KR100249624B1

KR100249624B1 - 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유의 제조방법과 그 섬유

Info

Publication number: KR100249624B1
Application number: KR1019980016372A
Authority: KR
Inventors: 손태원; 임상규; 박준호
Original assignee: 손태원
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2000-04-01
Also published as: KR19990084536A

Abstract

본 발명은 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌섬유의 제조방법과 그 섬유에 관한 것으로서, 중량 평균 분자량이 10000∼1000000사이인 폴리프로필렌 100부에 중량비로 극성 고분자 1∼10부, 및 첨가물질 0.1∼5부를 용융상태에서 균일하게 분산 혼합하여 폴리프로필렌 조성물 칩을 얻고, 상기 폴리프로필렌 조성물 칩을 방사기에 투입, 용융 방사하여 폴리프로필렌섬유를 제조하므로서 제조된 섬유가 분산염료에 쉽게 염착되게 하여 의류 등 다용도로 사용할 수 있게 한 것이다.

Description

분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유의 제조방법과 그 섬유

본 발명은 폴리프로필렌을 주성분으로 하되 여기에 극성고분자 물질을 혼합하여서 폴리프로펠렌 수지 조성물칩을 얻고, 상기 칩을 용융방사하여 폴리프로필렌 섬유를 제조하므로서, 제조된 섬유가 분산염료에 염색친화력이 탁월하도록 한 기능성 폴리프로필렌 섬유의 제조방법 및 그 섬유에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비극성이고 고 결정성인 폴리프로필렌에, 극성을 띄고 비결정성 또는 결정성이 낮은 고분자 물질과, 섬유의 특성을 보완하는 첨가 물질을 혼합하여 이들 물질을 폴리프로필렌의 비결정 영역에 분산염료에 염색이 가능한 신규의 폴리프로필렌 섬유를 제공하고자 하는 것이다.

폴리프로필렌은 구조식（1）과 같은 고분자로서 플라스틱, 필름, 섬유 등 일상적으로 활용되는 제품의 원료로 사용하기에 우수한 가공성, 물성 및 기계적 성질을 갖고 있으나, 이에 반하여 폴리프로필렌은 극성기를 갖고 있지 않고, 상대적으로 큰 결정성을 갖고 있어서 염색성, 흡착성, 친화성 등 화학적 기능이 크게 떨어지는 성질을 나타내고 있다. 특히 폴리프로필렌은 섬유 제품을 제조한 후 염색을 통하여 색상을 부여하는 것이 불가능하기 때문에 의복 등 인간생활과 밀접한 제품의 원료로 사용하는 데는 극히 제한을 받고 있다.

또한 폴리프로필렌에 고분자 물질을 혼합한 예로서 미합중국 특허 제4410482호 및 미합중국 특허 제4444817호에 폴리프로필렌과 폴리아미드를 혼합한 경우, 유럽특허출원 제417912 A2호에 폴리프로필렌과 폴리카보네이트를 혼합한 경우, 미합중국 특허 제4395517호에 폴리프로필렌과 폴리에스테르를 혼합한 경우 등 극성 고분자 물질을 폴리프로필렌에 혼합한 것들이 있었으나 이들은 모두 섬유이 가공성, 기계적 성질 등 물리적 특성을 향상시키는 것만 가능할 뿐 염색성 등 화학적 성질을 향상시키는 것은 불가능한 것이었다. 그 이유는 염색성 등 화학적 성질은 폴리프로필렌의 비결정 영역에서 나타나는 특성으로서 비결정영역의 획기적인 변화를 주지 않고는 염색성의 부여는 기대할 수 없기 때문이다.

폴리프로필렌에 색상을 부여하기 위해서는 영국특허출원제2242390호와 같이 폴리프로필렌 용융체에 입자상의 색소를 첨가하여 혼합시키는 것이 통상적인 방법이었다.

본 발명은 다양한 색상을 요구하는 일상생활 제품의 생산을 위하여 폴리프로필렌에 염색성, 흡착성, 친화성 등 화학적 기능을 주는 고분자 물질을 선별하고 이를 폴리프로필렌에 혼합하여 섬유를 제조하므로서 통하여 다양한 색상을 부여할 수 있는 기능성 폴리프로필렌 섬유를 제공하는 것이다.

다시 말하면 본 발명에서는 극성기를 가지면서도 결정을 형성하지 않거나 결정성이 낮은 고분자 물질을 선정하고, 이를 폴리프로필렌의 비결정 영역에 균일하게 분산 혼입시켜서 폴리프로필렌의 비결정 영역을 획기적으로 변화시키는 것과 동시에 폴리프로필렌 고유의 물리적 기계적 성질을 유지 향상시키는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하고, 이로부터 용융방사를 통하여 섬유를 제조케 하므로서 분산 염료에 염색되는 신규의 폴리프로필렌 섬유를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 폴리프로필렌 100부에 중량비로 극성 고분자 1 내지 10부 및 첨가 물질 0.1 내지 5부가 균일하게 분산혼합된 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하고, 이 폴리프로필렌 수지 조성물을 사용하여 용융방사 과정을 거쳐서 섬유를 제조케하므로서 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유를 얻는다.

본 발명의 폴리프로필렌은 아이소탁틱형으로서 중량 평균 분자량이 10,000 내지 1,000,000인 것이며 ASTM D1238 시험법에 의한 용융수지가 1 내지 100g/10분인 것이다. 또한 극성 고분자를 4,4′- 이소프로필리덴디페놀과 이피클로로히드린을 당량비로 반응시켜서 선형고분자로 제조한 폴리히드록시에테르로서

구조식（2）와 같은 분자구조를 갖는 중량평균 분자량이 1,000 내지 50,000사이인 것이며, 또한 극성고분자로서 에폭시수지 또는 노보락형 페놀-포름알데히드수지 및 이들 혼합물을 사용할 수 있다. 에폭시 수지는 방향족 디올과 과량의 이프클로로히드린을 반응시켜서 저분자량의 올리고머를 제조한 것으로서 중합도가 1 내지 5인 것이다. 여기서 방향족 디올로서는 4,4′-이스프로필리덴디페놀, 레조시놀, 히드로퀴논 4,4′-디히드록시디페닐, 4,4′-메틸렌디페놀, 4,4′-디히드록시디페닐이테르, 4,4′-디히드록시디페닐술폰, 4,4′-디히드록시디페닐설파이드 등이 사용가능하며 그 중에서 4,4′-이소프로릴덴디페놀 및 레졸시놀을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 노보락형 페놀-포름알데히드 수지는 페놀과 포름알데히드를 산성촉매 하에서 반응시켜서 저분자량의 올리고머를 제조한 것으로서 연화점이 50℃ 내지 150℃사이로 나타나는 것이다.

또한, 극성고분자는 구조식（3）과 같은 에틸렌비닐아세테이트 공중합물로서 비닐아세테이트 함량이 몰비로 10% 내지 50%사이이고, 용융지수가 1.0g/10분 내지 400g/10분 사이인 것이다. 또한 첨가물질은 폴리프로필렌의 물리적, 열적, 광학적 안정성 및 화학적 기능성을 부여하기 위하여 첨가되는 물질로서는 열안정제, 광안정제, 자외선 안정제, 방염제, 유연제, 습윤제, 혼화제, 가소제, 대전방지체 등이 사용될 수 있다. 이들 첨가물질은 폴리프로필렌의 고유한 단점을 보완하기 위한 것으로서 일반적으로 널리 사용되고 있는 상품 중 선택하여 사용가능하다.

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 용융혼합기를 사용하여 100부의 폴리프로필렌과 중량비로 1부 내지 10부의 극성고분자와 0.1부 내지 5부의 첨가물질을 첨가하여 180℃ 내지 240℃ 사이의 용융상태에서 완전한 혼합용융체가 될 때까지 혼합하여 제조한다. 여기서 혼합기로서는 시그마믹서, 브라밴더, 싱글스크류 압축 혼합기, 트윈스크류 압출혼합기, 컴파운더 등이 사용가능하며 기계적 혼합을 보다 효과적으로 수행하기 위해서는 컴파운더 및 트윈스크류 압축혼합기가 바람직하다.

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 파단면을 전자현미경우로 조사할 때 <제1도>에서 나타나는 것과 같이 폴리프로필렌과 극성고분자 물질이 균일하게 잘 혼합된 파단면 형태를 보이고 있으며, 상분리에 의한 불균일 상이 나타나지 않는다.

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 용융온도가 160℃ 내지 180℃ 사이이고 결정화온도가 100℃ 내지 150℃ 사이에 있고 극성고분자 및 첨가물질이 폴리프로필렌의 비결정영역에 균일하게 분산되어 있어서 상분리현상이 뚜렷하게 나타나지 않는 것이며, 평판 시료로 표면의 물방울 접촉각을 측정하면 순수 폴리프로필렌에 비하여 접촉각이 1도 내지 30도 낮아지는 것이다.

본 발명의 폴리프로필렌 섬유는 폴리프로필렌 수지 조성물을 방사구멍 지름 0.1mm 내지 1mm사이인 방사구를 갖는 용융방사장치에 투입하여 방사온도 180℃ 내지 240℃사이에서 방사속도 500m/분 내지 6,000m/분으로 방사한 후 20℃ 내지 150℃사이에서 2배 내지 6배 연신하여 제조한다.

본 발명의 폴리프로필렌 섬유는 밀도가 0.9g/㎠ 내지 1.0g/㎠사이인 것이며, 단사 굵기가 0.5 데니어 내지 50 데니어 사이이고, 강도가 2g/데니어 내지 10g/데니어, 탄성율이 10g/데니어 내지 100g/데니어 및 신도가 5% 내지 50%인 것으로서 탄성회복율이 80% 내지 99%인 것이다. X-선 회절에 의한 결정화도가 35% 내지 65%사이이고 결정배향도가 75% 내지 99%사이이며 혼합한 극성고분자에 의해 형성된 결정의 회절피크가 나타나지 않는다.

본 발명의 기능성 폴리프로필렌 섬유는 종래의 섬유에 비하여 분산염료의 흡착량이 획기적으로 증가하는 특징을 갖고 있다. 종래의 폴리프로필렌 섬유는 분산 염료로 염색하였을 경우 염착량이 최고 1.0×10^-4몰/g미만에 불과하나 본 발명의 섬유는 염착량이 적어도 2.0×10^-4몰/g이상 10×10^-4몰/g이하이다.

제2도에 나타난 본 발명의 폴리프로필렌 섬유의 염색성을 조사하기 위하여 각각 0.2g씩 1욕에서 3가지 종류의 분산염료(C.I. Disperse Red 60, C.I. Disperse Yellow 42, C.I. Disperse Blue 165)fh 1% o.w.f로 분산제(CIE 111)를 첨가하여, 고온고압염색기(Mathis Labomat Beaker Dyer Type BFA-8/16, Werner Mathis AGCO사)로 염색을 하였다. 피염료물의 염료흡착 정도를 알기 위하여 각 염료의 감량곡선을 얻은 후 피염물을 피리딘으로 추출하여 스펙트로포토미터(Spectronic Genesys 5, Milton Roy사)로 흡광도를 측정하여 염색성을 조사하였다. 염색조건은 고온고압 염색기 내에서 피염물과 염료 및 조제를 투입시키고 50℃에서부터 승온속도 2.7℃/분으로 130℃까지 승온시키고 130℃에서 40분 동안 유지시킨 후 강온속도 3℃/분으로 85℃까지 강온시켜서 피염물을 회수하였다. 염색한 후 피염물은 80℃에서 20분간 NaOH 1g/ℓ , Na2SO4 1g/ℓ 및 비이온성 세제 1g/ℓ 를 첨가하여 환원, 세정하였다.

본 발명의 폴리프로필렌 섬유를 염색하기 위한 분산염료로서는 C.I. Disperse Red 60, Blue 60, Violet 26, Red 92, Blue 165 등의 안드라퀴논계 분산 염료, C.I Disperse Red 184, Red 343, Blue 79, Blue 367, Orange 73, Red 371, 등 아조계 분산염료 C.I Disperse Red 54, Red 50, Red 73, Blue 183, Yellow 235, Red 202 등 모노 아조계 분산염료, C.I. Disperse Yellow 42, 등 니트로계 분산염료 C.I.Disperse Yellow 54 등의 퀴놀린계 분산염료 및 C.I.Disperse Blue 354 등의 메틴계 분산염료를 비롯하여 모든 분산염료가 사용가능하다.

제조된 폴리프로필렌 수지 조성물의 친수성 변화를 조사하기 위하여 접촉각측정기（ERMA contact angle meter G40, ERMA사）를 사용하여, 브리스 접촉각 측정방법에 따라 시료 위에 10회씩 측정하고 측정값의 변화를 비교하였다.

사염화탄소（CCl4）와 n-heptane의 혼합용액을 사용하여 25℃에서 부침법으로 기능성 폴리프로필렌 섬유의 밀도를 측정하였으며, 시료 표면의 기포를 완전히 제거하기 위하여 혼합용액에 시료를 담근 후 감압상태에서 시료 표면에 기포가 잔류해 있는 것을 제거하였다.

제1도 폴리프로필렌 93부에 중량비로 에틸렌비닐아세테이트 공중합물을 7부 혼합한 폴리프로필렌 수지조성물 파단면의 전자현미경 사진.

제2도 본 발명의 기능성 폴리프로필렌 섬유의 염착성을 표시한 그래프.

이하 본 발명의 실시예를 설명하면 아래와 같으며 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 제한된 경우들을 예시한 것으로 본 발명의 범위가 이에 국한된 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리프로필렌（MI=25）4,65.kg과 에틸렌비닐아세테이트 공중합체（비닐아세테이트 함량 28%）0.35kg을 트윈스크류 컴파운더（Warner ＆Pfleiderer, Type ZSK 25）에 투입하고, 온도 180℃ 내지 210℃에서 스크류속도 250rpm, 토출량 15kg/h로 혼합하여 기능성 폴리프로필렌 수지조성물을 칩으로 만들었다.

상기에서 얻어진 폴리프로필렌 수지조성물 칩을 방사구멍의 직경이 0.5mm이고, 방사구멍 수가 60홀인 방사구금이 장착된 용융방사기（한국 Spin-draw M/C）에 투입한 다음 방사온도 220℃에서 토출량 19g/분, 건취속도 1450m/분으로 방사한 후, 연신온도 95∼100℃에서 연신비 3.8로 연신하여 섬유를 제조하였다. 이 섬유의 물성은 단사굵기 2.3데니어, 강도 3.7g/데니어, 탄성율 20.5g/데니어, 신도 28.7% 및 밀도 0.91g/㎤이었으며, 분산염료에 대한 흡착량이 5.2×10^-4몰/g 내지 7.0×10^-4몰/g이었다.

[실시예 2]

폴리프로필렌（MI=25）4.75kg과 폴리히드록시에테르 0.25kg을 트윈스크류컴파운더（Warner ＆ Pfleiderer, Type ZSK 25）에 투입하고, 온도 180℃ 내지 210℃에서 스크류속도 250rpm, 토출량 15kg/h로 혼합하여 기능성 폴리프로필렌 수지조성물을 칩으로 만들었다. 상기에서 얻어진 폴리프로필렌 수지 조서울 칩을 방사구멍의 직경이 0.5㎜이고, 방사구멍 수가 60홀인 방사구금이 장착된 용융방사기（한국 Spin-draw M/C）에 투입한 다음, 방사온도 220℃에서 토출량 19g/분, 권취속도 920m/분으로 방사한 후, 연신온도 95∼100℃에서 연신비 3.2로 연신하여 섬유를 제조하였다. 이 섬유의 물성은 단사굵기 3.1데니어, 강도3.2g/데니어, 탄성율19.6g/데니어, 신도 30.2% 및 밀도 0.91g/㎤이었으며, 분산염료에 대한 흡착량이 5.2×10^-4몰/g 내 7.0×10^-4몰/g이었다.

[실시예 3]

폴리프로필렌（MI=25）4.8kg과 페놀-포름알데히드 수지 0.2kg을 트윈스크류 컴파운더（Warner ＆ Pfleiderer, Type ZSK 25）에 투입하고, 온도 180℃ 내지 210℃에서 스크류속도 250rpm, 토출량 15kg/h로 혼합하여 기능성 폴리프로필렌 수지조성물을 칩으로 만들었다.

상기에서 얻어진 폴리프로필렌 수지 조성물 칩을 방사구멍의 직경이 0.5㎜이고, 방사구멍 수가 60홀인 방사구금이 장착된 용융방사기（한국 Spin-Draw M/C）에 투입한 다음, 방사온도 220℃에서 토출량 19g/분, 권취속도 610m/분으로 방사한후, 연신온도 80℃에서 연신비 3.5로 연신하여 섬유를 재조하였다. 이 섬유의 물성은 단사굵기 3.3 데니어, 강도 2.8g/데니어, 탄성율 21.0g/데니어, 신도 25.6% 및 밀도 0.90g/㎤이었으며, 분산염료에 대한 흡착량이 2.1×10^-4몰/g 내지 3.6×10^-4몰/g이었다.

[실시예 4]

폴리프로필렌（MI=25）4.8kg과 에폭시 수지 0.2kg을 트윈스크류 컴파운더（Warner ＆Pfleiderer, Type ZSK 25）에 투입하고, 온도 180℃ 내지 210℃에서 스크류속도 250rpm, 토출량 15kg/h로 혼합하여 기능성 폴리프포필렌 수지 조성물을 칩으로 만들었다.

상기에서 얻어진 폴리프로필렌수지 조성물 칩을 방사구멍의 직경이 0.5㎜이고, 방사구멍 수가 60홀인 방사구금이 장착된 용융방사기（한국 Spin-draw M/C）에 투입한 다음, 방사온도 220℃에서 토출량19g/분, 권취속도 650m/분으로 방사한 후 연신온도 80℃에서 연신비 2.8로 연신하여 섬유를 제조하였다. 이 섬유의 물성은 단사굵기 4.1 데니어, 강도 2.7g/데니어, 탄성율 21.3g/데니어, 신도 26.0% 및 밀도 0.90g/㎤이었으며, 분산염료에 대한 흡착량이 2.6×10^-4몰/g이었다.

[실시예 5]

폴리프로필렌（MI=25）4.75kg과 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 0.25kg을 트윈스크류 컴파운더（Warner ＆ Pfleiderer, Type ZSK 25）에 투입하고, 온도 180℃ 내지 210℃에서 스크류속도 250rpm, 토출량 15kg/h로 혼합하여 기능성 폴리프로필렌 수지 조성물을 칩으로 만들었다.

상기에서 얻어진 폴리프로필렌수지 조성물 칩을 방사구멍의 직경이 0.5㎜이고, 방사구멍 수가 60홀인 방사구금이 장착된 용융방사기（한국 Spin-draw M/C）에 투입한 다음, 방사온도 220℃에서 토출량19g/분, 권취속도 1450m/분으로 방사한 후 연신온도 95∼100℃에서 연신비 3.6으로 연신하여 섬유를 제조하였다. 이 섬유의 물성은 단사굵기 1.8 데니어, 강도 3.6g/데니어, 탄성율 24.5g/데니어, 신도 25.2% 및 밀도 0.91g/㎤이었으며, 분산염료에 대한 흡착량이 3.0×10^-4몰/g 내지 6.0×10^-4몰/g이었다.

따라서 본 발명은 다양한 색상을 요구하는 일상생활 제품의 생산을 위하여 폴리폴로필렌에 염색성, 흡착성, 친화성, 등 화학적 기능을 주는 고분자물질을 선별하고, 이를 폴리프로필렌에 혼합하여 폴리프로필렌수지 조성물 칩을 얻고 상기 칩을 이용, 용융 방사하여 염색성과 흡착성이 우수한 폴리프로필렌 섬유를 제공받아 의류뿐만 아니라, 다양도로 폭넓게 사용할 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims

중량 평균 분자량이 10,000∼1,000,000 사이인 폴리프로필렌 100부에 중량비로 극성고분자 1∼10부 및 첨가물질 0.1∼5부를 용융상태에서 균일하게 분산 혼합하여 폴리프로필렌 수지 조서울 칩을 얻고, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물 칩을 방사기에 투입, 용융 방사하여 제조하는 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유의 제조방법.
중량 평균 분자량이 10,000∼1,000,000사이인 폴리프로필렌 100부에 중량비로 극성 고분자 1∼10부 및 첨가물질 0.1∼5부를 용융상태에서 균일하게 분산 혼합하여 폴리프로필렌 수지 조성물 칩을 얻고, 상기 칩을 방사기에 투입하여, 밀도 0.9∼1g/㎤, 굵기 0.5∼50데니어, 강도 2∼10g/데니어, 탄성율 10∼100g/d 및 신도 5∼50%이고 염착량 2.0×10^-4몰/g의 조건으로 용융방사되게 하여서 된 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유.
제 2 항에 있어서, 극성고분자를 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합물로서 비닐 아세테이트 함량이 10∼50%이고, 용융지수가 1.0∼400g/10분 사이인 것과 4.4′-이 소프로필리덴페놀과 이피클로로히드린을 당량비로 반응시켜서 선형고분자로 제조한 폴리히드록시에테르로서 중량 평균 분자량이 1,000∼5,000사이인 것과, 에폭시 수지로서 중합도가 1∼10 사이인 것 또는 노보락형 페놀-포름알데히드 수지로서 연화점이 50∼150℃ 사이인 것을 특징으로 하는 분산염료에 염색되는 기능성 폴리프로필렌 섬유.