KR101915809B1 - 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융지수 20 내지 60g/10min 및 밀도 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물로 제조된 폴리에틸렌 부직포를 적층하여 형성되는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포에 관한 것으로서 부직포 자체가 용융되어 기재와 균일하게 접착되어 자동차 부품용, 의류용, 산업용 등에 활용될 수 있는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법{Heat welding low density polyethylene nonwovens and method for producing the same}

본 발명은 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열융착에 의하여 부직포 자체가 기재에 부착될 수 있는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 후드, 헤드라이너, 배터리 커버 등의 자동차 내외장 부품은 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐클로라이드 등의 합성수지로 이루어진 기재의 표면에 부직포를 부착하여 제조하고, 이는 제품에 쿠션감을 제공하거나 제품을 고급화하는 효과가 있다.

상기 기재의 표면에 부착되는 부직포로는 케미칼 본딩 부직포가 주로 사용된다. 상기 케미칼 본딩 부직포를 기재의 표면에 부착하기 위하여 부직포 표면에 핫멜트 파우더를 도포하고, 상기 핫멜트 파우더 도포면과 기재를 맞댄 다음, 가열 및 압착하여 부직포를 기재에 열융착시켜 제조하는 방법이 사용되고 있다.

상기 핫멜트 파우더로는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(EVA) 등이 사용될 수 있다. 이와 같이 핫멜트 파우더를 이용하여 부직포와 기재를 열 압착시키면, 부직포와 기재가 결합하여 부직포가 기재의 표피 역할을 하게 된다. 상기 핫멜트 파우더의 도포는 케미칼 본딩 부직포의 생산 후, 별도로 핫멜트 파우더를 부직포의 일면에 도포한 후 열처리하거나, 또는 부직포를 생산하면서 웹(web)에 케미칼 바인더와 핫멜트 파우더를 도포한 후 열처리하여 수행될 수 있다.

그러나 케미칼 본딩 부직포의 경우, 케미칼 바인더를 사용하며 카딩된 웹(web)의 섬유들을 결합시키기 위하여 케미칼 바인더의 열처리 공정을 수행하여야 한다. 또한, 이와 같이 열처리 공정을 통해 제조된 케미칼 본딩 부직포에 다시 핫멜트 파우더를 도포하고 열처리하면, 열처리 공정을 이중으로 수행하므로 제조 공정이 복잡해지고, 에너지 사용량이 증가할 뿐만 아니라 핫멜트 파우더 도포에 별도의 설비와 작업 인원이 소요되므로 생산 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 부직포에 미세한 입자 상태의 핫멜트 파우더를 도포하는 경우, 약 2 내지 5 중량%의 핫멜트 파우더가 부직포의 외부로 비산되어 손실될 뿐만 아니라 핫멜트 파우더가 부직포에 균일하게 도포되지 못하고, 산포 또는 응집되어 부직포와 기재의 접착불량이 발생하는 원인이 되기도 한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 용융온도가 낮은 저융점 폴리에스테르 단섬유 10 내지 90%를 포함시켜 케미칼 부직포를 제조하고, 제조된 케미칼 부직포는 핫멜트 파우더를 사용하지 않아도 저융점 폴리에스테르 단섬유가 용융되어 기재에 부착될 수 있도록 한 방법이 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조되는 부직포는 열을 가하여 섬유를 결합시키는 케미칼 본딩에 의해 제조되는데, 열처리 공정을 수반하여야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 에너지 사용량이 증가하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-1629735호는 접착 섬유 웹으로 형성되는 열융착 부직포에 관한 것으로, 상기 접착 섬유 웹은 10 내지 90 중량%의 로우멜트 폴리에스테르 섬유 및 10 내지 90 중량%의 부직포 형성 섬유를 포함하는 열융착 부직포를 개시하고 있다.

본 발명은 상기의 안출된 문제를 해결하고자 부직포 자체가 용융되어 대상체인 기재와 균일하게 접착될 수 있는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 용융지수 20 내지 60g/10min 및 밀도 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물로 제조된 폴리에틸렌 부직포를 적층하여 형성되는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 30㎛ 직경의 섬유 필라멘트로 이루어진 장섬유 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포의 엠보싱율이 5 내지 30%인 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포를 제공한다.

또한, 본 발명은 (S1) 폴리에틸렌 수지를 이용하여 폴리에틸렌 부직포를 형성하는 단계; (S2) 상기 폴리에틸렌 부직포를 복수 겹으로 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 적층된 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱 처리하여 접착시키는 단계를 포함하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 20 내지 60g/10min인 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.90 내지 0.93g/㎤인 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 엠보싱 처리는 90 내지 110℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 엠보싱 처리는 폴리에틸렌 부직포 면적 기준 5 내지 30%의 엠보싱율을 형성하는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 (S2)단계와 (S3)단계 사이에서, 적층된 폴리에틸렌 부직포를 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 냉각은 15 내지 25℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의한 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 접착력이 우수하고, 접착 대상인 기재와 보다 균일하게 접착되며, 기존의 방법인 핫멜트 파우더 또는 저융점 폴리에스테르를 사용하는 경우의 단점을 보완한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 자동차 부품용, 의류용 및 산업용 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 두 겹으로 적층된 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 세 겹으로 적층된 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 두 겹으로 적층된 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 세 겹으로 적층된 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명에 의한 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 부직포를 복수 겹으로 적층한 후 이를 접착하여 형성된 다층 폴리에틸렌 부직포를 의미한다. 또한, 상기 폴리에틸렌 부직포는 한겹, 한층의 폴리에틸렌 부직포를 의미하고, 상기 다층 폴리에틸렌 부직포는 복수겹, 복수층의 폴리에틸렌 부직포가 적층 및 접착되어 형성된 것을 의미한다.

본 발명에 의한 다층 폴리에틸렌 부직포는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물로 제조되는 폴리에틸렌 부직포를 적층하여 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는 한 층 또는 한겹의 폴리에틸렌 부직포를 복수 회 제조한 후, 이를 적층하여 형성할 수 있다.

상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 20 내지 60g/10min이고, 밀도가 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 사용함이 바람직하다. 상기 용융지수가 20g/10min 미만인 경우 용융물의 흐름성이 너무 낮아 섬유의 형성이 어려워 부직포 제조가 용이하지 않고, 60g/10min 초과인 경우 부직포의 강도가 낮아 최종 용도에 적용하기 어려울 수 있다.

또한, 상기 폴리에틸렌 수지의 밀도가 0.90g/㎤ 미만인 경우 부직포 강도가 낮아질 수 있고, 0.93g/㎤를 초과하는 경우 용융온도가 높아져 최종 용도 적용시 접착온도가 높아지는 문제가 발생할 수 있다.

상기 적층으로 2 이상의 복수 층을 형성하고, 각 층을 구성하는 부직포는 동일한 물성과 크기를 갖는다. 다만, 두께는 필요에 따라 다르게 형성될 수 있어 특별히 제한하지 않고, 최종 제품의 용도 등을 고려하여 통상적으로 사용되는 두께로 형성될 수 있다.

상기 (한 층의)폴리에틸렌 부직포는 10 내지 30㎛ 직경의 섬유 필라멘트로 이루어진 장섬유 스펀본드 부직포로 구성될 수 있다. 상기 직경이 10㎛ 미만인 경우 필라멘트가 너무 가늘어서 충분한 파단강력이 발휘되지 못하고, 30㎛ 초과인 경우 너무 굵어서 배향이 충분히 이루어지지 않아 오히려 파단강력이 감소되고 유연하지 않게 되어 제품으로 사용하기 곤란한 문제가 발생한다.

또한, 상기 다층 폴리에틸렌 부직포는 복수 겹의 폴리에틸렌 부직포를 압착롤러로 엠보싱 처리하여 폴리에틸렌 부직포 간 접착을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 엠보싱 처리는 전체 표면적을 기준으로 하여 5 내지 30%의 엠보싱율로 처리될 수 있다. 상기 엠보싱율이 5% 미만인 경우 폴리에틸렌 부직포 간의 접착력이 저하되어 분리되기 쉽고, 엠보싱율이 30% 초과인 경우 제품 유연성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명에 의한 다층 폴리에틸렌 부직포는 10 내지 200g/㎡의 단위 중량을 가질 수 있다. 상기 단위 중량이 10g/㎡ 미만이면 파단 강력이 약하고, 200g/㎡ 초과이면 층간의 접착력이 약해서 서로 분리되어 적층되기 어려운 문제가 있다.

도 1은 두 겹으로 적층된 다층 폴리에틸렌 부직포의 단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 세 겹으로 적층된 다층 폴리에틸렌 부직포의 단면도를 나타낸 것이다. 이들 도면은 엠보싱 처리가 표현되어 있지 않으나 본 발명에 의한 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 엠보싱 처리가 부여될 수 있다. 다층 폴리에틸렌 부직포의 적층 구조는 당업자의 목적, 용도 등에 따라 다양하게 조절될 수 있다.

본 발명에 의한 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하는 방법은 (S1) 폴리에틸렌 수지를 이용하여 폴리에틸렌 부직포를 형성하는 단계; (S2) 상기 폴리에틸렌 부직포를 복수 겹으로 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 적층된 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱 처리하여 접착시키는 단계를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 (S1)단계의 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 20 내지 60g/10min이고, 밀도가 0.90 내지 0.93g/㎤인 것을 사용함이 바람직하다.

상기 (S3)단계의 압착 롤러로 가압하는 단계는 열, 접착제(바인더)를 이용하여 실시될 수 있다. 상기 열을 이용하는 경우 압착 롤러의 온도를 90 내지 110℃로 설정함이 바람직하다.

상기 압착 롤러의 온도가 90℃ 미만인 경우 폴리에틸렌 부직포가 충분한 열을 받지 못하여 폴리에틸렌 부직포 간의 접착력이 낮아진다. 또한, 110℃를 초과하면 폴리에틸렌 부직포의 표면이 용융됨으로써 압착 롤러에 접착되어 작업이 진행되지 않거나, 폴리에틸렌 부직포가 열에 의해 손상되어 강도가 저하되는 단점이 있다.

상기 (S2)단계와 (S3)단계 사이에서 적층된 폴리에틸렌 부직포를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 온도는 15 내지 25℃로 설정함이 바람직하고, 통상적인 냉각장치를 이용하여 실시될 수 있다. 상기 냉각 온도가 15℃ 미만인 경우 노즐면 온도에 영향을 미쳐 부직포 제조시 섬유 사절이 발생하여 부직포의 품질이 저하되며, 섬유가 급랭되어 결정이 충분히 형성되지 않아 부직포의 강도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 냉각 온도가 25℃를 초과하면 폴리에틸렌 부직포의 표면이 매끄럽게 되어, 이후 압착 롤러를 사용하더라도 폴리에틸렌 부직포 간의 물리적 결합이 잘 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있다.

이하 실시예로 구체적으로 설명한다. 본 발명에 의한 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 도 3, 도 4에 도시된 장치를 이용하여 제조될 수 있다.

실시예

(S1단계)

용융지수 20 내지 60g/10min 및 밀도 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 호퍼(2a)를 통해 압출기(3a)에 공급시켜 용융시킨다. 상기 용융된 폴리에틸렌 수지는 필터(4a)를 거쳐 불순물이 제거된 후에 정량펌프(5a)를 통해 일정한 양으로 스핀팩(6a)에 공급된다. 스핀팩(6a)에서 직경이 0.3 내지 1.0㎜인 방사구금을 통하여 폴리에틸렌 섬유 필라멘트가 형성된다. 상기 폴리에틸렌 섬유 필라멘트는 10 내지 30㎛의 직경을 형성할 수 있다. 상기 폴리에틸렌 섬유 필라멘트는 냉각 및 연신장치(7a)에서 공기에 의해 연신된 후 포밍벨트(Forming Belt)(8) 위에서 웹을 형성하는 동시에 이송된다.

(S2단계)

상기 이송된 폴리에틸렌 부직포 위에 또 다른 폴리에틸렌 부직포가 형성되어 적층된다. 구체적으로, 폴리에틸렌 수지를 호퍼(2b)를 통하여 압출기(3b)에 공급시켜 용융시킨다. 상기 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㎜인 방사구금을 통하여 폴리에틸렌 섬유 필라멘트가 형성된다. 상기 폴리에틸렌 섬유 필라멘트는 냉각 및 연신장치(7b)를 거쳐 연신된 후 포밍벨트(Forming Belt)(8) 위에 형성된 폴리에틸렌 부직포 위에 웹을 형성하는 동시에 이송된다. 상기 포밍벨트(Forming Belt)(8) 위에 형성된 두 겹의 폴리에틸렌 부직포는 냉각장치(10)에 의해 15 내지 25℃에서 냉각될 수 있다.

(S3단계)

상기 냉각된 두 겹의 폴리에틸렌 부직포는 결합장치(11)의 압착 롤러(12,13)에 의해 엠보싱 처리되면서 결합(접착)된다.

상기 압착 롤러(12,13)에는 마름모 형태 또는 원형, 타원형 등의 무늬가 양각되어 있어 적층된 폴리에틸렌 부직포를 압착과 동시에 엠보싱 처리하게 되고, 그 결과 최종 수득되는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포는 엠보싱이 형성되어 있다. 상기 형성된 엠보싱의 엠보싱율은 면적 대비 5 내지 30%임이 바람직하다.

도 4의 제조장치는 세 겹의 폴리에틸렌 부직포로 구성된 다층 폴리에틸렌 부직포를 제조하는 것으로, 도 3의 제조장치의 구성 이외에 추가적인 언와인더(16), 언와인더 샤프트(17), 예열장치(18) 및 히팅 플레이트(19,20)를 더 포함할 수 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 : 포밍벨트(Forming Belt)
9a 및 9b : 석션(Suction) 장치
10 : 냉각장치
11 : 결합장치
12 및 13 : 압착 롤러
14 : 와인더
15 : 와인더 샤프트
16 : 언와인더
17 : 언와인더 샤프트
18 : 예열장치
19 및 20 : 히팅 플레이트
100 : 다층 폴리에틸렌 부직포
101 및 102 : 폴리에틸렌 부직포

Claims (10)

1. 용융지수 20 내지 60g/10min 및 밀도 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물로 제조된 10 내지 30㎛ 직경의 섬유 필라멘트로 이루어진 장섬유 스펀본드 부직포가 적층되며, 엠보싱율이 5 내지 30%이고 10 내지 200g/㎡의 단위 중량을 갖는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포.
2. 삭제
3. 삭제
4. (S1) 용융지수 20 내지 60g/10min 및 밀도 0.90 내지 0.93g/㎤의 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물로 제조된 10 내지 30㎛ 직경의 섬유 필라멘트로 이루어진 장섬유 스펀본드 부직포를 형성하는 단계;
   (S2) 상기 폴리에틸렌 부직포를 복수 겹으로 적층하는 단계; 및
   (S3) 상기 적층된 폴리에틸렌 부직포를 압착 롤러로 엠보싱율이 5 내지 30%인 엠보싱 처리하여 접착시키는 단계를 포함하는 10 내지 200g/㎡의 단위 중량을 갖는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제4항에 있어서,
   상기 엠보싱 처리는 90 내지 110℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법.
8. 삭제
9. 제4항에 있어서,
   상기 (S2)단계와 (S3)단계 사이에서, 적층된 폴리에틸렌 부직포를 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각은 15 내지 25℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열융착 저밀도 폴리에틸렌 부직포 제조방법.

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