KR20060128068A - 초음파를 이용한 인조모 제조방법 및 이의 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성섬유 인조모의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 인조모 제조 공정중 시간과 비용을 가장 많이 차지하는 감량공정과 올리고마 제거공정 및 수세공정에 초음파공정을 사용하여 초음파의 공동화현상으로 인조모 가공욕내의 알칼리농도의 균일성과 균일한 알칼리침투을 통해서 합성섬유 인조모의 감량율이 향상되고, 올리고마제거시간의 단축, 수세효과의 향상을 통해서 생산효율 향상과 에너지 및 생산시간단축 등의 효과를 얻을 수 있다.

인조모, 감량공정, 수세공정, 초음파, 공동화현상

Description

초음파를 이용한 인조모 제조방법 및 이의 장치{Method and apparatus for preparing artificial filament using ultrasonic wave}

도 1은 종래 인조모 제조공정을 나타낸 세부 공정도이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 각 가공욕조의 외측면와 하부외면에 각각 3쌍의 자기왜곡변환기를 부착한 인조모 제조장치를 나타낸 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가공욕조 11 : 자기왜곡변환기

본 발명은 초음파을 이용한 모노필라멘트의 인조모 제조 방법 및 이의 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), PTT(폴리트리메틸렌테레프탈레이트)의 모노필라멘트 인조모 제조 시, 자기왜곡변환기를 알칼리 감량욕조, 올리고마 제거욕조 및 수세욕조에 장착함으로써, 초음파를 이용하여 알칼리 감량욕조의 알칼리농도를 일정하게 하여 모노필라멘트 끝의 첨예성을 균일하게 하고 감량시간을 단축하며, 올리고마 제거공정에서는 모노필라멘트에 부착되어 있는 올리고마의 제거효율을 향상시키고, 수세욕조에서 수세효율의 향상시킴으 로써, 에너지 및 생산시간의 단축 등의 효과를 얻을 수 있는 모노필라멘트의 인조모 제조방법 및 이의 장치에 관한 것이다.

일반적으로 합성섬유로부터 첨예도를 갖는 인조모를 제조하기 위해서는 합성모노필라멘트의 하단부를 고온 및 고농도의 알칼리 욕조에 침지하여 모노필라멘트의 일부를 탈리(감량)시킴으로써, 인조모의 끝부분이 첨예하게 되는 알칼리 감량법이 공지되어 있다.

하지만 인조모 제조공정중에 알칼리감량공정, 올리고마 제거공정, 수세공정에는 시간과 비용이 가장 많이 들어 효율적인 생산방법 등이 요구되고 있는 실정이다.

종래 연구의 예를 들어보면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 가수분해가공에 초음파를 방사하여 감량가공효율을 높이는 방법이 연구되어 있으며, 이러한 초음파를 방사시키는 방법에는 압전진동자(피에조 타입)를 이용하는 기존 방법이 있었다. 그러나, 이러한 압전진동자는 80℃정도의 고온에서 내구성과 진동특성의 저하로 합성섬유 직물의 감량작업시 공동화현상(cavitation)이 저하되어, 고온의 장치에 응용하는데 많은 문제점이 있으며, 또한 합성섬유 인조모 제조시에는 자기왜곡변환기의 초음파형을 이용하여 알칼리감량효율, 올리고마제거효율, 수세효율의 향상에 적용된 예는 없었다.

상기의 선행 인조모 제조기술의 문제점 해결을 위해서, 본 발명은 자기왜곡변환기를 인조모를 제조하는 각 가공욕조 외측과 하부외면에 부착함으로써, 초음파 의 공동화현상(cavitation)에 의해서 알칼리 감량욕조의 알칼리 농도 균일성 및 교반효과에 의해서 모노필라멘트의 균일한 감량가공효율을 향상시키고, 올리고마 제거욕조에서의 올리고마 제거효율 및 수세욕조의 수세효과효율 향상을 통해서, 생산시간단축하면서 우수한 제품을 제조할 수 있게 되었다.

또한, 공동화현상을 가공욕조내에 발생하기위해, 기존에는 압전진동자를 사용하였지만, 인조모 제조방법의 고온상 알칼리감량 조건에는 부적합한 바, 고온상태에서도 효과적인 초음파 처리를 할 수 있으며 내구성이 우수한 자기왜곡변환기를 사용하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 선행인조모 제조기술의 문제점을 해소할 수 있는 자기왜곡변환기를 이용한 초음파 합성섬유 인조모 제조방법 및 해당 장치을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모노필라멘트의 인조모 제조 방법에 있어서,

자기왜곡변환기로부터 발생되는 초음파를 모노필라멘트의 알칼리 감량공정, 올리고마 제거공정 및 수세공정에 사용하는 인조모 제조방법를 제공한다.

또한, 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모노필라멘트의 인조모 제조 장치에 있어서,

자기왜곡변화기가 알칼리 감량욕조, 올리고마 제조욕조 및 수세욕조에 부설되는 모노필라멘트 인조모 제조장치를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 모노필라멘트(단사;單絲) 인조모 제조방법은 알칼리감량공정, 올리고마제거공정 및 수세공정에서 자기왜곡변환기(Magnetostrictive transducer)를 알칼리 감량욕조, 올리고마 제거욕조 및 수세욕조에 장착하고, 제조 시, 초음파를 사용하여 모노필라멘트의 감량율, 올리고마 제거율 및 수세효과 등을 향상시킨 것이다.

특히, 본 발명에서 인조모를 제조방법에 적용하는 모노필라멘트로는 폴리부틸테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명에 따른 인조모(첨예모)의 제조방법에서 폴리부틸테레프탈레이트 또는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 소재가 알칼리감량, 올리고마 제거 및 수세면에서 효율이 매우 우수하기 때문이다.

그리고, 보다 더 이해를 돕기 위해, 도 1을 참조하여 통상적으로 합성섬유 모노필라멘트의 첨예모 제조공정과 본 발명의 제조방법에 따른 특성과 효과를 비교하여 다음과 같다. 이때, 첨예모(尖銳毛)는 모노필라멘트의 윗단은 두껍고, 밑단으로 갈수록 얇아지는 테이퍼(taper) 형상을 하고 있는 인조모로 정의한다.

(1) 모노필라멘트 절단공정

제조하고자 하는 소정의 인조모 길이에 맞추어 다발로 묶인 모노필라멘트 뭉치를 절단하는 공정이다.

통상적으로 상기 모노필라멘트 원사 다발은 상업적으로 판매되고 있는 모노필라멘트의 갯수가 약 20만개 전후인 것을 사용한다.

(2) 알칼리 감량 공정

상기 절단한 모노필라멘트 다발의 밑단을 100∼110℃로 유지되는 강알칼리 수조(통상적으로 NaOH의 농도가 40% 이상이 사용됨)에 침지(沈漬)시켜 모노필라멘트의 밑단 부분이 첨예화(尖銳化)되도록 감량하는 공정이다.

통상적으로는 110℃ 전후에서 3시간동안 수행한다.

(3) 올리고마 제거 공정

상기 알칼리 감량 공정 후, 첨예화된 모노필라멘트 밑단부분에 불필요하게 생성되어 부착된 올리고마(oligomer)를 제거하기 위해, 올리고마가 부착된 원사부위를 온수 또는 상온의 물에 장시간 침지시키는 공정이다.

통상적으로는 50℃ 전후 또는 상온에서 12시간동안 침지해야 올리고마가 제거된다.

이때, 상기 올리고마는 감량화된 모노필라멘트 밑단에서 분리되어 떨어져 나간 원사물이 뭉쳐서 상기 원사 밑단 부분에 다시 부착되는 것을 말한다.

(4) 수세 공정

상기 올리고마 제거 공정 후, 잔존하고 있는 올리고마에 의해 추후 염색가공 공정에서 불균염(不均染)되는 문제점을 해소하기 위해 모노필라멘트 뭉치별로 완전히 올리고마를 제거하는 공정이다.

(5) 선별공정

상기 수세 공정 후, 이를 건조하고 형태적으로 온전한 인조모를 모노필라멘트 인조모 뭉치에서 선별하는 공정이다.

그러나, 본 발명은 상기와 같은 통상적인 인조모(첨예모)의 제조방법에서, 알칼리 감량공정, 올리고마 제거공정 및 수세공정에 초음파를 사용함으로써, 각 공정에 소용되는 시간과 비용을 절감하면서 제품의 품질은 매우 우수하게 향상시킨 것이다.

즉, 인조모(첨예모)의 제조방법에서 알칼리감량공정은 일정시간(2시간 이상) 모노필라멘트 뭉치의 끝단을 침지함으로써, 알칼리의 가수분해에 의해서 모노필라멘트 끝을 첨예화시키는 가공으로 가공시간과 더불어 균일한 알칼리농도유지, 알칼리의 침투특성 개선이 가공효율을 개선시키는데 핵심기술이 되는 데, 본 발명에서는 자기왜곡변환기로부터 발생된 초음파 진동에 의해 알칼리수조 내에 공동화현상(Cavitation)을 유발하여, 이로부터 발생된 수많은 미세한 기포가 발생되는 데, 이러한 기포가 부딪혀 합쳐지고 다시 파괴될 때 고압의 충격파가 생기고 이 충격파를 이용하여 수산화나트륨(NaOH)과 같은 알칼리제간의 응집이나 집합상태를 깸으로써, 알칼리 농도를 균일하게 유지하여, 농도 유지를 위해 추가로 투입되는 알칼리제(예를들어 가성소다)의 양을 절감하고, 알칼리 침투특성이 개선으로 인한 가공효율을 향상시킨다.

그리고, 올리고마 제거공정에 시간을 단축하기 위하여, 통상적인 방법으로는 강력한 물리력(예를들면 기계적인 힘)이 필요하지만, 이는 모노필라멘트의 첨예부분이 부러지거나 변형되어 원하는 품질의 인조모 제조가 어렵게 하는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명은 올리고마 제조욕조 내에 공동화현상(Cavitation)을 유발하여 발생시킨 고압의 충격파로 모노필라멘트의 첨예부분이 부러지거나 변형시키지 않으면서 단시간 내에 올리고마를 제거한다. 이때, 본 발명에서는 상기 올리고마 제거공정에서 시너지 효과에 위하여 올리고마 분산제를 병행하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 수세공정에서도 통상적인 방법으로는 각각의 모노필라멘트 뭉치별 수세를 해야하는 특성이 있어 인건비 및 시간이 많이 소모되는 데 반하여, 본 발명은 공동화현상으로 생성된 충격파를 이용하여 단시간 내에 우수한 수세효과를 나타내도록 한 것이다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 첨예모 제조방법을 실현하기 위하여, 본 발명은 자기왜곡변환기를 알칼리 감량욕조, 올리고마 제거욕조 및 수세욕조에 부설시킨 인조모 제조장치를 제조한다. 이때, 자기왜곡변환기는 알칼리 감량욕조, 올리고마 제조욕조 및 수세욕조에 용접의 방법으로 견고하게 부설하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기와 같이 자기왜곡변환기가 부설된 각 가공욕조들은 PBT 인조모가공시와 수세시에 균일한 알칼리침투을 통하여 감량효율증가와 올리고마 제거효율의 향상을 기할 수 있는 것이다.

이때, 상기 자기왜곡변환기에서 방사되는 초음파는 각 가공욕조 내에서 음파 가 10-40 kHz범위가 되도록 하는 바람직한데, 이는 자기왜곡변환기에서 방사되는 음파가 10kHz보다 낮은 경우에는 공동화현상이 충분하게 발현되지 못하며, 40kHz보다 높은 음파에서는 효율이 저하되기 때문이다. 따라서, 각 가공욕조의 용량 따라 설치되는 자기왜곡변환기 수는 상기 음파 범위가 유지되는 범위 내에서 자유롭게 설치할 수 있다. 다만, 가공욕조에 자기왜곡변환기를 설치할 시, 균일한 음파가 각 가공욕조 내에 균일하게 퍼지도록 하기 위해, 되도록이면 대칭적으로 설치하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 각 가공욕조의 측면와 하부에 각각 3쌍의 자기왜곡변환기를 부착한 인조모 제조장치를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러가지 변형 또는 수정이 가능함은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 넓게 본 발명의 사상과 범위에 부합되게 해석되어야 한다.

이때, 본 발명의 실시예와 비교예에서는 자기왜곡변환기에 의해서 인조모가공욕조에 초음파을 사용했을 경우와 사용하지 않았을 경우의 수산화나트륨 농도의 균일성에 의해서 감량효과가 초음파을 사용했을 경우가 사용하지 않았을 때보다 우수함을 설명하고자 한다.

또한, 올리고마 제거욕조에서의 초음파의 적용유무에 따른 제거효율의 향상을 실시예와 비교예를 통해 설명한다.

[실시예]

(1) 알칼리 감량 효과

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 첨예모 제조방법에서 알칼리 감량공정을 달리한 실시예와 비교예로부터 모노필라멘트의 알칼리 감량효과를 비교분석하고자 하였다.

이때, 알칼리 감량욕조 하부와 측면에 각각 3쌍의 초음파(30kHz)을 발생할 수 있는 자기왜곡변환기[USP 6, (주) 몰코]를 부착하여 하기 조건에서 감량률 시험을 수행하였다.

처리조건: NaOH 농도 48%, 감량욕조 온도 : 100℃, 처리시간 : 40,50,60분

시료: PBT 모노필라멘트(길이 55mm 모노필라멘트수 약 200,000개)

(2) 올라고마 제거 효과

하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 첨예모 제조방법에서 올리고마 제거공정을 달리한 실시예와 비교예로부터 모노필라멘트의 올리고마 제거효과를 비교분석하고자 하였다.

이때, 올리고마 제거욕조 하부와 측면에 각각 3쌍의 초음파을 발생할 수 있는 자기왜곡변환기[USP 6, (주) 몰코]를 부착하여 하기 조건에서 감량률 시험을 수행하였다.

처리조건 : 수세욕조, 온도 : 50℃, 처리시간 : 60분, 초음파 : 30Hz

시료: 감량된 PBT 모노필라멘트(길이 55mm 모노필라멘트수 약 200,000개)

상기 결과, 본 발명에 의하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 모노필라멘트의 인조모제조시 초음파에 의한 감량률의 효과를 관찰하면 초음파을 처리하기 전보다 대략 10% 정도의 감량속도를 향상시킬수 있으며 인조모의 감량도 훨씬더 균일한 감량을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 초음파에 의한 캐비테이션효과에 의해서 NaOH의 균일한 농도제어가 가능하고 폴리부틸렌테이프탈레이트의 섬유속에 균일하게 NaOH 가 침투하여 감량을 균일하게 일으키기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 본 발명에 의하여 감량된 폴리부틸렌테레프탈레이트 모노필라멘트의 올리고마 제거시의 초음파에 의한 효과를 관찰하면 초음파을 사용했을 경우와 사용하지 않았을 경우의 올리고마 제거효율은 대략 10 % 정도의 차이를 보였으며 올리고마 분산제를 사용한 경우와 비교해 보면 비슷한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 모노필라멘트 인조모 제조방법은 알칼리감량공정, 올리고마제거공정 및 수세공정에서 자기왜곡변환기를 알칼리 감량욕조, 올리고마 제거욕조 및 수세욕조에 장착하고, 제조 시, 초음파를 사용하여 모노필라멘트의 감량율, 올리고마 제거율 및 수세효과 등을 향상시킨 인조모의 제조방법을 제공할 수 있게 되었다.

Claims (6)

1. 모노필라멘트의 인조모 제조 방법에 있어서,

   자기왜곡변환기로부터 발생되는 초음파를 모노필라멘트의 알칼리 감량공정, 올리고마 제거공정 및 수세공정에 사용하는 인조모 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 초음파의 음파는 10∼40kHz인 것을 특징으로 하는 인조모 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모노필라멘트는 폴리부틸테레프탈레이트 또는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 인조모 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 올리고마 제거공정은 올리고마 분산제를 더 포함하여 제거하는 것을 특징으로 하는 인조모 제조방법.
5. 모노필라멘트의 인조모 제조 장치에 있어서,

   자기왜곡변화기가 알칼리 감량욕조, 올리고마 제조욕조 및 수세욕조에 부설되는 모노필라멘트 인조모 제조장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   알칼리 감량욕조, 올리고마 제조욕조 및 수세욕조 용량에 따라 음파가 10∼40kHz로 유지되도록 자기왜곡변환기 수가 조정되어 부설되는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트 인조모 제조장치.

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