KR100910170B1 - 폴리프로필렌 섬유용 염료 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 염색이 극히 어려운 것으로 알려진 개질되지 않은 순수한 폴리프로필렌 섬유를 우수한 견뢰도를 갖도록 염색할 수 있는 염료를 제공한다.

본 발명에 따른 순수 폴리프로필렌 섬유용 염료는, 하기 일반식 (Ⅰ)로 표시되는 모노아조계의 염료로서, 화학식 중, A, B, C, D 및 E는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 니트로, 시아노, 할로겐, 메톡시, 에톡시, 아미노, 시아노에틸, 아세톡시에틸, 아릴, 벤조일옥시에틸, 또는 아세트아미드기를 나타내고, R은 탄소수 3~10의 알킬기를 나타낸다.

폴리프로필렌, 염료, 염색, 모노아조, 탄소수, 소수성

Description

폴리프로필렌 섬유용 염료{Dyestuffs for dyeing polypropylene fiber}

본 발명은 폴리프로필렌 섬유를 염색하기 위한 염료에 관한 것이며, 보다 상세하게는 염색이 극히 어려운 것으로 알려진 개질되지 않은 순수한 폴리프로필렌 섬유를 우수한 견뢰도를 갖도록 염색할 수 있는 염료에 관한 것이다.

폴리프로필렌 섬유는 4.5~9.0g/d 정도의 강도와 25~60% 정도의 신도를 가지는 섬유로서 현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 폴리에스테르 섬유와 유사한 정도의 기계적 특성을 가질 뿐 아니라, 내약품성도 뛰어난 우수한 섬유소재이다. 또한 섬유의 비중이 0.90~0.92 정도로서 모든 섬유 중에서 가장 비중이 낮아 물에 뜨는 섬유소재로도 알려져 있으며, 최근 경량소재를 이용한 스포츠 의류용으로의 전개도 기대되고 있다.

또한, 폴리프로필렌섬유는 수분율도 0.05% 이하의 낮은 값을 보이고 있으므로 용도 전개에 따라서는 속건 소재로서의 응용도 가능하며, 이외에도 0.12W/mK의 낮은 열전도율로 인해 보온성 소재로의 전개도 가능하다.

그러나 폴리프로필렌 섬유는 그 특유의 극단적인 소수성으로 말미암아 물을 매체로 하는 염색시스템에서 어떠한 염료를 사용하더라도 염색이 거의 불가능하여 난염성 섬유로 알려져 있다.

이러한 폴리프로필렌 섬유를 염색하기 위해서는 현재 두 가지 정도의 착색법이 알려져 있는데, 그중 하나는 방사시에 유색안료를 첨가하여 방사하는 원착법이고, 다른 하나는 폴리프로필렌에 염색이 가능한 다른 고분자를 혼합하는 고분자 블렌드 기법이나 폴리프로필렌을 여러 가지 방법에 의하여 화학적으로 개질하는 방법이다.

상술한 전자의 원착법은 섬유의 방사시에 안료를 첨가함으로써 폴리프로필렌의 물성변화 없이 착색시키는 것이 가능하기는 하지만, 섬유 필라멘트의 색상이 방사시에 정해져 버리므로 후염색법에 비해 색상의 응용면에서 상당히 제한적이다. 한편, 두 번째 방법은 후염색법에 의해 색상발현이 가능하기는 하나 폴리프로필렌 소재를 화학적으로 변형시키므로 폴리프로필렌 고유의 특성을 필연적으로 변화시킬 수밖에 없는 근본적인 단점이 있다.

따라서, 후염색법에 의해 개질되지 않은 폴리프로필렌 섬유를 효과적으로 염색할 수 있는 방법이나 비개질의 순수한 폴리프로필렌 섬유를 원하는 색상으로 고견뢰도로 염색할 수 있는 염료는 현재까지 알려지지 않은 실정이다.

본 발명은 상술한 폴리프로필렌 섬유 염색에 있어서의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 개질되지 않은 순수한 폴리프로필렌 섬유를 후염색법에 의해 만족스런 품질로 염색할 수 있는 폴리프로필렌 섬유 염색용의 새로운 염료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 하기 일반식 (Ⅰ)로 표시되는 것을 특징으로 하는 모노아조계의 폴리프로필렌 섬유용 염료에 의해 달성된다:

상기 식에서, A, B, C, D 및 E는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 니트로, 시아노, 할로겐, 메톡시, 에톡시, 아미노, 시아노에틸, 아세톡시에틸, 아릴, 벤조일옥시에틸, 또는 아세트아미드기이며, R은 탄소수 3~10의 알킬기이다.

상기 구성의 본 발명에 따른 순수 폴리프로필렌 섬유용 염료는 말단아미노기의 2개의 수소 원자 대신에 탄소수 3~10의 긴 알킬기인 R을 포함하고 있기 때문에 극도의 소수성을 띠게 된다. 따라서, 마찬가지로 극도의 소수성을 띤 순수 폴리프 로필렌 섬유에 대해 높은 친화력을 가지게 되어 고농도와 높은 견뢰도를 갖도록 염색할 수 있다.

이때, R에 있어서의 탄소수는 많을수록 폴리프로필렌섬유에 대한 염착성이 증가하고 각종 견뢰도도 증가하게 되지만, 상기 범위를 초과하여 탄소수가 많아지면 분산 등의 염색작업에 어려움이 있으며, 상기 범위보다 탄소수가 적으면 폴리프로필렌섬유에 대한 친화력이 현저하게 저하하여 농색으로 염색하는 것이 어렵게 된다.

한편, 상기 A, B, C, D, 및 E에는 다양한 치환기들이 치환될 수 있으며, 이들 각 치환기들의 종류에 따라서 고유한 색상을 띠게 된다. 다만, 폴리프로필렌 섬유에 대해 높은 친화성을 갖게 하기 위해서는 극성 치환기를 많이 포함하는 것은 바람직하지 않다.

상기 본 발명에 따른 염료는 일반적인 디아조화-커플링반응을 이용하여 합성이 가능하다.

이에 대해 간략하게 설명하면, 먼저 디아조 성분으로 하기 일반식 (Ⅱ)로 표시되는 아닐린 화합물을 물과 아세톤의 혼합용매 내에서 아질산나트륨(NaNO₂) 및 염산(HCl)으로 처리하여 화학식 (Ⅲ)과 같은 형태로 디아조화한다.

그 후, 하기 일반식 (Ⅳ)로 표시되는 커플러 화합물을 첨가하여 0~5℃의 온도를 유지하면서 커플링반응을 시켜 상기 일반식 (Ⅰ)의 염료를 합성한 후, 여과 분리를 통해 원하는 염료를 얻게 된다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 섬유용 모노아조계 염료를 사용하면, 개질되지 않은 순수한 폴리프로필렌 섬유를 후염색법에 의해 높은 견뢰도와 농색으로 염색할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 염료는 간단한 공정에 의해 제조가 가능할 뿐만 아니라, 삼원색 염료로 사용될 수 있는 밝고 선명한 노랑(Yellow)과 빨강(Red)색 계통의 염료를 포함하기 때문에 산업적 측면에서 이용가치가 매우 높다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.

[ 실시예 1~3]

물과 아세톤의 혼합용매 내에서 하기 표 1에 기재된 각 아민 화합물 1몰에 아질산나트륨(NaNO₂) 1몰과 염산(HCl) 2.1몰을 가하여 0~5℃의 온도를 유지하면서 디아조화반응을 실시하였다.

얻어진 디아조화된 용액에 표 1의 각 커플러 화합물을 1몰씩 첨가하여 0~5℃의 온도를 유지하면서 1시간 동안 반응을 진행시켜 각각 본 발명에 따른 염료를 합성하고, 합성된 염료를 여과 및 세척 건조하여 각각 표 1에 나타낸 것과 같은 염료를 얻었다.

구분	디아조 화합물	커플러	합성 염료	최대 흡수파장	색상
실시예 1				430㎚	Yellow
실시예 2				475㎚	Red
실시예 3				465㎚	Reddish Orange

상기 각 실시예에서 디아조 화합물과 커플러에 있어서의 벤젠환의 치환기의 종류에 따라 다양한 색상의 염료로 전개가 가능함을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1과 2에서 합성한 염료는 밝고 선명한 Yellow와 Red 색상으로서 삼원색 염료로 사용 가능하다.

시험 1

상기 각 실시예에서 합성한 염료들을 사용하여 하기와 같은 조건으로 염색하고, 견뢰도 시험을 실시한 결과, 표 2에서와 같은 결과를 나타내어 양호한 견뢰도를 나타냄을 확인할 수 있었다.

염색방법은 순수한 폴리프로필렌 섬유 1g에 대해 각 실시예에서 합성된 염료 0.05g(5% o.w.f)을 분산제 0.1g을 사용하여 50㎖의 물에 분산시키고, 폴리프로필렌 섬유를 투입한 후, 130℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 염착시킨 후, 소핑 및 수세하고 건조하여 사용하였다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3
세탁견뢰도 (KS K 0430 A-1)	변퇴색	4~5급	4~5급	4~5급
	오염 (모든 섬유)	4~5급	4~5급	4급
마찰견뢰도(KS K 0650)		4~5급	4~5급	4급
일광견뢰도(ISO 015 B02)		3~4급	3~4급	3~4급

[ 비교예 1~3 및 실시예 4~11]

실시예 2에서 합성한 Red 색상의 염료의 합성에서와 동일하게 실시하되, 커플러에 있어서의 알킬기 R의 길이를 하기 표 3에서와 같이 변화시켜 실험하였다.

구분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9	실시예 10	실시예 11
알킬기의 길이 (탄소수)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

상기 각 비교예 및 실시예에서 얻어진 염료를 사용하여 1g의 순수한 폴리프로필렌 섬유에 5% o.w.f의 농도로 130℃의 온도에서 1시간 동안 염색하고, 염색물의 색상강도를 측정하여 상대적인 색상강도를 도 1의 그래프로 나타내었다.

도 1에서 보는 것과 같이 치환기의 탄소수가 증가함에 따라 염색물의 상대적 색상강도는 증가하며, 특히 탄소수가 0~3까지는 증가폭이 매우 크고, 3 이상에서는 변화가 미미하였다.

시험 2

상기 실시예 4~11에서 얻어진 염색물을 사용하여 시험 1에서와 같이 견뢰도 시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

구분		실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9	실시예 10	실시예 11
세탁견뢰도 (KS K 0430 A-1)	변퇴색	4급	4~5급	4~5급	4~5급	4~5	4~5급	4~5급	4~5급
	오염	3급	3~4급	4급	4~5급	4~5	4~5급	4~5급	4~5급
마찰견뢰도(KS K 0650)		3~4급	4급	4급	4~5급	5~5급	4~5급	4~5급	4~5급
일광견뢰도(ISO 015 B02)		3~4급	3~4급	3~4급	3~4급	4급	4급	4급	4급

견뢰도 시험 결과, 탄소수가 많아짐에 따라 세탁, 마찰, 일광견뢰도가 좋아지는 경향이 있음을 알 수 있었다.

도 1은 커플러에 있어서의 알킬기의 탄소수에 따른 염색물의 상대적 색상강도에 대한 실험결과를 도시한 그래프.

Claims (4)

1. 하기 일반식 (Ⅰ)로 표시되는 것을 특징으로 하는 모노아조계의 폴리프로필렌 섬유용 염료:

   

   (상기 식에서, A, B, C, D 및 E는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 니트로, 시아노, 할로겐, 메톡시, 에톡시, 아미노, 시아노에틸, 아세톡시에틸, 아릴, 벤조일옥시에틸, 또는 아세트아미드기이며, R은 탄소수 3~10의 알킬기이다.)
2. 제 1항에 있어서, 상기 A, B, C, D, 및 E는 모두 수소인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 섬유용 염료.
3. 제 1항에 있어서, 상기 A는 니트로기이고, 상기 B는 염소기이며, 상기 C, D 및 E는 수소인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 섬유용 염료.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 R은 헥실기인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 섬유용 염료.

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