KR101483368B1

KR101483368B1 - 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101483368B1
Application number: KR1020130101635A
Authority: KR
Inventors: 박서진; 김동욱; 조경제
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-01-15

Abstract

본 발명은 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 상기한 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조방법은 시스코어 복합 방사법을 사용하여 쉬쓰 성분에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용하고, 코어 성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 복합방사하고, 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조 후 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포는 심성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고 초성분으로 폴리페닐렌설파이드를 사용한 쉬쓰/코어형 니들펀칭 스펀본드 부직포로 되어 종래의 단섬유 부직포 제조 방식 대비 공정의 단계가 간편화된 효율적이고 생산성 높은 스펀본드 부직포 제조 방식으로 PPS 성분이 포함된 부직포를 제조하여, 별도의 열처리 공정 없이 생산 가능한 내열성 부직포를 제공할 뿐만 아니라, PET 소재와의 복합화를 통해 기존의 PPS 소재 단독으로 구성된 부직포 대비 기계적인 물성치 및 열안정성을 향상시키면서, PPS 소재의 사용량을 줄여 경제적으로 우수한 부직포를 제공하며, 또한 이들 부직포는 우수한 물성을 가져 고온 배기 가스 내 미립자 포집용 백 필터 및 그 소재로도 적용 가능하다.

Description

열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포 및 그 제조방법{Needle punching non-woven fabric having an improved property and manufacturing method thereof}

본 발명은 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포 및 그 제조방법에 대한 것으로, 보다 자세하게는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 초성분, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 심성분으로 하는 복합 방사형태로 제조된 스펀본드 니들펀칭 부직포를 제공하여 기존의 단섬유 방식의 PPS 부직포 대비 간편화된 공정으로 제품을 제조할 수 있고, PPS 섬유에 의한 폭수축, 주름 등을 최소화하고, PET와의 복합화를 통해 높은 가격의 PPS 사용을 최소화하여 경제적이면서, 성능이 우수하며, 고내열성 백필터 및 그 여재로 사용가능한 장섬유 니들펀칭 부직포 및 그 제조방법에 대한 것이다.

일반적으로 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유 및 수지는 내열성, 내약품성, 난연성 및 전기 절연성이 우수한 특성을 지니고 있어, 내열성 플라스틱 외에도 부직포 제품 등으로 다양한 분야에 이용되고 있다. 특히, PPS 장섬유 부직포의 경우 이와 같은 특성을 살려 내열 필터, 전기 절연재 및 전지 세퍼레이터 등의 산업용도로의 이용이 증가하고 있으며, 특유의 고내열성을 가지는 특징으로 산업용 고내열성 배기 필터용으로 많이 사용되고 있다.

PPS 섬유로 이루어진 부직포는 주로 단섬유(스테이플)로 구성된, 단섬유 부직포 방식으로 제조되는 것이 일반적이나, 이와 같은 방식으로 부직포를 제조하기 위해서는 PPS 수지로 용융방사하여 섬유를 얻고, PPS 특유의 열수축을 막기 위해 별도 공정에서 연신, 열처리, 권축 가공을 통한 스테이플 절단 후 이송을 통해 부직포 제조 공정에 투입되어야 하는 등 다수의 공정이 필요하다(특허문헌 1 참고).

따라서, 상기와 같은 문제점 때문에 PPS 수지를 방사하여 이젝터에 의한 연신을 행한 후 직접 장섬유 부직포화하는 소위 스펀본드법에 의한 간편한 PPS 부직포 제조 방법이 제안되어 있다. 구체적으로, PPS 수지를 스펀본드법에 의해 방사하여 제포(web forming)하고, 유리전이 온도 이상의 조건에서 긴장 열처리하고, 바람직하게는 2축 연신 처리한 후 엠보싱 가공을 개시해서 얻어지는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 2 참고). 상기 특허문헌 2에 있어서의 긴장 열처리의 목적은 방사 연신 공정만으로는 달성하기 어려운 PPS의 결정화를 촉진해서 저수축화와 치수 안정성을 실현하는 것이며, 만일 접착공정 이전에 이러한 열처리를 행하지 않을 경우 또는 불충분할 경우는 이 접착 공정에서 열수축에 의한 폭 수축 등의 문제가 있는 것으로 나타나져 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 열접착 이전의 부직포 웹을 가열 연신 또는 긴장 열처리할 수 있는 공정과 설비가 필요하게 되고, 따라서 공정이 복잡해지며, 동일 설비에서 여러 가지 제품을 생산하는 업계의 특성상 제품 간의 호환성 등에 문제가 있고 또한 에너지 소비량의 증가 등도 있어 비용이 상승되는 문제도 있다.

또한, 방사 공정에 이어서 PPS 수지를 극히 높은 방사 속도로 방사하여 섬유의 결정화도를 향상시켜, 열수축을 억제한 내열성 부직포 제조 방법도 제안되어 있으나, 방사 속도가 극히 높은 조건의 설비 제작, 유지 보수 등에 많은 비용이 소요되며, 극히 높은 방사 조건에 의해 섬유의 사절 등이 과다하게 발생될 위험이 크고, 압축 공기 사용량이 많아 에너지 소비 또한 증가하는 문제가 있다(특허문헌 3 참고).

이와 같은 문제들을 극복하기 위해 최근에는 별도의 연신 열처리 공정 없이 간편화된 공정에서 부직포 웹을 열압착시켜 열수축에 의한 폭 수축, 주름 및 표면 요철 발생을 억제하는 PPS 장섬유 부직포 제조방법이, 예를 들어 특허문헌 4과 특허문헌 5에 개시되어 있다.

그러나, PPS 소재의 특성상 기존에 범용화된 수지(즉, PET, 나일론, 폴리올레핀계 등) 기반의 부직포에 비해 고가의 소재이며, 특정한 용도에만 사용하기는 하나 가격적인 부담이 높은 것이 현실이다.

국내에서는 PPS를 이용한 쉬쓰/코어형 복합섬유를 제조한 사례로는, 예를 들어 특허 문헌 6에서 "시스-코아 복합방사법을 사용하여 시스성분(S)에는 PPS 중합체를, 코아성분(C)에는 다른 중합체를 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌 설파이드 복합섬유"를 개시하고 있으나, 스펀본드 부직포 기타 부직포 용도에 적용한 사례는 아직 없는 실정이다.

특허문헌 1: 일본 특허등록 번호 제2764911호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 제2005-154919호 특허문헌 3: 국제특허 공개공보 W02008/035775호 특허문헌 4: 대한민국 특허공개공보 제2011-0128814호 특허문헌 5: 대한민국 특허공개공보 제2012-0104976호 특허문헌 6: 대한민국 특허공개공보 제1992-0012561호

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주목적은 종래의 단섬유 부직포 제조 방식에 비하여 공정의 단계가 간편화되어 효율적이고 생산성이 높은 스펀본드 부직포 제조 방식으로 PPS 성분이 포함된 부직포를 제조하여 별도의 열처리 공정 없이 생산 가능한 내열성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 또한 PET 소재와의 복합화를 통해 종래의 PPS 소재 단독으로 구성된 부직포 대비 기계적인 물성치 및 열안정성이 향상되고, 고가의 PPS 소재를 소량 사용하여 경제적이면서도 열적 안정성이 뛰어나 고온 배기 가스 내 미립자 포집용 백 필터 및 그 소재로 적용 가능한 내열성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 갖는 장섬유 니들펀칭 부직포를 보다 용이하게 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조방법은;

시스코어 복합 방사법을 사용하여 쉬쓰 성분에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용하고, 코어 성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 복합방사하고, 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조 후 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 폴리페닐렌설파이드 성분은 전체 부직포 중량 대비 10중량% 내지 30중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분은 전체 부직포 중량대비 90중량% 내지 70중량%를 사용함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 연신은 이젝터 연신속도를 4,000m/분 이상 6,000m/분 미만으로 하여 연신함을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포는;

시스코어 복합 방사법을 사용하여 쉬쓰 성분에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용하고, 코어 성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 복합방사하고, 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조 후 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조된 것으로, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 20 내지 800g/㎡인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 1 내지 최대 8데니어인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 니들 펀칭 부직포는 고온 배기 가스 미립자 제거용 백필터로 사용됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포는 심성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고 초성분으로 폴리페닐렌설파이드를 사용한 쉬쓰/코어형 니들펀칭 스펀본드 부직포로 되어 종래의 단섬유 부직포 제조 방식 대비 공정의 단계가 간편화된 효율적이고 생산성 높은 스펀본드 부직포 제조 방식으로 PPS 성분이 포함된 부직포를 제조하여, 별도의 열처리 공정 없이 생산 가능한 내열성 부직포를 제공할 뿐만 아니라, PET 소재와의 복합화를 통해 기존의 PPS 소재 단독으로 구성된 부직포 대비 기계적인 물성치 및 열안정성을 향상시키면서, PPS 소재의 사용량을 줄여 경제적으로 우수한 부직포를 제공하며, 또한 이들 부직포는 우수한 물성을 가져 고온 배기 가스 내 미립자 포집용 백 필터 및 그 소재로도 적용 가능하다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조는 폴리페닐렌설파이드(PPS)/폴리에틸렌테리프탈레이트(PET)의 쉬쓰/코어형 스펀본드 부직포를 제조함에 있어, PPS성분은 중량의 약 10 내지 30중량%, PET성분은 중량의 약 90 내지 70중량%로 구성된 복합방사 섬유용융 방사하고, 이젝터 연신속도를 4,000m/분 이상 6,000m/분 미만으로 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 얻어진 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조후, 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조방법은 기존의 PPS 단독의 부직포 대비 별도의 열처리 공정이 필요 없으며, 열접착 공정을 최소화하고, 니들펀칭 공정에서의 결합을 통해 심성분의 PET의 물성저하를 최소화하고, 초성분의 PPS가 최종 완제품 상태에서 내열성을 충분히 발휘할 수 있는 구조를 가져, 고내열성 백 필터로 사용가능하다.

상기한 본 발명의 구성에 따라 제조된 부직포는 인장 강도 등의 역학적 물성을 보유함과 동시에 기존 폴리에틸렌테레프탈레이트 단독 제품보다 높은 수준인 LOI 22 이상의 우수한 내열성을 갖는다.

이하, 실시예로부터 본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명하지만 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에 있어서의 각 특성 값은 다음의 실험예에 기술된 방법으로 측정된 것이다.

실시예 1

폴리페닐렌설파이드(PPS)/폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 쉬쓰/코어형 스펀본드 부직포를 방사함에 있어서 코어부 PET는 전체 부직포 중량의 85% 투입하여 용융방사 하고 쉬쓰부에 PPS는 전체 부직포 중량의 20%를 투입하여 방사한다. 스핀펌프와 압출기를 통과하고 방사노즐로부터 방사된 필라멘트는 냉각장을 거쳐 고화되고 이후 이젝터(Ejector)를 통하여 방사속도 약 4,500m/min 속도로 연신하여 분리성이 좋은 다공성 특수 컨베이어 벨트 상에 일정한 중량으로 적층이 되어 부직포 웹이 형성된다. 컨베이어 벨트 상에 안착된 웹은 1차 칼렌더 롤에 의해 열압착하여 시트의 박리와 보풀을 억제하는데 열접착 온도를 190℃로 설정함으로써 섬유의 융해로 인한 천공을 방지하고, PPS의 열수축을 막기 위해 열처리하는 효과를 얻을 수 있다. 이후 프리 본딩된 웹을 니들펀칭 공정을 통해 결합시켜 최종 제품을 얻는다. 이렇게 제조된 제품의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

실시예 2

초성분의 폴리페닐렌설파이드 함량이 부직포 중량의 10%이며 심성분의 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분이 부직포 중량의 90%인 것을 제외하고 실시에 1과 같은 방법으로 부직포를 제조하였으며, 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 중량을 가지는 폴리페닐렌 설파이드 성분만으로 구성된 단섬유 니들펀칭 부직포를 제조하고 동일한 기준으로 물성 평가하여 하기 표 1에 기재하였다.

비교예 2

실시예 1과 동일한 중량을 가지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분만으로 구성되고, 동일한 설비에서 제조된 니들펀칭 부직포를 제조하고, 동일한 기준으로 물성 평가를 하여 하기 표 1에 기재하였다.

소재의 변경에 따라 칼렌더링 접착온도를 상하부 각 170℃도 선압은 60Kgf/cm로 설정하고, 니들펀칭 조건은 실시예1 및 2와 동일하게 진행하였다.

항 목	단 위	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
부직포 총중량	Gsm	200	200	200	200
PET 함량(코어)	%	80	90	-	100
PPS 함량(쉬쓰)	%	20	10	100	-
캘린더 상부온도	℃	190	190	-	170
캘린더 하부온도	℃	190	190	-	170
캘린더 선압	Kgf/cm	60	60	-	60
니들펀칭 밀도	Ea/cm²	72	72	-	72
니들펀칭 Stroke	RPM	720	720	-	720
강도(MD)	Kgf/10cm	99.4	108.	69.8	124.6
강도(CD)	Kgf/10cm	62.3	69.3	44.1	78.7
신도(MD)	%	66.4	68.7	85.0	65.0
신도(CD)	%	72.1	70.0	90.4	75.0
난연성	LOI	30	28	34	22
칼렌더링시 폭 수축	%	8% 이상	5% 미만	- (별도열처리)	5%미만

실험예

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 부직포에 대한 물성은 다음과 같이 각각 평가하였다.

(1) 단위면적당 무게(중량:g/㎡): ASTM D 3776-1985의 방법에 준해 측정하였다.

(2) 인장강도: 인장시험기(United) 측정설비를 이용하여 KSK 0743법에 의해 시험 편 폭 10cm, 간격 10cm의 시험 편을 인장속도 400mm/min의 조건으로 인장하여 최대 하중을 구하였다.

(3) 인장신도: 상기 (2)의 방법으로 측정한 최대 신장시의 신도를 구하였다.

(4) 난연성: KS M ISO 4589-2 산소 지수에 의한 연소거동 측정 법 (LOI, Limiting Oxygen Index)으로 측정하였으며, 고분자 또는 섬유시료가 3분간 연소를 지속하는데 필요한 최저 산소 농도를 측정하여 해당 부직포들의 상대적인 연소성을 비교 평가하였다.

(5) 칼렌더링시 폭 수축: 부직포 방사후 칼렌더링 공정 진행시 PPS소재의 특성으로 인한 열 수축율을 비교하였다. 상대적으로 섬유 상태에서 긴장 열처리 공정이 없었기 때문에 PPS 함량이 증가할수록 수축율이 커지는 경향을 보이며, 비교예 1의 경우 동일 설비에서 제조하지 않았으나, 통상적으로 PPS 단섬유 부직포의 경우 부직포 가공시 치수안정성 확보 및 열수축을 방지하기 위해 섬유 상태에서 긴장 열처리 공정이 수반됨.

Claims

시스코어 복합 방사법을 사용하여 쉬쓰 성분에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용하고, 코어 성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 복합방사하고, 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조 후 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조하고, 여기서 상기 쉬쓰 성분의 폴리페닐렌설파이드 성분은 전체 부직포 중량 대비 10중량% 내지 30중량%, 코어 성분의 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분은 전체 부직포 중량대비 90중량% 내지 70중량%를 사용함을 특징으로 하는 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 연신은 이젝터 연신속도를 4,000m/분 이상 6,000m/분 미만으로 하여 연신함을 특징으로 하는 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포의 제조방법.
시스코어 복합 방사법을 사용하여 쉬쓰 성분에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 사용하고, 코어 성분에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 복합방사하고, 연신 및 결정화하여 장섬유를 얻고, 해당 장섬유를 개섬 및 네트에 안착하여 부직포 형태로 제조 후 열접착 및 양면 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 제조된 것으로, 여기서 상기 쉬쓰 성분의 폴리페닐렌설파이드 성분은 전체 부직포 중량 대비 10중량% 내지 30중량%, 코어 성분의 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분은 전체 부직포 중량대비 90중량% 내지 70중량%를 사용하여 제조되고, 상기 부직포는 단위면적당 중량이 20 내지 800g/㎡인 것을 특징으로 하는 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포.
제 4항에 있어서, 상기 부직포를 구성하는 섬유의 섬도는 최소 1 내지 최대 8데니어인 것을 특징으로 하는 열안정성과 기계적 물성이 우수한 장섬유 니들펀칭 부직포.
청구항 제4항 또는 제5항에 따른 니들 펀칭 부직포를 사용한 고온 배기 가스 미립자 제거용 백 필터.