KR102400492B1

KR102400492B1 - 홍조류 펄프를 함유하는 부직포 및 이의 제조방법.

Info

Publication number: KR102400492B1
Application number: KR1020200028123A
Authority: KR
Inventors: 김현기
Original assignee: 김현기
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2022-05-19
Also published as: KR20210112722A

Abstract

본 발명은 홍조류 섬유를 함유하는 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 홍조류 섬유, 닥나무 섬유 및 목재 섬유로 이루어진 웹(web)과 상기 웹의 일면에 물리적으로 결합하여 적층되는 목화솜으로 이루어지며, 적층 구조에 의해 흡착 성능이 향상된 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

홍조류 펄프를 함유하는 부직포 및 이의 제조방법.{NONWOVEN FABRIC COMPRISING ALGAE PULP AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 홍조류 펄프를 함유하는 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 흡착성능이 우수하여 흡수재, 미용재료 등으로 사용할 수 있는 부직포 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

우뭇가사리, 김 등의 홍조류를 원료로 하는 홍조류 펄프는 화학 고분자 흡수체(Super Absorbent Polymer, SAP)와 달리 천연물로 이루어지며 유해 화학물질을 포함하지 않으므로 SAP의 대체할 수 있는 재료로 적용되고 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1013365호에는 해조류 섬유를 원료로 하여 만들어진 부직포가 개시되어 있는데, 이는 해조류 섬유를 천연 섬유나 합성 섬유와 혼합하여 제조한 것으로서, 유해성분의 흡착 성능이 우수한 부직포를 제공하고 있다.

또한, 이러한 홍조류의 흡착 성능을 활용하여 대한민국 등록특허공보 10-2061597호에서는 홍조류 섬유에 항균 소취제를 혼합하여 부직포를 제조함으로써 미세먼지 등과 같은 입자크기가 작은 오염물질을 여과할 뿐만 아니라, 우수한 항균 및 탈취효과를 나타내는 부직포를 개시하고 있다.

홍조류 펄프는 표백 과정에서 단섬유를 형성하기 때문에 종이, 부직포 등을 제조하는 공정에서 물이 잘 빠지지 않아 생산이 어렵고, 이러한 문제점으로 인하여 목재 펄프나 합성 섬유 등을 혼합하여 제조하고 있는데, 이러한 제조방법에서도 원료인 홍조류 펄프의 특성으로 인하여 생산 효율을 향상시키기 위하여 공정조건을 최적화하는 등의 노력이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 10-1013365호 대한민국 등록특허공보 10-2061597호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 홍조류 펄프를 함유하며 목화솜을 적층하여 흡착성능을 향상시킨 부직포를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 웹과 목화솜을 적층할 때 가열이나 접착제의 사용 없이 물리적 결합으로 적층함으로써 부직포의 제조하는 공정의 효율을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 홍조류 섬유를 함유하는 부직포는 홍조류 섬유, 닥나무 섬유 및 목재 섬유로 이루어진 웹(web)과 상기 웹의 일면에 물리적으로 결합하여 적층되는 목화솜으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 웹은 홍조류 섬유 5 내지 20 중량%, 닥나무 섬유 60 내지 90 중량%, 목재 섬유 5 내지 20 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 부직포를 제조하는 방법은 홍조류 섬유, 닥나무 섬유 및 목재 섬유를 혼합하여 웹을 제조하는 단계, 상기 웹의 일면에 목화솜을 부착하고 고압수를 분사하여 상기 웹 및 목화솜을 물리적으로 결합시킴으로써 부직포를 제조하는 단계, 상기 부직포를 건조 및 와인딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 닥나무 섬유는 닥나무의 껍질로부터 제조되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 부직포는 홍조류 펄프를 함유하며 목화솜을 적층하여 흡착성능을 향상시키는 효과를 나타낸다.

또한, 웹과 목화솜을 적층할 때 가열이나 접착제의 사용 없이 물리적 결합으로 적층함으로써 부직포의 제조하는 공정의 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.

도 1은 홍조류 섬유 및 목화솜의 중금속 흡착성능을 평가한 결과로서 시간에 따른 납의 농도변화(a) 및 카드뮴의 농도변화(b)를 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 홍조류 섬유를 함유하는 부직포를 제조하기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 부직포, 스펀레이스 부직포 및 화장솜의 중금속 흡착성능을 평가한 결과로서 시간에 따른 납의 농도변화(a) 및 카드뮴의 농도변화(b)를 측정한 결과이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 홍조류 섬유를 함유하는 부직포는 홍조류 섬유, 닥나무 섬유 및 목재 섬유로 이루어진 웹(web)과 상기 웹의 일면에 물리적으로 결합하여 적층되는 목화솜으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 적층구조를 가짐으로써 홍조류 섬유를 함유하는 웹으로 이루어지는 부직포에 비하여 흡착 성능이 향상되기 때문에 기저귀, 생리대, 팬티, 패드와 같은 체액 흡수 의류 등의 흡수제품이나 화장솜, 분첩 등의 미용용 소재에 적용할 수 있을 정도의 물성을 나타내게 된다.

우뭇가사리로 대표되는 홍조류를 원료로 하여 얻어지는 홍조류 섬유는 천연 소재로서 인체에 무해하며 흡수율 및 보수율이 높은 소재이나 단섬유이므로 통상적인 제조공정으로는 부직포의 제조가 쉽지 않은 문제점이 있다.

따라서 목재 섬유와 혼합하여 가공해야 하는데, 홍조류 중 우뭇가사리 섬유와 목재 섬유의 물성을 비교하면 표 1에서와 같이 목재 섬유가 장섬유의 물성을 나타내기 때문에 목재 섬유를 상대적으로 다량 사용하여 가공하여야 부직포를 제조할 수 있다. 그러나 이러한 가공으로 인하여 홍조류 섬유 자체의 물성을 충분히 발현하지 못하게 된다.

	우뭇가사리 섬유	목재 섬유
섬유길이(㎜)	<0.5	0.7-3
섬유폭(㎛)	<5	20-35
보류도	~4	~1.5
여수도	90-100	600-800

목재 섬유와 혼합하여 가공할 때 목재 섬유의 사용량을 높여야 하는 이유는 상기 표 1에서 확인할 수 있는 것과 같이 우뭇가사리 섬유의 여수도(freeness)가 90 내지 100에 불과하여 부직포 제조 공정 중 물이 잘 빠지지 않아 공정이 원활히 진행될 수 없기 때문이다.

따라서 상기 홍조류 섬유와 목재 섬유를 혼합하여 제조한 웹의 표면에 목화솜을 적층하여 흡착 성능을 높일 수 있다.

우뭇가사리 섬유와 목화솜에 대한 중금속 흡착 성능을 평가한 결과 도 1에서와 같이, 우뭇가사리 섬유의 중금속 흡착 성능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 목화솜은 중금속 흡착 성능은 높지 않으나 흡수율이나 보수율이 높기 때문에 액체 성분의 흡착에는 효과적인 것으로 평가되었다. 이는 홍조류 섬유를 함유하는 웹과 목화솜이 적층되면 향상된 흡착 성능의 발현이 가능함을 시사하는 결과이기도 하다.

다만, 이러한 적층구조를 형성하기 위해서는 웹 표면에 접착제를 도포하여 접착시키거나 열을 가하여 열융착해야 한다는 문제점이 있다. 접착제를 사용하는 경우 유해 화학물질이 방출될 우려가 있어 미용제품, 흡수제품과 같이 인체를 대상으로 하는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있으며, 열융착하는 경우 열에 의한 부직포 구조의 변형으로 물성이 저하되는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 부직포를 제조하기 위하여 홍조류 섬유, 닥나무 섬유 및 목재 섬유를 혼합하여 웹을 제조하는 단계, 상기 웹의 일면에 목화솜을 부착하고 고압수를 분사하여 상기 웹 및 목화솜을 물리적으로 결합시킴으로써 부직포를 제조하는 단계, 상기 부직포를 건조 및 와인딩하는 단계를 포함하는 공정을 통하여 부직포를 제조하고 있다.

도 2를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 먼저 종래기술의 공정에 따른 홍조류 섬유를 제조하고, 이로부터 수득되는 홍조류 섬유를 원료로 하여 부직포를 제조하게 된다.

홍조류 섬유는 출원인이 개발한 등록특허 10-1847039호, 10-1547101호에 따라 제조할 수 있으며, 홍조류 잔사를 추출하고, 이를 여과 및 세척한 후, 표백 공정을 수행하고, 압착 스크린 및 클리너로 처리한 후 마지막으로 농축 및 탈수하여 제조할 수 있다.

이와 같이 제조된 홍조류 섬유는 홍조류를 포함하는 제품의 제조를 위하여 포장 및 입고되어 완제품을 형성할 수 있으나, 본 발명의 부직포 제조공정을 수행하기 위하여 상기 농축 및 탈수된 홍조류 섬유를 부직포 제조공정에 바로 적용할 수도 있다.

즉, 상기 홍조류 섬유를 희석조에 투입하여 고해한 후 여기에 닥나무 섬유 및 목재 섬유를 혼합하여 웹을 제조하게 된다. 상기 웹을 제조하는 공정은 상기 섬유들을 혼섬하는 통상적인 공정을 통해 제조될 수 있다.

이때, 상기 웹은 홍조류 섬유 5 내지 20 중량%, 닥나무 섬유 60 내지 90 중량%, 목재 섬유 5 내지 20 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상기 웹을 제조한 후 일면에 목화솜을 물리적으로 결합시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 닥나무 섬유의 사용 없이 홍조류 섬유와 목재 섬유만을 혼합한 웹에서는 목화솜의 물리적 결합이 어려운 문제점이 있다.

상기 닥나무 섬유는 장섬유로서, 특히 닥나무 껍질로부터 얻어진 닥나무 섬유는 목재 섬유와 비교하여도 장섬유의 특성을 가지고 있어, 상기 닥나무 섬유를 혼합한 웹은 표면에서 목화솜과 얽히면서 물리적으로 견고하게 결합할 수 있는 특성을 나타낸다.

상기 웹의 일면에 목화솜을 부착하고 고압수를 분사하면 상기 웹 및 상기 목화솜이 물리적으로 결합되게 된다. 이러한 고압수를 분사하는 공정은 스펀레이스 부직포의 생산을 위해 일반적으로 사용되는 방법인데, 본 발명에서는 이러한 고압수 분사 공정을 통해 상기 웹과 목화솜의 물리적 결합을 실현하고 있다.

물리적 결합의 효율성을 확인하기 위하여 닥나무 섬유 80 중량%와 우뭇가사리 섬유 20 중량%로 이루어진 웹을 제조하고 일면에 목화솜을 부착시킨 후 고압수를 분사하는 실험을 실시하였는데, 닥나무 섬유와 우뭇가사리 섬유가 혼합된 상태에서 고압수가 분사되면 닥나무 섬유는 목화솜과 결합되어 있으나, 대부분의 우뭇가사리 섬유는 고압수에 의하여 이탈되는 현상이 나타났다.

이에 반하여, 닥나무 섬유 60 중량%, 우뭇가사리 섬유 20 중량%, 목재 섬유 20 중량%를 혼섬하여 제조된 웹의 경우 목화솜을 부착하고 고압수를 분사하더라도 우뭇가사리 섬유의 이탈이 발생하지 않았다.

본 발명에 따른 부직포의 물성을 평가하기 위하여 시판되는 화장솜(대성메디컬), 화장품용 스펀레이스 부직포(대성메디컬)와 비교 평가를 실시하였다.

흡수율의 평가를 위하여 5g의 부직포를 10분 동안 물에 함침시킨 후 무게를 측정하였다. 물의 온도는 40±2℃이며, 측정 후 흡수제를 재건조하여 상태를 비교하였다.

그 결과는 표 2과 같으며, 흡수량은 (젖은 상태 중량)-(건조 상태 중량)의 식에 의해 계산되었다.

	건조상태의 중량(g)	젖은상태의 중량(g)	흡수량(g)	흡수력(배)
본 발명	5	55.2	50.2	11.04
스펀레이스 부직포	5	35.96	30.96	7.192
화장솜	5	36.36	31.36	7.272

표 1의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 부직포는 시판되는 스펀레이스 부직포나 화장솜에 비하여 높은 흡수력을 나타내는 것으로 나타났다.

또한, 보수율을 평가하기 위하여 표 1에 따른 젖은 상태의 시료를 원심분리기 용기에 투입하고 원심력이 3,000 ± 50 g이 되도록 하여 15분 ± 30초 동안 원심분리기를 작동시켰다. 측정 온도는 23 ± 3℃였다.

보수율(water retention value, WRV)은 건조 시료의 중량(m₂)에 대한 원심분리 후의 젖은 시료의 중량(m₁)의 비율을 [WRV = (m₁/m₂)-1]의 식에 따라 계산했으며, 7회 측정 평균값으로부터 보수율을 얻었다. 그 결과는 표 3과 같다.

	평균보수율(%)	표준편차(%)
본 발명	192	2
스펀레이스 부직포	184	3
화장솜	176	2

표 2의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 부직포는 스펀레이스 부직포, 화장솜에 비하여 높은 보수율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 화장솜에 비해서도 10% 이상 높은 보수율을 나타내어 웹과 목화솜을 적층하는 경우 상승된 효과가 나타나는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명에 따른 부직포와 스펀레이스 부직포 및 화장솜의 납(Pb) 및 카드뮴(Cd) 흡착 성능을 평가한 결과 도 3에서와 같이 중금속 흡착 성능에서도 우수한 결과를 얻었다. 특히, 천연솜으로 이루어진 화장솜에 비해 중금속 흡착 성능이 우수한 것으로 나타났는데, 이는 부직포가 홍조류 섬유를 포함하기 때문인 것으로 생각된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

Claims

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홍조류 섬유 20 중량%, 닥나무 섬유 60 중량% 및 목재 섬유 20 중량%를 혼합하여 웹을 제조하는 단계;
상기 웹의 일면에 목화솜을 부착하고 고압수를 분사하여 상기 웹 및 목화솜을 물리적으로 결합시킴으로써 부직포를 제조하는 단계;
상기 부직포를 건조 및 와인딩하는 단계;
를 포함하며,
상기 닥나무 섬유는 닥나무 껍질로부터 제조되며,
상기 홍조류 섬유는 섬유길이 0.5㎜ 이하, 섬유폭 5㎛ 이하이며, 상기 목재 섬유는 섬유길이 0.7 내지 3㎜, 섬유폭 20 내지 35㎛이며,
상기 부직포의 흡수율은 11.04배이며, 보수율은 192%인 것을 특징으로 하는 홍조류 섬유를 함유하는 부직포의 제조방법.
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