KR0132923B1 - 화엽상 복합섬유 및 그 제조용 방사구금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색 안료를 5∼30중량% 함유한 열가소성 불투명 폴리머층이 백색 안료를 0∼1.5wndfif% 함유한 열가소성 투명 폴리머층내에 6∼8개의 화엽상으로 박혀 있는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유 및 그 제조용 방사구금장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 복합섬유는 불투명 효과가 우수하고 불투명 화엽상이 섬유 표면에 돌출되어 있지 않기 때문에 염색시 발색성이 양호하므로, 여성의류, 내의 및 수영복 등에 용도 전개될 수 있다.

Description

화엽상 복합섬유 및 그 제조용 방사구금장치

제1도는 본 발명의 복합섬유 제조용 방사구금장치의 개략도.

제2도(a)는 제1도의 분배판 파이프의 확대도.

(b)는 제1도의 분배판 파이프의 횡단면도.

제3도(a)는 본 발명의 4엽 복합섬유의 횡단면도.

(b)는 본 발명의 6엽 복합섬유의 횡단면도.

(c)는 본 발명의 8엽 복합섬유의 횡단면도.

제4도(a)는 종래의 6분할형 복합섬유의 횡단면도.

(b)는 종래의 심·초형 복합섬유의 횡단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 분배판 2 : 방사노즐

3 : 분배판 파이프 4 : 분배판 파이프의 내공

5 : 분배판 파이프의 흠 P1 : 불투명 백색 폴리머 조성물

P2 : 투명 폴리머 조성물 d1 : 분배판 파이프 내공의 직경

d2 : 분배판 파이프의 직경 l1 : 분배판 파이프 흠의 너비

l2 : 분배판 파이프 홈의 길이

R1 : 분배판 파이프의 중심으로 부터 내공 중심까지의 거리

R2 : 분배판 파이프의 반지름 A : 불투명 백색 폴리머층

B : 투명 폴리머층

본 발명은 고농도의 백색안료를 함유하는 불투명 백색 폴리머층과 투명 폴리머층으로 구성된 불투명성 및 발색성이 우수한 화엽상(花葉像) 복합섬유 및 그 제조용 방사구금장치에 관계한다. 더욱 상세하게는 복합섬유의 횡단면에 있어서, 백색안료가 5∼30중량% 함유된 열가소성 불투명 폴리머층이 열가소성 투명 폴리머층 내부에 6∼8개의 꽃잎 형태로 박혀있는 모양의 불투명성 및 발색성이 우수한 복합섬유 및 그 제조용 방사구금장치에 관계한다.

일반적으로, 합성섬유는 천연섬유에 비해서 우수한 물리적 화학적 내구성을 구비하여 의료용(衣料用) 또는 인테리어용 소재로서 널리 이용되고 있는데, 이와 같은 용도로 사용될 때, 그 자체의 투명한 특성으로 인해 내부가 비쳐보여 용도에 제한을 받는 경우가 있다.

상기 약점을 극복하기 위한 일반적인 방법은 불투명한 무기계 및 유기계 백색 안료를 혼합하여 섬유화함으로써 섬유에 불투명성을 부여하는 방법으로, 충분한 불투명성을 부여하기 위해서는 다량의 안료를 혼합하지 않으면 안된다. 그러나, 이 방법에 의한 섬유는 어느 정도 불투명 효과를 얻을 수는 있으나, 염색시 선명한 색조를 나타내기 어렵게 되고 섬유 본래의 기계적 특성이 저하되기 쉬우며 원사의 제조공정성도 일반사의 그것 보다 훨씬 떨어지는 문제점이 있다.

합성섬유에 불투명성을 부여하기 위한 다른 방법으로, 일본특개평 3-45791호는 백색 원단 이면에 회색 안감을 대는 방법을 개시하고 있으나, 이 방법에 의하면 우수한 불투명 효과를 수득할 수는 있지만 회색안감 때문에 표면의 색채가 탁해지고 백색 계통의 색상에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 복합방사에 의해 합성섬유에 불투명효과를 부여하는 방법이 제안되었다. 구체적으로, 이 방법은 고농도의 안료를 혼합한 불투명 백색 폴리머를 심성분으로 하고, 안료를 혼합하지 않은 투명 포리머를 초성분으로 하여 동심원상의 심·초형 복합섬유를 제조하는 방법이다. 그러나, 이 방법에 의해 충분한 불투명효과를 얻기 위해서는 다량의 안료를 사용해야 하므로 염색 후 발색성이 저하되는 단점이 있다.

또 다른 복합방사방법으로 일본특개명 5-247723호는 고농도의 안료를 혼합한 불투명 백색 폴리머가 슬리트상을 형성하면서 원호상의 투명폴리머층을 분할하는 분할형 복합섬유의 제조방법을 제안하고 있다. 이 방법에 의해 제조되는 복합섬유는 심·초형 복합섬유에 비해 불투명 효과가 우수하여 안료의 함량이 상대적으로 적어도 되는 장점이 있지만, 단면 형태상 불투명 안료가 섬유 표면에 노출되기 때문에 염색 후 발색성이 저하되고 공정성이 불량해지며 심·초형 복합섬유에 비해 팩의 교체주기가 단축되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술들의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 제사공정성이 양호하면서도 불투명성 및 발색성이 우수한 화엽상 복합섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 불투명성 및 발색성이 우수한 화엽상 복합섬유의 제조에 사용되는 신규한 방사구금장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 하나의 양상은 백색 안료를 5∼30중량% 함유한 열가소성 불투명 폴리머층이 백색 안료를 0∼1.5중량% 함유한 열가소성 투명 폴리머층내에 6∼8개의 화엽상으로 박혀 있는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유이다.

본 발명의 다른 양상은 복합방사구금내 분배판의 구조가 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유 제조용 방사구금장치이다.

0.05 ≤ d₁/d₂≤ 0.15

1.0 ≤ ℓ₁/ℓ₂≤ 1.2

0.4 ≤ R₁/R₂≤ 0.8

단, 상기 식에서,

d₁: 분배판 파이프 내공의 직경,

d₂: 분배판 파이프의 직경

ℓ₁: 분배판 파이프 홈의 너비

ℓ₂: 분배판 파이프 홈의 깊이

R₁: 분배판 파이프의 중심으로 부터 내공 중심까지의 거리

R₂: 분배판 파이프의 반지름

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상술한다.

본 발명에서 백색 폴리머 조성물(P1)에 배합되는 불투명 백색 안료는 충분한 불투명 효과를 부여할 뿐만 아니라 발색성 및 방사성의 저하를 억제하는 것이어야 한다. 이러한 바람직한 불투명 안료의 예로는 산화티탄, 산화아연, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘 등을 들 수 있는데, 이 중에서도 산화티탄이 특히 바람직하다.

본 발명에서 백색 안료의 입경(粒徑)은 0.25∼0.5pm인 것이 바람직하며, 안료의 입경이 0.5pm를 초과하는 경우에는 방사시 팩압이 급상승하고 방사노즐이 쉽게 막히는등 방사성이 불량해진다. 안료로는 백색이외에 흑색, 적색, 청색 등의 유색안료를 사용해도 불투명 효과를 얻을 수는 있으나, 이러한 유색안료를 사용하는 경우에는 안료의 색상에 의해 색조가 크게 영향을 받기 때문에 의도하는 대로 조색(調色)하기 곤란하므로, 백색 안료를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)에 들어가는 백색 안료의 함량은 안료의 종류, 입경 또는 복합섬유의 단면형태에 따라 약간씩 달라지게 되는데, 요융방사성이 양호하고 우수한 불투명성을 수득하기 위해서는 매트릭스 폴리머에 대해 5∼30중량%로 하는 것이 바람직하다. 백색안료의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 불투명 효과를 수득할 수 없게 되고, 그 함량이 30중량%를 초과하면 만족할만한 불투명 효과는 얻을 수 있지만 안료입자의 균일 분산이 어려워 방사성이 불량해지므로, 본 발명에서 불투명 백색 폴리머에 배합되는 백색 안료의 함량은 상기 범위내인 것이 필수적이다.

백색 안료와 매트릭스 폴리머의 배합방법으로는 분말상의 백색 안료와 펠렛상의 폴리머를 균일하게 용융혼합하는 컴파운딩방법과 폴리머 중합시 백색 안료를 혼합하여 중합하는 방법이 있다. 본 발명에서와 같이 고농도의 안료 배합이 필요한 경우에는 컴파운딩 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

투명 폴리머층(B)내의 안료로는 일반적으로 많이 사용되는 산화티탄이 바람직하고, 그 함량은 일반사 수준인 0∼1.5중량%로 하는 것이 좋다.

본 발명에서 불투명 백색 폴리머층(A) 및 투명 폴리머층(B)에 들어가는 매트릭스 폴리머로는 나이론-6, 나이론-66, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌등 열가소성 폴리머가 바람직하며, 복합방사시 양쪽 폴리머로서 동일하거나 서로 상이한 폴리머를 사용할 수 있다.

복합섬유내에서 투명 폴리머층(B)과 불투명 백색 폴리머층(A)의 복합비(중량비)는 불투명 백색 폴리머층(A)내의 백색 안료의 농도 및 복합섬유의 횡단면 형태에 따라 좌우되는데, 80:20 내지 60:40의 범위가 바람직하다.

본 발명의 불투명성 및 발색성이 우수한 화엽상 복합섬유의 제조에 사용되는 방사구금장치는, 제1도에 도시된 바와 같은, 단면구조를 갖는 것으로 하기 식을 만족하는 구조를 갖는 특징으로 한다. 제2도(a) 및 (b)도는 각각 본 발명의 분배판 파이프의 확대도 및 횡단면도이다.

0.05 ≤ d₁/d₂≤ 0.15

1.0 ≤ ℓ₁/ℓ₂≤ 1.2

0.4 ≤ R₁/R₂≤ 0.8

단, 상기 식에서,

d₁: 분배판 파이프 내공의 직경,

d₂: 분배판 파이프의 직경

ℓ₁: 분배판 파이프 홈의 너비

ℓ₂: 분배판 파이프 홈의 깊이

R₁: 분배판 파이프의 중심으로 부터 내공 중심까지의 거리

R₂: 분배판 파이프의 반지름

본 발명에서 상기 방사구금장치를 이용하여 불투명성 및 발색성이 우수한 화엽상 복합섬유를 제조하는 경우에는, 불투명 백색 폴리머 매트릭스에 백색안료를 5∼30중량% 함유되도록 배합하여 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)을 조제하여 방사노즐(2)에 일부분이 삽입되어 있는 분배판(1)의 파이프(3)에 주입한다. 주입된 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)은 제 2도에 도시된 바와 같이 분배판 파이프(3)에 천공되어 있는 내공(4) 을 통해서 방사노즐(2)로 유입된다. 한편, 백색 안료를 0.15중량% 함유한 열가소성 투명 폴리머 조성물(P2)을 조성하여 이를 제1도에서와 같이 분배판(1)에서 분배판 파이프(3) 외곽으로 주입하면, 제2도의 파이프 홈(5)을 타고 방사노즐(2)에 유입되어 불투명 백색 폴리머 조성물(P1) 성분과 합류하게 된다. 이와 같이 합류된 두 폴리머 조성물을 방사노즐(2)을 통해 복합방사하고 통상의 방법으로 열연신하므로써, 투명 폴리머층(8) 내부에 4∼8엽으로 된 불투명 백색 폴리머층(A)이 방사상으로 형성된 제 3도에 도시된 바와 같은 화엽상의 단면을 갖는 복합섬유를 형성하게 된다.

본 발명에서 복합섬유 단면상의 화엽상의 수는 분배판(3)의 파이프 내공(4)의 개수에 의해 결정된다. 일반적으로 화엽상의 개수가 많을수록 불투명 효과가 양호새지지만, 제2도(b)에서 볼 수 있듯이 동일 파이프 직경(d2)에 대해 내공(4)의 개수가 많아질수록 내공의 직경(d1)이 작아지므로 불투명 폴리머 성분의 돌출이 어려워져 방사팩의 주기가 단축되고 홀(hole) 막힘현상이 빈발한다. 따라서, 본 발명의 방사구금장치의 분배판(1)의 내공(4)의 개수는 4∼8개인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 6∼8개이다. 상기 내공(4)의 개수가 8개를 초과하면 단면형성성 및 방사공정성이 저하되어 바람직하지 않다.

또한 본 발명의 방사구금장치의 분배판 파이프(3) 첨단부의 각도(θ)는 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)과 투명 폴리머 조성물(P2)이 안정하게 유동하면서 합류될 수 있도록 60∼90^o로 설계되어야 한다.

특수하게 설계된 본 발명의 방사구금장치에 의하면 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)과 투명 폴리머 조성물(P2)의 용융거동이 안정하게 되어 방사공정성이 현저하게 향상된다. 또한, 본 발명의 복합섬유는 불투명 효과가 우수하고 불투명 화엽상이 섬유 표면에 돌출되어 있지 않기 때문에 염색시 발색성이 양호하다. 따라서, 본 발명의 복합섬유는 의료용이나 인테리어용으로 제품화할 경우 시각적인 피복효과, 심미성 및 패션성이 우수하여 여성의류, 내의 및 수영복 등에 특히 유용하게 사용될 수 있다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1∼3]

나이론-6(상대점도 3.0, 황산 95%)과 입경이 0.35㎛인 산화티탄을 균일하게 혼합하되 하기 표 1에 기재된 바와 같이, 산화티탄의 함량을 3%, 6%, 10%으로 달리해가며 불투명 백색 나이론 조성물을 조성하고, 산화티탄을 함유하지 않은 나이론-6(상대점도 2.5, 황산 95%) 조성물을 준비하였다. 이어서, 제1도의 본 발명의 방사구금장치를 d₁/d₂= 0.1, ℓ₁/ℓ₂= 1.0, R₁/R₂= 0.7로 설계하고, 이를 이용하여 불투명 백색 나이론 조성물(P1)과 투명 나이론(P2)을 3:7의 복합비로 복합방사하고 통상의 방법으로 열연신하여 제3도(b)와 같은 6엽 단면을 갖는 60d/24f의 복합사를 제조하였다. 수득된 복합사를 니팅 및 염색한 후 그 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 1∼3]

불투명 백색 나이론 조성물에 배합되는 산화티탄의 함량을 하기 표1에 기재된 바와 같이 20%, 30%, 40%로 달리한 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합사를 제조한 후, 니팅 및 염색하고 그 물성을 평가하여 하기 표1에 함께 나타내었다.

[비교예 4∼5]

실시예 1과 같은 방법으로 조성한 산화티탄 20% 함량의 불투명 나이론 조성물과 산회티탄을 함유하지 않은 나이론-6(상대점도 2.5, 황산 95%)을 복합비 3:7로 하여 종래의 방사구금을 이용하여 각각 제4도(a) 및 (b)에 도시된 것과 같은 6분할형 단면 및 심·초형 단면을 갖는 60d/24f의 복합사를 제조하고 니팅 및 염색한 후 그 물성을 평가하여 하기 표1에 함께 나타내었다.

※방사공정성* : ◎: 우수, ○ : 양호, △ : 약간 불량, × : 매우 불량

〔불투명성 및 발색성 평가방법〕

먼저, 미염색 니팅지의 이면에 흑색 표준판을 대고 백색광을 조사하여 그 반사율(L)을 측정한다. 이어서, 흑색 표준판 대신에 백색 표준판을 대고 조사하여 그 반사율(L)을 측정한다. 두 경우의 반사율의 차이(L-L)를 불투명성(L치)으로 정의하는데, 이 L치가 낮을수록 불투명성은 우수한 것이 된다. 또한, 발색성은 이 염색 니팅지를 통상의 방법으로 염색한 염색포에 대하여 측정한 반사을치(L치)로 정의하며, 이 수치가 낮을수록 발색성은 양호하게 된다.

〔방사공정성 평가방법〕

방사공정성은 미연신 및 연신사 제조시의 사절률, 팩교체주기 등을 평가하여 측정하였다.

[실시예 4∼6]

실시예 1과 동일한 방법으로 폴리머 조성물을 준비하되, 불투명 백색폴리머 조성물은 산화티탄의 함량이 20중량%가 되도록 조성하였다. 준비된 두 동류의 폴리머 조성물을 분배판 파이프 내공의 수가 각각 4, 6, 8개로 상이한, 실시예 1에서와 동일한 방사구금장치를 이용하여 방사하고, 통상의 열연신방법으로 열연신하여 각각 제3도(a), (b), (c)와 같은 단면을 갖는 60d/24f의 복합사를 제조하였다. 수득된 복합사를 니팅 및 염색한 후 그 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

※단면형성성 및 방사성: ◎ : 우수, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량

상기 표2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 4∼6에서 수득된 복합섬유는 모구 방사공정성은 양호하나 실시예 4의 4엽 단면의 경우는 불투명성이 각각 6엽 및 8엽 단면인 실시예 5 및 실시예 6의 경우에 비하여 상대적으로 떨어지는 결과를 나타내었다. 따라서 본 발명의 방사구금장치의 분배판 파이프의 내공의 수는 4∼8개가 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 6∼8개이다.

[실시예 7∼10]

폴리에틸렌 테레프탈레이트(상대점도 0.64, 황산 95%)와 입경이 0.35㎛인 산화티탄율 10중량% 함량으로 균일하게 혼합하여 불투명 백색 폴리머 조성물을 만들고, 산화티탄이 0.015중량% 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 조성물을 준비하였다. 이어서, 하기 표 3에 기재된 바와 같이 분배판 파이프의 형태를 달리한 제1도의 본 발명의 방사구금장치를 이용하여 불투명 백색 폴리머 조성물(P1)과 투명 폴리머 조성물(P2)을 4:6의 복합비로 복합방사하였다. 이 때 단면형성성 및 방사성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[비교예 6∼8]

하기 표 3에 기재된 바와 같이 분배판 파이프의 형태를 달리한 방사구금장치를 이용한 것외에는 실시예 7과 동일한 방법으로 방사하고, 단면형성성 및 방사성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다.

Claims (8)

1. 백색 안료를 5∼30중량% 함유한 열가소성 불투명 폴리머층이 백색 안료를 0∼1.5중량% 함유한 열가소성 투명 폴리머층내에 6∼8개의 화엽상으로 박혀 있는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 백색 폴리머층 및 투명 폴리머층을 구성하는 매트릭스 폴리머가 나이론-6, 나이론-66, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌등으로 구성되는 군으로 부터 선택되는 열가소성 폴리머인 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유.
3. 제1항에 있어서, 불투명 폴리머층을 구성하는 백색 안료가 산화티탄, 산화아연, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘으로 구성되는 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유.
4. 제1항에 있어서, 불투명 백색 폴리머층내에 배합되는 백색 안료의 입경이 0.05∼0.5pm인 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유.
5. 제1항에 있어서, 복합섬유내에서 투명 폴리머층과 불투명 백색 폴리머층의 복합비가 80:20 내지 60:40인 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유.
6. 복합방사구금내 분배판 파이프의 구조가 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유 제조용 방사구금장치.

   0.05 ≤ d₁/d₂≤ 0.15

   1.0 ≤ ℓ₁/ℓ₂≤ 1.2

   0.4 ≤ R₁/R₂≤ 0.8

   단, 상기 식에서,

   d₁: 분배판 파이프 내공의 직경,

   d₂: 분배판 파이프의 직경

   ℓ₁: 분배판 파이프 홈의 너비

   ℓ₂: 분배판 파이프 홈의 깊이

   R₁: 분배판 파이프의 중심으로 부터 내공 중심까지의 거리

   R₂: 분배판 파이프의 반지름
7. 제6항에 있어서, 분배판의 내공의 개수가 4∼8개인 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유 제조용 방사구금장치.
8. 제6항에 있어서, 방사구금장치의 분배판 파이프 첨단부의 각도(θ)가 60∼90^o인 것을 특징으로 하는 화엽상 복합섬유 제조용 방사구금장치.