KR100626792B1

KR100626792B1 - 폴리염화비닐/아크릴 공중합계 브렌드에 의한인조모발원사의 제조방법

Info

Publication number: KR100626792B1
Application number: KR1020050032559A
Authority: KR
Inventors: 문현식; 박지원
Original assignee: 주식회사 모드테크; 문현식
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-09-25
Also published as: US20060237869A1

Abstract

본 발명은 폴리염화비닐 수지 90 ~ 96 중량%, 안정제 3 ~ 7 중량% 및 활제 1 ~ 3 중량%를 함유하는 폴리염화비닐 수지혼합물 20 내지 80 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 20 내지 80 중량%가 혼합된 폴리염화비닐/아크릴 수지조성물을 90 ~ 140 ℃에서 혼합하는 단계; 상기 혼합된 수지조성물을 압출기를 통해 100 ~ 210 ℃로 용융압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 상기 펠렛을 방사기에 투입하여 150 ~ 220 ℃로 용융방사하여 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 용융방사된 필라멘트를 20 ~ 100 데니어의 굵기를 갖도록 연신하는 단계; 및 연신된 필라멘트를 100 ~ 150 ℃의 열고정기에 통과시켜 필라멘트의 물성을 고정시키는 단계를 포함하는 인조모발용 섬유의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제조방법은 배합처방을 포함하는 공정의 전체 단계를 정교하게 설계함으로써 용융방사법을 적용할 수 있도록 하여 공정경제성 및 환경친화성을 획기적으로 증대시킬 수 있음은 물론 인조모발용 섬유가 지녀야 할 제반물성을 바람직한 수준으로 확보한 우수한 인조모발용 섬유의 제조를 가능케 한다.

인조모발용 섬유, 폴리염화비닐 섬유, 모다크릴 섬유

Description

폴리염화비닐/아크릴 공중합계 브렌드에 의한 인조모발원사의 제조방법{A method for producing a fiber for an artificial hair by polyvinylchloride/acryl-copolymer blend}

본 발명은 인조모발용 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리염화비닐(PVC)계 수지 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자를 주원료로 하여 용융방사법을 적용한 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 인조모발용 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법은, 종래 모다크릴 섬유의 제조시에 적용이 불가능하였던 용융방사법을 이용함을 특징으로 하고 있으며, 모다크릴 섬유 및 PVC계 섬유의 장점을 적절히 조화시킨 우수한 물성을 갖는 인조모발용 섬유의 제조를 가능케 한다.

인조모발용 섬유라 함은 일반적으로 탈모증 가리개용, 패션용 및 분장용 가발에 이용되는 합성 섬유를 말하는 것으로, 촉감과 광택 등 외관 특성이 인모와 유사한 것을 지칭한다. 인조모발용 섬유는 그 섬도가 약 50 데니어로서, 의류용 원사가 약 1~2 데니어의 섬도를 갖는 것에 대비된다. 섬유의 제조에 이용되는 폴리머 소재를 기준으로 구분할 때, 인조모발용 섬유로서 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유가 종래부터 이용되어 왔다. 과거 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르를 이용한 인조모발용 섬유도 제조된바 있으나, 이들 섬유는 촉감이나 광택이 인모와 판이하게 다르고 난연성이 떨어져서 저급 인조모발에 사용됨에 그칠 뿐이고, 인조모발용 섬유 시장에서는 상기한 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유가 주류를 이루어 왔다.

모다크릴 섬유의 대표적인 것으로서 일본 가네가후치사에서 상품명 '가네가론‘으로 시판하는 제품을 들 수 있고, 한편 폴리염화비닐 섬유의 대표적인 것으로서는 일본 동양화학 제품인 상품명 '도요가론'과 대한민국 (주)모드테크 제조의 상품명 '모드론' 등의 제품을 들 수 있다. 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유는 요구되는 물성 및 용도에 따라 배합처방 및 기타 공정조건을 적당하게 변경하여 제조될 수 있는데, 일반적으로 모다크릴 섬유는 폴리염화비닐 섬유에 비해 비중이 낮고 내열성이 높아서 볼륨이 상대적으로 중요시되는 브레이드 (braid) 제품에 많이 사용되는 반면, 폴리염화비닐 섬유는 웨이브 스타일 (wave style), 반가발 또는 악세사리 등의 용도에 주로 이용되고 있다.

모다크릴 섬유는 아크릴 단량체 40 ~ 70 중량%, 염화비닐 단량체 20 ~ 40 중량% 및 염색기 등을 보완하기 위한 아크릴레이트계 성분 또는 기타 첨가제 10 ~ 20 중량%가 공중합된 모다크릴 공중합체를 용제에 녹인후 방사하는 건식 방사법을 이용하여 제조되는 것이 일반적이다. 모다크릴 섬유는 비중이 낮고 내열성이 높으며 균일한 섬도를 지닌다는 장점이 있으나, 한편으로는 촉감이 거칠고 후염으로 인해 다양한 색을 내지 못한다는 단점이 있다. 특히 모다크릴 섬유는 건식 방사법을 이 용할 수 밖에 없다는 한계로 인해서 투자비가 많이 들고 환경오염을 초래한다는 문제를 피할 수 없다. 즉 종래 모다크릴 섬유는 모다크릴 섬유의 주성분중 하나인 아크릴 성분의 시안 (CN)기가 가열에 의해 즉시 분해되는 특성으로 인해서 용융 방사법의 적용이 불가능하여 그 대안으로서 용제를 이용한 건식방사법을 채용할 수 밖에 없다.

한편 폴리염화비닐 섬유는 폴리염화비닐계 수지 (폴리염화비닐 수지 단독 또는 폴리염화비닐 수지에 염소화 폴리염화비닐 수지를 일정 비율로 블랜드한 혼합 수지) 90 ~ 95 중량%, 안정제 4 ~ 8 중량%, 활제 1 ~ 2 중량%, 안료 적당량을 배합, 압출하여 펠렛을 제조하고, 제조된 펠렛을 용융 방사법을 이용하여 방사한 후 연신 및 열처리하여 제조된다. 폴리염화비닐 섬유는 비중이 높고 내열성이 떨어지는 등의 단점이 있는 반면, 촉감 및 광택 특성이 우수하고 조색성이 뛰어나다는 장점을 보유한다. 특히 모다크릴 섬유와는 달리, 섬유 방사시에 용제의 사용이 없이 용융 방사법을 적용할 수 있어서 상대적으로 설비투자비가 저렴하고 환경친화성이 우수하다는 장점을 갖는다. 폴리염화비닐 섬유의 경우에도 종래 건식 방사법을 적용하여 제조된 예가 있으나, 조색성과 경제성이 떨어진다는 점 및 환경오염이 초래된다는 점 등으로 인해서 1990년대 이후 건식 방사에 의한 폴리염화비닐 섬유의 제조방법은 이용되지 않고 있는 실정이다.

앞서 설명하였듯이 상기 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유는 각각의 장단점을 보유하고 있다. 따라서 모다크릴 수지 또는 폴리염화비닐 수지를 각각 기본수지로 하면서 배합처방 및 공정조건을 포함한 다양한 공정변수를 조절하여 원하는 용도에 적합한 물성을 지닌 인조모발용 섬유를 제조하기 위한 시도가 다양하게 행하여져 왔다. 그러나 아직까지 바람직한 물성과 공정경제성을 함께 확보한 인조모발용 섬유의 제조방법이 수립되지 못한 실정이다. 본 발명자들은 용융 방사법을 적용한 제조방법을 실현함과 아울러, 모다크릴 섬유 및 폴리염화비닐 섬유가 갖는 각각의 장점이 적절히 조화된 물성을 갖는 인조모발용 섬유의 제조방법에 대하여 예의 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 하나의 기술적 과제는 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유의 장점이 조화된 우수한 물성을 갖는 인조모발용 섬유의 제조방법을 제안하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 하나의 기술적 과제는 공정경제성이 우수하고 환경친화적인 인조모발용 섬유의 제조방법을 제안하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 하나의 기술적 과제는 섬도, 강신도, 수축률, 내열성 및 비중 등의 기본물성이 모다크릴 섬유의 그것과 유사한 섬유를 용융방사법을 이용하여 제조할 수 있도록 하는 방법을 제안하고자 하는 것이다.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리염화비닐 수지 90 ~ 96 중량%, 안정제 3 ~ 7 중량% 및 활제 1 ~ 3 중량%를 함유하는 폴리염화비닐 수지혼합물 20 내지 80 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 20 내지 80 중량%가 혼합된 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 90 ~ 140 ℃에서 혼합하는 단 계; 상기 혼합된 수지조성물을 압출기를 통해 100 ~ 210 ℃로 용융압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 상기 펠렛을 방사기에 투입하여 150 ~ 220 ℃로 용융방사하여 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 용융방사된 필라멘트를 20 ~ 100 데니어의 굵기를 갖도록 연신하는 단계; 및 연신된 필라멘트를 100 ~ 150 ℃의 열고정기에 통과시켜 필라멘트의 물성을 고정시키는 단계를 포함하는 인조모발용 섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 무광제, 촉감조절제, 안료, 자외선 안정제 또는 광안정화제가 추가로 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 함유된 폴리염화비닐 수지로서 폴리염화비닐 수지 단독 또는 폴리염화비닐 수지와 염소화 폴리염화비닐 수지가 혼합된 혼합수지가 사용될 수 있다. 염소화 폴리염화비닐 수지가 사용될 경우 그 함량은 폴리염화비닐 수지 대비 10 ~ 50 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 함유된 아크릴/스티렌계 공중합 고분자로서 ABS, SAN, 투명 ABS, 내열 SAN, 변성 SAN이 사용될 수 있으며, 각각의 공중합 고분자에 있어서 아크릴의 함량은 20 중량% 이상이고, 비중이 1.21 이하 그리고 내열도가 85 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 함유된 안정제로서 유기주석 안정제 및 금속 석금계의 혼합물이 바람직하며, 그 함량은 수지혼합물 전체 기준으로 3 ~ 7 중량%의 비율인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 함유된 활제로서 산화폴 리에틸렌, 왁스, 폴리에틸렌, 산화스테아린산 및 스테아린산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 외부활제 및 고급알콜, 저지방산 및 금속스테아린산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 내부활제의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 활제혼합물의 함량은 폴리염화비닐 수지혼합물 기준으로 1 내지 3 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 방사기를 통과하는 필라멘트의 용융점도를 저하시키기 위해서 상기 방사기의 노즐직하부에 가열통이 설치되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 제조방법 및 그에 의해 제조된 인조모발형 섬유에 대하여 설명한다.

본 발명은 폴리염화비닐 수지혼합물 20 내지 80 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 20 내지 80 중량%가 혼합된 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 방사의 기본원료로 사용함을 특징으로 한다. 상기 폴리염화비닐 수지혼합물은 폴리염화비닐 수지 90 ~ 96 중량%, 안정제 3 ~ 7 중량% 및 활제 1 ~ 3 중량%를 함유하는 것이 바람직하고, 필요시 무광제, 촉감조절제, 안료, 자외선 안정제 또는 광안정제 등이 추가로 투입될 수 있다. 상기 배합처방은 본 발명의 중요한 구성적 특징을 이루는 것으로서 이후 진행되는 압출, 용융방사, 연신 및 가열단계의 전 과정의 효과적인 수행에 영향을 미치는 공정변수로 작용한다.

상기 폴리염화비닐 수지혼합물과 아크릴/스티렌계 공중합 고분자의 투입량은 종래 모다크릴 섬유와 폴리염화비닐 섬유의 장점을 적절히 조화시킨 최적의 물성을 얻기 위하여 중요한 변수로서 취급된다. 일반적으로 폴리염화비닐 수지혼합물이 아 크릴/스티렌계 공중합 고분자에 비하여 과도하게 투입된 경우에는 종래 폴리염화비닐 섬유의 물성에 근접한 경향을 보이게 되며, 아크릴/스티렌계 공중합 고분자의 함량이 상대적으로 높을 경우에는 종래 모다크릴 섬유의 물성에 근접하게 되는 것으로 이해되고 있다. 그러나 아크릴/스티렌계 공중합 고분자의 상대적 함량을 과도하게 높여서 모다크릴 섬유의 물성에 가까운 섬유를 제조하고자 하는 시도는 한편으로 방사공정에서 용융방사법의 적용을 불가능하게 할 우려가 있다. 따라서 섬유의 물성을 바람직한 수준으로 확보함과 아울러 용융방사법의 적용이 가능하도록 하는 최적의 배합처방을 수립하는 과제는 단순한 이론적 계산에 의해서가 아니라, 다양한 변수조정을 통한 다단의 실험을 통해서 달성된다.

본 발명에 따르면 폴리염화비닐 수지혼합물 20 내지 80 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 20 내지 80 중량%를 혼합하여 수지조성물을 수득한다. 폴리염화비닐 수지혼합물을 전체 폴리염화비닐/아크릴 수지조성물 기준으로 80 중량%를 초과하여 투입하면 섬유의 비중이 높아지고 내열성이 폴리염화비닐 섬유의 그것에 근접한 수준으로 낮아져서 바람직하지 못하고, 20 중량% 미만으로 투입하게 되면 섬유의 비중이 낮아지고 내열성이 향상되는 효과가 있는 반면에 난연성 및 촉감이 떨어지는 문제를 피할 수 없게 된다. 본 발명에서 제시하는 폴리염화비닐 수지혼합물 대 아크릴 수지의 조성비 2 : 8 내지 8 : 2는 다양한 변수조정을 통한 실험에 의해서 바람직한 최적치로 확인된 것으로서, 더욱 바람직하기로는 3 : 7 내지 7 : 3의 조성비도 채택가능하다.

한편, 본 발명에 따른 폴리염화비닐 수지혼합물은 폴리염화비닐 수지, 안정 제 및 활제를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 폴리염화비닐 수지는 폴리염화비닐 수지를 단독으로 사용하거나 또는 폴리염화비닐 수지와 염소화 폴리염화비닐 수지의 혼합수지를 사용한다. 폴리염화비닐 수지를 단독으로 사용하거나 염소화 폴리염화비닐과의 혼합물을 사용하는 경우 모두, 그 함량은 폴리염화비닐 수지혼합물 기준으로 90 ~ 96 중량%로 하는 것이 바람직하다. 함량이 90 중량% 미만인 경우에는 기타 성분의 상대적 함량이 증대됨에 따라 원가상승의 결점이 있고, 상대적 내열도가 감소되는 문제를 피할 수 없다. 또한 함량이 96 중량%를 초과할 경우에는 폴리염화비닐의 물성이 열화되거나 가공압이 높아지는 등 가공 특성이 나빠져서 균일한 섬유를 얻기 힘들게 된다.

상기 폴리염화비닐 수지의 경우, 용융성이 우수하고 중합도가 1000 ~ 1100인 경질의 호모폴리머, 용융점도가 낮고 유동성이 양호한 중합도 700 ~ 800의 호모폴리머 또는 용융점도가 높고 융착성이 낮은 중합도 1300 ~ 1700인 호모폴리머중 어느 하나 또는 그들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 폴리염화비닐 수지로서 폴리염화비닐 수지와 염소화 폴리염화비닐 수지의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 염소화 폴리염화비닐 수지는 섬유의 수축률, 내열도, 인장강도 등의 기계적 물성과 촉감을 향상시키기 위해 첨가된다. 염소화 폴리염화비닐 수지는 염소화도에 따라 여러 가지 종류가 있는데 염소함량이 60 ~ 70 중량%이고 중합도가 600 ~ 1200인 내열성, 가공성 및 난연성이 우수한 염소화 폴리염화비닐을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 염소화 폴리염화비닐 수지가 투입될 경우 그 함량은 폴리염화비닐 수지 대비 10 ~ 50 중량%로 설정하는 것이 바람직하다. 염소화 폴리염화비닐 수지를 폴리염화비닐 수지 대비 50 중량%를 넘어서 투입하게 되면 가공시 열화가 쉽게 일어나 원사 생산이 어렵게 되고, 10 중량% 미만으로 사용할 경우에는 섬유의 기계적 물성을 바람직한 수준으로 확보할 수 없다는 결점이 있다. 바람직하기로는 본 발명에서 염소화 폴리염화비닐 수지의 함량을 폴리염화비닐 수지 대비 10 ~ 50 중량%, 더욱 바람직하기로는 20 ~ 40 중량%로 사용한다.

본 발명에 따르면 폴리염화비닐 수지혼합물의 배합처방으로서 폴리염화비닐 수지 외에 안정제와 활제를 추가로 포함한다. 일반적으로 폴리염화비닐은 녹는점 부근에서 분해가 일어나기 쉬우므로 용융방사법을 채택하기 곤란하다. 안정제는 폴리염화비닐의 분해를 방지하기 위하여 투입되는 것으로서 본 발명에서는 폴리염화비닐 수지혼합물 기준으로 3 ~ 7 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 한편 활제는 용융물에 유동성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서 그 투입량은 폴리염화비닐 수지혼합물 기준으로 1 ~ 3 중량%로 설정하는 것이 바람직하다. 안정제와 활제의 상기 조성비 역시 다양한 변수조정을 통한 실험에 의해 효과적인 용융방사를 실현시키면서 섬유 물성의 향상에 기여하는 최적치로서 제안된 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 안정제로서 유기주석 안정제 및 금속 석금계 안정제를 사용하는 것이 바람직하다. 유기주석 안정제로서는 주석 말레이트, 주석 라우레이트, 분말 주석 말레이트 에스테르 등이 사용될 수 있다. 주석 말레이트는 가공시 내열성을 증진하여 장기작업성을 높이는 작용을 하고, 주석 라우레이트는 윤활작용 을 증진하여 방사성을 향상시키는 효과를 나타내며, 분말 주석 말레이트 에스테르는 내열성을 높이는 역할을 수행한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 3종의 안정제를 일정한 조성비로 혼합하여 사용한다. 금속 석금계 안정제로서는 Ba계, Ca계, Mg계 등이 선택될 수 있다.

본 발명에 있어서 폴리염화비닐 수지혼합물중 안정제의 함량은 3 ~ 7 중량%로 설정하는 것이 바람직하다. 함량이 3 중량% 미만일 경우 충분한 열화방지의 효과가 기대될 수 없어 장기간의 방사를 실현할 수 없으며, 함량이 7 중량%을 초과하게 되면 폴리염화비닐 수지가 제대로 용융되지 않음으로 인해서 방사가 불량해지는 문제가 있다.

본 발명에서는 활제로서, 산화폴리에틸렌, 왁스, 폴리에틸렌, 산화스테아린산, 스테아린산 등의 외부활제와, 고급알콜, 저지방산, 금속스테아린산 등의 내부활제의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 활제 혼합물의 함량은 폴리염화비닐 수지혼합물 기준으로 1 내지 3 중량%인 것이 바람직하다. 상기 외부활제는 금속 표면에 대한 용융된 수지의 친화력을 감소시켜 가공기기의 표면으로부터의 이형을 증진시켜줌과 아울러 폴리염화비닐 입자들 사이에 작용하여 입자들 사이의 미끄럼성을 증진시키는 작용을 한다. 내부활제는 용융점도를 감소시켜 마찰열 상승을 억제시키기 위하여 사용되는 것이다.

본 발명에 따르면 앞서 설명한 폴리염화비닐 수지혼합물에 추가하여 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 적당량을 혼합한 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 기본수지로 하여 방사공정을 진행한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 아크릴/스티렌계 공중합 고분자로서 ABS (Acrylonitrile-Butadien-Styrene), SAN (Acrylonitrile-Styrene), 투명 ABS, 내열 SAN 메틸 (methyl) 스티렌, 신디오텍틱(syndiotactic) 스티렌과 아크릴로니트릴의 공중합체, 변성 SAN 스타이렌 말레이미드와 아크릴로니트릴의 공중합체 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 바람직하게 사용되는 아크릴/스티렌계 공중합 고분자로서는, 아크릴 함량이 20 % 이상이고 내열도가 85 ℃도 이상, 비중이 1.21 이하이면서 폴리염화비닐 수지와의 혼화성이 우수한 수지가 적합하다. 본 발명에서 폴리염화비닐 수지혼합물과 함께 첨가되는 아크릴/스티렌계 공중합 고분자는 전체 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물 기준으로 20 ~ 80 중량%의 함량으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 80 중량%을 초과하게 되면 비중이 낮아지고 내열성이 높아지는 반면 난연성이 떨어지고 촉감이 인모와는 달리 매끄러워지는 단점이 있으며, 반면에 20 중량% 미만으로 사용될 경우에는 난연성 및 촉감은 향상되지만 비중 및 내열성이 기존의 폴리염화비닐 원사의 수준을 벗어나기 어렵다. 본 발명에 있어서 더욱 바람직하기로는 상기 아크릴/스티렌계 공중합 고분자의 함량을 30 ~ 70 중량%로 설정한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 폴리염화비닐 수지혼합물과 아크릴/스티렌계 공중합 고분자와의 혼련성을 증대시키기 위해서 상용화제로서 에틸렌 비닐아세테이트 (EVA) 또는 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMAA) 등의 수지를 추가로 첨가할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면 앞서 설명한 폴리염화비닐 수지혼합 물에 추가하여 무광제, 촉감조절제, 안료, 자외선 안정제 또는 광안정화제 등의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제들의 용도 및 그 바람직한 투입량은 당업자에게 공지된 것으로서 발현시키고자 의도하는 최종섬유의 물성에 따라 적당하게 개변하거나 조정될 수 있다. 한편 안료의 경우에는 섬유 생산량의 규모에 따라 분말상태로 투입되거나 또는 안료 펠렛의 형태로 투입될 수 있다. 즉 특정 색상의 섬유를 대규모로 생산하는 경우에는 공정경제성의 측면을 고려하여 기본수지의 배합 초기에 분말형태로 안료를 혼합하여 사용되는 것이 바람직한 반면, 다양한 색상을 갖는 섬유를 종류별로 생산하는 경우에는 색상별로 안료펠렛을 제조한 뒤 기본수지와 혼합하여 방사공정을 진행할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 90 ~ 140 ℃의 온도에서 적당한 공지의 배합방법을 이용하여 상기 배합처방에 따른 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지혼합물을 얻고, 이를 100 ~ 210 ℃에서 용융압출하여 펠렛을 제조함을 특징으로 한다. 분말형태가 아닌 펠렛 형태로 원료를 준비하게 되면 실제 섬유제조공정에서 이송 및 취급의 간편성을 도모할 수 있기 때문에 매우 바람직하다.

본 발명에 따르면 상기 준비된 펠렛을 압출기에 투입하여 150 ~ 220 ℃에서 용융방사함을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 종래 모다크릴 섬유의 주성분인 아크릴 수지를 포함한 기본수지로부터 용융방사법을 적용할 수 없었던 기술적 한계를 극복한 것이다. 이는 앞서 제안되었듯이 폴리염화비닐 수지, 안정제 및 활제의 종류 및 배합비를 정교하게 선택함으로써 가능하게 된 것이다. 특히 본 발명의 효과를 극대화하기 위해서는, 방사기를 통과하는 필라멘트의 용융점도를 저하시켜 방사를 원활 하게 하기 위한 목적으로 방사기의 노즐직하부에 가열통을 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 용융방사된 필라멘트는 연신단계를 거치면서 섬도가 20 ~ 100 데니어로 감소되며, 이후 100 ~ 150 ℃에서 열고정되는 단계를 통해서 최종 섬유가 수득된다.

상기 펠렛화 단계, 용융방사 단계, 연신 단계 및 열고정 단계의 대체적인 공정조건은 당업계에 일반적으로 공지되어 있으며, 다만 본 발명은 앞서 설명한 배합처방에 따른 기초수지를 이용하여 다양한 실험을 통해서 최적의 섬유물성을 얻게 하는 구체적인 공정조건을 제시한 것이다.

이하 본 발명에 따른 인조모발용 섬유의 제조공정을 구체적으로 설명한다.

(원료 배합)

폴리염화비닐 수지 90 ~ 96 중량%, 안정제 3 ~ 7 중량% 및 활제 1 ~ 3 중량% 기타 적당량의 안료 또는 무광택제를 90 ~ 140 ℃로 고속 혹은 저속 승온배합하여 폴리염화비닐 수지혼합물을 준비한 후, 여기에 내열성이 높은 아크릴/스티렌계 공중합 고분자와 2 : 8 내지 8 : 2의 중량비로 혼합하여 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 제조한다. 안료는 분말형태로 수지혼합물에 원료로서 투입될 수 있다. 경우에 따라 첨가제로서 무광택제 또는 상용화제(EVA 또는 PMMA)를 투입할 수 있다.

(펠렛 제조)

상기 수지조성물을 100 ~ 210 ℃로 가열된 펠렛제조용 압출기에 공급하여 수 지조성물을 용융시킨 후 토출 및 커팅하여 펠렛을 제조한다. 이 과정에서 별도로 펠렛 형태로 준비된 안료를 상기 수지조성물과 함께 압출기에 투입할 수 있다.

(방사)

압출된 펠렛을 150 ~ 220 ℃로 유지된 방사기에 투입하여 방사 구금 (노즐)을 통해 방사하여 섬도가 대략 60 ~ 200 데니어인 미연신 필라멘트를 얻는다. 여기서 노즐의 형태로서는 별형, 말발굽형, 땅콩형, Y형, C형 등의 이형단면을 채택하는 것이 바람직하다.

(연신)

미연신 필라멘트를 건열 또는 열탕 연신 장치에 공급하여 원하는 섬도, 즉 인조모발용으로 적당한 20 ~ 100 데니어로 늘려서 강도와 신도를 부여한다.

(건조 및 열고정)

열탕 연신된 필라멘트는 약 85 ~ 125 ℃의 건조장치를 통과시켜 건조하고, 건열연신된 필라멘트는 건조과정을 개재하지 않고 연속적으로 100 ~ 150 ℃의 가열 장치를 통과시켜 강도, 신도 및 열수축률 등 섬유의 물성을 고정시킨다.

이와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 인조모발용 섬유는 별형, 말발굽형, 땅콩형, Y형, C형 등의 이형단면을 갖고 있으며, 강도 1.5 ~ 3.0 g/데니어, 신도 20 ~ 60 % 그리고 100 ℃에서의 열수축률 0.3 ~ 5.0 %의 물성을 나타낸다.

바람직한 인조모발용 섬유가 지녀야 할 물성인자중 주요한 것으로는 섬도, 강도, 신도, 가공온도에서의 열수축성 또는 난연성 등을 들 수 있다. 그 외에 섬유 의 사용용도를 감안할 때 최대한 인모와 비슷한 외관을 나타내게끔 색상, 촉감 및 광택 등이 적합하게 발현되어야 한다.

상기 물성인자중 섬도는 섬유의 굵기를 나타내는 것으로서, 인조모발용 섬유의 경우 인모의 굵기와 유사한 30 ~ 80 데니어의 섬도를 갖출 것이 요구된다. 또한 섬도는 생산방법 및 적용되는 기술요소에 따라 그 편차가 달라질 수 있는데 인모의 경우 섬도편차가 보통 5 정도이며 인조모발용 섬유로 이용되기 위해서는 그 섬도편차가 7 이하일 것이 요구된다. 종래 건식방사법을 적용한 제조방법에 의해 제조된 모다크릴 섬유는 그 섬도 편차가 5 이하이고, 용융방사법을 적용한 제조방법에 의해 제조된 PVC 섬유는 7 ~ 12 범위의 편차를 나타내는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 섬도편차가 7 이하인 섬유는 고급형 인조모발로서 이용가능하고, 섬도편차가 10 ~ 12에 속하는 섬유는 액세서리 용도, 그리고 섬도편차가 12를 초과하게 되면 섬유의 용도가 저급형 인조모발로 한정되는 것으로 판정된다.

다음으로 섬유의 강도에 대하여 설명한다. 강도는 섬유가 얼마나 인장에 강한가하는 물성인자로서 g/데니어의 단위로 나타낸다. 인조모발용 섬유가 보유해야 할 바람직한 강도의 범위는 1 g/데니어 이상이다.

신도는 섬유가 얼마난 잘 늘어나는가를 판정하는 물성인자로서, 80 % 이하의 신도를 갖출 경우 인조모발용 섬유로서의 이용이 가능하다.

열수축률은 특정 가공온도에서 섬유의 수축률을 나타내는 물성인자로서 일반적으로 실험기준온도 100 ℃에서의 수축률로 나타낸다. 인모와 모다크릴 섬유의 경우 100 ℃에서의 수축율은 1 % 미만인 것으로 알려져 있고, 폴리염화비닐 섬유의 경우에는 5 % 정도로 알려져 있다. 열수축률이 5 %를 초과하면 인조모발의 세탁, 건조 및 파마시 줄어들어 본래의 형태가 변형되는 장해를 초래하므로 바람직하지 못하다. 높은 열수축률이 발생하는 이유는 섬유 제조공정시 열이력이 부족하거나 연신배율이 낮아서 분자 배향이 부족하기 때문인 것으로 생각되고 있다.

모다크릴 섬유 또는 폴리염화비닐 섬유는 인모에 비해 오히려 우수한 난연성을 보인다. 인모는 그 자체로 난연성을 지니고 있지 않은데 비해서 모다크릴 섬유 또는 폴리염화비닐 섬유는 그 자체에 난연성을 갖는 염소를 함유하고 있기 때문이다.

색상, 촉감 및 광택은 매우 주관적인 물성이다. 색상의 경우에 소비자의 취향이 다양화됨에 따라 그에 부응한 다양한 색상의 인조모발용 섬유가 요망되고 있다. 인모와 유사한 자연스러운 느낌을 주면서 원하는 용도에 맞추어 형광색을 포함한 다양한 색상을 발현시킬 수 있어야 한다. 색상의 발현에 있어서는 적절한 안료를 적당량 첨가함이 필수적일 뿐더러, 생산규모에 따라서 다양한 색상의 섬유를 경제적으로 제조할 수 있도록 하는 공정의 개선에 대한 요구가 높다. 촉감은 섬유 단면의 형태에 밀접한 관련을 갖는 인자이다. 즉 후술하는 광택을 조절하기 위한 용도도 감안하여 인조모발용 섬유에 있어서 그 섬유단면을 별형, 땅콩형, 중공형, Y형 등의 이형단면으로 설계하는 것이 일반적인데, 여기서 이형단면의 단면각이 예리할 수록 촉감이 거칠게 되는 것으로 알려져 있다. 인조모발은 반짝거리는 것에서부터 무광의 것에 이르기까지 다양한 광택의 제품이 소비자 취향에 따라 이용된다. 일반적으로 흑인용 인조모발의 경우 광택성이 뛰어난 제품이 선호되는 한편, 백인 용 인조모발의 경우에는 무광성 제품이 선호되는 경향을 보이고 있다. 앞서도 설명하였듯이 인조모발용 섬유의 제조시에 섬유 광택은 단면형태의 설계, 무광제의 투입 또는 주원료의 물성조절 등을 이용하여 조절된다. 광택은 광택도계(Gloss meter)를 이용하여 측정되는데, 일반적으로 광택값이 30 이하이면 무광, 50 정도이면 반광, 그리고 70 이상이면 유광이라고 판단한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교실시예를 통해서 구체적으로 설명하고자 한다. 단 이들 실시예 및 비교실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 이들에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리염화비닐 수지로서 중합도가 900인 폴리염화비닐 수지 100 중량부, 중합도가 800인 염소화 폴리염화비닐 수지 20 중량부, 안정제로서 유기주석계 안정제인 주석말레이트 3 중량부, 주석 라우레이트 3 중량부 및 주석 말레에스테르 1 중량부, 활제로서 칼슘스테아레이트 1 중량부, 지방산 알콜 1 중량부 및 스테아린산 0.5 중량부를 고속 배합기에 넣은 후, 120 ℃에서 혼합 교반하고, 저속배합기로 배출하였다. 배출된 폴리염화비닐 수지혼합물 70 중량%에 비중이 1.07이고 내열도가 90℃인 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 30 중량%를 투입한 후 교반하여 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 얻었다. 상기 수지조성물을 150 ℃로 승온된 혼련성이 우수한 압출기에 투입하여 용융시킨 후 토출 및 커팅하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛에 안료로 된 칼라 펠렛을 적당량 혼합한 후, 땅콩형 노즐단면을 구비하고 노즐직하부에 가열보온통이 설치된 직경 55 ㎜의 방사기에 공급하여 온도 200 ℃에서 용융방사하여 180 데니어의 미연신 필라멘트를 제조하였다. 상기 미연신 필라멘트를 50 데니어의 섬도를 갖도록 열탕 연신한 후 135 ℃로 조절된 열고정실로 통과시켜 단면이 땅콩형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[실시예 2]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 50 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 50 중량%가 되도록 하고, C형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 단면이 C형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[실시예 3]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 30 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 70 중량%가 되도록 하고, Y형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 단면이 Y형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[실시예 4]

폴리염화비닐 수지로서 중합도가 900인 폴리염화비닐 수지 100 중량부, 안정제로서 유기주석계 안정제인 주석말레이트 2 중량부, 주석 라우레이트 2 중량부 및 주석 석금계 안정제인 Ba 안정제 1 중량부, 활제로서 칼슘스테아레이트 1 중량부, 지방산 알콜 1 중량부 및 스테아린산 0.5 중량부, 안료 2 중량부 및 무광택제로서 이산화티탄 0.5 중량부를 고속 배합기에 넣은 후, 120 ℃에서 혼합 교반하고, 저속배합기로 배출하였다. 배출된 폴리염화비닐 수지혼합물 70 중량%에 비중이 1.20 이고 내열도가 120 ℃인 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 30 중량%를 투입한 후 교반하여 폴리염화비닐/아크릴 수지조성물을 얻었다. 상기 수지조성물을 150 ℃로 승온된 혼련성이 우수한 압출기에 투입하여 용융시킨 후 토출 및 커팅하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛을 땅콩형 노즐단면을 구비하고 노즐직하부에 가열보온통이 설치된 직경 55 ㎜의 방사기에 공급하여 온도 200 ℃에서 용융방사하여 180 데니어의 미연신 필라멘트를 제조하였다. 상기 미연신 필라멘트를 50 데니어의 섬도를 갖도록 열탕 연신한 후 135 ℃로 조절된 열고정실로 통과시켜 단면이 땅콩형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[실시예 5]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 50 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 50 중량%가 되도록 하고, C형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 실시하여 단면이 C형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[실시예 6]

[비교실시예 1]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지 혼합물 90 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 10 중량%가 되도록 하고, 별형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 단면이 별형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[비교실시예 2]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 10 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 90 중량%가 되도록 하고, H형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 단면이 H형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[비교실시예 3]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 90 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 10 중량%가 되도록 하고, 별형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 실시하여 단면이 별형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

[비교실시예 4]

폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물의 배합조성을 폴리염화비닐 수지혼합물 10 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 90 중량%가 되도록 하고, H형 노즐단면을 구비한 방사기에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 실시하여 단면이 H형인 인조모발용 섬유를 수득하였다.

하기 표 1은 상기 실시예 및 비교실시예에 따라 제조된 인조모발용 섬유에 대하여 물성을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 특히 하기 표 1에서는 본 발명의 실 시예에 따라 제조된 인조모발용 섬유의 물성을, 시판되고 있는 인조모발용 섬유중 모다크릴 섬유인 제품명 '가네가론', 폴리염화비닐 섬유인 제품명 '모드론' 및 '도요가론'의 물성과 비교하여 나타내었다.

[표 1]

	단면 형태	비중	내열도 (℃)	섬도 (De)	강도 (g/De)	신도 (%)	100 ℃에서의 수축률	난연성	가공성	광택도 (Gloss)
실시예 1	땅콩형	1.32	84	50	1.9	60	5.0	난연	양호	반광 (50)
실시예 2	C형	1.26	86	50	2.0	55	3.0	난연	양호	유광 (70)
실시예 3	Y형	1.18	88	50	2.0	50	3.0	난연	양호	유광 (80)
실시예 4	땅콩형	1.34	92	50	2.1	60	1.0	난연	양호	무광 (30)
실시예 5	C형	1.30	100	50	2.1	55	0.0	난연	양호	반광 (50)
실시예 6	Y형	1.26	108	50	2.3	50	0.0	난연	양호	유광 (70)
비교실시예 1	별형	1.38	82	50	1.9	70	5.0	난연	양호	반광 (50)
비교실시예 2	H형	1.12	89	50	2.0	50	1.0	가연	양호	유광 (70)
비교실시예 3	별형	1.38	84	50	2.0	70	5.0	난연	양호	무광 (30)
비교실시예 4	H형	1.22	116	50	2.5	50	0.0	가연	양호	유광 (70)
가네가론 (모다크릴)	C형	1.28	95	45	2.0	40	1.0	난연	양호	무광 (30)
모드론 (PVC)	별형	1.40	75	50	1.5	80	5.0	난연	양호	무광, 유광 (30~70)
도요가론 (PVC)	땅콩형	1.40	80	50	1.5	70	5.0	난연	양호	무광, 유광 (30~70)

상기 표 1에서 확인되듯이, 본 발명의 실시예에 따른 인조모발용 섬유는 가공성이 양호하며 비중이 1.18~1.32이고 내열도가 84~108도로 배합비율에 따라 다 양한 물성을 가질 수 있으며 아크릴/스티렌계 공중합 고분자의 종류에 따라서도 주요 물성인 비중과 내열도, 수축율 조절이 자유로운 장점이 있어 기존의 폴리염화비닐과 모다크릴에 비해 훨씬 다양한 용도의 인조모발용 원사로 사용할 수 있다.

가발의 볼륨을 결정해 주는 비중 특성에 있어, 실시예 2, 3, 6과 같이 모다크릴 원사에 비해서도 낮은 비중을 가지는 원사가 생산이 가능하여 보다 큰 볼륨을 원하는 가발류에 적용이 가능한 장점이 있다. 단 비교실시예 1,3 과 같이 염화비닐 수지의 함량이 90%면 비중 1.38로 기존의 PVC 원사와 큰 차이가 나지 않아 볼륨의 개선 효과가 미미하다.

난연성은 상온, 상기압하에서 원사에 불을 붙여 자기소화성을 파악한 것으로 비교실시예 2, 4와 같이 아크릴 수지 함량이 90%이면 원사가 자기 소화성을 잃어 사람이 착용하는 고급 가발류에는 적당하지 않고 인형류 (인형, 마네킹용) 등의 저급 원사로 사용될 수 있다.

가발가공성은 미싱가공성, 빗질성, 컬링성을 총괄하여 지칭하는 것으로 불특정 다수 가발가공자에게 실제 가발을 만들어 보게하여 얻은 결과로 기존 염화비닐원사와 모다크릴과 유사하다.

광택성은 가발의 용도에 따라 달라지는데 실시예 2, 3, 6과 비교실시예 2, 4의 경우는 광택이 많이 필요한 흑인용 가발 및 악세사리에 적당하며, 실시예 1, 4, 5 및 비교실시예 1, 3은 백인용 가발 및 악세사리에 사용되어 지는 광택 수준이다.

그 외의 강도, 신도, 100℃에서의 수축률에 있어서는 종래의 모다크릴 원사와 비교할 때 비슷하며 폴리염화비닐 원사에 비해서는 향상된 수준이며, 촉감 및 조색성은, 폴리염화비닐원사와 동일한 생산 방법을 취하므로, 모다크릴 원사와 비교시는 우수하며 폴리염화비닐 원사와는 동일한 수준이다.

본 발명에 따른 제조방법은, 배합처방을 포함하는 공정의 전체 단계를 정교하게 설계함으로써 용융방사법을 적용할 수 있도록 하여 공정경제성 및 환경친화성을 획기적으로 증대시킬 수 있음은 물론 인조모발용 섬유가 지녀야 할 제반물성, 즉 고급 난연 원사인 기존의 폴리염화비닐 원사와 모다크릴 원사가 갖는 우수한 특성을 바람직한 수준으로 확보하여 우수한 인조모발용 섬유의 제조를 가능케 한다.

Claims

폴리염화비닐 수지 90 ~ 96 중량%, 안정제 3 ~ 7 중량% 및 활제 1 ~ 3 중량%를 함유하는 폴리염화비닐 수지혼합물 20 내지 80 중량% 및 아크릴/스티렌계 공중합 고분자 20 내지 80 중량%가 혼합된 폴리염화비닐/아크릴/스티렌계 수지조성물을 90 ~ 140 ℃에서 혼합하는 단계; 상기 혼합된 수지조성물을 압출기를 통해 100 ~ 210 ℃로 용융압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 상기 펠렛을 방사기에 투입하여 150 ~ 220 ℃로 용융방사하여 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 용융방사된 필라멘트를 20 ~ 100 데니어의 굵기를 갖도록 연신하는 단계; 및 연신된 필라멘트를 100 ~ 150 ℃의 열고정기에 통과시켜 필라멘트의 물성을 고정시키는 단계를 포함하는 인조모발용 섬유의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 무광택제, 촉감조절제, 안료, 자외선 안정제 또는 광안정화제가 추가로 포함됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 폴리염화비닐 수지혼합물에 함유된 폴리염화비닐 수지로서 폴리염화비닐 수지 단독 또는 폴리염화비닐 수지와 염소화 폴리염화비닐 수지의 혼합수지가 사용됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 3항에 있어서 염소화 폴리염화비닐 수지는 폴리염화비닐 수지 대비 10 ~ 50 중량%로 포함됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 아크릴/스티렌계 공중합 고분자는 ABS, SAN, 투명 ABS, 내열 SAN 및 변성 SAN으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서 아크릴/스티렌계 공중합 고분자는 비중이 1.21 이하이고 내열도가 85 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 안정제는 유기 주석 안정제 및 금속 석금계 안정제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 활제는 산화에틸렌, 왁스, 폴리에틸렌, 산화스테아린산 및 스테아린산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 외부활제 및 고급알콜, 저지방산 및 금속스테아린산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 내부활제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항에 있어서, 방사기를 통과하는 필라멘트의 용융점도를 저하시킬 수 있도록 노즐 직하부에 가열통이 설치된 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 1항 내지 제9항중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 인조모발용 섬유.