KR101057424B1 - 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법 및 2성분 섬유 - Google Patents

2성분 편심 섬유를 제조하는 방법 및 2성분 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감촉이 부드럽고 잠재 권축이 향상된 스킨/코어 타입의 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 섬유 단면에 대해 스킨부가 35 내지 70%인 스킨/코어 편심 섬유는, 코어 성분으로 폴리에스테르를, 스킨 성분으로 폴리에틸렌을 600 내지 2000 m/min의 방사 속도로 용융 방사함으로써 제조된다. 이와 같이 제조된 섬유는 40 내지 70℃의 온도에서 비율 VVmax ±20%으로 연신된 다음 권축 방식으로 압축된다. 이러한 방식으로 제조된 섬유는 감촉이 매우 부드럽고 추가 잠재 권축을 갖는다. 섬유는 위생 부직물과, 기저귀, 밴드, 삽입물, 면봉 등을 제조하기 위한 모든 종류의 위생 직물 품목과 같은 위생 제품 제조에 특히 적합하다.

Description

2성분 편심 섬유를 제조하는 방법 및 2성분 섬유{METHOD FOR MANUFACTURING AN ECCENTRIC BICOMPONENT FIBRE AND BICOMPONENT FIBRES}
본 발명은, 코어 성분은 폴리에스테르이고 스킨 성분은 폴리에틸렌인 코어/스킨 타입의 2성분 섬유에 관한 것으로, 코어는 편심 배열되어 있고, 섬유는 촉감이 매우 부드럽고, 잠재 권축 (intensive latent crimp)이 강하다.
이들의 균형을 이룬 특성 프로파일 때문에, 폴리에스테르 섬유는 현재 가장 널리 사용되는 합성 섬유 가운데 하나이다. 특히, 최근에는 특정 용도에 대해 특정한 추가 특성을 갖는 폴리에스테르 섬유를 개발하기 위한 여러 가지 노력을 기울였다.
폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 섬유와 비교해서, 폴리에스테르 섬유는 동일한 적정값 (titre)에서 보다 단단한 촉감을 갖는다. 몇몇 용도에서 (예를 들어, 기저귀나 위생 타월과 같은 위생 직물 제품), 이러한 단단한 촉감은 단점으로 보인다. 이는 또한 해당 부직물과 같은 위생 직물 제품에도 적용된다.
이러한 촉감을 향상시키기 위한 많은 시도가 있었다. 예를 들어, 폴리올레핀 2성분 섬유와 이로부터 제조된 부직물은 EP 0 277 707 A2에 기술되어 있다.
여기 기술되어 있는 섬유는, 여러 가지 중에서, 에틸렌과 적어도 하나의 알 파 올레핀의 낮은 선형 밀도 공중합체 혼합물로 이루어진 폴리에스테르 코어 및 스킨과, 탄소 원자가 4개 내지 8개인 1 내지 50 중량%의 결정 폴리프로필렌을 구비한 코어/스킨 섬유일 수 있다.
기술된 코어/스킨 필라멘트의 권축 아크 (crimping arcs) 개수는 유감스러운 점이 많이 있지만, 이러한 섬유로 제조된 많은 부직물 조차 모든 요건을 충족시키지는 못한다.
권축을 향상시키기 위해 DE 1 760 755호에 제안된 방법조차도, (방사 노즐에서 나오는 용융 방사 필라멘트가 한 면에서 더욱 세게 냉각되고, 이러한 비대칭 필라멘트 구조로 인해 추가 권축 아크가 형성됨), 본 발명에 따라 이루어진 이점을 나타내는 섬유를 만들지 못한다.
JP 02 139 415 A2에 따라 얻어진 섬유도, 촉감과 잠재 권축에 부과된 모든 요건을 충족시키지 못한다. 여기 기술된 방법은, 주로 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 성분과, 에틸렌 글리콜, 테레프탈산, 설폰산염기가 있는 이소프탈산과 방향족 이탄산으로부터 제조된 폴리에스테르로 구성된 제 2 성분을, 나란한 필라멘트로 방사하는 것이다.
JP 2 145 811 A호에 기술된, 잠재 권축이 있는 2성분 섬유 제조 방법 또한, 특히 부드러운 촉감과 향상된 잠재 권축을 특징으로 하는 섬유를 만들지 못한다.
마지막으로 EP 0 496 734 B1이 또한 언급되는데, 이는 폴리에스테르, 폴리아미드, 실크 등과 같은 고력 섬유(high duty fibre)를 포함해서, 습식 조건에서 생산되지 않고, 염색할 수 있는 열가소성 2성분 섬유와 열적으로 결합된, 열적으로 결합된 섬유 제품을 기술한다. 2성분 섬유의 나란한 배열 외에, 비대칭 형태의 코어/스킨 배열이 또한 언급된다.
특히, 우수한 권축 특성을 갖는 2성분 섬유와 같은 섬유를 제조하기 위한 모든 범위의 방법이 이미 존재하고는 있지만, 특히 부드러운 촉감과 향상된 잠재 권축을 특징으로 하고, 특히 열적 작용을 포함하고 권축 아크의 개수를 증가시키는 추가 개발 공정으로 제조될 수 있는 2 성분 유형의 섬유를 향상시키려는 요구가 여전히 존재한다. 본 발명의 추가 목적은, 적절한 공정 파라미터를 선택함으로써 대단히 많은 개수의 권축 아크를 얻는 간단한 방법, 즉 사실상 간단하고 적은 에너지 비용으로 작동하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 코어 성분으로 폴리에스테르를, 스킨 성분으로 폴리에틸렌을 600 내지 2,000, 바람직하게는 600 내지 1,400 m/min의 방사 속도로 용융 방사하고, 이렇게 제조된 섬유를 40 내지 70℃의 온도에서 ±20%의 비율 (VVmax)로 연신한 다음, 스터프 권축 (stuff-crimped) 함으로써, 섬유 단면에 대해 35 내지 70%의 스킨 부분을 갖고 있는 코어/스킨 편심 섬유를 제조함으로써, 촉감이 부드럽고 잠재 권축이 향상된 코어/스킨 타입의 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법에 의해 이루어진다.
연신은 50 내지 60℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 2성분 섬유는 극단의 편심을 갖는 코어/스킨 섬유로 제조되는 것이 유리한데, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 스킨 성분의 바깥 가장자리에 코어 성분이 도달할 때 극단 또는 최대의 편심이 얻어진다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 폴리에스테르로 이상적이다. 종래의, 특히 상업적으로 이용 가능한 유형의 폴리에틸렌은 스킨 성분용 폴리에틸렌으로 사용될 수 있다.
이러한 것은, 특히, 선형 밀도가 높은 폴리에틸렌 (HDPE) (밀도 범위가 0.941 내지 0.965 g/cm3)과, 일반적으로 저 밀도 폴리에틸렌 (LOPE)과 중간 선형 밀도 폴리에틸렌 (LMDPE)의 범위 내에 있는 밀도 (즉, 약 0.1 내지 0.94 g/cm3의 밀도)를 갖는 선형 밀도가 낮은 폴리에틸렌 (LLDPE)과 같은, 섬유 형성 선형 에틸렌 중합체를 포함한다.
선형 에틸렌 중합체의 밀도는 규격 ASTM D-792에 따라 측겅될 수 있고, 이에 대한 적절한 정의는 ASTM D-1248에서 찾을 수 있다.
이러한 중합체는 배위 촉매 (coordination catalyst)를 이용해서 제조될 수 있다. 이러한 중합체는, 단위체가 주 중합체 사슬로 중합될 경우 형성될 수 있는 것과 같은 가지 사슬을 반드시 갖고 있지 않기 때문에, 보통 선형 중합체로 알려져 있다.
LLDPE는 밀도가 작은 선형 에틸렌 중합체로, 에틸렌은 알켄(alkene) 분자 당 3개 내지 12개의 탄소 원자, 특히 4개 내지 5개의 탄소 원자를 나타내는 소량의 α-β 에틸렌 불포화 알켄과 중합되었다.
섬유는 2 내지 7 dtex의 적정값으로 제조되는 것이 유리하고, 이러한 적정값 은 연신 후 섬유에 관한 지수로, 연신은 1.4 내지 2.5 ±20%의 비율 (VVmax)에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가 목적은 위생 제품을 제조하기 위해 앞에서 기술한 방법에 따라 제조한 2성분 섬유의 사용 방법이다. 2성분 섬유는 위생 직물, 특히 부직물 제조에 바람직하다. 특히 유리한 용도는 기저귀, 타월, 라이너 등의 제조이다.
코어 성분은 종래의 용융 방사 가능한 폴리에스테르 물질로 이루어질 수 있다. 섬유 제조에 적합한 알려진 모든 유형이 원칙상 폴리에스테르 물질로 간주될 수 있다. 이러한 폴리에스테르는 방향족 이탄산과 지방족 디올에서 유도된 성분들로 필수 구성된다. 일반적으로 사용되는 방향족 이탄산 성분은 벤졸 이탄산, 특히 테레프탈산과 이소프탈산의 2가 잔류물이고, 일반적으로 사용되는 디올은 2개 내지 4개의 원자를 갖고, 에틸렌 글리콜이 특히 적합하다.
적어도 85 몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 폴리에스테르 물질이 특히 유리하다. 남은 15 몰%는 이탄산 단위와 글리콜 단위로 구성되고, 이는 소위 변형제 (modifier)라 불리고, 전문가가 특정 방법으로 제조된 섬유의 물리적 특성과 화학적 특성에 더 영향을 미치게 할 수 있다. 이러한 이탄산 단위의 예는 이소프탈산 또는 지방족 이탄산 (예를 들어, 글루타르산, 아디프산, 사바스산)의 잔류물이고, 변형 작용을 하는 디올 잔류물의 예는 사슬이 더 긴 디올, 예를 들어 프로판 디올, 부탄 디올, 디- 또는 트리에틸렌 글리콜, 또는 소량으로도 이용 가능한 경우, 분자량이 500 내지 2000 g/몰인 폴리글리콜의 잔류물이다.
적어도 95 몰%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 특히 변형되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 함유한 폴리에스테르가 특히 바람직하다. 이러한 폴리에스테르는 보통 0.5 내지 1.4 (dl/g)의 고유 점성도(IV) (25℃의 디클로로아세트산 용액에서 측정죔)와 동일한 분자량을 갖는다.
폴리에스테르 성분의 녹는점은 폴리에틸렌 성분의 녹는점과 적어도 30℃의 차이가 있는 것이 중요한데, 이는 녹는점이 더 낮은 성분, 즉 폴리에틸렌이, 결합 부직물, 다른 직물 및 기타 위생 제품 제조시 결합재로 작용할 수 있고, 결합재로 작용해야만 하기 때문이다.
적절한 노즐을 구비한 종래 기술 장치는, 코어가 편심 위치를 차지한 경우 코어/스킨 프로파일의 섬유를 제조하는데 사용될 수 있다. 코어는 단면에서 중앙에 대칭으로 위치하지 않고 편심으로 위치하는 것이 필수적이다. 코어는 중심으로부터 바깥 둘레로 가능한 한 멀리 이동하는 것이 유리하고, 극단의 편심을 갖는 위치, 즉 코어 성분이 도 1에 도시된 형태 (단면 바깥둘레에 공통으로 접하는 적어도 하나의 점을 갖는다)에 따라 스킨 성분 가장자리에 도달한 위치가 특히 유리하다. 본 발명에 따른 방법의 방사 속도는 600 내지 2,000, 바람직하게는 600 내지 1,400 m/min이다.
노즐 탈출 표면의 탈출 속도는 방사 속도 및 연신 비율에 맞추어져서, 섬유는 원하는 적정값, 즉 약 2 내지 7 dtex의 적정값으로 제조된다.
방사 속도는 응고된 필라멘트를 밀어내는 속도로 이해된다. 이렇게 밀어낸 필라멘트는 연신 면적으로 직접 안내되거나, 처음에는 감기고 나중에 비율 VVmax로 신장될 수 있다.
원하는 비율인 VVmax는 다음과 같이 측정된다.
앞에서 기술된 것과 같은 코어/스킨 타입의 2성분 필라멘트는 코어의 편심 위치로 방사되고, 약 10개의 샘플은 개별적으로 1.2 내지 2.6의 서로 다른 비율로 연신된다 (연신비는 약 0.1씩 변한다. 즉, 연신비는 1.2, 1.3, 1.4 내지 2.6이다).
모든 샘플에 대해서, 40 내지 70℃, 바람직하게는 55℃의 동일한 온도에서 연신이 일어난다. 다음으로 샘플은 스터퍼 박스 (stuffer box)에서 권축된다. 스터퍼 박스에서 권축 후, 섬유는 3분의 유지 시간을 갖고 120℃에서 열 처리를 거친다. 각각의 샘플에 대해 센티미터 당 아크의 개수를 세고, DIN 규격 53840에 따라 권축 K1을 측정한다. 이렇게 얻어진 값은 연신비의 함수로 그래프를 통해 표시된다.
도 2는 적정값이 3.0 dtex이고 코어/스킨의 비가 50:50인 섬유에 대한 값 VVmax의 적절한 측정을 나타낸다. 값 VVmax는 1.7이다.
VVmax 값은 1cm 당 아크의 개수 곡선 (Y축)과 연신비 (X축)의 최대값으로 읽고, 이는 본 발명에 기재된 방법의 공정 파라미터로 작용한다.
이 값은, 코어/스킨의 비가 50:50이고 연신 후 적정값이 3 dtex인 2성분 편심 섬유가 본 발명에 따라 제조된 최적의 값이다. 이와 유사하게, 2 내지 7 dtex에 달하는 다른 적정값을 갖는 2성분 섬유에 대한 비 VVmax와, 다른 코어/스킨 비는 해당 시험을 통해 측정될 수 있다.
최대 권축 K1은 아크 개수에 대한 최대값과 일치할 수 있지만, 일치하지 않아도 된다. 도 3은 또한 VV의 함수로 권축 K1의 전개를 나타낸다.
VVmax가 측정된 후, 본 발명에 따른 방법은 생산 규모로 수행될 수 있다.
비 VVmax로 연신된 섬유는 스터프 권축된다. 스터프 권축 섬유는 인조 섬유 (staple fibre)로 절단된 다음, 적절한 제품, 특히 직물 제품, 바람직하게는 위생 제품, 위생 직물, 위생 부직물, 기저귀, 타월 또는 라이너 등뿐만 아니라, 면봉 등과 같은 적절한 제품으로 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 섬유는 추가 잠재 권축을 받고, 추가 가공 중에 이러한 잠재 권축은 약 100℃를 초과하는 온도에서 열 처리에 의해 개시될 수 있다. 여기에서, 권축을 통해 스터퍼 박스 안에 이미 얻어진 아크의 개수는 더 늘어난다.
따라서, 섬유는 촉감이 부드러울 뿐만 아니라, 해당 제품의 크기를 늘리는데 기여한다. 부직물은 스킨 성분이 연화되거나 용융이 시작되는 온도에서 적절한 열 처리를 통해 적절히 강화될 수 있다.
연신비가 비교적 작은 본 발명에 따른 방법을 사용해서, 스터프 권축에 의한 아크 외에, 잠재 권축 용량 (latent crimping capacity)의 개시에 의해서도 아크의 개수가 늘어난 섬유를 얻을 수 있다는 것을 발견한 점이 특히 놀라웠다. 이는, 연 신이 계속 증가할 경우에만 잠재 권축 용량의 세기가 커진다는 일반적인 의견 때문에 특히 놀라웠다.
도 1은, 스킨 성분의 바깥 가장자리에 코어 성분이 도달할 때 극단 또는 최대의 편심이 얻어지는 것을 도시한 도면.
도 2는, 적정값이 3.0 dtex이고 코어/스킨의 비가 50:50인 섬유에 대한 값 VVmax의 적절한 측정을 나타낸 그래프.
도 3은, VV의 함수로 권축 K1의 전개를 나타낸 그래프.
본 발명은 다음 예를 통해 보다 구체적으로 설명된다.
방사 생성물은, 코어는 표준 폴리에스테르로부터, 스킨은 폴리에틸렌으로부터, 편심 단면으로 2성분 방사 장치에서 제조된다. 코어/스킨의 비가 50/50인 경우, 총 생산량(total throughout)은 827개의 홀 노즐에서 방사 지점 당 380g/min 이었다. 설정된 개별 방사 적정값은 4.60 dtex였다. 연신 속도는 1,000 m/min 이었다. 폴리에스테르 덩어리의 온도는 285℃, 폴리에틸렌 덩어리의 온도는 265℃였다. 방사 필라멘트는, 500mm의 블로잉 길이(blowing length)에서 280m3/h의 부피 공기 유동으로 40℃의 공기 온도에서, 내부/외부 불로잉을 통해 냉각되었다. 필라멘트를 적층하기 전, 필라멘트는 또한 일반 드레싱 (normal dressing)으로 제조되었다.
다음으로 방사 생성물은 종래의 섬유 벨트 컨베이어로 공급되고 추가 가공되 었다. 표시된 면적의 연신은, 특히 최종 적정값이 3.0 dtex인 특정한 경우, 회전하는 롤 사이에서 1.7의 연신비로 일어났다. 연신이 시작된 롤 온도는 50℃였다. 다음으로 케이블을 건조시킨 후 (다시 한번 온도가 105℃인 회전 롤에서), 스터퍼 박스 권축기에서 섬유 케이블을 기계적으로 권축시킨 다음, 편평한 벨트 건조기에서 60℃로 건조되었다. 이 섬유를 종래의 인조 섬유 절단기를 이용해서 절단했다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 코어 성분은 폴리에스테르이고 스킨 성분은 폴리에틸렌인 코어/스킨 타입의 2성분 섬유를 제조하는데 사용된다.

Claims (12)

  1. 촉감이 부드럽고 잠재 권축 (latent crimping)이 향상된 코어(core)/스킨(skin) 타입의 2성분 편심 섬유 (eccentric bicomponent fibre)를 제조하는 방법으로서,
    섬유 단면에 대해 스킨부가 35 내지 70%인 코어/스킨 편심 섬유는, 상기 코어 성분으로 폴리에스테르를, 상기 스킨 성분으로 폴리에틸렌을, 600 내지 2,000 m/min의 방사 속도로 용융 방사시킴으로써 제조되고, 이와 같이 얻어진 상기 섬유는 40 내지 70℃의 온도에서, 비율 VVmax ±20%으로 연신된 다음 스터프 권축되고 (stuff-crimped), VVmax는 1cm 당 아크의 개수가 최대값에 도달하는 연신비를 나타내는 것으로 이해되는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방사 속도는 600 내지 1,400 m/min인 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 50 내지 60℃의 온도에서 연신이 실행되는 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2성분 섬유는 편심을 가져, 상기 코어 성분은 상기 스킨 성분의 바깥 가장자리에 도달하는 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폴리에스테르로 폴리에틸렌테레프탈레이트가 사용된 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 섬유는 연신 후, 2 내지 7 dtex의 섬도로 제조된 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연신은 1.4 -20% 내지 2.4 +20%의 비율 VVmax에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 2성분 편심 섬유를 제조하는 방법.
  8. 위생 제품을 제조하기 위해 사용되는 제 1항 또는 제 2항에 청구된 방법에 따라 제조된 2성분 섬유.
  9. 제 8항에 있어서, 위생 직물을 제조하기 위해 사용되는, 2성분 섬유.
  10. 제 9항에 있어서, 부직물을 제조하기 위해 사용되는, 2성분 섬유.
  11. 제 9항에 있어서, 기저귀를 제조하기 위해 사용되는, 2성분 섬유.
  12. 제 9항에 있어서, 타월 또는 라이너(liner)를 제조하기 위해 사용되는, 2성분 섬유.
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