KR100460137B1 - 스판덱스 건식방사용 방사구금, 이를 이용하여 제조된스판덱스 및 스판덱스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스판덱스 건식방사용 방사구금, 이를 이용하여 제조된 스판덱스 및 스판덱스의 제조방법에 관한 것으로 방사구금은 2∼6개의 토출공을 직경이 3mm∼15mm인 동심원상에 배열하고 적정 폴리머 농도, 풍량 및 온도로 공기노즐이나 가연기를 사용하지 않고 필라멘트를 융착시켜 스판덱스를 제조하여 가연(False twist)에 의한 사의 불균일을 배제하여 균제도를 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있는 스판덱스의 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

스판덱스 건식방사용 방사구금, 이를 이용하여 제조된 스판덱스 및 스판덱스의 제조방법{Improved spinneret, dry-spinning spandex and method for its preperation using improved spinneret}

본 발명은 스판덱스 건식방사용 방사구금, 이를 이용하여 제조된 스판덱스및 스판덱스의 제조방법에 관한 것으로서 더욱 자세하게는 스판덱스를 건식방사에 의해 제조함에 있어서, 2홀 이상의 필라멘트를 기존의 공기노즐이나 가연기(False Twister)를 사용하지 않고 서로 융착시킴으로써 사간 물성변동을 최소화하고 제조비용을 절감할 수 있는 스판덱스의 제조에 관한 것이다.

우레탄을 주성분으로 하는 스판덱스는 폴리에스테르, 폴리아마이드 등의 합성섬유는 물론 면, 레이온 등의 천연섬유와 복합하여 최종 제품의 신축성을 부여하는 보조 섬유로서 듀퐁에서 라이크라(Lycra)라는 상품명으로 개발된 이래 꾸준히 그 수요가 증가되어 왔다. 초기의 스타킹, 양말 등의 레그 니트(Leg Knit)에서부터 현재의 수영복, 속옷 및 겉옷에 이르기까지 그 용도는 다양하며 앞으로도 계속 늘어날 전망이다.

그러나 스판덱스는 단독으로 사용되기보다는 여러 섬유와 복합으로 사용되기 때문에 스판덱스와 복합되는 섬유 또는 용도에 따라 요구되는 물성이 다르고 복합되는 섬유의 종류도 다양해지고 있다. 이에 따라 스판덱스에 내열성, 세팅성, 내염소성, 산화방지성 등의 물성이 요구되고 최근에는 항균성, 흡방습성 등의 기능성 면에서의 연구가 진행되고 있으며 일부 상품화되고 있다. 그러나 스판덱스를 혼용한 직편물에서 흔히 발생되는 줄무늬 문제는 스판덱스 메이커에서 많은 노력을 기울이고 있지만 아직 만족할 만한 결과를 얻지 못한 상태이다.

스판덱스는 제조방식에 따라 크게 건식, 습식 및 용융방사로 나누어지고 있으며 건식 및 습식 방사법은 폴리우레탄을 용제에 녹인 후 방사 중에 용제를 증발 또는 추출하여 스판덱스를 제조하는 방식으로 전세계 제조 프로세스 중 95%이상을점유하고 있다. 이중 건식방사의 경우 물성면에서 우수한 스판덱스의 생산이 가능하므로 가장 많이 채용하고 있는 프로세스로 방사통 내에서의 용제 증발의 용이성, 후공정에서의 사절방지 등을 목적으로 다홀 방사구금에서 멀티필라멘트로 방사되어 멀티필라멘트가 방사통 하부에 있는 공기노즐 또는 가연기(False Twister)에 의해 꼬임을 받아 멀티필라멘트가 서로 융착 또는 점착되어 있는 원사형태를 가지고 있다.

스판덱스의 건식방사는 일반적으로 도1과 같이 방사헤드(spinning head: 1)에 도입된 방사원액은 헤드에 포함된 방사구금을 통하여 방사통(spinning chamber: 3)내로 방사되고 통풍구(2)를 통하여 도입되는 열풍에 의해 필라멘트중의 용매가 증발되면서 고화된다. 고화와 동시에 공기노즐 또는 가연기(False Twister: 6)의 꼬임력(Twist Torque)에 의해 필라멘트는 서로 융착이 되고 공기노즐 또는 가연기와 제1 고뎃 롤러(7)사이 또는 제1 고뎃 롤러(7)과 제2 고뎃 롤러(9)사이에서 방사유제가 부여된 후 권취된다. 이렇게 제조된 스판덱스는 사용되는 공기노즐 또는 가연기의 마모나 이물질 부착 공기압 변동 등에 의해 꼬임력의 변동이 일어나 필라멘트의 단면변동, 불균일 융착 및 권취장력의 변동이 나타나게 되어 권사체의 해사성이 불량하고, 스판덱스의 균제도를 저하시키고 스판덱스 사용 원단에서 줄무늬를 발생하는 요인이 되고 있다.

따라서 트위스터를 사용하지 않고 필라멘트를 융착시키려는 노력으로 일본 특공소53-139847에서는 용융방사시 방사구금 하부에 가이드를 설치하여 단사를 서로 융착시키는 방법을 제안하였으나 이를 건식방사에 적용하는 데에는 방사통 내에가이드를 설치하고 관리해야 하는 설비상의 난점으로 적용이 곤란하다.

그러나 건식방사시스템에서 이를 적용한 사례로 미국특허 제 6,214,145에서는 방사통 하부에 빗 모양의 가이드를 설치하여 각 필라멘트를 집속, 평행화 하고 기존 건식방사시스템의 가연기 위치에 V형 또는 U형 슬릿 가이드를 설치하여 각 필라멘트를 서로 융착시키는 방법을 제안하고 있으나 2개의 가이드 통과 시 마찰변동과 융착형태의 불균일로 인해 스판덱스의 균제도 향상에는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 스판덱스의 건식방사에서 멀티필라멘트를 융착시킬 때 공기노즐 또는 가연기와 같은 융착기구를 사용하지 않고 방사구금의 홀(토출공) 간격과 폴리머 농도,풍량 및 온도의 적절한 조절을 통하여 구금하부의 특정위치에서 필라멘트의 융착이 이루어지도록 하여 동일한 물성의 균제도가 향상된 스판덱스를 제조하는 것이 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 2∼6개의 토출공을 직경이 3mm∼15mm인 동심원상에 배열한 방사구금을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 스판덱스 건식방사 시스템의 공정도이다.

도 2는 기존의 방사구금의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 방사구금의 평면도이다.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:방사헤드 2:통풍구 3:방사통

4:모노필라멘트 5:융착필라멘트 6:가연기

7:제1 고뎃롤러 8:오일링(Oiling)롤러 9:제2 고뎃롤러

10:스판덱스 치즈 11:토출공

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 토출공이 직경 3~15㎜인 동심원상에 배열되며, 토출공 수는 2~6개이고, 토출공의 간격은 6~20㎜인 것을 특징으로 하는 스판덱스 건식방사용 방사구금에 관한 것으로, 홀 수가 증가할수록 N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc)잔유율이 감소하고 인장강도가 증가하는 효과가 있으나 홀 수가 6개 이상이면 효과의 증가율이 미비하다. 또한 방사구금에 있어서 토출공이 배열된 동심원의 직경이 3㎜이하이면 융착점이 일정하지 않고 용매의 증발이 잘 이루어지지 않으며, 직경이 15㎜이상에서는 사의 융착을 위하여 공기노즐이나 가연기 등이 필요하게 된다.

또한, 본 발명은 상기의 스판덱스 건식방사용 방사구금을 이용하여 건식방사 스판덱스를 제조하는 방법에 관한 것으로, 토출공의 간격은 6~20㎜이며, 공기 노즐및 가연기를 사용하지 않는 건식방사 스판덱스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

스판덱스의 건식방사에 있어 필라멘트의 융착을 공기노즐 또는 가연기를 사용하지 않고 방사구금과 방사조건의 설정에 의해 이루어지는 것으로 스판덱스 건식방사시 사용하는 공기노즐 또는 가연기를 가이드로 대체하고 도3과 같이 6홀(토출공)이하의 홀을 하나의 동심원상에 배열하며 홀수에 비례하여 동심원의 직경을 크게 하고 홀간격을 최고 20mm이하로 배열한 후 열풍의 온도와 풍량을 기존 공기노즐 또는 가연기 사용시 보다 높게 설정하게 되면 방사구금면에서 150mm 거리 이내에서 필라멘트간 자연 융착이 이루어지게 조절할 수 있다.

이렇게 설정된 조건하에서 방사하는 경우 공기노즐 또는 가연기을 사용할 때 보다 융착점의 변동이 현저히 줄어 들며 홀간격이 6mm 이하가 되면 융착상태는 일정하지만 용매의 잔류량이 많아 사물성이 저하되고 20mm이상이 되면 용매 잔류량은 적지만 사의 떨림이 발생하고 융착점의 변동이 일어나 사의 균제도가 떨어지게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기의 방법에 의하여 제조된 스판덱스에 관한 것이다.

본 명세서에서는 "홀과 토출공, 토출구"를 혼용하였다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들 실시예의 기재만으로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1: 섬도에 따른 사의 물성 측정>

평균 분자량 2000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG)과 유기이소시아네이트인 4-4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)를 PTMEG에 대하여 몰비 1.80으로 하여 예비중합체를 만들고 이를 N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc)에 용해한 다음 쇄연장제로 에틸렌디아민과 1,2-디아미노프로판 혼합물을 사용하여 중합체 농도 31%의 폴리우레탄우레아를 합성하였다. 이것을 방사원액으로 하여 통상의 스판덱스 건식방사용 방사헤드를 통해 방사시켰다. 이때 공기노즐이나 가연기는 사용하지 않았다. 방사유제는 4중량%를 부여하였으며 사의 물성 및 DMAc 잔류율간의 상관관계를 표 1에 나타내었다.

섬도(De.)	20.8	31.6	41.5
구금의 홀수	3	3	3
홀간격(mm)	10	10	10
방사구금-융착점 거리(mm)	120	120	120
물 성	강도(g/d)	1.0	0.9	1.1
	신도(%)	576	583	630
	SS300(g)	3.3	4.0	6.5
해사장력(g)	평균	2.0	4.0	5.5
	변동폭	0.1	0.2	0.2
DMAc 잔류율(%)	0.8	1.0	1.3

<비교예 1: 기존 방법에 의해 제조된 사의 물성 측정>

방사원액은 실시예1과 동일의 것을 사용하여 방사온도는 210℃∼220℃, 권취속도 450m/min으로 하여 가연기로 공기노즐을 사용하였으며 방사구금은 도2의 기존 방사구금을 사용하여 섬도 20D, 30D, 40D로 제조하였다.

섬도(De.)	20.2	31.3	41.4
구금의 홀수	2	2	4
홀간격(mm)	20	20	20
방사구금-융착점 거리(mm)	1100	1040	1000
물 성	강도(g/d)	1.2	1.3	1.1
	신도(%)	607	593	600
	SS300(g)	2.7	5.3	7.0
해사장력(g)	평균	4.0	5.5	7.0
	변동폭	0.4	0.5	1.0
DMAc 잔류율(%)	0.4	0.6	0.6

실시예1의 방사구금을 사용하여 방사한 경우 비교예1의 일반적인 방사방법에 의해 제조된 스판덱스보다 사의 해사특성이 대폭 균제화된 것을 알 수 있다. 또한 40D의 경우 20D에 비해 섬도가 2배 증가했지만 해사장력의 평균값에 대한 변동폭, 즉 해사성이 대폭 균일화된 것을 알 수 있다.

이는 방사구금에서 융착점까지 일정거리를 유지하기 위한 홀간격 선정 및 보조 가이드 장착을 통한 권취장력 변동폭을 축소시켜 융착점의 변동을 최소화하여 사의 단면변동 및 융착 균제성이 높아진 것이다.

<실시예 2: 홀 간격에 따른 방사구금-융착점간 거리와 사의 융착상태>

방사구금의 홀 간격을 변경하여 실시예 1과 같은 방법으로 방사하였으며 그결과를 표 3에 나타내었다. 표 3의 (1)의 경우 홀간격이 작아서 사의 융착상태는 일정하지만 DMAc잔류율이 높고 (3)의 경우 홀간격이 지나치게 크게 설정되어 사의 DMAc잔류율은 낮지만 융착이 불균일하게 이루어지는 것을 알 수 있다.

구 분	(1)	(2)	(3)
홀수	3	3	3
홀간격(mm)	6	10	14
방사노즐-융착점간 거리(mm)	80	120	150
융착상태 변동	일정	일정	변동
주행 장력(g)	평균	5.3	5.5	5.7
	변동폭	0.2	0.2	0.4
DMAc잔류율(%)	1.1	1.0	0.8

<실시예 3: 홀 수에 따른 방사실험>

방사구금의 홀 수를 변경하여 실시예 1과 같은 방법으로 방사하였으며 그 결과를 표 4에 나타내었다. 표 4에 의해 (1)의 경우와 (3)의 경우에 본 발명의 방사구금을 사용하여 방사한 경우 구금의 홀 수가 증가할수록 사의 DMAc잔류율이 감소하고 인장강도가 대폭 증가하는 것을 알 수 있다.

구 분	(1)	(2)	(3)
홀수	2	3	4
홀간격(mm)	6	10	14
방사노즐-융착점간거리(mm)	120	125	127
DMAc잔류율(%)	1.0	0.9	0.8
물성	섬도	31.6	30.7	30.2
	강도(g/d)	0.87	0.92	1.01
	신도(%)	576	580	584
	SS300(g)	4.04	4.12	4.2

상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 스판덱스를 건식방사로 제조함에 있어 공기노즐이나 가연기를 사용하지 않고도 물성의 저하없이 우수한 균제도의 스판덱스를 제조할 수 있으며 스판덱스를 사용한 원단의 줄무늬 발생이 현저히 줄어들고 제조비용의 절감 등의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 토출공이 직경 3~15㎜인 동심원상에 배열되며, 토출공 수가 2~6개인 것을 특징으로 하는 스판덱스 건식방사용 방사구금.
2. 제1항에 있어서, 토출공의 간격은 6~20㎜인 것을 특징으로 하는 스판덱스 건식방사용 방사구금.
3. 제1항에 있는 방사구금을 이용하는 것을 특징으로 하는 건식방사 스판덱스의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 토출공의 간격은 6~20㎜인 것을 특징으로 하는 건식방사 스판덱스의 제조 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기의 방법에 의하여 제조된 스판덱스.