KR100422478B1 - 일라이트 함유 폴리에스테르 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화제2철 함량이 0.7 ~ 4%인 단사정계 운모족 천연광물인 일라이트를 정제하여 산화제2철 함량을 0.5중량% 이하로 감소시킨 정제 일라이트를 함유하는 폴리에스테르 섬유에 관한 것으로서, 본 폴리에스테르는 일라이트 유용한 특성인 원적외선 방출성, 항균성, 축열성 및 탈취성의 장점을 갖는 동시에, 폴리에스테르의 오염이 개선되어 향상된 염색성을 가지므로, 그 용도 및 응용 분야를 크게 확장할 수 있다.

Description

일라이트 함유 폴리에스테르 섬유 {Polyester fiber containing illite}

본 발명은 폴리에스테르 섬유에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 일라이트를 함유하는 폴리에스테르 섬유에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유는 여러가지 우수한 물성 및 장점을 갖기 때문에, 의류, 산업자재 및 의료용품 등의 다양한 제품에 사용되고 있는 대표적인 합성섬유 중의 하나이다. 더욱이, 근래에는 폴리에스테르가 갖는 단점을 없애고 새로운 장점을 부각시키려는 노력의 일환으로, 폴리에스테르 합성물의 기존 성분을 다른 특수성분으로 변경하고 개질 한다든지, 특수한 첨가제를 첨가한다든지 하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 그 중에서도, 최근에는 폴리에스테르에 천연의 특수한 광석을 첨가함으로써, 그 광석이 갖는 장점을 폴리에스테르 섬유에 부여하려는 시도들이 이루어지고 있다.

폴리에스테르에 광석을 첨가하여 그 기능성을 향상시키기 위한 시도로서 운모, 각섬석, 백반석, 황토 등을 이용하는 방법들이 제안된 바 있다. 이 중에서도 일라이트라고 하는 운모족 광석은 그 성능이 가장 우수한 것으로 알려져 있다.

일라이트는 단사정계에 속하는 미세한 운모족 천연광물로서, 화학 조성은 (K, H₃O)(Al, Mg, Fe)₂(Si, Al)_4O10[(OH)₂, (H₂O)]로서, 매우 복잡하다. 주된 성분은 규석(SiO₂) 45~80%, 알루미나(Al₂O₃) 20~40%, 산화칼륨(K₂O) 5~15%, 산화제2철(Fe₂O₃) 0.7~4% 이고 굳기는 1~2, 비중은 2.6~2.9이며 흙과 같은 토상 광택이 있다. 일라이트는 원적외선의 방출, 항균성, 축열성 및 탈취성 등이 매우 우수한 장점을 갖기 때문에 건강에 유익한 광석으로 알려져 있다. 그러나, 일라이트는 상기한 바와 같은 장점이 있는 것이지만, 갈색 혹은 진한 고동색의 고유한 황토빛을 가짐으로써 이를 폴리에스테르에 함유시키게 되면 폴리에스테르 역시 황색으로 오염되는 문제를 일으킨다. 이처럼 폴리에스테르가 오염되면, 이를 이용해 만들어 지는 섬유 역시 오염된 색깔을 갖게 되기 때문에, 이 섬유를 이용한 의류 및 원면은 그 용도가, 색상을 무시할 수 있는 분야로 상당이 제한되어, 섬유로서의 가치가 현저히 떨어질 뿐만 아니라, 그 용도 전개 측면에서도 치명적인 단점을 안게 된다.

따라서 본 발명은 통상의 일라이트를 폴리에스테르에 첨가할 때 발생하는 오염의 문제 및 이에 따른 염색문제를 해결하고자 한 것이다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명자의 연구에서 천연의 일라이트가 갖는 황토빛 색깔은 옅은 갈색에서부터 진한 고동색에 이르는데, 이러한 색 변화는 일라이트내에 함유된 산화제이철(Fe₂O₃)에 기인한다는 것을 밝혀내고, 천연의 일라이트에서 철 성분의 함량을 일정 수준 이하로 줄여 사용한 바 일라이트의 유색성으로 인한 폴리에스테르 오염의 문제를 해결할 수 있음을 알게 되었다.

그러므로, 본 발명에 의하면 산화제2철(Fe₂O₃)이 포함된 일라이트를 함유하는 폴리에스테르 섬유에 있어서, 산화제2철 함량이 0.5중량% 이하가 되게 정제한 일라이트를 폴리에스테르 전체 중량의 0.3∼10% 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유가 제공된다.

또한 본 발명의 폴리에스테르 섬유는 염색성을 향상시키기 위하여 일정량의 산화티탄이 함유된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유에 함유되는 일라이트는 천연의 일라이트를 정제하여 산화제이철 성분의 함량이 0.5% 이하가 되도록 한 것이다.

일라이트에서 산화제이철 성분을 제거하거나 또는 그 함량을 낮추기 위한 정제방법으로는, 비중차를 이용하는 방법, 원심분리 방법 및 탈철자석을 이용한 방법 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

천연의 일라이트로부터 산화제이철 성분을 분리해내기 위한 정제방법에 대해서 설명하면, 먼저 일라이트를 수십마이크로의 미립자로 분쇄한다. 이와 같이 분쇄한 일정 크기 이하의 일라이트 미립자는 철 성분이 많은 입자와 철 성분이 적은 입자들로 나뉘어지게 된다. 이 상태에서 철성분이 많은 미립자들을 앞서 설명한 비중차, 원심분리 및 탈철자석 등의 방법을 통해 분리해 낸다. 이때, 분쇄가 제대로 이뤄지지 않은 경우에는 그 분리가 힘들 뿐만 아니라, 정제 순도 및 수율이 불량하게 된다. 또한 정제 순도를 높이기 위한 경우나 또는 원재료인 일라이트의 철 함량이 상당히 많은 경우에는 앞서 설명한 분쇄 및 분리의 공정을 수차례 반복함으로써, 고순도의 정제된 일라이트를 얻을 수 있다.

이렇게 정제된 일라이트는 철의 함량이 적어도 0.5% 이하는 되어야 하며, 그 보다 더욱 좋게는 0.3% 이하가 되는 것이 바람직하다.

이와 같이 정제된 일라이트는 폴리에스테르의 중합 단계에 투입된다.

원할 경우 폴리에스테르 섬유는 염색성을 향상시키기 위하여 산화티탄이 추가로 투입할 수도 있다.

정제된 일라이트 및 산화티탄과 같은 첨가제를 투입하는 시점은 폴리에스테르 제조의 중합 단계가 바람직하다.

첨가제를 섬유에 첨가하는 방법으로는 중합단계에서 첨가하는 방법, 방사단계에서 첨가하는 방법 및 최종 제품에 코팅하는 방법 등이 있으나, 이 중에서 분산성 및 효율성이 가장 우수한 방법은 중합단계에서 첨가하는 방법이기 때문이다.

이러한 일라이트의 투입량은 폴리에스테르 전체 중량의 10%를 초과해서는 안된다. 이 함량을 초과할 경우에는 방사시 공정성이 매우 불량해져 단지 수시간 동안의 생산도 어렵게 된다. 같은 이유에서, 산화티탄이 추가로 첨가되는 경우에도, 일라이트 및 산화티탄을 합한 총 함량은 폴리에스테르 전체중량의 10%를 초과하지않도록 해야 한다. 반면에, 일라이트의 함량이 0.3% 미만이 되는 경우에는 일라이트의 함유량이 너무 적어 실질적으로 기능성 향상의 효과를 보기가 힘들다. 그러므로, 첨가되는 일라이트의 함량은 폴리에스테르 전체 중량에 대해 0.3 ~ 10% 가 되어야 하며, 바람직하게는 0.5 ~ 4.0%가 좋다. 또한 추가로 첨가할 수 있는 산화티탄의 함량도 0.05 ~ 3.0% 가 바람직하다.

상기한 방법으로 일라이트 및/또는 산화티탄을 첨가하여 제조된 폴리에스테르 중합체는 통상의 용융방사 공정을 거쳐 섬유화 된다.

섬유 제조 공정은 그 최종 용도에 따라 다르다. 예를 들어 장섬유와 단섬유로 나눌 수도 있고, 또는 방사와 연신 및 열처리를 동시에 하는 1단계 방법과 이를 둘 혹은 셋 이상의 단계로 나눠서 하는 다단계 방법으로 나눌 수 있다.

방사단계에서 특기할 점은, 중합체내의 이물을 걸러내는 필터로서 부직포나 철망으로 제조된 메쉬필터를 사용하는 것 보다는 파우더형의 필터를 사용하는 것이 좋다. 이렇게 하게 되면, 방사용 구금 및 팩의 사용시간을 더욱 늘릴 수 있게 된다. 또한, 포합성이 좋은 유제를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 일라이트라는 특수한 첨가제가 폴리에스테르에 첨가됨으로써, 기존 폴리에스테르의 표면 특성이 변하여 섬유들 간의 포합성이 불량해지기 때문이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

산화제이철 함량이 3중량%가 되는 천연의 일라이트를 미분쇄하고 탈철자석을 이용하여 정제하였다. 정제된 일라이트중 산화제이철의 함량은 0.25중량% 이었다. 정제된 일라이트 미분체를 에틸렌글리콜에 분산제와 함께 섞어 슬러리를 만들고, 일라이트의 함량이 전체 중합될 폴리에스테르 중량의 3.0%가 되도록하여, 중합단계에서 폴리에스테르에 첨가하였다.

그 결과 얻어진 폴리에스테르를 290℃에서 3500m/분의 방사속도로 용융방사하여 섬도가 75데니아이고, 구성 필라멘트 수가 24가닥인 섬유를 제조하였다. 이때 방사 공정에서 용융폴리에스테르는 50~60 메쉬의 파우더필터를 사용하여 이물을 걸러 주었다. 또한 이렇게 제조된 필라멘트를 이용하여 평직으로 직물을 제조하고 이를 분산염료를 이용하여 흰색으로 염색하였다.

[실시예 2]

정제된 일라이트 미분체를 폴리에스테르에 첨가할 때, 산화티탄을 폴리에스테르 전체 중량의 1.2% 가 되도록 하여 추가로 동시에 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

[비교예 1]

폴리에스테르 제조시에 정제하지 않은 천연 일라이트(산화제이철 함량 3.0%)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

[비교예 2]

폴리에스테르에 첨가되는 일라이트의 함량을 폴리에스테르 전체 중량의 12%가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

[비교예 3]

폴리에스테르에 첨가되는 일라이트의 함량을 폴리에스테르 전체 중량의 0.2 %가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

[비교예 4]

산화티탄의 함량을 8%로 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 절차를 반복하였다.

각 예에 대해서 다음과 같은 항목들을 측정하였다.

* 필터압 변화 : 방사공정 중에 걸리는 파우더필터의 압력를 시간 경과에 따라 측정하여, 이 변화율을 표기하였다. 단위는 하루당 변한 압력변화이다.

* 초기인장강도 : 75데니아로 제조된 필라멘트를 강신도 측정기를 이용한 통상의 방법으로 측정하였다.

* 항균도 : KS K 0693 법에 의해 균감소율을 측정하였다.

* 축열성 : 첨가제가 들어있지 않은 일반 폴리에스테르(비교용 직물)와 본 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에스테르(측정용 직물)를 비교하여 측정하였다.측정 방법은 다음과 같이 하였다. 즉, 10℃ 항온실에 50℃로 설정된 두개의 항온체를 놓고 이것들을 각각 측정용 직물과 비교용 직물로 덮어 60분간 유지하였다. 그 다음, 이 발열체를 제거한 후 10분이 경과한 후 직물 각각의 내부를 측정하였다. 그리고 측정된 각각의 온도를 비교하여, 측정용 직물의 온도에서 비교용 직물의 온도를 뺀 값을 축열성의 대표값으로 표기하였다.

* 염색성 : 흰색 분산염료를 사용해 직물을 염색한 뒤 색도계를 이용해 색가 L치를 측정하여 이것으로 평가하였다. L치 값이 클수록 백도가 좋은 것을 의미한다.

구분	폴리에스테르중첨가제 함량(중량%)	일라이트중산화제2철함량(중량%)	필터압(㎏f/㎠/일)	초기인장강도(g/d)	균감소율(%)	축열성(℃)	색가L치
	일라이트							산화티탄
실시예 1	3.0	0.0	0.25	8.0	54	98	4.0	85
실시예 2	3.0	1.2	0.25	10.0	50	98	4.5	88
비교예 1	3.0	0.0	3.0	8.0	53	98	4.0	57
비교예 2	12.0	0.0	0.25	1200	42	*	*	*
비교예 3	0.2	0.0	0.25	3.0	73	32	0.0	86
비교예 4	3.0	8.0	0.25	780	45	98	4.5	85

* 비교예 2의 경우 실의 제조가 곤란하여 균감소율, 축열성 및 색가를 측정할 수 없었다.

상기한 실험결과로부터 실시예 1 및 2의 폴리에스테르 섬유는 비교예들의 섬유에 비해 축열성, 항균성 및 염색성이 우수하고 섬유 제조 공정성 또한 우수함을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 산화제2철 성분이 일정 수준 이하로 정제하여 얻은 일라이트를 함유하는 폴리에스테르는 일라이트의 유용한 특성인 원적외선 방출성, 항균성, 축열성 및 탈취성의 장점을 갖는 동시에, 폴리에스테르의 오염이 개선되어 염색성이 향상된 섬유를 얻을 수 있게 되므로, 그 용도 및 응용 분야를 크게 확장할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 섬유는 보온성, 착용감이 우수할 뿐만 아니라, 건강에도 유익하고 선명한 색상으로 염색이 가능하여 내의류, 외의류, 양말, 스타킹, 이불용 원면 등에 특히 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 산화제2철이 포함된 일라이트를 함유하는 폴리에스테르 섬유에 있어서, 산화제2철 함량이 0.5중량% 이하가 되게 정제한 일라이트를 폴리에스테르 전체중량의 0.3∼10% 함유하도록 하고, 이에 산화티탄을 더 함유하여 산화티탄과 상기 정제 일라이트를 합한 총량이 폴리에스테르 전체 중량의 10%이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
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