KR101100462B1

KR101100462B1 - 내열성 부직포

Info

Publication number: KR101100462B1
Application number: KR1020087030478A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 시미즈; 마사히코 마에다
Original assignee: 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2011-12-29
Also published as: US8652977B2; TWI340187B; US20090253329A1; JP4852104B2; CN101512057A; CN101512057B; EP2065500A1; EP2065500B1; JPWO2008035775A1; BRPI0714681A2; KR20090014297A; BRPI0714681B1; EP2065500A4; TW200829746A; WO2008035775A1

Abstract

본 발명은 폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되고, 상기 폴리페닐렌술피드 섬유의 30 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%인 것을 특징으로 하는 내열성 부직포이다. 또한, 폴리페닐렌술피드 장섬유로 이루어지는 층과 폴리페닐렌술피드 미세 섬유로 이루어지는 층을 적층 일체화한 다층 구조로 함으로써, 한층 더 성능 향상을 도모할 수 있다.

Description

내열성 부직포{HEAT-RESISTANT NON-WOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되는 내열성 부직포에 관한 것이다.

폴리페닐렌술피드(이하, PPS라고 약기함) 섬유는, 높은 내열성, 내습열성, 내약품성, 난연성을 가지며, 매우 가혹한 환경하에서 사용할 수 있다고 하는 특징이 있다. 그 때문에, PPS 섬유로 이루어지는 부직포는, 종래부터 공업 약품용의 필터나 버그 필터, 전지 세퍼레이터 등의 용도에 사용되고, 특히, 내열성, 내약품성이 필요한 가혹한 환경하에서의 사용이 기대되고 있다.

PPS는, 기본적 성능으로서 이러한 가혹한 환경에 견디는 성능을 갖고 있지만, 한편, PPS를 섬유 형상으로 성형하여 부직포화하는 경우, 열에 대한 치수 안정성이 나빠, 섬유 혹은 부직포의 열수축이 큰 것이 문제였다. 예컨대, 멜트블로우법에 의한 PPS 섬유 부직포는, 구성 섬유가 가늘어 양호한 필터 성능을 기대할 수 있으나, 인장 강도가 낮고, 열에 대한 치수 안정성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 실용적으로 견딜 수 있는 PPS 섬유 부직포를 얻기 위해서는, 부직포를 형성한 후, 후속 공정에서 열에 대한 치수 안정화 처리를 행함으로써 열수축을 저하시키는 것이 필요하였다.

종래, PPS 섬유 부직포에 있어서, 열에 대한 치수 안정성을 개선하는 수단으 로서 여러 가지 제안이 이루어져 있다.

예컨대, 일본 특허 공개 소화 제57-16954호 공보에는, 장섬유 웨브(web)를 니들 펀치로 처리한 후, 열수축시켜 나선 형상의 권축을 발현시키고, 포합(抱合)에 의해 열에 대한 치수 안정성을 개선하는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 평성 제1-292161호 공보에는, 권축되어 있지 않은 장섬유를 30% 이상 융착시키고, 400℃ 이하에서 불용융화시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2005-154919호 공보에는, PPS 섬유를 포백화(布帛化)한 후, 유리 전이점 이상의 온도에서 이축 연신하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 각각, 열처리 공정, 불용융화 공정, 연신 공정이 필요하기 때문에, 생산 공정이 번잡해지고, 생산 효율이 저하되어 비용이 높아지기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

또한, PPS 원료로부터의 개선 방법으로서, PPS에 분기 폴리머나 공중합 폴리머를 첨가하여 열에 대한 치수 안정성을 개선하는 방법(미국 특허 제4458189호 명세서, 일본 특허 제2890470호 공보 등)이 제안되어 있으나, 특수한 원료를 필요로 한다는 문제가 있었다.

한편, PPS 섬유 자체의 열에 대한 치수 안정성을 개선하는 방법에 대해서도 여러 가지 제안이 이루어져 있다. 예컨대, PPS를 산화 처리하여 폴리머를 불용화시키는 방법(일본 특허 공개 소화 제63-182413호 공보, 일본 특허 공개 평성 제3-104923호 공보 등)이 제안되어 있으나, 산화 처리함으로써 얻어진 섬유가 매우 약해진다고 하는 문제, 혹은, 산화제를 사용함으로써 제조 공정이 복잡해진다고 하는 문제가 있었다.

또한, 일본 특허 공개 소화 제58-31112호 공보에는, 고속 방사 기술에 의해 얻어지는 PPS 섬유는, 결정화 온도가 120℃ 미만이고 또한 융점이 285℃이며, 내열성과 치수 안정성이 우수하다고 기재되어 있다. 이 PPS 섬유는, 융점이 높은 결정부가 핵이 되어 내열성이 향상되고, 비결정부가 치수 안정성에 기여하고 있기 때문이라고 되어 있으나, 섬유 구조나 결정화도와의 관련은 명확하게 되어 있지 않으며, 또한, 열수축률이 크다는 등의 문제가 있다.

이상과 같이, 종래 제안되어 있는 어떠한 PPS 섬유도, 섬유 웨브를 그대로 열압착시키는 스펀본드 부직포용 섬유로서 이용할 수 없었다.

따라서, 제법이 간단하고, 게다가 생산성이 높으며, 경제적 효율이 양호하고, 생산 안정성이 우수하며, 열수축률이 매우 작은 PPS 섬유 부직포가 요망되고 있다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명의 과제는, 부직포를 형성한 후, 치수 안정화를 위한 후속 공정에서의 열처리가 불필요하고, 또한, 제조가 용이하며, 치수 안정성, 내열성, 내약품성 등의 물리적 특성이 우수한 PPS 섬유로 이루어지는 내열성 부직포를 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 특정 범위의 결정화도를 가지며, 특정한 융해 특성을 갖는 PPS 섬유는, 열수축률이 작고, 열에 대한 치수 안정성이 우수한 것을 발견하였다. 또한, 이러한 PPS 섬유로 구성된 부직포는, 후속 공정에서 열처리를 행하지 않아도, 열에 대한 치수 안정성이 우수하고, 내열성, 내약품성, 난연성 등을 갖는 것을 발견하였다.

본 발명자들은, 또한, 부직포를 다층 구조로 하는 것에 대해서 여러 가지 검토하였다. 그 결과, 예컨대, 열에 대한 치수 안정성이 우수한 PPS 섬유로 이루어지는 부직포층을 상하층으로 하고, 멜트블로우법으로 얻어진 PPS 미세 섬유를 중간층으로 하여 적층 일체화된 3층 구조 부직포, 혹은, 열에 대한 치수 안정성이 우수한 PPS 섬유로 이루어지는 부직포에, 멜트블로우법으로 얻어진 PPS 미세 섬유를 적층시킨 2층 구조 부직포는, 상기한 특징에 더하여, 양호한 필터성 및 배리어성을 갖는 것을 발견하였다. 본 발명은 이상과 같은 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명은 하기와 같다.

1. PPS 섬유로 구성되고, 상기 PPS 섬유의 30 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%이며, 1분 동안에 20℃의 승온 속도로 측정했을 때의 시차열 분석계에 의한 융해 피크를 85∼240℃의 범위 내에 갖지 않는 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.

삭제

3. 상기 PPS 섬유가, 섬유 직경 1∼50 ㎛의 장섬유인 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 내열성 부직포.

4. 상기 부직포가, 열접착으로 일체화 접합된 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 3 중 어느 하나에 기재된 내열성 부직포.

5. 상기 부직포가, 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 PPS 장섬유로 이루어지는 층과, 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 PPS 미세 섬유로 이루어지는 층이, 적층 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 내열성 부직포.

6. 상기 부직포가, 상하층으로서, 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 PPS 장섬유로 이루어지는 층을 갖고, 중간층으로서, 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 PPS 미세 섬유로 이루어지는 층을 가지며, 또한, 상하층과 중간층이 적층 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 내열성 부직포.

7. 상기 내열성 부직포에 있어서, 180℃에 있어서의 수축률이 3% 이하, 단위 중량당의 인장 강력이 0.2 (N/㎝)/(g/㎡) 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 3에 기재된 내열성 부직포.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은, PPS 섬유로 구성되는 부직포로서, PPS 본래의 특성인 내열성, 내약품성, 난연성을 유지하고, 또한, 열에 대한 치수 안정성을 대폭으로 개선한 내열성 부직포이다.

본 발명의 내열성 부직포는, PPS 섬유로 구성되고, 부직포를 구성하는 PPS 섬유의 30 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%이다. 보다 바람직하게는, 부직포를 구성하는 PPS 섬유의 40 wt% 이상, 특히 바람직하게는 60 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%이다.

결정화도가 25∼50%의 범위라고 하는, 비교적 고결정성의 PPS 섬유가, 부직포를 구성하는 섬유의 30 wt% 이상, 바람직하게는 40 wt% 이상, 특히 바람직하게는 60 wt% 이상을 차지하면, 결정화도가 높은 PPS 섬유 자체에 의한 열수축성의 저감 효과가 크게 작용하여, 그 결과, 부직포 전체로서, 충분한 열에 대한 치수 안정성을 얻을 수 있다.

따라서, 결정화도가 비교적 높은 PPS 섬유를 층 형상으로 이용하여, 부직포를 다층 구조화함으로써, 열에 대한 치수 안정성이 양호한 부직포를 얻을 수 있다. 예컨대, 결정화도가 비교적 높은 PPS 섬유층을 상하층으로 하고, 결정화도가 비교적 낮은 PPS 미세 섬유층을 중간층으로 한 다층 구조 부직포는, 본 발명의 바람직한 형태이다.

본 발명자들은, PPS 섬유의 결정화도와 PPS 섬유의 끓는물(沸水) 수축률의 관계를 여러 가지 검토한 결과, 끓는물 수축률이 결정화도에 크게 의존하고 있는 것을 발견하였다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 결정화도가 25%보다 작으면, 끓는물 수축률은 50% 이상으로 매우 크지만, 결정화도가 25%보다 커지면 급격하게 끓는물 수축률이 저하되고, 30% 이상에서는 끓는물 수축률이 수%가 되는 것을 발견하였다. 따라서, PPS 섬유의 결정화도를 특정 범위로 컨트롤함으로써, 끓는물 수축률을 저하시켜, PPS 섬유로 구성되는 부직포의 열수축률을 저하시키는 것이 가능하다.

본 발명의 내열성 부직포에 있어서는, PPS 섬유의 30 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%이고, 바람직하게는 결정화도가 30∼40%이다. 결정화도가 25% 미만이면, 섬유 자체의 열수축률이 커서, 웨브가 열접착 시에 수축을 일으켜, 만족스런 부직포를 얻을 수 없다. 결정화도가 50%를 초과하면, 결정성이 너무 높기 때문에, 열접착성이 저하되어, 고강도의 부직포를 얻을 수 없다. 또한, 결정화도의 측정법은 후기한다.

PPS 섬유의 결정화도를 특정 범위로 컨트롤하기 위해서는, 폴리머 조건, 방사 단계에서의 방사 속도, 가열, 연신 조건을 적정화함으로써, 소정 범위의 결정화도를 얻을 수 있다. 특히, 방사 속도를 높이고, 방사부에서의 연신을 촉진시킴으로써, 특정 범위의 결정화도를 얻을 수 있다. 이 결정화도 컨트롤 방법은, 본 발명자들에 의해 발견된 것이다.

본 발명에 있어서, PPS 장섬유의 섬유 직경은, 1∼50 ㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼30 ㎛이며, 특히 바람직하게는 2∼15 ㎛이다. 섬유 직경이 상기한 범위이면, 균일하고 강도가 높은 부직포를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서는, 종래, 열에 대한 치수 안정화를 위해서 이루어진 후속 공정에서의 열처리는 필요하지 않다. 단, 본 발명의 내열성 부직포를, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 열에 대한 치수 안정화 처리를 행하여, 한층 더 열에 대한 치수 안정화를 도모할 수도 있으며, 이러한 내열성 부직포도 본 발명의 범위 내이다.

섬유 형성 후, PPS 섬유에 열에 대한 치수 안정화 처리를 행함으로써, 결정화도를 20∼50%로 향상시킬 수 있어, 우수한 치수 안정성을 부여할 수 있다. 일반적으로, PPS 섬유의 열에 대한 치수 안정화 처리는, 섬유의 강신도 저하를 고려하여, PPS의 유리 전이 온도인 85℃ 내지 240℃의 범위에서, 충분히 시간을 들여 행해진다.

그러나, 이 치수 안정화 처리에 의해, 처리 온도에 따라, PPS 섬유의 융점(285∼300℃) 이하에서 융해되는 불안정한 결정이 형성되기 때문에, PPS가 본래 갖는 내열성을 유효하게 살릴 수 없어, 내열성의 관점에서 바람직하지 않다.

또한, 불안정한 결정은, 시차열 분석계에 의한 측정으로, 85∼240℃ 범위의 융해 피크로서 검출되고, 예컨대, 처리 온도가 160℃인 경우에는 160℃ 부근의 융해 피크로서 나타난다.

또한, 이 치수 안정화 처리를 행함으로써, 섬유 간의 열접착성이 부족해져, 고강도의 부직포를 얻을 수 없다고 하는 문제가 발생하기 쉽다.

본 발명에 있어서는, 충분한 내열성을 얻는다고 하는 관점에서, 시차열 분석계를 이용하여 1분 동안에 20℃의 승온 속도로 측정했을 때의 융해 피크가 85∼240℃의 범위 내에 존재하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 이와 같이, 특정 범위의 결정화도와 융해 피크로 특징지어지는 PPS 섬유가 열에 대한 치수 안정성과 열접착성이 우수한 이유로서는, 특정 범위의 결정화도를 가짐으로써, PPS 분자의 응집 에너지 밀도가 높아지기 때문에 분자 간의 구속력이 증대되어, 열에 의한 완화에 의한 수축이 방해되고, 또한, 열처리를 행하지 않음으로써, 열접착에 기여하는 비결정 부분을 적당하게 갖는 구조를 취하기 때문이라고 생각된다.

본 발명에 있어서의 PPS 섬유의 끓는물 수축률은, 20% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10% 이하이며, 특히 바람직하게는 5% 이하이다.

본 발명에 있어서의 PPS 섬유의 강도는, 2 cN/dtex 이상이고, 보다 바람직하게는, 2.5 cN/dtex 이상이며, 특히 바람직하게는, 3 cN/dtex 이상이다.

본 발명에 있어서의 PPS 섬유는, 장섬유, 단섬유의 어떠한 것이어도 좋으나, 생산 효율의 면에서, 스펀본드법에 의한 장섬유가 바람직하다.

본 발명의 내열성 부직포는, 180℃에 있어서의 수축률이, 바람직하게는 3% 이하, 보다 바람직하게는 1% 이하, 특히 바람직하게는 0.5% 이하이다. 또한, 단위 중량당의 인장 강력은, 바람직하게는 0.2 (N/㎝)/(g/㎡) 이상, 보다 바람직하게는 0.4 (N/㎝)/(g/㎡) 이상이다. 수축률 및 인장 강력이 상기한 범위이면, 우수한 치수 안정성, 강도, 필터 성능 및 배리어 성능을 얻을 수 있다.

본 발명의 내열성 부직포는, 그 구조에 특별히 한정은 없으나, 스펀본드 부직포, SM 적층 부직포, SMS 적층 부직포, 4층 이상의 다층 구조 부직포, 단섬유 부직포를 들 수 있다. 그 중에서도, 생산 효율, 고기능화의 면에서, 스펀본드 부직포, SM 적층 부직포, SMS 적층 부직포, 3층 이상의 다층 구조 부직포가 바람직하다. 또한, S는 스펀본드, M은 멜트블로우를 의미한다.

본 발명에 있어서, 결정화도가 25∼50%인 PPS 섬유로 이루어지는 웨브를 적어도 1층 이용하고, 또는, 결정화도가 25∼50%인 PPS 섬유로 이루어지는 웨브를 상하층에 이용하며, 미세 섬유로 이루어지는 층과 적층 일체화된 다층 구조 부직포는, 부직포의 형상 안정화, 표면 보풀 안정화, 강도 부여, 유연성 등의 면에서 바람직한 형태이다.

다층 구조 부직포의 바람직한 형태로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다.

(i) 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 PPS 장섬유로 이루어지는 층과, 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 PPS 미세 섬유로 이루어지는 층이 적층 일체화되어 있는 다층 구조 부직포.

(ii) 상하층으로서, 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 PPS 장섬유로 이루어지는 층을 갖고, 중간층으로서, 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 PPS 미세 섬유로 이루어지는 층을 가지며, 또한, 상하층과 중간층이 적층 일체화되어 있는 다층 구조 부직포.

다층 구조 부직포에 있어서, PPS 장섬유는, 섬유 직경이 3∼50 ㎛인 것이 바람직하고, 결정화도가 25∼50%인 것이 바람직하다.

다층 구조 부직포에 있어서, PPS 미세 섬유는, 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2∼3 ㎛, 특히 바람직하게는 0.3∼3 ㎛이다. 이러한 PPS 미세 섬유는, 일본 특허 공고 평성 제3-80905호 공보에 기재된 멜트블로우법 등에 의해 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 적층시키는 미세 섬유층은, 단층이어도 좋고, 복수층을 적층시킬 수도 있다.

PPS 미세 섬유의 섬유 직경은, 상기한 범위 내에서, 기재(基材)가 되는 부직포의 섬유 직경, 부직포의 용도에 따라 적절하게 선택되지만, 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이면, 양호한 필터 성능, 배리어 성능을 얻을 수 있다.

본 발명의 내열성 부직포에 있어서, 접합 방식으로서는, 열접착 방식, 수류 교락법, 니들 펀치법 등을 들 수 있으나, 생산 효율의 면에서, 열접착 방식이 바람직하다. 또한, 열접착은 전면이어도 좋고, 부분적이어도 좋다.

다층 구조 부직포의 미세 섬유층에 있어서의 PPS 섬유는, 결정화도가 10∼50%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15∼30%이다.

결정화도가 10% 미만이면, 미세 섬유층의 연화점이 낮아지고, 그 결과, 열접착 공정에서, 미세 섬유가, 장섬유층으로부터 스며 나오거나 해서, 열압착 롤에 중간층의 섬유가 부착되어 안정적인 생산을 할 수 없다고 하는 문제가 발생하기 쉽다. 결정화도가 50%를 초과하면, 중간층과 상하층의 열접착력이 저하되기 쉬워, 다층 구조의 층간 박리가 발생하는 경향이 있고, 또한, 다층 구조 부직포의 강도가 저하되는 경향이 있다.

다음으로, 본 발명의 내열성 부직포를 제조하는 프로세스의 1형태로서, 스펀본드법에 의한 PPS 부직포를 설명한다.

PPS 폴리머의 점도는, 하중 5 ㎏ 및 온도 315.6℃의 조건에서 ASTM-D1238-82법으로 측정한 용융 흐름(MFR)이, 10∼700 (g/10 min)의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50∼500 (g/10 min)의 범위이다. 또한, PPS 폴리머는 선 형상인 것이 바람직하다.

MFR이 상기한 범위이면, 방사 공정에서의 섬유 형성에 있어서의 변형 추종성이 양호하고, 실 끊김이 적으며, 또한, PPS 폴리머의 분자량이 충분히 높기 때문에, 실용상 충분한 강도의 섬유를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, PPS 폴리머에 원착(原着; spin-dyeing)이나 산화티탄, 자외선 흡수제나, 열안정제, 산화방지제 등의 임의의 첨가제가 첨가되어도 좋다.

방사 공정의 일례를 들면, PPS 폴리머를, 통상의 압출기로 용융한 후, 상기 용융물을, 계량 펌프를 거쳐, 온도가 300∼380℃인 다수의 미세 구멍을 갖는 방사 구금으로 들여보내고, 용융 압출하여 실 형상물로 하며, 그 후, 견인 장치(예컨대, 이젝터 장치)로 연신함으로써, PPS 섬유 웨브를 얻을 수 있다. 이 열에 대한 치수 안정화 처리가 이루어져 있지 않은 PPS 섬유 웨브를, 열압착 롤을 이용하여, 연속적으로 열접착에 의해 일체화 접합함으로써, 본 발명의 내열성 부직포를 얻을 수 있다.

용융 방사할 때의 방사 온도는, 290∼380℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 300∼370℃이며, 특히 바람직하게는 300∼340℃이다. 방사 온도가 상기한 범위이면, 안정된 용융 상태로, 얼룩 및 착색이 없으며 만족할 수 있는 강도의 섬유를 얻을 수 있다. 이용하는 방사 구금의 형상에 대해서는 특별히 제한은 없으며, 원형, 삼각, 다각형, 편평 등의 것을 이용할 수 있고, 통상은, 노즐 직경이 0.1∼1.0 ㎜ 정도의 원형이 바람직하다.

소정의 방사 온도에서 노즐로부터 압출된 용융 폴리머는, 이젝터 장치의 출구로부터 공기류(空氣流)와 함께 분출되어, 연신 필라멘트군이 되고, 또한, 그 하방에 설치된 이동식의 다공성 수용기[예컨대, 금속제 혹은 수지제의 정속 주행하고 있는 그물 형상물 등) 위에 웨브로서 포집된다.

여기서, 이젝터 장치란, 가압 공기에 의한 고속 공기류를 추진력으로 해서, 용융 방사된 필라멘트를 고속으로 인수하고, 세화(細化)하며, 또한 상기 고속 공기류에 필라멘트를 수반시키는 기능을 갖는 장치를 말한다. 이젝터로부터 압출되는 필라멘트의 속도, 즉 방사 속도는, 필라멘트 단사의 세화의 지표이며, 고속으로 할수록 단사의 세화가 진행되고, 강도 및 치수 안정성이 우수한 섬유를 얻을 수 있다.

방사 속도는, 바람직하게는 6000∼15000 m/min이다. 6000 m/min 미만에서는, 필라멘트가 충분히 연신되어 있지 않기 때문에 강도 및 열에 대한 치수 안정성이 불충분하고, 또한, 열접착 시에 웨브가 수축을 일으키는 경우가 있다. 방사 속도가 6000∼15000 m/min이면, 결정화도가 25∼50%가 되어, 강도 및 열에 대한 치수 안정성이 우수한 고품질의 부직포가 안정적으로 얻어진다.

이때, 이젝터로부터 분출되는 필라멘트군이, 굳어지기 쉽고 또한 포집된 웨브의 퍼짐이 좁아, 시트로서의 균일성 및 품위가 부족한 경향에 있을 때에는, 특히 필라멘트가 상호 떨어진 상태로 분출되어 포집되는 고안을 하는 것이 유효하다.

이를 위해서는, 예컨대, 이젝터의 하방에 충돌 부재를 설치하고, 충돌 부재에 필라멘트를 충돌시켜, 필라멘트에 마찰 대전을 일으켜 개섬(開纖)시키는 방법, 혹은 이젝터의 하방에서, 코로나 방전에 의해 상기 필라멘트에 강제 대전시켜 개섬시키는 방법 등을 이용할 수 있다.

웨브의 포집 시에는, 필라멘트군에 수반되어 수용기에 닿은 공기류로 인해, 일단 퇴적된 웨브가 나부껴 흐트러진 것이 되는 경우가 있으며, 이 현상을 방지하기 위해서는, 수용기의 하방으로부터 공기를 흡인하는 수단을 채용하는 것이 바람직하다. PPS 장섬유층은, 단층이어도 좋고, 복수층을 포개서 이용할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 내열성 부직포에 있어서, 다층 구조 부직포를 제조하는 프로세스의 일례를 이하에 설명한다.

PPS 장섬유로 이루어지는 층은, 상기한 스펀본드 방법에 의해 제조된다.

적층시키는 PPS 미세 섬유의 섬유 직경과 결정화도를 소정의 범위로 조정하기 위해서는, 예컨대, 하중 5 ㎏ 및 온도 315.6℃의 조건에서 ASTM-D1238-82법으로 측정한 용융 흐름량(MFR)이 100∼1000 (g/10 min)인 폴리머를 이용함으로써, 일반적인 멜트블로우 방사 조건으로 조정 가능하다.

다층 구조 부직포는, PPS 장섬유로 이루어지는 층과, PPS 미세 섬유로 이루어지는 층을 적층하여, 일체화함으로써 얻어진다. 또한, 멜트블로우법에 의한 PPS 미세 섬유를, PPS 장섬유로 이루어지는 층에 직접 분무하여 적층하면, 장섬유층으로 미세 섬유가 진입한다고 하는 효과에 의해, 층간의 박리가 방지되고, 나아가서는, 장섬유층이 강화되기 때문에, 고강도의 부직포를 얻을 수 있으므로 바람직하다.

상기와 같이 해서 얻어진 웨브를, 연속적으로 열접착하여 일체화 접합함으로써, 본 발명의 내열성 부직포를 얻을 수 있다. 열접착은, 200∼270℃의 가열하에서 압착 면적률 3% 이상으로 행하는 것이 바람직하며, 열접착에 의해 섬유 상호 간의 양호한 접착을 행할 수 있다. 이 경우의 열접착은 단시간의 순간적인 열부여이며, PPS 섬유의 결정 구조에 변화를 발생시키는 것은 아니다.

열접착의 방법으로서는, 가열한 평판을 이용하여 열압착하는 것이 가능하지만, 한 쌍의 캘린더 롤 사이에 웨브를 통과시켜 열압착시키는 방법이 생산성이 우수하기 때문에 바람직하다. 캘린더 롤의 온도 및 압력은, 공급되는 웨브의 단위 중량, 속도 등의 조건에 따라 적절하게 선택되어야 하는 것으로, 일률적으로는 정해지지 않는 점도 있으나, 보다 바람직한 온도는 210∼260℃, 압착 면적률은 3% 이상, 압력은 적어도 선압이 50 N/㎝ 이상인 것이, 얻어지는 부직포의 강도를 도모하는 데에 있어서 바람직하다.

캘린더 롤로서는, 그 표면이 평활한 것이나 모양이 조각된 것(예컨대, 직사각형형, 핀포인트형, 직물 무늬, Y 무늬, 거친 무명천(dungaree) 무늬, 헤링본(herringbone) 무늬, 사각형 무늬, 가로 체크 무늬, 빗살 무늬)의 사용, 혹은, 이들의 동종의 롤러의 조합, 이종의 롤러의 조합에 의한 복수의 회전 롤러의 사용도 가능하다. 열압착부의 면적은, 부직포의 전체 면적에 대하여 3% 이상으로 하는 것이 부직포의 강도를 양호하게 발휘시키는 데에 있어서 바람직하다.

[발명의 효과]

본 발명에 있어서는, PPS 섬유의 결정화도를 특정한 범위 내로 함으로써, PPS 섬유 자체의 열수축률을 낮게 억제할 수 있으며, 그 결과, PPS 섬유로 이루어지는 부직포의 열수축률을 대폭으로 저감할 수 있다. 예컨대, 결정화도가 30%인 PPS 장섬유로 구성되는 스펀본드 부직포는, 180℃에서의 건열 수축률이 0.1%이고, 매우 우수한 치수 안정화 효과를 나타낸다.

PPS 섬유의 결정화도를 특정 범위로 컨트롤하기 위해서는, 방사 공정에서 PPS 섬유를 적절한 조건으로 연신함으로써 달성할 수 있기 때문에, 간편한 장치로, 우수한 효과를 얻을 수 있어, 제조하는 데에 있어서 매우 경제적이다.

또한 본 발명에 있어서는, PPS 섬유로 이루어지는 부직포의 구조를 다층 구조로 함으로써, 필터 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다. 예컨대, 스펀본드(S)/멜트블로우(M), 혹은 스펀본드(S)/멜트블로우(M)/스펀본드(S)의 SMS 적층 부직포 등의 다층 구조를 적용할 수 있고, 다층 구조를 다양하게 변화시킴으로써, 필터 성능에 더하여, 인장 강력, 배리어성 등을 변화시킬 수 있다.

도 1은 PPS 섬유의 끓는물 수축률과 결정화도의 관계를 도시하는 도면이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 조금도 한정되는 것은 아니다.

또한, 측정 방법, 평가 방법 등은 하기와 같다.

(1) 용융 흐름량(MFR)

하중 5 ㎏, 온도 315.6℃의 조건으로, ASTM-D1238-82법에 준하여 측정하였다. 단위는 g/10 min이다.

(2) 섬유 직경

시료의 임의의 10부위를 현미경의 배율 2500배로 촬영하고, 50점의 섬유의 직경을 측정하여, 이들의 평균값을 구하였다.

(3) 단사 강도

인장 시험기를 이용하여, 시료 길이 100 ㎜, 인장 속도 200 ㎜/min의 조건으 로, 응력, 신도 곡선을 구하고, 최대 응력을 시료의 섬도로 나눈 값을 단사의 강도(cN/dtex)로 하였다.

(4) 결정화도

시차열 분석계(TA 인스트루먼트사: DSC2920)를 이용하여, 5.0 ㎎의 시료를 이하의 조건으로 측정해서, 결정화도(%)를 산출하였다. 또한, 완전 결정의 융해 열량을 146.2 J/g으로 하였다.

측정 분위기: 질소 가스 150 ㎖/min, 승온 속도: 20℃/min

측정 범위: 30∼350℃

결정화도={〔(융해부의 열량[J/g])-(냉결정부의 열량[J/g])〕/146.2}× 100

(5) 융해 피크

시차열 분석계(TA 인스트루먼트사: DSC2920)를 이용하여, 5.0 ㎎의 시료를 이하의 조건으로 측정해서, 융해 피크를 구하였다.

측정 분위기: 질소 가스 150 ㎖/min, 승온 속도: 20℃/min

측정 범위: 30∼350℃

(6) 끓는물 수축률

0.05 cN/dtex에 상당하는 하중을 가하여 측정한 길이 L₀의 시료를, 무장력 상태에서 끓는물 속에 3분간 침지시킨 후, 끓는물 속에서 꺼내고, 다시 상기 하중을 가하여 측정한 길이 L₁으로부터 이하의 식을 이용하여 끓는물 수축률(%)을 산출하였다.

끓는물 수축률={(L₀-L₁)/L₀}×100

(7) 부직포의 단위 중량(g/㎡)

JIS L-1906에 준하여 측정하였다.

(8) 부직포의 인장 강력

JIS L-1906에 준해서 측정하여, MD 방향과 CD 방향의 평균값을 부직포의 인장 강력으로 하고, 단위 중량당으로 환산한 수치(N/㎝)/(g/㎡)로 나타내었다.

(9) 부직포의 건열 수축률

열풍 오븐(타바이에스펙 가부시키가이샤: HIGH-TEMP OVEN PHH-300)을 이용하여, 한 변이 10 ㎝인 정사각형의 시료 3점을, 열풍 공기 분위기하에서 180℃×30분으로 폭로시키고, 부직포의 면적 수축률(%)을 측정하였다.

[실시예 1]

용융 흐름량(MFR)이 70 g/10 min인 선 형상 PPS 폴리머(폴리플라스틱스사 제조: 포트론)를 320℃에서 용융하고, 노즐 직경 0.25 mm의 방사 구금으로부터 압출하며, 이젝터로 흡인하면서 방사 속도 7000 m/min으로 연신하고, 이동하는 다공질 띠 형상체 위에 포집·퇴적시켜 PPS 장섬유 웨브를 작성하였다.

얻어진 웨브를, 250℃로 가열한 직물 무늬 엠보스(압착 면적률 14.4%) 롤과 플랫 롤 사이에서 선압 300 N/㎝로 부분 열압착하여, 내열성 부직포를 작성하였다. 이 부직포를 구성하는 섬유 및 부직포의 특성을 표 1에 나타낸다. 또한, PPS 섬유에는, 85∼240℃의 범위 내에 융해 피크는 존재하지 않았다.

[실시예 2 및 3]

실시예 1에 있어서, 방사 속도를 8000 m/min(실시예 2), 11000 m/min(실시예 3)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 내열성 부직포를 작성하였다. 얻어진 부직포를 구성하는 섬유 및 부직포의 특성을 표 1에 나타낸다. 또한, PPS 섬유에는, 85∼240℃의 범위 내에 융해 피크는 존재하지 않았다.

[실시예 4]

용융 흐름량(MFR)이 70 g/10 min인 선 형상 PPS 폴리머(폴리플라스틱스사 제조: 포트론)를 320℃에서 용융하고, 노즐 직경 0.25 ㎜의 방사 구금으로부터 압출하며, 이젝터로 흡인하면서 방사 속도 8000 m/min으로 연신하고, 이동하는 다공질 띠 형상체 위에 포집·퇴적시켜, 단위 중량이 30 g/㎡인 PPS 장섬유 웨브를 작성하였다.

이어서, 용융 흐름량(MFR)이 670 g/10 min인 선 형상 PPS 폴리머(폴리플라스틱스사 제조: 포트론)를, 방사 온도 340℃, 가열 공기 온도 390℃의 조건하에서 멜트블로우법에 의해 방사하고, 평균 섬유 직경 0.7 ㎛의 미세 섬유를 단위 중량 10 g/㎡의 랜덤 웨브로서, 상기에서 작성한 PPS 장섬유 웨브를 향하여 수직으로 분출시켜, 미세 섬유의 층 및 장섬유의 층으로 이루어지는 적층 웨브를 얻었다. 또한, 멜트블로우 노즐로부터 장섬유 웨브의 상면까지의 거리는, 100 ㎜로 하였다.

얻어진 적층 웨브의 미세 섬유의 층 위에, 또한, PPS 장섬유 웨브를, 상기와 동일하게 해서 개섬하여, 장섬유의 층/미세 섬유의 층/장섬유의 층으로 이루어지는 삼층 적층 웨브를 조제하였다.

이 삼층 적층 웨브를, 250℃로 가열한 직물 무늬 엠보스(압착 면적률 14.4%) 롤과 플랫 롤 사이에서 선압 300 N/㎝로 부분 열압착하여, 다층 구조의 내열성 부직포를 작성하였다. 이 부직포를 구성하는 섬유 및 부직포의 특성을 표 1에 나타낸다. 또한, PPS 장섬유에는, 85∼240℃의 범위 내에 융해 피크는 존재하지 않았다.

[비교예 1]

방사 속도를 5000 m/min으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 PPS 장섬유 웨브를 작성하였다. 이 웨브를, 260℃로 가열한 직물 무늬 엠보스(압착 면적률 14.4%) 롤과 플랫 롤 사이에서 선압 300 N/㎝로 부분 열압착하였다. 그러나, 열수축이 커서, 만족스런 내열성 부직포를 얻을 수 없었다.

본 발명의 내열성 부직포는, 치수 안정성, 내열성, 내약품성, 난연성, 강도 등의 물리적 특성이 우수하기 때문에, 일반 산업용 자재, 난연성 피복재 등뿐만 아니라, 종래의 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리올레핀계의 적층 부직포를 사용할 수 없었던 용도에도 널리 이용할 수 있다. 특히, 내약품성, 내열성이 요구되는, 필터 관련 용도, 전지 세퍼레이터 등의 용도에 적합하다.

또한, 다층 구조로 함으로써, 인장 강력, 필터 성능, 배리어 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.

Claims

폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되고, 상기 폴리페닐렌술피드 섬유의 30 wt% 이상이, 결정화도가 25∼50%이며, 1분 동안에 20℃의 승온 속도로 측정했을 때의 시차열 분석계에 의한 융해 피크를 85∼240℃의 범위 내에 갖지 않는 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.
삭제
제1항에 있어서, 상기 폴리페닐렌술피드 섬유가, 섬유 직경 1∼50 ㎛의 장섬유인 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 부직포가, 열접착으로 일체화 접합된 스펀본드 부직포인 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포가, 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 폴리페닐렌술피드 장섬유로 이루어지는 층과, 적어도 1층 이상의 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 폴리페닐렌술피드 미세 섬유로 이루어지는 층이, 적층 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포가, 상하층으로서, 섬유 직경이 3∼50 ㎛이고 결정화도가 25∼50%인 폴리페닐렌술피드 장섬유로 이루어지는 층을 가지며, 중간층으로서, 섬유 직경이 0.1∼3 ㎛이고 결정화도가 10∼50%인 폴리페닐렌술피드 미세 섬유로 이루어지는 층을 가지며, 또한, 상하층과 중간층이 적층 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 내열성 부직포에 있어서, 180℃에 있어서의 수축률이 3% 이하, 단위 중량당의 인장 강력이 0.2 (N/㎝)/(g/㎡) 이상인 것을 특징으로 하는 내열성 부직포.