KR101960457B1 - 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일라이트의 분산이 용이하여 일라이트를 코팅하여 분산시 균질도가 높은 마스터배치 칩의 생산이 가능하고 상기 칩을 이용하여 일라이트가 극부적으로 뭉쳐지는 것을 방지하여 일라이트의 분포도가 높게 형성하도록 한 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 관한 것인바, 본 발명은 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 있어서, 0.01~0.5마이크로미터의 미세분말로 만든 일라이트 분말의 표면에 코팅층을 형성시키는 코팅공정과; 상기 코팅층이 형성된 일라이트를 냉각 및 건조시키는 건조공정과; 상기 코팅층이 형성된 일라이트 분말을 액체 또는 분말 상태의 합성수지와 1~20중량%의 비율로 혼합하여 가열교반기 속에 넣고 열을 가하면서 교반하여 마스터배치(Master batch) 칩을 형성시키는 칩제조공정과; 상기 마스터배치(Master batch) 칩과 섬유용 합성수지를 일정한 비율로 혼합하여 200℃~300℃로 가열 및 70 ~ 100kg/㎠ G의 압력으로 가압하여 코팅층을 형성하는 코팅제 및 수분을 제거시키는 가스빼기공정과; 상기 가스빼기공정 후 일라이트가 첨가된 액상의 합성수지를 방사용 호-퍼에 투입하고 스크류방사기의 온도가 200℃~300℃정도에서 용융방사하여 필라멘트사를 얻는 방사공정 순에 의해 제조하는 것에 그 특징이 있다.

Description

일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법{Production method of high-functionality filament yarn containing illite}

본 발명은 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 일라이트의 분산이 용이하여 일라이트를 코팅하여 분산시 균질도가 높은 마스터배치 칩의 생산이 가능하고 상기 칩을 이용하여 일라이트가 극부적으로 뭉쳐지는 것을 방지하여 일라이트의 분포도가 높게 형성하도록 한 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 관한 것이다.

폴리올레핀계 섬유는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌섬유로 분류 할 수 있다. 폴리프로필렌섬유는 고분자량과 고결정성을 가져 융점이 165～173℃ 정도로 높고 연화점 또한 140～160℃로 비교적 높을 뿐만 아니라, 비중이 0.91로 매우 낮고, 인장강도, 굽힘강도, 강성, 충격강도 등의 강도 및 내굽힘 피로성이 높은 등 기계적 성질 면에서도 매우 우수한 소재이다.

또한 폴리프로필렌은 투명성도 뛰어난 편이기 때문에 포장재로서 매우 우수한 소재이다. 특히 상기 폴리프로필렌은 주로 공정수분율이 낮고 비중이 가벼워 흡한속건, 경량레포츠 웨어로 많이 활용하며 투명도가 뛰어난 편이기 때문에 포장재로서 매우 적합한 소재여서 곡물류, 해조류, 육류 등의 각종 식품류의 저장 및 운송용 포대의 소재로 사용할 수도 있다.

최근, 일라이트 등 다양한 기능성 무기물의 연구가 일부 이루어져 고유한 효능이 밝혀진 바 있고, 특히 일라이트는 원적외선 방사효율이 우수하여 건강기능성과 식품의 보관성을 향상시키는 효능이 있는 것으로 밝혀졌다.

그런데 이러한 기능성 무기물들의 효능에도 불구하고, 상기 기능성 무기물을 폴리올레핀계 수지에 물성 변화없이 균일하게 혼합시키는 것은 매우 어렵기 때문에 제품화의 걸림돌이 되고 있다.

따라서, 현재로는 일라이트 함유 기능성 폴리프로필렌 필라멘트 소재 출시는 전무 하며 또한 무기물의 함유량이 많은 마스터배치 칩(master batch chip)을 일반 합섬섬유 칩에 혼합하여 성형하는 방식이 채용되고 있으나, 이는 그 제조과정이 매우 복잡하고, 전력소비가 많아 제조원가가 높을 뿐만 아니라, 일라이트와 고분자 수지간의 비중차가 크고, 특히 일라이트는 점토와 같은 연성이어서 다른 경질의 세라믹 광물의 분말보다 고분자 수지에 균일하게 혼합하는 것이 어려워, 마스터배치 칩 자체를 고농도로 제조하는 것이 어렵다. 따라서 현재 알려진 방법들에 의하면, 그 제조과정이 복잡하여 제조원가가 높을 뿐만 아니라, 여러 가지 첨가물들이 들어가 표면에 두껍게 도포되므로, 혼합시 믹서기의 운전시간이 길어지게 되며, 압출기의 배율이 36배율 이상으로 만들어져야만 일라이트가 균일하게 분산될 수 있어, 균일한 성능과 효과를 얻는 데에 어려움이 있었다.

구체적으로 살펴보면 예컨대, 대한민국 특허공보 267350호에는 분쇄된 일반칩 60～90%와 일라이트 극세분말 10～40%를 혼합하여 분말의 뭉침 방지를 위해 분산제와 유무기물이 잘 혼합되도록 실리콘 성분인 결합제를 각 공정에 투입하고 압출하여 최종 마스터배치 칩을 생산하는 방법을 제안하고 있으나, 이는 일반 칩을 분쇄할 때 석유화학제품인 일반 칩의 고유의 성질인 연성 때문에 분쇄가 잘 되지 않고, 분쇄시 고가의 특수 제작된 분쇄기가 필요하여 원가 부담이 발생하며, 일라이트 극세 분말을 제조하는 과정이 복잡하여 고비용이 소요되기 때문에 결과적으로 고가의 마스터배치 칩이 생산되는 단점이 되고 있다. 그래서, 일라이트 분말을 수지에 균일하게 혼입하는 것은 매우 어렵기 때문에 이를 실제로 제품화하는 데에는 많은 어려움이 따른다.
또한, 대한민국공개특허공보 제10-2000-0001727호에는 "일라이트 나일론 필라멘트사 제조방법"이 개시되어 있으나, 사용되는 일라이트 분말이 1~2마이크론으로 입자크기가 너무 커서 필라멘트 섬유 형태로 방사할 경우, 방사도중에 방사노즐이 막혀버리는 문제가 있으며, 방사된 사의 인장특성이 현저히 저하되는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하고 다기능성 일라이트로 인해 경량 아웃 도어 등의 각종 레포츠 의류의 고기능성 친환경소재로서 폴리프로필렌이 주로 사용되고 있는데, 기존 폴리프로필렌에 특성에다가 고기능성까지 부여된다면 다양한 분야에 활용 가능한 소재로서 더욱 바람직할 것으로 예상된다.

이러한 기능성을 부여하기 위하여, 원적외선, 음이온 소취, 항균성 등이 뛰어난 천연광물인 일라이트를 폴리프로필렌에 첨가하는 것에 대한 연구가 일부 이루어지고 있다.

대한민국 특허공개 제2017-0307호 대한민국 특허등록 제267350호

본 발명은 일라이트가 함유된 필라멘트사의 제조시 일라이트의 분산이 용이하도록 일라이트를 코팅하여 분산시 균질도가 높은 마스터배치 칩의 생산이 가능하고 상기 칩을 이용하여 일라이트가 극부적으로 뭉쳐지는 것을 방지하여 일라이트의 분포도가 높게 형성하도록 한 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 있어서, 0.01~0.5마이크로미터의 미세분말로 만든 일라이트 분말의 표면에 코팅층을 형성시키는 코팅공정과; 상기 코팅층이 형성된 일라이트를 냉각 및 건조시키는 건조공정과; 상기 코팅층이 형성된 일라이트 분말을 액체 또는 분말 상태의 합성수지와 1~20중량%의 비율로 혼합하여 압출기 속에 넣고 열을 가하면서 압출하여 마스터배치(Master batch) 칩을 형성시키는 칩제조공정과; 상기 마스터배치(Master batch) 칩과 섬유용 합성수지를 일정한 비율로 혼합하여 가열교반기에 투입하여 25~30분간 회전시키면서 200℃~300℃로 가열 및 70 ~ 100kg/㎠ G의 압력으로 가압하여 코팅층을 형성하는 코팅제 및 수분을 제거시키는 가스빼기공정과; 상기 가스빼기공정 후 일라이트가 첨가된 액상의 합성수지를 방사용 호-퍼에 투입하고 스크류방사기의 온도가 200℃~300℃ 정도에서 용융방사하여 필라멘트사를 얻는 방사공정 순에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 코팅층은 실란트, 실록산 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 합성수지가 PET일때 IV가 0.6~0.7인 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 방사되는 필라멘트사에 일라이트가 전체중량의 1.5~3중량%으로 함유되는 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 합성수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 올레핀계수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르수지, 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 나일론 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 일라이트의 분산이 용이하여 일라이트를 코팅하여 분산시 균질도가 높은 마스터배치 칩의 생산이 가능하고 상기 칩을 이용하여 일라이트가 극부적으로 뭉쳐지는 것을 방지하면서 일라이트의 분포도가 고르게 형성하도록 하여 제품의 품질과 신뢰도를 향상시키도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 일라이트 함유 고기능성 PET 필라멘트사의 제조방법을 보여주는 제조공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

발명에 따른 일라이트가 함유된 기능성 마스터배치 칩을 제조하기 위해서는, 먼저 도 1에서 보는 바와 같이 먼저 0.01~0.5마이크로미터(㎛)의 미세분말로 만든 일라이트 분말을 가열하여 수분 제거 및 표면을 건조시킨 후 일라이트를 코팅제에 혼합하여 일라이트의 표면에 코팅층을 형성시키는 코팅공정을 수행한다. 이때 분산제를 사용할 수 있다.

상기 코팅층은 실란트, 실록산 중 어느 하나를 사용하며, 특히 실란트 중 silyl-modified polyethers를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 접착력이 매우 우수하고 경화속도가 매우 빠르고 표면 건조가 15~20분 내에 이루어지므로 표면에 먼지가 적게 묻는 효과가 있기 때문이다.

한편 상기 코팅공정은 액체 상태의 코팅제가 담겨있는 교반기에 일라이트를 넣고 교반기를 회전시켜 교반한다. 이때 일정한 온도로 가열하면 코팅제가 응고하지 않고 용이하게 교반을 지속할 수 있게 된다.

상기 무기물인 일라이트 즉 규소와 탄소의 결합에너지를 비교해 보면, C-C결합 82.6kcal/mol에 비하여 Si-O결합은 106kcal/mol로 결합에너지가 크기 때문에 내열성 및 내후성이 우수하다.

결합의 이온성을 비교해 보면, C-C결합은 공유결합인데 Si-O결합은 50%가 이온 결합성이기 때문에 무기물과 유기물의 중간에 위치한다. 이에 따라, 규소원자에 결합한 메틸기의 C-H결합이 강하게 되어 보다 안정적이기 때문이다.

상기 미세분말로 만든 일라이트 분말의 크기가 0.01마이크로미터(㎛) 이하가 되면 원가가 상승과 원적외선 방사가 현저히 약하게 되는 문제가 있고, 0.5마이크로미터(㎛) 이상의 크기를 갖게 되면 방사압력이 증가와 방사노즐의 막힘이나 방사시 노즐의 표면에 스크레치를 발생시키는 문제가 있기 때문이다.

상기에서와 같이 코팅층이 형성되면 코팅층을 경화시키기 위하여 건조공정을 수행하게 된다. 여기서, 일라이트가 40～85중량% 포함되고, 분산제를 포함한 첨가제가 10중량% 이하(0을 제외함)로 함유된 코팅된 일라이트를 형성시킬 수 있다.

상기한 코팅된 일라이트와 합성수지를 혼합한다. 이때 상기 합성수지는 액상의 합성수지이다. 상기 액체 상태의 합성수지에 일라이트를 혼합하면 코팅층이 없을 때에는 일라이트의 비중에 의해 가라앉게 되지만 코팅층이 형성되어 있으며 가라앉는 것이 방지된다. 따라서 일라이트가 균일하게 분산이 가능하게 됨으로 마스터배치(Master batch) 칩을 제조시 일라이트의 수가 평균적으로 균일하게 형성될 수 있게 됨으로 제품의 품질이 향상된다.

상기 마스터배치 칩의 제조가 완료되면 상기 마스터배치(Master batch) 칩과 섬유용 합성수지를 일정한 비율로 혼합하여 공급하고 가열교반기 또는 압출기에 투입하여 200℃~300℃로 가열 및 70 ~ 100kg/㎠ G의 압력으로 가압하여 코팅층을 형성하는 코팅제 및 수분을 제거시키는 가스빼기공정을 수행한다.

상기 합성수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 올레핀계수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르수지, 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하며 본 발명에서는 설명의 편의상 PET를 일예로 설명한다.

상기 가스빼기공정을 미실시하였을 경우에는 방사되는 필라멘트가 물성변화를 일으켜 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 상기 가스빼기공정 후 일라이트가 첨가된 액화된 수지를 방사용 호-퍼에 투입하고 스크류방사기의 온도가 200℃~300℃정도에서 용융방사하여 필라멘트사를 얻는 방사한다.

필라멘트섬유 형태로 방사할 경우 방사노즐의 막힘이나, 사의 인장특성을 고려하여 이보다 높은 0.01~0.5마이크로미터의 미세분말의 입도를 가지는 일라이트가 함유된 마스터배치 칩 4～20중량%와 일반 고분자수지 칩 80～98중량%를 혼합하여 용융 방사함으로써, 전체적으로 일라이트 함량이 1.5～3중량%인 소재를 얻어 제직편 하여 고기능성 친환경의 소재에 사용되는 필라멘트사로 사용될 수 있는 구성이다.

이상과 같이 본 발명은 연속적으로 이루어지는 간단한 공정에 의해 일라이트 분말이 고도로 균일하게 혼입된 필라멘트를 얻을 수 있기 때문에, 종래의 방법들에 비해 저렴한 비용으로 품질이 우수한 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 일라이트를 포함한 필라멘트 제품은, 일라이트의 원적외선, 음이온 방사효과에 의해 고기능성 친환경성 의류제품에 활용할 수 있으며, 기타 식품의 신선도와 보존성 향상에 필요한 식품의 포장재 및 농수산 등 타 산업분야에 크게 기여할 수 있어, 대국민 경제 발전과 국민건강증진의 측면에서 매우 바람직하다.

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 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석 되어야 한다.

Claims (5)

1. 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법에 있어서,
   0.01~0.5마이크로미터의 미세분말로 만든 일라이트 분말을 가열하여 수분 제거 및 표면을 건조시킨 후, 실릴 변성 폴리에테르(silyl-modified polyethers)와 혼합하여 표면에 실릴 변성 폴리에테르 코팅층을 형성시킨 후, 냉각 및 건조시켜 실릴 변성 폴리에테르 코팅층이 형성된 일라이트 분말을 얻는 코팅 및 건조공정과;
   상기 코팅층이 형성된 일라이트 분말을 합성수지와 1~20중량%의 비율로 혼합하여 가열교반기 속에 넣고 열을 가하면서 교반하여 마스터배치(Master batch) 칩을 형성시키는 칩제조공정과;
   상기 마스터배치(Master batch) 칩 4~20중량%와, 섬유용 합성수지 80~98중량%의 비율로 혼합하여 가열교반기 또는 압출기에 투입 공급하고 200~300℃ 가열 및 70 ~ 100kg/㎠ G의 압력으로 가압하여 상기 일라이트 분말에 형성된 코팅층의 코팅제 및 수분을 제거시키는 가스빼기공정과;
   상기 가스빼기공정 후 일라이트가 첨가된 액화된 수지를 방사용 호-퍼에 투입하고 스크류방사기의 온도가 200℃~300℃정도에서 용융방사하여 필라멘트사를 얻는 방사공정 순에 의해 제조하여 이루어지며,
   상기 섬유용 합성수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 올레핀계수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르수지, 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 합성수지가 PET일때 IV가 0.6~0.7인 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 방사되는 필라멘트사에 일라이트가 전체중량의 1.5~3중량%으로 함유되는 것을 특징으로 하는 일라이트 함유 고기능성 필라멘트사의 제조방법.
   
5. 삭제

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