KR20180123012A - 천연 섬유 웹층을 포함하는 부직 복합체 및 이의 형성 방법 - Google Patents

천연 섬유 웹층을 포함하는 부직 복합체 및 이의 형성 방법 Download PDF

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KR20180123012A
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존 씨. 파슨
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Abstract

적어도 하나의 천연 섬유 웹층 및 적어도 하나의 부직웹층을 포함하는 복합 구조. 예시적 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹층은 면섬유로 이루어지고, 상기 부직웹층은 스펀본드 또는 스펀멜트 층이다. 상기 복합 구조를 이용하여 기저귀의 탑시트 또는 백시트와 같은 흡수 제품의 구성 요소를 형성할 수 있다.

Description

천연 섬유 웹층을 포함하는 부직 복합체 및 이의 형성 방법
본원의 개시는 일반적으로 복합 구조, 특히 흡수 제품에 사용하기 위한 부직 복합 구조에 관한 것이다.
다양한 천연 섬유 및 합성 섬유의 조합으로 만들어지는 부직 복합 웹은 주로 흡수 (친수성) 제품 또는 제품 구성 요소에 사용을 위하여 종래 기술에 공지되어 있다. 합성 섬유 및 목재섬유 조합이 와이프 내에 일반적인 반면, 합성 섬유와 조합된 바가스(bagasse), 케나프(kenaf), 헴프(hemp) 및 라미(ramie)와 같은 천연 섬유의 사용이 자동차 부직 복합 재료 내 사용되는 것으로 공지되어 있다. 특히 면(cotton)은 직물 산업에서 광범위하게 사용되며 와이프 및 흡수 패드 및 기저귀 내 흡수 분배층과 같은 흡수 제품 내 일부 제한된 사용을 가지는 통상 섬유이다. 이는 주로 섬유의 우수한 연성 및 친수성으로 인한 것이다. 면 섬유의 우수한 연성 및 흡수 특성에도 불구하고, 면 섬유의 높은 수분 습윤(친수성) 특성은 소수성 기저귀 백시트 및/또는 제한된 친수성을 가지는 탑시트를 생산함에 있어 그의 사용을 제한한다. 또한, 부직포를 함유하는 면은 카디드(carded) 스펀레이스드(spunlaced) 물질이며, 따라서 전형적인 스펀본드/스펀멜트 직물과 비교하여 적은 강도를 가진다. 따라서, 면과 같은 천연 섬유의 사용은, 전형적인 스펀본드/스펀멜트 직물과 비교하여 더 낮은 전체 직물 강도 및 차선의 내마모성으로 인하여, 탑시트 및 백시트 모두를 위한 기저귀 적용에 있어서 제한된다. 면 이외에, 목재섬유 및 식물 섬유와 같은 기타 천연 섬유의 기저귀 탑시트 및 백시트 내 사용이 제한된다.
발명의 개요
본 발명에서, 베이스 스펀본드/스펀멜트 직물이 하이드로인탱글링(hydroentangling) 단계를 사용하여 천연 섬유를 함유하는 카디드 또는 미리 형성된 웹과 조합되고, 결과 형성되는 웹이 건조되어 복합 웹을 형성한다. 본 발명의 목적은 천연섬유 함유 탑시트/백시트, 보다 구체적으로 우수한 강도, 내마모성, 촉감 및 최종 사용에 따라 조절될 수 있는 습윤성(친수성/소수성)을 가지는 면 섬유를 제공하는 것이다. 이러한 특성들은 섬유 선택, 화학 첨가제의 사용, 부직웹 제조 방법 및 그 가공 조건과 같은 다양한 공정 변수를 조절함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 25 내지 100 gsm 범위의 총 기준 중량을 가지는 복합재 내로 낮은 기준 중량(예를 들어, 10 내지 20 gsm)으로 천연 섬유의 도입을 허용하는 것이다. 적합한 천연 섬유 함량을 가지는 롤 제품의 이용은 500 내지 1000 mpm 범위의 상업적 생산 속도로 복합재의 생산을 허용하는 반면, 종래의 카디드 스펀레이스 또는 에어레이드 라인은 500 mpm 보다 상당히 아래의 생산 속도로 제한된다.
본 발명의 다른 목적은 천연 섬유 웹 및 스펀본드/스펀멜트 웹의 조합으로 이루어지는 와이프 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적 구현예에 따른 복합 구조는 적어도 하나의 천연 섬유 웹층 및 적어도 하나의 부직웹층을 포함한다.
본 발명의 예시적 구현예에 따르면, 복합 구조의 제조 방법은 적어도 하나의 천연 섬유 웹층 및 적어도 하나의 부직웹층을 제공하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층을 상기 적어도 하나의 부직웹층과 하이드로인탱글링하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 부직웹층은 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층이다.
적어도 하나의 구현예에서, 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층인 상기 적어도 하나의 부직웹층은 필릭 인-멜트 (philic in-melt) 첨가제를 가진다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 부직웹층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론 또는 PLA를 포함한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 조절가능한 습윤 특성을 가진다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 완전히 소수성이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 완전히 친수성이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 적어도 부분적으로 소수성으로 조절된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 아바카, 코이어, 면, 플랙스, 헴프, 주트, 라미, 사이잘, 알파카울, 앙고라울, 카멜 헤어, 캐시미어, 모헤어, 실크, 울, 견목재, 연목재, 또는 엘리펀트 그래스 섬유 중 적어도 하나를 포함한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 면 섬유/ 또는 면 린터를 포함한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 제품의 총 면 함량은 80% 이하, 더 바람직하게 4 내지 55% 범위일 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 펄프 섬유, 견목재 및/또는 연목재 섬유를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 복합 웹 라인 상에서 풀려 복합 제품을 형성하는 롤링된 제품 형태로 미리 형성된 웹일 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 롤링된 제품 형태로 존재하는 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 100% 목재섬유로 이루어질 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 롤링된 제품 형태로 존재하는 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 100% 면 섬유, 더 구체적으로 면 린터로 이루어질 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 롤링된 제품 형태로 존재하는 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 목재섬유 및 면 섬유, 더 구체적으로 면 린터의 조합으로 이루어질 수 있다. 목재섬유 함량은 0 내지 100%로 변할 수 있고, 면 섬유 함량은 0 내지 100%로 변할 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 롤링된 제품 형태로 존재하는 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 목재섬유 및 헴프 섬유의 조합으로 이루어질 수 있다. 목재섬유 함량은 0 내지 100%로 변할 수 있고, 헴프 섬유 함량은 0 내지 100%로 변할 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층은 천연 섬유 및 합성 스테이플 섬유의 블렌드를 포함한다. 이러한 천연 섬유 웹층 내 천연 섬유 함량은 5 내지 100% 범위, 더 바람직하게 5 내지 80% 범위일 수 있다. 이러한 천연 섬유 웹층 내 합성 스테이플 섬유 함량은 5 내지 100%, 더 바람직하게 5 내지 80% 범위일 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 천연 섬유 웹층 및 상기 적어도 하나의 부직웹층은 하이드로인탱글링되어 복합 구조를 형성한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 웹은 무지(plain), 패터닝되거나 애퍼처(aperture)일 수 있다. 상기 패터닝 또는 애퍼쳐링 공정은 하이드로인탱글링 공정을 이용하여 수행된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 하이드로인탱글링 공정에 사용되는 유체 압력은 10 내지 200 bar 범위이며, 목표 하이드로인탱글링 에너지 플럭스 범위는 0.05 내지 1 Kw-hr/kg이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 하이드로인탱글링 공정에 사용되는 유체 압력은 20 내지 100 bar 범위이며, 목표 하이드로인탱글링 에너지 플럭스 범위는 0.05 내지 1 Kw-hr/kg이다.
적어도 하나의 구현예에서, 하이드로인탱글링되어 복합 부직웹을 생산하는 친수성 천연 섬유의 사용은, 친수성 천연 섬유가 패턴의 상승된 면적으로 이동하는 경향으로 인하여, 더 높은 벌크를 가지는 확연히 패터닝된 구조를 가질 수 있다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹은 에어레이드 머신을 이용하여 인라인 형성된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹은 카딩 머신을 이용하여 인라인 또는 오프라인 형성되고 하이드로인탱글링에 의하여 미리 본딩된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹은 제지기에 의하여 형성되는 페이퍼 웹이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 페이퍼 웹은 100% 목재 펄프 또는 천연 섬유와 목재 펄프의 블렌드로 이루어진다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층은 둥근 섬유 단면을 가지는 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층은 성형 단면을 가지는 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조된다. 상기 스펀본드 또는 스펀멜트 필라멘트의 성형 단면 복합 구조 내 천연 섬유의 개선된 포착(entrapment)을 허용한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 스펀본드 또는 스펀멜트 웹 층은 삼각(tri-lobal) 단면을 가지는 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조된다. 상기 스펀본드 또는 스펀멜트 필라멘트의 삼각 단면은 복합 구조 내 천연 섬유의 개선된 포착을 허용한다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 스펀본드 또는 스펀멜트 웹 층은 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-코-에틸렌 블록 코폴리머 및 슬립 에이드의 블렌드를 포함하는 수지를 이용하여 제조된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 구조는 하이드로인탱글링 또는 캘린더링에 의하여 형성되는 패터닝된 구조이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 패터닝된 구조는 3-차원 구조이다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 3-차원 구조는 1 마이크로미터 초과의 깊이의 패턴을 가지는 양각 강철 또는 강철 롤에 의하여 형성된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 구조의 촉감이 브러쉬 롤 메커니즘, 화학적 표면 박리 또는 하이드로인탱글링 공정 중 적어도 하나에 의하여 증진된다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 구조는, 이에 제한되지 않으나 다양한 에틸렌 및 프로필렌계 글리콜 계면활성제 및 첨가제를 포함하는 수성 연화제 화학 물질을 포함하여 상기 복합 구조의 연성을 증진시킨다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 복합 구조는 수성 소수성 첨가제를 포함하여 상기 복합 구조의 하이드로헤드를 증진시킨다.
적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 부직웹층은 PLA를 포함하여 인장 강도 또는 강성 또는 탄성과 같은 복합 구조의 일부 물리적 특성을 증진시킨다.
본 발명의 기타 특징 및 이점들이 이하 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 쉽게 분명해질 것이다.
본 발명은 천연섬유 함유 탑시트/백시트, 보다 구체적으로 우수한 강도, 내마모성, 촉감 및 최종 사용에 따라 조절될 수 있는 습윤성(친수성/소수성)을 가지는 면 섬유를 제공한다.
도 1은 본 발명의 예시적 구현예에 따른 부직 복합 웹의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 부직 복합 웹의 제조를 위한 시스템을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 예시적 구현예에 따른 스펀본드 또는 스펀멜트 부직웹 및 천연 섬유 웹을 이용한 하이드로인탱글링 공정을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 스펀본드 또는 스펀멜트 부직웹 및 천연 섬유 웹을 이용한 하이드로인탱글링 공정을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 스펀본드 또는 스펀멜트 부직웹 및 천연 섬유 웹을 이용한 하이드로인탱글링 공정을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 예시적 구현예에 따른 천연섬유 함유 복합 직물을 수력으로 인탱글링하기 위한 선택적 출발 물질 및 공정 변수의 표이다.
도 7은 도 6에 상응하는 결과의 표이다.
도 8a 및 8b는 각각 종래의 제품들 사이 및 본 발명의 예시적 구현예에 따른 공정으로부터 제조되는 샘플과 종래 제품 사이의 물질 특징을 비교하는 표이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 도 6에 반영된 공정 변수 및 조건 세트 하에 수력으로 인탱글링되는 복합 직물의 현미경 사진이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 도 6에 반영된 공정 변수 및 조건의 다른 세트 하에 수력으로 인탱글링되는 복합 직물의 현미경 사진이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 예시적 구현예에 따른 도 6에 반영된 공정 변수 및 조건의 또 다른 세트 하에 수력으로 인탱글링되는 복합 직물의 현미경 사진이다.
본 발명은 천연 섬유, 특히 우수한 강도, 내마모성, 촉감, 및 흡수 제품의 부직 성분에 대한 조절가능한 습윤 특성을 가지는 면 섬유의 용도에 관한 것이다. 예시적 구현예에서, 소수성 면 섬유 또는 약간 소수성인 면 섬유를 사용하여 탑 시트 및 백 시트 재료와 같은, 부직 기저귀 재료를 생산한다. 면 섬유 웹이 하이드로인탱글링에 의하여 스펀본드 또는 스펀멜트 부직웹층에 본딩되어, 흡수 제품의 탑 시트 또는 백 시트, 또는 적어도 약간의 소수성을 요하는 기타 흡수 제품 구성 요소를 형성하는데에 사용될 수 있는 복합 웹 구조를 형성한다.
도 1은 본 발명의 예씨적 구현예에 따른, 일반적으로 도면 부호 10으로 나타내어지는, 복합 웹의 단면도이다. 상기 복합 웹(10)은 천연 섬유 웹층(12) 및 스펀본드 또는 스펀멜트 부직웹층(14)을 포함한다. 상기 천연 섬유 웹층(12)은 예를 들어, 아바카, 코이어, 면, 플랙스, 헴프, 주트, 라미, 사이잘, 알파카울, 앙고라울, 카멜 헤어, 캐시미어, 모헤어, 실크, 울, 견목재, 연목재, 또는 엘리펀트 그래스 섬유 등과 같은, 소수성 또는 친수성을 가지는 가공된 천연 섬유로 0% 내지 100% 이루어진다. 대안적으로, 상기 천연 섬유 웹 층은 천연 섬유와 합성 스테이플 섬유의 블렌드로 이루어질 수 있다. 상기 부직웹층(14)은 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론 또는 PLA (폴리아틱산) 등과 같은, 열가소성 폴리머로부터 만들어지는 스펀본드 또는 스펀멜트 웹이다. 상기 복합 웹(10)의 층들(12 및 (14)은 하이드로인탱글링에 의하여 함께 본딩되나. 예시적 구현예에서, 상기 복합 웹(10)은 2 이상의 천연 섬유 웹층 및/또는 2 이상의 부직웹층(14)을 포함할 수 있다.
바람직한 예시적 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹층(12)은 면 섬유로 이루어진다. 면 섬유는 셀룰로오스, 펙틴, 왁스 및 염으로 구성된다. 소수성 면은 면 섬유를 소수성 첨가제로 처리하거나, 섬유를 세척하여 불순물을 제거하나 천연 발생 왁스를 포획하는 능력을 가지도록 하는 것과 같은 섬유 공정 단계에서 조절된 조치를 취함으로써 생산된다. 이러한 섬유 공정 단계는 섬유 제조업자에 의하여 수행되며, 소수성 첨가제의 첨가량 및 천연 섬유에 행하여지는 섬유 프로세싱 수준은 습윱 특성 정도를 결정한다. 이러한 다양한 습윤 정도를 가지는 섬유들은 천연 섬유 제조업자로부터 얻을 수 있다. 본 발명의 예시적 구현예에서, 이러한 섬유가 친수성 또는 소수성 부직 복합 웹을 형성하는데에 사용하기 위하여 확인되며, 그 섬유의 습윤 특성은 복합 웹 제조를 위하여 이용되는 하이드로인탱글링 공정 동안 유지된다. 이와 관련하여, 복합 웹(10) 제조에 사용되는 가공된 천연 섬유의 소수성 특징은 약간 소수성으로부터 완전히 소수성으로 조절될 수 있다. 본 발명의 예시적 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹층(12)은 천연 섬유, 재생 섬유 및 합성 스테이플 섬유의 블렌드를 포함할 수 있다. 재생 섬유는 비스코스 레이온과 같은 용매 추출 또는 스피닝을 통하여 재생되는 셀룰로오스계 섬유, Tencel과 같은 개질 레이온 섬유, 등일 수 있다.
바람직한 예시적 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹층(12)은 면 섬유 또는 목재 펄프로 이루어진다. 다양한 섬유 제조업자로부터 가장 통상적으로 이용가능한 소수성 면 섬유를 사용하여 천연 섬유 웹을 제조할 수 있다. 반대로, 앞서 기재한 구현예와 달리, 복합 웹에 요구되는 소수성 특징이 표면 개질을 통하여 키스 롤 스테이션에서 하이드로인탱글링 후 부여될 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시되는 바와 같이, 하이드로인탱글링 스테이션으로부터 나오는 웹은 키스-롤 어플리케이터를 통과한다. 상기 키스-롤 어플리케이터에서, 왁스 에멀젼, 실록산 화학 물질, 플루오로카본 및 기타 탄화수소와 같은 몇몇 소수성 첨가제/계면활성제가 상기 웹에 적용될 수 있다. 천연 섬유 웹 내 존재하는 기능성 -OH 기들은 소수성 화학 물질과 반응하여 영구적 본드를 형성할 수 있다. 이와 같이 형성되는 화학 결합은 통기(through air) 건조기에서 경화된다. 이러한 방법은 첨가제 처리가 하이드로인탱글링 단계 후 행하여지므로 복합 웹에 지속적인 소수성 특성을 부여한다.
하이드로인탱글링 후 상기 키스 롤 스테이션에서 연화제와 같은 부가적인 표면 처리를 상기 복합 웹에 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 키스 롤 어플리케이터에서, 몇몇 실리콘계 연화제, 디본더 등이 상기 웹에 적용되어 우수한 촉감을 부여할 수 있다. 상기 천연 섬유 웹 내 존재하는 기능적 -OH 기들은 연화제 화학 물질과 반응하여 영구적 본드를 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 화학 결합은 통기 건조기에서 경화된다.
다른 바람직한 예시적 구현예에서, 상기 천연 섬유 웹층(12)은 목재 펄프 및 면 린터 모두를 사용하여 초지기(paper machine)을 이용하여 제조된다. 소수성 및 연성이 하이드로인탱글링 스테이션 후 상기 키스 롤 어플리케이터에 상기 복합 웹에 부여된다. 예를 들어, 이에 제한되지 않으나 실리콘계 연화제, 디본더, 폴리에틸렌 및 프로필렌 글리콜계 계면활성제 등을 포함하는 연성 및 소수성과 같은 이중 특성을 부여하는 몇가지 계면활성제가 상기 키스 롤 어플리케이터에서 상기 웹에 적용될 수 있다. 상기 천연 섬유 웹 내 존재하는 기능적 -OH 기들은 적용된 표면 화학 물질과 반응하여 영구 본드를 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 화학 결합은 통기 건조기에서 경화된다.
상기 천연 섬유 웹층(12)은 하이드로인탱글링을 통하여 프리본딩되면서 에어레이드 머신을 이용하여 인라인, 카딩 머신을 이용하여 인라인 또는 오프라인 제조되거나, 또는 웨트레이트(wetlaid) 머신 내에서 제조되는 페이퍼 웹으로서 도입될 수 있다. 페이퍼 웹의 경우, 상기 천연 섬유 웹층(12)은 100% 목재 펄프, 면과 목재 펄프의 블렌드, 또는 헴프 및 목재 펄프와 같은 기타 천연 섬유들의 블렌드로 이루어질 수 있다.
상기 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층(14)은 둥근 섬유 단면 또는 삼각단면(tri-lobal) 섬유와 같이 성형 단면을 가지는 표준 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조될 수 있다. 상기 성형 섬유의 증가된 표면적은 하이드로인탱글링 공정 동안 복합 웹 내 천연 섬유 유지를 보조한다. 대안적으로, 상기 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층(14)은 표준 웹보다 연성이고, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-코-에틸렌 블록 코폴리머 및 에루카아미드와 같은 슬립 에이드의 블렌드를 포함하는 수지의 특정 배합에 의하여 제조된다.
2 이상의 복합 웹(10)을 하이드로인탱글하는데에 사용되는 유체 압력은 10 내지 200 bar 범위, 더 바람직하게 20 내지 100 bar 범위 내이다. 하이드로인탱글링 에너지 플럭스 목표는 0.05 내지 1 Kw-hr/kg 범위이다. 상기 복합 웹(10)은 하이드로인탱글링 공정에 의하여 또는 캘린더링 방법에 의하여 형성되는 패터닝된 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 하이드로인탱글링은 수압 및 제트로부터 드럼으로 물의 이동에 따라 복합 구조 내 고밀도 및 저밀도 천연 섬유 영역을 형성할 수 있다. 상기 패터닝된 구조는 1 마이크로미터 초과 깊이의 깊은 패턴을 가지는 강철 롤 또는 양각 강철의 사용에 의하여 형성되는 3-차원 구조일 수 있다.
예시적 구현예에서, 상기 복합 웹은 퍼지(fuzzy) 피니시로 인한 표면 상에 짧은 섬유 돌출로 인하여 우수한 촉감을 가진다. 퍼지는 브러쉬 롤 메커니즘, 화학 물질을 사용한 표면 박리, 또는 하이드로인탱글링 공정에 의하여 형성될 수 있다. 브러쉬 롤 메커니즘을 이용하여 자유 섬유/퍼즈를 형성하기 위하여, 상기 복합 물질은, 그것이 통과함에 따라 표면 상에 루스 섬유를 생산하는 미세 강모를 가지는 롤 세트를 통과한다. 화학적 표면 박리 공정에서, 팽윤/천연 섬유와 반응가능한 약알칼리성 또는 산성인 용액을 사용하여 표면 상에 루스 섬유/피브릴을 형성한다. 하이드로인탱글링 공정에서, 워터 제트 압력, 제트 스트립의 선택 및/또는 흡입 박스 상에 와이어 메쉬 디자인과 같은 공정 조건들을 조절하여 짧은 천연 섬유의 수직 배향을 형성한다. 퍼즈 수준은 표면 지형 측정 능력을 가지는 광학 현미경과 같은 표면 분석 도구를 이용하여 정량가능하다.
본 발명의 복합 웹은 천연 섬유가 수성 연화제 및 계면활성제와 공유 결합을 형성하는 능력으로 인하여 내구적이고 우수한 연성 및 슬릭성을 가진다. 복합 부직 재료 제조에 천연 섬유의 사용은 최종 웹에 대한 추가적 표면 개질을 허용한다. 일부 특정 최종 용도는 수성 계면활성제 및 기타 화학 물질을 이용하여 제품에 연성 및 소수성을 부여하는 것을 포함한다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(PET)과 같은 계면활성제로 천연 섬유 복합 웹의 처리는, 천연 섬유 작용기와 PEG 계면활성제의 히드록실기 사이의 공유 결합 형성으로 인하여, 연성이고 슬릭하면서 내구성있는 피니시를 제공한다. 또한, 천연 섬유 스펀본드 복합 재료의 강도 특성은 PLA와 같은 열가소성 물질을 사용하여 스펀본드 매트릭스를 제조할 때 증진될 수 있다. 이러한 강도 증가는 PLA 내 관능적 말단기와 면, 헴프, 목재 펄프 등과 같은 천연 섬유 내 작용기 사이의 반응으로 인한 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적 구현예에 따른, 도면 부호(100)으로 일반적으로 표시되는 하이드로인탱글링 장치이다. 천연 섬유 웹 및 스펀본드 또는 스펀멜트 웹이 하이드로인탱글링 장치(100)에 공급되며, 여기서 이들은 함께 적층되고 이어서 드럼(102) 및 (104)에 공급된다. 상기 천연 섬유 웹은, 예를 들어 통기 건조(TAD) 기계에 의하여 또는 오프라인 카딩 기계에 의하여 프리본딩되면서 하이드로인탱글링 장치(100)에 전달 전에 페이퍼 웹으로서 형성된다. 대안적으로, 상기 천연 섬유 웹은 에어레이드 또는 카딩 기계를 이용하여 인라인 형성될 수 있다. 상기 층상 구조가 드럼(102, 104)를 통과함에 따라, 상기 드럼(102, 104)를 둘러싸는 매니폴드가 워터 제트를 생성하여 상기 층상 구조를 다단계 하이드로인탱글링 공정으로 하이드로인탱글한다. 상기 하이드로인탱글링 공정은 천연 섬유 웹층 및 스펀본드 또는 스펀멜트 층으로 구성되는 복합 웹 구조를 형성한다. 최종 제품은 임의의 순서로 천연 섬유 웹층 및 스펀멜트 또는 스펀본드 층 모두를 임의의 수로 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
다음 실시예들은 본 발명의 다양한 특징 및 이점들을 예시한다.
실시예 1: 미리 형성된 면 웹 및 스펀본드 웹의 하이드로인탱글링에 의한 패터닝된 복합 웹의 제조 방법
25 gsm 50:50% 면:스테이플 폴리프로필렌 섬유 카디드 웹을 Trutzschler 카디드 스펀레이스 라인(Trtzschler GmbH & Co. KG, Monchengladbach, Germany)를 이용하여 제조하였다. 카디드 웹을 프리인탱글링하는데에 사용된 HE 에너지 레벨은 각각 도 3에 도시되는 바와 같이, 드럼 1의 3 분사 매니폴드로부터 20, 30 40 bar, 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 60,60 bar였다. 복합 웹 제조 전 단계로서, 12 gsm 스펀본드 폴리프로필렌 웹을 상기 미리형성된 카디드 웹으로 하이드로인탱글하여 동일한 Trutzschler 카디드 스펀레이스 라인을 이용하여 복합 웹을 생산하였다. 스펀본드 및 카디드 웹을 하이드로인탱글하는데에 사용된 에너지 레벨은 각각, 드럼 1의 분사 매니폴드로부터 20, 80, 80 bar, 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 100, 100 bar였다.
실시예 2: 미리형성된 면 웹 및 2 스펀본드 웹들의 하이드로인탱글링에 의한 패터닝된 복합 웹의 제조 방법
25 gsm 100% 면 섬유 카디드 웹을 Trutzschler 카디드 스펀레이스 라인을 이용하여 제조하였다. 카디드 웹을 프리인탱글링하는데에 사용된 HE 에너지 레벨은 각각 도 3에 도시되는 바와 같이, 드럼 1의 3 분사 매니폴드로부터 20, 30 40 bar, 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 60,60 bar였다. 복합 웹 제조 전 단계로서, 두 개의 동일한 12 gsm 스펀본드 폴리프로필렌 웹들을 상기 미리형성된 카디드 웹과 하이드로인탱글하여 동일한 Trutzschler 카디드 스펀레이스 라인을 이용하여 3-층 복합 웹을 생산하였다. 스펀본드 및 카디드 웹을 하이드로인탱글하는데에 사용된 에너지 레벨은 각각, 드럼 1의 분사 매니폴드로부터 20, 80, 80 bar, 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 100, 100 bar였다.
실시예 3: 페이퍼 및 스펀본드 웹의 저에너지 하이드로인탱글링에 의한 패터닝된 복합 웹의 제조 방법
패터닝된/구조화된 페이퍼 웹을 TAD 초지기를 이용하여 제조하였다. 상기 페이퍼 웹은 적어도 6 kg/ton의 애드-온 레벨에서, Hercules Incorporated, Wilmington, Delaware, USA로부터 이용가능한 영구 습윤 강도 KymeneTM 821 (PAE 수지)를 가졌다. 다음, 상기 패터닝되고 구조화된 웹을 두 개의 12 gsm 폴리프로필렌 스펀본드 웹들과 하이드로인탱글하였다. 상기 페이퍼 웹의 패터닝된 구조는 하이드로인탱글링 공정 동안 저 HE 에너지 강도를 이용함으로써 복합 부직포 내에 유지되었다. HE 에너지 조건은 도 4에 도시되는 바와 같이, 드럼 1의 분사 매니폴드로부터 20, 40, 40 bar, 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 40, 40 bar였다.
실시예 3: 페이퍼 및 스펀본드 웹의 고에너지 하이드로인탱글링에 의한 플랫 복합 웹의 제조 방법
각각 12 gsm의 기준 중량을 가지는 두 개의 동일한 스펀본드 폴리프로필렌 웹 및 페이퍼 타월 제조에 사용되는 20 gsm 페이퍼 웹을 함께 하이드로인탱글하여 복합 부직포를 제조하였다. 도 4는 상기 두 스펀본드 웹들 사이에 샌드위칭된 페이퍼 웹의 웹 배열을 도시한다.
상기 패터닝/구조화된 페이퍼 웹을 TAD 초지기를 이용하여 제조하였다. 상기 페이퍼 웹은 적어도 6 kg/ton의 애드-온 레벨에서 영구 습윤 강도 Kymene 821 (PAE 수지)를 가졌다. 고 HE 에너지 레벨을 이용하여, 도 4에 도시되는 바와 같이, 드럼 1의 분사 매니폴드로부터 20, 100, 100 bar 및 드럼 2의 분사 매니폴드로부터 150, 150 bar에서 상기 두 개의 SB 및 페이퍼 웹을 인탱글하였다. 고 HE 에너지 레벨의 사용으로 인하여, 패터닝된 페이퍼 웹 구조는 공정 중에 붕괴되고 손실되어 플랫하나 강한 복합 부직 재료를 제공하였다.
본 발명을 다양한 천연 섬유 원료 및 공정 조건들을 사용하는 부가적인 실시예들을 참조로 하여 이하 더욱 기재하나, 본 발명은 이들 실시예에 어떠한 방식으로도 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 5는, 예를 들어, 본 발명의 다른 예시적 구현예에 따른 하이드로인탱글링 장치를 예시한다. 천연 섬유 웹은 카딩 기계 (또는 "장치")에 의하여 형성될 수 있고, 스펀본드 또는 스펀멜트 웹은 하이드로인탱글링 장치에 공급되기 전에 풀릴수 있으며, 상기 하이드로인탱글링 장치에서 상기 웹들은 함께 적층되고 이어서 각각의 워터 인젝터(Inj 1, Inj 2, and Inj 3)를 가지는 드럼(드럼 1, 드럼 2, 드럼 3)에 공급된다. 다음, 하이드로인탱글된 웹 층들은 건조되어 복합 제품을 형성한다.
실시예에 기재된 직물 특성을 결정하는데에 사용되는 시험 방법은 다음과 같다.
스트라이크-쓰루 시험법
5-층 흡수 페이퍼 위에 놓인 부직포 내로 0.9% 염화나트륨 기재 생리 식염수(모의 소변) 5 mL 부피의 침투 속도를 측정하는 시험법. 산업 표준 Lister 스트라이크 쓰루 시험 장치를 이 시험을 위하여 사용하였다. 친수성은 스트라이크-쓰루 시간을 결정한다. 낮은 스트라이크-쓰루 값은 전형적으로 친수성이 더 큰 물질을 나타낸다. 기저귀 탑시트에 사용되는 부직포에 전형적인 스트라이크-쓰루 값은 2-3초이다.
시험 절차는 다음 단계들을 포함한다:
1.1. 아크릴 판 위에, 10 플라이의 Ahlstrom 등급 989 스트라이크쓰루 필터 페이퍼를 평탄면이 위로 향하도록 세팅한다.
1.2. 10 cm x 10 cm 샘플을 상기 필터 페이퍼 위에 평탄면이 위로 향하도록 놓는다.
1.3. 상기 스트라이크쓰루 판을 상기 제조된 샘플 상부에 세팅한다.
1.4. 상기 조립된 샘플 및 장치를 테스팅 베이스 위에 깔때기 아래 집중되도록 배치한다.
1.5. 염화나트륨 5 ml을 상기 깔때기 내로 분배한다.
1.6. Lister의 좌측면 위에 놓인 시작 버튼을 눌러 액체를 샘플 위로 배출한다.
1.7. 모든 액체가 스트라이크쓰루 판의 전극을 통과하였을 때, Lister 타이머를 중단할 것이다.
1.8. Lister 위에 표시된 시간을 기록하고 최초 스트라이크쓰루 시간으로서 보고한다.
재습윤 시험법
스트라이크-쓰루 시험 동안 insult 유체를 유지하려는 부직포의 경향을 평가하는 시험법. 이 시험은 특히, insult를 신속히 끌어당겨 흡수 층을 통하여 흡수 코어로 전달하는 기능을 하는 탑시트 상에 사용된다. 부직포가 지나치게 흡수성이면, 이는 insult 유체를 코어로 전달되게 하는 대신 그 일부를 보유할 것이다. 이는 높은 재습윤 값을 야기한다. 전형적으로, 높은 재습윤 값을 가지는 부직물은 insult 유체를 보유하고 젖은 채로 유지될 것이며 이는 피부 접촉에 좋지 않으므로, 기저귀 탑시트 적용을 위한 목표는 낮은 재습윤 값과 함께 신속한 스트라이크-쓰루 시간을 가지는 것이다. 재습윤은 부직물을 다량의 0.9% 생리 식염수로 insulting한 다음 습윤된 부직물 상부에 미리 칭량된 페이퍼를 놓음으로써 측정된다. 페이퍼 상부에 추를 놓아 젖은 탑시트 상에 아기가 앉아 있는 것을 모의한다. 일정 시간 후, 추를 제거하고 페이퍼를 다시 칭량한다. 부직물 내 보유되는 유체를 페이퍼 내로 잡아 당겨 그 질량을 기록한다. 전형적인 재습윤 값은 ~0.15 g이다.
시험 절차는 다음 단계들을 포함하며, 이는 상기한 단일 스트라이크 쓰루 시험을 완료 한 후 수행된다.
a. 2 장의 웨트백 페이퍼를 칭량한다. 질량은 그램으로 .01 그램에 가장 가깝게 기록되어야 한다. 이러한 질량을 "전 중량"으로 기록한다.
b. 필터 페이퍼 및 부직물 표본을 가지는 플라스틱 트레이를 Wetback 테스터 내로 슬라이딩한다.
c. "WET" 버튼을 누른다 (중량은 더 낮을 것이며 3 분 동안 그대로 유지될 것이다)
d. 3분 후, 부직물 샘플 상부에 상기 2 장의 웨트백 페이퍼를 직접 놓는다.
e. "REWET" 버튼을 누른다 (중량은 더 낮을 것이며 2 분 동안 그대로 유지될 것이다).
f. 2분 후, 상기 2 장의 재습윤 페이퍼를 제거하고 칭량한다. 질량은 .01 그램에 가장 근접하게 그램으로 기록되어야 한다. 이러한 질량을 "후 중량"으로 기록한다.
주: 재습윤 페이퍼는 베이비 추 제거 직후 칭량되어야 한다. 그렇지 않으면, 액체가 증발할 것이다.
g. 재습윤 값(g)을 계산한다: 재습윤 = 후 중량 - 전 중량
핸들-O-미터 시험법
부직물의 핸들-O-미터 (HOM) 강성은 WSP 시험법 90.3에 따라 약간 변형되어 수행된다. "핸드"의 품질은 표면 마찰로 인한 저항성 및 시트 재료의 굴곡 강도의조합으로 간주된다. 이 시험법에 사용되는 장치는 Thwing Albert Instrument Co.로부터 이용가능하다. 이 시험법에서, 100 x 100 mm 샘플을 HOM 측정을 위해 사용하였으며, 최종적으로 얻어진 판독을 WSP 시험법 90.3에 따라 더블링하지 않고 그램으로 "그대로" 기록하였다. MD 및 CD HOM 값들의 평균을 구함으로써 평균 HOM을 얻었다. 전형적으로, HOM 값이 더 낮을수록 연성 및 유연성이 더 높은 반면, 더 높은 HOM 값은 부직포의 더 낮은 연성 및 유연성을 의미한다.
인장 강도 측정 방법
인장 강도 측정을 ASTM 또는 WSP 방법에 따라, 보다 구체적으로 ASTM D5035 또는 WSP 110.4(05)B에 따라, Instron 시험 기계를 사용하여 수행한다. 측정은 MD 및 CD 방향으로 각각 행하여진다. D 강도 및 연신율, CD 강도 및 연신율을, MD 및 CD 강도의 곱의 제곱근인 기하 평균 인장강도(GMT)와 함께 결과 표, 도 7에 기록한다.
공기 투과도 및 두께와 같이 다른 기록된 특성들은 ASTM 또는 INDA 표준 시험법에 따라 결정되었다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 각각의 시험에 사용된 재료들은 (각각 도 6 및 7의 "샘플 코드"에 상응함) 저- 및 중간-본딩 조건으로 본딩된 10 gsm 및 15 gsm 스펀본드 부직포를 포함하며, 블렌딩된 philic 코튼 A, 순수 및 블렌딩된 phobic 코튼 A, 및 phobic 코튼 B와 각각 하이드로인탱글된다.
저-본딩 조건은 145℃의 조각-롤 온도, 145℃의 평탄 롤 온도, 및 30 N/mm의 캘린더 압력을 포함한다.
중간-본딩 조건은 150℃의 조각-롤 온도, 150℃의 평탄 롤 온도, 및 30 N/mm의 캘린더 압력을 포함한다.
또한, 도 6의 표에 나타내는 바와 같이, 부직포를 수력으로 인탱글링하기 위하여 워터 인젝터 세트(C1, C2, 및 C3)와 함께 사용된 스트립 및 스크린은 다음과 같다:
스트립: 1R: - 고압의 물이 그로부터 흘러 부직포 및 카디드웹을 히팅하여 상기 섬유들을 함께 인탱글하는 워터 니들을 형성하는, 그 폭을 가로질러 1 열의 매우 작은 홀들이 천공된 금속 스트립.
스트립: 2R: - 고압의 물이 그로부터 흘러 부직포 및 카디드웹을 히팅하여 상기 섬유들을 함께 인탱글하는 워터 니들을 형성하는, 그 폭을 가로질러 2 열의 매우 작은 홀들이 천공된 금속 스트립.
스크린 - MSD: 수력 워터 니들이 재료에 적용되는, 수력 제트-레이스 장치 내 드럼에 맞는 금속 슬리브. 300 마이크로미터 직경인 100 홀/cm2. 8% 개방 면적.
스크린 - PS1: 스크린을 통한 물 흐름에 기초하여 부직포 내로 패턴 형성을 허용하는, 홀들의 매트릭스를 가지는 금속 슬리브 - 3 mm의 평균 홀 직경.
스크린 - AS1: 스크린을 통한 물 흐름에 기초하여 부직포 내로 애퍼처 홀의 형성을 허용하는, 홀들의 매트릭스를 가지는 금속 슬리브 - 평균 애퍼처 크기 0.9 mm x 1.5 mm, MD x CD.
도 7의 결과는 면 섬유 기재의 스펀본드 복합 직물에 관한 것이다. 파라미터들은 결과적인 기준 중량(BW) (gsm: 평방미터 당 그램), AirPerm (공기 투과도, cfm: 분당 입방 피트), 두께, MDT (기계 방향 인장 강도, N/cm: 센티미터당 뉴턴), MDE (기계 방향 연신율, %), CDT (크로스 기계방향 인장 강도, N/cm: 센티미터당 뉴턴), CDE (크로스 방향 연신율, %), GMT (기하 평균 인장 강도, N/cm: MDT와 CDT의 곱의 제곱근), MD HOM (기계 방향 Handle-O-Meter, 그램(g)), CD HOM (크로스 기계 방향 Handle-O-Meter), Avg HOM (평균 Handle-O-Meter), "육안" 내마모성, 및 스트라이크-쓰루 및 재습윤 시험을 포함한다.
"육안" 내마모 등급 파라미터는 직물 샘플 표면의 내마모성의 NuMartindale 마모 측정에 대한 것으로, 본원에 참조로 포함되는 ASTM D 4966-98에 따라 수행된다. 상기 NuMartindale 마모 시험은 각각의 샘플에 대하여 40 내지 80 마모 사이클을 수행함으로써 Martindale Abrasion and Pilling Tester를 이용하여 각각의 샘플 상에서 수행되었다. 모든 마모 사이클이 완료되거나 시험 샘플이 파괴된 후 시험 결과를 보고하였다. 바람직하게, 재료 표면에 가시적 변화가 없어야 한다.
각각의 샘플에 대하여 NuMartindale 마모에 따라 마모 등급을 1 내지 5의 육안 등급 규모로 결정하였으며, 규모는 다음과 같이 결정된다:
5 = 우수함 = 구조로부터 제거되는 섬유가 매우 적거나 없음.
4 = 매우 좋음 = 필 또는 작은 스트링 형태일 수 있는 섬유가 낮은 수준.
3 = 보통 = 섬유 및 큰 스트링 또는 복수 스트링들이 중간 수준.
2 = 나쁨 = 쉽게 제거될 수 될 수 있는 루스한 스트링들이 높은 수준.
1 = 매우 나쁨 = 상당한 구조 붕괴, 홀, 쉽게 제거되는 크고 루스한 스트링들.
실시예 5: 면 함유 부직포의 제조 방법
본 발명의 예시적 구현예, 샘플 #1 (도 6 및 7의 "샘플 코드"), 10 gsm 스펀본드 부직포가 3 빔 스펀본드 공정으로 제조되고, ExxonMobil 3155 폴리프로필렌을 이용하여 3층의 섬유들을 레이 다운. 상기 3층 스펀본드를 ~18% 랜드 면적을 가지는, 표준 계란형 본드 롤을 이용하여 중간 본딩 조건에 노출시켰다. 결과 형성되는 10 gsm 스펀본드 웹을 도 5에 도시되는 바와 같이 스펀레이스 라인 상에서 풀었으며, 여기서 이는 80 및 20% 폴리에스테르 및 philic 면 섬유로 각각 구성되는 불연속 섬유를 함유하는 20 gsm 카디드 부직 웹과 조합되었다. 상기 폴리에스테르 섬유는 필라멘트 당 1.5 내지 2 denier, 38 mm 섬유 길이의 표준 스테이플 섬유이다. philic 면 섬유 A의 섬유 길이는 전형적으로 20 내지 25 mm이고, 몇몇 면 공급업자로부터 구입가능하다. 카디드 및 스펀본드 웹을 조합하기 위한 공정 조건을 도 6에 도시한다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 샘플 #1에 대한 공정 조건은 조합된 웹을 MSD 스크린 상에서 40 및 70 bar에서 C1(물) 2R 인젝터들에, MSD 스크린 상에서 70 bar에서 C2 2R 인젝터들(서브세트)에, 및 PS1 스크린 상에서 각각 180 및 200 bar에서 C3 1R/2R에 노출시키는 것을 포함한다. 또한, 패터닝 슬리브 PS1을 세번째 드럼 내에 사용하여 패터닝된 복합 웹을 형성하였다. 결과 형성되는 직물은 도 7에 도시되는 바와 같이, 대략 14% 면 함량과, GMT = 3.11 N/cm의 매우 좋은 인장 강도 및 4.5 육안 등급의 우수한 내마모성을 가진다. 이러한 우수한 내마모성 등급은 면 및 폴리에스테르 섬유 모두의 베이스 스펀본드 웹에 대한 매우 좋은 섬유 타이-다운을 나타낸다.
실시예 6: 면 함유 부직포의 제조 방법
본 발명의 예시적 구현예, 샘플 #2 (도 6 및 7의 "샘플 코드"), 10 gsm 스펀본드 부직포가 3 빔 스펀본드 공정으로 제조되고, ExxonMobil 3155 폴리프로필렌을 이용하여 3층의 섬유들을 레이 다운. 상기 3층 스펀본드를 18% 랜드 면적을 가지는, 표준 계란형 본드 롤을 이용하여 중간 본딩 조건에 노출시켰다. 결과 형성되는 10 gsm 스펀본드 웹을 도 5에 도시되는 바와 같이 스펀레이스 라인 상에서 풀었으며, 여기서 이는 100% phobic 면 섬유로 각각 구성되는 불연속 섬유를 함유하는 20 gsm 카디드 부직 웹과 조합되었다. phobic 면 섬유 A의 섬유 길이는 전형적으로 20 내지 25 mm이고, 몇몇 면 공급업자로부터 구입가능하다. 카디드 및 스펀본드 웹을 조합하기 위한 공정 조건이 도 6에 도시된다. 도 6에 도시되는 샘플 #2에 대한 공정 조건의 상세한 설명은 각각의 파라미터들에 대한 값이 다른 것을 제외하고 상기한 실시예 5의 샘플 #1의 것에 상응하므로 반복하지 않는다. 결과 형성되는 직물은 도 7에 도시되는 바와 같이 대략 71% 면 함량과, GMT = 5.49 N/cm의 우수한 인장 강도 및 5 육안 등급의 우수한 내마모성을 가진다. 이러한 우수한 내마모성 등급은 매우 좋은 섬유 타이-다운을 나타낸다.
실시예 7: 면 함유 부직포의 제조 방법
본 발명의 예시적 구현예, 샘플 #3, 10 gsm 스펀본드 부직포가 3 빔 스펀본드 공정으로 제조되고, ExxonMobil 3155 폴리프로필렌을 이용하여 3층의 섬유들을 레이 다운. 상기 3층 스펀본드를 18% 랜드 면적을 가지는, 표준 계란형 본드 롤을 이용하여 중간 본딩 조건에 노출시켰다. 결과 형성되는 10 gsm 스펀본드 웹을 도 5에 도시되는 바와 같이 스펀레이스 라인 상에서 풀었으며, 여기서 이는 100% phobic 면 섬유로 각각 구성되는 불연속 섬유를 함유하는 15 gsm 카디드 부직 웹과 조합되었다. phobic 면 섬유 A의 섬유 길이는 전형적으로 20 내지 25 mm이고, 몇몇 면 공급업자로부터 구입가능하다. 카디드 및 스펀본드 웹을 조합하기 위한 공정 조건이 도 6에 도시된다. 도 6에 도시되는 샘플 #3에 대한 공정 조건의 상세한 설명은 각각의 파라미터들에 대한 값이 다른 것을 제외하고 상기한 실시예 5의 샘플 #1의 것에 상응하므로 반복하지 않는다. 결과 형성되는 직물은 도 7에 도시되는 바와 같이 대략 60% 면 함량과, GMT = 4.24 N/cm의 매우 좋은 인장 강도 및 4.4 육안 등급의 우수한 내마모성을 가진다. 또한, 3.59 g의 평균 HOM 데이터는 우수한 감촉 및 직물 유연성을 나타낸다. 일반적으로, HOM은 연성의 측정이며, 시험 값(g)이 더 낮을수록 연성이 더 높다. 이 실시예에서, 얻어지는 평균 HOM 값은 도 8a에 도시되는 경쟁 제품 HOMs보다 훨씬 좋음을 주목한다.
실시예 8: 면 함유 부직포의 제조 방법
본 발명의 예시적 구현예, 샘플 #7, 10 gsm 스펀본드 부직포가 3 빔 스펀본드 공정으로 제조되고, ExxonMobil 3155 폴리프로필렌을 이용하여 3층의 섬유들을 레이 다운. 상기 3층 스펀본드를 18% 랜드 면적을 가지는, 표준 계란형 본드 롤을 이용하여 중간 본딩 조건에 노출시켰다. 결과 형성되는 10 gsm 스펀본드 웹을 도 5에 도시되는 바와 같이 스펀레이스 라인 상에서 풀었으며, 여기서 이는 80 및 20% 폴리에스테르 및 phobic 면 섬유로 각각 구성되는 불연속 섬유를 함유하는 25 gsm 카디드 부직 웹과 조합되었다. 상기 폴리에스테르 섬유는 필라멘트 당 1.5 내지 2 denier, 38 mm 섬유 길이의 표준 스테이플 섬유이다. phobic 면 섬유 A의 섬유 길이는 전형적으로 20 내지 25 mm이고, 몇몇 면 공급업자로부터 구입가능하다. 카디드 및 스펀본드 웹을 조합하기 위한 공정 조건을 도 6에 도시한다. 도 6에 도시되는 샘플 #7에 대한 공정 조건의 상세한 설명은 각각의 파라미터들에 대한 값이 다른 것을 제외하고 상기한 실시예 5의 샘플 #1의 것에 상응하므로 반복하지 않는다. 결과 형성되는 직물은 도 7에 도시되는 바와 같이 대략 14% 면 함량과, GMT = 6.75 N/cm의 매우 좋은 인장 강도 및 4.4 육안 등급의 우수한 내마모성을 가진다. 이러한 우수한 내마모성 등급은 면 및 폴리에스테르 섬유 모두의 베이스 스펀본드 웹에 대한 매우 좋은 섬유 타이-다운을 나타낸다.
도 9a 및 9b는 샘플 #7 복합 직물의 현미경 사진으로, 도 9b는 더 높은 배율의 현미경 사진이다. 이러한 도면으로부터, 1차 부직 웹에 사용되는 본드 패턴은 여전히 무손상임이 관찰된다.
실시예 9: 면 함유 부직포의 제조 방법
본 발명의 예시적 구현예, 샘플 #9, 15 gsm 스펀본드 부직포가 4 빔 스펀본드 공정으로 제조되고, ExxonMobil 3155 폴리프로필렌을 이용하여 4층의 섬유들을 레이 다운. 상기 4층 스펀본드를 18% 랜드 면적을 가지는, 표준 계란형 본드 롤을 이용하여 낮은 본딩 조건에 노출시켰다. 결과 형성되는 15 gsm 스펀본드 웹을 도 5에 도시되는 바와 같이 스펀레이스 라인 상에서 풀었으며, 여기서 이는 100% phobic 면 섬유로 각각 구성되는 불연속 섬유를 함유하는 15 gsm 카디드 부직 웹과 조합되었다. phobic 면 섬유 B의 섬유 길이는 전형적으로 20 내지 25 mm이고, 몇몇 면 공급업자로부터 구입가능하다. 카디드 및 스펀본드 웹을 조합하기 위한 공정 조건이 도 6에 도시된다. 도 6에 도시되는 샘플 #9에 대한 공정 조건의 상세한 설명은 각각의 파라미터들에 대한 값이 다른 것을 제외하고 상기한 실시예 5의 샘플 #1의 것에 상응하므로 반복하지 않는다. 결과 형성되는 직물은 도 7에 도시되는 바와 같이 대략 50% 면 함량과, GMT = 6.65 N/cm의 매우 좋은 인장 강도 및 4.0 육안 등급의 우수한 내마모성을 가진다. 또한, 5.28 g의 평균 HOM 데이터는 우수한 감촉 및 직물 유연성을 나타낸다. 일반적으로, HOM은 연성의 측정이며, 시험 값(g)이 더 낮을수록 연성이 더 높다.
도 10a 및 10b는 샘플 #9 복합 직물의 현미경 사진으로, 도 9b는 더 높은 배율의 현미경 사진이다.
도 11a 및 11b는 샘플 #10 복합 직물의 현미경 사진으로, 도 9b는 더 높은 배율의 현미경 사진이다. 도 11a 및 11b에 도시되는 바와 같이, 복합 직물 내 패턴은 도 6의 표에 나타내는 애퍼처드 스크린 AS1 위에 물 분사 단계로 인하여 구별될 수 있다.
실시예 10: 조절가능한 습윤 특성을 가지는 면 함유 부직포의 제조 방법
도 7로부터, 면 섬유 선택, 블렌드 비율, 기준 중량, 패터닝 효과 등을 변화시킴으로써 습윤 특성이 상당히 변화될 수 있음이 관찰된다. 더 구체적으로, 섬유 선택은 탑시트 습윤 특성에 매우 중요하며, 이는 스트라이크 쓰루 및 재습윤 특성 측면에서 모니터링되나. 더 높은 워터 스트라이크 쓰루 및 더 낮은 재습윤 특성은 직물이 소수성임을 나타내는 반면, 더 낮은 스트라이크 쓰루 및 더 높은 재습윤 특성은 직물이 친수성임을 나타낸다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 스트라이크 쓰루 특성은 1.8 초에서 100 초를 초과하는 범위인 반면, 재습윤 특성은 0.06 그램 내지 2.27 그램 범위이다. 또한, 습윤 특성은 복합 웹을 소량의 국소적 philic 계면활성제로 처리함으로써 더욱 변화될 수 있다. >100 초의 스트라이크 쓰루를 가진 샘플 #8을 소량의 국소적 philic 계면활성제로 개질하였으며, 결과적으로 처리된 직물은 재습윤 특성에 영향이 거의 없거나 없으면서 0.5초의 스트라이크 쓰루를 가졌다.
도 8a 및 8b는 기저귀 탑시트 및 백시트 모두에 적용하기 위한 본 발명의 예시적 구현예에 따라 제조된 복합 직물을 벤치마킹하는 시판 중인 경쟁 제품들의 물리적 시험 데이터를 보인다. Goon 제품은 카디드 통기 본딩(TABW) 기술을 이용하여 생산된 것으로 믿어지며, 분명히 면을 함유하지 않는다. "Natural Moony" 제품에 대한 생산 기술은 알려져 있지 않으며, 하이드로인탱글링 또는 통기 본딩과 조합된 카딩에 기초한 기술인 것으로 믿어진다. 기저귀로부터 얻어진 "Natural Moony" 탑시트는 면 섬유를 함유하는 것으로 믿어지며, 5 내지 15% 면 함량 범위일 것이다. 도 8a에 열거된 Goon 제품 데이터는 기저귀 백시트로부터이며, 이는 물리적 특성을 시험하기 위하여 기저귀로부터 조심스럽게 제거되었다. "Natural Moony"의 경우, 도 8a에 열거된 데이터는 기저귀 "탑시트"로부터이며, 이는 물리적 특성을 시험하기 위하여 기저귀로부터 조심스럽게 제거되었다. 도 8a 및 8b로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 제품들의 전형적인 GMT 강도는 3 N/cm 또는 그 아래인 것으로 추론할 수 있다.
비교예 1
도 6 및 7에 나타내는 샘플 7을 비교 목적으로 25 gsm 기준 중량으로 정규화하였다. 결과 샘플 7 정규화 데이터를 면 함유 "Natural Moony" 제품으로부터 얻어진 경쟁 탑시트 데이터와 함께 도 8b에 나타낸다. 도 8b에 나타내는 바와 같이, "정규화된" 샘플 7은 유사한 CD HOM 값에서 4.7 N/cm 대 3.0 N/cm의 상당히 더 높은 GMT 강도를 가진다. 이와 같이 앞서 설명한 다른 실시예와 유사한 더 높은 강도는 우수한 섬유 타이-다운, 따라서 매우 좋거나 우수한 마모 특성을 초래한다.
전술한 명세서에서 본 발명의 특정 구현예들에 대하여 상세히 기재하였으나, 본원에 제공된 세부 사항들 중 많은 것들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈됨이 없이 당업자에 의하여 상당히 변화될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims (40)

  1. 하나 이상의 부직웹층;
    복수의 하이드로인탱글링 단계에 의하여 상기 하나 이상의 부직웹 층과 혼합된 하나 이상의 천연 섬유 웹층
    을 포함하는 복합 직물로서,
    상기 복합 직물은 적어도 3.1 N/cm (센티미터 당 뉴턴)의 GMT (기하 평균 인장 강도)를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부직웹층은 스펀본드 웹층 및 스펀멜트 웹층 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부직웹층은 필릭 인-멜트(philic in-melt) 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부직웹층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론 또는 PLA (폴리아틱산)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 천연 섬유를 함유하는 미리 형성된 웹 및 카디드 웹 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 하나 이상의 첨가제에 천연 섬유 본딩에 의하여 조절가능한 습윤 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  7. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 천연 섬유 웹층이 완전히 소수성인 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  8. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 천연 섬유 웹층이 완전히 친수성인 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  9. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 천연 섬유 웹층이 적어도 부분적으로 소수성으로 조절되는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 아바카, 코이어, 면, 플랙스, 헴프, 주트, 라미, 사이잘, 알파카울, 앙고라울, 카멜 헤어, 캐시미어, 모헤어, 실크, 울, 견목재, 연목재, 또는 엘리펀트 그래스 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 면 섬유 및/또는 면 린터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  12. 제11항에 있어서,
    총 면 함량이 약 1 내지 80%인 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 총 면 함량은 약 4 내지 55%인 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 펄프 섬유, 견목재 및/또는 연목재 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 천연 섬유, 재생 섬유 및 합성 스테이플 섬유의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 층은 상기 복합 직물에 대한 약 20 내지 100 gsm의 총 기준 준량에 대하여 약 10 내지 40 gsm (평방미터 당 그램)의 기준 중량으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복합 직물은 적어도 3.0의 육안 마모 등급을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하이드로인탱글링 단계는 본딩된 웹층들을 각각의 드럼 상에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 적어도 두 개의 물분사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하이드로인탱글링 단계는
    본딩된 웹층들을 약 40-120 bar의 제1 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제1 물분사 단계;
    본딩된 웹층들을 약 60-150 bar의 제2 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제2 물분사 단계; 및
    본딩된 웹층들을 약 60-250 bar의 제3 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제3 물분사 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부직웹층은 20 내지 150 N/mm의 캘린더 닙 압력 범위에서, 120 내지 170℃의 온도 범위에서 조각롤(engraved roll)에 의해, 및 120 내지 170℃의 온도 범위에서 평탄롤(smooth roll)에 의해 열 본딩되는 것을 특징으로 하는 복합 직물.
  21. 복합 직물의 제조 방법으로서,
    부직 섬유를 미리 본딩하여 하나 이상의 부직웹층을 형성하는 단계;
    하나 이상의 천연 섬유 웹층을 상기 하나 이상의 부직웹층에 본딩하는 단계;
    각각 소정의 패턴을 가지는 해당 스크린 위에서, 복수의 물분사 단계에 의하여 상기 본딩된 하나 이상의 부직웹층 및 하나 이상의 천연 섬유 웹 층을 수력으로 인탱클링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 물분사 단계는
    상기 본딩된 웹층들을 약 40-120 bar의 제1 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제1 물분사 단계;
    상기 본딩된 웹층들을 약 60-150 bar의 제2 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제2 물분사 단계; 및
    상기 본딩된 웹층들을 약 60-250 bar의 제3 압력 범위에서 복수의 워터 제트에 노출시키는 제3 물분사 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 물분사 단계 및 제3 물분산 단계 중 하나 이상은 상기 복수의 워터 제트 중 적어도 두 서브세트를 상이한 압력에서 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 상기 본딩 단계에서 풀리는 롤링된 제품 형태의 미리 형성된 웹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 롤링된 제품은 100% 목섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 롤링된 제품은 100% 면섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 롤링된 제품은 목섬유 및 면섬유의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 천연 섬유 및 약 5 내지 80%의 천연 섬유 함량을 가지는 합성 스테이플 섬유의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 층은 상기 본딩된 웹 층에 대한 약 20 내지 100 gsm의 총 기준 중량에 대하여 약 10 내지 40 gsm (평방미터 당 그램)의 기준 중량으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 물분사 단계는 상기 본딩된 웹층들을 하나 이상의 해당 스크린에 따라 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 물분사 단계는 0.05 내지 1 Kw-hr/kg의 목표 하이드로인탱글링 에너지 플럭스 범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 친수성 천연 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 에어레이드 머신을 이용하여 인라인 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 카딩 머신을 이용하여 인라인 또는 오프라인 형성되고 하이드로인탱글링에 의하여 미리 본딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 천연 섬유 웹층은 페이퍼에 의하여 형성된 페이퍼 웹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 페이퍼 웹은 100% 목재 펄프 또는 천연 섬유와 목재 펄프의 블렌드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 부직웹층은 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-코-에틸렌 블록 코폴리머 및 슬립 에이드의 블렌드를 포함하는 수지를 이용하여 제조된 적어도 하나의 스펀본드 또는 스펀멜트 웹층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제21항에 있어서,
    수성 연화제 화학 물질을 상기 본딩된 웹층에 적용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 수성 연화제 화학 물질은 에틸렌 및 프로필렌계 글리콜 계면활성제 및 첨가제 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제21항에 있어서,
    수성 소수성 첨가제를 상기 본딩된 웹층에 적용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  40. 탑시트; 및
    백시트
    를 포함하는 흡수 제품으로서,
    상기 탑시트 및 백시트 중 적어도 하나가
    하나 이상의 부직웹층;
    복수의 하이드로인탱글링 단계에 의하여 상기 하나 이상의 부직웹층과 혼합된 하나 이상의 천연 섬유 웹층
    을 포함하고,
    적어도 3.1 N/cm (센티미터 당 뉴턴)의 GMT (기하 평균 인장 강도)를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 직물
    에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
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