KR100216968B1 - 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기적 성능을 갖는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 용융압출 방사가 가능한 폴리머에 산화철인 페라이트를 주성분으로 하고 여기에 적어도 1종 이상의 희토금속류(네오디뮴(Ne), 보오론(B), 스트론튬(Sr), 코발트(Co)등)를 첨가하여 혼합한 자성체 미분말을 혼련시킨 후 직접방사 또는 용융 희석방법으로 단사섬유를 얻고 이를 자화처리 함으로써 자성이 부여된 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

또한 본발명 자성 폴리에스테르 섬유는 우수한 물성과 유연성을 그대로 유지하면서 섬유제품으로서의 후가공 전개에 전혀 문제점을 야기 시키지 않고 자기적 성능을 효과적으로 부여할 수 있으므로 폐금속성 미립자와 그 산화물 등을 제거할 수 있어서 대기, 폐수, 폐유로 인한 오염 제거용으로도 효과적으로 사용할 수 있다.

Description

자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법

본 발명은 자기적 성능을 갖는 폴리에스테르 섬유에 관한 것으로, 특히 산화철인 페라이트를 주성분으로 하고 여기에 적어도 1종 이상의 희토금속류를 혼합시킨 자성체 분말을 폴리머에 혼련한 후 섬유로 용융 압출 방사하여 자화처리를 함으로써 자기적 성능을 갖는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

근래에 산업현장의 작업환경 개선, 대기의 정화 및 자원의 재활용을 위하여 여과기능을 갖는 섬유의 개발이 필요로 되어지고 특히 자기적 성능을 부여한 자성 폴리에스테르에 의한 여과기능 개선이 요구되어 왔다.

본 발명의 목적은 대기, 폐수, 폐유중에 혼합되어 부유하면서 인체내에 흡입되거나 폐수로 인한 공해 발생, 더욱 나아가서 냉각수, 절삭유등 산업 유틸리티에 의하여 자원재생을 저해하는 폐금속성 미립자와 그 산화물을 효과적으로 제거 할 수 있는 자기적 성능이 부여된 산업용 폴리에스테르 섬유를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

종래로부터 자기적 성능을 산업용도에 응용한 제품 및 용도의 개발은 다양하게 진행되어 왔다. 그 예로는 자기 테이프, 자기 쉬이트, 프라스틱 자석등 이루 말할 수 없을 정도로 많다. 그러나 이를 섬유제품에 응용한 예는 그리 많지 않다. 그 이유는 자성을 부여할 수 있는 원료 물질의 미립자 가공이 용이하지 않고, 미립자의 자력이 섬유 분야에 자성을 응용할 수 있을 정도로 만족스럽지 못하기 때문이다.

최근 자성체 미립자의 제조기술이 점차 발달되면서 이를 고분자섬유에 응용하거나 하는 시도나 다양하게 이루어지고 있다. 그 예를 들면, 자성체 분말과 세라믹 분말을 혼합하여 만든 바인더 수지를 섬유포지에 도포하므로써 자기적 성능과 원적외선의 효과를 갖는 섬유제품이 한국 공개특허 제 96-7924호로 공개된 바 있고, 고 성능 플라스틱인 폴리페닐렌 설파이드를 이용하여 혼련 압출 성형하여 만든 플라스틱 자석의 제조방법이 한국공개특허 제96-22849호에 의해 공지되고, 자성을 띤 섬유용 코팅제의 제조방법이 한국공개특허 제97-1722호에 개시되고 있다.

본 발명의 기술과 관련된 종래 기술로는 희귀 토금속류를 용융 알로이상으로 하여 50 내지 1000 미크론의 단면 굵기를 갖는 이방성 영구자석 섬유의 제조방법이 미합중국 특허 제5,183,515호에 개시된바 있으나, 이 영구자석 섬유는 음향이나 통신 분야의 부품으로 사용할 목적으로 개발되었기 때문에 비교적 제조원가가 높을 뿐만 아니라 섬유의 형태를 갖고는 있지만 실제 섬유로서의 용도로 사용하기에는 유연성이나 작업성에 문제가 있어 섬유제품으로의 전개나 후처리 가공에 있어서 많은 문제점이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적인 과제는 일반 폴리에스테르 섬유에 있어서, 제조시에 작업성과 우수한 물성, 섬유의 유연성은 그대로 유지하면서 섬유 제품으로의 후가공 전개에 아무런 문제를 야기시키지 않고, 자화처리를 통하여 효과적으로 자기적 성능을 부여할 수 있는 자성 폴리에스테르 섬유를 제조하는 것이다. 섬유의 자기적 성능에 있어서는 사용하는 자성체 분말의 종류, 혼련방법 및 그 함량, 섬유의 굵기 및 단면 형태 등에 따라 다소간의 차이는 있으나 목적으로 하는 자기적 에너지가 최대로 발현되며, 발현된 자기성능의 잔류 자성 밀도가 우수하고 자성의 내구성을 보장할 수 있는 자성 폴리에스테르 섬유를 얻는 것이 가장 중요하다.

제1도는 본 발명에 의한 솔리드 타입 자성 폴리에스테르 섬유의 단면예시도.

제2도는 본 발명에 의한 심초형 자성 폴리에스테르 섬유의 단면예시도.

제3(a)(b)(c)도는 본 발명에 의한 다심 심초형 자성 폴리에스테르 섬유의 단면예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 일반 폴리에스테르계 섬유형성성 고분자 2 : 미세 자성입자

3 : 자성입자가 혼련 분산된 고분자

본 발명은 산화철인 페라이트를 주성분으로 하고 여기에 적어도 1종 이상의 희귀 토금속류를 혼합하여 구성되는 즉, 네오디뮴(Nd), 보오론(B), 스트론튬(Sr), 코발트(Co)등의 희토금속류의 혼합물로 제조된 자성체 분말을 이용하여 용융 압출이 가능한 고분자와 혼련한 후 이를 직접 방사하거나, 용융 희석하여 단사 섬유를 제조하는 방법으로, 용융 압출방사하여 만드는 솔리드타입 혼련 분산 섬유로부터 하나 또는 다수의 심부를 구성하도록 연입식으로 복합 방사하여 제조하는 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

자성체 분말의 자기적 성능은 혼합성분에 따라 다르다고 알려져 있고 본 발명에서는 주로 페라이트를 약 80% 이상 바람직하기는 85% 이상 첨가하고 여기에 네오디뮴 또는 보오론 등을 15% 이하 혼합시킨 자성체 분말을 사용한다.

사용되는 자성체 분말은 섬유 제조시 혼련 사용되는 것이므로 그 입경은 제조하고자 하는 섬유의 굵기에 따라 다소간의 차이는 있으나 대체로 평균 입경이 1미크론 내지 10미크론 범위의 것이 바람직하다. 입경의 분포에 있어서는 최대 입경이 50미크론 이하이고 입도 분급 분포에서 적어도 입자의 90%가 10미크론 이하의 미세한 자성체 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 대체로 분말의 입경은 미세할수록 좋다고 할 수 있으나 실제로 입경이 너무 미세한 것은 공정이 까다로우므로 원가가 상승하고 실용성이 적다. 또한 최대 입경이 50미크론을 초과하는 경우와 입도 분포가 10미크론 이하 입자가 90% 미만일 경우에는 방사 상태가 불량해지고 원사의 표면촉감이 나빠지게 된다.

본 발명의 자성 폴리에스테르 섬유에 대한 자화 처리 및 자성의 강도 측정에 대하여 설명하면 다음과 같다. 우선 자화장치는 고 자기력을 갖는 전자석의 실험실 자화설비로서, 약 1초간 고 자장에서 순간 자화처리하여 섬유에 대하여 균일한 자화를 실시하여 비교하였으며, 자성강도의 측정은 휴대식 간이 자성 측정기인 가우스 미터를 사용하여 자화처리한 섬유로부터 감지부의 거리가 직선거리로 2센티가 되도록 하여 자성의 강도를 측정하였다. 본 발명의 자성 폴리에스테르 섬유의 자기성능은 섬유상으로 제조된 후 자화처리를 거친 경우 적어도 100가우스 이상 바람직하게는 400가우스 이상의 잔류 자성을 갖도록 하였다. 자성의 강도에 대하여는 금속 미립자의 접근 부착시 약 50가우스 이상의 자성강도가 필요하고 100가우스 정도이면 이의 접근 부착시 다소 견고한 부착이 이루어지며, 400 가우스 정도이면 일반적으로 자석이라 일컫는 수준이 된다. 혼련하는 원료 분말 즉 자성체 분말의 자성 강도는 동일한 자화공정 처리시 최소 2500가우스 이상의 잔류 자성강도를 갖는 것을 사용하였고 이에 대해 우선 다양한 함량 조건의 혼련을 중량비 별로 실시하고 각각의 자성강도를 측정하여 적합한 혼련비를 정하였다.

이때 사용하는 혼련 고분자 즉 혼련시 베이스 폴리머는 고유점도가 0.6 수준의 일반용 폴리에스테르 또는 고유점도가 0.45 수준의 저점도 폴리에스테르를 사용하였고 경우에 따라서는 폴리올레핀계나 폴리아미드계의 폴리머를 사용하거나, 분산성의 개선을 위해 분산제 혹은 분산 조제를 사용할 수도 있다. 폴리머의 변경에 따라서는 고 함량화의 경우 혼련 분산성이 양호해지거나 제사 작업성이 개선되는 결과를 얻을 수 있었고, 자기성능의 향상에 대하여는 자성체 분말의 고 배향화에 기인한 자성의 향상을 이론적으로 기대할 수 있으나, 본 발명에 구체적인 것은 확인되지 않았다. 자성체 분말의 함량은 대체로 폴리머 중량대비 20부 이상 80부 이하로 혼련하는 것이 성능과 작업성 면에서 양호하였다. 함량이 20부 이하인 경우 자화 처리후 자기 성능의 발현이 미흡하였고 함량이 중량비로 80부 이상인 높은 경우에는 베이스 폴리머를 변경하더라도 작업성, 섬유 성상 및 균제도 면에서 불량하였다.

본 발명은 폴리에스테르 섬유의 굵기에 있어 단사섬도를 기준으로 10미크론(약 1데니어) 수준에서 1,000 미크론에 이르기까지 섬유의 굵기에 관계없이 적용 가능하며, 제사공정은 섬유의 굵기가 약 50미크론 이하인 경우에는 일반적인 폴리에스테르 섬유의 제조 방법을 활용하나 태섬도 즉 섬유 굵기가 50미크론 이상인 경우에는 물 혹은 오일을 이용하여 압출 원사를 냉각하는 산업자재용 모노 필라멘트 섬유의 제조방법 및 공정을 활용하였다. 본 발명의 섬유는 사용하는 원료 분말인 페라이트계의 자성체 분말의 색상이 짙은 코발트색 혹은 붉은 색상이 감도는 짙은 감청색 계통이며, 섬유 제조시에 부가되는 고온의 가열공정으로 인한 열산화가 진행되어 결국 섬유 색상에 한계성 및 문제를 갖게 되며 더욱이 혼련 분산된 솔리드 타입의 섬유로 제조시 섬유 표면부에 자성체 분말이 분산되어 있거나 노출되어 있는 경우, 원사를 장기간 사용시 분말 자체의 색상이 마이그레이션이나 오염을 유발하여 제품의 외관 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여는 그 용도에 따라 솔리드 타입(제1도)대신에 심초형 다심 심초형의 복합방사 타입으로도 제조할 수 있다.(제2도 및 제3도)

이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1-3, 비교예 1-2]

혼련 고분자로 고유점도가 0.45인 저점도 폴리에스테르 고분자를 사용하고 용융혼합용의 이축 혼련압출기를 사용하여 자성체 분말을 용융 혼련하였다. 용융 혼련상의 고분자를 일정한 방사구금 즉 공수가 2이며, 공경이 0.8미리인 구금을 통하여 직접 섬유를 방사 제조하였다. 이때 방사는 수냉식의 냉각법과 연속된 가열연신을 통하여 섬유의 직경이 200미크론인 원형 솔리드타입 단면의 섬유를 제조 하였다.(제1도 참조)

다양한 자성체 분말 조건에 대한 평가를 위하여 상기의 동일한 조건에서 분말 및 혼련 투입함량을 변화하여 가며 섬유를 제조하고 제사 작업성, 섬유 외관의 평가와 아울러 자화 처리후의 각 섬유의 자성강도를 측정 비교하고, 전반적인 결과를 종합하여 최종 평가한 것을 표 1에 나타내었다.

[실시예 4-12, 비교예 3-5]

자성체 분말로는 평균 입도가 2 미크론 이하이고, 입자의 90% 이상이 10 미크론 이하에 속하며, 최대 입경의 입자가 50미크론 이하인 것을 사용하고, 폴리에스테르 혹은 폴리올레핀, 폴리아미드 등 섬유 형성성 고분자를 혼련 분산의 베이스 폴리머로 하여 혼련을 실시하고, 이를 솔리드 타입 단면의 섬유로 제조하거나(제1도 참조), 복합 방사구금을 통하여 심초형 혹은 다심형 단면의 섬유로 제조하였다(제2도 및 제3도의 (a)(b)(c) 참조).

섬유의 제조 방법은 섬유의 굵기에 따라 50미크론 이하인 경우는 일반 섬유의 제조공법인 미연신사 방사와 연신의 2단계로 나누어 실시하였고, 100미크론 이상의 태섬도인 경우는 방사, 수냉, 연신으로 연결되는 연속된 모노필라멘트 제조공법을 통하여 제조하였다.

다양한 분말 함량과 혼련 분산 고분자의 종류, 섬유 다면형태 등에 따른 섬유를 제조하여 섬유의 물성 및 외관, 제조 작업성을 평가하고 섬유의 지화 처리후의 자성 세기를 평가하여 본 발명의 효과를 최종적으로 평가 파악하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

본 발명에서 제조되는 자성 폴리에스테르 섬유는 양호한 제조 작업성과 섬유물성, 섬유 유연성을 가지므로 일반 폴리에스테르 섬유에 비해 뒤지지 않는 정도의 성능을 그대로 유지하면서 섬유 제품으로의 후가공 전개에 문제가 없게될 뿐 아니라, 일정한 자화처리 공정을 통과하는 동안 효과적으로 자기성능이 부여 할 수 있게 된다.

이와같은 자화처리 공정을 통해서 생산되는 본 발명의 폴리에스테르 섬유는 함유된 자성체 분말의 종류, 혼련방법 및 그 함량, 섬유의 굵기 및 단면형태 등에 따라 자기적 성능면에서 다소간의 차이는 있으나, 대기에 포함된 상태로 부유되는 금속성 미립자, 정전 미립자와 같은 미세 입자들을 자성에 의해 충분히 분리할 수 있게 되므로 금속 산업, 전기 전자 산업, 공작 산업 등의 대기정화, 폐수 및 폐유의 여과처리 용도로 활용할 수 있으며, 그 외에도 산업 유틸리티의 재생 사용등과 같은 다양한 산업상의 목적으로 활용 가능할 뿐만 아니라 직물 혹은 부직포 상으로 2차 제품을 가공하여 사용하거나 2차 가공한 제품을 또 다른 기능의 타 제품과 혼용하여 복합화함에 의해 다기능 산업자재로도 널리 활용할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 페라이트를 주성분으로 하고 여기에 적어도 1종 이상의 희토금속류를 혼합한 자성체 분말을 용융 압출이 가능한 폴리머와 혼련시키고, 이를 직접 또는 용융 희석하는 방법으로 방사하여 얻은 단사섬유에 자화처리 함을 특징으로 하는 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 단면의 형태에 있어 혼련 분산된 솔리드 타입과 적어도 한 개이상의 혼련 분산된 심부로 구성된 복합 단면사임을 특징으로 하는 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 자성체 분말을 혼련 분산시켜 제조하는 혼련비율이 혼련 폴리머의 20 내지 80중량부임을 특징으로 하는 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 자성체 분말의 입도가 입도 분포상의 최대입자의 입경이 50미크론 이하이고, 입도 분포상 90%의 입자가 10미크론 이하의 입도 범위인 미세 입자임을 특징으로 하는 자성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

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