KR20120004755A - 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 본 발명의 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법은 부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 되고 초 성분은 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 방사한 필라멘트를 사용하며, 상기 형성된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트로 하는 단계, 상기 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계, 및 상기 집적된 부직포 웹을 열카렌더를 통하여 열과 압력을 부여하여 열점착시킴으로써 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계에 의해 제조됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 심성분에는 난연성분을 함유하지 않은 폴리에스테르계를 사용하고, 초성분에는 난연성분을 고농도로 함유시킨 폴리에스테르계를 사용하여 접염저항을 우수하게 유지할 뿐 아니라 방사성이 저하됨이 없도록 하므로서 난연성이 우수한 폴리에스테르 스펀본드를 산업적으로 쉽게 생산할 수 있도록 한다.

Description

난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법{Polyester spunbond non-woven fabric having an excellent flame retardant and ejecting property and manufacturing method thereof}

본 발명은 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 폴리에스테르 부직포에 있어서 사용 용도에 적합한 정도의 난연성을 가지면서도 필라멘트 사의 방사성이 저하됨이 없이 우수한 방사성을 가지므로 보다 용이하게 부직포를 제조할 수 있어, 생산성이 우수한 폴리에스테르 난연 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화재가 발생하기 쉬운 공공이용물에서 사용되는 각종 건축 내장재는 화재로 인하여 연소되면 연기를 포함한 유독가스를 다량 발생시키고 이것으로 인하여 인명 피해의 주요 원인이 되고 있음은 주지된 사실이다. 따라서, 이러한 공공의 건물이나 다수인이 사용하는 극장 등과 같은 대형건물의 내장재는 불연성 재료 내지 난연성 재료를 사용하도록 하여 비록 화재가 발생하더라도 건축 내장재의 연소를 방지하여 유독가스 발생 등과 같은 내장재의 발화에 따른 피해를 미연에 방지하여 희생자의 수를 최소화하는 방안이 요구되고 있는 실정이며, 이에 부응하기 위한 난연제 또는 난연 보조제가 함유된 섬유를 사용하는 것이 보편적으로 제안되어 있다.

한편, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주성분으로 하는 폴리에스테르는 고결정성, 고연화점을 가지며 기계적·열적성질, 내약품성, 성형성 등이 우수하여 섬유 또는 필름 등의 성형재료로서 공업적으로 중요한 위치를 차지하여 널리 사용되고 있다. 하지만, 폴리에스테르 섬유는 연소하기 용이하여 상기한 연소에 따른 문제점이 제기될 수 있으며, 따라서 이들 재질의 섬유에 화재 발생시 연소효과를 저해하도록 하는 난연 특성을 부여할 수 있는 방안이 모색되어 왔다.

이러한 난연특성을 부여하기 위한 방안으로는, 종래에는 직물 염가공시 할로겐계의 난연제를 처리하는 후처리 가공방법과 중합시 할로겐 또는 인 화합물을 난연제로 첨가하는 방법 등이 제시되어 왔다. 그러나, 상기한 방법은 세탁 및 마찰시 난연제가 탈리되어 난연성이 떨어지며 화재시 디옥신 등 유독가스가 발생하는 문제점과 내광성의 저하 및 폴리에스테르의 황화 등의 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 특허출원 제2007-0094524호의 "난연성 일라이트 부직포 및 그 제조방법"에 의하면 입자크기가 0.1~10.0 중량%, 섬유형성 열가소성 수지 90.0 ~99.9% 함유하는 난연성 일라이트 부직포에 대해 개시하고 있지만, 장섬유 부직포 적용시 무기질의 입자에 의해 필터 압이 상승되고 섬유의 방사성이 불량한 문제점이 있었다. 또한, 대한민국 특허출원 제2004-0116904호의 "난연성이 우수한 산업용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법"에 의하면 인계 난연제가 인 함량 기준으로 5,000~6,000PPM, TiO₂를 500~3,000PPM 함유하는 공중합된 저 점도 칩을 고상중합하여 점도를 0.85 이상으로 증가시킨 후, 난연 고상 칩을 용융하여 난연 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 상기한 발명의 문제점은 인을 함유하는 칩을 필라멘트 방사할 때, 방사성이 불량하여 생산성이 극히 불량하다는 문제점이 있다.

이와 같이, 종래의 기술에서는 난연성의 문제점은 어느 정도 해결하고 있지만, 폴리에스테르 섬유의 방사성이 심하게 저하되어 작업성이 저하되므로 인하여 실제 산업적으로 이용하기가 불가능하다는 문제점은 여전하다.

특허문헌 1: 대한민국 특허출원 제2007-0094524호 특허문헌 2: 대한민국 특허출원 제2004-0116904호

따라서 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 된 것으로, 따라서, 본 발명의 제일 목적은 폴리에스테르 재질의 장섬유 부직포에 있어서 우수한 난연성을 보유하면서도 필라멘트의 방사성을 우수하게 유지할 수 있도록 하므로서 산업적으로 유용하게 이용될 수 있는 우수한 난연성과 방사성을 같이 가지는 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 특성을 갖는 장섬유 스펀본드 부직포를 우수한 작업성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하므로 제조 공정상의 어려움이 없이 우수한 난연성과 방사성을 같이 가지는 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포를 일괄방식에 의해 보다 용이하게 제조할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법은;

부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 되고 초 성분은 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 방사한 필라멘트를 사용하며, 상기 형성된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트로 하는 단계;

상기 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계; 및

상기 집적된 부직포 웹을 열카렌더를 통하여 열과 압력을 부여하여 열점착시킴으로써 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계에 의해 제조됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 본 발명의 난연 원료는 TPA와 EG를 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 거쳐 축중합반응을 행하여 폴리에스테르를 제조시 히드록시 포스피닐 프로판산 유도체를 첨가하여 최종 폴리에스테르의 내의 인 함량이 6000PPM이 되도록 제조한 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 심초형 필라멘트를 구성하는 심성분인 고유점도 0.652인 폴리에틸렌테레프탈레이트이며, 초성분은 인계 난연제를 4000 내지 7000PPM, 우수하기로는 5500 내지 6500PPM을 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 심성분과 초성분을 심초로 구성하며, 구성된 심초성분의 비율이 75~85 : 15~25으로 구성되어 진 것임을 특징으로 한다. 가장 바람직하기로는 상기 심초형 필라멘트의 제1성분으로 구성된 심성분과 제2성분으로 구성된 초성분이 80 : 20의 비율로 구성된다. 또한, 이들 성분의 비율은 중량비를 기준으로 하는 것이다. 만약 초성분의 구성비가 25% 이상일 경우 방사성, 즉 섬유가 방사시 사가 절단되는 사절이 빈번하게 발생되어 생산성이 저하되며, 15% 이하의 경우에는 섬유를 구성하는 초성분의 두께가 얇아 쉽게 연소성을 갖게 되어 난연성 저하가 발생되어 바람직하지 않다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 제2성분으로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 5500ppm 이상, 바람직하기로는 5800ppm 이상, 가장 바람직하기로는 6000ppm 이상으로 됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 특히 6000ppm 내지 6500ppm 사이로 됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포는;

부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 제1성분을, 초 성분은 제2성분을 사용하여 방사한 필라멘트를 사용하며, 상기 형성된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 일정한 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트로 하는 단계;

상기 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계; 및

상기 집적된 부직포 웹을 열칼렌더를 통하여 열과 압력을 부여하여 열접착시킴으로써 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계로 구성된 공정에 의해 제조된 것으로,

스판본드 부직포의 기초중량이 15 내지 300 g/㎡이고, 섬유 직경이 1 내지 5 데니어 임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 그 제조방법은 심성분에는 난연성분을 함유하지 않은 폴리에스테르계를 사용하고, 초성분에는 난연성분을 고농도로 함유시킨 폴리에스테르계를 사용하여 접염저항을 우수하게 유지할 뿐 아니라 방사성이 저하됨이 없도록 하므로서 난연성이 우수한 폴리에스테르 스펀본드를 산업적으로 쉽게 생산할 수 있도록 한다.

도 1은 히드록시 포스피닐 프로판산 유도체로 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 구조를 나타낸 것이고,
도 2는 일반적인 부직포의 연소 거동을 나타낸 것으로, 산화반응에서 발생한 에너지가 물질의 분해에너지보다 클 경우 연소는 계속 진행된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

도 1은 히드록시 포스피닐 프로판산 유도체로 상기 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 구조를 나타낸 것으로, 본 발명의 실시형태에 따르면, 분자량 214의 백색 펠렛 형태이며 인함량/단위중량은 4,000 내지 7,000PPM이다. 도 2는 일반적인 부직포의 연소 거동을 나타낸 것으로, 산화반응에서 발생한 에너지가 물질의 분해에너지보다 클 경우 연소는 계속 진행되는데, 이때, 본 발명에 따른 인계 난연제는 불연소성 기체를 방출하여 연소성 기체 및 산소를 차단함으로써 연소반응을 방해한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법은 부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 제1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트로 되고 초 성분은 제2성분을 사용하여 방사한 이성분 복합구조 필라멘트를 사용하며, 상기 형성된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신 과정을 통해 일정한 섬유 직경을 가지는 연신하는 단계, 상기 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계 및 상기 집적된 부직포 웹을 열칼렌더를 통하여 열과 압력을 부여하여 열접착시킴으로써 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계로 구성되어 진다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 본 발명의 심초형 필라멘트는 제1성분으로 구성된 심성분과 제2성분으로 구성된 초성분에 의해 형성되어 지며, 이들 각각의 성분 비는 이들 성분의 중량비를 기준으로 75~85 : 15~25의 비율로 구성되어 진다. 가장 바람직하기로는 상기 심초형 필라멘트의 제1성분으로 구성된 심성분과 제2성분으로 구성된 초성분이 80 : 20의 비율로 구성된다. 만일, 상기 심성분이 90를 초과하거나 또는 초성분이 10 미만으로 구성되면 원하는 정도의 난연성을 얻기에 불충분하여 바람직하지 않으며, 심성분이 75% 미만으로 되거나 또는 초성분이 25를 초과하여 구성되면 일정 수준 이상의 난연성은 얻을 수 있지만 방사성에 악영향을 미칠 수 있고 더욱이 제조 비용이 상승하여 바람직하지 않다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 제2성분으로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 5500ppm 이상, 바람직하기로는 5800ppm 이상, 가장 바람직하기로는 6000ppm 이상으로 한다. 본 발명의 가장 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 특히 6000ppm 내지 6500ppm 사이로 되는 것이다. 상기 인계 난연제가 5500ppm 이하로 되면 원하는 난연성을 얻기 위해 초성분의 함량을 높여야 하며 이렇게 되면 방사성이 저하하여 바람직하지 않고, 초성분의 구성비를 늘리지 않으면 원하는 방사성을 얻을 수 없다. 가장 바람직하기로는 6000ppm에서 초기 접염저항이 우수하게 유지되면서 방사성의 저하도 전혀 없어 부직포의 생산에 가장 유익하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 부직포를 구성하는 필라멘트를 방사하기 위해서는 제1성분으로만 구성된 폴리에스테르와 상기 제2성분으로 구성된 폴리에스테르를 각각의 건조기에서 건조시키고, 서로 다른 용융 익스투루더를 통해 분배되는 각각의 공급 펌프에 의해 하나로 구성된 구금을 통해 제1성분으로로만 구성된 폴리에스테르의 심성분과 제2성분으로만 구성된 폴리에스테르의 초성분의 비율이 80:20 중량%으로 되도록 하고, 필라멘트 섬도가 1 ∼ 5데니어가 되도록 토출량과 이젝터(ejector)의 공기압으로 연신량을 조절하여, 균일하게 심초형으로 필라멘트를 방사하고 방사된 필라멘트를 연속하여 이동하는 다공질의 콘베어벨트 상에 포집하여 웹을 형성한 다음, 열융착시켜 일정한 강도와 형태안정성을 부여하여 부직포를 제조하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

다음의 실시예 중의 각종 특성의 측정 및 평가치는 다음에 나타낸 방법에 의해 분석하였다.

[분석방법]

(1) 인장강도 : 미국의 United사 장비를 이용하여 ASTM D1682-64법에 의해서 시료폭 5cm, 시료장 7.5cm의 시료편 10개를 인장속도 500㎜/분의 조건에서 최대 인장강력을 개별적으로 측정한 평균값으로 나타냄.

(2) 인장신도 : 상기 (1)의 방법으로 측정한 최대 신장시의 신도를 구한다.

(3) 난연성 : KS M3032 한계산소지수(LOI)법에 의해 측정한다(난연기준 :28이상).

(4) 방사성 : 일본 Futec사의 결점검출설비를 사용

	매우우수 (◎)	우수 (○)	보통 (△)	불량 (X)
결점수 /10,000m	0	3개 미만	5개 미만	5개 이상

실시예 1

융점이 255℃이고 고유점도가 0.652±0.007인 폴리에스터 테레프탈레이트를 제1성분으로 하고, 융점이 243~245℃ 이고 고유점도 0.660±0.015이며, 히드록시 포스피닐 프로판산 유도체를 첨가하여 최종 폴리에스테르의 내의 인 함량이 6000 PPM이 되도록 제조한 난연성 폴리에스터 테레프탈레이트를 제2성분으로 하여, 제1성분의 익스트루더 온도는 285℃, 제2성분의 익스트루더 온도는 275℃로 용융시킨다. 이때 사용된 두 성분은 각각 110 내지 140℃ 건조과정을 거친다. 용융된 폴리머는 복합방사 스핀빔 내의 분배판에 의해 제1성분은 내측 심성분으로, 제2성분은 외측 초 성분으로 이동되며 노즐을 통해 복합단면 형상으로 방사되어 필라멘트를 형성하였다. 이때의 섬유 구성 제1성분과 제2성분의 비율은 80:20이었다. 방사된 필라멘트는 다공성 스핀벨트에 적층되어 웹을 형성하며, 윕은 칼렌더와 엠보롤을 거쳐 최종 제품인 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포를 완성하였다.

실시예 2

상기 제2성분의 인 함량을 5,500ppm으로 변경한 것을 제외하면 실제적으로 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 부직포를 제조하였다.

실시예 3

상기 제2성분의 인함량을 6,500ppm으로 변경한 것을 제외하면 실제적으로 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 부직포를 제조하였다.

실시예 4

상기 제1성분과 제2성분의 비율이 75:25인 것을 제외하면 실제적으로 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 부직포를 제조하였다.

실시예 5

상기 제1성분과 제2성분의 비율이 85:15인 것을 제외하면 실제적으로 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 부직포를 제조하였다.

비교예 1

상기 난연제를 4000ppm으로 함유한 것을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 같이 하여 부직포를 제조하였다.

비교예 2

상기 난연제를 7000ppm으로 함유한 것을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 같이 하여 부직포를 제조하였다.

비교예 3

상기 심성분과 초성분의 비율이 50:50으로 하는 것 외에는 실시예 1과 같이 하여 부직포를 제조하였다.

비교예 4

상기 심성분과 초성분의 비율이 90:10으로 하는 것 외에는 실시예 1과 같이 하여 부직포를 제조하였다.

실험예

구분			실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
인장 강도	MD	Kg/5cm	14.08	13.37	14.15	14.82	14.95	13.41	14.34	13.5	12.45
	CD	Kg/5cm	7.4	7.24	7.39	7.14	7.16	7.26	7.36	7.92	6.68
신도	MD	%	32	33	28	31	30	32	31	32	28
	CD	%	35	32	31	30	31	35	32	35	31
난연성		LOI	36	34	36	38	30	27	36	36	26
방사성		-	◎	◎	○	○	◎	◎	X	X	◎

Claims (6)

1. 부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 되고 초 성분은 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 방사한 필라멘트를 사용하며, 상기 형성된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트로 하는 단계;
   상기 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계; 및
   상기 집적된 부직포 웹을 열카렌더를 통하여 열과 압력을 부여하여 열점착시킴으로써 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계에 의해 제조됨을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 초 성분은 난연 원료로 TPA와 EG를 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 거쳐 축중합반응을 행하여 폴리에스테르를 제조시 히드록시 포스피닐 프로판산 유도체를 첨가하여 최종 폴리에스테르의 내의 인 함량이 6000PPM이 되도록 제조한 것임을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 심초형 필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 심성분과 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 초성분이 75~85 : 15~25의 비율로 구성되어 진 것임을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 5500ppm 이상으로 됨을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 인계 난연제를 함유하는 인계 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 초성분은 난연성분의 함량이 6000ppm 내지 6500ppm 사이로 됨을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포의 제조방법.
   
6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 한 항에 따라 얻어진 것으로, 스판본드 부직포의 기초중량이 15 내지 300g/㎡이고, 섬유 직경이 1 내지 5데니어임을 특징으로 하는 난연성과 방사성이 우수한 장섬유 폴리에스테르 스펀본드 부직포.

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