KR101766278B1

KR101766278B1 - 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101766278B1
Application number: KR1020150178378A
Authority: KR
Inventors: 박경민; 신도수
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-08-23
Also published as: KR20170070623A

Abstract

본 발명의 일 예는 폴리올레핀 수지, 다이메치콘(Dimethicone) 및 선택적으로 원적외선 방출 물질을 포함하는 조성물 형태로 이루어진 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제공한다. 본 발명에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유는 촉감이 매끄럽고 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 관련 물성이 우수하여, 의류, 침구류, 가구류 등의 충전재로 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유는 원적외선을 방출할 수 있기 때문에 의류, 침구류, 가구류 등을 사용하는 사용자에게 매우 유익하다.

Description

충전재 용도의 폴리올레핀 섬유 및 이의 제조방법{Polyolefine fiber used for filling material and manufacturing method of the same}

본 발명은 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유 등에 관한 것으로서, 더 상세하게는 촉감이 매끄럽고 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 관련 물성이 우수하며 인체에 유익한 원적외선을 방출할 수 있는 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

섬유 충전재는 파카, 기타 단열 방한복과 같은 의류; 베게, 침낭, 매트리스 패드, 깃털 이불과 같은 각종 침구류; 및 기타 가구재에 채워져서 각 제품에 쿠션 효과 및 보온 효과를 부여하는 소재이다. 특히, 폴리에스테르 섬유 충전재는 우수한 단열 효과, 우수한 벌크 충전능, 매끄러운 촉감, 우수한 볼륨 복원력, 미적 질감 및 기타 충전재를 능가하는 다양한 장점 때문에 현재 상업적으로 다량으로 제조 및 판매되고 있다. 대부분의 상업용 충전재는 단섬유 형태로 사용되며, 폴리에스테르 섬유 충전재를 포함한 일부 충전재의 경우 연속 필라멘트의 정합되지 않은 토우 (deregistered tow)의 형태로 사용되기도 한다. 섬유 기반 충전재와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-0514557호에는 약 24회 권축/dm(CPdm) 이하의 권축 빈도수(CF), 약 0.75 내지 약 1.25 cm의 BL2, 10 부피％ 이상의 공극 함량 (VC)을 가지며, 내구성 윤활제로 코팅된 것으로, 0.27 이하의 스테이플 패드 마찰 계수(SPF)를 제공하도록 코팅되고, 약 35 ％ 이상의 권축율 (CTU)을 갖는 것을 특징으로 하는 나선형 구조의 폴리에스테르 섬유가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0005524호에는 침구 및 침구류 용품을 채우는 충전재(filling material)로서, 평균 굵기가 0.5 내지 2.5 dtex이며 유광제(slickener)로 코팅되고 권축된(crimped) 폴리에스테르 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 평균 길이 4 내지 15 mm 로 재단되고 올이 성긴(opened) 것을 특징으로 하는 충전재가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1525731호에는 양모 섬유와 합성섬유의 혼합섬유로 형성되는 볼 형 섬유 충전재의 제조방법에 있어서, 양모를 처리하여 개모된 양모 단 섬유로 가공하는 양모 필러 준비단계; 일반 합성섬유와 저융점 폴리에스테르 스테이플 파이버를 혼합하여 처리함으로써 일반 합성섬유와 저융점 폴리에스테르 스테이플 파이버가 결착된 혼합 합성섬유로 가공하는 혼합 합성섬유 가공단계; 상기 양모 섬유와 혼합 합성섬유를 미리 설정된 비율로 혼합하여 상기 양모 섬유와 혼합 합성섬유를 결속시켜 혼섬 섬유로 가공하는 혼섬 파이버 가공단계; 상기 양모 섬유와 혼합합성섬유가 결속된 혼섬 섬유를 일정 크기를 가지며 구형의 형상으로 엉키어 형성된 볼형 섬유로 형성시키는 볼 가공 처리단계;를 포함하여, 혼합 합성섬유 가공단계는 일반 합성섬유와 저융점 폴리에스테르 스테이플 파이버를 혼합하여, 상기 저융점 폴리에스테르 스테이플 파이버의 융점 이상으로 열처리하여 일반 합성섬유와 저융점 폴리에스테르 스테이플 파이버를 결속시키는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 양모 섬유와 합성섬유의 혼합섬유로 형성되는 볼형 섬유 충전재의 제조방법이 개시되어 있다.

한편, 폴리올레핀 섬유(특히, 폴리프로필렌 섬유)는 폴리에스테르 섬유에 비해 경량성과 속건성이 우수하다는 장점을 가진다. 그러나, 폴리올레핀 섬유(특히, 폴리프로필렌 섬유)는 폴리에스테르 섬유에 비해 마찰력이 커서 촉감이 상대적으로 거칠다. 또한, 폴리올레핀 섬유(특히, 폴리프로필렌 섬유)는 폴리에스테르 섬유에 비해 탄성 회복력이 작아서 압력을 가한 이후의 볼륨 복원이 취약하다. 이러한 이유 때문에 폴리올레핀 섬유(특히, 폴리프로필렌 섬유)를 의류, 침구류, 가구류 등의 충전재 용도로 사용하는데에 한계가 있다.

본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 충전재에 요구되는 물성 중 하나인 매끄러운 촉감이 부여되고 동시에 폴리에스테르 섬유에 비해 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 관련 물성이 우수한 충전재 용도의 올레핀 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 충전재에 요구되는 물성이 우수할 뿐만 아니라, 인체에 유익한 원적외선을 방출할 수 있는 충전재 용도의 올레핀 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.

상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘(Dimethicone)을 포함하는 조성물 형태로 이루어진 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 예는 (a) 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계를 포함하는 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 폴리올레핀 수지, 다이메치콘(Dimethicone) 및 원적외선 방출 물질을 포함하는 조성물 형태로 이루어진 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 예는 (a) 폴리올레핀 수지, 다이메치콘 및 원적외선 방출 물질을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계를 포함하는 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유는 촉감이 매끄럽고 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 관련 물성이 우수하여, 의류, 침구류, 가구류 등의 충전재로 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유는 원적외선을 방출할 수 있기 때문에 의류, 침구류, 가구류 등을 사용하는 사용자에게 매우 유익하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 측면은 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유에 관한 것으로서, 본 발명의 일 예에 다른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유는 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘(Dimethicone)을 포함하는 조성물 형태로 이루어진다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유를 구성하는 상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 구성될 수 있고, 구체적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리부틸렌(PB) 등을 비롯한 올레핀의 단독 중합체이거나 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있고, 폴리올레핀과 다른 폴리올레핀의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 폴리올레핀 수지는 바람직하게는 호모폴리프로필렌 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 이때 호모폴리프로필렌은 ASTM D1238에 따라 측정한 융융흐름지수(Melt Flow Index)가 10~50g/10min 이고, ISO 9113 에 따라 측정한 아이소택틱 인덱스스(Isotactic Index)가 90% 이상, 바람직하게는 90 ~ 99% 이이며, 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)로 측정한 용융점이 160~170℃인 것인 것이 바람직하나, 본 발명의 내용이 반드시 상기 범위로 한정되는 것은 아니다. 호모폴리프로필렌의 용융흐름지수가 낮을수록 섬유의 강성, 내약품성, 낮은 신장율을 부여할 수 있지만 점도가 저하되므로 가공성이 나빠지게 되며, 용융흐름지수가 너무 높으면 방사가 어려우므로 10 내지 50g/10min의 용융흐름지수를 가지는 것이 섬유 방사에 가장 적합하다. 또한, 아이소택틱 지수가 90% 이상은 되어야 폴리프로필렌 결정성 및 강성이 우수한 단섬유를 얻을 수 있으며, 99% 초과인 폴리프로필렌은 사실상 상용화하기 어렵다. 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유 내에서 폴리올레핀 수지의 함량은 폴리올레핀 섬유 전체 중량을 기준으로 80 중량% 이상, 예를 들어 80~99 중량%인 것이 바람직하고, 다른 성분들과의 함량 관계를 고려할 때 90~99 중량%인 것이 더 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유를 구성하는 상기 다이메치콘(Dimethicone)은 폴리올레핀 섬유의 표면 촉감을 매끄럽게 하고 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 특성을 개선하는 역할을 한다. 상기 다이메치콘(Dimethicone)은 폴리올레핀 섬유의 제조 과정에서 단독의 성분으로 첨가될 수도 있고 폴리올레핀 수지와 혼합된 마스터 배치의 형태로 첨가될 수도 있다. 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유 내에서 다이메치콘의 함량은 폴리올레핀 섬유의 표면 촉감, 충전 높이, 충전 부피, 폴리올레핀 섬유의 제조 용이성 등을 고려할 때 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 1~10 중량부인 것이 바람직하고, 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 2~5 중량부인 것이 더 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유는 폴리올레핀 수지, 다이메치콘 외에 바람직하게는 원적외선 방출 물질을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유에서 상기 원적외선 방출 물질은 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘과 균일하게 섞여 조성물의 형태로 존재한다. 상기 원적외선 방출 물질은 원적외선 방출능을 가지는 것이라고 알려진 공지의 물질들에서 선택될 수 있으며, 폴리올레핀 수지, 다이메치콘 등과 같은 다른 성분들과의 조화 및 원적외선 방출능 등을 고려할 때 은 입자 또는 견운모 입자 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다. 또한, 상기 은 입자 또는 견운모 입자는 나노입자인 것이 더 바람직하다. 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유 내에서 원적외선 방출 물질의 함량은 폴리올레핀 섬유의 제조 용이성, 폴리올레핀 섬유 원적외선 방출 수준 등을 고려할 때 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.5 중량부인 것이 바람직하고, 0.02 내지 0.2 중량부인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유가 원적외선 방출 물질로 은 입자 및 견운모 입자를 모두 포함할 때, 은 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부인 것이 바람직하고 견운모 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유는 그 밖에 산화 방지제, 자외선 차단제, 자외선 흡수제, 공정 안정제, 안료 등에서 선택된 1종 이상의 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유 내에서 상기 보조 첨가제의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.5 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유는 바람직하게는 그 표면에 방사유제가 부착될 수 있다. 상기 방사유제는 친수성 방사유제, 또는 소수성 방사유제 등에서 선택될 수 있으며, 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유가 후가공된 후 충전재로 사용되는 점을 고려할 때 소수성 방사유제인 것이 바람직하다. 예를 들어, 친수성 방사유제는 비이온 계면활성제 70 내지 85 중량%, 음이온 대전방지제 5 내지 15 중량%, 및 비실리콘계 소포제 5 내지 15 중량%로 구성될 수 있다. 또한, 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합 물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%로 구성될 수 있다. 방사유제의 부착량은 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 폴리올레핀 섬유 100 중량부 당 0.1~1 중량부인 것이 바람직하고, 0.1~0.5 중량부인 것이 더 바람직하다. 방사유제의 부착량이 폴리올레핀 섬유 100 중량부 당 0.1 중량부 미만이면 방사유제 부착에 따른 효과가 미비하고, 1 중량부를 초과하면 방사유제 부착에 따른 효과가 더 이상 증가하지 않아 경제성이 떨어진다. 방사유제는 추가적으로 산화방지제, 자외선 안정제, 공정 안정제 또는 안료 등을 적어도 1종 이상 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유는 충전재 용도로 사용되는 점을 고려할 때 단섬유(Staple fiber)인 것이 바람직하다. 상기 단섬유의 길이는 10~100㎜인 것이 바람직하고, 15~80㎜인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 폴리올레핀 섬유의 섬도는 1.0~8.0 데니어(Denier)이고 바람직하게는 1.0~6.0 데니어(Denier)이다.

본 발명의 다른 측면은 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 예에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법은 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 및 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 예에 다른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법은 바람직하게는 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계; 및 상기 연신사를 10~100㎜의 길이로 절단하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 예에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법은 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계; 및 상기 연신사의 표면에 방사유제를 도포하고 열고정시켜 부착하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 예에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법은 바람직하게는 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계; 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계; 상기 연신사의 표면에 방사유제를 도포하고 열고정시켜 부착하는 단계; 및 상기 방사유제가 부착된 연신사를 10~100㎜의 길이로 절단하는 단계를 포함한다. 이하, 본 발명에 따른 충전재 용도의 폴리올레핀 섬유를 제조하는 방법을 미연신사를 생성하는 단계, 연신사를 생성하는 단계, 연신사의 표면에 방사유제를 부착하는 단계 및 연신사를 절단하는 단계로 나누어 설명한다.

미연신사를 생성하는 단계

상기 미연신사를 생성하는 단계에서 복합 용융물은 폴리올레핀 수지 및 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태로 이루어지는데, 바람직하게는 폴리올레핀 수지, 다이메치콘 및 원적외선 방출 물질을 포함하는 조성물 형태로 이루어진다. 또한, 상기 복합 용융물은 더 바람직하게는 폴리올레핀 수지, 다이메치콘, 원적외선 방출 물질 이외에 산화 방지제, 자외선 차단제, 자외선 흡수제, 공정 안정제, 안료 등에서 선택된 1종 이상의 보조 첨가제를 더 포함하는 조성물 형태로 이루어진다. 상기 복합 용융물을 구성하는 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 구성될 수 있고, 구체적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리부틸렌(PB) 등을 비롯한 올레핀의 단독 중합체이거나 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있고, 폴리올레핀과 다른 폴리올레핀의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 폴리올레핀 수지는 바람직하게는 호모폴리프로필렌 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 이때 호모폴리프로필렌은 ASTM D1238에 따라 측정한 융융흐름지수(Melt Flow Index)가 10~50g/10min 이고, ISO 9113 에 따라 측정한 아이소택틱 인덱스스(Isotactic Index)가 90% 이상, 바람직하게는 90 ~ 99% 이이며, 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)로 측정한 용융점이 160~170℃인 것인 것이 바람직하나, 본 발명의 내용이 반드시 상기 범위로 한정되는 것은 아니다. 호모폴리프로필렌의 용융흐름지수가 낮을수록 섬유의 강성, 내약품성, 낮은 신장율을 부여할 수 있지만 점도가 저하되므로 가공성이 나빠지게 되며, 용융흐름지수가 너무 높으면 방사가 어려우므로 10 내지 50g/10min의 용융흐름지수를 가지는 것이 섬유 방사에 가장 적합하다. 또한, 아이소택틱 지수가 90% 이상은 되어야 폴리프로필렌 결정성 및 강성이 우수한 단섬유를 얻을 수 있으며, 99% 초과인 폴리프로필렌은 사실상 상용화하기 어렵다. 상기 용융 복합물 내에서 폴리올레핀 수지의 함량은 용융 복합물 전체 중량을 기준으로 80 중량% 이상, 예를 들어 80~99 중량%인 것이 바람직하고, 다른 성분들과의 함량 관계를 고려할 때 90~99 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 용융 복합물을 구성하는 다이메치콘(Dimethicone)은 폴리올레핀 섬유의 표면 촉감을 매끄럽게 하고 충전 높이 또는 충전 부피와 같은 충전 특성을 개선하는 역할을 한다. 상기 다이메치콘(Dimethicone)은 폴리올레핀 섬유의 제조 과정에서 단독의 성분으로 첨가될 수도 있고 폴리올레핀 수지와 혼합된 마스터 배치의 형태로 첨가될 수도 있다. 상기 용융 복합물 내에서 다이메치콘의 함량은 폴리올레핀 섬유의 표면 촉감, 충전 높이, 충전 부피, 폴리올레핀 섬유의 제조 용이성 등을 고려할 때 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 1~10 중량부인 것이 바람직하고, 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 2~5 중량부인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 용융 복합물을 구성하는 원적외선 방출 물질은 원적외선 방출능을 가지는 것이라고 알려진 공지의 물질들에서 선택될 수 있으며, 폴리올레핀 수지, 다이메치콘 등과 같은 다른 성분들과의 조화 및 원적외선 방출능 등을 고려할 때 은 입자 또는 견운모 입자 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다. 또한, 상기 은 입자 또는 견운모 입자는 나노입자인 것이 더 바람직하다. 상기 용융 복합물 내에서 원적외선 방출 물질의 함량은 폴리올레핀 섬유의 제조 용이성, 폴리올레핀 섬유 원적외선 방출 수준 등을 고려할 때 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.5 중량부인 것이 바람직하고, 0.02 내지 0.2 중량부인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 용융 복합물이 원적외선 방출 물질로 은 입자 및 견운모 입자를 모두 포함할 때, 은 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부인 것이 바람직하고 견운모 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부인 것이 바람직하다. 또한, 상기 용융 복합물 내에서 보조 첨가제의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.5 중량부인 것이 바람직하다.

상기 미연신사를 생성하는 단계에서 복합 용융물의 형성 및 이의 방사는 약 230~280℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하고, 240~270℃에서 이루어지는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 미연신사를 생성하는 단계에서 방사구금의 내경은 미연신사의 섬도가 1.5~10 데니어(Denier)가 되도록 선택되는 것이 바람직하다.

연신사를 생성하는 단계

상기 연신사를 생성하는 단계에서 미연신사의 연신은 약 50~100℃로 예열된 연신 롤에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 연신사를 생성하는 단계에서 연신 속도는 20~10 m/min 에서 선택되는 것이 바람직하고 20~50 m/min 에서 선택되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 연신사를 생성하는 단계에서 연신비(Draw ratio)는 1.2~3.5인 것이 바람직하고, 2.0~3.0인 것이 더 바람직하다. 또한, 연신사의 섬도는 1.0~8.0 데니어(Denier)이고 바람직하게는 1.0~6.0 데니어(Denier)이다.

연신사의 표면에 방사유제를 부착하는 단계

상기 연신사의 표면에 방사유제를 부착하는 단계에서 사용되는 방사유제는 친수성 방사유제, 또는 소수성 방사유제 등에서 선택될 수 있으며, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리올레핀 섬유가 후가공된 후 충전재로 사용되는 점을 고려할 때 소수성 방사유제인 것이 바람직하다. 예를 들어, 친수성 방사유제는 비이온 계면활성제 70 내지 85 중량%, 음이온 대전방지제 5 내지 15 중량%, 및 비실리콘계 소포제 5 내지 15 중량%로 구성될 수 있다. 또한, 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합 물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%로 구성될 수 있다. 방사유제의 부착량은 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 연신사 100 중량부 당 0.1~1 중량부인 것이 바람직하고, 0.1~0.5 중량부인 것이 더 바람직하다. 방사유제의 부착량이 연신사 100 중량부 당 0.1 중량부 미만이면 방사유제 부착에 따른 효과가 미비하고, 1 중량부를 초과하면 방사유제 부착에 따른 효과가 더 이상 증가하지 않아 경제성이 떨어진다. 방사유제는 추가적으로 산화방지제, 자외선 안정제, 공정 안정제 또는 안료 등을 적어도 1종 이상 더 포함할 수 있다. 상기 연신사의 표면에 방사유제를 부착하는 단계에서 방사유제의 도포는 분사(spraying) 또는 함침(dipping) 방식에 의해 이루어진다.

연신사를 절단하는 단계

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리올레핀 섬유는 충전재 용도로 사용되기 때문에 연신사를 절단하는 단계를 통해 필라멘트 형태의 연신사를 단섬유(Staple fiber)로 전환하는 것이 바람직하다. 절단된 연신사의 길이는 10~100㎜인 것이 바람직하고, 15~80㎜인 것이 더 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 폴리올레핀 섬유는 다양한 개섬(Fiber opening) 방법을 통해 볼 형태 또는 패드 형태의 충전재로 전환될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

1. 충전재 용도 폴리프로필렌 섬유의 제조

제조예 1.

펠렛 형태의 호모폴리프로필렌(Homopolypropylene) 수지 89 중량부, 다이메치콘(Dimethicone) 함유 마스터배치 6 중량부 및 원적외선 방출 물질 함유 마스터배치 5 중량부를 약 250~260℃에서 블렌딩하고 용융시켜 복합 용융물을 제조하였다. 상기 펠렛 형태의 호모폴리프로필렌(Homopolypropylene) 수지는 아이소택틱 인덱스(Isotactic Index)가 약 95~99% 범위이고, 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 약 16 g/10min 이다. 또한, 상기 다이메치콘(Dimethicone) 함유 마스터배치는 다이메치콘(Dimethicone) 45~55 중량%, 호모폴리프로필렌 45~55 중량 중량% 및 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-다이-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)[Pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)] 1 중량% 미만으로 구성되고, 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 약 10 g/10min 이다. 또한, 상기 원적외선 방출 물질 함유 마스터배치는 호모폴리프로필렌 99.1 중량%, 은 나노입자 0.4 중량% 및 견운모 나노입자 0.5 중량%로 구성되고, 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 약 30 g/10min 이다.

이후, 복합 용융물을 방사구금을 통해 약 250~260℃에서 용융방사하여 미연신사를 제조하였다. 상기 미연신사를 약 70℃로 예열된 연신 롤(연신 속도 : 29 m/min)로 연신하여 연신비를 약 2.8로 조정하고, 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 제조하였다. 상기 연신사에 소수성 방사유제가 함유된 액상수지를 디핑(Deeping) 처리 또는 스프레이(Spray) 처리하여 방사유제를 연신사 표면에 부착시키고, 100℃ 온도에서 약 10분간 열고정한 후, 섬유의 길이가 약 20±3㎜가 되게 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다. 이때, 열고정 후 방사유제 부착량은 최종 폴리프로필렌 단섬유 100 중량부 대비 약 0.2 중량부이었다. 또한, 최종 폴리프로필렌 단섬유의 섬도는 약 1.8±0.2 데니어(Denier) 이었다.

비교제조예 1.

펠렛 형태의 호모폴리프로필렌(Homopolypropylene) 수지 100 중량부를 용융시켜 호모프로필렌 수지 용융물을 제조하였다. 상기 펠렛 형태의 호모폴리프로필렌(Homopolypropylene) 수지는 아이소택틱 인덱스(Isotactic Index)가 약 95~99% 범위이고, 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 약 16 g/10min 이다.

이후, 호모프로필렌 수지 용융물을 방사구금을 통해 약 250~260℃에서 용융방사하여 미연신사를 제조하였다. 상기 미연신사를 약 70℃로 예열된 연신 롤(연신 속도 : 29 m/min)로 연신하여 연신비를 약 2.8로 조정하고, 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 제조하였다. 상기 연신사에 소수성 방사유제가 함유된 액상수지를 디핑(Deeping) 처리 또는 스프레이(Spray) 처리하여 방사유제를 연신사 표면에 부착시키고, 100℃ 온도에서 약 10분간 열고정한 후, 섬유의 길이가 약 20±3㎜가 되게 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다. 이때, 열고정 후 방사유제 부착량은 최종 폴리프로필렌 단섬유 100 중량부 대비 약 0.2 중량부이었다. 또한, 최종 폴리프로필렌 단섬유의 섬도는 약 1.8±0.2 데니어(Denier) 이었다.

2. 충전재 용도 폴리프로필렌 섬유의 물성 평가

(1) 표면 촉감 평가

상기 제조예 1 및 제조예 2에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유, 그리고 충전재 용도로 사용되는 상업적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유의 표면 촉감을 관능적으로 평가하였다. 하기 표 1에 각 섬유의 촉감 평가 결과를 나타내었다.

단섬유 구분	제조예 1	비교제조예 2	충전재용 PET 단섬유
촉감 평가 결과	3	1	5

* 촉감 평가는 다음과 같은 5점 척도를 사용하였고, 점수 1은 매끄러움 정도가 매우 낮은 경우이고, 점수 5는 매끄러움 정도가 매우 큰 경우이다.

상기 표 1에서 보이는 바와 같이 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유는 통상적인 제조과정(비교제조예 1)으로 제조한 폴리프로필렌 단섬유에 비해 매우 매끄러운 촉감을 보였다.

(2) 충전 높이 및 충전 부피 측정

상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유 및 충전재 용도로 사용되는 상업적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유의 충전 높이 및 충전 부피를 국가기술표준원 국제공인시험검사기관인 FITI 시험연구원에 의뢰하여 측정하였다. 단섬유의 충전 특성은 KS K 0820(2014) 방법에 의거하여 측정하였다. 충전 높이 측정시 하중용 원반부 종류는 원반 A 이었고, 하중용 원반부의 질량은 120±0.5g 이었다. 충전 부피 측정시 하중용 원반부 종류는 원반 B 이었고, 하중용 원반부의 질량은 94.3±0.5g 이었다. 하기 표 2에 각 섬유의 충전 특성 측정 결과를 나타내었다.

단섬유 구분	제조예 1	충전재용 PET 단섬유
충전 높이(㎜/30g)	110	88
충전 부피(㎜/30g)	7,876	6,380

상기 표 2에서 보이는 바와 같이 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유는 충전재 용도로 사용되는 상업적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유에 비해 충전 높이 및 충전 부피가 더 높게 나타났다.

(3) 원적외선 방출 특성 측정

상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유의 원적외선 방출 특성을 사단법인 한국원적외선응용평가연구원(KIFA)에 의뢰하여 측정하였다. 단섬유의 원적외선 방출 특성은 KFIA-FI-1005 시험방법에 의거하여 37℃의 온도 조건에서 측정하였고, FT-IR Spectrometer를 이용하여 Black Body 와 대비하였다. 하기 표 1에 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유의 원적외선 방출 특성 측정 결과를 나타내었다.

방사율(＠ 5~20 ㎛)	방사 에너지(W/㎡·㎛, ＠ 37℃)
0.894	3.45×10²

상기 표 3에서 보이는 바와 같이 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유는 뛰어난 원적외선 방출 특성을 나타내었다.

이상에서와 같이 본 발명을 상기 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

폴리올레핀 수지 및 다이메치콘(Dimethicone)을 포함하는 조성물 형태의 폴리올레핀 단섬유(Staple fiber)로 구성되고 의류, 침구류 또는 가구류에 사용되는 충전재로서,
상기 다이메치콘의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 1~10 중량부인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌 수지인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지의 함량은 폴리올레핀 단섬유(Staple fiber) 전체 중량을 기준으로 90~99 중량%인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 단섬유는 표면에 방사유제가 부착된 것을 특징으로 하는 충전재.
제 4항에 있어서, 상기 방사유제의 부착량은 폴리올레핀 단섬유 100 중량부 당 0.1~1 중량부인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 단섬유의 길이는 10~100㎜인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 원적외선 방출 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전재.
제 7항에 있어서, 상기 원적외선 방출 물질은 은 입자 또는 견운모 입자인 것을 특징으로 하는 충전재.
제 8항에 있어서, 상기 은 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부이고 상기 견운모 입자의 함량은 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 0.01~0.1 중량부인 것을 특징으로 하는 충전재.
(a) 폴리올레핀 수지 100 중량부 당 1~10 중량부의 다이메치콘을 포함하는 조성물 형태의 복합 용융물을 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 생성하는 단계;
(b) 상기 미연신사를 연신하고 크림퍼에서 권축을 부여하여 연신사를 생성하는 단계; 및
(c') 상기 연신사를 절단하여 폴리올레핀 단섬유(Staple fiber)를 형성하는 단계를 포함하는 충전재의 제조방법으로서,
상기 충전재는 의류, 침구류 또는 가구류에 사용되는 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.
제 10항에 있어서, 상기 (b) 단계와 (c') 단계 사이에
(c) 상기 연신사의 표면에 방사유제를 도포하고 열고정시켜 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.
제 10항에 있어서, (c') 단계는 상기 연신사를 10~100㎜의 길이로 절단하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌 수지인 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 원적외선 방출 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 원적외선 방출 물질은 은 입자 또는 견운모 입자인 것을 특징으로 하는 충전재의 제조방법.