KR20200000250A

KR20200000250A - 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법, 폴리프로필렌 부직포의 제조 방법, 및 폴리프로필렌 부직포

Info

Publication number: KR20200000250A
Application number: KR1020180072318A
Authority: KR
Inventors: 이현섭; 채성민; 노경섭; 박희광; 이기수; 전상진; 이명한
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN112219102A; JP2022113765A; WO2019245338A1; US11913935B2; JP2021519938A; JP7087111B2; CN112219102B; EP3786610A4; JP7384541B2; KR102384286B1; US20210215661A1; EP3786610A1

Abstract

본 발명은 로프트 특성이 우수한 폴리프로필렌 부직포, 로프트 특성이 우수한 폴리프로필렌 부직포를 제조하는 방법 및 이러한 폴리프로필렌 수지의 물성을 평가하는 방법에 관한 것이다.

Description

폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법, 폴리프로필렌 부직포의 제조 방법, 및 폴리프로필렌 부직포 {AN ASSESSMENT METHOD FOR POLYPROPYLENE RESIN, A METHOD FOR PREPARING POLYPROPYLENE NON-WOVEN FABRIC, A POLYPROPYLENE NON-WOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법, 폴리프로필렌 부직포의 제조 방법, 및 폴리프로필렌 부직포에 관한 것이다.

부직포, 또는 부직 웹은 부직포는 직경이 약 10㎛ 정도인 미세 섬유들이 랜덤하게 얽혀 거미줄과 같은 구조를 가지는 3차원 구조의 섬유 집합체이다.

부직포, 또는 부직 웹은, 미세 섬유들이 상호 결합되어 형성되기 때문에, 감촉이나 촉감 등이 매우 우수하며, 가공성이 좋고, 강도, 연성 및 내마모성이 우수하다.

이러한 부직포는, 붕대 재료, 기름 흡수재, 흡음용 건축 자재, 일회용 기저귀, 여성용 위생 용품 등, 다양한 기술 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 최근에는, 방진 의류, 방진 마스크, 와이핑 크로스, 정밀 여과 필터, 전지용 분리막 등, 최신 기술 분야에서도 넓게 사용되고 있다.

부직포 또는 부직 웹을 제조하는 공정은, 여러 종류가 알려져 있으나, 그 중 멜트 블로운 공정이 가장 많이 사용된다. 멜트 블로운(melt blown) 공정은, 섬유사를 형성할 수 있는 열가소성 플라스틱 수지를 수백 내지 수천 개의 공동을 가지는 오리피스(orifice)가 복수 개 연결된 오리피스 다이에서, 용융된 수지를 토출시키고, 다이의 양 옆에 배치된 고속 가스 분사구로부터 고온 가스를 분사하여 섬유사를 극세사로 연신시키며, 극세화된 섬유사를 수집체에 적층시키는 방법에 의해 제조된다.

이러한 멜트 블로운 부직포는, 극세화된 섬유집합체가 벌크한 구조로 형성되는 구조적 특징으로 인하여, 상기와 같이 다양한 용도로 사용될 수 있다.

통상적인 멜트 블로운 공정에서는 플라스틱 수지가 오리피스 다이에서 토출되고, 고온의 가스에 의해 연신됨에 따라, 섬유사의 직경이 결정되는데, 토출 압력, 가스 온도, 가스 분사 속도뿐 아니라, 플라스틱 수지 자체의 특성에 큰 영향을 받게 된다.

특히, 멜트 블로운 공정에 의해 생산되는 폴리프로필렌 부직포는, 기저귀, 여성용 위생 재료, 미세 먼지용 마스크 등에 사용되는데, 이 경우, 사용자의 피부에 직접적으로 맞닿게 되는 특성 상, 우수한 가요성(Flexibility) 및 부드러움(Softness)을 구비한, 하이 로프트 부직포(High loft non-woven fabric)가 요구되고 있다.

본 명세서는, 로프트 특성이 우수한 폴리프로필렌 부직포를 제공하고자 한다. 또한 본 명세서는, 로프트 특성이 우수한 폴리프로필렌 부직포를 제조하는 방법 및 이러한 폴리프로필렌 수지의 물성을 평가하는 방법을 제공하고자 한다.

본 명세서는,

폴리프로필렌 시료에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하는 단계;

변형을 가하고, 제1 시간(S1)이 지난 이후, 제1 잔류 응력을 측정하는 단계;

변형을 가하고, 제2 시간(S2)이 지난 이후, 제2 잔류 응력을 측정하는 단계; 및

하기 식 1로 표시되는, 잔류 응력 비율을 도출하는 단계를 포함하는,

폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법을 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

Stress S1는, 상기 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,

Stress S2는, 상기 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,

S2>S1 이다.

상기 변형을 가하는 단계, 및 제1 및 제2 잔류 응력을 측정하는 단계는, 하기 식 2로 표시되는 온도 조건에서 진행될 수 있다.

[식 2]

Tm <= T < Td

상기 식 2에서,

T는, 상기 변형을 가하는 온도 조건이고,

Tm는, 상기 폴리프로필렌 시료의 용융 온도 값이고,

Td는, 상기 폴리프로필렌 시료의 열 분해 시작 온도 값이다.

그리고, 상기 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법에서, 상기 S1은, 0.001 내지 0.05초이고, 상기 S2는, 0.1 내지 5초인 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 구체적으로, 멜트 블로운(Melt blown) 공정에 의해 제조되는 폴리프로필렌 부직포의 로프트 물성을 평가 및 예측하기 위한 것일 수 있다.

이를 위해서, 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 상기 폴리프로필렌 시료로, 제1 폴리프로필렌 시료, 및 제2 폴리프로필렌 시료를 준비하는 단계; 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료에 대하여, 잔류 응력 비율을 도출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료의 잔류 응력 비율을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 이 때, 상술한 폴리프로필렌 시료 각각의 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인 경우, 적합한 것으로 평가할 수 있으며, 이 때 폴리프로필렌 시료는 2종 이상일 수도 있다.

한편, 본 명세서는,

제1 폴리프로필렌 수지 및 제2 폴리프로필렌 수지를 선택하는 단계; 및

상기 폴리프로필렌 수지를 동시에 멜트 블로운 공정에 투입하여, 각 폴리프로필렌 연신사를 제조하는 단계를 포함하며,

상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각 하기 식 1로 표시되는 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인,

폴리프로필렌 부직포의 제조 방법을 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

Stress S1는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,

Stress S2는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,

S2>S1 이다.

이 때, 잔류 응력 비율은, 하기 식 2로 표시되는 온도 조건에서 측정될 수 있다.

[식 2]

Tm <= T < Td

상기 식 2에서,

T는, 상기 변형을 가하는 온도 조건이고,

Tm는, 상기 폴리프로필렌 시료의 용융 온도 값이고,

Td는, 상기 폴리프로필렌 시료의 열 분해 시작 온도 값이다.

그리고, 상기 멜트 블로운 공정은, 150 내지 250℃의 온도 조건에서 진행되는 것이 바람직할 수 있으며, 100 내지 10,000배의 길이 연신 조건에서 진행되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 10,000 내지 250,000g/mol일 수 있다. 그리고, 각각, 분자량 분포 값이 2 내지 5일 수 있다.

한편, 본 명세서는,

제1 폴리프로필렌 수지의 연신사 및 제2 폴리프로필렌 수지의 연신사를 포함하며,

폴리프로필렌 부직포를 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

S2>S1 이다.

이 때, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 10,000 내지 250,000g/mol이고, 분자량 분포 값이 2 내지 5인 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따르면, 우수한 가요성(Flexibility) 및 부드러움(Softness)을 구비한, 하이 로프트 폴리프로필렌 부직포를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법이 제공된다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

Stress S1는, 상기 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,

Stress S2는, 상기 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,

S2>S1 이다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면,

폴리프로필렌 부직포의 제조 방법이 제공된다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

S2>S1 이다.

그리고, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,

폴리프로필렌 부직포를 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

S2>S1 이다.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법이 제공된다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

Stress S1는, 상기 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,

Stress S2는, 상기 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,

S2>S1 이다.

본 발명의 발명자들은, 폴리프로필렌 수지를 멜트 블로운 공정에 투입하여 부직포를 제조하는 공정에서, 제조되는 폴리프로필렌의 부직포의 로프트 관련 특성이 폴리프로필렌 수지 자체의 물성과 관련이 있고, 특히 수지 시편에 외력을 가한 후, 시간에 따른 응력의 변화로부터 계산할 수 있는, 잔류 응력 비율과 관련이 높다는 사실을, 실험을 통해 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

구체적으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 하기와 같은 단계를 포함한다.

하기 식 1로 표시되는, 잔류 응력 비율을 도출하는 단계:

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

Stress S1는, 상기 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,

Stress S2는, 상기 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,

S2>S1 이다.

폴리프로필렌과 같은 고분자 수지는, 외력을 가하였을 때, 외력에 의한 외형의 변화, 즉 변형(Strain)이 발생하게 되는데, 이러한 변형은 급격하게 일어나게 되지만, 이 때, 수지 내에 잔류하는 잔류 응력은, 시간이 지남에 따라, 천천히 감소하다가 사라지는 응력 완화 현상(Stress Relaxation)을 보이게 되며, 이에 따라 잔류 응력은 시간에 대한 함수 형태로 나타나게 된다.

즉, 특정 온도 조건에서 외력을 가하여, 전단(Shear) 방향의 변형을 일으키고, 변형을 일정하게 유지시키는 경우, 고분자 수지 자체의 이동에 의한 응력 완화는 발생하기 어렵기 때문에, 분자 레벨에서 분자의 이완 및 점성 유동에 의한 응력 완화가 발생하게 되면서, 잔류 응력이 시간에 대한 함수 형태로 기록되는 것이다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른, 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 수지 시편에 외력을 가하여 변형시킨 후, 변형이 유지되는 상태에서 시간에 따른 잔류 응력의 비율을 정량화한 것이라 할 수 있다.

이 때, 상기 변형을 가하는 단계, 및 제1 및 제2 잔류 응력을 측정하는 단계는, 하기 식 2로 표시되는 온도 조건에서 진행될 수 있다.

[식 2]

Tm <= T < Td

상기 식 2에서,

T는, 상기 변형을 가하는 온도 조건이고,

Tm는, 상기 폴리프로필렌 시료의 용융 온도 값이고,

Td는, 상기 폴리프로필렌 시료의 열 분해 시작 온도 값이다.

그리고, 상기 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법에서, 상기 S1은, 약 0.001 내지 약 0.05초이고, 상기 S2는, 약 0.1 내지 약 5초일 수 있고, 바람직하게는, 상기 S1은, 약 0.01 내지 약 0.03초, 혹은 약 0.02초이고, 상기 S2는, 약 0.5 내지 약 2초, 혹은 약 1초일 수 있다. 또한, 이 때, S2/S1의 값이 약 10 내지 약 100인 것이 바람직할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리프로필렌 수지 시편에 외력을 가하여 변형을 발생시키고, 그 변형이 유지되는 상태에서 응력이 완화되는 응력 완화 실험에서(Stress Relaxation Experiment), 수지 시편에 잔류하는 응력을 측정하고, 초기의 잔류 응력과, 어느 정도 시간이 지난 후의 잔류 응력 비율을 통해, 폴리프로필렌 수지의 물성을 평가하는 것일 수 있다.

그리고, 상기와 같이, 폴리프로필렌 수지의 잔류 응력 비율을 측정하고, 물성을 평가하는 것은, 구체적으로, 상기 폴리프로필렌 수지를 멜트 블로운(Melt blown) 공정에 투입하여, 폴리프로필렌 부직포를 제조할 때, 제조되는 폴리프로필렌 부직포의 로프트 물성을 평가 및 예측하기 위한 것일 수 있다.

이를 위해서, 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 2종 이상의 폴리프로필렌 시료를 준비하고, 이들 각각의 잔류 응력 비율을 측정하여, 이를 비교하는 방법을 통해 이루어질 수 있다.

구체적으로 예를 들면, 먼저, 상기 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법은, 상기 폴리프로필렌 시료로, 제1 폴리프로필렌 시료, 및 제2 폴리프로필렌 시료를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 2종 이상의 폴리프로필렌 시료를 준비하되, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료는, 동일한 것일 수도 있고, 상이한 것일 수도 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료에 대하여, 잔류 응력 비율을 도출할 수 있다. 각 폴리프로필렌 시료에 대해 잔류 응력 비율을 도출하는, 구체적인 방법은, 청구항 제1항 등에 대한 설명으로 갈음한다.

이후, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료의 잔류 응력 비율을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상술한 폴리프로필렌 시료 각각의 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인 경우, 혹은 10배 내지 약 100배, 혹은 약 10배 내지 약 20배인 경우, 적합한 것으로 평가할 수 있다. 즉, 상술한 폴리프로필렌 시료 각각의 잔류 응력 비율의 차이가 일정 이상인 경우에는, 해당하는 2종의 폴리프로필렌 수지를 각각 멜트 블로운 공정에 투입하여 제조된 폴리프로필렌 부직포가, 매우 우수한 로프트 물성을 가질 수 있게 된다.

그리고, 이 때 폴리프로필렌 시료는 반드시 2종에 한정되는 것이 아니라, 3종 이상으로, 이 경우, 전체 폴리프로필렌 시료 중에서 어느 한 쌍의 폴리프로필렌 시료 각각의 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인 경우, 본원발명의 조건을 만족하는 것으로 볼 수 있다.

한편, 본 명세서는,

상기 폴리프로필렌 수지를 동시에 멜트 블로운 공정에 투입하여, 제1 및 제2 폴리프로필렌의 연신사를 제조하는 단계를 포함하며,

폴리프로필렌 부직포의 제조 방법을 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

S2>S1 이다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른, 폴리프로필렌 부직포의 제조 방법은, 다른 공정은, 기존의 폴리프로필렌 부직포 제조 방법과 동일하되, 멜트 블로운 공정에 투입하는 폴리프로필렌 수지 원료를 특정 조건에 의해 선택하는 것으로 볼 수 있다.

상기 멜트 블로운 공정은, 약 150 내지 약 250℃의 온도 조건, 바람직하게는 약 170℃ 또는 약 230℃의 온도 조건에서, 진행되는 것일 수 있다.

상기 멜트 블로운 공정에서 길이 연신 비는, 약 100 내지 약 10,000배, 바람직하게는 약 100 내지 약 1,500배, 또는 약 200 내지 약 1,200배의 연신 비율로 진행되는 것일 수 있다.

그리고 이 때의 연신 속도는, 약 1,000 내지 약 100,000배/s, 바람직하게는 약 1000 내지 약 15,000배/s, 또는 약 200 내지 약 1,200배/s의 속도로 진행되는 것일 수 있다.

그러나, 본 발명이 반드시 상기 공정 조건에 한정되는 것은 아니며, 상기와 같은 공정 조건은, 가공 대상인 폴리프로필렌 수지의 용융 물성에 따라 다르게 정할 수 있다.

그러나, 본 발명이 반드시 상기 공정 조건에 한정되는 것은 아니며, 이는 가공하는 폴리프로필렌 수지의 용융 물성에 따라 달라질 수 있다.

그리고, 멜트 블로운 공정의 원료 수지인, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 약 10,000 내지 약 250,000g/mol일 수 있다. 그리고, 각각의 분자량 분포 값은 약 2 내지 약 5일 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지의 분자량 관련 특성은, 분자량 20,000g/mol의 폴리스티렌을 표준으로 한 GPC를 통해 측정된 것일 수 있다.

한편, 본 명세서는,

폴리프로필렌 부직포를 제공하고자 한다.

[식 1]

잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1

상기 식 1에서,

S2>S1 이다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 폴리프로필렌 부직포는, 상술한 잔류 응력 비율 값이 상이한 2종 이상의 폴리프로필렌 수지를 사용하여 제조된 것으로 볼 수 있다.

폴리프로필렌 등의 고분자 수지를 부직포 등의 제품으로 가공하는 과정에서는, 외력에 의하여, 의도적으로 정해진 비율의 변형을 발생시켜, 연신사로 가공하는 공정 등이 포함된다.

이런 공정에서 외력에 의해 변형된 고분자 수지의 내부에서는, 상술하였던 잔류 응력이 존재하고, 이러한 잔류 응력을 해소하기 위한 수축이 발생할 수 있는데, 상술한 잔류 응력 비율이 큰 경우, 수축이 더 크게 발생하게 된다.

연신사를 제조하는 공정에서, 잔류 응력 비율 값이 상이한 2종 이상의 폴리프로필렌 수지를 사용하는 경우, 잔류 응력 비율 값이 더 큰 수지는 상대적으로 더 많이 수축하게 되고, 잔류 응력 비율 값이 더 작은 수지는, 상대적으로 더 적게 수축하게 되어, 수축 비율의 차이에 의해 연신사가 휘어지는 현상이 발생하게 된다.

따라서, 잔류 응력 비율 값이 상이한 2종 이상의 폴리프로필렌 수지를 사용하여 제조된 폴리프로필렌 부직포는, 휨의 정도가 크고, 말려있는 형태의, 컬-섬유사를 포함하게 되며, 가요성(Flexibility), 부드러움(Softness), 풍성함(Abundance)등 우수한 로프트(Loft) 관련 특성을 구비할 수 있게 된다.

그리고, 이 때, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 약 10,000 내지 약 250,000g/mol일 수 있다. 그리고, 각각의 분자량 분포 값은 약 2 내지 약 5일 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지의 분자량 관련 특성은, 분자량 20,000g/mol의 폴리스티렌을 표준으로 한 GPC를 통해 측정된 것일 수 있다.

상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지의 중량 평균 분자량 값이 상기 범위를 벗어나는 경우, 부직포를 제조하는 공정에서 가공성이 저하되어, 단사가 발생하거나, 부직포 섬유의 표면이 거칠어지고 뻣뻣해지는 문제점이 발생할 수 있으며, 특히 중량 평균 분자량 값이 너무 작은 경우, 부직포의 강도가 저하되는 발생할 수 있다.

위와 같은 특성으로 인하여, 상기 폴리프로필렌 부직포는, 밀도가 약 0.09g/cm³ 이하, 바람직한 하한으로는 약 0.01 g/cm³이상, 혹은, 약 0.03 g/cm³이상, 혹은 약 0.05 g/cm³이상, 혹은 약 약 0.07 g/cm³이상 일 수 있고, 바람직한 상한으로는, 약 0.09 g/cm³ 이하, 혹은, 약 0.087 g/cm³ 이하, 혹은 약 0.085 g/cm³ 이하, 혹은 0.083 g/cm³ 이하일 수 있다.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

<실시예>

폴리프로필렌 수지 준비

하기 표 1의 물성값을 가지는 폴리프로필렌 수지를 40℃ 진공 오븐에서 하룻밤 동안 건조하고, 트윈 스크류 압출기(twin screw extruder, BA-19, 제조사 BAUTECH)를 사용하여 펠렛 형태로 제조하였다.

압축하여 얻어진 펠렛 형태의 수지를 다시 40℃ 진공 오븐에서 하룻밤 동안 건조한 후에 시편 제조기(Xplore 5.cc micro injection molding machine)를 이용하여, 각 물성 측정 조건에 맞는 형태로 시편을 제작하였다.

1) 분자량 특성 측정

준비된 폴리프로필렌 수지의 분자량 특성은, 폴리스티렌(Mw: 20,000)을 표준으로 한 GPC/SEC을 통해 측정하였다.

2) 점도 측정

측정은, TA Instrument 사의 Discovery Hybrid Rheometer 기기를 이용하여 진행되었다.

먼저 상기 기기의 원형 하부 플레이트에, 폴리프로필렌 펠렛을 로딩하고, 약 235℃에서 녹인 후, 상부 플레이트로 눌러, 상-하부 플레이트의 갭을 1mm로 유지한 상태에서, 점도를 측정하였다. 측정은, 변형(Strain)의 변화에 따른 점도 및 모듈러스 변화가 없는, 선형 영역에서 진행하였다.

3) 잔류 응력 비율 측정

먼저 상기 기기의 원형 하부 플레이트에, 폴리프로필렌 펠렛을 로딩하고, 약 235℃에서 녹인 후, 상부 플레이트로 눌러, 상-하부 플레이트의 갭을 1mm로 유지하였다.

이후, 여기에 200%의 변형을 가하고, 변형을 유지하면서, 시간에 따른 잔류 응력을 측정하였다.

온도: 235℃

Strain: 200%

잔류 응력 측정(Stress S1): 외력을 가하여 200%의 Strain을 발생시킨 후, 변형을 유지시킨 상태에서, 0.02초(S1) 후의 잔류 응력 측정

잔류 응력 측정(Stress S2): 외력을 가하여 200%의 Strain을 발생시킨 후, 변형을 유지시킨 상태에서, 1초(S2) 후의 잔류 응력 측정

S2/S1= 50

잔류 응력 비율= Stress S2 / Stress S1에 의해 % 단위로 계산

측정 결과를 하기 표 1에 정리하였다.

	중량 평균 분자량 (g/mol)	분자량 분포 (Mw/Mn)	점도 (1Hz, Pa.s)	잔류 응력 비율 (%)
준비예 1	143,000	2.90	159	0.0051
준비예 2	176,000	2.35	315	0.0245
준비예 3	184,000	2.81	315	0.0430
준비예 4	-	-	311	0.0542
준비예 5	182,000	4.8	329	0.0627

*준비예 4는, 준비예 2 및 준비예 5의 폴리프로필렌 수지를, 7:3의 중량비로 혼합하여, 준비하였다.

폴리프로필렌 부직포 제조

폴리프로필렌 부직포의 제조는, 라이펜호이저 사의 설비를 이용하여 진행하였다.

하기 표2에 정리된 바와 같이, 2종의 폴리프로필렌 수지를 준비하고, 이를 익스트루더(Extruder)로 각각 투입하였다. 투입된 폴리프로필렌 수지는, 토출부에서 합쳐지게 되어, 방사되었다.

방사된 폴리프로필렌 필라멘트는, 챔버를 통하여 분사되는 냉각 공기에 의해 고화하고 상부에서 불어주는 공기와 컨베이어 벨트 하부에서 흡입하는 공기의 압력에 의해 연신하고, 컨베이어 벨트 상에 적층하여 웹을 형성한 후, 열적 본딩을 하여 부직포를 제조하였다.

부직포의 밀도 측정

상기에서 동일한 방법에 의해 제조된 부직포에 대하여, 밀도를 측정하였다.

상기 평가 결과를 하기 표 2에 정리하였다.

	폴리프로필렌 수지	잔류 응력 비율 차이 (배)	적합성 판정	밀도 (g/cm³)
실시예 1	준비예 1 및 2	4.78	X	0.095
실시예 2	준비예 1 및 3	8.41	X	0.091
실시예 3	준비예 1 및 4	10.59	O	0.082
실시예 4	준비예 1 및 5	12.24	O	0.077

상기 표 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 특정한 잔류 응력 비율 차이를 보이는 2종의 폴리프로필렌 수지를 사용하여 부직포를 제조하는 경우, 동일한 공정에 의해 제조하였음에도, 상대적으로 낮은 밀도 값을 가지는 것을 알 수 있다.

즉, 본원 실시예에 따라, 잔류 응력 비율 차이가 10배 이상인 폴리프로필렌 수지를 사용하는 경우, 부직포의 밀도 값이 약 0.07 내지 약 0.085g/cm³의 범위 내에 드는 데 비해, 잔류 응력 비율 차이가 적은 폴리프로필렌 수지를 사용하는 경우, 밀도 값이 약 0.091 g/cm³ 이상인 것을 명확히 확인할 수 있다.

이러한 밀도 값의 차이는, 연신사를 제조하는 공정에서, 잔류 응력 비율 값이 상이한 2종 이상의 폴리프로필렌 수지를 사용하여, 폴리프로필렌 연신사의 휨의 정도가 크고, 말려있는 형태의, 컬-섬유사 함유량이 높아진 것에서 기인하는 것으로 해석할 수 있는데, 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리프로필렌 부직포는, 가요성(Flexibility), 부드러움(Softness), 풍성함(Abundance)등 우수한 로프트(Loft) 관련 특성을 구비하는 것으로 미루어 예측할 수 있다.

또한, 상기 표 2를 참조하면, 본원의 실시예에 따라, 잔류 응력 비율의 차이를 통해 적합성을 평가한 것이, 실제 제조된 부직포의 밀도의 경향성과 일치하는 것을 명확히 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 폴리프로필렌 수지의 시편에 대한 실험실 수준에서의(Lap scale) 물성 측정을 통해, 부직포 제조에 적합한 폴리프로필렌 수지 시료를 쉽게 선택할 수 있을 것으로 보인다.

Claims

폴리프로필렌 시료에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하는 단계;
변형을 가하고, 제1 시간(S1)이 지난 이후, 제1 잔류 응력을 측정하는 단계;
변형을 가하고, 제2 시간(S2)이 지난 이후, 제2 잔류 응력을 측정하는 단계; 및
하기 식 1로 표시되는, 잔류 응력 비율을 도출하는 단계를 포함하는,
폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법:
[식 1]
잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1
상기 식 1에서,
Stress S1는, 상기 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,
Stress S2는, 상기 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,
S2>S1 이다.
제1항에 있어서,
상기 변형을 가하는 단계, 및 제1 및 제2 잔류 응력을 측정하는 단계는, 하기 식 2로 표시되는 온도 조건에서 진행되는, 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법:
[식 2]
Tm <= T < Td
상기 식 2에서,
T는, 상기 변형을 가하는 온도 조건이고,
Tm는, 상기 폴리프로필렌 시료의 용융 온도 값이고,
Td는, 상기 폴리프로필렌 시료의 열 분해 시작 온도 값이다.
제1항에 있어서,
상기 S1은, 0.001 내지 0.05초이고, 상기 S2는, 0.1 내지 5초인,
폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법.
제1항에 있어서,
멜트 블로운(Melt blown) 공정에 의해 제조되는 폴리프로필렌 부직포의 로프트 물성을 평가하는, 폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 시료로, 제1 폴리프로필렌 시료, 및 제2 폴리프로필렌 시료를 준비하는 단계;
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료에 대하여, 잔류 응력 비율을 도출하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 시료의 잔류 응력 비율을 비교하는 단계를 더 포함하는,
폴리프로필렌 수지의 물성 평가 방법.
제1 폴리프로필렌 수지 및 제2 폴리프로필렌 수지를 선택하는 단계; 및
상기 폴리프로필렌 수지를 동시에 멜트 블로운 공정에 투입하여, 제1 및 제2폴리프로필렌 수지의 연신사를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각 하기 식 1로 표시되는 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법:
[식 1]
잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1
상기 식 1에서,
Stress S1는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,
Stress S2는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,
S2>S1 이다.
제6항에 있어서,
상기 잔류 응력 비율은, 하기 식 2로 표시되는 온도 조건에서 측정되는,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법:
[식 2]
Tm <= T < Td
상기 식 2에서,
T는, 상기 변형을 가하는 온도 조건이고,
Tm는, 상기 폴리프로필렌 시료의 용융 온도 값이고,
Td는, 상기 폴리프로필렌 시료의 열 분해 시작 온도 값이다.
제6항에 있어서,
상기 멜트 블로운 공정은, 150 내지 250℃의 온도 조건에서 진행되는,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 멜트 블로운 공정은, 100 내지 10,000배의 길이 연신 조건에서 진행되는,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 10,000 내지 250,000g/mol인,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 분자량 분포 값이 2 내지 5인,
폴리프로필렌 부직포의 제조 방법.
제1 폴리프로필렌 수지의 연신사 및 제2 폴리프로필렌 수지의 연신사를 포함하며,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각 하기 식 1로 표시되는 잔류 응력 비율의 차이가 10배 이상인,
폴리프로필렌 부직포:
[식 1]
잔류 응력 비율 = Stress S2 / Stress S1
상기 식 1에서,
Stress S1는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제1 시간(S1) 이후 측정한 제1 잔류 응력이고,
Stress S2는, 상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지 각각에 대하여, 150 내지 250%의 변형(Strain)을 가하고, 제2 시간(S2) 이후 측정한 제2 잔류 응력이고,
S2>S1 이다.
제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 중량 평균 분자량 값이 10,000 내지 250,000g/mol인,
폴리프로필렌 부직포.
제12항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리프로필렌 수지는, 각각, 분자량 분포 값이 2 내지 5인,
폴리프로필렌 부직포.
제12항에 있어서,
밀도가 0.09g/cm³ 이하인,
폴리프로필렌 부직포.