KR101833494B1 - 다층 폴리에틸렌 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 폴리에틸렌 부직포 및 이러한 부직포를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 폴리에틸렌 부직포를 두 겹 이상 결합시켜 부드러운 촉감을 갖는 부직포를 얻을 수 있다.

Description

다층 폴리에틸렌 부직포 및 그 제조방법{Multilayer polyethylene nonwovens and method for producing the same}
본 발명은 다층 폴리에틸렌 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기저귀, 성인용 기저귀, 생리대 등의 위생용 제품, 수술복 및 보호복 등 신체와 접촉하기 때문에 부드러운 특성이 요구되는 다양한 용도에 사용될 수 있는 다층 폴리에틸렌 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
생활이 여유롭고 풍요로워짐에 따라 일회용 제품이 다양한 용도에 적용되어 소비되고 있다. 일회용 제품의 원료로는 경제적이며 섬유형성 특성이 우수한 폴리프로필렌 중합체가 가장 많이 사용되고 있다. 하지만, 폴리프로필렌계 부직포로 구성된 일회용 제품은 빳빳하여 소음이 발생하고 인체 피부에 접촉하는 용도로 사용되는 경우에는 불쾌한 느낌을 줄 수 있다. 이와 같은 소음의 발생과 불쾌한 느낌을 방지하기 위해 상대적으로 촉감이 부드러운 폴리에틸렌계 부직포를 사용하여 피부에 접촉되는 부위에 사용되는 일회용 제품을 제조하여 조용하고 부드러운 촉감을 구현하고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제2013-0015078호는 폴리프로필렌 중합체 코어(core)와 폴리에틸렌 중합체 쉬쓰(sheath)로 구성된 심초형 복합 장섬유 부직포를 최상층으로 하고, 1층 이상의 멜트블로운 또는 스펀본드 부직포로 적층하여 제조되는 다층부직포에 대해 개시하고 있다. 그러나, 심초형 복합 장섬유 부직포를 제조하기 위한 장치가 복잡하고 강력을 발휘하는 코어부의 폴리프로필렌 중합체의 단섬도가 낮아 강력이 저하되며, 쉬쓰부와 코어부의 단면이 불균일할 경우에 멜트블로운 부직포 층과의 접착강도가 저하되는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2007-0006932호는 우수한 내마모성 및 뛰어난 연성 특성을 갖는 폴리에틸렌을 포함하는 표면을 갖는 단성분 섬유를 포함하는 부직웹을 개시하고 있다. 그러나, 중합체의 밀도가 낮기 때문에 필라멘트 섬유의 결정화도가 낮아 필라멘트간의 접착력이 약해 내마모성이 낮은 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 상기한 문제점을 해결하여, 내마모성이 우수하고 촉감이 부드러운 다층 폴리에틸렌 부직포 및 이러한 부직포를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 두 겹(at least two plies) 혹은 적어도 두 층(at least two layer)의 폴리에틸렌 부직포가 적층 결합되어 이루어지고, 면적 기준으로 5 내지 30%의 엠보싱율을 갖는 다층 폴리에틸렌 부직포가 제공된다.
상기 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 장섬유 부직포일 수 있다.
상기 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 장섬유 스펀본드 부직포일 수 있다.
상기 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 30 ㎛ 직경의 섬유 필라멘트로 이루어질 수 있다.
상기 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 200 g/m2의 단위중량을 가질 수 있다.
상기 폴리에틸렌 부직포는 0.003 내지 0.008 gf cm/cm의 이력모멘트를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, (S1) 폴리에틸렌 수지로부터 폴리에틸렌 부직포를 형성하는 단계; (S2) 상기 폴리에틸렌 부직포의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 부직포를 더 형성시켜서, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 형태의 폴리에틸렌 부직포를 수득하는 단계; 및 (S3) 상기 적층되어 있는 형태의 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱 처리시키는 단계를 포함하는 다층 폴리에틸렌 부직포의 제조방법이 제공된다.
상기 폴리에틸렌 펠렛은 40,000 내지 70,000 g/mol 범위의 중량평균분자량, 3.0 이하의 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn) 및 0.955 내지 0.960 g/cm3 범위의 밀도를 가질 수 있다.
상기 (S2) 단계와 (S3) 단계 사이에, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 형태의 다층 폴리에틸렌 부직포를 냉각시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 냉각은 15 내지 25 ℃ 범위의 온도에서 실시될 수 있다.
상기 엠보싱 처리는 4 내지 8 kgf/cm2 범위의 압력에서 이루어질 수 있다.
상기 엠보싱 처리는 130 내지 140℃ 범위의 온도에서 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 다층 폴리에틸렌 부직포는 부드러운 촉감과 우수한 마찰특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 다층 폴리에틸렌 부직포는 일회용 기저귀의 백시트 등과 같은 위생용 제품과 수술용 가운, 마스크 등과 같이 인체 피부에 직접 닿는 용도를 비롯하여 다양한 용도에서 사용될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 양태에 따라, 두 겹의 폴리에틸렌 부직포로 이루어져 있는 다층 폴리에틸렌 부직포의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 양태에 따라, 세 겹의 폴리에틸렌 부직포로 이루어져 있는 다층 폴리에틸렌 부직포의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 양태에 따라, 두 겹의 폴리에틸렌 부직포로 이루어진 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 양태에 따라, 세 겹의 폴리에틸렌 부직포로 이루어진 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 두 겹(at least two plies) 혹은 적어도 두 층(at least two layer)의 폴리에틸렌 부직포가 적층 결합되어 이루어지고, 전체 표면적 기준으로 5 내지 30%의 엠보싱율을 갖는 다층 폴리에틸렌 부직포가 제공된다.
본원 명세서에서 '폴리에틸렌 부직포'라 함은 다층 폴리에틸렌 부직포를 구성하는 구성성분으로, 본 발명에서는 상기 폴리에틸렌 부직포 적어도 두 층 이상이 엠보싱과 같은 처리를 통해 물리적으로 결합되어 최종 제품인 다층 폴리에틸렌 부직포를 형성하게 된다. 본원 명세서에서, 별도의 명시가 없는 한, '폴리에틸렌 부직포'는 홑겹의 폴리에틸렌 부직포를 의미하는 것으로 이해한다.
또한, 본원 명세서에서 '다층 폴리에틸렌 부직포'라 함은, 별도의 명시가 없는 한, 두 겹 이상의 '폴리에틸렌 부직포'가 적층 혹은 적층 결합되어 이루어진 형태를 의미하는 것으로 이해한다.
본원 명세서에서 '두 겹'과 '두 층' 혹은 '세 겹'과 '세 층'은 상호 바꿔 사용할 수 있는 것으로 의미한다.
본 발명의 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 장섬유 부직포일 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 장섬유 스펀본드 부직포일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시양태에서, 하나의 다층 폴리에틸렌 부직포를 구성하는 폴리에틸렌 부직포는 동일한 물성 및 크기를 갖는 것일 수 있으나, 필요에 따라, 두께와 같은 요건을 달리하는 폴리에틸렌 부직포들이 적층 결합되어 하나의 다층 폴리에틸렌 부직포를 구성할 수 있다. 폴리에틸렌 부직포의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 최종 제품의 용도 및 적층 개수 등을 고려하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 두께의 폴리에틸렌 부직포를 사용할 수 있다.
두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포를 포함하여 이루어진 다층 폴리에틸렌 부직포는 총 표면적 기준으로 5 내지 30%의 범위의 엠보싱율을 가질 수 있다. 엠보싱율이 5% 미만인 경우에는 촉감은 우수하지만 폴리에틸렌 부직포간의 접착력이 저하되어 상기 홑겹의 폴리에틸렌 부직포로 서로 분리될 수 있으며, 엠보싱율이 30%을 초과하는 경우에는 제품 유연성이 저하되는 문제가 발생된다.
폴리에틸렌 부직포를 구성하는 섬유 필라멘트는 10 내지 30㎛의 직경을 가질 수 있다. 섬유 필라멘트의 직경이 10 ㎛ 미만인 경우에는 필라멘트가 너무 가늘어서 충분한 파단강력이 발휘되지 못하며, 섬유 필라멘트의 직경이 30 ㎛을 넘는 경우에는 너무 굵어서 배향이 충분히 이루어지지 않아 오히려 파단강력이 감소되고 유연하지 않게 되어 제품으로 사용하기 곤란하다.
최종적으로 수득되는 다층 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 200 g/m2의 단위중량을 가질 수 있다. 다층 폴리에틸렌 부직포의 단위 중량이 10 g/m2 미만이면 파단강력이 약하여 제품으로 사용할 수 없게 되고, 200 g/m2 보다 크면 층간의 접착력이 약해서 서로 분리되어 제품으로 사용할 수 없게 된다.
최종적으로 수득되는 다층 폴리에틸렌 부직포는 0.003 내지 0.008 gfㆍ㎝/cm 범위의 이력 모멘트를 가질 수 있다. 이력 모멘트가 0.003 gfㆍ㎝/cm 미만일 경우에는 완제품으로 가공시 절단이 제대로 되지 않아 문제가 있고, 이력 모멘트가 0.008 gfㆍ㎝/cm 초과일 경우에는 촉감이 좋지 않아 원하는 용도에 사용할 수 없다.
이러한 다층 폴리에틸렌 부직포의 구조를 도 1a와 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a와 도 1b 각각은 본 발명의 일 실시양태에 따른 다층 폴리에틸렌 부직포(100)의 단면을 나타낸 것으로, 이들 도면에는 엠보싱 처리가 표현되어 있지 않다.
보다 구체적으로, 도 1a는 폴리에틸렌 부직포(101) 위에 또 다른 폴리에틸렌 부직포(102)가 겹쳐져 있는, 두 겹의 폴리에틸렌 부직포로 이루어진 2층 폴리에틸렌 부직포(100)를 나타낸다.
또한, 도 1b는 폴리에틸렌 부직포(101)의 상하 양면에 폴리에틸렌 부직포(102)가 형성되어 있는 3층 폴리에틸렌 부직포(200)를 나타낸다.
도 1a와 도 1b에서 다층 폴리에틸렌 부직포(100, 200)를 구성하는 폴리에틸렌 부직포(101, 102)는 동일한 두께를 갖는다.
상기 다층 폴리에틸렌 부직포는 (S1) 폴리에틸렌 수지로부터 폴리에틸렌 부직포를 형성하는 단계; (S2) 폴리에틸렌 부직포의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 부직포를 더 형성시켜서, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 다층 폴리에틸렌 부직포를 수득하는 단계; 및 (S3) 상기 다층 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱 처리시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제공된다.
상기 (S2) 단계와 (S3) 단계 사이에, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 다층 폴리에틸렌 부직포를 냉각시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
(S1) 단계에서 사용가능한 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.955 내지 0.960 g/cm3 의 밀도,중량평균분자량이 40,000 내지 70,000g/mol이며, 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn)가 3.0 이하인 것이 바람직하다.
폴리에틸렌의 방사성을 증가시키기 위해서 에스터계 계면활성제를 투입할 수 있다. 계면활성제는 폴리에틸렌 수지 조성물의 0.2 내지 0.5 중량% 이하로 폴리에틸렌 용융시 첨가할 수 있다. 첨가된 계면활성제는 용융된 폴리에틸렌의 방사구금 통과시 장력을 감소시켜 방사구금을 통과한 폴리에틸렌 필라멘트가 연신공정에서 추가 연신될 수 있도록 한다.
상기 (S2) 단계와 (S3) 단계 사이에 실시될 수 있는 냉각은 25℃ 이하 또는 15 내지 25℃ 범위의 온도에서 실시될 수 있으며, 통상적인 냉각 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 냉각 온도가 25 ℃를 초과하는 경우에는 폴리에틸렌 부직포의 표면이 매끄럽게 되어 압착 롤러를 사용하더라도 폴리에틸렌 부직포 간의 물리적 결합이 잘 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 15 ℃ 보다 낮은 온도로 냉각이 이루어지는 경우에는 섬유가 급랭되어 결정이 충분히 형성되지 않아 섬유의 강도가 저하되고 신도가 증가하게 된다.
본 발명에서는 일정한 조건하에 다층 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 압착시켜 엠보싱이 발현되도록 한다.
상기 (S3) 단계에서는 압착 롤러와 함께 열, 접착제(바인더) 또는 이들 둘 다가 이용될 수 있다. 열을 이용하는 경우에는 신도의 증가를 적절히 억제하면서 부드러운 촉감이 유지되도록 하기 위하여 압착 롤러의 온도를 130 내지 140℃ 범위로 할 수 있다.
압착 롤러의 온도가 130℃ 미만인 경우에 폴리에틸렌 부직포가 충분히 열을 받지 못하여 폴리에틸렌 부직포간의 접착력이 낮아진다. 압착 롤러의 온도가 140℃를 초과하는 경우에는 폴리에틸렌 부직포의 표면이 용융되어 압착 롤러에 접착되어 작업이 진행되지 않거나 폴리에틸렌 부직포가 열에 의해 손상되어 강도가 저하되고 내마모성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 폴리에틸렌의 용융 온도가 129℃이기 때문에 압착 롤러의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 압착 롤러의 열을 식혀주는 별도의 장치가 필요하다. 즉, 압착 롤러의 열을 외부로 배출시켜, 압착 롤러 주위의 온도를 25℃ 이하로 일정하게 유지시켜 준다.
상기 (S3) 단계에서 압착 롤러에 의해 이루어지는 엠보싱 처리는 4 내지 8 kgf/cm2 압력하에서 이루어질 수 있다. 압력이 4 kgf/cm2 미만인 경우에는 폴리에틸렌 부직포 간의 물리적 결합이 제대로 이뤄지지 않아 쉽게 분리되어 파단강력이 저하되는 원인이 되며, 압력이 8 kgf/cm2 를 초과하는 경우에는 다층 폴리에틸렌 부직포에 엠보싱 처리가 지나치게 되어 단위길이당 이력모멘트가 향상되는 문제, 즉 유연성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 부직포의 제조방법을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2a는 도 1a에 도시된 바와 같은 두 겹의 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치의 일 양태를 측면에서 나타낸 것이고, 도 2b는 도 1b에 도시된 바와 같은 세 겹의 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치의 일 양태를 측면에서 나타낸 것이다.
도 2a에서 다층 폴리에틸렌 부직포의 제조장치는 폴리에틸렌 수지를 압출하기 위한 압출기(3a, 3b), 정량펌프(5a, 5b), 스핀 팩(6a, 6b), 냉각 및 연신장치(7a, 7b), Forming Belt(8), 냉각장치(10), 결합장치(11), 와인더(15)를 포함하여 구성된다.
도 2a의 제조장치를 사용하여 도 1a의 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 폴리에틸렌 부직포를 형성한다(S1 단계).
이를 위해, 펠렛 형태의 폴리에틸렌 수지(1)를 호퍼(2a)를 통해 온도가 160 내지 230 ℃인 압출기(3a)에 공급시켜 용융시킨다. 용융된 폴리에틸렌 수지는 필터(4a)를 거쳐 불순물이 제거된 후에 정량 펌프(5a)를 통해 일정한 양으로 스핀팩(6a)에 공급된다. 스핀팩(6a)에서 직경이 0.3 내지 1.0 mm이고 온도가 180 내지 230 ℃로 유지되는 방사구금을 통하여 폴리에틸렌 섬유 필라멘트가 형성된다. 이 때, 폴리에틸렌 섬유 필라멘트는 10 내지 30 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 형성된 폴리에틸렌 섬유 필라멘트는 냉각 및 연신장치(7a)에서 공기에 의해 연신된 후 Forming Belt(8) 위에서 웹을 형성하는 동시에 이송된다.
이어서, 이송된 폴리에틸렌 부직포(101) 위에 또 다른 폴리에틸렌 부직포(102)가 형성된다(S2 단계).
이를 위해, 펠렛 형태의 폴리에틸렌 수지(1)를 호퍼(2b)를 통하여 온도가 160 내지 230 ℃인 압출기(3b)에 공급시켜 용융시킨다. 용융된 폴리에틸렌 수지는 필터(4b)를 거쳐 불순물이 제거된 후에 정량펌프(5b)를 통해 일정한 양으로 스핀팩(6b)에 공급된다. 스핀팩(6b)에서 직경이 0.3 내지 1.0 mm이고 온도가 180 내지 230 ℃로 유지되는 방사구금을 통하여 폴리에틸렌 필라멘트가 형성된다. 형성된 필라멘트는 냉각 및 연신장치(7b)를 거쳐 연신된 후 Forming Belt(8) 위에 형성된 폴리에틸렌 부직포(101) 위에 웹을 형성하는 동시에 이송된다. Forming Belt(8) 위에 형성된 두 겹의 폴리에틸렌 부직포(101, 102)는 결합 장치(13)에 의해 두 층이 결합되기 전에 냉각장치(12)에 의해 25 ℃ 이하로 냉각될 수 있다. 이 때, 냉각장치(12)의 온도가 25 ℃ 보다 높은 경우에는 폴리에틸렌 부직포(101)의 필라멘트의 표면이 매끄러워져 폴리에틸렌 부직포(102)와의 결합이 충분히 이뤄지지 않아 서로 분리가 일어난다.
냉각된 폴리에틸렌 부직포(101)와 폴리에틸렌 부직포(102)는 결합장치(11)의 압착 롤러(12, 13)에 의해 엠보싱 처리되면서 결합된다(S3 단계).
압착 롤러 간에는 4 내지 8 kgf/cm2의 압력이 유지된다. 압착 롤러(12)에는 마름모 형태 또는 원형이나 타원형 등의 무늬가 양각되어 있어, 두 겹 이상으로 적층되어 있는 폴리에틸렌 부직포를 동시에 엠보싱 처리하게 되고, 그 결과, 최종 수득되는 다층 폴리에틸렌 부직포 상에 엠보싱이 형성된다. 다층 폴리에틸렌 부직포의 총 표면적 중 엠보싱 무늬가 차지하는 면적('엠보싱율')은 5 내지 30% 범위일 수 있다. 엠보싱율이 5% 미만인 경우에는 폴리에틸렌 부직포(101)와 폴리에틸렌 부직포(102) 간의 접착력 혹은 결합력이 약하기 때문에 서로 분리될 수 있으며, 엠보싱율이 30%를 초과하는 경우에는 제품 유연성이 저하되어 원하는 용도에 사용되기에 부적합하다.
도 2b의 제조장치는 도 1b에 도시된 바와 같은 세 겹의 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 것으로, (S1)에서 (S3) 단계를 거치는 동안, 도 2a에 도시된 장치 구성성분 이외에, 추가적인 예열 장치(18), 히팅 플레이트(19, 20) 및 언와인더(16)를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
<실시예 1: 부직포의 제조>
밀도 0.956 g/cm3, 중량평균분자량 56200 g/mol, 분자량분포 2.39인 폴리에틸렌 수지를 온도가 230 ℃인 압출기에 투입하여 용융시키고 정량펌프를 이용하여 온도가 220 ℃인 방사구금을 통하여 방사하였다. 방사된 섬유는 냉각 및 연신장치에 의해 연신되고 냉각되어 Forming Belt 위에서 폴리에틸렌 부직포를 형성시켰다. 폴리에틸렌 부직포에 적층시킬 또 다른 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위해, 상기와 동일한 폴리에틸렌 펠렛, 즉, 밀도 0.956 g/cm3, 분자량 56200 g/mol, 분자량분포 2.39인 폴리에틸렌 펠렛을 온도가 220 ℃인 또 다른 압출기에 투입하여 용융시키고 정량펌프를 이용하여 온도가 230 ℃인 방사구금을 통하여 방사하였다. 방사된 섬유는 냉각 및 연신장치에 의해 연신되고 냉각되어, Forming Belt 위에 형성되어 있는 폴리에틸렌 부직포 위에서 웹을 형성시켰다. Forming Belt 위에 있는, 적층된 다층 폴리에틸렌 부직포는 온도가 20 ℃로 유지된 냉각장치를 통과하였다. 이어서, 엠보싱율이 24%인 압착 롤러를 압력 6 kgf/cm2 및 온도 137℃에서 상기 다층 폴리에틸렌 부직포에 적용시켜, 엠보싱 처리되면서 결합된 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다. 제조된 두 겹의 다층 폴리에틸렌 부직포를 일정한 길이로 와인더에 권취하였다.
<실시예 2: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율을 14%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 3: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율을 28%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 4: 부직포의 제조>
압착 롤러의 압력을 8 Kgf/㎠로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 5: 부직포의 제조>
압착 롤러의 압력을 4 Kgf/㎠로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 6: 부직포의 제조>
냉각 장치의 온도를 15 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 7: 부직포의 제조>
냉각 장치의 온도를 25 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 8: 부직포의 제조>
폴리에틸렌 부직포의 섬유 필라멘트 직경을 12 ㎛로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 9: 부직포의 제조>
폴리에틸렌 부직포의 섬유 필라멘트 직경을 16 ㎛로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 10: 부직포의 제조>
폴리에틸렌 부직포의 섬유 필라멘트 직경을 27 ㎛로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 11: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 단위중량을 12 g/㎡으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 12: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 단위중량을 50 g/㎡으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 13: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 단위중량을 150 g/㎡으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 14: 부직포의 제조>
압착 롤러의 온도를 133 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 15: 부직포의 제조>
압착 롤러의 온도를 140 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<실시예 16: 부직포의 제조>
밀도 0.960 g/㎤, 분자량 63,000 및 분자량 분포 2.12인 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 1: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율을 3 %로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 2: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율을 35 %로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 3: 부직포의 제조>
압착 롤러의 압력을 2 Kgf/㎠로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 4: 부직포의 제조>
압착 롤러의 압력을 10 Kgf/㎠로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 5: 부직포의 제조>
냉각장치의 냉각온도를 30 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 6: 부직포의 제조>
냉각장치의 냉각온도를 40 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 7: 부직포의 제조>
폴리에틸렌 부직포의 섬유직경을 7 ㎛로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 8: 부직포의 제조>
폴리에틸렌 부직포의 섬유직경을 33 ㎛로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 9: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 단위중량을 8 g/㎡로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 10: 부직포의 제조>
다층 폴리에틸렌 부직포의 단위중량을 220 g/㎡로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 11: 부직포의 제조>
압착 롤러의 온도를 128 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 12: 부직포의 제조>
압착 롤러의 온도를 143 ℃로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 13: 부직포의 제조>
밀도 0.940 g/㎤, 분자량 36,000 및 분자량 분포 3.51인 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 14: 부직포의 제조>
밀도 0.962 g/㎤, 분자량 94,000 및 분자량 분포 2.04인 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다.
<비교예 15: 부직포의 제조>
폴리프로필렌 섬유와 폴리에틸렌 섬유를 하나의 방사구금으로 제조하여 섬유의 단면이 표 2에 기재된 것과 같이 쉬쓰/코어 형태를 갖도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하였다. 이 때, 코어부는 폴리프로필렌 수지가 50%이고, 쉬쓰부는 폴리에틸렌 수지가 50%이었다.
평가예 1: 내마모성 ASTM D 4966의 측정
본 시험은 폴리에틸렌 부직포가 상호간에 다른 재료와 마찰될 때 견디는 정도를 측정하는 것으로, 균일한 접촉 압력하에서 두 면이 접촉되도록 놓은 후 중량을 측정하고, 일정시간 동안 마찰시킨 후의 중량을 측정하여, 마찰로 인해 발생한 중량차를 측정한다.
평가예 2: 강력 및 신도 KS K ISO 9073-3의 측정
본 평가를 위해, 규정된 길이와 폭의 시험편에 대하여 길이 방향으로 힘이 가해지도록 정속신장한 후 기록된 하중-신장 곡선으로부터 절단 강력 및 신도 값을 측정하였다. 50mm의 폭으로 절단된 부직포를 길이 75mm가 되도록 강신도 측정기에 파지시킨 후 300mm/min의 속도로 측정하였다.
평가예 3: 단위길이당 이력모멘트 Kawabata Evaluation System (KES)의 측정
본 평가는 사람이 느끼는 촉감을 객관적인 수치로 평가하기 위한 것으로, 시료를 구부릴 때와 펼 때 발생되는 힘의 변화를 측정하여 평가하였다.
하기 표 1 및 2은 각각 실시예 1~16 및 비교예 1~15에서 사용된 원료, 폴리에틸렌 부직포에 관한 상세, 결합 조건에 관한 상세 및 다층 폴리에틸렌 부직포에 관한 상세를 기재한 것으로, '폴리에틸렌 부직포'라 함은 다층 폴리에틸렌 부직포를 구성하는 한 겹 혹은 한 층의 폴리에틸렌 부직포를 의미하는 것으로 이해한다.
원료 폴리에틸렌 부직포 결합조건 다층 폴리에틸렌 부직포
밀도 분자량 분자량
분포		 성분 섬유
단면
형태		 섬유
직경		 예열
온도		 냉각
온도		 압착 롤러
압력		 압착
롤러
온도		 엠보싱율 단위
중량		 강력
(MD)		 신도
(MD)		 내마
모성		 이력
모멘트
g/cm3 g/mol - - - ㎛ °C °C Kgf
/cm2 		°C % g/m2 kg/5cm %/5cm mg/cm3 gfㆍ cm/cm
실시예1 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 20 2.1 39.2 0.44 0.00512
실시예2 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 14 20 1.9 39.6 0.57 0.00411
실시예3 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 28 20 2.1 42.4 0.42 0.00613
실시예4 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 8 137 24 20 2.2 44.0 0.51 0.0051
실시예5 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 4 137 24 20 2.0 41.6 0.50 0.0042
실시예6 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 15 6 137 24 20 2.2 42.0 0.64 0.0051
실시예7 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 25 6 137 24 20 1.9 38.4 0.79 0.0062
실시예8 0.956 56,200 2.39 PE 모노 12 100 20 6 137 24 20 2.0 37.8 0.48 0.0051
실시예9 0.956 56,200 2.39 PE 모노 16 100 20 6 137 24 20 2.1 38.6 0.50 0.0052
실시예10 0.956 56,200 2.39 PE 모노 27 100 20 6 137 24 20 2.0 40.6 0.50 0.0051
실시예11 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 12 1.0 18.2 0.47 0.0051
실시예12 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 50 1.7 32.9 0.49 0.0052
실시예13 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 150 2.3 44.9 0.50 0.0078
실시예14 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 133 24 20 1.7 34.1 0.49 0.0052
실시예15 0.956 56,200 2.39 PE 모노 20 100 20 6 140 24 20 2.0 36.5 0.67 0.0076
실시예16 0.960 63,000 2.12 PE 모노 20 100 20 6 137 24 20 2.4 42.0 0.51 0.0057
　 원료 폴리에틸렌 부직포 결합조건 다층 폴리에틸렌 부직포
밀도 분자량 분자량
분포		 성분 섬유
단면
형태		 섬유
직경		 예열
온도		 냉각
온도		 압착
롤러
압력		 압착
롤러
온도		 엠보싱율 단위
중량		 강력
(MD)		 신도
(MD)		 내마
모성		 이력
모멘트
g/cm3 g/mol - - - ㎛ °C °C Kgf
/cm2 		°C % g/m2 Kg
/5cm		 %/5cm Mg
/cm3 		gfㆍ
cm/cm
비교예1 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 3 20 1.4 28.1 0.88 0.0021
비교예2 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 35 20 2.6 48.4 0.40 0.0097
비교예3 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 2 137 24 20 1.2 20.8 0.96 0.0025
비교예4 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 10 137 24 20 1.7 34.0 0.49 0.0096
비교예5 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 30 6 137 24 20 1.2 20.8 1.06 0.0045
비교예6 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 40 6 137 24 20 1.0 34.0 1.15 0.0066
비교예7 0.956 63,000 2.39 PE 모노 7 100 20 6 137 24 20 1.7 27.2 0.97 0.0033
비교예8 0.956 63,000 2.39 PE 모노 33 100 20 6 137 24 20 1.5 28.0 0.89 0.0062
비교예9 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 8 0.5 8.2 0.46 0.0121
비교예10 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 137 24 220 2.7 45.7 0.51 0.0003
비교예11 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 128 24 20 1.7 27.2 0.97 0.0036
비교예12 0.956 63,000 2.39 PE 모노 20 100 20 6 143 24 20 1.3 28.0 0.85 0.0092
비교예13 0.940 36,000 3.51 PE 모노 20 100 20 6 137 24 20 1.2 25.8 0.93 0.0042
비교예14 0.962 94,000 2.04 PE 모노 20 100 20 6 137 24 20 - - - -
비교예15 0.930
/0.960		 128,000
/56,200		 4.3
/2.39		 PP
/PE		 Sheath
/core		 20 100 20 6 137 24 20 3.6 26.2 0.52 0.0126
표 1, 2를 참조하면, 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율에 따른 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2를 보면, 엠보싱율이 3%인 비교예 1의 경우에는 단위길이당 이력모멘트는 우수하지만, 폴리에틸렌 부직포간의 접착력이 낮아 제품의 파단강력이 저하되어 제품으로 사용할 수 없으며, 엠보싱율이 35%인 비교예 2의 경우에는 제품의 단위길이당 이력모멘트가 높기 때문에 촉감이 좋지 않아 원하는 제품으로 사용할 수 없다.
압착 롤러의 압력에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1 및 4~5와 비교예 3~4를 살펴보면, 결합 압력이 2 kgf/cm2인 비교예 3의 경우에는 두 겹의 폴리에틸렌 부직포간의 접착이 제대로 이뤄지지 않아 서로 분리가 일어나고 파단강력이 저하되어 내마모성이 낮은 단점이 있다. 또한, 결합 압력이 10 kgf/cm2인 비교예 4의 경우에는 가압 압력이 높아 폴리에틸렌 부직포간의 엠보싱 처리에 의해 내마모성은 우수하나 단위길이당 이력모멘트가 증가하여 촉감이 저하된다.
압착 롤러의 온도에 따른 폴리에틸렌 부직포간의 접착력 효과를 비교하기 위해 실시예 1 및 14~15와 비교예 11~12를 살펴보면, 온도가 128 ℃인 비교예 11의 경우에는 온도가 너무 낮아 두 층간의 접착이 제대로 이뤄지지 않아 내마모성이 낮고, 예열온도가 143 ℃인 비교예 12의 경우에는 온도가 너무 높아 폴리에틸렌 부직포가 서로 용융되어 내마모성과 단위길이당 이력모멘트가 저하되는 문제점이 있다.
냉각 온도에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1 및 6~7과 비교예 5~6을 살펴보면, 냉각온도가 높은 비교예 3과 7의 경우에는 폴리에틸렌 부직포의 섬유 표면, 보다 구체적으로는, 장섬유 표면이 충분히 냉각되지 않아 장섬유간에 미끄러짐이 발생하여 접착이 제대로 이뤄지지 않게 되고, 그 결과, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포로 이루어진 다층 폴리에틸렌 부직포에서 분리가 일어나고 파단강력이 저하되며 내마모성이 낮은 단점이 있다.
섬유 직경에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1 및 8~10과 비교예 7~8을 살펴보면, 섬유 직경이 7 ㎛인 비교예 7의 경우에는 섬유가 너무 가늘기 때문에 마찰에 의한 내마모성이 낮으며, 섬유 직경이 33 ㎛인 비교예 8의 경우에는 섬유가 너무 굵기 때문에 결합시 온도가 충분히 전달되지 않아 접착력이 낮고 내마모성이 낮아 제품으로 사용하기 어렵다.
단위중량에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1 및 11~13과 비교예 9~10을 살펴보면, 단위중량이 8 g/m2인 비교예 9의 경우에는 단위중량이 낮아 단위길이당 이력모멘트는 낮아 촉감은 우수하나 강력이 너무 낮으며, 단위중량이 220 g/m2인 비교예 10의 경우에는 섬유가 많이 적층되어 있기 때문에 두꺼워 단위길이당 이력모멘트가 높아 촉감이 나빠 제품으로 사용할 수 없다.
부직포 재료에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1 및 15와 비교예 13~14를 살펴보면, 밀도가 낮고 분자량이 낮은 폴리에틸렌을 사용한 비교예 13의 경우에는 강력과 내마모성이 낮고, 밀도가 높고 분자량이 높은 비교예 14의 경우에는 분자량이 너무 높아 방사가 되지 않았다.
한편, 섬유 단면의 형태에 따른 효과 비교를 위해 실시예 1과 비교예 16을 살펴보면, 폴리프로필렌 코어부와 폴리에틸렌 쉬쓰부로 구성된 심초(sheath/core) 구조를 갖는 비교예 16의 경우에는 강도가 우수하나 단위길이당 이력모멘트가 높아 촉감이 저하되는 단점이 있다.
1: 폴리에틸렌 수지
2a 및 2b: 호퍼
3a 및 3b: 압출기
4a 및 4b: 필터
5a 및 5b: 정량펌프
6a 및 6b: 스핀팩
7a 및 7b: 냉각 및 연신장치
8: Forming Belt
9a 및 9b: Suction 장치
10: 냉각장치
11: 결합장치
12 및 13: 압착 롤러
14: 와인더
16: 언와인더
18: 예열장치
19 및 20: 히팅 플레이트

Claims (12)

  1. 40,000 내지 70,000 g/mol 범위의 중량평균분자량, 3.0 이하의 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn) 및 0.955 내지 0.960 g/cm3 범위의 밀도를 갖는폴리에틸렌 수지로 제조된 10 내지 30 ㎛ 직경의 폴리에틸렌 섬유 필라멘트로 적어도 두 겹(at least two plies)의 폴리에틸렌 부직포를 형성하여 적층, 결합하고,
    면적 기준으로 5 내지 30%의 엠보싱율을 가지며, 0.003 내지 0.008 gfㆍ㎝/㎝의 이력모멘트, 0.42 내지 0.79Mg/㎤의 내마모성을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 폴리에틸렌 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 장섬유 부직포인 것을 특징으로 하는 다층 폴리에틸렌 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 장섬유 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 다층 폴리에틸렌 부직포.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 200g/m2의 단위중량을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 폴리에틸렌 부직포.
  6. 삭제
  7. (S1) 에스터계 계면활성제 0.2 내지 0.5 중량%를 포함하는 폴리에틸렌 수지 조성물로부터 폴리에틸렌 부직포를 형성하는 단계;
    (S2) 폴리에틸렌 부직포의 일면 또는 양면에 폴리에틸렌 부직포를 더 형성시켜서, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 다층 폴리에틸렌 부직포를 수득하는 단계; 및
    (S3) 상기 다층 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱 처리시키는 단계를 포함하는 다층 폴리에틸렌 부직포의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 수지는 40,000 내지 70,000 g/mol 범위의 중량평균분자량, 3.0 이하의 중량평균 분자량과 수평균 분자량의 비(Mw/Mn) 및 0.955 내지 0.960 g/cm3 범위의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (S2) 단계와 (S3) 단계 사이에, 두 겹 이상의 폴리에틸렌 부직포가 적층되어 있는 다층 폴리에틸렌 부직포를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각은 15 내지 25 ℃ 범위의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 엠보싱 처리는 4 내지 8 kgf/cm2 범위의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 엠보싱 처리는 130 내지 140℃ 범위의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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