KR102003892B1 - 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법 - Google Patents

가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법은 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되되, 상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하되, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 200~300℃에서 테레프탈산 및 1,2-에탄디올을 1:1~2의 몰비로 혼합하고, 코어부 수지 100 중량부에 대하여 촉매를 2~500 ppm 첨가하여 에스테르화 반응으로 제1혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제1혼합물을 230~320℃에서 축중합반응으로 코어부 수지를 제조하는 단계로 구성되며, 상기 냉각단계는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 냉각필터를 이용하여, 풍량 4~6m3/h, 온도 22~26℃, 냉각거리 4~6mm인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 관한 것이다.

Description

가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법{Fabrication Method Of Fiber For Nonwoven Fabric Binder Excellent In Workability}
본 발명은 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 관한 것으로 보다 자세하게는 부직포의 패턴가공을 위한 2차 가공 시간단축을 할 수 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 관한 것이다.
종래로부터 부직포는 1회용 기저귀나 생리용 냅킨 등의 흡수성 물품, 마스크 등의 의료용 용품, 와이퍼 등의 청소용 용품과 같은 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 이와 같이 부직포는 종래로부터 다른 여러 분야에서 사용되어 왔지만, 실제로 각 분야의 제품에 사용되는 경우에는 각각의 용도에 적합한 성질이나 구조가 되도록 제조될 필요가 있다.
따라서, 제조된 부직포를 사용용도에 맞게 2차가공(성형)시킬경우 가공된 부직포가 가공이 되지 않은 부직포보다 30~70%이상 고가여서 시장성이 우수하다. 다만 가공시간이 길어 생산성이 낮아 2차 가공비용도 증가하기 때문에 가공비용을 줄일 수 있는 새로운 성형방법을 개발하여 부직포 생산성을 높일 필요가 있다.
대한민국등록특허 제1240750호는 우수한 신축 회복성과 소프트한 촉감을 동시에 가지는 탄성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로 부직포의 생산과 동시에 2차가공방법인 복합 장섬유 웹을 부분적으로 열압착하여 엠보싱 결합으로 고정에 대한 언급이 있었으나, 열가공후 냉각조건을 조절하여 가공시간의 단축에 대한 개선점은 없다.
또한 대한민국공개특허 제2011-0065827호 결정화 속도가 향상된 폴리에스테르수지에 관한 것으로 PET의 본질적인 문제인 느린 결정화속도 향상을 위해 안티몬 촉매의 함량을 조절하여 낮은 온도에서 결정화가 진행될 수 있도록 하는 것이나, 조성물을 조절하는 것이 아닌 냉각조건에 대한 언급은 없었다.
따라서 본 발명은 저융점 폴리에틸렌(PE)가 시스부로 구성된 복합섬유로 구서된 부직포의 열적가공시 재결정 속도를 향상시킬 수 있도록 복합섬유방사시 냉각조건에 대한 개선이 필요하다.
본 발명의 목적은 부직포의 2차가공(패턴, 엠보싱 등)의 가공시간을 단축하기 위하여 부직포 구성 섬유가 용융 후 냉각속도가 향상될 수 있도록 복합섬유 방사의 냉각조건을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명은 2차가공에 용이한 부직포의 구성섬유로서 특유의 조성물을 갖는 바인더섬유를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법은 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되되, 상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하되, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 200~300℃에서 테레프탈산 및 1,2-에탄디올을 1:1~2의 몰비로 혼합하고, 코어부 수지 100 중량부에 대하여 촉매를 2~500 ppm 첨가하여 에스테르화 반응으로 제1혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제1혼합물을 230~320℃에서 축중합반응으로 코어부 수지를 제조하는 단계로 구성되며, 상기 냉각단계는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 냉각필터를 이용하여, 풍량 4~6m3/h, 온도 22~26℃, 냉각거리 4~6mm인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 에스테르화 반응단계의 촉매는 티타늄(Ti)계 화합물, 아연(Zn)계 화합물, 주석(Sn)계 화합물, 게르마늄(Ge)계 화합물 또는 알루미늄(Al)계 화합물 중 어느 하나가 첨가되는 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시스부의 올레핀 수지는 고밀도 폴리에틸렌수지이며, 상기 고밀도 폴리에틸렌수지의 용융온도는 128~131℃이고, 결정화 온도는 117~118℃인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 복합방사단계의 방사속도는 800~1200m/분인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 연신단계의 연신배율은 3.0~4.0인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의한 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유를 제공한다.
본 발명은 시스부가 저융점 폴리에틸렌(PE)인 복합섬유의 제조방법으로서 상기 복합섬유로 구성된 부직포는 2차가공(패턴, 엠보싱)시 용융 후 냉각속도가 향상되어 가공시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명인 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 사용되는장치에 관한 개념도이다.
도2는 본 발명인 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 사용되는장치에 관한 수평단면 개념도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 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 발명은 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 관한 것으로 복합방사단계,냉각단계 및 연신단계로 구성된다.
상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 시스부가 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용한다.
상기 시스부 및 코어부의 중량비는 40:60~60:40이고 방사속도 800~1200m/분, 연신배율 3.0~4.0인 것에 특징이 있다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 에스테르화 반응단계, 축중합단계로 제조할 수 있다.
상기 코어부 수지는 산 성분 및 알코올 성분을 금속 촉매하에서 중합반응을 수행하여 제조한다. 구체적으로 상기 코어부 수지는 200~300℃에서, 바람직하게는 230~270℃에서 테레프탈산 및 1,2-에탄디올을 1:1~2의 몰비로, 바람직하게는 1:1.1~1.9의 몰비로 혼합하고, 코어부 수지 100중량부에 대하여 상기 촉매를 2~500ppm, 바람직하게는 50~200ppm 첨가하여 에스테르화 반응으로 제1혼합물을 제조하는 단계 및 상기 제1혼합물을 230 ~ 320℃에서, 바람직하게는 260 ~ 305℃에서 중축합반응으로 코어부 수지를 제조하는 단계를 수행하여 제조될 수 있다.
만일 상기 제1혼합물을 제조하는 온도가 200℃ 미만이면 혼합물 및 촉매와의 반응열이 부족하여 중축합 반응이 발생할 수 없거나 저분자량의 중축합물이 형성되어 강도가 낮고 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 300℃를 초과하면 높은 반응열로 인하여 중축합물의 분해가 일어나서 목적으로 하는 고분자량의 중축합물의 확보가 어렵거나 분해 반응외 높은 반응열로 인하여 생성되는 디에틸렌 글리콜 및 각종 다이머류의 부반응물의 생성으로 형성된 중축합물의 강도가 저하되고 황변이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 상기 테레프탈산 및 1,2-에탄디올의 몰비가 1:1 미만이면 목적으로 하는 고분자량의 중축합물의 제조가 어렵거나 제조된 중축합물의 섬유화가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 몰비가 1:2를 초과하면 부산물이 과다하게 발생하여 미반응물 잔류로 방사공정에서 사절과 팩압 상승을 유도하여 방사작업성이 현저하게 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 첨가되는 촉매가 상기 코어부 수지 100 중량부에 대하여 2ppm 미만이면 반응성 저하로 코어부 수지의 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있고, 500ppm 을 초과하면 반응성은 촉진이 되지만 황변으로 인한 착색 현상이 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 상기 중축합반응을 수행하는 온도가 230℃ 미만이면 코어부 수지의 융점 보다 낮은 온도로 축합반응이 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있고, 온도가 320℃를 초과하면 실제로 고온에 의한 분해 반응으로 고분자량의 수지를 확보가 어렵고 고온에 의한 반응중 수지의탄화가 발생하는 문제가 생길 수 있다.
상기 금속계 화합물 촉매는티타늄(Ti)계 화합물, 아연(Zn)계 화합물, 주석(Sn)계 화합물, 게르마늄(Ge)계 화합물 또는 알루미늄(Al)계 화합물 중 어느 하나가 첨가되는 것이 바람직하며, 티타늄(Ti)계 화합물을 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 티타늄(Ti)계 화합물은 TiO4R(R은 탄소수 2~10인 알킬기) 중에서 사용할 수 있을 것이다.
상기 아연(Zn)계 화합물은 초산아연(Zinc Acetate), 산화아연(Zinc Oxide), 아연옥틸에스테르(Zinc Octoate), 디에틸아연(Diethyl Zinc) 중에서 사용할 수 있을 것이다.
상기 에스테르화 반응단계에서 첨가되는 금속계 화합물 촉매는 폴리메틸프로필렌 테레프탈레이트에 대하여 금속기준으로 2~500ppm을 첨가하는 것이 바람직할 것이다.
상기 축중합단계에서 반응시간을 단축시키고 반응의 안정성을 높이기 위해 금속계 화합물 촉매를 더 첨가할 수 있을 것이다.
상기 축중합단계에서 사용되는 상기 금속계 화합물 촉매는 티타늄(Ti)계 화합물, 주석(Sn)계 화합물, 게르마늄(Ge)계 화합물 및 알루미늄(Al)계 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 축중합단계에서 고온에서 장시간 화합물을 반응시키는 단계로 반응과정에서 화합물이 열분해되거나 부반응으로 착색물질이 축적되는 문제를 방지하고 수지 제조 후에 열화 방지를 위해 열안정제를 더 포함시킬 수 있을것이다.
상기 올레핀계 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌，에틸렌-프로필렌 공중합체 중 선택되는 하나 또는 2이상의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다. 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용할 수 있으며, 올레핀계 수지의 유동흐름지수(MI，Melting lndex)는 특별히 제한되지 않지만，유동흐름지수가 5 내지 50g/lO분, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 g/10분인 것이 바람직할 것이다.
도1은 본 발명인 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법에 사용되는장치에 관한 개념도이다. 제1,2성분의 수지조성물을 용융된 상태로 방사팩(10)에서 복합방사구금(20)을 통해 시스코어복합섬유방사가 된다.
상기 복합방사구금(20)의 단면은 원형이며 복수의 방사 노즐이 단면의 중심부로부터 일정한 거리에 원주를 따라 배열되어 있다.
따라서 방사된 복합방사섬유(40)는 복수 개가 동시에 방사하되, 중심부로부터 일정한 거리인 동심원의 가장자리에 위치하여 수직으로 방사된다.
이때 수직으로 방사되는 복수의 복합방사섬유(40)으로부터 일정한 거리에 냉각필터(30)를 위치시킨다.
상기 냉각필터(30)는 중심이 비어있는 원통형모양으로 냉각필터의 수직길이는 5cm~20cm, 바람직하게는 5cm~10cm가 타당하다(도2참조).
상기 냉각필터(30)는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 특징이 있으며, 풍량 4~6m3/h, 온도 22~26℃의 조건에서 상기 냉각필터(30)와 복합방사섬유(40)와의 냉각거리(d)가 4~6mm인 조건으로 이용한다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 반드시 한정되는 것으로 해석되어 져서는 아니된다.
실시예 1
복합방사단계는 시스부로 제1성분(코어부) 조성물로서 고유점도가 0.64 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 50중량% 및 제2성분(시스부) 조성물로서 유동흐름지수가 20g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 50중량%를 각각 별도의 압출기에 투입하여 용융하였으며 용융된 제1성분 및 제2성분 조성물을 통상의 코어-시스 이형단면 복합방사장치로 유입한 후 1200 m/분의 방사속도로 코어-시스 형태의 복합섬유를 방사하였다.
이후 냉각단계는 공극율은 60%, 공극 1mm의 다공성 필터인 냉각필터를 이용하여 냉각 풍량은 6 Nm3/h, 냉각풍온도는 25℃, 냉각장치와 섬유와의 거리는 5mm가 되도록 조정하였다.
마지막 연신단계로 복합방사섬유를 3.5배율의 연신비로 배향시켜 스테이플 섬유를 제조하였다.
이렇게 제조된 스테이플 섬유를 이용하여 부직포를 가공온도 145℃로 엠보싱 패턴 2차 가공을 하였다.
실시예 2
필터 공극이 0.5mm인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
실시예 3
풍량이 5 m3/h인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
비교예 1
풍량이 3 m3/h인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
비교예 2
냉각 거리(d)가 10mm인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
비교예 3
필터 공극이 2.0mm인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
비교예 4
냉각온도가 35℃인점을 제외하고 실시예 1과 동일함
구분 항목 단위 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4

냉각 		풍량 m3/h 6 6 5 3 6 6 6
온도 ℃ 25 25 25 25 25 25 35
냉각거리(d) mm 5 5 5 5 10 5 5
냉각
필터		 공극 mm 1 0.5 1 1 1 2 1
공극율 % 60 60 60 60 60 60 60
제사
조건		 방속 m/분 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200
연신
배율		 - 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
시스부 용융
온도		 ℃ 129.5 130 130.5 133 132 132.5 133
결정화온도 ℃ 117.5 118 118 115 114 113.5 113
부직포

2차가공		 가공
온도		 ℃
 145
 145
 145
 145
 145
 145
 145
최대 가공속도 m/분 50 50 50 35 35 30 30
표1과 같이 실시예의 냉각 및 냉각필터의 조건을 만족할 경우 시스부의 용융온도 및 결정화 온도를 만족시키는 올레핀계 수지 중 실시예의 일예로 고밀도 폴리에틸렌을 복합섬유로 구성된 부직포는 가공온도 145℃에서 최대 가공속도 50m/분으로 비교예의 30~35m/분 보다 월등함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
10 : 방사팩 20 : 복합방사구금
30 : 냉각필터 40 : 복합방사섬유
d : 냉각거리

Claims (6)

  1. 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법은 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되되,
    상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하되,
    상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 200~300℃에서 테레프탈산 및 1,2-에탄디올을 1:1~2의 몰비로 혼합하고, 코어부 수지 100 중량부에 대하여 촉매를 2~500ppm 첨가하여 에스테르화 반응으로 제1혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제1혼합물을 230~320℃에서 축중합반응으로 코어부 수지를 제조하는 단계로 구성되며,
    상기 복합방사단계에 사용되는 복합방사구금의 단면은 원형이며 복수의 방사 노즐이 단면의 중심부로부터 일정한 거리에 원주를 따라 배열되고,
    상기 복합방사구금에 의해 방사된 복합방사섬유는 복수 개가 동시에 방사하되, 중심부로부터 일정한 거리인 동심원의 가장자리에 위치하여 수직으로 방사되며,
    상기 냉각단계의 냉각필터는 중심이 비어있는 원통형모양으로 상기 냉각필터의 수직길이는 5cm~20cm이고 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%이고 풍량 4~6m3/h, 온도 22~26℃의 바람을 냉각거리 4~6mm인 상기 복합방사섬유에 송풍하는 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에스테르화 반응단계의 촉매는 티타늄(Ti)계 화합물, 아연(Zn)계 화합물, 주석(Sn)계 화합물, 게르마늄(Ge)계 화합물 또는 알루미늄(Al)계 화합물 중 어느 하나가 첨가되는 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스부의 올레핀 수지는 고밀도 폴리에틸렌수지이며,
    상기 고밀도 폴리에틸렌수지의 용융온도는 128~131℃이고, 결정화 온도는 117~118℃인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합방사단계의 방사속도는 800~1200m/분인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연신단계의 연신배율은 3.0~4.0인 것에 특징이 있는 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 가공성이 우수한 부직포 바인더용 섬유.
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