KR100911483B1 - 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 및 이를 이용한 부직포와이의 제조방법 - Google Patents

유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 및 이를 이용한 부직포와이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 및 부직포와 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리올레핀계 수지가 이형단면 단섬유 형태로, 상기 이형단면 단섬유는 3 내지 10 개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용되어 방사됨을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올리핀계 단섬유를 이용하여 니들펀치 공법으로 제조된 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
유흡착, 단섬유, 니들펀치, 부직포

Description

유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 및 이를 이용한 부직포와 이의 제조방법{Polyolefin staple fiber for oil skimming and non-wovens thereof and a method for fabricating the same}
본 발명은 이형단면의 형태로 단섬유를 형성하고, 니들펀치 공법에 의한 유흡착용 부직포로서 흡유율이 우수하고, 흡착속도가 빠른 유흡착용 단섬유 및 이를 이용한 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 내륙에서의 공장 폐수와 연료 사용 중 하천으로 유입되는 폐유와 선박충돌이나 침몰사고로 인한 유류 유출 등은 심각한 환경 오염의 원인으로 지적되어 왔다.
이에 유류 제거방법에는 유흡착재와 제거장비를 사용한 물리적인 방법과 화학약품에 의한 화학적 처리방법이 있으며, 방제 시에는 이차오염 방지를 위해 최대한의 물리적 제거방법을 사용한 후 화학적 처리를 하는 것이 최상의 방법이나 물리적 처리의 경우 비용상승과 처리 시간 등의 문제가 대두되어 왔다.
상기의 물리적 유류 제거방법에 사용되어온 기존의 유흡착재는 볏짚, 목분, 합성수지계의 고분자 섬유가 주종이었으나, 흡유 능력 저하 및 사용량증가, 회수방법 등의 문제로 인해 최근에는 부직포 형태의 제품이 주종을 이루고 있다.
이러한 유흡착재는 흡수 또는 흡착에 의하여 기름을 회수하는 물질로서 유출량이 적거나 엷은 유막을 회수할 때 사용된다.
또한, 흡착재를 대량으로 살포하려면 많은 노동력이 필요하고, 많은 폐기물이 발생한다. 일반적으로 흡착재는 방제작업 마무리 단계에서 사용하거나, 선박 접근이 곤란한 해역의 엷은 유막 회수에 사용하며, 산란장이나 습지 같은 환경 민감 해역에서 다른 방법으로 방제하기 곤란한 경우에 사용하기도 한다.
따라서, 이러한 유흡착재는 일반적으로 일정한 진동에 파손되지 않을 정도의 강도를 갖으면서 일정한 온도범위에서는 연화되거나 경화되는 등의 형태변화가 없어야 하며, 흡유능력은 크고 흡수(吸水)능력은 낮아야 하며, 흡유하고 있는 상태에서 일정한 내유성(耐油性)을 보유하여야 하며, 그밖에 흡유처리 후 이를 폐기처분 시 소각처리토록 되어 있는바, 이를 소각시 유해가스의 발생량이 일정수준을 초과하지 않는 등의 특성이 요구되고 있다.
상기의 조건을 만족 시키기 위하여 대한민국 특허공개 제1981-0001908호에서는 폴리에스테르 섬유 30%에 비탈지면 70%를 혼합하여 약 3cm 두께로 되게 하고 로우러로 압착시켜 약 7mm 정도로 하여 니들펀칭한 것에 Alkyl Alkoxy Sillcon을 Ester에 용해한 용액을 분무하거나 매트를 이용액에 침적한 후 건조시킨 후 일정한 크기로 재단하여 제조된 매트가 제안된 바 있다.
그러나, 상기 유흡착 매트는 폴리에스테르 및 면으로 구성하여 기름을 흡착한 후에는 침강할 우려가 있어 회수가 곤란하고, 폴리에스테르의 흡착성능도 떨어지며, 물리적 강도 또한 부족하다.
이에 대한민국 특허공개 제2000-0034548호에서는 유흡착용 부직포 사이에 탄성 고분자 기재를 삽입, 접합하여 이루어진 접힘 방지효과를 갖는 유흡착재로서, 상기 부직포는 멜트블로운 부직포이고, 상기 탄성 고분자 기재는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 또는 열가소성 엘라스토머로 된 시트 또는 네트상인 것을 특징으로 하는 유흡착재가 제안된 바 있다.
그러나, 상기 유흡착재는 아주 가는 실의 구성에 의해 모세관 현상에 의한 흡유 능력 향상 및 비표면적 극대화라는 효과를 얻을 수 있고, 물리적 강도가 매우 약한 멜트블로운 부직포를 강도가 우수한 부직포와의 복합화에 의해 강도의 문제점을 해소하였으나, 이의 제조과정에 있어서 부직포 사이에 탄성 고분자 기재를 삽입하는 단계가 추가되어 제조상의 번거로움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 이형단면의 형태로 단섬유를 형성하고, 니들펀치 공법에 의한 유흡착용 부직포를 제조하여 흡유율이 우수하고, 흡착속도가 빠른 유흡착용 단섬유 및 이를 이용한 부직포와 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 소수성인 폴리올레핀 단섬유에 소수성 방사유제를 표면처리하여 흡유성을 향상시키고, 흡수성을 배제시키는 유흡착용 부직포 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유에 있어서, 폴리올레핀계 수지가 이형단면 단섬유 형태로, 상기 이형단면 단섬유는 3 내지 10 개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용되어 방사됨을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올리핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 이형단면 방사구금이 하기식 (1) 내지 (3)으로 이루어짐을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
(1) nB/A ≥ 2
삭제
(2) 0.21 ≤ W ≤ 0.26
여기서, A : 슬릿 내접원의 면적(mm2)
삭제
삭제
B: 돌출부 면적(mm2)
W: 돌출부 폭(mm)
n: 돌출부의 개수 (3≤n≤10)
또한, 본 발명은 상기 단섬유의 섬도가 4.0 내지 10 데니어(de)이고, 신도가 100 내지 300%인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 단섬유에 소수성 방사유제가 도포되어 이루어지되, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 소수성 방사유제가 0.2 내지 2.0 중량부로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 소수성 방사유제가 지방산 아미드 축합물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%의 함량으로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(M.I.)가 4 내지 35 g/10 min, 아이소택틱지수(I.I.)가 90 중량%이상, 용융 점(Tm,DSC)이 160 내지 165 ℃인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제에 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 첨가제는 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제 100을 기준으로 0.1 내지 3 중량부로 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀 단섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법에 있어서, 폴리올레핀계 수지를 용융시키는 용융 단계;상기 용융물을 이형단면 방사구금을 통하여 250 ℃ 내외의 방사온도에서 20 내지 80 m/min의 속도로 방사하는 단계;상기 방사된 미연신사를 연신비 1.5 내지 4.0, 예열 온도 50 내지 100 ℃로 연신 하는 단계;상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑 단계;상기 권축이 부여된 필라멘트에 지방산 아미드 축합물, 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 및 정전기 방지제로 구성되어 이루어진 소수성 방사유제가 함유된 액상수지를 표면에 도포하는 표면처리 단계;상기 방사유제 처리된 필라멘트를 100 내지 200 ℃ 온도에서 8 내지 12분간 열고정 후 40 내지 100 mm길이만큼 절단하는 단섬유형성 단계를 포함하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방사 단계에서, 상기 이형단면 방사구금은 3 내지10 개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용되어 방사됨을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올리핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방사 단계에서, 상기 이형단면 방사구금은 하기식 (1) 내지 (3)으로 이루어짐을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
(1) nB/A ≥ 2
삭제
(2) 0.21 ≤ W ≤ 0.26
여기서, A : 슬릿 내접원의 면적(mm2)
삭제
삭제
B: 돌출부 면적(mm2)
W: 돌출부 폭(mm)
n: 돌출부의 개수 (3≤n≤10)
또한, 본 발명은 상기 방사 단계에서, 단섬유의 섬도가 4.0 내지 10 데니어(de)이고, 신도가 100 내지 300%인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 표면처리 단계에서, 상기 소수성 방사유제는 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 2.0 중량부로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 제조방법을 제공한다.
상기 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%의 함량으로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지가 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(M.I.)가 4 내지 35 g/10 min, 아이소택틱지수(I.I.)가 90 중량%이상, 용융점(Tm,DSC)DL 160 내지 165 ℃인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제에는 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 첨가제가 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제 100을 기준으로 0.1 내지 3 중량부로 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유, 또는 어느 한 방법에 의해 제조된 유흡착용 폴리올레필렌계 단섬유를 이용하여, 니들펀치 방식에 의해 제조되는 유흡착용 폴리올레핀계 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유, 또는 상기 어느 한 방법에 의해 제조된 유흡착용 폴리올레필렌계 단섬유를 이용하여,단섬유를 정량공급장치가 부설된 타면기에서 타면 단계;상기 타면된 단섬유를 카드기로 80 내지 150 mpm의 속도로 카딩하는 카딩 단계;상기 카딩 단계를 거친 슬라이버를 카드기의 직립 하방에 배치된 성형기에서 제품에서 요구되는 품질 및 형상에 기초하여 슬라이버를 필요한 횟수로 적층하는 성형 단계; 및 상기 성형된 슬라이버가 강한 결합력과 인장력을 보유하고 제품 원형의 고형화를 위해 니들펀치 방식으로 부직포가 제조되는 부직포형성 단계를 포함하는 유흡착용 폴리올레핀계 부직포의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조공정도를 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제조방법은 폴리올레핀계 수지의 용융단계(S110), 방사 단계(S120), 연신 단계(S130), 크림핑 단계(S140), 표면처리 단계(S150), 단섬유형성 단계(S160)로 진행될 수 있다.
상기 단계를 좀더 자세히 설명하면, 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유를 제조하는데 있어서, 우선 폴리올레핀계 수지를 용융시키는 용융 단계(S110)가 진행될 수 있다.
상기 용융단계에 있어서, 폴리올레핀계 수지는 바람직하게 호모폴리프로필렌(hPP)일 수 있다. 상기 호모폴리프로필렌은 용융지수(M.I.)가 4 내지 30 g/10 min이고, 아이소택틱 지수(I.I.)가 90 중량%이상, 용융점(Tm,DSC)이 160 내지 165 ℃인 것이 바람직하다. 상기 호모폴리프로필렌은 소수성이고, 비중이 낮아 기름을 흡착 후에도 침강의 우려가 없으므로, 유흡착용으로 적절하게 사용될 수 있다.
상기 용융물을 방사하여 미연신사를 제조하는 방사 단계(S120)를 진행시킬 수 있는데, 상기 방사 단계는 상기 호모폴리프로필렌 수지를 250 ℃ 내외의 방사온도 및 20 내지 80 m/min의 방사속도로 방사하는 동시에 투입시스템을 이용하여 미연신사를 제조한다.
상기 방사 단계에 있어서, 방사구의 형태는 3 내지 10개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용됨이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이형단면 방사구금 토출공의 개략도이다.
상기 방사구금을 이용하여 제조된 이형단면사는 일반 섬유에 비해 섬유의중량 대비 표면적을 넓혀 기름의 흡착 속도 및 흡유량을 극대화 시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이형단면 방사구금에 있어서, 상기 방사구금의 형태가 3 내지 10 개의 돌출부를 형성하도록, 하기식 (1) 내지 (3)으로 이루어지는 이형단면 방사구금을 제공한다.
(1) nB/A ≥ 2
삭제
(2) 0.21 ≤ W ≤ 0.26
여기서, A : 슬릿 내접원의 면적(mm2)
삭제
삭제
B: 돌출부 면적(mm2)
W: 돌출부 폭(mm)
n: 돌출부의 개수 (3≤n≤10)
상기 돌출부의 면적(B)의 합이 슬릿의 내접원 면적(A)이 2배 미만인 경우, 돌출부 면적이 작아져 표면적이 줄어들어 흡유율이 감소하게 된다. 그리고, 상기 돌출부의 폭(W)이 상기 범위 미만인 경우 방사구금의 하부에서 각 슬릿에서 방사된 중합체가 융착시 미융착부분이 발생할 수 있다. 따라서, 방사점도와 속도의 과도한 제어가 요구되고, 상기 범위를 초과하는 경우 원형단면에서 돌출부가 과도하게 돌출되는 문제가 있다. 또한, 상기 돌출부의 개수(n)가 3 미만인 경우, 일반 원형단면 섬유와 비교하여 흡유율의 증가 효과가 미미하고, 3을 초과하는 경우, 돌출부가 서로 겹쳐 이형단면이 아닌 원형에 가까운 형태를 지니게 되어 원형에 가까운 흡유율을 나타내기 때문이다.
상기 방사된 미연신사는 연신비 1.5 내지 4.0 사이로 조절하고, 예열 온도 50 내지 100 ℃로 연신하여 연신 단계(S130)를 진행시키고, 상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑 단계(S140)를 진행시킨다.
상기 권축된 필라멘트를 소수성 방사유제(Finish oil)에 침지 또는 스프레이 처리시켜 표면처리 단계(S150)를 진행시킨다.
상기 표면처리 단계에 있어서, 소수성 방사유제는 강한 소수성을 띠기 때문에 해양에서 물은 배제하고 기름만 흡착하도록 하여 처리하여 흡유 성능을 증진시키며, 물에 침강하지 않도록 물위에서 유흡착재의 부유성을 지속시킨다.
이에 상기 소수성 방사유제는 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 2 중량부로 포함될 수 있다.
왜냐하면 상기 소수성 방사유제 함량이 0.2 중량부 미만인 경우, 물의 배제 능력이 부족할 우려가 있으며, 2.0 중량부를 초과하는 경우는 더 이상 향상되지 않 고, 일정 성능이상 발휘하지 않으므로 소수성 방사유제의 낭비가 초래되기 때문이다.
또한, 상기의 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%로 구성될 수 있다.
따라서 상기 소수성 윤활제가 95 중량% 미만인 경우, 흡유 능력이 줄어들고, 방사 공정 중에 사절이나 드롭 현상이 발생할 우려가 있으며, 99 중량% 를 초과하는 경우는 물의 배제 능력이 감소할 수 있다.
이후, 100 내지 200 ℃ 온도에서 8 내지 12분간 열고정하여, 상기 방사유제 처리된 연신사를 길이가 40 내지 100 mm가 되도록 절단하여 최종 섬유 섬도를 4 내지 10 데니어, 평균 신도를 100 내지 300%를 목표로 폴리올레핀 단섬유를 제조하여 단섬유형성 단계(S160)를 진행시킨다.
한편, 상기 폴리올레핀계 수지 및 소수성 방사유제에는 첨가제가 더 포함될 수 있는데, 상기 첨가제는 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 첨가될 수 있으며, 상기 폴리올레핀계 수지 및 방사유제로 이루어진 폴리올레핀계 단섬유 100을 기준으로 0.01 내지 3.0 중량부로 포함됨이 바람직하고, 특히 0.1 내지 1.5 중량부 포함됨이 더 바람직하다.
상기 첨가제가 0.01 중량부 미만인 경우, 첨가제 성능 발현이 어려우며, 3.0 중량부가 초과하면 본 발명의 주 효과인 흡유 성능이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 상기의 방법에 의해 단섬유가 제조되면 부직포를 제조하기 위한 니들펀치 가공이 실시될 수 있다.
본 발명에서 부직포라 함은, "방적, 제직, 편성에 의한 공정 없이 섬유 집합체를 화학적 작용이나 기계적 작용 또는 적당한 수분과 열처리에 의해 섬유 상호간을 결합한 포(布)형상을 갖는 것"으로 섬유를 기본 원료로 하여, 이것을 시트화한 다음, 섬유간에 어떠한 결합력을 주어, 포를 안정화시켜 제조한다. 여기에는 단섬유(Staple fiber)를 가지고 제조되는 니들펀치 부직포는 제품의 결합력과 인장력을 강화시킨다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유흡착용 니들펀치 부직포의 제조 공정도이다.
우선, 본 발명의 이형단면 단섬유의 니들펀치 가공을 통한 유흡착용 부직포는 타면 단계(S310), 카딩 단계(S320), 성형 단계(S330), 부직포형성 단계(S340)로 진행될 수 있다.
상기의 단섬유 제조단계에서 제조된 이형단면 폴리프로필렌 단섬유를 정량공급장치가 부설된 타면기에서 타면 단계(S310)를 진행시킨다. 상기 타면된 단섬유를 일정한 폭과 두께의 슬라이버로 제조하기 위해 카드기로 80 내지 150 mpm(m/min.)의 속도로 카딩하는 카딩 단계(S320) 진행 후, 상기 카딩 단계를 거친 슬라이버를 카드기의 직립 하방에 배치된 성형기에서 제품에서 요구되는 품질 및 형상에 기초하여 슬라이버를 필요한 횟수로 적층하는 성형 단계(S330)를 거친다. 이후, 상기 성형된 슬라이버가 강한 결합력과 인장력을 보유하고 제품 원형의 고형화를 위해 니들펀치 방식으로 부직포가 제조되는 부직포형성 단계(S340)를 진행시켜 최종적으로 요구되는 부직포가 완성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유로 이루어진 부직포는 소수성 원료로 이형단면 단섬유를 이용하여 제조함으로서 비중 및 밀도가 낮고, 표면적이 넓은 형태를 지니게 되어 빠른 유흡착속도와 탁월한 흡유성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 독성이 없는 원료를 사용하여 흡유처리 후 소각후에도 환경적인 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.
또한, 단섬유 제조 시 소수성 방사유제를 표면처리하여 물은 배제하고 기름만 흡착하도록 하여 유흡착 성능뿐만 아니라 침강하지 않도록 부유능력을 보유하게 하는 효과가 있다.
또한, 부직포 제조시 니들펀치 공정으로 부직포의 크기를 설계에 따라 자유롭게 맞출 수 있어 해면에 투여 작업 및 회수 작업 등의 취급이 용이하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서 제조된 유흡착재는 해양에서뿐만 아니라 기름의 흡착이 필요한 다른 용도에도 이용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1
(폴리올레핀 단섬유의 제조)
M.I.가 4 내지 35 g/10 min이고, I.I.가 90 중량%이상인 호모폴리프로필렌 수지를 250 ℃ 내외의 방사온도 및 20 내지 80 m/min의 방사속도로 4개의 돌출부로 구성된 형태의 이형단면 방사구금을 통하여 용융방사하여 최종 섬도가 9 데니어(de) 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사하는 동시에 투입시스템을 이용하여 미연신사를 제조하였다.
상기 미연신사를 연신비를 2 로 조절하고, 예열온도는 70 ℃로 연신하여 크림퍼에서 권축을 부여하고, 상기 호모폴리프로필렌 미연신사 99.5 중량%에 소수성 방사유제 함량이 0.5 중량% 함유된 액상수지를 스프레이하여 100 ℃에서 10분간 열고정한 후, 섬유의 길이를 50 mm로 되게 절단하여, 평균 신도는 200%가 되도록 이형단면 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(폴리올레핀 니들펀치 부직포의 제조)
상기 방법으로 얻어진 9 de인 이형단면 폴리프로필렌 단섬유를 정량공급장치가 부설된 타면기에서 타면한 후, 카드기로 100 mpm의 속도로 카딩하고, 부직포 웹을 제조하여 니들펀치 방식으로 부직포를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 작업을 진행하되, 이형단면 방사구금을 사용하 지 않고 일반 원형 구금을 사용하여 실시하였다.
* 분석방법
1. 용융지수(M.I.:Melt Index) : ASTM D1238에 의거
* hPP 및 랜덤 공중합체 계열 - 230 ℃, 2.16 kg의 하중
* HDPE, LDPE 등 PE 계열 - 190 ℃, 2.16 kg의 하중
2. 아이소탁틱 인덱스(I.I.:Isotactic Index): ISO 9113:1986 - Plastics Polypropylene (PP) and propylene-copolymer thermoplastics- Determination of isotactic index: 노말헵탄을 끓게 하여 아탁틱 성분을 녹인 후 남아있는 아이소탁틱 성분의 무게를 달아 중량%로 나타내고, 이 중량%를 아이소탁틱 인덱스라 한다.
3. Xylene Soluble (이하 XS 표기): ISO 16152:2005
4. 방사성: 32,000 개의 Hole을 가지는 구금 직하에서 섬유의 단 사절이 및 방사드롭(Drop) 발생 회수를 관찰하여 평가
단 사절 또는 드롭이 1회 /시간 미만: ◎
단 사절 또는 드롭이 1 내지 3회/시간: ○
단 사절 또는 드롭이 3회/시간 이상: △
방사 불가: X
5. 연신성: 연신작업 과정에서 사절이
1회/시간 미만: ○, 1 내지 2회/시간: △, 3회/시간 이상: X
6. 크림핑 작업성: 육안 관찰하여 연신된 토우가 크림퍼를 통과과정에서 실 패한 회수
1회/시간 미만: ○, 1 내지 2회/시간: △, 3회/시간 이상: X
7. 단섬유 섬도: ASTM D1577을 기준으로 하여 섬도를 측정
8. 부직포 카딩성: 단섬유가 카드기를 통과하는 과정에서 카드롤 사이에 말림현상, 날림(Flying) 현상이 발생하거나, 웹형성이 좋지 못할 경우 불량으로 판단.
9. 평량: 부직포의 무게
10. 부직포 인장강도 및 신도: JIS L 1096의 컷-스트립법(시료 폭 5 ㎝, 길이 14 ㎝)
구분 실시예 1 비교예 1
방사성 ◎ ◎
연신성 ○ ○
크림핑 작업성 ○ ○
부직포 카딩성 양호 양호
11. 유흡착성
해양경찰청 고시 제1997-45호 해양오염방지자재,약제의 성능시험기준 및 검정기준(1997.11.13.)에 의거하여 시험한다.
NO. 구분 실시예 1 비교예 1
1 온도시험 저온(-20 ℃) 이상없음 이상없음
고온(+66 ℃, 90%) 이상없음 이상없음
2 흡유량 g/g 14.6 10.0
g/㎤ 1.18 0.70
3 흡수량 g/g 0.13 1.21
g/㎤ 0.01 0.35
4 진동시험 파손 이상없음 이상없음
침강 이상없음 이상없음
5 내유성시험 이상없음 이상없음
6 중량시험 kg 0.91 2.50
7 소각시험 ㎖/g 0.08 0.10
8 강도시험 이상없음 이상없음
9 동정시험 이상없음(99.7%) 이상없음
표 2의 결과로 본 발명의 일실시예에 의한 방법에 따라 제조된 유흡착용 폴리프로필렌 단섬유를 이용한 부직포는 유흡착재의 기준에 합당한 결과를 나타내었다.
또한, 이형단면 형태의 단면사로 구성된 부직포인 실시예1이 비교예에 비해 표면적이 높아 흡유량이 높고, 흡수량이 더 낮게 나타나 효과가 우수함을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 제조된 유흡착용 폴리프로필렌 단섬유를 이용한 부직포는 유흡착재의 구비조건을 하기와 같이 만족한다.
첫째, 본 발명의 유흡착용 부직포는 이형단면 폴리프로필렌 단섬유로 제조되어 침강시험에서 시험편이 수면 위에 떠있음을 확인하였으므로, 기름을 흡착한 후에는 물에 침강하지 않는다.
둘째, 본 발명의 유흡착용 단섬유는 이형단면 형태로서 일반 단섬유에 비해 표면적이 크고, 중량이 일반 섬유에 비해 낮은 것으로 보아 밀도가 낮으므로 기름의 흡착 효과가 높다.
셋째, 본 발명의 유흡착용 부직포는 니들펀치 공법으로 부직포의 크기는 요구되는 설계에 따라 자유롭게 성형할 수 있어 해면에 투여 작업 및 흡착 후의 회수작업에 있어서 취급이 용이하다.
넷째, 본 발명의 유흡착재는 폴리프로필렌 단섬유만으로 구성되어 독성이 없기 때문에 어패류 등에 위해를 주지 않는다.
다섯째, 본 발명의 유흡착재는 이형단면 단섬유로 구성하여 표면적이 크고, 높은 흡유량을 나타내었으므로, 단시간내에 기름에 접촉됨과 동시에 기름을 흡착할 수 있으며, 이들 물질이 다른 곳으로 이탈되지 않도록 기름의 흡착속도가 빠르다.
여섯째, 본 발명의 유흡착재의 원료인 폴리프로필렌 자체가 소수성 물질이며, 물은 배제하고 기름만 흡착하는 소수성 방사유제가 단섬유 방사 단계에 표면처리됨으로써 흡수량도 낮고, 재질이 모두 소수성(Hydrophobic)으로 이루어져 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조공정도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이형단면 방사구금 토출공의 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유흡착용 부직포의 제조공정도.

Claims (21)

  1. 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유에 있어서,
    폴리올레핀계 수지가 이형단면 단섬유 형태로, 상기 이형단면 단섬유는 3내지 10 개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용되어 방사됨을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올리핀계 단섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이형단면 방사구금은 하기식 (1) 내지 (3)으로 이루어짐을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
    (1) nB/A ≥ 2
    (2) 0.21 ≤ W ≤ 0.26
    여기서, A : 슬릿 내접원의 면적(mm2)
    B: 돌출부 면적(mm2)
    W: 돌출부 폭(mm)
    n: 돌출부의 개수 (3≤n≤10)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단섬유의 섬도가 4.0 내지 10 데니어(de)이고, 신도가 100 내지 300%인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 단섬유에 소수성 방사유제가 도포되어 이루어지되, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 소수성 방사유제가 0.2 내지 2.0 중량부로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소수성 방사유제는 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%의 함량으로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(M.I.)가 4 내지 35 g/10 min, 아이소택틱지수(I.I.)가 90 중량%이상, 용융점(Tm,DSC)이 160 내지 165 ℃인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제에는 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유.
  9. 삭제
  10. 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법에 있어서,
    폴리올레핀계 수지를 용융시키는 용융 단계;
    상기 용융물을 이형단면 방사구금을 통하여 250 ℃ 내외의 방사온도에서 20 내지 80 m/min의 속도로 방사하는 단계;
    상기 방사된 미연신사를 연신비 1.5 내지 4.0, 예열 온도 50 내지 100 ℃로 연신 하는 단계;
    상기 연신된 필라멘트에 권축을 부여하는 크림핑 단계;
    상기 권축이 부여된 필라멘트에 지방산 아미드 축합물, 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 및 정전기 방지제로 구성되어 이루어진 소수성 방사유제가 함유된 액상수지를 표면에 도포하는 표면처리 단계;
    상기 방사유제 처리된 필라멘트를 100 내지 200 ℃ 온도에서 8 내지 12분간 열고정 후 40 내지 100 mm길이만큼 절단하는 단섬유형성 단계를 포함하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방사 단계에서, 상기 이형단면 방사구금은 3 내지 10 개의 돌출부로 형성되며, 상기 돌출부 면적의 총합이 방사구 단면의 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성된 이형단면 방사구금이 사용되어 방사됨을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올리핀계 단섬유의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방사 단계에서, 상기 이형단면 방사구금은 하기식 (1) 내지 (3)으로 이루어짐을 특징으로 하는 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
    (1) nB/A ≥ 2
    (2) 0.21 ≤ W ≤ 0.26
    여기서, A : 슬릿 내접원의 면적(mm2)
    B: 돌출부 면적(mm2)
    W: 돌출부 폭(mm)
    n: 돌출부의 개수 (3≤n≤10)
  13. 제10항에 있어서,
    상기 방사 단계에서, 단섬유의 섬도가 4.0 내지 10 데니어(de)이고, 신도가 100 내지 300%인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 표면처리 단계에서, 상기 소수성 방사유제는 폴리올레핀계 수지 100중량부를 기준으로 0.2 내지 2.0 중량부로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소수성 방사유제는 지방산 아미드 축합물 및 탄화수소 왁스계 소수성 윤활제 95 내지 99 중량%와 정전기 방지제 1 내지 5 중량%의 함량으로 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 호모폴리프로필렌이며, 용융지수(M.I.)가 4 내지 35 g/10 min, 아이소택틱지수(I.I.)가 90 중량%이상, 용융점(Tm,DSC)DL 160 내지 165 ℃인 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지 또는 소수성 방사유제에는 산화방지제, 자외선안정제, 공정안정제 및 백색안료와 같은 착색제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함된 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유의 제조방법.
  19. 삭제
  20. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유, 또는 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 유흡착용 폴리올레필렌계 단섬유를 이용하여, 니들펀치 방식에 의해 제조되는 유흡착용 폴리올레핀계 부직포.
  21. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 유흡착용 폴리올레핀계 단섬유, 또는 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 유흡착용 폴리올레필렌계 단섬유를 이용하여,
    단섬유를 정량공급장치가 부설된 타면기에서 타면 단계;
    상기 타면된 단섬유를 카드기로 80 내지 150 mpm의 속도로 카딩하는 카딩 단계;
    상기 카딩 단계를 거친 슬라이버를 카드기의 직립 하방에 배치된 성형기에서 슬라이버를 필요한 횟수로 적층하는 성형 단계; 및
    상기 성형된 슬라이버가 강한 결합력과 인장력을 보유하고 제품 원형의 고형화를 위해 니들펀치 방식으로 부직포가 제조되는 부직포형성 단계를 포함하는 유흡착용 폴리올레핀계 부직포의 제조방법.
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