KR101917134B1

KR101917134B1 - 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법

Info

Publication number: KR101917134B1
Application number: KR1020170077966A
Authority: KR
Inventors: 하명준; 전경미
Original assignee: 주식회사 알에이
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2018-11-09

Abstract

본 발명은 항균력과 소취성을 부여하는 황화구리(CuS)가 첨가된 기능성 원사용 마스터 배치를 제조하는 방법에 관한 것으로 그 과정의 특징으로서, (A) 상기 황화구리 분말의 입자를 개질하는 단계; (B) 상기 황화구리 분말과 분산제를 반죽기로 반죽하는 단계; (C) 상기 반죽물을 냉동기에 투입하여 소정 크기로 경화시키는 단계; (D) 상기 반죽물과 폴리아미드(polyamide)를 배합기로 혼합하는 단계; (E) 상기 혼합물을 용융, 압출, 냉각, 절단하여 마스터 배치를 완성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 황화구리 분말의 입자를 개질하는데 이어 황화구리 분말과 분산제를 반죽으로 혼합한 가 반제품을 제조한 상태에서 원사의 원료가 되는 폴리아미드를 후 혼합하는 과정으로 완제품인 고농도 고분산성을 가지는 마스터 배치를 제조함으로서 전반적으로 우수한 절단강도와 함께 항균력과 소취성이 향상된 원사를 제조할 수 있다.

Description

고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법 {A method for producing a master batch containing a copper sulfate having high concentration and high dispersibility}

본 발명은 항균력과 소취성을 부여하는 황화구리(CuS)가 첨가된 기능성 원사용 마스터 배치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지속적인 기능성 효과를 가지도록 고농도의 황화구리를 함유시키면서도 방사 시 원사의 사절을 방지하도록 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법 에 관한 것이다.

통상 기능성 원사라 함은 천연 원사 또는 합성 원사에 각종 유용한 기능을 부여한 것으로, 통기성, 방수성, 방취성, 소취성, 항바이러스성, 항곰팡이성, 항균성, 발열성, 발수성, 도전성 등의 기능이 부여된 원사가 개발되어 시판되고 있다.

여기서 구리는 항균성과 함께 우수한 전도성을 원사에 부여할 수 있어, 기능성 원사 제조 시 첨가제로서 널리 사용되고 있다. 즉, 구리 화합물을 기능성 원사에 첨가하는 방법으로는 이온 교환 방식으로 섬유 표면에 부착시키고 있다. 그런데 섬유 표면에 기능성 물질이 그대로 노출되어 있기 때문에 세탁이나 사용 시 마찰에 의해 쉽게 탈락되는 문제가 있다.

따라서 이러한 점을 개선하고 반영구성을 확보하기 위해, 기능성 원사의 방사 시에 기능성 물질을 혼합하여 방사하는 방법으로 개발되고 있다. 그러나 방사 시 첨가되는 기능성 물질은 이물질에 해당하여 고분자 수지의 결합력 등에 영향을 미치며, 이는 방사구 통과 시 필라멘트가 쉽게 사절이 되는 문제가 있다.

즉, 기능성 물질의 입자 크기는 기능성 원사의 방사 시에 기능성 물질을 첨가하기 위해서는 매우 중요한 요소에 해당한다. 기존의 구리 입자를 소정 입자 사이즈로 만들기 위해 해머로 때려 입자를 쪼개는 방식을 취하고 있으나, 이는 스파크가 잘 발생할 수 있어 화재의 위험을 안고 있다. 무엇보다 구리 화합물은 수분에 취약하여, 소량의 수분으로도 응집됨에 따라 미립자를 확보하기가 어려운 실정이다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 대한민국 등록특허공보 제10-1466281호 발명의 명칭(도전성 구리 미립자를 포함하는 합성섬유의 제조방법)과, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0064567호 발명의 명칭(기능성 원사의 방사 첨가제로서의 구리 화합물의 개질 방법)을 제안하고 있다. 제안된 문헌에 따르면, 기능성 구리 화합물의 입도 사이즈를 1~3㎛로 확보토록 하여 방사 시 필라멘트의 사절을 최소화할 수 있도록 개선하였다.

한편, 어망이나 로프 등의 해양용 섬유 제품 따위에 지속적인 안티파울링(antifouling) 효과를 부여하기 위해서 구리 화합물을 최소 5 내지 15% 또는 그 이상으로 함유시켜야만 한다. 그런데 구리 화합물끼리는 서로 뭉치려는 성질이 강하게 작용하여 방사 시 필라멘트의 사절이 발생하게 되는 문제가 있다. 따라서 구리 화합물의 고농도와 함께 고분산성을 가질 수 있는 마스터 배치의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1466281호 발명의 명칭(도전성 구리 미립자를 포함하는 합성섬유의 제조방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0064567호 발명의 명칭(기능성 원사의 방사 첨가제로서의 구리 화합물의 개질 방법)

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 분말 처리된 황화구리 입자의 크기와 형태를 개질하는데 이어 황화구리와 분산제를 반죽기로 치대듯이 선 배합한 상태에서 원사의 주원료와 후 혼합한 다음 압출성형 함에 따라 15% 이상의 고농도와 20g 이상의 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 항균력과 소취성을 부여하는 황화구리(CuS)가 첨가된 기능성 원사용 마스터 배치를 제조하는 방법에 있어서: (A) 상기 황화구리 분말의 입자를 개질하는 단계; (B) 상기 개질된 황화구리 분말과 분산제를 반죽기로 반죽하는 단계; (C) 상기 반죽물을 냉동기에 투입하여 소정 크기로 경화시키는 단계; (D) 상기 경화된 반죽물과 폴리아미드(polyamide)를 배합기로 혼합하는 단계; (E) 상기 혼합물을 용융, 압출, 냉각, 절단하여 마스터 배치를 완성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 (A)단계는 준비된 황화구리 분말을 air-jet 건식밀링기로 분쇄하여 입자의 크기를 0.3 내지 4.0㎛의 초미립자로 전환하고, 입자의 형태를 균일한 구형에서 찌그러진 타원형 또는 각형으로 변형시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 (B)단계는 코-폴리에스터계(co-polyester) 분산제 15~30 중량%를 반죽기에 선 투입한 다음, 입자가 개질된 황화구리 분말 70~85 중량%를 서서히 후 투입하면서 30 내지 90분간 혼합하며 반죽하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 (C)단계는 반죽물을 냉동기에 투입하여 경화시킨 다음, 빙수기에 투입하여 미립자로 갈아내는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 (D)단계는 반죽물 20~30 중량%와 폴리아미드 70~80 중량%를 배합기에 투입한 다음, 700 내지 1000RPM으로 교반시켜 혼합하는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 분말 처리된 황화구리 입자의 크기를 초미립자로 축소시키고, 입자의 형태를 찌그러진 타원형 또는 각형으로 개질하는데 이어 황화구리와 분산제를 반죽기로 치대듯이 선 배합한 상태에서 원사의 주원료와 후 혼합한 다음 압출성형 함에 따라 15% 이상의 고농도와 20g 이상의 고분산성을 가져 항균력과 소취성을 탁월하게 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 간략하게 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 반죽기를 나타내는 참고사진.
도 3은 본 발명에 따른 반죽물이 냉동 경화된 상태를 나타내는 참고사진.
도 4는 본 발명에 따른 압출과정을 나타내는 참고사진.
도 5는 본 발명에 의한 방법으로 제조된 마스터 배치를 나타내는 참고사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 항균력과 소취성을 부여하는 황화구리(CuS)가 첨가된 기능성 원사용 마스터 배치를 제조하는 방법에 관련되며, (A)단계 내지 (E)단계를 거쳐 15% 이상의 고농도 황화구리와 20g 이상의 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법에 관한 것이다.

-(A)단계-

(A)단계는 분말 처리된 황화구리를 air-jet 건식밀링기에 투입하여 입자의 크기와 형태를 개질한다. air-jet 건식밀링기는 강한 공기의 압력을 분사하여 황화구리의 입자끼리 서로 부딪히게 작용한다. 즉, 건식밀링기는 황화구리 입자의 크기를 0.3 내지 4.0㎛의 초미립자로 전환하고, 입자의 형태를 균일한 구형에서 찌그러진 타원형 또는 각형으로 변형시킨다. 따라서 황화구리의 입자가 초미립자로 전환됨으로서 분산성이 향상되고, 입자의 표면이 거칠면서 넓어져 황화구리가 가진 효과를 배가시켜준다.

-(B)단계-

(B)단계는 입자가 개질된 황화구리 분말과 분산제를 반죽기로 반죽하는 과정이다. 분산제는 코-폴리에스터계(co-polyester, 상품명: KR-9SA, EH-100, Ceridust5551 중 1종 이상)를 이용하는 것이 좋다. 즉, 분산제 15~30 중량%를 도 2와 같은 반죽기에 선 투입한 다음, 입자가 개질된 황화구리 분말 70~85 중량%를 서서히 후 투입하면서 30 내지 90분간 혼합하며 반죽한다. 바람직하게는 선택된 분산제 23 중량%를 반죽기에 선 투입한 다음, 황화구리 분말 77 중량%를 서서히 후 투입하면서 60분간 혼합하며 반죽한다. 따라서 기존의 기능성 첨가제인 황화구리와 분산제 그리고 원사의 주원료인 폴리아미드를 동시에 혼합해 조성하는 것이 아니라 황화구리와 분산제를 반죽기로 혼합한 가 마스터 배치(반제품)를 제조한 이후에 후속단계에서 최종 마스터 배치(완제품)을 제조함으로서 고농도와 고분산성을 가지도록 할 수가 있다.

-(C)단계-

(C)단계는 (B)단계를 거친 반죽물을 냉동기에 투입하여 도 3처럼 플레이크 형태로 경화시키는 과정이다. 여기서 경화된 플레이크 형태의 반죽물을 빙수기에 투입하여 미립자로 갈아내는 것이 좋다. 따라서 플레이크 형태의 반죽물은 보관이 용이할 뿐만 아니라 후속하는 단계에서 정량으로 사용할 수가 있는 것은 물론, 미 개질된 황화구리의 입자를 재차 개질할 수가 있다.

-(D)단계-

(D)단계는 (C)단계에 의한 반죽물과 원사의 주원료인 폴리아미드(polyamide, 나일론)를 배합기로 혼합하는 과정이다. 즉, 냉동 또는 해동된 반죽물 20~30 중량%와 폴리아미드 70~80 중량%를 배합기에 투입한 다음, 700 내지 1000RPM으로 교반시켜 고르게 혼합한다. 바람직하게는 반죽물 20 중량%와 폴리아미드 80 중량%를 혼합하는 것이 좋다.

-(E)단계-

(E)단계는 (D)단계의 혼합물을 용융, 압출, 냉각, 절단하여 마스터 배치를 완성하는 과정이다. 즉, 혼합물을 호퍼에 투입한 다음, 150℃의 온도에서 용융, 압출되면서 160℃의 다이스를 통과해 압출된다. 여기서 압출 시 혼합성을 위해 트윈 스크류로 압출하는 것이 좋고, 압출 과정에서 미 개질된 입자들이 걸러지도록 360메시 이하의 스크린필터를 거치도록 하는 것이 좋다. 이어서 다이스를 통과한 혼합물은 도 4처럼 소정 직경의 줄 형으로 성형되고, 성형된 혼합물은 냉각, 절단되어 도 5처럼 펠릿형태의 마스터 배치가 완성된다.

이하, 본 발명에 따른 제조방법의 효과가 유효한지 실험을 통해 알아보도록 한다.

<<실험방법>>

기존의 방법으로 제조된 마스터 배치(비교예)와 본 발명의 방법으로 제조된 마스터 배치(실시예)의 분산지수(Dispersion Index)와 Ash함량의 차이를 분석하였다. 최종 마스터 배치의 황화구리 농도는 모두 15%가 되도록 맞추었으며, 분석은 각 마스터 배치를 무작위로 추출하여 동 조건으로 3차례씩 분석하였다.

<시료제작>

비교예는 7 내지 40㎛ 입자 크기의 황화구리 분말 15 중량%와, 코-폴리에스터계(co-polyester) 분산제 10 중량%와, 폴리아미드 75 중량%를 배합기에 투입한 다음, 1000RPM으로 교반한 마스터 배치 원료를 제조하였다.

실시예는 0.3 내지 4.0㎛의 입자 크기와 입자의 형태를 찌그러진 타원형 또는 각형으로 변형한 황화구리 분말 77 중량%와, 코-폴리에스터계(co-polyester) 분산제 23 중량%를 반죽기로 반죽한 다음, 냉각 경화된 반죽물 20 중량%와 폴리아미드 80 중량%를 배합기에 투입한 다음, 1000RPM으로 교반한 마스터 배치 원료를 제조하였다.

각 방법으로 제조된 마스터 배치 원료는 150℃의 온도에서 용융, 압출하면서 160℃의 다이스를 통과시킨 다음, 냉각, 절단하여 3㎤크기의 마스터 배치 시료를 완성하였다.

<실험조건>

분산지수는 표 1처럼 Orifice 2개 사이에 screen mesh를 삽입 후, M/B 시료를 cylinder 사이에 투입한다. 그리고 Piston를 끼운 후 10kg의 하중으로 눌러 screen mesh를 통과하여 나오는 시료를 무게(g)을 측정하였다.

Ash함량은 표 2처럼 동 체적의 M/B 시료를 전기로에 투입한 다음, 내부를 230℃로 가열하여 그을음이 없어 질 때까지 태웠다. 그리고 타고 남은 Ash에 포함되는 황화구리의 함량(%)을 측정하였다.

<실험결과>

시료	Ash/함량 (%)	Dispersion/분산지수(g)
비교예1	12.5	9
비교예2	16.9	8
비교예3	13.1	7
실시예1	15.8	19
실시예2	16.0	20
실시예3	14.5	18

분석결과 표 3과 같이 비교예는 평균 14.1%의 Ash함량과, 평균 9g의 분산지수를 보였고, 실시예는 평균 15.4%의 Ash함량과, 평균 19g의 분산지수를 보였다. 즉, 실시예는 목표로 하는 15% 이상의 고농도 황화구리와 20g 이상의 고분산성을 달성한 반면에 비교예는 목표로 하는 고농도와 고분산성을 달성하기엔 미흡하다는 것을 알 수가 있다.

이러한 점을 비추어 볼 때, 15% 이상의 고농도와 20g 이상의 고분산성을 가지는 마스터 배치는 분말 처리된 황화구리 입자의 크기를 초미립자로 축소시키고, 입자의 형태를 찌그러진 타원형 또는 각형으로 개질하는데 이어 황화구리와 분산제를 반죽기로 치대듯이 선 배합한 상태에서 원사의 주원료와 후 혼합한 다음 압출 성형을 통해 가능하다는 결과를 도출할 수가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims

항균력과 소취성을 부여하는 황화구리(CuS)가 첨가된 기능성 원사용 마스터 배치를 제조하는 방법에 있어서:
(A) 상기 황화구리 분말의 입자를 개질하는 단계;
(B) 상기 개질된 황화구리 분말과 분산제를 반죽기로 반죽하는 단계;
(C) 상기 반죽물을 냉동기에 투입하여 소정 크기로 경화시키는 단계;
(D) 상기 경화된 반죽물과 폴리아미드(polyamide)를 배합기로 혼합하는 단계;
(E) 상기 혼합물을 용융, 압출, 냉각, 절단하여 마스터 배치를 완성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (A)단계는 준비된 황화구리 분말을 air-jet 건식밀링기로 분쇄하여 입자의 크기를 0.3 내지 4.0㎛의 초미립자로 전환하고, 입자의 형태를 균일한 구형에서 찌그러진 타원형 또는 각형으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (B)단계는 코-폴리에스터계(co-polyester) 분산제 15~30 중량%를 반죽기에 선 투입한 다음, 입자가 개질된 황화구리 분말 70~85 중량%를 서서히 후 투입하면서 30 내지 90분간 혼합하며 반죽하는 것을 특징으로 하는 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (C)단계는 반죽물을 냉동기에 투입하여 경화시킨 다음, 빙수기에 투입하여 미립자로 갈아내는 것을 특징으로 하는 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (D)단계는 반죽물 20~30 중량%와 폴리아미드 70~80 중량%를 배합기에 투입한 다음, 700 내지 1000RPM으로 교반시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 고농도 고분산성을 가지는 황화구리가 함유된 원사용 마스터 배치의 제조방법.
삭제