KR102558453B1 - 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 유해물질을 발생시키는 라텍스나 PVC층이 포함되지 않아도 우수한 기계적 물성을 가지면서 라텍스 소재의 역할을 할 수 있어서 환경 친화적이고 인발강력이 우수한 카페트를 제공할 수 있는 스펀본드 부직포 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

스펀본드 부직포 및 그 제조방법 {SPUNBOND NON-WOVEN AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 자동차 바닥재 소재로 사용하기 적합한 카페트용 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
카페트는 가정, 공공기관, 호텔, 식당, 자동차 등의 바닥 인테리어 제품으로 장식, 쾌적성, 흡음 및 도보 편리성(쿠션)을 목적으로 사용되어지고 있다.
기존 카페트 구조는 카페트 원사 (BCF yarn (pile)), 기포지 (부직포), 라텍스 및 PVC (Rubber, EVA 등)로 구성되어 있다.
이 중에서, 상기 라텍스 및 PVC 소재는 카페트 원사가 터프팅된 기포지 (부직포)에 코팅 가공하는 공정에서, 유해물질 Fume을 발생시키고, 완제품에서는 자동자 바닥 인테리어 제품군에 속하여 실내 공기질을 오염시키는 휘발성 유해물질을 발생시킨다.
즉, 카페트 구성 중 라텍스 코팅 공정 및 PVC 층이 휘발성 유해물질이 가장 많이 방출되는 층이다. 또한 상기 카페트를 제조하는 후가공 공정 중에서도 PVC 층을 코팅 및 경화시키는 공정에서 유해물질이 많이 방출되는 문제점이 있다.
따라서, 전세계적으로 공기질에 대한 규제가 강화되며 라텍스와 PVC 소재를 사용하지 않는 방향으로 제품 개발이 이루어지고 있다.
그러나, 아직까지 공기질에 대한 규한 규제를 만족하면서도 부직포에 대한 인발강력 등의 기능성이 우수한 제품이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
본 명세서에서는 라텍스 및 PVC 소재의 사용 없이도 카페트 원사를 부직포에 안정하게 고정시킬 수 있으며 기능성이 우수한 라텍스층 역할을 하는 부직포를 이용하는 카페트용 스펀본드 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 명세서에서는 라텍스 및 PVC 소재를 배제함에 따라 휘발성 유해물질 (Fume)이 발생되지 않아 환경친화적인 카페트용 스펀본드 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에서는 일 구현예에 따라,
250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 포함한 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트로부터 형성된 섬유 웹을 포함하고,
하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상이며,
KS K 0521의 표준 시험법에 따른 18 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 4.0 kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 80% 이상의 열간신율을 가지는 스펀본드 부직포를 제공한다.
[식 1]
분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
(식 1에서,
상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
또한, 본 명세서에서는 또 다른 구현예에 따라,
250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 다중 분할 형태의 복합 방사구금을 통해 방사하고 연신하여 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트를 제조하는 단계;
상기 복합 필라멘트를 적층하여 섬유 웹을 형성하는 단계;
상기 섬유 웹을 열 접착에 의해 결합하는 단계; 및
상기 열 접착된 웹에서 필라멘트가 분할되는 단계;를 포함하며,
상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계 이후에 하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상인는 상기 스펀본드 부직포의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
(식 1에서,
상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
또한, 본 명세서에서는 다른 구현예에 따라, 상기 스펀본드 부직포를 포함한 카페트를 제공한다.
이하, 발명의 구현 예들에 따른 카페트 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
그에 앞서, 본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
그리고, 본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제1 구성요소는 제2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
발명의 일 구현예에 따라, 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 포함한 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트로부터 형성된 섬유 웹을 포함하고, KS K 0521의 표준 시험법에 따른 18 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 4.0 kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 80% 이상의 열간신율을 가지는 스펀본드 부직포가 제공될 수 있다.
본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 특정 함량비와 융점이 서로 다른 매트릭스 및 바인더 소재의 분할사로 이루어진 복합 섬유를 이용하는 경우, 라텍스 및 PVC 소재의 코팅 공정을 진행하지 않아도 라텍스 및 PVC층 기능을 나타낼 수 있는 부직포를 이용하는 카페트를 연속 제조할 수 있음이 확인되었다.
따라서, 본 명세서에서는 기존의 카페트 구성 중 라텍스 소재의 기능을 포함한 부직포를 제조하여, 라텍스 층이 없는 카페트를 제공하는 것을 특징으로 한다.
특히, 기존의 카페트층 중에서 라텍스 소재는 카페트 원사(BCF yarn)를 고정하는 역할을 한다. 그러나, 상기 라텍스 소재는 환경 문제를 야기하므로, 본 명세서에서는 별도로 라텍스 소재를 사용하지 않고 부직포에 카페트 원사와의 기능(인발강력)을 높임으로서 라텍스층의 역할을 포함하는 카페트용 부직포를 제조하고자 한다.
이에, 상기 카페트 제조시 라텍스 코팅 공정이 제거됨에 따른 유해 Fume 미발생과 완제품의 VOCs(휘발성 유해물질) 절감이 가능하여, 자동차의 바닥 인테리어 소재로 적용시 환경 친화적으로 사용될 수 있다.
이러한 본 명세서에 따른 상기 부직포는 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 포함한 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트로부터 형성된 섬유 웹을 포함한 스펀본드 부직포인 특징이 있다.
구체적으로, 상기 부직포는 매트릭스 소재로 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트를 사용하고, 바인더 소재로 170℃ 이하의 융점을 가지는 코폴리머 필라멘트를 사용하여 분할사 형태로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 상기 분할사는 다중 분할 단면 형태를 갖는 것으로서, 초극세 섬유의 제조방법에 따라 상기 2종의 폴리머 및 다중 분할 형태의 복합 방사 구금을 이용하여, 상기 2종의 폴리머가 극세화되어 단사 내부 단면이 다중 분할된 형태를 포함하는 것을 의미하는 바, 원형으로만 이루어진 단면을 갖지 않는다. 일례를 들면, 상기 다중 분할 단면 형태는 단사 내부에 8 내지 64분할사 또는 16 내지 32분할사 또는 32분할사를 포함할 수 있다.
이에, 상기 부직포는 상기 매트릭스 및 바인더 소재의 혼합비를 특정함과 동시에, 8 내지 64분할사를 포함한 복합 필라멘트를 이용함에 따라, 라텍스 소재 없이도 라텍스 층의 기능성을 부여할 수 있다.
특히, 상기 바인더 소재는 카페트 제조의 후가공(Tufting, 열처리, Backing 및 성형) 공정에서 용융되며, 접착재 및 성형성능을 위한 고신율 발현 역할을 하므로, 라텍스층의 역할이 수행될 수 있다.
즉, 상기 바인더 소재로 사용되는 폴리머의 역할은 터프팅 공정 후, 터프팅 후면의 열처리시 용융되어 카페트 원사(BCF yarn)와 기포지(부직포)와의 접착제 역할을 한다. 또한, 자동차용 카페트로 제조되기 위한 마지막 성형 공정에서 180~200℃의 고온 환경에서 바인더 폴리머가 용융직전의 상태로 되어 높은 신율을 발현하는 역할을 하여 성형을 가능하게 한다.
이때, 상기 바인더의 함량이 19 중량% 이하일 경우, 분할사 형태가 형성되기 어렵고(방사 압력 불균일로 Binder polymer가 압출되지 않거나 한쪽으로 몰릴 수 있음) 부직포를 구성하는 필라멘트간 결합력이 부족하여 후가공 공정에서 파손되기 쉽다. 분할사 형태가 균일하지 않을 경우, 부직포의 위치별 물성 편차가 발생하여 후가공 성형 공정에서 찢어짐 및 낮은 인발강력 값이 발생할 수 있다.
또한, 상기 바인더의 함량이 41 중량% 이상일 경우, 180℃ 이상의 카페트 제조를 위한 후가공 공정에서 지지체 역할을 하는 매트릭스 성분이 부족해지고, 이에 따라 고온에서 용융의 상태가 되는 바인더 원료가 많아져 외력에 의한 형태 변형(수축, 늘어남)이 발생하여 후가공이 불가능 하다.
또한, 바인더 원료의 융점이 170℃ 이상일 때, 부직포 강도 부여, 접착재 및 고신율 역할이 발현되어야 하는 공정 온도에서 용융이 되지 않아 바인더 필라멘트로서의 역할을 할 수 없다.
또한, 상기 필라멘트는 분할 전 평균 직경 22 내지 31㎛이고 5.0 내지 9.0데니어의 섬도를 갖는 분할사를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 분할사는 분할 전 평균 직경 22 내지 31㎛이고 5.0 내지 9.0데니어의 섬도를 가질 수 있다. 또한, 상기 복합 필라멘트의 분할 전 횡단면은 8분할 내지 64 분할된 원형 또는 구형일 수 있다.
상기 복합 필라멘트의 단면 형태가 분할사 형태가 아닌 원형 단면일 경우 바인더 필라멘트를 추가로 방사하여 메트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트를 혼합하여 웹을 형성해야 한다. 이때 필라멘트 혼합 시, 균일성에 한계가 있으므로 바인더 필라멘트가 없는 부분이 발생한다. 상기 바인더 필라멘트는 부직포의 인장강도를 발현시키는 인자로서, 바인더 필라멘트의 유/무 Bonding 상태에 따라 인장강도가 결정될 수 있다. 그런데, 원형 단면 형태는 상기와 같이 바인더 필라멘트가 없는 부분이 발생되고, 이에 따라 강도 및 신율이 낮아지고 인발강력도 저하될 수 있다.
또한 본 명세서에 따른 부직포는 하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상 혹은 54% 이상 혹은 56% 이상일 수 있다.
[식 1]
분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
(식 1에서,
상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
상기 분할률 측정시 사용되는 부직포 단면의 시편은 다양하게 조절 가능하며, 예를 들어 3mm×3mm 크기의 부직포 시편을 사용할 수 있다.
상기 분할률이 50% 미만이면 바인더 폴리머의 접착면적이 낮아 바인더가 부족하여 부직포 기계적 물성 및 및 인발강력이 저하될 수 있다.
상기 매트릭스 소재로 사용되는 폴리에스테르 필라멘트는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리나프탈렌테레프탈레이트 및 이들의 재생 원료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에스테르 중합체를 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필라멘트는 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.90dl/g이고 250 ℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스테르 중합체를 포함할 수 있다.
상기 바인더 소재는 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 코폴리머 필라멘트를 사용한다.
구체적으로, 상기 코폴리머 필라멘트는 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌이 사용될 수 있다.
본 명세서에서, MI(Melt index)는 ASTM 1238, 190℃ 측정값을 의미한다.
이와 같은 방법에 따라 제공되는 부직포는 필라멘트간 접착성이 우수하여 카페트 원사의 고정성이 우수하고 신율도 종래보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 부직포를 카페트의 기포지로 사용함에 따라, 최종 제품의 인발강력을 향상시킬 수 있으며, 인체에 유해한 라텍스 및 PVC 소재를 사용하지 않으므로, 환경친화적인 소재를 제공할 수 있다.
발명의 일례에 따라, 상기 부직포는 KS K 0521의 표준 시험법에 따라 측정된 18 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 4.0 kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 80% 이상의 열간신율을 가지는 물성을 동시에 만족할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 부직포는 상술한 분할률이 54% 이상인 경우로 구성됨에 따라, 강도 및 신율이 더 최적화될 수 있다. 따라서, 상기 부직포는 KS K 0521의 표준 시험법에 따른 19 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 3.0kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 81% 이상의 열간신율을 가질 수 있다.
상기 부직포는 단위면적당 중량이 90g/㎡일 때, 겉보기 밀도가 225 내지 310 g/㎤인 스펀본드 부직포일 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 스펀본드는 카페트의 인발강력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 카페트는 KS K ISO 4919의 표준 시험법에 따른 인발강력이 2.0 (kgf)이상이고, 자동차의 바닥재로 사용될 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따라, 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 다중 분할 형태의 복합 방사구금을 통해 방사하고 연신하여 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 복합 필라멘트를 적층하여 섬유 웹을 형성하는 단계; 상기 섬유 웹을 열 접착에 의해 결합하는 단계; 및 상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계;를 포함하는 스펀본드 부직포의 제조방법 법이 제공될 수 있다.
본 명세서에 따른 카페트용 스펀본드 부직포는, 매트릭스인 폴리에스테르 필라멘트와 바인더인 특정 융점 및 MI를 가지는 코폴리머 필라멘트가 일정 조건에서 복합 방사되어, 분할사 형태로 이루어진 섬유 웹을 포함하는 것으로서, 스펀본드 법에 의해 제조된다.
상기 스펀본드 법에 있어서, 상기 폴리에스테르 및 코폴리머는 각각 독립적으로 용융되어 이종 수지의 토출공 수 조절이 가능하고 다중 분할 단면 형태로 방사되는 하나의 복합용 방사구금을 통해 방사 및 연신되어 복합 필라멘트가 얻어질 수 있다.
또한, 상기 스펀본드 부직포의 제조방법은 연속 압출기를 사용하여 진행될 수 있어서, 효과적으로 기계적 물성 및 분할률이 우수하여 카페트의 인발강력을 향상시키는 부직포를 연속적으로 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에스테르 (매트릭스) 및 코폴리머 (바인더)를 준비한 후, 이를 연속 압출기에 투입하여 가열 용융시킨 후, 다중 분할 형태의 방사구금을 통해 방사시킨다. 이러한 공정을 통해 필라멘트는 단사의 내부가 분할된 다중 분할 단면 형태의 분할사를 포함할 수 있다. 상기 다중 분할 형태의 방사구금은 8 내지 64분할사 또는 16 내지 32분할사를 갖도록 모세공수를 조절하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 복합 용융 방사시, 상기 방사 구금을 통해 매트릭스(폴리에스테르) 및 바인더 (코폴리머)의 비율이 60 내지 80중량%:20 내지 40중량%이 되도록 방사구금의 모세공 수를 조절할 수 있다.
여기서, 상기 매트릭스 소재인 폴리에스테르 필라멘트 및 바인더 소재인 코폴리머 필라멘트의 구성에 대한 구체적인 내용은 상술한 스펀본드 부직포에 대한 내용으로 갈음한다.
또한, 상기 스펀본드는 연속 압출기를 이용하여 제공될 수 있다.
또, 상기 복합 필라멘트를 제조하는 단계는, 상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계 이전에 상기 복합 필라멘트가 22 내지 31㎛의 평균 직경 및 5.0 내지 9.0 데니어의 섬도를 갖도록 섬도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복합 방사 형태로 방사된 복합 필라멘트는 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도를 조절하여 충분히 연신시켜 5.0 내지 9.0 데니어 수준이 되도록 토출량과 구금의 모세공수를 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 연신은 3,000m/min 내지 5,000m/min의 방사속도 조건에서 수행될 수 있다. 더 구체적으로, 보다 충분한 연신을 위해, 상기 방사 속도는 4,500m/min 내지 5,000m/min일 수 있다. 상기 방사 속도가 3,000m/min 이하이면 필라멘트의 연신 부족으로 열접착 단계에서 부직포 수축이 발생하는 문제와 냉각 효율에도 영향을 미쳐 냉각 부족이 발생하여 연신 단계에서 필라멘트間(간) 접착이 발생하여 연신 및 개섬 불량의 문제가 있다. 또한, 상기 방사속도가 5,000m/min 이상이면 필라멘트가 연신 과정에서 절단되어 부직포의 면 형태를 형성하지 못하는 문제가 있다.
상기 웹을 형성하는 단계 및 열접착 단계는 이 분야에 잘 알려진 방법으로 개섬범에 의해 수행할 수 있다.
또한, 상기 열 접착된 웹에서 필라멘트가 분할되는 단계는 워터 젯 (water jet)을 사용하여 수행될 수 있다. 즉, 다중 분할 단면을 갖는 분할사로 복합 섬유 방사 후, 웹 형태로 만든 다음, 워터 젯 (spun lace) 처리를 하게 되면, 상기 분할사 단면 그대로 분할될 수 있다.
구체적으로, 상기 제조된 필라멘트 섬유는 컨베이어 위에 웹 형태로 자리 잡은 후, 웹에 대하여 겉보기 밀도를 225 내지 310 g/㎤ 로 조절할 수 있다.
상기 겉보기 밀도가 조절된 섬유 웹은 캘린더롤 또는 열풍을 이용하여 열접착하는 단계를 수행 후, 워터 젯(Water jet)을 통과시켜 필라멘트를 다중 분할 단면 형태로 분할시킨다. 이때, 워터 젯(Water jet)의 단계별 수압 조절을 통해 0.31mm 내지 0.40mm 두께의 스펀본드 부직포를 제조할 수 있다.
예를 들어, 열접착 공정을 거친 부직포에 대해, 고압의 워터 젯(water jet)를 통해 물리적인 외력을 가하면, 분할사 형태 그대로 필라멘트가 분할될 수 있다. 즉, 이 과정에서 분할사를 이루고 있는 2종의 폴리머가 서로의 부족한 상용성(친화성)으로 인해 결국 폴리머 간의 물리적 결합이 끊고, 극세사 형태로 분할될 수 있다. 상기 고압의 워터 젯(water jet)의 압력이 크게 제한되지는 않으나, 50 내지 280bar 수준으로 다단계로 분할하여 압력을 가하는 것이, 분할사가 극세사로 분할되면서 웹의 구조를 더욱 복잡하게 만들어 부직포의 강도를 더 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 고압의 워터 젯은, 상기 압력 범위 내에서 2단계 이상의 다단계로 압력 범위를 다르게 부여할 수 있다. 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고압의 워터 젯은 50 내지 80 bar의 제1단계의 압력 세기, 150 내지 280 bar의 제2단계의 압력 세기, 및 50 내지 80bar의 제3단계의 압력 세기의 순서로 부여될 수 있다. 상기와 같은 압력에 따라, 단계별 수압이 조절되어, 부직포 두께를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 수준으로 분할된 분할사 단면이 그대로 유지될 수 있다.
이때, 상기 고압의 워터 젯으로 압력을 부여시, 다단계의 압력이 부여되지 않고 한번의 압력만 부여되는 경우, 고압 워터 젯의 단일단계 적용시 기계방향(Mechenical Direction)의 스트라이프 형태로 흔적이 남아 중량, 후도 및 분할률 불균일이 발생하는 문제가 있다. 또한, 워터 젯 처리 단계가 적을수록 워터 젯 노즐 및 수질 오염도에 더 많은 영향을 받는다.
이에, 본 발명에서는 부직포에 대해 다단계로 워터 젯을 처리함으로써, 단계를 거쳐 여러 차례 분할을 시켜 분할율을 높이고, 위에서 언급된 바와 같이 필라멘트를 균일하게 재정리하는 기능을 부여할 수 있다.
상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계 이후에 하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상이 될 수 있다.
[식 1]
분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
(식 1에서,
상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
상기 방법에 따라, 매트릭스와 바인더 비율이 특정된 분할사 형태를 가지는 필라멘트로부터 형성된 스펀본드 부직포는 카페트 제조에 기포지로 사용될 수 있다.
따라서, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상기 스펀본드 부직포를 포함하는 카페트 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 카페트는 카페트 원사와 스펀본드 부직포를 이용한 터프팅 공정 및 커팅공정을 포함하여 제공될 수 있다.
특히, 상기 카페트의 제조방법은 종래와 같이 라텍스 및 PVC층의 코팅 공정을 진행하지 않으므로, 공정을 단축할 수 있을 뿐 아니라, 유해물질을 발생하지 않으므로, 환경친화적인 제품을 제공할 수 있다.
따라서, 상기 카페트는 부직포 일면에 카페트 원사가 고정되어 있으며, 라텍스층이 포함되지 않는다.
또한, 상기 카페트는 상기 스펀본드 부직포의 일면에 터프팅 및 열처리 공정을 통해 카페트 원사를 부직포에 고정시키는 단계; 및 상기 카페트 원사에 고정된 부직포를 커팅하는 단계를 포함하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카페드 원사를 고정시키는 단계와 커팅 공정 사이에는 카페트 원사에 고정된 부직포 상에 백킹층을 합지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 방법으로 제공된 스펀본드 부직포의 일면에 터프팅 공정으로 카페트 원사를 부직포에 심고 열처리로 부직포를 카페트 원사에 고정시키는 단계가 수행될 수 있다.
이때, 상기 카페트 원사를 부직포에 고정시키는 단계는 상기 터프팅 공정 후에 터프팅된 부직포의 후면을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 터프팅(Tufting) 공정, 열처리 공정 및 커팅 공정은 공지된 방법과 장비를 사용하여 니들을 이용해서 부직포 일면에 카페트 원사가 고정되도록 수행될 수 있다. 이때, 상기 터프팅은 루프(loop) 형태로 소정 게이지(예를 들어, 64/5 게이지) 조건으로 이루어질 수 있다.
또한, 터프팅 공정에서 사용되는 카페트 원사는 이 분야에 잘 알려진 BCF사를 포함할 수 있다. 상기 카페트 원사는 심미적 기능과 쿠션 기능을 할 수 있으며, 소정 섬도(예를 들어, 500 내지 3000 데니어) 및 높이(예를 들어, 3.0 내지 7 mm)를 가질 수 있다. 터프팅 공정을 통해 상기 카페트 원사는 부직포의 일면에서 시인될 수 있도록 심어진다.
상기 백킹층의 합지 공정도 이 분야에 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 백킹층에는 고중량의 웹이 합지될 수 있고, 상기 고중량의 웹은 단섬유 또는 장섬유 부직포 형태의 웹을 사용할 수 있다.
상기 백킹층의 합지 공정을 포함하는 방법에 의해, 상기 카페트는 상기 스펀본드 부직포의 일면에 터프팅 공정을 통해 카페트 원사를 부직포에 심는 단계; 터프팅된 부직포의 열처리를 통해 카페트 원사를 고정시키는 단계; 백킹(Backing)층을 합지하는 단계; 및 합지된 카페트를 커팅하는 단계를 포함하여 제공될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 따른 카페트는 라텍스층 없이 스펀본드 부직포, 카페트 원사 및 백킹층을 포함하여 구성될 수 있다.
바람직한 일례에 따라, 상기 부직포는 표면에 약 3000De'/150 Fila.의 Loop type 폴리프로필렌 BCF (Bulky Continuous Filament) Yarn을 Gauge (터프트 기계에서 바늘의 밀도를 나타내는 단위로 바늘의 간격을 INCH로 표시하며, GAUGE 에 의하여 TUFTED CARPET 폭방향의 밀도가 결정) 약 64/5 게이지, 스티치(Stitch) (터프트 카페트의 길이방향의 밀도) 약 13/1로 터프팅 (부직포에 실을 심는 과정) 공정을 거친다. 그런 다음, 터프팅된 제품의 후면에 대해 약 180℃의 열 챔버를 이용하여 열처리하고, 커팅 공정 (규격: 50cm×50cm)을 끝으로 공정을 진행함으로써, 카페트가 제공될 수 있다. 상기 방법에서 열처리된 카페트에 대해 커팅 공정 전에, 고중량의 장섬유 또는 단섬유를 백킹층으로 합지시키는 공정을 더 포함할 수 있다.
이러한 방법으로 제공된 카페트는 KS K ISO 4919의 표준 시험법에 따른 인발강력 (Loop Type의 터프팅 후, loop를 당기는 강도)이 약 2.0kgf 수준을 갖는 고성능을 가지므로, 다양한 분야에서 적용될 수 있고, 구체적으로 자동차의 바닥재의 인테리어 소재로 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 기계적 물성을 가지면서 라텍스 소재의 역할을 할 수 있는 스펀본드 부직포를 기포지로 포함함으로써, 라텍스 및 PVC 코팅 공정이 생략됨에 따라 유해물질인 Fume이 발생되지 않고, 완제품의 VOCs(휘발성 유해물질) 절감이 가능하여 자동차의 바닥 인테리어 제품으로 사용할 수 있는 카페트 및 그 제조방법이 제공된다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
[실시예 1]
융점이 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재로 이루어진 매트릭스와 융점이 137℃인 폴리에틸렌 소재(MI : 20)로 이루어진 바인더를 준비한 후, 연속 압출기를 투입하여 가열 융용시켜 녹인 다음, 32분할된 오렌지 단면 형태의 필라멘트가 되도록 하나의 방사구금을 통해 복합 방사하였다. 이때, 상기 복합용 방사 구금을 통해 매트릭스(폴리에스테르) 및 바인더 (코폴리머)의 비율이 70wt%:30wt%이 되도록 방사구금의 모세공 수를 조절하였다.
이어서, 방사구금을 통해 방출된 32 분할방사된 복합 필라멘트를 15 ℃의 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000 m/min이 되도록 충분히 연신시켜 5.0 내지 9.0 데니어의 섬도 및 오렌지 단면 형태를 가지는 복합 필라멘트 섬유를 제조하였다.
다음에 상기 제조된 복합 필라멘트 섬유를 통상의 개섬법에 의해 연속 이동하는 금속제 컨베이어 네트 상에 웹의 형태로 적층시킨 후, 편평한 표면을 갖는 플랫롤을 이용한 캘린더 공정을 거쳐 겉보기 밀도 270 g/㎤를 부여하였다.
이후, 캘린더 공정을 완료한 부직포에 대해 워터 젯(Water jet)을 통과시켜 하(70bar)-상(250bar)-하(50bar) 압력의 세기 순으로 부직포에 압력을 부여함으로써, 단계별 수압 조절을 통해 부직포 두께를 조절하여 최종 스펀본드 부직포를 제조하였다 (단위 면적당 중량 90 g/㎡, 두께: 0.33mm).
제조된 부직포에 터프팅 (Tufting) (Cut type, 64/5 gage in inch, 13/1 Stitch in inch, 폴리프로필렌 카페트 원사(BCF) 1200 De', Pile 원사 높이 4mm) 후, 터프팅 후면을 235℃에서 열처리 하여 카페트 원사(BCF yarn)을 고정시켜 카페트를 제조하고, 터프팅된 샘플은 인발강력 측정시 사용하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서, 매트릭스:바인더의 복합 비율이 80wt%:20wt%가 되도록 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 필라멘트 단면 형태를 오렌지 형태 및 분할사가 아닌 원형으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1에서, 바인더 소재를 나일론 6으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다
[비교예 3]
실시예 1에서, 매트릭스:바인더의 복합 비율이 50wt%:50wt%가 되도록 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 4]
실시예 1에서, 매트릭스:바인더의 복합 비율이 90wt%:10wt%가 되도록 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 5]
방사속도가 6,000 m/min이 되도록 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 6]
방사속도가 2,500 m/min이 되도록 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[비교예 7]
제조된 부직포에 대해, 3단계의 압력 부여 없이 294 bar의 수압으로 워터펀칭만 진행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포 및 카페트를 제조하였다.
[시험예]
각 실시예, 참고예 및 비교예에 대하여, 아래 평가 항목별 측정 방법에 따라 물성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 분할률 (%)
부직포 단면을 배율×200 현미경으로 촬영한 사진 10ea을 통하여 분할률을 하기 식 1에 의해 계산하였다.
[식 1]
분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
(식 1에서,
상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는 3mm×3mm 크기의 부직포 단면을 배율×200의 현미경으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
2. 상온 강도 (kgf/5cm)
KS K 0521에 따른 표준 시험법을 이용하여 상온 강도를 측정하였다.
구체적으로, 가로×세로 = 5cm×20cm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 5cm×5cm 크기의 지그로 물린 후 인장속도 200mm/min의 조건으로 측정하였다.
3. 열간강도(kgf/3cm), 열간신율 (%)
KS K 0521에 따른 표준 시험법을 이용하여 열간강도와 열간신율을 측정하였다.
구체적으로, 가로×세로 = 3㎝×10cm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 5㎝×5㎝ 크기의 지그로 물린 후 Hot Chamber를 이용하여 180℃에서 3분간 예열 후, 인장속도 200㎜/min 조건으로 측정하였다.
4. 인발강력 (%)
상술한 바대로, 부직포에 Tufting (Cut type, 64/5 gage in inch, 13/1 Stitch in inch, Pile 높이 4mm) 후, Tufting 후면을 열처리 하여 카페트 원사(BCF yarn)을 고정시켜 터프팅된 샘플을 제조하였다.
이렇게 만들어진 샘플을 KS K ISO 4919 (카펫-터프트 인발력 측정) 규격에 따라, 터프팅된 샘플에서 측정하고자 하는 하나의 Pile을 측정장치에 고정하였다. 측정할 루프와 이웃하는 양쪽의 루프는 절단하였다. 이후, 인스트론(Instron) 측정장치를 이용하여 측정할 Pile을 샘플과 수직 방향으로 당겼을 때에 나타나는 강도(Peak)값을 취하였다. 이러한 방법을 5회 반복하여 평균값을 취하였다. 시험에 사용할 샘플은 3개로 준비하여 반복 평가하였다.
구분 측정예
분할률 상온강도 열간강도 열간신율 인발강력
% kgf/5cm kgf/3cm % kgf
실시예 1 56 22 2.7 84 2.6
실시예 2 58 19 2.6 81 2.3
비교예 1 0 23 4.2 75 1.2
비교예 2 53 21 9.5 38 1.6
비교예 3 불량 29 고온 수축으로 평가 불가
비교예 4 분할 미형성되어 Sheet 제조 불가
비교예 5 연신 단계의 필라멘트 절단으로 Sheet 제조 불가
비교예 6 연신 후, 열접착 단계에서 수축 발생으로 균일한 Sheet 제조 불가
비교예 7 36 24 3.8 69 1.3
상기 표 1의 결과에서 보면, 실시예 1 및 2는 비교예 1 내지 7에 비해, 라텍스 역할을 하는 스펀본드 부직포를 포함함에 따라, 분할률이 높고, 상온강도, 열간강도 및 연간신율이 우수함이 확인되었다. 또한, 실시예들은 인발강력이 2.0 (kgf)이상으로 우수하였다.반면, 비교예 1은 원형 단면 형태를 나타내어 분할이 되지 않은 부직포를 사용하여, 기계적 물성이 낮고, 특히 인발강력이 1.2 kfg로 불량하였다.
또한, 비교예 2는 바인더로 나일론이 사용됨에 따라, 라텍스 기능을 할 수 없어 기계적 물성과 인발강력 모두 불량해졌다.
상기 비교예 3 및 4는 매트릭스 및 바인더 소재의 함량이 본 명세서의 범위를 벗어남에 따라 분할률이 불량하거나 미분할되어, 부직포가 잘 형성되지 않아 카페트 제조가 어려웠다.
또한, 표 1에 나타낸 바대로, 비교예 5 및 6은 방사속도가 본원발명의 범위를 벗어나 연신 단계에서 필라멘트 절단이나 열접착시의 수축으로 인해 부직포를 제조할 수 없었다. 비교예 7은 고압 워터 젯이 단일 단계만 적용되어, 실시예 1 내지 2에 비해 분할률이 낮아짐에 따라, 강도, 신율 및 인발강력이 모두 저하되었다.

Claims (14)

  1. 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 포함한 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트로부터 형성된 섬유 웹을 포함하고,
    하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상이며,
    KS K 0521의 표준 시험법에 따른 18 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 4.0kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 80% 이상의 열간신율을 가지는 스펀본드 부직포.
    [식 1]
    분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
    (식 1에서,
    상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부직포는 KS K 0521의 표준 시험법에 따른 19 kgf/5cm 이상의 상온 강도, 3.0kgf/3cm 이하의 열간강도, 및 81% 이상의 열간신율을 가지는, 스펀본드 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분할률이 54% 이상인 스펀본드 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 필라멘트의 분할 전 횡단면은 8분할 내지 64 분할된 원형 또는 구형인, 스펀본드 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복합 필라멘트는 분할 전 평균 직경 22 내지 31㎛이고 5.0 내지 9.0데니어의 섬도를 갖는, 스펀본드 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리나프탈렌테레프탈레이트 및 이들의 재생 원료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.90dl/g이고 250 ℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스테르 중합체를 포함하는, 스펀본드 부직포.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코폴리머 필라멘트는 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 스펀본드 부직포.
  8. 250℃ 이상의 융점을 가지는 폴리에스테르 필라멘트 60 내지 80중량%, 및 170℃ 이하의 융점 및 MI(Melt index) 15~25 g/10min (ASTM 1238, 190℃)을 가지는 코폴리머 필라멘트 20 내지 40중량%를 다중 분할 형태의 복합 방사구금을 통해 방사하고 연신하여 분할사 형태를 가지는 복합 필라멘트를 제조하는 단계;
    상기 복합 필라멘트를 적층하여 섬유 웹을 형성하는 단계;
    상기 섬유 웹을 열 접착에 의해 결합하는 단계; 및
    상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계;를 포함하며,
    상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계 이후에 하기 식 1에 따른 분할률이 50% 이상인 스펀본드 부직포의 제조방법.
    [식 1]
    분할률 (%) = (분할된 필라멘트의 수) / (분할된 필라멘트의 수 + 미분할된 필라멘트의 수) × 100
    (식 1에서,
    상기 분할된 필라멘트의 수 및 미분할된 필라멘트의 수는, 부직포 단면을 배율×200의 현미경(SEM)으로 촬영한 사진에서 관찰된 분할 및 미분할된 필라멘트 수이고, 상기 분할률은 10개의 사진의 평균값을 나타낸다)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복합 필라멘트를 제조하는 단계는,
    상기 열 접착된 웹에서 필라멘트를 다중 분할시키는 단계 이전에 상기 복합 필라멘트가 22 내지 31㎛의 평균 직경 및 5.0 내지 9.0 데니어의 섬도를 갖도록 섬도를 조절하는 단계를 포함하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복합 필라멘트의 분할 전 횡단면은 8분할 내지 64 분할된 원형 또는 구형인 스펀본드 부직포의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연신은 3,000m/min 내지 5,000m/min 조건에서 수행되는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 필라멘트를 다중 분할시키는 단계는 워터 젯 (water jet)을 사용하여 수행되는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스펀본드 부직포를 포함하는 카페트.
  14. 제13항에 있어서,
    KS K ISO 4919의 표준 시험법에 따른 인발강력이 2.0 (kgf)이상이고,
    자동차의 바닥재로 사용되는 카페트.
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