KR102559296B1 - 용융 방사 섬유 적용을 위한 폴리프로필렌 조성물 - Google Patents

용융 방사 섬유 적용을 위한 폴리프로필렌 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하며, 10 내지 200 g/10 분의 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg) 및 153℃ 미만의 용융 온도를 갖는, 프로필렌 중합체 조성물을 포함하는 용융 방사 섬유, 상기 용융 방사 섬유를 포함하는 스펀본디드 부직물, 상기 스펀본디드 부직물의 제조 방법, 상기 용융 방사 섬유 및/또는 스펀본디드 부직물을 포함하는 물품, 및 용융 방사 섬유의 방사성(spinnability) 증대 및 스펀본디드 부직물의 기계적 특성의 증대를 위한, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 용도에 관한 것이다.

Description

용융 방사 섬유 적용을 위한 폴리프로필렌 조성물
본 발명은 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체(terpolymer)를 포함하는 용융 방사 섬유(melt spun fiber)(단일 성분/이성분(bicomponent)), 상기 용융 방사 섬유를 포함하는 스펀본디드 부직물(spunbonded nonwoven fabric), 상기 스펀본디드 부직물의 제조 방법 및 상기 용융 방사 섬유 또는 스펀본디드 부직물을 포함하는 물품에 관한 것이다.
오늘날, 폴리프로필렌 섬유 또는 폴리프로필렌 부직물은 여과 매체(필터), 기저귀, 위생 용품, 생리대(sanitary napkin), 팬티 라이너, 성인용 요실금 제품, 보호복 재료, 붕대, 수술용 드레이프, 수술용 가운, 수술용 의류 및 포장 재료를 포함하는 다양한 적용에 사용되어 왔다.
일반적으로, 스펀본디드 부직물의 제조에 있어서, 중요한 점은 방사 공정(spinning process) 중 원료의 유동성, 형성된 필라멘트의 파손 없는 인발가공성(drawability), 직물의 섬유 결합 품질뿐만 아니라 방사 공정의 전반적인 안정성이다.
더욱 중요한 점은, 이러한 스펀본디드 부직물은 즉, 인장 강도 및 파단 연신율이 특징이므로, 스펀본디드 부직물 및 이의 라미네이트의 생산에 사용되는 중합체는 광범위한 공정 조건에서 우수한 인장 특성을 나타내야 한다는 것이다.
현재는 인장 강도 및 파단 연신율과 같은 기계적 특성이 우수한 스펀본디드 부직물을 얻기 위해서, 높은 용융 온도를 나타내는 충분한 결정성을 갖는 프로필렌 중합체가 사용되어야 하는 것으로 여겨진다.
WO 2004/029342 A1은 용융 온도가 적어도 153℃인 프로필렌 동종중합체(homopolymer) 또는 공중합체 조성물(A)을 포함하는 섬유로 제조된 스펀본디드 부직물을 개시한다.
WO 2017/118612 A1은 용융 온도가 적어도 150℃인 프로필렌 동종중합체 조성물을 포함하는 섬유로 제조된 스펀본디드 부직물을 개시한다.
최근 몇 년 동안 기계적 특성의 발전에도 불구하고, 더 많은 생산량 증가와 더 미세한 섬유가 되도록 하기 위한, 예를 들어 다운 게이지(down gaging) 또는 부드러움(softness)을 촉진하는 추가 개선에 대한 지속적인 요구가 있다. 이와 관련하여 개선된 방사 공정 안정성 및 개선된 인장 강도 및 파단 연신율은 섬유 기반 직물(fibre based fabric) 및 스펀본디드 부직물 모두에 매우 바람직하다.
상기 사항을 고려하여, 본 발명의 목적은 우수한 가공성과 함께 기계적 및 물리적 특성의 조합이 우수한 폴리프로필렌계 스펀본디드 부직물을 제공하는 것이다.
본 발명에서 놀랍게도 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는, 153℃ 미만의 낮은 용융 온도를 갖는 폴리프로필렌 조성물을 포함하는 용융 방사 섬유가 우수한 기계적 특성 및 낮은 결합 온도(bonding temperature)와 함께 우수한 방사 특성의 개선된 특성 균형을 나타냄을 발견하였다.
본 발명은 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 포함하는 용융 방사 섬유에 관한 것으로,
상기 프로필렌 중합체 조성물은 10 내지 200 g/10 분의 용융 유량(melt flow rate) MFR(230℃, 2.16 kg) 및 153℃ 미만의 용융 온도를 갖는다.
본 발명은 추가로 상기 또는 하기에 규정된 바와 같은 용융 방사 섬유를 포함하는 스펀본디드 부직물에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 상기 또는 하기에 정의된 바와 같은 스펀본디드 부직물의 제조 방법에 관한 것으로, 이는
용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 제공하는 단계; 및
3,000 Pa 내지 10,000 Pa의 최대 캐빈 공기압(cabin air pressure)에서 섬유 방사 라인을 사용하여 상기 프로필렌 중합체 조성물을 스펀본딩(spunbonding)하는 단계를 포함한다.
추가로, 본 발명은 상기 또는 하기에 규정된 바와 같은 용융 방사 섬유 또는 스펀본디드 부직물을 포함하는 물품에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 용융 방사 섬유의 방사성(spinnability) 증대를 위한, 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 용도에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 스펀본디드 부직물의 기계적 특성의 증대를 위한, 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 용도에 관한 것이다.
도 1은 시작 테이크-업(take-up) 속도로부터 이들의 최대 테이크-업 속도까지의 테이크-업 속도 범위에 대한 발명예 IE1 및 비교예 CE2의 섬유의 인성(tenacity) 거동의 비교를 나타낸다.
도 2는 시작 테이크-업 속도로부터 이들의 최대 테이크-업 속도까지의 테이크-업 속도 범위에 대한 발명예 IE1 및 비교예 CE2의 섬유의 연신율의 비교를 나타낸다.
정의
프로필렌 랜덤 공중합체는 공단량체 단위가 폴리프로필렌 사슬에 무작위로 분포되어 있는 프로필렌 단량체 단위와 공단량체 단위의 공중합체이다. 이에 의해, 프로필렌 랜덤 공중합체는, 프로필렌 랜덤 공중합체의 총 함량을 기준으로, 적어도 70 wt%, 보다 바람직하게는 적어도 80 wt%, 보다 더 바람직하게는 적어도 85 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 88 wt%의 함량으로 자일렌에 불용성인 분획(자일렌 냉각 불용성(XCU, xylene cold insoluble) 분획)을 포함한다. 따라서, 프로필렌 랜덤 공중합체는 내부에 분산된 탄성 중합체 상(phase)을 함유하지 않는다.
프로필렌 랜덤 삼원중합체는, 예를 들어 에틸렌 및 1-부텐 공단량체 단위와 같은 2개의 다른 공단량체 단위가 폴리프로필렌 사슬에 무작위로 분포하는, 프로필렌 랜덤 공중합체의 특정한 형태이다.
프로필렌 단독중합체는 프로필렌 단량체 단위로 필수적으로 구성되는 중합체이다. 특히 상업적 중합 공정 동안 불순물로 인해, 프로필렌 단독중합체는 최대 0.1 mol% 공단량체 단위, 바람직하게는 최대 0.05 mol% 공단량체 단위, 그리고 가장 바람직하게는 최대 0.01 mol% 공단량체 단위를 포함할 수 있다.
이하에서, 달리 언급되지 않는 한, 함량은 중량%(wt%)로 나타낸다.
본 발명은 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 포함하는 용융 방사 섬유에 관한 것으로,
상기 프로필렌 중합체 조성물은 10 내지 200 g/10 분의 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg) 및 153℃ 미만의 용융 온도를 갖는다.
에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체
다음에서 에틸렌 공단량체 단위 및 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체는 프로필렌의 삼원중합체로 약기된다.
프로필렌의 삼원중합체는 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 포함한다.
바람직하게는, 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위는 1-부텐, 1-헥센 또는 1-옥텐으로부터, 보다 바람직하게는 1-부텐 또는 1-헥센으로부터, 그리고 가장 바람직하게는 1-부텐으로부터 선택된다.
바람직하게는 프로필렌의 삼원중합체는 프로필렌/에틸렌/1-부텐 삼원중합체이다.
프로필렌의 삼원중합체는, 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 2.3 wt% 내지 15.0 wt%, 보다 바람직하게는 3.5 wt% 내지 12.5 wt%, 보다 더 바람직하게는 5.0 wt% 내지 10.0 wt%, 그리고 가장 바람직하게는 7.5 wt% 내지 9.0 wt%의 공단량체 단위의 총 함량을 갖는다.
프로필렌의 삼원중합체는, 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.3 wt% 내지 5.0 wt%, 보다 바람직하게는 0.7 wt% 내지 4.0 wt%, 보다 더 바람직하게는 1.0 wt% 내지 3.0 wt%, 그리고 가장 바람직하게는 1.5 wt% 내지 2.5 wt%의 에틸렌 공단량체 단위의 총 함량을 갖는다.
프로필렌의 삼원중합체는, 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 2.0 wt% 내지 10.0 wt%, 보다 바람직하게는 3.5 wt% 내지 9.0 wt%, 보다 더 바람직하게는 5.0 wt% 내지 8.0 wt%, 그리고 가장 바람직하게는 6.0 wt% 내지 7.5 wt%의 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위의 총 함량을 갖는다.
바람직하게는, 프로필렌의 삼원중합체에서 에틸렌 공단량체 단위의 중량 함량이 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위의 중량 함량 보다 적다. 에틸렌 공단량체 단위(C2) 대 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파 올레핀 공단량체 단위(C4-12)의 중량비[C2/C4-12]는 1/100 내지 1/1 미만의 범위, 보다 바람직하게는 1/10 내지 ½의 범위, 보다 더 바람직하게는 1/6 내지 1/2.5의 범위 그리고 가장 바람직하게는 1/5.5 내지 1/3의 범위인 것으로 이해된다.
프로필렌의 삼원중합체는 바람직하게는 프로필렌의 랜덤 삼원중합체, 보다 바람직하게는 랜덤 프로필렌/에틸렌/1-부텐 삼원중합체이다.
프로필렌의 삼원중합체는 하나의 반응기에서 단일 단계 중합 공정으로 또는 순차적으로 배열된 2개 이상의 반응기에서 다단계 중합 공정으로 중합될 수 있다.
단일 단계 중합 공정에서, 모든 단량체 및 공단량체 단위가 단일 중합 반응기에 도입된다.
적합하게는, 단일 중합 반응기는 슬러리상 반응기(slurry phase reactor), 예컨대 벌크 또는 슬러리에서 작동하는 연속 또는 단순 교반 배치 탱크 반응기 또는 루프 반응기, 용액 반응기 및 기상 반응기로부터 선택된다. 중합 조건은 상기 또는 하기에 기술된 바와 같이 프로필렌의 삼원중합체를 생성하기 위해 일치하는 반응기 유형에 맞게 조정된다.
다단계 중합 공정에서, 프로필렌의 삼원중합체는 직렬로 연결된 적어도 두 개의 반응기에서 생성된다. 따라서, 순차적 중합을 위한 중합 시스템은 적어도 제 1 중합 반응기 및 제 2 중합 반응기, 및 선택적으로 제 3 중합 반응기를 포함한다. 용어 "중합 반응기"는 주된 중합이 일어남을 나타낸다. 따라서, 공정이 두 개의 중합 반응기로 구성되는 경우, 이 정의는 전체 시스템이 예를 들어 예비 중합 반응기에서 예비-중합 단계를 포함하는 선택사항을 배제하지 않는다. 용어 "구성된다(consist of)"는 주된 중합 반응기의 관점에서만 폐쇄 어구이다.
바람직하게는, 제 1 중합 반응기는, 임의의 경우에, 슬러리상 반응기이고 벌크 또는 슬러리에서 작동하는 임의의 연속 또는 단순 교반 배치 탱크 반응기 또는 루프 반응기일 수 있다. 벌크는 적어도 60%(w/w)의 모노머를 포함하는 반응 매체(medium)에서의 중합을 의미한다. 본 발명에 따르면, 슬러리 반응기는 바람직하게는 (벌크) 루프 반응기이다.
선택적인 제 2 중합 반응기는 상기 정의된 바와 같은, 슬러리 반응기, 바람직하게는 루프 반응기 또는 기상 반응기일 수 있다.
선택적인 제 3 중합 반응기는 바람직하게는 기상 반응기이다.
적합한 순차적 중합 공정은 당업계에 공지되어 있다.
바람직한 다단계 공정은 예를 들어 특허 문헌, 예컨대 EP 0 887 379, WO 92/12182, WO 2004/000899, WO 2004/111095, WO 99/24478, WO 99/24479 또는 WO 00/68315에 기술된 Borealis(BORSTAR® 기술로 공지됨)에 의해 개발된 것과 같은, "루프-기상"-공정이다.
추가로 적합한 슬러리-기상 공정은 Basell의 Spheripol® 공정이다.
다단계 중합 공정의 일 구현예에서, 제 1 중합 단계에서, 프로필렌과 에틸렌의 공중합체가 중합되고, 제 2 중합 단계에서, 프로필렌과 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위의 공중합체가 중합된다.
다단계 중합 공정의 다른 구현예에서, 제 1 중합 단계에서, 프로필렌과 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위의 공중합체가 중합되고, 제 2 중합 단계에서, 프로필렌과 에틸렌의 공중합체가 중합된다.
다단계 중합 공정의 또 다른 구현예에서, 두 중합 단계 모두에서 에틸렌 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체가 중합된다.
다단계 중합 공정의 또 다른 구현예에서, 제 1 중합 단계에서, 프로필렌 단독중합체가 중합되고, 제 2 중합 단계에서 에틸렌 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체가 중합된다.
상기 모든 구현예는 상기 또는 하기에 규정된 바와 같이 에틸렌 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 제조에 동등하게 적합하다.
상기 또는 하기에 기술된 바와 같이, 프로필렌의 삼원중합체의 원하는 특성을 산출하는 방식으로 중합 조건을 선택하는 것은 당업자의 기술 내에 해당한다.
프로필렌의 삼원중합체는 바람직하게는 배위 촉매의 존재 하에 중합된다. 바람직하게는, 프로필렌의 삼원중합체는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매, 특히 고 수율 지글러-나타 촉매(저수율의, 소위 제2 세대 지글러-나타 촉매와 구별되는, 소위 제4 및 제5 세대 유형)를 사용하여 중합된다. 본 발명에 따라 사용되는 적합한 지글러-나타 촉매는 촉매 성분, 공-촉매(co-catalyst) 성분 및 적어도 하나의 전자 공여체(내부 전자 공여체(internal electron donor) 및/또는 외부 전자 공여체(external electron donor), 바람직하게는 적어도 하나의 외부 공여체)를 포함한다. 바람직하게는, 촉매 성분은 Ti-Mg계 촉매 성분이고 일반적으로 공-촉매는 Al-알킬계 화합물이다. 적합한 촉매는 특히 US 5,234,879, WO 92/19653, WO 92/19658 및 WO 99/33843에 개시되어 있다.
바람직한 외부 공여체는 디시클로펜틸 디메톡시 실란 또는 시클로헥실 메틸디메톡시 실란과 같은 공지된 실란계 공여체이다.
프로필렌 중합체 조성물
프로필렌 중합체 조성물은 바람직하게는 적어도 90 wt%, 보다 바람직하게는 적어도 93 wt%, 보다 더 바람직하게는 적어도 95 wt%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 97 wt%의 함량으로 프로필렌의 삼원중합체를 포함한다.
프로필렌 중합체 조성물은 항산화제, 안정화제, 충전제, 착색제, 조핵제 및 정전기 방지제를 포함하는 그룹으로부터 선택된 소량의 첨가제를 10 wt% 이하, 보다 바람직하게는 7 wt% 이하, 보다 더 바람직하게는 5 wt% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 3 wt% 이하의 함량으로 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 이들은 중합에서 얻어진 분말상 생성물의 과립화 중에 편입된다.
첨가제는 마스터배치 형태로 프로필렌 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 이러한 마스터배치는 일반적으로 소량의 중합체를 포함한다. 마스터배치의 이러한 중합체는 다른 중합체 성분에 계산되지(count) 않고 프로필렌 중합체 조성물의 첨가제의 함량에 포함된다.
프로필렌 중합체 조성물은 또한 프로필렌의 삼원중합체와 상이한 소량의 다른 중합체 성분을 포함할 수 있다.
그러나, 프로필렌의 삼원중합체가 프로필렌 중합체 조성물에서 유일한 중합체 성분인 것이 바람직하다.
프로필렌 중합체 조성물은 10 내지 200g/10 분, 바람직하게는 13 내지 150g/10 분, 보다 더 바람직하게는 15 내지 100g/10 분, 그리고 가장 바람직하게는 20 내지 50 g/10 분의 용융 유량 MFR2(230℃, 2.16kg)를 갖는다.
바람직하게는, 용융 유량은 프로필렌 중합체 조성물을 비스브레이킹 단계(visbreaking step)에 적용함으로써 수득된다.
비스브레이킹에 적합한 바람직한 혼합 장치는 당업자에게 공지되어 있으며, 즉, 불연속 및 연속 혼련기, 특수 혼합 섹션이 구비된 단축 압출기 및 이축 압출기 및 공동-혼련기(co-kneader) 등으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 비스브레이킹 단계는 과산화물 또는 과산화물의 혼합물을 또는 하이드록실아민 에스테르 또는 메르캅탄 화합물을 자유 라디칼의 공급원(비스브레이킹제(visbreaking agent))로 사용하거나 전적으로 열 분해에 의해 수행된다.
비스브레이킹제로 적합한 전형적인 과산화물은 2,5-디메틸-2,5-비스(tert. 부틸퍼옥시)헥산(DHBP)(예를 들어, 상표명 Luperox 101 및 Trigonox 101로 판매됨), 2,5-디메틸-2,5-비스(tert.부틸-퍼옥시)헥사인(hexyne)-3(DYBP)(예를 들어, 상품명 Luperox 130 및 Trigonox 145로 판매됨), 디큐밀-퍼옥사이드(DCUP)(예를 들어, 상품명 Luperox DC 및 Perkadox BC로 판매됨), 디-tert.부틸-퍼옥사이드(DTBP)(예를 들어, 상표명 Trigonox B 및 Luperox Di로 판매됨), tert.부틸-큐밀-퍼옥사이드(BCUP)(예를 들어, 상표명 Trigonox T 및 Luperox 801로 판매됨) 및 비스(tert. 부틸퍼옥시-이소프로필)벤젠(DIPP)(예를 들어, 상표명 Perkadox 14S 및 Luperox DC로 판매됨).
본 발명에 따라 사용되는 적합한 과산화물의 함량은 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있으며, 비스브레이킹 처리되는 프로필렌 단독중합체의 양, 비스브레이킹 처리되는 프로필렌 단독중합체의 MFR2(230℃) 값, 및 수득되는 생성물의 원하는 목표 MFR2(230℃)을 기준으로 쉽게 계산될 수 있다.
따라서, 과산화물 비스브레이킹제의 전형적인 함량은, 사용된 폴리프로필렌 단독중합체의 총 함량을 기준으로, 0.005 내지 0.5 wt%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.2 wt%이다. 전형적으로, 본 발명에 따른 비스브레이킹은 압출기에서 수행되어, 적절한 조건 하에서, 용융 유량의 증가가 얻어진다. 비스브레이킹 동안, 개시 생성물의 더 높은 몰 질량(molar mass) 사슬(chain)이 더 낮은 몰 질량 분자보다 통계적으로 더 빈번하게 끊어지며, 결과적으로 평균 분자량이 전반적으로 감소하고 용융 유량이 증가한다.
비스브레이킹 후, 프로필렌의 폴리프로필렌 삼원중합체는 바람직하게는 펠렛 또는 과립의 형태이다. 프로필렌의 인스턴트(instant) 삼원중합체는 바람직하게는 용융 방사 공정 및 스펀본디드 섬유 공정에 펠렛 또는 과립 형태로 사용된다.
또한, 프로필렌 중합체 조성물은 ISO 11357-3에 따라 측정된 용융 온도가 153℃ 미만, 바람직하게는 120℃ 내지 150℃ 범위, 보다 바람직하게는 125℃ 내지 140℃ 범위, 보다 더 바람직하게는 127℃ 내지 137℃ 범위, 그리고 가장 바람직하게는 130℃ 내지 135℃ 범위이다.
프로필렌 중합체 조성물의 추가 특징은 프로필렌의 삼원중합체 내의 공단량체 함량에 대한 용융 온도의 의존성이다. 공단량체의 증가에 따라 용융 온도가 감소하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 원하는 특성을 얻기 위해서는, 용융 온도 및 공단량체 함량이 특정 관계를 준수해야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 프로필렌 중합체 조성물의 공단량체 함량 및 용융 온도의 수치(각각 ℃ 및 wt%로 제공됨)가 방정식(1), 보다 바람직하게는 방정식(1a), 보다 더 바람직하게는 방정식(1b)을 충족시키는 것이 바람직하다,
Tm ≥ 160-α × 5.25 (1)
Tm ≥ 161-α × 5.25 (1a)
Tm ≥ 162-α × 5.25 (1b)
여기서,
Tm은 ISO 11357-3에 따라 측정된 상기 프로필렌 중합체 조성물의 용융 온도 의 수치[℃로 측정]이고,
α는 13C 핵 자기 공명 분광법(13C-NMR)으로 측정된 상기 삼원중합체 내에서 공단량체, 즉 에틸렌(C2) 및 알파-올레핀(C4-12) 모두의 함량의 수치[중량 퍼센트로 측정]이다.
또한, 프로필렌 중합체 조성물은 ISO 11357-3에 따라 측정된 결정화 온도 Tc가 115℃ 이하, 보다 바람직하게는 110℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 100 내지 110℃ 범위에서와 같이, 95 내지 115℃ 범위인 것으로 이해된다.
또한, 프로필렌 중합체 조성물은 다소 좁은 분자량 분포(MWD)를 갖는 것으로 이해된다. 따라서, 프로필렌 중합체 조성물은 ISO 16014에 따른 크기 배제 크로마토그래피(SEC, size exclusion chromatography)에 의해 측정된 분자량 분포(MWD)가 6.0 이하, 보다 바람직하게는 5.0 이하, 보다 더 바람직하게는 4.5 이하, 보다 더욱 바람직하게는 2.0 내지 6.0의 범위, 보다 더욱 바람직하게는 2.2 내지 4.5의 범위이다.
또한, 프로필렌 중합체 조성물의 ISO 16152(25℃)에 따라 측정된 자일렌 냉각 가용성 함량(XCS)은 12.0 wt% 이하, 보다 바람직하게는 10.0 wt% 이하, 보다 더 바람직하게는 9.0 wt% 이하와 같이 9.5 wt% 이하인 것으로 이해된다. 따라서 바람직한 범위는 1.0 내지 12.0 wt%, 보다 바람직하게는 2.0 내지 10.0 wt%, 보다 더 바람직하게는 2.5 내지 9.0 wt%이다.
용융 방사 섬유
프로필렌 중합체 조성물은 당업계에 공지된 적합한 방사 라인을 사용하여 용융 방사 섬유로 방사된다.
용융 방사 섬유는 본질적으로 다른 섬유, 특히 멜트 블로운 공정에 의해 생산된 섬유와 다르다.
일반적인 용융-방사 공정은 연속 필라멘트 압출과 후속되는 인발(drawing)로 구성된다.
먼저, 상기 또는 하기에 규정된 바와 같은 프로필렌 삼원중합체의 펠렛 또는 과립이 압출기에 공급된다. 압출기에서, 펠렛 또는 과립은 용융되고 가열 용융 스크류에 의해 시스템을 통과하도록 힘이 가해진다. 스크류의 말단에서, 회전 펌프(spinning pump)는 필터를 통해 용융된 중합체를 스피너렛으로 계측(meter)하고, 스피너렛에서 용융된 중합체가 분당, 구멍(hole) 당 0.3 내지 1.0g의 레이트(rate)로 모세관을 통해 압력 하에서 압출된다. 스피너렛은 직경이 0.4mm 내지 0.7mm로 측정되는, cm 당 65 내지 75개의 구멍을 포함한다. 프로필렌의 삼원중합체는 압출을 위해 충분히 낮은 용융 점도를 달성하도록 이의 융점보다 약 30℃ 내지 150℃ 높은 온도에서 용융된다. 스피너렛에서 배출되는 섬유는, 적어도 2500 m/min의 필라멘트 속도에 도달하는, 냉각 공기 분사에 의해 직경이 최대 20 마이크론으로 측정되는, 미세 섬유로 급냉(quench) 및 인발(drawn)된다.
바람직하게는, 용융 방사 섬유는 2.0 데니어 이하, 그리고 보다 바람직하게는 1.9 데니어 이하의 평균 필라멘트 섬도(fineness)를 갖는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 용융 방사 섬유는 1.0 데니어 내지 2.0 데니어 범위, 그리고 보다 바람직하게는 1.2 데니어 내지 1.9 데니어 범위의 평균 필라멘트 섬도를 갖는다.
용융 방사 섬유는 부직물 형태의 스펀본디드 직물 생산에 적합하다.
본 발명의 용융 방사 섬유는, 2kg/h의 일정한 처리량(throughput)에서 바람직하게는 4000 m/min 초과, 예컨대 적어도 4050 m/min, 보다 바람직하게는 적어도 4100 m/min, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 4150 m/min의 최대 테이크-업 속도로 방사될 수 있다.
2 kg/h의 일정한 처리량에서 최대 테이크-업 속도의 상한은 일반적으로 10000 m/min 이하, 바람직하게는 7500 m/min 이하이다.
본 발명의 용융 방사 섬유는 바람직하게는 추가로 바람직하게는 1000 m/min의 테이크-업 속도에서 2.0 cN/Dtex 초과, 예컨대 적어도 2.1 cN/Dtex, 보다 바람직하게는 적어도 2.2 cN/Dtex 그리고 가장 바람직하게는 적어도 2.3 cN/Dtex의 인성(tenacity)을 갖는다.
1000 m/min의 테이크-업 속도에서 인성의 상한은 통상 10.0 cN/Dtex 이하, 바람직하게는 5.0 cN/Dtex 이하이다.
또한, 본 발명의 용융 방사 섬유는 바람직하게는 추가로 바람직하게는 4000 m/min의 테이크-업 속도에서 3.0 cN/Dtex 초과, 예컨대 적어도 3.1 cN/Dtex, 보다 바람직하게는 적어도 3.15 cN/Dtex, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 3.2 cN/Dtex의 인성을 갖는다.
4000 m/min의 테이크-업 속도에서 인성의 상한은 일반적으로 10.0 cN/Dtex 이하, 바람직하게는 7.5 cN/Dtex 이하이다.
나아가, 본 발명의 용융 방사 섬유는 바람직하게는 추가로 바람직하게는 1000 m/min의 테이크-업 속도에서 250% 이하, 예컨대 235% 이하, 보다 바람직하게는 220% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 200% 이하의 연신율(elongation)을 갖는다.
1000 m/min의 테이크-업 속도에서 연신율의 하한은 일반적으로 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 75%이다.
나아가, 본 발명의 용융 방사 섬유는 바람직하게는 추가로 바람직하게는 4000 m/min의 테이크-업 속도에서 125% 이하, 예컨대 110% 이하, 보다 바람직하게는 100% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 90% 이하의 연신율을 갖는다.
1000 m/min의 테이크-업 속도에서 연신율의 하한은 일반적으로 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 50%이다.
본 발명에 따른 용융 방사 섬유는 단일-성분 용융 방사 섬유 또는 다-성분 용융 방사 섬유, 예컨대 2-성분 용융 방사 섬유일 수 있다.
스펀본디드 부직물
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 또는 하기에 기술된 바와 같은 용융 방사 섬유를 포함하는 스펀본디드 부직물에 관한 것이다.
스펀본디드 섬유는 본질적으로 다른 섬유, 특히 멜트 블로운 공정에 의해 생산된 섬유와 다르다.
본 발명의 특정한 측면은 다음 단계를 포함하는 스펀본디드 부직물의 제조 방법에 관한 것이다:
용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 제공하는 단계; 및
3,000 Pa 내지 10,000 Pa의 최대 캐빈 공기압에서 섬유 방사 라인을 사용하여 상기 프로필렌 중합체 조성물을 스펀본딩하는 단계.
캐빈 공기압은 적어도 4,000 Pa, 그리고 보다 바람직하게는 5,000 Pa일 수 있다. 캐빈 공기압은 최대 9,000 Pa일 수 있다.
적합하게는, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체 및 프로필렌 중합체 조성물은 상기 또는 하기에 규정된 바와 같다.
스펀 본딩 공정은 직물 생산 분야에서 잘 알려진 공정이다. 일반적으로, 연속 섬유는 압출되고, 무한 벨트(endless belt) 위에 놓이고, 그 후, 종종 가열된 캘린더 롤, 또는 바인더의 첨가, 또는 바늘이나 하이드로 제트(hydro jet)를 사용하는 기계적 본딩 시스템(얽힘(entanglement))에 의해, 서로 또는 종종 용융 취입 층(melt blown layer)과 같은 제2 층에 본딩(bond)된다.
전형적인 스펀본디드 공정은 연속 필라멘트 압출, 그 후 인발, 특정 유형의 이젝터의 사용에 의한 웹 형성 및 웹의 본딩으로 구성된다. 먼저, 상기 또는 하기에 규정된 바와 같은 프로필렌의 삼원중합체의 펠릿 또는 과립이 압출기에 공급된다. 압출기에서, 펠릿 또는 과립은 용융되고 가열 용융 스크류에 의해 시스템을 통과하도록 힘이 가해진다. 스크류의 말단에서, 회전 펌프는 필터를 통해 용융된 중합체를 스피너렛으로 계측하고, 스피너렛에서 용융된 중합체가 분당, 구멍(hole) 당 0.3 내지 1.0g의 레이트로 모세관을 통해 압력 하에서 압출된다. 스피너렛은 직경이 0.4mm 내지 0.7mm로 측정되는, cm 당 65 내지 75개의 구멍을 포함한다. 프로필렌의 삼원중합체는 압출을 위해 충분히 낮은 용융 점도를 달성하도록 이의 융점보다 약 30℃ 내지 150℃ 높은 온도에서 용융된다. 스피너렛에서 배출되는 섬유는, 적어도 2500 m/min의 필라멘트 속도에 도달하는, 냉각 공기 분사에 의해 직경이 최대 20 마이크론으로 측정되는 미세 섬유로 급냉 및 인발된다. 응고된(solidified) 섬유는 이동 벨트에 무작위로 놓여져 당업계에 웹으로 알려진 랜덤 망상 구조(random netlike structure)를 형성한다. 웹 형성 후, 웹은 써모본딩 캘린더(thermobonding calander)로 당업계에 알려진 가열된 텍스타일 캘린더를 사용하여 이의 최종 강도를 달성하도록 본딩된다. 캘린더는 두 개의 가열된 강철 롤로 구성되며; 하나의 롤은 평탄하고(plain) 다른 롤에는 돌출된 포인트 패턴이 있다. 웹은 캘린더로 운반되고, 캘린더에서는 웹을 약 90℃ 내지 140℃의 본딩 온도로 롤 사이에서 프레싱하여 직물이 형성된다. 결과물인 웹은 바람직하게는 3 내지 100 g/m2, 보다 바람직하게는 5 내지 50 g/m²의 면적 중량(area weight)을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 스펀본디드 부직물은 90 내지 140℃, 보다 바람직하게는 100 내지 130℃, 그리고 가장 바람직하게는 105 내지 125℃의 낮은 본딩 또는 캘린더 온도에서 캘린더링될 수 있다.
본 발명에 따른 스펀본디드 부직물은 우수한 인장 특성을 나타낸다.
보다 구체적으로, 상기 스펀본디드 부직물은 바람직하게는 인장 강도(TS)와 파단 연신율(EB) 사이의 하기 식과 같은 유리한 관계를 특징으로 한다.
EB(CD)> 64 + 1.1 * TS(CD)- 0.011 * TS(CD)2
두 매개 변수는 횡 방향(CD, cross direction), 즉 EN 29073-3(1989)에 따라 5 내지 50 g/m² 범위의 면적 중량을 갖는 스펀본디드 부직물에서 가공 방향에 수직에서 결정된다.
이에 의해, 스펀본디드 부직물은 바람직하게는 25 N/5 cm 내지 65 N/5 cm, 보다 바람직하게는 35 N/5 cm 내지 60 N/5 cm, 그리고 가장 바람직하게는 40 N/5 cm 내지 50 N/5 cm의 기계 방향에서의 인장 강도(TS-MD)를 갖는다.
또한, 스펀본디드 부직물은 바람직하게는 15 N/5 cm 내지 50 N/5 cm, 보다 바람직하게는 20 N/5 cm 내지 45 N/5 cm, 그리고 가장 바람직하게는 25 N/5 cm 내지 40 N/5 cm의 횡 방향에서의 인장 강도(TS-CD)를 갖는다.
추가로, 스펀본디드 부직물은 바람직하게는 70% 내지 150%, 보다 바람직하게는 75% 내지 135%, 그리고 가장 바람직하게는 80% 내지 120%의 기계 방향에서의 파단 연신율(EB-MD)을 갖는다.
또한, 스펀본디드 부직물은 바람직하게는 70% 내지 150%, 보다 바람직하게는 75% 내지 135%, 그리고 가장 바람직하게는 80% 내지 120%의 횡 방향에서의 파단 연신율(EB-CD)을 갖는다.
물품
본 발명은 추가로 상기 또는 하기에 기술된 바와 같이 용융 방사 섬유 및/또는 스펀본디드 부직물로 제조된, 웹과 같은 물품에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 여과 매체(필터), 기저귀, 생리대, 팬티 라이너, 성인용 요실금 제품, 보호복, 수술용 드레이프, 수술용 가운 및 수술용 의류와 같은 본 발명의 용융 방사 섬유 및/또는 스펀본디드 직물을 포함하는 물품에 관한 것이다.
본 발명의 물품은 스펀본디드 직물에 더하여 당업계에 공지된 멜트 블로운 웹을 포함할 수 있다.
용도
또한, 본 발명은 용융 방사 섬유의 방사성 증대를 위한, 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 용도에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 스펀본디드 부직물의 기계적 특성 증대를 위한, 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 용도에 관한 것이다.
적합하게는, 에틸렌 공단량체 단위 및 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체, 프로필렌 중합체 조성물, 용융 방사 섬유 및 스펀본디드 부직물은 상기 또는 하기에 규정된 바와 같다.
실시예
a) 결정 방법
MFR 2 (230℃)는 ISO 1133(230℃, 2.16kg 하중)에 따라 측정된다. 폴리프로필렌 조성물의 MFR2는 재료의 과립에서 결정되는 반면, 멜트-블로운 웹의 MFR2는 200℃ 이하의 온도에서 가열된 프레스에서 웹으로부터 제조된 압축-성형 플라크의 절단 조각에서 결정되며, 상기 조각은 과립 치수에 필적하는 치수를 갖는다.
실온에서 자일렌 가용성 분획(자일렌 냉각 가용성 XCS, wt%): 자일렌에 가용성인 중합체의 함량은 ISO 16152; 5판(2005-07-01)에 따라 25℃에서 결정된다.
공단량체 함량 결정
정량적 핵-자기 공명(NMR) 분광법을 사용하여 중합체의 공단량체 함량을 정량화하였다.
정량적 13C{1H} NMR 스펙트럼을 1H 및 13C에 대해 각각 500.13 및 125.76 MHz에서 작동하는 Bruker Advance Ⅲ 500 NMR 분광기를 사용하여 용융-상태에서 기록했다. 모든 스펙트럼은 모든 공압(pneumatic)에 대해 질소 가스를 사용하여 180℃에서 13C 최적화된 7mm 매직-앵글 스피닝(MAS, magic-angle spinning) 프로브헤드를 사용하여 기록하였다. 약 200mg의 재료를 7mm 외경 지르코니아 MAS 로터에 채우고 4.5kHz에서 회전하였다. 이 셋업은 주로 빠른 식별과 정확한 정량화에 필요한 높은 감도를 위해 선택되었다. {klimke06, parkinson07, castignolles09} 짧은 리사이클 지연(short recycle delay){pollard04, klimke06} 및 RS-HEPT 디커플링 스킴{fillip05, griffin07}에서 NOE를 이용하여 표준 단일-펄스 여기를 사용하였다. 스펙트럼 당 총 1024(1k)의 트랜션트(transient)가 획득되었다.
정량적 13C{1H} NMR 스펙트럼이 처리되고, 통합되었으며, 관련 정량적 특성이 적분으로부터 결정되었다. 모든 화학적 쉬프트는 21.85 ppm에서 메틸 이소택틱 펜타드(methyl isotactic pentad)(mmmm)를 내부 기준으로 한다.
레지오 결함(regio defect)에 해당하는 특징적인 신호는 관찰되지 않았다{resconi00}.
프로펜의 양은 21.9 ppm에서 벌크 Pββ 메틸 사이트(site)를 기준으로 정량화되었다:
P총 = IPββ
1-부텐의 편입에 해당하는 특징적인 신호가 관찰되었으며, 공단량체 함량을 다음과 같은 방식으로 정량화하였다: PPBPP 시퀀스에 편입된 분리된 1-부텐의 함량은 공단량체 당 보고 사이트(reporting site)의 수를 설명하는 44.1 ppm에서 αB2 사이트의 적분을 사용하여 정량화되었다:
B = IαB2/2
PPBBPP 시퀀스에 연속적으로 편입된 1-부텐의 함량은 공단량체 당 보고 사이트의 수를 설명하는 40.5ppm에서 ααB2 사이트의 적분을 사용하여 정량화되었다:
BB = 2 * IααB2
총 1-부텐 함량은 분리되고 연속적으로 편입된 1-부텐의 합계를 기준으로 계산되었다:
B총 = B + BB
중합체에서 1-부텐의 몰 분율은 중합체에 존재하는 모든 단량체에 대해 계산되었다:
fB총 =(B총/(E총 + P총 + B총)
에틸렌의 편입에 해당하는 특징적인 신호가 관찰되었으며 다음과 같은 방식으로 공단량체 함량을 정량화하였다: PPEPP 시퀀스에 편입된 분리된 에틸렌의 함량은 공단량체 당 보고 사이트의 수를 설명하는 37.9ppm에서 Sαγ 사이트의 적분을 사용하여 정량화되었다:
E = ISαγ/2
연속적인 편입을 나타내는 사이트가 관찰되지 않았으며, 총 에틸렌 공단량체 함량은 이 양(quantity)에 대하여만 계산되었다:
E총 = E
연속 편입과 같은 다른 형태의 에틸렌 편입에 해당하는 특징적인 신호가 관찰되지 않았다.
몰 퍼센트 공단량체 편입은 몰 분율로부터 계산되었다:
B [mol%] = 100 * fB
E [mol%] = 100 * fE
중량 퍼센트 공단량체 편입은 몰 분율로부터 계산되었다:
B[wt%]=100 *(fB*56.11)/((fE*28.05)+(fB*56.11)+((1-(fE + fB))*42.08))
E[wt%]=100 *(fE*28.05)/((fE*28.05)+(fB*56.11)+((1-(fE + fB))*42.08))
인용문헌:
● klimke06 - Klimke, K., Parkinson, M., Piel, C., Kaminsky, W., Spiess, H.W., Wilhelm, M., Macromol. Chem. Phys. 207(2006) 382
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DSC 분석, 용융 온도(T m ), 용융 엔탈피(H m ), 결정화 온도(T c ) 및 결정화 엔탈피(H c ): 5 내지 7mg 샘플에서 TA Instrument Q200 시차 주사 열량계(DSC)로 측정되었다. DSC는 -30 내지 +225℃의 온도 범위에서 10℃/min의 스캔 속도로 가열/냉각/가열 사이클에서 ISO 11357-1, -2 및 -3/방법 C2에 따라 실행된다. 결정화 온도(Tc) 및 결정화 엔탈피(Hc)는 냉각 단계에서 결정되고, 용융 온도(Tm) 및 용융 엔탈피(Hm)는 웹의 경우 1 차 가열 단계에서 각각 2 차 가열 단계에서 결정된다.
프로필렌 단독중합체의 수평균 분자량(M n ), 중량평균 분자량(M w ), (M w /M n =MWD)
분자량 평균 Mw, Mn 및 MWD는 ISO 16014-4:2003 및 ASTM D 6474-99에 따른 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정되었다. 적외선(IR) 검출기가 장착된, PolymerChar GPC 기기는 Polymer Laboratories의 3 x Olexis 및 1 x Olexis Guard 컬럼 및 용매로서 1,2,4-트리클로로벤젠(TCB, 250 mg/L 2,6-디 tert 부틸-4-메틸-페놀로 안정화됨)과 함께 160℃ 및 1 mL/min의 일정한 유량(flow rate)에서 사용하였다. 분석 당 200 μL의 샘플 용액을 주입하였다. 컬럼 세트를 0.5 kg/mol 내지 11500 kg/mol 범위의 적어도 15개의 좁은(narrow) MWD 폴리스티렌(PS) 표준으로 범용 보정(universal calibration)(ISO 16014-2:2003에 따름)을 사용하여 보정하였다. 사용된 PS, PE 및 PP에 대한 Mark Houwink 상수는 ASTM D 6474-99에 따라 설명된다. 모든 샘플은, GPC 기기의 자동 시료 주입기(autosampler)에서 지속적인 부드러운 쉐이킹 하에서 최대 160℃에서 PP의 경우 2.5 시간 동안 안정화된 TCB(이동상과 동일)에서 ~ 1 mg/ml(160℃에서)의 농도가 달성되도록 중합체 샘플을 용해시켜서 준비하였다. 폴리프로필렌 조성물의 MWD는 물질의 과립에서 결정되고, 멜트-블로운 웹의 MWD는 웹의 섬유 샘플에서 결정되며, 둘 모두 유사한 방식으로 용해된다.
웹의 기계적 특성
웹의 기계적 특성은 EN 29073-3(1989) "부직물 시험 방법-인장 강도 및 연신율 결정"에 따라 결정되었다.
고속 방사 시험에서 인성 및 연실율에 대한 방법
섬유의 기계적 특성은 ISO 2062에 따라 스태티매트(statimat)(자동 유형-최대 20개 보빈 충전 가능)를 사용하여 결정되었다.
b) 실시예
하기 표 1에 열거된 바와 같이, Borealis AG로부터 상업적으로 입수 가능한 상업용 프로필렌/에틸렌/1-부텐 삼원중합체 TD220BF는 발명예 IE1에 대한 비스브레이킹을 위한 베이스 중합체로서 사용되었다. 이 중합체는 기존의 지글러-나타 촉매를 기반으로 하며 루프/기상 중합 공장에서 생산된다. IE1의 비스브레이킹된 중합체의 특성을 표 2에 나타낸다.
하기 표 2에 열거된 바와 같이 Borealis AG로부터 상업적으로 입수 가능한, 상업용 프로필렌 단독중합체 HG420FB는 발명예 CE2에 대한 베이스 중합체로서 사용되었다. 이 중합체는 제4 세대 지글러-나타 촉매를 기반으로 하며 Spheripol 중합 공장에서 생산된다. HG420FB는 비스브레이킹 처리되었다. CE2의 비스브레이킹된 중합체의 특성을 표 2에 나타낸다.
사용된 두 중합체는 표준 첨가제 패키지가 추가된 상업적으로 이용 가능한 펠릿이었다.
표 1: 비스브레이킹 되지 않은(non-visbroken) 삼원중합체의 특성
삼원중합체 및 단독중합체는 200-230℃에서 공-회전(co-rotating) 트윈 압출기를 사용하고 적절한 함량의 (tert-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산(Trigonox 101, 네덜란드 Akzo Nobel에서 상업적으로 이용 가능)을 사용하여 비스브레이킹되어 25 g/10 분의 목표 MFR2이 달성되었다. 표 2는 발명예 IE1의 비스브레이킹된 삼원중합체 및 비교예 CE2의 비스브레이킹된 단독중합체의 특성을 나타낸다.
표 2: 실시예 IE1 및 CE2의 비스브레이킹된 중합체의 특성
c) 고속 방사 시험
발명예 IE1 및 비교예 CE2의 조성물은 직경 d가 0.5mm이고 L/d 비율이 2인 2·52개의 구멍이 있는 스피너렛을 사용하여 Fourne 고속 방사 라인을 사용하여 용융 방사되었다.
섬유는 17℃의 온도 및 0.3 m/s의 가이드 롤 속도로 급냉조(quenching bath)에서 급냉되었다.
고속 테스트에서 최대 테이크-업 속도는 일정한 처리량에서 측정되었다. 작업은 필라멘트가 파손되지 않고 유지될 수 있는 최대 속도를 결정하는 것이었다.
구멍 당 처리량은 2 kg/h의 총 처리량에서 0.32 g/(구멍·분)으로 일정하게 유지되었다.
테이크-업 속도는 테이크 업 롤의 속도를 통해 제어되었다. 용융 온도는 235℃로 설정되었다.
테스트는 1000 m/min의 테이크-업 속도에서 시작되었다.
발명예 IE1은 4200 m/min의 최대 테이크-업 속도를 나타내는 반면, 비교예 CE2는 4000 m/min의 최대 테이크-업 속도를 나타내었다.
도 1은 1000 m/min의 시작 테이크-업 속도로부터 각각 4200 m/min 및 4000 m/min의 이들의 최대 테이크-업 속도까지의 테이크-업 속도 범위에 대한 발명예 IE1 및 비교예 CE2의 섬유의 인성 거동의 비교를 나타낸다.
전체 테이크-업 속도 범위에 걸쳐, 발명예의 섬유는 비교예 CE2의 섬유에 비해 더 높은 인성을 나타낸다.
도 2는 1000 m/min의 시작 테이크-업 속도로부터 각각 4200 m/min 및 4000 m/min의 이들의 최대 테이크-업 속도까지의 테이크-업 속도 범위에 대한 발명예 IE1 및 비교예 CE2의 섬유의 연신율의 비교를 나타낸다.
전체 테이크-업 속도 범위에 걸쳐 발명예의 섬유는 비교예 CE2의 섬유에 비해 더 낮은 연신율을 나타낸다.
d) 스펀본디드 부직물의 특성
제 2 실험에서 발명예 IE1 및 비교예 CE2의 조성물은 1m 단일 빔 Reicofil 3 스펀본디드 파일럿 라인에서 스펀본디드 직물로 전환되었다.
처리량은 156 kg/h로 일정하게 유지되었고 생산된 직물의 무게는 17 g/m²였다.
표 3은 실시예 IE1 및 CE2의 스펀본디드 직물의 기계적 특성 및 가공성(processability)을 요약한 것이다.
표 3: 실시예 IE1 및 CE2의 스펀본디드 직물의 기계적 특성 및 가공성
상기 결과로부터, 발명예 IE1은 우수한 기계적 특성 및 극히 낮은 본딩 온도와 함께 우수한 방사 특성을 나타냄을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 포함하는 용융 방사 섬유로서,
    상기 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체는 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 0.3 내지 5.0 wt%의 에틸렌 공단량체 단위 및 6.0 내지 7.5 wt%의 1-부텐 공단량체 단위를 가지며,
    상기 프로필렌의 삼원중합체에서 에틸렌 공단량체 단위 대 1-부텐 공단량체 단위의 중량비 [C2/C4]가 1/5.5 내지 1/3의 범위이고,
    상기 프로필렌 중합체 조성물은 10 내지 200 g/10 분의 용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg) 및 ISO 11357-3에 따라 측정된 153℃ 미만의 용융 온도를 갖는, 용융 방사 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체는, 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 0.7 내지 4.0 wt%의 에틸렌 공단량체 단위를 갖는, 용융 방사 섬유.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2 kg/h의 일정한 처리량에서 4000 m/min 초과의 최대 테이크-업 속도(take-up speed)를 갖는, 용융 방사 섬유.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1000 m/min의 테이크-업 속도에서 2 cN/Dtex 초과의 인성 및 4000 m/min의 테이크-업 속도에서 3 cN/Dtex 초과의 인성을 갖는, 용융 방사 섬유.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1000 m/min의 테이크-업 속도에서 250% 이하의 연신율 및 4000 m/min의 테이크-업 속도에서 125% 이하의 연신율을 갖는, 용융 방사 섬유.
  6. 제1항에 따른 용융 방사 섬유를 포함하는 스펀본디드 부직물.
  7. 제6항에 있어서,
    기계 방향에서의 인장 강도(TS-MD)가 25 내지 65 N/5cm이고 횡 방향에서의 인장 강도(TS-CD)가 15 내지 50 N/5cm인, 스펀본디드 부직물.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    기계 방향에서의 파단 연신율(EB-MD)이 70 내지 150%이고 횡 방향에서의 파단 연신율(EB-CD)이 70 내지 150%인, 스펀본디드 부직물.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    다음 관계를 만족하는 스펀본디드 부직물.
    EB-CD > 64 + 1.1·TS-CD - 0.011·(TS-CD)²
  10. 제6항 또는 제7항에 따른 스펀본디드 부직물의 제조 방법으로서,
    용융 유량 MFR(230℃, 2.16 kg)이 10 내지 200 g/10 분이고 ISO 11357-3에 따라 측정된 용융 온도가 153℃ 미만인, 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물을 제공하는 단계로서, 여기서 상기 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체는 에틸렌 공단량체 단위 및 1-부텐 공단량체 단위를 갖는 프로필렌의 삼원중합체의 총 중량을 기준으로, 0.3 내지 5.0 wt%의 에틸렌 공단량체 단위 및 6.0 내지 7.5 wt%의 1-부텐 공단량체 단위를 가지며, 상기 프로필렌의 삼원중합체에서 에틸렌 공단량체 단위 대 1-부텐 공단량체 단위의 중량비 [C2/C4]가 1/5.5 내지 1/3의 범위인, 프로필렌 중합체 조성물을 제공하는 단계; 및
    3,000 Pa 내지 10,000 Pa의 최대 캐빈 공기압(cabin air pressure)에서 섬유 방사 라인을 사용하여 상기 프로필렌 중합체 조성물을 스펀본딩하는 단계를 포함하는, 스펀본디드 부직물의 제조 방법.
  11. 제1항에 따른 용융 방사 섬유 또는 제6항에 따른 스펀본디드 부직물을 포함하는 물품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 물품은 여과 매체, 기저귀, 생리대, 팬티 라이너, 성인용 요실금 제품, 보호복, 수술용 드레이프, 수술용 가운 및 수술용 의류로부터 선택되는 물품.
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