KR100455624B1 - 접착력이 우수한 탄성사 권사체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성사와 기재(부직포 혹은 합성수지 필름)와의 접착력을 향상시키기 위해서, 건식방사로 제조되는 탄성사의 단사섬도, 합착된 필라멘트 본수, 탄성사의 굵기 및 모듈러스가 아래의 조건들을 만족시키는 것을 특징으로 하는 접착력이 우수한 탄성사 권사체에 관한 것이다.

본 발명에 의한 탄성사 권사체는 기재와의 접착력이 우수하고 후공정 해사성이 우수하여 기저귀 또는 생리대 제조 공정의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

아 래

3데니아 ≤ 단사섬도 ≤ 50데니어,

[필라멘트 본수/10] - 5 ≤ 탄성사 굵기(데니어)/100데니어

≤[필라멘트 본수/10] + 5,

[탄성사 굵기(데니어)/10데니어] - 20 ≤ 탄성사의 200% 신장

시의모듈러스(modulus)/1그램(g) ≤ [탄성사 굵기(데니어)/10

데니어] + 20

Description

접착력이 우수한 탄성사 권사체{A package of an elastic yarn with excellent adhesive strength}

본 발명은 접착력이 우수한 탄성사 권사체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기저귀나 생리대등 위생용품의 재료인 부직포나 합성수지 필름등 기재와의 접착력을 향상시키는 탄성사 권사체에 관한 것이다.

또 본 발명은 접착력 향상에 더하여 해사성도 향상 시킬 수 있는 탄성사 권사체에 관한 것이다.

탄성사는 신축성이 뛰어나고 탄성이 우수하므로 신축성이 요구되는 많은 상품 분야, 예컨대 산업용 자재, 의료용 자재 또는 의류용 자재의 원료로 사용되고 있다.

특히 100데니어 이상의 태섬도 탄성사는 라셀지(Raschel fabric), 사틴(Satin), 파워 네트, 소폭 직물, 스타킹 밴드, 기저귀 및 생리대와 같은 위생용품 등의 원료로 다양하게 사용된다.

기저귀 또는 생리대와 같은 위생용품은 탄성사의 신축성을 이용하여 착용감을 향상시키고 샘(leakage) 방지효과를 증대시키고 있는 바, 이때 일정한 비율로신장된 탄성사와 기재와의 사이를 접착제로 접착시키더라도 종종 탄성사가 기재로부터 박리되어서 탄성사만이 부분적으로 수축하기 때문에 기저귀나 생리대의 품질을 저하시키거나 기능을 약화시키는 문제점이 있었다.

이러한 접착 불량 문제는 단섬도에 비해서 합착된 필라멘트의 전체 굵기가 지나치게 큰 경우(필라멘트가 집속되어 합착된 상태의 탄성사 단면이 원형에 가까워져서 기재와의 접촉면이 작아지므로 접착불량을 일으키게 됨.)와 지나치게 작은 경우(필라멘트가 집속되어 합착된 상태는 타원형에 가까워지나 단면 상태가 매우 불규칙하게 변화되어 필라멘트 사이의 공극이 증가하므로 모세관 부분에서의 통기 현상에 의한 접착 불량 발생 가능성이 증가함.)에 모두 발생될 수 있다.

아울러, 탄성사의 모듈러스가 합착된 필라멘트의 전체 굵기 보다 지나치게 큰 경우에는 탄성사를 신장시켜서 기재와 접착시킨 이후에 탄성사 고유의 회복력이 크게 작용하여 기재로부터 탄성사가 박리되려는 경향이 증가하고, 반대로 탄성사의 모듈러스가 합착된 필라멘트의 전체 굵기 보다 지나치게 작은 경우에는 탄성사를 신장시켜서 기재와 접착시킨 이후에 고유의 회복력이 전혀 작용하지 않아서 착용감 향상 및 샘 방지 효과가 거의 발휘되지 않는 문제점이 있다.

또 탄성사는 통상 권사체로서 제공되고 그 권사체로부터 탄성사를 해사하여 사용하고 있는 바, 해사할 때 일정 장력이 유지되려면 해사성이 우수해야 한다.

일반적으로 탄성사 권사체의 사권량(絲卷量)이 많을 경우 가공공정에서의 생산성은 높지만 권취된 탄성사 간의 점착으로 인해서 해사성이 불량해진다.

이와 같이 해사성이 불량하면 해사장력이 일정하지 않아 제품 외관이 불량해지고 사절이 빈발하여 공정 진행이 어려워진다.

따라서 탄성사 권사체의 사권량을 많게 하면서도 해사성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

한국특허 제 132788 호(한국특허등록공고 제 97-991 호)는 탄성사 자체의 높은 점착력으로 인하여 해사성이 나빠지는 문제점을 개선하기 위하여 탄성사 권사체의 권취수축율을 낮게 설정하고, 접착제와의 부착성이 약화되지 않는 범위 내에서 유제 부착량을 증가시키는 기술을 제안하고 있다.

즉, 상기 한국특허 제 132788 호는 권사폭(A)과 권사두께(B)와의 비(B/A)가 0.4 이상이고, 그 권사체 내의 탄성사 외관 신장율(C)(%)과 그 탄성사의 유제 처리제 부착량(D)(중량%)과의 관계가 D-5≤C≤D+5, D≤2의 관계에 있는 탄성사 권사체를 제시하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 탄성사 권사체는 유제 부착량이 2중량% 이하이고 권사두께(B)/권사폭(A)이 0.4 이상이므로 권사량이 1.5kg 이상이 되는 권사체를 제조할 때 외층과 내층간에 해사 장력의 차이를 크게 일으켜서 해사공정중에 사절을 많이 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 부직포나 합성수지 필름등의 기재와 접착력이 우수한 탄성사 권사체를 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 접착력을 가지면서 해사성을 향상시켜주는 탄성사 권사체를 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 탄성사와 기재(부직포 또는 합성수지 필름)간의 접착력을 극대화 시키기 위하여 건식방사법으로 제조되는 탄성의 모듈러스, 단사섬도, 필라멘트 본수 및 탄성사의 굵기를 일정한 조건이 만족되도록 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.

탄성사와 기재간의 접착에는 비닐중합체계, 포화폴리에스테르계, 또는 폴리아미드계의 핫멜트형 접착제가 주로 사용되고 있다.

동일한 종류 및 량의 접착제를 사용하더라도 탄성사와 기재 간의 접착력을 향상 시키려면 탄성사의 생산 단계에서 탄성사의 굵기, 모듈러스 및 단섬도의 굵기(데니어)를 적정한 조건으로 설정하여야 한다.

즉, 탄성사 자체의 굵기가 단섬유의 굵기에 비해 지나치게 크거나 작지 않도록 설정해야하며, 탄성사의 200% 신장시의 모듈러스가 탄성사의 굵기 보다 지나치게 크지도 않고 작지도 않도록 설정하여야 한다.

본 발명은 아래의 (Ⅰ), (Ⅱ) 및 (Ⅲ) 조건을 모두 만족시키는 것을 특징으로 하는 접착력이 우수한 탄성사 권사체에 관한 것이다.

아 래

3데니어 ≤ 단사섬도 ≤ 50데니어 ………… (Ⅰ)

[필라멘트 본수/10] - 5 ≤ 탄성사 굵기(데니어)/100데니어 ≤

[필라멘트 본수/10] + 5 ………… (Ⅱ)

[탄성사 굵기(데니어)/10데니어] - 20 ≤ 탄성사의 200% 신장시

의 모듈러스(modulus)/1그램(g) ≤ [탄성사 굵기(데니어)/10

데니어] + 20 ………… (Ⅲ)

본 발명에서 만일 단사섬도가 3데니아 미만이거나 50데니아를 초과하면 균일한 해사 장력 유지에 의한 원할한 해사성을 확보하기 어렵고, 탄성사의 전체 굵기가 수시로 변화되어 균일한 접착력을 확보하기 어렵다.

또한, 필라멘트의 본수가 전체굵기(데니아) 보다 지나치게 작은 경우 [상기 (Ⅱ)식의 하한값 보다 적을 경우, 즉, 단섬도가 전체 굵기 보다 지나치게 큰 경우]에는 필라멘트들이 집속되어 합착된 상태의 탄성사의 단면이 원형에 가까워져서 기재와의 접촉면이 작아지기 때문에 접착 불량이 발생되고, 필라멘트의 본수가 전체 굵기 보다 지나치게 큰 경우 [식(Ⅱ)의 상한값 보다 큰 경우, 즉, 단섬도가 전체 굵기 보다 지나치게 작은 경우]에는 필라멘트들이 집속되어 합착된 상태의 탄성사의 단면이 타원형에 가까워지지만 단면 상태가 매우 불규칙하게 변화되고 필라멘트들 사이의 공극이 증가하므로 모세관 부분에서의 통기 현상때문에 접착 불량이 발생 된다.

한편, 본 발명에서 탄성사의 200% 신장시의 모듈러스가 식(Ⅲ)의 하한값 보다 적으면 탄성사를 신장시켜서 기재와 접착시킨 이후에 탄성사 고유의 회복력이 전혀 작용하지 않게 되므로 만들어진 기저귀등 위생용품의 착용감이 나빠지거나 위생용품으로부터 분비물등이 새는 것을 방지할 수 없다.

반면에 탄성사의 200% 신장시의 모듈러스가 식(Ⅲ)의 상한값 보다 크면 탄성사를 신장시켜서 기재와 접착시킨 이후에 탄성사 고유의 회복력이 과도하게 작용하여 기재로부터 탄성사가 박리되려는(즉, 접착력이 불량해지는) 경향이 증가되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 조건이 모두 만족하도록 제조한 탄성사 권사체로서 유제부착량을 0 ∼ 3중량%로 하고 사권량을 3 ∼ 7㎏이 되도록 제조한 권사체는 우수한 해사성을 발휘 할 수 없다.

따라서 본 발명에서는 탄성사 제조용 중합물에 염착증진제로 폴리 딤(N,N-디에틸-2-아미노에틸메타크릴레이트) 또는 접착방지제인 마그네슘스테아레이트를 단독적으로 첨가하거나 이들 두성분을 모두 함께 첨가한 후 건식방사방법으로 방사해서 해사성을 향상시켰다.

본 발명에서는 점착력이 낮은 폴리딤(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트)과 같은 염착 증진제와 마그네슘스테아레이트와 같은 점착 방지제를 중합물에 부여하여 해사 불량 원인을 근본적으로 제거하였기 때문에 권사체 모양 및 권량, 권취수축율 및 유제부착량등의 조건에 따라 민감하게 변할 수 있는 해사성 불량을 원인적으로 제거하였으며 사권량을 3㎏ 이상으로 하더라도 권사체의 최내층까지 우수하게 탄성사를 해사 시킬 수 있다.

일반적으로 권사체 내에서 탄성사의 사간 접착을 방지하고 탄성사의 권사체로부터 원만한게 탄성사를 해사하기 위하여 유제를 부여하고 있는 바, 본 발명에 서는 유제를 부여하지 않거나 3중량% 미만의 유제를 부여 하였다.

유제 부착량이 3중량%를 초과할 경우 후공정에서 부직포나 합성수지 필름에대한 접착성 불량을 발생시킨다.

본 발명에서 사용 가능한 유제로는 실리콘계(폴리 디메틸실록산) 유제 또는 비실리콘계(하이드로 카본) 유제가 있다.

기저귀처럼 특성상 실리콘 성분이 없어야 되는 경우에는 탄성사에 비실리콘 유제를 사용한다.

본 발명이 적용 될 수 있는 탄성사로는 폴리에테르계 폴리우레탄계 탄성사, 폴리에스테르계 탄성사, 폴리아미드계 탄성사등 특별히 제한되지 않으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 폴리우레탄계 탄성사를 예로 들어 설명한다.

본 발명의 탄성사를 제조하는데 사용될 수 있는 세그먼티드(segmented) 폴리우레탄 중합체는 잘 알려진 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 프리폴리머를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 후 디아민 및 모노아민과 반응시켜서 제조한다.

본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트로는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P-메틸렌디이소시아네이트등이 있다.

또 고분자 디올로는 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올등이 사용될 수 있다.

또 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 하이드라진등이 있다.

또 모노아민은 쇄종지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민등이 있다.

상술한 성분 이외에 UV 안정제, 산화방지제, NOx 가스 황변방지제, 점착방지제, 염착증진제, 내염소제 등이 추가적으로 사용 될 수 있다.

실시예 1

디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 2328g(분자량 1800)을 질소 기류하 85℃에서 90분간 교반하면서 반응시켜서 양 말단에 이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 프리폴리머를 얻었다.

상기 프리폴리머를 실온으로 냉각시킨 후 여기에 디메틸아세트아미드 4643g을 첨가하여 용해시켜서 폴리우레탄 프리폴리머 용액을 얻었다.

이어서 프로필렌디아민 54g 및 디에틸아민 9.1g을 디메틸아세트아미드 1889g과 함께 용해시킨 용액을 10℃ 이하에서 상기 폴리우레탄 프리폴리머 용액에 첨가해서 세그먼티드(segmented) 폴리우레탄 중합체 용액을 제조하였다.

상기 폴리우레탄 중합체 용액을 홀(hole) 수가 56개인 방사 노즐을 사용하여 방사온도 250℃에서 건식방사법으로 방사하고, 방사통하부분위기 온도 180℃, 방사드래프트 42 ∼ 45, 고데트로울러 간의 속도차를 1.1 ∼ 1.6으로 설정하여 총 굵기가 560데니어인 탄성사 치즈 4㎏을 제조하였다.

제조한 탄성사의 물성, 단면상의 공극율, 회복율, 기재와 부착후의 회복력 및 접착력을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방사, 권취하되, 홀 개수가 4개인 방사 노즐을 사용하여 4개의 필라멘트가 합착된 560d의 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.

상기 방법으로 얻은 탄성사의 물성, 단면 상의 공극율, 회복율과 기재와 부착된 상태의 회복력 및 접착력을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방사, 권취하되, 홀 개수가 120개인 방사 노즐을 사용하여 120개의 필라멘트가 합착된 560d의 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.

상기 방법으로 얻은 탄성사의 물성, 단면 상의 공극율, 회복율과 기재와 부착된 상태의 회복력 및 접착력을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방사, 권취하되, 방사통 하부 분위기 온도가 180℃이고, 방사 드래프트가 38 내지 41이며, 고데트 로울러 간의 속도차를 1.0 내지 1.1으로 설정하여 560d의 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.

상기 방법으로 얻은 탄성사의 물성, 단면 상의 공극율, 회복율과 기재와 부착된 상태의 회복력 및 접착력을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방사, 권취하되, 방사통 하부 분위기 온도가 180℃이고, 방사 드래프트가 46 내지 49이며, 고데트 로울러 간의 속도차를 1.7 내지 1.9수준으로 설정하여 560d의 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.

상기 방법으로 얻은 탄성사의 물성, 단면 상의 공극율, 회복율과 기재와 부착된 상태의 회복력 및 접착력을 평가하여 표 1에 나타내었다.

< 표 1 >

구분	탄성사데니아	200% 신장시모듈러스	필라멘트본 수	단섬도(데니아)	평균공극률	회복율	기재와 부착후회복력	접착력
실시예1	560d	53g	56개	10d	15%	96%	52.5g	97%
비교예1	560d	45g	4개	140d	38%	91.5%	43.7g	85%(접착불량)
비교예2	560d	73g	120개	4.7d	5%	97.8%	70.6g	91%(접착불량)
비교예3	560d	32g	56개	10d	14%	88.5%	28.3g(회복력 불량)	99%
비교예4	560d	81g	56개	10d	17%	98.5%	75.4g	89%(접착불량)

물성 평가 방법 ;

* 200% 신장시 모듈러스 : 탄성사 시료를 5cm 길이로 준비하여 Instron의 상하 그립에 물리고, 분당 500mm 속도로 그립을 상하로 이동시키면서(즉, 시료를 신장시키면서) 200% 신장시켰을 때 나타나는 로드(load)값을 측정함.

* 평균 공극률: 탄성사 시료의 단면을 전자현미경으로 촬영한 후, 이 단면 전체 면적에서 필라멘트가 집속 및 합착된 사이 사이에 존재하는 빈 면적이 차지하는 면적의 퍼센트를 계산함. 한 시료당 100회의 공극률을 측정하여 평균 공극률을 계산함.

* 회복율: 탄성사 시료를 100% 신장시킨 상태로 24시간 방치후에 응력을 제거하고 시료의 길이를 측정하여, 원래 시료의 길이 대비 변화된 길이로 계산함.

회복율(%) = [{(신장 후의 시료 길이) - (원래 시료 길이)} / (원래 시료 길이)] X 100

* 기재와 부착후 회복력: 기재(부직포) 위에 탄성사 8가닥을 나란히 접착시킨 후, 이 시료를 120mm 길이로 잘라서 Instron을 이용하여 5회 반복 사이클 평가를 실시하여, 5번째 사이클의 언로드(un-load)값을 60% 신장 상태의 값으로 읽음.

* 접착력: 기재(부직포) 위에 탄성사 8가닥을 나란히 접착시킨 후, 이 시료를 24시간 방치후, 9inch 길이로 자르고 400mm 길이로 신장시킨 후, 38℃ 오븐에서 2시간 방치후, 시료의 중간 부위를 칼로 잘라서 탄성사가 회복될 수 있도록 하고, 시료의 원래 길이와 회복된 길이를 측정하여 접착된 정도를 나타냄.

접착력(%) = [{(신장 후의 시료 길이) - (원래 시료 길이)} / (원래 시료 길이)] X 100

실시예 2 ∼ 3

실시예 1과 동일한 방법으로 탄성사를 제조하였다.

단, 폴리우레탄 중합체 용액에 염착증진제로서 폴리딤(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트)를 폴리머 고형분 중량 대비 0.5%가 되는 양만큼 첨가하여 탈포시킨 후, 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 권사폭 104mm로 560d의 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.(실시예 2)

또한, 상기 폴리우레탄 중합체 용액에 염착증진제로서 폴리딤(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트)를 폴리머 고형분 중량 대비 0.5%가 되는 양만큼 첨가하고, 점착방지제로서 마그네슘스테아레이트를 폴리머 고형분 중량 대비 0.4% 투입하여 실시예 2와 동일한 방법으로 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.(실시예 3)

실시예 2 및 실시예 3으로 제조한 탄성사의 해사장력 및 후공정 해사성을 평가하여 표 2에 나타내었다.

비교예 5 ∼ 6

실시예 2와 동일하게 제조하되, 비(非)폴리딤계의 염착증진제(점착력 증가 경향이 뚜렷한 N-t-부틸에탄올아민과 헥사메틸렌디이소시아네이트의 반응물)를 폴리머 고형분 중량 대비 0.5%가 되는 양으로 사용하여 560d 폴리우레탄 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.(비교예 5)

이어서 상기 비폴리딤계의 염착증진제를 폴리머 고형분 중량 대비 0.5%가 되는 양으로 사용하고 동시에 점착방지제로서 마그네슘스테아레이트를 폴리머 고형분 중량 대비 0.4% 투입하여 상기방법과 동일한 방법으로 탄성사 치즈 4kg을 제조하였다.(비교예 6)

비교예 5 및 비교예 6으로 제조한 탄성사의 해사장력 및 후공정 해사성을 평가하여 표 2에 나타내었다.

< 표 2 >

구분	데니어	권폭	권사량	유제부착량	비폴리딤투입여부	폴리딤투입여부	Mg-st투입여부	해사장력	후공정해사성
실시예2	560d	104㎜	4㎏	3%	X	○	X	63g	○
실시예3	560d	104㎜	4㎏	3%	X	○	○	59g	◎
비교예5	560d	104㎜	4㎏	3%	○	X	X	75g	X
비교예6	560d	104㎜	4㎏	3%	○	X	○	70g	△

* Mg-st ; 마그네슘 스테아레이트

물성 평가 방법 ;

* 해사장력 : Rothschild F-Meter Winder R1083을 이용하여 원사의 내층부위(총 권사량의 3분지 2 이상이 제거된 이후의 부위)를 측정하였다.

* 후공정 해사성: 최종적으로 얻어진 탄성사 권사체의 내층부위(총 권사량의 3분지 2 이상이 제거된 이후의 부위)의 해사성을 평가하였다.

◎: 매우 우수, ○: 우수, △: 보통, ×: 불량

본 발명의 탄성사 권사체는 종래 기술에 의해 제조된 탄성사 권사체에 비하여 부직포 또는 합성수지 필름과 같은 기재와의 접착력이 우수하다.

또 본 발명의 탄성사 권사체는 후공정에서 우수한 해사성을 발휘한다.

그 결과 기저귀 또는 생리대 제조공정의 생산성을 높일 수 있고 착용감이 좋으며 샘(leakage)방지효과가 우수한 기저귀 또는 생리대등을 제공 할 수 있다.

Claims (2)

1. 탄성사 제조용 중합물을 건식방사하여 제조한 것으로서 아래의 (Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ) 조건들을 모두 만족 시키는 것을 특징으로 하는 접착력이 우수한 탄성사 권사체.

   아 래

   3데니어 ≤ 단사섬도 ≤ 50데니어 ………… (Ⅰ)

   [필라멘트 본수/10] - 5 ≤ 탄성사 굵기(데니어)/100데니어 ≤

   [필라멘트 본수/10] + 5 ………… (Ⅱ)

   [탄성사 굵기(데니어)/10데니어] - 20 ≤ 탄성사의 200% 신장시

   의 모듈러스(modulus)/1그램(g) ≤ [탄성사 굵기(데니어)/10

   데니어] + 20 ………… (Ⅲ)
2. 제 1 항에 있어서, 탄성사 제조용 중합물에 염착증진제로 폴리딤(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트)과 점착방지제로 마그네슘스테아레이트를 첨가하여 제조한 것을 특징으로 하는 탄성사 권사체.