KR101219249B1 - 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피트성과 부드러운 촉감을 동시에 가지게 하여 다양한 제품에서 적용할 수 있는 신축성 장섬유 부직포 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 본 발명의 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포는 190℃에서 용융지수가 25 내지 35g/10분이고 밀도가 0.9515 내지 0.9565g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 섬유표면의 적어도 일부를 구성하는 A성분 중합체가 쉬쓰(Sheath) 부를 형성하고, 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 B성분 중합체가 코어(Core) 부를 형성하는 심초형 복합 장섬유에 의해 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포는 간단한 제조공정에 의해 피트성과 소프트한 촉감을 가지도록 개선하므로, 많은 산업에 이용될 수 있어 광범위하게 적용될 수 있는 유용한 발명이다.

Description

피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포 및 그 제조방법{Elastic non-woven fabric having a fitting property and a soft touch and manufacturing method thereof}

본 발명은 피트성과 부드러운 촉감을 가지는 장섬유 탄성 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 중합체와 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 조성물을 이성분 복합 방사 기술을 이용하여 스펀본딩(spunbonding)함으로서 피트성과 부드러운 촉감을 동시에 가지게 하여, 일회용 기저귀, 여성 위생제품, 밴드와 같은 개인 위생 제품 및 붕대, 거즈, 멸균 랩 등과 같은 보건 위생 품목, 및 침실용 제품, 와이프 등과 같은 많은 다양한 제품에서 적용할 수 있는 신축성 장섬유 부직포 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

저가의 섬유 및 웹의 제조는, 약간만 언급하자면 일회용 기저귀, 어린이 수영 팬츠, 어린이 배변연습용 팬츠 및 성인 요실금복과 같은 많은 혁신적인 제품을 가능하게 하는 잘 발달된 산업이 되었다. 상기 제품이 진화되고 개선이 이루어지면서, 섬유 및 웹 성분의 요건 또한 상기 물질에 대한 수요를 변화시키고 또한 증가시키고 있다.

이와 같이 부직포는 다른 여러 분야에서 널리 사용되지만, 실제로 각 분야의 제품에 사용되는 경우에는 각각 제품의 용도에 적합한 성질이나 구조가 되도록 제조될 필요가 있다.

예컨대, 흡수성 물품에 사용되기 위해서 사용되는 부직포는 장착자에게 위화감이 생기지 않도록 장착자의 착용시 또는 착용중인 신체의 움직임에 맞추어 용이하게 신축될 것이 요구된다. 더욱이, 1회용 기저귀로서 사용될 경우에 부직포는 신축성을 유지하면서 신장시에 시트가 파단 되지 않을 정도의 강도를 가져야 함과 동시에 이들 부직포는 주로 피부에 접촉되어 사용되므로 피부와의 접촉 촉감 또한 양호할 것이 요구된다.

이와 같이 부직포는 그 적용되는 분야의 특성에 맞추어 특정한 성질을 갖도록 개발되어 왔으며, 특히 기저귀 등의 위생용품에서 요구하는 상기 탄성 특성을 발현하기 위한 섬유 및 웹의 제조 기술이 다양하게 제안되어 왔는데, 예를 들어 대한민국 공개특허 제2009-0128481호에서는 신장성 섬유와 신축성 섬유를 혼합 적층하여, 연화 또는 용융에 의한 자기 융착에 의해 고정되는 잠재 신축성 부직포 시트에 대해 기어 연신 가공을 수행함으로서 신축성 부여하는 방법과, 대한민국 공개특허 제2007-7014056호에서 소개하는 열가소성 스티렌 블록 공중합체로부터 가교결합 탄성 필름층을 형성, 연신한 후 스트레치-본디드 라미네이트 방식으로 1개 이상의 부직 웹에 결합시킴으로서 부직포에 신축성을 부여하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술의 경우 일축 방향에 대해서만 연신이 가능하고, 또한 라미네이트 방식의 경우 다른 소재와의 접착 특성을 부여하기 위해 접착제 처리를 해야만 하기 때문에 가공 처리 공정이 복잡할 뿐 아니라 제조비용이 상승하는 단점이 있다.

그래서, 상기 문제점 때문에 탄성 물성을 발현하는 방법에 있어 설비 상이 아닌 적절한 탄성 원료를 도입하여 탄성 물성을 발현하는 방법에 관심이 확대되고 있다. 이러한 방법으로는, 예를 들어 대한민국 공개특허 제2005-0088361호가 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 함유하는 폴리머를 스펀본딩함으로서 신축성 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 폴리우레탄 수지의 경우 특유의 냄새가 있고 또한 시간이 경과함에 따라 황변 현상이 발생하는 문제점이 있다.

한편으로, 부직포의 피부에 대한 접촉감을 개선하기 위한 방법 또한 다양하게 연구되어 왔는데, 예를 들어 대한민국 공개특허 제2007-0085091호에서는 에틸렌-옥텐계열 탄성 중합체와 열가소성 폴리에틸렌(PE)계 코폴리머 혹은 폴리프로필렌(PP)를 원료를 사용하여 이성분 복합 방사기술을 이용한 비점착성 감촉을 갖는 섬유 및 웹을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법에 사용한 탄성 원료의 경우 고온에서 높은 점성도 및 용융 탄력성으로 인해 생산시 방사 노즐 상의 압력이 증가하여 장기간 지속 생산시 생산성 저하와 같은 제반 문제점이 발생하고, 또한 원료 가격적인 측면에 있어서도 비싸 상업성이 떨어진다는 단점이 있다. 더욱이, 상기 에틸렌-옥텐계열의 탄성 중합체의 경우에 있어서는 일회용 위생제품 적용에 있어서, 사용자의 소변이나 배변시 늘어난 하중, 즉 낮은 외부 하중에 의해서 변형이 커서, 착용시 늘어짐이 발생하는 등 사용자의 착용감 혹은 피트성이 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 중합체 제조자는 전통적인 폴리올레핀과 매우 동일한 방식으로 용융 가공 가능하지만, 전통적인 고무 및 텍스타일 탄성에 근접하는 탄성 특성을 가지며 앞에서 기재된 것과 같은 일회용 섬유 및 웹 적용에 대해 비용 효과적일 수 있는 상대적으로 가격이 싼 올레핀 계열의 프로필렌계 엘라스토머 중합체의 신규한 부류를 시판하여 왔다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제2010-0080625호에 따르면, 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 이용한 부직물을 개시하고 있는데, 상기 특허의 경우 30중량%의 에루카미드(Erucamide) 및 70중량%의 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 사용하여 탄성 원료의 점착성 감촉을 낮추고자 시도하고 있다. 그러나, 상기 기술에 있어서도, 높은 슬립제인 에루카미드 높은 함량에 따른 탄성 원료함량을 높일 수 없기 때문에, 탄성 물성인 우수한 신축성을 발현할 수 없고, 또한 탄성 모듈러스의 제어를 할 수 없는 문제가 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 소프트한 비점착 탄성 특성과 일정 외부 하중에 대한 변형에 견딜 수 있는 부직물의 많은 적용에 대한 상기 올레핀 중합체의 허용성은 다음과 같은 이유로 지연되어왔다고 할 수 있다. 즉, 첫 번째 이유로는 섬유 및 웹이 피부 접촉 용도로 바람직하지 않게 만드는 점착성 및 불편한 감촉이고, 두 번째로는 탄성 회복력 등 물성을 증가시키기 위해 탄성 원료 함량을 높일 경우 탄성 원료의 특성상 높은 점성도 및 용융 탄력성은 계속해서 자가-접착(self-adhesion)이 장치를 오염시키며 고비용의 생산중단을 초래하게 되고, 특히나 일회용 기저귀에 적용화를 위해서도 상기 탄성 부직포가 일정 외부하중의 변형에 대한 제어가 필요하다는 것이다.

따라서, 본 발명자 등은 상기와 같은 문제 및 이에 대한 원인을 인식하고 이를 바탕으로 상기 종래의 문제점을 해결할 수 있는 방법에 대해 예의 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허 제2005-0088361호 특허문헌 2: 대한민국 공개특허 제2007-0085091호 특허문헌 3: 대한민국 공개특허 제2007-0087619호 특허문헌 4: 대한민국 공개특허 제2006-0090838호 특허문헌 5: 대한민국 공개특허 제2010-0080625호

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 기술적인 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 더욱 자세하게는 통상 탄성 특성의 증가를 위한 탄성 함량의 증가는 낮은 외부 하중에 의해서도 변형 정도가 커서 착용시 늘어짐이 발생하는 등 사용자의 착용감 혹은 피트성이 떨어진다는 단점이 있고, 또한 탄성 물질이 가지는 높은 점성도 및 용융 탄력성으로 인해 계속해서 연속적인 탄성 중합체 섬유의 고속 방사를 방해하고, 그리고 탄성 원료의 점착 특성이 사용자의 피부 접촉상 좋지 않은 문제점이 있었으며, 이에 본 발명의 주요 목적은 상기한 기술적인 문제를 해결하여 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같이 우수한 특성을 갖는 장섬유 탄성 부직포를 방사성을 포함한 제반 작업공정이 원할하게 진행되어 작업성이 우수하게 되는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포를 보다 용이하게 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 더욱 자세히 말하면, 부드러운 촉감을 가지는 탄성 부직포 제조시 섬유 중심부 탄성 원료와 섬유 표면 부드러운 촉감을 가지게 하는 열가소성 올레핀을 도입하였고, 적절한 제조 설비를 도입하여 탄성 원료가 제조 설비에 달라붙는 문제점을 해결하고, 또한 탄성 원료의 함량 비율을 달리하여 피트성과 신축 최적 비율을 찾아 이성분 복합 방사를 실시하여 우수한 작업성을 갖는 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 일회용 기저귀에 적용화를 위해서 탄성 부직포가 일정 외부하중의 변형에 대한 제어가 될 수 있는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적은 탄성 프로필렌계 엘라스토머 중합체와 열가소성 올레핀과 함께 이성분 복합사의 형태를 활용하므로서 높은 방사 속도를 유지할 수 있었고, 또한 이를 통해 섬유 및 웹에 피트성을 가지며 우수한 탄력 회복력과 부드러운 촉감을 가진 섬유를 제공할 수 있어 달성될 수 있었다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포는;

190℃에서 용융지수가 25 내지 35g/10분이고 밀도가 0.9515 내지 0.9565g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 섬유표면의 적어도 일부를 구성하는 A성분 중합체가 쉬쓰(Sheath) 부를 형성하고, 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 B성분 중합체가 코어(Core) 부를 형성하는 심초형 복합 장섬유에 의해 형성된 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 쉬쓰 부와 코어 부의 비율이 섬유의 전체 중량 기준으로, 쉬쓰/코어가 30/70 내지 1/99이며, 바람직하게는 바람직하게 20/80 내지 1/99, 더욱 바람직하게는 10/90 내지 5/95을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 B성분 중합체는 230℃에서 용융지수(MI)가 28g/10분이고 밀도가 0.860 내지 0.870g/㎤인 프로필렌계 엘라스토머 중합체임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄성 부직포는 100% 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때, MD 방향에 대한 탄성 모듈러스가 1.0 내지 1.8 kg/㎟인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄성 부직포는 100% 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때, 영구 변형율이 30% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄성 부직포는 평량이 10 내지 200 g/㎡임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 이성분 소재의 섬유 직경이 15 내지 35μm를 가지는 것임을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법은;

장섬유 탄성 스펀본드 탄성 부직포의 제조방법에 있어서, 상기 방법은:

a) 총 섬유의 1 중량% 내지 30 중량%로 190℃에서 용융지수가 25 내지 35 g/10min이고, 밀도가 0.9515 내지 0.9565g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 단독 중합체를 포함하는 용융성분 A를 형성하는 단계;

b) 총 섬유의 70 중량% 내지 99 중량%인 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 용융성분 B를 형성하는 단계;

c) 섬유의 길이를 따라 상기 용융성분 A 및 용융성분 B를 용융물로서 공압출하여 다수의 섬유를 형성하는 단계;

d) 상기 섬유를 적정한 온도로 퀀칭하는 단계;

e) 상기 섬유를 연신하는 단계;

f) 상기 섬유를 특수 형상 표면 벨트 상에서 상기 섬유 및 웹을 수집하는 단계;

g) 상기 웹을 15 내지 25m/s 적정 에어 속도로 벨트 상에서 분리시키는 단계;

h) 상기 웹을 패턴된 롤에 의해 엠보싱 결합으로 형태 안정성을 부여하는 단계; 및

i) 상기 웹을 일정 권취 속도로 권취시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 c) 단계는 용융성분 A가 용융성분 B를 섬유의 길이방향으로 둘러싸도록 하기 위해 스핀 빔과 방사 노즐 사이에 분배판을 게재시켜 코어 부에 프로필렌계 엘라스토머 중합체를, 쉬쓰 부에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 각각의 노즐 홀 쪽으로 유도하여 방사함으로써 심초형 복합 장섬유를 제조함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 h) 단계는 결합 캘린더로 한쪽은 통상적으로 접착면적이 10 내지 20%을 가지는 엠보스 롤(Emboss roll)을, 다른 한쪽은 표면이 매끄러운 스위밍 롤(Swimming roll)로 구성되며, 이때 열적 온도는 바람직하게 80 내지 120℃, 더 바람직하게는 90 내지 110℃임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 d) 단계의 퀀칭 온도는 10 내지 20℃이며, 바람직하게는 12 내지 18℃, 더 바람직하게는 14 내지 16℃임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 i) 단계의 권취 조건은 와인더의 권취 속도를 엠보스 롤(Emboss roll)의 회전속도에 비하여 80 내지 99%, 바람직하게는 85 내지 97%, 가장 바람직하게는 87 내지 95%의 비율로 낮춰서 함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 1회용 기저귀나 생리용 냅킨 등의 흡수성 물품, 개인 위생제품, 와이퍼 등의 청소용품, 마스크 등의 거즈나 붕대 등 의료품은 상기 본 발명의 구성에 따른 상기 부직포를 포함하는 부직물로 제조된 것임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포는 간단한 제조공정에 의해 피트성과 소프트한 촉감을 가지도록 개선하므로, 많은 산업에 이용될 수 있어 광범위하게 적용될 수 있는데, 예를 들어, 본 발명의 피트성, 우수한 신축성과 동시에 부드러운 촉감을 가지는 직물은 위생용품의 제조에 사용될 수 있으며, 그 예로는 기저귀 또는 개인 위생제품, 예컨대 기저귀 탭, 측부 패널, 다리커프, 상부 시트, 백 시트, 테이프, 여성위생 제품, 수영복, 유아 풀업 바지, 요실금 의류 구성품, 및 밴드에서 이용될 수 있고, 특히 탄성 고정 밴드를 포함하지만 이로 한정되지는 않는 이들 제품의 동적 또는 신장 가능한 성분으로 이용될 수 있으며, 또 다른 실시 양태에서, 섬유 및 부직포는 다른 보호 의류 또는 커버, 예컨대 의료용 가운 또는 앞치마, 외과용 드레이프, 멸균 래브, 와이프, 베딩, 또는 유사한 1회용 의료 및 커버로 제조될 수 있다. 더욱이, 이들 물질의 적용 분야는 또한 보호 커버, 가정용 가구, 예컨대 패딩, 카페트 미끄럼 방지 패딩, 벽 커버링, 마루 커버링, 윈도 쉐이드, 스트림 및 종래에 전통적 패브릭이 사용되어 온 임의의 기타 분야에서 찾을 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조에 사용되어 스펀본드 부직포를 형성할 수 있는 이성분 방적 시스템의 개략도이고,
도면 2는 본 발명에 따라 사용되어 적층 부직포와 벨트의 분리를 용이하게 하는 에어 분사 장치의 개략도이다.

본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 더욱 자세하게 설명하기에 앞서 본 발명에서 사용한 시험절차와 용어에 대해 먼저 정리하면 다음과 같다:

[시험절차]

영구신율(%) 및 탄성 모듈러스(kg/㎟) 측정 시험:

ASTM D882법에 의거하여, 샘플을 공기압으로 활성화된 라인-접촉 그립 사이에 적하하였다. 압력을 조정하여 미끄러짐을 방지하였다(통상적으로 50 내지 100 psi). 크로스헤드 속도를 300mm/min으로 설정하였다. 크로스헤드를 100％ 변형률까지 연신시키고, 동일한 크로스헤드 속도에서 0％ 변형률로 복귀시켰다. 탄성 회복력은 하기 수학식 1에 따라 정의되었다. 모든 경우에, 샘플은 신선하거나 오래되지 않도록 하여 측정하였다.

[수학식 1]

영구 신율(%) = (ΔL/L_i) X 100

여기서, ΔL = L_f - L_i, L_f = 섬유 연신후 길이, L_i = 섬유 연신전 길이임.

또한 탄성 모듈러스는 영구신율 측정과 같은 시험 조건으로 실시하며, 하기 Hook의 법칙(Law)에서 탄성 모듈러스 값을 구할 수 있다.

여기서, σ = 외부 응력, ε = 변형 길이임.

촉감:

상기 스펀본딩된 부직포의 촉감에 대해서 30명의 시험자에 의해 평가되었다. 이 평가를 이하의 기준에 의해서 행하였다.

A: 시험자 30명 중 27명 이상이 상기 부직포가 끈적거림이 없어 촉감이 좋았다고 한 경우.

B: 시험자 30명 중 26명 내지 21명이 상기 부직포가 끈적거림이 없어 촉감이 좋았다고 한 경우.

C: 시험자 30명 중 20명 내지 15명이 상기 부직포가 끈적거림이 없어 촉감이 좋았다고 한 경우.

D: 시험자 30명 중 14명 내지 9명이 상기 부직포가 끈적거림이 없어 촉감이 좋았다고 한 경우.

E: 시험자 30명 중 8명 내지 0명이 상기 부직포가 끈적거림이 없어 촉감이 좋았다고 한 경우.

주사 전자 현미경:

주사 전자 현미경용의 섬유 및 부직 샘플을 카본 블랙이 충전된 테이프 및 구리 테이프를 갖는 알루미늄 샘플 스테이지 상에 탑재시켰다. 그 후, 탑재된 샘플을 아르곤 가스 공급 및 진공 펌프가 구비된 스트럭쳐 프로브 인코포레이티드(Structure Probe Incorporated)(미국 메사추세츠주 웨스트 체스터에 소재)에서 시판되는 SPI-모듈 스퍼터 코터(SPI-Module Sputter Coater)(모델 번호 11430)를 사용하여 100 내지 200Å의 백금으로 코팅하였다. 그 후, 코팅된 샘플을 히타치 아메리카 엘티디(Hitachi America, Ltd) (미국 일리노이주 샤움버그에 소재)에 의해 공급되고 장 효과 건이 구비된 S4100 주사 전자 현미경에서 검사하였다. 샘플을 3 내지 5 kV의 가속 전압을 사용하여 2차 전자 영상 모드를 사용하여 검사하였고, 영상을 디지탈 영상 캡처링 시스템을 사용하여 수집하였다.

본 발명에서 사용되는 용어 "탄성" 혹은 "신축성"이란 바이어싱(biasing) 힘의 적용시에는 신축 가능, 다시 말해서 적어도 60 %로 신장 가능하고, 신장력의 해제 시에 신장된 상태의 적어도 50%가 다시 회복될 것인 임의의 물질을 의미한다. 많은 신축성 물질이 60%보다 훨씬 많이(즉, 완화된 길이의 160%보다 훨씬 많이), 예컨데 100% 이상으로 신장 될 수 있고, 이들 중 다수는 실질적으로 그들의 초기 완화 길이, 예컨데 신장력을 해제할 시 그들의 초기 완화길이의 105% 내로 회복될 것이다.

용어 "신축성 혹은 탄성 웹"은 시험 절차에서 상기 기재된 1-사이클 시험에 의해 100％ 변형률까지 측정된 바 "영구신율" 또는 "탄성복원력율"이 30％ 이하의 세트를 가지게 될 웹 샘플을 의미한다.

또한 본 발명에서 사용된 용어 "탄성모듈러스"는 한계 내에서 물체의 변형에 대한 응력과 변형의 비를 나타내는 것으로, 임의의 재질의 탄성 질김 정도를 나타내는 수치이다.

본 발명에 사용된 용어 "부직물 혹은 부직포"는 편직 또는 직조 이외에 수단에 의해 형성되며 섬유 또는 필라멘트의 일부 또는 전부 사이에 결합을 함유하는 섬유 또는 필라멘트의 웹을 의미하며, 이러한 결합은 예를 들어 엉킴과 같은 열적, 접착적 또는 기계적 수단에 의해 형성될 수 있다. 통상적인 부직은 스펀본드, 멜트블로운, 카딩, 웨트레잉 및 에어레잉 공정에 의해 형성된다.

본 발명에 사용된 용어 "스펀본드"는 통상적으로 중합체 압출물의 용융 압출에 의해 고속도 공기에 의해 퀀칭 및 연신된 가닥으로 형성되어 형성 표면 상에 수집되고, 종종 열 및 압력의 패턴화된 적용에 의해 결합된 필라멘트를 강화시킨 필라멘트의 부직물 혹은 부직포를 의미한다.

본 발명에서 사용된 또 다른 용어인 "복합" 및 "다성분"이라는 용어는 상호교환적으로 사용되며, 섬유 또는 필라멘트의 전체 길이를 따라 별개의 중합체 성분에 의해 점유된 2개 이상의 개별 섹션을 초래하는 각각의 섬유 또는 필라멘트에 다중 압출물을 조합함으로 써 형성된 섬유 또는 필라멘트를 의미한다. 섬유의 횡단면은 나란한형(side-by-side), 파이, 쉬쓰-코어, 편심성 쉬쓰 코어 및 해도(islands-in-the-sea)와 같은 많은 여러 가지 배열을 취할 수 있다. 본 발명에 있어서 특히 흥미로운 것은 쉬쓰-코어 배열이다.

상기한 본 발명에서 사용한 시험절차와 용어를 바탕으로, 이하 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면을 참고로 보다 자세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 성분 A는, 예를 들어 SK사의 폴리에틸렌 단독 중합체(MM810 grade)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 폴리에틸렌 단독 중합체에 대해 밀도는 바람직하게는 약 0.9450g/㎤ 내지 0.9650g/㎤, 보다 바람직 하게는 약 0.9505 내지 0.9575g/㎤이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 성분 B의 프로필렌계 엘라스토머 중합체는, 특히 여기에 한정되는 것은 아니나, 엑손-모바일(Exxon-Mobil)에서 시판되는 VISTAMAXX 엘라스토머로서, 아이소택틱 폴리프로필렌이 베이스에 에틸렌과 공중합된 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 사용할 수 있다. 밀도 범위는 바람직하게는 0.855 내지 0.910g/㎤ 내로 선택될 수 있으며, 일부 적용에 대해 약 0.860 내지 0.870g/㎤가 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 따른 신축성 부직포의 제조공정에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조에 사용되어 스펀본드 부직포를 형성할 수 있는 이성분 방적 시스템의 개략도이고, 도면 2는 본 발명에 따라 사용되어 적층 부직포와 벨트의 분리를 용이하게 하는 에어 분사 장치의 개략도이다.

본 발명에 따른 부직 웹의 예시적인 제조 공정을 나타내고 있는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 신축성 부직포는 예시된 공정 라인에서 장섬유 스펀본드 부직포를 이성분 중합체를 용융하는 것으로부터 시작된다. 이때, 이성분 중합체는 개별의 압출기(1), (2)에서 각각 용융된 폴리머를 혼련시켜 제조된다. 중합체 A성분은 제 1호퍼(HOPPER)(1-1)로부터 해당 압출기로 공급되며, 임의로 중합체 B성분은 제 2호퍼(HOPPER)(2-1)로부터 해당 압출기로 공급된다. 용융된 성분 중합체는 개별의 압출기(1 및 2)로부터 각각의 중합체 도관을 거쳐, 스핀빔(3)으로 이송된다. 이성분 필라멘트를 방사하기 위한 방사구의 형태는 당업계의 숙련자에게 공지되어 있으며, 따라서 본 발명에서는 상세히 기재하지 않는다. 이후　공정라인 (A)는 또한 방사노즐(4)로부터 연장된 필라멘트의 커튼에 인접하게 방사된 필라멘트는 벌집 모양의 냉각챔버(5)를 통하여 분사되는 냉각공기에 의해 고화된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 쉬쓰부의 A 중합체 및 코어부의 B성분 중합체로 구성된 다성분 필라멘트를 제조할 때, 냉각 챔버부 온도는 낮게 관리할 필요가 있다. 그 이유는 온도가 일정 수준이상이 되면 냉각부 챔버 내에 필라멘트가 달라붙어 연속적인 시트 생산을 방해하고, 또한 연신이 충분히 되지 않아 물성이 크게 저하되기 때문이다. 따라서, 상기 챔버부의 온도는 10 내지 20℃, 바람직하게는 12 내지 18℃이며 가장 바람직하게는 14 내지 16℃이다.

상기 방사 노즐(4)에서 토출된 필라멘트는 냉각 챔버(5) 냉각공기의 경우 상부에서 불어주는 공기와 컨베이어 벨트(9) 하부에서 흡입하는 공기의 압력에 의해 연신되고 분리성이 좋은 다공성 특수 컨베이어 벨트(9) 상에 일정한 중량으로 적층이 되어 웹이 형성된다. 본 발명에 있어서, 복합 스펀본드 장섬유 부직포는 기초 중량이 10 내지 200g/㎡이고, 섬유 직경이 15 내지 35㎛로 하는 것이 특히 바람직하다.

도 2를 참고로 하면, 본 발명에 따른 부직포는 열 결합 전에 컨베이어 벨트와 캘린더 롤 사이 도면 부호 10의 위치에 여러 개의 구멍이 나있는 직사각형 모양의 에어 분사 장치(B-3)가 벨트 상 하부에서 상부방향으로 일정 에어 압을 분사시켜 적층 부직포(B-2)와 컨베이어 벨트(B-1)를 분리한다. 에어 분사장치의 공기 분사속도는 5 내지 30m/s로 유지할 필요가 있다. 에어 분사 속도가 5m/s 미만일 경우 벨트와 부직포 시트 상 분리가 원활히 이루어 지지 않고, 30m/s를 초과하게 될 경우 에어 압이 너무 강해서 시트가 이탈하게 되어 바람직하지 않다.

이렇게　적층된 부직포는 역학적 특성 및 형태안정성을 부여하기 위하여 열적으로 결합된다. 다시 말하면, 열 캘린더 롤을 통하여 열과 압력을 부여받아서 열점착되고 시트화 된다.　이때 캘린더 롤의 구성은 접착면적을 한정하는 것은 아니지만, 한쪽은 통상적으로 접착면적이 10　내지 20%을 가지는 엠보스 롤(11)면으로, 다른 한쪽은 표면이 매끄러운 롤(12)로 구성된다. 롤의 온도가 일정 수준 이상이 되면 시트가 가열 롤에 열융착되어 시트 생산이 불가능하며, 또한 온도가 너무 낮게 되면 시트의 물성이 저하되게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 롤의 열적 온도는 80℃ 내지 120℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90℃ 내지 110℃이다. 또한, 과도한 롤의 압력은 소프트한 시트가 롤에 융착되게 하기 때문에 일정 수준 이하로 관리할 필요가 있다.

상기와 같이 열접착된 후 부직포(13)를 취입하기 위한 와인더(14)를 이용하여 권취한다. 이 경우 코어부의 B 중합체의 특성에 의해서 부직포의 연신성이 증가하여 부직포를 열접착하는 엠보스 롤(11)의 속도보다 와인더(14)의 권취 속도가 빠르게 하는 일반적인 와인딩 방법으로 권취 시 폭 수축이 일어나게 되어 와인딩이 불균일하게 이루어지므로 바람직하지 않게 된다. 따라서, 와인더(14)의 권취 속도를 엠보스 롤 회전속도에 비하여 바람직하게는 80 내지 99%, 보다 바람직하게는 85 내지 97%, 가장 바람직하게는 87 내지 95%의 비율로 와인딩 속도를 낮추어야 한다.

본 발명에서 사용된 원료는 탄성 공중합체는 특히 Exxonmobil사에서 230℃에서 용융지수(MI)가 28g/10min이고, 밀도가 0.860 내지 0.870인 프로필렌계 엘라스토머 중합체이다.

이때, 장섬유 부직포 필라멘트의 쉬쓰부인 고밀도 폴리에틸렌과 코어부인 프로필렌계 엘라스토머 중합체의 구성비율은 섬유의 전체 중량 기준으로, 쉬쓰부/코어부가 30/70 내지 1/99이며, 바람직하게는 20/80 내지 1/99이며, 더욱 바람직하게는 10/90 내지 5/95을 가진다. 만일, 쉬쓰부인 고밀도 폴리에틸렌과 코어부인 프로필렌계 엘라스토머 중합체의 구성 비율에서 코어부의 B성분인 탄성 중합체 함량 비율이 일정 수준까지는 높아지면 피트성과 탄성 회복력이 좋아지나, 너무 지나치게 들어가게 되면 탄성체의 특성인 점착성이 생기게 되어 다공질의 연속 벨트 및 열 캘린더 롤에 점착이 되어 생산이 이루어 지지 않는 단점이 있어 바람직하지 않다.

또한, 코어부의 B성분 중합체 특성에 의해 부직포의 신축성이 증가하기 때문에 상기한 바와 같이 권취부의 일반적인 방법과 다른 와인딩 조건이 필요하게 된다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이며, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

실시예 1

독일 Reifenhauser사의 Reicofil-3.1, Bicomponent 시스템 설비를 이용하여, 압출기 조건은 외벽 둘레 150mm, L/D 30이고, 노즐 조건은 0.6mm, L/D 4, 단위 미터당 5000홀을 가진 이성분 방적라인을 사용하였다. 사용된 컨베이어 벨트는 통기도 단위 8910㎥/㎡/Hr(100 Pa) 갖는 COFPA사의 Suprastat 4000로 섬유 시트와 벨트 상의 분리를 용이하게 하기 위해 사용하였다.

사용된 원료는 쉬쓰부에 용융지수가 190℃에서 28g/10min이고, 밀도가 0.954g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인 A성분(SK사, Grade : MM810)과 코어부에 Exxonmobil사에서 시판되는 프로필렌계 엘라스토머 중합체(Vistamaxx, Grade: VM2125)를 중심 성분으로 하고, 탄성체의 용융지수는 230℃에서 28g/10min이고, 밀도가 0.868g/㎤를 사용하였다.

상기 이성분 방적라인의 비율은 쉬쓰부/코어부의 중량비가 총 섬유의 20/80으로 하였다. 시트 분리를 위해 사용된 직사각형의 에어 분사 장치의 에어 방출 속도는 약 20m/s로 유지하였다. 엠보스 롤의 온도는 100℃ 이며 50N/mm의 압력으로 열접착 하여 기초 중량의 30gsm인 부직포를 제작한 후, 엠보스 롤 회전 속도 X 0.90의 rpm으로 부직포를 권취하였다.

이성분 섬유로 형성된 부직포 시트에 대하여 100% 신장에서 영구신율과 탄성 모듈러스를 측정하였으며, 또한 부직포의 촉감을 평가해 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다.

실시예 2

실시예 1과 비교시 쉬쓰부/코어부 원료 비율만 총 섬유의 10/90으로 하였고, 그 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

실시예 3

실시예 1과 비교시 쉬쓰부/코어부 원료 비율만 총 섬유의 5/95으로 하였고, 그 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 1

시트를 분리하기 위한 에어 분사장치의 에어 방출 속도만 5m/s 미만으로 유지하게 설정하였고, 그 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 2

실시예 1과 비교시 쉬쓰부 원료 물질은 용융지수가 230℃에서 34g/10min이고, 밀도가 0.900g/㎤인 폴리프로필렌(PP) A성분(Honam pertrolchemical 사 제품, Grade: SFR171-H)으로 하는 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 3

섬유 냉각부 퀀칭 온도를 25℃로 설정하여 노즐에서 방사된 섬유를 냉각시켜, 기초 중량의 30gsm인 부직포를 제작하는 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 4

부직포 엠보스 롤의 온도는 130℃ 이며 50N/mm의 압력으로 열접착 하여 기초 중량의 30gsm인 부직포를 제작하는 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 5

부직포 엠보스 롤의 온도는 100℃ 이며 100 N/mm의 압력으로 열접착 하여 기초 중량의 30gsm인 부직포를 제작하는 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

비교예 6

엠보스 롤 회전 속도 X 1.0의 rpm으로 부직포를 권취하는 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제작하였다.

[표 1]

영구신율(%), 탄성모듈러스, 및 촉감 변화

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 쉬쓰부/코어부의 비율을 20/80에서 5/95로 코어부 쪽 탄성 원료의 비율을 높일수록, 탄성 특성이 증가하여 영구 신율과 탄성 모듈러스가 낮아짐을 알 수 있다.

그러나, 비교예 1에서 시트의 용이한 분리를 위한 에어 분사장치의 에어 분사 속도를 5m/s 미만으로 유지하였을 경우 시트가 벨트 상에 달라붙어서 시트 생산이 불가하였다.

또한, 실시예 1과 비교예 2에서 볼 때 쉬쓰부의 원료를 달리했을 때 섬유 및 부직물의 촉감이 어떠한지 시험자 분석을 한 결과를 볼 때, 필라멘트 표면부위에 PE를 사용했을 경우가 PP를 사용한 경우와 비교시 훨씬 부드러운 감촉이 느껴졌다고 평가됨을 알 수 있다.

비교에 3에서는 섬유 냉각부 퀀칭 온도를 높은 수준(25℃)으로 하였을 때, 방사된 필라멘트가 충분한 냉각이 이뤄지지 않아 사절이 발생하거나 챔버 내 방사된 필라멘트로 인해 오염이 되어서, 시트의 연속 생산이 불가능하였다.

또한, 비교예 4, 5의 경우에서 보듯이 캘린더 온도와 압력 조건을 달리한 비교예에서는 캘린더 롤에 융착되어 작업이 불가능하였다. 그리고, 비교예 6에서 와인딩 조건에 변화를 주지 않았을 경우 시트의 폭이 크게 줄어서, 와인딩이 불균일 하게 이루어져 연속 생산이 불가능하였다.

1, 2 --- 압출기
3 --- 스핀 빔
4 --- 방사 노즐
5 --- 냉각 챔버
13 --- 부직포
14 --- 와인더

Claims (15)

190℃에서 용융지수가 25 내지 35g/10분이고 밀도가 0.9515 내지 0.9565g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 섬유표면의 적어도 일부를 구성하는 A성분 중합체가 쉬쓰(Sheath) 부를 형성하고, 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 B성분 중합체가 코어(Core) 부를 형성하는 심초형 복합 장섬유에 의해 형성된 탄성 부직포로서, 상기 탄성 부직포는 100% 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때, MD 방향에 대한 탄성 모듈러스가 1.0 내지 1.8 kg/㎟인 것을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

제 1항에 있어서, 상기 쉬쓰 부와 코어 부의 비율이 섬유의 전체 중량 기준으로, 쉬쓰/코어가 20/80 내지 1/99을 가지는 것을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

제 1항에 있어서, 상기 B성분 중합체는 230℃에서 용융지수(MI)가 28g/10분이고 밀도가 0.860 내지 0.870g/㎤인 프로필렌계 엘라스토머 중합체임을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

삭제

제 1항에 있어서, 상기 탄성 부직포는 100% 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때, 영구 변형율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

제 1항에 있어서, 상기 탄성 부직포는 평량이 10 내지 200g/㎡임을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

제 1항에 있어서, 상기 심초형 복합 장섬유의 직경이 15 내지 35μm를 가지는 것임을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포.

장섬유 탄성 스펀본드 탄성 부직포의 제조방법에 있어서, 상기 방법은:
a) 총 섬유의 1 중량% 내지 30 중량%로 190℃에서 용융지수가 25 내지 35 g/10min이고, 밀도가 0.9515 내지 0.9565g/㎤인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 단독 중합체를 포함하는 용융성분 A를 형성하는 단계;
b) 총 섬유의 70 중량% 내지 99 중량%인 프로필렌계 엘라스토머 중합체를 포함하는 용융성분 B를 형성하는 단계;
c) 섬유의 길이를 따라 상기 용융성분 A 및 용융성분 B를 용융물로서 공압출하여 다수의 섬유를 형성하는 단계;
d) 상기 섬유를 적정한 온도로 퀀칭하는 단계;
e) 상기 섬유를 연신하는 단계;
f) 상기 섬유를 특수 형상 표면 벨트 상에서 상기 섬유 및 웹을 수집하는 단계;
g) 상기 웹을 15 내지 25m/s 적정 에어 속도로 벨트 상에서 분리시키는 단계;
h) 상기 웹을 패턴된 롤에 의해 엠보싱 결합으로 형태 안정성을 부여하는 단계; 및
i) 상기 웹을 일정 권취 속도로 권취시키는 단계를 포함하여 제조하므로서 상기 탄성 부직포는 100% 1-사이클 이력 시험을 사용하여 측정하였을 때, MD 방향에 대한 탄성 모듈러스가 1.0 내지 1.8 kg/㎟로 되는 것을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법.

제 8항에 있어서, 상기 c) 단계는 용융성분 A가 용융성분 B를 섬유의 길이방향으로 둘러싸도록 하기 위해 스핀 빔과 방사 노즐 사이에 분배판을 게재시켜 코어 부에 프로필렌계 엘라스토머 중합체를, 쉬쓰 부에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 각각의 노즐 홀 쪽으로 유도하여 방사함으로써 심초형 복합 장섬유를 제조함을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법.

제 8항에 있어서, 상기 h) 단계는 결합 캘린더로 한쪽은 통상적으로 접착면적이 10 내지 20%을 가지는 엠보스 롤(Emboss roll)을, 다른 한쪽은 표면이 매끄러운 스위밍 롤(Swimming roll)로 구성되며, 이때 열적 온도는 80 내지 120℃임을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법.

제 8항에 있어서, 상기 d) 단계의 퀀칭 온도는 10 내지 20℃임을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법.

제 8항에 있어서, 상기 i) 단계의 권취 조건은 와인더의 권취 속도를 엠보스 롤(Emboss roll)의 회전속도에 비하여 80 내지 99%의 비율로 낮춰서 함을 특징으로 하는 피트성과 소프트한 촉감을 가지는 장섬유 탄성 부직포의 제조방법.

청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 상기 부직포는 용융 압출되고 공기압으로 연신성 부직물로 됨을 특징으로 하는 우수한 탄성 복원력을 가진 스펀본드 부직포.

청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 부직포를 포함하는 연신성 적층물.

1회용 기저귀나 생리용 냅킨과 같은 흡수성 물품, 와이퍼의 청소용품, 마스크의 거즈나 붕대와 같은 의료품에 사용되는 청구항 13에 따른 부직포.

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