KR100583616B1 - 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사가 가능한 폴리에스테르계 중합체에 일정비의 활성탄을 혼합하여 건조, 방사, 고화, 권취 및 연신함으로써, 고가의 원료인 탄소섬유를 이용하지 않아 저렴하면서도 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 폴리에스테르섬유의 내부에 활성탄이 균일하게 내첨되어 강도, 경직성, 레질리언스 등의 물성이 저하되지 않으면서도 유해성분의 흡착, 산화방지, 제습, 탈취 및 항균 효과가 우수하며, 섬유로부터 제조되는 각종 필터, 의복, 실내장식재 등의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 신체의 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 혈액순환을 촉진함과 동시에, 각종 질환을 예방하여 건강을 증진시킬 수 있도록 한 것으로, 폴리에스테르계 중합체 50∼95중량%에 800∼1000mesh의 역청탄으로 이루어진 활성탄 5∼50중량%를 혼합하는 혼합단계(S1)와: 혼합된 중합체를 110∼130℃의 온도에서 건조시키는 건조단계(S2)와: 건조된 중합체를 압출기를 이용하여 방사하는 방사단계(S3)와: 방사된 섬유를 20∼24℃ 온도에서 고화하는 고화단계(S4)와: 고화된 섬유를 권취롤러를 이용하여 권취하는 권취단계(S5)와: 권취된 섬유를 20∼25℃의 온도에서 2∼4배로 연신하는 연신단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법이다.

폴리에스테르섬유, 활성탄, 폴리에스테르계 중합체, 방사

Description

활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법{The manufacturing method of a polyester fiber using activated carbon}

도 1은 본 발명의 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조공정도.

본 발명은 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사가 가능한 폴리에스테르계 중합체에 일정비의 활성탄을 혼합하여 건조, 방사, 고화, 권취 및 연신함으로써, 고가의 원료인 탄소섬유를 이용하지 않아 저렴하면서도 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 폴리에스테르섬유의 내부에 활성탄이 균일하게 내첨되어 강도, 경직성, 레질리언스 등의 물성이 저하되지 않으면서도 유해성분의 흡착, 산화방지, 제습, 탈취 및 항균 효과가 우수하여, 섬유로부터 제조되는 각종 필터, 의복, 실내장식재 등의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 신체의 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 혈액순환을 촉진함과 동시에, 각종 질환을 예방하여 건강을 증진시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 섬유란 엔트로피적으로 불안정한 분자의 배향구조를 미결정이나 강한 분자력에 의해 안정화시키는 내부구조를 갖는 축비가 매우 큰 물질을 통칭하며, 섬유의 가늘고 긴 형태학적 특성 때문에 단위중량에 대하여 엄청나게 큰 표면적을 갖고 있어 보온성이 우수하여 의복으로 주로 사용되어 왔고, 필터와 같이 높은 항균성을 필요로 하는 섬유제품을 위해 비표면적이 우수한 활성탄소섬유를 제조하여 사용하였다.

활성탄소섬유는 활성탄과 함께 흡착제로 사용되며 형태가 섬유상이고, 일반적으로 탄소섬유인 피치계 범용 탄소섬유와, 페놀계 탄소섬유, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유를 출발원료로 하여 제조된다.

활성탄은 기공분포가 표면에서부터 섬유내부로 들어가면서 매크로기공, 메조기공, 마이크로기공의 순서로 형성되어 있기 때문에 흡착과 탈착의 속도가 느릴뿐만 아니라, 실제로 흡착성능에 영향을 미치는 마이크로기공부분이 제한되어 있으나, 이에 반하여 활성탄소섬유는 마이크로기공이 표면에 노출되어 있어 흡착과 탈착의 속도가 빠르고 비표면적이 더 큰 장점이 있는 것으로, 그 제조방법은 종전의 역청탄이나 야자 껍질을 원료로 하여 입상 활성탄을 제조하는 것과 같이 수증기나 이산화탄소 등과 같은 산화성 분위기에서 800∼1000℃의 온도범위로 열처리하여 탄소섬유의 표면이 산화가스에 의해 부분 산화되도록 함으로써 산화반응이 발생한 곳은 기공이 형성되도록 하는 것이나, 탄소섬유의 결정화가 진행되어 있어 산화반응이 진행되기 어렵기 때문에 단순히 산화성 기체로 활성화시키는 것은 매우 어렵다.

이와 같이 탄소섬유를 활성화하여 제조하는 종래의 방법은 원료인 탄소섬유 자체의 가격이 고가이므로 활성탄소섬유의 제조비용이 높아서 범용으로 사용되기에는 한계가 있을 뿐만 아니라, 강도, 내마모성 등의 기계적 성질이 저하되어 취급이 어려운 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 물성의 변화없이 우수한 탈취 및 항균성을 갖을 수 없었던 종래의 폴리에스테르섬유가 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 방사가 가능한 폴리에스테르계 중합체에 일정비의 활성탄을 혼합하여 건조, 방사, 고화, 권취 및 연신함으로써, 고가의 원료인 탄소섬유를 이용하지 않아 저렴하면서도 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 폴리에스테르섬유의 내부에 활성탄이 균일하게 내첨되어 강도, 경직성, 레질리언스 등의 물성이 저하되지 않으면서도 유해성분의 흡착, 산화방지, 제습, 탈취 및 항균 효과가 우수하며, 섬유로부터 제조되는 각종 필터, 의복, 실내장식재 등의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하는 활성탄소 섬유의 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 활성탄소 섬유의 제조방법은, 폴리에스테르계 중합체로부터 폴리에스테르섬유를 제조하는 방법에 있어서, 폴리에스테르계 중합체 50∼95중량%에 800∼1000mesh의 역청탄으로 이루어진 활성탄 5∼50중량%를 혼합하는 혼합단계(S1)와: 혼합된 중합체를 110∼130℃의 온도에서 건조시키는 건조단계(S2)와: 건조된 중합체를 압출기를 이용하여 방사하는 방사단계(S3)와: 방사된 섬유를 20∼24℃ 온도에서 고화하는 고화단계(S4)와: 고화된 섬유를 권취롤러를 이용하여 권취하는 권취단계(S5)와: 권취된 섬유를 20∼25℃의 온도에서 2∼4배로 연신하는 연신단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명의 활성탄소 섬유의 제조공정도로서, 혼합(S1), 건조(S2), 방사(S3), 고화(S4), 권취(S5) 및 연신단계(S6)로 된다.

폴리에스테르계 중합체에 일정비의 활성탄을 혼합하는 혼합단계(S1)는 고분자 중합체에 활성탄을 혼합함으로써 탄소섬유를 이용하지 않아 제조원가가 저렴하면서도 섬유의 활성화단계가 불필요하게 되어 강도, 내마모성 등의 기계적 성질이 저하되지 않도록 한 것으로, 활성탄의 배합비가 50중량%를 초과하면 탄성률 및 신장회복률이 저하되고, 5중량% 미만이면 활성탄의 효과가 충분히 발휘될 수 없으므로 5∼50중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 활성탄은 목재(wood base), 역청탄(bituminous coal) 등을 불연소화합방식인 수증기부활법으로 활성화시켜 제조하는 것으로, 흡착에 관여하는 세공이 미세공으로 형성되고 요오드흡착력이 약 900∼1000㎡/g에 이르며 계속적으로 산화 및 환원반응을 함으로써 우수한 통풍, 제습, 탈취 및 항균효과를 가지는 것으로, 활성탄의 입도가 1000mesh를 초과하면 활성탄의 분산으로 인해 공정상의 어려움이 있고, 800mesh 미만이면 방사시 방사기의 노즐이 손상되는 문제가 발생되므로, 활성탄의 입도를 800∼1000mesh로 한다.

또한 활성탄을 제조할 시에, 은(Ag) 처리하여 가공하면, 은 이온에 의한 항균작용이 활성탄소에 의한 항균작용 및 살균효과와 상승작용을 함으로써 더욱 우수한 효과를 가질 수 있는 것이다.

삭제

혼합된 중합체를 건조시키는 건조단계(S2)는 방사를 용이하게 하기 위하여 중합체에 함유되어 있는 약 0.3∼0.35중량%의 수분을 110∼130℃의 온도에서 건조기를 통해 건조한다. 상기 건조온도가 110℃ 미만이면, 충분한 건조가 이루어지지 않으며, 130℃를 초과하면 고상중합이 발생하므로 110∼130℃의 온도에서 건조하는 것이 바람직하나 이를 반드시 제한하는 것은 아니며, 고강도의 섬유를 필요로 할 경우에는 130℃ 이상의 온도에서도 건조하여 고상중합이 발생하도록 하는 것도 가능하다.

건조된 중합체를 방사하는 방사단계(S3)는 건조된 중합체를 압출기의 노즐을 통해 방사하는 것으로, 압출기 압력은 균일하게 유지되도록 하며, 압출기의 온도는 270∼300℃로 한다. 압출기의 온도가 300℃를 초과하면 열분해가 일어나 수지의 분자량이 저하되어 사절이 잘 일어나고, 온도가 270℃ 미만이면 이상유동 현상이 발생하여 방사가 불가능해지거나 품질이 저하된다.

방사된 섬유를 고화하는 고화단계(S4)는 고화온도에 따라 섬유내에 생성된 결정의 크기 및 밀도가 변화되므로 고화온도를 20∼24℃로 하여 충분한 고화가 이루어지도록 하며, 고화온도가 24℃를 초과하면 고화시간이 길어지고, 20℃ 미만이면 고화가 빨라 섬유가 충분히 안정된 구조를 갖지 못하는 문제가 발생한다.

또한 고화시 수증기를 가하여 수분을 공급하여 권취 후에도 섬유내에 생성된 결정의 변화가 없도록 할 수도 있는 것이다.

고화된 섬유를 권취롤러를 이용하여 권취하는 권취단계(S5)는 방사구로 부터 압출되어 고화된 섬유를 권취롤러를 이용하여 권취시키거나 권취롤러를 이용하여 방향전환시켜 토우형태로 정돈하여 토우통(tow can)에 떨어지도록 하는 것도 가능한 것으로, 섬유의 형태, 즉 스테플러사, 필라멘트사, 토우사 중 어떤 형태인가에 따라 그 권취방법을 달리한다.

권취된 섬유를 연신하는 연신단계(S6)는 아직 충분한 결정배향성을 갖고 있지 않으므로 연신을 통해 선밀도를 작게 하도록 하는 단계로, 20∼25℃의 온도에서 연신함으로써 권취된 섬유내의 결정이 변화하지 않도록 하여 2∼4배로 연신한다.

상기 연신온도가 연신온도가 25℃를 초과하면 네킹(necking)현상이 관찰되지 않으며, 20℃ 미만이면 충격파단이 일어나 연속연신이 불가능해지며, 연신률이 4배를 초과하면 섬유의 굵기가 감소하여 섬유의 특성이 저하되며, 2배 미만이면 배열의 향상이 일어나지 않게 된다.

상기와 같은 제조방법으로 제조된 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유는 고가의 탄소섬유를 이용하지 않으면서도 물성저하 없이 우수한 비표면적을 갖는 것으로, 생산원가가 저렴하면서도 탈취, 항균 등의 우수한 효과를 나타냄으로써 필터, 의복, 시트, 제지 등의 다양한 분야로의 적용이 가능한 것이다.

상기 본 발명을 용융방사방법을 이용하는 것을 예로 하여 설명하였으나 반드시 이를 특정하는 것은 아니며, 또한 연신 후 열고정이나 권축공정을 할 수도 있는 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명에 따른 폴리에스테르섬유의 제조방법에 의하면, 방사가 가능한 폴리에스테르계 중합체에 일정비의 활성탄을 혼합하여 건조, 방사, 고화, 권취 및 연신함으로써, 고가의 원료인 탄소섬유를 이용하지 않아 저렴하면서도 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 폴리에스테르섬유의 내부에 활성탄이 균일하게 내첨되어 강도, 경직성, 레질리언스 등의 물성이 저하되지 않으면서도 유해성분의 흡착, 산화방지, 제습, 탈취 및 항균 효과가 우수하며, 섬유로부터 제조되는 각종 필터, 의복, 실내장식재 등의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 신체의 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 혈액순환을 촉진함과 동시에, 각종 질환을 예방하여 건강을 증진할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 폴리에스테르계 중합체로부터 폴리에스테르섬유를 제조하는 방법에 있어서,

   폴리에스테르계 중합체 50∼95중량%에 800∼1000mesh의 역청탄으로 이루어진 활성탄 5∼50중량%를 혼합하는 혼합단계(S1)와: 혼합된 중합체를 110∼130℃의 온도에서 건조시키는 건조단계(S2)와: 건조된 중합체를 압출기를 이용하여 방사하는 방사단계(S3)와: 방사된 섬유를 20∼24℃ 온도에서 고화하는 고화단계(S4)와: 고화된 섬유를 권취롤러를 이용하여 권취하는 권취단계(S5)와: 권취된 섬유를 20∼25℃의 온도에서 2∼4배로 연신하는 연신단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 이용한 폴리에스테르섬유의 제조방법.
2. 삭제

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