KR100577584B1 - 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법은 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 평균입경 1 mm 이하로 각각 분쇄하고; 상기 분쇄된 폴리에스테르 수지 70∼90 중량% 및 분쇄된 폴리브로모스티렌계 난연수지 10∼30 중량%에 산화방지제 700∼2,000 ppm을 첨가하여 균일 혼합하고; 그리고 상기 혼합된 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 용융방사하는 단계로 이루어진다.

폴리에스테르 가발사, 난연성, 폴리에스테르 수지, 폴리브로모스티렌계 난연수지

Description

난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법{Method for Preparing Flameproof Polyester based Synthetic Hair}

발명의 분야

본 발명은 인모수준의 난연성과 섬유 형성성이 우수한 난연 폴리에스테르 가발사의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 난연성과 섬유 형성성이 우수한 특정한 난연제를 선정하고, 상기 난연제와 폴리에스테르 칩을 각각 분쇄시켜 균일 혼합한 후, 이를 융용방사함으로써, 인모수준의 난연성과 가발사로서의 적당한 강도, 신도, 컬형성 및 광택을 갖고, 방사 연신 공정시 사절 발생을 최소화하는 난연 폴리에스테르 가발사의 제조 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로 인조모발은 광택성, 염색성, 가벼움, 부드러운 촉감 및 컬(curl) 형성성과 함께 인모수준의 난연성이 필수적으로 요구된다.

폴리에스테르 원사의 경우, 상기와 같은 인조모발이 필요로 하는 물성을 충족하지 못하고 있기 때문에 인조모발용 원사로 광범위하게 이용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 유연성, 컬형성성, 광택성등의 물성이 향상된 폴리에스테르 인조모발용 원사를 개발하여 국내특허 제426685호로 등록받은 바 있다. 그러나, 상기 발명은 난연성이 취약하다는 단점이 있다.

종래에는 난연 폴리에스테르섬유로 섬도 1-3 데니어의 의류용 난연 폴리에스테르 섬유가 개발된 바 있다. 그러나, 섬도 30-100 데니어인 태섬도 난연 폴리에스테르 가발사 제조방법은 아직까지 알려져 있지 않다.

그 이유는 가발사의 난연성은 인모처럼 자기소화성을 가지면서, 연소되는 경우라도 고온의 폴리머 드립이 발생하지 않는 수준의 난연성을 가져야 하기 때문에, 기존 의류 용도의 세섬도 난연성보다 현저히 높은 난연성을 만족시켜야 하기 때문이다.

공지의 의류용 난연 폴리에스테르 섬유 제조 기술은 인계 혹은 할로겐계 반응형 난연제를 폴리에스테르수지 중합공정에서 투입하여 공중합 폴리에스테르 수지를 만들고, 이 수지를 용융방사하여 섬유화시키는 방법이 알려져 있다.

국내공개특허 제2000-20667호에서는 폴리에스테르 제조시 인화합물과 히드록시포스피닐 프로판산 유도체를 첨가하여 폴리에스테르 섬유에 난연성을 부여하는 방법을 개시하고 있다.

국내공개특허 제1999-6236호에서는 폴리에스테르 중합시에 인계 난연제를 첨 가하여 난연 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

국내공개특허 제1998-68291호에서는 폴리에스테르의 중축합 반응시 히드록시페닐포스피닐 유도체 화합물과 할로겐화 비스페놀에이 화합물을 첨가하여 난연성 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

국내공개특허 제1998-68292호에서도 인과 할로겐이 함유된 특정 난연화합물을 에스테르화 반응시에 첨가하여 난연성 폴리에스테르를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 언급된 방법으로 가발사를 제조할 경우, 인모수준의 난연성에는 현저히 부족하기 때문에 다량의 난연제를 투입해야하고, 그로 인해 용융점도가 급격히 상승되어 공중합이 어려울 뿐만 아니라, 제조한 수지를 용융방사하는 경우 방사 연신공정에서 필라멘트의 사절 발생으로 섬유제조가 불가능하다.

국내공개특허 제2002-76927호에서는 폴리프로필렌, 수산화마그네슘, 테트라브로모비스페놀에이 및 폴리머왁스를 혼합한 난연제를 이용하여 난연사를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 방법으로 가발사를 제조할 경우, 난연제와 폴리에스테르수지와의 상용성 및 현저히 다른 용융점도 차이 때문에 방사, 연신공정에서 사절발생에서 증가하고, 비록 섬유 형성이 된다하더라도 난연성능이 부분적으로 불균일한 단점이 있다. 또한 가발사 제조시 컴파운딩 공정에서 고열을 받게 되는데, 그로 인해 난연제의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

폴리에스테르 중합 반응 단계에서 반응형 난연성 코모노머를 도입하여 제조 한 난연칩으로 용융방사하여 제조한 가발사의 난연성은 인모수준의 난연성에는 현저히 부족하다. 인모수준의 난연성을 얻기 위해서는 인계 난연제를 공중합하는 경우 인함량 5-6 %이상의 난연제를 투입해야하거나 브롬계 난연제를 사용하는 경우 브롬함량 7-10%를 투입해야 하는데, 이 경우 용융점도가 급격히 상승되어 공중합이 어렵고, 이를 용융방사하는 경우 방사 연신공정에서 필라멘트의 사절 발생으로 섬유제조가 불가능하다.

또한, 파우더상태의 난연제를 컴파운딩시켜 만든 펠렛과 폴리에스테르 칩을 용융방사 공정 중에 혼합되도록 하여 섬유화시키는 방법은 난연제와 폴리에스테르수지와의 상용성 및 현저히 다른 용융점도 차이 때문에 방사, 연신공정에서 사절발생에서 증가하고, 비록 섬유 형성이 된다하더라도 난연성능이 부분적으로 불균일한 문제점이 있고, 컴파운딩 공정에서 고열을 받게 되므로 난연제의 성능이 저하된다.

연신공정 혹은 열처리 공정 등의 단계에서 섬유 표면에 코팅하거나, 혹은 그라프트 방법으로 난연성 물질을 부착시킬 경우, 가발사의 촉감을 저해하고 선명한 색상을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 많은 설비투자비가 소요되는 단점이 있다.

이처럼 기존에 공지된 난연성 폴리에스테르 섬유의 제조 방법으로 가발사에 적용할 경우, 인모수준의 난연성을 달성하기에는 어려울 뿐만 아니라, 가발사로서 필요한 강도, 신도, 컬형성성, 광택성 등의 다른 물성이 저하될 수 있으며, 또한 가발사 제조에 따른 방사나 연신 공정시 사절 발생이 급격히 증가하는 문제점이 있다.

본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 난연성과 섬유 형성성이 우 수한 특정한 난연제를 선정하고, 상기 난연제와 폴리에스테르 칩을 각각 분쇄시켜 균일 혼합한 후, 이를 방사구금이 부착된 융용방사 장치에 투입함으로써, 인모수준의 난연성과 가발사로서의 적당한 강도, 신도, 및 컬형성이 잘 될 뿐만 아니라, 방사 연신 공정시 사절 발생을 최소화하는 난연 폴리에스테르 가발사의 제조 방법을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 인모수준의 난연성을 갖는 난연 폴리에스테르 가발사의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방사 연신 공정시 사절 발생을 최소화한 난연 폴리에스테르 가발사의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가발사로서의 적당한 강도, 신도, 광택 및 컬형성성을 갖는 난연 폴리에스테르 가발사의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법은 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 평균입경 1 ㎜ 이하로 각각 분쇄하고; 상기 분쇄된 폴리에스테르 수지 70∼90 중량% 및 분쇄된 폴리브로모스티렌계 난연수지 10∼30 중량%에 산화방지제 700∼2,000 ppm을 첨가하여 균일 혼합하고; 그리고 상기 혼합된 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 용융방사하는 단계로 이루어진다. 이하, 본 발명의 각 단계에 대하여 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

폴리에스테르수지

본 발명에 적합한 폴리에스테르수지는 산화티탄 함량이 적은 수지가 바람직하다. 가발사의 경우 마스터배치로 원착 염색하기 때문에 가능한 투명성이 높고 고유점도가 0.6-0.9 것이 바람직하다. 고유점도가 0.6 미만이면 섬유형성성이 불량하고 방사공정에서 사절발생이 증가하며, 0.9 이상이면 용융점도가 상승하기 때문에 첨가하는 난연제와 균일혼합이 어려울 뿐만 아니라, 마찬가지로 방사공정에서 사절 발생이 증가한다.

본 발명에서는 고유점도가 약 0.65인 호모폴리에스테르 수지가 가장 적합하다.

본 발명에서는 가발사의 유연성을 개선하기 위하여 상기 폴리에스테르수지에 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지를 혼용하여도 무방하며, 공중합 난연 폴리에스테르 수지를 사용할 수도 있다.

수분이 다량 함유된 폴리에스테르수지가 난연제와 혼합되는 경우 가수분해를 촉진시키는 결과를 초래하여 방사구금 하에서 토출되는 폴리머의 탄성을 감소시켜 미연신사가 절단되므로, 수분함량이 낮은 폴리에스테르 수지를 사용한다. 바람직하기는 130-140℃ 온도 하에서 8시간이상 진공 건조하여 수지의 수분율을 0.01 %이하로 유지하는 것이 유리하다.

난연수지

본 발명에서는 난연제로 브롬계 난연제를 사용한다. 브롬계 난연제로는 폴리브로모스티렌계 난연제, 폴리디브로모스티렌 공중합체 난연제, 페녹시 말단 카보네이트 올리고머 난연제, 데카브로모 디페닐 에탄 난연제, 데카브로모 디페닐옥사이드 난연제 등이 있다.

본 발명에서는 섬유 형성성과 우수한 난연성을 동시에 확보하기 위하여, 난연제의 분자구조가 가능한 선형 분자구조를 갖고, 브롬 함량은 50-60%이며, 평균분자량은 10,000 이상, 바람직하기로는 50,000∼70,000이고, 중합도가 높으면서 2차전이온도(Tg)가 높은 난연제를 사용한다. 상기의 조건에 만족하는 브롬계 난연제는 폴리디브로모스티렌계 난연제, 폴리브로모스티렌 난연제 및 브로모스티렌 공중합체 난연제가 있으며, 특히 폴리브로모스티렌난연제가 가장 바람직하다.

난연제의 분자량이 너무 낮으면 폴리에스테르 용융방사 온도인 280-290℃에서 용융점도가 급격히 낮아지며 열분해를 일으키므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서는 분자량이 높은 고분자형 난연제를 사용하는 것이다.

분쇄단계

본 발명에서는 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 각각 분쇄한다.

즉, 난연제를 폴리에스테르 칩과 균일하게 혼합하기 위해서 난연 수지와 폴리에스테르 수지를 각각 분쇄기에서 분쇄하여 분체 상태로 만든다. 칩을 분체 상태로 만들지 않을 경우에는 폴리에스테르 수지와 난연 수지가 균일하게 혼합되지 않아 실을 만든 후의 난연성이 불균일하여 부분적으로 난연 성능이 차이가 나게 된다.

입자크기는 작을수록 두 수지의 균일 혼합이 잘되고 방사공정에서 사절 발생이 감소한다.

본 발명에서는 상기 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지의 분쇄시 평균입경 1㎜ 이하로 분쇄하는 것이 바람직하다. 1㎜를 초과할 경우, 수지의 균일 혼합이 어렵다. 분쇄 방법은 통상의 방법으로 할 수 있으며, 이는 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 수행할 수 있다.

균일 혼합 단계

상기 분쇄된 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 균일하게 혼합한다.

본 발명에서 상기 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지의 혼합비율은 폴리에스테르 수지 70∼90 중량% 및 폴리브로모스티렌계 난연수지 10∼30 중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.

폴리브로모스티렌계 난연수지가 10 중량%미만일 경우, 가발사의 난연성이 부족하고, 반면 30 중량%를 초과할 경우, 난연 성능은 증가하나 노즐 직하부에서 폴리머의 탄성이 급격히 감소하게 되어 미연신사의 사절이 급증하여 방사 불가능한 상태에 이르게 된다.

본 발명에 따르면 폴리브로모스티렌계 난연수지를 10∼30 중량%로 배합함으로써, 인모 수준의 자기 소화성을 갖고, 가발사로서의 균일한 섬도를 가지며, 적절한 강도와 신도, 광택, 평활성 등을 고루 겸비하는 난연폴리에스테르 가발사를 제조할 수 있다.

본 발명에서는 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지의 혼합시 산화방지제를 700∼2,000 ppm 정도 첨가하여 물성을 더욱 향상시킬 수 있다. 폴리브로모스티렌 난연제는 폴리에스테르의 방사 온도에서 열분해가 발생하여 섬유 형성이 불량해지고 난연 성능이 저하된다. 따라서, 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지의 혼합시 산화방지제를 700∼2,000 ppm, 바람직하기로는 1,100∼1,600 ppm 첨가함으로써, 상기의 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 하나의 구체예로는 상기 혼합단계에서 있어서, 분쇄된 폴리에스테르수지와 난연제 수지에 산화 방지제를 1,500 ppm 첨가하여 텀블러 교반기에 투입한 후 30회전/분 속도로 30분간 교반한다.

용융 방사 단계

상기 혼합된 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 노즐이 부 착된 방사기에 투입하여 용융방사한다.

방사 구금의 형태는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 땅콩형, 별형, 타원형, 중공타원형 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 방사구금이 부착된 용융 압출기를 통하여 용융방사하여 미연신사를 권취하여 미연신사를 제조한 후, 이를 연신 후 열처리하여 30-100 데니어의 가발사를 얻는다.

본 발명은 하기 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 예시 목적으로 기재되는 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예

실시예 1

고유점도 0.65인 폴리에스테르 칩을 진공건조기에서 140℃에서 8시간 동안 건조하였고, 폴리브로모스티렌 난연수지는 90℃에서 5시간 건조한 후 각각 분쇄하였다. 이때 분쇄된 입자 크기는 0.1∼1.0 ㎜로 하였다. 폴리에스테르수지와 난연제의 혼합 비율을 8:2로 계량한 수지를 텀블러형 교반기에 투입하고, 산화방지제로 이가포스 168을 폴레에스테르수지와 난연제 중량에 대하여 1,500 ppm 비율로 투입하였다. 교반기를 30 rpm으로 30 분간 교반한 후 이를 단면구조가 피넛형인 120 홀의 방사구금이 부착된 40 mm 압출기에 투입하여 300 m/분의 속도로 방사하여 모노 필라멘트 섬도가 180 데니어가 되도록 미연신사를 제조하였다. 이때 압출기의 실린더 온도는 290 ℃, 방사구금 온도는 270 ℃도로 설정하였다. 제조된 미연신사를 연신비 3.6 배로 80 ℃로 건열연신 한 후 120 ℃에서 이완 열처리하여 50 데니어의 섬유를 얻었다. 표1에 그 물성을 나타냈다.

실시예 2

고유점도가 0.8이고, 인함량 5,000 ppm인 의류용 공중합 난연폴리에스테르 칩을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 3

폴리에스테르수지와 난연제의 혼합 비율을 9:1로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 4

난연 수지로 폴리디브로모스티렌을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 1

폴리에스테르 칩 및 폴리브로모스티렌 난연제를 분쇄과정을 거치지 않고 바로 교반기에 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 2

폴리에스테르수지 65 중량%와 난연제 35 중량%의 비율로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 3

폴리에스테르수지 95 중량%와 난연제 5 중량%의 비율로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

		실시예				비교실시예
1	2	3	4	1	2	3
폴리에스테르수지 (중량 %)	PET	80	-	90	80	80	65	95
	난연PET	-	80	-	-	-	-	-
산화방지제(ppm)		1,500	1,500	1,500	1,500	1,500	1,500	1,500
브로모스티렌계 난연수지 (중량 %)	폴리브로모 스티렌	20	20	10	-	20	35	5
	폴리디브로모 스티렌	-	-	-	20	-	-	-
방사공정사절발생횟수(회/hr)		1	0	0	1	3	15	0
연신공정사절발생회수(회/hr)		1	1	0	1	2	20	0
강도(g/d)		1.3	1.2	1.3	1.3	1.2	-	1.4
신도(%)		53	47	52	49	45	-	60
난연성		양호	양호	양호	양호	불균일	제사불가	불량

* 산화방지제는 PET 수지와 난연수지를 합한 중량에 대한 첨가량임

상기 표1에 나타난 바와 같이, 분쇄과정을 거치지 않고 바로 교반기에 투입한 비교실시예 1의 경우, 난연성 평가결과 시험하는 실의 부위에 따라 균일하지 못 한 것으로 나타났다. 난연 수지 비율을 초과하여 사용한 비교실시예 2의 경우, 구금 직하에서 토출되는 용융물의 흐름성이 불량하여 미연신사를 권취할 수가 없었다. 반면, 난연 수지 비율을 5 중량%로 사용한 비교실시예 3의 경우, 제사성은 양호하였으나 가발사에 요구되는 난연 성능이 부족한 것을 알 수 있다.

본 발명은 인모수준의 난연성과 가발사로서의 적당한 강도, 신도, 컬형성성 및 광택을 가지며, 방사 연신 공정시 사절 발생을 최소화하는 30-100데니어의 난연 폴리에스테르 가발사의 제조 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

1. 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 평균입경 1 ㎜ 이하로 각각 분쇄하고;

   상기 분쇄된 폴리에스테르 수지 70∼90 중량% 및 분쇄된 폴리브로모스티렌계 난연수지 10∼30 중량%에 산화방지제 700∼2,000 ppm을 첨가하여 균일 혼합하고; 그리고

   상기 혼합된 폴리에스테르 수지와 폴리브로모스티렌계 난연수지를 용융방사하는;

   단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 고유점도가 0.6-0.9이고, 수분 함량이 0.01 %이하인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리브로모스티렌계 난연수지는 브롬 함량이 50-60%이고 평균분자량 10,000 이상인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리브로모스티렌계 난연수지는 평균분자량 50,000∼70,000인 폴리디브로모스티렌, 폴리브로모스티렌, 및 브로모스티렌 공중합체인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에스테르 가발사의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되고, 30-100 데니어의 난연 폴리에스테르 가발사.