KR20190054635A

KR20190054635A - 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법 및 이에 의한 섬유집합체

Info

Publication number: KR20190054635A
Application number: KR1020170151437A
Authority: KR
Inventors: 김동은; 강병호; 김남훈
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-05-22
Also published as: KR102030656B1

Abstract

본 발명은 본 발명은 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법은 복합섬유제조단계; 섬유집합체제조단계; 적층단계 및 열압착단계로 구성되되,상기 복합섬유제조단계는 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되고 상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에스테르계 수지 또는 유동흐름지수 12~20 g/10분인 폴리프로필렌수지를 사용하고, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하며, 상기 냉각단계는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 냉각필터를 이용하여, 풍량 4~6m³/h, 온도 22~26℃, 냉각거리 4~6mm이고, 상기 연신단계의 연신배율은 3.0~4.0이며,상기 적층단계는 제1섬유집합체에 제2섬유집합체를 적층 또는 제1섬유집합체 양쪽면에 제2섬유집합체를 적층하는 것이며, 상기 열압착단계는 시스부의 용융온도보다 5~20℃ 높은 온도로 열을 가하는 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법에 관한 것이다.

Description

패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법 및 이에 의한 섬유집합체{A Nonwoven Fabric Manufacturing Method Excellent In Pattern Processability And A Nonwoven Fabric}

본 발명은 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법 및 이에 의한 섬유집합체에 관한 것으로 보다 자세하게는 2겹이상의 섬유집합체 적층체에서 각 섬유집합체의 시스부의 함람량차이를 이용하는 것으로 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법 및 이에 의한 섬유집합체에 관한 것이다.

종래로부터 섬유집합체는 1회용 기저귀나 생리용 냅킨 등의 흡수성 물품, 마스크 등의 의료용 용품, 와이퍼 등의 청소용 용품과 같은 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 이와 같이 섬유집합체는 종래로부터 다른 여러 분야에서 사용되어 왔지만, 실제로 각 분야의 제품에 사용되는 경우에는 각각의 용도에 적합한 성질이나 구조가 되도록 제조될 필요가 있다.

따라서, 제조된 섬유집합체를 사용용도에 맞게 2차가공(성형)시킬 경우 가공된 섬유집합체가 가공이 되지 않은 섬유집합체보다 30~70%이상 고가여서 시장성이 우수하다.

다만,가공시간이 길어 생산성이 낮아 2차 가공비용도 증가하기 때문에 가공비용을 줄일 수 있는 새로운 성형방법을 개발하여 섬유집합체 생산성을 높일 필요가 있다.

대한민국등록특허 제1240750호는 우수한 신축 회복성과 소프트한 촉감을 동시에 가지는 탄성 섬유집합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로 섬유집합체의 생산과 동시에 2차가공방법인 복합 장섬유 웹을 부분적으로 열압착하여 엠보싱 결합으로 고정에 대한 언급이 있었으나, 열가공후 냉각조건을 조절하여 가공시간의 단축에 대한 개선점은 없다.

또한 대한민국공개특허 제2011-0065827호 결정화 속도가 향상된 폴리에스테르수지에 관한 것으로 PET의 본질적인 문제인 느린 결정화속도 향상을 위해 안티몬 촉매의 함량을 조절하여 낮은 온도에서 결정화가 진행될 수 있도록 하는 것이나, 조성물을 조절하는 것이 아닌 냉각조건에 대한 언급은 없었다.

따라서 본 발명은 저융점 폴리에틸렌(PE)가 시스부로 구성된 복합섬유로 구성된 섬유집합체를 2겹이상 적층상태에서 열적가공시 재결정 속도를 향상시킬 수 있도록 하여 패턴 가공성이 우수한 특징이 있다.

본 발명의 목적은 섬유집합체의 2차가공(패턴, 엠보싱 등)의 가공시간을 단축하기 위하여 섬유집합체 구성 섬유가 용융 후 냉각속도가 향상될 수 있도록 복합섬유 방사의 냉각조건을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 2차가공에 용이한 섬유집합체의 구성섬유로서 특유의 조성물을 갖는 바인더섬유를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 시스부의 함량이 다른 섬유집합체를 2겹이상 적층시켜 열압착에 의한 패턴형성이 용이한 섬유집합체 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법은 복합섬유제조단계; 섬유집합체제조단계; 적층단계 및 열압착단계로 구성되되,상기 복합섬유제조단계는 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되고 상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에스테르계 수지 또는 유동흐름지수 12~20 g/10분인 폴리프로필렌수지를 사용하고, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하며, 상기 냉각단계는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 냉각필터를 이용하여, 풍량 4~6m³/h, 온도 22~26℃, 냉각거리 4~6mm이고, 상기 연신단계의 연신배율은 3.0~4.0이며,상기 적층단계는 제1섬유집합체에 제2섬유집합체를 적층 또는 제1섬유집합체 양쪽면에 제2섬유집합체를 적층하는 것이며, 상기 열압착단계는 시스부의 용융온도보다 5~20℃ 높은 온도로 열을 가하는 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제1섬유집합체의 시스코어복합섬유는 시스부는 100~80중량%이고 코어부는 0~20중량%이며, 상기 제2섬유집합체의 시스코어복합섬유는 시스부는 40~60중량%이고 코어부는 60~40중량%인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 시스부의 올레핀 수지는 고밀도 폴리에틸렌수지이며,

상기 고밀도 폴리에틸렌수지의 용융온도는 128~131℃이고, 결정화 온도는 117~118℃인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 복합방사단계의 방사속도는 800~1200m/분인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 어느 하나의 제조방법으로 제조된 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체을 제공한다.

본 발명은 시스부가 저융점 폴리에틸렌(PE)인 복합섬유를 이용한 섬유집합체 제조방법으로서 상기 시스부의 함량이 다른 복합섬유로 구성된 섬유집합체를 2겹이상 적층시켜 열압착에 의한 2차가공(패턴, 엠보싱)시 용융 후 냉각속도가 향상되고 가공시간을 줄일 수 있는 패턴모양이 명확한 특징이 있다.

도1은 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체의 구성섬유제조방법에 사용되는 장치에 관한 개념도이다.
도2는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체의 구성섬유제조방법에 사용되는 장치에 관한 수평단면 개념도이다.
도3a,3b은 본 발명의 섬유집합체적층단계의 일예를 보여주는 단면이다.
도4는 본 발명의 열압착단계의 일예를 보여주는 단면이다.
도5는 본 발명인 패턴형상이 완성된 섬유집합체의 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 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', '실질적으로' 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 섬유집합체라 함은 장섬유, 단섬유를 모두 포함하는 것으로 비제한적인 예로서, 직물, 편물, 원단, 부직포, 웹, 슬라이버, 토우 등 1 이상의 섬유가 집합되어 있는 것을 의미한다.

패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법은 복합섬유제조단계; 섬유집합체제조단계; 적층단계 및 열압착단계로 구성된다.

상기 복합섬유제조단계는 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되고, 상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에스테르계 수지 또는 유동흐름지수 12~20 g/10분인 폴리프로필렌수지를 사용하고, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하며, 상기 시스부 및 코어부의 중량비는 40:60~60:40이고 방사속도 800~1200m/분, 연신배율 3.0~4.0인 것에 특징이 있다.

상기 폴리에스테르계 수지는 방향족 디카르본산과 글리콜의 축중합물로, 방향족 디카르본산으로는 테레프탈산,이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌디카르본산 등을 사용할 수 있고， 글리콜로는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올,1,4-부탄디올 등을 사용할 수 있다

상기 폴리에스테르계 수지는 방향족 디카르본산과 글리콜의 축중합물로 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 2,6-디나프탈레이트，폴리프로필렌테레프탈레이트，폴리부틸렌테레프탈레이트，폴리에틸렌이소프탈레이트 중 선택되는 하나 또는 2이상의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다

바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으며, 폴리에스테르계 수지는 ASTM 02857에 준하여 측정한 고유점도(IV)가 0.50 내지 0.80 dL/ g인 것을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

다음으로 폴리프로필렌 고분자는 구조가 매우 단조롭고 규칙적(아이소택틱 지수가 90% 이상)이므로 결정화가 쉽게 발생되는 물질이어서, 폴리프로필렌의 결정화를 방해하는 물질로서 폴리프로필렌과 상용성이 있으며 상대적으로 큰 고분자 물질인 메틸아크릴레이트를 첨가하면 폴리프로필렌 고분자쇄들의 일렬 배향을 방해하여 비결정 영역을 늘릴 수 있게 되어 연신비를 높일 수 있게 된다.

상기 올레핀계 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌，에틸렌-프로필렌 공중합체 중 선택되는 하나 또는 2이상의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다. 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용할 수 있으며, 올레핀계 수지의 유동흐름지수(MI，Melting lndex)는 특별히 제한되지 않지만，유동흐름지수가 5 내지 50g/lO분, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 g/10분인 것이 바람직할 것이다.

도1은 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체의 구성섬유제조방법에 사용되는 장치에 관한 개념도이다. 제1,2성분의 수지조성물을 용융된 상태로 방사팩(10)에서 복합방사구금(20)을 통해 시스코어복합섬유방사가 된다.

상기 복합방사구금(20)의 단면은 원형이며 복수의 방사 노즐이 단면의 중심부로부터 일정한 거리에 원주를 따라 배열되어 있다.

따라서 방사된 복합방사섬유(40)는 복수 개가 동시에 방사하되, 중심부로부터 일정한 거리인 동심원의 가장자리에 위치하여 수직으로 방사된다.

다음으로 냉각단계는 상기 수직으로 방사되는 복수의 복합방사섬유(40)으로부터 일정한 거리에 위치한 냉각필터(30)를 이용한다.

상기 냉각필터(30)는 중심이 비어있는 원통형모양으로 냉각필터의 수직길이는 5cm~20cm, 바람직하게는 5cm~10cm가 타당하다(도2참조).

상기 냉각필터(30)는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 특징이 있으며, 풍량 4~6m³/h, 온도 22~26℃의 조건에서 상기 냉각필터(30)와 복합방사섬유(40)와의 냉각거리(d)가 4~6mm인 조건으로 이용한다.

다음으로 연신단계는 냉각단계를 거친 복합방사섬유를 연신배율은 3.0~4.0로 연신한다.

상기와 같이 복합섬유제조단계를 거친 복합섬유는 일반적인 섬유집합체제조방법에 의해서 제조할 수 있다.

제조된 섬유집합체는 시스부 및 코어부의 함량에 따라 제1섬유집합체(100) 또는 제2섬유집합체(200)로 구분된다. 제1섬유집합체(100)의 시스코어복합섬유는 시스부는 100~80중량%이고 코어부는 0~20중량%이며, 상기 제2섬유집합체(200)의 시스코어복합섬유는 시스부는 40~60중량%이고 코어부는 60~40중량%인 것에 특징이 있다.

도3은 본 발명의 섬유집합체적층단계의 일예를 보여주는 단면이다. 제1섬유집합체(100)에 제2섬유집합체(200)를 적층하는 것 또는 제1섬유집합체(100) 양쪽면에 제2섬유집합체(200)를 적층하는 것에 특징이 있다.

제1섬유집합체(100)는 시스부는 100~80중량%으로 시스부는 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하고 용융온도는 128~131℃이고, 결정화 온도는 117~118℃이므로 코어부보다 저융점의 특징을 가지므로, 그 이상의 온도로 가열하면 시스부가 용융되어 열접착이 용이하다. 열압착단계는 시스부의 용융온도보다 5~20℃ 높은 온도로 열을 가하는 것에 특징이 있다. 20℃ 초과로 가열하면 코어부의 형태의 변형이 있을 수 있어 섬유집합체의 형태변형이 있을 수 있고 고열에 의한 응고시간이 길어 패턴 가공성이 올래 걸릴 수 있다. 그리고 5℃ 미만으로 가열시 시스부가 부분용융되어 제1 및 제2 섬유집합체간 접착력이 떨어질 수 있기 때문이다.

도4는 본 발명의 열압착단계의 일예를 보여주는 단면이다. 패턴형상을 갖는 성형장치(300)로 열압착을 가한 후 압착된 부분은 부피가 줄어들고 또한 열에 의해 용융응고되어 섬유집합체간 결합이 된다. 따라서 열압착되지 않은 다른 섬유집합체는 적층된 상태의 그대로인 형태와 대비해서 패턴 형상을 나타낸다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 반드시 한정되는 것으로 해석되어 져서는 아니된다.

실시예 1

복합방사단계는 시스부로 조성물로서 고유점도가 0.64 dL/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 0중량% 및 코어부 조성물로서 유동흐름지수가 20g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 100중량%를 각각 별도의 압출기에 투입하여 용융하였으며 용융된 제1성분 및 제2성분 조성물을 통상의 코어-시스 이형단면 복합방사장치로 유입한 후 800 m/분의 방사속도로 코어-시스 형태의 복합섬유를 방사하였다.

이후 냉각단계는 공극율은 60%, 공극 1mm의 다공성 필터인 냉각필터를 이용하여 냉각 풍량은 6 Nm³/h, 냉각풍온도는 25℃, 냉각장치와 섬유와의 거리는 5mm가 되도록 조정하였다.

마지막 연신단계로 복합방사섬유를 3.5배율의 연신비로 배향시켜 스테이플 섬유를 제조하였다. 이렇게 제조된 스테이플 섬유를 이용하여 제1섬유집합체를 제조하였다. 제2섬유집합체는 시스부로 및 코어부의 성분함량을 각각 50중량%로 하였으며, 제1섬유집합체와 제2섬유집합체를 적층한 후 열압착단계로 가공온도 145℃로 엠보싱 패턴 2차 가공을 하였다.

실시예 2

제1섬유집합체의 코어부 조성물로서 시스부 90중량% 및 코어부 10중량%로 구성되며, 열압착단계의 가공온도 142℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하다.

실시예 3

제1섬유집합체의 코어부 조성물로서 시스부 80중량% 및 코어부 20중량%로 구성되며, 열압착단계의 가공온도 142℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하다.

비교예 1

제1섬유집합체의 코어부 조성물로서 시스부 70중량% 및 코어부 30중량%로 구성되며, 열압착단계의 가공온도 148℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하다.

비교예 2

제1섬유집합체의 코어부 조성물로서 시스부 60중량% 및 코어부 40중량%로 구성되며, 열압착단계의 가공온도 148℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하다.

비교예 3

제1섬유집합체의 코어부 조성물로서 시스부 50중량% 및 코어부 50중량%로 구성되며, 열압착단계의 가공온도 148℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하다.

단위	구성	단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예1	비교예2	비교예3
제2섬유집합체	시스부	중량%	50	45	40	50	50	50
제2섬유집합체	코어부	중량%	50	65	60	50	50	50
제1섬유집합체	시스부	중량%	100	90	80	70	60	50
제1섬유집합체	코어부	중량%	0	10	20	30	40	50
섬유집합체적층체	강도	Kgf(1 inch)	4.5	5.0	5.2	6.0	6.1	6.2
섬유집합체열압착공정	가공온도	℃	140	142	142	148	148	148
	가공속도	m/분	50	50	50	35	30	30
	패턴음각	육안	◎	◎	◎	○	Δ	Δ

◎ : 육안으로 경계가 패턴경계가 명확

○ : 육안으로 경계가 패턴경계가 명확하지는 않으나 음각형태가 있음

Δ : 육안으로 경계가 패턴경계가 분명하지 않음

표1과 같이 실시예의 제1섬유집합체의 시스비율이 100~80중량%일 경우 최대 가공속도 50m/분으로 비교예의 30~35m/분 보다 1.5배 이상 향상되고, 패턴 음각 또한 월등히 명확해짐을 알수 있다.

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.

10 : 방사팩 20 : 복합방사구금
30 : 냉각필터 40 : 복합방사섬유
d : 냉각거리 100 : 제1섬유집합체
200 : 제2섬유집합체 300 : 성형장치

Claims

패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법은 복합섬유제조단계; 섬유집합체제조단계; 적층단계 및 열압착단계로 구성되되,
상기 복합섬유제조단계는 복합방사단계; 냉각단계 및 연신단계로 구성되고
상기 복합방사단계는 시스코어복합방사이며 코어부는 제1성분으로 고유점도가 0.50~0.80 dL/g인 폴리에스테르계 수지 또는 유동흐름지수 12~20 g/10분인 폴리프로필렌수지를 사용하고, 시스부는 제2성분으로 유동흐름지수가 15~25g/10분인 올레핀계 수지를 사용하며,
상기 냉각단계는 공극 0.5~1.0mm, 공극율 50~60%인 냉각필터를 이용하여, 풍량 4~6m³/h, 온도 22~26℃, 냉각거리 4~6mm이고, 상기 연신단계의 연신배율은 3.0~4.0이며,
상기 적층단계는 제1섬유집합체에 제2섬유집합체를 적층 또는 제1섬유집합체 양쪽면에 제2섬유집합체를 적층하는 것이며,
상기 열압착단계는 시스부의 용융온도보다 5~20℃ 높은 온도로 열을 가하는 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법.
제1항에 있어서
상기 제1섬유집합체의 시스코어복합섬유는 시스부는 100~80중량%이고 코어부는 0~20중량%이며, 상기 제2섬유집합체의 시스코어복합섬유는 시스부는 40~60중량%이고 코어부는 60~40중량%인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 시스부의 올레핀 수지는 고밀도 폴리에틸렌수지이며,
상기 고밀도 폴리에틸렌수지의 용융온도는 128~131℃이고, 결정화 온도는 117~118℃인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 복합방사단계의 방사속도는 800~1200m/분인 것에 특징이 있는 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체 제조방법.
상기 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 패턴 가공성이 우수한 섬유집합체.