KR100574764B1

KR100574764B1 - 흡음성과 단열성이 우수한 멜트블로운 부직포

Info

Publication number: KR100574764B1
Application number: KR1020040053423A
Authority: KR
Inventors: 전종윤; 전용철; 김선준; 이영미; 서상원; 강석주; 김준일
Original assignee: 남양노비텍 주식회사
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR20060004337A

Abstract

평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사의 제1 멜트블로운 부직포층을 포함하며, 상기 제1 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포가 개시된다. 상기한 구조의 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포는 멜트블로운 부직층이 단섬유와 같은 일반 섬유를 함유하지 않고 순수한 멜트블로운 초극세사 만이 층상구조로 방향성 있게 잘 발달되어 있어서 고밀도 구조를 나타낸다. 그러므로 본 발명의 멜트블로운 부직포는 얇고 가벼우면서도 우수한 흡음 특성 및 단열 특성을 나타낸다.

Description

흡음성과 단열성이 우수한 멜트블로운 부직포{Melt-blown nonwoven materials with high sound-absorption and high thermal-insulation properties}

도 1은 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포를 제조하는데 이용되는 멜트블로잉 장치를 나타낸다.

본 발명은 멜트블로운 부직포에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극세사의 순수한 멜트블로운 섬유만으로 이루어진 멜트블로운 섬유층을 구비하여 흡음성 및 단열성이 우수한 멜트블로운 부직포에 관한 것이다.

소음원의 종류가 점점 다양해짐에 따라 소음공해문제가 점점 심각해지고 있다. 예를 들면, 가전분야의 경우, 진공청소기, 식기세척기, 세탁기, 에어컨, 공기청정기, 컴퓨터, 프로젝터 등 소음원의 종류가 더욱 다양해지고 있다. 이러한 가전제품을 저소음화하려는 노력 이외에 이러한 소음원으로부터 유출된 소음이 이웃한 공간에 도달하기 못하도록 차단하기 위한 시도가 계속되고 있다. 아파트 등의 공동주택의 경우에도 층간 및 세대간의 소음수준을 규제하기 위한 법적 규제가 점점 엄격해지는 추세이다. 자동차, 항공기, 기차, 선박 등의 운송기계의 경우에도 외부 소음이나 엔진 등에서 발생된 소음이 인간이 거주하는 공간내에 도달하지 못하도록 차단하는 노력이 경주되고 있다.

한편, 에너지 비용의 상승에 따라 건축물, 운송수단 등의 단열성을 증대시키기 위한 시도는 과거부터 꾸준이 있어 왔다.

종래 전통적으로 방음재 및/또는 단열재로서는 펠트(felt), 스펀지, 폴리우레탄 포움이 주로 사용되고 있다. 이외에, 압축섬유, 유리섬유, 암면, 또는 재생섬유 등에 열가소성 또는 열경화성 수지를 함침시킨 방음재 또는 단열재가 있다. 그러나, 이들 대부분은 인체에 유해한 성분을 함유하고 있거나 포름알데히드 등의 독성물질을 함유한 경우가 많고, 발암물질로 규정된 다이옥신이 발생되는 것들도 많다. 더구나, 방음 성능 또는 단열성능이 충분하지 않은 경우가 대부분이다.

따라서 인체에 해로운 소재를 함유하지 않는 방음재 또는 단열재에 대한 연구가 활발히 전개되고 있으며, 방음 및 단열성능을 개선시킨 여러 가지 방음재 또는 단열재에 관한 연구가 적극적으로 진행되고 있다.

예를 들면, 미국특허 제4,118,531호는 멜트블로운 섬유에 크림프(crimp)를 갖고 섬유직경이 10 미크론 이상인 스테이플 섬유를 10 중량% 이상 함유한 웹을 사용하면 단열 효과가 우수하다는 것을 제안한다.

미국특허 제5,298,694호는 섬유직경이 15 마이크론 이하이며 밀도가 50kg/m³이하인 상태, 또는 바람직하게는 적어도 섬유직경이 15 마이크론 이하이며 밀도가 20kg/m³ 이하이며 크림프를 갖는 스테이플 섬유를 5 ~ 60중량% 함유하는 부직포가 흡음성이 우수하다는 사실을 개시한다.

유럽특허 제0295038호는 에어레이드(air-layed) 공법에 의해 스스로 융착되어 교락(entangled)된 스테이플 섬유로 제조된 부직포를 단열재로서 제안하고 있으나, 멜트블로운 섬유 웹에 비하여 섬유직경이 너무 커서 흡음성이 많이 낮은 것으로 평가되고 있다.

일본 특허공개공보 평2-229256호는 장섬유 부직포를 사용할 것을 제안하고 있으나, 역시 멜트블로운 섬유 웹에 비하여 섬유직경이 너무 커서 흡음성이 많이 낮은 것으로 평가된다.

미국특허 제5,955,193호 및 제5,639,700호는 주름무늬를 갖는 흡음재의 제조방법에 관한 것으로서, 안면부 마스크, 필터 등에 주름무늬를 갖는 단열재의 사용을 제안하고 있다. 또한, 상기 단열재는 크림프를 갖는 스테이플 섬유를 적어도 15중량% 포함하며, 초음파에 의하여 융착되어 있다.

미국특허 제5,841,081호는 입체안정성을 부여하기 위하여 멜트블로운 섬유에 열에 의해 융착이 가능한 스테이플 섬유를 함유하는 것을 특징으로 흡음재를 제안하고 있다.

미국특허 제6,220,388 B1호는 다수의 공간을 갖는 벌집 형상의 구조물을 멜트블로운 섬유와 함께 사용할 것을 제안하고 있다.

국제특허 WO 2004/013395 A1호는 약 7 마이크론 이하의 열가소성 멜트블로운 섬유로 이루어진 제1 층, 및 스테이플 섬유와 같이 벌키성이 큰 재료로 이루어진 제2 층을 포함하는 2층 구조의 방음재를 개시한다.

상기한 바와 같이 종래의 멜트블로운 섬유를 이용하는 흡음재 또는 단열재는멜트블로운섬유 속에 스테이플 섬유와 같이 벌키성 재료가 혼합된 혼합구조형태로 되어 있다. 특히, 미국 3M사의 멜트블로운 섬유를 이용한 흡음단열재로서 Thinsulate라는 상품명으로 전세계에 출하되고 있는 멜트블로운 흡음단열재는 이러한 혼합구조형태의 대표적인 예이다. 이는 이러한 혼합구조형태의 경우 벌키한 구조가 발현되기에 흡음, 차음 및 단열효과가 우수하다고 알려져 있었기 때문이었다. 그러나, 본 발명자들의 실험결과에 의하면 이러한 혼합구조형태의 경우 스펀본드 부직포와 같은 기타 부직포를 층상으로 겹치는 것은 가공성 및 외관 등을 위한 것에 불과하기에 이러한 혼합구조형태일 때 오히려 흡음, 차음 및 단열효과에 문제가 있음이 밝혀졌다.

따라서, 더욱 우수한 흡음성능 및/또는 단열성능을 갖는 새로운 방음재, 단열재의 개발이 요구되고 있으며, 특히 효과적인 방음재, 단열재의 개발에 있어서 적절한 재료의 선택 이외에 재료의 중량, 두께 등의 경제적인 측면도 충분히 고려되어야 한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 흡음재, 단열재 보다 훨씬 우수한 흡음성능 및/또는 단열성능을 갖는 방음재 및/또는 단열재로서 사용될 수 있는 멜트블로운 부직포를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제1 구현예는,

평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사의 제1 멜트블로운 부직포층을 포함하며, 상기 제1 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포를 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제2 구현예는,

본 발명의 제1 구현예의 상기 제1 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일면상에 적층된 제2 멜트블로운 부직포층을 더 포함하며, 상기 제2 멜트블로운 부직포층은 상기 제1 멜트블로운 부직포층의 멜트블로운 초극세사를 이루는 중합체와 같거나 다른 중합체의 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사로 이루어지며, 상기 제2 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포를 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제3 구현예는,

상기 제1 및 제2 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일 표면상에 스펀본드 부직포, 니들펀치 부직포, 에어레이드 부직포, 웨트레이드 부직포, 고분자 필름, 고분자 시트 및 고분자 호일로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면보 강층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포를 제공한다.

상기한 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포는 멜트블로운 부직포층이 실질적으로 순수한 멜트블로운 초극세사 만으로 이루어져 있어서 얇고 가벼우면서도 우수한 흡음 및 단열특성을 나타낸다. 그러므로 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포를 방음재로서 사용하면 소음을 획기적으로 차단하는 것이 가능하며, 단열재로서 사용하면 에너지 절감 효과를 획기적으로 증대시킬 수 있다.

이하 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포에 관하여 상세하게 설명한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제1 구현예에 따른 멜트블로운 부직포는 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사의 제1 부직포층을 포함하며, 상기 제1 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 부직포층은 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사로 주로 이루어져 있다. 특히, 단섬유와 같은 기타의 일반섬유를 포함하지 않고 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사만으로 이루어진 것이 섬유간의 공극이 매우 작은 기공구조를 갖는 치밀한 구조가 되어 부직포의 두께가 얇아도 흡음성 및 단열성이 대폭 향상되기 때문에 바람직하다. 이는 멜트블로운 초극세사만으로 이루어지면 섬유가 층상으로 잘 배열되어 공극이 적고 50 kg/m³ 이상의 고밀도를 갖는 치밀한 구조를 용이하게 형성할 수 있기 때문이다. 이와 반대로, 미국특허 제5,298,694호에 개시된 멜트블로운 부직포와 같이 멜트블로운 초극세 섬유 이외에 크림프가 있는 단섬유 또는 스펀본드섬유 등의 다른 일반 섬유가 멜트블로운 부직포층내에 혼입되면 공극이 많이 형성되어 웹의 부품성(bulkiness)은 좋아지지만 웹의 밀도는 50 kg/m³ 이하로 매우 엉성한 구조가 된다. 따라서 이러한 부직포로 제조된 흡음재 또는 단열재는 두껍지만 공기층이 과도하여 오히려 흡음 및 단열성능을 나쁘게 한다.

여기서, "부직포, 부직포 웹"이란 개별 섬유 또는 실이 불규칙한 방식으로 배치되어 편성물에서와 같이 식별가능한 패턴이 없는 평면 재료를 형성한 구조물을 의미한다.

여기서 "멜트블로운 초극세사"라 함은 용융된 용융-가공성 중합체를 다수의 가늘고 일반적으로 원형인 모세관을 통하여 용융된 실 또는 필라멘트로서 공기와 같은 고속기체 스트림 내로 압출시킴으로써 형성된 섬유인 것을 의미한다. 고속 기체 스트림은 용융된 중합체 재료를 가늘게 만들어 그 직경을 약 0.1 내지 20 마이크론, 바람직하게는 약 0.1 내지 10 마이크론으로 감소시킨다. 멜트블로운 초극세사는 일반적으로 불연속 섬유이다. 고속 기체 스트림에 의해 운반된 멜트블로운 초극세사는 일반적으로 컬렉터 표면상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 섬유의 웹 또는 층(부직포 웹, 부직포층)을 형성한다.

상기 멜트블로운 초극세사는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에 스테르, 폴리카보네이트 등의 열가소성 폴리머로 이루어진 것이 바람직하다.

여기서 "폴리에틸렌"이라 함은 에틸렌의 단독 중합체 뿐만 아니라 반복단위의 85% 이상이 에틸렌 단위인 공중합체도 포함하는 것을 의미한다. "폴리프로필렌"이라 함은 프로필렌의 단독 중합체 뿐만 아니라 반복단위의 85% 이상이 프로필렌 단위인 공중합체도 포함하는 것을 의미한다.

"폴리아미드"란 반복단위의 85% 이상이 디카르복실산 및 디아민의 축합생성물 또는 락탐의 개환중합물이고, 중합체 결합이 아미드 단위의 형성에 의하여 생성된 중합체를 포함한다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화의 디카르복실산 및 디아민을 포함한다. 여기서 사용되는 "폴리아미드"라는 용어는 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 랜덤 공중합체 및 교호공중합체와 같은 공중합체, 블렌드 및 이들의 변형물을 포함한다. 폴리아미드의 대표적인 예는 나일론 6, 나일론 610, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 6T, 폴리(페닐렌테레프탈아미드), 폴리(페닐렌이소프탈아미드) 등을 들 수 있다.

"폴리에스테르"는 반복단위의 85% 이상이 디카르복실산 및 디올의 축합생성물 또는 락톤의 개환생성물이고, 중합체 결합이 에스테르 단위의 형성에 의하여 생성된 중합체를 포함한다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화의 디카르복실산 및 디올을 포함한다. 여기서 사용되는 "폴리에스테르"라는 용어는 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 랜덤 공중합체 및 교호공중합체와 같은 공중합체, 블렌드 및 이들의 변형물을 포함한다. 폴리에스테르의 대표적인 예는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.

"폴리카보네이트"는 반복단위의 85% 이상이 디올과 탄산에스테르의 교환반응, 또는 알카리 존재하에서 디올과 포스겐의 반응, 또는 이산화탄소와 에폭사이드를 유기아연계 촉매에 의해 교호공중합시키는 방법에 의하여 얻은 중합체이고, 중합체 결합이 카보네이트 단위의 형성에 의하여 생성된 중합체를 포함한다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화의 디카르복실산 및 디올을 포함한다. 폴리카보네이트의 대표적인 예는 비스페놀 A 폴리카보네이트이다. 상기 멜트블로운 초극세사는 그 중에서도 특히 폴리프로필렌, 폴리에스테르 및 폴리아미드 수지로 이루어진 것이 가공성 및 경제성의 측면에서 바람직하다.

기 멜트블로운 초극세사내에는 열안정제, 산화방지제, 난연제 또는 가소제 등의 용융방사시 사용되는 통상적인 가공조제를 적정량 첨가하여 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 무기 필러, 안료, 조색제 등의 첨가제를 더 포함될 수 있다.

상기 멜트블로운 초극세사의 단면은 원형, 또는 삼각형, Y 형과 같은 이형단면섬유일 수 있다.

상기 제1 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 바람직하게는 50 kg/m³ ~ 150 kg/m³ 이다. 평균밀도가 50 kg/m³ 미만이면 단열, 흡음성이 저하되는 문제점이 있고, 300 kg/m³를 초과하면 실용상 사용하기에 너무 무거운 문제점이 있다.

상기 제1 멜트블로운 부직포층은 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 바 람직하게는 200 g/m² ~ 1,000 g/m²이다. 기본중량이 50 g/m² 미만이면 너무 얇아 흡음성이 미흡한 문제점이 있고, 4,000 kg/m²를 초과하면 실용상 제조하기 어려운 문제점이 있다.

상기 제1 멜트블로운 부직포층은 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O이고, 바람직하게는 상기 압력손실은 25 mmH₂O ~ 5,000 mmH₂O이다. 압력손실이 2 mmH₂O 미만이면 통기성이 너무 좋아서 방음성, 단열성이 너무 나빠지는 문제점이 있고, 10,000 mmH₂O를 초과하면 제조하기 어려운 문제점이 있다.

이어서 본 발명의 제2 구현예에 따른 멜트블로운 부직포에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2 구현예에 따른 부직포는 상기 제1 구현예의 제1 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일면상에 적층된 제2 멜트블로운 부직포층을 더 포함하는 복합화 멜트블로운 부직포이다. 이 제2 멜트블로운 부직포층은 상기 제1 멜트블로운 부직포층의 멜트블로운 초극세사를 이루는 중합체와 같거나 다른 중합체의 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사로 이루어진다. 제2 부직포층의 멜트블로운 초극세사는 제1 부직포층의 그것과 다른 중합체로 이루어지는 것이 복합화 부직포에 기능성을 더 부여할 수 있으므로 바람직하다. 부직포 웹을 사용하여 을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 제1 부직포층이 폴리프로필렌으로 이루어진 경우에는 제2 부직포층을 폴리아미드층으로 하면 부직포의 흡습성 및 내열성을 증가 시킬 수 있다.

상기 제2 멜트블로운 부직포층은 평균밀도, 기본중량, 및 압력손실은 제1 멜트블로운 부직포층의 그것들과 동일한 범위에 있는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

이어서 본 발명의 제3 구현예에 따른 멜트블로운 부직포에 대하여 설명한다.

본 발명의 제3 구현예에 따른 부직포는 제1 구현예 또는 제2 구현예에 따른 제1 및 제2 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일면상에 표면보강층이 더 적층되어 있는 것이다. 멜트블로운 부직포는 웹 강도가 매우 약해서 단독으로는 사용상 제약이 많다. 따라서 이 표면보강층은 제1 및 제2 부직포층을 외부로부터 보호하고 경우에 따라서는 부직포에 강력을 보강하는 역할을 한다. 이러한 표면보강층으로서는 스펀본드 부직포, 니들펀치 부직포, 에어레이드 부직포, 웨트레이드 부직포, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, PVC 필름 등과 같은 고분자 필름, 고무 시트와 같은 고분자 시트 또는 알루미늄 호일과 같은 금속 호일 등을 들 수 있는데, 이와 같은 표면보강층과의 적층에 의하여 다양한 구조의 다층 부직포 웹을 얻을 수 있다. 상기 제1 또는 제2 멜트블로운 부직포층과 상기 표면보강층의 적층 방법은 핫멜트 접착, 접착제 접착, 초음파 접착, 고주파 접착 또는 열접착에 의하여 이루어질 수 있다.

상기한 본 발명의 제1 내지 제3 구현예에 따른 부직포는 항공기, 자동차, 기차, 선박 등의 운송기계; 공동주택, 고층빌딩, 빌딩의 냉난방 공조시스템 등의 건축구조물; 청소기, 식기세척기, 세탁기, 에어컨, 공기청정기, 컴퓨터, 프로젝터, 음향기기, PDP 등의 가전기기; 및 포크레인 등의 각종 산업용 기계 등의 분야에서 방음재, 차음재 및/또는 단열재로서 유리하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 종래의 스펀본드와 같은 장섬유 부직포, 니들펀치 방식으로 이루어진 단섬유 부직포로 제조된 흡음재 또는 단열재에 비해 뛰어난 성능을 나타낼 수 있다. 또한 종래부터 자동차의 흡음재로 사용되고 있는 크림프 구조의 단섬유가 함유된 멜트블로운 섬유부직포 웹에 비교할 때도 흡음특성이 우수하다.

이어서, 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 멜트블로운 부직포는 도 1의 멜트블로잉 장치를 사용하여 제조될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 멜트블로잉 장치는 압출기(1), 공기 매니폴드(6)를 구비한 멜트블로잉 다이(2), 및 컬렉터(4)를 구비한다.

호퍼(2)를 통하여 중합체가 압출기(1)에 계량투입된다. 상기 중합체로서는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등의 열가소성 폴리머가 바람직하다. 중합체는 스크루를 감싸는 실린더상에 설치된 열자켓을 통하여 가해진 열과 마찰열 및 스크루 회전에 의하여 가해지는 압력에 의하여 용융되어 선단으로 압출된다. 압출기 선단에 도달한 용융 중합체는 멜트블로잉 다이(2)내로 밀려 들어간다. 용융 중합체는 다이 선단의 노즐(3)에서 공기 매니폴드(6)를 통하여 노즐로 공급되는 고온 고속의 압축공기에 의하여 대기중으로 가늘게 뿜어져서 초극세섬유가 된다.

이와 같이 생성된 초극세섬유는 회전하는 컬렉터(4) 상에 퇴적되어 멜트블로 운 부직포 웹을 형성한다. 컬렉터(4)로서는 회전드럼, 이동벨트 등이 사용될 수 있으며 컬렉터의 회전속도를 조절하여 형성되는 부직포웹의 두께를 조절할 수 있다. 즉 컬렉터의 회전속도를 저속으로 하면 부직포 웹은 두껍게 형성되며 컬렉터의 회전속도를 고속으로 할 수록 부직포 웹은 얇아진다. 컬렉터상에 수집된 초극세 멜트블로운 섬유사는 냉각되면서 서로 접합되어 멜트블로운 부직포 웹을 형성한다. 이와 같이 제조된 멜트블로운 부직포 웹은 단섬유나 기타의 섬유가 내부에 혼입되어 있지 않으므로 섬유가 층상구조로 잘 발달되어 있어 고밀도 구조를 유지할 수 있으므로 얇지만 흡음특성 및 단열 특성이 매우 뛰어나다.

한편, 언와인더와 같은 공급장치를 통하여 스펀본드 부직포를 컬렉터(4)에 공급한 상태에서 멜트블로잉하면 멜트블로운 부직포가 스펀본드 부직포상에 적층되므로 스펀본드-멜트블로운 복합 부직포(SM 부직포)를 얻을 수 있다. 이 SM 부직포의 멜트블로운 부직포층이 다른 공급장치에서 풀려나온 스펀본드 부직포와 접합시키면 스펀본드-멜트블로운-스펀본드의 3층 구조의 부직포(SMS 부직포)를 형성할 수 있다. 이후, 멜트블로운 부직포 웹을 캘린더롤(미도시)을 통과시켜 층간 접착을 완전히 하고 필요한 두께로 압착한 후 일정한 길이로 권취한다.

스펀본드 부직포는 실질적으로 연속적인 섬유로 이루어진 부직포로서 강도가 취약한 멜트블로운 부직포층을 보강할 수 있다. SM 부직포, SMS 부직포의 제조시 이미 제조된 스펀본드 부직포를 공급장치를 통하여 공급할 수도 있지만 별도의 스펀본드 웹 제조장치를 이용하여 제조된 스펀본드 부직포 웹을 직접 컬렉터(4)에 공급할 수도 있다.

이처럼 표면보강층과 멜트블로운 부직포층의 적층은 인-라인 방식으로 이루어질 수 있으며, 이외에 표면보강층과 멜트블로운 부직포층을 아웃-라인 방식으로 핫멜트 접착, 접착제 접착, 초음파 접착, 고주파 접착 또는 열접착에 의하여 이루어질 수도 있다. 또한 언급한 바와 같이 표면보강층으로서는 스펀본드 부직포 이외에 니들펀치 부직포, 에어레이드 부직포, 웨트레이드 부직포, 고분자 필름, 고분자 시트 및 금속 호일 등이 사용될 수 있다.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하는데, 이는 단지 예시를 위한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 의하여 본 발명의 특징 및 다른 장점이 명백하게 될 것이다.

실시예 1

도 1에 도시된 멜트블로운 부직포 제조설비에 의하여 멜트블로운 부직포 웹을 제조하였다. 용융지수(Melt Flow Index, MFI) 700의 폴리프로필렌(PP) 수지를 압출기 1의 호퍼(2)에 자동으로 계량 공급하였다. 공급된 PP 수지는 압출기를 지나면서 압출에 적당한 온도인 270℃로 가열하여 용융시켰다. 용융된 PP 수지는 스크린 메쉬로 구성된 폴리머 필터 유니트(미도시)를 지나면서 이물질이 제거된 후, 기어펌프(미도시)를 통해 일정한 속도로 노즐(3)으로 공급된다. 노즐에 공급된 용융상태의 PP수지는 고온 고압의 공기를 통하여 노즐(3) 선단에서 스펀본드가 지나가고 있는 컬렉터(4) 위로 분사되었다. 스펀본드는 언와인더(unwinder; 미도시)로 부터 풀려나온다.

이렇게 분사된 멜트블로운 섬유는 평균섬유경이 10 미크론 굵기였으며, 컬렉 터(4)에서 스펀본드 부직포와 라미네이트된 스펀본드/멜트블로운 부직포(spunbond/meltblown 부직포, 이하 "SM부직포"라 함)가 되었다. 이때 멜트블로운 부직포층의 기본중량은 컬렉터의 주행속도를 조절하여 약 300 g/m²이 되도록 하였다. 계속해서, 컬렉터(4)를 지난 SM부직포는 또 다른 언와인더(미도시)에서 풀려나온 스펀본드 부직포와 라미네이트되어 3층 구조의 부직포(SMS 부직포)를 형성하였다. 이후, 캘린더롤(미도시)을 지나면서 필요한 두께로 압착한 후 일정한 길이로 권취되었다.

실시예 2

컬렉터의 주행속도를 늦추어 상기 멜트블로운 부직포층의 기본중량을 400 g/m²으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 SMS 부직포를 제조하였다.

실시예 3

컬렉터의 주행속도를 더 늦추어 상기 멜트블로운 부직포층의 기본중량을 600 g/m²으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 SMS 부직포를 제조하였다.

실시예 4

컬렉터의 주행속도를 더더욱 늦추어 상기 멜트블로운 부직포층의 기본중량을 800 g/m²으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 SMS 부직포를 제조하였다.

비교예 1

PP수지의 멜트블로잉할 때, 단섬유 공급장치를 통하여 별도로 5 데니어의 크림프가 있는 폴리에스테르 단섬유를 멜트블로운 부직포 내로 혼입시켜 단섬유 함유 멜트블로운 부직포를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 멜트블로운 부직포층의 기본중량이 약 300 g/m²인 SMS 부직포를 제조하였다. 이때 멜트블로잉 속도 및 단섬유 공급속도를 조절하여 멜트블로잉 섬유 대 단섬유의 중량비를 80 대 20으로 조절하였다.

비교예 2

비교예 1과 동일한 방법에 따라 기본중량이 약 400 g/m²인 SMS 부직포를 제조하였다.

특성평가

부직포의 두께측정

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 부직포의 두께를 측정하여 표 1에 나타내었다. 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 2의 멜트블로운 부직포가 각각 동일한 기본 중량인 비교예 1 내지 2의 부직포에 비하여 두께가 훨씬 얇은 것을 알 수 있다.

부직포	기본중량(g/m² )	두께 (mm)
실시예 1	300	5
실시예 2	400	7
실시예 3	600	9
실시예 4	800	12
비교예 1	300	19
비교예 2	400	25

흡음성 측정 및 평가

실시예 1 내지 3의 멜트블로운 부직포 및 비교예 1 내지 2의 크림프가 있는 단섬유를 함유한 멜트블로운 부직포에 대하여, 흡음율을 측정하여 표 2에 나타내었다. 흡음율은 KS F 2805에 기재된 방법에 따라서 잔향실내에서 흡음율을 측정하였다.

	두께 (mm)	소음감소계수(NRC)
실시예 2	7	0.47
실시예 3	9	0.62
실시예 4	12	0.75
비교예 1	19	0.42
비교예 2	25	0.56

표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들의 부직포는 비교예들의 부직포에 비하여 훨씬 얇으면서도 우수한 흡음특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 실시예 3의 9 mm 제품의 흡음률은 소음감소계수(NRC : Noise Reduction Coefficient) 값이 0.62로서 높았다. 이 값은 폴리우레탄포움, 유리섬유, 암면, 또는 폴리에스테르 견면 등과 같은 재료로 이루어진 종래의 흡음재들의 경우 25~30 mm 정도의 두께가 되어야 얻을 수 있는 수준이다. 따라서, 본 발명에 따른 부직포는 종래의 흡음재의 1/3 정도의 두께에서도 뛰어난 흡음성을 나타내는 것을 알 수 있다.

단열성 측정 및 평가

실시예 1 내지 4의 부직포, 비교예 1 내지 2의 부직포, 폴리에스테르 견면으로 이루어진 부직포 및 암면, 유리섬유, 폴리우레탄 포움, 또는 스티로포움 단열재의 열전도율을 KS K 0466에 기재된 방법에 따라 측정하였다.

종래의 암면, 유리섬유 등의 단열재가 약 0.030 ~ 약 0.035 W/minㆍK 정도의 열전도율 값을 갖는데 비해, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에서 얻어진 부직포는 약 0.022 W/minㆍK의 아주 낮은 열전도율 값을 나타내었다. 이는 본 발명에 따른 부직포가 얇지만, 아주 우수한 단열특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 1 및 2에서 얻어진 부직포는 크림프를 갖는 스테이플 섬유가 멜트블로운 섬유 사이에 혼입되어 멜트블로운층 내에 많은 공극을 포함하고 있어서 두껍지만 열전도율이 약 0.032 W/minㆍK 로서 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 부직포에 비하여 단열특성이 상당히 떨어짐을 알 수 있다.

발수도의 측정 및 평가

실시예 1 내지 4의 부직포, 비교예 1 내지 2의 부직포, 폴리에스테르 견면으로 이루어진 부직포 및 암면, 유리섬유, 또는 폴리우레탄 포움 흡음재의 발수도를 KS K 0590(스프레이법)에 기재된 방법에 따라 측정하였다.

발수도는 1 내지 5의 수로 표시되는데, 발수도 5가 가장 발수도가 좋은 것을, 발수도 1이 가장 발수도가 나쁜 것을 의미한다.

종래의 암면, 유리섬유, 또는 폴리우레탄 포움 흡음재, 또는 폴리에스테르 견면 부직포 흡음재는 2~3 등급의 발수도를 나타냈다. 비교예 1 및 2의 부직포는 3등급의 발수도를 나타냈다. 그러나 실시예 1 내지 4의 멜트블로운 부직포는 4등급 의 우수한 발수도를 나타냈다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포는 멜트블로운층이 단섬유와 같은 일반 섬유를 함유하지 않고 순수한 멜트블로운 초극세사 만이 층상구조로 방향성 있게 잘 발달되어 있어서 고밀도 구조를 나타낸다. 그러므로 본 발명의 멜트블로운 부직포는 얇고 가벼우면서도 우수한 흡음 특성 및 단열 특성을 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포를 방음재로서 사용하면 소음을 획기적으로 차단하는 것이 가능하며, 단열재로서 사용하면 에너지 절감 효과를 획기적으로 증대시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 부직포는 항공기, 자동차, 기차, 선박 등의 운송기계; 공동주택, 고층건물, 빌딩의 냉난방 공조시스템 등의 건축구조물; 청소기, 식기세척기, 세탁기, 에어컨, 공기청정기, 컴퓨터, 프로젝터, 음향기기, PDP 등의 가전기기; 및 포크레인 등의 각종 산업용 기계 등의 분야에서 방음재 및/또는 단열재로서 유리하게 사용될 수 있다.

Claims

평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사의 제1 멜트블로운 부직포층을 포함하며, 상기 제1 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조 건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제1항에 있어서, 상기 제1 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일면상에 적층된 제2 멜트블로운 부직포층을 더 포함하며, 상기 제2 멜트블로운 부직포층은 상기 제1 멜트블로운 부직포층의 멜트블로운 초극세사를 이루는 중합체와 같거나 다른 중합체의 평균직경이 0.1 ~ 20 미크론인 멜트블로운 초극세사로 이루어지며, 상기 제2 멜트블로운 부직포층은 평균밀도가 50 kg/m³ ~ 300 kg/m³ 이고, 기본중량이 50 g/m² ~ 4,000 g/m²이고, 또한 풍속 5.3 cm/sec의 측정조건에서 압력손실이 2 mmH₂O ~ 10,000 mmH₂O 인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 멜트블로운 초극세사는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 멜트블로운 초극세사의 단면은 원형, 삼각형, 또는 Y 형인 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 멜트블로운 부직포층은 실질적으로 멜트블로운 초극세사만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 멜트블로운 부직포층의 적어도 어느 일 표면상에 스펀본드 부직포, 니들펀치 부직포, 에어레이드 부직포, 웨트레이드 부직포, 고분자 필름, 고분자 시트 및 금속 호일로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 표면보강층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.
제5항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 멜트블로운 부직포층과 상기 표면보강층의 적층 방법은 핫멜트 접착, 접착제 접착, 초음파 접착, 고주파 접착 또는 열접착에 의하여 이루어진 것을 특징으로 하는 멜트블로운 부직포.