KR100959026B1

KR100959026B1 - 케이폭/면 혼합방적사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100959026B1
Application number: KR1020080009843A
Authority: KR
Inventors: 안병준; 전준형; 김은철; 박성민; 김지연; 권일준; 강경원
Original assignee: 주식회사 삼광염직; 한국염색기술연구소; 강경원
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2010-05-24
Also published as: KR20090083820A

Abstract

본 발명은 케이폭/면 혼합방적사의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의해 일반적인 면 혼방사와는 달리 케이폭의 특성을 살려 경량감과 보온성이 우수한 고급 촉감의 케이폭/면 혼합방적사를 제공할 수 있다.

케이폭, 면, 혼합방적사, 리그닌, 과산화수소, 차아염소산나트륨, 백도, 황변

Description

케이폭/면 혼합방적사 및 그 제조방법{Kapok/Cotton Blended Spun Yarn And Process Of Spinning Thereof}

본 발명은 케이폭과 면섬유를 원료로 하여 혼합방적사를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 케이폭과 면섬유의 혼합방적사에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 면 혼방섬유의 고급화를 위하여 케이폭을 이용한 혼합방적사 제조방법 및 그 전처리 방법에 관한 것이다.

섬유제품의 보온성에 관한 관심과 기술개발을 위한 연구는 꽤 오래전부터 이루어져 왔다. 일반적으로 섬유제품의 보온성을 향상시키는 방법으로는 주로 단열에 의한 보온효과를 생각해 왔으나 최근에 개발되고 있는 축열·보온 소재는 종래의 보온가공의 개념을 전환ㆍ발전시킨 것이라 할 수 있다. 축열 보온 가공(thermal storage and warmth proofing)은 종래의 합성섬유 제조기술을 바탕으로 하여 세라믹 및 원적외선에 관한 연구 등이 조합하여 이루어진 것으로서 일본을 중심으로 원사제조 업체 및 섬유가공 업체들이 앞을 다투어 원적외선을 응용한 축열 보온 가공 제품을 개발ㆍ생산하고 있다. 이러한 가공제품은 종래의 합성섬유 제품에 축열 보온 기능을 추가하여 같은 용도의 상품으로 생산하고 있으며 health-care 효과도 있다고 한다. 하지만 기존 합성섬유가 저렴한 가격 및 고기능성 발현으로 섬유소재의 주력 시장으로 형성하고 있으나, 웰빙트렌드의 도래로 인해 민감한 피부를 가진 소비자를 위주로 인체자극 문제가 발생하고 있어 천연섬유의 관심이 많아지고 있다.

따라서 이러한 시대적 추세에 맞추어 케이폭(Kapok) 섬유와 같은 천연 소재의 제품화는 세계적인 큰 흐름으로 인식되고 있다. 케이폭은 높이 10∼15m에 달하는 교목의 다래에서 채취한 섬유이다. 다래의 모양은 면화와 다르며 길이는 10∼15cm이며, 중앙부의 최대 직경은 4∼6cm의 방사형이다. 이 다래는 성숙하면 저절로 벌어져서 속으로부터 섬유가 자라난다. 면화는 자란 것 그 자체가 밑으로 늘어지지만, 케이폭은 자란 것이 바람이 불면 씨앗이 부착된 채로 날아가 버리기 때문에 다래가 벌어지기 전에 수확한다. 씨앗은 면 씨앗보다 상당히 작고 붉은 색을 띄며, 씨앗과 섬유와는 가볍게 치기만 해도 쉽게 분리가 되므로 면화의 조면과 같은 번거로운 작업은 필요 없다.

케이폭섬유의 길이는 일반적으로 18∼27㎜, 직경은 약 0.02㎜ 정도이며 섬유 내부는 완전한 중공으로 되어있다. 물의 침투에 견디는 힘이 강하고 부연성이 풍부하며 자체 중량의 35배 정도를 띄울 수 있는 힘이 있다. 침수 후 1개월 후에도 26배량의 무게를 띄울 수 있는 힘이 있는 성질을 이용하여 구명용구의 충진재료로도 사용되기도 한다. 또한 가볍고 탄력 및 보온성이 풍부한 성질을 이용하여 베게나 이불면 대신에 사용되고 있다.

이러한 특성을 이용하여 초경량, 보온성을 가지는 케이폭 섬유제품화에 대한 요구가 대두되고 있으나, 케이폭 섬유는 면섬유와 비교해서 표면이 엉키는 성질이 없는데다 강력도 비교적 약하기 때문에 이것만으로는 방적할 수 없으며, 케이폭 섬유만으로 장시간 사용하는 경우에는 섬유의 이어짐이 끊어져서 평면 상태를 상실하고 단단하게 엉켜붙는 문제가 발생하여 혼합방적사를 만드는 경우에도 균일한 강력 및 균제도의 달성이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 케이폭은 셀룰로오스, 펜토산, 왁스, 리그닌, 회분, 수분으로 구성되어 있으며, 이 중 리그닌이 염색가공 시 성능 및 일광견뢰도, 백도 저하의 요인이 되어 의류용으로 상품화하는 데에는 어려움이 많았다.

따라서 본 발명에서는 케이폭과 면섬유와의 혼합방적사를 제조하여 초경량, 고흡습, 보온성, 항균성이 뛰어난 방적사를 제공하며, 리그닌 제거를 통하여 우수한 일광견뢰도와 백도를 가지는 케이폭섬유제품을 제조하기 위한 전처리 가공 조건을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면 면섬유를 개면하고 정면하여 공급하고, 별도로 케이폭섬유를 개면하여 공급하되, 상기 면섬유와 케이폭섬유를 중량비 1:1.5~1:2의 비율로 혼합하는 혼타면공정, 상기 공급된 면섬유와 케이폭섬유의 혼합원료를 소면기에 공급하여 0.08~0.10Ne의 섬도로 슬라이버를 만드는 소면공정, 상기 슬라이버를 D/R비 6.5~7.5로 연신하는 연조공정, 상기 연조공정 후 플라이어 회전속도가 550~650 RPM인 조방기에 공급하여 D/R비 9.5~10.5로 드래프트하면서 1.5~1.7 T/M의 꼬임을 주어 0.7~1.0 Ne의 조방사를 만드는 조방공정, 상기 조방사를 보빈 회전속도가 8,000~9,500 RPM인 링정방기에 공급하여 D/R비 30~35로 드래프트하면서 4.5~4.8T/M의 꼬임을 주어 20~40수의 혼합방적사를 만드는 정방공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이폭/면 혼합방적사의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기 제조방법에 의하여 제조된 케이폭/면 혼합방적사로서 인장강도 480~500 cN, 인장신도 6.5~6.8%, 균제도 14.0~14.5 U%인 것을 특징으로 하는 케이폭/면 혼합방적사가 제공된다.

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이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 케이폭/면 혼합방적사의 제조방법은 일반적인 면바적사의 제조방법에서 사용되는 방적기계를 사용하나 각 공정에서의 조건을 케이폭섬유의 특성에 적합하도록 세밀히 조정하여야 한다.

일반적으로 면방적공정의 경우, 혼타면, 소면, 연조, 조방, 정방 공정을 거치며, 본 발명의 경우에도 동일한 공정순서를 거치게 된다.

우선, 혼타면공정을 살펴보면, 케이폭 섬유는 가볍고 스테이플 길이가 13∼25mm인 반면, 면은 35∼42mm이므로, 일반 면방적 조건에서는 케이폭의 낙하, 모우, 비산이 일어나고, 기계가 케이폭을 잡물(trash)로 인식하여 대부분 버려지게 된다. 따라서 손실율을 고려하여 얻고자 하는 혼용율보다 초기 투입하는 케이폭의 비율을 높여야 한다. 따라서 초기 투입하는 케이폭의 양을 최종 목표량보다 1.5배 많게 투입하여 케이폭의 경량 및 보온성과 촉감을 최대한 살리고, 혼타면 공정에서 개섬(Opening)을 적게 해주고, 스트리핑(Striping)과 같은 과다한 정면을 생략하여야 한다.

혼타면공정시 케이폭섬유는 원료구성상 강도가 약한 반면에 면섬유와 같은 시드(seed), 넵(nep) 및 기타 이물질이 없으므로 섬유의 손상을 일으킬 수 있는 과다한 타격은 하지 않고 개면공정만을 행하면 된다. 케이폭섬유의 손상은 원재료의 손실과 제품의 품질에 막대한 영향을 주므로 개면기의 비터(beater)의 회전수를 면섬유의 경우보다 20%정도 낮게 설정해야 하며, 습도는 섬유의 간도 향상을 위해 상대습도 65~75%정도로 조절하는 것이 좋다. 면섬유는 일반적인 방법으로 개면하고 정면하여 면섬유와 케이폭섬유를 중량비 1:1.5~1:2의 비율로 혼합한다.

소면공정의 경우, 상기 혼타면 공정으로부터 공급된 원료섬유(tuft)를 길이 방향으로 빗질하고 잡물을 제거하는 공정으로서 상하 금속침사이로 섬유를 통과시켜 원료섬유를 평행화하며 잡물을 제거한다. 면섬유의 경우에는 넵(nep)이 자연적으로 존재하기 때문에 플랫침과 실린더침과의 간격을 10/1000 인치미만의 간격을 유지하여 섬유의 평행화를 위해 침간간격을 좁혀주고 있으며, 이러한 좁은 침각간격에 의해서도 면섬유자체의 일정 강력 때문에 최종제품의 불량이 발생하지 아니한다. 그러나, 케이폭의 경우에는 넵이 없고 섬유장이 면섬유에 비해 짧고 넵을 가지고 있지 않기 때문에 플랫침과 실린더침과의 간격을 12/1000 인치이상으로 설정한다.

상기 소면공정에 의하여 만들어지는 슬라이버는 일반적인 면섬유에 비해 굵어야 하는데, 이는 케이폭의 섬유장이 짧아 섬유간 포합력이 약하기 때문에 슬라이버전체의 강력을 높이기 위해 슬라이버의 굵기를 높이는 것이다. 일반적인 면섬유의 경우에는 0.12Ne(수)정도가 바람직하나, 본 발명의 면/케이폭의 경우에는 0.08~0.10Ne(수)의 섬도가 좋다. 이렇게 슬라이버의 섬도가 높아도 섬유의 강도가 낮기 때문에 연조공정에서의 드래프트시 문제가 되지 않는다.

연조공정은 일반적인 면방적에서의 연조공정과 동일하나 드래프트비율을 D/R비 6.5~7.5로 하여 연신하면서 슬라이버의 굵기를 감소시키며, 균제도를 향상시킨다.

상기 연조공정이후 면섬유와 동일하게 조방공정을 행하게 되는데, 본 발명의 경우에는 일반적인 면방적의 고속으로 조방공정을 하는 경우에는 사절이 많이 발생 하기 때문에 플라이어 회전속도를 550~650 RPM정도로 조절하여야 한다. 이러한 속도는 일반적인 면방적의 플라이어 속도보다 20%정도 감소된 수치로서 사절예방을 위해 필수적으로 지켜야 하는 속도이다. D/R비는 9.5~10.5정도가 좋으며, 꼬임수는1.5~1.7 T/M정도가 사절방지에 좋다. 면섬유의 경우에는 1.1 T/M정도가 바람직하나, 케이폭의 경우에는 섬유강도와 포합력이 낮기 때문에 T/M을 보다 높게 주는 것이 좋다. 이렇게 만들어진 조방사의 섬도는 0.7~1.0 Ne(수)정도이다.

상기 조방공정이후 정방공정을 행하게 되는데, 상기 조방사를 보빈 회전속도가 8,000~9,500 RPM인 링정방기에 공급하여 D/R비 30~35로 드래프트하면서 4.5~4.8T/M의 꼬임을 주어 20~40수의 혼합방적사를 만들게 된다. 면/케이폭 혼합방적사의 경우에는 정방꼬임을 4.5~4.8T/M 부여하는 것이 바람직한데, 4.5 T/M 미만인 경우에는 정방공정시 사절이 발생하며, 케이폭섬유가 전체방적사의 외곽부분으로 이동(migration)함으로써 실의 외관에 잔털이 많이 발생하는 문제점이 일어날 수 있으며, 4.8을 초과하는 경우에는 방적사가 너무 뻣뻣(stiff)하여 최종 제품의 촉감이 좋지 않는 문제점이 발생한다. 에이프런롤러의 프런트롤러와 세컨드롤러간의 간격은 면섬유의 경우보다 20%정도 좁은 40~45㎜정도로 조절하는 것이 케이폭의 짧은 섬유장으로 인한 넵(nep)발생의 방지에 바람직하다.

상기 방적법에 의해 인장강도 480~500 cN, 인장신도 6.5~6.8%, 균제도 14.0~14.5 U%인 것을 특징으로 하는 케이폭/면 혼합방적사가 제조된다.

본 발명에서 상기 조건으로 방적한 케이폭/면 혼합방적사는 면방적사와는 달리 케이폭이 리그닌이라는 성분을 함유하고 있기 때문에 특수한 처리를 필요로 한다. 케이폭 중량의 18%를 구성하는 리그닌은 C₁₈H₂₄O₁₁₅과 C₄₀H₄₅O₁₈로 추정되는 고분자 물질로서 셀룰로오스에 비해 화학적으로 불안정하므로 대기 중에서 산소나 수분, 자외선과 쉽게 반응해 퀴논과 같은 물질로 변하면서 황변을 일으키게 된다. 따라서 이것을 전처리 공정에서 제거하지 못하면 방적사 뿐만 아니라 직물에서도 원하는 백도를 얻기 어렵고 최종 제품의 일광견뢰도 저하를 초래할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 케이폭에 존재하는 리그닌을 효율적으로 제거하여 황변을 방지하여 백도(whiteness)를 높이는 전처리방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 케이폭/면 혼합방적사를 폴리옥시에틸렌알킬에스테르계 정련제 0.1~0.5중량%, NaOH 0.5~1.0중량%, 과산화수소 0.8~1.5중량%, 폴리카르복시산계 과수안정제 0.3~0.8중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 전처리용액에 침지하여 85~98℃에서 20~30분 처리하고 수세한 후, 차아염소산나트륨 용액에 침지하여 50~60℃에서 20~30분 처리한 후, 빙초산용액으로 중화하고 수세 및 건조하여 케이폭/면 혼합방적사를 전처리한다.

일반적으로 면 방적사의 전처리 공정은 과산화수소를 이용한 표백 및 정련을 거치게 되는데, 본 발명의 케이폭/면 혼합방적사에서는 리그닌의 효과적인 제거를 위하여 과산화수소 표백뿐만 아니라 산화표백법도 적용하여야 한다. 산화표백법은 아염소산나트륨으로 pH3.5의 강한 산성조건에서 적용하는 방법과 차아염소산나트륨 으로 pH10의 알칼리성 조건에서 적용하는 방법이 있는데, 이 중 아염소산나트륨을 이용한 표백법은 과산화수소 표백의 알칼리 공정과 pH충돌의 문제 및 이산화염소가스 발생으로 인한 악취 문제 등을 유발하기 때문에 본 발명에서는 차아염소산나트륨을 사용한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 인장강도와 신도가 우수한 케이폭/ 면 혼합방적사를 제조하여 초경량, 고흡습, 보온성, 항균성이 뛰어난 방적사를 제공할 수 있으며, 케이폭섬유의 근본적인 문제점인 리그닌의 제거를 통하여 우수한 일광견뢰도와 백도를 가지는 케이폭섬유제품을 제공할 수 있다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 케이폭/면 혼합방적사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

1. 혼타면 공정

일반 면 혼타면 공정을 적용하면 케이폭 섬유의 손상으로 섬유가 절단되어 후공정에서 Nep 또는 낙면 손실이 크므로 개섬(Openning)만 거친후 소면공정으로 이송하였다. 면과 달리 잡물이 적어 개섬(Openning)만으로도 잡물에 대한 리스크가 적었다. 일반 면 공정과 케이폭 혼방시 조건의 비교를 다음 표1에 나타내었다.

기기 및 조건	일반 면 방적공정	케이폭/면 혼방사 방적공정 (실시예 1)
MBK Evener R/O RPM	550	400
Beater/RPM	Opener Beater/800	3-Blade Beater/600
SW3 Beater RPM	800	600

2. 소면 공정

카딩액션(Carding Action)을 줄여 섬유의 손상을 방지하면서 0.1 Ne 의 슬라이버를 제조하였으며, 일반 면 공정과 케이폭 혼방시 조건의 비교를 다음 표2에 나타내었다.

기기 및 조건	일반 면 방적공정	케이폭/면 혼방사 방적공정(실시예 1)
Flat - Cylinder Gauge	10/1000"	12/1000"
Taker-in Roll RPM	900	700
배기량을 조정하여 낙면을 15%선으로 유지

3. 연조, 조방, 정방 공정

연조, 조방, 정방 공정을 다음 표3에 나타내었다. 정방은 링(ring)정방기를 이용하였으며, 사 강력과 제직성을 고려하여 사 번수는 20∼40수로 하였다.

공정명	연조	조방	정방
기기조건	R/O Gauge : 36×42× 45 D/R 비 7.5	R/O gauge : 36×48×46 Flyer RPM : 600 T.M : 1.7 D/R 비 : 10	Spindle RPM : 11000 T.M : 4.5 D/R 비 : 32

상기 조건으로 방적한 케이폭/면 혼합방적사의 기본 물성을 시험하여 다음 표4와 같은 결과를 얻었다.

시험항목	시험결과	시험방법
번수(Ne)	32.5/2	KS K 0414:2005
인장강도(cN)	489	KS K 0409:2006 C.R.E.
인장강도 변동계수(%)	5.0	KS K 0409:2006 C.R.E.
인장신도(%)	6.7	KS K 0409:2006 C.R.E.
비강도(cN/denier)	2.8	KS K 0409:2006 C.R.E.
균제도(U%)	14.27	KS K 0467:1997 KET-80B
균제도(CV%)	16.39	KS K 0467:1997 KET-80B
사결함수(개/km)	Thin(-50%):3 Thick(+50%):103 NEPS(200%):761	KS K 0467:1997 KET-80B

[실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 2]

실시예 1에 의해 얻은 케이폭/면 혼합방적사를 다음 표5의 조건에 의해 전처리공정을 적용하였다.

실시예	실시예 2	비교예 1	비교예 2
step 1	정련 및 과산화수소 표백 정련제(Sunmorl MS-40) 3g NaOH(95%) 8g 과산화수소(H₂O₂,30%) 10g 과수안정제 (Neorate PLC 2000) 5g 물 974 g 98℃×20min	정련 및 과산화수소 표백 좌동	정련 정련제(Sunmorl MS-40) 3g NaOH(95%) 3g 물 994g 98℃×20min
step 2	수세	수세 및 건조	수세
step 3	차아염소산나트륨 처리 차아염소산나트륨(NaClO,12%) 10g (pH10) 물 990g 50℃×20min		차아염소산나트륨 처리 차아염소산나트륨(NaClO,12%) 10g (pH10) 물 990g 50℃×20min
step 4	중화 빙초산(CH₃COOH) 0.5g 물 999.5g 상온×10min		중화 빙초산(CH₃COOH) 0.5g 물 999.5g 상온×10min
step 5	수세 및 건조		수세 및 건조

상기 표의 실시예 2는 과산화수소 표백을 정련과 함께 실시하고 후에 차아염소산나트륨 표백을 실시한 후 중화, 수세, 건조를 실시하였다. 비교예 1은 정련 및 과산화수소 표백만 실시하였다. 비교예 2는 비교를 위하여 과산화수소를 사용하지 않고 정련만 실시한 후 차아염소산나트륨 표백을 실시하였다.

상기 전처리를 실시한 후 일광견뢰도 및 측색 시험결과를 표6에 나타내었다.

20시간동안 광을 조사하여 일광견뢰도 시험을 실시한 결과, 차아염소산나트륨으로 표백단계를 거친 경우인 실시예 2와 비교예 2가 과산화수소 표백만 거친 비교예 1보다 1등급 정도 높게 나타났다. 노광한 부위를 측색으로 비교하여도 비교예 1의 백도(Whiteness)는 더 낮고 dE는 높게 나타나서 황변이 일어남을 확인할 수 있었다. 그리고 실시예 2와 비교예 2를 비교하면 실시예 2의 백도(Whiteness)는 더 높고 dE는 낮게 나타나서 백도 및 황변 방지 능력이 우수하였다.

따라서 과산화수소 표백 및 정련 후 차아염소산나트륨 표백을 거친 전처리 공정이 가장 우수한 결과를 나타내어 케이폭의 리그닌 제거가 효과적으로 이루어졌음을 알 수 있었다.

비고	일광견뢰도 (급)	L		a		b		백도(Whiteness)		dE
비고	일광견뢰도 (급)	노광전	노광후	노광전	노광후	노광전	노광후	노광전	노광후	dE
실시예2	4～5	92.53	91.79	-0.42	-0.31	1.16	1.76	76.52	71.99	0.96
비교예1	3～4	91.87	90.27	-0.43	-0.34	3.58	6.68	65.21	48.24	3.49
비교예2	4～5	91.50	90.05	-0.29	-0.26	1.51	1.95	73.01	67.76	1.51

단, 일광견뢰도 시험방법은 KS K ISO 105-B02, 측색장비는 Datacolor CCM 600 광원 D65임.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 혼합방적사의 단면도(A)이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1의 혼합방적사의 측면도(A)이다.

Claims

면섬유를 개면하고 정면하여 공급하고, 별도로 케이폭섬유를 개면하여 공급하되, 상기 면섬유와 케이폭섬유를 중량비 1:1.5~1:2의 비율로 혼합하는 혼타면공정,

상기 공급된 면섬유와 케이폭섬유의 혼합원료를 소면기에 공급하여 0.08~0.10 Ne의 섬도로 슬라이버를 만드는 소면공정,

상기 슬라이버를 D/R비 6.5~7.5로 연신하는 연조공정,

상기 연조공정 후 플라이어 회전속도가 550~650 RPM인 조방기에 공급하여 D/R비 9.5~10.5로 드래프트하면서 1.5~1.7 T/M의 꼬임을 주어 0.7~1.0 Ne의 조방사를 만드는 조방공정,

상기 조방사를 보빈 회전속도가 8,000~9,500 RPM인 링정방기에 공급하여 D/R비 30~35로 드래프트하면서 4.5~4.8T/M의 꼬임을 주어 20~40수의 혼합방적사를 만드는 정방공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이폭/면 혼합방적사의 제조방법.
제 1항 기재의 제조방법에 의하여 제조된 케이폭/면 혼합방적사로서 인장강도 480~500 cN, 인장신도 6.5~6.8%, 균제도 14.0~14.5 U%인 것을 특징으로 하는 케이폭/면 혼합방적사.
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