KR100660267B1

KR100660267B1 - 흑색 원착 탄성사의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 흑색원착 탄성사

Info

Publication number: KR100660267B1
Application number: KR1020050135475A
Authority: KR
Inventors: 강연수; 진중성; 서승원
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-12-20

Abstract

본 발명은 입자 표면을 유기물로 코팅한 카본 블랙을 탄성사 제조용 중합물에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사는 방사공정성, 세탁견뢰도 등의 물성이 우수하고, 색도가 균일하고 심색이 발현되는 이점을 가진다.

흑색 원착 탄성사, 카본 블랙(carbon black), 유기물, 표면 코팅

Description

흑색 원착 탄성사의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사{Method for Preparing Black Dope-Dyed Elastic Yarn and Black Dope-Dyed Elastic Yarn prepared by the same}

도1은 본 발명의 방법에 의해 제조된 흑색 원착 탄성사가 권취된 상태의 사진이다.

본 발명은 흑색 원착 탄성사의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입자 표면을 유기물로 코팅한 카본 블랙을 탄성사 제조용 중합물에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사에 관한 것이다.

폴리우레탄우레아계 탄성섬유는 폴리우레탄우레아계 중합체를 건식 또는 습식방사하여 제조되며, 탄성이 우수하여 스타킹, 여성용 속옷, 각종 스포츠 웨어 등의 제조에 광범위하게 사용되고 있다.

이와 같이 제조된 폴리우레탄우레아 탄성사는 분산염료나 산성염료를 사용하여 블랙 색상으로 염색시 심색성이 저하되고 염색견뢰도, 특히 일광 및 세탁견뢰도가 저하되는 문제점이 있었다. 보다 구체적으로 통상의 폴리우레탄우레아 탄성사와 폴리에스테르 원사 또는 폴리아미드 원사를 사용하여 교직물을 제조한 다음, 이들을 흑색의 분산염료 또는 산성염료로 염색할 경우 심색성 및/또는 염색견뢰도가 저하되는 문제가 있었다.

상기 교직물을 분산염료로 염색할 경우에는 분산염료와 폴리우레탄우레아 탄성사간의 양호한 친화성 때문에 심색성은 우수하나 세탁견뢰도가 저하되며, 산성염료로 염색할 경우에는 산성염료와 폴리우레탄우레아 탄성사간의 낮은 친화성 때문에 심색성 및 세탁견뢰도 역시 저하된다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 국내특허공개 제2002-92588호는 폴리우레탄우레아 탄성사를 제조함에 있어서, 방사전의 탄성사 중합물에 카본블랙 또는 카본블랙과 인산염계 분산제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄우레아 원착사의 제조방법을 개시하고 있다.

그러나, 카본 블랙은 소수성 경향이며, 적용 대상 폴리머(Polymer) 종류에 따라서는 짙은 색상을 발현하기 곤란한 문제점이 있다. 또한 심색도를 높여야 하는 용도에서는 많은 양의 카본 블랙이 첨가되어야 하는데, 이 경우에는 카본 블랙의 균일한 분산이 곤란하고, 카본 블랙 입자 간의 응집 문제가 심화되어, 방사용 필터(Filter) 및 스피너렛트 (Spinneret) 등의 교체 주기를 단축시키고, 연속적으로 제조되는 섬유 제품의 콘(Cone)간 색상차를 발생시키는 문제점을 초래한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 방사공정성 및 세탁견뢰도가 우수하고, 균일한 색상을 발현시킬 수 있는 흑색 원착 탄성사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양상은 방사공정성, 세탁견뢰도 등의 물성이 우수하고 심색이 발현되고 색도가 균일한 흑색 원착 탄성사를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 입자 표면을 유기물로 코팅한 카본 블랙을 탄성사 제조용 중합물에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법에 관계한다.

본 발명에서 카본 블랙 표면에 코팅되는 유기물은 테프론(Teflon), 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane), 실란, 폴리오르가노실록산, 및 스테아린 산(Stearic acid)으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법에 의해 제조된 흑색 원착 탄성사에 관계한다. 이러한 흑색 탄성 원착사의 예는 폴리우레탄 또는 폴리우레탄우레아 탄성사를 포함한다.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 관하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 카본 블랙의 강한 응집성에 기인한 분산성 미흡 문제를 개선하기 위해, 카본 블랙을 유기물로 코팅한 후, 이를 탄성사 제조용 중합물에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 한다. 이때 사용가능한 유기물의 예는 테프론(Teflon), 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane), 실란, 폴리오르가노실록산, 및 스테아린 산(Stearic acid)으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

일반적인 흑색 안료로는 카본 블랙, 산화철(Fe₃O₄) 등이 많이 사용되고 있는데, 산화철은 비중이 크며, 대기 중에서 약 160℃의 온도로 가열하면 Fe₂O₃로 변화하여 흑색도에 변화가 있고 자화되기 쉬운 문제점이 있는 반면, 카본 블랙은 단가가 낮고, 섬유에 적용하였을 때 친화성(Compatibility)이 좋고, 섬유 고유 물성에 별다른 영향을 주지 않는 장점이 있다.

　본 발명에 있어서, 코팅된 카본 블랙의 평균 입자 크기는 0.1∼1000 ㎚가 바람직하다. 카본 블랙의 평균 입자 크기가 0.1 ㎚ 미만일 경우에는 건식 방사 후 용매가 회수될 때, 카본 블랙이 용매와 함께 회수되어 응축기, 정제탑 등으로 흘러 들어갈 위험성이 있고, 입자 크기가 1000 ㎚를 초과하는 경우에는 입자들끼리의 응집에 의한 불균일한 색상, 필터 막힘, 작업성 저하 등의 문제를 초래할 수 있다.

상기한 특징을 갖는 카본 블랙은 입자 크기를 균일하도록 하기 위해 아트리션 밀(attrition mill), 샌드 그라인더(sand grinder), 고속 믹서기 등으로 분쇄, 분산시켜 1차 입경을 가지도록 한 다음에 사용한다.

본 발명에 있어서, 카본 블랙의 사용량은 그 종류, 입경, 비중 등에 따라 다르지만, 최종 폴리머 고형분 대비 0.1wt% 내지 10wt%가 바람직하다. 카본 블랙의 사용량이 최종 폴리머 고형분 대비 0.1wt% 미만인 경우에는 제조된 섬유의 심색성이 부족하게 되고, 10wt%를 넘는 경우에는 탄성사로서의 신축력 상실, 방사 작업성 불량 및 색상 불균일 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 탄성사의 제조방법은 반드시 폴리우레탄 탄성사에만 적용되는 것은 아니나, 이하 설명의 편의를 위해서 폴리우레탄우레아 폴리머를 사용하여 제조되는 탄성사를 예로 들어 더욱 상세하게 설명한다.

폴리우레탄우레아 제조시에 사용되는 폴리우레탄 전구체는 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜서 제조되고, 이를 유기 용매에 용해한 후 디아민 및 모노아민과 반응시켜서 폴리우레탄우레아 중합물을 제조한다.

　　　　　　　　본 발명에 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트의 예는 4.4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5'-나프탈렌디이소시아네이트, 1,4'-페닐렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,4'-시클로헥산디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트와 같은 유기 디이소시아네이트의 1종 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.

　　　　　　　　상기 고분자 디올의 예들은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등을 포함할 수 있다.

　　　　　　　　상기 디아민류는 사슬연장제로 사용되며, 그 예로는 에틸렌디아민, 1,2'-프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 크실렌디아민, 4,4'-디페닐메탄디아민, 하이드 라진 등의 1종 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 예시할 수 있다.

본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 폴리우레탄우레아 중합물에 카본 블랙을 첨가한 후 방사하여 폴리우레탄우레아 원착사를 제조하는데, 카본 블랙의 재응집에 의한 분산성 미흡 문제를 개선하기 위해, 카본 블랙을 테프론(Teflon), 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane), 실란, 폴리오르가노실록산, 및 스테아린 산(Stearic acid) 중 1종 이상을 선택하여 표면 코팅하여 사용한다.

본 발명에서 카본블랙의 표면을 유기물로 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않는데, 유기물을 물 등의 적당한 용매에 희석한 후 여기에 카본 블랙을 투입하여 일정시간 교반하여 처리한다. 이때 교반 온도 및 시간은 유기물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 테프론을 사용하는 경우에는 사용하기 편한 비율로 테프론을 물에 희석한 후, 여기에 카본 블랙을 투입하고나서, 30 ~ 80℃에서 30분 ~2 시간 침지 및 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 스테아린 산을 사용하는 경우에는 사용하기 편한 농도에 맞게 물로 희석한 후에, 카본 블랙을 투입하고, 50 ~ 90℃ 온도로 30분 ~ 2시간 침지 및 교반을 해주면 된다. 이렇게 표면이 코팅된 카본 블랙을 컨벡션 오븐 (Convection oven)에 넣고, 충분히 건조하여 사용하면 된다.

폴리우레탄의 용매로는 N,N'-디메틸포름아미드, N,N'-디메틸아세트아미드, 테트라메틸요소, 헥사메틸포스포아미드 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 탄성사의 방사 방법은 특별히 제한되지 않으며, 건식방사, 습식방사, 용융 방사, 화학 방사법 등이 이용될 수 있으며, 특히 건식 방사법 을 이용하는 것이 효과적이다.

본 발명에서 중합물에는 표면 코팅된 카본 블랙 이외에 기타 충전제로서 UV 안정제, 산화방지제, NOx가스에 대한 황변방지제, 점착방지제, 염착증진제, 내염소제, 소광제 등이 첨가될 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사에 관계한다. 이러한 탄성사는 주로 폴리우레탄 또는 폴리우레탄우레아 탄성사이다. 이러한 본 발명의 흑색 원착 탄성사는 방사공정성이 향상되며, 균일한 색상을 발현할 수 있다. 또한 본 발명의 흑색 원착 탄성사는 나일론, 폴리에스터 원사 등과 교편직하면 농염색이 가능하고, 세탁 견뢰도 등이 물성이 향상되는 효과를 제공할 수 있다.

　　　　　　　　이하에서 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명의 범위를 제한시키는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.

실시예 1

입자 크기가 20 ㎚인 카본 블랙 10kg을 테프론(시바 가이기사 제품)과 물의 혼합액(테프론 액 10 wt% : 물 90 wt%) 90kg에 침지하고, 50℃에서 1시간 교반을 해서 테프론이 코팅된 카본 블랙을 제조하였다. 이와 같이 해서 표면 코팅된 카본 블랙을 폴리우레탄우레아 중합물의 고형분 중량 대비 1%를 투입하고, 이 카본 블랙과 폴리우레탄우레아 중합물의 혼합물을 디메틸아세타마이드(DMAc) 용매와 20:80의 중량비로 혼합하여 제조한 후 여과도(Filterability)를 평가하였다.

또한, 카본 블랙이 폴리우레탄우레아 중합물의 고형분 중량 대비 1% 투입된 중합물을 건식방사하여 폴리우레탄 원착사를 방사하면서 방사 필터의 압력 변화를 측정하고, 고화된 탄성사 40d를 지관 위에 500g 권량으로 권취하여, 흑색 원착 탄성사의 색도 및 색도의 균일성을 평가하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

실시예 2

　　　　　　　　표면코팅된 카본 블랙의 함량을 10 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표1에 함께 나타내었다.

실시예 3

입자 크기가 20 ㎚ 인 카본 블랙 10kg을 스테아린 산과 물의 혼합액(스테아린 산 5 wt% : 물 95 wt%) 134kg에 침지하고, 70℃에서 1시간 교반을 해서 스테아린 산이 코팅된 카본 블랙을 제조하였다. 수득된 표면 코팅된 카본 블랙을 폴리우레탄우레아 중합물의 고형분 중량 대비 1%를 투입하고, 이 카본 블랙과 폴리우레탄우레아 중합물의 혼합물을 디메틸아세타마이드(DMAc) 용매와 20:80의 중량비로 혼합하여 제조한 후 여과도(Filterability)를 평가하였다.

또한, 카본 블랙이 폴리우레탄우레아 중합물의 고형분 중량 대비 1%를 투입된 중합물을 건식으로 방사하면서 방사 필터의 압력 변화를 측정하고, 고화된 탄 성사 40d를 지관 위에 500g 권량으로 권취하여, 흑색 원착 탄성사의 색도 및 색도의 균일성을 평가하여, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

실시예 4

　　　　　　　표면코팅된 카본 블랙의 함량을 10 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예 1

표면코팅된 카본 블랙의 함량을 0.05 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예 2

표면코팅된 카본 블랙의 함량을 12.5 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예 3

표면코팅된 카본 블랙의 함량을 0.05 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예 4

표면코팅된 카본 블랙의 함량을 12.5 wt%로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예 5

표면이 유기물로 코팅되지 않은 카본 블랙을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 원착사를 제조하고 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

비교예6

카본 블랙의 함량을 5 wt%로 한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법으로 실시하여 폴리우레탄 원착사를 제조하고, 그 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

구분	여과도 (%)	방사 필터 압력 하강율 (kgf/cm².hour)	색도(L*)	콘(Cone)간 색도(L*) 균일성
실시예1	100	0.005	17.4	0.4
실시예2	98.9	0.009	15.9	0.6
실시예3	100	0.006	17.1	0.4
실시예4	98.3	0.011	15.2	0.7
비교예1	100	0.003	46.8	0.3
비교예2	98.2	0.027	15.3	33.8
비교예3	100	0.003	43.6	0.2
비교예4	97.8	0.035	14.6	28.4
비교예5	13.3	0.294	29.7	55.9
비교예6	0%	8.5	-	-

<물성 평가 방법>

* 여과도(Filterability)(%): 각 조건별로 조제된 카본 블랙을 함유한 탄성사 제조용 중합물에 용매를 추가로 투입하여, 고형분이 20wt%가 되도록 한 혼합물을 2kgf/cm² 의 압력을 부여한 상태로 15mm 필터를 정해진 시간 동안 통과하는 정도를 측정하였다. 예를 들어, 1000g의 혼합물을 투입, 가압 후2분 동안 900g의 슬러리가 나오면 90%의 여과도를 의미하며, 값이 높을수록 우수한 여과도를 의미한다.

* 방사 필터압력 하강율(kgf/cm².hour): 방사 필터를 통해 각 조건별로 조제된 카본 블랙을 함유한 탄성사 제조용 중합물을 건식방사하면서, 방사 필터의 압력이 경시별로 하강되어 가는 정도를 측정하였다. 이 값이 크면 클수록 방사 필터의 교체 주기가 짧아진다는 의미이다.

* 색도(L*): 분광광도계(color-eye 7000, Macbeth)를 이용하여 흑색 원착 탄성사의 주파장 반사율을 측정하여, 흑색도를 나타내는 L*값을 구했다. 이 L*값이 0에 근접할수록 검은색의 심도가 올라가고, 100에 근접할수록 흰색과 가깝다.

*콘간 색도(L*) 균일성 : 각 조건별로 생산 기간 동안 생산된 제품(Cone)을 매일 3회씩 24개를 무작위로 추출하여 생산된 제품(Cone)들의 색도(L*)를 비교하고, 이 색도(L*)값의 전체 범위를 구했다. 이 값이 크면 클수록 색상차가 큰 것을 의미하는데, 이러한 경우에는 원단 등에 심한 이색 줄을 유발할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대해서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 자명하므로, 이러한 변형 및 수정도 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 방법에 의하면 카본 블랙의 재응집에 의한 분산성 부족 문제가 개선되어 카본 블랙이 중합물 내에서 양호한 분산 상태를 유지하므로 공정 필터 등의 교체 주기가 연장되고 방사 공정성이 향상된다.

또한 본 발명의 흑색 원착 탄성하는 색도가 균일하고 심색이 발현되며, 나일론, 폴리에스터 원사 등과 교편직하면 농염색이 가능하고, 세탁견뢰도 등의 물성이 향상되는 효과를 제공할 수 있다.

Claims

입자 표면을 유기물로 코팅한 카본 블랙을 탄성사 제조용 중합물에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 싱기 유기물이 테프론(Teflon), 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane), 실란, 폴리오르가노실록산, 및 스테아린 산(Stearic acid)으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합물이 폴리우레탄 또는 폴리우레탄우레아 중합물인 것을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사의 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항의 방법에 의해 제조되는 흑색 원착 탄성사.
제 4항에 있어서, 상기 흑색 원착 탄성사가 폴리우레탄 또는 폴리우레탄우레아 탄성사임을 특징으로 하는 흑색 원착 탄성사.