KR20020001938A - 극세 스펀본드 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 또는 폴리아미드 성분의 극세 스펀본드 부직포를 제조할 때 매트릭스 폴리머에 제 2 성분을 첨가, 혼합시켜서 제조함을 특징으로 한다.

제 2 성분은 폴리메틸메타아크릴레이트나 그 유도체, 혹은 폴리스티렌이나 그 유도체이며, 매트릭스 폴리머 대비 0.5중량% ∼ 3.0중량% 함유 시킨것이다.

본 발명은 제 2 성분이 토출된 필라멘트의 연신성을 향상시키므로 연신장력이 저하되어서 스펀본드의 제조작업성이 우수하다.

또 본 발명은 기존의 제조장치를 활용할 수 있는 장점이 있다.

Description

극세 스펀본드 부직포의 제조방법{Manufacture of spunbonded nonwoven fabric composed of micro-denier filaments}

본 발명은 폴리에스테르 또는 폴리아미드 성분의 극세 스펀본드 부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 매트릭스 폴리머에 제 2 성분을 첨가, 혼합시켜서 토출된 필라멘트를 압축공기로 연신 시킬 때 낮은 연신장력으로 연신이 잘 되도록 하여서 촉감이 우수한 스펀본드 부직포를 작업성 좋게 높은 생산성으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 스펀본드 부직포는 제조기술이 발전함에 따라서 토목용을 비롯하여 일회용 생활용품, 농업용품 등에 수요가 급속하게 증가되고 있으며, 소비자의 생활수준 향상과 촉감을 중시하는 제품요구가 증대함에 따라 극세섬도의 필라멘트로 구성되는 스판본드의 개발과 안정된 생산을 통한 생산량 확대에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

일반적으로 스펀본드 부직포의 제조 공정은 방사구금을 통하여 압출된 폴리머가 냉각장치를 지나면서 냉각/고화된 후 연신 이젝터에서 필라멘트의 주행방향으로 유입되는 고속의 공기류와의 마찰작용에 의하여 연신되는 공정으로 이루어진다.

따라서 스펀본드의 연신작용은 통상적인 의류용 섬유에서 적용하고 있는 고뎃 롤러를 이용한 연신배율 조절 방식과는 다르게 고속으로 유입되는 공기와 필라멘트와의 사이에서 발생하는 마찰력에 의존하는 방식이기 때문에 극세 필라멘트 제조를 위해서는 토출량의 감소가 필연적으로 수반되기 때문에 생산량의 감소에 따른 제조원가 상승 등의 수익성 저하 문제 뿐만 아니라 토출량 감소로 인한 각 필라멘트의 토출 섬도 저하현상으로 인하여 연신시 필라멘트가 받는 장력때문에 사절 발생율이 증대하는 등 제조 작업성이 불량해지는 어려움이 있었다.

따라서 최근에는 생산량은 유지하면서도 극세 스펀본드의 제조가 가능하도록 하는 방법이 채용되고 있는바, 이 방법은 연신 이젝터에 유입되는 공기의 량이나 공기의 유입속도를 증대시켜서 필라멘트와의 마찰력을 증대시킴과 동시에 필라멘트의 주행속도를 상승시킴으로서 필라멘트가 고배율로 연신이 되도록 하여서 극세 스펀본드가 제조될 수 있도록 하는 방법이었다.

그러나 이와 같은 방법을 활용할 경우 각 필라멘트가 받는 큰 마찰력 때문에 연신장력이 증대되어서 사절발생이 급격하게 증가하므로 스펀본드의 제조작업성이 현저하게 저하하는 문제점이 따르게 될 뿐만 아니라, 소요되는 공기량이 급격하게 증대되므로 에너지의 소모가 현저하게 증가해서 비경제적이라는 문제점이 있었다.

최근 스펀본드 기계 제조 업체인 미국 에이선 엔지니어링사(ASON Engineering)에서는 상기 고배율 연신에 따른 작업성 저하 등의 문제점을 해결하는 방법으로 필라멘트의 연신을 통상적인 냉각/고화 이후가 아닌 방사구금 직하에서 토출 필라멘트가 완전 고화되기 이전에 실시함으로서 고배율 연신이 가능하도록 할뿐만 아니라 필라멘트가 받는 연신장력을 고화이전의 폴리머가 소화함으로서 사절발생을 극소화시키는 새로운 방법의 스펀본드 제조방법을 제시하고 있다.

이 방법은 기존의 스펀본드 제조방식이 지니고 있는 고배율 연신에 따른 작업성 저하 및 대량의 에너지 소요에 따른 문제를 해결할 수 있었지만, 필라멘트가 고화되기 이전에 연신 장력이 가해지므로 개개의 토출 필라멘트의 사이에 존재하는 미미한 온도편차에 의해서도 연신정도의 차이가 발생하기 때문에 최종 스펀본드 제품에서의 필라멘트 섬도가 매우 불균일하고 강도/신도 등의 편차가 매우 광범위하여서 고품질의 스펀본드를 제조할 수 없었다.

또한 이 방법은 기존의 스펀본드 제조 설비에는 적용할 수 없기 때문에 신규 설비의 구입 등에 따른 막대한 투자비의 부담과 아울러 별도로 설비 설치를 위한 공간마련 및 설치 공사가 필요하다는 단점을 지니고 있다.

본 발명은 기존의 스펀본드 제조설비를 활용하여 폴리에스테르 또는 폴리아미드 스펀본드 부직포를 제조함에 있어서, 공기류와의 마찰에 의한 연신이 낮은 마찰력 하에서도 수월하게 이루어지도록 함으로서, 필라멘트의 연신배율을 현저하게 증대시킬 수 있고, 또 연신장력을 현저하게 감소시킴으로서 사절발생이 거의 없고 안정된 방사성을 제공하는 고품질의 극세 스펀본드 부직포의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 스펀본드 부직포의 방사공정중 폴리에스테르 또는 폴리아미드의매트릭스 폴리머의 투입단계에서 제 2 성분 폴리머를 혼합 투입하여 제 2 성분 폴리머가 스펀본드를 구성하는 각 필라멘트 섬유의 내부에 균일하게 분산 상태로 존재되도록 함으로서, 제 2 성분 폴리머의 작용에 의해 낮은 마찰력에서도 연신이 가능하도록 하고 연신장력을 감소시킬 수 있도록 해서 고배율 연신이 가능하도록 하는 방법에 특징이 있는 것이다.

제 2 성분 폴리머는 매트릭스로 사용된 폴리에스테르 또는 폴리아미드 등의 폴리머 분자의 배향/결정화 억제효과를 가지고 있으므로 구금으로 부터 토출되어 냉각/고화 후에 이젝터에 유입되는 각 필라멘트가 높은 신도를 가지게 되어서 연신가능 배율이 높아지게 되며, 그 결과 고배율 연신이 가능하여 극세섬도의 고품질의 스펀본드 부직포를 제조할 수 있도록 해준다.

뿐만 아니라, 제 2 성분 폴리머는 각 필라멘트 내부에 균일하게 분산되어 있으면서 외부에서 가해지는 힘에 의하여 피브릴화 되는 즉 신장변형이 되면서 주변에 존재하는 매트릭스 폴리머 분자의 변형을 유도하는 작용을 가지기 때문에, 제 2 성분 폴리머가 혼합 투입된 각 필라멘트는 통상의 스펀본드 부직포를 제조하는 공정중의 연신용 공기류와의 마찰 작용에 의한 연신거동에 있어서 낮은 공기와의 마찰력에서도 연신이 수월하게 되기 때문에 전체 필라멘트의 연신장력이 현저하게 감소되어서 사절발생 요인이 극소화되고 작업안정성이 현저하게 향상된다.

본 발명에서 제 2 성분 폴리머의 특성 및 첨가량이 매우 중요하다.

우선 사용되는 제 2 성분 폴리머의 기본 특성으로는 통상의 폴리에스테르 혹은 폴리아미드 폴리머에 대하여 비상용성이어야 하고, 열변형 온도가 100 ∼ 110℃인 열적특성을 가지고 있어야 한다.

그 이유는 제 2 성분 폴리머가 매트릭스 폴리머 내부에 혼입될 경우 분자수준의 완전 혼련상태가 아닌 구(Sphere) 상으로 분산되어 있어야 하며, 또한 매트릭스 폴리머 보다 빨리 용융상태에서 고화되어 공기와의 마찰에 의해 발생하는 연신장력을 흡수 피브릴화 되면서 주위의 매트릭스 분자의 배향을 유도하여야 하기 때문이다.

또한 사용된 제 2 성분 폴리머는 비결정화 특성이 있어야 하는데, 그 이유는 필라멘트가 냉각/고화 및 연신공정중의 배향/결정화 단계에서 쉽게 변형됨으로서 주위의 매트릭스 폴리머의 배향 및 결정화를 지연시켜야 하기 때문이다.

따라서 본 발명에서 사용하는 제 2 성분 폴리머로는 통상의 폴리메틸메타아크릴레이트 또는 그 유도체나 폴리스티렌 또는 그 유도체가 적합하다.

한편 제 2 성분 폴리머의 투입량은 스펀본드 매트릭스 폴리머의 전체량에 대하여 0.5중량% 이상 3.0중량% 이하의 함량이 되도록 투입되는 것이 바람직하다.

만일 투입량이 0.5중량% 미만일 경우에는 연신장력의 저하정도 및 연신배율 향상 효과를 기대할 수 없으며, 투입량이 3%를 초과하게 되면 연신장력의 저하 및 연신배율 증대 효과는 우수하지만 제조된 스펀본드의 강력이 현저하게 저하되고 잔류신도가 높기 때문에 사용에 제한을 받게 되는 단점이 있다.

실시예 1 ∼ 5

고유점도(Ⅳ)가 0.64인 폴리에스테르 중합물을 매트릭스 폴리머로 사용하여 방사온도 285℃의 조건에서 통상의 스펀본드 부직포를 제조함에 있어서, 폴리에스테르 중합물을 공급하는 공정중에 제 2 성분 폴리머를 혼합 투입하였다.

이렇게 제 2 성분 폴리머가 혼합된 용융 폴리머는 방사구금을 통하여 필라멘트의 형태로 압출되면서 길이 100㎝의 냉각 고화영역을 지나면서 냉각된다.

이후 1.5㎏/㎠의 압축공기가 공급되는 연신영역을 통과하면서 연신이 일어나고 웹형성 영역을 지나면서 컨베이어 위에서 스펀본드 웹으로 형성된다.

형성된 웹은 연속적으로 엠보싱 롤러를 지나면서 열융착되어 최종 스펀본드 부직포로 제조된다.

이때 스펀본드의 단위중량은 50g/㎡이 되게 조절하였으며 컨베이어 벨트 속도는 150m/분으로 고정하였다.

이때 사용된 제 2 성분 폴리머의 종류 및 투입조건, 그리고 제조된 스펀본드의 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 1

고유점도(Ⅳ)가 0.64인 폴리에스테르 중합물을 매트릭스 폴리머로 사용하고 제 2 성분 폴리머를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였으며 그 결과를 표 2 에 나타내었다.

비교예 2 ∼ 5

제 2 성분으로 사용된 폴리머 및 투입조건을 변화 시킨 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.

< 표 1 > 실시예 1 ∼ 5

항목	단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
투 입폴리머	사용물질	--	PMMA	PMMA	PMMA	PMMA	PS
	열변형온도	℃	103	103	103	110	100
	투입량	중량%	0.5	1.0	3.0	3.0	3.0
제 조 작 업 성	---	◎	◎	◎	○	○
스펀본드특 성	강력	MD	㎏/5㎝	25.6	23.4	20.7	21.8	19.4
		CD		19.8	18.2	13.6	15.4	13.9
	신도	MD	%	24.2	23.9	28.4	26.2	28.9
		CD		28.9	27.1	33.1	30.9	32.8
	섬도	데니어	0.9∼1.4	0.8∼1.3	0.5∼1.2	0.6∼1.3	0.8∼1.5
	촉감	--	우수	우수	매우우수	매우우수	우수

* PMMA ; 폴리메틸메타 아크릴레이트.

* PS ; 폴리스티렌

< 표 2 > 비교예 1 ∼ 5

항목	단위	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
투 입폴리머	사용물질	--	---	PMMA	PMMA	PMMA	PMMA
	열변형온도	℃	---	115	103	103	97
	투입량	중량%	---	1.0	0.2	4.0	1.0
제 조 작 업 성	---	◎	◎	◎	×	◎
스펀본드특 성	강력	MD	㎏/5㎝	27.2	25.1	26.4	16.2	21.3
		CD		20.8	19.7	20.1	13.2	16.5
	신도	MD	%	23.2	24.2	24.8	35.3	27.2
		CD		28.1	28.8	29.1	42.1	33.4
	섬도	데니어	1.8∼3.3	1.4∼2.8	1.6∼2.2	0.5∼1.1	1.3∼2.4
	촉감	--	보통	보통	보통	매우우수	보통

< 평가방법 >

1. 제조작업성 ;· 24시간을 기준으로 사절발생이 없을 경우를 매우우수(◎)

· 사절발생이 1회 이하일 경우는 우수(○),

· 사절발생이 2회 이하일 경우는 보통(△),

· 사절발생이 2회를 초과할 경우는 불량(×) 으로 평가하 였다.

2. 부직포 물성 : 제조된 스펀본드 부직포를 가로 5㎝, 세로 20㎝로 하여 인장시험기를 사용하여 인장속도 10㎝/분의 속도로 인장시키면서 부직포의 강력/신도를 측정하였다.

3. 필라멘트 섬도 : 제조된 부직포의 전폭에 걸쳐서 랜덤방식으로 10개의 시료를 채취한 다음 현미경을 사용하여 각 필라멘트의 직경을 측정하여 섬도로 환산하였다.

4. 부직포 촉감 : 첨가제를 첨가하지 않은 스펀본드 부직포를 보통으로 하고, 각 조건별로 제조한 부직포의 촉감을 관능평가하여서 매우우수, 우수, 보통으로 평가하였다.

본 발명은 폴리에스테르나 폴리아미드 스펀본드 부직포를 제조함에 있어서, 첨가된 제 2 성분 폴리머에 의하여 토출, 냉각고화된 필라멘트가 낮은 마찰력하에서도 용이하게 연신되므로 연신장력이 감소되어서 스펀본드의 제조작업성을 향상시켜준다.

또 본 발명은 통상의 스펀본드 부직포의 제조장치를 활용해서 토출량을 감소시킴이 고품질의 극세섬도 스펀본드 부직포를 경제적으로 제조할 수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 폴리에스테르 또는 폴리아미드 스펀본드부직포를 제조함에 있어서, 폴리에스테르 또는 폴리아미드의 매트릭스 폴리머의 공급공정중에 폴리메타아크릴레이트, 폴리스티렌 또는 각각의 유도체에서 선택된 제 2 성분의 폴리머를 투입, 혼합시키는 것을 특징으로 하는 극세 스펀본드 부직포의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 2 성분의 폴리머 함량이 매트릭스폴리머 대비 0.5중량% ∼ 3.0중량%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 극세 스펀본드 부직포의 제조방법.