PPS(Polyphenylene Sulfide)의 향후 용도개발 방향

기존의 원사/부직포 제품은 산업용을 중심으로 화학적 가공, 공해방지 등의 분야에서 신규 기능의 개발확대를 지속적으로 요구받고 있다. 이에 따라 공급업체에서는 원사/부직포용으로 엔지니어링 폴리머를 적용하고 있다. 특히, 선형 PPS(Polyphenylene Sulfide)는 신규 용도개발에 있어서 중심축이 되고 있다.

선형 PPS는 고온에서 견딜 수 있으며, PP, PE, PET, Nylon 6 등 고내구성 섬유 및 일반 플라스틱과 비교하여 보다 열악한 환경에서도 사용이 가능하다. PPS 섬유는 Aramid 및 기타 상대적으로 저코스트의 고기능 레진 및 비폴리머 재료(스테인리스 스틸, 세라믹, 유리 등)를 이용한 완제품과 비교하더라도 가격적인 장점이 있다.

그 결과 생산업체에서는 고온이면서도 부식위험이 높은 baghouse나 화력보일러의 굴뚝용 가스필터, 시멘트 가마 등에 선형 PPS를 사용하게 되었다. PPS는 화학, 석유화학, 의약, 식품, 음료 등의 분야에서 다수의 액체를 205℃까지의 고온에서 여과하는 데 사용되고 있다. 일례로는 물, 우유, amine, glycol, sulfolane, 염화메틸렌, 나프타, 수산화칼륨 등의 물질 등이다.

PPS 섬유는 제지설비용 작업복, 음식가공설비의 스크린, 자동차용 오일필터, 미 캘리포니아주의 신규 난연성 기준을 만족하는 매트리스 등에 사용될 수 있으며, 구조 및 비구조용 비행기부품에 사용되는 최신의 복합재료로도 응용이 가능하다.

PPS의 특성

PPS는 선형(linear)과 지류형(branched)형으로 판매된다. 선형 PPS는 지류형에 비해 강도가 높으면서도 보다 유연하다. 또한 이온성 오염물질 등이 적어 순도가 매우 높고 색발현이 좋다. 선형 PPS는 안정적이며, 반결정성 폴리머로써 유리전이온도는 90℃, 용융점은 285℃이다. 또한 200℃에서 장시간 사용이 가능하다. 특히 pH 2-12에 이르는 강산/강알칼리, 알콜, 산화제, 고온의 탄화수소 등 다양한 화학제품에서도 안정하다. 대다수의 일반 용제는 200℃이하에서 용해되지 않는다.

테스트에 따르면, 디젤유, 식물성유, 염산 등의 액체에 침전시 인장강도 및 기본중량이 유지되며, 가수분해 및 고온의 증기에 노출되더라도 안전하였다. 특히, 15psi의 압력과 95℃의 증기에 1000시간이상 노출시 인장강도 및 신장도가 유지되었다. 이밖에 영구적 난연성을 지니고 있어 UL식 난연테스트의 통과를 위한 난연제의 첨가제가 불필요하다.

PPS 섬유는 다양한 형태로 판매되고 있다. 단일성분의 Staple Fiber로써 0.9-10 denier로써 절단길이가 0.25-6인치까지 가능하며, 크림프수도 인치당 12회까지 가능하다. 동 섬유는 170℃에서 2%의 수축률을 보이며, 강도는 4.0g/d이고, 신장도는 50% 수준이다. 또한 단면은 원형이외에도 trilobal, 중공, 리본형태 등으로 생산이 가능하다.

동 섬유는 “4DG"라는 브랜드로도 판매되고 있는데, 동 섬유의 특징은 기존섬유 대비 표면적이 크다는 장점이다. 원형단면에 비해 표면이 300%이상 증가되어 벌키성 및 함포성이 우수하다. 홈이 깊은 형태의 단면을 지닌 PPS섬유의 경우 소용돌이 형태를 띠면서 여과효과를 높이고, 대형 입자의 적재시 방해요인을 감소시키게 된다.

한편, 이성분 PPS 섬유는 섬유의 특성 다변화를 위해 제 2의 폴리머를 혼합하여 생산된다. 일례로 sheath/core형태의 이성분 PPS섬유는 core부분에 Polyester를 사용하고, 외부에 PPS를 사용함으로써 SF부터 F까지 다양한 형태로 생산이 가능하다. 동 섬유의 경우 저코스트로써 baghouse 필터용으로 사용된다.

또한, PPS 섬유는 비결정성 섬유형태로도 생산이 가능하다. 비결정성 섬유는 결정성 섬유에 비해 낮은 온도에서도 연화되며, 부직포 매트에 일반 결정화 PPS 섬유를 함침시켜 사용할 수 있다.

선형 PPS의 가공

선형 PPS는 가공상 용의하고 안정하다는 장점이 있다. 대다수 사출가공 설비에서 사용이 가능하기 때문에 mono/multi-filament, 필터/필터backing용 멜트블로운 및 스펀본드 섬유, 필터보강용 스테인레스의 대체가교재료, 니들펀치 복합재 등으로 사용된다.

또한 동 제품은 가공온도영역이 넓다. 일례로 “Fortron" PPS를 사용한 가공시 사출설비의 온도가 영역에 따라 260-315℃를 보이는데, 동 섬유는 300-330℃의 고온환경에서도 가공이 가능하며, die melt temperature는 305-315℃이다. 적정 가공온도와 점도를 찾는 것이 선형 PPS의 사출에 있어서 가장 중요하다. 사출등급에 따라 200-3200poise까지의 용융점도조정이 가능하다. 섬유의 직경은 die-to-conveyor길이와 냉각류의 흐름정도를 조절함으로써