KR20120033772A

KR20120033772A - 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포

Info

Publication number: KR20120033772A
Application number: KR1020100095475A
Authority: KR
Inventors: 최준혁
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-09

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법에 있어서, 폴리올레핀계 수지를 용융하는 단계; 상기 용융물을 250℃ 내외의 방사온도에서 약 30 내지 50 m/min의 속도로 방사하는 단계; 상기 방사된 미연사를 연신비 1.5 내지 2.0, 예열온도 50 ~ 80℃로 연신하는 단계; 상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑단계; 상기 권축이 부여된 필라멘트에 알로에베라를 포함하는 액상수지를 분사하여 융착시키는 표면처리단계; 및 상기 표면 처리된 필라멘트를 열고정 후 미리 설정된 길이만큼 절단하는 단섬유형성단계를 포함하는 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

Description

기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포{Functional polyolefin staple fiber and method for fabricating the same and thermal bonding non-woven using thereof}

본 발명은 기능성 폴리올레핀 단섬유 및 이의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포에 관한 것으로, 특히 천연 식물성 물질을 포함하는 단섬유로 기능성이 발현되면서 서멀본드 부직포용 단섬유로서 열융착성과 같은 제반 물성이 향상된 폴리올레핀계 단섬유 및 이의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포에 관한 것이다.

부직포는 방직, 제직이나 편성과정을 거치지 않고 기계조작이나 열접착 등 기계, 화학처리로 섬유 집합체를 접착하거나 엉키게 하여 만든 직물. 펠트, 수지접착시킨 부직포, 니들 펀치, 스펀 본드, 스펀 레이스, 엠보스 필름, 습식 부직포 등이 이에 속한다. 협의로는 랜덤(random)에 겹친 웹(web)과 섬유의 접점을 수지로 접착하여 심지 등으로 사용하는 것을 의미한다. 접착포라고도 하며 본드 패브릭(bonded fabric)이라고도 한다. 이러한 부직포는 다양한 방법으로 제조될 수 있는데 니들펀칭법, 케미칼본딩법, 서멀본딩법, 멜트브로운법, 스펀레이스법, 스테치본드법, 스펀본드법이 알려져 있다.

한편, 폴리올레핀계 제조된 부직포는 촉감이 부드럽고 고강도이므로 냅킨과 기저귀 등과 같은 위생용품으로 사용되고 있다. 특히 폴리프로필렌 단섬유는 특유의 낮은 융점 및 우수한 내화학성으로 인해 캘린더 본딩공법 또는 에어스루 본딩공법을 통해 서멀본드 부직포로 가공되며, 기저귀, 생리대 등의 위생용품 표면재로 주로 사용되고 있다. 따라서 항균성 및 방취성이 매우 요구되고 있다.

일본국 공개특허 제2002-235237에서는 폴리프로필렌 열융착성 부직포는 부직포에 소프트한 촉감과 높은 인장강도를 부여하기 위해서 결정화 저해제로 살리실산 금속염을 마스터배치 펠릿으로 투입하여 세섬도를 통해 소프트성과 고 인장강도를 추구하였으나, 스펀본드 부직포에 대한 실험으로 단섬유를 통한 서멀본드 부직포와는 제법에서 차이가 있다. 스펀본드 부직포는 단섬유 서멀본드 부직포에 비해 높은 인장강도를 보이나, 소프트한 촉감은 떨어진다는 통념이다. 또한, 본 기술에 의하면 프로필렌?에틸렌 랜덤 공중합체로부터 만들어진 스펀본드 부직포에 대해 에틸렌 함량이 1.5중량% 이상일 경우 저결정성이 되어 부직포의 강도저하가 유발될 수 있다. 또한 항균성이나 방취성에 대한 기술적 해결수단이 개시되어 있지 못하다.

한편 폴리올레핀계 섬유는 소수성 특성으로 인해 착용시 피부에 건조감을 주고 보습성이 약한 단점이 있었다. 특히 폴리프로필렌 섬유의 경우 흡습성이 매우 낮아 더욱 그러한 점이 있다. 이에 폴리올레핀계 섬유의 고유 특성을 발현하면서도 보습성 등 제반 물성이 향상된 폴리올레핀계 섬유가 요청되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 항균성이나 보습효과가 부여된 폴리올레핀 단섬유 및 이의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 상기 물성이 보유되면서 섬유 및 부직포의 제반 물성이 유지될 수 있는 폴리올레핀 단섬유 및 이의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법에 있어서, 폴리올레핀계 수지를 용융하는 단계; 상기 용융물을 250℃ 내외의 방사온도에서 약 30 내지 50 m/min의 속도로 방사하는 단계; 상기 방사된 미연사를 연신비 1.5 내지 2.0, 예열온도 50 ~ 80℃로 연신하는 단계; 상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑단계; 상기 권축이 부여된 필라멘트에 알로에베라를 포함하는 액상수지를 분사하여 융착시키는 표면처리단계; 및 상기 표면 처리된 필라멘트를 열고정 후 미리 설정된 길이만큼 절단하는 단섬유형성단계를 포함하는 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(MI)가 10 내지 30g /10min, 아이소택틱 지수가 90이상, 용융점(DSC)이 160 내지 165℃인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 액상수지가 알로에베라와 함께 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1이상 선택되어 더 포함된 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 액상수지가 방사된 섬유 100을 기준으로 1 내지 5.5 중량부가 포함되는 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

한 본 발명은 상기 액상수지에 포함되는 알로에베라가 1 내지 5 중량%인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 기능성 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 기능성 폴리올레핀계 단섬유를 이용하여, 서멀본딩법에 의해 제조되는 기능성 폴리올레핀계 부직포를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 서멀본딩법이 캘린더 본딩공법 또는 에어스루 본딩공법인 기능성 폴리올레핀계 부직포를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 캘린더 본딩공법이 단섬유를 80 내지 150 mpm의 속도로 카딩한 후, 부직포 웹을 제조하여 상기 웹을 약 140 내지 165℃로 설정된 핫롤사이를 통과하면서 섬유간의 열융착이 일어나 제조된 기능성 폴리올레핀계 부직포를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 폴리올레핀계 단섬유 및 이의 제조방법과 이를 이용한 서멀본드 부직포는 우수한 항균성 및 보습효과를 나타낸다.

또한 본 발명에 의한 단섬유는 알로에베라를 포함하는 액상수지를 도포하여 서멀본딩에 의해 부직포로 제조되는 과정에서 융착시 기포와 같은 부직포의 물성저하 요인발생을 최소화하여 최종 제품의 물성저하가 거의 없는 효과가 있다.

따라서 본 발명에 의한 단섬유 및 부직포는 기저귀, 생리용품, 물티슈 등의 위생용품에 적합할 뿐만 아니라, 항균성 및 보습성을 구비함으로써 병원균의 예방 및 탈취작용을 수반한 기능성이 뛰어난 위생제품으로 응용될 수 있다. 또한 보습효과로 인해 아토피와 같은 피부질환 개선용 의류에도 적용가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 단섬유의 제조 공정도.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "상대적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 "부직포"라 함은 방직, 제직이나 편성과정을 거치지 않고 기계조작이나 열접착 등 기계, 화학처리로 섬유 집합체를 접착하거나 엉키게 하여 만든 직물, 펠트 및 섬유상 웹 등을 통칭하는 용어로서 사용한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리올레핀계 단섬유의 제조공정을 나타낸 것이다. 이하 폴리올레핀계 단섬유의 제조 공정을 설명함에 있어 폴리프로필렌을 일예로서 설명하나 이에 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리올레핀계 단섬유는 폴리올레핀계 를 용융하는 단계를 거쳐, 용융물을 방사하여 미연신사를 제조(방사단계)하게 된다. 상기 방사된 미연신사는 연신단계를 거쳐 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑단계를 지나게 된다. 상기 권축된 필라멘트에 기능성 방사유제와 녹차추출 혼합물는 나노 입자가 함유된 액상수지를 섬유에 분사하여 고착시키고(표면처리단계) 열고정 후, 소정의 길이만큼 절단하여 단섬유로 형성한다. (단섬유형성단계)

본 발명에 의한 섬유의 원재료는 폴리올레핀계이며 바람직하게는 호모폴리프로필렌(hPP)일 수 있다. 상기 호모폴리프로필렌는 용융지수(MI)가 10 내지 30g /10min, 아이소택틱 지수가 90이상, 용융점(DSC)이 160 내지 165℃인 것이 바람직하다. 상기 호모폴리프로필렌 단섬유는 특유의 낮은 융점 및 우수한 내화학성으로 인해 기저귀나 생리대 등 위생용품의 표면재로 사용될 수 있다.

상기 호모폴리프로필렌은 약 250℃ 내외의 방사온도에서 약 30 내지 50 m/min의 방사속도로 방사되어 연신비 1.5 내지 2.0 사에에서 적절히 조절, 예열온도 50 ~ 80℃로 연신한 후 권축을 부여하고, 친수성 방사유제 에멀젼과 녹차추출 혼합물이 함유된 액상수지를 스프레이하여 방사유제를 섬유표면에 부착시킨다. 이 후 약 100 ~ 120℃온도에서 약 8 ~ 12분간 열고정한 후, 섬유의 길이가 약 65mm 내외가 되게 절단하여 최종 섬유섬도를 6 내지 10 데니어, 평균 신도를 300 내지 380%를 목표로 폴리올레핀 단섬유를 제조할 수 있다.

한편 본 발명에 의한 기능성 폴리올레핀계 섬유는 상기 용융단계에서 알로에베라를 포함할 수 있다. 상기 알로에베라는 색깔이나 냄새, 맛이 없는 천연 식물성 소재로서 설파 다이옥사이드 같은 인공 방부제보다 안전한 물질로 보고되고 있다. 또한 알로에베라는 역학적 결합으로 인해 공기 중의 습기와 산소를 차단하는 막을 형성하여 항생물질과 항진균 합성물질을 통한 음식로 유래되는 미생물의 활동을 억제한다. 또 알로에 베라는 피부의 외상 즉 화상이나 습진을 완화하여는 역할을 하여 염증을 줄여주고 통증 완화의 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 상기와 같은 효능이 있는 알로에베라는 원료로서 사용되고 있는 것이 일반적인데, 이는 특히 본 발명과 같은 섬유에 응용할 경우 섬유의 고유물성을 저해하는 원인이 되기 때문이다. 이에 본 발명자들은 섬유의 고유물성을 저해하지 않으면서도 기능성 물질을 효과를 공유할 수 있는 방법에 착안한 것이다.

상기 알로에베라는 액상수지의 형태로 폴리프로필렌에 포함될 수 있다. 상기 액상수지에는 선택적으로 산화방지제, 자외선 안정제, 공정 안정제, 백색 안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제를 포함할 수 있다.

상기 액상수지는 용융방사한 섬유에 분사하여 고착시킴으로서 섬유와 일체가 될 수 있다. 상기 액상수지는 폴리프로필렌 섬유 100을 기준으로 1 내지 5.5 중량부가 포함될 수 있따. 또 상기 알로에베라는 액상수지 내에 1 내지 5중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 성분이 위의 범위 미만으로 포함될 경우 항균성이나 보습성 발현에 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 서멀본딩시 원사의 물성 저하 및 생산성 저하의 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 방법에 의해 단섬유가 제조되면 부직포를 제조하기 위한 서멀본드 가공이 실시될 수 있다. 서멀본딩법은 캘린더 본딩공법과 에어스루 본딩공법을 사용하여 이루어 질 수 있다. 캘린더 본딩공법은 단섬유를 80 내지 150 mpm의 속도로 카딩한 후, 부직포 웹을 제조하여 상기 웹이 약 140 ~ 165℃로 설정된 핫롤(Hot Roll)사이를 통과하면서 섬유간의 열융착이 일어나 제조될 수 있다. 이 때 부직포의 평량은 20 내지 30gsm임이 바람직하다.

한편 섬유 표면에 이물질 등이 부착된 경우 융착시 기포가 발생하여 부직포의 물성저하 요인이 있게 되는데 이 때 상기 액상수지가 이물질로서 작용할 수 있다. 따라서 액상수지의 적정한 함량비율이 중요하다.

본 발명에서는 캘린더 본딩설비를 통해 서멀본드 부직포를 제조함에 있어서, 열융착이 가장 양호한 핫롤(Hot Roll)의 온도는 부직포 생산 속도, 롤의 엠보패턴의 형태, 롤의 셋팅온도와 표면온도의 차이 등의 캘린더 본딩공법의 생산, 설비조건과 원료로 사용한 단섬유의 섬도에 따라 달라질 수 있으므로 절대적인 결과치가 아닌 상대적인 결과치이다.

실시예 1

폴리프로필렌 단섬유의 제조

MI가 10 내지 35g/10min이고 I.I가 90이상인 호모폴리프로필렌 수지를 250℃의 방사온도 및 50m/min의 방사속도로 미연신사를 제조하였다. 상기 미연신사를 연신비 1.5~4.0 사이에서 적절히 조절, 예열온도 50~80℃로 연신하여 크림퍼에서 권축을 부여하고, 친수성 방사유제 에멀젼과 알로에베라가 함유된 액상수지를 스프레이하여 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 3 중량부(알로에베라 300ppm)로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 고착시키고, 100~120℃온도에서 약 8~12분간 열고정한 후, 섬유의 길이가 40mm가 되게 절단하여 최종 섬유섬도를 2~4.0데니어, 평균 신도를 300~400%를 목표로 폴리올레핀 단섬유를 제조하였다.

폴리프로필렌 서멀본딩 부직포의 제조

상기 방법으로 얻어진 폴리프로필렌 단섬유를 카드기로 95mpm의 속도로 카딩하고, 부직포 웹을 제조하여, 두개의 핫롤(Hot Roll)사이를 통과시켜, 평량이 22gsm인 캘린더본딩 부직포를 제조하였다. 이때, 핫롤의 온도를 140 ~ 165℃로 하면서 부직포의 인장강도가 가장 우수한 최적의 온도를 열융착온도(이하 최적 핫롤 온도로 표기)를 찾아 물성을 측정하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 방법으로 작업을 진행하되, 방사유제의 함량을 전체 단섬유 중량에 대하여 2 중량부(알로에베라 200ppm)로 포함되도록 하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일한 방법으로 작업을 진행하되, 방사유제의 함량을 전체 단섬유 중량에 대하여 1 중량부(알로에베라 100ppm)로 포함되도록 하였다.

비교예 1

실시예1과 동일한 방법으로 작업을 수행하되, 친수성 방사유제 에멀젼만 처리하였다.

* 시험방법

KS K 0693을 기준으로 본 발명에 실시예 1에 의한 직물을 항균도를 측정하였다. 이 때 균주 1은 Staphylococcus aureus strain 209, American Type Culture Collection No. 6538, 이고 균주 2는 Klebsiella pmeumoniae, Americal Type Culture Collection No. 4352이다.

		Blank	Sample
균주 1	초기	2.4 x 10⁴	2.4 x 10⁴
	18시간 후	3.1 x 10⁵	< 10
	감소율 (%)	-	99.9
				균주 2	초기	2.8 x 10⁴	2.8 x 10⁴
18시간 후	3.4 x 10⁶	1.2 x 10²
감소율 (%)	-	99.9

본 발명에 의한 부직포는 높은 항균율을 나타내고 있다.

* 사용평가

상기 실시예 1 및 비교예 1로 제조된 부직포를 내의로 제작하여 1일씩 재질을 비밀로 하고 착용시 보습효과를 20 ~ 40세 사이의 20인을 대상으로 테스트를 하였다. 대상군을 2개군으로 하여 각각 실시예 1과 비교예 1을 교차하여 착용토록 하였다.

단위 : %

구분	효과있음	조금효과	효과없음
실시예 1	50	25	25
비교예 1	15	10	75

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

폴리올레핀계 단섬유의 제조방법에 있어서,
폴리올레핀계 수지를 용융하는 단계;
상기 용융물을 250℃ 내외의 방사온도에서 약 30 내지 50 m/min의 속도로 방사하는 단계;
상기 방사된 미연사를 연신비 1.5 내지 2.0, 예열온도 50 ~ 80℃로 연신하는 단계;
상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑단계;
상기 권축이 부여된 필라멘트에 알로에베라를 포함하는 액상수지를 분사하여 융착시키는 표면처리단계; 및
상기 표면 처리된 필라멘트를 열고정 후 미리 설정된 길이만큼 절단하는 단섬유형성단계를 포함하는 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(MI)가 10 내지 30g /10min, 아이소택틱 지수가 90이상, 용융점(DSC)이 160 내지 165℃인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 액상수지는 알로에베라와 함께 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1이상 선택되어 더 포함된 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 액상수지는 방사된 섬유 100을 기준으로 1 내지 5.5 중량부가 포함되는 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 액상수지에 포함되는 알로에베라는 1 내지 5 중량%인 기능성 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 기능성 폴리올레핀계 단섬유.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 기능성 폴리올레핀계 단섬유를 이용하여, 서멀본딩법에 의해 제조되는 기능성 폴리올레핀계 부직포.
제8항에 있어서,
상기 서멀본딩법은 캘린더 본딩공법 또는 에어스루 본딩공법인 기능성 폴리올레핀계 부직포.
제8항에 있어서,
상기 캘린더 본딩공법은 단섬유를 80 내지 150 mpm의 속도로 카딩한 후, 부직포 웹을 제조하여 상기 웹을 약 140 내지 165℃로 설정된 핫롤사이를 통과하면서 섬유간의 열융착이 일어나 제조된 기능성 폴리올레핀계 부직포.