KR100978931B1 - 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents
고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 흡수 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 90:10 내지 30:70 중량%가 포함된 용융배합물에 광개시제 및 광가교제에서에서 1 이상 선택 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물 및 섬유형성 성분으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 또는 나일론계 범용수지가 포함되어 흡수 성분 및 섬유형성 성분이 80:20 내지 20:80 중량비로 용융복합방사되어 연신된 섬유에 자외선 가공으로 가교결합이 형성되어 강도가 1.5g/de이상이고 흡수율이 1,000 내지 2,500%임을 특징으로 하여 체성분의 흡수가 탁월하고, 상기 흡수된 체성분에 의해 용해되지 않는 내구성이 발현되고 강도가 우수할 뿐만 아니라 제조가 용이하고, 생산성이 높은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
고강도, 고흡수, PEO, PEG, 복합방사, 시스-코어, 자외선가공
Description
본 발명은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 체성분(Body Fluids)의 흡수가 탁월하고, 상기 흡수된 체성분에 의해 용해되지 않는 내구성이 발현되고 강도가 우수할 뿐만 아니라 제조가 용이하고, 생산성이 높은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
합성섬유의 개발은 천연섬유와 유사한 촉감을 지니면서도 인장강도, 마모강도 등의 내구성 또는 기능성이 뛰어난 섬유로의 개발로 진행될 수 있으며, 그 중에서 기저귀, 생리대와 같은 체성분(Body fluids)의 효과적인 처리를 위한 고흡수체는 위생용품뿐만 아니라 의료용 소재로 붕대 및 상처 보호용 밴드 등에 다양하게 사용된다. 또한, 이러한 제품은 재사용이 불가하여 일회용품으로 사용되나, 사용 시에 체성분의 흡수 및 촉감의 발현이 완전하게 이루어져야 하며, 충분한 강도와 처리의 간편함도 제공되어야 한다. 이러한 고흡수체로는 주로 폴리프로필 렌(Polypropylene;PP)이나 폴리에틸렌(Polyethylene;PE) 등의 폴리올레핀(Polyolefin)계 또는 폴리에스테르(Polyester)계의 섬유상 집합체인 부직포 상에 고흡수성 수지를 분산시켜 제조하였다. 그러나 상기의 방식은 제조공법이 복잡하거나 고가의 에어레이드 방식의 부직포 제조장치가 있어야 한다.
상기와 같은 단점을 보완하기 위해 미합중국 특허발명 제4864539호, 제5582786호 및 제6436323호에 있어서, 흡수성을 지니는 섬유 및 이의 제조방법이 제안된 바 있다. 그러나 상기에서 제조된 방식들은 용매와 함께 방사되어 생산성이 떨어지고, 열경화를 위해 별도의 고온 열풍 건조장치를 이용하여 흡수성 섬유가 제조되기 때문에 제조원가가 높아지고, 물성이 낮아지는 문제를 지니게 된다.
이에 대한민국 특허공개 제2002-2368호에 있어서, 엘라스토머 초흡수성 열가소성 소재가 제안되었고, 대한민국 특허발명 제606300호에 있어서, 유화액과 수용성 또는 수분산성 수지로 용융압출되어 이루어지는 초흡수 소재가 제안되었으나, 상기 소재의 흡수능력은 기존의 흡수성 소재에 비해 더 낮거나 개선되지 않아 제품의 성능을 저하시키게 된다.
따라서, 초흡수성 소재로서 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide;PEO)는 열가소성을 지니면서도 초흡수성을 나타내는 특징이 있으나, 열가소성이 부족하여 섬유화에 어려움이 제기되었다. 이에 폴리에틸렌옥사이드의 열가소성을 향상시키는 방안이 미합중국 특허발명 제6110849호 및 제6610793호에서 제안되었다. 그러나, 상기 방안들은 방사속도가 100mpm(meter per minute) 정도로 낮은 생산성을 나타내었다.
그 밖에 대한민국 특허발명 제232283호에 있어서, 심초형 복합섬유 방사구금을 이용하여 흡수성 섬유를 제조하였고, 대한민국 특허발명 제574624호에서도 심초형 복합섬유에 심부분에 폴리올 및 지방족 이소시아네이트의 반응물인 폴리에틸렌옥사이드의 변성물이 사용되어 용융방사되어 제조된 방법이 제안되었으나, 상기 두 방식으로 부직포 제조 시에는 고강도의 물성이 확보되지 못하고, 피흡수체에 의해 용해되지 않는 불용화 공정이 요청된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 폴리에틸렌옥사이드의 열가소성을 개선하여 빠른 속도로 방사될 수 있어 생산성이 확보된 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 니들펀칭 등의 기존의 저렴한 부직포 제조 방법으로 제조가 가능한 고강도의 물성과, 피흡수체에 의해 용해되지 않는 불용성을 지녀 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유에 있어서, 흡수 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 90:10 내지 30:70 중량%가 포함된 용융배합물에 광개시제 및 광가교제에서에서 1 이상 선택 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드계 조성물 및 섬유형성 성분으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 나일론계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 수지가 포함되어 상기 흡수 성분 및 섬유형성 성분이 80:20 내지 20:80 중량비로 용융복합방사되어 연신된 섬유에 자외선 가공으로 가교결합이 형성됨을 특징으로 으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 섬유의 강도가 강도가 1.5g/de이상임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 섬유의 흡수율이 1,000 내지 2,500%임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌옥사이드의 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 400 내지 20,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광개시제로 벤조페논, 티옥산톤, 아세토페톤 및 각각의 유도체로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광가교제로 2관능성인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 3관능성인 트리메틸올 프로판트리아크릴레이트(TMPTA), 4관능성 이상인 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPETA)로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고 흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광개시제 또는 광가교제가 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5.0중량부로 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제가 더 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 열안정제가 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0중량부 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 섬유 성분이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 또는 폴리락틱산임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 용융복합방사가 시스-코어, 편심 시스-코어, 사이드 바이 사이드 구조로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어지되, 시스 부분이 흡수 성분, 코어 부분이 섬유형성 성분임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 가공으로 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 전에 가공이 진행되되, 토우 형태의 섬유를 나란히 배열하고 상기 섬유의 상하부에 바형 가이드를 장착하고, 상기 바형 가이드에 자외선 램프를 장착하여 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 가공으로 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 후 에 가공이 진행되되, 컨베이어 벨트상에 섬유가 절단된 상태로 이송되면서 자외선 챔버를 통과하여 가공되거나, 공기압을 통한 섬유의 이송 경로 중에 램프를 설치하여 자외선 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법에 있어서, 흡수 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 90:10 내지 30:70 중량%가 포함된 용융배합물에 광개시제 및 광가교제 1 이상 선택포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물 및 섬유형성 성분으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 또는 나일론계 범용수지가 포함되는 원료준비단계; 상기 준비된 원료로 흡수 성분 및 섬유형성 성분이 80:20 내지 20:80 중량비로 방사온도 180 내지 350 ℃, 방사속도 300 내지 1,500mpm으로 용융복합방사되는 방사 및 연신단계; 및 상기 방사 및 연신된 섬유에 자외선 가공으로 자외선 광량이 0.1J/㎠ 내지 100J/㎠으로 가교결합을 형성시키는 가공단계가 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 400 내지 20,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 광개시제로 벤조페논, 티옥산 톤, 아세토페톤 및 각각의 유도체로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 광가교제로 2관능성인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 3관능성인 트리메틸올 프로판트리아크릴레이트(TMPTA), 4관능성 이상인 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPETA)로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 광개시제 또는 광가교제가 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5.0중량부로 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제가 더 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료 준비단계에서, 상기 열안정제가 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0중량부 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 원료준비단계에서, 상기 섬유 성분이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 또는 폴리락틱산임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방사 및 연신단계에서, 상기 용융복합방사가 시스-코 어, 편심 시스-코어, 사이드 바이 사이드 구조로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어지되, 시스 부분이 흡수 성분, 코어 부분이 섬유형성 성분임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 가공단계에서, 상기 자외선 가공은 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 전에 가공이 진행되되, 토우 형태의 섬유를 나란히 배열하고 상기 섬유의 상하부에 바형 가이드를 장착하고, 상기 바형 가이드에 자외선 램프를 장착하여 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 가공단계에서, 상기 자외선 가공은 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 후에 가공이 진행되되, 컨베이어 벨트상에 섬유가 절단된 상태로 이송되면서 자외선 챔버를 통과하여 가공되거나, 공기압을 통한 섬유의 이송 경로 중에 램프를 설치하여 자외선 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 수평균분자량 100,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드 및 수평균분자량 20,000g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 70:30 중량%로 용융배합하고, 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 광개시제로 벤조페논 3.3중량부가 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물과 MI 17인 폴리프로필렌 수지로 용융방사 원료를 준비하되, 상기 용융배합에 있어서, 용융배합압출기로 주로 하케(Haake Rheocord 90)를 사용하여, 압출조건이 제1영역 40 내지 60 ℃, 제2영역 100 내지 150 ℃, 제3영역 120 내지 180 ℃, 토출부 영역 150 내지 200 ℃에서 10 내지 100 rpm의 속도로 진행시키고, 상기 준비된 폴리에틸렌옥사이드 조성물을 시스로, 폴리프로필렌 수지를 코어로 시스-코어 용융복합방사기를 통하여 500mpm의 속도로 방사하고, 연신비 2배로 연신을 진행시킨 후, 상기 방사 및 연신 후 얻어진 섬유의 섬도가 10dpf(denier per filament)이고, 상기 섬유를 10mm 길이로 절단하여 컨베이어 벨트 상에 섬유를 분산시켜 2J/㎠의 자외선 광량으로 2KW의 수은 램프가 사용된 자외선가공을 진행시켜 제조됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유를 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 고흡수성이라 함은 그 자신 중량의 10배 이상의 물을 흡수할 수 있는 성질을 의미하며, 고강도라 함은 1.5 g/d 이상의 강도를 의미한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조공정도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 고강도를 지니는 고흡수성 섬유는 원료준비단계 S100, 방사 및 연신단계 S200 및 가공단계 S300으로 진행될 수 있다.
우선, 원료준비단계 S100에 있어서, 본 발명의 용융방사성이 우수한 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene Oxide;PEO) 조성물을 준비하기 위해 우선, 수평균분자량 100,000 내지 1,000,000g/mol이고, 바람직하게는 100,000 내지 300,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드 수지에 용융방사에 충분한 열가소성을 부여하기 위해 수평균분자량이 400 내지 20,000g/mol이고, 바람직하게는 1,000 내지 20,000g/mol인 폴리에틸렌글리콜(Polyethyltene glycol;PEG)을 용융배합할 수 있다. 이 때 폴리에틸렌옥사이드와 폴리에틸렌글리콜은 각각 90:10 내지 30:70 중량%가 되도록 용융배합물을 제조할 수 있다. 그리고 상기의 용융배합물에 광개시제 또는 광가교제가 포함되어 폴리에틸렌옥사이드 조성물이 제조될 수 있다. 또한, 상기 용융방사 조건에 따라 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제가 첨가될 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드 수지의 수평균분자량이 100,000g/mol 미만인 경우, 섬유형성이 어렵고, 강도가 낮아질 우려가 있으며, 1,000,000g/mol을 초과하면, 폴리에틸렌옥사이드의 사슬 엉킴이 많아지면서 용융점도가 급격히 증가하게 되어 열가소성이 저하되기 때문에 방사가 어려워지게 된다. 한편, 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 400g/mol 미만인 경우, 액상이기 때문에 고화가 어려워 방사성이 저하되게 되고, 방사 후 섬유화 이후에도 액상으로 추출될 가능성이 높아 본 발 명의 위생자재용 섬유 소재로 부적합하게 되며, 20,000g/mol을 초과하면, 용융성이 저하되어 방사작업성에 오히려 문제가 될 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌글리콜의 함량이 10중량%미만인 경우, 폴리에틸렌옥사이드의 용융이 어려워 방사 작업성이 어렵게 되고, 70중량%를 초과하면, 방사 후 섬유 제조 시 흡수성이 저하되게 된다.
상기 광개시제는 벤조페논, 티옥산톤, 아세토페톤 및 각각의 유도체로 이루어진 군에서 1 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 광가교제는 2관능성인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 3관능성인 트리메틸올 프로판트리아크릴레이트(TMPTA), 4관능성 이상인 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPETA)로 이루어진 군에서 1 이상 선택될 수 있다.
상기 광개시제 또는 광가교제는 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5.0 중량부로 포함됨이 바람직하다. 상기의 광개시제 또는 광가교제가 0.1중량부를 미만인 경우, 자외선 가공 시 폴리에틸렌옥사이드의 가교형성이 낮아지게 되어 고강도가 발휘되지 않으며, 5.0중량부를 초과하면, 가교도가 너무 커져 표면적이 작아져 오히려 흡수성이 낮아질 우려가 있다.
또한, 상기 열안정제는 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0중량부로 더 첨가됨이 바람직하다. 상기 열안정제가 0.05중량부 미만인 경우, 열안정제의 효과를 발휘하지 못하게 되며, 1.0중량부를 초과하면, 열안정 효과가 더 이상 상승되지 않고, 원료의 낭비를 초래하게 된다.
상기 고흡수성을 발휘하는 폴리에틸렌옥사이드 조성물 외에, 섬유형성성을 증진시키고, 섬유의 충분한 강도의 부여를 위해 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 나일론계로 이루어진 수지에서 선택되어 준비될 수 있다. 구체적으로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리유산(Polylactic acid;PLA), 나일론6, 나일론 66에서 선택됨이 바람직하고, 상대적으로 저온에서 방사가 가능한 폴리프로필렌, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 및 폴리유산에서 선택됨이 더욱 바람직하며, 1.5g/d 이상의 강도를 지니는 용융방사 가능한 모든 수지가 가능하다.
상기 준비된 원료를 가지고 방사 및 연신단계 S200이 진행될 수 있는데, 본 발명의 고강도 및 고흡수성이 최대로 발휘되게 하기 위해 상기 준비된 폴리에틸렌옥사이드 조성물과 수지가 80:20 내지 20:80 중량%로 하여 시스-코어(Sheath-Core), 편심 시스-코어(Eccentric Sheath-Core), 사이드 바이 사이드(Side by Side)구조 등으로 구성시켜 복합방사로 진행될 수 있다. 상기 본 발명의 복합방사에 있어서, 시스 부분에 폴리에틸렌옥사이드 조성물이, 코어 부분에 수지로 이루어짐이 바람직하다.
상기 방사단계에 있어서, 방사온도는 180 내지 350 ℃이고, 방사속도는 300 내지 1,500mpm임이 바람직하며, 200 내지 230 ℃에서 더욱 바람직하다. 상기 방사온도가 180 ℃미만이면, 용융이 원활치 않아 방사 작업성이 저하될 수 있으며, 250 ℃를 초과하면, 폴리에틸렌옥사이드의 열분해가 발생할 우려가 있다.
상기 원료가 방사되어 제조된 섬유는 연신 및 열처리 공정을 통해 세섬화 되 어지고, 상기 연신비는 섬도와 방사속도에 의해 결정된다.
상기 방사 및 연신단계를 거쳐 제조된 섬유에 가공단계 S300가 진행되는데, 자외선(Ultra Violet;UV) 가공을 통해 섬유 표면에 불용화가 진행되어 흡수가 잘되면서도 피흡수체에 의해 용해되지 않는 고강도를 지니는 섬유가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자외선 가공의 가교형성 기구이다. 도 2를 참조하면, 광개시제 1에 자외선 가공 2가 행해지면 광개시제 활성라디칼 3이 형성되고, 상기 광개시제 활성라디칼이 폴리에틸렌옥사이드 주쇄 4와 반응하여 상기 폴리에틸렌옥사이드의 수소와 광개시제가 결합된 생성물 5 및 수소가 탈락된 폴리에틸렌옥사이드 라디칼 6이 생성된다. 상기 생성된 폴리에틸렌옥사이드 라디칼이 서로 공유결합하여 가교가 일어나 3차원 망상구조를 가진 폴리에틸렌옥사이드 겔 7이 형성된다. 상기 겔의 형성으로 인해 섬유 표면의 불용화와 고강도 특성이 발휘될 수 있다.이 때, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 주쇄상의 수소보다 탈락이 쉬운 수소를 가진 가교제가 조성물 중에 포함되어 있으면 더욱 빠른 자외선 가공 과정이 진행될 수 있다.
상기 자외선 가공에 있어서, 상기 광개시제 1은 높은 가교율을 나타내는 벤조페논이 바람직하며, 이는 사용되는 자외선 램프의 파장, 광량 등의 가공 조건에 의해 변화될 수 있으므로 가공 조건에 따라 다양한 광개시제가 사용될 수 있다.
또한, 상기 자외선 가공 2는 방사 및 연신된 섬유의 절단(Cutting)공정 전후에 모두 가능하며, 절단공정 전에 가공 시에는, 토우 형태의 섬유를 나란히 배열하고 상기 섬유의 상하부에 바형 가이드를 장착하고, 상기 바형 가이드에 자외선 램 프를 장착하여 가공하며, 절단공정 후에 가공 시에는 컨베이어 벨트상에 섬유가 절단된 상태로 이송되면서 자외선 챔버를 통과하여 자외선 가공이 가능하다. 그 밖에 컨베이어 밸트가 아닌 공기압을 통한 섬유의 이송 경로 중에 램프를 설치하여 자외선 가공을 진행시키기도 한다.
상기 자외선 가공 시에 주어지는 자외선 광량은 0.1J/㎠ 내지 100J/㎠일 때 바람직하며, 1 내지 10J/㎠일 때 더욱 바람직하다. 상기 광량이 0.1J/㎠미만인 경우, 충분한 가교가 이루어 지지 않아 수용성 성분이 증가하여 강도가 낮아질 우려가 있으며, 100J/㎠를 초과하면, 가교밀도가 너무 높아져 흡수성이 저하될 우려가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 고강도를 지니는 고흡수성 섬유는 폴리에틸렌옥사이드에 저분자량의 폴리에틸렌글리콜을 첨가하여 용융성을 높인 조성물을 원료로 사용하여 빠른 속도로 방사되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폴리에틸렌옥사이드 조성물 및 수지의 복합방사를 통해 흡수성과 동시에 강도가 탁월하게 발현되는 효과가 있다.
또한, 복합방사된 섬유에 자외선 가공을 통해 분자간 가교결합이 형성되어 니들펀칭이 가능한 고강도의 물성과, 피흡수체에 의해 용해되지 않는 불용성을 지녀 내구성이 우수한 섬유가 제공되는 효과가 있다.
하기의 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1
수평균분자량 100,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드 및 수평균분자량 20,000g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 70:30 중량%로 용융배합하고, 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 광개시제로 벤조페논 3.3중량부가 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물과 MI 17인 폴리프로필렌 수지로 용융방사 원료를 준비하였다. 상기 용융배합에 있어서, 용융배합압출기로 주로 하케(Haake Rheocord 90)를 사용하였으며, 압출조건은 제1영역 40 내지 60 ℃, 제2영역 100 내지 150 ℃, 제3영역 120 내지 180 ℃, 토출부 영역 150 내지 200 ℃에서 10 내지 100 rpm의 속도로 진행시켰다. 상기 준비된 폴리에틸렌옥사이드 조성물을 시스로, 폴리프로필렌 수지를 코어로 시스-코어 용융복합방사기를 통하여 500mpm의 속도로 방사하고, 연신비 2배로 연신을 진행시켰다. 상기 방사 및 연신 후 얻어진 섬유의 섬도는 10dpf(denier per filament)였으며, 상기 섬유를 10mm 길이로 절단하여 컨베이어 벨트상에 섬유를 분산시켜 2J/㎠의 자외선 광량으로 자외선가공을 진행시켰다. 상기 사용된 자외선 램프는 2KW의 수은 램프를 사용하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하되, 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제로 Irganox 1010(Ciba-Geigy)를 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으 로 0.1 중량부 첨가하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하되, 상기 연신비를 4배로 방사하였으며, 섬도가 5.0dpf였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하되, 상기 자외선 광량이 4J/㎠가 되도록 하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일하되, 상기 시스부 원료의 용융배합 시에 수평균분자량 300,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드와 수평균분자량 1,000g/mol인 폴리에틸렌글리콜이 50:50 중량%가 되도록 하여 용융배합하여 사용하였다.
실시예 6
실시예 5와 동일하되, 상기 용융배합물에 상기 광개시제로 벤조페논을 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 1.0중량부 포함시켰다.
비교예 1
수평균분자량 100,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드 및 Tergitol NP-13(Dow chem.)를 90:10 중량%로 혼합하여 상기 혼합물 100중량부를 기준으로 열안정제인 Irganox 1010(Ciba-Geigy)를 0.1중량부로 첨가하여 단독으로 100mpm의 속도로 용융방사하고, 실시예1과 같은 방법으로 자외선 가공을 하여 섬유를 제조하였다.
* 시험방법
1. 원사의 강도, 신도의 측정
원사의 섬도는 1회 회전시 1m인 타래를 90m 감아서 무게를 측정하고 9,000m로 환산하여 구하였다. 섬유의 강도측정은 인스트론(Textechno사)을 사용하여 50cm/m의 속도, 50cm의 파지거리를 적용하여 측정하였다.
2. 흡수율의 측정-ASTM D570
0.5g의 섬유 시료를 메쉬에 담아 생리식염수(NaCl 0.9% 수용액)에 2시간 침지 후, 부직포에 올려 놓아 맺혀있는 수분을 제거한다. 메쉬의 무게를 뺀 나머지 시료 무게를 구하여 아래 식에 의하여 흡수율을 측정하였다.
A = (Wa-Wo)/Wo ㅧ 100
A: 흡수율,
Wo: 흡수전 초기 섬유 중량(0.5g), Wa: 침지 후의 섬유 중량
| 구분 | 단위 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 비교예 1 |
| PEO 분자량 |
g/mol | 100,000 | 300,000 | 100,000 | ||||
| PEG 분자량 | g/mol | 20,000 | 1,000 | 별도 가소제 |
||||
| 열안정제 함량 |
중량부 | - | 0.1 | - | - | - | - | 0.1 |
| 방사속도 | mpm | 500 | 100 | |||||
| 연신비 | - | 2 | 2 | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 광개시제 함량 | 중량부 | 3.3 | 1.0 | 3.3 | ||||
| 자외선 광량 |
J/㎠ | 2 | 4 | 2 | 2 | 2 | ||
| 섬도 | de | 10 | 10 | 5 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 강도 | g/de | 2.3 | 2.5 | 2.3 | 2.3 | 2.0 | 2.3 | 1.0 |
| 흡수율 | % | 1,200 | 1,500 | 1,200 | 1,000 | 2,000 | 2,200 | 2,000 |
상기 표 1 에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 고흡수성 섬유는 높은 흡수율 및 강도를 나타내었으며, 속도도 빠르게 제조되어 생산성이 향상되었음을 확인하였다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조공정도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자외선 가공의 가교형성 기구.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1: 광개시제, 2: 자외선 가공
3: 광개시제 활성라디칼, 4: 폴리에틸렌옥사이드 주쇄
5: 폴리에틸렌옥사이드의 수소와 광개시제가 결합된 생성물
6: 폴리에틸렌옥사이드 라디칼
7: 폴리에틸렌옥사이드 겔
Claims (23)
- 고강도를 지니는 고흡수성 섬유에 있어서,흡수 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 90:10 내지 30:70 중량%가 포함된 용융배합물에 광개시제 및 광가교제에서에서 1 이상 선택 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드계 조성물 및섬유형성 성분으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 나일론계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 수지가 포함되어상기 흡수 성분 및 섬유형성 성분이 80:20 내지 20:80 중량비로 용융복합방사되어 연신된 섬유에 자외선 가공으로 가교결합이 형성됨을 특징으로 으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 섬유의 강도가 강도가 1.5g/de이상임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 섬유의 흡수율이 1,000 내지 2,500%임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 폴리에틸렌옥사이드의 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 400 내지 20,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 광개시제로 벤조페논, 티옥산톤, 아세토페톤 및 각각의 유도체로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 광가교제로 2관능성인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 3관능성인 트리메틸올 프로판트리아크릴레이트(TMPTA), 4관능성 이상인 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPETA)로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 광개시제 또는 광가교제가 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5.0중량부로 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제가 더 첨가되되, 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0중량부 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 섬유 성분이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 또는 폴리락틱산임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 제1항에 있어서,상기 용융복합방사가 시스-코어, 편심 시스-코어, 사이드 바이 사이드 구조로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어지되, 시스 부분이 흡수 성분, 코어 부분이 섬유형성 성분임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
- 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법에 있어서,흡수 성분으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜이 90:10 내지 30:70 중량%가 포함된 용융배합물에 광개시제 및 광가교제 1 이상 선택포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물 및 섬유형성 성분으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 나일론계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 1이상 선택된 범용수지가 포함되는 원료준비단계;상기 준비된 원료로 흡수 성분 및 섬유형성 성분이 80:20 내지 20:80 중량비로 방사온도 180 내지 350 ℃, 방사속도 300 내지 1,500mpm으로 용융복합방사되는 방사 및 연신단계; 및상기 방사 및 연신된 섬유에 자외선 가공으로 자외선 광량이 0.1J/㎠ 내지 100J/㎠으로 가교결합을 형성시키는 가공단계가 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 400 내지 20,000g/mol임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 광개시제로 벤조페논, 티옥산톤, 아세토페톤 및 각각의 유도체로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 광가교제로 2관능성인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 3관능성인 트리메틸올 프로판트리아크릴레이트(TMPTA), 4관능성 이상인 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA) 및 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPETA)로 이루어진 군에서 1 이상 선택됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 광개시제 또는 광가교제가 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5.0중량부로 포함됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물에 열안정제가 더 첨가되되, 상기 열안정제가 상기 폴리에틸렌옥사이드 조성물 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0중량부 첨가됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 원료준비단계에서, 상기 섬유 성분이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 또는 폴리락틱산임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 방사 및 연신단계에서, 상기 용융복합방사가 시스-코어, 편심 시스-코어, 사이드 바이 사이드 구조로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어지되, 시스 부분이 흡수 성분, 코어 부분이 섬유형성 성분임을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 가공단계에서, 상기 자외선 가공은 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 전에 가공이 진행되되, 토우 형태의 섬유를 나란히 배열하고 상기 섬유의 상하부에 바형 가이드를 장착하고, 상기 바형 가이드에 자외선 램프를 장착하여 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 가공단계에서, 상기 자외선 가공은 방사 및 연신된 섬유의 절단공정 후에 가공이 진행되되, 컨베이어 벨트상에 섬유가 절단된 상태로 이송되면서 자외선 챔버를 통과하여 가공되거나, 공기압을 통한 섬유의 이송 경로 중에 램프를 설치하여 자외선 가공됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유의 제조방법.
- 수평균분자량 100,000g/mol인 폴리에틸렌옥사이드 및 수평균분자량 20,000g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 70:30 중량%로 용융배합하고, 상기 용융배합물 100중량부를 기준으로 광개시제로 벤조페논 3.3중량부가 포함되어 조성된 폴리에틸렌옥사이드 조성물과 MI 17인 폴리프로필렌 수지로 용융방사 원료를 준비하되, 상기 용융배합에 있어서, 용융배합압출기를 사용하여, 압출조건이 제1영역 40 내지 60 ℃, 제2영역 100 내지 150 ℃, 제3영역 120 내지 180 ℃, 토출부 영역 150 내지 200 ℃에서 10 내지 100 rpm의 속도로 진행시키고, 상기 준비된 폴리에틸렌옥사이드 조성물을 시스로, 폴리프로필렌 수지를 코어로 시스-코어 용융복합방사기를 통하여 500mpm의 속도로 방사하고, 연신비 2배로 연신을 진행시킨 후, 상기 방사 및 연신 후 얻어진 섬유의 섬도가 10dpf(denier per filament)이고, 상기 섬유를 10mm 길이로 절단하여 컨베이어 벨트 상에 섬유를 분산시켜 2J/㎠의 자외선 광량으로 2KW의 수은 램프가 사용된 자외선가공을 진행시켜 제조됨을 특징으로 하는 고강도를 지니는 고흡수성 섬유.
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| KR1020080014647A KR100978931B1 (ko) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법 |
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| KR1020080014647A KR100978931B1 (ko) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | 고강도를 지니는 고흡수성 섬유 및 이의 제조방법 |
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| KR (1) | KR100978931B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101234043B1 (ko) | 2010-09-15 | 2013-02-22 | 웅진케미칼 주식회사 | 자외선 경화형 투습발수 기능을 갖는 코팅직물 및 이의 제조방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4622263A (en) | 1984-05-15 | 1986-11-11 | Toray Industries, Inc. | Water absorbing webs |
| JPH07278948A (ja) * | 1984-07-17 | 1995-10-24 | Fresenius Ag | 非対称微孔性中空繊維 |
| KR100224474B1 (ko) | 1997-11-04 | 1999-10-15 | 김충섭 | 고흡수성 및 고강도 폴리비닐알콜 섬유의 제조방법 |
| KR100634955B1 (ko) | 1998-09-30 | 2006-10-17 | 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. | 탄성 부직 웹 및 필름 |
-
2008
- 2008-02-18 KR KR1020080014647A patent/KR100978931B1/ko active IP Right Grant
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| KR20090089220A (ko) | 2009-08-21 |
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