KR101128387B1 - 이염색성 폴리유산 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리유산 고유의 생분해성을 유지하면서 양이온 염료로 염색 가능한 폴리유산 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리유산, 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체를 혼합하고, 압출 반응하여 상기 금속 술포네이트기가 도입된 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하고, 상기 개질 폴리유산 조성물을 용융 방사하여 구성되며, 주쇄에 양이온 염료와 반응할 수 있는 금속 술포네이트기가 도입되어 폴리유산의 생분해성, 항균성, 난연성을 유지하면서 상압으로 선명하게 염색할 수 있는 이염색성 폴리유산 섬유를 제공한다.
상압 염색, 폴리유산, 양이온 염료, 양이온 작용기, 금속 술포네이트기

Description

이염색성 폴리유산 섬유{Easily dyeable polylactic acid fiber}
본 발명은 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체와의 압출 반응에 의해, 주쇄에 양이온 염료와의 반응성이 우수한 금속 술포네이트기가 도입되어 폴리유산의 생분해성을 유지하면서 선명하게 염색할 수 있는 이염색성 폴리유산 섬유에 관한 것이다.
일반적인 폴리유산 섬유는 자체 항균성, 생분해성, 난연성을 지니는 고유의 특성이 있으나, 염색 가공시 양이온 염료와 반응할 수 있는 작용기가 없어서 염색성이 결여되어 있기 때문에, 상압에서 선명한 색상의 염색 가공을 할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 따라, 유산 또는 락타이드를 중합하여 폴리유산을 형성하는 과정에서 염색성을 지닌 다른 모노머와 공중합하여 염색성 폴리유산을 형성하는 방법, 또는 폴리유산과 염색성을 지닌 폴리아세탈 수지, 폴리부틸렌 석시네이트 수지 등의 폴리머를 블렌딩하여 상기 폴리유산에 염색성을 제공하는 방법 등이 개시되었다.
그러나, 유산 또는 락타이드를 중합할 때 염색성을 지닌 다른 모노머와 공중합하여 염색성 폴리유산을 형성하는 방법은 공중합 반응의 안정성과 재현성이 결여 되어 현실적으로 적용하는 것이 곤란하며, 폴리유산과 염색성을 지닌 다른 폴리머를 블렌딩하여 폴리유산에 염색성을 제공하는 방법은 주성분인 폴리유산이 지닌 자체 항균성, 생분해성, 난연성 등의 고유 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체와의 압출 반응에 의해, 주쇄에 양이온 염료와 반응할 수 있는 금속 술포네이트기가 도입되어 폴리유산의 생분해성을 유지하면서 선명하게 염색할 수 있는 이염색성 폴리유산 섬유를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리유산, 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체를 혼합하고, 압출 반응하여 상기 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하고, 상기 개질 폴리유산 조성물을 용융 방사하여 구성되는 이염색성 폴리유산 섬유가 제공된다.
본 발명에 의한 이염색성 폴리유산 섬유는 주쇄에 양이온 염료와의 반응성이 우수한 금속 술포네이트기가 도입되어 폴리유산 고유의 생분해성, 항균성, 난연성을 유지하면서, 상압으로 선명하게 염색할 수 있는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 이염색성 폴리유산 섬유는 천연섬유와 교직하여 사용할 때 저온에서 염색이 가능하여 상기 천연섬유의 손상을 유발하지 않으므로, 환경친화적인 소재로 매우 유용하게 활용할 수 있는 효과를 지니고 있다.
본 발명에서는 양이온 염료와의 반응성이 탁월한 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체와의 혼합 및 압출 반응에 의해 상기 금속 술포네이트기가 주쇄에 도입된 폴리유산을 구성하는 것을 특성으로 하고 있다.
도면과 실시예를 참조하여 본 발명의 이염색성 폴리유산 섬유에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이염색성 폴리유산 섬유에 도입되는 금속 술포네이트기를 예시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이염색성 폴리유산 섬유의 분자구조를 예시한 것이다.
폴리유산은 자체 항균성, 생분해성, 난연성을 지니고 있으나, 염색 가공 시 양이온 염료와 반응할 수 있는 작용기가 없어서 염색성이 결여되어 있다.
따라서, 이러한 폴리유산의 주쇄에 양이온 염료와의 반응성이 우수한 금속 술포네이트기가 도입되어 양이온 염색성이 제공된다.
양이온 염색성을 제공하도록 폴리유산의 주쇄에 도입되는 금속 술포네이트기는, 예를 들어 도 1(M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속, R1: 탄소수 1～10의 알킬기 또는 하이드록시 알킬기)에서 도시된 바와 같이, 벤젠고리를 중심으로 하고, 상기 벤젠고리에 SO3M이 연결 형성되고, 양쪽 메타 위치에 탄소수 1～10의 알킬기 또는 하이드록시 알킬기가 연결 형성되어 양이온 염료와의 반응성을 제공하는 특성을 지닌다.
상기와 같은 구조로 양이온 염료와의 반응성이 우수한 금속 술포네이트기가 1～30 M% 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체를 사용하여 본 발명의 이염 색성 폴리유산 섬유를 구성한다. 이염색성 폴리유산 섬유를 구성하기 위하여 폴리유산에 혼합되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 금속 술포네이트기 함유율이 1 M% 미만이면 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 금속 술포네이트기 함유율 부족으로 인하여 폴리유산에 염색성을 충분하게 제공하는 것이 곤란하며, 폴리유산에 혼합되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 금속 술포네이트기 함유율이 30 M%를 초과하면 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 상업적인 생산이 곤란하고 이는 결국 이염색성 폴리유산 섬유의 생산성 또는 경제성 저하 문제로 연결된다.
상기와 같이 양이온 염료와의 반응성이 우수한 금속 술포네이트기가 1～30 M% 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 10～50 중량%와 폴리유산 50～90 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성한다.
이염색성 폴리유산 섬유를 제조하는데 사용되는 폴리머 조성물에 포함되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 함량이 10 중량% 미만이면 폴리머 조성물에 함유된 금속 술포네이트기의 함량 부족으로 인하여 폴리유산에 염색성을 충분하게 제공하는 것이 곤란하며, 폴리머 조성물에 포함되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 함량이 50 중량%를 초과하면 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체의 함량 과다로 인하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제공하는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
그리고, 상기 조성의 폴리유산, 금속 술포네이트기가 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체에, 안료, 대전방지제, 활제, 열안정제 등과 같이 폴리머 가 공에 사용할 수 있는 기 공지된 첨가제를 혼합하여 폴리머 조성물을 구성할 수 있다.
상기와 같이 폴리유산, 금속 술포네이트기가 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체로 이루어지는 폴리머 조성물을, 폴리유산의 기 공지된 압출 온도 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 기 공지된 압출 온도의 공통 범위인 160～240 ℃에서 압출 반응하여, 예를 들면 도 2(M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속, R1: 탄소수 1～10의 알킬기 또는 하이드록시 알킬기)에서 도시한 바와 같이 금속 술포네이트기가 도입된 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하는 것이다.
상기 개질 폴리유산 조성물을 190～250 ℃에서 용융 방사하여 이염색성 폴리유산 섬유를 구성한다.
이염색성 폴리유산 섬유를 구성하기 위하여 개질 폴리유산 조성물을 용융 방사하는 온도가 190 ℃ 미만이면 상기 개질 폴리유산 조성물로부터 이루어지는 이염색성 폴리유산 섬유의 염색 균일성이 대폭 저하되며, 개질 폴리유산 조성물을 용융 방사하는 온도가 250 ℃를 초과하면 상기 개질 폴리유산 조성물이 열분해될 수 있다.
상기 용융 방사에 의하여 구성되는 염색성 폴리유산 섬유는 상압, 90～100 ℃의 저온에서 양이온 염료에 의해 용이하게 염색되는 특성을 지닌다.
다음과 같이 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위 가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
< 실시예 1 >
1. 폴리유산 90 중량%, 10 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 10 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성하였다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 180 ℃, 140 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 180 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
< 실시예 2 >
1. 폴리유산 85 중량%, 10 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 15 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성한다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 200 ℃, 120 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 210 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
< 실시예 3 >
1. 폴리유산 80 중량%, 10 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 20 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성하였다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 210 ℃, 100 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 210 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
< 비교예 1 >
1. 폴리유산 90 중량%, 5 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 10 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성하였다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 220 ℃, 130 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 220 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
< 비교예 2 >
1. 폴리유산 85 중량%, 5 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 15 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성하였다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 240 ℃, 120 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 240 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
< 비교예 3 >
1. 폴리유산 80 중량%, 5 M%의 금속 술포네이트기를 지닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 20 중량%를 혼합하여 폴리머 조성물을 형성하였다.
2. 상기 폴리머 조성물을 스크류 길이/직경이 26인 이축스크류 압출기에서 250 ℃, 110 rpm으로 압출 반응하여 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하였다.
3. 상기 개질 폴리유산 조성물을 일축스크류 압출기에서 250 ℃로 용융하고, 230 ℃에서 방사하여 개질 폴리유산 미연신사를 형성하였다.
4. 상기 개질 폴리유산 미연신사를 진행속도 2400 m/분의 제 1 연신롤러, 및 진행속도 4500 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신비 1.87로 연신하고 롤에 권취하여 연신하여 이염색성 폴리유산 섬유를 제조하였다.
상기에서 기술된 실시예 및 비교예에 의거하여 제조된 이염색성 폴리유산 섬유에 대한 공정성 및 물성 평가를 실시하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.
< 표 1 > 이염색성 폴리유산 섬유에 대한 공정성 및 물성 비교
구 분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
폴리유산:공중합체(중량%) 90:10 85:15 80:20 90:10 85:15 80:20
공중합체 작용기(몰%) 10 10 10 5 5 5
이축압출기 온도(℃) 180 200 210 220 240 250
이축압출기 rpm 140 120 100 130 120 110
일축압출기 온도(℃) 180 210 210 220 240 250
방사온도(℃) 230 230 230 230 230 230
GR1 속도(m/분) 2400 2400 2400 2400 2400 2400
GR2 속도(m/분) 4500 4500 4500 4500 4500 4500
연신비 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87
강도(g/denier) 4.0 4.3 4.2 3.7 3.5 3.4
신도(%) 23 22 22 22 23 19
염색성 ○ ○ △ × △ ×
상기 표 1에서 실시예의 이염색성 폴리유산 섬유가 비교예의 이염색성 폴리유산 섬유에 비하여 염색성이 훨씬 탁월한 것으로 나타났다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이 고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이염색성 폴리유산 섬유에 도입되는 금속 술포네이트기의 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 개질 폴리유산의 분자구조의 예시도

Claims (3)

  1. 폴리유산 50~80 중량%, 금속 술포네이트기가 1 ~ 30M% 함유된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 10~50 중량%를 혼합하고, 압출 반응하여 상기 금속 술포네이트기가 도입된 개질 폴리유산이 주성분인 개질 폴리유산 조성물을 형성하고, 상기 개질 폴리유산 조성물을 190~250℃에서 용융 방사하여 구성되는 이염색성 폴리유산 섬유.
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