WO2021194189A1 - 복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품 - Google Patents

복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품 Download PDF

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WO2021194189A1
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nonwoven fabric
continuously
woven fabric
composite
fabric layer
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PCT/KR2021/003500
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윤도경
정진일
정긍식
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도레이첨단소재 주식회사
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/02—Masks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00—Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02—Filters for breathing-protection purposes for respirators

Definitions

  • a method of making a composite nonwoven fabric, a composite nonwoven fabric, and an article are disclosed. More specifically, a method for manufacturing a composite nonwoven fabric capable of producing a composite nonwoven fabric having excellent retention of fine dust removal performance, a composite nonwoven fabric, and an article are disclosed.
  • a mask for removing fine dust In the case of a mask for removing fine dust, it is composed of an inner and outer skin material and a filter material that filters fine dust in the center in multiple layers.
  • melt-blown nonwoven fabric As the filter layer, a melt-blown nonwoven fabric that has been treated is mainly used.
  • Meltblown nonwoven fabric has low shape stability due to low mechanical strength and high flexibility, so structural deformation easily occurs due to external impact or friction. Therefore, in order to protect the melt-blown non-woven fabric layer and provide shape stability, a mask is formed by laminating a non-woven fabric having high mechanical properties such as shape stability and tensile strength on both sides or one side of the melt-blown non-woven fabric layer, mainly spunbond.
  • the nonwoven fabric is laminated through a separate laminating process.
  • the spunbond nonwoven fabric which is generally applied as an inner and outer skin material on one or both sides of the electrostatically treated meltblown material, has only a function of imparting shape stability with little fine dust removal efficiency because the filaments are thick and the pores are large. Therefore, among the multi-layered mask nonwoven fabric composition, since fine dust is filtered only in the filter layer located in the central part, there is a problem in that the fine dust is intensively stacked on the filter layer, so that the filtering efficiency decreases with time of use. In some countries, these issues may also affect the respiratory safety of users.
  • the nonwoven fabric used as the inner and outer skin layer is mainly laminated by ultrasonic welding along the outline of the mask, the structure of the meltblown nonwoven fabric charged with the inner layer during the fusion process is changed, so that the filtering performance may be deteriorated.
  • One embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a composite nonwoven fabric capable of producing a composite nonwoven fabric having excellent retention of fine dust removal performance.
  • Another embodiment of the present invention provides a composite nonwoven fabric prepared by the method for manufacturing the composite nonwoven fabric.
  • Another embodiment of the present invention provides an article comprising the composite nonwoven fabric.
  • One aspect of the present invention is
  • It provides a method of manufacturing a composite nonwoven fabric comprising the step of continuously forming the nonwoven fabric by continuously integrating the free fibers (S20-4).
  • the free fiber charging step (S20-3) may be performed by continuously spraying the polar solvent together with a gas.
  • the injection pressure of the gas may be 0.5-4 bar based on the injection pressure of the polar solvent of 1 bar.
  • the manufacturing method of the composite nonwoven fabric may not include a separate drying step for removing the polar solvent sprayed in the free fiber continuous charging step (S20-3).
  • the polar solvent continuously sprayed in the free fiber continuous charging step (S20-3) may be continuously heated and evaporated by heated air within a DCD (die to collector distance) section of the composite nonwoven fabric manufacturing apparatus.
  • the manufacturing method of the composite nonwoven fabric comprises the steps of continuously thermocompressing the first spunbonded nonwoven fabric layer, the meltblown nonwoven fabric layer and the second spunbonded nonwoven fabric layer after the melt blown nonwoven fabric layer forming step (S20) ( S40) may be further included.
  • Another aspect of the present invention is
  • Another aspect of the present invention is
  • An article comprising the composite nonwoven fabric is provided.
  • the article may be a mask for removing fine dust, a filter for an air purifier, or a filter for an air conditioner.
  • the method of manufacturing a composite nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention may improve the retention of fine dust removal performance.
  • the composite nonwoven fabric manufactured by the manufacturing method of the composite nonwoven fabric may be utilized for the purpose of removing various kinds of dust, fine dust, bacteria, etc., and may be used as a medical or health mask.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a composite nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a composite nonwoven used to continuously manufacture a composite nonwoven according to an embodiment of the present invention.
  • non-woven fabric composite is not a non-woven fabric laminate manufactured through a separate lamination (lamination) post-process after two or more kinds of non-woven fabrics are individually prepared, but two or more kinds of non-woven fabrics are one It refers to a nonwoven fabric manufactured by a continuous process and integrated.
  • a "composite non-woven fabric” may also be referred to as a "monolithic non-woven fabric”.
  • the composite nonwoven fabric has a strong interlayer bonding and excellent morphological stability and filtration performance compared to the nonwoven fabric laminate.
  • the "electrostatically treated melt blown nonwoven sub-layer” may be manufactured by a continuous process.
  • the “electrostatically treated melt blown nonwoven sub-layer” may be manufactured by sequentially or simultaneously performing "preparation of melt blown nonwoven fabric” and "charge treatment” in a continuous process.
  • the method for manufacturing a composite nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention includes the steps of continuously forming a first spunbonded nonwoven layer (S10) and continuously forming a melt blown nonwoven layer on the first spunbonded nonwoven layer ( S20).
  • the first spunbond non-woven fabric layer continuous forming step (S10) is melt-extruding, cooling and stretching a thermoplastic non-conductive polymer to form a fiber yarn, and then stacking the fiber yarn on a screen belt to form a web (web forming) it could be
  • thermoplastic non-conductive polymer charge increasing agent can be added
  • charge increasing agent can be added
  • the nonwoven layer it may be laminated on the web-formed spunbond to form a web.
  • the continuous formation of the melt blown nonwoven layer (S20) includes the steps of continuously forming free fibers with a non-conductive polymer (S20-1), continuously spinning the free fibers (S20-2), and Continuously spraying a polar solvent (for example, water) onto the free fibers to continuously charge the free fibers (S20-3) and continuously integrating the free fibers to continuously form a melt-blown nonwoven fabric (S20-4) may be included.
  • a polar solvent for example, water
  • the non-conductive polymer used in each of the first spunbond nonwoven fabric layer continuous forming step (S10) and the melt blown nonwoven fabric layer continuous forming step (S20) is polyolefin, polystyrene, polycarbonate, polyester, polyamide, and their copolymers or combinations thereof.
  • the polyolefin may include polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-pentene, polyvinyl chloride, or a combination thereof.
  • the polyester may include polyethylene terephthalate, polylactic acid, or a combination thereof.
  • the non-conductive polymer may further include an additive.
  • the additives may include pigments, light stabilizers, primary antioxidants, secondary antioxidants, metal deactivators, hindered amines, hindered phenols, fatty acid metal salts, triester phosphites, phosphates, fluorine-containing compounds, nucleating agents, or combinations thereof. may include
  • the antioxidant may function as a charge enhancer.
  • Possible charge enhancers include thermally stable organic triazine compounds, oligomers or combinations thereof, which compounds or oligomers may further contain at least one nitrogen atom in addition to the nitrogen in the triazine ring.
  • charge increasing agents for the purpose of improving charging characteristics are disclosed in US Patent Nos. 6,268,495, 5,976,208, 5,968,635, 5,919,847, and 5,908,598.
  • the charge increasing agent may include a hindered amine-based additive, a triazine additive, or a combination thereof.
  • the charge increasing agent is poly[((6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)imino-1,3,5-triazine-2,4-diyl)((2, 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)hexamethylene ((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)] (manufactured by BASF, CHIMASSORB 944) 1,6-hexanediamine-N,N'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl with (2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine) )-polymer, N-butyl-1-butanamine, reaction product with N-butyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamine) (manufactured by BASF, CHIMASSORB 2020) or a combination thereof may include.
  • the charge increasing agent is an N-substituted amino aromatic compound, in particular a tri-amino substituted compound such as 2,4,6-trianilino-p-(carbo-2′-ethylhexyl-1′-oxy)- 1,3,5-triazine (manufactured by BASF, UVINUL T-150) may be used.
  • a tri-amino substituted compound such as 2,4,6-trianilino-p-(carbo-2′-ethylhexyl-1′-oxy)- 1,3,5-triazine (manufactured by BASF, UVINUL T-150) may be used.
  • charge enhancers include 2,4,6-tris-(octadecylamino)-triazine, also known as tristearyl melamine ("TSM”), alpha-alkenes (C20-C24) maleic anhydride-4-amino-2 ,2,6,6-tetramethylpiperidine (manufactured by BASF, Uvinul 5050H) and a mixture of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol (manufactured by BASF, Tinuvin 622SF) are available.
  • TSM tristearyl melamine
  • C20-C24 alpha-alkenes
  • maleic anhydride-4-amino-2 ,2,6,6-tetramethylpiperidine manufactured by BASF, Uvinul 5050H
  • a mixture of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol manufactured by BASF, Tinuvin 622SF
  • the content of the charge increasing agent may be 0.25 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of each electrostatically treated melt blown nonwoven fabric. If the content of the charge increasing agent is within the above range, it is possible to obtain a high level of charging performance targeted by the present invention, as well as good spinnability, high strength of the nonwoven fabric, and advantageous in terms of cost.
  • the non-conductive polymer may further include other generally known additives such as a heat stabilizer and a weathering agent in addition to the additives.
  • the free fiber continuous charging step (S20-3) may be performed by continuously spraying the polar solvent together with a gas (eg, air).
  • a gas eg, air
  • the fine dust removal rate and the fine dust removal performance maintenance rate can be improved compared to spraying only the polar solvent without gas.
  • the polar solvent supplied to the spray nozzle in order to impart an electrostatic charge to the free fibers may be water, but is not limited thereto.
  • the state of water may be mist particles, water droplets, water droplets, moisture, and the like. At this time, water is inexpensive and does not generate hazardous or harmful vapors when in contact with other materials.
  • the polar solvent is water, hydrogen peroxide, alcohols (isopropanol, ethanol, methanol, 2-propanol), ketones (methyl ethyl ketone ( methyl ethyl ketone), acetone), ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, or a combination thereof.
  • the polar solvent may also have a dipole efficiency (dipole moment) of at least 0.5 Debye, more preferably at least 0.75 Debye, even more preferably at least about 1.0 Debye.
  • the dielectric constant may be 10 or more, preferably 20 or more, and more preferably 40 or more. Polar solvents with higher dielectric constants tend to produce webs that exhibit greater filtration performance improvements.
  • the free fiber continuous charging step (S20-3) has a heterogeneous or significant effect compared to the prior art.
  • U.S. Patent No. 5,227,172 discloses a method in which a high potential difference is applied between a melt blown die and a collector so that the melt-spun resin is filamentized and inductively charged by the surrounding electric field.
  • a melt-blown nonwoven fabric that has been electrostatically treated can be obtained without a separate post-processing treatment.
  • the non-woven fabric that has been inductively charged by the potential difference has a phenomenon that the charging efficiency is rapidly reduced depending on heat or the surrounding environment, it requires long-term storage in the sales process, such as a mask for removing fine dust, or with an air purifier filter. It has a disadvantage that it is difficult to apply it to a purpose where a long service life is guaranteed.
  • U.S. Patent No. 5,227,172 is incorporated herein by reference in its entirety.
  • the present inventors spray a polar solvent together with air on the melt-blown nonwoven fabric layer in the form of a two-fluid body, and friction the polar solvent particles with sufficient kinetic energy with a small injection amount to the filament being melt-spun to have a high-efficiency triboelectric effect.
  • a pretreatment device to do this, and it is characterized by not requiring a separate drying facility because it is sufficiently heated and evaporated by the heated air within the DCD (Die to collector distance) section due to a small injection amount. Due to these characteristics, it has the advantage of being able to combine the nonwoven fabric by continuous lamination in combination with the nonwoven fabric manufacturing process.
  • the pressure of the polar solvent may be 0.5 bar to 10 bar, and the pressure of the gas may be adjusted to 0.25 bar to 20 bar. At this time, the polar solvent and the gas may be mixed in the injection nozzle.
  • the injection pressure of the gas may be 0.5-4 bar based on the injection pressure of the polar solvent of 1 bar.
  • the fine dust removal rate and the fine dust removal performance maintenance rate may be further improved.
  • the amount of the polar solvent sprayed from the spray nozzle per unit width (W) of the free fiber may be 20 (ml/min)/mm or less.
  • the nonwoven fabric obtained by electrostatically treating the melt blown nonwoven fabric is continuously polarized so that negative and positive charges exist semi-permanently, and this nonwoven fabric is referred to as an electret nonwoven fabric.
  • the method for manufacturing the composite nonwoven fabric may not include a separate drying step for removing the polar solvent sprayed in the free fiber continuous charging step (S20-3).
  • the polar solvent continuously sprayed in the free fiber continuous charging step (S20-3) is continuously heated by heated air within the DCD (Die to collector distance) section of the composite nonwoven fabric manufacturing apparatus. may evaporate.
  • the method of manufacturing the composite nonwoven fabric may further include continuously forming a second spunbond nonwoven fabric layer on the melt blown nonwoven fabric layer (S30).
  • the manufacturing method of the composite nonwoven fabric is the melt blown nonwoven fabric layer continuous forming step (S20) or the second spunbond nonwoven fabric layer continuous forming step (S30) on one or both sides of the melt blown nonwoven fabric layer after each spunbond
  • the step of continuously thermocompressing the nonwoven layer (S40) may be further included.
  • a composite nonwoven fabric having various structures and/or configurations may be manufactured.
  • Another embodiment of the present invention provides a composite nonwoven fabric prepared by the method for manufacturing the composite nonwoven fabric.
  • Another embodiment of the present invention provides an article comprising the composite nonwoven fabric.
  • the article may be a mask for removing fine dust, a filter for an air purifier, or a filter for an air conditioner.
  • the article may include one or more of the composite nonwoven fabric. Specifically, the article may include only one composite nonwoven, or may include two or more composite nonwovens.
  • the article may be manufactured by laminating two or more composite nonwoven fabrics to each other by a method such as ultrasonic welding.
  • the composite non-woven fabric may include a first spun-bonded non-woven fabric layer, a melt-blown non-woven fabric layer, and a second spun-bonded non-woven fabric layer.
  • the composite nonwoven fabric may include a first spunbond nonwoven fabric layer, a meltblown nonwoven fabric layer, and a second spunbond nonwoven fabric layer, each of which is manufactured by a continuous process and integrated with each other.
  • the composite nonwoven fabric may include a pretreated melt blown nonwoven fabric layer. Accordingly, the composite nonwoven fabric may have a fine particle collecting function. However, since the conventional spunbond-meltblown multilayer nonwoven fabric has an average pore size of several to several tens of micrometers ( ⁇ m), there is little function of removing fine particles of 0.1 to 0.6 ⁇ m level.
  • the composite nonwoven fabric may include the first spunbond nonwoven fabric layer, the melt blown nonwoven fabric layer, and the second spunbonded nonwoven fabric layer in this order.
  • the present invention is not limited thereto, and the composite nonwoven fabric may include the first spunbond nonwoven fabric layer, the melt blown nonwoven fabric layer, and the second spunbonded nonwoven fabric layer in a different order.
  • the first spunbond nonwoven fabric layer and the second spunbond nonwoven fabric layer may each include a plurality of spunbond nonwoven fabric sublayers.
  • the first spunbond nonwoven fabric layer and the second spunbond nonwoven fabric layer may include a plurality of spunbond nonwoven fabric sub-layers that are each manufactured in a continuous process and integrated with each other.
  • the melt-blown non-woven fabric layer may include at least one pre-treated melt-blown non-woven sub-layer.
  • the meltblown nonwoven fabric layer may include only one pretreated meltblown nonwoven sublayer, or a plurality of pretreated meltblown nonwoven sublayers manufactured by a continuous process and integrated with each other. .
  • the melt-blown non-woven fabric layer may further include at least one non-electrostatically-treated melt-blown non-woven fabric sub-layer in addition to the at least one electrostatically treated melt-blown non-woven fabric sub-layer.
  • the melt-blown non-woven fabric layer includes at least one uncharged melt-blown non-woven fabric sub-layer in addition to at least one pre-treated melt-blown non-woven fabric sub-layer, or a plurality of melt-blown non-woven fabric sub-layers manufactured in a continuous process and integrated with each other. It may further include an uncharged meltblown nonwoven sub-layer.
  • At least one spunbond nonwoven fabric, at least one electrostatically treated meltblown nonwoven fabric and/or at least one uncharged meltblown nonwoven fabric included in the composite nonwoven fabric may each independently comprise a non-conductive polymer.
  • the non-conductive polymer may be the same as the non-conductive polymer described in the related section on the manufacturing method of the composite nonwoven fabric.
  • the total content of the electrostatically treated melt blown nonwoven fabric in the composite nonwoven fabric may be 3 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the composite nonwoven fabric.
  • a composite nonwoven fabric having excellent filtration performance, shape stability and durability may be obtained.
  • the composite nonwoven fabric may have a basis weight (mass per unit area) of 10 to 500 g/m 2 , for example, 20 to 100 g/m 2 .
  • a plurality of nonwoven fabrics included in the composite nonwoven fabric may be integrated (ie, bonded) to each other by thermal fusion rather than ultrasonic fusion.
  • the composite nonwoven fabric may further include at least one additional layer.
  • each of the additional layers may include at least one separate nonwoven fabric that is neither a spunbond nonwoven fabric nor a meltblown nonwoven fabric.
  • each of the additional layers may include one or more layers made of a material other than the non-woven fabric.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a composite nonwoven fabric 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the composite nonwoven fabric 10 includes a first spunbonded nonwoven fabric layer 11 , an at least partially charged melt blown nonwoven fabric layer 12 , and a second spunbonded nonwoven fabric layer 13 . do.
  • a propylene homopolymer (LG Chem, H7900) having a melt index (MI) of 34 g/10 min was used as the polymer for forming the spunbond non-woven fabric layer (SB), and melt flow was used as the polymer for forming the melt-blown non-woven fabric layer (MB).
  • a resin (LG Chem, H7910) having an index (MFR) of 1000 g/10 min was used.
  • Chimasorb 944, a hindered amine light stabilizer was added to the polymer for forming the melt blown nonwoven fabric layer (MB) in an amount of 0.5 wt%.
  • a composite nonwoven fabric in the form of spunbond-meltblown-spunbond (SMS) was continuously manufactured using an apparatus for manufacturing a composite nonwoven fabric as shown in FIG. 2 .
  • the melt blown non-woven fabric layer (MB) is continuously charged by contacting with water (injection pressure: 1 bar) together with air (injection pressure: 2.2 bar) through a two-fluid nozzle in the apparatus for manufacturing the composite non-woven fabric. It is laminated on the spunbond nonwoven fabric layer SB, and another spunbond nonwoven fabric layer SB is laminated on the melt blown nonwoven fabric layer MB.
  • SMS nonwoven fabric laminate was obtained.
  • the SMS nonwoven fabric laminate was manufactured in the form of a single composite nonwoven fabric through a thermocompression bonding process between a roll having an embossed pattern and a roll having no irregularities.
  • the total basis weight of the SMS composite nonwoven fabric was adjusted to 100 gsm (g/m 2 ), and the basis weight of the melt blown nonwoven fabric layer (MB) was adjusted to 22 gsm.
  • An SMS composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that the air injection pressure was changed to 0.5 bar while the water injection pressure was maintained at 1 bar during the production of the melt blown nonwoven fabric layer (MB).
  • An SMS composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that the air injection pressure was changed to 4 bar while the water injection pressure was maintained at 1 bar during the preparation of the melt blown nonwoven fabric layer (MB).
  • An SMS composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that the air injection pressure was changed to 0.3 bar while the water injection pressure was maintained at 1 bar during the preparation of the melt blown nonwoven fabric layer (MB).
  • An SMS composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that the air injection pressure was changed to 4.5 bar while the water injection pressure was maintained at 1 bar during the preparation of the melt blown nonwoven fabric layer (MB).
  • melt blown nonwoven fabric layer (MB)
  • water jet pressure and the air jet pressure were changed to 0 bar, respectively (that is, changed so as not to spray water and air)
  • melt blown nonwoven fabric layer (MB) was manufactured in the US Patent No.
  • An SMS composite nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was charged by the charging method disclosed in No. 5,227,172.
  • SMS nonwoven fabric laminate Two spunbond nonwoven fabric layers (SB) and one meltblown nonwoven fabric layer (MB) were separately prepared, and then laminated to each other to prepare an SMS nonwoven fabric laminate.
  • the melt blown nonwoven fabric layer (MB) was charged by the charging method disclosed in US Patent No. 6,375,886. Also, in the same manner as in Example 1, the total basis weight of the SMS nonwoven laminate was adjusted to 100 gsm (g/m 2 ), and the basis weight of the melt blown nonwoven fabric layer (MB) was adjusted to 22 gsm.
  • Measurement device TSI-8130 model of TSI was used.
  • the measuring device evaporated water after contacting an aqueous sodium chloride solution with air to form an aerosol containing sodium chloride dispersed in the air with an average particle diameter of 0.3 ⁇ m and a sodium chloride particle concentration of 18.5 mg/m 3 . .
  • the composite nonwoven fabrics prepared in Examples 1 to 5 were excellent in all of the fine dust removal rate before use, the fine dust removal rate after 8 hours of continuous use, and the fine dust removal rate after 300 hours of continuous use, as well as a separate The drying process was also found to be unnecessary.
  • the composite nonwoven fabric prepared in Comparative Example 1 and the nonwoven fabric laminate prepared in Comparative Example 3 were excellent in the fine dust removal rate before use, but both the fine dust removal rate after 8 hours of continuous use and the fine dust removal rate after 300 hours of continuous use were low. In addition, it was found that a separate drying process was also required.
  • the composite nonwoven fabric prepared in Comparative Example 2 had an excellent fine dust removal rate before use and a separate drying process was not required, but both the fine dust removal rate after 8 hours of continuous use and the fine dust removal rate after 300 hours of continuous use were low.

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Abstract

복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품이 개시된다. 개시된 복합 부직포의 제조방법은 제1 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10), 상기 제1 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20), 및 상기 멜트블로운 부직포층상에 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 포함하고, 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 비전도성 중합체로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2), 상기 자유 섬유에 극성 용매를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함한다.

Description

복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품
복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품이 개시된다. 보다 상세하게는 미세먼지 제거 성능 유지율이 우수한 복합 부직포를 제조할 수 있는 복합 부직포의 제조방법, 복합 부직포 및 물품이 개시된다.
미세먼지 제거용 마스크의 경우 내외피 소재와 중앙부의 미세먼지를 걸러주는 필터소재가 다층으로 복합화되어 구성되어 있다.
필터층으로는 주로 대전처리된 멜트블로운(Meltblown) 부직포가 사용되고 있다. 멜트블로운 부직포는 낮은 기계적 강도와 높은 유연성으로 인해 형태 안정성이 낮아 외부 충격이나 마찰에 의해 쉽게 구조 변형이 발생한다. 따라서, 멜트블로운 부직포층을 보호하고 형태 안정성을 부여하기 위해 멜트블로운 부직포층의 양면 또는 일면에 형태 안정성과 인장강도 등의 기계적 물성이 높은 부직포를 적층하여 마스크를 구성하게 되며, 주로 스펀본드 부직포가 별도의 라미네이팅 공정을 거쳐 적층된다.
또한, 일반적으로 대전처리된 멜트블로운 소재의 일면이나 양면에 내외피용 소재로 적용되고 있는 스펀본드 부직포는 필라멘트가 굵고 기공이 크기 때문에 미세먼지 제거효율이 거의 없이 형태 안정성을 부여하는 기능만을 갖는다. 따라서, 다층의 마스크 부직포 구성 중 중앙부에 위치한 필터층에서만 미세먼지를 걸러주기 때문에 미세먼지가 필터층에 집중적으로 적층되어 필터링 효율이 사용시간에 따라 감소하는 문제점이 있으며, 특히 장시간 마스크를 착용해야 하는 산업현장에서는 이러한 문제가 사용자의 호흡기 안전에도 영향을 미칠 수 있다.
또한, 내외피층으로 사용되는 부직포는 주로 마스크의 외형을 따라 초음파 융착에 의해 합지되기 때문에, 융착 공정시 내층의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 구조가 변경되어 필터링 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 미세먼지 제거 성능 유지율이 우수한 복합 부직포를 제조할 수 있는 복합 부직포의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 부직포의 제조방법에 의해 제조된 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
제1 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10);
상기 제1 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20); 및
상기 멜트블로운 부직포층상에 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 포함하고,
상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는,
비전도성 중합체로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1),
상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2),
상기 자유 섬유에 극성 용매를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및
상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함하는 복합 부직포의 제조방법을 제공한다.
상기 자유 섬유 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 가스와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
상기 가스의 분사압은 상기 극성용매의 분사압 1bar를 기준으로 하여 0.5~4bar일 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않을 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발될 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층 형성단계(S20) 이후에 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 복합 부직포의 제조방법에 의해 제조된 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은,
상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법은 미세먼지 제거 성능 유지율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포의 제조방법에 의해 제조된 복합 부직포는 각종 먼지, 미세먼지, 세균 등의 제거 목적으로 활용될 수 있으며, 의료용 또는 보건용 마스크로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 연속적으로 제조하기 위해 사용되는 복합 부직포의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "복합 부직포(non-woven fabric composite)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 부직포 적층체가 아니라, 2종 이상의 부직포가 하나의 연속공정으로 제조되어 일체화된 부직포를 의미한다. 또한,"복합 부직포"는 "모놀리식 부직포(monolithic non-woven fabric)"로 지칭될 수도 있다. 상기 복합 부직포는 상기 부직포 적층체에 비해 층간 결합이 강하고, 형태 안정성 및 여과성능이 우수하다는 특징을 갖는다.
또한, 본 명세서에서, "대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층"은 연속공정으로 제조된 것일 수 있다. 구체적으로, "대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층"은 연속공정으로 "멜트블로운 부직포의 제조"와 "대전처리"를 순차적으로 또는 동시에 실시함으로써 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법은 제1 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10) 및 상기 제1 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)는 열가소성인 비전도성 중합체를 용융압출, 냉각 및 연신하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 스크린벨트 상에 적층하여 웹화(web forming)하는 것일 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 열가소성인 비전도성 중합체(전하 증가제 추가 가능)를 용융 압출, 열풍 연신 및 냉각하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 상기 제1 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)에서 웹화된 스펀본드상에 적층하여 웹화하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 비전도성 중합체로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2), 상기 자유 섬유에 극성용매(예를 들어, 물)를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 멜트블로운 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10) 및 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)에서 각각 사용되는 상기 비전도성 중합체는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 비전도성 중합체는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 안료, 광 안정제, 1차 산화방지제, 2차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 지방산 금속염, 트리에스테르 포스파이트, 인산염, 불소-함유 화합물, 핵화제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 일 구현예에서 산화방지제가 전하 증가제로서 기능할 수 있다. 가능한 전하 증가제는 열 안정성 유기 트리아진 화합물, 올리고머 또는 이들의 조합을 포함하며, 이들 화합물 또는 올리고머는 트리아진 고리 내의 질소 외에 적어도 하나의 질소 원자를 추가로 함유할 수 있다.
예를 들어, 대전 특성 향상 목적의 전하 증가제는 미국등록특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호에 개시되어 있다. 예를 들어, 상기 전하 증가제는 힌더드아민계 첨가제(hindered amine-based additive), 트리아진계 첨가제(triazine additive) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 전하 증가제는 폴리[((6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)](BASF제조, CHIMASSORB 944), (2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진과의 1,6-헥산디아민-N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-중합체, N-부틸-1-부탄아민, N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘아민과의 반응 생성물)(BASF제조, CHIMASSORB 2020) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 전하 증가제는 N-치환된 아미노 방향족 화합물, 특히 트리-아미노 치환된 화합물, 예컨대 2,4,6-트리아닐리노-p-(카르보-2'-에틸헥실-1'-옥시)-1,3,5-트리아진 (BASF제조, UVINUL T-150)일 수 있다. 다른 전하 증가제로는 트리스테아릴 멜라민 ("TSM")으로도 알려진 2,4,6-트리스-(옥타데실아미노)-트리아진, alpha-alkenes(C20-C24) maleic anhydride-4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine(BASF제조, Uvinul 5050H), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol 혼합물(BASF 제조, Tinuvin 622SF)이 있다.
상기 전하 증가제의 함량은 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 충중량 100중량부에 대하여 0.25~5중량부일 수 있다. 상기 전하 증가제의 함량이 상기 범위이내이면, 본 발명이 목표로 하는 높은 수준의 대전 성능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 방사성이 양호하고 부직포의 강도가 높게 유지되며 비용 측면에서도 유리하다.
상기 비전도성 중합체는 상기 첨가제 외에 열안정제, 내후제(weathering agent) 등의 일반적으로 알려진 공지의 다른 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 가스(예를 들어, 공기)와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 상기 극성용매와 가스를 함께 분사하게 되면 가스 없이 극성용매만을 분사하는 것에 비해 미세먼지 제거율 및 미세먼지 제거 성능 유지율을 향상시킬 수 있다.
극성 용매 공급 장치에서 자유 섬유에 정전하를 부여하기 위해 분사 노즐로 공급하는 극성 용매는 물일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 물의 상태는 미스트 입자, 물방울(water droplets), 물줄기, 습기 등일 수 있다. 이때, 물은 저렴하고 다른 재료와 접촉될 때 위험하거나 유해한 증기가 발생되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서 극성 용매는 물(water), 과산화수소(hydrogen peroxide), 알코올류(이소프로판올(isopropanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 2-프로판올), 케톤류(메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 아세톤(acetone)), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 디메틸설폭사이드 (dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한 극성 용매는 0.5 Debye 이상, 더욱 바람직하게는 0.75 Debye 이상, 더더욱 바람직하게는 약 1.0 Debye 이상의 이중 극자 능률(쌍극자 모멘트)을 가질 수 있다. 유전 상수는 10 이상, 바람직하게는 20 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상일 수 있다. 더 높은 유전 상수를 갖는 극성 용매는 더 큰 여과 성능 향상을 나타내는 웹을 생산하는 경향이 있다.
이하, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)가 종래기술에 비해 이질적이거나 현저한 효과를 가짐을 상세히 설명한다.
(1) 일반적으로 멜트블로운 공정 중에 대전처리할 수 있는 방법으로는 미국등록특허 제6,375,886호와 같이 극성용매와 용융 방사중인 필라멘트와의 마찰을 통해 대전처리하는 것과 미국등록특허 제6,969,484호와 같이 멜트블로운 부직포를 극성용매에 침지시키고 석션(suction) 장치로 부직포 사이로 물이 투과되면서 물과 부직포 사이의 마찰을 통해 대전처리하는 방법이 산업계에서 주로 적용되어 대전처리된 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 이와 같이 극성용매를 이용한 대전처리 방법은 대전처리후 극성용매를 건조시키는 후공정이 별도로 필요하며, 따라서 연속공정으로 부직포를 적층하거나 복합화하는 것이 원천적으로 불가능하다. 미국등록특허 제6,375,886호 및 미국등록특허 제6,969,484호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
(2) 미국등록특허 제5,227,172호는 멜트블로운 구금(Die)과 포집체(Collector) 사이에 높은 전위차를 인가하여, 용융 방사되는 수지가 필라멘트화되면서 주위 전기장에 의해서 유도대전처리되도록 하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 별도의 후가공처리 없이 대전처리된 멜트블로운 부직포를 수득할 수 있다. 그러나, 이렇게 전위차에 의해 유도대전처리된 부직포는 열이나 주위 환경에 따라 대전 처리 효율이 급격이 감소하는 현상이 나타나기 때문에 미세먼지 제거용 마스크와 같이 판매 과정에서 장기 보관이 필요하거나 공기청정기용 필터와 같이 장시간 사용 수명이 보장되어야 하는 용도로는 적용하기 어려운 단점이 있다. 미국등록특허 제5,227,172호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명자들은 멜트블로운 부직포층에 극성용매를 공기와 함께 이류체의 형태로 분사하여 적은 분사량으로 충분한 운동에너지를 가진 극성용매 입자를 용융방사 중인 필라멘트에 마찰시켜 높은 효율의 마찰대전 효과를 가질 수 있도록 대전처리 장치를 개발하였으며, 적은 분사량으로 인하여 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 충분히 가열 증발되기 때문에 별도의 건조설비가 필요 없는 것이 그 특징이다. 이러한 특징으로 인하여 부직포 제조공정과 결합하여 연속 적층에 의한 부직포를 복합화할 수 있는 이점을 갖는다.
극성 용매의 성분은 가스의 부피가 극성 용매의 부피보다 100배 이상일 때, 극성 용매의 압력은 0.5bar 내지 10 bar, 가스의 압력은 0.25 bar 내지 20 bar로 조절할 수 있다. 이때, 극성 용매와 가스는 분사 노즐 내부에서 혼합될 수 있다.
상기 가스의 분사압은 상기 극성용매의 분사압 1bar를 기준으로 하여 0.5~4bar일 수 있다. 상기 가스의 분사압이 상기 범위이내이면, 미세먼지 제거율 및 미세먼지 제거 성능 유지율이 더욱 더 향상될 수 있다.
이때, 자유 섬유의 단위 폭(W)당 분사 노즐에서 분사되는 극성 용매의 양은 20 (㎖/min)/㎜이하일 수 있다. 이를 통해 자유 섬유는 내부까지 대전처리가 잘 되고, 동일 물성 대비 용매 사용량을 저감시킬 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포를 대전처리하여 얻어진 부직포는 음전하와 양전하가 반영구적으로 존재하도록 지속적으로 분극된 상태가 되며 이러한 부직포를 일렉트렛(electret) 부직포라 한다.
상술한 바와 같이, 상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발될 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층상에 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20) 또는 상기 제2 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S30) 이후에 상기 멜트블로운 부직포층의 일면 또는 양면에 상기 각 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포의 제조방법을 변형함으로써 다양한 구조 및/또는 구성을 갖는 복합 부직포가 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 부직포의 제조방법에 의해 제조된 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
상기 물품은 상기 복합 부직포를 1개 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 물품은 오직 하나의 복합 부직포를 포함하거나, 2개 이상의 복합 부직포를 포함할 수 있다.
상기 물품이 2개 이상의 복합 부직포를 포함하는 경우, 상기 물품은 2개 이상의 복합 부직포를 초음파 융착과 같은 방법으로 서로 합지(lamination)하여 제조될 수 있다.
상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 복합 부직포는 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 제1 스펀본드 부직포층, 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포는 대전처리된 멜트블로운 부직포층을 포함할 수 있다, 이에 따라, 상기 복합 부직포는 미세입자 포집 기능을 가질 수 있다. 그러나, 종래의 스펀본드-멜트블로운 다층 부직포는 평균기공이 수 내지 수십 마이크로미터(㎛) 수준이기 때문에, 0.1~0.6㎛ 수준의 미세입자를 제거하는 기능이 거의 없었다.
상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 복합 부직포는 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 다른 순서대로 포함할 수도 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 오직 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하거나, 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 외에 오직 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하거나, 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 더 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 적어도 하나의 스펀본드 부직포, 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 비전도성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 비전도성 중합체는 상기 복합 부직포의 제조방법 관련 부분에서 설명된 비전도성 중합체와 동일한 것일 수 있다.
상기 복합 부직포에서 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량은 상기 복합 부직포의 총중량 100중량부에 대하여 3~50중량부일 수 있다. 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량이 상기 범위이내이면, 여과 성능, 형태 안정성 및 내구성이 우수한 복합 부직포를 얻을 수 있다.
상기 복합 부직포는 평량(단위 면적당 질량)이 10~500g/m2, 예를 들어, 20~100 g/m2의 범위일 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 복수의 부직포들은 초음파 융착이 아닌 열융착에 의해 서로 일체화(즉, 결합)된 것일 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 각 추가층은 스펀본드 부직포도 아니고 멜트블로운 부직포도 아닌 별개의 부직포를 1개 이상 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 각 추가층은 부직포가 아닌 다른 재질의 층을 1개 이상 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)는 제1 스펀본드 부직포층(11), 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층(12) 및 제2 스펀본드 부직포층(13)을 포함한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체로는 용융지수(MI)가 34g/10min인 프로필렌 단독 중합체(LG화학, H7900)를 사용하였고, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체로는 용융흐름지수(MFR)가 1000g/10min인 수지(LG화학, H7910)를 사용하였다. 또한, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체에는 힌더드 아민 광안정제인 Chimasorb 944를 0.5wt%의 함량으로 첨가하였다. 이후, 도 2에 도시된 것과 같은 복합 부직포의 제조장치를 이용하여 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS) 형태의 복합 부직포를 연속적으로 제조하였다. 구체적으로, 멜트블로운 부직포층(MB)은 상기 복합 부직포의 제조장치에서 이류체 노즐을 통해 공기(분사압: 2.2bar)와 함께 물(분사압: 1bar)과 접촉함으로써 연속적으로 대전처리된후 스펀본드 부직포층(SB)의 상부에 적층되고, 상기 멜트블로운 부직포층(MB)의 상부에 또 다른 스펀본드 부직포층(SB)이 적층된다. 결과로서 SMS 부직포 적층체를 얻었다. 이후, 상기 SMS 부직포 적층체는 엠보 패턴이 형성되어 있는 롤과 요철이 없는 롤 사이에서 열압착 공정을 거쳐 하나의 복합 부직포 형태로 제조되었다. 여기서, SMS 복합 부직포의 전체 평량은 100gsm(g/m2)으로 조절하였으며, 이 중 멜트블로운 부직포층(MB)의 평량은 22gsm으로 조절하였다.
실시예 2: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압을 1bar로 유지한 상태에서 공기 분사압을 0.5bar로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 3: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압을 1bar로 유지한 상태에서 공기 분사압을 4bar로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 4: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압을 1bar로 유지한 상태에서 공기 분사압을 0.3bar로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 5: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압을 1bar로 유지한 상태에서 공기 분사압을 4.5bar로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 1: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압을 1bar로 유지한 상태에서 공기 분사압을 0bar로 변경(즉, 물만 분사하고 공기는 분사하지 않도록 변경)한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 2: 복합 부직포의 제조
멜트블로운 부직포층(MB)의 제조시 물 분사압 및 공기 분사압을 각각 0bar로 변경(즉, 물과 공기를 분사하지 않도록 변경)하고, 멜트블로운 부직포층(MB)을 미국등록특허 제5,227,172호에 개시되어 있는 대전처리 방법으로 대전시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 3: 부직포 적층체의 제조
2매의 스펀본드 부직포층(SB) 및 1매의 멜트블로운 부직포층(MB)을 각각 별도로 제조한 후, 이들을 서로 합지하여 SMS 부직포 적층체를 제조하였다. 여기서, 멜트블로운 부직포층(MB)은 미국등록특허 제6,375,886호에 개시되어 있는 대전처리 방법으로 대전처리되었다. 또한, 실시예 1과 동일하게 SMS 부직포 적층체의 전체 평량을 100gsm(g/m2)으로 조절하였으며, 이 중 멜트블로운 부직포층(MB)의 평량을 22gsm으로 조절하였다.
평가예: 부직포의 물성 평가
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~3에서 제조된 각각의 복합 부직포 또는 부직포 적층체의 미세먼지 제거율, 미세먼지 제거 성능 유지율 및 별도의 건조공정 필요성 여부를 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 측정 장치: TSI사의 TSI-8130 모델을 사용하였다.
(2) 에어로졸 형성: 상기 측정 장치는 염화나트륨 수용액과 공기를 접촉시킨 후 물을 증발시켜 공기 중에 분산된 염화나트륨을 포함하는 평균입경이 0.3㎛이고 염화나트륨 입자 농도가 18.5mg/m3인 에어로졸을 형성하였다.
(3) 에어로졸 제거효율 평가: 에어로졸 투과유량은 95L/min이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다. 여기서, 에어로졸 제거효율을 미세먼지 제거율로 기록하였다.
(4) 별도의 건조공정 필요성 평가: 복합 부직포 또는 부직포 적층체가 스크린벨트에서 캘린더 롤로 투입되기 전에 상기 복합 부직포 또는 부직포 적층체 중의 함수량을 측정하여, 그 결과가 기준치(1.0wt%) 이하인 경우는 별도의 건조공정이 불필요한 것으로 기록하고, 그 결과가 기준치(1.0wt%)를 초과하는 경우는 별도의 건조공정이 필요한 것으로 기록하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3
사용전 미세먼지 제거율(%) 98.5
 96.7 98.3 94.1 94.9 82.3 54.5 91.5
연속 8시간 사용후 미세먼지 제거율(%) 93.5 92.1 93.3 89.5 89.7 76.5 30.6 85.9
연속 300시간 사용후 미세먼지 제거율(%) 89.2 88.0 87.9 84.6 84.9 69.4 19.8 83.3
별도의 건조공정 필요성 여부 불필요 불필요 불필요 불필요 불필요 필요 불필요 필요
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1~5에서 제조된 복합 부직포는 사용전 미세먼지 제거율, 연속 8시간 사용후 미세먼지 제거율 및 연속 300시간 사용후 미세먼지 제거율이 모두 우수할뿐만 아니라, 별도의 건조공정도 불필요한 것으로 나타났다.
그러나, 비교예 1에서 제조된 복합 부직포 및 비교예 3에서 제조된 부직포 적층체는 사용전 미세먼지 제거율은 우수하지만, 연속 8시간 사용후 미세먼지 제거율 및 연속 300시간 사용후 미세먼지 제거율이 모두 낮을뿐만 아니라, 별도의 건조공정도 필요한 것으로 나타났다.
또한, 비교예 2에서 제조된 복합 부직포는 사용전 미세먼지 제거율이 우수하고 별도의 건조공정도 불필요하지만, 연속 8시간 사용후 미세먼지 제거율 및 연속 300시간 사용후 미세먼지 제거율이 모두 낮은 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 제1 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10);
    상기 제1 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20); 및
    상기 멜트블로운 부직포층상에 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 포함하고,
    상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는,
    비전도성 중합체로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1),
    상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2),
    상기 자유 섬유에 극성 용매를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및
    상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함하는 복합 부직포의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자유 섬유 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 가스와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행되는 복합 부직포의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스의 분사압은 상기 극성용매의 분사압 1bar를 기준으로 하여 0.5~4bar인 복합 부직포의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않는 복합 부직포의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발되는 복합 부직포의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층 형성단계(S20) 이후에 상기 제1 스펀본드 부직포층, 상기 멜트블로운 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함하는 복합 부직포의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 복합 부직포의 제조방법에 의해 제조된 복합 부직포.
  8. 제7항에 따른 복합 부직포를 포함하는 물품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터인 물품.
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