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KR20040072634A - 나선형 권축 조형된 단독 중합체 섬유 및 이로부터 제조된용품 - Google Patents

나선형 권축 조형된 단독 중합체 섬유 및 이로부터 제조된용품 Download PDF

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KR20040072634A
KR20040072634A KR10-2004-7007598A KR20047007598A KR20040072634A KR 20040072634 A KR20040072634 A KR 20040072634A KR 20047007598 A KR20047007598 A KR 20047007598A KR 20040072634 A KR20040072634 A KR 20040072634A
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KR
South Korea
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fibers
fiber
nonwoven fabric
bonding
polymer
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Withdrawn
Application number
KR10-2004-7007598A
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English (en)
Inventor
커티스 리 브라운
크리스토퍼 브라이언 퀸
제프리 데이비드 셀리
사무엘 엘. 사이크스
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. filed Critical 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

단독 중합체 나선형 권축 섬유로부터 제조된, 개인 위생 흡수 용품에 사용하기 위한 부직포가 제공된다. 이 부직포는 단지 1종의 중합체만을 사용하기 때문에 경제적인 생산을 제공한다. 이들 부직포는 우수한 공극률 및 탄성을 가지고, 외부커버, 라이너, 서지층으로서, 및 심지어는 흡수 코어로서의 용도를 비롯한 많은 용도에서 유용하다.

Description

나선형 권축 조형된 단독 중합체 섬유 및 이로부터 제조된 용품{HELICALLY CRIMPED, SHAPED, SINGLE POLYMER FIBERS AND ARTICLES MADE THEREFROM}
본 발명은 중합체 섬유 및 이 섬유를 사용하여 제조할 수 있는 용품에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 이들 섬유는 일회용 생리대, 기저귀, 배변연습용 팬츠, 실금자용 가먼트, 창상치유용 위생 제품 등과 같은 개인 위생 제품에 유용한 흡수 용품에 사용될 수 있다. 이들 용품은 전형적으로는 신체측 라이너, 액체 불투과성 외부층 또는 "배플(baffle)", 및 라이너와 배플 사이의 흡수 코어를 포함하는 구조물을 갖는다.
권축 섬유는 재료에 증가된 두께를 제공할 수 있는 능력, 뿐만 아니라 다른 성질들 때문에 개인 위생 제품용 재료에서 유용한 것으로 밝혀졌다.
이전에는 이성분 섬유가 권축 섬유를 만드는데 사용되어 왔다. 섬유는 한 중합체로부터 제조된 한 면 및 상이한 중합체로부터 제조된 다른 면을 가질 수 있고, 또한 결합제 섬유로서 사용된다. 다른 경우는 섬유의 중심 영역을 구성하는 한 중합체 및 외부 영역을 구성하는 다른 중합체를 갖는 것을 포함하지만, 대칭적인 섬유는 크림핑(crimping)에 덜 매력적이다. 또다른 경우는, 상이한 중합체들이 다리 또는 엽(lobe)의 상이한 부분을 구성하고 있는 다리 또는 엽들을 갖는 섬유를 제조하는 것이다(미국 특허 제5,707,735호). 이들 섬유는 적절하게 수행되지만, 1종 초과의 중합체로부터 제조되기 때문에 비교적 제조하기 비싸다. 이들 섬유를 제조하기 위한 장치도 또한, 다수개의 채널들이 섬유 방사구판으로 기계가공되어야 하기 때문에, 단독 중합체 섬유에 비하여 비교적 더 비싸고 복잡하다.
단독 성분 섬유의 기계적 크림핑이 당업계에 공지된 다른 경우이지만, 이것은 느리고 성가신 제조 공정이다. 기계적 크림핑에 의해, 일반적으로는 섬유를 서로 맞물리는 롤러들 사이를 통과시켜 유도한 크림프 타입은 일반적으로 단지 한 평면 내에서의 지그-재그 크림프이다.
흡수 구조물의 과거의 발전들에도 불구하고, 흡수 제품, 예를 들면 여성 위생 제품 및 영아 위생 제품으로부터의 누출을 적절하게 감소시킬 수 있고, 제조하기 더 간단하며 더욱 더 비용 효과적인 개선된 흡수 구조물을 여전히 필요로 하고 있다. 액체의 반복되는 부하를 보다 효과적으로 흡입하고, 분배하고 보유함으로써 개선된 액체 서지 취급을 제공할 수 있는 흡수 구조물에 대한 요구가 있다. 재료들이 나선형 권축 섬유들을 사용하여 제조되는 경우, 재료들이 흡수 구조물에 사용하기 위해 경제적으로 및 신속하게 제조되어야 할 필요가 있다. 이러한 재료는 이전에 사용된 섬유들로부터 제조된 것보다 우수한 액체 취급 성질을 가져야 한다.
<발명의 요약>
선행 기술에서 당면하는 논의된 난점 및 문제들에 대하여, 보다 효율적인 액체 취급이 가능하도록 양호한 두께 및 탄성을 갖는 부직 웹을 포함하는 신규의 구조 재료가 제공된다. 이것은 나선형 크림프를 갖는 단독 성분 섬유로 제조된, 개인 위생 흡수 용품에 사용하기 위한 재료에 의해 달성된다. 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 레이온, 아크릴, 초흡수체, 및 재생 셀룰로스를 비롯한 다양한 중합체를 사용하여 본 발명의 부직포를 제조할 수 있지만, 폴리올레핀이 바람직하고, 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 부직포는 열 점 결합, 점 미결합, 결합제를 사용한 통기 결합, 초음파 결합 및 히드로엔탱글링에 의해 결합될 수 있다. 본 발명의 부직포는 기저귀, 배변연습용 팬츠, 흡수 언더팬츠, 성인 실금자용 제품, 붕대 및 다른 창상치유용 위생 제품 및 여성 위생 제품을 포함하는 각종의 개인 위생 제품에 사용될 수 있다. 본 발명의 부직포는 특히, 서지 재료, 후크 앤드 루프 직물의 후크 성분으로서, 및 흡수 코어, 외부커버, 라이너, 여과 매체, 및 와이퍼로서 사용될 수 있다.
도 1은 스펀본드 섬유 제조용 장치의 다이어그램이다.
도 2는 섬유 제조용 2중 모세관의 파단 측면도이다.
도 3은 상이한 형태의 모세관을 보여주는 섬유 제조용 2중 모세관의 단면도이다.
도 4는 호모필라멘트 스펀본드 섬유 제조용 모세관의 파단 측면도이다.
<정의>
본 명세서에서 사용된 하기 용어들은 그들에 대한 정의를 갖는다.
용어 "일회용"이란 세척하여 재사용하도록 의도되지 않고 사용후 버릴 수 있는 것을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "부직포 또는 부직 웹"이란 사이에 넣어진 개개의 섬유 또는 사(絲)의 구조를 갖지만, 편직물에서와 같이 확인가능할 정도의 방식으로 갖지는 않는 웹을 말한다. 부직포 또는 부직 웹은 많은 방법들, 예를 들면 멜트블로잉 방법, 스펀본딩 방법, 및 본디드 카디드 웹 방법으로부터 제조되어 왔다. 부직포의 기본 중량은 일반적으로 재료의 평방 야드 당의 온스 (osy) 또는 평방 미터 당의 그램 (gsm)으로 표현되고, 유용한 섬유 직경은 일반적으로 미크론으로 표현된다 (osy로부터 gsm으로 전환시키기 위해서는 osy에 33.91을 곱하면 된다).
본 명세서에서 사용된 용어 "스펀본디드 섬유"란 예를 들면, 아펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호 및 도슈너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만(Hartmann)의 미국 특허 제3,502,763호, 및 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이, 압출된 필라멘트의 직경이 이어서 급격하게 감소되도록 용융 열가소성 재료를 방사구의 통상적으로 원형인 다수의 미세 모세관으로부터 필라멘트로서 압출시킴으로써 제조된 직경이 작은 섬유를 말한다. 스펀본드 섬유는 이들이 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 점착성이지 않다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 7 미크론보다 큰, 보다 구체적으로는 약 10 내지 30 미크론의 평균 직경(10개 이상의 샘플로부터)을 갖는다. 섬유는 또한 통상적이지 않은 형태를 갖는 혼성물을 설명하는, 호글(Hogle) 등의 미국 특허 제5,277,976호, 힐스(Hills)의 미국 특허 제5,466,410호 및라르그맨(Largman) 등의 미국 특허 제5,069,970호 및 미국 특허 제5,057,368호에 기재된 것과 같은 형태를 가질 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "복합 섬유"란 별개의 압출기로부터 압출된 2가지 이상의 중합체로부터 형성되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 섬유를 의미한다. 복합 섬유는 종종 다성분 또는 이성분 섬유로 불리운다. 복합 섬유가 일성분 섬유일 수 있긴 하지만, 중합체들은 일반적으로 서로 상이하다. 중합체는 복합 섬유의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 대역에 배열되고 복합 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장된다. 그러한 복합 섬유의 배위는 예를 들면 한 중합체가 다른 것에 의해 둘러싸인 쉬쓰/코어 배열일 수 있거나 또는 병렬식 배열, 파이 배열 또는 "해도(islands-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 복합 섬유는 파이크 (Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호에 개시되어 있고, 2종(또는 그 이상)의 중합체의 상이한 팽창 및 수축 속도를 사용하여 섬유 내에 크림프를 생성하는데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "이구성성분 섬유"는 동일한 압출기로부터 블렌드로 압출된 2가지 이상의 중합체로부터 형성된 섬유를 말한다. 용어 "블렌드"는 아래에서 정의된다. 이구성성분 섬유는 섬유의 단면적에 걸쳐 비교적 일정하게 위치된 별개의 대역에 배열된 각종 중합체 성분을 갖지 않으며 각종 중합체는 일반적으로 섬유 전체 길이를 따라 연속적이지 않으며, 대신에 일반적으로 무작위로 시작되고 끝나는 피브릴 또는 프로토피브릴을 형성한다. 이구성성분 섬유는 종종 다구성성분 섬유로도 불리운다.
본 명세서에서 사용된 용어 "블렌드"란 2종 이상의 중합체의 혼합물을 의미하는 반면, 용어 "알로이 (alloy)"는 성분들이 비혼화성이지만 상용화 (相溶化)되어 있는 블렌드의 아류 (亞類)를 의미한다. "혼화성" 및 "비혼화성"이란 혼합 자유 에너지에 대해 각각 음의 값 및 양의 값을 갖는 블렌드로서 정의된다. 또한, "상용화"는 알로이를 제조하기 위하여 비혼화성 중합체 블렌드의 계면 특성을 개질시키는 방법으로서 정의된다.
"단독 중합체 섬유"란 한 중합체로부터 1개의 압출기로부터 제조된 섬유를 의미한다. 단독 중합체 섬유의 부직 웹은 단지 단독 중합체 섬유만을 가질 수 있거나, 또는 단독 중합체 섬유 및 기타 섬유의 블렌드일 수 있다. 상기 웹은 또한 단독 중합체 섬유로 된 1개의 층 및 또한 다른 타입의 섬유들로 된 층들을 가질 수도 있다. 단독 중합체 섬유는 또한 상이한 중합체들로부터 그의 길이를 따라 및 복합 섬유로서가 아닌 이구성성분 섬유 블렌드로서 제조될 수도 있다. 이것은 섬유내 임의의 지점에서(작은 전이 영역은 제외) 섬유가 단지 1개의 중합체로부터 제조되는 것을 의미하지만, 이것은 섬유의 길이를 따른 다른 구역에서와 동일한 중합체일 필요는 없다.
본 명세서에서 사용된 용어 "본디드 카디드 웹"은 스테이플 섬유를 기계 방향으로 나눠서 정렬시켜 일반적으로 기계 방향 배향된 섬유상 부직 웹을 형성하는, 코밍 (combing) 또는 카딩 유닛을 통해 보내지는 스테이플 섬유로부터 제조된 웹을 의미한다. 상기 섬유는 길이가 수 밀리미터 내지 수 센티미터이고. 일반적으로 카딩 유닛 전에 섬유를 분리하는 픽커에 놓여지는 꾸러미로 구입된다. 일단 웹이 형성되면, 이어서 몇가지 공지된 결합 방법들 중 한가지 이상에 의해 결합된다. 이러한 결합 방법 중 하나는 분말 접착제 결합제를 웹 전체에 분포시킨 다음, 일반적으로 열기로 웹 및 접착제를 가열하여 활성화시키는 분말 결합이다. 다른 적합한 결합 방법은 가열된 캘린더 롤 또는 초음파 결합 장치가 일반적으로 국소 결합 패턴으로 섬유들을 함께 결합시키는데 이용되는 패턴 결합법이긴 하지만, 원하는 경우 웹은 그의 전체 표면에 걸쳐 결합될 수 있다. 특히 이성분 스테이플 섬유를 사용할 때 다른 적합한 공지된 결합 방법은 성분들 중 하나가 결합제로서 작용하는 통기 결합법이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "열기 나이프(hot air knife)" 또는 HAK란 추가의 가공에 충분한 집결성을 제공하기 위해, 방금 제조된 미세섬유, 특히 스펀본드 웹을 미리- 또는 예비적으로 결합시키는 공정을 의미하며, TAB, 열 점 결합 및 초음파 결합과 같이 2차적인 결합 공정의 비교적 강한 결합을 의미하지는 않는다. 열기 나이프는 부직 웹의 형성 직후에 부직 웹에 매우 높은 유량의 가열된 공기 스트림을 집중시키는 장치이다. 이 유량은 일반적으로 약 1000 내지 약 10000 피트/분(fpm) (305 내지 3050 미터/분) 또는 보다 구체적으로는 약 3000 내지 5000 피트/분 (915 내지 1525 m/분)이다. 공기 온도는 보통 웹 중에 사용된 중합체들 중 적어도 하나의 융점의 범위내, 일반적으로 스펀본딩에 흔히 사용되는 열가소성 중합체의 경우 약 200 내지 550℉(93 내지 290℃)이다. 공기 온도, 속도, 압력, 부피 및 다른 인자의 제어는 웹의 집결성을 증가시키면서 웹에 대한 손상을 막는 것을 돕는다. 공기의 HAK 집중된 스트림은 가열된 공기의 웹을 향한 출구로서 사용되는 1개 이상의 슬롯(또는 가깝게 이격된 홀)에 의해 배열되고 배향되고, 이 때 슬롯은 실질적으로 웹의 폭 전체에 걸쳐 실질적으로 횡-기계 방향으로 뻗어 있다. 미세섬유 웹 중합체가 그 위에 형성되는 유공 와이어는 일반적으로 높은 속도로 이동하기 때문에, 웹의 임의의 특정 부분의 열기 나이프로부터 배출된 공기에의 노출 시간은 1/10초 미만, 일반적으로 대략 1/100초이다. HAK는 일반적으로 양도된 미국 특허 제5,707,468호에 추가로 기재되어 있다.
본 명세서에서 사용된 "열 점 결합"은 결합시키고자 하는 직물 또는 섬유의 웹을 가열된 캘린더 롤 및 모루 롤 사이를 통과시키는 것을 포함한다. 캘린더 롤은 비록 항상은 아니지만, 일반적으로 직물 전체가 그의 전 표면을 통해 결합되지 않도록 하는 일부 방식으로 패턴화된다. 그 결과, 기능적 뿐만 아니라 미관상의 이유로 캘린더 롤의 다양한 패턴들이 개발되어 왔다. 그 패턴의 한 예는 점들을 갖는 것으로서, 한센 (Hansen) 및 페닝스 (Pennings)의 미국 특허 제3,855,046호에 개시되어 있는 바와 같이 약 200 결합/평방 인치를 갖는 결합 영역이 약 30%인 한센 페닝스 또는 "H&P" 패턴이다. H&P 패턴은 각 핀이 0.038 인치 (0.965 mm)의 측면 치수, 0.070 인치 (1.778 mm)의 핀들 사이의 간격 및 0.023 인치 (0.584 mm)의 결합 깊이를 갖는 사각형의 점 또는 핀 결합 영역을 갖는다. 생성된 패턴은 약 29.5%의 결합 영역을 갖는다. 다른 대표적인 점 결합 패턴은 확대된 한센 페닝스 또는 "EHP" 결합 패턴이고, 이것은 0.037 인치 (0.94 mm)의 측면 치수, 0.097 인치 (2.464 mm)의 핀 간격 및 0.039 인치 (0.991 mm)의 깊이를 갖는 사각형의 핀을 갖는 15% 결합 영역을 생성시킨다. "714"로 표시되는 다른 대표적인 점 결합 패턴은각 핀이 0.023 인치의 측면 치수, 0.062 인치 (1.575 mm)의 핀들 사이의 간격 및 0.033 인치 (0.838 mm)의 결합 깊이를 갖는 사각형의 핀 결합 영역을 갖는다. 생성된 패턴은 약 15%의 결합된 영역을 갖는다. 또 다른 일반적인 패턴은 약 16.9%의 결합 영역을 갖는 C-성상 (Star) 패턴이다. C-성상 패턴은 십자 방향 막대 또는 성상을 슈팅하여 중단시킨 "코듀로이 (corduroy)" 디자인을 갖는다. 다른 일반적인 패턴으로는 반복되고 약간 어긋난 다이아몬드들이 있는, 약 16%의 결합 영역을 갖는 다이아몬드 패턴 및 예를 들면, 윈도우 스크린과 같은, 이름이 제시하는 바와 같이 보이는, 약 19%의 결합 영역을 갖는 와이어 직조 패턴을 들 수 있다. 대표적으로는, 결합 영역 %는 직물 라미네이트 웹 면적의 약 10% 내지 약 30%에서 변한다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 스팟 결합은 라미네이트 층들을 함께 고정시킬 뿐만 아니라 각 층 내에서 필라멘트 및(또는) 섬유들을 결합시킴으로써 각 개별 층에 집결성을 부여한다.
본 명세서에서 사용된 "패턴 미결합된" 또는 상호교환가능하게 "점 미결합된" 또는 "PUB"는 스톡스(Stokes) 등의 미국 특허 제5,858,515호에 예시되는 바와 같이 다수개의 분리된 미결합된 영역을 형성하는 연속적인 결합된 영역을 갖는 직물 패턴을 의미한다. 분리된 미결합된 영역 내의 섬유 또는 필라멘트는 접착제 또는 필름의 지지체 또는 배킹층이 필요하지 않도록, 각 미결합된 영역을 완전히 에워싸거나 또는 둘러싸는 연속적인 결합된 영역에 의해 치수적으로 안정화된다. 미결합된 영역은 미결합된 영역 내의 섬유 또는 필라멘트들 사이에 공간을 제공하도록 특이적으로 디자인된다.
"친수성"은 섬유와 접촉하는 수용액에 의해 습윤되는 섬유 또는 섬유의 표면을 설명한다. 재료의 습윤도는 다시 관련된 재료 및 액체의 표면 장력 및 접촉각의 면에서 설명될 수 있다. 특정 섬유 재료들의 습윤도를 측정하기에 적합한 장치 및 기술은 칸(Cahn) SFA-222 표면력 분석기 시스템(Surface Force Analyzer System) 또는 실질적으로 동등한 시스템에 의해 제공될 수 있다. 이 시스템으로 측정하였을 때 90°미만의 접촉각을 갖는 섬유를 "습윤성" 또는 "친수성"으로 표시하는 반면에, 90°초과의 접촉각을 갖는 섬유를 "비습윤성" 또는 "소수성"으로 표시한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "개인 위생 제품" 또는 "개인 위생 흡수 제품"은 기저귀, 배변연습용 팬츠, 흡수 언더팬츠, 성인 실금자용 제품, 붕대 및 다른 창상치유용 위생 제품 및 여성 위생 제품을 의미한다.
<시험 방법>
압축 시험: 압축 시험은 재료의 압축에 대한 저항성 및 탄성을 측정한다. 이러한 비교적 간단한 시험은 미국 메릴랜드주 20760 게이더스버그 오크몬트 애비뉴 210 소재의 프래지어 프리시젼 인스트루먼트 코., 인크.(Frazier Precision Instrument Co., Inc.) 제품인 압축계(Compressometer)를 사용하고, 일반적으로 문헌[the US Department of Commerce, Bureau of Standards Research Paper RP561 published in the Bureau of Standards Journal of Research, Vol. 10, June 1933, p. 705-713]에 따라 수행된다. 압축계는 샘플이 그 아래에 놓이게 되는, 2.54 cm(1 인치) 직경의 풋(foot)을 갖는다. 힘을 샘플에 수직으로 인가하고 다이얼 인디케이터로 모니터한다. 두께를 0.1 psi 하중에서 및 하중을 3 psi로 증가시키면서 다수의 압력에서 측정하였다. 3 psi에 도달한 후, 탄성 측정치를 제공하기 위하여 하중을 점차적으로 감소시키면서 두께를 측정하였다.
불투명도: 이 시험은 샘플 재료를 통과하는 광 투과율을 측정한다. 시험 장치는 미국 일리노이주 60540 네이퍼빌의 헌터랩(HunterLab)으로부터 입수가능한 헌터랩 색차 계측기(HunterLab Color Difference Meter) 모델 D25이다. 이 시험편은 0.5 인치(1.27 cm) 시험 개구 또는 포트를 덮을 수 있도록 충분히 커야 하고, 샘플을 한 위치에서, 이 경우 샘플의 모루 쪽을 시험하고, 90도 회전시켜 재시험하여 결과들을 평균하였다.
박리 시험: 박리력 값은 약 180도 각에서 후크 앤드 루프 체결 시스템을 박리 분리시키는데 필요한 힘을 측정하며, 다음과 같은 사항들과 함께 1991년 9월 15일 승인되고 1991년 11월 공표된 표준 방법 ASTM D5170에 따라 측정될 수 있다: 시험하고자 하는 루프 재료를 횡 기계 방향의 치수가 더 긴, 76 mm(3 인치) x 152 mm(6 인치)의 직사각형으로 절단한다. 루프 재료를 롤다운(rolldown) 기계의 고정판 아래에 둔다. 후크 재료를 루프 재료의 상부에 두고 2 kg 롤러를 사용하여 롤다운 기계에 의해 부착시켰다. 적합한 롤다운 기계는 미국 오하이오주 멘터의 켐슐턴츠 인터내셔날(Chemsultants International)로부터 입수할 수 있는 부품 번호 HR-100이다. 패스너 성분들의 체결 동안, 롤러는 샘플의 횡 "폭" 방향에서 1 사이클 전반에 걸쳐 시험편 위에서 롤링된다. 또한, "루프를 올리는" 손에 의한 초기 박리는 생략된다. 후크 앤드 루프가 적절하게 부착된 후, 조합체를 102 mm(4 인치) 고무화 그립 면을 갖는 인스트론(Instron) 모델 2712-004 인장 시험기(미국 메사추세츠주 02021 캔톤의 인스트론 코퍼레이션(Instron Corporation))인 시험 장치에 넣었다. 서로로부터 멀어지는 그립들의 이동이 2가지 재료의 박리 분리를 야기시키게 하는 방식으로 후크 기저를 상부 그립 내에 및 루프를 하부 내에 삽입하였다. 느슨한 부분을 없애고 기계를 작동시켰다. 시험기는 500 mm/분의 크로스헤드 속도 및 76 mm의 게이지 길이를 갖도록 설정된다. 10 mm에서 측정을 시작하여 46 mm에서 끝내고, 측정치는 그램 단위이다. 박리 시험 결과에 대해 보고된 값은 2%의 피크 판정기준을 갖는 MTS TESTWORKS 소프트웨어를 사용한 피크 하중 값이다. 추가적으로, 박리력 값을 그램/인치 또는 그램/센티미터와 같이, 시험 편에 대하여 패스너 성분의 "폭" 치수의 단위 길이 당 힘의 면에서 표현하고자 표준화한다. MTS TESTWORKS 소프트웨어는 미국 미네소타주 에덴 프레이리에 사무실을 갖는 사업체인 엠티에스 시스템즈 코퍼레이션(MTS Systems Corporation)으로부터 입수가능하다.
전단: 전단 시험을 사용하여 후크 앤드 루프 패스너를 당겨 분리시키는데 필요한 힘을 시험한다. 2 kg 웨이트를 갖는 롤다운 기계(켐인스트루먼츠 인크.(Cheminstruments Inc.))를 사용하여 후크 앤드 루프 재료를 체결시킨다. 이어서 샘플을 250 mm/분의 크로스헤드 속도를 갖는 인스트론 TM 시험기 내에 삽입하고 박리 시험에서 사용된 바와 유사한 방식으로 잡아당겨 분리시킨다. 사용한 샘플 폭은 2.54 cm(1 인치)이었고, 사용된 후크는 벨크로(VELCRO)(등록상표) HTH-851이었지만, 모든 샘플들을 동일한 후크로 시험하기만 한다면 3M의 CS-600과 같은 다른 후크를 사용할 수 있다.
인장: 인장 시험은 직물의 피크 및 파단 하중 및 피크 및 파단 신장율을 측정한다. 이 시험은 하중(강도)을 그램 단위로 및 신장율을 % 단위로 측정한다. 인장 시험에서는, 각각 2개의 조(jaw)를 갖고 각 조가 샘플과 접촉하는 면을 갖는 2개의 클램프가 일반적으로 수직으로 7.6 cm(3 인치) 이격된 동일 평면 내에서 재료를 보유하고, 명시된 연장 속도롤 이동시킨다. 2.54 cm(1 인치) 높이 x 3 인치 폭의 조 면 크기, 및 300 mm/분의 일정한 연장 속도와 함께, 3 인치 x 15.2 cm(6 인치)의 샘플 크기를 사용하여 스트립 인장 강도 및 스트립 신장율에 대한 값을 얻는다. 미국 노쓰 캐롤라이나주 27513 캐리 쉘던 드라이브 1001 소재의 신테크 코포레이션(Sintech Corporation)으로부터 입수가능한 신테크(Sintech) 2 시험기, 미국 메사추세츠주 02021 캔튼 워싱톤 스트리트 2500 소재의 인스트론 코포레이션으로부터 입수가능한 인스트론 모델 TM, 또는 미국 펜실베니아주 19154 필라델피아 듀튼 로드 10960 소재의 드윙-알버트 인스트루먼트 코.(Thwing-Albert Instrument Co.)로부터 입수가능한 드윙-알버트 모델 인텔렉트(Thwing-Albert Model INTELLECT) II를 이 시험에 사용할 수 있다. 결과를 3개의 시험편들의 평균으로 보고하고, 횡 방향(CD) 또는 기계 방향(MD)에서 시험편으로 수행할 수 있다.
벌크(두께): 재료의 칼리퍼는 두께의 척도이고, 스타렛(Starret) 타입의 벌크 시험기로 146.3 그램/평방 센티미터(0.05 psi)에서 밀리미터 단위로 측정된다.
본 발명은 일회용 생리대, 기저귀, 실금용 가먼트 등과 같은 개인 위생 흡수 용품에 관한 것이다. 본 발명의 재료는 또한 와이퍼로서의 및 여과 영역에서 용도를 찾을 수 있다. 단독 중합체, 나선형 권축 섬유로 제조된 부직포는 이들 용품에 유용한 많은 영역에서 개선된 성질을 제공한다.
흡수 용품은 대표적으로는 액체 투과성 신체측 라이너, 액체 불투과성 배플, 및 라이너와 배플 사이의 흡수 코어를 갖는다. 필터 및 와이퍼는 단층 직물일 수 있거나, 또는 상이한 특수 성질을 갖는 다수개의 층들을 가질 수 있다.
부직포 재료, 예를 들면 카디드 웹 및 스펀본드 웹은 흡수 제품 내 신체측 라이너로서 사용되어 왔다. 개방된 다공성 라이너 구조물을 사용하여 액체가 신속하게 통과할 수 있게 하고 착용자의 피부를 라이너 바로 아래의 젖은 흡수 패드로부터 격리되게 유지하는 것을 도울 수 있었다. 일부 구조물은 선택된 구역의 습윤성을 증가시켜 착용자 피부 상으로 재습윤되는 액체의 양을 조절하기 위해 라이너의 선택된 영역에 대역화 계면활성제 처리를 포함하였다.
외부 커버 또는 배플은 착용자의 의복 또는 침구류가 오염되지 않도록 하기 위해 액체 불투과성이도록 디자인된다. 불투과성 배플은 종종 박막으로부터 제조되고 일반적으로 가소성수지로부터 제조되지만, 다른 재료도 사용될 수 있다. 부직 웹, 필름 또는 필름 코팅된 부직 웹이 또한 배플로서 사용될 수 있다. 배플은 임의적으로, 증기 또는 기체에 투과성이지만 액체에 대해서는 실질적으로 불투과성인, 증기 또는 기체 투과성 미공질 "통기성" 재료로 구성될 수 있다.
흡수 용품은 초흡수체 및(또는) 셀룰로스 섬유로 구성된 다양한 타입의 흡수 코어를 사용하여 왔다. 특정 흡수 가먼트는 흡수 겔화 입자와 함께 구성될 수 있고, 조성이 변하는 다층 흡수 코어 배열을 포함할 수 있다.
또한, 재습윤 감소, 액체의 분배 및 저장조 또는 "서지" 보유 능력의 제공을 위하여 두꺼운 로프티(lofty) 직물 구조물로 구성된 것과 같은 다른 재료의 층이 라이너와 흡수 패드 사이에 배치되어 왔다.
나선형 권축 섬유는 많은 수단에 의해 제조될 수 있다. 도 1은 공동 양도된 특허 출원에 따른 필라멘트 또는 섬유의 제조에 사용된 일반적인 타입의 장치를 나타낸다. 장치(10)는 공지된 방법에 따라 스펀본드 섬유를 제조하기 위한 제1 압출기 조립체(12)를 갖는다(또한, 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호 참조). 방사구(14)에는 수지 공급원(나타나있지 않음)으로부터 용융 중합체 수지가 공급된다. 방사구(14)는 출구(16)로부터 미세 데니어 섬유를 생산하고, 이들은 급냉 송풍기(18)에 의해 공급된 공기 스트림에 의해 급냉된다. 공기 스트림은 섬유 스트림의 한 면을 다른 면에 비해 차등적으로 냉각시켜 섬유의 굴곡 및 크림핑을 초래할 수 있다. 크림핑은 예를 들면 열 결합 단계에서 생긴 결합 점들 사이에서의 섬유의 직선성을 감소시킴으로써, 더 부드러운 직물을 만든다. 크림핑의 양 및 질을 조절하기 위하여 급냉 송풍기(18)의 각종 파라미터들이 조절될 수 있다. 섬유 조성 및 수지 선택도 또한 부여되는 크림핑 특성을 결정짓는다.
섬유가 통과하는 벤터리(Venturi) 튜브/채널(22)을 갖는 섬유 연신 장치 또는 애스피레이터(20) 내로 필라멘트를 보낸다. 튜브에는 온도 조절된 공기가 공급되는데, 이것은 필라멘트들이 그들의 가소성 상태에서 섬유 연신 장치(20)를 통해 당겨질 때 필라멘트들을 가늘게 만든다. 이어서 가늘어진 섬유는 유공 이동 수집 벨트(24) 상에 퇴적되어 진공 박스(26)에 의해 가해지는 진공력에 의해 벨트(24)상에 보유된다. 벨트(24)는 가이드 롤러(27) 둘레를 이동한다. 섬유가 벨트(24) 상에서 이동할 때, 벨트 위의 압축 롤(28)이 벨트 바로아래의 가이드 롤러들(27) 중 하나와 함께 작동하여, 섬유가 제조 공정을 거쳐갈 수 있을 충분한 집결성을 가질 수 있도록 스펀본드 매트를 압축시킨다. 압축 롤에 대한 대안으로 열기 나이프가 사용될 수 있다.
1 내지 약 10 미크론 직경, 바람직하게는 5 미크론 미만의 직경을 갖는 멜트블로운 섬유의 층을 이전에 제조된 멜트블로운 섬유의 권취 롤(30)로부터 스펀본드 층의 상부에 도입시킬 수 있다. 다르게는, 멜트블로운 섬유를 형성하여 이들을 형성될 때 직접 스펀본드 층 상에 퇴적시키는 것 또한 가능하다. 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 이들의 공중합체 및 혼합물을 예로 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는 열가소성 중합체인 수지로 제조된다.
스펀본드 섬유의 제2 층은 스펀본드 장치(12)에 대해 설명한 바와 유사한 방식으로 스펀본드 장치(32)에 의해 제조될 수 있다. 즉, 방사구(34)가 필라멘트를 생산하고, 이것은 급냉 송풍기(36)에 의해 급냉 및 크림핑되고, 애스피레이터(38)에 의해 가늘게 된다. 이어서 멜트블로운 층 상에 퇴적된 섬유는 제2 압축 기구(40)에 의해 압축되어 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 섬유로 구성된 3층 라미네이트(SMS 라미네이트)(42)를 형성한다.
스펀본드 부직포는 일반적으로 완제품에 이르는 추가 공정의 가혹한 조건들을 견딜 수 있는 충분한 구조적 집결성을 제공하기 위하여, 이들이 제조될 때 몇몇방식으로 결합된다. 결합은 히드로엔탱글링, 니들링, 초음파 결합, 접착제 결합, 스티치결합, 통기 결합 및 열 결합과 같은 많은 방식으로 달성될 수 있다. 바람직한 방법은 열 결합에 의한 것이다. SMS 라미네이트(42)는 벨트(24)로부터 떠나서 한 쌍의 닙핑된 열 결합 롤들(44 및 46) 사이를 통과한다. 결합 롤(44)은 종래의 평활한 모루 롤이다. 결합 롤(46)은 한 쌍의 핀(48)을 갖는 종래의 패턴 롤이다. 핀은 직물 매트릭스 내에 결합 점들을 생성시킨다. 결합 점들의 수 및 크기는 직물 강성도와 연관된다. 즉, 결합 면적이 높을수록 또는 단위 면적 당 결합 점들이 보다 많을수록 더욱 강성인 직물을 만든다. SMS 라미네이트가 롤들(44 및 46) 사이를 통과하면, 균일성을 위해 닙 압력이 조절되는 모루 롤(44)에 대해 압착함으로써 핀(48)이 SMS 라미네이트(42) 상에 패턴을 각인시킨다.
롤(44 및 46)은 섬유 결합을 보다 효율적으로 형성하기 위해 가열될 수 있다. 롤(44 및 46)은 상이한 온도로 가열될 수 있다. 최적 온도 범위 및 롤 차이는 데니어, 섬유 조성, 웹 질량과 웹 밀도 및, 사용된 것이 단일성분 섬유인지 복합 섬유인지에 따라 다르다. 약 500 피트/분으로 제조되는 대략 3 dpf를 갖는 단일성분 폴리프로필렌 섬유의 경우, 온도 범위는 약 270 ℉(132 ℃) 내지 약 340 ℉(171 ℃)이고, 패턴 및 모루 롤 사이의 차이는 약 10 ℉(5.5 ℃) 내지 약 30 ℉(17 ℃)인 것이 바람직하다. 동일한 제조 속도의 대략 1 dpf를 갖는 단일성분 폴리프로필렌 섬유의 경우, 온도 범위는 약 240 ℉(115 ℃) 내지 약 290 ℉(143 ℃)이고, 차이는 약 40-50 ℉(22-28 ℃)인 것이 바람직하다. 열 전달이 보다 효율적이기 때문에 보다 작은 데니어 섬유의 경우 전반적인 온도 범위가 더 낮다. 원료가 지정된 경우, 온도 범위는 일반적으로 동일하게 되지만, 웹 질량과 밀도에 상당히 영향을 미치는 컨베이어 속도에 따라 더 따뜻하거나 더 차가운 쪽으로 이동한다. 바람직하게는, 패턴 롤을 모루 롤보다 더 높은 온도로 가열한다. 모루 롤(44) 상에서의 보다 낮은 온도는 결합 점들 사이의 2차적인 섬유 대 섬유 결합 및 섬유 광택의 가능성을 감소시킨다. 이러한 차등적인 결합 롤 온도의 결과, 2차적인 섬유 대 섬유 결합이 주요한 결합의 집결성에 영향을 주지 않으면서 감소되어, 직물 드레이프를 개선시킨다.
라미네이트(42)가 결합 롤(44 및 46)을 통과한 후에는, 임의적으로 한 쌍의 닙핑된 롤(52 및 54)을 포함하는 넥 스트레칭 조립체(50)으로 보내진다. 롤(52 및 54)은 결합 롤(44 및 46)의 속도보다 더 빠른 제어되는 속도로 인장 하에 작동되어, 기계 방향으로 알려진, 직물의 경로와 동일한 방향으로 SMS 라미네이트를 스트레칭시킨다. 넥 스트레칭은 섬유 대 섬유 결합을 끊고 섬유를 결합 점들 사이에서 뒤틀리게 하여, 직물 강성도를 감소시킨다. 롤은 소정의 매트(mat) 특성 및 치수 안정성을 달성하기 위해 필요에 따라 가열되거나 또는 냉각될 수 있다.
넥 스트레칭된 SMS 라미네이트(42)는 이어서 임의적으로 제이콥스(Jacobs) 등의 미국 특허 제5,810,954호에 일반적으로 기재되어 있는 바와 같은, 당업계의 통상의 숙련인에게 공지된 바와 같이 언넥킹(unnecking) 조립체(56) 및 수집 롤(66)로 보내진다.
미국 가출원 제60/257,973호(참고 번호 15272)에 따른 방법은 모세관의 실질적으로 반구형 또는 반원 형태의 절반부에서 흐르는 중합체와 그 모세관의 비-반구형 또는 조형된 절반부에서 흐르는 중합체 사이에 차등적인 전단을 유도하기 위한 1개의 조형된 모세관을 사용한다. 이 방법은 추가로 필라멘트의 차등적인 또는 규제된 급냉을 포함하며, 규제된 급냉 공기는 섬유의 성형된 부분에 맞춰진다.
1개의 조형된 모세관은 모세관의 실질적으로 둥근 원주의 전체 횡단면 면적의 25% 이하의 잘라낸 부분을 갖는다. 모세관의 횡단면 면적의 25% 미만의 제거는 실질적으로 원형인 횡단면을 보유하게 하면서, 모세관의 둥근 절반부와 둥글지 않은 절반부 사이에 필요한 전단 차이를 유도하여 강한 섬유를 제공하는 것으로 생각된다.
예를 들면 미국 특허 출원 제60/257,983호에 개시된 바와 같이, 단독 중합체로부터 제조되어 차등적인 급냉 처리를 받은, "X" 또는 "Y" 형태 또는 다엽 형태와 같은 다른 형태들도 또한 만족스러운 섬유를 제조하게 될 것으로 생각된다.
미국 특허 출원 제09/747,278호(참고 번호 15274)는 2중 모세관 방사구 디자인을 통해 배출되는 중합체 스트림들의 연결에 의한 단독 중합체 권축 섬유의 제조를 개시한다. 모세관은 서로 인접하는 곳에서 평행한 테두리(border)를 공유하고 유도된 전단을 최대화하도록 특이적으로 조형된다. 상이한 중합체 스트림 중에서의 차등적으로 유도된 전단이 필라멘트의 연결된 절반부들에서의 차등적인 장력을 야기시킨다. 필라멘트는 추가로 차등적인 또는 규제된 급냉을 거칠 수 있고, 이것은 크림프를 추가로 유도하기 위해 필라멘트 내의 크림프를 경화시킨다. 필라멘트는 또한 바람직하게는 강한 예측가능한 필라멘트를 생성시키는 실질적으로 둥근 형태를 달성하기 위하여 방사 공정에서 잡아늘여진다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 다이 선단(70)은 모세관(76)과 연결되는 카운터보어(counterbore)(74)에 의해 형성된 추가의 통로에서 끝나는 중합체 공급 통로(72)를 형성한다. 사실상 개략적이긴 하지만, 도 2는 다이 선단(70) 내에 형성된 개별 통로인 2중 모세관(76)을 보여줌을 알 수 있을 것이다. 차등적인 모세관 형태는 도 3에서 보다 명료하게 보여진다. 일반적으로, 본 발명의 모세관은 약 4:1 내지 약 12:1, 보다 바람직하게는 약 6:1 내지 약 10:1의 길이 대 폭 비를 갖는 것이 바람직하며, 이 때 길이는 중합체 흐름의 방향으로 정의되고, 폭은 모세관 직경이다.
따라서, 각 섬유는 2중 모세관 디자인의 2개의 모세관에 의해 제조된다. 도 3은 이들 2중 모세관 디자인의 예시적인 실시태양을 세술한다. 단일 섬유를 제조하기 위해 차등적으로 조형된 모세관을 사용하는 것은 증가된 전단을 갖는 섬유의 면이 보다 낮은 점도 및 보다 낮은 용융 강도를 가질 수 있게 하고, 이어서 섬유의 그 세그먼트 내에서 보다 높은 배향을 가질 수 있게 한다. 2개의 모세관 사이의 차등적인 중합체 구조는 추가로 섬유 세그먼트들 사이에 차등적인 냉각 속도를 야기시켜, 크림프의 생성을 도울 수 있을 것으로 생각된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 2중 모세관 디자인(112)은 제1 모세관(114) 및 제2 모세관(116)을 갖는다. 제1 모세관(114)은 제1 및 제2 모세관으로부터의 중합체 압출물이 단일 섬유로 섞이거나 또는 합쳐질 수 있게 하도록 충분히 가까운 거리에서 제2 모세관(116)에 인접하게 위치한 외부 테두리(118) 및 내부 테두리(120)를 갖는다. 외부 테두리(118)는 아치형이고 약 120도 이상 연장된다. 내부 테두리(120) 역시 아치형이며 약 120도 이상 연장되지만 외부 테두리보다 작은 반경을갖는다. 제2 모세관(116)은, 제1 모세관(114)을 향하고 이와 인접하는 그의 내부 테두리(122)가 아치형이도록 실질적으로 원형으로 나타나 있다. 제1 모세관으로부터 말단인 제2 모세관 말단 보더(124) 역시 물론 아치형이다. 제2 모세관은 비록 원형으로 나타냈지만 경우에 따라 실질적으로 타원형일 수 있다.
미국 특허 출원 제09/746,858호(참고 번호 16170)는 각각 상이한 길이 대 직경 비(L/D)를 갖는 2개의 모세관으로부터의 중합체 스트림의 연결에 의한 단일 중합체 권축 섬유의 제조를 개시하는데, 여기서 연결된 스트림은 멜트스펀 다이 헤드 내의 단일의 출구 또는 홀을 통해 배출된다. 상이한 모세관 구조 때문에, 상이한 중합체 스트림 중에서 차등적으로 유도된 전단이 차등적인 중합체 배향, 결정도% 및 필라멘트들의 연결된 절반부에서의 차등적인 장력을 야기시킨다. 필라멘트는 추가로 급냉을 거칠 수 있고, 이것은 크림프를 추가로 유도하기 위해 필라멘트 내의 크림프를 경화시킨다. 한 실시태양에서의 필라멘트는 둥근 홀을 통해 배출되는 실질적으로 둥근 형태를 보유하여, 보다 강한 예측가능한 필라멘트를 생성시키지만, 섬유 형태가 이렇게 제한될 필요는 없다.
도 4는 폴리프로필렌 호모필라멘트 스펀본드 권축 필라멘트 제조에 대해 셋업된 예시적인 다이 헤드(80)의 일부분을 세술한다. 카운터 보어(82)는 중합체 공급 채널(84)과 압출 또는 나이프 연부(86) 사이의 다이 헤드 내에 위치하여, 화살표(88)가 지시하는 바와 같은 중합체 흐름 방향에서 또는 이를 정의하는 그의 길이방향 축을 갖는다. 카운터 보어(82)는 나이프 연부(86)에 도달하거나, 이들에게로 개방되지 않는다. 중합체 흐름 방향에서, 카운터 보어(82)는 중합체 공급채널(84)에 연결되고 인접한 약 4.00 mm의 직경의 제1 채널(90)을 갖는다. 제1 채널(90)은 제1 원뿔형 공급 챔버(92)로 이어지고, 그의 벽은 60도 각으로 약 2.16 mm 만큼 안쪽으로 및 아래쪽으로 기울어져 약 1.50 mm 직경 및 7.43 mm 길이를 갖는 제2의 보다 좁은 채널(94)로 이어진다. 제2 채널(94)은 제2 원뿔형 공급 챔버(96)로 이어지고, 그의 벽은 60도 각으로 안쪽으로 기울어져 나이프 연부(86)로부터 약 0.54 mm 내에 있는 편평한 바닥에서 끝난다.
직경 약 0.60 mm의 제1 모세관(98)은 대략 그의 중간지점에서 제1 공급 챔버(92)에 연결되고, 나이프 연부(86)에서 공기로 개방되도록 약 6.36 mm의 총 길이 동안 카운터 보어 장축과 평행하게 연장된다.
직경 약 0.20 mm 및 길이 0.30 mm의 제2 모세관(100)은 제2 공급 챔버(96) 원뿔형 벽에 연결되고, 나이프 연부 위 약 0.41 mm에서 제1 모세관과 또는 제1 모세관 배출 홀(102)과 연결되도록 약 45도 각으로 아래쪽으로 연장된다.
본 실시태양에서, 제1 모세관은 약 10 대 1의 L/D 비를 갖고 제2 모세관은 약 1.5 대 1의 L/D 비를 갖는다. 모세관의 L/D 비는 소정의 내구성, 가공적성 및 섬유 내 결정도%를 달성하기 위해 변할 수 있다. 결정도%는 중합체 사슬 내에 형성된 결정의 양, 또는 %를 나타낸다. 모세관 또는 배출 홀은 추가의 크림핑을 유도하기 위해 둥근 것 이외의 형태를 취할 수 있다.
보다 짧고 보다 좁은 제2 모세관을 통한 이동에 의해 중합체 중에 생긴 전단이 높을수록 중합체의 점도는 더 낮게 되고, 더 크고 더 넓은 제1 모세관을 통한 중합체 이동보다 더 높은 중합체 사슬 배향이 유도된다고 생각된다. 제1 모세관내 중합체는 보다 높은 점도 및 보다 낮은 중합체 사슬 배향을 갖게 되어, 보다 비정질 중합체 스트림을 생성시킨다. 한데 섞인 중합체 스트림이 방사구를 빠져나가 공기로 나갈 때 압출물의 배향을 고정시키기 위해 양면 상에서 급냉되는 것이 바람직하다. 고도로 배향된 면이 더 크게 수축하게 되어, 섬유의 크림핑을 야기시킨다.
미국 가 특허 출원 제60/257,982호(참고 번호)는 섬유의 자연적인 크림핑 경향을 가속화시키기 위하여 나선형 권축 호모필라멘트를 충분한 열기 흐름으로 처리하는 것을 개시한다. 이것은 또한 라미네이트의 이 층의 로프티 구조를 보유하기 위하여 권축 섬유의 실질적인 용융 결합 또는 이완없이 크림프를 경화시킨다. 이어서 다양한 다른 층들을, 예를 들면 열 점 결합에 의해 결합시켜 각 층의 필수적인 특성을 보유하는 라미네이트를 생성시킬 수 있다. 층은 예를 들면, 충분한 집결성을 갖도록 함께 결합되어 가공 장치 또는 재료에 대한 해 없이 고속 웹 전달 공정을 견디게 되는 라미네이트를 생성시킬 수 있다. 이 방법은 바람직하게는 HAK 내 집중된 라인으로서라기 보다는, 열기의 탈출을 위한 다수개의 천공들을 갖는 판에서 끝날 수 있는 확산 메카니즘이 부착되어 있는, 아놀드(Arnold) 등의 미국 특허 제5,707,468호에 기재되고 이제 당업계의 통상의 숙련인에서 공지된 기구인 열기 나이프를 사용한다.
열기 나이프의 체류 시간, 공기 온도 및 유속은 권축 섬유의 섬유 형태 및 중합체 타입에 따라 조절된다. 예시적인 호모필라멘트 폴리프로필렌 나선형 스펀본드 층은 확산 공기흐름에 의해 소정의 결과를 갖도록 처리되었다. 유속은 61 내지 366 미터/분 또는 mpm(200 내지 1200 피트/분 또는 fpm) 사이의 재료 횡이동 속도에서 기계 방향으로 45.72 cm(18 인치) 길이에 걸쳐 약 275 미터/분 또는 mpm(99 피트/분 또는 fpm)이었다. 더욱 만족스러운 결과는 기계 방향으로 20.32 cm(8 인치) 연장되는 확산 플리넘(diffuser plenum)과 함께, 132-143 ℃(270-290 ℉) 사이의 공기 온도에서, 성형 와이어로부터 2.54 cm(1 인치)의 거리에서 공급된 213 내지 259 mpm(700 내지 850 fpm) 사이의 공기흐름 속도에서 및 91 내지 244 mpm(300 fpm 내지 800 fpm) 사이의 재료 횡이동 속도로 얻어졌다.
미국 가 특허 출원 제60/257,972호(참고 번호 15814)는 성형 벨트 또는 유공 와이어 상에 퇴적된 부직 필라멘트의 제1 층, 임의적인 중간 층, 및 예를 들면 제1 층 및 임의의 정위치의 중간 층 위에 퇴적된 나선형 권축 호모필라멘트와 같은 로프티 부직 필라멘트 층을 개시한다. 제1 층은 제1 층을 고속 웹 전달 취급을 견딜 수 있는 충분한 집결성을 갖는 웹으로 결합시키도록 예를 들면 공지된 열기 나이프 처리에 의해 처리된다. 임의적인 중간 층은 섬유 타입, 소정의 라미네이트 기능 또는 형태 등에 따라 열 처리되거나 또는 열 처리되지 않을 수 있다. 로프티 부직 필라멘트의 층은 성형 벨트 상에서 라미네이트의 이 층의 로프티 구조를 보유하기 위하여 권축 섬유의 실질적인 용융 결합 또는 크림프 이완없이 크림프를 경화시키도록 충분한 열로 인라인 처리된다. 이어서 각종 웹 층, 즉 기계적 집결성을 위한 제1 층, 제2의 로프티 나선형 권축 층 및 임의의 중간 층들을 예를 들면 열 점 결합에 의해 결합시켜 각 층의 필수적인 특성들을 보유하고 충분한 집결성을 갖게 층들을 함께 결합시켜 가공 장치 또는 재료에 대한 해 없이 고속 웹 전달 공정을 견디게 되는 라미네이트를 생성시킨다. 제조 속도는 성형되는 재료에 의존하게 되지만, 본 발명은 이와 관련해서 거의 실제적인 제한을 갖지 않고, 단지 예를 들자면 200 내지 2000 피트/분 범위의 웹 속도를 수용할 수 있다. 단일 성분 권축 열가소성 섬유 웹의 크림프는 슬랙(Slack)의 미국 특허 제6,123,886호에서와 같이 열의 적은 인가를 통해 그들의 로프트(loft)를 보유하도록 결정화되거나, 또는 경화될 수 있다. 슬랙은 필라멘트를 형성하도록 의도된 열가소성 재료 내에, 이들이 그의 유리 전이 상 온도에 있을 때 난류를 발생시키고 중합체가 결정화되는 동안에 난류를 유지시킴으로써, 연속 필라멘트 중에 실질적인 나선형 크림프를 만드는 방법을 개시한다. 그러나, 이러한 처리는 현대의 고속 라인-전달 제조의 경우에는 웹의 집결성을 거의 증가시키지 못하고, 슬랙에서 개시된 바와 같이, 경제적인 제조 속도를 위해서는 적합하지 못한 느린 오프라인 방법이다.
이러한 방식으로 제조된 권축 섬유 라미네이트 재료는 고 로프트 및 고 두께 적용분야에, 예를 들면 후크 앤드 루프 패스너의 루프 부분으로서 유용할 수 있다. 섬유는 순면 감촉을 돕기 위해 충분한 벌크 및 로프트를 유지하면서 양호한 유연성 및 드레이프를 갖는 직물을 제조하도록 디자인될 수 있다.
본 발명의 재료는 합성 중합체로부터 제조될 수 있다. 합성 섬유는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 레이온, 아크릴, 초흡수체, 리오셀(LYOCELL)(등록상표) 재생 셀룰로스 및 당업계의 통상의 숙련인에게 공지된 임의의 다른 적합한 합성 섬유로부터 제조된 것을 포함한다. 많은 폴리올레핀이 섬유 제조에 이용될 수 있으며, 예를 들면 폴리에틸렌, 예를 들면 다우 케미칼(Dow Chemical)의아스펀(ASPUN)(등록상표) 6811 선형 저밀도 폴리에틸렌, 2553 LLDPE 및 25355 및 12350 고밀도 폴리에틸렌이 이러한 적합한 중합체이다. 폴리에틸렌들은 각각 약 26, 40, 25 및 12의 용융 유량을 갖는다. 폴리프로필렌을 형성하는 섬유는 엑슨 케미칼 캄파니(Exxon Chemical Company)의 에스코렌(ESCORENE)(등록상표) PD 3445 폴리프로필렌 및 하이몬트 케미칼 캄파니(Himont Chemical Co.)의 PF304를 포함한다. 다른 폴리올레핀도 또한 이용가능하다.
본 발명의 직물을 시험하기 위하여, 상이한 섬유들을 사용하여 많은 실시예를 만들었다. 사용된 섬유는 미국 특허 제6,123,886호에 따라 제조된 나선형 권축 단독 중합체 섬유, 나선형 권축 이성분 섬유 및 기계적 권축 폴리프로필렌 섬유이다.
나선형 권축 단독 중합체 섬유(섬유 1)는 7의 데니어를 가졌고, 폴리프로필렌으로부터 제조되었다. 이들 섬유는 연속 섬유로서 제조되었으며, 이어서 약 50 mm의 스테이플 길이로 절단된다.
이성분 권축 섬유(섬유 2)는 약 6의 데니어를 가졌고, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로부터 제조되었다. 이들 섬유는 50 mm의 스테이플 길이로 절단되었다.
기계적 권축 섬유(섬유 3)는 약 6의 데니어를 가졌고, 약 50 mm의 스테이플 길이로 절단되었다.
각각의 섬유는 2개의 상이한 기본 중량에서 공지된 본디드 카디드 웹 공정에 따라 부직 웹으로 가공되었다. 모든 웹을 점-미결합 패턴으로 결합하였다. 6개의 부직 웹을 벌크, 전단 및 박리 강도, 압축, 탄성 및 밀도에 대해 시험하였다. 결과가 표 1에 제공된다. 표 1에서, 기본 중량은 그램/평방미터로 제공되고, 벌크는 mm 단위로 제공되며, 전단 및 박리는 횡 기계 방향으로 측정되고 그램 단위이고, 압축은 292.7 그램-평방센티미터(0.1 psi)의 압력에서 2.54 cm(1 인치) 직경 풋을 사용한 시험의 경우 mm 단위로 제공되고, 탄성은 부하된 높이와 부하되지 않은 높이 사이의 차이이고, 밀도는 그램/입방 센티미터의 단위로 제공된다.
섬유 1 섬유 1 섬유 2 섬유 2 섬유 3 섬유 3
기본 중량 48.5 31.9 52.3 23.3 51.2 26.8
두께 13.7 8.6 9.4 5.1 7.6 4.6
전단 2724 2510 2493 2390 2914 2593
박리 76 28 48 45 51 49
압축(부하) 1.12 0.58 0.71 0.33 0.66 0.41
압축(비부하) 0.71 0.38 0.48 0.15 0.51 0.25
탄성 0.64 0.65 0.68 0.46 0.77 0.63
밀도 0.0035 0.0037 0.0056 0.0046 0.0067 0.0059
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 단독 중합체 나선형 권축 섬유 웹의 전단 및 박리 특성은 31.9 gsm에서 섬유 1의 전단을 제외하고는, 이성분 권축 섬유의 것보다 우수하다. 벌크는 단독 중합체 나선형 권축 섬유 웹의 경우에 훨씬 더 크고, 이것은 유체 취급 용도, 개인 위생 제품에서, 뿐만 아니라 후크 앤드 루프 체결 용도에서 루프 재료로서의 이점을 나타낸다. 단독 중합체 나선형 권축 섬유 웹의 고 벌크 및 양호한 탄성은 또한 고 공극률(및 저밀도), 또한 성공적인 유체 취급 층에 대한 긍정적인 인디케이터를 나타낸다.
나선형 권축 섬유를 사용하지만 스펀본딩 공정에 따라 제조된 다른 실시예를 수행하였다. 사용된 섬유는 단독 성분 나선형 권축 스펀본드 섬유 및 나선형 권축이성분 섬유이었다.
나선형 권축 단독 중합체 섬유(섬유 4)는 7의 데니어를 가졌고, 폴리프로필렌으로부터 제조되었다. 이들 섬유는 미국 가 특허 출원 제60/257,973호에 따라 제조되었고, 전단을 유도하기 위해 제거된 모세관이 횡단면 면적의 약 25%를 가졌다.
이성분 권축 섬유(섬유 5)는 약 6의 데니어를 가졌고, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로부터 병렬식 배열로 제조되었다. 이들 섬유는 파이크 등의 미국 특허 제5,382,400호에 따라 제조되었다.
각각의 섬유는 2개의 상이한 기본 중량에서 공지된 스펀본딩 공정에 따라 부직 웹으로 가공되었다. 모든 웹을 점-미결합 패턴을 사용하여 열 결합하였다. 4개의 부직 웹을 본 명세서의 공정절차를 사용하여 전단 및 박리 강도, 불투명도%, 기계 방향 인장 강도, 횡 기계 방향 인장 강도, 압축, 및 탄성에 대해 시험하였다. 결과가 표 2에 제공된다. 표 2에서, 기본 중량은 그램/평방미터로 제공되고, 전단 및 박리는 횡 기계 방향으로 측정되고 그램 단위이고, 압축은 292.7 그램-평방센티미터(0.1 psi)의 압력에서 2.54 cm(1 인치) 직경 풋을 사용한 시험의 경우 mm 단위로 제공되고, 탄성은 부하된 높이와 부하되지 않은 높이 사이의 차이이다.
섬유 4 섬유 4 섬유 5 섬유 5
기본 중량 48.8 23.4 52.5 25.4
전단 1210 585 872 993
박리 115 58 161 176
불투명도 55.4 38.8 44.8 25.3
압축(부하) 0.61 0.36 0.58 0.41
압축(비부하) 0.46 0.23 0.41 0.23
탄성 0.75 0.64 0.70 0.56
인장 MD 12.4 8.2 7.7 2.5
인장 CD 8.1 5.0 3.7 1.1
단독 성분 나선형 권축 섬유의 탄성은, 특히 기본 중량에 대해 표준화되었을 때, 이성분 섬유의 것보다 더 크고, 인장강도도 마찬가지이다. 단독 성분 나선형 권축 섬유의 불투명도 역시 더 크고, 이것은 개인 위생 제품용 외부 커버 또는 라이너에서와 같이, 오염 은폐(stain hiding) 성질이 요망되는 직물에 적용 가능함을 의미한다.
약 4.7 데니어로 제조된 섬유 4 및 5의 인성 시험은 각각 1.9 및 1.4 gm/데니어의 인성을 나타냈으며, 본 발명에 따른 섬유가 견줄만한 권축 이성분 섬유보다 더 강함을 보여준다.
단독 중합체 나선형 권축 섬유 웹의 시험은 이들이 개인 위생 제품에서 양호한 서지 재료일 수 있음을 나타낸다. 서지 조절 재료는 유입되는 인설트를 신속하게 받아들이고, 이것이 용품 바깥으로 누출되지 않도록 액체를 흡수, 보유, 채널링 또는 다른 방식으로 처리하도록 제공된다. 서지 층은 또한 흡입 층, 전달 층, 수송 층 등으로 언급될 수도 있다. 서지 재료는 대표적으로는 예를 들면 유아의 경우 약 5 내지 20 cc/초의 부피 유량에서 약 60 내지 100 cc 사이의 유입되는 인설트를 취급할 수 있어야 한다.
초흡수성 중합체는 또한 본 발명의 부직 웹에 사용하기 위한 단독 중합체 나선형 권축 섬유를 제조하는데 사용될 수도 있다. 초흡수체는 그들 중량의 수 배의 액체를 흡수하기 때문에 보통 흡수 코어 내에서 미립자 형태로 사용된다. 미립자 초흡수체를 사용하는 선행기술의 흡수 코어에 대한 구체적인 문제점은, 초흡수체가 팽윤하여 흡수되어야 하는 추가의 액체의 유입을 방해하거나 또는 막는 상태인, "겔 블록킹"이었다. 미립자 초흡수체는 또한 섬유상 초흡수체보다 훨씬 더 수월하게 제품으로부터 누출될 수도 있다. 나선형 권축 섬유와 관련된 큰 공극률 및 양호한 탄성은 블록킹 문제를 크게 경감시켜야 하고, 종래의 흡수 코어보다 더 긴 시간 동안 계속되는 액체 흡수를 위해 흡수 구조 내에 개방 기공을 유지해야 한다.
본 발명에 유용한 초흡수체는 화학적 구조, 뿐만 아니라 물리적 형태에 기초하여 여러군들로부터 선택될 수 있다. 이들은 낮은 겔 강도, 높은 겔 강도를 갖는 초흡수체, 표면 가교결합된 초흡수체, 구조 전체에 걸쳐 가교결합 밀도가 변하는 초흡수체를 포함한다. 초흡수체는 아크릴산, 이소-부틸렌/말레산 무수물, 폴리에틸렌 옥시드, 카르복시-메틸 셀룰로스, 폴리 비닐 피롤리돈, 및 폴리 비닐 알콜을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 화학물질에 기초할 수 있다. 초흡수체는 느린 것으로부터 빠른 것까지 유량에 있어서 일정 범위를 가질 수 있다. 초흡수체는 섬유로 제조될 수 있는 것이어야 한다. 초흡수체는 다양한 정도로 중화된 것일 수 있다. 중화는 Li, Na, K, Ca와 같은 반대 이온의 사용을 통해 일어난다. 캐멀롯(Camelot)으로부터 얻은 초흡수체의 예는 화이버드라이(FIBERDRI)(등록상표) 12241 및 화이버드라이(등록상표) 1161로 표시된다. 테크니칼 업솔번츠, 리미티드.(Technical Absorbents, Ltd.)로부터 얻은 이들 타입의 초흡수체의 예는 오아시스(OASIS)(등록상표) 101 및 오아시스(등록상표) 111로 표시된다. 이들 타입의 초흡수체 내에 포함된 다른 예는 켐톨 인크.(Chemtall Inc.)로부터 얻었고, 플로소르브(FLOSORB)(등록상표) 60 레이디로 표시된다. 이들 타입의 초흡수체에 포함된 다른 예는 수미토모 세이카(Sumitomo Seika)로부터 얻고, SA60N 타입 2로 인식된다. 일반적으로 이용가능하고 당업계의 통상의 숙련인에게 공지된 여기서 열거되지 않은 추가의 타입의 초흡수체들도 또한 본 발명에 유용할 수 있다.
본 발명의 부직포는 그의 최종 용도에 따라 각종의 물리적 파라미터들을 갖도록 제조될 수 있다. 직물은 예를 들면, 보다 가벼운 중량 용도의 경우 약 20 내지 80 gsm의 기본 중량 및 보다 무거운 중량 용도의 경우 약 80 내지 150 gsm의 기본 중량을 갖게 제조될 수 있다. 보다 가벼운 중량 용도의 예로는 라이너, 루프 재료 및 외부커버를 포함하고, 보다 무거운 중량 용도의 예로는 서지 및 흡수 코어 재료, 여과 매체 및 와이퍼를 포함한다. 웹의 밀도는 약 0.002 내지 0.05 g/cm3에서 변할 수 있다. 크림프도는 급냉 온도, L/D 비, 모세관의 형태, 중합체 타입 및 중합체 유량의 변수를 사용하여 조절될 수 있다. 본 발명의 부직 웹을 제조하는데 사용된 섬유의 데니어도 또한 웹의 거동을 변화시키기 위해 조절될 수 있다. 데니어는 예를 들면 웹의 흡상 특성에 영향을 미치게 된다. 웹의 성질은 또한 화학적 처리에 의해서도 영향을 받는다. 이들 처리는 섬유의 친수성을 변화시키도록 디자인된 계면활성제 및 대전 방지를 포함한다.
당업계의 통상의 숙련인이 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 대한 변화 및 변동은 당업계의 통상의 숙련인의 능력 내에 속하는 것으로 간주된다. 이러한 변화의 예가 상기 인용한 특허들에 포함되어 있고, 이들 각각은 본 발명에서 본 명세서와 일치하는 만큼 전문이 참고문헌으로 인용된다. 이러한 변화 및 변동은 본 발명자들에 의해 본 발명의 영역 내에 속하도록 의도된다.

Claims (14)

  1. 단독 중합체 나선형 권축 섬유를 포함하는, 개인 위생 흡수 용품에 사용하기 위한 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체가 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 레이온, 아크릴, 초흡수체 및 재생 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택된 부직포.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중합체가 폴리올레핀인 부직포.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리프로필렌인 부직포.
  5. 제1항에 있어서, 상기 직물이 열 점 결합, 점 미결합, 통기 결합, 초음파 결합 및 히드로엔탱글링으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 결합된 부직포.
  6. 제5항에 있어서, 상기 직물이 열 점 결합에 의해 결합된 부직포.
  7. 제5항에 있어서, 상기 직물이 통기 결합에 의해 결합된 부직포.
  8. 제5항에 있어서, 상기 직물이 히드로엔탱글링에 의해 결합된 부직포.
  9. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 스테이플 섬유인 부직포.
  10. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 연속 섬유인 부직포.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용품이 기저귀, 배변연습용 팬츠, 흡수 언더팬츠, 성인 실금자용 제품, 붕대 및 다른 창상치유용 위생 제품 및 여성 위생 제품으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 개인 위생 흡수 용품용 부직포.
  12. 초흡수성 중합체로부터 제조된 나선형 권축 섬유를 포함하는, 개인 위생 흡수 용품용 흡수 코어.
  13. 단일 성분 나선형 권축 섬유를 포함하는, 후크 앤드 루프 패스너용 루프 재료.
  14. 제13항에 있어서, 상기 루프 재료가 점 미결합 패턴으로 결합된 것인 루프 재료.
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Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20040519

Patent event code: PA01051R01D

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