KR20130004675A - 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 상기한 본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포는 건축용 투습방수 소재용 다층 부직포 스펀본드 부직포로, 상기 부직포는 제 1스판본드 및 제 2스판본드 부직포 웹(web)층과 상기 제1웹 및 제2웹 사이에 방수 및 방풍을 방지하면서 공기투과가 가능하여 투습이 되는 극세구조의 멜트블로운 부직포 웹층을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제1및 제2웹 스판본드 부직포 층은 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌 수지를 익스트루더에 투입하여 용융시킨 후 다수개의 오리피스로 압출시켜 필라멘트를 형성시키고, 필라멘트를 섬유로 가늘게 하기 위해 필라멘트를 공기 또는 기타 가늘게 하는 유체와 접촉시킨 후 가늘어진 섬유의 층을 수집함으로써, 부직 웹을 형성하고, 상기 멜트블로운 부직포 층은 MI 증가제를 부가하여 용융지수(MI)를 800 내지 1300g/10으로 조정한 폴리프로필렌을 사용하여 제조된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포는 폴리프로필렌 제조에서 용융지수(MI)가 800g/10분 이상의 폴리머는 중합기술로서는 얻기가 힘든 분자량 분포가 좁은 폴리머이지만, 본 발명의 구성에 의해 일반 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌에　비스브레이킹을 수행하는 MI 증가제를 이용한 유동 제어 폴리프로필렌 수지의 용융지수(MI)를 적절하게 분배하고, 또한 좁은 분자량 분포를 가지게 되어 기존 멜트블로운 웹 제조시 사용되던 폴리프로필렌의 용융지수(MI) 보다 균일한 특성을 얻을 수 있어, 기존 융융지수가 넓은 수지보다 균일한 섬도의 웹을 형성시킬 수 있으며, 따라서 높은 방풍성과 미세먼지 차단성을 갖는 건축소재용 다층구조 스펀본드 부직포를 제공한다.

Description

건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법{Spunbond nonwoven fabric having breathable and waterproof property and manufacturing method thereof}
본 발명은 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 건축물에 있어 고어텍스와 같은 소재를 적용함으로서 결로방지, 방수, 방풍 및 단열효과를 증대시켜 쾌적한 생활환경 및 에너지 절감을 실현할 수 있는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 대한 것이다.
인간에게 의복이 제2의 피부라면, 집은 제3의 피부라는 말처럼 현대인은 대부분의 시간을 건축물에서 시간을 보내기 때문에 쾌적한 환경과 안정한 유지를 위한 건축용 자재의 중요성이 점점 커지고 있다.
이 가운데 건축용 투습방수소재는 사람의 운동복이나 방한복에 사용되는 고어텍스와 동일한 기능을 건축에 부여하는 자재로 외부로부터의 수분을 차단하고 내부의 습한 공기를 외부로 배출함으로써, 결로 현상을 방지해주며, 방수, 방풍 및 단열 효과를 증대시켜 주는 기능으로 쾌적한 생활 공간을 제공할 뿐만 아니라 건축물의 손상을 방지하여 건물 수명을 향상시키는 건축물에 있어 매우 중요한 소재이다. 특히 건축물의 단열성을 높여 줌으로서 에너지 절감을 통한 그린 건축물 구축에 매우 중요한 소재로 인식되어 지고 있다.
이러한 건축용 투습방수 제품은 1970년대 후반부터 미국 및 유럽지역을 중심으로 건축물의 보호, 에너지 효율 향상 목적으로 개발되어 적용되기 시작하였다. 초기 제품은 목재 건물의 투습방수를 통하여 건물의 내구성을 향상시키는 제품이 주류를 이루었으나 이 후 지속적으로 새로운 공법과 소재 및 타 소재와의 복합화를 통하여 다양한 형태로 적용되기 시작하였다. 건축물은 과거의 단순한 거주의 개념에서 벗어나 점차 삶의 풍요의 척도로서 그 요구되는 기능이 빠르게 변화되고 있다. 또한 쾌적한 환경 형성과 더불어 화석에너지를 통한 CO2 발생의 감소로 지구 온난화를 해결하려는 노력들이 추진되고 있어 새로운 소재가 지속 연구 개발되고 있다.
이렇게 개발된 건축물의 투습방수소재는 다양한 형태 및 종류가 있는데, 예를 들어, 부직포에 통기성 필름을 라미네이팅 제품, 부직포에 방수 코팅한 제품 및 고밀도 부직포 단층으로 구성된 제품이 제안되어 있다. 또한 폴리프로필렌 직포에 라미네이팅 및 코팅제품, 필름을 마이크로 천공한 제품 및 종이나 유리섬유에 아스팔트 함침한 제품 등도 있다.
건축물의 투습방수 소재 중 구조융합소재는 외부소재와 내부소재로 구성되어 지며 외부를 구성하는 소재는 부직포로 주로 스펀본드 부직포가 적용된다. 내부 소재는 투습방수 역할을 하는 필름 즉 미소한 기공을 함유하는 다공성 필름 소재이다. 건축물의 적용 위치 및 요구 특성에 따라 구성하는 소재가 개발되어야 한다. 건축물의 투습방수소재는 빌딩 랩 또는 하우스 랩(Housewrap)의 명칭이 사용되기도 하며 건축물의 벽체, 지붕 및 천정 부분에 적용된다.
이와 같은 건축물의 투습방수 소재의 가장 근본적인 요구특성은 투습방수이다. 방수(Resistance to Water Penetration)의 기능은 건물의 외부적인 환경에 기인 되는 비 또는 폭풍을 효과적으로 차단시켜야 한다. 건물 내벽으로 수분이 침투할 경우에는 내장재의 부식뿐만 아니라 지속적인 유입에 의한 건물의 견고성에 악영향을 미치게 된다. 더불어 방풍기능과 태양열을 차단하여 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방의 효율성을 향상시켜 에너지 절약에 큰 역할을 한다.
또한, 건축물 내부에서 발생되는 습기를 원활하게 외부로 배출시키기 위해 투습(Vapour Permeability)기능이 매우 중요하다. 요리 및 샤워 등으로부터 발생되는 수분을 적절하게 조절하여 실내에 결로 현상에 의해 구조재의 부패, 내장재의 오염의 방지가 필요하다.
건축물의 투습방수 소재는 공기의 차단(Air Resistance) 기능이 요구된다. 거센 바람과 동반하여 외부의 수분이나 먼지 등이 실내로 유입되는 것을 막아, 실내의 쾌적성뿐만 아니라 난방 및 냉방 효율성을 향상시켜야 하기 때문이다.
또한, 내구성(Durability)을 겸비하는 것이 바람직하다. 장기간의 태양 광에 대한 노출은 합성소재의 고분자가 취화되어 내구성이 저하되는 문제점을 야기할 수 있기 때문이다. 거세바람과 악천후를 견딜 수 있어야 하며 구멍이 잘 뚫리지 않아야 한다. 따라서, 이러한 특성을 갖는 부직포 특성과 특히 건축물 측면의 외벽소재에 사용되는 소재에 적합한 개발이 필요하게 되었다.
상기한 요구에 충족하기 위한 것으로, 대한민국 특허공개공보 제2002-0027005호는 투습방지시트 및 이를 이용한 콘크리트 건축물의 결로방지 처리법에 관한 것으로, 기재인 폴리에스테르계 필름의 양면에 폴리에틸렌 필름이 라미네이션되어 있고, 이어서 상기 폴리에틸렌 필름의 일면 또는 양면에 폴리에스테르계 부직포가 접합되어 있는 투습방지시트와, 피방수층인 콘크리트 또는 몰탈의 표면에 방수프라이머를 도포하여 방수층을 형성하는 단계; 상기 투습방지시트를 상기 방수층이 형성된 피방수층의 표면에 압착하여 방습층을 형성하는 단계; 및 상기 시트의 표면에 단열페인트를 도포하여 단열층을 형성하는 단계; 를 포함하는 콘크리트 건축물의 결로방지 처리법을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원 제2010-0105130호는 열차폐성 및 난연성, 투습방수성을 가진 하우스 랩을 제공하기 위한 것으로, "시스-코어 섬유로 이루어진 부직포층; 통기성 합성수지 필름층; 니들펀칭 복합 부직포층; 및, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계 및 폴리우레탄계 고분자 중에서 선택된 것으로 이루어진 두께 5 ~ 30 ㎛의 고분자 필름이 일면 또는 양면에 도트(dot) 방식 열접착 또는 접착제에 의하여 코팅되고 전면적에 걸쳐 니들펀칭에 의한 미세 기공이 형성된 내식성 알루미늄 필름층이 순차적으로 적층되고 핫-멜트 라미네이팅(hot-melt laminating)에 의하여 합지된 것을 특징으로 하는 다기능성 하우스 랩(house wrap)"을 개시하고 있다.
그러나, 상기한 종래의 기술은 건축물의 투습방수용 소재로서 투습 방수성과 통기성을 함께 만족할 만한 수준으로 되지 못하는 단점이 있으며, 따라서 본 발명자 등은 상기한 단점을 해소하기 위해 예의 연구하여, 건축물의 측면에 적용되는 소재로 극세섬유를 함유하는 다층화 부직포를 개발하여 투습방수성과 통기성이 우수할 뿐 아니라 외부에서 유입되는 미세한 먼지를 차단시키는 기능이 향상되어 건축 투습방수 소재용으로 사용될 수 있는 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포를 개발하여 본 발명을 완성하였다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2002-0027005호 특허문헌 2: 대한민국 특허출원 제2010-0105130호
본 발명에서는 상기한 종래 기술에 있어서의 기술적 문제점을 감안하고, 또한 건축물에 적용되는 투습방수소재 요구특성과 건물 측면에 적합하게 시공하기 위해서는 미세먼지 차단능력과 방풍 특성을 만족시켜야 한다는 점이 고려되었다. 이는 건물 측면의 경우 건축물의 특성상 외부로부터의 지속적으로 유입되는 먼지나 바람을 차단하는 기능이 확보되어야 하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 제일 목적은 공기 차단성이 높고 건축용에 적합한 역학적 특성을 갖는 다층구조의 장섬유 스펀본드 부직포를 제공하기 위한 것이다. 특히, 다층화 구조에 있어서 미세한 먼저를 차단하기 위해서 섬유로 구성된 기공사이즈가 매우 작아야 하며, 이러한 미세한 기공사이즈를 형성시키기 위해서는 섬유층을 구성하는 각각의 섬유가 매우 작은 직경으로 이루어져 하는데, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 극세화를 가능한 멜트블로운 공법의 부직포층이 내부층에 위치하게 하고 이를 보호하고 전체적인 역학적 강도를 부여하기 위해서 스판본드 층으로 구성하게 하였으며, 특히 멜트블로운의 극세화를 위해서 용융지수(MI)를 조정할 수 있는 첨가제를 투입하여 최적의 극세화가 되도록 하여 본 발명의 목적을 달성하였다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 유체 차단성 부여하기 위해서 극세섬유 부직포 층과 강도를 부여하는 스펀본드층의 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포를 제공하기 위한 것으로, 이러한 목적은 멜트블로운 층의 극세화로 달성될 수 있으며, 멜트블로운 층의 극세화는 MI 증가제를 적용하여 멜트블로운 원료의 용융지수를 조정하므로 달성될 수 있었다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포는;
건축용 투습방수 소재용 다층 부직포 스펀본드 부직포로,
상기 부직포는 제 1스판본드 및 제 2스판본드 부직포 웹(web)층과 상기 제1웹 및 제2웹 사이에 방수 및 방풍을 방지하면서 공기투과가 가능하여 투습이 되는 극세구조의 멜트블로운 부직포 웹층을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제1및 제2웹 스판본드 부직포 층은 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌 수지를 익스트루더(Extruder)에 투입하여 용융시킨 후 다수개의 오리피스로 압출시켜 필라멘트를 형성시키고, 필라멘트를 섬유로 가늘게 하기 위해 필라멘트를 공기 또는 기타 가늘게 하는 유체와 접촉시킨 후 가늘어진 섬유의 층을 수집함으로써, 부직 웹을 형성하고, 상기 멜트블로운 부직포 층은 MI 증가제를 부가하여 용융지수(MI)를 800 내지 1300g/10으로 조정한 폴리프로필렌을 사용하여 제조된 것임을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멜트블로운 부직포 웹층의 형성은 주원료인 폴리프로필렌 융융지수(MI)가 800g/10분 이하로 되면 용융지수(MI)가 너무 낮아 고온에서 용융된 폴리프로필렌 수지가 멜트블로운 방사에 사용되는 오리피스에서 흐름이 없어져 고속방사, 연신이 어려워　0.01 내지 0.1데니아의 섬도를 가진　마이크로파이버를 형성하기 어렵고, 기공도가 커지기 때문에 방풍이나 먼지 등의 차단 효과를 발휘할 수 없게 되며, 반대로 용융지수(MI)가 1300g/10분 이상이 되면 용융지수(MI)가 너무 높아 고온에서 용융된 폴리프로필렌 수지가 멜트블로운 방사에 사용되는 오리피스에서 너무 빨리 흘러서 폴리프로필렌 수지를 밀어주는 압출기 내에서 압력이 낮아 방사성이 떨어지는 단점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 멜트블로운 웹은 용융지수가　20 내지 80g/10분 폴리프로필렌과 MI 증가제를 익스투루더에 혼련 및 용융시켜 익스투루더 내에서의 폴리머의 용융지수를 900 내지 1000g/10분으로 증가시킨 멜트블로운 원료를 사용하여 제조된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 멜트블로운 층의 양은 부직포의 총 중량의 10 내 30%로 됨을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 장섬유 스판본드 부직포는 멜트블로운 층(M)이나 스펀본드 층(S)의 단일층, 두층(SS 또는 SM)의 복합물 또는 3개 이상의 층(SMS, SMMS, SSMMS, SSMMSS웹)의 다층을 더 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 부직포는 건축용 방수방풍 소재 또는 위생용, 의료용,　산업용 외 유체 및 외부 이물질을 차단성이 요구되는 소재로 적용됨을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포의 제조방법은;
스펀본드 부분은 방사되는 폴리머를 고화시키기 위해서 방사되는 양측에서 냉각공기(Cooling Air; 14 내지 20℃)를 부여하여 연신 및 섬유의 집적을 공기 흡인장치를 통해 형성하고 이동되는 스핀벨트(Spin belt) 상에 웹 형태로 집적하여, 일차적으로 1층 이상의 스펀본드 부직포를 형성하고 그 위에 멜트블로운 층을 1층 이상이 형성한 후, 그 위에 스판본드 층을 1층 이상으로 적층하여 스판본드 층과 멜트블로운 층의 다층 구조로 된 부직포의 제조방법에 있어서, 상기 멜트블로운 층은;
용융지수(MI) 20 내지 80g/10분인　폴리프로필렌 수지를 원료를 계량하는 도징(Dosing)으로 이송되어 일정량씩 익스트루더에 공급하는 단계;
MI증가제를　다른 도징에서　이송하여　일정한 비율로　상기 익스트루더에 공급하는 단계; 및
공급된 주원료를 익스트루더에서 용융 및 혼합하여 용융지수(MI)를 900 내지 1000g/10분로 증가하는 단계에 의해 제조함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 MI 증가제는 1.0 내지 2wt% 투입함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 익스투루더(extruder)에 투입시 공급부(feeding zone)의 온도는 250 내지 270℃, 나머지 용융부(melting zone), 혼련부(mixing zone)의 온도는 270 내지 300℃로 설정함을 특징으로 한다.　
상기와 같이 구성되는 본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포는 폴리프로필렌 제조에서 용융지수(MI)가 800g/10분 이상의 폴리머는 중합기술로서는 얻기가 힘든 분자량 분포가 좁은 폴리머이지만, 본 발명의 구성에 의해 일반 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌에　비스브레이킹을 수행하는 MI 증가제를 이용한 유동 제어 폴리프로필렌 수지의 용융지수(MI)를 적절하게 분배하고, 또한 좁은 분자량 분포를 가지게 되어 기존 멜트블로운 웹 제조시 사용되던 폴리프로필렌의 용융지수(MI) 보다 균일한 특성을 얻을 수 있어, 기존 융융지수가 넓은 수지보다 균일한 섬도의 웹을 형성시킬 수 있으며, 따라서 높은 방풍성과 미세먼지 차단성을 갖는 건축소재용 다층구조 스펀본드 부직포를 제공한다. 특히, 본 발명에 따라 수지의 용융지수(MI)의 편차가 줄어들어 다수개의 오리피스로 방사할 때 오리피스 내에서 흐름성이 일정하게 되어 구금의 양쪽에서 강한 열풍을 가할때 사(絲)가 고르게 연신되어 날림이 발생하지 않아 외관이 좋아지며 웹의 전체적인 중량편차가 줄어들어 멜트블로운 층 웹의 기능성이 향상되어, 멜트블로운 웹을 보다 극세화할 수 있게 되어 유체 차단성 향상뿐만 아니라 균일한 기공특성을 갖는 부직포를 제공한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.
본 발명의 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포는 용융지수(MI) 800 내지 1300g/10분인 폴리프로필렌이 익스트루더에서 용융되어 다수개의 오리피스로 방사할 때 구금의 양쪽에서 강한 열풍으로 불어주어 0.01 내지 0.1데니아의 섬도를 가진　극세사를 만들어서 멜트블로운 층이 형성되어 구성된다. 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다층구조의 폴리프리필렌 스펀본드 부직포는 양측의 스판본드 층이 멜트블로운 층을 보호하여 바람직한 강도 등을 제공하며, 상기한 중앙의 멜트블로운 층은 방풍 및 오염물질을 차단하는 역할을 한다.
종래의 통상의 멜트블운 원료는 용융지수(MI) 800 내지 1300g/10분으로 용융지수 범위가 넓기 때문에 구성하는 섬도의 범위가 높다. 따라서 높은 방풍성과 먼지 차단성을 갖기 위해서는 융융지수(MI)의 범위를 조정하고 연속적으로 동일한 용융지수를 갖는 방법을 모색하여야 했다. 본 발명에서는 균일한 용융지수를 확보하기 위해서 폴리머의 비스브레이킹을 통해 이를 달성하였다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 투습 방수성이 우수하고 높은 먼지차단성을 갖는 건축소재 다층구조 스펀본드 부직포의 제조방법은 멜트블로운의 극세화 방법 및 구성되는 다층구조 비율을 제외한 것은 통상적인 제조방법과 동일하다. 즉, 스판본드용 폴리프로필렌 수지는 익스트루더에 공급되고 멜트블로운 원료는 특정 용융지수를 갖는 수지와 비스브레이킹을 수행하는 마스터배치가 일정 비율로 공급되어 요구되는 용융지수를 형성하고 각각의 폴리머 용융물을 방사빔으로 공급하는 스핀펌플을 통해서 공급하여 노즐로 공급된다. 노즐에 의해 필라멘트사로 방사되고 차가운 공기흐름에 의해서 냉각되어 진다. 멜트블로운의 경우 방사시 양측면서 고온열풍이 분사되면서 극세화 섬유을 형성한다. 스펀본드 섬유는 냉각과 동시에 공기흐름과 자유낙하에너지을 통해서 연신이 이루어지며 섬유로서의 특성을 갖게 된다. 방사되어지는 섬유는 연속적으로 이동되어지는 다공성 벨트인 스핀벨트(Spinbelt)에 섬유집합체로 직접되어 웹이 형성된다. 그런 다음 130 내지 150℃의 범위의 열칼렌더를 통하여 융착되고 시트화 된다. 시트화된 다층의 스펀본드 부직포는 기초 중량인 25 내지 60gsm으로 제조될 수 있다.
다음에 본 발명에 사용되는 용어를 정리하였다.
용어 "멜트블로운" 이란 부직포 웹 형태를 형성하기 위해 다수의 오리피스를 통해 압출시켜 필라멘트를 섬유형태로 극세화 하기 위해 필라멘트를 공기를 통해 접촉시킨 후 가늘어진 섬유의 층을 연속된　벨트상에　적층함으로써 부직포 웹을 형성하기 위한 방법을 말한다.
용어 "스펀본드" 란 부직포 웹 형태를 형성하기 위해 다수의 구멍을 통해 저 점도 용융수지를 압출하고, 필라멘트를 공기와 접촉시키면서 가늘게 만들어 연속된 벨트상에 적층하고 임의로 가열된 칼렌더링 롤을 사용하여 압착함으로써 부직포 웹을 형성하는 방법을 말한다.
용어 "익스트루더"란　도징(dosing)으로　원료를 공급받아 스크류(screw)의 회전으로 공급부(feeding zone)으로 공급되는 원료의　일부는 마찰과 충격 등으로 부서지기 시작하며, 이때의 마찰열, 히팅 열에 의해 용융되기　시작하여 용융부(melting zone)에 이르러 완전히 용융되며, 혼련부에서 균일한 점도의 수지가 압출된다.
용어 "마스터배치(master batch)"란 　기능성 또는 안료 등을 특정 폴리머에 함유시켜 칩형태로 제조하여 주원료에 일부를 투입하여 그 기능을 발휘시키고자 하는 첨가제 함유 칩이다.
용어 "비스브레이킹(vis-breaking)은 viscosity breaking의 약칭으로　액상에서 행하는 온화한 열분해이며　고분자량의 수지를 적당한 점도와 유동점을 갖는 수지로　변화시키는 데 이용된다.
통상적으로 멜트블로운용 폴리프로필렌는 낮은 용융지수의 폴리머를 중합이후 과산화물(Peroxide)을 첨가하여 사슬의 고리(chain)을 절단시켜 용융지수가 800 내지 1300g/10분인 원료을 생성시킨다. 이러한 경우 대량의 중합이 이루어지고 넓은 범위의 분자량이 혼재된 것에 과산화물을 통해 절단이 되므로 넓은 범위의 용융지수를 갖는다.
하지만 본 발명에서는 그와 다르게 일정한 용융지수를 갖는 폴리프로필렌에 요구되는 용융지수를 형성시키기 위해서 일정한 양의 MI 증가제를 투입하여 균일한 용융성을 갖는 폴리머를 익스투루더에서 형성시킨다.
MI 증가제를 통한 이용한 폴리프로필렌의 유동 제어는 멜트브로운 공정의 익스트루더에서 250℃ 이상에서의 조건에서 MI 증가제가 열적으로 용융하여 형성된 라디칼이 고분자량 분자들의 분자쇄를 요구하는 수준만큼만 절단하여 바람직한 용융지수를 형성시키게 한다.
폴리프로필렌 수지의 용융지수(MI)의 적절한 분배와 좁은 분자량 분포를 가져오게 하여 되어 통상의 멜트블로운 부직포 공정시에 요구 되어지는 폴리프로필렌의 용융지수(MI) 보다 균일한 특성을 갖게 한다.
MI 증가제　중에 본 발명에서 사용한 것은 바스프사 제품으로 상품명 "IRGATEC CR76"이다.　좀더 구체적으로 설명하면 용융지수가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌 수지를, 더욱더 우수하기로는 용융지수가 30 내지 60g/10분인 원료를 MI 증가제를 익스투루더에 동시에 공급한다.
MI 증가제의 투입시 익스트루더의 온도는 250 내지 310℃이고, 바람직하게는 270 내지 300℃이며, 더욱 바람직하게는 285 내지 295℃이다. 이때 투입하는 MI 증가제의 투입율은 보편적으로 0.5 내지 3wt%이며, 우수하게는 1.0 내지 2.5wt%이며, 가장 우수하게는 1.2 내지 2wt%이다. 이때, 투입율이 0.5% 미만이면　주원료인 폴리프로필렌의 융융지수(MI)가 800g/10분 이하가 되어 용융지수(MI)가 너무 낮아 고온에서 용융된 폴리프로필렌 수지가 멜트블로운 방사에 사용되는 오리피스에서 흐름이 없어져 고속방사 및 연신이 어려워져 극세화가 어렵게 된다. 반대로 3wt% 이상이 되면 용융지수(MI)가 너무 높아 고온에서 용융된 폴리프로필렌 수지가 용융강도가 낮아 열풍에 의해 과도한 극세화가 이루어져 생산 공정에 문제가 발생되어 바람직하지 않다.
건축물의 투습방수 소재로 적용되는 부직포의 중량의 25gsm 내지 80gsm 수준이다. 우수하기로는 30gsm에서 60gsm이다. 이때 멜트블로운의 함량에 따른 다층 구조의 비율이 중요하다. 멜트블로운의 함량은 전체의 중량의 10% 내지 30%이며, 더욱 우수하기로는 15 내지 20%가 적합하다. 함량이 10% 미만의 경우에는 구성되는 멜트블로운 양이 적게 되어 충분한 유체 차단성을 갖지 못하며, 반대로 30%를 초과하는 경우에는 차단성은 우수하나 역학적 특성이 저하되어 바람직하지 않다. 이는 멜트블로운의 경우 강도가 매우 낮아 함량이 높은 경우 부직포의 강도가 매우 낮게 되기 때문이다.
스펀본드 부분은 방사되는 폴리머를 고화시키기 위해서 방사되는 양측에서 냉각공기(Cooling Air; 14 내지 20℃)가 부여되며 연신 및 섬유의 집적이 공기 흡인장치를 통해 형성되어 이동되는 스핀벨트(Spin belt)상에 웹 형태로 집적이 된다. 일차적으로 1층 이상의 스펀본드 부직포가 형성되며 그 위에 멜트블로운 층이 1층 이상이 형성된다. 그 위에 스판본드 층이 1층 이상이 적층되어 다층의 웹이 형성된다.
상기와 같이 다층 구조의 섬유로 형성된 웹은 온도와 열이 부여된 열 압착 롤에 의해서 시트(sheet)화 된다. 이때 열접착의 온도는 130 내지 150℃이고, 우수하기로 140 내지 146℃의 범위이다. 열접착 온도가 130℃ 이하로 되면 섬유간 열접착 결합력이 낮아서 건축소재로 요구되는 역학적 특성을 발현하기 어려우며, 150℃를 초과하면 폴리머가 과도하게 용융되어 역학적 강도가 낮아지거나 칼렌더의 표면에 부착되어 공정 생산이 어렵게 되어 바람직하지 않다. 결합된 복합방사 부직포는 투습방수 특성을 갖는 하우스랩으로 제조하기 공정상에서 요구되는 장력에 부합되어야한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 유동 제어 폴리프로필렌을 이용한 다층 부직포 및 그 제조방법에서 멜트블로운 웹 제조시 주원료의 특성은 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌 수지를 사용하였으며,　MI 증가제는 바스프사(BASF 社)의 "IRGATEC CR76"(상표명)을 0.5 내지 3wt% 투입하였다. 자이로(Silo)에 저장된 용융지수(MI) 20 내지 80g/10분인　폴리프로필렌 수지는 원료를 계량하는 도징으로 이송되어 일정량씩 익스트루더에 공급된다. 또한　 MI 증가제도　각기 다른 도징에서　이송되어　일정한 비율로　익스트루더에 공급된다. MI 증가제는 익스트루더에서 토출되는 중합체의 양에 따라서　0.5 내지 2wt%인 것이　적합하다. 또한, MI 증가제와 폴리프로필렌 폴리머를 일정비율로 혼합 용융 시 MI 증가제가 용융지수(M.F.R)가 20 내지 80인 폴리프로필렌 폴리머 내에 원활히 섞이게 하기 위해 익스트루더의 각 부분을 공급부, 용융부, 혼련부(mixing zone)로 나눌때 공급부의 온도는 용융부의 온도보다 40 내지 60℃ 낮게 한다.
용융부와 혼련부의 온도는 285 내지 300℃로 한다.
공급된 주원료는 익스트루더에서 용융 및 혼합되어 용융지수(MI) 20 내지 80g/10분에서 900 내지 1000g/10분으로 증가된다. 용융지수가 증가된 폴리프로필렌 수지는　다수의 오리피스로 방사되며 이때　구금의 양쪽에서 강한 열풍으로 불어주고 컨베이어 벨트 하부에서 흡입하는 공기의 압력에 의해 연신되어　극세사가 형성되어 0.01 내지 0.1데니아의 섬유형태로 컨베이어 벨트 상에 일정한 중량으로 적층이 되어 멜트블로운 웹이 형성된다.　멜트블로운 웹은 단일층(M), 이층(MM)이상으로 복합화할 수 있으며 여기에 각각의 도징 시스템이 연결되어 있어서　상기에 기술된 용융지수(M.F.R)가 20 내지 80g/분인 폴리프로필렌 수지에 MI 증가제를 투입할 수 있게 된다. 또한, 이 단일층은　중량(gsm)이 크게 다를 수 있고 이러한 중량 변화는 층별의 토출량 및 이송되는 벨트의 속도로 조정될 수 있다. 스판본드 웹과의 3개 이상의 층(SMS, SMMS, SSMMS, SSMMSS웹)의 복합화 층을 이룰 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
다음의 실시예 및 비교예들에서, 물리적 특성 값들은 아래에 의해서 결정되었다:
(1) 용융지수, MI(g/10분) : ASTM-D-1238의 방법에 따라서 210℃에서 분석
(2) 중량(gsm) : EDANA 40.3-90
(3) 인장강신도(kg/5cm) :EDANA 20.2-89
(4) 내수압 : FX-3000 시험기를 이용하여 DIN53,886 방법
(5) 공기투과도 : FX-3300 시험기를 이용하여 JIS L 1096-A 방법
실시예 1
멜트블로운 층의 원료로 용융지수(MI) 34 내지 38g/10분인 호모 폴리프로필렌에 MI 증가제로 BASF 사의 IRGATEC CR76을 1.0wt% 투입하였다. 이 원료는 가열부가 5ea가 있는 익스트루더에 각각 투입하여 초기 2개 부인 공급부의 온도는 265℃, 나머지 용융부, 혼련부의 온도는 295℃로 설정하여 용융 방사시켜 섬유화하고 다공성의 컨베이어벨트 상에 적층시켜 기초 중량이 45gsm/㎡인 스판본드와 멜트블로운의 조합으로　5층(SSMMS) 구조의　장섬유 스판본드 부직포를 얻었다. 이때의 멜트블로운 양은 6gsm으로 하였다.
실시예 2
용융지수(MI) 34 내지 38g/10분인 폴리프로필렌수지에 MI 증가제를 1.5wt% 투입하는 외의 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 기초 중량이 50gsm/㎡ 스판본드와 멜트블로운의 조합으로　5층(SSMMS) 구조의　장섬유 스판본드 부직포를 얻었다. 이때의 각 멜트블로운 양을 4gsm으로 총 8gsm이 되게 하였다.
비교예 1
MI 증가제를 0.5wt%로 하여 다층구조 스펀본드 부직포의 기초중량이 25gsm으로 하였으며 이때의 멜트블로운 양은 각각 2.5g로하여 총 4gsm이 되게 하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 장섬유 부직포를 얻었다.
비교예 2
통상의 멜트블로운 원료인 용융지수(MI) 900 내지 1100g/10분인 폴리프로필렌을 가열부가 5ea가 있는 익스트루더에 투입하여
초기 2개 부인 공급부의 온도는 180℃, 나머지 용융부, 혼련부의 온도는 285℃로 설정하여 용융 방사시켜 섬유화하고 다공성의 컨베이어벨트 상에 적층시켜 기초 중량이 45gsm/㎡인 스판본드와 멜트블로운의 조합으로　5층(SSMMS) 구조의　장섬유 스판본드 부직포를 얻었다. 이때의 멜트블로운 양은 6gsm으로 하였다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
중량 (gsm) 45 50 25 45
강도 MD (kg/5cm) 12 14 5 13
신도 MD (%) 70 60 70
내수압(mmH2o) 550 700 300 350
공기투과도(ccs) 12 6 70 45

Claims (8)

  1. 건축용 투습방수 소재용 다층 부직포 스펀본드 부직포로,
    상기 부직포는 제 1스판본드 및 제 2스판본드 부직포 웹(web)층과 상기 제1웹 및 제2웹 사이에 방수 및 방풍을 방지하면서 공기투과가 가능하여 투습이 되는 극세구조의 멜트블로운 부직포 웹층을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제1및 제2웹 스판본드 부직포 층은 용융지수(MI)가 20 내지 80g/10분인 폴리프로필렌 수지를 익스트루더(Extruder)에 투입하여 용융시킨 후 다수개의 오리피스로 압출시켜 필라멘트를 형성시키고, 필라멘트를 섬유로 가늘게 하기 위해 필라멘트를 공기 또는 기타 가늘게 하는 유체와 접촉시킨 후 가늘어진 섬유의 층을 수집함으로써, 부직 웹을 형성하고, 상기 멜트블로운 부직포 층은 MI 증가제를 부가하여 용융지수(MI)를 800 내지 1300g/10으로 조정한 폴리프로필렌을 사용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 멜트블로운 웹은 용융지수가　20 내지 80g/10분 폴리프로필렌과 MI 증가제를 익스투루더에 혼련 및 용융시켜 익스투루더 내에서의 폴리머의 용융지수를 900 내지 1000g/10분으로 증가시킨 멜트블로운 원료를 사용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 멜트블로운 층의 양은 부직포의 총 중량의 10 내 30%로 됨을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 장섬유 스판본드 부직포는 멜트블로운 층(M)이나 스펀본드 층(S)의 단일층, 두층(SS 또는 SM)의 복합물 또는 3개 이상의 층(SMS, SMMS, SSMMS, SSMMSS웹)의 다층을 더 포함함을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포.
  5. 청구항 1 내지 4중의 어느 한 항에 따른 부직포가 건축용 방수방풍 소재 또는 위생용, 의료용,　산업용 외 유체 및 외부 이물질을 차단성이 요구되는 소재로 적용됨을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포.
  6. 스펀본드 부분은 방사되는 폴리머를 고화시키기 위해서 방사되는 양측에서 냉각공기(Cooling Air; 14 내지 20℃)를 부여하여 연신 및 섬유의 집적을 공기 흡인장치를 통해 형성하고 이동되는 스핀벨트(Spin belt) 상에 웹 형태로 집적하여, 일차적으로 1층 이상의 스펀본드 부직포를 형성하고 그 위에 멜트블로운 층을 1층 이상이 형성한 후, 그 위에 스판본드 층을 1층 이상으로 적층하여 스판본드 층과 멜트블로운 층의 다층 구조로 된 부직포의 제조방법에 있어서, 상기 멜트블로운 층은;
    용융지수(MI) 20 내지 80g/10분인　폴리프로필렌 수지를 원료를 계량하는 도징(Dosing)으로 이송되어 일정량씩 익스트루더에 공급하는 단계;
    MI증가제를　다른 도징에서　이송하여　일정한 비율로　상기 익스트루더에 공급하는 단계; 및
    공급된 주원료를 익스트루더에서 용융 및 혼합하여 용융지수(MI)를 900 내지 1000g/10분로 증가하는 단계에 의해 제조함을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 MI 증가제는 1.0 내지 2wt% 투입함을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 익스투루더(extruder)에 투입시 공급부(feeding zone)의 온도는 250 내지 270℃, 나머지 용융부(melting zone), 혼련부(mixing zone)의 온도는 270 내지 300℃로 설정함을 특징으로 하는 건축 투습방수 소재용 다층구조 장섬유 스펀본드 부직포의 제조방법.

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