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KR20080112797A - 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포 - Google Patents

난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포 Download PDF

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KR20080112797A
KR20080112797A KR1020070061698A KR20070061698A KR20080112797A KR 20080112797 A KR20080112797 A KR 20080112797A KR 1020070061698 A KR1020070061698 A KR 1020070061698A KR 20070061698 A KR20070061698 A KR 20070061698A KR 20080112797 A KR20080112797 A KR 20080112797A
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KR
South Korea
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polypropylene
nonwoven fabric
stabilizer
flame retardant
long fiber
Prior art date
Application number
KR1020070061698A
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English (en)
Inventor
황우창
김명호
Original Assignee
도레이새한 주식회사
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Filing date
Publication date
Application filed by 도레이새한 주식회사 filed Critical 도레이새한 주식회사
Priority to KR1020070061698A priority Critical patent/KR20080112797A/ko
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Abstract

본 발명은 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층복합 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포는 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물을 0.1 ~ 2.0중량%, 자외선안정제로서 HALS계 자외선안정제가 0.1 ~ 2.0중량%를 함유하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 환경친화적인 비할로겐계 난연제를 사용함으로 난연성이 우수할 뿐 아니라 유독가스를 발생하지 않아 환경친화성 및 인체무해성을 가지며, 또한 자외선 안정제를 처리함으로 내후성이 우수하며, 또한 상기 난연제 및 자외선 안정제를 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하여 이를 폴리프로필렌 칩과 혼련 용융시켜 방사하고 캘린더로 열접착시켜 형태안정성을 부여하는 방법에 의한 본 발명의 폴리프로필렌 스판본드 부직포의 용이한 제조방법을 제공한다.
난연성, 내후성, 폴리프로필렌, 부직포.

Description

난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포{Polypropylene nonwoven fabric having an excellent flame resistance}
도 1은 본 발명에 따라 제조된 난연성이 우수한 폴리프로필렌 다층 복합 부직포의 단면 사진이고,
도 2는 본 발명에 따른 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포의 제조장치 및 그 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 원료저장조(SILO)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
11, 11', 11": 원료계량장치(DOSING UNIT)
12, 12', 12": 압출기(EXTRUDER)
13, 13', 13": 스핀펌프(SPINPUMP) 및 스핀빔(SPINBEAM)
14, 14': 퀀칭쳄버(QUENCHING CHAMBER)
15, 15': 인터미디에이트 첸널(INTERMEDEATE CHANNEL)
16, 16', 16": 석션블로우(SUCTION BLOWER)　　
17 : 스크린 벨트(SCREEN BELT)
18 : 캘린더(CALENDER)　　
19 : 와인더(WINDER)
본 발명은 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층복합 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 난연화를 위한 난연제로 비할로겐 HALS계의 유기 화합물을 사용하고, 자외선(UV) 안정제로 HALS계 UV 안정제를 고농축시킨 마스터 배치 칩(master batch chip)을 제조하여 폴리프로필렌 섬유 수지 내 병용하는 방법을 채용함으로서, 직사광선의 수광이 많은 차량, 선박, 항공기용 내장재나 건축내장재로 적용하여 장기간 사용이 가능한 내후성(weatherability) 및 난연성(flame resistance)이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층복합 부직포 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 부직포는 대부분이 플라스틱 소재로 구성되어 있으며, 이러한 플라스틱 재료는 응용분야가 건축용, 자동차용, 가전제품, 항공기, 선박 등으로 확대되고 고기능화됨에 따라 화재 발생시 안전을 고려한 난연화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 불특정 다수인이 출입하는 건물 및 장소인 비행기, 선박, 자동차, 기차 등에 사용되는 의자, 쇼파, 커튼, 벽지, 카펫 등 실내장식물과 일상생활에 필요한 의복 및 이와 같은 목적으로 사용되는 가연성 내장재 같은 물질은 유기 고분자물질로 만들어져 있기 때문에 작은 불씨로도 착화되며, 화재시 유독가스를 발생하게 되어 많은 피해를 야기하기 때문에, 세계적으로 상기한 플라스틱을 비롯해 고무, 섬유, 제지 등에 대한 연소성 규제가 강화되고 있으며, 국내에서도 난연 소재에 대한 관심은 급증하고 있다.
따라서, 상기한 실정을 감안하여 종래에는 상기 예시된 플라스틱 제품 등의 제조에 있어서 할로겐계 난연제 등을 난연화에 이용하고 있으나, 이러한 할로겐계 난연제의 사용은 화재시 유독가스를 다량 발생하여 화재피해 확대의 원인과 많은 재산 및 인명피해를 가져오게 되어 이에 대한 적절한 대책이 요망되고 있는 실정이다.
또한, 종래 건축용, 자동차용, 가전제품, 항공기, 선박 등 플라스틱 재료에서는 난연성을 부여하는 방법으로 불연성 물질을 첨가하여 불연성 물질의 함량을 증가시키므로서 가연성 가스의 발생을 감소시키는 방법과, 재료의 표면이나 전체에 난연제를 도포하여 연소를 억제시키는 방법이 제안되었다. 특히 상기 후자의 방법에서 주로 사용되는 난연제는 많은 난연제 중 브롬계 등 할로겐계 난연제로 이들은 연소할때 다이옥신을 발생시키고, 안티몬 화합물은 유해성의 의심이 지적되고 있어, 각 나라마다 난연제를 사용하는데 대한 제한 등의 움직임 및 유해성에 대한 관심이 고조되고 있는 실정이며, 따라서 대체 난연제로는 인이 유력하지만 기존제품과 유사한 성능을 만족시키면서 생산 원가 상승을 억제하는 것이 어렵다는 단점이 있다.
한편, 기존의 플라스틱 재료의 난연화에 있어서 난연제 주성분의 선택도 중요하지만, 난연제를 최종제품에 적용하는 방법에 있어서 인, 브롬, 염소 등의 유기계 난연제나, 알루미늄, 안티몬, 마그네슘 화합물의 무기계 난연제는 플라스틱 재료로 다양한 용도로의 성형시에 원재료와의 혼합, 분산, 성형 작업성에 특별한 어려움이 없지만, 섬유화 공정시 난연 화합물은 평균입경이 수 마이크로미터(㎛) 크기로 균일하게 조정되어 있어도 폴리머 내 균일한 분산이 매우 어렵고, 특히 방사 공정시 압력이 상승하고 사절이 발생하는 등 작업성에 상당한 어려움을 주는 단점이 있었다. 또한, 바인더(binder)에 난연제를 혼합하여 섬유 표면에 도포하는 방식이 채용되고 있으나, 이러한 방법은 세탁 내구성이 저하되고, 변색이 일어나기 쉬우며, 촉감이 불량해지는 단점이 있었다.
또한, 다른 관점에서 플라스틱 재료의 부직포를 건축용, 자동차용, 가전제품, 항공기, 선박 등 인테리어 제품에 적용함에 있어서, 비록 상술한 문제점을 해결하여 난연성이 우수하고, 인체, 환경 측면에서 안전한 제품을 선택하고, 더불어 생산적인 측면에서 효율적인 방법을 채택하였다 하더라도, 폴리프로필렌 부직포 제품은 특히 자외선에 약하여 자동차, 선박, 항공기 등 자외선에 노출이 많은 용도로 적용에 있어서는 내후성이 떨어져 사용하는데 문제점이 있으므로 자외선에 대한 대책이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 환경친화성을 지니는 난연제를 사용하여 난연성이 우수할 뿐 아니라 유해물질을 발산하지 않으면서 방사 작업성이 우수하고, 또한 내후성을 겸비하여 장시간 자외선에 노출되어도 물성변화가 거의 없는 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 난연성, 방사작업성 및 내후성에 있어 우수한 특성을 지니는 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포를 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 폴리프로필렌 스판본드 부직포의 난연화를 위해 종래의 할로겐계 난연제나 무기금속 난연제 대신에 비할로겐계 HALS계의 유기 화합물 난연제를 사용하였고, 또한 종래의 바인더(binder)에 난연제를 분산시켜 부직포 표면에 도포시 발생하는 촉감이 딱딱해지는 문제와 세탁내구성 불량 문제를 방사 단계에서 상기 난연제를 폴리프로필렌 수지 내부에 분산시킴으로, 촉감 및 세탁내구성 불량 문제를 근본적으로 해결하였으며, 종래의 할로겐계 난연제나 무기금속 난연제의 사용에 따른 방사 작업시 발생하는 압력 증가나, 사절발생 등으로 조업성이 불량한 것을 해결하여 작업성을 향상시키고, 햇볕에 노출이 많은 자동차, 항공기, 선박,건축용 인테리어 제품에 사용되어, 자외선에 의해 쉽게 열화되는 문제는 자외선 안정제를 병용하므로써 부직포 제조 작업시나 사용 및 폐기시 인체에 무해한 환경친화적이면서 자외선에 의해 쉽게 열화되지 않는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 복합 부직포 및 그 제조방법을 제공함으로 본 발명을 완성할 수 있었 다.
상기 목적을 달성하기 의한 본 발명의 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포는;
전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물을 0.1 ~ 2.0중량%, 자외선안정제로서 HALS계 자외선안정제가 0.1 ~ 2.0중량%를 함유하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 난연제의 사용농도가 0.1중량% 미만으로 되면 난연성이 현저하게 떨어지고, 2.0중량%를 초과하면 방사 작업성이 떨어져 바람직하지 않다. 또한, 상기 자외선안정제의 함유량이 상기 범위를 하회하면 내후성이 현저히 저하하고 상회하면 제조 비용이 증가하여 바람직하지 않다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 부직포는 단위 면적당 중량이 10~150g/㎡이고, 두께가 0.05~1.0㎜인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 따른 부직포의 단위 면적당 중량 및 두께 범위는 가장 적절한 강도를 가지고 사용에 편리한 부직포를 제공하는 효과가 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 의한 본 발명의 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포의 제조 방법은;
난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물 5 ~ 20중량%와 용융지수 (MFR) 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 80 ~ 95중량%을 혼련기로 용융하여 마스터 배치 칩(master batch chip)을 제조하는 단계;
자외선안정제로서 HALS계 자외선안정제 5 ~ 20중량%와 용융지수(MFR)가 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 80 ~ 95중량%을 혼련기로 용융하여 마스터 배치 칩(master batch chip)을 제조하는 단계; 및
용융지수 (MFR)가 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 칩과 상기 각 단계에서 제조된 마스터 배치 칩을 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 난연제가 0.1 ~ 2.0중량%가 되고, 자외선안정제가 0.1 ~ 2.0중량%가 되도록 각각의 칩을 압출기에서 용융, 혼합, 균질화시켜 방사구금을 통하여 용융 방사하고, 냉각 및 연신 공정을 거쳐 필라멘트를 형성시킨 후, 연속으로 이동되는 다공질 컨베이어 벨트 상에서 웹을 형성, 이송하여 캘린더로 열접착시켜 형태안정성을 부여하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 용융 방사는 방사구금이 1개 이상으로 구성되거나, 2 ~ 5개의 스핀 빔 (spin beam)의 다층으로 구성된 것을 사용함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 캘린더 롤은 한쪽은 본딩율이 10~30%을 가지는 엠보싱 롤이고, 다른 한쪽은 표면이 매끄러운 플레이트롤로 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 캘린더의 압력은 50 ~ 100dyne/cm이며, 온도는 130 ~ 170℃임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포는 환경친화적인 비할로겐계 난연제를 사용함으로 난연성이 우수하여 화재 위험이 높은 곳에서 사용될 수 있으며 유기 고분자 물질로 이루어진 폴리프로필렌 스판본드 부직포에서 유독가스를 발생하지 않으므로 인명과 화재의 위험으로부터 방어해 주는 난연 효과 뿐만 아니라 저유해성이 있으며, 또한 자외선 안정제를 처리함으로 내후성을 겸비하여 장시간 자외선에 노출되는 환경에도 사용될 수 있다. 즉, 상기 구성에 따른 본 발명은 화재 발생시 화재 자체보다 2차적으로 생성되는 유독가스에 의한 인명손실이 더 크기 때문에, 본래의 난연기능 뿐만 아니라, 연소시 발생하는 가스의 유해성 저하, 저 발연성, 폐기물 문제, 재활용성 등 환경과의 친화성을 고려한 각종 난연 규격에 부합하는 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포 및 이러한 특성을 갖는 부직포를 용이하게 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 폴리프로필렌 다층 복합 부직포, 즉 스판본드/멜트블로운/스판본드 다층구조 부직포의 단면 사진이고, 도 2는 본 발명에 따른 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포의 제조장치 및 그 제조공정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 난연 효과뿐만 아니라 저유해성, 저발연성, 내열성을 겸비하고, 섬유화 공정 중 방사 작업시 압력 상승을 예방하고, 사절 발생을 방지할 수 있는 비할로겐계 비금속 화합물계의 HALS계 난연제를 사용하는데, 그 주성분은 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판 디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물이며, 연소시 상기 난연제가 포함된 재료가 열을 받을 때 재료의 표면에서 비 가연성가스 N2 를 발생시키고, 액상의 물을 발생하여 냉각시키며, 고체 형 숯(char)을 생성하고, 생성된 N2, 물, 숯은 연소 불꽃으로 발생된 열과 산소를 재료의 내부로 전달되는 속도를 저하시켜 열전달을 억제함으로서 연소에 의한 가연성 가스의 발생 및 확산을 최소화시키는 역할과 동시에 연소에 필요한 산소의 공급을 차단하여 자연 소화시키는 역할을 하게 된다. 연소시 화염을 전파하기 위해서는 최소한의 산소농도가 요구되는데 이 산소의 농도를 적게 함으로서 폭발적으로 일어나는 연소를 줄일 수 있는데 그 한계의 산소농도를 최소산소농도(MOC : Minimum Oxygen Concentration)라 하며, 폭발 및 화재는 연료의 농도에 무관하게 산소의 농도를 감소시킴으로써 방지할 수 있으므로 불연성 가스 등을 가연성 혼합기에 첨가하면 MOC는 감소되고, 최소산소농도는 폭발 및 화재방지에 유용한 기준이 된다. MOC는 공기와 연료의 혼합기 중 산소의 부피를 나타내며 %의 단위를 갖는다. CO2, 수증기, N2 등을 가연성 혼합기에 첨가해서 그 연소 범위를 축소시키고 결국은 연소범위를 소멸시켜서 소화하는 방법이 있는데, 이 경우 산소 농도 저하로 인한 연소의 중단이 주요 작용이고 CO2를 첨가하여 소화할 때는 기상의 산소 농도를 14 ~ 15%이하로 할 필요가 있다. 이러한 절차를 불활성화(Inerting)라 부르며 MOC의 개념이 기초가 되고, 이 산소농도를 임계산소 농도라 부르며 점화와 연소를 계속 지속시키기 위해 필요한 산소의 최저농도로 보통 액체 16%이하, 고체 6%, C2H2 4% 이하가 되면 자연 소화된다고 알려져 있다.
본 발명에서 태양광 중 자외선에 의해 폴리프로필렌 분자 간 사슬이 파괴되어 초기 물성을 잃어버리고 쉽게 찢어지는 자외선에 의한 열화를 방지하기 위하여, 첨가하는 자외선 안정제를 적용하는 방법으로는 난연제의 적용방법과 같이 섬유표면에 물리적으로 부착시키기 위하여 함침, 또는 스프레이 가공을 실시하는 복잡한 공정보다 작업공정의 작업성을 보다 좋게 하기 위해서 마스터 배치로 만들어 폴리프로필렌 섬유 내에 분산시키는 방법을 채택하였다.
본 발명에서 사용되는 자외선안정제 및 난연제를 적용하는 방법으로는 섬유표면에 물리적으로 부착시키기 위하여 함침, 또는 스프레이 가공을 실시하는 복잡한 공정보다 작업 공정의 작업성을 보다 좋게 하기 위해서 마스타 배치로 만들어 폴리프로필렌 섬유 내에 분산 시키는 방법을 채택하였다. 즉, 본 발명에서 사용된 자외선안정제 및 난연제는 작업성을 좋게 하기 위해서 마스터 배치 칩으로 만들었으며, 마스터 배치 칩 내 분산성과 부직포 방사공정의 압력 상승문제를 해결하고, 내후성 및 난연 성능을 최대한 발휘시키기 위해서, 함유된 자외선안정제와 난연제는 함유량이 각각 5 ~ 20중량%가 되게 하였다. 마스터 배치 칩은 난연제와 폴리프 로필렌, 자외선안정제와 폴리프로필렌을 각각 혼련기로 용융하여 제조하였으며, 마스터 배치 칩을 만들 때 사용된 폴리프로필렌 수지는 일반적으로 부직포 용도의 용융지수(MI)가 35인 폴리프로필렌 수지와 같은 수준의 용융지수를 갖는 것을 사용하여 마스터 배치 칩을 제조하였다.
마스터 배치 칩 제조시 자외선안정제 및 난연제의 함유량이 각각 5중량% 미만일 경우에는 자외선안정제 및 난연제가 함유된 각각의 마스터 배치 칩의 사용량이 증가하게 되어 경제적으로 바람직하지 못하며, 20중량%를 초과할 경우에는 자외선 안정제 및 난연제의 균일한 분산이 어려워 전체적으로 균일한 내후성 및 난연성을 갖는 부직포를 얻기 어려운 문제점이 있다.
최종 부직포 내 자외선안정제 및 난연제의 첨가량은 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 각각 0.1 ~ 2.0중량%가 적당하며, 바람직하게는 0.1 ~ 1.5중량% 범위가 좋다. 만약 자외선안정제 및 난연제의 첨가량이 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 각 0.1중량% 미만인 경우에는 내후성 및 난연 효과가 불충분하며, 각 2.0중량%를 초과할 경우에는 압력이 상승하고 사절이 발생하는 등 작업성이 불량하고 원가상승의 원인이 되어 본 발명에 따른 장점이 없어지게 된다.
스판본드 부직포 생산시 주원료의 특성은 용융지수(MI)가 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 칩을 사용하였으며, 스판본드/멜트블로운/스판본드 다층구조부직포의 제조시 멜트블로운 층의 주원료는 용융지수(MI)가 800 ~ 1200g/10분인 폴리프로필렌이다. 스판본드용 폴리 프로필렌 칩의 용융지수가 20g/10분 미만일 경우에는 용융점도가 너무 높아 결과적으로 제사성이 떨어지는 문제점이 있고, 80g/10분을 초 과할 경우에는 용융점도가 너무 낮아 방사성이 떨어지고, 멜트블로운용 폴리프로필렌의 용융지수가 800g/10분 미만이면 용융점도가 높아 블로윙 효과가 저하되며, 1200g/10분을 초과하면 용융점도가 너무 낮아 블로윙시 파이버가 날리는 등 결국 안정적인 조업이 어려워지는 단점이 있다.
본 발명의 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 또, 폴리프로필렌 스판본드/멜트블로운/스판본드 다층구조 복합부직포 부직포의 제조방법은 아래 스판본드 부직포의 제조방법의 컨베이어 벨트 이후 공정은 동일하고, 또 동일 설비 내에서 이루어지나, 다층구조의 수 만큼 각각의 원료계량장치(11), 압출기(12), 퀀칭쳄버 (14)로 구성되어 있다.
저장조(Silo; 10)에 저장된 폴리프로필렌 수지는 원료를 계량하는 원료 계량장치(11)로 이송되어 일정량씩 압출기(12)에 공급된다. 또한, 자외선안정제가 함유된 마스터 배치 칩과 난연제 마스터 배치 칩도 각각의 다른 원료 계량장치(11)로 이송되어 일정량씩 계량, 압출기(12)에 공급된다. 공급된 원료 및 각각의 마스터 배치 칩은 고온의 압출기(12)내에서 용융 및 혼합되어 다수의 오리피스로 구성된 구금을 통하여 방사되면 20 ~ 30㎛의 미세한 굵기의 실로 된다. 방사된 폴리머는 벌집모양의 퀀칭 챔버(14)를 통하여 분사되는 냉각공기에 의해 냉각, 고화되고 상부에서 불어주는 공기와 컨베이어 벨트(스크린 벨트; 17) 하부에서 흡입하는 공기의 압력에 의해 연신 되어져, 연속으로 구동되는 컨베이어 벨트(17) 상에 일정한 중량으로 적층이 된다.
통상적으로 부직포층을 구성해주는 필라멘트를 방사하는 구금으로 구성된 빔(beam)은 하나이나, 부직포의 중량 균일성 등 조직을 균일하게 하기 위하여 본 발명에서는 2 ~ 5빔으로 하였다. 이 빔이 1 ~ 2개일 경우 스판본드 부직포라 하며 이 빔의 수가 3개 이상으로 구성되며, 구성된 3개 이상의 빔 중에서 중앙부분에 고 용융지수의 원료를 사용하는 멜트블로운층이 들어간 것을 스판본드/ 멜트블로운/스판본드 다층구조 복합 부직포라 하는데, 이 빔의 수가 적을수록 동일 중량에서 중량 균일성 및 조직이 불균일한 단점이 있고, 5개를 초과할 경우에는 중량 균일성의 개선 효과보다 초기 설비 설치시 투자비의 과도한 증가 등의 문제점이 있다.
형성된 웹을 역학적 특성 및 형태안정성을 부여하기 위하여 열과 압력으로 결합한다. 이때 캘린더(18) 롤의 구성은 한쪽은 본딩율이 10 ~ 30%을 가지는 엠보싱 롤(Embossing roll), 한쪽은 표면이 매끄러운 플레이트롤(Plate Roll)로 구성된다. 본딩율이 10% 미만이면 형성된 웹의 형태안정성이 부족하고 강도가 낮아져 포(布)로서의 적용이 불가능한 단점이 있고, 30%를 초과할 경우에는 지나치게 필름화 되는 면적이 넓어 촉감이 불량해지는 문제점이 있다. 이때 부여되는 캘린더의 압력은 특별히 한정되는 것은 아니지만 본딩율을 고려할 때 캘린더의 압력 50 ~ 100dyne/cm, 온도 130 ~ 170℃가 효과적이었다.
생산되는 폴리프로필렌 스판본드 부직포의 기초 중량은 10 ~ 150g/㎡으로 하였고, 두께가 0.05 ~ 1.0㎜가 되도록 하였다. 폴리프로필렌 스판본드 부직포의 기초 중량이 10g/㎡ 미만이고, 두께가 0.05mm 미만이면 부직포 물성이 저하되고, 특히 저중량 생산시 생산성의 저하 등 경제적으로 생산하지 못하는 단점이 있고, 기초 중량이 150g/㎡를 초과하고, 두께가 1.0mm를 초과할 경우에는 지나치게 두꺼워 형태 안정성의 부여를 위해 열 캘린더링을 실시하는데 있어서 열전달이 어려워 박리가 발생하는 등 열접착이 곤란해지는 문제점이 있다.
다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 실시예 및 비교예 중의 각종 특성치의 측정 및 평가는 다음과 같이 행하였다.
[평가방법]
(1) 단위면적당 무게(중량:g/㎡) : ASTM D 3776-1985의 방법에 준해 측정하였다.
(2) 난연성
가) 난연도(mm) : KS K 0583 직물의 난연도 시험방법에 준해 측정하여 탄화직경의 최대 지름을 측정하였다.
나) 방염성 : KS F 2819 건축용 얇은 재료의 난연성 시험방법 준해 측정하여, 잔염, 잔진, 탄화거리를 측정하였다.
다) 방염성능 : KOFEIS 1001(소방법에 의한 방염물품의 방염성능시험중 벽지류에 적용되는 방염물품의 시험법)에 준해 실시하여, 잔염, 잔진시간, 탄화면적, 탄화길이를 측정하고, 용융하는 물품에 한해 적용하는 접염횟수를 측정하였다.
(3) 내후성 : Weater-O-mether설비를 이용(Light source : Xenon Arc, Black Panel Temp : 63℃, 상대습도 : 50%, 조사량 : 0.35W/㎡, Cycle :Spray 18min/Light 102min) 하여 1200hr 조사후 강도를 (4)와 같이 측정하고 초기강도 대비 유지율을 구하였다.
(4) 인장강도 : 인장강신도기(Instron) 측정설비를 이용하여 ASTM D1682-64법에 의해 시험 편 폭 5cm, 간격 7.5cm의 시험 편을 인장속도 300mm/min의 조건으로 인장하여 최대 하중을 구하였다.
실시예 1
스판본드용 주원료 폴리프로필렌은 용융지수(MI)가 35g/10분인 것을 사용하였으며, 자외선 안정제로 HALS계 자외선안정제가 15중량%가 함유된 마스터 배치 칩 5중량%를 투입하였다. 난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물을 용융지수가 35g/10분인 폴리프로필렌에 10중량% 균일하게 혼련되어 있는 마스터 배치 칩을 10중량% 투입하였다.
일정하게 공급되는 원료와 각각의 마스터 배치 칩을 익스투루더 (Extruder)에서 용융, 혼련시켜, 방사 구금을 통해 필라멘트를 형성시킨 후, 냉각공기로 냉각 및 벨트 하부 흡입 에어로 연신시켜 섬도 2.5데니어인 필라멘트를 연속으로 구동되는 컨베이어 벨트 상에서 웹으로 형성시켜 엠보싱 롤이 158℃이고 플레이트 롤(Plate roll)이 156℃이며, 압력이 78dyne/cm인 조건에서 압착시켜 형태안정성을 부여하였다. 단위면적당 중량이 50g인 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 스판본드 부직포를 제조하였다. 상기 본 실시예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
실시예 2
실시예 1에서 스판본드의 원료사용과 방사조건을 동일하게 하고, 용융지수(MI)가 1000g/ 10분인 폴리프로필렌을 사용하여 단사 섬도가 0.4데니어인 멜트블로운 제3의 층을 갖게 하는 스판본드/멜트블로운/스판본드 타입(이하 "SMS"라 한다)의 웹을 형성하고 형태 안정성을 부여하여, 단위면적당 중량이 50g인 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 SMS 부직포를 제조하였다. 상기 본 실시예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
비교예 1
실시예 1에서 주 원료 및 자외선안정제 마스터 배치 칩을 동일량 사용하였고, 난연제 마스터 배치 칩을 0.5중량% 사용하였으며, 기타 조건은 동일하게 하였다. 단위면적당 중량이 50g인 폴리프로필렌 스판본드 부직포를 제조하였다. 상기 본 비교예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
비교예 2
실시예 1에서 주 원료 및 자외선안정제 마스터 배치 칩을 동일량 사용하였고, 용융지수가 35g/10분인 폴리프로필렌에 난연제가 20중량% 균일하게 혼련되어 있는 마스터 배치 칩을 15중량% 사용하였으며, 기타 조건은 동일하게 하였다. 단위면적당 중량이 50g인 폴리프로필렌 스판본드 부직포를 제조하였다. 상기 본 비교예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
비교예 3
실시예 1에서 주 원료 및 자외선안정제 마스터 배치 칩을 동일량 사용하였고, 용융지수가 35g/10분인 폴리프로필렌에 난연제가 20중량% 균일하게 혼련되어 있는 마스터 배치 칩 5중량% 사용하였으며, 기타 조건은 동일하게 하였다. 단위면적당 중량이 50g인 폴리프로필렌 스판본드 부직포를 제조하였다. 상기 본 비교예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
비교예 4
실시예 1에서 주 원료 및 자외선안정제 마스터 배치 칩을 사용하지 않고, 기타 조건은 동일하게 하였다. 단위면적당 중량이 50g인 폴리프로필렌 스판본드 부직포를 제조하였다. 상기 본 비교예에 따른 생산조건을 표 1에, 부직포의 내후성 및 난연성을 표 2에 각각 나타내었다.
Figure 112007045498360-PAT00001
Figure 112007045498360-PAT00002
상기와 같이 구성되는 본 발명의 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합 부직포는 환경친화적인 비할로겐계 난연제를 사용함으로 난연성이 우수할 뿐 아니라 유독가스를 발생하지 않아 환경친화성 및 인체무해성을 가지며, 또한 자외선 안정제를 처리함으로 내후성을 겸비하여 장시간 자외선에 노출되는 환경에도 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 상기 난연제 및 자외선 안정제를 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하여 이를 폴리프로필렌 칩과 혼련 용융시켜 방사하고 캘린더로 열접착시켜 형태안정성을 부여하는 방법에 의한 폴리프로필렌 스판본드 부직포의 용이한 제조방법을 제공한다.

Claims (6)

  1. 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물을 0.1 ~ 2.0중량%, 자외선안정제로서 HALS계 자외선안정제가 0.1 ~ 2.0중량%를 함유하여 구성됨을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부직포는 단위 면적당 중량이 10~150g/㎡이고, 두께가 0.05~1.0㎜인 것을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포.
  3. 난연제로서 N,N"-1,2-에탄디일비스-1,3-프로판디아민과 시클로헥산의 반응물과 과산화 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피리딘아민-2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진 반응물 5 ~ 20중량%와 용융지수 (MFR) 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 80 ~ 95중량%을 혼련기로 용융하여 마스터 배치 칩(master batch chip)을 제조하는 단계;
    자외선안정제로서 HALS계 자외선안정제 5 ~ 20중량%와 용융지수(MFR)가 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 80 ~ 95중량%을 혼련기로 용융하여 마스터 배치 칩(master batch chip)을 제조하는 단계; 및
    용융지수 (MFR)가 20 ~ 80g/10분인 폴리프로필렌 칩과 상기 각 단계에서 제조된 마스터 배치 칩을 전체 폴리프로필렌 수지에 대하여 난연제가 0.1 ~ 2.0중량%가 되고, 자외선안정제가 0.1 ~ 2.0중량%가 되도록 각각의 칩을 압출기에서 용융, 혼합, 균질화시켜 방사구금을 통하여 용융 방사하고, 냉각 및 연신 공정을 거쳐 필라멘트를 형성시킨 후, 연속으로 이동되는 다공질 컨베이어 벨트 상에서 웹을 형성, 이송하여 캘린더로 열접착시켜 형태안정성을 부여하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 용융 방사는 방사구금이 1개 이상으로 구성되거나, 2 ~ 5개의 스핀 빔 (spin beam)의 다층으로 구성됨을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 캘린더 롤은 한쪽은 본딩율이 10~30%을 가지는 엠보싱 롤이고, 다른 한쪽은 표면이 매끄러운 플레이트롤로 구성됨을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포의 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 캘린더의 압력은 50 ~ 100dyne/cm이며, 온도는 130 ~ 170℃임을 특징으로 하는 내후성 및 난연성이 우수한 폴리프로필렌 장섬유 다층 복합부직포의 제조방법.
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