KR100530813B1 - 기재의 습윤성 처리 방법 및 조성물 - Google Patents

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KR100530813B1
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알리 야히아오우이
가브리엘 함만 아담
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

기재에 내구성 및 습윤성을 부여하는데 유용한 계면활성제 조성물은 제1 및 제2 계면활성제를 조합하여 포함한다. 제1 계면활성제는 에톡실화 수소화 지방유, 단당류, 단당류 유도체, 다당류, 다당류 유도체 및 그의 조합물로부터 선택된 화합물을 포함한다. 제2 계면활성제는 유기실리콘 화합물을 포함한다. 계면활성제 조성물은 부직웹과 같은 기재에 수성 에멀젼으로 도포되어 반복된 세척 사이클 후에도 향상된 습윤성을 제공할 수 있다.

Description

기재의 습윤성 처리 방법 및 조성물{Method and Composition for Treating Substrates for Wettability}
부직포 및 그의 제조 방법은 광범위하게 발전되어, 부직포는 수많은 분야의 다양한 재료로 사용되게 되었다. 예를 들어, 가벼운 기본 중량 및 개방된 구조의 부직물은 피부 접촉을 건조하게 하나, 또한 상이한 조성 및(또는) 구조의 부직물일 수 있는 보다 흡수성의 재료로 유체를 쉽게 전달시키는 안감 직물로서 일회용 기저귀와 같은 개인 위생용품에서 사용된다. 보다 무거운 중량의 부직물은 의료, 수의학 또는 공업 용도를 위한, 살균될 용품의 포장재, 와이퍼 또는 보호용 의류와 같이 여과, 흡수 및 차폐 적용에 적합하게 하는 소공 구조를 가지도록 고안될 수 있다. 더욱 무거운 중량의 부직물은 레크리에이션, 농업 및 건설 용도를 위해 개발되고 있다. 당업계의 숙련자들은 이들이 부직물류 및 그의 용도의 무한한 실례의 단지 일부에 불과하다는 것을 이해할 것이며 또한 새로운 부직물 및 용도가 끊임없이 밝혀질 것이라는 것도 또한 인지할 것이다. 상기 용도에 적합한 목적하는 구조 및 조성을 가지는 부직물의 제조를 위한 상이한 방식 및 장치가 또한 개발되고 있다. 이러한 방법의 예로는 스폰본딩, 멜트블로잉, 카딩 등이 있으며, 하기에서 좀더 자세히 기술하겠다. 본 발명은 당업계의 숙련자들에게 명백하듯이 부직물에 일반적으로 적용될 수 있으며, 단지 예시되는 특정 부직물에 관련된 참조물 또는 예로 제한되는 것은 아니다.
형성될 때 모든 목적하는 성질을 가진 부직물을 효율적으로 제조하는 것이 언제나 가능한 것은 아니며, 일부 예로서, 1종 이상의 유체에 대한 습윤성, 1종 이상의 유체에 대한 반발성, 정전기 특성, 전도성 및 유연성과 같은 성질을 개선시키거나 또는 변화시키기 위해 부직물을 종종 처리할 필요가 있다. 전형적인 처리법은 처리 조 중에 부직물을 침지시키거나 또는 부직물 상에 처리 조성물을 코팅 또는 분무하거나, 또는 처리 조성물로 부직물을 인쇄하는 단계를 포함한다. 비용 및 다른 이유에 의해, 일반적으로 허용되는 정도로 균일하게 목적하는 효과를 나타낼 수 있는 최소량으로 처리 조성물을 사용하는 것이 요구된다. 예를 들어, 처리 조성물과 함께 도포된 물을 제거하기 위해 추가된 건조 단계의 열은 부직물의 강도 성질을 저하시킬 뿐만 아니라 공정 비용을 추가시킬 수 있다. 따라서, 부직웹의 목적하는 물리적 성질에 역효과를 미치지 않으면서 목적하는 처리를 효율적이고 효과적으로 적용하여 목적하는 결과를 달성할 수 있는, 부직물에 대한 개선된 처리 방법 및(또는) 조성물이 요구된다.
수분산성인 가장 일반적인 계면활성제는 물과 함께 고형분이 높고(>10 중량%) 점도가 낮으며(<100 cp) 안정한 혼합물을 형성하지 않는 경향이 있다는 것도 또한 공지되어 있다. 따라서, 장기간 동안 상 분리 없이 안정하고 실온에서 낮은 점도 거동을 나타낼 뿐만 아니라 부직물과 같은 기재에 내구적인 친수성 특징을 부여하는 계면활성제 처리를 효과적으로 적용할 수 있는 수단인 높은 고형분 처리 조가 또한 요구된다.
<발명의 요약>
본 발명은 내구적인 습윤성과 같은 하나 이상의 목적하는 성질을 부여하기 위해 부직물을 효율적이고 효과적으로 처리하기위한 개선된 조성물 및 처리 방법, 및 생성되는 개선된 부직물에 관한 것이다. 상기 방법 및 조성물은 점도 개질제와 조합된 1종 이상의 계면활성제를 포함하고 부직물의 한 면 또는 양 면을 무용매 고형분 또는 높은 고형분의 처리 조성물로 처리하는 것을 포함한다. 건조 및 그의 해로운 영향은 본질적으로 또는 전혀 불필요하며, 본 발명의 방법은 결과물의 내구성, 예를 들면 웹의 습윤성에 역효과 없이 목적하는 정도로 부직물의 한 면 또는 양 면을 균일하게 처리하는 수단을 제공한다. 본 발명의 방법에 따라, 부직포는 바람직하게는 용매가 약 90% 미만인 처리 조성물이 조성물과 접촉되는 직물의 면적이 효과적으로 처리되는 양으로 코팅, 침지, 분무 등에 의해 직물에 적용되는 처리 구역(treating station)으로 이동된다. 이어서 필요할 경우, 처리된 직물의 동일 또는 반대 면을 유사하게 처리하고 최소한으로 건조시킨다. 또한, 본 발명의 방법은 필요할 수 있는 임의의 세정 단계를 매우 용이하게 한다. 생성되는 처리된 부직물은 조성물의 필요조건이 적고 역효과가 최소이거나 또는 역효과 없이 균일하고 내구적이며 효과적으로 처리됨을 알 수 있다. 바람직한 처리법은 에톡실화 수소화 피마자유와 소르비탄 모노올레에이트와의 블렌드인 계면활성제 및 점도 개질제인 폴리글리코시드의 조합을 포함한다. 부직물에 대한 이들 처리법은 와이퍼, 보호용 의류, 도포기 등과 같은 개인 위생, 의료 및 다른 적용분야에서 특정 용도를 가지며, 이때 조성물은 바람직하게는 높은 고형분으로 기재에 도포된다.
본 발명은 또한 여러 번의 유체 배설물을 수용하기 위한 비교적 높은 재습윤(내구성) 성능 및 빠른 유체 흡수 속도를 부여하기 위한 부직물 처리 조성물 및 방법에 관한 것이다. 이 적용을 위해, 바람직한 처리법은 2종 이상의 계면활성제를 포함하는 조합물을 포함한다. 제1 계면활성제는 에톡실화 수소화 지방유, 단당류, 단당류 유도체, 다당류, 다당류 유도체 및 그의 조합물로부터 선택되는 화합물을 포함한다. 제2 계면활성제는 유기실리콘 화합물을 포함한다. 계면활성제 조합물은 수성 에멀젼의 형태로 제조될 수 있으며 그 후 균질화시킨다. 이 실시양태에서, 제2 계면활성제는 강력한 유화제, 유동/점도 개질제 및 레벨링 조제(leveling aid)로서 작용한다. 이 방식으로 처리되는 부직물은 기저귀, 용변 연습용 팬츠, 요실금용 의류, 및 여러 번의 유체 배설물에 노출될 수 있는 다른 적용분야에 대해 특히 유용하다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은 실시예 및 도면과 관련하여 쓰여진, 본 발명의 바람직한 실시양태의 하기 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 상세한 설명, 실시예 및 도면은 단지 예시를 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위 및 그의 균등물에 의해 정의된다.
도 1은 부직웹 기재의 한 면 또는 양 면에 적용하기에 유용한 본 발명의 처리 방법을 도식적으로 예시한 것이다.
도 2는 다른 처리 시스템을 나타내는 유사한 개략도이다.
도 3은 실시예 81 내지 85에 논의된 바와 같이, 본 발명의 상이한 비율의 계면활성제 조합물로 처리된 부직물의 흡수 시간 대 사이클을 플롯한 것이다.
도 4는 실시예 83 및 86 내지 88에 논의된 바와 같이, 본 발명의 계면활성제 조합물이 상이한 정도로 처리된 부직물의 흡수 시간 대 사이클을 플롯한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 "부직포 또는 부직웹"이란 용어는 편직물에서와 같이 규칙적이거나 또는 확인가능한 방식으로서가 아니라 개별 섬유 또는 실이 개재된 구조를 가진 웹을 의미한다. 이는 또한 직물 유사 성질을 부여하기 위해 피브릴화, 천공 또는 다른 방법으로 처리된 발포체 및 필름도 또한 포함한다. 부직포 또는 부직웹은 예를 들어, 멜트블로잉 방법, 스폰본딩 방법 및 본디드 카디드 웹 방법과 같은 많은 방법으로 형성된다. 부직포의 기본 중량은 일반적으로 평방 야드 당 물질의 온스(osy) 또는 평방 미터 당 물질의 그램(gsm)으로 나타내며 유용한 섬유 직경은 일반적으로 마이크론으로 나타낸다. (osy를 gsm으로 변환하기 위해선 osy에 33.91을 곱하는 것을 유의하기 바란다).
본 명세서에서 사용되는 "미세섬유"라는 용어는 평균 직경이 약 75 마이크론 이하, 예를 들어 평균 직경이 약 0.5 마이크론 내지 약 50 마이크론인 작은 직경 섬유를 의미하며, 또는 더욱 구체적으로는, 미세섬유는 평균 직경이 약 2 마이크론 내지 약 40 마이크론이다. 섬유 직경을 나타내는데 또한 자주 사용되는 표현은 데니어로서, 섬유 9000 미터 당 그램으로 정의되며 마이크론 단위의 섬유 직경을 제곱하고, 그램/cc 단위의 밀도를 곱하고 0.00707을 곱하므로써 계산할 수 있다. 보다 낮은 데니어는 보다 미세한 섬유를 의미하며 보다 높은 데니어는 보다 두껍거나 또는 무거운 섬유를 의미한다. 예를 들어, 15 마이크론인 폴리프로필렌 섬유의 직경은 직경을 제곱하고 그 결과에 0.89 g/cc를 곱하고 0.00707을 곱하므로써 데니어로 전환시킬 수 있다. 따라서, 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42 데니어(152 x 0.89 x 0.00707 = 1.415)이다. 미국 이외의 측정 단위는 섬유 1 km 당 그램으로 정의되는 tex가 더욱 일반적이다. Tex는 데니어/9로서 계산될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "스폰본디드 섬유"란 용어는 예를 들어 미국 특허 제4,340,563호(Appel 등), 동 제3,692,618호(Dorschner 등), 동 제3,802,817호(Matsuki 등), 동 제3,338,992호 및 동 제3,341,394호(Kinney), 동 제3,502,763호(Hartmann), 동 제3,502,538호(Levy), 및 동 제3,542,615호(Dobo 등)에서 교시한 바와 같이, 압출되는 필라멘트의 직경을 가지는 방사구의 다수의 미세한, 일반적으로는 원형의 모세관으로부터 용융된 열가소성 재료를 필라멘트로 압출시키고 이어서 급속히 감소시키므로써 형성되는 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스폰본드 섬유는 급냉되며 일반적으로는 그들이 수집 표면 상에 침착될 때는 점착성이 없다. 스폰본드 섬유는 일반적으로 연속적이며 평균 직경이 7 마이크론 보다 크며, 더욱 구체적으로는 약 10 내지 20 마이크론이다.
본 명세서에서 사용되는 "멜트블로운 섬유(meltblown fibers)"란 용어는 다수의 미세한, 일반적으로는 원형의 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 재료를 고속의 수렴 기류(예를 들며, 공기) 내로 용융된 실 또는 필라멘트로 압출하고 상기 기류에 의해 상기 압출물의 직경이 미세섬유 직경일 수 있는 직경으로 감소되면서 용융된 열가소성 재료의 필라멘트가 가늘어져 형성되는 섬유를 의미한다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속의 기류에 의해 운반되고 수집 표면상에 침착되어 불규칙하게 분산되는 멜트블로운 섬유의 웹이 형성된다. 이러한 방법은 예를 들어 미국 특허 제3,849,241호(Butin)에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속 또는 불연속일 수 있는 미세섬유이며 일반적으로 평균 직경이 10 마이크론 보다 작으며, 일반적으로는 수집 표면 상에 침착될 때 점성이 있다.
본 명세서에서 사용되는 "중합체"라는 용어는 단독중합체, 예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교호 공중합체, 삼원중합체 등과 같은 공중합체 및 블렌드 및 그의 변형체를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 특별한 다른 제한이 없는 한, 중합체란 용어는 재료의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함한다. 이들 배열에는 이소탁틱, 신디오탁틱, 아탁틱 및 랜덤 대칭을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "종 방향 또는 MD"라는 용어는 생산되는 방향인 직물의 길이 방향을 의미한다. "횡 방향 또는 CD"라는 용어는 섬유의 폭, 즉 일반적으로 MD에 수직인 방향을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "단일성분 섬유"라는 용어는 단지 1종의 중합체를 사용하여 1개 이상의 압출기로부터 형성되는 섬유를 의미한다. 이는 색, 정전기 방지 특성, 윤활성, 친수성 등을 위한 소량의 첨가제가 첨가된 1종의 중합체로부터 형성된 섬유를 배제하는 것은 아니다. 이들 첨가제, 예를 들어 착색을 위한 이산화 티타늄은 일반적으로 5 중량% 미만, 더욱 전형적으로는 약 2 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 명세서에서 사용되는 "복합 섬유(conjugate fiber)"라는 용어는 개별 압출기로부터 압출되는 2종 이상의 중합체를 함께 방사하여 하나의 섬유로 형성시킨 섬유를 의미한다. 복합 섬유는 또한 다중성분 또는 2성분 섬유로 종종 언급된다. 비록 복합 섬유가 단일성분 섬유일 수 있을지라도 중합체들은 일반적으로 서로 상이하다. 중합체들은 복합 섬유의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치하는 별개 영역에 배열되며 복합 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장된다. 이러한 복합 섬유의 형상은 예를 들어, 한 중합체가 다른 중합체에 의해 둘러싸여 있는 외피/코어형 배열 또는 병렬형 배열 또는 해중도 배열일 수 있다. 복합 섬유는 미국 특허 제5,108,820호(Kaneko 등), 동 제5,336,552호(Strack 등), 및 동 제5,382,400호(Pike 등)에 교시되어 있다. 두 성분 섬유에서, 중합체는 75/25, 50/50, 25/75의 비 또는 임의의 다른 목적하는 비로 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "2요소 섬유(biconstituent fiber)"라는 용어는 2종 이상의 중합체를 동일한 압출기로부터 블렌드로서 압출하여 형성되는 섬유를 의미한다. 블렌드라는 용어는 하기에 정의된다. 2요소 섬유는 섬유의 단면적에 상대적으로 일정하게 위치하는 개별 영역에 배열되는 다양한 중합체 성분을 가지지 않으며 다양한 중합체는 일반적으로 섬유의 전장에 걸쳐 연속적이지 않으며, 처음부터 끝까지 불규칙하게 피브릴 또는 프로토피브릴을 형성한다. 2요소 섬유는 종종 다중요소 섬유로서 또한 언급된다. 이 일반적인 유형의 섬유는 예를 들어 미국 특허 제5,108,827호(Gessner)에 논의되어 있다. 2성분 및 2요소 섬유는 또한 문헌[Polymer Blends and Composites by John A. Manson and Leslie H. Sperling, copyright 1976 by Plenum Press, a division of Plenum Publishing Corporation of New York, IBSN 0-306-30831-2, pages 273 내지 277]에 논의되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 중합체에 적용되는 "블렌드"란 용어는 2종 이상의 중합체의 혼합물을 의미하는 반면, "앨로이(alloy)"라는 용어는 성분이 비혼화성이나 상용되어 있는 블렌드의 아류를 의미한다. "혼화성" 및 "비혼화성"은 혼합시 자유에너지가 각각 음의 수치 및 양의 수치를 가지는 블렌드로서 정의된다. 또한, "상용화(compatibilization)"는 앨로이로 만들기 위해 비혼화성 중합체의 계면 특성을 개질하는 방법으로 정의된다.
본 명세서에서 사용되는 "통기 접합 또는 TAB"이란 예를 들어 2성분 섬유웹으로 제조된 웹의 섬유의 중합체 중 하나를 용융시키기 충분하게 뜨거운 공기를 웹에 강제로 통과시켜 부직물을 접합시키는 방법을 의미한다. 공기 속도는 종종 분 당 30.48 내지 152.4 미터(100 내지 500 피트) 사이이며 체류 시간은 6 초 만큼 길을 수 있다. 중합체가 용융되고 재고화되면서 접합된다. 통기 접합은 제한된 가변성이 있어 일반적으로 보조 단계 접합 방법으로 간주된다. TAB는 접합을 달성하기 위해 1종 이상의 성분을 용융시킬 필요가 있어, 2성분 섬유웹과 같은 2개의 성분을 가지는 웹 또는 접착 섬유 또는 분말을 함유하는 웹에는 제한된다.
본 명세서에서 사용되는 "열점 접합(thermal point bonding)"은 섬유의 직물 또는 웹을 가열된 캘린더 롤 및 앤빌 롤 사이에 통과시켜 접합시키는 것을 포함한다. 캘린더 롤은 일반적으로 전체 직물이 그의 전면에 걸쳐 접합되지 않는 일부 방식으로 도안되나 항상 그러한 것은 아니다. 결과적으로, 캘린더 롤의 다양한 패턴이 기능 및 미적인 이유로 개발되고 있다. 패턴의 한 예는 점으로서 미국 특허 제3,855,046호(Hansen 및 Pennings)에 교시되어 있는 바와 같이 약 31 접합점/cm2(약 200 접합점/in2)으로 약 30%의 접합 면적을 가지는 한센 펜닝스(Hansen Pennings) 또는 "H&P" 패턴이다. H&P 패턴은 정사각형 점 또는 핀 접합 면적을 가지며 각 핀은 측면 치수가 0.965 mm(0.038 인치)이고 핀 사이의 간격이 1.778 mm(0.070 인치)이며, 접합 깊이는 0.584 mm(0.023 인치)이다. 생성되는 패턴은 접합된 면적이 약 29.5%이다. 또다른 전형적인 점 접합 패턴은 연장된 한센 및 펜닝스 또는 "EHP" 접합 패턴으로서 측면 치수가 0.94 mm(0.037 인치)이고 핀 간격이 2.464 mm(0.097 인치)이며, 깊이가 0.991 mm(0.039 인치)인 정사각형 핀이 있는 접합 면적이 15%로 생산된다. "714"로 언급되는 또다른 전형적인 점 접합 패턴은 각각 핀의 측면 치수가 0.584 mm(0.023 인치)이고 핀 사이의 간격이 1.575 mm(0.062 인치)이며 접합의 깊이가 0.838 mm(0.033 인치)인 정사각형 핀 접합 면적을 가진다. 생성되는 패턴은 약 15%의 접합된 면적을 가진다. 또다른 일반적인 패턴은 접합 면적이 약 16.9%인 C-스타 패턴이다. C-스타 패턴은 유성이 개재된 교차 방향 막대 또는 "코듀로이(corduroy)" 디자인을 갖는다. 다른 일반적인 패턴으로는 반복되고 약간 오프셋(offset)된 다이아몬드형이 있는 다이아몬드 패턴 및 명칭이 암시하듯이, 예를 들어 창문 방충망과 같이 보이는 철망 패턴이 있다. 전형적으로, 접합 면적의 %는 직물 적층웹의 면적의 약 10% 내지 약 30%로 다양하다. 당업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 반점 접합(spot bonding)은 적층을 유지시킬 뿐만 아니라 각 층 내의 필라멘트 및(또는) 섬유를 접합시키므로써 각 개별 층을 통합시킨다.
본 명세서에서 사용되는 "개인 위생 제품"이란 용어는 기저귀, 용변 연습용 팬츠, 흡수용 속바지, 성인 요실금 제품 및 여성 위생 제품을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "내구성 습윤성(durable wettability)" 또는 "내구적인 습윤성(durably wettable)"이란 용어는 하기에 기술되는 유출량 시험(runoff test)을 이용하여 2번 이상, 유리하게는 3번 이상의 배설을 견디는 능력을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "친수성"이란 용어는 중합체 재료가 수성 매질, 즉 주성분이 물인 액체 매질에 의해 습윤될 수 있는, 중합체 재료가 이러한 표면 자유에너지를 가진 것을 의미한다. 즉, 수성 매질은 계면활성제 조로부터 처리된 부직포를 습윤시킨다. 계면활성제 조는 예를 들어, 계면활성제 또는 계면활성제 혼합물 10 중량% 이상 및 물과 같은 용매 약 90% 이하로부터 제조된다.
<시험 방법>
유출량 시험(노출) 및 세척/건조 절차는 미국 특허 제5,258,221호(Meirowitz 등)에 기술되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에서 그의 전부를 참고문헌으로 인용된다. 전형적으로, 부직웹과 같은 섬유질웹(fibrous web)의 일반적인 직사각형, 약 20 cm x 38 cm(8 인치 x 15 인치) 시료를 폴리프로필렌, 목재 펄프 섬유 및(또는) 초흡수용 재료로 이루어진 흡수용 코어의 상부에 탑재하였다. 생성되는 시험 어셈블리를 경사면 상의 중앙에 두고 어셈블리의 각 모서리를 테이프로 고정시켰다. 경사면의 각도는 상기 특허에 기술된 30°의 각도 대신에 45°이다. 깔대기를 시험 어셈블리의 바닥 또는 하부 변두리로부터 약 200 mm(대략 7.8 인치) 떨어져 위치시킨다. 깔대기의 밸브를 시험 어셈블리의 상부 표면 보다 대략 10 mm 높게 위치시킨다. 온도가 35℃인 물 100 ml를 깔대기에 담는다. 깔대기의 밸브를 열어 약 15초 시간에 걸쳐 물을 흘려보낸다. 유출되어 수집 수단에 수집된 물의 양(그램)을 측정하고 기록한다. 수집 수단에 수집된 물의 양이 섬유질웹의 소정의 유형에 대해 적절하게 예상된 양 보다 적을 경우 섬유질웹은 변형된 유출량 시험에 통과한 것으로 전형적으로 고려한다. 예를 들어, 섬유질웹이 경량(예를 들어, 기본 중량이 약 20 g/m2 또는 0.6 oz/yd2)의 스폰본디드 부직웹일 경우, 수집되는 물의 양은 20 ml 보다 적을 것이다.
세척/건조 사이클은 실온(약 23℃)의 물 1ℓ가 아닌 500 ml를 사용하여 변형시켰다. 따라서, 상기에 기술된 코팅된 다공성 기재의 일반적인 직사각형 시료를 물 500 ml 중에 넣었다. 시료를 1 분 동안 물 중에 방치하면서 기계 교반기로 분 당 15 내지 20의 회전수로 교반하였다. 시료를 물로부터 꺼내어 과량의 액체를 짜서 세척수 용기내에 다시 담았다. 시료를 대기 중에 밤새 건조시키거나 또는 80℃의 오븐(General Signal(미국 일리노이주 블루 아일랜드 소재)의 Blue M Model OV-475A-3) 중에서 20 분 동안 건조시켰고 이어서 상기에 기술된 변형된 유출량 시험을 하였다. 목적하는 횟수만큼 이 방법을 반복하였다.
스트립 인장 시험은 한쪽 방향으로 응력을 가하였을 때의 직물의 파단 강도 및 신도 또는 변형률에 대한 측정이다. 이 시험은 ASTM 표준 시험 방법 D882(박막 플라스틱 시트의 인장 성질에 대한 시험 방법)를 변형시킨 것이다.
본 발명의 목적을 위해 피크 강도를 측정하기 위하여, 표준 절차에 하기 변형을 가한다.
시험 장치의 그립 부재(grip member)에 부여되는 분리 속도는 모든 시료에 대해 50 mm/분의 속도로 유지시킨다.
그립 부재 사이의 초기 분리 거리는 시험되는 시료의 유형에 따라 좌우되어 2.54 cm 내지 7.62 cm(1 인치 내지 3 인치)로 다양하다. 테이프의 배면 재료를 시험할 때 초기 분리 거리는 3.81 cm(1.5 인치)이고, 외부 커버 재료 및 안전 영역 재료를 시험할 때 초기 분리 거리는 7.62 cm(3 인치)이다.
피크 강도는 하중 크로스해드가 이동하는 곡선 상의 최대 하중을 시료의 폭으로 나눔으로써 계산한다.
결과는 파단 시의 kg(lb) 및 파단 전의 신장 %로서 나타낸다. 숫자가 높을수록 보다 강하고 보다 신장되는 직물이다. "하중"이란 용어는 최대 하중 또는 힘을 의미하며, 인장 시험에서 파단 또는 파열되기 위해 필요한 중량의 단위로 나타내진다. "변형률" 또는 "전체 에너지"라는 용어는 하중 대 신도 곡선 하부의 전체 에너지를 의미하며 중량-길이 단위로 나타내진다. "신도"라는 용어는 인장 시험 동안 시편의 길이의 증가율을 의미한다. 그랩(grab) 인장 강도 및 그랩 신도에 대한 수치는 일반적으로는 102 mm(4 인치)인 특정 폭의 직물을 폭으로 클램프로 잡고 일정한 속도로 신장시킴으로써 수득된다. 시료의 폭은 클램프 폭보다 넓어 직물에서 인접 섬유에 의해 기여되는 추가의 강도가 더해져 폭으로 클램프에 물린 섬유의 유효 강도를 나타내는 결과가 수득된다. 예를 들어 76 mm(3 인치) 길이의 평행한 클램프가 있는, 인스트론사(Instron Corporation, 미국 02021 매사추세츠주 캔톤 워싱톤 성 2500 소재)의 인스트론(Instron) 모델 TM 또는 트윙-알버트 인스트루먼트사(Thwing-Albert Instrument Co, 미국 19154 펜실바니아주 필라델피아 두톤 로드 10960 소재)의 트윙-알버트(Thwing-Albert) 모델 인텔렉트(INTELLECT) II에 시편을 클램프로 잡는다. 이는 실제 사용에서의 직물 응력 조건을 거의 모의한다.
액체 타격-투과 시간(liquid strike-through time): 이 시험은 EDANA 150.1-90과 동일하며 공지된 부피의 액체(모조 소변)를 뒤면에 흡수용 패드가 접촉되어 있는 부직물 시험 시료의 표면에 적용시켜 부직물을 투과하는데 걸리는 시간을 측정한다. 일반적으로, 말단이 깔대기 내부에 있게 50 ml 뷔렛을 링 스탠드 상에 위치시킨다. 특정 여과지(흡수성 482%) 5겹의 표준 흡수 패드를 깔대기 밑의 아크릴 유리 기재판에 놓고, 부직물 시료를 흡수 패드 상부에 놓는다. 두께가 25 mm이고 중량이 500 g인 아크릴 유리 타격-투과 판을 깔대기 5 mm 밑에 위치하여 중앙에 공동이 있게 시료 상에 놓는다. 깔대기를 막은 상태에서 뷔렛에 액체를 채우고, 일정량(예를 들어, 5 ml 또는 10 ml)의 액체를 깔대기로 흐르게 한다. 타이머의 작동시키면서 5 ml 또는 10 ml를 방출하고 액체가 패드내로 투과하여 일련의 전극봉 밑으로 떨어질 때 타이머를 멈추고 경과 시간을 기록한다. 하기 실시예에서, 각 시료에 대해 이 시험을 5번 반복하였으며 각 반복시 마다 동일한 시편을 사용하였고, 시간의 평균을 내었다. 실시예 1 내지 80에서는 10 ml의 액체를 사용하여 시험하였다. 실시예 81 내지 88에서는 5 ml의 액체를 사용하여 시험하였다. 사용된 액체는 스티번스 사이언티픽사(Stephens Scientific Co.)의 카달로그 번호 8504로 시판되는 블러드 뱅크 살린(Blood Bank Saline)이었다.
본 발명에 따른 부직물을 제조하는데 사용되는 중합체를 또한 화염에 대한 내성을 증가시키기 위해 난연제 및(또는) 동일한 또는 독특한 색을 각 층에 부여하기 위해 안료와 같은 다른 재료와 블렌드할 수 있다. 또한, 향기를 위한 첨가제, 방향제, 항균제, 윤활제 등을 사용할 수 있다. 스폰본드 및 멜트블로운 열가소성 중합체에 대한 이러한 성분은 당업계에 공지되어 있으며 종종 내부 첨가제이다. 예를 들어, 사용될 경우, 안료는 일반적으로 층의 5 중량% 미만의 양으로 존재하며 다른 재료는 약 25 중량% 미만의 누적량으로 존재할 수 있다.
본 발명의 직물로 제조되는 섬유는 예를 들어 당업계에 널리 공지된 멜트블로잉 또는 스폰본딩 방법에 의해 제조될 수 있다. 이들 방법은 일반적으로 압출기를 사용하며 용융된 열가소성 중합체를 방사구로 공급하여 중합체를 섬유화시켜 스테이플 길이 또는 그 이상일 수 있는 섬유를 산출한다. 이어서 섬유를 일반적으로는 공기를 이용하여 연신시키고, 이동 세공의 메트 또는 벨트상에 침착시켜 부직포를 형성시킨다. 스폰본드 및 멜트블로운 방법으로 제조되는 섬유는 상기에 정의한 바와 같이 미세섬유이다.
멜트블로운 웹의 제조는 상기 및 참조문헌에 일반적으로 논의된다.
본 발명의 직물은 다중층 적층물일 수 있다. 다중층 적층물의 한 예는 미국 특허 제4,041,203호(Brock 등), 동 제5,169,706호(Collier 등), 동 제5,540,979호(Yahiaoui 등) 및 동 제4,374,888호(Bornslaeger)에 개시된 것과 같은 스폰본드/멜트블로운/스폰본드(SMS) 적층물과 같이, 층의 일부가 스폰본드이고 일부는 멜트블로운인 실시양태이다. 이러한 적층물을 이동 형성 벨트상에 연속적으로 먼저 스폰본드 직물층을 침착시키고 이어서 멜트블로운 직물층을 침착시키고 마지막으로 또다른 스폰본드 층을 침착시킨 다음 하기에 기술된 방식으로 적층물을 접합시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 직물 층을 개별적으로 제조하고, 롤로 수집하고 개별 접합 단계에서 합칠 수 있다. 이러한 직물은 일반적으로 기본 중량이 6 내지 400 gsm(약 0.1 내지 12 osy)이거나 또는 더욱 구체적으로는 약 25.4 내지 약 101.7 gsm(약 0.75 내지 약 3 osy)이다.
스폰본드 부직포는 일반적으로 그들이 최종 제품으로의 추가의 가공의 역경을 견디게 하기 위하여 충분한 구조 통합체를 부여하기 위해 그들이 제조되는 일부 방식으로 접합된다. 접합은 수력엉킴, 니들링, 초음파 접합, 접착제 접합, 스티치접합, 통기 접합 및 열 접합과 같은 수많은 방식으로 달성될 수 있다.
상기에서 암시한 바와 같이, 많은 분야를 위한 처리된 부직물에서 중요한 매개변수는 습윤성의 내구성 또는 사용시 여러 번의 배설을 견디는 능력이다. 예를 들어, 기저귀 안감 적용을 위해, 3회 또는 그 이상의 배설 후의 습윤성을 유지하는 능력이 극도로 요구된다. 에톡실화 수소화 피마자유와 소르비탄 모노올레에이트와의 블렌드(ICI에 의해 제조되고, 호드그센 케미칼사(Hodgsen Chemical Co.)에 의해 시판되는 아코벨 베이스(Ahcovel Base) N-62(단순히 "Ahcovel"로도 언급됨))와 같은 일부 시판용 처리제는 이 기준에 따라 내구성이 있는 것으로 나타난다.
이들 성분의 화학식은 하기와 같다.
에톡실화 수소화 피마자유 소르비탄 모노올레에이트
그러나, 이 처리제는 매우 점성이 있어 전형적인 처리 방법을 사용하여 높은 고형분에서 적용하기 어렵다. 전통적인 점도 개질 첨가제 또는 계면활성제 블렌드는 이 처리제의 점도를 감소시킬 수 있으나, 이들은 하기 표 3 및 4에 참조하여 하기에 논의된 바와 같이 처리되는 직물의 내구성에 역효과를 준다. 본 발명에 따라, 특정 알킬 폴리글리코시드를 사용하면 이 처리제의 점도를 감소시킬 뿐만 아니라 목적하는 내구성이 유지된다는 것을 발견하였다. 최상의 결과를 위해서 알킬 폴리글리코시드는 알킬 사슬내의 탄소원자수가 8 내지 10인 것(예를 들면, 글루코폰(Glucopon) 220UP)이고, 전체 조성물의 중량 및 예를 들어 약 40%의 물을 함유하는 수성일 수 있는 알킬 폴리글리코시드 조성물의 중량을 기준으로 하여 약 5 중량% 내지 약 80 중량%, 유리하게는 약 5 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 포함된다.
글루코폰 220UP는 하기 화학식의 옥틸폴리글리코시드이다.
하기 표 1은 헨켈사(Henkel Corporation)로부터 시판되는 물 40 중량% 중의 알킬 폴리글리코시드 60%의 용액인 글루코폰 220UP(단순히 "글루코폰"으로도 언급됨)를 첨가하였을 때 아코벨 베이스 N-62의 점도에 대한 영향을 예시한다. 점도는 각 경우에 브루크필드(Brookfield) DV II+, 스핀들(Spindle) CP41의 점도계를 사용하여 20(1/초)의 전단 속도에서 전체 고상물이 20%인 조성물에 대해 측정하였다.
20% 고형분에서 아코벨의 점도*에 대한 글루코폰의 효과
처리 조성물 비율 점도(cp.) 온도(℃) 전단 속도(초-1)
아코벨 1 1103 25 20
아코벨 1 150 47 20
아코벨/글루코폰 20/1 40 25 20
아코벨/글루코폰 15/1 14 25 20
아코벨/글루코폰 10/1 <12.3 25 20
아코벨/글루코폰 5/1 <12.3 25 20
아코벨/글루코폰 3/1 <12.3 25 20
아코벨/글루코폰 1/1 <12.3 25 20
* 브루크필드 DVII+, 스핀들 CP-41의 점도계로 측정
본 발명의 목적을 위해, 웨코(Weko)로부터 시판되는 웨코 로토 댐프닝 시스템(WEKO Rotor Dampening System)과 같은 전형적인 높은 고형분 적용 시스템 및 절차를 사용할 수 있도록 적용 조건, 바람직하게는 실온에서 약 100 cp 미만의 점도를 달성하는 것이 요구된다. 당업계의 숙련자들에게 명백하듯이 브러쉬 분무 도포기 및 코팅 밀 인쇄 도포기와 같은 다른 것이 사용될 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 계면활성제 단독으로는 상기 필요조건을 충족시킬 수 없으나, 글루코폰 220UP와 같은 알킬 폴리글리코시드를 아코벨 20 부 중에 단지 1 부 첨가하면 그의 점도가 급격히 감소된다.
아코벨 시리즈와 같은 계면활성제 조성물과의 조합물이 이러한 처리제의 내구성으로 인해 매우 바람직하지만, 본 발명은 폭넓은 조성물과의 감소된 점도 처리제에도 적용할 수 있다고 생각된다. 그러나, 내구성의 상기 정도가 중요하지 않은 경우, 부직물을 처리하기 위해 조성물은 계면활성제 조합물 및 점도 개질제의 효과량만 함유하면 된다. 적합성을 측정하기 위해, 조성물은 부르크필드 점도에 의해 시험될 수 있다. 바람직한 조성물은 점도가 약 2000 cps 미만인 것들이다. 특정 예로는 유니온 카르비드(Union Carbide)로부터 시판되는 알킬페놀 에톡실화 계면활성제인 트리톤(Triton) x-102, OSI로부터 시판되는 에톡실화 폴리디메틸 실록산 시리즈인 Y12488 및 Y12734, PPG로부터 시판되는 에톡실화 트리실록산인 마실(Masil) SF-19, PPG로부터 시판되는 폴리에틸렌 글리콜 모노스테아레이트, 디스테아레이트 및 모노라우레이트의 PEG 200, 400 및 600 시리즈, 파인텍스(Finetex)로부터 시판되는 겜텍스(GEMTEX) SM-33 및 SC75 시리즈 및 디알킬 술포숙시네이트 뿐만 아니라 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알콜, 에틸 히드록시에틸 셀룰로오즈, 카르복시메틸 셀룰로오즈, 히드록시프로필 셀룰로오즈, 전분, 우무 및 기타 수용성 천연 중합체와 같은 수용성 중합체가 있다. 다른 계면활성제로는 ICI로서의 밀레아제(Milease) T와 같은 에톡실화 테레프탈레이트, PPG의 마자웨트(Mazawet) 77과 같은 에톡실화 알콜, 및 바스프(BASF)의 프루로닉(Pluronic) L과 같은 PEO-PPO 블록 공중합체가 있다. 점도 개질제의 예로는 헨켈사(Henkel Corporation)로부터 시판되는 알킬 사슬 내의 탄소원자수가 8 내지 10인 둘다 알킬 폴리글리코시드인 글루코폰 220 또는 225가 있다. 생성되는 혼합물은 에멀젼으로서 도포 조건하에서 점도가 100 cp 미만, 바람직하고 더욱 목적하게는 50 cp 미만일 것이다.
한 바람직한 실시양태에서, 제1 계면활성제는 에톡실화 수소화 지방유, 단당류, 단당류 유도체, 다당류, 다당류 유도체 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다. 제1 계면활성제는 유기실리콘 화합물을 포함하는 제2 계면활성제와 합쳐진다. 제1 계면활성제는 에톡실화 수소화 피마자유와 소르비탄 모노올레에이트와의 블렌드를 포함할 수 있고, 알콕실화 폴리실록산을 포함하는 제2 계면활성제와 합쳐질 수 있다. 예를 들어, 에톡실화 수소화 지방유와 단당류 유도체와의 블렌드인 아코벨 베이스 N-62는 마실(Masil) SF-19와 합쳐질 수 있다. 마실(Masil) SF-19는 하기 화학식의 알콕실화 폴리실록산이다.
상기 화학식에서,
R은 -CH2CH2CH2O-(CH2CH2O)P-(CH2 CH[CH3]O)Q-R1(여기서, R1은 H 또는 알킬임)이고, X, Y, P 및 Q는 양의 정수이다.
제1 및 제2 계면활성제는 수성 에멀젼의 형태로 먼저 제조될 수 있다. 수성 에멀젼은 전체 계면활성제 고상물 약 1 내지 60 중량% 및 물 약 40 내지 99 중량%를 포함할 수 있다. 목적하게는, 수성 에멀젼은 전체 계면활성제 고상물 약 10 내지 40 중량% 및 물 약 60 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. 더욱 적합하게는, 수성 에멀젼은 전체 계면활성제 고상물 약 15 내지 35 중량% 및 물 약 65 내지 85 중량%를 함유할 수 있다. 계면활성제 조성물을 물 중에 격렬히 교반하거나 당업계의 숙련자들에게 공지된 다른 적합한 혼합/에멀젼화 방법을 사용하여 작은 소적 또는 미세한 소적의 형태로 분산시킬 수 있다.
에멀젼은 약 54.4℃(약 130℉) 또는 그 이상의 상승된 온도에서 혼합되어 균질화될 수 있다. 에멀젼이 균질화되면, 제1 및 제2 계면활성제를 포함하는 수성 시스템은 제2 계면활성제 없이 제1 계면활성제를 함유하는, 유사하게 제조된 시스템 보다 훨씬 낮은 점도를 나타낸다. 바람직하게는 제1 계면활성제에 대해 낮은 수준으로 존재하는 제2 계면활성제는 강력한 유화제, 유동/점도 개질제 및 레벨링제로서 작용한다.
제1 및 제2 계면활성제의 조합물은 건조 기본 중량으로 제1 계면활성제 약 50 내지 99.5 중량부 및 제2 계면활성제 약 0.5 내지 50 중량부를 포함해야 한다. 목적하게는, 조합물은 제1 계면활성제 약 65 내지 95 중량부 및 제2 계면활성제 약 5 내지 35 중량부를 포함한다. 바람직하게는, 조합물은 제1 계면활성제 약 70 내지 85 중량부 및 제2 계면활성제 약 15 내지 30 중량부를 포함하여야 한다.
제1 및 제2 계면활성제의 상기 조합물은 여러 번의 유체 배설에 노출되고(거나) 빠른 유체 흡수 속도를 포함하는, 높은 재습윤(내구성) 성능이 요구되는 적용에 특히 유용하다. 이 계면활성제 블렌드의 이점으로는 또한 물 중의 상대적으로 높은 고형분에서의 우수한 가공성(즉, 낮은 점도) 및 화학 방부제의 첨가 없이 박테리아의 성장을 억제하는 고온(예를 들어 54.4℃(130℉) 또는 그 이상)에서의 우수한 가공성이 있다. 또한, 매우 낮은 수준으로 부직포를 균일하게 처리하면 부직포에 효과적인 습윤이 생성된다.
예를 들어, 직물은 직물의 기본 중량에 대해 건조 계면활성제 고상물 약 2.0 중량% 미만의 수준, 예를 들면 직물의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 약 0.1 내지 1.5 중량%의 수준의 계면활성제 조합물로 효과적으로 처리될 수 있다. 목적하게는, 직물은 직물의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 약 0.1 내지 1.0 중량%의 수준으로 처리된다. 바람직하게는, 직물은 직물의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 약 0.1 내지 0.5 중량%의 수준으로 처리된다.
제1 및 제2 계면활성제의 조합물의 사용에 의한 또다른 이점은 제1 계면활성제의 내구성(재습윤) 특성과 제2 계면활성제의 에멀젼화력 및 표면 활성 사이에서 분명한 상승 효과가 있다는 것이다. 이 상승 효과는 부직웹이 개선된 재습윤 및 유체 흡수 속도를 포함한, 상당히 개선된 유체 핸들링 특성을 가지게 한다.
본 발명은 광범위한 부직물을 처리하는데 적합하지만, 부직물이 고속으로 효과적으로 그들을 처리하게 하는 특성이 있을 때 가장 효과적이며 바람직하다. 이들 특성으로는 예를 들어 5 내지 500 gsm인 기본 중량, 예를 들어 0.2 내지 10 mm인 두께, 등이 있다.
본 발명의 이점을 최대화하기 위하여, 조성물이 물 약 80% 미만, 바람직하게는 휠씬 적은 물과 함께 도포되도록 부직물과 처리 조성물을 선택하는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하여, 이동 웹의 한 면 또는 양 면에 적용하는 방법을 기술하겠다. 본 발명은 인라인 처리 또는 개별적인 오프라인 처리 단계에 동일하게 적용될 수 있다는 것은 당업계의 숙련자들은 이해할 것이다. 예를 들어 스폰본드 또는 멜트블로운 부직물인 웹 (12)은 지지 롤 (15) 밑으로 향하게 되고, 웹 (12)의 한 측면 (14)에 적용하기 위해 회전 분무 해드 (22)를 포함하는 처리장으로 향하게 된다. 회전 분무 해드(나타내지 않음)를 포함할 수 있는 임의로의 처리 장 (18)(상으로 나타냄)은 또한 지지 롤 (17, 19) 상을 지나가는 웹 (12)의 대향 측면 (23)을 적용하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 처리 장은 저장소(나타내지 않음)로부터 처리액 (30)을 공급받는다. 이어서 처리된 웹을 필요할 경우 건조기 캔(나타내지 않음) 또는 다른 건조 수단에 통과시킴으로써 건조시킬 수 있고 이어서 지지 롤 (25) 밑으로 지나 롤로 권취하거나 또는 의도하는 용도로 전환시킨다. 다른 건조 수단으로는 오븐, 통기 건조기, 자외선 건조기, 송풍기 등이 있다.
도 2는 침지 및 압착 작용 단계를 사용하는 다른 배열을 예시한다. 나타내져 있는 바와 같이, 웹 (100)은 안내 롤 (102) 상을 지나 안내 롤 (106)에 의해 제어되는 처리 시간 동안 조 (104) 내에 지나간다. 압착 롤 (108) 사이의 닙은 과량의 처리 조성물을 제거하고 제거된 처리 조성물은 캐치 팬 (109)에 의해 다시 조로 돌아간다. 건조 캔 (110)은 잔류한 수분을 제거한다.
본 발명의 계면활성제의 국소 적용 방법 및 부직 재료의 친수성 표면 처리는 수성 유체(예를 들어 소변)에 대한 개선된 습윤성을 위한 다수의 계면활성제를 혼입할 수 있거나 또는 다른 체액(피, 월경액, 배설물 등)의 취급을 용이하게 하고, 또한 본 발명의 계면 처리제에 생체 기능 속성(예를 들어, 항균 활성, 보존성, 항염증성, 방향 제어, 피부 건강 등)을 부여할 수 있는, 생체 활성 화합물 및 거대분자를 혼입하여 사용될 수 있다.
본 발명을 예시하는 하기 실시예로 본 발명을 좀더 예시하나 다른 실시예가 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이며 청구 범위에 포함시킬 의도이다.
<실시예 1 내지 43>
높은 고형분 및 낮은 점도의 계면활성제 제제
낮은 고형분의 조로부터 유래한 계면활성제로 부직물을 친수성 처리하는 수많은 방법이 공지되어 있고 일반적으로 사용된다. 그러나, 용매의 고함량에 의해 건조 단계가 필요하다. 부직물의 표면 처리 후의 건조 공정의 열이 부직물의 기계적 성질에 부정적인 영향을 미친다는 것(표 2)은 공지되어 있다. 따라서, 높은 고형분의 조를 사용하면 건조 필요조건의 필요가 최소화되거나 또는 완화되므로, 직물의 고유 인장 강도가 유지된다. 높은 고형분 처리 시스템의 다른 명백한 이점으로는 계면활성제 제제에 대한 보다 낮은 비용, 선적 및 보관, 에너지 보존 및 보다 낮은 처리 비용 및 보다 양호한 처리 균일성이 있다. 본 명세서에서 사용되는 "높은 고형분"이란 고상물의 농도가 약 10% 이상인 것을 의미하며, 유리하게는 상기 조성물은 약 20% 이상의 고상물을 갖는다.
20 gsm(0.6 osy) 폴리프로필렌 스폰본드 직물의 기계적인 성질에 대한 건조의 영향의 비교 자료
스트립 인장 피크 에너지 CD 건조 스트립 인장 피크 하중 CD 건조 스트립 인장 피크 변형률 CD 건조, % 스트립 인장 피크 에너지 MD 건조 스트립 인장 피크 하중 MD 건조 스트립 인장 피크 변형률 MD 건조, %
직물 1* 7.62 7.90 50.66 10.08 12.42 39.44
직물 2** 5.06 6.24 52.45 6.19 11.42 27.61
* 직물 1: 높은 고형분의 WEKO 방법으로 0.9% 아코벨/글루코폰으로 처리, 건조 부재 ** 직물 2: 낮은 고형분의 포화 방법으로 0.9% 아코벨/글루코폰으로 처리, 104.4℃(220℉)에서 건조
다른 측면으로, 보다 높은 고형분의 계면활성제 처리 조성물은 또한 빈약한 유동성, 에멀젼 불안정, 겔화 및 처리 가변성과 같은 결점이 있다. 부직물의 처리를 위한 계면활성제의 국소 적용에 관련된 다른 도전으로는 내구성 또는 수성 유체에 여러 번의 노출시에도 물 습윤성 성능을 유지하는 능력이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 3가지로서, 1) 실온에서 적용될 수 있는 낮은 점도 및 높은 고형분의 처리 조성물을 제공하는 것, 2) 건조 필요조건 없이 또는 최소화되는 높은 고형분의 처리 조성물을 제공하는 것, 3) 부직포에 내구적인 습윤성을 부여하는 처리 조성물을 제공하는 것이다.
하기 절차는 본 발명의 높은 고형분 및 낮은 점도의 처리 조성물을 이용할 때 사용되는 전형적으로 일반 방법이다.
<부직포>
폴리프로필렌 섬유(약 2.2 dpf)로 제조된 전형적인 20 gsm(0.6 oz/yd2(osy)) 스폰본드 직물의 폭이 35.56 cm(14 인치)인 롤.
<계면활성제 제제>
소포제(다우 코닝(Dow Corning)의 다우(Dow) 2210) 0.075% 이상 및 계면활성제 제제 20 중량%(표 3)를 함유하는 전형적인 수성 처리 조를 제조하였다. 실온에서 철저히 혼합한 후, 계면활성제 제제를 다른 언급이 없는 한(표 3), 실온에서 계속 혼합하는 처리기 탱크에 부었다.
<적용 방법>
본 발명의 높은 고형분 및 낮은 점도의 계면활성제 처리제를 웨코 처리기(WEKO, Biel AG, 스위스 소재)를 사용하여 적용하였다. 일반적인 웨코 배열은 도 1에 나타내져 있는 바와 같이 단일 또는 이중 회전 캐리어를 사용하는 원심력 습윤 적용 시스템이었다. 계면활성제 제제는 제한기 튜브를 통해 습윤 회전자로 공급하는 기어 펌프를 통해 웨코 해더에 공급되었다. 본 발명에서 사용되는 파이롯 웨코 장치는 약 4500 rpm의 속도로 회전하는 6개의 회전자가 장착되어 있었다. 회전자의 회전에 의해 발생하는 원심력의 효과에 의해 화학 물질은 작은 소적의 형태로 부직포에 분산되었다.
처리량(그램/분)은 상이한 직경의 제한기 튜브, 해더 압력 및 조 매개변수(온도 및 점도)로 제어하여 조정되었다. 보다 우수한 처리량 제어가 해더의 유출구에 임의로는 니들 밸브를 첨가함으로써 달성될 수 있었다.
<건조>
실시예 1 내지 43에서 처리된 모든 직물은 어떠한 건조 단계도 필요하지 않았다.
<첨가량>
직물 상의 첨가량은 브룩커 미니스펙 120 펄스 NMR(Brucker Minispec 120 Pulse NMR, Brucker Spectrospin, Canada, Ltd.)을 사용하여 낮은 해상도의 고상 핵자기 공명(NMR) 스펙트로스코피로 측정하였다. 이 분석 기법에 대한 추가의 정보는 문헌["Wide Line Nuclear Magnetic Resonance in Measurements of Finish-on-Fiber of Textile Products", J.E. Rodgers, Spectroscopy, 9(8), 40 (1994)]에서 또한 발견할 수 있다.
한 바람직한 계면활성제 처리 조성물은 실시예 1 내지 6에 기술되어 있다. 상기 표 3에 나타나져 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 직물은 10:1 내지 20:1 비율의 아코벨 및 글루코폰의 비교적 매우 낮은 점도 및 높은 고형분의 수성 에멀젼으로 처리되었다. 처리된 직물은 웨코 방법으로 그의 표면을 처리한 후 어떠한 후건조도 필요하지 않았음에 주목한다. 표 3에 기록되어 있는 다른 처리제와 비교하였을 때 실시예 1 내지 6에서는 본 명세서에서 기술된 바와 같은 계면활성제/점도 개질제 처리제가 내구성을 가지는 특이점이 발견되었다. 처리 조성물의 특이점은 하기 속성, 즉 1) 실온에서 적용될 수 있는 높은 고형분, 낮은 점도 및 안정한 수성 에멀젼, 2) 건조 단계의 불필요, 3) 본 명세서에 기술된 유출량 시험에 의해 평가된 개선된 처리 내구성이 동시에 달성되었다는 점에 있다.
유출량 시험은 내구성 처리가 표 3의 실시예 1 내지 11 및 실시예 27 내지 29, 및 표 4의 실시예 44 내지 46, 59 내지 61에서 달성되었다는 명백한 증거를 제공하였다. 유출량 시험 결과는 아코벨류 계면활성제 단독 및 이 계면활성제와 다른 계면활성제와의 특정 공제제만 내구성 시험에 통과하였다는 것을 나타내었다. (유출량 시험으로부터의)내구성 결과는 또한 첨가량과 내구성 정도(또는 유출량 사이클 횟수)와의 직접적인 상호관계가 아코벨류 계면활성제 및 아코벨/글루코폰, 아코벨/글루코폰/SF 19 및 아코벨/글루코폰/Y 12488과 같은 특정 공제제에서 단지 존재한다는 것을 제시하였다. 이러한 상호관계는 다른 유형의 단일 계면활성제 뿐만 아니라 아코벨/PEG 400 ML, 아코벨/TL 2119, 아코벨/G 2109와 같은 특정 아코벨류 공제제에서는 실질적으로 존재하지 않았다. 후자의 공제제에서, 아코벨에 제2 계면활성제를 첨가하면 처리 내구성이 저하되는 것으로 나타났다.
EDANA 유체 타격 투과 자료는 처리된 직물의 유체 흡수 속도에 대한 정보를 제공하였으며, 또한 동일한 직물을 염수 10 ml에 5회 노출시켰을 때의 처리 내구성에 대한 정보를 제공하였다. 표 6에 제공되는 자료는 초기 유체 흡수 시간이 모든 처리 직물에서 거의 동일하였으나 직물을 여러 번의 유체 배설에 노출시켰을 때 성능의 차이가 있다는 것을 분명히 나타내었다. 예를 들어, 트리톤 X-102로 처리된 직물의 유체 흡수 시간은 사이클 4 및 5에서 저하되는 것으로 나타났고, 아코벨 및 아코벨/글루코폰, 아코벨/글루코폰/SF 19의 성능은 염수에 5번째 노출에서 거의 영향을 받지 않은 것으로 나타났다. 따라서, EDANA 유체 타격 투과 자료는 처리 내구성과 일치하며 결과는 유출량 시험 결과와 일치하였다.
<실시예 44 내지 76>
낮은 고형분 포화 방법
하기 절차는 본 발명의 낮은 고형분 포화 방법을 이용하였을 때 사용된 전형적인 일반 방법이었다.
전형적으로, 소포제(Dow Corning의 Dow 2210) 0.15%, 헥사놀 0.5% 및 목적하는 양의 계면활성제 또는 상기 표 4에 지시된 조건에서 첨가된 공계면활성제를 함유하는 수성 처리 조를 제조하였다. 실온에서 철저히 교반한 후, 계면활성제 제제를 처리 장의 탱크(도 2)에 부었다. 폴리프로필렌 스폰본드 섬유(약 2.2 dpf)로 제조된 전형적인 20 gsm(0.6 osy) 직물의 폭이 35.56 cm(14 인치)인 롤을 표 4에 나타나져 있는 표면 처리 조성물로 처리하였다. 첨가량은 직물을 포화시키고 두개의 고무 롤 사이의 닙에 통과시킨 후 습윤 부착량 %(%WPU)를 검사하여 측정하였다. %WPU는 중량으로 측정하였고 하기 수학식을 사용하여 계산하였다.
상기 수학식에서, Ww 및 Wd는 각각 대략 30.48 cm x 30.48 cm(12 인치 x 12 인치) 조각의 천의 습윤 및 건조 중량이다. 예를 들어 0.3% 고형분 조로부터 처리된 직물이 100 %WPU로 측정된 경우 직물의 0.3% 첨가량이 달성되었다는 것을 의미한다. 첨가량은 조의 화학물질 농도, 선속도 및 닙 압력(표 5)으로 주로 제어하였다.
낮은 고형분의 포화 적용 시스템의 공정 조건
조 농도(중량%) %WPU* 목표 첨가량(중량%) 선속도(m/분(ft/분)) 닙 압력atm(psi)
0.3 100 0.3 21.3(70) 2.72(40)
0.6 100 0.6 10.7(35) 2.38(35)
0.9 100 0.9 4.9(16) 2.04(30)
* ±5%
목표하는 첨가량을 확인한 후 처리된 직물을 건조를 위한 일련의 스팀 가열 캔에 통과시켰다(도 2). 처리 및 건조된 직물을 이어서 내구성(유출량/세척/건조 시험) 및 유체 흡수 속도(EDANA 유체 타격 투과 시간)에 대한 대상 검사하였다.
<실시예 77>
메탈로센 중합된 폴리올레핀 발포체의 시트(센티넬 프로덕츠사(Sentinel Products Corp., 미국 매사추세츠주 히안니스 소재)의 OPCELL LC31)를 약 0.6 cm(0.25 인치) 두께로 절단하였다. 발포체 시료를 15:1 중량비로 블렌드된 아코벨/글루코폰의 1% 용액과 1% 트리톤 X-102로 포화시켰다. 처리된 발포체를 이어서 60℃의 오븐에서 30 분 동안 건조시켰다. 처리된 발포체의 유체 흡수 시간을 본 명세서에 기술된 EDANA 유체 타격 투과 시험을 이용하여 1회 배설에 대해 측정하였고, 결과를 하기 표 7에 기록하였다.
폴리올레핀 발포체의 유체 흡수 속도의 비교
시료 흡수 시간(초)**
미처리 LC 31 발포체 *
아코벨/글루코폰으로 처리된 LC 31 발포체 2.9
트리톤 X-102로 처리된 LC 31 발포체 5.5
미처리 LC 33 발포체 *
아코벨/글루코폰으로 처리된 LC 33 발포체 108
트리톤 X-102로 처리된 LC 33 발포체 >200
* 기재가 너무 소수성이어서 유체가 투과할 수 없어 흡수 시간을 측정할 수 없었음 ** 유체 흡수 시간은 1회 배설에 대해서만 측정하였음
<실시예 78>
실시예 77에 기술된 동일한 처리를 다른 메탈로센 중합된 폴리올레핀 발포체(센티넬 프로덕츠사의 OPCELL LC33)에 적용하였다. 유체 흡수 속도를 실시예 77에 기술된 바와 같이 측정하였고 결과를 상기 표 7에 나타냈다.
본 발명을 하기 실시예로 좀더 기술한다.
<실시예 79>
실시예 79에서 사용된 직물은 섬유가 사이드 바이 사이드형 2성분 섬유인 약 85 gsm(2.5 osy) 스폰본드 부직포이었다. 성분은 대략 동일량으로 존재하는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이었다. 직물을 20.32 cm x 25.4 cm(8 인치 x 10 인치)로 절단하였다. 직물 시편을 3:1 비의 아코벨/글루코폰 3 중량%로 이루어진 용액에 약 30 초 동안 침지시켰다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정된 WPU는 약 200%로서, 직물 상에 계면활성제 처리제의 첨가량이 약 6 중량%이었다. 처리된 직물을 직물의 폭에 따라 10개의 물방울(약 0.1 ml)을 놓음으로써 물에 대한 습윤성을 시험하였다. 10개의 물방울이 모두 직물에 즉시 흡수되어 적용된 처리제가 직물에 친수성을 균일하고 높게 부여하였음을 알 수 있었다. 미처리 직물 대차표준물을 동일한 물방울 시험을 하였으며 10개의 물방울 중 어느 것도 부직포에 침투되거나 또는 흡수되지 않았다.
<실시예 80>
실시예 80에 사용된 직물은 섬유가 3 dpf이고 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 각각 겉과 속에 배열된 2 성분으로 제조된 것인 100 gsm 본디드 카디드 웹(BCW)이었다. 직물을 20.32 cm x 25.4 cm(8 인치 x 10 인치)로 절단하였다. 직물 시편을 3:1 비의 아코벨/글루코폰 3 중량%로 이루어진 용액에 약 30 초 동안 침지시켰다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정된 WPU는 약 100%로서, 직물 상에 계면활성제 처리제의 첨가량이 약 3 중량%이었다. 처리된 직물을 직물의 폭에 따라 10개의 물방울(약 0.1 ml)을 놓음으로써 물에 대한 습윤성을 시험하였다. 10개의 물방울이 모두 직물에 즉시 흡수되어 적용된 처리제가 BCW 직물에 친수성을 균일하고 높게 부여하였음을 알 수 있었다. 미처리 직물 대차표준물(방사 가공제 부재)을 동일한 물방울 시험을 하였으며 10개의 물방울 중 어느 것도 부직포에 침투되거나 또는 흡수되지 않았다.
<실시예 81 내지 88>
계면활성제 제제를 제1 계면활성제인 아코벨 베이스 N-62와 제2 계면활성제인 마실 SF-19를 100% 아코벨 베이스 N-62로부터 100% 마실 SF-19까지 다양한 비율로 조합하여 제조하였다. 각 경우에서, 계면활성제는 전체 계면활성제 고상물 20 중량% 및 물 80 중량%를 함유하는 수성 에멀젼으로 조합하였다. 에멀젼을 54.4℃(130℉)의 상승된 온도에서 혼합하여 균일화시켰다. 생성된 계면활성제 조합물을 이어서 상기에 기술된 바와 같이 기본 중량이 20 gsm(0.6 osy)인 폴리프로필렌 스폰본드 직물에서와 같이 다양한 수준으로 적용하였다.
하기 표 8에 각각의 계면활성제 조합물 중의 아코벨 베이스 N-62 대 마실 SF-19의 비 및 부직웹의 기본 중량에 대한 적용량을 나타내었다.
실시예 번호 아코벨 베이스 N-62(중량부) 마실 SF-19(중량부) 부직웹에 적용된 양
81 100 0 0.3%
82 0 100 0.3%
83 75 25 0.3%
84 83.3 16.7 0.3%
85 90 10 0.3%
86 75 25 0.6%
87 75 25 0.9%
88 75 25 1.5%
처리된 부직웹 시료를 상기에 기술된, EDANA 150.1-90에서와 동일하게 시험하여 액체 타격 투과에 대해 측정하였다. 부직웹을 1 내지 5회의 사이클에 노출시킨 후 측정하였으며, 이때 처리된 웹을 상기에 기술된 절차에 따라 세척하고 건조하였다.
하기 표 9에 1 내지 5회의 사이클 후 0.3 중량%의 일정한 코팅물로서 다양한 계면활성제 조합물로 처리된 안감의 흡수 시간을 나타내었다. 이 비교의 결과를 도 3에 플롯하였다.
실시예 번호 아코벨 대 마실 SF-19의 비 흡수 시간 (초)
사이클 1 사이클 2 사이클 3 사이클 4 사이클 5
81 100:0 2.4 2.7 2.8 3.2 3.0
82 0:100 1.9 5.5 4.2 4.8 5.8
83 75:25 2.1 2.3 2.2 2.3 2.3
84 83.3:16.7 2.2 2.4 2.4 2.4 2.7
85 90:10 2.4 2.6 2.6 2.7 2.9
상기 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 조합된 계면활성제로 처리된 시료는 순수한 아코벨 베이스 N-62 또는 순수한 마실 SF-19로 처리된 시료 보다 2 내지 5회의 세척 사이클 후 유체 흡수 시간이 더 짧았다. 이는 계면활성제 조합물로 처리된 시료가 개선된 습윤성(즉, 보다 짧은 흡수 시간) 및 개선된 내구성(반복된 세척 및 건조를 견디는 능력)을 가졌음을 나타낸다. 아코벨 75 중량부 및 마실 SF-19 25 중량부의 조합물로 처리된 시료가 반복된 세척 사이클 후에서 일관되게 가장 짧은 유체 흡수 시간을 나타내었다.
하기 표 10에 아코벨 N-62 75 중량부 및 마실 SF-19 25 중량부를 가지는 바람직한 조합된 계면활성제의 다양한 코팅 중량으로 처리된 안감에서의 1 내지 5회의 세척 사이클 후의 흡수 시간을 나타내었다. 이 비교의 결과를 도 4에 플롯하였다.
실시예 번호 바람직한 조합된 계면활성제의 코팅 중량 흡수 시간 (초)
사이클 1 사이클 2 사이클 3 사이클 4 사이클 5
83 0.3% 2.1 2.3 2.2 2.3 2.3
86 0.6% 1.9 2.1 2.1 2.2 2.3
87 0.9% 1.9 2.0 2.1 2.1 2.2
88 1.5% 1.9 1.9 2.0 1.9 2.1
상기 및 도 4에 나타내져 있는 바와 같이, 코팅 정도를 부직웹의 기본 중량의 0.3%에서 1.5%로 상승시켰을 때 흡수 시간은 단지 약간 개선되었다. 따라서, 0.5% 미만(예를 들어, 0.3%)의 코팅 중량으로도 짧은 유체 흡수 시간 및 지속되는 내구성의 견지에서 우수한 결과를 산출한다.
따라서, 본 발명에 따라 개선된 처리 방법 및 상기 기술된 이점이 제공되는 생성된 처리 부직물이 제공된다. 본 발명을 특정 실시양태로 예시하였으나, 이에 제한되는 것이 아니며 청구 범위의 넓은 범위 내에 포함되는 모든 동등물을 포함할 의도이다.

Claims (39)

  1. 에톡실화 수소화 지방유, 및 단당류, 단당류 유도체, 다당류, 다당류 유도체 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 제1 계면활성제 및 유기실리콘 화합물을 포함하는 제2 계면활성제를 조합하여 포함함을 특징으로 하는, 기재에 내구성 및 습윤성을 부여하기 위한 처리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 계면활성제가 수성 에멀젼으로 조합되는 처리 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 제1 계면활성제가 에톡실화 수소화 피마자유를 포함함을 특징으로 하는 처리 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 제1 계면활성제가 단당류, 단당류 유도체 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 처리 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 제1 계면활성제가 소르비탄 모노올레에이트를 포함하는 처리 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 제1 계면활성제가 에톡실화 수소화 피마자유 및 소르비탄 모노올레에이트를 포함하는 처리 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 제2 계면활성제가 알콕실화 폴리실록산을 포함하는 처리 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 제2 계면활성제가 알콕실화 트리실록산을 포함하는 처리 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 계면활성제가 제1 계면활성제 50 내지 99.5 중량부 대 제2 계면활성제 0.5 내지 50 중량부의 중량비로 존재하는 처리 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 계면활성제가 제1 계면활성제 65 내지 95 중량부 대 제2 계면활성제 5 내지 35 중량부의 중량비로 존재하는 처리 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 계면활성제가 제1 계면활성제 70 내지 85 중량부 대 제2 계면활성제 15 내지 30 중량부의 중량비로 존재하는 처리 조성물.
  14. 에톡실화 수소화 지방유, 및 단당류, 단당류 유도체, 다당류, 다당류 유도체 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 제1 계면활성제 및 유기실리콘 화합물을 포함하는 제2 계면활성제를 포함함을 특징으로 하는 조성물로 처리된 기재.
  15. 제14항에 있어서, 기재가 부직웹을 포함하는 처리된 기재.
  16. 제15항에 있어서, 부직웹이 스폰본드 웹을 포함하는 처리된 기재.
  17. 제15항에 있어서, 부직웹이 멜트블로운 웹을 포함하는 처리된 기재.
  18. 제14항에 있어서, 기재가 다층 적층물을 포함하는 처리된 기재.
  19. 삭제
  20. 제14항에 있어서, 제1 계면활성제가 단당류, 단당류 유도체 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 처리된 기재.
  21. 제14항에 있어서, 제1 계면활성제가 에톡실화 수소화 피마자유를 포함하는 처리된 기재.
  22. 제14항에 있어서, 제1 계면활성제가 소르비탄 모노올레에이트를 포함하는 처리된 기재.
  23. 제14항에 있어서, 제2 계면활성제가 알콕실화 폴리실록산을 포함하는 처리된 기재.
  24. 제20항에 있어서, 제2 계면활성제가 알콕실화 폴리실록산을 포함하는 처리된 기재.
  25. 제14항에 있어서, 계면활성제 조성물이 기재의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 0.1 내지 1.5 중량%의 수준으로 도포되는 처리된 기재.
  26. 제14항에 있어서, 계면활성제 조성물이 기재의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 0.1 내지 1.0 중량%의 수준으로 도포되는 처리된 기재.
  27. 제14항에 있어서, 계면활성제 조성물이 기재의 기본 중량에 대해 계면활성제 고상물 0.1 내지 0.5 중량%의 수준으로 도포되는 처리된 기재.
  28. 4회 세척 사이클 후, EDANA 150.1-90에 따라 시험하였을 때 흡수 시간이 3.0 초 미만인 표면 처리된 부직포.
  29. 제28항에 있어서, 5회 세척 사이클 후, 흡수 시간이 3.0 초 미만인 표면 처리된 부직포.
  30. 제28항에 있어서, 스폰본드 웹을 포함하는 표면 처리된 부직포.
  31. 제30항에 있어서, 스폰본드 웹이 폴리프로필렌을 포함하는 표면 처리된 부직포.
  32. 제28항에 있어서, 계면활성제 조합물 0.1 내지 0.5 중량%로 처리된 것인 표면 처리된 부직포.
  33. 제28항에 있어서, 5회 세척 사이클 후, 흡수 시간이 2.8 초 미만인 표면 처리된 부직포.
  34. 제28항에 있어서, 5회 세척 사이클 후, 흡수 시간이 2.6 초 미만인 표면 처리된 부직포.
  35. 제28항에 있어서, 5회 세척 사이클 후, 흡수 시간이 2.4 초 미만인 표면 처리된 부직포.
  36. 제1항에 있어서, 생체 기능성 첨가제를 더 포함하는 처리 조성물.
  37. 제36항에 있어서, 생체 기능성 첨가제가 피부 건강 첨가제를 포함하는 처리 조성물.
  38. 제14항에 있어서, 조성물이 생체 기능성 첨가제를 더 포함하는 처리된 기재.
  39. 제38항에 있어서, 생체 기능성 첨가제가 피부 건강 첨가제를 포함하는 처리된 기재.
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