KR20200078131A - 드라이어 시트용 부직포 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 부직포를 드라이어 시트(시트형 섬유유연제)용으로 적용하기 위해 부직포에서 섬유유연제의 함침성 및 탈리성을 향상시키는 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 2성분이 혼섬된 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 부직포에서 공극율을 높이고, 비표면적을 넓히게 조절함으로써, 부직포를 경량화하여도 섬유유연제의 함침성 및 방출률이 향상되어, 부직포가 드라이어 시트에 적용되는 것이 가능해진다.

Description

드라이어 시트용 부직포{Non-woven for Dryer Sheet}
본 발명은 부직포를 드라이어 시트(시트형 섬유유연제)용으로 적용하기 위해 부직포에서 섬유유연제의 함침성 및 탈리성을 향상시키는 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
드라이어 시트(Dryer Sheet)란 시트형 섬유유연제로, 세탁 이후에 건조 단계에서 탈수된 세탁물과 함께 투입되어, 세탁물의 유연성, 대전방지성 및 발향 특성을 부여한다.
일반적으로, 드라이어 시트용 섬유유연제는 가열조건에서 액상이며, 그라비아(Gravure)롤을 통해 부직포 웹에 도포되어 상온에서 고화되는 특징을 갖는다. 이에 따라 드라이어 시트 제조공정에서 부직포의 균제도, 내마모성 및 섬유유연제의 함침량은 중요한 인자이다.
1세대 드라이어 시트는 내열성과 내마모성을 고려하여 셀룰로오스계 부직포 웹을 사용했으며, 습식(Wet-laid)으로 제조되어 조밀한 구조를 갖는다. 그러나 이는 섬유유연제의 함침성과 탈리성 저하의 단점이 있다.
2세대는 섬유유연제의 함침성과 탈리성을 개선하고자 폴리에스테르계 단섬유 부직포 웹을 이용하였다. 하지만, 제조공정이 복잡해 생산성이 낮고, 저중량 부직포의 제조가 어렵고, 내마모성 저하의 문제점이 있다.
3세대는 폴리에스테르계 단섬유 부직포 웹의 생산성과 내마모성을 보완하고자 장섬유 부직포 웹을 적용하였다. 하지만, 부직포 웹에서 절사에 의한 모우(Fussy) 발생으로 세탁물의 오염을 가져오는 단점이 있다.
한편, 일상 소비재 제조업체들은 시장에서 제품의 수요를 증대하기 위해 제조원가의 절감을 지속적으로 추진하고 있다.
이에 따라 드라이어 시트에서도, 부직포의 중량이 30gsm 수준에서 20gsm 이하로 감소하는 추세이다. 하지만, 부직포 중량 감소에 의한 비표면적 감소와 밀도 편차 증대는 섬유유연제의 함침성과 탈리성을 저하하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제2004-0105931호(드라이어 시트용 장섬유 부직포 및 그의 제조방법)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 부직포가 경량화되어도 섬유유연제의 우수한 함침성 및 탈리성을 나타내는 부직포의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 이루어진 혼섬사 장섬유 부직포에서, 상기 제1필라멘트는 이형도(외접원의 직경/내접원의 직경)가 2.5~3.0인 이형단면을 가지고 섬도가 5~10 데니어인 것을 특징으로 하는 드라이어 시트용 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 드라이어 시트용 부직포로 제조되고, 섬유유연제의 함침량이 40~55 g/㎡이고 방출률이 90~99%/시간인 것을 특징으로 하는 드라이어 시트를 제공한다.
본 발명에 따르면 2성분이 혼섬된 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 부직포에서 섬도 및 이형도의 조절에 의해 비표면적과 공극율을 증대함으로써, 드라이어 시트용 부직포에서 섬유유연제의 함침성 및 탈리성이 향상된다.
본 발명에 따른 드라이어 시트는, 증대된 함침량에 의해 드라이어 시트용 부직포의 중량을 감소할 수 있어 제조원가가 절감되며, 열풍 건조기에서 섬유유연제의 증대된 방출량에 의해 섬유의 유연성을 향상하므로 적은 량의 사용으로도 유연 효율성을 향상하는 것이 가능해진다.
본 발명은 융점이 다른 폴리에스테르계 소재를 2종으로 이용하여 제조된 장섬유 부직포에서, 장섬유의 섬도와 단면 형태의 조절을 통해 부직포의 구조를 조절함으로써, 공극율 및 비표면적을 증가시키는 것에 의해 섬유유연제의 함침성 및 탈리성이 우수한 드라이어 시트용 부직포를 제조하는 방법이다.
본 발명의 부직포 제조방법은 우선, 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 혼섬방사하고 상기 제1필라멘트가 이형단면을 가지고 섬도가 5~10 데니어가 되도록 혼섬사를 제조하는 단계로부터 시작한다.
이때 상기 제2필라멘트 함량비가 10 중량% 미만이면 필라멘트 간 결합력의 부족으로 건조기 내부에서 텀블링에 의해 부직포에서 모우 및 층간 박리가 발생할 수 있다. 이로 인해 세탁물의 손상 또는 오염이 발생할 수 있다.
상기 제2필라멘트 함량비가 30 중량%를 초과하면 혼섬방사할 때에 필라멘트의 냉각 부족으로 필라멘트의 뭉침이 발생할 수 있다. 이로 인해 부직포에서 중량과 밀도의 편차가 크게 발생하고 섬유유연제의 함침량과 방출률이 적어지거나 불균일해진다.
제1필라멘트는 Y형, +자형, ☆형 등과 같은 이형단면을 가진다.
이형단면의 형태 및 이형단면의 이형도(외접원의 직경/내접원의 직경)는 방사 구금의 모세공을 조절하여 형성하고 제어할 수 있다.
제1필라멘트의 이형도는 2.5~3.0인 것이 바람직한데, 2.0 미만이면 부직포의 비표면적의 증대가 미미하고, 3.0을 초과하면 방사할 때에 방사 구금의 내부 압력 상승으로 필라멘트를 형성하기 위한 용융물의 누출에 의해 방사와 부직포 형성에 있어 결함이 발생할 수 있다.
제1필라멘트의 섬도가 5 데니어 미만이면 절사가 많이 발생하여 방사 작업성이 저하되거나 필라멘트용 용융물이 Die-Swell 현상을 발생시켜 이형단면을 균일하게 형성하기 어렵고, 10 데니어를 초과하면 냉각부족으로 필라멘트용 용융물의 상전이가 지연되므로 필라멘트의 뭉침 현상이 발생할 수 있다.
상기 혼섬사를 제조하는 단계에서, 2성분의 폴리에스테르가 혼섬방사 형태로 방사된 필라멘트를 고압의 공기 연신장치를 이용하여 연신속도 4,500 ~ 5,500 m/분으로 충분히 연신할 수 있다.
이때 연신속도가 4,5000 m/분 미만이면 필라멘트의 결정화도가 낮아 부직포의 강도와 강력이 저하되며, 연신속도가 5,500 m/분을 초과하면 연신에어에 의해 필라멘트가 미끄러져 근접한 필라멘트와 엉킴이 발생하여 부직포의 균제도가 저하될 수 있다.
이후 상기 혼섬사를 적층하여 웹을 형성하는 단계를 실시한다.
이때 연속 이동하는 컨베이어 네트 위에 상기 혼섬사를 통상의 방법으로 적층하여 웹을 형성한다.
이후 상기 웹을 캘린더링 롤러를 통과시키는 캘린더링 공정에서 두께를 조절하여 공극율이 88~95%이고 비표면적이 0.10~0.18㎡/g인 부직포를 제조하는 단계를 실시한다.
이때 140~160℃로 가열되고 간극을 가지는 캘린더 롤러의 사이로 상기 웹을 통상의 방법으로 통과시키고 열풍처리하는 캘린더링 공정을 수행함으로써 부직포에서 적정한 공극률을 위한 두께와 평활성을 부여하는 것에 의해 부직포의 구조를 조절할 수 있다.
캘린더 롤러에는 엠보싱 롤을 포함할 수 있는데, 엠보싱 롤은 10~30%의 패턴율을 가진다.
캘린더링 공정에서 부직포의 두께를 조정함으로써 부직포의 공극률을 조절할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 부직포는, 구성 필라멘트의 형태와 섬도, 부직포 웹 두께를 조절하는 것에 의해, 부직포에서 공극률과 비표면적을 증대하므로, 드라이어 시트에 적용될 경우에 섬유유연제의 함침성 및 탈리성이 우수하면서도 중량감소로 인한 원가경쟁력을 가지는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예와 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
[실시예 1]
제1필라멘트로 255℃ 융점의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 제2필라멘트로 210℃ 융점의 공중합 폴리에스테르(CoPET)를 각각 방사온도 285℃에서 연속 압출기를 이용하여 녹인 다음, 방사구금의 모세공을 통해 토출하여 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였다.
이때 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량비가 85:15 wt%가 되도록 혼섬방사하였다. 이때, 제1필라멘트는 Y형 단면으로 섬도와 단면 이형도는 하기 표 1과 같이 되도록 하고, 제2필라멘트는 원형 단면으로 섬도가 3 데니어(단면 이형도 1)가 되도록, 토출량과 방사구금의 모세공의 모양 및 수를 조절하였다.
다음에 상기 필라멘트 섬유를 단위면적당 18g/㎡ 중량으로 컨베이어 네트(net)상에 웹의 형태로 적층시킨 후 통상의 방법으로 캘린더 롤 사이를 통과시키는 캘린더링 공정을 거쳐 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 2 ~ 3]
상기 실시예 1에서 제1필라멘트의 섬도와 단면 이형도를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 제1필라멘트의 섬도와 단면 이형도를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 하기 표 1과 같이 하되, 부직포의 비표면적과 공극률을 제어하기 위해 제1필라멘트의 단면 이형도가 2.5가 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 하기 표 1과 같이 하되, 부직포의 비표면적과 공극률을 제어하기 위해 제1필라멘트의 단면 이형도가 3.0이 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 4]
상기 실시예 1에서 제1필라멘트의 섬도와 단면 이형도를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 5]
상기 실시예 1에서 하기 표 1과 같이 하되, 부직포의 비표면적과 공극률을 제어하기 위해 제1필라멘트의 단면 이형도가 2.5가 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 6]
상기 실시예 1에서 하기 표 1과 같이 하되, 부직포의 비표면적과 공극률을 제어하기 위해 제1필라멘트의 단면 이형도가 3.0이 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 부직포에 대해 하기의 시험방법을 이용하여 특성을 측정하고 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
<시험방법>
1. 필라멘트의 섬도(데니어)
ASTM D1577법을 이용하여 필라멘트의 섬도를 측정한다.
Lenzing사 VIBROSKOP 측정장비를 이용하여 필라멘트의 섬도를 측정하는데, 측정 10회의 결과를 평균하여 나타낸다.
2. 이형도
광학현미경(LV100ND, NIKON사)을 이용하여 필라멘트의 단면 구조를 관찰하였다.
이형도는 외접원과 내접원의 직경비로 정의한다.
샘플링은 폭 방향에서 무작위로 채취하여 10회 측정한 결과를 평균으로 나타낸다.
3. 필라멘트 표면온도(℃)
열화상 카메라(Ti32, FLUKE사)를 이용하여 필라멘트의 표면 온도를 측정하는데, 측정 10회의 결과를 평균하여 나타낸다.
4. 부직포의 두께(㎜)
ASTM D1777법을 이용하여 부직포의 두께를 측정한다.
Mitutoyo사 두께 측정기를 이용하여 폭 방향으로 10회/m 측정한 결과를 평균하여 나타낸다.
5. 부직포의 공극률(%)과 비표면적(㎡/g)
ASTM F316법을 이용하여 측정한다.
직경 2㎝ 크기의 시편을 Porous Materials Inc.사의 ESA 측정장비를 이용하여 측정부에 고정된 시편에 0.019cP의 점도를 갖는 유체를 통과시켜 압력에 따른 유량으로 시편의 공극률과 비표면적을 측정한다.
6. 섬유유연제 함침량(g/㎡)
ASTM D461법을 이용하여 측정한다.
가로 × 세로 = 20 × 20 ㎝ 크기의 시편을 섬유유연제를 넣은 수조 중에 침지하여 침지 전·후의 무게의 차를 부직포의 중량으로 표준화하여 계산한다.
7. 섬유유연제 방출률(%)
중량이 110±5 gsm인 수건을 세탁 및 탈수 단계를 거쳐 중량 200±5 gsm의 수건을 준비한다.
준비된 수건 10매와 섬유유연제가 함침된 시편(가로 × 세로 = 20 × 20 ㎝) 1매를 65~70℃의 열풍조건에서 1시간 동안 건조한다.
방출 거동은 20분 간격으로 수건의 중량 변화를 측정하고, 방출률은 60분후 섬유유연제의 함침량과 잔류량의 차이를 이용하여 계산한다.
구분 제1필라멘트
섬도(De) 외경(㎛) 내경(㎛) 이형도 표면온도(℃) 방사성*
실시예 1 5.0 29.35 11.79 2.5 48.0 ○
실시예 2 5.0 31.86 10.80 3.0 47.9 ○
실시예 3 10.0 41.51 16.41 2.5 49.7 ○
비교예 1 2.5 15.96 - 1.0 46.6 ○
비교예 2 2.5 17.59 10.35 1.7 46.4 ○
비교예 3 2.5 18.43 9.70 1.9 48.3 ○
비교예 4 5.0 20.61 - 1.0 48.2 ○
비교예 5 10.0 32.04 - 1.0 54.6 ×
비교예 6 12.0 43.88 19.05 2.3 51.8 ×
*방사성은 절사 관리 기준(2회/일)에 의거하여 50℃의 표면온도를 기준으로 판단한다.
비교예 2와 3은 Die-Swell 현상이 발생하여 목표로 하는 이형도(2.5)가 형성되지 않았다.
비교예 6도 Die-Swell 현상이 발생하여 목표로 하는 이형도(3.0)가 형성되지 않았고, 방사과정에서 용융 이물에 의해 단사가 발생하거나 사에 결점이 발생하였다.
구분 부직포 섬유유연제가 함유된 부직포
두께
(mm)		 공극률
(%)		 비표면적
(㎡/g)		 결점개수
(개/㎡)		 육안판정* 함침량
(g/㎡)		 방출률
(%/Hr)		 성능평가**
실시예 1 0.164 88.9 0.154 1 ○ 44.7 94 ○
실시예 2 0.178 90.1 0.168 1 ○ 50.5 97 ○
실시예 3 0.232 91.6 0.107 2 ○ 42.5 97 ○
비교예 1 0.091 79.7 0.156 1 ○ 45.3 81 ○
비교예 2 0.099 81.7 0.185 4 × 46.3 73 ×
비교예 3 0.103 82.5 0.193 6 × 47.6 73 ×
비교예 4 0.127 85.3 0.112 2 ○ 33.7 91 ○
비교예 5 0.181 90.0 0.078 10 × 32.4 90 ○
비교예 6 0.224 91.9 0.104 7 × 33.1 95 ○
*육안판정은 품질기준(3개/㎡ 이하)에 의거하여 육안으로 파악한 결점개수로부터 판정한다.
**성능평가는 섬유유연제 방출률이 90%/Hr 이상인 것을 양호한 것으로 판정한다.
상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 공극률과 비표면적을 가지는 실시예의 부직포가 비교예의 부직포와 비교하여 함침량과 방출률에서 모두 우수한 성능을 나타내는 것이 확인된다.
또한, 부직포가 본 발명의 공극률과 비표면적을 가지기 위해서는 부직포를 구성하는 제1필라멘트에 이형단면사를 사용하는 것이 좀 더 용이하다는 것이 실시예와 비교예 1, 4 및 5와의 비교로부터 알 수 있다.
한편, 부직포를 구성하는 상기 이형단면사의 섬도가 너무 낮거나 높을 경우 방사성이 나빠져 원하는 이형도를 얻기 어려운 것이 비교예 2, 3 및 6으로부터 확인된다. 이로 인해 부직포에서 공극률 및 비표면적이 동시에 향상되기 어려워 섬유유연제가 함유된 부직포의 성능저하가 발생하는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 융점이 250℃ 이상인 폴리에스테르의 제1필라멘트 70~90 중량% 및 융점이 235℃ 이하인 폴리에스테르의 제2필라멘트 10~30 중량%를 포함하여 이루어진 혼섬사 장섬유 부직포에서,
    상기 제1필라멘트는 이형도(외접원의 직경/내접원의 직경)가 2.5~3.0인 이형단면을 가지고 섬도가 5~10 데니어인
    것을 특징으로 하는 드라이어 시트용 부직포.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이형단면은 Y형, +자형 및 ☆형에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 드라이어 시트용 부직포.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 혼섬사 장섬유 부직포는 공극율이 88~95%이고 비표면적이 0.10~0.18㎡/g인 것을 특징으로 하는 드라이어 시트용 부직포.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항의 드라이어 시트용 부직포로 제조되고, 섬유유연제의 함침량이 40~55 g/㎡이고 방출률이 90~99%/시간인 것을 특징으로 하는 드라이어 시트.
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