KR930011324B1 - 바이오 세라믹 섬유의 제조방법 - Google Patents

바이오 세라믹 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

바이오 세라믹 섬유의 제조방법
제1도는 PET 단섬유에 세라믹 성분이 포함된 단면모형을 나타낸 도면이다.
제2도는 본 발명의 세라믹섬유의 단면을 나타낸 도면이다.
제3도는 방사기의 부위를 나타낸 도면이다.
[발명의 분야]
본 발명은 바이오 세라믹 섬유의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 합성섬유의 원료인 중합칩(chip)에 세라믹(ceramics) 성분을 혼합하여 방사한 바이오 세라믹 섬유 및 특정조건하에서 혼합, 건조, 방사, 연신 등의 공정을 거쳐서 바이오 세라믹 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
중합공정을 거쳐 생성된 칩을 용융방사하여 합성섬유를 얻는 방법은 현재 널리 이용되어 왔다. 합성섬유의 제조에 있어서, 그 제조방법은 물론 내세탁성, 내마모성, 보온성, 대전방지성 등의 섬유의 일반적인 물성을 개선하고자 하는 많은 연구도 진행되어 왔다. 가정 용품을 비롯한 많은 물품에 원적외선을 방사할 수 있는 바이오 세라믹 제품들이 등장하기 시작하였으며 이러한 제품들의 효능은 이미 입증되었다. 이러한 관점에서 본 발명자는 합성섬유의 원료에 세라믹 원료를 혼합함으로써 바이오 세라믹 합성섬유를 제조하기에 이른 것이다. 즉, 합성섬유의 원료에 원적외선을 방사할 수 있도록 세라믹 원료를 혼합하여 내세탁성, 보온성, 내마모성이 우수한 인체의 건강에 좋은 효과를 갖는 바이오 세라믹 섬유를 개발하기에 이른 것이다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 폴리에스테르 합성섬유의 원료인 PET(Polyethylene terephthalate) 칩을 세라믹 물질과 혼합하여 방사함으로써 종래의 합성섬유보다 우수한 물리적 특성을 갖는 바이오 세라믹 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양호한 물리적 특성을 갖는 바이오 세라믹 섬유의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
[발명의 요약]
본 발명의 바이오 세라믹 섬유는 PET 중합칩을 주성분으로 하고 산화알루미늄(Al2O3), 수산화알루미늄(Al2(OH)3), 산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2) 등의 물질로 이루어진 세라믹성분을 부성분으로 하여 이루어진다.
중합칩 및 세라믹으로 이루어진 바이오 세라믹 섬유는 PET칩에 분말 상태의 세라믹 성분을 혼합하고, 건조기에서 충분한 건조를 위하여 30분∼1시간 30분에 걸쳐 130∼180℃의 온도로 건조시킨다. 혼합공정은 프로펠러와 같은 기계적인 혼합장치를 이용하여 행해지며, 건조공정은 통상의 건조기(dryer)를 이용한다.
혼합 및 건조공정이 완료되면 방사기에서 용융방사한다. 방사된 필라멘트는 유연제, 대전방지제등의 필요한 약제처리를 행한 후 일정한 비율로 연신공정을 행하게 되며, 그 후 크림프를 형성시켜 적절한 길이로 절단하여 얻고자 하는 스테이플사를 얻는다.
[발명의 구체예에 대한 상세한 설명]
PET 중합칩 약 96∼98중량%에 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 산화규소, 산화티탄등의 성분으로 이루어진 세라믹 물질 약 4∼2중량%를 호파(hopper)에서 혼합한다.
혼합 호파(mixing hopper) 내에서의 혼합은 프로펠러와 같은 기계적 수단에 의하여 행해진다. 이때 사용되는 세라믹 물질은 그 평균입경이 1∼5㎛이고 순도가 96% 이상인 분말상태의 물질로서 통상 사용되고 있는 양질의 세라믹 물질을 의미한다.
혼합 호파(mixing hopper)에서 충분히 혼합된 원료물질은 건조 호파(dry hopper)로 압입(押入)되어 건조시킨다. 이때 원료를 회전시켜서 중합칩에 세라믹 입자가 고르게 부착될 수 있도록 한다. 세라믹 입자를 고르게 부착시켜야 용융방사시 또는 방사후의 섬유로부터 세라믹 입자가 분리되지 않는다. 이 건조공정의 호파내의 온도는 충분한 건조를 위하여 130∼180℃로 유지시키고 30분∼1시간 30분정도 건조시킨다.
혼합 및 건조공정이 완료된 칩을 용융방사하기 위하여 방사 호파(extruder hopper)에 이동시켜 약 2m의 방사기 스크류를 통과시키면서 노즐을 통하여 방사한다. 스크류의 헤드로부터 실린더 및 노즐을 유지하는 온도는 통상의 합성섬유의 방사와 같이 대단히 중요하다. 본 발명의 바이오 세라믹 섬유를 방사하는 경우에는 방사기의 각 부위의 온도를 세라믹 물질이 함유되지 않은 합성섬유 칩을 방사하는 경우의 온도 보다 약 5∼10℃씩 낮게 유지해야 한다. 이처럼 온도를 낮게 유지하는 이유는 세라믹 물질이 함유된 칩은 세라믹물질이 원적외선을 방사(放射)하여 에너지를 발생시키기 때문이다.
방사후에 PET 단면섬유중에 세라믹 성분이 함유된 사단면의 모형은 제1도와 같으며, 제2도는 본 발명의 세라믹 섬유단면의 확대단면도이다.
방사기를 통과한 용융된 원료물질은 노즐을 통하여 필라멘트상으로 섬유가 제조된다.
방사(紡絲)된 원적외선 방사(放射) 세라믹 토우(tow)를 유연제와 대전방지제의 침지유에 통과시키면서 1 : 1.5 정도의 비율로 1차 연신하면서 권취한다.
이때 권취 RPM을 토우상태에 따라 적절히 조절해야 사절(絲切) 현상을 배제할 수 있다.
권취된 보빈(bobbin)을 200개 정도로 합하여 5m의 토우 건조기에서 150℃로 건조시킨다. 이때 토우중량에 따라 100∼150℃로 온도를 조절하여야 한다. 토우중량에 따라 온도를 조절하는 것은 이 분야의 당업자에게는 지극히 잘 알려진 사항이다.
건조된 토우는 연신기에서 적절한 연신비로 연신한다.
2차 연신된 토우는 토우 진입 입출 로울러의 RPM 속도차에 의하여 크림프가 생성되며, 1인치당 최소 0에서 최대 30여개의 크림프가 생성되며, 카페트용 원적외선 방사 세라믹 폴리에스테르는 1인치당 10∼12개의 크림프를 부여한다. 크림프의 수에 따라 섬유의 물성이 달라지기 때문에 원하는 물성에 따라 적절한 수의 크림프를 부여한다.
크림프가 형성된 섬유는 회전용 절단기에서 적절한 섬유장으로 절단한다.
보통 스테이플사의 섬유장은 4∼6인치 정도이다.
이렇게하여 제조된 원적외선 방사 세라믹 폴리에스테르는 양호한 섬유의 유연성과 강신도를 갖는다.
본 발명의 바이오 세라믹 섬유의 제조공정에 관한 실시예는 다음과 같다.
[실시예 1]
PET 중합칩 97kg 및 세라믹 원료 3kg을 혼합호파(mixing hopper)에서 혼합시킨다. 이때 사용되는 세라믹 원료의 평균 입경은 3㎛이며, 순도는 96% 이상인 것을 사용한다. 혼합된 원료물질을 건조호파(dry hopper)로 압입(押入)하여 165℃의 온도에서 30분동안 건조시킨다. 방사기호파(extruder hopper)로 이동된 원료 물질을 통상의 중합칩의 방사온도보다 약 10℃ 낮게 다음의 표 1과 같이 온도를 설정하여 방사한다. 표 1에서의 방사기부위의 1∼6은 스크류의 헤드로 부터 실린더 및 노즐에 이르는 부위를 여섯부위로 구분한 것으로 이는 방사기를 취급하는 당업자에게는 지극히 잘 알려진 사항이다. 제3도는 방사기부위 1∼6을 개략적으로 도시한 도면이다. 1.5의 연신비로 1차 연신을 한 후, 토우건조기에서 130℃로 건조시킨다. 3.5의 연신비로 2차 연신을 한 후 1인치당 10∼12개의 크림프를 형성시킨후 5인치의 섬유장으로 절단한다.
[표 1]
[실시예 2]
폴리에스테르 섬유용 칩 98kg 및 세라믹 원료 2kg을 혼합 호파(mixing hopper)에서 혼합시키는 것을 제외하고는 실시예 1에 나타난 동일한 조건으로 공정을 행한다.
[실시예 3]
건조시간을 1시간으로 하는 것을 제외하고는 실시예 1에 나타난 동일한 조건으로 공정을 행한다.
위의 실시예 1∼3의 시료로써 인체에 미치는 효과를 살펴보기 위하여 혈류 속도를 측정하였다. 이 측정에 있어서, 바이오 세라믹 카패트 시료는 좌측팔에 5분간 접촉시켰고, 혈류속도는 좌측손목·동맥부위에서 측정하였으며 혈류속도는 4회 측정한 평균값이다. 이들의 측정치는 하기 표 2와 같으며, 6경우의 시료 측정에서 1경우가 효과가 없는 것으로 나타났다.
[표 a]

Claims (3)

  1. PET 중합칩 96∼98중량% 및 세라믹 성분 4∼2중량%의 원료물질을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 원료물질을 건조호파에서 130∼180℃의 온도로 30분∼1시간 30분동안 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 원료 물질을 용융방사기에서 방사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 세라믹 섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 성분은 그 평균 입경이 1∼5㎛ 이고 순도가 95% 이상인 분말상태인 것을 특징으로 하는 바이오 세라믹 섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방사단계가 세라믹 성분을 함유하지 않은 중합칩을 용융방사하는 경우의 방사기의 방사온도보다 5∼10℃씩 낮은 방사온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는 바이오 세라믹 섬유의 제조방법.
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