KR20020077747A - 자성체를 함유한 합성섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성체를 함유한 합성섬유에 관한 것으로 보다 상세하게는 섬유원사생산 공정 및 제직 등 후가공 공정에서 문제가 발생하지 않고 섬유의 표면상태가 양호한 자성체를 함유한 합성섬유를 생산하고자 하는 것이다.

보다 자세하게는 자성체는 침상이나 방추상의 것을 사용하여 섬유의 길이 방향으로 배열되게 함으로서 섬유의 표면상태를 좋게 하였으며 자성체의 투입방법을 습식 슬러리 상태로 섬유의 원료물질과 함께 혼합되도록 하였으며 이때 슬러리 상태에서 분산성이 좋도록 비드를 사용하는 분산장치를 이용하였다. 이 같은 방법으로 자성체의 응집현상을 개선함으로서 실제 생산에 문제가 없으며 표면 등의 상태가 양호한 자성체를 함유하는 합성섬유를 만들 수 있었다.

본 발명의 섬유는 상업적으로 생산이 가능하므로 실생활에 쉽게 적용될 수 있는 섬유로서 자성체 관련제품의 응용분야를 획기적으로 넓힐 수 있을 것이다.

Description

자성체를 함유한 합성섬유 {Synthetic Fiber with Magnetic Material}

본 발명은 자성체를 함유한 합성섬유에 관한 것으로 보다 상세하게는 섬유원사생산 공정 및 제직 등 후가공 공정에서 문제가 발생하지 않고 섬유의 표면상태가 양호한 자성체를 함유한 합성섬유를 생산하고자 하는 것이다.

본 발명은 생산성 및 섬유의 표면상태 등이 양호한 자성체를 함유한 합성섬유에 관한 것이다.

최근 자성체를 함유한 섬유에 대한 많은 특허들이 출원되고 있는데 그 목적하는 바에 따라서 산업용자재나 건강관련용품으로 크게 나누어진다. 산업용자재의 경우는 그 목적하는 바가 자기적 특성을 최대한 발휘코자하는 것이기에 섬유 중에 자성체의 함량을 높이는 것이 우선적으로 추구하여야할 바람직한 방향이며 섬유로서의 기본특성인 유연성 문제, 강도 문제 및 굵기 문제 등은 어느 정도 간과되어온 것이 사실이다.

건강관련 용품은 주로 인체에 가까운 곳에서 심지어 피부와 접촉한 상태로 사용되어지기 때문에 산업용자재에서는 어느 정도 간과될 수도 있었던 상기의 문제들이 건강관련용품에 있어서는 매우 중요하게된다. 건강관련용품의 경우 주로 침구류나 의류의 형태로 가공되어 이용되어지는 것이 가장 좋은데 인간의 감각기능은 매우 뛰어나서 섬유상의 약간의 차이로도 쾌적한 느낌을 갖거나 불쾌한 느낌을 느끼게된다.

자성체를 함유한 섬유에 대한 특허로는 대한민국 특허출원번호 1997-034465가 있는데 산업자재로서 사용하고자 하는 것이 목적이어서 자성체의 함량을 20% - 80% 정도로 매우 많이 사용하였다. 이 같은 경우 섬유를 생산하는 것도 매우 어려울 뿐만 아니라 어렵사리 제조한 섬유라 할지라도 자성체분말의 응집현상 등으로 인해 섬유의 물성이 매우 불량한 상태로 만들어지게 된다.

또 다른 특허로 일본국 특허공개번호 59-112018 이 있는데 이 특허 또한 자성체를 30% - 95%함유하는 섬유에 관한 것으로 산업자재용 섬유에 해당되는 것이라고 할 수 있다.

일본국 특허공개번호 2-14017의 경우는 자성체를 첨가함으로서 섬유의 표면이 불량한 점을 개선하고자 섬유를 이중구조로 만들고 섬유의 코아부분에만 자성체를 함유시키고 바깥부분에는 자성체를 사용하지 않은 것이다. 이 경우 제조공정이 복잡해져서 결국 제조원가가 상승하므로 섬유와 같이 대량생산에 의존하는 장치사업의 경우 경쟁력이 없는 제품이 될 수밖에 없다.

또한 상기 특허들과 같이 자성체함량을 많이 넣어줄 경우 섬유생산공정의 팩이 쉽게 막혀서 정상적인 섬유생산이 불가능하게되는데 이는 미립자들의 경우 서로 쉽게 응집하려는 성질을 갖고 있을 뿐 아니라 이 미립자가 자성체입자의 경우는 자체의 자기력에 의해 서로간의 응집력이 더욱 강하므로 팩의 막힘현상은 매우 심해지기 때문이다.

따라서 상기 특허들의 방법을 이용하여서는 일반적인 의류 등에 이용될 수 있는 정도의 굵기 및 섬유로서의 기본 물성을 갖는 범용성 섬유를 생산하는 것은 불가능하다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고 자성체를 함유하는 범용성 섬유를 제조하여 기존의 의생활에 적용되는 일반 섬유를 자성체를 함유한 섬유로 쉽게 대체할 수 있도록 함으로서 경우에 따라서는 건강증진을 목적으로 이용하거나 또는 새로운 개념의 패션 소재로 활용할 수 있게 하고자하는 것이다.

도 1. 실시예 1에서 제조한 자성체를 함유한 섬유표면의 확대사진

도 2. 비교예 1에서 제조한 자성체를 함유한 섬유표면의 확대사진

도 3. 실시예 3에서 제조한 자성체를 함유한 섬유표면의 확대사진

도 4. 실시예 1에서 사용한 자성체의 확대사진

미립자들은 서로간에 인력이 작용하여 끌어당기는 힘이 있다. 특히 자성체입자들은 이 같은 특성이 강하여 입자들간의 응집현상이 매우 심하다. 이 같은 자성체 입자들을 함유하는 합성섬유를 제조할 경우에는 이들의 응집현상으로 인해 섬유의 방사출구의 팩이 쉽게 막히고 작업을 중단하게 되어 생산성이 매우 낮아진다. 섬유생산은 장치 산업으로서, 생산성이 낮아지면 제조원가가 급격히 올라가게 되고결국 경쟁력을 잃어버리게 된다.

본 발명에서는 이 같은 응집에 따르는 문제점을 최소화하고자 자성체 입자의 응집상태를 개선하고 분산상태를 좋게 함으로서 팩의 막힘현상 및 이에 따른 작업중단이라는 문제가 발생하지 않게 하고자 하였으며 이를 위해 아트리션 밀이나 다이노 밀 등과 같은 비드를 사용하는 강력한 입자분산장치를 사용하였다. 이하 본 발명을 상세히 설명한다.

합성섬유의 제조과정에서 미세분말을 넣어주는 것은 어떠한 경우라도 이물질이 투입되는 것이라고 할 수 있다. 이물질이 들어가게 되면 가장먼저 나타나는 현상은 이물질과 기본 물질 즉 합성수지간의 특성차이에 의한 상분리 현상, 즉 합성수지 내에서 이 물질인 입자의 분산상태 불량현상이다. 이로 인하여 입자끼리 서로 응집하여 조대입자가 생겨나고 생산된 섬유는 이 조대입자에 의해 표면 및 내부상태가 불량한 질 낮은 제품이 얻어진다. 뿐만 아니라 더욱 큰 문제는 조대입자는 섬유방사공정의 팩을 막히게 만들어 섬유의 정상적인 생산을 아예 불가능하게 하는 가장 큰 원인이 되기도 한다.

이 같은 합성수지와 자성체 분말의 특성차이에 기인하는 상분리의 문제점을 해결하기 위해 자성체입자의 표면을 유기실리콘 등 여러 가지 물질로 코팅하고 이 파우더를 이용하여 합성섬유의 마스터배치 칩을 만들고 섬유방사에 사용하는 방법이 있으나 이 같은 코팅만으로는, 상기의 문제점을 약간은 개선할 수 있으나 원천적인 개선 방법이 될 수 는 없다.

본 발명에서는 폴리에스터나 나일론, 아크릴, 레이욘 등과 같이 섬유의 생산과정에서 입자를 슬러리 상태로 투입하여 입자를 함유한 섬유를 만들 수 있는 경우예, 본 발명에서 사용하는 자성체를 함유하는 슬러리를 비드를 사용하는 분산장치를 이용하여 분산상태가 양호하게 만들어 섬유생산 공정에 투입해줌으로서 생산되는 섬유의 물성이 우수하고 상업적인 양산공정에 문제가 없도록 하고자 하였다.

보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 예를 들어 자성체가 함유된 폴리에스터 섬유를 생산하는 경우, 자성체 분말을 폴리에스터 칩의 중합공정에서 투입하는 것이다. 더욱 자세히는 폴리에스터 칩 중합시에 원료로서 사용되는 에틸렌글리콜과 자성체를 혼합하여 자성체가 에틸렌글리콜에 분산된 슬러리 상태를 만들고 이 슬러리를 상기의 비드를 사용하는 분산장치를 이용하여 분산시켜 분산상태를 좋게 한 후에 폴리에스터 칩 제조 공정에 투입하여 중합함으로서 자성체의 분산상태가 양호한 섬유제조용 콤파운드 칩을 얻는 것이다. 물론 비드를 사용하는 분산장치를 이용하여 분산상태를 좋게 만든 슬러리 일지라도 중합공정에 투입하기 전 단계에서 통상의 필터나 원심분리기 등을 이용하여 이상 조대입자나 공정중에서 혼입된 불순입자를 제거해야함은 물론이다.

또 한가지 예로서 아크릴 섬유의 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 아크릴섬유는 아크릴로니트릴이 주성분인 공중합체 수지를 티오시안산나트륨 수용액에 용해시키고 이 용액을 방사하여 이후의 통상적인 공정을 거쳐서 아크릴 섬유를 제조하게 되는데 자성체를 이 용액에 투입하여 방사하면 자성체를 함유한 아크릴섬유를 얻을 수 있는 것이다. 자성체는 이 용액에 넣기 전에 물과 함께 슬러리를 만든 후 이 슬러리중의 자성체의 분산상태를 좋게 하여 본 용액에 투입해야만 아크릴섬유가 정상적으로 상업적인 생산이 되고 품질이 우수한 상태로 만들어지는데 이경우도 폴리에스테르의 경우와 같은 이유로 비드를 사용하는 강력한 분산장치를 이용하여 분산상태를 좋게 해야만 한다. 단지 교반기를 이용한 고속교반 정도의 방법으로는 입자의 응집현상을 막을 수 없다.

본 발명에서의 자성체를 함유한 섬유에 사용할 수 있는 자성체가 갖추어야 할 특징을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 입자의 크기가 작아야 하며, 두 번째는 입자의 모양이 중요한데 크기가 작은 입자라도 입자의 모양이 입방형 등으로 괴상이며 각이 많은 경우는 섬유의 표면상태가 거칠은 질 낮은 섬유가 생산된다. 더욱 섬유의 생산공정 뿐 아니라 제직 등의 후가공 공정 등에서 설비의 마모문제를 많이 일으키기 때문에 정상적인 상업적 생산이 불가능하게 될 수 있으므로 바람직하지 않다.

응집성이 적어야 한다는 관점에서는 구형의 자성체가 응집이 되더라도 접촉부분이 이론상으로는 한 점에 불과하여 응집력이 가장 작으므로 바람직하다고 할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 분산효과가 뛰어난, 비드를 사용하는 분산장치를 체택하여 최종 투입공정의 바로 전 단계에서 강제 분산을 시켜주는 것이므로 굳이 구형입자가 아니어도 섬유생산에는 문제가 없다.

본 발명에서는 침상 또는 방추상의 자성체를 사용하는것이 유리하다고 판단하였는데 그 이유는 같은 조성을 갖는 자성물질인 경우 자기적 특성은 구형의 것보다 침상 또는 방추상의 것이 훨씬 우수하다는 점과 침상이나 방추상의 것은 섬유의 제조시 섬유의 길이방향과 나란히 배열되는 경향을 갖게되어 입자의 크기에 비해섬유표면으로 돌출되는 것이 적어서 표면상태가 우수한 섬유를 만들 수 있으며 섬유 제조공정과 이후의 제직 등의 후 공정에서도 설비를 마모시키는 현상이 극히 적으며 섬유의 유연성이나 인장력 등도 다른 형상의 자성체를 사용한 경우에 비교하여 우수하기 때문이다.

이 같은 침상 또는 방추상의 자성체로는 자기기록매체에서 이용되고 있는 자성산화철 등이 있다. 이 들을 본 발명의 섬유에 적용하는데 있어서 유리한 점은 이미 일반적으로 널리 사용되고 있는 제품으로서 원료의 수급상 문제가 없으며 오랫동안 사용되어 오면서 자기적 특성이 개량되어 왔으며 품질이 균일한 제품을 지속적으로 공급받는 것이 가능하다는 것 등이다.

본 발명에서 사용하는 자성체의 양은 본 발명의 자성체를 함유하는 섬유의 용도가 의류나 침장류 등이기 때문에, 섬유의 생산공정과 관련된 문제 외에도 자성체의 함량이 많아지면 섬유의 특성이 나빠져서 사용할 수가 없게된다. 따라서 섬유중의 자성체함량은 의류용 등에 사용되는 약 2데니어 이하 정도의 섬유에는 0.3중량% - 5중량%, 침장용인 약 3데니어 이상이 솜용 섬유에는 0.3중량% - 7중량%가 적당하다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[제조실시예 1]

장축의 평균입자크기가 0.45㎛ 이고 장축 대 단축의 비가 8 대 1이며 보자력이 380 Oe 인 크롬이 코팅된 자성산화철(- Fe₂O₃) 분말을 에틸렌글리콜과 혼합하여 자성체가 15중량% 함유된 슬러리를 만들었다. 이 슬러리를 중합공정에 투입하기 전 단계에서 직경 2.5 mm의 글래스 비드를 사용하는 다이노밀을 5회 통과시켜 분산시키고 연속해서 통상의 필터 및 원심분리기를 통과시켜 불순입자 및 조대입자를 제거하였다. 이와 같이 얻어진, 자성체를 함유한 에틸렌글리콜의 슬러리를 곧바로 통상의 중합공정에 투입하여 상기 자성체가 함유된 폴리에스터 컴파운드 칩을 제조하였다.

상기의 자성체를 함유한 폴리에스터 컴파운드 칩을 통상의 용융, 방사공정에 투입하여 방사함으로서 자성체가 2.5중량% 함유된 1.4데니어의 폴리에스터 섬유를 만들었다. 섬유표면의 확대사진을 도 1에 나타내었다.

[제조실시예 2]

자성체를 함유한 아크릴 섬유를 만들기 위해 제조실시예 1에서 사용한 자성체를 이온교환수와 함께 자성체가 15중량% 함유된 슬러리로 만들고 이 슬러리에 폴리카보네이트계 분산제를 자성체 대비 0.6중량% 첨가한 후 글래스 비드를 사용하는 다이노 밀을 5회 통과시켜 분산상태가 우수한 슬러리로 만들고 연속해서 통상의 필터 및 원심분리기를 통과시켜 공정중에 혼입된 불순입자 및 조대입자를 제거하였다. 이와 같이 만들어진 자성체 슬러리를 곧바로 통상의 아크릴섬유의 제조공정에 투입하여 자성체를 2중량% 함유한 1.5 데니어의 아크릴 섬유를 제조하였다.

[비교예 1]

자성체 슬러리를 분산시킬 때 다이노밀 대신에 1,100 rpm 의 고속 교반기를 이용하여 5시간 교반시키고 이를 곧바로 통상의 중합공정에 투입한 것을 제외하고는 제조실시예 1과 동일한 방법으로 자성체를 함유한 폴리에스터 섬유를 제조하고자 하였다. 그러나 자성체입자의 분산상태가 불량하여 응집된 조대입자가 많고 이로 인해 섬유방사시 시간이 경과함에 따라서 팩이 점차로 막혀서 3시간 이후에는 정상적인 섬유를 생산할 수 없었다. 또한 작업이 중단되기까지 제조된 섬유의 표면상태도 도 2에 보이는 것처럼 제조실시예 1의 것보다 요철이 많은 상태로 섬유로서의 품질이 낮음을 알 수 있었다.

[제조실시예 3]

평균 입경 0.43㎛의 입방상을 갖는 자성체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 자성체를 함유한 폴리에스터 섬유로 제조하였다. 파일롯트 규모의 섬유를 생산하는 데는 생산공정 상의 커다란 문제가 없었다. 섬유의 표면은 자성체가 많이 돌출되어 섬유의 표면상태가 요철이 많은 것을 알 수 있었다(도 3). 이 같은 경우 섬유표면 등의 물성이 낮은 제품이 얻어질 뿐 아니라 공정상의 설비마모 문제가 일어나게 되므로 실제 양산에 적용시에 경쟁력이 낮은 섬유가 된다.

[비교예 2]

제조실시예 1에서 사용한 자성체를 일반 폴리에스터 칩과 함께 용융, 혼합하여 자성체함량이 15중량%인 마스터배치 칩을 만들고 이 마스터배치 칩을 다시 일반 폴리에스터 칩과 함께 통상의 솜용 섬유제조방법으로 응용, 방사하여 5데니어 굵기의, 자성체가 2.5중량% 함유된 솜용 폴리에스터 섬유를 생산하였다. 5데니어 굵기의 솜용섬유를 제조하는데 있어서는 마스터배치 방법을 사용한 경우도 솜용 섬유를 생산하는 생산공정상의 문제는 없었다.

본 발명을 통하여 제조하는 자성체를 함유하는 섬유는 일반 의류용 및 침구용으로 이용하기에 문제점이 없는 섬유품질을 갖고 있어서 자성체의 특성을 건강용품에 이용하고자 하는 관점에서 그 응용제품개발의 폭을 획기적으로 확대시키는데 이바지할 것으로 판단된다.

Claims (5)

1. 자성체입자를 함유하는 합성섬유를 제조하는데 있어서,

   제 1단계로 자성체를 합성섬유의 제조공정 중에 투입할 수 있는 슬러리 상태로 만드는 단계와

   제 2단계로 제1단계에서 만든 슬러리 중의 자성체의 분산상태를 좋게 하기 위하여 다이노 밀이나 아트리션 밀 등의 비드를 분산매체로 사용하는 분산장치를 이용하여 자성체 슬러리를 분산시키는 단계와

   제 3단계로 슬러리 상태로부터 직접 섬유생산이 가능한 경우는, 제 2단계에서 분산된 자성체 슬러리를 곧바로 섬유제조공정에 투입하여 섬유를 제조하고, 그렇지 않고 슬러리 상태로부터 직접 섬유생산이 불가능한 경우는, 상기 제 2단계에서 분산된 자성체 슬러리를 곧바로 섬유용 컴파운드 칩을 중합하는 공정에 투입하여 컴파운드 칩을 제조하고 이후에 이 컴파운드 칩을 용융, 방사하여 섬유를 제조하는 단계로

   이루어지는 것을 특징으로 하는 자성체를 0.3중량% - 5중량% 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 자성체는 침상 또는 방추상의 형태인 것을 특징으로 하는 자성체를 함유하는 합성섬유.
3. 청구항 2에 있어서, 자성체는 오디오나 비디오 및 기타의 자기기록 매체에 사용되고 있는 자성산화철, 코발트 첨가 자성산화철, 크롬 첨가 자성산화철 등의 산화물계 자성체 미분말인 것을 특징으로 하는 자성체를 함유하는 합성섬유.
4. 청구항 2에 있어서 자성체는 철계 미분말, 니켈계 미분말, 코발트계 미분말 등의 금속계 자성체 미분말인 것을 특징으로 하는 자성체를 함유하는 합성섬유.
5. 청구항 3 및 청구항 4의 침상 또는 방추상을 갖는 자성체와, 섬유를 만들 수 있는 합성수지 칩을 혼합, 용융하여 마스터배치 칩을 만들고 이 마스터배치 칩을 다시 합성수지 칩과 함께 혼합, 용융, 방사하는 것을 특징으로 하는 자성체를 0.3중량% - 7중량% 함유하는 3데니어 이상의 솜용 합성섬유.