KR100406906B1 - 산·염기성가스흡수성섬유및그구조물 - Google Patents

Abstract

[목적] 본 발명은 산·염기성 가스 흡수성을 가지고, 그 재생이 용이한, 산·염기성 가스흡수 섬유 및 그 구조물을 제공한다.

[구성] 히드라진 가교에 의한 질소증가량, 니트릴기 변성에 의한 카르복실기량 및 카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량비 및 수분산 평형 pH를 특정하게 조정한 가교 아크릴섬유로서, 히드라진 가교처리, 가수분해처리 및 카르복실기의 염형으로의 전환으로 이루어진다.

[효과] 가공성이 우수한 산·염기성 가스흡수 섬유가 얻어지고, 반복사용도 가능하다.

Description

산·염기성 가스 흡수성 섬유 및 그 구조물{Acidic or basic gas absorptive fiber and fabric}

본 발명은 산·염기성 가스의 흡수·방출을 가역적(可逆的)으로 행할 수 있어, 흡수속도가 빠르고, 반복사용에도 견디는 산·염기성 가스흡수성 섬유 및 그 구조물에 관한 것이다.

(종래의 기술)

최근 생활양식의 변화, 거주환경의 고밀도화나 기밀성의 높아짐 등에 따라 악취가 문제되고, 냄새를 없애는 요구가 높아지고 있다. 그 가운데서, 아세트산 등의 산성 가스, 암모니아나 트리메틸아민 등의 염기성 가스는 유화수소나 메틸메르캅탄과 함께 대표적인 악취성분으로 되어 있다.

소취(消臭) 섬유로서는 소취물질을 섬유표면에 부착고정시킨 것이나 활성탄섬유 등이 알려져 있으나 전자는 내구성이나 촉감등에 문제가 있고, 후자는 가격이나 암모니아에 대한 소취성능에 문제가 있을 뿐만아니라 재생시 고온은 요한다. 혹은 화학재생의 경우는 약품을 필요로 하는 결점을 가지고 있다. 염기성 가스 또는 산성 가스 단독의 가스흡수성 섬유는 중화(中和) 반응에 따른 소취기구를 이용한것이 알려져 있으나, 산성 가스와 염기성 가스와 같이 성질이 상반된 가스를 동시에 흡수하는 섬유는 발견되지 않았다. 또 섬유에 그 중화반응에 관한 물질을 후가공에 의해 부착시킨 것은 기본적으로 큰 소취능력이 없다. 섬유중에 관능기를 도입하는 방법은 아크릴 섬유중에 카르복실기를 도입하는 방법이 있으나, 이 방법은 관능기를 증가시킴으로써 섬유물성이 나빠지기 때문에 기계적 섬유물성도 겸비한 소취능력이 큰 것은 얻어지지 않은 것이 현상이다.

본 발명의 목적은 산성 가스와 염기성 가스와 같이 성질이 상반된 가스를 동시에 흡수하고, 흡수량이 많고, 흡수속도가 빠르며, 더욱이 취급이 용이하고, 또한 각종 형태로 용이하게 가공할 수 있는 기계적 물성을 가지며, 그 위에 쉽게 재생할 수 있는 산·염기성 가스흡수성 섬유 및 그 구조물을 제공함에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 본 발명의 완성에 이르렀다. 즉, 본 발명은 산성 가스 흡수능 70% 이상, 염기성 가스 흡수능 80% 이상을 함께 갖는 산·염기성 가스 흡수성 섬유이다. 또, 이 섬유는 히드라진 가교에 의한 질소함유량 증가가 1.0∼8.0중량%인 가교아크릴 섬유로서, 잔존니트릴기 일부에는 2.5∼6.0m 몰/g, 바람직하게는 3.0∼6.0m 몰/g의 카르복실기가, 잔부에는 아미드기가 도입되어 있고, 그 카르복실기 일부가 K, Na, Ca, Mg, Al에서 선택된 1종 이상의 금속염형이고, 또한, 카르복실기의 전체량에 대한 H형 카르복실기(-COOH)량의비가 95∼30몰%, 바람직하게는 90∼40몰%인 산·염기성 가스 흡수성 섬유에 의해 적합하게 달성된다.

또한, 본 발명의 산·염기성 가스흡수성 섬유는 물 500㎖에, 산·염기성 가스 흡수성 섬유를 1g 분산시킬 때의 평형 pH가 5.0∼8.0인 산·염기성 가스흡수성 섬유에 의해, 더 좋은 결과가 얻어진다. 또 본 발명은 그 산·염기성 가스흡수성 섬유를 5중량% 이상 함유하는 산·염기성 가스흡수성 구조물을 포함한다. 또한, 본 발명이 말하는 산성 가스 흡수능은 하기 시험법 Ⅰ에서, 염기성 가스 흡수능은 시험법 Ⅱ에서 각각 정의된 것이다.

시험법 Ⅰ: 105℃에서 완전 건조한 피검섬유 1g을 20℃ 65% RH(상대습도)의 분위기에 10시간 이상 정치후, 테드라백에 아세트산 농도 50ppm의 공기와의 혼합가스 1000㎖와 함께 밀폐하고, 20℃ 중에서 2시간 방치후의 기중(氣中) 아세트산 농도를 측정하여 아세트산가스 감소율을 산성 가스 흡수능으로 한다.

시험법 Ⅱ: 105℃에서 완전 건조한 피검섬유 1g을 20℃ 65% RH 의 분위기에 10시간 이상 정치후, 테드라백에 암모니아 농도 100ppm의 공기와의 혼합가스 1000㎖와 함께 밀폐하고, 20℃중에서 2시간 방치후 기중 암모니아 농도를 측정하여 암모니아가스 감소율을 염기성 가스 흡수능으로 한다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명을 상술한다. 우선, 본 발명은 시험법 Ⅰ에서 측정한 산성 가스 흡수능 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 시험법 Ⅱ에서 측정한 염기성 가스 흡수능 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상을 함께 갖는 산·염기성 가스 흡수성 섬유이다. 흡수능이 범위를 하회할 경우, 잔존 산·염기성 가스 농도가 높아지므로, 실용상 바람직하지 않다.

본 발명은 가교아크릴계 섬유로 적합하게 달성되고, 그 출발아크릴계 섬유로는 아크릴로니트릴(이하, AN이라함)을 40중량% 이상, 바람직하게는 50중량% 이상 함유하는 AN계 중합체에 의해 형성된 섬유로서, 단섬유, 토우(tow), 사, 편직물, 부직포 등 어떤 형태의 것도 좋다. 또, 제조공정 도중품, 폐섬유 등도 관계 없다. AN계 중합체는 AN 단독중합체, AN과 기타 모노머의 공중합체 어느 것도 좋고, 기타의 모노머로는 할로겐화비닐 및 할로겐화비닐리덴; (메타)아크릴산에스테르 (또한 (메타)의 표기는 그 메타의 용어가 붙은 것과 붙지 않은 것 양쪽을 표시); 메타릴술폰산, P-스티렌술폰산 등의 술폰산 함유 모노머 및 그 염; (메타)아크릴산, 이타콘산 등의 카르복실산기 함유 모노머 및 그 염; 아크릴아미드, 스티렌, 아세트산비닐 등의 그 밖의 모노머를 들 수 있다. 출발아크릴계 섬유의 제조수단에 한정은 없고, 적절히 공지수단을 사용할 수 있다.

그 아크릴계 섬유에 가교로서 히드라진 가교를 도입하는 방법은 질소함유량 증가가 1.0∼8.0중량%로 조정할 수 있는 수단이면, 채용할 수 있으나, 히드라진 농도 3∼80중량%, 바람직하게는 5∼40중량%, 온도 50∼130℃, 바람직하게는 85∼130℃로, 1∼8시간, 바람직하게는 1∼4시간 처리하는 수단이 공업적으로 바람직하다. 여기서 질소함유량 증가란 원료아크릴계 섬유의 질소함유량과 히드라진 가교아크릴계 섬유의 질소함유량의 차를 말한다.

또한, 질소함유량 증가가 상기 하한에 만족되지 않을 경우에는 최종적으로실용상 만족할 수 있는 물성의 섬유가 얻어지지 않고, 상한을 넘으면 최종적으로 산성·염기성 가스가 충분한 흡수능력이 얻어지지 않는 등, 모두 발명 목적이 달성되지 않는다. 본 발명인 그 증가가 1.0∼8.0중량%가 되는 조건에 대해서는 반응의 온도, 농도, 시간 등의 반응인자와 질소함유량의 증가 관계를 실험으로 밝힘으로써 용이하게 결정할 수 있다. 여기서 채용할 수 있는 히드라진은 수가(水加) 히드라진 황산히드라진, 염산히드라진, 초산히드라진, 브롬산히드라진 등이 예시된다.

또, 가수분해반응에 의해, 히드라진가교되지 않고 잔존해 있는 니트릴기를 실질적으로 소실시키고, 최종적으로 2.5∼6.0m 몰/g의 카르복실기와 잔부에 아미드기를 도입하는 방법은 알칼리금속수산화물, 암모니아 등의 염기성 수용액, 혹은 초산, 황산, 염산 등의 무기산의 수용액을 함침, 또는 그 수용액 중에 원료섬유를 침지한 상태로 가열처리하는 수단을 들 수 있다. 또한 상기 가교결합의 도입과 동시에 가수분해 반응을 행할 수도 있다. 여기에서, 최종적으로 카르복실기량이 상기 하한에 만족되지 않을 경우는 실용상 만족할 수 있는 산, 염기성 가스흡수능이 얻어지지 않는다. 또 상한을 초과하면 실용상 만족할 수 있는 물성의 섬유가 얻어지지 않는다. 본 발명인 카르복실기량이 2.5∼6.0m 몰/g이 되는 조건에 대해서는 반응의 온도, 농도, 시간 등의 반응인자와 도입되는 카르복실기량의 관계를 실험으로 밝힘으로써 용이하게 결정될 수 있다.

이리하여 도입된 카르복실기를 필수성분으로서의 K, Na, Ca, Mg, Al에서 선택된 1종 이상의 금속염으로 하고, 또한, 전카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량의 비를 95∼30몰%로 조정하는 방법으로는 상기 가수분해를 산으로 행할 때는 K,Na, Ca, Mg, Al에서 선택된 1종 이상의 수산화물로 pH 4.0∼7.0으로 조정하는 방법이, 또 알칼리 가수분해일때는 황산, 염산, 초산 및 인산에서 선택된 1종 이상의 산으로 pH 4.0∼7.0으로 조정하여 카르복실기 일부를 산형으로 변환하는 방법이 채용된다. 특히, 2가의 금속염을 도입할 경우에는 카르복실기 일부를 K, Na의 염형으로 변환한 뒤 Ca, Mg, Al의 초산염, 염산염, 인산염에서 선택된 1종 이상의 금속염을 첨가하여 카르복실기 1부를 금속염으로 전환하는 방법이 처리되는 섬유의 미세구조를 반팽윤화시키고, 금속염으로의 변환이 섬유내부까지 균일하게 또한 신속하게 행해지기 때문에 적합하게 채용된다. 금속염으로 전환한 섬유는 그런 후에 수세, 유제처리, 건조된다.

또한, H형카르복실기량이 상기 하한을 만족하지 못할 경우, 염기성 가스 흡수능력이 작고, 흡수속도가 늦어지고, 또 상한을 넘으면, 산성 가스 흡수능력이 작고, 흡수속도가 늦어진다. 본 발명은 성질이 상반된 가스를 동시에 흡수하고, 많은 흡수량을 가지며, 빠른 흡수속도를 갖는 것이 특징이므로, H형과 금속염형의 비가 특히 중요하다. 또한, 후기와 같이 손쉽게 재생할 수 있는 섬유를 제공할 수 있다. 즉, 이 산·염기성 가스흡수 반응은 가역반응이고, 분위기의 산·염기성 가스농도에 따라 그 섬유단위량당 가스흡수량이 결정되므로, 한번 흡수한 산·염기성 가스는 청정한 공기를 쐼으로써 방출하고, 그 섬유의 흡수능력을 쉽게 재생할 수 있다.

또한, K, Na, Ca, Mg, Al 이외의 금속염형 카르복실기는 산염기성 가스가 흡수되지 않거나, 인체에 대하여 유해성이 염려되므로 필히 주장할 수 없으나, 특정 제법 등으로 유래하는 금속 등의 존재를 부정하는 것은 아니다. 그러나 그 함유량은 겨우 금속염형 카르복실기로 0.4m 몰/g 이하이다.

여기서, 특히 높은 인장강도를 구할 경우에는 후기와 같이 출발아크릴계 섬유로서 이색성비가 높은 섬유를 선택하는 것이 좋다.

또한, 아크릴계 섬유를 펌프 순환계를 구비한 용기내에 충전하고, 상기 가교결합의 도입, 가수분해반응, 및 금속염 형성의 각 반응을 차례로 행하는 수단이 장치상, 안전성, 균일반응성 등의 점에서 바람직하다. 이같은 장치(펌프순환계를 구비한 용기)의 대표예로는 가압형 오버마이어 염색기 등을 들수 있다.

또, 실용상 문제가 없는 섬유물성과 고도의 산·염기성 가스 흡수능력을 겸비한 섬유를 제공하기 위해서는 특히 하기 특성을 구비한 출발아크릴계 섬유를 채용하는 것이 바람직하다.

즉, 섬유를 형성하는 AN계 중합체 분자가 충분히 배향되어 있고 콩고 레드(Congo red; 이하 CR이라함) 이색성비가 0.4이상, 더욱 바람직하게는 0.5이상의 아크릴계 섬유를 채택하는 것이 바람직하다. 또한, CR 이색성비는 고분자화학 23 (252) 193(1966) 기재의 방법에 따라 구해지는 것이다.

또한, 이같은 아크릴계 섬유의 제조수단에 한정은 없고, 상기 CR 이색성비가 만족되면 적절히 공지수단을 사용할 수 있으나, 그 중에서도 전연신배율을 4배 이상, 바람직하게는 8배 이상으로 하고, 또한 공정 수축률을 40% 이하, 바람직하게는 30% 이하로 하는 수단의 채용에 의해 공업적으로 유리한 원하는 아크릴계 섬유를 제작할 수 있다.

또한 출발아크릴계 섬유로서, 연신후 열처리전의 섬유(AN계 중합체의 방사원액을 통상법에 따라 방사하고, 연신 배향되어 있으나 건조치밀화, 습열완화처리등의 열처리가 실시되지 않은 섬유, 그중에서도 습식 또는 건/습식방사, 연신후의 수팽윤 겔상 섬유: 수팽윤도는 30∼150%)를 사용함으로써 반응액중에서의 섬유의 분산성, 섬유중으로의 반응액의 침투성 등이 개선되고, 이로써 가교결합의 도입이나 가수분해 반응이 균일 또한 신속하게 행해지므로 바람직하다. 말할 것도 없지만, 수팽윤도는 건조섬유 중량 기준으로 표시한 함유수분량의 백분율이다.

본 발명의 섬유는 성질이 상반된 가스를 동시에 흡수하고, 많은 흡수량을 가지며, 빠른 흡수속도를 갖는 것이 특징이다. 그 때문에, 상기의 전카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량의 비와 함께 그 섬유 1g을 물 500㎖에 분산시킬 때의 평형 pH가 중요하다. 평형 pH는 5.0∼8.0의 범위, 바람직하게는 5.5∼8.0이다. pH가 상기 범위를 하회하거나 상회하는 경우는 상반된 성질의 가스를 동시에 흡수할 수 없게 되고, 흡수능력이 한쪽으로 치우칠 뿐만아니라 염색 견퇴도 저하를 일으키거나, 피염색물의 변색을 일으키므로 바람직하지 않다. 또 그 섬유의 평형 pH가 상기 범위를 벗어나면 직접 피부에 접촉할 경우, 피부가 거칠어질 가능성이 있어 바람직하지 않다. 본 발명의 섬유는 염형 카르복실기와 산형 카르복실기를 함께 도입하고 있기 때문에 피부를 부드럽게 하는 pH를 중성에서 약산성으로 유지하는 작용, 즉 pH 완충작용을 유지하고 있는 것도 특필할 효과이다.

본 발명인 그 평형 pH가 5.0∼8.0 범위가 되는 조건에 대해서는 전카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량의 비, 카르복실기의 염의 종류에 따라 다르나, 금속염 처리시의 반응 pH, 농도, 시간 등의 반응인자와 그 섬유의 평형 pH 관계를 실험으로 밝힘으로써 쉽게 결정된다.

본 발명에 있어서, 산성 가스란 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부탄산, 발레르산 등의 유기산 외에, 무기산 등 산성을 나타내는 화합물이 일반적으로 예시되고, 염기성 가스란 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민 등의 아민류, 암모니아등 염기성을 나타내는 화합물이 일반적으로 예시된다.

본 발명은 그 산·염기성 가스 흡수성 섬유를 구성의 일부로 하여 5중량% 이하 함유하는 산·염기성 가스흡수성 구조물을 포함한다. 본원 구조물의 외관형태는 사(絲), 얀(랩얀 포함), 필라멘트, 직물, 편물, 부직포, 지상물(紙狀物), 시트상물, 적층체, 면상체(구상이나 괴상의 것을 포함)등이 있고, 또한 그들에 외피를 설치한 것도 있다. 그 구조물내에 있어서의 본발명 섬유의 함유형태로서는 타소재와의 혼합에 의해 실질적으로 균일하게 분포한 것, 복수층을 갖는 구조의 경우에는 어떠한 층(단수나 복수나 다 좋음)에 집중하여 존재하는 것과 각층에 특정비율로 분포하는 것등이 있다.

따라서, 본 발명의 구조물은 상기 예시된 외관형태 및 함유형태의 조합으로서 무수한 것이 존재한다. 어떤 구조물로 할 것인가는 본발명의 섬유가 상기와 같이 많은 기능을 갖는 것이므로, 최종제품의 사용양태(가령 계절성, 운동성이나, 내의(內衣), 중의(中衣), 외의(外衣)나, 커텐, 카펫, 침구, 쿠션, 인솔이나 공조기 등으로서의 이용방법 등), 요구되는 기능, 이같은 기능을 발현하는 것에의 본 발명 섬유의 기여 방법 등을 감안하여 적절히 결정된다.

또한, 구조물을 자세하게 보면, 본 발명의 섬유 단독 또는 다른 소재와 거의 균일하게 혼합한 상태의 것만으로 되는 것, 여기에 다른 소재를 첩부, 접착, 융착, 끼워붙이기 등으로 적층 혹은 라미네이트 등을 행하여 2∼5의 복수층의 적층상으로 되는 것이 있다.

또 적층상이기는 하나 적극적인 접합은 행하지 않고, 지지체로 적층상을 유지하는 것도 있다.

본 발명의 구조물을 이용한 최종제품의 용도는 앞에서도 언급한 바와 같이, 크게 구별하면 사람이 착용하여 이용하는 것, 이불이나 베개, 쿠션과 같은 침구류, 커텐, 카펫으로 대표되는 인테리어, 조습이나 소취등의 기타 분야가 있다.

각 용도에 따라 요구되는 기능을 만족시키고자 단일층에서 복수층까지, 다시 그것을 포함하여 외피를 실시하는 것 등, 최적의 구조를 선택할 수 있다.

본 발명의 구조물을 본 발명의 산·염기성 가스 흡수성 섬유를 5중량% 이상 함유하여 이루어진다. 따라서 다른 소재 가령, 섬유, 러버(rubber), 고무, 수지, 플라스틱 등은 전체의 95중량% 이하의 비율로 병용되나, 구조물이 본 발명의 섬유단독 즉 100중량% 일 경우는 다른 소재의 병용은 없다. 통상 다른 섬유와의 혼방에 의한 구조물로 할 경우, 본 발명 섬유의 사용량은 5중량% 이상, 바람직하게는 10중량% 이상이다. 5중량% 미만은 본 발명 섬유라 하더라도 충분한 수준의 기능이 발현되지 않는다.

다른 소재를 병용하는 것은 구조물의 기능을 더욱 높이는데 유용하다. 즉, 본 발명의 섬유는 상기와 같은 기능을 구비하기는 하나, 구조물로 함으로써 더욱고기능을 부여한다. 바람직한 촉감을 부여하고 선명한 염색성 등, 소위 패션성을 높이는 것이 가능하다. 또, 혼방 등의 가공성을 개선하는 효과도 기대된다.

구조물에 있어서 병용하는 다른 섬유는 어떠한 것에 한정되는 일없이, 공용되고 있는 천연섬유, 유기섬유, 반합성섬유, 합성섬유가 사용되고, 또한 무기섬유, 유리섬유 등도 용도에 따라서는 채용된다. 또 병용할 수 있는 소재는 섬유에 한하지 않고, 상기와 같이 필름과 라미네이트하고, 또는 필름에 매설하여 구조물로 하는 등, 플라스틱, 고무 등도 채용할 수 있다. 특히 바람직한 다른 섬유를 예시하면, 양모나 코튼 등의 천연섬유, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴 섬유 등의 합성섬유 혹은 레이온; 폴리노직 섬유 등이다.

즉, 본 발명의 섬유를 5중량% 이상 함유하는 섬유구조물은 병용하는 상대 소재와 협동함으로써 본 발명 섬유의 소량 사용으로도 충분한 기능을 발현하고, 또 다른 기능을 같이 갖을 수 있으므로 많은 최종제품을 제공할 수 있다.

자주 채용하는 구조물의 하나인 부직포로서, 본 발명 섬유를 사용할 경우는 단섬유로 하고, 셀룰로즈계섬유, 펄프, 합성섬유 등과 적당히 혼용하여 사용할 수 있다. 특히 치수안정성이 요구되는 용도에 있어서는 본 발명의 섬유와 열접착성 섬유(바람직하게는 5∼80중량% 혼용율)로 되는 부직포가 추천된다. 또한 열접착성 섬유는 열접착성을 구비하는 한 사용가능하고, 가령, 폴리에틸렌-폴리프로필렌, 폴리에틸렌-폴리에스테르, 폴리에스테르-폴리에스테르 등의 저융점-고융점 성분으로 되는 섬유를 들수 있다. 본 발명 섬유를 이용한 부직포는 인체에 접촉하여 피부에 부드럽고, 또한 흡수성을 가지고, 산·염기성 가스 흡수성을 발휘하는 용도에 적합하다.

예컨대, 기저귀 실금(失禁) 패드 등의 용도에 유용하고, 이들 부직포의 톱시트 뿐만아니라, 백시트 등에도 사용되고, 고흡수성 폴리머 사용량을 감소시킬 수도 있다. 본 발명 섬유는 고흡수성이고 또한 항균성도 가지고 있기 때문에 그 섬유를 이용한 이같은 구조물은 장시간 착용하여도 짓무르지 않고, 염증이 생기지 않는 등의 이점을 갖는다. 본 발명 섬유의 특징을 갖도록 하는데는 산·염기성 가스를 발생하는 측에 본 발명 섬유를 배설하는 구조물로 하는 것이 좋다.

(작용)

본 발명에 관한 산, 염기성 가스 흡수성 섬유가 고도의 산, 염기성 가스 흡수능력을 함께 가지면서 사물성을 겸비하는 이유는 충분히 설명하지는 못했으나 대략 다음과 같이 생각된다.

즉, 본 발명에 관한 섬유는 AN계 중합체에서 출발하고 있으면서 실질적으로 니트릴기가 소실한 곳에서, 폴리머쇄(鎖)에 결합해 있는 측쇄는 히드라진과의 반응에 의해 생성한 질소를 함유하는 가교구조와 니트릴기의 가수분해 반응에 의해 생성한 H형, 금속염형 카르복실기 및 아미드기라고 생각된다.

그 섬유가 산, 염기성 가스를 흡수하는 것은 카르복실기와 염기성 가스가 또 카르복실기 금속염과 산성 가스가 산·염기반응에 의해 결합하기 때문일 것이다. 이 산·염기반응은 가역반응이기 때문에, 그 섬유의 흡수능력은 쉽게 재생된다. 여기서, 고도의 산·염기성 가스흡수능력과 사물성을 겸비할 수 있는 것은 내부에 가교구조를 가지고 있기 때문으로, 이로써 아크릴계 섬유의 사상(絲狀)을 형성하는데필수인 니트릴기를 소실시켜 카르복실기로 변환하여도 사물성이 유지된다.

산·염기성 가스 흡수능력과 함께, 가공성능을 유지하고 있는 것은 CR 이색성비에서 볼수 있는 배향구조와 다가금속에 의한 분자내, 분자간의 이온가교에 유래하는 바가 클 것이다.

본 발명의 산·염기성 가스 흡수성 섬유는 높은 흡수능력을 가지고 있으나 그 재생도 용이하다. 상기한 바와 같이, 한번 흡수한 산·염기성 가스는 청정한 공기를 쐼으로써 방출하고, 그 섬유의 흡수능력을 쉽게 재생할 수 있으나, 더 효율좋게 재생하기 위해서, 가령, 염기성 가스흡수능력 회복의 경우 아세트산, 포름산과 같은 약산 혹은 희(希)무기산으로, 산성 가스 흡수능력 회복의 경우 암모니아수 혹은 희알칼리수로 처리하여 수세하는 방법도 채용된다.

실시예

이하 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 실시예 중의 부 및 백분율은 예고가 없는 한 중량 기준으로 표시한다.

또한, 산·염기성 가스흡수능력, 전카르복실기량, 금속염형 카르복실기량, H형 카르복실기량(meq/g), pH 완충능력(μeq/g), 섬유분산평형 pH는 이하 방법으로 구하였다. 가스흡수 실험은 모두 대기압하(1atm)에서 행하였다.

(1) 전카르복실기량(meq/g)

충분히 건조한 공시섬유 약 1g을 정칭(精秤)하여 (X) g, 여기에 200㎖의 1N 염산수용액을 가하여 30분간 방치후 유리필터로 여과하고 물을 가해 수세한다. 이 염산처리를 3회 반복한 후, 여액 pH가 5이상이 될때까지 충분히 수세한다. 다음에이 시료를 200㎖의 물에 넣어 1N 염산수용액을 첨가하여 pH 2로 한 후, 0.1N-가성소다수용액으로 통상법에 따라 적정곡선을 구하였다. 그 적정곡선에서 카르복실기에 소비된 가성소다 수용액 소비량(Y) ㎖을 구하여, 다음 식에 따라 카르복실기량을 산출하였다.

(2) H형 카르복실기(meq/g)

충분히 건조한 공시섬유 약 1g을 정칭하여 (X) g, 여기에 200㎖의 물과 전카르복실기량과 당량의 0.1N 가성소다 수용액(Z1) ㎖을 첨가하여 1시간 교반한다. 유리필터로 섬유를 여과분별하고, 여액을 0.1N-염산수용액으로, 페놀프탈렌을 지시약으로 하여 통상법에 따라 중화 적정하였다. 소비된 염산수용액 소비량(Z2) ㎖을 구하여, 다음 식에 따라 H형 카르복실기량을 산출하였다.

(3) 염기성 가스 흡수능력

105℃에서 완전건조한 공시섬유 1g을 20℃ 65% RH 의 분위기에 10시간 이상 정치하여 조온·조습한다. 이 섬유를 테드라백에 넣고, 밀폐하여 염기성 가스를 소정농도가 되도록 주입하고, 2시간, 20℃중에 방치한 후, 가스 검지관으로 용기내 가스농도를 측정하였다. 이 남은 가스농도와 초기가스 농도로부터 염기성 가스 감소율을 계산하였다.

(4) 산성 가스 흡수능력

105℃에서 완전건조한 공시섬유 1g을 20℃ 65% RH 의 분위기에 10시간 이상 정치하여 조온·조습한다. 이 섬유를 테드라백에 넣고, 밀폐하여 산성 가스를 소정농도가 되도록 주입하고, 2시간, 20℃중에 방치한 후, 가스검지관으로 용기내 가스농도를 측정하였다. 이 남은 가스농도와 초기가스 농도로부터 산성 가스 감소율을 계산하였다.

(5) pH 완충능력(μeq/g)

105℃에서 완전건조한 공시섬유 약 0.4g을 정칭하여 (X) g, 여기에 200㎖의 물을 가한 후, 0.1N 염산수용액 혹은 0.1N 가성소다수용액을 적하하고, 염산수용액의 경우는 pH 5.0이 될 때까지, 또 가성소다수용액의 경우는 pH 7.0이 될 때까지 소비된 염산수용액 또는 가성소다수용액 소비량(Y) ㎖을 구하여 다음 식에 따라 산 또는 알칼리에 대한 완충능력을 산출하였다.

(6) 섬유분산평형 pH

충분히 건조한 공시섬유를 1g 정칭하여, 여기에 물 500㎖을 가한 후, 20℃, 1시간 교반 분산시켰을 때의 평형 pH를 측정하였다.

실시예 1

AN 90% 및 아크릴산메틸(이하, MA라 함) 10%로 되는 AN계 중합체(30℃ 디메틸포름아미드 중에서의 극한점도 [η] = 1.5) 12부를 48%의 로단소다 수용액 88부에 용해한 방사원액을 통상법에 따라, 방사, 연신(전연신배율; 10배)한 후, 건구/습구 = 120℃/60℃의 분위기하에서 건조하여, 이어서 125℃의 고압 스팀하에서 완화처리(공정수축률 30%)한 후, 권축(捲縮)을 부여하여 단섬유섬도 1.0d의 원료섬유(CR 이색성비 0.56)를 얻었다.

원료섬유를 표 1에 표시한 조건으로 히드라진 가교처리, 가수분해 처리후, 1N 초산수용액에 30분간 침지하여 수세하였다. 가교후의 중량증가량, 가수분해 후의 카르복실량을 표 2에 표시하였다. 이어서 표 1에 표시한 조건으로 pH 조정처리를 하고, 카르복실기 1부가 1가의 금속염이 된 섬유를 얻었다.

발명예 1∼3 및 비교예 6∼7은 이어서 표 1에 표시한 조건으로 각종 금속염을 가하여 금속염 처리를 실시하였다. 충분히 수세한 후 건조하여 섬유 No.1∼9를 얻었다. 얻어진 섬유의 특성치 및 산·염기성 가스 흡수능력을 표 2에 표시한다.

예	섬유No	히드라진처리% ℃ Hrs	가스분해처리약제 % ℃ Hr	pH 조정처리약제 pH	금속염처리종류 ℃ Hr
본발명예	1	35 98 2	NaOH 10 90 2	NaOH 5.5	Ca(NO3)2 60 2
본발명예	2	10 120 3	NaOH 10 90 2	NaOH 4.5	Ca(NO3)2 60 2
본발명예	3	5 125 5	NaOH 10 90 2	NaOH 5.5	MgCl2 60 2
본발명예	4	15 100 5	NaOH 10 90 2	NaOH 6.4	없음
본발명예	5	30 98 3	KOH 10 90 2	KOH 5.0	없음
비교예	6	35 45 5	NaOH 10 90 2	NaOH 5.5	Ca(NO3)2 60 2
비교예	7	35 105 3	NaOH 5 80 2	KaOH 6.0	Ca(NO3)2 60 2
비교예	8	35 125 3	NaOH 10 105 2	없음	없음
비교예	9	35 98 2	NaOH 10 90 2	없음	없음

본 발명의 산·염기성 가스 흡수섬유 No. 1∼5는 상반된 성질의 산성 가스, 염기성 가스를 고능력으로 흡수할 뿐만 아니라 우수한 섬유성질을 유지하고 있으며, 카드 걸이 등의 가공에 견디는 것이었다. 또 pH 완충능력도 우수한 것을 알수 있다.

이에 비해 히드라진 처리에 의한 질소증가량이 적은 비교예 섬유(6)는 산·염기성 가스흡수능력을 갖는 것이나, 인장강도가 낮고, 무른 섬유이고, 카드걸이 등의 가공에 견디지 못하였다. 또, 가수분해 처리가 불충분한 비교예 섬유(7), 가교처리가 과잉된 비교예 섬유(8)는 카르복실기량이 적기 때문에 산·염기성 가스 흡수능력이 낮았다. 또한, 전카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량의 비가 높은 비교예 섬유(9)는 섬유분산 평형 pH가 낮고, 염기성 가스의 흡수능력을 갖고 있으나, 산성 가스의 흡수능력이 낮았다.

실시예 2

실시예 1에서 작성한 본발명 섬유 No. 1을 10부와 아크릴섬유(엑스란 K891-3d×V64) 90부로부터 균일하게 혼방한 2/32 미터번수(番手)(연수(撚數) 360T/M)를 정법에 따라 방적하였다. 이 사를 행크염색기를 이용하여 염색, 유연처리하고, 메리야스 보아편기로 정법에 따라 편직하고, 그후, 모세균열, 폴리싱(polishing), 털깎이 가공으로 파일길이 6㎜, 메츠케 400g/㎡의 파일편지를 작성하였다. 한편, 실시예 1에서 작성한 본 발명 섬유 No. 1을 50부와 중공 폴리에스테르섬유(3d×51㎜) 50부를 이용하여 혼섬기로 예비해섬을 행한 후, 롤러카드로 카드웹을 작성하였다. 이어서 카드웹을 솜 채우기를 사용하여 상기 파일편지를 표지(表地)로 하는 자루(안에 솜이 들은 카드웹을 넣고 자루처럼 꿰맨것)를 만들었다.

이 자루를 5명의 여성 패널에게 돌려 앙케이트식으로 1개월 간의 사용 시험을 실시한 결과, 실내 악취가 느끼지지 않았다는 회답을 얻었다. 특히 끽연자로 부터는 혐오스런 담배냄새가 적어졌다는 회답을 얻었다. 이 사실로, 이불, 베개, 방석, 땀받이 패드 등의 속으로도 응용할 수 있음을 시사하였다.

본 발명의 출현에 따라 실용상 문제가 없이 섬유물성을 유지하고, 산·염기성 가스흡수섬유를 공업적으로 유리하게 제공할 수 있는 점이 본발명의 특필할 만한 효과이다. 또, 본발명의 가스흡수성 섬유는 포화흡수한 후에도 청정한 공기하에 둠으로써 쉽게 재생할 수 있어, 반복 사용할 수 있다. 본 발명의 산·염기성 가스 흡수성 섬유는 그 자체가 약산성이고, 외계로 부터의 산, 알칼리의 공격에도 pH 5∼7의 범위내를 유지하는 pH 완충성을 유지하고 있다. 또한, 부직포, 편물, 직물 등, 각종 형태로 가공할 수 있기 때문에, 산·염기성 가스흡수가 요구되는 여러 용도분야에 널리 사용될 수 있다. 가령, 내의, 란제리, 파자마, 유아제품, 거어들, 브래지어, 양말, 타이츠, 레오타드, 트랭크스 등 의류품 전반, 스웨터, 트레이너, 슈우트, 스포츠웨어, 스커프, 손수건, 머플러, 인공모피, 유아제품 등의 중의 의류용품, 이불감, 이불, 베개, 인형 표대(表袋)등의 속감, 충전용 솜, 시트, 모포, 쿠션 등의 침장(寢裝)이나 침구, 커텐, 카펫, 매트, 벽지, 인형등의 표대, 조화, 조목 등의 인테리어 용품, 마스크, 실금쇼츠팬츠, 젖은 티슈 등의 위생재료, 차시트, 내장등의 차내용품, 토일릿커버, 토일릿매트, 페트용 토일릿 등의 토일릿용품, 냉장고, 쓰레기통의 내장 등의 부엌용품, 관상어 및 양어조용 필터, 욕실필터, 배수처리필터, 등의 수정화 엘레멘트, 에어콘필터, 공기청정기필터, 클린룸용 에어필터, 제습기용 필터, 업무용 가스처리필터 등의 공조기기용 엘레멘트, 가스흡수탑 충전물 등의 산업자재, 기타, 구두안창, 슬리퍼, 장갑, 타월, 걸레, 고무장갑의 내장, 장화내장, 첩부재, 생고무 처리장치, 흡착재, 서포터, 땀받이 패드, 심지(芯地)등을 들 수 있다.

그 섬유는 단독으로도 물론 사용되나, 다른 섬유등과 혼방 또는 혼합하여 사용함으로써 상기 분야에서 더 유효하게 사용된다. 가령, 이불 등의 안솜과 부직포로 사용할 경우는 폴리에스테르 등의 다른 섬유와 혼방하여 사용함으로써 벌키성 등의 성능이 부여된다. 또, 산·염기성 가스 이외의 흡수재 등의 다른 흡수재와 혼합 사용함으로써 더 광범위한 것을 대상으로 한 흡수재가 얻어진다. 이와같이 다른 기능을 부여할 목적으로, 또, 그 섬유의 혼용율을 내리는 목적으로 이 밖의 여러 것과 조합 사용할 수도 있다. 또, 이온교환체로서 수처리제, 금속흡착체 등에 사용할 수도 있다.

Claims (4)

1. 카르복실기를 함유하고, 이 카르복실기의 5∼70몰%가 K, Na, Ca, Mg, Al에서 선택된 1종 이상의 금속염형이고, 또한 하기 시험법 Ⅰ로 측정한 산성 가스흡수능 70% 이상, 시험법 Ⅱ로 측정한 염기성 가스흡수능 80% 이상을 아울러 갖는 것을 특징으로 하는 산·염기성 가스흡수성 섬유.

   시험법 Ⅰ: 105℃에서 완전히 건조한 피검섬유 1g을 20℃ 65% RH 분위기에 10시간 이상 정치한 후, 테드라백에 아세트산농도 50ppm의 공기와의 혼합가스 1000㎖와 함께 밀폐하고, 20℃ 중에서 2시간 방치후의 기체 중 아세트산 농도를 측정하여 아세트산가스의 감소율을 산성 가스 흡수능으로 한다.

   시험법 Ⅱ: 105℃에서 완전히 건조한 피검섬유 1g을 20℃ 65% RH 분위기에 10시간 이상 정치한 후, 테드라백에 암모니아 농도 100ppm의 공기와의 혼합가스 1000㎖와 함께 밀폐하고, 20℃ 중에서 2시간 방치후의 기체 중 암모니아 농도를 측정하여 암모니아 가스의 감소율을 염기성 가스 흡수능으로 한다.
2. 제 1 항에 있어서, 산·염기성 가스 흡수성 섬유, 히드라진 가교에 의한 질소함유량 증가가 1.0∼8.0중량%인 가교아크릴 섬유로서, 잔존니트릴기 일부에는 2.5∼6.0m몰/g의 카르복실기가, 잔부에는 아미드기가 도입되어 있고, 그 카르복실기 일부가 K, Na, Ca, Mg, Al에서 선택된 1종 이상의 금속염형이고, 또한 전카르복실기량에 대한 H형 카르복실기량의 비가 95∼30몰%인 것을 특징으로 하는 산·염기성 가스흡수성 섬유.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 물 500㎖에 산·염기성 가스 흡수성 섬유를 1g분산시킬 때의 평형 pH가 5.0∼8.0인 것을 특징으로 하는 산·염기성 가스흡수성 섬유.
4. 제 1 항 또는 제 2 항의 산·염기성 가스흡수성 섬유를 5중량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 산·염기성 가스흡수성 구조물.