KR102517752B1 - 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법에 관한 것으로, PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기소재를 함유하면서도 강도 및 내구성이 향상됨은 물론 이러한 난연성과 단열 및 차열 성능이 우수해 기존 다층 형태의 온실 냉난방용 스크린의 고중량, 유해물질 방출 위험, 합포된 층이 분리되는 내구성 문제 등의 문제점을 해소하면서도 공정 단일화, 경량화, 유해물질 무방출 및 일체화 제품으로서의 고내구성을 갖춘 복합적 효과가 발휘되는 온실 냉난방용 스크린 제조가 가능하면서도 원가 절감으로 인한 가격경쟁력 역시 높은 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법을 제공한다.

Description

고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법 {Manufacturing method of the high-density and low-weight needle punching nonwoven fabric}
본 발명은 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기소재를 함유하면서도 강도 및 내구성을 향상시킨 고밀도 및 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.
농촌 등에서는 비닐하우스나 유리온실 등은 외기의 영향을 가급적 받지 않고 채소, 꽃, 토마토, 오이, 고추, 딸기 등과 같은 각종 농작물의 성장과 출하를 안정적으로 이룩할 수 있게 하기 위해 설치 운영하고 있다.
특히, 동절기에는 열풍기 등을 비롯한 난방설비를 이용하여 내부 난방을 하지만, 고가의 유류비로 인하여 채산성이 떨어짐에 따라 비닐하우스 또는 온실 내부에 보온덮개 등으로 커버되는 터널을 형성하고, 상기 터널 내에 작물을 재배하고 있는데, 기온이 떨어지는 밤에는 보온덮개를 덮거나 커튼을 쳐서 작물을 냉해 및 동해로부터 보호함과 아울러 온도편차를 줄여주는 작용을 하여 작물의 고른 성장을 유도하고, 기온이 상승되는 주간에는 비닐하우스의 내부온도가 햇빛에 의해 상승되기 때문에 일조량을 늘리기 위해 개방시켜 놓는다.
이때, 실내 온도를 유지하기 위한 보온덮개나 커튼에 관련된 선행기술의 예로 등록특허 제10-2167783호(참고문헌 1), 등록특허 제10-1890547호(참고문헌 2) 등을 통해 폴리우레탄 발포패드의 전후면에 폴리에스터 원단, 알미늄 포일, 폴레에스테르 원단, 부직포 등을 복층으로 하여 봉접한 다겹 보온원단 등이 제안된 바 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면 상기 참고문헌 1은 다겹보온커튼 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 다겹보온커튼은 외부로부터 유입되는 자외선의 흡수를 차단하는 직물; 상기 직물의 상부면에 적층되어, 수분을 흡수하고 보온성을 강화하는 부직포; 상기 부직포의 상부면에 적층되어 단열하는 에어로겔 부직포; 상기 에어로겔 부직포의 상부면에 적층되어, 수분을 흡수하고 보온성을 강화하는 부직포; 및 상기 부직포의 상부면에 적층되어, 자외선의 흡수를 차단하는 직물로 이루어진다.
그리고, 다겹보온커튼의 제조방법은 외부로부터 유입되는 자외선의 흡수를 차단하는 직물이 배치되는 단계; 상기 직물의 상부면에 수분을 흡수하고, 보온성을 강화하는 부직포가 적층되는 단계; 상기 부직포의 상부면에 단열 용도의 에어로겔 부직포가 적층되는 단계; 상기 에어로겔 부직포의 상부면에 수분을 흡수하고, 보온성을 강화하는 부직포가 적층되는 단계; 상기 부직포의 상부면에 자외선의 흡수를 차단하는 직물이 적층되어, 다겹보온커튼을 생성하는 단계; 및 상기 다겹보온커튼이 소정 길이마다 고정되는 단계를 포함한다.
또한, 참고문헌 2는 농업용 보온덮개에 관한 것으로, 흑색 계열의 부직포 저면에 알루미늄 분말 코팅층이 형성된 상층부와, 상기 상층부 하부에 구비되는 솜을 포함하는 보온층부, 상기 보온층부 하부에 구비되며 백색 부직포로 구성된 하층부를 포함하여 구성된다.
그런데, 참고문헌 1, 2 등을 통해 제안된 종래의 온실 냉난방용으로 사용 가능한 다겹보온커튼 또는 보온덮개는 강도확보를 위한 직물, 단열/차열을 위한 부직포 또는 솜, 단열의 최대화를 위한 알루미늄 코팅 등 다층 구조를 가지고 있는 경우 완성된 스크린 원단에 난연성을 확보하기 위하여 난연 가공제 처리를 수행하야 하며, 다양한 서로 다른 재질의 소재들을 적층하여 제조함에 따라 시판되는 직물과 부직포 제품을 구매하여 제작하더라도 제조 공정이 복잡하고 제조 원가 역시 높은 실정이다.
아울러, 기존의 다층 형태의 온실 냉난방용 스크린으로 사용 가능한 다겹보온커튼 또는 보온덮개는 단열/차열 성능이 우수하지만 복잡하고도 긴 제조 공정은 물론 고중량, 유해물질 방출 위험, 합포된 층이 분리되는 내구성 문제 등 여전히 많은 문제점을 안고 있다.
참고문헌 1: 등록특허 제10-2167783호 참고문헌 2: 등록특허 제10-1890547호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기소재를 함유하면서도 강도 및 내구성이 향상되는 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 인(P)계 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기소재(Silica, Aluminium)를 함유하여 자기소화성과 단열 및 차열 기능을 확보한 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
니들펀칭 부직포에 있어서, 상기 니들펀칭 부직포는 PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와, 단열 및 차열을 위한 무기 소재가 설정비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포를 제공한다.
이때, 상기 난연 소재는 인(P)계, 불소(F)계, 실리카(Slica)계 난연 소재 중에 어느 하나이며, 상기 무기 소재는 실리카(Silica) 또는 알루미늄(Aluminium)인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 니들펀칭 부직포는 PET수지 85중량부를 기준으로 인(P)계 난연 소재 8 ~ 12 중량부와 무기 소재 3 ~ 7중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 니들펀칭 부직포는 PET수지 85중량%, 인(P)계 난연 소재 10중량% 및 무기 소재 5중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은;
PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기 소재를 설정비율로 혼합하여 용융 방사한 부직포 원사를 적층하여 부직포 웹을 성형하는 제1 단계; 및 상기 부직포 웹을 니들 펀칭하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법도 제공한다.
그리고, 상기 제1 단계는 PET수지 85중량부에 난연 소재로 인(P)계, 불소(F)계, 실리카(Slica)계 난연 소재 중 어느 하나의 8 ~ 12 중량부와, 단열 및 차열을 위한 무기 소재로 실리카(Silica) 또는 알루미늄(Aluminium) 3 ~ 7중량부를 혼합하여 용융시켜 부직포 원사를 방사하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래 원단, 부직포, 솜, 알루미늄 등을 복합한 복합스크린의 장점인 난연성, 단열/차열, 고강도 특성을 그대로 가지면서 단점인 내구성, 고중량, 고비용을 보완하여 일체형 온실 냉난방용 스크린으로 사용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 부직포는 난연성과 단열 및 차열 성능을 영구적으로 가지는 고강도 일체형 온실 냉난방용 스크린 부직포로서 기존 다층 형태의 온실 냉난방용 스크린의 고중량, 유해물질 방출 위험, 합포된 층이 분리되는 내구성 문제 등의 문제점을 해소하여 공정 단일화, 경량화, 유해물질 무방출 및 일체화 제품으로서의 고내구성을 갖춘 복합적 효과가 발휘된다.
특히, 본 발명에 따르면 기존의 다층 형태의 온실 냉난방용 스크린이 복잡한 공정이 필요한 문제를 해소하여 공정 단일화에 따른 온실 냉난방용 스크린 제조가 가능해 원가 절감 가격경쟁력 역시 높다.
도 1은 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명에서 인(P)계 난연 소재로 사용가능한 대표적인 인계 난연제의 화학 구조식이다.
도 4는 본 발명에서 무기소재로 사용가능한 적외선 차단 무기계 안료의 결정구조를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포(1)는 PET수지(10)에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재(20)와 단열 및 차열을 위한 무기 소재(30)를 함유하는 PET 섬유 제조 기술과 강도 및 내구도 향상을 위한 고밀도 및 저중량 니들펀칭 부직포 제조 기술을 활용하여, 기존의 원단, 부직포, 솜, 알루미늄 등을 복합한 복합스크린의 장점인 난연성, 단열/차열, 고강도 성능을 그대로 가지면서 단점인 내구성, 고중량, 고비용 등을 보완하여 일체형 온실 냉난방용 스크린용으로 사용가능하다.
이와 같은 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포는 PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와, 단열 및 차열을 위한 무기 소재가 설정비율로 혼합하여서 이루어진다.
특히, 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포는 인(P)계 난연 소재를 PET수지(10) 내부에 고르게 분포시켜 자기소화성을 확보하고, 무기소재(Si, Al)를 섬유 내부에 분포시켜 영구적 단열/차열성을 확보한다.
이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 PET(폴리에틸렌 텔레프탈레이트) 수지는 본 발명에서 온실 냉난방용으로 사용하기 위한 주된 소재로서 일반적으로 PP수지에 비해 투명도가 우수한 소재이며, 폴리에스테르계 섬유중에서 가장 널리 사용되고 있는 섬유로서 저렴하고 우수한 강력 및 열고정성, 내열성, 내화학성을 갖고 있기 때문에 산업용 분야에서 광범위한 소재 전개가 가능하다.
그리고, 상기 난연 소재는 자기소화성 확보를 위해 인(P)계, 불소(F)계, 실리카(Slica)계 난연 소재 중에 선택적으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 인(P)계 난연 소재를 사용한다.
이때, 상기 인(P)계 난연제는 환경문제에 대응하는 비할로겐계 난연제로 가장 주목받고 있으며, 적용되는 인화합물은 적인, 포스파젠, 인산에스테르계열의 화합물 등이 있으며, 적인은 가공중 유독물질인 포스핀(PH3)의 발생 가능성이 있으므로 본 발명에서는 제외하고 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 포스핀옥사이드(phosphine oxide), 포스파젠(phosphazene)을 활용함이 바람직하다.
도 3은 본 발명에서 인(P)계 난연 소재로 사용가능한 대표적인 인계 난연제의 화학 구조식이다.
다음으로 상기 무기 소재는 단열 및 차열을 위해 사용하는 구성이다. 이러한 무기 소재는 실리카(Silica), 알루미늄(Aluminium) 등을 함유하는 것으로, 이들 실리카(Silica), 알루미늄(Aluminium) 등을 함유하는 적외선 차단 무기계 안료와 복합 산화물 안료를 사용할 수 있으며, 효과 극대화를 위한 열차단제(차열제)를 함께 적용할 수도 있다.
도 4는 본 발명에서 무기 소재로 사용가능한 적외선 차단 무기계 안료의 결정구조를 도시한 도면이다.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포는 주재료로서 PET수지(FELT) 85중량부를 기준으로 난연 소재 8 ~ 12중량부와 무기 소재 3 ~ 7중량부로 이루어진다.
이때, 상기 PET수지(FELT) 85중량부를 기준으로 인(P)계 난연 소재를 8중량부 미만으로 함유하는 경우 난연 성능이 저하되며, 12중량부를 초과하는 경우 난연 성능 향상 효과가 미미하다.
그리고, 상기 PET수지(FELT) 85중량부를 기준으로 무기 소재를 3중량부 미만으로 함유하는 경우 단열 및 차열 성능이 저하되며, 7중량부를 초과하는 경우 단열 및 차열 향상 효과가 미미하다.
이러한 본 발명의 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포는 PET수지(FELT) 85중량%, 인(P)계 난연 소재 10중량% 및 무기 소재(Silica, Aluminium) 5중량%로 구성함이 바람직하다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명에 따른 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 과정을 설명한다.
본 발명의 부직포(1)는 PET수지(10)에 첨가제로서 자기소화성 확보를 위한 난연 소재(20)와 단열 및 차열을 위한 무기 소재(30)를 설정비율로 혼합 용융하여 방사한 부직포 원사를 적층하여 부직포 웹을 성형(S2)한 후, 부직포 웹을 니들 펀칭하여 강도 및 내구도 향상을 위한 고밀도/저중량의 니들펀칭 부직포(1)를 완성한다.
우선 부직포 원사를 제조하기 위해 기본 섬유 원료인 PET수지(FELT) 85중량부를 용융시키면서 기능성 소재로서 자기소화성 확보를 위한 난연 소재로 인(P)계, 불소(F)계, 실리카(Slica)계 난연 소재 중 어느 하나의 8 ~ 12 중량부와, 단열 및 차열을 위한 무기 소재로 실리카(Silica), 알루미늄(Aluminium) 3 ~ 7중량부를 혼합한다.
이 경우 실리카(Silica), 알루미늄(Aluminium) 등을 함유하는 적외선 차단 무기계 안료를 단열 및 차열을 위한 무기 소재로 사용함도 가능하다.
이때, PET수지(10)를 용융시키는 과정에서 난연 소재와 무기 소재를 투입 및 분산시키면서 방사함으로써 부직포 원사를 제작하며, 부직포 원사를 적층하여 일정 두께의 부직포 웹을 성형함으로써 부직포가 난연 성능과 단열 및 차열 성능을 확보하게 된다.(S1)
이때, 기본 섬유 원료인 PET수지(10)를 용융하는 과정에서 필요에 따라 색깔이나 특수한 기능을 가지도록 부가적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 부직포 원사를 방사하며 적층하여 일정 두께의 부직포 웹을 성형함으로써 제조되는 부직포가 난연 성능과 단열 및 차열 성능을 확보하게 된다.
이 경우 부직포 원사의 방사시 강도 확보를 위한 최적 섬유장 및 굵기를 설정하여 방사하며 설정된 길이로 Cutting하는 공정을 수행할 수 있다.
아울러, 부직포 웹은 농업용으로 사용시 비닐하우스나 유리온실 내부의 커튼 또는 덮개 등 스크린용도로 사용시 적용 환경에 따라 최적의 두께로 다양하게 제작할 수 있다.
특히, 최종적으로 완성되는 부직포(1)의 치수, 구조, 특성을 고려하여 부직포 웹의 구조와 조성을 선정하는 것이 필요하다.
상기 단계(S1)를 통해 제조된 일정 두께의 부직포 웹은 니들펀칭하여 최종적으로 부직포(1)를 제작한다.
부직포 웹은 에어레이(Air-Laid)법에 의해 형성될 수 있으며, 부직포 웹을 니들룸(Needle Loom)을 통과시킬 때 니들이 붙은 침판을 상하 왕복으로 운동시키는 니들펀칭 공정을 통해 2차원적인 랜덤한 섬유배열의 일부를 3차원적인 랜덤구조로 결합시켜 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포가 완성된다.(S2)
이와 같이 본 발명의 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포는 Air-Laid 및 니들펀칭 부직포 공정을 통해 생산하므로 원하는 두께로 부직포(1)를 제작할 수 있으며, 난연소재와 무기 소재를 PET수지에 분산시켜 난연 성능과 단열/차열 성능을 확보할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법을 정리하면, PET수지에 자기소화성 확보를 위한 난연 소재와 단열 및 차열을 위한 무기 소재를 설정비율로 혼합하여 용융 방사한 부직포 원사를 적층하여 부직포 웹을 성형하는 제1 단계와, 상기 부직포 웹을 니들 펀칭하는 제2 단계를 포함하여 이루어지게 된다.
여기서, 상기 제1 단계는 PET수지 85중량부에 난연 소재로 인(P)계, 불소(F)계, 실리카(Slica)계 난연 소재 중 어느 하나의 8 ~ 12 중량부와, 단열 및 차열을 위한 무기 소재로 실리카(Silica) 또는 알루미늄(Aluminium) 3 ~ 7중량부를 혼합하여 용융시켜 부직포 원사를 방사하는 단계로 이루어 진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 부직포 10: PET수지
20: 난연 소재 30: 무기 소재

Claims (6)

  1. PET수지 85중량%를 용융시키는 과정에서 자기소화성 확보를 위한 인(P)계 난연 소재 10중량%와 단열 및 차열을 위한 무기 소재인 실리카(Silica)와 알루미늄(Aluminium)을 함유하는 적외선 차단 무기계 안료 5중량%를 투입 및 분산시키면서 방사함으로써 부직포 원사를 제작하는 단계와,
    제작된 부직포 원사를 에어레이(Air-Laid)법에 의해 적층하여 일정 두께의 부직포 웹을 성형하는 단계; 및
    성형된 부직포 웹을 니들이 붙은 침판을 상하 왕복으로 운동시키는 니들펀칭 공정을 통해 2차원적인 랜덤한 섬유배열의 일부를 3차원적인 랜덤구조로 결합시키는 단계;를 포함하되,
    상기 부직포 원사를 제작하는 단계는 부직포 원사의 방사시 부직포 원사를 설정된 길이로 커팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 저중량 니들펀칭 부직포의 제조 방법.
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