KR20020093178A

KR20020093178A - 초극세 단섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR20020093178A
Application number: KR1020010031586A
Authority: KR
Inventors: 김용민; 안경열; 김찬
Original assignee: 주식회사 나노테크닉스
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-16
Also published as: KR100514572B1

Abstract

본 발명은 초극세 단섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 고온의 폴리머용액을 고압 하에서 방사노즐(6)을 통해 콜렉터(8) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(12)를 사용하여 상기 방사노즐(6)과 콜렉트(8) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 종래보다 섬도가 가는 초극세 단섬유를 높은 생산효율로 제조 할 수 있고, 안정성도 향상된다. 본 발명으로 제조된 단섬유들은 의료용 부직포, 산업용 부직포 등으로 사용된다.

Description

초극세 단섬유의 제조방법 {A process of preparing for the ultra fine staple fiber}

본 발명은 폴리머용액을 방사하여 초극세 단섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 폴리머용액을 정전-용액 방사방법으로 방사하여 보다 세섬도를 갖는 초극세 단섬유를 높은 생산성으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 초극세 단섬유는 섬도(직경)가 수십 나노미터 이하 수준인 단섬유(staple fiber)를 나타낸다. 초극세 단섬유들은 의료용 봉합 부직포, 산업용 필터 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

종래 초극세 단섬유들은 주로 정전방사(Electrostatic spinning)방법 또는 용액방사(Flash spinning) 방법으로 제조되어 왔다.

일본 공개특허 공보 평3-161502호 및 미국특허 4,323,525호 등에서는 정전방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 방법을 제안하고 있다.

도 1은 정전방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 공정 개략도 이다. 정전 방사 방법은 폴리머용액(3)을 전계(電界) 내로 도입하여 단섬유를 제조하는 방법이다. 보다 구체적으로 + 전극을 갖는 방사노즐(5)을 통해 폴리머용액을 방사(분사)한 다음, 이를 - 전극을 갖는 셕선콜렉터(8)로 포집하여 초극세 단섬유를 제조하는 방법이다.

그러나 상기 정전 방사 방법은 단섬유의 섬도를 가늘게는 할 수 있으나 폴리머를 용해하는데 사용되는 용제가 불안정하여 대량생산에는 한계가 있고 생산성도 나쁜 문제가 있었다.

한편, 도 2는 종래 용액 방사 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 공정 개략도 이다. 용액 방사 방법은 저장탱크(1) 내 폴리머용액을 압력펌퍼(2)로 방사구금(5) 내로 유입시킨 다음 가열 및 가압하여 고온·고압의 폴리머용액으로 제조한 후, 이를 방사구금(6)을 통해 콜렉터(8)로 방사(분사)하는 방법으로 초극세 단섬유를 제조하는 방법이다. 그러나, 상기 용액 방사 방법은 생산성이 높고 대량생산이 가능하나, 높은 압력을 부여하기 때문에 위험하며 특히 단섬유의 섬도를 가늘게 하는 데에는 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 문제점들을 해결하므로서 높은 생산성으로 나노미터 수준의 초극세 단섬유를 대량 생산 할 수 있는 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 용액 방사 방법과 정전 방사 방법을 유기적으로 결합하므로서 나노수준의 초극세 단섬유를 높은 생산성으로 대량 제조 할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 용액 방사시 높은 압력으로 인해 발생 될 수 있는 안전사고도 예방 할 수 있는 초극세 단섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.

도 1은 종래 정전방사(Electrostatic spinning) 공정 개략도

도 2는 종래 용액방사(Flash spinning)공정 개략도

도 3은 본 발명의 방사공정 개략도.

※ 도면중 주요분에 대한 부호설명

1 : 폴리머용액 저장탱크 2 : 압력펌퍼 3 : 폴리머용액

4 : 감압오리피스 5 : 방사구금 6 : 방사노즐

7 : 단섬유 8 : 콜렉터(collector) 9 : 방사실(spinning room)

10 : 용제회수장치 11 : 절연재층 12 : 전압부여장치

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 초극세 단섬유의 제조방법은 고온의 폴리머용액을 고압 하에서 방사노즐(6)을 통해 콜렉터(8) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(12)를 사용하여 상기 방사노즐(6)과 콜렉트(8) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 통상의 용액 방사 방식으로 단섬유를 제조 할 때 전압 부여 장치(12)로 방사노즐(6)과 콜렉트(8)에 높은 전압을 부여하므로서 용액 방사 방식과 정전 방사 방식을 유기적으로 결합시키는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 공정 계략도 이다.

본 발명은 먼저, 폴리머는 용제에 용해하여 폴리머용액(3)을 제조한 다음 저장탱크(1)에 저장한다. 폴리머로는 폴리비닐알콜, 폴리비닐부틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드 등이 사용 될 수 있다. 용매는 폴리머에 따라 해당 폴리머를 용해 할 수 있는 용매로 적절하게 선택, 사용한다.

상기 폴리머용액에는 해당 폴리머와 상용성이 있는 수지, 가소제, 자외선안정제, 가교제, 경화제, 반응개시제 등의 첨가제를 혼합시킬 수도 있다.

이와 같이 제조되어 저장탱크(1)에 저장된 폴리머용액을 압력펌퍼(2)를 사용하여 방사구금(5) 내로 이송시킨 다음, 가열 및 가압하여 방사구금(5) 내 폴리머용액이 고온/고압 상태가 되도록 한다. 방사구금(5) 내 중간부분에는 감압오리피스(4)를 설치하여 두는 것이 바람직 하다.

다음으로, 고온/고압 상태의 폴리머(3)를 방사노즐(6)을 통해 전계(電界) 내로 방사한다. 상기 전계(電界)는 전압이 걸려있는 방사노즐(6)과 콜렉터(8) 사이에 형성된다. 구체적으로 상기 방사노즐(6)과 콜렉터(8)에는 전압 부여 장치(12)를 사용하여 전압을 부여한다.

이로인해 이들 사이에는 전계(電界)가 형성되어 진다. 이때 방사노즐(6)에는 + 전극을, 콜렉터(8)에는 - 전극을 부여한다. 방사노즐(6)과 콜렉터(8)에 부여되는 전압을 10~60KV로 조절하는 것이 단섬유의 초극세화에 바람직 하다.

또한 방사노즐(6)과 콜렉터(8)에 서로 동일한 전압을 부여 할 수도 있고, 서로 다른 전압을 부여 할 수도 있다.

상기 방사구금(5)의 하단부에는 절연재층(11)을 설치, 사용하여 방사노즐(6)에 부여되는 전압이 방사구금(5) 상단부로 전달되는 것을 방지하는 것이 바람직 하다. 상기 콜렉터(8)는 공기를 흡입하는 셕선 기능을 보유하여 방사된 단섬유들을 웹(WEB) 상태로 포집한다. 방사실(Spinning room) 일측에는 용제 회수 장치(10)를 설치하여 방사후 용제를 회수한다.

본 발명은 고온/고압 상태의 폴리머용액을 전계(電界) 내로 분사하기 때문에 단섬유(7)의 섬도를 50 나노미터 이하 수준으로 가늘게 할 수 있다. 또한 본 발명은 종래의 용액 방사 공정을 대부분 그대로 채택하고 있기 때문에 생산성이 높고 대량생산도 가능하다. 더욱 본 발명은 방사구금(5) 내에 감압 오리피스(4)를 설치하여 안전사고도 효과적으로 예방 할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

섬유형성용 폴리비닐부틸렌(독일 헥스트사 B60 T)을 이소프로필알콜에 용해하여 6% 폴리머용액을 제조한다. 상기 폴리머용액을 도 3의 방사구금(5)에 공급하여 열과 압력을 가한 후 + 전극이 가해지는 방사노즐(6)을 통해 - 전극이 가해지는 콜렉터(8)는 방사하여 단섬유를 제조 하였다. 이때 상기 방사구금(5)에는 절연재층(11)을 설치 하였고, 방사실(9)에는 용제회수장치(10)를 설치·사용 하였다. 또한 방사노즐(6)에는 25KV 전압을 콜렉터(8)에는 10KV 전압을 각각 부여 하였다. 제조된 단섬유의 섬도(평균직경)는 10나노미터, 생산효율은 95.5% 이었다.

실시예 2

섬유형성용 폴리비닐알콜을 이소프로필알콜에 용해하여 6% 폴리머용액을 제조한다. 상기 폴리머용액을 도 3의 방사구금(5)에 공급하여 열과 압력을 가한 후 + 전극이 가해지는 방사노즐(6)을 통해 - 전극이 가해지는 콜렉터(8)는 방사하여 단섬유를 제조 하였다. 이때 상기 방사구금(5)에는 절연재층(11)을 설치 하였고, 방사실(9)에는 용제회수장치(10)를 설치·사용 하였다. 또한 방사노즐(6)에는 25KV 전압을 콜렉터(8)에는 10KV 전압을 각각 부여 하였다. 제조된 단섬유의 섬도(평균직경)는 8나노미터, 생산효율은 96.7% 이었다.

실시예 3

섬유형성용 폴리우레탄을 디메틸포름아미드/메틸에틸케톤 혼합 용매에 용해하여 6% 폴리머용액을 제조한다. 상기 폴리머용액을 도 3의 방사구금(5)에 공급하여 열과 압력을 가한 후 + 전극이 가해지는 방사노즐(6)을 통해 - 전극이 가해지는 콜렉터(8)는 방사하여 단섬유를 제조 하였다. 이때 상기 방사구금(5)에는 절연재층(11)을 설치 하였고, 방사실(9)에는 용제회수장치(10)를 설치·사용 하였다. 또한 방사노즐(6)에는 25KV 전압을 콜렉터(8)에는 10KV 전압을 각각 부여 하였다. 제조된 단섬유의 섬도(평균직경)는 5나노미터, 생산효율은 97.2% 이었다.

본 발명은 단섬유의 섬도를 수십 나노미터 이하 수준으로 극세화 시킬 수 있으며, 높은 생산성으로 상기 초극세 단섬유를 대량 생산 할 수 있으며, 고압으로 인한 안전사고도 예방 할 수 있다.

Claims

고온의 폴리머용액을 고압 하에서 방사노즐(6)을 통해 콜렉터(8) 상에 토출·분사하여 초극세 단섬유를 제조함에 있어서, 전압부여 장치(12)를 사용하여 상기 방사노즐(6)과 콜렉트(8) 각각에 높은 전압을 부여하는 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.
1항에 있어서, 방사구금(5) 하단부에 절연재 층(11)을 설치, 사용하는 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.
1항에 있어서, 방사노즐(6)과 콜렉터(8)에 부여되는 전압이 10~60KV인 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.
1항에 있어서, 방사노즐(6)에는 + 전극을 부여하고 콜렉터(8)에는 - 전극을 부여하는 것을 특징으로 하는 초극세 단섬유의 제조방법.