KR102343972B1 - 정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 직물의 제조 방법, 및 주름 가공 가능한 텍스타일 직물 - Google Patents

정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 직물의 제조 방법, 및 주름 가공 가능한 텍스타일 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 제품의 제조 방법, 및 주름 가공 가능한 텍스타일 제품에 관한 것이다. 적어도 두 개의 개별 다이들을 사용하며, 용융 방사 공정을 사용하여 하나의 다이로 미세한 섬유를 제조하고 하나의 다이로 거친 섬유를 제조한다. 거친 섬유의 제조에 사용되는 제1 다이는 동심 오리피스를 적어도 갖는다. 공정 과정에서 적어도 일부 구역에서 미세한 섬유 및 거친 섬유를 혼합하며, 또한 극성 액체의 도움으로 정전기적으로 대전시킨다. 텍스타일 제품을 사용하여 0.2를 초과하는 품질 인자를 갖는 섬유를 제조할 수 있다.

Description

정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 직물의 제조 방법, 및 주름 가공 가능한 텍스타일 직물{METHOD FOR PRODUCING A FOLDABLE TEXTILE FABRIC WITH ELECTROSTATICALLY CHARGED FIBERS, AND A FOLDABLE TEXTILE FABRIC}
본 발명은 정전기적으로 대전된(electrostatically charged) 섬유를 갖는 주름 가공 가능한(pleatable) 텍스타일 제품의 제조 방법, 및 본 발명에 따른 방법에 의해 바람직하게 제조된 주름 가공 가능한 텍스타일 제품에 관한 것이다. 텍스타일 제품은 주로 심층여과 필터(depth-filter) 재료로 사용된다. 이러한 심층여과 필터 재료가 사용되는 필터는 대개 매우 우수한 여과 특성을 특징으로 한다.
선행 기술로부터, 특히 여과 기술 분야로부터, 적어도 영역별로 혼합(co-mingling)되어 있는 2종의 섬유 유형으로 이루어진 바이모달 부직물(bimodal nonwoven)이 명명되고 있는 바와 같이 이미 알려져 있다. 두 가지 섬유 유형은 평균 직경이 상이하며, 즉, 바이모달 부직물은 거친 섬유와 미세한 섬유로 이루어지고 이들은 적어도 영역별로 집중적으로 혼합되어 있다.
이러한 종류의 바이모달 부직물을 필터 재료로서 사용하는 경우, 더 미세한 섬유는, 특히 더 미세한 입자를 여과하는 역할, 즉 더 미세한 입자에 대한 여과 효율을 향상시키는 역할을 한다. 거친 섬유는, 첫 번째로, 보다 거친 입자를 여과하고, 두 번째로, 바이모달 부직물에 충분한 기계적 안정성을 부여하는 역할을 한다. 또한 이러한 배열은, 이러한 종류의 부직물에서, 보다 미세한 섬유가 거친 섬유와 혼합되어 있어서 보다 미세한 섬유들이 서로 충분이 떨어져 있음을 보장한다. 보다 미세한 섬유로만 이루어진 부직물에서, 미세한 섬유들은 서로 너무 가깝게 존재하고, 즉, 필터에서 사용될 때, 이러한 종류의 부직물은 지나치게 큰 압력 강하를 유발할 수 있으며, 필터는, 분진 또는 입자-함유 매체 여과시 항상 매우 빨리 막힐 것이다.
US 2008/0026659 A1에는 상이한 모세관 직경을 갖는 오리피스들을 갖는 단일 다이를 사용하여 바이모달 부직물을 제조하는 것이 개시되어 있다. 이러한 다이의 주요 기능으로 인해, 보다 거친 섬유와 보다 미세한 섬유의 평균 직경이 크게 상이하지 않은 바이모달 부직물을 제조하는 것만이 가능하다. 또한, 모든 오리피스는 사용된 다이의 너비에 걸쳐 단일 열(single row)로 배열된다. 결과적으로, 두 가지 섬유 유형은 항상 다이로부터 대체로 동일한 위치에서 서로 평행하게 나타난다. 따라서, 실제로, 두 가지 섬유 유형의 혼합에 영향을 미치는 것은 불가능하다.
US 8,372,175 B2 및 동일한 특허 구성원인 US 2008/022643 A1에는 보다 거친 섬유가 방사결합(spunbonding) 공정에 의해 제조되고 보다 미세한 섬유가 용융취입(meltblown) 공정에 의해 제조되며 두 가지 섬유 유형을 생성 공정 과정에서 혼합하는, 필터 재료의 제조 방법이 개시되어 있다. 부직물의 제조 후에, 이의 섬유는, 코로나 방전에 의해 또는 하이드로대전(hydrocharging)으로 알려진 것에 의해, 정전기적으로 대전될 수 있다. 방사결합 공정의 통상적인 낮은 필라멘트 속도 특성은, 용융취입 공정의 통상의 높은 필라멘트 속도와는 분명히 상이하며, 즉, 필라멘트 속도들은 서로 매우 상이하다. 또한, 용융취입 공정에서의 상당히 큰 공기 속도는 필라멘트 어레이에 현저한 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 섬유 혼합 동안에 매우 강한 난류가 발생하여, 이 방법으로 고품질의 균일한 부직물을 생성할 수 없게 될 수 있다. 또한, 하나 또는 2개의 상이한 엑손(Exxon) 다이가 사용되는 용융취입 공정에 의해 보다 거친 섬유와 보다 미세한 섬유가 제조되는 공정이 개시되어 있다.
엑손(Exxon)형 오리피스로도 불리는 오리피스의 선형 배열을 갖는 다이가 알려져 있다(이하, 엑손 다이(Exxon die)). 동심원으로 오리피스가 배열된 다이(이하, 동심 오리피스(concentric orifice)를 갖는 다이)도 알려져 있다. 비악스(Biax) 다이(제조사 이름을 따서 명명됨)는 동심 오리피스의 특별한 구성을 갖고 있다.
DE 10 2006 013 170 A1에는, 보다 미세한 섬유는 하나의 다이로 제조되고 보다 거친 섬유는 나머지 다이로 제조되는, 두 개의 엑손 다이를 사용하여 바이모달 부직물을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 공정 과정에서 섬유를 전기적으로 대전시킨다거나 보다 미세한 섬유와 보다 거친 섬유에 대해 상이한 중합체 유형들을 사용한다는 제안은 없다.
WO 2015/195648 A2에는, 보다 거친 섬유는 동심 노즐을 갖는 다이로 제조되고 보다 미세한 섬유는 엑손형 또는 동심 오리피스일 수 있는 또 다른 다이로 제조되는, 바이모달 부직물을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 바이모달 부직물에서 섬유의 전기 대전(electric charging)은 여기서 고려되지 않는다.
필터 재료 내의 섬유가 정전기적으로 대전될 수 있는 방법이 추가로 공지되어 있다. 섬유를 정전기적으로 대전하면, 특히 미세한 입자와 관련하여, 여과 재료의 여과 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 이는, 정전기적으로 대전된 섬유에 가까이 있는 입자가 이의 전기장에 의해 끌어 당겨지고 결과적으로 필터에 의해 저지될 수 있는 반면, 이에 반해, 해당 입자는 대전되지 않은 섬유의 경우에는 저지되지 않을 것이기 때문이다. 미세 입자가 미세한 섬유에 의해서만 여과될 수 있는 기계적 여과 원리는 이에 따라 보정할 필요가 있으며, 미세 입자는 또한 전기적으로 대전된 거친 섬유에 의해 여과될 수 있다.
하나의 공지된 방법은 코로나 방전에 의해 섬유를 대전하는 것이다. 그러나, 코로나 방전을 사용하는 현재 공지된 방법은 섬유의 매우 강력하고/효과적인 정전기 대전을 허용하지 않는다.
또 다른 방법에 따르면, 섬유는 전기적으로 대전된 액적을 사용하여 레나르트(Lenard) 효과(하이드로대전; EP 2 609 238 B1 참조)의 도움으로 대전된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 바람직하게는 적층 구조 및/또는 점차적으로 변화하는 섬유-직경 크기를 갖는 일렉트렛 필터(electret filter)용 필터 재료로서 사용하기 위해, 주름 가공 가능한 텍스타일 제품을 단일 단계에서 제조할 수 있는 방법을 밝혀내는 것이다. 그 의도는 반영구적 정전기 대전(semipermanent electrostatic charge)을 섬유에 부여하는 것이다.
정전기적으로 대전된 텍스타일 제품의 제조 방법은 적어도 두 개의 개별 다이들을 수반하는 오리피스 구성을 사용하여 수행된다. 이 방법은 바람직하게는 정확히 두 개의 다이에 의해 수행되지만, 세 개 이상의 다이를 특별한 용도로 사용할 수 있다.
선행 기술로부터 알려진 용융취입 방사 공정(용융 방사 공정), 예를 들면 또한 Spun-Blown® 방사 공정이 다이에 의해 수행된다. 제1 다이는 예를 들면 비악스형의 동심 오리피스를 항상 갖는다. 제2 다이(및 제3/추가의 다이(들)일 수 있음)로서, 선형 배열의 오리피스(엑손형) 또는 예를 들면 비악스형의 동심 오리피스를 갖는 다이를 임의로 사용할 수 있다.
용융취입 방사(용융 취입) 공정 동안에, 중합체 용융물이 다이의 모세공(capillary opening)을 통해 강제된다. 중합체가 모세공으로부터 배출됨에 따라, 중합체는 가스 스트림, 대체로 공기 스트림에 포착되어 매우 빠른 속도로 이동한다. 배출된 중합체는 가스 스트림으로부터 끌려가서 관련된 모세공/모세관의 직경보다 실질적으로 더 작은 직경을 갖는 중합체 섬유로 끌어당겨진다. 용융 취입은 비교적 긴 트레드(thread) 길이(즉, 비교적 긴 섬유)를 생성시킨다. 그러나, 방사결합 공정과 비교하여, 필라멘트 파단이 상당히 많이 발생할 수 있다.
이 방법을 수행하기 위해, 제1 중합체의 용융물을 압출하여 제1 다이의 도움으로 제1 섬유 유형의 섬유를 형성한다. 제2 다이의 도움으로, 제2 중합체의 용융물을 용융취입 방사 공정에 의해 압출하여 제2 섬유 유형의 섬유를 형성한다. 요구되는 경우, 제3 중합체를 압출하여 제3 다이에 의해 제3 섬유 유형의 섬유를 형성한다. 추가의 다이에 의해 추가의 섬유 유형의 섬유를 압출할 수 있다.
본 발명에 따른 텍스타일 제품은 수집 장치(collecting device)에 의해 모든 섬유 유형의 섬유들로부터, 그러나 적어도 제1 섬유 유형의 섬유 및 제2 섬유 유형의 섬유로부터 성형된다. 공정 매개변수는, 제1 섬유 유형의 섬유가 제2 섬유 유형의 섬유보다 큰 평균 섬유 직경을 갖고 제1 섬유 유형의 섬유 직경의 평균이 10㎛보다 크도록 선택된다.
본 발명에 따라, 제1 섬유 유형의 섬유는, 적어도 일부에서는, 텍스타일 제품의 성형 전에 또는 성형 동안에 수집 장치에 의해 제2 섬유 유형의 섬유와 혼합한다. 또한, 적어도 트레드 형성 동안 및/또는 인발 동안에, 제1 섬유 유형의 섬유 및/또는 제2 섬유 유형의 섬유는 극성 액체로(바람직하게는 미세한 액적 형태의 물로) 처리한다.
본 발명의 방법은 보다 거친 섬유 및 보다 미세한 섬유의 층상 구조를 갖고/갖거나 점진적으로 변하는(즉, 연속으로 등급화되는) 비율을 갖는 텍스타일 제품을 단일 단계 공정으로 제조할 수 있게 한다. 또한, 섬유는 강력하게/효과적으로 정전기적으로 대전될 수 있다. 예를 들면 비악스형의 동심 오리피스를 갖는 다이는 보다 거친 섬유의 제조에 사용되므로, 보다 거친 섬유는 엑손 다이가 사용된 경우보다 큰 직경을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 주름 가공 가능한 텍스타일 제품은 용융 방사(melt spinning) 공정으로 제조된 섬유들로 이루어진다. 이들 섬유는 제1 중합체의 섬유로 이루어진 제1 섬유 유형, 및 제2 중합체의 섬유로 이루어진 제2 섬유 유형으로 구성된다. 제1 섬유 유형의 섬유의 평균 직경은 제2 섬유 유형의 평균 직경보다 크다. 적어도 텍스타일 제품의 일부 체적에서, 제1 섬유 유형의 섬유의 비율 및 제2 섬유 유형의 섬유의 비율은 텍스타일 직물의 단면적에 걸쳐 구배(gradient)를 나타낸다(등급화된다). 제1 및/또는 제2 섬유 유형의 섬유들 중 적어도 일부는 정전기적으로 대전된다.
텍스타일 제품을 필터 재료로 사용하면 높은 여과 효율 및 높은 입자-보유능(holding capacity)(공기 필터의 경우 높은 분진-보유능)을 나타내는 향상된 필터를 제조할 수 있게 된다. 또한, 보다 거친 섬유의 직경은, 필터 재료(부직 재료)를 기재, 예를 들면 방사결합된 부직물 없이도 사용할 수 있도록 충분히 큰 크기로 선택될 수 있다. 특히, 0.2를 초과하는 품질 인자(quality factor)가 달성 가능하다. 품질 인자 QF는 다음과 같이 규정된다.
QF = (-ln(NaCl% 투과율/100))/압력 강하(mmH2O))
"NaCl% 투과율"(대전되지 않은 필터의 투과 인자) 및 또한 압력 강하의 정확한 값은 2% NaCl을 사용하여 0.1m/s의 유속에서 TSI 모델 8130 필터 테스터로 측정할 수 있다.
수집 장치는 바람직하게는 흡입 수단이 구비된 이송 벨트 또는 이송 드럼이다. 제1 및 제2 섬유 유형의 섬유는 이송 벨트 또는 이송 드럼의 흡입 수단에 의해 흡입되어 이송 벨트/드럼 상에 함께 침착된다.
제1 섬유 유형의 섬유 및 제2 섬유 유형의 섬유를 포함하는 텍스타일 제품은 일반적으로 수집 장치에 의해, 두 가지 섬유 유형들의 혼합이, 섬유들을 수집하기 전 및/또는 수집하는 동안에, 예를 들면 섬유들을 수집 벨트 또는 수집 드럼 상에 침착시킴으로써 발생하도록 하는 방식으로 성형된다. 텍스타일 제품은 섬유의 수집에 의해 성형된다. 완성된 텍스타일 제품에서, 제1 섬유 유형의 섬유는, 적어도 일부에서는, 제2 섬유 유형의 섬유와 혼합된다. 그러나, 이러한 일부는 너무 작아서, 사실상 두 개(또는, 세 개 이상의 다이가 사용되는 경우에는 세 개 이상)의 개별 층들이 존재하며 이들은 매우 얇은 혼합 영역에 의해서만 함께 유지될 수 있다.
바람직하게는, 공정 매개변수, 예를 들면 제1 다이와 제2 다이의 방사 방향(spinning direction)들 사이의 각도 또는 다이와 수집 장치가 공간적으로 배치되는 방식은, 적어도 제조된 텍스타일 제품의 일부에서, 제1 섬유 유형의 섬유의 비율 및 제2 섬유 유형의 섬유의 비율이 등급화되도록 선택된다. 이러한 부분은 바람직하게는 텍스타일 제품의 체적의 적어도 50%, 90% 또는 98%로 확장된다.
텍스타일 제품이 정전기적으로 대전된 필터 매체를 위한 심층여과 필터 재료로 사용하기 위한 부직물인 경우, 구배는, 바람직하게는, 필터에서 업스트림 유동 측면을 의도하는 부직물의 측면에서, 보다 거친 섬유의 비율이 보다 미세한 섬유의 비율보다 높고, 청정 공기 측면을 의도하는 측면에서 보다 미세한 섬유의 비율이 보다 거친 섬유의 비율보다 높게 되도록 설계된다. 이러한 배열에 의해, 큰 비율의 거친 입자는 거친 입자 영역에 이미 보유되어 있는 반면 보다 미세한 입자는 보다 미세한 섬유의 비율이 비교적 높은 영역에서 우세하게 유지된다. 이는, 보다 미세한 섬유의 비율이 상대적으로 높은 영역이 거친 입자로 빠르게 막히지 않도록 한다. 섬유 직경 크기의 등급화된 분포로 인해, 인터페이스는 섬유 직경의 차이가 크게 되며, 이에, 입자들이 축적되어 궁극적으로 막힘을 야기하는 경향을 피하게 된다. 그 결과, 구조물의 거의 전체 단면이 여과에 사용된다.
본 발명에 따른 부직물이 주름가공된 필터의 제조에 사용되는 경우, 제조업자는 더 두꺼운 종래 제조된 부직물과 동일한 입자- 또는 분진-보유능을 갖는 더 얇은 부직물을 심층여과 필터 재료로서 선택할 수 있을 것이다. 주름가공된 필터의 경우, 주름의 접힌 부분(fold) 또는 돌출 부분(crest)은 여과에 기여하지 않거나 여과에 최소한으로만 기여한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 얇은 부직물로 제조된 필터의 여과 효과는 더 두꺼운 부직물로 제조된 필터의 여과 효과보다 우수하다. 이는, 여과에 비효과적인 주름의 접힌 부분/돌출 부분의 표면적이, 더 두꺼운 부직물의 경우보다 얇은 부직물의 경우에 더 작기 때문이다.
제1 섬유 유형의 섬유, 즉 보다 거친 섬유는 바람직하게는 섬유 직경의 평균 값이 15㎛ 이상, 25㎛ 이상 또는 50㎛ 이상이 되도록 방사된다. 섬유 직경의 평균 값은 예를 들면 10㎛ 내지 200㎛, 10㎛ 내지 60㎛ 또는 10㎛ 내지 30㎛ 범위일 수 있다. 섬유 직경의 평균 값은 바람직하게는 10㎛ 내지 60㎛ 범위이다.
제2 섬유 유형의 섬유, 즉 보다 미세한 섬유는 바람직하게는 섬유 직경의 평균 값이 11㎛ 미만, 5㎛ 미만 또는 3㎛ 미만이 되도록 압출된다. 가장 미세한 제2 섬유 유형의 섬유는 20nm 정도로 적은 최소 직경을 가질 수 있다.
두 가지 섬유 유형의 평균 직경은 두 가지 최대 값이 섬유 직경의 전체 분포에서 뚜렷하게 식별될 수 있도록 충분히 멀리 떨어져 있을 것이다. 이러한 종류의 섬유 분포는 "바이모달 섬유 분포"라고 불린다.
이러한 종류의 바이모달 섬유-직경 분포를 얻기 위해, 직경이 500 내지 850마이크로미터 범위인 오리피스를 갖는 제1 다이, 및 직경이 100 내지 500마이크로미터 범위인 오리피스를 갖는 제2 다이를 사용할 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하기 위해서는, (제1 및 제2 섬유 유형의 섬유를 위한 제1 및 제2 중합체로서) 2000 미만, 1000 미만, 500 미만 또는 300 미만의 용융 유동 지수(melt flow index)(이하 MFI)를 갖는 중합체를 선택하는 것이 유용한 것으로 입증되었다. 하지만, 엑손(Exxon)형 오리피스를 갖는 다이가 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 제조에 사용되는 경우, 제2 중합체로서 300보다 큰 용융 유동 지수를 갖는 중합체가 사용되는 것이 유리하다. MFI는, 가능하면, ISO 1133에 따라 결정되어야 한다. 그렇지 않으면 이는 ASTM D1238에 따라 결정되어야 한다. 아래의 표는 다양한 중합체에 대한 추가 표준 조건들을 열거한다. 두 가지 표준이나 표에 해당 중합체의 MFI를 결정하기 위한 표준 매개변수가 없는 경우, DIN 문고 "Thermoplastische Formmassen"(열가소성 성형 재료) CAMPUS 데이터베이스 또는 특정 중합체의 제조업자에 의해 공급되는 사양 시트(spec sheet)와 같은 기존 표들을 참조해야 한다. 복수의 매개변수 세트, 특히 복수의 시험 온도 및/또는 시험 하중이 하나의 동일한 중합체의 MFI를 결정하기 위해 종종 열거되기 때문에, 가장 높은 온도로 설정된 매개변수는 항상 그러한 경우에 선택되어야 하며, 가장 높은 온도 이외에도 가장 높은 시험 하중을 열거하는 매개변수 세트일 수도 있다.
표 1: 다양한 중합체의 MFI를 측정하기 위한 표준 매개변수
Figure 112020065672282-pat00001
폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리락타이드(PLA), 폴리아미드(PA) 또는 이들 중합체의 블렌드를 제1 중합체로서 유리하게 사용할 수 있다. 제2 중합체로서는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리락타이드(PLA), 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 이들 중합체의 블렌드를 사용하는 것이 바람직하다.
자유 라디칼들을 결합할 수 있는 적어도 하나의 첨가제, 즉 소위 자유-라디칼 스캐빈저(scavenger)를 함유하는 중합체를 제1 중합체 및/또는 제2 중합체로 사용함으로써, 특히 집중적이고 오래가는 정전하(static charging)가 달성될 수 있다. 자유-라디칼 스캐빈저로서, 예를 들면 입체 장애 아민(HALS: Hindered-Amine Light Stabilizer)으로 이루어진 그룹, 예를 들면 상품명 Chimasorb® 944로 알려진 아민으로부터의 물질을 사용할 수 있다. HALS에 대한 대안으로, 피페라진의 그룹 또는 옥사졸리돈의 그룹으로부터의 물질도 사용할 수 있다.
적어도 하나의 첨가제, 예를 들면 내부 슬립제(internal slip agent)(이동 보조제(migration aid))로 작용할 수 있는 스테아르아미드의 그룹으로부터의 물질을 함유하는 제1 중합체 및/또는 제2 중합체를 사용하는 것이 또한 유용한 것으로 입증되었다. 에틸렌 디스테아르아미드(일반적으로 에틸렌 비스(스테아르아미드)(EBS) 및 또한 상품명 Crodamide® EBS로 알려짐)가 특히 적합한 것으로 입증되었다.
자유-라디칼 스캐빈저로 작용할 수 있는 전술된 첨가제들 중 적어도 하나를 함유하고 동시에 내부 슬립제로 작용할 수 있는 전술된 첨가제들 중 적어도 하나를 함유하는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 첨가제는 폴리프로필렌과의 조합에 특히 효과적인 것으로 관찰되었다.
자유-라디칼 스캐빈저로 작용하는 물질은 비교적 오랜 기간 동안 정전하(electrostatic charge)를 결합할 수 있다. 내부 슬립제의 효과는, 용융된 중합체에 함유되어있을 때, 장기적으로 전하들을 결합할 수 있는 물질이 중합체의 표면으로 더 쉽게 이동할 수 있다는 점이다. 정전기 대전은 항상 표면에서 일어나므로, 더 큰 비율의 이들 물질이 정전하를 결합하는데 사용할 수 있다. 해당 물질은 (중합체 섬유의) 중합체의 내부에 있는 경우에는 사실상 아무런 영향을 미치지 않는다.
또한, 예를 들면 물리적으로 추가의 전하들을 결합시킬 수 있는 강유전성(ferroelectric) 세라믹 재료(예를 들면 티탄산바륨)와 같은 적어도 하나의 추가의 첨가제를 함유하는, 또는 관련 섬유 상에 이미 존재하는 전하가 재방출되는 것을 방지하는데 적합한(즉, 기존 전하를 실질적으로 보호하는) 추가의 첨가제를 함유하는, 제1 중합체 및/또는 제2 중합체를 사용할 수 있다. 플루오로화학물, 예를 들면 불소-함유 옥사졸리디논, 불소-함유 피페라진 또는 퍼플루오르화 알코올의 스테아레이트 에스테르가 이러한 목적을 위해 유리하게 사용될 수 있다.
필터를 추가로 향상시키기 위해, 초미세 섬유(즉, 1마이크로미터 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 섬유)를 제1 섬유 유형의 섬유 및/또는 제2 섬유 유형의 섬유에 첨가할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 스테이플 섬유(staple fibre)를 예를 들면 랜도 웨버(Rando Webber)에 의해, 또는 활성탄(activated charcoal) 입자와 같은 입자를 예를 들면 분사 트로프(strewing trough) 또는 슈트(chute)에 의해 제1 섬유 유형의 섬유 및/또는 제2 섬유 유형의 섬유에 첨가할 수 있다.
이러한 첨가는 본 발명에 따른 방법에서 수집 장치에서 텍스타일 직물을 성형하기 전 및/또는 성형하는 동안 수행된다. 초미세 섬유는 대체로 완성된 섬유/입자로서 첨가되지 않으며, 별도의 방적기(spinning unit)에 의해, 예를 들면 용액 취입(solution blowing) 방적기(이는, 이들이 첨가되기 직전에 초미세 섬유를 생성시킨다)에 의해 첨가된다.
본 발명은 이하 양태들에 근거하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 단일 열 구성의 비악스 다이를 갖는 용융 취입 설비의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 다중 열(multi-row) 구성의 비악스 다이를 갖는 용융 취입 설비의 구조를 도시한 개략도이다.
도 3은 하나의 엑손 다이 및 하나의 비악스 다이로 이루어진 다이 배열을 갖는 용융 취입 설비의 구조를 도시한 개략도이다.
도 4는 두 개의 비악스 다이로 이루어진 다이 배열을 갖는 용융 취입 설비의 구조를 도시한 개략도이다.
도 5는 비악스 다이와 용액 취입 방적기를 갖는 설비의 구조를 도시한 개략도이다.
도 6은 동일한 모세관 직경을 갖는 한 가지 종류의 동심 오리피스를 갖는 비악스 다이를 도시한다.
도 7은 상이한 모세관 및/또는 오리피스 덕트 및/또는 공기 출구 직경을 갖는 2개의 상이한 종류의 동심 오리피스들을 갖는 비악스 다이를 도시한다.
도 8은 2개의 다이를 갖는 용융 취입 설비의 기하구조를 도시한 개략도이다.
도 9는 층상 섬유질 플리스의 상부면(top side)의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 10은 층상 섬유질 플리스의 하부면(bottom side)의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 11은 부분 혼합(partial co-mingling)을 갖는 섬유질 플리스의 상부면의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 12는 부분 혼합을 갖는 섬유질 부직물의 하부면의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 13은 완전 혼합(thorough co-mingling)을 갖는 섬유질 플리스의 상부면의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 14는 완전 혼합을 갖는 섬유질 부직물의 하부면의 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다.
도 1은 단일 열 비악스 다이(1)를 갖는 용융 취입 설비의 개략도를 도시하며, 즉 비악스형 오리피스가 다이의 폭을 가로질러 일렬로 배열된다. 도 2는 다중 열 비악스 다이(2)를 갖는 유사한 배열을 도시한다.
도 1 및 도 2로부터 명백한 바와 같이, 용융 중합체(3)는 중합체 공급 라인(4)에 의해 다이에 공급되어 덕트(5)의 단부에서 재배출된다. 또한, 고온 압축 공기(6)가 비악스형 오리피스로 공급되어 출구(7)에서 고속 취입 공기(blowing air)(8)로서 재배출된다. 배출 중합체(3)는 고속 취입 공기(8)에 의해 포착되어, 배출 중합체(3)로부터 형성된 중합체 트레드가 감쇠되게 한다. 중합체 트레드가 덕트(5)로부터 배출된 직후에, 여기에, 정전기 대전(하이드로대전)을 일으키기에 충분한 양의 물을 분무 수단(9)에 의해 분무한다. 이어서, 중합체 섬유가 수집 벨트(10) 상에 침착된다.
도 3은 다중 열 비악스 다이(2) 및 엑손 다이(11)로 이루어진 다이 배열을 갖는 용융 취입 설비를 도시한다. 여기서, 생성된 두 가지 섬유 유형은 수집 드럼(12) 상에 침착된다. 도 4는 유사하지만 두 개의 다중 열 비악스 다이(2)를 갖는 용융 취입 설비를 도시한다. 이 설비는 랜도 웨버(13)를 또한 포함하며, 이에 의해, 생성되는 섬유가 이송 벨트 상에 침착되기 전에, 단섬유(short-cut fibre)(14)가 생성되는 섬유에 첨가될 수 있다. 랜도 웨버(13) 대신, 분사 트로프 또는 슈트를 통해 입자들을 블렌드하는 것도 가능하다.
도 5는 용액 취입 공정에 의해 보다 미세한 섬유가 제조되는 설비를 도시한다. 이 경우, 중합체 용융물(3) 대신 중합체 용액(15)을 사용하여 섬유를 제조한다.
도 6은 중합체의 배출면으로부터의 다중 열 비악스 다이(2)를 도시한다. 다이는 모세관과 동일한 크기의 비악스 오리피스 덕트(16)를 갖는 반면, 도 7은 모세관을 갖는 더 작은 비악스 오리피스 덕트(16) 및 (모세관을 갖는) 더 큰 비악스 오리피스 덕트(17)를 갖는 다중 열 비악스 다이(2)를 도시한다.
도 8은 제1 다이(18)와 제2 다이(19)를 갖는 용융 취입 설비의 기하구조가 어떻게 조절될 수 있는지에 대한 개략도이다. 후술되는 실험에서, 설비에 의해 제조된 섬유질 웹(web)의 층상 구조를 선택적으로 조정하기 위해, 제1 단계는 제2 다이(19)의 축 A, B 또는 C를 제1 다이(18)의 축 D에 대해 각 θ로 기울이고/이거나 제1 다이(18)와 수집 드럼(12) 사이의 거리를 변화시키기 위한 것이었다. 경사각(tilt angle)은 통상 15° 내지 60°이다. 제2 단계에서, 축 D의 길이, 즉 제1 다이(18)와 수집 드럼(12) 사이의 거리가 변화하였다. 고품질의 섬유질 플리스를 얻기 위해, 오리피스 모세관의 직경 뿐만 아니라 오리피스의 갯수, 각 경우의 중합체 처리량(throughput) 및 고속 취입 공기의 양은, 충분한 수의 미세한 섬유와 거친 섬유가 방사되고 이와 동시에 가능한 균질한 부직 웹이 제조되도록 선택되어야 한다.
적절한 매개변수 선택은 일반적으로 두 가지 섬유 유형의 부분 혼합(구배 구조) 또는 두 가지 섬유 유형의 완전 혼합(작은 구배 구조만을 갖는 거의 균질한)을 갖는 층상 구조를 갖는 섬유질 웹의 제조를 가능하게 할 것이다. 도 9 내지 도 14는 각각 SEM 이미지 및 상응하는 섬유 분포를 도시한다. 도 9는 층상 구조를 갖는 웹의 상부면을 도시하고 도 10은 하부면을 도시한다. 도 11은 부분 혼합을 갖는 웹의 상부면을 도시하고 도 12는 하부면을 도시한다. 도 13은 완전 혼합을 갖는 웹의 상부면을 도시하고 도 14는 하부면을 도시한다.
실험: 일련의 시험을 수행하여, 섬유질 웹의 구조, 및 특정 섬유질 웹에서의 정전기 대전된 섬유가 여과 특성에 끼치는 영향을 조사하였다. 우선, 첨가제 Crodamide EBS 및 Chimasorb 944를 1:1 기준으로 용융시키고, 이를 충분한 양으로, 바람직하게는 공압출에 의해 중합체 용융물에 첨가하였다. 이어서, 용융물을 잘 혼합하였다.
정전기적으로 대전된 섬유를 갖고 각각 대략 50g/㎡로 칭량되는 웹을 제조하는 동안, 각각의 다이에 의해 생성된 두 개의 섬유 제트를 두 개의 제트가 만나기 전에 충분한 양의 물로 양쪽 면으로부터 분무하여, 섬유 제트에 함유된 섬유를 집중적으로 대전시켰다.
이어서, 이러한 방식으로 생성된 섬유질 플리스는 2% NaCl 용액을 사용하여 관류 속도 0.1m/s에서 TSI 모델 8130 필터 테스터를 사용하여 측정하였다. 결과를 하기 두 개 표에 나타낸다.
Figure 112020065672282-pat00002
Figure 112020065672282-pat00003
놀랍게도, 부분 혼합하고 정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 섬유질 웹이 훨씬 더 높은 품질 인자 QF를 나타낸 것으로 밝혀졌다.
Figure 112020065672282-pat00004

Claims (16)

  1. 정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 제품의 제조 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 두 개의 개별 다이들을 포함하는 다이 배열의 사용을 수반하며, 이때 적어도 제1 다이는 동심 오리피스를 갖고,
    제1 중합체를 상기 제1 다이에 의해 용융취입 방사 공정으로 제1 섬유 유형의 섬유로 압출하고 제2 중합체를 제2 다이에 의해 용융취입 방사 공정으로 제2 섬유 유형의 섬유로 압출하고,
    상기 제1 및 제2 섬유 유형의 섬유를, 상기 제1 섬유 유형의 섬유 직경의 평균이 10㎛보다 크고 상기 제1 섬유 유형의 섬유가 상기 제2 섬유 유형의 섬유보다 큰 평균 섬유 직경을 갖게 되도록 방사시키고,
    상기 제1 섬유 유형의 섬유를, 상기 텍스타일 제품의 적어도 일부에서, 수집 장치의 도움으로 상기 텍스타일 제품을 성형하기 전 및/또는 성형하는 동안, 상기 제2 섬유 유형의 섬유와 혼합하고, 이때, 상기 텍스타일 제품의 성형 전에 및/또는 성형 동안에, 적어도 상기 텍스타일 제품의 일부 체적에서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유의 비율 및 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 비율이 상기 텍스타일 제품의 단면적에 걸쳐 구배를 나타내는 방식으로, 상기 제1 섬유 유형의 섬유를 상기 제2 섬유 유형의 섬유와 혼합하며,
    상기 구배는 업스트림 유동 측면을 의도하는 직물의 측면에서, 보다 거친 섬유의 비율이 보다 미세한 섬유의 비율보다 높고, 청정 공기 측면을 의도하는 측면에서, 보다 미세한 섬유의 비율이 보다 거친 섬유의 비율보다 높게 되는 방식으로 이루어지고,
    상기 제1 섬유 유형의 섬유 및/또는 상기 제2 섬유 유형의 섬유를 적어도 섬유 형성 동안 및/또는 인발 동안에 극성 액체로 처리하여, 상기 섬유를 정전기적으로 대전시키는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유 및 상기 제2 섬유 유형의 섬유를 둘 다 극성 액체에 의해 정전기적으로 대전시킴을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물이 정전기 대전용 극성 액체로서 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 텍스타일 제품의 체적의 적어도 50%에서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유의 비율 및 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 비율이 구배를 나타내는 방식으로, 상기 제1 섬유 유형의 섬유를 상기 제2 섬유 유형의 섬유와 혼합함을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유를 제조하기 위한 제1 중합체로서, 800 미만의 용융 유동 지수를 갖는 중합체가 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동심 오리피스를 갖는 다이가 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 제조에 사용되고, 제2 중합체로서, 2000 미만의 용융 유동 지수를 갖는 중합체가 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엑손(Exxon)형 오리피스를 갖는 다이가 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 제조에 사용되고, 제2 중합체로서, 300보다 큰 용융 유동 지수를 갖는 중합체가 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리락타이드, 폴리아미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들 중합체의 블렌드가 제1 중합체로서 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자유 라디칼들을 결합할 수 있는 적어도 하나의 첨가제를 함유하는 제1 중합체 및/또는 제2 중합체가 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 슬립제로서 작용할 수 있는 적어도 하나의 첨가제를 함유하는 제1 중합체 및/또는 제2 중합체가 사용됨을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 텍스타일 제품의 성형 전에 및/또는 성형 동안에 1㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 초미세 섬유를 상기 수집 장치에 의해 상기 제1 섬유 유형의 섬유 및 상기 제2 섬유 유형의 섬유에 첨가함을 특징으로 하는, 방법.
  12. 용융취입 방사 공정에 의해 제조된 섬유들로 이루어진 주름 가공 가능한 텍스타일 제품으로서,
    상기 섬유들은 제1 중합체로 이루어진 제1 섬유 유형 및 제2 중합체로 이루어진 제2 섬유 유형으로 구성되고, 상기 제1 섬유 유형의 섬유 직경의 평균은 10㎛보다 크고 상기 제1 섬유 유형의 섬유의 평균 직경은 상기 제2 섬유 유형의 평균 직경보다 크고, 적어도 상기 텍스타일 제품의 일부 체적에서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유의 비율 및 상기 제2 섬유 유형의 섬유의 비율은 상기 텍스타일 제품의 단면적에 걸쳐 구배를 나타내고, 상기 구배는 업스트림 유동 측면을 의도하는 직물의 측면에서, 보다 거친 섬유의 비율이 보다 미세한 섬유의 비율보다 높고, 청정 공기 측면을 의도하는 측면에서, 보다 미세한 섬유의 비율이 보다 거친 섬유의 비율보다 높게 되는 방식으로 이루어지고, 상기 제1 및/또는 상기 제2 섬유 유형의 섬유들 중 적어도 일부는 정전기적으로 대전되며, 0.2를 초과하는 품질 인자를 갖는 필터가 상기 텍스타일 제품으로 제조될 수 있고,
    상기 용융취입 방사 공정은 적어도 두 개의 개별 다이들을 포함하는 다이 배열을 사용하여 수행되며, 이때 적어도 제1 다이는 동심 오리피스를 갖고, 제1 중합체를 상기 제1 다이에 의해 용융취입 방사 공정으로 제1 섬유 유형의 섬유로 압출하고 제2 중합체를 제2 다이에 의해 용융취입 방사 공정으로 제2 섬유 유형의 섬유로 압출하는, 주름 가공 가능한 텍스타일 제품.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 섬유 유형의 섬유를 이의 섬유 직경의 평균이 10㎛보다 크게 되는 방식으로 방사시킴을 특징으로 하는, 주름 가공 가능한 텍스타일 제품.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제2 섬유 유형의 섬유를 이의 섬유 직경의 평균이 10㎛보다 작게 되는 방식으로 방사시킴을 특징으로 하는, 주름 가공 가능한 텍스타일 제품.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 텍스타일 제품이 부직물임을 특징으로 하는, 주름 가공 가능한 텍스타일 제품.
  16. 제1항에 있어서, 일렉트렛 필터(electret filter)용 필터 재료로 사용하기 위한, 정전기적으로 대전된 섬유를 갖는 주름 가공 가능한 텍스타일 제품의 제조 방법.
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