KR100730447B1

KR100730447B1 - 신축성 직· 편물

Info

Publication number: KR100730447B1
Application number: KR1020050136104A
Authority: KR
Inventors: 장승현; 신우영; 서승원
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-06-19

Abstract

본 발명은 신축성 직·편물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌 섬유와 폴리스티렌 : 폴리우레탄 중합물을 1 : 99 내지 30 : 70 중량% 비율로 혼합하여 제조한 폴리우레탄 탄성사를 포함하는 신축성 직· 편물에 관한 것이다.

본 발명에 의한 신축성 직·편물의 원단은 가볍고, 보온성이 뛰어나 스포츠 의류, 내의류 등에 폭 넓게 사용될 수 있다.

폴리우레탄 탄성사, 폴리프로필렌 섬유, 열세트성, 변부말림 현상

Description

신축성 직· 편물{Stretchable Fabric}

본 발명은 신축성 직· 편물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌 섬유와 폴리스티렌 : 폴리우레탄 중합물을 1 : 99 내지 30 : 70 중량% 비율로 혼합하여 제조한 폴리우레탄 탄성사를 포함하는 신축성 직· 편물에 관한 것이다.

일반적으로 폴리프로필렌 섬유는 용융점이 낮기 때문에 의류용으로 한계가 있기 때문에, 여과포, 어망, 로프 등과 같은 산업자재로서 이용되어 왔고, 최근에는 인테리어와 관련된 산업 및 폴리프로필렌 섬유의 소수성을 이용한 운동복, 흡한속건성 직물 등에 응용하여 사용되고 있다.

폴리프로필렌 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 면 등과 비교하여 현저하게 낮은 용융온도로 인하여 스판덱스와 혼용하여 직물을 만들지 못하는 한계를 가지고 있는 반면에, 폴리우레탄 섬유는 일반적으로 나이론, PET, 아크릴 등과 같은 합성섬유 및 울, 면, 견 등과 같은 천연섬유 등과 같이 여러 가지 다른 섬유와 조합하여 사용될 수 있으며, 특히 우레탄 결합을 갖는 분자사슬의 함량이　85 중량% 이상인 탄 성섬유를 스판덱스라 불리운다.

폴리우레탄은 일반적으로 고분자량의 디올 화합물인 폴리올과 과량의 디이소시아네이트(diisocyanate) 화합물을 반응시켜 폴리올(polyol)의 양말단에 이소시아네이트기를 가지는 예비 중합체(Prepolymer)를 얻는 1차 중합반응과 상기 예비 중합체를 적절한 용매에 용해시킨 후 그 용액에 디아민(diamine)계 또는 디올(diol)계 쇄연장제를 첨가하여 반응시키는 2차 중합반응에 의해 제조된다.

폴리우레탄 섬유는 높은 탄성을 갖는 고유의 특징 때문에 다양한 용도로 활발하게 사용되고 있으며, 그 용도 범위의 확대에 따라 기존의 폴리우레탄 섬유에 새로운 부가적인 특성이 계속적으로 요구되고 있는데, 지금까지 내열성 및 탄성 회복력이 더욱 강화된 폴리우레탄 섬유와 고무와 같이 히스테리시스(hysteresis)가 적은 제품 등이 개발되고 있다. 또한, 폴리우레탄 섬유와 교·편직할 때 상대사의 열적 취화를 방지하고 직물의 태(touch)를 향상시키기 위해 열세트성이 높은 폴리우레탄 섬유에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.

이에 대응하여, 그 동안 폴리우레탄 섬유의 열세트성을 개선하기 위한 노력이 계속되어 왔는데, 예를 들어, 일본국 특허공보 소 63-53287호, 소 63-53288호, 소 43-639호, 일본국 특허공개 평7-316922호, 대한민국 특허공개 제 2001-5854호, 대한민국 특허공개 제 2001-16788호 등에 폴리우레탄 탄성사의 열세트성을 개선하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법들은 폴리프로필렌과 같은 저온의 세팅이 필요한 직·편물에 대해서는 전혀 개시되어 있지 아니하기 때문에 저온으로 세 팅하는 것에는 상당한 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 연구를 지속적으로 수행하던 중, 종래의 폴리우레탄 탄성사 제조에 필요한 중합체 용액에 폴리스티렌(PS)을 혼합하여 제조한 폴리우레탄 탄성사를 이용하여 열세트성이 우수한 신축성 직· 편물을 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 열세트성이 우수한 폴리우레탄 탄성사와 폴리프로필렌 섬유를 포함함으로써 저온에서의 열세트성이 우수한 신축성 직· 편물을 제공함에 있다.

본 발명은 폴리프로필렌 섬유와 폴리스티렌 : 폴리우레탄 중합물을 1:99 내지 30:70 중량% 비율로 혼합하여 제조한 폴리우레탄 탄성사를 포함하는 신축성 직· 편물임을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 신축성 직·편물을 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 신축성 직·편물에 함유되는 폴리우레탄 탄성사의 제조시에 사용되는 세그먼트 폴리우레탄(segment polyurethane)은 유기 디이소시아네이트(organic diisocyanate)와 고분자 디올(polymer diol)을 반응시켜 폴리우레탄 전구 체를 제조하고, 상기에서 제조한 폴리우레탄 전구체를 유기용매에 용해한 다음 디아민(diamine) 및 모노아민(mono amine)과 반응시켜 얻는다.

상기 폴리우레탄 탄성사의 제조에 사용되는 유기 디이소시아네이트의 구체적인 예로는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethane diisocyanate), 1,5'-나프탈렌디이소시아네이트(1,5'-naphthalene diisocyanate), 1,4'-페닐렌디이소시아네이트(1,4'-phenylene diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 1,4'-시클로헥산디이소시아네이트(1,4'-cyclohenae diisocyanate), 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexyl diisocyanate) 및 이소포론디이소시아네이트(isophorone diisocyanate)로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 탄성사의 제조에 사용되는 고분자 디올은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(polytetramentylene ether glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol) 및 폴리카보네이트디올(polycarbonate diol)로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 폴리우레탄 전구체를 용해시키는 유기용매로는 범용의 용도로 사용되는 유기용매가 사용될 수 있는데, 특히 디메틸아세트아마이드, N-메틸포름아미드 또는 디메틸포름 아미드가 바람직하다.

상기 폴리우레탄 전구체의 사슬연장제로 되는 디아민의 예로는 에틸렌디아민(ethylene diamine), 1,2'-프로필렌디아민(1,2'-propylene diamine), 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine), 크실렌디아민(xylene diamine), 4,4'-디페닐메탄디아민(4,4'-diphenylmethane diamine) 및 하이드라진(hydrazine)으로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 직·편물에 함유되는 폴리우레탄 탄성사는 50,000 내지 500,000의 수평균 분자량을 갖는 폴리스티렌(polystyrene)을 적정한 비율로 혼합한 후, 15,000 내지 100,000의 수평균 분자량을 갖는 폴리우레탄 중합물에 혼합하고 방사하여 제조하는데, 상기 방사방법으로는 특별한 제한이 없이 공지의 방법으로 방사할 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 직· 편물은 폴리스티렌 : 폴리우레탄 중합물을 1:99 내지 30:70 중량% 비율로 혼합하여 제조하는 것이 바람직한데, 폴리스티렌 혼합비가 1 중량% 미만인 경우에는 최종 폴리우레탄 탄성사의 세트성이 저하되며, 30 중량%를 초과하는 경우에는 탄성율, 강도 및 신도 등과 같은 폴리우레탄의 기본 물성이 크게 저하되어 탄성사의 기능을 갖지 못하는 문제점이 있다.

본 발명에 의한 신축성 직·편물에 함유되는 폴리프로필렌 섬유는 공지의 프로필렌 섬유가 사용가능한데, 그 중에서도 용융 방사 후 연신한 섬유로서, 시차주사열량계(DSC) 측정 결과 140 내지 170^oC에서 용융점을 갖고, 밀도가 1 이하로서 다른 합성섬유보다 가벼운 프로필렌 섬유가 바람직하다.

폴리프로필렌 섬유와 상기와 같이 제조된 저온세트성 스판덱스를 이용한 직· 편물의 후가공은 일반적으로, 생지 -> 정련 -> 프리세팅 -> 염색 -> 마무리 세팅의 공정을 거치거나, 또는 정련과 프리세팅이 함께 이루어지는 물세팅 공정을 거칠수 있는데, 이때 물세팅을 할 경우는 마무리 세팅 온도를 프리세팅의 온도로 하여야 한다.

상기의 공정에서 프리세팅과 마무리 세팅이 모두 이루어지는 경우의 온도는 110℃ 내지 150℃에서 프리세팅을 할 수 있고, 프리세팅이 120℃ 내지 140℃인 온도가 바람직한데, 세팅온도가 110℃ 미만이면 세팅효과가 부족하게 되고, 150℃를 초과하면 폴리프로필렌 섬유의 취화가 일어나기 때문에 바람직하지 못하게 된다.

본 발명에 의한 신축성 직· 편물은 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 면섬유, 견(silk)섬유, 모(wool)섬유 또는 레이온(rayon) 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

후술하는 실시예 및 비교예에서 폴리우레탄 원사의 열세트성, 탄성회복율, 원단의 변부말림은 아래와 같이 측정하였다.

* 원사의 열세트성

생산된 원사를 100% 신장시켜 대기에 노출된 상태로 125℃에서 1분간 열처리 한 후, 실온으로 냉각한 다음 원사의 길이를 측정하여 아래 식에 따라 원사의 열세트성을 계산하였다.

열세트성(%) = {(열처리후 길이 - 초기 길이)/(신장 길이 - 초기 길이)}x100

* 원사의 탄성 회복율

생산된 원사를 100% 신장시켜 상온에서 24시간 고정 시킨 후 원사를 이완하여 원사의 길이를 측정하고 아래 식에 따라 탄성 회복율을 측정 하였다.

탄성 회복율(%) = {(고정 후 이완된 길이-초기 길이)/초기 길이} x 100

* 변부말림(Curling)

교ㆍ편직된 폴리프로필렌/저온세트성스판덱스 원단을 한 변의 길이가 5cm인 정삼각형으로 표시한 후 두 변을 자르고 적당량의 물을 원단 위에 뿌려 건조시킨 다음, 측정 원단에서 말려 올라오는 면적과 초기 정삼각형의 면적의 비율로 계산하였다.

변부말림(Curling)% = (말려 올라온 삼각형 면적 / 원래의 정삼각형의 면적) x 100

실시예 1

　　 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜(분자량 1800) 2328g을, 질소가스기류 중에서 80℃, 90분간 교반하면서 반응시켜 양말단에 이소시아네이트를 지닌 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하였다. 프리폴리머를 실온까지 냉각시킨 후, 디메틸아세트아마이드 4269g을 가하여 폴리우레탄 프리폴리머 용액을 얻었다. 이어서 에틸렌디아민 34.4g, 프로필렌디아민 10.6g, 디에틸아민 9.1g을 디메틸아세트아마이드 1117 g에 용해하고, 10? 이하에서 상기 프리폴리머 용액에 첨가하여 폴리우레탄 용액을 얻었다.

　　 상기에서 수득한 중합물의 고형분대비 첨가제로서는 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-토일)-프로피오네이트) 1.5 중량%, 5,7-디-t-부틸-3-(3,4-디메틸페닐)-3H-벤조퓨란-2-온 0.5 중량%, 1,1,1',1'-테트라메틸-4,4'-(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드 1 중량%, 폴리(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트) 1 중량%, 이산화티탄 0.1 중량%를 첨가 혼합하여 폴리우레탄 방사원액을 얻었다.

상기와 같이 제조된 폴리우레탄 중합물에 수평균 분자량 100,000 인 폴리스티렌을 10 중량%의 비율로 혼합하여 방사액을 준비한 다음, 이를 사용하여 방사를 하였는데, 이때 방사방법은 폴리우레탄 탄성사의 제조방법에 사용되는 통상의 건식방사 방법을 이용하였다.

상기와 같이 제조한 저온 세트성 스판덱스와 폴리프로필렌 섬유를 사용하여 마이어 사(社)의 직경 38인치, 28게이즈, 120 피더(feeder)의 규격을 갖는 환편기 를 이용해 환편물을 제작하여 후가공 세팅 온도를 125?로 하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태(touch)를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었는데, 이때 프리세팅 온도는 130℃로 하였다.

상기 환편편물 제작에 사용된 폴리프로필렌은 70데니어, 저온 세트성 스판덱스는 20데니어를 사용하여 편직하였으며, 스판덱스의 함량은 전체 편물 중량 대비 8 중량% 이었다.

실시예 2

프리세팅 온도를 135℃로 하고, 후가공 세팅 온도를 130℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

프리세팅 온도를 110℃로 하고, 후가공 세팅 온도를 110℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 4

프리세팅 없이 후가공 세팅 온도를 130℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

프리세팅 온도를 160℃로 하고, 후가공 세팅 온도를 150℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

프리세팅 온도를 105℃, 후가공 세팅 온도를 100℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 3

첨가되는 폴리스티렌과 폴리우레탄 중합물과의 혼합비를 0.5 : 99.5 중량%로 하고, 프리세팅 온도를 135℃, 후가공 세팅 온도를 130℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 4

첨가되는 폴리스티렌과 폴리우레탄 중합물과의 혼합비를 50 : 50 중량%로 하고, 프리세팅 온도를 130℃, 후가공 세팅 온도를 125℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 5

첨가되는 폴리스티렌과 폴리우레탄 중합물과의 혼합비를 0 : 100 중량%로 하고, 프리세팅 온도를 135℃, 후가공 세팅 온도를 130℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 탄성회복율, 원사의 열 세트성, 변부말림 및 원단 태를 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

본 발명에 의한 신축성 직· 편물은 상기 표 1의 실시예 4에서 보는 바와 같이, 프리세팅을 실시하지 않고 물세팅을 실시한 경우 원단의 태가 매우 우수함을 알 수 있었다. 반면에, 비교예 1은 세팅 온도를 높게 한 경우로서 변부말림은 발생하지 않으나, 폴리프로필렌의 열적 취화가 발생하여 원단의 태가 매우 불량하게 되었고, 비교예2는 열세팅 온도를 낮게 실시한 경우로서 원단의 태는 매우 우수하나, 원단의 변부말림이 생겨서 제품으로 사용할 수 없음을 알 수 있었다. 또한, 비교예 4는 변부말림 및 원단의 태는 우수하나, 원단의 회복력이 현격히 저하됨을 알 수 있다.

또한, 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 신축성 직· 편물은 저온에서도 열세트성이 우수한 탄성사와 폴리프로필렌 섬유의 신축성 직· 편물은 110℃ 내지150℃에서 열세팅을 실시함으로써 폴리프로필렌 섬유가 열에 대해 취화되지 않도록 하고, 직· 편물의 변부말림%가 40% 이하로 됨을 알 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 직· 편물은 열세트성이 우수할 뿐만 아니라, 종래

폴리우레탄 탄성사에 비하여 탄성섬유의 고유의 특성인 탄성 회복율이 저하되지 않고, 우수한 열세트성을 갖는 폴리우레탄 탄성사를 폴리프로필렌과 직· 편물을 만든 후 후가공 공정시 열세팅한 것으로, 이러한 직· 편물을 열세팅시에 낮은 온도에서 진행하여 폴리프로필렌 섬유의 열적 취화가 일어나지 않도록 함으로써 원단의 태를 향상시킬 수 있고, 또한 가공지에 변무말림이 발생하지 않는 잇점을 지니고 있다.

본 발명에 의해 제조되는 폴리프로필렌/폴리우레탄 탄성사의 원단은 가벼고, 보온성이 뛰어나 스포츠 의류, 내의류 등에 폭 넓게 적용 될 수 있다.

Claims

폴리프로필렌 섬유와 폴리스티렌 : 폴리우레탄 중합물을 1 : 99 내지 30 : 70 중량% 비율로 혼합하여 제조한 폴리우레탄 탄성사를 포함하는 신축성 직· 편물.
제 1항에 있어서,

상기 폴리우레탄 중합물은 유기 디이소시아네이트와 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조하고, 상기에서 제조한 폴리우레탄 전구체를 유기용매에 용해한 다음, 디아민 또는 모노아민과 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 신축성 직· 편물.
제 1항에 있어서,

상기 폴리스티렌의 수평균 분자량은 50,000 내지 500,000인 것을 특징으로 하는 신축성 직· 편물.
제 1항에 있어서,

상기 폴리우레탄 중합물의 수평균 분자량은 15,000 내지 100,000인 것을 특징으로 하는 신축성 직· 편물.
제 1항에 있어서,

상기 폴리프로필렌 섬유는 시차주사열량계(DSC) 측정 결과 140 내지 170 ^oC에서 용융점을 갖고, 밀도가 1 이하인 것을 특징으로 하는 신축성 직· 편물.
제 1항에 있어서, 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 면섬유, 견(silk)섬유, 모(wool)섬유 및 레이온(rayon) 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 직· 편물.
제 1항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 있어서,상기 신축성 직·편물은 110℃ 내지 150℃에서 열세팅되는 것을 특징으로 하는 신축성 직·편물.