상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내구친수성이 향상된 복합장섬유 방사형 부직포는;
친수형 복합장섬유로 이루어진 웹을 적층하여 결합한 부직포에 있어서,
상기 친수형 복합장섬유는 친수성 중합체가 소수성 중합체를 섬유의 길이방향으로 둘러싼 형태로 시스 앤드 코아형(sheath and core form)(일명 해도형; sea in island)의 형태로 구성되고, 상기 친수형 복합장섬유가 방사형 웹(web)에 엠보싱형으로 결합ㆍ고정되어 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 소수성 및 친수성 중합체가 폴리올레핀 계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 이들의 브랜드 공중합체로부터 선택된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 소수성 중합체는 폴리프로필렌 수지임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 친수성 중합체는 친수성 발현 마스터배치가 중합체 중량대비 0.5중량 내지 10중량을 가짐을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내구친수성이 향상된 복합장섬유 방사형 부직포의 제조방법은;
스핀 빔과 방사 노즐 사이에 분배판을 게재시켜 코아(core)부에 소수성 중합체, 시스(sheath)부에 친수성 중합체를 노즐 홀 쪽으로 유도하여 시스 앤드 코아(sheath and core)형 장섬유를 제조하는 단계,
상기 방사된 복합장섬유를 다공질의 연속 벨트 상에 적층시켜 복합장섬유의 웹(web)을 형성하는 단계 및
상기 복합장섬유 웹을 부분적으로 열압착에 의한 엠보싱형으로 결합하여 고정시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 코아부의 소수성 중합체와 시스부의 친수성 중합체는 그 중량비가 80:20 내지 20:80으로 제조됨을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 따른 내구친수성이 향상된 복합장섬유 방사형 부직포는 친수성 중합체가 소수성 중합체를 섬유의 길이방향으로 둘러싼 형태로 되어 우수한 내 구친수성을 보유하면서 위생재 등에 사용되기 위한 강도, 부드러운 촉감과 같은 제반 물성을 모두 만족시킨다. 또한, 본 발명에 따른 내구친수성이 향상된 복합장섬유 방사형 부직포의 제조방법은 그 방법에 있어서, 에멀젼 등의 친수제 처리 후가공 공정으로 제조되어 섬유표면에 물리적으로만 결합된 친수성부직포 제조방법이 아닌 스핀 빔과 방사 노즐 사이에 분배판을 게재시켜 코아부와 시스부에 각각 소수성 중합체와 친수성 중합체가 형성되도록 함으로서, 건조공정 추가로 인한 불편한 작업성이 없으며 촉감이 나빠지는 현상이 개선되고 유기용제 특유의 냄새를 없애고, 친수형 복합장섬유 부직포를 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 보다 자세히 설명한다.
상기와 같이 본 발명은 내구친수성이 향상된 복합장섬유로 구성된 웹을 엠보싱 결합시킨 친수형 복합장섬유 방사형 부직포로서, 본 발명의 친수형 복합장섬유는 두 종류이상의 성분 중합체로 구성할 수 있으나, 이하에서는 두 성분으로 구성된 친수형 복합장섬유 부직포에 대해서 설명한다.
두 성분의 중합체를 크게 분류하면, 소수성 중합체 및 친수성 중합체로 대별할 수 있으며, 복합 장섬유 부직포 제조에 사용되는 이종의 중합체는 폴리올레핀계 중합체, 폴리아미드계 및 이들의 브랜드 공중합체가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 소수성 중합체는 폴리프로필렌 수지를 사용함이 바람직한데, 그 이유는 이들이 유연하면서도 우수한 강도를 갖기 때문이다. 본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 수지는 상기한 특성을 보다 잘 나타내기 위해서 프로필렌으로부터 유도되는 구성 단위 90몰% 이상, 바람직하게는 95몰% 이상 함유하는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 프로필렌 중합체로서 상기 프로필렌 단독 중합체, 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체를 단독 또는 둘 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 친수형 복합장섬유 제조에 사용되는 친수성 중합체로는 상기의 동일 중합체에 친수성 발현 마스터배치 칩(Ciba Speciality Chemicals Inc.의 IRGASURFTM HL 560)을 함유시켜 선택되어 진다. 본 발명에서 친수형 복합장섬유의 소수성 중합체와 친수성 중합체의 구성비율은 섬유의 전체 중량 기준 80:20 내지 20:80이며, 바람직하기는 70:30 내지 30:70이고, 더욱 바람직하기로는 60:40 내지 40:60의 비율을 갖는 것이다. 소수성 중합체와 친수성 중합체의 구성비율이 상기의 범위를 벗어나면 내구친수성이 불량해지는 경향이 있어 바람직하지 않다.
특히 본 발명에 따르면 폴리프로필렌 중합체에 친수성을 가지는 마스터배치 칩을 브랜드 함으로써 복합장섬유에 실질적으로 영구적인 친수성을 부여한다. 친수형 중합체는 장섬유의 다른 성분 중합체 보다 마스터배치칩의 함량이 중합체 함량의 2.0중량%에서 10중량%이며, 마스터배치의 함량이 섬유내 함량 대비 1.0중량%에서 5중량%까지 함유된 중합체가 바람직하다. 시스부분 중합체 성분 대비 2.0%중량보다 적은 경우에는 원하는 친수성을 발현하지 못하며 10중량%를 초과하는 경우에는 방사성이 불량하게 되고, 경제성이 저하될 뿐만 아니라 원하는 물성을 발현할 수 없어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 친수형 복합장섬유 부직포에 있어서 소수성 중합체 성분과 친수성 중합체의 성분으로는 폴리올레핀이 바람직하다. 그 중에서도 특히 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 에틸렌 아크릴산 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 것으로서 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 내구친수성이 향상된 복합장섬유 방사형 부직포의 제조방법에 대해 상세히 기술한다. 도 1은 본 발명에 따른 친수성이 향상된 복합장섬유 부직포의 제조방법을 나타내는 공정 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 친수성이 향상된 복합장섬유의 단면을 나타낸 단면도이다.
기존의 설비에서는 섬유 형태가 다른 복합섬유를 생산하기 위해서 구금 노즐을 변경해야 하는 문제점이 있었으나, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 섬유형태에 따라 분배판 4를 달리함으로써 용이하게 섬유의 형태를 그 단면이 도 2에 도시된 바와 같은 시스 앤드 코아형을 형성시킬 수 있게 된다.
일반적으로 친수형 복합장섬유는 소수성 중합체와 친수성 중합체의 이성분 중합체를 용융하여 제조하는데, 상기 이성분 중합체는 도 1에 도시된 바와 같이 별개의 익스트루더 1과 2에서 각각 용융된 중합체를 혼련시켜 제조된다. 용융된 이성분 중합체는 각각의 익스트루더 1 및 2에 스핀 빔 3으로 이송되고, 섬유형태가 시스 앤드 코아형이 제조가능한 분배판에서, 소수성 중합체 6과 친수성 중합체 7이 하부의 노즐 5로 각각 인도되며, 노즐 5의 홀을 통해 방사된다. 노즐 홀을 통과한 이성분 중합체는 필라멘트로 형성되어, 전형적으로 공기 흐름에 의해 급냉되어, 고 화된 다음 연신된다. 연신된 필라멘트는 다공질의 연속 벨트 상에 집적되어 웹을 형성한다.
상기와 같이 하여 제조된 본 발명에 따른 친수형 복합장섬유의 구조형태는 도 2에 도시된 바와 같이 소수성 중합체를 중심부로 하여 섬유의 길이 방향으로 친수성 중합체가 둘러싸서 된 시스 앤드 코아형(또는 해도형)으로 됨을 알 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복합장섬유의 섬도는 5.0데니아(denier) 이하, 바람직하게는 3.0데니아 이하, 더욱 바람직하게는 2.0데니아 이하이다. 그 이유는 이와 같은 섬도에서는 매우 유연하고 충분한 내구성을 가지는 친수성 부직포를 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에서는 친수형 복합장섬유로 형성된 웹은 임의의 적합한 엠보싱 형태의 결합방법에 의하여 결합시킨다. 일반적으로 바람직한 결합방법은 결합 로울러 등에 의해 부분적으로 형성되는 닙을 통해 웹의 일정 부위에 결합점을 형성케 하고, 이 결합점에 의하여 물리적 일체성과 치수 안정성을 부여하게 된다. 친수형 복합장섬유로 구성된 부직포는 약 5gsm 내지 50gsm, 바람직하게는 10gsm 내지 약 25gsm의 기초 중량을 갖는다. 친수형 복합 장섬유로 구성된 부직포는 한 개의 부직포층 또는 한 개 이상의 추가 부직포 층으로 결합된다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 자세하게 설명하지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
다음의 본 발명의 실시예 중 복합장섬유 부직포의 각종 특성의 측정 및 평가 방법은 다음과 같은 방법에 의해 분석하였다.
(1) 방사성 : 30분동안 부직포를 구성하는 장섬유가 1회 이상 사절이 발생하는 생성물을 방사상태 불량으로 하였으며, 그 반대의 경우를 양호한 것으로 간주하였다.
(2) 단위면적당 무게(중량:g/㎡) : ASTM D 3776-1985의 방법에 준해 측정하였다. 또한, 방사성이 불량한 샘플의 경우 중량 및 다른 물성측정을 하지 않고 N/A로 표시하였다.
(3) 인장강도 : 인스트론(Instron)사의 인장 강신도 측정 설비를 사용하여 ASTM D1682-64법에 의하여 시료폭 5cm, 시료장 7.5cm 의 시료편를 인장 속도 300 mm/min의 조건으로 측정한다.
(4) 인장신도 : 상기 (3)의 방법으로 측정한 최대 인장강력시의 신도를 측정한다.
(5) 흡수도: 리스터(Lister) 시험기를 이용하여 Edana 150.4-99법에 준하여 측정하였고, 측정된 흡수도를 아래와 같이 구분하였다.
(6) 내구흡수도: Edana 150.4-99법에 준하여 측정하고 동일시료에 3회에 걸쳐 부여된 용액의 각 회에서 흡수되어 통과하는데 소요되는 시간(초)를 측정하고, 3회째 측정된 데이터로 다음과 같이 구분하여 내구흡수도를 평가하였다.
3초 미만: 우수, 3 내지 4초: 양호, 4초 이상: 불량
실시예
1
코어와 시스를 구성하는 중합체의 비율을 50:50으로 하고, 코아를 구성하는 중합체를 폴리프로필렌 중합체를 사용하였으며, 시스 부분은 마스터배치 칩이 블렌딩된 폴리프로필렌 중합체를 사용하여 친수형 복합장섬유 방사형부직포를 기초 중량 15g/㎡로 하여 제조하였다. 이때, 시스 내 마스터배치의 함량은 2.0중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량은 1.0중량%로 하였다. 폴리프로필렌 칩은 익스트루더로 이송되기 전에 마스터배치 칩이 일정함유량씩 포함될 수 있는 믹싱 시스템으로 혼합한 후, 익스트루더에서 용융시키고, 균일한 혼련을 시키고, 스핀 펌프에서 일정한 양으로 스핀 빔에 공급하고, 스핀 빔 하부 분배판을 통하여 복합장섬유의 외피를 형성하도록 노즐 홀로 공급 방사하였다. 코아 부분을 형성하는 폴리프로필렌은 익스트루더에서 용융시키고, 스핀 펌프와 스핀 빔 및 분배판으로 유도되어 노즐 홀을 통하여 복합장섬유의 코아 부분이 되도록 방사한다. 친수형 복합장섬유로 방사된 필라멘트는 대략 20∼16℃의 온도를 갖는 공기 흐름에 의해 냉각 및 고화 시키고, 상부의 공기 흐름과 웹이 집적되는 다공질 벨트의 흡입 공기에 의해서 연신 및 이동되고, 부직포 웹이 적층하여 부직포를 형성한다. 이때 얻어지는 복합장섬유의 섬도는 약 2 데니아의 굵기를 갖는다. 형성된 웹은 열 엠보싱롤에 의해 열융착 결합됨으로서 형태안정성과 역학적 특성을 갖는 복합 장섬유 부직포 시트가 된다.
이렇게 하여 얻어진 친수형 복합장섬유 부직포의 제조과정 중 방사성과 부직포의 중량, 강도, 신도, 흡수도 및 내구흡수도를 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예
2
시스 내 마스터배치의 함량을 5.0중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 2.5중량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예
3
시스 내 마스터배치의 함량을 10.0중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 5.0중량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예
4
코어와 시스를 구성하는 중합체의 비율을 70:30으로 하고, 시스 내 마스터배치의 함량을 8.3중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 2.5중량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예
5
코어와 시스를 구성하는 중합체의 비율을 30:70으로 하고, 시스 내 마스터배치의 함량을 3.6중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 2.5중량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예
1
시스 내 마스터배치의 함량을 1.0중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 0.5중 량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예
2
시스 내 마스터배치의 함량을 15.0중량%, 섬유 내 마스터배치의 함량을 7.5중량%로 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[표 1]
구분 |
중합체비율(%) |
시스 내 마스터배치 함량(%) |
섬유내 마스터배치 함량(%) |
방사성 |
중량 |
강도 (kg/5cm) |
신도 (%) |
내구 흡수도 (s) |
흡수도 (s) |
코아 |
시스 |
(중량%) |
g/m2 |
MD |
CD |
MD |
CD |
실시예1 |
50 |
50 |
2.0 |
1.0 |
양호 |
15 |
3.4 |
1.8 |
55 |
72 |
양호 |
양호 |
실시예2 |
50 |
50 |
5.0 |
2.5 |
양호 |
15 |
3.3 |
1.7 |
57 |
76 |
우수 |
우수 |
실시예3 |
50 |
50 |
10 |
5.0 |
양호 |
15 |
3.3 |
1.7 |
58 |
75 |
우수 |
우수 |
실시예4 |
70 |
30 |
8.3 |
2.5 |
양호 |
15 |
3.1 |
1.6 |
57 |
78 |
우수 |
우수 |
실시예5 |
30 |
70 |
3.6 |
2.5 |
양호 |
15 |
3.2 |
1.7 |
55 |
70 |
우수 |
우수 |
비교예1 |
50 |
50 |
1.0 |
0.5 |
양호 |
15 |
3.2 |
1.7 |
54 |
71 |
불량 |
불량 |
비교예2 |
50 |
50 |
15 |
7.5 |
불량 |
N/A |
N/A |
N/A |
N/A |
N/A |
N/A |
N/A |
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5에 의하여 제조된 복합장섬유 부직포는 본 발명에서 벗어나는 비교예에 따라 제조된 부직포들과는 달리 위생재 등에 사용되기 위한 물성을 모두 만족시키면서 우수한 내구친수성을 보유하는 특성을 지님을 알 수 있다.