KR20210125905A - 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

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Abstract

복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 개시된 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함하고, 압력손실이 5.0mmH2O 이하이고, 마틴데일(Martindale) 마모성 시험후 보풀 덩어리의 크기가 5mm 미만이다.

Description

복합 부직포 및 이를 포함하는 물품{Non-woven fabric composite and article including the same}
복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 보다 상세하게는 내보풀성 및 호흡성이 우수한 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다.
미세먼지 제거용 마스크의 경우 내외피 소재와 중앙부의 미세먼지를 걸러주는 필터소재가 다층으로 복합화되어 구성되어 있다.
필터층으로는 주로 대전처리된 멜트블로운(Meltblown) 부직포가 사용되고 있다. 멜트블로운 부직포는 낮은 기계적 강도와 높은 유연성으로 인해 형태 안정성이 낮아 외부 충격이나 마찰에 의해 쉽게 구조 변형이 발생한다. 따라서, 멜트블로운 부직포층을 보호하고 형태 안정성을 부여하기 위해 멜트블로운 부직포층의 양면 또는 일면에 형태 안정성과 인장강도 등의 기계적 물성이 높은 부직포를 적층하여 마스크를 구성하게 되며, 주로 스펀본드 부직포가 별도의 라미네이팅 공정을 거쳐 적층된다.
또한, 일반적으로 대전처리된 멜트블로운 소재의 일면이나 양면에 내외피용 소재로 적용되고 있는 스펀본드 부직포는 필라멘트가 굵고 기공이 크기 때문에 미세먼지 제거효율이 거의 없이 형태 안정성을 부여하는 기능만을 갖는다. 따라서, 다층의 마스크 부직포 구성 중 중앙부에 위치한 필터층에서만 미세먼지를 걸러주기 때문에 미세먼지가 필터층에 집중적으로 적층되어 필터링 효율이 사용시간에 따라 감소하는 문제점이 있으며, 특히 장시간 마스크를 착용해야 하는 산업현장에서는 이러한 문제가 사용자의 호흡기 안전에도 영향을 미칠 수 있다.
또한, 내외피층으로 사용되는 부직포는 주로 마스크의 외형을 따라 초음파 융착에 의해 합지되기 때문에, 융착 공정시 내층의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 구조가 변경되어 필터링 성능이 저하될 수 있다.
또한, 마스크에 사용되는 내외피 소재로는 면직물이나 부직포 단섬유 및 스펀본드 부직포 등이 있다. 마스크용 내외피 소재는 사용자의 피부와 직접적으로 닿아 마찰에 의해 발생하는 소재의 표면 변형 또는 사용자의 이용 환경에서 손과의 접촉이나 보관시 접촉에 의한 소재 표면의 변형이 쉽게 발생한다. 이러한 경우 외관 및 피부접촉 부위의 이질적인 촉감에 의해서 사용자에게 불편함을 느끼게 된다.
본 발명의 일 구현예는 내보풀성 및 호흡성이 우수한 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함하고,
압력손실이 5.0mmH2O 이하이고, 마틴데일(Martindale) 마모성 시험후 보풀 덩어리의 크기가 5mm 미만인 복합 부직포를 제공한다.
상기 복합 부직포는 엠보율이 9~19% 일 수 있다.
상기 복합 부직포는 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.06~0.6mm2일 수 있다.
상기 복합 부직포는 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.0~2.5일 수 있다.
상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함하고, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것일 수 있다.
상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 내오염성 및 형태 안정성이 우수할뿐만 아니라 수명이 연장될 수 있으며, 필터층의 다층화로 마스크 전체의 성능 향상 및 제거효율 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포는 내보풀성 및 호흡성이 우수하다.
또한, 상기 복합 부직포는 각종 먼지, 미세먼지, 세균 등의 제거 목적으로 활용될 수 있으며, 의료용 또는 보건용 마스크로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 연속적으로 제조하기 위해 사용되는 복합 부직포의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "복합 부직포(non-woven fabric composite)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 부직포 적층체가 아니라, 2종 이상의 부직포가 하나의 연속공정으로 제조되어 일체화된 부직포를 의미한다. 따라서 본 명세서에서,"복합 부직포"는 "모놀리식 부직포(monolithic non-woven fabric)"로도 지칭될 수 있다. 상기 복합 부직포는 상기 부직포 적층체에 비해 층간 결합이 강하고, 형태 안정성 및 여과성능이 우수하다는 특징을 갖는다.
또한 본 명세서에서, "대전처리된 부직포층" 또는 "대전처리된 부직포 서브층"은 연속공정으로 제조된 것일 수 있다. 구체적으로, "대전처리된 부직포층" 또는 "대전처리된 부직포 서브층"은 연속공정으로 "부직포의 제조"와 "대전처리"를 순차적으로 또는 동시에 실시함으로써 제조된 것일 수 있다.
또한 본 명세서에서, "대전처리되었다"는 것은 부직포 섬유상에 전하가 반영구적으로 부여되어 인접한 섬유들간에 정전기장을 형성할 수 있는 상태를 의미하며, 대전처리된 부직포는 대전처리되지 않은 부직포에 비해 전하밀도 및 미세먼지 제거효율이 높은 특징이 있다.
또한 본 명세서에서, "적어도 부분적으로 대전처리되었다"는 것은 오직 하나의 층으로만 구성된 경우에는 당해 층 전체가 대전처리되었음을 의미하고, 복수개의 서브층으로 구성된 경우에는 일부 서브층은 대전처리되고 나머지 서브층은 대전처리되지 않았거나 모든 서브층이 대전처리되었음을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "전하 증가제"는 전하밀도를 증가시켜주는 물질을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "미세먼지 투과율", "미세먼지 제거효율" 및 "압력손실"은 제작후 사용전 복합 부직포에 대하여 하기 방법으로 평가하였다:
(1) 측정 장치: TSI사의 TSI-8130 모델을 사용하였다.
(2) 에어로졸 형성: 상기 측정 장치는 미세 에어로졸 생성장치에서 발생한 염화나트륨 수용액 미스트의 물을 증발시켜 공기 중에 분산된 염화나트륨 에어로졸을 형성하였다. 상기 형성된 염화나트륨 에어로졸 중 염화나트륨 입자의 평균입경이 0.3㎛이고, 에어로졸 내 염화나트륨의 농도는 18.5mg/m3이다.
(3) 미세먼지 투과율 평가: 에어로졸의 투과 면속도는 16cm/sec이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다. 상기 에어로졸 입자의 투과율을 미세먼지 투과율로 기록하였다.
(4) 미세먼지 제거효율 평가: 하기 수학식 1에 따라 평가하였다:
[수학식 1]
미세먼지 제거효율 = 100% - 미세먼지 투과율.
(5) 압력손실 평가: 에어로졸의 투과 면속도는 5cm/sec이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함한다.
상기 복합 부직포는 미세먼지 제거효율이 20~99.9%, 30~99.9%, 40~99.9%, 50~99.9%, 60~99.9%, 70~99.9%, 80~99.9% 또는 90~99.9%일 수 있다.
상기 복합 부직포는 압력손실이 5.0mmH2O 이하, 4.0mmH2O 이하, 3.0mmH2O 이하 또는 2.0mmH2O 이하일 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포는 마틴데일(Martindale) 마모성 시험후 보풀 덩어리의 크기가 5mm 미만, 4mm 미만, 3mm 미만 또는 2mm 미만일 수 있다. 따라서, 상기 복합 부직포는 보풀의 발생이 억제되고 공기 투과성이 높은 이점을 갖는다.
또한, 상기 복합 부직포는 엠보율(= 엠보패턴들의 총면적/복합 부직포의 총면적×100 = 캘린더 롤 중 패턴롤의 엠보패턴들의 총면적/캘린더 롤 중 패턴롤의 상부 표면의 총면적×100)이 9~19%일 수 있다. 상기 복합 부직포의 엠보면적이 상기 범위이내이면, 보풀 발생율이 낮으면서도 압력손실이 작은 복합 부직포를 얻을 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포는 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.06~0.6mm2일 수 있다. 상기 복합 부직포의 엠보패턴 1개의 평균면적이 상기 범위이내이면, 보풀 발생율이 낮으면서도 압력손실이 작은 복합 부직포를 얻을 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포는 엠보패턴 1개의 평균세장비(장축/단축)가 1.0~2.5일 수 있다. 상기 복합 부직포의 엠보패턴 1개의 평균세장비가 상기 범위이내이면, 보풀 발생율이 낮은 복합 부직포를 얻을 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층을 포함함으로써, 우수한 미세입자 포집 기능을 가짐을 특징으로 한다. 그러나, 종래의 스펀본드-멜트블로운 다층 부직포는 평균기공이 수 내지 수십 마이크로미터(㎛) 수준이기 때문에, 0.1~0.6㎛ 수준의 미세입자를 제거하는 기능이 거의 없다.
상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것일 수 있다.
상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 다른 순서대로 포함할 수도 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 후술하는 전하 증가제를 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 멜트블로운 부직포층은 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 적어도 하나의 스펀본드 부직포, 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 비전도성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 비전도성 중합체는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 각각의 스펀본드 부직포, 상기 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 상기 각각의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 안료, 광 안정제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 지방산 금속염, 트리에스테르 포스파이트, 인산염, 불소-함유 화합물, 핵화제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 일 구현예에서 산화방지제가 전하 증가제로서 기능할 수 있다. 가능한 전하 증가제는 열 안정성 유기 트리아진 화합물, 올리고머 또는 이들의 조합을 포함하며, 이들 화합물 또는 올리고머는 트리아진 고리 내의 질소 외에 적어도 하나의 질소 원자를 추가로 함유한다.
예를 들어, 대전 특성 향상 목적의 전하 증가제는 미국등록특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호에 개시되어 있다. 예를 들어, 상기 전하 증가제는 힌더드아민계 첨가제(hindered amine-based additive), 트리아진계 첨가제(triazine additive) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 전하 증가제는 폴리[((6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)](BASF제조, CHIMASSORB 944), (2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진과의 1,6-헥산디아민-N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-중합체, N-부틸-1-부탄아민, N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘아민과의 반응 생성물)(BASF제조, CHIMASSORB 2020) 또는 상기 전하 증가제는 N-치환된 아미노 방향족 화합물, 특히 트리-아미노 치환된 화합물, 예컨대 2,4,6-트리아닐리노-p-(카르보-2'-에틸헥실-1'-옥시)-1,3,5-트리아진 (BASF제조, UVINUL T-150)일 수 있다. 다른 전하 증가제로는 트리스테아릴 멜라민 ("TSM")으로도 알려진 2,4,6-트리스-(옥타데실아미노)-트리아진, alpha-alkenes(C20-C24) maleic anhydride-4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine(BASF제조, Uvinul 5050H) 또는 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol 혼합물(BASF 제조, Tinuvin 622SF)이 있다.
상기 전하 증가제의 함량은 각각의 스펀본드 부직포의 충중량 또는 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 충중량 100중량부에 대하여 0.25~5중량부일 수 있다. 상기 전하 증가제의 함량이 상기 범위이내이면, 본 발명이 목표로 하는 높은 수준의 대전 성능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 방사성이 양호하고 부직포의 강도가 높게 유지되며 비용 측면에서도 유리하다.
상기 복합 부직포는 상기 첨가제 외에 열안정제, 내후제(weathering agent) 등의 일반적으로 알려진 공지의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포에서 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량은 상기 복합 부직포의 총중량 100중량부에 대하여 3~50중량부일 수 있다. 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량이 상기 범위이내이면, 여과 성능, 형태 안정성 및 내구성이 우수한 복합 부직포를 얻을 수 있다.
상기 복합 부직포는 평량(단위 면적당 질량)이 10~500g/m2, 예를 들어, 20~100 g/m2의 범위일 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 복수의 부직포들은 초음파 융착이 아닌 열융착에 의해 서로 일체화(즉, 결합)된 것일 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 각 추가층은 스펀본드 부직포도 아니고 멜트블로운 부직포도 아닌 별개의 부직포를 1개 이상 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 각 추가층은 부직포가 아닌 다른 재질의 층을 1개 이상 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법은 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10) 및 상기 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)는 열가소성인 비전도성 중합체를 용융압출, 냉각 및 연신하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 스크린벨트 상에 적층하여 웹화(web forming)하는 것일 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 열가소성인 비전도성 중합체(전하 증가제 추가 가능)를 용융 압출, 열풍 연신 및 냉각하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)에서 웹화된 스펀본드 상에 적층하여 웹화하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 비전도성 중합체(전하 증가제 추가 가능)로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2), 상기 자유 섬유에 극성용매(예를 들어, 물)를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 멜트블로운 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함할 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 기체(예를 들어, 공기)와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
이하, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)가 종래기술에 비해 이질적이거나 현저한 효과를 가짐을 상세히 설명한다.
(1) 일반적으로 멜트블로운 공정 중에 대전처리할 수 있는 방법으로는 미국등록특허 제6,375,886호와 같이 극성용매와 용융 방사중인 필라멘트와의 마찰을 통해 대전처리하는 것과 미국등록특허 제6,969,484호와 같이 멜트블로운 부직포를 극성용매에 침지시키고 석션(suction) 장치로 부직포 사이로 물이 투과되면서 물과 부직포 사이의 마찰을 통해 대전처리하는 방법이 산업계에서 주로 적용되어 대전처리된 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 이와 같이 극성용매를 이용한 대전처리 방법은 대전처리후 극성용매를 건조시키는 후공정이 별도로 필요하며, 따라서 연속공정으로 부직포를 적층하거나 복합화하는 것이 원천적으로 불가능하다. 미국등록특허 제6,375,886호 및 미국등록특허 제6,969,484호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
(2) 미국등록특허 제5,227,172호는 멜트블로운 구금(Die)과 포집체(Collector) 사이에 높은 전위차를 인가하여, 용융 방사되는 수지가 필라멘트화되면서 주위 전기장에 의해서 유도대전처리되도록 하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 별도의 후가공처리 없이 대전처리된 멜트블로운 부직포를 수득할 수 있다. 그러나, 이렇게 전위차에 의해 유도대전처리된 부직포는 열이나 주위 환경에 따라 대전 처리 효율이 급격이 감소하는 현상이 나타나기 때문에 미세먼지 제거용 마스크와 같이 판매 과정에서 장기 보관이 필요하거나 공기청정기용 필터와 같이 장시간 사용 수명이 보장되어야 하는 용도로는 적용하기 어려운 단점이 있다. 미국등록특허 제5,227,172호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명자들은 멜트블로운 부직포층에 극성용매를 공기와 함께 이류체의 형태로 분사하여 적은 분사량으로 충분한 운동에너지를 가진 극성용매 입자를 용융방사 중인 필라멘트에 마찰시켜 높은 효율의 마찰대전 효과를 가질 수 있도록 대전처리 장치를 개발하였으며, 이러한 대전처리 장치는 적은 분사량으로 인하여 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 충분히 가열 증발되기 때문에 별도의 건조설비가 필요 없는 것이 그 특징이다. 이러한 특징으로 인하여 상기 대전처리 장치는 부직포 제조공정과 결합하여 연속 적층에 의해 부직포를 복합화할 수 있는 이점을 갖는다.
상기 멜트블로운 부직포를 대전처리하여 얻어진 부직포는 음전하와 양전하가 반영구적으로 존재하도록 지속적으로 분극된 상태가 되며 이러한 부직포를 일렉트렛(electret) 부직포라 한다.
상술한 바와 같이, 상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발될 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)와 동일한 방식으로 상기 멜트블로운 부직포층상에 또 다른 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20) 또는 상기 또 다른 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S30) 이후에 상기 멜트블로운 부직포층의 일면 또는 양면에 상기 각 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 열압착 단계(S40)는 동일한 형상을 갖는 다수의 엠보패턴이 형성되어 있는 제1 롤(즉, 패턴롤)과 요철이 없는 제2 롤(평활롤)을 포함하는 캘린더 롤 사이로 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 1매 이상의 스펀본드 부직포층을 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 캘린더 롤 중 상기 제1 롤의 표면에 형성되어 있는 엠보패턴의 상부 표면적의 비율(= 제1롤의 엠보패턴들의 총면적/제1 롤의 상부 표면의 총면적×100), 상부 표면적의 크기 및 상부 표면적의 형상을 조절함으로써, 최종적으로 생산되는 복합 부직포의 엠보율, 엠보패턴 1개의 평균면적 및 엠보패턴 1개의 평균세장비를 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)는 제1 스펀본드 부직포층(11), 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층(12) 및 제2 스펀본드 부직포층(13)을 포함한다.
또한, 상기 복합 부직포의 제조방법을 변형함으로써 다양한 구조 및/또는 구성을 갖는 복합 부직포가 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 물품을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 물품은 상술한 복합 부직포를 포함한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체로는 용융지수(MI)가 34g/10min인 프로필렌 단독 중합체(LG화학, H7900)를 사용하였고, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체로는 용융흐름지수(MFR)가 1000g/10min인 수지(LG화학, H7910)를 사용하였다. 또한, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체에는 힌더드 아민 광안정제인 Chimasorb 944를 0.5wt%의 함량으로 첨가하였다. 이후, 도 1에 도시된 것과 같은 복합 부직포의 제조장치를 이용하여 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS) 형태의 복합 부직포를 연속적으로 제조하였다. 구체적으로, 멜트블로운 부직포층(MB)은 상기 복합 부직포의 제조장치에서 이류체 노즐을 통해 공기와 함께 물과 접촉함으로써 연속적으로 대전처리된후 스펀본드 부직포층(SB)의 상부에 적층되고, 상기 멜트블로운 부직포층(MB)의 상부에 또 다른 스펀본드 부직포층(SB)이 적층된다. 결과로서 SMS 부직포 적층체를 얻었다. 이후, 상기 SMS 부직포 적층체는 동일한 형상을 갖는 다수의 엠보패턴이 형성되어 있는 제1 롤과 요철이 없는 제2 롤을 포함하는 캘린더 롤 사이에서 열압착 공정을 거쳐 하나의 복합 부직포 형태로 제조되었다. 여기서, 상기 캘린더 롤은 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75이었다. 또한 여기서, SMS 복합 부직포의 전체 평량은 100gsm(g/m2)으로 조절하였으며, 이 중 멜트블로운 부직포층(MB)의 평량은 22gsm으로 조절하였다.
실시예 2: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 9%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 3: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 19%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 4: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.06mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 5: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.6mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 6: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.0인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 7: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 2.5인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 1: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 8%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 2: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 20%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 3: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.05mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 4: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.7mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.75인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 5: 복합 부직포의 제조
갤린더 롤을 엠보율이 14%이고, 엠보패턴 1개의 평균면적이 0.33mm2이고, 엠보패턴 1개의 평균세장비가 3.0인 캘린더 롤로 교체한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~5에서 제조된 복합 부직포의 엠보율(%)(=제1롤의 엠보패턴들의 총면적/제1 롤의 총 상부표면적×100), 엠보패턴 1개의 평균면적 및 엠보패턴 1개의 평균세장비(장축의 길이/단축의 길이)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예
1 2 3 4 5 6
엠보율(%) 14 9 19 14 14 14
엠보패턴 1개의 평균면적(mm2) 0.33 0.33 0.33 0.06 0.6 0.33
엠보패턴 1개의 평균세장비(장축/단축) 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.0
실시예 비교예
7 1 2 3 4 5
엠보율(%) 14 8 20 14 14 14
엠보패턴 1개의 평균면적(mm2) 0.33 0.33 0.33 0.05 0.7 0.33
엠보패턴 1개의 평균세장비(장축/단축) 2.5 1.75 1.75 1.75 1.75 3.0
평가예: 부직포의 물성 평가
상기 실시예 1~7, 비교예 1~5 및 참고예 1에서 제조된 각각의 복합 부직포의 압력손실, 중량, 압력손실/중량, 보풀 덩어리의 크기 및 공정 안정성을 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 측정 장치: TSI사의 TSI-8130 모델을 사용하였다.
(2) 에어로졸 형성: 상기 측정 장치는 염화나트륨 수용액과 공기를 접촉시킨 후 물을 증발시켜 공기 중에 분산된 염화나트륨을 포함하는 평균입경이 0.3㎛이고 염화나트륨 입자 농도가 18.5mg/m3인 에어로졸을 형성하였다.
(3) 에어로졸 제거효율 평가: 에어로졸 투과유량은 95L/min이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다.
(4) 압력손실 평가: 에어로졸 투과유량은 30L/min이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다.
(5) 중량 평가: ASTM D 3776-1985에 따라 측정하였다.
(6) 보풀 덩어리의 크기 평가: "내보풀성"은 마틴데일(Martindale) 마모성 시험을 수행하여 평가하였다. 이 시험은 마모제와의 접촉으로 인한 마모에 의해 부직포를 구성하는 섬유가 부직포 표면으로 튀어나와 보풀이 일거나 뒤엉켜 작은 멍울이 생긴 외관의 상태를 평가함으로써 부직포의 마모성에 대한 상대 저항성을 측정하는 것이다. 이 시험은 제임스 H. 힐 앤드 캄파니, 리미티드(James H. Heal & Company, Ltd.)(영국 웨스트 요크셔 소재)에서 시판되는 모델 번호 404과 같은 마틴데일 마멸 및 마모 시험기(Martindale Wear and Abrasion Tester)를 사용하여 수행되었다. 사용된 마모제는 실리콘 고무 휠(Maker: VIP Rubber & Plastic Company. Inc., 모델명: 86045K21-50A)이었다. 마모성 시험은 ASTM D4966-98 규격에 따라 실시하였다. 마모에 의해서 다음과 같은 외관 변형이 발생한다. 즉, 외관 변형은 퍼지(Fuzzy), 필(Pill, 보풀이 뭉쳐서 덩어리진 형태), 로프(Rope) 및 그물망(Spider-web) 형태의 순서로 발생한다. 마모에 의해서 부직포 표면에서 일어난 짧은 섬유를 퍼지(Fuzzy)라고 한다. 마모에 대한 저항성이 낮은 부직포의 경우 필 크기가 5mm 이상이거나 필과 퍼지가 뭉쳐서 5mm 이상의 높이의 로프(Rope)나 그물망(Spider-web) 형태가 발생하며 이러한 형태를 가진 부직포는 마스크용으로 사용하지 못한다. 본 명세서에서는, 필", "로프" 및 "그물망"을 통칭하여 보풀 덩어리로 지칭한다. 본 명세서에 기재된 보풀 덩어리의 크기 측정은 부직포 상단면에서 뭉쳐져 필, 로프 또는 그물망의 형태로 돌출된 덩어리 형태의 높이를 측정하는 것으로, 측정시 기준면은 부직포 상단면이다. 측정시 부직포에 외압을 가하지 않은 상태에서 측면에서 자를 이용하여 보풀의 높이를 측정하였다. 뭉쳐지지 않은 짧은 섬유 형태의 퍼지(Fuzzy)는 평가하지 않았다.
(7) 공정 안정성 평가: 열융착 공정을 거쳐 일체화된 복합 부직포를 제작할 때, 두개의 캘린더 롤 사이를 부직포들이 지나가며, 이 때 부직포들에 전달되는 열 및 압착력에 의해 엠보패턴 형태로 열융착이 발생하게 된다. 캘린더 롤의 표면에 돌출되어 있는 엠보패턴의 면적이 작아지면 롤간 열압착시 복합 부직포에 형성되는 엠보패턴의 형태가 파손되어 정상적인 열압착이 불가능해지는데, 이러한 엠보패턴의 파손이 발생하는지 여부를 관찰하여 발생하지 않으면 공정 안정성이 양호한 것으로 평가하였다.
실시예
1 2 3 4 5 6
압력손실(mmH2O) 3.8 3.1 4.5 3.9 3.8 3.7
중량(gsm) 53 53 53 53 53 53
압력손실/중량(mmH2O/gsm) 0.072 0.058 0.085 0.074 0.072 0.070
보풀 덩어리의 크기(mm) 2.6 4.5 0.7 1.3 4.8 2.1
공정안정성 양호 양호 양호 양호 양호 양호
실시예 비교예
7 1 2 3 4 5
압력손실(mmH2O) 3.5 2.8 5.5 4.2 3.7 3.9
중량(gsm) 53 53 53 53 53 53
압력손실/중량(mmH2O/gsm) 0.066 0.053 0.104 0.079 0.070 0.074
보풀 덩어리의 크기(mm) 4.6 6.5 2.1 1.2 5.8 7.3
공정 안정성 양호 양호 양호 엠보패턴
파손		 양호 양호
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1~7에서 제조된 복합 부직포는 압력손실이 5mmH2O 이하로 낮고, 보풀 덩어리의 크기도 5mm 미만으로 작고, 공정 안정성도 양호한 것으로 나타났다.
그러나, 비교예 1, 4 및 5에서 제조된 복합 부직포는 압력손실이 5mmH2O 이하로 낮고, 공정 안정성도 양호하지만, 보풀 덩어리의 크기가 5mm 이상으로 큰 것으로 나타났다.
또한, 비교예 2에서 제조된 복합 부직포는 보풀 덩어리의 크기가 5mm 미만으로 작고, 공정 안정성도 양호하지만, 압력손실이 5mmH2O를 초과하여 높은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 3에서 제조된 복합 부직포는 압력손실이 5mmH2O 이하로 낮고, 보풀 덩어리의 크기도 5mm 미만으로 작지만, 엠보패턴의 파손이 발생하여 공정 안정성이 불량한 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 복합 부직포 11: 제1 스펀본드 부직포층
12: 대전처리된 멜트블로운 부직포층 13: 제2 스펀본드 부직포층

Claims (12)

  1. 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함하고,
    압력손실이 5.0mmH2O 이하이고, 마틴데일(Martindale) 마모성 시험후 보풀 덩어리의 크기가 5mm 미만인 복합 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    엠보율이 9~19% 인 복합 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    엠보패턴 1개의 평균면적이 0.06~0.6mm2인 복합 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    엠보패턴 1개의 평균세장비가 1.0~2.5인 복합 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함하고, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 복합 부직포.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함하는 복합 부직포.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 스펀본드 부직포 서브층을 포함하는 복합 부직포.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하는 복합 부직포.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하는 복합 부직포.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 추가층을 더 포함하는 복합 부직포.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합 부직포를 포함하는 물품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터인 물품.













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