KR101439582B1 - 심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 최적의 조성 범위를 갖는 이성분계 폴리머를 사용하고 상용화제를 첨가함으로써 고속에서 방사되고 연속적으로 부직포를 제조할 수 있음에 따라 경제성이 우수할 뿐만 아니라 우수한 물성을 갖는 심초형 필라멘트 및 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포에 관한 것이다. 본 발명의 심초형 필라멘트는, 일 폴리머로 이루어진 코어 부분; 상기 코어 부분을 이루고 있는 폴리머와 성분이 다른 폴리머로 이루어진 시스 부분; 및 상기 코어 부분 및 상기 시스 부분 중 적어도 어느 한 부분에 첨가된 상용화제를 포함한다.

Description

심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법{Sheath-core structure filaments and Method for manufacturing the same, Spun bond nonwoven fabric and Method for manufacturing the same}
본 발명은 심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로는, 고속에서 방사가 가능하고 고신율을 갖는 심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
스펀본드 부직포는 2 가지 이상의 폴리머를 혼합 방사하여 얻어진 복합 필라멘트들로 이루어질 수 있다.
이러한, 복합 필라멘트는 기본 구조가 유사한 2 가지 이상의 폴리머를 혼합 방사하여 얻어질 수 있지만, 기본 구조가 다른 이성분계 폴리머들을 사용해서 얻어질 수 있다. 예를 들어, 코어 부분에는 폴리에스테르 폴리머로 이루어지고 시스 부분에는 폴리아미드 폴리머로 이루어진 이성분계 폴리머들을 사용한 복합 필라멘트가 있을 수 있다.
이러한 복합 필라멘트는 이를 이루고 있는 각 폴리머들의 구조가 상이함에 따라 상용성이 떨어지고, 이에 따라 고속 방사가 어려운 실정이다.
또한, 이러한 이성분계 폴리머들로 이루어진 복합 필라멘트를 사용하여 부직포를 제조할 경우 방사 공정과 연신 공정이 동시에 수행되어 웹을 형성하는 연속적인 방법이 아닌 단섬유를 제조한 후 웹을 형성하는 비연속적인 방법을 통해 제조되고 있는 실정이다.
이에 따라 종래 이성분계 폴리머로 이루어진 복합 필라멘트를 사용하여 제조한 부직포는 저속에서 생산되고 여러 단계를 거쳐 생산됨에 따라 경제성이 떨어지고 각 이성분계 폴리머들의 상용성이 떨어짐에 따라 물성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 최적의 조성 범위를 갖는 이성분계 폴리머들을 사용하고 상용화제를 첨가함으로써 고속에서 방사되고 연속적으로 부직포를 제조할 수 있음에 따라 경제성이 우수할 뿐만 아니라 우수한 물성을 갖는 심초형 필라멘트 및 그 제조방법, 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 한 측면에서의 본 발명은, 일 폴리머로 이루어진 코어 부분; 상기 코어 부분을 이루고 있는 폴리머와 성분이 다른 폴리머로 이루어진 시스 부분; 및 상기 코어 부분 및 상기 시스 부분 중 적어도 어느 한 부분에 첨가된 상용화제를 포함하는 심초형 필라멘트를 제공한다.
다른 측면에서의 본 발명은, 상기 심초형 필라멘트로 이루어진 스펀본드 부직포를 제공한다.
또 다른 측면에서의 본 발명은, 50 내지 90 중량%의 일 폴리머를 용융시켜 방사 구금의 코어 부분에 공급하는 공정; 상기 코어 부분에 공급된 용융 폴리머와 성분이 다른 10 내지 50 중량%의 폴리머를 용융시켜 방사 구금의 시스 부분에 공급하는 공정; 상기 코어 부분의 폴리머의 중량 대비 2 내지 10 phr 범위 내에서 상기 코어 및 시스 부분 중 적어도 한 부분에 상용화제를 첨가하는 공정; 및 상기 코어 및 시스 부분에 공급된 폴리머들을 방사 구금 홀을 통해 4,000 내지 5,000 m/분의 속도로 방사하는 공정을 포함하는 심초형 필라멘트의 제조방법을 제공한다.
또 다른 측면에서의 본 발명은, 상기 심초형 필라멘트를 서로 집적시켜 웹을 제조하는 공정; 및 상기 제조된 웹들을 열 접착시키는 공정을 포함하는 스펀본드 부직포의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 심초형 필라멘트는 최적의 조합으로 이루어진 이종의 폴리머와 상용화제를 포함함으로써 고속 방사가 가능하고 연속적으로 부직포를 제조함에 따라 경제성이 우수한 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 따른 심초형 필라멘트는 상용성이 우수함에 따라 물성이 우수한 이점이 있다.
이러한 심초형 필라멘트로 이루어진 스펀본드는 물성이 우수함에 따라 다양한 분야에 활용 가능하다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 심초형 필라멘트 및 이를 이용하여 제조한 스펀본드 부직포에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 심초형 필라멘트는 일 폴리머로 이루어진 코어(core) 부분을 포함한다.
상기 코어 부분은 지지체 역할을 함에 따라 강도 등이 우수해야 한다. 이러한 코어 부분은 폴리에스테르계 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 코어 부분은 50 내지 90 중량%의 폴리에스테르계 폴리머로 이루어질 수 있다. 만일 상기 코어 부분의 폴리에스테르계 폴리머의 함량이 50 중량% 미만일 경우 후술할 시스(sheath) 부분이 상대적으로 함량이 많아지기 때문에 폴리에틸렌과 같이 냉각 속도가 느린 폴리머를 사용할 경우 시스 부분의 냉각이 원활하게 진행되지 않아 필라멘트들이 서로 뭉치게 되고 이로 인해 부직포의 품위가 떨어질 수 있다. 반면, 상기 코어 부분의 폴리에스테르 폴리머의 함량이 90 중량%를 초과할 경우 복합 방사 공정 진행 시 방사성이 불안정하여 생산성이 떨어질 수 있다.
다음, 본 발명의 심초형 필라멘트는 상기 코어 부분을 이루고 있는 폴리머와 성분이 다른 폴리머로 이루어진 시스 부분을 포함한다.
상기 시스 부분은 필라멘트의 요구되는 기능성을 부여하기 위한 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어 부직포의 열 접착이 용이하게 수행되기 위해 낮은 유리전이 온도를 갖는 폴리올레핀계 폴리머가 시스 부분에 사용할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체를 포함할 수 있다.
사이 시스 부분은 10 내지 50 중량%의 폴리올레핀계 폴리머로 이루어질 수 있다. 만일 상기 시스 부분의 폴리올레핀계 폴리머의 함량이 10 중량% 미만일 경우, 상기 코어 부분과 반대로, 복합 방사 공정 진행 시 방사성이 불안정하여 생산성이 떨어질 수 있고, 반면 상기 시스 부분의 폴리올레핀계 폴리머의 함량이 50 중량%를 초과할 경우, 상기 코어 부분과 반대로, 시스 부분의 냉각이 원활하게 진행되지 않아 필라멘트들이 서로 뭉치게 되고 이로 인해 부직포의 품위가 떨어질 수 있다.
다음, 본 발명의 심초형 필라멘트는 상기 코어 부분 및 상기 시스 부분 중 적어도 어느 한 부분에 첨가된 상용화제를 포함한다.
상기 상용화제는 화학적 구조가 서로 다른 이성분계 심초형 필라멘트의 상용성을 향상시키는 역할을 한다. 예를 들어 상기 상용화제는 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물을 포함할 수 있다. 상기 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물은 폴리프로필렌 부분을 포함하기 때문에 상기 시스 부분을 이루고 있는 폴리올레핀계 폴리머와 유사한 성질을 가짐에 따라 물리적으로 혼합이 가능케 한다. 또한, 상기 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물은 아크릴산 부분을 포함하기 때문에 상기 코어 부분을 이루고 있는 폴리에스테르계 폴리머의 관능기인 카르복실기 및 수산기와 화학적 결합이 가능케 한다.
상기 상용화제는 코어 부분을 이루는 폴리머의 중량 대비 2 내지 10 phr(parts per hundred resin) 범위 내에서 첨가될 수 있다. 만일 상기 상용화제의 함량이 2 phr 미만일 경우 이종의 폴리머들의 계면에서의 상용성 개선에 대한 효과가 충분히 발현될 수 없기 때문에 고속 방사 진행 시 공정성이 떨어질 수 있다. 반면 상기 상용화제의 함량이 10 phr를 초과할 경우 고가의 상용화제가 다량 첨가됨에 따라 제조 원가가 높아지기 때문에 경제성이 떨어질 수 있다. 상기 phr는 상용화제의 함량 단위인데, 예를 들어 1 phr은 100 g의 코어 폴리머에 1 g의 상용화제가 첨가된 것을 의미한다.
이와 같이 최적의 조합으로 코어 부분과 시스 부분 및 상용화제를 투입하여 제조함에 따라 4,000 m/분 이상의 고속에서 방사가 가능하게 된다.
상기 심초형 필라멘트는 15 내지 35 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 만일 상기 심초형 필라멘트의 직경이 15 ㎛ 미만일 경우 직경이 너무 가늘어 이종의 폴리머들을 복합 방사하기가 쉽지 않기 때문에 공정성이 떨어질 수 있고, 반면 상기 심초형 필라멘트의 직경이 35 ㎛를 초과할 경우 상업적으로 균일한 두께의 부직포를 제조하기가 곤란할 수 있다.
다음, 상술한 심초형 필라멘트로 이루어진 스펀본드 부직포를 설명하기로 한다.
상기 스펀본드 부직포는 최적의 조합으로 이루어진 코어 및 시스 부분과 상용화제를 포함함에 따라 우수한 신율을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 스펀본드 부직포는 35 내지 45 %의 가로 신율을 갖고 40 내지 60 %의 세로 신율을 가짐에 따라 양 방향으로 우수한 신율을 가지게 된다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 심초형 필라멘트의 제조방법 및 스펀본드 부직포의 제조방법에 대해 구체적으로 설명한다. 상술한 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포에 대해 설명한 부분 중 구성 및 함량 등 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 제 1 익스트루더에서 50 내지 90 중량%의 일 폴리머를 용융시켜 이를 방사 구금의 코어 부분에 공급한다.
한편, 제 2 익스트루더에서 상기 코어 부분에 공급된 용융 폴리머와 성분이 다른 10 내지 50 중량%의 폴리머를 용융시켜 방사 구금의 시스 부분에 공급한다.
한편, 상기 코어 부분의 폴리머의 중량 대비 2 내지 10 phr 범위 내에서 상기 제 1 또는 제 2 익스트루더 중 적어도 한 익스트루더에 상용화제를 첨가한다. 상기 제 1 익스트루더의 다른 피더를 이용하여 상용화제를 투입하여 코어 부분에 상용화제를 첨가할 수 있다.
이어서, 상기 코어 및 시스 부분에 공급된 폴리머들을 방사 구금 홀을 통해 4,000 내지 5,000 m/분의 속도로 방사한다. 상술한 바와 같이 최적의 조합의 코어 부분, 시스 부분 및 상용화제를 포함하는 심초형 필라멘트는 방사성이 우수하여 상기 고속 범위의 방사속도에서 제조가 가능하다.
이어서, 상기 제조된 심초형 필라멘트를 서로 집적시켜 웹을 제조한다.
이어서, 상기 제조된 웹들을 열 접착시키는 공정을 포함하는 스펀본드 부직포를 제조한다. 상기 열 접착시키는 공정은 고온 및 고압의 롤러를 이용하거나 열풍을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 열풍을 이용한 열 접착 공정은 열풍을 분사하는 열고정부가 설치된 텐터(tenter)와 같은 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 이때, 상기 열풍 온도는 시스 부분의 폴리머의 용융온도와 동일하게 설정될 수 있다. 또한, 상기 고온 및 고압의 롤러에 의한 열 접착 공정은 캘린더 롤러나 엠보싱 롤러를 이용하여 수행할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
1) 필라멘트 섬유의 제조
코어 부분에 70 중량%의 함량이 되도록 융점이 255 ℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 투입하고 시스 부분에 30 중량%의 함량이 되도록 융점이 160 ℃인 폴리프로필렌 폴리머를 투입하여 구금을 통해 이를 복합 방사하여 필라멘트를 제조하였다. 이때, 상용화제인 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물을 상기 코어 부분에 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 대비 10 phr의 함량으로 첨가하였다. 또한, 상기 필라멘트의 직경이 35 ㎛가 되도록 토출량 및 구금의 홀수를 조절하였다.
이어서, 25 ℃의 냉각 풍을 이용하여 상기 얻어진 필라멘트를 고화시키고, 고압의 공기를 이용하여 필라멘트의 방사속도가 5,000 m/분이 되도록 조정함으로써 상기 고화된 필라멘트를 충분히 연신시켜 심초형 필라멘트를 얻었다.
2) 스펀본드 부직포의 제조
상술한 바와 같이 제조된 심초형 필라멘트를 통상의 개섬법을 이용하여 연속적으로 이동하는 금속제 네트 상에 적층시켜 웹을 제조하였다. 이어서, 상기 시스 부분의 폴리머의 용융 온도와 유사한 온도의 열풍을 이용하여 상기 웹을 열 접착시켜 단위면적당 중량이 120 g/㎡인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 2
전술한 실시예 1에서, 상기 상용화제의 함량을 5 phr로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 3
전술한 실시예 1에서, 상기 코어 부분의 폴리머 함량을 90 중량%로 변경하고 상기 시스 부분의 폴리머 함량을 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 4
전술한 실시예 1에서, 상기 코어 부분의 폴리머 함량을 50 중량%로 변경하고 상기 시스 부분의 폴리머 함량을 50 중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 5
전술한 실시예 1에서, 상기 시스 부분의 폴리머를 융점이 130 ℃인 폴리에틸렌 폴리머를 사용하고 130℃의 열풍에서 상기 웹을 열 접착시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 1
전술한 실시예 1에서, 상기 상용화제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 2
전술한 실시예 1에서, 상기 시스 부분의 폴리머를 아디픽산이 공중합된 융점이 220 ℃인 폴리에스테르 코폴리머를 사용하고 220℃의 열풍에서 상기 웹을 열 접착시키고, 상기 상용화제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 심초형 필라멘트 및 스펀본드 부직포를 제조하였다.
위 실시예들 및 비교예들의 제조조건은 표 1에 나타내었고, 얻어진 스펀본드 부직포의 물성은 다음의 방법으로 측정하였고, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
구 분 폴리머(코어/시스) 폴리머함량(중량%) 상용화제함량
(phr)		 접착온도(℃)
실시예 1 PET/PP 70/30 10 160
실시예 2 PET/PP 70/30 5 160
실시예 3 PET/PP 90/10 10 160
실시예 4 PET/PP 50/50 10 160
실시예 5 PET/PE 50/50 10 130
비교예 1 PET/PP 70/30 0 160
비교예 2 PET/Co-PET 50/50 0 220
스펀본드 부직포의 인장 강도(㎏·f/5㎝) 및 신율 (%)
스펀본드 부직포의 인장 강도는 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 KS K 0521 법에 준하여 측정하였다. 구체적으로, 가로×세로가 5㎝×20㎝인 시편을 준비하고 상기 시편의 상하부 말단 중 5㎝×5㎝ 부분을 각 지그에 물린 후 200 ㎜/분의 속도로 신장시켜 스펀본드 부직포의 인장 강도를 측정하였다.
스펀본드 부직포의 인열 강력(㎏·f)
스펀본드 부직포의 인열 강력은 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 KS K 0536 (Single Tongue)법에 준하여 측정하였다. 구체적으로, 가로×세로가 7.6㎝×20㎝인 시편을 준비하고 상기 시편 중 가운데 부분을 7 ㎝ 절개한 후 인장속도 300 ㎜/분의 속도로 신장시켜 스펀본드 부직포의 인열 강력을 측정하였다.
구 분 인장강도(㎏·f/5㎝) 신율(%) 인열강력(㎏·f) 방사성
실시예 1 24.7/23.5 40.7/50.2 9.8/9.8 양호
실시예 2 23.8/23.4 40.5/49.2 9.5/9.2 양호
실시예 3 26.8/25.7 38.7/48.2 10.3/9.1 양호
실시예 4 24.1/25.1 43.2/58.1 8.9/9.2 양호
실시예 5 23.9/24.5 42.8/56.9 8.8/9.1 양호
비교예 1 23.5/25.0 33.2/39.2 8.2/8.0 불량
비교예 2 25.0/25.3 29.2/37.1 10.0/9.8 양호

Claims (13)

  1. 일 폴리머로 이루어진 코어 부분;
    상기 코어 부분을 이루고 있는 폴리머와 성분이 다른 폴리머로 이루어진 시스 부분; 및
    상기 코어 부분 및 상기 시스 부분 중 적어도 어느 한 부분에 첨가된 상용화제를 포함하되,
    상기 상용화제는 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 부분은 폴리에스테르계 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스 부분은 폴리올레핀계 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어 부분은 50 내지 90 중량%의 폴리에스테르계 폴리머로 이루어지고, 상기 시스 부분은 10 내지 50 중량%의 폴리올레핀계 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상용화제는 코어 부분을 이루는 폴리머의 중량 대비 2 내지 10 phr의 범위에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 심초형 필라멘트는 15 내지 35 ㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트.
  8. 제 1항 내지 제5항 및 제 7항 중 어느 한 항에 따른 심초형 필라멘트로 이루어진 스펀본드 부직포.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스펀본드 부직포는 35 내지 45 %의 가로 신율 및 40 내지 60 %의 세로 신율을 갖는 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포.
  10. 50 내지 90 중량%의 일 폴리머를 용융시켜 방사 구금의 코어 부분에 공급하는 공정;
    상기 코어 부분에 공급된 용융 폴리머와 성분이 다른 10 내지 50 중량%의 폴리머를 용융시켜 방사 구금의 시스 부분에 공급하는 공정;
    상기 코어 부분의 폴리머의 중량 대비 2 내지 10 phr 범위 내에서 상기 코어 및 시스 부분 중 적어도 한 부분에 상용화제를 첨가하는 공정; 및
    상기 코어 및 시스 부분에 공급된 폴리머들을 방사 구금 홀을 통해 4,000 내지 5,000 m/분의 속도로 방사하는 공정을 포함하는 심초형 필라멘트의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상용화제는 폴리프로필렌-아크릴산 공중합물일 수 있고, 코어 부분의 폴리머에 첨가하는 것을 특징으로 하는 심초형 필라멘트의 제조방법.
  12. 제 10 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따라 제조된 심초형 필라멘트를 서로 집적시켜 웹을 제조하는 공정; 및
    상기 제조된 웹들을 열 접착시키는 공정을 포함하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열 접착시키는 공정은 고온 및 고압의 롤러를 이용하거나 열풍을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
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