KR20230130322A - 플래시 방사 장치 - Google Patents

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KR20230130322A
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spinning
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based polymer
pressure drop
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위재형
배영환
조남필
양병진
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 개선된 플래시 방사 장치를 이용한 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유와 이의 제조방법에 관한 것으로, 초임계 상 방사액이 압력강하부를 포함하는 다단 노즐에 의해 단일상의 방사액이 상 분리되어 토출되는 공정을 통해 고강도 필라멘트 상 섬유를 제조할 수 있다.
구체적으로, 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체와 단일 방사제를 고온, 고압으로 용해시켜 초임계 상 방사액을 제조하고, 이를 다단 노즐을 통해 토출하는 공정에서 1단 노즐의 압력강하부를 활용하여 상 분리 압력을 제어함으로써 별도의 압력제어부를 구비할 필요 없이 노즐을 교체하는 것만으로도 강도가 향상된 필라멘트 상 섬유를 제조할 수 있다.

Description

플래시 방사 장치{Flash spinning device}
본 발명은 개선된 플래시 방사 장치를 이용하여 제조된 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유와 이의 제조방법에 관한 것으로, 단일상의 초임계 상 방사액을 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통해 상 분리, 토출시켜 고강도 필라멘트 상 섬유를 제조하는 방법과 이 방법으로 제조된 섬유에 관한 것이다.
나노섬유를 만드는 방법으로는 용매에 용해한 고분자용액에 고전압을 작용시켜 섬유를 만드는 용매형 전계방사법과 고분자 용융액에 고전압을 작용시켜 섬유를 만드는 용융형 전계방사법이 있으나 용매형 전계방사법이 주류를 이루고 있다.
나노재료는 적어도 10 nm 이하의 치수를 갖는 것으로서, 직물용 섬유의 경우 직경이 10 nm이고 종횡비가 100 : 1 이상인 1차원의 유연성 고체상 나노재료라고 정의할 수 있다.
나노구조 섬유는 섬유두께와 상관없이 내부, 외부, 표면에 나노크기로 제어되는 정밀한 구조설계를 통해 신기능을 발현한 섬유를 말한다. 이와 같이 나노수준의 입자나 구조제어를 통해 섬유의 고기능화를 도모하는 것이 나노구조섬유의 목적이다.
나노섬유 제조기술은 섬유직경이 나노크기인 섬유를 직접 제조하는 것으로 복합방사, 부직포방사 및 직접방사 등으로 제조된다. 섬유의 크기를 나노크기로 제어함으로써 기존의 기능을 크게 향상시킬 수 있고, 의류용뿐만 아니라 필터, 에너지 저장소재 및 의료용까지 그 용도를 확대하고 있다.
단성분 방사에는 직접방사와 특수방사 방법이 있다. 단성분 방사는 원하는 섬도의 섬유를 직접 방사하는 방법으로 극세화 후공정을 거치지 않으므로 제조원가가 절감되는 장점이 있으나, 나노단위의 극세섬도에는 설비상 한계가 있다. 현재 듀퐁사 등에서는 0.3 denier, 국내의 효성은 0.2 denier의 극세 수준까지 초극세 섬유를 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특수방사는 Melt-blown법, flash-extrusion법, super-draw법 등이 있으며 주로 방사와 동시에 부직포 형태로 제조된다.
플래시 방사(flash spinning)법은 고분자를 액화가스 등의 용매에 융점보다 높은 고온에서 고압으로 용해시켜 균일하게 만든 후, 노즐 토출구 전에서 압력을 약간 감소시키면 2성분으로 상분리 되는데, 이를 상온상압의 대기 중에 토출시키면 용매가 급격히 가스화되면서 초음속으로 흐름과 동시에 기화된다. 이때, 잔류하는 고 분자는 고화 및 연신되어 물성이 우수한 0.1 denier급의 극세섬유 부직포를 얻을 수 있다. 그러나 공정이 매우 복잡하고 제어가 어려우며, 올레핀 고분자 계열 외에는 적용에 한계가 있다는 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 플래시방사 장치가 피스톤 등 별도의 압력제어부를 필요로 하는 것과 달리, 단일 용매를 사용한 초임계상태의 방사액을 조제하여 단일상의 초임계 상 방사액을 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통해 상 분리, 토출시켜 고강도 필라멘트 상 섬유를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 초임계 상에서 압력강하 시 용융지수(MI)에 따라 서로 다른 상 분리 압력을 갖는 특성이 있다. 다단 노즐은 1단 노즐의 교체만으로 강하 압력을 쉽게 조절할 수 있기 때문에 각 방사액의 용융 조건에 적합한 강하 압력을 이용할 수 있다. 이에 따른 향상된 물성을 가지는 방사 섬유를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하고, 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하여 제조되는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유를 제공한다.
상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5~20 중량%로 용융시키는 것이 바람직하다.
상기 다단 노즐은 방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐과 상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐로 구성된다.
상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된다.
상기 다단 노즐은 압력강하부의 공간을 통해 초임계 상 방사액의 상분리를 유도하며, 상기 압력강하부는 1단 노즐이 교체됨에 따라 변동되므로, 방사액의 용융지수(MI)와 얻고자 하는 섬유의 물성에 따라 압력강하부의 부피를 결정할 수 있다.
상기 압력강하부는 0.5 내지 20 cc의 부피를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하는 단계 및 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하여 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법을 제공한다.
상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5 내지 20 중량%로 용융시키는 것이 바람직하다.
상기 다단 노즐은 방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐과 상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐로 구성된다.
상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된다.
상기 압력강하부는 0.5 내지 20 cc의 부피를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 개선된 플래시 방사 장치를 이용한 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유와 이의 제조방법에 관한 것으로, 별도의 압력제어부가 필요한 기존의 플래시방사 방법과 달리, 1단 노즐, 2단 노즐 및 압력강하부의 구성에 의한 다단 노즐을 적용하였다.
폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 초임계 상에서 압력강하 시 용융지수(MI)에 따라 서로 다른 상 분리 압력을 갖는다는 특성을 이용하여, 다단 노즐에서 1단 노즐의 압력 강하부의 부피에 따라 달라지는 강하압력을 제어하여 방사액의 조건에 맞는 적절한 강하 압력을 제공할 수 있어, 방사된 섬유의 형상 및 물성을 제어할 수 있다.
개선된 플래시 방사를 활용할 경우, 방사 시 고결정성 필라멘트 상 섬유를 제조할 수 있으며, 이를 응용한 고인성을 갖는 부직포의 제조가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 챔버 온도 상승에 따른 자생압력 변화를 나타낸 표와 챔부 내부 사진이다.
도 2는 다단 노즐의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 압력강하부의 부피에 따른 필라멘트 상 섬유의 강도 변화를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명은 개선된 플래시 방사 장치를 이용한 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유와 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유는 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 고분자/용매 혼합 방사액을 제조하고 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하는 방사액 제조 단계, 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하는 방사액 토출 단계를 통해 제조된다.
상기 방사액 제조 단계에서, 상기 고분자/용매 혼합 방사액은, 도 1에 따르면, 챔버의 온도가 상승함에 따라 고분자가 용해되며 종국에 자생압력의 상승에 의해 단일 상의 초임계 상 방사액이 형성된다.
상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5~20 중량%로 용융시키는 것이 바람직하다.
상기 용융 함량의 상한을 초과할 경우 온도상승에 따른 용매의 자생압력이 낮아 방사액이 초임계상을 형성하지 못하거나 또는 토출물의 점도가 높아져 방사성이 낮아지는 문제가 생길 수 있으며, 하한 미만일 경우 낮은 농도로 인해 필라멘트 상 섬유를 형성하기 어려운 문제가 생길 수 있다.
상기 다단 노즐은 방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐과 상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐로 구성된다.
상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된다.
방사액의 용융지수에 따라 적절한 상 분리압이 형성되어 고분자 섬유가 형성되도록 1단 노즐의 부피를 변경할 수 있다.
한편, 용융지수(MI, melt index)는 정해진 일정 조건하에서 용융물을 피스톤에서 압출하였을 때의 유량으로, 용융물의 흐름의 용이성을 나타내는 지수를 의미한다.
상기 압력강하부는 상기 다단 노즐의 직경보다 큰 직경을 갖고 상기 1단 노즐과 상기 2단 노즐 사이의 거리와 상기 압력강하부 직경 크기에 따라 내부 부피를 결정할 수 있다.
상기 1단 노즐과 상기 2단 노즐 사이의 압력강하부 내부 부피는 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자의 용융지수(MI)에 의해 결정되며 0.5 cc 내지 20 cc에서 방사가 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 압력강하부 내부 부피가 상기 범위를 초과하는 경우 초임계 상 방사액의 과도한 상분리로 인해 필라멘트 상 섬유를 형성하지 못하여 폼(Foam) 형상을 이루거나 방사압이 너무 낮아져 방사가 되지 못하는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 범위를 미달하는 경우 초임계 상 방사액의 충분한 상분리가 이루어지지 못하여 연속적 필라멘트 상 섬유를 형성하지 못하여 수 센티미터의 단섬유 상을 형성하는 문제점이 발생할 수 있다.
챔버에서 제조된 초임계 상 방사액은 드레인 노즐과 상기 1단 노즐의 유입구를 통해 유입되고, 1단 노즐 내의 확장된 공간으로 인해 압력이 강하되면, 단일상의 방사액이 방사제와 용융된 고분자, 2성분으로 상 분리되어 2단 노즐을 통해 토출됨으로써 필라멘트 상 섬유가 형성된다.
상기 압력강하부의 부피에 따른 상 분리 시 압력의 제어는 대기압으로 토출되는 방사 속도와 고분자의 응집 상태에 영향을 미치며 따라서 방사되는 필라멘트 상 섬유의 형상, 섬도 및 강도에 영향을 미친다.
1단 노즐과 2단 노즐의 구성에 의한 압력강하부를 적용함으로써, 압력강하부의 부피를 제어하여, 압력강하 시 단일상 방사액의 상 분리 압력을 제어하여 고분자의 응집력을 결정하고, 2단 노즐을 통해 토출함으로써 기계적 물성이 향상된 필라멘트 상의 섬유를 제조할 수 있다.
구체적으로, 고분자가 용융되어 있는 방사액의 상 분리 압력은 방사제와 용융된 고분자의 상분리가 일어나는 압력이며, 방사제는 용융된 고분자를 이송하는 캐리어 역할을 한다. 이때, 상 분리 압력은 상 분리된 방사액이 고압에서 대기압으로 토출될 때 방사제의 토출 속도와 관련이 있다.
본 발명은 플래시 방사 장치의 다단 노즐의 1단 노즐의 교체만으로 기존 공정에서 설계의 변경이 없이 적용할 수 있어, 방사된 섬유의 형상 제어 및 물성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하는 단계 및 압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하여 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법을 제공한다.
상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5 내지 20 중량%로 용융시키는 것이 바람직하다.
상기 다단 노즐은 방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐과 상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐로 구성된다.
상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된다.
상기 압력강하부는 0.5 내지 20 cc의 부피를 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
방사액의 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자의 용융지수(MI)는 0.1 내지 20으로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 방사액의 용융지수(MI)가 상기 범위를 초과하는 경우 HDPE의 분자량이 너무 낮아 생산되는 필라멘트 상 섬유의 물성 저하와 같은 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 범위를 미달하는 경우 상당한 규모의 압력강하부 부피가 요구되며 이는 방사압의 저하로 이어져 양질의 필라멘트 상 섬유가 형성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
동일한 방사액조건에서는 용융지수(MI)에 따라 적정 압력강하부피 조건을 미달할 경우 방사에 적정한 상분리가 이루어지지 않아 단섬유(수 센티미터 이하)가 형성되거나, 장섬유를 이루더라도 낮은 기계적 물성을 갖게 되고, 초과하는 경우에는 과도한 상분리로 인해 내부에 기공을 갖는 발포형 필라멘트상을 형성하거나 너무 낮아진 방사압으로 인해 방사가 되지 않는다.
조성, 온도, 압력 등 방사액의 제조 조건이 변경되면 챔버 내부의 자연압의 변동을 초래하기 때문에 적정 압력강하부 부피가 변경될 수 있다.
실시예 1
실시예 1에서는 대한민국 울산 소재의 ㈜대한유화로부터 구매한 E308, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 고온/고압 조건의 챔버에서 방사제에 용해시켜 플래시방사하였다. 방사액은 용융지수(MI) 0.85, 밀도 0.956 g/cm3, 융점 134 ℃의 HDPE를 8 중량% 농도로 사용하였다. 사용된 방사제는 Trichlorofluoromethane (R-11)이고, 열안정제를 방사제의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량%로 첨가하였다. 고분자/용매 혼합 방사액의 부피를 챔버 부피의 87 부피%가 되도록 주입하고, 챔버 온도를 220 ℃로 상승시켜 자생압력 하에서 초임계 상의 방사액을 제조하였다. 도 2와 같은 다단 노즐을 이용하였으며, 압력강하부의 부피는 12 cc로 하여 방사를 진행하였다. 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 2
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 8 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 3
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 5 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 4
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 3 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 5
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 2 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 6
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 1 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 7
실시예 7에서는 대한민국 울산 소재의 ㈜대한유화로부터 구매한 M850, HDPE를 고온/고압 조건의 챔버에서 방사제에 용해시켜 플래시방사하였다. 방사액은 용융지수(MI) 4.7, 밀도 0.965 g/cm3, 융점 135 ℃의 HDPE를 8 중량% 농도로 사용하였다. 사용된 방사제는 Trichlorofluoromethane (R-11)이고, 열안정제를 방사제의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량%로 첨가하였다. 고분자/용매 혼합 방사액의 부피를 챔버 부피의 87 부피%가 되도록 주입하고, 챔버 온도를 220 ℃로 상승시켜 자생압력 하에서 초임계 상의 방사액을 제조하였다. 도 2와 같은 다단 노즐을 이용하였으며, 압력강하부의 부피는 12 cc로 하여 방사를 진행하였다. 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 8
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 8 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 9
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 5 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 10
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 3 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 11
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 2 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
실시예 12
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 압력강하부의 부피는 1 cc로 하여 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
비교예 1
실시예 1과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 기존의 단일 노즐을 통해 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
비교예 2
실시예 7과 같은 조건으로 방사액을 제조한 후, 기존의 단일 노즐을 통해 방사를 진행하였으며, 스테인레스 메시를 사용하여 토출물을 수득하였다.
시험예 1
실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 실험 조건 및 결과를 하기 표 1에 제공한다. 실시예 7 내지 12 및 비교 예 2의 실험 조건 및 결과를 하기 표 2에 제공한다. SI 단위로 얻지 않은 모든 데이터는 SI 단위로 변환하였다. 각 방사된 섬유의 데니어는 8 g의 하중 하에 100 cm 길이의 샘플 섬유의 중량으로부터 측정하였다. 방사된 필라멘트 상 섬유의 강성, 신도 및 인장은 인스트론(Instron) 인장시험기로 평가하였다. 평가는 필라멘트 상 섬유를 1 인치당 10 회전(10 tpi)으로 꼬아 2 inch 게이지 길이의 샘플을 사용하였다. 그립 간의 길이는 10 cm이며 속도는 12 cm/min이다. 파단시의 강도를 그램/데니어(gpd)의 단위로 나타냈다. 신도는 상기 샘플의 길이 변화를 백분율로 기록하였다. 또한 방사된 섬유의 섬도의 또 다른 척도로써 비표면적을 측정하였으며, 질소흡착법을 통해 얻어진 결과를 Brunauer-Emmett-Teller(BET)식을 통해 비표면적을 계산하고 단위는 m2/g으로 표기하였다.
하기 표 1은 용융지수(MI)가 0.85인 방사액을 사용한 실시예와 비교예의 섬유의 물성을 나타낸 것이고, 하기 표 2는 용융지수(MI)가 4.7인 방사액을 사용한 실시예와 비교예의 섬유의 물성을 나타낸다.
실시예 압력강하부 부피
(cc)		 방사성
(>100 inch)		 강도
(gpd)		 신도(%) 섬도
(den)		 비표면적
(m2/g)
1 12 × - - - -
2 8 ○ 4.7 51 200 14
3 5 ○ 3.6 50 179 15
4 3 × - - - -
5 2 × - - - -
6 1 × - - - -
비교예1 - × - - - -
실시예 압력강하부 부피
(cc)		 방사성
(>100 inch)		 강도
(gpd)		 신도(%) 섬도
(den)		 비표면적
(m2/g)
7 12 × - - - -
8 8 ○ 3.5 61 184 12
9 5 ○ 3.2 60 173 17
10 3 ○ 2.8 61 155 18
11 2 ○ 2.5 60 140 21
12 1 ○ 2.0 62 125 22
비교예2 - ○ 0.9 120 110 30
상기 표 1과 표2를 참고하면, 용융지수 0.85를 갖는 방사액을 사용한 실시예 1~6은 압력강하부 부피 1, 2, 3 및 12 cc에서 토출물을 수득하였으나, 필라멘트 상을 형성하지 못하였다.
또한, 용융지수 4.7을 갖는 방사액을 사용한 실시예 7~12는 압력강하부 부피 12cc에서 토출물을 수득하였으나, 필라멘트 상을 형성하지 못했다.
한편, 종래의 단일 노즐을 이용한 비교예 1~2에서는 용융지수가 0.85로 비교적 낮았던 비교예 1에서 토출물이 필라멘트 상을 형성하지 못했다.
종래의 단일 노즐을 사용한 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유의 강도는 0 내지 0.9 gpd, 섬도는 0 내지 110 den, 비표면적은 0 내지 30 m2/g인 반면, 본 발명의 다단 노즐 플래시 방사 장치를 이용하여 제조한 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유는 강도 3.6 내지 4.7 gpd, 섬도 125 내지 200 den, 비표면적, 12 내지 22 m2/g인 것으로 나타나, 본 발명의 제조방법으로 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유를 방사하였을 때, 종래 기술과는 달리, 압력강하부의 특정 부피 조절을 통해 강도, 섬도 및 비표면적과 같은 섬유의 물성을 제어할 수 있고, 이를 이용한 고강도의 필라멘트 상 섬유의 제조가 가능함을 확인하였다.
또한, 표 1과 표 2를 참고하면, 용융지수(MI)에 따른 섬유의 강도를 파악할 수 있는데, 실시예1~6의 0.85보다 높은 4.7의 용융지수를 갖는 방사액을 사용한 실시예 7~9에서는 특정 압력강하부 부피 조건에서 필라멘트상 섬유를 형성하며, 한계 압력강하부 부피에서 가장 높은 강도를 보이는 것으로 나타났다.(도 3 참조)
따라서, 용융지수(MI)에 따라 필라멘트 상 섬유 방사가 가능한 특정 압력강하부 부피 조건이 있고, 용융지수(MI)에 따라 한계 압력강하부피에서 높은 강도의 섬유의 제조가 가능함을 확인하였다.
용융지수(MI)가 낮아짐에 따라 더 높은 강도의 섬유의 제조가 가능할 것이다.
이상과 같이, 본 명세서에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 드레인 노즐
120: 1단 노즐
121: 유입구
122: 압력강하부
130: 2단 노즐
131: 토출구

Claims (12)

  1. 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하고,
    압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하여 제조되는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5 내지 20 중량%로 용융시키는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다단 노즐은
    방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐;과
    상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 압력강하부는 0.5 내지 20 cc의 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유.
  7. 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자를 할로카본 단일 용매에 용융시켜 챔버 내에서 초임계 상태의 방사액을 제조하는 단계; 및
    압력강하부를 포함하는 다단 노즐을 통하여 상기 방사액의 상분리를 유도한 후 토출하여 섬유를 제조하는 단계;
    를 포함하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 할로카본 단일 용매는 다이클로로메테인(Methylene chloride), 트리클로로플루오로메테인(Trichlorofluoromethane) 및 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 고분자 또는 이를 포함하는 공중합체 고분자는 할로카본 단일 용매에 5 내지 20 중량%로 용융시키는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 다단 노즐은
    방사액 유입구 및 압력을 제어하여 방사액의 상분리를 유도하는 압력강하부를 포함하는 1단 노즐;과
    상기 1단 노즐과 연접하며 방사액 토출구를 포함하는 2단 노즐;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 1단 노즐은 분리 및 교체가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 압력강하부는 0.5 내지 20 cc의 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고분자 필라멘트 상 섬유 제조 방법.
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