KR100242231B1 - 폴리비닐클로라이드섬유및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 적정량 첨가시킨 혼합물을 노즐 직하부에 건식 또는 습식 가열장치를 부착하여 100∼250℃로 유지된 방사 장치를 이용하여 방사한 후 권취하고, 50∼100℃의 건열을 이용하여 연신하고 120∼180℃의 온도에서 열처리하는 건식방법 또는 85∼100℃의 끓는 물 속에서 연신하고 95∼130℃의 온도에서 건조시킨 후 100∼140℃의 온도에서 열처리하는 습식방법에 의하여 제조된다. 본 발명의 방법에 따라 제조된 폴리비닐클로라이드 섬유는 천연 모발과 같은 촉감을 가지며 단면이 균일하고 물성이 양호한 장점을 가지며 인조 가발을 만드는 원사 또는 고급 완구용 원사로 사용될 수 있다.

Description

폴리비닐클로라이드 섬유 및 그 제조방법
본 발명은 열안정성이 우수하고 저수축률을 가지는 폴리비닐클로라이드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 적정량 첨가한 후 일정 온도 이상으로 유지시켜 권취한 후 이를 연신 및 열처리하여 제조되는 폴리비닐클로라이드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 인조 가발을 만드는 원사 또는 고급 완구용 원사로서 모다크릴 섬유가 사용되었다. 그러나 모다크릴 섬유는 열변형 온도가 높아 가발제조시 여러 모양의 파마머리를 만드는 데 용이하지 않을 뿐만 아니라 불에 타기 쉬운 단점이 있다. 또한 모다크릴 섬유는 용액 방사방법으로 제조되기 때문에 제조장치가 복잡하며 제조비용이 많이 든다는 문제점도 있다.
이에 비하여 폴리비닐클로라이드 섬유는 분자내에 염소기가 함유되어 있기 때문에 자기 소화성이 풍부하고 열변형 온도가 모다크릴 섬유보다 낮기 때문에 가발제조시 열에 의한 변형이 쉬워 여러 가지 모양의 파마머리를 손쉽게 만들 수 있다는 장점이 있다.
이러한 폴리비닐클로라이드 섬유는 녹는점이 분해점과 비슷하기 때문에 용융 방사가 매우 어려우므로 주로 용액 방사방법으로 제조되고 있다. 용액방사방법은 크게 건식 방사방법과 습식 방사방법으로 나뉘어진다. 폴리비닐클로라이드 섬유를 습식 방사방법으로 제조하는 경우 사용되는 용제로는 시클로헥사논, 테트라히드로퓨란, 디메틸포름아미드 등이 있다. 그러나 이러한 용제들은 값이 비싸기 때문에 공업적으로 제조되지 못하고 있는 실정이다.
따라서 건식 방사방법을 이용하기 위하여 비닐클로라이드와 비닐아세테이트를 공중합시켜 값이 싼 아세톤에 용해시키는 방법이나 아세톤-카본디설파이드와 같은 혼합 용제를 사용하는 방법 등이 제안되었다. 그러나 이러한 용액 방사방법으로 제조된 사는 단면이 길이 방향으로 불균일하고 스킨과 코어 부의 미세 구조가 다를 뿐 아니라 용제의 휘발시 미세 구멍이 생겨 물성이 저하되고 촉감이 천연 모발과 같지 않다는 단점이 있다.
따라서 본 발명자는 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 첨가하고 일정 온도 이상으로 유지시켜 권취한 다음 연신 및 열처리하는 용융 방사방법을 이용하여 천연 모발과 같은 촉감을 가지며 단면이 균일하고 물성이 양호한 폴리비닐클로라이드 섬유를 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 천연 모발과 같은 촉감을 가지는 폴리비닐클로라이드 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단면이 균일하고 물성이 양호한 폴리비닐클로라이드 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 열안정성이 높고 저수축률을 가지는 폴리비닐클로라이드 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 용융 방사방법을 이용한 폴리비닐클로라이드 섬유의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적 또는 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 적정량 첨가시킨 혼합물을 노즐 직하부에 건식 또는 습식 가열장치를 부착하여 100∼250℃로 유지된 방사 장치를 이용하여 방사한 후 권취하고, 50∼100℃의 건열을 이용하여 연신하고 120∼180℃의 온도에서 열처리하는 건식방법에 의하거나 또는 85∼100℃의 끓는 물 속에서 연신하고 95∼130℃의 온도에서 건조시킨 후 100∼140℃의 온도에서 열처리하는 습식방법에 의하여 제조된다.
본 발명은 인조 가발이나 고급 완구용 원사로 사용되는 폴리비닐클로라이드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 적정량 첨가하고 방사직후의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시켜 권취한 후 연신 및 열처리하는 용융 방사방법에 의하여 제조된다.
폴리비닐클로라이드 수지는 분해 온도와 용융 온도가 거의 비슷하기 때문에 용융 방사하기 위해서는 열안정제를 반드시 첨가하여야 한다. 본 발명에서 열안정제로는 황 함유 유기 주석 화합물, 유기 주석계 화합물 또는 이들의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
황 함유 유기 주석 화합물은 하기 화학식 1로 나타내어진다:
상기 화학식 1에서 R1은 CH3-, n-C4H9-, n-C8H17- 또는 n-C12H25- 이고 R2는 -CH2-CO-O-알킬, -CH2-CH2-CO-O-알킬 또는 -CH2-CH2-O-CO-알킬이다.
유기 주석계 화합물은 하기 구조식(Ⅱ)로 나타내어진다:
상기 화학식 2에서 R1은 n-C4H9- 또는 n-C8H17-이며 R2는 -알킬 또는-CH=CH-CO-O-알킬이다.
상기 황 함유 유기 주석 화합물과 유기 주석계 화합물이외에도 폴리비닐클로라이드의 사출시 사용되는 일반적인 열안정제가 추가로 사용될 수 있다. 이러한 열안정제로는 바륨/카드뮴계, 바륨/아연계, 칼슘/아연계, 납계, 비금속계 열안정제 등이 있다. 또한 안정성을 향상시키기 위하여 공안정제도 첨가시킬 수 있다.
상기 열안정제는 폴리비닐클로라이드 수지 100 중량부에 대하여 2∼6 중량부의 양으로 사용된다. 황 함유 유기 주석 화합물의 경우에는 1∼5 중량부의 양으로 사용되며 유기 주석계 화합물의 경우에는 2∼6 중량부의 양으로 사용된다. 열안정제의 사용량이 2 중량부보다 적을 때에는 방사시 열분해가 심하여 절사가 일어날 뿐 아니라 시간이 경과하면 권취가 불가능하며 6 중량부를 초과하는 경우에는 방사 및 연신 공정성이 불량해지며 열수축률이 증가하는 단점이 있다.
폴리비닐클로라이드 섬유에는 가소제를 넣지 않기 때문에 유동성이 불량하여 섬유 형성능이 부족하기 때문에 활제를 첨가하여야 한다. 활제는 내부 활제와 외부 활제를 동시에 첨가하여야 하는데, 내부 활제로서는 탄소수 14∼18개의 고급 지방산, 탄소수 14∼18개의 알코올 또는 탄소수 26∼32개의 몬탄산이 사용될 수 있으며 외부 활제로서는 파라핀, 폴리에틸렌 또는 몬탄산 등이 사용될 수 있다.
상기 활제는 폴리비닐클로라이드 수지 100 중량부에 대하여 1∼4 중량부의 양으로 사용된다. 활제의 사용량이 4 중량부를 초과하는 경우에는 용융물이 노즐에서 미끄러져나와 권취된 사의 불균제도가 커지고 1 중량부보다 적을 때에는 섬유 형성능이 저하되어 권취가 불가능하다.
본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 폴리비닐클로라이드 수지에 열안정제와 활제를 상기 기재된 양으로 첨가시킨 혼합물을 방사하여 권취한 후 연신하고 열처리하여 제조된다.
일반적으로 합성 섬유의 방사시에는 결정화도를 낮추어 연신이 용이하게 하기 위해서 방사 노즐 직하에서 사를 급냉시켜 준다. 본 발명에서는 경질 폴리비닐클로라이드를 방사하기 때문에 용융 후 유동성이 매우 불량하여 일반적인 방사 장치로서는 권취가 불가능하다. 본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유를 권취하기 위하여 노즐 직하부에 가열 장치를 부착하여 온도를 100℃∼250℃로 유지시켜 주어야 한다. 가열 장치로서는 원통형 히터가 바람직하며 보다 원활한 권취를 위해서는 가열된 수증기를 이용하거나 열수를 이용하여도 좋다. 본 발명에 사용될 수 있는 방사 노즐로서는 원형 뿐 아니라 Y형, 삼각형, 중공형, 별표형 등 어떠한 형태도 가능하며 이러한 단면의 형태에 따라서 가발의 촉감, 광택, 엉킴성, 빗질성 등이 달라진다.
상기 방사장치를 통하여 방사하여 권취된 미연신 폴리비닐클로라이드 섬유는 강도가 낮고 신도가 높기 때문에 연신이 필요하다. 본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 습식 방법 또는 건식 방법에 의하여 연신을 행할 수 있다. 습식 방법은 끓는 물 속에서 연신을 행하는 것이며 연신 후 물을 건조하기 위해서 건조기를 통과한 후 열처리기를 통과시킨다. 건식 방법은 건열을 이용하여 연신한 후 건조 과정을 거치지 않고 바로 열처리하는 것이다. 상기 습식 및 건식 방법 뿐 아니라 수증기를 이용한 연신도 가능하다.
습식 방법을 이용하는 경우에는 85∼100℃의 연신 온도, 95∼130℃의 건조 온도, 100∼140℃의 열처리 온도가 적당하다. 건식 방법을 이용하는 경우에는 50∼100℃의 연신 온도, 열처리 온도는 120℃-180℃가 적당하다. 연신 온도가 너무 낮으면 연신이 용이하지 않아 부분적으로 단사가 일어나며 너무 높아도 공정성이 불량해진다. 열처리 온도는 연신사의 열 수축률과 직접적인 관계가 있으며 열처리 온도가 너무 낮으면 수축률이 너무 높아지고 열처리 온도가 너무 높으면 열분해가 일어나 단사가 많아진다.
본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유의 용융 방사 제조방법은 모든 비닐클로라이드계 섬유에 적용될 수 있으며, 폴리비닐리덴클로라이드, 염소화 폴리비닐클로라이드, 비닐클로라이드-비닐아세테이트 공중합체 및 이들 화합물의 혼합물에 적용될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재될 뿐이며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
중합도 980의 폴리비닐클로라이드 분말 92kg에 황 함유 유기 주석계 열안정제 2.76kg, 유기 주석계 열안정제 3.68kg, 고급 지방산 1.38kg, 몬탄산 0.92kg 및 TiO210g을 수퍼 믹서에 넣고 60℃에서 10분간 혼합시켰다. 이것을 60mm 방사기에 넣고 방사 온도 180℃에서 Y형 노즐을 이용하여 방사한 후 200m/min의 속도로 권취하였다. 이때 노즐 직하부에 원통형 가열장치를 설치하여 가열장치 내의 분위기를 130℃로 유지시켜 주었다. 얻어진 미연신 사를 박스형 히터에서 75℃에서 2.3배로 연신한 후 열처리기를 통과시켜 150℃에서 열처리하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 비율로 열안정제와 활제를 혼합한 폴리비닐클로라이드를 동일한 방사기에서 방사하였다. 노즐 직하부에 스팀 박스를 설치하여 박스내의 온도를 140℃로 유지시켜 주면서 270m/min의 속도로 권취하였다. 얻어진 미연신사를 실시예 1과 동일한 연신기에서 1.8배로 연신하였다.
실시예 3
중합도 980의 폴리비닐클로라이드 70kg, 염소화 폴리비닐클로라이드 22kg에 바륨/카드뮴계 열안정제 2.3kg, 유기 주석계 열안정제 1.38kg, 고급 지방산 1.38kg, 몬탄산 0.92kg 및 TiO210g을 수퍼 믹서에 넣고 60℃에서 10분간 혼합시켰다. 이것을 60mm 방사기에 넣고 방사 온도 200℃에서 별표형 노즐을 사용하여 방사한 후 180m/min의 속도로 권취하였다. 이때 노즐 직하부에 원통형 가열장치를 설치하여 가열장치 내의 분위기를 130℃로 유지시켜 주었다. 얻어진 미연신 사를 끓는 물 속에서 2.5배로 연신한 후 건조기에서 110℃에서 연신시킨 다음 열처리기를 통과시켜 160℃에서 열처리하였다.
비교실시예 1
실시예 1과 동일한 폴리비닐클로라이드 혼합물을 가열장치의 히터를 끈 상태에서 방사하였다. 방류되는 사를 권취하려고 시도하였으나 절사가 일어나 권취에 실패하였다.
물성평가
상기 실시예 1∼3과 비교실시예 1에 따라 제조된 사에 대하여 데니어, 강도, 신도 및 열수축률을 측정하고 단면형태를 관찰하였다. 그 결과는 표 1에 나타나 있다.
실시예 비교실시예
1 2 3 1
방사공정성 양호 양호 양호 권취불가
데니어(De) 51.2 50.3 50.5 -
강도(g/De) 2.73 3.12 2.85 -
신도(%) 28.6 25.7 29.3 -
열수축률(100℃, %) 3.4 2.6 2.2 -
단면형태 Y형 Y형 별표형 Y형
본 발명의 용융 방사 방법에 의하여 제조된 폴리비닐클로라이드 섬유는 용액 방사 방법에 의하여 제조된 섬유보다 촉감이 좋고 단면이 균일하고 물성이 양호하다. 또한 본 발명의 폴리비닐클로라이드 섬유는 열안정성이 높고 저수축률을 나타내는 발명의 효과를 가진다. 이러한 폴리비닐클로라이드 섬유는 촉감이 사람의 머리카락이나 동물 털과 비슷하기 때문에 인조 가발을 만드는 원사로 사용되거나 고급 완구용 원사로 사용될 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시할 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 폴리비닐클로라이드 100 중량부에 대하여 열안정제 2∼6 중량부 및 활제의 혼합물 1∼4 중량부를 첨가하고;
    상기 혼합물을 노즐 직하부에 건식 또는 습식 가열장치를 부착하여 100∼250℃로 유지된 방사 장치를 이용하여 방사한 후 권취하고; 그리고
    상기 권취된 섬유를 50∼100℃의 건열을 이용하여 연신하고 120∼180℃의 온도에서 열처리하거나 또는 85∼100℃의 끓는 물 속에서 연신하고 95∼130℃의 온도에서 건조시킨 후 100∼140℃의 온도에서 열처리하는;
    것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드 섬유의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열안정제는 하기 구조식(Ⅰ)로 나타내어지는 황 함유 유기 주석 화합물, 하기 구조식(Ⅱ)로 나타내어지는 유기주석계 화합물, 이들의 혼합물 및 바륨/카드뮴계, 바륨/아연계, 칼슘/아연계, 납계 및 비금속계 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드 섬유의 제조방법:
    화학식 1
    상기 화학식 1에서 R1은 CH3-, n-C4H9-, n-C8H17- 또는 n-C12H25- 이고 R2는 -CH2-CO-O-알킬, -CH2-CH2-CO-O-알킬 또는 -CH2-CH2-O-CO-알킬임;
    화학식 2
    상기 화학식 2에서 R1은 n-C4H9- 또는 n-C8H17-이며 R2는 -알킬 또는-CH=CH-CO-O-알킬임.
  3. 제1항에 있어서, 상기 활제는 내부 활제와 외부 활제를 동시에 첨가하고, 상기 내부 활제는 탄소수 14∼18개의 고급 지방산, 탄소수 14∼18개의 알코올 또는 탄소수 26∼32개의 몬탄산이고 상기 외부 활제는 파라핀, 폴리에틸렌 또는 몬탄산인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드 섬유의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드 섬유.
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