KR101112698B1

KR101112698B1 - 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되는 부직포

Info

Publication number: KR101112698B1
Application number: KR1020090066438A
Authority: KR
Inventors: 곽동헌; 최원현
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: KR20110008886A

Abstract

본 발명은 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되고 강도가 현저히 향상된 부직포에 관한 것으로서, 본 발명의 폴리프로필렌 단섬유는 폴리프로필렌 수지를 용융, 압출하고 지연냉각시켜 표면을 산화쇄절단시킨 폴리프로필렌 단섬유로서, 용융 흐름 지수가 폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수 대비 2.5 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 300%이상의 신장율을 가지면서 동시에 향상된 열융착성을 가질 수 있도록 표면이 소정의 범위로 산화쇄절단되어 있으므로, 서멀 본딩 공법, 특히 캘린더 본딩 공법으로 부직포를 제조하는데 적합하다. 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유를 캘린더 본딩 공법으로 처리하여 부직포를 제조하는 경우 궁극적으로 100% 내외의 신장율을 가지면서 동시에 강도가 현저히 향상된 부직포를 제공할 수 있다.

폴리프로필렌 단섬유, 표면 산화쇄절단, 열융착성, 지연냉각, 열결합지수, 부직포

Description

열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되는 부직포{Polypropylene staple with improved hot plate Weldability, manufacturing method thereof, and nonwoven fabric prepared from the same}

본 발명은 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되는 부직포에 관한 것이다.

폴리프로필렌(polypropylene, PP)은 가볍고 강하며 내마모성이 우수할 뿐만 아니라, 제조 공정이 비교적 간단하고 저렴하여 플라스틱, 필름, 섬유 등 다양한 용도에 적용되고 있다. 초창기의 폴리프로필렌은 취약한 열 안정성 및 자외선 안정성, 염색의 곤란성 등으로 인하여 그 용도가 상당히 제한적이었으나, 촉매의 개발에 따른 폴리프로필렌 중합 공정의 개선, 열 안정제, 자외선 안정제 등 각종 첨가제와 안료의 개발에 따른 색상 부여 등으로 인하여 자동차 내장재, 실내 장식용 카펫트 등으로 그 적용 범위가 점차 확대되었다.

한편, 폴리프로필렌 단섬유는 다른 천연 또는 합성 섬유에 비하여 특유의 낮은 비중, 탁월한 내화학성, 가격의 저렴성 등의 장점을 가지기 때문에, 다양한 형태의 부직포(non-woven fabric) 제품에 적용된다. 특히, 폴리프로필렌 특유의 낮은 융점(약 165℃)은 열을 이용하여 섬유 웹(web)을 결합하는 서멀 본딩(thermal bonding) 부직포 공법에 가장 적합하며, 실제로도 가장 많이 이용된다. 폴리프로필렌 단섬유로 제조된 서멀 본딩 부직포는 기저귀, 생리대 등과 같은 일회용 위생품의 커버스톡(coverstock)으로 활용되고 있다. 또한, 폴리프로필렌 단섬유는 니들 펀칭(needle punching) 가공을 통해 펠트(felt)로 제조되어 자동차 트림 및 카펫트, 토목용 드레인재, 유흡착포, 필터 기재 등의 용도로 사용되기도 하며, 다양한 방적 공정을 통해 방적사로 제조되어 의류, 필터 등의 용도로 사용되기도 한다.

폴리프로필렌 단섬유로부터 위생용(기저귀, 생리대, 물티슈 등)의 부직포를 제조하는 방법으로서 서멀 본딩 공법 중 캘린더 본딩(Calender bonding) 공법이 가장 많이 사용되고 있는데, 일반적인 방사방식으로 제조된 폴리프로필렌 단섬유로부터 제조된 캘린더 본딩 부직포는 열결합성(부직포 강도)이 떨어져 부직포의 저중량화 및 사용용도에 제한적인 경우가 빈번하였다.

따라서, 위생용(기저귀, 생리대, 물티슈 등)으로 사용되는 캘린더 본딩 부직포가 경쟁력을 가지기 위해서는 부직포의 열결합성(부직포 강도)을 향상시키고 아울러 부수적으로 가리움성(Covering Property)을 향상시키기 위한 폴리프로필렌 단섬유의 개발이 필요하다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되고 강도가 현저히 향상되고 부수적으로 가리움성이 향상된 부직포를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 목적은 폴리프로필렌 수지를 용융, 압출하고 지연냉각시켜 표면을 산화쇄절단시킨 폴리프로필렌 단섬유로서, 용융 흐름 지수가 폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수 대비 2.5 이상인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이때, 폴리프로필렌 단섬유를 제조하는 데 사용되는 폴리프로필렌 수지는 용융 흐름 지수가 5 내지 30g/10min이고, 아이소택틱 지수가 90%이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 폴리프로필렌 단섬유는 신장율이 300% 이상이거나, 섬도가 1.5 데니어 이하이거나, 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, (a) 폴리프로필렌 수지를 280℃ 이상 내지 310℃ 미만의 온도 범위에서 용융시키는 단계; (b) 용융된 폴리프로필렌 수지를 방사구를 통해 1000 내지 2500m/min의 속도로 압출시켜 미연신사를 제공하는 단계; (c) 압출된 미연신사를 1 내지 5m/sec의 속도로 공급되는 냉각공기로 지연냉각시켜 미연신사의 표면을 산화쇄절단시키는 단계; (d) 표면이 산화쇄절단된 미연신사를 연신하는 단계; (e) 연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계; 및 (f) 방사유제가 부 착된 연신사를 소정 길이의 단섬유로 절단하는 단계;를 포함하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이때, 본 발명의 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법은 (c) 단계에서 압출된 미연신사를 냉각공기로 지연냉각시키기 전에 냉각공기의 차단영역에 통과시켜 지연냉각시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유를 서멀 본딩 공법으로 처리하여 제조된 부직포를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이렇게 제조된 부직포는 열결합지수가 2.0 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면은 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유에 관한 것으로서, 본 발명의 폴리프로필렌 단섬유는 폴리프로필렌 수지를 용융, 압출하고 지연냉각시켜 제조되고, 그 표면이 산화쇄절단된 것을 특징으로 한다.

폴리프로필렌 단섬유를 서멀 본딩 공법으로 처리하여 부직포를 제조하는 경우, 부직포의 강도를 향상시키기 위해서는 폴리프로필렌 단섬유가 뛰어난 열융착성 을 가져야 하는데, 이를 위해서는 폴리프로필렌 단섬유의 표면이 소정의 범위로 산화쇄절단되는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면 뛰어난 열융착성을 가지기 위한 폴리프로필렌 단섬유 표면의 산화쇄절단 범위는 폴리프리필렌 수지의 용융 흐름 지수(Melt Flow Index, MFI)와 폴리프로필렌 수지로부터 제조된 폴리프로필렌 단섬유의 용융 흐름 지수의 비(이하, 폴리프리필렌 수지의 용융 흐름 지수 : 폴리프로필렌 수지로부터 제조된 폴리프로필렌 단섬유의 용융 흐름 지수의 비를 "MFI-R"로 표기한다.)를 통해 간접적으로 알 수 있고, 부직포의 강도를 향상시키기 위해서는 MFI-R의 값이 2.5 이상이어야 하고, 바람직하게는 2.5 내지 5.5인 것을 특징으로 한다.

MFI-R의 값이 2.5 미만인 폴리프로필렌 단섬유는 표면이 충분히 산화쇄절단쇄절단되지 않아, 이로부터 제조된 부직포는 하기의 식으로 표현되는 열결합지수(부직포의 종방향 강도와 횡방향 강도를 조합적으로 고려한 지수임) 값이 2.0 미만을 나타내고, 향상된 강도를 기대할 수 없다.

부직포의 열결합지수(Thermal Bondability Index, 이하 "TBI"라 함) =

(종방향 강도 × 횡방향 강도)^1/2 × (평량/20)

여기서, 종방향 강도는 부직포를 캘린더 본딩 공법으로 제조시 롤의 진행 방향과 동일한 방향으로의 강도를 의미하고, 횡방향 강도는 종방향 강도와 수직 방향으로의 강도를 의미한다.

또한, MFI-R의 값이 5.5를 초과하는 폴리프로필렌 단섬유를 제조하기 위해서 는, 고온의 용융 폴리프로필렌 수지를 방사시킨 후 지연냉각을 위해 냉각공기의 차단영역에 통과시켜야 하고 냉각공기의 공급속도를 최소화하여야 하므로, 생산성이 떨어지고 MFI-R의 값을 조절하는데 어려움이 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유를 제조하기 위해 사용되는 폴리프로필렌 수지는 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 흐름 지수가 5 내지 30g/10min이고, ISO 9113 에 따라 측정한 아이소택틱 지수(Isotactic Index)가 90%이상인 것이 바람직하나, 본 발명의 내용이 상기 범위로만 한정되는 것은 아니다. 폴리프로필렌 수지의 용융지수가 낮을수록 섬유의 강성, 내약품성, 낮은 신장율을 부여할 수 있지만 점도가 저하되므로 가공성이 나빠지게 되며, 용융지수가 너무 높으면 방사가 어려우므로 5 내지 30g/10min의 용융흐름지수를 가지는 것이 섬유 방사에 가장 적합하다. 또한 아이소택틱 지수가 90% 이상은 되어야 폴리프로필렌 결정성 및 강성이 우수한 단섬유를 얻을 수 있으며, 99% 초과인 폴리프로필렌은 사실상 상용화하기 어렵다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 MFI-R의 값이 2.5 이상이고 동시에 신장율이 300% 이상인 것이 바람직하다. 상기의 범위를 가지는 폴리프로필렌 단섬유로 제조된 부직포는 현저히 향상된 강도를 가지면서 동시에 일정 기준 이상의 신축성을 가지므로 외력이 작용하는 경우에도 잘 찢어지지 않고 다양한 제품에 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 섬도는 크게 제한되는 않으나, 바람직하게는 5.0 데니어(Denier; 섬유의 굵기를 표시하는데 사용되는 국제단위로서, 표준길이 450m에 단위중량 0.05g인 것을 1데니어로 한다.) 이하, 보다 바람직하게는 1.5 데니어 이하인 것을 특징으로 한다. 폴리프로필렌 단섬유의 제조시 섬도는 주로 방사구의 직경으로 조절되고, 부수적으로 연신과정에서의 연신비로 조절되는데, 섬도가 작을수록 폴리프로필렌 단섬유의 열융착성이 향상되고, 이로부터 제조된 부직포의 강도가 향상된다. 또한, 폴리프로필렌 단섬유의 섬도가 5.0 데니어를 초과하면 방사되는 섬유 표면의 비표면적(섬유의 중량당 표면적)이 너무 작아 섬유 중량당 산화쇄절단 되는 표면적이 원하는 수준보다 작아질 염려가 있고, 이후 캘린더 본딩 공법 처리에 의한 부직포 제조가 원활하지 않거나, 부직포의 강도가 원하는 범위보다 작을 수 있다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 단면은 도 1에 보이는 바와 같이 일반적으로 구형 또는 구형에 가까운 형태를 가지나, 바람직하게는 섬유의 비표면적이 증가될 수 있도록 변형된 형태를 가질 수 있다. 앞의 섬도 부분에서 기술한 바와 같이 방사구를 통해 방사되는 섬유의 비표면적이 클수록 섬유 중량당 산화쇄절단 되는 표면적이 크고, 이후 캘린더 본딩 공법 처리에 의한 부직포 제조가 원활하며, 강도가 현저히 향상된 부직포를 얻을 수 있다.

도 2는 구형 단면을 가진 폴리프로필렌 단섬유보다 비표면적이 증가한 형태인 테트라로벌(Tetralobal) 단면을 가진 폴리프로필렌 단섬유를 나타낸 사진이다. 방사구를 통해 방사되는 섬유의 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 경우 동일 조건으로 제조되는 구형 단면의 폴리프로필렌 단섬유보다 MFI-R 값이 1 이상 커지고, 캘린더 본딩 공법 처리에 의해 제조되는 부직포의 강도, 즉 TBI 값이 약 0.4 내지 0.6 이상 커지고, 가리움성(빛의 투과성을 나타내는 전투과도와 반비례하는 성질로서, 동일 두께의 부직포 중 가리움성이 큰 부직포는 두꺼운 질감을 나타내고 속이 비추어지는 정도가 낮다)이 향상된다.. 아울러, 캘린더 본딩 공법으로 부직포를 제조하는 과정 중 건조과정에서 건조 속도가 향상되어 제조 비용이 절감된다.

본 발명의 다른 측면은 열융착성이 향상된 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 폴리프로필렌 단섬유 제조방법은 (a) 폴리프로필렌 수지를 280℃ 이상 내지 310℃ 미만의 온도 범위에서 용융시키는 단계; (b) 용융된 폴리프로필렌 수지를 방사구를 통해 1000 내지 2500m/min의 속도로 압출시켜 미연신사를 제공하는 단계; (c) 압출된 미연신사를 1 내지 5m/sec의 속도로 공급되는 냉각공기로 지연냉각시켜 미연신사의 표면을 산화쇄절단시키는 단계; (d) 표면이 산화쇄절단된 미연신사를 연신하는 단계; (e) 연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계; 및 (f) 방사유제가 부착된 연신사를 소정 길이의 단섬유로 절단하는 단계;를 포함한다.

상기의 제조방법은 MFI-R의 값이 2.5 이상인 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 제조방법 중 폴리프로필렌 단섬유의 MFI-R 값을 결정하는 중요 인자로는 폴리프로필렌 수지의 용융 온도, 융용 폴리프로필렌 수지의 방사 속도, 지연냉각 조건, 방사구의 단면 형태 등이 있다. 이하, 본 발명의 제조방법을 익스트루더(extruder)를 이용한 용용방사(Melt Spinning)법을 일 예로 들어 단계별로 설명하며, 이 중 앞에서 기술한 부분과 동일한 부분은 생략하기로 한다.

폴리프로필렌 수지를 용융시키는 단계

먼저 폴리프로필렌 수지의 칩을 호퍼에 넣고 압출기 내에서 용융시킨다. 이때 폴리프로필렌 수지의 용융 온도 범위는 280℃ 이상 내지 310℃ 미만으로 한정되는데, 용융 온도가 280℃ 미만이면 섬유 표면의 산화쇄절단이 거의 이루어지지 않아 제조된 폴리프로필렌 단섬유의 MFI-R 값이 2.5 미만이고, 용융 온도가 310℃ 이상이면 폴리프로필렌 수지가 과 용융 상태가 되어 방사성이 매우 떨어지고 실질적으로 폴리프로필렌 단섬유를 제조할 수 없게 된다.

사용되는 폴리프로필렌 수지는 크게 제한되지 않으나 용융 흐름 지수가 5 내지 30g/10min이고, 아이소택틱 지수가 90%이상인 것을 특징으로 한다. 아울러, 폴리프로필렌 수지에 산화방지제, 자외선안정제, 공정 안정제, 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 첨가제를 미량으로 포함시켜 용융시킬 수 있다.

용융된 폴리프로필렌 수지의 압출 및 지연냉각을 통한 섬유 표면의 산화쇄절단 단계

용융된 폴리프로필렌 수지는 방사구를 통해 압출되고, 압출된 미연신사는 냉각공기로 지연냉각되어 표면의 산화쇄절단이 발생한다. 이때 용융 폴리프로필렌 수지의 방사속도는 1000 내지 2500m/min의 값으로, 냉각공기의 공급속도는 1 내지 5m/sec의 값으로 한정되는데, 방사속도가 1000m/min 미만인 경우 단섬유의 생산성이 떨어지고 2500m/min을 초과하는 경우 방사속도가 너무 빨라 지연냉각이 원활히 이루어지지 않고 섬유 표면의 산화쇄절단이 원하는 수준까지 이루어지지 않게 되며, 동시에 냉각공기의 공급속도가 1m/sec 미만인 경우 방사된 섬유의 냉각이 너무 느리게 진행되어 공정상 폴리프로필렌 단섬유를 제조하는 것 자체가 어렵게 되고 5m/sec를 초과하는 경우 방사된 섬유의 냉각이 너무 빨리 진행되어 섬유 표면의 산화쇄절단이 원하는 수준까지 이루어지지 않게 된다.

냉각공기의 온도는 압출된 미연신사를 냉각시킬 수 있는 범위 내에서 크게 제한되지 않으며, 일반적으로 15 내지 20℃인 것이 바람직하다. 냉각공기의 온도가 15℃ 미만인 경우 급격한 온도변화에 의해 섬유의 방사 배향 및 방사 결정화가 낮아져서 섬유의 물성이 저하될 우려가 있고, 냉각공기의 온도가 20℃를 초과하는 경우 방사된 섬유의 냉각이 너무 느리게 진행되어 공정상 폴리프로필렌 단섬유의 생산성이 떨어질 염려가 있다.

본 발명의 제조방법 중 압출된 미연신사를 표면에 산화쇄절단을 발생시키는단계는 지연냉각 방법으로 냉각공기를 공급하는 것에 추가적으로 압출된 미연신사를 냉각공기로 지연냉각시키기 전에 냉각공기의 차단영역에 통과시키는 것을 더 포함할 수 있다. 압출된 미연신사를 냉각공기의 차단영역에 통과시킨 후 냉각공기를 공급하는 경우 고온에서 미연신사 표면의 산화쇄절단을 발생시킬 수 있으므로 산화쇄절단의 정도를 쉽게 조절할 수 있다. 냉각공기의 차단영역은 10㎝ 이하인 것이 바람직한데, 10㎝를 초과하는 경우 압출된 미연신사가 고온에 오래 노출되어 품질 저하가 발생할 우려가 있기 때문이다.

한편, 압출된 미연신사의 섬도는 방사구 직경의 크기에 의해 주로 조절되고, 단면 형태는 방사구의 단면 형태에 의해 조절된다. 방사구 직경의 크기는 폴리프로필렌 단섬유의 섬도가 5.0 데니어, 바람직하게는 1.5 데니어 이하가 되도록 조절되는 것이 바람직하고, 방사구의 단면 형태는 일반적으로 구형 또는 구형에 가까운 형태를 가지나, 바람직하게는 섬유의 비표면적이 증가될 수 있도록 변형된 형태를 가질 수 있고, 일례로 테트라로벌(Tetralobal) 형태가 있다.

산화쇄절단된 미연신사를 연신하고 방사유제를 섬유 표면에 부착하는 단계

지연냉각에 의해 표면이 산화쇄절단된 미연신사를 1.2 내지 5.0의 연신비로 연신한 뒤 크림퍼에서 권축을 부여한 후 방사유제를 섬유 표면에 부착시킨다. 방사 유제를 부착하는 방식으로는 방사유제 에멀젼이 함유된 액상수지를 함침(Deeping) 처리 하거나, 분사(Spraying) 하는 방식이 있다. 본 발명에서는 방사유제로 일반적인 폴리프로필렌 섬유 생산에 사용되는 친수성 또는 소수성 유제를 사용할 수 있고, 사용되는 방사유제의 양은 크게 제한되지 않으나, 전체 섬유 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.5 중량부가 바람직하다.

연신사를 열고정 시키고 소정의 길이로 절단하는 단계

방사유제가 부착된 연신사를 60 내지 100℃ 온도의 열풍으로 약 8 내지 12분간 열고정 시킨 후, 약 3 내지 100㎜의 길이로 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조한다.

본 발명의 또 다른 일면은 강도가 현저히 향상되고 부수적으로 가리움성이 향상된 부직포에 관한 것으로서, 본 발명의 부직포는 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유를 서멀 본딩 공법으로 처리하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

폴리프로필렌 단섬유으로부터 부직포를 제조하기 위한 서멀본딩 가공 공법에는 캘린더 본딩 공법과 에어스루 본딩 공법 등이 있으며, 본 발명에 따른 부직포는 상기 공법 모두를 적용하여 제조할 수 있으나, 보다 일반적으로 사용되는 캘린더 본딩 공법을 설명키로 한다.

캘린더 본딩 공법은 단섬유를 카딩한후, 컨베이어에 적층된 웹이 140~170℃로 설정된 두개의 핫롤(Hot Roll)사이를 통과하면서 섬유간의 열융착이 일어나게 하여 부직포를 제조하는 공법이다. 본 발명에서는 파일럿 캘린더 본딩 설비를 통해 서멀 본딩 부직포를 제조하였으며, 가장 열융착이 양호한 핫롤(Hot Roll)의 온도는 부직포 생산 속도, 롤의 엠보패턴의 형태, 롤의 셋팅온도와 표면온도의 차이 등의 캘린더 본딩 공법의 생산, 설비조건과 원료로 사용한 단섬유의 섬도에 따라 달라질 수 있으므로 절대적인 결과치가 아닌 상대적인 결과치이다.

본 발명에 따른 부직포는 열결합지수가 2.0 이상으로 현저히 향상된 강도를 가지며, 단면인 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 폴리프로필렌 단섬유로 제조되는 경우 부수적으로 향상된 가리움성(Covering Property)을 가진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 다만, 후술하는 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

1. 분석방법의 설명

(1) 용융흐름지수(MFI) : ASTM D1238에 의거하여 측정하였고, 호모폴리프로필렌 및 랜덤 공중합체 계열의 경우 230℃, 2.16kg의 하중 조건을 사용하였다.

(2) 아이소택틱 인덱스(I.I : Isotactic Index) : ISO 9113에 의거하여 측정하였고, 노말헵탄을 끓게 하여 아택틱 성분을 녹인 후 남아있는 아이소택틱 성분의 무게를 달아 wt%로 나타내고 이 중량%를 아이소택틱 인덱스라 한다.

(3) 단섬유 섬도 : ASTM D1577에 의거하여 측정하였다.

(4) 단섬유 강도 및 신장율 : ASTM D3822에 의거하여 섬유 인장 특성을 측정하였다.

(5) 최적 핫롤 온도 : 핫롤의 온도를 140~170℃로 변화시키면서 부직포를 제조하여, 가장 높은 TBI를 나타내는 핫롤의 온도를 최적 핫롤 온도로 선정하였다.

(6) 평량 : 부직포의 무게

(7) 부직포 인장강도 및 신장율 : JIS L 1096의 컷-스트립법(시료 폭 5㎝, 길이 14㎝)에 의거하여 부직포의 종방향 강도(이하, "MD 강도"라 함), 부직포의 횡방향 강도(이하, "CD 강도"라 함), 부직포의 횡방향 신장율(이하, "CD 신장율"이라 함)을 측정하였다.

(8) MIF-R : 폴리프로필렌 단섬유의 용융흐름지수(이하, "MFI-f"라 함)를 폴리프로필렌 수지의 용융흐름지수(이하, "MFI-p"라 함)로 나눈 값

(9) 부직포의 열결합지수(Thermal Bondability Index, 이하 "TBI") =

(CD 강도 × MD 강도)^1/2 × (평량/20)

(10) 전투과도 : NDH 2000(Haze meter) 및 광원 D65를 사용하여 측정하였다.

(11) 부직포의 건조속도 : KS K0815 6.28.1.A에 의거하여 측정하였다.

2. 폴리프로필렌 단섬유 및 부직포의 제조

아이소택틱 인덱스가 95 ~ 99% 범위인 폴리프로필렌 수지를 용융시킨 후 방사구를 통해 압출시켰다. 압출된 미연신사를 18℃의 냉각공기를 공급하거나, 추가적으로 냉각공기의 차단영역에 통과시켜 지연냉각시켰다. 지연냉각에 의해 표면에 산화쇄절단이 발생한 미연신사를 1.4의 연신비로 조절, 예열온도 70℃로 연신하여 크림퍼에서 권축을 부여하였다. 방사유제로는 실리콘계 방사유제를 사용하는데, 소수성 방사유제 에멀젼이 함유된 액상수지를 디핑(Deeping) 처리 또는 스프레이(Spray) 하여 전체 단섬유 중 량의 0.45 중량%가 되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시킨 후, 100℃온도에서 10분간 열고정한 후, 섬유의 길이가 40㎜가 되게 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다. 상기 방법으로 얻어진 폴리프로필렌 단섬유를 카드기로 80 m/min의 속도로 카딩하고, 부직포 웹을 제조하여, 두 개의 핫롤(Hot Roll)사이를 통과시켜, 평량(부직포무게)이 약 20 g/㎡ 인 캘린더 본딩 부직포를 제조하였다.

하기의 표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리프로필렌 수지의 물성, 방사 조건, 부직포의 최적 핫롤 온도를 나타낸 것이다. 표 1에서 방사구가 "R" 로 표기된 것은 직경이 0.4㎜이고 단면이 구 형태인 것을 의미하고, "T"로 표기된 것은 로브 폭(Lobe width)이 0.15㎜이고 로브 길이(Lobe length)가 0.42㎜이고 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 것을 의미한다.

구분	폴리프로필렌 단섬유 제조조건						부직포 제조조건
	폴리프로필렌 수지	방사 조건					부직포 제조조건
	MFI-p (g/10min)	용융온도 (℃)	방사구	방사속도 (m/mim)	냉각공기 차단영역 (㎝)	냉각공기 공급속도 (m/sec)	최적 핫롤 온도 (℃)
실시예 1	8	290	R	1600	5	2	160
실시예 2	8	300	R	1600	5	2	158
실시예 3	12	280	R	1600	5	2	162
실시예 4	12	290	R	1600	5	2	159
실시예 5	12	300	R	1600	5	2	157
실시예 6	25	280	R	1600	5	2	161
실시예 7	8	290	R	1600	0	2	162
실시예 8	12	290	R	1600	5	2	157
실시예 9	8	290	T	1600	5	2	156
실시예 10	12	290	T	1600	5	2	155
비교예 1	8	260	R	1600	5	2	164
비교예 2	8	310	R	1600	5	2	-
비교예 3	12	260	R	1600	5	2	164
비교예 4	12	310	R	1600	5	2	-
비교예 5	25	260	R	1600	5	2	164
비교예 6	25	260	R	70	0	30	166
비교예 7	25	280	R	70	0	30	164
비교예 8	12	260	T	1600	0	2	164
비교예 9	12	260	T	1600	5	2	163

3. 폴리프로필렌 단섬유 및 부직포의 물성

실시예 1 내지 실시예 10 및 비교예 1 내지 비교예 9에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유 및 부직포의 물성을 측정하고, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

표 2에서 보이는 바와 같이, 용융온도가 280℃ 미만인 경우에는 MFI-R의 값이 2.5 미만, TBI 값이 2.0 미만을 보였고, 용융온도가 310℃ 이상인 경우에는 과 용융 상태로 인해 방사 자체가 이루어지지 않았다. 아울러, 비교예 7로부터 용융온도가 280℃일지라도, 방사속도가 70 m/min 이고 냉각공기 공급속도가 30 m/sec 인 경우 MFI-R 값과 TBI 값이 여전히 낮음을 알 수 있다. 이로부터 MFI-R 값과 TBI 값은 용융온도, 방사속도 및 냉각공기 공급속도와 같은 인자에 복합적으로 의존함을 알 수 있다.

구분	폴리프로필렌 단섬유 물성					부직포 물성
구분	섬도 (데니어)	MFI-f (g/10min)	MFI-R	강도 (g/데니어)	신장율 (%)	평량 (g/m²)	MD 강도 (㎏/5㎝)	CD 강도 (㎏/5㎝)	CD 신장율 (%)	TBI	전투과도 (%)	건조 시간 (min)
실시예 1	2.2	32	4.0	2.4	392	20	4.15	1.54	113	2.528
실시예 2	2.2	38	4.8	2.3	395	21	4.20	1.52	108	2.406
실시예 3	2.1	30	2.5	2.3	385	20	3.75	1.30	116	2.208
실시예 4	2.2	38	3.2	2.2	382	20	4.10	1.42	128	2.413	89.8	105
실시예 5	2.2	46	3.8	2.1	388	20	4.06	1.38	122	2.367
실시예 6	2.1	62	2.5	1.9	345	20	3.30	1.25	106	2.031
실시예 7	2.2	22	2.8	2.4	388	20	3.82	1.36	118	2.072
실시예 8	1.5	52	4.3	2.0	368	20	4.35	1.75	118	2.759
실시예 9	2.3	42	5.3	2.2	405	20	4.70	2.10	110	3.142
실시예 10	2.2	55	4.6	2.1	401	21	4.60	1.92	115	2.830	82.6	75
비교예 1	2.1	13	1.6	2.4	384	20	3.09	0.80	105	1.572
비교예 2	방사 불가
비교예 3	2.2	17	1.4	2.3	380	20	3.02	0.75	107	1.505
비교예 4	방사 불가
비교예 5	2.3	29	1.2	2.0	371	21	2.95	0.70	-	1.369
비교예 6	2.1	29	1.2	1.8	370	20	2.81	0.69	94	1.392
비교예 7	2.2	34	1.4	1.6	355	20	2.95	0.76	102	1.497
비교예 8	2.2	21	1.8	2.3	382	20	3.04	0.76	106	1.520
비교예 9	2.2	23	1.9	2.3	383	21	3.22	0.85	105	1.576

한편, 실시예 1과 실시예 7로부터 압출된 미연신사를 냉각공기로 지연냉각시키기 전에 냉각공기의 차단영역에 통과시켜 지연냉각시키는 경우 MFI-R 값이 약 1.0 이상, TBI 값이 약 0.5 정도 커짐을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 실시예 9 또는 실시예 4와 실시예 10으로부터 방사구의 단면 형상을 구의 형태에서 테트라로벌(Tetralobal) 형태로 바꾸는 경우(즉, 폴리프로필렌 단섬유의 단면 형상이 구의 형태에서 테트라로벌 형태로 바뀌는 경우), MFI-R 값과 TBI 값이 현저히 증가하고, 부수적으로 전투과도가 감소되어 가리움성이 향상됨을 알 수 있고, 부직포 제조시 건조속도가 증가함을 알 수 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 단면 및 측면을 나타낸 사진으로서, 도 1은 단면이 구형인 것이고, 도 2는 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 것이다.

Claims

폴리프로필렌 수지를 용융, 압출하고 지연냉각시켜 표면을 산화쇄절단시킨 폴리프로필렌 단섬유로서, 용융 흐름 지수가 폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수 대비 2.5 이상이고, 신장율이 300% 이상인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유.
제 1항에 있어서, 폴리프로필렌 수지는 용융 흐름 지수가 5 내지 30g/10min이고, 아이소택틱 지수가 90%이상인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단섬유의 섬도가 1.5 데니어 이하인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유.
제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단섬유의 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유.
제 1항, 제 2항, 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항의 폴리프로필렌 단섬유를 제조하는 방법으로서,

(a) 폴리프로필렌 수지를 280℃ 이상 내지 310℃ 미만의 온도 범위에서 용융시키는 단계;

(b) 용융된 폴리프로필렌 수지를 방사구를 통해 1000 내지 2500m/min의 속도로 압출시켜 미연신사를 제공하는 단계;

(c) 압출된 미연신사를 1 내지 5m/sec의 속도로 공급되는 냉각공기로 지연냉각시켜 미연신사의 표면을 산화쇄절단시키는 단계;

(d) 표면이 산화쇄절단된 미연신사를 연신하는 단계;

(e) 연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계; 및

(f) 방사유제가 부착된 연신사를 소정 길이의 단섬유로 절단하는 단계;를 포함하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 (c) 단계는 압출된 미연신사를 냉각공기로 지연냉각시키기 전에 냉각공기의 차단영역에 통과시켜 지연냉각시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 냉각공기의 차단영역은 10㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 (a) 단계의 폴리프로필렌 수지는 용융 흐름 지수가 5 내지 30g/10min이고, 아이소택틱 지수가 90%이상인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 (b) 단계의 방사구는 용융된 폴리프로필렌 수지가 통과하는 단면이 테트라로벌(Tetralobal) 형태인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 (d) 단계의 연신비는 1.2 내지 5.0인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단섬유의 섬도는 1.5 데니어 이하이고, 섬도는 방사구의 직경 또는 연신비로 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
제 1항, 제 2항, 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항의 폴리프로필렌 단섬유를 서멀 본딩 공법으로 처리하여 제조된 부직포.
제 13항에 있어서, 상기 서멀 본딩 공법은 캘린더 본딩 공법인 것을 특징으로 하는 부직포.
제 13항에 있어서, 상기 부직포의 열결합지수가 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 부직포.