KR0120017B1

KR0120017B1 - 폴리에스터 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR0120017B1
Application number: KR1019940018176A
Authority: KR
Inventors: 최병길; 민경범; 이창희; 조지숙
Original assignee: 박홍기; 주식회사새한
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1997-10-22
Also published as: KR960006147A

Abstract

본 발명은 원적외선 방사 물질과 항균성을 부여하는 유제를 사용하여 축열보온효과와 항균기능을 지닌 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 4-25㎛의 원적외선 방사영역과 분광 방사율이 65% 이상인 세라믹 미분말을 에틸렌글리콜에 슬러리화하여 에스테르 교환반응중이나 중합반응중에 첨가하여 제조된 폴리에스터 칩(A)과, 섬유의 색상을 개선하기 위해 핑크색상의 안료를 마스터 배치 공법에 의해 혼련해서 제조한 폴리에스터 칩(B)을 블랜딩한 후, 중공단면의 구금으로 방사하고 연신한 후 항균기능을 갖는 유제를 0.5-5wt% 첨가하여 제조됨을 특징으로 하며, 이렇게 제조된 섬유는 축열보온기능과 균의 발생 및 번식을 억제하는 기능을 동시에 만족하는 고기능성 섬유로 매우 유용하다.

Description

폴리에스터 섬유의 제조방법

본 발명은 태양광 중에서 열효율이 우수한 가시광선과 근적외선의 파장을 흡수하여 원적외선 방사영역의 파장으로 변환해서 방사하는 세라믹 미립자를 폴리머내에 균일하게 분산시키고, 또한 항균기능을 갖는 유제를 섬유상에 부착함으로써 축열보온효과와 균의 발생 및 번식을 억제하는 기능을 동시에 만족하는 폴리에스터 합성섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래에는 탄화지르코늄 미립자 등을 배합한 축열보온성 섬유가 개발되어(EP 302141 A) 실용화되었으나, 이 섬유는 착색(검은 회색)되어 있으므로 백도(白度)가 요구되는 용도 및 염색을 행하여 사용하는 용도로는 적합하지 않은 문제가 있었다. 또한 착색개질제를 배합한 개질 합성섬유의 백도를 향상시키기 위한 종래 기술로는 착색개질제를 심부(芯部)에 배합하는 복합방사법에 의한 섬유의 제조방법 또는 산화티탄 등의 백색안료를 다량으로 병행하여 첨가하는 방법이 있으나, 이러한 제조방법들은 탄화지르코늄 미립자를 함유한 축열보온섬유의 제조에 적용시 오히려 축열 보온성을 저하시킬 뿐이고 백도를 충분히 항상시키지 못하였다.

한편, 일본 특개소 63-227828에서는 산화지르코늄 및 산화실리콘, 산화알루미늄 등의 세라믹 미분말을 혼합하여 개질 폴리에스터를 제조하는 방법에 의해 축열보온성 효과를 가지면서 백도가 양호한 폴리에스터를 제조하는 방법이 제안되어 있는데, 이 방법은 인체의 피부노화 등과 같이 나쁜 영향을 미치는 자외선의 차단이 미흡할 뿐만 아니라, 섬유에서 번식하는 세균의 발생과 번식을 억제하는 등의 기능이 미흡한 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 섬유의 백도를 향상시키면서 세균의 발생 및 번식을 억제하는데 효과가 우수한 폴리에스터 섬유를 제조하기 위해 원적외선을 방사하는 세라믹 미분말을 폴리머내 혼련하고 항균성을 부여하는 유제를 부착하는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 디메틸테레프탈릭산과 에틸렌글리콜의 중축합반응에 의해 섬유용 폴리에스터를 제조함에 있어서, 축열보온성이 우수하고 그 효과를 영구적으로 발현시키기 위해 원적외선 방사영역(파장 4-25㎛)외 분광 반사율이 65% 이상이 되는 세라믹 미분말을 폴리머 내에 균일하게 혼련시키는 것을 특징으로 한 것으로서, 이때 사용되는 원적외선 방사성 세라믹 미분말로서는 ZrO2, SiO2, TiO2를 주성분으로 하는 것을 사용하는데, 이는 ZrO2와 TiO2가 원적외선 방사성이 우수할 뿐만 아니라 섬유의 색상을 희게 하며, SiO2가 원적외선 방사 및 자외선 차단효과에 우수한 효능을 보이기 때문이다.

본 발명에 사용되는 세라믹 미분말 입자의 입도분포는 0.01-1.5㎛이고 평균입경은 0.8㎛보다 적은 것이 좋으며, 에틸렌글리콜에 의한 슬러리화 과정과 폴리머중의 혼련공정에서 동일한 입자끼리 또는 타입자와의 응집발생이 없도록 하는 것이 필요한데, 만일 입도분포가 0.0l㎛ 미만이면 응집이 쉽게 일어날 가능성이 있으며 1.5㎛ 초과시에는 섬유의 물성을 악화시키는 요인으로 작용할 수 있다.

본 발명에서는 세라믹 미분말의 분산성 향상을 위해 에틸렌글리콜을 용매로 하고 세라믹 미분말의 함유농도가 10.0-20.0wt%인 슬러리를 제조하여 사용하며, 이때의 슬러리화 공정은 RPM이 2500보다 높은 고속으로 교반(Agitating)을 실시하고, 사이즈가 큰 입자와 이물질을 콘트롤하기 위해 2㎛, 5㎛, 10㎛의 필터를 이동용기 사이에 설치하여 필터를 실시해야 한다. 이때 미분말의 함유농도가 l0wt%보다 적으면 에틸렌글리콜의 사용량이 과다하게 되고 20wt%를 초과시에는 슬러리화가 어려운 문제가 발생된다.

또한, 슬러리화 하여 분산이 완료된 세라믹 미분말 용액은 폴리머 내에 균일하게 분산시키기 위해 반응관으로 이송을 하게 되는데, 이때 이송라인의 형태 및 길이에 따라서 입자의 침전이 발생하게 되므로 가급적이면 라인은 직선형태로 설치하고, 상층에서 하층으로 용액이 이동되도록 하는 것이 좋다.

폴리머 중의 세라믹 미분말 혼련함량은 폴리터 대비하여 0.5-9.9wt%를 첨가하는 것이 좋으나, 축열보온성 효과와 공정작업성을 고려하여 2.0-7.0wt%의 세라믹 미분말을 첨가하는 것이 좀 더 바람직하다. 이때 세라믹 미분말의 첨가량이 0.5wt% 미만이면 첨가효율이 미미하고 9.0wt%를 초과하면 섬유의 기계적 물성을 나쁘게 할 우려가 있다. 그리고 본 발명에 사용되는 세라믹 미분말의 구성비율은 ZrO₂/ SiO₂/ TiO₂= 8/ 1/ 1 ∼ 5 / 3/ 2의 범위내에서 첨가하는 것이 좋으며, 세라믹 미분말 입자의 투입시기는 에스테르교환반응관과 중합반응관 어디에도 가능하지만 가급적이면 저온에서 투입하는 것이 입자 혼련성 향상에 좋다.

이와같이 해서 세라믹입자를 혼련한 폴리에스터 칩(CHIP) (A)을 제조하게 되며, 상기의 제조방법에 의해 제조된 폴리에스터는 색상이 백화(Whiteness)하여 섬유 용도로의 적용에는 문제가 없으나, 다양한 색상의 제품으로 확대 전개를 위해 마스터 배치 공법에서 핑크색상을 띠는 안료를 혼련하여 마스터 칼라 폴리에스터 칩(CHIP)(B)을 제조하여 함께 혼합하여 사용하는 것이 좋은데, 이 경우 세라믹 미분말이 혼련된 폴리에스터 칩(A)과 마스터 칼라 폴리에스터 칩(B)을 각각 건조한 후 방사 전공정에서 칩 브랜딩을 행하며, 이때 핑크색상의 안료 함량은 폴리머 대비 0.00l-0.00lwt%로 하는 것이 바람직한데 안료함량이 0.00lwt% 미만이면 첨가효과가 미미하고 0.0lwt% 초과시에는 폴리머 물성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

한편, 항균성을 부여하는 기술에 있어서 중요한 요소로는 항균성을 가지는 유제를 섬유의 사상에 부착시키는 공정과 함량, 그리고 항균성이 우수한 유제를 선택하는 것이다. 본 발명에 사용되는 항균기능을 부여하는 유제로는 유기실리콘 제 4급 암모늄인 비용출형 특성을 갖는 3-(트리메티옥시 실리)프루일 디메틸 옥타데크리 암모늄 클로라이드(3-(trimethyoxy sily) prooyl dimethyl octadecry ammonium chloride)등이 있으며, 사상의 부착은 섬유의 연신공정 이후에 실시하며 사상에 부착되는 함량은 0.5-5.0wt% 정도가 바람직하다. 이때 부착함량이 0.5wt% 미만이면 유제 사용효과가 적고 5.0wt% 초과하면 작업성이 불량해지는 단점이 있다.

이와같이 본 발명은 원적외선 방사영역을 갖는 세라믹 미분말을 폴리머내에 혼련하는 폴리에스터(A)의 제조기술과, 마스터 칼라 폴리에스터(B)의 제조기술, 그리고 섬유사상에 항균성이 우수한 유제를 부착시키는 기술 등을 결합시켜 보온성과 항균성 기능을 동시에 갖는 폴리에스터 섬유를 제조하는 기술인 것이다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

디메틸테레프탈릭산과 에틸렌글리콜의 중축합반응에 의해서 폴리에스터를 제조시, 원적외선 방사영역을 갖는 세라믹 미분말인 ZrO₂, SiO₂, TiO₂입자를 8 : 1 : 1의 비율로 하여서 에틸렌글리콜에 분산농도가 20.0wt%인 슬러리를 제조한 후, 세라믹 입자를 폴리머 대비 5.5wt% 함량으로 하여서 에스테르교환반응 초기에 투입하여 세라믹 입자를 혼련하였다. 이때 에스테르 교환반응의 촉매로는 Mn(OAc)₂500ppm과 Sb₂O₃300ppm을 첨가하였으며, 에스테르교환반응시 반응관의 온도는 서서히 상승시켜 반응종료 온도를 245℃로 하였으며, 중합반응은 반응관내 온도가 290℃ 시점에서 종료하였으며, 반응시간은 약 3시간 정도 소요되었다(A). 한편, 색상 개선을 위한 마스터 칼라 폴리에스터의 제조는 마스터 배치 공법으로 제조하였으며, 색상 안료는 핑크 색상을 띠는 제품을 사용하였고 안료의 함량은 베이스 폴리에스터 대비 30wt%로 하였다(B)상기에 제조된 (A),(B)폴리에스터를 각각 건조후 방사전에 피드호퍼(Feed Hoper)에서 블랜딩을 하였으며 이때의 핑크 칼라 안료 함량은 폴리에스터 대비 0.005wt%로 하였다. 방사는 중공율이 20wt%인 중공구금을 사용하고 방사온도는 275℃로 하였으며, 연신은 연신속도를 195mpm으로 하고 연신배율을 2.9배로 하여 섬도를 7de'로 하였으며, 섬유장은 64mm로 컷팅을 하여 침장류의 용도로 적용하기에 적당한 7de'×64mm 중공섬유를 제조하였다. 그리고, 항균성을 부여하기 위해 항균제로서 3-(트리메티옥시 실리) 프루일 디메틸옥타테크리 암모늄 클로라이드를 적용하였고 사상에 부착되는 함량은 2.6wt%가 되게 하여 연신공정 이후에서 실시하였다.

축열보온성과 항균성에 대한 평가결과를 표 1에 표기하였는 바, 축열보온성에 대한 평가는 제조된 섬유로 중량 100g/m2의 부직포를 만들어 180℃에서 3분 조건으로 열프레스한 후, 태양광을 조사하고 5분 지난 후 시료 적하온도를 측정하여 평가하였으며, 항균성에 대한 평가는 제조된 섬유 일정량을 밀폐된 용기 속에 넣은 후에 세균을 투입하여 특정 시간이 지난뒤에 세균의 감염율을 측정하여 평가하였다. 이와같은 실험은 시료의 세탁회수를 거듭하면서 반복하여 실행하였다.

[비교실시예 1]

상기 실시예 1에서 원적외선 방사성 세라믹 미분말 입자의 혼합비율을 ZrO₂: SiO₂: TiO₂=6 : 3 : 1로 하고, 항균 유제의 사상 부착율을 6.0wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하였다.

[비교실시예 2]

상기 실시예 1에서 원적외선 방사성 세라믹 미분말 입자의 혼합비율은 동일하게 하고, 첨가함량을 폴리머 대비 3.0wt%로 하였고, 항균 유제의 사상 부착율을 1.5wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하였다.

[비교실시예 3]

상기 실시예 1에서 원적외선 방사성 세라믹 미분말 입자의 혼합비율은 동일하게 하고, 첨가함량을 폴리머 대비 8.0wt%로 하였으며, 항균 유제의 사상 부착율을 2.6wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하였다.

[비교실시예 4]

상기 실시예 1에서 원적외선 방사성 세라믹 미분말 입자의 혼합비율은 동일하게 하고, 첨가함량을 폴리머 대비 1.5wt%로 하였으며, 항균 유제의 사상 부착율을 0.3wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하였다.

[비교실시예 5]

항균성 측정 시료를 1회 세탁하여 평가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

[비교실시예 6]

항균성 측정 시료를 5회 세탁하여 평가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

[비교실시예 7]

항균성 측정 시료를 9회 세탁하여 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

상기와 같이 비교실시예에 의해 제조된 폴리에스터 섬유의 물성을 실시예 1과 같은 방법으로 측정한 평가결과를 표 1에 나타내었다.

▣평가결과 구분

양호○ 보통◇ 미흡×

Claims

디메틸테레프탈릭산과 에틸렌글리콜의 중축합반응에 의해 섬유용 폴리에스터를 제조함에 있어, 4-25μm의 원적외선 방사영역의 분광방사율이 65-95%인 원적외선 방사 세라믹 미분말을 에틸렌글리콜에 슬러리화하여 폴리머 대비 2.0-7.0wt% 범위에서 에스테르 교환반응중이나 중합반응중에 첨가해서 세라믹 미분말이 균일하게 혼련된 폴리에스터 칩(A)과, 섬유의 색상을 개선하기 위해 핑크색상의 안료를 폴리머 대비 0.001-0.lwt%로 하여 마스터 배치 공법에 의해 혼련한 폴리에스터 칩(B)을 블랜딩한 후, 중공단면의 구금으로 방사를 하고 연신한 후 항균기능을 갖는 유제를 0.5-5wt% 부여하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 세라믹은 ZrO₂, SiO₂, TiO₂가 ZrO₂/ SiO₂/ TiO₂= 8/ 1/ 1 ∼ 5/ 3/ 2 비율로 혼합된 것임을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 에틸렌글리콜에 슬러리화 한 세라믹 미분말의 농도는 10-20wt%임을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 항균기능을 갖는 유제는 3-(트리메티옥시 실리) 프루일 디메틸 옥타테크리 암모늄클로라이드임을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 세라믹 미분말을 입자의 입도 분포가 0.01-1.5㎛이고 평균입경이 0.8㎛ 보다 크지 않음을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유의 제조방법.