KR20070084119A - 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 이의 제조 방법 및기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법 - Google Patents

기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 이의 제조 방법 및기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법 Download PDF

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시게오 고구레
야이치 가토
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우베-니토 카세이 가부시키가이샤
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Abstract

가열 시에 소정의 기능, 예컨대 발수성이 효과적으로 발현될 수 있는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유. 상기 섬유는 그 표면에 오일제 및 기능 부가제 둘 모두 부착되어 있다. 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 가열하면, 오일의 섬유에의 침투로 인해 오일 부착량이 실질적으로 감소하면서 기능 부가제에 의해 보유된 기능이 발현된다.

Description

기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 이의 제조 방법 및 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법 {LATENTLY FUNCTIONAL POLYOLEFIN ARTICLE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND PROCESS FOR PRODUCING POLYOLEFIN ARTICLE WHOSE FUNCTION HAS ACTUALIZED}
본 발명은 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품 및 이의 제조 방법 및 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리올레핀계 섬유, 직물, 필름, 시트 등과 같은 폴리올레핀계 물품은 정전기적으로 전하를 띠기 쉬우므로 정전기에 의해 여러 문제들이 야기된다. 예컨대, 다중필라멘트 형태로 폴리올레핀계 섬유를 수득하고자 하는 경우에는 이의 권취 시에 권취 형태의 파괴를 방지하기 위해 정전 전하 발생을 억제할 필요가 있다. 촙트 스트랜드(chopped strand) 또는 스테이플 섬유 (staple fiber)의 경우에는, 카딩 (carding) 공정에서, 예컨대 부직포 제조 시에 정전 전하 발생을 억제하기 위해 섬유 표면에 친수성 계면활성제 또는 정전기 방지제를 함유한 오일제를 부착하여 섬유 표면을 개질화할 필요가 있다.
그러나 섬유 표면에 상기 오일제를 부착하여 임의의 다른 기능을 발현시키기는 어려우며, 그러한 목적을 위해서는 오일제 및 기능 부가제의 부착 비율을 최적 화하는 것만이 가능할 뿐이었다.
예컨대, 섬유에 발수성과 같은 기능을 부가하는 경우, 폴리올레핀계 섬유와 같은 섬유에 대하여 발수제 함유 표면 개질제가 섬유 표면에 부착되도록 발수 처리하는 것이 공지되어 있다 (예컨대, JP-A-7-216737 참조). 그러나 상기 표면 개질제가 부착된 섬유를 원료로 사용하여 카딩 공정에 의해 웹을 제조하고 그 웹을 가열 가공함으로써 부직포를 수득하고자 하는 경우, 가공 공정의 안정화로 인해, 섬유의 정전기 방지성 및 부직포의 기능으로서의 발수성이라는 상반된 성능을 만족스러운 정도로 섬유에 부가할 수 있는지는 아직까지 확실하지 않다.
그리하여 상기와 같은 기능 부가를 목적으로 하는 발수제를 정전기 방지제와 혼합함으로써 상반된 기능을 발현시키기 위해 혼합 비율을 최적화하고자 하는 연구가 수행되어 왔다 (예컨대, JP-A-10-46470 참조).
또한 이외에도 필름, 시트 및 직물 역시 그 권취 시의 유사한 불량 및 오물 및 이물의 부착과 같은 문제를 가진다.
이러한 배경 하에, 본 발명의 목적은 그 물품의 제조 및 가공 시에 필요한 정전기 발생 방지 특성이 발현되며 가열 처리에 의해 발수성 등과 같은 소정의 기능 또한 효과적으로 발현될 수 있는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 및 이의 제조 방법 및 이러한 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유로부터의 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명자들은 성실하게 연구를 수행한 결과, 가열에 의해 폴리올레핀계 물품에 잠입하는 성질이 있는 오일제가 기능 부가제와 함께 표면에 부착되어 있는 폴리올레핀계 물품이 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품으로서의 목적에 적합하며 상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품은 오일제 및 기능 부가제를 함유하는 혼합물을 폴리올레핀계 물품에 접촉시켜 상기 오일제 및 기능 부가제를 그 표면에 부착시키는 공정을 포함하는 방법에 의해 효율적으로 수득될 수 있음을 밝혀냈다.
또한 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품은 상기 방법에 의해 수득된 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 가열 처리 공정을 포함하는 방법에 의해 수득될 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명은 상기 연구 결과에 기초하여 완성되었다.
즉, 본 발명은 하기 (1) 내지 (15)를 포함한다.
(1) 표면에 오일제 및 기능 부가제가 부착되어 있는 폴리올레핀계 물품으로, 가열 처리됨으로써 상기 오일제의 물품에의 잠입에 의해 상기 오일제의 부착량이 실질적으로 감소하면서 상기 기능 부가제의 기능이 발현되는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(2) 상기 (1)에 있어서, 폴리올레핀계 섬유, 직물, 필름 및 시트로부터 선택되는 1 종 이상인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(3) 상기 (2)에 있어서, 폴리올레핀계 물품이 폴리올레핀계 섬유인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 오일제가 140 ℃에서의 가열 하에 실질적으로 휘발되지 않는 오일제이고, 오일제가 단독으로 부착되는 경우 오일제 부착량이 가열 처리 전에 0.2 내지 0.5 질량%일 때 140 ℃에서 5 초간 가열 처리함으로써 0.01 내지 0.2 질량%로 감소하여 하기 식 (I)로 표시되는 오일제 감소율이 60 % 이상이 되는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품:
오일제 부착량의 감소율 (%)
= [(A/B)/A] x 100 (I)
[식에서, A는 가열 처리 전에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)이고, B는 가열 처리 후에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)임].
(5) 상기 (4)에 있어서, 가열 처리 전의 오일제 부착량이 0.2 내지 0.5 질량%인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 오일제가 분자량이 400 내지 800인 폴리에틸렌 글리콜 및 탄소 원자가 10 내지 20 개인 지방산의 에스터를 주성분으로 함유하는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(7) 상기 (2) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 폴리올레핀계 섬유가 시스 (sheath) 성분으로 폴리에틸렌을, 코어 (core) 성분으로 폴리프로필렌을 사용한 시스-코어형 복합 섬유인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 기능 부가제가 발수제 및 발유제로부터 선택되는 1종 이상인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 가열 처리 전 오일제 부착량에 대한 기능 부가제 부착량의 비율이 0.3 내지 2.0인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
(10) 오일제 및 기능 부가제를 함유하는 혼합물을 폴리올레핀계 물품과 접촉시켜 상기 오일제 및 상기 기능 부가제를 상기 폴리올레핀계 물품의 표면에 부착시키는 공정을 포함하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 따른 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
(11) 상기 (10)에 따른 방법에 의해 수득된 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 가열 처리 공정을 포함하는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
(12) 상기 (11)에 있어서, 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품으로 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 제공하여 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 가공하는 공정을 포함하며 이때 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유가 가공 당시 및/또는 이후에 가열 처리되어 기능성 발현형 폴리올레핀계 섬유 물품을 수득하게 되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
(13) 상기 (12)에 있어서, 가열 처리가 폴리올레핀계 섬유 표면의 연화 개시 온도와 폴리올레핀계 섬유 표면의 열 분해 온도 사이의 온도에서 수행되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
(14) 상기 (13)에 있어서, 가열 처리가 100 내지 150 ℃의 온도에서 1 내지 10 초 동안 수행되는 기능성 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
(15) 상기 (12) 내지 (14) 중 어느 하나에 있어서, 수득된 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품이 발수성, 발유성 또는 발수·발유성 부직포인 기능성 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
본 발명에 따라, 물품의 제조 또는 가공 시에, 또는 가공 물품의 사용 이전 또는 사용 시에 필수적인 정전기 방지 특성이 발현될 뿐만 아니라 가열 처리의 의해 발수성과 같은 소기의 기능이 효과적으로 발현될 수 있는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 상기 폴리올레핀계 물품의 효율적인 제조 방법 및 발수성 부직포와 같은 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유로부터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 분자량 600의 폴리에틸렌 글리콜 및 올레산의 모노에스터의 열중량 분석 (TGA) 결과를 나타낸 1례의 그래프이다.
[발명의 바람직한 구현예]
본 발명의 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품은 이의 표면에 오일제 및 기능 부가제가 부착되어 있으며 가열 처리되는 경우 오일제의 물품에의 잠입에 의해 상기 오일제의 부착량이 실질적으로 감소하면서 상기 기능 부가제의 기능이 발현되는 성질이 있는 폴리올레핀계 물품이다.
상기 "오일제의 물품에의 잠입"이란 오일제가 물품 내로 팽윤 또는 침투하여 후술될 용매 추출에 의해 추출되지 않는 상태가 되는 것을 의미한다.
상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 형태는 특별히 한정되지 않는바, 그 예에는 섬유, 직물, 필름, 시트, 판형 물품, 막대형 물품 및 기타 구조물이 포함된다. 나아가, 상기 형태에는 상기 물품들 중 임의의 하나가 그 표면으로 배치되어 있는 조립 물품 또한 포함된다. 이러한 물품들 중, 기능성 잠재형 폴리 올레핀계 물품은 바람직하게는 섬유, 직물, 필름 또는 시트와 같이 권취가 필요한 생산 형태의 물품으로서 또는 가공된 물품으로서 사용된다.
상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품에 사용하기 위한 폴리올레핀계 수지는 특별히 한정되지 않는바, 그 예에는 폴리에틸렌계 수지 (고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 (EVA) 등), 폴리프로필렌계 수지, 폴리옥시메틸렌계 수지 등이 포함된다. 아울러, 필요에 따라 공지의 여러 첨가제들을 첨가할 수 있다.
폴리올레핀계 섬유는 이를 부직포와 같은 섬유 가공품으로 가공하는 작업의 관점에서 바람직하게는 열 점착성이 있는 폴리올레핀계 섬유이다. 특히 폴리올레핀계 섬유에는, 예컨대 저용융점 성분으로 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 (EVA), 폴리프로필렌 또는 폴리옥시메틸렌을, 고용융점 성분으로 폴리프로필렌, 폴리에스터 (PET, PBT, PPT) 또는 폴리아마이드 (나일론 6, 나일론 66)을 사용한 시스-코어형 또는 사이드-바이-사이드형 복합 섬유가 포함된다. 아울러, 열 점착성이 있기만 하다면 단일 성분 섬유 또한 사용될 수 있다. 이들 중에서는, 저용융점 성분 (시스 성분)으로 폴리에틸렌, 특히 고밀도 폴리에틸렌을 사용하고 고용융점 성분 (코어 성분)으로 폴리프로필렌을 사용한 시스-코어형 섬유가 가장 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 섬유의 표면에 부착되도록 하는 오일제는 임의의 오일제 일 수 있으며 이는 정전기 발생 방지성 및 가열 처리에 의한 섬유 잠입성이 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 오일제는 바람직하게는 분자량 400 내지 800인 폴리에틸렌 글리콜 및 탄소 원자가 10 내지 20 개인 지방산의 에스터를 주성분으로 함유한다. 상기 에스터의 폴리에틸렌 글리콜 성분의 분자량이 400 미만인 경우, 오일제가 물에 용이하게 용해되지 않아 사용상의 문제가 발생할 수 있다. 그 분자량이 800 초과인 경우, 상기 오일제는 바람직하지 않게 절연 저항이 높고 예컨대 카딩 공정에서 정전기 발생 문제를 일으키기 쉽다. 상기 에스터의 지방산 성분은 본 발명의 효과를 고려할 때 바람직하게는 총 탄소 수가 10 내지 20의 범위인 지방산이고, 이러한 지방산은 포화 또는 불포화될 수 있고, 선형 또는 분지형일 수 있다. 상기 지방산의 예에는 데칸산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아이소스테아르산 및 올레산이 포함된다. 아울러, 에스터의 형태는 다이에스터 및 모노에스터 중 임의의 하나일 수 있는데, 본 발명의 효과를 고려할 때 모노에스터가 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스터 중 하나를 함유하는 오일제가 사용될 수 있거나 그들 중 둘 이상을 함유하는 오일제가 사용될 수 있다. 다르게는, 오일제는 본 발명의 효과가 저해되지 않는 한 상기 폴리에틸렌 글리콜 지방산 이외에 다른 공지의 오일제를 함유할 수도 있다.
상기 폴리올레핀계 섬유 표면에 상기 오일제와 함께 부착되는 기능 부가제는 특별히 한정되지 않으며, 그 예에는 발수제, 발유제, 방취제, 난연제 또는 미립자 부가제가 포함된다.
상기 발수제는 특별히 한정되지 않으며, 플루오린 함유 화합물, 실리콘 화합물 및 탄화수소 화합물과 같이 널리 공지되어 있는 발수제들로부터 선택될 수 있고, 그 효과를 고려할 때 플루오린 함유 화합물이 바람직하다.
상기 플루오린 함유 발수제로는, 예컨대 퍼플루오로알킬 함유 화합물이 사용될 수 있다. 상기 화합물은 퍼플루오로알킬 함유 에틸렌성 불포화 단량체와 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합체를 의미하며 높은 발수성의 성능을 가진다. 퍼플루오로알킬 함유 에틸렌성 불포화 단량체의 예에는 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 및 퍼플루오로알킬 메타크릴레이트가 포함된다. 또한 에틸렌성 불포화 단량체의 예에는 각각 긴 사슬의 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트가 포함된다.
상기 퍼플루오로알킬 함유 에틸렌성 불포화 단량체 및 상기 에틸렌성 불포화 단량체를 70:30 내지 30:70의 질량비로 계면활성제의 존재 하에 수중 유화하여 유기 과산화물 등의 촉매의 존재 하에 공중합함으로써 소기의 공중합체를 비교적 용이하게 수득할 수 있다.
아울러, 플루오린 함유 발수제 또한, 예컨대 N-(n-프로필)-N-(β(메트)아크릴옥시에틸)퍼플루오로옥틸산아마이드 또는 퍼플루오로알킬 함유 우레탄 올리고머로부터 선택될 수 있다.
일부 발수제는 발수성뿐만 아니라 발유성도 지니며, 그 예에는 플루오린 카바이드 사슬을 가지는 플루오린 화합물이 포함된다.
발유성 또한 함께 지니는 발수제의 시판 제품으로는 상품명 "Fluoro Surf" (Fluoro Technology Corporation 공급), "ZIRCOSET" (Shichifuku Chemical Co., Ltd. 공급), "Water Guard" (Two-M Chemical Co., Ltd. 공급), "NK Guard NDK-7E" (NICCA CHEMICAL CO., LTD 공급) 등과 같은 제품이 포함된다.
발유제에는 "SANREPEL" (SANYO KAKO CO., LTD. 공급)과 같은 실리콘 함유 발유제가 포함된다.
방취제에는 철 화합물, 은 화합물, 구리 화합물, 각종 폴리페놀 혼합물을 함유하는 식물 추출물, 상기 식물 추출물과 페놀옥시다아제의 조합물 등이 포함된다. 이의 구체적인 예에는 바람직하게는 철 이온, 철 (II) 킬레이트, 은 이온, 구리 프탈로시아닌, 철 프탈로시아닌 등이 포함된다.
난연제에는 비할로겐계 난연제 및 브로민 함유 화합물이 포함되며, 구체적으로는 방향족 브로민 화합물, 지환족 브로민 화합물, 지방족 브로민 화합물 및 무기 금속 하이드록사이드, 무기 금속 옥사이드, 무기 금속 카보네이트, 붕소 함유 화합물, 황 함유 화합물, 인산 에스터 함유 화합물, 폴리인산암모늄 함유 화합물, (아이소)시아누르산 유도 화합물, 시안아마이드 화합물, 요소 화합물 등을 함유하는 화학물이 포함된다.
미립자 부가제는 기능성을 부가하거나 섬유 표면에 미시적인 골 (valley) 및 언덕 (hill)을 부가하는 것을 목적으로 하며, 상기 섬유 입자에는 항균성 미립자, 광촉매 미립자, 흡착성 다공질 미립자, 탈크 미립자, 실리카 미립자 등이 포함된다. 항균성 미립자로는 공지의 항균성 화합물의 미립자뿐만 아니라 은 이온과 같이 공지의 항균제를 지지하는 미립자 또한 사용될 수 있다. 광촉매 미립자로 는 공지의 티타늄 옥사이드가 사용될 수 있으며, 이외에도 실리카와 같은 비활성 화합물의 다공성 코팅이 형성되어 있는 미립자 또한 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상기 기능 부가제는 단독으로 사용될 수도 있고, 둘 이상이 조합되어 사용될 수도 있다. 본 발명의 취지의 관점에서, 공존하는 오일제의 양이 감소함에 따라 그 기능이 효과적으로 발현되는 기능 부가제가 바람직하다. 이러한 기능 부가제로는, 예컨대 발수제가 사용될 수 있다.
본 발명의 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품에서는, 표면에 부착된 오일제가 가열 처리 하에 물품에 잠입함으로써 그 부착량이 실질적으로 감소하면서 상기 오일제와 함께 부착된 기능 부가제의 기능이 효과적으로 발현된다.
오일제의 부착량이 상기한 바와 같이 실질적으로 감소한다는 것은 후술될 식 (I)으로 계산되는 오일제의 감소율이 10 % 이상임을 의미하는 것이다.
본 발명의 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품이 폴리올레핀계 섬유인 경우, 폴리올레핀계 섬유 표면에 부착되어 있는 오일제는 바람직하게는 주성분으로 분자량이 400 내지 800인 폴리에틸렌 글리콜과 탄소 원자가 10 내지 20 개인 지방산의 에스터를 함유하는 상기 오일제이다. 상기 오일제는 단독으로 사용될 수도 있고 둘 이상의 에스터가 조합되어 사용될 수도 있다.
오일제는 140 ℃에서의 가열 하에 실질적으로 휘발되지 않는 오일제로서, 오일제만이 단독 부착된 경우, 상기 오일제는 오일제의 부착량이 가열 처리 전에 0.2 내지 0.5 질량%일 때 140 ℃에서 5 초 동안의 가열 처리에 의해 0.01 내지 0.2 질량%로 감소하여 하기 식 (I)로 표시되는 오일제의 감소율이 바람직하게는 60 % 이 상, 특히 바람직하게는 80 % 이상이 되도록 한다:
오일제 부착량의 감소율 (%)
= [(A/B)/A] x 100 (I)
[식에서, A는 가열 처리 전에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)이고, B는 가열 처리 후에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)임].
폴리올레핀계 섬유에 대한 가열 처리 전의 오일제 부착량은 바람직하게는 0.2 내지 0.5 질량%이다. 가열 처리 전의 상기 오일제 부착량이 0.2 질량% 이상인 경우, 예컨대 카딩 공정에서 정전기 발생에 의한 문제가 거의 야기되지 않는다. 0.5 질량% 이하인 경우에는, 상기 오일제 부착량이 가열 처리에 의한 오일제의 물품에의 잠입에 의해 감소하여 가열 처리 후에 소정의 범위 내에 속하도록 할 수 있다. 가열 처리 전의 오일제 부착량은 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.35 질량%의 범위로 결정된다.
또한 가열 처리 후의 오일제 부착량이 0.01 내지 0.2 질량%의 범위인 경우, 공존하는 기능 부가제의 기능이 효과적으로 발현될 수 있고 오일제의 섬유에의 잠입에 필요한 열 에너지를 줄일 수 있다. 기능 부가제의 기능의 효과적인 발현과 열 에너지 간의 균형을 고려할 때, 가열 처리 후의 오일제 부착량은 바람직하게는 0.02 내지 0.1 질량%의 범위로 결정된다.
상기 가열 처리 전의 오일제 부착량 및 가열 처리 후의 오일제 부착량은 하기 방법에 의해 측정되는 값이다.
즉, 고속 잔사유 추출 장치 ("R-II형", Tokai Keiki K.K. 공급)를 이용하 여, 샘플 2 g에 대해 에틸알콜 및 메틸알콜을 2:1의 질량 혼합비로 함유하는 용매 10 ml로 실온에서 약 15분 주기로 부착 오일제의 추출을 2회 수행한 다음, 추출된 오일제의 양을 측정한다. 이어서 하기 식 (II)에 기초하여 오일제 부착량을 구한다:
오일제 부착량 (질량%) = [오일제 추출량 (g)/샘플 질량 (g)] x 100 (II)
또한 오일제 부착량의 감소율은 상기 식 (I)에 기초하여 상기와 같이 구한, 가열 처리 전후에 수득된 오일제 부착량으로부터 계산된다.
가열 처리 전후에 상기 오일제와 함께 폴리올레핀계 섬유 표면에 부착되어 있는 기능 부가제의 양은, 상기 오일제 부착량 측정과 동일한 방식으로 샘플에 대하여 오일제 추출과 별도로 또는 동시에 용매를 이용한 기능 부가제 추출을 수행함으로써 측정된다. 이러한 경우, 용매 및 조건은 상기 기능 부가제의 종류에 따라 달라지므로 섬유를 용해시키지 않으며 기능 부가제와의 상용성이 높은 용매를 적절히 선택할 필요가 있다. 예컨대, 발수제의 경우 벤젠/메탄올 질량 혼합비가 1:1인 혼합 용매가 사용될 수 있다.
오일제와 기능 부가제가 개별적으로 추출될 수 있는 경우, 이들을 개별 추출한 다음 상기 식 (II)에 기초하여 그 부착량을 구한다 (방법 A). 오일제와 기능 부가제가 동시 추출됨에 따라 개별적으로 추출될 수 없는 경우, 동일 조건 하에 오일제만을 부착한 때에 수득된 가열 처리 전후의 오일제 부착량의 산출 결과를 사용하여 기능 부가제가 없는 경우와 같이 오일제가 섬유에 잠입한다고 가정함으로써 기능 부가제의 부착량을 구한다 (방법 B). 이러한 경우 바람직하게는, 가열 처 리 후의 기능성 향상을 확인하기 위해 섬유에 잠입하지 않는 오일제의 경우와 비교하는 것이 바람직하다.
기능 부가제의 부착량은 부가제의 종류 및 필요한 기능 정도에 따라 달라지므로 균일하게 결정할 수 없다. 기능 부가제가 발수제인 경우, 그리고 일반적인 발수성 또는 활수성 (滑水性)을 부가하는 데 사용되는 경우, 폴리올레핀계 섬유를 기준으로 한 이의 부착량은 효과와 경제적 성능 간의 조화를 고려할 때 바람직하게는 0.1 내지 0.5 질량%, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.3 질량%이다.
또한 가열 처리 이전의 오일제의 양에 대한 발수제의 양의 비율은 바람직하게는 0.3 내지 2.0의 범위이다.
본 발명의 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법은 임의의 방법일 수 있고 오일제 및 기능 부가제가 폴리올레핀계 섬유 표면에 부착되도록 할 수 있는 한 특별히 한정되지 않으므로 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 후술될 본 발명의 방법에 의해 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 방법은 오일제 및 기능 부가제를 함유하는 혼합액 (이하, 때로는 "표면 처리액"으로 언급됨)을 폴리올레핀계 물품과 접촉시켜 상기 오일제 및 기능 부가제가 폴리올레핀계 물품의 표면에 부착되도록 하는 공정을 포함한다.
폴리올레핀계 물품이 폴리올레핀계 섬유인 경우, 표면 처리액을 폴리올레핀계 섬유에 접촉시키는 방법으로는 일반적으로 표면 처리액을 폴리올레핀계 섬유에 도포하는 방법이 사용된다. 상기 도포는 방사 공정 또는 연신 공정과 같은 임의의 단계에서 수행될 수 있다. 또한 도포 방법에는 표면처리액 내에 폴리올레 핀계 섬유를 침지시키는 딥(dip) 코팅법 (침지법), 폴리올레핀계 섬유에 표면처리제를 분사하는 스프레이 코팅법, 브러시 또는 롤 코터 (roll coater)를 이용하여 폴리올레핀계 섬유에 표면 처리제를 도포하는 방법, 퍼티 (putty) 건조법 등이 포함된다. 작업성을 고려할 때, 이들 중에서 딥 코팅법이 바람직하다.
본 발명에 의해 제공되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법은 상기 방법에 의해 수득되는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 가열 처리 공정을 포함한다.
기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품으로 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유가 사용되는 경우, 본 발명에 의해 제공되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법은 상기 폴리올레핀계 섬유의 가공 공정을 포함하며, 폴리올레핀계 섬유는 가공 시에 및/또는 가공 이후에 가열 처리됨으로써 폴리올레핀계 섬유에 부착된 오일제가 섬유에 잠입하도록 하여 섬유 표면상의 오일제 부착량을 감소시킨다. 상기 가열 처리는 바람직하게는 폴리올레핀계 섬유 표면의 연화 개시 온도와 폴리올레핀계 섬유 표면의 열분해 온도 사이의 온도에서, 더욱 바람직하게는 100 ℃와 150 ℃사이의 온도에서 1 내지 10 초 동안 수행된다.
본 발명에 의해 제공되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법은 발수성, 발유성 또는 발수·발유성 부직포의 제조에 특히 바람직하다.
부직포는 상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 카딩기에 통과시키고, 오일제 및 발수제 또는 발유제를 폴리올레핀계 섬유에 부착시킨 다음, 폴리올레핀계 섬유를, 예컨대 열풍 융착 (hot air fusing) 또는 열 롤러 융착 (엠보싱 롤러 융착 포함)과 같은 가열 융착법에 의해 가열 처리함으로써 바람직하게 형성되는데, 이는 융착과 동시에 섬유 상의 오일제 부착량을 감소시킬 수 있기 때문이다. 다르게는, 니들 펀칭 (niddle punching)과 같은 비가열 방법에 따른 부직포 형성에서는 그 이후에 가열 처리를 수행함으로써 가열 융착과 같이 섬유 표면상의 오일제 부착량을 감소시킬 수 있다.
상기의 부직포 형성에 사용되는 상기 폴리올레핀계 섬유의 섬도 (纖度)는 특별히 한정되지 않으나, 열융착 부직포의 용도를 고려할 때 폴리올레핀계 섬유의 섬도는 바람직하게는 약 1.0 내지 20.0 dTex이다.
본 발명은 아래 실시예를 통하여 보다 상세히 설명될 것이나, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되어서는 안된다.
실시예에서의 여러 특성 값은 하기 방법들에 따라 구하였다:
(1) 오일제의 부착량
본 명세서 내의 상기 식 (II)를 사용한 방법에 따라 측정하였다.
(2) 발수제의 부착량
본 명세서 내의 상기 방법 B에 따라 측정하였다. 용매로는 벤젠/메틸알콜 혼합 질량비가 1/1인 용매를 사용하였다.
(3) 발수제
(a) 내수압
JIS L 1092 "섬유 제품의 방수성 시험 방법"의 6.1 "내수도 시험 (정압법)" 에 따라 측정하였다. 측정 결과는, 내수압이 높을수록 발수성이 증가함을 의미한다.
(b) 활수성
20 ℃ 및 60 %RH의 대기 하에, 평량 (basis weight)이 30 g/m2인 열풍 융착 부직포 상에 200 μL의 수적을 정치시킨다. 18 °/분의 속도로 부직포를 기울여 수적이 굴러 내리기 시작할 때의 경사각을 활수 개시각으로 구한다. 측정 결과, 그 각이 작을수록 활수성이 증가하는 것으로 나타났다.
(4) 발유성
평량이 20 g/m2인 열풍 융착 부직포에 대하여 AATCC118-1992의 방법에 따라 측정하였다.
(5) 카드 통과성
시험용 원(原)섬유를 20 ℃ 및 70 %RH의 대기 하에 샘플 롤러 카드를 통과시켜, 웹이 배출될 때의 정전기 발생 정도를 시각적으로 관찰한다.
실시예 1
(1) 폴리에틸렌 글리콜 올레산 모노에스터의 열중량 분석
분자량 600의 폴리에틸렌 글리콜과 올레산의 모노에스터에 대하여 아래 제시된 바와 같이 열중량 분석을 수행하였다.
시료를 20 ℃/분의 속도로 승온하여 135 ℃에서 120 분 동안 유지한 다음 TAG (열중량 분석)에 의해 잔존량을 측정하였다. 그 결과는 도 1에 제시되어 있다.
도 1에서 명백히 알 수 있듯, 상기 폴리에틸렌 글리콜 올레산 모노에스터는 135 ℃의 온도에서 휘발 또는 열분해를 거의 일으키지 않는 것으로 보인다.
(2) 열접착 섬유의 제조
시스 성분으로 고밀도 폴리에틸렌 (상품명: 120 YK, Idemitsu Kosan Co., Ltd. 공급), 코어 성분으로 폴리프로필렌 (상품명: Y2005GP, Idemitsu Kosan Co., Ltd. 공급)을 함유하는 시스-코어형 복합 섬유를 통상의 방법에 따라 용융방사한 다음 연신 처리하였다. 이어서 권축 수가 6/cm가 되도록 스터핑 박스 (stuffing box)로 섬유를 권축한 다음, 분자량 600의 폴리에틸렌 글리콜과 올레산의 모노에스터인 오일제 및 플루오린 수지 함유 발수제 (상품명: K GUARD NDN-7E, NIKKA CHEMICAL CO., LTD. 공급)를 오일제 부착량이 0.35 질량%이고 발수제 부착량이 0.30 질량%가 되도록 섬유에 부착시켰다. 섬유를 가열 건조한 후 절단하여 섬도가 2.2 dTEX이고 길이가 51 mm인 PE/PP계 열접착 섬유를 수득하였다.
덧붙이건대, 오일제 및 발수제는 그 혼합물에 섬유를 침지하는 디핑법을 사용함으로써 섬유에 부착되도록 하였다.
(3) 부직포의 가공
상기 수득된 단섬유를 카딩기로 펴서 웹을 형성한 다음, 상기 웹을 140 ℃에서 5 분 동안 열풍 융착기에 통과시켜 에어 스루 부직포를 수득하였다.
(4) 평가
가열 처리 전후의 섬유 표면상의 오일제 및 발수제 부착량, 카딩 시의 정전 기, 발수성 (내수압, 활수 개시각) 및 발유성은 표 1에 제시되어 있다.
상기 수득된 원섬유는 카딩기 통과성이 우수하고 정전기 발생이 없었으며, 웹의 직조도 양호하였다. 또한 이는 내수압이 59 mm로 발수성이 충분하였으며, 활수 개시각이 9.9 °로 활수성이 우수하였다.
수득된 부직포에 대하여 AATCC118-1992의 방법에 따라 발유성을 평가한 결과 7.5 (급)으로 나타남으로써 상기 부직포는 또한 발수성과 더불어 발유성도 지닌 것으로 확인되었다.
실시예 2 및 3
가열 처리 전의 오일제 및 발수제 부착량을 표 1에 제시된 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1을 반복하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
실시예 2에서, 상기 수득된 섬유는 카딩기 통과성이 우수하고 정전기 발생이 없었다. 또한 웹은 내수압이 67 mm로 발수 부직포로서 충분한 기능을 지니고 있었다. 활수 개시각은 8.5 °로 활수성이 우수하였다.
실시예 3에서, 상기 수득된 섬유는 카딩기 통과성이 우수하고 정전기 발생이 없었다. 또한 웹은 내수압이 52 mm로 충분한 발수성을 지니고 있었다. 활수 개시각은 10.5 °로 활수성이 우수하였다.
실시예 4
분자량이 400인 폴리에틸렌 글리콜과 라우르산의 모노에스터를 오일제로 사용하고 가열 처리 전의 섬유 표면상의 오일제 및 발수제 부착량을 표 1에 제시된 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1을 반복하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
상기 수득된 섬유는 카딩기 통과성이 우수하고 정전기 발생이 없었다. 또한 웹은 내수압이 60 mm로 발수 부직포로서 충분한 기능을 지니고 있었다. 활수 개시각은 9.8°로 활수성이 우수하였다.
비교예 1 - 3
오일제를 알킬 사슬의 탄소 원자가 8개인 알킬인산칼륨염 (친수성 오일제)으로 변경하고 가열 처리 전의 섬유 표면 상의 오일제 및 발수제 부착량을 표 1에 제시된 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1을 반복하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
비교예 1 내지 3 모두에서, 웹은 내수압이 낮아 발수 부직포로서 충분치 않았다. 또한 이들은 활수 개시각이 커서 활수성이 좋지 못하였다.
비교예 4 - 6
오일제를 알킬 사슬의 탄소 원자가 16 개인 알킬인산칼륨염 (발수성 오일제)으로 변경하고 가열 처리 전의 섬유 표면 상의 오일제 및 발수제 부착량을 표 1에 제시된 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1을 반복하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
비교예 4에서는, 웹은 내수압이 61 mm로 발수 부직포로서 충분하였다. 그러나 활수 개시각은 11 °로 실시예 1 내지 4에 비해 컸다.
비교예 5에서는, 정전기 발생으로 인해 부직포의 제조가 불가능하였다.
비교예 6에서는, 웹의 내수압은 67 mm로 높았으나 활수각은 14.6 °로 활수 성이 좋지 못하였다.
비교예 7
오일제의 사용 없이 0.3 질량%의 발수제만을 섬유 표면에 부착시킨 것 외에는 실시예 1을 반복 실시하였다. 그러나 카딩 공정에서의 섬유의 심각한 정전기 발생으로 인해 부직포를 제조할 수 없었다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
Figure 112007034443379-PCT00001
실시예 5
통상의 방법에 따른 T-다이 용융압출법에 의해 폴리에틸렌 펠릿 (HI-ZEX, Prime Polymer Co., Ltd. 공급)을 압출하여 두께가 0.05 mm인 필름을 수득한 다음, 권취 공정 전에 분자량 600의 폴리에틸렌 글리콜과 올레산의 모노에스터로부터의 오일제 및 플루오린 수지 함유 발수제 (상품명: NK GUARD NDN-7E, NIKKA CEHIMICAL CO., LTD. 공급)를 그 부착량이 각각 0.1 질량% 및 0.1 질량%이 되도록 부착시켰다. 필름을 건조시킨 후 권취하였다. 상기 수득된 폴리에틸렌 필름은 용이하게 권취할 수 있었다.
또한 수득된 필름의 분진 부착 상태를 시각적으로 관찰한 결과, 분진은 거의 부착되어 있지 않았다. 필름을 140 ℃에서 5 초 동안 가열 처리한 다음 활수개시각을 측정한 결과 9.2 °로 나타났다.
본 발명에 따르면, 물품의 생산 및 가공 시에 또는 가공품의 사용 전 및 사용 시에 필요한 정전기 발생 방지성이 발현되며 또한 가열 처리에 의해 발수성 등과 같은 소정의 기능이 효과적으로 발현될 수 있는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 상기 폴리올레핀계 물품의 제조 방법, 및 발수성 부직포와 같은 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 상기 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유로부터의 제조 방법이 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 표면에 오일제 및 기능 부가제가 부착되어 있는 폴리올레핀계 물품으로, 가열 처리됨으로써 상기 오일제의 물품에의 잠입에 의해 상기 오일제의 부착량이 실질적으로 감소하면서 상기 기능 부가제의 기능이 발현되는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  2. 제 1 항에 있어서, 폴리올레핀계 섬유, 직물, 필름 및 시트로부터 선택되는 1종 이상인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  3. 제 2 항에 있어서, 폴리올레핀계 물품이 폴리올레핀계 섬유인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 오일제가 140 ℃에서의 가열 하에 실질적으로 휘발되지 않는 오일제이고, 오일제가 단독으로 부착되는 경우 오일제 부착량이 가열 처리 전에 0.2 내지 0.5 질량%일 때 140 ℃에서 5 초간 가열 처리함으로써 0.01 내지 0.2 질량%로 감소하여 하기 식 (I)로 표시되는 오일제 감소율이 60 % 이상이 되는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품:
    오일제 부착량의 감소율 (%)
    = [(A/B)/A] x 100 (I)
    [식에서, A는 가열 처리 전에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)이고, B는 가열 처리 후에 물품에 부착되어 있는 오일제의 부착량 (질량%)임].
  5. 제 4 항에 있어서, 가열 처리 전의 오일제 부착량이 0.2 내지 0.5 질량%인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 오일제가 분자량이 400 내지 800인 폴리에틸렌 글리콜과 탄소 원자가 10 내지 20 개인 지방산의 에스터를 주성분으로 함유하는 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올레핀계 섬유가 시스 성분으로 폴리에틸렌을, 코어 성분으로 폴리프로필렌을 사용한 시스-코어형 복합 섬유인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 기능 부가제가 발수제 및 발유제로부터 선택되는 1종 이상인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 처리 전 오일제 부착량에 대한 기능 부가제 부착량의 비율이 0.3 내지 2.0인 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품.
  10. 오일제 및 기능 부가제를 함유하는 혼합물을 폴리올레핀계 물품과 접촉시켜 상기 오일제 및 상기 기능 부가제를 상기 폴리올레핀계 물품의 표면에 부착시키는 공정을 포함하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 따른 방법에 의해 수득된 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품의 가열 처리 공정을 포함하는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품으로 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 제공하여 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유를 가공하는 공정을 포함하며 이때 기능성 잠재형 폴리올레핀계 섬유가 가공 당시 및/또는 이후에 가열 처리되어 기능성 발현형 폴리올레핀계 섬유 물품을 수득하게 되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 가열 처리가 폴리올레핀계 섬유 표면의 연화 개시 온도와 폴리올레핀계 섬유 표면의 열 분해 온도 사이의 온도에서 수행되는 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 가열 처리가 100 내지 150 ℃의 온도에서 1 내지 10 초 동안 수행되는 기능성 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 수득된 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품이 발수성, 발유성 또는 발수·발유성 부직포인 기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법.
KR1020077010538A 2004-11-12 2005-11-08 기능성 잠재형 폴리올레핀계 물품, 이의 제조 방법 및기능성 발현형 폴리올레핀계 물품의 제조 방법 KR20070084119A (ko)

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