KR102340500B1 - 열 융착 컨쥬게이트 섬유 및 이를 생성하는 방법, 및 이를 이용한 부직포 - Google Patents

열 융착 컨쥬게이트 섬유 및 이를 생성하는 방법, 및 이를 이용한 부직포 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 배향도를 억제하면서 높은 결정화도를 갖는 열 융착 컨쥬게이트 섬유 및 이를 이용한 벌키하고 부드러운 부직포를 제공하는 것이다.
본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 제 1 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지, 제 2 컴포넌트로서 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 갖고, 폴리에스테르계 수지의 배향도는 6.0 이하이고, 그 내부에서 결정화도는 20% 이상이다. 컨쥬게이트 섬유는 바람직하게는 제 1 컴포넌트가 코어 컴포넌트이고, 제 2 컴포넌트가 시스 컴포넌트인 시스-코어 컨쥬게이트 섬유이다.

Description

열 융착 컨쥬게이트 섬유 및 이를 생성하는 방법, 및 이를 이용한 부직포
본 발명은 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 코어 컴포넌트의 특정 범위 내의 결정화도 및 배향를 갖는 열 융착 컨쥬게이트 섬유(thermo-fusible conjugate fiber)에 관한 것이다.
열풍(hot air) 또는 열 롤(heat roll)의 열에너지를 이용하여 열 융착에 의해 형성될 수 있는 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 벌키(bulkiness)하고 가요성이 우수한 부직포가 용이하게 획득될 수 있기 때문에, 소비재나 필터 등의 산업 자재 및 기저귀, 냅킨 및 패드등의 위생 재료에 널리 사용 되고 있다. 특히, 위생 재료에서, 인간의 피부에 직접 접촉하는 재료 및 소변과 월경 혈액과 같은 액체를 신속하게 흡수하는 것 때문에 벌키하고 가요성의 중요성의 수준은 상당히 높다. 벌키한 것을 획득하기 위해, 고 강성도 수지를 이용하는 기술 및 높은 비율로 신장함으로써 강성도를 제공하는 기술은 전형적이지만, 그러나 이러한 경우에 획득된 부직포에서 가요성은 축소된다. 반면에 만약 가요성이 우선하는 경우, 벌키함이 감소되고, 획득된 부직포에서 액체 흡수도가 악화된다.
따라서, 벌키함과 가요성을 모두 만족시킬 수 있는 섬유 및 부직포를 획득하기 위한 많은 방법들에 대한 제안들이 이루어졌다. 예를 들면, 코어 컴포넌트(core component)로서 고 아이소택틱(isotacticity) 폴리프로필렌이 적용되고, 시스 컴포넌트(sheath component)로서 폴리에틸렌이 주로 구성된 수지를 적용하는 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 이용함으로써 벌키한 부직포를 생성하는 방법이 개시되어 있다 (특허 문헌 1 참조). 방법은 부직포의 가요성이 충분하지 않은 컨쥬게이트 섬유의 코어 측에 고 강성도의 수지를 사용하여 벌키하게 얻어진 부직포를 제공하며, 특히 만약 써말본딩(thermobonding) 온도가 증가되면, 얻어진 부직포의 벌키함도 또한 감소하므로 둘 다의 만족은 어려웠다.
게다가, 특허 문헌 2에서는, 3 차원 엉킴 처리(entangling processing)는 분열가능한(splittable) 컨쥬게이트 섬유를 함유하는 섬유 웹(fiber web)에 적용되고, 분열가능한 컨쥬게이트 섬유는 가요성을 얻기 위해 극 미세 섬유로 분할된다. 벌키한 부직포는 부직포의 고르지 않은 표면을 생성함으로써 얻어진다. 상기 방법에 따르면, 비록 가요성 및 벌키함이 획득되지만, 분열가능성(splittability)이 저하되는 경우, 분열 섬유는 가요성의 감소의 문제를 일으키는 극 미세 섬유로 형성되지 않고, 이 방법은 안정성에서 불충분하다.
게다가, 특허 문헌 3은, 제 1 컴포넌트 (코어)으로 폴리에스테르계 중합체를 및 그 융점이 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 올레핀계 중합체를 제 2 컴포넌트 (시스)로 갖는 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 유동 신장(flow-stretching) 공정을 용이하고 또한 안정하게 전개할 수 있는 것이 개시되어있고, 여기서 제 1 컴포넌트인 폴리에스테르의 복굴절은 0.150 이하이며, 제 1 컴포넌트 대 제 2 컴포넌트의 복굴절 비율은 3.0 이하이다. 특허 문헌 3의 발명은 작은 섬도를 갖는 열 융착 섬유를 안정적으로 제조 할 수 있음을 개시하고, 열 융착 섬유가 바람직하게는 위생 재료 애플리케이션 및 산업 자재 애플리케이션에서 사용될 수 있음을 설명한다. 그러나, 특허 문헌 3의 발명으로 유동 신장 공정을 통해 생성된 열 융착 컨쥬게이트 섬유에서도 섬유가 부직포에 형성되는 때 가요성 및 벌키함이 항상 만족되지는 않는다.
특허 문헌 No. 1 : JP S63-135549 A. 특허 문헌 No. 2 : JP 2009-13544 A. 특허 문헌 No. 3 : JP 2009-114613 A.
본 발명은 가요성 및 벌키함(bulkiness)을 모두 갖는 부직포를 제공하는 열 융착 컨쥬게이트 섬유 및 이를 이용한 부직포를 제공하기 위해 고안되었다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 연구를 계속하여, 결과적으로 코어 컴포넌트의 분자의 상태에 주목하여, 코어 컴포넌트에 고도의 결정화도(crystallinity)를 갖지만 배향(orientation)의 정도가 억제되는 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 형성함으로써 문제가 해결될 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 이하에 설명된 구조를 갖는다.
항목 1. 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 제 1 컴포넌트는 폴리에스테르계 수지이고, 제 2 컴포넌트는 상기 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지이고,
상기 폴리에스테르계 수지의 배향도(degree of orientation)는 6.0 이하이고, 그 내부에서 결정화도(degree of crystallinity)는 20% 이상이다.
항목 2. 항목 1에 따른 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 있어서, 상기 제 1 컴포넌트는 코어 컴포넌트이고, 상기 제 2 컴포넌트는 시스 컴포넌트인 시스-코어 컨쥬게이트 섬유이다.
항목 3. 항목 1 또는 2에 따른 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 있어서, DSC 측정에서, 245℃ 내지 250℃의 범위에 흡열 피크(endothermic peak)의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 1) 대 251℃ 내지 256℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 2)에 대한 피크 비율 (피크 1/피크 2)은 2.2 이상이다.
항목 4. 항목 1 항 내지 3 항 중 어느 하나의 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 있어서, 단사(single yarn) 섬유 강도는 3.2cN/dtex 이하이다.
항목 5. 항목 1 항 내지 4 항 중 어느 하나의 열 융착 컨쥬게이트 섬유에 있어서, 단사 섬유 연신율(elongation)은 100% 이상이다.
항목 6. 항목 1 내지 5 중 어느 하나에 따른 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 포함하는 시트 형상 섬유 집합체(aggregate).
항목 7. 항목 6에 따른 시트 형상 섬유 집합체는 부직포이다.
항목 8. 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 제조하는 방법에 있어서,
(1) 코어 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지를 적용하고 그리고 시스 컴포넌트로서 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 적용하여 용융 방적(melt spinning)함으로써 미신장된(unstretched) 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 획득하는 단계; 및
(2) 상기 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 온도에서 상기 단계 (1)에서 획득된 상기 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 신장시키는 단계를 포함한다.
항목 9. 부직포의 제조 방법으로서,
(1) 코어 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지를 적용하고 그리고 시스 컴포넌트로서 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 적용하여 용융 방적(melt spin)함으로써 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 획득하는 단계; 및
(2) 상기 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 온도에서 상기 단계 (1)에서 획득된 상기 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 신장시키는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 획득된 상기 시스-코어 컨쥬게이트 섬유인 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 이용하여 소면 방법(carding method)에 의해 섬유 웹(fiber web)을 형성하는 단계; 및
(4) 상기 올레핀계 수지의 융점 이상이고 그리고 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 온도에서 상기 단계 (3)에서 획득된 상기 섬유 웹에 열처리를 적용하여, 상기 섬유 웹의 엉킴 부분(entanglement part)을 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 코어 컴포넌트의 배향도가 낮고 그 내부에서 결정화도가 높은 특징을 가지며, 본 발명의 구조를 갖는 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 가요성이 있고 벌키한 부직포를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 따른 상술된 구조를 갖는 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 또는 부직포는 안정적으로 제공될 수 있다.
본 발명은 이하에서보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 제 1 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지 및 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 융점을 갖는 제 2 컴포넌트로서 올레핀계 수지를 배치함으로써 구성된다.
(제1 컴포넌트)
본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유 (이하에서, 일부 경우들에서 간단히 "컨쥬게이트 섬유(conjugate fiber)"로 지칭된다)의 제 1 컴포넌트를 구성하는 폴리에스테르계 수지는 디올 및 디카르복실산로 중축합(polycondensation)함으로써 획득될 수 있다. 폴리에스테르계 수지의 중축합에 사용되는 디카르복실산의 구체적인 예로서는 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 아디프산 및 세바신산을 포함한다. 또한, 사용되는 디올의 구체적인 예로는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜 및 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함한다.
폴리에스테르계 수지가 본 발명에서 사용될 때, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 방향족 폴리에스테르가 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 방향족 폴리에스테르에 추가하여 지방족 폴리에스테르가 또한 사용될 수도 있고, 바람직한 지방족 폴리에스테르 수지의 구체적인 예로는 폴리락트산 및 폴리부틸렌 숙시네이트를 포함한다. 폴리에스테르계 수지는 호모 중합체 뿐만 아니라 공중합 폴리에스테르 (코폴리에스테르)일 수도 있다. 상기 경우에서, 공중합 컴포넌트로서, 디카르복실산 성분 예컨대, 아디핀산, 세바신산, 프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 디올 성분 예컨대, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 및 광학 이성질체 예컨대, L-락트산이 이용될 수 있다. 이런 공중합체의 구체적인 예는 폴리 부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 포함한다. 또한, 2 종 이상의 폴리에스테르계 수지들이 혼합되어 사용될 수도 있다.
만약 제 1 컴포넌트로서 원료비, 획득된 섬유의 열적 안정성등이 고려되면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 비변성(unmodified) 중합체가 가장 바람직하다.
제 1 컴포넌트는 폴리에스테르계 수지가 그 내부에 함유되는 한 특별히 한정되지는 않지만, 그러나 폴리에스테르계 수지는 바람직하게는 80 중량% 이상의 양으로, 더욱 바람직하게는 90 중량% 이상의 양으로 함유된다. 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 중화제, 핵제, 에폭시 안정제, 슬리핑제, 항균제, 난연제, 대전 방지제(antistatic agent), 안료 및 가소제 등의 첨가제가, 필요에 따라 본 발명의 효과가 악영향을 받지 않는 범위내에서 적절하게 추가로 첨가된다.
(제2 컴포넌트)
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 제 2 컴포넌트를 구성하는 폴리올레핀계 수지는 제 1 컴포넌트를 구성하는 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 상태가 충족되는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐-1, 폴리헥센-1, 폴리옥텐-1, 폴리 (4-메틸펜텐-1), 폴리메틸펜텐, 1,2-폴리부타디엔, 1,4-폴리부타디엔 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 호모중합체에서, 소량의 α-올레핀 예컨대, 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1, 4-메틸펜텐-1이 호모중합체를 구성하는 단량체(monomer) 외에 컴포넌트가 되는 조건하에서 공중합체 컴포넌트로서 함유될 수 있다. 또한, 다른 소량의 에틸렌성 불포화 단량체 예컨대, 부타디엔, 이소프렌, 1,3-펜타디엔, 스티렌, α-메틸스티렌이 공중합체 컴포넌트로서 포함될 수도 있다.
또한, 2 종 이상의 폴리올레핀계 수지가 혼합되어 사용될 수도 있다. 수지로서 바람직하게는, 통상의 지글러-나타 촉매를 이용하여 중합된(polymerized) 폴리올레핀계 수지 뿐만 아니라 메탈로센 촉매를 이용하여 중합된 폴리올레핀계 수지 및 이들의 공중합체가 사용될 수 있다. 또한, 바람직하게 사용될 수 있는 폴리올레핀계 수지의 용융 질량 유량 (이하, MFR(melt mass flow rate)로 약칭됨)은 방적(spinning)이 수행되는 범위내에서는 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 1 내지 100 g/10min 이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 70 g/10min이다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 제 2 컴포넌트를 구성하는 폴리올레핀계 수지는 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 프로필렌을 메인 성분으로 함유하는 공중합체의 군으로부터 선택된 폴리올레핀계 수지 중 적어도 1 종이다. 이들의 구체적인 예들은, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 (프로필렌 호모중합체), 메인 성분으로서 프로필렌을 함유하는 에틸렌-프로필렌 공중합체, 및 메인 성분으로서 프로필렌을 함유하는 에틸렌-프로필렌-부텐-1 공중합체를 포함한다. 본 출원에서, 용어 "메인 성분으로서 프로필렌을 함유하는 공중합체(copolymer containing propylene as a main component)"는 프로필렌 단위가 공중합체를 구성하는 공중합체 컴포넌트에 가장 큰 양으로 함유되는 공중합체를 의미한다.
상술된 MFR이 이외의 폴리올레핀의 물리적 특성들, 예를 들어, 물리적 특성들 예컨대, Q 값 (중량 평균 분자량/수 평균 분자량), 록웰 경도(Rockwell hardness) 및 분지 메틸 사슬의 개수는 물리적 특성이 본 발명에 따른 요건을 충족시키는 한 특별히 제한되지 않는다. 제 2 컴포넌트는 폴리올레핀계 수지가 그 내부에 함유되는 한 특별히 한정되지는 않지만, 그러나 폴리올레핀계 수지는 바람직하게는 80 중량% 이상의 양으로, 더욱 바람직하게는 90 중량% 이상의 양으로 함유된다. 제 1 컴포넌트에 예증된 첨가제가 필요한 경우, 본 발명의 유리한 효과가 악영향을 받지 않는 범위내에서 적절하게 그 안에 함유될 수 있다.
(컨쥬게이트 섬유)
본 발명의 컨쥬게이트 섬유는 바람직하게는 제 1 컴포넌트를 코어 컴포넌트로서, 그리고 제 2 컴포넌트를 시스 컴포넌트로서 갖는 시스-코어 컨쥬게이트 섬유이다. 본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 제 1 컴포넌트와 제 2 컴포넌트의 조합은 제 2 컴포넌트를 구성하는 폴리올레핀계 수지가 제 1 컴포넌트를 구성하는 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 조건이 충족되는 한 특별히 제한되지 않고, 상기에서 설명된 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트로부터 선택에 의해 사용될 수 있다. 제 1 컴포넌트와 제 2 컴포넌트의 조합의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프로필렌의 조합, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 고밀도 폴리에틸렌의 조합, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 선형 저밀도 폴리에틸렌의 조합 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 저밀도 폴리에틸렌의 조합을 포함한다. 조합 중에서 더 바람직한 조합은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 고밀도 폴리에틸렌의 조합이다.
컨쥬게이트 섬유의 컨쥬게이트 형태는 제 1 컴포넌트가 코어 컴포넌트로서 섬유의 안쪽에 배열되고 제 2 컴포넌트가 시스 컴포넌트로서 섬유의 바깥쪽에 배열되는 한 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게 는 제 2 컴포넌트가 섬유 표면을 완전히 덮는 컨쥬게이트 형태이며, 무엇보다도 동심 또는 편심의 시스-코어 구조가 특별히 선호된다. 섬유의 단면 형상으로서, 원 및 타원과 같은 임의의 둥근 형상, 삼각형과 정사각형과 같는 각진 형상, 별 형상 및 네잎 형상과 같은 불규칙적인 형상, 중공 형상 등이 적용될 수 있다.
제 1 컴포넌트와 제 2 컴포넌트를 컨쥬게이트할 때의 성분비(component ratio)는 특별히 한정되지 않지만, 제 1 컴포넌트/제 2 컴포넌트는 바람직하게는 10/90 내지 70/30 (체적비), 보다 바람직하게는 30/70 내지 60/40 (체적비)이다. 이런 범위로의 성분비의 조정은 벌키하고 가요성 있는 부직포를 제공하며, 부직포로 가공성의 균형이 우수한 경향을 가지므로 바람직하다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 섬도(fineness)는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.9 내지 8.0 dtex, 특히 바람직하게는 1.0 내지 6.0 dtex이고, 위생 재료에 사용되는 섬유에 관하여 더욱 바람직하게는 1.3 내지 4.4 dtex이다. 이런 범위 설비에 섬도의 조정은 벌키함과 가요성 둘 모두의 충족을 갖는다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유에서, 제 1 컴포넌트 (코어 컴포넌트)인 폴리에스테르계 수지의 배향도(degree of orientation)는 6.0 이하, 바람직하게는 3.0 내지 6.0이다. 이러한 범위로 배향도의 조정은 가요성을 갖는 부직포를 제공할 수 있다. 배향도는 낮은 것이 바람직하고, 배향도가 6.0을 초과하면 가요성이 불충분해진다. 또한, 폴리에스테르계 수지의 결정화도(degree of crystallinity)는 20% 이상, 바람직하게는 20 내지 30%이다. 이러한 범위로 결정화도의 조정은 벌키함을 갖는 부직포를 제공할 수 있다. 결정화도가 높은 것이 바람직하며, 결정화도가 20% 미만이면, 충분한 벌키함이 획득되기 어렵다. 본 발명은 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 코어 컴포넌트의 배향도 및 결정화도가 부직포의 물리적 특성에 결정적인 영향을 미치고, 또한 배향도 및 결정화도가 상기에서 설명된 범위 내에 있도록 함으로써 가요성 및 벌키함 둘 모두를 갖는 부직포를 제공할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명에서 특정된 컨쥬게이트 섬유의 코어 컴포넌트 의 배향도 및 결정화도는 공지된 방법에 따라 측정될 수 있다. 예를 들어, 배향 정도는 예컨대, 복굴절, X-선 회절 및 레이저 라만 분광법과 같은 방법에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 복굴절, X-선 회절 및 레이저 라만 분광법에 의해 결정화도가 획득될 수 있다. 특히, 본 발명에서 "배향도가 6.0 이하이다"는 나중에 상세하게 설명되는 것처럼 레이저 라만 분광법에 기반된 배향도 측정에 의해 획득된 값이 6.0 이하인 것을 의미한다. 게다가, 본 발명의 "결정화도가 20% 이상이다"는 나중에 상세하게 설명되는 것처럼 레이저 라만 분광법에 기반된 결정화도의 측정에 의해 획득된 값이 20% 이상인 것을 의미한다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유에서, DSC 측정에 있어서, 245℃ 내지 250℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 1) 대 251℃ 내지 256℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 2)에 대한 피크 비율 (피크 1/피크 2)는 2.2 이상인 것이 바람직하고, 2.2 내지 8.0 인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에서 지정된 피크 비율은 컨쥬게이트 섬유의 코어 컴포넌트의 결정화도를 반영한 값으로 간주되며, 상기 범위내 피크 비율이 사용은, 섬유가 강성도 및 벌키함을 갖는 것을 허용할 수 있다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 단사 섬유 연신율은 100% 이상인 것이 바람직하고, 100 내지 200% 인 것이 더욱 바람직하다. 연신율이 상기 범위에 있는 컨쥬게이트 섬유를 사용함으로써, 부직포에 가요성을 부여할 수 있다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 단사 섬유의 강도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 위생 재료에 사용되는 섬유에서는, 바람직하게는 1.0 내지 4.0 cN/dtex이고, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 3.2 cN/dtex이다. 상기 범위의 강도의 사용은 섬유가 형태 안정성 및 벌키함 양쪽 모두를 가질 수 있게 한다.
(컨쥬게이트 섬유의 제조 방법)
본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 제조 방법이 설명될 것이다.
컨쥬게이트 섬유는, 예를 들면 아래에 설명된 대로 제조될 수 있다. 우선, 본 발명의 컨쥬게이트 섬유의 원재료로서 사용되는 폴리에스테르계 수지를 제 1 컴포넌트로서 배열하고, 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 제 2 컴포넌트로서 배열하여 제 1 컴포넌트와 제 2 컴포넌트가 용융 방적에 의해 동심 및 시스-코어 형태로 컨쥬게이트 미신장된 섬유를 준비한다.
용융 방적시의 온도 조건은 특별히 제한되지 않지만, 방적 온도는 바람직하게는 250℃ 이상, 더욱 바람직하게는 280℃ 이상, 더욱 바람직하게는 300℃ 이상이다. 만약 방적 온도가 250℃ 이상이면, 방적시의 섬유 파손의 횟수를 감소시킬 수 있고, 신장된 후에 연신율이 용이하게 유지되는 미신장된 섬유가 획득될 수 있고, 따라서 이러한 경우가 바람직하다. 만약 방적 온도가 280℃ 이상이면, 상기 효과가 더 크게 되고, 만약 방적 온도가 300℃ 이상이면, 효과가 상당히 더 크게 되어 따라서 이러한 경우들이 바람직하다. 온도의 상한은 방적이 바람직하게 수행될 수 있는 온도가 적용되는 한 특별히 제한되지 않는다.
또한, 방적 속도는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 300 내지 1500 m/min, 더욱 바람직하게는 400 내지 1000 m/min이다. 만약 방적 속도가 300m/min 이상이면, 미신장된 섬유 획득시 단일-홀(single-hole) 출력이 증가되고, 만족스러운 생산성이 획득될 수 있으며, 따라서 이러한 경우가 바람직하다.
상술한 조건에서 획득된 미신장된(unstretched) 섬유는 신장 공정에서 신장 처리를 실시한다. 신장 온도는 제 1 컴포넌트를 구성하는 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30 내지 70℃ 만큼 더 높고 그리고 제 2 컴포넌트를 구성하는 폴리올레핀계 수지의 융점보다 낮은 온도이고, 바람직하게는 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30 내지 60℃ 이상 높고, 그리고 폴리올레핀계 수지의 융점 보다 낮다.
본 출원에서, 신장 온도(stretching temperature)는 신장 개시 위치에 있는 섬유의 온도를 의미한다. 만약 신장 온도가 "제 1 컴포넌트 + 30℃ 인 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도" 의 레벨 이상이면, 섬유가 고 변형 속도(strain rate)로 보다 구체적으로, 고 비율에서 신장될 때에도 효과가 획득되므로, 그러한 경우가 바람직하다. 또한, 신장 공정에서 서로 섬유의 융착에 의해 비안정화되는 것을 억제하기 위해 신장 온도가 제 2 컴포넌트인 올레핀계 수지의 융점보다 낮은 레벨로 조정되는 것이 요구된다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트로서, 70℃인, 유리 전이 온도에 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 그리고 130℃의 융점을 갖는 고밀도 폴리에틸렌을 제 2 컴포넌트로서 배치함으로써 준비된 미신장된 섬유를 신장하는 경우에, 100℃ 이상이고 130℃보다 낮은 신장 온도가 인가된다. 신장 온도가 100℃ 이상이면, 섬유에 열량(amount of heat)이 증가되고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 고밀도 폴리에틸렌간의 신장성(stretchabiility)에서의 차이가 축소된다. 따라서, 시스-코어 박리 유발의 위험이 부직포를 형성하는 단계에서 소면 공정동안에 감소된다.
신장율(stretch ratio)는 미신장된 섬유의 파단시에 신장률의 75 내지 95%이고, 바람직하게는 이의 80 내지 95%, 및 더욱 바람직하게는 이의 85 내지 90%의 범위이다. 추가하여, 파단시에 신장율은 미신장된 섬유가 신장될 때 섬유가 파단될 때 신장율을 의미한다.
다음에, 신장 공정에서 획득된 신장된 섬유는 기계적으로 권축(crimped)되고, 그런 다음 열처리에 의해 건조시켜 결정화를 진행시킨다. 건조 온도로서, 건조는 바람직하게는 제 2 컴포넌트의 융점보다 낮은 온도 범위에서 수행되지만, 그러나 15℃를 초과하는 만큼 낮지는 않다.
소면 공정을 채용할 때, 부직포에 본 발명의 컨쥬게이트 섬유를 처리하면, 섬유가 소면 기계를 통해 섬유를 전달하기 위해 임의의 길이로 절단될 필요가 있다. 섬유가 절단되는 길이, 즉 절단 길이는 15 내지 125 mm 범위에서 선택될 수 있고, 섬도 및 소면 기계를 통과하는 성능을 고려하여, 바람직하게는 30 내지 75mm이다.
본 발명의 컨쥬게이트 섬유를 부직포로 가공하기 위해서는, 바람직하게는 섬유 웹(fiber web)이 형성된 후, 열처리가 거기에 적용되어 섬유 웹을 구성하는 섬유의 엉킴 지점들의 열 융착을 일으켜서 부직포를 형성하는 기술이 적용된다. 섬유 웹을 형성하는 방법은 소면 기계를 통해 전술한 바와 같이 소정의 길이로 절단하여 섬유를 통과시키는 소면 방법을 포함하고, 벌키한 소면 웹을 형성하기 위해 해당 소면 방법이 바람직하게 적용된다.
소면 방법에 의해 형성된 섬유 웹에 열처리를 적용하는 공지된 방법은 예컨대, 열풍 본딩 방법 및 열 롤 본딩 방법과 같은 방법을 포함하고, 열풍 본딩 방법은 본 발명의 컨쥬게이트 섬유가 섬유 웹으로 형성된 후 적용될 열 처리 방법으로 선호된다. 열풍 본딩 방법은 섬유 웹의 엉킴 부분을 본딩시키기 위해 섬유 웹을 구성하는 컨쥬게이트 섬유의 저 융점 컴포넌트를 연화 및 용융시키기 위한 가열된 공기 또는 증기가 전체적으로 또는 부분적으로 섬유 웹에 통과되는 방법이고, 그리고 열 롤 본딩 방법에서 처럼 벌키함에 악영향을 미치도록 미리 결정된 영역이 가압되는 그런 방법은 아니어서 본 발명의 목적으로서 양호한 질감을 갖는 벌키한 부직포를 제공하기에 적합한 열처리 방법이다.
예들
아래에 설명된 예제는 단지 설명을 위한 것이다. 본 발명의 범위는 본 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명에서의 물리적 특성 평가는, 이하에 설명되는 방법에 따라 수행되었다.
(용융 질량 유량 (MFR)의 측정)
용융 질량 유량은 JIS K 7210에 따라 측정되었다. 여기서, MI는 부록 A의 표 1에서 조건 D (시험 온도 : 190℃, 하중 : 2.16kg)에 따라 측정되었고, MFR은 조건 M (시험 온도 : 230℃, 하중 : 2.16kg)에 따라 측정되었다.
(배향도(degree of orientation))
측정은 Nanophoton Corporation에 의해 제조된 레이저 라만 현미경을 사용하여 수행되었다. 섬유의 길이 방향으로 편광된 레이저 광으로 섬유를 조사함으로써 섬유의 길이 방향으로 편광된 라만 산란 광을 검출함으로써 획득된 라만 스펙트럼의 1615㎝-1 근방의 피크 강도 (벤젠 고리 C = C 신장 밴드)가 Iyy로 취해지고, 섬유의 직경 방향으로 편광된 레이저 광으로 섬유를 조사함으로써 섬유의 직경 방향으로 편광된 라만 산란 광을 검출함으로써 획득된 라만 스펙트럼의 1615cm-1 대역의 피크 강도 Ixx로 취한 때의 이하의 식으로부터 섬유의 배향도가 결정되었다.
배향도 = Iyy/Ixx
(결정화도)
Nanophoton Corporation에서 제조된 레이저 라만 현미경을 사용하여 아래에 설명된 공식으로부터 계산이 수행되었다.
감소된 밀도 ρ (g/㎤) = (305 - Δυ1730)/209
결정화도 χ (%) = 100 × (ρ-1.335)/(1.455 - 1.335)
추가하여, Δυ1730는 1730 (cm-1) 근처에 라만 밴드 (C = O 신장 밴드)의 반치 최대값(half maximum)에서의 전체 폭(full width)이다.
(DSC)
측정은 TA Instruments Inc에서 제조한 DSC "Q-10" 이용하여 수행되었다. 섬유는 4.20 내지 4.80 mg 질량이 되도록 절단되고, 절단된 섬유가 샘플 팬에 패킹(pack)되고, 커버가 그 위에 놓였다. 측정은 N2 퍼징(purging)에 30℃ 내지 300℃에서 10℃/min의 가열 속도로 수행되었고, 용융 차트가 획득되었다. 차트가 분석되었고, 245℃ 내지 250℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 1) 대 251℃ 내지 256℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이 (피크 2)에 대한 피크 비율 (피크 1/피크 2)이 결정되었다.
(단일 섬유 강도 및 연신율)
측정은 JIS L 1015에 따라 신장된 섬유에 대해 수행되었다.
(가요성)
샘플 부직포는 150mm × 150mm로 절단되었고, 표면 평활성, 완충 특성, 드레이프(drape) 특성 등의 관점에서, 다섯 명의 패널에 의해 센서 테스트로 판단이 수행되었다. 그 평가 결과는 이하와 같이 분류되었고, 평가는 이하에 설명된 3 단계의 기준에 기초하여 이루어졌다.
양호 : 5 명의 패널 모두가 " 만족스럽다고 " 느낌
마진 : 1 내지 2 명의 패널리스트가 " 만족스럽지 않다고 " 느낌
불량 : 3 인 이상의 패널들이 '불만족스럽다고' 느낌
(비체적(specific volume)(벌키함(bulkiness)))
부직포의 두께는 Digimatic Indicator (Mitutoyo Corporation에 의해 제조된)를 사용하여 3.5 g/㎠의 하중을 인가한 상태에서 측정되었다. 후술하는 수치 표현을 사용하여 측정된 두께로부터 비체적을 산출하였다.
부직포의 비체적 (cm3/g) = 부직포의 두께 (mm)/부직포의 평량(basis weight) (m2/g) × 1000
평가는 획득된 비체적의 값으로부터 벌키함에 대하여 수행되었고, 후술하는 바와 같이 분류가 수행되었고, 평가는 후술하는 세 단계의 기준에 따라 이루어졌다.
양호: 70 cm3/g 이상의 비체적.
마진: 60 내지 69 cm3/g 비체적
불량: 60 cm3/g 미만의 비체적
예제 및 비교예에서의 열 융착 컨쥬게이트 섬유가 이하에 설명된 표 1에 나타낸 바와 같은 조건들하에 재료들을 이용함으로써 제조되었다.
(열가소성 수지)
이하에 설명된 수지는 컨쥬게이트 섬유를 구성하는 열가소성 수지로서 사용되었다.
제 1 컴포넌트 : 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (약칭 : PET) 이는 고유 점도(intrinsic viscosity)가 0.64이고 유리 전이 온도는 70℃이다.
제 2 컴포넌트 : 고밀도 폴리에틸렌 (약칭 : PE) 이는 밀도가 0.96 g/cm3이고, MFR (190℃, 하중 : 21.8 N)이 16 g/10min이고, 융점은 130℃ 이다.
(열 융착 컨쥬게이트 섬유의 제조)
방적(spinning)은 표 1에 도시된 열가소성 수지를 이용함으로써 그리고 표 1에 도시된 압출 온도 및 컨쥬게이션 비율(체적비)에서 코어 측에 제 1 컴포넌트를 그리고 시스 측에 제 2 컴포넌트를 배치함으로써 수행되었다.
획득된 미신장된 섬유는 신장 온도를 90 내지 125℃로 설정하고 신장 기계를 사용하여 표 1에 도시된 조건들하에서 신장 공정을 실시하였다. 그 후, 열 융착 컨쥬게이트 섬유는 표 1 에 도시된 건조 온도 (열처리 온도)에서 5 분간 건조 공정 (열처리 공정)을 적용함으로써 획득되었다.
(부직포로 가공)
열 융착 컨쥬게이트 섬유는 섬유 웹을 수집하기 위해 롤러 소면 기계에 공급되었고, 100cm x 30cm 의 치수를 갖는 샘플이 섬유 웹으로부터 절단되었고, 평량 약 25g/m2를 갖는 부직포로 시스 컴포넌트를 열적으로 융착시키기 위해 130℃의 처리 온도에서 열풍 순환 식의 열 처리 기계를 이용하여 열 처리가 샘플에 적용되었다.
각각의 예제 및 각각의 비교에서 제조 조건 및 물리적 특성 평가 결과가 총괄하여 표 1에 도시되었다.
Figure 112018128236342-pct00001
표 1의 결과로부터, 본 발명에 관한 예들 1 내지 4 에서는, 배향도가 6.0 이하이고, 결정화도가 20% 이상이다. 본 발명의 컨쥬게이트 섬유를 사용하여 제조된 부직포는 배향도가 억제되었지만 결정화도를 증가시킴으로써 가요성이 있고 벌키함을 갖는 제품을 제공하였다.
한편, 비교예 2 의 컨쥬게이트 섬유는 배향도가 6.0 이하이지만 결정화도가 20% 이상이 아니다. 따라서, 컨쥬게이트 섬유를 사용하여 제조된 부직포는 가요성를 갖지만 벌키함이 없는 제품을 제공한다는 것을 발견하였다. 비교예 3의 컨쥬게이트 섬유에서, 결정화도는 20% 이상이지만, 배향도는 6.0 이하가 아니다. 따라서, 컨쥬게이트 섬유를 사용하여 제조된 부직포는 개선된 벌키함을 갖지만 열악한 가요성을 갖는 제품을 제공한다는 것이 발견되었다.
본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유로부터, 높은 가요성 및 탁월한 벌키함을 갖는 부직포가 그 내부에서 배향도가 억제되지만 폴리에스테르계 수지의 결정화도를 높임으로써 제조될 수 있다. 본 발명의 열 융착 컨쥬게이트 섬유로부터 획득된 부직포는 가요성 및 벌키함에서 탁월하고, 따라서 벌키함 및 가요성이 요구되는 애플리케이션에서 예를 들어, 벌키함과 가요성이 요구되는 다양한 직물 제품들에 대한 애플리케이션 예컨대, 기저귀, 냅킨 및 요실금 패드를 포함하는 흡수성 물품, 가운 및 외과용 가운을 포함하는 의료 및 위생 재료, 벽 시트, 쇼지 페이퍼(shoji paper) 및 바닥 재료를 포함하는 실내 내장재, 덮개 천, 클리닝용 와이퍼 및 부엌 쓰레기 커버를 포함하는 생활 관련 재료, 일회용 화장실 및 화장실 커버를 포함하는 화장실 생성물, 애완동물용 시트, 애완 동물용 기저귀, 애완 동물용 수건을 포함하는 애완 동물용 물품, 닦는 재료, 필터, 완충재, 오일 흡착제 및 잉크 탱크용 흡착제를 포함하는 산업재, 일반 의료용 재료, 침대 의류 및 수유 용품에서 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 열 융착 컨쥬게이트 섬유(thermo-fusible conjugate fibers)에 있어서,
    제 1 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지, 제 2 컴포넌트로서 상기 제 1 컴포넌트의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 포함하고, 상기 폴리에스테르계 수지의 배향도(degree of orientation)는 6.0 이하로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 가요성을 조정하고, 그 내부에서 결정화도(degree of crystallinity)는 20% 이상으로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 벌키함을 조정하는, 열 융착 컨쥬게이트 섬유.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 컴포넌트는 코어 컴포넌트이고, 상기 제 2 컴포넌트는 시스 컴포넌트인 시스-코어 컨쥬게이트 섬유(sheath-core conjugate fibers)인, 열 융착 컨쥬게이트 섬유.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, DSC 측정에서, 245℃ 내지 250℃의 범위에 흡열 피크(endothermic peak)의 최대 흡열 피크의 피크 높이 대 251℃ 내지 256℃의 범위에 흡열 피크의 최대 흡열 피크의 피크 높이에 대한 피크 비율은 2.2 이상인, 열 융착 컨쥬게이트 섬유.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 단사(single yarn) 섬유 강도는 3.2cN/dtex 이하인, 열 융착 컨쥬게이트 섬유.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 단사 섬유 연신율은 100% 이상인, 열 융착 컨쥬게이트 섬유.
  6. 시트 형상 섬유 집합체(aggregate)로서, 청구항 1에 따른 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 포함하는, 시트 형상 섬유 집합체.
  7. 청구항 6에 있어서, 부직포인, 시트 형상 섬유 집합체.
  8. 열 융착 컨쥬게이트 섬유를 제조하는 방법에 있어서,
    (1) 코어 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지를 적용하고 그리고 시스 컴포넌트로서 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 적용하여 용융 방적(melt spinning)함으로써 미신장된(unstretched) 시스-코어(sheath-core) 컨쥬게이트 섬유를 획득하는 단계; 및
    (2) 상기 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 온도에서 상기 단계 (1)에서 획득된 상기 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 신장시키는 단계(stretching);를 포함하되,
    상기 폴리에스테르계 수지의 배향도(degree of orientation)는 6.0 이하로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 가요성을 조정하고, 그 내부에서 결정화도(degree of crystallinity)는 20% 이상으로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 벌키함을 조정하는, 방법.
  9. 부직포의 제조 방법으로서,
    (1) 코어 컴포넌트로서 폴리에스테르계 수지를 적용하고 그리고 시스 컴포넌트로서 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 융점을 갖는 올레핀계 수지를 적용하여 용융 방적(melt spinning)함으로써 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 획득하는 단계;
    (2) 상기 폴리에스테르계 수지의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 온도에서 상기 단계 (1)에서 획득된 상기 미신장된 시스-코어 컨쥬게이트 섬유를 신장시키는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)에서 획득된 상기 시스-코어 컨쥬게이트 섬유인 상기 열 융착(thermo-fusible) 컨쥬게이트 섬유를 이용하여 소면 방법(carding method)에 의해 섬유 웹(fiber web)을 형성하는 단계; 및
    (4) 상기 올레핀계 수지의 융점 이상이고 그리고 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 낮은 온도에서 상기 단계 (3)에서 획득된 상기 섬유 웹에 열처리를 적용하여, 상기 섬유 웹의 엉킴 부분(entanglement part)을 본딩하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리에스테르계 수지의 배향도(degree of orientation)는 6.0 이하로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 가요성을 조정하고, 그 내부에서 결정화도(degree of crystallinity)는 20% 이상으로 유지하여 상기 열 융착 컨쥬게이트 섬유의 벌키함을 조정하는, 방법.
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