KR101045681B1 - 복합 방사 고흡수성 멜트블라운 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (S1) 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 폴리프로필렌계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리부틸테레프탈레이트계 엘라스토머로 이루어진 군으로 부터 선택된 단독 또는 둘 이상의 엘라스토머를 제1성분으로 하여 상기 제1성분에 술폰계 친수제를 0.5 ~ 2 중량%를 혼합하고, 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 상기 제1성분 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머를 제2성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 또는 사이드바이사이드의 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계;와 (S2) 상기 멜트블라운된 복합방사섬유를 경화시키는 단계: 및 (S3) 상기 냉각고화된 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

Description

복합 방사 고흡수성 멜트블라운 부직포의 제조방법{Manufacturing method of high absorptive nonwoven fabric using bicomponent spinning of melt-blown}

본 발명은 부직포 제조방법에 관한 것으로, 더 상세히는 동종(同種)이나 이종(異種)의 엘라스토머에 술폰계 친수성 고분자를 블렌딩하여 각각의 압출기에 공급하여 시스코어(sheath-core)형 또는 사이드 바이 사이드형(side by side) 복합섬유로 멜트블라운시켜 고흡수성 부직포로 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 우수한 방사성을 유지하면서 술폰계 친수성 수지와의 상용성 문제를 해결하여 흡수성 및 강도가 우수한 부직포를 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 생산된 부직포는 섬유 직경 0.2∼10㎛, 기본 중량이5 ~ 200g/m² 로서 고유량 멤브레인 및 산업용 소재로서 적용될 수 있다.

일반적으로 고흡수성 성질을 갖는 섬유 제품의 경우 방사되어진 섬유나 웹에 스프레이, 함침 등에 의해 흡수성을 부여하였으며, 주로 일회용 제품에 적용이 되었다. 멜트블라운 부직포의 경우 1종의 폴리프로필렌 수지를 사용하여 용융 후 다수의 오리피스를 통해 1열로 배치되어진 노즐 구멍에 공급하고, 그 노즐 구멍에서 연속적으로 용융 중합체 방사 시, 그 노즐 구멍의 양측에 위치한 슬릿(slit)으로부터 고온·고압의 공기를 고속으로 분사시 친수성 유제를 처리 한 후, 이동되어지는 컨베이어 벨트 위에 적층하여 제조되어지며, 이때 섬유 직경은 3∼10㎛로 제조되어진다.

한편, 한국 특10-0668021(처리된 섬유의 형성 방법 및 장치, 킴벌리 클라크 월드와이드)에는 용융 중합체를 중합체 유동물을 형성하고 분배하도록 개조된 섬유방사장치로 운반하여, 하나 이상의 액상 처리제를 섬유 방사 장치 내에서 하나 이상의 용융 중합체 유동물의 표면에 적용하였으며, 하나 이상의 섬유 방사 장치를 설계하여 선택된 섬유를 처리하거나 또는 다수의 처리제를 적용하여 선택적으로 처리된 섬유 영역을 가지는 부직 웹을 생성할 수 있게끔 개시되었으며, 이것을 유아용품(예를들어 기저귀, 물티슈), 여성위생용품(예를들어 생리대) 등의 재료로서 사용하는 것이 제안되어 있다.

또한, 한국 특10-0579438(복합방사 다층구조 스판본드 부직포, 도레이 새한)은 복합방사 다층구조 스판본드 부직포에 관한 것으로, 적어도 1층 이상으로 외부층을 형성하는 스판본드 부직포층과 적어도 1층 이상으로 구성되며 내부층을 형성하는 멜트블라운 부직포층으로 구성되는 다층구조 스판본드 부직포로서, 스판본드 부직포는 40 ∼ 90중량%의 폴리프로필렌수지가 내부층을 형성하고 60 ∼ 10중량%의 폴리에틸렌수지가 외부층을 형성하는 시스코어(sheath-core)형 필라멘트로 구성되고 멜트블라운 부직포는 폴리프로필렌수지 만으로 구성되어지되 멜트블라운 부직포의 중량을 0.3 ∼ 2g/m2으로 하고, 전체 중량을 8 ∼ 25g/m² 으로 함으로써 멜트블라운의 조직의 치밀도를 일정 조건으로 한정하여 합성수지 차단에 효과적일 뿐만 아니라 소프트한 촉감을 나타내도록 하는 효과를 얻는 것을 개시되어, 위생용품 등에 사용하는 것을 제안했다.

현재, 흡수성이 우수한 부직포의 경우 초기 흡수 속도 증가, 우수한 통기성에 의해 위생용 품(예를 들어 기저귀, 물티슈, 생리대 등), 의료용(예를들어 일회용 밴드, 상처치료용 밴드 등) 부분에 적용이 되어지고 있다.

그러나, 이러한 흡수성 부직포는 우수한 초기 흡수 속도 증가, 통기성 등을 구비하고 있지만, 일반적으로 섬유나 부직포 웹의 표면에 스프레이, 함침 등에 이해 처리되어지기 때문에 일회성 제품에 사용되어지며, 또한, 고온열에 의해 성능이 저하는 되는 문제가 있으며, 일부 제품의 경우 제품 표면에서 황변이나, 점착 성질을 가지고 있어 연속 사용에 따른 내구성이나 변색 등의 문제가 있다.

또한, 기존에는 고흡수성 부직포의 경우 스펀본드 부직포에 적용이 많이 되었으며, 복합 단면을 갖는 멜트블라운 부직포의 경우 저분자량을 갖는 1종의 고분자(예를 들어 폴리프로필렌)를 사용하여 일회용 제품에 제한적으로 적용이 되었다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 우수한 방사성을 유지하면서도 동종 또는 이종의 열가소성 고분자와 술폰계 친수제 등과의 상용성 문제를 해결하여 흡수성이 우수하면서 강도 및 내구성이 개선되는 복합방사 흡수성 멜트블라운 부직포를 제조하는 방법을 제안하는데 있다.

본 발명자들은 상기의 점을 오랜 기간동안 연구한 끝에, 시스코어형 및 사이드 바이 사이드 복합 방사 섬유용 수지 조성물에 있어서 코아 성분 또는 제1사이드성분을 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리부틸테레프탈레이트 수지로하고 여기에 술폰계 친수제를 적절히 혼합하여 생산되는 부직포에 안정적인 친수성을 부여할 수 있으며, 아울러, 제1성분에 술폰계 친수제를 적절히 혼합하면 우수한 방사성을 유지하면서도 상용성 문제를 해결할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

즉 본 발명은 (S1) 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 폴리프로필렌계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리부틸테레프탈레이트계 엘라스토머로 이루어진 군으로 부터 선택된 단독 또는 둘 이상의 엘라스토머를 제1성분으로 하여 상기 제1성분에 술폰계 친수제를 0.5 ~ 2 중량%를 혼합하고, 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 상기 제1성분 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머를 제2성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 또는 사이드바이사이드의 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계;와 (S2) 상기 멜트블라운된 복합방사섬유를 경화시키는 단계: 및 (S3) 상기 냉각고화된 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 방법은 폴리프로필렌계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리부틸테레프탈레이트계 엘라스토머로 이루어진 군으로 부터 선택된 단독 또는 둘 이상의 엘라스토머를 제1성분으로 하여 여기에다가 술폰계 친수제를 0.5 ~ 2 중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다. 또한 제2성분으로는 상기 제1성분에서 사용하였던 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머를 사용하여 상기 제1성분 및 제2성분을 시스-코아(Sheath-core)형태 또는 사이드바이사이드(Side by side)형태로 복합방사하면서 멜트블라운(Melt blown)시키고, 웹(Web) 형성전에 방사구금을 통과한 멜트블라운 복합방사섬유를 냉각공기로 경화시켜 방사된 엘라스토머의 흡수성을 얻을 수 있도록 한 점을 아울러 특징으로 한다.

이에 의해 종래의 흡수성 부직포의 문제, 즉 섬유나 부직포 웹의 표면에 스프레이, 함침 등에 이해 처리되어져서 일회성 제품에 한정 사용될 수 밖에 없었던 제한이나, 고열에 의해 성능이 저하는 되는 문제, 제품 표면에서 생기는 황변이나, 점착 성질로 인해 연속 사용에 따른 내구성이나 변색 등의 문제를 해소할 수가 있다.

이상 설명한 본 발명에 의하면 방사성이 우수하면서 고흡수성 및 강도를 가지는 우수한 부직포를 제조할 수 있으며 제조된 부직포는 의료용, 생활용품뿐 아니라, 고유량 멤브레인 및 배터리 세퍼레이터와 같은 산업용 소재로서 제품 전개가 가능하다.

도 1은 본 발명 방법을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명 방법을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.

2성분 고분자(엘라스토머)의 준비 및 복합방사

본 발명은 멜트블라운 복합방사에 의해 섬유상 웹으로 제조될 수 있는 동종 또는 이종의 2성분 고분자를 이용한다. 즉 본 발명의 첫번째 단계는 19 ~ 80 중량%의 섬유형성능이 있는 멜트블라운 가능한 폴리프로필렌계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리부틸테레프탈레이트계 엘라스토머로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 둘 이상의 엘라스토머를 제1성분(시스 또는 코아성분, 제1사이드성분)으로 하여 상기 제1성분에 술폰계 친수제를 0.5 ~ 2 중량%를 혼합하고, 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 상기 제1성분 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머를 제2성분(코아 또는 시스성분, 제2사이드성분)으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 또는 사이드바이사이드의 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, 제1성분, 제2성분)를 미터링 펌프에 의해 이들 중합체를 각각 분배한 후 노즐의 분배판으로부터 토출된 엘라스토머(3)를 고온 고압의 공기로 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, 멜트블라운되어 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.

또한, 본 발명의 복합섬유에서 복합 노즐 및 폴리머 구성비의 경우 흡수성 성분 이외 부분의 폴리머 구성 성분이 증가할수록 강도가 증가되며, 시스 코어형의 경우 시스 부분내에 흡수성 성질 부여에 의해 흡수성이 증가 된다.

또한 제1성분에 술폰계 친수제는 전체중량을 기준으로 0.5 ~ 2 중량%가 혼합되는데, 친수제가 0.5 중량% 이하일 경우에는 흡수성이 떨어지며, 반대로 2 중량%를 초과하게되면 제1성분과의 상용성이 문제될 수 있다.

한편, 멜트블라운 복합방사는 방사조건의 조정에 따라 1인치당 25홀, 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.

본 발명에서 코아성분(제1사이드성분)과 시스성분(제2사이드성분)의 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 낙하하기 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

1성분(시스)으로 폴리프로필렌계 엘라스토머로하고 여기에 술폰계 친수제(CIBA SPEZIALITATENCHEMIE AG 사의 IRGASURF HL 560)를 블렌딩하여 50℃에서 4시간 건조하여 전처리하였다. 2성분으로 폴리프로필렌계 엘라스토머를 사용하여 1성분과 동일한 전처리를 거친 후 용융 온도 250℃, 에어 압력 6.0psi, 에어 온도 250℃, DCD 17cm로 하여 시스코어형 노즐(35holes/inch)을 사용하여 50g/m2중량의 복합 방사 멜트블라운 부직포를 제조하였다.(표 1 참조)

실시예 2

1성분(시스)으로 폴리프로필렌계 엘라스토머로하고 여기에 술폰계 친수제(CIBA SPEZIALITATENCHEMIE AG 사의 IRGASURF HL 560)를 블렌딩하여 50℃에서 4시간 건조하여 전처리하였다. 2성분으로 폴리아마이드 수지를 사용하여 수분율 150ppm 아래로 전처리 한 후 1성분에서는 용융온도를 250℃, 2성분에서는 용융 온도 280℃로 용융 한 후 에어 압력 6.0psi, 에어 온도 280℃, DCD 17cm로 하여 시스코어형 노즐(35holes/inch)을 사용하여 중량 50g/m2의 부직포를 제조하였다.(표 1 참조)

실시예 3

사용된 술폰계 친수제 양을 제외하고는 실시예 2와 동일하였다.(표 1 참조)

비교예 1

실시예 1과 같은 방법으로 100% 폴리프로필렌 수지를 사용하여, 전처리 및 제조 공정의 경우 동일한 조건으로 중량 50g/m2의 부직포를 제조하였다.(표 1 참조)

비교예 2

실시예 1과 같은 방법으로 100% 폴리프로필렌 수지를 사용하였으며, 전처리 및 제조 공정의 경우 동일한 조건이나, 섬유 방사시 친수성 유제를 증류수내에 20% 희석한 용액을 스프레이한 후 건조하여 제조하였다. 이때, 제조되어진 부직포 웹의 중량은 50g/m2이었다.(표 1 참조)

비교예 3

실시예 2와 같은 방법으로 100% 폴리아마이드 수지를 사용하여, 수분율 150ppm 아래로 전처리 한 후, 제조 공정의 경우 동일한 조건으로 중량 50g/m2의 부직포를 제조하였다.(표 1 참조)

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

(표 1)

* MD: Mecanic Direction, CD: Cross Direction

상기 표에서의 각 물성 측정방법은 다음과 같다.

(1) 기초 중량은 ASTM D 3778법으로 측정하였다.

(2) 부직포 강도는 ASTM D 1882에 따라 측정하였다.

(3) 부직포 흡수 속도는 JIS L 1018에 따라 측정하였다.

(4) 부직포 흡수량은 JIS L 1018로 측정하였다.

실시예 1, 2, 3항의 경우 시스층에 술폰계 친수제 함량이 증가 할수록, 코어층에 폴리아미드 수지로 구성 될수록 초기 흡수속도는 빠르며, 흡수량이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는, 기본적으로 술폰계 친수제가 시스층에 많이 함유되어 있으며, 폴리아미드 수지내에 가지고 있는 친수기에 의해 증가하는 것을 볼 수 있다.

실시예 3과 비교예 3을 비교해보면 술폰계 친수제가 소수성 고분자인 폴리프로필렌 수지의 시스층에 첨가 된 것이 폴리아미드 수지 자체 친수기 보다 흡수 성능(흡수 속도 및 흡수량)이 우수 한 것을 볼 수 있다. 이에, 술폰계 친수제의 경우 소수성 수지내에 친수기를 많이 도입하여 발생 한 것으로 추측된다.

Claims (2)

1. (S1) 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 폴리프로필렌계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리부틸테레프탈레이트계 엘라스토머로 이루어진 군으로 부터 선택된 단독 또는 둘 이상의 엘라스토머를 제1성분으로 하여 상기 제1성분에 술폰계 친수제를 0.5 ~ 2 중량%를 혼합하고, 19 ~ 80 중량%의 복합방사 멜트블라운 가능한 상기 제1성분 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머를 제2성분으로 하여 통상의 멜트블라운 복합방사의 방사노즐을 통해 시스-코아 또는 사이드바이사이드의 복합방사섬유로 멜트블라운시키는 단계;
   (S2) 상기 멜트블라운된 복합방사섬유를 경화시키는 단계: 및
   (S3) 냉각고화된 상기 복합방사섬유가 컬렉터에 수집되어 웹으로 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 멜트블라운 복합방사를 이용한 고흡수성 부직포의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복합방사섬유는 시스코어형으로서 상기 제1성분은 시스성분인 것을 특징으로 하는 멜트블라운 복합방사를 이용한 고흡수성 부직포의 제조방법.
   
   
   

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