KR100821314B1 - 멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조방법은 20 ~ 80 중량%의 섬유형성능이 있는 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머를 코아성분으로하고, 80 ~ 20 중량%의 섬유형성능이 있는 올레핀계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머 및 스틸렌계 엘라스토머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 엘라스토머를 시스성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계와 상기 멜트블라운된 복합방사섬유가 컬렉터에 도달하기 전에 상기 복합방사섬유를 5∼25℃ 온도의 공기로 경화시키는 단계: 상기 냉각고화된 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 한다. 이에 의하면 우수한 신축성, 강도 및 점성 성질이 완화된 부직포를 제조할 수 있다.

멜트블라운, 복합방사, 부직포

Description

멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조 방법{Manufacturing method of elastic nonwoven fabric using bicomponent spinning of melt-blown}

도 1은 본 발명 방법의 플로우 챠트이고,

도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.

본 발명은 부직포 제조방법에 관한 것으로, 더 상세히는 이종(異種)의 엘라스토머를 사용하여 각각의 압출기에 공급하여 시스코어(sheath-core)형 복합섬유로 멜트블라운시켜 신축 부직포로 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 우수한 방사성을 유지하면서 강도 및 신축성이 우수하고 소프트한 촉감을 나타내는 부직포를 제조할 수 있다.

일반적으로 탄성섬유(엘라스토머) 멜트블로운 부직포는 1종의 엘라스토머를 사용하여 용융후 다수의 오리피스를 통해 1열로 배치되어진 노즐 구멍에 공급하고, 그 노즐 구멍에서 연속적으로 용융 중합체를 방사하고, 그 노즐 구멍의 양측에 위치한 슬릿(slit)으로부터 고온·고압의 공기를 고속으로 분사하여, 이동하는 컨베이어 벨트 위에 적층하여 웹으로 형성한다. 이때 섬유 직경은 3∼10㎛로 제조되어 진다.

일본 특개평제6-293117호에는, 이렇게 단일 성분으로 제조된 폴리우레탄 탄성섬유 부직포를 합성 피혁용의 기재로 사용함으로써, 신축성이 뛰어난 합성 피혁이 얻어진다는 내용이 개시되어 있고, 이러한 합성 피혁을 구두,　백, 가구, 인테리어, 카시트, 의복 등의 재료로서 사용하는 것이 제안되어 있다.

또한, 한국 특허 제0129112호에는 부직포 탄성 중합체 웹 및 외상 드레싱 또는 붕대 재료로서 사용 되어지는 내용이이 제안되어 있다.

그런데, 이러한 단일 성분의 엘라스토머로 제조되어진 부직포의 경우 부직포 표면에서의 끈적한 점성성질이 있어, 합성 피혁 및 의료용으로의 제품 사용시 점성 성질 제거를 위한 특수 가공이 행해지고 있다. 현재, 단일 성분의 엘라스토머로 제조되어진 부직포는 우수한 신축성, 유연성 및 통기성을 가지고 있어서, 반도체용 1회용 장갑, 상처용 밴드, 기저귀의 사이드 밴드, 마스크 귀걸이 등 의료 및 산업용 등에 신축성이 요구되어지는 부분에 적용이 되고 있다.

그러나, 단일성분에 의한 탄성섬유 부직포는, 기술한 바와 같이, 우수한 신축성, 통기성 등을 구비하고는 있지만, 일반적으로 폴리우레탄계 웹은 점성 성질이 있기 때문에 착용시 피부나 의류에 달라 붙어 착용하기 힘든 문제와 합성피혁과 같이 기계적 성질을 원하는 부분에서는 인장 강도가 낮기 때문에 고물성이 요구 되어지는 제품에 적용하는데는 한계가 있다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 뛰어난 신축 성능을 구비함과 동시에 높은 인장 강도 및 점성이 감소된 복합방사 탄성 섬유 멜트블로운 부직포를 제조하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조방법은 20 ~ 80 중량%의 섬유형성능이 있는 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머를 코아성분으로하고, 80 ~ 20 중량%의 섬유형성능이 있는 올레핀계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머 및 스틸렌계 엘라스토머로 이루저닌 군으로부터 선택된 1종의 엘라스토머를 시스성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계;와 상기 멜트블라운된 복합방사섬유가 컬렉터에 도달하기 전에 상기 복합방사섬유를 5∼25℃의 낮은 온도의 공기로 상기 멜트블라운 된 복합방사섬유를 경화시키는 단계: 상기 냉각고화된 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

또한 상기 부직포는 기본 중량이 5 ~ 200g/m² 인것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 신축성이 우수한 폴리우레탄계 엘라스토머를 코아성분으로 포함하여 제조되는 부직포의 신축성을 유지하면서도 시스성분으로는 이종의 엘라스토머를 도입하여 제조되어지는 부직포의 끈적임을 해소한 것을 특징으로 한다.. 또한 2성분의 고분자를 시스-코아(Sheath-core)형태로 복합방사하면서 멜트블라운(Melt blown)시키고, 웹(Web) 형성전에 방사구금을 통과한 멜트블라운 복합방사 섬유를 냉각공기로 경화시켜 방사된 엘라스토머의 점성 및 강도를 증가시킴과 아울러 섬유상 웹의 형태안정성을 개선시켜 내구성이 오래 지속되는 효과를 얻을 수 있도록 한 점을 아울러 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명 방법의 플로우 챠트이고, 도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.

2성분 고분자(엘라스토머)의 준비 및 복합방사

본 발명은 멜트블라운 복합방사에 의해 섬유상 웹으로 제조될 수 있는 2성분 고분자를 이용한다. 즉 본 발명의 첫번째 단계는 20 ~ 80 중량%의 섬유형성능이 있는 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머(1A)를 코아(Core)성분으로하고, 80 ~ 20 중량%의 섬유형성능이 있는 올레핀계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머 및 스틸렌계 엘라스토머로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 엘라스토머(1B)를 시스(Sheath) 성분으로하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계이다.(S1)

본 발명의 방법은 도2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 통상의 멜트블라운 설비에 방사노즐과 컬렉터(Collector)(4) 사이에 냉각설비(2)를 부착시킨 설비를 사용한다. 즉, 서로 다른 2종의 폴리머를 사용할 수 있게끔 2개의 압출기를 통해 용융 압축된 용융 중합체(엘라스토머, 1A, 1B)를 미터링 펌프에 의해 이들 중합체를 각각 분배한 후 노즐의 분배판으로부터 토출된 엘라스토머(3)를 고온 고압의 공 기로 용융 중합체를 연신, 극세화 한 후 냉각하면서 컬렉터(4)가 설치된 컨베이어 벨트(conveyor belt)에 극세화된 섬유를 적층후 와인더(9)에 권취하는 설비를 이용한다. 이때, 멜트블로운되어 형성된 부직포는 용융 온도, 토출 에어 온도, 토출 에어 압력, 냉각 에어 온도, 노즐로부터 컨베이어 벨트의 거리(DCD) 등에 의해 영향을 받지만, 가장 영향이 큰 조건은 토출 에어 압력 및 노즐로부터 컨베이어 벨트까지의 거리이다. 즉, 이외 모든 조건이 동일할 경우 토출 에어 압력이 클 경우 섬유 내 결정 영역 증가에 의한 강도 개선이 이루어지고, 또한, 노즐로부터 포밍 벨트, 컬렉터까지의 거리가 길수록 섬유간 결합점 증가와 냉각 시간이 길어짐에 따라 토출된 용융 집합체의 점성 성질을 감소시킬 수가 있다.

본 발명은 노즐로부터 토출된 섬유의 경우 좌우에서 불어주는 냉각 온도에 의해 시스성분의 올레핀계 엘라스토머 및 에스테르계 엘라스토머 등의 연화 온도를 낮추어 충분히 고화하여 강도 및 끈적임을 개선할 수 있다는 점에 착안하여 노즐로부터 토출된 섬유를 낮은 온도, 대략 5∼25℃의 공기로 냉각한 후 적층함으로서 강도가 높고 점성 성질이 없는 탄성 섬유 부직포를 제조하는 것이 특징인 것이다.

한편, 멜트블라운 복합방사는 방사조건의 조정에 따라 1인치당 35홀 및 50홀, 100홀 등의 미세 노즐을 통해 1마이크로 수준의 나노급 미세 섬유의 제조가 가능하다. 이와 같이 하여 생산되는 부직포의 구성 필라멘트의 섬유 직경은 1∼10μm정도가 되어 강도가 우수한 부직포가 된다.

코아 성분으로서 사용되는 엘라스토머는 쇼어 경도 85∼95를 갖는 에스테르계 및 에테르 공중합체 또는 에테르, 에스테르 및 에테르-에스테르 공중합체 등을 사용할 수 있다. 또한 시스 성분으로서는 복합방사 멜트블라운 가능한 올레핀계 엘라스토머, 에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머 및 스틸렌계 엘라스토머 등이 가능하다. 올레핀계 엘라스토머의 경우 용융지수(Melt Index 25∼400)를 갖는 수지를, 에스테르계 엘라스토머의 경우 고유점도(Intrinsic Viscosity, IV) 0.40∼0.64의 하드세그먼트와 소프트 세그먼트로 구성되어진 탄성 공중합체가 예시된다.

이때, 제1성분으로서 코어 부분에는 중량 20∼80중량% 열가소성 폴리우레탄계를 제2성분인 시스 부분에는 80∼20중량% 올레핀계 엘라스토머나 에스테르계 엘라스토머 등으로 구성되게 한다. 코아성분과 시스성분의 비율은 생산하고자 하는 부직포의 용도나 기능 내지 물성에 따라 가변 가능하다.

본 발명의 고분자(엘라스토머)에는 방사 점도의 조절, 및 내구성 향상을 위해 무기 및 유기 첨가제가 첨가될 수 있음은 물론이다. 이러한 첨가제의 종류 및 효과에 대해서는 잘 알려져 있기 때문에 여기서 상술하지 아니한다.

멜트블라운 복합방사섬유의 냉각경화 및 웹형성

본 발명의 방법은 상기 멜트블라운된 복합방사섬유(3)가 컬렉터(4)에 도달하기 전에 냉기류공급장치(2)에 의해 상기 시스성분의 고분자를 낮은 온도의 공기로 상기 멜트블라운된 복합방사섬유(3)를 경화시키는 단계(S2)를 포함한다. 이에 의해 복합방사섬유(3)는 냉각경화되어 형태안정성이 향상된다. 여기서, 저온의 기류가 방사섬유에 접촉되기는 하지만, 멜트블라운 복합방사섬유가 고속으로 하부로 낙하 하기 때문에 여기서의 경화는 완전한 경화는 아니고, 대략 섬유의 10 내지 20% 정도는 용융된 그대로로 경화된 섬유와 함께 하방의 컬렉터에 수집되어 복합섬유 전체는 섬유상 웹으로 진화하게된다(S3). 냉각기류의 온도는 사용하는 고분자의 종류나 토출속도 등에 따라 다르지만 대략 5 ~ 25℃가 된다.

실시예 1

코아성분으로 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머를 시스성분으로 올레핀계 엘라스토머를 사용하여 복합 방사 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 코아성분의 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머는 쇼어 경도 95의 에스테르 및 에테르계 우레탄 공중합체((주) BASF의 Elastoran) 엘라스토머를 건조 온도 85℃, 건조 시간 4시간 후 수분율을 200ppm아래로 한 후 용융 온도 240℃로 용융시켰고, 시스성분의 올레핀계 엘라스토머의 경우 MI 400의 폴리프로필렌 엘라스토머(Exxonmobil Chemical사 Vistamaxx VM 2330)를 용융 온도 250℃로 용융하여 35hole/inch노즐을 사용 아래의 조건으로 복합방사하였다.

토출 에어 압력 4.5psi

토출 에어 온도 250℃

DCD: 17cm

냉각에어온도 10℃

시스성분:코아성분의 비율=20:80

제조된 부직포중량: 40gsm

실시예 2

코아성분은 실시예 1과 동일하나, 시스성분의 경우 IV 0.45를 갖는 에스테르계 엘라스토머를 사용하였고, 수분율은 150ppm아래로 하였으며, 용융 온도 280℃로 용융하여 복합방사하였다. 방사조건은 아래와 같다.

토출 에어 압력 4.8psi

토출 에어 온도 280℃

DCD: 17cm

냉각에어온도 10℃

시스성분:코아성분의 비율=30:70

제조된 부직포중량: 40gsm

비교예 1

열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머 1성분만을 사용하여 실시예 1의 조건으로 중량 40gsm인 멜트블로운 부직포를 제조하다.

비교예 2

올레핀계 엘라스토머 1성분만을 사용하여 실시예 1의 조건으로 중량 40gsm인 멜트블로운 부직포를 제조하다.

비교예 3

에스테르계 엘라스토머 1성분만을 사용하여 실시예 2의 조건으로 중량 40gsm인 멜트블로운 부직포를 제조하다.

이상의 실시예 및 비교예에 의해 제조한 부직포의 물성을 아래 표에 정리하였다.

- MD: Mecanic Direction, CD: Cross Direction

- 올레핀계 : 용융지수(230℃, 2.16Kg) 200.0g/min이고, 밀도가 0.93g/cm³인

폴리프로필렌계 엘라스토머 (Exxonmobil Chemical Vistamaxx VM2330)

- 에스테르계 : 고유점도 0.45이고, 밀도가 1.12g/cm³인 변성 폴리에스테르에테르계

엘라스토머 ((주) Kolon Kopel HM)

- 폴리우레탄계 : 쇼어 A 경도 95, 밀도가 1.13g/cm³인 에스테르-에테르 공중합체 - - 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머((주) BASF Elastoran TPU)

(1) 기초 중량은 ASTM D 3778법으로 측정하였다.

(2) 부직포 강도는 ASTM D 1882에 따라 측정하였다.

(3) 부직포 인열 강도는 ASTM D 2282에 따라 측정하였다.

(4) 50% 신장회복율 ASTM D 1882에 따라 측정하였다.

(5) 마모 강도는 ASTM D1044로 측정하였다.

위의 실시예 1, 2에서와 같이 서로 다른 엘라스토머를 사용하여 복합방사되어진 본 발명에 따른 멜트블로운 부직포의 경우 비교예 1, 2, 3에 비해 50% 신장회복율이 우수한 특성을 얻을 수 있었으며, 특히, 폭 방향(CD)에서의 경우 50% 신장회복율이 우수한 결과를 얻었다. 또한 강도면에서도 본 발명에 따른 실시예가 비교예에 비해 동등이상의 물성을 나타내고 있다.

이상 설명한 본 발명에 의하면 방사성이 우수하면서 강도 및 점성 성질을 감소한 우수한 부직포를 제조할 수 있으며 제조된 부직포는 의료용, 생활용품 및 산업용품으로의 제품 전개가 가능하다.

Claims (3)

1. (S1) 20 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 쇼아 경도 85-95의 에스테르 및 에테르계 우레탄 공중합체를 코아성분으로하고, 80 ~ 20 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 MI 25-400인 폴리프로필렌계 엘라스토머를 시스성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계;

   (S2) 상기 멜트블라운된 복합방사섬유가 컬렉터에 도달하기 전에 복합방사섬유를 5∼25℃의 공기로 경화시키는 단계: 및

   (S3) 상기 냉각고화된 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 부직포의 기본 중량이 5 ~ 200g/m² 인 것을 특징으로 하는 멜트블라운 복합방사를 이용한 신축 부직포의 제조방법.

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