KR101239228B1 - 목탄 분말을 포함하는 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목탄, 항균제 및 폴리머를 혼합하여 액상의 M/B(Melt-Blown)를 제조하는 단계와, 폴리머와 액상 M/B를 혼합하여 단섬유를 뽑아 폴리머를 개면화시키는 단계와, 개면된 폴리머 원면을 균일하게 1,2차로 혼합시켜 원면량을 균일하고 일정하게 공급하여 해면시켜 주는 드라프타 공정과, 혼합된 원면을 빗질작용과 이동작용을 통하여 하나하나의 섬유상태의 얇은 막의 Web상태의 섬유구조로 개섬시키는 공정과, 원면을 뜨거운 롤 2개로 녹여서 섬유 간에 결합시키는 공정과, 검단 전에 롤 상태로 감는 권취 공정으로 구성된다.
본 발명의 부직포는 신발깔창 또는 자동차 내장재로 사용되면 악취제거 및 통기성이 좋은 부직포를 제공할 수 있다.

Description

목탄 분말을 포함하는 부직포 및 그의 제조방법{A Non-woven Fabric Containing White Charcoal and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 목탄을 함유한 부직포에 관한 것으로, 목탄과 항균제를 열가소성 수지와 혼합하여 액상의 M/B(melt blown)를 제조한다. 폴리머와 액상 M/B를 혼합하여 단섬유를 뽑아 폴리머를 개면화시킨 후, 개면된 여러 종류의 원면을 혼합시키는 1차 혼합공정, 1차 혼합된 원면을 균일하게 혼합시키는 2차 혼합공정, 원면량을 균일하고 일정하게 공급하여 해면시켜 주는 드라프타 공정, 혼합된 원면을 빗질작용과 이동작용을 통하여 하나하나의 섬유상태의 얇은막의 Web상태의 섬유구조로 개섬시키는 공정, 원면을 뜨거운 롤 2개로 녹여서 섬유 간에 결합시키는 공정, 검단 전에 롤 상태로 감는 와인딩 공정으로 구성된다.

부직포(不織布; Non-woven Fabric)는 섬유를 적당히 배열하여 접착제나 섬유 자체의 밀착력이나 섬유들의 엉킴을 이용하여 평행 또는 부정방향(不定方向)으로 배열하고 합성수지 접착제로 결합하여 만든 시트 모양의 천이다. 초기에는 섬유 원료로 솜이나 비스코스레이온이 주로 사용되었으나, 1950년대 중반부터는 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성섬유도 사용되고 있다.

부직포의 가공법에는 침지식(浸漬式)과 건식(乾式)이 있다. 침지식은 초지식(抄紙式)이라고도 하며, 섬유를 합성수지 접착제 통에 넣어 적셨다가 건조 및 열처리한 것으로 종이와 비슷하다. 건식은 웹(Web) 결합 시 접착제를 섬유상에 침투시켜 건조공정을 거쳐 제조하는 것으로 접착제를 침적시켜, 생성하는 침적 접착법과 접착제를 분사시켜 접착하는 Spray법이 있다.

열처리 접착 부직포(Thermal Bonding)는 저융점의 가소성을 지닌 폴리프로필렌(Polypropylene)등의 섬유를 혼합하여 열 또는 압력 등으로 착화하거나 녹여서 섬유조직을 결합시켜 제조한다. 이 부직포는 접착제를 사용하지 않으므로 위생성이 우수하여 기저귀나 냅킨 등으로 사용된다.

에어레이 부직포(Air Ray)는 압축공기와 접착제를 이용하여 제조하는 부직포로 가로와 세로 방향의 인장 차이가 없어, 필터, 심지, 카페트, 기포재, Wiper, 스폰지, 절연재 등으로 사용된다.

습식부직포(Wet Ray)는 제지공정인 초지법과 동일한 공정이나 단지 원료가 펄프로 사용되지 않고 각종 섬유를 사용하여 제조한다. 물성을 매우 자유롭게 변화시킬 수 있어 주로 Wiper, 타월, 필터 백, 기저귀 커버 등에 사용된다.

부직포에 관련된 종래기술은 한국특허등록 2004332130000(황토가루가 함유된 부직포를 이용한 신발깔창)은 친환경 황토 및 탈취제 함유 및 상부 창에 지압봉이 형성된 부직포 신발깔창이다. 한국특허등록 2001946180000(숯가루 덩어리가 끼워 넣어진 의료용 부직포)은 백탄분말에 점착제를 혼합 용융하여 숯 분말 점성체를 롤러프레스기로 압착하여 융착한 후 접착제가 도포된 시이트상 부직포 상판을 전열 롤러프레스로 고온으로 접합시킨다. 한국특허등록 1007559580000(대나무 섬유용 펄프를 이용한 부직포 제조공정)은 대나무펄프로 제작한 대나무사를 주원료로 사용하여 용융점이 낮은 폴리프로필렌을 용융시킨 부직포이다. 한국특허등록 1006675740000(알로에가 함유된 친수성 스판본드 부직포의 제조방법)은 친수성계면활성제와 알로에에멀젼을 부직포에 도포한다. 한국특허등록 1002174980000(신발용 피혁원단 부직포의 제조방법)은 나일론 단섬유와 고수축성 단섬유를 혼합 중첩하고 니들펀칭하여 부직포를 제조하고, 열수에 수축시킨 부직포를 압착하여 두께를 조절한다. 한국특허등록 1008551090000(제올라이트 함유 부직포 초배지)은 제올라이트, 황토분말, 접착제, 항균제를 섞어 초배지에 코팅층을 형성시킨다. 한국특허등록 10200393407(죽탄 부직포 및 이를 이용한 의류와 벽지) 대나무 숯을 분쇄하여 만든 죽탄을 부직포에 도포하여 몇 겹으로 만든다. 한국특허등록 1005506470000(숯이 수용성 함침된 부직포 및 그의 제조방법)은 분쇄된 숯이 묽게 처리한 수용성 접착제와 키토산이 부직포 원단에 함침된다. 한국특허공개 1020090123653(대나무섬유 및 열가소성 합성섬유를 포함하는 흡수제품)은 대나무섬유 및 열가소성 섬유를 포함하는 부직포이다. 한국특허등록 1008302230000(황토성분을 부직포에 함침시켜 제공되는 황토보드 및 그의 제조방법)은 물, 인산실리케이트, 아크릴수지액, 분산제,를 섞어 수용액을 만들고, 황토분말을 혼합하여 부직포에 도포된 황토부직포이다. 한국특허공개 1020090067311(부직포 필터)은 활성탄이 표면층 및 이면층의 부직포 사이에 위치하여 열가소성 수지에 의하여 접착되어 일체화된 부직포이다. 그러나 이들 종래기술은 본 발명과 기술적 구성이 다른 것이다.

종래의 부직포는 사용원료의 종류, Web의 생성방법 및 결합방법, 접착제의 종류 등에 따라 여과성, 성형성, 흡수성, 절연성 등 상이한 성질을 갖는다. 본 발명은 유해가스를 흡착할 수 있는 자동차 내장재용 부직포를 제조하여 자동차 바닥시트, 천정마감재 또는 트렁크시트 등으로 사용하는 데 있다. 그러나 종래의 부직포는 접착제를 사용하기 때문에 냄새가 나고, 유해가스를 흡착할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 접착제를 사용하지 않고 친환경소재인 목탄을 사용하여 만든 부직포로서 유해가스를 흡착하고 통풍성이 우수한 부직포를 제공하는 데 있다.

본 발명의 부직포는 목탄과 같은 친환경소재를 사용함에 따라 인체에 유해한 유해가스를 흡착함으로써 신발깔창의 악취 또는 자동차에서 발생하는 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정도이다.

본 발명은 목탄을 이용한 부직포의 제조방법을 나타낸다.

본 발명은 목탄, 항균제 및 폴리머를 혼합하여 액상의 M/B(Melt-Blown)를 제조하는 단계; 폴리머와 액상 M/B를 혼합하여 단섬유를 뽑아 폴리머를 개면화시키는 단계; 개면된 폴리머 원면을 균일하게 1,2차로 혼합시켜 원면량을 균일하고 일정하게 공급하여 해면시켜 주는 드라프타 단계; 혼합된 원면을 빗질작용과 이동작용을 통하여 하나하나의 섬유상태의 얇은 막의 Web상태의 섬유구조로 개섬시키는 단계; 및 원면을 뜨거운 롤 2개로 녹여서 섬유 간에 결합시키는 공정과, 검단 전에 롤 상태로 감는 권취 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목탄을 이용한 부직포의 제조방법을 나타낸다.

상기에서 목탄은 참나무 백탄을 1∼5％ 사용할 수 있다.

상기에서 폴리머는 폴리프로필렌(Polypropylene), 초산비닐에틸렌(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에스테르(Polyester), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 또는 폴리우레탄(Polyurethane) 중에서 선택된 어느 하나를 95-98％ 사용할 수 있다.

상기에서 항균제는 Zn, Ag, Cu 또는 Mn의 나노화합물 중에서 선택된 어느 하나를 0.1∼1.0％ 사용할 수 있다.

상기에서 항균제는 아연(Zn)을 포함하는 나노화합물, 은(Ag)을 포함하는 나노화합물, 구리(Cu)를 포함하는 나노화합물 또는 망간(Mn)을 포함하는 나노화합물 중에서 선택된 어느 하나를 0.1∼1.0％ 사용할 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 보다 상세히 설명하고자 한다.

<재료>

1. 목탄

부직포 제작을 위해 사용한 목탄은 전통식 참나무 백탄 1∼5％를 사용하였으며, SEM 사진을 기초로 계산한 평균입경은 0.61㎛(610㎚), 가장 높은 빈도를 나타낸 입경은 0.5㎛(500㎚)로 나타났다.

2. 폴리머

폴리머는 열가소성수지인 폴리프로필렌(Polypropylene), 초산비닐에틸렌(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에스테르(Polyester), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 또는 폴리우레탄(Polyurethane)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나를 95∼98％ 사용한다.

3. 항균제

항균제는 Zn, Ag, Cu 또는 Mn 등의 나노화합물 중에서 선택된 어느 하나를 0.1∼1.0％ 사용한다.

상기에서 항균제는 아연(Zn)을 포함하는 나노화합물, 은(Ag)을 포함하는 나노화합물, 구리(Cu)를 포함하는 나노화합물 또는 망간(Mn)을 포함하는 나노화합물 중에서 선택된 어느 하나를 0.1∼1.0％ 사용할 수 있다.

<제조방법>

1. Melt Blown의 제조

본 발명은 목탄은 전통식 참나무 백탄 1∼5％, 항균제는 Zn 또는 Ag 나노화합물 중에서 선택된 어느 하나를 0.1∼1.0％ 및 폴리머는 열가소성수지인 EVA, PE, HDPE 또는 폴리프로필렌 중에서 95∼98％를 혼합하여 액상의 M/B를 제조한다.

2. 폴리머의 개면화

상기의 폴리머 중에서 선택한 어느 하나와 상기에서 만든 액상 M/B를 97∼99:1∼3로 혼합하여 필라멘트사로 방사한 후 단섬유를 3∼10mm로 커팅한 후 단섬유(staple fiber)를 호파를 통해 덩어리 상태의 원면을 잘게 풀어 일정 비율량으로 공급해주는 공정으로 개면화시킨다.

3. 해면 공정

개면된 폴리머 원면을 균일하게 1차로 혼합시키고 이송 콘베이어를 통해 멀티믹서로 1차 혼합된 원면을 균일하게 혼합시켜주는 2차 혼합 공정.

4. 개섬 공정

혼합된 원면을 빗질작용과 이동작용을 통하여 하나하나의 섬유상태의 얇은 막의 Web상태의 섬유구조로 개섬시키는 공정으로, 원면을 카드기를 통해 녹여서 섬유 간을 결합시킨다.

5. 권취 공정

검단 전에 롤(roll) 상태로 감는 권취 공정으로 구성된다.

본 발명의 목탄을 이용한 부직포의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 목탄을 이용한 부직포의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1∼4>

부직포를 제조하는 M/B 배합비는 표 1과 같으며, 폴리머는 고분자수지인 폴리프로필렌 95∼98％와 항균제인 Zn(4.0Å)계열을 0.1∼1.0％와 참나무백탄 1∼5％를 배합하여 M/B를 만들었다.

부직포 M/B 배합비(단위:％)

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	대조군
백탄	1.0	3.0	4.0	5.0	0
폴리머	98	96.3	95.6	94.9	100
항균제	1.0	0.7	0.4	0.1	0

폴리머는 폴리미래社에서 메탈로센 촉매를 이용하여 생산한 폴리프로필렌 제품(제품명 Metocene)을 원료로 사용하였으며, 항균제는 Zn(4.0Å) 나노화합물이며, 전통식 참나무 백탄 분말(white charcoal)은 통상적인 방법에 의해 제조한 것을 사용하였다.

폴리머와 액상 M/B를 97∼99:1∼3 비율로 혼합하여 2데니아(denia)로 방사 단섬유를 뽑아 개면화시켰다. 개면된 폴리머 원면을 균일하게 1차로 혼합시키고 난 후, 2차로 혼합시켜 원면량을 균일하고 일정하게 공급하여 해면시켰다. 혼합된 원면을 빗질작용과 이동작용을 통하여 하나하나의 섬유상태의 얇은막의 Web상태의 섬유구조로 개섬시킨 후, 원면을 80℃ 롤 2개 사이에 넣고 녹여서 섬유 간을 결합시켜 검단 전에 롤 상태로 감았다.

<시험예 1>; 공기희석 관능평가에 의한 악취·유해가스 측정

목탄 5％가 처리된 부직포에 대한 제거효율 성능을 확인하기 위하여 처리 전, 후 2가지 샘플에 대해 백(bag)법을 이용한 전처리 과정(80℃, 2시간 가열)을 통해 가스를 채취하고, 이들 가스를 대상으로 공기희석 관능법을 진행하였다. 공기희석 관능법을 이용한 냄새세기 평가결과, 처리 전 제품의 경우 100배, 목탄을 적용한 처리 후 제품의 경우 44.8배로 확인되었다. 처리 전 대비 처리 후 제품의 냄새 저감효율은 55.2％로 나타났다(표 2).

공기희석 관능 평가에 따른 냄새세기 처리 전·후 효과 비교

평가방법	희석배수(배)		냄새 저감효과(％)
	처리 전	처리 후	처리 전	처리 후
관능평가	100	44.8	0	55.2

<시험예 2>; 기기분석법에 의한 시간경과별 TVOC 및 개별성분 측정

기기분석법을 이용하여 시간경과(1일∼28일)에 따른 자동차 내장용 부직포의 총휘발성 유기화합물(TVOC) 방출량은 기존 제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.049㎎/㎡·h, 0.127㎎/㎡·h, 0.058㎎/㎡·h, 0.050㎎/㎡·h, 0.042㎎/㎡·h, 0.031㎎/㎡·h, 0.024㎎/㎡·h로 감소되는 경향을 보였으며, 목탄 5％ 처리 제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.021㎎/㎡·h, 0.022㎎/㎡·h, 0.016㎎/㎡·h, 0.013㎎/㎡·h, 0.014㎎/㎡·h, 0.007㎎/㎡·h, 0.006㎎/㎡·h로 감소되는 경향을 나타내었다. 또한 부직포 자체의 주 냄새원인 성분인 에틸아민 단일 성분에 대한 평가결과 처리 전 제품에서는 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.098㎎/㎡·h, 0.093㎎/㎡·h, 0.075㎎/㎡·h, 0.092㎎/㎡·h, 0.090㎎/㎡·h, 0.090㎎/㎡·h, 0.090㎎/㎡·h로 방출되는 경향을 나타내었다. 한편 목탄 처리 제품에서 에틸아민의 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 방출량은 각각 0.130㎎/㎡·h, 0.085㎎/㎡·h, 0.084㎎/㎡·h, 0.085㎎/㎡·h, 0.084㎎/㎡·h, 0.088㎎/㎡·h, 0.086㎎/㎡·h로 확인되었다(표 3의 시간 경과에 따른 개별 성분 및 TVOC 처리 전·후 제품별 방출량 비교 참고).

따라서 목탄을 처리하지 않은 대조구와 비교하여 목탄 5％를 처리한 부직포의 경우 28일 경과 후, 에틸아민 단일성분에 대해서는 8.2％에서 33.8％로 제거효율이 25.6％ 상승하였으며, 총휘발성유기화합물(TVOC)에 대해서는 51.0％에서 71.4％로 상승하여 20.4％ 제거율이 우수하였다(표 4의 냄새원인 유발성분 및 TVOC 처리 전·후 저감효율 비교 참고).

<시험예 3>; 소형챔버법에 의한 포름알데하이드 농도 측정

20ℓ 챔버 내부를 65.0ppb 수준의 포름알데하이드 표준가스를 흘려주면서 처리후 제품의 시간 경과에 따른 흡착성능 평가를 확인한 결과, 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일후 각각 22.9ppb, 24.7ppb, 27.6ppb, 27.1ppb, 24.1ppb, 26.8ppb, 26.5ppb 수준(표 5)으로 7일 동안 57.5∼64.8％의 흡착효율을 나타내었다(표 6).

포름알데하이드 표준가스 흡착 후 방출농도 변화 비교

표준가스		샘플명	경과시간(day)에 따른 농도(ppb)
성분명	초기농도(ppb)		1일	2일	3일	4일	5일	6일	7일
포름알데히드	65.0	목탄 5％	22.9	24.7	27.6	27.1	24.1	26.8	26.5

포름알데하이드 표준가스 초기농도 대비 흡착효율 비교

표준가스		샘플명	경과시간(day)에 따른 흡착효율(％)
성분명	초기농도(ppb)		1일	2일	3일	4일	5일	6일	7일
포름알데히드	100	목탄 5％	64.8	62.0	57.5	58.3	62.9	58.8	59.2

<시험예 4>; 소형챔버법에 의한 톨루엔 농도 측정

20ℓ 소형챔버 내부를 1.0ppm(1000ppb) 수준의 톨루엔 표준가스를 흘려주면서 처리 후 제품의 시간 경과에 따른 흡착성능 평가를 확인한 결과, 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일 후 각 각 490ppb, 484ppb, 470ppb, 485ppb, 462ppb, 458ppb, 469ppb 수준(표 7)으로 7일 동안 51.0∼54.2％의 흡착효율을 나타내었다(표 8).

톨루엔 표준가스 흡착 후 방출농도 변화 비교

표준가스		샘플명	경과시간(day)에 따른 농도(ppb)
성분명	초기농도(ppb)		1일	2일	3일	4일	5일	6일	7일
톨루엔	1000	목탄 5％	490	484	470	485	462	458	469

톨루엔 표준가스 초기농도 대비 흡착효율 비교

표준가스		샘플명	경과시간(day)에 따른 흡착효율(％)
성분명	초기농도(ppb)		1일	2일	3일	4일	5일	6일	7일
톨루엔	1000	목탄 5％	51.0	51.6	53.0	51.5	53.8	54.2	53.1

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 백탄을 이용한 부직포는 악취와 유해가스를 발생시키는 자동차 내부 내장재나 다중이용시설의 실내 카페트 등에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 신발깔창 등 악취를 유발하는 부분에 적용하여 장기적으로 효과적인 냄새 제거가 가능하며, 착용감이 우수하므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (5)

1. 목탄, 항균제 및 폴리머를 혼합하여 액상의 멜트블로운(Melt-Blown)를 제조하는 단계로서, 상기 항균제는 Zn, Cu 및 Mn의 나노화합물 중에서 선택되는 어느 하나인 단계;
   상기에서 제조된 액상의 멜트블로운에 폴리머를 추가적으로 혼합하여 단섬유를 뽑아 폴리머를 개면화시키는 단계;
   개면된 폴리머 원면을 균일하게 1,2차로 혼합시켜 원면량을 균일하고 일정하게 공급하여 해면시켜 주는 해면 단계;
   혼합된 원면을 하나하나의 얇은 막의 섬유상태인 웹(Web) 상태의 섬유구조로 개섬시키는 단계; 및
   원면을 뜨거운 롤 2개로 녹여서 섬유 간에 결합시키는 공정과, 검단 전에 롤 상태로 감는 권취 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목탄을 이용한 부직포의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 목탄은 참나무 백탄을 액상의 멜트블로운 전체 중량대비 1-5 중량％ 사용하는 것을 특징으로 하는 목탄을 이용하는 부직포의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 폴리머는 폴리프로필렌(Polypropylene), 초산비닐에틸렌(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리에스테르(Polyester), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene) 또는 폴리우레탄(Polyurethane) 중에서 선택된 어느 하나를 액상의 멜트블로운 전체 중량대비 95-98 중량％ 사용하는 것을 특징으로 하는 목탄을 이용하는 부직포의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 항균제는 액상의 멜트블로운 전체 중량대비 0.1∼1.0 중량％ 사용하는 것을 특징으로 하는 목탄을 이용하는 부직포의 제조방법.
5. 청구항 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조한 부직포.

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