KR101906337B1 - 전기전도도가 향상된 고분자 나노섬유 복합부직포의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기전도도가 향상 된 고분자 나노섬유 복합부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조기술에 관한 것이다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포를 제조함으로써, 우수한 전기전도도 및 흡음 특성을 갖는 고분자 나노섬유 복합 부직포를 제조할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기전도도가 향상 된 고분자 나노섬유 복합부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조기술에 관한 것이다.
멜트블로운 부직포는 직경이 10μm이하의 미세섬유들이 상호결합하여 거미줄과 같은 구조형태를 가지는 3차원적 섬유집합체이다. 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 방사구금을 통해 방사되는 공정이며, 방사노즐로부터 압출된 고분자는 용융상태에서 고속으로 분사되는 열풍에 의해 극세섬유가 수집체에 적층된다. 이렇게 제조된 멜트블로운 부직포는 고성능 여과재, 흡수재, 흡음재, 절연재, 축열재 및 전자파차폐재 등 여러 분야에서 응용가능하다. 하지만 멜트블로운 부직포 제조공정의 경우 생산성면에서 방사공정을 이용한 섬유로 웹을 형성하여, 기존부직포의 생산성 대비 현저히 떨어지며, 고분자의 형태, 분자량분포, 첨가제 등에 따라 경제성이 크게 달라진다. 또한, 최근 고부가가치 신소재제품의 수요의 급증으로 섬유에 난열, 축열, 전자파차폐 등 특수한 기능을 부여하기 위해 기능성 소재를 접목하여 방사하는 기술개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은, 이산화티타늄 나노입자를 포함함으로써, 전기전도성 및 흡음 특성이 향상 된 고분자 나노섬유 복합부직포의 제조방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조방법을 제공한다. 상기 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조방법은 폴리프로필렌 수지 및 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화 티타늄 나노입자 1 내지 10 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 폴리프로필렌 수지 및 이산화티타늄 혼합물을 용융압출하여 나노 복합형 펠릿(pellet)을 제조하는 단계, 나노 복합형 펠릿을 고속열풍기류에 방사시켜 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조하는 단계를 포함한다.
용융압출은 폴리프로필렌 수지 및 이산화 티타늄 나노입자 혼합물을 온도 150 내지 220℃에서 용융압출하는 것을 특징으로 한다.
고분자 나노섬유 복합 부직포 제조단계는 펠릿을 방사하는 노즐의 온도가 180 내지 250℃, 슬릿의 간극이 0.1 내지 1.2mm인 것을 특징으로 한다.
고속열풍기류는 공기공급속도 100 내지 350m/s, 공기공급온도는 230 내지 360℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 고분자 나노섬유 복합부직포 제조단계는 방사구금으로부터 회전속도 80 내지 100mm/s로 회전하는 수집체를 이용하여 부직포를 제조하는 것을 특징으로 한다. 또한, 방사구금과 수집체간의 거리(die-tocollector-distance, DCD)는 150 내지 600mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포를 제조함으로써, 우수한 전기전도도 및 흡음 특성을 갖는 고분자 나노섬유 복합 부직포를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조방법은 멜트블로운(Melt-blown)공정을 이용함으로써, 대량생산이 가능하며, 저가의 원료를 사용하여 제품단가를 혁신적으로 낮출 수 있어, 양산화 가능한 효과가 있다. 또한 제조된 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포는 여과제, 흡수재, 흡음재, 절연재, 축열재 및 전자파차폐제 등 여려 분야에 응용 가능하여 고부가 저비용으로 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조방법의 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조방법은 폴리프로필렌 수지 및 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화 티타늄 나노입자 1 내지 10 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 폴리프로필렌 수지 및 이산화티타늄 혼합물을 용융압출하여 나노 복합형 펠릿(pellet)을 제조하는 단계, 나노 복합형 펠릿을 고속열풍기류에 방사시켜 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조하는 단계를 포함한다.
용융압출은 폴리프로필렌 수지 및 이산화티타늄 나노입자 혼합물을 온도 150 내지 220℃에서 용융압출하는 것을 특징으로 한다.
고분자 나노섬유 복합 부직포 제조단계는 펠릿을 방사하는 노즐의 온도가 180 내지 250℃, 슬릿의 간극이 0.1 내지 1.2mm인 것을 특징으로 한다.
고속열풍기류는 공기공급속도 100 내지 350m/s, 공기공급온도는 230 내지 360℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 고분자 나노섬유 복합부직포 제조단계는 방사구금으로부터 회전속도 80 내지 100mm/s로 회전하는 수집체를 이용하여 부직포를 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 방사구금과 수집체간의 거리(die-tocollector-distance, DCD)는 150 내지 600mm인 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
1.
폴리프로필렌(PP) 수지 및 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 1중량%를 혼합하며, 이를 압출성형기를 통해 150oC의 온도로 용융압출하여 나노 복합형 펠릿(pellet)을 제조한다.
그 후, 제조된 나노복합형 펠릿은 노즐온도를 180oC로 하고, 슬릿의 간극은 0.1 mm로 하며, 공기 공급속도를 100 m/s, 공기 공급온도를 230oC로 하여, 고속 열풍기류를 분사시켜 나노복합형 펠릿을 방사한다. 또한, 이때의 수집체의 회전속도는 80 mm/s, 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 150 mm의 조건에서 150초 동안 방사시켜 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예2
.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 노즐 온도를 190oC, 슬릿 간극을 0.2 mm로 한다. 또한 공기 공급속도를 150m/s, 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 200 mm로 하며, 방사 시간을 170초로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
3.
상기 실시예 2와 동일하게 과정을 실시하되, TiO2 함량을 3.0 wt%로하고, 용융압출 부분의 온도를 170oC로 한다. 또한 슬릿 간격은 0.3 mm이며, 공기 공급온도는 250oC로 한다. 또한, 수집체 회전속도를 100 mm/s로 하여, 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 300 mm로 하며, 방사 시간은 180초로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
4.
상기 실시예 3과 동일하게 과정을 실시하되, 용융압출 부분의 온도를 190oC로하며, 노즐 온도는 210oC로 하며, 슬릿 간극은 0.5 mm로 한다. 또한 공기 공급속도는 200 m/s로 하고, 공기 공금온도를 280oC로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
5.
상기 실시예 4와 동일하게 과정을 실시하되, TiO2 함량을 5.0 wt%로하고, 노즐 온도를 230oC로 한다. 또한 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 400 mm로 하며, 방사 시간은 200초로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
6.
상기 실시예 5와 동일하게 과정을 실시하되, 용융압출 부분의 온도를 200oC로 하고, 슬릿 간극은 1.0 mm로 한다. 또한, 공기 공급속도는 250 m/s로 하며, 공기 공급온도는 300oC이며, 수집체 회전속도를 120 mm/s로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
7.
상기 실시예 6과 동일하게 과정을 실시하되, TiO2 함량을 10.0 wt%로하고, 노즐 온도를 250oC로 한다. 또한 공기 공급속도를 300 m/s로 하고, 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 500 mm로 하며, 방사 시간은 200초로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
실시예
8.
상기 실시예 7과 동일하게 과정을 실시하되, 용융압출 부분의 온도를 220oC로 하고, 슬릿 간극은 1.2 mm로 한다. 또한, 공기 공급속도는 350 m/s로 하며, 공기 공급온도는 360oC이며, 수집체 회전속도를 150 mm/s로 하고, 방사구금과 수집체간의 거리 (die-tocollector-distance; DCD)를 600 mm로 하며, 방사 시간을 250초로 하여, 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
비교예
1.
상기 실시예 4와 동일하게 과정을 실시하되, 방사 중 공기를 공급하지않고 합성하여 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
비교예
2.
상기 실시예 4와 동일하게 과정을 실시하되, 이산화티타늄 나노입자를 포함하지 않는 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조한다.
| 샘플명 | TiO2 함량 (wt%) |
용융압출 부분의 온도 (oC) |
노즐 온도 (oC) |
슬릿 간극 (mm) |
공기 공급속도 (m/s) |
공기 공급온도 (oC) |
수집체 회전속도 (mm/s) |
방사시간 (s) |
DCD (mm) |
| 실시예 1 | 1.0 | 150 | 180 | 0.1 | 100 | 230 | 80 | 150 | 150 |
| 실시예 2 | 1.0 | 150 | 190 | 0.2 | 150 | 230 | 80 | 170 | 200 |
| 실시예 3 | 3.0 | 170 | 190 | 0.3 | 150 | 250 | 100 | 180 | 300 |
| 실시예 4 | 3.0 | 190 | 210 | 0.5 | 200 | 280 | 100 | 180 | 300 |
| 실시예 5 | 5.0 | 190 | 230 | 0.5 | 200 | 280 | 100 | 200 | 400 |
| 실시예 6 | 5.0 | 200 | 230 | 1.0 | 250 | 300 | 120 | 200 | 400 |
| 실시예 7 | 10.0 | 200 | 250 | 1.0 | 300 | 300 | 120 | 230 | 500 |
| 실시예 8 | 10.0 | 220 | 250 | 1.2 | 350 | 360 | 150 | 250 | 600 |
| 비교예 1 | 3.0 | 190 | 210 | 0.5 | - | - | 100 | 180 | 300 |
| 비교예 2 | - | 190 | 210 | 0.5 | 200 | 280 | 100 | 180 | 300 |
측정예
1. 전기전도도 측정
Four-probe point method with resistivity tester (MCP-T610, Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.)을 통해 실시예에 따라 제조된 이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 전기전도도를 측정하였다.
이산화티타늄 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 전기전도도 측정 결과는 표 2에 도시하였다. 상기 결과에 따르면, 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화티타늄을 1 내지 10중량%를 첨가한 실시예1 내지 8은 비교예들과 비교하여 전기전도도가 증가하였다. 특히, 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화티타늄을 3 내지 5중량%를 첨가한 실시예3, 4, 5 및 6의 조건으로 제조된 고분자 나노섬유 복합부직포의 전기전도도가 현저하게 증가하였다는 것을 알수 있다.
| 전기전도도 (S/cm) | |
| 실시예 1 | 3.291 × 100 |
| 실시예 2 | 9.044 × 100 |
| 실시예 3 | 2.111 × 10 1 |
| 실시예 4 | 8.552 × 10 1 |
| 실시예 5 | 4.746 × 10 1 |
| 실시예 6 | 1.005 × 10 1 |
| 실시예 7 | 7.428 × 100 |
| 실시예 8 | 2.312 × 100 |
| 비교예 1 | 0.672 × 10-1 |
| 비교예 2 | 1.947 × 10-1 |
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Claims (6)
- 폴리프로필렌 수지 및 폴리프로필렌 수지에 대하여 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 3 내지 5 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 폴리프로필렌 수지 및 이산화티타늄 혼합물을 온도 170 내지 190℃에서 용융압출하여 나노복합형펠릿(pellet)을 제조하는 단계; 및
상기 나노복합형 펠릿을 고속열풍기류에 방사시켜 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 고속열풍기류는 공기공급속도가 150 내지 200m/s, 공기 공급온도가 250 내지 280℃인 것을 특징으로 하는 이산화티타늄(TiO2) 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 용융압출은 폴리프로필렌 수지 및 이산화티타늄 나노입자 혼합물을 온도 190℃에서 용융압출하며,
상기 고분자 나노섬유 복합 부직포 제조단계는 펠릿을 방사하는 노즐의 온도가 210 내지 230℃, 슬릿의 간극이 0.5mm이며,
상기 고속열풍기류는 공기공급속도 200m/s, 공기 공급온도는 280℃인 것을 특징으로 하는 이산화티타늄(TiO2) 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 고분자 나노섬유 복합부직포를 제조하는 단계는 회전속도 100mm/s로 회전하는 수집체를 이용하여 부직포를 제조하는 것을 특징으로 하는 이산화티타늄(TiO2) 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 고분자 나노섬유 복합 부직포를 제조하는 단계는 방사구금과 수집체간의 거리(die-tocollector-distance, DCD)는 300 내지 400mm인 것을 특징으로 하는 이산화티타늄(TiO2) 나노입자를 포함하는 고분자 나노섬유 복합 부직포의 제조방법.
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| KR1020160181999A KR101906337B1 (ko) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 전기전도도가 향상된 고분자 나노섬유 복합부직포의 제조방법 |
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