KR100958211B1 - 단섬유의 표면 개질 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단섬유의 표면 개질 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 방사 및 연신 후 제조된 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 자외선 조사 장치에 공기와 함께 유입되는 투입단계; 상기 투입된 단섬유의 분리를 통해 분산을 용이하게 하기 위해 공기를 분사시키는 에어블로잉 단계; 및 상기 에어블로잉을 통해 분산된 단섬유에 균일한 표면 개질이 이루어지는 자외선 조사단계가 포함됨을 특징으로 하여 자외선 조사를 이용하여 단섬유 뭉치의 분리가 용이하며 더욱 넓은 면적에 균일하게 자외선이 조사되고, 단시간에 효과가 발현되는 단섬유의 표면개질 방법 및 장치에 관한 것이다.
단섬유, 표면 개질, 자외선 장치, 에어블로잉
Description
본 발명은 단섬유의 표면개질 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로 자외선 조사를 이용하여 단섬유 뭉치의 분리가 용이하며 더욱 넓은 면적에 균일하게 자외선이 조사되고, 단시간에 효과가 발현되는 단섬유의 표면개질 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 합성섬유의 소수성으로 인해 수분의 확산성이 낮아 정전기가 일어나고, 접착성 또는 염색이 어려워지는 등의 결점을 보완하기 위해 섬유의 표면을 개질하여 친수성을 부여하게 되는데, 이러한 표면개질 방법으로 화학적 처리법, 고분자 코팅(polymer coating)법, 저온 플라즈마(plasma) 처리법, 방사선 처리법, 자외선 조사 처리법 등이 알려져 있다. 그러나, 상기의 화학적 처리 및 고분자 코팅 방법은 화학적 처리법은 섬유의 물성의 변화, 강도의 저하, 수세, 폐액 처리 등의 작업상의 문제점이 있으며, 저온 플라즈마 처리법은 진공 조작을 필요로 하여 취급 상의 큰 문제점이 있고, 실용화에는 난점이 있어 주로 자외선 조사 처리법이 상기 방법에 비해 간단하게 표면 개질을 진행시킬 수 있다.
이에, 일본 특허공개 제1995-54266호에 있어서, 합성 섬유 또는 이것을 포함하는 섬유 구조물에 단파장 자외선(253.7nm)보다 짧은 자외선, 주로 184.9nm 또는 253.7nm을 조사하고, 약제로 전처리 없이 저압 수은 램프(lamp)를 이용하고 상기 파장의 자외선을 조사하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 방법은 램프로부터 섬유까지의 거리가 달라 온도 등의 영향을 받고 동일 램프 내에서 에너지가 불규칙하게 전달되어 균일하게 조사되지 않는다.
상기의 균일한 자외선 조사를 위해 일본 특허공개 제1997-124809호에 있어서, 자외선의 광원과 그 고분자 물질과의 사이에 광산란성 유리(glass)를 개재시키고, 그 고분자 물질의 표면에 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 고분자 물질의 표면 개질 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 자외선 조사에 있어서 광산란성 유리로 인해 균일한 자외선 조사의 부여가 가능하나,뭉쳐진 섬유 다발에 있어서 일정 두께 내부에 효과적인 자외선 조사가 되지 않고, 여러 방향으로 분산하는 단섬유에 있어서는 한 가닥별로 균일하게 조사되기 어렵게 된다.
특히, 단섬유(Staple fiber)의 제사공정(절단 이전의 방사, 연신공정) 중에 자외선 램프를 설치하여 섬유 표면에 자외선을 조사하는 방법에 있어서, 방사공정에서 자외선 조사 시, 최소 수백 mpm의 속도로 생산이 이루어지고 있기 때문에 자외선 램프로 섬유표면이 균일하게 개질될 수 있는 충분한 자외선 조사 시간을 확보하기 어렵다. 이후, 연신공정에서 자외선 조사 시, 방사된 수만에서 수십만 총데니 어(total denier)를 가지는 서브토우(Sub tow)는 뭉쳐진 섬유다발의 형태로 수 밀리미터에서 수 센테미터의 두께를 지니게 되고, 진행 속도도 수백 mpm으로 자외선이 섬유다발 내부까지 효율적으로 조사되기에는 노출시간이 충분하지 않아 개질이 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 또한, 연신공정에서는 공간적인 제약으로 자외선 조사 장치를 장착시키기 어려운 문제도 있다.
상기와 같이 통상의 자외선 램프로부터 조사되는 자외선은 매질의 밀도에 따라 다르나 주로 50 ㎛이상의 두께를 가진 피조사체에서는 투과가 불가능하다. 이러한 투과성능으로 서브 토우 중앙부 섬유에 자외선이 조사되지 못하게 된다. 그러나, 이를 개선하기 위해 서브 토우의 공급량을 줄여 두께를 줄여 연신속도를 저하시키는 방법이 있을 수 있으나, 이는 생산성을 심각하게 저하시키게 된다. 그밖에 고출력의 자외선 램프를 여러 개 중복으로 위치시켜 표면 개질 효과를 증진시키는 경우, 공정상의 공간적 제약에 심각한 문제가 야기되고, 서브 토우 표면 및 내부 섬유간의 자외선 조사량이 달라서 표면 개질 효과의 편차가 심해지는 단점이 발생하게 된다.
도 1은 기존의 표면 개질용 자외선 조사 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 방사 및 연신된 원사들이 권취된 경사 빔 1, 광 개시제를 함유하는 유기용매에 함침되는 제1용액수조 10, 상기 제1용액수조를 통과한 상기 원사들이 건조부 3을 거쳐 상기 건조된 원사들이 친수성 단량체 용액에 함침 되는 제2용액수조 30, 상기 제2용액수조를 통과한 상기 원사들에 자외선을 조사하는 반응챔버 50 및 상기 반응챔버에서 반응하지 않은 상기 광개시제 및 상기 친수성 단량체를 수세하는 수세욕 조 5로 이루어진다. 상기 장치에 있어서, 자외선 조사를 위한 단일장치(Unit)가 제1용액수조 10, 제2용액수조 30 또는 반응챔버 50의 핫드럼(Hot Drum) 또는 히트세터(Heat Setter) 공정 주위의 공간을 활용한 자리에 위치하게 되는데, 설치공간이 제약적이고, 두께가 두꺼우며 빠른 공정 진행 속도를 가진 서브 토우에 자외선이 균일하게 효과적으로 조사되지 못하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 단섬유의 표면 개질에 있어서 자외선 조사를 이용하여 뭉쳐진 단섬유의 분리가 용이하며 더욱 넓은 면적에 균일하게 자외선이 조사되고, 단시간에 탁월한 효과가 발현되는 단섬유의 표면개질 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단섬유의 표면 개질 방법에 있어서, 방사 및 연신 후 제조된 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 자외선 조사 장치에 공기와 함께 유입되는 투입단계; 상기 투입된 단섬유의 분리를 통해 분산을 용이하게 하기 위해 공기를 분사시키는 에어블로잉 단계; 및 상기 에어블로잉을 통해 분산된 단섬유에 균일한 표면 개질이 이루어지는 자외선 조사단계가 포함됨을 특징으로 하는 단섬유의 표면 개질 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 단섬유의 표면 개질 장치에 있어서, 에어블로잉 장치가 포함된 자외선 조사 단위장치가 단일로 이루어지거나 복수개의 직렬 또는 병렬로 설계되어 이루어짐을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 조사 단위장치로, 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고 블로잉 덕트가 연결되는 투입구; 상기 투입된 단섬유의 분산이 용이하도록 단위장치의 하단에서 추가적인 공기의 유입을 위한 하단 블로잉 덕트; 상기 하단 블로잉 덕트에서 유입된 공기로 인해 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치; 및 상기 차폐장치로 자외선 조사가 조절되도록 분산된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프가 장착된 자외선조사 챔버가 포함되어 이루어진 단섬유의 표면 개질 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 조사 단위장치로, 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고 블로잉 덕트가 연결되는 투입구; 상기 투입된 단섬유에 물리적인 충돌을 유발시켜 뭉쳐지지 않고 잘 분리될 수 있도록 하는 분리판; 상기 분리판에 의해 분리된 단섬유 중 상대적으로 무거운 질량을 가지는 단섬유 뭉치에 블로잉 에어가 유입되어 단섬유가 분리되도록 하는 원형경로 형태의 이송관;상기 분리판에서 분리되어 분산된 단섬유 및 이송관을 거쳐 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치; 및 상기 차폐장치를 거쳐 분리된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프가 장착된 자외선 조사 챔버가 포함됨을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 조사 챔버에는 필터 및 냉각로가 포함됨을 특 징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 조사 챔버에는 반사회전체가 더 포함됨을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 조사 챔버 내의 자외선 램프가 측면 또는 상하면에 1이상 장착되어 있는 형태임을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 단섬유의 표면 개질 장치 및 방법으로 방사 및 연신된 서브 토우를 절단(Cutting)하여 단섬유(Staple fiber) 상태에서 에어블로잉(Air Blowing) 공정을 이용하여 분리를 용이하게 한 후, 자외선 조사 장치를 이용하여 자외선의 고른 조사를 통해 균일한 개질이 이루어지고 단시간에 처리될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 표면 개질에 사용된 자외선 조사 단위장치 복수개를 직렬 또는 병렬로 설계하여 자외선 조사 면적을 높여 표면 개질 효율을 극대화 시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 자외선 조사 단위장치 내의 자외선 조사 챔버 내에 반사회전체로 챔버 내에서 한번 더 단섬유를 분리해 내어 단시간 내에 균일하게 자외선의 조사가 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 자외선 조사 챔버의 형태도 달리할 수 있고, 상기 챔버를 각 용도에 맞도록 다양한 자외선 조사 단위장치에 모두 적용 가능하여 최적의 표면 개질을 이루게 하는 효과가 있다.
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.
본 발명의 표면 개질 방법은 방사 및 연신된 서브 토우를 절단(Cutting)하여 단섬유(Staple fiber) 상태에서 에어블로잉(Air Blowing) 공정을 이용하여 분리를 용이하게 한 후, 자외선의 고른 조사를 통해 균일한 개질이 이루어지도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질 공정도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 표면 개질 공정은 후술할 본 발명의 단섬유의 자외선 조사 단위장치를 사용하여 단섬유 유입단계 S100, 에어블로잉 단계 S200 및 자외선 조사단 계 S300으로 진행될 수 있다.
우선, 상기의 방사 및 연신 후 절단되어 형성된 단섬유가 자외선 조사 장치에 공기와 함께 유입되는 투입단계 S100이 진행될 수 있다.
이어서 상기 투입된 단섬유의 분리를 통해 분산을 용이하게 하기 위해 공기를 분사시키는 에어블로잉 단계 S200이 진행될 수 있다.
이후, 상기 에어블로잉을 통해 분산된 단섬유에 균일한 표면 개질이 이루어지는 자외선 조사단계 S300을 거쳐 단섬유의 표면 개질이 완성될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질용 자외선 조사 단위장치의 개략도이다. 도 3a를 참조하면, 본 발명의 자외선 조사 단위장치는 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고, 블로잉 덕트가 연결되는 투입구 110, 상기 투입된 단섬유의 분산이 용이하도록 단위장치의 하단에서 추가적인 공기의 유입을 위한 하단 블로잉 덕트 130, 상기 하단 블로잉 덕트에서 유입된 공기로 인해 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치 150, 상기 차폐장치로 자외선 조사가 조절되도록 분산된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프 171이 장착된 자외선조사 챔버 170이 포함되어 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 자외선 조사 단위장치에서 단섬유 뭉치 100이 장치의 하단에서 일어나는 에어블로잉 공정을 통해 상승과 하락을 반복하면서 뭉쳐진 단섬유의 분리를 유도하여 기존의 자외선 조사 방식보다 짧은 시간에 효율적으로 각각의 단섬유에 골고루 자외선 조사가 행해져 표면 개질이 균일하게 이루어 질 수 있다.
또한, 도 3b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질용 원형경로 자외선 조사 단위장치의 개략도이다. 도 3b를 참조하면, 본 발명의 자외선 조사 단위장치는 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고 블로잉 덕트가 연결되는 투입구 110, 상기 투입된 단섬유에 물리적인 충돌을 유발시켜 뭉쳐지지 않고 잘 분리될 수 있도록 하는 분리판 120, 상기 분리판에 의해 분리된 단섬유 중 상대적으로 무거운 질량을 가지는 단섬유 뭉치 100에 블로잉 에어가 유입되어 단섬유가 분리되도록 하는 원형경로 형태의 이송관 140, 상기 분리판에서 분리되어 분산된 단섬유 및 이송관을 거쳐 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치 150, 상기 차폐장치를 거쳐 분리된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프 171이 장착된 자외선 조사 챔버 170이 포함되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 도 3a 및 3b의 자외선 조사 단위장치의 자외선 조사 챔버 170 내에는 반사회전체 173, 필터 175, 냉각로 177이 더 포함될 수 있는데, 상기 반사회전체 173은 챔버 내의 자외선 램프에서 조사되는 자외선 광을 반사시키는 장치로 자외선 조사를 효율적으로 조절하고 단섬유 뭉치 100이 유입될 경우 물리적인 충격으로 챔버 내에서 한번 더 단섬유를 분리해 낼 수 있게 된다. 이렇게 분리된 단섬유들에 자외선이 조사될 경우, 기존의 서브 토우에 자외선을 조사하는 방식보다 단시간 내에 효율적인 자외선의 조사가 이루어질 수 있다.
한편, 상기 도 3a 및 3b의 자외선 조사 단위장치를 복수개로 직렬 또는 병렬로 연결하여 연속식 또는 배치식(Batch)으로 설계하여 자외선 조사 효율을 극대화시켜 표면 개질이 균일하게 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 직렬 연결된 복수개의 자외선 조사 장치 개략도이다. 도 4를 참조하면, 상기 장치로 연속적인 관내 유동을 통해 자외선을 고르게 조사하게 되어 곤포 공정으로 이송이 가능하게 되어 효율적이고, 균일하게 표면이 개질된 단섬유가 완성될 수 있다.
상기 도 3a, 3b 및 도 4의 화살표는 블로잉 덕트로부터 공기가 유입되는 유입기류 200이고, 자외선 조사 챔버 170 내의 화살표는 자외선 광조사 방향 300을 의미한다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자외선 조사 장치 내의 자외선 조사 챔버의 개략도이다. 도 5a를 참조하면, 상기 자외선 조사 챔버에는 자외선 램프가 측면에 장착되어 있는 형태이다. 또한, 5b를 참조하면, 상기 자외선 조사 챔버에는 자외선 램프가 상하면에 장착되어 있는 형태이다. 상기 자외선 조사 챔버 170에는 자외선 램프 171과 더불어 자외선 조사에 필요한 반사회전체 173, 필터 175, 냉각로 등을 모두 포함하는 모듈의 형태로 위치하며, 자외선 램프 171의 수량은 필요에 따라 달라질 수 있으며 제한이 없고, 자외선 램프에서의 광조사 방향 300도 균일하게 이루어질 수 있다. 상기의 각각의 자외선 조사 챔버는 도 3a 및 3b의 단위장치에 모두 적용가능하며, 상기와 같은 방식으로 기존의 서브토우의 공정상의 자외선 조사장치를 설치하는 방식보다 단섬유의 표면을 조사할 수 있는 면적이 극대화되어 표면 개질이 균일하게 이루어질 수 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 가 진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 기존의 표면 개질용 자외선 조사 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질 공정도.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질용 자외선 조사 단위장치의 개략도.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 개질용 원형경로 자외선 조사 단위장치의 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 직렬 연결된 복수개의 자외선 조사 장치 개략도.
도 5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자외선 조사 장치 내의 자외선 조사 챔버의 개략도.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1: 경사빔, 3: 건조부, 5:수세욕조
10: 제1용액수조, 30: 제2용액수조, 50: 반응챔버
100: 단섬유 뭉치, 110: 투입구, 120: 분리판
130: 하단 블로잉 덕트, 140: 이송관, 150: 차폐장치
170: 자외선조사 챔버
171: 자외선 램프, 173: 반사회전체, 175: 필터,
200: 유입기류, 300: 광조사 방향
Claims (7)
- 단섬유의 표면 개질 방법에 있어서,방사 및 연신 후 제조된 서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 자외선 조사 장치에 공기와 함께 유입되는 투입단계;상기 투입된 단섬유의 분리를 통해 분산을 용이하게 하기 위해 공기를 분사시키는 에어블로잉 단계; 및상기 에어블로잉을 통해 분산된 단섬유에 균일한 표면 개질이 이루어지는 자외선 조사단계가 포함됨을 특징으로 하는 단섬유의 표면 개질 방법.
- 단섬유의 표면 개질 장치에 있어서,에어블로잉 장치가 포함된 자외선 조사 단위장치가 단일로 이루어지거나 복수개의 직렬 또는 병렬로 설계되어 이루어짐을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치.
- 제2항에 있어서,상기 자외선 조사 단위장치로,서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고 블로잉 덕트가 연결되는 투입구;상기 투입된 단섬유의 분산이 용이하도록 단위장치의 하단에서 추가적인 공 기의 유입을 위한 하단 블로잉 덕트;상기 하단 블로잉 덕트에서 유입된 공기로 인해 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치; 및상기 차폐장치로 자외선 조사가 조절되도록 분산된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프가 장착된 자외선조사 챔버가 포함되어 이루어진 단섬유의 표면 개질 장치.
- 제2항에 있어서,상기 자외선 조사 단위장치로,서브 토우가 절단되어 형성된 단섬유가 유입되고 블로잉 덕트가 연결되는 투입구;상기 투입된 단섬유에 물리적인 충돌을 유발시켜 뭉쳐지지 않고 잘 분리될 수 있도록 하는 분리판;상기 분리판에 의해 분리된 단섬유 중 상대적으로 무거운 질량을 가지는 단섬유 뭉치에 블로잉 에어가 유입되어 단섬유가 분리되도록 하는 원형경로 형태의 이송관;상기 분리판에서 분리되어 분산된 단섬유 및 이송관을 거쳐 분산된 단섬유에 자외선 조사 광량의 조절을 위한 차폐장치; 및상기 차폐장치를 거쳐 분리된 단섬유에 자외선이 조사되는 자외선 램프가 장착된 자외선 조사 챔버가 포함됨을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 자외선 조사 챔버에는 필터 및 냉각로가 포함됨을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 자외선 조사 챔버에는 반사회전체가 더 포함됨을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 자외선 조사 챔버 내의 자외선 램프가 측면 또는 상하면에 1이상 장착되어 있는 형태임을 특징으로 하는 단섬유 표면 개질 장치.
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