KR101447366B1 - 공기 투과성이 향상된 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

공기 투과성이 향상된 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 투과성이 향상된 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 상기한 본 발명의 공기 투과성이 향상된 부직포는 점도 0.8 내지 1.2인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT)와 점도 0.6 내지 0.8인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사할 때 섬도가 상호 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하고 무엠보 또는 엠보 패턴(pattern)에 따라 열압착하여 결합한 단층 또는 다층으로 된 장섬유 부직포로 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 공기 투과성이 향상된 PTT 부직포 및 그 제조방법은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 주재로 하고 여기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 부가 혼합한 다음 섬도가 다른 필라멘트로 방사하여 제조하므로, 상기에 기술된 종래의 문제점을 해결하여 다양한 용도의 부직포 시트로서 요구되는 적정한 내구성 및 소프트성에 부가하여 우수한 공기투과성을 가지도록 하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 부직포를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공한다.

Description

공기 투과성이 향상된 부직포 및 그 제조방법{Non-woven fabric having an improved air permeability and manufacturing method thereof}
본 발명은 공기 투과성이 향상된 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게는, 농작물이 식재된 농지의 토양을 덮어 잡초의 생육을 억제할 수 있는 농업용 시트로서 요구되는 적정한 내구성 및 소프트성을 가지는 종래의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 소재의 부직포는 경제적으로 생산할 수 있는 농업용 부직포로 유용한 구성을 가지나 단점으로 공기투과성이 만족스럽지 못하다는 점이 있어 기존의 물성을 유지하면서도 공기투과성이 우수하게 되는 PTT 부직포 및 그의 용이한 제조방법에 대한 것이다.
종래의 방초 및 제초방법으로서는 제초제를 살포하여 잡초를 고사시키거나 수작업에 의한 제초가 일반적인 방법이었으나, 제초제를 사용할 경우 토양의 오염이나 토양에 생존하여 작물성장에 이로운 미생물까지 죽이게 되어 토양의 황폐화를 가져올 수 있어 바람직하지 않았다. 따라서, 통상적인 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래로부터 잡초의 광합성을 억제함으로 성장을 억제하기 위한 부직포가 제안되어 사용되어 왔는데, 구체적으로는 각종 농작물이 식재된 농지의 토양을 부직포류로 커버하게 되면 잡초의 성장을 억제하면서, 공기가 소통되고 토양을 보온하여 농작물의 성장을 촉진할 수 있으므로, 상기와 같은 목적에 적합하도록 구성된 농업용 시트가 널리 사용되고 있다. 이러한 농업용 부직포는 폴리올레핀계 특히 경제성의 측면을 고려하여 폴리프로필렌 수지를 원료로 하는 스판본드 부직포가 제안되어 사용되어 왔다. 보다 구체적으로는, 상기한 농업용 부직포는, 예를 들면, 폴리프로필렌 수지로 합성섬유 필라멘트사를 사용하여 구성되는 부직포의 일측면에 부분적으로 열압착 엠보싱 처리를 실시하여 제조되는 부직포로서 제공되거나, 또는 무엠보로 제공되기도 한다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제2002-36636호는 농업용 부직포라는 명칭으로, 2∼3 데니어의 합성섬유 필라멘트사를 55∼65g/㎡의 밀도로 평활하게 배열하고, 프레스롤러로 열압착하여 일면 또는 양면에 엠보싱되도록 구성되는 농업용 부직포가 개시되어 있다. 이러한 농업용 부직포는 기계적 물성이 비교적 양호하여 취급이 용이하고 엠보싱의 요철부에 의해 공기와의 접촉 면적이 커져서 공기소통이 원활하다는 효과를 지니고 있으나, 부직포의 두께가 두꺼워서 최적의 공기소통이 이루어지지 못하는데다, 부직포의 두께가 두껍고 차광도가 커서 농작물의 잔뿌리가 부직포를 토양으로 오인하여 잔뿌리를 내리기 때문에 날씨가 건조하게 되면 농작물이 말라버리는 피해를 당하게 되어 이에 대한 해결책이 요구되었으며, 이를 해결하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 왔다. 이와 같이, 종래의 농업용 부직포의 개선 방향은, 예를 들어 통상적으로 제시된 농업용 부직포가 과도한 두께로 인하여 공기소통이 원활하지 못하고 수분 함량이 과다하여 잡초의 성장 억제라는 본연의 목적을 달성하는 것이 곤란한 문제점 등으로 대두되었고, 따라서 이러한 문제를 해결하는 등의 주로 부직포의 물리적인 물성에 관련하여 개선책이 제시되어 왔다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래에 농업용 부직포로 사용되어 지던 폴리프로필렌 부직포는 비록 저가에 생산할 수 있어 가격적으로는 유리한 면이 있으나, 농업용으로 사용하기에는 강도 및 내구성의 면에서 미흡한 점이 있어 이에 대한 해결책이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 종래에 내구성이 우수한 것으로 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT)가 각종 합섬 섬유 및 부직포로서 제공되어 있는데, 예를 들어 대한민국 특허공개공보 제2002-0049047호는 "(a) 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 공급하는 단계, (b) 용융된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 245 내지 285 ℃의 온도에서 필라멘트로 용융 방사하는 단계, (c) 필라멘트를 급랭시키는 단계, (d) 급랭시킨 필라멘트를 연신시키는 단계, (e) 연신된 필라멘트를 기계적 권축기를 사용하여 8 내지 30 권축수/인치(3 내지 12 권축수/cm)의 권축도로 권축하는 단계, (f) 권축된 필라멘트를 50 내지 120 ℃의 온도에서 이완시키는 단계, 및 (g) 이완된 필라멘트를 길이가 약 0.2 내지 6 인치(약 0.5 내지 약 15 cm)인 스테이플 섬유로 절단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 스테이플 섬유의 제조 방법"을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허출원 제2003-0070138호의 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유 및 이의 제조 방법과, 일본국 특허공개공보 2001-146671호의 장섬유 부직포, 동 2003-306863호의 폴리에스테르장섬유부직포 및 그것을 이용한 분리막, 동 2002-180366호의 성형성이 우수한 장섬유 부직포 등이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 기술들에서는 PTT를 사용하여 경제성을 갖는 부직포로서 일정 수준 이상의 공기 투과도를 가지면서 농업용 부직포 등으로 사용하기에 적합한 물성을 갖는 부직포 및 그 제조방법에 대해서는 전혀 개시된 바가 없을 뿐 아니라 암시조차 되어 있지 않으며, 따라서 종래의 PTT 부직포의 물성을 유지하면서 일정 수준 이상의 공기투과도를 갖는 부직포의 개발에 대한 요구가 절실한 실정이다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제2002-0036636호 특허문헌 2: 대한민국 특허공개공보 제2002-0049047호 특허문헌 3: 대한민국 특허출원 제2003-0070138호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 2001-146671호 특허문헌 5: 일본국 특허공개공보 2003-306863호 특허문헌 6: 일본국 특허공개공보 2002-180366호
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술 수준 및 이들 기술에 있어서의 문제점을 감안하고 이를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주목적은 종래 PTT 보직포의 소프트성과 적정한 내구성을 유지하면서도 공기 투과성이 우수한 특성을 갖는 부직포로 경제적으로 생산될 수 있는 부직포를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 부직포를 보다 용이하게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적은 종래의 PTT 부직포의 소프트(soft)성 및 내구성이 우수하게 유지하면서 공기투과도를 개선할 수 있는 방법에 대해 예의 연구하여 일반 구금 및 태섬도 구금을 혼용하여 PTT 부직포를 제조하고 제조조건을 최적화하므로 달성될 수 있음을 밝혀내어 달성되었다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기 투과성이 향상된 부직포는;
점도 0.8 내지 1.2인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT) 와 점도 0.6 내지 0.8인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 시스/코어(Sheath/Core) 형태로 방사할 때 섬도가 상호 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하고 무엠보 또는 엠보 패턴(pattern)에 따라 열압착하여 결합한 단층 또는 다층으로 된 장섬유 부직포로 형성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 구성비는 총중량 대비 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 중량비가 10 내지 50중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 40 내지 100g/㎡인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 2 내지 최대 12데니어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포의 공기투과도는 200ccs 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기 투과성이 향상된 부직포의 제조방법은;
고유점도가 0.6 내지 0.8이고 융점이 260℃인 폴리에스테르와 고유점도가 0.8 내지 1.2이고 융점이 225℃인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조, 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사하되, 섬도가 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하되, 이때 방사되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 전체 중량의 10 내지 50중량%가 되도록 하여 필라멘트를 형성시키고, 냉각공기로 필라멘트를 냉각, 고화시켜 필라멘트간 융착을 방지시키며, 필라멘트를 연신시켜 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시키고 웹을 열융착시키기 위해서 칼렌더의 온도는 상부가 180 내지 210℃, 하부롤은 188 내지 208℃로 하고, 선압은 30 내지 100kg/cm로 하며 칼렌더는 본딩율이 15 내지 30%인 것을 사용한 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 공기 투과성이 향상된 PTT 부직포 및 그 제조방법은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 주재로 하고 여기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 부가 혼합한 다음 섬도가 다른 필라멘트로 방사하여 제조하므로, 상기에 기술된 종래의 문제점을 해결하여 다양한 용도의 부직포 시트로서 요구되는 적정한 내구성 및 소프트성에 부가하여 우수한 공기투과성을 가지도록 하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 부직포를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의하여 보다 자세하게 설명한다. 그러나, 아래의 바람직한 실시형태는 본 발명을 단지 상세하기 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 한정하기 위함이 아님은 물론이다.
본 발명의 공기투과성이 우수한 PTT 부직포는 스판본드 부직포 시트 및/또는 멜트블로운 부직포 시트의 단층 또는 다층의 구조로 이루어질 수 있으며, 비직물조직이 일정한 압력과 일정한 온도 하에서 가열압착되어 구성되어 진다.
상기한 본 발명의 공기 투과성이 우수한 PTT 부직포는 점도 0.8 내지 1.2인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT)와 점도 0.6 내지 0.8인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사하며, 이때 섬도가 상호 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하고, 그런 다음 무엠보 또는 엠보 패턴(pattern)에 따라 열압착하여 결합한 단층 또는 다층으로 된 장섬유 부직포로 형성되어 지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 부직포를 구성하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 구성비는 총중량 대비 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 중량비가 10 내지 50중량%로 하는 것이 바람직하다. 만일 상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 중량비가 10중량% 미만이면, 부직포의 소프트성이 부족해 제품을 사용시 작업성이 나빠지며, 50중량%를 초과할 경우에는 강도 저하 및 원가 상승의 원인이 되어 바람직하지 않게 된다.
또한, 본 발명의 실시행태에 따르면, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 40 내지 100g/㎡인 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 2 내지 최대 12데니어인 것을 사용하고, 부직포의 공기투과도는 200ccs 이상으로 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유에는 섬유 100중량부를 기준으로 HALS(Hindered amine light stabilizer)계 자외선 안정제 0.1 내지 1.5중량부를 포함하는 자외선 안정제 6.0 내지 9.0중량부를 포함하여 내후성을 증진하는 것이 바람직할 수 있다. 만일 상기 자외선안정제의 첨가량이 전체 PPT 또는 PPT와 PET 수지에 대하여 0.1 중량% 미만인 경우에는 내후성 효과가 불충분하며, 1.5중량%를 초과할 경우에는 압력이 상승하고 사절이 발생하는 등 작업성이 불량하고 원가상승의 원인이 되어 바람직하지 않게 된다.
본 발명의 바람직한 실시행태에 따르면, 고유점도가 0.6 내지 0.8이고 융점이 260℃인 폴리에스테르와 고유점도가 0.8 내지 1.2이고 융점이 225℃인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조하고, 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사하되, 섬도가 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하는 것이 바람직하다. 만일 상기 섬도가 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 랜덤하게 배열하게 되면 부직포 전체의 공기투과도는 좋아질 수 있지만 부분간 공기투과도의 편차가 심해져서 제품화가 되기 어렵고, 교대로 배열하게 되면 섬도가 얇은 필라멘트가 형성하는 웹형태와 섬도가 굵은 필라멘트가 형성하는 웹형태가 상이하여 웹형성이 불가한 단점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 공기 투과성이 향상된 부직포의 제조는 먼저 고유점도가 0.6 내지 0.8이고 융점이 260℃인 폴리에스테르와 고유점도가 0.8 내지 1.2이고 융점이 225℃인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조하고, 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사하되, 섬도가 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하되 이때 방사되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 전체 중량의 10 내지 50중량%가 되도록 하여 필라멘트를 형성시키고, 냉각공기로 필라멘트를 냉각, 고화시켜 필라멘트간 융착을 방지시키며, 필라멘트를 연신시켜 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시키고 웹을 열융착시키기 위해서 칼렌더의 온도는 상부가 180 내지 210℃, 하부롤은 188 내지 208℃로 하고, 선압은 30 내지 100kg/cm로 하며 칼렌더는 본딩율이 15 내지 30%인 것을 사용하여 부직포를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
실시예 1
고유점도가 0.65이고 융점이 260℃인 폴리에스테르와 고유점도가 1.02이고 융점이 225℃인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조하고, 결정화시켜, 각 존의 온도가 280℃ 및 260℃로 설정된 각각의 익스트루더에 공급하여 각각의 공급펌프를 통해 시스/코어(Sheath/Core)형태로 된 하나로 구성된 팩을 통해 각각의 직경이 0.28 내지 0.60mm인 구금 홀의 갯수가 52개인 팩과 구금홀의 갯수가 240개인 팩을 평행하게 배열하여 방사한다. 이때, 방사되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 전체 중량의 20중량%가 되도록 하고, 두 종류의 폴리에스테르가 분당 총 285g이 되도록 방사하여 필라멘트를 형성시키고, 냉각실(Quenching Chamber)에서 공급되는 냉각공기로 필라멘트를 냉각, 고화시켜 필라멘트간 융착을 방지시키며, 공기압이 3.5kg/㎠인 이젝터를 통해 필라멘트를 연신시켜 필라멘트로서의 특성을 부여한다. 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시킨다. 이때 컨베이어 벨트의 속도를 분당 22m로 하였다. 웹을 열융착시키기 위해서 칼렌더의 온도는 상부가 200℃, 하부롤은 198℃로 하였고, 선압은 60kg/cm로 하였으며 칼렌더는 본딩율이 20%인 것을 사용하였다. 이렇게 제조된 부직포의 물성을 하기 실험예와 같이 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
실시예 2
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 전체 중량의 50중량%가 되도록 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였으며, 물성을 측정하여 표 1에 기재하였다.
비교예 1
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 전체 중량의 30중량%로 공급한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였으며, 물성을 측정하여 표 1에 기재하였다.
비교예 2
구금홀의 갯수가 52개인 팩과 구금홀의 갯수가 240개인 팩을 교대로 배열한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였으며, 물성을 측정하여 표 1에 기재하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 부직포에 대해 다음과 같이 각각의 물성을 평가하였다:
(1) 단위면적당 무게(중량:g/㎡): ASTM D 3776-1985의 방법에 준해 측정하였다.
(2) 인장강도: 인장강신도기(Instron) 측정설비를 이용하여 ASTM D1682-64법에 의해 시험 편 폭 5cm, 간격 7.5cm의 시험 편을 인장속도 300mm/min의 조건으로 인장하여 최대 하중을 구하였다.
(3) 인장신도: 상기 (2)의 방법으로 측정한 최대 신장시의 신도를 구하였다.
(4) 공기투과도: KS K O570법에 의해 38㎠의 면적을 시험할 수 있는 오리피스(원형 시험편 파지 장치)를 이용하여 부직포의 일정한 면적을 수직으로 통과하여 흐르는 공기의 양을 측정하였다.
(5) 두께: 다이얼 게이지(Dial gauge)를 이용하여 측정하였다.
Figure 112013044658184-pat00001
상기 본 발명의 상세한 설명에서는 비록 한정된 실시예를 예시하여 설명하고 있으나, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

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  6. 고유점도가 0.6 내지 0.8dl/g이고 융점이 260℃인 폴리에스테르와 고유점도가 0.8 내지 1.2dl/g이고 융점이 225℃인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 폴리머를 각각의 건조기에서 수분율이 100ppm 이하가 되도록 건조, 결정화시켜, 익스트루더에 공급하고, 시스/코어(Sheath/Core)형태로 방사하되, 섬도가 다른 필라멘트를 방사할 수 있는 팩을 평행하게 배열하여 방사하되 이때 방사되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 부직포 전체 중량의 10 내지 50중량%가 되도록 하여 필라멘트를 형성시키고, 냉각공기로 필라멘트를 냉각, 고화시켜 필라멘트간 융착을 방지시키며, 필라멘트를 연신시켜 웹을 형성시키기 위해 상기의 필라멘트를 일정한 각도와 속도로 충돌판에 충돌시켜 필라멘트를 분산시키고, 연속으로 이동되는 컨베이어 상에 균일하게 하부의 흡입장치를 이용하여 적층시켜 웹을 형성시키고 웹을 열융착시키기 위해서 칼렌더의 온도는 상부가 180 내지 210℃, 하부롤은 188 내지 208℃로 하고, 선압은 30 내지 100kg/cm로 하며 칼렌더는 본딩율이 15 내지 30%인 것을 사용한 것을 특징으로 하는 공기 투과성이 향상된 부직포의 제조방법.
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