KR0137293B1 - 추출형 복합섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추출형 복합섬유에 관한 것으로, 특히 피혁상 시트물중 입모밀도가 극대로 향상되어 라이팅 효과가 최대로 발현시킬 수 있는 고수축성 초극세 섬유에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

추출형 복합섬유

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 추출형 복합섬유에 관한 것으로, 특히 피혁상 시트물중 입모밀도가 극대로 향상되어 라이팅 효과가 최대로 발현시킬 수 있는 고수축성 초극세 섬유에 관한 것이다.

천연피혁의 대체 소재로 각광받고 있는 인공피혁의 기본재료로 이용되어 있는 것은 초극세 섬유이며, 이러한 초극세 섬유된 제조된 인공피혁은 천연피혁의 외관, 촉감 및 제반물성을 만족시킬 수 있는 소재이다.

위와 같이 인공피혁의 기본재료인 초극세섬유의 제조방법은 피브릴 형성법에 따라서 크게 피브릴 강제형성법과 폴리머간 점도차를 이용한 멜트 블렌드법 등 2종류로 구분되며, 전자는 구금직전의 단계에서 연속상 성분인 분산상인 피브릴을 강제 주입시키는 방법이고, 후자는 두 폴리머의 점도차를 이용하여 두 성분 폴리머를 구금 이전의 단계에서 수회 집속, 분배과정을 거쳐서 혼합하여 점도가 큰 성분으로 피브릴을 형성시키는 멜트 블렌드방법이다.

이렇게 형성된 해/도의 복합사는 적절한 연신, 크림프 부여공정, 커팅공정을 거침으로서 일정한 길이의 스테이플로 제조되어지고, 이와 같이 제조되어진 복합섬유들은 부직포로 제조되어지며, 수축가공을 행하여 충실감(Compactnes)을 줌으로써, 피혁상 시트물의 밀도를 높이고, 후가공을 용이하게 하고 피혁상 시트물의 통기성을 높이기 위하여 수용성 바인더로서 폴리비닐알콜이나 카르복실세틸 셀룰로오스 등의 수지를 사용하여 섬유무게에 대하여 함량이 3~15중량%되게 섬유표면과 섬유와 섬유의 교차점에 가충전되어 부직포를 안정화시킨다.

이렇게 형태안정화시킨 부직포를 가지고 사포(Sand Paper)로 표면을 버핑(Buffing)하는데, 그 이유는 균일한 입모장을 갖게 하고, 폴리우레탄이 균일하게 함침되어 함침후 표면이 깨끗해지도록 하기 위해서이다. 함침용 폴리우레탄은 디메틸 포름아미드를 용제로 하고, 계면활성제나 착색안료 등을 첨가하여 만든다.

한편, 피혁상 시트에 충전된 폴리우레탄의 함량은 함침액의 농도, 함침롤의 간극, 함침할 부직포의 밀도에 따라서 달라지므로 기포의 특성에 따라서 조절하여야 한다. 함침후 응고조의 농도는 30~40℃, 응고조내의 디메틸포름아마이드 농도는 5~30%로 하고 수용성 바인더인 폴리비닐알콜을 완전히 제거시키기 위해서 80~90℃의 온도조건하에서 충분히 수세를 한다.

폴리우레탄이 충전된 함침포를 극세화시켜 유연한 성질을 가지도록 하기 위해서 가성소다 5~20중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키는데 이때 감량시간과 가성소다 함량과의 비가 매우 중요하다. 가성소다의 함량이 적으면 감량시간을 길게 하여야 하는데 작업성을 고려하여 가성소다의 양을 조절하는 것이 바람직하다.

또 같은 농도를 갖는 가성소다 액에서 감량시간을 길게 하면 폴리우레탄의 분해가 많이 일어나 미세다공의 형성이 조잡하고, 불균일해지기 때문에 주의해야 한다.

일반적으로 감량시간은 5~15분이 적당하였고, 가성소다의 양은 5~20중량%가 적당하였다. 이렇게 하여 극세화시킨 시트물을 수세, 건조하고 난 후, 표면을 고르게 정돈하기 위해서 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑할 필요가 있다. 이때 버핑을 과다하게 하면 강도가 저하될 우려가 있으므로 표면을 다듬는 정도로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 공정들을 거치면 최종적으로 천연피혁의 대체소재로 각광받고 있는 인공피혁이 제조될 수 있다. 그러나 앞서 언급한 수축공정에서 부직포의 수축률이 낮게 되면 최종제품의 입모밀도가 낮아지게 되고, 최종제품의 라이팅 효과 또한 감소되어서 드라이한 감촉이 발현되며, 특히 인공피혁의 가공성 불량과 신축성의 비제어와 같은 문제점을 나타내고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명자들은 라이팅 효과가 뛰어난 고밀도 인공피혁을 제조하기 위해서 원사단계에서부터 최종제품의 제조공정까지 공정 흐름 특성, 물성 등을 충분히 숙지하고, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 새로운 고수축성 초극세섬유를 개발하게 되었다.

좀더 상세하게 설명하면, 해도형 초극세사를 제조함에 있어서, 해성분을 구성하고 있는 폴리머는 폴리에틸렌계, 폴리스틸렌계 그리고 공중합된 폴리에스테르계가 있을 수 있으며, 이중 폴리에틸렌계 폴리스틸렌계는 해성분 용출에 있어서 고온의 유기용제에 의해서 용출되는 관계로 해서 특수한 용출설비와 작업환경에 불미한 관계로 해서 알칼리 가용성 공중합 폴리에스테르계를 사용하였고, 적당하기로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주성분으로 하고, 이소프탈산계, 아디프산계, 나프탈렌디카르본산계의 2관능성 산계 및 디메틸이소프탈레이트, 폴리에틸렌글리콜 등을 단독 혹은 혼합하여 사용하였다.

그리고 도성분으로서는 해성분과 용융온도 및 방사온도의 조건하에서 최소한 20분 이내동안 상분리를 이루고 있는 폴리머이어야 한다는 전제조건하에서 폴리에스테르계 또는 공중합 폴리에스테르계의 섬유형성성 폴리머로 구성될 수 있으나, 최종 해도형 복합원사의 수축률을 크게 하기 위해서는 해성분의 수축성과는 무관하게 도성분의 비등수수축율이 최소 10% 이상 되어야 한다.

도성분의 비등수수축율이 10% 미만일 경우에는 최종 복합원사의 비등수수축율이 10% 미만이 되고, 또한 부직포 제조 후 부직포의 면적수축률이 작아지게 됨으로써, 최종제품의 입모밀도가 낮아지게 되고 따라서 본 발명에서 요구하는 최종제품인 인공피혁의 라이팅효과가 거의 없는 품위가 낮은 인공피혁이 제조되어진다.

또한 도성분의 비등수수축율이 50%를 초과할 경우 원사상태, 부직포 상태에서 수축률이 과대해지는 관계로 해서 형태유지성이 불량해지고 따라서 공정상 불리한 여건을 수반하게 된다.

이러한 비등수수축율은 원사의 결정성과 비결정성의 비율에 의해서 조절될 수 있으며, 결정화도가 15%를 초과할 경우에는 도성분의 비등수수축율 10% 이상을 얻기에 매우 어려울 뿐만 아니라 원사자체가 너무 딱딱해져서 원사를 권취하기 어렵다.

여기에 도성분의 비등수축율은 크림프된 직경 5cm의 추출형 복합섬유를 13% 가성소다 수용액상에서 처리 해성분을 추출한 후 얻어진 연속상의 도성분을 하기 식에 의거하여 측정한 값이고, 복합섬유의 비등수수축율은 직경 5cm의 추출형 복합섬유를 하기 식에 의거하여 측정한 값이다.

(여기서, L₀는 0.1g/d의 하중하에서 측정한 시료의 길이이고, L₁은 시료를 정장(定長)으로 100℃ 건열중에서 15분간 처리한 후 다시 100℃ 열수(熱水)중에서 무장력 상태로 5분간 수축시킨 후 L₀와 같은 방법으로 측정한 길이임.)

위와 같은 조건을 만족시키기 위해서는 도성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주쇄로 하고, 제3성분으로서 2,2-비스(4-(2-하이드록시에톡시)페놀)프로판, 2-(4-(2-하이드록시에톡시)프로판, 2-(4-(2-(2-하이드록시에톡시)에톡시)페놀)프로판, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 폴리에틸렌글리콜 등을 단독 혹은 혼합하여 공중합한 폴리에스테르계 수지를 이용하는 방법이 있으나, 가장 효과적인 방법은 주로 방향족 사슬로 구성되고 또한 알카리 용액과 반응성이 극히 작은 거대한 공중합물을 제3성분으로 하는 개질 폴리에스테르를 이용하는 것이다.

도성분에 공중합된 제3성분의 함량은 도성분 전체에 대하여 5~20중량%가 적당한 바, 공중합량이 작을 경우에는 높은 비등수수축율을 얻을 수 없으며, 많을 경우에는 수축율이 과도하게 커져 부직포상태에서 수축율이 과다해지므로 형태유지성이 불량해진다.

제조한 초극세 섬유는 스테이플로 제조되어 커딩하고, 니들펀칭하여 부직포로 제조한 뒤, 열수에서 수축공정을 거치면서 고밀도의 부직포로 전환된다. 이때의 수용성 바인더로서 폴리비닐 알콜이나 카르복실메틸 셀룰로오스 등의 수지를 사용하여 부직포를 가충전시켜 안정화시킨다.

이렇게 형태안정화시킨 부직포를 가지고 사포(Sand Paper)로 표면을 버핑(Buffing)하고, 함침용 폴리우레탄은 디메틸 포름아마이드를 용제로 하고, 계면활성제나 착색안료 등을 첨가하여 만든다.

폴리우레탄이 충전된 함침포를 극세화시켜 유연한 성질을 가지도록 하기 위해서 가성소다 5~20중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키는데 본 발명에서 감량시간은 5~15분이 적당하였고, 가성소다의 양은 5~20중량%가 적당하였다.

이렇게 하여 극세화시킨 시트물을 수세, 건조하고 난 후, 표면을 고르게 정돈하기 위해서 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑할 필요가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예로 인하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도성분으로 폴리에틸렌계 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로 2,2-비스(4-2-히이드록시에톡시)페놀)프로판을 10중량% 함유하는 고유점도 0.65인 공중합 폴리에스테르를 65%로 하고, 해성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로서 디에틸 이소프탈레이트를 5% 공중합한 폴리에스테르를 35%로 하여 2대의 압출기에서 각각 용융한 후, 특수 혼합 방사 구금장치를 이용하여 방사속도 1,000m/분으로 권취 및 연신(연신배율 3.0)한 후, 길이 51mm, 크림프수 12~18인치의 복합섬유 스테이플을 제조하였다.

이렇게 얻어진 스테이플을 카딩하고, 니들펀칭하여 중량 250g/㎡인 부직포를 제조한 후, 95℃의 열수에서 5분간 수축하였다. 이때 부직포 수축율을 측정하고, 폴리비닐 알콜 5% 수용액으로 패딩(padding), 건조한 후, 함침용 폴리우레탄으로 함침하고, 미세기공을 형성시킨 후, 폴리우레탄이 충전된 함침포를 가성소다 10중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키며, 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑하고, 염색 및 후처리공정을 거쳐 최종제품을 제조하였다.

[실시예 2]

도성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로 2,2-디메틸-1,3-프로판디올을 12중량% 함유하는 공중합한 폴리에스테르를 65%로 하고, 해성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로서 디에틸 이소프탈레이트를 5%씩 공중합한 고유점도 0.6인 공중합 폴리에스테르를 35%로 하여 2대의 압출기에서 각각 용융한 후, 특수 혼합 방사 구금장치를 이용하여 방사속도 1,000m/분으로 권취 및 연신(연신배율 3.0)한 후, 길이 51mm, 크림프수 12~18인치의 복합섬유 스테이플을 제조하였다.

이렇게 얻어진 스테이플을 카딩하고, 니들펀칭하여 중량 250g/㎡인 부직포를 제조한 후, 95℃의 열수에서 5분간 수축하였다. 이때 부직포 수축율을 측정하고, 폴리비닐 알콜 5% 수용액으로 패딩(padding), 건조한 후, 함침용 폴리우레탄으로 함침하고, 미세기공을 형성시킨 후, 폴리우레탄이 충전된 함침포를 가성소다 10중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키며, 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑하고, 염색 및 후처리공정을 거쳐 최종제품을 제조하였다.

[실시예 3]

도성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로 2,2-디메틸-1,3-프로판디올을 15중량% 함유하는 공중합한 폴리에스테르를 65중량%로 하고, 해성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로서 2,2-디메틸-1,3-프로판디올과 아디프산을 각각 5% 공중합한 공중합 폴리에스테르를 35중량%로 하여 2대의 압출기에서 각각 용융한 후, 특수 혼합 방사 구금장치를 이용하여 방사속도 1,000m/분으로 권취 및 연신(연신배율 3.0)한 후, 길이 51mm, 크림프수 12~18인치의 복합섬유 스테이플을 제조하였다.

이렇게 얻어진 스테이플을 카딩하고, 니들펀칭하여 중량 250g/㎡인 부직포를 제조한 후, 95℃의 열수에서 5분간 수축하였다. 이때 부직포 수축율을 측정하고, 폴리비닐 알콜 5% 수용액으로 패딩(padding), 건조한 후, 함침용 폴리우레탄으로 함침하고, 미세기공을 형성시킨 후, 폴리우레탄이 충전된 함침포를 가성소다 10중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키며, 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑하고, 염색 및 후처리공정을 거쳐 최종제품을 제조하였다.

[비교예 1]

도성분으로 고유점도가 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 65중량%로 하고, 해성분을 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로서 디에틸 이소프탈레이트를 5% 공중합한 폴리에스테르를 35중량%로 하여 2대의 압출기에서 각각 용융한 후, 특수 혼합 방사 구금장치를 이용하여 방사속도 1,000m/분으로 권취 및 연신(연신배율 3.0)한 후, 길이 51mm, 크림프수 12~18인치의 복합섬유 스테이플을 제조하였다.

이렇게 얻어진 스테이플을 카딩하고, 니들펀칭하여 중량 250g/㎡인 부직포를 제조한 후, 95℃의 열수에서 5분간 수축하였다. 이때 부직포 수축율을 측정하고, 폴리비닐 알콜 5% 수용액으로 패딩(padding), 건조한 후, 함침용 폴리우레탄으로 함침하고, 미세기공을 형성시킨 후, 폴리우레탄이 충전된 함침포를 가성소다 10중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키며, 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑하고, 염색 및 후처리공정을 거쳐 최종제품을 제조하였다.

[비교예 2]

도성분으로 고유점도 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 65중량%로 하고, 해성분으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주체로 하고, 제3성분으로서 2,2-디메틸-1,3-프로판디올과 아디프산을 각각 5%씩 공중합한 폴리에스테르를 35중량%로 하여 2대의 압출기에서 각각 용융한 후, 특수 혼합 방사 구금장치를 이용하여 방사속도 1,000m/분으로 권취 및 연신(연신배율 3.0)한 후, 길이 51mm, 크림프수 12~18인치의 복합섬유 스테이플을 제조하였다.

이렇게 얻어진 스테이플을 카딩하고, 니들펀칭하여 중량 250g/㎡인 부직포를 제조한 후, 95℃의 열수에서 5분간 수축하였다. 이때 부직포 수축율을 측정하고, 폴리비닐 알콜 5% 수용액으로 패딩(padding), 건조한 후, 함침용 폴리우레탄으로 함침하고, 미세기공을 형성시킨 후, 폴리우레탄이 충전된 함침포를 가성소다 10중량%와 침투제들이 첨가된 용액으로 극세화시키며, 사포가 장착된 버핑기로 표면을 살짝 버핑하고, 염색 및 후처리공정을 거쳐 최종제품을 제조하였다.

[표 1]

<참고> S(도) : 도성분의 비등수수축율

Xc(도) : 도성분의 결정화도

S(100) : 해성분의 비등수수축율

[평가 방법]

1) 비등수수축율 : 상기와 같음

2) 결정화도(Xc) :

섬유의 밀도ρ : g/㎤)를 이용하여 다음 식으로 구하다.

(단, ρ_c=1.455g/㎤, ρ_a=1.335g/㎤)

밀도 ρ는 n-헵탄과 사염화탄소를 이용하여 밀도구배관법에 의해 25℃에서 측정.

3) 부직포의 면적수축률은 부직포의 좌, 중, 우지점에서 20cm×20cm 크기의 부직포로 절단한 후, 포의 중간지점에 길이 10cm×10cm의 십자가를 그리고 난 후, 95℃의 열수에서 5분간 처리한 후의 길이 변화율을 평균한 값임.

○ : 수축율이 10% 이상

△ : 수축율이 5~10% 정도

× : 수축율이 5% 미만

4) 라이팅 효과는 5인의 관능검사에 의해서 평가함.

◎ : 매우 좋음

○ : 양호

△ : 미흡

× : 불량

5) 공정성(형태안정성)

○ : 포의 중앙부위와 변부의 형태유지성 양호

△ : 포의 변부의 형태유지성 불량

× : 포의 중앙부위와 변부의 형태유지성 불량

Claims (3)

1. 섬유형성성 성분인 도성분과 이용출성 성분인 해성분으로 구성된 추출형 복합섬유에 있어서, 도성분 및복합섬유의 비등수수축율이 10~50%이고 도성분 결정화도가 15% 이하인 것을 특징으로 하는 추출형 복합섬유.

   (여기서, L₀는 0.1g/d의 하중하에서 측정한 시료의 길이이고, L₁은 시료를 정장(定長)으로100℃ 건열중에서 15분간 처리한 후 다시 100℃ 열수(熱水)중에서 무장력 상태로 5분간 수축시킨 후 L₀와 같은 방법으로 측정한 길이임.)
2. 제1항에 있어서, 도성분은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주성분으로 하고 2,2-비스(4-(2-하이드록시에톡시)페놀)프로판, 2-(4-(2-하이드록시에톡시)페놀)프로판, 2-(4-(2-(2-하이드록시에톡시)에톡시)페놀)프로판, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올 또는 폴리에틸렌글리콜 중 단독 또는 2종 이상이 제3성분으로 공중합된 것을 특징으로 하는 추출형 복합섬유.
3. 제2항에 있어서, 공중합 제3성분이 도성분 전체에 대하여 5~20중량%인 것을 특징으로 하는 추출형복합섬유.