KR102408044B1 - 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 난연성능을 우수하고, 연소 면적이 감소되며, 반복 사용에도 불구하고 텐션력을 유지할 수 있으며 제조 후 화학 성분 냄새 발생을 억제할 수 있는 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유 10 ~ 20 중량부 및;난연 모다크릴 섬유 10 ~ 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법{flame-retardant nonwoven fabrics for bedclothes and manufacturing method thereof}
본 발명은 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 난연성능을 우수하고, 연소 면적이 감소되며, 반복 사용에도 불구하고 텐션력을 유지할 수 있으며 제조 후 화학 성분 냄새 발생을 억제할 수 있는 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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.
또한, 이러한 솜을 이용하여 각종 이불과 패드를 만들기 위해서는 일반원단에 상기 솜을 적층하여 누비된 원단으로 만들고 있다.
일반적으로 침구는 잠을 자는데 쓰이는 이부자리, 베개 따위를 지칭하고 있으며, 사람의 신체가 직접적으로 접촉되는 것으로서, 항균, 살균, 탈취의 기능을 추구하고 있다.
여기서 침구의 사용시에는 아무런 불편함과 문제점이 없으나, 사용 도중 예기치 못한 불상사로 인해 집에 화재가 발생하여 불꽃이 침구에 점화되었을 경우에 단순한 섬유소재로 되어 있는 침구가 수월하게 소각되고, 소각시 인체에 유해한 유독가스 등이 발생됨에 따라 더 큰 화재와 인명 피해를 입게 되는 등의 주요 요인이 된다.
이러한 연소의 문제를 해결하기 위하여 종래 기술1인 한국 특허등록 10-1980312에서는 셀룰루우스 난연섬유 100중량부에 대해서, 저융점 PET섬유 5~15중량부 및 PET난연섬유 20~40중량부로 구성된 침구용 난연성 부직포를 개시하고 있었으며, 또한, 종래 기술2인 한국등록특허 10-2029146에서는 셀룰루우스 난연 섬유 100중량부에 대해서 PET난연섬유 5~18중량부, 저융점 PET 섬유 5~15중량부로 갖는 난연성 부직포를 개시하고 있었다.
종래기술3인 한국등록특허 10-2303920에서는 셀룰루우스 난연섬유 및 이의 표면을 덮는 코팅층을 포함하는 난연성 부직포가 개시되어 있었다.
그런데, 이러한 종래기술1,2,3의 경우 난연성능이 부족하고, 연소 면적이 상대적으로 크며, 잔여 불꽃이 발생한다는 문제점이 있었다.
또한, 제조과정 이후 완성된 제품에서 특유의 화학 성분 향이 유발되어 소비자에게 불쾌감을 유발할 수 있다는 문제점도 있었다.
종래기술1: 한국특허등록 10-1980312 (2019. 5. 20) 종래기술2: 한국등록특허 10-2029146 (2019. 10. 7) 종래기술3: 한국등록특허 10-2303920 (2021. 9. 17)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 난연성능이 우수하고, 연소 면적이 감소되며, 반복 사용에도 불구하고 텐션력을 유지할 수 있으며 화학성분 냄새의 발생을 억제할 수 있는 침구용 난연성 부직포 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유 10 ~ 20 중량부 및; 난연 모다크릴 섬유 10 ~ 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침구용 난연성 부직포를 제공한다.
난연 비스코스 섬유는 비스코스 레이온이며, 난연 비스코스 섬유는 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 어느 1종 이상의 난연제가 포함된 2 ~ 5데니어 섬도, 20 ~ 60mm 의 섬유장의 특징을 갖고, 난연 모다크릴 섬유는 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 어느 1종 이상의 난연제가 포함된 1.5 ~ 3데니어의 섬도, 20 ~ 60mm의 섬유장, 크림프 형상을 가지며, 저융점 PET 섬유는 2 ~ 4데니어의 섬도, 20 ~ 60mm의 섬유장, 110 ~ 260℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 난연 비스코스 섬유 및 난연 모다크릴 섬유는 KS M3032 규격에 따른 한계산소지수(Limited oxygen index : LOI)법에 의해 측정하였을 때, 평균 LOI 값이 26 내지 36의 난연 성능을 가지고, 평균 섬도가 1.5 ~ 5 데니어이며, 평균 섬유 길이가 20 내지 60mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (1) 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대해 난연 모다크릴 섬유 10 ~ 40 중량부 저융점 PET 섬유를 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 원료솜을 제조하는 단계;
(2) 상기 (1)단계에서 제조된 원료솜에 카딩(carding) 공정을 수행하는 단계;
(3) 상기 (2) 단계를 거친 원료솜에 다층으로 적층하는 성형 공정을 수행하여 두께감과 텐션력을 생성하는 단계;
(4) 상기 (3) 단계를 거친 원료솜에 상부 및 하부를 압축하며 내부 섬유의 크림프를 형성하고 엉키게 하는 펀칭 공정을 수행하는 단계; 및
(5) 상기 (4) 단계를 거친 원료솜을 건조시켜 100~ 270℃의 건조공정을 통하여 고정력을 가진 부직포를 제조하는 단계;를 포함하는 침구용 난연성 부직포의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (3) 의 단계를 거치며, 20mm 이상 60mm 이하의 두께감을 가지는 원료솜이 적층되는 단계와, (5) 단계를 거치며, (1) 단계에서 혼합된 저융점 PET 섬유가 해당 건조구간에서 녹아내리면서 각 난연섬유간에 융착되어 바인더 역할하여 두께감과 텐션력을 유지시켜 주는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면 난연성능이 우수하고 화염 전파력이 낮아진다는 장점이 있으며, 특히 LOI가 26 이상의 수치를 보이고, 더 나아가 매트리스의 상부 연소 면적이 줄어들며, 잔여 불꽃의 잔존이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 시료와 종래기술의 시료를 토치를 이용하여 연소시키는 경우, 본 발명의 경우 시료의 외형이 유지되면서, 표면이 그을린 정도만 되고, 중량감소율 또한 20%미만이 된다는 장점도 있다.
또한, 본 발명의 경우, 종래 기술에 비해서 난연 패딩의 텐션력이 우수하고, 텐션력의 지속성도 우수하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 경우, 모다아크릴이 함유되어 완제품에서 발생하는 신제품 특유의 화학성분향의 발생을 감소시킬 수 있어, 소비자의 불편함 또는 불쾌감 발생을 최대한 억제할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 경우, 종래 기술과 같이 난연 비스코스 섬유에 난연 PET와 모다아크릴이 동시 혼합되지 않고, 모다 아크릴 단독 첨가되는데, 모다 아크릴 자체가 내열 특성이 있기 때문에 충분히 LOI 26~32 의 성능을 발휘할 수 있으며 별도의 특별한 난연제나 난연 PET와 같은 추가적인 성분 없이도 난연 성능을 발휘할 수 있다. 그리고, 난연제가 후처리된 난연 섬유보다는 장기간 물리적 충격시 내구성이 상대적으로 뛰어나다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명에서 난연 성능 연소 실험을 위한 시료를 준비하는 단계를 도시한 것이다.
도2는 본 발명에서 난연 성능 연소 실험을 위한 점화원의 조건을 도시한 것이다.
도3은 본 발명에서 난연 성능 연소 실험을 위한 실험 방법 상태를 도시한 것이다.
도5는 본 발명에서 난연 성능 연소 실험 결과 적합성 판정을 받은 시료의 사진들이다.
도6은 본 발명에서 난연 성능 연소 실험 결과 부적합성 판정을 받은 시료의 사진들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 난연 성능을 갖는 패딩 부직포는 난연 비스코스 섬유와, 저융점 PET와, 난연 모다크릴을 포함한다.
본 발명에 따른 난연 비스코스섬유는 셀룰루우스를 주성분으로 하고, 난연성 성분을 포함하여, 우수한 난연성을 갖는 섬유로서, 바람직하게는 비스코스 레이온(Viscose Rayon)이라고 할 수 있다.
비스코스 레이온은 인공의 재생 셀룰로오스이다. 정제한 셀룰루우스, 주로 화학적으로 변환된 가용성 화합물인 용해 펄프로부터 만든다.
비스코스 레이온 직물은 면이나 마와 같이 대표적인 셀룰루우스 섬유 중 하나이지만 천연원료를 이용하여 습식 및 건식방사 등을 통한 인공적으로 생산된 소재로 기본적으로 "셀룰루우스-1" 로 이루어진다. 이러한 구조는 물리·화학적 가공을 통하여 린넨과 같은 외관과 촉감을 갖을 수 있다.
한편, 본 발명의 난연 비스코스 섬유는 360 ~ 560℃의 발화점, 바람직하게는 414 ~ 506℃의 발화점(ignition temperature)을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 난연 비스코스 섬유는 20℃의 온도에서 1.35 ~ 1.65g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.
그리고, 본 발명의 난연 비스코스 섬유는 175℃ 이상의 열분해(thermal decomposition) 온도를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 난연 비스코스 섬유에는 난연성 성분이 포함될 수 있으며, 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 선택된 어느 1종 이상의 난연제가 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 난연 비스코스 섬유는 2 ~ 5 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 2 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 않을 문제가 있을 수 있고, 5 데니어를 초과하면 부직포의 벌키성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 난연 비스코스 섬유는 20 ~ 60mm의 섬유장을 가질 수 있으며, 만일 섬유장이 20mm미만이면 적층시에 엉킴이 없어 섬유 형성의 어려움이 있을 수 있고, 60mm를 초과하면 제조시 카드기에서 잘 빠져나오지 않아 제품화에 어려움이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포는 모다크릴 난연섬유(modacrylic flame-retardant fiber)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 모다크릴 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 모다크릴섬유는 광범위의 아크릴로니트릴 코폴리머에서 방적되어 제조될 수 있다. 또한 모다크릴 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 모다크릴 섬유의 종류는 이들의 조성물에 의존하여 특성이 넓은 변동이 가능할 수 있다.
모다크릴 난연 섬유는 염소(Cl)을 보유하고 있으므로 불에 타지 않는 난연성 또는 방염성의 특성을 갖는다.
본 발명의 모다크릴 난연섬유는 난연제의 후가공 처리에 의해 KS M3032 규정을 통한 한계산소지수(Limited oxygen index : LOI)법에 의해 측정시, 20 ~ 40의 난연성능을 가지는 모다크릴 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 난연성 부직포는 셀루로우스 난연섬유 100 중량부에 대하여, 모다크릴 난연섬유 10 ~ 40 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 모다크릴 난연섬유가 10 중량부 미만으로 포함한다면 작업성이 떨어지는 문제가 있고, 흡수성 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 40 중량부를 초과하여 포함한다면 셀루로우스 난연 섬유의 특성이 잘 나타나지 않는 문제가 있을 수 있고, 흡수성 및 건조성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 모다크릴 난연섬유는 1.5 ~ 3 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 크림프 형상을 가질 수 있다. 만일 섬도가 1.5 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 문제가 있을 수 있고, 3 데니어를 초과하면 건조시에 시간이 많이 필요함으로 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 모다크릴 난연 섬유에는 난연성 성분이 포함될 수 있으며, 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 선택된 어느 1종 이상의 난연제가 포함될 수 있다.
본 발명의 저융점 PET 섬유는 110 ~ 260℃의 융점을 가지는 PET섬유일 수 있다. 또한, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 1.24 ~ 1.52g/cm3의 비중을 가질 수 있다.
저융점 PET섬유는 가열 챔버 내의 110∼260℃의 온도에서 용융되어 난연 비스코스 섬유와 모다크릴 난연섬유을 서로 접착시켜주는 역할을 한다. 상기 가열 챔버에서 열융착을 하기 전에 니들 펀칭(needle punching)을 하여 난연 비스코스 섬유와 모다크릴 난연섬유를 결합시킬 수 있다. 다만, 부직포의 두께가 10 mm 이하인 경우에는 열융착을 하지 않고 니들 펀칭에 의하여 부직포를 제조할 수도 있다.
본 발명의 침구용 난연성 부직포는 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유 10 ~ 20 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 저융점 PET 섬유가 10 중량부 미만으로 포함한다면 난연 비스코스 섬유와 난연 모다크릴 섬유의 조합의 불균형 문제가 있으면서, 웹 형태의 접착이 잘 이루어지지 않아서 아주 쉽게 층 분리가 되는 형태가 발생하고 더 나아가서 5 중량부 수준이면 니들 펀칭 공정을 거친다고 하더라도 층분리가 되면서 떨어지는 현상이 발생하며, 이러한 상태에서 부직포 적층과 패딩솜이 제조되어 매트리스에 사용될 경우 일부 영역에서 텐션력이 불균일하게 나타나거나, 패딩솜의 뭉침 현상이 나타날 수 있다.
그리고, 인장강도 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 20 중량부를 초과하여 포함한다면 건조시 시간이 많이 필요함으로 효율성이 문제가 있을 수 있고, 신도 및 난연성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 저융점 PET 섬유는 2 ~ 4 데니어의 섬도를 가질 수 있으며, 만일 섬도가 2 데니어 미만이면 적층시에 면이 균등하지 않을 문제가 있을 수 있고, 4 데니어를 초과하면 건조시에 시간이 많이 필요함으로 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 저융점 PET 섬유는 20 ~ 60mm의 섬유장을 가질 수 있으며, 만일 섬유장이 20mm미만이면 적층시에 엉킴이 없어 섬유 형성의 어려움이 있을 수 있고, 60mm를 초과하면 제조시 카드기에서 잘 빠져나오지 않아 제품화에 어려움이 있을 수 있다.
본 발명의 난연성 부직포는 KS M3032 규정을 통한 한계산소지수(Limited oxygen index :LOI)법에 의해 측정시, 26 ~ 32의 난연성능을 가질 수 있으며, 상세하게는 난연 비스코스 섬유 및 난연 모다크릴 섬유는 KS M3032 규정에 따른 한계산소지수(Limited oxygen index :LOI)법에 의하여 측정하였을때 평균 LOI값이 26 내지 36의 난연성능을 가지고, 평균 섬도가 1.5~5 데니어 이며, 평균 섬유 길이가 20~60mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 난연성 부직포의 제조방법은 제1단계 내지 제5단계를 포함한다.
난연성 부직포의 제조방법의 제1단계에서 난연 비스코스 섬유, 저융점 PET 섬유 및 난연 모다크릴 섬유를 혼합하여 원료솜을 제조할 수 있다.
원료솜은 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유는 10 ~ 20 중량부, 난연 모다크릴 섬유는 10 ~ 40 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
본 발명의 침구용 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 침구용 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.
본 발명의 카딩공정은 2단계로 수행할 수 있으며, 카드기(플랫 카드(flat card), 롤러 카드(rollercard) 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 침구용 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 침구용 난연성 부직포가 사용되는 제품이 따라 두께 또는 무게가 결정되므로 일정 두께 또는 무게로 한정되지는 않지만, 바람직하게는 10 ~ 20oz/㎡의 평량, 더욱 바람직하게는 13 ~ 17oz/㎡의 평량을 가질 수 있다. 그리고 20mm 이상 60mm 이하의 두께감을 가지며 텐션력을 보유할 수 있다.
본 발명의 침구용 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 침구용 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 ~ 660RPM으로 30 ~ 120초, 바람직하게는 30 ~ 60초 동안 원료솜의 상부를 펀칭하여 원료솜의 상부를 압축할 수 있다.
이와 같은 펀칭공정을 수행한 원료솜은 최종적으로 제조된 침구용 난연성 부직포가 사용되는 제품이 따라 두께 또는 무게가 결정되므로 일정 두께 또는 무게로 한정되지는 않지만, 바람직하게는 10 ~ 20oz/㎡의 평량, 더욱 바람직하게는 13 ~ 17oz/㎡의 평량을 가질 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 침구용 난연성 부직포의 제조방법의 제5단계에서 제4단계의 펀칭공정을 수행한 원료솜은 건조하여 부직포를 제조할 수 있다.
제5단계의 건조는 110 ~ 270℃의 온도에서 10 ~ 20분동안 수행할 수 있다.
이 과정에서, 혼합된 저융점 PET 섬유가 해당 건조구간에서 녹아내리면서 각 난연섬유간에 융착되어 바인더 역할하여 두께감과 텐션력을 유지시켜 줄 수 있다.
한편, 본 발명의 난연성 부직포의 제조방법으로 제조된 부직포는 건조 후 추가적으로 냉각공정을 수행할 수 있다.
1. 난연 성능 실험(LOI 법)
이하에서는 본 발명에 따른 난연성 부직포의 난연 성능을 테스트한 결과를 설명한다.
실험에서는 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 저융점 PET섬유 20중량부, 난연 모다크릴 섬유를 각각 15중량부, 20중량부, 25중량부, 30중량부, 35중량부, 40중량부 포함하는 난연성 부직포를 준비하였고, 이와 비교되는 비교예로서 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 저융점 PET섬유 20중량부, 난연 모다크릴 섬유 5중량부를 갖는 난연성 부직포를 준비하였다.

구분
실시예1
실시예2
실시예3
실시예4
실시예5
실시예6
비교예1
난연
비스코스
섬유
100
100
100
100
100
100
100
난연
모다크릴
섬유
15
20
25
30
35
40
5
저융점
PET섬유		 20 20 20 20 20 20 20
(단위: g)
실시예 1 내지 6과 비교예1에 대해 KS M3032 규격에 의거한 한계산소지수법(LOI, Limited Oxyden Index)을 이용하여 난연 성능을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
구분 LOI
실시예 1 26
실시예 2 26
실시예 3 28
실시예 4 32
실시예 5 28
실시예 6 28
비교예 1 25
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 난연 모다크릴 섬유 30중량부를 포함하는 비교예1의 경우, LOI가 25에 그친데 반하여, 실시예1과 2는 26, 실시예3은 28, 실시예4는 32, 실시예5,6는 28로 나타므로 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 난연 모다크릴 섬유 10 내지 40 중량부를 가진 본 발명은 비교예1에 비하여 난연성능이 향상되고 우수함을 알 수 있다.
한편, 비교예1과 관련된 모다크릴 5중량부의 경우, 패딩 형상이 만들어지기 위한 클림프가 있는 섬유 비중이 상당부분 줄어들어서 패딩 솜과 같은 두께감 있는 제조가 불가능하거나, 제품 기준에 적합하지 않는 얇은 수준의 패딩만 제작될 가능성이 높다.
한편, 다른 실험에서는 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 난연 모다크릴 섬유 35, 저융점 PET 섬유 10중량부, 15중량부, 20 중량부를 포함하는 난연성 부직포를 준비하였고, 이와 비교되는 비교예2로서 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 난연 모다크릴 섬유 35, 저융점 PET섬유 25중량부를 갖는 난연성 부직포를 준비하였다.

구분
실시예7
실시예8
실시예9
비교예2
난연
비스코스
섬유
100
100
100
100
난연
모다크릴
섬유
35
35
35
35
저융점
PET섬유
 10 15 20
 25
(단위: g)
실시예 7 내지 9와 비교예2에 대해 KS M3032 규격에 의거한 한계산소지수법(LOI, Limited Oxyden Index)을 이용하여 난연 성능을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 4에 나타난 바와 같다.
구분 LOI
실시예 7 32
실시예 8 30
실시예 9 28
비교예 2 25
상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 저융점PET섬유 25중량부를 포함하는 비교예2의 경우, LOI가 25에 그친데 반하여, 실시예7, 8, 9 모두 28 내지 32로 나타나고 있으므로 난연 비스코스 섬유 100중량부에 대해서 저융점PET섬유 10 내지 20 중량부를 가진 본 발명은 비교예2에 비하여 난연성능이 향상되고 우수함을 알 수 있다.
한편, 이하에서는 난연 비스코스 섬유를 적용하여 기존 비교예 대비 화염의 전파 현상(불의 번짐 현상)이 단축되는 난연 성능을 수행한 것을 나타내고 있다. 여기서 실험은 불꽃점화후 불꽃을 제거하였을때 일정 시간 연소(90초) 후 연소 면적이 비교예와 비교하여 얼마나 줄었는지 그리고 연소 면적 대비 연소의 지속시간을 확인하는 실험이다.
2. 매트리스 난연 실험
상기 실시예 1 내지 6과 비교예1에 대해 KS F ISO 12949 규격에 의거한 난연 매트리스 시험방법을 인용하여 난연 성능을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 5에 나타난 바와 같다.
구분 매트리스 상부
연소면적		 연소 면적 대비
연소 지속 시간(초)		 잔여 불꽃
(연소 후 90초 경과)
실시예 1 65 % 65 0
실시예 2 63 % 63 X
실시예 3 50 % 55 X
실시예 4 46 % 52 X
실시예 5 42 % 49 X
실시예 6 37 % 47 X
비교예 1 68 % 68 0
시험진행 수직방향 30cm 높이 불꽃 점화
연소 시작 후 90초 후 강제 소화
상기 표 5 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6는 화재시 불꽃 연소가 된다 하더라도 비교예1 대비 연소면적이 10~30%p 감소되고, 잔여 불꽃이 거의 존재하지 않아서 화재의 번짐현상이 적어 난연성이 우수함을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 7 내지 9와 비교예2에 대해 KS F ISO 12949 규격에 의거한 난연 매트리스 시험방법을 인용하여 난연 성능을 시험하였으며, 시험 결과는 하기 표 6에 나타난 바와 같다.
시험군 매트리스 상부
연소면적		 연소 면적 대비
연소 지속 시간(초)		 잔여 불꽃
(연소 후 90초 경과)
실시예 7 41 % 50 X
실시예 8 42 % 49 X
실시예 9 42 % 49 X
비교예 2 39 % 52 X
시험진행 수직방향 30cm 높이 불꽃 점화
연소 시작 후 90초 후 강제 소화
상기 표 6 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 7 내지 9는 화재시 불꽃 연소가 된다 하더라도 비교예2 대비 연소면적이 2~3%p 감소되고, 잔여 불꽃이 거의 존재하지 않아서 화재의 번짐현상이 적어 난연성이 우수함을 알 수 있다.
3. 부직포 시료 난연 실험
한편, 아래는 본 발명에 따른 실시예와 비교예1,2 의 시료를 준비하여 이에 대한 점화 실험을 함으로써 표면과 외관, 중량의 변화를 실험한 것을 설명한다.
도1에서 도시한 바와 같이 시료를 250mm X 200mm 로 준비하고(S-QI-J10)난연패딩 검사 기준), 중량을 측정한 후(KS K IOS 9073-1중량 측정 조건)에, 도2와 같이 프로판 가스를 이용한 토치를 이용하되, 그 불꽃의 길이를 60~70mm로 유지하고, 70초간 불꽃이 생성 유지되도록 한다(KS F ISO 12949 : 점화원 및 시간 기준)
그리고 도3과 같이, 준비된 시편을 고정한 후, 정면 중앙부에 대해서 토치 끝에서 50mm거리를 두고 준비된 점화원(토치)로 70초간 가열화되, 이 경우, 불꽃은 시료에 직접 닿아야 한다(실험실 조건; 온도 : 10 ℃ ~ 27 ℃, 습도 75% 미만, 풍향이 없을 것)
그리고, 결과 도출을 하는 경우, 시험 종료 후 잔염의 완전 소거 여부를 확인하며. 시험한 시편의 중량과 외관을 확인한다(KS K IOS 9073-1 중량 측정 조건).
여기서 합격 불합격 판정은 두 가지 조건을 모두 만족해야 하는데, ① 외관은 착화 이후 패딩의 형상을 유지하며 구멍등의 손상이 없어야 하고, ② 중량은 2.측정 결과 대비 －20% 이내 이어야 한다.
이를 실험한 결과, 본 발명의 실시예 중 대표적인 실시예인 실시예 4, 5, 및 실시예 7의 경우 도4의 상태에서(차례대로 (a),(b),(c)) 연소 실험을 하면 도5와 같이, 외관을 유지하면서 표면만 약간 그을인 형태를 유지하고, 그 중량은 대략 -16~-18%의 감소를 보였다.
반면에, 비교예1,2의 경우 도6와 같이 현저한 외관상의 변화를 보이면서 그 외형이 현저하게 축소되었고, 중량 또는 대략 -40~-50%의 감소를 보였다.
4. 텐션력 유지 실험
상기 실시예 1 내지 6과 비교예1에 대해, 그리고 실시예 7 내지 9와 비교예 2에 대해서 난연패딩의 텐션력 정도와 텐션력의 지속 정도를 시험하였다.
시험 방법은 압축 테스트 전에 볼륨감의 텐션력 정도를 1차적으로 확인한 후, 압축 테스트기를 이용하여 압축 줄음률 규격 KS M ISO 815-1 및 KS M 6613 규격을 인용하여, 각각의 패딩 부직포에 압축률 50%, 60times/min 조건에서 8만회 반복적으로 압축을 가한 후 난연패딩의 텐션력 정도를 일반 평가인원의 육안과 사용시 반발력의 사용감으로 평가 및 압축 줄음률의 정량적 평가를 하였다(매우 좋음 : 10점, 좋음 : 8점, 보통 : 6점, 보통 이하 : 4점, 나쁨 : 2점, 매우 나쁨 : 1점).
상기 실험은 성인 남녀 50명이 참여하여 블라인드 테스트를 통하여, 평가한 후 평균 점수를 산출하여 압축 줄음률과 함께 나타내었다.


구분		 압축 테스트 전 난연패딩의 텐션력 압축 테스트 후 난연패딩의 텐션력 압축 테스트 후
압축 줄음률 유지
실시예 1 3 3 80
실시예 2 3 3 87
실시예 3 4 4 90
실시예 4 4 4 92
실시예 5 5 4 92
실시예 6 5 5 93
비교예 1 3 2 75


구분		 압축 테스트 전 난연패딩의 텐션력 압축 테스트 후 난연패딩의 텐션력 압축 테스트 후
압축 줄음률 유지
실시예 7 5 5 92
실시예 8 5 5 92
실시예 9 5 5 92
비교예 2 4 4 88
상기 표 7과 도8 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6는 비교예1에 비해 대체적으로 난연패딩의 텐션력 정도가 우수하며, 텐션력의 지속성도 우수하며, 8만회의 압축 줄음률 테스트 후에도 90% 이상의 텐션력을 유지하는 것을 알 수 있고, 실시예 7 내지 9도 비교예 2와 비교해서도 위와 같은 특성이 우위에 있는 것을 알 수 있다.
5. 냄새 발생 실험
상기 실시예 1 내지 6과 비교예1에 대해, 그리고 실시예 7 내지 10과 비교예 2에 대해서 난연 부직포의 제조 후 밀봉 패킹 상태에서의 냄새, 취기의 정도를 시험하였다.
밀봉 패킹상태에서 제조공정으로 진행시 냄새, 취기 정도가 심하게 될 경우 고객에게 불쾌감을 줄 수 있기 때문에 중요한 요소이다.
시험 방법은 난연 부직포 제조후 밀봉패킹 전에 냄새 취기정도를 1차적으로 확인한 후, 밀봉 패킹 후 3일 보관시 / 7일 보관시 에 따라 냄새 발생 정도를 평가하였다.
냄새 취기에 대한 평가는 일반적인 디지털 냄새 측정기(COSMOS XP-329m)를 사용하였으며, 소비자 평가로는 무작위로 모집된 성인남녀 20인의 블라인드 평가방법으로 평가를 하였다(매우 좋음 : 5점, 좋음 : 4점, 보통 : 3점, 보통 이하 : 2점, 나쁨 : 1점). 평가 수치는 아래와 같이 나타내었다.
구분 밀봉패킹전
냄새 정도		 밀봉패팅
3일 냄새		 밀봉패팅
7일 냄새		 밀봉패킹 해제 후
블라인드 평가
실시예 1 58 63 65 2
실시예 2 53 58 62 3
실시예 3 42 55 57 4
실시예 4 37 52 55 4
실시예 5 32 45 51 4
실시예 6 33 47 52 5
비교예 1 62 68 72 2
구분 밀봉패킹전
냄새 정도		 밀봉패팅
3일 냄새		 밀봉패팅
7일 냄새		 밀봉패킹 해제 후
블라인드 평가
실시예 7 33 46 54 4
실시예 8 32 45 52 5
실시예 9 32 45 52 5
비교예 2 34 47 55 3
상기 표 9와 표10 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9는 비교예1 및 비교예 2에 비해 대체적으로 냄새, 취기에 대하여 개선된 성능을 나타내며, 난연 모다크릴의 함유량이 많을수록 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
본 발명에 따른 난연성 부직포는 매트리스(mattress) 뿐만 아니라, 토퍼(Topper), 이불용 또는 패드(pad)용으로 활용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

Claims (5)

  1. 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대하여, 저융점 PET 섬유 10 ~ 20 중량부 및;
    난연 모다크릴 섬유 30 ~ 40 중량부를 포함하고
    연소실험에 의한 부직포 상부의 연소 면적이 37~46%이고, 디지털 냄새 측정장비에 의하여 측정된 밀봉 패킹 전의 냄새 취기의 강도는 32 내지 37을 갖는 것 을 특징으로 하는 침구용 난연성 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    난연 비스코스 섬유는 비스코스 레이온이며,
    난연 비스코스 섬유는 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 어느 1종 이상의 난연제가 포함된 2 ~ 5데니어 섬도, 20 ~ 60mm 의 섬유장의 특징을 갖고,
    난연 모다크릴 섬유는 인계 난연제, 실리카계 난연제, 인-질소계 난연제 중에 어느 1종 이상의 난연제가 포함된 1.5 ~ 3데니어의 섬도, 20 ~ 60mm의 섬유장, 크림프 형상을 가지며,
    저융점 PET 섬유는 2 ~ 4데니어의 섬도, 20 ~ 60mm의 섬유장, 110 ~ 260℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 침구용 난연성 부직포.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 난연 비스코스 섬유 및 난연 모다크릴 섬유는 KS M3032 규격에 따른 한계산소지수(Limited oxygen index : LOI)법에 의해 측정하였을 때,
    평균 LOI 값이 26 내지 36의 난연 성능을 가지고, 평균 섬도가 1.5 ~ 5 데니어이며, 평균 섬유 길이가 20 내지 60mm인 것을 포함하는 침구용 난연성 부직포.
  4. (1) 난연 비스코스 섬유 100 중량부에 대해 난연 모다크릴 섬유 30 ~ 40 중량부 저융점 PET 섬유를 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 원료솜을 제조하는 단계;
    (2) 상기 (1)단계에서 제조된 원료솜에 카딩(carding) 공정을 수행하는 단계;
    (3) 상기 (2) 단계를 거친 원료솜에 다층으로 적층하는 성형 공정을 수행하여 두께감과 텐션력을 생성하는 단계;
    (4) 상기 (3) 단계를 거친 원료솜에 상부 및 하부를 압축하며 내부 섬유의 크림프를 형성하고 엉키게 하는 펀칭 공정을 수행하는 단계; 및
    (5) 상기 (4) 단계를 거친 원료솜을 건조시켜 100~ 270℃의 건조공정을 통하여 고정력을 가진 부직포를 제조하는 단계;를 포함하고,
    연소실험에 의한 부직포 상부의 연소 면적이 37~46%이고, 디지털 냄새 측정장비에 의하여 측정된 밀봉 패킹 전의 냄새 취기의 강도는 32 내지 37을 갖는 침구용 난연성 부직포의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (3) 의 단계를 거치며, 20mm 이상 60mm 이하의 두께감을 가지는 원료솜이 적층되는 단계와
    (5) 단계를 거치며, (1) 단계에서 혼합된 저융점 PET 섬유가 해당 건조구간에서 녹아내리면서 각 난연섬유간에 융착되어 바인더 역할하여 두께감과 텐션력을 유지시켜 주는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침구용 난연성 부직포의 제조 방법.


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KR102029146B1 (ko) 2019-05-13 2019-10-07 김동길 난연성 부직포 및 이의 제조방법
KR102303920B1 (ko) 2020-02-10 2021-09-17 김동길 난연성 부직포 및 이의 제조방법

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