator)로서 작용할 수 있으며, 이로써 중합체의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 핵형성된 PET는 흔히 유리 섬유로 보강된다.
탈크 충전 PET는 저널[Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 1999, 37, 847 to 857]에 공표된, 제목이 "Oxygen barrier properties of crystallized and talc-filled poly(ethylene terephthalate)"인 세켈릭(Sekelik) 외 그의 공동 연구가의 논문에 개시되어 있다. 미국특허 제5,886,088 A호는 무기 핵형성제를 포함하는 PET 수지 조성물에 관한 것이다. 탄산칼슘으로 충전되는 열가소성 중합체 물질의 제조 방법은 국제특허출원 공개 제2009/121085 A1호에 기재되어 있다. 국제특허출원 공개 제2012/052778 A1호는 폴리에스테르와 탄산칼슘 또는 운모 충전제를 포함하는 찢을 수 있는 중합체 필름에 관한 것이다. 개질된 탄산칼슘을 함유한 PET 섬유의 방적은 분스리 쿠스크탐(Boonsri Kusktham)이 연구하였고, 저널[The Asian Journal of Textile, 2011, 1(2), 106 to 113]에 공표된, 제목이 "Spinning of PET fibres mixed with calcium carbonate"인 논문에 기재되어 있다.
이산화티탄과 하나 이상의 광물 충전제를 함유한 압출된 섬유와 부직 웹은 미국특허 제6,797,377 B1호에 개시되어 있다. 국제특허출원 공개 제2008/077156 A2호에서는 상기 섬유를 함유한 부직포뿐만 아니라 중합체 수지와 한 충전제를 포함하는 스펀레이드(spunlaid) 섬유를 기재하고 있다. 결합 조성이 향상된 합성 중합체의 부직포는 유럽특허출원 제2 465 986 A1호에 개시되어 있다. 국제특허출원 공개 제97/30199호는 부직포의 제조에 적합한 섬유 또는 필라멘트에 관한 것이며, 이 섬유 또는 필라멘트는 실질적으로 폴리올레핀과 무기 입자로 이루어진다.
상기 내용에 비추어, 당업자에게 폴리에스테르계 부직포의 특성을 개선하는 것에 대해 관심이 남아 있다.
본 발명의 목적은 부드러운 촉감이 향상되고, 강성이 더 큰 부직포를 제공하는 것이다. 또한 부직포의 소수성 또는 친수성의 관점에서 테일러링될 수 있는 부직포를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한 부직포의 품질에 상당한 영향을 미치지 않고 감소한 양의 중합체를 함유하는 부직포를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
또한 본 발명의 목적은 용융 공정 중 짧은 사이클 타임을 가능하게 하는 폴리에스테르계 중합체 조성물, 특히 PET 조성물로부터 부직포를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 또한 재활용 폴리에스테르, 특히 재활용 PET의 사용을 가능하게 하는 부직포의 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 목적과 다른 목적은 본원에서 독립항으로 한정한 과제에 의해 해결된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체, 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함하는 부직포가 제공된다.
또 다른 양태에 따라, 본 발명은 부직포의 제조 방법으로서,
a) 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제의 혼합물을 제공하는 단계,
b) 혼합물을 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형(film-like) 필라멘트 구조체로 성형하는 단계, 및
c) 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체로부터 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법을 제공한다.
또한 또 다른 양태에 따라, 본 발명은 본 발명의 부직포를 포함하는 물품(article)을 제공하며, 여기서 상기 물품은 건축자재(construction products), 소비재 어패럴(consumer apparel), 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱(home furnishings), 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재로부터 선택된다.
또한 또 다른 양태에 따라, 본 발명은 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도를 제공한다.
또한 또 다른 양태에 따라, 본 발명은 부직포의 제조를 위한 섬유의 용도를 제공하며, 여기서 섬유는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다.
또한 또 다른 양태에 따라, 본 발명은 건축자재, 방수재, 단열재, 방음재, 지붕재, 소비재 어패럴, 실내장식 및 의류 산업, 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱, 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재에서 본 발명의 부직포의 용도를 제공한다.
본 발명의 유리한 실시형태는 상응하는 종속항에서 한정된다.
일 실시형태에 따라, 폴리에스테르는 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리히드록시부티레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리락트산, 또는 이들의 혼합물, 또는 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되며, 바람직하게는 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 또 다른 실시형태에 따라 폴리에스테르는 수 평균 분자량이 5000 내지 100000 g/mol, 바람직하게는 10000 내지 50000 g/mol, 및 더 바람직하게는 15000 내지 20000 g/mol이다.
일 실시형태에 따라 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘, 경질 탄산칼슘, 개질된 탄산칼슘, 표면 처리된 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물이며, 바람직하게는 표면 처리된 탄산칼슘이다. 또 다른 실시형태에 따라 탄산칼슘은 평균 입자 크기(d 50 )가 0.1 내지 3 ㎛, 바람직하게는 0.4 내지 2.5 ㎛, 더 바람직하게는 1.0 내지 2.3 ㎛, 및 가장 바람직하게는 1.2 내지 1.8 ㎛이다. 또한 또 다른 실시형태에 따라 탄산칼슘은 탑 커트(top cut) 입자 크기(d 98 )가 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 5 내지 8 ㎛, 더 바람직하게는 4 내지 7 ㎛, 및 가장 바람직하게는 6 내지 7 ㎛이다. 또한 또 다른 실시형태에 따라 탄산칼슘은 부직포의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 40 중량%, 및 더 바람직하게는 1 내지 35 중량%의 양으로 부직포에 존재한다.
본 발명의 방법의 일 실시형태에 따라, 단계 b)에서 혼합물은 바람직하게는 압출 공정에 의해, 및 더 바람직하게는 멜트 블로운(melt blown) 공정, 스펀본드(spunbond) 공정, 또는 이들의 조합에 의해 섬유로 성형된다. 본 발명의 방법의 또 다른 실시형태에 따라, 부직포는 표면 또는 캐리어(carrier) 상에 섬유를 모음으로써 형성된다. 본 발명의 방법의 또한 또 다른 실시형태에 따라, 단계 b) 및 c)를 2회 이상 반복하여 다층 부직포, 바람직하게는 스펀본디드(spunbonded)-멜트블로운(meltblown)-스펀본디드(SMS), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(MSM), 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(SMSM), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(MSMS), 스펀본디드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본디드(SMMS), 또는 멜트블로운-스펀본디드-스펀본디드-멜트블로운(MSSM) 부직포를 제조한다.
본 발명의 목적상, 하기 용어는 하기 의미를 갖는 것으로 이해된다:
본 발명의 문맥에서 사용되는 바와 같이 용어 "결정화도"는 중합체에서 규칙적인 분자의 분율을 의미한다. 나머지 분율은 "비정질"로 지정된다. 중합체는 용용물로부터 냉각 시, 기계적 신장 시 또는 용매 증발 시 결정화할 수 있다. 결정화 영역은 일반적으로 비정질 영역보다 더 밀집하게 채워지고, 결정화는 중합체의 광학 특성, 기계 특성, 열 특성 및 화학 특성에 영향을 미칠 수 있다. 결정화도는 퍼센트로 명시되며, 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 의미에서 "중질 탄산칼슘"(GCC, ground calcium carbonate)은 천연 공급원, 예컨대 석회암, 대리석, 방해석 또는 백악으로부터 얻어지고, 습식 및/또는 건식 처리 예컨대 분쇄, 스크리닝 및/또는 분별을 통해, 예를 들어 사이클론 또는 분급기에 의해 가공되는 탄산칼슘이다.
본 발명의 문맥에서 사용되는 바와 같이 용어 "고유 점도"는 용액의 점도를 향상시키는 용액에서 중합체의 능력 측정치이며, dl/g로 명시된다.
본 발명의 의미에서 "개질된 탄산칼슘"(MCC)은 내부 구조가 변형된 천연 중질 또는 경질 탄산칼슘 또는 표면 반응 생성물, 즉 "표면 반응한 탄산칼슘"을 특징으로 할 수 있다. "표면 반응한 탄산칼슘"은 탄산칼슘과 표면 위에 불용성, 바람직하게는 적어도 부분 결정성, 산 음이온의 칼슘염을 포함하는 물질이다. 바람직하게는, 불용성 탄산칼슘염은 탄산칼슘의 적어도 일부의 표면으로부터 연장된다. 상기 음이온의 상기 적어도 부분 결정성 칼슘염을 형성하는 칼슘 이온은 대개 출발 탄산칼슘 물질로부터 유래한다. MCC는 예를 들어 미국특허출원 제2012/0031576 A1호, 국제특허출원 공개 제2009/074492 A1호, 유럽특허출원 제2 264 109 A1호, 유럽특허출원 제2 070 991 A1호, 또는 제2 264 108 A1호에 기재되어 있다.
본 발명의 목적상, 용어 "부직포(nonwoven fabric)"는 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체의 층 또는 망을 포갬으로써 제조되는 평편한, 가요성, 다공성 시트 구조체를 의미한다.
본 문서 전체에 걸쳐, 탄산칼슘 충전제의 "입자 크기"는 이의 입자 크기 분포로 나타낸다. 값(d x )은 입자의 x 중량%에 대해 직경이 d x 미만인 직경을 나타낸다. 이는 d 20 값이 모든 입자 중 20 중량%가 더 작은 입자 크기이며, d 98 값은 모든 입자 중 98 중량%가 더 작은 입자 크기인 것을 의미한다. d 98 값은 또한 "탑 커트"로서 지정된다. 따라서 d 50 값은 중량 중간(median) 입자 크기이며, 즉 모든 입자 중 50 중량%가 이 입자 크기보다 더 크거나 더 작다. 본 발명의 목적상 입자 크기는 달리 지정되지 않는 한 중량 중간 입자 크기(d 50)로 명시된다. 중량 중간 입자 크기(d 50) 값 또는 탑 커트 입자 크기(d 98) 값을 측정하기 위해 마이크로메리틱스사(Micromeritics, 미국)제 Sedigraph 5100 또는 5120 장치가 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "중합체"는 일반적으로 단독 중합체 및 공중합체 예컨대, 예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교호 공중합체, 및 이들의 블렌드와 변형체를 포함한다.
본 발명의 의미에서 "경질 탄산칼슘"(PCC, precipitated calcium carbonate)은 일반적으로 수성 환경에서 이산화탄소와 수산화칼슘(소석회)의 반응 후 침전에 의해 또는 수중에서 칼슘 공급원 및 탄산염 공급원의 침전에 의해 얻어지는 합성된 물질이다. 추가로, 경질 탄산칼슘은 또한 수성 환경에서 칼슘염과 탄산염, 예를 들어 염화칼슘과 탄산나트륨을 도입하는 생성물일 수 있다. PCC는 바테라이트, 방해석 또는 아라고나이트일 수 있다. PCC는 예를 들어 유럽특허출원 제2 447 213 A1호, 유럽특허출원 제2,524,898 A1호, 유럽특허출원 제2 371 766 A1호, 또는 미공개 유럽특허출원 제12 164 041.1호에 기재되어 있다.
본 발명의 의미에서, "표면 처리된 탄산칼슘"은 처리 또는 코팅 층, 예를 들어 지방산, 계면활성제, 실록산, 또는 중합체의 층을 포함하는 중질, 경질 또는 개질된 탄산칼슘이다.
용어 "포함하는"이 본 명세서와 청구범위에서 사용되는 경우, 이것은 다른 요소를 배제하지 않는다. 본 발명의 목적상, 용어 "이루어진"은 용어 "포함하는"의 바람직한 실시형태인 것으로 생각된다. 이후 그룹이 적어도 특정수의 실시형태를 포함하는 것으로 정의되는 경우, 이것은 또한 바람직하게는 이들 실시형태만으로 이루어지는 그룹을 개시하는 것으로 이해될 것이다.
부정관사 또는 정관사(예를 들어 "a", "an" 또는 "the")가 단수 명사를 의미하는 때에 사용되는 경우, 이는 뭔가 다른 것이 구체적으로 언급되지 않는 한 이 명사의 복수형을 포함한다.
"얻어질 수 있는" 또는 "한정할 수 있는" 및 "얻어진" 또는 "한정된"과 같은 용어는 서로 교환하여 사용된다. 이는 예를 들어 문맥이 명확히 달리 나타내지 않는 한, 용어 "얻어진"은 비록 이러한 한정된 이해가 항상 용어 "얻어진" 또는 "한정된"에 의해 바람직한 실시형태로서 포함된다 하더라도 예를 들어 일 실시형태가 예를 들어 용어 "얻어진" 다음의 일련의 단계에 의해 얻어져야만 한다고 나타내는 것을 의도하지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명의 부직포는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다. 하기에 본 발명의 생성물에 대한 세부 내용과 바람직한 실시형태가 더 상세히 제시될 것이다. 이들 기술적인 세부 내용과 실시형태는 또한 상기 부직포를 제조하는 본 발명의 방법 및 부직포, 섬유, 조성물, 및 탄산칼슘에 대한 본 발명의 용도에 적용된다고 이해될 것이다.
하나 이상의 중합체
본 발명의 부직포는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함한다.
폴리에스테르는 이들의 주쇄에 에스테르 작용기를 함유하는 중합체의 종류이며, 일반적으로 중축합 반응에 의해 얻어진다. 폴리에스테르는 폴리카르보네이트 또는 폴리부티레이트와 같은 합성 중합체뿐만 아니라 큐틴과 같은 천연 중합체를 포함할 수 있다. 이들의 구조에 따라 폴리에스테르는 생분해성일 수 있다.
일 실시형태에 따라, 폴리에스테르는 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리히드록시부티레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리락트산, 또는 이들의 혼합물, 또는 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된다. 이들 중합체 중 어느 것도 순수한 형태로, 즉 단독 중합체의 형태로 있을 수 있거나, 공중합에 의해 및/또는 하나 이상의 치환기를 주쇄에 또는 주쇄의 측쇄에 첨가함으로써 개질될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 하나 이상의 중합체는 폴리에스테르로 이루어진다. 폴리에스테르는 단지 한 특정 타입의 폴리에스테르 또는 1 타입 이상의 폴리에스테르의 혼합물로 이루어질 수 있다.
하나 이상의 중합체는 부직포의 총 중량을 기준으로 적어도 40 중량%, 바람직하게는 적어도 60 중량%, 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 및 가장 바람직하게는 적어도 90 중량%의 양으로 부직포에 존재할 수 있다. 일 실시형태에 따라, 하나 이상의 중합체는 부직포의 총 중량을 기준으로 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 98 중량%, 및 더 바람직하게는 65 내지 95 중량%의 양으로 부직포에 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 축합 중합체이며, 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트를 에틸렌 글리콜과 축합함으로써 공업적으로 제조될 수 있다.
PET는 단량체 디에틸 테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜을 사용하는 에스테르 교환 또는 단량체 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 사용하는 직접 에스테르화에 의해 중합될 수 있다. 에스테르 교환 및 직접 에스테르화 공정은 둘 다 배치 식으로 또는 연속으로 중축합 단계와 조합된다. 배치 식 시스템은 하나는 에스테르화 또는 에스테르 교환을 위한 반응 용기 및 하나는 중합을 위한 반응 용기의 2개의 반응 용기를 필요로 한다. 연속 시스템은 하나는 에스테르화 또는 에스테르 교환을 위한 용기, 또 다른 하나는 과량의 글리콜을 줄이기 위한 용기, 및 또 다른 하나는 중합을 위한 용기의 적어도 3개의 용기를 필요로 한다.
대안으로, PET는 고체상 중축합에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 이러한 공정에서 용융 중축합은 프레폴리머(pre-polymer)의 고유 점도가 1.0 내지 1.4 dl/g일 때까지 계속되며, 이 지점에서 중합체는 고체 필름으로 성형된다. 예비 결정화는 중합체의 바람직한 분자량이 얻어질 때까지 예를 들어 200℃를 초과하여 가열함으로써 수행된다.
일 실시형태에 따라, PET는 연속 중합 공정, 배치 식 중합 공정 또는 고체상 중합 공정으로부터 얻어진다.
본 발명에 따라, 용어 "폴리에틸렌 테레프탈레이트"는 개질 안 된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 개질된 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 직쇄 중합체, 분지쇄 중합체, 또는 가교결합 중합체일 수 있다. 예를 들어, 글리세롤을 이산(diacid) 또는 이의 무수물과 반응시키는 경우 각 글리세롤은 분기점을 생성할 것이다. 예를 들어 같거나 다른 분자에서 가지(branch)로부터의 산 작용기 및 히드록실기의 반응에 의해 내부 결합이 일어나는 경우, 중합체는 가교결합될 것이다. 임의로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 바람직하게는 C1 내지 C10 알킬기, 히드록실, 및/또는 아민기에 의해 치환될 수 있다. 일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, tert-부틸, 히드록실 및/또는 아민 기에 의해 치환된다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 또한 예를 들어 사이클로헥산 디메탄올 또는 이소프탈산과 공중합에 의해 개질될 수 있다.
PET는 이의 공정과 열 이력에 따라 비정질 중합체 및 반결정 중합체, 즉 결정과 비정질 분율을 포함하는 중합체로서 둘 다 존재할 수 있다. 반결정 물질은 이의 결정 구조와 입자 크기에 따라 투명 또는 불투명 및 백색으로 보일 수 있다.
일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 비정질이다. 또 다른 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 반결정이며, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 결정화도가 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 40%, 및 가장 바람직하게는 적어도 50%이다. 또한 또 다른 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 결정화도가 10 내지 80%, 더 바람직하게는 20 내지 70%, 및 가장 바람직하게는 30 내지 60%이다. 결정화도는 시차 주사 열량측정법(DSC)으로 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 고유 점도(IV)가 0.3 내지 2.0 dl/g, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 dl/g, 및 더 바람직하게는 0.7 내지 1.0 dl/g이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 유리 전이 온도(Tg)가 50 내지 200℃, 바람직하게는 60 내지 180℃, 및 더 바람직하게는 70 내지 170℃이다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 수 평균 분자량이 5000 내지 100000 g/mol, 바람직하게는 10000 내지 50000 g/mol, 및 더 바람직하게는 15000 내지 20000 g/mol이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트는 신(virgin) 중합체, 재활용 중합체, 또는 이의 혼합물일 수 있다. 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 소비 후 PET 병, 예형(preform) PET 스크랩, 재입자화(regrained) PET, 또는 재생 PET로부터 얻을 수 있다.
일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 총량을 기준으로 10 중량%, 바람직하게는 25 중량%, 더 바람직하게는 50 중량%, 및 가장 바람직하게는 75 중량%의 재활용 PET를 포함한다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진다. PET는 단지 한 특정 타입의 PET 또는 2 타입 이상의 PET의 혼합물로 이루어질 수 있다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 중합체는 추가 중합체, 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리아미드, 셀룰로오스, 폴리벤즈이미다졸, 또는 이들의 혼합물, 또는 이들의 공중합체를 포함한다. 이러한 중합체에 대한 예는 폴리헥사메틸렌 디아디프아미드, 폴리카프로락탐, 방향족 또는 부분 방향족 폴리아미드("아라미드"), 나일론, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리벤즈이미다졸, 또는 레이온이다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 중합체는 하나 이상의 중합체의 총량을 기준으로 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 75 중량%, 더 바람직하게는 적어도 90 중량%, 및 가장 바람직하게는 적어도 95 중량%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다.
하나 이상의 충전제
본 발명에 따라, 부직포는 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다. 하나 이상의 충전제는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다.
폴리에스테르계 부직포에서 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제의 용도는 종래의 부직포와 비교하여 특정 장점이 있다. 예를 들어, 부직포의 소수성 특성 또는 친수성 특성은 적절한 탄산칼슘 충전제를 사용함으로써 목적 응용 분야에 맞출 수 있다. 또한, 탄산칼슘 충전제의 사용으로 부직포 품질에 상당한 영향을 미치지 않고 부직포의 제조에서 폴리에스테르의 감소를 가능하게 한다. 더구나, 본 발명자들은 의외로 탄산칼슘이 PET에 충전제로서 첨가되는 경우, 중합체는 더 높은 열전도도를 나타내며, 이는 중합체의 더 빠른 냉각 속도로 이어진다는 사실을 밝혀냈다. 또한, 어떠한 이론에도 매이지 않고서 탄산칼슘이 PET를 위한 핵형성제로서 작용하며, 따라서 PET의 결정화 온도를 증가시킨다고 생각된다. 그 결과 결정화 속도가 증가하며, 이는 예를 들어 용융 공정 중에 더 짧은 사이클 타임을 가능하게 한다. 본 발명자들은 또한 탄산칼슘 충전제를 포함하는 PET로부터 제조된 부직 웹이 PET만으로 제조된 부직 웹과 비교하여 부드러운 촉감이 향상되고, 강성이 더 크다는 사실을 밝혀냈다.
일 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 중질 탄산칼슘, 경질 탄산칼슘, 개질된 탄산칼슘, 표면 처리된 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물이다. 바람직하게는 탄산칼슘은 표면 처리된 탄산칼슘이다.
중질(또는 천연) 탄산칼슘(GCC)은 석회암 또는 백악과 같은 퇴적암으로부터, 또는 변성 대리암으로부터 채광된 천연 형의 탄산칼슘인 것으로 이해된다. 탄산칼슘은 3가지 형태의 결정 다형: 방해석, 아라고나이트 및 바테라이트로서 존재한다고 알려져 있다. 방해석은 가장 흔한 결정 다형으로서, 탄산칼슘의 가장 안정한 결정형인 것으로 생각된다. 아라고나이트는 그리 흔하지 않으며, 개별 또는 군집 침상 사방정계 결정 구조이다. 바테라이트는 가장 희귀한 탄산칼슘 다형이며, 일반적으로 불안정하다. 중질 탄산칼슘은 거의 오로지 방해석 다형이며, 이는 삼방정계 능면체인 것으로 일컬어지며, 가장 안정한 탄산칼슘 다형을 나타낸다. 본원의 의미에서 탄산칼슘의 용어 "공급원"은 탄산칼슘이 얻어지는 천연 광물을 의미한다. 탄산칼슘의 공급원은 탄산마그네슘, 알루미노규산염 등과 같은 추가의 천연 성분을 포함할 수 있다.
*본 발명의 일 실시형태에 따라 중질 탄산칼슘(GCC)의 공급원은 대리석, 백악, 방해석, 돌로마이트, 석회암, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 중질 탄산칼슘의 공급원은 대리석으로부터 선택된다. 본 발명의 일 실시형태에 따라 GCC는 건식 분쇄에 의해 얻어진다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 GCC는 습식 분쇄 및 후속 건조에 의해 얻어진다.
본 발명의 의미에서 "경질 탄산칼슘"(PCC)은 일반적으로 수성 환경에서 이산화탄소와 석회의 반응 후 침전에 의해 또는 수중에서 칼슘 이온 원과 탄산염 이온 원의 침전에 의해 또는 용액으로부터 칼슘 이온과 탄산염 이온, 예를 들어 CaCl2 및 Na2CO3의 침전에 의해 얻어지는 합성 물질이다. PCC를 제조하는 추가의 가능한 방법은 석회 소다 공정, 또는 PCC가 암모니아 제조의 부산물인 솔베이(Solvay) 공정이다. 경질 탄산칼슘은 3개의 일차 결정형: 방해석, 아라고나이트 및 바테라이트로 존재하며, 이들 결정형 각각에 대해 많은 상이한 다형(결정벽)이 있다. 방해석은 전형적인 결정벽 예컨대 편삼각면체(S-PCC), 능면체(R-PCC), 육방정계 각기둥, 탁면, 콜로이드계(C-PCC), 입방정계, 및 각기둥(P-PCC)인 삼방정계 구조이다. 아라고나이트는 쌍정 육방정계 각기둥 결정의 전형적인 결정벽, 및 다양한 분류의 얇은 세장형 각기둥, 곡선 날, 급경사 피라미드, 조각칼 형상 결정, 분지 나무, 및 산호 또는 충양(worm-like) 형인 사방정계 구조이다. 바테라이트는 육방정계 결정계에 속한다. 얻어진 PCC 슬러리를 기계적으로 탈수하여 건조시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 한 경질 탄산칼슘을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 경질 탄산칼슘의 상이한 결정형과 상이한 다형으로부터 선택되는 2종 이상의 경질 탄산칼슘의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 경질 탄산칼슘은 S-PCC로부터 선택되는 한 PCC와 R-PCC로부터 선택되는 한 PCC를 포함할 수 있다.
개질된 탄산칼슘은 내부 구조가 변형된 GCC 또는 PCC 또는 표면 반응한 GCC 또는 PCC를 특징으로 할 수 있다. 표면 반응한 탄산칼슘은 GCC 또는 PCC를 수성 현탁액의 형태로 제공하고, 산을 상기 현탁액에 첨가함으로써 제조될 수 있다. 적합한 산은 예를 들어 황산, 염산, 인산, 시트르산, 옥살산, 또는 이들의 혼합물이다. 다음 단계에서, 탄산칼슘을 기체 이산화탄소로 처리한다. 황산 또는 염산과 같은 강산이 산 처리 단계에 사용되는 경우, 이산화탄소가 계 내에서 자동으로 형성될 것이다. 대안으로 또는 추가로, 이산화탄소는 외부 공급원으로부터 공급될 수 있다. 표면 반응한 탄산칼슘은 예를 들어 미국특허출원 공개 제2012/0031576 A1호, 국제특허출원 공개 제2009/074492 A1호, 유럽특허출원 제2　264　109　A1호, 유럽특허출원 제2 070 991 A1호, 또는 유럽특허출원 제2 264 108 A1호에 기재되어 있다.
표면 처리된 탄산칼슘은 표면 위에 처리 또는 코팅 층을 포함하는 GCC, PCC, 또는 MCC를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 소수화 표면 처리제 예컨대, 예를 들어, 지방족 카르복실산, 이의 염 또는 에스테르, 또는 실록산으로 처리되거나 코팅될 수 있다. 적합한 지방족 산은 예를 들어 C5 내지 C28 지방산 예컨대 스테아르산, 팔미트산, 미리스트산, 라우르산, 또는 이들의 혼합물이다. 탄산칼슘은 또한 예를 들어 폴리아크릴레이트 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리DADMAC)에 의해 양이온성 또는 음이온성이 되도록 처리되거나 코팅될 수 있다. 표면 처리된 탄산칼슘은 예를 들어 유럽특허출원 제2 159 258 A1호에 기재되어 있다.
일 실시형태에 따라, 개질된 탄산칼슘은 바람직하게는 황산, 염산, 인산, 시트르산, 옥살산, 또는 이들의 혼합물, 및 이산화탄소와 반응으로부터 얻어지는 표면 반응한 탄산칼슘이다.
또 다른 실시형태에 따라, 표면 처리된 탄산칼슘은 지방산, 이들의 염, 이들의 에스테르, 또는 이들의 조합에 의한 처리로부터, 바람직하게는 지방족 C5 내지 C28 지방산, 이들의 염, 이들의 에스테르, 또는 이들의 조합에 의한 처리로부터, 및 더 바람직하게는 스테아르산암모늄, 스테아르산칼슘, 스테아르산, 팔미트산, 미리스트산, 라우르산, 또는 이들의 혼합물에 의한 처리로부터 얻어지는 처리 층 또는 표면 코팅을 포함한다.
일 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 평균 입자 크기(d 50 )가 0.1 내지 3 ㎛, 바람직하게는 0.4 내지 2.5 ㎛, 더 바람직하게는 1.0 내지 2.3 ㎛, 및 가장 바람직하게는 1.2 내지 1.8 ㎛이다. 추가로 또는 대안으로, 탄산칼슘은 탑 커트 입자 크기(d 98 )가 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 5 내지 8 ㎛, 더 바람직하게는 4 내지 7 ㎛, 및 가장 바람직하게는 6 내지 7 ㎛이다.
탄산칼슘은 부직포의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 40 중량%, 및 더 바람직하게는 1.0 내지 35 중량%의 양으로 부직포에 존재할 수 있다. 또 다른 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 부직포의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%, 1.0 내지 10 중량%, 5.0 내지 40 중량%, 7.5 내지 30 중량%, 또는 10 내지 25 중량%의 양으로 부직포에 존재한다.
일 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 하나 이상의 중합체 내에 분산되며, 하나 이상의 중합체의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 40 중량%, 및 더 바람직하게는 1 내지 35 중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 실시형태에 따라, 탄산칼슘은 하나 이상의 중합체 내에 분산되며, 하나 이상의 중합체의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%, 1.0 내지 10 중량%, 5.0 내지 40 중량%, 7.5 내지 30 중량%, 또는 10 내지 25 중량%의 양으로 존재한다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 충전제는 탄산칼슘으로 이루어진다. 탄산칼슘은 단지 한 특정 타입의 탄산칼슘 또는 2 타입 이상의 탄산칼슘의 혼합물로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라, 하나 이상의 충전제는 추가의 무기(mineral) 안료를 포함한다. 추가 안료 입자에 대한 예는 실리카, 알루미나, 이산화티탄, 점토, 하소 점토, 탈크, 카올린, 황산칼슘, 규회석, 운모, 벤토나이트, 황산바륨, 석고, 또는 산화아연을 포함한다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 충전제는 하나 이상의 충전제의 총량을 기준으로 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 75 중량%, 더 바람직하게는 적어도 90 중량%, 및 가장 바람직하게는 적어도 95 중량%의 탄산칼슘을 포함한다.
일 실시형태에 따라, 하나 이상의 충전제는 부직포의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 40 중량%, 및 더 바람직하게는 1 내지 35 중량%의 양으로 부직포에 존재한다. 또 다른 실시형태에 따라, 하나 이상의 충전제는 하나 이상의 중합체 내에 분산되고, 하나 이상의 중합체의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 2 내지 40 중량%, 및 더 바람직하게는 5 내지 35 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공된다. 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공되며, 여기서 충전제는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라, 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공되며, 여기서 충전제는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다. 바람직하게는, 탄산칼슘은 표면 처리된 탄산칼슘이다.
본 발명의 추가 양태에 따라, 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공된다. 본 발명의 추가 양태에 따라, 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도가 제공되며, 여기서 충전제는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다.
부직포
부직포는 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체의 층 또는 망을 포갬으로써 제조되는 평편한, 가요성, 다공성 시트 구조체이다.
본 발명의 일 양태에 따라 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함하는 부직포 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체가 제공된다.
일 실시형태에 따라, 부직포는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함하며, 여기서 하나 이상의 충전제는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다. 또 다른 실시형태에 따라 부직포는 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체의 형태로 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 충전제를 포함하며, 여기서 하나 이상의 충전제는 하나 이상의 중합체 내에 분산된다.
섬유 및/또는 필라멘트는 직경이 0.5 내지 40 ㎛, 바람직하게는 5 내지 35 ㎛일 수 있다. 또한, 섬유 및/또는 필라멘트는 어떠한 단면 형상, 예를 들어 원형, 난형, 직사각형, 덤벨 형상, 신장 형상, 삼각형, 또는 불규칙형일 수 있다. 섬유 및/또는 필라멘트는 또한 중공 및/또는 이성분 및/또는 삼성분 섬유일 수 있다.
부직포는 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 충전제 외에 추가 첨가제, 예를 들어, 왁스, 광학 광택제, 열 안정화제, 산화 방지제, 대전 방지제, 블로킹 방지제(anti-blocking agent), 염료, 안료, 광택 향상제, 계면활성제, 천연 오일, 또는 합성 오일을 포함할 수 있다. 부직포는 또한 추가 무기 섬유, 바람직하게는 유리 섬유, 탄소 섬유, 또는 금속 섬유를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 면, 리넨, 견, 또는 양모와 같은 천연 섬유가 첨가될 수 있다. 부직포는 또한 보강 스레드(reinforcement thread)에 의해 텍스타일 표면 구조의 형태로, 바람직하게는 패브릭, 레잉(laying), 편물, 니트웨어 또는 부직포의 형태로 강화될 수 있다.
일 실시형태에 따라, 부직포는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체와 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제로 이루어진다. 또 다른 실시형태에 따라, 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체와 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다. 또한 또 다른 실시형태에 따라, 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 탄산칼슘으로 이루어진다.
전형적인 실시형태에 따라, 부직포는 부직포의 총 중량을 기준으로 50 내지 99 중량%의 양으로 하나 이상의 중합체 및 1 내지 50 중량%의 양으로 하나 이상의 충전제를 포함하며, 바람직하게는 60 내지 98 중량%의 양으로 하나 이상의 중합체, 및 2 내지 40 중량%의 양으로 하나 이상의 충전제를 포함하고, 더 바람직하게는 65 내지 95 중량%의 양으로 하나 이상의 중합체, 및 5 내지 35 중량%의 양으로 하나 이상의 충전제를 포함한다. 또 다른 전형적인 실시형태에 따라, 부직포는 부직포의 총 중량을 기준으로 90 중량%의 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 10 중량%의 탄산칼슘, 바람직하게는 중질 탄산칼슘으로 이루어진다. 또한 또 다른 전형적인 실시형태에 따라, 부직포는 부직포의 총 중량을 기준으로 80 중량%의 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 20 중량%의 탄산칼슘, 바람직하게는 중질 탄산칼슘으로 이루어진다.
본 발명의 일 양태에 따라, 하기 단계를 포함하는 부직포의 제조 방법이 제공된다:
a) 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제의 혼합물을 제공하는 단계,
b) 혼합물을 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체로 성형하는 단계, 및
c) 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체로부터 부직포를 형성하는 단계.
바람직한 실시형태에 따라, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이고/이거나 탄산칼슘은 표면 처리된 탄산칼슘이다.
공정 단계 a)에서 제공되는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제의 혼합물은 본 기술에서 공지된 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 중합체 및 하나 이상의 충전제는 건식 블렌드되고, 용융 블렌드되며, 임의로 과립 또는 펠릿으로 형성될 수 있거나, 하나 이상의 중합체 및 하나 이상의 충전제의 마스터배치(masterbatch)가 예비 혼합되고, 임의로 과립 또는 펠릿으로 형성되며, 추가 중합체 또는 충전제와 혼합될 수 있다.
일 실시형태에 따라, 단계 b)에서 혼합물은 바람직하게는 압출 공정에 의해, 및 더 바람직하게는 멜트 블로운 공정, 스펀본드 공정, 또는 이들의 조합에 의해 섬유로 형성된다. 그러나 중합체를 섬유로 형성하기 위해 본 기술에서 공지된 임의의 다른 적합한 공정이 또한 사용될 수 있다.
본 기술에서 알려진, 임의의 멜트 블로운 공정, 스펀본드 공정, 또는 이들의 조합은 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 충전제의 혼합물을 섬유로 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 멜트블로운 섬유는 혼합물을 용융시키고, 다이 또는 작은 오리피스를 통해 혼합물을 압출시켜 섬유를 형성하고, 용융된 중합체 섬유를 열풍에 의해 가늘게 함으로써 제조될 수 있다. 그 후 섬유의 냉각과 고화를 위해 열풍 스트림에 주위의 냉풍을 도입할 수 있다. 스펀본드 공정에서, 균일한 배치의 열과 줄로 정렬된 다수의 모세관을 통해 용융된 혼합물을 펌핑함으로써 혼합물을 섬유로 용융 방사할 수 있다. 압출 후, 고속 공기에 의해 섬유를 가늘게 할 수 있다. 공기는 섬유를 원하는 데니어로 끌어내리는 섬유 상의 인장력을 생성한다. 스펀본드 공정은 부직포에 더 큰 강도를 제공한다는 장점이 있을 수 있다. 제2 성분을 스펀본드 공정에서 공압출할 수 있으며, 이는 추가 특성 또는 접착 성능을 제공할 수 있다.
두 가지 전형적인 스펀본드 공정이 본 기술에서 루르기(Lurgi) 공정과 라이펜호이저(Reifenhaeuser) 공정으로 알려져 있다. 루르기 공정은 방적 돌기 오리피스를 통한 용융 중합체의 압출 후 새로 형성된 압출된 필라멘트를 공기로 급랭시키고, 벤추리 튜브를 통한 흡입에 의해 인장시키는 것을 기초로 한다. 형성 이후, 필라멘트를 컨베이어 벨트에 분배하여 부직 웹을 형성한다. 라이펜호이저 공정은 필라멘트를 위한 급랭 영역이 밀폐되어 있고, 냉각된 공기 스트림이 가속되며, 따라서 공기 스트림에 필라멘트의 더 효과적인 연행을 유도한다는 점에서 루르기 공정과 상이하다.
공정 단계 b)에서 형성된 섬유를 인장시키거나 신장시켜 분자 배향을 유도하고, 결정화도에 영향을 미칠 수 있다. 이로써 직경 감소와 물리적 특성의 향상을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 단계 b)에서 멜트 블로운 공정과 스펀본드 공정을 결합함으로써 혼합물을 섬유로 형성한다.
멜트 블로운과 스펀본드 공정을 결합함으로써, 다층 부직포, 예를 들어 스펀본드 패브릭의 2 외부 층과 멜트블로운 패브릭의 내부 층을 포함하는 부직포가 제조될 수 있으며, 이는 본 기술에서 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(SMS) 부직포로서 알려져 있다. 추가로 이들 공정 어느 하나 또는 둘 다 스테이플파이버 소면 공정과 임의 배열로 결합될 수 있거나 본디드 패브릭이 부직 스테이플파이버 소면 공정으로부터 얻어질 수 있다. 이와 같이 기재한 적층 패브릭에서, 일반적으로 층들은 하기에 추가로 기재되는 임의 접합 방법 중 하나에 의해 적어도 부분적으로 통합된다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 부직포는 다층 부직포, 바람직하게는 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(SMS), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(MSM), 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(SMSM), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(MSMS), 스펀본디드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본디드(SMMS), 또는 멜트블로운-스펀본디드-스펀본디드-멜트블로운(MSSM) 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 층의 점착을 확보하기 위해, 예를 들어 적층에 의해 압축될 수 있다.
일 실시형태에 따라, 본 발명의 방법 중 단계 b)와 c)는 2회 이상 반복되어 다층 부직포, 바람직하게는 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(SMS), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(MSM), 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(SMSM), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(MSMS), 스펀본디드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본디드(SMMS), 또는 멜트블로운-스펀본디드-스펀본디드-멜트블로운(MSSM) 부직포를 제조한다.
일 실시형태에 따라, 단계 c)에서 부직포는 표면 또는 캐리어 위에 섬유를 모음으로써 형성된다. 예를 들어, 이동 스크린 또는 형성 와이어(forming wire)와 같은 소공 표면 위에 섬유를 모을 수 있다. 섬유는 소공 표면 위에 랜덤하게 침착되어 시트를 형성할 수 있으며, 이는 진공력에 의해 표면 위에 고정될 수 있다.
본 발명의 방법에 대한 임의 실시형태에 따라, 얻어진 부직포를 접합 단계로 처리한다. 접합 방법의 예는 열적 포인트 접합(thermal point bonding) 또는 캘린더링(calendering), 초음파 접합, 수얽힘(hydroentanglement), 바느질 및 통기 접합을 포함한다. 열적 포인트 접합 또는 캘린더링은 흔히 사용되는 방법이며, 접합할 부직포를 가열된 캘린더 롤과 앤빌(anvil) 롤로 통과시키는 것을 포함한다. 캘린더 롤은 통상적으로 어떠한 방식으로 패턴화되어 있어서 전체 패브릭이 이의 전체 표면에 걸쳐 접합하지 않는다. 본 발명의 방법에서 웹의 기계적 특성에 영향을 미치지 않고서 다양한 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들면, 웹은 골이 진 니트 패턴, 와이어 짜임새 패턴, 다이아몬드 패턴, 등에 따라 접합될 수 있다. 그러나 본 기술에서 공지된 임의의 다른 접합 방법이 사용될 수 있다. 임의로, 결합제, 접착제, 또는 다른 화학 물질이 결합 단계 동안 첨가될 수 있다.
본 발명의 방법에 대한 또 다른 임의 실시형태에 따라, 얻어진 부직포를 후처리 단계로 처리한다. 후처리 공정에 대한 예는 방향 배향, 크레이프 가공, 수얽힘, 또는 엠보싱 공정이다.
본 발명의 일 양태에 따라 부직포의 제조를 위한 섬유의 용도가 제공되며, 여기서 섬유는 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체와 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 부직포의 제조를 위한 섬유의 용도가 제공되며, 여기서 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 부직포의 제조를 위한 중합체 조성물의 용도가 제공되며, 여기서 중합체 조성물은 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 부직포의 제조를 위한 중합체 조성물의 용도가 제공되며, 여기서 중합체 조성물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함한다.
본 발명의 부직포는 많은 상이한 응용 분야에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명의 부직포는 건축자재, 방수재, 단열재, 방음재, 지붕재, 소비재 어패럴, 실내장식 및 의류 산업, 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱, 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재에 사용된다. 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 본 발명의 부직포를 포함하는 물품이 제공되며, 여기서 상기 물품은 건축자재, 소비재 어패럴, 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱, 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재로부터 선택된다.
건축자재에 대한 예는 하우스 랩, 아스팔트 깔개, 노반과 철로반, 골프와 테니스 코트, 벽지 안감, 음향 벽 피복, 지붕재와 타일 밑깔개, 토질 안정재와 도로 밑깔개, 토대 안정제, 사방용품, 용수로 건조물, 배수 시스템, 지오멤브레인(geomembraine) 보호용품과 방상용품, 농업용 뿌리 덮개(mulch), 못과 용수로 수 방벽, 또는 배수 타일용 모래 침투 방벽이다. 건축자재를 위한 다른 예는 매립용 고정재 또는 보강재이다.
소비재 어패럴에 대한 예는 심, 의복과 장갑 단열재, 브래지어와 어깨 속, 핸드백 부품, 또는 구두 부품이다. 산업용 어패럴에 대한 예는 방수포, 텐트, 또는 운송(목재, 강철) 포장 재료이다. 의료용품의 예는 보호복, 안면 마스크, 격리 가운, 수술용 가운, 수술용 드레이프와 커버, 수술용 수술복, 모자, 스폰지, 드레싱, 수건, 정형외과 패딩, 붕대, 테이프, 치과 턱받이, 산화기, 투석기, IV 용액 또는 혈액용 필터, 또는 경피 약물 전달 부품이다. 홈퍼니싱에 대한 예는 베개, 쿠션, 누비 이불(quilt) 또는 새털 이불(comforter)에서 속, 먼지 덮개, 절연체, 창 주변 장식, 담요, 휘장 부품, 카펫 안감, 또는 카펫이다.
보호용품에 대한 예는 코팅된 패브릭, 강화된 플라스틱, 방호복, 실험용 코트, 흡착제, 또는 방염제이다. 포장재의 예는 건조제 포장, 흡착제 포장, 선물용 상자, 파일 상자, 다양한 부직포 백, 책 표지, 우편 봉투, 속달 봉투, 또는 배달인용 백이다. 여과재의 예는 여과 액체 카트리지 및 백 필터를 포함하여, 가솔린, 오일 및 공기 필터, 진공 백, 또는 부직포 층이 있는 라미네이트이다.
본 발명의 범위와 중요성은 본 발명의 특정 실시형태를 예시하고자 의도되고, 비제한적인 하기 실시예에 기초하여 더 잘 이해될 것이다.
실시예
1. 측정 방법 및 재료
하기에, 실시예에서 실시한 측정 방법 및 재료를 기재한다.
입자 크기
마이크로메트릭스사제 Sedigraph 5120을 사용하여 탄산칼슘 충전제의 입자 분포를 측정하였다. 방법과 기구는 당업자에게 알려져 있으며, 충전제와 안료의 입자 크기를 측정하는데 흔히 사용된다. 0.1 중량%의 Na4P2O7을 포함하는 수용액에서 측정을 수행하였다. 고속 교반기와 초음파를 사용하여 샘플을 분산시켰다.
고유 점도
고유 점도 또는 IV는 중합체 분자량의 치수이며, 묽은 용액 점도측정법에 의해 측정된다. 모든 IV를 우벨로데(Ubbelohde) 모세관 점도계에서 ASTM D4603에 따라 25℃에서, 중량 비 60/40의 페놀/테트라클로로에탄 용액에서 측정하였다. 전형적으로, 약 8-10 칩을 용해시켜 농도가 약 0.5%인 용액을 만들었다.
인장 시험
1 BA(1:2) 시험 샘플을 50 mm/min의 속도에서 사용하여 ISO 527-3에 따라 인장 시험을 수행하였다. 인장 시험에 의해 측정된 특성은 중합체 또는 중합체 조성물의 항복 스트레스(yield stress), 파괴 변형(break-strain), 파괴 스트레스(break-stress), 및 e-계수(modulus)이다.
샤르피 ( Charpy ) 충격 시험
크기가 50 x 6 x 6 mm인 눈금을 새긴(notched) 시험 샘플과 새기지 않은 시험 샘플을 사용하여 ISO 179-2:1997(E)에 따라 샤르피 충격 시험을 수행하였다.
재료
중합체 1: 이퀴폴리머즈사(Equipolymers GmbH, 독일)가 시판하는, Lighter S98 PET. 고유 점도: 0.85±0.02; Tg: 78℃; Tm: 247℃; 결정화도: 최소 50.
중합체 2: 이퀴폴리머즈사가 시판하는, Lighter S93 PET. 고유 점도: 0.80±0.02; Tg: 78℃; Tm: 247℃; 결정화도: 최소 50.
충전제: 옴야사(Omya AG, 스위스)가 시판하는, Omyafilm 707-OG(중질 탄산칼슘). 입자 크기(d 50 ): 1.6 ㎛; 탑 커트(d 98 ): 6 ㎛.
2. 실시예
실시예 1
조성물의 총 중량을 기준으로 90 중량%의 중합체 1 및 10 중량%의 충전제의 조성물뿐만 아니라 중합체 1만 함유하는 시험 샘플을 제조하였다.
500 N 시험기로서 5 N의 장력(tension)에서 상기에 기재한 인장 시험을 사용하여 시험 샘플의 기계적 특성을 측정하였다. 인장 시험 결과를 하기 표 1에 제시한다.
Figure pat00001
본 발명의 샘플 B는 비교 샘플 A와 비교하여 더 높은 항복 스트레스와 e-계수를 나타냈지만, 본 발명의 샘플 B의 파괴 변형과 파괴 스트레스는 줄어들었다. 따라서 본 발명의 중합체 조성물(샘플 B)은 순수한 PET 중합체(샘플 A)와 비교하여 탄성과 유연성이 더 컸다. 이는 이러한 중합체 조성물로부터 제조된 부직포의 촉각 특성에 대해, 특히 물질의 유연성에 관해 긍정적인 효과가 있다. 예를 들어, 이러한 물질은 더 즐겁게 몸에 걸친다.
실시예 2
조성물의 총 중량을 기준으로 90 중량%의 중합체 2와 10 중량%의 충전제, 및 80 중량%의 중합체 2와 20 중량%의 충전제의 조성물뿐만 아니라 중합체 2만 함유하는 시험 샘플을 제조하였다.
20 kN 시험기로서 4 N의 장력에서 상기에 기재한 인장 시험 및 샤르피 충격 시험을 사용하여 시험 샘플의 기계적 특성을 측정하였다. 인장 시험 결과를 하기 표 2에 제시한다.
Figure pat00002
본 발명의 샘플 D와 E는 비교 샘플 C와 비교하여 더 높은 항복 스트레스와 e-계수를 나타냈지만, 본 발명의 샘플 D와 E의 파괴 변형, 파괴 스트레스, 및 내충격성은 줄어들었다. 따라서 본 발명의 중합체 조성물(샘플 D와 E)은 순수한 PET 중합체(샘플 C)와 비교하여 탄성과 유연성이 더 컸다. 이는 이러한 중합체 조성물로부터 제조된 부직포의 촉각 특성에 대해, 특히 물질의 유연성에 관해 긍정적인 효과가 있다. 예를 들어, 이러한 물질은 더 즐겁게 몸에 걸친다.

Claims (15)

  1. 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체, 및
    탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제
    를 포함하는 부직포(nonwoven fabric).
  2. 제1항에 있어서, 폴리에스테르는 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리히드록시부티레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리락트산, 또는 이들의 혼합물, 또는 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 부직포.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리에스테르는 수 평균 분자량이 5000 내지 100000 g/mol, 바람직하게는 10000 내지 50000 g/mol, 더 바람직하게는 15000 내지 20000 g/mol인 부직포.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘은 중질(ground) 탄산칼슘, 경질(precipitated) 탄산칼슘, 개질된 탄산칼슘, 표면 처리된 탄산칼슘, 또는 이들의 혼합물이고, 바람직하게는 표면 처리된 탄산칼슘인 부직포.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘은 평균 입자 크기 d 50 이 0.1 내지 3 ㎛, 바람직하게는 0.4 내지 2.5 ㎛, 더 바람직하게는 1.0 내지 2.3 ㎛, 가장 바람직하게는 1.2 내지 1.8 ㎛인 부직포.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘은 탑 커트(top cut) 입자 크기 d 98 이 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 5 내지 8 ㎛, 더 바람직하게는 4 내지 7 ㎛, 가장 바람직하게는 6 내지 7 ㎛인 부직포.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘은 부직포의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 40 중량%, 더 바람직하게는 1 내지 35 중량%의 양으로 부직포에 존재하는 것인 부직포.
  8. 부직포의 제조 방법으로서,
    a) 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제의 혼합물을 제공하는 단계,
    b) 혼합물을 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체로 성형하는 단계, 및
    c) 섬유, 필라멘트 및/또는 필름형 필라멘트 구조체로부터 부직포를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 단계 b)에서 혼합물은 바람직하게는 압출 공정에 의해, 더 바람직하게는 멜트 블로운(melt blown) 공정, 스펀본드(spunbond) 공정, 또는 이들의 조합에 의해 섬유로 성형되는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 부직포는 표면 또는 캐리어(carrier) 상에 섬유를 집적(collecting)함으로써 형성되는 것인 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b) 및 c)를 2회 이상 반복하여 다층 부직포, 바람직하게는 스펀본디드(spunbonded)-멜트블로운(meltblown)-스펀본디드(SMS), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(MSM), 스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운(SMSM), 멜트블로운-스펀본디드-멜트블로운-스펀본디드(MSMS), 스펀본디드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본디드(SMMS), 또는 멜트블로운-스펀본디드-스펀본디드-멜트블로운(MSSM) 부직포를 제조하는 것인 방법.
  12. 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체를 포함하는 부직포에서 충전제로서 탄산칼슘의 용도.
  13. 부직포의 제조를 위한 섬유의 용도로서, 섬유가 폴리에스테르를 포함하는 하나 이상의 중합체 및 탄산칼슘을 포함하는 하나 이상의 충전제를 포함하는 것인 용도.
  14. 건축자재, 방수재, 단열재, 방음재, 지붕재, 소비재 어패럴(consumer apparel), 실내장식 및 의류 산업, 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱, 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재에서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 부직포의 용도.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 부직포를 포함하는 물품으로서, 상기 물품은 건축자재, 소비재 어패럴, 산업용 어패럴, 의료용품, 홈퍼니싱, 보호용품, 포장재, 화장품, 위생용품, 또는 여과재로부터 선택되는 것인 물품.

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