KR20160081610A - 흡음재 부직포용 용융 셀룰로오스계 멜트블로운 섬유 조성물, 이를 이용한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

흡음재 부직포용 용융 셀룰로오스계 멜트블로운 섬유 조성물, 이를 이용한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물, 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면 섬유 내 기공이 형성되어 있고, 벌키한 구조의 섬유집합체를 포함하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제공하기 위한 조성물, 이를 이용하여 제조한 초극세 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 나아가 이의 응용제품에 관한 것이다.

Description

용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물, 이를 이용한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 및 이의 제조방법{Composition of non-woven fabric having molten cellulose ultrafine-fiber, Non-woven fabric having molten cellulose ultrafine-fiber using the same and Manufacturing method thereof}
본 발명은 부직포를 구성하는 섬유 내 기공이 형성되어 있고, 벌키한 구조의 섬유집합체를 포함하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제조할 수 있는 조성물, 이를 이용하여 제조한 초극세 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 나아가 이의 응용제품에 관한 것이다.
진공청소기, 식기세척기, 세탁기, 에어컨, 공기청정기, 컴퓨터, 프로젝터 등과 같이 소음원의 종류가 더욱 다양해지고, 이에 따라 소음공해 문제가 점점 심각해지고 있다. 따라서 이러한 현대생활 속에 다양한 소음원으로부터 발생되는 소음을 차단하거나 감소시키기 위한 노력이 계속되고 있으며, 해외선진국에서는 아파트 등의 공동 주택의 층간 및 세대간의 소음수준을 규제하기 위한 법적 규제가 점점 엄격해지는 추세이다. 또한, 자동차의 실내로 유입되는 소음은 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통하여 전달되는 엔진 소음, 바퀴 및 지면과의 마찰음이 대표적인데, 이러한 소음을 억제하기 위하여 엔진 커버, 후드 인슐레이션을 사용하고 있으나 실제로 소음을 저감하는 효과는 미미하며, 차량의 실외에 부착된 대쉬 아우터, 실내에 부착된 대쉬 인너 및 플로어 카펫 등이 대부분의 소음을 제거하는 역할을 수행하고 있다.
소음을 개선하는 방법에는 흡음성능을 개선하는 것과 차음 성능을 개선하는 두 가지 방법이 있는데 흡음이란 발생한 소리에너지가 소재의 내부경로를 통해 전달되면서 열에너지로 변환되어 소멸하는 것이며, 차음은 발생한 소리에너지가 차폐물에 의해 반사되어 차단되는 것이다.
종래 전통적으로 사용되는 흡,차음재로서는 펠트(felt), 스펀지, 폴리우레탄 폼 등이 주로 사용되고 있으며, 이외에도 압축섬유, 유리섬유, 암면, 또는 재생섬유 등에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함침시킨 흡음재를 열거할 수 있다. 그러나, 상기에서 기술된 흡음재의 대부분이 방음 성능이 충분하지 않으며, 흡음재의 대부분은 인체에 유해한 성분을 함유하고 있는 문제점이 있었다.
근래에는 친환경성 및 재활용 가능 여부에 대한 각 국의 규제가 점차적으로 강화되고 있는 추세여서 열가소성 수지를 기반으로 하는 섬유 흡음재의 사용 비율이 증가하고 있는 상황이다. 또한 이산화탄소 저감을 위하여 차량의 연비 규제도 점차 심화되고 있는데, 연비 향상은 부품의 경량화를 통해 달성할 수 있으므로 향상된 성능과 더불어 경량화된 흡음재의 개발이 필요한 상황이다.
이에 따라, 인체에 무해하고, 두께를 감소시키면서도 소음을 효과적으로 흡수하여 저감할 수 있는 흡음 기능이 탁월한 흡음재에 대한 연구개발이 활발 하게 진행되고 있다.
종래의 연구 개발된 흡음재로는 일반적인 멜트블로운 섬유에 크림프 되는 직경 10 ㎛ 이상인 일반적인 단섬유가 10 중량% 이상 함유되어 이루어지는 웹형태인 흡음재가 개시(미국공개특허 1954-433600호)되어 있고, 일반적인 멜트블로운 섬유에 크림프 되는 벌키섬유가 함유되어 이루어지는 웹 형태인 흡음재겸 보온재가 개시되어 있으나, 일반적인 멜트블로운 섬유로 이루어지는 웹의 공극률이 매우 커서 조직구조가 치밀하지 못하고, 흡음재의 내구성이 부족하고 충분한 흡음 효과를 제공하지 못할 뿐만 아니라, 충분한 흡음 효과를 제공하기 위해서는 흡음재의 두께를 크게 증가시켜야 한다는 문제점이 있다.
또한, 극세섬유를 멜트블로운하여 이루어지는 3차원 부직포웹인 흡음재가 개시되어 있으나, 3차원 부직포웹은 공극률이 커서 조직구조가 치밀하지 못하여 내구성이 부족하며, 3차원 부직포웹의 특성 상 충분한 흡음 효과를 제공하기 위해서는 상기 3차원 부직포웹의 두께를 크게 증가시켜야 할 뿐만 아니라, 상기와 같이 3차원으로 구성되는 부직포웹의 제조가 까다로워서 제조원가가 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다. 이 외에도, 또한, 입체안정성을 부여하기 위하여 멜트블로운 섬유에 열에 의해 융착이 가능한 스테이플 섬유를 함유하는 것을 특징으로 흡음재가 개시되어 있으나, 이러한 흡음재는 여전히 방음 성능이 부족하다는 문제점이 있다. 이 외에도, 다수의 공간을 갖는 벌집 형상의 구조물을 멜트블로운 섬유와 함께 사용하는 흡음재가 개시되어 있으나, 이러한 흡음재는 방음 성능이 부족하며, 유연성이 부족하여 용도에 제한이 크다는 문제점이 있었다.
한국 공개특허 10-2011-0122566호(공개일 2011년 11월 10일) 한국 공개특허 10-2010-0015043호(공개일 2010년 2월 12일)
본 발명은 새로운 흡음재 소재를 제조하고자 노력한 결과물로서, 본 발명의 목적은 흡음재 소재인 부직포를 구성하는 섬유 내 기공을 형성시켜서 섬유의 비표면적을 증가시킬 수 있는 최적의 초극세 부직포 조성물, 이를 이용한 초극세 부직포의 제조방법 및 초극세 부직포를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물에 관한 것으로서, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 및 가소제 포함하는 혼합물; 라디칼생성억제제; 및 라디칼활성억제제를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물은 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 50 ~ 75 중량% 및 가소제 25 중량% ~ 50중량%를 포함하는 혼합물 100 중량부에 대하여, 라디칼생성억제제 0.01 ~ 2 중량부 및 상기 라디칼활성억제제 0.001 ~ 2.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 조성물에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지는 셀룰로오스 수산기의 치환도가 1.5 ~ 4.0이고, 중량평균분자량이 10,000 ~ 42,000인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 조성물에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 조성물에 있어서, 상기 가소제는 중량평균분자량 100 ~ 350의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린 및 트리부틸세바케이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 조성물에 있어서, 상기 라디칼생성억제제는 페놀기를 포함하는 수불용성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 라디칼생성억제제는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 조성물에 있어서, 상기 라디칼활성억제제는 말단에 인을 함유한 수불용성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 라디칼활성억제제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물은 카르보디이미드계 가수분해 방지제를 더 포함할 수 있으며, 그 함유량은 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 및 가소제의 혼합물 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 2.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 이용하여 제조한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포에 관한 것으로서, 평균직경 2.5 ㎛~ 5㎛인 용융 셀룰로오스 에스테르계 멜트블로운 섬유를 포함하며, 상기 멜트블로운 섬유는 평균입경 100㎚ ~ 600㎚를 갖는 다수의 미세기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 가소제 함유량이 0.2 중량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 가소제를 함유하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 구성하는 상기 멜트블로운 섬유는 140 ~ 170g/10분(250℃)의 MI(melt index)를 갖으며, 평균직경 2.5 ㎛ ~ 5㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균평균면밀도가 20 g/m2 ~ 400 g/m2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.85 이상이고, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 3,150 Hz에서 흡음계수가 1.00 이상이고, 5,000 Hz에서 흡음계수가 1.08 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 앞서 설명한 다양한 형태의 열가소성 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 칩(chip)화시킨 후, 이를 용융시켜서 용융 수지를 제조한 다음, 용융방사하여 멜트블로운 섬유집합체를 제조한 후, 이를 초음파 처리하여 가소제를 용출시킨 다음, 검화 및 건조시켜서 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제조하는 방법은 열가소성 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 혼합하여 혼합수지를 제조하는 단계; 상기 혼합수지를 70℃ ~ 90℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안 건조시켜서 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계; 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 혼련기에 투입한 후, 혼련기 내부 온도를 150℃부터 220℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 블렌딩을 수행하여 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계; 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 멜트블로운 다이 및 구금을 통해 용융 방사시키면서 동시에 고온, 고압의 핫에어를 이용해서 멜트블로운 섬유집합체를 제조하는 단계; 및 상기 멜트블로운 섬유집합체를 물에 담근 후, 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계; 가소제가 용출된 멜트블로운 섬유집합체를 5 ~ 15 부피% 농도의 NaOH 수용액에 60분 ~ 120분 동안 침지시켜서 검화시키는 단계; 및 검화된 멜트블로운 섬유집합체를 건조시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 본 발명의 초극세 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계의 상기 블렌딩은 서클피더 20 ~ 30 kg/hr 및 혼련기 모터속도 220 rpm ~ 300 rpm 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계의 용융 셀룰로오스 에스테르 수지는 용융온도가 200℃ ~ 300℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 멜트블로운 다이 및 구금온도는 230℃ ~ 280℃, 핫 에어(hot air) 온도 240℃ ~ 270℃ 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 섬유를 제조하는 구금은 이형단면 및 복합방사구금인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 이형단면구금은 십자형 단면구금, 다각형 단면구금, C형 단면구금, 원형 단면구금, 사엽 단면구금, 육엽 단면구금, 팔엽단면 또는 중공구금인 것을 특징으로 할 수도 있으며 복합방사구금은 사이드바이사이드(side by side), 시스코어(Sheath - Core), 해도형(Sea Island) 및 분할형 일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 가소제를 용출시키는 단계의 물의 온도는 50℃ ~ 70℃이고, 초음파 처리시, 초음파 세기는 300 Hz ~ 400 Hz 세기인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 이용한 흡음재에 관한 것으로서, 상기 흡음재는 자동차 내장재, 냉장고, 에어컨 등의 전자, 전기 기기의 흡음재, 건축용 흡음재 등으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 앞서 설명한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 필터여재로 응용하여 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 앞서 설명한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 화장품 마스크시트로도 응용하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 바이오매스 유래 물질인 셀롤로오스 소재의 섬유를 사용하고, 친환경적인 가소제를 사용하는 바, 기존의 유기용매를 사용하는 습식 프로세스를 이용하지 않으면서도 초극세 섬유집합체를 제조할 수 있으며, 또한, 부직포 내 섬유 표면에 형성된 기공구조에 의해 비표면적이 증가되어 고주파뿐만 아니라, 저주파에 대한 흡음성이 우수하다. 또한, 이와 같은 높은 비표면적을 이용하여 본 발명의 부직포를 화장품의 담체로 이용하여 화장품용 마스크시트로 응용할 수 있으며, 필터여재로도 응용할 수 있으며, 특히, 흡음성이 우수하면서 경량성을 갖는 바, 자동차, 비행기, 배 등의 이동수단의 내장용 흡음재, 핸드폰, 노트북, 컴퓨터, TV, 냉장고, 에어컨 등의 전자제품부품용 흡음재, 건축용 실내인테리어 소재용 흡음재 등으로 응용하기에 적합하다.
도 1 및 도 2는 실시예 1에서 제조한 섬유집합체의 섬유에 대한 SEM 측정 사진이다.
이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다.
본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물은 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함한다.
상기 조성물은 셀룰로오스 에스테르 수지를 포함하며, 셀룰로오스의 수산기 일부 또는 전부가 에스테르 결합에 의해서 치환되어 있는 셀룰로오스 유도체로, 셀룰로오스 수산기의 강한 수소 결합을 약하게 하여 가소제가 그 사이로 잘 혼합될 수 있도록 한다. 그리고, 가소제를 효과적으로 혼합함에 따라 셀룰로오스 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하여 용융 방사가 가능해질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지는 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 또는 셀룰로오스아세테이트올레이트 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 그리고 본 발명의 셀룰로오스 에스테르 수지는 중량평균분자량이 10,000 ~ 42,000일 수 있으며, 치환도가 1.5 ~ 4.0 일 수 있으며, 바람직하게는 중량평균분자량이 20,000 ~ 40,000이고 치환도가 1.7 ~ 3.0 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량이 25,000 ~ 32,000이고 치환도가 2.0 ~ 2.6 일 수 있다. 그리고, 상기 셀룰로오스 에스테르 수지의 치환도란, 셀룰로오스의 수산기가 에스테르 결합으로 치환된 정도를 말하는 것으로 셀룰로오스 에스테르 수지의 치환도가 1.5 미만일 경우, 용융 시 분자들의 유동성이 떨어져서 가공성이 저하될 수 있으며, 4.0을 초과할 경우 용융 점도가 감소하여 섬유형성능이 저하될 뿐만 아니라 멜트블로운 섬유 제조 공정시 수반되는 핫에어(Hot Air)에 의해서 사절 발생 빈도가 증가하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 외에 가소제를 포함할 수 있다. 상기 가소제는 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지와 혼합되어 셀룰로오스 에스테르에 존재하는 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하고 용융 방사할 수 있도록 하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 보다 바람직하게는 가소화가 촉진될 수 있도록 중량평균분자량 350 이하의 저분자량을 갖는 것을, 바람직하게는 중량평균분자량 100 ~ 250인 것을, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량 150 ~ 220인 것을 사용할 수 있다. 이때, 가소제의 중량평균분자량이 350을 초과하면 멜트블로운 가소화 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 본 발명의 조성물로 제조한 섬유집합체의 평균 직경 및 섬도가 증가하여 흡음성능이 저하될 수 있다.
그리고, 상기 가소제는 디부틸아디페이트, 디옥틸아디페이트, 디부틸세바케이트, 디옥틸세바케이트, 디에틸아젤레이트, 디부틸아젤레이트, 디옥틸아젤레이트 등의 방향족 다가 카르복실산에스테르류; 글리세린트리아세테이트, 디글리세린테트라아세테이트, 폴리글리콜산 등의 다가 알콜의 저급지방산 에스테르류; 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리부톡시에틸포스페이트, 트리크레질포스페이트 등의 인산에스테르류; 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트 등의 글리콜과 이염기산으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 폴리글리콜산 등의 옥시카르복실산으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 및 폴리카프로락톤, 폴리프로피오락톤, 폴라발레로락톤 등의 락톤으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 바람직하게는 중량평균분자량 350이하의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린 및 트리부틸세바케이트 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 중량평균분자량 350 이하의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리글리콜산 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 및 상기 가소제를 혼합한 혼합물 전체 중량 중 가소제의 함량은 25 중량% ~ 50중량%로, 바람직하게는 30 중량% ~ 50 중량%로, 더욱 바람직하게는 35 중량% ~ 45 중량%로 사용할 수 있으며, 이때, 상기 혼합물 전체 중량 중 가소제 사용량이 25 중량% 미만으로 사용시 셀룰로오스의 강한 수소결합으로 인해 용융 방사시킨 섬유에 기공 형성이 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 50 중량%를 초과하여 사용하면 섬유에 기공이 너무 많이 발생하여 부직포의 기계적 물성이 크게 떨어질 뿐만 아니라, 섬유 표면으로 가소제의 블리드 아웃(breed-out)이 발생하고, 부직포 내 가소제가 다량 잔존하여 부직포의 흡음성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물은 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하는데, 상기 라디칼생성억제제는 셀룰로오스 에스테르 수지를 열가소화시킬 때나 가소화된 셀룰로오스 에스테르 수지를 방사 전 용융시킬 때, 열에 의한 분해를 방지하는 역할을 하며, 사슬이 ?져서 생성되는 라디칼 생성을 억제하는 역할을 함으로써, 높은 온도에서도 방사가 가능하여, 우수한 물성을 갖는 용융방사된 섬유 및/또는 섬유집합체를 제공할 수 있게 한다. 상기 라디칼생성억제제는 셀룰로오스 에스테르 수지 및 가소제와 혼합이 용이한 액상, 고상 형태일 수 있로서, 페놀기를 포함하는 수불용성 화합물과 같은 것 일 수 있으며, 바람직하게는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, Anox 20 (Chemtura Co.), Iganox 1010 (Ciba Specialty Chemicals, Inc.) 및 Songnox1010 (SongwonIndustrial Co., Ltd.) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 라디칼생성억제제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 2 중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 1 중량부를 사용할 수 있고, 만약 0.01 중량부 미만일 경우 조성물의 용융시 셀룰로오스 에스테르 수지의 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 방사 과정에서 셀룰로오스 에스테르 수지가 열분해될 수 있으며, 2 중량부를 초과할 경우 팩 압력 상승의 원인으로 작업성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명은 상기 라디칼생성억제제 뿐만 아니라, 라디칼활성억제제도 같이 사용함으로써, 불량률이 낮으면서도 물성이 우수한 용융방사물을 제공할 수 있다. 본 발명에서 라디칼생성억제제는 용융방사된 섬유가 대기 중에서 산화가 일어나는 것을 방지하는 역할을 하며, 셀룰로오스 주사슬이 깨져서 생성되는 라디칼 생성을 억제하는 역할을 한다. 상기 라디칼활성억제제는 셀룰로오스 에스테르 수지 및 가소제와 혼합이 용이한 액상, 고상 형태로서, 말단에 원소 인을 함유하는 수불용성 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트를 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, Alkanox 240 (Chemtura Co.), Igafos 168 (Ciba Specialty Chemicals, Inc.), Songnox 1680 (Songwon Industrial Co., Ltd) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 라디칼활성억제제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 0.001 ~ 2.5 중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.05 ~ 0.8 중량부를 사용할 수 있고, 만약 0.001 중량부 미만일 경우, 용융시 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 용융방사 과정에서 용융된 셀룰로오스 에스테르 수지가 열분해될 수 있으며, 2.5 중량부를 초과할 경우 팩 압력 상승의 원인으로 작업성 및 성형성에 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물은 상기 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제 외에 가수분해 방지제를 더 포함할 수 있다. 상기 가수분해 방지제는 고온의 열처리 공정에서 가소화된 열가소성 셀룰로오스 조성물(또는 용융 수지)에 존재하는 일정량의 수분이 야기하는 가수분해로 인한 고분자의 사슬의 분해를 방지하는 역할을 한다. 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 용융방사 수행하기 전에 용융을 진행하면 가수분해 방지효과에 의해 통상의 건조 수분율 관리 기준보다 높은 수분율 기준을 적용을 할 수 있게 될 뿐만 아니라, 건조 공정의 시간을 단축시킬 수도 있다. 구체적으로, 기존의 수분율 관리기준이 500ppm이하였다면, 본 발명의 경우, 수분율 관리기준이 1,000 ~ 3,000ppm 일 수 있으며, 건조공정 시간도 단축시킬 수 있다. 나아가, 일부 잔류하는 수분율에 의해서 발생할 수 있는 추가적인 가수분해도 방지할 수 있고 이로 인해 점도 저하에 의한 가공성 불량을 개선할 수 있다. 본 발명에서, 상기 가수분해 방지제는 카르보디이미드(Carbodiimide)계 일 수 있으며, 바람직하게는 R-N=C=N-R 및/또는 R-N=C=N=R로 표시되는 화합물을 포함하는 비스-카보디이미드를 사용할 수 있다. 여기서, R과 R'는 C4~C20의 치환 또는 미치환 알킬기, 치환 또는 미치환 아르일기(arylgroups)를 나타내며, 여기서 치환은 할로겐 아톰, 니트로기, 아미노기, 설퍼닐기, 하이드록실기, 알킬기, 또는 알콕시기(alkoxy group) 이며, 그리고 R 및 R'는 동일할 수 있거나 다를 수 있다.
그리고, 상기 비스-카보디이미드의 예를 들면, TABAXOL의 상표명으로 독일의 레인-케임 게엠베하(Rhein-Chemie GmbH)에서 제조된 비스-카보디이미드로서, 2,2',6,6'-테트라이소프로필디펜닐 카보디이미드와, 2,4-디이소시안네이트-1,3,5-트리스(1-메틸에틸)의 2,6-디이소프로필디이소시안네이트와의 공중합체, 벤젠-2,4-디이소시안아토-1,3,5-트리스(1-메틸에틸) 호모폴리머 등의 방향족 폴리카보디이미드 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2,2',6,6'-테트라이소프로필디펜닐 카보디이미드 및 벤젠-2,4-디이소시안아토-1,3,5-트리스(1-메틸에틸) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에서 가수분해 방지제의 사용량은 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 및 가소제을 함유한 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 2.5 중량부를, 바람직하게는 0.8 ~ 2.3 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.8 ~ 1.8 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.5중량부 미만으로 사용시 셀룰로오스의 가수분해 방지 효과가 미비할 수 있으며, 2.5 중량부를 초과하면 경제적으로 비효율적인 바, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 이용하여 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제조하는 방법에 대하여 설명을 한다.
본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 앞서 설명한 상기 열가소성 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 칩(chip)화시킨 후, 이를 용융시켜서 용융 수지를 제조한 다음, 이를 용융시켜 다이 및 구금을 통과시키는 과정에서 핫에어를 통해 멜트블로운 섬유집합체를 제조한 후, 이를 초음파 처리하여 섬유집합체 내에 존재하는 가소제를 용출시킨 다음, 가소제가 용출된 섬유집합체를 검화 및 건조시켜서 제조할 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 열가소성 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 혼합하여 혼합수지를 제조하는 단계; 상기 혼합수지를 건조시켜서 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계; 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 혼련기에 투입한 후, 혼련기 내부 온도를 150℃부터 220℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 블렌딩을 수행하여 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계; 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 용융시켜 다이 및 구금을 통과시키는 과정에서 핫에어를 통해 멜트블로운 섬유집합체를 제조하는 단계; 및 상기 멜트블로운 섬유집합체를 물에 담근 후, 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계; 가소제가 용출된 멜트블로운 섬유집합체를 검화시키는 단계; 및 검화된 멜트블로운 섬유집합체를 건조시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 본 발명의 초극세 부직포를 제조할 수 있다.
상기 혼합수지를 제조하는 단계의 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제는 앞서 설명한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포의 종류 및 조성비와 동일하다.
상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계의 건조는 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 70℃ ~ 90℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안, 더욱 바람직하게는 75℃ ~ 85℃ 하에서 22 ~ 26 시간 정도 열풍 건조를 수행할 수 있다. 이때, 건조 온도가 70℃ 미만이면 건조시간이 너무 길어져서 상업성이 떨어질 뿐만 아니라, 혼합수지가 칩(Chip)화가 되지 않을 수 있으며, 건조 온도가 90℃를 초과하면 융착현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
상기 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계에 있어서, 상기 블렌딩은 혼련기 내부 온도는 150℃부터 220℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서, 바람직하게는 160℃부터 210℃까지, 더욱 바람직하게는 165℃부터 205℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 수행하는 것이 좋은데, 이때 혼련기 내부 온도가 150℃ 미만이면 충분히 용융되지 않아서 균일하게 섞이지 않고 결과적으로 가소제가 칩내부에 균일하게 존재하지 못하기 때문에 멜트블로운 섬유 제조 공정에서 불량률을 증가시키는 문제가 있을 수 있고, 220℃를 초과하면 열분해되어 섬유의 물성저하를 야기시키는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 온도 범위에서 블렌딩을 수행하는 것이 좋다.
또한, 상기 블렌딩은 서클피더 20 kg/hr ~ 30 kg/hr 및 혼련기 모터속도 220 rpm ~ 300 rpm 하에서 수행하는 것이 좋으며, 바람직하게는 서클피더 22 kg/hr ~ 28 kg/hr 및 혼련기 모터속도 240 rpm ~ 290 rpm 하에서 수행하는 것이 균일상 구현면에서 유리하다.
또한, 블렌딩한 용융 셀룰로오스 에스테르 수지는 섬유형태로 가공하기 위한 용융온도가 200℃ ~ 300℃이고, 용융방사를 통한 필라멘트 및 스테이플 파이버부터 멜트블로운 및 스펀본드 부직포 제조에 적용될 수 있다.
상기 멜트블로운 섬유집합체를 제조하는 단계에 있어서, 구금 및 다이의 온도는 230℃ ~ 290℃ 하에서 수행하는 것이, 바람직하게는 방사온도 240℃ ~ 280℃ 하에서 수행하는 것이, 더욱 바람직하게는 방사온도 255℃ ~ 275℃ 하에서 수행하는 것이 좋으며 핫 에어 온도는 다이 및 구금 온도 보다 10℃ 정도 높게 설정하는 것이 좋다. 이때, 방사온도가 230℃ 미만이면 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워져서 극세한 부직포를 제조하는데 문제가 있을 수 있고, 290℃를 초과하면 방사공정 중에 멜트블로운 섬유가 끊어지고 날리면서 집속성이 저하되고 결과적으로 품질이 저하되는 문제와 부직포의 두께가 얇아지는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 온도범위 하에서 멜트블로운 섬유 제조를 수행하는 것이 좋다.
그리고, 멜트블로운 방사에 사용되는 구금은 당업계에서 사용하는 일반적인 구금을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이형단면 및 복합방사구금인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 이형단면구금은 십자형 단면구금, 다각형 단면구금, C형 단면구금, 원형 단면구금, 사엽 단면구금, 육엽 단면구금, 팔엽단면 또는 중공구금인 것을 특징으로 할 수도 있으며 복합방사구금은 사이드 바이 사이드(side by side), 시스코어(Sheath - Core), 해도형(Sea Island) 및 분할형 구금을 사용할 수 있다.
또한, 상기 멜트블로운 섬유집합체를 구성하는 용융 방사된 멜트블로운 섬유는 평균직경 2.5 ㎛~ 5.0㎛, 바람직하게는 3.0 ㎛~ 5.0 ㎛, 더욱 바람직하게는 4.0 ㎛ ~ 5.0 ㎛일 수 있으며, 섬유의 평균직경이 2.5 ㎛ 미만이면 부직포의 기계적 물성이 너무 낮을 뿐만 아니라, 흡음성이 떨어질 수 있고, 섬유의 평균직경이 5 ㎛를 초과하면 흡음성이 감소하는 문제가 있다. 그리고, 상기 멜트블로운 섬유는 140 ~ 170g/10분(250℃)의 MI(melt index)를, 바람직하게는 145 ~ 165g/10분(250℃)의 MI를, 더욱 바람직하게는 150 ~ 160g/10분(250℃)의 MI를 갖는다.
상기 가소제를 용출시키는 단계는 멜트블로운 섬유집합체 내 존재하는 가소제를 제거하는 단계로서, 멜트블로운 섬유집합체를 물에 담근 후, 초음파 처리하여 수행할 수 있다. 이때, 상기 물의 온도는 50℃ ~ 70℃인 것이, 바람직하게는 55℃ ~ 65℃인 것이 가소제 용출 및 가공용이성 면에서 유리하다. 그리고, 상기 초음파 처리는 300 Hz ~ 400 Hz 세기의 초음파를, 바람직하게는 320 Hz ~ 400 Hz 세기의 초음파를, 더욱 바람직하게는 340 Hz ~ 380 Hz 세기의 초음파를 가하여 수행할 수 있는데, 이때, 초음파 세기가 300 Hz 미만이면 가소제 용출이 원할하지 않고, 초음파 처리시간이 너무 길어질 수 있으며, 초음파 세기가 400 Hz를 초과하면 섬유 물성을 저하시키는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 초음파 세기 범위 내에서 초음파를 가하여 초음파 처리를 수행하는 것이 좋다.
그리고, 초음파 처리의 바람직한 일례를 들면, 상부 3개 및 하부 3개가 연통된 수조에 50℃ ~ 70℃ 정도의 물을 채운 후, 수조 내에 초음파를 300 Hz ~ 400 Hz 세기로 가하고, 상기 멜트블로운 섬유집합체가 상기 수조를 15초 ~ 30초간 750 mpm ~ 1,100 mpm 정도의 속도로 통과할 수 있도록 하여 수행할 수 있다.
상기 가소제를 용출시키는 단계를 수행하면 멜트블로운 섬유집합체 내 가소제 함유량이 0.2 중량% 이하로, 바람직하게는 0.01 ~ 0.2 중량%로, 더욱 바람직하게는 0 ~ 0.05 중량%로 가소제가 존재할 수 있게 된다.
상기 검화시키는 단계는 가소제가 용출된 멜트블로운 섬유집합체를 NaOH 수용액에 60분 ~ 120분 동안 침지시켜서 수행할 수 있으며, 상기 NaOH 수용액은 5 ~ 20 부피% 농도의 NaOH 수용액을, 바람직하게는 5 ~ 15 부피% 농도의 NaOH 수용액을, 더욱 바람직하게는 8 ~ 12 부피% 농도의 NaOH 수용액을 사용하는 것이 좋은데, 이때, NaOH 수용액의 농도가 5 부피% 미만이면 검화가 충분히 일어나지 않아서 셀룰로스로 치환도가 저하되며 결과적으로 가소제가 잔류량 증거와 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, NaOH 수용액의 농도가 20 부피%를 초과하면 강도를 비롯한 전반적인 섬유물성을 저하시키는 문제가 있을 수 있으므로 상기 농도의 NaOH 수용액을 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 검화된 멜트블로운 섬유집합체를 건조시키는 단계는 당업계에서 일반적인 건조공정을 통해 수행할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 구성하는 멜트블로운 섬유는 기공이 형성되어 있는 바, 높은 비표면적으로 갖을 수 있다.
이러한 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균직경 2.5 ㎛~ 5㎛인 용융 셀룰로오스 에스테르계 멜트블로운 섬유를 포함하며, 상기 멜트블로운 섬유는 평균입경 100㎚ ~ 600㎚를, 바람직하게는 평균입경 200㎚ ~ 500㎚를 갖는 다수의 미세기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 용융 셀룰로오스 에스테르계 멜트블로운 섬유는 140 ~ 170g/10분(250℃)의 MI(melt index)를 갖으며, 2.5 ㎛~ 5㎛를 갖는다.
또한, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균면밀도 250 ~ 400 g/m2인 것이, 바람직하게는 평균면밀도 270 ~ 380 g/m2인 것이, 더욱 바람직하게는 평균면밀도가 280 ~ 350 g/m2인 것이 좋으며 그 용도에 면밀도를 조정하여 최적화시킬 수 있다, 이때, 평균면밀도가 250 g/m2 인 경우, 강도, 강도 등의 충분한 기계적 물성을 갖지 못하는 문제가 있을 수 있고, 평균면밀도가400 g/m2을 초과하면 면밀도가 증가하는 만큼 발생하는 제조비용 증가분에 비해서 물성 향상율이 미미하기 때문에 상기 범위 내의 면밀도를 갖는 것이 좋다.
이러한, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 평균면밀도 300 g/m2 인 경우, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 저주파대수인 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.85 이상이고, 바람직하게는 0.86 ~ 0.95일 수 있고, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상, 바람직하게는 0.98 ~ 1.05를 갖을 수 있다. 또한, 3,150 Hz에서 흡음계수가 1.00 이상이고, 바람직하게는 1.02 ~ 1.10일 수 있으며, 고주파대인 5,000 Hz에서 흡음계수가 1.08 이상을, 바람직하게는 1.10 ~ 1.30을 갖을 수 있다.
본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포는 표면에 내장재 커버용으로 적용되는 이미 공지된 각종 소재들 예를 들면 부직포, 직조직물, 편직 직물, 폼(Foam), 필름, 종이, 스판본드 직물, 멜트블로운 직물, 스테이플 웹 등과 같은 공지된 내장재 커버용 소재를 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 조합하여 이루어지는 지지체를 형성시킬 수도 있다. 이러한 지지체는 차량 내부, 건축물 내부 등에 시공되는 흡음재의 표면을 커버하여 상기 흡음재의 형태를 유지하고 강도를 제공하는 동시에, 시일이 경과됨에 따라 부직포의 섬유가 탈리되는 것도 방지하여 흡음 기능을 지속적으로 유지하도록 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1
셀룰로스 수산기의 치환도가 2.4이며, 중량평균분자량이 30,000인 셀룰로오스 아세테이트 수지(이스트만사 제품) 60중량% 및 중량평균분자량 200인 폴리에틸렌글리콜 40중량%를 혼합하여 혼합물 1을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 라디칼생성억제제인 테트라키스메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)메테인(Anox 20, 캠추라코퍼레이션, Chemtura Corporation) 0.1 중량부 및 라디칼활성억제제인 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트(Alcanox 240, 캠추라코퍼레이션, Chemtura Corporation)첨가한 후, 슈퍼믹서(supermixer)를 이용하여 2분간 혼합하여 혼합물 2를 제조하였다.
다음으로 사이 혼합물 2를 열풍 건조기로 80℃, 24시간 건조시켜서 칩(chip)화시켰다.
다음으로, 트윈익스트루더가 장착된 혼련기에 이용하여 서클피터 25kg/hr, 혼련기 모터 속도 270 rpm로 고정 후 혼련기 다이(DIE) 시작온도 170℃에서 5단계에 걸쳐 최종 말단온도 200℃까지 온도를 부여하면서 5분 동안 상기 칩을 블렌딩시켜서 용융 셀룰로오스 아세테이트 수지를 제조하였다.
다음으로, 상기 용융 셀룰로오스 아세테이트 수지를 폭 1960mm 35HPI(Hole per Inch) 규격의 구금이 장착된 멜트블로운 설비에서 구금 및 다이 온도 250℃, 핫 에어(Hot Air) 온도는 260℃의 조건에서 방사를 진행하여, 멜트블로운 섬유로 구성된 평균면밀도 300g/m2의 멜트블로운 섬유집합체를 제조하였다. 이때, 상기 멜트블로운 섬유의 MI(Melt Index)는 156g/10min (250℃)이었으며, 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.8㎛였다.
다음으로, 초음파발생기가 장착된 상부3개 하부 3개가 연통된 수조를 상기 멜트블로운 섬유집합체를 20초간 900 mpm의 속도로 통과시켜서 초음파 처리를 하였으며, 이때, 수조 내 물의 온도는 60℃였고, 수조 내의 초음파 세기는 360 Hz였다.
다음으로, 수조를 통과한 상기 섬유를 검화단계로 10% NaOH 수용액에 90분 동안 침지시킨 후, 이를 꺼내서 열풍건조기를 이용하여 건조시켜서 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 제조하였다.
실험예 1 : SEM 측정
상기 실시예 1에서 제조한 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 일부를 잘라서 부직포 내부를 주사전자현미경(SEM, 제조사 JEOL, 상품명 JSM 840)으로 측정하였고, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 부직포를 구성하는 섬유 내 미세기공이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 미세기공의 크기가 평균직경 200 nm ~ 400 nm 정도였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 셀룰로스 수산기의 치환도가 2.2이며, 중량평균분자량이 28,000인 셀룰로오스 아세테이트 수지(이스트만사 제품) 58중량% 및 중량평균분자량 200인 폴리에틸렌글리콜 42중량%를 혼합하여 혼합물을 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.6㎛였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 셀룰로스 수산기의 치환도가 3.0이며, 중량평균분자량이 3,400인 셀룰로오스 아세테이트 수지(이스트만사 제품) 62중량% 및 중량평균분자량 200인 폴리에틸렌글리콜 38중량%를 혼합하여 혼합물을 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.9㎛였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 상기 셀룰로오스 아세테이트 수지(이스트만사 제품) 52중량% 및 상기 폴리에틸렌글리콜 48중량%를 혼합하여 혼합물을 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.5㎛였다.
실시예 5
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 셀룰로스 수산기의 치환도가 2.4이며, 중량평균분자량이 28,000인 셀룰로오스 아세테이트 수지(이스트만사 제품) 60중량% 및 중량평균분자량 180인 폴리에틸렌글리콜 40중량%를 혼합하여 혼합물을 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.6㎛였다.
실시예 6
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 용융방사된 멜트블로운 섬유집합체를 초음파 처리시, 340 Hz의 초음파 세기에서 수행하여, 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.7㎛였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 셀룰로오스 아세테이트 수지 대신 폴리프로필렌 수지(폴리미래사의 HP 461Y)를 사용하고, 가소제를 사용하지 않고서, 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.2㎛였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 가소제로서 폴리에틸렌글리콜 대신 트리아세틴을 가소제로 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 5.3㎛였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 초음파 처리를 수행하지 않은 채, 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 5.2㎛였다.
비교예 4
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 상기 셀룰로오스 아세테이트 수지 80 중량% 및 상기 폴리에틸렌글리콜 20 중량%를 혼합한 혼합물을 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 5.8㎛였다.
비교예 5
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 가소제로서 중량평균분자량 200인 폴리에틸렌글리콜 대신 중량평균분자량 400인 폴리에틸렌글리콜을 사용하여, 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 5.5㎛였다.
비교예 6
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 상기 라디칼활성억제제인 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트을 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 3.0 중량부를 사용하여 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.4㎛였다.
비교예 7
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 부직포를 제조하되, 용융방사된 멜트블로운 섬유집합체를 초음파 처리시, 270 Hz의 초음파 세기에서 수행하여, 평균면밀도 300g/m2 의 부직포를 제조하였다. 그리고, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균 직경은 4.8㎛였다.
실험예 : 주파수별( Hz ) 흡음계수 측정 실험
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 복합섬유집합체의 주파수별(Hz) 흡음계수 및 접착강도를 아래와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 주파수별 흡음계수 측정
흡음계수 측정하기 위해 ISO R 354, Alpha Cabin법에 적용 가능한 시편으로 각각 3매씩 제조하여 외부온도 0℃ 및 25℃에서 30분 방치 후 흡음계수를 측정하고 측정된 흡음계수 평균값을 표 1에 나타내었다.
(2) 잔존 가소제량 측정
시료 10g을 채취하여 90℃ 온수에 1시간 교반시킨 후, 건조한 시료의 무게를 측정하여 부직포 내 잔존하는 가소량을 측정하였다.
구분 주파수별 흡음계수 부직포 내
잔존 가소제량
(중량%)		 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균직경(㎛) 부직포 내 멜트블로운 섬유의
MI
(g/10min, 250℃)
1,000 Hz 2,000 Hz 3,150 Hz 5,000 Hz
실시예 1 0.86 0.98 1.05 1.14 0 4.8 156
실시예 2 0.87 0.98 1.08 1.16 0 4.6 152
실시예 3 0.86 0.97 1.04 1.11 0 4.9 159
실시예 4 0.86 0.97 1.03 1.12 0 4.5 156
실시예 5 0.88 0.99 1.09 1.18 0 4.6 153
실시예 6 0.86 0.97 1.05 1.13 0 4.7 157
비교예 1 0.85 0.92 0.96 1.02 0 4.2 167
비교예 2 0.82 0.91 0.95 1.07 4 5.3 158
비교예 3 0.81 0.87 0.91 1.01 28 5.2 138
비교예 4 0.78 0.85 0.89 0.99 0 5.8 160
비교예 5 0.79 0.87 0.92 1.02 2 5.5 147
비교예 6 0.80 0.92 0.98 1.05 0 4.4 150
비교예 7 0.82 0.94 1.00 1.06 1 5.0 158
표 1의 실험결과를 살펴보면, 본 발명의 실시예 1 ~ 실시예 6의 경우, 전반적으로 우수한 흡음특성을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 부직포 내 가소제 잔량이 매우 미비하거나, 존재하지 않았다.
그러나, 폴리프로필렌을 사용하여 부직포를 제조한 비교예 1의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 낮은 흡음특성이 낮았는데, 이는 섬유 자체의 성분 차이 및 섬유의 기공 존부에 따른 결과로 판단된다.
가소제로서 트리아세틴을 사용한 비교예 2의 경우, 동일한 조건 하에서 초음파 처리를 했음에도 불구하고, 가소제가 다량 부직포에 잔존하였으며, 실시예 1과 비교할 때, 흡음성이 떨어지는 문제가 있었다.
비교예 3의 경우, 부직포 내 가소제 함량이 다량 포함되어 있었는데, 실시예 1과 비교할 때, 흡음성이 떨어질 뿐만 아니라, 부직포 내 가소제 존재로 인해 이의 응용제품 범위가 크게 감소하는 문제가 있다.
가소제 함량이 25 중량% 미만을 사용한 비교예 4의 경우, 가소화 효과가 떨어져서 부직포의 멜트블로운 섬유 내 기공 형성이 잘 이루어지지 않았으며, 멜트블로운 섬유의 평균직경이 실시예 1과 비교할 때, 크게 증가하는 경향을 보였으며, 그 결과 실시예 1의 부직포 내 섬유와 비교할 때, 비표면적이 작아져서 흡음성에 악영향을 준 것으로 판단된다.
또한, 중량평균분자량 350을 초과한 폴리에틸렌글리콜을 사용한 비교예 5의 경우, 가소제 용출이 잘 되지 않아서 부직포 내 잔존하는 문제가 있었으며, 멜트블로운 섬유의 평균직경이 실시예 1과 비교할 때, 평균직경이 증가하는 경향을 보였고, 이로 인해, 비표면적이 작아져서 흡음성이 떨어지는 결과를 보인 것으로 판단된다.
그리고, 라디칼활성억제제를 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 2.5 중량부를 초과하여 사용한 비교예 6의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 부직포 내 멜트블로운 섬유의 평균직경이 크게 감소했는데, 이는 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 용융방사 과정에서 용융된 셀룰로오스 에스테르 수지가 열분해된 것으로 판단된다.
또한, 초음파 처리시 300 Hz 미만인 270 Hz 세기의 초음파로 가소제 용출공정을 수행한 비교예 7의 경우, 부직포 내 가소제가 잔류하는 문제가 있었고, 이로 인해 흡음성이 떨어지는 결과를 보였다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포가 고주파수대 뿐만 아니라 저주파수대에서도 우수한 흡음 능력을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명은 흡음성이 요구되는 소재, 예를 들면 자동차, 비행기, 배 등의 이동수단의 내장재, 핸드폰, 노트북, 컴퓨터, TV 등의 전자제품부품, 건축용 실내인테리어 소재 등으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 내 섬유가 기공을 갖아서 우수한 비표면적을 갖는 것을 응용하여, 필터여재, 화장품 마스크시트 등으로도 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (20)

  1. 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지 50 ~ 75 중량% 및 가소제 25 ~ 50중량%를 포함하는 혼합물 100 중량부에 대하여, 라디칼생성억제제 0.01 ~ 2 중량부 및 상기 라디칼활성억제제 0.001 ~ 2.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지는 셀룰로오스 수산기의 치환도가 1.5 ~ 4.0이고, 중량평균분자량이 10,000 ~ 42,000인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 수지는
    셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가소제는
    중량평균분자량 100 ~ 350의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린 및 트리부틸세바케이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 라디칼생성억제제는 페놀기를 포함하는 수불용성 화합물을 포함하고, 상기 라디칼활성억제제는 말단에 인을 함유한 수불용성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 라디칼생성억제제는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 라디칼활성억제제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 카르보디이미드계 가수분해 방지제를 0.05 ~ 2.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물.
  9. 평균직경 2.5 ㎛~ 5㎛인 용융 셀룰로오스 에스테르계 멜트블로운 섬유를 포함하며, 상기 멜트블로운 섬유는 평균입경 100㎚ ~ 600㎚를 갖는 다수의 미세기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  10. 제9항에 있어서, 부직포 전체 중량 중 가소제를 0.01 ~ 0.2 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  11. 제9항에 있어서, 상기 멜트블로운 섬유는 140 ~ 170g/10분(250℃)의 MI(melt index)를 갖으며, 평균직경 2.5 ㎛~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  12. 제9항에 있어서, 평균면밀도 20 g/m2 ~ 400 g/m2인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부직포의 평균면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.85 이상이고, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  14. 제12항에 있어서, 상기 부직포의 평균면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 3,150 Hz에서 흡음계수가 1.00 이상이고, 5,000 Hz에서 흡음계수가 1.08 이상인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포.
  15. 제1항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 열가소성 셀룰로오스 초극세 부직포 조성물을 혼합하여 혼합수지를 제조하는 단계;
    상기 혼합수지를 70℃ ~ 90℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안 건조시켜서 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계;
    상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 칩을 혼련기에 투입한 후, 혼련기 내부 온도를 150℃부터 220℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 블렌딩을 수행하여 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 제조하는 단계;
    상기 용융 셀룰로오스 에스테르 수지를 멜트블로운 다이 및 구금을 통해 용융 방사시키면서 동시에 고온, 고압의 핫에어를 이용해서, 멜트블로운 섬유집합체를 제조하는 단계; 및
    상기 멜트블로운 섬유집합체를 물에 담근 후, 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계;
    가소제가 용출된 멜트블로운 섬유집합체를 5 ~ 15 부피% 농도의 NaOH 수용액에 60분 ~ 120분 동안 침지시켜서 검화시키는 단계; 및
    검화된 멜트블로운 섬유집합체를 건조시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 용융 방사는 핫 에어(hot air) 온도 260℃ ~ 290℃ 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 가소제를 용출시키는 단계의 물의 온도는 50℃ ~ 70℃이고, 초음파 처리시, 초음파 세기는 300 Hz ~ 400 Hz 세기인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 초극세 부직포의 제조방법.
  18. 제9항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 포함하는 흡음재.
  19. 제9항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 포함하는 필터여재.
  20. 제9항 내지 제14항 중에서 선택된 어느 한 항의 용융 셀룰로오스 초극세 부직포를 포함하는 화장품 마스크시트.
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