KR950000723B1 - 3성분계 도전성 복합섬유 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

3성분계 도전성 복합섬유

제 1 도는 본 발명에 사용된 복합방사용 구금의 단면도.

제 2 도는 구성분계 복합 방사용 구급을 이용하여 제조된 본 발명의 도전성 복합섬유의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A성분 : 도전성 마스터 배치

B성분 : 비도전성 섬유형성성 폴리머

C성분 : 흡습성 변성공중합체 폴리머

본 발명은 마찰등의 대전에 의한 정전기의 발생을 제어하는 대전방지성능 및 성능내구성이 우수하고, 공업적으로 제조가 용이하면서도 주위의 섬유 및 직물등에 대하여 마모성을 지니지 않는 3성분계 도전성 복합섬유에 관한 것으로, 좀더 상세하게 전기전도성이 우수한 미립자를 열가소성 폴리머 내부에 분산시켜 제조한 도전성 마스터 배치와 비도전 성분으로 섬유형성성이 우수한 폴리머를 사용하여 도전성분이 비도전성분의 외부로 돌출된 단면을 지니도록 섬유의 종축방향으로 상호 배열하고, 이를 흡습성이 우수한 폴리머가 외부에서 감싸고 있는 구조를 지니도록 설계된 특수 방사구금장치를 사용하여 3성분계 폴리머를 동시에 복합방사하는 3성분계 도전성 복합섬유에 관한 것이다.

도전성 섬유는 반도체산업등의 정밀산업분야 및 석유화학분야등에 사용되는 방진의, 안전방폭의 등과 의료분야의 수술의, 무균의등 다양한 산업분야에의 이용은 물론 의류의 탈착시 발생하는 정전기로 인한 불쾌감등의 방지를 위한 의류용 쾌적소재에 이르기까지 매우 광범위하게 이용되고 있다.

한편, 나일론의 개발과 아울러 폴리에스테르, 폴리아크릴로나이트릴 및 폴리올레핀등의 합성섬유는 천연섬유가 지니지 못하는 우수한 물리적 성질 및 화학약품에 대한 안전성과 제조의 용이성때문에 의복재료로는 물론 산업용 자재에 이르기까지 매우 광범위하게 이용하고 있지만, 대부분의 합성섬유는 이들이 지니고 있는 높은 소수성 때문에 마찰등에 의한 다량의 정전기발생으로 사용에 많은 어려움을 지님에 따라 합성섬유에 대전방지기능을 부여함으로서 정전기등에 의한 문제점을 해결하기 위한 연구가 이루어지고 있다.

합성섬유에 대전방지성을 부여하기 위하여 종래에는 합성섬유와 전기전도성이 우수한 구리등의 금속으로 이루어져 있는 금속성 세(細)섬유를 혼합시키는 방법과, 전도성이 우수한 카본블랙이나 산화금속 미립자가 내부에 골고루 분산된 섬유로 제조하는 방법등이 있는데, 전자의 경우는 대전방지능이 우수한 섬유로 제조할 수 있는 장점은 지니고 있지만 제조공정이 복잡하고, 사용중의 외력에 의해 혼합된 금속성 섬유의 절단 및 이탈에 따라 대전방지능이 현저히 감소하며, 또한 제조된 도전성섬유를 다른 섬유와 혼합하여 제, 편직하기가 어렵기 때문에 사용에 제한을 받는 등의 단점을 지니고 있으며, 후자의 경우는 다른 섬유와의 혼합 작업성이 우수하고 사용에 따른 성능의 감소현상은 거의 나타나지 않지만, 대전방지능이 부족한 단점을 지니고 있으며, 또한 충분한 대전방지능을 제공할 수 있도록 많은 미립자를 분산시킬 경우에는 섬유제조가 어렵고 제조섬유의 강도 및 신도등이 현저하게 감소됨으로서 실용적인 도전성섬유를 얻기에는 부적합하였다.

또한, 상기 결점을 해결하기 위하여 카본블랙이나 산화금속 미립자를 열가소성 중합체에 고농도로 분산시켜 제조한 도전성 마스터 배치를 방사공정중에서 섬유형성이 우수한 폴리머와 함께 섬유의 종축을 따라 균일하게 배열되도록 복합방사함으로서 섬유를 제조하는 방법(일본특공소 52-31450, 53-44579 및 62-306223)이 제안되고 있는데, 이는 (1) 도전성분이 비도전성분에 의하여 섬유내부에 완전히 봉입되도록 하는 단면형, (2) 도전성분이 섬유의 표면에 돌출이 되도록 하는 단면형, 그리고 (3) 섬유의 내측에 도전성분을 위치시킨다음 외측까지 도정통로를 형성시킨 단면형등의 주로 3가지 형태에 의존한다.

일반적으로 도전성섬유의 제전 메카니즘은 섬유표면에서 마찰등에 의하여 형성된 전하가 도전매체를 통하여 외부로 이동하여 방전, 소멸되는 것에 의존하는데, 상기에 언급한 (1)의 경우에는 도전성분이 내부에 완전히 봉입되어 있으므로 마찰등에 의한 도전성분의 탈락 및 절단은 발생하지 않지만, 섬유의 표면이 비도전성분으로 구성되어 있기 때문에 발생된 정전하의 소멸이 완전하지 않게 되므로 대전방지능이 취약한 단점을 지니고 있으며, (2)의 경우에는 도전성분이 섬유표면에 노출되어 있기 때문에 대전방지능은 우수하지만, 첨가된 카본블랙 또는 금속산화물등의 미립자들이 섬유표면에 돌출됨에 따라 섬유의 외관 및 색상이 불량한 단점을 지니고 있으며, 또한 제직 및 가공공정시 정지체 위를 스치면서 움직일 때 외부에 노출된 도전성 미립자와 정지체의 마찰에 의해 정지체이며 마멸, 손상등이 발생하게 되므로 작업성 불량의 원인이 되고 아울러 도전성분의 탈락에 따른 성능내구성이 불량한 단점을 지니고 있다.

(3)의 경우는 도전성분의 표면돌출을 최소화함으로서 제직, 가공공정에서의 섬유의 마찰에 의한 성능감소 및 제조작업상 불량등의 문제점을 최소화하는 동시에 섬유표면에서 발생하는 전하의 소멸을 극대화함으로서 (1)과 (2)의 단면을 지닌 섬유가 지나는 단점을 보완한 것으로서, 성능 내구성 및 후가공 공정작업성등은 향상되지만, 표면에 도출된 전도성 통로에 도전성능을 의존하는 형태를 취하기 때문에 기존의 문제점을 해결하기에는 부족한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 대전방지성능 및 내구성이 우수하고 후가공 공정에서의 작업성이 우수한 도전성 섬유를 제공함에 있다.

상기 목적뿐만 아니라 용이하게 표출되는 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 수분에 의하여 전하의 이동이 가능한 것에 착안하여 도전성 섬유를 제조시 흡수성이 우수한 폴리머로 도전성 섬유의 외부를 감싸는 구조로 3성분계 폴리머를 복합방사하여 제조함으로써 기존의 방법으로 제조된 도전성 섬유가 지닌 문제점 등을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 대전방지성 및 심미적 외양도 우수한 도전성 복합섬유를 제조하였다.

본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 도전성 복합섬유의 제조방법으로는 전기 전도성이 우수한 미립자를 열가소성 폴리머 내부에 분산시켜 제조한 도전성 마스터 배치(이하 ‘A’성분이라 함)와 비도전 성분으로 섬유형성성이 우수한 폴리머(이하 ‘B’성분이라 함)를 사용하여 도전성분이 비도전 성분의 외부로 돌출된 단면을 지니도록 섬유의 종축방향으로 상호 배열하고, 이를 흡수성이 우수한 폴리머(이하 ‘C’성분이라 함)가 외부에서 감싸고 있는 구조를 지니도록 설계된 특수 방사구금장치를 사용하여 3성분계 폴리머를 동시에 복합방사하여 3성분계 도전성 복합섬유를 제조한다.

여기에서 제조된 3성분계 도전성 복합섬유의 대전방지 경로를 살펴보면 최외층에 존재하는 ‘C’성분에 함유되어 있는 다량의 결정수가 섬유의 표면에서 마찰등으로 발생된 정전하의 일부를 자체 소멸시키거나 또는 섬유 외층부로부터 내층부의 ‘A’성분으로 신속히 이동시킴과 동시에, 이동된 정전하는 ‘A’성분의 내부에 분산되어 있는 전도성 미립자들에 의해 분산 소멸되거나 대기중으로 방전되는 경로를 통하여 섬유표면에 전하가 누적되기전에 소멸시키는 제전 메카니즘을 지니고 있은며, 또한 사용된 섬유형성성이 우수한 폴리머인 ‘B’성분은 제조된 섬유가 제직 및 가공공정시 사용에 적합한 강도 및 물리적 성질을 지지해주는 역할을 하게 된다.

본 발명에서 ‘A’성분의 제조시 사용되는 전도성 미립자로는 이들이 분말 형태에서 약 10⁶Ω㎝ 이하의 비저항을 갖는 모든 종류의 입자를 이용할 수 있는데, 즉 카본 블랙을 포함하여, 산화주석, 산화아연, 산화구리, 산화제일구리, 산화인듐, 산화지르코늄, 산화텅스텐등의 금속산화물 입자뿐만 아니라, 은, 니켈, 구리, 철, 알루미늄 및 이들의 합금 등으로 이루어져 있는 금속분말 및 황화구리, 요오드화구리, 황화아연, 황화카드뮴등과 같은 금속성 화합물을 사용할 수 있고, 또한 전도성 미립자와 혼합시 사용되는 열가소성 폴리머로는 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 폴리올레핀계 및 폴리비닐계등과 같은 많은 열가소성 폴리머등을 임의로 선택하여 사용할 수 있으며, 방사공정시 작업성에 관한 관점에서 볼 때 섬유형성성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 섬유형성성이 부족한 폴리머를 사용하더라도 결합되는 ‘B’성분으로 섬유형성성이 우수한 폴리머를 사용함으로서 양호한 방사성을 제공할 수 있다.

또한, ‘A’성분의 제조시에 있어서 전도상 미립자의 혼합비는 입자의 종류, 정도성, 크기, 첨가량 및 주재수지의 결정성등에 의해 결정되는 데, 사용된 ‘A’성분의 비저항 10⁶Ω ㎝ 이하일 경우가 적합하며, 비저항이 10⁶Ω ㎝ 초과일 경우에는 전하의 이동이 불완전하기 때문에 제조된 섬유의 대전방지능이 취약하게 된다.

‘B’성분으로는 섬유형성성이 우수한 열가수성 중합체로서 나일론-6 나일론-66, 나일론-610 등과 같은 폴리아미드계, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸테레프탈레이트등과 같은 폴리에스테르계, 폴리아크릴로나이트릴 및 기타 섬유형성성이 있는 폴리머등이 적합하며 특별히 어느 한 종류로는 한정되지 않는다.

상기 방법에 따라 제조된 ‘A’성분과 ‘B’성분을 사용한 섬유의 횡단면 형태는 제 2 도에서 나타내는 바와같이 배열할 수 있고, 이와같은 단면구조 변화는 방사구금장치내의 구금판, 구금공과 분배판 토출공과의 접속위치를 변경하는 방법으로서 자유자제로 할 수 있다.

이때 사용된 ‘A’,‘B’성분의 구성비는 중량 분율로서 A/B가 10∼35/90∼65%가 적합하며, 만약 ‘A’성분의 비율이 10% 미만일 경우에는 제조된 섬유의 대전방지능이 떨어지게 되고 35% 초과일 경우에는 경제적인 면에서 부적합하면 또한 제조된 섬유의 물성이 매우 취약해지게 되는 단점을 지니게 된다.

외부에서 발생된 정전하를 내부로 전달하는 역할을 지니고 있는 ‘C’성분의 흡습율이 2∼5%인 특성을 지니는 폴리에스테르계 및 폴리아미드계 및 폴리아미드계 등의 폴리머에 친수성 관능기를 지니는 물질을 공중합한 변성 공중합체가 적합한데, 이때 사용된 공중합체의 흡습율이 2% 미만이면 결정수 함유율이 낮기 때문에 섬유표면에서 발생하는 정전하를 내부의 ‘A’성분으로 전달해주는 매체 폴리머로의 역할을 하기에는 부적합하고, 흡습율이 5%를 초과하면 매체 폴리머의 역할은 우수하지만 고온의 방사공정시 공중합체의 가수분해 발생들에 기인한 방사성 불량의 원인이 된다.

또한 ‘C’성분의 대전방지 성능에 대한 기여도는 ‘C’성분의 흡습율뿐만 아니라 섬유의 단면적에 대한 ‘C’성분의 점유율도 영향을 미치게 되는데, 즉 ‘C’성분의 면적비율이 전체 섬유에 대하여 5% 이상 40% 이하일 경우가 가장 적합하며, 만약 ‘C’성분의 면적비율이 5% 미만일 경우는 ‘C’성분이 제조된 섬유의 표면을 균일하게 감싸기에는 부족하므로 섬유표면에 부분적으로 ‘A’성분이 돌출되기 때문에 사용중의 마찰등에 의해 ‘A’성분의 탈락이 발생하게 되어 대전방지능이 감소하게 되고, 제직 및 가공공정에서 작업성이 취약해지는 등 초기의 목적을 달성할 수 없게 되고, ‘C’성분의 면적비율이 40%를 초과할 경우는 발생된 정전하의 이동이 불완전하게 될뿐만 아니라 제조된 섬유의 물성이 취약해지는 단점을 지니게 된다.

이상과 같은 조건으로 3성분을 복합방사하여 제조된 미연신사는 통상적인 연신공정을 통하여 장섬유 및 단섬유로 제조하여 사용할 수 있으며 고속방사 설비를 통하여 직접 연신사로 제조할 수 있다.

다음의 실시예 및 비교예는 본 발명에 의한 도전상 복합섬유의 제조방법을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.

[실시예 1]

카본블랙과 폴리에틸랜폴리머를 컴파운딩하여 제조한 비저항이 2 ×10³Ω ㎝인 도전성 마스터 배치를 ‘A’성분으로 사용하고, 고유점도가 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 ‘B’성분 그리고 폴리에틸렌테레프탈레이트에 폴리에텔렌글리콜을 공중합하여 제조한 것으로 대기중에서 48시간 방치후의 흡습율이 4.2%를 나타내는 폴리에스테르계 변성공중합체를 ‘C’성분으로 사용하고, 내층부의 복합비율(A/B)은 30/70, ‘C’성분이 전체 섬유의 면적에 대하여 차지하는 비율은 40%로 하여 제 2 도의 각 단면형태를 지니도록 하여, 방사온도 280℃, 방사속도 1,500m/min로 제조한 미연신사를 연신배율 2.8배, 연시온도(제일로울러/열고정부) 110/190℃에서 연신, 열처리함으로서 3성분이 복합된 도전성 장섬유를 제조하였다.

이렇게 하여 섬유의 단면형태에 따라 제조된 섬유의 특성을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

[실시예 2]

비저항이 10⁶Ω ㎝ 인 도전성 마스터 배치를 ‘A’성분으로 사용하고, 제 2 도의 (가) 단면으로 복합섬유를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 복합섬유를 제조하였다.

[실시예 3]

흡습율이 2.4%인 폴리에스테르계 변성공중합체를 ‘C’성분으로 사용하고 제 2 도의 (a) 단면으로 복합섬유를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 복합섬유를 제조하였다.

[실시예 4]

‘A’성분과 ‘B’성분의 복합비율(A/B)을 10/90으로 변경하고, 제 2 도의 (a) 단면으로 복합섬유를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 복합섬유를 제조하였다.

이렇게 하여 제조된 섬유의 특성을 표 2에 나타내었다.

[실시예 5]

‘C’성분이 전체 섬유의 면적에 대하여 차지하는 비율이 10%이고 제 2 도의 (a) 단면으로 복합섬유를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 복합섬유를 제조하였다.

이렇게 하여 제조된 섬유의 특성을 표 2에 나타내었다.

[표 2]

[비교예 1]

4 × 10⁷Ω ㎝ 의 비저항을 지니는 폴리에틸렌 주재 도전성 마스터 배치를 ‘A’성분으로 사용하고, 제 2 도(b) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 2]

흡습율이 1.2%인 폴리에스테르 공중합체를 ‘C’성분으로 사용하고, 제 2 도 (가) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 3]

흡습율이 6.1%인 폴리에스테르 공중합체를 ‘C’성분으로 사용하고, 제 2 도 (a) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 4]

‘A’성분과 ‘B’성분의 복합비율(A/B)을 5/95로 변경하고, 제 2 도 (a) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 5]

‘A’성분과 ‘B’성분의 복합비율(A/B)을 50/50로 변경하고, 제 2 도 (a) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 6]

‘C’성분이 전체 섬유의 면적에 대하여 차지하는 비율이 3%이고, 제 2 도 (a) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[비교예 7]

‘C’성분이 전체 섬유의 면적에 대하여 차지하는 비율이 50%이고, 제 2 도 (a) 복합단면을 지니도록 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다. 이때 제조된 복합섬유의 특성을 표 3에 나타내었다.

[표 3]

* 물성평가방법

1. 방사성

방사온도 280℃, 방사속도 1,500m/min에서의 방사시간당 사절수로 표시하였으며, 방사 24시간당 사절수가 1회 이하 발생될 경우 우수, 3회 이내는 양호, 5회 이내는 보통, 6회 이상은 불량으로 평가하였다.

2. 강도 및 신도측정

인스트론사의 인장강도 시험기를 사용하여 시료장 20㎝, 인장속도 25㎝/min의 조건으로 섬유의 강도 및 신도를 측정하였다.

3. 마찰대전압 측정

일반 폴리에스테르 장섬유를 편직기상에서 편직(Knitting)시, 매 1인치(inch) 간격으로 본 발명을 통해 제조된 연신사를 혼합시켜 편직포를 제조한다. 제조된 편직물을 정련에 의하여 기름을 제거시키고, 물로 철저히 세척한 다음, 이어서 80℃로 3시간동안 건조한다.

이후, 건조된 편직물을 30% RH의 대기중에서 25℃로 6시간동안 유지시킨 후 면직물로 15회 문지른 다음, 대전압 측정기를 사용하여 10초후 편직물 표면의 마찰 대전압을 측정한다.

4. 마찰내구성

제조된 복합섬유를 100m/min의 속도로 순백색의 종이 표면에서 반복적으로 이동시키면서 종이의 표면에 카본블랙의 탈락여부를 육안으로 관찰하여, 마찰횟수 10회 이내에 카본의 탈락이 관찰될 경우는 불량, 20회 이내는 보통, 30회 이내는 양호, 31회 이상은 우수로 평가하였다.

Claims (5)

1. 열가소성 중합체에 전도성 미립자를 분산시켜 제조한 도전성 마스터 배치를 ‘A’성분으로 하고, 섬유형성성이 우수한 폴리머를 ‘B’성분으로 하여 ‘A’성분이 ‘B’성분의 외부로 돌출된 단면을 지니도록 섬유의 종축방향으로 상호 배열되어 있는 내층부를 흡수성이 우수한 ‘C’성분이 외부에서 감싸고 있는 단면형태를 갖는 것을 특징으로 하는 3성분계 도전성 복합섬유.
2. 제 1 항에 있어서, 비저항이 10⁶Ω ㎝ 이하인 도전성 마스터 배치를 ‘A’성분으로 사용함을 특징으로 하는 3성분계 도전성 복합섬유.
3. 제 1 항에 있어서, 복합섬유의 내층부를 구성하는 ‘A’와 ‘B’성분의 복합비율이 중량분을 (A/B)로 10/90∼35/65% 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 3성분계 도전성 복합섬유.
4. 제 1 항에 있어서, 흡수율이 2% 이상 5% 이하의 범위에 있는 섬유형성성 폴리머를 ‘C’성분으로 사용함을 특징으로 하는 3성분계 도전성 복합섬유.
5. 제 1 항에 있어서, 사용된 ‘C’성분의 면적비율이 전체 섬유의 5% 이상 40% 이하의 범위내에 있음을 특징으로 하는 3성분계 도전성 복합섬유.