KR100337537B1 - 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 활성탄소섬유와 핫멜트용 단섬유를 카딩기(4)에 공급하여 웹(Web)을 제조한 다음, 상기 웹(Web)과 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2)를 동시에 피이딩로울러(5)에 공급하고, 핫멜트용 단섬유 융점 이상의 온도로 가열, 가압한 후 권취함을 특징으로 한다. 본 발명으로 제조된 활성탄소섬유 복합 부직포는 부직포 2매 중간에 활성탄소섬유 웹(Web)이 적층된 3층 구조로서 정수, 탈취, 항균, 정화, 유해가스 제거 기능 등이 우수하여 주로 수처리 및 케미칼 필터로 유용하다.

Description

활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법 {A process of preparing for the composite nonwoven fabric with activated carbon fiber}

본 발명은 소취, 항균, 정수 및 정화기능 등이 우수한 활성탄소섬유 (Activated carbon fiber) 복합 부직포의 제조방법에 관한 것이다.

현재 부직포는 화학분야의 필터, 침장용 소재 등으로 널리 사용되고 있다. 부직포 종류는 단섬유를 카딩 및 니들펀칭하여 제조한 단섬유부직포와스펀본드(Spunbond) 또는 스펀레이스 공법으로 제조한 장섬유 부직포로 대별 할 수 있다.

종래 부직포를 화학분야의 필터나 침장용 소재로 사용하는 경우, 소취, 항균, 정수, 정화기능 등을 부여하기 위해 부직포에 소취가공 등과 같이 다양한 후가공 처리를 해오고 있다.

종래의 부직포 등의 항균성을 부여하는 소취, 항균 가공제로서는 2,4,4'-트리클로로-2'-하이드록시 디 페닐에테르(이르가산 DP-300 : 치바가이기사 상품명)가 제안되어 있다. 그러나 최근 이러한 2,4,4'-트리클로로-2'-하이드록시 디 페닐에테르를 사용하여 소취, 항균 가공된 섬유재료를 연소시키면 아주 독성이 높은 다이옥신 등이 생기는 것이 확인되어 사용이 중지되고 있다.

그래서 이를 대신한 소취, 항균 가공제로서 예를 들어 디메틸 벤질 라우릴 암모늄 클로라이드와 같은 제 4급 암모늄이나 3,5-디브로모살리실 아닐리드와 같은 페놀계 화합물이 제안되고 있으나, 세탁 내구성이 떨어지고 특히 염소계 세제를 사용할 경우 황변되는 문제가 발생된다.

이러한 이유로 일본 특개소 제54-38951호에는 이온 교환성 공중합체를 제조하여 동염 및 은염의 수용액으로 처리하여 섬유표면에 금속이온을 표출시켜 소취, 항균성을 부여한 경우도 있다. 그러나 이와 같은 방법도 금속이온이 고분자와 반응을 하여 물성이 저하되는 문제점이 생기게 된다.

또한 한국 공고특허 93-12185호에서는 금속이온을 함유하는 무기세라믹을 방사원액에 첨가한 후 이를 방사하여 소취, 항균성을 갖는 폴리에스테르 원사를 제조한다. 이와 같은 방법은 방사공정 없이도 생산되는 천연섬유 재료에는 적용 할 수 없는 방법이다.

한국 공개특허 95-27021호에서는 키틴과 셀룰로오스를 용매중에 용해시킨 후 이를 습식 방사시켜서 소취, 항균성을 갖는 셀룰로오스계 섬유를 제조한다. 이와 같은 방법도 별도의 방사공정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡한 문제점이 있다.

상기 종래 방법들은 요구기능이 다양해질수록 후가공 공정도 복잡해 지는 문제가 있고, 내구성이 낮아 후가공 공정으로 부여한 소취, 정수 등의 기능을 반영구적으로 계속 유지 할 수 없는 문제가 있다. 따라서 사용기간이 길어질수록 요구기능의 효과가 점점 저하하게 된다. 아울러, 상기 종래 방법으로는 각종 용도에 따라 부직포에 요구되는 기능들을 근본적으로 충족 할 수 없는 문제도 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점들을 해결하므로서 소취, 항균, 정수 및 정화기능이 우수하여 화학 및 수처리 분야에서 사용되는 필터에 특히 유용한 활성탄소섬유 복합 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 일반 부직포들 사이에 활성탄소섬유 웹(Web)을 적층시킨 후 핫멜팅 시키므로서 소취, 항균, 정수 및 정화기능이 우수함과 동시에, 후가공이 생략되어 제조공정이 간편하며, 상기 기능이 오랫동안 지속될 수 있는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 공정 개략도 이다.

※ 도면 중 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 하층용 부직포 2 : 상층용 부직포

3a, 3b : 텐션로울러(Tension Roller) 4 : 카딩기

5 : 피이딩로울러 6 : 히팅쳄버

7 : 카렌더로울러 또는 히팅로울러 8 : 활성탄소섬유 복합 부직포

이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법은, 활성탄소섬유와 핫멜트용 단섬유를 카딩기(4)에 공급하여 웹(Web)을 제조한 다음, 상기 웹(Web)과 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2)를 동시에 피이딩로울러(5)에 공급하고, 핫멜트용 단섬유 융점 이상의 온도로 가열, 가압한 후 권취함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면 등을 통하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 공정 개략도 이다.

먼저, 본 발명은 활성탄소섬유와 핫멜트용 단섬유를 카딩기(4)에 공급하여 활성탄소섬유가 포함된 웹(Web)(이하 '활성탄소섬유 웹'이라고 한다)을 제조한다.

활성탄소섬유는 여러 물성이 우수하여 복합재료 보강재, 활성탄소섬유, 리튬 2차 전지 활물질, 건축재 및 단열재 등으로 널리 사용되고 있다.

피치계 탄소섬유의 경우에는 먼저 중질유나 콜타르를 열처리 혹은 중합하여 연화점이 240∼350℃ 정도인 섬유 프리커서 핏치를 제조한 다음, 이들을 용융방사하여 핏치섬유를 제조하고, 계속해서 1∼10℃/분의 승온속도로 250∼350℃까지 온도를 상승하면서 상기 핏치섬유를 30분∼3시간 안정화 처리하여 제조 할 수 있다.

불활성 분위기하(N₂, Ar)에서 600~1000℃ 온도범위에서 10분~2시간 탄화시켜 제조 할 수 있다. 활성탄소섬유는 탄소섬유를 H₂O(steam)이나 CO₂등의 산화성 가스를 N₂등과 같은 불활성 가스 등과 혼합하여 고온(600~1000℃)에서 처리하여 얻을수 있다.

본 발명에서 사용하는 활성탄소섬유는 팬(PAN)계 활성탄소섬유, 피치(Pitch)계 활성탄소섬유 및 레이온(Rayon)계 활성탄소섬유 등 어떤 타입의 활성탄소섬유라도 무방하며, 단섬유 형태이다.

카딩기(4)에 활성탄소섬유와 혼합 투입되는 핫멜트용 단섬유는 저융점을 갖는 열가소성 수지로 구성된다. 예를들면 저융점의 변성 폴리아미드 등 이다. 이때 활성탄소섬유와 핫멜트용 단섬유의 투입 비율은 10:90∼90:10로 하는 것이 바람직 하다.

활성탄소섬유의 비율이 너무 높은 경우 원가가 상승하게 되며 너무 낮을 경우에는 소취, 항균, 정수 등의 기능이 저하된다.

계속해서 이와 같이 제조된 활성탄소섬유 웹을 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2)와 같이 피이딩로울러(5)에 공급하여 이들을 적층 시킨다. 이때 하층용 부직포(1)와 상층용 부직포(2)들을 피이딩로울러(5)로 공급하기 전에 각각 텐션로울러(3a, 3b)를 통과시켜 이들 부직포들의 장력을 균일하게 유지하는 것이 바람직 하다. 상기 텐션로울러(3a, 3b)는 부직포의 장력 조절을 위해 일정 간격 범위 내에서 전후진 한다.

상기 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2)로는 단섬유를 니들펀칭한 단섬유 부직포나 스펀본드 방식 또는 스펀레이스 방식으로 제조한 장섬유 부직포 어느것을 사용해도 무관하다. 다시말해 최종 용도에 따라 단섬유 부직포 및 장섬유 부직포 중 적절하게 선택하는 것이 좋다.

상기 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2) 들은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 합성섬유, 천연섬유 또는 재생섬유로 구성된다. 부직포의 소재 역시 복합 부직포의 최종 용도에 따라 적절하게 선택하는 것이 좋다.

다음으로 피딩로울러(5)에서 적층된 복합 부직포를 계속해서 가열, 가압한 후 권취한다. 상기 가열 및 가압처리는 히팅로울러(7)를 사용하여 가열과 가압을 동시에 실시할 수도 있고, 히팅쳄버(6)를 사용하여 먼저 가열한 후 카렌더로울러(7)로 가압 할 수도 있다.

가열시 온도는 핫멜트용 단섬유 융점 이상의 온도에서 실시하여야 한다. 만약 가열온도가 핫멜트용 단섬유 융점 미만인 경우 핫멜트용 단섬유가 접착제(핫-멜트) 역할을 충분하게 할 수 없어서 하층용 부직포(1)와 상층용 부직포(2) 간의 접착상태가 불량하게 된다. 이와 같은 경우 필터 등으로 사용할 때 기계적 특성 등이 저하되고 내구성도 나빠 진다.

본 발명으로 제조된 복합 부직포는 일반 부직포 2매 사이에 소취, 정수 등의 기능이 우수한 활성탄소섬유 웹이 적층, 핫멜팅되어 있는 3층 구조로서 매우 우수한 소취, 정수, 항균 기능을 지속적으로 발현할 수 있게 된다. 그 결과 본 발명으로 제조한 복합 부직포는 화학 및 수처리 분야 등에서 사용하는 필터로 특히 유용하며, 침장류 소재 등으로도 사용될 수 있다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.그러나 본 발명은 아래 실시예에만 한정되지 않는다.

실시예 1

피치계 활성탄소섬유(단섬유)와 융점이 80℃인 변성 폴리에틸렌 단섬유(핫멜트용 단섬유)를 8:2의 비율로 카딩기(4)에 공급하여 활성탄소섬유 웹(Web)을 제조한다. 한편, 폴리에틸렌 단섬유로 구성된 하층용 부직포(1)와 상층용 부직포(2)들을 각각 텐션로울러(3a, 3b) 사이로 통과시키면서 장력을 조절한 후 이들과 상기 활성탄소섬유 웹을 동시에 피이딩로울러(5)로 공급하여 이들을 적층 시킨다. 이때 적층순서는 위에서 부터 상층용 부직포(2)-활성탄소섬유 웹-하층용 부직포(1) 순이 되도록 한다. 계속해서 적층 부직포를 100℃의 히팅로울러(7)에서 3kg/㎠의 압력으로 가열 및 가압처리한 후 권취하여 본 발명의 활성탄소섬유 복합 부직포를 제조한다. 제조한 활성탄소섬유 복합 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

팬(PAN)계 활성탄소섬유(단섬유)와 융점이 100℃인 변성 폴리아미드 단섬유(핫멜트용 단섬유)를 7:3의 비율로 카딩기(4)에 공급하여 활성탄소섬유 웹(Web)을 제조한다. 한편, 폴리에스테르 단섬유로 구성된 하층용 부직포(1)와 상층용 부직포(2)들을 각각 텐션로울러(3a, 3b) 사이로 통과시키면서 장력을 조절한 후 이들과 상기 활성탄소섬유 웹을 동시에 피이딩로울러(5)로 공급하여 이들을 적층 시킨다. 이때 적층순서는 위에서 부터 상층용 부직포(2)-활성탄소섬유 웹-하층용 부직포(1) 순이 되도록 한다. 계속해서 적층 부직포를 120℃의카렌더로울러(7)에서 3kg/㎠의 압력으로 가압한 후 권취하여 본 발명의 활성탄소섬유 복합 부직포를 제조한다. 제조한 활성탄소섬유 복합 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

실시예 3

레이온계 활성탄소섬유(단섬유)와 융점이 80℃인 변성 폴리프로필렌 단섬유(핫멜트용 단섬유)를 9.5:1의 비율로 카딩기(4)에 공급하여 활성탄소섬유 웹(Web)을 제조한다. 한편, 면섬유(단섬유)로 구성된 하층용 부직포(1)와 상층용 부직포(2)들을 각각 텐션로울러(3a, 3b) 사이로 통과시키면서 장력을 조절한 후 이들과 상기 활성탄소섬유 웹을 동시에 피이딩로울러(5)로 공급하여 이들을 적층 시킨다. 이때 적층순서는 위에서 부터 상층용 부직포(2)-활성탄소섬유 웹-하층용 부직포(1) 순이 되도록 한다. 계속해서 적층 부직포를 100℃의 히팅로울러(7)에서 가열, 가압처리 후 권취하여 본 발명의 활성탄소섬유 복합 부직포를 제조한다. 제조한 활성탄소섬유 복합 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

폴리에틸렌 단섬유로 구성된 부직포를 3,5-디브로모살리실 아닐리드(페놀계 화합물) 용액에 디핑, 건조하여 소취, 항균 가공을 실시한다. 제조한 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 2

면 단섬유로 구성된 부직포를 디메틸 벤질 라울릴 암모늄 클로라이드(제 4급암모늄) 용액에 디핑, 건조하여 소취, 항균가공을 실시한다. 제조한 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 3

정향(천연소재) 100g을 수증기로 1시간 동안 증류시킨 후 메탄올로 정향 성분을 추출한다. 추출된 정향성분을 메탄올 700cc와 같이 콘덴서에 투입하고 메탄올이 끓는 온도까지 가온하고 1시간 동안 3회 환류시킨 후 여과하여 정향 액기스를 제조하였다. 한편, 면섬유로 구성된 부직포 100g을 알루미늄-매염제 8g이 첨가된 욕비 1:100의 염욕에서 60℃의 온도로 30분간 처리하여 염색과 동시에 항균 소취 가공을 실시 하였다. 부직포의 소취 및 항균 기능을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.

본 발명에 있어서 사용된 항균 시험법 및 소취 시험법은 다음과 같다.

·항균 시험법

시험규격 AATCC-100 시험방법에 의하여 황색포도상구균에 대하여 항균효과를 시험하였다. 한천배지에 배양군을 접종하여 37℃에서 24시간 배양한 균을 접종원으로 하여 시험편에 접종한 후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로 부터 세균을 액중에 추출시킨다. 그 다음 처리 부직포와 일반 부직포의 액중에 잔존하는 세균의 수를 측정하여 아래식에 의해 균 감소율을 산출 하였다.

균 감소율(%) =×100

·소취 시험법

암모니아, 황화수소 등의 악취가스를 집어넣은 그래스증발관을 데시케이터 아래에 놓고, 연결되어 있는 통로의 판위에 시험편을 위치시킨 후 데시케이터를 밀봉하여 25℃에서 2시간 방치한 후 그래스증발관의 악취 농도를 검지관에서 측정하여 아래의 식에 의해 악취농도 감소율을 산출 하였다.

소취율(%) =×100

부직포의 소취 및 항균 기능 평가 결과

구분	소취율(%)	균 감소율(%)
실시예 1	97.6	80.9
실시예 2	97.4	81.2
실시예 3	98.1	80.7
비교실시예 1	56.2	42.8
비교실시예 2	53.4	46.7
비교실시예 3	58.7	48.3

본 발명은 복합 부직포 제조시 활성탄소섬유 웹을 부직포들 사이에 적층시키므로서 소취, 항균, 정수 및 정화기능을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 특정성능 부여를 위한 후가공 공정이 불필요하여 제조공정이 간소화 되고, 원가도 저렴하다. 아울러 본 발명으로 제조된 활성탄소섬유 복합 부직포는 소취 등 각종 기능의 내구성이 우수하여 화학 및 수처리 분야에서 사용되는 필터로 특히 유용하다.

Claims (5)

1. 활성탄소섬유와 핫멜트용 단섬유를 카딩기(4)에 공급하여 웹(Web)을 제조한 다음, 상기 웹(Web)과 하층용 부직포(1) 및 상층용 부직포(2)를 동시에 피이딩로울러(5)에 공급하고, 핫멜트용 단섬유 융점 이상의 온도로 가열, 가압한 후 권취함을 특징으로 하는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법.
2. 1항에 있어서, 활성탄소섬유가 팬(PAN)계 단섬유, 피치(Pitch)계 단섬유 또는 레이온(Rayon)계 단섬유인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법.
3. 1항에 있어서, 핫멜트용 단섬유가 저융점을 갖는 열가소성 수지로 구성됨을 특징으로 하는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법.
4. 1항에 있어서, 하층용 및 상층용 부직포(1, 2)가 니들펀칭 단섬유 부직포 이거나 스펀본드 또는 스펀레이스 장섬유 부직포인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법.
5. 1항에 있어서, 하층용 및 상층용 부직포(1, 2)가 합성섬유, 천연섬유 또는 재생섬유로 구성됨을 특징으로 하는 활성탄소섬유 복합 부직포의 제조방법.