KR101012147B1 - 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리프로필렌 단섬유 내부에 포함되는 광택제 0.01 내지 5.0 중량%, 및 상기 단섬유 표면에 부착되며 알킬포스페이트염을 포함하는 방사유제 0.05 내지 1.0 중량%를 포함하되, 상기 단섬유는 평균섬도 3.0 내지 8.0 데니어, 강도 2.5 내지 6 g/d, 신도 30 내지 150 %, 무신장 상태에서 권축수 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D) 5 mm 이내, 및 평균길이 55 내지 120 ㎜인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 표면광택이 우수하고, 방적사 가공시 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 표면이 매끈하고 잔털이 적으며, 가공시 거품발생이 적어 폴리프로필렌 단섬유를 원료로 하는 카트리지 필터의 제조에 적합한 장점이 있다.
폴리프로필렌, 단섬유, 광택제, 방사유제, 거품, 권축, 필터

Description

오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법{POLYPROPYLENE STAPLE FIBER FOR OPEN-END SPINNING, AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1은 일반적인 드래프 정방(DREF Friction spinning)에 의한 폴리프로필렌 단섬유의 권축 형태를 확대하여 나타낸 사진의 사본이다.
도 2는 본 발명에 따른 오픈엔드 정방(Open-end spinning)에 의한 폴리프로필렌 단섬유의 권축 형태를 확대하여 나타낸 사진의 사본이다.
도 3은 본 발명에 따른 단섬유의 권축 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카트리지 필터용 오픈엔드 방적사 및 카트리지 필터를 제조할 수 있는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 공업용수의 전처리 공정이나 가정용 식수 전처리 공정에는 액체 여과에 적합한 카트리지 필터가 사용된다. 카트리지 필터의 제조에 사용되는 원사로는 단섬유를 직조한 방적사(spun yarn), 또는 단섬유를 드래프 정방(DREF Friction spinning)을 통해 제조한 방적사가 사용된다.
그러나, 단섬유로 직조한 방적사는 굵기가 불균일하기 때문에 필터의 여과 성능이 떨어지고, 여과 압력이 상승하며, 섬유 필라멘트가 필터에서 빠져나와 여과물에 불순물로 혼입되고, 질기지 못하여 필터의 수명이 상대적으로 짧은 단점이 있다.
또한, 상기 드래프 방적사는 동일번수의 오픈엔드(Open-end) 방적사에 비하여 겉보기 직경이 가늘고, 덜 벌키(bulky)하기 때문에 동일 두께를 내기 위해서는 더 많은 양의 원사가 소요되며, 방적사의 꼬임 정도가 적고 필터의 통기성 및 여과 기능이 떨어지는 단점이 있다. 특히, 드래프 방적사는 굵기가 불균일하고, 잔털이 많으며, 표면 광택이 없기 때문에 상품으로써 덜 선호되고 있는 실정이다.
종래의 드래프 방적사용 폴리프로필렌 단섬유(도 1)를 그대로 오픈엔드 정방공정에 적용할 경우 섬유의 레질리언스(resilience)가 크기 때문에, 고속으로 회전하는 로터(rotor) 내에서 공기의 흐름에 의해 단섬유를 꼬는 방식인 오픈엔드 정방의 특성상, 단섬유가 잘 꼬이지 않고 사(絲)형성이 어려운 문제점이 있다. 그에 따라 오픈엔드 정방공정의 작업성이 떨어지며 만족할만한 수준의 사(絲)강도를 보장할 수 없고, 잔털이 적으면서 광택이 좋고 매끈한 표면효과를 갖는 방적사를 제조할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 액체 여과에 사용되는 카트리지 필터는 여과 과정에서 거품(foam)이 발생해서는 안 되며, 특히 제철, 도료 및 반도체 생산 공정에 사용되는 필터에서 거품이 발생할 경우 막대한 손실을 초래하게 되므로 거품 발생이 거의 없는 필터용 원사에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 표면광택이 우수하고, 오픈엔드 정방시 작업성이 우수한 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 카트리지 필터용 오픈엔드 방적사 및 카트리지 필터를 제조할 수 있는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 폴리프로필렌 단섬유를 오픈엔드 정방하여 제조되는 카트리지 필터용 오픈엔드 방적사를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방적사로부터 제조되는 카트리지 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유는 폴리프로필렌 단섬유 내부에 포함되는 광택제 0.01 내지 5.0 중량%, 및 상기 단섬유 표면에 부착되며 알킬포스페이트염을 포함하는 방사유제 0.05 내지 1.0 중량%를 포함하되, 상기 단섬유는 평균섬도 3.0 내지 8.0 데니어, 강도 2.5 내지 6 g/d, 신도 30 내지 150 %, 무신장(extensionless) 상태에서 권축수 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D) 5 mm 이내, 및 평균길이 55 내지 120 ㎜인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 폴리프로필렌 수지 및 광택제를 용융 혼합하 는 단계; 상기 용융 혼합물을 방사하여 미연신사를 제조하는 단계; 상기 미연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계; 상기 미연신사를 일정비율로 연신하여 연신사를 제조한 후, 오픈엔드 정방용 권축을 형성시키는 단계; 및 상기 연신사를 건조 및 열 고정한 후, 단섬유로 절단하는 단계를 포함하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리프로필렌 단섬유를 오픈엔드 정방하여 제조되는 카트리지 필터용 오픈엔드 방적사를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방적사로부터 제조되는 카트리지 필터를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유에 대한 연구를 거듭하는 과정에서, 폴리프로필렌 단섬유 제조시 원활한 작업성을 보장하고, 오픈엔드 정방을 이용하여 필터용 방적사를 만들기 위해서는 방사유제를 적정함량으로 사용하는 것이 바람직하고, 또한 잔털이 적고 광택이 좋은 매끈한 표면효과를 가지는 방적사를 만들고 사강도를 보장하기 위해서는 폴리프로필렌의 낮은 레질리언스(resilience) 특성을 활용하여 꼬임이 쉽게 생기면서 한번 생긴 꼬임이 풀리지 않도록 섬유의 기계적 물성을 조정하고, 크림핑 시 적절한 스팀을 사용하여 오픈엔드 정방에 적합하도록 하는 것이 중요하다는 것을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유는 내부에 광택제 0.01 내지 5.0 중량%, 및 상기 단섬유 표면에 부착되는 방사유제 0.05 내지 1.0 중량%를 포함하되, 상기 단섬유는 평균섬도 3.0 내지 8.0 데니어, 강도 2.5 내지 6 g/d, 신도 30 내지 150 %, 무신장 상태에서 권축수 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D) 5 mm 이내, 및 평균길이 55 내지 120 ㎜인 것을 특징으로 한다.
상기 광택제는 폴리프로필렌 단섬유에 광택(snow white)을 부여하고, 섬유표면을 매끈하게 하기 위해 첨가되는 것으로, 폴리프로필렌 단섬유 내에 용융 배합된 상태로 포함된다.
광택제의 함량은 폴리프로필렌 단섬유 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 2.0 중량%가 되도록 첨가할 수 있다. 즉, 최소한의 광택 효과를 부여하기 위하여 광택제의 함량은 단섬유 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상인 것이 바람직하며, 섬유의 물성 및 광택효과 상승률을 고려하여 5.0 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 최적의 광택제 투입량은 최종 섬유의 굵기에 따라 달라지며, 굵기가 가는 섬유는 두꺼운 섬유에 비해 비표면적이 크기 때문에 가는 섬유일수록 광택제의 투입량이 많아야 최적의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 광택제는 2,5-비스(5'-ter-부틸-2-벤조카졸릴)티오펜 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 표면에 부착되는 상기 방사유제는 단섬유에 적절한 마찰(섬유/섬유간, 섬유/기계간), 집속성 및 제전성을 부여하기 위 해 사용되는 것으로써, 그 종류 및 함량을 조절함에 따라 오픈엔드 방적시 꼬임이 풀리지 않도록 하여 우수한 강도를 갖는 방적사를 제조할 수 있게 된다. 또한, 방사유제를 사용함으로써 상기 단섬유로부터 제조되는 카트리지 필터의 사용시에 거품 발생을 최소화할 수 있다.
방사유제의 함량은 폴리프로필렌 단섬유 전체 중량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 방사유제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우 섬유의 연신공정 및 카딩공정에서 적절한 전기적 특성과 마찰력을 부여하며, 단섬유로부터 제조되는 카트리지 필터의 사용시에 거품 발생을 최소화 할 수 있다. 다만, 최적의 방사유제 투입량은 상기 광택제와 마찬가지로 최종 섬유의 굵기에 따라 달라지며, 굵기가 가는 섬유는 두꺼운 섬유에 비해 비표면적이 크기 때문에 가는 섬유일수록 방사유제의 투입량이 많아야 최적의 효과를 얻을 수 있다.
방사유제의 종류는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 성분을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알킬포스페이트염을 사용할 수 있다. 이때, 알킬포스페이트염은 알킬기가 탄소수 8~18개이고, 나트륨염, 칼륨염, 트리에틸아민염 또는 모노에틸아민염인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 내부에 산화방지제, 자외선안정제, 백색안료 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이때 첨가제의 함량은 폴리프로필렌 단섬유 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 오픈엔드 정방에 적합하도록 평균섬도가 3.0 내지 8.0 데니어이고, 무신장(extensionless) 상태에서 권축수가 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝이고, 평균길이가 55 내지 120 mm인 것이 바람직하다. 특히, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 단섬유는 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 신도는 길이 40 mm인 시료를 2.5 N의 로드셀(Load cell)을 사용하여 50 mm/min의 속도로 신장하여 측정한 값으로 30 내지 150 %, 보다 바람직하게는 30 내지 120 %인 것이 바람직하며, 단섬유의 강도는 2.5 내지 6.0 g/d, 보다 바람직하게는 3.0 내지 5.0 g/d인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 75 ℃의 탈염수 250 ㎖가 담긴 비이커에 단섬유 25 g을 넣고 7 분간 물중탕한 후, 상기 단섬유를 탈수하고, 얻어진 물 10 ㎖를 채취하여 시험관에 담아 5초간 상하로 격렬히 흔든 후, 10 초 경과 시에 유지되는 거품 높이가 0 내지 10 mm인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 폴리프로필렌 수지 및 광택제를 용융 혼합하는 단계;
상기 용융 혼합물을 방사하여 미연신사를 제조하는 단계;
상기 미연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계;
상기 미연신사를 일정비율로 연신하여 연신사를 제조한 후, 오픈엔드 정방용 권축을 형성시키는 단계; 및
상기 연신사를 건조 및 열 고정한 후, 단섬유로 절단하는 단계를 포함하는 카트리지 필터용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 단섬유 제조방법에 있어서, 폴리프로필렌 수지는 ASTM-1238(230℃, 21.2N)에 따라 측정한 용융지수가 3 내지 40 인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 용융지수가 10 내지 30인 것을 사용할 수 있다. 즉, 폴리프로필렌 수지의 용융지수가 낮을수록 섬유의 강성, 내약품성, 낮은 신율을 부여할 수 있지만 점도가 저하되므로 가공성이 나빠지게 되며, 용융지수가 너무 높으면 방사가 어려우므로 3 내지 40의 용융지수를 가지는 것이 섬유 방사에 가장 적합하다.
또한, 폴리프로필렌 수지는 ISO 9113 에 따라 측정한 아이소탁틱 지수가 93 내지 99 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 아이소탁틱 지수가 93 중량% 이상 되어야 폴리프로필렌 결정성 및 강성이 우수한 단섬유를 얻을 수 있으며, 99 중량% 초과인 폴리프로필렌은 상용화하기 어렵다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법에 있어서, 상기 광택제를 폴리프로필렌 수지와 용융 혼합하는 단계는 광택제를 용융 배합이 용이한 마스터배치(Masterbatch) 형태로 미리 가공한 후, 폴리프로필렌 수지에 투입함으로써 광택제의 분산성을 높이고 용융 방사된 필라멘트의 표면과 미세구조를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 방사유제를 미연신사의 표면에 부착시키는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수 있으므로 특별히 한정되지 않으나, 폴리프로필렌 섬유의 연신 공정 중에 오일롤러, 오일제트, 침지 또는 스프레이 방식 등으로 섬유의 표면에 부착시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 미연신사를 일정비율로 연신하는 단계에서는 단섬유의 최종 평균섬도가 3.0 내지 8.0 데니어, 바람직하게는 4.0 내지 6.0 데니어가 되도록 연신비(draw ratio), 권취속도 및 토출량을 결정할 수 있다. 특히, 연신비를 3.0 이상으로 할 경우 섬유 내부의 피브릴화(fibrilation)에 의해 레질리언스(resilience)를 낮출 수 있고, 오픈엔드 공정에서 섬유간 꼬임이 잘되게 할 수 있다.
상기 단계를 거친 후, 오픈엔드 정방에 적합하도록 연신사에 권축을 형성시키는 단계는 권축수가 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝, 보다 바람직하게는 4.0 개/cm 내지 6.0 개/㎝가 되도록 할 수 있으며, 이때 크림퍼(crimper) 전단의 스팀(steam)을 최소화하여 권축의 형태가 도 2와 같이 완만한 경사를 이루도록 하는 것이 바람직하다.
특히, 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유는 무신장(extensionless) 상태에서 권축수가 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝이고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내인 것이 더욱 바람직하다.
상기 단계에서 일정한 형태로 권축이 형성된 필라멘트는 90 내지 120 ℃의 건조기 및 열 고정기(heat setting channel)에서 어닐링(annealing)시켜 레질리언스(resilience)를 최소화시는 것이 바람직하다.
상기 건조 및 열 고정을 거친 필라멘트는 커터(cutter)에서 일정한 길이로 절단하여 단섬유 형태로 제조할 수 있으며, 이때 오픈엔드 정방에 적합한 단섬유의 길이인 55 내지 120 mm, 보다 바람직하게는 60 내지 80 mm가 되도록 절단할 수 있 다.
전술한 단계 이외의 단계들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있으므로, 본 발명에서는 이외의 단계에 대하여 특별히 제한하지 않는다.
한편, 본 발명은 상기 폴리프로필렌 단섬유로부터 제조되는 카트리지 필터용 오픈엔드 방적사 및 이로부터 제조되는 카트리지 필터를 제공한다.
상기 오픈엔드 방적사는 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예를 들면 폴리프로필렌 단섬유를 카딩 후 슬라이버를 형성하고, 연조공정을 통해 섬유를 길이방향으로 배향시킨 후, 오픈엔드 정방기에서 로터의 고속회전에 의한 섬유의 꼬임으로 카트리지 필터용 방적사를 제조할 수 있다.
또한, 오픈엔드 방적사로부터 제조되는 카트리지 필터는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 제조방법을 통해 제조할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 제조공정을 특별히 제한하지 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1
(폴리프로필렌 마스터배치의 제조)
용융지수 17, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 83 kg, 광택제 인 2,5-비스(5'-ter-부틸-2-벤조카졸릴)티오펜 2 kg 및 이산화티탄 15 kg 을 용융혼합한 후, 직경이 2 mm, 길이가 3 mm로 컷팅하여 친수성 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다.
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 17, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 95 kg과 앞서 제조한 폴리프로필렌 마스터배치 5 kg을 용융 배합하면서 35 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 5.0 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 미연신사에 방사유제(알킬포스페이트염, 제조사: 다케모토(TAKEMOTO)사, 제품명: 델리온 649(Delion 649))를 1.5 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 방사유제에 미연신사를 접촉시킴으로서 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.12 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70 ℃로 연신하여 도 2와 같은 형태로 크림퍼에서 4.2 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내가 되도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 64 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
상기 방법으로 얻어진 폴리프로필렌 단섬유를 카딩(carding)한 후, 슬라이버(sliver)를 형성하고, 연조공정을 통해 섬유를 길이 방향으로 배향시켰다. 이어서, 오픈엔드 정방기에서 로터(rotor)의 고속회전에 의한 섬유의 꼬임으로 카트리지 필터용 방적사를 제조하였다.
실시예 2
(폴리프로필렌 마스터배치의 제조단계)
용융지수 25, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 90 kg에 광택제인 이산화티탄 10 kg을 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다.
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 25, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 95 kg과 앞서 제조한 폴리프로필렌 마스터배치 5 kg을 용융 배합하면서 35 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 5.1 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 미연신사에 방사유제(알킬포스페이트염, 제조사: 다케모토(TAKEMOTO)사, 제품명: 델리온 649(Delion 649))를 1.5 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 방사유제에 미연신사를 접촉시킴으로서 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.08 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70 ℃로 연신하여 크림퍼에서 도 2와 같은 형태로 6.4 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내가 되도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 64 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 방적사를 제조하였다.
실시예 3
(폴리프로필렌 마스터배치의 제조단계)
용융지수 12, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 90 kg에 광택제인 이산화티탄 10 kg을 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다.
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 12, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 95 kg과 앞서 제조한 폴리프로필렌 마스터배치 5 kg을 용융 배합하면서 45 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 2.9 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 미연신사에 방사유제(알킬포스페이트염, 제조사: 다케모토(TAKEMOTO)사, 제품명: 델리온 649(Delion 649))를 1.5 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 방사유제에 미연신사를 접촉시킴으로서 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.11 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70℃로 연신하여 크림퍼에서 도 2와 같은 형태로 5.0 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내가 되도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 64 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 방적사를 제조하였다.
[ 비교예 ]
비교예 1
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 25, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 100 kg을 용융시켜 30 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 5.3 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 미연신사에 방사유제(폴리글리콜 지방산 에스테르)를 2.0 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 방사유제에 미연신사를 접촉시킴으로서 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.1 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70℃로 연신하여 크림퍼에서 도 1과 같은 형태로 5.6 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm를 초과하도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 75 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 방적사를 제조하였다.
비교예 2
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 25, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 100 kg을 용융시켜 30 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 5.1 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 섬유에 방사유제(불포화 지방산, 제조사: 부성케미칼, 제품명: BK 2047)를 2.5 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 방사유제에 미연신사를 접촉시킴으로 서 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.2 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70 ℃로 연신하여 크림퍼에서 도 1과 같은 형태로 5.4 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm를 초과하도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 63 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 방적사를 제조하였다.
비교예 3
(폴리프로필렌 마스터배치의 제조단계)
용융지수 12, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 90 kg에 광택제인 이산화티탄 10 kg을 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 마스터배치를 제조하였다.
(폴리프로필렌 단섬유의 제조)
용융지수 12, 아이소탁틱 지수 96 중량%인 폴리프로필렌 수지 95 kg과 앞서 제조한 폴리프로필렌 마스터배치 5 kg을 용융 배합하면서 30 m/min의 방사속도 압출하여 최종 섬유 섬도가 5.0 데니어의 단섬유를 제조하였다.
상기 미연신사에 방사유제(불포화 지방산, 제조사: 부성케미칼, 제품명: BK 2047)를 5.0 중량%의 수성 에멀젼으로 만들어 스프레이하여 방사유제의 함량이 전체 단섬유 중량에 대하여 0.13 중량%로 포함되도록 방사유제를 섬유표면에 부착시 켰다.
이어서, 상기 섬유를 연신비 3.3, 예열온도 70 ℃로 연신하여 크림퍼에서 도 1과 같은 형태로 6.2 개/㎝의 권축을 부여하고, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm를 초과하도록 90 ℃로 건조 및 열 고정한 후, 섬유의 길이가 54 mm가 되도록 절단하여 폴리프로필렌 단섬유를 제조하였다.
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 방적사를 제조하였다.
비교예 4
(카트리지 필터용 오픈엔드 방적사의 제조)
실시예 1에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유와 비교예 2에서 제조한 폴리프로필렌 단섬유를 동일 비율로 혼합하여 카딩(carding)한 후, 슬라이버(sliver)를 형성하고, 연조공정을 통해 섬유를 길이 방향으로 배향시켰다. 이어서, 오픈엔드 정방기에서 로터의 고속회전에 의한 섬유의 꼬임으로 카트리지 필터용 방적사를 제조하였다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
수지의 용융지수 17 25 12 25 25 12
광택제
(중량%)		 1* 0.10 - - - - -
2** 0.75 0.50 0.50 - - 0.50
방사유제 (중량%) 0.12 0.08 0.11 0.10 0.06 0.13
권축(crimp) 형태 도 2 도 2 도 2 도 1 도 1 도 1
주) *: 2,5-비스(5'-ter-부틸-2-벤조카졸릴)티오펜
**: 이산화티탄
[ 시험예 ]
다음과 같은 기준에 따라 상기 실시예 및 비교예에서 사용한 폴리프로필렌 수지의 용융 지수 및 아이소탁틱 지수를 측정하였고, 폴리프로필렌 단섬유의 평균섬도, 강도, 신도, 및 거품성을 측정하였으며, 방적사의 벌키성 및 오픈엔드 생산성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
수지의 용융지수(Melt Index)
티니우스 올센사(TINIUS OLSEN)의 측정기기(MP993)를 이용하여 ASTM-D-1238(230℃, 21.2N)에 따라 용융지수를 측정하였다.
수지의 아이소탁틱 지수( Isotactic Index)
ISP 9113에 따라 아이소탁틱 지수를 측정하였다. 보다 상세하게는, 먼저 폴리프로필렌 수지 시료를 5 mm 크기로 절단한 후, 물로 세척하고 105 ℃ 오븐에서 1 시간동안 건조하고, 건조된 시료를 약 5 g정도 채취하여 정확한 무게를 측정한 후, 헵탄(Heptane) 중에서 끓이면서 약 5 시간 동안 추출한다. 이어서, 추출 후 시료를 물로 충분히 헹구고 105 ℃ 오븐에서 1 시간 동안 건조시킨 다음 추출 후 무게를 측정한다. 이렇게 얻어진 추출 전, 후의 무게 비율로써 아이소탁틱 지수를 산출하였다.
단섬유의 평균섬도
렌징사(LENZING)의 바이브로스코프(Vibroskop)를 이용하여 DIN 53812/2에 따라 단섬유의 평균섬도를 측정하였다.
단섬유의 강도 및 신도
인스트론(INSTRON) 4301을 이용하여 DIN 53816에 따라 단섬유의 강도 및 신도를 측정하였다.
단섬유의 거품성
75 ℃의 탈염수 250 ㎖가 담긴 비이커에 단섬유 25 g을 넣고 7 분간 물 중탕한 후, 상기 단섬유를 탈수하고, 얻어진 물 10 ㎖를 채취하여 시험관에 담아 5 초간 상하로 격렬히 흔든 후, 10 초 경과 시에 유지되는 거품 높이를 ㎜ 단위로 측정하였다. 일반적으로 거품의 높이가 2 ㎜ 이하가 되면 거품성이 좋은 것으로 간주할 수 있다.
방적사의 벌키성 (bulky)
오픈엔드 방적사의 겉보기 직경을 육안으로 관찰하였으며, 이때 직경이 두꺼울 수록 우수한 것으로 평가하였다.
오픈엔드 생산성
콘 1개 제조시 발생되는 절사(yarn breakage) 건수를 측정하였다.
구 분 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 비교예
1		 비교예
2		 비교예
3		 비교예
4

단
섬
유		 평균섬도(d) 5.0 5.1 2.9 5.3 5.1 5.0 -
강도(g/d) 3.8 2.9 4.2 2.8 2.8 3.7 -
신도(%) 64 100 115 69 64 67 -
권축수 (개/㎝) 4.2 6.4 5.0 5.6 5.4 6.2 -
평균길이(㎜) 64 64 64 75 63 54 -
거품성 (㎜) 0 0 0 3 44 30 11
방사 및 연신 조업성 양호 양호 보통 양호 양호 보통 -

오
픈
엔
드

공
정		 카딩성 우수 양호 보통 저조 우수 보통 양호
꼬임성 우수 양호 양호 보통 보통 저조 양호
사(絲)강도 우수 보통 양호 우수 저조 저조 양호
잔털 적음 많음 보통 보통 적음 많음 적음
색상/광택 snow
white		 white white raw
white		 raw
white		 white snow
white
통기성 우수 양호 양호 보통 저조 저조 보통
벌키성 우수 양호 양호 보통 저조 저조 양호
생산성
(절사수/콘)		 우수
(0)		 보통
(1)		 우수
(0)		 보통
(2)		 저조
(다수)		 저조
(다수)		 보통
(1)
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 폴리프로필렌 마스터배치와 방사유제를 사용한 실시예 1 내지 3의 경우에는 광택 효과가 우수하고, 거품발생이 없을 뿐만 아니라, 필라멘트의 방사공정 및 연신시 양호한 조업성을 나타내며, 오픈엔드 정방에서의 카딩성, 섬유간 꼬임성, 사강도는 물론 통기성, 벌키성 및 생산성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3은 도 2와 같은 형태로 권축함에 따라 드래프용 방적사(도 1의 권축형태)보다 잔털이 적으면서 표면이 매끈하며, 절사 발생이 없이 생산이 가능함을 알 수 있다.
반면에, 폴리프로필렌 마스터배치가 투입되지 않은 비교예 1 및 2의 단섬유는 거품이 많이 발생하며 카딩성, 통기성 및 벌키성 등이 떨어지고, 절사 발생이 많아 생산성이 떨어짐을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 단섬유는 표면광 택이 우수하고, 방적사 가공시 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 표면이 매끈하고 잔털이 적으며, 가공시 거품발생이 적어 폴리프로필렌 단섬유를 원료로 하는 카트리지 필터의 제조에 적합한 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 폴리프로필렌 단섬유 내부에 포함되는 광택제 0.01 내지 5.0 중량%; 및
    상기 단섬유 표면에 부착되며 알킬포스페이트염을 포함하는 방사유제 0.05 내지 1.0 중량%를 포함하되,
    상기 단섬유는 평균섬도 3.0 내지 8.0 데니어, 강도 2.5 내지 6 g/d, 신도 30 내지 150 %, 무신장(extensionless) 상태에서 권축수 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝, 무신장 상태에서 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D) 5 mm 이내, 및 평균길이 55 내지 120 ㎜인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광택제는 2,5-비스(5'-ter-부틸-2-벤조카졸릴)티오펜 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알킬포스페이트염은 알킬기가 탄소수 8~18개이고, 나트륨염, 칼륨염, 트리에틸아민염 또는 모노에틸아민염인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리 프로필렌 단섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 단섬유는 내부에 산화방지제, 자외선안정제, 백색안료 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 0.01 내지 5.0 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 단섬유는 75 ℃의 탈염수 250 ㎖가 담긴 비이커에 단섬유 25 g을 넣고 7 분간 물중탕한 후, 상기 단섬유를 탈수하고, 얻어진 물 10 ㎖를 채취하여 시험관에 담아 5초간 상하로 격렬히 흔든 후, 10 초 경과 시에 유지되는 거품 높이가 0 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유.
  6. 폴리프로필렌 수지 및 광택제를 용융 혼합하는 단계;
    상기 용융 혼합물을 방사하여 미연신사를 제조하는 단계;
    상기 미연신사의 표면에 방사유제를 부착시키는 단계;
    상기 미연신사를 일정비율로 연신하여 연신사를 제조한 후, 오픈엔드 정방용 권축을 형성시키는 단계; 및
    상기 연신사를 건조 및 열 고정한 후, 단섬유로 절단하는 단계
    를 포함하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오픈엔드 정방용 권축을 형성시키는 단계에서,
    상기 연신사는 무신장(extensionless) 상태에서 권축수가 3.0 개/㎝ 내지 8.0 개/㎝이고, 길이방향 중심축(X)으로부터 최대 변동폭(D)이 5 mm 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지는 ASTM-D-1238(230℃, 21.2N)에 따라 측정한 용융지수가 3 내지 40 이고, ISO 9113 에 따라 측정한 아이소탁틱 지수가 93 내지 99 중량%인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광택제는 2,5-비스(5'-ter-부틸-2-벤조카졸릴)티오펜 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 방사유제는 알킬포스페이트염을 포함하며,
    상기 알킬포스페이트염은 알킬기가 탄소수 8~18개이고, 나트륨염, 칼륨염, 트리에틸아민염 또는 모노에틸아민염인 것을 특징으로 하는 오픈엔드 정방용 폴리프로필렌 단섬유의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 폴리프로필렌 단섬유를 오픈엔드 정방하여 제조되는 카트리지 필터용 방적사.
  12. 제11항에 따른 방적사로부터 제조되는 카트리지 필터.
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