KR102326009B1 - 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 부직포를 드라이어 시트(시트형 섬유유연제)용으로 적용하기 위해 부직포에서 섬유유연제의 함침성을 향상시키는 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 2성분이 혼섬된 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 부직포에서 공극율을 높이고, 비표면적은 넓히고, 균제도 편차는 작게 조절함으로써, 부직포를 경량화하여도 섬유유연제의 함침성이 향상되어, 부직포가 드라이어 시트에 적용되는 것이 가능해진다.

Description

섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포의 제조방법{Manufacturing method of polyester non-woven having improved impregnation of softening agent}

본 발명은 부직포를 드라이어 시트(시트형 섬유유연제)용으로 적용하기 위해 부직포에서 섬유유연제의 함침성을 향상시키는 부직포의 제조방법에 관한 것이다.

드라이어 시트(Dryer Sheet)란 시트형 섬유유연제로, 세탁물의 유연성, 대전방지성 및 발향 특성을 부여한다.

일반적으로, 드라이어 시트용 섬유유연제는 가열조건에서 액상이며, 그라비아(Gravure)롤을 통해 부직포 웹에 도포되어 상온에서 고화되는 특징을 갖는다. 이에 따라 드라이어 시트 제조공정에서 부직포의 균제도, 내마모성 및 섬유유연제의 함침량은 중요한 인자이다.

1세대 드라이어 시트는 내열성과 내마모성을 고려하여 셀룰로오스계 부직포 웹을 사용했으며, 습식(Wet-laid)으로 제조되어 조밀한 구조를 갖는다. 그러나 이는 섬유유연제의 함침성과 탈리성 저하의 단점이 있다.

2세대는 섬유유연제의 함침성과 탈리성을 개선하고자 폴리에스테르계 단섬유 부직포 웹을 이용하였다. 하지만, 제조공정이 복잡해 생산성이 낮고, 저중량 부직포의 제조가 어렵고, 내마모성 저하의 문제점이 있다.

3세대는 폴리에스테르계 단섬유 부직포 웹의 생산성과 내마모성을 보완하고자 장섬유 부직포 웹을 적용하였다. 하지만, 부직포 웹에서 절사에 의한 모우(Fussy) 발생으로 세탁물의 오염을 가져오는 단점이 있다.

한편, 일상 소비재 제조업체들은 시장에서 제품의 수요를 증대하기 위해 제조원가의 절감을 지속적으로 추진하고 있다.

이에 따라 드라이어 시트에서도, 부직포의 중량이 30gsm 수준에서 20gsm 이하로 감소하는 추세이다. 하지만, 부직포 중량 감소에 의한 비표면적 감소와 밀도 편차 증대는 섬유유연제의 함침성을 저하하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제2004-0105931호(드라이어 시트용 장섬유 부직포 및 그의 제조방법)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 부직포가 경량화되어도 우수한 섬유유연제 함침성을 나타내는 부직포의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 이루어진 혼섬사 장섬유 부직포에서, 상기 제1필라멘트의 섬도는 3~10 데니어이고, 상기 부직포의 두께는 0.10~0.25㎜인 것을 특징으로 하는 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포를 제공한다.

또한, 본 발명은 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 혼섬방사하고 연신하여 상기 제1필라멘트 섬도가 3~10 데니어가 되도록 혼섬사를 제조하는 단계; 상기 혼섬사를 적층하여 웹을 형성하는 단계; 및 상기 웹을 캘린더 롤러를 통과시키는 캘린더링 공정에서 두께를 조절하여 공극율이 83% 이상이면서 균제도 편차가 260 이하인 부직포를 제조하는 단계;를 포함한 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 2성분이 혼섬된 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 부직포에서 공극율을 높이고, 비표면적은 넓히고, 균제도 편차는 작게 조절함으로써, 부직포를 경량화하여도 섬유유연제의 함침성이 향상되어, 부직포가 드라이어 시트에 적용되는 것이 가능해진다.

본 발명은 융점이 다른 폴리에스테르계 소재를 2종으로 이용하여 제조된 장섬유 부직포에서, 장섬유의 방사조건과 부직포의 두께 조절을 통해 부직포의 섬유밀도와 공간 구조를 조절함으로써, 비표면적 증대을 증대시키고 균제도 편차를 감소시켜 섬유유연제의 함침성이 우수한 드라이어 시트용 부직포를 제조하는 방법이다.

본 발명의 부직포 제조방법은 우선, 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 혼섬방사하고 상기 제1필라멘트 섬도가 3~10 데니어가 되도록 혼섬사를 제조하는 단계로부터 시작한다.

이때 상기 제2필라멘트 함량비가 10 중량% 미만이면 필라멘트 간 결합력의 부족으로 건조기 내부에서 텀블링에 의해 부직포에서 모우 및 층간 박리가 발생할 수 있다. 이로 인해 세탁물의 손상 또는 오염이 발생할 수 있다.

상기 제2필라멘트 함량비가 30 중량%를 초과하면 혼섬방사할 때에 필라멘트의 냉각 부족으로 필라멘트의 뭉침이 발생할 수 있다. 이로 인해 부직포에서 중량의 편차 및 균제도의 편차가 크게 발생하여 섬유유연제의 함침량이 적어지거나 불균일해진다.

제1필라멘트의 섬도가 3 데니어 미만이면 절사가 많이 발생하여 방사 작업성이 저하되며, 10 데니어를 초과하면 냉각부족으로 필라멘트의 뭉침 현상이 발생하여 부직포 균제도가 저하하고 균제도 편차가 증가할 수 있다.

상기 혼섬사를 제조하는 단계에서, 2성분의 폴리에스테르가 혼섬방사 형태로 방사된 필라멘트를 고압의 공기 연신장치를 이용하여 연신속도 4,500 ~ 5,500 m/분으로 충분히 연신할 수 있다.

이때 연신속도가 4,5000 m/분 미만이면 필라멘트의 결정화도가 낮아 부직포의 강도와 강력이 저하되며, 연신속도가 5,500 m/분을 초과하면 연신에어에 의해 필라멘트가 미끄러져 근접한 필라멘트와 엉킴이 발생하여 부직포의 균제도가 저하될 수 있다.

이후 상기 혼섬사를 적층하여 웹을 형성하는 단계를 실시한다.

이때 연속 이동하는 컨베이어 네트 위에 상기 혼섬사를 통상의 방법으로 적층하여 웹을 형성한다.

이후 상기 웹을 캘린더링 롤러를 통과시키는 캘린더링 공정에서 두께를 조절하여 공극율이 83% 이상이면서 균제도 편차가 260 이하인 부직포를 제조하는 단계를 실시한다.

이때 140~160℃로 가열되고 간극을 가지는 캘린더 롤러의 사이로 상기 웹을 통상의 방법으로 통과시키고 열풍처리하는 캘린더링 공정을 수행하여 부직포에서 평활성과 적정한 두께를 부여하여 부직포의 구조를 조절할 수 있다.

균제도 편차는 부직포를 구성하는 필라멘트와 그 배열에 영향을 받는데, 필라멘트의 방사와 컨베이어 벨트 위에 안착을 위해, 연신공정에서 인가되는 에어유량과 흡입되는 에어유량의 제어에 의해 섬유 필라멘트의 개섬성과 안착성을 향상시켜, 광투과도의 편차값이 260 이하로 달성되게 된다.

이로 인해 부직포 표면에서 기공분포가 균일해지는 것에 의해, 함침공정에서 일정한 속도로 움직이는 부직포의 위치별 흡수속도의 차이를 감소시켜, 섬유유연제의 함침량이 균일해지도록 할 수 있다.

또한, 사각 영역(dead space)이 줄어들어 부직포의 전 부위에서 함침량의 저하가 발생하지 않는다.

상기와 같은 방법으로 제조된 부직포는, 구성 필라멘트의 방사조건과 부직포 웹 두께를 조절하는 것에 의해, 부직포에서 비표면적이 증대하면서 균제도 편차도 감소하여, 드라이어 시트에 적용될 경우에 섬유유연제의 함침성이 우수하면서도 중량감소로 인한 원가경쟁력을 가지는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예와 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

[실시예 1]

제1필라멘트로 255℃ 융점의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 제2필라멘트로 210℃ 융점의 공중합 폴리에스테르(CoPET)를 각각 방사온도 285℃에서 연속 압출기를 이용하여 녹인 다음, 방사구금의 모세공을 통해 토출하여 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였다.

이때 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량비가 90:10 wt%가 되도록 혼섬방사하고, 제1필라멘트의 섬도가 3 데니어가 되도록 토출량과 방사구금의 모세공 수를 조절하였다.

다음에 상기 필라멘트 섬유를 단위면적당 20g/㎡ 중량으로 컨베이어 네트(net)상에 웹의 형태로 적층시킨 후 통상의 방법으로 캘린더 롤 사이를 통과시키는 캘린더링 공정을 거쳐 스펀본드 부직포를 제조하였다.

이때 부직포의 비표면적을 증대시키되, 균제도 편차가 260 이하가 되도록 두께를 제어하여 0.15mm 두께의 부직포를 얻었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 제1필라멘트의 섬도가 5 데니어가 되도록 토출량과 구금의 모세공 수를 조절하고, 부직포의 비표면적을 증대시키되, 균제도 편차가 260 이하가 되도록 두께를 제어하여 0.17mm 두께의 부직포를 얻었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서 제1필라멘트의 섬도가 10 데니어가 되도록 토출량과 구금의 모세공 수를 조절하고, 부직포의 비표면적을 증대시키되, 균제도 편차가 260 이하가 되도록 두께를 제어하여 0.20mm 두께의 부직포를 얻었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서 부직포를 제조할 때에 부직포의 비표면적 및 균제도 편차를 조절하지 않고 부직포의 두께를 0.08mm가 되도록 캘린더 롤의 간극을 조절하여 부직포를 제조하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 필라멘트 섬유를 제조할 때에 연신장치를 이용하여 방사속도가 6,000m/min가 되도록 하여 필라멘트 섬유를 제조하고, 부직포를 제조할 때에 부직포의 두께를 0.15mm가 되도록 캘린더 롤의 간극을 조절하여 부직포를 제조하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 3에서 부직포의 비표면적 및 균제도 편차를 조절하지 않고 부직포의 두께를 0.13mm가 되도록 캘린더 롤의 간극을 조절하여 부직포를 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예의 부직포에 대해 하기의 시험방법을 이용하여 특성을 측정하고 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

<시험방법>

1. 필라멘트의 섬도(데니어)

ASTM D1577법을 이용하여 필라멘트의 섬도를 측정한다.

Lenzing사 VIBROSKOP 측정장비를 이용하여 필라멘트의 섬도를 측정하는데, 측정 10회의 결과를 평균하여 나타낸다.

2. 부직포의 두께(㎜)

ASTM D1777법을 이용하여 부직포의 두께를 측정한다.

Mitutoyo사 두께 측정기를 이용하여 폭 방향으로 10회/m 측정한 결과를 평균하여 나타낸다.

3. 부직포의 공극률(%)과 비표면적(㎡/g)

ASTM F316법을 이용하여 측정한다.

직경 2㎝ 크기의 시편을 Porous Materials Inc.사의 ESA 측정장비를 이용하여 측정부에 고정된 시편에 0.019cP의 점도를 갖는 유체를 통과시켜 압력에 따른 유량으로 시편의 공극률과 비표면적을 측정한다.

4. 부직포의 균제도 편차

Nomura Shoji사 Formation Tester(FMT-MⅢ)를 이용하여 측정한다.

Formation Tester는 상단/중단/하단으로 구분되며, 상단은 측정부, 중단은 투과부, 하단은 조사부로 구분된다.

가로 × 세로 = 25 × 18 ㎝ 크기의 시편을 Formation Tester의 투과부에 고정하고, 고정된 시편에 광원을 조사한 후 투과된 빛을 측정하여 광투과율, 광학밀도 및 균제도를 측정한다.

5. 섬유유연제 함침률(%)

ASTM D461법을 이용하여 측정한다.

가로 × 세로 = 20 × 20 ㎝ 크기의 시편을 섬유유연제를 넣은 수조 중에 침지하여 침지 전·후의 무게의 차를 부직포의 중량으로 표준화하여 계산한다.

구분	제1필라멘트 섬도(De)	부직포 두께 (㎜)	부직포 공극률(%)	비표면적 (㎡/g)	부직포 균제도 편차	섬유유연제 함침률(%)
실시예 1	3	0.15	84.25	0.171	210	302
실시예 2	5	0.17	86.06	0.128	224	265
실시예 3	10	0.20	88.19	0.093	249	109
비교예 1	3	0.08	70.01	0.165	285	82
비교예 2	3	0.15	82.16	0.137	392	97
비교예 3	10	0.13	79.83	0.091	298	76

상기 표 1의 결과로부터 부직포에서 제1필라멘트의 섬도와 두께를 조절하여 비표면적을 증대시키고 밀도의 편차를 감소시켜 균제도 편차를 줄일수록 섬유유연제의 함침률이 상승하는 것이 확인된다.

반면에 부직포의 두께를 낮추게 되면 비표면적과 공극률의 향상이 저하되고(비교예 1 및 3), 연신속도를 증대시켜 제조된 제1필라멘트로 구성된 부직포는 같은 두께에서도 비표면적의 향상이 저하(실시예 1과 비교예 2의 결과 참조)되어 섬유유연제의 함침율도 저하되는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 이루어진 혼섬사 장섬유 부직포에서,
   상기 제1필라멘트의 섬도는 3~10 데니어이고,
   상기 부직포의 두께는 0.10~0.25㎜이며,
   상기 부직포는 공극율이 83% 이상, 균제도 편차가 260 이하 및 비표면적이 0.093~0.171㎡/g인 것을 특징으로 하는 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 부직포에서, 섬유유연제 함침률이 109~302%인 것을 특징으로 하는 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포.
4. 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 혼섬방사하고 연신하여 상기 제1필라멘트 섬도가 3~10 데니어가 되도록 혼섬사를 제조하는 단계;
   상기 혼섬사를 적층하여 웹을 형성하는 단계; 및
   상기 웹을 캘린더 롤러를 통과시키는 캘린더링 공정에서 두께를 조절하여 공극율이 83% 이상이면서 균제도 편차가 260 이하이고, 비표면적이 0.093~0.171㎡/g인 부직포를 제조하는 단계;를
   포함한 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 혼섬사를 제조하는 단계에서, 연신속도 4,500 ~ 5,500 m/분으로 연신하는 것을 특징으로 하는 섬유유연제 함침성이 향상된 폴리에스테르 부직포의 제조방법.
6. 삭제