KR101520227B1

KR101520227B1 - 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR101520227B1
Application number: KR1020140088243A
Authority: KR
Inventors: 구기승
Original assignee: 구기승
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2016010302A1

Abstract

본 발명의 실시 예는 PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 1 PLA섬유를 제조하는 S10단계; 상기 제 1 PLA섬유를 메쉬벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S20단계; 상기 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유 위에 펄프를 적층시키는 S30단계; PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 2 PLA섬유를 제조하는 S40단계; 상기 제 2 PLA섬유를 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S50단계; 상기 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유를 상기 펄프의 상면에 적층시키는 S60단계; 및 상기 적층된 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유를 열융착하여 결합시키는 S70단계;를 포함하는 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 펄프층의 부드러운 특성과 흡수성과 부피감을 살리고, 제 1 PLA층과 제 2 PLA층이 펄프층을 잡아주고 보호하여 실제 사용시 필요한 기계적 강도를 갖게 함으로써 품질이 우수한 부직포를 효율적으로 제조할 수 있고, 간단한 공정을 통해 제조비용을 절감시킬 수 있게 된다.

Description

친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법{Biodegradation Non-Woven Fabric and Manufacturing Apparatus and Manufacturing Method}

본 발명의 실시 예는 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 흡수성과 부드러움과 부피감을 살리고 기계적인 물성을 향상시키는 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 부직포란 짜지 않은 섬유를 말한다. 즉, 방적, 제직, 편조에 의하지 않은 섬유 집합제를 뜻하며, 시트화시켜 물리적, 화학적 수단에 의하여 결합시킨 것을 뜻한다.

종래 부직포는 위생용품으로 사용시 흡수성이 좋은 펄프와 결합력이 높은 폴리 에틸렌(PE)이나 폴리 프로필렌(PP)을 복합분사하여 제조하였다.

그러나, 폴리 에틸렌(PE)이나 폴리 프로필렌(PP)은 유해성분이 분사되고 흡수가 되지 않아서 연약한 피부엔 홍반 가려움증 등 피부질환을 일으킬 수 있는 문제점이 있고, 썩지 않은 특성때문에 폐기 후 환경문제를 유발시키는 문제점이 있었다.

최근 지구 온난화에 따라 이산화탄소를 줄이고자 하는 노력들이 지속 연구되고 있다. 특히, 화석연료로부터 생산되는 폴리머는 이산화탄소의 배출량을 높일 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 천연식물로부터 합성되는 폴리머를 용융분사하여 섬유화할 수 있는 폴리유산 제품에 대한 연구가 진행되고 있다.

폴리유산((Poly lactic acid; PLA)은 전세계에 15만톤 규모 시장을 형성하고 있고, PLA의 생분해성 특성을 이용한 일회용 제품은 물론 식품 포장재, 용기, 전자제품 케이스 등의 일반 플라스틱이 사용되었던 분야까지 그 적용 범위가 확대되고 있다.

그러나, 폴리유산((Poly lactic acid; PLA)는 폴리 에틸렌(PE)이나 폴리 프로필렌(PP)보다 가격이 높고, 감촉이 거칠며, 부피감이 적을 뿐만 아니라 신축성이 낮은 문제점이 있었다.

한국공개특허: 10 - 2012- 0107092 (공개일 2012. 09. 28)

한국등록특허: 10 - 1075004 (공고일 2011. 10. 19)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,

본 발명의 목적은 물성이 우수한 PLA(생분해성 폴리유산)를 메쉬벨트 상에서 웹 형태로 집적하여 제 1 PLA층을 형성하고, 제 1 PLA층 위에 부드러운 특성과 흡수성과 부피감을 갖는 펄프층을 적층하며, 펄프층 위에 메쉬드럼 상에서 웹 형태로 집적된 제 2 PLA층을 적층하여 흡수성과 부드러움과 부피감을 살리고, 물리적 성질을 향상시키며, 폐기 후 100% 생분해가 이루어지는 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 부직포의 품질을 향상시키고, 제조비용을 절감시킬 수 있는 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포 제조장치는 PLA를 섬유화시키는 제 1 PLA섬유제조기; 상기 제 1 PLA섬유제조기의 하부에 구비되어 수직 분사되는 제 1 PLA섬유를 웹 형태로 집적하는 메쉬벨트; 상기 제 1 PLA섬유제조기 일측에 구비되어 상기 메쉬벨트 상에 집적된 제 1 PLA 섬유 상부에 펄프를 적층시키는 펄프공급부; 상기 펄프공급부의 일측에 구비되어 PLA를 섬유화시키는 제 2 PLA섬유제조기; 상기 제 2 PLA섬유제조기에서 분사되는 제 2 PLA섬유를 웹 형태로 집적하여 상기 펄프의 상부에 적층시키는 메쉬드럼; 상기 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유 순으로 적층된 적층물에 열을 가하여 상기 적층물들을 상호 열융착시키는 열융착부; 및 상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기, 펄프공급부와 전기적으로 연결되어 상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기에서 제조되는 제1, 제2 PLA섬유의 분사량을 제어하고, 상기 펄프공급부의 펄프공급량을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기는 PLA(생분해성 폴리유산)를 용융 및 압출시키는 압출기와, 상기 압출기에서 용융된 PLA를 분사하는 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 분사노즐과, 상기 분사노즐의 양옆에서 고압열풍을 분사하여 분사노즐에서 분사되는 PLA를 연신시키는 열풍기와, 상기 연신된 PLA를 냉각시키는 냉각기와, 상기 연신에 의해 결정된 PLA섬유를 절단하는 절단기와, 상기 절단된 PLA섬유를 분사하는 분사구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.

상기 압출기와 분사노즐 사이에는 용융된 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)을 필터링하는 필터장치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 압출기는 제 1 내지 제 5 영역으로 구획되고, 제 1 영역은 150∼160℃, 제 2 영역은 200∼210℃, 제 3 영역은 220∼230℃, 제 4 영역은 230∼240℃, 제 5 영역은 250∼260℃의 온도가 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 펄프공급부에는 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 개별섬유로 분리시키는 소면기가 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%∼40중량%의 제 1 PLA섬유가 분사되도록 제 1 PLA섬유제조기의 분사량을 제어하고, 부직포 전체 중량에 대하여 25중량%∼80중량%의 펄프가 공급되도록 펄프공급부의 공급량을 제어하며, 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%∼40중량%의 제 2 PLA섬유가 분사되도록 제 2 PLA섬유제조기의 분사량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포 제조방법은 PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 1 PLA섬유를 제조하는 S10단계; 상기 제 1 PLA섬유를 메쉬벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S20단계; 상기 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유 위에 펄프를 적층시키는 S30단계; PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 2 PLA섬유를 제조하는 S40단계; 상기 제 2 PLA섬유를 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S50단계; 상기 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유를 상기 펄프의 상면에 적층시키는 S60단계; 및 상기 적층된 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유를 열융착하여 결합시키는 S70단계;를 포함하여 제조된다.

상기 압출기는 150∼160℃ 온도가 설정된 제 1 영역, 200∼210℃ 온도가 설정된 제 2 영역, 220∼230℃ 온도가 설정된 제 3 영역, 230∼240℃ 온도가 설정된 제 4 영역, 250∼260℃ 온도가 설정된 제 5 영역으로 구획되고, 상기 PLA는 제 1 내지 제 5 영역을 통과하여 완전용해가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 S10단계 및 S40단계에는 용융된 PLA를 필터링하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLA는 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLA는 융점이 100℃∼180℃ 이고, 용융지수 75∼120g/10분이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 펄프는 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 소면기에 넣어 개별섬유로 분리시킨 것이 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 PLA섬유는 부직포 전체 중량의 10중량%∼40중량% 분사되어 집적되고, 상기 펄프는 부직포 전체 중량의 25중량%∼80중량% 공급되어 집적되며, 제 2 PLA섬유는 부직포 전체 중량의 10중량%∼40중량% 분사되어 집적되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포는 상기의 제조방법에 의하여, 메쉬벨트 상에서 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층; 상기 제 1 PLA섬유층 상부에 적층되는 펄프층; 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적되어 상기 펄프층 상면에 적층되는 제 2 PLA섬유층이 상호 열융착되어 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예는 부드러운 특성과 흡수성과 부피감을 갖는 펄프의 외면에 물성이 우수한 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)을 적층하여 펄프의 부드러운 특성과 흡수성과 부피감을 살리고, 제 1 PLA층과 제 2 PLA층이 펄프를 잡아주고 보호하여 실제 사용시 필요한 기계적 강도를 갖게 함으로써 품질이 우수한 부직포를 효율적으로 제조할 수 있고, 간단한 공정을 통해 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 펄프를 이용함으로써 제조단가를 절감시킬 수 있고, 폐기 후 100% 생분해가 이루어짐에 따라 환경문제를 유발시키지 않으며, 발암물질이나 위생에 해로운 물질을 방출하지 않을 뿐만 아니라 통기성과 청량감이 우수하여 위생성 및 안전성이 향상되는 부직포를 제조할 수 있게 된다.

또한, 제 1, 제 2 PLA섬유층이 펄프의 표면을 잡고 있어서 세척이 가능하고 이로 인하여 여러 번 반복 사용이 가능한 부직포를 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조장치를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조장치의 전체 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조장치에서 제 1, 제 2 PLA 섬유제조기의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포를 도시한 단면도.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 친환경 생분해 부직포 및 그 제조장치 및 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포 제조장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포 제조장치의 전체 구성을 설명하기 위한 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포 제조장치에서 제 1, 제 2 PLA섬유제조기의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 친환경 생분해 부직포의 제조장치는 제 1 PLA섬유제조기(100), 펄프공급부(200), 제 2 PLA섬유제조기(300), 메쉬드럼(400), 메쉬벨트(500), 제어부(600), 열융착부(700)를 포함한다.

먼저, 제 1, 제 2 PLA섬유제조기(100,300)는 도 3에 도시된 바와 같이 투입되는 PLA(생분해성 폴리유산)를 용융 및 압출시키는 압출기(110,310)와, 압출기에서 용융된 PLA를 분사하는 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 분사노즐(130,330)과, 압출기와 분사노즐 사이에 구비되어 용융된 PLA를 필터링하는 필터장치(120,320)와, 분사노즐의 양옆에 구비되어 분사노즐로 분사되는 PLA을 연신시키는 열풍기(140,340)와, 연신된 PLA를 냉각시키는 냉각기(150,350)와, 연신에 의해 결정된 PLA섬유를 절단하는 절단기(160,360)와, 절단된 PLA섬유를 분사하는 분사구(170,370)를 포함하여 구성된다. 그리고, 분사구에는 제어부와 전기적으로 연결되어 분사되는 PLA섬유의 분사량을 조절하는 밸브(171,371)가 구비된다.

여기서, 압출기(110,310)는 제 1 내지 제 5 영역으로 구획된다. 그리고, 구획된 제 1 영역은 150∼160℃, 제 2 영역은 200∼210℃, 제 3 영역은 220∼230℃, 제 4 영역은 230∼240℃, 제 5 영역은 250∼260℃의 온도가 각각 설정된다.

그리고, 분사노즐(130,330)은 12∼16cm당 0.88mm를 갖으며, 높은 속도분배를 갖는 고온의 공기는 직경 0.1μ으로부터 500μ 사이의 다양한 필라멘트를 형성시킨다.

제 1 PLA섬유제조기(100) 일측에는 펄프공급부(200)가 배치된다.

펄프공급부(200)는 펄프를 직접 공급할 수도 있으나, 펄프공급부(200)에는 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 개별섬유로 분리시키는 소면기(210)가 연결되어 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 분리시킨 개별섬유의 펄프를 공급할 수도 있다.

펄프공급부(200) 일측에는 메쉬드럼(400)이 배치된다. 그리고 메쉬드럼(400)의 상부에 제 2 PLA섬유제조기(300)가 구비된다.

메쉬드럼(400)은 제 2 PLA섬유제조기(300)에서 분사되는 제 2 PLA섬유를 웹 형태로 집적한다.

그리고, 나란히 배치되는 제 1 PLA섬유제조기(100)와 펄프공급부(200)와, 메쉬드럼(400)의 하부에는 메쉬벨트(500)가 구비된다.

메쉬벨트(500)는 제 1 PLA섬유제조기(100)에서 분사되는 제 1 PLA를 웹 형태로 집적하여 이송하고, 펄프공급부(200)에서 분사되는 펄프를 제 1 PLA 상부에 적층시키며, 메쉬드럼(400)에서 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유를 펄프의 상부에 적층시켜 열융착부(700)로 이송시킨다.

여기서, 제 1 PLA섬유제조기(100)와, 펄프공급부(200)와, 제 2 PLA섬유제조기(300)는 각각 제어부(600)와 전기적으로 연결된다.

제어부(600)는 제 1 PLA섬유제조기(100)와, 펄프공급부(200)와, 제 2 PLA섬유제조기(300)의 밸브(171,220,371)를 제어하여 메쉬벨트(500) 상에 분사되는 제 1 PLA섬유 및 펄프의 분사량을 제어하고, 메쉬드럼(400) 상에 분사되는 제 2 PLA섬유의 분사량을 제어한다. 또한, 제 1 PLA섬유가 가장 먼저 분사되게 하고, 제 1 PLA섬유 위에 펄프가 분사되게 하며, 펄프의 위에 제 2 PLA섬유가 적층될 수 있게 분사 시간차를 제어한다.

그리고, 메쉬벨트(500)의 일측에는 열융착부(700)가 구비된다.

열융착부(700)는 메쉬벨트(500)에 의해 안내되는 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유 순으로 적층된 적층물이 통과되는 켈린더로 구성된다. 켈린더는 종이나 피륙에 윤을 내는 압착롤러로서 열이 가해진 상태에서 통과되는 적층물의 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유를 상호 열융착시킨다. 이때, 켈린더에는 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유의 결합력을 높이도록 무늬가 조각된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 생분해 부직포의 제조방법은 PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 1 PLA섬유를 제조하는 S10단계; 제 1 PLA섬유를 메쉬벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S20단계; 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유 위에 펄프를 적층시키는 S30단계; PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 2 PLA섬유를 제조하는 S40단계; 제 2 PLA섬유를 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S50단계; 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유를 상기 펄프의 상면에 적층시키는 S60단계; 및 적층된 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유를 열융착하여 결합시키는 S70단계;를 포함하여 제조된다.

S10단계는 제 1 PLA섬유제조기(100)에서 이루어진다. 먼저, 제 1 PLA섬유제조기(100)의 압출기(110)에 PLA(생분해성 폴리유산)를 넣어 용융시킨다.

여기서, PLA는 융점이 100∼180℃이고, 용융지수는 20∼40g/10분 수준이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것이 사용된다. 또한, PLA는 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 사용된다.

그리고, 압출기(110)는 150∼160℃ 온도가 설정된 제 1 영역, 200∼210℃ 온도가 설정된 제 2 영역, 220∼230℃ 온도가 설정된 제 3 영역, 230∼240℃ 온도가 설정된 제 4 영역, 250∼260℃ 온도가 설정된 제 5 영역으로 구획되어 있다.

따라서, PLA는 압출기(110)의 제 1 내지 제 5 영역을 통과하면서 완전용해가 이루어진다.

이어, 완전용해가 이루어진 PLA는 필터장치(120)에 필터링되어 분사노즐(130)로 공급되고, 분사노즐(130)로 공급된 PLA는 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)를 통해 분사된다.

이어, 분사된 PLA는 열풍기(140)에서 고속 분사하는 고압 열풍에 의해 연신되고 냉각기에 의해 냉각되어 섬유화된다.

그리고 섬유화된 PLA는 절단기(160)에 절단되어 분사구(170)를 통해 분사된다. 이때, 분사구(170)로 분사되는 제 1 PLA섬유(10)는 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%∼40중량% 분사된다.

S20단계는 메쉬벨트(500) 상에 분사되는 제 1 PLA섬유(10)를 웹 형태로 집적한다. 이때, Melt-Blown 방식에 의해 형성된 웹은 등방향구조(Isotrophic Formation)를 갖는다. 즉, 웹이 고온의 공기에 위해 형성되기 때문에 섬유가 기계방향과 기계 폭 방향으로 임의로 배열되고, 충분히 냉각된 상태가 아니어서 섬유 간 열 접착으로 상호 결합이 이루어진다.

S30단계는 웹 형태로 집적되어 이송되는 제 1 PLA섬유(10) 위에 펄프공급부(200)로부터 분사되는 펄프(20)를 적층시킨다. 이때, 적층되는 펄프(20)는 부직포 전체 중량에 대하여 25중량%∼80중량% 분사된다.

S40단계는 제 2 PLA 섬유제조기(300)를 통해 S10단계와 동일한 방법으로 제 2 PLA섬유(30)가 제조된다. 보다 자세히 설명하면, 제 2 PLA섬유제조기(300)의 압출기(310)에 PLA가 투입되고, PLA는 압출기(310)의 제 1 내지 제 5 영역을 통과하면서 완전용해가 이루어진다. 그리고, 완전용해가 이루어진 PLA는 필터장치(320)에 필터링되어 분사노즐(330)로 공급되고 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)를 통해 분사된다. 이어, 분사된 PLA는 열풍기(340)의 고압 열풍에 의해 연신되고 냉각기(350)에 의해 냉각되어 섬유화된다. 그리고, 섬유화된 PLA는 절단기(360)에 절단되어 분사구(370)를 통해 분사된다. 이때, 분사구(370)로 분사되는 제 2 PLA섬유(30)는 부직포 전체 중량에 대하여 10중량% ∼40중량% 분사된다.

S50단계는 제 2 PLA섬유제조기에서 분사되는 제 2 PLA섬유(30)를 메쉬드럼(400) 상에서 웹 형태로 집적하여 메쉬벨트(500)로 안내한다.

S60단계는 제 1 PLA섬유(10) 위에 적층되어 이송되는 펄프(20)의 상면에 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유(30)를 적층시킨다.

S70단계는 제 1 PLA섬유(10), 펄프(20), 제 2 PLA섬유(30) 순으로 적층된 적층물을 열융착부(700)에 통과시켜 적층물을 상호 열융착시킨다.

상기의 제조방법에 의하여 도 5에 도시된 바와 같이 메쉬벨트(500) 상에 분사되어 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층, 제 1 PLA섬유층 상면에 적층되는 펄프층, 메쉬드럼 상에서 웹 형태로 집적되어 펄프층의 상면에 적층되는 제 2 PLA섬유층을 포함하는 부직포가 제조된다.

(실시 예 1)

메쉬벨트 상에 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%가 분사되어 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층, 제 1 PLA섬유층 상부에 부직포 전체 중량에 대하여 80중량%가 분사되어 적층되는 펄프층, 메쉬드럼 상에 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%가 분사되고 웹 형태로 집적되어 펄프층의 상부에 적층되는 제 2 PLA섬유층을 상호 열융착하여 부직포를 제조하였다.

(실시 예 2)

메쉬벨트 상에 부직포 전체 중량에 대하여 25중량%가 분사되어 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층, 제 1 PLA섬유층 상부에 부직포 전체 중량에 대하여 50중량%가 분사되어 적층되는 펄프층, 메쉬드럼 상에 부직포 전체 중량에 대하여 25중량%가 분사되고 웹 형태로 집적되어 펄프층의 상부에 적층되는 제 2 PLA섬유층을 상호 열융착하여 부직포를 제조하였다.

(실시 예 3)

메쉬벨트 상에 부직포 전체 중량에 대하여 40중량%가 분사되어 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층, 제 1 PLA섬유층 상부에 부직포 전체 중량에 대하여 20중량%가 분사되어 적층되는 펄프층, 메쉬드럼 상에 부직포 전체 중량에 대하여 40중량%가 분사되고 웹 형태로 집적되어 펄프층의 상부에 적층되는 제 2 PLA섬유층을 상호 열융착하여 부직포를 제조하였다.

(비교 예 1)

메쉬벨트 상에 부직포 전체 중량에 대하여 45중량%가 분사되어 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층, 제 1 PLA섬유층 상부에 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%가 분사되어 적층되는 펄프층, 메쉬드럼 상에 부직포 전체 중량에 대하여 45중량%가 분사되고 웹 형태로 집적되어 펄프층의 상부에 적층되는 제 2 PLA섬유층을 상호 열융착하여 부직포를 제조하였다.

(비교 예 2)

펄프20 중량%와 폴리 에틸렌(PE) 40중량%와, 폴리 프로필렌(PP) 40중량%를 혼합하고 복합분사하여 부직포를 제조하였다.

<시험 1>

실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 부드러움, 부피감, 흡수성을 평가하여 [표 1]에 나타내었다.

	실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	비교 예 1	비교 예 2
부드러움	○	○	○	×	△
부피감	○	○	○	△	△
흡수성	○	○	○	△	×

[표 1]에 나타낸 바와 같이 실시 예 1, 2, 3은 제 1 PLA섬유층과 제 2 PLA섬유층이 펄프층의 외면을 감싸서 펄프층을 보호하고, 펄프가 깨지거나 분진이 날리지 않게 펄프를 잡아주는 역할을 하였다. 또한, 펄프층으로 인하여 적당한 부피감을 유지시키는 것을 알 수 있었고, 부드러운 감촉을 느낄 수 있었으며, 흡수성이 우수함을 알 수 있었다.

비교 예 1은 제 1 PLA섬유층과 제 2 PLA섬유층이 너무 두껍게 형성되어 제 1 PLA섬유층과 제 2 PLA섬유층의 부서짐이 발생하였고, 감촉이 거칠었으며, 부피감과 흡수성이 양호하지 못하였다. 즉, 제 1 PLA섬유층과 제 2 PLA섬유층은 각각 부직포 전체 중량에 대하여 40중량% 이하가 사용되는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

또한, 비교 예 2는 부피감과 감촉이 실시 예들에 비하여 떨어졌으며, 흡수성도 양호하지 못하였다.

<시험 2>

실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 내환경성을 평가하였다. 즉, 부직포가 땅에 매립되었을 때와 동일한 환경의 조건으로 시간경과 전, 50시간(hr)과 75시간(hr) 경과 한 부직포의 전면에서 스프레이를 하여 부직포의 상태를 측정하여 [표 2]에 나타내었다.

	실시 예 1		실시 예 2		실시 예 3		비교 예 1		비교 예 2
	Force (N)	ELong (%)	Force (N)	ELong (%)	Force (N)	ELong (%)	Force (N)	ELong (%)	Force (N)	ELong (%)
시간경과전	20.5	35.6	23.5	27.6	25.2	28.9	5.1	8.0	19.2	31.6
50시간경과	12.9	6.5	15.9	8.5	16.3	12.0	3.5	4.0	9.0	21.0
75시간경과	측정불가		측정불가		측정불가		측정불가		5.9	9.5

[표 2]에 나타낸 바와 같이 실시 예 1은 제조된 부직포의 시간경과 전 20.5N에서 연신률 35.6%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 12.9N에서 연신률 6.5%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후에는 펄프의 부식이 진행되고, 제 1 PLA섬유와 제 2 PLA 섬유는 생분해로 인한 부식이 진행되어 측정이 불가하였다.

그리고, 실시 예 2는 제조된 부직포의 시간경과 전 23.5N에서 연신률 27.6%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 15.9N에서 연신률 8.5%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후에는 펄프의 부식이 진행되고, 제 1 PLA섬유와 제 2 PLA 섬유는 부식의 진행으로 인한 찢어짐이 발생하여 측정이 불가하였다.

그리고, 실시 예 3은 제조된 부직포의 시간경과 전 25.2N에서 연신률 28.9%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 16.3N에서 연신률 12.0%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 펄프의 부식이 진행되고, 제 1 PLA섬유와 제 2 PLA 섬유는 부식이 진행으로 인한 찢어짐이 발생하여 측정이 불가하였다.

그리고, 비교 예 1은 제조된 부직포의 시간경과 전 5.1N에서 연신률 8.0%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 3.5N에서 연신률 4.0%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 펄프의 부식이 진행되고, 제 1 PLA섬유와 제 2 PLA 섬유는 부서짐으로 인하여 측정이 불가하였다.

그리고, 비교 예 2는 제조된 부직포의 시간경과 전 19.2N에서 연신률 31.6%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 9.0N에서 연신률 21.0%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 5.9N에서 연신률 9.5%를 나타내었다. 즉, 펄프의 부식은 진행되었으나, 폴리 에틸렌(PE)과, 폴리 프로필렌(PP)이 그대로 존재하였다.

이와 같이 본 발명은 생분해 특성을 갖는 제 1 PLA층, 펄프층, 제 2 PLA층을 적층하여 부직포를 제조함으로써 펄프층의 부드러운 특성과 흡수성과 부피감이 향상되고, PLA층이 펄프층을 잡아주고 보호하게 되어 실제 사용시 필요한 기계적 강도가 향상되는 부직포를 제공하게 된다.

또한, 펄프를 이용함으로써 제조비용을 절감시킬 수 있고, 폐기 후 100% 생분해가 이루어짐에 따라 환경문제를 유발시키지 않는 부직포를 제공하게 된다.

또한, 발암물질이나 위생에 해로운 물질을 방출하지 않고, 통기성과 청량감이 우수하여 위생성 및 안전성이 향상되는 부직포를 제공하게 된다.

또한, PLA층이 펄프층의 표면을 잡고 있어서 세척이 가능하고 이로 인하여 여러번 반복 사용이 가능한 부직포를 제공하게 된다.

100: 제 1 PLA섬유제조기 200: 펄프공급부
210: 소면기 300: 제 2 PLA섬유제조기
110,310: 압출기 120,320: 필터장치
130,330: 분사노즐 140,340: 열풍기
150,350: 냉각기 160,360: 절단기
170,370: 분사구 171,220,371: 밸브
400: 메쉬드럼 500: 메쉬벨트
600: 제어부 700: 열융착부

Claims

PLA를 섬유화시키는 제 1 PLA섬유제조기;
상기 제 1 PLA섬유제조기의 하부에 구비되어 수직 분사되는 제 1 PLA섬유를 웹 형태로 집적하는 메쉬벨트;
상기 제 1 PLA섬유제조기 일측에 구비되어 상기 메쉬벨트 상에 집적된 제 1 PLA 섬유 상면에 펄프를 적층시키는 펄프공급부;
상기 펄프공급부의 일측에 구비되어 PLA를 섬유화시키는 제 2 PLA섬유제조기;
상기 제 2 PLA섬유제조기에서 분사되는 제 2 PLA섬유를 웹 형태로 집적하여 상기 펄프의 상면에 적층시키는 메쉬드럼;
상기 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유 순으로 적층된 적층물에 열을 가하여 상기 적층물들을 상호 열융착시키는 열융착부; 및
상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기, 펄프공급부와 전기적으로 연결되어 상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기에서 제조되는 제 1, 제 2 PLA섬유의 분사량을 제어하고, 상기 펄프공급부의 펄프공급량을 제어하는 제어부;
를 포함하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 PLA섬유제조기는 PLA(생분해성 폴리유산)를 용융 및 압출시키는 압출기와, 상기 압출기에서 용융된 PLA를 분사하는 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 분사노즐과, 상기 분사노즐의 양옆에서 고압열풍을 분사하여 분사노즐에서 분사되는 PLA를 연신시키는 열풍기와, 상기 연신된 PLA를 냉각시키는 냉각기와, 상기 연신에 의해 결정된 PLA섬유를 절단하는 절단기와, 상기 절단된 PLA섬유를 분사하는 분사구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
제 2 항에 있어서,
상기 압출기와 분사노즐 사이에는 용융된 PLA를 필터링하는 필터장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
제 2 항에 있어서,
상기 압출기는 제 1 내지 제 5 영역으로 구획되고, 제 1 영역은 150∼160℃, 제 2 영역은 200∼210℃, 제 3 영역은 220∼230℃, 제 4 영역은 230∼240℃, 제 5 영역은 250∼260℃의 온도가 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 펄프공급부에는 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 개별섬유로 분리시키는 소면기가 연결되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%∼40중량%의 제 1 PLA섬유가 분사되도록 제 1 PLA섬유제조기의 분사량을 제어하고, 부직포 전체 중량에 대하여 25중량%∼80중량%의 펄프가 공급되도록 펄프공급부의 공급량을 제어하며, 부직포 전체 중량에 대하여 10중량%∼40중량%의 제 2 PLA섬유가 분사되도록 제 2 PLA섬유제조기의 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조장치.
PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 1 PLA섬유를 제조하는 S10단계;
상기 제 1 PLA섬유를 메쉬벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S20단계;
상기 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유 위에 펄프를 적층시키는 S30단계;
PLA(생분해성 폴리유산)를 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)가 형성된 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신 및 냉각시켜 제 2 PLA섬유를 제조하는 S40단계;
상기 제 2 PLA섬유를 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적하는 S50단계;
상기 웹 형태로 집적된 제 2 PLA섬유를 상기 펄프의 상면에 적층시키는 S60단계; 및
상기 적층된 제 1 PLA섬유, 펄프, 제 2 PLA섬유를 열융착하여 결합시키는 S70단계;
를 포함하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 압출기는 150∼160℃ 온도가 설정된 제 1 영역, 200∼210℃ 온도가 설정된 제 2 영역, 220∼230℃ 온도가 설정된 제 3 영역, 230∼240℃ 온도가 설정된 제 4 영역, 250∼260℃ 온도가 설정된 제 5 영역으로 구획되고, 상기 PLA는 제 1 내지 제 5 영역을 통과하여 완전용해가 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 S10단계 및 S40단계에는 용융된 PLA를 필터링하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 PLA는 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 PLA는 융점이 100℃∼180℃ 이고, 용융지수 75∼120g/10분이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 펄프는 시트 또는 매트로 이루어진 펄프섬유를 소면기에 넣어 개별섬유로 분리시킨 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 PLA섬유는 부직포 전체 중량의 10중량%∼40중량% 분사되어 집적되고, 상기 펄프는 부직포 전체 중량의 25중량%∼80중량% 공급되어 집적되며, 제 2 PLA섬유는 부직포 전체 중량의 10중량%∼40중량% 분사되어 집적되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해 부직포 제조방법.
제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여, 메쉬벨트 상에서 웹 형태로 집적된 제 1 PLA섬유층; 상기 제 1 PLA섬유층 상부에 적층되는 펄프층; 메쉬드럼 상에 웹(Web) 형태로 집적되어 상기 펄프층 상면에 적층되는 제 2 PLA섬유층이 상호 열융착되어 제조되는 것을 포함하는 친환경 생분해 부직포.