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KR-20260060512-A - Anti bacterial High-density Polyethylene Multifilament Fiber and Method for Manufacturing the Same

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Abstract

본 발명은 항균 마스터배치를 포함하는 용융지수 0.2 내지 6.0g/10min의 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조된 강도 5.0g/d 이상의 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유에 관한 것으로, (S1) 항균 마스터배치 중량 1내지 5%와 폴리에틸렌 중량 95내지99%로 구성되는 폴리에틸렌 수지 조성물을 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계; (S2) 상기 미연신사를 냉각하는 단계; (S3) 상기 냉각된 미연신사를 다단연신하는 단계; 및 (S4) 상기 연신 후 열고정, 이완, 권취하는 단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다. 이렇게 제조되는 항균 고밀도 폴리 에텔렌 멀티 필라멘트는 냉감성이 우수하고 높은 강도를 갖으며 유연성도 우수하여 침장용 냉감 소재로 사용된다. 항균 고밀도 폴리에틸렌 원사를 사용한 침장류의 경우 접촉 냉감을 특정하면 0,3W/cm²이상의 접촉 냉감을 보여 매우 우수한 냉감성을 띄게 된다.

Inventors

  • 김대식

Assignees

  • 코티마주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241024

Claims (5)

  1. 항균마스터배치를 포함하는 용융지수 0.2 내지 6.0g/10min의 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조되며, 강도 5.0g/d 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 침장용 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 수지 조성물은 항균 마스터배치 1 내지 5 중량%와 폴리에틸렌 중량 95 내지 99 중량%로 구성되며, 상기 항균 마스터배치는 유기 항균제, 무기 항균제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 침장용 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  3. 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조에 있어서, .(S1) 항균마스터배치 1내지 5 중량%와 폴리에틸렌 95 내지 99 중량%로 구성되는 폴리에틸렌 수지 조성물을 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계; (S2) 상기 미연신사를 18-23℃저온 공기로 냉각하는 단계; (S3) 상기 냉각된 미연신사를 7단 내지 10단 고뎃롤로 다단연신하는 단계 (S4) 상기 연신 후 열고정, 이완, 권취하는 단계를 포함하는 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용융방사는 압출온도 220 내지 270℃, 방사속도 600 내지 2000m/min에서 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 다단연신의 연신비는 4.0 내지 10.0이고, 상기 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 강도가 5.0g/d 이상인 것을 특징으로 하는 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법

Description

침장용에 적합한 냉감성이 우수한 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법{Anti bacterial High-density Polyethylene Multifilament Fiber and Method for Manufacturing the Same} 본 발명은 침장용 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 항균성이 우수한 고강도의 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 현재 전세계적으로 온난화에 의한 고온 현상은 많은 문제를 일으키고 있으며 이런 환경에서 최근 각광 받고 있는 것이 접촉 냉감성이 우수한 냉감소재이다. 이러한 냉감성 소재는 섬유제품중 특히 침장구류에 적용되어 많은 소비자로부터 큰 호응을 얻고 있는데 여러 소재중 특히 열전도성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌이 가장 우수한 냉감성능으로 인식되고 있다. 따라서 침장구류에 적용되는 고밀도 폴리에틸렌 섬유는 침장구류에 적합한 성능을 갖추어야 하는데 이중 가장 중요한 성능 중 하나가 항균성의 확보이다. 본 발명에서는 냉감성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지에 항균제를 분산하여 방사한 후 다단 연신을 통해 고강도의 원사를 제조하여 냉감성 및 항균성이 우수한 침장구류를 제조할수 있는 소재를 제공하고자 한다. 그러나 고밀도 폴리에틸렌 수지를 이용한 고강도의 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 생산하는 방법은 주로 용융방사를 이용하는데, 용융방사 제조방식은 일반적인 열가소성 고분자의 섬유화 제조방식이 널리 사용되고 있지만, 폴리에틸렌의 경우 고강도화를 위해 분자량을 높이는 경우 전단 응력이 과도하게 되어 방사 공정시 노즐에서 멜트프랙처(melt fracture)가 심하게 발생함에 따라 방사 자체가 불가능하게 된다. 이에 상업적으로 생산되는 폴리에틸렌 섬유의 제조방법은 직경 1.0~2mm의 방사 노즐을 이용하여 용융 압출 후 5배 이상 연신하여 0.07~2mm 굵기의 모노 필라멘트사를 제조하는 방식과 T-Die 노즐을 이용하여 필름 압출 후 5배 이상 연신하여 두께 0.02~0.1 mm 두께의 필름을 1차로 제조한 후 5~10mm의 폭으로 절단하여 권취한 스플릿사 제조방식이 있다. 두 제조방식 모두 모노 섬도를 멀티필라멘트에서 요구하는 직경 0.02 mm 수준까지 낮추는 데 한계가 있고, 두 제조방식 모두 수조에서 냉각을 하고 대형의 수평식 롤러와 열풍 오븐을 사용하므로 200m/min 이하의 저속 생산방식이 대부분인 단점이 있다. 대한민국 공개특허 제10-2013-0135880호에서는 200만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌을 고압 압출하여 필름화 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있으나 분당 2,000m 이상의 고속생산방식에는 적합하지 않고, 대한민국 공개특허 제10-2003-0083352호에서는 폴리프로필렌을 첨가하여 강도 3.5 내지 5g/d의 필름사 (flat yarn)를 제조하는 방법이 개시되어 있으나 강도가 낮고 첨가제 투입의 별도 설비가 필요하며 생산속도도 낮아 경제성이 낮은 문제가 있다. 또한, 현재 시중에서 사용되는 항균 폴리에스터 멀티필라멘트 섬유는 강도는 우수하지만 냉감성이 요구되는 침장류에 적용시 냉감성 발현이 약해 온난화의 진행에 따른 냉감성 침구류에 적합하지 않다. 이에 유연한 특성을 가지면서 냉감성이 우수한 고강도 침장용(침대 메트리스 커버, 베겟잎,이불등) 항균 고밀도 폴리에틸렌 멀티필라멘트의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다. 이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 스핀드로 공법의 용융방사 공정을 나타낸 도면이다. 본 발명은 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유에 관한 것으로 항균제가 후가공에서 처리되는 것이 아닌 방사 준비 단계애서 항균 마스터배치가 고밀도 폴리 에틸렌 수지에 포함되는 것으로 세탁,건조 등에 의해 성능 저하 없이 내구성이 우수하다. 본 발명은 항균 마스터배치를 포함하는 용융지수 0.2 내지 6.0g/10min의 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조된 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유에 관한 것으로 강도가 5.0g/d 이상으로 고강도를 발현할 수 있다. 상기 용융지수가 0.2g/10min 미만인 경우 고온에서도 용융점도가 높아 멜트프랙처 현상이 심하고, 용융지수가 낮아 연신을 위한 권취 롤에서 방사장력이 높아 방사 공정성이 떨어지고, 용융지수가 6.0g/10min을 초과하면 고밀도 폴리 에틸렌 수지의 낮은 분자량으로 인해서 높은 연신비로 연신하여도 강도 발현이 어려워 5g/den 이상의 강도를 구현하기 어려운 문제가 있다. 상기 폴리에틸렌 수지 조성물은 항균 마스터배치 중량 1내지 5%와 폴리에틸렌 중량95내지99%를 포함하고, 상기 항균 마스터배치는 항균물질을 10내지 20 중량%을 포함하는 고밀도폴리에텔렌수지로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 항균마스터배치는 유기 항균제, 무기 항균제 중 어느 하나 또는 병용한 것을 사용할 수 있다. 상기 무기 항균제로 용융점이 350℃ 이상으로 열적 안정성이 우수한 것을 사용함이 바람직하고, 폴레에틸렌 수지 내에 분산성을 향상시키기 위해 소량의 분산제를 첨가할 수도 있다. 상기 항균 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 제조방법은 하기의 (S1)단계 - (S2)단계 - (S3)단계 - (S4)단계로 이루어질 수 있다. 상기 (S1)단계는 항균마스터배치 중량 1 내지 5%와 폴리에틸렌 중량 95 내지 99%를 포함하는 폴리에틸렌 수지 조성물을 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계이다. 항균마스터배치 중량이 1% 미만이면 항균성이 저하되고 5%을 초과하면 물성저하 및 공정성이 불량해지는 문제가 있다. 항균마스터배치에 포함되는 항균제 비율은 10 중량% 미만이면 항균성 발현이 어렵고 20 중량%을 초과하면 원사내 분산성이 불량하여 방사공정성에 문제를 일으킨다. 상기 용융방사는 압출온도 220 내지 270℃이고, 방사속도는 600 내지 2000m/min임이 바람직하다. 상기 압출온도가 220℃ 미만이면 용융온도가 낮아 불균제도의 문제가 초래될 수 있고, 노즐 내에서 과다한 전단응력이 발생하여 멜트프랙처 현상이 심해지는 문제점이 있다. 또한, 270℃를 초과하면 폴리에틸렌 용융물의 열분해가 가속화되어 목표 수준의 물성 발현이 어려운 문제가 있다. 상기 (S2)단계는 상기 미연신사를 냉각하는 단계로, 상기 냉각속도는 0.3m/s 이상이 바람직하고, 0.3이상 1.0이하 m/s가 가장 바람직하다. 일반적으로 항균제가 함유된 용융폴리머는 용융점도가 낮아지는 문제점이 있어 강화된 냉각조건, 구체적으로 0.3m/s 이상의 냉각속도로 냉각을 실시함이 바람직하다. 상기 냉각속도보다 낮은 경우 섬유의 충분한 배향이 이루어지지 않아 강도가 저하되는 문제점이 있다. 상기 (S3)단계는 상기 냉각된 미연신사를 7단이상 다단연신하는 단계이다. 본 발명에 의한 연신은 직접 방사 연신공정으로 작업성이 우수한 효과가 있다. 상기 다단연신의 연신비는 4.0 내지 10.0로 함이 바람직하다. 상기 연신비가 4.0 미만인 경우 섬유 배향도가 낮아 강도발현이 어려우며, 10.0을 초과하면 과연신이 되어 단사절이 발생하면서 원사 외관이 불량해지고, 지속될 경우 사절현상이 심하게 발생할 수 있다. 상기 다단연신의 연신온도는 90 내지 130℃로 함이 바람직하다. 상기 연신온도가 90℃ 미만이면 원사에 전달되는 열량이 충분하지 못하여 연신 효율이 떨어지고, 연신 사절현상이 심하게 발생하며, 130℃를 초과하면 필라멘트 간 융착이 발생하여 원사 강도가 저하된다. 상기 (S4)단계는 상기 연신 후 열고정, 이완, 권취하는 단계이다. 상기 권취속도는 600 내지 2,000m/min임이 바람직하다. 실시예 이하 본 발명을 이용한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 예시일 뿐이며 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아님이 당업자들에게 자명하다. 실시예 중의 측정법을 이하에 나타낸다. 1. Melt index 용융지수 (M.I) 수지를 190℃, 2.16kgf 하중조건에서 ASTM D1238법으로 10분간 흐르는 양을 측정한다. 2. 원사의 강신도 측정방법 원사를 표준상태, 즉 온도 25℃ 와 상대습도 65%인 상태의 항온, 항습실에서 24시간 동안 방치한 후에 ASTM D-885의 방법으로 시료를 인장시험기를 통해 측정한다. 3. 건열 수축률 측정방법 원사를 표준상태, 즉 온도 25℃와 상대습도 65%의 항온, 항습실에서 24시간 동안 방치한다. 100℃의 오븐에 5분 동안 방치한다. 원사를 표준상태에서 24시간 동안 방치한다. 원사의 줄어든 수축률을 하기 수학식에 따라 측정한다. 수학식: 수축률(%) ＝(L0 ―L1) / L0 ×100 상기 수학식에서, L0은 시료를 표준상태에서 24시간 동안 방치한 후에 초하중(0.01g/d)하에서 측정한 길이이고, L1은 일정시간 열을 가한 후에 초하중(0.01g/d)하에서 줄어든 시료의 길이이다. 4. 접촉냉감 측정방법 접촉냉감측정은 JIS L 1927:2020에 의해 실시한다 시험 조건: 온도 (20?2)℃ 습도 ( 65 ? 4)% ?T = 20℃ 상기의 조건에서 직,편물의 접촉 냉감을 측정하면 열전도에 따라 W/Cm²의 단위로 측정값을 확인할 수 있다. 실시예 1 내지 3 항균마스터배치가 1~5% 중량 포함된 용융지수 0.2 내지 5.0g/10min인 폴리에틸렌 수지 조성물을 압출온도 220 내지 270℃에서 수지용 기어펌프를 이용하여 분당 70g의 토출량으로 홀이 96개인 노즐을 통해 폴리머를 압출시키고, 18 내지 23℃의 급랭공기로 냉각시킨 다음 고뎃롤러에서 300m/min으로 미연신 상태의 원사를 방사하여 다단 고뎃 롤러로 구성된 얀신존에서 7단 이상의 다단 연신을 통해 강도를 획득한후 열셋팅 및 이완시키면서 400데니어의 섬도로 권취하였다. 구체적인 압출조건, 냉각속도, 연신비율, 연신 조건 온도는 하기 표