KR20160062900A - 고흡수성 실의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고흡수성 단량체 혼합액을 실에 도포한 후 열처리하여 상기 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시켜 고흡수성 실을 제조한다.
본 발명은 고흡수성을 부여하는 도포액으로 종래 중합고분자 분산액 또는 수용액 대신에 단량체 혼합물을 사용하기 때문에 제조공정이 간소화되고 제조비용도 저렴하다.
또한, 본 발명은 열처리 공정에서 단량체 혼합물 내 단량체가 중합 및 가교될 때 일어나는 반응열로 인해 건조속도가 빨라 생산성이 향상된다.
또한, 본 발명은 상기 단량체 혼합물 내에 포함된 계면활성제가 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고, 상기 계면활성제가 섬유유제 역할을 수행함으로써 생산공정 중 가이드와의 마찰력을 줄여 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 방지해 준다.

Description

고흡수성 실의 제조방법{Method of manufacturing superabsorbent yarn}

본 발명은 고흡수성 실의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 고흡수성 단량체 혼합물을 실에 도포한 후 열처리하여 상기 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시켜 상기 실에 고흡수성 코팅층을 형성하는 방법으로 고흡수성 실을 제조함으로서, 제조공정이 간소화되고, 제조비용이 저렴하고, 중합 및 가교반응시의 반응열로 인해 건조속도가 빨라 생산성이 향상되고, 상기 단량체 혼합물 내에 계면활성제가 포함되어 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고 가이드와 고흡수성의 마찰력을 줄여 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 방지해 주는 고흡수성 실의 제조방법에 관한 것이다.

최근의 정보통신의 급속한 발달은 광케이블의 수요증가와 더불어 광케이블의 새로운 디자인이나 성능개발을 요구하고 있다. 그 중에 하나가 광케이블 내로 침투하는 물을 차단하는 일이다. 광케이블은 주로 지하에 매설하게 되는데 외부로부터 가해지는 충격이나 힘에 의해서 광케이블의 바깥부분을 둘러싸고 있는 플라스틱 절연체에 틈이 생기고 그로 인해 주위에 있는 물이 광케이블 내로 침투하는 문제가 발생한다. 이러한 물의 침입은 결과적으로 전선들간의 합선을 일으켜서 광케이블의 손상을 가져온다. 이러한 문제가 발생 했을 시 케이블의 손상 부분을 찾아낸 다음 교체하여야 하지만, 광케이블은 지하에 설치되거나 바다나 강과 같이 다량의 물이 모인 물 밑을 따라 배치되기 때문에, 케이블의 손상 부분의 위치를 파악하고 교체하는 작업은 시간이 많이 소모되고 비용이 많이 들어 가게 된다. 이를 효과적으로 방지하기 위한 하나의 방법으로 전선 바깥부분에 고흡수성 고분자를 입힘으로써 침투한 물을 전선 바깥에서 흡수하게 하여 전선을 보호하는 기능을 강화시키고 있다. 현재 고흡수성 고분자를 입히는 방법은 고흡수성 고분자 입자를 케이블 위에 뿌리는 방법에서부터 고흡수성 고분자를 코팅처리한 테이프로 케이블을 감는 방법에 이르기가지 매우 다양하다.

아라미드 섬유에 고흡수성 물질이 코팅된 고흡수성 실은 광통신용 케이블의 제조에 사용될 수 있는데, 이 경우 보강재(reinforcing member) 및 방수재(water blocking member)로서 기능을 한다.

상기 고흡수성 실의 제조방법 중 하나로서, 물에 분산되어 있는 불수용성의 고흡수성 물질을 실에 함침시킨 후 건조 공정을 수행하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에 의하면, 높은 점도로 인한 함침성 저하로 인해 만족할만한 흡수성을 갖는 실이 제조될 수 없다.

함침성 향상을 위한 방법이 미국특허 제5,635,569호 및 미국특허 5,264,251호에 개시되어 있다. 이것에 의하면, 수성상(aqueous phase)중에 고흡수성 물질을 포함하는 유중수 에멀젼(water-in-oil emulsion)을 실에 함침시킨 후 건조 공정을 수행함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실이 제조된다. 그러나, 이 방법도 역시 중대한 결점을 갖는다. 즉, 상기 건조공정 중에 이소헥사데칸(isohexadecane)과 같은 환경문제 유발 물질이 방출되기 때문에 이러한 유해 물질의 처리를 위한 부가적인 장치 및 비용이 더 요구된다.

위 문제를 해결하기 위하여, 미국특허 제5,100,397호, 미국특허 제6,319,558호, 및 미국특허 제6,284,367호는 수용성의 가교가능한(crosslinkable) 폴리머를 포함하는 수용액(aqueous solution)을 기재(substrate)에 코팅 또는 함침시킨 후 열처리 공정을 통해 상기 수용성 폴리머를 가교시킴으로써 불수용성의 고흡수성 물질로 변화시키는 방법을 각각 제안하고 있다.

이러한 방법은, 전혀 가교되지 않은 상기 수용성 폴리머를 높은 레벨의 흡수성을 갖는 불수용성 물질이 형성되기에 충분한 정도로 가교시키기 위하여, 실이 장시간 동안 고온의 열처리 과정을 거칠 것을 요구한다. 그러나, 고온의 열처리가 장시간 동안 수행되면 실에 손상이 유발되고, 이것은 실의 강도 및 신율 저하를 야기한다. 광케이블의 보강재로 사용될 실의 강도 및 신율 저하는 치명적이다. 더욱이, 고온의 열처리 시간이 길어질수록 생산성이 저하되고 에너지 사용이 증가되는 등 경제적으로도 불리하다.

본 발명의 과제는 상기 종래기술들의 문제점을 해결함으로써 실에 도포된 흡수성 부여물질의 건조속도가 빨라 생산성이 향상되고, 제조공정이 간소화되고, 제조비용이 저렴하며, 흡수성 부여 물질의 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고, 가이드와의 마찰로 인해 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 고흡수성 실의 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 흡수성을 부여하는 물질로써 종래 중합 고분자 분산액 또는 수용액을 사용하는 대신에 고흡수성 단량체 혼합액을 사용한다.

구체적으로, 본 발명은 고흡수성 단량체 혼합액을 실에 도포한 후 열처리하여 상기 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시켜 고흡수성 실을 제조한다.

본 발명은 고흡수성을 부여하는 도포액으로 종래 중합고분자 분산액 또는 수용액 대신에 단량체 혼합물을 사용하기 때문에 제조공정이 간소화되고 제조비용도 저렴하다.

또한, 본 발명은 열처리 공정에서 단량체 혼합물 내 단량체가 중합 및 가교될 때 일어나는 반응열로 인해 건조속도가 빨라 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명은 상기 단량체 혼합물 내에 포함된 계면활성제가 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고, 상기 계면활성제가 섬유유제 역할을 수행함으로써 생산공정 중 가이드와의 마찰력을 줄여 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 방지해 준다.

이하, 본 발명에 따른 고흡수성 실의 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

본 발명은 (ⅰ) 아크릴산을 함유하는 수용성 에틸렌계 불포화 화합물, 중합개시제, 가교제, 계면활성제 및 수계 용매를 포함하는 단량체 혼합액을 제조하는 공정; (ⅱ) 상기 단량체 혼합액에 실을 함침시켜 상기 실에 단량체 혼합액을 도포시키는 공정; 및 (ⅲ) 단량체 혼합액이 도포된 실을 열처리하여 실에 도포된 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시키는 공정;을 포함한다.

구체적으로, 본 발명에서는 아크릴산을 함유하는 수용성 에틸렌계 불포화 화합물, 중합개시제, 가교제, 계면활성제 및 수계 용매를 포함하는 단량체 혼합액을 제조한다.

상기 단량체 혼합액에는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 화합물, 중합개시제, 가교제, 계면활성제 및 수계용매 외에도 기타 첨가제 성분이 추가로 더 포함될 수도 있다.

구현일례는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 화합물, 중합개시제, 가교제, 계면활성제 및 수계용매를 혼합하여 상기 단량체 혼합물을 제조한다.

상기 아크릴산을 함유하는 수용성 에틸렌계 불포화 화합물은 아크릴산, 아크릴산의 염, 메타크릴산, 메타크릴산의 염, 아크릴아미드 또는 이들의 혼합물 등이다.

상기 중합개시제의 일례로는 암모늄 퍼설페이트 등과 같은 퍼설페이트 화합물이 사용된다.

상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스터, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르, 소비탄지방산에스터 또는 이들의 혼합물 등이다.

본 발명에서는 상기 단량체 혼합물 내에 계면활성제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 계면활성제는 열처리시 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고, 섬유 유제역할을 수행하여 고흡수성 코팅층과 가이드(Guide) 사이의 마찰력을 줄여 상기 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 효과적으로 방지해 준다.

다음으로는, 상기 단량체 혼합액에 실을 함침시켜 상기 실에 단량체 혼합액을 도포한다.

상기 실은 아라미드 멀티필라멘트 또는 유리섬유 등이다.

다음으로는, 단량체 혼합액이 도포된 실을 열처리하여 실에 도포된 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시켜 고흡수성 실을 제조한다.

상기 열처리는 단량체 혼합액이 도포된 실을 온도가 150~300℃인 열처리 유닛 내로 통과시키면서 10~90초 동안 실시하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 단량체 혼합액이 도포된 실을 열처리하기 전에 미세 구멍내로 통과시키면서 과량으로 도포된 단량체 혼합액 일부를 제거해 주는 공정을 추가로 더 실시할 수도 있다.

본 발명은 고흡수성을 부여하는 도포액으로 종래 중합고분자 분산액 또는 수용액 대신에 단량체 혼합물을 사용하기 때문에 제조공정이 간소화되고 제조비용도 저렴하다.

또한, 본 발명은 열처리 공정에서 단량체 혼합물 내 단량체가 중합 및 가교될 때 일어나는 반응열로 인해 건조속도가 빨라 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명은 상기 단량체 혼합물 내에 포함된 계면활성제가 가교도를 완화시켜 흡수성을 높이고, 상기 계면활성제가 섬유유제 역할을 수행함으로써 생산공정 중 가이드와의 마찰력을 줄여 고흡수성 코팅층이 박리되는 것을 방지해 준다.

이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. 아래에서 예시되는 실시예들은 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

실시예 1

아크릴산 200g, 아크릴 아미드 20g, 에틸렌 글라이콜 디글리시딜 에테르(가교제) 0.2g, 암모늄 퍼설페이트(개시제) 0.3g, 폭시옥시에틸렌 노닐페닐 에테르(계면활성제) 5g, 가성소오다 90g 및 물 2790g을 혼합하여 단량체의 농도가 10중량%인 단량체 혼합액을 제조하였다.

다음으로, 제조된 단량체 혼합물에 섬도가 2,840 데니어인 아라미드 필라멘트를 함침한 후 미세한 구멍을 통과시키면서 여분의 함침액(단량체 혼합물)을 제거하였다.

다음으로, 단량체 혼합물이 함침된 아라미드 필라멘트를 300℃의 열처리 유닛내로 통과시키면서 20초간 열처리하여 고흡수성 실을 제조하였다.

제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 2

실시예 1에서 단량체 혼합물 제조시 물의 함량을 4,100g으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고흡수성 실을 제조하였다.

제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 3

실시예 1에서 단량체 혼합물 제조시 물의 함량을 5,800g으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고흡수성 실을 제조하였다.

제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

비교실시예 1

실시예 1에서 단량체 혼합물 제조시 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(계면활성제)를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 단량체 혼합물 및 고흡수성 실을 제조하였다. 제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

비교실시예 2

실시예2에서 단량체 혼합물 제조시 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(계면활성제)를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 단량체 혼합물 및 고흡수성 실을 제조하였다. 제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

비교실시예 3

실시예 3에서 단량체 혼합물 제조시 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르(계면활성제)를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건으로 단량체 혼합물 및 고흡수성 실을 제조하였다. 제조한 고흡수성 실의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

구분	함침량(%)	흡수성(%)	강력(kgf)	신율 %
실시예 1	12	1,480	61.39	2.57
실시예 2	10	1,220	63.15	2.55
실시예 3	8	920	64.21	2.59
비교실시예 1	12	1,150	59.05	2.61
비교실시예 2	10	950	60.05	2.59
비교실시예 3	8	740	61.20	2.59

표 1에 기재된 고흡수성 실의 각종 물성은 아래 방법으로 측정하였다.

실의 흡수성 측정

실 샘플 2g을 취해서 2cm 정도의 균일한 길이로 절단한 후 20℃의 증류수 500mL에 각각 2분씩 침지시켰다. 원심분리(2000 rpm, 1 min)를 통해 완전히 젖은 샘플들로부터 과량의 물을 제거하였다. 과량의 물이 제거된 샘플들의 무게를 각각 측정한 후, 상기 샘플들을 110℃의 오븐에서 24시간 동안 열풍건조시켰다. 건조된 샘플들의 무게를 각각 측정한 후, 아래의 식 1을 이용하여 실의 흡수성을 산출하였다.

식 1: 실의 흡수성(%) [0053] = [(A-B)/B] × 100

여기서, A는 증류수에 침지된 후 과량의 물이 제거된 상태에서 측정된 샘플의 무게이고, B는 열풍건조 후 측정된 샘플의 무게이다.

실의 강도 및 신율 측정

ASTM D885 규정에 따라 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)에서 길이가 25cm인 시료가 파단될 때까지 인장시킨 후, 파단 점에서의 강도와 신율을 구하였다. 이때, 인장속도는 300mm/분이었고, 초 하중은 섬도×1/30g이었다. 이러한 공정을 5회 반복한 후 그 평균값을 구하였다.

Claims (7)

1. (ⅰ) 아크릴산을 함유하는 수용성 에틸렌계 불포화 화합물, 중합개시제, 가교제, 계면활성제 및 수계 용매를 포함하는 단량체 혼합액을 제조하는 공정;
   (ⅱ) 상기 단량체 혼합액에 실을 함침시켜 상기 실에 단량체 혼합액을 도포시키는 공정; 및
   (ⅲ) 단량체 혼합액이 도포된 실을 열처리하여 실에 도포된 단량체 혼합액을 중합 및 가교반응시키는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 단량체 혼합액이 도포된 실을 열처리하기 전에 미세 구멍내로 통과시키면서 과량으로 도포된 단량체 혼합액 일부를 제거해 주는 공정을 추가로 더 실시하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 아크릴산을 함유하는 수용성 에틸렌계 불포화 화합물은 아크릴산, 아크릴산의 염, 메타크릴산, 메타크릴산의 염 및 아크릴아미드 중에서 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합 개시제는 퍼셜페이트 화합물인 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 계면활성제는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스터, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르 및 소비탄지방산에스터 중에서 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실은 아라미드 멀티필라멘트 및 유리섬유 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단량체 혼합액이 도포된 실을 온도가 150~300℃인 열처리 유닛 내로 통과시키면서 10~90초 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 실의 제조방법.