KR102030790B1

KR102030790B1 - 기능성 부직포 제조방법

Info

Publication number: KR102030790B1
Application number: KR1020180086214A
Authority: KR
Inventors: 김주희
Original assignee: 주식회사 메리트인터내셔널
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2019-11-08

Abstract

본 발명은 기능성 부직포 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의류용은 물론 의료용, 산업용까지 광범위적으로 활용되고 있는 부직포의 겹 사이에 정균, 소취, 흡습, 표면발수, 정화, 혈액순환 촉진 등의 기능성 물질이 내포되게 한 상태로 니들펀칭하여 기능성 물질이 유실되지 않게 함으로써 기능성 물질에 의한 기능 구현을 장기간에 걸쳐 수행할 수 있도록 하여 인체 건강증진에 기여할 수 있도록 개선된 기능성 부직포 제조방법에 관한 것이다.

Description

기능성 부직포 제조방법{Method for manufacturing functional non-woven fabric}

잘 알려진 바와 같이, 부직포(non-woven fabric)란 섬유를 직포공정을 거치지 않은 채 평행 또는 부정방향(不定方向)으로 배열하고 합성수지 접착제로 결합하여 펠트 모양으로 만든 것을 말한다.

이러한 부직포의 원료 섬유로는 솜·비스코스레이온을 초기에 주로 사용하였으나, 1950년대 중반부터는 나일론 등의 합성섬유도 사용되었다.

부직포의 가공법에는 침지식(浸漬式)과 건식(乾式)이 있는데, 침지식은 초지식(抄紙式)이라고도 하며 섬유를 합성수지 접착제 통에 넣어 적셨다가 건조·열처리한 것으로 종이와 비슷하다.

그리고, 건식은 섬유를 얇은 솜모양으로 만든 것에 합성수지를 내뿜고 열을 가하여 건조시킨 것이다.

1950년경부터 미국에서 급속도로 발전하였는데, 섬유가 얽혀 있어서 종횡의 방향성이 없으며, 자른 가장자리가 풀리는 일도 없기 때문에 여러 가지 용도에 쓰이는데, 의류용, 의료용, 산업용(공업용) 등으로 아주 광범위하게 활용되고 있다.

이와 같은 부직포는 직물이 갖지 못한 섬유두께를 자유롭게 생산할 수 있고, 또 주름이 생기지 않으며, 보온성, 통기성, 벌키성, 파열강도, 열성형에 용이하여 입체적인 성형에 사용할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 경사와 위사의 수로 형성되는 직물(예. 직포)에 비해 생산방향에 따라 경사면과 위사면의 신도가 다르다는 단점이 있다.

한편, 부직포의 질과 기능(보온, 단열, 탈취, 통기, 여과 등)을 부가하기 위해 부직포의 표면에 얇은 막을 덮어 붙이는 코팅법, 기능액에 담궈 표면에 피막을 만드는 디핑법, 표면에 기능액이나 파우더를 도포하는 스프레이법 등이 활용되고 있다.

하지만, 이들 방법들은 세탁이나 마찰 등에 의해 시간이 경과할 수록 기능액이 유실되거나 탈락되어 버리기 때문에 기능성이 현저히 낮아지는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1425852호(2014.07.28.) '부직포 웹 2겹 또는 3겹 원펀칭에 의한 일체형 흡차음, 통기성, 압축회복률이 뛰어난 자동차용 트렁크, 카페트 소재 및 그 제조방법' 대한민국 등록특허 제10-1540775호(2015.07.24.) '기능성 부직포 원단' 대한민국 공개특허 제10-2006-0081632호(2006.07.13.) '기능성 부직포 제조방법 및 그 장치'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 의류용은 물론 의료용, 산업용까지 광범위적으로 활용되고 있는 부직포의 겹 사이에 정균, 소취, 흡습, 표면발수, 정화, 혈액순환 촉진 등의 기능성 물질이 내포되게 한 상태로 니들펀칭하여 기능성 물질이 유실되지 않게 함으로써 기능성 물질에 의한 기능 구현을 장기간에 걸쳐 수행할 수 있도록 하여 인체 건강증진에 기여할 수 있도록 개선된 기능성 부직포 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 부직포 웹(Web)을 생산하는 제1단계(S100)와, 상기 제1단계(S100)에서 생산된 부직포 웹 여러겹을 적층하면서 겹과 겹 사이에 기능성 약재를 살포하는 제2단계(S110)와, 상기 제2단계(S110)를 통해 기능성 약재가 살포된 다겹을 니들펀칭하여 일체화시키는 제3단계(S120)와, 상기 제3단계(S120)를 통해 일체화 된 부직포를 함침액에 함침시키는 제4단계(S130)와, 상기 제4단계(S130)를 통해 함침액이 함침된 부직포를 저온 건조하는 제5단계(S140)를 포함하는 기능성 부직포 제조방법에 있어서; 상기 기능성 약재는 0.1㎛의 입도를 갖는 일라이트분말 15중량%와, 셀룰로오스 디아세테이트 7.5중량%와, 올레아미드 4.5중량%와, 0.1mm의 길이를 갖는 키토산화이버 5중량%와, 이소퀴놀린 알칼로이드 5중량%와, 이산화티탄 1.5중량%와, 에레몰 2.5중량%와, 퓨시드산화나트륨 하이드로겔 5.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 1.5중량%, 전도성 카본블랙 1.5중량%, 페그마타이트 분말 4.5중량% 및 나머지 폴리에스테르수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 부직포 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 제1단계(S100)는 습식법으로 부직포 웹을 형성하며, 웹중의 섬유를 결합시키기 위하여 접착제, 마이그래이션 방지제, 소포제, 습윤제, 증점제가 더 첨가되고; 상기 제5단계(S140)는 30-40℃에서 저온 건조되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 의류용은 물론 의료용, 산업용까지 광범위적으로 활용되고 있는 부직포의 겹 사이에 정균, 소취, 흡습, 표면발수, 정화, 혈액순환 촉진 등의 기능성 물질이 내포되게 한 상태로 니들펀칭하여 기능성 물질이 유실되지 않게 함으로써 기능성 물질에 의한 기능 구현을 장기간에 걸쳐 수행할 수 있도록 하여 인체 건강증진에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기능성 부직포 제조방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기능성 부직포 제조방법은 부직포 웹(Web)을 생산하는 제1단계(S100)와, 상기 제1단계(S100)에서 생산된 부직포 웹 여러겹을 적층하면서 겹과 겹 사이에 기능성 약재를 살포하는 제2단계(S110)와, 상기 제2단계(S110)를 통해 기능성 약재가 살포된 다겹을 니들펀칭하여 일체화시키는 제3단계(S120)와, 상기 제3단계(S120)를 통해 일체화 된 부직포를 함침액에 함침시키는 제4단계(S130)와, 상기 제4단계(S130)를 통해 함침액이 함침된 부직포를 30-40℃로 저온 건조하는 제5단계(S140)를 포함한다.

이때, 상기 제1단계(S100)에서 웹을 형성하기 위해 사용되는 원료는 폴리프로필렌 단섬유를 사용한다.

아울러, 웹을 형성하는 방법은 크게 습식, 건식 및 직접식이 있지만, 본 발명에서는 습식법을 따른다.

습식법은 종이를 만드는 공정과 유사하며, 수중에 단섬유를 균일하게 물과의 중량비가 0.01~0.5% 정도로 현탁시키고, 이것을 철판 위에 펼치거나 또는 2본의 벨트 사이를 통과시켜 웹을 만든다. 그런데, 이 상태로는 수분을 많이 함유하고 있기 때문에 이것을 로울러로 압착함과 동시에 건조기에서 수분을 증발시키는 과정을 포함한다.

이와 같은 방법으로 형성된 웹은 섬유가 여러 방향으로 구성되어 있으며, 불규칙한 배항을 하고, 의학적으로 등방성을 가진다.

이 과정에서 웹중의 섬유를 결합시키기 위하여 접착제 또는 접착제의 마이그래이션(migration) 방지, 소포, 증점 등을 목적으로 접착제, 마이그래이션 방지제, 소포제, 습윤제, 증점제 등이 사용될 수 있다.

이 경우, 접착제로는 PVA, 부타디엔 메칠 아크릴레이트 공중합체(MBR) 또는 폴리아크릴산에스테르가 있고; 마이그래이션 방지제로 황산아연, 알긴산소다 또는 메틸셀룰로오스가 있으며; 소포제로는 글리콜-2-에틸헥사놀, 비이온금속염 또는 실리콘이 있고; 습윤제로는 계면활성제; 증점제로 폴리에틸렌옥사이드가 사용될 수 있다.

그리고, 상기 제2단계(S110)는 부직포의 기능성을 향상시키되 기능성 약재가 유실되지 않도록 웹을 여러겹으로 적층할 때 겹과 겹 사이에 기능성 약재를 살포하는 단계이다.

이때, 기능성 약재는 파우더 혹은 액상일 수 있지만, 가장 바람직하기로는 겔 상태가 좋다.

본 발명에서 사용되는 기능성 약재로는 슬립성, 정균성, 흡습성과 소취성 및 정화기능, 혈액순환촉진성을 확보하기 위해 0.1㎛의 입도를 갖는 일라이트분말 15중량%와, 0.5mm의 길이를 갖는 셀룰로오스 디아세테이트 7.5중량%와, 올레아미드 4.5중량%와, 0.5mm의 길이를 갖는 키토산화이버 5중량%와, 이소퀴놀린 알칼로이드 5중량%와, 이산화티탄 1.5중량%와, 에레몰 2.5중량%와, 퓨시드산화나트륨 하이드로겔 5.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 1.5중량%, 전도성 카본블랙 1.5중량%, 페그마타이트 분말 4.5중량% 및 나머지 폴리에스테르수지로 이루어진다.

여기에서, 상기 일라이트분말은 원적외선 방사량이 탁월하여 탈취, 소취, 공기정화이 있고, 특히 바이러스, 박테리아, 곰팡이에 대한 정균작용이 우수한 것으로 알려져 있다. 때문에, 물, 대기, 토양 중에 존재하는 중금속과 각종 유도가스를 흡착, 탈취, 분해 제거하는 용도로 많이 활용되고 있다.

본 발명에서는 일라이트분말을 단독 사용할 수도 있지만, 유익효소제를 혼합 발효한 액인 EM 효소를 9:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 15중량% 첨가시키는 것이 더 바람직하다.

그리고, 상기 셀룰로오스 디아세테이트는 셀룰로오스를 구성하는 파라노스(pyranose) 고리로 인해 높은 유리전이온도를 갖게 되므로 인장강도, 굴곡강도, 충격강도를 향상시키는 특징이 있는 바, 이를 구현하기 위해 본 발명에서 첨가된다.

또한, 상기 올레아미드(Oleamide)는 슬립성을 강화시켜 기능성 약재 살포시 원활한 흐름성과 도포성을 확보하기 위해 첨가된다.

아울러, 상기 키토산화이버와 이소퀴놀린 알칼로이드는 정균성과 면역성을 강화시키는 천연 정균제이다. 본 발명에서는 화학약품 형태의 정균제를 사용하지 않고 천연 정균제를 사용함으로써 인체 유해성을 억제하도록 구성된다.

특히, 이소퀴놀린 알칼로이드는 암팔라야(Bitter Melon), 황련 뿌리, 매발톱나무 뿌리에서 추출되는 추출물로서 곰팡이는 물론 살모넬라균 등 널리 알려진 균류에 대한 천연정균성 항균제이다.

뿐만 아니라, 상기 이산화티탄은 자외선 광촉매반응을 일으켜 살균은 물론 유해물질 분해에 따른 탈취효과를 갖도록 하기 위해 사용된다.

이러한 이산화티탄은 자외선을 받아 O₂ + e^- → O₂ ^-, H₂O + h⁺ → -OH + H와 같이 광촉매반응하면서 살균하게 된다.

그리고, 상기 에레몰(elemol)은 천연 정균기능은 물론 탈취효과와 함께 은은한 향이 방출되게 하여 공기정화 기능을 달성하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 퓨시드산화나트륨 하이드로겔은 흡습성이 강한 퓨시드산화나트륨 백색분말을 친수성 고분자가 물을 함유하면서 팽창하여 하이드로겔을 형성하고, 이를 통해 3차원 망목구조와 미결정 구조를 갖추도록 함으로써 흡습성을 강화시켜 의류로 사용시 쾌적함을 유지할 수 있도록 하기 위해 첨가된다.

아울러, 상기 노닐페놀 에톡시레이트는 수지와의 교합성을 증대시키면서 계면활성 기능을 제공하고, 특히 산화방지 효과를 얻기 위해 첨가된다.

뿐만 아니라, 상기 전도성 카본블랙은 작은 입경과 발달된 스폰지상 조직구조로 인해 유해물질 흡착성을 강화시키고 탈취, 소취 기능을 강화시키기 위해 첨가된다.

아울러, 상기 페그마타이트 분말은 마그마의 분화 광상 생성물로서 이를 크러싱하여 미분상태로 만든 것을 사용하는데, 단독 방사체로서의 기능을 하여 원적외선 방사, 항균 탈취 및 전자파 차단 효과가 있는 것으로 알려져 있고 피부 접촉시에는 세포 활성화에 따른 혈액순환촉진 기능이 있는 것으로 보고되어 있으므로 본 발명에서는 이러한 기능 발현을 위해 첨가된다.

그리고, 상기 폴리에스테르수지는 접합성과 교합성을 높이면서 성분간 바인딩성을 증대시키기 위해 첨가된다.

한편, 기능성 약재가 웹이 적층되어 형성되는 겹과 겹 사이에 충전이 완료되면 이어 다겹을 니들펀칭하여 일체화시키는 제3단계(S120)가 수행된다.

이때, 니들펀칭은 촉(barb, hook)이 있는 바늘로 찔러 웹을 구성하는 섬유를 얽어서 일체화되게 만드는 방법으로 이를 거치게 되면 겹과 겹 사이에 충전되어 있는 기능성 약재가 완전히 결속되어 고정되므로 겹과 겹 사이로 유실되지 못하게 되어 장기간동안 기능을 구현할 수 있다.

특히, 기능성 약재에는 일정길이의 섬유질이 포함되어 있으므로 니들펀칭되는 과정에서 이들도 같이 얽히게 되어 결속력이 더욱 강화되며, 그 만큼 고정력이 증대되므로 유실 우려가 없어지게 된다.

이어, 일체화 된 부직포를 함침액에 함침시키는 제4단계(S130)가 수행된다.

상기 제4단계(S130)는 부직포 표면에서의 발수성과 이물부착방지성을 강화시키기 위해 수행된다.

이를 위해, 상기 함침액은 디메틸폴리실록산 20중량%와, 세바스산 15중량%와, 구형실리카 8.5중량%와, 규산 5.5중량%와, 이소프로필에테르 4.5중량%와, 히드록시프롤린 5중량% 및 나머지 우레탄아크릴레이트로 이루어진다.

이때, 상기 디메틸폴리실록산은 열에 강한 실록산 결합(Si-O-Si)과 유기질의 메틸기로 구성되어 있어 강한 접착성, 즉 부착고정력을 유지하여 세탁시에도 쉽게 계면분리가 일어나지 않으면서 소포성, 내열성, 열산화 안정성, 내화학성과 발수성을 증대시키기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 세바스산은 이물부착성을 억제하는 기능을 강화시키기 위해 첨가된다. 또한, 상기 구형실리카는 표면발수성과 방수성을 증대시켜 내오염성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 규산은 산성산화물로서 분산성을 증대시켜 균질화를 유도하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 이소프로필에테르(Iso-PropylEther)는 가교기능을 통해 경화피막을 형성함으로써 내구성과 내오염성을 증대시키기 위해 첨가되고, 상기 히드록시프롤린(hydroxyproline)은 젤라틴 가수 분해물에서 라이네케염으로서 부직포의 표면 유연성을 더욱 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 우레탄아크릴레이트는 베이스수지로서 내구성과 강한 접착력 유지를 위해 첨가된다.

이렇게 하여, 제4단계(S130)가 완료되면 이어 저온 건조하는 제5단계(S140)가 수행된다.

상기 제5단계(S140)는 30-40℃의 범위내에서 저온 건조하여야 한다.

만약, 이를 초과하여 온도가 높은 상태로 건조하게 되면 경화되는 과정에서 크랙이 유발될 수 있고, 더 낮은 온도로 건조하게 되면 건조시간이 지연되어 생산성이 떨어지게 되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

특히, 건조 방식은 온도조절된 온풍을 이용하여 건조챔버 내에서 이루어짐이 바람직하다.

덧붙여, 본 발명에서는 기능 구현을 더욱 강화시키기 위해 상기 제1단계(S100) 후 제2단계(S110)가 수행되기 전에 웹 표면개질단계가 더 수행될 수 있다.

상기 웹 표면개질단계는 플라즈마처리기로 웹 표면을 디스미어(Desmear)하는 스텝과, 플라즈마 처리된 웹 표면에 실란 혼합물을 분무하여 결합력을 강화시키는 스텝으로 이루어진다.

이때, 디스미어하는 스텝은 웹을 플라즈마 챔버에 통과시키면서 챔버 상부에 설치된 플라즈마처리기에서 발생된 플라즈마를 웹 표면에 조사하여 라디칼 반응에 의한 디스미어를 진행하는 과정으로서 웹의 표면을 개질하여 충전성분들과의 결합력, 교합력을 강하게 증대시키기 위한 것이다.

또한, 실란 혼합물을 분무하는 스텝은 이산화티탄의 처리효율을 높이기 위해 후술되는 자외선 처리시 반응성을 높이기 위한 것으로, 실란 혼합물은 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane)와 아미노실란이 1:1의 중량비로 혼합된 것을 사용한다.

이렇게 웹 표면개질단계를 거친 후 상기 제5단계(S140) 전에 자외선 처리단계를 더 수행하게 되면 웹 표면에 살포된 실란과의 반응성을 높여 개질효과를 증대시키게 되며 이산화티탄의 광촉매 반응에 의한 살균력도 강화시키게 된다.

이를 위해, 상기 자외선 처리단계는 10-200nm의 파장대역을 갖는 진공자외선을 사용하여 일체화된 부직표 표면에 조사한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따라 제조된 부직포의 특성 확인을 위해 다음과 같이 테스트하였다.

먼저, 발수성을 확인하기 위해 샘플로 제조된 부직포 표면에 10군데를 표시하고 노락색 물감을 푼 물을 2-3방울씩 적하한 후 24시간이 경과된 시점에서 부직포의 표면 상태를 확인하였다.

확인 결과, 발수효과가 나타나 물방울이 스며들거나 흘러내지지 않고 표면장력에 의해 구형화된 상태 그대로 유지되고 있었다. 이를 통해, 발수성이 있음이 확인하였다.

또한, 원적외선 방출 기능을 확인하기 위해, FT-IR 스펙트로메터를 이용하여 KFIA-F1-1005에 의거 부직포 표면에 대한 원적외선 방사시험을 실시하였다.

실시결과, 30℃에서 원적외선 방사율이 0.887로 확인되었고, 방사에너지(W/㎡)도 2.82×10²²로 나타나 원적외선 방출효과가 있었다.

뿐만 아니라, 곰팡이 서식 억제 및 탈취 효과가 있는지를 확인하기 위해 밀폐된 투명박스에 암모니아를 넣었다 빼 암모니아 냄새로 채워지게 한 다음 본 발명에 따른 부직포 샘플을 넣고 5일간 방치한 후 탈취 여부를 확인하였으며, 확인 결과 냄새가 거의 없었다.

또한, 부직포 샘플 표면에 곰팡이균을 분무한 후 20일간 방치하여 곰팡이 균의 활성여부를 확인하였다. 이 경우에는 4개의 동일한 샘플을 준비하여 각각 15℃, 20℃, 25℃, 30℃에서 실험하였다. 20일 경과 후 곰팡이균의 활성도가 완만하게 떨어졌다.

Claims

부직포 웹(Web)을 생산하는 제1단계(S100)와, 상기 제1단계(S100)에서 생산된 부직포 웹 여러겹을 적층하면서 겹과 겹 사이에 기능성 약재를 살포하는 제2단계(S110)와, 상기 제2단계(S110)를 통해 기능성 약재가 살포된 다겹을 니들펀칭하여 일체화시키는 제3단계(S120)와, 상기 제3단계(S120)를 통해 일체화 된 부직포를 함침액에 함침시키는 제4단계(S130)와, 상기 제4단계(S130)를 통해 함침액이 함침된 부직포를 저온 건조하는 제5단계(S140)를 포함하는 기능성 부직포 제조방법에 있어서;
상기 기능성 약재는 0.1㎛의 입도를 갖는 일라이트분말 15중량%와, 셀룰로오스 디아세테이트 7.5중량%와, 올레아미드 4.5중량%와, 0.1mm의 길이를 갖는 키토산화이버 5중량%와, 이소퀴놀린 알칼로이드 5중량%와, 이산화티탄 1.5중량%와, 에레몰 2.5중량%와, 퓨시드산화나트륨 하이드로겔 5.5중량%와, 노닐페놀 에톡시레이트 1.5중량%, 전도성 카본블랙 1.5중량%, 페그마타이트 분말 4.5중량% 및 나머지 폴리에스테르수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 부직포 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1단계(S100)는 습식법으로 부직포 웹을 형성하며, 웹중의 섬유를 결합시키기 위하여 접착제, 마이그래이션 방지제, 소포제, 습윤제 및 증점제가 더 첨가되고;
상기 제5단계(S140)는 30-40℃에서 저온 건조되는 것을 특징으로 하는 기능성 부직포 제조방법.