KR100411769B1 - 자체침강형 장섬유 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자체침강형 장섬유 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 스펀본드 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포한 후, 이를 건조시켜 친수화제가 도입된 자체침강형 장섬유 부직포를 제조할 때, 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포하기 전에 상기 장섬유 부직포를 120~200℃에서 1~20분간 열처리하는 것을 특징으로 한다. 본 발명으로 제조된 장섬유 부직포는 단사섬도가 2~10데니어인 장섬유로 구성되어 내수강도유지율이 80% 이상이고, 인장강도유지율이 80% 이상인 것을 특징으로 하며, 부직포층 분리현상이 발생되지 않고, 자체침강성, 건조강도 및 내수강도가 우수하다.

Description

자체침강형 장섬유 부직포 및 그의 제조방법 {A self-subside type spunbond nonwoven fabric, and a process of preparing for the same}

본 발명은 해안 방조제 등의 사면(斜面) 공사시 사면의 보강재로 사용되는 자체침강형 장섬유 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 해안 또는 호수 인접지역에 방조제 등의 건축 및 토목공사를 할 때에는 해수 및 담수의 지속적인 유동으로 인한 사면 침하를 방지하기 위하여, 사면 보강 공사를 실시하고 있다.

구체적으로 사면을 형성한 후 그 위에 보강포를 포설하고, 다시 그 위에 자갈, 모래, 암반 등을 포설한다. 상기 사면의 보강포로는 지금까지 니들펀칭 방식으로 제조된 장섬유 부직포가 주로 사용되어 오고 있다.

상기 장섬유 부직포의 제조방법은 잘 알려진 바와 같이 (ⅰ) 합성섬유용 폴리머를 방사블럭에서 방사한 후, (ⅱ) 방사된 필라멘트들을 냉각챔버에서 냉각, 고화시키고, (ⅲ) 고화된 필라멘트들을 고압공기 이젝터에서 연속 연신한 다음, (ⅳ) 이동하는 네트 컨베이어 상에 웹 형태로 적층하고, (ⅴ) 적층된 웹을 니들펀칭한 후 권취하는 공정으로 제조 된다.

상기와 같이 니들펀칭 방식으로 제조된 장섬유 부직포를 사면 보강포로 사용하는 경우, 해수 및 담수의 요동에 의해 장섬유 부직포를 구성하는 층과 층 사이가 분리되고, 내수강도가 낮은 문제가 있었다. 또한 상기 장섬유 부직포는 비중이 가벼워 물속으로 침강하는 시간이 길어지거나, 자체침강이 불가능하여 인위적으로 침강시켜야 하므로 시공 공정상 많은 어려움이 발생하고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술로서 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포한 후 이를 증열건조시키는 방법으로 장섬유 부직포 내에 친수화제를 도입하는 방법도 시도 되었다.

그러나 상기 종래방법으로 제조된 장섬유 부직포는 친수화제를 함유하기 때문에 자체침강성은 개선되나, 건조강도 및 내수강도가 낮아서 사면 보강효과가 미흡한 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 사면 보강포로 사용하는 경우, 해수 및 담수의 요동에 의해 장섬유 부직포를 구성하는 층과 층 사이가 분리되거나 내수강도가 낮은 문제점을 개량 또는 향상시키고, 비중이 가벼워 물 속으로 침강하는 시간이 길어짐을 방지 또는 단축시켜 시공 공정을 용이하게 하는 것이다.

한편, 부직포에 친수성을 부여하는 종래기술로서 일본공개특허 2001-064867호에서는 부직포의 표면을 코로나 방전 또는 플라즈마 방전처리 등으로 개질시키는 방법을 제안하고 있으며, 일본공개특허 2000-239963호에서는 친수화제를 폴리머와 혼련하여 용융방사하여 장섬유 부직포를 제조한 후 이를 플라즈마 방전처리하여 표면을 개질시키는 방법을 제안하고 있으며, 한국등록특허 제147361호에서는 습윤성개량조성물을 방사도프에 혼합하는 방법을 제안하고 있다.

그러나, 이들은 모두 습윤성의 향상 또는 개량에만 초점이 맞추어져 있고, 와이퍼(Wiper) 또는 생리대 등의 위생용품에 적용하는 한계로 인해서 토목, 건축용으로 사용되는 자체침강형 장섬유 부직포에 요구되는 침강성능 발휘와는 무관하였다.

본 발명은 사면 보강 공사용 보강재로 사용할 때 부직포 층간의 분리현상이 발생되지 않고, 건조강도 및 내수강도가 높아서 사면보강 효과가 우수하며, 수면 아래로 단시간 내에 자체침강할 수 있는 장섬유 부직포 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자체침강형 장섬유 부직포의 제조방법은, 스펀본드 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포한 후, 이를 건조시켜 친수화제가 도입된 자체침강형 장섬유 부직포를 제조할 때, 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포하기 전에 상기 장섬유 부직포를 120~200℃에서 1~20분간 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자체침강형 장섬유 부직포는 단사섬도가 2~10데니어인 장섬유로 구성되어 내수강도유지율이 80% 이상이고, 인장강도유지율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 통상의 장섬유 부직포 제조방법과 같이 (ⅰ) 합성섬유용 폴리머를 방사블럭에서 방사한 후, (ⅱ) 방사된 필라멘트들을 냉각챔버에서 냉각, 고화시키고, (ⅲ) 고화된 필라멘트들을 고압공기 이젝터에서 연속 연신한 다음, (ⅳ) 이동하는 네트 컨베이어 상에 웹 형태로 적층하고, (ⅴ) 적층된 웹을 니들펀칭한 후 권취하는 공정으로 장섬유 부직포를 제조한다.

합성섬유용 폴리머로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리올레핀계 등이 사용된다. 더욱 바람직하기로는 폴리에틸렌테레프탈레이트가 좋다.

방사 및 연신후 네트 컨베이이어 상에 웹 형태로 적층되는 장섬유의 단사섬도는 2 내지 10데니어인 것이 바람직 하다. 단사섬도가 2데니어 미만일 경우에는 제품의 강력이 저하될 우려가 있고, 10데니어를 초과할 경우에는 후공정인 니들펀칭의 효과가 감소하게 되어 형태가 불안정하게 될 우려가 있다.

니들펀칭한 장섬유 부직포의 중량은 100g/㎡ 내지 2,000g/㎡가 바람직 하다. 1,000g/㎡ 이상은 두겹을 합펀칭하여 제조할 수도 있다. 중량이 100g/㎡ 미만일 경우에는 니들펀칭 부직포의 벌키(Bulky) 특성이 소멸될 우려가 있고, 2,000g/㎡를 초과할 경우에는 작업성 및 코스트의 문제가 생길 수 있다.

니들펀칭한 장섬유 부직포의 폭은 1.0m 내지 5.0m가 바람직 하다. 상기 범위를 벗어나면 작업성 및 코스트의 문제가 생길 수 있다.

다음으로는, 상기와 같이 제조된 장섬유 부직포를 120~200℃에서 1~20분 동안 열처리 한다. 열처리 온도가 120℃ 미만이거나 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 장섬유(필라멘트) 번들의 결정성 증가 효과가 약해져 충분한 강도 향상효과를 얻을 수 없게되고, 열처리 온도가 200℃를 초과하거나 열처리 시간이 20분을 초과할 경우에는 장섬유 부직포가 열화 된다.

상기 열처리에 의해 부직포를 구성하는 장섬유의 결정성이 증가하여 장섬유 및 부직포의 강력이 향상 된다. 상기 열처리에 의해 장섬유의 결정화도가 40% 수준에서 50~60% 수준으로 향상되어 강도유지율이 95% 이상으로 향상 된다.

다음으로는, 상기와 같이 열처리된 장섬유 부직포에 친수화제를 도입한 후 증열·건조하여 친수화제가 고착된 자체침강형 장섬유 부직포를 제조한다.

장섬유 부직포를 친수화제가 함유된 액상물(bath)에 침지하거나, 친수화제를 장섬유 부직포 상에 균일하게 스프레이 하는 방법 등으로 장섬유 부직포에 친수화제를 도입한다. 증열·건조 공정은 네트상의 열처리용 텐더 또는 원통형 드럼 형태의 건조기에서 실시한다.

친수화제로는 알킬계 소디움 솔트를 사용하며, 더욱 바람직하기로는 계면활성제를 친수화제로 사용하는 것이 좋다.

이와 같이 제조된 본 발명의 자체침강형 장섬유 부직포는 단사섬도가 2~10데니어인 장섬유로 구성되어 내수강도유지율이 80% 이상이고, 인장강도유지율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다. 그 결과 본 발명의 자체침강형 장섬유 부직포는 자체침강성, 건조강도 및 내수강도가 향상된다. 그 결과 사면 보강효과가 우수해지고 시공 공정도 용이하게 된다.

본 발명에 있어서, 장섬유 부직포의 각종 물성은 아래 방법으로 측정하였다.

·후도(mm) 및 중량(g/㎡): JIS L 1096 방법으로 평가한다.

·인장강도(kg/5cm), 인장신도(%) 및 내수강도(kg/5cm): JIS L 1096 커트 스트립(Cut strip) 방법으로 평가한다.

·인장강도유지율(%): 상기 방법으로 친수화제 처리후의 인장강도와 친수화제 처리전의 인장강도를 각각 측정한 다음, 측정 값을 아래 식에 대입하여 계산한다.

·내수강도유지율(%): 상기 방법으로 내수강도와 인장강도를 각각 측정한 다음, 측정 값을 아래식에 대입하여 계산한다.

·침강속도(m/분): 가로 60cm, 세로 100cm, 높이 100cm의 투명아크릴 수조 내에 냉수를 채운 후 가로 20cm ×세로 20cm의 시료(장섬유 부직포)를 수조 표면에 포설하고 포설직후 부터 시료가 수조 바닥까지 침강하는 속도를 측정한다.

·밀도(ρ): 시료(장섬유 부직포)를 노말헵탄과 카본테트라클로라이드 혼합용매로 구성된 밀도계(일본 시바야마 회사제품, 모델명 : Model SS)에 투입하여 23℃에서 1일동안 방치 후, 밀도를 측정한다.

·결정화도[Xc(%)]: 상기의 밀도(ρ)값을 바탕으로 이론적인 폴리에스테르의 완전 결정영역의 밀도값(ρc=1.457g/㎤)과 완전 비결정영역의 밀도값(1.336g/㎤)을 이용하여 아래 공식으로 구한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴 본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

고유점도(Ⅳ)가 0.645인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 방사온도 280℃에서 방사한 후, 방사된 필라멘트들을 냉각챔버에서 냉각, 고화시키고, 고화된 필라멘트들을 고압공기 이젝터에서 연속 연신한 다음, 이동하는 네트 컨베이어 상에 웹 형태로 적층하고, 적층된 웹을 니들펀칭한 후 권취하여 단사섬도가 5데니어 이고, 중량이 500g/㎡이고, 폭이 2.0m인 장섬유 부직포를 제조 하였다. 계속해서 제조된 장섬유 부직포를 네트상 증열, 건조기에서 120℃로 20분동안 열처리 한다. 계속해서 열처리된 장섬유 부직포 상에 친수화제(알킬계 소디움 솔트)를 스프레이 하여 균일하게 도포한 후, 이를 네트상 증열건조기에서 110℃로 5분동안 건조하여 자체침강형 장섬유 부직포를 제조 하였다. 제조된 자체침강형 장섬유 부직포의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교실시예 1 ~ 비교실시예 3

제조조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 자체침강형 장섬유 부직포를 제조 하였다. 제조된 자체침강형 장섬유 부직포의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건

구 분	친수화제부여방식	친수화제 부여전 열처리 조건	친수화제 부여후 열처리 조건
		온도(℃)	시간(분)	온도(℃)	시간(분)
실시예 1	스프레이	120	20	110	5
실시예 2	침지	150	5	110	5
실시예 3	침지	200	1	110	5
비교실시예 1	스프레이	0	0	120	20
비교실시예 2	스프레이	0	0	150	5
비교실시예 3	침지	0	0	200	1

부직포 물성

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	비교실시예1	비교실시예2	비교실시예3
중량(g/㎡)	500	500	500	500	500	500
후도(mm)	5	5	5	5	5	5
결정화도(%)	55	54	59	38	41	38
인장강도(kg/5cm)	250	240	240	150	150	140
인장신도(%)	70	70	70	80	80	90
인장강도유지율(%)	110	100	95	60	60	50
내수강도(kg/5cm)	238	235	235	98	98	84
내수강도유지율(%)	95	98	98	65	65	60
침강속도(m/분)	0.6	0.6	0.7	0.8	0.8	자체침강안됨

본 발명으로 제조한 장섬유 부직포는 사면 보강재로 사용시 부직포층 분리 현상이 없고, 건조강도 및 내수강도가 높아 사면 보강 효과가 우수하다. 또한 수면 아래로 단시간 내에 자체침강하여 시공 공정을 용이하게 한다.

Claims (4)

1. 스펀본드 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포한 후, 이를 건조시켜 친수화제가 도입된 자체침강형 장섬유 부직포를 제조함에 있어서, 장섬유 부직포에 친수화제를 함침 또는 도포하기 전에 상기 장섬유 부직포를 120~200℃에서 1~20분간 열처리하는 것을 특징으로 하는 자체침강형 장섬유 부직포의 제조방법.
2. 1항에 있어서, 장섬유 부직포를 구성하는 장섬유의 단사섬도가 2~10데니어인 것을 특징으로 하는 자체침강형 장섬유 부직포의 제조방법.
3. 1항에 있어서, 친수화제가 알킬계 소디움 솔트인 것을 특징으로 하는 자체침강형 장섬유 부직포의 제조방법.
4. 단사섬도가 2~10데니어인 장섬유로 구성되어 내수강도유지율이 80% 이상이고, 인장강도유지율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 자체침강형 장섬유 부직포.