KR20020041453A - 선형의 동일배열 중합체로부터 제조된 섬유를 함유하는섬유성 물질 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중합체성 물질의 구조가 나노-결정의 자가 배열된 결정질 도메인으로 보강된 나노-규모-크기의 탄성 비결정질 영역을 포함하는 중합체성 물질을 함유하는 섬유성 웹 물질에 관한 것이다.
Description
올레핀계 중합체를 함유하는 섬유성 물질, 특히 부직 웹 물질은 당업계에 주지되어 있고, 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 상기 섬유성 웹 물질의 사용의 전형적인 영역은 예를 들면 위생 물품, 특히 1회용 흡수 물품을 포함한다.
PP, PE, PS, PIB 와 같은 통상적으로 사용되는 폴리올레핀으로부터 제조된 섬유성 웹 물질은 많은 유용한 특성을 갖는다. 이들은 생-상용성 (bio-compatible) 및 식품 상용성의, 화학적으로 안정한, 불활성, 비독성 물질이다. 그러나, 이들 대부분은 불충분한 강도/인열 저항성, 불충분한 신장성/탄성 등을 포함하는 불량한 기계적 특성을 갖는다.
상기 섬유성 웹 물질에 탄성을 제공하기 위한 종래 당업계에 몇 가지 접근법이 제안되었다. 가장 통상적으로 사용되는 접근법은 예를 들면 탄성 필름을 갖는 섬유성 웹 물질의 적층물을 제공할 뿐 아니라, 힌지 (hinged) 결합부/부분을 중합체의 주쇄에 도입함으로써 중합체의 화학 구조를 변화시키는 것을 토대로 한다.상기 힌지는 중합체의 결정화를 방지하고, 유리 전이 온도 (Tg) 를 낮추고, 생성된 물질의 탄성을 개선시키는 유연성을 중합체성 골격에 더욱 부여한다. 통상적으로, 힌지 기는 주쇄 또는 벌크 (bulk) 측기에 위치한 산소, 질소 또는 염소와 같은, 유연성을 부여하는 헤테로 원자를 포함한다. 또 다른 접근법은 특정 가소제와 블렌딩함으로써 중합체를 저작하는 것이다. 그러나, 두 접근법 모두 분자 또는 코팅 물질의 벌크내에 도입될 헤테로 원자를 필요로 한다.
본 발명에 더욱 근접한, 상기 섬유성 웹 물질에 탄성을 제공하기 위한 종래 당업계에 제안된 세 번째 접근법은, 물리적 네트 (net) 를 형성함으로써 벌크 물질을 보강하는 헤테로-상의 형성을 활용하는 것이다. 이를 위하여, 둘 이상의 상이한 단량체의 블록 공중합을 사용하여 상이한 Tg 를 갖는 블록을 포함하는 중합체성 골격을 유도하였다. 이는 제 2 공중합체의 유연성 사슬에 의해 서로 연결된 하나의 공중합체의 보강 결정질 도메인의 형성으로 벌크 중의 마이크로-상 분리를 일으킨다.
본질적으로, 통상적인 중합 섬유성 웹 물질은 이에 제한되지는 않지만 불충분한 강도/인열 저항성, 불충분한 신장성/탄성을 갖고, 비생-상용성 및 비 식품-상용성이고, 염소 등의 헤테로 원자를 포함하여, 연소시 독성 잔류물 등을 유도하는 등의 매우 다양한 고유의 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 종래 당업계의 섬유성 웹 물질의 단점을 극복하는 섬유성 웹 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 섬유성 웹 물질을 함유하는 물품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 본 발명의 섬유성 웹 물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 본 발명의 섬유성 웹 물질의 가공 방법을 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명은 다수의 섬유를 함유하는 섬유성 웹 물질을 제공한다. 섬유성 웹 물질은 섬유가 60 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는 폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 습윤 방적, 건조 방적, 용융 방적, 반건조 방적 (용매 증발 또는 침적), 및 그들의 조합의 군으로부터 선택되는 중합체성 물질의 가공 단계를 포함하는, 상기 언급된 중합체성 물질로부터 섬유의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 언급된 중합체성 물질의 섬유를 제공하는 단계, 및 웹 물질내로 섬유를 조합하는 단계를 포함하는, 섬유성 웹 물질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 섬유성 웹 물질을 제공하는 단계 및 섬유성 웹 물질의 안정화 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질의 안정화 방법을 제공한다.
본 발명은 예를 들면 위생 물품에 사용되는 부직 물질 등의 섬유성 웹 물질에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 탄성 섬유성 웹 물질에 관한 것이다.
본 발명은 폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 섬유성 웹 물질을 제공한다.
본원에서 사용된 용어 "폴리올레핀계 동종중합체" 는 모두 유사한 입체화학적 구조를 나타내는, 단지 한 상의 분자를 함유하는 폴리올레핀을 의미한다. 예를 들어, 상기 용어가 사용될 경우, 두 상이 동시에 중합된 혼성 배열 및 동일배열 중합체의 블렌드는 제외된다. 용어 동종중합체는 모든 분자가 유사한 입체화학적 구조를 나타내는 공중합체를 포함한다.
본 발명의 폴리올레핀계 동종중합체는 하나 이상의 C3내지 C20올레핀계 단량체의 구조를 갖고, 60 % 미만, 바람직하게는 55 % 미만, 더욱 바람직하게는 50 % 미만, 가장 바람직하게는 45 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖고, 15 % 초과, 더욱 바람직하게는 20 % 초과, 더욱 바람직하게는 25 % 초과, 가장 바람직하게는 초과의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는 선형의 동일배열 중합체를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 폴리올레핀계 동종중합체는 폴리프로필렌이다.
동종중합체의 동일배열성은 중합체 사슬 중 입체경 오차의 통계 분포로 인하여, 종래 당업계의 동일배열 폴리프로필렌과 비교하여 감소될 수 있다. 용어 "입체경 오차" 는 [mrrm] 펜타드를 특징으로 하는 입체경 서열을 의미한다. 상기 경우에서, 중심 단량체는 상기 펜타드 중 다른 4 개 단량체에 반대되는 입체 배열을 갖는다. 그러므로, 상기 중합체의 [mrrm] 펜타드 농도는 p2(1-p)2{식 중, p = [m] 이고, 따라서 1-p = [r] 이고 p4= [mmmm] 임} 의 통계적 가능성을 초과한다. 바람직하게는, 펜타드 농도는 [p(1-p)]qp(1-p) {식 중, q 는 0.8, 더욱 바람직하게는 q 는 0.6 이고, 보다 더욱 바람직하게는 q 는 0.4 이고, 그보다 더욱 바람직하게는 q 는 0.2 이고, 가장 바람직하게는 q 는 0.1 임} 이상이다.
동종중합체의 몇 가지 구현예, 특히 결정성이 단일 입체 오차에 의해 감소되는 구현예의 경우, 저함량의 혼성 서열은 본 발명의 섬유의 성질에 이로운 것으로 증명되었다. 바람직하게는, [rmrm] 펜타드 농도는 6 % 미만, 더욱 바람직하게는 5 % 미만, 보다 더욱 바람직하게는 4 % 미만, 그 보다 더욱 바람직하게는 3 % 미만, 가장 바람직하게는 2.5 % 미만이다.
동종중합체의 몇 가지 구현예, 특히 결정성이 단일 입체 오차에 의해 감소되는 구현예의 경우, 저함량의 규칙배열 서열은 본 발명의 섬유의 성질에 이로운 것으로 증명되었다. 바람직하게는, [rrrr] 펜타드 농도는 6 % 미만, 더욱 바람직하게는 5 % 미만, 보다 더욱 바람직하게는 4 % 미만, 그 보다 더욱 바람직하게는 3 % 미만, 가장 바람직하게는 2.5 % 미만이다.
대안적으로는, 본 발명의 동종중합체는 중합체의 혼성배열 및 동일배열 블록의 서열을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 중합체의 평균 분자량 Mw 은 100000 g/mol 초과, 더욱 바람직하게는 200000 g/mol 초과, 보다 더욱 바람직하게는 250000 g/mol 초과, 그 보다 더욱 바람직하게는 300000 g/mol 초과, 가장 바람직하게는 350000 g/mol 초과이다.
유리 온도 Tg 는 -50 내지 +30 ℃ 이다. 바람직하게는 유리 온도는 10 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 5 ℃ 미만, 보다 더욱 바람직하게는 0 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 -6 ℃ 미만이다. 중합체의 용융 온도는 시료를 150 ℃ 로 가열한 후, 이어서 중합체를 -50 ℃ 까지 냉각하여 수득된다.
상기 이론에 구애되지 않고, 폴리올레핀계 중합체는 반-결정질 구조를 나타낸다. 구조는 나노-결정의 자가 배열된 결정질 도메인으로 보강된 나노-규모-크기의 탄성 비결정질 영역을 포함한다. 중합체로부터 깨지기 쉬운 매크로-결정질 물질의 형성은 중합체성 골격으로 결함을 도입시킴으로써 달성된다. 반대 입체 배열을 갖는 단리된 단량체 단위는 그 결함, 즉 단일 입체 오차로서 사용되어 왔다.
적당한 중합체 및 상기 중합체의 제조 방법은 본원에 참고로 포함된 PCT 특허 출원 EP99/02379 에 기재되어 있다. 상기 중합체의 제조에 적당한 결정 조합은 참고로 포함된 PCT 특허 출원 EP99/02378 에 기재되어있다. 바람직하게는, PCT 특허 출원 EP99/02378 의 방법은 30 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 25 ℃ 미만, 보다 더욱 바람직하게는 20 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 15 ℃ 미만의 온도에서 수행되어, 생성되는 중합체의 분자량을 증가시킨다. 분자량을 증가시키기 위해, 중합은 바람직하게는 액체 프로펜 등의 액체 단량체 중에서 수행된다. 분자량을 증가시키기 위해서, 촉매가 바람직하게는 PCT 특허 출원 EP99/02378 에서 언급된 붕소 활성화제와의 조합으로 사용된다.
다른 적당한 중합체 및 상기 중합체의 제조 방법이 본원에 참고로 포함된 WO99/20664 에 기재된다.
상이 단일 반응으로 중합되는 다중 상 중합체에 비해, 동종중합체의 제조시 배치 대 배치 변화가 매우 감소되기 때문에, 본 발명의 섬유을 위해 동종중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 섬유 물질의 제조에 사용되는 중합체는 그의 응력 긴장 곡선에서 특징적인 고무-탄성 안정기 (plateau) 를 갖는다.
본 발명의 섬유에 사용되는 중합체는 생-상용성이고, 염소 등의 헤테로 원자를 포함하지 않기 때문에, 독성 잔류물 없이 연소될 수 있다. 또한, 독성 단량체 잔류물을 포함하지 않는다.
본 발명의 섬유 물질은 보다 우수한 연성을 나타낼 수 있음이 발견되었다. 바람직하게는, 섬유성 웹 물질은 30 미만, 더욱 바람직하게는 25 미만, 보다 더욱 바람직하게는 20 미만, 그 보다 더욱 바람직하게는 15 미만, 가장 바람직하게는 10 미만의 A 스케일에 대한 쇼어 (Shore) 강도를 갖는다. 본 발명의 섬유 물질의 연성은 동일배열성 ([mmmm] 펜타드 농도) 을 감소시켜 섬유를 제조함으로써 증가될 수 있다.
섬유 물질은 종래 기술의 섬유 물질에 비해 증가된 온도 안정성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 부분적으로는 본 발명의 섬유에 대해 동종중합체가 사용된 사실로 인한 것이고, 부분적으로는 동종중합체의 높은 분자량으로 인한 것이다. 바람직하게는 본 발명의 섬유 물질은 100 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 110 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 120 ℃ 이상, 가장 바람직하게는 130 ℃ 이상의 융점을 갖는다. 중합체의 용융 온도는 시료를 150 ℃ 로 가열한 후, 이어서 -50 ℃ 까지 중합체를 냉각시켜 수득된다. 더 높은 융점은 예를 들면 폴리프로필렌 등의 통상적인 동일배열 중합체와 동종중합체를 블렌딩함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 섬유는 탄성이 있을 뿐만 아니라, 신장성이 있음이 확인되었다.섬유의 신장성 대 그의 탄성 거동은 본 발명의 동종중합체의 배열성에 의해 조정될 수 있다. 본 발명의 섬유 물질은 원래의 길이의 500 % 이상, 더욱 바람직하게는 원래 길이의 1000 % 이상, 보다 더욱 바람직하게는 원래 길이의 1500 % 이상, 가장 바람직하게는 원래 길이의 2000 % 이상까지 인열없이 신장가능함이 발견되었다. 부가하여, 본 발명의 섬유 물질은 바람직하게는 신장되어 1 분간 원래 길이의 500 % 까지 유지된 후, 원래 길이의 300 % 미만, 바람직하게는 원래 길이의 200 % 미만, 가장 바람직하게는 원래 길이의 150 % 미만까지 10 분내에 다시 회복한다. 또한, 본 발명의 섬유는 낮은 압축성 세트를 나타냄이 발견되었다. 본 발명의 섬유은 1 분간 원래 두께의 50 % 까지, 바람직하게는 원래 두께의 60 % 이상까지, 더욱 바람직하게는 원래 두께의 70 % 이상까지, 보다 더욱 바람직하게는 원래 두께의 80 % 이상까지, 그 보다 더욱 바람직하게는 원래 두께의 90 % 이상까지, 가장 바람직하게는 원래 두께의 95 % 이상까지 압축한 후, 10 분 내에 회복한다. 본 발명의 섬유의 압축성은 동종중합체의 배열성을 증가시킴으로써, 또는 폴리프로필렌 등의 통상적인 동일배열 중합체와 낮은 배열성 동종중합체를 블렌딩함으로써 조정될 수 있다.
본 발명의 섬유는 중합체의 높은 분자량으로 인해 실온에서 비교적 낮은 점성을 나타내는 것이 발견되었다.
당업계에 주지된 다양한 첨가제가 중합체의 성질을 변화시키기 위해 본 발명의 동종중합체에 첨가될 수 있다.
습윤 방적, 건조 방적, 용융 방적, 반건조 방적 (용매 증발 또는 침적), 크레이징 (crazing), 및 그들의 조합을 포함하는, 본 발명의 중합체로부터 섬유를 제조 및/또는 가공하는 매우 다양한 적당한 방법이 알려져 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 웹 물질에 적당한 섬유는 모노 섬유일 수 있거나, 또는 필라멘트를 함유할 수 있다.
적어도 일부의 방적 방법에 대해, 본 발명의 섬유에 존재하는, 본 발명의 낮은 동일배열성 동종중합체의 양은 방적 후, 섬유의 결정화를 촉진하기 위해 감소될 필요가 있다. 바람직하게는, 본 발명의 섬유는 80 % 미만, 더욱 바람직하게는 60 % 미만, 보다 더욱 바람직하게는 40 % 미만, 가장 바람직하게는 30 % 미만의 낮은 동일배열성 동종중합체를 함유한다. 대안적으로, 보다 넓은 분자량 분포를 갖는 높은 동일배열성의 중합체는 결정화 시간을 촉진하기 위해 사용될 수 있다.
통상적인 동일배열 폴리프로필렌의 방적에 비해, 본 발명의 낮은 동일배열성 동종중합체의 첨가는 중합체 가공을 위해 필요한 힘, 압력, 또는 토크를 각기 감소시킨다.
멜트블로윙 (meltblowing), 스펀본딩 (spunbonding), 카아딩, 에어 레잉, 습식 레잉, 위이빙, 니팅, 베일링 등을 포함하는, 섬유로부터 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질의 적당한 제조 방법이 매우 다양하게 당업계에 알려져 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 습식엉킴, 열 결합, 압력 결합, 통기 (air-through) 결합, 니들링, 수지 결합, 그들의 조합 등을 포함하는, 본 발명의 섬유성 웹 물질의 임의 안정화 방법으로 적당한 방법이 매우 다양하게 당업계에 알려져 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한 본 발명의 추가적인 면은 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질을 함유하는 물품을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 물품은 위생 물품일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "위생 물품" 은 생체의 본체에 접촉 또는 근접하여 사용될 수 있도록 의도되는 물품을 의미한다. 상기 위생 물품은 흡수 또는 비흡수성일 수 있다. 상기 위생 물품은 1회용 흡수 물품 (기저귀, 생리대, 브리프 등의 성인 요실금 장치, 침대 매트, 상처 가소제, 겨드랑이 발한 패드 등), 의료 공급 품목 (커버링, 가운, 드레이프, 얼굴 마스크, 붕대, 인체 이식물 등), 및 장난감, 침대 커버 등의 다른 위생 물품을 포함하며, 이제 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 물품에 사용되는 중합체의 특별한 이점에 대해, 상기 및 유사한 위생 물품에 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질을 적용하는 것은 숙련자에게 명백할 것이다.
본 발명의 물품은 또한 침대 커버, 언더웨어, 타이츠 (tights), 양말, 장갑, 스포츠 의류, 외출 의류, 방한 의류, 신발 및 쇼유 커버, 모터 바이킹 등을 위한 보호 의류, 담요, 커버, 가방, 가구 품목 등을 포함하는, 의류 물품 또는 가정 용품일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 물품에 사용되는 중합체의 특별한 이점에 대해, 상기 및 유사한 물품에 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질을 적용하고, 임의 변형시키는 것은 숙련자들에게 명백할 것이다.
본 발명에 따른 섬유성 웹 물질은 또한 물품에서 구성 요소로서 사용될 수 있다. 그럼으로써, 섬유성 웹 물질의 기능은 물품의 다른 요소의 지지, 운반, 고정, 보호 등을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 상기 물품은 접착성 테잎, 보호랩, 복합 구축물, 예컨대 빌딩 (바닥 커버링, 하우스 랩 등), 자동차, 가정 용품, 농원예 구축물 (토목섬유) 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 물품에 사용되는 중합체의 특정 이점에 대해, 상기 및 유사한 물품에서 구성 요소로서 본 발명에 따른 섬유성 웹 물질을 적용하고 임의 변형시키는 것은 숙련자들에게 명백할 것이다.
본 발명의 물품은 또한 필터, 자동차 배터리 등에서의 막일 수 있다. 본 발명의 물품에 사용되는 중합체의 특정 이점에 대해, 상기 및 유사한 물품에 본 발명의 섬유성 웹 물질을 적용하고 임의 변형시키는 것은 숙련자들에게 명백할 것이다.
Claims (11)
- 섬유가 60 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는 폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는, 다수의 섬유를 함유하는 섬유성 웹 물질.
- 제 항에 있어서, 상기 동종중합체가 폴리프로필렌인 물품.
- 제 항에 따른 섬유성 웹 물질을 함유하는 물품.
- 제 항에 있어서, 위생 물품인 물품.
- 제 항에 있어서, 1회용 흡수 물품인 물품.
- 제 항에 있어서, 상기 제 1 요소가 물품의 구성 요소인 물품.
- 습윤 방적, 건조 방적, 용융 방적, 반건조 방적 (용매 증발 또는 침적), 및 그들의 조합의 군으로부터 선택되는 중합체성 물질의 가공 단계를 포함하는, 중합체성 물질로부터의 섬유의 제조 방법으로서,상기 중합체성 물질이 60 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 하기 단계를 포함하는 섬유성 웹 물질의 제조 방법으로서:- 중합체성 물질의 섬유를 제공하는 단계, 및- 상기 섬유를 웹 물질내로 조합시키는 단계,상기 섬유성 웹 물질이 60 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는 폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 항에 있어서, 상기 섬유의 조합 단계가 멜트블로윙, 스펀본딩, 카아딩, 에어 레잉, 습식 레잉, 위이빙, 니팅, 베일링, 및 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유성 웹 물질의 제조 방법.
- 하기 단계를 포함하는 섬유성 웹 물질의 안정화 방법으로서:- 섬유성 웹 물질을 제공하는 단계, 및- 상기 섬유성 웹 물질의 안정화 단계,상기 섬유성 웹 물질이 60 % 미만의 [mmmm] 펜타드 농도의 동일배열성을 갖는 폴리올레핀계 동종중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 항에 있어서, 상기 안정화 단계가 습식엉킴, 열 결합, 압력 결합, 통기 결합, 니들링, 수지 결합, 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 섬유성웹 물질의 안정화 방법.
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