KR100794854B1 - 수력학적으로 배열된 부직웹 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

실질적으로 연속인 다성분 필라멘트의 전구체 웹을 형성하는 단계, 상당한 필라멘트 얽힘을 부여하지 않고서 수행되는 수력학적 배열 처리에 전구체 웹을 노출시켜서 개구를 형성하는 단계, 및 필라멘트간 결합을 형성해서 통합된 웹을 형성하는 단계를 포함하는 부직포 제조 방법이 기재되어 있다. 이렇게 하여 얻은 개구가 있는 부직포는 좋은 감촉 및 촉각적 심미감을 가지고, 흡수성 개인위생용품, 가먼트, 의료용 응용 및 청결용 응용에서의 용도를 포함하여 매우 다양한 용도를 갖는다.

수력학적 배열 처리, 부직포, 개인위생용품, 의료용품, 청결용품.

Description

수력학적으로 배열된 부직웹 및 그의 제조방법 {HYDRAULICALLY ARRANGED NONWOVEN WEBS AND METHOD OF MAKING SAME}

본 발명은 수력학적으로 배열된 연속 필라멘트 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

부직포는 개인위생용품의 하나 이상의 성분으로서 사용하는 것을 포함해서 폭넓고 다양한 응용에 유용하다. 더 구체적으로 말해서, 부직포는 기저귀와 같은 유아위생용품, 용변가리기훈련용팬티와 같은 어린이위생용품, 생리대와 같은 여성위생용품, 실금용품과 같은 성인위생용품 및 페이셜(facial) 및 바디(body) 와이프(wipe)와 같은 개인보건위생용품에 흔히 사용된다. 또, 부직포는 보호용 작업복 및 외과용가운과 같은 의료용 의복을 포함해서 가먼트에서의 용도도 발견되었다. 부직포의 다른 의료용 응용은 부직포 상처 드레싱 및 외과용 드레싱을 포함한다. 부직포를 이용하는 청결용 응용은 타월 및 와이프를 포함한다. 부직포의 기타 다른 용도는 당업계에 잘 알려져 있다.

열가소성 폴리머를 용융방사함으로써 제조된 연속 필라멘트의 부직웹이 당업계에 알려져 있다. 일반적으로 기술하자면, 스펀본드 부직포 제조방법은 열가소성 폴리머 물질을 방사구를 통해 압출시키고 압출된 물질을 고속 공기 스트림을 이용 해서 필라멘트로 연신해서 수집표면에 랜덤 웹을 형성하는 것을 포함한다. 이러한 방법은 용융방사라고 부른다. 스펀본드 방법은 예를 들어 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호 및 마쮸키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호를 포함하여 많은 특허에서 일반적으로 정의되어 있다.

한가지 특별한 유형의 스펀본드는 다성분 또는 이성분 폴리머 부직포를 제조하기 위해 다수의 폴리머를 이용한다. "다성분"이라는 용어는 필라멘트가 필라멘트의 길이를 따라 뻗어나 있고 필라멘트의 횡단면을 가로질러 다른 대역에 배열된 2개 이상의 다른 성분을 갖도록 함께 방사되어 하나의 필라멘트를 형성하는 2개 이상의 폴리머 스트림으로부터 형성된 필라멘트를 의미한다. 다성분 필라멘트 및 그의 제조방법은 당업계에 알려져 있고, 예를 들어, 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호 및 쿡(Cook)의 미국 특허 제5,989,004호 및 데이비즈(Davies) 등의 미국 특허 제3,423,266호 및 제3,595,731호에 기술되어 있다.

부직웹의 특성 또는 물리적 성질은 부직포의 밀도 또는 개방도(openness)에 의해 적어도 부분적으로 제어된다. 일반적으로 말하자면, 크림핑된 필라멘트로부터 제조된 부직웹은 크림핑되지 않은 필라멘트의 유사한 스펀본드 필라멘트 부직웹에 비해 낮은 밀도, 높은 로프트(loft) 및 개선된 탄력성을 갖는다. 이러한 로프트 및 낮은 밀도를 갖는 웹은 천과 유사한 짜임새 성질, 예를 들어 부드러움, 드레이프성 및 감촉을 나타낸다. 용융방사된 다성분 필라멘트를 크림핑시키는 다양한 방법이 당업계에 알려져 있다. 데이비즈 등의 미국 특허 제3,595,731호 및 미국 특허 제3,423,266호에 기재된 바와 같이, 이성분 섬유 또는 필라멘트를 기계적으로 크림핑하고, 이렇게 하여 얻은 섬유를 부직웹으로 형성하거나, 또는 적절한 폴리머가 사용된 경우라면, 형성된 웹을 열 처리함으로써 이성분 섬유 또는 필라멘트에 생성된 잠재적 나선형 크림프를 활성화시킬 수 있다. 별법으로, 파이크 등의 미국 특허 제5,382,400호에 기재된 바와 같이, 섬유 또는 필라멘트를 부직웹으로 형성하기 전에 열 처리를 이용해서 섬유 또는 필라멘트의 잠재적 나선형 크림프를 활성화시킬 수 있다.

개인위생용품, 가먼트, 의료용 응용 및 청결용 응용에서 사용되는 부직웹 또는 부직포는 바람직하게는 웹을 통하는 개구(aperture) 또는 구멍(perforation)을 가질 수 있다. 개구는 일반적으로 유체 관리 또는 수송에 유용한 수단이고, 고점도 유체와 관련해서 유체 흡입 및 수송에 특히 유용한 수단이다.

부직웹의 개구는 웹의 부분들을 관통해서 슬릿팅하거나 또는 컷팅한 후 부직웹을 슬릿의 열린 개구가 잡아당겨지도록 신장시킴으로써 부여될 수 있다. 그러나, 웹을 관통한 슬릿팅에 의한 개구형성 또는 구멍뚫기는 개개의 연속 필라멘트의 완전성에 반드시 손상을 준다. 별법으로, 쉬말라(Shimalla)의 미국 특허 제4,588,630호에 기재된 바와 같이, 개구는 웹을 띄엄띄엄 떨어진 부위에서 가열 및 압축 용융시킨 후 부직웹을 융융된 부위의 열린 개구가 잡아당겨지도록 신장시킴으로써 형성될 수 있다. 그러나, 가열용융시킨 다음 신장시키는 것에 의한 개구형성은 가장자리가 단단하고 가능적으로 마모성인 용융된 열가소성 폴리머에 의해 한정되는 개구를 남길 뿐만 아니라 개개의 필라멘트의 완전성을 손상시킨다는 바람직하지않은 영향을 미친다.

히드로엔탱글링(hydroentangling)도 부직웹에 개구를 부여하는 데 이용되었다. 히드로엔탱글링은 고압 니들-파인 워터 젯(needle-fine water jet)을 이용해서 개개의 섬유 또는 필라멘트가 한데 꼬여 서로에 대해 높은 정도로 얽히도록 상당한 필라멘트 얽힘을 발생시키는 것을 포함하는 잘 알려져 있는 원리이다. 이처럼 높은 정도의 필라멘트 얽힘은 웹 구조에 기능적 완전성을 주고, 고도로 얽히고 합체된 섬유 구조를 형성한다. 히드로엔탱글링의 기본 원리는 에반스(Evans)의 미국 특허 제3,485,706호 및 제3,494,821호에 기재되어 있다. 스테이플 길이 섬유의 웹의 얽힘 결합 및 개구형성을 달성하기 위해 히드로엔탱글링 방법을 이용하는 예는 칼웨이츠(Kalwaites)의 미국 특허 제3,747,161호 및 제4,016,317호, 홀름즈(Holmes) 등의 미국 특허 제4,379,799호, 및 부요프스키(Buyofsky) 등의 미국 특허 제4,735,842호에 기재되어 있다. 상당한 필라멘트 얽힘을 부여하고 웹 구조에 기능적 완전성을 주기 위해, 200 psi(pound per square inch) 내지 5,000 psi 정도의 높은 수압이 필요한 것으로 기재되어 있다. 그러나, 이들 히드로엔탱글링 방법에 고압수의 사용은 부직웹을 치밀화 또는 압착시키는 경향이 있어서, 그의 로프트를 파괴한다. 게다가, 고압으로 작동할 수 있는 펌핑 시스템, 고압을 발생할 수 있는 복잡한 노즐, 니들-파인 워터 젯, 및 미세 젯 노즐의 막힘을 방지하기 위한 광범위한 물 여과 시스템과 같은 고압 히드로엔탱글링을 위한 기계적 요건은 엄청나게 많은 비용이 든다.

높은 전체 로프트를 유지하는, 특히 개구형성 공정을 거친 부직물질의 로프트가 개구형성 공정에 의해 실질적으로 감소되지 않는, 경제적으로 제조되는 개구 가 있는 부직물질이 필요하다. 또, 개구의 가장자리가 용융되지 않아서 좋은 감촉 및 만족스러운 촉각적 심미감을 갖는 부드러운 직물을 제공하는 높은 로프트를 가지고 개구가 있는 부직물질이 필요하다. 게다가, 웹의 필라멘트의 완전성이 파괴적 개구형성 공정에 의해 손상되지 않은 부드러운 개구 가장자리를 갖는 높은 로프트를 갖고 개구가 있는 물질이 필요하다.

발명의 요약

실질적으로 연속인 다성분 필라멘트의 전구체 웹을 형성하는 단계, 전구체 웹을 수력학적 배열 처리에 노출시켜서 상당한 필라멘트 얽힘을 일으킴이 없이 개구를 형성하는 단계, 이어서 웹을 자생적 결합(autogenous bonding)시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된 부직웹에 의해 상기한 필요들이 충족되고 당업계 숙련자들이 겪는 문제점들이 극복된다.

본 발명의 한 양상으로서, 전구체 웹은 크림핑되고 실질적으로 연속인 다성분 필라멘트의 로프트한 웹을 포함한다. 본 발명의 다른 양상으로서, 전구체 웹은 개구 형성 후 활성화되는 잠재적 크림프를 갖는 실질적으로 연속인 다성분 필라멘트를 포함한다.

도1은 본 발명의 실시에 적당한 공정 라인의 개략도.

도2A는 폴리머 성분들이 병행 배열로 배열된 다성분 필라멘트의 횡단면을 예시하는 도면.

도2B는 폴리머 성분들이 편심 쉬드/코어 배열로 배열된 다성분 필라멘트의 횡단면을 예시하는 도면.

도2C는 폴리머 성분들이 병형 배열로 배열되고 또한 병행 배열된 각 측이 쉬드/코어 배열로 배열된 폴리머 성분들을 갖는 다성분 필라멘트의 횡단면을 예시하는 도면.

도2D는 폴리머 성분들이 병행 배열로 배열되고 또한 병행 배열된 각 측이 편심 쉬드/코어 배열로 배열된 폴리머 성분들을 갖는 다성분 필라멘트의 횡단면을 예시하는 도면.

도3은 본 발명의 부직포의 한 예를 나타내는 개략도.

정의

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 "포함하는"이라는 용어는 포괄적 또는 무제한적인 것이고, 추가의 언급되지 않은 요소, 조성 성분 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 "부직"포 또는 웹이라는 용어는 니트 직물 또는 직포에서처럼 확인가능한 방식으로가 아니라 개개의 필라멘트 또는 쓰레드가 인터레잉된 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 부직웹은 멜트블로윙 방법, 스펀본딩 방법, 히드로엔탱글링 방법, 에어레이드 및 본디드-카디드 웹 방법을 포함하는(그러나, 이에 제한되지 않음) 많은 방법들에 의해 형성된다.

본 명세서에서 사용되는 "실질적으로 연속"인 필라멘트라는 용어는 길이 대 직경 비가 약 15,000 대 1을 초과하고, 바람직하게는 50,000:1을 초과하는 필라멘 트를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 "상당한 필라멘트 얽힘"이라는 용어는 개개의 섬유 또는 필라멘트가 웹 구조에 기능적 완전성을 주고 고도로 얽힌 합체된 섬유 구조를 형성할 정도로 한데 꼬여서 서로 얽히는 결과를 기술한다.

본 명세서에서 사용되는 "기계방향" 또는 MD라는 용어는 직물 제조 방향에 대응하는 직물의 방향을 의미한다. "횡방향" 또는 CD라는 용어는 MD에 대해 실질적으로 수직인 직물의 방향을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 "폴리머"라는 용어는 일반적으로 호모폴리머, 예를 들어 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 코폴리머와 같은 코폴리머, 터폴리머 등 및 이들의 블렌드 및 변형을 포함하고, 그러나 이에 제한되지는 않는다. 게다가, 달리 특별하게 제한되지 않으면, "폴리머"라는 용어는 분자의 모든 가능한 공간적 형태를 포함한다. 이들 형태는 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하고, 그러나 이에 제한되지 않는다. 달리 지시되지 않으면, 본 명세서에서 논의된 폴리머 성질은 방사전 성질에 관한 것이다.

"패턴 결합"이라는 용어는 많은 분리된 작은 장소에서 직물의 하나 이상의 층을 결합하는 것을 의미한다. 한 예로서, 열적 점 결합은 일반적으로 결합될 하나 이상의 층들을 예를 들어 조각된 또는 패턴화된 롤 및 제2 롤과 같은 가열된 롤들 사이로 통과시키는 것을 포함한다. 조각된 롤은 전체 직물이 전표면에서 결합되지는 않도록 하는 방식으로 패턴화되고, 제2 롤은 편평하거나 또는 패턴화될 수 있다. 따라서, 심미적 이유에서 뿐만 아니라 기능적 이유에서 조각된 롤을 위한 다양한 패턴을 개발하였다. 결합 패턴의 예는 미국 특허 제3,855,046호 및 미국 의장등록 제375,844호 뿐만 아니라 그 밖의 많은 특허에 기재되어 있다.

본 명세서에서 사용되는 "자생적 결합"이라는 용어는 접착제, 땜납, 기계적 패스너 등과 같은 외부 접착제와는 무관하게 분리된 부분 및(또는) 표면간의 결합을 의미한다. 한 예로서, 많은 다성분 필라멘트는 웹 구조 또는 필라멘트 구조에 중요한 손상을 끼치지 않고 필라멘트 접촉 지점에서 필라멘트간 결합을 발생시킴으로써 자생적 결합이 일어날 수 있다. 바람직하게는, 자생적 결합은 웹 구조를 상당히 압축 또는 치밀화시키지 않는 비압축 방법으로 수행될 수 있다.

발명의 설명

위에서 논의한 바와 같이, 본 발명의 방법은 크림핑된 다성분 연속 스펀본드 필라멘트의 개구가 있고 로프트가 높은 부직포를 경제적으로 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법을 실시함에 있어서, 다성분 연속 스펀본드 필라멘트의 전구체 부직웹은 수력학적 스트림으로 필라멘트를 기계적 배열하여 개구를 형성하도록 처리된다. 이어서, 이렇게 처리된 부직웹은 자생적 결합을 해서 부직포의 완전성 및 로프트를 유지한다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 직물은 개인위생용품, 가먼트, 의료용품, 청결용품 및 기타 다른 제품을 제조하는 데 특히 유용하다.

본 발명을 실시함에 있어서, 느슨한 연속 필라멘트 전구체 웹을 액체 스트림으로 처리해서 웹을 통해 개구를 형성하는 방식으로 필라멘트를 배열한다. 느슨한 필라멘트 웹은 개개의 필라멘트가 힘 적용하에서 독립적인 방식으로 자유롭게 움직일 수 있도록 개개의 필라멘트가 서로에 대한 결합이 상당한 양 결여된 웹이다. 느슨한 연속 필라멘트 전구체 웹은 바람직하게는 다성분 연속 필라멘트 스펀본드 방법에 의해 형성된다. 본 발명에서 유용한 스펀본드웹은 바람직하게는 약 0.25 osy(평방 야드 당 온스) 내지 약 3 osy의 기초중량을 가지고, 더 바람직하게는 약 0.5 osy 내지 약 1.5 osy의 기초중량을 가진다. 스펀본드 필라멘트는 일반적으로는 용융된 열가소성 물질을 방사구의 다수의 미세 모세관으로부터 필라멘트로서 압출한 후, 압출된 필라멘트의 직경이 급속하게 감소함으로써 형성된다. 일반적으로, 스펀본드 필라멘트는 약 10 내지 약 35 ㎛의 평균 필라멘트 직경, 훨씬 더 바람직하게는 약 12 내지 약 25 ㎛의 평균 섬유 직경을 가질 수 있다. 스펀본드 필라멘트 및 그의 제조 방법의 예는 애펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국특허 제3,692,618호, 매츄키(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하르트만(Hartman)의 미국 특허 제3,502,763호, 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호, 및 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호에 기재되어 있다.

필라멘트를 형성하는 성분은 하나 이상의 용융가공가능 폴리머를 포함할 수 있다. 개개의 성분은 동일, 유사 및(또는) 다른 폴리머를 포함할 수 있다. 그러나, 개개의 성분들 중 2개 이상은 그들이 선택된 다른 용융점을 갖는다는 점에서 다르다. 다성분 필라멘트의 폴리머 성분은 바람직하게는 폴리올레핀(예: 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌), 중축합물(예: 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트 및 폴리아릴레이트), 폴리올, 폴리디엔, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아세탈, 폴리이미드, 셀룰로스 에스테르, 폴리스티렌 등을 포함하는(그러 나, 이에 제한되지는 않음) 열가소성 폴리머로부터 선택된다. 특별한 예로서, 폴리머 성분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(1-메틸-1-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐) 및 폴리(4-메틸-1-펜텐) 등을 포함할 수 있다. 게다가, 이들 폴리머의 블렌드 및(또는) 코폴리머도 마찬가지로 다성분 필라멘트의 하나 이상의 성분에 사용하기에 적당하다. 다성분 필라멘트를 이루는 개개의 성분들 또는 세그먼트는 동일한 폴리머 또는 다른 폴리머를 포함할 수 있다. 단지 예로서, 폴리머 세그먼트의 바람직한 조합은 폴리올레핀/폴리아미드, 폴리올레핀/폴리에스테르, 폴리올레핀/폴리올레핀 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 적당한 폴리머 성분 조합의 예는 폴리프로필렌/폴리에틸렌, 폴리프로필렌/폴리프로필렌, 폴리에틸렌/나일론, 폴리에틸렌/폴리에스테르 등을 포함하고, 그러나 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 방법에 유용한 전구체 웹은 크림핑된 또는 크림핑가능한 다성분 필라멘트의 웹이다. 예시적인 크림핑된 필라멘트는 예를 들어 필라멘트에 랜덤한 2차원적 물결모양(wave) 또는 기복(undulation)과는 대조적인 나선형 크림프와 같은 3차원적 컬(curl)을 갖는다. 도 2A 및 2B를 보면, 크림핑된 또는 크림핑가능한 필라멘트를 생성하는 데 적당한 제1 폴리머 성분 A 및 제2 폴리머 성분 B를 포함하는 연속 이성분 필라멘트가 도시되어 있다. 제1 성분 A 및 제2 성분 B는 필라멘트의 길이를 따라 실질적으로 연속적으로 뻗고 필라멘트의 횡단면 내의 실질적으로 다른 대역에 배열될 수 있다. 개개의 성분은 크림핑가능한 형태로 필라멘트 횡단면 내에 위치한다. 한 예로서, 제1 성분 A 및 제2 성분 B는 도2A에 도시된 바와 같이 병행 배열로 또는 도2B에 도시된 바와 같이 편심 쉬드/코어 배열로 배열될 수 있다. 편심 쉬드/코어 필라멘트에서는 한 성분이 다른 한 성분을 완전히 폐색하거나 또는 둘러싸되, 필라멘트가 크림핑될 수 있도록 필라멘트 내에 비대칭적으로 위치한다. 추가의 예로서, 필라멘트는 도2C 및 2D에 도시된 바와 같이 필라멘트의 쉬드/코어 배열 및 병행 배열의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 많은 다른 횡단면 형태 및(또는) 필라멘트 모양이 본 발명에 이용하기에 적합하다는 것을 유의한다. 각 폴리머 성분은 약 85/15 내지 약 15/85의 부피비로 존재할 수 있다. 약 50/50의 비가 바람직한 경우가 종종 있다; 하지만, 사용되는 특별한 비는 원하는 바에 맞춰서 달라질 수 있다. 이 점에서, 본 명세서에 기재된 특별한 방법은 주로 이성분 필라멘트에 관해서 설명하고 있긴 하지만, 본 발명의 방법 및 그로부터 제조된 물질은 이러한 이성분 구조에 제한되지 않고, 본 발명에서는 다른 다성분 형태, 예를 들어 2개 초과의 폴리머 및(또는) 2개 초과의 성분을 이용한 형태도 망라하는 것을 의도한다.

위에서 설명한 바와 같이, 크림핑된 필라멘트로부터 제조된 부직웹은 크림핑되지 않은 필라멘트로 이루어진 유사한 스펀본드 필라멘트 부직웹에 비해 일반적으로 더 낮은 밀도, 더 높은 로프트 및 개선된 탄력성을 갖는다. 부직웹의 밀도는 직물의 기초중량 및 직물 두께 또는 벌크로부터 계산된다. 직물 두께 또는 벌크는 3인치 원형 압반 및 0.4 파운드의 총중량 하에서 아메스(Ames) 두께 시험기 모델 3223을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 로프트가 높고 크림핑된 다성분 연속 필라멘트 웹의 밀도는 약 0.09 g/㎤(입방 센티미터 당 그램) 이하, 더 바람직하게는 약 0.07 g/㎤ 내지 약 0.005 g/㎤, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.06 g/㎤ 내지 약 0.01 g/㎤이다.

본 발명의 한 양상으로서, 전구체 웹의 필라멘트에의 크림프 형성은 연신 유닛에서 필라멘트에 열을 적용해서 잠재적인 나선형 크림프를 활성화시킴으로써 웹 형성 전에 달성될 수 있다. 이러한 방법은 파이크 등의 미국 특허 제5,382,400호에 기재되어 있고, 이 특허의 전내용을 본원에 참고로 포함시킨다. 본 발명의 다른 한 양상으로서, 전구체 웹에의 크림프 형성은 웹 형성 후 한 시점에서 웹에 열을 적용해서 잠재적인 나선형 크림프를 활성화시킴으로써 웹 형성 후에 달성될 수 있다. 열 적용에 의한 잠재적인 크림프의 활성화는 예를 들어 데이비스(Davies) 등의 미국 특허 제3,423,266호에 기재되어 있고, 이 문헌의 전내용을 참고로 본원에 포함시킨다. 어느 경우의 전구체 웹이든, 다성분 필라멘트의 폴리머 성분은 그들이 완전히 다른 응력 또는 탄성 회복 성질, 결정화 속도 및(또는) 용융 점도를 갖는다는 점에서 서로 다른 폴리머를 포함한다. 이러한 다성분 필라멘트는 하나의 연속 방향으로 나선형 크림프를 갖는 크림핑된 필라멘트를 형성할 수 있다. 다시 말해서, 한 폴리머가 나선의 내부에 실질적으로 연속적으로 위치할 것이다. 게다가, 웹의 쓰루-에어(through-air) 결합이 바람직한 응용에 있어서, 폴리머 성분들 중 하나는 바람직하게는 다른 성분들보다 약 10℃ 이상 낮은 융점을 갖는다.

다시 도1을 보면, 본 발명의 방법의 예시적인 한 실시태양을 위한 공정 라인(10)이 설명되어 있다. 도1에서, 공정 라인(10)은 이성분 연속 필라멘트를 제조하도록 배열되어 있지만, 본 발명은 2개 초과의 성분을 갖는 다성분 필라멘트로 제조된 부직포의 사용을 포함한다.

공정 라인(10)은 폴리머 성분 A 및 폴리머 성분 B를 따로따로 압출하는 1쌍의 압출기(12a) 및 (12b)를 포함한다. 폴리머 성분 A는 제1 호퍼(14a)로부터 압출기(12a)로 공급되고, 폴리머 성분 B는 제2 호퍼(14b)로부터 압출기(12b)로 공급된다. 폴리머 성분 A 및 폴리머 성분 B는 압출기(12a) 및 (12b)로부터 각각의 폴리머 회로(16a) 및 (16b)를 통해 방사구(18)로 공급된다. 이성분 필라멘트를 압출하기 위한 방사구는 당업계 통상의 기술을 가진 자에게 잘 알려져 있고, 따라서 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.

일반적으로 설명하자면, 방사구(18)은 폴리머 성분 A 및 B를 방사구를 통해 따로따로 직행하는 흐름 경로를 생성하도록 배열된 오프닝(opening) 패턴을 가지고 하나씩 겹쳐쌓인 다수의 플레이트를 포함하는 방사 팩을 함유하는 하우징를 포함한다. 다성분 필라멘트를 제조하기 위한 방사 팩의 한 예는 쿡(Cook)의 미국 특허 제5,989,004호에 기재되어 있고, 그의 전내용을 본원에 참고로 포함시킨다. 방사구(18)은 한 줄 이상으로 배열된 오프닝을 갖는다. 방사구 오프닝은 폴리머가 방사구를 통해 압출될 때 아랫방향으로 뻗는 필라멘트 커튼을 형성한다. 본 발명의 목적상, 방사구(18)은 도2A 및 2B에 예시된 바와 같은 병행 또는 쉬드/코어 이성분 필라멘트를 형성하도록 배열될 수 있다. 적절하다고 믿어지는 다른 필라멘트 횡단면은 도2C 및 2D에 예시된 병행 및 쉬드/코어 이성분 필라멘트의 조합이다.

또, 공정 라인(10)은 방사구(18)로부터 뻗어나오는 필라멘트 커튼에 인접해서 위치한 급냉 송풍기(20)을 포함한다. 급냉 공기 송풍기(20)으로부터 송풍되는 공기는 방사구(18)로부터 뻗어나오는 필라멘트를 급냉시킨다. 급냉 공기는 도1에 도시된 바와 같이 필라멘트 커튼의 한쪽 면으로부터 직행할 수 있거나, 또는 필라멘트 커튼의 양쪽 면으로부터 직행할 수 있다. 본원에서 사용된 "급냉"이라는 용어는 단순히 예를 들어 주위 공기를 사용하는 것과 같이 필라멘트보다 더 차가운 매질을 사용해서 필라멘트의 온도를 감소시키는 것을 의미한다.

필라멘트 연신 유닛 또는 애스퍼레이터(aspirator)(22)가 방사구(18) 및 급냉 송풍기(20) 아래에 위치하고, 급냉된 필라멘트를 받아들인다. 폴리머를 용융 방사하는 데 사용하기 위한 필라멘트 연신 유닛 또는 애스퍼레이터는 잘 알려져 있다. 본 발명의 방법에 사용하기 위한 적당한 필라멘트 연신 유닛은 예를 들어 미국 특허 제3,802,817호에 나타낸 유형의 선형 필라멘트 애스퍼레이터 및 미국 특허 제3,692,618호 및 미국 특허 제3,423,266호에 나타낸 유형의 배출 총(eductive gun)을 포함하고, 이 문헌에 기재된 내용은 본원에 참고로 포함시킨다.

일반적으로 설명하자면, 필라멘트 연신 유닛(22)는 통로의 양쪽면으로부터 들어가서 통로를 통해 아랫방향으로 흐르는 흡입 공기에 의해서 통과하는 필라멘트를 연신시키는 가늘고 긴 수직 통로를 포함한다. 흡입 공기는 송풍기(24)에 의해 공급된다. 흡입 공기는 가열되거나 또는 가열되지 않을 수 있다. 흡입 공기는 필라멘트 연신 유닛(22)의 통로를 통해 필라멘트를 잡아당겨서 필라멘트의 애테뉴에이션(attenuation), 즉 필라멘트의 직경 감소를 일으킨다. 필라멘트 레이다운(laydown) 전에 필라멘트에 잠재적 나선형 크림프를 활성화시키는 것이 요망되는 경우에는, 송풍기(24)가 가열된 흡입 공기를 필라멘트 연신 유닛(22)에 공 급한다. 이 점에서, 가열된 흡입 공기는 필라멘트를 애테뉴에이션시킬 뿐만 아니라 잠재적 나선형 크림프를 활성화시킨다. 필라멘트 레이다운 후의 어느 시점에서 필라멘트의 잠재적 나선형 크림프를 활성화시키는 것이 요망되는 경우에는, 송풍기(24)는 가열되지 않은 흡입 공기를 팔라멘트 연신 유닛(22)에 공급한다. 이 경우, 잠재적 크림프를 활성화하기 위한 열은 필라멘트 레이다운 후 어느 시점에서 웹에 공급될 것이고, 그 시점은 수력학적 배열 단계 전 또는 후일 수 있다.

무한 유공 형성 표면(26)은 필라멘트 연신 유닛(22)의 유출 오프닝으로부터 애테뉴에이션된 필라멘트를 받아들이도록 필라멘트 연신 유닛(22) 아래에 위치한다. 유공 형성 표면(26)은 가이드 롤러(28) 둘레로 이동한다. 유공 형성 표면(26) 아래에 위치한 진공(30)이 애테뉴에이션된 필라멘트를 유공 형성 표면(26) 위로 끌어당긴다. 유공 형성 표면(26) 위로 받아들여진 필라멘트는 느슨한 연속 필라멘트의 부직웹을 포함한다.

공정 라인(10)은 부직웹의 전체 횡방향 거리를 가로질러 액체 스트림을 아랫방향으로 분무할 수 있는 수력학적 배열 스테이션(36)을 추가로 포함한다. 느슨한 연속 필라멘트의 부직웹은 유공 형성 표면(26)에 의해 수력학적 배열 스테이션(36)을 통해 수송된다. 수력학적 배열 스테이션(36) 아래 유공 형성 표면(26) 바로 밑에 공정으로부터 빠져나가는 액체를 수집해서 수송하는 액체 수용기(40)이 위치한다. 액체 수용기(40)은 단순히 배수 수반으로서 작용할 수 있을 뿐만 아니라 바람직하게는 공정 및 부직웹으로부터의 과잉 액체 제거를 더 효율적으로 돕기 위한 진공원일 수 있다.

유공 형성 표면(26)은 그 표면 위에 융기된 부분들을 갖는다. 표면 위의 이들 융기된 부분들은 통상의 형성 와이어 상의 너클 형태일 수 있거나, 또는 형성 표면에 부착된 도드라진 돌출부 또는 마디 형태일 수 있다. 느슨한 연속 필라멘트의 부직웹이 유공 형성 표면(26)에 의해 수력학적 배열 스테이션(36) 밑으로 운반될 때, 액체 스트림이 부직웹을 관통해서, 액체가 유공 형성 표면(26)을 통해 통과한다. 부직웹의 느슨한 연속 필라멘트에 대한 액체 스트림의 작용은 느슨한 필라멘트가 유공 형성 표면(26)의 표면의 융기된 부분들로부터 떨어져서 이동할 수 있게 한다. 이런 식으로, 융기된 부분들로부터 떨어져 이동함으로써, 느슨한 연속 필라멘트는 유공 형성 표면(26)의 융기된 부분들에 대응하는 부위에 개구를 형성하도록 배열된다. 유공 형성 표면(26)의 도드라진 돌출부의 형태, 크기 및(또는) 수의 선택에 의해 부직웹에 상이한 패턴의 개구, 상이한 크기의 개개의 개구 및(또는) 부직포 단위면적 당 상이한 개구 수가 생성될 수 있다. 단지 예로서, 평방인치 당 융기된 부분의 갯수는 400개 이상 정도로 많을 수 있다. 또, 단지 예로서, 도드라진 돌출부가 이용되는 경우에는, 원하는 모양의 개구를 형성하도록 돌출부의 모양을 선택할 수 있고, 예를 들어 실질적으로 원형 개구를 원하는 경우에는 반구형 돌출부, 또는 가늘고 긴 개구를 원하는 경우에는 가늘고 긴 돌출부를 선택할 수 있다.

당업계에 공지된 히드로엔탱글링 방법에서 사용되는 것들과는 달리, 수력학적 배열 스테이션(36)으로부터 나오는 액체 스트림은 상당한 필라멘트 얽힘을 부여하기 위함을 목표로 하지 않는다. 따라서, 수력학적 배열 스테이션(36)으로부터 나오는 액체 스트림은 히드로엔탱글링에 사용되는 것보다 훨씬 더 낮은 압력에서 느슨한 연속 필라멘트에 개구를 부여할 수 있다. 사실상, 지나치게 높은 압력의 액체는 웹의 로프트 성질에 해로운 영향을 줄 것이기 때문에 지나치게 높은 압력의 액체를 전달하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 액체 스트림이 수력학적 배열 스테이션(36)으로부터 100 psi(pound per square inch) 미만으로 전달되는 것이 바람직하고, 70 psi 미만으로 전달되는 것이 더 바람직하다. 게다가, 액체 스트림이 공급되는 수단은 히드로엔탱글링에서 사용되는 고압 니들 파인 젯을 공급하는 데 필요한 값비싼 노즐보다 훨씬 더 단순하고 저렴할 수 있다. 한 예로서, 값이 싸고 상대적으로 단순한 통상의 솔리드 원뿔형 노즐이 사용될 수 있다. 다른 한 예로서, 수력학적 배열 스테이션(36)에 의해 공급되는 필라멘트를 배열하는 힘은 느슨한 필라멘트의 움직임을 일으키기에 충분한 힘으로 느슨한 연속 필라멘트의 웹에 자유낙하하도록 배수로 위로 흘러넘치는 액체 커튼으로서 제공될 수 있다. 액체 커튼에 의해 전달되기를 요망하는 힘의 양은 액체의 흐름 부피 및 그것이 느슨한 연속 필라멘트의 웹에 낙하하는 높이를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.

공정 라인(10)은 쓰루-에어 결합기(42)와 같은 결합 장비를 더 포함한다. 쓰루-에어 결합기는 당업계 숙련자에게 잘 알려져 있어서, 본 명세서에서는 상세하게 기술하지 않는다. 도1을 보면, 컨베이어(38)이 배열된 연속 필라멘트의 웹을 유공 형성 표면(26)으로부터 쓰루-에어 결합기(42)로 운반한다. 쓰루-에어 결합기(42)는 더운 공기 스트림을 연속 이성분 필라멘트의 웹을 통과하도록 직행함으로써 필라멘트간 결합을 형성한다. 바람직하게는, 쓰루-에어 결합기(42)는 저융점 폴리머 성분의 폴리머 용융 온도와 거의 같거나 또는 그보다 높고 고융점 폴리머 성분의 용융 온도보다 낮은 온도를 갖는 공기를 이용한다. 가열된 공기가 후드(46)으로부터 웹을 통과해서 구멍뚫린 롤러(44) 안으로 직행한다. 더운 공기는 저융점 폴리머 성분을 용융하고, 이렇게 함으로써 필라멘트 접촉 지점에서 이성분 필라멘트간에 자생적 결합을 갖는 내구성 부직웹(48)을 형성한다. 그러나, 공기 온도가 바람직하게는 고융점 폴리머 성분의 용융 온도보다 낮기 때문에, 고융점 폴리머 성분이 유의하게 연화되지 않아, 웹이 실질적으로 그의 치수적 구조를 보유한다. 원하는 체류 시간 및 공기 온도는 선택되는 특정 폴리머, 원하는 결합 정도 및 당업계 숙련자들에게 알려진 다른 인자에 따라 달라질 것이다. 그러나, 쓰루-에어 결합은 각 성분을 형성하는 폴리머들의 용융점이 약 10℃ 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 20 ℃ 이상 차이가 나는 실시태양에서 더 바람직한 경우가 종종 있다.

마지막으로, 공정 라인(10)은 완성된 직물을 감기 위한 권취 롤(50)을 추가로 포함한다. 도3은 본 발명의 부직포의 한 예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 여기서 직물(100)은 이성분 섬유를 포함하는 랜드 영역(110) 및 개구(120)을 포함한다. 여기에서 나타내지는 않았지만, 웹 슬릿팅, 스트레칭, 트리팅(treating), 또는 개구가 있는 부직포를 필름 또는 다른 부직층과 같은 다른 물질과 함께 하나의 복합체로 적층하는 것과 같은 당업계에 잘 알려진 여러가지 추가적인 가능한 가공 및(또는) 마무리 단계가 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않게 수행될 수 있다. 웹 처리의 예는 웹에 영구 정전기 전하를 포함하는 일렉트렛(electret) 처리, 또는 다른 방법으로는, 대전방지 처리를 포함한다. 웹 처리의 다른 예는 소수 성 열가소성 물질을 포함하는 웹에 습윤성 또는 친수성을 부여하는 처리를 포함한다. 습윤성 처리 첨가제는 폴리머 용융물에 내부 처리제로서 혼입될 수 있거나, 또는 필라멘트 또는 웹 형성 후 어느 시점에서 국소 첨가될 수 있다. 유리하게는, 습윤성 처리가 필라멘트 배열 단계와 동시에 수행되도록 국소 습윤성 처리 첨가제를 수력학적 배열 스테이션에 사용되는 유체 내에 혼입시킬 수 있다. 또다른 예로서, 직물 기초중량 및 직물 성분의 습윤성에 따라서는, 웹의 자생적 결합 전에 웹을 완전 건조시키는 건조 처리 단계를 보충하는 것이 바람직할 수 있다. 당업계에 잘 알려진 건조 단계의 예는 부직포의 구조에 손상을 끼치지 않고 부직포로부터 과잉 수분을 제거하기에 충분한 온도로 증기 가열되는 건조 캔을 사용하는 것이다.

또한, 당업계 숙련자들은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않게 다양한 특정 공정 단계 및(또는) 변수를 여러 면에서 변화시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 개구가 형성되는 수력학적 배열 단계는 구멍뚫린 회전가능 드럼과 같이 당업계에 잘 알려진 다른 장치로 달성될 수 있다. 이러한 양상에서, 부직웹은 유공 지지 표면에 의해 바깥쪽에서 지지되면서 구멍뚫린 회전가능 드럼의 외표면을 따라서 이동한다. 이 경우의 유공 지지 표면은 단지 지지를 위한 것이고, 표면에 융기된 부분을 가질 필요가 없다. 액체 스트림은 드럼 내부로부터 바깥쪽으로 분무되고, 드럼을 통해 드럼 구멍에서 분무될 수 있다. 액체 스트림이 구멍을 통해 분무될 때, 액체 스트림은 드럼 구멍 부위에서 부직웹을 관통하고, 느슨한 연속 필라멘트를 제쳐놓고 이동해서 드럼 구멍에 대응하는 부위에 개구가 형성되도록 느슨한 연속 필라멘트를 배열한다.

다른 예로서, 용융 필라멘트는 당업계에 알려진 다른 장치를 이용해서 용융 애테뉴에이션될 수 있다. 추가 예로서, 본 발명의 다성분 필라멘트는 쓰루-에어 결합을 이용해서 자생적 결합될 수 있지만, 느슨한 필라멘트 웹의 필라멘트는 또한 적외선 또는 마이크로파를 이용하는 것과 같이 다른 수단에 의해서도 자생적 결합될 수 있다.

본 발명의 개구가 있는 부직포는 매우 다양한 용도를 가지고, 흡수 개인위생용품, 가먼트, 의료용품, 청결용품 등과 같은 물품 또는 물품의 성분을 포함하고, 그러나 이에 제한되지 않는다. 특별한 예로서, 부직포 개인위생용품은 페이셜 및 바디 와이프와 같은 개인보건위생용품, 기저귀 및 베이비 와이프와 같은 유아위생용품, 용변가리기훈련용팬티와 같은 어린이위생용품, 생리대와 같은 여성위생용품, 실금용품과 같은 성인위생용품을 포함한다. 부직포 가먼트의 예는 보호용 작업복 및 외과용가운과 같은 의료용 의복을 포함한다. 다른 부직포 의료용품은 부직포 상처 드레싱, 외과용 스폰지 및 외과용 드레싱을 포함한다. 부직포를 이용하는 청결용품은 타월 및 와이프를 포함한다.

개인위생용품의 성분으로서의 본 발명의 개구가 있는 부직포의 용도의 더 특별한 예는 유체 분배 또는 보류층과 같은 유체 관리층, 및 고점도 및(또는) 저점도 체내 유체의 흡입 및 수송을 위한 몸쪽 피부접촉층 또는 라이너를 포함하고, 그러나 이에 제한되지 않는다.

본원 명세서에는 많은 다른 특허들이 인용되었고, 참고로 포함시킨 개시 내용과 본 명세서의 개시 내용간에 어떠한 충돌 또는 불일치가 있는 한도까지 본 명 세서가 통제한다. 추가로, 본 발명은 그의 특별한 실시태양에 대해 상세하게 설명하고 있지만, 당업계 숙련자는 다양한 개조, 변경 및(또는) 다른 변화를 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않게 가할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 모든 변경, 개조 및 다른 변화는 특허청구의 범위에 포함되는 것으로 의도한다.

Claims (20)

1. (a) 약 0.005 내지 0.09 g/㎤의 밀도를 갖는, 실질적으로 연속인 다성분 필라멘트의 로프트(loft)한 전구체 웹을 형성하는 단계,

   (b) 상당한 필라멘트 얽힘을 부여하지 않고서 수행되는 수력학적 배열 처리에 전구체 웹을 노출시켜서 개구를 형성하는 단계, 및

   (c) 결합된 웹의 밀도가 약 0.005 내지 0.09 g/㎤가 되도록 웹을 자생적 결합시키는 단계

   를 포함하는 부직포 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 로프트한 전구체 웹이 실질적으로 느슨한 다성분 필라멘트의 웹을 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 로프트한 전구체 웹이 크림핑된 다성분 필라멘트를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 수력학적 배열 처리가 약 100 psi (평방 인치 당 파운드) 이하의 액체 스트림을 적용하는 것을 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 수력학적 배열 처리가 약 70 psi 이하의 액체 스트림을 적 용하는 것을 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 웹을 자생적 결합시키는 단계가 가열된 공기를 이용하여 필라멘트간 결합을 형성하는 것을 포함하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 다성분 필라멘트의 성분이 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 다성분 필라멘트의 성분이 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 연속 다성분 필라멘트가 스펀본딩법에 의해 형성된 방법.
10. 제9항에 있어서, 연속 다성분 필라멘트가 약 10 내지 35 ㎛의 평균 필라멘트 직경을 갖는 방법.
11. (a) 실질적으로 연속인 다성분 필라멘트의 전구체 웹을 형성하는 단계,

    (b) 상당한 필라멘트 얽힘을 부여하지 않고서 수행되는 수력학적 배열 처리에 전구체 웹을 노출시켜서 개구를 형성하는 단계, 및

    (c) 웹을 자생적 결합시키는 단계

    를 포함하는 부직포 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 전구체 웹이 실질적으로 느슨한 다성분 필라멘트의 웹을 포함하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 전구체 웹이 잠재적 크림프를 갖는 다성분 필라멘트를 포함하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 잠재적 크림프가 웹을 자생적 결합시키는 동안에 활성화되는 방법.
15. 제11항에 있어서, 수력학적 배열 처리가 약 100 psi 이하의 액체 스트림을 적용하는 것을 포함하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 수력학적 배열 처리가 약 70 psi 이하의 액체 스트림을 적용하는 것을 포함하는 방법.
17. 제11항에 있어서, 웹을 자생적 결합시키는 단계가 가열된 공기를 이용하여 필라멘트간 결합을 형성하는 것을 포함하는 방법.
18. 제11항에 있어서, 다성분 필라멘트의 성분이 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
19. 제18항에 있어서, 다성분 필라멘트의 성분이 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 방법.
20. 제11항에 있어서, 연속 다성분 필라멘트가 스펀본딩법에 의해 형성되는 방법.

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