KR20000073916A - Multi functional polyester fiber and manufacturing method there of - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 숯 미분말과 폴리에스테르(이하 "PET"라 약칭함)를 혼합 용융하여The present invention mixes and melts fine charcoal powder and polyester (hereinafter, abbreviated as "PET")
제조한 복합기능성 폴리에스테르 섬유 집합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원적외선의 방사성능과 다공질에 의한 강력한 흡착력을 갖고 있는 숯가루를 함유하는 활성탄 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)을 일반 폴리에스테르 칩과 균일하게 혼합하고 방사 및 연신작업성을 개선하여 혼합 방사한 복합기능성 폴리에스테르 섬유 집합체에 관한 것이다.The present invention relates to a composite functional polyester fiber aggregate manufactured. More specifically, an activated carbon master batch chip containing charcoal powder having strong infrared absorption properties and strong adsorptive power by porous material is uniformly formed with a general polyester chip. The present invention relates to a multifunctional polyester fiber aggregate mixed and spun to improve spinning and drawing workability.
오늘날 과학의 발전과 더불어 사람들은 고층빌딩의 내부 및 지하공간 등 밀폐된 공간에서 충분치 못한 일조량하에서 생활하게 되어 미생물 및 오염에 대한 접촉기회는 잦은 반면 그에 대한 충분한 대책은 없이 살아가고 있으며, 특히 생활과 밀접한 관계를 갖고 있는 각종 섬유제품은 인체에서 분비되는 땀, 지방, 단백질 및 기타 유기물이 부착되어, 세균등 미생물의 서식에 유리한 환경을 제공하여 여러 종류의 미생물이 번식하게 되므로 증식된 미생물은 유기물을 분해하여 악취를 발생시키고, 섬유제품을 착색, 오염시키며, 접촉 및 감염으로 각종 질병을 유발하게 된다.Today, with the development of science, people live under insufficient sunshine in enclosed spaces such as high-rise buildings and underground, so there are frequent contact opportunities for microorganisms and pollution, but they do not have sufficient measures to deal with them. The various textile products that have a relationship are attached to sweat, fat, protein, and other organic substances secreted by the human body, and provide a favorable environment for microbial habitat such as bacteria, so that various kinds of microorganisms multiply, and thus the multiplied microorganisms decompose organic matters. It generates odors, colors and stains textile products, and causes various diseases by contact and infection.
특히 섬유에 서식하는 각종 미생물은 섬유를 상해시키는 원인외에 세균이 서식된 섬유와 인체가 접촉시 치명적인 질병을 유발하기도 한다. 더구나 생활수준이 높아지면서 합성섬유 보다 면이나 양모와 같은 천연섬유를 선호하는 현상과 아파트 등의 집단주택 거주현상은 세균 번식을 보다 용이하게 하고 있으며, 장마철이나 동절기에는 그 피해가 더욱 심하고 특히 유아 및 노년층과, 병약자등은 세균에 대한 면역성이 낮으므로 감염될 확률이 아주 높다. 이에 따라 일본특허 특개소 59-In particular, various microorganisms inhabiting the fiber may cause fatal diseases when the human body comes into contact with the fiber in which the bacteria are in addition to the cause of the fiber injury. Moreover, as living standards rise, the preference for natural fibers such as cotton and wool over synthetic fibers, and the housing of group houses such as apartments, make bacteria propagation easier. The elderly and the sick are less likely to be infected because they are less immune to bacteria. Accordingly, Japanese Patent Laid-Open No. 59-
134418, 61-17567등에서는 범용 합성섬유인 PET섬유에 금속화합물이나 지르코니아 함유 액상제를 스프레이법으로 도포하는 방법이 개시되어 있으나, 세탁내구성을 요구하는 의류용 제품에는 부적합하고, 이러한 점을 개선하기 위하여 기능성입자를 마스터 배치(Master Batch)법에 의해 항균금속이 치환된 무기계 지오라이트134418, 61-17567, etc. disclose a method of applying a metallic compound or a zirconia-containing liquid to the PET fiber, which is a general synthetic fiber, by spraying, but it is not suitable for a garment product requiring laundry durability. Inorganic geolite, in which antimicrobial metals are substituted by the master batch method for the functional particles
(Zeolite)를 섬유내부에 분산시키거나, 산화물계 세라믹을 이용하는 방법이 일본 특허 특개소 61-234390, 62-101643등에 의하여 공지되어 있으나 이 경우 세탁내구성에 대한 문제점은 개선된 반면 강력한 수분 흡수특징을 갖는 지오라이트의 특징으로 용융방사시 많은 문제점이 있고, 색조불량등의 원인이 되고 있다. 또한 이러한 기존의 방법들은 입자들의 분산성조절이 어렵고, 다양한 입자 투입이 어려워 기능의 복합화가 사실상 어려운 형편이다.The method of dispersing (Zeolite) in the fiber or using an oxide-based ceramic is known by Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-234390, 62-101643, etc. In this case, the problem with the durability of the laundry is improved while the strong water absorption characteristics are improved. There are many problems in melt spinning due to the characteristics of the zeolite having, and cause color defects. In addition, these conventional methods are difficult to control the dispersibility of the particles, it is difficult to put a variety of particles in fact difficult to complex the situation.
한편, 한국특허출원 제97-61814호에서는 금속산화물이나 세균등 유해 물질의 흡착력이 우수하고, 유효미네랄이 방출가능하여 원적외선을 방출하는 맥반석을 이용한 방법이 개발되었다. 그러나 천연광물인 맥반석을 이용하여 섬유화 하는 방법에 있어서, 상기 특허와 같이 미세다공이 많고 입자간 인력이 강한 맥반석을 사용하는 경우에는 기존의 방법을 통하여서는 입자분산성 조절 및 입자 혼련이 매우 힘들며, 2데니어 이하의 세데니어의 방사시에는 미립자에의한 압력 상승으로 인하여 사절등의 발생을 조절하기가 매우 어렵다.On the other hand, Korean Patent Application No. 97-61814 has been developed a method using the elvan is excellent in the adsorption power of harmful substances such as metal oxides and bacteria, and capable of emitting effective minerals to emit far infrared rays. However, in the method of fibrosis using natural mineral ganban stone, when using a ganban stone with a lot of micropores and strong intergranular attraction as in the patent, it is very difficult to control the particle dispersibility and particle kneading through conventional methods, When spinning the denier of 2 denier or less, it is very difficult to control the occurrence of trimming due to the pressure rise by the fine particles.
또한 방사공정에서의 경도가 높은 맥반석 입자에 의해 각종 가이드류 및 권취설비의 마모문제가 발생하여 큰 문제가 되고 있으며 후공정에 있어서도 제직시의 종광 마모 등 많은 문제점이 있어 실제 상업화에 많은 어려움이 있다.In addition, abrasion of various guides and winding equipment occurs due to the high hardness of the elvan rock particles in the spinning process, which is a big problem. .
또한 기존의 후처리 법에 의해 일부 시판되고 있는 숯가루를 이용한 제품의 경우 세탁에 의해 탈락되어 숯에 의한 기능성이 저하되는 단점이 있다.In addition, in the case of products using charcoal powder, which is commercially available by the existing post-treatment method, there is a disadvantage that the functionality by the charcoal is dropped by washing.
이에 따라 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 맥반석 입자 대신에 원적외선의 방사 성능과 다공질에 의한 강력한 흡착력 및 항균성을 갖고 있는 숯가루를 PET와 혼합하여 마스터 배치 칩을 만들고, 이를 이용하여 PET와 혼합 방사하여 다기능성 섬유를 만든다. 이때 방사성 및 연신작업성을 향상시키기 위하여 섬유내 숯 미립자의 농도는 1∼5중량% 범위로 하고 평균입경 0.2∼5.0㎛의 숯 미립자로서 입경 0.5㎛ 이하의 것이 50중량% 이상인 입도 분포를 갖도록 조절하였으며, 제조된 마스터 배치 칩을 균일하게 폴리에스테르에 투입하기 위하여 용융압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 정량씩 투입하여 복합사를 제조하였다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present inventors make a master batch chip by mixing char with charcoal powder having far-infrared radiation performance and strong adsorption power and antibacterial property by porous, instead of ganban stone particles, and using PET and Mixed spinning produces multifunctional fibers. At this time, in order to improve the radioactivity and drawing workability, the concentration of char fine particles in the fiber is in the range of 1 to 5% by weight, and is adjusted to have a particle size distribution having a particle size of 0.5 μm or less and 50 wt% or more as char fine particles having an average particle diameter of 0.2 to 5.0 μm. In order to uniformly inject the prepared master batch chip into the polyester, a composite yarn was prepared by quantitatively input by using a separate feeder immediately before the melt extruder.
도 1은 본 발명에서 용융압출기 투입전에 별도 공급장치를 이용하는 마스터 배치Figure 1 is a master batch using a separate feeder before the melt extruder in the present invention
(MB) 공급 모식도,(MB) supply schematic,
도 2는 본 발명에서 용융압출기 선단과 방사 노즐 사이의 별도 공급장치를 이용Figure 2 uses a separate feeder between the melt extruder tip and the spinning nozzle in the present invention
하는 마스터 배치(MB) 공급 모식도,Master batch (MB) supply schematic diagram,
도 3은 본 발명에서 적외선 열화상 측정장치에 의해 측정한 사진도.Figure 3 is a photograph measured by the infrared thermal measurement apparatus in the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 폴리에스테르 칩(PET Chip)1: Polyester Chip
2 : 활성탄 마스터 배치 칩(MB Chip)2: activated carbon master batch chip (MB Chip)
3, 3', 3'' : 모터 4 : 마스터 배치 칩 공급장치3, 3 ', 3' ': motor 4: master batch chip feeder
5 : 엑스트루더 6 : 폴리머 멜팅 펌프5: extruder 6: polymer melt pump
7 : 스핀 블럭 8 : 팩7: spin block 8: pack
숯은 재료에 따라 차이가 있지만 보통 1g당 내부 표면적이 무려 300평방미터나 된다. 그 중에서도 섬유 조직이 치밀한 참나무 숯을 이용한 활성탄의 경우는 내부표면적을 극대화 한것으로 표면적이 1g당 3500평방 미터나 되는 미세 기공을 가Charcoal varies from material to material, but typically has an internal surface area of 300 square meters per gram. Among them, activated charcoal using oak charcoal with a fine fiber structure maximizes the internal surface area, and has fine pores with a surface area of 3500 square meters per 1g.
지고 있다. 이러한 미세 기공으로 인하여 각종 중금속 등의 유해성분 흡착 능력과 흡습성을 가지게 되어 기존의 합성섬유가 가지지 못했던 고기능성의 부여가 가능하다.ought. Due to such micropores, it has the ability to adsorb harmful components such as various heavy metals and has hygroscopicity, and thus it is possible to impart high functionality that conventional synthetic fibers did not have.
원적외선은 천연광물인 지르코늄, 티타늄, 망간, 철, 규산 등이 열을 받았다가 식으면서 내놓는 복사열 덩어리로서 이것이 인체에 닿아 분자를 진동시켜 스스로 열을 내게 만든다. 활성탄의 경우 80%가 탄소질이며 나머지가 미네랄로서 자체에 함유된 풍부한 미네랄이 원적외선 방출의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.Far-infrared radiation is a mass of radiant heat produced by natural minerals such as zirconium, titanium, manganese, iron, and silicic acid after it receives heat and cools down, causing the molecules to vibrate and generate heat by themselves. It is known that 80% of activated carbon is carbonaceous and the remainder is mineral, and the rich mineral contained in itself plays a role of far-infrared emission.
활성탄에서 일어나는 원적외선 방사로 인하여 대부분 물과 단백질로 이루어진 생체의 분자를 활성화 시켜 신진대사를 촉진시켜 주고 혈행을 좋게 하며, 효소의 생성을 좋게 하여 피로나 노화를 억제시켜 주는것으로 연구 결과 알려져 있다. 또한 원적외선이 인체에서 발생하는 열을 흡수 방사시키므로 우수한 보온효과를 발휘하게 된다. 또한 숯 자체에서 발생하는 음이온은 공기를 맑게 하여 생명활동을 돕는 작용을 하며, 또한 대기중의 유해한 양이온을 중화시켜 미생물 성장을 억제하고 불쾌한 냄새를 제거하는 탈취작용을 하게 된다.Far-infrared radiation from activated carbon is known to activate the molecules of water and protein to promote metabolism, improve blood circulation, and improve the production of enzymes to inhibit fatigue and aging. In addition, since the far infrared absorbs and radiates heat generated in the human body, it exhibits an excellent thermal insulation effect. In addition, the anion generated from the charcoal itself clears the air to help life activities, and also neutralizes harmful cations in the atmosphere to inhibit microbial growth and removes unpleasant odors.
본 발명에서는 참나무를 이용한 활성탄을 기존 폴리에스테르에 투입하여 다양한 기능성을 부여하는 실험을 하였다.In the present invention, the activated carbon using the oak was added to the existing polyester experiments to give a variety of functionality.
투입된 입자의 입도분포를 측정하기위하여 레이저 산란법에 의해 말버른(Malvern)사의 마스터사이즈 엑스(Mastersizer X)를 이용하였으며, 인장강도, 신도 및 균제도확인은 KS 규격에 의해 시험하였다. 또 섬유의 방사성은 24시간 동안 가동하여 권량을 3kg으로 하여 전체 생산량에 대한 만관량의 비율을 만관율로 하여 측정하였다. 또한 섬유의 기능성 평가를 위하여, FT-IR을 이용하여 원적외선 영역의 파장인 4∼20㎛에서의 방사율을 측정하였으며, 적외선 열화상 측정장치In order to measure the particle size distribution of the injected particles, Malvern's Mastersizer X was used by laser scattering method. Tensile strength, elongation and uniformity were checked by KS standard. In addition, the radioactivity of the fiber was measured for 24 hours and the volume was 3 kg. In addition, in order to evaluate the functionality of the fiber, the emissivity was measured at 4 ~ 20㎛ wavelength of the far infrared region by using FT-IR, infrared thermography device
(Thermotracer 6T62)를 사용하여 시료의 승온효과를 측정하여 시료의 표면 온도상승 효과를 상대 비교하였다. 항균성평가를 위하여서는 KS규격에 의해 시험하였으며, 소취성 평가는 KICM-FIR-1004 방법에 의해 암모니아가스를 이용하여 측정하였다. 또한 유해중금속인 수은 및 카드뮴의 흡착성능을 평가하기 위해 JIS규격에 의해 시험하였다.(Thermotracer 6T62) was used to measure the temperature increase effect of the sample and to compare the surface temperature increase effect of the sample. The antimicrobial activity was tested by the KS standard, and the deodorant evaluation was measured using ammonia gas by the KICM-FIR-1004 method. In addition, in order to evaluate the adsorption performance of the harmful heavy metals mercury and cadmium were tested by JIS standards.
실시예 1Example 1
숯 미립자의 평균 크기가 5.0.㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 50% 이상 분포한 미분말을 일반폴리에스테르(IV 0.80)과 용융 혼합하여 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)(이하 MB 칩)을 만들고, 섬유내 미립자의 농도가 2%를 이룰 수 있도록, MB 칩을 일반폴리에스테르(IV 0.64)와 혼합하여 통상의 방사장치를 이용하여 290℃에서 3000 m/분의 속도로 방사한 다음 통상의 연신설비를 이용하여 연신비 1.6으로 연신하여 75d/36f로 제조하였다. 이때 MB 칩의 공급은 도 1과 같이 용융 압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 공급하였으며 평가결과는 도 3과 같고, 물성평가치는 표 1과 같다.Fine batch of 50% or more of particles having an average size of 5.0 μm and having a size of 0.5 μm or less is melt mixed with general polyester (IV 0.80) to form a master batch chip (hereinafter referred to as MB chip). MB chips were mixed with regular polyester (IV 0.64) and spun at 3000 m / min using a conventional spinning device to achieve 2% concentration of fine particles in the fiber. Using a conventional drawing equipment, the film was drawn at a draw ratio of 1.6 to prepare 75d / 36f. At this time, the MB chip was supplied using a separate feeder immediately before the melt extruder as shown in FIG. 1, and the evaluation results are as shown in FIG. 3, and the physical property evaluation values are shown in Table 1 below.
실시예 2Example 2
숯 미립자의 평균크기가 0.8㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 60% 이상 분포한 미분말을 일반폴리에스테르와 용융혼합하여 MB 칩을 만들고, 섬유내 미립자의 농도가 3%를 이룰 수 있도록, MB 칩을 일반폴리에스테르와 혼합하여 통상의 방사장치를 이용하여 290℃에서 3000 m/분의 속도로 방사한 다음 통상의 연신설비를 이용하여 연신비 1.6으로 연신하여 75d/36f로 제조하였다. 이 때 MB 칩의 공급은 도 2와 같이 용융 압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 공급하였으며 물성평가치는 표 1과 같다.To make MB chips by melt-mixing fine powder with an average size of charcoal fine particles of 0.8 μm and particles having a size of 0.5 μm or less and more than 60% with general polyester to make a concentration of fine particles in the fiber. MB chips were mixed with general polyester, spun at a speed of 3000 m / min at 290 ° C. using a conventional spinning apparatus, and then drawn at a draw ratio of 1.6 using a conventional drawing equipment to prepare 75d / 36f. At this time, the MB chip was supplied using a separate feeder immediately before the melt extruder as shown in FIG. 2 and the physical property evaluation values are shown in Table 1.
실시예 3Example 3
숯 미립자의 평균크기가 0.8㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 60% 이상 분포한 미분말을 일반폴리에스테르와 용융 혼합하여 MB 칩을 만들고, 섬유내 미립자의 농도가 4%를 이룰 수 있도록, MB 칩을 일반폴리에스테르와 혼합하여 통상의 방사장치를 이용하여 290℃에서 3000m/분의 속도로 방사한 다음 통상의 연신설비를 이용하여 연신비 1.6으로 연신하여 75d/36f로 제조하였다. 이때 MB 칩의 공급은 도 1과 같이 용융 압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 공급하였으며 물성평가치는 표 1과 같다.MB chips are prepared by melt-mixing fine powders with an average size of charcoal fine particles of 0.8 μm and particles having a size of 0.5 μm or less by melting and mixing them with general polyester to make a concentration of fine particles in fibers of 4%. MB chips were mixed with general polyester and spun at a speed of 3000 m / min at 290 ° C. using a conventional spinning apparatus, and then drawn at a draw ratio of 1.6 using a conventional drawing equipment to prepare 75d / 36f. At this time, the MB chip was supplied using a separate feeder immediately before the melt extruder as shown in FIG. 1 and the physical property evaluation values are shown in Table 1.
비교실시예 1Comparative Example 1
당사의 일반적인 세미덜 칩(Semi dull chip)을 이용하여 방사하였으며, 열화상 측정치는 도 3에 나타냈으며, 물성평가치는 표 1과 같다.Radiation was emitted using our company's general semi-dull chip, and thermal image measurements are shown in FIG. 3, and the physical property evaluation values are shown in Table 1.
비교실시예 2Comparative Example 2
숯 미립자의 평균크기가 1.0㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 50% 이상 분포한 미분말을 일반폴리에스테르와 용융혼합하여 MB 칩을 만들고, 이때 MB 칩의 공급은 별도의 공급장치를 이용하지 않고 최종 섬유내 숯가루 농도가 2%가 되게 사전에 순수 일반폴리에스테르와 MB칩을 각각 계량한 다음 일반 믹서를 이용하여 골고루 섞은후 용융압출기에 투입하였으며 나머지는 실시예 1과 동일하며 물성 평가치는 표 1과 같다.MB chips are prepared by melt-mixing fine powders with an average size of char fine particles of 1.0 μm and particles having a size of 0.5 μm or less and 50% or more with general polyester, and supplying MB chips using a separate feeder. Pure charcoal polyester and MB chip were weighed in advance so that the final fiber charcoal concentration was 2%, and then mixed evenly using a general mixer, and then put into a melt extruder. The values are shown in Table 1.
비교실시예 3Comparative Example 3
맥반석미립자의 평균크기가 1.0㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 50% 이상 분포한 미분말을 일반 폴리에스테르와 용융 혼합하여 MB 칩을 만들고, 섬유내 미립자의 농도가 8%를 이룰 수 있도록 하였으며 이때 MB 칩의 공급은 도 1과 같이 용융 압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 공급하였으며 나머지는 실시예 1과 같다. 물성평가치는 표 1과 같다.MB chips are prepared by melt-mixing fine powders having an average size of elvanite particles of 1.0 μm and particles having a size of 0.5 μm or less and 50% or more with ordinary polyester to make the concentration of fine particles in the fiber 8%. At this time, the MB chip was supplied using a separate feeder immediately before the melt extruder, as shown in FIG. Physical property evaluation values are shown in Table 1.
비교실시예 4Comparative Example 4
숯 미립자의 평균크기가 2.0㎛이고, 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 20% 이상 분포한 미분말을 일반폴리에스테르와 용융혼합하여 MB 칩을 만들고, 섬유내 미립자의 농도가 2%를 이룰 수 있도록, MB 칩을 일반폴리에스테르와 혼합하여 290℃에서 방사하였다. 이때 MB 칩의 공급은 도 1과 같이 용융 압출기 직전에서 별도의 공급장치를 이용하여 공급하였으며 물성평가치는 표 1과 같다.The average size of the fine particles of charcoal is 2.0 μm, and the fine powder containing 20% or more of the particles having a size of 0.5 μm or less is melt mixed with general polyester to make MB chips, and the concentration of fine particles in the fiber can be 2%. , MB chip was mixed with general polyester and spun at 290 ° C. At this time, the MB chip was supplied using a separate feeder immediately before the melt extruder as shown in FIG. 1 and the physical property evaluation values are shown in Table 1.
숯 미립자의 평균입경이 1.0μ이하인 경우에는 방사 작업성 및 섬유 물성의 저하가 적었으나 평균입경이 2.0μ인 비교실시예 4의 경우에 있어서는 방사작업성의 저하 및 강신도의 저하가 심하게 발생하였다.In the case where the average particle diameter of the char fine particles was 1.0 μm or less, the spinning workability and the fiber physical properties were less deteriorated, but in the case of Comparative Example 4 having an average particle size of 2.0 μ, the workability and the elongation of the charcoal were severely decreased.
또한 비교실시예 2에서와 같이 별도의 MB 계량 공급 장치를 사용하지 않고 적정량을 단순 혼합하여 방사한 경우 혼합정도가 균일하지 않아 방사작업성의 상당히 나쁨을 알 수가 있었다. 전체적인 숯 미립자의 투입량에 있어서도 5%를 초과하여 8%를 투입한 비교실시예 3의 경우에는 방사작업성의 급격한 악화와 섬유 물성의 저하가 심하게 발생하였다.In addition, as in Comparative Example 2, when a suitable amount of spinning was simply performed without using a separate MB metering and supplying device, the mixing degree was not uniform, and thus the spinning workability was considerably poor. In Comparative Example 3 in which the total amount of the charcoal fine particles was added in excess of 5% to 8%, the sharp deterioration of spinning workability and the deterioration of fiber properties were severely generated.
본발명 숯 미분말을 함유하는 복합기능성 폴리에스테르 섬유 집합체는 항균성 및 원적외선 방사율, 소취성이 대단히 우수할뿐만 아니라 중금속 흡착율이 우수하고 특히 보온효과에 있어서 기존의 일반 폴리에스테르 섬유에 대비 3℃가량 높은 보온효과를 갖게 된다.The multifunctional polyester fiber aggregate containing fine powder of the present invention is not only excellent in antibacterial and far-infrared emissivity and deodorizing property, but also excellent in heavy metal adsorption rate, and especially in thermal insulation effect, about 3 ° C higher than conventional polyester fibers. Will have an effect.
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