KR20220031388A - 기능성 합성섬유의 원사 제조방법 - Google Patents

Abstract

기능성 섬유 제조방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 섬유 제조방법은, 용융방사(melt spinning)공정 중 수지 형태의 폴리머 칩(polymer chip)에 열을 가하여 용해하여 액상화하는 단계, 및 토르말린을 혼합하여 교반한 후 노즐인 방사구의 세공으로 압출 및 고화시켜 기능성 원사를 제조하는 단계를 포함한다.

Description

기능성 합성섬유의 원사 제조방법{Method for manufacturing functional synthetic fiber yarn}

본 발명은 기능성 합성섬유의 원사 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유의 제조시 토르말린을 더하여 토르말린이 가지는 각종 효과를 동일하게 가질 수 있는 섬유를 보다 용이하고 효과적으로 제조할 수 있도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.

일반적으로 토르말린(전기석, TiO2)은 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등이 복잡한 형태로 결합된 규선염 광물의 형태를 가지며, 화성암의 관입시 형성되는 거정질 암맥이나 변성암류에서도 발견되고 있으며, 통상 항상 전기를 띄고, 물분자를 음이온화하고 약알칼리화하며, 물을 활성화하고 원적외선을 방사하고, 음이온의 계면 활성, 미네랄 용출에 의한 건강효과가 있다고 알려져 있다.

이러한 토르말린은 미세입자로 분쇄하더라도 결정의 양단이 극성을 가지고 전기를 발생하는데, 이를 이용한 다양한 응용 제품들이 제조되고 연구되고 있는 실정이다.

한편 소정의 원료를 용융, 압출하여 복합 섬유 및/또는 섬유 제조를 위한 원사를 제조할 수 있는 공정이 널리 알려져 있다.

이때, 섬유의 원료에 각종 기능성 물질을 첨가하여 다양한 기능을 가지는 복합 섬유의 제조가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 축광 성질을 가지는 축광성 발광제와 합성수지 칩을 이용하여 복합사를 제조하고, 이를 이용하여 각종 원단이나 기타 제품을 만들 수 있다.

전술한 토르말린의 경우 상시 전기적 성질을 가지고 일정량의 전류를 방출하게 되는데, 이러한 미세전류가 인체에 긍정적인 효과를 미칠 수 있음이 널리 알려져 있다.

따라서 본 발명은 섬유의 제조시 토르말린을 더하여 토르말린이 가지는 각종 효과를 동일하게 가질 수 있는 섬유를 보다 용이하고 효과적으로 제조할 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 섬유의 제조시 토르말린을 더하여 토르말린이 가지는 각종 효과를 동일하게 가질 수 있는 섬유를 보다 용이하고 효과적으로 제조할 수 있는 기술적 사상을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 합성섬유의 원사 제조방법에 있어서, 용융방사(melt spinning)공정 중 수지 형태의 폴리머 칩(polymer chip)에 열을 가하여 용해하여 액상화하는 단계, 및 토르말린을 혼합하여 교반한 후 노즐인 방사구의 세공으로 압출 및 고화시켜 기능성 원사를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 섬유의 제조시 토르말린을 더하여 토르말린이 가지는 각종 효과를 동일하게 가질 수 있는 섬유를 보다 용이하고 효과적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 원사 제조과정을 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 있어서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 섬유제조 공정들에 대하여 설명하면 다음과 같다.

1. 중합 공정

섬유는 고분자로 되어 있으며, 합성 섬유의 경우 단량제(monomer)를 이용하여 고분자로 만들어 섬유로 이용하게 된다.

이러한 중합 공정은 다음과 같은 공정으로 세분화할 수 있다.

1)원료조제 공정

원료를 고체상태에서 액체상태로 용융한 후, 또는 액체상태의 원료에 각 품성에 맞도록 소광제 및 중합촉매 등을 투입하여 조제하는 공정을 의미할 수 있다.

2)중합 반응 공정

원료를 중합잡 내에 투입하여 중합을 시키며 탑 내에서의 온도와 반응시간 등의 조건에 의하여 품성이 결정될 수 있다.

3)칩 제조 공정

중합 완료된 고분자를 용융상태로 중합탑에서 토출, 급냉하고 절단기로 칩 상태를 만드는 공정을 의미할 수 있다.

4)추출 공정

중합된 고분자 속에는 미반응 물질이 대략 10%정도 존재할 수 있으므로, 이를 추출하는 공정을 의미할 수 있다.

5)건조 공정

추출탑에서 추출 완료된 칩은 다량의 수분을 함유하고 있으므로 저장소에서 대기되었다가 건조기에서 건조하는 공정을 의미할 수 있다.

6)수송공정

건조 왈뇨된 칩을 방사 공정에 보내는 공정을 의미할 수 있다.

1-2. 소광제 TiO2

섬유로 사용되는 대부분의 합성섬유는 방사공정 전에 중합공정에서 고분자 속에 약 0.03% ~ 2.0%의 TiO2 안료(pigment)를 첨가하여 광택을 줄여준다.

2. 방사 공정

방사공정이란 중합된 고분자 칩을 건조, 용융, 섬유 구조물 형성, 냉각 및 연신, 권취 등 일련의 공정을 거쳐 요구되는 물성에 맞는 섬유를 형성시키는 고정을 의미할 수 있다.

2-1. 용융방사(melt sppinning)

용융방사는 열에 의해 분해되지 않고 용융하는 고분자에 적용될 수 있다. 고분자의 융점 이상의 온도에서 폴리머 칩을 용융시키고 토르말린과 혼합하여 방사구의 가는 구멍으로부터 압출하고 냉각시켜 가늘고 긴 형상의 고체로 형성하여 권취할 수 있다.

2-2. 방사구(nozzle hole)

가열 금속 블록으로 이루어져 있으며, 계량 펌프(metering pump)와 방사 팩(spin pack)이 장착되어 전체가 균일하게 가열된다. 계량된 중합체는 방사 팩에 공급된다. 방사 팩 필터를 거친 중합체는 두께 약 5mm ~ 10mm의 내압원판으로 만들어진 노즐에 공급되어, 이 방사구굼의 세공(orifice)으로부터 토출되는데, 세공은 일반적으로 원형으로 약 0.20mm ~ 0.30mm의 직경을 가지며 길이와 직경의 비는 ㅈ적어도 1.15, 혹은 그 이상을 가지게 된다.

2-3. 오일(oil)부여공정

미연신사의 권취 시 안정성과 집속성, 평활성, 대전 방지성을 부여하는 것과 동시에 연신, 가연 등의 후처리 공정에서 실의 취급을 용이하게 하기 위해서 권취 직전에 필라멘트사에 오일을 부여한다. 오일은 회전 롤러의 표면에 오일을 픽업시켜 롤러와 필라멘트사를 접촉시켜 부여하거나, 가이드에 오일 공급구를 설치하여 사조와 접촉점에서 공급하는 방법이 있다. 오일부여시 오일 공급 장치와 실과의 접촉저항을 가능한 한 줄여 균일하게 오일이 부착되도록 할 수 있다.

2-4. 권취 공정(take up)

오일이 부여된 실은 곧바로 권취 장치에서 권취될 수 있다. 필라멘트용 권취기는 고데트 로울러(gpdet roller)와 권취부로 이루어져 있는데, 하나의 고데트 로울러의 사조를 여러 개의 사조로 나뉘어 권취되도록 되어 있다.

3-1. 연신 공정

방사된 미연신사(분자배향이 완전히 이루어지지 않은 실)에 최종 섬유로써 가져야 할 강도를 부여하기 위해, 배향화와 결정화를 위해 연신이라는 공정을 거쳐 연신사라는 원사가 제조될 수 있다. 용융 방사한 미연신사는 섬유의 축 방향으로 분자가 규칙적으로 배열되어 있지 않고 약 400% ~ 500%의 신도를 가지고 있어 적은 외력에도 신장하기 쉬우며, 강도도 1g/d 정도에 불과하여 그대로는 사용이 사실상 불가능하므로 대략 3 ~ 4배 정도 신장시켜 사용한다.

3-2. 열고정, 권축가공 공정

필라멘트사의 치수 안정성을 향상시키기 위해 연신 후 열고정을 수행한다. 열고정에는 정장 열고정 또는 이완 열처리 방법이 있는데, 이 때 습도 및 이완율 등의 처리조건은 후공정의 요구사항에 따라 정해진다. 필라멘트사는 일반적으로 실의 벌키성(bulky)을 높혀 주기 위해 권축 가공을 해주며, 권축 가공은 보통 가연방법에 의해 행해진다.

3-3. 원사의 물성평가 항목

1)섬도(denier) : 실의 굵기를 표시하는 방법 중 하나로 항장식에 해당된다.

2)인장 강신도 : 절단강도(strength), 절단신도(extension) 등이 있다.

3)수축율 : 수축율에는 습윤 상태로 처리 후 측정하는 비수수축율(Boiling Water Shrinkage, BWS)과 건조 상태로 처리 후 측정하는 건열수축률(Dry Heat Shrinkage)이 있다.

4) 열응력 : 일정 길이로 파지하여 수축이 일어나지 못하도록 구속하게 하면 그만큼의 저항력이 작용하는데, 이것을 "열수축응력"이라고 하고 Denier로 나누었을 때의 힘을 "열응력(thermal stress)"라고 한다.

5) 균제도 : 단위 길이당 무게의 변동 즉, 변동수준이 얼마나 균제(균일)한가를 나타내는 척도이며 U%로 나타낼 수 있다.

6) OPU(Oil Pick-Up) : OPU은 대전방지, 평활성 부여 및 집속성 향상을 통해 작업성에 크게 기여한다. OPU 불량은 생산시 작업성 저하는 물론 경사줄 발생에도 직접적으로 관련되므로 관리상 중요 항복 중의 하나이다.

7) 제품외관 형상 : 반듯하고 흐트러짐 없는 케이크의 형태를 가져야 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 토르말린 원사 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

1. 원료 공정

원료로는 DMT, TPA, EG 등이 사용될 수 있으며, 부원료로 DMI, TiO2 등이 사용될 수 있다.

2. ESTER 중합 공정

PRE POLYMER를 제조하기 위한 공정이다.

3. 중합 공정

반응관 내에서 적정 압력 및 온도를 유지하면서 polymer를 생성할 수 있다.

4. 압출 공정

중합된 plymer를 질소압력으로 반응관으로부터 spaghetti상태로 압출할 수 있다.

5. 냉각 공정

CHIP화를 위해 quench water로 spaghetti를 냉각후, rotary cutter에서 규정된 사이즈로 커팅하여 chip을 생산할 수 있다.

6. 추출 공정

chip 속의 미중합물인 oilgomer를 hot water로 분리할 수 있다.

7. 저장, 이송 공정

생산된 wet chip을 tank에 저장, 일정량을 방사 공정으로 이송할 수 있다.

8. 건조 공정

공급된 wet chip을 vacuum dryer를 이용하여 일정량씩 건조할 수 있다.

9. 방사 공정

건조가 완료된 chip을 용융하고, 토르말린과 혼합 후 압출, 미연사를 생산할 수 있다.

10. 연신 공정

미연신사를 두회전하는 roller의 속도차이에 의해 늘려줄 수 있다.

11. 권취, 권축 공정

연신된 실을 권취기에서 일정량씩 감을 수 있다.

12. 완제품, 포장 공정

연신, 권취 완료된 제품을 등급별로 분류하여 포장할 수 있다.

상기한 공정 중, 폴리에스테르(polyester)의 기능성 합성섬유의 원사 제조시에 적용하는 용융방사(melt spinning)공정에서, 수지 형태의 폴리머 칩(polymer chip)에 열을 가하여 용해하여 액상으로 하고, 토르말린을 혼합하여 교반한 후 노즐인 방사구의 세공으로 압출 및 고화시켜 기능성 원사를 제조하도록 하고, 상기 기능성 원사로 원단을 제작하여 제품에 적용, 사용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 기능성 합성섬유의 원사 제조방법에 있어서,
   용융방사(melt spinning)공정 중 수지 형태의 폴리머 칩(polymer chip)에 열을 가하여 용해하여 액상화하는 단계; 및
   토르말린을 혼합하여 교반한 후 노즐인 방사구의 세공으로 압출 및 고화시켜 기능성 원사를 제조하는 단계를 포함하는 기능성 합성섬유의 원사 제조방법.
   
   

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