KR20210118954A - 향상된 결합을 위한 스판덱스 섬유 - Google Patents

향상된 결합을 위한 스판덱스 섬유 Download PDF

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Abstract

폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄우레아 및 첨가제, 예컨대 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이들의 공중합체, 이들의 유도체 및 이들의 조합을 포함하는 탄성 섬유가 제공된다. 상기 탄성섬유는 니트, 직물 및 부직포 구성뿐만 아니라 라미네이트 구조체, 예컨대 일회용 위생 물품에 유용하다.

Description

향상된 결합을 위한 스판덱스 섬유{SPANDEX FIBERS FOR ENHANCED BONDING}
본 발명은 예컨대, 폴리올레핀 섬유를 포함하는 것과 같은 기재에 결합되기에 적합한 탄성섬유(2성분, 예컨대 스판덱스 쉬스-코어 섬유) 또는 단일성분(본원에서 또한 일명 1성분 섬유라 칭함)의 형성에 관한 것이다. 상기 스판덱스 섬유는 폴리머 블렌드의 1성분 또는 쉬스-코어 2성분 섬유로의 건식 방적에 의해 생산된다.
전세계 일회용 기저귀 시장에서, 탁월한 회복력, 고신축성 및 부직포에 대한 높은 결합력을 갖는 섬유에 대한 요구가 증가하고 있다. 스판덱스 섬유는, 이의 뛰어난 특성, 예를 들면 높은 연신율 및 우수한 탄성 회복 덕분에, 일회용 기저귀에서 탄성가닥으로서의 용도에 대해 지속적인 관심을 얻고 있다. 실금 제품, 예컨대 영유아용 및 성인용 기저귀에서, 스판덱스 섬유는 몇 개의 위치, 예컨대 다리 밴드 및/또는 허리 밴드에 사용되어 기저귀의 탁월한 착용감을 제공한다.
일회용 기저귀에 신장성 영역을 도입하기 위해, 핫멜트 접착제가 2이상 층, 예컨대 폴리프로필렌을 포함할 수 있는 필름 또는 부직포 사이에 추후 적층된 신장된 엘라스토머 섬유에 적용된다. 핫멜트 접착제가 적용되어 엘라스토머 가닥 및 부직 기재 사이에 연결 부위가 형성되어도, 기저귀의 상이한 구성성분들(스판덱스 가닥, 핫멜트 접착제 및 부직포) 사이에 유의미한 부착의 부재가 여전히 관측된다. 핫멜트 접착제는 부직포와 양립가능하지만, 스판덱스 섬유와는 화학적으로 양립할 수 없는 것으로 보인다.
이와 같은 결점을 해결하기 위해, 스판덱스 섬유를 부직포에 결합하기 위해 이용 가능한 가장 대중적인 방법은 스판덱스 가닥에 핫멜트 접착제를 과도하게 로딩하는 것이다. 핫멜트 접착제의 비용이 높기 때문에 18gsm(상기 접착제가 적용되는 기재의 제곱미터당 접착 물질의 그램) 미만, 더 바람직하게는 15gsm 이하, 및 가장 바람직하게는 12gsm 이하의 접착제 부가량을 적용하는 것이 편리하다.
미국특허번호 제7,255,820호는 본원에 개시된 기술문제와 관련이 없으나, 오직 향상된 가열 세트(heat set)를 달성할 목적으로, 스판덱스에 폴리스티렌의 사용을 개시한다.
경제적으로 대안적인 폴리머 첨가제를 갖는 블렌드 방적 스판덱스는 스판덱스 섬유 성능에 변화 없이 접착제 소비 비용을 감소시킬 경로를 제공한다. 종래의 것과 달리 쉬스-코어 섬유 배열이 갖는 독특한 이점들 중에는 동일한 바람직한 특성을 얻기 위해 좀 더 비싼 폴리머 첨가제의 적은 양의 사용, 또는 비싼 첨가제를 쉬스 폴리머에만 첨가하기, 코어 성분의 형태의 파괴 없이 결합을 증진시키기 위해 상기 쉬스에 방적된 용융점이 낮은 폴리머를 이용하기, 불량 및 우수한 가방성(spinnability)을 갖는 폴리머를 포함하는 폴리머 블렌드 내에서 피복된 방적가능한 폴리머 코어로 만든 탄성 섬유의 효율을 향상시키기와 관련이 있는 잠재적 비용 절감이다
일부 구현예는 스판덱스 섬유와 기재, 예컨대 부직포 사이의 결합을 향상시키는 결합 향상 첨가제를 갖는 1성분 및/또는 2성분 쉬스-코어 스판덱스 섬유를 제공한다. 상기 쉬스-코어 섬유에는 고용융성 폴리우레탄우레아 코어 및, 결합 향상 첨가제로 저-용융성 열가소성 폴리머를 포함하는 쉬스가 포함된다.
저-용융성 폴리머 쉬스를 사용하는 이유는 접착제와 기재, 예컨대 부직포에 더 큰 결합세기를 제공하기 위한 것이거나, 또는 대안적으로, 동일한 결합세기에 필요한 접착제의 양을 줄이기 위한 것이다.
일 구현예에서, 상기 탄성 물질은 상기 열가소성 폴리머 쉬스의 유리전이 온도 이상인 160~200℃의 온도 범위에서 상기 멜트 첨착제가 상기 탄성가닥에 분무되어, 후자가 상기 결합 향상 첨가제를 녹이거나 또는 부드럽게 만들어 냉각 시 핫멜트 접착제 및 부직포 기재 사이의 결합 부위를 형성함으로써, 상기 폴리올레핀 부직포 기재에 부착된다.
상기 열가소성 결합제에는 비제한적으로 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합이 포함된다. 폴리스티렌 폴리머를 사용하는 주된 이유는 핫멜트 접착제가 주로 폴리스티렌 블록 공중합체로 만들어지기에, 폴리스티렌 폴리머가 이들 접착제에 본질적으로 결합할 수 있기 때문이다. 마지막으로, 폴리스티렌 폴리머의 낮은 비용이 일회용 기저귀에 적용할 때 비용 절감의 증가를 초래하는 또 하나의 매력적인 이유이다.
쉬스-코어 탄성 섬유의 일 구현예에서, 상기 코어 섬유는 100% 폴리우레탄, 예컨대 고용융성 분절 폴리우레탄/우레아 폴리머를 포함하고, 상기 쉬스는 약 30% 내지 99.5%의 적어도 하나의 선택된 폴리우레탄/우레아 폴리머 및 약 0.5% 내지 약 70%의 적어도 하나의 첨가제, 예컨대 결합 향상 첨가제를 포함하는 폴리머 블렌드를 포함한다. 상기 탄성 1성분 및 2성분 쉬스-코어 섬유는, 임의로 핫멜트 접착제의 존재 하에, 전자의 탄성 섬유가 상기 결합 향상 첨가제에 상응하는 유리전이 또는 용융 온도를 초과하여 가열될 경우, 기재, 예컨대 폴리올레핀 섬유 기재(부직포 포함)에 향상된 결합을 제공할 수 있다. 추가의 이점으로, 제공된 스판덱스에서 ㅇ오버엔드 테이크오프(over-end take-off) 장력을 개선하는 상기 섬유의 감소된 점착(tack)이 관측된 바 있다.
폴리우레탄을 포함하고, 그리고 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 약 0.01% 내지 약 30 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 탄성 섬유를 포함하되, 상기 탄성 섬유가 직물, 부직포, 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기재층에 부착된 것인 라미네이트 구조체가 제공된다. 상기 라미네이트 구조체는 모든 공지된 방법, 예를 들면 비제한적으로, 상기 탄성 섬유가 접착제, 초음파 결합, 열융착 결합 또는 이들의 조합에 의해 부착되는 되는 방법들에 의해 부착될 수 있다.
직물 또는 라미네이트 구조체에 사용될 수 있는 상기 탄성 섬유는, 미네랄 오일, 실리콘 오일 또는 이들의 조합을 포함하는 국소 마감칠을 포함할 수 있다. 이와 같은 마감칠은 모든 적합한 양, 예컨대 상기 섬유의 최대 약 1 중량%를 비롯하여, 상기 섬유의 0.1 내지 약 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 국소 마감칠의 점도는 약 5 센티스톡 내지 약 150 센티스톡이다.
기타 첨가제가 원하는 만큼 상기 섬유에 포함될 수 있다. 적합한 섬유 첨가제에는 마그네슘 스테아레이트, 유기스테아레이트, 실리콘 오일, 미네랄 오일 및 이들의 조합이 포함된다.
상기 탄성 섬유에는 폴리우레탄 및/또는 폴리우레탄우레아가 포함되고, 그리고 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 약 0.01 내지 약 0.90 중량%(약 0.3 내지 약 0.85 중량% 및 약 0.60 내지 약 0.85 중량%)의 적어도 하나의 첨가제가 포함될 수 있다. 이와 같은 섬유는 용액-방적된 것(solution-spun)일 수 있다. 상기 섬유는 균질 단면(1성분 섬유)을 가질 수도 있고, 또는 쉬스-코어 구성을 포함하는 2성분 탄성 섬유를 가질 수 있는데; 여기서 상기 코어는 폴리우레탄을 포함하고, 상기 쉬스는 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
상기 탄성 섬유는 또한 직물, 예컨대 니트, 직물 또는 부직포 구성에 포함될 수 있다. 상기 탄성 섬유는 폴리우레탄을 포함하고, 그리고 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 약 0.01% 내지 약 30중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
하기 단계를 포함하는 라미네이트 구조체의 제조 방법이 제공된다:
폴리우레탄을 포함하고, 그리고 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 약 0.01 내지 약 30 중량%(예컨대 약 0.1 내지 약 3.0 중량%)의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 탄성 섬유를 제공하되;
상기 탄성 섬유가 직물, 부직, 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기재 층에 부착되는 것인 제조 방법이 제공된다.
상기 라미네이트 구조체는 초음파 결합, 접착제, 열융착 결합 및 이들의 조합에 의해 부착될 수 있다. 이와 같은 라미네이트 물품은 일회용 위생 물품에 포함될 수 있다.
폴리우레탄우레아 및 폴리우레탄 조성물
섬유 또는 장쇄합성 폴리머를 제조하기에 유용한 폴리우레탄우레아 조성물은 적어도 85 중량%의 분절된 폴리우레탄을 포함한다. 전형적으로, 이들은 폴리머 글리콜 또는 폴리올을 포함하는데, 이것은 디이소시아네이트와 반응하여 NCO-종말 예비중합체("캡핑된 글리콜")를 형성하고, 이어서 이것은 적합한 용매, 예컨대 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 N-메틸피롤리돈에 용해되고, 이어서 2작용성 사슬연장제와 반응한다. 폴리우레탄은 상기 사슬연장제가 디올일 때 형성된다(그리고 용매 없이 제조될 수 있다). 폴리우레탄의 하위 부류인 폴리우레탄우레아는 상기 사슬연장제가 디아민일 때 형성된다. 스판덱스로 방적될 수 있는 폴리우레탄우레아 폴리머의 제조 시, 상기 글리콜은 하이드록시 말단 작용기와 디이소시아네이트 및 하나 이상의 디아민과의 순차적인 반응에 의해 확장된다. 각 경우에, 상기 글리콜은 반드시 사슬 확대를 겪음으로써 폴리머에 상기의 필요한 특성, 예컨대 점도를 제공한다. 원한다면, 상기 캡핑(capping) 단계를 돕기 위해 디부틸주석디라우레이트, 제1 주석옥토에이트, 무기산, 3차아민(예컨대 트리에틸아민), N,N'-디메틸피페라진 등 다른 공지된 촉매가 사용될 수 있다.
적합한 폴리올 성분에는 수평균 분자량이 약 600 내지 약 3,500인 폴리에테르글리콜, 폴리카보네이트글리콜 및 폴리에스테르글리콜이 포함된다. 2 이상의 폴리올 또는 공중합체의 혼합물이 포함될 수 있다.
사용될 수 있는 폴리에테르 폴리올의 예에는, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 트리메틸렌옥사이드, 테트라하이드로푸란 및 3-메틸테트라하이드로푸란의 개환 중합 및/또는 공중합에서 유래되거나, 또는 다가알코올, 예컨대 디올 또는 디올 혼합물의 축합 중합에서 유래되고, 각 분자에 12개 미만의 탄소 원자를 갖는, 2 이상의 하이드록시 작용기를 갖는 글리콜, 예컨대 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 및 1,12-도데칸디올이 포함된다. 선형의 이작용성 폴리에테르 폴리올이 바람직하고, 분자량이 약 1,700 내지 약 2,100인 폴리(테트라메틸렌에테르) 글리콜, 예컨대 2 작용기를 갖는 Terathane® 1800(Wichita, KS의 INVISTA )가 구체적으로 적합한 폴리올의 한 예이다. 공중합체는 폴리(테트라메틸렌-코-에틸렌에테르) 글리콜을 포함할 수 있다.
사용될 수 있는 폴리에스테르 폴리올의 예에는, 지방족 폴리카복실산 및 폴리올 또는 이의 혼합물의 축합 중합에 의해 생산되고, 각 분자에 12개 이하의 탄소원자를 갖는 저분자량의, 2 이상의 하이드록시 작용기를 갖는 에스테르 글리콜이 포함된다. 적합한 폴리카복실산의 예는 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 운데칸디카복실산 및 도데칸디카복실산이다. 상기 폴리에스테르 폴리올을 제조하기에 적합한 폴리올의 예는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 및1,12-도데칸디올이다. 용융온도가 약 5 내지 약 50℃인 선형의 2작용성 폴리에스테르 폴리올이 특정 폴리에스테르 폴리올의 예이다.
사용될 수 있는 폴리카보네이트 폴리올의 예에는, 포스겐, 클로로포름산 에스테르, 디알킬카보네이트 또는 디알릴카보네이트 및 지방족 폴리올 또는 이의 혼합물의 축합중합에 의해 생산되고, 각 분자에 12개 이하의 탄소원자를 갖는 저분자량의, 2 이상의 하이드록시 작용기를 갖는 카보네이트 글리콜이 포함된다. 상기 폴리카보네이트 폴리올을 제조하기에 적합한 폴리올의 예는 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 및 1,12-도데칸디올이다. 용융온도가 약 5 내지 약 50℃인 선형의 이작용성 폴리카보네이트 폴리올이 특정 폴리카보네이트 폴리올의 예이다.
상기 디이소시아네이트 성분은 또한 단일 디이소시아네이트를 포함하거나, 또는 4,4'-메틸렌 비스(페닐 이소시아네이트) 및 2,4'-메틸렌 비스(페닐 이소시아네이트)를 함유하는 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)의 이성질체 혼합물을 포함하는 상이한 디이소시아네이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 모든 적합한 방향족 또는 지방족 디이소시아네이트가 포함될 수 있다. 사용될 수 있는 디이소시아네이트의 예에는 비제한적으로, 1-이소시아네이토-4-[(4-이소시아네이토페닐)메틸]벤젠, 1-이소시아네이토-2-[(4-시아네이토페닐)메틸]벤젠, 비스(4-이소시아네이토사이클로헥실)메탄, 5-이소시아네이토-1-(이소시아네이토메틸)-1,3,3-트리메틸사이클로헥산, 1,3-디이소시아네이토-4-메틸-벤젠, 2,2'-톨루엔디이소시아네이트, 2,4'-톨루엔디이소시아네이트 및 이들의 혼합물이 포함된다. 특정 폴리이소시아네이트 성분의 예에는 Mondur® ML(Bayer), Lupranate® MI(BASF) 및 이소네이트® 50 O,P'(Dow Chemical) 및 이들의 조합이 포함된다.
사슬연장제는 물 또는, 폴리우레탄우레아용 디아민 사슬연장제일 수 있다. 상기 폴리우레탄우레아 및 수득한 섬유의 원하는 특성에 따라, 상이한 사슬연장제의 조합이 포함될 수 있다. 적합한 디아민 사슬연장제의 예에는 하기가 포함된다:하이드라진; 1,2-에틸렌디아민; 1,4-부탄디아민; 1,2-부탄디아민; 1,3-부탄디아민; 1,3-디아미노-2,2-디메틸부탄; 1,6-헥사메틸렌디아민; 1,12-도데칸디아민; 1,2-프로판디아민; 1,3-프로판디아민; 2-메틸-1,5-펜탄디아민; 1-아미노-3,3,5-트리메틸-5-아미노메틸사이클로헥산; 2,4-디아미노-1-메틸사이클로헥산; N-메틸아미노-비스(3-프로필아민); 1,2-사이클로헥산디아민; 1,4-사이클로헥산디아민; 4,4'-메틸렌-비스(사이클로헥실아민); 이소포론디아민; 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민; 메타-테트라메틸자일렌디아민; 1,3-디아미노-4-메틸사이클로헥산; 1,3-사이클로헥산-디아민; 1,1-메틸렌-비스(4,4'-디아미노헥산); 3-아미노메틸-3,5,5-트리메틸사이클로헥산; 1,3-펜탄디아민(1,3-디아미노펜탄); m-크실릴렌디아민; 및 Jeffamine® (Texaco).
폴리우레탄은 원하는 경우, 상기 사슬연장제는 디올이다. 사용될 수 있는 그와 같은 디올의 예에는 비제한적으로, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-프로필렌글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-트리메틸렌디올, 2,2,4-트리메틸-1,5-펜탄디올, 2-메틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 1,4-비스(하이드록시에톡시)벤젠 및 1,4-부탄디올 및 이들의 혼합물이 포함된다.
일작용성 알코올 또는 일작용성 디알킬아민인 차단제가 선택적으로 포함되어 상기 폴리머의 분자량을 조절할 수 있다. 하나 이상의 일작용성 알코올과 하나 이상의 디알킬아민의 혼합물 또한 포함될 수 있다.
본 발명에 유용한 일작용성 알코올의 예에는 지방족 및 지환족 1차 및 2차 알코올(탄소 1 내지 18개), 페놀, 치환된 페놀, 에톡실화된 알킬페놀 및 에톡실화된 지방알코올(분자량이 약 750 미만, 예컨대 분자량 500 미만), 하이드록시아민, 하이드록시메틸 및 하이드록시에틸-치환 3차 아민, 하이드록시메틸 및 하이드록시에틸-치환 헤테로사이클릭 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 일원, 예컨대 푸르푸릴 알코올, 테트라하이드로푸르푸릴 알코올, N-(2-하이드록시에틸)석신이미드, 4-(2-하이드록시에틸)모폴린, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 네오펜틸알코올, 헥사놀, 사이클로헥사놀, 사이클로헥산메탄올, 벤질알코올, 옥타놀, 옥타데칸올, N,N-디에틸하이드록실아민, 2-(디에틸아미노)에탄올, 2-디메틸아미노에탄올 및 4-피페리딘에탄올 및 이들의 조합이 포함된다.
적합한 단일작용기 디알킬아민 차단제에는 하기가 포함된다: N,N-디에틸아민, N-에틸-N-프로필아민, N,N-디이소프로필아민, N-tert-부틸-N-메틸아민, N-tert-부틸-N-벤질아민, N,N-디사이클로헥실아민, N-에틸-N-이소프로필아민, N-tert-부틸-N-이소프로필아민, N-이소프로필-N-사이클로헥실아민, N-에틸-N-사이클로헥실아민, N,N-디에탄올아민 및 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘.
결합 향상 첨가제
상기 결합 향상 첨가제는 폴리스티렌, 아크릴폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 이의 공중합체, 이의 유도체 및 이들의 조합에서 선택되는 것들과 같은 모든 적합한 탄화수소 수지일 수 있다. 유도체에는 에스테르, 산, 아미드 등이 포함될 수 있다. 상기 결합 향상 첨가제는 모든 적합한 분자량을 가질 수 있는데, 예컨대 수평균 분자량은 300 내지 500,000이다. 더 높은 수평균 분자량은 50,000 내지 500,000 또는 150,000 내지 300,000일 수 있다. 더 낮은 수평균 분자량은 50,000 미만일 수 있다. 상기의 더 낮은 수평균 분자량의 탄화수소 수지의 적합한 범위는 약 300 내지 45,000 또는 1000 내지 40,000일 수 있다.
상기 스티렌 첨가제에는 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리스티렌 유도체 및 이들의 조합이 포함될 수 있다. 적합한 스티렌-기반 폴리머의 예에는 비제한적으로, 폴리스티렌, p-알킬폴리스티렌, 예컨대 p-메틸폴리스티렌, p-아릴폴리스티렌등이 포함된다. 게다가, 상기 폴리스티렌 공중합체의 예에는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 스티렌-부타디엔 공중합체(SBS), 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔스티렌 공중합체(ABS), (1-메틸에테닐)벤젠과의 스티렌 공중합제 및 이들의 조합이 포함된다.
상기 아크릴 폴리머에는 모든 다양한 모노머가 포함될 수 있다. 모노머로서, 아크릴 모이어티, 예를 들면 아크릴산 및 메타크릴산뿐만 아니라 이의 유도체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것들이 적합하다. 에스테르, 아미드, 아크릴산 니트릴 및 이의 혼합물이 바람직하게는 유도체로 간주된다. 이와 같은 것의 예에는 폴리(부틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리(메틸 메타크릴레이트-코-부틸 메타크릴레이트) 및 이들의 조합이 포함된다.
구성성분으로서 C1-12 탄화수소 작용기-함유 (메트)아크릴산 에스테르 모노머의 예에는 (메트)아크릴산 알킬 에스테르, (메트)아크릴산 알케닐 에스테르, (메트)아크릴산 사이클로알킬 에스테르, (메트)아크릴산 사이클로알케닐 에스테르, (메트)아크릴산 아릴 에스테르, (메트)아크릴산 알킬아릴 에스테르, (메트)아크릴산 아르알킬 에스테르, (메트)아크릴산 알킬아르알킬 에스테르, (메트)아크릴산 아랄킬아릴 에스테르 등이 포함된다. 이들 중에서, (메트)아크릴산 알킬 에스테르 및 (메트)아크릴산 사이클로알킬 에스테르가 적합하다.
유용한 아크릴 폴리머의 예에는 폴리(부틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리(메틸 메타크릴레이트-코-부틸 메타크릴레이트) 및 이들의 조합이 포함된다.
첨가제
폴리우레탄 우레아 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 첨가제의 부류가 하기에 열거되어 있다. 예시적인 그리고 비제한적인 목록이 포함된다. 그러나, 추가의 첨가제가 당해 기술에 공지되어 있다. 그 예에는 하기가 포함된다:항산화제, UV 안정제, 착색제, 안료, 가교결합제, 상변화물질(파라핀왁스), 항미생물제, 미네랄 (즉, 구리), 마이크로캡슐화된 첨가제(즉, 알로에베라, 비타민 E 겔, 알로에베라, 미역, 니코틴, 카페인, 향기제 또는 방향제), 나노입자(즉, 실리카 또는 탄소), 탄산칼슘, 난연제, 점착방지 첨가제, 항 염소분해 첨가제, 비타민, 의약, 방향제, 전기전도성 첨가제, 염색가능 제제 및/또는 염색보조제(예컨대 사급암모늄염). 상기 폴리우레탄 우레아 조성물에 첨가될 수 있는 기타 첨가제에는 부착 촉진제, 대전방지제, 변형(creep) 방지제, 광학적 광택제, 유착제, 전기전도성 첨가제, 발광성 첨가제, 윤활제, 유기 및 무기 충전제, 보존제, 질감 증강제(texturizing agent), 감온변색(thermochromic) 첨가제, 방충제 및 습윤제, 안정제(지연(hindered) 페놀, 아연옥사이드, 지연(hindered) 아민), 슬립제(실리콘 오일) 및 이들의 조합이 포함된다.
상기 첨가제는 하기를 포함하는 하나 이상의 유익한 특성을 제공할 수 있다: 염색가능성, 소수성(즉, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)), 친수성(즉, 셀룰로오스), 마찰 제어, 염소내성, 분해내성(즉, 항산화제), 부착성 및/또는 융도(fusibility)(즉, 접착제 및 부착 촉진제), 난연성, 항미생물 행동(은, 구리, 암모늄염), 배리어, 전기전도도(카본블랙), 인장 특성, 색, 발광, 재활용 가능성, 생물분해능, 방향성, 점착(tack) 제어(즉, 스테아르산 금속), 촉각의 특성, 설정-능력, 열적조절(즉, 상변화 물질), 약제학적 영양(nutriceutical), 광택 감소제(예컨대 이산화티타늄), 안정제(예컨대 하이드로탈카이트), 훈타이트 및 히드로마그네사이트의 혼합물, UV 스크리너 및 이들의 조합.
섬유의 제조 공정
일부 구현예의 섬유는 종래의 우레탄폴리머 용매(예를 들면, DMAc)를 갖는 용액에서 폴리우레탄-우레아폴리머의 용액 방적(습식-방적 또는 건식 방적 중 하나)에 의해 생산된다. 상기 폴리우레탄우레아 폴리머 용액에는 앞서 기재된 모든 조성물 또는 첨가제가 포함될 수 있다. 상기 폴리머는 "캡핑된 글리콜"을 생산하기 위해, 디이소시아네이트와 글리콜의 몰비, 1.6 내지 2.3, 바람직하게는 1.8 내지 2.0으로 유기 디이소시아네이트를 적절한 글리콜과 반응시켜 제조된다. 상기 캡핑된 글리콜은 이어서 디아민 사슬연장제의 혼합물과 반응한다. 수득된 폴리머에서, 상기 연질 세그먼트는 폴리머 사슬의 폴리에테르/우레탄 부분이다. 이들 연질 세그먼트는 60℃ 미만의 용융온도를 나타낸다. 경질 세그먼트는 상기 폴리머 사슬의 폴리우레탄/우레아 부분으로; 이들은 용융온도가 200℃보다 높다. 상기 경질 세그먼트는 상기 폴리머의 총중량의 5.5 내지 9%, 바람직하게는 6 내지 7.5%에 달한다.
섬유 제조의 일 구현예에서, 30~40%의 폴리머 고형물을 함유하는 상기 폴리머 용액은 분포 플레이트 및 오리피스의 원하는 배열을 통해 측정되어 필라멘트실을 형성한다. 분포 플레이트는 동심성 쉬스-코어, 이심성 쉬스-코어 및 나란히 있는 배열 중 하나에서 폴리머 스트림을 조합하고, 이어서 공통의 모세관을 통한 압출을 수행하기 위해 마련된다. 압출된 필라멘트실은 기체와 폴리머의 질량비가 적어도 10:1이 되도록 300~400℃에서 뜨거운 불활성 기체를 유입시킴으로써 건조되고, 적어도 1분당 400미터의 속도(바람직하게는 적어도 600m/분)로 뽑아지고(draw), 이어서 적어도 1분당 500미터의 속도(바람직하게는 적어도 750m/분)로 감긴다. 하기에 주어진 모든 예들은 80℃의 압출 온도로 뜨거운 불활성 기체 대기 하에서, 762m/분의 테이크업(take-up) 속도로 제조되었다. 표준공정 조건은 당해 기술에 잘 알려져 있다.
결합을 향상시키는 상기의 첨가제, 예컨대 폴리스티렌, 아크릴 폴리머 또는 폴리비닐피롤리돈은 상기 코어, 상기 쉬스만을 위해, 또는 1성분(2성분 아님) 섬유를 위한 상기 폴리머 용액에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 쉬스-코어 2성분 섬유에서, 상기 첨가제는 단지 쉬스에만 존재할 수 있다. 상기 첨가제가 상기 쉬스에만 있을 경우, 상기 쉬스의 약 0.5 내지 약 70 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 탄성 섬유로 형성된 원사는 일반적으로 적어도 0.6 cN/dtex의 파단강도(break), 적어도 400%의 파단연신율, 적어도 27mg/dtex의 300% 연신율에서의 하적(unload) 모듈러스에서 점착력을 갖는다.
상기 스판덱스의 강도 및 탄성 특성은 ASTM D 2731-72의 일반적인 방법에 따라 측정되었다. 하기 표에 보고된 실시예들의 경우, 5 cm 게이지 길이를 갖는 스판덱스 필라멘트사는 1분당 50cm의 일정한 연신율 속도로 0% 및 300% 연신율 사이를 순환하였다. 모듈러스는 제1사이클에서 연신율 100%(M100) 및 200%(M200)에서의 힘으로 측정되었고, 표에 그램(g) 단위로 보고되었다. 하적 모듈러스(U200)는 제5사이클에서 연신율 200%에서 측정되어 하기 표들에 그램(g)으로 보고되었다. 퍼센트 파단 연신율 및 파단력은 제6 확장 사이클에서 측정되었다.
퍼센트 세트는 제 5 하적 곡선이 실질적으로 제로 스트레스로 돌아가는 지점에 의해 명시되는 제5 및 제6 사이클들 사이에 잔존하는 연신율로서 측정되었다. 퍼센트 세트는 상기 샘플이 5개의 0~300% 연신율/완화 사이클을 거치고 30초 후에 측정되었다. 상기 퍼센트 세트는 이어서 % 세트=100(Lf-Lo)/Lo로서 계산되었는데, Lo 및 Lf는, 장력 없이 직선으로 잡고 있을 때, 5개의 연신율/완화 사이클 이전(Lo) 및 이후(Lf)의 필라멘트사(yam) 길이이다.
본 발명의 특징 및 이점은, 실제 예로서 제공되었으나, 어떤 식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되는 하기 실시예들에 의해 좀 더 완전히 보여진다.
실시예
본 발명의 대표적인 구현예가 본 발명의 원리 및 실시를 예시하는 하기 실시예들과 관련하여 기재된다. 이들 실시예에서, 종래의 방법에 따라 제조된 폴리우레탄/우레아는 선형 폴리머(Wichita, KS 및 Wilmington,DE의 Invista, S. a. r. L.에서 시판 중)이다;
St는 폴리스티렌을 나타내고;
St1은 더 낮은 수평균 분자량 폴리스티렌을 나타내고;
BM은 폴리(부틸 메타크릴레이트)를 나타내고;
IBM은 폴리(이소부틸 메타크릴레이트)를 나타내고;
MMA는 폴리(메틸메타크릴레이트)를 나타내고;
AN은 폴리아크릴로니트릴을 나타내고;
SMMA는 공중합체 폴리(스티렌-코-메틸 메타크릴레이트)를 나타내고;
SAN은 공중합체 폴리(스티렌-코-아크릴로니트릴)을 나타내고;
PVP는 폴리비닐피롤리돈을 나타내고
MB2766: 열가소성 아크릴수지
ZeroCreep™은 핫멜트 탄성부착 접착제를 나타낸다.
상기에서 열거된 화합물은, Dianal America, Inc 제공 MB2766 및 ZeroCreep™ 그리고 Bostik 제공 핫멜트 접착제를 제외하고, Sigma Aldrich에서 상업적으로 이용가능하다.
실시예 1
코어 용액
분절된 폴리우레탄을 디메틸아세트아미드 용매에 완전히 용해시켜, 방적 코어 용액을 수득하였다. 이와 같이, 폴리우레탄과 DMAC의 중량당 혼합 비율은 35:65(w/w)였다.
쉬스 용액
폴리스티렌을 디메틸아세트아미드 용매에 완전히 용해시켜, 폴리스티렌 모액을 수득하였고, 이어서 이것을 분절된 폴리우레탄 용액(코어 용액 참고)과 혼합하였다. 이와 같이, 폴리스티렌과 폴리우레탄의 중량당 혼합 비율은 표 1에 열거하였다. 균일성을 확보하기 위해, 각각의 공중합체 샘플을 특성 규명 또는 방적을 시작하기 전 6시간 동안 철저히 혼합하였다.
그 후에, 상기 코어-쉬스 용액을 1분당 930미터의 감기(wound-up) 속도로 40 및 360 데니어 원사와 4개의 필라멘트사가 함께 비틀린 단일사로 방적하였다. 상기 방적 코어-쉬스 셀에 유입시켜 1시간당 5.5kg의 유속으로 375℃의 질소 기체로 씻어내기 전에, 상기 폴리머 용액 온도를 50℃로 조절하였다. 이어서, 건조된 원사를 튜브로 감았다. 이와 같은 검사 항목의 방적사로서의 특성을 측정하여 표 1에 열거하였다.
실시예 2
실시예 1에 기재된 바와 같은 동일한 절차 및 조건을 사용하되, 폴리스티렌을 폴리(메틸메타크릴레이트) 또는 폴리(아크릴로니트릴) 중 하나로 대체하였다(표 1에 나타낸 중량당 혼합 비율(w/w) 사용). 이와 같은 검사 항목의 방적사로서의 특성을 측정하여 표 1에 열거하였다.
실시예 3
폴리스티렌을 디메틸아세트아미드 용매에 용해시켜, 폴리스티렌 용액(30%)을 수득하고, 상기 형성된 폴리머 용액을 원사로 방적하였다. 이와 같은 검사 항목의 방적사로서의 특성을 측정하여 표 3a에 열거하였다.
실시예 4
폴리스티렌과 폴리비닐피롤리돈을 별도로 디메틸아세트아미드 용매에 용해시켜, 폴리스티렌 용액(30%)과 폴리비닐피롤리돈 용액(20%)을 수득하였다. 그후에, 폴리스티렌 용액(30%)과 폴리비닐피롤리돈 용액(20%)으로 제조한 폴리머 블렌드 용액을 원사로 방적하였다. 이와 같은 검사 항목의 방적사로의 특성을 측정하여 표 3에 열거하였다.
실시예 5
더 낮은 수평균 분자량 폴리스티렌을 디메틸아세트아미드 용매에 용해시켜,폴리스티렌 용액(60%)을 수득하고, 상기 형성된 폴리머 용액을 원사로 방적하였다. 이와 같은 검사 항목의 방적사로서의 특성을 측정하여 표 3b에 열거하였다
표 1. 방적사 특성에 대해 쉬스-코어 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 비교
Figure pat00001
PUU: 대조군 스판덱스 원사(폴리우레탄우레아); PU: 폴리우레탄우레아; St: 폴리스티렌; SMMA: 폴리(스티렌-코-메틸메타크릴레이트); SAN:폴리(스티렌-코-아크릴로니트릴); BM: 폴리(부틸 메타크릴레이트); IBM: 폴리(이소부틸메타크릴레이트); MB2766: 아크릴수지.
표 1은 본 발명에 적합한 쉬스-코어 2성분 스판덱스 섬유의 특성을 예시한다. P1은 대조군으로, 일반 스판덱스인 반면, 샘플 P2~10은 본 발명에 따라 제조된 쉬스-코어 스판덱스 섬유이다. 상기 실시예들에서 분절된 폴리우레탄과 폴리머 첨가제(비제한적으로 폴리스티렌, 폴리(스티렌-코-메틸메타크릴레이트); 폴리(스티렌-코-아크릴로니트릴), 폴리(부틸메타크릴레이트) 및 유도체와의 용액 혼합물의 건식 방적이 상기 원사 특성에 유의미한 부정적 영향을 미치지 않음이 확인될 수 있다. 이들 섬유의 연신율 및 세트 데이타에 보여진 아주 작은 편차는 예상된 것으로, 이들은 폴리머 첨가제의 스판덱스 원사로의 개별적인 첨가에서 기인한다.
전반적으로, 상기 쉬스-코어 2성분 스판덱스 섬유 P2~10은 탁월한 특성, 예컨대 높은 연신율 및, 상기 일반 스판덱스, P1과 유사한 세트를 가짐이 발견되었다.
결합 결과
상기 2성분 스판덱스 섬유를 부직포에 결합시킨 후, 상기 샘플을 앞서 기재된 방법에 따라 결합 체류(100-% 변형(Creep) 체류)에 대해 검사하였다. 기저귀에 적용될 때, 스판덱스 섬유에 대한 결합 성능은, 전형적으로 핫멜트 접착제가 기재에 적용된 후 2일 내에 검사가 이루어질 경우 하기에 기재된 특정 검사에서 상기 결합 체류가 60% 초과, 바람직하게는 70% 초과, 더 바람직하게는 75% 초과, 가장 바람직하게는 80% 초과할 때, 우수하다고 이야기된다. 이들 검사는 핫멜트 접착제에 의해 어떤 수준의 부착 및 결합 체류가 이루어질 수 있는지를 나타낸다. 핫멜트 접착제의 고비용 때문에, 상기 접착제는 18gsm(상기 접착 물질에 의해 덮힌 기재의 제곱미터당 접착물질의 그램) 미만, 더 바람직하게는 15gsm 이하, 및 가장 바람직하게는 12gsm 이하의 부가량으로 사용된다(미국특허번호 제20090264580호).
본 발명에서, 쉬스-코어 스판덱스 섬유의 결합 성능은 표 2a~b에 나타낸 구체적인 예들에 의해 실증된다.
표 2a-b. 7, 11 및 15.5 gsm의 ZeroCreep™ 부가량을 사용하여, 방적사로서의 특성에 대해 쉬스-코어 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 결합 체류 비교
a)
Figure pat00002
b)
Figure pat00003
표 2a-b에서, 본 발명의 2성분 섬유가 상기의 대조군 스판덱스 섬유보다 부직포에 더 큰 결합 체류를 나타냈음이 분명히 확인된다.
상기 ZeroCreep™ 부가량이 7gsm일 경우, 상기 2성분 스판덱스 섬유 P2~7 및 P9~12는 상기 대조군 스판덱스 섬유 P1 또는 P8보다 우수한 결합 성능을 나타낸다(표 2a-b). 폴리스티렌 및 폴리(부틸메타크릴레이트) 첨가제를 가진 섬유가 더 높은 결합 체류를 나타냄이 주목되어야 한다.
11gsm과 동등한 ZeroCreep™ 부가량에서, 본 발명에 의해 청구된 모두 6개의 2성분 섬유가 상기 대조군 스판덱스 섬유보다 더 우수한 부직포 결합 능력을 가진다. 앞서 나타낸 바와 같이, 상기 결합 체류는 폴리스티렌 및 폴리(부틸메타크릴레이트)가 섬유 쉬스에 사용된 경우 증가하였다.
ZeroCreep™ 부가량이 15.5gsm일 때, 대조군 섬유(P1 및 P8)을 비롯하여 본 발명의 모든 섬유(P2~7 및 P9~12)가 훨씬 높은 결합 체류를 나타내었다. 그러나, 본 발명의 2성분 섬유가 상기 대조군 섬유와 비교하여 더 나은 변형(creep) 체류를 나타낸다.
표 3a. 방적사로서 특성에 있어서 1성분 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 비교
Figure pat00004
PUU1: 대조군 스판덱스 원사(폴리우레탄우레아); St: 폴리스티렌;
PVP: 폴리비닐피롤리돈.
표 3b. 방적사로서 특성에 있어서 1성분 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 비교
Figure pat00005
PUU2: 대조군 스판덱스 원사(폴리우레탄우레아); St1: 낮은 수평균 분자량 폴리스티렌
표 4. ZeroCreep™ 부가량 7, 11 및 15.5gsm을 사용하여, 방적사로서의 특성에 대해 1성분 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 결합 체류 비교
Figure pat00006
표 5. Henkel사에서 제조된, Technomelt®DM 800B 15 및 20mg/m/가닥을 사용하여, 방적사로서의 특성에 대해 1성분 스판덱스와 대조군 스판덱스 원사의 결합 체류 비교
Figure pat00007
표 4 및 5는 본 발명의 섬유가 대조군보다 더 나은 결합 체류를 나타냄을 보여준다.
현재 본 발명의 바람직한 구현예로 여겨지는 것이 기재되었으나, 당해분야의숙련가는 본 발명의 원리에서 벗어나지 않으면서 구현예에 변화 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이와 같은 모든 변형 및 수정이 본 발명의 진정한 범위에 속하는 것으로서 포함되도록 의도됨을 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 폴리우레탄을 포함하고, 그리고 폴리스티렌에서 선택되는 0.01 내지 30 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 탄성 섬유를 포함하고,
    상기 탄성섬유가 직물, 부직포, 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기재 층에 부착된 것인, 라미네이트 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 접착제, 초음파 결합, 열융착 결합 또는 이들의 조합에 의해 부착되는 것인, 라미네이트 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 용액 방적(solution spun)되는 것인, 라미네이트 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 쉬스-코어 2성분 섬유이고 상기 첨가제가 상기 쉬스에만 존재하는 것인, 라미네이트 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 쉬스가 상기 첨가제를 상기 쉬스의 0.5 중량% 내지 70 중량%의 양으로 포함하는 것인, 라미네이트 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 미네랄 오일, 실리콘 오일, 또는 이들의 조합을 포함하는 국소 마감칠(topical finish)을 상기 섬유의 0.1 중량% 내지 2 중량%의 양으로 추가로 포함하는 것인, 라미네이트 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 국소 마감칠의 점도가 5 센티스톡 내지 150 센티스톡인 것인, 라미네이트 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 마그네슘 스테아레이트, 유기스테아레이트, 실리콘 오일, 미네랄오일 및 이들의 조합에서 선택되는 추가의 첨가제를 추가로 포함하는 것인, 라미네이트 구조체.
  9. 라미네이트 구조체를 제조하는 방법으로서,
    폴리우레탄을 포함하고, 그리고 폴리스티렌에서 선택되는 0.01 내지 30 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 탄성 섬유를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 탄성 섬유가 직물, 부직포, 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 기재 층에 부착되는 것인, 라미네이트 구조체를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 탄성 섬유가 초음파 결합, 접착제, 열융착 결합 또는 이들의 조합에 의해 부착되는 것인, 라미네이트 구조체를 제조하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 라미네이트 구조체가 일회용 위생 물품에 포함되는 것인, 라미네이트 구조체를 제조하는 방법.
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