KR20170134652A - 프로필렌계 엘라스토머 조성물을 포함하는 스펀본드 패브릭 및 이의 제조 방법 - Google Patents

프로필렌계 엘라스토머 조성물을 포함하는 스펀본드 패브릭 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

스펀본드 패브릭을 형성하기 위한 중합체 조성물은 간소성 및 가공성의 특유의 조합을 제공하고, 한편 이로부터 형성된 패브릭이 적절한 탄성 및/또는 인장 강도를 나타내게 할 수 있다. 중합체 조성물은 MFR 및 공단량체 함량의 특정 조합을 나타내는 프로필렌계 엘라스토머 성분을 포함하고, 이로써 여전히 이로부터 형성된 패브릭이 개선된 탄성 및/또는 인장 강도를 나타내면서도, 존재하는 경우에 중합체 조성물에서 대응물을 블렌딩하기 위한 필요성을 최소로 하여 개선된 가공성을 가능하게 한다.

Description

프로필렌계 엘라스토머 조성물을 포함하는 스펀본드 패브릭 및 이의 제조 방법
본 발명은 중합체 조성물로부터의 스펀본드 물질의 형성 방법, 및 이러한 스펀본드 물질로부터 형성된 복합재 및 물품에 관한 것이다.
처리된 중합체를 포함하는 부직포는 직물 및 위생용 패브릭 예컨대 기저귀, 수술용 마스크, 수술용 가운 등을 포함하는 다수 종류의 제품에서의 이의 사용에 대해 수요가 높다. 부직포 중에서도, 스펀본드 패브릭은 이러한 패브릭이 제공하는 통기성을 포함하는 수많은 인자로 인해 특히 매력적이다. 또한, 수많은 스펀본드 공정 라인은 현재 상당한 정도의 제조 생산량을 가능하게 한다.
스펀본드 공정은 전형적으로 중합체 조성물을 (임의로 하나 이상의 첨가제 예컨대 착색제, 수지 개질제 등과 조합하여) 압출기에 통과시키는 것을 수반하고, 여기서 중합체 조성물은 용융된다. 용융된 중합체 조성물은 이후 용융된 중합체 조성물이 통과하는 복수개의 작은 구멍을 포함하는 방적돌기를 통과하고, 용융된 중합체 조성물 필라멘트를 형성한다. 냉각 또는 급냉 공기(quench air)는 이들이 배출됨에 따라 필라멘트 상을 통과하고, 필라멘트를 냉각시킴으로써 이들을 고화시키고 이후 이들은 수집 표면 예컨대 이동 벨트 상에 침착되고, 여기서 필라멘트는 웹을 형성한다. 대개, 스펀본드 공정은 웹의 필라멘트가 수집 표면을 따라 이동하는 경우에 이들을 함께 결합하기 위한 일부의 결합 수단을 이용한다. 그 예는 수류결합, 니들펀칭, 열적 결합, 및 화학적 결합을 포함한다. 패브릭이 결합된 이후, 이는 (예를 들면, 수지 코팅 등을 건조시킴으로써) 이동하는 수집 벨트에 따라 더 멀리 이동함에 따라 추가로 처리될 수 있고, 이후 권취되어 출하 준비가 된다. 스펀본드 공정에 대해 보다 상세한 설명을 위해, 일반적으로 문헌[Lim, H. A Review of Spun Bond Process. Journal of Textile and Apparel, Technology and Management, Vol. 6, Issue 3(Spring 2010)]을 참조한다.
전형적으로, 중합체 예컨대 스티렌 블록 공중합체, 올레핀 블록 공중합체(OBC), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(예컨대 엘라스탄으로도 공지된 스판덱스), 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아미드 등이 이러한 스펀본드 공정에서 중합체 조성물에 사용된다. 공중합체 조성물, 예컨대 프로필렌-에틸렌 공중합체를 사용하기 위한 일부 시도가 이루어졌고, 이들은 형성된 패브릭 또는 섬유에 개선된 탄성을 제공할 수 있기 때문이다.
스펀본드 공정에서 전형적으로 사용되는 중합체 조성물에 대한 대안이 요망된다. 이를 위해, 100% 또는 대략 100%의 엘라스토머 예컨대 프로필렌-에틸렌 공중합체 엘라스토머를 포함하는 중합체 조성물을 사용하는 다양한 시도가 이루어졌다. 이러한 시도에서 겪게 되는 곤란성은 상충 관계 중 하나이고: 중합체 조성물의 처리를 위해 적합한 특성(예를 들면, 하나 이상의 충분히 높은 MFR, 용융 강도, 및 결정도, 및/또는 충분하게 급속한 결정성)을 수득하기 위해서, 최종 생성물의 탄성이 빈번하게 손상된다. 예로서, 더 짧은 평균 사슬 (및 양호한 가공성을 위해 요망되는 바와 같은 이에 따른 더 높은 MFR)을 생성하기 위한 중합체 사슬의 사슬 절단은 생성된 제품의 탄성을 손상시키는 경향이 있다. 엘라스토머성 조성물, 예컨대 프로필렌-에틸렌 공중합체에서의 이러한 단점을 극복하기 위해, 스펀본드 및 다른 부직포 물질로 처리되는 중합체 조성물을 형성하도록 높은-MFR 중합체와 낮은-MFR 중합체를 조합하는 것, 및/또는 높은 및 낮은 결정성 중합체들을 조합되는 블렌드가 대신에 빈번하게 사용된다. 일부의 이러한 해결책이 바람직한 가공성을 제공할 수 있는 한편, 이는 과도한 복잡성, 생성된 부직포의 좋지 않은 탄성 특성, 또는 둘 모두를 겪는다. 다른 한편, 최종 생성물의 간소성(simplicity) 및/또는 탄성을 개선하기 위해 조성물을 개질하는 것은 용이하게 처리되지 않는 조성물을 생성한다. 탄성 특성의 유지를 위해 적절하게 낮은 MFR을 얻는 것은 전형적으로 고온에서 작업되는 중합체 조성물의 압출을 요구하고; 그러나, 이는 결국 중합체 조성물이 압출시 급속하거나 또는 신속하게 결정화되지 않을 것이고, 이로써 이는 이 시점까지 압출기로부터의 수집 표면 상에 침착될 것이고, 이는 여전히 너무 점착성이고 비결정성일 것이고, 이는 추가의 적절한 처리(예를 들면, 추가의 결합, 캘린더링, 롤링 업(rolling up) 등)을 불가능하게 한다.
배경 참조문헌은 미국특허 제6,218,010호; 제6,342,565호; 제6,525,157호; 제6,635,715호; 제7,863,206호; 및 제8,013,093호를 포함할 수 있다. IP.com 개시물 "향상된 가공성을 갖는 탄성 스펀본드 패브릭을 위한 VistamaxxTM 기능성 중합체/초고 용융 흐름 지수 폴리프로필렌(UHMFR PP) 블렌드", IP.com 개시물 번호 IPCOM000239333D, 2014년 10월 30일(IP.com)은 스펀본딩 공정에서의 프로필렌-에틸렌 엘라스토머를 사용하기 위한 종래의 시도를 기재하고 있다. 이러한 시도는 프로필렌 에틸렌 엘라스토머를 처리하는데 있어서 상당한 어려움에 부딪치고, 이로써 상당한 양의 고-MFR 폴리프로필렌이 적절한 가공성을 얻기 위해 블렌드로 요구되었다(이는 생성된 부직포의 원하는 탄성 및 인장 강도를 상당하게 손상시킴).
발명의 요약
본 발명은 상술한 문제점을 극복하고 및/또는 스펀본드 부직포를 형성하기 위한 공정(예를 들면, 스펀본딩)에서 사용되는 중합체 조성물의 더 나은 가공성 및 생성된 물질(예를 들면, 섬유 및/또는 패브릭)의 더 나은 탄성을 포함하는 스펀본드 공정에서의 다양한 장점을 제공하는 방법 및 물질을 제공한다. 즉, 일부 양태에서, 본 발명은 허용가능한 가공성을 갖는 중합체 조성물, 및 종래의 부직포 물질과 비교하여 허용가능한 또는 심지어 우수한 탄성을 특징으로 하는 부직포 물질로 중합체 조성물을 처리하는 방법을 포함한다. 일반적으로 (예를 들면, 더 높은 MFR을 갖는 중합체 블렌드 성분을 사용하는 것에 의해) 우수한 가공성을 얻기 위해서는 탄성을 희생하여야 하거나 그 역이기 때문에 이는 놀라운 것이다.
특히, 본 발명은, 일 양태에서, 엘라스토머 성분을 포함하는 중합체 조성물로부터 스펀본드 부직포 물질(예를 들면, 패브릭 또는 섬유)를 형성하기 위한 방법을 포함한다. 엘라스토머 성분은 프로필렌계 엘라스토머 성분, 바람직하게는(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃에 따라 측정되는 바와 같이) 약 30 g/10 min 내지 약 80 g/10 min의 범위의 MFR 및 10 내지 14.5 wt%의 에틸렌 함량을 갖는 프로필렌-에틸렌 공중합체이다. 중합체 조성물은 경우에 따라 열가소성 중합체, 및 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 중합체 조성물은 (i) 엘라스토머 성분; (ii) 경우에 따라 프로필렌계 열가소성수지, 및 (iii) 경우에 따라 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프로필렌계 열가소성수지는 매우 소량, 예컨대 중합체 조성물의 총중량 기준으로 10 wt% 미만, 또는 3 wt% 미만으로 존재한다. 특정 구현예에서, 중합체 조성물은 순수 엘라스토머이거나 또는 (i) 엘라스토머 성분; (ii) 0 - 10 wt%의 프로필렌계 열가소성수지, 및 (iii) 0 - 40 wt%, 또는 0 - 10 wt%, 또는 0 - 3 wt%의 하나 이상의 첨가제로 본질적으로 이루어지거나 또는 이로 이루어진다. 중합체 조성물과 관련하여 본원에 사용되는 바와 같이, "~로 본질적으로 이루어짐"은 중합체 조성물이 다른 성분이 (상기 다른 성분을 결여한 중합체 조성물과 비교하여) 중합체 조성물의 하기 특성 중 임의의 것을 변경하지 않는 한, 엘라스토머 성분, 임의의 프로필렌계 열가소성수지, 및 임의의 첨가제(들) 이외의 다른 성분을 포함할 수 있음을 의미한다: MFR, 결정도, 및 용융 온도. 마찬가지로, 이러한 다른 성분은 이러한 중합체 조성물로 형성된 부직포 물질의 영구 변형(permanent set) 또는 50% 탈하중력(unloading force)(또는 50% 연신율에서의 복원력으로도 지칭됨)을 변경하지 않아야 한다.
이러한 중합체 조성물로부터 형성된 스펀본드 패브릭은 하기의 것 중 하나와 같은 탄성 특성을 나타낼 수 있다: 250% 초과의 파단시 연신율; 100% 연신율로의 신장의 2회 사이클 이후 10% 이하의 영구 변형; 20% 미만의 피크 하중; 1% 내지 4%의 50% 탈하중력; 40% 이하의 히스테리시스, 상술한 특성 각각은 50 - 75 gsm(grams/m2)의 평량(basis weight)을 갖는 스펀본드 물질에 대해 가로 방향(CD) 및 기계 방향(MD) 중의 하나 또는 둘 모두에서 측정된다. 중합체 조성물과 관련하여 본원에 사용되는 "에틸렌 함량"은 중합체 조성물에 존재하는 에틸렌 유도 단위의 양을 의미한다. "폴리프로필렌 함량" 및 중합체 조성물 내의 단량체 함량의 임의의 다른 설명은 유사한 의미, 즉, 프로필렌 유도 단위 및 임의의 다른 단량체 유도된 단위의 각각의 양을 가진다.
본원에 기재된 방법은 복수개의 중합체 조성물 필라멘트를 형성하도록 하나 이상의 이러한 중합체 조성물을 압출하는 것을 포함한다. 중합체 조성물은 복수개의 중합체 조성물 필라멘트를 형성하도록 방적돌기를 통해 압출될 수 있다. 필라멘트는 예를 들면 스펀본딩 공정에 따라 추가로 처리될 수 있다. 예로서, 본 방법은 웹을 형성할 수 있는 복수개의 섬유로서 수집 표면 상에 필라멘트를 침착시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 웹을 형성하는 섬유의 적어도 일부는 이후 (예를 들면, 압축 롤을 통과시킴으로써 열결합, 수류 결합, 및/또는 니들 펀칭에 의해) 서로 결합될 수 있고, 이에 의해 스펀본드 부직포 물질을 제공한다. 스펀본드 부직포 물질은 이러한 스펀본드 물질(예를 들면, 스펀본드 물질의 하나 이상의 층이 혼입된 다층 복합체) 및 이러한 스펀본드 물질로부터 제조된 제조품(이러한 물품은 천, 기저귀, 수술용 의복, 카페트 백킹(carpet backing), 다른 보호 의복 또는 커버, 다른 홈 퍼니싱(home furnishing) 등을 비롯하여 넓은 범위의 응용분야를 가짐)의 복합체로 형성될 수 있다.
도 1은 본원에 기재된 다양한 탄성 특성의 결정을 설명하는 목적을 위해 제공되는 전형적인 히스테리시스 곡선의 도면이다.
도 2는 이상적인 히스테리시스 곡선의 도면이다.
도 3a 및 3b는 각각 CD 및 MD로의 실시예 1의 샘플 1-1의 스펀본드 패브릭에 대한 하중 변위 히스테리시스 곡선(load displacement hysteresis curve)의 플롯이다. 도 3c 및 3d는 각각 CD 및 MD로의 실시예 1의 샘플 1-2의 스펀본드 패브릭에 대한 하중 변위 히스테리시스 곡선의 플롯이다.
도 4a 및 4b는 실시예 2의 샘플 2-1의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 5a 및 5b는 실시예 2의 샘플 2-2의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 6a 및 6b는 실시예 2의 샘플 2-3의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 7a 및 7b는 실시예 3의 샘플 3-1의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 8a 및 8b는 실시예 3의 샘플 3-2의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 9a 및 9b는 실시예 3의 샘플 3-3의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
도 10a 및 10b는 실시예 3의 샘플 3-4의 스펀본드 패브릭에 가해지는 힘 대 각각 MD 및 CD로의 히스테리시스 시험에 대한 신장 및 복원의 2회 사이클을 통한 이들 샘플의 신장의 플롯이다.
하기 상세하게 기재될 것인 바와 같이, 본 발명은 스펀본드 공정 및 물질뿐만 아니라 이에서 사용하게 특히 적합한 중합체 조성물을 기재하고 있다.
특정 구현예는 (i) 엘라스토머 성분, (ii) 경우에 따라, 10 wt% 이하의 프로필렌계 열가소성수지; 및 (iii) 임의로, 하나 이상의 첨가제를 포함하는 중합체 조성물을 처리하는 것을 포함한다. 본 공정은 복수개의 섬유를 형성하기 위한 압출 및, 임의로 부직포 물질로의 섬유의 결합(예를 들면, 스펀본드 처리 기술에 따름)을 포함할 수 있다. 즉, 본 공정은 중합체 조성물로부터 스펀본드 물질을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 중합체 조성물은 (i) 엘라스토머 성분; (ii) 0 - 10 wt%, 또는 0 - 5 wt%, 또는 0 - 4 wt%, 또는 0 - 3 wt%, 또는 0 - 2 wt%의 프로필렌계 열가소성수지, 및 (iii) 0 - 40 wt%, 또는 0 - 10 wt%, 또는 0 - 3 wt%의 하나 이상의 첨가제로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 엘라스토머 성분은 바람직하게는 프로필렌-에틸렌 공중합체이고, 약 30 내지 80 g/10 min, 또는 약 35 내지 약 55 g/10 min의 범위의 MFR(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃에 따라 측정됨) 및 약 10 내지 약 14.5 wt%의 에틸렌 함량을 갖는다. 일부 구현예에서, 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 9% 내지 약 11%의 결정도를 가진다. 결정도는 아이소택틱 호모폴리프로필렌에 대해 189 J/g인 것으로 가정되는 100% 결정성 중합체의 융합열로 샘플의 융합열을 나눔으로써 결정될 수 있다.
엘라스토머 성분, 임의의 프로필렌계 열가소성수지, 및 임의의 첨가제뿐만 아니라 중합체 조성물의 처리 방법, 및 이러한 공정을 통해 형성된 부직포 물질은 본원에서 하기에 보다 상세하게 기재되어 있다.
엘라스토머 성분
엘라스토머 성분은 바람직하게는 프로필렌-에틸렌 공중합체, 보다 바람직하게는 비결정성 영역이 개입된 결정성 영역을 갖는 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체이다. 임의의 이론에 제한되는 것으로 의도됨 없이, 비결정성 영역은 비결성성 폴리프로필렌 세그먼트의 영역 및/또는 공단량체 단위의 개입으로부터 야기되는 것으로 여겨진다. 프로필렌계 엘라스토머의 결정도 및 용융점은 프로필렌의 삽입시 오차의 도입(입체 및 영역 결함(stereo and region defect))에 의해 및/또는 공단량체의 존재에 의해 고도의 아이소택틱 폴리프로필렌과 비교하여 감소된다.
그러나, 바람직하게는, 공단량체의 도입은 스펀본드 공정 목적을 위해 공중합체의 고결정도를 적절하게 유지하기 위해 특정 양으로 제한된다. 따라서, 공중합체는 바람직하게는 약 10 내지 약 14.5 wt%, 또는 약 12 내지 약 14.5 wt%, 또는 약 13 내지 약 14 wt%의 에틸렌 함량을 가지고, 중량 백분율은 프로필렌-에틸렌 공중합체의 총 중량에 기초한다. 프로필렌-유도 단위는 이러한 구현예의 공중합체의 균형을 형성한다(즉, 공중합체는 약 85.5 내지 약 90 wt%, 또는 약 85.5 내지 약 88 wt%, 또는 약 86 내지 약 87 wt%의 프로필렌을 포함한다).
프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 30 g/10 min(dg/min) 내지 약 80 g/10 min, 또는 약 35 내지 약 55 g/10 min, 또는 약 40 내지 약 50 g/10 min, 또는 약 42 내지 약 47 g/10 min의 용융 흐름 지수(MFR)를 가진다. MFR은 230℃ 및 2.16 kg 중량에서 ASTM D-1238에 따라 측정되고, 이러한 결정법은 본원에 참조로 포함된 2015년 5월에 ASTM D1238-13, 압출 팔라스토미터에 의한 열가소성수지의 용융 흐름 지수에 대한 표준 시험 방법, ASTM 국제기관, 웨스트 콘쇼호켄, PA, 2013에서와 같이 기재되어 있고, 이는 www.astm.org에서 이용가능하다.
프로필렌-에틸렌 공중합체는 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의해 결정되는 바와 같이 단일 피크 용융 전이(melting transition)를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 공중합체는 약 80℃ 내지 약 105℃, 예컨대 약 85℃ 내지 약 95℃, 또는 약 88℃ 내지 약 92℃의 용융 전이의 광범위한 종점과 함께 약 60℃ 내지 약 70℃(바람직하게는 약 60℃ 내지 약 65℃)의 1차 피크 전이를 가진다. 피크 "용융점"("Tm")은 샘플의 용융의 범위 내의 최대 열 흡수의 온도로서 정의된다. 그러나, 공중합체는 1차 피크에 및/또는 용융 전이의 종점에 인접한 2차 용융 피크를 나타낼 수 있다. 이 개시내용의 목적을 위해, 이러한 2차 용융 피크는 함께 단일 용융점으로서 고려될 수 있고, 최대의 이러한 피크는 공중합체의 Tm으로 고려된다. 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 및 65℃ 중 임의의 하나의 하한 내지 약 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 및 70℃ 중 임의의 하나의 상한의 범위의 Tm을 가질 수 있고, 단 상한이 하한보다 더 크다.
DSC에 의한 결정 방법은 하기와 같다: DSC 데이터는 퍼킨-엘머 DSC 7(Perkin-Elmer DSC 7)를 사용하여 얻을 수 있다. 시험되는 중합체의 약 5 mg 내지 약 10 mg의 시트는 대략 200℃ 내지 230℃에서 압축되고, 이후 펀치 다이로 제거되고, 48시간 동안 실온에서 어닐링되어야 한다. 샘플은 이후 알루미늄 샘플 팬에서 밀봉되어야 한다. DSC 데이터는 우선 샘플을 -50℃로 냉각시키고, 이후 점차적으로 이를 10℃/분의 속도로 230℃까지 가열하여야 한다. 제2 냉각-가열 사이클 이전에 10분 동안 230℃에서 샘플을 유지시킨다. 제1 및 제2 사이클 열적 이벤트(thermal event)를 기록하여야 한다. 용융 온도를 제2 가열 사이클(또는 제2 용융) 과정에서 측정하고 기록한다.
DSC 과정은 지속되어 중합체 샘플의 융합열 및 결정화도를 결정할 수 있다. 결정도 백분율(X%)은 하기 식을 사용하여 계산되어야 한다, X% = [곡선하면적(줄/그램)/B(줄/그램)]*100, 상기 B는 주요 단량체 성분의 단독중합체에 대한 융합열이다. B에 대한 이러한 값은 문헌[Polymer Handbook, Fourth Edition, published by John Wiley and Sons, New York 1999]에서 찾을 수 있다. 189 J/g(B)의 값은 본원에 기재된 다양한 구현예의 프로필렌-에틸렌 공중합체의 주요 성분인 100% 결정성 폴리프로필렌의 융합열로서 사용된다.
프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 17.5 내지 약 25 J/g, 또는 약 18 내지 약 22 J/g, 또는 약 19 내지 약 20 J/g의 Hf를 가질 수 있다. 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 9% 내지 약 11%, 또는 약 10% 내지 약 10.5%의 결정도%를 가질 수 있다. Hf 및 결정도 백분율은 상기 기재된 바와 같은 DSC 과정에 따라 결정된다.
프로필렌-에틸렌 공중합체는 실온에서 ASTM D-1505에 따라 측정되는 약 0.850 g/cm3 내지 약 0.920 g/cm3, 또는 약 0.860 내지 약 0.890 g/cm3, 또는 약 0.860 내지 약 0.870 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.
프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 100,000 내지 약 130,000 g/몰, 또는 약 115,000 내지 약 125,000 g/mol의 중량 평균 분자량("Mw")을 가질 수 있다. 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 40,000 내지 약 60,000 g/몰, 또는 약 50,000 내지 약 55,000 g/mol의 수평균 분자량("Mn")을 가질 수 있다. 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 180,000 내지 약 200,000 g/몰, 또는 약 185,000 내지 약 195,000 g/mol의 z-평균 분자량("Mz")을 가질 수 있다. 프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 1.6 내지 약 3.25, 또는 약 1.75 내지 약 2.25, 또는 약 1.9 내지 약 2.1의 범위의 분자량 분포 MWD(Mw/Mn으로 정의됨)을 가질 수 있다.
프로필렌-에틸렌 공중합체는 약 60 내지 약 80, 또는 약 65 내지 약 75, 또는 약 69 내지 약 72의 쇼어 A 경도(ASTM D2240에 따라 결정됨)를 가질 수 있다. 프로필렌-에틸렌 공중합체의 Vicat 연화 온도(ASTM D1525에 따라 결정됨)는 약 40 내지 약 60℃, 또는 약 48 내지 약 52℃, 또는 약 49 내지 약 52℃일 수 있다.
프로필렌-에틸렌 공중합체를 제조하는데 적합한 공정은, 일부 구현예에서 용액, 기상, 슬러리, 및/또는 유동층 중합 반응을 포함하는 메탈로센-촉매화 또는 지글러-나타 촉매화 공정을 포함한다. 적합한 중합 공정은 예를 들면, 미국특허 제4,543,399호, 제4,588,790호; 제5,001,205호; 제5,028,670호; 제5,317,036호; 제5,352,749호; 제5,405,922호; 제5,436,304호; 제5,453,471호; 제5,462,999호; 제5,616,661호; 제5,627,242호; 제5,665,818호; 제5,668,228호; 및 제5,677,375호; PCT 공보 WO 96/33227 및 WO 97/22639; 유럽공보 EP-A- 0 794 200, EP-A- 0 802 202 및 EP-B- 634 421에 기재되어 있고, 이의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
특정 바람직한 구현예에서, 프로필렌-에틸렌 공중합체는 반응기 블렌드이고; 즉, 이는 2개 이상의 중합 반응기 구간, 예컨대 병렬형 용액 중합 반응기로부터의 유출물의 블렌드이고, 각 구간은 메탈로센 촉매화 중합 공정을 포함한다. 본원에 참조로 포함된 미국특허 제6,881,800호 및 제8,425,847호에 기재된 바와 같은 이러한 중합 공정 및 반응기가 특히 적합하다.
프로필렌-에틸렌 공중합체가 엘라스토머 성분으로서 상기 기재되어 있지만, 일부 구현예에서, 엘라스토머 성분은 엘라스토머 성분의 MFR, Tm, 및 결정도(또는 Hf)가 프로필렌-에틸렌 공중합체와 관련하여 상기 기재된 범위 내에 있는 한, 에틸렌 이외의 공단량체를 갖고, 및/또는 에틸렌과 상이한 공단량체(들)을 갖는 프로필렌계 엘라스토머일 수 있다. 예로서, 엘라스토머 성분은 프로필렌으로부터 유도된 단위 및 에틸렌 이외에 또는 그 대신에 C4 내지 C20 α-올레핀으로부터 유도된 하나 이상의 공단량체 단위를 포함하는 프로필렌-α-올레핀 공중합체일 수 있다. 프로필렌-α-올레핀 공중합체는 경우에 따라 디엔으로부터 유도된 하나 이상의 공단량체를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 이후, α-올레핀 공단량체 단위는 예를 들면 1-부텐, 1-헥산, 4-메틸-1-펜텐 및/또는 1-옥텐으로부터 유도될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 디엔 공단량체 단위는 5-에틸리덴-2-노르보넨, 5-비닐-2-노르보넨, 디비닐 벤젠, 1,4-헥사디엔, 5-메틸렌-2-노르보넨, 1,6-옥타디엔, 5-메틸-1,4-헥사디엔, 3,7-디메틸-1,6-옥타디엔, 1,3-시클로펜타디엔, 1,4-시클로헥사디엔, 디시클로펜타디엔, 또는 이들의 조합으로부터 유도될 수 있다.
프로필렌계 열가소성 중합체
본원에 기재된 엘라스토머 성분에 의해 허용되는 개선된 가공성은 유리하게는 처리되는 중합체 조성물에서 약간의 추가의 중합체를 사용하거나 사용하지 않을 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 중합체 조성물은 프로필렌계 열가소성 중합체를 포함하지 않는다. 그거나, 또 다른 구현예에서, 소량의 프로필렌계 열가소성 중합체는, 예컨대 10 wt% 이하의 프로필렌계 열가소성 중합체와 같은 가공 조제로서 중합체 조성물에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 조성물은 3 wt% 이하, 2 wt% 이하, 또는 1 wt% 이하의 프로필렌계 열가소성 중합체를 포함한다.
또한, 프로필렌계 열가소성 수지로서 지칭될 수 있는 프로필렌계 열가소성 중합체는 프로필렌의 중합으로부터 유도되는 단위를 주로 포함하는 중합체를 포함한다. 특정 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체의 단위의 98% 이상은 프로필렌의 중합으로부터 유도된다. 바람직하게는, 프로필렌계 열가소성 중합체는 폴리프로필렌의 단독중합체(즉, 호모폴리프로필렌)이다.
프로필렌계 열가소성 중합체는 120℃ 초과, 또는 155℃ 초과, 또는 160℃ 초과의 용융 온도(Tm)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 180℃ 미만, 또는 170℃ 미만, 또는 165℃ 미만의 Tm을 가질 수 있다.
프로필렌계 열가소성 중합체는 DSC에 의해 측정되는 80 J/g 초과, 또는 100 J/g 초과, 또는 125 J/g 초과, 또는 140 J/g 초과이거나 동일한 융합열(Hf)을 가질 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 결정성 및 반결정성 중합체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 이러한 중합체는 DSC에 의해 결정되는 40 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상, 또는 65% 이상, 또는 70 중량% 이상의 결정도를 특징으로 할 수 있다. 결정도는 샘플의 융합열을 아이소택틱 폴리프로필렌에 대해 189 J/g인 것으로 가정되는 100% 결정성 중합체의 융합열로 나눔으로써 결정될 수 있다.
일반적으로, 넓은 범위의 분자량을 갖는 프로필렌계 열가소성 중합체가 합성될 수 있고 및/또는 넓은 범위의 MFR을 특징으로 할 수 있다. 예를 들면, 프로필렌계 열가소성 중합체는 2 dg/min 이상, 또는 4 dg/min 이상, 또는 6 dg/min 이상, 또는 10 dg/min 이상의 MFR을 가질 수 있고, MFR은 ASTM D-1238, 2.16 kg @ 230℃에 따라 측정된다. 일부 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 2,000 dg/min 미만, 또는 400 dg/min 미만, 또는 250 dg/min 미만, 또는 100 dg/min 미만, 또는 50 dg/min 미만의 MFR을 가질 수 있고, MFR은 ASTM D-1238, 2.16 kg @ 230℃에 따라 측정된다.
프로필렌계 열가소성 중합체는 약 50 내지 약 2,000 kg/몰, 또는 약 100 내지 약 600 kg/몰의 Mw를 가질 수 있다. 이는 또한 폴리스티렌 표준을 사용한 GPC에 의해 측정되는 바와 같은 약 25 내지 약 1,000 kg/몰, 또는 약 50 내지 약 300 kg/몰의 Mn을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 고결정도 아이소택틱 또는 신디오택틱 폴리프로필렌의 단독중합체를 포함한다. 이러한 폴리프로필렌은 약 0.85 내지 약 0.91 g/cc의 밀도를 가질 수 있고, 대부분의 아이소택틱 폴리프로필렌은 약 0.90 내지 약 0.91 g/cc의 밀도를 가진다. 하나 이상의 구현예에서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 바이모달 분자량 분포를 갖는 아이소택틱 폴리프로필렌을 포함한다.
프로필렌계 열가소성 중합체는 예를 들면, 종래의 지글러-나타 촉매 또는 다른 단일-부위 유기금속 촉매 예컨대 메탈로센, 또는 비-메탈로센과 같은 촉매계를 사용하는 슬러리, 기상, 또는 용액과 같은 본 기술분야에 공지된 임의의 적합한 중합 기술에 의해 합성될 수 있다.
첨가제
일부 구현예의 중합체 조성물은 경우에 따라 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 스펀본딩 공정에 적합한 것으로 알려진 임의의 첨가제는 엘라스토머 성분과 함께 이용될 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 임의의 첨가제는 10 wt% 이하, 또는 6 wt% 이하, 예컨대 3 wt% 이하의 양으로 중합체 조성물에 존재한다. 다양한 구현예에서, 첨가제(들)은 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 및 0.5 wt% 이하의 양으로 존재하고, 중량 백분율은 중합체 조성물의 중량에 기초한다.
또 다른 구현예에서, 중합체 조성물은 10 wt% 초과, 예컨대 최대 15, 20, 25, 30, 35, 또는 40 wt%의 첨가제를 포함할 수 있다. 일반적으로, 스펀본딩 공정에 유용한 것으로 공지된 임의의 양의 첨가제는 엘라스토머 성분과 함께 중합체 조성물에 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 유용한 첨가제는 핵제를 포함하고, 이는 중합체 조성물에서 총 중합체 함량 기준으로 50 내지 4000 ppm으로 존재할 수 있다. 핵제는 예를 들면 나트륨 벤조에이트 및 탈크를 포함한다. 또한, 다른 핵제, 예컨대 지글러-나타 올레핀 생성물 또는 다른 고결정성 중합체가 이용될 수 있다. 핵제는 하이퍼폼(예컨대 HPN-68) 및 밀라드 첨가제(예를 들면, 밀라드 3988)(Milliken Chemicals, 스파턴버그, SC 사제) 및 오르가노포스페이트 예컨대 NA-11 및 NA-21(Amfine Chemicals, 앨런데일, NJ 사제)을 포함한다.
사용될 수 있는 다른 첨가제는 예를 들면 안정제, 항산화제, 첨가제, 및 슬립 조제(slip aid)(또는 대안적으로, 슬립제 또는 슬립 첨가제)를 포함한다. 1차 및 2차 항산화제는 예를 들면 입체장애 페놀, 입체장애 아민, 및 포스파이트를 포함한다. 다른 첨가제 예컨대 분산제, 예를 들면, 아크로왁스 C(Acrowax C)가 또한 포함될 수 있다. 촉매 불활성화제가 또한 사용될 수 있고, 이는 칼슘 스테아레이트, 히드로탈사이트, 및 산화칼슘, 및/또는 본 기술분야에 알려진 다른 산 중화제를 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 유용한 슬립 조제는 섬유의 중합체성 매트릭스(즉, 엘라스토머 성분)과 불상용성이고, 이에 따라 형성되는 경우 섬유의 표면으로 이동되는 화합물 또는 분자의 것을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 슬립 조제는 섬유의 표면(또는 이의 일부) 상에 단층을 형성한다. 이러한 또는 다른 구현예에서, 유용한 슬립 조제는 표면으로의 이동을 용이하게 할 수 있는 상대적으로 낮은 분자량을 특징으로 한다. 슬립 조제의 유형은 문헌[Handbook of Antiblocking, Release and Slip Additives, George Wypych, Page 23]에 개시된 지방산 아미드를 포함한다. 지방산 아미드의 예는 비제한적으로 베헤나미드, 에루카미드, N-(2-히드리에틸)에루카미드, 라우라마이드, N,N'-에틸렌-비스-올레아미드, N,N'-에틸렌 비스스테아르마이드, 올레아미드, 올레일 팔미트아미드, 스테아릴 에루카미드, 우지 아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
다른 첨가제는, 예를 들면, 내화제/난연제, 가소제, 가황제 또는 경화제, 가황 또는 경화 촉진제, 경화 지연제, 가공 조제 등을 포함한다. 상술한 첨가제는 또한 독립적으로 첨가되거나 또는 첨가제로 혼입되는 충전제 및/또는 강화 물질을 포함할 수 있다. 그 예는 카본 블랙, 클레이, 탈크, 탄산 칼슘, 운모, 실리카, 실리케이트, 이들의 조합 등을 포함한다. 특성을 향상시키기 위해 이용될 수 있는 다른 첨가제는 안티블로킹제 또는 윤활제를 포함한다.
또 다른 구현예에서, 이소파라핀, 폴리알파올레핀, 폴리부텐, 또는 이들의 2개 이상의 혼합물이 또한 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있다. 폴리알파올레핀은 WO 2004/014998에 기재된 것, 특히 페이지 17, 19줄 내지 페이지 19, 25줄에 기재된 것을 포함할 수 있다. 이러한 폴리알파올레핀은 예컨대 약 0.5 내지 약 40 중량%, 또는 약 1 내지 약 20 중량%, 또는 약 2 내지 약 10 중량%와 같은 양으로 첨가될 수 있다.
임의의 첨가제는 순수한 형태, 또는 마스터배치로서 중합체 조성물에 포함될 수 있다. 첨가제가 마스터배치로서 존재하는 경우, 첨가제 마스터배치의 중량%(즉, 캐리어 수지와 첨가제를 합한 wt%)는 중합체 조성물에 포함된 첨가제의 양으로 취해진다. 따라서, 첨가제가 마스터배치 형태인 경우, 첨가제의 10 wt%는 마스터배치의 10 wt%을 의미할 것이다(즉, 캐리어 수지 및 첨가제의 조합된 양이 10 wt%일 것이다). 임의의 적합한 캐리어 수지는 첨가제 마스터배치, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 프로필렌-에틸렌 공중합체 등을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
중합체 조성물의 처리
상술한 중합체 조성물로부터의 부직포 패브릭의 형성은 압출에 의한 섬유의 제조를 포함할 수 있다. 압출 공정은 섬유의 기계적 또는 공기역학적 연신(drawing)에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 섬유 및 패브릭은 본 기술분야의 공지된 임의의 기술 및/또는 장비에 의해 제조될 수 있고, 이의 다수는 잘 알려져 있다. 예를 들면, 스펀본드 부직포 패브릭은 독일, 트로스도르프의 라이펜하우저 GmbH & Co.에 의해 제조된 스펀본드 부직포 제조 라인에 의해 제조될 수 있다. 라이펜하우저(Reifenhauser) 시스템은 미국특허 제4,820,142호에 기재된 슬롯 드로잉 기술(slot drawing technique)을 이용한다.
보다 특별하게는, 스펀본드 또는 스펀본디드 섬유(spunbonded fiber)는 예를 들면 다수의 수천개의 구멍을 갖는 대형 방적돌기로부터의 또는 예를 들면 40개 정도의 구멍을 포함하는 더 소형의 방적돌기의 뱅크(bank)로의 용융된 중합체 필라멘트의 압출에 의해 제조된 섬유를 포함한다. 방적돌기가 운행되는 온도(즉, 압출기의 "용융 온도")는 약 180℃ 내지 약 215℃, 또는 약 180℃ 내지 약 200℃, 또는 약 185℃ 내지 약 195℃의 범위일 수 있다. 즉, 일부 구현예에 따른 공정은 약 180℃ 내지 약 200℃, 또는 약 185℃ 내지 약 195℃의 범위의 온도에서 방적돌기를 통해 중합체 조성물을 압출하는 것을 포함할 수 있다. 처리량은 바람직하게는 약 0.10 내지 약 0.30 ghm(그램/구멍/min), 또는 약 0.15 내지 약 0.25 ghm의 범위이다.
방적돌기로부터 배출된 이후, 용융된 필라멘트는 교차류 공기 켄칭 시스템에 의해 켄칭되고, 이후 방적돌기로부터 벗어나, 고속 공기에 의해 감쇠(attenuated)(연신)된다. 이는 일반적으로 공기 감쇠(air attenuation)의 2개의 방법이 존재하고, 이 둘은 벤츄리 효과를 사용한다. 첫 번째는 방적돌기의 너비 또는 기계의 너비에서 움직일 수 있는 아스피레이터 슬롯(aspirator slot)(슬롯 연신)을 사용하여 필라멘트를 연신한다. 두 번째 방법은 노즐 또는 아스피레이터 건(aspirator gun)을 통해 필라멘트를 연신한다. 이러한 방식으로 형성된 필라멘트는 냉각된 섬유의 웹을 형성하기 위해 수집 표면, 예컨대 스크린("와이어") 또는 다공성 형성 벨트 상에서 수집될 수 있다. 웹은 이후 압축 롤 및 이후 가열된 캘린더 롤들 사이를 통과할 수 있고, 여기서 하나 또는 둘 모두의 롤 상의 높아진 랜드(land)는 예를 들면 부직포 패브릭(예를 들면, 점-결합(point-bonding))을 형성하는 이의 면적의 10% 내지 40%를 포함하는 지점에서 웹을 결합한다. 다른 구현예에서, 침착된 섬유의 융착은 또한 대류 또는 방사성 열을 사용하여 실시될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 섬유 융착은 수류 결합 또는 니들 펀치 방법을 사용하여 마찰을 통해 실시될 수 있다.
섬유 및/또는 웹은 추가로 어닐링될 수 있다. 어닐링은 연속 필라멘트로의 섬유의 형성 또는 섬유로부터의 부직포 물질의 제작 이후 실시될 수 있다. 어닐링은 부분적으로 연신된 섬유에서의 내부 응력을 부분적으로 완화시키고, 섬유에서의 블렌드의 탄성 회복 특성을 복원할 수 있다. 어닐링은 결정성 구조의 내부 구조 및 비결정성 및 반결정성 상의 상대적 순서에서의 유의미한 변화를 야기하는 것으로 나타났다. 이는 탄성 특성의 회복을 야기할 수 있다. 예를 들면, 40℃ 이상, 실온 초과의 온도(블렌드의 결정 용융점보다 약간 미만)에서 섬유를 어닐링시키는 것은 섬유의 탄성 특성의 회복을 위해 적절할 수 있다.
섬유의 열적 어닐링은 예를 들면, 실온 내지 최대 160℃, 또는 대안적으로 최대 130℃로의 온도에서 수초 내지 1시간 미만의 기간 동안 섬유(또는 섬유로부터 제조된 패브릭)을 유지함으로써 실시될 수 있다. 전형적인 어닐링 기간은 약 100℃에서 1 내지 5분이다. 어닐링 시간 및 온도는 이용되는 조성물에 기초하여 조정될 수 있다. 환언하면, 어닐링 온도는 60℃ 내지 130℃의 범위이거나, 또는 약 100℃일 수 있다.
특정 구현예에서, 예를 들면, 종래의 연속적 섬유 스피닝, 어닐링은 종래의 어닐링 기술의 적용 없이 가열된 롤(고데(godet))에 섬유를 통과시킴으로써 실시될 수 있다. 어닐링은 바람직하게는 섬유에 탄성을 부여하기 위해서 섬유의 수축이 가능하도록 매우 낮은 섬유 장력 하에서 이루어질 수 있다. 가열된 캘린더 롤에의 상기 참조된 섬유의 통과는 이러한 어닐링 단계를 달성할 수 있다. 섬유 어닐링과 유사하게, 부직포 웹은 바람직하게는 부직포 웹의 탄성을 향상시키기 위해서 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD) 모두에서 웹의 수축이 가능하도록 낮은 장력 하에 형성될 수 있다. 다른 구현예에서, 결합 캘린더 롤 온도는 35℃ 내지 85℃의 범위 또는 약 60℃의 온도이다. 어닐링 온도는 임의의 특정 블렌드에 대해 조정될 수 있다. 이러한 캘린더 롤 온도는 처리되는 중합체 조성물에서의 엘라스토머 성분(예를 들면, 상기 기재된 바와 같은 프로필렌-에틸렌 공중합체)의 높은 농도로 인해 전형적으로 사용되는 것보다 낮을 수 있다.
부직포 물질
다양한 구현예의 공정으로부터 생성되는 부직포 물질은 스펀본드 부직포 물질, 예를 들면 스펀본드 패브릭 또는 섬유일 수 있다. 스펀본드 물질은 시험의 제2 사이클에서 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD) 중 하나 또는 둘 모두에서 50%, 45%, 40%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 또는 30% 이하의 히스테리시스를 나타낼 수 있다. "히스테리시스"는 "히스테리시스(%)"에 대한 하기의 "실시예" 구간에서의 설명에 따라 정의되고, 결정된다. 이러한 구현예의 히스테리시스는 또한 20, 21, 22, 23, 24, 25, 및 26% 중 적어도 임의의 하나의 하한을 가질 수 있다.
부직포 물질은 또한 (마찬가지로, MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서) 10, 9, 8, 7, 6, 또는 5% 미만, 및 0, 1, 2, 3, 또는 4% 이상의 영구 변형(2 사이클의 시험 이후)을 나타낼 수 있다. 부직포 물질은 추가로 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.3, 2.6, 3.0, 3.3, 3.6, 4.0, 4.3, 4.6, 또는 5.0 N/5cm 이상의 MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 제2 사이클에 대해 50% 탈하중력을 나타낼 수 있다. 또한, 부직포 물질은 또는 대신에 MD에서 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 또는 10 N 이하의 피크 하중, 및/또는 CD에서 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 또는 5 N 이하의 피크 하중을 나타낼 수 있다. "영구 변형", "50% 탈하중력" 및 "피크 하중"은 특히 히스테리시스 시험의 논의에서 "실시예" 구간에서 하기에 주어진 설명에 따라 시험되는 히스테리시스의 제2 사이클에 대해 각각 정의되고 결정된다.
추가로, 부직포 물질은 또한 우수한 인장 강도 및 탄성, 예컨대 250% 이상, 또는 270% 이상, 또는 277% 이상의 최대 변형율에서의 연신율을 나타낼 수 있다. 부직포 물질의 인장 강도는 물질이 MD에서 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 또는 30 N 이상의 힘(즉, 부직포 물질의 파단력일 수 있음)을 견딜 수 있게 되는 것일 수 있다. CD에서, 파단력은 6, 7, 8, 9, 10, 또는 11 N 이상일 수 있다.
각각의 상술한 탄성 특성(즉, 영구 변형, 50% 탈하중력, 및 히스테리시스 %) 및 각각의 상술한 인장 강도 특성(즉, 파단력, 최대 변형율에서의 연신율)은 약 25 내지 100 gsm의 평량을 갖거나, 또는 부직포 물질에 대해 35 내지 75 gsm의 범위, 또는 약 35 gsm, 약 50 gsm, 약 65 gsm, 약 75 gsm, 또는 약 100 gsm의 평량을 갖는 부직포 물질에 기초하여 측정된다. 다른 구현예에서, 탄성 특성은 (i) 35 내지 100 gsm; (ii) 35 내지 50 gsm; (iii) 50 내지 75 gsm; (iv) 50 내지 100 gsm; 및 (v) 75 내지 100 gsm) 중의 임의의 하나의 평량을 갖는 부직포 물질에 기초하여 결정될 수 있다. 달리 분명하게 나타내지 않는 한, 이러한 평량은 일반적으로 부직포 물질을 특정 평량으로 제한하는 것이 아닌, 대신에 언급한 탄성 및 인장 강도 특성을 측정하기 위한 기준을 제공하는 것으로 의도된다. 탄성 특성이 약 35 gsm(또는 약 35 gsm 내지 약 50, 75, 또는 100 gsm)의 평량을 갖는 부직포 물질에 대해 결정되는 특정 구현예는 히스테리시스 시험의 제2 사이클에 대해 하기 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: (i) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 40% 이하의 히스테리시스; (ii) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 6% 이하의 영구 변형; (iii) MD에서 2.0 N/5cm 이상, 및/또는 CD에서 0.9 N/5cm의 50% 탈하중력; 및 (iv) MD에서 10 N 이하 및/또는 CD에서 5 N 이하의 피크 하중. 또한, 탄성 특성이 약 100 gsm(또는 약 75 gsm 내지 100 gsm)의 평량을 갖는 부직포 물질에 대해 결정되는 특정 구현예는 히스테리시스 시험의 제2 사이클에 대해 하기 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: (i) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 40% 이하의 히스테리시스; (ii) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 6% 이하의 영구 변형; (iii) MD에서 2.5 N/5cm 이상, 및/또는 CD에서 1.5 N/5cm 이상의 50% 탈하중력; 및 (iv) MD에서 20 N 이하 및/또는 CD에서 12 N 이하의 피크 하중.
평량의 상술한 측정 함수 이외에, 일부 구현예에 따른 부직포 물질은 일반적으로 15 gsm 내지 125 gsm의 범위의 평량을 가질 수 있다. 일부 구현예의 평량은 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 및 50 gsm 중 임의의 하나의 하한 내지 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 및 125 gsm 중 임의의 하나의 상한의 범위일 수 있고, 단 범위의 상한값은 하한값보다 더 크다. 물론, 특정 평량을 갖는 임의의 이들 부직포 물질은 앞서 기재된 바와 같이 평량과 관련된 탄성 특성을 나타낼 수 있다. 예로서, 35 gsm의 평량을 갖는 부직포 물질은 35 gsm의 평량을 갖는 부직포 물질에 기초하여 결정되는 하나 이상의 탄성 특성을 나타낼 수 있다.
조성물
다양한 구현예의 스펀본드 물질은 다층 복합체의 부직포 패브릭층을 형성할 수 있다. 예로서, 스펀본드 물질은 이의 처리 과정 또는 처리 이후에 다른 직조된 물질 또는 부직포 물질, 예컨대 하나 이상의 다른 스펀본드층, 하나 이상의 멜트블로운층 등과 조합되어 복합체를 형성할 수 있다. 적합한 복합체는 S, SS, SSS, SMS, MSM, MSxM, SMxS, SMM, MMS 등을 포함하고, 여기서 각각의 S는 복합체에서 스펀본드층을 나타내고, 각각의 M은 복합체(각각의 하첨자 x는 1-10의 정수를 나타내고, 이는 표지된 층의 반복을 나타냄)에서 멜트블로운층을 나타낸다. 상기 기재된 스펀본드 물질은 이러한 구현예의 복합체에서 하나 이상의 스펀본드층을 형성할 수 있다.
다른 예는 SSMMS 구조이고, 여기서 외부 S 기재는 이-성분 신축성 라미네이트(예를 들면, PE 시스/PP 코어)일 수 있고, 내부 S는 탄성 부직포 웹일 수 있고, 멜트블로운(M) 층은 하나 이상의 결정성 폴리올레핀(PP, PE), 프로필렌계 엘라스토머, 및 이의 블렌드를 포함할 수 있고, 외부 S 층은 탄성 부직포 코어 및 폴리올레핀 시스를 갖는 이성분 웹을 포함할 수 있다. 탄성 부직포는 본 기술분야의 당업자에 알려진 임의의 적합한 첨가제, 예컨대 불투명성을 개선하기 위한 이산화티탄으로 추가로 개질될 수 있다.
스펀본드 물품
본 발명의 섬유 및 부직포 패브릭은 다수의 응용분야에 이용될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 이들은 유리하게는 기저귀 및/또는 유사한 개인용 위생 용품, 예를 들면 기저귀 탭, 사이드 패널, 레그 커프(leg cuff), 탑 시트, 백 시트, 테이프, 여성용 위생 물품, 수영복 팬츠, 유아용 풀업 팬츠(infant pull up pant), 요실금용 의복 구성품, 및 붕대와 같은 이러한 응용분야에서 이용될 수 있다. 특히, 이들은 이러한 물품의 동적 또는 신축성 구성품, 예컨대, 비제한적으로 탄성 조임 밴드(elastic fastening band)로서 이용될 수 있다. 다른 구현예에서, 섬유 및 부직포 패브릭은 다른 보호 의복 또는 커버 예컨대 의료용 가운 또는 에이프런( apron), 수술용 드레이프, 멸균포(sterilization wrap), 와이프(wipe), 침구, 또는 유사한 일회용 의복 및 커버로 제작될 수 있다. 이러한 물질은 또한 보호 커버, 홈 퍼니싱, 예컨대 침구, 카페트 미끄럼 방지 패딩, 벽지, 바닥재, 창 커튼, 스크림(scrim), 및 종래의 패브릭이 이전에 사용된 임의의 다른 응용분야에서의 응용을 발견할 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명의 섬유 및 패브릭은 여과 매체(가스 및 액체)의 제조시 이용될 수 있다. 예를 들면, 특정 응용은 부직포 패브릭이 정전기로 하전되어 일렉트릿(electret)을 형성할 수 있는 기능화된 수지에서의 사용을 포함한다.
추가로, 본 발명의 섬유 및 패브릭은 구조체 및 다른 최종 응용분야, 또는 미국특허 제7,902,093호; 제7,943,701호; 및 제8,728,960호에 기재된 첨가제 및 다른 조성물 중 임의의 것과 결합하여 이용될 수 있다.
실시예
본 발명의 실시를 나타내기 위해, 하기 실시예를 준비하고 시험하였다.
실시예 1(비교)
실시예 1은 비교 실시예이고, 이는 본 발명의 엘라스토머 성분과 비교하여 낮은 MFR 및 더 높은 에틸렌 함량을 갖는 엘라스토머 성분을 포함하는 중합체 조성물 (및 이로부터 형성된 물품)의 처리를 나타낸다.
실시예 1의 중합체 조성물은 (i) "공중합체 A"(엘라스토머 성분으로서); (ii) 호모폴리프로필렌; 및 (iii) 에루카미드를 포함하는 슬립 첨가제 마스터배치로 제조되었다. 공중합체 A는 하기 전형적 특성을 갖는 프로필렌-에틸렌 공중합체이었다: 0.863 g/cm3의 밀도(ASTM D1505), 20 g/10 min의 MFR(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃), 15.0 wt%의 에틸렌 함량, 66의 쇼어 A(ASTM D2240), 15.7 J/g의 Hf, 및 47.2℃의 Vicat 연화 온도. 공중합체 A를 하기 기재된 병렬형 용액 중합 반응기에서 메탈로센 촉매를 사용하여 제조하였다. 사용되는 호모폴리프로필렌은 HF1500이었고, 이는 약 1500 g/10 min의 초고 MFR을 갖는 호모폴리프로필렌이다. HF1500은 Hunan Shengjin Chemical Company, 후난, 중국으로부터 상업적으로 이용가능하다.
표 1에 나타난 바와 같이, 3 wt%의 슬립 첨가제 마스터배치를 시험되는 3개의 중합체 조성물 각각에서 사용하였고, 한편 변화되는 양의 공중합체 A 및 호모폴리프로필렌을 사용하였다. 표 1은 또한 중합체 조성물(즉, 공중합체 A, HF1500, 및 슬립 첨가제 MB의 블렌드)의 계산된 MFR을 나타낸다. 계산된 MFR은 전체로서 중합체 블렌드 조성물의 거동을 반영하고, 하기 관계식에 따라 계산될 수 있다: ln(MFR)블렌드 = w 1 ln(MFR1) + w 2 ln(MFR2)... + w i (MFRi), 여기서 하첨자 1, 2, 및 i는 각각의 블렌드 성분(i 블렌드 성분의 경우) 및 w는 블렌드에서의 각 성분의 중량 분율이다. 문헌[Harris, E.K., J. Appl . Polym . Sci . 1973, 17, pp. 1679-1692] 및 문헌[Bird et al., Dynamics of Polymeric Liquids, in Fluid Mechanics, Vol. 1, p. 147(Wiley, 2nd Ed. 1987)]을 참조한다. 본원에서의 실시예의 목적을 위해, 슬립 첨가제 MB는 대략 36 g/10 min의 MFR을 갖는 PP 캐리어 수지 마스터배치에서의 20% 에루카미드이다.
[표 1] 비교 중합체 조성물
Figure pct00001
표 1의 각각의 중합체 조성물을 5628 구멍/m, 0.5mm 구멍 크기를 갖는 단일의 1.6m 너비 스피닝 빔을 사용한 종래의 스펀본드 공정을 사용하여 스펀본드 패브릭 샘플로 형성하였다. 또한, 순수 공중합체 A를 이용하여 스펀본드 패브릭을 제조하기 위한 시도가 존재하였으나, 만족스러운 가방성(spinnability)은 중합체의 과도한 점착성으로 인해 방적돌기에서 200-245℃ 용융 온도에서 확립될 수 없었다. 따라서, 공중합체 A를 함유하는 조성물을 만족스럽게 스피닝시키는 것을 시도하기 위해 초고 MFR 폴리프로필렌을 블렌드 제형 샘플 1-1, 1-2, 및 1-3에서 사용하였다.
샘플 1-1을 방적돌기에서 221℃의 용융 온도에서 압출하였고; 샘플 1-2를 방적돌기에서 230℃의 용융 온도로 압출하였고; 샘플 1-3을 방적돌기에서 228℃의 용융 온도로 압출하였다. 그러나, 심지어 샘플 1-3(90 wt% 공중합체 A 함유)는 스펀본딩 공정을 통해 만족스럽게 실시할 수 없었음을 발견하였다. 특히, 스피닝 불안정성 및 다이 구멍 폐색(plugging)은 30분 미만 이후에 공정을 셧 다운시킬 것을 요구한다. 따라서, 일부 소량의 샘플이 회수될 수 있지만, 30분 이하로 요구되는 셧-다운은 샘플 1-3이 상업적 스펀본딩 공정에 대해 적합하지 않았음을 나타낸다.
샘플 1-1 및 1-2의 패브릭 샘플은 벨트 아래의 석션을 갖는 수집 벨트 상에서 수집하였고, 이후 어닐링/결합을 위해 한 쌍의 가열 롤(하나는 활면형, 하나는 엠보싱형)을 통과시켰다. 중요 스피닝 및 결합 파라미터는 하기 표 2에 기재되어 있다. 샘플은 또한 표 2에 나타난 바와 같이 변화되는 평량의 패브릭으로 형성되었다.
[표 2] 실시예 1에 대한 스펀본드 파라미터
Figure pct00002
인장 시험: 패브릭 샘플을 2015년 5월에 Integrated Paper Services, Inc에 의해 기재된 시험 방법 WSP 110.4(건조 공정), 선택사항 B에 따라 시험하였다. 50mm(5cm) 너비 및 200mm(20 cm) 길이의 치수를 갖는 패브릭 샘플을 파단시까지 100mm/min의 속도로 신장시켰다. 파단시 피크 하중("피크 하중") 및 파단시 연신율(최대 277% 연신율) 데이터를 변형율 및 응력 곡선과 함께 기록하였다. "파단력"은 샘플이 파단되는 지점 (또는 샘플이 277%의 시험 최대 연신율에 도달되는 지점)으로 신장되도록 가해지는 힘이다. "파단시 연신율"은 마찬가지로 이것이 파단되는 지점에서의 샘플의 연신율이다. 샘플이 시험 범위에 걸쳐 파단되지 않는 경우, 이의 파단시 연신율은 >277%로 기록되었다.
인장 강도 특성을 각각의 패브릭 샘플의 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD) 모두에서 결정하였고, 표 3에 기록하였다.
[표 3] 실시예 1 패브릭의 인장 강도
Figure pct00003
히스테리시스 시험: 히스테리시스 시험을 하기와 같이 실시하였다. 150 mm 길이 x 50 mm 너비로 측정되는 시험 샘플은 500 mm/min의 크로스헤드 속도에서 100% 연신율로 신장되었다. 100% 연신율의 지점에서, 샘플을 또한 500 mm/min의 속도로 출발 지점으로 복귀되게 하기 이전에 1초 동안 유지하였다. 샘플을 이후 30초 동안 비신장된 지점에서 유지시켰고, 연신 사이클을 2회 반복하였다. 제2 사이클 과정에서 0.1N의 하중에서 도달된 연신율 백분율이 측정되었다. 시험을 20℃ 및 50% 상대 습도에서 실시하였다. 샘플의 연신을 각각의 사이클을 통해 샘플을 신장시키도록 적용되는 하중(력)에 대해 플롯팅하여 히스테리시스 곡선을 생성하였다. 히스테리시스 곡선으로부터, 또한 피크 하중(N), 50% 탈하중력(N/5cm)(50%에서 복원력으로도 지칭됨), 영구 변형, 및 히스테리시스(%)을 결정할 수 있다. 각각의 패브릭 샘플의 히스테리시스 특성은 기계 방향(MD) 또는 가로 방향(CD)으로 시험될 수 있다.
도 1은 본원에서의 히스테리시스 데이터의 결정을 예시하기 위한 목적에 대한 제공되는 일반 모델 히스테리시스 곡선이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 제1 사이클은 곡선 OACD를 생성하기 위해 데이터를 제공한다. 제2 사이클은 곡선 EBCD'를 생성하기 위한 데이터를 제공한다.
"피크 하중"은 샘플이 히스테리시스 시험 과정에서 최대 연신율인 경우에 샘플에 가해지는 힘이다. 도 1에서 피크 하중은 A 지점에서의 Y-축 값이다.
"50% 탈하중력"은 샘플이 제1 히스테리시스 사이클 과정에서 100% 연신율로부터 수축되는 것으로 측정되는 50% 연신율에서의 샘플에 의해 가해지는 샘플의 너비당 힘(N/5cm)이다. 도 1에서 50% 탈하중력은 H 지점에서의 Y-값이다.
"영구 변형"은 신장 및 이완의 제1 사이클의 완료 이후 샘플에 가해지는 길이에 있어서의 증가를 정량화하고, 이는 샘플이 제1 신장 및 이완 사이클의 결과로서 영구적으로 얼마나 많이 신장되는지를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 모든 힘이 제1 사이클 이후 제거됨에 따라, 샘플의 신장은 0으로 회복되지 않았고; 대신 이는 D 지점에 놓여 있는 것을 알 수 있다. 영구 변형은 라인 OF(시험 과정에서 샘플의 최대 신장을 나타냄)로 라인 OD를 나누고, 100%을 곱하여 결정될 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 영구 변형은 (OD/OF) x 100%이다.
"히스테리시스(%)"는 기계적 히스테리시스로 나눈 히스테리시스의 몫으로 정의된다. 히스테리시스 및 기계적 히스테리시스는 히스테리시스 곡선으로부터 결정된다. 도 1을 참조하면, 히스테리시스(%)는 OAFO로 정의된 면적으로 나눈 곡선 OACD에 100%을 곱한 것으로 정의된다. 즉, 도 1을 참조하면, 히스테리시스(%)는 (OACD/OAFO) x 100%이다.
히스테리시스와 관련된 시각적 참조를 위해, 도 2는 탄성 물질에 대한 이상적인 히스테리시스 곡선을 예시하고 있고, 이는 후크의 법칙에 대한 근사한 순응성(approximate conformity)을 나타낸다 (그리고 변형율의 제거시 이의 본래 길이로의 탄성 물질의 복원, 즉 0%의 영구 변형을 예시한다). 바람직하게는, 주어진 평량에 대해, 부직포는 (i) 낮은 히스테리시스; (ii) 낮은 영구 변형; (iii) 높은 50% 탈하중력; 및 (iv) 낮은 피크 하중의 조합을 나타낼 것이고; 모든 특성은 히스테리시스 시험의 제2 사이클에서 결정된다.
표 4는 비교 실시예 1에 따른 각각의 샘플에 대한 히스테리시스 데이터를 기록하고 있으며, 및 도 3a 및 3b는 CD 및 MD에서 각각 샘플 1-1에 대한 하중 변위 곡선을 예시하고 있다. 도 3c 및 3d는 CD 및 MD에서 각각 샘플 1-2에 대한 하중 변위 곡선을 예시하고 있다.
[표 4] 실시예 1 패브릭의 히스테리시스
Figure pct00004
실시예 2(본 발명)
실시예 2는 본 발명에 따른 중합체 조성물 (및 이로부터 형성된 물품)의 공정을 나타내고 있다.
표 5에 나타난 바와 같이 3 wt%의 에루카미드 슬립 마스터배치(폴리프로필렌 캐리어 수지 중의 20 wt%의 에루카미드, 실시예 1의 중합체 조성물에 사용되는 동일한 마스터배치)와 혼합되고, 추가로 임의로 3 wt% PP3155 호모폴리프로필렌(실시예 2-2 및 2-3의 경우)을 혼합한 프로필렌-에틸렌 공중합체 엘라스토머 "공중합체 B"로 실시예 2의 중합체 조성물을 제조하였다. 표 5는 또한 각각의 중합체 조성물의 계산된 총 MFR을 나타낸다.
공중합체 B는 본원에 기재된 메탈로센 촉매를 사용하는 병렬형 용액 중합 반응기에서 반응기 블렌드로서 제조된 프로필렌-에틸렌 공중합체이었다. 공중합체 B는 약 13 wt%의 에틸렌을 함유하였고, 하기 특성을 가졌다: 48 g/10 min의 MFR (ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃), 0.865 g/cm3의 밀도(ASTM D-1505에 따라 결정됨), 71의 쇼어 A 경도(ASTM D-2240), 51℃의 Vicat 연화점(ASTM D-1525), 19.5 J/g의 Hf, 및 10%의 결정도. PP3155는 36 g/10 min의 MFR(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃)을 갖고, ExxonMobil Chemical Company, 베이타운, 텍사스로부터 상업적으로 이용가능한 호모폴리프로필렌이었다.
[표 5] 본 발명의 중합체 조성물
Figure pct00005
본 발명의 중합체 조성물 각각을 6000 구멍/m, 0.42mm 구멍 크기를 갖는 단일의 3.2 m 너비 스피닝 빔을 사용하는 종래의 스펀본드 공정을 사용하여 스펀본드 패브릭 샘플로 형성하였다. 압출기는 실시예 1의 비교 중합체 조성물의 압출기의 운행에 요구되는 221℃-230℃보다 훨씬 낮은, 표 6에 나타난 바와 같이 190℃의 방적돌기 용융 온도에서 운행되었다. 표 6은 실시예 2에서의 스펀본드 공정의 운행에 관련된 다른 파라미터를 나타낸다. 평량을 International Paper Services, Inc에 의해 반포된 WSP 130.1(O5)에 따라 결정하였다.
[표 6] 본 발명의 실시예 2에 대한 스펀본드 파라미터
Figure pct00006
인장 강도를 실시예 1에 대해 상기 기재된 동일한 방법을 사용하여 결정하였고, 표 7에서 실시예 2 샘플에 대해 기록한다. 히스테리시스 값(히스테리시스(%), 영구 변형, 50% 탈하중력)을 실시예 1에 대해 상기 기재된 것과 동일한 방법으로 결정하였고, 이러한 값은 하기 표 8a 및 8b에서 실시예 2 샘플(제1 및 제2 사이클 히스테리시스 시험 모두의 경우)에 대해 기록하였다. 또한, 실시예 2에 대한 히스테리시스 값의 결정에서 사용되는 하중 변위 곡선은 도 4a 및 4b(각각 MD 및 CD에서의 샘플 2-1에 대한 히스테리시스); 도 5a 및 5b(각각 MD 및 CD에서의 샘플 2-2에 대한 히스테리시스); 및 도 6a 및 6b(각각 MD 및 CD에서의 샘플 2-3에 대한 히스테리시스)에서 예시하고 있다.
[표 7] 실시예 2 패브릭의 인장 강도
Figure pct00007
실시예 2의 샘플은 실시예 1의 인장 특성에 대한 개선을 나타내었다. 즉, 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2 샘플 부직포 패브릭 중 어느 것도 최대 연신율(277%)로 신장되는 경우에 MD 또는 CD 방향에서 파단되지 않았고, 반면 실시예 1의 모든 패브릭 샘플은 MD 방향에서 파단되고, 2만이 CD 방향에서의 파단을 견디었다. 또한, 실시예 2의 부직포 패브릭은 실시예 1 샘플(MD에서 70 및 43 N; CD에서 44 및 32 N)과 비교하여 277% 연신율(MD에서 31, 29.3, 및 19.9 N; CD에서 10.3, 11.8, 및 6.5 N)로 패브릭을 신장시키기 위해 더 적은 힘이 요구되었다. 이는 실시예 1의 것과 비교하여 실시예 2 패브릭의 우수한 탄성을 나타낸다. 따라서, 실시예 2의 조성물은 실시예 1의 것보다 패브릭으로 스피닝되기 더 용이하였고, 더 낮은 용융 온도에서 제조될 수 있었다. 추가로, 실시예 2의 패브릭은 우수한 인장 강도 및 탄성을 나타내고, 한편 또한 샘플 1-2와 비교하여 감소된 평량을 가진다.
[표 8a] 실시예 2 패브릭의 히스테리시스 (제1 사이클)
Figure pct00008
[표 8b] 실시예 2 패브릭의 히스테리시스 (제2 사이클)
Figure pct00009
표 8a 및 8b에 의해 나타난 바와 같이, 실시예 2의 본 발명의 패브릭은 여전히 처리하는 것이 상당하게 용이하면서도 (실시예 1 샘플과 비교하여 중합체 조성물에서 더 적은 폴리프로필렌으로 형성되면서도) - 개선된 영구 변형 및 일반적으로 개선된 (또는 적어도 허용가능한) 히스테리시스 값을 나타낸다. 이는 실시예 1 샘플 및 실시예 2 샘플이 각각 처리되는 약간 상이한 스펀본딩 라인을 고려할 때 특히 놀라운 결과이다. 특히, 실시예 1 샘플은 실시예 2의 것 보다 더 적은 구멍/m(5628 대 6000) 및 더 큰 구멍 크기(0.5 mm 대 0.42 mm)를 갖는 스펀본딩 라인 상에서 처리되었다. 탄성 패브릭을 제조하는데 더 적합한 스펀본딩 장비 상에서 실시예 1 패브릭이 처리되기 때문에, 당업자는 전형적으로 이들이 더 높은 탄성을 나타낼 것으로 예상할 것이다. 그러나, 그럼에도 불구하고 실시예 2 샘플은 개선된 탄성을 제공한다.
실시예 3(본 발명)
실시예 3은 본 발명에 따라 중합체 조성물의 처리 및 이로부터 형성된 추가적인 물품 모두를 나타낸다. 이러한 실시예 3의 중합체 조성물은 실시예 2에서 사용된 바와 같은 동일한 공중합체 B 및 에루카미드 슬립 첨가제로부터 제조되었고; 이 시점에서, 그러나, 표 9에 나타난 바와 같이 호모폴리프로필렌은 블렌드에 존재하지 않았다. 전체 블렌드에 대한 계산된 MFR을 상기 실시예 1 및 2 각각에 기재된 바와 동일한 방식으로 결정하였다.
[표 9] 추가적인 본 발명의 중합체 조성물
Figure pct00010
실시예 3 조성물 각각은 4333 구멍/m, 0.45mm 구멍 크기를 갖는 단일의 2.4m 너비 스피닝 빔을 사용하는 종래의 스펀본드 공정을 사용하여 스펀본드 패브릭 샘플로 형성되었다. 압출기는 비교 실시예 1의 중합체 조성물의 압출기의 운행에 요구되는 221℃ - 230℃보다 약간 낮은 215℃의 방적돌기 용융 온도에서 운행되었다. 이는 다른 본 발명의 실시예 2에 대해 요구되는 온도보다 더 높지만, 실시예 3 중합체 조성물은 블렌드에서 임의의 프로필렌계 열가소성수지를 포함하지 않았다. 추가로, 압출 및 증착 이후, 샘플 3-1, 3-2, 및 3-3의 처리는 추가로 활면 또는 엠보싱 롤을 통과시키는 것을 포함하였다. 샘플 3-4는 이러한 방식으로 추가로 결합되지 않았다. 표 10은 실시예 3의 스펀본딩 공정의 운행과 관련된 다양한 파라미터를 나타낸다.
[표 10] 본 발명의 실시예 3의 스펀본드 파라미터
Figure pct00011
생성된 스펀본드 패브릭의 인장 및 히스테리시스 특성을 실시예 1 및 2와 동일한 방식으로 결정하였다. 인장 강도 특성은 표 11에 기록되어 있다. 히스테리시스 특성은 표 12a 및 12b에 기록되어 있다. MD 및 CD에서의 샘플 3-1에 대한 히시스테르시스 곡선은 각각 도 7a 및 7b에 나타나 있고; MD 및 CD에서의 샘플 3-2에 대한 곡선은 각각 도 8a 및 8b에 나타나 있고; MD 및 CD에서의 샘플 3-3에 대한 곡선은 각각 도 9a 및 9b에 나타나 있고; 그리고 MD 및 CD에서의 샘플 3-4에 대한 곡선은 각각 도 10a 및 10b에 나타나 있다. 실시예 3 샘플은 심지어 낮은 평량(샘플 3-1, 평량 30 gsm을 가짐) 및 높은 평량(샘플 3-3 및 3-4, 100 gsm을 가짐)에서, 본 발명의 스펀본드 패브릭은 우수한 탄성 및 인장 강도를 나타내는 것을 입증한다.
[표 11a] 실시예 3 패브릭의 히스테리시스 (제1 사이클)
Figure pct00012
[표 11b] 실시예 3 패브릭의 히스테리시스 (제2 사이클)
Figure pct00013
한편 본 발명은 특정 구현예를 참조하여 기재되고 예시되어 있고, 본 기술분야의 당업자는 본 발명은 그 자체가 본원에 반드시 예시되지 않은 변형예가 될 수 있는 것으로 이해할 것이다. 이러한 이유로, 이후 본 발명의 범위를 결정하기 위한 목적을 위해 첨부된 청구항만을 참조하여야 한다. 추가로, 용어 "포함함(comprising)"은 용어 "포함함(including)"과 동의어로 고려된다. 마찬가지로, 조성물, 구성요소 또는 구성요소의 그룹에 접속구 "포함함"이 선행되는 경우, 문맥이 달리 분명하게 나타내지 않는 한, 조성물, 구성요소, 또는 구성요소들의 인용에 선행되는 접속구 "~로 본질적으로 이루어짐", "~로 이루어짐", "~로 이루어진 군으로부터 선택됨", 또는 "~인(is)"를 갖는 조성물 또는 구성요소의 그룹을 고려하며, 그 반대인 경우도 고려하는 것으로 이해된다. 또한, 구체적으로 참조된 모든 특허, 물품, 및 다른 문헌은 본원에 참조로 포함되어 있다.

Claims (21)

  1. 복수개의 필라멘트를 형성하기 위해 중합체 조성물을 압출하는 단계로서, 중합체 조성물은 프로필렌-에틸렌 공중합체의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 14.5 wt%의 에틸렌 함량 및 85.5 wt% 내지 90 wt%의 프로필렌 함량을 갖고, 추가로 30 g/10 min 내지 80 g/10 min의 용융 흐름 지수(MFR)(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃)를 갖는 프로필렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 엘라스토머 성분을 포함하는 단계; 및
    복수개의 필라멘트로부터 스펀본드 물질을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 중합체 조성물은 슬립 조제를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 조성물은 10 wt% 이하의 프로필렌계 열가소성 중합체를 포함하고, wt%는 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 프로필렌계 열가소성 중합체는 호모폴리프로필렌인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 중합체 조성물은 (i) 엘라스토머 성분, (ii) 0 내지 3 wt%의 프로필렌계 열가소성 수지, 및 (iii) 임의로 하나 이상의 첨가제로 본질적으로 이루어지는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 첨가제는 각각 독립적으로 핵제, 안정제, 항산화제, 충전제, 및 슬립 조제로부터 선택되는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 중합체 조성물은 엘라스토머 성분으로 본질적으로 이루어지는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 중합체 조성물은 (i) 엘라스토머 성분, (ii) 0 내지 3 wt%의 프로필렌계 열가소성 수지, 및 (iii) 임의로 하나 이상의 첨가제로 이루어지는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 조성물은 210℃ 이하의 용융 온도에서 방적돌기를 통해 압출되고, 이에 의해 복수개의 필라멘트를 형성하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 스펀본드 물질은 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD)를 갖는 스펀본드 패브릭인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 스펀본드 패브릭.
  12. (i) 엘라스토머 성분, (ii) 0 내지 3 wt%의 프로필렌계 열가소성 수지, 및 (iii) 임의로 하나 이상의 첨가제로 본질적으로 이루어진 중합체 조성물을 포함하는, 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD)를 갖는 스펀본드 패브릭으로서,
    엘라스토머 성분은 프로필렌-에틸렌 공중합체의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 14.5 wt%의 에틸렌 함량 및 85.5 wt% 내지 90 wt%의 프로필렌 함량을 가지며 추가로 30 g/10 min 내지 80 g/10 min의 용융 흐름 지수(MFR)(ASTM D-1238, 2.16 kg 중량 @ 230℃)을 갖는 프로필렌-에틸렌 공중합체인 스펀본드 패브릭.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 스펀본드 패브릭은 MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 10% 이하의 영구 변형을 나타내고, 상기 영구 변형은 35 gsm 내지 100 gsm의 평량을 갖는 상기 스펀본드 패브릭 기준으로 결정되는 스펀본드 패브릭.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스펀본드 패브릭은 (i) MD에서 2.5 N/5cm 이상의 50% 탈하중력, 및 (ii) CD에서 0.9 N/5cm 이상의 50% 탈하중력 중의 하나 또는 둘 모두를 나타내고, 상기 50% 탈하중력은 35 gsm 내지 50 gsm의 평량을 갖는 상기 스펀본드 패브릭 기준으로 결정되는 스펀본드 패브릭.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스펀본드 패브릭은 (i) MD에서 2.5 N/5cm 이상의 50% 탈하중력, 및 (ii) CD에서 1.5 N/5cm 이상의 50% 탈하중력 중의 하나 또는 둘 모두를 나타내고, 상기 50% 탈하중력은 75 gsm 내지 100 gsm의 평량을 갖는 상기 스펀본드 패브릭 기준으로 결정되는 스펀본드 패브릭.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 스펀본드 패브릭은 스펀본드 패브릭의 MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서 45% 이하의 히스테리시스를 나타내고, 상기 히스테리시스는 35 gsm 내지 100 gsm의 평량을 갖는 상기 스펀본드 패브릭 기준으로 결정되는 스펀본드 패브릭.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 스펀본드 패브릭은 (i) MD에서 17 N 이하의 피크 하중, 및 (ii) CD에서 8 N 이하의 피크 하중 중의 하나 또는 둘 모두를 나타내고, 상기 피크 하중은 35 내지 75 gsm의 평량을 갖는 상기 스펀본드 패브릭 기준으로 결정되는 스펀본드 패브릭.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서, 35 gsm의 평량을 갖고, (i) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서의 40% 이하의 히스테리시스; (ii) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서의 6% 이하의 영구 변형; (iii) MD에서 2.0 N/5cm 이상, 및/또는 CD에서 0.9 N/5cm의 50% 탈하중력; 및 (iv) MD에서 10 N 이하, 및/또는 CD에서의 5 N 이하의 피크 하중 중 하나 이상을 나타내는 스펀본드 패브릭.
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서, 100 gsm의 평량을 갖고, (i) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서의 40% 이하의 히스테리시스; (ii) MD 및 CD 중의 하나 또는 둘 모두에서의 6% 이하의 영구 변형; (iii) MD에서 2.5 N/5cm 이상, 및/또는 CD에서 1.5 N/5cm 이상의 50% 탈하중력; 및 (iv) MD에서 20 N 이하, 및/또는 CD에서 12 N 이하의 피크 하중 중 하나 이상을 나타내는 스펀본드 패브릭.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항의 스펀본드 패브릭으로부터 형성된 물품.
  21. 제20항에 있어서, 기저귀 탭, 사이드 패널, 레그 커프, 탑 시트, 백 시트, 테이프, 여성용 위생용품, 수영 팬츠, 유아용 풀업 팬츠, 요실금용 의복 구성품, 및 붕대로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품.
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