KR102508827B1

KR102508827B1 - 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체

Info

Publication number: KR102508827B1
Application number: KR1020200147993A
Authority: KR
Inventors: 박윤태; 허영
Original assignee: 맹상영; 허영
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2023-03-10
Also published as: KR20220061707A

Abstract

본 발명은 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 관한 것으로 보다 상세하게는 전분과 무기분말이 혼합된 난연액에 단섬유로 이루어진 웹을 함침 후 건조시키면 전분에 의하여 무기분말이 단섬유에 흡착이 되어 탈거가 이루어지지 않아 난연 효율이 증대되며, 상기한 단섬유를 이용하여 적층체를 형성시키면 전분에 의해 강도가 향상되어 가공성 및 성형성이 향상되는 등의 효과에 그 특징이 있다.

Description

레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체{Laminated body of short fiber having fire retardant using rayon short fiber}

본 발명은 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 관한 것으로 보다 상세하게는 전분을 이용한 풀(이하 "전분풀"이라 칭함)과 실리카수분산용액이 혼합된 난연액에 단섬유로 이루어진 웹을 함침 후 건조시키면 전분에 의하여 실리카파우더가 단섬유에 흡착이 되어 탈거가 이루어지지 않아 난연 효율이 증대되며, 상기한 단섬유를 이용하여 적층체를 형성시키면 전분풀에 의해 강도가 향상되어 가공성 및 성형성이 향상되는 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 관한 것이다.

건축자재 및 산업용 자재 등에는 주로 암면, 석고보드, 유리섬유, 스티로폴 등 단열재와 압축목재와 접착제로 구성된 하드보드 등이 사용되고 있으나, 이러한 판재들은 인체에 유해한 물질을 배출하는 것으로 알려져 있으며 또한 재활용이 불가능하여 환경공해를 일으키는 등의 문제점이 있다.

종래 폐화섬유로 판재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어 한국공개 특허공보 공고 87-5764호에 의하면, 섬유상의 폴리프로필렌을 잘게 분쇄하고 이에 아크릴, 폴리에스테르, 나일론 등의 화학섬유를 10mm 이상으로 절단하여 소면기에 넣어 만든 웹(web)을 가열실에서 일정시간 가열한 후 절단하여 압압판으로 화섬판재가 제시된다. 그러나 이 방법은 화섬물을 10mm 정도의 단섬유로 절단함으로써 단섬유들 간의 엉킴이 적어 잘 부서지는 단점이 있는 것이다. 또한 이러한 판재는 화재시 연기 및 유해가스의 발생으로 인하여 건축내장재로서 부적합한 것이다.

한편 한국 특허 공보 공고 95-6863호에 의하면 폐화섬유를 50～100mm 정도의 장섬유로 절단하여 타면기에서 타면하여 솜 상태로 하고 이를 일정두께의 매트형태로 한 다음 이들을 적당한 두께의 층으로 적층하여 섬유끼리 서로 일체가 되도록 고 열화 고압으로 가열 가압함으로써 화섬판재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나 상기한 방법으로 제조한 화섬판재는 고온 및 고압에서 성형되므로 섬유구성물질인 고분자 물질의 분해를 초래하게 되고 섬유의 고유특성이 상실되는 문제점이 있는 것이다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 일반 폴리에스테르 섬유와 저융점 폴리에스테르 섬유로 이루어진 웹을 융착하여 폴리에스터 섬유판재를 제조하는 방법이 개발되어 있다. 그러나 이러한 폴리에스터 섬유판재는 보온성, 단열성, 충격흡수성, 탄성, 외관 등 건축내장재로서 매우 적합한 것이나, 화재 시 방염성에 문제가 있는 것이다.

또한 상기한 종래의 방법들은 화학섬유를 이용하기 때문에 작업환경이 불량하고 환경공해물질을 발생시키는 문제점을 안고 있는 것이기도 하다. 또한 이러한 판재는 화재시 연기 및 유해가스의 발생으로 인하여 건축내장재로서 부적합한 것이다.

상기한 종래 문제를 해소하기 위하여 레이온 섬유에 무기분말이 혼합되어 있는 난연액에 함침시킨 후 건조하여 사용하고 있으나 상기 종래 난연 레이온 단섬유를 이용한 적층체는 단섬유 표면에 남아 있는 무기분말이 떨어져 분말가루가 날리는 문제가 있으며, 단섬유 표면에 잔류하는 무기분말을 털어 낸다 하더라도 섬유 내부에 스며들어간 무기분말이 시간의 경과시 고정되어 있지 않기 때문에 외부로 나와 난연성이 저하되는 문제가 있고, 종래 레이온 단섬유를 적층하여 형성된 적층체의 경우 강도가 현저히 낮아 성형성과 가공성이 떨어지는 문제가 있다.

상기와 같은 종래 문제점을 보안하고자 강도를 증대시키기 위해서는 단섬유를 두껍게 적층한 후 강도를 갖게 하기 위하여 고밀도로 압착하여 형성시켜 사용하고 있으나 고밀도 압착으로 인해 강도는 증가하지만 흡음성이 저하되는 문제와 많은 양의 단섬유가 사용되어 상기 단섬유 적층체의 폐기시 많은 양의 단섬유가 발생되는 환경오염의 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제1494389호 대한민국 특허등록 제1626566호

상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 전분을 이용한 풀과 실리카수분산용액이 혼합된 난연액에 단섬유로 이루어진 웹을 함침 후 건조시키면 실리카파우더가 전분을 흡수하고 있어 전분풀에 의하여 실리카파우더가 단섬유에 흡착되어 탈거가 이루어지지 않아 난연 효율이 증대되며, 전분풀에 의해 강도가 향상되어 가공성 및 성형성이 향상되는 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 있어서, 단섬유를 개섬수단을 이용하여 원사로 개섬하고 개섬된 섬유를 일정한 두께와 폭을 갖는 카딩수단을 이용하여 웹을 형성하는 카딩공정(S100)과; 상기 카딩수단에 의하여 형성된 웹을 수회 적층하여 웹적층물을 형성시키는 웹적층공정(S200)과; 상기 웹이 일정한 두께로 적층되면 적층된 웹이 서로 엉켜 흐트러지지 않고 적층된 형태를 유지할 수 있는 결속력을 갖도록 니들펀칭하는 니들펀칭공정(S300)과; 상기 니들펀칭된 웹적층물을 난연액이 충전된 탱크에 함침시켜 단섬유에 난연효과를 갖도록 하기 위하여 실리카파우더 25내지 30중량부, 증류수 65내지 72 중량부, 초산 3내지 5중량부 혼합하여 실리카수분산용액을 제조하는 제1공정과, 상기 제1공정에 의해 제조된 실리카수분산용액 55내지 60중량부에 알콕시실란 34 내지 41중량부, 광촉매재 4 내지 6중량부를 혼합한고 믹실기로 중합반응시키는 제2공정과 상기 제2공정에 의해 제조된 축합반응용액 25내지 35중량부에 규산염 55 내지 70중량부, 프로필렌 5 내지 10중량부를 혼합하여 형성된 혼합액에 전분을 이용한 풀을 9:1 ~ 8:2 중량％로 혼합한 난연액에 함침시켜 난연액을 흡수하도록 한 함침공정(S400)과; 상기 함침된 웹의 수분을 제거하기 위하여 1쌍으로 이루어진 로울러를 통과시키는 수분제거공정(S500)과; 상기 수분이 제거된 웹의 표면에 부착된 무기분말을 제거하기 위해 에어를 상부에서 분무하면서 하부에서 에어를 흡입하는 표면정리공정(S600)과; 상기 표면정리공정 수행 후 젖음성을 갖는 웹 적층물을 건조시키는 건조공정(S700)순에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연성을 갖는 단섬유 적층체의 제조방법에 의해 달성된다.

상기 함침공정은 실리카파우더가 혼합된 혼합액에 웹적층물을 담그어 혼합액을 흡수하도록 1차 함침 건조시켜 수분을 제거한 후 상기 혼합액에 전분풀을 혼합하여 형성된 난연액에 웹적층물을 2차 함침시키는 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연성을 갖는 단섬유 적층체의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 혼합액은 실리카파우더 25 내지 30중량부, 증류수 65 내지 72 중량부, 초산 3 내지 5중량부 혼합하여 실리카수분산용액을 제조하는 제1공정과, 상기 제1공정에 의해 제조된 실리카수분산용액 55 내지 60중량부에 알콕시실란 34 내지 41중량부, 광촉매재 4 내지 6중량부를 혼합하고 믹실기로 중합반응시키는 제2공정과, 상기 제2공정에 의해 제조된 축합반응용액 25 내지 35중량부에 규산염 55 내지 70중량부, 프로필렌 5 내지 10중량부를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연성을 갖는 단섬유 적층체의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 중합반응은 65~75℃의 반응열이 발생되며 8시간 이상 반응시키는 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연성을 갖는 단섬유 적층체의 제조방법에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 단섬유 적층체는 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 있어서, 전분을 이용한 풀과 실리카수분산용액을 혼합한 난연액에 단섬유로 이루어진 웹을 함침 후 건조시키면 단섬유 표면과 내측에 실리카파우더와 전분이 함께 흡착되며, 상기 레이온 단섬유의 외부 표면 쪽에 전분을 흡착한 실리카파우더와 전분이 잔류하도록 하여 상기 실리카파우더는 난연성을 향상시키고 전분은 실리카파우더의 탈락을 방지 및 난연성과 강도, 가공성, 성형성을 향상되도록 한 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 의하여 달성된다.

삭제

이와 같은 본 발명은 단섬유 표면에 무기분말(난연소제)이 남아 있지 않아 분말가루가 날리는 문제가 없으며, 시간이 경과되어도 섬유 내부에 스며들어간 무기분말이 외부로 토출되지 않는 등의 이점으로 상기한 본 발명인 난연 레이온 단섬유의 제조방법에 의해 제조된 난연 레이온 단섬유는 품질이 우수하며, 시간의 경과에도 무기분말이 섬유 내부에 고착화 되어 있어 난연성이 저하되는 문제가 없으며, 많은 양의 단섬유를 두껍게 적층한 후 강도를 갖게 하기 위하여 고밀도로 압착하던 제조방법에서 적은 양의 단섬유를 사용하여도 강도가 향상되기 때문에 성형성과 가공성 및 흡음성이 향상되고 단섬유 적층체의 폐기시 적은 양의 단섬유가 발생되는 이점 등이 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명인 난연 레이온 단섬유의 제조방법을 보여주는 예시도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 제조공정도.
도 3은 본 발명의 기술적 요지인 함침공정의 일예를 보여주는 예시도.
도 4a는 레이온 섬유에 본 발명에 사용되는 혼합액을 함침시킨 후 단섬유의 단면을 예시한 도면.
도 4b는 레이온 섬유에 본 발명에 사용되는 난연액을 함침시킨 후 단섬유의 단면을 예시한 도면.
도 4c는 레이온 섬유에 본 발명에 사용되는 혼합액을 1차함침시켜 건조한 후 난연액을 2차 함침시켠 후 단섬유의 단면을 예시한 도면.

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

첨부도면 도 1은 본 발명인 난연 레이온 단섬유의 제조방법을 보여주는 예시도로써 이에 따른 본 발명은 단섬유를 개섬수단을 이용하여 새털 같은 원사로 개섬하고 개섬된 섬유를 일정한 두께와 폭을 갖는 카딩수단을 이용하여 웹을 형성하는 카딩공정(S100)을 수행한다. 이때 사용되는 단섬유는 후술하는 난연액을 흡수할 수 있는 섬유 종류 즉, 천연섬유, 레이온, 또는 레이온과 LM사를 혼합한 섬유이다.

상기 카딩수단에 의하여 형성된 웹을 이송벨트 상에 골고루 펼쳐지게 깔고 일정한 두께를 형성하도록 웹적층수단을 이용하여 웹을 수회 적층하여 웹적층물을 형성시키는 웹적층공정(S200)을 수행한다.

상기 웹적층공정(S200)에 의해 단섬유 적층체가 제조되면 적층된 웹이 서로 엉켜 흐트러지지 않고 적층된 형태를 유지할 수 있는 결속력을 갖도록 니들펀칭기로 적층된 웹을 니들펀칭하는 니들펀칭공정(S300)을 수행한다.

한편 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 웹적층공정(S200)과 니들펀칭공정(S300) 사이에 상기 웹적층수단에 의하여 일정한 높이로 적층되어 형성된 웹적층물을 이송벨드로 이송하면서 가열/압착수단을 경유시 웹적층물이 가열과 동시에 압착되어 일정한 두께 예컨대 300mm로 적층된 웹적층물을 50mm의 두께를 갖도록 두께 조절공정(S800)을 수행하여 단섬유 적층체를 형성시킬 수도 있다.

상기 두께 조절공정(S800)에 의해 단섬유 적층체가 제조되면 적층된 웹이 서로 엉켜 흐트러지지 않고 적층된 형태를 유지할 수 있는 결속력을 갖도록 니들펀칭기로 적층된 웹을 니들펀칭하는 니들펀칭공정(S300)을 수행한다.

한편 첨부도면 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 상기 니들펀칭된 웹적층물을 난연액이 충전된 탱크에 함침시켜 단섬유에 난연효과를 갖도록 하기 위하여 실리카파우더 25 내지 30중량부, 증류수 65 내지 72 중량부, 초산 3 내지 5중량부 혼합하여 실리카수분산용액을 제조하는 제1공정과, 상기 제1공정에 의해 제조된 실리카수분산용액 55 내지 60중량부에 알콕시실란 34 내지 41중량부, 광촉매재 4 내지 6중량부를 혼합하고 믹실기로 중합반응시키는 제2공정과 상기 제2공정에 의해 제조된 축합반응용액 25 내지 35중량부에 규산염 55 내지 70중량부, 프로필렌 5 내지 10중량부를 혼합하여 형성된 혼합액에 전분을 이용한 풀을 9:1 ~ 8:2 중량％로 혼합한 난연액에 함침시켜 난연액을 흡수하도록 한 함침공정(S400)을 수행한다.

상기 난연액의 제조공정에서 중량부의 하한값은 경도 저하되나 부착성이 우수하며 상한값은 표면경도 우수하나 부착성이 다소 저하되는 문제가 있다. 한편 상기 무기분말에 불소탄화수지 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.

한편 상기 실리카파우더와 불소탄화수지 분말의 입도 크기를 100∼200메쉬의 것을 사용하며 입도크기가 100메쉬 이하일 경우 건조 후 레이온 섬유에서 쉽게 빠져나오는 문제가 있고 입도크기가 200메쉬 이상일 경우 레이온 섬유에 함침이 용이하지 않게 되어 표면에만 남게 되는 문제가 있기 때문이다.

상기 실리카파우더는 불연의 효과를 갖으며 불소탄화수지 분말은 착화를 지연시키는 효과를 갖으며 발화시 불소탄화수지 분말이 용융되어 녹아 흘러내리도록 하여 화재가 진행되는 것을 억제시키는 효과를 갖는다.

또한 무기분말 즉, 실리카파우더는 화재발생시 레이온 섬유가 착화되는 것과 발화가 이루어져도 진화시 수분을 자기 부피의 2∼3배를 흡수함으로 평상시 수분을 흡수하고 있게 되어 발화시 수분을 배출하여 발화를 억제하는 역할을 하게 된다.

첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 함침공정(S400)을 전분이 포함되어 있지 않은 혼합액에 레이온 섬유를 함침 후 건조시키고 단면의 구성을 살펴보면 혼합액을 흡착한 레이온섬유의 내측에 무기분말 즉, 실리카파우더만이 존재하게 되는데 후술하는 수분제거공정(S500), 표면정리공정(S600), 건조공정(S700)을 수행하면서 레이온 섬유의 표면에 가까운 부분의 실리카파우더는 떨어져 나가게 된다.

그러나 첨부도면 도 4b에 도시된 바와 같이 난연액에 레이온섬유를 합침시키면 레이온 섬유의 표면에 전분이 흡착되고 또한 전분이 흡착된 실리카파우더가 레이온 섬유에 흡착되며 후술하는 수분제거공정(S500), 표면정리공정(S600), 건조공정(S700)을 수행하면서 레이온 섬유에 흡착된 전분과 전분이 흡착된 실리카파우더는 떨어져 나가지 않고 남아 있게 된다. 하지만 전분풀의 성질에 의해 흡수량이 적기 때문에 실리카파우더의 흡착량도 적어지는 단점이 있다.

이러한 성질을 이용하여 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 함침공정(S400)을 1차 혼합액 함침 후 2차 난연액 함침으로 나누어 실시하면 첨부도면 도 4c에 도시된 바와 같이 레이온섬유의 내측은 전분이 흡착되지 않은 실리카파우더가 흡착되어 있으며 외부 표면 쪽으로는 전분을 흡착한 실리카파우더와 전분이 잔류하기 때문에 전분이 흡착되지 않은 실리카파우더가 레이온섬유 내측에 전분에 의하여 밖으로 나가지 못하고 포위되어 갇혀지는 형태를 갖게 된다.

한편 상기 함침공정(S400)의 수행으로 웹적층물에 난연액이 흡입되어 있어 난연액을 짜내기 위하여 1쌍으로 이루어진 로울러를 통과시키는 수분제거공정(S500)을 수행한다. 상기 수분제거공정(S500)은 매쉬 형태를 갖으며 한 쌍의 로울러로 이루어진 망글로울러로 이루어진 압착기를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 압착시 수분의 배출이 용이하기 때문이다.

상기에서와 같이 수분제거공정(S500)이 완료되면 수분이 제거된 웹의 표면에 부착된 무기분말을 제거하기 위해 에어를 상부에서 분무하면서 하부에서 에어를 흡입하는 표면정리공정(S600)을 수행한다. 적층물은 이송벨트를 따라 이동하며 이동되는 적층물의 상부에서 노즐을 통해 에어를 적층물의 상부에 분사하면 이동벨트에는 다스의 통공이 형성되거나 메쉬형태의 이송벨트를 사용하여 에어를 흡입할 수 있도록 한 구조의 이송벨트를 사용한다.

상기 표면정리공정(S600)에서 에어를 이용하는 이유는 단섬유와 단섬유 사이의 공극을 지나가면서 단섬유 표면에 흡착되어진 무기분말을 털어내기 위함이며 또한 단섬유 표면을 건조시키기 위함이며, 상부에서만 에어를 분사하면 적층물을 에어가 통과하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있기 때문에 흡입을 반드시 실시하여야 한다.

한편 상기 표면정리공정 수행 후 젓음성을 갖는 웹 적층물을 건조시키는 건조공정(S700)을 실시하며 상기한 건조공정(S700)은 건조기 또는 오븐을 이용하며 가열 온도는 60 ~ 90℃이다. 온도범위는 레이온 섬유를 변형시키지 않도록 하기 위함이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 단섬유 적층체 예컨대 견면과 종래 단섬유 적층체 예컨대 견면의 최대열방출율, 수축율 및 탄성력을 아래와 같이 실험을 통해 알아보았다.

실험방법 :KS F 2271

실험방법 : KS F ISO 5660-1(연소성능시험)

실험조건 :

[비교예1]

레이온100%로 이루어진 5.6데니아 길이 64mm 섬유를 이용하여 중량 780g/m2, 두께 8mm 니들펀칭한 단섬유 적층체를 세라믹난연액((주)엘코씨티에서 판매하는 일액형 상온경화 친환경 수용성 무기질 세라믹수지)을 이용하여 함침 후 건조하여 제조.

[실험예1]

레이온100%로 이루어진 5.6데니아 길이 64mm 섬유를 이용하여 중량 780g/m2, 두께 8mm 니들펀칭한 단섬유 적층체를 난연액에 함침 후 건조하여 제조.

[실험예2]

레이온100%로 이루어진 5.6데니아 길이 64mm 섬유를 이용하여 중량 780g/m2, 두께 8mm 니들펀칭한 단섬유 적층체를 혼합액에 함침 후 건조시키고 다시 난연액에 함침 후 건조하여 제조.

	비교예	실시예1	실시예2
잔염	6초	없음	없음
외관	깨끗함	깨끗함	깨끗함
탄성력	종음	딱딱함	매우딱딱함
최대열방출율(Kw/m²)	85.1	68.3	61.4
수축율(%)	8.3	6.5	4.6

상기에서 표 1 에서 알 수 있는 바와 같이 웹적층시 적층되는 웹을 난연제에 함침시키되 혼합액에 함침 후 다시 난연재에 함침시키면 단섬유 적층체의 표면은 물론이고 내부까지도 난연재가 침투하여 난연성이 향상됨과 난연제에 접착성이 부여되어 단섬유들의 강도가 딱딱하게 되면서 탄성력이 저하되는 것을 알 수 있었다.

S100 : 카딩공정 S200 : 웹적층공정
S300 : 니들펀칭공정 S400 : 함침공정
S500 : 수분제거공정 S600 : 표면정리공정
S700 : 건조공정 S800 : 두께 조절공정

Claims

레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체에 있어서,
전분을 이용한 풀과 실리카수분산용액을 혼합한 난연액에 단섬유로 이루어진 웹을 함침 후 건조시키면 단섬유 표면과 내측에 실리카파우더와 전분이 함께 흡착되며, 상기 레이온 단섬유의 외부 표면 쪽에 전분을 흡착한 실리카파우더와 전분이 잔류하도록 하여 상기 실리카파우더는 난연성을 향상시키고 전분은 실리카파우더의 탈락을 방지 및 난연성과 강도, 가공성, 성형성을 향상되도록 한 것을 특징으로 하는 레이온 단섬유를 이용한 난연 레이온 단섬유 적층체.