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KR102294746B1 - 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포 및 그의 제조방법 - Google Patents

식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR102294746B1
KR102294746B1 KR1020190169631A KR20190169631A KR102294746B1 KR 102294746 B1 KR102294746 B1 KR 102294746B1 KR 1020190169631 A KR1020190169631 A KR 1020190169631A KR 20190169631 A KR20190169631 A KR 20190169631A KR 102294746 B1 KR102294746 B1 KR 102294746B1
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derived polyethylene
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서영석
김대희
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도레이첨단소재 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하고, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 연신한 후 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하고, 집적된 부직포 웹을 열접착으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하여 형성된다.

Description

식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포 및 그의 제조방법{ECOFRIENDLY COMPOSITE FIBER SPUNBOND NON-WOVEN FABRIC COMPRISING PLANT-DERIVED POLYETHYLENE AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 식물유래 조성물을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로 식물유래 폴리프로필렌 및 석유유래 폴리프로필렌을 복합 방사하여 제조되는 복합섬유 및 이를 이용한 스펀본드 부직포에 관한 것이다.
부직포를 구성하는 섬유 원료는 대부분 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 화석 연료에서 유래된 소재를 사용하고 있다. 그러나 환경오염 문제가 전세계적으로 심각한 문제로 인식되어 이를 해결하기 위한 친환경 소재의 연구가 계속 진행되고 있는 상황에서, 석유에서 유래되는 소재는 석유로부터 추출하는 과정에서 이산화탄소의 배출량이 높아 친환경 소재로의 대체가 요구되고 있다.
그러나 종래의 친환경 소재는 폐기시 분해가 용이한 생분해성에 초점을 맞추어 제품이 개발 및 출시되고 있어, 일반적인 석유 유래 소재와 비교하여 성능이나 물성이 떨어지거나 심미감 및 내구성이 낮아 다양한 분야에 상용화되지 못하고 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 10-1231985호는 부직포를 구성하는 필라멘트를 심초형으로 하여 심성분에는 폴리프로필렌을 위치시키고 초 성분에는 식물에서 유래한 폴리에틸렌을 위치시켜 복합 장섬유 스펀본드 부직포를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 특허는 폴리머의 방사성이 떨어져 생산성 저하 문제가 있으며, 기타 부직포에서 요구되는 물성을 달성하지 못하는 문제를 가진다. 특히, 이와 같이 형성된 부직포 웹은 크림프(Crimp)가 없는 단순한 구조를 가지게 되어 가열 접착 과정에서 얇은 형태의 부직포를 형성하게 된다. 따라서, 이와 같은 부직포 웹으로는 하이 로프트(High Loft) 부직포를 형성하기 어렵기 때문에, 벌키(Bulky)성이 낮아 소프트성이 저하되는 문제를 가진다.
대한민국 등록특허 10-1231985호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조시의 이산화탄소 발생량을 저감시키고, 두께감을 가지면서도 소프트성이 향상된 친환경 복합섬유 및 이를 이용한 스펀본드 부직포를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.
상기 목적은, 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 복합 방사하여 제조되며, 제1성분의 점도 및 융점이 제2성분보다 높은 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포에 의해 달성된다.
바람직하게는, 제1성분의 융점은 150~170℃이고, 용융 흐름 지수는 25~60g/10분일 수 있다. 그리고 바람직하게는, 제2성분의 융점은 120~130℃이고, 용융 흐름 지수는 16~24g/10분일 수 있다. 이때 제1성분 및 제2성분 사이의 용융 흐름 지수 차이가 20g/10분 이하인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제1성분 및 제2성분은 70:30 내지 50:50의 중량비를 가질 수 있다.
바람직하게는, 제2성분은 단독으로 방사하여 소각할 시 이산화탄소가 1,350kgCO2eq/ton 이하로 배출되며, 더욱 바람직하게는, 복합섬유 스펀본드 부직포는 소각 시 이산화탄소가 4,000 kgCO2eq/ton 이하로 배출될 수 있다.
바람직하게는, 복합섬유 스펀본드 부직포는 0.6 내지 0.8mm 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 복합섬유 스펀본드 부직포는 HOM(Handle-o-meter)의 측정 결과 2.5 내지 4.5gf일 수 있다.
바람직하게는, 복합섬유 스펀본드 부직포는 제2성분의 일부가 외부로 노출되는 형태 또는 사이드 바이 사이드 형태로 방사되는 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 복합섬유 스펀본드 부직포는 엠보롤을 이용한 열접착에 의해 형태안정성이 부여되어 부직포로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 제1성분 및 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하고, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 목적은 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하고, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 연신한 후 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하고, 집적된 부직포 웹을 열접착으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하여 형성되며, 제1성분의 점도 및 융점이 제2성분보다 높은 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하는 단계, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 연신한 후 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계 및 집적된 부직포 웹을 열접착으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계를 포함하며, 제1성분의 점도 및 융점이 제2성분보다 높은 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 제조방법에 의해 달성된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 식물유래 폴리에틸렌을 함께 사용함으로써 섬유 소재 제조 과정에서의 이산화탄소 발생량을 줄여 친환경적인 특징을 가진다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 친환경 소재를 사용함에도 불구하고 두께감을 가지면서도 부드러운 성질을 유지하는 하이 로프트 부직포를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 식물유래 폴리에틸렌을 함유하고 있어 사용 후 소각하여 폐기 시 이산화탄소 배출량이 적은 특징을 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합소재 스펀본드 부직포는 크림프 구조를 통해 두꺼운 형태의 하이 로프트 부직포를 형성할 수 있어, 높은 벌키(Bulky)성을 가져 기저귀 및 생리대의 백 시트(Back Sheet)에 사용될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 연신 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 석유유래 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분을 복합방사하여 제조된다.
이때 석유유래 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분의 점도 및 융점은 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분보다 높은 것이 바람직하다. 이는 석유유래 폴리프로필렌과 식물유래 폴리에틸렌을 사이드 바이 사이드 복합방사시 이종의 원료의 점도 및 융점이 차이가 있을수록 크림프를 형성하기 쉽기 때문이다.
보다 구체적으로, 석유유래 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분의 융점은 150 내지 170℃인 것이 바람직하다. 제1 성분의 융점이 150℃ 미만인 경우 열압착공정에서 엠보롤에 달라붙는 문제를 가지며, 제1 성분의 융점이 170℃를 초과하는 경우 열압착을 하기 위해서 열압착 온도를 많이 상승시켜야 하기 때문에 전력비가 상승하는 문제가 발생한다.
또한 제1 성분의 용융 흐름 지수는 25 내지 60g/10분인 것이 바람직하다. 제1 성분의 용융 흐름 지수가 25g/10분 미만인 경우 흐름성이 좋지 않아 방사 불량 문제가 생기고, 제1 성분의 용융 흐름 지수가 60g/10분을 초과하는 경우 흐름성이 너무 좋아 이 경우에도 역시 방사 불량 문제가 생기기 때문이다.
또한 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분의 융점은 120 내지 130℃인 것이 바람직하다. 제2 성분의 융점이 120℃ 미만인 경우 열압착 공정에서 엠보롤에 달라붙는 문제가 생기고, 제2 성분의 융점이 130℃를 초과하는 경우 열압착을 하기 위해서 열압착 온도를 많이 상승시켜야 하기 때문에 전력 사용량이 상승하는 문제가 발생한다.
또한 제2 성분의 용융 흐름 지수는 16 내지 24 g/10분인 것이 바람직하다. 제1 성분의 용융 흐름 지수가 16g/10분 미만인 경우 흐름성이 좋지 않아 방사 불량 문제가 있으며, 제1 성분의 용융 흐름 지수가 24g/10분을 초과하는 경우에는 흐름성이 너무 좋아 이 경우에도 역시 방사 불량의 문제가 있기 때문이다.
또한, 제1 성분 및 제2 성분 사이의 용융 흐름 지수 차이는 20g/10분 이하인 것이 바람직하다. 제1 성분 및 제2 성분 사이의 용융 흐름 지수 차이는 20g/10분 초과인 경우 용융 흐름 지수 차이가 커져 방사 불량 문제가 발생하므로 위 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한 복합섬유를 구성하는 제1 성분 및 제2 성분이 복합방사 시 제1 성분 및 제2 성분은 70:30 내지 50:50의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 제1 성분 및 제2 성분 사이의 중량비에서 제1 성분이 70%를 초과하는 중량비를 가지면 전체 복합섬유에서 친환경 소재의 사용량이 떨어져 이산화탄소 저감 효과가 크게 감소하여 바람직하지 않고, 또한, 제1 성분이 50% 미만의 중량비를 가지면 복합섬유 및 복합섬유로 제조되는 부직포의 부드러운 특성이 감소되어 부직포를 이용하는 제품의 상품 가치가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 친환경성을 높이기 위해 사용 후 부직포 또는 복합섬유를 폐기하는 과정에서 소각 시 발생되는 이산화탄소를 최소화한다. 이를 위해, 본 발명에서 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분은 단독으로 방사하여 소각할 시 이산화탄소가 1,350 kgCo2eq/ton이하로 배출되는 것이 바람직하다. 또한 제1 성분 및 제2 성분이 복합 방사되어 제조된 복합섬유 스펀본드 부직포는 소각 시 이산화탄소가 4,000 kgCo2eq/ton이하로 배출되는 것이 바람직하다.
또한 석유유래 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분을 복합 방사하여 제조되는 복합섬유 스펀본드 부직포는 0.6 내지 0.8mm 두께를 가지는 것이 바람직하다. 복합섬유 스펀본드 부직포의 두께가 0.6mm 미만인 경우 두께감이 잘 느껴지지 않는 문제를 가지며, 두께가 0.8mm를 초과하는 경우 부직포를 가공하여 제품을 만들 때 가공성이 불량한 문제를 가진다.
또한 복합섬유 스펀본드 부직포는 HOM(Handle-o-meter)의 측정 결과 2.5 내지 4.5gf인 것이 바람직하다. HOM의 측정 결과가 2.5gf 미만인 경우 부직포를 가공하여 제품을 만들 때 가공성이 불량한 문제를 가지며, 4.5gf를 초과하는 경우 촉감이 부드럽지 않은 문제를 가진다.
제1 성분은 석유유래 폴리프로필렌 성분 외에 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 필요에 따라 기타 성분을 함유할 수 있다. 기타 성분은 공지된 내열안정제, 내후안정제, 각종 안정제, 대전 방지제, 안티블록킹제, 방운제, 충전제, 염료, 안료, 천연유, 합성유, 왁스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
안정제는 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀(BHT) 등의 노화 방지제; 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트]메탄, β-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피온산 알킬에스테르, 2,2'-옥사미도비스[에틸 -3-(3,5-디-t-부틸-4- 히드록시페닐)프로피오네이트 등의 페놀계 산화 방지제; 스테아르산 아연, 스테아르산 칼슘, 1,2-히드록시스테아르산 칼슘 등의 지방산 금속염; 글리세린모노스테아레이트, 글리세린디스테아레이트, 펜타에리스리톨모노스테아레이트, 펜타에리스리톨디스테아레이트, 펜타에리스리톨트리스테아레이트 등의 다가 알코올 지방산 에스테르; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
충전제는 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화마그네슘, 경석분, 경석 밸룬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 염기성 탄산마그네슘, 백운석, 황산칼슘, 티탄산칼륨, 황산바륨, 아황산칼슘, 활석, 클레이, 운모, 석면, 규산칼슘, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 그래파이트, 알루미늄분, 황화몰리브덴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상술한 프로필렌계 중합체와 필요에 따라 사용되는 상기 기타 성분은 공지된 방법을 이용하여 혼합할 수 있다.
이와 같은 복합섬유를 사용하여 부직포를 제조하기 위한 방법으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 제조방법은 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하는 단계, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계 및 집적된 부직포 웹을 열접착 또는 니들펀칭으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계를 포함하여 구성된다. 이때 제1성분의 점도 및 융점이 상기 제2성분보다 높은 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 제조방법은 먼저, 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 복합섬유를 제조한다. 석유유래 폴리프로필렌(제1 성분) 및 식물유래 폴리에틸렌(제2 성분)을 각각 별개의 익스트루더(Extruder)를 통해 용융시킨 후, 용융된 두 개의 폴리머(제1 성분 폴리머 및 제2 성분 폴리머)를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하여, 사이드 바이 사이드 형태의 복합섬유를 제조한다. 이때, 복합섬유를 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사할 때, 제1 성분 및 제2 성분의 중량 비율은 70:30 내지 50:50인 것이 바람직하다.
다음으로, 각각 별개의 익스트루더로 용융되어 노즐로 방사된 필라멘트에 이를 냉각시키기 위한 공기를 부여하여 사이드 바이 사이드 형태로 고체화하여 복합섬유를 제조한다. 그리고 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성한다.
이와 같이 방사된 필라멘트로부터 부직포 웹이 형성되면 부직포 웹을 결합하는 과정을 통해 부직포 웹에 형태안정성을 부여하여 부직포 형태를 완성한다. 이때 부직포 웹에 형태안정성을 부여하는 방법으로 열접착 방식 및 니들펀칭법 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 열접착 방식이 사용될 수 있다. 이때 석유유래 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분의 함유량에 따라 열접착 후 부직포의 물성이 달라지며, 생산성 또한 열접착 조건에 따라 차이를 보이는 것을 밝혀내어, 최적의 조건을 선정하여 생산성 및 물성을 향상시켰다.
구체적으로는, 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐을 통해 제1 성분 및 제2 성분 각각의 비율을 달리하여 사용하고, 또한, 제1 성분 및 제2 성분의 융점과 용융 흐름 지수를 상술한 조건을 만족시키도록 하며, 그에 따른 열접착 온도를 144 내지 152℃ 로 하여 물성을 향상시킬 수 있다. 이때 열접착 온도를 144℃ 미만으로 하게 되면 석유유래 폴리프로필렌과 식물유래 폴리에틸렌 사이에 열에 의한 접착력이 낮아 강도가 저하되고 보풀이 심하게 발생할 수도 있으며, 152℃ 이상으로 하게 되면 열접착된 부직포 층이 열접착 구동 롤에 감기는 권부현상을 초래하여 생산이 불가능하게 되어 바람직하지 않다.
본 발명에서 부직포 웹을 열접착하는 방법으로 엠보롤을 이용한 가공이 바람직할 수 있다. 엠보싱 가공은 본딩율(즉, 엠보싱 면적률)이 13% 이하이고, 비엠보싱 단위 면적이 0.2mm2이상, 예를 들어, 0.2 내지 0.7mm2의 조건에서 수행될 수 있다.
여기서, 비엠보싱 단위 면적이란, 사방이 엠보싱부로 둘러싸인 최소 단위의 비엠보싱부에 있어서, 엠보싱에 내접하는 사각형의 최대 면적을 의미한다. 이 범위의 조건에서 엠보싱 가공을 행하면, 필요한 부직포 강도를 유지한 채 더욱 벌키성이 큰 부직포를 얻을 수 있다.
본딩율 및 비엠보싱 단위 면적은 엠보싱 패턴을 변경함으로써 조절될 수 있다. 상기 엠보싱 가공의 결과, 상기 부직포는 엠보싱부 및 비엠보싱부를 포함하고, 상기 엠보싱부는 오픈 엠보싱 타입으로 동일 또는 상이한 간격으로 연속적으로 배열된 복수개의 단위 엠보싱 패턴부를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 연신 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 각각 별개의 익스트루더로 용융되어 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사된 필라멘트를 냉각하여 고체화한 후, 연신과정을 통해 작은 섬유 직경을 가지는 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성한다. 이때, 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분(A) 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분(B)는 연신 시 사이드 바이 사이드 형태의 방사로 인해 필라멘트에 크림프(Crimp)가 발생한다. 이와 같이 본원발명에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 복합섬유 필라멘트에 크림프가 형성된 복잡한 구조를 가지게 되어 두꺼운 형태의 부직포를 형성하게 된다. 이와 같이 본원발명은 복합섬유 필라멘트의 크림프 구조를 통해 하이 로프트 부직포로의 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포는 기저귀, 흡수용품, 배변용품, 생리대, 지지층(Support Layer) 또는 탑 시트(Top Sheet), 백 시트(Back sheet), 사이드 게더(Side Gather)일 수 있다.
이하 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
폴리프로필렌 수지 70중량% 및 식물유래 폴리에틸렌 수지 30중량%를 각각의 익스트루더에 투입하여 혼련한 후 복수의 홀이 있는 노즐을 통하여 각각 용융 방사한 후 다공성의 컨베이어벨트에 필라멘트를 랜덤하게 집적하여 엠보롤을 통과시켜 열압착하여 중량이 25gsm인 부직포를 제조하였다.
이때, 폴리프로필렌 중합체(PP)는 엘지화학(LG Chemical)의 상품명 H7700이며, 용융흐름지수(MI: Melt Index)가 34g/10분이다. 또한 식물유래 폴리에틸렌 중합체(Bio PE)는 브라질의 브라스켐(Braskem)의 SHA7260이며 용융흐름지수(MI: Melt Index)가 20g/10분이다.
[실시예 2]
폴리프로필렌 수지 50중량% 및 식물유래 폴리에틸렌 수지 50중량%를 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
폴리프로필렌 수지 80중량% 및 식물유래 폴리에틸렌 수지 20중량%를 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 2]
폴리프로필렌 수지 40중량% 및 식물유래 폴리에틸렌 수지 60중량%를 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 3]
식물유래 폴리에틸렌 수지의 용융 흐름 지수가 30g/10분인 것을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 4]
식물유래 폴리에틸렌 수지의 용융 흐름 지수가 10g/10분인 것을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 5]
폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수가 70g/10분인 것을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 6]
폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수가 18g/10분인 것을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다.
[비교예 7]
식물유래 폴리에틸렌 대신 석유유래 폴리에틸렌 수지로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였다. 이때, 석유유래 폴리에틸렌 중합체(PE)는 에스케이 케미칼(SK Chemical)의 MM810이며, 용융흐름지수(MI: Melt Index)는 30g/10분이다.
[비교예 8]
식물유래 폴리에틸렌 대신 석유유래 폴리에틸렌 수지로 투입하는 것을 제외하고는 실시예 2와 같은 방법으로 부직포를 제조하였다. 이때, 석유유래 폴리에틸렌 중합체(PE)는 에스케이 케미칼(SK Chemical)의 MM810이며, 용융흐름지수(MI: Melt Index)는 30g/10분이다.
[실험예]
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 부직포에 대해 다음과 같이 각각의 물성을 측정하여 평가하였다.
(1) 중량(Weight) 측정
시험 방법으로 INDA 스탠다드 테스트(INDA Standard Test, IST) 방법 번호 WSP 130.1에 따라 중량을 측정하였다.
(2) 인장강신도(Tensile strength and Elongation) 측정
시험 방법으로 INDA 스탠다드 테스트(INDA Standard Test, IST) 방법 번호 WSP 110.4에 따라 인장강신도를 측정하였다.
(3) HOM(Handle-o-meter)의 측정
시험 방법으로 INDA 스탠다드 테스트(INDA Standard Test, IST) 방법 번호 WSP 90.3에 따라 HOM 값을 측정하였다.
(4) 두께 측정
시험 방법으로 INDA 스탠다드 테스트(INDA Standard Test, IST) 방법 번호 WSP 120.1에 따라 두께를 측정하였다.
(5) 탄소배출량 측정
석유유래 폴리프로필렌 및 석유유래 폴리에틸렌의 탄소배출량은 국가 LCI 데이터베이스 정보망내 Homo-polypropylene 생산 부분 자료를 참조하였다.
식물유래 폴리에틸렌의 탄소배출량은 실시예 및 비교예에서 사용한 식물유래 폴리에틸렌 SHA7260의 제조사인 브라질의 브라스켐(Braskem)에서 제공한 자료를 참조하였다.
상술한 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 8에 따른 물성과 위 실험예에 따라 측정한 실험결과는 하기 표 1 및 표 2와 같다.
Figure 112019130910592-pat00001
Figure 112019130910592-pat00002
실시예 1 및 2는 복합섬유의 제1 성분으로 폴리프로필렌 수지를 사용하고 제2 성분으로 식물유래 폴리에틸렌 수지를 사용하고, 제1 성분 및 제2 성분 사이의 중량비 및 용융 흐름 지수가 본 명세서에서 요구하는 조건을 만족한다. 이와 같은 실시예 1 및 2는 두께가 각각 0.71mm 및 0.62mm로 두께 조건인 0.6 내지 0.8mm 두께를 만족하고, HOM 측정값이 2.9gf 및 3.3gf로 HOM 조건을 만족하여, 하이 로프트 부직포로서 요구되는 두께 및 소프트성을 가지는 것을 알 수 있다.
그러나, 폴리프로필렌 수지 및 식물유래 폴리에틸렌 수지의 함유량(중량%)이 70:30 내지 50:50인 조건을 만족하지 않는 비교예 1 및 2는 두께가 각각 0.48mm 및 0.88mm이고, HOM 측정 결과가 각각 5.5gf 및 1.8gf로, 두께가 너무 얇아 과도하게 부드러운 물성을 가지거나, 너무 두꺼워 부드러운 물성이 부족하여 하이 로프트 부직포로 적절한 물성을 달성하지 못한 것을 알 수 있다.
또한 식물 유래 폴리에틸렌의 용융 흐름 지수가 조건 보다 높은 비교예 3은 두께가 0.39mm이고, HOM 측정 결과가 5.1gf로 나타나, 두께가 너무 얇고 부직포가 소프트성을 가지지 못하는 것을 알 수 있다.
또한 식물 유래 폴리에틸렌의 용융 흐름 지수가 조건 보다 낮은 비교예 4는 방사가 불가능하여 정상적인 부직포를 형성하지 못하는 것을 알 수 있다.
또한 식물유래 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 사이의 용융 흐름 지수 차이가 과도하게 큰 비교예 5는 방사가 불가능하여 정상적인 부직포를 형성하지 못하는 것을 알 수 있다.
또한 폴리프로필렌 수지의 용융 흐름 지수가 25g/10분보다 낮고 식물유래 폴리에틸렌의 용융 흐름 지수보다 낮은 비교예 6은 두께가 0.38mm이고 HOM 측정 결과가 5.2gf로 두께가 너무 얇고 소프트성이 부족하여 하이 로프트 부직포로 적절한 물성을 달성하지 못한 것을 알 수 있다.
또한 식물유래 폴리에틸렌이 아닌 석유유래 폴리에틸렌을 사용한 비교예 7 및 8은 소각 시 이산화탄소 배출량이 각각 4595 및 4708 kgCo2eq/ton으로, 이산화탄소 배출량이 과다하여 친환경적인 특성을 달성하지 못한 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포 및 그의 제조방법에 따르면 기존의 하이 로프트 부직포와 비교하여 친환경 소재인 식물유래 폴리에틸렌(Bio-PE)를 포함하여 두께 및 부드러운 물성(Soft)이 향상되며 이산화탄소 저감 효과를 가진다. 보다 구체적으로 기존의 폴리프로필렌 소재의 사이드 바이 사이드 형 하이로프트의 경우 두께가 0.62mm정도 나오는 반면에 본원발명은 0.62mm 내지 0.71mm 정도로 보다 두꺼우면서도, HOM 값이 2.9gf 내지 3.2gf로 더욱 부드러워짐을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
A: 폴리프로필렌을 포함하는 제1 성분이 방사된 필라멘트
B: 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2 성분이 방사된 필라멘트

Claims (14)

  1. 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분; 및
    식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분;
    을 복합 방사하여 제조되며,
    상기 제1성분의 점도 및 융점이 상기 제2성분보다 높고,
    144 내지 152℃의 열접착 온도에서 엠보롤을 이용한 열접착에 의해 부직포로 제조되며,
    0.6 내지 0.8mm 두께를 가지며,
    HOM(Handle-o-meter)의 측정 결과가 2.5 내지 4.5gf인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분의 융점은 150~170℃이고, 용융 흐름 지수는 25~60g/10분인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2성분의 융점은 120~130℃이고, 용융 흐름 지수는 16~24g/10분인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  4. 제2항 또는 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1성분의 용융 흐름 지수 및 상기 제2성분의 용융 흐름 지수 차이가 20g/10분 이하인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분 및 상기 제2성분은 70:30 내지 50:50의 중량비를 갖는, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2성분은 단독으로 방사하여 소각할 시 이산화탄소가 1,350kgCO2eq/ton 이하로 배출되는, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복합섬유 스펀본드 부직포는 소각 시 이산화탄소가 4,000 kgCO2eq/ton 이하로 배출되는, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2성분의 일부가 외부로 노출되는 형태 또는 사이드 바이 사이드 형태로 방사되는, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분 및 상기 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하고, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화하여 형성되는, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  13. 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하고, 방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 연신한 후 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하고, 집적된 부직포 웹을 144 내지 152℃의 열접착 온도에서 엠보롤을 이용한 열접착으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하여 형성되며,
    상기 제1성분의 점도 및 융점이 상기 제2성분보다 높고,
    형태안정성이 부여된 부직포 웹은 0.6 내지 0.8mm 두께를 가지며, HOM(Handle-o-meter)의 측정 결과가 2.5 내지 4.5gf인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포.
  14. 폴리프로필렌을 포함하는 제1성분 및 식물유래 폴리에틸렌을 포함하는 제2성분을 각각 별개의 익스트루더로 용융시켜 각각의 폴리머를 사이드 바이 사이드 방사가 가능한 노즐로 방사하는 단계;
    방사된 필라멘트에 냉각공기를 부여하여 고체화시킨 후, 고체화된 필라멘트를 연신과정을 통해 연신한 후 연신 필라멘트를 연속적으로 구동되는 다공성 스크린 벨트에 집적하여 부직포 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 집적된 부직포 웹을 144 내지 152℃의 열접착 온도에서 엠보롤을 이용한 열접착으로 결합하여 부직포 웹의 형태안정성을 부여하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1성분의 점도 및 융점이 상기 제2성분보다 높고,
    형태안정성이 부여된 부직포 웹은 0.6 내지 0.8mm 두께를 가지며, HOM(Handle-o-meter)의 측정 결과가 2.5 내지 4.5gf인, 식물유래 폴리에틸렌을 함유하는 친환경 복합섬유 스펀본드 부직포의 제조방법.
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