KR20150120698A - 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene: PP) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기에 투입하여 교반시키는 S10단계; 상기 교반된 혼합물을 150∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)에 넣어 용융시키는 S20단계; 상기 용융물을 니더기(Kneader)에 공급하여 압출시키는 S30단계; 상기 압출된 용융물을 수백 개의 작은 오리피스로 형성된 방사대의 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 섬유화시키는 S40단계; 및 상기 연신에 의해서 결정된 섬유를 절단하고 스핀벨트 상에 웹 형태로 집적하여 결합시키는 S50단계;를 포함하는 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)을 혼합한 혼합물을 교반기에서 교반시키고, 압출기에서 3차에 걸친 단계적인 온도에서 완전 용융시키며, 멜트 브라운 방식으로 제조함으로써 기존 PLA과 PP가 쉽게 섞이지 않은 문제를 해결할 수 있고, 이로 인하여 자연환경에 친화적이고 실제 사용을 위한 기계적 강도를 향상시키며, 섬유의 부식시간을 지연시켜 부직포의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 부직포의 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법{Short Fibers Non-Woven Fabric and Method of Making The Same}
본 발명의 실시 예는 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)을 혼합한 원재료를 고온에서 단계적으로 용융시키고 멜트 브라운 방식으로 제조하여 부직포 섬유의 물리적 성질을 향상시키는 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
지구 온난화에 따라 이산화탄소를 줄이고자 하는 노력들이 지속 연구되고 있다. 특히, 화석연료로부터 생산되는 폴리머는 이산화탄소의 배출량을 높일 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 천연식물로부터 합성되는 폴리머를 용융방사하여 섬유화할 수 있는 폴리유산 제품에 대한 연구가 진행되고 있다.
그러나 폴리유산((Poly lactic acid; PLA) 100중량%로 제조된 섬유 또는 부직포는 소수성과 저흡수성이 요구되기 때문에 고온다습한 환경에서는 가수분해가 진전되어 치수안정성과 강도가 현저히 저하되며, 또한, 생분해성 특성으로 인하여 2∼3개월 내에 부식이 진행되는 문제점이 있었다.
폴리프로필렌(Polypropylene; PP)은 특유의 낮은 융점, 낮은 비중, 뛰어난 내화학성 및 타소재 대비 비교적 저렴한 가격을 가진다는 장점이 있고 강한 소수성을 갖기 때문에 폴리유산과의 혼합시 폴리유산의 부식시간을 지연시킬 수 있다.
그러나, 폴리유산((Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)은 쉽게 섞이지 않은 문제로 스판본드 방식으로 제조하는 경우 물리적 성질의 저하를 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
한국등록특허: 10 - 1156521 (공고일 2012. 06. 20)
한국등록특허: 10 - 1075004 (공고일 2011. 10. 19)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)을 혼합한 원재료를 고온에서 단계적으로 용융시키고 멜트 브라운 방식으로 제조하여 섬유의 부식시간을 지연시키고, 이로 인하여 수명을 연장시키며, 물리적 성질을 향상시킬 수 있는 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포 제조방법은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene;PP) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기에 투입하여 교반시키는 S10단계; 상기 교반된 혼합물을 150∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)에 넣어 용융시키는 S20단계; 상기 용융물을 니더기(Kneader)에 공급하여 압출시키는 S30단계; 상기 압출된 용융물을 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)로 형성된 방사대의 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 섬유화시키는 S40단계; 및 상기 연신에 의해서 결정된 섬유를 절단하고 스핀벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하여 결합시키는 S50단계;를 포함한다.
상기 S20단계에서 혼합물의 용융은 150∼160℃ 온도에서 1차 용융되고, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융되며, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융되어 혼합물의 완전 용해가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 S10단계에서 생분해성 폴리유산은 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S10단계에서 생분해성 폴리유산(PLA)은 융점이 100℃∼180℃ 이고, 용융지수 20∼40g/10분이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 S10 단계에서 폴리프로필렌(PP)는 융점이 150℃∼260℃이고, 용융지수는 50∼100g/10분의 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 S10 단계에서 혼합물은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼10중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 90중량%∼98중량%가 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포는 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기에 투입하여 교반하고, 150∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 니더기(Kneader)에 공급하여 압출시킨 후 수백 개의 작은 오리피스로 형성된 방사대의 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 섬유화시키며, 상기 연신에 의해서 결정된 섬유를 절단하고 스핀벨트 상에 웹 형태로 집적하여 결합된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 혼합물은 150∼160℃ 온도에서 1차 용융되고, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융되며, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융되어 완전 용해가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 생분해성 폴리유산(PLA)은 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 혼합물은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼10중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 90중량%∼98중량%가 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)을 혼합한 혼합물을 교반기에서 교반시키고, 압출기에서 3차에 걸친 단계적인 온도에서 완전 용융시키며, 멜트 브라운 방식으로 제조함으로써 기존 PLA과 PP가 쉽게 섞이지 않은 문제를 해결할 수 있고, 이로 인하여 자연환경에 친화적이고 실제 사용을 위한 기계적 강도를 향상시키며, 섬유의 부식시간을 지연시켜 부직포의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 부직포의 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조 공정을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법에서 실시 예들과 비교 예들의 내환경성을 평가한 부직포의 상태를 나타낸 사진이미지.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법에서 실시 예들과 비교 예들 각각의 기계적 물성을 측정한 그래프.
도 9 내지 도 13는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법에서 실시 예들과 비교 예들의 부직포가 50시간(hr) 경과된 후 기계적 물성을 측정한 그래프.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법에서 실시 예들과 비교 예들의 부직포가 75시간(hr) 경과된 후 기계적 물성을 측정한 그래프.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 친환경 단섬유 부직포 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조 공정을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 단섬유 부직포의 제조방법은 먼저, 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; 이하 PLA라고 함) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; 이하 PP라고 함) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기(10)에 투입하여 교반시킨다.(S10단계)
여기서, PLA는 융점이 100∼180℃이고, 용융지수는 20∼40g/10분 수준이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것을 사용한다.
또한, PLA는 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용한다.
그리고, PP는 융점이 150℃∼260℃이고, 용융지수는 50∼100g/10분의 특성을 갖는 것을 사용한다.
이어, 교반된 혼합물을 150℃∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)(20)에 넣어 용융시킨다.(S20단계)
여기서, 압출기(20)는 제1, 제2, 제3 영역(a,b,c)으로 구획되고, 제1 영역(a)은 150∼160℃, 제2 영역(b)은 210∼230℃, 제3 영역(c)은 240∼260℃의 온도가 설정된다.
그리고, 교반된 혼합물은 압출기(20)의 제1 내지 제3 영역을 순차적으로 통과하면서 제1 영역(a)의 150∼160℃ 온도에서 1차 용융되고, 제2 영역(b)의 210∼230℃ 온도에서 2차 용융되며, 제3 영역(c)의 240∼260℃ 온도에서 3차 용융되어 혼합물의 완전 용해가 이루어진다.
즉, PLA과 PP는 교반기(10)에서 교반되고, 압출기(20)의 고온에서 3차에 걸쳐 완전 용융이 이루어짐으로써 완전한 혼합이 이루어진다. 이로써 기존 PLA과 PP가 쉽게 섞이지 않은 문제를 해결하게 된다.
이어, 압출기(20)에서 용융된 용융물은 니더기(Kneader)(30)에 공급되어 압출된다.(S30단계)
이어, 압출된 용융물은 수백 개의 작은 오리피스로 형성된 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사된다. 그리고, 방사 노즐(42) 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍에 의해 연신되어 섬유화된다.(S40단계)
이때, 압출기(20) 내에는 Metering 펌프(22)와 수지 필터장치(24)가 구비되어 방사대(40)에 항상 깨끗한 용융물이 공급되게 한다.
그리고, 방사대의 방사 노즐(42)은 12~16cm당 0.88mm를 갖으며, 높은 속도분배를 갖는 고온의 공기는 직경 0.1μ으로부터 500μ 사이의 다양한 필라멘트를 형성시킨다.
이어, 연신에 의해서 결정된 섬유는 절단되고 수집벨트(50) 상에 웹 형태로 집적된다. 이때, Melt-Blown 방식에 의해 형성된 웹은 등방향구조(Isotrophic Formation)를 갖는다. 즉, 웹이 고온의 공기에 위해 형성되기 때문에 섬유가 기계방향과 기계 폭 방향으로 임의로 배열되고, 충분히 냉각된 상태가 아니어서 섬유 간 열 접착으로 상호 결합이 이루어진다.(S50단계)
이하에서는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들의 내환경성을 평가하고, 물리적 특성 값을 측정하여 표 및 그래프로 나타내었다. 여기서, 그래프는 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
(실시 예 1)
PLA 2중량%와 PP 98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기(10)에 투입하여 교반시키고, 교반된 혼합물을 압출기(20)에 넣어 150∼160℃ 온도에서 1차 용융, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융시켜 혼합물을 완전 용해시킨 다음 니더기(Kneader)(30)에 공급하여 압출시키고, 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사시키며 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 제조된 섬유를 절단하고 웹 형태로 집적하여 두께 0.25mm×폭 50mm 부직포를 5개 제조하였다.
(실시 예 2)
PLA 5중량%와 PP 95중량%를 혼합한 혼합물을 교반기(10)에 투입하여 교반시키고, 교반된 혼합물을 압출기(20)에 넣어 150∼160℃ 온도에서 1차 용융, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융시켜 혼합물을 완전 용해시킨 다음 니더기(Kneader)(30)에 공급하여 압출시키고, 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사시키며 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 제조된 섬유를 절단하고 웹 형태로 집적하여 두께 0.25mm×폭 50mm 부직포를 5개 제조하였다.
(실시 예 3)
PLA 10중량%와 PP 90중량%를 혼합한 혼합물을 교반기(10)에 투입하여 교반시키고, 교반된 혼합물을 압출기(20)에 넣어 150∼160℃ 온도에서 1차 용융, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융시켜 혼합물을 완전 용해시킨 다음 니더기(Kneader)(30)에 공급하여 압출시키고, 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사시키며 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 제조된 섬유를 절단하고 웹 형태로 집적하여 두께 0.25mm×폭 50mm 부직포를 5개 제조하였다.
(비교 예 1)
PLA 100중량%를 압출기(20)에 넣어 150∼260℃ 온도에서 용융시키고, 용융물을 니더기(Kneader)(30)에 공급하여 압출시킨 다음 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사시키고, 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 제조된 섬유를 절단하고 웹 형태로 집적하여 두께 0.25mm×폭 50mm 부직포를 4개 제조하였다.
(비교 예 2)
PP 100중량%를 압출기(20)에 넣어 150∼260℃ 온도에서 용융시키고, 용융물을 니더기(Kneader)(30)에 공급하여 압출시킨 다음 방사대(40)의 방사 노즐(42)을 통해 방사시키고, 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 제조된 섬유를 절단하고 웹 형태로 집적하여 두께 0.25mm×폭 50mm 부직포를 4개 제조하였다.
<시험 1>
실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 부직포의 내환경성을 평가하였다.
시험장비: ATLAS Ci5000 Xenon Arc Weather-Ometer
시험조건: 부직포가 땅에 매립되었을 때와 동일한 환경의 조건으로 50시간(hr)과 75시간(hr) 경과 한 부직포의 전면에서 스프레이를 하여 부직포의 상태를 평가하였다.
여기서 매립환경은 낮, 밤의 주기하에서 자동조도 (w/m2) 0.70 at 340nm, 블랙패널온도(℃) 65±2(낮) 65±2(밤), 챔버온도(℃) 43±2(낮) 43±2(밤), 상대습도(%) 70±5(낮) 80±5(밤)으로 이루어졌다.
도 3에는 실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포에 대하여 50시간(hr) 경과 한 부직포의 상태와 75시간(hr) 경과 한 부직포의 상태를 사진이미지로 나타내었다.
도 3에 알 수 있듯이 PLA와 PP가 혼합된 실시 예 1, 2, 3은 75시간(hr) 경과 후에도 부식이 진행되지 않고 찢어짐이 발생하지 않아 형체가 양호하였으나, PLA 100중량%를 사용한 비교 예 1의 경우 75시간(hr)이 경과 한 후에는 부식이 진행되기 시작하고 찢어짐이 심하여 형체를 알아볼 수 없었다.
<시험 2>
실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 인장시험기를 활용하여 아래의 시험 조건으로 기계 물성을 측정하였다.
시험 조건 : * 하중지수(Load Range): 250N
* 측정길이(Gauge Length): 160mm
* 테스트속도(Test Speed): 100mm/min
* 예비하중(Preload): 1.0N
이하, 시험 측정결과를 표 1 내지 표 5 및 도 4 내지 도 8에 그래프로 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 13.44 1.075 87.5
2 0.25 50 14.07 1.126 70.6
3 0.25 50 13.78 1.103 94.4
4 0.25 50 13.08 1.046 74.3
5 0.25 50 14.43 1.154 89.3
표 1 및 도 4에 도시된 그래프는 PLA 2중량%와 PP 98중량%가 혼합된 실시 예 1에 대한 5개 부직포 각각의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 13.08∼14.43N에서 인장력 1.046∼1.154Mpa, 연신률 70.6∼94.4%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 13.40 2.679 80.5
2 0.25 50 12.89 2.577 103.1
3 0.25 50 13.55 2.709 93.8
4 0.25 50 13.53 2.706 97.5
5 0.25 50 13.64 2.727 94.4
표 2 및 도 5에 도시된 그래프는 PLA 5중량%와 PP 95중량%가 혼합된 실시 예 2에 대한 5개 부직포 각각의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 12.89∼13.64N에서 인장력 2.577∼2.727Mpa, 연신률 80.5∼103.1%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 5.17 0.608 20.44
2 0.25 50 5.42 0.638 24.31
3 0.25 50 4.61 0.543 24.13
4 0.25 50 5.17 0.608 25.00
5 0.25 50 5.17 0.606 20.21
표 3 및 도 6에 도시된 그래프는 PLA 10중량%와 PP 90중량%가 혼합된 실시 예 3에 대한 5개 부직포 각각의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 4.61∼5.42N에서 인장력 0.543∼0.638Mpa, 연신률 20.21∼25.00%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 20.60 2.060 31.73
2 0.25 50 23.75 2.375 28.31
3 0.25 50 30.64 3.064 29.11
4 0.25 50 23.25 2.325 21.44
표 4 및 도 7에 도시된 그래프는 PLA 100중량%를 사용한 비교 예 1에 대한 4개 부직포 각각의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 20.60∼30.64N에서 인장력 2.060∼3.064Mpa, 연신률 21.44∼31.73%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 19.10 2.122 32.39
2 0.25 50 17.78 1.976 31.55
3 0.25 50 19.54 2.171 33.33
4 0.25 50 20.48 2.275 29.48
표 5 및 도 8에 도시된 그래프는 PP 100중량%를 사용한 비교 예 2에 대한 4개 부직포 각각의 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 17.78∼20.48N에서 인장력 1.976∼2.275Mpa, 연신률 29.48∼33.33%를 나타내었다.
<시험 3>
실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 50시간(hr)이 지난 후 <시험 2>와 동일한 시험조건으로 기계 물성을 측정하였다.
이하, 시험 측정결과를 표 6 내지 표 10 및 도 9 내지 도 13에 그래프로 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 8.47 0.737 21.1
2 0.25 50 11.07 0.963 38.9
3 0.25 50 12.96 1.127 72.5
4 0.25 50 13.47 1.171 60.2
5 0.25 50 13.85 1.204 65.7
표 6 및 도 9에 도시된 그래프는 PLA 2중량%와 PP 98중량%가 혼합된 실시 예 1에 대한 각각의 부직포에 대하여 50시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 8.47∼13.85N에서 인장력 0.737∼1.204Mpa, 연신률 21.1∼72.5%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 12.24 1.224 68.7
2 0.25 50 12.73 1.273 75.0
3 0.25 50 12.06 1.206 67.0
4 0.25 50 12.38 1.237 60.5
5 0.25 50 12.51 1.251 62.2
표 7 및 도 10에 도시된 그래프는 PLA 5중량%와 PP 95중량%가 혼합된 실시 예 2에 대한 각각의 부직포에 대하여 50시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 12.06∼12.73N에서 인장력 1.206∼1.273Mpa, 연신률 60.5∼75.0%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 6.532 0.6532 11.98
2 0.25 50 2.450 0.2450 4.90
3 0.25 50 1.600 0.1600 3.65
4 0.25 50 1.742 0.1743 3.61
5 0.25 50 1.742 0.1732 3.63
표 8 및 도 11에 도시된 그래프는 PLA 10%와 PP 90%가 혼합된 실시 예 3에 대한 각각의 부직포에 대하여 50시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 1.600∼6.532N에서 인장력 0.1600∼0.6532Mpa, 연신률 3.61∼11.98%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 20.40 1.569 8.70
2 0.25 50 16.64 1.280 6.17
3 0.25 50 18.90 1.454 11.44
4 0.25 50 27.64 2.126 7.99
표 9 및 도 12에 도시된 그래프는 PLA 100중량%를 사용한 비교 예 1에 대한 각각의 부직포에 대하여 50시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 16.64∼27.64N에서 인장력 1.280∼2.126Mpa, 연신률 6.17∼11.44%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 10.86 1.207 30.56
2 0.25 50 10.40 1.156 26.39
3 0.25 50 9.32 1.036 21.50
4 0.25 50 8.35 0.928 18.30
표 10 및 도 13에 도시된 그래프는 PP 100중량%를 사용한 비교 예 2에 대한 각각의 부직포에 대하여 50시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 8.35∼10.86N에서 인장력 0.928∼1.207Mpa, 연신률 18.30∼30.56%를 나타내었다.
<시험 4>
실시 예 1, 2, 3 및 비교 예 1, 2의 부직포 각각에 대하여 75시간(hr)이 지난 후 [시험 2]와 동일한 시험조건으로 기계 물성을 측정하였다.
이하, 시험 측정결과를 표 11 내지 표 14 및 도 14 내지 도 17에 그래프로 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 12.43 1.130 63.8
2 0.25 50 12.18 1.107 56.8
3 0.25 50 12.43 1.130 75.0
4 0.25 50 11.32 1.030 51.5
5 0.25 50 11.25 1.023 57.6
표 11 및 도 14에 도시된 그래프는 PLA 2중량%와 PP 98중량%가 혼합된 실시 예 1에 대한 각각의 부직포에 대하여 75시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 11.25∼12.43N에서 인장력 1.023∼1.130Mpa, 연신률 51.5∼75.0%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 11.25 1.071 55.6
2 0.25 50 10.82 1.031 56.8
3 0.25 50 11.18 1.064 62.2
4 0.25 50 10.75 1.024 61.0
5 0.25 50 9.93 1.945 45.6
표 12 및 도 15에 도시된 그래프는 PLA 5중량%와 PP 95중량%가 혼합된 실시 예 2에 대한 각각의 부직포에 대하여 75시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 9.93∼11.25N에서 인장력 0.945∼1.071Mpa, 연신률 45.6∼62.2%를 나타내었다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 11.82 1.126 46.38
2 0.25 50 9.43 0.898 24.38
3 0.25 50 8.50 0.810 25.13
4 0.25 50 9.25 0.881 27.94
5 0.25 50 7.43 0.707 13.80
표 13 및 도 16에 도시된 그래프는 PLA 10중량%와 PP 90중량%가 혼합된 실시 예 3에 대한 각각의 부직포에 대하여 75시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 7.43∼11.82N에서 인장력 0.707∼1.126Mpa, 연신률 13.80∼46.38%를 나타내었다.
그리고, PLA 100중량%를 사용한 비교 예 1에 대한 각각의 부직포에 대하여 75시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성을 측정하려고 하였으나, 부직포의 내환경성 평가에서 나타난 바와 같이 비교 예 1은 75시간(hr)이 경과 한 결과 부식이 진행되기 시작하고 형체를 알아볼 수 없을 정도로 찢어짐이 심하여 측정이 불가하였다.
No 두께(mm) 폭(mm) 최대 Force(N) 인장력(MPa) 최대 연신(Elong)(%)
1 0.25 50 6.68 0.890 12.50
2 0.25 50 4.93 0.657 5.93
3 0.25 50 5.82 0.777 5.09
4 0.25 50 7.57 1.010 14.63
표 14 및 도 17에 도시된 그래프는 PP 100중량%를 사용한 비교 예 2에 대한 각각의 부직포에 대하여 75시간(hr)이 경과 한 후 기계적 물성 측정 결과를 나타낸 것이며, 4.93∼7.57N에서 인장력 0.657∼1.010Mpa, 연신률 5.09∼14.63%를 나타내었다.
이와 같이 <시험 2>, <시험 3>, <시험 4>에서 측정된 각 부직포의 기계적 물성의 평균을 분석하여 그 결과를 표 15에 나타내었다.

 실시 예 1
(PLA 2%)		 실시 예 2
(PLA 5%)		 실시 예 3
(PLA 10%)		 비교 예 1
(PLA 100%)		 비교 예 2
(PP 100%)
Force Elong Force Elong Force Elong Force Elong Force Elong
시간경과전 13.7 83.2 13.4 93.9 5.0 23.4 24.5 27.6 19.2 31.6
50시간경과 11.9 51.7 12.3 66.7 3.0 6.0 20.9 8.5 9.0 21.0
75시간경과 11.9 60.9 10.79 56.2 9.29 27.5 측정불가 5.9 8.5
표 15에 나타낸 바와 같이 실시 예 1은 제조된 부직포의 시간경과 전 13.7N에서 연신률 83.2%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 11.9N에서 연신률 51.7%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 11.9N에서 연신률 60.9%를 나타내었다.
그리고, 실시 예 2는 제조된 부직포의 시간경과 전 13.4N에서 연신률 93.9%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 12.3N에서 연신률 66.7%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 10.79N에서 연신률 56.2%를 나타내었다.
그리고, 실시 예 3은 제조된 부직포의 시간경과 전 5.0N에서 연신률 23.4%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 3.0N에서 연신률 6.0%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 9.29N에서 연신률 27.5%를 나타내었다.
즉, 실시 예 1, 2, 3은 75시간이나 경과 된 후에도 부직포의 기계적 강도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 비교 예 1은 제조된 부직포의 시간경과 전 24.5N에서 연신률 27.6%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 20.9N에서 연신률 8.5%을 나타내었으나, 부직포의 75시간 경과 후에는 부식이 진행되어 측정이 불가하였다.
그리고, 비교 예 2는 제조된 부직포의 시간경과 전 19.2N에서 연신률 31.6%를 나타내었고, 부직포의 50시간 경과 후 9.0N에서 연신률 21.0%을 나타내었으며, 부직포의 75시간 경과 후 5.9N에서 연신률 8.5%를 나타내었다. 즉, 비교 예 2는 75시간이나 경과 된 후에 연신률이 3배 이상 낮아진 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid; PLA)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)을 혼합한 혼합물을 교반기에서 교반되고 압출기에서 3차에 걸친 단계적인 온도에서 완전 용융되며, 멜트 브라운 방식으로 제조됨으로써 기존 PLA과 PP가 쉽게 섞이지 않은 문제를 해결할 수 있게 되고, 이로 인하여 자연환경에 친화적이고 실제 사용을 위한 기계적 강도가 우수하며, 섬유의 부식시간을 지연시켜 부직포의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 부직포의 제조비용을 절감시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
10: 교반기 20: 압출기
22: 펌프 24: 필터장치
30: 니더기 40: 방사대
42: 방사 노즐 50: 수집벨트

Claims (10)

  1. 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기에 투입하여 교반시키는 S10단계;
    상기 교반된 혼합물을 150∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)에 넣어 용융시키는 S20단계;
    상기 용융물을 니더기(Kneader)에 공급하여 압출시키는 S30단계;
    상기 압출된 용융물을 수백 개의 작은 오리피스(Orifice)로 형성된 방사대의 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 섬유화시키는 S40단계; 및
    상기 연신에 의해서 결정된 섬유를 절단하고 스핀벨트 상에 웹(Web) 형태로 집적하여 결합시키는 S50단계;
    를 포함하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 S20단계에서 혼합물의 용융은 150∼160℃ 온도에서 1차 용융되고, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융되며, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융되어 혼합물의 완전 용해가 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 S10단계에서 생분해성 폴리유산은 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 S10단계에서 생분해성 폴리유산(PLA)은 융점이 100℃∼180℃ 이고, 용융지수 20∼40g/10분이며, 용융밀도는 0.98 내지 2.24g/㎤(260℃) 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 S10 단계에서 폴리프로필렌(PP)는 융점이 150℃∼260℃이고, 용융지수는 50∼100g/10분의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 S10 단계에서 혼합물은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼10중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 90중량%∼98중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포 제조방법.
  7. 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼50중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 50중량%∼98중량%를 혼합한 혼합물을 교반기에 투입하여 교반하고, 150∼260℃ 온도의 압출기(Extruder)에 넣어 용융시킨 다음 니더기(Kneader)에 공급하여 압출시킨 후 수백 개의 작은 오리피스로 형성된 방사대의 방사 노즐을 통해 방사하고 상기 방사 노즐 양옆에서 고속으로 분사되는 고압 열풍으로 연신시켜 섬유화시키며, 상기 연신에 의해서 결정된 섬유를 절단하고 스핀벨트 상에 웹 형태로 집적하여 결합시키는 방법으로 제조되는 친환경 단섬유 부직포.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합물은 150∼160℃ 온도에서 1차 용융되고, 210∼230℃ 온도에서 2차 용융되며, 240∼260℃ 온도에서 3차 용융되어 완전 용해가 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 생분해성 폴리유산(PLA)은 폴리-D-유산, 폴리-L-유산, D-유산과 L-유산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합물은 생분해성 폴리유산(Poly lactic acid;PLA) 2중량%∼10중량%와 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 90중량%∼98중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 친환경 단섬유 부직포.
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