KR20010004706A - 무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법 - Google Patents

무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환경오염을 유발시키는 열가소성 폐플라스틱을 재활용하여 악취의 제거기능이 뛰어나고 흡착기능을 도입할 수 있으며 제조비용이 낮고 직포, 부직포, 합성지등 다양하게 가공이 가능한 다기능성 흡착용 복합섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로
이러한 본 발명은 흡착기능이 뛰어난 대나무숯, 화산회의 일종인 포졸란 같은 무기 충진제를 입자선별하는 공정과, 무기 충진제를 수지와 혼합시키는 혼합공정과, 수지와 혼합된 무기충진제를 일정 온도와 압력하에서 섬유로 방사하는 복합섬유 제조 방사공정, 제조한 복합재의 표면을 화학처리하는 공정에 의하여 이루어 지는 것이며,
본 발명은 저렴한 가격과 간단한 방법으로 생산 가능한 새로운 무기물 충진제를 이용한 환경친화적 기능성 흡착용 복합섬유를 개발한 것에 특징이 있는 것이다.

Description

무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법{Preparation method of modified composite fiber adsorbent with inorganic filler}
본 발명은 악취의 제거기능이 뛰어나고 흡착기능을 도입할 수 있는 무기 충진제를 개발하고 이를 이용하여 복합섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로
저렴한 가격과 간단한 방법으로 환경친화적 무기 충진제와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP)등 재생플라스틱을 이용해 흡착능이 뛰어난 기능성 복합섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
대나무숯과 포졸란등과 같은 무기 충진제는 기존의 흡착제에 비하여 가격이 저렴하고 제조가 간단하며 미세기공이 많아 흡착기능은 물론 탈취기능이 뛰어나다는 장점을 지니고 있으며 매트릭스로 사용하는 수지의 종류 및 방사조건에 따라 다양한 형태의 섬유로 제조 가능하고 직포, 부직포, 합성지등으로 개발이 가능하다는 장점을 지니고 있어 현재 다양한 연구개발이 이루워 지고 있다.
그러나 무기 충진제의 이러한 장점에도 불구하고 현재는 농지 개량, 오수 정화, 원적외선 방사, 침구류등과 일부 바닥재나 건축판넬등과 같이 그 사용범위가 국한되어 있는 실정이다. 뿐만 아니라 현재 사용되고 있는 무기 흡착제들은 유해가스에 대한 흡착력이 미약하고 입상이기 때문에 성형 가공면에서 한계가 있다. 즉 비드형태의 수지 등을 이용한 흡착제는 실제 흡착실험을 행할 때 기계적 마모저항과 컬럼을 이용한 공정의 복잡성 및 형태의 변경 등의 번거로움과 경제성을 고려할 때 그 한계성이 있다.
따라서 산업이 발전함에 따라 이들로 인한 악취 및 오염물질이 심각한 실정에 이른 시점에서 현재 일상생활에서 경제적이고 가공이 용이한 새로운 기능성 흡착제의 개발이 절실히 요구되는 실정이며, 이 부분에 대한 연구가 매우 미흡한 실정에 있다.
본 발명은 무기 충진제를 이용한 기능성 복합섬유를 개발하기 위하여 무기 충진제를 분말상으로 분쇄하여 이들을 첨가제로 사용하고, PET, PP와 같은 열가소성 수지를 매트릭스로 사용, 용융방사방법으로 용도가 다양한 기능성 복합섬유를 제조하도록 한 것이다.
이러한 본 발명은 새로운 무기 충진제의 입자선별과정과, 수지와 혼합된 무기 충진제를 일정 압력과 온도에서 혼합하여 섬유로 방사하는 복합섬유 제조공정에 의하여 이루어진 것으로 무기 충진제를 이용하여 다양한 용도를 지닌 기능성 복합섬유를 개발한 것에 특징이 있다.
본 발명은 무기 충진제를 수지와 혼합하여 복합섬유를 제조하는 것으로 새로운 무기 충진제의 입자선별과정과, 무기 충진제를 수지와 혼합시키는 혼합공정과, 복합섬유를 제조하는 공정과 섬유의 표면화학처리 공정으로 이루어 진다.
(1) 무기 충진제의 개발
국내에서 최근 생산이 시작된 대나무숯 및 포졸란등의 무기 충진제를 볼밀(Ball mill) 또는 햄머밀(Hammer mill)을 이용하여 5㎛이하의 크기로 분쇄시킨다.
(2) 혼합공정
분쇄된 무기 충진제를 섬유 방사성이 뛰어난 PP 및 폴리에스테르계 수지인 PET등과 같은 열가소성수지와 5∼15wt%를 혼합시킨다. 이때 충진제의 고른 분포와 섬유의 방사를 용이하게 하기 위하여 일정크기의 펠렛(pellet)으로 제조하여 사용한다.
(3) 복합섬유제조공정
일정형태의 섬유를 제조하기 위하여 방사장치를 제작하고 상기 장치에 수지와 혼합하여 제조한 무기 충진제 펠렛을 넣어 복합섬유를 제조한다. 이때 방사공정에서는 방사를 용이하게 하기 위하여 일정압력을 가하고 방사온도를 230∼250℃로 가온하는 조건을 준다.
(4) 복합섬유 표면처리 공정
여러 형태로 제조된 복합섬유의 표면을 산 또는 메트릭스 부식효과가 있는 화학물질로 처리하여 섬유 비표면적과 흡착제의 기능을 향사시킨다.
상기된 공정에 의거 제조된 본 발명의 복합섬유는 다이 형태에 따라 다양한 형태로 얻어낼 수 있으며 인장, 파단신율 등에 있어서 기존 섬유에 크게 뛰떨어지지 않고 흡착능도 뛰어난 복합섬유의 제조가 가능하다.
이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
실시예
분쇄된 무기 충진제의 입도는 평균 1∼5㎛ 였으며, 복합섬유의 제조는 동종의 폴리에스테르계 수지를 매트릭스로하여 무기 충진제를 5∼15wt%로 혼합하고 무기 충진제의 고른 분포를 고려하여 펠렛형태로 제조하여 기능성 복합섬유를 제조한 후 화학물질로 표면처리하여 기능성을 증가시킨 복합섬유를 제조하였다.
수지내의 무기 충진제의 함량은 최대 15wt%까지 가능하였으며, 그 이상에서는 섬유 방사시 섬유의 연신율은 물론 물성이 급격히 저하되는 현상을 보였다.
상기된 실시예에 의해 제조된 복합섬유의 기계적 물성을 측정하기 위하여 만능시험기을 이용하여 미국표준측정방법(ASTM D 790)규정에 따라 인장강도, 파단신율, 연신율을 측정하였으며 암모니아(NH4Cl)용액을 이용하여 흡착실험을 실시한 후 자외선 흡광분석기를 이용하여 파장범위 400∼450nm사이에서 분석하였다. 측정된 결과는 다음의 표 1, 2에 나타낸 바와 같다.
무기 충진제의 함량에 따른 복합섬유의 암모니아 흡착량
종 류 충진제(wt%) 초기농도(ppm) 시간에 따른 농도변화(ppm)
10분 20분 30분 40분
PP-대나무숯 5 1000(100%) 163(16.3%) 210(21%) 239(23.9%) 245(24.5%)
10 250(25%) 304(30.4%) 338(33.8%) 344(34.4%)
15 295(29.5%) 367(36.7%) 395(39.5%) 405(40.5%)
PP-포졸란 5 1000(100%) 100(10%) 140(14%) 147(14.7%) 150(15%)
10 150(15%) 215(21.5%) 246(24.6%) 248(24.8%)
15 200(20%) 266(26.6%) 296(29.6%) 310(31%)
상기 표 1, 2에서 알 수 있듯이 순수 폴리프로필렌(PP) 수지와 비교한 결과 복합섬유의 기계적 물성은 무기 충진제의 함량이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으나 무기 충진제의 함량이 15wt%까지는 섬유로서의 기능을 할 수 있는 것으로 나타났으며 복합섬유의 흡착량은 30분이 경과하는 동안 40%이상의 좋은 흡착율을 보였다.
본 발명에 의해 제조된 복합섬유의 수지와 무기 충진제간의 분포상태와 형태를 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 각각의 시료를 홀더에 붙인 뒤 관찰한 결과 복합섬유의 표면은 무기 충진제가 고루 분포되어 있음을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명은 무기 충진제를 복합섬유로 제조하여 충분히 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 악취의 제거기능이 뛰어나고 흡착기능을 도입할 수 있으며 또한 제조비용이 낮고 직포, 부직포, 합성지등 다양하게 가공이 가능한 흡착용 복합섬유를 제조하므로 인해서 기존의 흡착제들이 지니고 있는 성형 가공면에 대한 한계나 경제성을 극복할 수 있다는 잇점이 있고 국내에서 생산가능한 무기 충진제를 사용함으로 인해 빠른 제품화가 가능하다는 잇점이 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 무기 충진제를 볼밀(Ball mill) 또는 햄머밀(Hammer mill)을 이용하여 5㎛이하의 크기로 분쇄하는 분쇄 및 입자선별 과정과,
    무기 충진제를 방사성이 뛰어난 PP 및 폴리에스테르계 수지인 PET등과 5∼15wt%를 혼합시켜 펠렛을 제조하는 혼합공정과,
    제조된 무기 충진제 펠렛을 일정압력을 가하여 방사온도 230∼250℃로 가온하여 복합섬유를 제조한 후 화학처리에 의한 표면처리된 복합섬유를 제조함을 특징으로 하는 무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법.
  2. 제 1항에서,
    무기 충진제로 대나무숯과 포졸란을 사용한 기능성 무기 충진제를 사용하는 것을 특징으로 하는 무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법.
  3. 제 1항에서,
    무기 충진제의 함량을 1∼15wt% 또는 그 이상의 충진제를 혼합시켜 복합섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법.
  4. 제 1항에서,
    복합섬유는 흡착제의 형태를 무기 충진제를 첨가한 섬유형태로 개발한 것을 특징으로 하는 무기 충진제를 이용한 흡착용 표면개질 복합섬유의 제조방법.
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