KR102146780B1 - 유연성이 우수한 열접착성 복합 섬유와 이것을 사용한 부직포 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 섬유의 신도를 남긴 상태로도 권축의 형태 안정성을 유지할 수 있고, 부직포에 벌키성 및 유연성을 부여하는 열접착성 복합섬유와 이것을 사용한 부직포를 제공하는 것이다. 본 발명은, 폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제2 성분을 포함하는 열접착성 복합섬유로서, 상기 제2 성분이, 섬유 외주의 특정 범위를 차지하고, 사이드 바이 사이드형(side-by-side) 또는 편심 초심형의 구조를 가지는 열접착성 복합섬유이고, 상기 섬유는 특정 신도, 특정 3차원 현재 권축성, 및 특정 권축 탄성률을 가지는, 열접착성 복합섬유를 제공한다.
Description
본 발명은, 열접착성 복합섬유에 관한 것으로, 특히 유연성이 우수한 부직포 등이 얻어지는 열접착성 복합섬유에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 예를 들어, 기저귀, 냅킨 및 패드와 같은 위생 재료용 흡수성 물품, 의료 위생재, 생활 관련재, 일반 의료재, 침장재, 필터재, 개호용품, 및 애완동물 용품 등의 용도에 적절한 유연성이 우수한 부직포가 얻어지는 열접착성 복합섬유와 이것을 사용한 유연성이 우수한 부직포에 관한 것이다.
종래부터, 열풍이나 가열 롤의 열에너지를 이용하여, 열융착에 의해 성형할 수 있는 열접착성 복합섬유는, 벌키성(bulkiness) 및 유연성이 우수한 부직포를 얻는 것이 용이하므로, 기저귀, 냅킨 및 패드와 같은 위생 재료, 생활 용품 및 필터와 같은 산업 자재에 널리 사용되고 있다. 이들 가운데 위생 재료는, 피부에 직접 접촉하는 것이고, 뇨, 월경혈 등의 액체를 신속하게 흡수할 필요가 있어, 벌키성과 유연성에 대한 중요도가 매우 높다. 벌키성을 얻기 위해서, 고강성의 수지를 사용하는 방법과 섬도가 굵은 섬유를 사용하는 방법이 대표적이지만, 이 경우에 얻어지는 부직포는 유연성이 떨어지고, 피부에 대한 물리적 자극이 강해진다. 한편 피부에 대한 자극을 억제하기 위해 유연성을 우선시하면, 얻어지는 부직포는, 벌키성, 특히 쿠션성이 대폭 저하되고, 액체 흡수성이 현저히 떨어지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 벌키성과 유연성의 양립이 가능한 섬유 및 부직포를 얻는 방법이 많이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트계 수지를 심지(core) 성분으로 사용하고 폴리올레핀계 수지를 보호막(sheath) 성분으로 하는 초심형 복합섬유로 이루어지고, 벌크 회복성이 우수한 권축성 복합섬유가 제안되어 있다. 또한 특허 문헌 2에서는, 폴리에스테르계 수지를 심지 성분으로 하고 폴리올레핀계 수지를 보호막 성분으로 하는 초심형복합섬유로 이루어지고, 권축의 형태 안정성이 우수한 고 벌키성의 열접착성 복합섬유가 제안되어 있다.
그러나 이들 방법들은, 벌키성이나 벌크 회복성에 특화된 것이며, 부직포의 유연성에 있어서는 개선의 여지가 있다.
본 발명의 해결하려는 과제는, 섬유의 신도를 남긴 상태로도 권축의 형태 안정성을 유지할 수 있고, 부직포에 벌키성 및 유연성을 부여하는 열접착성 복합섬유와 이것을 사용한 부직포를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해, 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 폴리에스테르계 수지를 함유하는 제1 성분과, 폴리올레핀계 수지를 함유하는 제 2성분으로 이루어지는 복합섬유를 사용하고, 연신 조건, 기계 권축 부여 조건 및 건조 조건(이하, "열처리 조건"이라고도 함; 또한 "건조"를 행하는 단계를 "건조 단계" 또는 "열처리 단계"이라고도 함)을 조정하여, 섬유의 신도가 남은 상태에서도 열에 의해 강성이 감소하지 않는, 현재(顯在) 권축성(actualized crimping)의 열접착성 복합섬유를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 다음과 같은 구성을 가진다.
[1] 폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제2 성분을 포함하는 열접착성 복합섬유로서, 상기 제2 성분이, 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에서 섬유 외주의 30% 이상을 차지하고, 사이드 바이 사이드형(side-by-side) 또는 편심 초심형의 구조를 가지는 열접착성 복합섬유이고, 상기 섬유는 50~120%의 신도, 10~20 crest/2.54 cm의 3차원 현재 권축, 및 85~100%의 권축 탄성률을 가지는, 열접착성 복합섬유.
[2] 상기 폴리에스테르계 수지가, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산, 폴리부틸렌 숙시네이트 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 상기 [1]에 기재된 열접착성 복합섬유.
[3] 상기 폴리올레핀계 수지가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 열접착성 복합섬유.
[4] 상기 열접착성 복합섬유의 섬도가 0.9~8.0 dtex인, 상기 [1]~[3] 중 어느 하나에 기재된 열접착성 복합섬유.
[5] 상기 열접착성 복합섬유 중에, 무기 미립자를 포함하고, 상기 무기 미립자의 함유량은, 상기 열접착성 복합섬유의 질량 기준으로 0.1~10 질량%의 범위인, 상기 [1]~[4] 중 어느 하나에 기재된 열접착성 복합섬유.
[6] 상기 [1]~[5] 중 어느 하나에 기재된 열접착성 복합섬유의 제조 방법으로서,
폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제 2성분을, 상기 제2 성분이 섬유 외주의 30% 이상을 차지하는 사이드 바이 사이드형 또는 편심 초심형의 단면 형상이 되도록 용융 방사하여 미연신 섬유를 얻는 단계,
상기 얻어진 미연신 섬유를, 상기 미연신 섬유에 있어서의 파단 연신 비율의75~95%로 연신하는 단계, 및
상기 얻어진 연신 섬유를 가열하여, 열수축에 의해 3차원의 현재 권축성을 부여하는 단계
를 포함하는 열접착성 복합섬유의 제조 방법.
[7] 연신 단계 후에, 얻어진 연신 섬유에, 2차원 권축의 권축수가 5~10 crests/2.54 cm인 범위에서 기계 권축을 부여하는, 상기 [6]에 기재된 열접착성 복합섬유의 제조 방법.
[8] 상기 [1]~[5] 중 어느 하나에 기재된 열접착성 복합섬유를 사용하여 얻어진 부직포.
[9] 상기 부직포의 비용적이 80~130 cm3/g인, 상기 [8]에 기재된 부직포.
본 발명의 열접착성 복합섬유는, 섬유가 양호하고 일정한 신도를 가지면서도, 3차원의 현재 권축 형상을 일정하게 유지할 수 있어, 부직포로 가공할 때의 가열 접착 시에도 권축의 형태 안정성이 유지되고, 유연성이 높고 벌키성이 우수한 부직포를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 열접착성 복합섬유는, 폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제2 성분을 포함하며, 상기 제2 성분이, 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에서 섬유 외주의 30% 이상을 차지하는, 사이드 바이 사이드형(side-by-side) 또는 편심 초심형의 구조를 가지는 열접착성 복합섬유이다.
(제1 성분)
본 발명의 열접착성 복합섬유(이하, 단지 "복합섬유"라고도 함)의 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지는, 디올과 디카르본산의 축합 중합 반응에 의해 얻을 수 있다.
폴리에스테르계 수지의 축합 중합 반응에 사용되는 디카르본산은 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르본산, 아디프산, 세박산 등을 포함한다. 사용되는 디올은, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 포함한다.
본 발명에서 사용하는 폴리에스테르계 수지로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 방향족 폴리에스테르가 바람직하게 이용될 수 있다. 또한, 상기 방향족 폴리에스테르 외에 지방족 폴리에스테르도 사용할 수 있다. 바람직한 지방족 폴리에스테르 수지로서는, 폴리락트산이나 폴리부틸렌 숙시네이트를 들 수 있다.
이들 폴리에스테르계 수지는, 단독 중합체뿐 아니고, 공중합 폴리에스테르(코폴리에스테르)이어도 좋다. 이때 공중합 성분으로서는, 아디프산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르본산 등의 디카르본산 성분, 디에틸렌 글리콜 및 네오펜틸 글리콜 등의 디올 성분, 및 L-락트산 등의 광학 이성체를 이용할 수 있다. 이와 같은 공중합체로서, 예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 아디페이트를 포함한다. 또한, 이들 폴리에스테르계 수지의 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
예를 들어 원료 비용 또는 얻어지는 섬유의 열안정성을 고려하면, 제1 성분으로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트만으로 구성된 미변성 폴리머가 가장 바람직하다.
제1 성분에는, 폴리에스테르계 수지가 포함되어 있으면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폴리에스테르계 수지가 80 질량% 이상 포함되어 있고, 보다 바람직하게는 폴리에스테르계 수지가 90 질량% 이상 포함되어 있다. 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위 내에서, 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 중화제, 조핵제, 에폭시 안정제, 윤활제, 항균제, 난연제, 대전 방지제, 안료 및 가소제 등의 첨가제를 적절하게 필요에 따라 첨가해도 된다.
(제2 성분)
본 발명의 복합섬유의 제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지는, 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 조건을 만족시키는 한, 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐-1, 폴리헥센-1, 폴리옥텐-1, 폴리4-메틸펜텐-1, 폴리메틸펜텐, 1,2-폴리부타디엔 및 1,4-폴리부타디엔이 사용될 수 있다. 이러한 단독 중합체에, 상기 단독 중합체를 구성하는 단량체 이외의 성분이라는 조건하에서, 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 및 4-메틸펜텐-1 등의 α-올레핀이 공중합 성분으로서 함유되어 있어도 된다. 또, 부타디엔, 이소프렌, 1,3-펜타디엔, 스티렌 및 α-메틸스티렌 등의 다른 에틸렌계 불포화 모노머가 공중합 성분으로서 함유되어 있을 수 있다.
이들 폴리올레핀계 수지를 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다. 이들 수지들은, 통상의 Ziegler-Natta 촉매를 사용하여 중합된 폴리올레핀계 수지만이 아니고, 메탈로센 촉매를 사용하여 중합된 폴리올레핀계 수지, 및 이들의 공중합체도 바람직하게 사용될 수 있다. 또, 적합하게 사용할 수 있는 폴리올레핀계 수지의 멜트 매스 플로우 레이트(이하, 단순히 MFR라고 함)는, 방사 가능한 범위이면 특히 한정되지 않지만, 1~100 g/10분이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 5~70 g/10분이다.
본 발명의 복합섬유의 제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지는, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 폴리올레핀계 수지이다. 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌, 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 프로필렌을 주성분으로 하는 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 프로필렌을 주성분으로 하는 에틸렌-프로필렌-부텐-1 공중합체를 들 수 있다. 여기서, "프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체"란, 상기 공중합체를 구성하는 공중합 성분 중에서, 프로필렌 단위가 가장 다량을 차지하는 공중합체를 말한다.
그런데 제1 성분이 2종 이상의 폴리에스테르계 수지의 혼합물이고/이거나 제2 성분이 2종 이상의 폴리올레핀계 수지의 혼합물인 경우에는, "제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지가, 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가진다"는 것은, 제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지의 혼합물에 있어서 가장 높은 융점을 가지는 수지가, 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지의 혼합물에 있어서 가장 낮은 융점을 가지는 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 것을 말한다.
상기 MFR 이외의 폴리올레핀의 물성, 예를 들면 Q 값(중량 평균 분자량/수평균 분자량), 로크웰(Rockwell) 경도 및 메틸 분기쇄의 수와 같은 물성은, 폴리머가 본 발명의 요건을 만족시키는 한, 특별히 한정되지 않는다.
제2 성분에는, 폴리올레핀계 수지가 포함되어 있으면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폴리올레핀계 수지가 80 질량% 이상 포함되어 있고, 보다 바람직하게는 폴리올레핀계 수지가 90 질량% 이상 포함되어 있다. 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 상기 제1 성분으로 예시한 첨가제를 적절히 필요에 따라 포함해도 된다.
(복합섬유)
본 발명의 복합섬유에 있어서의 제1 성분과 제2 성분의 조합은, 제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지가, 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 조건을 만족시키는 한, 특히 한정되지 않고, 상기 열거된 종류로부터 선택되는 제1 성분 및 제2 성분의 조합이 사용될 수 있다.
제1 성분/제2 성분의 조합의 구체적인 예로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/직쇄형 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트/저밀도 폴리에틸렌이 포함된다. 이들 조합 중에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/고밀도 폴리에틸렌이 바람직하다.
(편심 초심형(Eccentric Sheath-Core) 구조)
본 발명의 복합섬유가 편심 초심형의 구조를 가지는 경우, 편심 초심 중실 형 복합섬유(eccentric solid sheath-core conjugate fiber) 또는 편심 초심 중공 형 복합섬유(eccentric hollow sheath-core conjugate fiber)일 수 있다. 편심 초심형이란, 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에 있어서, 심지 측과 보호막 측의 중심이 상이한 것을 의미하며, 그 편심비는, 방사성이나 3차원의 현재(顯在) 권축(이하, 단지 "현재 권축(actualized crimp)"이라고도 함)의 발현성의 측면에서, 0.05~0.50이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.15~0.30이다. 그리고, 본 명세서에서 편심비는 일본공개특허 JP-A-2006-97157 공보에 기재되어 있는 하기 식에 의해 표현된다.
편심비(Eccentricity ratio) = d/R
상기 식에서 d 및 R는 다음과 같다: d는 복합섬유의 중심점과 심지를 구성하는 제1 성분의 중심점과의 거리이고, R은 복합섬유의 반경임.
심지 측의 단면 형상은 원형뿐 아니라, 불규칙한 형일 수 있으며, 예를 들면, 별모양, 타원형, 삼각형, 사각형, 5각형, 다엽형, 어레이형, T자형 및 편자형 등의 불규칙한 형을 들 수 있다. 그러나 심지 측의 단면 형상은, 3차원의 현재 권축의 발현성의 관점에서, 원형, 반원형 또는 타원형인 것이 바람직하고, 부직포 강도의 관점에서 원형인 것이 더 바람직하다.
(사이드 바이 사이드형 구조)
본 발명의 복합섬유가 사이드 바이 사이드형(병렬형)의 구조를 가지는 경우, 제2 성분은 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에 있어서 그 섬유 외주의 30% 이상을 차지한다. 이로써, 3차원의 현재 권축의 발현성이 양호해진다. 구체적으로는, 제2 성분은 섬유 외주의 30%~70%를 차지하는 것이 바람직하고, 섬유 외주의 40%~60%인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 복합섬유는 3차원의 현재 권축성을 가지고, 그 권축 수는 10~20 crests/2.54 cm이다.
3차원의 현재 권축이란, 예를 들면 나선이나 오옴(ohm) 형상(crest/trough가 예각이 아니고 둥그스름하며 3차원적으로 비틀린 형상)과 같은 입체 권축 형상을 가지는 것을 말하고, 단독 권축의 입체 권축 형상 또는 혼재하는 권축의 입체 권축 형상이어도 되며, 특히 한정되는 것은 아니다. 그러한 3차원 권축 형상을 가짐으로써, 벌키하고 유연한 부직포를 얻기 쉽게 된다.
3차원의 현재 권축의 권축수는 10~20 crests/2.54 cm의 범위이며, 12~16 crests/2.54 cm의 범위인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위의 권축수로 함으로써, 부직포 가공 공정에서 카딩(carding) 단계에 있어서 카드 통과성이 안정적이고, 벌키하며 유연한 부직포를 얻기 쉽게 된다.
본 발명의 복합섬유의 권축 형상은, 3차원의 현재 권축이 주가 되지만, 평면 지그재그 구조(굴곡 형상)를 부여시킨 기계 권축에 의한 2차원 권축이 혼재하여 있어도 된다. 기계 권축을 가지는 경우, 3차원의 현재 권축이 50% 이상을 차지하는 것이 바람직하고, 80% 이상을 차지하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 복합섬유는, 그 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에 있어서, 제1 성분과 제 2성분과의 복합비를 10/90 부피% ~ 90/10 부피%의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30/70 부피% ~ 70/30 부피%이며, 특히 바람직하게는40/60 부피% ~ 50/50 부피%이다. 이러한 범위의 복합비로 함으로써, 열에 의한 현재 권축이 발현하기 쉬워진다. 그리고 이하에서 설명하는 바와 같이 복합비의 단위는 부피%이다.
본 발명의 복합섬유의 섬도는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 0.9~8.0 dtex가 바람직하다. 구체적으로는, 위생 재료 또는 자재에 사용되는 섬유의 경우, 섬도는 1.0~8.0 dtex가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.7~6.0 dtex, 보다 더욱 바람직하게는 2.6~4.4 dtex이다. 이러한 범위의 섬도로 함으로써 벌키성과 유연성의 양립을 달성하기 쉬워진다.
본 발명의 복합섬유의 강도는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 위생 재료 또는 자재에 사용되는 섬유의 경우, 강도는 1.5~4.0 cN/dtex이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 2.0~3.0 cN/dtex이다. 이러한 범위의 강도로 함으로써 섬유의 형태 안정성과 벌키성의 양립이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 복합섬유의 신도는 50~120%의 범위이며, 바람직하게는 70~100%이다. 이러한 범위의 신도로 함으로써 부직포에 유연성을 부여할 수 있다.
본 발명에서 말하는 신도란, JIS L 1015(2010)에 준해 인장 시험기를 사용하고, 클램프 거리를 20 mm로 설정하여, 인장 시험을 행하고, 샘플을 파단했을 때의 신도를 그 섬유의 신도로 한다.
본 발명의 복합섬유의 권축 탄성률(crimp modulus)은 85~100%의 범위이며, 바람직하게는 90~97%의 범위이다. 권축 탄성률에 대해서는, JIS L 2080에 있어서 "섬유의 권축을 신장한 때의 길이와 섬유를 느슨하게 하여 소정 시간 방치한 후의 길이의 차의, 신장한 때의 길이와 원래의 길이의 차에 대한 백분율"로 규정되어 있다. 구체적인 측정 방법은 JIS L 1015(2010)에 규정되어 있다. 권축 탄성률이 85% 이상인 것에 의해, 부직포 가공 공정에 있어서 현재 권축의 형태 안정성을 유지할 수 있다. 그에 따라, 부직포에 벌키성과 유연성을 부여하는 것이 가능하다.
본 발명의 복합섬유 중에는, 그 자체의 중량에서 유래하는 드레이핑 효과(draping effect)나 부드러운 촉감을 부여하기 위해서나, 보이드나 크랙과 같은 섬유 내외의 공극을 생성하여 유연성이 우수한 섬유를 얻기 위해서, 무기 미립자를 적절히 필요에 따라 첨가해도 된다. 섬유에 첨가되는 무기 미립자의 양은, 본 발명의 복합섬유의 중량을 기준으로 바람직하게는 0~10질량%이며, 보다 바람직하게는 0.1~10 질량%이며, 보다 더욱 바람직하게는 1~5질량%이다.
상기 무기 미립자는, 비중이 높고, 용융 수지 중에서 응집이 일어나기 어려운 것이면 특별히 한정되지 않지만, 일례를 들면 산화 티탄(비중 3.7~4.3), 산화 아연(비중 5.2~5.7), 티탄산 바륨(비중 5.5~5.6), 탄산 발륨(비중 4.3~4.4), 황산바륨(비중 4.2~4.6), 산화 지르코늄(비중 5.5), 규산 지르코늄(비중 4.7), 알루미나(비중 3.7~3.9), 산화 마그네슘(비중 3.2) 또는 이들과 실질적으로 동등한 비중을 가지는 물질을 들 수 있으며, 이 중에서도 산화 티탄이 바람직하게 사용된다. 이들 무기 미립자는, 은폐성, 항균성 또는 악취 제거성 등을 목적으로, 섬유 중에 첨가하고 사용하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 사용되는 무기 미립자는, 방사 공정이나 연신 공정에서 실 파손 등의 문제점을 일으키지 않는 입경이나 형상인 것이 바람직하다.
무기 미립자의 첨가 방법은, 예를 들어, 제1 성분이나 제2 성분 중에 무기 미립자의 파우더를 직접 첨가하는 방법, 및 수지에 무기 미립자를 반죽하여(kneading), 마스터 배치화 하고, 제1 성분이나 제2 성분 중에 상기 마스터 배치를 첨가하는 방법을 포함한다. 마스터 배치화에 사용하는 수지는, 제1 또는 제 2성분과 같은 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 본 발명의 요건을 만족시키는 것이면 특히 한정되지 않고, 제1 및 제 2성분과 상이한 수지를 사용해도 된다.
(복합섬유의 제조 방법)
본 발명의 복합섬유의 제조 방법에 대하여 아래에서 설명한다.
상기 복합섬유는, 다음과 같이 제조할 수 있다. 먼저, 본 발명의 복합섬유의 원료가 되는 폴리에스테르계 수지를 제1 성분에 배치하고, 제1 성분보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 올레핀계 수지를 제2 성분에 배치하고, 상기 제2 성분이, 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에 있어서, 섬유 외주의 30% 이상을 차지하는 사이드 바이 사이드형 또는 편심 초심형 미연신 섬유로 상기 수지를 가공한다.
상기 구조를 가지는 미연신 섬유는, 공지의 사이드 바이 사이드형 방사 노즐 또는 공지의 편심 초심형 방사 노즐을 사용하여, 사이드 바이 사이드형 또는 편심 초심형의 단면 형상이 되도록 용융 방사함으로써 제조할 수 있다.
용융 방사시의 온도 조건은 특히 제한되는 것은 아니지만, 방사 온도는 250℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 280℃이상, 보다 더욱 바람직하게는 300℃ 이상이다. 방사 온도가 250℃ 이상이면, 방사 시의 단실(yarn breakages) 횟수를 적게 하고, 또한 연신 후의 신도를 남기기 쉬운 미연신사를 얻을 수 있으므로 바람직하고, 방사 온도가 280℃ 이상이면, 이들 효과가 보다 현저하게 되어 더 바람직하며, 300℃ 이상이면 이들 효과의 정도가 더 현저하게 되므로 더 바람직하다. 온도의 상한은, 성공적으로 방사할 수 있는 온도이면 되고, 특히 한정되는 것은 아니다.
또, 방사 속도는 특히 제한되는 것은 아니지만, 300~1500 m/min인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 600~1000 m/min이다. 방사 속도가 300 m/min 이상이면, 임의의 방사 섬도의 미연신사를 얻으려고 할 때의 단공 토출량(single-hole discharge amount)이 증가하여, 만족할 수 있는 생산성을 얻을 수 있으므로, 바람직한.
상기 조건에 따라 얻어진 미연신 섬유를 연신 단계에서 연신 처리한다.
연신 온도는, 제1 성분을 구성하는 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30~70℃ 높은 온도이고, 동시에 제2 성분을 구성하는 폴리올레핀계 수지의 융점 미만의 온도이며, 바람직하게는, 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 40~60℃ 높은 온도이면서, 또한 폴리올레핀계 수지의 융점 미만의 온도이다.
본 명세서에서 연신 온도란, 연신 개시 위치에 있어서의 섬유의 온도를 의미한다. 연신 온도가 "제1 성분인 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도＋30℃" 이상이면, 섬유의 신도를 높게 유지할 수 있고 연신 후의 신도를 남길 수 있기 때문에, 바람직하다. 연신 온도가 보다 고온이면, 높은 변형 속도, 즉 높은 연신 비율로 연신되어도 그 효과가 유리하게 얻어질 수 있다. 다만, 연신 온도가 너무 높으면, 미연신 섬유가 연신될 때까지 제1 성분의 냉 결정화(cold crystallization)가 일어나고, 신도를 남기는 것이 저해된다. 이러한 관점에서, 연신 온도는 "제1 성분인 폴리에스테르의 유리 전이 온도＋70℃" 이하로 설정한다. 또, 연신 온도는 제2 성분인 올레핀계 수지의 융점 미만으로 하여, 섬유끼리의 융착에 의한 연신 과정의 불안정화를 억제할 필요가 있다.
예를 들면 유리 전이 온도가 70℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 제1 성분에 배치하고, 융점 130℃의 고밀도 폴리에틸렌을 제2 성분에 배치한 미연신 섬유를 연신하는 경우에는, 연신 온도가 100℃ 이상에서 130℃ 미만으로 설정된다. 연신 온도가 100℃ 이상이면, 섬유에 대한 열량이 많아지게 되고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 고밀도 폴리에틸렌의 연신성의 차이가 작아져서, 그 결과, 부직포 가공 공정에서 카딩 시에 초심박리를 일으킬 우려가 감소된다.
연신 비율은, 미연신 섬유에 있어서의 파단 연신 비율의 75~95%이고, 바람직하게는 80~95%이며, 보다 바람직하게는 85~90%이다. 파단 연신 비율이란, 미연신 섬유를 연신하는 경우, 섬유에 파단이 생겼을 때의 연신 비율을 말한다. 연신 비율이 파단 연신 비율의 75% 이상이면, 열에 의한 강성의 감소를 억제할 수 있다. 연신 비율이 파단 연신 비율의 95% 이하이면, 본 발명의 복합섬유의 복합 구조와 제1 성분 및 제2 성분이 받는 응력 불균일의 차에 기인하여, 잠재 권축의 표면화로부터 연신에 수반해서 생기는 현재 권축의 발현성이 작아진다. 그러므로 그 후의 건조 단계(열처리 단계)에 있어서, 섬유의 복합 구조와 제1 성분 및 제2 성분이 받는 열 수축성의 차이에 기인하여 잠재 권축이 표면화함으로써 생기는 현재 권축의 발현 비율을 높이는 것이 가능해진다.
다음에, 연신 단계에서 얻어진 연신 섬유를 건조하여, 3차원의 현재 권축성을 부여한다.
본 발명에 있어서, 섬유의 건조 단계(열처리 단계)에서 현재 권축을 발현시킨다. 현재 권축의 발현은, 본 발명의 복합섬유의 복합 구조와 복합 성분 사이의 열 수축성의 차이에 유래하고, 섬유에 내재하는 잠재 권축이 표면화되어 현재 권축을 발현한다.
연신 단계에서 발현하는 현재 권축에 비해, 건조 단계에서 발현하는 현재 권축은, 그 권축 직경이 크고, 현재 권축 수가 적절한 범위가 된다. 본 발명에 있어서는, 10~20 crests/2.54 cm의 3차원의 현재 권축을 형성하고, 바람직하게는 12~16 crests/2.54 cm의 현재 권축을 형성하다. 상기 범위의 현재 권축 수를 가짐으로써, 현재 권축에 의한 섬유의 얽힘(entanglement)이 감소하고, 그 후의 카딩 단계에서 카드 통과성이 개선된다.
그리고, 본 발명에 있어서, 건조 단계 전에 기계 권축을 부여해도 된다. 기계 권축을 행함으로써, 카딩 단계에서 카드 통과 안정성을 향상시킬 수 있다. 기계 권축을 행하는 경우에는, 5~10 crests/2.54 cm의 기계 권축을 부여하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7~9 crests/2.54 cm의 기계 권축을 부여한다.
건조 단계에서 발현하는 현재 권축의 권축 직경이 작은(권축이 미세한) 경우, 그 섬유 및 그 섬유를 사용하여 얻어지는 부직포는 딱딱한 촉감을 가지지만, 5~10crests/2.54 cm의 기계 권축이 부여되면, 이 기계 권축 부여시에, 섬유가 열과 강한 응력을 받고, 섬유 내부에 그 섬유의 형상으로서, 그 열역학적/물리적 영향이 기억/고정된다.
건조 단계에서는, 섬유 내부에 미리 기억/고정된 열역학적/물리적 영향을 유지하면서 잠재 권축이 표면화되어, 기계 권축을 부여하지 않는 경우와 비교하여, 이러한 기억/형상의 영향을 받아 권축 직경이 큰 현재 권축이 발현하기 쉬워진다. 권축 직경이 커짐으로써, 섬유의 유연성이 향상되고, 기계 권축 단계에서 미리 열역학적/물리적 작용을 받기 때문에, 건조 단계에서 얻어지는 섬유는 특히 현재 권축의 형태 안정성이 우수한 섬유가 된다.
이 기계 권축을 부여하기 전에, 필요에 따라 습열 및 증기 등의 분위기 하에서 어닐링 처리를 행함으로써, 열 이력을 개선하고, 응력 완화를 억제하며, 열처리 단계에서의 열 수축을 미세 조정할 수 있다.
건조 단계(열처리 단계)는, 예를 들면, 열풍 건조기 등을 사용하여, 제2 성분의 융점보다 낮지만 융점보다 15℃를 초과하여 낮지 않은 온도, 보다 바람직하게는 제2 성분의 융점보다 낮지만 융점보다 10℃를 초과하여 낮지 않은 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이러한 처리는 현재 권축의 발현과 결정화를 촉진하고, 이로써 적절한 신도를 가지고 권축 직경이 크며, 유연하고 형태 안정성이 우수한 권축을 얻을 수 있다. 현재 권축의 발현성은, 상기 연신 비율, 기계 권축수, 기계 권축 부여 전의 열이력에 의해서도 제어할 수 있다.
건조 단계(열처리 단계)에서 잠재 권축이 표면화하여 얻어진 3차원의 현재 권축의 권축 수는 10~20 crests/2.54 cm이며, 바람직하게는 12~16 crests/2.54 cm이다. 얻어진 권축의 형상은 3차원의 현재 권축이지만, 기계 권축에서 유래하는 평면 지그재그 권축(2차원 권축)이 남아 있어도 된다.
본 발명의 복합섬유의 제조 방법의 본질은, 연신 단계에 있어서, 섬유의 신도를 충분히 남기는 정도의 낮은 연신 비율로, 잠재 권축의 발현을 저해 또는 억제하면서 연신이 행해지고, 후속 단계, 즉 섬유의 열처리 단계, 특히, 부직포 형성 이전의 섬유의 건조 단계에 있어서, 섬유의 현재 권축을 발현시키는 점에 있다.
또, 상기 건조 단계 이전 단계에서, 비교적 적은 수, 구체적으로는 5~10 crests/2.54 cm의 기계 권축을 섬유에 부여하는 것이 바람직하다.
그 후, 섬유를 단섬유로 커팅할 수 있다. 단섬유의 섬유 길이는, 용도에 따라 선택할 수 있고 특별히 한정되지 않지만, 카딩 처리를 행하는 경우에는 20~102 mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 30~51 mm이다.
(부직포)
본 발명의 복합섬유를 사용함으로써, 비용적이 80 cm3/g 이상의 벌키한 부직포를 바람직하게 얻을 수 있다. 구체적으로는, 80~130 cm3/g의 부직포를 바람직하게 얻을 수 있다. 부직포의 가공 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 롤러 카드기를 사용하여 얻은 카드 웹을 130~145℃에서 열처리 가공하여, 단위면적당 중량(basis weight)이 20~30 g/m2의 부직포를 만드는 방법을 들 수 있다. 열처리 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 쓰르-에어(through-air) 가공법 등은 부직포의 유연성을 양호하게 가공할 수 있는 점에서 바람직하다.
본 발명의 복합섬유를 사용하여 제조한 부직포는, 예를 들면 기저귀, 냅킨 및 요실금 패드 등의 흡수성 물품, 가운 및 수술 코트 등의 의료 위생재, 벽용 시트, 창호지 및 바닥재 등의 실내 내장재, 커버 크로스, 청소용 와이퍼 및 음식물 쓰레기용 커버 등의 생활 관련재, 일회용 화장실 및 화장실용 커버 등의 욕실제품, 애완동물 시트, 애완동물용 기저귀 및 애완동물용 타올 등의 애완동물 용품, 와이핑재(wiping material), 필터, 쿠션재, 오일 흡착재 및 잉크 탱크용 흡착재 등의 산업 자재, 일반 의료재, 침장재 및 개호용품 등의 벌키성 및 내압축성이 요구되는 다양한 섬유 제품에의 용도에 이용할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 기술하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 각 실시예에 있어서의 물성 평가는 이하에 나타내는 방법으로 행하였다.
(열가소성 수지)
복합섬유를 구성하는 열가소성 수지로서 이하의 수지를 사용하였다. 수지 1: 밀도가 0.96 g/cm3, MFR(190℃, 하중: 21.18 N)이 16 g/10 min, 융점이 130℃인 고밀도 폴리에틸렌(약어: PE); 수지 2: MFR(230℃, 하중: 21.18 N)이 5 g/10 min, 융점이 162℃인 결정성 폴리프로필렌(약어: PP); 수지 3: 고유 점도가 0.64, 유리 전이 온도가 70℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(약어: PET)
(무기 미립자의 첨가 방법)
복합섬유에 무기 미립자의 첨가 방법은, 이하의 방법을 사용하였다.
무기 미립자의 분체를 마스터 배치로 가공한 후, 제1 성분 및/또는 제2 성분에 첨가하였다. 마스터 배치 형성에 사용되는 수지는, 제1 또는 제 2성분과 같은 수지였다.
(열접착성 복합섬유의 제조)
표 1 또는 표 2에 나타낸 열가소성 수지를 사용하고, 제1 성분을 심지 측, 제2 성분을 보호막 측에 각각 배치하고, 표에 나타낸 것과 마찬가지로 압출 온도, 복합비(용적비), 단면 형상으로 방사하였다, 방사 동안, 알킬 포스페이트 K 염을 주성분으로 포함하는 섬유 처리제를 오일링 롤에 의해, 방사한 섬유에 접촉시켜, 상기 섬유 처리제를 섬유에 부착시켰다.
얻어진 미연신 섬유를, 연신기를 사용하고, 연신 온도(열 롤의 표면 온도)를 90~125℃로 설정하여, 표 1 또는 2에 나타낸 조건하에서 연신 공정 및 권축(기계 권축) 부여 공정을 수행하였다. 그 후, 열풍 순환형 건조기를 사용하여 표 1 또는 2에 나타낸 건조 온도(열처리 온도)에서 5분간 건조 단계(열처리 단계)을 행하여 열접착성 복합섬유를 얻었다.
이어서, 상기 섬유를 커터로 커팅하여 단섬유로 만들고, 이 섬유를 시료 섬유로서 사용하였다.
(부직포 가공)
열접착성 복합섬유를 롤러 카드기에 설치하고 웹을 채취하고, 열풍 순환식의 열처리기를 사용하여 가공 온도 138℃로 열처리해서, 보호막 성분을 열융착시킴으로써, 단위면적당 중량(basis weight)이 약 25 g/m2인 부직포를 얻었다.
(멜트 매스 플로우 레이트(MFR)의 측정)
JIS K 7210(1999)에 따라 멜트 매스 플로우 레이트를 측정하였다. 여기서, MI는 부속서 A의 표 1의 조건 D(시험 온도: 190℃, 하중: 2.16 kg)에 부합하도록 측정하였고, MFR는 조건 M(시험 온도: 230℃, 하중: 2.16 kg)에 부합하도록 측정하였다.
(섬유의 인장 강도/신도의 측정)
JIS L 1015(2010)에 따라 시료 섬유의 섬도 및 인장 강도/신도를 측정하였다.
(권축수의 측정)
25 mm(또는 20 mm)의 시료 섬유에 0.18 mN/tex의 최초 하중을 적용하였을 때의 길이를 측정하고, 그 때의 권축수를 세고, 25 mm(또는 20 mm)당 권축수를 구하였다.
(권축 탄성률(Crimp Modulus)의 측정)
25 mm(또는 20 mm)의 시료 섬유에 0.18 mN/tex의 최초 하중을 적용하였을 때의 길이를 측정하였다. 다음에 4.41 mN/tex의 하중을 적용했을 때의 길이를 측정한 후, 전체 하중을 제외 시켰다. 시료를 2분간 방치한 후, 최초 하중을 적용하여 길이를 측정하고, 권축 탄성률(%)을 산출하였다.
(비용적)
부직포를 디지메틱 인디케이터(Digimatic Indicator) (Mitutoyo사 제품)을 사용하여, 3.5 g/cm2의 하중을 걸친 상태로 두께를 측정하고, 측정한 두께로부터 하기의 수식을 사용하여 비용적을 산출했다.
부직포의 비용적(cm3/g) = 부직포의 두께(mm)/부직포의 단위면적당 중량 (m2/g) x 1,000
얻어진 비용적의 값으로 벌키성을 평가했다.
(평균 하중)
상기 부직포 가공 방법으로 얻어진 부직포를 4매 중첩하여 100 g/m2의 샘플로 만들고, 이것을 3 세트 준비하였다. 각각의 샘플은 미리 두께를 측정하여, 작업량(work amount)의 측정 및 하중의 산출시에 사용했다. 샘플당 4개소의 샘플의 두께를 캘리퍼(caliper)로 측정하고, 그 산술 평균 값을 사용하였다.
Kato Tech Co., Ltd. 제품의 압축 시험기(KES-G5)를 사용하여, 각각의 샘플을 가압판(2 cm2의 원반)에 의해, 0.4 mm/sec의 속도로 샘플의 두께가 50%로 감소할 때까지 압축하고, 그 때의 작업량을 측정했다.
하중(gf/cm2)은, 얻어진 작업량을 샘플의 50% 두께(압축한 거리)로 나누어 산출했다.
평균 하중은, 3세트의 샘플로부터 산출된 하중의 산술 평균값으로서 구하였다.
얻어진 평균 하중의 값에 의해 유연성을 평가했다.
이상의 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1~6에서는, 섬유의 신도가 50~120%이고, 동시에 권축 탄성률이 증가하여, 이로부터 섬유의 신도를 남긴 상태에서도 권축의 형태 안정성이 확보될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또, 본 발명의 복합섬유를 사용하여 제작한 부직포의 벌키성(비용적에 의해 평가)과 유연성(평균 하중에 의해 평가)도 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
비교예 3의 복합섬유는, 섬유의 신도가 136%로 매우 높은 값을 나타내고 있으므로, 이 복합섬유를 사용하여 제작한 부직포의 유연성은 향상되어 있지만, 벌키성은 실시예와 비교하여 불량한 것을 알 수 있다.
본 발명은 구체적인 실시예를 참고로 하여 상세하게 기술되지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자가 다양한 변경 및 변형을 구현할 수 있음은 명백할 것이다.
본 출원은 2013년 5월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-115739호를 기초로 하였으며, 이 문헌은 원용에 의해 그 전문이 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에서 인용된 모든 문헌들은 그 전문이 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 열접착성 복합섬유는, 섬유의 신도를 남긴 상태로도 권축의 형태 안정성을 유지할 수 있어, 유연성이 높고 벌키성이 우수한 부직포를 제작할 수 있다. 본 발명의 열접착성 복합섬유로부터 얻어지는 부직포는 우수한 유연성과 벌키성을 가져, 벌키성과 유연성 모두가 요구되는 용도, 예를 들면 기저귀, 냅킨 및 요실금 패드 등의 흡수성 물품, 가운 및 수술 코트 등의 의료 위생재, 벽용 시트, 창호지 및 바닥재 등의 실내 내장재, 커버 크로스, 청소용 와이퍼 및 음식물 쓰레기용 커버 등의 생활 관련재, 일회용 화장실 및 화장실용 커버 등의 욕실제품, 애완동물 시트, 애완동물용 기저귀 및 애완동물용 타올 등의 애완동물 용품, 와이핑재(wiping material), 필터, 쿠션재, 오일 흡착재 및 잉크 탱크용 흡착재 등의 산업 자재, 일반 의료재, 침장재 및 개호용품 등의 벌키성 및 유연성이 요구되는 다양한 섬유 제품에의 용도에 이용할 수 있다.
Claims (9)
- 폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제2 성분을 포함하는 열접착성 복합섬유로서,
상기 제2 성분이, 섬유의 길이 방향과 직교하는 섬유 단면에서 섬유 외주의 30% 이상을 차지하고, 사이드 바이 사이드형(side-by-side) 또는 편심 초심형의 구조를 가지는 열접착성 복합섬유이고, 상기 섬유는 50~120%의 신도, 10~20 crest/2.54 cm의 3차원 현재 권축을 갖고, 상기 3차원 현재 권축이 50% 이상이며, 및 85~100%의 권축 탄성률을 가지는, 열접착성 복합섬유. - 제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르계 수지가, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산, 폴리부틸렌 숙시네이트 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 열접착성 복합섬유. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 열접착성 복합섬유. - 제1항에 있어서,
상기 열접착성 복합섬유의 섬도가 0.9~8.0 dtex인, 열접착성 복합섬유. - 제1항에 있어서,
상기 열접착성 복합섬유 중에, 무기 미립자를 포함하고, 상기 무기 미립자의 함유량은, 상기 열접착성 복합섬유의 질량 기준으로 0.1~10 질량%의 범위인, 열접착성 복합섬유. - 제1항에 따른 열접착성 복합섬유의 제조 방법으로서,
폴리에스테르계 수지를 포함하는 제1 성분 및 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 15℃ 이상 낮은 융점을 가지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 제 2성분을, 상기 제2 성분이 섬유 외주의 30% 이상을 차지하는 사이드 바이 사이드형 또는 편심 초심형의 단면 형상이 되도록 용융 방사하여 미연신 섬유를 얻는 단계,
상기 얻어진 미연신 섬유를, 상기 미연신 섬유에 있어서의 파단 연신 비율의75~95%로 연신하는 단계, 및
상기 얻어진 연신 섬유를 가열하여, 열수축에 의해 3차원의 현재 권축성을 부여하는 단계
를 포함하는 열접착성 복합섬유의 제조 방법. - 제6항에 있어서,
연신 단계 후에, 얻어진 연신 섬유에, 2차원 권축의 권축수가 5~10 crests/2.54 cm인 범위에서 기계 권축을 부여하는, 열접착성 복합섬유의 제조 방법. - 제1항에 따른 열접착성 복합섬유를 사용하여 얻어진 부직포.
- 제8항에 있어서,
상기 부직포의 비용적이 80~130 cm3/g인, 부직포.
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