KR20240045381A - 탄성 부직포 시트 - Google Patents

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KR20240045381A
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nonwoven
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KR1020247010526A
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모르튼 리스 핸슨
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파이버텍스 퍼스널 케어 에이/에스
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Abstract

본 발명은 기계 방향으로 상당한 정도로 탄성적으로 신축할 수 있는 능력을 가지면서 교차 기계 방향으로는 낮은 연신율을 보이는 부직포 시트들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 시트들을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

탄성 부직포 시트
본 발명은 기계 방향(machine direction)으로 상당한 범위로 탄성적으로 신축할 수 있는 능력을 가지면서, 교차 기계 방향(cross machine direction)으로는 낮은 연신율을 보이는 부직포 시트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
부직포 시트는 위생 산업에서 유아용 기저귀들 및 성인용 요실금 제품들을 만드는 재료로서 대규모로 사용된다. 많은 경우에, 예를 들어, 개방형 기저귀들의 백-이어(back-ears)부들을 만들거나 기저귀 팬티의 허리 벨트 부분들을 만들 때, 탄성적으로 신축 가능한 재료들이 필요하며, 표준 부직포 시트들은 이 요구 사항을 충족시키지 못한다.
부직포 시트에 기초하여 탄성적으로 신축 가능한 재료들을 제공하기 위한 전통적인 접근 방식들은 일반적으로 라이크라 스트랜드(lycra strand)와 같은 탄성적으로 신축 가능한 요소에 부직포 시트들을 주름지게 하는 것과 관련이 있다. 보다 현대적인 접근 방식들은, 열가소성 엘라스토머 재료로 형성되는 섬유들을 포함하는 탄성 신축성 부직포 층과, 신축성은 있지만 탄성은 없는 페이싱 층(facing layer)들을 접합함으로써, 내재적 탄성 신축성을 갖는 부직포 시트들을 제공하는 것을 목표로 한다. WO 2020/187540 A1 또는 EP 3 715 517 A1에 개시된 부직포들이 예들로서 언급될 수 있다.
일반적인 성인용 또는 유아용 기저귀 팬티의 제조 방법에 있어서, 기저귀의 원주 방향은 일반적으로 사용되는 부직포 시트들의 기계 방향(MD)이고, 기저귀의 상하 방향은 일반적으로 사용되는 부직포 시트의 교차 기계 방향(CD)이다. 이러한 경우에는 재료들이 기계 방향으로 상당한 탄성 신축성을 나타내어 기저귀 팬티가 원주 방향으로 탄성적으로 신축성 있게 늘어나서 핏이 잘 맞도록 허용하는 동시에, 기저귀를 당기는 경우에 기저귀가 과도하게 늘어나는 것을 방지하기 위해 교차 기계 방향에서는 낮은 연신율을 나타내는 것이 유리하다. 이러한 요구 사항은, 현재 여러 가지 다양한 기저귀 재료들 및 용도들에 대한 산업 표준인 스펀본디드 부직포 시트들에서 평균 섬유들 배향이 기계 방향이며, 이는 일반적으로 교차 기계 방향보다 기계 방향의 연신율을 더 낮게 만든다는 사실에 반대된다.
따라서, 위생 산업에서는 기계 방향으로 높은 내재적 탄성 신축성을 가지면서, 동시에 교차 기계 방향으로는 낮은 연신율을 갖는 부직포 시트들에 대한 필요성이 있다.
이러한 맥락에서, 본 발명은 기계 방향으로 탄성적으로 신축 가능한 다층 부직포 시트를 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은, 적어도 2개의 부직포 재료들의 층들을 포함하는 탄성 신축성 부직포 시트를 제공하는 단계(여기서 한 층은 열가소성 엘라스토머 중합체 재료로 형성되는 스펀본드 탄성 섬유들을 포함하는 탄성 신축성 부직포이고, 한 층은 스펀본드 크림핑된 다중 성분 섬유(spunbonded crimped multicomponent fiber)들을 포함하는 신축성 페이싱 층임); 탄성 신축성 부직포 시트와 비교할 때, 적어도 교차 기계 방향에서 더 낮은 파단 연신율을 갖는 저연신율 부직포 시트를 제공하는 단계; 및 탄성 신축성 부직포 시트 및 저연신율 부직포 시트를, 미리 정의된 패턴들의 용융-본딩에 의해 시트들이 접합되는 본딩 스테이션(bonding station)에, 공동 공급하는 단계(여기서 탄성 신축성 부직포 시트는 기계 방향으로의 프리-텐션(pre-tension)하에, 따라서 기계 방향으로 프리-스트레치된 상태로 본딩 스테이션에 공급되는 반면, 낮은 CD 연신율 부직포 시트는, 프리-텐션이 없거나, 또는 탄성 신축성 부직포 시트의 기계 방향으로의 프리-스트레치보다 작은 기계 방향으로의 프리-스트레치를 초래하는 프리-텐션 하에 본딩 스테이션에 공급될 수 있음)를 포함한다.
탄성 신축성 부직포 시트의 기계 방향으로의 프리-스트레치의 정도는, 예를 들어, 시트의 원래 치수에 대해 40 내지 160 %, 바람직하게는 60 내지 140%, 더욱 바람직하게는 80 내지 120%로 프리-스트레치되도록 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 또한 절대적인 힘의 관점에서도, 그리고 결과적인 프리-스트레치에 관계없이, 저연신율 부직포 시트의 기계 방향으로의 프리-텐션은, 존재하는 경우, 탄성 신축성 부직포 시트의 기계 방향으로의 프리-텐션보다 낮다. 본딩 스테이션에 함께 공급되는 시트들의 프리-텐션 및 프리-스트레치의 정도는 시트들의 종류 및 본딩 스테이션의 종류에 따라 절대적으로나 상대적으로 달라지며, 변형들이 아래에서 논의된다. 그러나, 어떤 경우에도, 본 발명의 방법은 결과적인 다층 시트의 층들이 탄성 신축성 부직포 시트로 되돌아가는 과정에서 발생하는 수축이 본딩 포인트들 사이의 저연신율 부직포 시트의 수축으로 이어지는 구성으로 되며, 이는 이전 수축 정도에 어느 정도 반대되지 않는 기계 방향으로의 신축을 허용하는 리저버(reservoir)를 설명하는 주름 패턴들 및 다른 반복적인 구조적 변화들을 초래할 수 있다. 반면에, 교차 기계 방향에서는 이러한 리저버가 없으며, 따라서 결과적으로 다층 시트는 기계 방향으로 상당한 정도로 탄성적으로 신축성이 있는 반면, 교차 기계 방향에서는 낮은 연신율을 보이게 된다.
본 명세서에서 사용되는, 탄성 신축성 부직포 시트와 함께 본딩 스테이션에 공동 공급되는 부직포 시트를 특징으로 하는 용어 "낮은 연신율"은 특정한 절대적인 연신율의 숫자를 명시하는 것을 의미하지 않는다. 일반적으로, 이 부직포 시트는 교차 기계 방향 및 바람직하게는 기계 방향에서의 탄성 및 파단 연신율이 갖춰져 있어야 하며, 이는 탄성 신축성 부직포 시트의 값보다 낮을 것이다. 절대적인 수치의 관점에서, 이 고립된 층이 공급될 때의 파단 연신율은, WSP 110.4에 따라 측정하는 경우에 기계 방향 및 교차 기계 방향 모두에서 150% 미만, 바람직하게는 100% 미만일 수 있다. 기계 방향의 인장 강도는 15 N/50mm 이상, 바람직하게는 20 N/50mm 이상일 수 있고, 교차 기계 방향의 인장 강도는 5 N/50mm 이상, 바람직하게는 10 N/50mm 이상일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상이한 프리-스트레치 하에 본딩 스테이션에 공동 공급되는 탄성 신축성 부직포 시트 및 저연신율 부직포 시트는 모두 바람직하게는 용융-본딩 포인트들의 패턴에 의해 프리-본딩된다.
바람직하게는, 저연신율 부직포 시트는 스펀본드 시트이거나 적어도 스펀본드 시트의 층을 포함한다. 보다 바람직하게는, 저연신율 부직포 시트는 비-크림핑된 단일 성분 섬유(uncrimped monocomponent fiber)들로 형성되는 스펀본드 시트이다. 이러한 섬유들을 형성하기 위한 바람직한 재료는 폴리프로필렌이지만, 폴리(프로필렌-에틸렌) 공중합체와 같은 폴리프로필렌 공중합체들(co-PP) 또는 폴리에틸렌(PE)도 실시예들에서 사용될 수 있다.
탄성 신축성 부직포 시트의 신축성 페이싱 층의 크림핑된 다중 성분 섬유는 임의의 비대칭 단면 분포의 이성분 섬유들이 될 수 있다. 바람직한 것은 사이드-바이-사이드 섬유(side-by-side fiber)들이지만, 이것들은 또한 편심-시스-코어(eccentric-sheath-core) 또는 다른 알려진 구성일 수도 있다.
일 실시예에서, 이성분 섬유의 성분들은 모두 폴리프로필렌이고, 이 폴리프로필렌은 특성이 서로 다르며, 이에 따라 섬유들에 크림프(crimp)가 발생하게 된다. 폴리프로필렌-폴리프로필렌 구성의 크림핑된 이성분 섬유들을 포함하는 페이싱 층들은 예를 들어 EP 3 715 517 A1의 시트들에서 사용된다.
다른 실시예에서, 크림핑된 다중 성분 섬유들의 성분들 중 적어도 하나는 프로필렌-α-올레핀 공중합체 재료(co-PP)이다. 이것은 특히 기계 방향(MD)에서 시트의 전체 탄성을 잠재적으로 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 프로필렌과 공중합체를 공동 형성하는 α-올레핀은 바람직하게는 에틸렌이다. 즉, 공중합체는 바람직하게는 폴리(프로필렌-에틸렌) 공중합체이다. 마찬가지로 바람직하게는, 공중합체는 랜덤 공중합체이다. 크림핑된 다중 성분 섬유의 성분들 중 다른 하나는 바람직하게는 폴리프로필렌 단일 중합체(PP)이다. 이러한 다중 성분 섬유의 성분들인 co-PP 또는 homo-PP는, 슬립제들, 충전재들, 색소들 또는 안료들과 같은 추가 중합체들이나 다른 첨가제들과 혼합될 수 있지만, 각 성분의 중량을 기준으로 50% 초과, 바람직하게는 75% 초과, 보다 바람직하게는 90% 초과를 차지해야 한다.
크림핑된 이성분 섬유들 내에서, 하나의 성분과 다른 하나의 성분의 중량비는 바람직하게는 20/80 내지 80/20이며, 보다 바람직하게는 30/70 내지 70/30이며, 더 바람직하게는 40/60 내지 60/40이다.
탄성 신축성 부직포 시트의 탄성 신축성 층의 탄성 섬유들은 열가소성 폴리올레핀 엘라스토머(TPE-o)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌-α-올레핀 공중합체들을 포함하는 열가소성 폴리올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있다. 본 발명의 맥락에서 사용하기에 적합한 TPE-o 재료들은 EP 2 342 075 A1에 개시되어 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 즉 혼합물로서, 특히 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 스티렌 블록 공중합체들(TPE-s)과 같은 다른 열가소성 엘라스토머 재료들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 호모-폴리프로필렌과 같은 열가소성 올레핀의 최대 20 wt.-%, 바람직하게는 최대 10 wt.-%가 열가소성 엘라스토머 재료 내에 열가소성 엘라스토머 옆에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 이성분 탄성 섬유는 예를 들어 사이드-바이-사이드(side-by-side) 또는 시스-코어-구성(sheath-core configuration)으로 배치되는 2개의 상이한 열가소성 엘라스토머들로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 탄성 신축성 부직포 시트는 탄성 층의 양측에 적어도 하나의 페이싱 층을 포함하므로, 전체적으로 적어도 3개의 층들을 포함한다. 이러한 구성은, 생산 중 노출되는 경우에 기본적으로 점착성이 있고 다루기 어려운 경향이 있는 탄성 층을, 양측에서 덮을 수 있어 유리할 수 있다. 추가적인 페이싱 층은 제 1 페이싱 층에 대해 전술한 바와 같이 구성될 수 있다. 탄성 층의 상이한 측면들에 있는 페이싱 층들은 동일할 수도 있지만 상이할 수도 있다. 예를 들어, 부직포 페이싱 층 중 하나는 스펀본드 부직포일 수 있고, 다른 부직포 페이싱 층은 상이한 스펀본드 부직포 또는 멜트블로운 부직포(meltblown nonwoven)일 수 있다.
다른 실시예에서, 탄성 신축성 부직포 시트의 탄성 층은 저연신율 부직포 시트와 마주보는 측에 노출되며, 본딩 스테이션들에서 시트들을 접합한 이후에는 저연신율 부직포 시트 바로 옆에 위치한다. 이는 전체적으로 더 적은 수의 층들을 가지는 장점이 있다.
위에서 정의되는 층들은 각각, 정의되는 탄성, 단일 성분 또는 이성분 섬유들을 포함할 수 있으며, 다른 섬유들도 추가로 포함될 수 있지만, 바람직하게는 정의되는 각각의 섬유들로 구성된다.
탄성 신축성 부직포 시트의 프리-스트레치는, 예를 들어 본딩 스테이션 앞에 배치되는 닙-롤(nip-roll)에 의해 조절될 수 있으며, 가능하게는 본딩 스테이션 뒤에 배치되는 닙-롤들에 의해 조절될 수 있다. 닙-롤들은 시트의 이송 속도를 조절할 수 있다.
본딩 스테이션은 표면에 엠보싱 돌출부들을 갖는 적어도 하나의 캘린더 롤(calender roll)을 포함한다. 실시예들은 초음파 진동들이 엠보싱 돌출부에들에 도입되는 초음파 본딩을 포함한다. 다른 실시예들에서는 엠보싱 돌출부들이 가열되는 열 본딩을 사용한다. 실시예들에서, 시트들은 상호 회전하는 2개의 롤들 사이의 갭으로 공급되며, 이 중 적어도 하나는 캘린더 롤이다.
본딩 스테이션의 특정 실시예는 한 쌍의 상호 작용하는 롤들을 포함하며, 이 롤들의 표면들에는 서로 맞물리는 교차 방향의 리브들 및 홈들, 그리고 롤들 중 적어도 하나의 롤에 있는 리브들 및/또는 홈들의 크레스트들을 따라 배치되는 엠보싱 돌출부들이 포함된다. 서로 맞물리는 리브들 및 홈들은 층들에 대한 추가 국부적인 기계 방향 프리-스트레치에 영향을 미친다. 이 상태에서 시트들을 본딩함으로써, 프리-텐션 차이와 관련하여 위에서 설명한 효과가 증가한다.
앞서 설명한 배경 기술에 비추어, 본 발명은 또한 부직포 재료들의 적어도 3개 층들을 포함하는, 기계 방향으로 탄성적으로 신축 가능한 다층 부직포 시트에 관한 것이며; 여기서 제 1 층은 열가소성 엘라스토머 중합체 재료로 형성되는 스펀본드 탄성 섬유들을 포함하고; 여기서 제 2 층은 스펀본드 크림핑된 다중 성분 섬유들을 포함하고; 여기서 시트의 층들은 본딩 포인트들의 패턴에 의해 함께 용융-본딩되며; 여기서 제 3 층은 본딩 포인트들 사이에서 기계 방향으로 수축되고, 기계 방향으로 주름 패턴 및/또는 다른 반복적인 구조적 변화를 나타낸다.
직물이 본 발명의 방법에 의해 획득될 수 있다. 층들의 바람직한 양태들은 상기한 본 발명 방법의 설명으로부터 취해질 수 있다.
바람직하게는, 다층 시트는 WSP 110.4에 따라 측정하는 경우, 기계 방향의 파단 연신율 값이 100% 더 높고, 바람직하게는 150%보다 더 높다. WSP 110.4에 따라 측정하는 경우, 다층 부직포 시트의 교차 기계 방향의 파단 연신율 값은 바람직하게는 100% 더 낮다.
일 실시예에서, 다층 부직포 시트의 기계 방향의 파단 연신율 값은 WSP 110.4에 따라 측정할 때 교차 기계 방향의 파단 연신율보다 높을 수 있다.
WSP 110.4에 따라 측정하는 경우, 다층 시트의 교차 기계 방향의 인장 강도는 바람직하게는 10 N/50 mm보다 크고, 바람직하게는 15 N/50 mm보다 커야한다. 제 3 층의 CD 인장 강도(파단 시)는 제 3 층의 CD 인장 강도에 의해 크게 좌우되며, 이는 그 자체로 고려하는 경우 바람직하게는 제 1 또는 제 2 층과 비교할 때, 교차 기계 방향에서 더 높은 인장 강도를 갖는다.
제 2 층의 기본 중량, 및 직물의 각 크림핑된 섬유-형성된 페이싱 층(들)의 보다 일반적인 기본 중량(다층 시트의 탄성 신축성 부직포 시트 내)은 5 내지 40 g/m², 바람직하게는 8 내지 30 g/m², 보다 바람직하게는 10 내지 25 g/m², 더욱 바람직하게는 15 내지 20 g/m²일 수 있다.
하나 이상의 크림핑된 섬유-형성된 페이싱 층이 직물에 존재하는 경우, 이들은 동일한 기본 중량들을 가질 수 있거나, 하나가 다른 것보다 낮은 기본 중량을 가질 수 있다. 신축성 시트가 저연신율 부직포 시트에 라미네이트되기 이전에, 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트의 페이싱 층들 중 하나는, 점착성 탄성 층을 보호하는 것을 제외한 기능만을 가질 수도 있다는 이론 하에, 기본 중량들을 갖는 실시예가 바람직할 수 있다.
제 1 (탄성) 층의 기본 중량은 10 내지 150 g/m², 바람직하게는 20 내지 120 g/m², 더욱 바람직하게는 25 내지 100 g/m²일 수 있다.
제 3 (저연신율 부직포) 층의 기본 중량은 5 내지 50 g/m², 바람직하게는 8 내지 30 g/m², 더욱 바람직하게는 10 내지 25 g/m²일 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 시트는 위생용품의 제조에 사용하기에 특히 적합하다. 예를 들어, 부직포 시트는 탄성 허리 재료로서 시트를 포함하는 기저귀 팬티의 제조에 사용될 수 있다. 현재 산업에서 이와 같은 응용 분야에서 사용되는 전형적인 생산 공정들은 재료가 MD에서 탄성적으로 신축될 수 있는 능력을 요구할 것이다.
본 발명의 추가 세부사항들 및 이점들은 다음에 설명되는 도면들 및 실시예들로부터 명백해질 것이다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은 팬티형 기저귀들의 산업 생산에서 부직포 시트가 일반적으로 사용되는 방식의 생산 레이아웃이다.
도 2는 부직 벨트 재료의 교차 기계 방향 및 기계 방향이 표시되는 팬티형 기저귀이다.
도 3은 본 발명의 제 1 예의 방법을 수행하기 위한 기계 설정이다.
도 4는 공동 공급되는 라미네이트들을 추가로 프리-스트레치하고 동시에 본딩하기 위한 액티베이션 유닛의 개략도이다.
도 5는 도 4에 개략적으로 도시되는 바와 같은 롤의 리브의 크레스트 라인의 도면이다.
도 6은 도 4의 작동 중인 액티베이션 유닛의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 예의 방법을 수행하기 위한 기계 설정이다.
도 8은 기계 방향 프리-텐션이 적용되는 경우, 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트의 구조적 변화를 보여주는 도면이다.
도 9는 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트에 기초한 다층 부직포 시트의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 10은 2층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트에 기초한 다층 부직포 시트의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 11은 예 1의 라미네이트 재료에 대해 기록된 기계 방향 인장 (응력-변형) 다이어그램의 히스테리시스 곡선이다.
도 1 및 도 2는 기계 방향에서 탄성 특성들을 가진 시트 및 교차 기계 방향에서 상대적으로 낮은 연신율을 가진 시트를 갖는 것이 팬티형 기저귀 생산에서 바람직한 이유를 보여준다.
구체적으로, 도 1은 팬티형 기저귀들의 산업 생산에 부직포 시트가 일반적으로 사용되는 방식의 생산 레이아웃을 보여준다. 재료들로부터 유래되는 기저귀들의 기저귀 벨트는 기계방향으로 배향되어 있는 것을 볼 수 있다.
기저귀 팬티는 착용감이 편안해야 함과 동시에 벨트 부분에서 신축성이 있어야 하며, 장착이 용이해야 하고, 상하 방향으로 치수 안정성이 있어야 하므로, 이에 최적화된 부직포는 기계 방향에서 우수한 탄성 성능을 갖추어야하는 반면에, 교차 기계 방향의 탄성 및 연신율은 상대적으로 낮아야 하며, 기저귀를 올바른 위치에 놓기 위해 잡아당기는 경우에 기저귀를 장착하는 데 필요한 힘을 견디려면 교차 기계 방향 연신율은 적절하게 낮아야 한다.
부직포 벨트 재료의 대응하는 교차 기계 방향 및 기계 방향이 표시되는 팬티형 기저귀가 도 2에 나타나 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 예의 방법을 수행하기 위한 예시적인 기계 설정을 도시하며, 여기서 탄성 신축성 부직포 시트는 일반적인 스펀본드 부직포 시트(저연신율 부직포 시트)에 적층되며, 라미네이션 공정(lamination process)은 어떠한 접착제나 풀을 첨가하지 않고 수행된다.
이 공정에서, 탄성 신축성 부직포 시트(10)는 스테이션(910)에서, 930의 한 쌍의 닙(nip) 롤들에 의해 속도 제어된 상태로 공정 내로 풀리고 있다. 일반(저연신율) 스펀본드 부직포 시트(20)는 스테이션(920)에서 풀리고 본딩 스테이션(940)에서 결합 활성화 및 본딩 공정으로 공동 공급되며, 이는 도 4 내지 도 6을 참조하여 아래에 더 자세히 설명된다. 스테이션(940)에서 나온 이 재료는 웹 경로를 제어하고 재료에 주름이 없는지 확인하기 위해 스테이션(960)에서 소위 바나나 또는 스프레더 롤들의 세트를 통해 이완되고 처리된다. 그 후, 생성된 다층 시트(30)는 스테이션(970)에서 완성된 라미네이트 롤들(laminate rolls)에 감겨진다.
도 4 내지 도 6은 공동 공급된 시트들을 추가로 프리-스트레치하고 동시에 본딩하기 위한 액티베이션 유닛으로서 구성되는, 도 3의 예에서 사용되는 본딩 스테이션(940)의 일 실시예를 도시한다. 유닛은, 공동 공급된 시트를 기계 방향으로 추가로 신축시키고 신축된 상태로 본딩시키도록 구성되는 2개의 상호 회전하는 액티베이션 롤들(51, 52)을 포함한다.
도 4의 도면은 롤 축에 수직인 반경 방향 평면을 따라 확대된 단면이다. 이 도면에서 명백한 바와 같이, 두 롤들(51 및 52)은 작동 표면(acting surface)들에 규칙적으로 이격된 복수의 리브들(53)을 포함하며, 그 사이에 홈들(54)이 형성된다. 이 실시예에서 리브들(53)은 교차 기계 방향으로 배향되고 롤들(51 및 52)의 표면들 위로 축방향으로 연장된다.
리브들(53)의 폭 "a", 맞물림 깊이 "b" 및 인접한 리브들(53) "c" 사이의 거리는 활성화 동안 기계 방향 프리-스트레치의 정도를 제어한다.
두 롤들(51, 52)의 각 리브(53)의 크레스트 라인에는, 공동 공급 시트가 신장되는 동안 함께 본딩하기 위한, 즉 추가 스트레치 활성화와 동시에 공동 공급된 시트를 함께 본딩하기 위한 일련의 엠보싱 돌출부들(59)이 있다.
도 5는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같은 액티베이션 롤(51, 52)의 리브(53)의 크레스트 라인의 도면을 나타내며, 리브(53)는 크레스트 라인에 엠보싱 돌출부(59)를 갖는다.
도 6은 도 4에 나타나 있는 유닛이 작동 중인 것을 나타낸다. 도 6의 왼쪽에서 오른쪽으로 공동 공급되는 시트들(설명 목적을 위해 하나의 시트로만 표시됨)은 결합 활성화 및 본딩 공정에 들어간다. 시트들이 2개의 롤들(51, 52)의 닙에 들어가면 메쉬 리브(meshing rib)(53)들과 함께 활성화 공정이 시작된다.홈들(54) 내에서 리브들(53)의 점진적인 맞물림으로 인해 국부적인 신축은 리브들(53) 및 홈들(54)이 완전히 맞물리는 중앙 위치까지 꾸준히 증가한다.
두 롤들(51, 52)의 중앙 위치의 최대 맞물림 포인트에서 한 롤(여기서는 롤(51))의 리브(53)에 있는 엠보싱 돌출부들(59)이 반대편 롤(여기서, 롤(52))의 반대쪽 홈(54)의 바닥과 접촉하게 되고, 리브(53)의 크레스트 라인을 따라, 즉 공동 공급 시트의 줄무늬 형상의 고밀도 영역 A를 따라서 일련의 본딩 포인트들을 형성하게 된다.
재료가 다시 스테이션(940)을 빠져나감에 따라, 탄성 신축성 부직포 시트(10)의 탄성 층에 있는 탄성 섬유들이 수축하여 재료의 신축성을 되돌린다. 이완 과정 중에는 본딩 포인트에서 탄성 신축성 부직포 시트(10)에 부착되지 않은 정규(저연신율) 스펀본드 부직포 시트(20)의 일부 구역이 시트 내부의 섬유 크램핑(cramping)에 의해 주름이 생기거나 압축되며, 이와 같이 스테이션(940)에서 프리-스트레치된 만큼 다시 기계 방향으로 신축하는 능력을 유지하면서, 원래의 교차 기계 방향에서의 낮은 연신율을 유지한다.
다시 도 3의 설명으로 돌아가서, 스테이션(930)에서는 본딩 스테이션(940)에 들어가기 이전의 탄성 신축성 부직포 시트(10)의 속도를 본딩 스테이션(940)의 액티베이션 롤들의 속도보다 낮은 수준으로 제어 및 조절하고, 이에 따라 본딩 스테이션(940)에 들어가기 전의 일반(저연신율) 부직포 시트(20)의 속도는 스테이션(940)의 롤들의 속도와 동등한 수준이다. 탄성 신축성 부직포 시트(10)를 더 낮은 속도로 작동시킴으로써 프리-스트레치된 상태로 스테이션(940)에 들어갈 것이고, 스테이션(940) 내의 롤들의 구성으로 인해 그 내부에서 더 많이 신축하고 활성화되어, 200% 이상의 연신율에 이를 수 있다.
스테이션(940)의 액티베이션 롤들은 탄성 신축성 부직포 시트(10)와 일반(저연신율) 부직포 시트(20) 사이에 본드들을 형성하기에 적합한 정도로 가열된다. 일반적인 온도 범위는 50℃ 내지 145℃, 바람직하게는 60℃ 사이이다. 일반적인 온도 범위는 50℃ 내지 145℃, 바람직하게는 60℃ 내지 70℃이다. 하단 롤과 상단 롤 사이의 온도는 서로 상이할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 예의 방법을 수행하기 위한 기계 설정을 보여준다. 설정은 도 3의 설정과 매우 유사하며, 유일한 차이점은, 본딩 스테이션(950)이 상이하게 구성되고, 표면이 엠보싱 핀들을 포함하는 하나의 엠보싱 롤(951), 및 그 상단의 가까운 거리에 배치되는 초음파 용접 도구, 보다 구체적으로 소노트로드(sonotrode)(952)만을 포함한다는 것이다. 공동 공급된 시트들은 바람직하게는 약간의 굽힘에 의해 롤(951) 위로 리드되고, 롤(951) 표면 상에 누운 상태에서 롤(951)과 소노트로드(952) 사이의 갭을 통과한다.
원칙적으로 초음파 용접은 잘 알려져 있다. 시트들의 열가소성 섬유들은 소노트로드(952)에 의해 생성되는 기계적 진동들에 의해 활성화되어, 롤(951) 표면의 본딩 핀들에 대응하는 미리 정의된 패턴들에 따라 용융 및 본딩되며, 이는 에너지를 집중시키고 따라서 용접 지점들을 정확하게 정의한다.
도 7의 기계 설정에서는, 도 3의 기계 설정과 비교할 때, 프리-스트레치가 약간 약하게 이루어진다.
전술한 어느 예에서도 스테이션(940 또는 950)에서 롤(들)의 닙 압력은 5 내지 100 N/mm일 수 있고, 엠보싱 돌출부들은 8 내지 20%의 본딩 면적을 차지할 수 있다. 엠보싱 돌출부들은 0,2 mm² 내지 2 mm²의 면적을 가질 수 있으며 직사각형, 원형, 타원형 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
도 8은 기계 방향 프리-텐션이 가해졌을 경우 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트(10)의 구조적 변화들을 설명하는 도면이다. 시트는 끼워진 탄성 층(12)의 양측에 2개의 페이싱 층들(11 및 13)을 포함한다. 페이싱 층들(11 및 13)은 각각 크림핑된 섬유로 형성되는 스펀본드 직물들일 수 있으며, 이것은 비-크림핑된 섬유들로 형성되는 표준 스펀본드 부직포와 비교할 때 직물을 유연하고 신축성이 더 좋게 만든다. 탄성 층(12)은 열가소성 엘라스토머 중합체 재료로 형성되는 탄성 섬유들로 만들어진 스펀본드 부직포이다.
도 8의 맨 위 도면은 시트(10)가 신축되지 않은 상태를 나타낸다. 예를 들어 도 7의 기계 설정의 본딩 스테이션(950)에 직물이 공급되는 속도가 감소하여 종방향 힘 F가 적용되는 경우(도 8의 가운데 도면), 직물이 기계 방향으로 신축된다(도 8의 아래쪽 도면). 힘이 사라지는 경우, 직물은 탄성 층(12)의 작용으로 인해 자동으로 원래 길이로 다시 수축한다(도 8의 맨 위 도면).
도 8의 가장 아래 도면에 나타나 있는 신축된 상태에서, 시트(10)에 규칙적인(저연신율) 부직포 층(20) 형태의 추가 층이 부착되고, 이후 결합된 다층 시트(30)가 이완 및 수축되도록 허용되는 경우, 시트(10)로 돌아가는 층은 본딩 포인트들 사이에서 기계 방향으로 압축되며, 이는 적어도 이전 수축 정도까지 다소 반대되지 않는 기계 방향적 신축을 허용하는 리저버(reservoir)를 고려한 주름 패턴들 및 다른 반복적인 구조적 변화들을 초래할 수 있다. 반면에 교차 기계 방향에서는 이러한 리저버가 없는 경우 시트(10)로 돌아가는 층은 원래의(낮은) 연신율을 유지한다.
도 9 및 도 10은 최종 이완 상태의 다층 시트들(30)을 나타내며, 여기서 도 9는 2개의 페이싱 층들(11 및 13) 및 탄성 층(12)을 포함하는 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트(20)에 기초하는 다층 부직포 시트(30)의 일 실시예를 도시하고, 도 10은 단 하나의 페이싱 층(11)을 포함하는 2층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트에 기초하는 다층 부직포 시트(30)의 일 실시예를 도시하며, 탄성 층(12)은 수축된 일반(저연신율)층(10)에 직접 인접해 있다.
예 1:
다음의 예는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 장치에서 본 발명에 따른 4층 구조의 직물의 제조를 설명한다.
도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이 구성되고, 크림핑된 이성분 섬유들로 형성되는 2개의 스펀본드 페이싱 층들(12 및 13) 사이에 끼워진 탄성 스펀본드 층(11)을 포함하는 3층 구조의 탄성 신축성 부직포 시트(10)는 크림핑되지않은 단일 성분 섬유들로 형성되는 일반 저연신율 스펀본드 직물(20)의 층과 함께 결합 액티베이션 및 본딩 스테이션(940)에 공동 공급된다.
공급 중, 탄성 신축성 부직포 시트(10)는 롤러들이 44 m/min으로 작동하는 동안 본딩 스테이션(940)의 롤러들의 닙에 인입 속도를 22 m/min으로 하여 원래 길이의 100%로 프리-스트레치되었다. 일반적인 저연신율 스펀본드 직물(20)을 44m/분의 속도로 공급한다. 본딩 스케이션(940)의 맞물림 깊이 "b"는 5 mm였다(리브들의 총 높이가 5 mm이며, 이에 따라 크레스트 라인의 본딩 포인트들이 다른 롤러의 표면과 결합됨).
시트(10)의 설정은 다음 표 1에 설명되는 바와 같다:
표 1:
511A 중합체는 Sabic 회사에서 생산된 폴리프로필렌 단일 중합체이며, 좁은 중합체 중량 분포를 가지고 있으며(Mw/Mn은 3,8임) MFR은 25 g/10분이며 Tm은 161℃이다.
QR674K 중합체는 Sabic사의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체이며, MFR은 40g/10분이고, 넓은 분자량 분포를 가지고 있으며(Mw/Mn은 8.5임), Tm은 150℃이다. 또한 청색제(clarifier) 및 슬립제(slip agent)도 추가로 포함된다.
탄성 층은 ExxonMobil의 단일 시판 TPE-o 재료 VistamaxxTM 7050FL로 제조되었으며, 이것은 에틸렌 함량이 13 wt.-%이고 용융 유속이 45 g/10분인 프로필렌계 열가소성 탄성중합체 공중합체이다.
시트(10)의 본딩 패턴은 cm²당 24개의 본드 사이트들을 갖는 12% 본딩 면적의 개방형 도트 본딩 패턴이었다.
아래 표 2는 이 시트(10)에 대해 측정된 특성들을 나타낸다.
표 2:
표 2 (cntd.):
*WSP120.6에 따라 결정됨
**WSP 100.4에 따라 결정됨
시트(20)는 단일 성분 PP 섬유들로 만들어진 표준 시판 스펀본드 부직포 재료였다. 상품명은 Fibertex Personal Care A/S 회사의 A10150KW이다. 기술 데이터는 아래 표 3에 요약되어 있다.
표 3:
표 3 (cntd.):
*WSP120.6에 따라 결정됨
**WSP 100.4에 따라 결정됨
2개의 시트들(10 및 20)을 함께 라미네이트한 이후 결과적인 CD 인장 및 파단 연신율은 분리된 시트(20)의 각각의 값들보다 작거나(인장) 높을(연신율) 수 없다. 그러나 교차 기계 방향에 대한 이러한 (원하는) 제한은 MD 연신율 및 탄성 측면에서 우수한 성능을 발휘하는 라미네이트의 능력에 해를 끼치지 않는다. 이는 실험적으로 확인되었다. 구체적으로, 결과 시트(30)에 대해 획득된 데이터는 다음 표 4에 요약되어 있다.
표 4:
표 4 (cntd.):
*WSP120.6에 따라 결정됨
**WSP 100.4에 따라 결정됨
도 11은 표준 테스트 방법 ASTM D5459에 따라 이 라미네이트 재료인 시트(30)에 대해 기록된 기계 방향 인장(응력-변형) 다이어그램의 히스테리시스 곡선을 나타낸다. 이 곡선을 통해 기계 방향 탄성 거동의 두 가지 파라미터들을 확인할 수 있다.
제 1 파라미터는, ASTM D5459의 테스트 절차에 규정된 연장들을 받은 이후 탄성 재료가 원래 길이로 돌아가지 못하는, 원래 길이의 %로 표시되는 길이 증가로 정의되는 영구 변형이다. 영구 변형률(%)이 낮을수록 탄성 재료의 탄성 특성이 더 좋다.
제 2 파라미터는 ASTM D5459 테스트의 제 2 사이클에서 히스테리시스 플롯의 증가 및 감소하는 응력-변형 곡선들 사이의 면적을 나타내며, 초기 증가 곡선(A+B) 아래의 전체 면적과 관련하여 곡선들(A) 사이의 면적의 상대적 크기로 표현되며, % [A/(A+B)x100]로 표시된다. 내부 마찰로 인해 소산되는 에너지의 %를 계산하는 것이다. 실제 재료들에서 일반적으로 관찰되는 것처럼 로드 및 언로드 중 플롯들이 일치하지 않는 경우 이는 일정량의 에너지가 손실됨을 의미한다. %가 낮을수록 재료의 탄성 특성이 우수하다.
테스트된 재료의 경우, 도 11에 나타나 있는 히스테리시스를 기준으로, 제 1 사이클 후의 영구 변형은 5% 미만으로 결정되었으며, 제 2 사이클의 증가 곡선과 감소 곡선 사이의 면적은 26.7%로 측정되었다. 이는 매우 유리한 값들이다.

Claims (15)

  1. 기계 방향으로 탄성적으로 신축 가능한 다층 부직포 시트를 제조하는 방법으로서,
    적어도 2개의 부직포 재료들의 층들을 포함하는 탄성 신축성 부직포 시트를 제공하는 단계로서, 한 층은 열가소성 엘라스토머 중합체 재료로 형성되는 스펀본드 탄성 섬유들을 포함하는 탄성 신축성 부직포이고, 한 층은 스펀본드 크림핑된(spunbonded crimped) 다중 성분 섬유들을 포함하는 신축성 페이싱 층(facing layer)인 탄성 신축성 부직포 시트를 제공하는 단계;
    상기 탄성 신축성 부직포 시트와 비교할 때, 적어도 교차 기계 방향(cross-machine direction)에서 더 낮은 파단 연신율을 갖는 저연신율 부직포 시트를 제공하는 단계; 및
    상기 탄성 신축성 부직포 시트 및 상기 저연신율 부직포 시트를 미리 정의된 패턴들의 용융-본딩에 의해 상기 시트들이 접합되는 본딩 스테이션에 공동 공급(co-feeding)하는 단계로서, 상기 탄성 신축성 부직포 시트는 기계 방향으로의 프리-텐션(pre-tension)하에서 기계 방향으로 프리-스트레치된 상태로 상기 본딩 스테이션에 공급되는 반면, 상기 저연신율 부직포 시트는 프리-텐션이 없거나, 또는 상기 탄성 신축성 부직포 시트의 기계 방향으로의 프리-스트레치(pre-stretch)보다 작은 상기 기계 방향으로의 프리-스트레치를 초래하는 프리-텐션 하에서 상기 본딩 스테이션에 공급되는 공동 공급(co-feeding)하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 신축성 부직포 시트의 상기 기계 방향으로의 프리-스트레치의 정도는 상기 시트의 원래 치수에 대해 40 내지 160 %, 바람직하게는 60 내지 140%, 더욱 바람직하게는 80 내지 120%로 프리-스트레치되도록 이루어지는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩 스테이션에 공동 공급되는 상기 탄성 신축성 부직포 시트 및 상기 저연신율 부직포 시트는 바람직하게는 모두 용융-본딩 포인트들의 패턴에 의해 프리-본딩(pre-bonding)되는, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저연신율 부직포 시트는 바람직하게는 비-크림핑된(uncrimped) 단일 성분 섬유들로 형성되는 스펀본드 시트인, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이성분 섬유의 상기 성분들은 모두 폴리프로필렌인, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크림핑된 다중 성분 섬유들의 상기 성분들 중 하나는 프로필렌-α-올레핀 공중합체 재료(co-PP), 바람직하게는 폴리(프로필렌-에틸렌) 공중합체이고, 상기 크림핑된 다중 성분 섬유들의 적어도 다른 성분은 폴리프로필렌 단일 중합체(PP)인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 신축성 층의 탄성 섬유들은 열가소성 폴리올레핀 엘라스토머(TPE-o)를 포함하고, 바람직하게는 프로필렌-α-올레핀 공중합체들을 포함하는 열가소성 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 신축성 부직포 시트는 상기 탄성 층의 양측에 적어도 하나의 페이싱 층을 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 신축성 부직포 시트의 상기 탄성 층은 상기 저연신율 부직포 시트와 마주보는 측에 노출되며, 상기 본딩 스테이션들에서 상기 시트들을 접합한 이후에 상기 저연신율 부직포 시트 바로 옆에 위치하는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 신축성 부직포 시트의 상기 프리-스트레치가 닙-롤(nip-roll)들을 사용하여 조절되어 그 이동 속도를 조절하는, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본딩 스테이션은 그 표면 상에, 가열되거나 초음파로 진동되는 엠보싱 돌출부들을 갖는 적어도 하나의 캘린더 롤(calender roll)을 포함하는, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본딩 스테이션은 한 쌍의 상호 작용하는 롤들을 포함하며, 상기 롤들의 표면들에는 서로 맞물리는 교차 방향의 리브들 및 홈들, 그리고 상기 롤들 중 적어도 하나의 롤에 있는 상기 리브들 및/또는 홈들의 크레스트(crest)들을 따라 배치되는 엠보싱 돌출부들이 포함되는, 방법.
  13. 기계 방향으로 탄성적으로 신축 가능한 다층 부직포 시트로서,
    적어도 3층의 부직포 재료들을 포함하며,
    제 1 층은 열가소성 엘라스토머 중합체 재료로 형성되는 스펀본드 탄성 섬유를 포함하고;
    제 2 층은 스펀본드 크림핑된 다중 성분 섬유들을 포함하고;
    상기 시트의 층들은 본딩 포인트들의 패턴에 의해 함께 용융 본딩되고; 그리고
    상기 제 3 층은 상기 본딩 포인트들 사이에서 기계 방향으로 수축되고, 기계 방향에서 주름 패턴 및/또는 다른 반복적인 구조적 변화들을 나타내는, 다층 부직포 시트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다층 부직포 시트의 기계 방향으로의 상기 파단 연신율은, WSP 110.4에 따라 측정되는 경우, 100% 더 높고, 바람직하게는 150%보다 높고; 및/또는 상기 다층 부직포 시트의 교차 기계 방향으로의 상기 파단 연신율은, WSP 110.4에 따라 측정되는 경우, 100% 더 낮고; 및/또는 상기 다층 부직포 시트의 기계 방향으로의 상기 파단 연신율은, WSP 110.4에 따라 마찬가지로 측정되는 경우, 교차 기계 방향으로의 파단 연신율보다 높은, 다층 부직포 시트.
  15. 위생 용품의 제조, 바람직하게는 기저귀 팬티의 제조를 위한, 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 다층 부직포 시트의 용도.
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