KR102029146B1 - 난연성 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

난연성 부직포 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 화재가 발생시 연소율과 연소시 발생되는 매연의 발생률을 최소한으로 줄여줄 수 있는 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 매트리스(mattress)용 또는 침구(bedding)용으로 사용된다.

Description

난연성 부직포 및 이의 제조방법{flame-retardant nonwoven fabric and manufacturing method thereof}
본 발명은 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 화재가 발생시 연소율과 연소시 발생되는 매연의 발생률을 최소한으로 줄여줄 수 있는 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 침구류의 제조시 사용되고 있는 솜은 크게 동물성 섬유인 명주솜과 양모솜 그리고 식물성 섬유인 목화섬과 폴리에스터 섬유를 이용한 화학솜으로 구분되며, 이중 폴리에스터 섬유는 수지코팅에 의한 부직포로 널리 사용되고 있다. 그리고 상기와 같은 형태의 솜을 이용하여 각종 이불과 패드를 만들기 위해서는 일반원단에 상기 솜을 적층하여 누비된 원단으로 제품을 만들게 되는 것이다.
일반적으로 침구는 잠을 자는데 쓰이는 이부자리, 베개 따위를 통틀어 이르는 말로, 침구는 사람의 신체가 직접적으로 접촉되는 것으로서, 항균과 살균, 그리고 탈취의 기능만을 추구하고 있는 실정이어서, 사용시에는 아무런 불편함과 문제점이 없으나, 사용도중 예기치 못한 불상사로 인해 집에 화재가 발생하여 불꽃이 침구에 점화되었을 경우에는 단순한 섬유소재로 되어 있는 침구가 수월하게 소각됨은 물론, 소각시 인체에 유해한 유독가스 등이 발생됨에 따라 더 큰 화재와 인명 피해를 입게 되는 등의 주요 요인이 되었던 것이다.
또한, 매트리스는 각 가정에서 사용되는 침대를 구성하게 되는 침대틀에 올려져 사람들이 편안한 숙면과 휴식을 취할 때 사용되는 것으로서, 현재 사용되고 있는 매트리스는 자체의 텐션력을 갖추고 있는 텐션요소의 외주면에 커버부재가 씌워지게 된다. 커버부재는 부직포, 패딩솜, 휄트, 원단 등의 소재를 단독 또는 조합하여 공지된 누빔 공법에 일체화되는 커버부재를 생산하여 커버부재를 텐션요소의 외주면에 씌워지도록 하면 되는 것이다.
이러한 종래의 매트리스는 사람이 직접적으로 올라 앉거나 누워서 사용하는 것으로서, 텐션요소는 텐션력의 기능만을 연구 추가하고 있으며, 텐션요소의 외주면에 씌워지게 되는 커버부재는 사람의 신체가 직접적으로 접촉되는 것으로서, 항균과 살균, 그리고 탈취의 기능만을 추구하고 있는 실정이어서, 사용시에는 아무런 불편함과 문제점이 없으나, 사용도중 예기치 못한 불상사로 인해 집에 화재가 발생하여 불꽃이 매트리스에 점화되었을 경우에는 단순한 섬유소재로 되어 있는 커버부재가 수월하게 소각됨은 물론, 소각시 인체에 유해한 유독가스 등이 발생됨에 따라 더 큰 화재와 인명 피해를 입게 되는 등의 주요 요인이 되었던 것이다.
한국 등록특허번호 제10-1856730호(공개일 : 2017.07.17) 한국 공개특허번호 제2012-0108629호(공개일 : 2012.10.05)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 난연성이 우수한 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 난연성이 우수할 뿐만 아니라, 흡습성 및 건조성이 우수한난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 매트리스(mattress)용, 이불용 또는 패드(pad)용으로 사용할 수 있는 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유(cellulosic flame-retardant fiber), PET 난연섬유 및 저융점 PET 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, PET 난연섬유 5 ~ 20 중량부 및 저융점 PET 섬유 1 ~ 15 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 난연성 부직포는 모다아크릴 난연섬유(modacrylic flame-retardant fiber)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, PET 난연섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019048552705-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, PET 난연섬유는 3 ~ 7 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 65 ~ 70℃의 유리전이온도, 250 ~ 255℃의 녹는점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 셀루로우스 난연섬유는 인계 난연제, 질소계 난연제, 실리카계 난연제 및 할로겐계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 셀루로우스 난연섬유는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019048552705-pat00002
상기 화학식 2에 있어서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 ~ C5의 알킬기이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 셀루로우스 난연섬유는 2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 414 ~ 506℃의 발화점, 20℃의 온도에서 1.35 ~ 1.65g/cm3의 밀도, 175℃ 이상의 열분해 온도를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 저융점 PET 섬유는 2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 110 ~ 252℃의 융점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 모다아크릴 난연섬유는 2 ~ 10 데니어의 섬도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 난연성 부직포는 매트리스(mattress)용 또는 침구(bedding)용일 수 있다. 이 때, 침구용은 이불용, 패드(pad)용, 매트(mat)용 또는 침대커버(bed cover)용일 수 있으며, 바람직하게는 이불용 또는 패드(pad)용일 수 있다.
한편, 난연성 부직포의 제조방법은 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, PET 난연섬유 5 ~ 20 중량부 및 저융점 PET 섬유 1 ~ 15 중량부를 혼합하여 원료솜을 제조하는 제1단계, 상기 원료솜에 카딩(carding)공정을 수행하는 제2단계, 상기 카딩공정을 수행한 원료솜에 다층으로 적층하는 성형공정을 수행하는 제3단계, 상기 성형공정을 수행한 원료솜에 상부 및 하부를 압축하는 펀칭공정을 수행하는 제4단계 및 상기 펀칭공정을 수행한 원료솜을 건조하여 부직포를 제조하는 제5단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1단계의 원료솜은 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부를 더 혼합하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 성형공정을 수행한 원료솜은 4 ~ 20oz/㎡의 무게를 가지고, 상기 펀칭공정을 수행한 원료솜은 4 ~ 20oz/㎡의 평량을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 펀칭공정은 480 ~ 720RPM으로 30 ~ 120초동안 수행하여 원료솜의 하부를 압축하고, 480 ~ 720RPM으로 30 ~ 120초동안 수행하여 원료솜의 상부를 압축할 수 있다.
한편, 부직포는 종류가 다양하나, 본 발명의 부직포는 당업계에서 매트리스용 또는 침구용으로 사용할 수 있고, 난연성을 가지는 다양한 부직포를 포함할 수 있다.
본 발명의 부직포는 방향성 부직포, 패딩솜, 패딩, 화섬솜, 와딩 또는 휄트일 수 있고, 바람직하게는 패딩솜(padding cotton) 또는 휄트(felt)일 수 있다.
본 발명의 난연성 부직포 및 이의 제조방법은 난연성이 우수할 뿐만 아니라 흡습성 및 건조성이 우수하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 난연성 부직포는 다양한 분야에 사용될 수 있지만, 바람직하게는 매트리스(mattress)용 또는 침구(bedding)용일 수 있다. 이 때, 침구용은 이불용, 패드(pad)용, 매트(mat)용 또는 침대커버(bed cover)용일 수 있으며, 바람직하게는 이불용 또는 패드(pad)용일 수 있다.
본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유(cellulosic flame-retardant fiber), PET(polyethylene terephthalate) 난연섬유 및 저융점 PET(polyethylene terephthalate) 섬유를 포함한다.
먼저, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유(cellulosic flame-retardant fiber)는 셀루로우스를 주성분으로 하고, 난연성 성분을 포함하여 우수한 난연성을 가지는 섬유로서, 바람직하게는 천연 셀루로우스 난연섬유를 사용할 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 천연 소재인 셀루로우스와 난연성 성분을 혼합한 혼합물을 섬유의 방사공정을 통해 제조되는 섬유이며, 반합성섬유 또는 펄프섬유이다.
본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 난연성 성분으로서, 일반적으로 섬유의 방사공정을 통해 섬유를 제조할 때, 사용될 수 있는 다양한 난연성 성분을 모두 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인계 난연제, 질소계 난연제, 실리카계 난연제 및 할로겐계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019048552705-pat00003
상기 화학식 2에 있어서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 ~ C5의 알킬기일 수 있고, 바람직하게는 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R1, R2, R5, R6, R7, R8, R11 및 R12는 수소원자, R3, R4, R9, 및 R10는 메틸기일 수 있다.
또한, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 화학식 2로 표시되는 화합물을 5중량% 이하, 바람직하게는 0.1 ~ 4중량%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 3중량%로 포함할 수 있으며, 만일 화학식 2로 표시되는 화합물을 5중량% 초과하여 포함한다면 셀루로우스 난연섬유가 가지고 있는 기계적 물성을 현저히 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 360 ~ 560℃의 발화점, 바람직하게는 414 ~ 506℃의 발화점(ignition temperature), 더욱 바람직하게는 430 ~ 490℃의 발화점을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 20℃의 온도에서 1.35 ~ 1.65g/cm3의 밀도, 바람직하게는 1.42 ~ 1.58g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 이 뿐만 아니라, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 150℃ 이상의 열분해(thermal decomposition) 온도, 바람직하게는 175℃ 이상의 열분해(thermal decomposition) 온도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 2 ~ 6 데니어의 섬도, 바람직하게는 3 ~ 5 데니어의 섬도, 더욱 바람직하게는 4 ~ 5 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 2 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 문제가 있을 수 있고, 6 데니어를 초과하면 부직포의 벌키성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 셀루로우스 난연섬유는 40 ~ 70mm의 섬유장, 바람직하게는 45 ~ 65mm의 섬유장, 더욱 바람직하게는 50 ~ 60mm의 섬유장을 가질 수 있으며, 만일 섬유장이 40mm미만이면 적층시에 엉킴이 없어 섬유 형성의 어려움이 있을 수 있고, 70mm를 초과하면 제조시 카드기에서 잘 빠져나오지 않아 제품화에 어려움이 있을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 PET 난연섬유는 PET를 주성분으로 하고, 난연성 성분을 포함하여 우수한 난연성을 가지는 섬유로서, 난연성 성분으로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019048552705-pat00004
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, 또는 -CH2CH2CH2CH2-이다.
또한, 본 발명의 PET 난연섬유는 60 ~ 75℃의 유리전이온도, 바람직하게는 65 ~ 70℃의 유리전이온도를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 PET 난연섬유는 240 ~ 265℃의 녹는점, 바람직하게는 250 ~ 255℃의 녹는점을 가질 수 있다. 이 뿐만 아니라, 본 발명의 PET 난연섬유는 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중, 더욱 바람직하게는 1.17 ~ 1.45g/cm3의 비중을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, PET 난연섬유 5 ~ 20 중량부, 바람직하게는 10 ~ 18 중량부, 더욱 바람직하게는 12 ~ 17 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 PET 난연섬유가 5 중량부 미만으로 포함한다면 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 흡수성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 20 중량부를 초과하여 포함한다면 셀루로우스 난연섬유의 특성이 잘 나타나지 않는 문제가 있을 수 있고, 흡수성 및 건조성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 PET 난연섬유는 3 ~ 7 데니어의 섬도, 바람직하게는 4 ~ 6 데니어의 섬도, 더욱 바람직하게는 5 ~ 6 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 3 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하고, 셀루로우스 난연섬유와의 조화를 이루기가 힘든 문제가 있을 수 있고, 7 데니어를 초과하면 부직포의 보온성과 벌키성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 PET 난연섬유는 40 ~ 70mm의 섬유장, 바람직하게는 45 ~ 65mm의 섬유장, 더욱 바람직하게는 50 ~ 60mm의 섬유장을 가질 수 있으며, 만일 섬유장이 40mm미만이면 적층시에 엉킴이 없어 섬유 형성의 어려움이 있을 수 있고, 의 문제가 있을 수 있고, 70mm를 초과하면 제조시 카드기에서 잘 빠져나오지 않아 제품화에 어려움이 있을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 110 ~ 252℃의 융점, 바람직하게는 120 ~ 180℃의 융점을 가지는 PET 섬유일 수 있다. 또한, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중, 더욱 바람직하게는 1.17 ~ 1.45g/cm3의 비중을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유 1 ~ 15중량부, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부, 더욱 바람직하게는 7 ~ 13 중량부, 더더욱 바람직하게는 8 ~ 12 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 저융점 PET 섬유가 1 중량부 미만으로 포함한다면 셀루로우스 난연섬유와 PET 난연섬유의 조합의 불균형 문제가 있고, 흡수성, 건조성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 15 중량부를 초과하여 포함한다면 건조시 시간이 많이 필요함으로 효율성이 문제가 있을 수 있고, 건조성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 일례로서, 본 발명의 난연성 부직포가 매트리스용으로 사용될 때는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유는 5 ~ 15 중량부로 포함할 수 있고, 본 발명의 난연성 부직포가 침구용으로 사용될 때는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유는 1 ~ 3 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 2 ~ 6 데니어의 섬도, 바람직하게는 3 ~ 5 데니어의 섬도, 더욱 바람직하게는 4 ~ 5 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 2 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 문제가 있을 수 있고, 6 데니어를 초과하면 건조시에 시간이 많이 필요함으로 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 40 ~ 70mm의 섬유장, 바람직하게는 45 ~ 65mm의 섬유장, 더욱 바람직하게는 50 ~ 60mm의 섬유장을 가질 수 있으며, 만일 섬유장이 40mm미만이면 적층시에 엉킴이 없어 섬유 형성의 어려움이 있을 수 있고, 의 문제가 있을 수 있고, 70mm를 초과하면 제조시 카드기에서 잘 빠져나오지 않아 제품화에 어려움이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 모다아크릴 난연섬유(modacrylic flame-retardant fiber)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 모다아크릴 섬유는 아크릴로니트릴의 잔기, 특히 35%~85%의 아크릴로니트릴 단위를 가지는 폴리머를 주로 포함하고 다른 모노머에 의해 수식될 수 있는 폴리머로 제작된 아크릴 합성섬유를 가리킨다. 또한 모다아크릴 섬유는 광범위의 아크릴로니트릴 코폴리머에서 방적되어 제조될 수 있다. 또한 모다아크릴 섬유는 비닐모노머, 예를 들면 염화비닐, 염화비닐리덴, 브롬화비닐, 브롬화비닐리덴 등의 모노머의 잔기를 함유할 수 있지만 이에 한정되지 않고, 다른 모노머의 잔기를 함유할 수 있다. 또한, 이 넓은 카테고리 내에서 생산될 수 있는 모다아크릴 섬유의 종류는 이들의 조성물에 의존하여 특성이 넓은 변동이 가능할 수 있다.
본 발명의 모다아크릴 난연섬유는 난연제의 후가공 처리에 의해 KS M3032 규정을 통한 한계산소지수(Limited oxygen index : LOI)법에 의해 측정시, 20 이상, 바람직하게는 24 ~ 40의 난연성능을 가지는 모다아크릴 섬유를 포함할 수 있고, 바람직하게는 카네카 사(Kaneka Corporation)의 프로텍스(PROTEX) 또는 카네카론(KANECARON)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부, 바람직하게는 20 ~ 40 중량부, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량부, 더더욱 바람직하게는 27 ~ 33 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 모다아크릴 난연섬유가 10 중량부 미만으로 포함한다면 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 흡수성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 40 중량부를 초과하여 포함한다면 셀루로우스 난연섬유의 특성이 잘 나타나지 않는 문제가 있을 수 있고, 흡수성 및 건조성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 모다아크릴 난연섬유는 2 ~ 10 데니어의 섬도, 바람직하게는 3 ~ 5 데니어의 섬도, 더욱 바람직하게는 4 ~ 5 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 2 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 문제가 있을 수 있고, 10 데니어를 초과하면 건조시에 시간이 많이 필요함으로 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 하기 조건 (1) 및 (2)를 만족할 수 있다.
(1) 셀루로우스 난연섬유의 섬도 < PET 난연섬유의 섬도
(2) 저융점 PET 섬유의 섬도 < PET 난연섬유의 섬도
만일, 조건 (1) 및 (2)를 만족하지 못하면, 본 발명의 난연성 부직포의 흡수성, 건조성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 하기 조건 (3)을 만족할 수 있다.
(3) 모다아크릴 난연섬유의 섬도 < PET 난연섬유의 섬도
만일, 조건 (3)를 만족하지 못하면, 본 발명의 난연성 부직포의 흡수성, 건조성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 KS M3032 규정을 통한 한계산소지수(Limited oxygen index : LOI)법에 의해 측정시, 30 ~ 40의 난연성능, 바람직하게는 33 ~ 37의 난연성능을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법은 제1단계 내지 제5단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법의 제1단계에서 셀루로우스 난연섬유, PET 난연섬유 및 저융점 PET 섬유를 혼합하여 원료솜을 제조할 수 있다.
이 때, 원료솜은 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, PET 난연섬유는 5 ~ 20 중량부, 바람직하게는 10 ~ 18 중량부, 더욱 바람직하게는 12 ~ 17 중량부를 혼합할 수 있고, 저융점 PET 섬유는 1 ~ 15중량부, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부, 더욱 바람직하게는 7 ~ 13 중량부, 더더욱 바람직하게는 8 ~ 12 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 원료솜은 모다아크릴 난연섬유를 더 혼합하여 제조할 수 있고, 이 때, 원료솜은 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부, 바람직하게는 20 ~ 40 중량부, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법의 제2단계에서 제1단계에서 제조된 원료솜에 카딩(carding)공정을 수행할 수 있다.
카딩 공정은 원료솜을 구성하는 엉클어져 있는 섬유를 1올씩 분리될 때까지 개섬하거나, 섬유 중에 불순물, 잡물, 단섬유, 넵 등을 제거하거나, 섬유를 잡아늘여서 어느정도 나란하거나, 슬라이버(sliver)를 만드는 공정으로서, 추후 제조되는 난연성 부직포의 난연성 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 공정이다. 달리 말하면, 카딩공정은 원료솜을 카드기에 공급하여, 상호 빗질 작용을 받아가면서 섬세하게 개면되어 얇은 거미줄 상태의 포(web)형태로 탈리 즉, 원료솜에 포함된 섬유를 한가닥씩 분리시키는 공정이다.
구체적으로, 본 발명의 카딩공정은 2단계로 수행할 수 있으며, 카드기(플랫 카드(flat card), 롤러 카드(roller card) 등)를 이용하여 원료솜을 1차 빗질하고, 1차 빗질된 원료솜은 다시 카드기(플랫 카드(flat card), 롤러 카드(roller card) 등)를 이용하여 2차 빗질하여, 완전히 빗질되어진 원료솜을 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법의 제3단계에서 제2단계의 카딩공정을 수행한 원료솜에 다층으로 적층하는 성형공정을 수행할 수 있다.
성형공정은 카딩공정을 수행한 원료솜의 웹 포밍(web forming)공정으로, 카팅공정을 수행한 원료솜은 얇은 포(web) 한겹 상태로, 한겹 상태는 너무 얇으므로 제품의 두께와 폭에 따라 필요한 겹 수대로 겹치도록 얇은 포(web) 상태의 원료솜을 적층을 이루도록 하는 공정이다.
성형공정을 통해 수행된 원료솜은 앞서 언급했듯이, 최종적으로 제조된 난연성 부직포가 사용되는 제품이 따라 두께 또는 무게가 결정되므로 일정 두께 또는 무게로 한정되지는 않지만, 바람직하게는 4 ~ 20oz/㎡의 무게, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20oz/㎡의 무게, 더더욱 바람직하게는 13 ~ 17oz/㎡의 무게를 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법의 제4단계에서 제3단계의 성형공정을 수행한 원료솜에 상부 및 하부를 압축하는 펀칭(punching)공정을 수행할 수 있다.
성형공정을 수행한 원료솜은 성형된 웹(web)상태의 개개의 섬유올을 서로 단단하게 결착되어 있지 않고 자연상태로 쌓여만 있는 상태이므로, 펀칭공정은 본 발명의 난연성 부직포의 인장강도, 신도 및 두께를 조정하기 위해 상부 및 하부를 펀칭하여 개개의 섬유 가닥들을 서로 엉키도록하여 결착시키는 공정이다.
구체적으로, 펀칭공정은 바늘(needle)이 달린 펀칭기를 통해 480 ~ 720RPM, 바람직하게는 540 ~ 660RPM으로 30 ~ 120초, 바람직하게는 30 ~ 60초동안 원료솜의 하부를 펀칭하여 원료솜의 하부를 압축하고, 480 ~ 720RPM, 바람직하게는 540 ~ 660으RPM으로 30 ~ 120초, 바람직하게는 30 ~ 60초 동안 원료솜의 상부를 펀칭하여 원료솜의 상부를 압축할 수 있다.
이와 같은 펀칭공정을 수행한 원료솜은 최종적으로 제조된 난연성 부직포가 사용되는 제품이 따라 두께 또는 무게가 결정되므로 일정 두께 또는 무게로 한정되지는 않지만, 바람직하게는 4 ~ 20oz/㎡의 평량, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20oz/㎡의 평량, 더더욱 바람직하게는 13 ~ 17oz/㎡의 평량을 가질 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법의 제5단계에서 제4단계의 펀칭공정을 수행한 원료솜은 건조하여 부직포를 제조할 수 있다.
제5단계의 건조는 120 ~ 200℃의 온도, 바람직하게는 140 ~ 180℃의 온도, 더욱 바람직하게는 150 ~ 170℃의 온도에서 10 ~ 20분, 바람직하게는 13 ~ 17분동안 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법으로 제조된 부직포는 건조 후 추가적으로 냉각공정을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 : 난연성 부직포의 제조
(1) 벨브레이커에 섬도가 3 데니어이고, 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함하는 셀루로우스 난연섬유(Lenzing 사, lenzing FR) 100g, 섬도가 3 데니어이고 120 ~ 180℃의 융점을 가지는 저융점 PET 섬유(Toray 사, EZBON-L) 10g, 섬도가 6 데니어이고 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 PET 난연섬유(휴비스 사, FRF) 15g를 투입하고 혼합하여 원료솜을 제조하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112019048552705-pat00005
상기 화학식 1-1에 있어서, A는 -CH2CH2-이다.
[화학식 2-1]
Figure 112019048552705-pat00006
상기 화학식 2-1에 있어서, R1, R2, R5, R6, R7, R8, R11 및 R12는 수소원자이고, R3, R4, R9 및 R10은 메틸기이다.
(2) 제조된 원료솜을 슈퍼크리너에 투입하여 원료솜은 1차 빗질하고, 1차 빗질된 원료솜은 카드기에 투입하여 2차 빗질하는 카딩공정을 수행하였다.
(3) 카딩공정이 완료된 원료솜을 성형기에 투입하여 원료솜을 적층하는 성형공정을 수행하였다.
(4) 성형공정이 완료된 원료솜을 바늘(needle)이 달린 펀칭기를 이용하여, 원료솜의 하부를 600RPM으로 45초동안 펀칭하고, 원료솜의 상부를 600RPM으로 45초동안 펀칭하여 15oz/㎡의 평량을 가지는 원료솜을 제조하는 펀칭공정을 수행하였다.
(5) 펀칭공정이 완료된 원료솜을 160℃의 온도에서 15분동안 건조하여 본 발명의 난연성 부직포를 제조하였다.
실시예 2 ~ 9, 비교예 1 ~ 2 : 난연성 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 난연성 부직포를 제조하였다. 다만, 하기 표 1에 기재된 바와 같이 원료솜을 제조하는데 사용된 섬유들의 함량을 달리하여 부직포를 각각 제조하였다.
Figure 112019048552705-pat00007
실시예 10 : 난연성 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 난연성 부직포를 제조하였다. 다만, 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함하는 셀루로우스 난연섬유가 아닌 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함하지 않은 일반적인 셀루로우스 난연섬유를 사용하여 난연성 부직포를 제조하였다.
실시예 11 : 난연성 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 난연성 부직포를 제조하였다. 다만, 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 PET 난연섬유가 아닌 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하지 않은 일반적인 PET 섬유를 사용하여 난연성 부직포를 제조하였다.
실시예 12 : 난연성 부직포의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 난연성 부직포를 제조하였다. 다만, 섬도가 6 데니어인 PET 난연섬유 대신, 섬도가 3 데니어인 PET 난연섬유를 사용하여 난연성 부직포를 제조하였다.
실시예 13 : 난연성 부직포의 제조
(1) 벨브레이커에 섬도가 3 데니어이고, 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함하는 셀루로우스 난연섬유(Lenzing 사, lenzing FR) 100g, 섬도가 3 데니어이고 120 ~ 180℃의 융점을 가지는 저융점 PET 섬유(Toray 사, EZBON-L) 10g, 섬도가 6 데니어이고 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 PET 난연섬유(휴비스 사, FRF) 15g, 섬도가 4 데니어인 모다아크릴 난연섬유(Kaneka 사, KANECARON) 30g를 투입하고 혼합하여 원료솜을 제조하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112019048552705-pat00008
상기 화학식 1-1에 있어서, A는 -CH2CH2-이다.
[화학식 2-1]
Figure 112019048552705-pat00009
상기 화학식 2-1에 있어서, R1, R2, R5, R6, R7, R8, R11 및 R12는 수소원자이고, R3, R4, R9 및 R10은 메틸기이다.
(2) 제조된 원료솜을 슈퍼크리너에 투입하여 원료솜은 1차 빗질하고, 1차 빗질된 원료솜은 카드기에 투입하여 2차 빗질하는 카딩공정을 수행하였다.
(3) 카딩공정이 완료된 원료솜을 성형기에 투입하여 원료솜을 적층하는 성형공정을 수행하였다.
(4) 성형공정이 완료된 원료솜을 바늘(needle)이 달린 펀칭기를 이용하여, 원료솜의 하부를 600RPM으로 45초동안 펀칭하고, 원료솜의 상부를 600RPM으로 45초동안 펀칭하여 15oz/㎡의 평량을 가지는 원료솜을 제조하는 펀칭공정을 수행하였다.
(5) 펀칭공정이 완료된 원료솜을 160℃의 온도에서 15분동안 건조하여 본 발명의 난연성 부직포를 제조하였다.
실시예 14 ~ 17 : 난연성 부직포의 제조
실시예 13과 동일한 방법으로 난연성 부직포를 제조하였다. 다만, 하기 표 2에 기재된 바와 같이 원료솜을 제조하는데 사용된 모다아크릴 난연섬유의 함량을 달리하여 부직포를 각각 제조하였다.
Figure 112019048552705-pat00010
실험예 1
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 난연성 부직포에 대해 하기의 물성을 측정하여 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
1. 흡습성 측정
실시예 및 비교예를 통해 제조된 난연성 부직포 각각을 90℃의 건조오븐에서 30분간 충분히 건조시키고 부직포의 무게(=초기 부직포의 무게)를 측정하였다.
그 후, 건조시킨 부직포를 물이 들어있는 비이커에 담그고 5분 정도 충분히 물을 흡수시킨다. 그 뒤, 비이커에 담근 부직포를 핀셋을 이용하여 들어내어 잘 펼쳐서 표면에 묻어있는 물기를 완전히 제거하고, 부직포의 무게(= 물 흡수 후 부직포의 무게)를 측정하여, 하기 관계식 1에 의해 흡습율을 구하였다.
[관계식 1]
Figure 112019048552705-pat00011
2. 건조성 측정
실시예 및 비교예를 통해 제조된 난연성 부직포 각각을 90℃의 건조오븐에서 30분간 충분히 건조시키고 부직포의 무게(=초기 부직포의 무게)를 측정하였다.
그 후, 건조시킨 부직포의 표면에 물 1 ㎖를 떨어뜨리고, 25℃의 온도의 실내에서 물이 완전히 건조되는 시간(= 표면에 물을 떨어뜨린 부직포의 무게가 초기 부직포의 무게와 동일해지는 시간)을 측정하여, 건조성을 구하였다.
3. 난연성능
KS M3032 규정을 통한 한계산소지수(LOI)법에 의해 난연성능을 측정하였다.(난연기준은 28 이상이다.)
Figure 112019048552705-pat00012
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 2에서 제조된 부직포보다 흡습율 및 난연성능이 우수하고, 실시예 3에서 제조된 부직포보다 흡습율 및 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 4에서 제조된 부직포보다 건조성 및 난연성능이 우수하고, 실시예 5에서 제조된 부직포보다 건조성 및 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 6에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 우수하고, 실시예 7에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 8에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 건조성이 우수하고, 실시예 9에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 건조성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 10 및 11에서 제조된 부직포보다 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 실시예 12에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 부직포는 비교예 1 및 2에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
Figure 112019048552705-pat00013
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이, 실시예 13에서 제조된 부직포는 실시예 1에서 제조된 부직포보다 난연성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 13에서 제조된 부직포는 실시예 14에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 우수하고, 실시예 15에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 난연성능이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 13에서 제조된 부직포는 실시예 16에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 건조성이 우수하고, 실시예 17에서 제조된 부직포보다 흡수성 및 건조성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. 인계 난연제, 질소계 난연제, 실리카계 난연제 및 할로겐계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 414 ~ 506℃의 발화점, 20℃의 온도에서 1.35 ~ 1.65g/cm3의 밀도, 175℃ 이상의 열분해 온도를 가지는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여,
    4 ~ 7 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 65 ~ 70℃의 유리전이온도, 250 ~ 255℃의 녹는점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가지는 PET 난연섬유 5 ~ 18 중량부 및
    2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 110 ~ 252℃의 융점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가지는 저융점 PET 섬유 5 ~ 15 중량부를 포함하고,
    상기 PET 난연섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 부직포;
    [화학식 1]
    Figure 112019073760175-pat00015

    상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 부직포.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 난연성 부직포는 매트리스(mattress)용, 이불용 또는 패드(pad)용인 것을 특징으로 하는 난연성 부직포.
  9. 인계 난연제, 질소계 난연제, 실리카계 난연제 및 할로겐계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 414 ~ 506℃의 발화점, 20℃의 온도에서 1.35 ~ 1.65g/cm3의 밀도, 175℃ 이상의 열분해 온도를 가지는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 4 ~ 7 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 65 ~ 70℃의 유리전이온도, 250 ~ 255℃의 녹는점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가지는 PET 난연섬유 5 ~ 18 중량부 및 2 ~ 6 데니어의 섬도, 40 ~ 70mm의 섬유장, 110 ~ 252℃의 융점, 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가지는 저융점 PET 섬유 5 ~ 15 중량부를 혼합하여 원료솜을 제조하는 제1단계;
    상기 원료솜에 카딩(carding)공정을 수행하는 제2단계;
    상기 카딩공정을 수행한 원료솜에 다층으로 적층하는 성형공정을 수행하는 제3단계;
    상기 성형공정을 수행한 원료솜에 상부 및 하부를 압축하는 펀칭공정을 수행하는 제4단계; 및
    상기 펀칭공정을 수행한 원료솜을 건조하여 부직포를 제조하는 제5단계; 를 포함하고,
    상기 PET 난연섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 부직포의 제조방법;
    [화학식 1]
    Figure 112019073760175-pat00016

    상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1단계의 원료솜은 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다아크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부를 더 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 난연성 부직포의 제조방법.
KR1020190055646A 2019-05-13 2019-05-13 난연성 부직포 및 이의 제조방법 KR102029146B1 (ko)

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