KR20200072536A - 이성분 스펀본드 부직포 및 이로서 제조된 부직 복합체 - Google Patents

이성분 스펀본드 부직포 및 이로서 제조된 부직 복합체 Download PDF

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KR20200072536A
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Abstract

시스/코어 배치를 갖는 순수한 연속 이성분 섬유를 포함하는 스펀본드 부직포에 관한 것이며, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드는 코어를 형성한다. 또한, 이로써 제조된 부직 복합체도 본원에 기술된다.

Description

이성분 스펀본드 부직포 및 이로서 제조된 부직 복합체
본원의 기재 내용은 스펀본드 부직포 및 이로서 제조된 부직 복합체에 관한 것이다.
시스(sheath)/코어 배치를 갖는 섬유들로 구성된 이성분(bicomponent) 스펀본드(spunbond) 부직포는 당업계에 잘 알려져 있는데, 예를 들어 상기 시스/코어 배치는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트(PE/PET), 폴리에틸렌/폴리아미드(PE/PA), 폴리에틸렌/폴리프로필렌(PE/PP), 또는 폴리프로필렌/폴리아미드(PP/PA)이다. 그러나, 시스 및 코어에 사용되는 중합체들은 서로 친화성/상용성이 부족하므로, 스펀본드 부직포의 관통 저항성은, 특히 저온 환경에서 제한된다. 개선된 관통 저항성, 특히 약 -40 내지 0℃의 온도에서의 개선된 관통 저항성을 갖는 부직포의 필요성이 남아있다.
이성분 스펀본드 부직포를 포함하는 복합체는 자동차 범퍼 또는 하부 쉴드(underbody shield), 또는 스포츠 기어의 부재, 예컨대 팔꿈치 보호대, 정강이 보호대, 및 서핑 보드, 또는 추운 날씨에 사용될 필요가 있는 장비, 예를 들어, 스키 장비, 예컨대 스키 보드, 눈썰매, 또는 스키 헬멧으로 사용될 수 있다. 이들 응용은 또한 양호한 충격 저항성, 특히 추운 날씨, 예컨대 약 -40 내지 0℃의 온도에서 양호한 충격 저항성을 갖는 부직 복합체를 요구한다.
시스/코어 배치를 갖는 순수한(a purity of) 연속 이성분 섬유를 포함하는 스펀본드 부직포가 본원에 기술되는데, 여기서 에틸렌(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드는 코어를 형성한다.
또한, 이로서 제조된 부직 복합체도 본원에 기술된다.
본 기재 내용에 의하면, 범위가 2개의 특정 종점들로 주어질 때, 그 범위는 2개의 특정 종점들 내에 있는 임의의 값, 및 2개의 종점 중 어느 것과 동일하거나 거의 동일한 임의의 값을 포함하는 것으로 이해된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 개시내용이 속하는 당해 분야의 숙련가에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 상충하는 경우에, 정의를 포함한 명세서가 우선한다.
본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기술되어 있다.
달리 언급되지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비, 등은 중량을 기초로 한다.
양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 어느 하나의 범위, 바람직한 범위 또는 더 낮은 바람직한 값 및 더 높은 바람직한 값의 목록으로 주어진 경우, 이것은 범위가 별도로 개시되는지 여부에 무관하게 임의의 더 낮은 범위 한계 또는 바람직한 값 및 임의의 상한 범위 한계 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 수치의 범위가 인용되는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 범위는 그것의 종점, 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하도록 의도된다. 본 발명의 범위는 범위를 정의할 때 인용된 특정 값으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
용어 "약"이 범위의 값 또는 종점을 설명하는 데 사용될 때, 본 개시내용은 언급된 특정 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어들 "포함하다", "포함하는", "포괄하다", "포괄하는", "함유하는", "특징으로 하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형형은 비-배타적인 포함을 커버하기 위한 것으로 의도된다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 기기는 단지 이들 요소에만 한정될 필요는 없고, 명확하게 열거되지 않거나, 또는 이러한 공정, 방법, 물품 또는 기기에 고유한 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, "또는"은 포괄적인 '또는'을 지칭하고 배타적인 '또는'이 아니다.
이행 어구 "본질적으로 구성되는"은 청구범위를 명시된 물질 또는 단계 및 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들로 한정한다. 본 출원인들이 발명 또는 이의 일부를 개방-종결 용어, 예컨대 "포함하는(comprising")로 한정하는 경우, 달리 기재된 바 없는 한, 그 기재는 또한 용어 "이를 본질적으로 포함하는(consisting essentially of)"을 사용하여 이러한 발명을 기재한 것으로도 해석되어야 한다.
"a" 또는 "an"의 사용은 본 발명의 요소 및 구성요소를 설명하기 위해 사용된다. 이것은 단지 편의를 위한 것이며 본 발명의 일반적인 의미를 제공하기 위한 것이다. 이 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 판독되어야 하고, 본 단수는 그것의 의미가 달리 명백하지 않은 한 복수형도 또한 포함한다.
본 명세서에서의 재료, 방법 및 예는 단지 예시적인 것이며, 구체적으로 언급된 것을 제외하고는 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기술되어 있다.
본 개시내용은 이하에서 상세히 기재된다.
스펀본드 부직포
순수한 이성분 연속 섬유를 포함하는 본 발명의 스펀본드 부직포는 시스/코어 배치를 갖는데, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드는 코어를 형성한다.
본 발명에서, 용어 "이성분 연속 섬유"는 섬유의 길이에 따라서 서로 밀접하게 부착된 한 쌍의 중합체 조성을 포함하고, 단-면에서 시스-코어 배치를 형성하는 섬유를 지칭한다. 이성분 시스-코어 배치는, 코어가 내부에 위치하고, 시스에 둘러싸여 있으며, 이들 둘 다가 실질적으로 섬유의 전체 길이에 걸쳐 신장되어 있는 한, 단면이 원형, 삼엽형(trilobal), 오엽형(pentalobal), 팔엽형(octalobal), 덤벨-형태, 해도형(island-in-the-sea) 또는 별 형태일 수 있다. 통상, 시스는 코어보다 더 낮은 용융 온도를 갖는다. 용어 "연속 섬유"는 무한 또는 극한의 길이의 섬유를 지칭한다. 실제로, 제조 공정 때문에 "연속 섬유"에는 하나 이상의 파손이 있을 수 있지만, "연속 섬유"는 미리 결정된 길이로 절단된 스테이플 섬유(staple fiber)와는 구별될 수 있다. 일 구현예에서, 이성분 연속 섬유는 약 1 내지 100 μm, 또는 약 2-50 μm의 평균 섬유 직경을 갖는다.
본 발명의 이성분 연속 섬유에서, 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드는 코어를 형성한다. 기재된 이성분 연속 섬유의 시스와 코어 간의 중량비는 약 20:80 내지 약 50:50, 바람직하게는 약 30:70 내지 약 45:55의 범위이다.
본원에 사용된 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 에틸렌과 (메트)아크릴산의 공중합체인데, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머의 단량체 내 산 함량은 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 범위이고, 산 기는 나트륨 양이온 또는 아연 양이온으로 중화되며, 중화 수준은 약 0.1% 내지 약 60% 범위이다. 추가로, 본원에 사용된 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 190℃에서 2160 g 적재량으로 ASTM D1238에 따라 측정할 때, 약 12-60 g/10 분의 용융 유속(MFR)을 갖는다. 본 발명에서 사용하기 적합한 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는, 다양한 공급원으로부터 상업적으로 이용가능한데, E.I. du Pont de Nemours and Company(이하, "DuPont") 사의 Surlyn® 이오노머 수지를 포함한다.
본원에 사용된 폴리아미드는 반복되는 아미드(-CONH-) 기를 함유하는 중합체이며, 하나 이상의 디카르복실산과 하나 이상의 디아민을 공중합시킴으로서 제조되거나, 또는 락탐 단량체, 예컨대 카프로락탐의 개환 중합에 의해 제조된다. 본원에 사용된 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 및 섬유 방사에 적합한 다른 폴리아미드, 및 이들의 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일 구현예에서, 본원에 사용된 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 및 이들의 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명에 사용하기 적합한 폴리아미드는 다수의 공급원으로부터 상업적으로 이용가능하며, 이는 DuPont 사의 Zytel® 수지를 포함한다.
이성분 연속 섬유의 시스 및/또는 코어는 다른 종래의 첨가제, 예컨대 염료, 안료, 산화제, 자외선 안정화제, 스핀 마감제 등을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 스펀본드 부직포는 당업계에 알려진 스펀본드 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 스펀본드 부직포는 상기 기재된 이성분 연속 섬유를 수집 표면, 예컨대 구멍이 있는(foraminous) 스크린 또는 벨트 상에 무작위로 놓음으로서 형성된다. 스펀본드 부직포는 일반적으로 당업계에 알려진 방법, 예컨대 열간-압연 캘린더링에 의해, 또는 상승하는 압력에서 섬유를 포화-스팀 챔버에 통과시킴으로서 결합된다.
이성분 연속 섬유는 합체-전 다이(pre-coalescent die)(여기서 별개의 중합체 성분들은 압출 오리피스로부터 압출되기 전에 접촉됨), 또는 합체-후 다이(post-coalescent dies)(여기서 별개의 중합체 성분들은 별도의 압출 오리피스들을 통하여 압출되고, 모세관을 빠져나온 후 접촉되어, 이성분 섬유를 형성함) 중 하나를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 먼저 2개의 중합체, 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머 및 폴리아미드는, 각각 65℃ 및 80℃의 온도에서 200 ppm 미만의 수분 함량으로 건조된다. 건조 이후, 2개의 중합체는 이들의 용융점 초과 및 최저 분해 온도 미만의 온도에서 별도로 압출된다. 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 180 내지 250℃에서 압출되고, 폴리아미드는 250 내지 280℃에서 압출될 수 있다. 압출된 후, 2개의 중합체는 방사 팩(spin-pack) 조립체로 칭량되고, 여기에서 2개의 용융 스트림은 별도로 여과된 후, 지압판의 스택을 통하여 결합되어, 다수 줄의 시스-코어 섬유 단-면들을 제공한다. 방사 팩 조립체는 250 내지 280℃로 유지된다. 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머 및 폴리아미드는 각각의 모세관을 통과하여 방사되고, 동심원 디자인의 출사 돌기에서 함께 빠져나와서, 시스/코어 배치를 갖는 이성분 연속 섬유를 생성할 수 있다.
출사 돌기를 빠져나오는 이성분 연속 섬유는 성형 벨트 상에 수집되어, 스펀본드 부직포를 형성한다. 진공은 벨트의 아래쪽에 적용되어, 부직포가 벨트에 속박되도록 도와줄 수 있다. 벨트의 속도는 다양한 기본 중량의 부직포들을 얻도록 가변될 수 있다. 일 구현예에서, 스펀본드 부직포는 약 10-1000 g/m2의 기본 중량을 갖는다.
스펀본드 부직포는 당업계에 알려진 방법을 사용하여 열 결합될 수 있다. 일 구현예에서, 스펀본드 부직포는 당업계에 알려진 방법을 사용하여 불연속 패턴의 점, 선, 또는 다른 패턴의 간헐적인 결합으로 열 결합된다. 간헐적인 열 결합은 섬유 표면 상의 개별 스폿에 열과 압력을 가함으로서, 예를 들어 층 구조를 패턴화된 캘랜더 롤 및 평활 롤에 의해 형성된 닙을 통하여, 또는 2개의 패턴화된 롤들 사이를 통과시킴으로서 형성될 수 있다. 롤은 가열되어 섬유를 열 결합시킨다. 결합 롤 패턴은 당업계에 알려진 임의의 것들일 수 있는데, 바람직하게는 개별 점 또는 선 결합의 패턴이다. 스펀본드 부직포는 또한 초음파 에너지를 사용하여, 예를 들어 혼(horn)과 회전하는 앤빌 롤(anvil roll), 예를 들어 이들의 표면에 돌출 패턴을 갖는 앤빌 롤의 사이에서 망을 통과함으로서 열 결합될 수 있다. 대안적으로, 스펀본드 부직포는 당업계에 알려진 공기-통과 결합(through-air bonding) 방법을 사용하여 결합될 수 있고, 여기서 가열된 기체, 예컨대 공기는 섬유들을 함께 결합시키는데 충분한 온도로 직물을 통과하고, 여기서 이들은 부직포가 다공성 표면 상에 지지되는 동안 이들의 교차 점들에서 서로 접촉한다.
부직 복합체
상기 기재된 스펀본드 부직포를 포함하거나 또는 이로부터 제조된 부직 복합체가 본원에 추가로 기재된다.
일 구현예에서, 부직 복합체는 적어도 2 층의 스펀본드 부직포, 또는 2-100 층의 스펀본드 부직포를 포함한다. 단일 층의 스펀본드 부직포들이 서로의 상부에 쌓인다. 이들 부직포의 각 층은 주된 배향을 기계 방향으로 가질 수 있다. 균형 구조를 얻기 위하여, 이들 적층체 내의 섬유 배향은 각각의 층을 이들의 주된 배향에 대해 단순히 회전하고, 이를 이전 층의 상부에 둠으로서 구성될 수 있다. 압반 압축 기계(platen pressing machine)를 사용하여, 부직 복합체를 제조할 수 있다. 박리지 사이에 교차-층 직물을 끼워서, 상판과 하판의 사이에 둘 수 있다. 박리지는 샘플이 열판에 달라붙는 것을 방지하기 위해 사용된다. 상판 또는 하판 또는 둘 다는 100 내지 200℃와 같은 이오노머와 폴리아미드의 용융 온도 사이의 온도, 예컨대 140℃로 설정된다. 압력은 5 내지 100 bar, 예컨대 40 bar로 설정되어야 한다. 압축 지속 시간은 이오노머 시스가 완전히 용융되어 부직포들 사이의 모든 구멍을 채우고 연속 메트릭스를 형성하기에 충분할 정도로 길어야 하나, 너무 길어서 이오노머 또는 폴리아미드의 산화 또는 분해를 유발해서는 안되며, 예컨대 10 분이다. 가열 이후, 뜨거운 샘플을 2개의 냉판 사이에 전달하여, 이를 냉각 및 고형화시킬 수 있다. 열간 압연 라인은 또한 부직 복합체를 제조하도록 사용될 수 있는데, 여기에서 교차-층 섬유는 100 내지 200 ℃와 같은 이오노머 및 폴리아미드의 용융 온도 사이의 온도, 예컨대 140℃로 가열된 한 쌍의 닙 롤을 통해 이송 벨트로 전달될 수 있다. 선택적으로, 가열 터널은 닙 롤 앞에 장착되고, 닙 롤과 근접하거나 또는 동일한 온도, 예컨대 140℃ 로 설정될 수 있어서, 부직포는 닙 롤에 의해 열간 압축되기 전에 사전 가열될 수 있다. 닙 롤의 압력은 모든 부직 층들을 함께 압축하기에 충분한 값으로 설정되어, 제조된 복합체 시트 내에 공극을 남기지 않아야 한다.
부직 복합체 시트의 바람직한 두께는 약 1 mm-10 mm이고, 이는 약 50 g/m2의 기본 중량을 갖는 약 20-200 층의 부직포, 또는 약 100 g/m2의 기본 중량을 갖는 약 10-100 층의 부직포, 또는 약 200 g/m2의 기본 중량을 갖는 약 5-50 층의 부직포를 의미한다.
다른 구현예에서, 부직 복합체는 기재, 및 제1 면과 제2 면을 갖는 적어도 한 층의 이성분 스펀본드 부직포를 포함하는데, 여기서 상기 기재 층은 이성분 스펀본드 부직포의 제1 면에 결합된다. 선택적으로, 부직 복합체는 기재의 한 면 또는 양면에 하나 초과의 층의 이성분 스펀본드 부직포를 포함한다. 스펀본드 부직 층은 기재의 표면 충격 저항성을 개선시키는데 도움을 줄 수 있다. 기재는 유리 섬유 강화 열가소성 시트일 수 있는데, 이는 혼합된(comingled) 유리 섬유 및 중합체 섬유를 열간 압축하여, 중합체 섬유를 용융시키고, 유리 섬유들을 융합시킬 수 있다. 예를 들어, 기재는 유리 섬유 강화 폴리프로필렌 시트일 수 있다. 기재는 또한 유리 섬유 강화 열경화성 복합체 시트일 수 있는데, 이는 유리 섬유를 에폭시, 페놀 포름알데히드 수지 또는 다른 경화성 수지로 함침시킨 후, 경화 공정에 의해 제조된다. 기재는 또한 압출 또는 사출 성형(injection molding)에 의해 제조된 플라스틱 시트일 수도 있다. 부직포의 이오노머가 기재와의 양호한 친화성을 갖는 경우, 부직포는 압반 압축 기계를 사용하는 열간 압축에 의해, 또는 열간 압연 라인을 사용하는 열 적층에 의해, 기재에 직접 결합될 수 있다. 그렇지 않으면, 부직포는 접착제 필름, 속건성 접착제, 용매계 접착제 또는 수계 접착제를 사용하여 기재에 결합될 수 있다.
본원에서 스펀본드 부직포는 양호한 관통 저항성, 특히 약 -40 내지 0℃의 온도에서 양호한 관통 저항성을 갖는다. 관통 저항성은 부직포를 관통하는데 요구되는 최대 관통력의 측정치이다. 관통 저항성은 6400 g의 적재량을 갖는 날카로운 단부의 관통 진자를 사용하여 측정되며, "gf"의 단위로 기록된다. 부직포를 파손하는데 요구되는 힘이 더 큰 것은, 관통 저항성이 더욱 양호하다는 것을 의미한다.
본 발명의 독창적인 스펀본드 부직포를 포함하거나, 이를 본질적으로 포함하거나, 이로서 이루어지거나, 또는 이로부터 제조된 부직 복합체는, 충격 저항성, 특히 약 -40 내지 0℃의 온도에서 양호한 충격 저항성을 갖는다. 충격 저항성은 부직 복합체가 "파손(failure)"없이 갑작스러운 적재량의 적용을 견딜 수 있는 능력의 측정치이다. 다수 층의 부직포로 이루어진 부직 복합체에 대하여, 충격 저항성은 미리 결정된 온도에서 IOS 179에 따라 비노치식 샤르피(Charpy) 시험에 의해 측정될 때, 충격 에너지("kJ/m2"의 단위로 기록됨)로 평가한다. 충격 시 파손되지 않는 샘플은, 파손된 샘플보다 더 높은 충격 저항성을 나타낸다. 모든 샘플이 충격 시 파손되지 않는 경우, 더 높은 충격 에너지를 나타내는 것은 그것이 충격 저항성이 더 높다는 것을 의미한다. 한 층의 부직포 및 기재 층으로 이루어진 부직 복합체에 대하여, 충격 저항성은 그래벌(gravel) 충격 이후의 복합체의 외관에 의해 평가된다. 부직포 면의 외관이 단지 약간의 움푹 들어간 자국만 있고, 갈라짐, 깨짐, 잔금 또는 어떠한 다른 기능적 퇴화가 없는 경우, 충격 저항성은 "양호함"으로 기록된다. 반대로, 부직포 측이 크게 움푹 들어간 자국, 갈라짐, 깨짐, 잔금 또는 어떠한 다른 기능적 퇴화를 갖는 경우, 충격 저항성은 "불량함"으로 기록된다.
본 발명의 부직 복합체는 자동차 외부 부품, 예컨대 범퍼 또는 하부 쉴드의 충격 저항성 성분으로서 유용하다.
본 발명의 부직 복합체는 또한 스포츠 기어 내의 충격 저항성 성분, 예컨대 팔꿈치 보호대, 정강이 보호대, 및 서핑 보드; 신발 내의 충격 저항성 성분, 예컨대 토 퍼프(toe puff) 또는 신발 뒤축; 또는 수트케이스의 본체로서 유용하다.
본 발명의 부직 복합체는 특히 추운 날씨, 또는 약 -40 내지 0℃의 온도에서 사용될 필요가 있는 장비, 예를 들어, 스키 장비, 예컨대 스키 보드, 눈썰매, 또는 스키 헬멧의 충격 저항성 성분으로서 유용하다.
추가의 설명없이, 상기 설명을 사용하는 당해 분야의 숙련가는 본 발명을 최대한 활용할 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 어떠한 방식으로든 본 개시내용을 제한하지 않는다.
실시예
약칭 "E"는 "실시예"를 나타내고, "CE"는 "비교예"를 나타내며, 그 실시예에서 제조된 복합체를 나타내는 번호가 붙는다. 실시예 및 비교예는 모두 유사한 방식으로 제조 및 시험되었다.
재료
ㆍI-1: 에틸렌/메타크릴산 공중합체의 이오노머; MFR: 23 g/10 분; 단량체 내 산 함량: 15 중량%; 중화 수준: 14.8%; Surlyn®AD8545의 상표로 DuPont 사로부터 입수함;
ㆍI-2: 에틸렌/메타크릴산 공중합체의 이오노머; MFR:14 g/10 분; 단량체 내 산 함량: 15 중량%; 중화 수준: 22%; Surlyn®1702의 상표로 DuPont 사로부터 입수함;
ㆍPA: 세미-덜 섬유 1800-1의 등급으로 Wuxi Chang'an Polymer Company로부터 입수된, 폴리아미드 6;
ㆍPE: 등급 2911FS로 Petro China Fushun Company로부터 입수된, 고 밀도 폴리에틸렌;
ㆍ기재: 자가-확장성 유리 섬유 강화 열가소성 시트의 총 중량을 기준으로 약 40 중량%의 유리 섬유 및 60 중량%의 폴리프로필렌을 함유하되, 약 1000 g/m2의 기본 중량을 갖는, 자가-확장성 유리 섬유 강화 열가소성 시트.
비교예 CE1-CE4 및 실시예 E1-E6:
CE1-CE4 및 E1-E6의 각각에서, 스펀본드 부직포는 2개의 압출기(시스를 위한 하나와 코어를 위한 하나) 및 동심원 디자인의 출사 돌기가 장착된 스펀본드 라인상에서 제조하였다. E1-E6의 부직포에 있어서, 이오노머는 220℃로 설정된 시스 압출기로 로딩되고, PA는 265℃로 설정된 코어 압출기로 로딩하였다. 이오노머 및 PA는 각각의 압출기에서 용융된 후, 275℃에서 방사 팩 셋트로 압출되고, 최종적으로 동심원 디자인의 출사 돌기 밖으로 빠져나온다. 생성되는 이성분 섬유를 이후 슬롯-젯트를 통과시켜, 여기에서 이들은 추가로 강한 기류에 의해 약화되어, 직경 약 30 μm의 시스-코어 구조화 섬유를 생성한다. 이들 이성분 섬유를 이후 이송 벨트 상에 놓고, 돗트 패턴을 갖는 한 쌍의 닙 롤(70℃로 설정)로 열간 압연하여, 최종 스펀본드 부직포를 생성하였다. CE1-CE4의 부직포에 대해서는, 폴리에틸렌의 연화점(120℃)이 이오노머(60~70℃)보다 높으므로 닙 롤 온도를 120℃로 설정한 것을 제외하고 상기와 동일한 공정을 기본적으로 사용하였다.
각각의 스펀본드 부직포 내의 이성분 연속 섬유의 시스 및 코어의 조성을 표 1에 기재하였다. 각각의 스펀본드 부직포의 기본 중량, 관통력, 정규화된 관통력도 또한 표 1에 나열하였다.
비교예 CE5-CE6 및 실시예 E7-E12:
CE5-CE6 및 E7-E12의 각각에서, 부직 복합체는 열간 압축 공정을 사용하여, 비교예 CE2-CE3 및 실시예 E1-E6의 스펀본드 부직포를 각각 전구체로 하여 제조하였다. 압반 압축 기계가 열간 압축에 사용되었다. 이들 부직포의 각 층은 주된 배향을 기계 방향으로 가져, 균형잡힌 구조를 얻으므로, 이들 적층체 내의 섬유 배향은 이의 주된 배향에 대하여 각 층들을 단순히 회전시키고, 이를 이전 층의 상부에 둠으로서 구성된다. 공정은 3 단계로 수행하였다: 1) 2개의 박리지 내에 끼인 교차-층 부직포를 상판과 하판(둘 다 140℃로 설정됨)의 사이에 놓고, 매우 낮은 압력을 적용하면서 5분 동안 사전 가열하여 형태를 유지하였고, 이후 상판과 하판을 개방하여 샘플에서 가스를 제거하였으며; 2) 이어서, 40 bar의 압력을 적용하여 쌓인 부직포들을 약 10분 동안 압축하며, 그동안 시스 층은 용융되어 메트릭스를 형성하나, PA 코어 섬유는 손상되지 않고 남아서 강화를 제공해야 하고; 3) 최종적으로, 뜨거운 시트 샘플을 약 2 분 동안 냉각을 위해 2개의 냉판 사이에 전달하여, 부직 복합체 시트를 얻을 수 있었다.
함께 쌓는데 필요한 부직포 층의 수는, 부직 복합체의 목표 두께 및 부직포 전구체의 기본 중량에 의해 결정된다. 약 4 mm의 두께를 갖는 부직 복합체를 제조하기 위해, 약 150 g/m2의 기본 중량을 갖는 27개 층의 부직포, 약 180 g/m2의 기본 중량을 갖는 22개 층의 부직포, 또는 약 100 g/m2 부직포의 기본 중량을 갖는 40개 층의 부직포를 전구체로서 사용하였다.
각각의 부직 복합체의 조성은 표 2에 나타내었다. 각각의 부직 복합체의 기본 중량, 23℃ 및 -40℃에서의 충격 에너지를 또한 표 2에 나열하였다.
실시예 E13 :
E13에서, 부직 복합체는 E6의 부직포의 하나의 층을, 기재인 자가-확장성 유리 섬유 강화 열가소성 시트로 열 적층함으로서 제조하였다. 부직포를 기재의 상부에 놓아 조립체를 형성하였다. 조립체는 약 140℃에서 한 쌍의 닙 롤을 통과시켜, 시스 내의 이오노머가 용융되고, 기재의 표면에 결합하여, 부직 복합체를 생성하였다.
23℃ 및 -29℃ 에서의 충격 저항성을 표 3에 나타내었다.
시험 방법
관통 시험: 관통력은 변형된 ASTM 3480에 따라서, 스펜서(Spencer) 진자 관통 시험기를 사용하여 측정하였다. 날카로운 단부를 갖는 관통 진자를 6400 g의 적재량으로 사용하였다. 진자가 풀리고, 좌우로 흔들려서, 공기-작동식 O-링 유형의 클램프에 의해 고정된 부직포를 치도록 하였다. 부직포를 파열시키고, 관통력을 기록하였다. 다양한 기본 중량을 갖는 부직포들의 관통력을 비교하기 위해, 관통력을 이하의 수식을 사용하여 정규화하였다:
정규화된 관통력 = 관통력/기본 중량이고, 상기 정규화된 관통력은 "gf/(g/m2)"의 단위로 기록한다.
샤르피 충격 시험: CE5-CE6 및 E7-E12에서 부직 복합체의 충격 에너지는, 각각 23℃ 및 -40℃에서 비노치식 샤르피 시험 방법(ISO 179)에 의해 측정하였다. 각각의 샘플을 약 80 mm(길이) x 10 mm(넓이) x 4 mm(두께)의 치수를 갖는 10개의 시험 시료로 절단하고, 충격 방향은 길이 및 넓이에 의해 지정된 평면에 수직으로 하였다. CE5-CE6 및 E7-E12의 모든 샘플은, 본원에서 충격 시 파손되지 않았고, 따라서 충격 저항성은 충격 에너지("kJ/m2"의 단위로 기록됨)를 사용하여 비교하였고, 여기서 충격 에너지가 더 높은 것은 충격 저항성이 더 양호하다는 것을 의미한다.
그래벌 충격 시험: E13의 부직 복합체의 부직포 면에, 각각 23℃ 및 -29℃의 90o 충격각에서의 100 kg의 그래벌 충돌(impingement)을 가했다. 그래벌 충격 이후, 부직 복합체의 외관을 시각적으로 평가하고 기록하였다. 부직포 면이 단지 약간의 자국 표시만 갖고, 갈라짐, 부스러기, 또는 잔금 또는 어떠한 다른 기능적 퇴화도 없는 경우, 충격 저항성은 "양호함"으로 지정된다. 반대로, 부직포 면이 크게 움푹 들어간 자국, 갈라짐, 깨짐, 잔금 또는 어떠한 다른 기능적 퇴화를 갖는 경우, 충격 저항성은 "불량함"으로 지정된다.
Figure pct00001
표 1의 결과로부터, 이하의 설명은 명백하다.
E1 및 CE1-CE2의 관통력 데이터를 비교하면, E1 및 CE1 또는 CE2의 부직포는 시스와 코어 간에 동일한 중량비를 갖지만, 상이한 시스 성분인 시스/코어로서 이오노머/PA를 갖는 부직포(E1)는 시스/코어로서 PE/PA를 갖는 부직포(CE1)보다 더 높은 관통력을 제공하고; E1의 부직포는 CE2의 부직포보다 더 높은 정규화된 관통력을 제공한다. 유사하게, E4 및 CE3-CE4의 관통력 데이터를 비교하면, E4 및 CE3 또는 CE4의 부직포는 시스와 코어 간에 동일한 중량비를 갖지만, 상이한 시스 성분인 시스/코어로서 이오노머/PA를 갖는 부직포(E4)는 시스/코어로서 PE/PA를 갖는 부직포(CE4)보다 더 높은 관통력을 제공하고; E4의 부직포는 CE3의 부직포보다 더 높은 정규화된 관통력을 제공한다. 이오노머/PA를 갖는 부직포는 PE/PA를 갖는 부직포보다 개선된 관통 저항성을 제공한다.
일 구현예에서, 본 발명의 스펀본드 부직포는 시스/코어 배치를 갖는 순수한 연속 이성분 섬유를 포함하며, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드 6은 코어를 형성하며, 시스와 코어 간의 중량비는 약 30:70 또는 약 40:60이다.
Figure pct00002
표 2의 결과로부터, 이하의 설명은 명백하다.
E7 및 CE5의 충격 에너지 데이터들을 비교하면, E7 및 CE5의 부직 복합체는 동일한 기본 중량 및 시스와 코어 간의 동일한 중량비를 가지나, 상이한 시스 성분인 시스/코어로서 이오노머/PA를 갖는 부직 복합체(E7)는 시스/코어로서 PE/PA를 갖는 부직 복합체(CE5)보다 23℃에서 더 높은 충격 에너지를 제공하고; E7의 부직 복합체도 또한 CE5보다 -40℃에서 더 높은 충격 에너지를 제공한다. 유사하게, E10 및 CE6의 관통력 데이터를 비교하면, E10 및 CE6의 부직 복합체는 동일한 기본 중량, 및 시스와 코어 간의 동일한 중량비를 갖지만, 상이한 시스 성분인 시스/코어로서 이오노머/PA를 갖는 부직 복합체(E10)는 시스/코어로서 PE/PA를 갖는 부직 복합체(CE6)보다 23℃에서 더 높은 충격 에너지를 제공하고; E10의 부직 복합체는 또한 CE6보다 -40℃에서 더 높은 충격 에너지를 제공한다. 이오노머/PA를 갖는 부직포는 PE/PA를 갖는 부직포보다 개선된 충격 저항성을 제공한다.
일 구현예에서, 본 발명의 부직 복합체는 시스/코어 배치를 갖는 순수한 연속 이성분 섬유를 포함하는 10 내지 50 층의 스펀본드 부직포를 포함하는데, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드 6은 코어를 형성하며, 시스와 코어 간의 중량비는 약 30:70 또는 약 40:60이다.
Figure pct00003
표 3의 결과로부터, 이하의 설명은 명백하다.
23℃ 또는 -29℃ 에서의 그래벌 충격 이후, 부직 복합체의 외관은 양호하였고, 이는 한 층의 스펀본드 부직포 및 기재 층을 포함하는 부직 복합체의 충격 저항성은 양호하다는 것을 나타낸다.
일 구현예에서, 본 발명의 부직 복합체는 제1 면 및 제2 면을 갖는 한 층의 스펀본드 부직포; 및 상기 이성분 스펀본드 부직포의 제1 면에 열 결합된 기재 층으로서의 자가-확장성 유리 섬유 강화 열가소성 시트를 포함하는데, 여기서 스펀본드 부직포는 시스/코어 배치를 갖는 순수한 연속 이성분 섬유를 포함하고, 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 시스를 형성하고, 폴리아미드 6는 코어를 형성하며, 시스와 코어간의 중량비는 약 30:70 또는 약 40:60이다.
본 발명이 전형적인 구현예들에서 예시되고 설명되었지만, 이것은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 변형 및 치환이 가능하기 때문에 도시된 세부사항으로 제한하기 위한 것이 아니다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 본 발명의 변형 및 등가물은 당해 분야의 숙련가에게 발생할 수 있다.

Claims (10)

  1. 시스(sheath)/코어 배치를 갖는 순수한 연속 이성분(bicomponent) 섬유를 포함하는 스펀본드(spunbond) 부직포로서, 여기서 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머가 상기 시스를 형성하고, 폴리아미드가 상기 코어를 형성하는, 스펀본드 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 ASTM D1238에 따를 때 190℃에서 2160 g 적재량으로 12 내지 60 g/10 분의 용융 유속을 갖는, 스펀본드 부직포.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머는 나트륨 양이온 또는 아연 양이온으로 중화되고, 중화 수준은 약 0.1% 내지 약 60%의 범위인, 스펀본드 부직포.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌/(메트)아크릴산 공중합체의 이오노머의 단량체 내 산 함량은 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 범위인, 스펀본드 부직포.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시스와 코어 간의 중량비는 약 20:80 내지 약 50:50의 범위인, 스펀본드 부직포.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이성분 연속 섬유는 약 1 내지 100 μm의 직경을 갖는, 스펀본드 부직포.
  7. 제1항에 있어서, 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 및 이들의 블렌드로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 스펀본드 부직포.
  8. 제1항에 있어서, 약 10 내지 1000 g/m2의 기본 중량을 갖는, 스펀본드 부직포.
  9. 제1 면과 제2 면을 갖는 제1항에 의한 한 층의 스펀본드 부직포; 및 상기 이성분 스펀본드 부직포의 제1 면에 결합된 기재 층을 포함하는, 부직 복합체.
  10. 제1항에 의한 2 내지 100 층의 스펀본드 부직포를 포함하는, 부직 복합체.
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