KR100807917B1 - 높은 유동성의 블록공중합체를 함유하는 엘라스토머성이성분섬유 - Google Patents

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Abstract

외피는 열가소성 중합체이고, 중심핵은 엘라스토머성 화합물인 심초(sheath-core) 형태를 보유하는 이성분섬유가 제조되는데, 이는 높은 생산 속도로 멜트에서 연속적으로 압출될 수 있다. 엘라스토머성 화합물은 높은 유동성을 가지는, 선택적으로 수소화된 결합 블록공중합체를 함유한다. 이 블록공중합체는 분자량이 5,000 내지 7,000인 1 이상의 폴리스티렌 및 분자량이 20,000 내지 70,000이고 60mol% 이상의 높은 비닐 함유량을 보유하는 1 이상의 폴리디엔 블록을 보유한다. 이 이성분섬유는 직조 직물, 스펀본드 부직포 또는 필터, 스테이플(staple) 섬유, 방적사 및 결속, 카드 편물과 같은 물품의 제조에 유용하다. 이 이성분섬유는 열가소성 중합체 및 엘라스토머성 화합물을 공유압출하여 0.1 내지 50g/9000m의 데니어를 보유하는 섬유를 800mpm 초과의 속도로 생산하는 단계를 포함하는 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
이성분섬유, 블록공중합체, 부직포, 심초형, 폴리디엔

Description

높은 유동성의 블록공중합체를 함유하는 엘라스토머성 이성분섬유{ELASTOMERIC BICOMPONENT FIBERS COMPRISING BLOCK COPOLYMERS HAVING HIGH FLOW}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 그 명칭이 높은 유동성 및 높은 엘라스토머성을 보유한 블록공중합체인, 2004년 3월 3일에 출원된 미국 가특허출원 일련번호 60/549,570의 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 열가소성 중합체 외피(sheath) 및 엘라스토머성 중심핵(core)을 함유하는 이성분섬유(bicompnent fiber)에 관한 것이다. 구체적으로 엘라스토머성 중심핵은 유동성이 높은 모노 알케닐 아렌 및 공액 디엔 블록의 블록공중합체(block copolymer)를 함유한다. 본 발명은 또한 이성분섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가적으로 이성분섬유로 제조된 물품에 관한 것이다.
신축성 소재로 제조된 섬유는 직조 직물에서 일회용, 개인 위생물품을 위한 스펀본드 신축성 매트에까지 다양한 용도에 이용할 수 있다. 그러한 용도에 스티렌계 블록공중합체를 사용하는 것이 특히 관심의 대상일 것이다. 그러나, 블록공 중합체 멜트(melt)의 전형적인 상-분리 성질이 높은 멜트 신축성 및 높은 멜트 점도를 초래한다. 섬유 방사구(spinneret)에서 발견되는 바와 같은 작은 오리피스(orifice)를 통해 스티렌계 블록공중합체를 가공하기 위해서는, 고비용 및 특화된 멜트 펌프 장치가 요구될 것이다. 게다가, 높은 멜트 신축성은 멜트가 주형(die)으로 방출될 때 섬유의 분열을 초래하여 엘라스토머성 섬유의 연속적인 형성을 저해한다. 결과적으로, 스티렌계 블록공중합체는 높은 가공 속도에서 연속적인 신축성 섬유를 가공하기에는 매우 어렵다는 것이 밝혀졌다.
스티렌계 블록공중합체의 추가적인 문제점은 멜트 상태에서 이들 고유의 점착성이다. 이러한 특성 때문에, 스티렌계 블록공중합체의 멜트 스펀 섬유는 가공 과정 중에 서로 엉기거나, 자기 접착하기 쉽다. 이러한 효과는 바람직하지 않으며, 사실상, 분리되고 연속적인 섬유가 목적일 경우에는 상당히 문제점이 될 수 있다. 이용 불가능한 섬유 제품이라는 결과 이외에도, 섬유의 자가-접착(self-adhesion)은 장치를 오염시키며 고비용의 생산중단을 초래한다. 신축성 섬유 제품에 스티렌계 블록공중합체를 이용하려는 노력은 상당한 해결과제에 봉착해 있다.
하임즈(Himes)는 미국 특허 제4,892,903호에서 엘라스토머성 섬유를 제조하는 한가지 방법으로서 트리블록/디블록공중합체의 이용을 교시하고 있다. 이러한 형태의 조성물은 높은 점도 및 멜트 신축성을 보유하고 있는 것으로 밝혀졌으며, 이같은 성질은 멜트-분사, 부직(non-woven) 용도에 이용되는 것과 같은 비연속 및 연속 섬유의 형성에 제한을 가하게 된다.
산으로 기능화된 스티렌계 블록공중합체를 함유하는 이성분섬유가 유럽 특허 출원 0 461 726에서 그리크(Greak)에 의해 교시되었다. 산 기능성인 전형적, 선택적으로 수소화된 스티렌계 블록공중합체는 폴리아미드와 함께 사이드-바이-사이드(side-by-side)형 이성분섬유를 형성하는데 이용되었다. 산 기능화가 2가지 성분 사이에 증대된 점착성을 제공하는 반면에, 당해 기술분야에서는 산 기능화가 기능화 되지 않은 블록공중합체보다 높은 멜트 점도 및 멜트 신축성을 초래한다는 것이 잘 알려져 있다. 게다가 그리크는 사이드-바이-사이트 형태의 경우 가공 중에 본래 점착성인 섬유가 자가-접착되는 것을 방지하지 못한다고 교시하고 있다.
여러 중합체 중에, 종래의 스티렌계 블록공중합체를 함유하고, 다양한 형태를 보유하는 이성분섬유를 이용하여 제조된 결속 부직 편물(bonded non-woven web)이 미국특허 제6,225,243호에서 오스틴(Austin)에 의해 교시되었다. 구체적으로, 중심핵이 스티렌계 블록공중합체로 구성된 심초(sheath-core)형 형태는 부직 편물을 형성하기 위한 적절하게도 낮은 점도의 섬유를 제공했다.
그러나, 종래 스티렌계 블록공중합체의 높은 점도 및 멜트 신축성은 연속적인 엘라스토머성 섬유의 고속 방사를 계속하여 저해한다. 본 발명은 연속적인 엘라스토머성 이성분섬유로 형성될 수 있는 높은 멜트 유동성의 블록공중합체를 제공함으로써 이러한 오래된 요구에 역점을 두었다.
발명의 개요
일 양태에서, 본 발명은 열가소성 중합체 외피(sheath) 및 엘라스토머성 중심핵(core)을 함유하는 이성분섬유(bicomponent fiber)이고, 여기서 엘라스토머성 중심핵은 S 블록 및 E 또는 E1 블록을 보유하고 하기의 일반식을 갖는 선택적으로 수소화된 블록공중합체를 함유하는데:
S-E-S, (S-E1)n, (S-E1)nS, (S-E1)nX 또는 이들의 혼합물
상기 식에서:
a. 수소화 이전에 S 블록은 폴리스티렌 블록이고;
b. 수소화 이전에 E 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된, 분자량 40,000 내지 70,000의 폴리디엔 블록이며;
c. 수소화 이전에 E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된, 분자량 20,000 내지 35,000의 폴리디엔 블록이고;
d. n은 2 내지 6의 값을 가지고, X는 결합제(coupling agent)의 잔기(residue)이며;
e. 블록공중합체의 스티렌 함유량은 13 내지 25중량%이고;
f. 수소화 이전에 폴리디엔 블록의 비닐 함유량은 70 내지 85mol%이며;
g. 블록공중합체에는 하기의 화학식을 갖는 단위는 15중량% 미만으로 함유되는데:
S-E 또는 S-E1
상기 식에서 S, E 및 E1은 이미 정의된 바와 같고;
h. 수소화 후에, 약 0 내지 10%의 스티렌 이중결합이 수소화되었고, 80% 이상의 공액디엔 이중결합이 수소화되었으며;
i. 각 S 블록의 분자량은 5,000 내지 7,000이고;
j. ASTM D1238에 따라 230℃ 및 2.16kg중에서 블록공중합체의 멜트인덱스(melt index)는 12g/10min보다 크거나 같다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 기술된 이성분섬유를 함유하는 엘라스토머성 모노 필라멘트(filament), 직조 직물, 스펀본드 부직포, 멜트 분사 부직포 또는 필터, 스테이플(staple) 섬유, 방적사 또는 결속, 카드 편물(bonded, carded web)과 같은 물품이다.
추가적인 양태에서 본 발명은 열가소성 중합체 및 본원에 기술된 바와 같이 선택적으로 수소화된 블록공중합체를 함유하는 엘라스토머성 화합물의 공압출성형(coextrusion) 단계를 포함하는 이성분섬유의 제조방법인데, 여기서 열가소성 중합체 및 엘라스토머성 화합물은 주로 열가소성 중합체로 구성된 외피 및 엘라스토머성 화합물로 구성된 중심핵을 보유하는 1 이상의 섬유를 500m/min 이상의 속도로 형성하도록 주형을 통한 분리 멜트 펌프를 이용하도록 강제되고, 이 결과 이성분섬유는 9000m 당 0.1 내지 10g의 필라멘트 당 1 데니어(denier)를 보유한다.
중요하게는, 본 발명은 상업적 형태의 장치 상에서 고속으로 이성분섬유의 가공을 가능하게 하는 높은 멜트 유동성을 보유하는 엘라스토머성 화합물을 그 중심핵에 함유한다. 엘라스토머성 중심핵 화합물의 높은 멜트 유동성은 높은 비닐 함유량, 충분히 낮은 분자량을 보유하는 선택적으로 수소화된 블록공중합체로 달성될 수 있거나, 이들 성질을 다소 조합함으로써 달성될 수 있다.
엘라스토머성 중심핵 화합물은 추가적으로, 외피 물질과 조성적으로 동일 또는 상이한 열가소성 중합체를 함유할 수 있다. 엘라스토머성 중심핵 내에 열가소성 중합체를 혼합하면 중심핵-외피의 조화도를 증대시킬 수 있고, 중심핵-외피의 점착을 증대시킬 수 있으며, 엘라스토머성 화합물의 가공성을 증대시킬 수 있고/있거나 원료의 경제성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 이성분섬유 다발의 단면도를 나타낸다. 열가소성 중합체 외피는 각 엘라스토머성 중심핵을 둘러싸는 환형 영역으로서 명백히 나타난다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 이성분섬유는 열가소성 중합체 외피 및 선택적으로 수소화된 블록공중합체를 함유하는 엘라스토머성 화합물 중심핵을 함유한다. 이성분섬유는 열가소성 중합체 및 엘라스토머성 화합물 중심핵이 주형 또는 방적구(spinneret)에 개별적으로 계량투입되는 공압출성형(coextrusion) 방법에 의해 제조된다. 그렇게 공압출성형된 이성분섬유는 심초형, 사이드-바이-사이드형, 아일랜드 인 더 시(island in the sea)형, 2엽(bilobal)형, 3엽형 및 파이섹션(pie-section)형을 포함하나 이에 한정되지는 않는 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명에서, 외피가 섬유의 겉표면 대부분을 형성한다는 것이 중요하다. 구체적으로, 외피가 중심핵 둘레에 피복(covering)을 형성하는 심초형 형태가 바람직하다. 이러한 바람직한 형태에서, 중심핵은 섬유 단면 중심에 위치할 수 있거나 중심 이외에 위치할 수 있다. 외피는 섬유의 원주 둘레를 완전하게 피복할 수 있거나 섬유 원주 둘레를 단지 부분적으로 피복할 수 있다. 피복이 원주 둘레에서 부분적일 경우에, 중심핵이 섬유 부피의 대부분을 차지하고 있다는 점에서 사이드-바이-사이드 형태와는 그 형태가 구별된다. 본 발명에서 외피 대 중심핵의 부피비는 5/95 내지 49/51이다. 외피 대 중심핵 부피비의 바람직한 범위는 10/90 내지 40/60이고, 가장 바람직한 범위는 20/80 내지 30/70이다. 외피는 주로 열가소성 중합체로 구성되며, 중심핵은 주로 엘라스토머성 화합물로 구성된다. 본원에서 사용되는 "주로 구성된다"는 것은 부피를 기초로 80% 보다 많다는 것을 의미한다.
엘라스토머성 화합물 중심핵은 S 블록 및 E 또는 E1 블록을 보유하고 하기의 일반식을 갖는 선택적으로 수소화된 블록공중합체를 함유하는데:
S-E-S, (S-E1)n, (S-E1)nS, (S-E1)nX 또는 이들의 혼합물
수소화 이전에, E 블록 또는 E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리디엔 블록이다. 이 블록공중합체는 선형 또는 3개 내지 6개의 아암(arm)을 보유하는 방사형(radial)일 수 있다. 선형 형태에 대하여 하기의 일반식이 포함되는데:
S-E-S 및/또는 (S-E1)n 및/또는 (S-E1)nS, 여기서 E 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된, 분자량 40,000 내지 70,000의 폴리디엔 블록이고; E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된, 분자량 20,000 내지 35,000의 폴리디엔 블록이 며; n은 2 내지 6의 값, 바람직하게는 2 내지 4의 값, 보다 바람직하게는 대략 3의 평균값을 가진다. 예를 들어, 3 및 4개의 아암을 가진 방사형 형태에 대한 일반식에는 하기의 식이 포함되는데:
Figure 112006070897315-pct00001
및
Figure 112006070897315-pct00002
,
여기서 E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된, 분자량 20,000 내지 35,000의 폴리디엔 블록이며; X는 결합제(coupling agent) 잔기(residue)이다.
본원에서 사용하는 "분자량"이란 용어는 중합체 또는 공중합체 블록의 1몰당 g으로서 실분자량(true molecular weight)을 나타낸다. 본 명세서 및 청구의 범위에서 언급되는 분자량은 ASTM 3536에 따라 수행되는 바와 같이 폴리스티렌 보정(calibration) 표준을 이용한 겔침투 크로마토그래피(GPC)로 측정될 수 있다. GPC는 분자 크기에 따라 분리되는 방법으로 잘 알려져 있으며, 가장 큰 분자가 제 일 먼저 분리된다. 이 크로마토그래프는 상업적으로 입수가능한 폴리스티렌 분자량 표준을 이용하여 보정된다. 그렇게 보정된 GPC를 이용하여 측정된 중합체의 분자량은 스티렌 1당량의 분자량이다. 스티렌 1당량의 분자량은 중합체의 스티렌 함유량 및 디엔 절편의 비닐 함유량이 알려져 있을 경우 실분자량으로 전환될 수 있다. 사용되는 검출기는 바람직하게는 자외선 및 굴절률 검출기를 결합한 것이다. 본원에서 표현되는 분자량은 GPC 트레이스(trace)의 피크에서 측정되고, 실분자량으로 전환되며, 일반적으로 "피크 분자량"으로 불린다.
본 발명의 블록공중합체는 스티렌, 및 부타디엔, 이소프렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 디엔의 음이온성 중합에 의해 제조된다. 중합은 약 -150℃ 내지 약 300℃ 범위의 온도, 바람직하게는 약 0℃ 내지 약 100℃ 범위의 온도에서 적절한 용매 내에서 스티렌 및 디엔 단량체를 유기알칼리 금속 화합물과 접촉시켜 달성된다. 특히 효과적인 음이온성 중합 개시제는 일반식 RLin을 가지는 유기리튬 화합물이며, 여기서 R은 탄소수 1 내지 20개의 지방족, 지환족, 방향족 또는 알킬-치환 방향족 탄화수소 라디칼이며; n은 1 내지 4의 값을 갖는다. 바람직한 개시제에는 n-부틸 리튬 및 sec-부틸 리튬이 포함된다. 음이온성 중합 방법은 잘 알려져 있으며, 미국특허 제4,039,593호 및 미국 재발행특허 Re27,145호와 같은 참고문헌에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 블록공중합체는 선형, 선형 결합 또는 2 내지 6개의 "아암(arm)"의 혼합물을 보유한 방사형 블록공중합체일 수 있다. 선형 블록공중합체는 스티렌 을 중합하여 최초 S 블록을 형성하고, 부타디엔을 첨가하여 E 블록을 형성한 다음, 추가적으로 스티렌을 첨가하여 제2의 S 블록을 형성하여 제조될 수 있다. 선형 결합 블록공중합체는 최초 S 블록 및 E 블록을 성형한 다음, 이 2중블록을 2중작용성(difunctional) 결합제와 접촉시켜 제조된다. 방사형 블록공중합체는 적어도 3중작용성인 결합제를 사용하여 제조된다.
선형 블록공중합체를 제조하는데 유용한 2중작용성 결합제에는, 예를 들어 미국특허 제3,766,301호에 개시된 메틸 벤조에이트가 포함된다. 방사형 블록공중합체를 형성하는데 유용한 2중, 3중 또는 4중 작용기를 보유하는 기타 결합제에는, 예를 들어 미국특허 제3,244,664호, 제3,692,874호, 제4,076,915호, 제5,075,377호, 제5,272,214호, 및 제5,681,895호에 개시된 실리콘 테트라클로라이드 및 알콕시 실란; 미국특허 제3,281,383호에 개시된 폴리에폭시드, 폴리이소시아네이트, 폴리이민, 폴리알데히드, 폴리케톤, 폴리안하이드라이드, 폴리에스테르, 폴리할라이드; 미국특허 제3,594,452호에 개시된 디에스테르; 미국특허 제3,880,954호에 개시된 메톡시 실란; 미국특허 제3,985,830호에 개시된 디비닐 벤젠; 미국특허 제4,104,332호에 개시된 1,3,5-벤젠트리카르복시산 트리클로라이드; 미국특허 제4,185,042호에 개시된 글리시드옥시트리메톡시 실란(glycidoxytrimethoxy silane); 및 미국특허 제4,379,891호에 개시된 옥시디프로필비스(트리메톡시 실란)(oxydipropylbis(trimethoxy silane))이 포함된다.
본 발명의 일구체예에서, 사용되는 결합제는 일반식 Rx-Si-(OR')y의 알콕시 실란인데, 여기서 x는 0 또는 1이고, x + y = 3 또는 4이며, R 및 R'는 동일 또는 상이하고, R은 아릴, 선형 알킬 및 분지형 알킬 탄화수소 라디칼에서 선택되며, R'는 선형 및 분지형 알킬 탄화수소 라디칼에서 선택된다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 6 내지 12개의 탄소원자를 보유한다. 알킬 라디칼은 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소원자, 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소원자를 보유한다. 멜트 상태에서, 이러한 알콕시 실란 결합제는 추가적으로 4보다 큰 작용성을 산출할 수 있도록 결합시킬 수 있다. 바람직한 테트라알콕시 실란은 테트라메톡시 실란("TMSi"), 테트라에톡시 실란("TESi"), 테트라부톡시 실란("TBSi"), 및 테트라키스(2-에틸헥실옥시)실란("TEHSi")이다. 바람직한 트리알콕시 실란은 메틸 트리옥시 실란("MTMS"), 메틸 트리에톡시 실란("MTES"), 이소부틸 트리에톡시 실란("IBTMO") 및 페닐 트리메톡시 실란("PhTMO")이다. 이들 중에서 보다 바람직한 것은 테트라에톡시 실란 및 메틸 트리메톡시 실란이다.
본 발명 중 하나의 중요한 양태는 중합체의 미세구조(microstructure)이다. 본 발명과 연관된 이 미세구조는 E 및/또는 E1 블록 내 비닐 함량이 높다. 이러한 형태는 디엔의 중합 동안에 조절제(control agent)를 이용하여 달성될 수 있다. 전형적인 제제는 디에틸 에테르이다. 그 공개문헌이 본원에 참고인용된, 미국특허 Re27,145호 및 미국특허 제5,777,031호를 참고하기 바란다. 블록공중합체 제조 기술분야에서 보통으로 숙련된 자들에게 유용할 것으로 알려진 임의의 미세구조 조절제가 본 발명의 블록공중합체를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 블록공중합체는 수소화 이전에, E 및/또는 E1 블록에 약 60 내지 약 85mol%의 비닐 함유량을 갖도록 제조된다. 또 다른 구체예에서 블록공중합체는 약 70 내지 약 85mol%의 비닐 함유량을 갖도록 제조된다. 본 발명의 또 다른 구체예에는 E 및/또는 E1 블록에 약 73 내지 83mol%의 비닐 함유량을 갖도록 제조된 블록공중합체가 포함된다.
일 구체예에서, 본 발명은 수소화된 블록공중합체이다. 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 당해 기술분야에 알려진 몇몇 수소화 공정 중 임의의 것을 이용하여 선택적으로 수소화된다. 예를 들어, 수소화는, 그 공개문헌이 본원에 참고 인용된 미국특허 제3,494,942호; 제3,634,594호; 제3,670,054호; 제3,700,633호 및 Re27,145호에 교시된 것과 같은 방법을 이용하여 달성될 수 있다. 공액 폴리디엔 블록 내의 이중결합에 선택적이고, 폴리스티렌 블록 내 방향족 불포화는 실질적으로 그대로 남겨두는 임의의 수소화 방법이 본 발명의 수소화된 블록공중합체를 제조하는데 이용될 수 있다.
종래 기술에서 알려진 방법 및 본 발명의 수소화된 블록공중합체를 제조하는데 유용한 방법은 적절한 촉매, 특히 철 그룹의 금속원자, 구체적으로 니켈 또는 코발트를 함유하는 촉매 또는 촉매 전구체, 및 알루미늄 알킬과 같은 적절한 환원제의 이용을 포함한다. 티타늄 기반 촉매 시스템도 또한 유용하다. 일반적으로, 수소화는 약 20℃ 내지 약 100℃ 범위 내의 온도, 및 100psig(689kPa) 내지 약 5,000psig(34,473kPa) 범위 내의 수소분압에서, 적절한 용매 내에서 달성될 수 있 다. 총 용액을 기초로 철 그룹 금속의 중량 대비 약 10ppm 내지 약 500ppm 범위 내의 촉매 농도가 일반적으로 이용되며, 수소화 조건에서 접촉은 일반적으로 약 60 내지 약 240분 범위 내의 시간 동안 지속된다. 수소화가 완료된 후, 수소화 촉매 및 촉매 잔기는 일반적으로 중합체와 분리될 것이다.
본 발명의 실시에 있어서, 수소화된 블록공중합체는 80%보다 높은 수소화도를 보유한다. 이는 E 또는 E1 블록 내 공액 디엔 이중결합의 80% 이상이 알켄에서 알칸으로 수소화되었다는 것을 의미한다. 일 구체예에서, E 또는 E1 블록은 90% 초과의 수소화도를 보유한다. 또 다른 구체예에서, E 또는 E1 블록은 95%초과의 수소화도를 보유한다.
본 발명의 실시에 있어서, 블록공중합체의 스티렌 함유량은 약 13중량% 내지 약 25중량%이다. 일 구체예에서, 블록공중합체의 스티렌 함유량은 약 15% 내지 약 24%이다. 이러한 범위 내의 임의의 스티렌 함유량이 본 발명에 이용될 수 있다. 수소화에 이어서, S 블록 내 0 내지 10%의 스티렌 이중결합이 본 발명의 실시에 있어서 수소화된다.
본 발명의 블록공중합체 내 각 S 블록의 분자량은 약 5,000 내지 약 7,000이다. 일 구체예에서 각 S 블록의 분자량은 약 5,800 내지 약 6,600이다. 본 발명의 블록공중합체의 S블록은 이러한 범위 내에 임의의 분자량을 보유하는 폴리스티렌 블록일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, E 블록은 단일 폴리디엔 블록이다. 이러한 폴리디 엔 블록은 약 40,000 내지 약 70,000 범위의 분자량을 가질 수 있다. E1 블록은 약 20,000 내지 약 35,000 범위의 분자량을 가지는 폴리디엔 블록이다. 일 구체예에서, E 블록의 분자량 범위는 약 45,000 내지 약 60,000이고, 결합 이전의 결합 블록공중합체에 각 E1 블록에 대한 분자량 범위는 약 22,500 내지 약 30,000이다.
종래의 수소화된 블록공중합체를 능가하는 본 발명의 유리한 효과 중 하나는 본 발명의 블록공중합체가 쉽게 용융되어 높은 멜트 유동성을 가지거나, 연속적으로 압출되어 성형물 또는 필름 또는 섬유로 방사될 수 있다는 것이다. 이러한 특성은, 본래의 특성을 감성시키고(degrade), 영역 오염, 매연을 유발하며 몰드 및 다이 상에서조차 축적되는 첨가제의 사용을 최종사용자로 하여금 회피하거나 적어도 제한할 수 있게 한다. 그러나, 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 또한 불충분한 결합에서 유래되는 디블록과 같은 바람직하지 않은 효과를 유발할 수 있는 오염물질의 함량이 매우 적다. 본 발명의 블록공중합체 및 수소화된 블록공중합체는 15중량% 미만의 디블록 함유량을 보유하는데, 그러한 디블록은 하기의 일반식을 가지며:
SE 또는 SE1
여기서 S, E 및 E1은 이전에 정의된 바와 같다. 일 구체예에서, 디블록의 농도는 10% 미만이고, 또 다른 구체예에서 디블록 농도는 8% 미만이다. 예를 들어, 수소화된 블록공중합체의 구조가 (S-E1)2X일 경우, 블록공중합체는 10% 미만의 S-E1 종을 함유한다. 모든 백분율은 중량%이다.
본 발명의 수소화된 블록공중합체의 일 특징은 이들이 낮은 질서-무질서(order-disorder) 온도를 갖는다는 것이다. 본 발명의 수소화된 블록공중합체의 질서-무질서 온도(ODT)는 전형적으로 약 250℃ 미만이다. 몇몇 응용예에 대하여 어떤 경우에는 250℃ 초과의 ODT가 이용될 수 있다고 할 지라도, 250℃ 이상에서 중합체는 가공하기가 더욱 어렵다. 그러한 예 중 하나는 블록공중합체가 기타 성분과 결합하여 공정을 개선시키는 경우이다. 그러한 기타 성분은 열가소성 중합체, 오일, 수지, 왁스 또는 이의 유사체일 수 있다. 일 구체예에서, ODT는 약 240℃ 미만이다. 바람직하게는, 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 약 210℃ 내지 약 240℃의 ODT를 가질 수 있다. ODT가 210℃ 이하일 때, 블록공중합체가 바람직하게 않게도 과도한 또는 낮은 강도의 크리프(creep)를 나타낼 수 있으므로, 이러한 특성은 몇몇 응용예에서 중요할 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 질서-무질서 온도는 모세관 유동학 또는 동적 유동학에 의해 0 전단점도(shear viscosity)가 측정될 수 있는 온도 이상으로서 정의된다.
본 발명의 목적을 위하여, "멜트인덱스"라는 용어는 230℃ 및 2.16kg중에서 ASTM D1238에 따른 중합체의 멜트 유동성의 측정치를 말한다. 이는 10분에 멜트 레오미터(rheometer) 오리피스를 통해 통과하는 중합체의 g 단위로 표현된다. 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 보다 높은 멜트인덱스를 보유하는 유사한 수소화된 블록공중합체보다 더 쉽게 가공하기에 바람직한 멜트인덱스를 보유한다. 일 구체예에서, 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 12 이상의 멜트인덱스를 보유한다. 또 다른 구체예에서, 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 15 이상의 멜트인덱스를 보유한다. 또 다른 구체예에서, 본 발명의 수소화된 블록공중합체는 40 이상의 멜트인덱스를 보유한다. 본 발명의 또 다른 구체예에는 약 20 내지 약 100의 멜트인덱스를 보유하는 수소화된 블록공중합체가 포함된다. 본 발명의 또 다른 구체예에는 약 50 내지 약 85의 멜트인덱스를 보유하는 수소화된 블록공중합체가 포함된다.
추가적인 구체예에서, 엘라스토머성 화합물 중심핵은 추가적으로 열가소성 중합체를 함유한다. 이러한 구체예에서, 엘라스토머성 중심핵은 폴리프로필렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 및 외피 조성물에 관하여 본원에 기술된 바와 같은 기타 열가소성물과 같은 열가소성 중합체를 50중량%까지 함유한다.
또 다른 구체예에서, 이성분섬유의 엘라스토머성 중심핵은 약 20 내지 약 60mol% 범위의 비닐 함유량을 보유하는 선택적으로 수소화된 블록공중합체를 함유한다. 이 구체예에서, 블록공중합체는 본원에 제시된 설명에 따라 높은 멜트인덱스를 보유하도록 하는 총 실분자량을 갖는 블록공중합체이다.
본 발명에는 주로 열가소성 중합체로 구성된 외피가 포함된다. 예시적인 열가소성 중합체에는, 예컨대 에틸렌 단일중합체(homopolymer), 에틸린/알파-올레핀 공중합체, 프로필렌 단일중합체, 프로필렌/알파-올레핀 공중합체, 임팩트 폴리프로필렌 공중합체, 부틸렌 단일중합체, 부틸렌/알파-올레핀 공중합체, 및 기타 알파-올레핀 공중합체 또는 혼성중합체(interpolymer)가 포함된다.
대표적인 폴리에틸렌에는, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE 또는 VLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 고압저밀도 폴리에틸렌(LDPE)가 포함되는, 예컨대 실질적으로 선형인 에틸렌 중합체, 균일하게 분지된 선형 에틸렌 중합체, 불균일하게 분지된 선형 에틸렌 중합체가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다.
열가소성 중합체가 폴리에틸렌일 경우, 멜트플로우인덱스(melt flow index)로도 언급될 수 있는 멜트 유속(melt flow rate)은 ASTM D1238에 따라서 230℃ 및 2.16kg중에서 적어도 25g/10min이어야 한다. 바람직한 형태의 폴리에틸렌은 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
예를 들어, 대표적인 폴리프로필렌에는 실질적 이소택틱(isotactic) 프로필렌 단일중합체, 프로필렌이 몰 기준으로 주된 성분인 무작위 알파 올레핀/프로필렌 공중합체 및 중합체 매트릭스가 주로 폴리프로필렌 단일중합체 또는 무작위 공중합체이고 고무상(rubber phase)이 알파-올레핀/프로필렌 무작위 공중합체인 폴리프로필렌 임팩트 공중합체가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 적절한 폴리프로필렌의 멜트 유속은 ASTM D1238에 따라 230℃ 및 2.16kg에서 10g/10min 이상이다. 보다 바람직하게는 멜트 유속은 20g/10min 이상이다. 폴리프로필렌 단일중합체는 폴리프로필렌의 바람직한 형태이다.
에틸렌/알파-올레핀 공중합체 및 프로필렌/알파-올레핀 공중합체의 예에는 다우 케미칼(Dow Chemical)에서 제조된 AFFINITY, ENGAGE 및 VERSIFY 중합체, 및 엑손 모빌(Exxon Mobil)에서 제조된 EXACT 및 VISTAMAXX가 포함되나 이에 한정되지 는 않는다. 그러한 공중합체의 적절한 멜트 유속은 ASTM D1238에 따라 230℃ 및 2.16kg중에서 10g/10min 이상이다.
여기에 포함되는 또 다른 열가소성 중합체는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및 PVC와 다른 물질의 혼합물, 폴리아미드, 및 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)와 같은 폴리에스테르이다. 특정한 형태와는 관계없이, 열가소성 중합체는 섬유 또는 섬유 성분으로 가공되기에 적절한 멜트 유속을 가져야만 한다.
엘라스토머성 중심핵 화합물에 가공 보조제 및 기타 첨가물을 이용하는 것이 때때로 바람직하다. 그러한 보조제 및 첨가물의 예에는 다른 블록공중합체, 올레핀 중합체, 스티렌 중합체, 점착 수지(tackifying resin), 중합체 익스텐딩 오일(polymer extending oil), 왁스, 충진제, 강화제, 윤활제, 안정제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 것들이 있다.
본 발명의 구체예에서, 엘라스토머성 화합물의 고무 E 및/또는 E1과 융화할 수 있는 수지가 포함되는 것이 특히 유용하다. 이러한 것은 엘라스토머성 화합물의 유동성을 증진하는데 기여한다. 다양한 수지가 알려져 있으며, 예컨대 미국특허 제4,789,699호; 제4,294,936호; 및 제3,783,072호에서 논의되어 있고, 그 내용에서 수지와 관계된 부분은 본원에 참고인용되어 있다. 엘라스토머성 화합물 및/또는 폴리올레핀의 고무 E 및/또는 E1 블록과 융화할 수 있는 임의의 수지가 이용될 수 있으며, 높은 가공(예, 압출) 온도에도 견딜 수 있다. 일반적으로, 보다 양호한 온도 안정성 때문에, 수소화된 탄화수소 수지가 바람직한 수지이다. 유용한 수지의 예증적 예는 저분자량이고, 완전히 수소화된 α-메틸스티렌인 REGALREZ®(이스트맨 케미칼), ARKON®P(아라카와 케미칼) 시리즈 수지, 및 ZONATAC®501 LITE(아리조나 케미칼)와 같은 테르핀(terpene) 탄화수소와 같은 수소화된 탄화수소 수지이다. 본 발명은 여기에 열거된 수지의 이용에 한정되지는 않는다. 일반적으로 수지는 C5 탄화수소 수지, 수소화된 C5 탄화수소 수지, 스티렌화된 C5 수지, C5/C9 수지, 스티렌화된 테르핀 수지, 완전히 수소화된 또는 부분적으로 수소화된 C9 탄화수소 수지, 로진(rosins) 에스테르, 로진 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 당업자는 조성물의 성분과 융화할 수 있고 높은 가공 온도를 견딜 수 있으며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 기타 수지가 또한 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이성분섬유는 또한 유동성 및/또는 융화성을 증진시키기 위해 왁스를 함유할 수 있다. 적절한 왁스는 50 내지 70℃의 응고점(congealing point)을 보유하는 것들이다. 적절한 왁스의 양은 엘라스토머성 화합물의 중량을 기초로 0.1 내지 75중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%이다. 동물, 곤충, 채소, 합성 및 미네랄 왁스가 이용될 수 있고, 미네랄 오일 유래의 왁스가 바람직하다. 미네랄 오일 왁스의 예에는 광택성 스톡(stock) 슬랙 왁스(slack wax), 중등의 기계 오일 슬랙 왁스, 고용융점 왁스 및 미세결정 왁스가 포함된다. 슬랙 왁스의 경우에, 25중량%까지의 오일이 존재한다. 왁스의 응고점을 증가시키는 첨가물이 또한 존재할 수 있다.
이성분섬유는 또한 오일을 함유할 수 있다. 이 오일은 섬유의 가공성을 증진시키거나 섬유의 유연성을 증대시키기 위해 혼합될 수 있다. 특히 바람직한 것은 블록공중합체의 E 및/또는 E1과 융화할 수 있는 형태의 오일이다. 방향족 함유량이 높은 오일이 만족스럽긴 하지만, 낮은 휘발성 및 50% 미만의 방향족 함유량을 보유한 석유-기반 백유(white oil)가 바람직하다. 이외에도 오일은 낮은 휘발성을 가져야 하는데, 약 260℃ 이상의 초기 비등점을 갖는 것이 바람직하다. 사용되는 오일의 양은 고무 또는 블록공중합체의 100중량부 당 약 0 내지 300중량부로 다양하며, 바람직하게는 약 20 내지 약 150중량부이다.
엘라스토머성 화합물은 전형적으로 산화방지제 또는 산화방지제의 혼합물의 첨가에 의해 안정화된다. 빈번하게는, 입체장애가 있는 페놀계 안정화제 사용되거나, 또는 일본특허 제94055772호에 개시된 바와 같은 인-기반 안정화제가 입체장애가 있는 페놀계 안정화제와 혼합하여 사용되거나, 또는 일본특허 제94078376호에 개시된 바와 같이 페놀계 안정화제의 조합이 이용된다.
안료, 염료, 광학적 광택제, 표백제 및 화염억제제와 같은 기타 첨가물이 본 발명의 이성분섬유에 이용될 수 있다.
본 발명의 이성분섬유는 다양한 물품을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 물품에는 신축성 모노 필라멘트, 직조 직물, 스펀본드 부직포 또는 필터, 멜트-분사 직물, 스테이플 섬유, 방적사, 결속, 카드 편물 및 이들의 유사체가 포함된다. 2개의 물질을 이성분섬유로 압출시키도록 장치되었을 경우, 이러한 물품을 제 조하는데 전형적으로 이용되는 임의의 방법이 이용될 수 있다.
구체적으로, 부직포 또는 부직 편물(web)은 당해 기술분야에서 알려진 임의의 방법으로 형성될 수 있다. 전형적으로 스펀본드라고 언급되는 방법이 당해 기술분야에 잘 알려져 있다. 미국특허 제4,405,297호에는 전형적인 스펀본드 방법이 기술되어 있다. 스펀본드 방법은 일반적으로 방적구(spinneret)를 통해 멜트에서 섬유를 압출하는 단계, 공기 흐름을 이용하여 섬유를 급냉 및/또는 연신(drawing)하는 단계 및 부직포를 수집 및 결속하는 단계를 포함한다. 부직포의 결속은 전형적으로 임의의 열적, 화학적 또는 기계적 방법으로 달성되는데, 이에는 편물의 섬유 중에 중간 결속의 복합성(multiplicity)을 조성하는데 효과적인 물 양자얽힘(water entanglment) 및 니들 펀치법(needle punch process)이 포함된다. 본 발명의 부직 편물은 또한 미국특허 제5,290,626호에 기술된 바와 같은 멜트-분사법을 이용하여 형성될 수 있다. 카드 편물은 부직 편물을 횡단 기계 방향으로 그 자체 상에서 접고 결속하여 부직 편물에서 형성될 수 있다.
본 발명의 부직포는 기저귀, 허리 밴드, 스트레치 판넬, 일회용 의복(garment), 의료용 및 개인용 위생 물품, 필터 및 이들과 유사한 것과 같은 다양한 신축성 직물에 이용될 수 있다.
본 발명의 신축성 모노-필라멘트는 다양한 목적을 위해 이용되는 연속성이고, 단일의 이성분섬유가며, 방사, 연신(drawing), 급냉(quenching) 및 와인딩(winding)을 포함하는 당해 기술분야에서 알려진 임의의 방법으로 형성될 수 있다. 본원에서 사용되는 스테이플 섬유는 연속적으로 공유압출되는 이성분섬유의 절 단 또는 썰어진 절편을 의미한다.
이성분섬유의 방적사는 보통의 방법으로 형성될 수 있다. 미국특허 제6,113,825호는 방적사 형성의 일반적인 방법을 교시하고 있다. 일반적으로, 이 방법은 방사구에서 다중 섬유의 압출단계, 필라멘트를 함께 연신 및 와인딩하여 다중-필라멘트 방적사를 형성하는 단계, 이 방적사를 선택적으로 1 이상의 열처리 영역을 통해 연장 또는 신장(streching)하는 단계, 및 이 방적사를 냉각(cooling) 및 와인딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 물품은 단독으로 또는 이성분섬유 또는 다른 종류의 소재로 제조된 기타 물품과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 부직 편물은 신축성 스트레치 판넬을 제공하기 위해 신축성 단일-필라멘트와 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 부직 편물은 비-신축성 부직 편물 또는 다양한 형태의 중합체성 필름과 결합될 수 있다.
본 발명의 이성분섬유를 생산하는 방법에 있어서, 외피 중합체 및 중심핵 중합체를 2개의 분리된 멜트 펌프로 압출하기 위해 2개의 분리된 단일 스크류 압출기가 이용된다. 멜트 펌프를 따라 중합체는 일련의 플레이트(plate) 및 배플(baffle)을 통해 방사구에서 그들의 이성분 형태로 함께 유도된다. 방사구를 빠져나오자마자, 냉기 급랭 캐비넷을 통해 냉각/급냉된다. 급냉 이후, 섬유는 흡입기 또는 일련의 냉각 롤을 통해 연신된다. 냉각 롤이 이용될 경우에, 섬유는 와인더(winder)로 감아올려 진다. 흡입기가 이용될 경우에는, 섬유는 흡입기 밑에 드럼에서 수집될 수 있다.
본 방법의 중요한 일 양태는 이성분섬유가 생성되는 속도이다. 본 발명의 섬유에 의해 제공되는 높은 유동 성격은 고속의 압출을 가능하게 한다. 이는 상업적 장치들이 높은 압출 속도에서 작동되므로 실용적 의미에서는 매우 중요하다. 이러한 방법으로 경제적 처리량이 달성될 수 있다. 본 발명에서는, 적어도 800m/min(mpm)의 압출속도가 요구된다. 보다 바람직한 압출속도는 약 1000mpm 이상이고, 가장 바람직한 압출속도는 약 2000mpm 이상이다.
본원에 개시된 용도를 위해서는, 미세 데니어 섬유가 바람직하다. 이러한 미세 데니어 섬유는 그것으로 구성된 물품에서 신축성 행동에 영향을 미치기 위해 매우 소량의 물질만 사용될 수 있다는 점에서 매우 효과적인 신축성 소재이다. 본 발명에서 데니어 0.1 내지 30 (g/9000m 섬유)의 이성분섬유가 제조될 수 있다. 데니어 0.5 내지 20 g/9000m의 섬유가 보다 바람직하고, 데니어 1 내지 10g/9000m의 섬유가 가장 바람직하다.
본원에서 "신축성"이라는 용어는 바이어싱(biasing) 힘의 적용 시에 신축가능, 다시 말해서 적어도 60%로 신장가능하고(즉, 적어도 완화되고, 바이어싱 되지 않은 길이의 약 160%로 신장되는, 바이어싱된 길이로), 신장력의 해제 시에 신장된 상태의 적어도 50%가 다시 회복될 것인 임의의 물질을 의미한다. 가정적 예에는, 적어도 1.60 in(4.06cm)까지 신장될 수 있고, 1.60 in(4.06 cm)까지 신장된 후, 해제될 경우에 1.27 in(3.23 cm) 이하의 길이로 회복될 것인 물질의 1 in 샘플이 있을 수 있다. 많은 신축성 물질이 60% 보다 훨씬 많이(즉, 완화된 길이의 160%보다 훨씬 많이), 예컨대 100% 이상으로 신장될 수 있고, 이들 중 다수는 실질적으로 그들의 초기 완화 길이, 예컨대 신장력을 해제할 시 그들의 초기 완화 길이의 105% 내로 회복될 것이다.
신축성은 이성분섬유로 형성된 방적사에 대하여 100% 신장에서 변형회복의 백분율로서 측정된다. 방적사는 방사구에 구멍의 수에 따라 36 내지 144 개수 범위의 개별적 연속 섬유의 복합으로 구성된다. 이 방적사는 손으로 100%까지 신장했고, 그 다음 완화되도록 놓아두었다. 이후, 방적사의 완화된 길이를 측정했고, 회복 백분율을 계산했다. 이러한 방법에서, 신축성은 회복 백분율로서 측정된다.
본원에서 사용되는 "비장력(tenacity)"이라는 용어는 데니어 당 그램으로 측정된 방적사의 인장 강도의 측정을 의미한다.
실시예 1 - 8
폴리프로필렌 외피 및 SEBS 엘라스토머성 중심핵을 가진, 심초비(sheath/core ratio) 30/70 및 20/80의 이성분섬유를 하기의 설명에 따라 제조했다. 폴리프로필렌 외피는 다우 케미칼 컴패니에서 제조된 공칭 38 MFR 단일중합체(5D49)였다. 엘라스토머 중심핵(중합체 7)은 공칭 50 MFR, 고 비닐 함유(비닐 함유량 = 75mol%), 스티렌 함유량이 18%인 결합 SEBS 공중합체(결합 효율 = 96%)였으며, 여기서 스티렌의 MW는 6600이었고 중간블록 분자량은 60,000이었다.
섬유는 이성분 기법 및 힐즈 인크(Hills Inc.)에서 제조된 방사구를 이용한 종래 상업적 형태의 고속 방사법을 이용하여 제조했다.
표 1에는 전형적 방사 능력 및 섬유의 기계적 특성을 제시했다. 표 1에서, 고속 방사가 달성될 수 있다는 것(실시예 3, 5 및 8)뿐만 아니라 양호한 섬유 인장강도 및 신장-대-끊어짐(실시예 1, 2, 4, 6, 7)이 달성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 극단적으로 높은 방사 속도를 얻을 수 있었다. 심초형 이성분섬유(실시예 3 및 5)는 2700mpm으로 방사했다.
실시예 9-13
폴리프로필렌 외피 및 SEBS 엘라스토머성 중심핵을 가진, 심초비 30/70 및 20/80의 이성분섬유를 하기의 설명에 따라 제조했다. 폴리프로필렌 외피는 다우 케미칼 컴패니에서 제조된 공칭 38 MFR 단일중합체(5D49)였다. 엘라스토머 중심핵(중합체 5)은 공칭 31 MFR, 고 비닐 함유(비닐 함유량 = 76%), 스티렌 함유량이 18%인 결합 SEBS 공중합체(결합 효율 = 96%)였으며, 여기서 스티렌의 MW는 6200이었고 중간블록의 분자량은 56,000이었다.
섬유는 이성분 기법 및 힐즈 인크에서 제조된 방사구를 이용한 종래 상업적 형태의 고속 방사법을 이용하여 제조했다.
31 MFR 엘라스토머(실시예 9, 11 및 12)로 양호한 인장 특성이 달성될 수 있었다. 도달할 수 있는 방사속도는 1500 내지 1800mpm 범위였다.
실시예 14-25
폴리프로필렌 외피 및 SEBS 엘라스토머성 중심핵을 가진, 심초비 30/70 및 20/80의 이성분섬유를 하기의 설명에 따라 제조했다. 폴리프로필렌 외피는 다우 케미칼 컴패니에서 제조된 공칭 38 MFR 단일중합체(5D49)였다. 엘라스토머 중심핵(중합체 6)은 공칭 20 MFR, 고 비닐 함유(비닐 함유량 = 76%), 스티렌 함유량이 19%인 결합 SEBS 공중합체(결합 효율 = 95%)였으며, 여기서 스티렌의 MW는 6100이었고 중간블록의 분자량은 50,000이었다.
섬유는 이성분 기법 및 힐즈 인크에서 제조된 방사구를 이용한 종래 상업적 형태의 고속 방사법을 이용하여 제조했다.
표 3의 결과는 보다 낮은 멜트 유동성 엘라스토머가 방사 능력(최대 방사 속도)에 해로운 효과를 가지나, 인장 특성은 여전히 신축성 섬유에 대하여 적합한 것으로 여겨진다는 것을 나타냈다. 표 3은 또한 폴리프로필렌이 섬유 횡단면의 대부분이 됨에 따라 방사 능력이 개선되고, 심지어는 비교적 낮은 멜트 유동성의 엘라스토머도 정확한 심초비로 양호한 방사 능력을 제공할 수 있다는 것을 보여주었다. 이외에도, 폴리프로필렌은 그 농도가 증가함에 따라 인장 강도를 개선시켰으나 섬유 신축성에 대해서는 부정적인 효과를 가지는 것으로 보였다.
실시예 26-36
폴리프로필렌 외피 및 SEBS 엘라스토머성 중심핵을 가진, 심초비 30/70 및 20/80의 이성분섬유를 하기의 설명에 따라 제조했다. 폴리프로필렌 외피는 다우 케미칼 컴패니에서 제조된 공칭 38 MFR 단일중합체(5D49)였다. 엘라스토머 중심핵은 폴리프로필렌(5D49)과 엘라스토머(중합체 7)의 혼합물이었다. 혼합물 1은 Dow 5D49 폴리프로필렌 10중량%와 중합체 7, 90중량%의 혼합물이었다. 혼합물 2는 Dow 5D49 폴리프로필렌 20중량%와 중합체 7, 80중량%의 혼합물이었다.
섬유는 이성분 기법 및 힐즈 인크에서 제조된 방사구를 이용한 종래 상업적 형태의 고속 방사법을 이용하여 제조했다. 표 4는 폴리프로필렌과 엘라스토머의 혼 합물이 이성분 신축성 섬유를 위한 좋은 엘라스토머성 중심핵을 만든다는 것을 예증했다. 높은 방사 속도 및 양호한 인장 및 신축 특성도 달성되었다.
비교 대상인 단일성분섬유(monocomponent fiber)(실시예36)도 또한 표 4에 나타냈다. 이 단일성분섬유는 엘라스토머 화합물(중합체 7)으로만 구성되어 있었고, 열가소성 외피는 없었다. 낮은 방사 속도가 요구되었고 섬유는 방사 공정 동안에 이용할 수 없는 점착성(stikiness)을 나타냈다. 생성된 단일성분섬유는 자가-접착되었고 분리될 수 없었다.
실시예 37-39
이성분섬유를 또한 단일 공기 흡입기를 통해 방사하여 스펀본드법을 시연했다. 흡입기 내 공기압은 최대 방사 속도에 영향을 미치도록 사용했는데, 즉 압력이 높을 수록 방사속도도 높았다. 모든 실시예에 대하여 구멍 당 중합체 처리량(5g/hole/min)은 동일했다.
실시예 37은 5D49 폴리프로필렌 단독의 비교 단일성분섬유였다. 섬유가 끊어지기 시작하기 전 최대 공기압은 40psi에 다다랐다. 이러한 열가소성 중합체의 섬유는 신축성이 없었다.
실시예 38에서는 5D49 폴리프로필렌 외피 및 50 MFR 신축성 중심핵(중합체 7)을 20/80 비율로 이용하여 신축성 스펀본드 섬유를 제조했다. 필라멘트가 끊어지기 시작하기 전 최대 방사 속도는 20 psi이었다. 실시예 39는 심초비가 40/60인 폴리프로필렌(5D49) 및 20 MFR 엘라스토머(중합체 6)의 이성분섬유였다. 섬유가 끊어지기 시작하기 전 최대 방사 속도는 25psi였다. 실시예 38 및 39의 이성분섬유는 신축성이었다.
실시예 40 - 45
실시예 40 내지 44에서는 열가소성 중합체 외피로서 Dow ASPUN 폴리에틸렌(6811A) 및 엘라스토머성 중심핵으로서 중합체 7을 이용한 심초형 이성분섬유를 시연했다. 이러한 실시예들은 폴리에틸렌도 또한 이성분 신축성 섬유를 위한 외피로 사용될 수 있다는 것을 예증했다.
섬유는 이성분 기법 및 힐즈 인크에서 제조된 방사구를 이용한 종래 상업적 형태의 고속 방사법을 이용하여 제조했다.
실시예 46
하기의 설명에 따라 비교적 낮은 멜트 유속으로, 비닐 함유량이 낮은 엘라스토머(중합체 8)로써 이성분 신축 섬유를 제조했다. 중합체 8은 9 MFR, 비닐 함유량 38%의 결합 SEBS 엘라스토머였다. 이 엘라스토머는 스티렌 블록 분자량 5000, 중간블록 분자량 47,000 및 결합 효율 94%를 보유했다. 공칭 스티렌 함유량은 18중량%였다. 이 섬유의 외피는 공칭 12 MFR 단일중합체 폴리프로필렌이었다. 이러한 실시예는 이성분섬유가 비닐 함유량이 낮은 블록공중합체를 이용하여 제조될 수 있다는 것을 예증함과 동시에, 멜트 유속이 높은 엘라스토머가 최적 방사 성능을 위해 바람직할 것이라는 것도 예증한다.
Figure 112006070897315-pct00003
Figure 112006070897315-pct00004
Figure 112006070897315-pct00005
Figure 112006070897315-pct00006
Figure 112006070897315-pct00007
Figure 112006070897315-pct00008
Figure 112006070897315-pct00009

Claims (11)

  1. 열가소성 중합체 외피(sheath), 및 S 블록 및 E 또는 E1 블록을 보유하고 하기의 일반식중 어느 하나를 갖는 선택적으로 수소화된 블록공중합체 또는 이들의 혼합물을 함유하는 엘라스토머성 화합물 중심핵(core)을 함유하는 이성분섬유(bicomponent fiber):
    S-E-S, (S-E1)n, (S-E1)nS, (S-E1)nX
    상기 식에서,
    a. 수소화 이전에 S 블록은 폴리스티렌 블록이고;
    b. 수소화 이전에 E 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 이들의 혼합물인, 분자량 40,000 내지 70,000의 폴리디엔 블록이며;
    c. 수소화 이전에 E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 또는 이들의 혼합물인, 분자량 20,000 내지 35,000의 폴리디엔 블록이고;
    d. n은 2 내지 6의 값을 가지고, X는 결합제(coupling agent)의 잔기(residue)이며;
    e. 블록공중합체의 스티렌 함유량은 13 내지 25중량%이고;
    f. 수소화 이전에 폴리디엔 블록의 비닐 함유량은 70 내지 85mol%이며;
    g. 블록공중합체에는 하기의 화학식을 갖는 단위는 15중량% 미만으로 함유되는데:
    S-E 또는 S-E1
    상기 식에서 S, E 및 E1은 이미 정의된 바와 같고;
    h. 수소화 후에, 0 내지 10%의 스티렌 이중결합이 수소화 되었고, 80% 이상의 공액디엔 이중결합이 수소화되었으며;
    i. 각 S 블록의 분자량은 5,000 내지 7,000이고;
    j. ASTM D1238에 따라 230℃ 및 2.16kg중에서 블록공중합체의 멜트인덱스(melt index)는 12g/10min보다 크거나 같다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 신축성 모노-필라멘트, 직조 직물, 스펀본드 부직포, 멜트-분사 부직포 또는 필터, 스테이플(staple) 섬유, 방적사 또는 결속, 카드 편물을 포함하는, 제1항에 기재된 이성분섬유를 함유하는 물품.
  10. 이성분섬유가 0.1 내지 30 g/9000m의 필라멘트 당 데니어(denier)를 갖도록, 열가소성 중합체 및 엘라스토머성 화합물을 분리된 멜트 펌프를 이용하여 주형을 통해 강제 압출시켜 500m/min 이상의 속도로 열가소성 중합체를 주성분으로 하는 외피 및 엘라스토머성 화합물을 주성분으로 하는 중심핵을 보유한 1 이상의 필라멘트를 형성시키는 열가소성 중합체 및 엘라스토머성 화합물의 공압출성형 단계를 포함하는, 제1항에 기재된 이성분섬유의 제조방법.
  11. 열가소성 중합체; 및 엘라스토머성 화합물을 함유하는 이성분섬유(bicomponent fiber)으로서, 상기 엘라스토머성 화합물은 S 블록 및 E 또는 E1 블록을 보유하며 하기의 일반식 중 어느 하나를 갖는 선택적으로 수소화된 블록공중합체 또는 이들의 혼합물, 및 점착 수지(tackifying resin)를 함유하는 것인 이성분 섬유:
    S-E-S, (S-E1)n, (S-E1)nS, (S-E1)nX
    상기 식에서,
    a. 수소화 이전에 S 블록은 폴리스티렌 블록이고;
    b. 수소화 이전에 E 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로부터 선택되며, 분자량 40,000 내지 70,000의 폴리디엔 블록이며;
    c. 수소화 이전에 E1 블록은 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 및 이들의 혼합물로부터 선택되며, 분자량 20,000 내지 35,000의 폴리디엔 블록이고;
    d. n은 2 내지 6의 값을 가지고, X는 결합제(coupling agent)의 잔기(residue)이며;
    e. 블록공중합체의 스티렌 함유량은 13 내지 25 중량%이고;
    f. 수소화 이전에 폴리디엔 블록의 비닐 함유량은 70 내지 85 mol%이며;
    g. 블록공중합체에는 하기의 화학식을 갖는 단위는 15중량% 미만으로 함유되는데:
    S-E 또는 S-E1
    상기 식에서 S, E 및 E1은 상기에서 정의된 바와 같고;
    h. 수소화 후에, 0 내지 10%의 스티렌 이중결합이 수소화되었고, 80% 이상의 공액디엔 이중결합이 수소화되었으며;
    i. S 블록 각각의 분자량은 5,000 내지 7,000이다.
KR1020067020180A 2004-03-03 2005-03-01 높은 유동성의 블록공중합체를 함유하는 엘라스토머성이성분섬유 KR100807917B1 (ko)

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