KR100478751B1 - 광투광성및박테리아차단성이우수한복합부직포의제조방법 - Google Patents

광투광성및박테리아차단성이우수한복합부직포의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스판본드/스판본드 부직포 및 스판본드/멜트블로운/스판본드의 복합 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 용융지수가 3.5∼4.5dg/min인 폴리프로필렌수지를 용융하여 두 개의 스판본드 방사부(1, 7)에서 각각 방사하고, 이동하는 컨베이어 벨트(12) 상에서 연신 및 웹을 형성하고 필요에 따라 멜트블로운 방사부(4)를 IN-LINE 시켜 섬유의 굵기가 1∼6㎛인 극세섬유의 멜트블로운 부직포(6)를 그 사이에 삽입한 후 가열 칼렌더 롤러(18, 21) 및 고무제의 비가열 탄성롤러(19, 20)에 의한 다단계 카라렌더 가공을 한 다음 130∼170℃를 유지하는 엠보싱롤(13, 14)에 의해 서로 열결합 시킴을 특징으로 하는 복합부직포의 제조방법으로서 본 발명에 의한 복합부직포는 광투명성이 우수하고 공기투과도 및 투수성이 떨어지며 투습성과 박테리아 차폐성이 우수하여 농업용으로 쓰이는 과일봉지, 의료용으로 쓰이는 수술가운, 의료기구 포장재 및 산업용으로 쓰이는 분진방지 보호복등에 유용하게 쓰인다.

Description

광 투광성 및 박테리아 차단성이 우수한 복합 부직포의 제조방법
본 발명은 스판본드/스판본드 및 스판본드/멜트블로운/스판본드의 복합 부직포에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스판본드 부직포(spun-bonded fabric)와 멜트블로운 부직포(melt-blow fabric)를 다단계 칼렌더 가공을 실시하여 중첩함으로써 공기투과도와 투수성을 제어하고 우수한 광투과성, 투습성 및 박테리아 차단성을 갖는 복합 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
부직포는 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 산업용, 농업용, 의료용등 광범위에 걸쳐 사용되어지고 있다. 그러나 종래에 산업용으로 쓰이는 분진방지 작업복, 의료용으로 쓰이는 수술가운 및 포장재, 농업용으로 쓰이는 과일봉지등에 쓰이는 부직포는 분진차폐성이 떨어지고 공기투과도와 투수성이 커서 별도로 멸균 및 항균 기능을 부여하여야 하는 결점이 있었다. 특히, 의료용으로 쓰이는 수술가운, 의료기구의 포장재의 경우 린넨이나 스판레이스 공법에 의한 부직포가 이용되어 왔으나, 멸균 또는 항균 및 방혈특성을 부여하기 위해서 다양한 가공이 필요로 되어야 하는 단점이 있었다. 또한 종래의 산업용 분진방지 보호복의 경우, 스판본드 단일층 또는 복합부직포가 사용되어 왔으나, 분진 차폐성이 떨어지고 공기투과도와 투수성이 큰 것이 단점으로 작용되었다.
이와같은 결점을 해결하기 위하여 여러 가지 방법이 제안되어 왔다. 예를 들면 미국 특허 제5308691호에서 스판본드/멜트블로운 부직포가 공지되었으나 이는 건축용 방수재에 요구되는 공기투과도, 액체투과성 및 투습성을 개선시킴을 목적으로 하고 있으며, 미국특허 제4766029호에서는 건축물의 투습방습포(House wrap)를 제조하기 위해서 스판본드/멜트블로운/스판본드 부직포를 칼렌더 가공을 하여 특성 발현을 나타내었다. 여기서 멜트블로운 부직포의 구성섬유는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 섬유로 구성되어 있어 칼렌더 가공과정에서 폴리에틸렌 섬유가 녹아 인접하는 섬유와 상하부의 부직포를 결합시켜 강도 및 방수특성을 향상시키는 반투과성 부직포를 제조하는 것으로, 투습성 및 투과성이 낮아 사용시 많은 문제점을 발생하는 결점이 있다.
또한 미국 특허 제5308691호에 소개된 스판본드/멜트블로운 칼렌더 가공은 멜트블로운 부직포가 140∼150℃의 가열 롤러에 접촉되고 스판본드 부직포는 비 가열 탄성롤러에 접촉되어 가공되는 방법으로 멜트블로운 부직포는 과도하게 조밀화되어 필름과 같은 특성을 나타내며 반면 스판본드 부직포는 압력에 의해 가공되므로 공기투과도 및 액체투과성은 현저히 낮은 값을 나타내지만 역학적 특성은 가공을 통해 저해되는 단점이 있다.
또한 미국특허 제4766029호에서는 멜트블로운 부직포의 구성섬유를 폴리프로필렌과 폴리에틸렌로 구성하여 폴리에틸렌을 용융시켜 결합섬유로 사용할 경우 과도하게 경화성(stiffness)을 나타내므로 농업용, 의료용 및 일회용 작업복으로서 사용하기에 어려운 단점이 있다. 또한 종래에 박테리아 및 해충 유입 방지를 위해 극세부직포/부직포/파라핀 처리된 종이를 합지한 봉지가 우리나라 특허공보 공고제90-3631호로 개시된바 있으나 제조공정이 복잡하고 파라핀 처리에 의한 광투광성, 공기투과성 및 투습성이 낮아 과일의 당도와 성장에 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 복합 부직포의 구성을 스판본드/스판본드 및 스판본드/멜트블로운/스판본드로 구성하여 표면처리 되는 부분이 동일 데니아 및 구조로 하고 칼렌더 구성을 가열/비가열 다음 단계로 비가열/가열 롤러를 사용함으로서 다단계 칼렌더 가공을 하여 표리면의 물성차이를 없게 하였으며 정밀한 가공을 할 수 있게 하였다.
본 발명은 농업용 과일봉지, 의료용 수술가운 및 의료기구의 포장재와 산업용 분진방지 보호복인 작업복에 적합한 부직포를 제조하기 위해서 스판본드 부직포가 2층으로 구성된 스판본드/스판본드(이하 "SS부직포"라 한다)와 스판본드 부직포 사이에 극세사 부직포인 멜트블로운 부직포가 삽입된 형태인 스판본드/멜트블로운/스판본드(이하 "SMS 부직포"라 한다)의 역학적 특성을 향상시키고 기체 및 액체 투과성을 조정하고 광투과성 및 박테리아의 차단성을 향상시키기 위하여 다단계 칼렌더 가공에 의한 복합부직포를 제조함을 목적으로 한다.
본 발명에 의해서 SS부직포 및 SMS부직포의 복합 부직포를 다단계 칼렌더 가공한 제품은 우수한 인장강도, 인열강도를 나타내며 투광성이 TAPPI시험법 T-519에 의해서 최소 70%이하이고, 낮은 공기투과도는 Gurley-Hill Porosity 방법에 의거 5∼50초가 되며, 높은 투습성은 ASTM500 E96 METHOD B방법에 의해 24시간에 최소한 500g/㎡ 비율로 투과된다. 또한 낮은 액체 내수율은 AATCC standard 127-1985의 방법에 의해서 Hydrostatic head pressure설비로 측정하여 최소한 0.75m를 나타내며, 의료용에 사용되는 수술가운이나 의료기구의 포장재 및 산업용 분진방지 작업복은 박테리아 차단성 및 분진 차단성이 우수하여야한다. 분진 및 박테리아 차단의 주요역활을 하는 것은 SMS 복합 부직포 중 멜트블로운 부직포이므로 구성하는 섬유의 직경이 1-6㎛이어야 하며 멜트블로운 부직포 자체의 평균 중량은 2∼30g/㎡ 이어야 하고 최외층을 구성하는 스판본드 부직포의 구성섬유의 섬유의 직경은 10∼25㎛이며 기초중량은 17∼100g/㎡ 범위내에 구성되어야 한다.
폴리프로필렌 멜트블로운 및 스판본드 부직포는 상업적으로 판매되고 있으며 생산방법도 일반적으로 잘 알려져 있다. 폴리프로필렌 멜트블로운 부직포는 폴리프로필렌 고분자를 고온, 고압의 기류에 방사하여 연신시키고 이동되는 벨트상에 필라멘트를 적층시켜 제조한다. 멜트블로운 부직포 생산에 사용되는 폴리프로필렌의 용융지수는 400~1000dg/min이고 구성섬유의 직경은 1~ 6㎛ 범위내에서 생산된다.
폴리프로필렌 스판본드 부직포의 생산은 일반적으로 알려진 것과 같이 폴리머를 용융방사시켜 이동되는 컨베이어 벨트상에 웹을 형성시켜 열적 또는 기계적인 방법으로 결합시켜 부직포를 형성시킨다. 스판본드 부직포 생산에 사용된 폴리프로필렌의 용융 지수는 3.5∼4.5dg/min이고 구성섬유의 직경은 10∼25㎛ 정도이다. SMS 복합 부직포는 도 1에 나타낸 것과 같이 스판본드 방사부(1), 멜트블로운 방사부(4) 및 제2 스판본드 방사부(7)로 형성된 라인에서 일관적으로 생산되며, SS 부직포는 멜트블로운 부직포를 OFF-LINE으로 할 경우 생산된다. 도 1을 자세히 설명하면 스판본드 방사영역에서 형성된 폴리프로필렌 스판본드 필라멘트(2)는 구동 롤러(10,11)에 의해 회전하는 컨베이어 벨트(12) 상에 적층된 웹(web)에 이송되고 멜트블로운 방사부(4)에서 방사된 필라멘트 (5)는 스판본드 부직포 상에 적층 되어 이송되므로 제 2 스판본드 방사부(7)에서 방사된 필라멘트 (8)가 복할 웹을 형성하여 130∼170℃로 유지되고 조각무늬가 있는 멤보스 상부롤(13)와 10℃ 차이를 갖는 표면이 매끄러운 엠보스 하부롤(14)에 의해서 열적으로 결합하여 형성된 복합 부직포(15)를 형성한다.
도 2는 SS부직포의 칼렌더 가공 공정을 나타낸 것으로 3, 9는 도 1에서 멜트블로운 부직포를 OFF-LINE으로 하여 제조된 복합부직포이고 18, 21은 가열 금속제 칼렌터 롤러러 이고 19, 20은 고무제의 비가열 탄성 롤러 이다. 15는 칼렌더 가공된 스판본드 2층 구조의 SS 부직포이다.
도 3은 SMS 복합 부직포 칼렌더 가공을 모식적으로 나타낸 것으로 3, 9는 스판본드 상,하부층이고, 6은 멜트블로운 층이다. 15는 3층 으로 구성된 복합 부직포를 칼렌더 가공한 것이다.
본발명 복합 부직포는 용융지수가 3.5∼4.5dg/min인 폴리프로필렌 수지를 용융하여 두 개의 스판본드 방사부(1)(7)에서 각각 방사하고 이동되는 컨베이어 벨트(12)상에서 연신 및 웹을 형성하며 필요에 따라 멜트블로운 방사부(4)를 IN-LINE시켜 멜트블로운 부직포를 그 사이에 삽입시킨다. 이때에 멜트블로운 부직포(6)는 용융지수가 400∼1000dg/min인 폴리프로필렌 수지를 고온 고압으로 분사되는 공기에 의해 섬유가 굵기가 1∼64㎛Φ 이 되도록 극세화 시킨다. 이와같이 하여서 된 SS 부직포 또는 SMS 부직포는 금속제의 가열칼렌터 롤러(18, 21)와 고무제의 비가열탄성롤러(19, 20)에 의하여 열과 압력을 부직포에 부여하여 부직포를 눌러주어 적층된 부직포의 두께를 일정수준으로 유지하고 공기투과도 및 표면가공을 위하여 상기 칼렌더 롤러의 온도를 140∼170℃로 하고 칼렌더의 압력(NIP LOADING)을 1∼5×10-5N/M으로 하며 탄성롤러(19, 20)는 온도를 부여하지 않고 경도가 75∼85로 하는 것이 바람직하다.
이와같이 하여서 된 SS부직포 또는 SMS 부직포는 130~170℃를 유지하는 엠보스 상부롤(13)과 표면이 매끄러운 엠보스 하부롤(14)을 통과하면서 열적 결합을 하게 되어 본발명 복합부직포를 형성하게 된다.
이하 실시예와 비교예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예와 비교예의 물성측정은 다음과 같이 하였다.
인장강도 및 신도 : ASTM D1682-64에 의함
인열강도 : ASTM D1423-83에 의함
투광성측정 : ASTM D 737-75에 의함
투술도 : ASTM E96에 의함
공기투과도측정 : TAPPIT-460방법에 의해 측정하며 방법은 100㎠의 공기가 시료를 통과하는 시간으로 측정함
내수성측정 : AATCC2 TEST METHOD 127-1985 방법으로 시편을 원통의 지지체에 부착시키고 물을 투과시켜 물방울이 세방울 투과 될때의 시료 상승 높이를 측정한다.
박테리아 차단 측정 : 여러 샘플을 지지할 수 있는 박테리아 분석 챔버를 제작하여 균배양기로 증식된 박테리아를 분석하고자 하는 샘플이 위치하는 챔버에 공급하고 진공펌프로 흡입하여 투과된 박테리아를 멤브레인 필터로 포집한다. 각기 샘플로부터 투과된 박테리아를 균배양기로 배양시켜 박테리아 개체수를 분석한다.
실시예 1
농업용으로 쓰이는 과일봉지용 S/S 복합 부직포는 제 1도에서 멜트블로운 부분을 OFF LINE으로 하여 스판본드/스판본드 2BEAM을 이용하여 생산하며 사용된 폴리프로필렌 수지는 용융지수가 4.0인 것을 사용하였으며 다수의 오리피스가 형성된 구금을 통하여 방사하고 연신 및 이동되는 컨베이어 벨트상에 웹을 형성시킨다. 형성된 웹은 역학적 특성 및 형태안정성을 부여하기 위해여 열적인 결합을 시킨다. 기존의 단일층의 스판본드 부직포 대비 2층의 복합층을 형성하는 S/S부직포의 특징으로서 균일한 부직포를 형성할 수 있으며 구성되는 섬유의 섬도의 변화에 따른 표면과 이면이 다른 부직포를 제조할 수 있다. 본 실시예 1에서 S/S의 전체 중량은 20∼60g/㎡로 하였으며 칼렌더 가공의 설비 구성은 금속롤과 탄성롤로 구성되고 각각의 조건은 표 1과 같이 하였다. 얻어진 복합 부직포의 물성은 표 2에 나타내었다.
실시예 2
가공하는 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 1과 동일하며 칼렌더 가공조건은 표 1과 같이 하여 SS복합부직포를 얻었다. 얻어진 복합부직포의 물성은 표 2에 나타내었다.
비교실시예 1
가공하는 복합 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 1과 동일하며 칼렌더 가공조건은 표 1에 나타내었다. 또한, 칼렌더 가공 설비 구성을 열 칼렌더롤러와 탄성률로 구성된 1ZONE만 통과하게 하였다. 칼렌더의 온도가 낮고 생산속도가 빨라서 SS복합부직포가 충분히 칼렌더 가공이 되지 않아 공기투과도가 크며 투습도가 낮은 특성이 있다.
비교실시예 2
가공하는 복합 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 2와 동일하며 칼렌더 가공조건은 표 1에 나타내었다. 칼렌더의 온도가 높아 부직포가 열적으로 취약하여 인장강도가 낮은 특성이 있다.
표 1 칼렌더 가공조건
표 2 물성결과
실시예 3
복합 부직포의 구성을 3층구조로 하고 내부에 멜트블로운 층과 표면층과 이면층을 스판본드로 구성된 SMS 복합 부직포로 산업용 작업복, 의료용 수술가운 및 의료기구의 포장재용으로 사용되는 것에 관한 것으로, SMS 복합 부직포의 제조는 도 1에서 멜트블로운 방사설비를 ON-LINE으로 하여 방사 및 웹을 형성한 부직포를 엠보스 롤에 의해서 열적인 결합을 통하여 형태안전성 및 역학적인 특성을 부여하고 도 3에 나타낸 칼렌더 가공설비에 의해서 칼렌더링 가공을 하였다.
스판본드 부직포의 제조는 실시예 1과 동일하게 하고 멜트블로운 부직포의 제조는 용융된 폴리프로필렌을 구금을 통하여 방사하는 동시에 구금의 양 측면 부분에서 고온, 고속으로 분사되는 공기에 의해 극세화 및 연신시킨다. 극세화된 섬유는 연속적으로 회전하는 컨베이어 벨트상에 적층되어 부직포를 형성하게 된다. 복합 부직포의 기초중량 범위는 20∼100g/㎡이고 멜트블로운 부직포의 기초중량 범위는 2∼30g/㎡로 하였다.
복합화된 SMS 부직포는 도 3에 나타낸 칼렌더 가공설비에 의해 가공된다. 칼렌더 가공조건 및 칼렌더링 복합 부직포의 물성을 표 3 및 표 4에 각각 나타내었다.
실시예 4
가공하는 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 3과 동일하며 칼렌더 가공조건은 표 3과 같이 하였다. 물성은 표 4에 나타내었다.
비교실시예 3
가공하는 복합 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 3과 동일하며 칼렌더 가공조건은 표 3에 물성은 표 4에 나타내었다. 칼렌다의 온도 및 압력이 낮아 공기투과도가 크며 박테리아 및 분진차단 효과가 특히 낮은 결과를 얻었다.
비교실시예 4
가공하는 복합 부직포의 구성 및 기초중량은 실시예 4와 동일하며 칼렌더 가공조건 및 가공특성은 표 4에 나타내었다. 칼렌더의 온도 및 압력이 과도하게 높기 때문에 인장강도 및 복합 부직포의 경화성(stiffness)이 낮아 의료용 및 일회용 작업복에 이용되기 에는 촉감이 나쁜 결과를 얻었다.
표 3 칼렌더 가공조건
표 4 물성결과
본발명 스판본드/스판본드 및 스판본드/멜트블로운/스판본드 복합 부직포는 다단계 칼렌더 가공에 의해 투명성이 향상되고 공기투과도 및 투수성이 낮으며 투습성과 박테리아 차폐성이 우수하여 농업용으로 쓰이는 과일봉지, 의료용으로 쓰이는 수술가운 및 의료기구 포장재, 산업용으로 쓰이는 분진방지 보호복등에 유통하게 사용되는 복합부직포를 얻었다.
도 1은 본 발명 복합부직포의 제조공정 예시도.
도 2는 본 발명의 복합부직포인 스판본드/스판본드 복합 부직포외 칼렌더 가공 공정도.
도 3은 본 발명의 복합부직포인 스판본드/멜트블로운/스판본드 복합 부직포의 칼렌더 가공 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
1 : 스판본드 방사부 2 : 스판본드 필라멘트
3 : 스판본드 하부층 4 : 멜트블로운 방사부
5 : 멜트블로운 필라멘트 6 : 멜트블로운 내부층
7 : 제2 스판본드 방사부 8 : 스판본드 필라멘트
9 : 스판본드 상부층 10, 11 : 구동롤러
12 : 컨베이어벨트 13 : 멤보스 상부 롤
14 : 멤보스 하부 롤 15 : 복합부직포
18, 21 : 열 칼렌더 롤러 19, 20 : 탄성롤러

Claims (2)

  1. 스판본드 부직포와 멜트블로운 부직포를 중첩하여서 된 복합부직포를 제조함에 있어서, 용융지수 3.5∼4.5dg/min인 폴리프로필렌수지를 용융하여 두 개의 스판본드 방사부(1,7)에서 각각 방사하고, 이동하는 컨베이어벨트(12) 상에서 연신 및 웹을 형성하고 필요에 따라 멜트블로운 방사부(4)를 IN-LINE시켜 섬유의 굵기가 1∼6㎛인 극세섬유의 멜트블로운 부직포(6)를 그 사이에 삽입한 후 가열 칼렌더 롤러(18, 21) 및 고무제의 탄성롤러(19, 20)에 의한 칼렌더 가공을 실시하고 130~170℃를 유지하는 엠보싱롤(13, 14)에 의해 서로 결합시킴을 특징으로 하는 광투과성 및 박테리아 차단성이 우수한 복합 부직포의 제조방법
  2. 청구항 1에 있어서, 칼렌더 가공은 가열 칼렌더롤러(18, 21)의 온도의 온도를 140~170℃로 하고 칼렌더의 압력(NIP LOADING)을 1∼5×10-5N/M으로 하며, 탄성롤러(19, 20)의 경도가 75∼85인 것을 특징으로 하는 복합 부직포의 제조방법
KR10-1998-0047663A 1998-11-07 1998-11-07 광투광성및박테리아차단성이우수한복합부직포의제조방법 KR100478751B1 (ko)

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