KR100763737B1 - 실리카 함유 폴리에스테르 원사의 고에너지 초음파 알칼리감량방법 - Google Patents

실리카 함유 폴리에스테르 원사의 고에너지 초음파 알칼리감량방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리카를 함유하는 폴리에스테르 섬유를 알칼리를 이용하여 감량하는 방법에 관한 것으로, 알칼리로서 수산화나트륨과 황산나트륨을 혼용하며, 연마용 미립자를 첨가하고 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법을 제공한다.
실리카, 폴리에스테르, 초음파, 알칼리 감량

Description

실리카 함유 폴리에스테르 원사의 고에너지 초음파 알칼리 감량방법 {Alkali weight reduction method of silica-containing polyester fiber by irradiation of high energy ultrasound}
도 1은 종래의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 사진이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 사진이다.
본 발명은 폴리에스테르 섬유의 감량방법에 관한 것으로, 특히 실리카를 함유하는 폴리에스테르 섬유의 고에너지 초음파를 이용한 알칼리 감량방법에 관한 것이다.
의류용 화학섬유 중 가장 많은 소비량을 보이는 것이 바로 폴리에스테르 섬유이며, 이 섬유는 물성이 아주 우수하고, 염색이 비교적 용이하다는 공정상의 장점 이외에 소재의 가격도 저렴하여 경제성도 우수하다.
이러한 폴리에스테르 섬유가 다른 합성섬유에 비해 특히 의류용 섬유로서 각광을 받고 있는 이유 중의 하나는 바로 알칼리 감량가공의 의한 부드러운 질감의 창출이 가능하다는 점이 큰 장점으로 작용하여, 일반 의류에서부터 비롯하여 고급 의류에까지 폭넓은 응용이 가능하며, 이러한 점에서 폴리에스테르 섬유를 대체할 만한 합성섬유가 아직은 상업적으로 실현되지는 않고 있다.
이와 더불어 최근에는 고부가가치 패션소재로의 응용으로서 보다 짙은 검은색을 나타내게 하는 심색가공이 크게 각광을 받으면서 폴리에스테르 원사를 이용한 심색섬유의 개발에도 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.
이의 일환으로 개발된 원사가 실리카 함유 폴리에스테르 원사로서, 알칼리 감량시 폴리에스테르 내에 함유되어 있던 실리카 미립자가 빠져나오면서 폴리에스테르 섬유 표면에 미세한 요철을 발생시키고, 이로 인해 섬유표면에서의 빛의 거울반사를 줄이고 섬유 내의 빛의 흡수를 최대로 일으켜서 더욱 짙은 검은색으로 보이도록 하는 원사가 개발되어 있다.
이러한 실리카 함유 폴리에스테르 원사의 표면에 미세요철을 형성시키는 방법은 보통 알칼리 감량에 의한 것으로 알려져 있다.
일반 알칼리 감량 방법은 감량 처리액으로서 알칼리 수용액을 사용하며, 구체적인 감량조건은 다음과 같다.
- 알칼리(수산화나트륨) 농도: 30 내지 40 g/ℓ
- 감량온도: 90 내지 100℃
- 감량시간: 30 내지 60분
- 액비(섬유 중량 대 액량): 약 1 : 10 내지 20
이상의 감량조건에서 얻어지는 감량률은 약 20% 내외로서, 이러한 감량에 의해 폴리에스테르 섬유의 조직이 다소 느슨해지고 섬유가 가늘어지면서 아주 부드러 운 질감의 폴리에스테르 직물을 제조하는 것이 가능하다.
그러나, 상기의 방법은 일반적인 실리카 입자를 함유하지 않은 폴리에스테르 직물의 감량방법이며, 실리카를 함유하는 폴리에스테르 직물의 경우에는 상기의 방법으로만 감량을 행하면 실리카가 용출되면서 폴리에스테르 직물의 용해감량도 많이 발생하므로 심색화에 필요한 미세요철의 균일한 형성에는 최적이 아니다.
실리카 함유 폴리에스테르 원사로 제직된 직물의 심색화를 이루기 위한 감량은 폴리에스테르 원사 자체의 용해감량에 비해 실리카 입자의 용출을 보다 신속히 함으로써 섬유표면에 실리카 입자의 용출에 의한 미세요철을 최대한 형성시키는 것이 아주 중요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 실리카 함유 폴리에스테르 섬유의 우수한 심색화를 위한 최적의 감량방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최적의 감량방법에 따라 우수한 심색화가 이루어진 폴리에스테르 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 실리카를 함유하는 폴리에스테르 섬유를 알칼리를 이용하여 감량함에 있어서, 알칼리로서 수산화나트륨과 황산나트륨을 혼용하며, 연마용 미립자를 첨가하고 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법을 제공한다.
본 발명에서 수산화나트륨의 농도는 10 내지 15 g/ℓ, 황산나트륨의 농도는 30 내지 50 g/ℓ, 감량온도는 110 내지 130℃인 것이 바람직하다.
본 발명에서 연마용 미립자로는 산화알루미늄 등을 사용할 수 있으며, 연마용 미립자의 입경은 10 내지 700 ㎚, 연마용 미립자의 사용량은 0.1 내지 3 g/ℓ인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 고에너지의 초음파를 적용하며, 초음파 조사시간은 20 내지 60분인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상술한 방법에 따라 감량되고, 표면에 10 내지 700 ㎚ 크기의 요철이 균일하게 형성된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
본 발명의 폴리에스테르 섬유는 표면에 형성된 작고 균일한 요철에 의해 명도(KS A 0063)가 8 내지 8.5로 낮아서 종래 방법에 따라 감량한 섬유보다 심색화 효과가 뛰어나다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 폴리에스테르 섬유의 우수한 심색화를 위하여, 다음과 같은 기술적인 요소를 개발하였다.
첫 번째로, 일반적인 알칼리 감량에 사용되는 수산화나트륨(NaOH)과 더불어 황산나트륨(Na2SO4)을 추가로 혼용하여 물에 용해된 수산화나트륨이 최대한 폴리에스테르 섬유의 표면에 작용하도록 하였다.
두 번째로, 알칼리 감량온도와 알칼리의 농도를, 기존의 90 내지 100℃에서 약 30 내지 40 g/ℓ의 수산화나트륨을 사용하던 것을 온도는 110 내지 130℃ 정도 로 높이고 수산화나트륨의 농도는 10 내지 15 g/ℓ로 낮추어서 행한다.
이렇게 함으로써 수산화나트륨의 감량이 보다 격하게 진행되어 표면요철의 형성에는 유리하게 작용한다.
세 번째로, 알칼리에 의한 폴리에스테르 섬유의 용해만으로 감량을 진행시키면 폴리에스테르 자체의 감량이 너무 커져서 표면요철의 형성에는 오히려 부정적인 효과를 나타내므로, 알칼리에 의한 용해작용은 다소 감소시키고 연마용 미립자를 사용하여 연마용 미립자의 폴리에스테르 섬유에 대한 물리적 충돌로 섬유의 표면에 요철을 형성시키고, 또한 실리카 입자의 탈리를 가속화시킨다.
이를 위해서는 연마용 미립자로서 평균 입경 700 ㎚ 이하의 산화알루미늄(Al2O3) 등을 알칼리 감량액에 첨가하고 이 감량액에 고에너지의 초음파를 조사함으로써, 산화알루미늄 초미립자가 초음파의 고 진동에너지에 의해 폴리에스테르 섬유의 표면에 무수히 빠른 속도로 충돌함에 따라 폴리에스테르 섬유 내에 함유되어 있는 실리카 입자를 보다 신속하게 그리고, 효과적으로 탈리시킬 수 있도록 하였다.
이러한 복합적인 방법이 폴리에스테르 섬유의 표면에 미세요철을 효과적으로 형성시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.
감량처리액에 포함되어 있는 알칼리(수산화나트륨)는 폴리에스테르 섬유의 표면에 작용하여 표면을 용해시킨다. 이때 혼용된 황산나트륨은 수산화나트륨을 최대한 폴리에스테르 섬유의 표면에 작용하도록 촉진하는 역할을 한다.
폴리에스테르 섬유의 표면이 일부 용해되기 시작하면 함유되어 있던 실리카 입자가 느슨해지기 시작하고, 이때 연마용 미립자로서 산화알루미늄 등의 초미립자가 고에너지의 초음파에 의한 초고속 진동작용에 의해서 느슨해진 실리카 미립자에 충돌하게 되면 실리카 입자가 보다 신속히 효과적으로 섬유로부터 탈리되어 나오면서 폴리에스테르 섬유의 표면에 아주 미세하고 균일한 요철을 발생시키게 된다.
이로 인해 폴리에스테르 섬유의 표면에 미세요철이 발생되면, 위에서 언급한 바와 같이 섬유표면에서의 빛의 거울반사를 줄이고 섬유 내의 빛의 흡수를 최대로 일으켜서 더욱 짙은 검은색으로 보이도록 하는 원사가 제조된다.
[비교예]
알칼리 감량액으로서 수산화나트륨 수용액을 사용하였으며, 아래와 같은 조건으로 실리카 함유 폴리에스테르 섬유를 감량 처리하였다.
-알칼리(수산화나트륨) 농도: 35 g/ℓ
-감량온도: 95℃
-감량시간: 30분
-액비(섬유중량 대 액량): 약 1:15
[실시예]
알칼리 감량액으로서 수산화나트륨과 황산나트륨의 혼합 수용액을 사용하였고, 연마용 미립자로서 산화알루미늄을 사용하였으며, 고에너지의 초음파를 조사하였고, 아래와 같은 조건으로 실리카 함유 폴리에스테르 섬유를 감량 처리하였다.
-수산화나트륨의 농도: 12 g/ℓ
-황산나트륨의 농도: 40 g/ℓ
-감량온도: 120℃
-감량시간: 30분
-산화알루미늄의 입경: 500 ㎚
-산화알루미늄의 사용량: 1 g/ℓ
-고에너지 초음파 조사시간: 30분
-액비: 1:15
[시험예]
상기와 같은 실시예로 실시한 조건에서 얻어진 폴리에스테르 원사와 일반적인 조건인 비교예의 조건에서 얻어진 폴리에스테르 원사를 사용하여 블랙용 분산염료 5%로 염색한 후, 색상의 짙은 정도를 나타내는 명도값을 비교하여 표 1에 나타내었다. 명도값이 낮을수록 진하게 염색되었음을 나타낸다.
아래 표에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예와 실시예를 비교해 보면 감량률은 비슷하지만, 실시예의 경우가 명도값이 더 낮게 나타남으로써 더 진하게 보인다는 것을 알 수 있으며, 표면요철을 비교해 보면 비교예의 경우는 아주 큰 요철이 불규칙하게 생성된 반면, 실시예의 경우는 작은 요철이 아주 균일하게 생성된 것을 알 수 있다.
성능 비교예 실시예
감량률 약 20% 약 20%
명도 9 내지 9.5 8 내지 8.5
표면요철크기 1,000 ㎚(1 ㎛) 이상 700 ㎚(0.7 ㎛) 이하
도 1은 종래의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 사진이고, 도 2는 본 발명의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 사진으로, 두 사진을 비교하여 보면 종래의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 경우 아주 큰 요철이 불규칙하게 생성된 반면에, 본 발명의 방법에 따라 감량한 폴리에스테르 섬유의 경우는 작은 요철이 아주 균일하게 생성된 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 최적의 알칼리 감량방법으로 실리카 함유 폴리에스테르 섬유를 감량 처리하면, 섬유 표면에 작고 균일한 요철이 형성되고, 이에 따라 명도가 낮아져서 종래 방법에 따라 감량한 섬유보다 심색화 효과가 매우 뛰어나다.

Claims (10)

  1. 실리카를 함유하는 폴리에스테르 섬유를 알칼리를 이용하여 감량함에 있어서,
    알칼리로서 수산화나트륨과 황산나트륨을 혼용하며, 연마용 미립자를 첨가하고 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  2. 제1항에 있어서, 수산화나트륨의 농도가 10 내지 15 g/ℓ인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  3. 제1항에 있어서, 황산나트륨의 농도가 30 내지 50 g/ℓ인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  4. 제1항에 있어서, 감량온도가 110 내지 130℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  5. 제1항에 있어서, 연마용 미립자가 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  6. 제1항에 있어서, 연마용 미립자의 입경이 10 내지 700 ㎚인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  7. 제1항에 있어서, 연마용 미립자의 사용량이 0.1 내지 3 g/ℓ인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  8. 제1항에 있어서, 초음파 조사시간이 20 내지 60분인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 감량방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 따라 감량되고, 표면에 10 내지 700 ㎚ 크기의 요철이 균일하게 형성된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
  10. 제9항에 있어서, 명도(KS A 0063)가 8 내지 8.5인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
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