KR20140039158A

KR20140039158A - 폴리페닐렌술피드 복합 섬유 및 부직포

Info

Publication number: KR20140039158A
Application number: KR1020137020879A
Authority: KR
Inventors: 요헤이 나카노; 요시카즈 야카케; 마사시 이토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-04-01
Also published as: EP2690208A4; JP5725426B2; JPWO2012127997A1; CN103328704B; CN103328704A; US20140017966A1; EP2690208B1; AU2012232449A1; ES2572933T3; WO2012127997A1; EP2690208A1

Abstract

p-페닐렌술피드를 주단위로 하는 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 A라고 하고, p-페닐렌술피드 이외에 적어도 1종 이상의 공중합 단위를 함유하는 공중합 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 B라고 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 하여 이루어지는 복합 섬유로서, 성분 B가 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유. 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지로 이루어지고, 내열성, 난연성 및 내약품성이 우수한 열 접착성 복합 섬유 및 부직포를 제공한다.

Description

폴리페닐렌술피드 복합 섬유 및 부직포{POLYPHENYLENE SULFIDE COMPOSITE FIBER AND NONWOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리페닐렌술피드(이하 「PPS」라고 약기하는 경우가 있음)를 주성분으로 하는 수지로 이루어지고, 내열성이나 내약품성이 우수한 섬유 및 그 섬유로 구성되는 부직포에 관한 것이다.

PPS 수지는 내열성, 난연성 및 내약품성이 우수한 특성을 갖고, 엔지니어 플라스틱, 필름, 섬유 및 부직포 등으로서 적합하게 사용되고 있다. 특히, 부직포에 대해서는 이들의 특성을 살려서 내열성 필터, 전기 절연재 및 전지 세퍼레이터 등의 산업 용도로의 이용이 기대되고 있다.

지금까지 PPS 수지를 사용한 부직포에 대해서는 여러 가지 제안이 행하여지고 있다. 예를 들면, PPS 수지를 스판본드법에 의해 방사하고, 포백으로 해서 유리 전이점 이상의 온도에서 연신 처리하고, 바람직하게는 2축 연신 처리한 후 열 접착을 실시한 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, PPS 수지를 스판본드법에 의해 방사 연신하고, 얻어지는 포백에 그 제 1 결정화 온도 이하에서 가접착을 실시하고, 그 후 긴장 하에서 제 1 결정화 온도 이상에서 열 처리한 후 열 접착을 실시하는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 또한, 결정화도가 25~50%인 PPS 섬유를 30wt% 이상 포함하고, 열 접착에 의해 일체화하는 내열성 부직포가 개시되어 있다(특허문헌 3 참조). 그러나 어느 제안도 단일 성분의 섬유에서 부직포가 구성되어 있기 때문에 열 접착시에 섬유끼리를 일체화하는 것이 어렵고, 기계적 강도가 높은 부직포를 얻는 것이 어려운 문제가 있었다.

한편, 종래부터 열 접착성을 개선하기 위해서는 저융점 성분을 포함하는 열 접착성 복합 섬유로 하는 것이 알려져 있다. 지금까지 PPS 수지를 사용한 복합 섬유로 구성되는 부직포로서는 초 성분이 PPS 수지, 심 성분이 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어지는 심초형 복합 섬유에 의해 구성되고, 열 접착되어 이루어지는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 4 참조). 그러나 초 성분이 심 성분보다 고융점이기 때문에 열 접착성은 단일 성분의 섬유와 조금도 바뀌는 것은 아니고, 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에서는 난연성이나 내약품성이 뒤떨어지기 때문에 내구성에 큰 문제가 있었다.

이와 같이 PPS 수지의 내열성이나 내약품성을 살리면서 열 접착성이 우수한 섬유나 기계적 강도가 높은 부직포는 얻어지지 않았다.

일본 특허 공개 2005-154919호 공보 일본 특허 공개 2008-223209호 공보 국제 공개 제 2008/035775 일본 특허 공개 2009-155764호 공보

본 발명의 목적은 PPS 수지의 내열성, 난연성 및 내약품성 등을 살리면서, 또한 열 접착성이 우수한 섬유 및 기계적 강도가 높은 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 p-페닐렌술피드를 주단위로 하는 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 A라고 하고, p-페닐렌술피드 이외에 적어도 1종 이상의 공중합 단위를 함유하는 공중합 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 B라고 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 하여 이루어지는 복합 섬유로서, 성분 B가 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유이다.

또한, 본 발명은 본 발명의 폴리페닐렌술피드 복합 섬유로 구성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포이다.

(발명의 효과)

본 발명의 PPS 복합 섬유는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 열 접착성이 우수하다. 또한, 따라서 본 발명의 부직포는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 기계적 강도가 우수해서 여러 가지 산업 용도로의 이용이 가능해진다.

본 발명의 복합 섬유는 성분 A 및 성분 B를 주로 하여 이루어지고, 그 모두가 PPS를 주로 포함하는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 우수한 내열성, 난연성 및 내약품성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 PPS 복합 섬유는 p-페닐렌술피드를 주단위로 하는 PPS를 주로 포함하는 수지를 성분 A라고 했을 때 이것과 복합시키는 성분 B로서 공중합 PPS를 주로 포함하는 수지를 사용하고, 성분 B가 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 성분 B가 접착 성분으로서 작용하고, 기계적 강도가 우수한 부직포로 할 수 있다.

성분 A의 PPS에 있어서의 p-페닐렌술피드 단위의 함유량으로서는 93몰% 이상이 바람직하다. p-페닐렌술피드 단위를 93몰% 이상, 보다 바람직하게는 95몰% 이상 함유함으로써 예사성이나 기계적 강도가 우수한 섬유로 할 수 있다.

성분 A에 있어서의 PPS 수지의 함유량으로서는 내열성, 내약품성 등의 점으로부터 85질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다.

또한, 성분 A에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 PPS 수지 이외의 열 가소성 수지를 블렌딩해도 좋다. PPS 수지 이외의 열 가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌에테르, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에테르에테르케톤 등을 들 수 있다.

또한, 성분 A에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 결정핵제, 광택 소거제, 안료, 곰팡이 방지제, 항균제, 난연제 또는 친수제 등을 첨가해도 좋다.

또한, 성분 A는 ASTM D1238-70(측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5㎏하중)에 준하여 측정하는 멜트 플로우 레이트(이하 MFR이라고 약기하는 경우가 있음)가 100~300g/10분인 것이 바람직하다. MFR을 100g/10분 이상, 보다 바람직하게는140g/10분 이상으로 함으로써 적당한 유동성을 취하고, 용해 방사에 있어서 구금의 배면압의 상승을 억제하고, 견인 연신할 때의 실 끊어짐도 억제할 수 있다. 한편, MFR을 300g/10분 이하, 보다 바람직하게는 225g/10분 이하로 함으로써 중합도 또는 분자량을 적절히 높게 취하여 실용에 제공할 수 있는 기계적 강도나 내열성을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서 성분 B의 공중합 PPS란 p-페닐렌술피드를 주된 반복 단위로 해서 상기 단위 이외에 1종 이상의 공중합 단위를 공중합해서 구성된 것을 말한다. 상기 공중합 PPS 수지에 있어서의 p-페닐렌술피드 단위의 함유량은 전체 반복 단위에 대하여 70~97몰%인 것이 바람직하다. p-페닐렌술피드 단위의 함유량을 70몰% 이상, 보다 바람직하게는 80몰% 이상, 더욱 바람직하게는 85몰% 이상으로 함으로써 내열성의 저하를 억제할 수 있다. 한편, p-페닐렌술피드 단위의 함유량을 97몰% 이하, 보다 바람직하게는 96몰% 이하, 더욱 바람직하게는 95몰% 이하로 함으로써 열 접착성이 우수한 복합 섬유를 얻을 수 있다.

공중합 단위로서는 하기의 식(1)에 나타내는 m-페닐렌술피드 단위나 그 밖에는 식(2)~(5)에 나타내는 것 등을 바람직하게 들 수 있다.

[여기서 X는 알킬렌, CO, SO₂ 단위를 나타낸다]

[여기서 R은 알킬, 니트로, 페닐렌, 알콕시기를 나타낸다]

또한, 이들과 같은 p-페닐렌술피드 이외의 공중합 단위가 복수종 존재하고 있어도 좋다. 그 중에서도 열 접착성과 내열성의 밸런스가 잡힌 융점이 얻어지기 쉽고, 또한 섬유의 예사성이 우수한 점으로부터 m-페닐렌술피드가 바람직하다.

공중합 PPS에 있어서의 공중합량으로서는 5~30몰%가 바람직하다. 5몰% 이상, 보다 바람직하게는 7몰% 이상, 더욱 바람직하게는 9몰% 이상으로 함으로써 열 접착성이 우수한 복합 섬유를 얻을 수 있다. 한편, 30몰% 이하, 보다 바람직하게는 25몰% 이하, 더욱 바람직하게는 20몰% 이하로 함으로써 내열성의 저하를 억제할 수 있다.

한편, 예를 들면 하기 식으로 대표되는 3관능성 페닐술피드는 공중합 PPS의 1몰% 이하로 억제하는 것이 섬유의 예사성이 우수한 점으로부터 바람직하다.

또한, 공중합 PPS에 있어서의 공중합의 실시형태로서는 랜덤 공중합, 블록 공중합 등을 들 수 있다. 그 중에서도 열 접착성과 내열성의 밸런스가 잡힌 융점으로 제어하기 쉬운 점으로부터 랜덤 공중합이 바람직하다.

성분 B에 있어서의 공중합 PPS의 함유량으로서는 내열성, 내약품성 등의 점으로부터 85질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다.

또한, 성분 B에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 PPS 이외의 열 가소성 수지를 블렌딩해도 좋다. PPS 이외의 열 가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌에테르, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에테르에테르케톤 등의 각종 열 가소성 수지를 들 수 있다.

또한, 성분 B에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 결정핵제, 광택 소거제, 안료, 곰팡이 방지제, 항균제, 난연제 또는 친수제 등을 첨가해도 좋다.

또한, 성분 B는 ASTM D1238-70(측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5㎏하중)에 준해서 측정하는 MFR이 100~300g/10분인 것이 바람직하다. MFR을 100g/10분 이상, 보다 바람직하게는 120g/10분 이상으로 함으로써 용해 방사에 있어서 구금의 배면압의 상승을 억제하고, 견인 연신할 때의 실 끊어짐도 억제할 수 있다. 한편, MFR을 300g/10분 이하, 보다 바람직하게는 225g/10분 이하로 함으로써 적당한 유동성을 취하고, 안정적으로 복합 형성할 수 있다.

본 발명에서는 성분 B를 열 접착 성분으로서 사용하기 위해서 성분 B의 융점은 성분 A의 융점보다 낮은 것이 바람직하다.

성분 B의 융점으로서는 200~275℃가 바람직하다. 열 접착 성분의 융점을 200℃ 이상, 보다 바람직하게는 230℃ 이상, 더욱 바람직하게는 240℃ 이상으로 함으로써 내열성의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 열 접착 성분의 융점을 275℃ 이하, 보다 바람직하게는 270℃ 이하, 더욱 바람직하게는 265℃ 이하로 함으로써 열 접착성이 우수한 복합 섬유를 얻을 수 있다. 성분 B의 융점은 공중합 성분의 몰비에 의해 적당하게 조제할 수 있다.

또한, 성분 A의 융점과 성분 B의 융점의 융점차로서는 5~80℃가 바람직하다. 융점차를 5℃ 이상, 보다 바람직하게는 10℃ 이상, 더욱 바람직하게는 15℃ 이상으로 함으로써 열 접착성이 우수한 복합 섬유를 얻을 수 있다. 한편, 융점차를 80℃ 이하, 보다 바람직하게는 50℃ 이하, 더욱 바람직하게는 40℃ 이하로 함으로써 내열성의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 PPS 복합 섬유에 있어서의 성분 B가 차지하는 비율로서는 5~70질량%가 바람직하다. 제 2 성분이 차지하는 비율을 5질량% 이상, 보다 바람직하게는 10질량%, 더욱 바람직하게는 15질량% 이상으로 함으로써 효율 좋고 강고한 열 접착을 얻을 수 있다. 한편, 성분 B가 차지하는 비율을 70질량% 이하, 보다 바람직하게는 50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 30질량% 이하로 함으로써 기계적 강도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 PPS 복합 섬유에 있어서의 복합 형태로서는 성분 B가 섬유 표면의 적어도 일부를 형성하고 있는 것이 중요하다. 이러한 복합 형태로서는, 예를 들면 섬유 단면에 있어서 원 형상의 성분 A가 중심을 같게 하는 도넛 형상의 성분 B에 싸이는 심초형, 성분 A의 중심과 성분 B의 중심이 어긋나 있는 심초편심형, 성분 A를 도성분, 성분 B를 해성분으로 하는 해도형, 양 성분이 병렬된 병렬형, 양 성분이 방사상으로 교대로 배열된 방사형, 성분 B가 성분 A의 주위에 수개 배치되는 다엽형 등을 들 수 있다. 그 중에서도 성분 B가 섬유 표면 전체를 차지하고, 또한 섬유의 예사성이 우수한 심초형이 바람직하다.

본 발명의 PPS 복합 섬유의 평균 단섬유 섬도로서는 0.5~10dtex가 바람직하다. 평균 단섬유 섬도를 0.5dtex 이상, 보다 바람직하게는 1dtex 이상, 더욱 바람직하게는 2dtex 이상으로 함으로써 섬유의 예사성을 유지하고, 방사 중에 실 끊어짐이 다발하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 평균 단섬유 섬도를 10dtex 이하, 보다 바람직하게는 5dtex 이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하로 함으로써 방사 구금 단공당 용융 수지의 토출량을 억제해서 섬유에 대하여 충분한 냉각을 실시할 수 있고, 섬유간의 융착에 의한 방사성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 부직포로 했을 때의 단위 중량 불균일을 억제하여 표면의 품위를 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 부직포를 필터 등에 적용할 경우의 먼지 포집 성능의 관점으로부터도 평균 단섬유 섬도는 10dtex 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5dtex 이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하이다.

본 발명의 PPS 복합 섬유는 멀티 필라멘트, 모노 필라멘트 또는 단섬유 중 어느 것이라도 사용할 수 있고, 직물이나 부직포 등의 모든 포백를 구성하는 섬유로서 사용할 수 있다. 그 중에서도 본 발명의 PPS 복합 섬유는 부직포의 구성 섬유로서 사용하는 것이 바람직하다. 부직포에 있어서는 구성 섬유끼리가 열 접착함으로써 부직포의 강도에 이바지하기 때문이다.

부직포로서는, 예를 들면 니들 펀치 부직포, 습식 부직포, 스판리스 부직포, 스판본드 부직포, 멜트 플로우 부직포, 레진본드 부직포, 케미컬 본드 부직포, 써멀 본드 부직포, 토우 개섬식 부직포, 에어 레이드 부직포 등을 들 수 있다. 그 중에서도 생산성이나 기계적 강도가 우수한 스판본드 부직포가 바람직하다.

또한, 본 발명의 PPS 복합 섬유로 구성되는 부직포는 열 접착함으로써 높은 기계적 강도가 얻어지는 점에서 열 접착에 의해 일체화해서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 부직포의 단위 중량으로서는 10~1000g/㎡가 바람직하다. 단위 중량을 10g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 100g/㎡ 이상, 더욱 바람직하게는 200g/㎡ 이상으로 함으로써 실용에 제공할 수 있는 기계적 강도의 부직포를 얻을 수 있다. 한편, 단위 중량을 1000g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 700g/㎡ 이하, 더욱 바람직하게는 500g/㎡ 이하로 함으로써 적당한 통기성을 갖고, 필터 등에서 사용할 경우에 고압손이 되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 열 접착성 복합 섬유로 구성되는 부직포에 있어서는 부직포의 세로 인장 강력, 세로 인장 신도 및 단위 중량으로부터 다음 식에서 산출되는 단위 중량당 강신도 곱이 10 이상인 것이 바람직하다.

단위 중량당 강신도 곱=세로 인장 강력(N/5㎝)×세로 인장 신도(%)/단위 중량(g/㎡)

단위 중량당 강신도 곱을 10 이상, 보다 바람직하게는 13 이상, 더욱 바람직하게는 15 이상으로 함으로써 가혹한 환경 하에서도 사용할 수 있는 기계적 강도를 갖는 부직포가 된다. 또한, 상한은 특별히 정해진 것은 아니지만, 부직포가 단단해져서 취급성이 악화되는 것을 방지하는 점으로부터 100 이하가 바람직하다.

본 발명의 열 접착성 복합 섬유로 구성되는 부직포는 공기 중 180℃의 온도에서 1300시간의 내열 폭로 시험에 있어서의 세로 인장 강력 유지율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 세로 인장 강력 유지율이 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이면 고온 하에서 장기간 사용되는 내열성 필터 등의 사용에도 견딜 수 있다. 세로 인장 강력 유지율의 상한값은 특별히 정해진 것이 아니지만, 150% 이하인 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 PPS 복합 섬유 및 부직포를 제조하는 방법에 대해서 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명에 사용하는 공중합 PPS의 중합 방법으로서는 여러 가지 방법이 있지만, 황화알칼리와 p-디할로벤젠(주성분 모노머) 및 부성분 모노머를 상술한 바와 같은 공중합률에 대응한 몰비율로 배합하고, 극성 용매 중, 중합조제의 존재화 하, 고온, 고압에서 중합하는 방법이 얻어지는 폴리머의 중합도를 상승시키기 쉬워서 바람직하다. 특히, 황화알칼리로서 황화나트륨, 주성분 모노머로서 p-디클로로벤젠, 용매로서 N-메틸피롤리돈을 사용하는 것이 바람직하다.

부성분 모노머로서는 상술한 식(1)의 m-페닐렌술피드 단위를 도입하기 위해서는 다음 식에 나타내는 모노머를 사용할 수 있다.

또한, 상술한 식(2)의 공중합 단위를 도입하기 위해서는 다음 식에 나타내는 모노머를 사용할 수 있다.

또한, 상술한 식(3)의 공중합 단위를 도입하기 위해서는 다음 식에 나타내는 모노머를 사용할 수 있다.

[여기서 X는 알킬렌, CO, SO₂ 단위를 나타낸다]

또한, 상술한 식(4)의 공중합 단위를 도입하기 위해서는 다음 식에 나타내는 모노머를 사용할 수 있다.

또한, 상술한 식(5)의 공중합 단위를 도입하기 위해서는 다음 식에 나타내는 모노머를 사용할 수 있다.

[여기서 R은 알킬, 니트로, 페닐렌, 알콕시기를 나타낸다]

를 들 수 있고, 이들 복수의 부성분 모노머가 존재해도 상관없다.

한편, 본 발명에 사용하는 PPS에 대해서는 공중합 PPS와 마찬가지로 해서 중합할 수 있지만, 부성분 모노머를 배합하지 않거나 또는 그 배합을 감하는 것이다.

본 발명의 PPS 복합 섬유를 제조하는 방법에는 공지의 용해 방사 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 심초형 복합 섬유의 경우 심 성분용의 PPS 수지와 초 성분용의 공중합 PPS 수지를 각각 다른 압출기에서 용융, 계량하고, 심초형 복합 구금으로 공급, 용해 방사하고, 사조를 종래 공지의 횡분사나 환상 분사 등의 냉각 장치를 사용하여 냉각한 후 유제를 부여하고, 인취 롤러를 개재해서 미연신 실로서 권취기에 권취한다. 섬유의 형태로서 단섬유를 얻고 싶은 경우에는 권취한 미연신 실을 공지의 연신기에서 주속이 다른 롤러군 사이에서 연신하고, 압입형의 권축기 등으로 권축을 부여한 후에 EC 커터 등의 커터로 소망의 길이로 절단하면 좋다. 섬유의 형태로서 장섬유를 얻고 싶은 경우에는 연신기에서 연신 후 권취하고, 필요에 따라서 연사 가공, 가연사 가공 등의 가공을 행하면 좋다.

이어서, 본 발명의 부직포의 바람직한 실시형태로서 스판본드법에 의한 복합 섬유 부직포를 제조하는 방법을 이하에 설명한다.

스판본드법은 수지를 용융하고, 방사 구금으로부터 방사한 후 냉각 고화한 사조에 대하여 이젝터로 견인, 연신하고, 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화한 후 열 접착하는 공정을 요하는 제조 방법이다.

방사 구금이나 이젝터의 형상으로서는 원형이나 직사각형 등 여러 가지 것을 채용할 수 있다. 그 중에서도 압축 에어의 사용량이 비교적 적고, 사조끼리의 융착이나 찰과가 일어나기 어려운 점으로부터 직사각형 구금과 직사각형 이젝터의 조합이 바람직하다.

용융하여 방사할 때의 방사 온도는 290~380℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 295~360℃, 더욱 바람직하게는 300~340℃이다. 방사 온도를 상기 범위 내로 함으로써 안정된 용융 상태로 해서 우수한 방사 안정성을 얻을 수 있다.

성분 A 및 성분 B를 각각 다른 압출기에서 용융, 계량하고, 복합 방사 구금에 공급하여 복합 섬유로서 방출한다.

방출된 복합 섬유의 사조를 냉각하는 방법으로서는, 예를 들면 냉풍을 강제적으로 사조에 분사하는 방법, 사조 주위의 분위기 온도에서 자연 냉각하는 방법, 방사 구금과 이젝터 사이의 거리를 조정하는 방법, 또는 이들의 조합을 채용할 수 있다. 또한, 냉각 조건은 방사 구금의 단공당 토출량, 방사하는 온도, 분위기 온도 등을 고려해서 적당하게 조정해 채용할 수 있다.

이어서, 냉각 고화한 사조는 이젝터로부터 분사하는 압축 에어에 의해 견인, 연신된다. 이젝터에서의 견인, 연신의 방법이나 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 이젝터로부터 분사되는 압축 에어를 적어도 100℃ 이상으로 가열하고, 이 가열한 압축 에어에 의해 방사 속도 3,000m/분 이상으로 견인, 연신하는 방법, 또는 방사 구금 하면으로부터 이젝터의 압축 에어 분출구까지의 거리를 450~650㎜가 되도록 배치하고, 이젝터의 압축 에어(상온)에 의해 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 견인, 연신하는 방법이 PPS 섬유의 결정화를 효율적으로 촉진할 수 있는 점에서 바람직하다.

이어서, 연신에 의해 얻어진 PPS 복합 섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화하고, 얻어진 부직 웨브를 열 접착에 의해 일체화함으로써 부직포를 얻을 수 있다.

열 접착의 방법으로서는, 예를 들면 상하 한쌍의 롤 표면에 각각 조각이 실시된 열 엠보싱 롤, 한쪽의 롤 표면이 플랫(평활)한 롤과 다른쪽 롤 표면에 조각이 실시된 롤의 조합으로 이루어지는 열 엠보싱 롤, 상하 한쌍의 플랫(평활) 롤의 조합으로 이루어지는 열 캘린더 롤 등 각종 롤에 의한 열압착이나 부직 웨브의 두께 방향으로 열풍을 통과시키는 에어 스루 방식을 적용할 수 있다. 그 중에서도 기계적 강도를 향상시키면서 적당한 통기성도 유지할 수 있는 열 엠보싱 롤을 사용한 열 접착을 바람직하게 채용할 수 있다.

열 엠보싱 롤에 실시되는 조각의 형상으로서는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 마름모형, 정육각형 및 정팔각형 등을 사용할 수 있다.

열 엠보싱 롤의 표면 온도로서는 저융점인 성분 B의 융점에 대하여 -30~-5℃의 범위인 것이 바람직하다. 열 엠보싱 롤의 표면 온도를 성분 B의 융점에 대하여 -30℃ 이상, 보다 바람직하게는 -25℃ 이상, 더욱 바람직하게는 -20℃ 이상으로 함으로써 충분히 열 접착시켜 부직포의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 또한, -5℃ 이하로 함으로써 섬유의 융해에 의해 압착부에 구멍이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

열 접착시의 열 엠보싱 롤의 선압으로서는 200~1500N/㎝가 바람직하다. 롤의 선압을 200N/㎝ 이상, 보다 바람직하게는 300N/㎝ 이상으로 함으로써 충분히 열 접착시켜 시트의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 롤의 선압을 1500N/㎝ 이하, 보다 바람직하게는 1000N/㎝ 이하로 함으로써 조각의 볼록부가 부직포에 파고들어서 롤로부터 부직포가 박리되기 어려워지거나 부직포가 파단되는 것을 방지할 수 있다.

열 엠보싱 롤에 의한 접착 면적으로서는 8~40%가 바람직하다. 접착 면적을 8% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 12% 이상으로 함으로써 부직포로서 실용에 제공할 수 있는 강도를 얻을 수 있다. 한편, 접착 면적을 40% 이하, 보다 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하로 함으로써 필름라이크가 되어 통기성 등의 부직포로서의 특징이 얻어지기 어려워지는 것을 방지할 수 있다. 여기서 말하는 접착 면적이란 한쌍의 요철을 갖는 롤에 의해 열 접착하는 경우에는 상측 롤의 볼록부와 하측 롤의 볼록부가 겹쳐서 부직 웨브에 접촉하는 부분의 부직포 전체에 차지하는 비율을 말한다. 또한, 요철을 갖는 롤과 플랫 롤에 의해 열 접착하는 경우에는 요철을 갖는 롤의 볼록부가 부직 웨브에 접촉하는 부분의 부직포 전체에 차지하는 비율을 말한다.

또한, 열 접착 전의 부직 웨브에 대하여 반송성 향상이나 부직포의 두께 컨트롤을 목적으로 해서 온도 70~120℃, 선압 50~700N/㎝에서 캘린더 롤에 의한 가접착을 행하는 공정을 실시할 수도 있다. 캘린더 롤로서는 상하 금속 롤의 조합이나 금속 롤과 수지 또는 페이퍼 롤의 조합의 것을 사용할 수 있다.

또한, 열 접착 전의 부직 웨브에 대하여 열에 대한 안정성 향상을 목적으로 해서 핀 텐터나 클립 텐터 등을 사용한 긴장 하에서의 열 처리나 열풍 건조기 등을 사용한 무긴장(프리)에서의 열 처리를 실시할 수도 있다. 열 처리의 온도로서는 부직 웨브의 결정화 온도 이상, 초 성분의 융점 이하인 것이 바람직하다.

실시예

이어서, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

[측정 방법]

(1) 멜트 플로우 레이트(MFR)(g/10분)

사용한 수지의 MFR은 ASTM D1238-70에 준해서 측정 온도 315.5℃에서 측정 하중 5㎏의 조건에서 측정했다.

(2) 융점(℃)

시차 주사 열량계(TA Instruments사제 Q100)를 사용하여 다음 조건에서 측정하고, 흡열 피크 정점 온도의 평균값을 산출하여 측정 대상의 융점으로 했다. 또한, 섬유 형성 전의 수지에 있어서 흡열 피크가 복수 존재하는 경우에는 가장 고온측의 피크 정점 온도로 한다. 또한, 섬유를 측정 대상으로 삼을 경우에는 마찬가지로 측정하고, 복수의 흡열 피크로부터 각 성분의 융점을 추정할 수 있다.

· 측정 분위기: 질소류(150㎖/분)

· 온도 범위: 30~350℃

· 승온 속도: 20℃/분

· 시료량: 5㎎

(3) 평균 단섬유 섬도(dtex)

네트 상에 포집한 부직 웨브로부터 랜덤으로 소편 샘플 10개를 채취하고, 마이크로스코프로 500~1000배의 표면 사진을 촬영하고, 각 샘플로부터 10개씩, 합계 10개의 섬유의 폭을 측정하여 평균값을 산출했다. 단섬유의 폭 평균값을 원형 단면 형상을 갖는 섬유의 평균 직경으로 간주하고, 사용하는 수지의 고형 밀도로부터 길이 10,000m당 중량을 평균 단섬유 섬도로서 소수점 이하 제 2 위치를 반올림해서 산출했다.

(4) 방사 속도(m/분)

섬유의 평균 단섬유 섬도(F)(dtex)와 각 조건에서 설정한 방사 구금 단공으로부터 토출되는 수지의 토출량(D)(이하 단공 토출량이라고 약기함)(g/분)으로부터 다음 식에 준거하여 방사 속도(V)(m/분)를 산출했다.

V=(10000×D)/F

(5) 부직포의 단위 중량(g/㎡)

JIS L1913(2010년) 6.2 「단위 면적당 질량」에 준거하여 20㎝×25㎝의 시험편을 시료의 폭 1m당 3장 채취하고, 표준 상태에 있어서의 각각의 질량(g)을 측정하여 그 평균값을 1㎡당 질량(g/㎡)으로 나타냈다.

(6) 부직포의 단위 중량당 강신도 곱

JIS L1913(2010년)의 6.3.1에 준하여 샘플 사이즈 5㎝×30㎝, 그립 간격 20㎝, 인장 속도 10㎝/min의 조건에서 세로 방향 3점의 인장 시험을 행하고, 샘플이 파단되었을 때의 강력을 세로 인장 강력(N/5㎝), 또한 최대 하중시의 샘플의 신장을 1㎜ 단위까지 측정하고, 이 신장률(원래의 길이에 대한 늘어난 길이)을 세로 인장 신도(%)로 해서 세로 인장 강력(N/5㎝)과 세로 인장 신도(%)의 각각의 평균값에 대해서 소수점 이하 제 1 위치를 반올림해서 산출했다. 이어서, 산출한 세로 인장 강력(N/5㎝)과 세로 인장 신도(%), 또한 (5)에서 구한 단위 중량(g/㎡)으로부터 이하의 식으로부터 소수점 이하 제 1 위치를 반올림해서 단위 중량당 강신도 곱을 산출했다.

(7) 부직포의 열 수축률(%)

JIS L1906(2000년) 5.9 「열 수축률」에 준해서 측정했다. 항온 건조기 내의 온도를 200℃로 해서 10분간 열 처리했다.

(8) 내열 폭로 시험과 세로 인장 강력 유지율

열풍 오븐(Espec Corporation제, TABAI SAFETY OVEN SHPS-222)을 사용하여 길이 30㎝, 폭 5㎝의 세로 방향의 샘플을 필요 수 투입하고, 열풍 공기 분위기 하, 180℃×1300시간, 공기 순환량 300ℓ/min에서 폭로시켰다. 내열 폭로 시험 전후의 샘플에 대해서 상기 (6)에 기재된 방법으로 인장 강력을 측정하고, 하기 식을 사용하여 세로 인장 강력 유지율을 산출했다.

세로 인장 강력 유지율(%)=내열 폭로 시험 후 세로 인장 강력(N/5㎝)/내열 폭로 시험 전 세로 인장 강력(N/5㎝)×100

[실시예 1]

(성분 B)

오토클레이브에 100몰의 황화나트륨9수염, 45몰의 아세트산 나트륨 및 25리터의 N-메틸피롤리돈(NMP)을 넣고, 교반하면서 서서히 220℃의 온도까지 승온하여 함유되어 있는 수분을 증류에 의해 제거했다. 탈수가 종료된 계 내에 주성분 모노머로서 91몰(89.8몰%)의 p-디클로로벤젠, 부성분 모노머로서 10몰(10몰%)의 m-디클로로벤젠 및 0.2몰(0.2몰%)의 1,2,4-트리클로로벤젠을 5리터의 NMP과 함께 첨가하고, 170℃의 온도에서 질소를 3㎏/㎠에서 가압 봉입 후 승온하여 260℃의 온도에서 4시간 중합했다. 중합 종료 후 냉각하고, 증류수 중에 폴리머를 침전시켜 150메쉬 눈크기를 갖는 철망에 의해 소괴상 폴리머를 채취했다. 이렇게 하여 얻어진 소괴상 폴리머를 90℃의 증류수에 의해 5회 세정한 후 감압 하 120℃의 온도에서 건조하여 MFR이 152g/10분, 융점이 257℃인 공중합 PPS 수지를 얻었다. 이 공중합 PPS 수지를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조하여 성분 B로서 사용했다.

(성분 A)

주성분 모노머로서 101몰의 p-디클로로벤젠을 사용하고, 부성분 모노머 및 1,2,4트리클로로벤젠을 사용하지 않는 것 이외에는 모두 상기 공중합 PPS 수지의 제조와 마찬가지로 해서 PPS 수지를 제조했다. 제조한 PPS 수지의 MFR은 160g/10분, 융점은 281℃이었다. 이 PPS 수지를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조하여 성분 A로서 사용했다.

(방사·부직 웨브화)

상기 성분 B(공중합 PPS 수지)를 초 성분용의 압출기에서, 상기 성분 A(PPS 수지)를 심 성분용의 압출기에서 각각 용융하고, 성분 A와 성분 B의 질량비가 80:20이 되도록 계량하여 방사 온도 325℃에서 구멍 지름 Φ0.30㎜의 직사각형 심초형 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.2g/분에서 심초형 복합 섬유를 방출했다. 방출한 섬유를 실온 20℃의 분위기 하에서 냉각 고화하고, 상기 구금으로부터의 거리 550㎜의 위치에 설치한 직사각형 이젝터에 통과시키고, 공기 가열기에서 200℃의 온도로 가열한 공기를 이젝터 압력 0.17㎫에서 이젝터로부터 분사시키고, 사조를 견인, 연신하여 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 방사 속도는 5,012m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 인라인 상에 설치된 금속제의 상하 한쌍의 캘린더 롤을 사용해서 선압 200N/㎝ 및 가접착 온도 90℃에서 상기 부직 웨브를 가접착했다. 이어서, 금속제로 물방울 무늬의 조각이 행해진 롤 및 금속제이고 플랫한 하부 롤로 구성되는 상하 한쌍의 접착 면적 12%의 엠보싱 롤에서 선압 1000N/㎝, 열 접착 온도 250℃에서 열 접착하여 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 256g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 20, 열 수축률은 세로 방향으로 0.1%, 가로 방향으로 0.1%, 세로 인장 강력 유지율은 99%이었다.

[실시예 2]

(성분 B)

실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 공중합 PPS 수지를 성분 B로서 사용했다.

(성분 A)

실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 PPS 수지를 성분 A로서 사용했다.

(방사·부직 웨브화)

압축 에어의 온도를 상온(20℃), 이젝터 압력을 0.25㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 심초형 복합 방사, 부직 웨브화를 행했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.3dtex, 방사 속도는 5,250m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직 웨브에 가접착 및 열 접착을 실시해서 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 263g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 15, 열 수축률은 세로 방향으로 0.1%, 가로 방향으로 0.0%, 세로 인장 강력 유지율은 98%이었다.

[실시예 3]

(성분 B)

모노머의 첨가량으로서 p-디클로로벤젠을 94.8몰(94.8몰%), m-디클로로벤젠을 5몰(5몰%), 1,2,4-트리클로로벤젠을 0.2몰(0.2몰%)로 한 것 외에는 실시예 1의 조건으로 중합하여 공중합 PPS 수지를 제조하고, MFR이 142g/10분, 융점 263℃의 공중합 PPS 수지를 얻었다. 이 공중합 PPS 수지를 실시예 1과 마찬가지로 건조하여 성분 B로서 사용했다.

(성분 A)

(방사·부직 웨브화)

상기 성분 A, B를 사용하여 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 심초형 복합 방사, 부직 웨브화를 행했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.5dtex, 방사 속도는 4,856m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 엠보싱 롤의 열 접착 온도를 255℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직 웨브에 가접착 및 열 접착을 실시하고, 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 258g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 11, 열 수축률은 세로 방향으로 0.1%, 가로 방향으로 0.0%, 세로 인장 강력 유지율은 99%이었다.

[실시예 4]

(성분 B)

모노머의 첨가량으로서 p-디클로로벤젠을 84.8몰(84.8몰%), m-디클로로벤젠을 15몰(15몰%), 1,2,4-트리클로로벤젠을 0.2몰(0.2몰%)로 한 것 외에는 실시예 1의 조건으로 중합하여 공중합 PPS 수지를 제조하고, MFR이 165g/10분, 융점 239℃의 공중합 PPS 수지를 얻었다. 이 공중합 PPS 수지를 실시예 1과 마찬가지로 건조하여 성분 B로서 사용했다.

(성분 A)

(방사·부직 웨브화)

상기 성분 A, B를 사용하여 실시예 1과 마찬가지의 조건으로 심초형 복합 방사, 부직 웨브화를 행했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 방사 속도는 5,062m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 엠보싱 롤의 열 접착 온도를 230℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직 웨브에 가접착 및 열 접착을 실시하고, 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 255g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 19, 열 수축률은 세로 방향으로 0.2%, 가로 방향으로 0.1%, 세로 인장 강력 유지율은 98%이었다.

[비교예 1]

(성분 B)

성분 B는 사용하지 않았다.

(성분 A)

(방사·부직 웨브화)

상기 성분 A를 압출기에서 용융, 계량하고, 방사 온도 325℃에서 구멍 지름 Φ0.30㎜의 직사각형 단일 성분 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.2g/분에서 방출했다. 이후는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사, 부직 웨브화를 행했다. 얻어진 단일 성분형 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 방사 속도는 4,920m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 엠보싱 롤의 열 접착 온도를 260℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직 웨브에 가접착 및 열 접착을 실시하고, 단일 성분형 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 단일 성분형 장섬유 부직포의 단위 중량은 263g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 4, 열 수축률은 세로 방향으로 0.0%, 가로 방향으로 0.1%, 세로 인장 강력 유지율은 99%이었다.

[비교예 2]

(성분 B)

성분 B는 사용하지 않았다.

(성분 A)

(방사·부직 웨브화)

상기 성분 A를 압출기에서 용융, 계량하고, 방사 온도 325℃에서 구멍 지름 Φ0.30㎜의 직사각형 단일 성분 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.2g/분으로 방출했다. 이후는 압축 에어의 온도를 상온(20℃), 이젝터 압력을 0.25㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사, 부직 웨브화를 행했다. 얻어진 단일 성분형 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.0dtex, 방사 속도는 5,935m/분이며, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열 접착)

이어서, 엠보싱 롤의 열 접착 온도를 260℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직 웨브에 가접착 및 열 접착을 실시하고, 단일 성분형 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 단일 성분형 장섬유 부직포의 단위 중량은 266g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 3, 열 수축률은 세로 방향으로 0.1%, 가로 방향으로 0.1%, 세로 인장 강력 유지율은 99%이었다.

p-페닐렌술피드를 주단위로 하는 PPS 수지를 심 성분, 공중합 PPS 수지를 초 성분으로 한 실시예 1~4의 심초형 복합 장섬유 부직포는 비교예 1, 2의 단일 성분형 장섬유 부직포와 비교하여 단위 중량당 강신도 곱이 대폭 향상되고, 기계적 강도가 우수한 것이었다.

본 발명의 열 접착성 복합 섬유로 구성되는 부직포는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 기계적 강도가 우수하기 때문에 각종 공업용 필터, 전기 절연재, 전지 세퍼레이터, 물 처리용 막 기재, 단열 기재 및 방호복 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

p-페닐렌술피드를 주단위로 하는 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 A라고 하고, p-페닐렌술피드 이외에 적어도 1종 이상의 공중합 단위를 함유하는 공중합 폴리페닐렌술피드를 주로 포함하는 수지를 성분 B라고 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 하여 이루어지는 복합 섬유로서:
성분 B는 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 A를 심 성분, 상기 성분 B를 초 성분으로 하는 심초형 복합 섬유인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 B는 반복 단위의 70~97몰%가 p-페닐렌술피드로 이루어지고, 3~30몰%가 m-페닐렌술피드로 이루어지는 공중합 폴리페닐렌술피드를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 A의 융점(Tm(A))과 상기 성분 B의 융점(Tm(B))은 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
5(℃)≤Tm(A)-Tm(B)≤80(℃)
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 폴리페닐렌술피드 복합 섬유로 구성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포.
제 5 항에 있어서,
상기 부직포는 스판본드 부직포인 것을 특징으로 하는 부직포.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 폴리페닐렌술피드 복합 섬유는 열 접착에 의해 일체화되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
공기 중 180℃의 온도에서 1300시간의 내열 폭로 시험에 있어서의 세로 인장강력 유지율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 부직포.