KR790001467B1 - 합성중합체 피브릴의 회수방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성중합체 피브릴의 회수방법

제 1 도는 본 발명을 수행하기 위한 장치의 단면도.

제 2 도는 피브릴의 시이트 성형과 압축상태를 보인 부분 확대 단면도.

본 발명은 유기용매의 증기하에서 합성중합체 피브릴(fibrils)을 회수하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래 합성중합체로부터 피브릴 또는 세섬유화 구조체를 제조하기 위하여 많은 방법이 제안되어 왔다. 벨기에 특허 제568,524호(1958년 11월 6일자 E.I. du Pont de NEMOURS)에서는 용매의 표준비점보다 더 높은 온도와 자생압력(自生壓力) 또는 더 높은 압력하에서 합성중합체의 용액을 적당한 형태의 구멍을 통하여 저압지역으로 압출하므로서 "단일 세섬유의 망상(網狀) 조직"을 형성하도록 무질서한 간격으로 분리되고 서로 연결된 다수의 세섬유 스트랜드(strands)로 구성되는 연속구조체를 얻었다.

이러한 기술에 의하여 급격히 팽창하는 순간에 중합체 용액의 용매를 순간적으로 기화(氣化)시키므로 연속된 세섬유 구조체가 형성되는데 이는 매우 빠른 속도로 방사되므로 매우 많은 양의 용매 증기하에서 수행되었다.

본 출원인에 의하여 개발된 다른 기술에 있어서는 용매의 순간적 기화가 일어나고 부가유체(附加流體)를 두 상(相)의 액체혼합물에 주입시 팽창이 완전히 되기 전에 중합체를 응고시킬 수 있도록 상승된 온도와 압력에서 용해된 중합체와 용매의 두 액체혼합물을 구멍을 통하여 급격히 팽창시켜 불연속 피브릴을 제조하였다. 부가유체는 두 상의 액체혼합물을 형성하기 위하여 사용된 용매와 동일할 수도 있다. 또한 이러한 두번째 기술도 많은 양의 용매증기 생성을 필요로 하였다.

또한 본 출원인에 의하여 동시에 개발된 세번째 기술에 있어서, 용매를 순간적으로 기화시킬 수 있도록하고 연속 세섬유 구조체를 형성하도록 상승된 온도와 압력하에서 용융중합체와 용매의 두 상의 액체혼합체를 급격히 팽창시키고 연속 세섬유 구조체의 형성 순간에 유체의 횡류(橫流)로 생성된 연속 세섬유 구조체를 세절(細切)함으로서 불연속 세섬유가 생성되었다.

횡류하는 유체는 두 상의 액체혼합물을 형성하기 위해 사용되는 용매와 동일할 수 있다. 이러한 최종 기술에서도 불연속 피브릴의 제조에서 많은 양의 용매증기가 방출되었다.

이와같이 합성중합체 피브릴의 모든 제조방법에서는 많은 양의 유기용매를 필수적으로 사용하게 되었으며 유기용매는 제조과정이 최종 단계에서 완전히 기화된다.

결과적으로 상기 모든 과정에 있어 피브릴의 제조단가를 줄이기 위하여, 이러한 용매들은 응축 후 재순환되도록 회수해야만 한다. 이러한 회수는 절대 필요하며 이러한 용매증기는 유독성이 있고 산소와 함께 폭발적인 혼합물을 형성하는 위험을 필연적으로 수반하므로 고려할 문제점이 있는 것이다.

더우기 목적한 바에 따라 제조된 피브릴은 용이하게 취급할 수 있는 형태, 예를들어 어느 정도의 내적(內的)인 점착력을 가지며 부직섬유제품 또는 합성지를 제조하기 위한 공지된 기술로 처리될 수 있는 형태로 회수될 수 있어야 한다.

따라서 본 출원인은 용매증기를 실질적으로 완전히 회수하는 가동다공지지체(可動多孔支持體)상에 시이트의 형태로 피브릴을 퇴적시킴으로서 유기용매의 증기하에서 합성중합체의 피브릴을 회수하기 위한 방법을 개발하였다.

본 발명에 따른 방법에 있어서 유기용매 증기의 존재하에 있는 피브릴의 회수는 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 중합체에 대하여 불활성인 액체의 증기가 담긴 밀폐용기 내에서 이루어지며, 용매증기는 이 밀폐용기로부터 흡입에 의하여 연속적으로 발취된다.

본 발명에서는 입체 망상조직을 형성하도록 함께 결합된 약 1미크론의 두께를 갖는 매우 섬세한 필라멘트(filament)로 구성된 연속 또는 불연속 세섬유 조직에 대하여 "피브릴"이라는 용어를 사용했으며, 이러한 생성물의 비표면(比表面)은 1m²/g보다 더 크다. 대체로 불연속 피브릴의 길이는 1mm-5mm이다.

본 발명에 있어서 "유기용매와 혼합할 수 없는 액체"라는 표현은 유기용매와 약간 혼합할 수 있는 액체를 내포한다. 그러므로 이러한 용어는 유기용매와 혼합하여 60초 후에 경계요면(境界凹面)으로 분리된 두상(相)을 형성하는 모든 액체를 포함하며, 각 상은 20℃에서 혼합물의 한 구성이 최소한 95% 이상이 된다.

아울러 혼합할 수 없는 액체는 피브릴이 조성되는 중합체에 대하여 불활성이라야만 하며, 좋기로는 20℃에서 1kg의 액체에 20g 이하의 중량체가 용해될 수 있는 것이 좋다.

밀폐용기 내에서 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 중합체에 대하여 불활성인 액체증기의 분압은 밀폐용기 내에서 유효 총 압력의 5-80%, 특히 좋기로는 10%-50% 사이로 유지되도록 조절하는 것이 좋다.

본 발명에서 유기용매에 혼합할 수 없는 액체는 비용이 저렴하고 그 잇점이 이후 설명되는 바와 같은 이유에서 물이 좋다. 그러나 다른 혼합할 수 없는 액체도 마찬가지로 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 적합하다는 것은 자명한 것이다. 밀폐된 용기 속으로 공기가 우연히 들어가는 것을 방지하기 위하여 밀폐용기 내의 유효 총 압력은 대기압보다 높아야 하며 대기압에 대한 압력증가는 수주(水柱) 50-500mm 사이가 좋다.

본 발명에서는 용기 내의 온도가 50-100℃일 때에 피브릴을 제조하기 위해 통상 사용된 유기용매증기의 응축을 피하기에 대체로 충분하다는 것을 알았다.

또한 본 발명에서는 밀폐된 용기 내의 유효온도를 밀폐된 용기 내에의 유효압력 조건하에서 유기용매와 혼합할 수 없는 액체의 비점보다 더 낮은 것을 택하였다. 피브릴을 제조하는 어떠한 특별한 경우에 있어서, 만약 사용된 유기용매가 밀폐용기 내의 유효압력 조건하에서 100℃보다 실질적으로 더 높은 응축온도를 가지면 사용된 혼합할 수 없는 액체는 물보다 다른 액체가 좋으며 동일한 압력조건하에서 유기용매의 응축점보다 더 높은 비점을 갖는 것이 좋다는 결론을 가져왔다.

유기용매의 증기는 흡인에 의하여 계속적으로 밀폐용기로부터 발취되어 혼합할 수 없는 액체의 증기와 혼합된다. 이들은 피브릴시이트의 가동다공지지체를 통하여 흡인작용으로 뽑아내는 것이 좋은데, 이는 흡인작용이 시이트형태의 피브릴에 적합하게 작용하고 피브린에 양호한 점착성을 주기 때문이다. 유기용매 증기와 같이 동시에 밀폐된 용기로부터 발취된 혼합할 수 없는 액체증기는 이들이 응축과 경사(傾瀉)에 의하여 용매로부터 용이하게 분리될 수 있으므로 어떠한 문제점을 수반하지 않는다.

가동다공지지체상에 계속적으로 피브릴시이트는 밀폐용기의 기밀(氣密)을 유지하는 장치를 통하여 밀폐용기로부터 계속적으로 발취된다. 이러한 장치로는 라비린스로울러(labyrinth roller)로 구성된 밀폐장치를 예로 들 수 있다. 그러나 본 발명에 있어서는 유기용매와 혼합할 수 없는 액체에 의하여 형성된 유체상의 밀폐층으로 구성된 밀폐장치를 통하여 밀폐된 용기로부터 피브릴시이트를 발취할 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 방법은 유기용매증기의 존재하에서 합성중합체 피브릴을 제조하기 위한 어떠한 방법에 대해서도 적용될 수 있다.

이러한 피브릴을 제조하기 위해 사용될 수 있는 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌과 프로필렌의 공중합체, 폴리이소부틸렌 등과 같은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 임의로 2차 염소 치환된 염화폴리비닐, 불화폴리비닐 등과 같은 비닐중합체, 아크릴로니트릴 단중합체와 공중합체와 같은 아크릴 중합체 등이 있다.

이러한 중합체와 사용된 유기용매로는 예를들면 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄과 이들의 동족체와 이성체와 같은 지방족 탄화수소, 싸이크로헥산과 같은 지환(脂環) 탄화수소, 벤젠, 톨루엔 등과 같은 방향족 탄화수소, 크로로후루오로메탄, 염화메틸렌, 염화에틸 등과 같은 할로겐화 용매, 알콜, 케몬, 에스테르, 에텔 등과 또한 동일한 용매의 혼합물 등이 있다. 일반적으로 이들 용매는 특성을 가지며 이들 중 대부분이 가연성이고 폭발의 위험성이 있다.

본 발명에 따른 방법은 어떠한 우발적인 위험을 제거하는 반면에 모든 유기용매의 회수를 가능하게 하는 잇점이 있으며 더우기 혼합할 수 없는 액체가 불 또는 다른 유극성(有極性) 액체일 때 정전하(靜電荷)의 대전에 의한 폭발위험성이 제거되고, 유체상의 밀폐층을 통하여 피브릴시이트가 통과할 때에 시이트가 침적된 용매의 최종 흔적을 제거하는 것이다.

또한 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 적합한 장치가 개발되었다.

유기용매증기의 존재하에서 합성중합 피브릴을 회수하기 위한 본 발명에 따른 장치는 다음과 같이 구성된다.

a) 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 중합체에 대하여 불활성인 액체증기가 담긴 밀폐용기 :

b) 용기의 상부로 피브릴과 용매증기를 공급하기 위한 장치 :

c) 용기 내의 상기 장치 아래에서 계속적으로 이동하는 가동다공지지체 :

d) 피브릴시이트를 형성하고 유기용매증기의 대부분을 배출할 목적으로 피브릴과 용매증기의 공급을 위한 장치와 대향되어 가동다공지지체의 하측에 위치하는 흡인상자 :

e) 가동다공지지체상에 퇴적된 피브릴시이트를 밀폐용기로부터 계속적으로 제거하기 위한 밀폐장치 :

f) 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 중합체에 대하여 불활성인 액체를 용기로 주입하기 위한 장치.

이러한 장치의 보다 나은 변형형태로 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 중합체에 불활성인 액체가 그 증기와 평형을 유지하는 액체의 상태로 저장될 수 있는 저장조(貯藏槽)가 밀폐용기의 저면에 구성된다.

피브릴과 용매증기를 밀폐용기에 공급하기 위한 장치로는 굴뚝형의 주입관 또는 파이프 등이 있다.

혼합할 수 없는 액체는 예를들어 가스, 증기 또는 액체 형태 등 어떠한 형태로든지 용기내로 주입할 수 있다.

가동다공지지체는 이에 퇴적된 피브릴시이트가 이로부터 분리된 때에 충분한 점착성을 가질 수 있도록 하는 간단한 회전드럼이다. 이러한 점착성은 피브릴시이트가 회전드럼을 떠나기 전에 밀집될 수 있도록 시이트상에 작용하는 압착로울러에 의하여 임의로 증가될 수 있는 것이다.

점착성의 부족에 의한 인열(引烈)로부터 시이트를 보호하기 위하여 본 발명은 밀폐장치를 통하여 시이트를 발취하는 동안 시이트를 지지하고 동반하는 연속된 다공밴드를 가동다공지지체와 같이 사용하였다.

이러한 다공밴드로는 미세공(微細孔) 금속시이트, 매우 섬세한 망사, 펠트(felt), 또는 천등을 예로 들수 있다. 이러한 밴드는 가능한한 변형되지 않아야 하고 내마모성이 있어야 한다. 또한 이를 구성하는 물질은 사용된 유기용매에 견딜 수 있어야 한다. 본 발명에서는 에틸렌 글리콜폴리베레프탈레이트 섬유 또는 폴리프로필렌섬유와 같은 폴리에스텔섬유로 만든 천이 이들의 화학적 불활성과 이들의 소수성 때문에 매우 유리하다는 것이 입증되었다. 밀폐장치는 밀폐효과가 우수한 것, 예를 들어 라비린스로울러로 구성된 장치 등 어느 종류의 것이라도 좋다. 더욱 좋은 구조로는 이러한 밀폐장치가 본 목적을 밀폐용기 저부의 저장조 내에 담긴 유기용매와 혼합할 수 없는 액체로 형성된 유체상의 밀폐층으로 구성되는 것이다.

또한 이러한 밀폐용기의 저부에는 유기용매와 혼합할 수 없는 액체의 저부층을 가열할 수 있는 가열수단이 제공된다.

상기 유기용매와 혼합할 수 없는 액체에 침적되는 피브릴이나 저분자량의 중합체와 같은 불순물을 제거하기 위하여 이 액체를 계속 공급하여 넘쳐 흐르게 하여 배출시키므로서 계속 순환하도록 하는 것이 좋다. 용기로부터 이동한 액체는 유기용매의 회수를 위하여 경사처리(傾瀉處理)된다.

또한 이 장치는 제1다공밴드가 유체상의 밀폐층을 통과하는 동안 제1다공밴드상에 퇴적된 피브릴시이트상에 중첩되는 제2의 연속밴드로서 완성된다. 이와같이 하여 피브릴시이트는 두 연속밴드 사이에 끼여 밀폐장치를 통과하게 되는 것이다. 이러한 수정실시형태는 피브릴이 유체상 밀폐층을 구성하는 액체의 밀도보다 더 낮은 밀도를 가질 때 매우 유리하다는 것이 입증되었다.

밀폐용기에는 사용된 유기용매에 따라서 그리고 그 응축을 피할 목적으로 용기의 벽을 필요한 온도로 서머스타트에 의하여 조절할 수 있는 가열 및 모니터장치가 설치된다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 장치는 밀폐된 용기(1)로 구성되고 그 상부에 굴뚝형 주입관(2)이 연결되어 이를 통하여 유기용매증기의 존재하의 피브릴이 밀폐용기(1)로 주입한다.

제 1 도에서는 피브릴과 용매증기의 혼합물이 노즐(3)을 통한 중합체 용액의 급격한 팽창에 의하여 얻어지는 것을 보이고 있다. 그러나 언급된 장치는 이와 같이 특별한 피브릴 제조형태에 국한되지 않으며 유기 용매증기의 존재하에서 피브릴을 효과적으로 회수할 수 있고 다른 방법에 의하여 얻을 수도 있다.

에틸렌 글리콜폴리테레프탈레이트 섬유의 천으로 구성된 연속다공밴드(5)가 상부를 통과하는 흡인상자(4)는 주입관(2)의 저면개방부에 직면한 밀폐용기(1) 내에 착설되어 있다.

연속밴드(5)는 조절가능한 직선운동의 일정한 속도로 지지로울러(6)-(13)로 이어진 궤도를 따라 움직인다.

흡인상자(4)를 통과한 후 연속다공밴드(5)는 기압 및 유압장치(15)에 의하여 조절가능한 구동지지로울러(7)과 압축로울러(14)에 의하여 형성된 사이로 통과한다.

이 다공밴드(5)가 압축로울러(14)를 떠난 직후 제1밴드와 동일한 성질을 갖거나 또는 다른 성질을 갖는 제2연속밴드(16)가 다공밴드(5)에 점진적으로 접근하여 그 궤도의 일부분에서 다공밴드(5)와 동반진행하게 된다. 이 제2밴드(16)은 다공밴드(5)의 속도와 동일한 속도로 지지로울러(17)-(21) 사이에서 움직인다.

밀폐용기의 저부에는 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 조성되는 프로필렌에 대하여 불활성인 액체로 구성되는 유체상 밀폐층(22)이 형성된다. 또한 용기의 저부에는 배출파이프(24)에 연결된 오버플로우 워어(overflow weir)(23)가 형성되어 있다.

두 연속밴드(5)와 (16)은 밀폐층(22)을 통하여 밀폐용기(1)를 떠난다. 이러한 밴드의 진로는 지지로울러(7)(8)(9) 및 (19)에 의하여 이루어지며, 최종 두 지지로울러(9)와 (19)는 연속밴드(5)와 (16)이 서로 분리될 수 있도록 떨어져 배치되어 있다. 이들이 용기로부터 통과한 후 피브릴시이트를 분리시키는 동안 이 연속된 밴드는 일측은 지지로울러(11)(12)(13)에 따라 타측은 지지로울러(17)(18)(21)에 따라 밀폐층(22)을 지나 밀폐용기로 진입된다.

건조기(25)는 연속다공밴드(5)가 흡인상자(4)의 상부를 통과하기 전에 로울러(6)과 (13) 사이에서 건조되도록 임의로 설치될 수 있다.

이 건조기는 연속된 밴드가 그 위를 미끌어져 지나는 슬로트(slot)가 형성된 흡인상자의 형태이며, 이 상자는 진공원(眞空源)에 연결되어 있다. 이와같이 하여 고속 및 저압의 국부적인 조건하에서 흡출된 증기는 밴드에 급습된 액체를 제거하는데 효과적이다.

수정된 실시형태에서는 연속밴드(16)가 압축로울러(14) 주위를 지나 이 로울러와 구동로울러(7) 사이의 공간으로 통과할 수 있게 할 수도 있다.

밀폐용기(1)의 저부에 담긴 유기용매와 혼합할 수 없는 액체의 수위 오버플로우(overflow)(23)에 의하여 결정된다.

가열장치(도시하지 않았음)는 이 용기 내에 담긴 액체를 필요한 온도까지 올릴 수 있고 이 온도를 유지할 수 있도록 밀폐용기(1) 저부에 설치된다.

밀폐용기 내에 유기용매와 혼합할 수 없는 액체를 주입하기 위한 장치는 파이프로 구성되며(도시되지 않았음), 순환될 수 있도록 밀폐용기(1)로 계속적으로 액체를 공급할 수 있도록 하는 것이 좋다.

또한 밀폐용기(1)는 그 벽과 내부를 예정된 온도로 유지할 수 있도록 쟈켓트와 같은 수단이 설치되어 있다.

끝으로, 밀폐용기(1)로부터 연속밴드(5)(16)이 통과하여 나가는 동안 밴드(5)(16)는 인장, 주름제거 또는 조심(調心)용 로울러(26)의 상부를 지나게 된다. 또한 이들은 회전브라쉬 또는 물분무에 의하여 세척된다.

상기 서술한 바와 같이 장치의 작용은 하기에 주어진 실시예에 의하여 더욱 명백해진다. 그러나 이 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

[실시예]

헥산에 용해된 고밀도(0.950)를 갖는 150g/kg의 폴리에틸렌용액(이 용액은 70kg/cm²의 압력과 180℃의 온도하에 있다)을 주 파이프로 통하여 시간당 50kg의 유량비율로 분사하고 동시에 70kg/cm²의 압력과 180℃의 온도하에 있는 헥산을 LECHLER APPARATEBAU KG 회사의 LECHLER KSD 12분무기로 구성된 노즐(3)로 제2파이프를 통하여 분사한다. 헥산의 체적유량(體積流量)은 실제적으로 폴리에틸렌 용액의 체적유량과 동일하게 한다.

폴리에틸렌용액의 급격한 팽창과 용매의 순간적인 기화를 통하여 노즐(3)의 출구에서 헥산증기하에 현탁된 폴리에틸렌 불연속 피브릴을 얻는다.

이 현탁상태의 피브릴을 주입관(2)을 통하여 밀폐용기(1)로 주입시킨다. 이 용기는 일측부의 길이가 약 3m인 입방체이다.

밀폐용기(1)의 벽을 서머스타르로서 90℃의 온도로 조절하고 이 용기에 80℃의 불 10m³를 용입한다. 그리고 이 물을 매시간당 1m³의 유량으로 공급되게 한다.

주입관(2)의 기부에서 폴리에틸렌 세섬유(27)는 헥산증기의 회수를 위한 장치(도시하지 않았음)에 연결된 흡인상자(4)의 작용으로 연속다공밴드(5)상에 퇴적된다. 2.3미터의 폭을 갖는 밴드는 에틸렌글리콜폴리테레프탈레이트섬유로 만들어졌으며 1,000g/m²의 무게를 갖는다. 이 흡인상자의 흡인력은 밀폐된 용기(1)내의 어떤 순간에 형성된 압력이 대기압보다 약간 더 높게 되도록 조절된다. 300mm 수주(水柱)의 초과 압력은 밀폐된 용기(1)로 공기가 우발적으로 들어가는 것을 방지하는 효력을 갖도록 하였다. 용기내의 수증기분압은 0.255 절대기압으로 하고 헥산증기의 분압은 약 0.775 절대기압으로 한다.

밀폐용기내의 수증기의 존재하와 용기내의 유효온도와 압력조건하에서 헥산증기의 응축을 최소한으로 줄인 다음 다공밴드(5)상에 점진적으로 형성된 피브릴시이트(28)은 액상의 헥산으로부터 실제적으로 유리하게 되었다.

분당 10미터의 선속도로 움직이는 다공밴드(5)상에 퇴적된 피브릴(27)의 시이트(28)가 구동로울러(7)과 압축로울러(14) 사이를 통과시켜 밀적되었다.

이와같은 방법으로 밀적된 시이트는 이를 유체상의 밀폐층(22)를 통하여 동과할 수 있게 하는 연속밴드(5)(16) 사이에 점진적으로 수용되고 밀폐층으로 용매가 최종적으로 제거된다.

밀폐층(22)을 통과한 직후 밀적된 피브릴시이트(28)는 연속밴드(5)(16)에 의하여 유리되었음 약 80-110g/m²의 무게를 갖는 이 시이트는 카렌더가공(calendering) 등과 같은 공지의 기술로 강화되고 양질의 부직물로 제조될 수 있었다.

Claims (1)

1. 본물에 상술한 바와 같이 가동다공지지체상에 시이트의 형태로 퇴적시켜 유기용매의 증기존재하에서 합성중합체 피브릴을 회수함에 있어서, 밀폐용기내에 유기용매와 혼합할 수 없고 피브릴이 구성되는 중합체에 대하여 불활성인 액체를 용입하고 밀폐용기의 내압을 대기압보다 높게 하며 온도 범위는 유기용매증기의 응축온도보다는 높고 상기 액체의 비점보다는 낮게 하여 용매증기를 밀폐용기로부터 연속흡출시켜 가동다공지지체상에 합성중합체 피브릴이 시이트의 형태로 퇴적되게 한 다음 상기 액체로 구성된 밀폐층을 통하여 회수함을 특징으로 한 합성중합체 피브릴의 회수방법.

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