KR20160140165A - 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법에 관한 것으로, 구 체적으로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 탄산칼슘(CaCO₃)의 복합소재를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형하는, 복합소재 필름의 제조 단계; 상기 복합소재 필름에 대한 슬리팅(slitting) 공정을 수행한 후, 열 연신(drawing) 공정을 수행하는, 연신화 단계; 상기 연신화 단계 후, 열처리(annealing)공정을 수행하여 스플릿 얀(split yarn)을 제조하는 단계; 상기 제조된 스플릿 얀을 이용하여 복합소재 필름 원단을 제직하는 단계; 및 상기 복합소재 필름 원단에 흡습 부직포를 합지하는 단계;를 포함하는, 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법을 개시한다.

Description

습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법{PREPARATION METHOD OF HUMIDITY ADJUSTABLE TARPAULIN}

본 발명은 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법에 관한 것이다.

방수용 천막이나 텐트와 같은 방수천 등 다양한 용도로 사용되는 타포린(tarpaulin)은 직포의 재질에 따라서 PVC(polyvinyl chloride)타포린과 PE(polyethylene)타포린으로 나눌 수 있다. 이중에서 PVC 타포린은 멀티필라멘트 얀으로 이루어진 PET 직포의 양면에 PVC를 코팅하여 만들며, PE 타포린의 경우에는 HDPE 테이프 얀의 양면에 LDPE를 코팅하여 만든다. PVC 타포린 제조과정은 미국특허 4,298,645호에도 상세히 개시되어 있다.

이러한 타포린과 같은 건축용 직물에 사용되는 필름 원단을 제조하는 스플릿 얀의 제조에 있어서, 필름원사 소재를 선정하는 것은 향후 원사의 물성 및 추가가공성에 영향을 미치기 때문에 소재의 선정은 매우 중요한 부분이다. 폴리올레핀계 소재는 강성, 불활성특성, 선명도, 가공온도 적합성, 경제성 등의 특성을 지녀 현재 건축용 소재로 널리 사용되고 있고, 특히 고밀도 폴리에틸렌은 특히 타포린과 같은 건축용 소재로서 우수한 강도를 나타낼 수 있는 장점이 있다.

그러나, HDPE의 경우에는 근본적으로 가공시에 용융장력이 너무 크기 때문에, 상기와 같은 방법으로 제조하는 것이 용이하지 않다. 왜냐하면, 가공시 용융상태에서의 장력은 인발성(drawablilty)과 매우 밀접한 관계를 지니며, 필라멘트의 가공영역 범위 내에서 수지의 용융장력이 적적하게 유지되어야만 용융상태에서도 충분한 인발성(drawablilty)을 얻을 수 있다. 통상적으로, 멀티필라멘트의 가공설비에서 사용되는 노즐의 직경은 0.5㎜(500㎛)정도이며, 연신후에 필라멘트의 직경은 약 10㎛정도이므로, 직경의 변화량을 보면 50배정도로 감소되면서 연신되는 것을 알 수 있다. 그러나, HDPE의 경우에는 용융장력이 너무 크기 때문에, 용융상태에서 얻을 수 있는 인발성에 한계가 있다. 즉, HDPE를 사용하여 제조하는 모노필라멘트의 경우, 노즐과 필라멘트의 직경비가 20배 미만으로 변화되기 때문에, 멀티 필라멘트 얀을 제조하는 것은 매우 어렵다.

또한, 스플릿 얀을 활용하여 제품제조시 원형의 직기를 사용하여 자루, 포장재 등으로 적용하는 기술이 있으나, 이는 다양한 직물조직의 설계가 어렵고, 단순제품 제조에 중점이 되어 있어 다양한 제품개발에 대해서는 기술적 한계가 있어 왔다.

이에 본 발명자들은, 상기와 같은 기술적 요구에 착안하여 고밀도 폴리에틸렌과 탄산칼슘의 복합소재를 이용하고 제조공정을 제어함으로써 고강도 저수축성의 타포린용 스플릿 얀을 제조하고, 상기 제직준비공정을 생략하고, 대신 크릴에서 직접 원사가 공급되어 경사와 위사의 구성이 이루어지는 공정을 적용하여 제직준비공정으로 인한 공정절감을 통해 원단을 제조한 후 흡습 부직포를 코팅함으로써 습도조절이 가능한 건축용 건축용 타포린 제품을 개발하고 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은, 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면 본 발명은,

고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 탄산칼슘(CaCO₃)의 복합소재를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형하는, 복합소재 필름의 제조 단계;

상기 복합소재 필름에 대한 슬리팅(slitting) 공정을 수행한 후, 열 연신(drawing) 공정을 수행하는, 연신화 단계;

상기 연신화 단계 후, 열처리(annealing)공정을 수행하여 스플릿 얀(split yarn)을 제조하는 단계;

상기 제조된 스플릿 얀을 이용하여 복합소재 필름 원단을 제직하는 단계; 및

상기 복합소재 필름 원단에 흡습 부직포를 합지하는 단계;를 포함하는,

습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법을 제공한다.

상술한 본 발명에 따르면 탄산칼슘과 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 복합소재를 이용하여 CaCO3의 투입량을 적절하게 조정하여 스플릿 얀 소재로 적용함으로써 강도의 향상을 가져오면서도 용융지수를 높여 가공성 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 스플릿 얀 제조 방법에 있어서 연신공정 및 열처리 공정을 제어함으로써 타포린과 같은 건축용 소재로 적용할 수 있는 고강도 저수축성의 스플릿 얀을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 제직준비공정을 생략하고, 대신 크릴에서 직접 원사가 공급되어 경사와 위사의 구성이 이루어지는 공정을 적용하여 제직준비공정으로 인한 공정절감효과를 통하여 생산성 증대와 건축용 타포린 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 부직포에 흡습 특성의 고분자 코팅에 의하여 흡습성을 향상시킨 후, 이러한 흡습 부직포 제품과 상기 스플릿 얀 소재를 활용하여 제직된 직물의 압출 코팅 공정을 통해 타포린 제품을 제조하여 우수한 물성을 갖고 습도 조절이 가능한 타포린 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 HDPE/CaCO3 복합소재 제조공정의 흐름도를 나타낸 것이고, 도 1b는 본 발명에 따른 스플릿 얀의 각 제조공정을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, CaCO3의 투입함량에 따른 유변특성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, (a) CaCO3의 투입함량에 따른 복합점도(Complex viscosity), (b) 저장탄성률(Storage Modulus), (c) 손실탄성률(Loss Modulus), (d) 저장/손실 탄성률의 비율인 탄젠트 델타(Tan δ) 값을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 성형된 calpet 복합소재 필름의 사진을 나타낸 것이다.
도 5a, 5b는 본 발명에 일 실시예에 따라, CaCO3 함량과 정장 열처리 조건에 따른 인장강신도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6a, 6b는 본 발명에 일 실시예에 따라, 각각 70, 100℃로 10분간 정장 열처리하여 FT-IR을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서, Test 원사의 제조조건에 따른 인장강신도와 섬도에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, X-ray diffraction 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, X-ray diffraction의 회절 및 산란 형태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제직공정을 나타낸 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 흡습 부직포의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, Split yarn 소재를 활용한 직물과 흡습 부직포 소재를 활용하여 Extrusion coating 공정을 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리올레핀계 소재 중의 하나인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 소재와 탄산칼슘(CaCO3)을 활용한 복합재료를 제조하여 Calpet 마스터배치 칩을 제조하고, 상기 마스터배치 칩에 대한 혼합(Mixing) - 용융(Melting) - T-압출(T-die Extruding) - 수냉각(Cooling in water bath) - 슬릿(Slitting) - 연신(Drawing) - 열처리(Heat Annealing) - 권취(Winding) 공정을 거친 후 최종적으로 스플릿 얀을 제조한다. 이러한 스필릿 얀 소재는 약 500개의 콘(cone)에 권취되어 각각의 원사로 정리되고 난 뒤에 제직기에 설치되어 경사와 위사를 설정하고, 직물의 조직을 결정하여 타포린용 제직물을 제조하게 된다.

일반적으로 직물을 제직하는데 있어서 선행공정으로 방사공정에서 제조된 원사들에 대한 정경작업 및 제직준비공정을 진행하여 제직공정이 이루어지고 있어, 많은 공정상 시간과 장소에 제약을 받고 있고, 이로 인하여 설치에 따른 공간확보가 요구됨에 따라 공간활용성 저하문제도 가지고 있어, 본 발명에서는 제직준비공정을 생략하고, 대신 크릴에서 직접 원사가 공급되어 경사와 위사의 구성이 이루어지는 공정을 적용하여 제직준비공정으로 인한 공정절감효과를 통하여 생산성 증대와 건축용 타포린 제품을 제조하였다.

또한, 본 발명에서는 부직포 표면에 흡습특성의 고분자를 스프레이형태로 분사하여 제조한 흡습특성의 부직포를 활용함으로써 흡습특성을 향상시킨 타포린 제품을 개발하였고, 상기 흡습 특성의 부직포와의 합지를 위한 압출 코팅 공정에 있어서 최적의 조건을 확립하였다.

따라서 본 발명의 일 측면에 따르면 본 발명의 습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법은, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 탄산칼슘(CaCO₃)의 복합소재를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형하는, 복합소재 필름의 제조 단계; 상기 복합소재 필름에 대한 슬리팅(slitting) 공정을 수행한 후, 열 연신(drawing) 공정을 수행하는, 연신화 단계; 상기 연신화 단계 후, 열처리(annealing)공정을 수행하여 스플릿 얀(split yarn)을 제조하는 단계; 상기 제조된 스플릿 얀을 이용하여 복합소재 필름 원단을 제직하는 단계; 및 상기 복합소재 필름 원단에 흡습 부직포를 합지하는 단계;를 포함한다.

일반적으로, 압출기에서 고분자 용융물이 슬롯다이(T-die)를 통하여 필름형태로 압출되어 수조에서 냉각되고, 이러한 필름소재를 칼날을 이용하여 일정 길이로 절단한 뒤 연신하여 500~3000de 범위의 필름사를 제조하게 되는데 이를 스플릿 얀(Split yarn)이라 한다.

이러한 스플릿 얀 소재는 일반 섬유제조공정과 다르게 슬롯다이를 이용하여 필름형태로 먼저 제조되기 때문에 일반 섬유용 폴리올레핀계 소재보다 점도가 더 높은 것이 특징이며, 본 발명에서 이용한 상기 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 탄산칼슘(CaCO₃)의 복합소재는 용융지수가 MI 8~10g/10min 정도여서 가공성을 높인 특징이 있다.

또한 종래 타포린 제조방법은 크릴대상의 다수의 콘에 감긴 스플릿 얀을 활용하여 제직함에 따라 각 콘에 감긴 섬유의 물성이 차이를 갖는 경우나 경위사 공급에 대한 축 회전 작동의 차이 등의 원인으로 다수의 스플릿 얀이 상호 엉키거나 끊기게 되어 작업불량이 많은 문제가 있었는데, 본 발명의 제조방법에서는 제직 준비과정을 생략하고 직접 제직함으로써 경위사 공급에 의한 불량률을 해소하고, 각각의 콘이 직접적으로 위사에 위입됨에 따라 공급에 의한 불량이나 타이밍이 맞지 않게 위입되는 것을 방지하도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서 상기 흡습부직포는 부직포 소재에 표면을 친수성 고분자로 스프레이 코팅작업을 진행하여 흡습고분자가 표면에 균일하게 분포되어 있어, 흡습성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, HDPE Split yarn 소재로 제조한 직물과 부직포가 Extrusion coating 공정에 의하여 합지하여 우수한 성능의 타포린을 제조할 수 있도록 예열공정을 통하여 합지 하기 전 미리 열을 가하고, 이면의 부직포 합지를 위하여 이면 부분에 LDPE 용융물을 도포시 온도 조건 및 장력 조건을 위한 롤러 속도 등을 제어함으로써 공정성 및 코팅성을 향상시키고 원단의 물성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하기로 하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> HDPE/CaCO3 복합소재의 제조

고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 소재와, 탄산칼슘(CaCO3) 마스터배치 칩을 이용하여 calpet 복합 소재인 HDPE/CaCO3 복합소재 시편(마스터배치 칩)을 제조하였다.

도 1a에 상기 복합 소재 제조공정의 흐름도를 나타내었는 바, 압출시 온도는 약 150~210℃ 부근에서 진행하였고, 속도는 350~400rpm, 토출량은 20kg/h정도로 조절하고, 입자사이즈가 약 2~5μm 정도이어서, 메쉬에 대한 조건을 80/120/250/80의 조건으로 설정하였다. 특히, 상기 온도 설정시, 기존 폴리에틸렌 소재의 융점보다 다소 높은 평균 180℃ 정도를 유지하여 낮은 MI상인 HDPE와의 혼합과 흐름성이 용이할 수 있도록 조정하였다.

사용된 고밀도 폴리에틸렌 소재의 물성과, 탄산칼슘 마스터배치 칩의 물성 및 HDPE/CaCO₃ 복합소재 시편(마스터배치 칩)의 제조 조건은 다음과 같다.

PE 물성 (High Density Polyethylene)
물성항목	대표치		단위
용융지수	5.0		g/10min
밀도	0.96		g/cm3
항복점 응력	260		kgf/cm2
파단점 신율	500		%
굴곡탄성율	14,000		kgf/cm2
충격강도	10		kgfㅇcm/cm
연화점	124		℃
ESCR	5		F50 Hours
CaCO 3 마스터배치 칩의 물성
물성항목	대표치		단위
CaCO3 함유량	85		%
기존 레진	12		%
첨가제	3		%
수분함량	0.19		%
색상	white		-
용융지수	12.8		g/10min
HDPE/CaCO 3 시편 제조 조건
Base		PE
Filler		CaCO3 Masterbatch
입도		Average: 5 μm
속도		350~400 rpm
압출압력		70~80%
온도조건		150 ~ 220℃ (8 Zone)
스크린		#80/120/250/80
토출조건		수조 함침: 1/3
Mesh time		1 hour

또한, 상기 실시예 1의 방법으로 제조되는 HDPE/CaCO3 복합소재 시편에 대한 용융특성과 유변학적 거동을 분석하기 위하여, CaCO3 농도를 0%, 3%, 5%, 10%, 15%로 각각 달리하여 시편을 제조하고, 레올로지 분석과 범용 소재로 사용되는 폴리머소재에 대한 레올로지 분석을 실시하였다. 이 때, 유변학적 분석은 Rotation rheometer 타입의 동적유변측정기(MCR-301, Germany)를 이용하여 복합점도와 탄성률을 분석하여 레올로지 분석을 진행하였다.

상기 분석에 따라 CaCO3의 투입함량에 따른 유변특성은 도 2에, CaCO3의 투입함량에 따른 복합점도(Complex viscosity), 저장탄성률(Storage Modulus), 손실탄성률(Loss Modulus), 저장/손실 탄성률의 비율인 탄젠트 델타(Tan δ) 값을 정리하여 도 3에 그래프로 나타내었다.

도 2를 참고하면, HDPE/CaCO3 복합체의 유변특성을 비교한 결과 무기미립자의 함량이 증가함에 따라 점도 및 저장탄성률은 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 일반적으로 무기미립자의 투입으로 용융고분자의 점도를 증가시키는 경우와 일치하며, 낮은 전단속도에서는 뉴톤거동을 나타내었으나, 높은 전단속도에서는 비뉴톤(Non-Newtonian)거동을 나타내는 특성을 보였다.

또한, 도 3a를 참고하면, CaCO3의 함량에 따른 HDPE/CaCO3의 complex viscosity 분석결과, CaCO3의 함량이 증가할수록 viscosity가 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인하였다. 이는 입자의 함량이 증가할수록 고분자-입자간의 영향력이 증대되고, 입자의 함량이 증가하면서 고분자-입자의 상호작용 이외에 입자-입자간의 상호작용이 증대되어 viscosity가 상대적으로 증가하는 것으로 해석된다.

또한 도 3b 및 도 3c를 참고하면, 외부의 힘이 가해질 때 (Frequnecy) 소재내의 탄성에 대한 변화를 나타내는 데이터로서 고분자소재-입자간의 영향성을 통해 방사, 필름화 공정 시 제품의 변화를 예측할 수 있다. 즉, Virgin HDPE(CaCO3 0wt%) 소재가 낮은 loss modulus값을 보이며 storage modulus가 높은 값을 보였고, CaCO3의 함량이 증가함에 따라 storage modulus가 감소하다가 15wt% 투입한 소재의 경우 가장 높은 값을 나타내었다. 이는 고분자-입자간의 상호작용보다 입자-입자간의 영향력이 더 높아진 것을 의미하고, Loss modulus값도 마찬가지로 큰 차이점을 보이지는 않으나 storage modulus값과 반비례하여 결과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.

또한 도 3d를 참고하면, HDPE/CaCO3의 저장탄성률과 손실탄성률의 비율인 탄젠트 델타 값을 나타낸 것으로서, 탄젠트 델타는 Frequency에 따라 고분자의 유리전이상태를 예측할 수 있다. 따라서 이로부터, CaCO3를 3~10wt%를 투입하였을 때 탄젠트 델타 값이 비교적 높게 나타나는 것을 확인 할 수 있는 바, 이는 HDPE소재와 HDPE/CaCO3 15wt%를 투입한 소재보다 상대적으로 입자-입자간 고분자-고분자간 상호작용이 더 작아 유리전이 특성이 두드러지게 나타나는 것으로 해석된다.

방사공정 시 viscosity의 증가는 온도를 높게 변화시켜야 하고 및 압출기의 속도 및 공정조건 등을 변화시키며 방사성 등에도 영향을 미칠 수 있는 중요한 요소이므로, CaCO3의 함량에 따라 방사성이 달라질 수 있게 되고, HDPE, HDPE/CaCO3 15wt%의 경우 다른 소재들 보다 solid-like한 특성을 보이는 것을 확인하였는 바, CaCO3의 투입량을 적절하게 조정하여 Split yarn 소재에 적용하는 것이 가공성 특성에서 유리할 것으로 판단된다.

<실시예 2> 스플릿 얀(Split yarn)의 제조

상기 실시예 1에서 제조된 calpet 복합소재를 바탕으로 스플릿 얀을 제조하였다.

구체적으로, UL-HP400 Hot Press기를 이용하여 Virgin HDPE, Compound PE 5종류를 240℃, 3분간, 20MPa 의 조건으로 필름을 성형하였다. 도 4에 성형된 필름의 사진을 나타내었다.

상기에서 성형된 필름을, Film 연신기(Drawing machine)를 이용하여 최대 연신비 7.0, 연신온도 100℃에서 열처리를 하고, 정장하에서 70, 100℃에서 10분간 열처리한 스플릿 얀 시료를 제작하였다.

연신 열처리 조건은 하기 표 2에 나타내었다.

연신 및 열처리에 따른 필름사의 물성을 평가하기 위하여, 인장강신도와 FT-IR을 분석하였다. 분석방법 및 평가기준은 다음과 같다.

- 인장강신도: 필름의 기계적 물성을 평가하기 위하여 인장시험기(Instron)를 이용하여, 시료 평균두께 0.3mm, 길이 300mm의 조건으로 각 시료 당 10회 측정(인장속도 300mm/min).

- FT-IR: FT-IR(Bruker IFS 66, Germany)을 이용하여 ester기 및 methyl기를 확인.

도 5a, 5b는 CaCO3 함량과 정장 열처리 조건에 따른 인장강신도의 변화를 나타낸 그래프로써, CaCO3 함량이 증가할수록 절단강도와 절단신도는 감소하는 경향을 보이고 있다. 즉, CaCO3 함량을 제어함으로써 원가절감 및 원하는 강도와 신도의 제품을 개발할 수 있음을 의미한다.

도 6a, 6b는 각각 70, 100℃로 10분간 정장 열처리하여 FT-IR을 측정한 그래프로써, 열처리 온도가 증가할수록 열에 의한 결정성이 증가함을 위 흡수대에서의 피크 변화량으로 확인할 수 있다. 이를 참고하면, CaCO3의 함량에 따라 FT-IR 그래프의 결정영역 내 812cm-1 메틸기(CH2)가 PE 함유량이 증가함에 따라 증가함을 보여주고 있으며, 비결정영역의 900cm-1, 972cm-1, 992cm-1 말단기 메틸기(CH2) 역시 증가함을 보여주고 있는데, 이는 CaCO3가 머금고 있는 열에 의해서 PE의 결정 형성에 영향을 주는 것으로 판단된다. 즉, CaCO3의 함유량에 따른 시료의 열처리 온도에 따라, 열에 의한 결정성이 증가하게 된다.

<실시예 3> 스플릿 얀(Split yarn)의 제조 2

본 실시예에서는 상기 실시예 1에서 제조된 calpet 복합소재를 바탕으로 도 1b에 제시한 바와 같이 스플릿 얀을 제조하였다.

이 때, 용융 및 압출 공정에 있어서 균일하게 필름형태를 유지할 수 있는 최적조건으로서, 하기 표 3과 같은 조건으로 용융 및 압출을 실시하였다.

투입 소재	실시예 1의 HDPE/CaCO3 복합소재 (CaCO3: 10wt%)
속도	350~400 rpm
압출압력	70~80%
온도조건	150 ~ 220℃ (10 Zone)
스크린	#120/240
토출조건	수조 함침: 1/3

다음으로, 상기 제조된 필름소재를 수조에서 냉각 및 고화과정을 거쳐 얇은 Split yarn의 형태로 절단하고, 열 연신 및 열처리 공정을 거쳐 저 수축특성의 필름원단 제조용 Split yarn을 제조하였다. Split yarn이 제조된 후 가이드를 통해서 각 크릴에 권취되도록 하였고, 최종적으로 권취속도에 의해 사장력이 형성되는 것으로 확인할 수 있다.

이 때, Split yarn 원사의 강도와 수축률을 제어하기 위해서 Split yarn 제조 시 열처리온도 및 연신비의 비율을 조정하여 Split yarn 의 물성을 평가하였다. 이 때, 연신비의 조건에 따른 원사의 물성평가는 KS K 0412 방법에 준하여 측정하였으며, 번수는 KS K ISO 2060을 활용하여 측정하였다.

하기 표 4에 나타낸 바와 같이 온도조건은 유사하고, 섬도(900~1000de급) 및 슬리팅 조건도 유사한 상태에서 열처리유무와 연신비를 다르게 하여 스플릿 얀을 방사하였다.

Test 원사의 제조조건에 따른 인장강신도와 섬도에 대한 결과는 하기 표 5 및 도 7에 나타내었다.

이를 참고하면, Test sample 1의 인장강도가 sample 2와 sample 3에 비하여 작은 경향을 보임을 확인할 수 있다. 이는 표 4의 제조조건에서 확인 할 수 있듯이, 열처리와 연신공정 결과에 따라서 Split yarn의 물성이 변화하였음을 의미한다.

즉, 상기 실시예 2에서 필름의 열처리공정 후 필름의 인장강도가 증가한 것을 확인하였는 바, 이러한 실시예 2의 결과와 동일하게 연신공정과 열처리공정을 병행하는 열 연신 공정에 의하는 경우 인장강도가 크게 증가되었음을 확인할 수 있다.

이러한 결과로부터 열처리공정을 거치면 결정화가 진행되면서 분자량이 다소 증가하는 경향을 확인할 수 있고, 이는 폴리에틸렌 소재가 열처리공정에 의해 결정화가 일어나 강도가 증가하는 것이며, 열처리공정과 더불어 연신공정에 의한 변화도 증가한 것으로 판단된다. 특히, 연신공정에 의해 스플릿 얀의 분자배향이 형성된 것으로 판단되며, 열처리공정과 함께 필름사의 분자배향과 결정화형성에 기여하여 전체적으로 기존대비 인장강도가 증가한 것으로 해석된다.

또한, 이와 같이 연신과 열처리에 따른 강도증가 현상을 확인하기 위하여, 추가적으로 스플릿 얀의 미세구조에 대한 X-ray diffraction 분석을 실시하였다. 구체적인 분석 조건은 다음과 같다.

모델명	D8 Discover with vantec500
제조사	BRUKER, German
detector	vantec 500
Generator	40kV, 40mA
2theta range	3-30 degree
exposure time	150sec/step
wavelength(λ)	Cu kα1 - 1.5418Å

X-ray diffraction 분석 결과는 도 8 및 도 9에 나타내었다.

도 8은, 상기 제조한 3가지 시료에 대한 X-ray diffraction 분석 결과로서, 검정색 선은 아무것도 넣지 않은 상태로 x-ray diffraction 데이터로서 제조한 필름사와 비교평가를 하기 위하여 추가로 측정한 것이다. 이를 참고하면, sample 1의 시료는 주로 비결정영역을 가리키는 23도 부근에서 피크가 관찰된 반면, Sample 2와 Sample 3의 경우에는 21도와 24도에서 나타나는 (110), (200)면의 피크가 관찰되었다. 이는 폴리에틸렌 소재의 결정영역에 의한 회절을 의미하는 것이며, 결정형성이 충분히 일어난 것으로 판단된다.

즉, 열처리와 연신을 거치지 않은 sample 1은 결정영역이 충분하게 형성되지 못한 것을 확인할 수 있는 바, 충분하게 결정이 형성되어있는 sample 2와 sample 3와 비교하여 필름사의 물성이 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 부분적으로 Sample 2가 Sample 3에 비하여 미세하게 피크가 sharp한 형태를 보이는 것으로 확인되며, 원사강신도의 결과도 미세하게 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.

이러한 결과는, 필름사의 연신공정과 열처리공정에 의해서 물성에 의한 변화가 두드러지게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 결정이 충분히 형성되고 배향이 이루어져야 강도향상 및 수축률에 대한 조정이 진행 될 수 있음을 의미한다.

또한 도 9는 상기 X-ray diffraction의 회절 및 산란 형태를 나타낸 그림으로, 분명하게 Sample 1보다 Sample 2와 Sample 3의 영역이 더 강한 회절값을 보이는 것으로 확인된다. 즉, Sample 1의 경우에는 부분 회절이 일어나지만 비결정영역의 산란에 의하여 회절영역이 희미하게 나타나는 것을 확인할 수 있고, Sample 2와 Sample 3의 경우에는 회절영역이 분명하게 나타나며, 앞서 그래프의 결과와 일치하는 것으로 확인되었다. 이는 결정영역이 형성됨에 따라 회절영역이 증가함에 따른 것으로 판단된다.

<실시예 4> Split yarn을 활용한 건축용 타포린 제품 제직

4-1 정경공정 및 제직준비공정을 생략한 Direct weaving

상기 실시예 3에서 제조된 950de급 스플릿 얀을 이용하였고, 제직설비는 보유하고 있는 타포린 제조용 Water-jet 직기를 이용하였다. 제직 조건은 하기 표 7에 나타내었고, 제직공정은 도 10에 나타내었다.

항 목	WATER-JET
R.P.M.	550
위입 각도	260ㅀ
권취장력	3 kgf
Delay Timing	230ㅀ ~240ㅀ
gripper Timming	105ㅀ ~ 265ㅀ

상기 표 7에 나타낸 제직 조건은 최적의 제직조건으로서, 특히, 실시예 3에서 제조된 스플릿 얀 소재를 적용할 때 장력에 대한 미세한 조정 및 균형이 매우 중요하였으며, HDPE의 소재 특성상 제직시 원사에 의한 미끄러짐 현상이 자주 발생하여 상기와 같이 위입각도 및 권취장력을 조정하여 위사위입에 대한 최적 조건을 확립한 것이다.

4-2 직물설계

상기 실시예 3에서 제조된 950de급 스플릿 얀을 이용하여 경사와 위사에 모두 적용할 수 있는 경위사용으로 직물을 개발하되 기존 타포린으로 적용하는 직물과 유사한 범위 내 직물설계를 진행하였다. 제직된 직물은 하기 표 8과 같은 조건으로 제직되었다.

구분	적용원사	경사본수	경사 밀도	위사 밀도	성폭 (inch)	조직
E95088W160	95D70S8	510	8	8	63	PLAIN
E7501414W190	75D70S8	1050	14	14	75	PLAIN
E7001412W190	75D70S8	1050	14	12	75	PLAIN
E7501010W190S	75D70S10 75D70S10R 75D70S10G 75D70S10B	750	10	10	75	PLAIN
E75DF2152	75D70S10R	1000	9	9	75	RIP
E8220HJ1258	75D70S8	1000	12	12	75	STRIPE
E61254HD	95D70S8	750	10	10	75	STRIPE

상기 표 8에서, 평직(PLAIN)은, 경사와 위사를 한 올씩 번갈아 교차시켜 원단의 표면에 경위사 교차점이 가장 많이 나타나는 직물이고, Rib-stop 조직은 평직의 변화조직으로서 일정한 간격을 두고 위사와 경사에 굵기가 다른 원사를 넣어 Rib을 만드는 직조방식으로 Rib으로 인하여 표면에 사각형의 모양들이 나타나는 조직이다.

4-3 습도 조절이 가능한 건축용 타포린 제품의 Extrusion coating 1

습도조절이 가능한 SPR 타포린 제품개발을 위해서는 상기 Split yarn 제직물에 흡습부직포를 합지하는 Extrusion coating 공정이 요구되는 바, 본 실시예에서는 흡습부직포에 대한 상세 스펙을 분석하여 최적의 흡습조건 및 제직물과 상용성을 확인하였다.

구체적으로, 부직포 표면에 흡습특성의 고분자를 스프레이형태로 분사하여 제조한 흡습특성의 부직포를 활용하여 기초 물성 평가 및 기능성 평가를 실시하였다.

하기 표 9는 물성 및 기능성 발현에 관한 데이터를 정리한 것이다.

상기 표 9에 도시한 흡수율과 질량이 최적의 것으로 판단하였다. 즉, 150g/m2에 대한 요구를 만족하기 위해서 부직포의 질량은 약 20g/m2 내외 이어야 강도유지와 요구중량을 달성할 수 있을 것으로 판단하여, 22.9g/m2인 해당제품을 적용하고자 하였다.

이를 위해, 본 발명의 스플릿 얀 제직물은 소수성의 폴리에틸렌계 소재와 합지되는 제품이므로, 상당한 양의 수분 흡수능력을 갖는 제품과 함께 설계되어야 하는 바, 상기 흡습부직포는 부직포 소재에 표면을 친수성 고분자로 스프레이 코팅작업을 진행하여 흡습고분자가 표면에 균일하게 분포되도록 하였다.

도 11은 흡습 부직포의 SEM 사진을 나타낸 것으로, 섬유상의 흡습고분자 분포형태와 섬유간의 간격을 확인 할 수 있다. 즉, 섬유표면에 흡습고분자의 존재여부를 확인하였고, 섬유공극을 통해 흡습특성이 발현될 수 있을 것으로 판단된다.

4-4 습도 조절이 가능한 건축용 타포린 제품의 Extrusion coating 2

상기 Split yarn 소재를 활용한 직물과 흡습 부직포 소재를 활용하여 Extrusion coating 공정을 개발하기 위하여, 본 실시예에서는 열가소성 수지인 저밀도 폴리에틸렌 (Low Density Polyethylene) 소재를 활용해 코팅수지를 제조하여 용융상태에서 압력에 의해서 Flat Extrusion die를 통하여 필름상태로 지지체에 도포하였다.

이 때, HDPE Split yarn 소재로 제조한 직물과 부직포가 Extrusion coating 공정을 행하기 위해서는 예열공정을 통하여 합지 하기 전 미리 열을 가하는 공정이 요구되어, 본 실시예에서는 부직포와 합지공정을 위하여 히팅롤러 및 공급부분을 개조하여 예열 공정을 적용하였다.

또한, 이면의 부직포를 합지하기 위하여 이면 부분에 LDPE 용융물을 도포하는 공정이 필요한 바, 주요 코팅 공정부분으로서 온도조건 및 장력조정을 위한 롤러의 속도가 중요하므로, 롤러의 속도, LDPE 압출스크류의 RPM, T-die 온도조건, 롤러온도에 대한 각각의 공정조건을 모니터링하고 체크하여 각 제품별로 최적조건을 확립하였다. 공정의 모식도는 도 12에, 흡습부직포 합지 타포린 제품에 대한 공정조건은 하기 표 10에 나타내었다.

상기 표 10의 조건에 따라 테스트시, MP의 경우, 사출스크류의 속도가 느려 LDPE이 충분히 토출되지 못하였고, 속도대비 T-die온도가 낮은 것으로 나타났다. 이에, 스크류의 속도를 높인 HKJ14와 R6PRAG의 경우, T-die온도 또한 310~315℃ 근방으로 높게 설정하여 LDPE가 충분히 토출될 수 있도록 하였으나, 토출량이 많은 이유로 코팅층이 두꺼워져 부직포의 합지는 충분히 일어났으나, 흡습층이 다수 사라지는 단점이 있었다. 다음으로, MTG의 경우 압출스크류의 속도를 크게 높이되, T-die의 온도를 낮추어 토출되는 속도와 양을 부분적으로 조정하였고, 이 경우에 공정성과 코팅공정이 향상된 결과를 나타내었다. 추가적으로 압출스크류의 속도를 확정하기 위하여 MY3G의 경우, 더 압출스크류의 속도는 낮추고, 용융온도도 비슷한 상태로 유지하여 테스트를 다시 실시한 것으로서 전반적으로 코팅과 공정부분은 양호한 편이었으나 롤러속도와 토출량의 관계로 인하여 코팅층이 얇아 박리특성이 다소 약할 것으로 판단되었다.

또한, FN2 RK의 경우에는 다양한 코팅 테스트를 통하여 흡습부직포 소재와 HDPE 직물간의 Extrusion coating 조건을 도출한 것으로, 흡습부직포의 흡습특성이 적절하게 발현되었고, 박리특성 뿐만 아니라 원단의 인장강도도 안정된 값을 나타내는 것으로 확인되었다. 이에, 흡습 부직포 합지 건축용 타포린 제품개발을 위해서 해당 조건으로 coating 작업을 실시하는 것으로 확립되었다.

4-4 물성 평가

상기 FN2 RK의 공정 조건으로 코팅 작업을 실시한 후, 제직된 타포린 제품에 대해 물성 평가를 실시하였다. 그 결과는 하기 표 11에 나타내었다.

평가 항목		단위	전체 항목에서 차지하는 비중(%)	결과
제품	인장강도	N/5cm	5	580
	수축률	%	10	3
	중량	g/m2	10	141.4
	무기물함량	wt%	10	15
	내수도	급	10	0.0(g)
	흡습성	%	10	26.1
	내마모성	급	5	20,000회
	파열강도	N	5	837.6

상기 표 11을 참고하면, 건열수축율은 3%로 수축특성을 나타내었는 바, 연신비가 상당히 높음에도 불구하고 낮은 수축률을 보인 이유는 고분자 내 유동특성이 잘 발현할 수 있는 온도범위내에서 연신공정이 행하여 진 것으로 예상된다.

또한, 제품의 인장강도 및 파열강도를 분석한 결과 각각 인장강도 580N, 파열강도 837N의 값을 나타내어 모두 만족할만한 물성을 나타내었는 바, 이는 소재의 강도가 증가함에 따라 직물강도도 증가한 것으로 판단된다.

또한, 부직포의 흡습성은 107.2%, 상기 제품의 흡습성은 26.1%로 모두 만족할만한 물성을 나타내었다. 또한, 내수도와 내마모성의 경우 모두 4급조건에 준하는 내수도 0g, 마모강도 20,000회에 도달하여 만족할만한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.

이상, 상기 실시예의 결과로부터 CaCO3을 포함하는 복합소재를 이용하여 CaCO3의 투입량을 적절하게 조정하여 Split yarn 소재에 적용함으로써 강도의 향상을 가져오면서도 가공성 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 스플릿 얀 제조 공정에서 중요한 것은 연신공정 및 열처리 공정으로서 특히, 타포린과 같은 건축용 소재로 적용하기 위해서는 강도에 대한 부분이 중요하므로, 본 발명에 따른 방법에 의할 때 연신 공정 및 열처리 공정에 의하여 고강도 저수축성의 스플릿 얀을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 제조된 스플릿 얀을 이용하여 정경공정 및 제직준비공정을 생략한 직접 제직 기술을 이용하여 생산성 증대는 물론 공급에 의한 불량이나 타이밍이 맞지 않게 위입되는 것을 방지할 수 있고, 부직포에 흡습 특성의 고분자 코팅에 의하여 흡습성을 향상시킨 후, 이러한 흡습 부직포 제품과 상기 스플릿 얀 소재를 활용하여 제직된 직물의 압출 코팅 공정을 통해 타포린 제품을 제조하되, 상기 압출 코팅 공정시 최적의 조건을 확립하여 우수한 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 탄산칼슘(CaCO₃)의 복합소재를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형하는, 복합소재 필름의 제조 단계;
   상기 복합소재 필름에 대한 슬리팅(slitting) 공정을 수행한 후, 열 연신(drawing) 공정을 수행하는, 연신화 단계;
   상기 연신화 단계 후, 열처리(annealing)공정을 수행하여 스플릿 얀(split yarn)을 제조하는 단계;
   상기 제조된 스플릿 얀을 이용하여 복합소재 필름 원단을 제직하는 단계; 및
   상기 복합소재 필름 원단에 흡습 부직포를 합지하는 단계;를 포함하는,
   습도조절이 가능한 건축용 타포린의 제조방법.
   

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