KR20220050675A - 고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품 Download PDF

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Abstract

고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 개시된 고흡수성 복합섬유는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 코어 및 EVOH(ethylene vinyl alcohol)를 포함하는 시스를 포함한다.

Description

고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품{Highly absorbent composite fiber, highly absorbent non-woven fabric and article including the non-woven fabric}
고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 보다 상세하게는, 흡수성 및 냉감 성능이 우수한 고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다.
통상적으로, 부직포는 그 적용 용도에 따라 다양한 특성이 요구되고 있다.
예를 들어, 위생재 및 미용 마스크팩에 적용되는 부직포는 우수한 흡수성 및 냉감성이 요구된다.
이에 따라, 부직포에 우수한 흡수성 및 냉감성을 부여하기 위한 다양한 방법이 제안되고 있으며, 통상적으로 부직포 제조 후 친수성 유제로 후처리하는 방법이 활용되고 있다. 그러나, 상기와 같은 방법은 부직포가 연속해서 수분을 흡수할 경우 유제가 세척되어 친수성을 상실하게 되고 흡수 성능도 저하되는 단점이 있다.
예를 들어, 한국등록특허공보 제10-2106115호는 비이온성 계면활성제를 포함하는 친수제를 제조한 후 이러한 친수제에 부직포를 침지시킨 후 건조하는 방법을 제안하였으나, 상기 방법은 공정이 복잡하고 생산성이 낮으며 부직포가 연속해서 수분을 흡수할 경우 친수성을 상실하는 문제점이 있다.
한국등록특허등록공보 제10-2106115호(등록일 2020.04.23)
본 발명의 일 구현예는 흡수성 및 냉감 성능이 우수한 고흡수성 복합섬유를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 고흡수성 복합섬유를 포함하는 고흡수성 부직포를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 고흡수성 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
폴리올레핀계 수지를 포함하는 코어; 및
EVOH(ethylene vinyl alcohol) 및 PEG(polyethylene glycol)를 포함하는 시스를 포함하는 복합섬유를 제공한다.
상기 코어 대 상기 시스의 중량비는 50~90:10~50일 수 있다.
상기 시스에서 상기 PEG의 함량은 상기 EVOH 100중량부에 대하여 1~10중량 부일 수 있다.
상기 시스의 용융지수는 10~60g/10min일 수 있다.
상기 시스는 상기 EVOH 수지 100중량부에 대하여 0.1~15중량부의 무기 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 복합섬유를 포함하는 부직포를 제공한다.
상기 부직포는 수분 흡수율이 550~1,500%이고, 열전도도가 0.1W/m·K 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은,
상기 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 위생재 또는 미용 마스크팩일 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 고흡수성 복합섬유, 고흡수성 부직포 및 물품은 우수한 흡수성 및 냉감 성능을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 복합섬유의 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 복합섬유(이하, 간단히 "복합섬유"라고 함)를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유는 코어 및 시스를 포함한다.
상기 코어는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 프로필렌의 단독 중합체, 프로필렌과 각종 α-올레핀의 공중합체, 에틸렌의 단독 중합체, 에틸렌과 각종 α-올레핀의 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀계 수지는 소수성일 수 있다.
또한, 상기 코어는 EVOH(ethylene vinyl alcohol) 및 PEG(polyethylene glycol)를 포함하지 않을 수 있다.
또한, 상기 코어는 소수성의 올레핀계 수지를 포함하되 EVOH를 포함하지 않기 때문에, 상기 복합섬유 및 이를 포함하는 부직포가 물에 침지되었을 경우, 상기 EVOH가 포함된 복합섬유의 표면에만 물이 흡수되고 복합섬유의 내부로는 물이 침투하지 않아 상기 코어의 부피가 팽창하는 것을 방지할 수 있다.
상기 시스는 EVOH 및 PEG를 포함할 수 있다.
상기 EVOH는 에틸렌과 비닐알코올의 공중합체로서 수산기(OH)를 포함하고 있어 친수성을 가지며, 이로 인해 물을 잘 흡수할 수 있으며, 에틸렌 함량이 적을수록 수산기가 많아져 수분 흡수율을 높일 수 있다.
또한, 상기 EVOH는 열전도도가 0.3~0.4W/m·K로서 올레핀 수지인 폴리프로필렌(PP)의 열전도도인 0.1~0.15W/m·K보다 2배 이상 높은 열전도도를 갖는다. 열전도는 물질 내에서 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 이동하는 것을 지칭하는데, 열전도도가 높은 EVOH가 인체 피부에 접촉할 경우에는 인체의 열이 보다 쉽게 EVOH로 이동하여 시원한 느낌을 주는 냉감성을 발현할 수 있다.
또한, 상기 EVOH는 ASTM D1238에 따라 측정된 용융지수(MI: 측정온도 210℃, 하중 2.16kg)가 10~60g/10min일 수 있다. 상기 EVOH의 용융지수가 10g/10min미만일 경우에는 점도가 너무 높아 노즐 압력이 급격히 상승하여 장기간 생산이 불가능하며, 60g/10min을 초과할 경우에는 점도가 너무 낮아 복합섬유 구조를 형성하기 어렵다.
또한, 상기 EVOH는 용융온도(Tm)가 155℃~185℃일 수 있다.
상기 PEG는 친수성 성분으로서 상기 시스에 존재할 경우 상기 복합섬유를 포함하는 부직포의 수분 흡수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 잠재 열량이 높아 지속적인 냉감 효과를 부여할 수 있다.
상기 시스에서 상기 PEG의 함량은 상기 EVOH 100중량부에 대하여 1~10중량 부일 수 있다. 상기 PEG의 함량이 상기 EVOH 100중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우에는 상기 EVOH 단독인 경우 보다 더 높은 수분 흡수율을 구현할 수 없으며, 10중량부를 초과하는 경우에는 방사성이 안 좋아져서 섬유의 사절(絲切)이 발생할 수 있다.
상기 시스는 상기 EVOH 수지 100중량부에 대하여 0.1~15중량부의 무기 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 무기 첨가제의 함량이 상기 EVOH 수지 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 첨가 효과가 미미하고, 15중량부를 초과하면 분산성이 낮아져서 균일하게 분포하지 않고 사절이 발생할 수 있다.
상기 무기 첨가제는 상기 복합섬유를 포함하는 부직포의 냉감 효과를 추가적으로 향상시키는 역할을 수행한다.
상기 무기 첨가제는 열전도도가 0.5W/m·K 이상일 수 있다. 상기 무기 첨가제의 열전도도가 0.5W/m·K 미만이면, 충분한 냉감 효과를 부여할 수 없다.
또한, 상기 무기 첨가제는 이산화티타늄(TiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄(Al2O3), 그래핀 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 코어 대 상기 시스의 중량비는 50~90:10~50일 수 있다. 상기 시스의 중량비가 10 미만일 경우에는 높은 수분 흡수율 및 냉감 효과를 얻을 수 없으며, 상기 시스의 중량비가 50을 초과할 경우에는 섬유 방사가 불가능하다.
본 발명의 다른 측면은 상기 복합섬유를 포함하는 고흡수성 부직포(이하, 간단히 "부직포"라고 함)를 제공한다.
상기 부직포는 하기 수학식 1로 표시되는 수분 흡수율(Wf)이 550~1,500%일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
식 중, Wa는 수분 흡수 후 부직포 샘플의 무게이고, Wb는 수분 흡수 전 부직포 샘플의 무게이다.
또한, 상기 부직포는 열전도도가 0.1W/m·K 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 위생재 또는 미용 마스크팩일 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.
비교예 1: 복합섬유 및 부직포의 제조
폴리프로필렌이 코어에 사용되었으며, 융점이 171℃이고 용융지수가 50g/10min(측정온도 210℃, 하중 2.16kg)인 EVOH가 시스에 사용되었다. 상기 수지를 용융시키는 익스투르더의 온도는 220℃이었다. 용융된 수지는 복합방사 노즐안의 분배판에 의해 폴리프로필렌은 코어로 이동하고, EVOH는 시스로 이동하여, 노즐을 통해 복합단면 형태로 2,500mpm 속도로 방사되어 복합섬유를 형성하였다. 이후, 상기 복합섬유를 개섬하여 웹을 형성하고 캘린더링을 거쳐 부직포를 제조하였다. 상기 형성된 필라멘트의 코어:시스의 비율은 중량 기준으로 70:30이었다.
실시예 1: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 2: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부를 첨가하고 코어:시스의 중량비를 50:50으로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 3: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부를 첨가하고 코어:시스의 중량비를 90:10으로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 4: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 1중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 5: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 10중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 2: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 3: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가하고 코어:시스의 중량비를 50:50로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 4: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 15중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 6: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부 및 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
실시예 7: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부 및 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가하고 코어:시스 중량비를 50:50로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 5: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부를 첨가하고 코어:시스의 중량비를 45:55로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 6: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 5중량부를 첨가하고 코어:시스의 중량비를 95:5로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 7: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 0.5중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 8: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 12중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 9: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가하고 코어:시스 중량비를 45:55로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 10: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 7중량부를 첨가하고 코어:시스 중량비를 95:5로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 11: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 17중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 12: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 0.5중량부 및 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 0.05중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 13: 복합섬유 및 부직포의 제조
시스에 EVOH 수지 100중량부에 대하여 PEG 12중량부 및 열전도도가 2.5W/m·K인 무기 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO3) 17중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
비교예 14: 복합섬유 및 부직포의 제조
코어:시스의 중량비를 100:0으로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 복합섬유 및 부직포를 제조하였다.
평가예
상기 수학식 1에 따라 수분 흡수율을 평가하고, 아울러 열전도도도 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
코어:시스
중량비		 시스 중
PEG 함량
(EVOH 100중량부 기준)		 시스 중
무기계 함량
(EVOH 100중량부 기준)		 수분 흡수율(%) 열전도도
(W/m·K)
비교예 1 70:30 0 0 500 0.1
실시예 1 70:30 5 0 700 0.1
실시예 2 50:50 5 0 900 0.1
실시예 3 90:10 5 0 600 0.1
실시예 4 70:30 1 0 560 0.1
실시예 5 70:30 10 0 850 0.1
비교예 2 70:30 0 7 500 0.2
비교예 3 50:50 0 7 500 0.2
비교예 4 70:30 0 15 500 0.3
실시예 6 70:30 5 7 700 0.25
실시예 7 50:50 5 7 910 0.3
비교예 5 45:55 5 0 방사불가 방사불가
비교예 6 95:5 5 0 300 0.1
비교예 7 70:30 0.5 0 500 0.1
비교예 8 70:30 12 0 방사불가 방사불가
비교예 9 45:55 0 7 방사불가 방사불가
비교예 10 95:5 0 7 300 0.05
비교예 11 70:30 0 17 방사불가 방사불가
비교예 12 70:30 0.5 0.05 500 0.1
비교예 13 70:30 12 17 방사불가 방사불가
비교예 14 100:0 0 0 15 0.05
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1~7에서 제조된 부직포는 수분 흡수율(≥ 550%) 및 열전도도(≥ 0.1 W/m·K) 가 모두 우수한 것으로 나타났다.
반면에, 비교예 1~4, 6~7, 10, 12 및 14에서 제조된 부직포는 열전도도(≥ 0.1 W/m·K)는 우수하지만, 수분 흡수율(< 550%)은 낮은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 5, 8~9, 11 및 13에서는 방사 불능으로 인해 부직포를 제조하지 못하여 열전도도와 수분 흡수율을 측정할 수 없었다.
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: 복합섬유 11: 코어
12: 시스

Claims (7)

  1. 폴리올레핀계 수지를 포함하는 코어; 및
    EVOH(ethylene vinyl alcohol)를 포함하는 시스를 포함하는 복합섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 대 상기 시스의 중량비는 50~90:10~50인 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스의 용융지수는 10~60g/10min인 복합섬유.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 복합섬유를 포함하는 부직포.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부직포는 수분 흡수율이 550~1,500%이고, 열전도도가 0.1W/m·K 이상인 부직포.
  6. 제4항에 따른 부직포를 포함하는 물품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 물품은 위생재 또는 미용 마스크팩인 물품.


















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