KR101604592B1

KR101604592B1 - 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 제조방법

Info

Publication number: KR101604592B1
Application number: KR1020140177286A
Authority: KR
Inventors: 곽성현; 박기성; 이현석; 김민재; 전길우; 최유리; 복진선
Original assignee: 한국섬유개발연구원
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-03-28

Abstract

본 발명은 내구성성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포에 관한 것으로서 고강도, 고내열성, 내화학성 및 섬유 고유의 특성인 넓은 표면적과 공극률이 높은 특성을 가진 PPS 소재를 이용하여 내구성이 우수한 부직포를 제공할 수 있다.

Description

내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 제조방법{Process Of Producing Polyphenylene Sulfide Wet―Laid Non Woven Fabrics Having Exelent Durability}

본 발명은 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포에 관한 것이다.

산업의 첨단화와 더불어 부품소재의 다양화와 고기능화가 크게 요구되고 있는 현추세에 부응하여 산업용 섬유필터는 각종 소재의 복합화, 고기능화, 고부가가치화 기술로 발전되고 있다.

세계적인 환경에 대한 관심 고조와 규제의 강화로 인하여 최근의 섬유필터에 고성능, 고용량, 신뢰성, 내구성, 내열성, 내화학성 등의 특성이 요구되고 있는데, 특히 석유정제용 필터 제품은 고내열성, 내화학성 필터 제품을 필요로 하고 있다. 그 중 PPS(polyphenylene sulfide) 섬유는 결정성의 고기능성 열가소성 산업용 섬유로서 폴레페닐렌설파이드 수지를 섬유화한 것이다. 내약품성, 내열성, 난연성, 전기특성, 내증열성, 단열성 등이 우수하고, 특히 내열성 및 내약품성 등의 균형있는 특성과 가격적인 측면에서 이점이 있어 내열성 백 필터, 석탄화력 발전소 중심의 고온 가스 집진용 내열 백 필터로 주로 사용되고 있다.

석탄 화력 발전소에서는 보일러 효율 향상을 위해 연소로부터 배출되는 가스와 연소로로 흡입되는 가스를 열교환하여 연소 온도를 높이는 방법을 일반적으로 사용하고 있는데, 이로 인해 백 필터식 집진기에 들어가는 연소 가스의 온도는 140~170℃ 정도로 낮아져, PPS 섬유가 적용 가능한 온도가 된다. 한편, 석탄 연소에 의해 발생하는 아황산가스(SOx), 산화질소 가스(NOx)에 대해서도 PPS 섬유는 높은 내구성을 가지며, 화학적 취하가 어려워 PPS 섬유는 석탄 화력 발전소용 백 필터로서 널리 활용되고 있다.

PPS 섬유가 석탄 화력 발전소용 백필터로 사용될 때 고온, 산성가스(SOx, NOx), 분진, 먼지털음에 의한 충격 등이 복합적으로 작용하는 가혹한 환경에 노출되는데, 권장온도를 최대 170℃로 설정하여 각종 산성 가스에 대한 상한값을 설정하는 등, 각 회사별로 독자적인 경험에 근거하여 사용조건을 설정하는 것이 권장되고 있다.

그러나 종래의 PPS 부직포로 만든 필터의 경우 압력손실이 높아 장기간의 사용시 필터에 과도한 압력이 걸려 사용수명(life time)이 단축되어 내구성이 약한 문제점이 있어 백필터로 사용될 수 있는 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 개발이 요구되는 실정이다.

대한민국특허등록제10-1058173호(2011년08월22일 공고)

그러므로 본 발명에서는 섭씨 250℃에서도 견딜 정도로 열에 강하고 내화학성 우수하고 강도가 높아 자동차와 전기ㆍ전자 제품, 기계류 등에서 금속을 대체하는 고분자 신소재인 PPS섬유를 이용하여 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜인 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포가 제공된다.

한편, 본 발명에 의하면, 분산제인 폴리아크릴아마이드(Polyacryl Amide: 0.05중량%로 물에 희석) 1~3중량%를 함유한 물에 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜인 폴리페닐렌설파이드 섬유를 분산시켜 1,700~2,000rpm으로 교반한 후, 고해하고 다공성 지지체상에 상기 펄프분산액을 공급하고 건조시켜 초지시킨 후 속도 1~5m/min, 온도 140~180℃℃, 압력 1500~2500kg/㎠으로 캘린더링하여 습식부직포를 형성하는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 폴리페닐렌설파이드 습식부직포는 섭씨 250도에서도 견딜 정도로 열에 강하고 강도가 높은 폴리페닐렌설파이드 섬유로 제조된 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포에 관한 것이다.

구성섬유는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유들로 이루어지는데, 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜인 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어진다. PPS(Poly Phenylene Sulfide)섬유는 매우 놓은 내열성, 내약품성, 난연성, 전기특성을 갖고 있으며, 무기질과도 친화성이 좋은 특성을 가진다. 상기 폴리페닐렌설파이드(PPS) 섬유장은 짧을수록 분산성이 향상되나 습식부직포 제조공정 중 배수나 지합에 악영향을 줄수 있으므로 길이 1~7㎜인 것이 바람직하다.

상기 폴리페닐렌설파이드 습식부직포는 내열성 및 내화학성이 우수할 뿐만 아니라 내구성이 우수하여 석유정제필터로도 사용할 수 있다.

본 발명의 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 바람직한 제조방법례로서 다음의 방법이 제시될 수 있다.

먼저 섬유를 분산시킬 분산액을 준비하는데, 분산제로는 폴리아크릴아마이드(Polyacryl Amide: 0.05중량%로 물에 희석)를 사용하여 1~3중량%를 물에 함유시켜 준비한다. 이후 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜로 준비한 폴리페닐렌설파이드 섬유를 분산시켜 1,700~2,000rpm으로 교반한다. 상기 첨가제를 첨가하였을 때 섬유의 분산이 매우 균일하게 진행될 수 있으며, 교반 후 섬유가 치밀하게 적층된다. 분산액은 강한 양이온일수록 분산성이 향상된다. 1,700rpm미만에서 교반하는 경우에는 섬유의 분산이 균일하지 못한 문제점이 생기며, 2,000rpm을 초과하여 교반하는 경우에는 섬유의 응집 현상이 발생하는 문제점이 생긴다.

상기 분산제는 폴리아크릴아마이드 0.05중량%가 되도록 물에 희석한 희석액을 다시 물에 1~3중량%로 함유하도록 한 것으로서 1중량% 미만으로 첨가시에는 결합성이 약하며, 3중량%를 초과하는 경우에는 결합성이 매우 좋으나 분산성에 영향을 미칠 수 있어 1~3중량%를 물에 함유시키는 것이 바람직하다.

이렇듯 본 발명의 폴리페닐렌설파이드 습식부직포는 섬유의 균일한 분산성과 결합성이 우수한데, 상기 분산성 및 결합성은 압력손실과 밀접한 관계를 가진다. 압력손실은 액체나 기체의 혼합물들이 필터를 통과할때 일정한 필터내부의 압력유지력의 변화를 뜻하는데, 필터는 압력손실이 낮아 투과유량의 변화가 거의 없이 유지되는 것이 요구된다. 압력손실이 높은 경우에는 장기간의 사용시 과도한 압력이 걸려 필터의 사용수명(life time)이 단축되어 내구성이 약한 문제점이 있다. 본 발명의 폴리페닐렌설파이드 습식부직포로 제조된 필터는 압력손실이 낮아 압력유지력이 일정하게 장기간 유지될 수 있는 장점이 있다.

상기 폴리페닐렌설파이드 섬유의 분산시 상기 전체 분산액의 1~3 중량%의 농도로 폴리페닐렌설파이드 섬유가 존재하도록 분산시키는 것이 바람직한데, 섬유의 함량이 3 중량%보다 큰 경우 여수도가 낮아 PPS 습식부직포의 생산시 생산속도가 저하될 수 있는 문제가 될 수 있으며, 1중량% 미만의 경우 웹 형성후 네트로부터 웹이 잘 분리되지 않는 문제점이 있다.

상기 분산후, 고해하는 과정을 거치는데, 지나치게 긴 섬유를 절단하거나 갈라주고 또한 섬유자체의 내면에 물이 들어가게 하거나 표면에 털이 일어나도록 하는 작업으로서 상기 구성섬유들을 소섬유화 함으로써 분산성을 향상시켜 섬유끼리 뭉치지 않도록 한다. 고해에 따라 섬유장, 섬유폭은 감소하고, 미세분 함량은 감소한다.

상기 고해과정이 완료된 후 다공성 지지체상에 상기 펄프분산액을 공급하고 건조시켜 초지시킨다. 초지는 장망식 초지기(Fourdrinier Machine) 또는 환망식 초지기(Cylinder Mould Machine)를 이용하여 수중에서 웹을 형성시킬 수 있으며, 상기 펄프분산액내의 섬유가 와이어부(Wire Part)의 네트(Net)에 적층되어 웹을 형성하고 물은 네트하부에 설치된 감압 탈수부를 통해 배출되어 웹이 형성된다. 환망식 초지기는 하나의 실린더형 드럼이 물에 분산되어 있는 섬유용액 내부에 침적되어 회전하며, 양쪽 펌프를 통해 섬유는 스크린 표면에 잔류하여 층을 형성되는 방식이다. 장망식 초지기는 가장 일반적인 형태로 벨트 상단부에 원통형이 있고 그 상부에는 탄성 로울러를 올려 슬러리를 압축한다. 하부 벨트에 웹을 적층하여 프레스 롤러로 압축하며 건조되어 웹을 형성하는 방식이다.

성형된 시트는 속도 1~5m/min, 온도 140~180℃℃, 압력 1500~2500kg/㎠으로 캘린더링하여 수분을 제거하여 습식부직포를 형성한다. 상기 캘린더링에 의해 피브릴간 상호 교락을 증가시켜 광택도를 향상시킨다. 캘린더링 전에는 부직포상의 기공이 불균일한 형상을 가지고 있었으나 캘린더링 후에는 균일하게 나타난다.

그러므로 본 발명에 의하면, 고강도, 고내열성, 내화학성 및 섬유 고유의 특성인 넓은 표면적과 공극률이 높은 특성을 가진 PPS 소재를 이용하여 압력손실이 낮아 내구성이 우수한 부직포를 제공함으로써 내화학성, 고내열 석유정제필터, 전기·전자산업분야의 전기절연지, 각종 고부가가치 첨단산업의 부품소재로 전개할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1인 습식부직포의 표면의 SEM현미경사진이다.

다음의 실시예에서는 본 발명의 폴리페닐렌설파이드 습식부직포를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

분산제로는 폴리아크릴아마이드(Polyacryl Amide: 0.05중량%로 물에 희석)를 사용하여 1중량%를 물에 함유시켜 준비한 후, 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜인 폴리페닐렌설파이드 섬유를 상기 전체 분산액의 3 중량%의 농도로 분산시켜 2,000rpm으로 교반하여 펄프슬러리를 준비하였다. 이후 고해하고 장망식 초지기(Fourdrinier Machine)에 공급하여 초지시킨 후 150℃ 가열프레스에서 2분간 속도 1m/min, 2ton의 압력으로 캘린더링하여 습식부직포를 제조하였다. 제조된 부직포의 물성은 아래 표 1과 같다.

구 분	단위	실시예 1	비교
중량	g/㎡	120	KS K 0514
통기도 (125Pa)	cc/㎠/sec	35	KS K 0570
기공크기	㎛	25	ASTM F 316
집진효율 (5㎛ 기준)	%	90↑	RS K 0004
압력손실 (20ℓ/min 기준)	ΔP, Kgf	0.21±0.05	RS K 0004

Claims

삭제
분산제로서 0.05중량%로 물에 희석된 폴리아크릴아마이드(Polyacryl Amide)를 1~3중량% 함유한 물에 섬도 1.0~2.0 데니어, 길이 1~7㎜인 폴리페닐렌설파이드 섬유를 분산시켜 1,700~2,000rpm으로 교반한 후, 고해하고 다공성 지지체상에 상기 분산액을 공급하고 건조시켜 초지시킨 후 속도 1~5m/min, 온도 140~180℃, 압력 1500~2500kg/㎠으로 캘린더링하여 습식부직포를 형성하는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 제조방법.
제 2항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드 섬유의 분산시 상기 전체 분산액의 1~3 중량%의 농도로 폴리페닐렌설파이드 섬유가 존재하도록 분산시키는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 폴리페닐렌설파이드 습식부직포의 제조방법.