KR930005107B1 - 복합섬유 및 이를 사용한 필터부재 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
복합섬유 및 이를 사용한 필터부재
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 겉보기 영 모듈러스(Young′s modulus)가 낮은 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유 및 이를 사용한 필터부재에 관한 것이다.
폴리올레핀 복합섬유로 이루어진 웹을 가열 하면서 이를 코어상에 감아 중공 원통형 필터부재를 제조하는 방법이 일본국 특허공보 제 소56-43139/1981호에 기술되어있다. 이 방법에 따르면 감는 동안에 압력을 조절하여 목적하는 다공성을 갖는 필터부재를 수득하는 것도 가능하지만, 부재의 원료가 폴리올레핀 복합섬유이기 때문에 사용온도의 상한이 80 내지 90℃정도로 낮다는 결점이 제기되며, 또한 부재를 통과하는 액체에 따라 필터부재가 팽윤하는 문제점이 제기되어 있다.
또한, 고온에서 사용가능한 필터부재를 수득하기 위하여, 외장(sheath) 성분으로서 저융점의 비결정성 폴리에스테르 및 코어성분으로서 고융점의 결정성 폴리에스테르를 사용하는 폴리에스테르 섬유로 상기 폴리올레핀 복합섬유를 대체하려는 시도가 있었지만, 저융점 폴리에스테르는 유리질이기 때문에 저융점 폴리에스테르가 방사 및 연신공정에서 또는 제조공정 및 필터부재의 사용시에 분말형태로 박리되는 문제점이 제기되어 왔다. 또한, 외장성분으로서 폴리에틸렌 및 코어성분으로서 결정성 폴리에스테르를 사용하여 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유가 사용되는 경우에 폴리에스테르의 겉보기 영 모듈러스가 높기 때문에 생성되는 필터부재는 부피가 크며 밀도가 낮다. 따라서, 미립자를 수득하기는 난해할뿐 아니라 부재도 역시 경도가 낮으며 연질이므로 실제사용에도 적합하지 못하다.
본 발명자는 상기한 통상의 필터부재의 다양한 결점을 극복하기 위하여 광범위한 연구를 행하여 왔으며 그 결과로서 본 발명을 성취하기에 이르렀다.
본 발명의 제1태양으로는 외장성분으로서 폴리올레핀 및 코어성분으로서 폴리에스테르를 복합 방사시키고, 생성되는 비연신 필라멘트를 상기 폴리올레핀의 융점 보다 더 낮으며 상기 폴리에스테르의 2차 전이점보다 20℃이상이 높은 온도에서 최초길이의 2배 이상까지 연신시키며, 생성된 연신 필라멘트를 상기 폴리올레핀의 융점 보다 더 낮으며, 상기 폴리에스테르의 2차 전이점 보다 20℃이상 더 높은 온도에서 30초 이상 동안 어닐링(annealing)시켜 겉보기 영 모듈러스가 210kg/mm2이하인 복합섬유를 수득함을 특징으로 하여, 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 방법(1)이 있다.
본 발명의 제2태양으로서 상기의 (1)에 따른 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유를 이의 외장성분의 융착온도까지 가열하면서 목적하는 정도로 다공성을 조절하면서 상기 섬유를 코어상에 감고, 생성물질을 냉각하며 상기 코어를 꺼냄을 특징으로 하여 필터부재를 제조하는 방법이 있다. 필터부재는 일본국 특허공보 제소 56-43139/1981호에 기술된 방법에 따라서 제조될 수 있다. 본 발명의 필터부재는 적절한 기공율(void content), 고경도, 140℃정도의 높은 사용 온도의 상한 및 액체에 의한 팽윤이 적다.
본 발명에서 사용되는 폴리올레핀이 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 결정성 폴리프로필렌 등과 같은 지금까지 공지된 폴리올레핀일 수 있으며, 폴리 에틸렌의 경우에 용융지수가 5이상, 특히 10이상인 것이 바람직한 반면에, 결정성 폴리프로필렌의 경우에는 10이상인 용융유속이 바람직하게 사용된다.
본 발명에서 사용되는 폴리에스테르는 에틸렌 테레프탈레이트 단위가 분자의 50중량% 이상을 차지하는 섬유 등급(grade)이며 융점이 200℃이상인 것이다. 폴리에스테르의 2차 전이점은 65 내지 85℃이다.
상기 폴리올레핀 및 폴리에스테르는 공지 방법에 따라서 복합 방사시켜 외장 및 코어형 복합섬유를 수득한다. 생성되는 비연신 필라멘트를 2차 전이점보다 20℃이상, 바람직하게는 30℃이상 더 높은 온도 및 폴리올레핀의 융착 온도 보다 더 낮은 온도에서 최초길이의 2배 이상까지 연신시킨후 폴리에스테르의 2차 전이점 보다 20℃이상 더 높은 온도 및 폴리올레핀의 융점 보다 더 낮은 온도에서 30초 이상 동안 어닐링 시킨다. 연신온도가 상기 온도보다 낮을 경우에, 생성되는 복합섬유는 겉보기 영 모듈러스가 높으며 이 섬유를 사용하여 필터부재를 제조하는 경우에 상기한 통상의 기술과 유사한 결점을 갖는 생성물만이 수득된다. 또한, 필터부재를 제조하기 위하여 생성되는 연신섬유를 사용할때에 연신온도가 2차 전이점 이하이면, 상기 섬유는 이의 가공온도에서 높은 비율의 열수축이 발생하여 그의 표면이 울퉁불퉁하며, 그속에서 불균일한 분포의 기공을 갖는 필터부재를 수득한다. 어닐링 온도가 상기 범위보다 더 낮거나 또는 어닐링 시간이 30초 미만일 경우에, 생성되는 복합섬유는 겉보기 영 모율러스가 높아서 상기 복합섬유를 사용하는 필터부재는 높은 기공율을 가지며 따라서 정밀 여과용으로 부적합하다.
본 발명은 실시예 및 비교실시예에 의하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.
또한, 이들 실시예에서 사용한 측정방법을 하기 하였다.
겉보기 영 모듈러스 : 먼저 일본공업규격(JIS) L1013의 항목 7 내지 10(인조 필라멘트사용 시험방법)에 따라서 초기 인장 응력을 먼저 측정한후 하기 방정식에 따라 상기 초기 인장 응력으로부터의 값을 계산하여 겉보기 영 모듈러스를 수득한다 :
겉보기 영 모듈러스(Kg/mm2)=9×ρ×(초기 인장저항도)(g/d)[여기에서, ρ값은 pp(폴리프로필렌)/PET(폴리에스테르)의 경우에는 1.15이고, PE/PET의 경우에는 1.17이다]
[여과시험]
물(50ℓ)중에 연마미분(FO #1200, 입경 5 내지 15㎛, 90%)(20g)의 현탁액을 필터부재의 외부면으로 부터 이의 중공부 중으로 2m3/hr의 순환속도로 통과 시킨다. 2분후에, 수집된 여과액 100ml중의 입자를 수집입자가 입경 1㎛가 될 수 있는 막 필터상에 모은후, 입자 3000개의 입경을 닐레코 캄파니 리미티드(Nileco Co., Ltd)의 제품인 “Luzex450”(상표명)를 사용하여 측정한다.
[팽윤시험]
비등수(100℃, 2시간), 톨루엔(20℃, 5일) 또는 뜨거운 공기(120℃, 5일)의 조건하에서 처리된 필터부재용적(V′)을 외부직경(d′) 및 길이(ℓ′)로부터 계산한다. 처리전의 필터부재의 용적(V)을 동일한 방법으로 계산한다. 팽윤%를 하기 방정식에 따라서 계산한다 :
Figure kpo00001
[실시예 1]
코어성분으로서 폴리에스테르(PET)(고유점도 0.65, 융점 255℃, 2차 전점 70℃) 및 외장성분으로서 고밀도 폴리에틸렌(용융지수 20, 융점 130℃)를 사용하여 1/1의 복합비로 복합방사를 수행하여 비연신 필라멘트(단일 필라멘트의 섬도 : 10d)를 제조한 후, 이 필라멘트를 110℃에서 최초길이의 3배까지 연신시키고 이어서 90℃에서 3분동안 어닐링하여 연신 필라멘트(단일 필라멘트의 섬도 : 3.5d)를 수득한다. 연신 필라멘트를 51mm의 섬유 길이로 절단하여 카딩 머신에 의하여 기본중량 20g/m2의 웹으로 제조되는 스테이플 섬유를 수득하고, 이어서 웹을 그의 말단으로부터 140 내지 150℃까지 2초 동안 극적외선 히터로 잘 가열하면서 웹을 수평적으로 보내어 고밀도 폴리에틸렌만을 용융시킨 상태의 웹을 형성하고, 웹을 자체중량에 의한 압력하에서 스테인레스 스틸코어(외경 : 30mm, 4kg/m)상에 일정한 양으로 감으며, 웹을 냉각시키고, 중심코어를 끄집어내고, 웹을 절단하여 외경 70mm, 내경 30mm, 길이 250mm 및 중량 240g의 필터부재를 수득한다.
이렇게 수득된 필터부재는 매우 경질이며, 내면 및 외면상에 주름이 잡히거나 뒤틀림이 없으며 그의 횡단면을 주름이 잡히거나 뒤틀림이 없으며 그의 횡단면을 관측할 경우에 기공이 균일하게 분포된다.
상기한 연신 필라멘트의 연신조건 및 겉보기 영 모듈러스, 및 여과시험 및 필터부재의 팽윤 시험의 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
외장 성분으로서 결정성 폴리프로필렌(용융유속 15, 융점 160℃)을 사용함을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 방사를 수행하여 비연신 필라멘트(단일 필라멘트의 섬도 : 10d)를 수득한 후, 이를 140℃에서 최초길이의 3.5배까지 연신시키며, 이어서 135℃에서 5분간 어닐링시키고, 절단하여 단일 필라멘트의 섬도가 3d이고 섬유길이가 51mm인 스테이플 섬유를 제조하고, 이를 가열 온도를 170 내지 180℃까지 변화시킴을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 필터부재를 수득한다. 이 부재는 실시예 1의 경우에서와 같이 경질이며 균질이다. 이의 결과치를 표 1에 나타낸다.
[비교 실시예 1 및 2]
실시예 1에서 수득한 비연신 필라멘트를 연신온도를 70℃(비교 실시예 1)또는 90℃(비교 실시예 2)로 변화시킴을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신시킨후, 생성되는 연신 필라멘트를 일정한 양으로 스테인레스 스틸 코어상에 감고, 실시예 1과 동일한 방법으로 냉각 및 절단하여 필터부재를 수득한다. 부재는 연질이고 조밀(compact)하지 않으며 불균일한 기공율을 갖는다. 결과치를 표 1에 나타내었다.
[참조 실시예]
코어 성분으로서 결정성 폴리프로필렌(용융유속 8, 융점 160℃) 및 외장성분으로서 고밀도 폴리에틸렌(용융지수 20, 융점 130℃)을 사용하여 1/1의 복합비로 복합방사를 수행하여 비연신 필라멘트를 제조한후, 필라멘트를 90℃에서 최초길이의 3.5배까지 연신시킨후 100℃에서 3분간 어닐링시키고 절단하여 스테이플 섬유(단일 팔라멘트의 섬도 3d, 섬유길이 51mm)를 수득한다. 가열온도를 130 내지 140℃까지 변화시킴을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스테이플 섬유를 사용하여 필터부재를 수득한다. 이 부재는 양질이지만 내열성 및 내용매성이 실시예 1의 것보다 더 열등하다.
[표 1]
Figure kpo00002

Claims (5)

  1. 외장 성분으로서 폴리올레핀 및 코어 성분으로서 폴리에스테르를 복합방사시키고, 생성된 비연신 필라멘트를 상기 폴리올레핀의 융점 보다 더 낮으며 상기 폴리에스테르의 2차 전이점 보다 20℃이상 높은 온도에서 최초길이의 2배 이상까지 연신시키고, 생성된 연신 필라멘트를 상기 폴리올레핀의 융점 보다 더 낮으며, 상기 폴리에스테르의 2차 전이점 보다 20℃이상 높은 온도에서 30초 이상 동안 어닐링시켜 겉보기 영모듈러스가 210kg/mm2이하인 복합섬유를 수득함을 특징으로 하여, 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 폴리올레핀을 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 결정성 폴리프로필렌 중에서 선택하여 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 폴리에스테르를 융점이 200℃ 이상이고 에틸렌 테레프탈레이트 단위가 분자의 50중량%이상을 차지하는 섬유 등급(grade)인 것 중에서 선택하여 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 방법.
  4. 제1항의 방법에 따라 제조한 폴리올레핀/폴리에스테르 복합섬유
  5. 제4항에 따른 폴리올리펜/폴리에스테르 복합 섬유를 이의 외장성분의 융착온도까지 가열하여 목적하는 정도로 기공율(Void content)을 조정하면서 상기 섬유를 코어상에 감고, 생성물질을 냉각하고 상기 코어를 꺼냄을 특징으로하여 필터부재를 제조하는 방법.
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