KR101695997B1 - 적층 부직포 - Google Patents

Abstract

본원 발명의 목적은 높은 인장 강도를 지니고, 또한 높은 인열 강도를 갖는 부직포를 제공하는 것으로, 본원 발명의 적층 부직포는 외층으로서 열가소성 장섬유층을 중간층의 양면에 열 압착한 적층 부직포로서, 표면 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F1)과 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)의 평균 편평률 비(F1/F2)가 1.20 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

적층 부직포{LAMINATED NON-WOVEN FABRIC}

본 발명은 높은 인장 강도와 높은 인열 강도를 지니고, 또한 내보풀성이 우수한 적층 부직포 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

장섬유 부직포에 있어서, 일반적으로 높은 인장 강도를 얻으려고 생각하면, 접착점이 많아지기 때문에 인열 강도는 저하되는 경향이 있어, 양방의 효과를 동시에 얻기가 어렵다.

특허 문헌 1에는, 내보풀성이 우수하고, 높은 인장 강도를 지니며, 또한 높은 인열 강도를 갖는 부직포가 기재되어 있다. 그 부직포는, 초심 구조를 갖는 다성분 섬유로 이루어지는 열가소성 장섬유를 이용한, 열가소성 장섬유층/열가소성 극세 섬유층/열가소성 장섬유층의 3층 구조 부직포이다. 초심 구조인 섬유의 외측의 저융점 성분이 저온에서 섬유 끼리를 접착시켜, 내부의 고융점 성분은 접착에는 관여하지 않음으로써, 높은 인장 강도와 높은 인열 강도를 실현하고 있다. 그러나, 다성분이기 때문에 내열 온도가 높지 않다는 것, 그리고 저융점 성분이 융착하기 때문에 저융점 성분의 함유가 필요하다는 것, 또한, 국소적으로 섬유의 수지화가 발생한다는 것 등의 문제가 생기기 쉬워, 용도 분야가 제한되는 것이 있었다.

특허 문헌 2에는 표면의 보풀 발생을 억제하기 위해서 열가소성 장섬유를 이용하는 것이 제안되어 있는데, 충분한 보풀의 억제 효과와 인장 강도를 얻기 위해서는 복수 성분으로 이루어지는 복합 열가소성 장섬유를 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 다성분 섬유를 사용한 경우에는 상술한 바와 같이, 저융점 성분이 용융되기 쉽기 때문에 내열성의 문제나 국소적인 수지화가 발생하는 등의 문제가 생기기 쉽다. 또한, 단일 성분으로 이루어지는 열가소성 장섬유를 이용한 부직포에 대해서는 열가소성 장섬유 부직포를 접합시켜 사용하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법에서는 용이하게 층간 박리가 발생하여, 높은 인장 강도를 발현시키기는 어렵고, 또한, 강고히 압착을 행하면, 박리는 억제되지만, 국소적인 수지화가 발생하기 쉽게 되기 때문에, 높은 인열 강도를 얻기가 어렵게 된다. 또한, 탄성 롤을 이용한 캘린더 가공에 대해서도 개시되어 있지만, 이 수법을 이용한 경우, 통상 표리면에 각각 가열 롤이 접촉하도록 2 단계의 열 압착이 실시되는데, 단일 성분인 경우, 2단째의 캘린더에 의한 접착 효과가 충분히 얻어지지 않아, 보풀 억제와, 높은 인장, 인열 강도를 동시에 발현시키는 것은 어렵다고 하는 문제가 있었다. 이것은 1단째의 캘린더 가공에 의해 부직포의 결정화가 진행되기 있기 때문이라고 추정된다.

특허 문헌 3에는, 열가소성 장섬유를 이용하여 조제된 단일 성분으로 높은 인장 강도를 갖는, 열가소성 장섬유층/열가소성 극세 섬유층/열가소성 장섬유층의 3층 구조 부직포에 관해서 기재되어 있다. 그 부직포는, 중간층의 극세 섬유가 하층의 열가소성 장섬유의 간극에 들어감으로써, 인장 강도가 우수하여, 양호한 필터성 및 배리어성을 보이며, 그리고 금속 롤과 금속 롤의 조합을 이용한 플랫 캘린더 가공을 함으로써 그 인장 강도는 더욱 향상되는 것이 기재되어 있다. 그러나, 스펀 본드법에 의해 제작한 부직포에서는, 평량의 변동이 부분적으로 생기기 쉬워, 전체의 균일성이 낮아져, 보풀 억제와 높은 인열 강도를 양립하는 조건 범위는 좁고, 또한 국소적인 수지화가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

[선행기술문헌]

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : WO 제2005/059219호 팜플렛

특허 문헌 2 : WO 제2009/017086호 팜플렛

특허 문헌 3 : WO 제2006/068100호 팜플렛

본 발명의 목적은 높은 인장 강도와 높은 인열 강도를 지니고, 내보풀성이 우수한 적층 부직포 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 문제에 관해서 예의 검토한 결과, 중간층의 양면에 외층으로서 열가소성 장섬유층이 접착되어 있고, 표면 측에 존재하는 열가소성 장섬유는 편평률이 크고, 한편, 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유는 편평률이 작아, 둥근 형상으로 머무르는, 특이한 단면 구조를 갖는 적층 부직포가 높은 인장 강도와 높은 인열 강도를 실현하는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다. 또한, 중간층에 적어도 1층 이상의 열가소성 극세 섬유층을 포함하는 경우에, 특히 높은 인장 강도와 특히 높은 인열 강도가 달성되는 것을 알아냈다.

즉, 본 발명은 하기와 같다.

(1) 외층으로서 열가소성 장섬유층을 중간층의 양면에 열 압착한 적층 부직포로서, 표면 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F1)과 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)의 평균 편평률 비(F1/F2)가 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 적층 부직포.

(2) 중간층에 적어도 1층 이상의 열가소성 극세 섬유층을 포함하는 상기 (1)에 기재된 적층 부직포.

(3) 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)이 0.1∼0.8인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 적층 부직포.

(4) 열가소성 장섬유의 섬유 직경이 5∼30 ㎛이며, 열가소성 극세 섬유의 섬유 직경이 0.5∼10 ㎛인 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 적층 부직포.

(5) 적층 부직포의 총 두께가 15∼300 ㎛인 상기 (1)∼(4) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(6) 적층 부직포의 총 평량이 10∼250 g/㎡인 상기 (1)∼(5) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(7) 외층 표면이 전면 결합하고 있는 상기 (1)∼(6) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(8) 열가소성 극세 섬유의 함유 비율이 총 평량의 5∼40 wt%인 상기 (2)∼(7) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(9) 단위 평량당 기계 방향의 인장 강도가 1.00 (N/1.5 ㎝)/(g/㎡) 이상이며, 또한 단위 평량당 기계 방향의 인열 강도가 0.04 N/(g/㎡) 이상인 상기 (1)∼(8) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(10) 열가소성 장섬유를 구성하는 수지 성분의 존재 상태가 초심 구조 이외의 구조로 이루어지는 상기 (1)∼(9) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(11) 열가소성 장섬유와 열가소성 극세 섬유가 단일 성분으로 이루어지는 상기 (2)∼(10) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(12) 열가소성 장섬유와 열가소성 극세 섬유가 폴리에스테르계 수지 또는 폴리아미드계 수지로 이루어지는 상기 (2)∼(11) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포.

(13) 열가소성 극세 섬유층의 양면에 열가소성 극세 섬유층을 적층한 후, 플랫 강체 열 롤과 쇼어 경도(D)가 60∼95인 비가열 탄성 롤 사이에서, 면압이 30∼200 kg/㎝, 강체 열 롤의 온도가 열가소성 장섬유를 구성하는 수지의 융점보다 5℃ 이상 낮은 온도에서, 한면씩 2 단계로 나눠 가압 열 압착하고, 그 2단계의 가압 열 압착 공정 사이에 급랭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (2)∼(12) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포의 제조 방법.

(14) 상기 (1)∼(12) 중 어느 것에 기재된 적층 부직포를 포함하는 복합 막 지지체.

(15) 상기 (14)에 기재된 복합 막 지지체 상에, 다공질 층과 분리 기능을 갖는 치밀층(스킨층)을 형성하여 이루어지는 복합 막.

본 발명의 적층 부직포는 높은 인장 강도뿐만 아니라, 높은 인열 강도를 지니고, 또한 내보풀성이 우수하며, 균일한 통기성 및 통액성을 갖는다.

도 1은 본 발명의 적층 부직포의 단면의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 관해서, 그 평균 편평률 비와 인열 강도의 관계를 그래프화한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 관해서, 그 평균 편평률 비와 인장 강도의 관계를 그래프화한 것이다.

이하, 중간층에 열가소성 극세 섬유층을 이용한 경우를 예로 들어, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 중간층은 열가소성 극세 섬유층에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 분말, 부직포, 풀, 바인더, 수지, 에멀젼 등의 형상을 갖는 접착성 재료를 이용할 수도 있다.

본 발명의 적층 부직포의 구조적 특징은 다음과 같다.

(1) 적층 부직포의 표면 측의 열가소성 장섬유 끼리만을 충분히 변형 압착하여 큰 편평을 이루게 하고, 적층 부직포의 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유 끼리는 약한 압착으로 작은 편평이 되도록 부직포 단면의 구조를 제어하는 것.

(2) 중간층으로서 존재하는 열가소성 극세 섬유층이 상하의 열가소성 장섬유층을 접착함으로써, 전체적으로 부직포가 일체화되어 있는 것.

이들의 구조적 특징은 도 1에 도시한 것과 같다.

이와 같이 부직포 단면의 구조를 제어함으로써, 표면의 열가소성 장섬유가 높은 인장 강도를 발휘하고, 내부의 열가소성 장섬유가 높은 인열 강도를 발휘한다.

본 발명에서 말하는 열가소성 장섬유란, 용융한 열가소성 수지를 통상은 원형의 모세관형 방적 돌기로부터 압출함으로써 용융 방사되어, 연속적으로 제조된, 스펀 본드 방사법 등에 의한 섬유를 의미한다. 또한, 이 스펀 본드 방사법에 의한 섬유의 직경은 접착성의 관점에서 30 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼20 ㎛이다. 또한, 이 열가소성 장섬유로 이루어지는 부직포의 평량은 5∼240 g/㎡이 좋고, 바람직하게는 10∼145 g/㎡이며, 보다 바람직하게는, 10∼125 g/㎡이다. 또한, 열가소성 극세 섬유란 일반적으로는 멜트 블로운 섬유로서 알려져 있으며, 열가소성 수지를 복수의 모세관형 방적 돌기로부터 고속 가스 중에 압출함으로써 용융 방사되는 섬유이며, 고속 가스 중에 압출됨으로써 수지는 세분화된다. 본 발명에 있어서도, 온라인 상에서 외층을 구성하는 부직포 상에 적층시킬 수 있다고 하는 관점에서, 멜트 블로운법으로 방사되는 것이 바람직하다. 본 발명에 이용되는 열가소성 극세 섬유의 직경은 0.5∼10 ㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼3 ㎛이다. 또한, 열가소성 극세 섬유로 이루어지는 부직포의 평량은 0.5∼100 g/㎡이 좋고, 바람직하게는 1∼60 g/㎡이며, 1∼50 g/㎡가 보다 바람직하다.

본 발명의 적층 부직포 단면 모식도의 예를 도 1에 도시한다. 이 모식도는 열가소성 장섬유층/열가소성 극세 섬유층/열가소성 장섬유층의 3층 구조로 된 것이다.

도 1 중, 5는 열가소성 장섬유(3)로 이루어지는 외층이며, 6은 열가소성 극세 섬유(4)로 이루어지는 중간층이다. 본 발명에 있어서, 적층 부직포의 표면 측에 존재하는 열가소성 장섬유란, 도 1에 도시한 바와 같이, 적층 부직포의 단면에 있어서 두께 방향으로 4 등분한 것 중 표면 측의 섬유군(1)을 의미하고, 한편, 적층 부직포의 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유란, 4 등분한 것 중의 내측의 섬유군(2)을 의미한다.

또한, 여기서 말하는 평균 편평률 비란 이하에 나타내는 요령으로 측정한 표면 측의 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F1)을 내부 측의 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)로 나눈 값(F1/F2)으로 한다. 후술하는 실시예에 기재한 방법에 따라서, 적층 부직포의 단면을 전자 현미경으로 촬영하여, 각각의 섬유 한 가닥 한 가닥의 단면에 있어서 가장 긴 직경 부분을 장축(a)으로 하고, 장축(a)과 수직인 방향에서 가장 긴 직경을 단축(b)으로 한다. 이어서, 각각의 섬유 단면을, 장축을 a, 단축을 b로 하는 타원형이라 가정하여, 이하의 식으로 계산된 값을 편평률 f로 했다.

표면 측 및 내부 측의 열가소성 장섬유에 대해서, 각각 섬유 50 가닥분의 단면에 대해서 편평률(f)을 측정하여, 그 평균치를 각각 표면 측 및 내부 측의 열가소성 장섬유의 평균 편평률 F로 했다.

본 발명에서는 표면 및 내부의 열가소성 장섬유의 평균 편평률 비를 제조 수법에 의해 의도적으로 바꿈으로써 높은 인장 강도 및 높은 인열 강도를 갖는 적층 부직포를 제조했다. 즉, 본 발명의 적층 부직포는 표면 측의 열가소성 장섬유가 내부 측의 열가소성 장섬유에 비하여, 평균 편평률 비로 1.20 이상으로 변형하여, 열 압착된 구조를 갖는다.

본 발명에 있어서, 평균 편평률 비(F1/F2)는 1.20 이상이 필요하며, 바람직하게는 1.25∼2.50의 범위, 특히 바람직하게는 1.30∼2.00의 범위이다. 평균 편평률 비(F1/F2)가 1.20 미만이면 후술하는 것과 같이 높은 인장 강도와 높은 인열 강도가 양립할 수 없다. 또한, 2.50 이하인 경우, 표면 측의 열가소성 장섬유의 수지화가 발생하기 어려워, 인장 강도가 높아지기 때문에 바람직하다.

또한, 이때의 내부 측의 열가소성 장섬유의 평균 편평률은 0.1 이상인 것이 층간 박리의 발생이나 인장 강도의 저하가 적어 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2 이상이다. 또한, 0.8 이하인 것은 섬유의 수지화가 적고, 높은 인열 강도를 얻을 수 있어 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.7 이하이다.

본 발명에 있어서, 평균 편평률 비(F1/F2)와 인열 강도의 관계를 도 2에 도시했다. 도 2에 도시한 바와 같이, 평균 편평률 비가 커짐에 따라, 기계 방향의 인열 강도가 향상되는 관계에 있다.

본 발명자는, 기계 방향의 인열 강도가 향상되는 요인으로서는, 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유는 변형이 적고, 강도 저하가 적고, 또한, 변형에 의한 섬유 끼리의 접착 면적이 표면 측과 비교하여 적어, 섬유 자체의 자유도가 높고, 움직이기 쉬운 것에 기인하고 있다고 판단하고 있다. 즉, 인열시에, 섬유가 틀어져, 응력을 완화하는 것으로 판단하고 있다.

도 3에 평균 편평률 비(F1/F2)와 인장 강도의 관계를 나타냈지만, 평균 편평률 비를 높게 하더라도, 인장 강도는 거의 일정하여, 본 발명에서는, 인장 강도를 손상시키는 일 없이, 인열 강도를 향상시킬 수 있다고 말할 수 있다.

본 발명의 적층 부직포는 도 1에 도시한 바와 같이, 표면 측과 내부 측에서 열가소성 장섬유(3)의 평균 편평률(F)을 의도적으로 변화시켰다. 이러한 특징적인 구조를 구축하기 위해서는, 뒤에 설명하는 제조 공정에 있어서 특정한 탄성 롤을 사용하고, 특정한 면압으로 한쪽씩 2 단계로 열 압착하는 것이 바람직하다. 또한, 한쪽씩 2 단계로 행하는 공정 사이에, 부직포를 급랭·냉각하는 공정이 존재하는 것이 바람직하다. 급랭·냉각함으로써, 내부 측의 열가소성 장섬유가 1단째에서 얻은 열을 제거하여, 섬유의 결정화의 진행을 멈출 수 있다. 이에 따라, 2단째에서의 가열 롤 측의 표면 열가소성 장섬유가 효과적으로 변형, 접착하기 쉽게 되어, 전술한 부직포 구조를 얻는 것이 용이하게 된다.

한편, 중간층의 열가소성 극세 섬유층은 표면적이 크기 때문에 접착하기 쉽다고 생각된다. 이에 따라, 내부 측의 열가소성 장섬유가 열가소성 극세 섬유를 통해 접착된다. 이러한 결과로부터, 표면 측의 열가소성 장섬유 끼리의 접착에 의해 높은 인장 강도를 얻을 수 있고, 내부 측의 열가소성 장섬유는 장섬유 끼리가 접착하고 있는 것은 아니기 때문에, 이 내부 측의 열가소성 장섬유에 의해 높은 인열 강도가 얻어진다고 생각된다. 평균 편평률 비(F1/F2)가 1.20 미만이면 내부까지 충분히 압착 변형되고 있거나, 또는 압착이 전혀 되어 있지 않은 상태이기 때문에, 높은 인장 강도와 높은 인열 강도가 양립할 수 없다.

또한, 이 구조에서는 표면 측의 열가소성 장섬유군(1)과 내부 측의 열가소성 장섬유군(2) 사이에 공극이 존재하는 부분이 많은 것도 특징 중 하나이다. 이것은 부직포의 폭 방향에 대하여 내부 측의 열가소성 장섬유군과 표면 측의 열가소성 장섬유군은 접착하고 있지 않기 때문이다. 그러나, 층간 박리는 일어나지 않는다. 그것은 내부 측의 열가소성 장섬유가 기계 방향에 있어서 어느 부분에서는 표면 측의 열가소성 장섬유로 되어 접착되어 있기 때문이다.

본 발명에 있어서는 단위 평량당 기계 방향의 인장 강도가 1.00 (N/1.5 ㎝)/(g/㎡) 이상, 또한 단위 평량당 기계 방향의 인열 강도가 0.04 N/(g/㎡) 이상이라는 높은 강도를 갖고 있다. 보다 바람직하게는, 단위 평량당 기계 방향의 인장 강도가 1.05 (N/1.5 ㎝)/(g/㎡) 이상, 또한 단위 평량당 기계 방향의 인열 강도가 0.04 N/(g/㎡) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 각각의 상한은 높으면 높을수록 바람직하지만, 현실적으로 가능한 범위로서는, 각각 기계 방향의 인장 강도가 10.0 (N/1.5 ㎝)/(g/㎡) 정도 이하, 기계 방향의 인열 강도가 5.0 N/(g/㎡) 정도 이하이다.

본 발명에서 말하는 전면 결합이란, 예컨대 플랫 캘린더 롤로 처리함으로써, 표면 측의 열가소성 장섬유가 실질적으로 전면에 걸쳐 열 압착에 의해 서로 접착 결합하고 있는 상태를 말한다. 전면 결합시킴으로써, 외층 표면의 열가소성 장섬유의 보풀 발생이 적어, 내보풀성이 높은 적층 부직포가 된다.

본 발명에서 사용하는 섬유를 구성하는 수지는 다성분이라도 좋지만, 단일 성분인 것이 바람직하다. 이것은, 단일 성분 수지의 경우, 저융점 성분에 의한 국소적인 부직포의 수지화의 발생이 없고, 상기한 구조를 얻기가 쉽기 때문에, 효과적으로 높은 인장 및 높은 인열 강도의 양립을 도모할 수 있다. 한편, 여기서 말하는 단일 성분이란 분자 구조가 같은 것을 말하며, 용융 점도 및 환원 점도나 분자량 분포는 묻지 않는다.

열가소성 극세 섬유에는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 접착성 재료를 합쳐서 사용하더라도 좋다. 사용함에 있어서 접착성 재료의 형상으로서는, 분말, 부직포, 풀, 바인더, 수지, 에멀젼 등이 예시되지만, 분말 또는 부직포인 것이 바람직하다. 이러한 분말형 접착 물질을 구성하는 소재는 열 접착 가능한 물질이며, 예컨대, 폴리에스테르, 에틸렌초산비닐 공중합체 비누화물, 에틸렌비닐알코올 공중합 수지, 폴리올레핀, 나일론, 아크릴 등을 들 수 있다. 한편, 여기서 말하는 분말이란, 미세한 분말형의 고체를 의미하지만, 고체가 입자로 되어 다수 집합하고 있는 상태인 분체도 포함하는 것으로 한다. 또한, 접착했을 때의 강도가 강하고, 적절한 통기성을 겸비한다고 하는 점에서 부직포도 바람직하다. 이 부직포의 소재로서는, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 아크릴 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 특히 내수성, 내약품성이 있으며, 보다 저융점을 갖는 폴리에스테르나 폴리프로필렌인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 적층 부직포는, 예컨대 포집용 네트 상에 제1 부직포 층을 퇴적시키고, 계속해서 제2 층을 순차 퇴적시킴으로써, 온라인으로 적층 구조를 형성하더라도 좋고, 각각의 섬유층을 개개로 형성하여, 적층한 후, 결합시킴으로써 적층 구조로 하여도 좋다. 그 중에서도 온라인으로 형성하는 것은 인장 강도가 높아진다는 점에서 바람직하다. 또한, 적층 구조로서는, 장섬유층/극세 섬유층/장섬유층의 3층 구조가 상하층과의 접착성이 높아 바람직하다. 또한, 적층시킨 부직포는 후술하는 본 발명에 있어서의 캘린더 처리를 온라인으로 행하는 것도 가능하지만, 적층시킨 부직포를 금속 열 롤로 가접합한 후, 다른 공정으로서 캘린더 가공을 실시하는 것이 바람직하게 이용된다.

본 발명의 적층 부직포의 총 평량은 10∼250 g/㎡가 좋다. 10 g/㎡ 이상이면 캘린더 가공시에 부직포가 열의 이력을 받기 어려워, 표면의 보풀 억제가 용이하게 되기 때문에 바람직하다. 또한, 250 g/㎡ 이하라면, 내부에까지 열이 전해지기 때문에, 층간 박리를 발생시키기 어렵게 되므로 바람직하다. 특히, 보풀 억제와 층간 박리를 일으키지 않는 것을 동시에 달성하기 쉽다고 하는 관점에서 20∼150 g/㎡가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20∼130 g/㎡이다. 또한, 같은 이유에서, 적층 부직포의 총 두께는 15∼300 ㎛가 좋다. 15 ㎛ 이상이면 캘린더 가공시에 부직포가 열의 영향을 받기 어려워, 표면의 보풀 억제를 하기 쉽고, 또한 전술한 부직포의 단면 구조를 구성하기 쉽다. 또한, 300 ㎛ 이하라면 내부에까지 열이 전해지기 때문에, 층간 박리를 발생시키기 어렵게 되므로 바람직하다. 특히, 보풀 억제와 층간박리를 발생시키지 않는 것을 동시에 달성하기 쉽다고 하는 관점에서 25∼200 ㎛가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25∼170 ㎛이다.

또한, 적층시킨 웹의 총 평량 중 열가소성 극세 섬유층의 비율은 5 wt%∼40 wt%가 좋다. 5 wt% 이상이면 상하층과의 접착성이 높아져, 층간 박리가 발생하기 어렵게 된다. 또한, 40 wt% 이하라면 극세 섬유가 상하의 장섬유층에서 배어나오기 어렵기 때문에, 제조상 롤에의 오염이 심해지기 어려우므로 바람직하다.

본 발명의 효과를 얻기 위해서는 부직포 단면의 구조를 제어하는 것이 중요하며, 이용하는 열가소성 장섬유의 구조나 그 수지에 의하지는 않는다. 그러나, 국소적인 수지화를 억제할 수 있다고 하는 관점에서, 열가소성 장섬유를 구성하는 수지 성분의 존재 상태는 초심 구조 이외의 구조가 되는 것이 바람직하다. 또한, 내열성 등의 관점에서, 이용하는 열가소성 수지는 폴리에스테르계 수지나 폴리아미드계 수지가 바람직하다. 폴리에스테르계 수지로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 치수 안정성도 높으므로, 재질로서 우수하다. 폴리아미드계 수지로서는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 610 및 나일론 612 등을 들 수 있다.

본 발명의 적층 부직포는 특별히 한정되는 것은 아니지만 수 처리나 가스 분리에 이용되는 복합 막 지지체로서 바람직하게 이용된다. 본 발명의 지지체를 이용한 복합 막을 제조하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 우선 그 지지체 표면층 상에 폴리머를 용매에 녹인 제막 용액을 유연(流延)하여, 물과 같은 비용매로 응고한 후, 탈용매·세정하는, 소위 비용매 상분리법에 의해서 다공질 층을 형성시키고, 계속해서 이 다공질 층 상에 분리 기능을 갖는 치밀층(스킨층)을 코팅법이나 계면 중합법 등에 의해 형성시킴으로써 역 침투 막이나 나노 여과 막 등의 복합 막이 제조된다.

본 발명에 이용되는 다공질 층의 소재로서는 특별히 한정되지 않지만, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐술폰, 폴리불화비닐리덴, 폴리이미드, 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌·비닐알코올 공중합체, 셀룰로오스아세테이트 등을 들 수 있지만, 기계적 강도, 내약품성 및 내열성이 우수한 폴리술폰 또는 폴리에테르술폰이 특히 적합하게 이용된다.

본 발명의 복합 막 지지체와 이 지지체 상에 형성된 다공질 층이 일체가 된 막, 예컨대 한외 여과 막으로서의 특성은, 분획 분자량(Cut-off molecular weight)이 1만∼20만 달톤, 바람직하게는 2만∼10만 달톤이며, 투과 수량이 0.1 MPa 하에서 1∼15 ㎥/㎡·일, 바람직하게는 3∼10 ㎥/㎡·일이다. 한편, 분획 분자량 및 투과 수량은 JIS K 3802(막 용어)에 정의된 막 특성을 나타내는 용어이다.

또한, 치밀층(스킨층)도 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 치밀층(스킨층)을 아무런 제한 없이 이용할 수 있다. 예컨대, 전술한 대로 계면 중합법에 의해서 형성시킬 수 있다. 특히, 치밀층(스킨층)은 다관능 산 할로겐화물과 다관능 아민과의 축중합 등에 의해서 얻어지는 가교 폴리아미드 등이 적합하게 이용되며, 전형적으로는 메타페닐렌디아민과 트리메신산클로라이드로 이루어지는 가교 폴리아미드가 특히 바람직하게 이용되며, 예컨대 일본 특허 공개 평 제8-224452호 공보나 일본 특허 공개 평 제9-253455호 공보에 개시되어 있는 방법에 의해 폴리아미드 복합 역 침투 막을 제조할 수 있다.

본 발명에서 쓰이는 적층 부직포는 이하의 방법으로 바람직하게 제조된다.

즉, 적층시킨 부직포는 쇼어 경도(D)가 60∼95인 비가열 탄성 롤과 플랫 강체 열 롤의 조합을 이용한 열 압착을 행한다. 이것은 쇼어 경도(D)가 60 이상인 탄성 롤에서는 내압 성능이 높기 때문에 부직포 표면의 보풀 발생을 적게 할 수 있고, 또한 표면 측의 열가소성 장섬유를 변형, 융착시키는 효과가 높다. 한편, 쇼어 경도(D)가 95보다 큰 탄성 롤은 존재하지 않기 때문이다. 이 경도 범위에 맞는 비가열 탄성 롤은 예컨대, 코튼 페이퍼 롤, 폴리아미드 페이퍼 롤 등이 있지만, 제조에는 이물 혼입에 의한 롤의 변형에 강한 폴리아미드 페이퍼 롤을 이용하는 쪽이 바람직하다. 플랫 강체 열 롤로서는 금속 열 롤이 바람직하다.

이들 플랫 롤의 조합으로 면압이 30∼200 kg/㎠, 보다 바람직하게는 50∼140 kg/㎠이며 부직포를 한면씩 2회로 나눠 가압 열 압착한다. 면압이 30 kg/㎠ 이상이면 부직포 표면의 보풀 발생을 적게 할 수 있기 때문에 바람직하고, 또한 200 kg/㎠ 이하이면 부직포의 수지화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 롤 온도는 수지의 융점보다 5℃ 이상 낮은 온도가 바람직하다. 이것보다 낮은 온도라면 부직포의 수지화나 롤에의 감김 등을 효과적으로 억제할 수 있다.

2회로 나눠 가압 열 압착할 때에, 그 공정 사이에는 캘린더 직후에 부직포를 급랭·냉각하는 공정이 있는 것이 바람직하다. 통상 한면씩 따로따로의 공정에서 열 압착을 하는 경우, 중심부의 접착력을 높이기 위해서 가열 롤을 고온으로 하면, 섬유의 용융, 수지화가 발생하기 쉽고, 이것을 막기 위해서 저온에서 열 압착을 하면 층간의 접착이 약해지기 쉬워, 충분한 강도를 얻기 어렵다. 그러나, 1단째의 열 압착 직후에 부직포가 얻은 열을 급랭, 제거하고, 이어서 2단째를 같은 식으로 열 압착함으로써 열 압착이 매우 효과적으로 실시되어, 표리면 모두 높은 접착성을 얻을 수 있어, 결과적으로 전술한 부직포 구조를 얻기 쉽게 된다. 이것은 1단째의 캘린더의 열 이력에 의한 중간 열가소성 극세 섬유층과 비가열인 탄성 롤 측의 열가소성 장섬유층의 결정화가 억제되기 때문이라고 생각된다.

[실시예]

이하에 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 실시예 및 비교예 등에 있어서 언급하는 물성 값은 이하에 기술하는 측정법에 의한 것이다. 본 실시예에서는, 양단부 10 ㎝을 제외한 1 m 폭으로 제작한 시험편에 대하여 물성 측정을 실시했다.

(1) 총 평량[g/㎡]의 측정

JIS-L-1906에 규정된 방법에 따라서, 세로 20 ㎝×가로 25 ㎝의 시험편을 시료 폭 1 m당 3곳 채취하여 질량을 측정하고, 그 평균치를 단위 면적당 질량으로 환산하여(소수점 제1 위를 사사오입) 구한다.

(2) 편평률의 측정

편평률 측정을 하기 위한 적층 부직포 단면 사진의 촬영을 다음의 요령으로 행했다.

폭 방향으로 등간격으로 5곳에서 선택한 시험편을 시클로헥산에 함침시켰다. 그 후, 액체 질소로 동결시켜, 곧바로 직물(布)의 기계 방향에 대하여 수직인 방향으로 시험편을 절단하여, 그 섬유 단면을 관찰 시료로 했다. 관찰은 주사형 전자 현미경을 이용하고, 가속 전압 3.0 kV로 1000배의 배율로 촬영했다. 화상에 있어서, 단면을 2 가닥의 평행한 직선으로 사이에 꼈다. 2 가닥의 평행선은 각각 단면에 있어서의 표면 측의 가장 돌출된 부분에 접하도록 그었다. 이 2 가닥의 평행선에 대하여, 두께 방향으로 4 등분하여, 도 1에 도시하는 것과 같이 각각을 표면 측과 내부 측으로 했다. 화상에 대해서 관찰되는 표면 측 및 내부 측 각각의 부분의 섬유 50 가닥의 편평률을 측정하여, 얻어진 표면 측 및 내부 측의 편평률로부터 50 가닥분의 평균치를 구하여(소수점 제3 위를 사사오입), 평균 편평률 F1 및 F2로 했다. 얻어진 각각의 평균 편평률 F1 및 F2로부터, 평균 편평률 비(F1/F2)를 산출했다(소수점 제3 위를 사사오입).

(3) 섬유 직경[㎛]의 측정

적층 부직포 시료의 양단부 10 ㎝를 제외하고, 폭 20 ㎝ 마다의 구역에서 각각 1 ㎝ 모서리(角)의 시험편을 잘라내어 측정용 샘플로 했다. 각 시험편에 대해서, 현미경으로 섬유의 직경을 배율 1000배로 각 50점씩 측정하여, 그 평균치(소수점 제1 위 사사오입)를 섬유 직경으로 했다. 본 실시예에 있어서는 폭 방향에서 5점의 시험편을 채취하여, 합계 250 가닥의 섬유 직경을 측정하여, 섬유 직경으로 했다.

사용 장치 : 키엔스 제조 VT-8000

(4) 인장 강도[(N/1.5 ㎝)/(g/㎡)]의 측정

적층 부직포 시료의 양단부 10 ㎝를 제외하고, 폭 20 ㎝당, 3 ㎝×20 ㎝의 시험편을 기계 방향 및 폭 방향의 각 1장 채취한다. 각각의 시험편에 파단될 때까지 하중을 가하여, 시험편의 최대 하중시의 세기의 평균치를 기계 방향과 폭 방향에서 구했다. 이것을 1.5 ㎝ 폭당으로 환산하여, 총 평량(g/㎡)으로 나눔으로써 단위 평량당 인장 강도[(N/1.5 ㎝)/(g/㎡)]를 산출했다(소수점 제3 위를 사사오입). 본 실시예에서는, 기계 방향, 폭 방향 각각에 대해서 5점의 시험편을 채취하고, 측정하여, 그 평균치를 산출했다.

(5) 인열 강도[N/(g/㎡)]의 측정

JIS L1085 5·5C법(펜듈럼법)에 준하여, 적층 부직포 시료의 양단부 10 ㎝를 제외하고 부직포의 폭 20 ㎝당, 65 ㎜×100 ㎜ 크기의 시험편을 기계 방향, 폭 방향의 각 1장 채취한다. 엘멘도르프형 인열 시험기를 이용하여 측정하고, 측정치의 평균치를 산출하여, 총 평량(g/㎡)으로 나눔으로써 단위 평량당 인열 강도[N/(g/㎡)]를 산출했다(소수점 제3 위를 사사오입). 한편, 기계 방향의 측정 데이터란 부직포를 기계 방향으로 잡아 찢은 값을 나타낸다. 본 실시예에서는 기계 방향, 폭 방향 각각 5점의 시험편을 채취하고, 측정하여, 그 평균치를 산출했다.

(6) 통기 저항[kPa·s/m]의 측정

적층 부직포 시료의 양단부 10 ㎝를 제외하고 전체 폭 방향으로 5 ㎝ 간격으로, 기계 방향으로 3곳 통기 저항을 측정하여, 측정치의 평균치 및 그 표준 편차를 산출했다. 본 실시예에서는 폭 방향에서 20점, 기계 방향으로 3장분의 시험편을 채취하여, 합계 60점분의 통기 저항을 측정했다.

측정 장치 : 카토테크사 제조 KES-F8-AP1 통기성 시험기

측정 조건 : 피스톤 속도 : 2.0 ㎝/s

적분 방법 : Standard

감도 : L(200 Pa/V)

통기 구멍 면적 : 2π(㎠)

(7) 부직포의 보풀 등급(내보풀성)의 측정

JIS L 0849의 마찰 견뢰도 시험에 준하여, 하기의 측정법을 안출하여 이용했다.

적층 부직포 시료의 양단부 10 ㎝을 제외하고, 포의 폭 20 ㎝당 기계 방향으로 길이 300 ㎜, 폭 25 ㎜의 시험편을 채취했다. 일본 학술 진흥회 견뢰도 시험기를 이용하여, 마찰자의 하중을 200 g로 하고, 마찰자 측에도, 마찰자와의 사이에 면포를 끼운 다음 채취한 시험편을 부착하여, 적층 부직포의 표면 끼리를 기계 방향으로 200회 동작(왕복)시켜 문질러, 각각의 시험편의 피마찰면을 이하의 기준으로 내보풀성 등급을 짓고, 등급치의 평균치(소수점 제2 위에서 사사오입)를 구하여, 부직포의 보풀 등급으로 했다. 본 실시예에서는 폭 방향으로 5점의 시험편을 채취하여 측정하여, 그 평균치를 보풀 등급으로 했다.

1급 : 시험편이 파손될 정도로 섬유가 벗겨진다.

2급 : 시험편이 얇아질 정도로 심하게 섬유가 벗겨지고 있다.

2.5급 : 보풀 뭉치가 크게 분명히 보여, 여러 곳에서 섬유가 부상하기 시작한다.

3급 : 작은 보풀 뭉치가 보인다.

3.5급 : 보풀 뭉치는 생기지 않지만, 보풀 발생이 보인다.

4급 : 보풀 발생이 없다.

(8) 두께(㎛)의 측정

JIS-L-1906에 규정된 방법에 따라서, 접압 하중 100 g/㎠으로 폭 방향으로 등간격으로 10곳 측정하여, 그 평균치를 두께로 했다. 두께 측정기는 PEACOCK 제조 No. 207을 이용했다. 최소 눈금이 0.01 ㎜이기 때문에, 소수점 제3 위까지 읽어들여 평균한 후, 유효 숫자를 2자릿수로 하여 ㎛ 표기로 했다. 본 실시예에서는 폭 방향 10 ㎝마다 합계 10곳 측정하여, 그 평균치를 두께로 했다.

[실시예 1∼6 및 비교예 1∼3]

외층으로서, 범용적인 PET를 이용하여, 스펀 본드법에 의해, 방사 온도 310℃ 및 방사 속도 4500 m/분으로 필라멘트 군을 이동하는 포집 네트 면으로 향해서 압출하고, 코로나 대전으로 1.5 mA 정도로 대전시켜 충분히 개섬시켜, 열가소성 장섬유 웹을 포집 네트 상에 제작했다. 한편, 섬유 직경의 조정은 토출량을 바꿈으로써, 또 평량의 조정은 포집 네트의 이동 속도를 바꿈으로써 행했다.

이어서, 중간층으로서, PET(환원 점도 0.49 ηsp/c)를, 방사 온도 300℃, 가열 공기 1600 N㎥/hr의 조건 하에서 멜트 블로운법에 의해 방사하여, 상기 열가소성 장섬유 웹 상에 분무했다. 이 때, 멜트 블로운 노즐로부터 열가소성 장섬유 웹까지의 거리를 100 ㎜로 하고 멜트 블로운 노즐 바로 아래의 포집 면에 있어서의 흡인 풍속을 14.5 m/s로 설정했다. 섬유 직경의 조정은 토출량을 바꿈으로써 행했다.

또한, 상기에서 얻은 적층 웹 상에 최초의 열가소성 장섬유 웹과 같은 방법으로 소정의 섬유 직경 및 섬유량이 되도록 열가소성 장섬유 웹을 적층하여, 상층: 열가소성 장섬유층(SB)/중간층: 멜트 블로운 섬유층(MB)/하층: 열가소성 장섬유층(SB)으로 이루어지는 적층 부직포를 얻었다. 얻어진 적층 부직포의 각 층의 섬유 직경 및 섬유량 등을 표 1에 나타낸다.

이어서, 얻어진 적층 부직포를 플랫 강체 열 롤 사이에서 선압 30 kg/㎝, 롤 온도 180℃의 조건으로 가압착했다. 계속해서 플랫 강체 열 롤과 비가열 탄성 롤을 이용한 캘린더 공정에서, 표 2에 나타내는 조건으로, 상기에서 제작한 적층 부직포의 캘린더 가공을 한면씩 2 단계로 행했다. 이 때, 1단째의 캘린더 가공 후에 즉시, 수냉 롤로 부직포를 급랭하고, 계속해서 2단째의 캘린더 가공을 실시했다.

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 적층 부직포의 물성 측정 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 각각의 인열 강도 및 인장 강도와 평균 편평률 비의 관계를 도 2 및 도 3에 도시한다. 본 실시예에서는, 평량당 인열 강도 및 인장 강도가 높고, 또한 내보풀성도 높은 것을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 1에 있어서는 부직포 단면을 관찰할 때에, 섬유가 지나치게 눌려 찌부러져, 섬유 직경을 측정할 수 없는 부분이 존재했다. 그 때문에, 표 3에 있어서의 비교예 1의 평균 편평률 비는 단면 사진에 있어서 섬유 형상을 확인할 수 있었던 부분만을 측정한 참고 값이다.

비교예 1에 있어서는 내보풀성이 나빠, 보풀 발생이 다수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 단면 관찰에서는, 전술한 것과 같이, 열량과 압력이 지나치게 걸렸기 때문에 필름화되어 있는 부분과, 부여하는 열량과 압력이 작아, 보풀이 일고 있는 부분이 관찰되었다. 스펀 본드법을 이용한 부직포의 제조 방법에서는, 부직포의 폭 방향으로 평량의 변동이 존재하는데, 부직포에 이러한 평량의 변동이 존재하면, 금속 롤 끼리의 조합을 이용하여 균일한 압착을 하는 것은 매우 곤란하다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1에서는 수지화가 발생하고 있는 부분이 있고, 인열 강도도 낮음을 알 수 있다.

또한, 경도가 낮은 프레스 롤을 이용한 비교예 2에서는 보풀을 누르기 위한 면압이 충분하지 않아, 보풀이 일어나는 것을 억누를 수 없다. 또한, 보풀을 억제하기 위해서 라인 속도를 떨어뜨렸지만 수지화가 진행되기 때문에 인열 강도가 낮아지고 있다.

전술한 것과 같이, 본 수법에서는 탄성 롤을 사용하기 위해서, 캘린더 가공시에 부직포의 폭 방향으로 균일하게 압력이 가해지고 있다. 그 때문에, 본 수법으로 제작한 부직포는 폭 방향에서 균일한 통기성을 갖는다고 하는 특징을 가지고 있다. 실시예 3과 비교예 1을 비교하면, 실시예에 있어서는 통기 저항의 변동이 작은 것을 확인할 수 있고, 균일한 통기성을 갖고 있음을 확인할 수 있다.

비교예 3은 중간층인 열가소성 극세 섬유층을 형성하지 않은 예인데, 인열 강도는 높지만 인장 강도가 현저하게 낮다. 중간층의 열가소성 극세 섬유가 높은 인장 강도을 발현시키기 위해서는 필요하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 적층 부직포는 높은 인장 강도만이 아니라 높은 인열 강도를 필요로 하는 분야, 또한, 표면 평활성이 요구되는 분야에 적합하게 이용할 수 있다. 예컨대, 하우스 랩, 벽재, 지붕 하부 재료 등의 건축용 자재, 방음재나 흡음재, 식품 필터, 에어 필터, 액체 필터, 청소기 필터, 멤브레인 지지체, 분리막 지지체 등의 필터용 재료, 필터 자재를 비롯한 산업용 자재나 농업 자재, 보호의, 일회용 기저귀, 멸균 랩, 의료용 필터 등의 위생·의료 자재, 포장 재료, 건조제 포장재, 회로(懷爐) 포장재, 점착성을 갖는 테이프 기재, 다운 프레스, 신발재 등의 생활 제품 자재, 전자 분야 등의 전자 재료 등에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 표면 측의 섬유군 2 : 내부 측의 섬유군
3 : 열가소성 장섬유 4 : 열가소성 극세 섬유
5 : 외층 6 : 중간층

Claims (15)

1. 외층으로서 열가소성 장섬유층을 중간층의 양면에 열 압착한 적층 부직포로서, 표면 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F1)과 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)의 평균 편평률 비(F1/F2)가 1.2 이상이고, 중간층에 1층 이상의 열가소성 극세 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 부직포.
2. 제1항에 있어서, 내부 측에 존재하는 열가소성 장섬유의 평균 편평률(F2)이 0.1∼0.8인 적층 부직포.
3. 제1항에 있어서, 열가소성 장섬유의 섬유 직경이 5∼30 ㎛이며, 열가소성 극세 섬유의 섬유 직경이 0.5∼10 ㎛인 적층 부직포.
4. 제1항에 있어서, 적층 부직포의 총 두께가 15∼300 ㎛인 적층 부직포.
5. 제1항에 있어서, 적층 부직포의 총 평량이 10∼250 g/㎡인 적층 부직포.
6. 제1항에 있어서, 외층 표면이 전면 결합하고 있는 적층 부직포.
7. 제1항에 있어서, 열가소성 극세 섬유의 함유 비율이 총 평량의 5∼40 wt%인 적층 부직포.
8. 제1항에 있어서, 단위 평량당 기계 방향의 인장 강도가 1.00 (N/1.5 ㎝)/(g/㎡) 이상이며, 또한 단위 평량당 기계 방향의 인열 강도가 0.04 N/(g/㎡) 이상인 적층 부직포.
9. 제1항에 있어서, 열가소성 장섬유를 구성하는 수지 성분의 존재 상태가 초심 구조 이외의 구조로 이루어지는 적층 부직포.
10. 제1항에 있어서, 열가소성 장섬유와 열가소성 극세 섬유가 단일 성분으로 이루어지는 적층 부직포.
11. 제1항에 있어서, 열가소성 장섬유와 열가소성 극세 섬유가 폴리에스테르계 수지 또는 폴리아미드계 수지로 이루어지는 적층 부직포.
12. 열가소성 극세 섬유층의 양면에 열가소성 장섬유층을 적층한 후, 플랫 강체 열 롤과 쇼어 경도(D)가 60∼95인 비가열 탄성 롤 사이에서, 면압이 30∼200 kg/㎠, 강체 열 롤의 온도가 열가소성 장섬유를 구성하는 수지의 융점보다 5℃ 이상 낮은 온도에서, 한면씩 2 단계로 나눠 가압 열 압착하고, 그 2 단계의 가압 열 압착 공정 사이에 급랭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 적층 부직포의 제조 방법.
13. 제1항에 기재된 적층 부직포를 포함하는 복합 막 지지체.
14. 제13항에 기재된 복합 막 지지체 상에, 다공질 층과 분리 기능을 갖는 치밀층(스킨층)을 형성하여 이루어지는 복합 막.
15. 삭제

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