KR20090125791A - 가이드 롤러 상의 퇴적물 형성을 방지하는 방법 - Google Patents

가이드 롤러 상의 퇴적물 형성을 방지하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초흡수성 유중수 유액을 얀에 도포하는 공정 동안 가이드 롤러 상의 초흡수성 재료 및/또는 오일의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키는 방법에 관한 것으로, 여기서 상기 오일은 포화 탄화수소를 포함하는 혼합물이고, 상기 포화 탄화수소의 70중량% 이상이 20 내지 32개의 탄소원자를 가짐을 특징으로 한다.
가이드 롤러 상, 퇴적물, 초흡수성 유중수 유액, 얀.

Description

가이드 롤러 상의 퇴적물 형성을 방지하는 방법{Method for preventing deposit forming on guide rollers}
본 발명은 초흡수성 유중수 유액을 얀(yarn)에 도포하는 공정 동안 가이드 롤러 상의 초흡수성 재료 및/또는 오일의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키는 방법에 관한 것으로, 여기서, 오일은 포화 지방족 탄화수소를 포함하는 혼합물이다.
초흡수성 재료의 도포는 아라미드 얀에 대하여 유럽 특허 제EP 779389호에, 그리고 다른 멀티필라멘트 얀에 대하여 유럽 특허 제EP 0784116호에 개시되었다. 상기 특허에 기재된 방법은 얀의 표면에, 이의 수성 상에 초흡수성 재료를 함유하는 유중수 유액의 층을 도포하는 것을 포함한다. 이 방법은 초흡수성 얀을 상업적으로 생산하기 위해 선택한 방법인 것으로 입증되었다. 그러나 이 방법은 고가의 비용을 결점으로서 갖는데, 이 이유는 유중수 유액이 대체로 25 내지 40중량%의 다량의 물을 함유하고, 이는 초흡수성 재료의 도포 후에 건조 단계를 필요로 한다는 사실에 기인한다. 훨씬 적은 물을 함유하는 다른 유액의 사용이 시도되었으나, 이들 유액을 제어된 방법으로 얀에 도포하는 것이 불가능하게 보였고/보였거나, 이 공정 전체에 걸쳐 얀을 가이드하기 위해 사용되는 가이드 롤러가 퇴적물로 빠르게 채워지고, 이로 인해 이 공정을 정지시키고, 가이드 롤러를 청소해야 했기 때문에, 이러한 시도는 성공하지 못했다.
초흡수성 재료를 도포하기 위한 또 다른 공정에 따르면, 국제공개공보 제WO 9910591호에서는, 수용성 예비-초흡수성 재료를 수용액을 얀에 도포하고, 이어서, 수용성 예비-초흡수성 재료를 가교-결합시키거나 중합시키기 위해서 얀을 건조 및 가열하여, 초흡수성 재료로 생성된 얀을 수득하였다. 이 방법은 또한 초흡수성 재료의 도포 후에 건조 단계가 사용되고, 더욱이 이 재료의 가교-결합을 획득하는 데 가열 단계가 필요하다는 단점을 갖는다.
국제공개공보 제WO 00/31752호에서는, 초흡수성 중합체와 분산 매질을 포함하는 본질적으로 무수 분산액을 포함하는 방수재로 피복된 섬유가 기재되어 있다. 이 방법은 유중수 유액을 사용하지 않고, 오일에 분산된 초흡수성 재료를 사용한다. 사용되는 오일은 포화 탄화수소가 아니라, 알코올과 카복실산으로 구성된 에스테르 오일 윤활제이며, 일반적으로 20개 미만의 탄소원자를 갖는다. 이 방법은 유중수계 방수재의 사용에 의한 것보다 더 간단히 얀으로 도포하기 위해 개발되었다. 그러나 이 방법은 이들 분산액의 불량한 안정성, 및 가이드 롤러 등에 미세한 호흡가능한 초흡수성 입자 퇴적물을 형성으로 인해 건강상의 작업 위험과 관련하여 불리한 것으로 보인다.
그러므로 본 발명의 목적은 초흡수성 재료를 얀에 도포한 후에 추가의 공정 단계를 수행할 필요 없이, 그리고 가이드 롤러나 생산 라인의 기타 부품 상에 퇴적물을 형성하지 않거나, 적어도 퇴적물의 형성을 엄격하게 감소시켜, 초흡수성 재료를 얀에 도포하는 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서 전반에 사용된 용어 "가이드 롤러"는 가이드 롤러, 베일 롤 러(bail roller), 압축 롤러, 가이딩 로드, 핀 및 와인더(winder) 등을 포함한다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 초흡수성 유중수 유액을 얀에 도포하는 공정 동안 가이드 롤러 상의 초흡수성 재료 및/또는 오일의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키는 방법에 관한 것으로, 여기서 오일은 포화 탄화수소를 포함하는 혼합물이고, 상기 포화 탄화수소의 70중량% 이상은 20 내지 32개의 탄소원자를 가짐을 특징으로 한다. 상기 탄화수소의 75중량% 이상이 20 내지 32개의 탄소원자를 가지며, 가장 바람직하게는 79중량% 이상이 상기 탄화수소를 갖는 오일을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 이 유중수 유액을 얀에 직접 온-라인으로 사용할 수 있게 한다. 이에 따라, 방사 공정으로부터 획득된 얀을, 먼저 보빈 상에 얀을 권취시키지 않고 이 유중수 유액에 의해 직접 처리할 수 있다. 초흡수제-함유 유액의 도포 후에 어떠한 건조 단계나 가열 단계도 필요하지 않으며, 얀은 이 공정의 종료 시에 보빈에 권취된다. 유중수 유액의 도포 전에, 얀은 완전히 또는 부분적으로 건조될 수 있다. 용어 "온-라인(on-line)"은 얀이 보빈, 릴 또는 스풀 등에 권취되지 않고 방적사로서 사용되는 것을 의미한다. 본 발명의 방법은 또한 높은 공정 속도를 사용하는 것을 가능하게 한다.
얀 속도는 220 m/분 이상일 수 있지만, 훨씬 더 높은 속도, 예를 들면, 600 m/분이 또한 가능하다.
본 방법은 임의의 멀티필라멘트 얀에 사용될 수 있으며, 특히 아라미드 얀 및 유리 얀에 적합하다.
초흡수성 재료는 유럽 특허 제EP 779389호에 기재되어 있다. 이들 재료는 친수성을 가지며, 임의로 가압하에서, 비교적 다량의 물을 흡수하고 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 도포하려는 재료에는, 문헌[p. 198 of P. K. Chatterjee, ed's Absorbency, Elsevier, Amsterdam (1985)] 및 유럽 특허 출원 제0 351 100호에 언급된 불용성 초흡수제 외에, 전체가 또는 일부가 수용성인 초흡수성 재료를 포함한다. 본 발명에 따른 아라미드 얀에는 초흡수 특성을 갖는 임의의 재료가 제공될 수 있더라도, 안정한 유중수 유액으로 가공될 수 있는 이들 초흡수제가 바람직하다. 사용하기에 특히 적합한 것은 폴리아크릴산의 초흡수성 유도체이다. 이들에는 아크릴아미드로부터, 아크릴아미드와 아크릴산나트륨으로부터, 그리고 아크릴아미드와 디알킬아미노에틸 메타크릴레이트로부터 유래된 단독중합체 및 공중합체가 포함된다. 이들 화합물은 각각 비-이온성, 음이온성 및 양이온성 (공)중합체의 그룹으로부터 선택된다. 이들은 일반적으로 단량체 단위를 결합시켜 수용성 중합체를 형성함으로써 제조된다. 이후, 이것은 이온성 및/또는 공유 가교-결합에 의해 불용성이 되도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 얀의 제조에 사용될 수 있는 초흡수제의 예에는 나트륨염으로 부분 중화된 가교-결합된 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 칼륨, 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체, 아크릴아미드와 카복실 그룹 및 설포 그룹-함유 단량체(나트륨염)의 3원 중합체, 및 폴리아크릴아미드 공중합체가 포함된다. 바람직하게는, 아크릴아미드와 카복실 그룹- 및 설포 그룹-함유 단량체(나트륨염)의 3원 중합체, 또는 아크릴아미드와 아크릴산의 공중합체 또는 이들의 (나트륨 또는 칼륨) 염의 공중합체가 사용된다. 본 발명의 얀은 아라미드 얀 표면 상에 초흡수 특성을 갖는 재료를 이의 수성 상에 함유하는 유중수 유액의 층이 제공되고, 어떠한 추가의 건조 처리도 불필요한 공정을 이용하여 만들어진다. 초흡수제-함유 유중수 유액은 얀 위에 변함없이 유지된다. 이 유액이 물과 접촉될 경우, 이것은 수중유 유액으로 변환되고, 이에 의해, 매우 점성인 겔이 형성된다. 이 겔은 물이 손상된 얀이나 케이블 내로 침투하는 것을 방지한다.
이러한 유액의 제조는 다음과 같다: 유화제를 사용하여 다량의 물과 혼합된 수용성 단량체를 물 및 이 단량체와 비혼화성인 무극성 용매에 분산시킨 다음, 중합시켜 유중수 유액을 형성한다. 형성된 중합체는 유액의 수성 상에 존재한다. 이 유액의 물 함량은 제조된 유액을 진공 처리하여 낮출 수 있다. 이런 방법으로, 액체의 점도는 낮은 채로 유지하고 유액 중의 휘발성 성분의 양을 감소시킬 수 있으면서, 고도로 농축된 초흡수제를 함유하는 액체 생성물이 수득된다. 이 유액의 연속적인 유상(oil phase)으로서, 물과 비혼화성이거나 난혼화성인 선형 및 분지형 탄화수소가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 포화 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소가 사용된다. 이들 탄화수소는 20 내지 32개의 탄소원자를 갖는 분자들로 주로 구성된다. 더 작은 탄화수소가 30중량% 이하, 바람직하게는 20중량% 미만으로 존재할 수 있다. 20개 미만의 탄소원자를 갖는 탄화수소를 가능한 한 적게, 더 바람직하게는 23개 미만의 탄소원자를 갖는 탄화수소를 가능한 한 적게 함유하는 혼합물을 사용하여 최상의 결과가 획득되는 것으로 밝혀졌다. 대부분이 20 내지 32개의 탄소원자를 갖는 경우, 이들 탄화수소는 순수한 미분지형 또는 분지형 탄화수소 일 수 있지만, 일반적으로 다양한 길이의 분지형 탄화수소와 미분지형 탄화수소 둘 다의 혼합물이다. 적합한 탄화수소는 쉘 루브리컨츠(Shell Lubricants), 이네오스(Ineos), 다우(Dow), 엑손 모빌(Exxon Mobile), 쉐브론 필립스(Chevron Phillips), 토탈(Total), 브리티쉬 페트롤(British Petrol) 및 루브라인(LubLine)과 같은 제조업체에서 다양한 상품명으로 시판중이다. 이들 탄화수소는 유중수 유액의 점도를 감소시키기 위한 희석제로서 사용될 수도 있다. 적합한 분지형 및 포화 탄화수소의 예는 이네오스의 이소에이코산이다. 바로 사용가능한 유액은 애쉬랜드(Ashland), 사이텍(Cytec), 데포텍(Defotec), 보제토(Bozzetto), 날코(Nalco) 및 드류 케미칼(Drew Chemical) 등의 다양한 제조업체에서 입수가능하다.
사용되는 유화제는 상기 혼합물이 유중수 유액으로 전환될 수 있게 하는 것으로 선택된다. 이것은 유화제가 HLB(친수성-친유성 균형) 값이 3 내지 12이어야 함을 의미한다. 본 발명에 따라 사용되는 유액 중의 초흡수성 재료의 농도는 유액의 총 중량으로 계산하여 1 내지 90중량%, 바람직하게는 25 내지 65중량%이다.
추가의 첨가제, 예를 들면, 윤활제, 안정화제, 유화제 및/또는 희석제를 유액에 첨가할 수 있다.
얀 상의 초흡수제-함유 유중수 유액의 양은 상기 얀이 케이블에 사용될 경우 유리한 방수성이 획득되도록 선택한다. 유리한 결과는 일반적으로 얀이 0.3 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 8중량%, 그리고 보다 바람직하게는 1.0 내지 5.0중량%의 유액을 함유할 경우에 수득된다.
본 발명에 따른 얀을 수득하는 공정에서, 유중수 유액은, 그 자체가 공지된 방법을 사용하여, 예를 들면, 키스 롤, 액상 도포기 또는 피니싱 욕(finishing bath)을 통해 도포될 수 있다.
본 발명은 하기 비-제한적인 실시예에 의해 예시된다.
실시예
진한(99.8중량%) 황산 얼음을 분말상의 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드와 혼합하여 아라미드 방적 괴상을 제조하였다. 이 방적 괴상을 탈기시키고, 혼련기 믹서 용융기에서 85 내지 90℃로 가열하고, 필터 및 방사 펌프를 거쳐 방사구금으로 공급하였다. 방사구금은 직경 59㎛의 오리피스를 1000개 갖는다. 방적 괴상을 방사 오리피스를 통하여 펌핑하고, 이후 연속해서 길이 6mm의 공기 영역과, 10℃의 온도에서 수중의 묽은 황산 용액(약 18중량%)의 응축 욕을 통과시켰다. 이렇게 형성한 필라멘트 다발을, 묽은 수산화나트륨 용액을 함유하는 중화 욕 및 세정 욕을 통하여 연속해서 통과시켰는데, 이 세정 욕에서는 이들 필라멘트를 약 70℃의 물로 철저하게 세정하였다. 부착되어 있는 과량의 물을 한 쌍의 압착 롤러를 이용하여 제거하였다. 다음에, 건조시키지 않은 필라멘트 다발에 액상 도포기 및 정량 펌프(dosing pump)를 이용하여 0.8%의 비-이온성 방사 유제(15중량% 수용액으로부터)를 제공하였다. 이어서, 일련의 3개의 건조 드럼(160℃ 6랩, 200℃ 6랩, 230℃ 4랩) 위로 얀을 통과시켰다. 드럼 표면과 얀의 접촉 시간은 총 6 내지 7초였다. 이어서, 수송 드럼(약 25℃ 4랩) 위로 상기 얀을 통과시켰다. 수송 드럼 직후, 초흡수제-함유 유중수 유액(표 참조)을 액상 도포기와 정량 펌프를 이용하여 얀에 도포하였다. 마지막으로, 처리한 얀을 340m/분의 속도로 권취시켜 포장하였다. 수 득한 Twaron® 얀은 선 밀도(linear density)가 1610 dtex였다.
결과를 표로 나타내었다:
Figure 112009059091793-PCT00001
이 표는 주로 C20-C30 탄화수소(이소에이코산, 예를 들면, Ineos)를 갖는 탄화수소가 가이드 롤러 상의 퇴적물을 형성하지 않고(또는 거의 형성하지 않고), 19시간을 초과하는 생산 런 타임을 허용함을 보여준다. 저분자량 탄화수소를 함유하는 통상의 탄화수소 유액[실시예 A 및 B; Drewfloc 2585, 예를 들면, Ashland Specialty Chemical Company(네덜란드 바렌드레트 소재) 및 Estesol AFW, 예를 들면, Bozzetto GmbH(독일 크레프트 소재)가 각각 해당된다]은 가이드 롤러 상으로 심각한 퇴적물을 보여주며, 이에 의해, 수 시간보다 긴 생산 런 타임이 불가능하다. 이 공정을 계속하기 위해서는 빈번한 청소가 필요하였다. 본 발명의 고분자량 탄화수소(실시예 1 및 2)는 매우 낮은 물 함량(10중량% 미만, 바람직하게는 8중량% 미만, 가장 바람직하게는 5중량% 미만의 함량이 가능하다)으로 만들어질 수 있을 것이다. 이에 따라, 도포 후의 건조는 더 이상 필요하지 않다.

Claims (6)

  1. 초흡수성 유중수 유액을 얀(yarn)에 도포하는 공정 동안 가이드 롤러 상의 초흡수성 재료 및/또는 오일의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키는 방법으로서,
    여기서, 상기 오일은 포화 탄화수소를 포함하는 혼합물이고, 상기 포화 탄화수소의 70중량% 이상이 20 내지 32개의 탄소원자를 가짐을 특징으로 하는, 가이드 롤러 상의 초흡수성 재료 및/또는 오일의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포화 탄화수소의 75중량% 이상이 20 내지 32개의 탄소원자를 갖는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포화 탄화수소의 79중량% 이상이 20 내지 32개의 탄소원자를 갖는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 방사 공정으로부터 직접 수득된 얀에 온-라인으로 추가로 적용되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 얀 속도가 220 m/분 이상인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얀이 아라미드 얀 또는 유리 얀인, 방법.
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