KR100453670B1

KR100453670B1 - 초극세 단섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR100453670B1
Application number: KR10-2001-0031587A
Authority: KR
Inventors: 김용민; 안경열; 김찬
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR20020093179A

Abstract

본 발명은 초극세 단섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리용융액(방사도프)을 에어노즐(7)로 공급되는 가열공기와 함께 방사구금(3) 내 방사노즐 (4)을 통해 콜렉터(10) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(11)를 사용하여 상기 방사구금(3)과 콜렉터(10) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 종래보다 섬도가 가는 초극세 단섬유를 높은 생산효율과 수율로 제조 할 수 있고, 안정성도 향상된다. 본 발명으로 제조된 단섬유들은 의료용 부직포, 산업용 부직포 등으로 사용된다.

Description

초극세 단섬유의 제조방법 {A process of preparing for the ultra fine staple fiber}

본 발명은 폴리머 용융액(방사도프)을 방사하여 초극세 단섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 폴리머 용융액을 정전-멜트 브로운 방사방법으로 방사하여 보다 세섬도를 갖는 초극세 단섬유를 높은 생산효율 및 수율로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 초극세 단섬유는 섬도(직경)가 수십 나노미터 이하 수준인 단섬유(staple fiber)를 나타낸다. 초극세 단섬유들은 의료용 봉합 부직포, 산업용 필터 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

종래 초극세 단섬유들은 주로 정전방사(Electrostatic spinning)방법, 용액방사(Flash spinning) 방법 또는 멜트-브로운 방사(Melt-Blown spinning) 방법으로 제조되어 왔다.

일본 공개특허 공보 평3-161502호 및 미국특허 4,323,525호 등에서는 정전방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 방법을 제안하고 있다.

도 3은 정전방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 공정 개략도 이다. 정전 방사 방법은 폴리머용액(15)을 전계(電界) 내로 도입하여 단섬유를 제조하는 방법이다. 보다 구체적으로 + 전극을 갖는 방사구금(3) 내 방사노즐(4)을 통해 폴리머용액을 방사(분사)한 다음, 이를 - 전극을 갖는 셕션콜렉터(10)로 포집하여 초극세 단섬유를 제조하는 방법이다.

그러나 상기 정전 방사 방법은 단섬유의 섬도를 가늘게는 할 수 있으나 폴리머를 용해하는데 사용되는 용제가 불안정하여 대량생산에는 한계가 있고 생산성도나쁜 문제가 있었다.

한편, 도 4는 종래 용액 방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 공정 개략도 이다. 용액 방사 방법은 저장탱크(16) 내 폴리머용액을 압력펌퍼(17)로 방사구금(3) 내로 유입시킨 다음 가열 및 가압하여 고온·고압의 폴리머용액으로 제조한 후, 이를 방사노즐(4)을 통해 콜렉터(10)로 방사(분사)하는 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 방법이다. 그러나, 상기 용액 방사 방법은 생산성이 높고 대량생산이 가능하나, 높은 압력을 부여하기 때문에 위험하며 특히 단섬유의 섬도를 가늘게 하는 데에는 한계가 있었다.

한편, 도 2는 종래 멜트-브로운 방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 공정 개략도 이다. 멜트-브로운 방사 방법은 압출기(2)에서 폴리머를 용융하여 폴리머 용융액을 제조한 다음, 이를 에어노즐(7)로 공급되는 가열공기와 함께 방사노즐(4)을 통해 콜렉터(10)로 방사하여 초극세 단섬유를 제조한다. 에어노즐(7)로 분사되는 가열공기는 방사되는 폴리머 용융액에 전단력을 부여하여 섬유의 극세화를 더욱 향상 시킨다.

상기 멜트-브로운 방사 방법은 폴리머용액을 사용하는 용액 방사 방법 및 정전 방사 방법에 비해 수율이 우수하나, 단섬유들을 일정수준 이하로, 다시말해 수십 나노미터(nm) 이하 수준으로 극세화 하는 데에는 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 문제점들을 해결하므로서 높은 생산성 및 수율로 나노미터 수준의 초극세 단섬유를 대량 생산 할 수 있는 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 멜트-브로운 방사 방법과 정전 방사 방법을 유기적으로 결합하므로서 나노미터 이하 수준의 초극세 단섬유를 높은 생산성 및 수율로 대량 제조 할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 방사 공정 개략도

도 2는 종래 멜트-브로운(Melt Blown) 방사 공정 개략도

도 3은 종래 정전방사(Electrostatic spinning) 공정 개략도

도 4는 종래 용액방사(Flash spinning) 공정 개략도

※ 도면중 주요분에 대한 부호설명

1 : 호퍼 2 : 압출기 3 : 방사구금 4 : 방사노즐

5 : 모세관(Capillary) 6 : 에어갭(Air Gap) 7 : 에어노즐

8 : 절연재 층 9 : 단섬유 10 : 콜렉터 11 : 전압 부여 장치

12 : 공기압축기 13 : 히터 14 : 셕션블로우어 15 : 폴리머용액

16 : 폴리머용액 저장탱크 17 : 압력펌퍼 18 : 감압오리피스

19 : 방사실 20 : 용제 회수 장치

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 초극세 단섬유의 제조방법은 폴리용융액(방사도프)을 에어노즐(7)로 공급되는 가열공기와 함께 방사구금(3) 내 방사노즐 (4)을 통해 콜렉터(10) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(11)를 사용하여 상기 방사구금(3)과 콜렉터(10) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 통상의 멜트-브로운 방사 방식으로 단섬유를 제조 할 때 전압 부여 장치(11)로 방사구금(3)과 콜렉터(10)에 높은 전압을 부여하므로서 멜트-브로운 방사 방식과 정전 방사 방식을 유기적으로 결합시키는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 공정 개략도 이다.

본 발명은 먼저, 열가소성 폴리머를 호퍼(1)를 통해 압출기(2)에 공급한 후 용융하여 폴리머 용융액(방사도프)을 제조한다. 폴리머로는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리비닐알콜 등의 모든 열가소성 수지를 사용 할 수 있다. 상기 폴리머 용융액에는 해당 폴리머와 상용성이 있는 수지, 가소제, 자외선안정제, 가교제, 경화제, 반응개시제 등의 첨가제를 혼합시킬 수도 있다.

이와 같이 제조된 방사도프(폴리머 용융액)는 방사구금(3)으로 이송되어 방사노즐(4)을 통해 가열공기와 함께 전계(電界) 내로 방사된다. 상기 전계(電界)는 전압이 걸려있는 방사구금(3)과 콜렉터(10) 사이에 형성된다.

한편, 방사구금(3)의 양측에 형성되어 있는 에어갭(6)과 에어노즐(7)로는 공기압축기(12)와 히터(13)에서 압축 및 가열된 공기가 공급되어 방사도프와 같이 방사노즐(4)을 통해 방사된다. 상기 가열공기는 방사되는 방사도프에 전단력을 부여하여 단섬유의 극세화를 향상시킨다.

상기 방사구금(3)과 콜렉터(10)에는 전압 부여 장치(11)를 사용하여 전압을 부여한다. 이로 인해 이들 사이에는 전계(電界)가 형성되어 진다. 이 때 방사구금(3)에는 + 전극을, 콜렉터(10)에는 - 전극을 부여한다. 방사구금(3)과 콜렉터(10)에 부여되는 전압을 10~60KV로 조절하는 것이 단섬유의 초극세화에 바람직하다. 또한 방사구금(3)과 콜렉터(10)에 서로 동일한 전압을 부여할 수도 있고, 서로 다른 전압을 부여할 수도 있다.

상기 방사구금(3)의 하단부에는 절연재층(8)을 설치, 사용하여 방사구금(3)의 하단부에 부여되는 전압이 방사구금(3) 상단부로 전달되는 것을 방지하는 것이 바람직 하다. 상기 콜렉터(10)는 공기를 흡입하는 셕션 블로우어(14)를 설치하여 방사된 단섬유들을 웹(WEB) 상태로 포집한다.

본 발명은 폴리머 용융액(방사도프)을 방사시 가열공기를 에어노즐(7)로 함께 분사하여 전단력을 부여함과 동시에, 폴리머 용융액을 전계(電界) 내로 분사하기 때문에 단섬유(7)의 섬도를 50 나노미터 이하 수준으로 가늘게 할 수 있다. 또한 본 발명은 종래의 폴리머 용액을 방사하는 방식에 비해 수율이 크게 향상 된다. 또한 본 발명은 종래 멜트-브로운 방사 공정을 대부분 그대로 채택하고 있기 때문에 생산성이 높고 공업화가 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

연화점이 240℃인 등방성 피치(pitch) 칩(chip)을 압출기에 공급하여 용융하여 방사도프를 제조한 다음, 이를 도 1의 방사구금(3)으로 이송하였다. 계속해서 상기 방사도프를 + 전극이 걸려있는 방사구금(3) 내 방사노즐(4)을 통하여 - 전극이 걸려있는 콜렉터(10)로 멜트-브로운 방사하여 단섬유를 제조 하였다. 이 때 에어노즐(7)로는 압력이 400KPa인 가열공기를 1000㎥/분의 풍속으로 공급하였다. 또한 방사구금(3)에는 25KV의 전압을 콜렉터(10)에는 10KV의 전압을 각각 부여하였다. 제조된 단섬유의 섬도(평균직경)는 13nm, 생산효율은 97.8% 이었다.

실시예 2

연화점이 265℃인 폴리에스테르 칩(chip)을 압출기에 공급하여 용융하여 방사도프를 제조한 다음, 이를 도 1의 방사구금(3)으로 이송 하였다. 계속해서 상기 방사도프를 + 전극이 걸려있는 방사구금(3) 내 방사노즐(4)을 통하여 - 전극이 걸려있는 콜렉터(10)로 멜트-브로운 방사하여 단섬유를 제조하였다. 이 때 에어노즐(7)로는 압력이 400KPa인 가열공기를 1000㎥/분의 풍속으로 공급하였다. 또한 방사구금(3)에는 30KV의 전압을 콜렉터(10)에는 30KV의 전압을 각각 부여하였다. 제조된 단섬유의 섬도(평균직경)는 15nm, 생산효율은 98.9% 이었다.

본 발명은 단섬유의 섬도를 수십 나노미터 이하 수준으로 극세화 시킬 수 있으며, 높은 생산성 및 수율로 상기 초극세 단섬유를 대량 생산 할 수 있다.

Claims

폴리용융액(방사도프)을 에어노즐(7)로 공급되는 가열공기와 함께 방사구금(3) 내의 방사노즐 (4)을 통해 콜렉터(10) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(11)를 사용하여 상기 방사구금(3)과 콜렉터(10) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 방사구금(3)과 콜렉터(10)에 부여되는 전압이 10~60KV인 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 방사구금(3)에는 + 전극을 부여하고 콜렉터(10)에는 - 전극을 부여하는 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.