KR19990076286A - 장섬유 부직포의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장섬유 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 저융점 폴리머(A)가 초부 (sheath)에 위치하고 고융점 폴리머(B)가 심부(core)에 위치하는 복합 섬유를 방사한 후 압축 공기로 연신하고, 네트 콘베이어 상에 이들을 적층하여 부직포 웹을 제조한 다음, 이를 고압 수류 분사(워터펀칭) 방식으로 교락하고, 열융착 방식으로 저융점 폴리머(A) 상호간을 융착 처리하여 장섬유 부직포를 제조한다.

본 발명의 장섬유 부직포는 우수한 벌키성과 고강력을 갖고 있어서, 토목, 건축용 자재 등으로 사용된다.

Description

장섬유 부직포의 제조 방법

본 발명은 벌키성이 우수하고 고강력을 갖는 장섬유 부직포(스펀본드)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

장섬유 부직포 (스펀본드)는 일반 직물이나 편물 및 단섬유 부직포에 비해 생산성이 높고 제조 원가가 저렴하여 최근에는 건축 및 토목 자재, 일회용 기저귀 등에 많이 사용되고 있다.

일반적으로 장섬유 부직포는 도 1과 같은 공정에 의해 제조되고 있다. 구체적으로 종래에는 [ⅰ] 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 등의 원료 수지를 용융한 후 방사구금(1)을 통해 방사하고, [ⅱ] 이들을 켄칭쳄버 (2)로 냉각 및 고화시키고, [ⅲ] 에어 이젝트 (4)에서 압축 공기로 연신시켜 고배향 고결정성의 섬유로 만든 다음 [ⅳ] 이들을 개섬장치 (5)로 분산시킨 후 네트 콘베이어 (6)상에 랜덤하게 적층시켜 부직포 웹을 제조하고, [ⅴ] 부직포 웹을 카렌더 롤(8)로 압착하고, [ⅵ] 니들 펀치 (9)로 섬유 상호간을 교락시킨다음 권취하여 장섬유 부직포를 제조하였다.

니들 펀칭 방법에 의한 종래 기술은 니들 (바늘)과 섬유간의 마찰로 인해 섬유 손상(절단)이 많이 발생하는 문제가 있다. 니들 펀칭으로 인해 섬유가 많이 손상 (절단)되면, 최종 부직포 제품의 강력 및 신도 등의 물리적 물성이 저하되고, 작업중 분진이 많이 발생하여 부직포의 품위가 떨어지고, 심한 기계 오염으로 자주 기계를 청소해야 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 니들 펀칭시 섬유와의 마찰을 최소화할 수 있는 니들(바늘)을 사용하는 방법도 제안되고 있지만, 섬유 손상(절단)을 근복적으로 방지하지는 못하는 실정이다.

종래 니들 펀칭으로 인한 강력 저하를 보완하기 위해 부직포를 아크릴계 수지 또는 폴리비닐알코올계 수지로 가공하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이와 같은 방법은 부직포의 촉감이 너무 스티프(Stiff)해지고 두께가 얇아져 토목, 건축용 자재 등으로 사용이 불가능하고, 수지 가공시 유해 가스가 발생하는 문제가 있다.

한편 니들 펀칭시의 섬유 손상을 최소화하기 위해서 단사섬도 (모노필라멘트 섬도) 가 5∼15 데니어로 비교적 태섬도인 원사로 부직포를 제조하는 방법도 시도되고 있다.

이와 같은 방법은 태섬도 섬유의 사용으로 원사 자체의 강력이 상승되어 니들 펀칭시 섬유의 손상이 감소하는 효과는 얻을 수 있지만, 근본적으로 섬유의 손상을 방지할 수는 없고, 태섬도 섬유로 구성된 부직포의 경우에는 유연성 및 벌키성이 저하되는 문제가 발생한다. 아울러 니들 펀칭으로 섬유를 교락시키는 방법은 니들의 상하 운동으로 인해 생산속도가 제한되는 문제도 있다.

이상에서 설명한 종래의 여러 문제점으로 인해, 섬유의 손상 (절단)없이도 벌키성이 우수하고 고강력을 갖는 장섬유 부직포를 높은 생산성으로 제조하는 기술의 개발이 요구되어 왔다.

본 발명은 섬유의 손상없이 부직포내의 섬유 상호간을 효과적으로 교락시켜 우수한 벌키성과 동시에 고강력을 갖는 장섬유 부직포를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

도 1은 종래 장섬유 부직포를 제조하는 공정 개략도이다.

도 2는 본 발명의 공정 개략도이다.

도 3은 본 발명 복합 섬유의 단면도이다.

* 도면중 주요한 부호에 대한 설명

1 : 방사구금 2 : 켄칭쳄버

3 : 압축 공기 공급장치 4 : 에어 이젝트

5 : 개섬장치 6 : 네트 컨베이어

7 : 에어 흡입기 8 : 카렌더 롤

9 : 니들 펀치 10 : 워터 펀칭 기구

11 : 워터노즐 12 : 공급수 흡입장치

13 : 건조 열처리기 14 : 와인더

A : 저융점 폴리머 B : 고융점 폴리머

Y : 멀티필라멘트

본 발명은 우수한 벌키성과 동시에 고강력을 갖는 장섬유 부직포(스펀본드)의 제조 방법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 저융점 폴리머가 초부(sheath)에 위치하고 고융점 폴리머가 심부(core)에 배열된 심초형 복합 섬유로 부직포 웹을 제조한 다음 부직포 웹내 섬유들 상호간을 고압 수류 분사 (워터 펀칭) 방식으로 교락하고, 열융착 방식으로 저융점 폴리머(A) 상호간을 융착시키는 것을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 부직포 제조시 저융점 폴리머(초부)와 고융점 폴리머(심부)로 구성된 심초형 (core & sheath type) 복합 섬유를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 부직포의 교락 처리에 있어서 종래 섬유 손상을 유발시키는 니들 펀칭 대신에 고압 수류 분사(워터 펀칭)방식과 열융착 방식을 함께 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면 등을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 공정 개략도이고 도 3는 본 발명 복합 섬유의 단면도이다. 먼저 본 발명은 방사 공정에서 방사 구금 (1)을 통해 저융점 폴리머(A)와 고융점 폴리머(B)를 심초형으로 복합 방사하여 심초형 복합 섬유를 제조한다. 이때 저융점 폴리머(A)는 초부 (sheath)에 위치하도록 하고, 고융점 폴리머(B)는 심부(core)에 위치하도록 한다.

이와 같이 저융점 폴리머(A)를 섬유 표면인 초부(sheath)에 배열하는 이유는 이후 열처리 공정에서 낮은 열처리 온도로도 섬유 표면들을 쉽게 녹여서 섬유 상호간을 용이하게 열융착하기 위한 것이다. 또한 고융점 폴리머(B)를 섬유 내부에 배열하는 이유는 상기 열처리 온도에 의해 섬유 형상이 변형되거나 강력 등의 물성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때 저융점 폴리머(A)로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용하고, 고융점 폴리머(B)로는 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 (저융점 폴리머가 폴리에틸렌인 경우) 등을 사용한다. 토목, 건축용 자재용으로는 저융점 폴리머(A)로서 폴리에틸렌을 사용하고, 고융점 폴리머(B)로서 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 사용하는 것이 제조 공정성 및 물성 등의 측면에서 가장 바람직하다.

즉 폴리에틸렌 섬유는 가공하기 쉽고 저렴할 뿐만 아니라 융점이 낮아서 열융착에 의한 열처리 조건을 가장 쉽게 구할 수 있고 열접착점의 강도도 높다. 그리고 화학적 안정성이 높아서 산(酸)과 알칼리에도 우수하므로 내구성을 요하는 토목 / 건축용 부직포로는 가장 알맞는 소재이다. 섬유내층에 배치하는 폴리머로는 폴리프로필렌이나 폴리에스터를 사용하는데 폴리에스터는 폴리프로필렌보다 고강력을 발휘하므로 보다 고강력을 요구하는 용도에 사용한다. 그러나 폴리에틸렌과 폴리에스터는 상용성이 낮아 복합방사시에 연신 장력에 의해 섬유층이 분리되는 박리현상이 나타날 수 있으므로 제조 조건을 신중히 결정하여야 한다. 반면 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합방사는 서로 같은 올레핀 계열의 소재이므로 상용성이 좋아 복합방사의 최대 결점인 박리현상은 최소화 된다. 그러나 강력은 다소 떨어지므로 용도에 따라 초부와 심부의 폴리머를 적절하게 결정하여야 한다.

또한 복합섬유 방사시 저융점 폴리머(A)와 고융점 폴리머(B)의 중량비를 60 : 40∼10 : 90으로 하는 것이 바람직하다.

즉 저융점 폴리머(A)를 10∼60중량%, 고융점 폴리머(B)를 40∼90 중량% 사용하는 것이 바람직하다. 가공성 등을 고려할 때 저융점 폴리머(A) 20∼50 중량%와 고융점 폴리머(B) 50∼80 중량%를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 만약 저융점 폴리머(A)와 10중량% 미만인 경우에는 방사 공정중 폴리머 상호간의 박리현상이 심해지고 열처리시 섬유 융착점의 강도가 떨어진다. 또한 저융점 폴리머(B)가 60 중량%를 초과하는 경우에는 섬유의 강도가 저하된다.

또한 복합 방사시 복합 섬유의 단사섬도(모노필라멘트 데니어)를 1∼20데니어로 한다. 토목, 건축용 부직포와 같이 100ｇ/㎡ 이상의 고중량 부직포를 제조하는 경우에는 단사섬도를 5∼20 데니어로 하는 것이 바람직하고, 일회용 기저귀용 부직포와 같이 40ｇ/㎡ 이하의 경량 부직포인 경우에는 단사섬도를 1∼3 데니어로 하는 것이 바람직하다.

섬도가 너무 낮을 경우에는 강도, 유연성 및 촉감 등은 우수해지나 생산성이 낮고, 제조 원가가 상승하는 문제가 발생할 수 있다. 섬도가 너무 높을 경우에는 부직포가 스티프(stiff)해질 우려가 있다.

실제로 복합섬유 자체의 강도는 폴리머의 종류, 연신 배향 정도, 복합방사시 폴리머의 복합비율 및 단사섬도 등에 영향을 받는다. 단사섬도가 굵어지면 복합섬유 자체의 강도는 증가한다. 그러나 본 발명에 있어서는 복합섬유 자체의 강도 증가가 반드시 부직포 제품의 강도를 향상시키는 것은 아니다.

본 발명에서는 복합섬유의 표면을 열융착하는 방식으로 섬유 상호간을 교락시키기 때문에 부직포 제품의 강도는 섬유 자체의 강도에도 어느 정도 영향을 받지만 열융착점의 개수, 열융착점의 접착강도 (폴리머 복합비율) 등의 요인에도 큰 영향을 받게된다.

따라서 복합 섬유의 단사섬도가 가늘면 섬유 자체의 강력은 떨어지지만 부직포 웹내의 열융착점 개수는 오히려 증가하여 전체적인 부직포 강력은 증가하게 된다.

예를 들면 단사섬도가 2데니어인 복합섬유로 제조된 본 발명의 부직포는 단사섬도가 15데니어인 복합섬유로 제조된 본 발명의 부직포보다 강력이 15% 이상 증가한다. 다음으로는 상기와 같이 복합방사된 멀티필라멘트 사조(Y)를 켄칭쳄버(2)로 냉각 및 고화하고, 계속해서 압축공기를 이용하여 에어 이젝트(4)에서 연신한다. 연신된 상기 복합섬유를 개섬장치 (5)에서 분산시킨 후 네트 콘베이어(6) 상에 랜덤하게 적층시켜 부직포 웹을 제조하고, 이들을 일정한 온도 및 압력하에서 카렌더 롤(8)로 압착한다. 상기 카렌더 롤 (8)에 의한 압착 공정은 제품의 용도에 따라 생략할 수도 있다.

다음으로 선택적으로 카렌더링 처리된 부직포 웹을 워터 펀칭 기구 (10)로 처리하여 부직포 웹내에 섬유 상호간을 교락시킨다. 상기 워터 펀칭 기구(10)는 부직포 웹에 대해 고압의 수류를 수직으로 분사시키는 워터 노즐 (11)과 부직포 웹을 빠져나온 수류를 모아주는 공급수 흡입 장치 (12)로 구성된다.

워터 노즐 (11)에서 부직포 웹으로 수직 분사된 수류는 부직포 웹을 관통하면서 섬유 상호간을 교락시킨다. 분사된 수류 일부는 부직포 웹을 빠져나와 공급수 흡입 장치 (12)에 회수된다. 공급수 흡입 장치 (12)에 회수된 물은 다시 필터를 거쳐 워터 노즐(11)로 재공급되기 때문에 부직포 웹내에 잔류하는 양 만큼의 공급수를 보충해 주면 된다.

상기 워터 펀칭기구 (10)에서의 섬유 교락 효과는 워터 노즐 (11)의 개수와 수압에 영향을 받는다. 워터 노즐(11)은 3∼7개 정도 사용하는 것이 바람직하며, 워터 노즐 각각은 수압을 조절할 수 있도록 하는 것이 좋다. 워터 노즐의 수압은 부직포 웹의 진행 방향을 기준으로 앞에서 뒤로 갈수로 점차 높게 설정하는 것이 제품의 품질 향상에 도움이 된다. 예를 들어 5개의 워터 노즐 (11)을 사용하는 경우 앞에서 1번과 2번 노즐에서는 약 10∼30Kg/㎠ 수준의 약한 압력으로 이후 공정에서 섬유가 유동하지 않도록 전처리하고, 3번∼5번 노즐에서 약 100Kg/㎠ 이상의 강한 압력으로 교락하는 것이 좋다.

이와 같은 고압 수류 처리 (워터펀칭) 방식은 종래 니들 펀칭 방식에 비해 섬유 손상 (절단)이 없어서 부직포의 강력을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 고압 수류 처리 (워터펀칭) 방식은 부직포 웹중 고압 수류가 통과하지 않은 부분에서는 섬유가 원래 구조를 그대로 유지하기 때문에 부직포의 벌키성을 크게 향상시킬 수 있다.

다음으로 워터 펀칭 기구 (10)에서 교락 처리된 부직포 웹을 건조 열처리기 (13)에서 건조와 동시에 열융착 처리한 후 와인더 (14)에 권취하여 장섬유 부직포를 제조한다.

상기 건조 열처리기 (13)에서는 복합섬유의 초부(표면)을 구성하는 저융점 폴리머가 녹을 수 있는 온도까지만 가열한다. 열처리 온도가 너무 높으면 복합 섬유내 심부를 구성하는 원사도 용융하게 되어 부직포의 물성이 저하될 수 있고, 열처리 온도가 너무 낮을 경우에는 섬유 표면의 열융착이 잘 일어나지 않는 문제가 있다.

상기 열처리에 의해서 부직포 웹을 구성하는 복합섬유의 표면은 부분적으로 서로 열융착되고, 섬유내부는 섬유 형상을 그대로 유지하기 때문에 부직포의 강력이 더욱 향상된다. 또한 부직포 웹내의 섬유들이 물리적으로 서로 교락된 상태가 아니라, 섬유 표면만 열융착되고 부직포 웹은 원래 형상을 그대로 유지하기 때문에 부직포의 벌키성이 매우 우수하게 된다.

또한 본 발명은 종래 니들펀칭에 의해 교락을 부여하는 방법과 비교할 때 니들의 상하운동이 필요없어서 부직포의 생산속도가 크게 향상된다. 일반적으로 니들펀칭에 의한 종래 방법의 실제 생산 속도는 40m/분 수준이고 본 발명의 실제 생산 속도는 80m/분 이상이다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폴리에틸렌과 폴리에스테르를 50 : 50의 중량비로 용융한 후, 이들을 280℃에서 초부에는 폴리에틸렌이 위치하고 심부에는 폴리에스테르가 위치하도록 복합방사하여 단사섬도가 5데니어인 심초형 복합섬유를 제조한 다음, 이들을 켄칭 쳄버로 냉각 및 고화하고, 이들을 압력이 2.0Kg/㎠인 압축 공기로 에어 이젝트에서 연신하고, 개섬장치로 분산한 다음 속도가 50m/분인 네트 콘베이어 상에 집적시켜 부직포 웹을 제조한다.

상기 부직포 웹을 123℃의 카렌더 롤로 압축한 후, 5개의 워터 노즐이 설치된 워터펀칭 기구에서 고압 수류 분사 (워터펀칭) 처리한다. 이때 1번과 2번 워터 노즐의 압력은 35Kg/㎠, 3∼5번 워터 노즐의 압력은 108Kg/㎠으로 설정한다. 계속해서 워터펀칭된 부직포 웹을 126℃의 건조 열처리기에서 건조 및 열융착 처리한 후 권취하여 장섬유 부직포를 제조한다. 이와 같이 제조된 장섬유 부직포의 물성을 측정한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2∼실시예4

초부와 심부의 폴리머성분과 이들의 중량비, 복합 섬유의 단사섬도, 워터노즐의 압력 및 건조 열처리기의 온도를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 장섬유 부직포를 제조한다. 제조한 장섬유 부직포의 물성을 측정한 결과는 표 2와 같다.

< 표 1 > 제조조건 (실시예 1∼실시예 4)

비교실시예 1

폴리에틸렌과 폴리에스테르를 50 : 50의 중량비로 용융한 후, 이들을 280℃에서 초부에는 폴리에틸렌이 위치하고 심부에는 폴리에스테르가 위치하도록 복합방사하여 단사섬도가 5데니어인 심초형 복합섬유를 제조한 다음, 이들을 켄칭 쳄버로 냉각 및 고화하고, 이들을 압력이 2.0Kg/㎠인 압축 공기로 에어 이젝트에서 연신하고, 개섬장치로 분산시킨 다음 속도가 50m/분인 네트 콘베이어 상에 집적시켜 부직포 웹을 제조한다.

상기 부직포 웹을 123℃의 카렌더 롤로 압축한 후 니들펀칭 방식으로 교락하여 장섬유 부직포를 제조한다. 제조한 장섬유 부직포의 물성을 측정한 결과는 표 2와 같다.

< 표 2 > 물성측정 결과

본 발명은 고압 수류 분사 (워터펀칭) 방식 및 열융착 방식으로 부직포 웹내의 섬유들을 교락시키기 때문에 섬유 손상(절단)현상이 발생되지 않아 부직포의 품질 및 강력이 향상되고, 생산속도도 증가한다.

또한 본 발명은 심초형 복합 섬유를 사용하여 낮은 열처리 온도에서도 섬유 표면들을 쉽게 열융착할 수 있어서 부직포의 벌키성 및 강력이 향상된다. 또한 본 발명은 부직포의 최종 용도에 따라 복합 섬유의 심성분과 초성분의 폴리머를 적절하게 선택할 수 있다.

Claims (3)

1. 방사, 연신, 부직포 웹 형성, 압착 및 교락 공정으로 장섬유 부직포를 제조함에 있어서, 저융점 폴리머(A)가 초부(Sheath)에 위치하고 고융점 폴리머(B)가 심부 (Core)에 위치하는 복합 섬유를 사용하여 부직포 웹을 형성한 다음, 이를 고압 수류 분사 (워터펀칭) 방식으로 교락처리하고, 열융착 방식으로 부직포내 저융점 폴리머 (A) 상호간을 융착시킴을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조 방법.
2. 1항에 있어서, 복합방사시 저융점 폴리머(A) : 고융점 폴리머(B)의 중량비가 60 : 40∼10 : 90 인 것을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조 방법.
3. 1항에 있어서, 고압 수류 분사시에 워터노즐과 공급수 흡입장치로 구성된 워터펀칭 기구(10)를 사용함을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조 방법.