KR20190105038A

KR20190105038A - 다공성 폴리에스테르 물질

Info

Publication number: KR20190105038A
Application number: KR1020197022966A
Authority: KR
Inventors: 라이언 제이. 맥에니; 위에원 수
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-09-11
Also published as: US20190343978A1; DE112018000261T5; GB2573246A; BR112019014280A2; RU2019123619A3; GB2573246B; CN110177583A; AU2018214803B2; RU2761619C2; US11154635B2; AU2018214803A1; KR102548677B1; CN110177583B; WO2018144241A1; BR112019014280B1; WO2018144241A4; RU2019123619A; GB201911673D0

Abstract

폴리에스테르 및 코폴리에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 함유하는 열가소성 조성물을 포함하는 중합체 물질이 제공된다. 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산된다. 다공성 망은 복수의 나노포어를 포함하는 열가소성 조성물 내에 정의된다.

Description

다공성 폴리에스테르 물질

본 발명은 다공성 폴리에스테르 물질에 관한 것이다.

저밀도 중합체 물질을 생산하여 천연 자원의 사용 및 완제품의 탄소 발자국 저감을 개선하기 위해 상당한 노력을 기울여왔다. 이러한 저밀도 물질을 생산하기 위한 통상적인 방안은, 벌크를 통해 가스가 충전된 포어들을 생성하는 물리적 또는 화학적 발포제(blowing agent)를 사용하여 중합체를 발포시키는 것이다. 화학적 발포제는, 중합체의 벌크를 통해 포어 구조를 생성하는 기체를 해방시키는 화학 반응을 겪는 화합물이다. 물리적 발포제는, 통상적으로, 중합체 내에 분산되어 있으며 팽창되어 포어를 생성하는 압축된 기체이다. 이와 상관없이, 통상적인 발포 공정은, 중합체가 용융 상태에 있을 때 포어 형성이 일어나기 때문에 낮은 분자 배향을 유도한다. 이것은 중합체가 변형 경화되는 것을 방지하는데, 그것은 전형적으로 중합체의 용융 온도 또는 유리 전이 온도보다 훨씬 높은 온도에서 일어나고, 낮은 기계적 강도를 가지는 제품을 생산한다. 나아가, 전형적인 발포 공정은 큰 셀 크기, 예컨대 100μm 보다 큰 셀을 생성한다. 이는 용융 강도를 감소시켜, 고 변형율을 가진 고속 생산 공정(예, 섬유 방적, 필름 성형, 금형 등)의 끊김을 초래한다.

이처럼, 개선된 다공성 중합체 물질이 현재 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열가소성 조성물을 포함하는 중합체 물질(예를 들어, 섬유, 필름, 성형품 등)이 개시된다. 조성물은 폴리에스테르 및 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 포함한다. 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산된다. 다공성 망은 복수의 나노포어를 포함하는 열가소성 조성물 내에 정의된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중합체 물질을 형성하기 위한 방법으로, 폴리에스테르 및 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산되는 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 함유하는 열가소성 조성물을 형성하는, 단계; 그리고 상기 열가소성 조성물을 고체 상태 연신시켜서, 복수의 나노포어를 포함하는 다공성 망을 내부에 형성하는 단계를 포함하는, 방법이 개시된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 섬유를 형성하기 위한 방법으로, 폴리에스테르 및 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산되는 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 단계; 상기 조성물을 모세관을 통해 압출시켜서 상기 섬유를 형성하는 단계; 그리고 상기 섬유를 상기 폴리에스테르의 용융 온도 보다 낮은 온도에서 연신시켜서, 복수의 나노포어를 포함하는 다공성 망을 형성하는 단계를 포함하는, 방법이 개시된다.

본 발명의 다른 특징들과 측면들은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

통상의 기술자를 위한 본 발명의 최상의 모드를 포함한 본 발명의 모든 가능한 개시 내용을, 첨부 도면이 참조되는 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 기재한다.
도 1은 본 발명의 중합체 물질을 채택할 수 있는 흡수 용품의 일 실시예의 사시도이고;
도 2는 중합체 물질을 형성하기 위한 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 공정의 개략도이고;
도 3은 예 2의 섬유 샘플의 SEM 현미경사진이고; 및
도 4-5는 예 3의 섬유 샘플의 SEM 현미경사진이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 특징의 반복적인 사용은 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.

이하, 하나 이상의 예가 후술되어 있는 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 각 예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 설명을 위해서 제공된다. 실제로, 본 발명의 사상이나 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명에 있어서 다양한 수정과 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 부분으로서 도시되거나 설명된 특징은 다른 실시예에 사용되어 또 다른 실시예를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변형들 및 변경들을 첨부된 특허청구범위 및 그들의 등가물들의 범주 내로 포함시키고자 하는 것이다.

일반적으로 말하면, 본 발명은 폴리에스테르 및 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 함유하는 열가소성 조성물의 연신(drawing)(예를 들어, 고체 상태 연신)에 의해 형성되는 중합체 물질(예를 들어, 필름, 섬유상 물질, 성형품 등)에 관한 것이다. 그것의 분자량과 점도로 인해, 탄성중합체는 연속상 내에 이산 나노-규모 상 도메인으로서 분산될 수 있다. 또한, 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 일반적으로 다수의 경질 및 연질 세그먼트를 함유한다. 탄성중합체 내에 경질 세그먼트들이 존재하는 것은 도메인 형성을 용이하게 하는 것을 도울 수 있는 한편, 연질 세그먼트의 존재는 유연성을 향상시키고 또한 포어 형성 동안 해리를 용이하게 할 수 있다.

이와 관련하여, 조성물이 변형(deformation)되고 신장성 변형(strain)을 받을 때 (예를 들어, 연신 동안), 본 발명자들은 코폴리에테르에스테르 탄성중합체에 의해 형성되는 나노-규모 상 도메인들이 독특한 방식으로 상호작용하여 포어 망을 생성할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 신장성 변형이 코폴리에테르에스테르 탄성중합체와 폴리에스테르의 비상용성(incompatibility)으로부터 발생하는 응력 집중의 결과로서 이산 상 도메인 근처에서 집중적인 국소화된 전단 지대 및/또는 응력 집중 지대(예컨대 정상 응력)를 개시할 수 있는 것으로 여겨진다. 이들 전단 및/또는 응력 집중 지대는 도메인들에 인접한 폴리에스테르에서 약간의 초기 해리(debonding)를 유발한다. 일단 초기 포어가 형성되면, 도메인들 사이에 위치한 폴리에스테르가 가소적으로 변형되어 국소적으로 좁고 (또는 넥(neck)) 변형-경화된 내부 연신 지역을 생성하게 된다. 이 공정은 연신되는 방향으로 성장하는 조성물의 큰 부피를 통해 포어가 형성되는 것을 허용하고, 그로써 다공성 망의 형성을 유도하는 한편 분자 배향은 기계적 강도를 증강시키는 변형-경화를 유도한다. 또한, 코폴리에테르에스테르 탄성중합체의 유연성으로 인해, 포어들은 또한 조성물 전체에 걸쳐 보다 균질한 방식으로 분포될 수 있다.

상기에서 언급된 기술들을 통해, 안정적인 다공성 망이 중합체 물질에 형성될 수 있어서 물질의 주어진 단위 부피 내에서 포어가 차지하는 평균 부피%는 cm³당 약 15% 내지 약 80%일 수 있고, 일부 실시예에서는 물질의 cm³당 약 20% 내지 약 70%, 일부 실시예에서는 약 30% 내지 약 60%일 수 있다. 이러한 포어 부피로 인해, 조성물은 예를 들면, 약 1.3g/cm³ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.4 내지 약 1.1g/cm³, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 0.9g/cm³의 비교적 낮은 밀도를 가질 수 있다. 포어 망의 포어 중 상당 부분은 또한 "나노-규모" 크기 ("나노포어(nanopore)"), 예컨대 평균 단면 치수가 약 800nm 이하, 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 700nm, 및 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 500nm인 것들의 것이다. 용어 "단면 치수"는 일반적으로 그것의 주축(예컨대 길이)에 대해 실질적으로 직각을 이루고 또한 전형적으로 연신 중에 인가된 응력의 방향에 대해 실질적으로 직각인 포어의 특징적인 치수(예컨대, 폭 또는 직경)를 말한다. 나노포어들은 또한 약 100 내지 약 5000nm, 일부 실시예에서는 약 50 내지 약 2000nm, 및 일부 실시예에서는 약 100 내지 약 1000nm의 범위 내에 있는 평균 축방향 치수를 가질 수 있다. "축방향 치수"는 전형적으로 연신 방향에 있는 주요 축(예, 길이)의 방향의 치수이다. 그러한 나노포어들은 예를 들면 중합체 물질의 총 포어 부피의 약 15부피% 이상, 일부 실시예에서는 약 20부피% 이상, 일부 실시예에서는 약 30부피% 내지 100부피% 및 일부 실시예에서는 약 40부피% 내지 약 90부피%를 구성할 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예를 이제 보다 상세하게 설명하기로 한다.

I. 열가소성 조성물

A. 폴리에스테르

상기에서 나타낸 바와 같이, 열가소성 조성물은 코폴리에테르에스테르 탄성중합체가 내부에 분산되는 연속상을 함유한다. 상기 연속상은 하나 이상의 폴리에스테르를 함유하며, 통상적으로 열가소성 조성물의 약 60중량% 내지 약 99중량%, 일부 실시예들에서는 약 75중량% 내지 약 98중량%, 일부 실시예들에서는 약 80중량% 내지 약 95중량%를 구성한다. 다양한 폴리에스테르 중 임의의 것을 연속상에서 사용할 수 있는데, 예컨대, 지방족 폴리에스테르, 예컨대, 폴리카프롤락톤, 폴리에스테르아미드, 폴리락트산(PLA) 및 그 공중합체, 폴리글리콜산, 폴리알킬렌 카르보네이트(예를 들어, 폴리에틸렌 카르보네이트), 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB), 폴리-3-하이드록시발레레이트(PHV), 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트 공중합체(PHBV), 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시옥타노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시데카노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시옥타데카노에이트, 및 숙시네이트계 지방족 중합체(예를 들어, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 아디페이트, 폴리에틸렌 숙시네이트 등); 지방족-방향족 코폴리에스테르(예를 들어, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 아디페이트 이소프탈레이트, 폴리부틸렌 아디페이트 이소프탈레이트등); 지방족 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등); 기타 등등이 있다.

소정의 경우에, 열가소성 조성물은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리락트산과 같이, 본래 강성이며 이에 따라 비교적 높은 유리 전이 온도를 갖는 적어도 하나의 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 전이 온도("T_g")는, 약 0℃ 이상, 일부 실시예들에서는 약 5℃ 내지 약 120℃, 일부 실시예들에서는 약 30℃ 내지 약 110℃, 일부 실시예들에서는 약 50℃ 내지 약 100℃일 수 있다. 폴리에스테르는, 또한, 약 140℃ 내지 약 320℃, 일부 실시예들에서는 약 150℃ 내지 약 300℃, 일부 실시예들에서는 약 200℃ 내지 약 275℃의 용융 온도를 가질 수 있다. 용융 온도는, ASTM D3417-99에 따라 DSC을 이용하여 결정될 수 있다. 유리 전이 온도는, ASTM E1640-09에 따라 동적 기계적 분석에 의해 결정될 수도 있다. 사용될 때, 강성 폴리에스테르는 통상적으로, 약 40,000 내지 약 180,000그램/몰, 일부 실시예들에서는 약 50,000 내지 약 160,000그램/몰, 일부 실시예들에서는 약 80,000 내지 약 120,000그램/몰의 수평균 분자량("M_n")을 갖는다. 마찬가지로, 중합체는, 또한, 통상적으로, 약 80,000 내지 약 250,000그램/몰, 일부 실시예들에서는 약 100,000 내지 약 200,000그램/몰, 일부 실시예들에서는, 약 110,000 내지 약 160,000그램/몰의 중량 평균 분자량("M_w")을 갖는다. 중량 평균 분자량 대 수평균 분자량의 비("M_w/M_n"), 즉, "다중분산 지수(polydispersity index)"도 비교적 낮다. 예를 들어, 다중분산 지수는, 통상적으로, 약 1.0 내지 약 3.0, 일부 실시예들에서는 약 1.1 내지 약 2.0, 일부 실시예들에서는 약 1.2 내지 약 1.8일 수 있다. 중량 평균 분자량과 수 평균 분자량은 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있는 방법에 의해 결정될 수 있다. 폴리에스테르는 또한 약 0.2 내지 약 1.5dL/g, 일부 실시예에서는 약 0.4 내지 약 1.2dL/g, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 0.9dL/g의 고유 점도를 가질 수 있다.

순수 폴리에스테르의 일부 유형(예를 들어, 폴리락트산)은, 출발물질 폴리락트산의 건조 중량에 기초하여, 약 500 내지 600ppm, 또는 심지어 초과의 습기 함량을 갖도록 주변 환경으로부터 물을 흡수할 수 있다. 습기 함량은, 후술하는 바와 같이 ASTM D7191-10에 따라, 당업계에 알려져 있듯이 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 용융 가공 동안 물이 존재함으로써 폴리에스테르를 가수분해적으로 분해시킬 수 있고 그 분자량을 감소시킬 수 있기 때문에, 때로는 배합 전에 폴리에스테르를 건조시키는 것이 바람직하다. 대부분의 실시예들에서는, 예를 들어, 폴리에스테르가 코폴리에테르에스테르 탄성중합체와 배합되기 전에 약 300ppm 이하, 일부 실시예들에서는 약 200ppm 이하, 일부 실시예들에서는 약 1 내지 약 100ppm의 습기 함량을 갖는 것이 바람직하다. 폴리에스테르의 건조는, 예를 들면 약 50℃ 내지 약 160℃, 및 일부 실시예에서는 약 100℃ 내지 약 150℃에서 일어날 수 있다.

B. 코폴리에테르에스테르 탄성중합체

열가소성 코폴리에테르에스테르 탄성중합체가 또한 조성물에 사용된다. 이론에 의해 제한되고자 하지 않고, 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 폴리에스테르 내에 분포될 수 있지만 이산 도메인의 형태로 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다는 의미에서 폴리에스테르와 적어도 부분적으로 비상용성을 갖는다고 여겨진다. 연신 이전에, 이산 도메인들은 나노-규모 크기, 예컨대 약 1 내지 약 1000nm, 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 800nm, 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 500nm, 일부 실시예에서는 약 20 내지 약 200nm의 평균 단면 치수를 가질 수도 있다. 도메인들은 다양한 상이한 형상들, 예를 들면, 타원형, 구형, 원통형, 판상형, 관형 등을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들면 도메인들은 실질적으로 타원 형상을 갖는다. 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 통상적으로 연속상의 중량을 기준으로, 약 0.05중량% 내지 약 20중량%, 일부 실시예에서는 약 0.1중량% 내지 약 10중량%, 및 일부 실시예에서는 약 0.5중량% 내지 약 8중량%의 양으로 사용된다. 전체 열가소성 조성물에서 코폴리에테르에스테르 탄성중합체의 농도는 유사하게 열가소성 조성물의 약 0.01중량% 내지 약 15중량%, 일부 실시예에서는 약 0.05중량% 내지 약 10중량%, 및 일부 실시예에서는 약 0.3중량% 내지 약 6중량%일 수 있다.

임의의 다양한 열가소성 코폴리에테르에스테르 탄성중합체가 일반적으로 본 발명에서 사용될 수도 있다. 통상적으로, 이러한 탄성중합체는 에스테르 연결을 통해 연결되는 반복된 "장쇄 에스테르 단위" 및 "단쇄 에스테르 단위"를 갖는 세그먼트화 블록 공중합체이다. 장쇄 단위는 하기 식으로 표현될 수 있고:

-OGO-C(O)-R-C(O)-

단쇄 에스테르 단위는 하기 구조로 표현되고:

-ODO-C(O)-R-C(O)-

여기서,

G는 하나 이상의 고분자량 알코올(예를 들어, 중합체 글리콜)로부터 유도된 2가 기이고;

R은 하나 이상의 디카르복실산(예를 들어, 테레프탈산, 이소프탈산 등)으로부터 유도된 탄화수소 기이고; 그리고

D는 하나 이상의 저분자량 디올(예를 들어, 1,4-부탄 디올, 에틸렌 글리콜 등)로부터 유도된 2가 기이다.

"장쇄 단위"는 통상적으로 디카르복실산과 고분자량 알코올의 반응 생성물로부터 형성되고, "단쇄 에스테르 단위"는 통상적으로 디카르복실산과 저분자량 디올의 반응으로부터 형성된다. 고분자량 알코올은, 예를 들어, 약 400g/몰 이상, 일부 실시예에서는 약 600 내지 약 10,000g/몰의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 이러한 알코올의 예로는, 예를 들어, 말단 히드록시기를 갖는 중합체 글리콜, 특히 2 내지 약 10개의 탄소 원자를 함유하는 1,2-알킬렌 옥사이드로부터 유도된 것들(예를 들어, 에틸렌 옥사이드, 1,2-프로필렌 옥사이드, 1,2-부틸렌 옥사이드 및 1,2-헥실렌 옥사이드)을 포함한다. 일 실시예에서, 예를 들면, 고분자량 알코올은 에틸렌 옥사이드와 1,2-프로필렌 옥사이드의 랜덤 또는 블록 공중합체이다. 다른 실시예에서, 고분자량 알코올은 테트라하이드로푸란으로부터 유도된 폴리(옥시테트라메틸렌) 글리콜이다. 저분자량 디올은 약 400g/몰 미만 및 일부 실시예에서는 약 50 내지 약 300g/몰의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 적합한 디올의 예는, 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥사메틸렌 글리콜, 디하이드록시시클로헥산, 시클로헥산 디메탄올, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 1,5-디하이드록시나프탈렌, 비스페놀 A 등을 포함한다. 디올의 등가 에스테르 형성 유도체, 예를 들어, 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 카보네이트가 또한 사용될 수 있다. 또한, 원하는 경우, 고분자량 알코올 및/또는 저분자량 디올의 혼합물을 사용할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 식에서 문자 "G"는 단일 장쇄 글리콜의 잔기 또는 여러 개의 상이한 글리콜의 잔기를 나타낼 수 있으며, 그리고/또는 문자 "D"는 하나 또는 여러 개의 저분자량 디올의 잔기를 나타낼 수 있다.

본원에서 사용된 용어 "디카르복실산"은 디카르복실산의 축합 중합화 등가물, 즉 그의 에스테르 또는 에스테르 형성 유도체, 예컨대 산 염화물, 무수물, 또는 글리콜과의 중합화 반응에서 실질적으로 디카르복실산처럼 거동하는 다른 유도체를 포함하도록 의도된다. 디카르복실산은 또한 성질상 방향족, 지방족 및/또는 지방족-방향족일 수 있다. 특히 적합한 방향족 디카르복실산은, 예를 들어, 오르토프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 비벤조산 등 뿐만 아니라 그의 에스테르 또는 에스테르 형성 유도체를 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 적절한 지방족 디카르복실산은 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바신산, 옥살산, 푸마르산 등 뿐만 아니라 그의 에스테르 또는 에스테르 형성 유도체를 포함할 수도 있다. 원하는 경우, 디카르복실산의 혼합물, 예컨대 테레프탈산 및 이소프탈산을 또한 사용할 수도 있다. 따라서, 상기 식에서 문자 "R"은 또한 하나 또는 여러 개의 디카르복실산의 잔기를 나타낼 수 있다.

사용된 특정 물질과 관계없이, 생성되는 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 통상적으로 이산 도메인들과 결과적으로 형성된 포어들이 적당히 유지될 수 있는 것을 보장하기 위해 특정 용융 점도를 가지도록 형성된다. 예를 들어 만약 코폴리에테르에스테르 탄성중합체의 점도가 너무 낮으면 (또는 용융 유속이 너무 높으면), 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 연속상을 통해 통제불가능하게 흐르고 분산되는 경향이 있다. 이에 따라, 유지하기 어려우며 또한 이르게 파단될 가능성이 있는 박층 판형 도메인 또는 공동 연속상 구조가 발생한다. 역으로, 점도가 너무 높으면 (또는 용융 유속이 너무 느리면), 함께 모아져서 혼합 중에 분산이 어려운 매우 큰 타원형 도메인들이 형성된다. 이에 따라, 연속상 전체에 걸쳐 코폴리에테르에스테르 탄성중합체의 불균일한 분포가 발생할 수 있다. 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 예를 들면, ASTM D1238-13에 따라 2160 그램의 하중 및 용융 온도(예컨대 190℃) 보다 적어도 약 40℃ 위의 온도에서 측정된, 약 0.1 내지 약 100 그램/10분, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 50 그램/10분 및 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 15 그램/10분의 용융 유속(건조 기준으로)을 가질 수 있다. 마찬가지로 폴리에스테르는 ASTM D1238-13에 따라 2160 그램의 하중 및 용융 온도(예, 폴리에스테르 경우 260℃) 보다 적어도 약 40℃ 위의 온도에서 측정된, 약 0.5 내지 약 80 그램/10분, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 40 그램/10분 및 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 20 그램/10분의 용융 유속(건조 기준으로)을 가질 수 있다.

C. 마이크로내포 첨가제

반드시 필수는 아니지만, 본 발명의 조성물은 또한 조성물에 사용된 연속상의 중량에 기초하여, 약 1중량% 내지 약 30중량%, 일부 실시예에서 약 2중량% 내지 약 25중량% 및 일부 실시예에서 약 5중량% 내지 약 20중량%의 양으로, 마이크로내포 첨가제를 사용할 수도 있다. 전체 열가소성 조성물 내의 마이크로내포 첨가제의 농도는, 마찬가지로, 약 0.1중량% 내지 약 30중량%, 일부 실시예들에서는 약 0.5중량% 내지 약 25중량%, 일부 실시예들에서는 약 1중량% 내지 약 20중량%일 수 있다.

용어 "마이크로내포 첨가제"는 일반적으로 연속상 내에 마이크로-규모 크기의 이산 도메인들의 형태로 분산될 수 있는 임의의 물질을 가리킨다. 예를 들어 연신 전에, 도메인들은 약 0.1μm 내지 약 25μm, 일부 실시예에서는 약 0.5μm 내지 약 20μm 및 일부 실시예에서는 약 1μm 내지 약 10μm의 평균 단면 치수를 가질 수 있다. 사용될 때, 마이크로-규모 및 나노-규모 상 도메인들은 변형 및 신장성 변형(예컨대 연신)이 수행될 때 독특한 방식으로 상호작용하여 포어의 망을 형성할 수 있다. 즉, 신장성 변형은, 물질들의 비친화성 때문에 발생하는 응력 집중의 결과로서, 마이크로 크기의 분리 상 도메인들 근처에서 집중적인 국부 전단 지대 및/또는 응력 집중(intensity) 지대(예, 평균 응력들)을 개시할 수 있을 것으로 여겨진다. 이들 전단 및/또는 응력 집중 지대들은 마이크로-규모 도메인들에 인접한 폴리에스테르에서 일부 초기 해리(debonding)를 초래한다. 그러나, 특히, 나노-규모 이산 상 도메인들 근처에서 생성된 국소화된 전단 및/또는 응력 집중 지대는 마이크로-규모 지대와 중복되어 폴리에스테르에서 추가의 해리가 일어나는 것을 유발시키고, 그로써 나노-규모 도메인들 및/또는 마이크로-규모 도메인들에 인접하여 상당수의 나노포어를 생성할 수 있다.

마이크로내포 첨가제의 특정 성질은 중요하지 않으며, 액체, 반-고체 또는 고체(예컨대 비정질, 결정 또는 반-결정)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 마이크로내포 첨가제는 본래 중합체며, 비교적 높은 분자량을 가져서 열가소성 조성물의 안정성과 용융 강도를 개선하는 데 일조한다. 전형적으로 마이크로내포 첨가제 중합체는 폴리에스테르와 대략 상용가능하지 않을 수도 있다. 이러한 식으로, 첨가제는 폴리에스테르의 연속상 내에서 이산 위상 도메인들로서 더욱 양호하게 분산될 수 있다. 이산 도메인들은 외부 힘에서 발생한 에너지를 흡수할 수 있고, 그것은 생성되는 중합체 물질의 전체 인성(toughness) 및 강도를 증가시킨다. 도메인들은 다양한 상이한 형상들, 예를 들면, 타원형, 구형, 원통형, 판상형, 관형 등을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들면 도메인들은 실질적으로 타원 형상을 갖는다. 개별적인 도메인의 물리적 치수는 전형적으로 외부 응력이 적용될 때 물질을 통해 파단의 전파를 최소화하기에 충분히 작지만, 입자 함유물에서 및 그 주변에서 미세한 소성 변형을 개시하고 전단 지대를 허용하기에 충분히 크다.

상기한 바와 같이, 마이크로내포 첨가제는 또한 소정의 용융 유속(또는 점도)을 가져서, 이산 도메인들 및 생성되는 포어들이 적절히 유지될 수 있도록 보장할 수 있다. 예를 들어, 마이크로내포 첨가제의 용융 유속 대 폴리에스테르의 용융 유속의 비는 전형적으로 약 0.2 내지 약 8, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 6, 및 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 5이다. 마이크로내포 첨가제는 예를 들면, 2160 그램의 하중 및 첨가제의 용융 온도(예컨대 120℃ 내지 180℃) 보다 적어도 약 40℃ 위의 온도에서 측정된, 약 0.1 내지 약 250 그램/10분, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 200 그램/10분 및 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 150 그램/10분의 용융 유속을 가질 수 있다.

상술한 특성들에 더하여, 원하는 다공성 망을 달성하도록 마이크로내포 첨가제의 기계적 특징들도 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르와 마이크로내포 첨가제의 배합물이 외력과 가해지면, 응력 집중(예를 들어, 수직 응력 또는 전단 응력을 포함함), 및 전단 및/또는 플라스틱 항복 구역이, 첨가제와 폴리에스테르의 탄성 계수의 차이로 인해 발생하는 응력 집중의 결과로서 이산 위상 도메인들에서 및 이산 위상 도메인들 주위에서 개시될 수 있다. 응력 집중이 클수록 도메인에서의 국부적 플라스틱 흐름이 더욱 강화되는데, 이는 응력이 부여되는 경우 도메인이 상당히 신장될 수 있게 한다. 이렇게 신장된 도메인들은, 예를 들어 조성물이 강성 폴리에스테르 수지(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트)인 경우 조성물이 폴리에스테르보다 더욱 유연하고 부드러운 거동을 나타낼 수 있게 한다. 응력 집중을 향상시키도록, 마이크로내포 첨가제는 폴리에스테르에 비해 비교적 낮은 영(Young)의 탄성 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르의 탄성 계수 대 첨가제의 탄성 계수의 비는, 통상적으로, 약 1 내지 약 250, 일부 실시예들에서는 약 2 내지 약 100, 일부 실시예들에서는 약 2 내지 약 50이다. 마이크로내포 첨가제의 탄성 계수는, 예를 들어, 약 2 내지 약 1000메가파스칼(MPa), 일부 실시예들에서는 약 5 내지 약 500MPa, 일부 실시예들에서는 약 10 내지 약 200MPa일 수 있다. 대조적으로, 폴리락트산의 탄성 계수는, 예를 들어, 통상적으로 약 800MPa 내지 약 3000MPa이다.

상기에서 인식된 특성들을 갖는 매우 다양한 마이크로내포 첨가제를 사용할 수 있지만, 특히 적절한 첨가제의 예는, 폴리올레핀 등의 합성 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등); 스티렌 공중합체(예를 들어, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 등); 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리에스테르(예를 들어, 재생 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등); 폴리비닐 아세테이트(예를 들어, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리비닐 클로라이드 아세테이트 등); 폴리비닐 알코올(예를 들어, 폴리비닐 알코올, 폴리(에틸렌 비닐 알코올) 등); 폴리비닐 부티랄; 아크릴 수지(예를 들어, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등); 폴리아미드(예를 들어, 나일론); 폴리비닐 클로라이드; 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리스티렌; 폴리우레탄; 기타 등등을 포함할 수 있다. 적절한 폴리올레핀은, 예를 들어, 에틸렌 중합체(예를 들어, LDPE, HDPE, LLDPE 등), 프로필렌 동종중합체(예를 들어, 교대배열, 혼성배열, 동일배열 등), 프로필렌 공중합체 등을 포함할 수 있다.

D. 다른 성분들

다른 적당한 물질, 예컨대 윤활제, 상용화제, 촉매, 항산화제, 안정화제, 계면활성제, 왁스, 고체 용매, 핵화제, 미립자, 나노필러 및 열가소성 조성물의 가공성 및 기계적 특성들을 증강시키기 위해 첨가된 다른 물질들이 또한 열가소성 조성물에 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 한 가지 유익한 측면은, 발포제(예를 들어, 클로로플루오로카본, 하이드로클로로플루오로카본, 하이드로카본, 이산화탄소, 초임계 이산화탄소, 질소 등), 포어-개시 필러(예를 들어, 탄산칼슘) 및 소수성 간기 개질제(예를 들어, 폴리에테르 폴리올) 같은 다양한 기존의 첨가제를 필요로 하지 않고 양호한 성능이 제공될 수도 있다는 점이다. 실제로, 열가소성 조성물은 일반적으로 발포제, 포어-개시 필러 및/또는 간기 개질제를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어 그런 발포제, 필러 및/또는 간기 개질제는 열가소성 조성물의 약 1중량%이하, 일부 실시예에서 약 0.5중량% 이하 및 일부 실시예에서 약 0.001중량% 내지 약 0.2중량%의 양으로 존재할 수 있다. 또한, 응력 백화 특성으로 인해, 더욱 상세히 후술하는 바와 같이, 형성되는 조성물은, 이산화 티타늄 등의 종래의 안료를 필요로 하지 않고 불투명한 색(예를 들어, 백색)을 달성할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 예를 들어, 안료는, 열가소성 조성물의 약 1중량% 이하, 일부 실시예들에서는 약 0.5중량% 이하, 일부 실시예들에서는 약 0.001중량% 내지 약 0.2중량%의 양으로 존재할 수 있다.

II. 중합체 물질

중합체 물질은 일반적으로 열가소성 조성물을 연신하여 형성될 수도 있다. 초기 열가소성 조성물을 형성하기 위해, 성분들은 통상적으로, 알려져 있는 다양한 기술들 중 임의의 기술을 이용하여 함께 배합된다. 예를 들어 일 실시예에서, 성분들은 별도로 또는 조합되어 공급될 수 있다. 예를 들어 성분들은 먼저 함께 건조 혼합되어 본질적으로 균질한 건조 혼합물을 형성하고, 그것들은 마찬가지로 물질들을 분산적으로 배합하는 용융 가공 장치에 동시에 또는 순서대로 공급될 수 있다. 배치식 및/또는 연속식 용융 가공 기법이 사용될 수 있다. 예를 들어 믹서/반죽기, Banbury 믹서, Farrel 연속식 믹서, 단일-스크류 압출기, 트윈-스크류 압출기, 롤 밀 등이 물질을 혼합하고 용융 가공하기 위해 활용될 수 있다. 특히 적합한 용융 가공 장치는 동시-회전하는, 트윈-스크류 압출기이다(예컨대 Werner & Pfleiderer Corporation (뉴저지주 램지)으로부터 입수가능한 ZSK-30 압출기 또는 Thermo Electron Corp.(잉글랜드 스톤)으로부터 활용활 수 있는 Thermo Prism™ USALAB 16 압출기). 그런 압출기들은 송급 및 환기 포트를 포함할 수 있고 고강도의 분배적이고 분산적인 혼합을 제공한다. 예를 들어 성분들은 트윈-스크류 압출기의 동일하거나 상이한 송급 포트에 송급되고 용융 혼합되어 실질적으로 균질한 용융된 혼합물이 형성된다. 바람직하다면, 다른 첨가제들이 또한 중합체 용융물에 주입되거나 및/또는 별도로 압출기의 길이를 따라 다른 지점에서 압출기에 송급될 수 있다.

선택된 특정 가공 기술에 상관없이, 최종 용융 배합된 조성물은 전형적으로 나노내포 첨가제의 나노 크기의 도메인들과 선택적으로 마이크로내포 첨가제의 마이크로 크기의 도메인들을 함유한다. 전단/압력과 열의 정도는, 충분한 분산을 보장하지만 오히려 도메인들이 원하는 특성을 달성할 수 없을 정도로 도메인의 크기를 감소시키지 않게끔 높게 제어될 수 있다. 예를 들어, 배합은, 통상적으로, 약 180℃ 내지 약 330℃의 온도, 일부 실시예들에서는 약 185℃ 내지 약 310℃의 온도, 일부 실시예들에서는 약 190℃ 내지 약 290℃의 온도에서 발생한다. 마찬가지로 용융 공정 중에 겉보기 전단속도는 약 10 초^-1 내지 약 3000 초^-1의 범위, 일부 실시예에서는 약 50 초^-1 내지 약 2000 초^-1, 및 일부 실시예에서는 약 100 초^-1 내지 약 1200 초^-1의 범위일 수 있다. 겉보기 전단 속도는 4Q/R ³ 과 같을 수도 있는데, 이때 Q는 중합체 용융물의 부피 유속("m³/s")이고, R은 그것을 통해 용융된 중합체가 흘러가는 모세관(예컨대 압출기 다이)의 반경("m")이다. 물론 다른 변수, 예컨대 작업처리율과 역비례하는, 용융 공정 중의 거주 시간도 또한 원하는 균질성 정도를 이루기 위해 조절될 수 있다.

원하는 전단 조건(예컨대 속도, 체류 시간, 전단속도, 용융 가공 온도 등)을 이루기 위하여, 압출기 스크류(들)의 속도는 특정 범위로 선택될 수 있다. 일반적으로, 생성물 온도의 증가는 시스템 안으로의 추가의 기계 에너지 유입으로 인한 스크류 속도가 증가하면서 관찰된다. 예를 들어 스크류 속도는 약 50 내지 약 600rpm일 수 있고, 일부 실시예에서 약 70 내지 약 500rpm, 및 일부 실시예에서는 약 100 내지 약 300rpm일 수 있다. 이 결과, 생성되는 도메인의 크기에 악영향을 끼치지 않고 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 분산시키거나 분포시키기에 충분히 높은 온도가 발생할 수 있다. 용융 전단 속도 및, 이어서 첨가제들이 분산되는 정도는 또한 압출기의 혼합 구역 내에서 하나 이상의 분포성 및/또는 분산성 혼합 요소들을 사용함으로써 증가될 수 있다. 단일 스크류 압출기에 적합한 분포성 믹서는 예를 들면 Saxon, Dulmage, Cavity Transfer 믹서 등을 포함할 수 있다. 마찬가지로 적합한 분산성 믹서는 Blister 고리, Leroy/Maddock, CRD 믹서 등을 포함할 수 있다. 해당 기술분야에 잘 알려져 있는 것과 같이, 혼합은 중합체 용융물의 접힘과 재배향을 생성하는 배럴의 핀, 예컨대 Buss 반죽기 압출기, Cavity Transfer 믹서 및 Vortex Intermeshing Pin(VIP) 믹서를 사용함으로써 추가로 개선될 수 있다.

물질은 인라인으로 연신될 수 있거나 형성 후에 안정한 다공성 망을 형성할 수 있다. 통상적으로, 연신은, 길이방향(예를 들어, 기계 방향), 가로방향(예를 들어, 교차 기계 방향), 등등 및 이들의 조합으로 발생한다. "고체 상태" 연신이란 일반적으로 조성물이 폴리에스테르의 용융 온도 아래의 온도에서 유지되는 것을 의미한다. 다른 것들 중에서도, 이것은 포어 망이 불안정하게 되는 그런 정도로 중합체 사슬이 변경되지 않는 것을 보장하는 것을 돕는다. 예를 들어, 조성물은 약 -50℃ 내지 약 150℃, 일부 실시예에서 약 -40℃ 내지 약 100℃, 일부 실시예에서 약 -20℃ 내지 약 90℃ 및 일부 실시예에서 약 20℃ 내지 약 80℃의 온도에서 연신될 수 있다. 어떤 경우에, 연신 온도는 가장 높은 유리 전이 온도를 가지는 성분(예컨대, 폴리에스테르, 코폴리에테르에스테르 탄성중합체, 마이크로내포 첨가제 등)의 유리 전이 온도보다 적어도 약 10℃ 아래, 일부 실시예에서 적어도 약 20℃ 아래 및 일부 실시예에서 적어도 약 30℃ 아래일 수 있다.

바람직한 연신을 수행하기 위하여, 열가소성 조성물은 전구체 형상으로 형성되고, 연신된 후, 원하는 물질 (예컨대 필름, 섬유, 성형품 등)로 변환될 수 있다. 일 실시예에서, 전구체 형상은, 약 1 내지 약 5000μm, 일부 실시예들에서는 약 2 내지 약 4000μm, 일부 실시예들에서는 약 5 내지 약 2500μm, 일부 실시예들에서는 약 8 내지 약 500μm의 두께를 갖는 필름일 수 있다. 전구체 형상을 형성하는 것의 대안으로, 열가소성 조성물은, 또한, 중합체 물질을 위해 원하는 형태로 형상화되고 있을 때 제 위치에서 연신될 수도 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 열가소성 조성물은 필름 또는 섬유로 형성되고 있을 때 연신될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 다양한 연신 기법들, 예컨대 흡인 (예컨대 섬유 연신 장치), 장력 프레임 연신, 2축 연신, 다중-축 연신, 프로필 연신, 진공 연신 등이 사용될 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서, 조성물은 예컨대 Marshall and Willams, Co.(Providence, Rhode Island)로부터 상업적으로 입수가능한 기계 방향 배향기 ("MDO")로 연신되는 필름 형태일 수도 있다. MDO 유닛은, 통상적으로, 기계 방향으로 계속 연신하고 필름을 얇게 만드는 복수의 연신 롤(예를 들어, 5 내지 8개)을 갖는다. 상기 조성물은, 단일 또는 다수의 이산 연신 동작들에서 연신될 수도 있다. MDO 장치의 롤들 중 일부는 점점 더 높은 속도로 작동하지 않을 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 상술한 방식으로 조성물을 연신하도록, 통상적으로 MDO의 롤들이 가열되지 않거나 연속상 내의 폴리에스테르의 유리 전이 온도보다 아래로 가열되는 것이 바람직하다.

다른 실시예에서, 조성물은 원하는 다공성 망을 형성하도록 연신되는 섬유 형태일 수도 있다. 본원에서 사용되는 것과 같이, 용어 "섬유"는 일반적으로 중합체를 다이와 같은 성형 오리피스를 통과시킴으로써 형성된 신장된 압출물을 말한다. 달리 언급되지 않는 한, 용어 "섬유"는 유한한 길이를 가지는 불연속적인 섬유 및 실질적으로 연속적인 필라멘트를 둘 다 포함한다. 실질적으로 필라멘트는 예를 들면 그것의 직경보다 훨씬 더 큰 길이, 예컨대 약 15,000 대 1보다 큰, 특정한 경우에는 약 50,000 대 1의 길이 대 직경 비율("종횡비")을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 섬유는 약 1 내지 약 100μm, 일부 실시예들에선 약 2 내지 약 30μm, 일부 실시예들에선 약 4 내지 약 15μm의 평균 직경을 가질 수 있다.

열가소성 조성물로부터 형성된 섬유들은, 일반적으로, 단성분 및 다성분(예를 들어, 시스-코어(sheath-core) 구성, 나란한 구성, 세그먼트화 파이 구성, 바다 속 섬(island-in-the-sea) 구성 등)을 포함하는 임의의 원하는 구성을 가질 수 있다. Carter 등의 미국 특허 제6,642,429호에 기술된 바와 같은, 중공 섬유(단일성분 및/또는 복수성분)를 사용할 수도 있다. 일부 실시예들에서는, 섬유들은, 강도 및 기타 기계적 특성을 더욱 향상시키도록 하나 이상의 추가 중합체를 성분(예를 들어, 이성분) 또는 구성요소(예를 들어, 이구성요소(biconstituent))로서 포함할 수 있다. 예를 들어, 열가소성 조성물은 시스/코어 이성분 섬유의 시스 성분을 형성할 수 있는 한편, 추가 중합체는 코어 성분을 형성할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 추가 중합체는, 열가소성 중합체일 수 있는데, 예컨대, 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리락트산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등; 폴리올레핀, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등; 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리비닐 아세테이트; 폴리비닐 클로라이드 아세테이트; 폴리비닐 부티랄; 아크릴 수지, 예를 들어, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등; 폴리아미드, 예를 들어, 나일론; 폴리비닐 클로라이드; 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리스티렌; 폴리비닐 알코올; 및 폴리우레탄이 있다.

다양한 공정 중 어느 것이든지 섬유를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어 상기에서 설명된 열가소성 조성물은 발포제가 활성화되고 퀀칭되는 온도에서 방사구를 통해 압출될 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 섬유를 형성하기 위한 방법의 한 가지 실시예가 보다 상세하게 도시되어 있다. 이 특정 실시예에서, 열가소성 조성물은 호퍼(14)로부터 압출기(12) 안으로 송급될 수도 있다. 배합물이 임의의 종래 기법을 사용하여 호퍼(14)에 제공될 수도 있다. 압출기(12)가 용융된 중합체를 압출하기에 충분한 온도로 가열된다. 그리고 나서 압출된 조성물은 중합체 도관(16)을 통해 방사구(18)로 통과하게 된다. 예를 들어 방사구(18)는 서로의 상단 위에 하나씩 차곡차곡 적층된 다수의 판을 가지는 스핀 팩을 함유하고 중합체 성분들을 유도하기 위한 유로를 생성하도록 배열된 구멍들의 패턴을 가지는 하우징을 포함할 수도 있다. 방사구(18)는 또한 하나 이상의 열로 배열된 구멍을 가질 수도 있다. 개구부들은 중합체가 거기를 통해 압출될 때 아래쪽으로 압출하는 필라멘트 커튼을 형성할 수도 있다. 공정(10)은 또한 방사구(18)로부터 뻗어나오는 섬유 커튼에 인접하여 배치된 퀀치 송풍기(quench blower, 20)를 사용할 수도 있다. 퀀치 공기 송풍기(20)로부터의 공기가 방사구(18)로부터 뻗어나오는 섬유를 퀀치시킨다. 퀀치 공기는 도 2에 도시된 것과 같이 섬유 커튼의 한 면으로부터 또는 섬유 커튼의 양 면으로부터 유도될 수 있거나, 공기는 섬유의 내부 또는 외부로부터 방사상으로 섬유에 유도될 수 있다. 대안적으로, 섬유는 물, 물 연무 또는 다른 유체와 같은, 공기 이외의 매질에 의해 퀀치될 수도 있다.

원하는 길이를 가지는 섬유를 형성하기 위하여, 퀀칭된 섬유는 보통 도 2에 도시된 것과 같이 섬유 연신 장치(22)를 사용하여 용융 연신된다. 용융 방사 중합체에 사용하기 위한 섬유 인출 장치 또는 흡인기는 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 섬유 연신 장치는 미국 특허 제3,802,817호 및 제3,423,255호에 도시된 유형의 선형 섬유 흡인기를 포함한다. 섬유 연신 장치(22)는 일반적으로 그곳을 통해 섬유들이 통로의 측면들로부터 유입되고 통로를 통해 아래쪽으로 흐르는 공기를 흡인함으로써 연신되는 신장된 수직 통로를 포함한다. 히터 또는 송풍기(24)는 섬유 연신 장치(22)에 흡인 공기를 공급한다. 흡인 공기는 섬유 연신 장치(22)를 통해 섬유 및 주변 공기를 흡인한다. 가스의 흐름은 섬유가 연신되거나 감쇄되도록 유발하고, 그것은 섬유를 형성하는 중합체의 분자 배향 또는 결정성을 증가시킨다. 섬유 연신 장치를 사용할 때, "연신 다운(draw down)" 비율은 원하는 섬유 길이를 달성하는 것을 일조하도록 선택될 수도 있다. "연신 다운(draw down)" 비율은 압출 수 섬유의 선형 속도로 나눈 연신 후 섬유의 선형 속도(linear speed)(예, 고데 롤(godet roll, 42) 또는 구멍난 표면(미도시됨)의 선형 속도)이다. 예를 들면, 용융 연신 동안 연신 다운 비율은 다음과 같이 산출될 수도 있다:

연신 다운 비율 = A/B

여기서,

A는 용융 연신 후 섬유의 선형 속도(예, 고데 롤)이고 직접 측정되고; 그리고

B는 압출된 섬유의 선형 속도이고 다음과 같이 산출될 수 있다:

압출기 선형 섬유 속도 = C/(25*π*D*E ² )

여기서,

C는 단일 홀을 통한 처리량(g/분)이고;

D는 중합체의 용융 밀도(g/cm³)이고; 그리고

E는 섬유가 압출되는 오리피스의 직경(cm)이다. 소정의 실시예들에서, 연신 다운 비율은 약 2:1 내지 약 4000:1, 일부 실시예에서는 약 5:1 내지 약 2000:1, 및 일부 실시예에서는 약 10:1 내지 약 1000:1 및 일부 실시예에서는 약 15:1 내지 약 800:1일 수도 있다.

섬유는 일단 형성되면 섬유 연신 장치(22)의 출구 개구부를 통해 고데 롤(godet roll, 42) 위에 피착될 수도 있다. 원하는 경우, 고데 롤(42)위에 수집된 섬유들은 해당 기술분야의 숙련자들에게 이해될 것처럼, 임의로 추가의 인라인 처리 및/또는 변환 단계(도시되지 않음)가 수행될 수도 있다. 예를 들어 섬유는 수집된 후 압착되고, 질감화되며, 및/또는 약 3 내지 약 80mm, 일부 실시예에서는 약 4 내지 약 65mm 및 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 50mm 범위의 평균 섬유 길이로 절단되어 짧은 섬유(staple fiber)가 형성될 수 있다. 짧은 섬유는 그런 다음 해당 기술분야에 알려져 있는 것과 같이 부직포 웹, 예컨대 본디드 카디드 웹, 쓰루-에어 본디드 웹 등으로 통합될 수도 있다. 생성된 섬유는 그런 다음 원하는 다공성 망을 형성하기 위해 고체 상태로 어닐링되고 연신될 수도 있다.

연신 정도는 부분적으로 연신되는 물질 (예컨대 섬유, 필름 등)의 성질에 좌우된다. 조성물은, 통상적으로 약 1.1 내지 약 25, 일부 실시예들에서는 약 1.5 내지 약 15, 일부 실시예들에서는 약 2 내지 약 10의 연신 비율로 (예를 들어, 기계 방향으로) 연신된다. 연신 비율은, 연신된 물질의 길이를 그 물질의 연신 전의 길이로 나눔으로써 결정될 수 있다. 또한, 연신 비율은, 원하는 특성들을 달성하는 데 일조하도록 가변될 수 있는데, 예를 들어, 약 5% 내지 약 1500%/분의 변형, 일부 실시예들에서는 약 20% 내지 약 1000%/분의 변형, 일부 실시예들에서는 약 25% 내지 약 850%/분의 변형이 가능하다. 비록 조성물은 전형적으로 외부 열(예컨대 가열된 롤)의 적용 없이 연신되지만, 그런 열은 임의로 가공성을 개선하고, 연신 하중을 감소시키며, 연신 속도를 증가시키고, 섬유 균질성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

연신은 단일 또는 복수 단계로 일어날 수도 있다. 도 2에서, 예를 들면, 섬유는 처음 섬유 연신 장치(22)에 의해 용융 연신되고, 폴리에스테르를 용융 온도 아래로 냉각시키는, 닙(도시하지 않음)으로 옮겨지고, 그 후 고데 롤(42) 상에 피착되기 전에 추가 연신 단계를 거치게 된다. 그러나 다른 경우에 섬유는 소정의 정도까지 인라인으로 연신된 후 섬유 성형기로부터 제거되어 추가 연신 단계가 수행될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 다양한 연신 기법들, 예컨대 흡인 (예컨대 섬유 연신 장치), 장력 프레임 연신, 2축 연신, 다중-축 연신, 프로필 연신, 진공 연신 등이 사용될 수 있다.

상기에서 기술된 방식의 연신은 "나노-규모" 단면 치수("나노포어"), 예컨대 약 800nm 이하, 일부 실시예에서 약 5 내지 약 700nm, 및 일부 실시예에서 약 10 내지 약 500nm을 가지는 포어의 형성을 초래할 수 있다. 나노포어는 또한 약 100 내지 약 5000nm, 일부 실시예에서 약 50 내지 약 2000nm 및 일부 실시예에서 약 100 내지 약 1000nm의 평균 축방향 치수(예컨대 길이)를 가질 수 있다. 또한 약 0.2μm 이상, 일부 실시예에서 약 0.5μm 이상 및 일부 실시예에서 약 0.5μm 내지 약 5μm의 평균 단면 치수를 가지는 마이크로포어가 연신 중에 형성될 수 있다. 어떤 경우에, 마이크로포어 및/또는 나노포어의 축방향 치수는 단면 치수보다 클 수 있어서, 종횡비 (축방향 치수 대 단면 치수의 비)는 약 1 내지 약 30, 일부 실시예에서 약 1.1 내지 약 15 및 일부 실시예에서 약 1.2 내지 약 5이다. 예를 들어, 마이크로포어의 축방향 치수는 1μm 이상, 일부 실시예에서 약 1.5μm 이상 및 일부 실시예에서 약 2 내지 약 30μm일 수 있다.

포어의 특정 크기와 관계없이, 포어들(예컨대 나노포어, 마이크로포어 또는 둘 다)은 물질 전체를 통해 실질적으로 균질한 방식으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 포어들은 응력이 가해지는 방향에 대략 수직하는 방향으로 배향되는 컬럼들로 분포될 수 있다. 이들 칼럼은 보통 물질의 폭을 가로질러 서로에게 대략 평행할 수도 있다. 이론에 의해 제한되는 것을 의도하지 않지만, 그러한 균질하게 분포된 다공성 망의 존재는 높은 내열성 뿐만 아니라 양호한 기계적 특성(예, 하중 및 충격 강도 하에서의 에너지 소산)을 초래할 수 있는 것으로 여겨진다. 이는, 발포제의 사용을 연관되는 포어를 생성하고 이에 따라 포어 분포가 제어되지 못하고 기계적 특성이 불량한 경향이 있는 종래의 기술들과 극명하게 대조된다.

포어 망을 형성하는 것 외에, 연신은 또한 특정 이산 도메인들의 축방향 치수를 상당히 증가시킬 수 있어서 도메인들이 대체로 선형의 신장된 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 신장된 마이크로 크기의 도메인들은 연신 이전의 도메인들의 축방향 치수보다, 약 10% 이상, 일부 실시예에서는 약 20 내지 약 500%, 및 일부 실시예에서는 약 50% 내지 약 250% 더 큰 평균 축방향 치수를 가질 수 있다. 연신 후의 축방향 치수(예컨대 길이)는 예를 들면, 약 1μm 내지 약 400μm, 일부 실시예에서 약 5μm 내지 약 200μm 및 일부 실시예에서 약 10μm 내지 약 150μm의 범위일 수 있다. 마이크로-규모의 도메인들은 또한 상대적으로 얇고 그로써 작은 단면 치수, 예컨대 약 0.02 내지 약 20μm, 일부 실시예에서 약 0.1 내지 약 10μm 및 일부 실시예에서 0.4 내지 약 5μm의 치수를 가질 수 있다. 이것은 약 2 내지 약 150, 일부 실시예에서 약 3 내지 약 100, 및 일부 실시예에서 약 4 내지 약 50의 도메인들에 대한 종횡비(축방향 치수 대 축방향 치수에 대해 직각의 치수의 비율)를 초래할 수 있다. 그것의 작은 크기로 인해, 나노-규모의 도메인들은 전형적으로 마이크로-규모의 도메인들과 동일한 방식으로 신장되지 않는다. 그러므로, 나노-규모의 도메인들은 약 1 내지 약 1000nm, 일부 실시예에서 약 5 내지 약 800nm, 일부 실시예에서 약 10 내지 약 500nm 및 일부 실시예에서 약 20 내지 약 200nm의 평균 축방향 치수(예컨대 길이)를 보유할 수 있다.

생성된 중합체 물질은 취약하지 않으며, 따라서 파단되기 보다는 변형(strain)의 인가 시에 변형될 수 있다. 이러한 점에서, 중합체 물질은, 양호한 "피크 신장 특성, 즉, 피크 하중에서의 신장 백분율을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 물질은, 23℃에서 ASTM D638-14에 따라 결정되는 바와 같이, 약 10% 이상, 일부 실시예들에서는 약 20% 이상, 일부 실시예들에서는 약 40% 내지 약 500%의 피크 신장을 나타낼 수 있다. 이러한 신장은, 약 0.1 내지 약 50μm, 일부 실시예들에서는 약 1 내지 약 40μm, 일부 실시예들에서는 약 2 내지 약 25μm, 일부 실시예들에서는 약 5 내지 약 15μm와 같은, 매우 다양한 평균 두께(예, 섬유 직경)를 갖는 물질들에 대하여 달성될 수 있다. 물질은, 변형 하에서 연장되는 능력을 갖고 있으면서, 또한, 비교적 강할 수 있다. 예를 들어, 물질은, 23℃에서 ASTM D638-14에 따라 결정되는 바와 같이, 약 20 내지 약 600메가파스칼("MPa"), 일부 실시예들에서는 약 25 내지 약 450MPa, 일부 실시예들에서는 약 30 내지 약 350MPa의 피크 인장 응력을 나타낼 수 있다. 물질이 섬유 형태인 경우, 상대적 강도를 나타내는 또 다른 파라미터는, 단위 선형 밀도당 힘으로서 표현되는 섬유의 인장 강도를 나타내는 "강인성(tenacity)"이다. 예를 들어, 섬유들은, 데니어당 약 0.75 내지 약 10그램 힘("g_f"), 일부 실시예들에서는 데니어당 약 1 내지 약 8g_f, 일부 실시예들에서는 데니어당 약 1.5 내지 약 6g_f의 강인성을 가질 수 있다. 섬유들의 데니어는 원하는 응용 분야에 따라 가변될 수 있다. 통상적으로, 섬유들은, 30 미만, 일부 실시예들에서는 약 15 미만, 일부 실시예들에서는 약 0.5 내지 약 10의 필라멘트당 데니어(즉, 섬유의 9000미터당 그램 질량과 같은 선형 밀도의 단위) 를 갖도록 형성된다.

반드시 필요한 것은 아니지만, 중합체 물질은 최종 용품 또는 제품에 사용되기 전에 상이한 형태로 변환될 수도 있다. 예를 들어 섬유를 형성할 때, 섬유는 섬유를 성형면 위에 (임의로 진공의 도움으로) 무작위로 피착시킨 후 그 결과의 웹을 임의의 공지된 기법을 사용하여 접합시킴으로써 부직포 웹 구조로 형성될 수 있다. 부직포 웹은 섬유가 연신되기 전 또는 후에 형성될 수도 있다. 소정의 실시예들에서, 예를 들어, 복수의 섬유로부터 부직포 웹을 형성하고, 그 후 포어 망을 형성하기 위해 원하는 정도로 부직포 웹을 신축시켜서 섬유를 연신하는 것이 바람직할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 무한한 성형면은 웹이 형성되기 전에 단순히 섬유를 원하는 정도로 연신하는 섬유 흡인 장치 아래에 배치될 수도 있다.

일단 형성되면, 부직포 웹은 그런 다음 임의의 종래 기법을 사용하여, 예컨대 접착제 또는 자가(예컨대 외부 접착제의 적용 없이 섬유의 융합 및/또는 자체-접착) 접합될 수 있다. 예를 들면 자가 접합은 반-용융 상태거나 점착성인 섬유들의 접촉을 통해 이루어지거나, 또는 단순히 점착부여 수지 및/또는 용매를 사용된 중합체와 배합하여 섬유를 형성함으로써 간단하게 이루어질 수 있다. 적합한 자가 접합 기법은 초음파 접합, 열 접합, 통기 접합, 캘린더 접합 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 웹은 추가로 접합되거나 웹이 가열된 매끄러운 모루 롤과 가열된 패턴 롤 사이를 통과하게 되는 열기계식 공정에 의해 패턴으로 엠보싱될 수 있다. 패턴 롤은 원하는 웹 특성 또는 외관을 제공하는 임의의 양각 패턴을 가질 수 있다. 바람직하게는, 패턴 롤은 롤의 총 면적의 약 2% 내지 약 30%의 접합 면적을 규정하는 다수의 접합 위치를 규정하는 양각 패턴을 규정한다. 예시적인 접합 패턴은, 예를 들면 미국 특허 제3,855,046호(Hansen 등), 제5,620,779호(Levy 등), 제5,962,112호(Haynes 등), 제6,093,665호(Sayovitz 등)뿐 아니라, 미국 디자인 특허 제428,267호(Romano 등), 제390,708호(Brown); 제418,305호(Zander 등); 제384,508호(Zander 등); 제384,819호(Zander 등); 제358,035호(Zander 등); 및 제315,990호(Blenke 등)에 기술되어 있는 것들을 포함한다. 롤 사이의 압력은 약 5 내지 약 2000lb/직선inch일 수 있다. 롤 사이의 압력 및 롤의 온도는 원하는 웹 특성 또는 외관을 얻는 한편 의류 유사 특성을 유지하기 위해 균형이 맞춰진다. 해당 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있는 것과 같이, 필요한 온도 및 압력은 많은 요인, 이를테면 그것들에 한정되는 것은 아니지만 패턴 접합 면적, 중합체 특성, 섬유 특성 및 부직포 특성에 따라 다를 수 있다.

스펀본드 웹 외에, 다양한 다른 부직포 웹, 예컨대 용융취입 웹, 본디드 카디드 웹, 습식-레이드 웹, 에어레이드 웹, 코폼 웹, 수력학적으로 엉켜있는 웹 등이 또한 본 발명에 따르는 열가소성 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어 열가소성 조성물은 다수의 미세한 다이 모세관을 통해 섬유를 감쇄시켜 그것의 직경을 감소시키는 수렴하는 고속 가스(예컨대 공기) 스트림으로 압출될 수 있다. 그런 다음 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 위에 쌓여서 무작위 분산된 멜트블로운 섬유 웹이 형성된다. 대안적으로, 중합체는 열가소성 조성물로부터 형성된 섬유 꾸러미를 섬유를 분리시키는 피커(picker) 안으로 넣음으로써 카디드 웹으로 형성될 수 있다. 다음에 섬유는 추가로 섬유를 부서뜨려서 기계 방향으로 정렬시켜서 기계 방향-배향된 섬유상 부직포 웹을 형성하는 빗질 또는 카딩 장치를 통해 이송된다. 일단 형성되면 부직포 웹은 전형적으로 상술한 바와 같은 하나 이상의 공지된 접합 기술에 의해 안정화되어서 본디드 카디드 웹을 형성하게 된다. 복합체 및/또는 적층체 또한 섬유로부터 형성될 수도 있다.

III. 용품

본 발명의 중합체 물질의 고유하고 유익한 특성 때문에, 형성되는 중합체 물질은, 흡수 용품, 패키징 필름, 배리어 필름, 의료용 제품(예를 들어, 가운, 수술용 드레이프, 페이스마스크, 헤드 커버링, 수술용 캡, 신발 커버링, 살균 랩, 보온 담요, 가열 패드 등) 등의 서로 다른 다양한 유형의 용품들에 사용하는 데 적합하다. 예를 들어, 중합체 물질은, 물 또는 기타 유체를 흡수할 수 있는 "흡수 용품"에 통합될 수 있다. 그런 흡수 용품의 예시로는, 그것들에 한정되는 것은 아니지만 개인용 흡수 용품, 예컨대 기저귀, 훈련 팬티, 흡수성 팬티, 실금 용품, 여성용 위생 제품(예컨대 생리대), 수영복, 베이비 수건, 글러브 티슈 등; 의료 흡수 용품, 예컨대 의류, 창호재, 언더패드, 베드패드, 흡수 드레이프 및 의료용 티슈; 식품 서비스 와이퍼; 의류 용품; 파우치 등을 포함한다. 그런 용품을 형성하기에 적합한 물질 및 공정은 해당 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있다. 예를 들어 흡수 용품은 전형적으로 실질적으로 액체-불투과성 층(예컨대 외부 커버), 액체-투과성 층(예컨대 신체측 라이너, 서지 층 등) 및 흡수성 코어를 포함한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 중합체 물질은 섬유 물질(예를 들어, 부직포 웹)의 형태로 될 수 있고, 흡수 용품의 외부 커버를 형성하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 부직포 웹은 증기-투과성 또는 증기-불투과성인 액체-불투과성 필름에 적층될 수 있다. 마찬가지로, 중합체 물질은, 증기-투과성 또는 증기-불투과성인 외부 커버의 액체-불투과성 필름 등의, 흡수 용품에서 사용되는 필름의 형태로 될 수 있다.

흡수 용품은, 예를 들면 일반적으로 배면시트와 상면시트 사이에 위치하는 흡수 부재(예를 들어, 코어층, 서지층, 전달 지연층, 랩시트, 통기층 등)를 포함한다. 흡수 용품은 또한 측면 패널, 샘방지 플랩, 귀, 허리 또는 다리 밴드 등과 같은 당 업계에 공지된 다른 구성요소를 함유할 수도 있다. 일반적으로 말해서, 본 발명의 중합체 물질은 상면시트, 배면시트 및/또는 흡수 부재와 같은, 흡수 용품의 임의의 층 또는 구성요소에 사용될 수도 있다. 소정의 층 또는 구성요소(예를 들어, 배면시트)에서 사용되는 경우에는, 본 발명의 중합체 물질을 다른 층(예를 들어, 필름)에 적층하는 것이 바람직할 수 있다.

이와 관련하여, 흡수 용품의 다양한 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 도 1을 참조하면, 예를 들면, 흡수 용품(201)의 하나의 특정 실시예가 기저귀의 형태로 도시되어 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 본 발명은 다른 유형의 흡수 용품, 예를 들어 실금 용품, 생리대, 기저귀 팬티, 여성용 냅킨, 훈련용 팬츠 등으로 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 흡수 용품(201)은 체결되지 않은 구성에서 모래시계 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 형상, 예를 들어 일반적으로 직사각형, T자형, 또는 I자형이 사용될 수 있음은 물론이다. 나타낸 바와 같이, 흡수 용품(201)은 배면시트(217), 상면시트(205), 및 흡수 코어층(203)과 서지층(207)을 포함하는 흡수 부재를 포함하는 다양한 구성요소에 의해 형성된 섀시(202)를 포함한다. 그러나, 다른 층이 또한 본 발명에서 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 마찬가지로, 도 1에 인용된 층들 중 하나 이상의 층이 본 발명의 소정의 실시예에서는 제거될 수도 있다.

상기에서 나타낸 바와 같이, 배면시트(217)는 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 부직포 웹은 흡수 용품(201)의 의복-대향면(333)을 정의하도록 위치할 수 있다. 흡수 용품(201)은 상면시트(205)를 또한 포함한다. 상면시트(205)는 일반적으로 사용자의 신체와 접촉하도록 디자인되며, 액체 투과성이다. 예를 들면, 상면시트(205)는 통상적으로 착용자의 피부에 부합하는 부드러운 느낌의 비자극적인 신체-대향면(218)을 정의할 수 있다. 필요에 따라, 상면시트(205)는 본 발명의 중합체 물질(예, 부직포 웹)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 부직포 웹은 필요에 따라 신체-대향면(218)을 정의하도록 위치할 수 있다. 상면시트는 흡수 코어층(203)을 둘러싸서 흡수 용품을 완전히 감쌀 수 있다. 대안적으로, 상면시트(205) 및 배면시트(217)는 흡수 부재를 넘어서 연장될 수 있고, 공지된 기술, 예를 들어 접착제 접합, 초음파 접합 등을 이용하여 전체적으로 또는 부분적으로 주위에 함께 결합될 수 있다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 상면시트(205)는 본 발명의 중합체 물질(예, 부직포 웹)을 포함할 수 있다. 상면시트(205)는 또한 기존의 부직포 웹(예, 스펀본드 웹, 멜트블로운 웹, 또는 본디드 카디드 웹)을 포함할 수 있다. 부직포 웹을 포함하는 다른 예시적인 상면시트 구성은 미국 특허 제5,192,606호; 제5,702,377호; 제5,931,823호; 제6,060,638호; 및 제6,150,002호 뿐만 아니라, 미국 특허 출원 공개 제2004/0102750호, 제2005/0054255호, 및 제2005/0059941호에 설명되어 있다. 상면시트(205)는 체액이 흡수 코어층(203) 내로 더욱 용이하게 전달될 수 있게 형성된 복수의 천공을 또한 포함할 수 있다. 천공은 상면시트(205) 전반에 걸쳐서 무작위로 또는 균일하게 배열될 수 있거나, 또는 흡수 용품의 길이방향 축을 따라 배열된 좁은 길이방향 밴드 또는 스트립 내에 배치될 수 있다. 천공은 체액이 흡수 부재 안으로 신속하게 침투할 수 있게 한다. 천공들의 크기, 형상, 직경 및 수는 사람의 특정 요구를 맞추기 위해 달라질 수 있다.

흡수 용품은 상면시트와 배면시트 사이에 위치하는 흡수 부재를 또한 포함한다. 흡수 부재는 단일 흡수층 또는 별도 및 별개의 흡수층을 포함하는 복합물로부터 형성될 수 있다. 그러나, 임의의 수의 흡수층이 본 발명에서 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 도 1에서, 예를 들면, 흡수 부재는 흡수 코어층(203), 및 이 흡수 코어층(203) 내로 신속하게 도입될 수 있는 액체의 서지 또는 분출을 감속하고 확산시키는 것을 돕는 서지층(207)을 포함한다. 바람직하게는, 서지층(207)은 일반적으로 흡수 코어층(203)의 보관 또는 보유부 내로 액체를 방출하기 전에 액체를 신속하게 수용하고 일시적으로 보유한다. 도시된 실시예에서, 예를 들면, 서지층(207)은 상면시트(205)의 내향 대향면(216)과 흡수 코어층(203) 사이에 개재된다. 대안적으로, 서지층(207)은 상면시트(205)의 외측 대향면(218) 상에 배치될 수 있다. 서지층(207)은 통상적으로 고도의 액체 투과성 물질로 구성된다. 적합한 물질은 다공성 직조 물질, 다공성 부직포 물질, 및 천공된 필름을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 서지층(207)은 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다. 적합한 서지층의 다른 예는 Ellis 등에 의한 미국 특허 제5,486,166호 및 Ellis 등에 의한 미국 특허 제5,490,846호에 설명되어 있다.

필요하다면 흡수 부재는 서지층 아래에 수직으로 배치된 전달 지연층을 포함할 수도 있다. 전달 지연층은 다른 흡수성 층보다 덜 친수성인 물질을 함유할 수 있고, 일반적으로 실질적으로 소수성인 것을 특징으로 할 수도 있다. 예를 들면, 전달 지연층은 본 발명에 따라 형성된 중합체 물질(예, 부직포 웹)일 수도 있다. 상기 섬유는 둥글고, 횡단 형상이 삼엽 또는 다엽일 수 있으며, 중공 구조이거나 속이 꽉 찬 구조일 수도 있다. 전형적으로 웹은 열적 접합에 의한 것과 같이 웹 영역의 약 3% 내지 약 30%에 걸쳐 접합된다. 전달 지연층에 대해 사용될 수 있는 적당한 물질의 다른 실례는 미국 특허 제 4,798,603호 (Meyer 등 )및 제 5,248,309호 (Serbiak 등)에 기술되어 있다. 발명의 성능을 조정하기 위하여, 전달 지연층은 또한 그것의 초기 습윤성을 증가시키기 위해 선택된 양의 계면활성제로 처리될 수 있다.

전달 지연층은 일반적으로 약 150㎜ 내지 약 300㎜의 길이와 같은 어떠한 치수를 가질 수도 있다. 전형적으로, 전달 지연층의 길이는 흡수 용품의 길이와 대략 같다. 전달 지연층은 또한 서지층과 폭이 같을 수 있지만, 일반적으로는 더 넓다. 예를 들어 전달 지연층의 폭은 약 50mm 내지 약 75mm, 특히 약 48mm일 수 있다. 전달 지연층은 전형적으로 다른 흡수 부재의 평량보다 적은 평량을 가진다. 예를 들어 전달 지연층의 평량은 전형적으로 약 150gsm 미만이고 일부 실시예에서는 약 10gsm 내지 약 100gsm이다. 필요에 따라, 전달 지연층은 본 발명의 중합체 물질(예, 부직포 웹)을 함유할 수도 있다.

상기한 구성요소 이외에, 흡수 용품(201)은 당 기술분야에 공지된 바와 같이 다양한 다른 구성요소를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 흡수 용품(201)은 흡수 코어층(203)의 섬유상 구조의 무결성을 유지하는 것을 돕는 실질적으로 친수성 랩시트(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 랩시트는 통상적으로 그의 적어도 2개의 주요 대향면 위에서 흡수 코어층(203) 주위에 배치되며, 흡수성 셀룰로오스 물질, 예를 들어 크레이핑된 충전재 또는 고 습윤-강도 티슈로 구성된다. 랩시트는 흡수 코어층(203)의 흡수성 섬유 덩어리 위에 액체를 신속하게 분포시키는 것을 돕는 심지층(wicking layer)을 제공하도록 구성될 수 있다. 흡수성 섬유상 덩어리의 일측면 상의 랩시트 물질은 그 섬유상 덩어리의 대향하는 측면 상에 배치된 랩시트에 결합되어 흡수 코어층(203)을 효율적으로 구속할 수 있다. 또한, 흡수 용품(201)은 흡수 코어층(203)과 배면시트(217) 사이에 위치하는 통기층(도시되지 않음)을 또한 포함할 수 있다. 통기층이 사용되는 경우, 통기층은 흡수 코어층(203)으로부터 배면시트(217)를 격리하는 것을 도와서, 배면시트(217) 내의 축축함(dampness)을 감소시킬 수 있다. 이러한 통기층의 예는, 예를 들어 Blaney 등에 의한 미국 특허 제6,663,611호에 설명되어 있는, 통기성 필름에 적층된 부직포 웹을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 랩시트 및/또는 통기층이 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 흡수 용품(201)은 허리 영역들 중 하나 내에 흡수 용품(201)의 측면 에지(232)로부터 연장되는 한 쌍의 귀(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 귀는 선택된 기저귀 구성요소와 일체적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 귀는 배면시트(217)와 일체로 형성될 수 있거나, 또는 필요에 따라 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있는 상면을 제공하도록 사용되는 물질로부터 형성될 수 있다. 대안적인 구성에서, 귀는 배면시트(217)에, 상면에, 배면시트(217)와 상면 사이에, 또는 다양한 다른 구성으로 연결되고 조립된 부재에 의해 제공될 수 있다. 상기한 바와 같이, 귀는 필요에 따라 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다.

도 1에 대표적으로 도시된 바와 같이, 흡수 용품(201)은 장벽을 제공하고 신체 삼출물의 측방향 흐름을 수용하도록 구성되는 한 쌍의 샘방지 플랩(212)을 또한 포함할 수 있다. 샘방지 플랩(212)은 흡수 코어층(203)의 측면 에지에 인접한 상면시트(205)의 측방향으로 대향하는 측면 에지(232)를 따라 배치될 수 있다. 샘방지 플랩(212)은 흡수 코어층(203)의 전체 길이를 따라 길이방향으로 연장될 수 있거나, 또는 흡수 코어층(203)의 길이를 따라 부분적으로만 연장될 수 있다. 샘방지 플랩(212)은, 흡수 코어층(203)보다도 길이가 짧은 경우에는, 가랑이 영역(210) 내의 흡수 용품(201)의 측면 에지(232)를 따라 선택적으로 어느 곳에나 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 샘방지 플랩(212)은 흡수 코어층(203)의 전체 길이를 따라 연장되어 신체 삼출물을 더욱 양호하게 수용한다. 이러한 샘방지 플랩(212)은 일반적으로 당업자에게 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 샘방지 플랩(212)을 위한 적절한 구성 및 배열은 Enloe에 의한 미국 특허 제4,704,116호에 설명되어 있다. 필요에 따라, 샘방지 플랩이 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다.

흡수 용품(201)은 신체 삼출물의 누출을 더욱 방지하고 흡수 코어층(203)을 지지하기 위해서 측면 에지(232)에 부착된 한 쌍의 다리 탄성 부재(206)와 같은 다양한 탄성 또는 신축 가능한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 한 쌍의 허리 탄성 부재(208)가 흡수 용품(201)의 길이방향으로 대향하는 허리 에지(215)에 부착될 수 있다. 다리 탄성 부재(206) 및 허리 탄성 부재(208)는 일반적으로 사용시 착용자의 다리 및 허리에 대해 밀접하게 끼워 맞춰서 착용자와의 긍정적인 접촉 관계를 유지하고 흡수 용품(201)으로부터의 신체 삼출물의 누출을 효율적으로 감소시키거나 없애는 데에 적합하다. 흡수 용품(201)은 하나 이상의 체결기구(fastener)(230)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 착용자에 대하여 허리 개구부 및 한 쌍의 다리 개구부를 생성하도록 허리 영역의 대향하는 측면 에지 상에 있는 2개의 가요성 체결기구(130)가 도 1에 도시되어 있다. 체결기구(230)의 형상은 일반적으로 가변될 수 있지만, 예를 들면 일반적으로 직사각형, 정사각형, 원형, 삼각형, 타원형, 선형 등을 포함할 수 있다. 체결기구는, 예를 들면 후크 물질을 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 각 체결기구(230)는 가요성 배면의 내측 표면에 부착된 후크 물질의 별도의 조각을 포함한다. 탄성 부재(예, 다리, 허리 등) 및/또는 체결기구는 필요에 따라, 본 발명의 중합체 물질을 포함할 수 있다.

흡수 용품(201)의 다양한 영역 및/또는 구성요소는 임의의 공지된 부착 메커니즘, 예를 들어 접착제 접합, 초음파 접합, 열 접합 등을 이용하여 함께 조립될 수 있다. 적합한 접착제는, 예를 들면 핫 멜트(hot melt) 접착제, 감압(pressure-sensitive) 접착제 등을 포함할 수 있다. 접착제가 사용된 경우, 접착제는 균일한 층, 패터닝된 층, 분무된 패턴, 또는 별도의 라인, 스월(swirl) 또는 도트(dot)로서 도포될 수 있다. 도시된 실시예에서, 예를 들면, 배면시트(217) 및 상면시트(205)는 접착제를 사용하여 서로 그리고 흡수 코어층(203)에 조립된다. 대안적으로, 흡수 코어층(203)은 통상의 체결기구, 예를 들어 단추, 후크 및 루프 유형 체결기구, 접착 테이프 체결기구 등을 사용하여 배면시트(217)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 다른 기저귀 구성요소, 예를 들어 다리 탄성 부재(206), 허리 탄성 부재(208) 및 체결기구(230)도 또한 임의의 부착 메커니즘을 사용하여 흡수 용품(201) 내에 조립될 수 있다.

기저귀의 다양한 구성이 상기에서 설명되어 있지만, 다른 기저귀 및 흡수 용품 구성이 본 발명의 범주 내에 또한 포함되는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 발명은 결코 기저귀에 한정되는 것이 아니다. 실제로, 다른 개인 위생 흡수 용품, 예를 들어 훈련용 팬츠, 흡수성 팬티, 성인 실금 제품, 여성 위생 제품(예를 들어, 생리대), 수영복, 유아용 닦개 등; 의료용 흡수 용품, 예를 들어 의복, 천공술 재료, 언더패드, 붕대, 흡수성 드레이프, 및 의료용 닦개; 식품 서비스 닦개; 의류 용품 등을 포함하지만 이들에 한정되지 않는, 임의의 다른 흡수 용품이 본 발명에 따라 형성될 수 있다.

중합체 물질은 또한 매우 다양한 상이한 형태의 용품에 사용될 수 있다. 비제한적인 예시는, 예를 들면, 냉장 유닛(예, 냉장고, 냉동고, 자동 판매기 등)을 위한 절연 물질; 자동차 부품(예, 전면 또는 후면 시트, 헤드레스트, 암레스트, 도어 패널, 후면 선반/패키지 트레이, 스티어링 휠 및 내장 트림, 대쉬보드 등); 건축 패널 및 섹션(예, 지붕, 벽 공동, 언더 플로어 등); 의류(예, 코트, 셔츠, 바지, 장갑, 앞치마, 작업복, 신발, 부츠, 모자, 양말 라이너 등); 가구 및 침구(예, 침낭, 이불 등); 유체 저장/이송 시스템(예, 액체/기체 탄화수소, 액체 질소, 산소, 수소, 또는 원유 용 파이프 또는 탱크); 극한 환경(예, 수중 또는 우주); 음식 및 음료 제품(예, 컵, 컵 홀더, 접시 등); 용기 및 병; 산업용 직물; 단열 직물; 등을 포함한다. 또한, 중합체 물질은, 일반적으로 신체의 일부에 대하여 맞게 되는 형상을 갖는 임의의 용품을 포함하는 것을 의미하는 "의복"에 사용될 수 있다. 이러한 용품의 예는, 제한 없이, 의류(예를 들어, 셔츠, 바지, 청바지, 슬랙스, 스커트, 코트, 액티브웨어, 운동복, 에어로빅, 및 체육복, 수영복, 사이클링 저지 또는 반바지, 수영복/욕실 수트(bathing suit), 레이스 수트, 땀복, 바디수트 등); 신발류(예를 들어, 신발, 양말, 부츠 등); 보호용 의류(예를 들어, 소방관 코트), 의류 액세서리(예를 들어, 벨트, 브라 스트랩, 사이드 패널, 장갑, 양말, 레깅스, 정형외과 교정기(orthopedic brace) 등), 속옷(예를 들어, 언더웨어, t-셔츠 등), 압박 옷, 걸치는 옷(예를 들어, 킬트 샅바, 토가, 판초, 망토, 숄 등)을 포함한다.

본 발명은 다음의 실시예를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

시험 방법

용융 유속:

용융 유속("MFR")은, 예컨대 190℃, 210℃, 230℃ 또는 260℃에서, 10분 동안 2160그램의 하중을 받을 때 압출 유동계 오리피스(0.0825-인치 직경)를 통해 강제된 중합체의 중량(gram)이다. 달리 언급하지 않는 한, 용융 유속은 Tinius Olsen Extrusion Plastometer를 이용하여 ASTM Test Method D1238-13에 따라 측정된다.

열적 특성:

유리 전이 온도(T_g)는, ASTM E1640-13에 따라 동적 기계적 분석(DMA)에 의해 결정될 수 있다. TA Instruments의 Q800 기구를 사용할 수 있다. 인장/인장 기하학적 구조에서, 그리고 가열속도가 3℃/분인 -120℃ 내지 150℃ 범위의 온도 스위프(sweep) 모드에서, 실험을 실행할 수 있다. 변형 진폭 주파수는 시험 동안 일정하게(2Hz) 유지될 수 있다. 3개의 독립적 샘플을 시험하여 평균 유리 전이 온도를 구할 수 있는데, 이는 탄젠트 δ곡선의 피크 값에 의해 정의되며, 여기서 탄젠트 δ는 손실 탄성율 대 저장 탄성율의 비로 정의된다(tan δ= E"/E').

용융 온도는 시차주사 열량측정(DSC)에 의해 결정될 수 있다. 시차주사 열량측정계는, 액체 질소 냉각 액세서리 및 UNIVERSAL ANALYSIS 2000 (version 4.6.6) 분석 소프트웨어 프로그램이 갖춰질 수 있는 DSC Q100 Differential Scanning Calorimeter일 수 있으며, 이러한 액세서리와 프로그램 모두는 미국 델라웨어주 뉴캐슬에 소재하는 T.A. Instruments Inc.에 의해 시판되고 있다. 샘플을 직접 다루는 것을 피하도록, 트위저(tweezer) 또는 기타 도구를 사용할 수 있다. 샘플들은, 알루미늄 팬 내에 두고 분석 저울 상에서 0.01mg의 정밀도로 계량될 수 있다. 뚜껑이 팬 상의 물질 샘플 위로 주름질 수 있다. 통상적으로, 수지 펠릿들은 칭량통에 직접 둘 수 있다.

시차주사 열량계를 위한 조작 매뉴얼에 설명되어 있는 바와 같이, 시차주사 열량계는 인듐 금속 표준을 사용하여 교정될 수 있고 베이스라인 보정이 수행될 수 있다. 물질 샘플은, 시험을 위해 시차주사 열량계의 시험 챔버 내에 둘 수 있고, 비어있는 팬이 참조로서 사용될 수 있다. 모든 시험은 시험 챔버 상에서 55-cm³/분 질소 퍼지(산업용)로 실행될 수 있다. 수지 펠릿 샘플에 대하여, 가열 및 냉각 프로그램은, -30℃로의 챔버의 평형으로 시작되어, 10℃/분의 가열 속도로 시험 온도(예, 300℃)까지의 제1 가열 기간, 3분 동안 시험 온도에서의 샘플의 평형, 10℃/분의 냉각 속도로 -30℃의 온도까지의 제1 냉각 기간, 3분 동안 -30℃에서의 샘플의 평형, 10℃/분의 가열 속도로 시험 온도까지의 제2 가열 기간이 이어지는 2-사이클 시험이다. 섬유 샘플에 대하여, 가열 및 냉각 프로그램은, -25℃로의 챔버 평형에서 시작되어, 10℃/분의 가열 속도로 시험 온도까지의 가열 기간, 3분 동안 시험 온도에서의 샘플의 평형, 10℃/분의 냉각 속도로 -30℃까지의 냉각 기간이 이어지는 1-사이클 시험일 수 있다. 모든 시험은 시험 챔버 상에서 55-cm³/분 질소 퍼지(산업용)로 실행될 수 있다.

변곡 피크, 흡열 피크, 및 발열 피크의 유리 전이 온도(T_g), 및 DSC 플롯 상의 피크들 하에 있는 영역들을 식별하는 정량화하는 UNIVERSAL ANALYSIS 2000 분석 소프트웨어 프로그램을 이용하여 결과를 평가할 수 있다. 유리 전이 온도는 기울기의 명백한 변화가 발생한 플롯라인 상의 영역으로서 식별될 수 있고, 용융 온도는 자동 변속 산출을 이용하여 결정될 수 있다.

필름 인장 특성:

MTS Synergie 200 인장 프레임 상에서 인장 특성들(예를 들어, 피크 응력, 탄성율, 파단 변형, 및 파단시 부피당 에너지)에 대하여 필름을 시험할 수 있다. 시험은, (약 23℃에서) ASTM D638-14에 따라 수행될 수 있다. 필름 샘플들은, 시험 전에 중심 폭이 3.0mm인 개뼈 형상으로 절단될 수 있다. 개뼈 필름 샘플들은, 게이지 길이가 18.0mm인 MTS Synergie 200 장치 상에서 그립을 사용하여 제 위치에서 유지될 수 있다. 필름 샘플들은 파단이 발생할 때까지 5.0in/분의 크로스헤드 속도로 신축될 수 있다. 기계 방향(MD)과 교차 방향(CD)으로 각 필름마다 5개의 샘플을 시험할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(예를 들어, TestWorks 4)은, 시험 동안 데이터를 수집하고 탄성율, 피크 응력, 신장, 및 파단 에너지를 포함한 다수의 특성들이 결정될 수 있는 응력 대 변형 곡선을 생성하는 데 사용될 수 있다.

섬유 장력 특성:

섬유 장력 특성은 23℃에서 ASTM 638-14에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 개별적인 섬유 견본들은 초기에 (예를 들어, 가위로 절단되어) 38mm 길이로 짧아질 수 있고, 블랙 벨벳 옷 상에 개별적으로 놓일 수 있다. 10 내지 15개의 섬유 견본들이 이러한 식으로 수집될 수 있다. 이어서, 섬유 견본들은, 실질적으로 직선 상태로 51mm x 51mm의 외부 치수와 25mm x 25mm의 내측 치수를 갖는 직사각형 종이 프레임 상에 장착될 수 있다. 각 섬유 견본의 단부들은, 섬유 단부들을 접착 테이프로 프레임의 측면들에 신중하게 고정함으로써 프레임에 동작가능하게 부착될 수 있다. 각 섬유 견본은, 40X 배율로 적절히 교정 및 설정될 수 있는 종래의 연구실 현미경을 사용하여, 외측 치수, 비교적 짧은 치수, 교차 섬유 치수에 대하여 측정될 수 있다. 이 교차 섬유 치수는 개별적인 섬유 견본의 직경으로서 기록될 수 있다. 프레임은, 섬유 견본들에 대한 과도한 손상을 피하는 방식으로 연장형 인장 시험기의 일정한 비율의 상측 그립과 하측 그립에서 샘플 섬유 견본들의 단부들을 장착하는 데 일조한다.

시험을 위해 연장형 인장 시험기의 일정한 비율과 적절한 하중 셀을 사용할 수 있다. 하중 셀은, 시험 값이 전체 스케일 하중의 10 내지 90% 내에 속하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 10N). 인장 시험기(즉, MTS SYNERGY 200) 및 하중 셀은, 미국 미시간주 에덴 프레리에 소재하는 MTS Systems Corporation에 의해 얻을 수 있다. 이어서, 프레임 조립체의 섬유 견본들은, 섬유들의 단부들이 인장 시험기의 그립들에 의해 동작가능하게 유지되도록 인장 시험기의 그립들 사이에 장착될 수 있다. 이어서, 섬유 길이에 평행하게 연장되는 종이 프레임의 측면들은, 인장 시험기가 시험 힘만을 섬유들에 인가하도록 절단되거나 분리될 수 있다. 섬유들은, 12인치/분의 그립 속도와 인상율로 인상 시험을 받을 수 있다. 그 결과 데이터는, 다음에 따르는 시험 설정과 함께 MTS Corporation의 TESTWORKS 4 소프트웨어 프로그램을 이용하여 분석될 수 있다.

산출 입력		시험 입력
파단 마크 드롭	50%	파단 감도	90%
파단 마커 신장	0.1 in	파단 임계값	10 g_f
공칭 게이지 길이	1 in	데이터 획득 율	10 Hz
슬랙 예비-하중	1 lb_f	데니어 길이	9000 m
기울기 세그먼트 길이	20%	밀도	1.4g/cm³ (PET) 또는 1.25 (PLA)
항복 오프셋	0.20%	초기 속도	12 in/분
항복 세그먼트 길이	2%	이차 속도	2 in/분

강인성 값들은 그램-힘/데니어로 표현될 수 있다. 피크 신장(파단시 변형%)과 피크 응력도 측정될 수 있다.

팽창비, 밀도, 및 포어 부피 퍼센트

팽창비, 밀도, 및 포어 부피 퍼센트를 결정하도록, 연신 전에 견본의 폭(W_i)과 두께(T_i)를 초기에 측정할 수 있다. 시편의 표면 상의 두 개의 마킹 사이의 거리를 측정함으로써 연신 전의 길이(L_i)도 결정될 수 있다. 이후, 시편은 공극형성(voiding)을 개시하도록 연신될 수 있다. 이어서, 시편의 폭(W_f), 두께(T_f), 및 길이(L_f)는, Digimatic Caliper(Mitutoyo Corporation)를 이용하여 최근접 0.01mm까지 측정될 수 있다. 연신 전의 부피(V_i)는 W_i x T_i x L_i = V_i에 의해 산출될 수 있다. 연신 후의 부피(V_f)도 W_f x T_f x L_f = V_f에 의해 산출되었다. 팽창비(Φ)는 Φ = V_f/V_i에 의해 산출될 수 있고; 밀도(Ρ_f)는 Ρ_f = Ρ_i/Φ에 의해 산출될 수 있고; 여기서, Ρ_i는 전구체 물질의 밀도이고, 포어 부피 퍼센트(% V_v)는 %V_v = (1 - 1/Φ) x 100에 의해 산출될 수 있다.

섬유의 경우, 공극 함량은 또한 보정된 밀도 용액 중 현탁에 의해 측정될 수도 있다. 예를 들어, 밀도 용액은 브롬화 나트륨(Sigma-Aldrich)을 탈이온수와 혼합하여 1.0g/cc 내지 1.385g/cc 범위의 밀도를 갖는 용액을 생성함으로써 제조될 수 있다. 용액 밀도는 VWR로부터 수득된 보정된 습도계를 사용하여 검증될 수도 있다.

예1

93중량%의 반결정 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 7200 Auriga) 및 7중량%의 폴리에스테르-폴리에테르 공중합체(HYTREL™ RS 40F3 NC010, DuPont)의 배합물. 중합체들을, 미국 뉴저지주 램지에 소재하는 Werner and Pfleiderer Corporation에 의해 제조된 화합을 위해 동시-회전하는 트윈-스크류 압출기(ZSK-30, 직경 30mm, 길이 1328mm)에 공급하였다. 압출기는, 송급 호퍼로부터 다이로 1 내지 14로 연속되는 14개 구역을 보유하였다. 제1 배럴 구역 #1은 20파운드/시간의 총 처리량으로 중량 측정 피더를 통해 수지를 수용하였다. 수지를 압출하는 데 사용된 다이는, 4mm만큼 분리된 3개의 다이 개구(직경 6mm)를 가졌다. 형성시, 압출된 수지를 팬 냉각 컨베이어 벨트 상에서 냉각하여 Conair pelletizer에 의해 펠릿으로 형성하였다. 압출기 스크류 속도는 200회전/분("rpm")이었고 압출 온도는 270℃였다. 생성된 펠릿은 140℃에서 12시간 동안 건조제(desiccant) 건조를 통해 건조시켰다.

예 2

그런 다음, 예 1의 펠릿을, 영국 Leeds의 Fibre Extrusion Technologies에서 제작한 멀티필라멘트 섬유 방사 라인(FET-100 시리즈 Laboratory Multi - Functional Melt Spinning System)을 사용하여 단일성분 섬유로서 압출하였다. 펠릿들을 275℃의 온도로 가열된 신호 스크류 압출기에 대량 공급하였다. 그런 다음 용융된 중합체를, 0.39g/홀/분의 처리량으로 0.6mm의 모세관 길이를 갖는 직경이 0.15mm인, 24개의 구멍을 갖는 섬유 방사구를 통해 압출하였다. 섬유를 고데 롤을 통해 200m/분으로 용융 연신하였다. 총 섬유 다발 데니어는 대략 485g/9000m이었다.

예 3

예 2의 섬유 다발을 10m/분(mpm)의 공급 속도로 퀸텟 롤러 스탠드를 통해 연신 라인으로 공급했다. 그런 다음 다발을 19mm의 직경을 갖는 수조에 잠긴 2개의 막대 주위로 횡단시켰다. 2개의 막대들을 수조 입구로부터 대략 87cm에 위치시키고 수조를 빠져나가기 전에 180도 랩을 생성하는 위치에서 고정시켰다. 수조 온도는 25℃였다. 다발 권취 속도는 40m/분이여서 4.0x의 연신 비율을 제공하였다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 4

권취 속도가 42m/분이어서 4.2x의 연신 비율을 제공한다는 것을 제외하고는, 예 3에서와 같이 섬유를 형성하였다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 5

예 3에서와 같이 섬유를 형성하였지만 권취 속도가 45m/분으로, 4.5x의 연신 비율을 제공하였다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 6

예 3에서와 같이 섬유를 형성하였지만, 물을 수조로부터 제거하였다. 중간 수준의 섬유 파단이 관찰되었다.

예 7

그런 다음, 예 1의 펠릿을 미국 코네티컷의 Davis Standard Pawcatuck에서 제작한 멀티필라멘트 섬유 방사 라인을 사용하여 단일성분 섬유로서 압출하였다. 펠릿들을 275℃의 온도로 가열된 신호 스크류 압출기에 대량 공급하였다. 그런 다음 용융된 중합체를, 0.3g/홀/분의 처리량으로 0.6mm의 모세관 길이를 갖는 직경이 0.30mm인, 48개의 구멍을 갖는 섬유 방사구를 통해 압출하였다. 섬유를 14.5의 연신 다운 비율에 대해 50mpm의 고데 권취 속도에서 수집하였다. 총 다발 데니어는 대략 2544g/9000m이었다. 다발을 그립에 래핑하고 주변 조건에서 MTS 유압 프레임(810 Material Test System) 하에 단축 연장시켰다. 게이지 길이는 15mm였고, 다발 연장 속도는 대략 3X의 연신 비율로 50m/분이었다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 8

예 6에서와 같이 섬유를 형성하였지만 다발 연장 속도는 100m/분이었다. 중간 수준의 섬유 파단이 관찰되었다.

예 9

그런 다음, 예 1의 펠릿을, 미국 코네티컷의 Davis Standard Pawcatuck에서 제작한 멀티필라멘트 섬유 방사 라인을 사용하여 단일성분 섬유로서 압출하였다. 펠릿들을 275℃의 온도로 가열된 신호 스크류 압출기에 대량 공급하였다. 그런 다음 용융된 중합체를, 0.3g/홀/분의 처리량으로 0.6mm의 모세관 길이를 갖는 직경이 0.30mm인, 48개의 구멍을 갖는 섬유 방사구를 통해 압출하였다. 섬유를 29의 연신 다운 비율에 대해 100mpm의 고데 권취 속도에서 수집하였다. 1632g/9000m. 다발을 그립에 래핑하고 주변 조건에서 MTS 유압 프레임(810 Material Test System) 하에 단축 연장시켰다. 게이지 길이는 15mm였고, 다발 연장 속도는 대략 3X의 연신 비율로 50m/분이었다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 10

93중량%의 반결정 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 7200 Auriga) 및 7중량%의 폴리에스테르-폴리에테르 공중합체(HYTREL™ 5526, DuPont)의 배합물. 중합체들을, 미국 뉴저지주 램지에 소재하는 Werner and Pfleiderer Corporation에 의해 제조된 화합을 위해 동시-회전하는 트윈-스크류 압출기(ZSK-30, 직경 30mm, 길이 1328mm)에 공급하였다. 압출기는, 송급 호퍼로부터 다이로 1 내지 14로 연속되는 14개 구역을 보유하였다. 제1 배럴 구역 #1은 20파운드/시간의 총 처리량으로 중량 측정 피더를 통해 수지를 수용하였다. 수지를 압출하는 데 사용된 다이는, 4mm만큼 분리된 3개의 다이 개구(직경 6mm)를 가졌다. 형성시, 압출된 수지를 팬 냉각 컨베이어 벨트 상에서 냉각하여 Conair pelletizer에 의해 펠릿으로 형성하였다. 압출기 스크류 속도는 200회전/분("rpm")이었고 압출 온도는 270℃였다. 생성된 펠릿은 140℃에서 12시간 동안 건조제(desiccant) 건조를 통해 건조시켰다.

예 11

그런 다음, 예 10의 펠릿을, 영국 Leeds의 Fibre Extrusion Technologies에서 제작한 멀티필라멘트 섬유 방사 라인(FET-100 시리즈 Laboratory Multi - Functional Melt Spinning System)을 사용하여 단일성분 섬유로서 압출하였다. 펠릿들을 275℃의 온도로 가열된 신호 스크류 압출기에 대량 공급하였다. 그런 다음 용융된 중합체를, 0.39g/홀/분의 처리량으로 0.3mm의 모세관 길이를 갖는 직경이 0.15mm인, 24개의 구멍을 갖는 섬유 방사구를 통해 압출하였다. 섬유를 5의 연신 다운 비율에 대해 100mpm의 권취 속도를 갖는 고데 롤을 사용하여 용융 연신하였다. 총 다발 데니어는 대략 886g/9000m이었다.

예 12

예 11로부터의 섬유 다발을 10mpm의 공급 속도로 퀸텟 롤러 스탠드를 통해 연신 라인으로 송급하였다. 그 후, 다발은 150cm 길이를 갖는 수조에 잠긴 2 개의 막대를 통과시켰다. 2개의 막대를 수조 입구로부터 대략 129cm에 위치시켰다. 다발은 막대를 통과하여 다발이 수조에서 나가기 전 180도 회전(s-랩)이 수반되었다. 수조 온도는 25℃였다. 다발 권취 속도는 35m/분이여서 3.5x의 연신 비율을 제공하였다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

예 13

물을 수조로부터 제거했다는 점을 제외하고, 예 12에서와 같이 섬유를 형성하였다. 중간 수준의 섬유 파단이 관찰되었다.

예 14

예 10의 펠릿을 사용하여, 100중량%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 7200 Auriga)로 제조된 시스를 갖는 이성분 섬유의 코어를 생성하였다) 용융된 중합체를, 1.04g/홀/분의 처리량으로 1.6mm의 모세관 길이를 갖는 직경이 0.40mm인, 24개의 구멍을 갖는 섬유 방사구를 통해 압출하였다. 섬유를 14의 연신 다운 비율에 대해 100mpm의 권취 속도를 갖는 고데 롤을 사용하여 용융 연신하였다. 총 다발 데니어는 대략 2252g/9000m이었다.

예 2와 예 11뿐만 아니라 예 14의 샘플들에 대해서도 밀도 및 공극 측정을 또한 행하였다. 결과는 하기 표에 나타나 있다.

	PET 표준 밀도(g/cm³)	측정된 밀도(g/cm³)	차이	공극 함량
예 2	1.350	1.142	0.208	15.4%
예 11	1.350	1.055	0.295	21.8%
예 14	1.350	0.870	0.480	35.5%

예 15

예 14의 섬유 다발을 10mpm의 공급 속도로 퀸텟 롤러 스탠드를 통해 연신 라인으로 송급하였다. 그 후, 다발은 150cm 길이를 갖는 수조에 잠긴 2 개의 막대를 통과시켰다. 2개의 막대를 수조 입구로부터 대략 129cm에 위치시켰다. 다발은 막대를 통과하여 다발이 수조에서 나가기 전 180도 회전(s-랩)이 수반되었다. 수조 온도는 25℃였다. 다발 권취 속도는 35m/분이여서 3.5x의 연신 비율을 제공하였다. 제한된 섬유 파단이 관찰되었다.

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

열가소성 조성물을 포함하는 중합체 물질로, 상기 조성물은 폴리에스테르를 함유하는 연속상을 함유하고, 여기서 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 상기 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산되고, 여기서 다공성 망이 복수의 나노포어를 포함하는 상기 열가소성 조성물 내에 정의되는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 상기 열가소성 조성물의 약 0.01중량% 내지 약 15중량%을 구성하는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 폴리락트산인, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 방향족 폴리에스테르인, 중합체 물질.
제4항에 있어서, 상기 방향족 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트인, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 약 0℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 탄성중합체는 반복된 장쇄 에스테르 단위 및 단쇄 에스테르 단위를 갖는 세그먼트화 블록 공중합체인, 중합체 물질.
제7항에 있어서, 상기 장쇄 단위는 하기 식으로 표현되고:
-OGO-C(O)-R-C(O)-
상기 단쇄 에스테르 단위는 하기 구조로 표현되고:
-ODO-C(O)-R-C(O)-
여기서,
G는 하나 이상의 고분자량 알코올로부터 유도된 2가 기이고;
R은 하나 이상의 디카르복실산으로부터 유도된 탄화수소 기이고; 그리고
D는 하나 이상의 저분자량 디올로부터 유도된 2가 기인, 중합체 물질.
제7항에 있어서, 상기 장쇄 단위는 디카르복실산과 고분자량 알코올의 반응 생성물로 형성되는, 중합체 물질.
제9항에 있어서, 상기 알코올은 중합체 글리콜인, 중합체 물질.
제7항에 있어서, 상기 단쇄 에스테르 단위는 디카르복실산과 저분자량 디올의 반응으로 형성되는, 중합체 물질.
제11항에 있어서, 상기 저분자량 디올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥사메틸렌 글리콜, 디하이드록시시클로헥산, 시클로헥산 디메탄올, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 1,5-디하이드록시나프탈렌, 비스페놀 A, 또는 그의 에스테르 유도체를 포함하는, 중합체 물질.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디카르복실산은 방향족 디카르복실산을 포함하는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 나노포어들은 약 800nm 이하의 평균 단면 치수를 가지는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 나노포어들은 약 100 내지 약 5000nm의 평균 축방향 치수를 가지는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 연속상은 상기 열가소성 조성물의 약 60중량% 내지 약 99중량%을 구성하는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 코폴리에테르에스테르 탄성중합체는 나노 규모 도메인들의 형태로 분산되어 있는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 이산 도메인들의 형태로 상기 연속상 내에 분산되어 있는 마이크로내포 첨가제를 더 포함하는, 중합체 물질.
제1항에 있어서, 상기 다공성 망은 마이크로포어를 더 포함하는, 중합체 물질.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 중합체 물질을 포함하는 섬유.
제20항의 섬유를 포함하는 부직포 웹.
실질적인 액체-불투과성 층, 액체-투과성 층, 및 흡수성 코어를 포함하는 흡수 용품으로, 여기서 상기 실질적인 액체-불투과성 층, 상기 액체-투과성 층, 또는 양쪽 모두는 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 중합체 물질을 포함하는, 흡수 용품.
중합체 물질을 형성하기 위한 방법으로, 상기 방법은
폴리에스테르 및 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산되는 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 함유하는 열가소성 조성물을 형성하는 단계; 그리고
상기 열가소성 조성물을 고체 상태 연신시켜서, 복수의 나노포어를 포함하는 다공성 망을 내부에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
제23항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 약 1.1 내지 약 25의 신축 비율로 연신되는, 방법.
제23항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 약 -50℃ 내지 약 150℃의 온도에서 연신되는, 방법.
섬유를 형성하기 위한 방법으로, 상기 방법은
폴리에스테르 및 연속상 내에 이산 도메인의 형태로 분산되는 코폴리에테르에스테르 탄성중합체를 포함하는 연속상을 함유하는 열가소성 조성물을 형성하는 단계;
상기 조성물을 모세관을 통해 압출시켜서 상기 섬유를 형성하는 단계; 그리고
상기 섬유를 상기 폴리에스테르의 용융 온도 보다 낮은 온도에서 연신시켜서, 복수의 나노포어를 포함하는 다공성 망을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.