KR100852327B1

KR100852327B1 - 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유

Info

Publication number: KR100852327B1
Application number: KR1020040118363A
Authority: KR
Inventors: 김지원; 서승원
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2008-08-14
Also published as: KR20060077881A

Abstract

본 발명은 폴리우레탄계 중합체 본래의 물성에는 거의 영향을 주지 않고 아교에 대한 우수한 점착력과 흡습성을 갖도록 제조한 폴리우레탄 탄성 섬유에 관한 것으로서, 친수성 고분자로 코팅한 하이드로탈사이트를 폴리우레탄 섬유의 중량에 대하여 1 ~ 10중량% 함유시킨것임. 본 발명의 폴리우레탄 탄성섬유는 아교에 대한 우수한 점착성과 흡습성을 가지고 있기 때문에 내의, 양말, 기저귀에 효과적으로 사용될 수 있다.

폴리우레탄 탄성섬유, 하이드로탈사이트, 친수성 고분자, 접착성, 흡습성

Description

아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유{Hygroscopic polyurethane elastic fiber having excellent adhesive for glue}

본 발명은 아교(glue)에 대한 점착성 및 흡습성이 우수한 폴리우레탄 탄성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특히 폴리우레탄계 중합체 본래의 물성에는 거의 영향을 주지 아니하고 우수한 아교 점착성 및 흡습성을 갖는 폴리우레탄 탄성섬유에 관한 것이다.

폴리우레탄 탄성섬유는 고도의 고무탄성을 유지하고, 인장응력, 회복성 등의 물리적 성질이 우수하기 때문에 내의, 양말, 스포츠 의류, 기저귀(Diaper) 등에 많이 사용되고 있다.

하지만 폴리우레탄 탄성섬유는 아교에 대한 접착력이 약하여 기저귀에 적용 시에 면 부직포에 접착된 부분으로부터 쉽게 박리되는 문제점을 지니고 있다. 이를 개선하기 위한 종래의 기술로는 특수한 용융 아교를 사용하고 특수한 접착장치를 사용함으로써 폴리우레탄 탄성섬유의 접착성을 향상시키는 방법이 미국특허 제4492608에 기술되어 있으나 상기 방법은 특수한 장치를 사용해야 함으로 추가적인 비용의 부담이 있고 사용할 수 있는 접착제의 종류가 한정되는 문제점이 있다. 또한 폴리우레탄 탄성섬유는 고유의 특성으로 인하여 흡습성이 매우 낮은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위한 종래의 기술로는 실리카를 투입하는 방법이 있으나, 이들 무기물은 경도가 높아 편침과 가이드를 마모 시켜서 편성기계의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명은 친수성 고분자로 코팅된 하이드로탈사이트를 폴리우레탄 중합물에 투입함으로써 아교에 대한 우수한 점착성과 흡습성을 가진 폴리우레탄 탄성섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성 섬유는 친수성 고분자로 코팅된 하이드로탈사이트를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 하이드로탈사이트의 첨가량은 폴리우레탄 중량 대비 0.1 내지 10 중량%인 것이 좋다.

상기 하이드로탈사이트 화합물은 구조식(1)로 표시되는 것이 바람직하고,

[상기식에서 M²⁺는 Mg²⁺ 또는 Zn²⁺이고, A^n-은 n의 원자가를 갖는 음이온이고 x,y는 2 이상 30 이하의 양수 값, z는 0 초과 3 이하의 양수 값, m,n은 0 초과 15이하의 양수 값이다. ]

상기 A^n-는 OH^-, F^-, Cl^-, Br^-, NO₃ ^-, SO₄ ^2-,CH₃COO^-, CO₃ ^2-, HPO₄ ^2-, Fe(CN)₆ ^3-, 옥살레이트 이온 및 살리실레이트 이온으로 이루어진 그룹에서 선택된 한가지 이온이다.

또, 상기 하이드로탈사이트는 특히 아래의 화학식 (2) 내지 (6)의 하이드로탈사이트인 것이 바람직하다.

상기 친수성 고분자 화합물은 폴리아크릴아마이드, 덱스트란, 폴리비닐알콜, 폴리비닐알콜-폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐파이롤리돈, 키토산, 키토산 유도체, 폴리에틸렌 글리콜 화합물이며, 바람직하게는 폴리비닐파이롤리돈 및 폴리아크릴아마이드의 혼합물이다

또한, 상기 친수성 고분자 화합물로 코팅된 하이드로탈사이트의 원사내 함량은 0.1~10중량%로 하는 것이 특히 바람직하다. 0.1중량% 미만이면 점착성과 흡습성을 기대할 수 없으며 10중량%를 초과하면 과다한 무기물 함유로 인해 폴리우레탄 탄성섬유의 강도, 신도, 모듈러스를 저하시킨다.

본 발명의 아교에 대한 점착성 및 흡습성이 우수한 폴리우레탄 탄성 섬유는 상기 하이드로탈사이트를 친수성 고분자 화합물로 코팅한 후 이것을 폴리우레탄 용액에 첨가, 방사하여 제조한다.

상기 친수성 고분자 화합물의 하이드로탈사이트 대비 코팅량은 0.1~10중량%로 하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 오랜 기간 연구와 실험을 거듭한 결과, 친수성 고분자 화합물로 코팅한 하이드로탈사이트를 폴리우레탄 중합물에 첨가함으로써 종래기술보다 우수한 아교 점착성 및 흡습성을 지니는 폴리우레탄 탄성 섬유를 제조할 수 있음을 알게 되었다.

하이드로탈사이트는 점토(clay) 계통의 무기물이기 때문에 코팅을 하지 않고 폴리우레탄 중합물에 투입할 경우 응집현상이 매우 쉽게 일어난다. 그 결과, 방사공정에서 팩압(pack pressure)의 상승과 사절(yarn breakage)이 야기되어 장기간에 걸쳐서 원사(yarn)를 안정되게 방사하기가 어렵다.

본 발명은 하이드로탈사이트를 친수성 고분자 화합물로 코팅하여 사용함으로써 종래의 기술보다 우수한 아교 점착성 및 흡습성을 지닌 폴리우레탄 탄성섬유를 제조하게 되었다.

코팅물질의 코팅양은 하이드로탈사이트 대비 0.1 내지 10중량%가 적합하다. 코팅 된 양이 상기 양보다 적으면 하이드로탈사이트를 폴리우레탄 중합물에 첨가시 응집이 발생되어 결과적으로 방사시 사절, 웨이브(wave)사 발생, 사물성 불균일을 야기시킬 수 있다. 그리고 하이드로탈사이트 대비 코팅제의 양이 10중량%를 초과하면 10중량% 이하와 코팅효과 면에서 대등하다.

코팅하는 방법은, 고압 반응기 내에 일정량의 물을 넣고 여기에 하이드로탈사이트를 넣은 후 160 ~ 180 ^oC의 온도로 30분간 동안 가열하여 하이드로탈사이트를 충분히 슬러리(slurry)화한 후 친수성 고분자를 0.1~20중량% 까지 첨가하여 160 ~ 180 ^oC에서 30분간 추가반응을 시킨다. 필요에 따라 계면활성제 등을 추가로 첨가하여 사용하고자 하는 목적의 용도에 맞게 반응시켜 건조 및 분쇄를 진행할 수 있다.

친수성 고분자는 하이드로탈사이트를 코팅해 주는 역할 외에 종래기술의 코팅물질인 스테아린산을 사용할 때보다 우수한 아교 점착성 및 흡습성을 폴리우레탄 탄성섬유에 부여한다.

본 발명의 친수성 고분자로 코팅된 하이드로탈사이트 크기는 평균 입경이 10mm 이하가 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 5mm 이하가 공정 적용상 유리하다. 친수성 고분자로 코팅된 하이드로탈사이트의 입경이 10mm보다 크면 방사시 팩압의 상승과 사절의 원인이 된다.

본 발명의 폴리우레탄 탄성섬유 제조에 사용되는 폴리우레탄 중합체는 이 분야에 공지된 바와 같이 유기디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 후 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.

본 발명에 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트로는 디페닐메탄-4,4′디이소시아네이트, 헥사메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등이 사용될 수 있다. 상기 디아민류는 쇄연장제로 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 히드라진 등이 있다. 또한 모노아민은 쇄종지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다.

본 발명에서는 자외선, 대기 스모그, 폴리우레탄 탄성섬유 가공 공정 중 열처리 등에서 폴리우레탄 탄성섬유의 변색, 물성 저하를 막기 위해 힌더드 페놀계 화합물, 벤조퓨란-온계 화합물, 세미카바지드계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 힌더드 아민계 화합물, 중합체성 3급 아민 안정화제, 예를 들면, 3급 질소 원자를 지닌 폴리우레탄, 폴리 디알킬 아미노알킬 메타크릴레이트 등을 첨가할 수 있다.

본 발명의 폴리우레탄 탄성섬유는 상기 성분 이외에도 이산화티탄, 마그네슘 스테아레이트 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 이산화티탄은 폴리우레탄 탄성섬유 총 중량을 기준으로, 폴리우레탄 탄성섬유의 백색 정도에 따라 0.1~5중량%의 범위로 사용될 수 있다. 또한 마그네슘 스테아레이트는 폴리우레탄 탄성섬유 총 중량을 기준으로 0.1~2중량%의 범위로 사용될 수 있으며, 이는 폴리우레탄 탄성섬유의 해사성을 향상시키기 위하여 부가된다. 본 발명은 실시 예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1-8]

디페닐메탄-4,4′디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(분 자량 1800) 2328g을 질소가스기류 중에서 80^oC, 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 1117g에 용해하고 10^oC 이하에서 상기 프리폴리머 용액을 첨가하여 폴리우레탄 용액을 얻었다.

이 중합물의 고형분 대비 첨가제로는 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-토일)-프로피오네이트) 1.5중량%, 5,7-디-t-부틸-3-(3,4-디메틸페닐)-3H-벤조퓨란-2-온 0.5중량%, 1,1,1′,1′테트라메틸-4,4′(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드 1중량%, 폴리(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트) 1중량%, 이산화티탄 0.1중량%, 마그네슘 스테아레이트 0.5중량%와 [표1]에 표시된 대로 하이드로탈사이트(실시예 1-8)를 첨가 혼합하여 폴리우레탄 방사원액을 얻었다.

이 방사원액을 탈포 후, 건식 방사 공정에서 방사온도 250^oC로 하여 4필라멘트 40데니어 폴리우레탄 탄성섬유를 제조하고 이의 물성을 평가하여 [표1]에 정리하였다.

[비교예 1-3]

[표2]에서와 같이 코팅제를 변경하거나 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실험하여 그 결과를 [표2]에 나타내었다.

본 실시예 및 비교예에서의 접착성 및 흡습성은 아래와 같이 측정하였다.

<접착성 테스트>

접착 후 강력 유지율 테스트 : 폴리우레탄 탄성섬유를 15cm의 길이로 절단한 후 접착제를 도포하여 10cm를 면포 위에 접착한다. 폴리우레탄 탄성섬유가 접착된 면포를 25^oC, 65% 습도 조건 하에서 3시간 건조한다. 건조된 폴리우레탄 탄성섬유-면포 결합체의 양 끝을 인스트론의 양쪽에 고정한 후 일정한 속도로 신장하여 폴리우레탄 탄성섬유-면포 결합체가 완전히 분리될 때의 하중 값을 측정하였다.

파단강력(gf) = 폴리우레탄 탄성섬유-면포 결합체가 완전히 분리될 때의 하중 값

폴리우레탄 탄성섬유를 면포 위에 접착시키기 위하여 친수성 접착제 30-NF(3M, 한국)을 사용하였다.

또한 접착제와의 강력 평가를 위해서 인스트론(Instron) 4301(인스트론사, 미국)을 이용했으며, 로드셀(Load Cell)은 1kg으로 하고, 인장속도(Cross Head Speed)는 500mm/min로하여 측정하였다.

<흡습성 테스트>

(흡습성 테스트를 위한 샘플 준비)

폴리우레탄 탄성섬유를 환편기(KT-400, 직경 4인치, 침수 400개, 나가카세이키사, 일본)를 이용하여 폴리우레탄 탄성섬유로만 짠 환편물을 편직한 후 이어서 정련제로서 유니톨(UNITOL) CT-81(신영화성, 한국) 2g/L, 유니톨(UNITOL)-SMS(신영화성, 한국) 3g/L를 혼합 사용하여 통상의 폴리우레탄 탄성섬유 정련 방법을 이용 하여 폴리우레탄 환편물을 정련하였다. 이 환편물 시료를 이용하여 흡습성을 측정하였다.

(흡습성 테스트)

공기 순환이 가능한 오븐에서 시료를 온도 105^oC, 상대 습도 20%에서 1시간 건조한 후 환편물 시료를 100g 계량하여 온도 60^oC 상대 습도 85%의 항온항습기에 2시간 방치 한 후 처리 전후의 무게 증감을 측정하였다.

시료를 항온항습기에서 처리하기 전의 무게와 처리후의 무게 차이를 Dw로 표시하였다.

[표 1]

[표 2]

* 파단강력(gf)이 높을수록 점착성이 우수한 것임.

* Dw 값이 높을수록 수분이 많이 부착된 것임. 흡습성이 좋다고 할 수 있음.

상기 [표1]에서 보는 바와 같이, 본 발명의 적정 함량의 친수성 고분자 화합물로 코팅된 하이드로탈사이트를 함유하는 실시예의 폴리우레탄 탄성섬유는 [표2]의 비누계 화합물을 과량으로 코팅한 비교예1 및 스테아린산으로 코팅한 비교예2 및 코팅을 하지 않은 비교예3 에 비해 상대적으로 우수한 접착성 및 흡습성을 동시에 가짐을 알 수 있다.

본 발명에 의한 폴리우레탄 탄성섬유는 우수한 아교 점착성과 흡습성을 동시 에 겸비하고 있다.

따라서 본 발명의 폴리우레탄 탄성섬유는 점착성과 흡습성이 우수하기 때문에 기저귀, 스타킹, 양말 등의 용도에 이용될 수 있으며, 특히 면사와 함께 사용하는 경우에 매우 효과적이다.

Claims

폴리아크릴아마이드, 덱스트란, 폴리비닐알콜, 폴리비닐알콜-폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐파이롤리돈, 키토산, 키토산 유도체, 폴리에틸렌 글리콜 화합물중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 친수성 고분자 화합물로 코팅된 화학식 (1)의 하이드로탈사이트를 폴리우레탄의 중량대비 1~10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유.

[상기식에서 M²⁺는 Mg²⁺ 또는 Zn²⁺이고, A^n-은 n의 원자가를 갖는 음이온이고 x,y는 2 이상 30 이하의 양수 값, z는 0 초과 3 이하의 양수 값, m,n은 0 초과 15 이하의 양수 값이다.]
제 1항에 있어서, 친수성 고분자 화합물의 코팅량이 하이드로탈사이트 대비 0.1~10중량%인 것을 특징으로 하는 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유.
제 1항에 있어서, 하이드로탈사이트가 화학식 (2) 내지 (6)으로 이루어지는 화합물군 중에서 선택한 한가지 임을 특징으로 하는 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한항에 있어서, 하이드로탈사이트의 평균 입경이 0.1내지 10mm인 것을 특징으로 하는 아교에 대한 점착성이 우수한 흡습성 폴리우레탄 탄성섬유.