KR100783250B1

KR100783250B1 - 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법 및 이에의한 폴리에스터 섬유

Info

Publication number: KR100783250B1
Application number: KR1020060138704A
Authority: KR
Inventors: 오성진; 손양국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

본 발명은 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법 및 이에 의한 폴리에스터 섬유에 관한 것으로, 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 함유하는 난연성 폴리에스터 중합물에, 항균성을 갖는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자를 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 혼합하여, 최종 섬유 내 글라스계 무기 입자 함유량이 0.1 내지 5.0중량%인 혼합물을 용융 방사함으로써 난연성과 항균성을 동시에 지닌 폴리에스터 섬유, 이를 이용한 제품을 제공할 수 있다. 본 발명은 인계의 난연제를 사용하여 소각 시 다이옥신 등의 유해물질이 발생되지 않고, 금속이온을 지닌 글라스계 무기입자를 사용하여 반영구적이며, 견뢰도가 우수한 난연성 및 항균성을 발현하여, 인테리어 용품, 커튼 등의 섬유제품으로 응용이 가능하다.

난연성, 항균성, 마스터 배치 칩, 폴리에스터 섬유

Description

난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법 및 이에 의한 폴리에스터 섬유{Manufacturing Method for Flame retardant and Antimicrobial Polyester Fiber and Polyester Fiber Thereof}

도 1은 본 발명에 사용된 혼합용융 방사 장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 난연성 폴리에스터 사일로(Silo)

2: 항균성 마스터 배치 칩 사일로(Silo)

3: 계량 혼합 공급장치(Auto blender)

4, 4’: 모터

5: 익스트루더

6: 폴리머 멜팅 펌프

7: 스핀 블록

8: 팩

본 발명은 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법 및 이에 의한 폴리에스터 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 포함하고, 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자 0.1 내지 5.0중량%를 포함하여 제조하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 상기와 같은 제조방법에 의하면 우수한 난연성 및 항균성을 지니며, 세탁 내구성, 물리 물성 및 제조 공정성이 우수한 폴리에스터 섬유를 제공할 수 있다.

종래의 폴리에스터 섬유에 난연성을 부여하는 방법으로는 크게 난연화 가공을 하는 방법과 섬유소재를 난연화하여 반영구적인 난연성을 부여하는 방법이 있다.

난연화 가공을 이용하여 난연성을 부여하는 방법은 종래에 면 등의 천연섬유 등에 대해 많이 이루어지고 있으며 또한 합성 섬유의 난연화에도 적용되고 있다. 하지만 후가공에 의한 난연성의 부여는 내구성의 문제가 있을 뿐만 아니라 가공 중에 발생하는 폐수 등으로 인한 환경문제가 발생되어 그 사용이 감소추세에 있다. 또한 섬유소재를 난연화하여 반영구적인 난연성을 부여하는 방법으로는 공중합에 의해 난연성을 부여하는 방법이 주로 이용되고 있으며 이를 위해 반응성을 가지는 공중합이 가능한 난연제도 다양하게 공업화되어 있다.

공중합에 의한 난연성 폴리에스테르의 제조방법에는 주로 브롬(Br)계 난연제 와 인(P)계 난연제가 사용된다. 브롬계 난연제를 사용한 발명으로는 일본국 특개소 62-6912호, 특개소 53-46398호, 특개소 51-28894호 등이 있는데, 브롬계 화합물

이 고온에서 열분해되기 쉽기 때문에 효과적인 난연성을 얻으려면 난연제를 다량 첨가해야 하며, 그 결과 고분자물의 색상이 저하되고 내광성이 떨어지며, 또한 최근에는 연소시 다이옥신(dioxin), 벤조퓨란(benzofuran) 등과 같은 발암성 물질을 발생시킬 가능성이 제기됨에 따라 이를 규제하려는 움직임이 있어 현재는 인계 난연제로의 대체 움직임이 활발하다.

한편, 오늘날 과학의 발전 및 사회의 고도화, 복합화 등으로 인해 사람들은 일조량이 부족한 실내생활을 많이 하게 되고 이에 따라 각종 세균류, 곰팡이류 등의 미생물에 대한 노출 및 피해가 늘어가고 있는 실정이다. 특히 합성섬유의 경우 천연섬유에 비해 흡수 능력이 적기 때문에 합성섬유제품은 인체에서 분비되는 땀 및 각종유기물이 부착되어 세균 및 곰팡이류 등의 미생물 서식에 적합한 환경을 제공하게 되고 이러한 미생물의 번식으로 악취, 섬유제품의 변색 및 오염, 심지어는 인체의 감염으로 인한 질병을 일으키기도 한다. 또한, 최근 소비자들의 생활수준이 향상되고 보다 쾌적한 생활에 대한 욕구가 증대되는 추세에 부응하여 항균성이 우수한 섬유의 제조에 대한 연구가 늘어나고 있는 실정이다.

폴리에스테르계 항균성 섬유에 관해서는, 일본특허 특개소 59-134418호, 61-17567호 등에서는 범용 폴리에스테르 섬유에 금속화합물이나 지르코니아 함유 액상제를 스프레이법으로 도포하는 방법이 제시되었으나 세탁내구성이 문제시 되었다. 한편, 한국특허출원 제1992-0008832호에서는 무기계 항균제를 액상 폴리에스터형 분산제에 혼합하여 방사공정에 투입하는 방법을 도모하였고 일본특개소 61-234390호, 62-101643호 및 한국특허출원 제1991-0014960호, 제1990-0022031호, 제1990-0022031호 등에서는 무기계 제올라이트계, 산화물계 세라믹, 다공성 알루미나 실리케이트 및 고온 소성 처리한 실리카/알루미나(Silica/Alumina) 등을 이용 마스터 배치 칩을 제조한 후 혼합방사를 통해 항균성이 우수한 폴리에스터 섬유 제조에 대해 공지하였으나 무기항균제의 강력한 수분 흡수 특징으로 용융방사시 방사성 확보가 어렵고 점도저하에 따른 섬유의 물성저하 및 무기물 미립자에 의한 압력상승, 기타 색상불량 및 분산성 조절 등이 여전히 문제로 남아있다.

본 발명의 구현예들은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 포함하고, 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자 0.1 내지 5.0중량%를 포함하여 폴리에스터 섬유를 제조함으로써 반영구적인 난연성 및 우수한 난연 내구성, UV안정성 및 항균성을 가지는 폴리에스터 섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구현예들의 다른 목적은 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 함유하는 폴리에스터 중합물에, 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자를 1 내지 30중량% 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 혼합하여, 최종 섬유 내 글라스계 무기 입자 함유량이 0.1 내지 5.0중량%가 되 도록 용융 방사하여 폴리에스터 섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 구현예들의 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유 및 이를 포함하는 직편물을 제공하는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

하기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 포함하고, 하기 화학식 2로 표시되는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스(Glass)계 무기입자 0.1 내지 5.0중량%를 포함하여 제조하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관계한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R¹ 은 수소 또는 탄소수 1~10의 하이드록시 알킬기이며, R²는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 탄소수 6~24인 아릴기이며, 및 R³는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 하이드록시 알킬기, 또는 에스터 형성성 관능기이고,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, M은 1 내지 3가의 금속이고, n은 양이온 M의 원자가이며, x+y는 단위 셀(Unit Cell)당의 전체사면체(Tetrahedral)의 수이고, z는 물분자의 몰수이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 상기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 함유하는 폴리에스터 중합물에, 상기 화학식 2로 표시되는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자를 1 내지 30중량% 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 혼합하여, 최종 섬유 내 글라스계 무기 입자 함유량이 0.1 내지 5.0중량%가 되도록 용융 방사하여 폴리에스터 섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관계한다.

본 발명의 구현예들에서 사용가능한 하기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제는 난연성을 발휘하는 인 원자가 폴리에스터 주쇄에 연결되어 있는 주쇄형 난연제로서, 본 발명의 구현예들에 의해 제조된 폴리에스터 섬유에 반영구적인 난연성을 부여하며, 환경적으로 유해하지 않고, 우수한 난연성을 확보한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R¹ 은 수소 또는 탄소수 1~10의 하이드록시 알킬기이며, R²는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 탄소수 6~24인 아릴기이며, 및 R³는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 하이드록시 알킬기, 또는 에스터 형성성 관능기이다.

난연성을 부여하기 위해 공업적으로 사용되어지는 난연제는 크게 할로겐계 난연제와 인계 난연제로 구분되어지며, 할로겐계 난연제가 난연성 측면에서는 우수한 것으로 알려져 있으나 브롬으로 대표되는 할로겐계 난연제는 연소시 발암물질인 다이옥신 등의 발생으로 인하여 사용이 규제된다. 본 발명의 구현예들에서는 인계 난연제를 사용함으로써 환경적으로 유해하지 않는 폴리에스터 섬유를 제공할 수 있다.

본 발명의 구현예들에서 상기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제의 함량은 구조에 상관없이 중합물 대비 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000 ppm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 10,000ppm인 것이 바람직하다. 중합물 대비 인 원자 함량이 1,000ppm보다 작으면 목적하는 바의 난연 효과를 기대할 수 없으며 중합물 대비 인 원자 함량이 20,000ppm을 초과하게 되면 제조된 폴리에스터의 중합도를 높이기 어려운 문제도 있으며 결정성이 너무 저하되어 섬유로 생산하기 어려운 문제가 생긴다. 특히 중합물 대비 인 원자 함량이 2,000 내지 10,000ppm인 경우에는 중합의 공정성과 원사 제조의 측면에서 보다 바람직하게 된다.

본 발명의 구현예들에서 사용가능한 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스(Glass)계 무기입자는 항균작용을 하는 금속을 함유하며, 구체적으로는 합성 또는 천연 글라스에 은, 동, 아연 등과 같은 항균성을 갖는 금속을 나트륨 이온과 이온교환 반응을 시켜 제조한 무기 고체입자로서 하기 화학식 2와 같이 표현할 수 있다.

[화학식 2]

상기 화학식 2로 표시되는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스(Glass)계 무기입자에서 1 내지 3가의 금속이온으로는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 Ag, Cu, Zn, Ca, Ni, Fe, Ti 등을 들 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서는 하기와 같은 마스터 배치 칩 제조방법 및 혼합용융방사방법을 이용하여 폴리에스터 섬유 제조 시에 발생하는 미립자들의 응집현상과 강력한 수분 흡수 특성으로 인한 용융방사 시의 점도 저하 등의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 구현예들에서는 상기 난연성을 지닌 난연성 폴리에스터 중합물에 항균기능성 무기입자를 1 내지 30중량% 함유하는 폴리에스테르 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 용융압출기 투입 전에 별도의 계량혼합공급장치(3)를 이용하여 균일하게 혼합한 후 용융방사하여 난연성 폴리에스터 섬유 내 항균성 글라스계 무기입자의 농도가 0.1 내지 5중량% 범위가 되도록 분포시켜, 난연 항균 기능성 폴리에스터 섬유를 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 제조방법에 의하는 경우에는 폴리에스터 섬유 제조 시 물성 저하를 방지할 수 있다. 상기 화학식 2에 표현된 것과 같이 글라스계 구조물은 천연의 글라스나 합성글라스에 관계없이 구조 내 수분을 5% 내지 30%이상 함유하고 있고 수분을 흡착, 탈착하는 성능을 갖고 있으므로 폴리에스터 섬유 제조 시 수분에 의한 가수분해에 의해 물성저하를 야기하게 된다. 이러한 글라스 구조 내에서 수분을 완전히 제거하는 것은 어렵고 또한 수분을 만족할만한 수준으로 제거하더라도 보관 또는 마스터 배치 및 섬유제조 공정 중 대기의 수분을 급속히 흡착하는 성질 때문에 폴리에스터 섬유 제조 시의 물성저하가 발생하나 본 발명의 구현예들에 의한 제조방법을 사용하는 경우 물성저하가 일어나지 않는다. 즉, 섬유 내 인계 난연제는 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000 ppm, 항균성을 갖는 글라스계 무기입자의 섬유 내 함량은 0.1 내지 5.0중량%로 기준 농도 이하로 투입 시 기능성 저하를 가져오고, 기준 농도 이상으로 투입 시 기능성의 향상은 크지 않고 중합물 물성, 방사성 및 섬유 물성 저하를 초래한다.

상기 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자로는 특별히 제한되지 않으나, 평균입경이 0.01 내지 5.0㎛인 다기능성 무기입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 평균입도 이하의 크기가 50% 이상 분포된 무기계 미립자를 사용하는 것이 바람직하다. 미립자들의 응집에 따른 방사성 저하 및 압력상승 문제는 주로 입자의 크기, 형태, 표면적, 전하 및 화학적 성질 등에 의한 것으로, 그 중에서도 입자크기의 산포도는 분산성에 직접적인 영향을 미친다. 상기 미립자가 평균입도 이하의 크기가 50% 미만인 경우에는 분자간의 인력으로 인해 응집화 현상이 매우 빠르게 발생하고, 이에 따라 방사성을 크게 저하시킨다.

본 발명의 구현예들에서는 상기 마스터 배치 칩 제조 시 점도저하에 따른 방사성 및 물성 저하를 개선키 위해 고점도(IV 0.70 내지 0.95) 칩을 이용하여 크기가 0.01 내지 5.0㎛의 무기물 미립자 함량이 1 내지 30중량%의 마스터 배치 칩을 제조한다.

본 발명의 구현예들에서는 폴리에스터 섬유를 제조하는 경우 UV 안정제를 추가로 포함할 수 있다. 난연성 폴리에스터 섬유는 주로 커튼 등의 실내 장식물에 많이 이용되므로 UV 안정성이 필요하다. 본 발명의 구현예들에서 사용가능한 상기 UV 안정제로서는 특별히 제한되지 아니하고 통상적으로 사용되는 유기계, 무기계의 안정제를 사용할 수 있다. 바람직하게는 UV 안정제로 망간 포스테이트를 사용할 수 있다. 그러나, 망간 포스페이트는 에틸렌글리콜에 용해되지 않아 중합시에 직 접 투입하는 것이 곤란하므로, 중합공정 중 망간염과 인계 화합물을 투입하여 반응계내에서 망간 포스페이트를 합성하는 것이 바람직하다. 상기 망간 염의 함량은 중합물 대비 망간 원자 기준으로 0.1 내지 500ppm이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 200ppm의 범위가 바람직하다. 상기 망간 염의 함량이 중합물 대비 0.1ppm보다 작으면 목적하는 바의 UV 안정성을 얻기가 어렵고, 500ppm을 초과하게 되면 분산성에 문제가 생기고 이로 인해 방사 시 팩압상승 등의 문제가 생긴다. 상기 인계 화합물의 함량은 중합물 대비 인 원자 기준으로 0.1 내지 500ppm의 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 200ppm의 범위가 바람직하다. 인계 화합물의 함량은 망간염과의 반응이 문제가 되지 않는 범위 내에서는 첨가해도 무방하나 500ppm을 넘게 되면 촉매의 활성을 저하시켜 중합 공정성이 저하되게 된다.

상기 폴리에스터 섬유 제조방법에서 섬유를 제조하기 위한 용융방사 시 중합물의 방사온도는 각 중합물의 용융온도보다 20 내지 70℃ 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 중합물의 방사온도가 중합물의 용융 온도에 비해, 20℃이상 높지 않으면 불균일한 용융이 되어 압출기 내에서의 압력이 너무 높아져 작업성이 저하되며 제조되는 섬유의 물성이 불균일해지는 등의 문제가 발생한다. 또한 중합물의 용융온도에 비해 70℃보다 더 높게 되면 중합물의 흐름성은 개선되지만 중합물의 열분해 등의 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 구현예들에서 물성 및 기능성 발현을 극대화하기 위해서는 방사팩 내 중합체 용융체의 체류시간은 5분 이내인 것이 바람직하다. 방사팩 내 중합체 용융체의 체류시간이 5분을 초과하는 경우에는 첨가제 종류 및 함량이 높은 폴리머의 경우, 방사 시 열분해에 의한 점도 감소가 심해진다.

상기 제조방법에 의해 얻어진 섬유는 통상의 폴리에스터 섬유의 제조에 이용되는 부분배향-연신/가연 공법에 의하여 섬유화할 수 있다.

본 발명의 구현예들에서 방사속도는 2,000 내지 4,000m/분인 것이 바람직하다. 방사속도가 2,000m/분 미만인 경우에는 저속 방사에 의한 중합체 용융체 토출량 감소로 경제성 측면에서 불리하며, 4,000m/분 초과한 경우에는 방사성 저하로 방사공정의 안정성이 떨어진다.

본 발명의 구현예들에서 부분배향-연신/가연 공법에 의해 섬유를 제조하는 경우, 연신온도는 85 내지 95℃, 열고정 온도는 130 내지 240℃인 것이 바람직하다. 연신온도가 85℃ 미만인 경우에는 균일연신이 어렵고, 95℃ 초과 시에는 열에 의해 가소화되는 정도가 심해 방사간 공정성 및 그 물성이 불안정하게 된다. 열고정 온도는 130℃ 미만이 되면 원사 및 제품의 열수축율이 증가되어 형태안정성이 떨어지며, 240℃를 넘어서면 가소화가 심해져서 공정성 및 제반 물성이 약화된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 상기 난연성 및 항균성 폴리에스터 제조방법에 의해 제조된 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유 및 이를 포함하는 직편물에 관계한다. 본 발명의 구현예들에 따른 폴리에스터 제조방법 에 의하면 반영구적인 난연성 및 우수한 난연 내구성, UV안정성을 가지며, 섬유자체에 항균 기능성을 갖는 무기입자를 포함하여 견뢰도가 높은 항균기능성을 동시에 갖는 다기능성 폴리에스터 섬유 및 이를 이용한 제품을 제조할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R²가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 5,000ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인 원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,000m/분, 팩 내 체류시간 4분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 0.7중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩(극한점도 0.80dl/g)을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R²가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 7,000ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인 원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,000m/분, 팩 내 체류시간 4분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 0.5중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩(극한점도 0.80dl/g)을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R² 가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 400ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,000m/분, 팩 내 체류시간 4분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 0.05중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩(극한점도 0.80dl/g)을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R²가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 25,000ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인 원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,000m/분, 팩 내 체류시간 4분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되 도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 0.5중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩(극한점도 0.80dl/g)을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 3]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R²가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 5,000ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인 원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,100m/분, 팩 내 체류시간 4분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 6.0중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 4]

섬유를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 물질 중 R¹이 수소, R²가 페닐기, R³가 수소인 난연제를 인 원자 기준으로 5,000ppm 투입하고, UV 안정제 조제용으로 망간 아세테이트를 중합물 대비 망간원자 기준으로 22ppm, 인산을 인계 화합물로 중합물 대비 인 원자 기준으로 100ppm 투입하여 제조한 극한점도 0.64dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 도 1의 설비를 이용하여 방사온도 285℃, 방사속도 3,000m/분, 팩 내 체류시간 15분으로 설정하여 단사섬도가 3.4데니어가 되도록 폴리에스터 부분연신 섬유를 제조하였다. 이때 섬유 내 항균성 글라스계 무기 입자의 농도가 0.7중량%가 되도록 무기입자를 함유한 폴리에스테르 마스터 배치 칩을 난연성 폴리에틸렌테레프탈레이트부에 도 1의 계량혼합장치(3)를 이용하여 혼합 후 투입하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 섬유를 통상의 가연장치를 이용, 가연하여 단사섬도 2.1데니어급의 섬유를 제조하였다. 가연시 DR 1.70, 가연 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

본 발명의 실시예 및 비교예들에 의해 제조된 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 물성을 다음과 같은 평가기준 및 그 측정방법에 의해 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

1. 항균성 글라스계 무기 입자의 입도분포 측정

이미지 어넬라이져(Image analyzer)가 장착된 전자현미경(SEM)을 이용하여 측정하였다.

2. 방사 공정성

48시간 동안 가동하여 권량기준 4kg으로 하여 전체 생산량에 대한 만관량의 비율을 만관율로 하여 측정하였다.

3. 난연성

제조된 섬유를 KS M 3032 규격으로 시험을 하여 LOI(한계산소지수, Limited Oxyden Index)를 평가하였다.

4. 항균성

환편물을 편직 후, 분산염료 농도(OWF 0.5중량%) 130℃에서 30분간 염색한 다음, KS K 0693법에 의거 원사의 항균성을 측정하였다.

5. 염색성

제조된 섬유를 호스 니팅(Hose knitting)하여 환편물을 10개 만들고, 육안 평가하여 염색차가 없으면 ◎, 하나 이상의 시료가 염색차가 있으면 X로 나타내었 다. 염반이 있는 경우는 별도 표기하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구현예들에 의해 제조된 폴리에스터 섬유는 우수한 난연성, 항균성 및 세탁 내구성을 가지며, 방사 및 후공정성이 우수하면서도 강도 등 원사의 기본물성이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 난연항균성 폴리에스터 섬유에 의하면, 반영구적인 난연성 및 우수한 난연성, UV안정성, 항균성 및 세탁내구성을 가지며, 방사 및 후공정성이 우수하면서도 강도 등 원사의 기본물성이 우수하여 직물, 환편, 경편 등의 다양한 용도로 적용이 가능하다.

특히, 본 발명에 따른 섬유를 이용하여 인테리어 제품 및 커튼 등을 제조하면 반영구적으로 우수한 난연성과 항균성을 동시에 발휘할 수 있는 특징이 있다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 함유하고, 하기 화학식 2로 표시되는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자 0.1 내지 5.0중량%를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R¹ 은 수소 또는 탄소수 1~10의 하이드록시 알킬기이며, R²는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 탄소수 6~24인 아릴기이며, 및 R³는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 하이드록시 알킬기, 또는 에스터 형성성 관능기이고,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, M은 1 내지 3가의 금속이고, n은 양이온 M의 원자가이며, x+y는 단위 셀(Unit Cell)당의 전체사면체(Tetrahedral)의 수이고, z는 물분자의 몰수이다.
제 1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제를 인 원자 기준으로 1,000 내지 20,000ppm 함유하는 난연성 폴리에스터 중합물에, 상기 화학식 2로 표시되는 1 내지 3가의 금속이온을 함유하는 글라스계 무기입자를 1 내지 30중량% 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 혼합하여, 최종 섬유 내 글라스계 무기 입자 함유량이 0.1 내지 5.0중량%가 되도록 용융 방사하는 것을 특징으로 하는 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 난연성 폴리에스터 중합물 및 마스터 배치 칩이 혼합된 폴리머의 팩(pack) 내 체류시간이 5분 이내인 것을 특징으로 하는 난연성 및 항균성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 글라스계 무기입자의 평균 입경은 0.01 내지 5.0㎛이고, 평균입도 이하의 분포가 50% 이상 분포된 것임을 특징으로 하는 난연성과 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, UV안정제로서 망간염 및 인계 화합물을 추가 로 투입하며, 상기 망간염의 투입량은 중합물 대비 망간 원자 기준으로 0.1 내지 500ppm 이고, 상기 인계 화합물의 투입량은 중합물 대비 인 원자 기준으로 0.1 내지 500ppm 인 것을 특징으로 하는 난연성과 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 폴리에스터 섬유의 한계산소지수가 30 이상, 항균성이 99% 이상인 것을 특징으로 하는 난연성과 항균성 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 따른 제조방법에 의해 제조된 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유.
제 7항에 따른 난연성 및 항균성 폴리에스터 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 직편물.