KR20020025564A

KR20020025564A - 수용성 부직포 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20020025564A
Application number: KR1020000057474A
Authority: KR
Inventors: 신재균
Original assignee: 신재균; (주)텍스테크
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-04
Also published as: US20020039868A1; WO2002027092A1; AU2001244760A1

Abstract

본 발명에 따른 수용성 부직포는 (a) 셀룰로오스계 섬유를 원료로 하여 제조된 부직포 또는 제품을 용매내에서 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 머세르화 반응(Mercerization)을 행하고, (b) 상기 머세르화 반응이 완료된 반응조에 모노클로로아세트산 용액을 가하여 에테르화 반응(Etherification)을 행하고, (c) 상기 에테르화 반응이 완료된 부직포 또는 제품을 pH가 6∼9가 되도록 염산용액으로 중화시키고, (d) 상기 중화반응이 완료된 부직포 또는 제품을 탈수 및 건조시키는 방법에 의하여 제조된다. (b)단계에서 사용되는 모노클로로아세트산의 양을 조절함으로써 수용성 부직포가 물에 용해되는 시간을 조절할 수 있다.

Description

수용성 부직포 및 그 제조방법{Water-Soluble Non-Woven Fabric and Method of Preparing the Same}

발명의 분야

본 발명은 수용성 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 부직포를 처리하여 물에 용해할 수 있게 만든 수용성 부직포에 관한 것이다. 본 발명은 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 부직포는 물론, 각종 원사, 직물, 편물, 쉬이트(sheet), 필름(film) 등을 처리하여 제조되는 수용성 제품 및 그 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경

부직포는 오늘날 매우 광범위하게 이용되고 있다. 예를 들어, 부직포는 비누와 같은 각종 상품의 내부 포장용지를 비롯하여, 란제리 등에 수를 놓기 위한 자수용 기포(基布), 비행기 좌석의 헤드 레스트(head rest)에 이르기까지 매우 광범위하게 이용되고 있다. 이제까지 다양하게 이용되어 오고 있는 부직포는 합성섬유 또는 천연섬유로 제조되고 있다. 그러나 합성섬유는 여러 가지 환경오염을 야기시키고 있으며 천연섬유도 물에 용해되지 않는 경우 환경오염을 일으키고 있는 실정이다.

천연섬유는 모두 셀룰로오스계 섬유로서, 이는 면이나 양모와 같이 순수한 천연섬유, 비스코스레이온과 같이 천연원료로부터 재생한 재생섬유, 기타 펄프 등으로 분류한다. 이들 천연섬유 또는 합성섬유로부터 제조된 부직포는 이제까지 거의 물에 녹지 않는 불용성이었다. 예를 들어, 비누 등과 같이 특정의 상품을 포장하기 위한 용지나 또는 비행기 좌석에 1회용으로 사용하는 헤드 레스트는 모두 불용성이다.

이러한 불용성 부직포는 폐기시 환경문제를 일으켜 왔다. 이들 부직포는 재활용하기가 어렵고, 매립하거나 소각하여야 하는데, 매립하거나 소각할 때 많은 환경오염을 일으키고 있는 실정이다. 따라서 물에 완전히 용해될 수 있는 수용성 부직포가 개발된다면, 그 처리시에 발생할 수 있는 환경오염 문제를 해결할 수 있을 것이다.

물론 수용성 부직포가 반드시 필요한 경우에는 여러 가지 별도의 방법에 의하여 그 부직포를 용해시켜 왔다. 수용성 부직포가 절대적으로 필요한 경우는 란제리 등에 자수를 하는 경우이다. 란제리 등에 자수를 하기 위해서는 일단 직물의 형태성을 유지하여야 하는데 그 형태성을 유지하기 위하여 부직포가 사용된다. 이 자수용 기포(基布)는 폴리비닐알콜 스테이플 단섬유(polyvinyl alcohol staple fiber)로 이루어진 부직포이다. 자수가 완료되면, 기포로 사용되었던 부직포는 제거되어야 한다. 현재는 이 자수용 기포를 제거하기 위하여 95 ℃ 이상의 고온욕에서 처리하고 있다. 자수용 기포를 제거하기 위하여 고온에서 처리해야 하기 때문에, 제품에 손상을 주기 쉽고, 제조원가가 높아지고, 고온에서 견딜 수 있는 원료만을 사용하여야 하는 결점이 있다. 만일 상온에서 수용성을 갖는 부직포가 개발된다면, 란제리 등의 자수제품들은 95 ℃ 이상의 고온욕에서 처리하는 공정을 생략할 수 있고, 따라서 제조원가를 절감할 수 있으며, 원료에 구애받지 않으며, 고온욕 처리시 발생할 수 있는 제품의 손상을 예방할 수 있을 것이다.

또한 상온에서 물에 완전히 용해할 수 있는 수용성 부직포가 개발된다면, 각종 제품의 포장용지에 그 용도를 확대할 수 있을 것이고, 농업용 멀취(mulch)에도 적용할 수 있으며, 붕대(gauze)의 원료로도 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 현재의 직물로 이루어진 붕대는 혈액과 응고되어 제거될 때 통증을 수반할 수 있는데, 이 붕대가 수용성을 갖는다면 물로 세척함으로써 편리하게 붕대를 제거할 수 있을 것이다. 또한 농업용 멀취로 사용하는 경우에는 수용기간을 연장함으로써 수용성 부직포를 사용할 수 있을 것이다. 현재는 농업용 멀취 필름을 생분해성 또는 광분해성 수지로 제조하여 작물을 재배한 후 미생물이나 태양 광선에 의해서 분해되도록 하는 연구가 진행되고 있다. 하지만, 아직도 대부분의 농가에서는 작물을 재배한 후 사용하였던 멀취 필름을 수거하여 폐기시키고 있는 실정이며, 이 경우에도 환경오염을 야기시키기는 마찬가지이다. 따라서 작물의 재배기간 동안(약 3개월정도)이 경과한 후 물에 용해될 수 있는 부직포를 개발한다면, 농업용 멀취 필름에도 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

미국특허 제5,041,252호에서는 수용성 수지 단섬유로 이루어진 부직포를 개시하고, 우리나라 특허출원공개 제1999-67946호에는 수분해성 부직포를 개시하고 있지만, 이들은 모두 본 발명에서 개시되는 수용성 부직포와는 제조과정 및 특성이 서로 다른 것이다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하여 상온에서 물에 완전히 녹을 수 있고, 또한 용도에 따라 용해기간을 조절할 수 있는 수용성 부직포를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 상온에서 물에 완전히 용해될 수 있는 수용성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물에 완전히 용해됨으로써 환경오염을 일으키지 않는 수용성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자수용 기포로 사용함으로써 자수제품의 제조원가를 절감할 수 있고, 원료에 구애받지 않으며, 고온욕 처리시에 발생할 수 있는 제품의 손상을 예방할 수 있는 수용성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각종 제품의 포장용지, 농업용 멀취 필름, 비행기 좌석의 1회용 헤드 레스트 등으로 사용될 수 있는 수용성 부직포를 제공하기 위한것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상온에서 물에 용해되는 용해시간을 조절할 수 있는 수용성 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상온에서 물에 용해되는 수용성 부직포를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상온에서 물에 용해되는 용해시간을 조절할 수 있는 수용성 부직포를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기의 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 수용성 부직포는 (a) 셀룰로오스계 섬유를 원료로 하여 제조된 부직포 또는 제품을 용매내에서 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 머세르화 반응(Mercerization)을 행하고, (b) 상기 머세르화 반응이 완료된 반응조에 모노클로로아세트산 용액을 가하여 에테르화 반응(Etherification)을 행하고, (c) 상기 에테르화 반응이 완료된 부직포 또는 제품을 pH가 6∼9가 되도록 염산용액으로 중화시키고, (d) 상기 중화반응이 완료된 부직포 또는 제품을 탈수 및 건조시키는 방법에 의하여 제조된다. (b)단계에서 사용되는 모노클로로아세트산의 양을 조절함으로써 수용성 부직포가 물에 용해되는 시간을 조절할 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

본 발명은 부직포를 처리하여 수용성 부직포를 제조하는 것이다. 본 발명에 따른 수용성을 부여하기 위해서는 부직포뿐만 아니라, 단섬유(fibre), 원사(yarn), 직물, 편물, 쉬이트, 필름 등도 가능하다. 본 명세서에서 특별히 정의한 것을 제외하고는 부직포는 상기와 같은 모든 종류의 제품을 포함하는 것으로 설명한다.

본 발명에서 수용성을 부여하기 위한 부직포는 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 것에 한정된다. 셀룰로오스계 섬유는 일반적으로 면, 마, 양모 등과 같은 천연섬유를 비롯하여, 비스코스 레이온과 같은 재생섬유, 그리고 펄프로 구분된다. 이러한 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 부직포는 모두 본 발명의 방법에 따라 수용성이 부여된다.

우선 셀룰로오스계 섬유를 원료로 하여 제조된 부직포를 용매내에서 수산화나트륨 수용액으로 처리한다. 일반적으로 셀룰로오스계 섬유를 수산화나트륨 수용액으로 처리하는 공정은 머세르화 반응(Mercerization)으로 잘 알려져 있다. 본 발명에서 사용되는 용매는 알콜류와 아세톤류가 있다. 알콜류로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, 이소프로필 알콜 등이 있으며, 아세톤류도 이 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 (a)단계에서의 머세르화 반응은 다음과 같은 방법에 의하여 진행한다. 밀폐된 반응조에 수산화나트륨 수용액과 용매를 넣고 그 반응조에 처리하고자 하는 부직포를 넣는다. 부직포 100 g에 대하여 고형분 분말상의 수산화나트륨 약 50∼80 g을 중량비로 수산화나트륨의 약 0.65∼2.3 배에 해당하는 물에 용해시켜 수산화나트륨 수용액을 제조하고, 용매는 약 600∼1000 ㎖의 양을 가한다. 밀폐반응조의 온도를 30∼60 ℃로 유지시키고 1∼4 시간동안 머세르화 반응을 진행한다.

(a)단계에서의 머세르화 반응이 완료되면, (b)단계의 에테르화 반응을 진행시킨다. 상기 밀폐반응조에 모노클로로아세트산 용액을 부가한다. 모노클로로아세트산 용액은 부직포 100 g을 기준으로 약 10∼120 g의 고형분의 모노클로로아세트산을 부피비로 2∼6 배의 용매에 용해시켜 준비한다. 상기 밀폐반응조에 모노클로로아세트산 용액을 부가한 후 반응조를 60∼90 ℃로 유지시켜 1∼3 시간동안 에테르화 반응을 진행시킨다. 고형분의 모노클로로아세트산은 100 g의 부직포에 대하여 약 10∼120 g의 범위내에서 사용되는데, 사용량이 많을수록 단시간내에 물에 용해되는 부직포를 제조할 수 있고, 사용량이 적을수록 물에 용해되는 용해시간이 긴 부직포를 제조할 수 있다. 예를 들어, 100 g의 부직포에 대하여 80∼120 g의 고형분의 모노클로로아세트산이 사용되면 용해시간을 2 시간 이내로 할 수 있고, 10∼40 g의 양이 사용되면 용해시간을 1∼3개월 정도로 연장할 수 있다. 자수용 기포나 붕대 등과 같이 단시간 내에 물에 용해시킬 필요가 있는 경우에는 고형분의 모노클로로아세트산의 사용량을 증가시켜 수용성 부직포를 제조하고, 농업용 멀취 필름과 같이 장시간의 용해시간을 필요로 하는 경우에는 그 사용량을 적게 하여 수용성 부직포를 제조한다.

상기 (b)단계에서의 에테르화 반응이 완료되면, 부직포를 중화반응(c)시킨다. 중화반응 단계(c)는 상기 밀폐반응조로부터 에테르화 반응이 완료된 부직포를 꺼내어 염산과 용매의 혼합액으로 중화시키는 방법과 밀폐반응조에 염산과 용매의혼합액을 부가시켜 중화시키는 방법이 있다. 중화반응 단계(c)에서는 용액의 pH가 6∼9의 범위가 되도록 처리한다. 부직포 100 g에 대하여, 염산 10∼40 ㎖와 용매 300∼500 ㎖를 혼합하여 혼합액을 준비한다.

상기 중화반응 단계(c)가 완료되면 부직포를 꺼내어 탈수시켜 건조시키는 단계(d)를 행하여 최종적으로 원하는 수용성 부직포를 제조한다. 이 단계에서 건조공정은 50∼150 ℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수용성 부직포는 셀룰로오스를 그 주성분으로 하고 물에 완전히 용해하기 때문에 환경오염을 일으키지 않는 환경 친화적인 수용성 부직포를 제조할 수 있으며, 용해기간을 조절함으로써 각각의 용도에 적합한 수용성 부직포를 제조할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하고 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것이 아니다.

실시예 1A-1D

면섬유로 제조된 부직포 100 g을 4 개의 반응조에 넣고 고형분 분말상의 수산화나트륨을 각각, 50, 60, 70 및 80 g을 넣고, 이들 각각에 대하여 1.5배에 해당하는 물 75, 90, 105 및 120 g을 각각 넣어 실시예 1A 내지 1D의 부직포를 제조하였다. 용매는 모두 800 ㎖ 메틸 알콜을 사용하였고, 반응조의 온도는 50 ℃로 유지하였고 머세르화 반응을 3시간 동안 진행시켰다.

상기 실시예 1A-1D의 밀폐반응조에 100 g의 고형분 모노클로로아세트산과 300 ㎖의 메틸 알콜을 부가시키고, 80 ℃의 온도에서 2시간 동안 에테르 반응을 진행시켰다.

상기 밀폐반응조에 30 ㎖의 염산과 메틸 알콜 400 ㎖를 가하여 중화반응시켰다. 상기 처리된 부직포를 꺼내서 탈수시키고 100 ℃에서 건조시켰다.

실시예 1A-1D에서 제조된 부직포를 물에 용해시킨 결과 용해시간은 1.5, 1.2, 0.5 및 0.2 시간으로 측정되었다.

실시예 2A-2D

면섬유로 제조된 부직포 100 g을 4 개의 반응조에 넣고 고형분 분말상의 수산화나트륨을 각각 70 g을 넣고, 이들 각각에 대하여 1.5배에 해당하는 물 105 g을 각각 넣었다. 용매는 모두 800 ㎖ 에틸 알콜을 사용하였고, 반응조의 온도는 50 ℃로 유지하였고 머세르화 반응을 3시간 동안 진행시켰다.

상기 4 개의 밀폐반응조에 각각 10, 50, 90 및 120 g의 고형분 모노클로로아세트산과 300 ㎖의 에틸 알콜을 부가시키고, 80 ℃의 온도에서 2시간 동안 에테르 반응을 진행시켰다.

상기 밀폐반응조에 30 ㎖의 염산과 에틸 알콜 400 ㎖를 가하여 중화반응시켰다. 상기 처리된 부직포를 꺼내서 탈수시키고 100 ℃에서 건조시켜 실시예 2A-2D의 부직포를 제조하였다.

실시예 2A-2D에서 제조된 부직포를 물에 용해시킨 결과 용해시간은 1개월 이상, 3일, 5시간 및 5분으로 측정되었다.

실시예 3A-3D

면섬유로 제조된 부직포 100 g을 4 개의 반응조에 넣고 고형분 분말상의 수산화나트륨을 각각 70 g을 넣고, 이들 각각에 대하여 1.5배에 해당하는 물 105 g을 각각 넣었다. 용매는 모두 800 ㎖ 메틸 케톤을 사용하였고, 반응조의 온도는 50 ℃로 유지하였고 머세르화 반응을 3시간 동안 진행시켰다.

상기 4 개의 밀폐반응조에 각각 100 g의 고형분 모노클로로아세트산과 300 ㎖의 메틸 케톤을 부가시키고, 80 ℃의 온도에서 2시간 동안 에테르 반응을 진행시켰다.

상기 밀폐반응조에 10, 20, 30 및 40 ㎖의 염산과 메틸 케톤 400 ㎖를 가하여 중화반응시켰다. 상기 처리된 부직포를 꺼내서 탈수시키고 100 ℃에서 건조시켜 실시예 3A-3D의 부직포를 제조하였다.

실시예 3A-3D에서 제조된 부직포를 물에 용해시킨 결과 용해시간은 1.3시간, 0.5시간, 5분 및 1분으로 측정되었다.

본 발명은 포장용지, 농업용 멀취 필름, 비행기 좌석의 1회용 헤드 레스트 등으로 사용될 수 있는 부직포로서 상온에서 물에 완전히 용해될 수 있고 용도에 따라 물에 용해되는 시간을 조절할 수 있는 수용성의 부직포를 제공하여 환경오염을 방지하고, 자수용 기포로 사용함으로써 자수제품의 제조원가를 절감할 수 있고, 원료에 구애받지 않으며, 고온욕으로 처리할 때 발생할 수 있는 제품의 손상을 예방할 수 있는 수용성 부직포를 제공하는 효과를 가진다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims

(a) 셀룰로오스계 섬유를 원료로 하여 제조된 부직포를 용매내에서 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 머세르화 반응(Mercerization)을 행하고;

(b) 상기 반응 후에 모노클로로아세트산 용액을 가하여 에테르화 반응(Etherification)을 행하고;

(c) 상기 에테르화 반응이 완료된 부직포를 pH가 6∼9가 되도록 염산용액으로 중화시키고; 그리고,

(d) 상기 중화반응이 완료된 부직포 또는 제품을 탈수 및 건조시키는;

단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스계 섬유를 원료로 하여 제조된 부직포는 단섬유(fibre), 원사(yarn), 직물, 편물, 쉬이트, 또는 필름인 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 용매는 알콜 또는 아세톤인 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 알콜은 메틸 알콜, 에틸 알콜, 및 이소프로필 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 머세르화 반응(a)은 부직포 100 g에 대하여 고형분 분말상의 수산화나트륨 약 50∼80 g을 중량비로 수산화나트륨의 약 0.65∼2.3 배에 해당하는 물에 용해시킨 수산화나트륨 수용액과 용매 약 600∼1000 ㎖내의 밀폐반응조에서 온도를 30∼60 ℃로 유지시키고 1∼4 시간동안 진행되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 에테르화 반응(b)은 부직포 100 g을 기준으로 약 10∼120 g의 고형분의 모노클로로아세트산을 부피비로 2∼6 배의 용매에 용해시킨 용액을 부가한 후 반응조를 60∼90 ℃로 유지시켜 1∼3 시간동안 진행되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 중화반응 단계(c)는 용액의 pH가 6∼9의 범위가 되도록, 부직포 100 g에 대하여 염산 10∼40 ㎖와 용매 300∼500 ㎖를 혼합한 혼합액을부가시키는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 중화반응 단계(c)는 상기 밀폐반응조로부터 에테르화 반응(b)이 완료된 부직포를 꺼내고, 그 부직포를 용액의 pH가 6∼9의 범위가 되도록, 부직포 100 g에 대하여 염산 10∼40 ㎖와 용매 300∼500 ㎖를 혼합한 혼합액을 부가시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 건조공정(d)은 50∼150 ℃의 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 고형분의 모노클로로아세트산이 부직포 100 g을 기준으로 10∼40 g의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 고형분의 모노클로로아세트산이 부직포 100 g을 기준으로 40∼80 g의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 고형분의 모노클로로아세트산이 부직포 100 g을 기준으로 80∼120 g의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포의 제조방법.
상기 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 수용성 부직포.
상기 제10항의 방법에 따라 제조되고 물에 용해되는 용해시간이 최소 1 개월 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 부직포.
상기 제11항의 방법에 따라 제조되고 물에 용해되는 용해시간이 최소 2 시간부터 최대 1 개월 이내인 것을 특징으로 하는 수용성 부직포.
상기 제12항의 방법에 따라 제조되고 물에 용해되는 용해시간이 최대 2 시간 이내인 것을 특징으로 하는 수용성 부직포.