KR102213847B1 - 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법 - Google Patents

고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) 액상의 무기인계 난연제를 압출기 선단에 제공하는 단계; (2) 고분자 칩을 상기 (1)단계의 압출기 선단으로부터 공급된 액상의 무기인계 난연제와 혼합하여 용융압출하는 단계;로 구성되되, 상기 고분자 칩은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, PBT, 나일론 중 어느 하나이며, 상기 용융압출 중 생성되는 수분 및 휘발물질을 자동배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 과정이 포함되며, 상기 무기인계 난연제는 트리클로로이소프로필 포스페이트(Tri(chloroisopropyl) phosphate, TCPP), 트리에틸 포스페이트(Triethyl phosphate,TEP), 트리메틸 포스페이트(Trimethyl phosphate, TMP) 중 적어도 어느 하나인 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법에 대한 것이다.

Description

고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법{High Strength, High Flame Retardant Hybrid Fiber Materials Manufacturing Method}
본 발명은 고난연성을 갖는 고강도 하이브리드 섬유제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고농도의 친환경 무기인계 액상난연 첨가제를 용융압출시 유기고분자 원료에 투입하는 제조과정의 특성으로 고강도의 물성발현 및 고난연의 특성을 갖는 하이브리드 섬유소재 제조에 관한 것이다.
옥외에서 사용되는 산업용 섬유 및 섬유소재는 난연성을 갖게 하기 위해 섬유의 표면에 난연특성을 갖는 PVC 등과 같은 고분자를 코팅하거나 할로겐계 난연유제와 같은 제제를 코팅하여 그 성능을 확보하고 차단커튼, 바닥재, 등의 생활소재를 비롯 건설현장의 안전망 및 보호망, 대형 선박용 로프, 자동차용 호스, 재봉사, 안전벨트 등의 다양한 산업환경에서 사용이 되고 있다. 최근에는 공정단순화를 통한 비용절감, 섬유 본래 상태에서의 기능화 통한 제품화 및 사용이 되고 있다.
이러한 방법에 있어 기존에는 섬유 고분자 내부에 난연 마스터 배치를 적용하여 제조하는 방법이 널리 알려졌으며, 이는 용융고분자를 이용한 난연 제품을 만드는데 가장 용이하고 많이 사용되고 있는 제조방법이다.
하지만, 마스터 배치 사용을 이용한 난연화 과정 중 발생될 수 있는 난연제의 분산성 문제, 물성저하, 캐리어 레진 또는 난연성을 향상시키는 기능성 제제의 재압출로 인한 기능성 성능저하 특히 무기계 난연원료인 인계의 경우 수분에 매우 취약하여, 공정투입 시 결정화와 오랜 건조시간이 필요하며 투입시의 수분에도 매우 민감하게 작용하게 된다.
이러한 다양한 문제를 내포하고 있으며, 본 발명은 이러한 문제를 개선 제조단계에서 난연 마스터배치 사용시보다 우수한 물성, 제조비 절감, 난연성을 가지는 제조하는 방법으로 액상 난연 제제를 용융압출 시 투입하여 제조하는 방법이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 제조과정이 친환경적이며, 생활용 제품 및 다양한 산업용도에 적합한 물성발현이 가능하고, 우수한 고난연 특성을 갖는 섬유소재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 (1) 액상의 무기인계 난연제를 압출기 선단에 제공하는 단계; (2) 고분자 칩을 상기 (1)단계의 압출기 선단으로부터 공급된 액상의 무기인계 난연제와 혼합하여 용융압출하는 단계;로 구성되되, 상기 고분자 칩은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, PBT, 나일론 중 어느 하나이며, 상기 용융압출 중 생성되는 수분 및 휘발물질을 자동배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 과정이 포함되며, 상기 무기인계 난연제는 트리클로로이소프로필 포스페이트(Tri(chloroisopropyl) phosphate, TCPP), 트리에틸 포스페이트(Triethyl phosphate,TEP), 트리메틸 포스페이트(Trimethyl phosphate, TMP) 중 적어도 어느 하나인 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르 칩에 액상의 무기인계 난연제가 0.1~5.0wt%로 혼합된 것에 특징이 있는 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 섬유제조방법으로 생산된 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고강도 고난연성 하이브리드 섬유는 강도 6.0g/d 내지 9.0g/d인 것에 특징이 있는 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재를 제공한다.
본 발명은 고농도의 친환경 무기인계액상 난연제 첨가제를 용융압출시 원료에 투입하는 제조과정의 특징으로 친환경적이며, 생활용 제품 및 다양한 산업용도에 적합한 물성발현이 가능하고, 고강도의 우수한 고난연 특성을 갖는다.
도 1은 본 발명인 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법의 일 예에 대한 순서도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해사용된다.
1. 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법
도 1은 본 발명인 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법의 일 예에 대한 순서도이다.
본 발명은 일예로 (1) 액상의 무기인계 난연제를 압출기 선단에 제공하는 단계; (2) 고분자 칩을 상기 (1)단계의 압출기 선단으로부터 공급된 액상의 무기인계 난연제와 혼합하여 용융압출하는 단계로 구성될 수 있다.
상기 고분자 칩은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, PBT, 나일론 중 어느 하나이다.
마찬가지로 상기 (2)단계에서 용융압출 중 생성되는 수분 및 휘발물질을 자동배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 과정이 포함된다.
폴리에스테르 섬유의 고난연성을 부여하기 위해 액상의 무기인계 난연제는 트리클로로이소프로필 포스페이트(Tri(chloroisopropyl) phosphate, TCPP), 트리에틸 포스페이트(Triethyl phosphate,TEP), 트리메틸 포스페이트(Trimethyl phosphate, TMP) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
폴리에스테르 칩과 혼합되는 액상의 무기인계 난연제는 0.1~5.0wt%로 혼합될 수 있다. 상기 난연제의 함유량이 5.0wt% 초과 경우 압출기 피딩(feeding)에 문제가 발생될 수 있으며, 0.1wt% 이하 사용시에는 일정 기준의 난연성을 확보하기 어렵다.
또한 액상의 무기인계 난연제는 수분율은 약 1,000ppm으로, 폴리에스테르 칩인 고분자 용융시 가수분해를 촉진하고 그 밖에 높은 온도에서의 휘발물질발생 가능하기 때문에 섬유용으로 사용에는 수분 및 기타 물질에 대한 정제가 필요하다. 고분자 용융압출 적용시 영향을 주지 않도록 자동 배출장치(벤트. vent)를 추가구성하여 수분 및 휘발물질로 인한 영향을 최소화할 수 있다.
또한 폴리에스테르 칩 및 난연제를 공기중에 노출되지 않도록 밀봉된 주입장치 사용하고 폴리에스테르 고유점도(I.V.) 0.8 이상으로 고상중합된 고상칩의 무게비 0.1~5.0% 로 기어펌프방식으로 공급된 난연제와 혼합하여 용융압출한다.
상기 용용압출방법으로 제조된 고강도 고난연성 하이브리드 섬유는 섬도가 100~2,000데니어로 제조될 수 있으며, 최종 강도는 산업용 적용이 가능한 6.0g/d 이상이며, 함량 및 성능 최적화를 통해 강도 8.0g/d 이상의 물성을 갖는 것을 특징으로 한다.
<실시예 및 비교예>
수분이 30PPM 이하로 제어된 폴리에스테르 고유점도 IV 0.8 칩을 압출기에서 290℃에서 용융 노즐직경 0.4Ø 192HOLE 구금을 이용방사 후 연신, 열고정, 권취 과정을 거쳐 원사를 제조하였다. 이때 방속은 600m/min이며, 권취속도는 3,000m/min으로 연신비는 약 5.0배이다. 다만 액상제의 농도를 높일수록 용융점도 조절을 위해 최대 10℃까지 하향 조정하였으며, 방사 후드의 온도는 약 300℃ 수준으로 변화시키지 않았다. 연신 및 열고정을 위해 Heated Godet Roller를 사용하였으며 1단의 온도는 90℃, 2단은 120℃, 3~5단은 150~200℃ 수준으로 저수축인 아닌 고강도 타입으로 연신비율 및 온도를 미세조정 제사하였다. 이때 압출기 feeding 부에 0.1~5.0wt%로 높은 물성 및 안정적인 난연특성을 확보하기 위해서는 바람직하게는 1.0~4.0wt% 투입을 하는 것이 확인되었다. 더욱더 구체적으로는 하기 표1에 정리하였다. 사용된 액상 난연제는 TEP로 C6H15O4P의 화학식을 갖는다.이때 사용된 TEP의 인함유량은 170,000ppm이며, 이를 2.3wt%첨가 최종 인함량은 산업용 건축안전망 섬유소재에 적합한 약 4,000ppm으로 한다.
<평가 방법>
1.원사의 강도 측정방법
원사를 표준상태인 조건, 즉 온도 25℃ 와 상대습도 65%인 상태의 항온항습실에서 24시간 동안 방치한 후에 ASTM D885의 방법으로 인장시험기를 통해 측정하였다.
2. 난연성 평가 (KS F 8081)
얇은 포에 대한 방염평가 규격으로 45도의 경사면에 위치한 시료 가운데에 마이크로 버너를 이용하여 착염하고, 잔진, 잔염, 및 탄화거리를 측정하여 불합판정을 하였다.
1개의 시료당 3회 측정하며 잔염시간 3초이내, 잔진시간 5초이내, 탄화거리 20cm 미만의 기준을 만족하는 경우 합격 판정하였다.
구분 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
액상난연제 첨가 인함량 (ppm) 4,100 2,000 - 4,000 - 30,200
고체난연제 첨가 인함량 (ppm) - - 4,200 - 2,100 -
Vent 유무 O O - X - O
공정성(O,△,X) O O △ O O X
(압출불가)
강도(gf/d) 8.3 8.4 7.4 7.6 7.7 -
외관 및 모우
(O,△,X)		 O O △ △ O -
난연성
(pass & fail)		 pass pass pass pass fail -
실시예 1과 같이 액상적용 인함량 4,100ppm 넣은 경우 고체타입의 MB 4,200ppm 보다 동일한 제조 조건에서 8.3g/d 수준의 높은 물성을 보였으며, 난연성 또한 실시예 2와 비교예 3의 예와 같이 고체 타입보다 높은 분산성 및 균일성으로 인해 우수한 난연성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
다만, 액상난연제 사용 시, boiling point가 215~216℃로 Feeding 시 발생되는 Gas문제와 더불어 그 효과를 높이기 위해서는 실시예 1, 2와 같이 자동배출장치가 필요하다. 비교예 2와 같이 자동배출장치를 하지 않을 경우 액상에 포함된 수분 및 기타 휘발성분의 영향으로 물성에 영향을 주기 때문이다. 더불어 실시예 4와 같이 아주 높은 농도의 인함량을 갖도록 하는 경우 즉 10,000ppm 이상의 경우 액상으로 인한 압출 시 슬립에 유의 해야한다. 단 농축된 인의 함량이 높을 경우 5.0wt% 이내에서 인 함유량을 높일 수 있다. 최적화된 조건으로 최종 하이브리드된 섬유소재의 인함량 기준 약 2,000 ~7,000ppm 수준의 인함량을 갖도록 상용화된 제품기준 120,000~ 200,000ppm 액상제를 적용 제조하는 것이 바람직하다. 이에 본제품의 특징은 그 어떤 조직이든 중저밀도 하이브리드 복합난연소재 제품에 적용이 용이한 제품으로 그 응용이 다양하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (4)

  1. (1) 액상의 무기인계 난연제를 압출기 선단에 제공하는 단계;
    (2) 고분자 칩을 상기 (1)단계의 압출기 선단으로부터 공급된 액상의 무기인계 난연제와 혼합하여 용융압출하는 단계;로 구성되되,
    상기 고분자 칩은 폴리에스테르 수지이고,
    상기 고분자 칩에 액상의 무기인계 난연제가 0.1~5.0wt%로 혼합되며,
    상기 액상의 무기인계 난연제의 인함량이 2,000~4,000ppm이고,
    상기 용융압출 중 생성되는 수분 및 휘발물질을 자동배출장치를 이용하여 외부로 배출하는 과정이 포함되며,
    상기 무기인계 난연제는 트리클로로이소프로필 포스페이트(Tri(chloroisopropyl) phosphate, TCPP), 트리에틸 포스페이트(Triethyl phosphate,TEP), 트리메틸 포스페이트(Trimethyl phosphate, TMP) 중 적어도 어느 하나인 강도 8.3~8.4 gf/d의 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항의 섬유제조방법으로 생산된 고강도 고난연성 하이브리드 섬유소재.
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH1161567A (ja) * 1997-08-18 1999-03-05 Nippon Ester Co Ltd 粉体含有ポリエステル繊維の溶融紡糸方法
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