KR101171947B1 - 식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법은 섬유 형성 고분자 물질에 식물 지방산을 0.1~10.0중량% 함유시켜 통상의 방법으로 용융방사 하며, 본 발명의 합성섬유는 식물 지방산을 0.01 내지 10.0중량% 함유하고, 식물의 향기를 발산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 합성섬유는 강도, 신도 등 기본적인 물성이 일반 합성섬유보다 우수할 뿐만 아니라, 벌키성, 신축성, 백색도, 촉감성, 흡습성, 염색성, 광택성 등이 극히 우수하며, 대전방지 성능까지 구비하였고, 식물의 향을 배출하므로 고급 의생활 소재로 널리 사용될 수 있다.
[색인어]
합성섬유, 강도, 신도, 광택성, 식물 지방산, 외관 특성

Description

식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법 {The synthetic textiles including plant fatty acid and the manufacturing method of the synthetic textiles including plant fatty acid}
본 발명은 식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 강도, 신도 등 제반 물성이 우수하고 외관 특성과 대전방지 성능이 현저하게 개선된 식물성 지방산을 함유하는 합성섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르 섬유를 비롯한 합성섬유는 강도, 신도 및 내구성 등이 우수하여 의류용 소재로 널리 사용되고 있다.
그러나 그 재질이 딱딱하고 피부 접촉시 거부감이 있으며, 정전기가 심하게 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 많은 노력들이 있어 왔으며 그 대표적인 예가 한국 특허 제10-0726409호, 한국 특허 제10-0515808호 등과 같이 식물 추출물을 합성섬유에 직접 도포하여 고착시키는 방법을 들 수 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 합성섬유는 도포된 식물추출물이 세탁시 탈리되므로 지속적으로 효과를 발휘하지 못한다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 식물 추출물을 마이크로캡슐화 하여 섬유의 표면에 부착시키는 방법도 모색되었으나 이 방법으로 제조된 섬유 역시 마찰이나 세탁, 광 노출 등의 환경에서 마이크로 캡슐이 쉽게 탈리되는 문제점이 있다.
식물 추출물을 함유한 섬유를 제조하는 방법으로 용융방사(melt spinning)를 고려해 볼 수 있으나, 융융방사의 온도가 200~300℃의 온도범위이므로 사용되는 식물 추출물의 휘발, 분해, 변질 등이 진행되어 생산 자체가 불가능하거나 또는 얻어진 섬유의 물성이 극히 열악하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 한국 특허 제10-0910241호를 들 수 있다.
이 기술은 “(a) 식물성 천연 추출물 또는 식물성 천연 정유(essential oil)로부터 선택되는 1종 이상의 성분, (b) 1종 이상의 섬유 형성 고분자, 및 (c) 상기 (a) 성분 및 (b) 성분을 용해할 수 있는 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 제조된 식물성 천연 추출물 또는 식물성 천연 정유를 함유하는 나노섬유”에 관한 것이다.
전기방사의 원리는 컬렉트와 노즐 사이에 형성된 전기력에 의하여 노즐을 통하여 토출된 용액이 제트 스트림으로 변하고 제트 스트림에 포함된 용매가 불완전 영역에 도달한 후에 용매가 휘발되면서 순수한 나노섬유가 형성되도록 하는 것이다.
이 기술에 의하여 제반 종래기술들이 가진 문제점은 대부분 해소되었다. 그러나 이 기술에 의하여 얻어진 섬유는 고분자 자체의 molecular orientation을 통한 강도 향상을 얻을 수 없기 때문에 제반 물성이 열악하여 의류용 소재로는 사용이 불가능하다는 문제점을 가지고 있다.
한편, 한국 특허 제10-0563560호에서는 “식물성 단백질과 폴리비닐알콜로 구성된 식물성 단백질 합성섬유에 있어서, 식물성 단백질은 두 물질의 전체 용량의 5부 이상 23부 이하이고, 폴리비닐알콜은 두 물질의 전체 용량의 77부 이상 95부 이하인 것을 특징으로 하는 식물성 단백질 합성섬유”가 개시되어 있다.
사용되는 단백질은 콩, 땅콩, 목화씨 등을 습식분쇄하여 분리 추출되는 단백질을 파쇄, 탈지 및 침지하여 얻어진 것이다.
이 기술에 의하여 얻어진 섬유는 통기성이 우수하며 캐시미어와 유사한 특성을 나타낸다. 그러나 섬유의 강도와 내구성이 극히 열악하여 이 역시 의류용 섬유로는 부적절하다.
한편, 합성섬유의 가장 큰 단점인 정전기의 발생을 저하시키기 위한 기술로는, 도전성 카본 블랙이나 도전성 금속을 합성섬유에 포함시키는 기술(한국 특허출원 제10-2006-0138108호 등)이 개시된 바가 있다.
그러나 상기 기술에 얻어진 도전성 섬유가 지나치게 고가이어서 의생활 소재용 섬유로는 부적절하다.
본 발명은 강도, 신도 등 제반 물성이 현저하게 향상된 합성섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 정전기 발생이 현저하게 감소된 합성섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 외관 특성과 원사의 균제도가 우수한 합성섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 방충성을 가진 합성섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 염색성과 촉감성이 우수한 합성섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 식물의 향을 발산하는 합성섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 합성섬유는 식물성 지방산을 0.01 내지 10.0중량% 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법은 식물성 지방산 0.1 내지 10.0중량%를 섬유 형성 고분자 물질에 함유시켜 용융방사하는 것으로 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 식물성 지방산은 아마씨 오일, 해바라기씨 오일, 유채기름, 동백기름, 피마자 기름 등과 같이, 리노레익 산(Linoleic acid), 올레익 산(Oleic acid), 스테아릭 산(Stearic acid), 팔미틱 산(Palmitic acid), 리카닌산(Licanic acid), 리치놀산(Ricinol acid) 등과 같은 성분을 주로 함유하고 있는 지방산이다.
아마씨 오일의 경우 그 구성성분은 아래의 표1과 같다.
성분 함량(g/100g 지방산) 비고
Myristic acid 0.04021
Pentadecanoic acid 0.02228
Palmitic acid 5.27593
Palmitoleic acid 0.05897
Margaric acid 0.06364
Heptadecenoic acid 0.04187
Stearic acid 3.47834
Oleic acid 18.56481
Linoleic acid 15.39735
Linolenic acid 56.41282
Arachidic acid 0.14637
Gadoleic acid 0.13117
Eicosadienoic acid 0.04389
Eicosadienoic acid 0.02286
Heneicosanoic acid 0.04995
Behenic acid 0.12625
Erucic acid 0.01942
Lionaceric acid 0.10388
합성수지에 첨가물을 가하는 경우 통상 물성의 저하가 초래되는데, 본 발명의 합성섬유의 물성은 통상의 합성섬유의 물성보다 오히려 더 향상되므로 상기 성분들이 섬유 형성 고분자 물질과 화학적 결합을 하는 것으로 여겨진다.
지방산의 추출방법은 용매에 의한 추출방법과 가열 압착에 의한 추출방법 등이 있는데, 후자의 경우가 보다 바람직하다. 가열 압착에 의한 추출방법은 통상적으로 80~220℃의 온도로 가열 압착하는 과정에서 식물에 포함된 저분자량의 휘발성 물질이 자연스럽게 제거되기 때문이다. 저분자량의 휘발성 물질은 상대적으로 낮은 온도에서 증발 또는 열 열화되기 때문에 얻어진 섬유의 물성에 악영향을 미친다.
식물 지방산을 섬유형성 고분자 물질에 함유시키는 방법으로는, (i) 식물 지방산을 합성수지 칩에 코팅하고 건조시켜서 얻어진 칩을 통상의 방법으로 용융방사하거나 마스터배치 칩으로 제조하는 방법과, (ii) 식물 지방산을 첨가하여 마스터 배치 칩으로 제조한 후 이 마스터 배치 칩 단독 또는 일반 합성수지 칩과 혼합하여 통상의 방법으로 용융방사하는 방법, (iii) 용융방사시 식물 지방산을 압출기의 용융 존으로 투입하는 방법, (iv) 중합공정 중 식물 지방산을 첨가하는 방법 등을 들 수 있다.
첨가되는 식물 지방산의 열 열화를 최소화하기 위해서는 위의 방법 중 (iii)의 방법이 보다 바람직하다. (iii)의 방법의 경우에는 압출기의 압력이 떨어지지 않도록 조절하는 것이 필요하다.
상기 (i)의 방법, 즉 식물 지방산을 합성수지 칩에 코팅하는 방법에 있어서, 건조방법은 로타리형 열풍건조기를 이용하거나 고주파 건조기를 이용하는 것이 바람직하다. 건조과정에서 식물 지방산이 열 열화되는 것을 최소화할 수 있기 때문이다.
상기 (i), (ii)의 방법에서 작업성을 향상시키기 위하여 식물성 지방산에 물과 유화제를 첨가하여 유화시켜 사용할 수도 있다.
식물 지방산의 적절한 첨가량은 0.1 내지 10중량%이며, 이 범위 미만의 경우에는 투입효과가 부족하며, 이 범위를 초과하는 경우에는 제조상의 어려움이 있으며 얻어진 섬유의 물성에도 악영향을 미치게 된다.
필요에 따라, 용융방사 공정 중에서 산화방지제, 열 안정제, 점도 개선제 등과 같은 통상적으로 사용되는 첨가제를 첨가할 수 있음은 당연하다.
또한, 혼합공정이나 코팅공정 등에서 작업성을 향상시키기 위하여 식물 지방산에 건조 촉매제를 첨가하여 사용할 수도 있으며, 식물 지방산을 공기 중에서 또는 공기가 없는 상태에서 가열하여 결합속도를 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 합성섬유는 강도, 신도 등 기본적인 물성이 일반 합성섬유보다 우수할 뿐만 아니라, 벌키성, 신축성, 백색도, 촉감성, 흡습성, 염색성, 광택성 등이 극히 우수하며, 표면저항율이 1.0×1014(Ω) 미만으로 대전방지성이 매우 우수하고, 식물의 향을 발산하므로 고급 의생활 소재로 널리 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 아래와 같다.
(제조실시예 1)
아마씨 8,500Kg을 곡물온도 180℃의 온도로 가열한 후 착유기에서 가열 압착하여 오일을 추출한 후 15일 동안 침전시킨 다음, 침전물을 제외한 오일만을 여과시켜 아마씨 오일 2,000Kg을 제조하였다.
제조실시예 1에 의하여 제조된 아마씨 오일 2중량%를 폴리프로필렌 칩 98중량%에 코팅하여 상온에서 15일간 방치 후 이 코팅 칩을 일반 폴리프로필렌 칩과 1 : 2의 비율로 혼합하여 방사온도 230℃로 파이롯트 방사기에서 통상의 방법으로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 500g을 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성 및 촉감성 등이 우수하였고 식물 특유의 향이 발산되었다.
제조실시예 1에 의하여 제조된 아마씨 오일 3Kg을 폴리아미드 파쇄 칩 97Kg과 혼합한 다음, 독일 W&P사의 트윈 스크류 마스터 배치 설비에서 통상의 방법으로 마스터배치 칩을 제조하였으며, 이 칩과 일반 폴리아미드 칩을 1 : 3의 비율로 혼합하여 통상의 방법으로 건조한 다음, 파이롯트 방사기에서 방사온도 240℃로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성 및 촉감성 등이 우수하였고 식물 특유의 향이 발산되었다.
시판되고 있는 유채오일 3Kg을 폴리프로필렌 파쇄칩 97Kg과 혼합하여 마스터배치 칩을 제조하였다. 이 칩만을 사용하여 파이롯트 방사기에서 방사온도 230℃로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성, 촉감성 등이 우수하였으며, 대전방지 성능도 발휘하였다.
시판되고 있는 피마자 오일 3Kg을 폴리프로필렌 파쇄칩 97Kg과 혼합하여 실시예 3에서와 같이 마스터배치 칩을 제조하였다. 이 칩과 일반 폴리프로필렌 칩을 1 : 1로 혼합하여 파이롯트 방사기에서 방사온도 230℃로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성, 촉감성 등이 우수하였다.
시판되고 있는 동백오일 3Kg을 폴리프로필렌 파쇄칩 97Kg과 혼합한 다음, 실시예 3에서와 같이 마스터 배치칩을 제조하였다. 이 칩과 일반 폴리프로필렌 칩을 1 : 2의 비율로 혼합하여 파이롯트 방사기에서 방사온도 230℃로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성, 촉감성 등이 우수하였다.
제조실시예 1에 의하여 얻어진 아마씨 오일 5중량%를 중합 테스트 설비에서 ES 반응 직전에 투입하였으며, Mole 비 1 : 1.12, Sb2O3(250ppm), TiO2(3,000ppm), H3PO4(200ppm), 최종 반응온도 255℃, 반응시간 210분의 조건으로 ES 반응을 진행시켰다. 이어서 최종 온도 287℃, 반응시간 220분, 진공 0.4torr의 조건으로 PC 반응을 진행시켜 폴리에스터 중합칩 70g을 제조하였다.
상기 Mole 비는 {(EG 투입량/EG 분자량 62.07)/(TPA 투입량/TPA 분자량 166.13)}을 의미한다.
얻어진 중합칩 70g과 폴리에스터 세미달 칩 300g을 혼합하여 180℃의 온도에서 3시간 동안 건조한 다음, 파이롯트 방사기에서 방사온도 285℃로 용융방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성, 촉감성이 우수하였다.
아마씨를 파쇄하여 PP 부직포 자루에 2Kg 씩 담은 다음, 아마씨 6Kg(3 자루)과 물 36Kg을 압력 약탕기에 넣고 130℃에서 3시간 동안 끓인 후 유압기에서 가압하여 물과 식물 지방산의 혼합물 25Kg을 얻었다. 이를 여과시킨 후 농축하여 농축액 8Kg을 제조하였다.
얻어진 농축액 3Kg과 폴리에스터 파쇄 칩 97Kg을 혼합하여 통상의 방법으로 마스터배치 칩을 제조하였다.
제조된 마스터 배치 칩과 일반 폴리에스터 세미달 칩을 1 : 1의 비율로 혼합하여 건조한 후 파이롯트 방사기에서 방사온도 285℃로 융용방사하여 150데니어 28필라의 필라멘트사를 제조하였다.
제조한 원사를 양말 형태로 편직하여 염색가공한 결과, 염색성, 광택성, 촉감성 등이 우수하였다.
제조실시예 1에 의하여 제조된 아마씨 오일 0.8중량%를 폴리에스터 세미달 칩 99.2중량%에 함유시키기 위하여 아마씨 오일을 메인칩 공급 파이프 라인과 압출기 간의 연결 부분에 별도의 공급장치(기아 펌프)를 이용하여 연속적으로 투입하면서 285±5℃의 온도로 용융방사하여 1.4데니어 38mm의 스테플 화이버 5,300Kg을 제조하였다.
제조된 스테플 화이버를 40S/1으로 방적한 후 이것을 사용하여 싱글저지를 편직하였다. 얻어진 편직물을 통상의 방법으로 염색가공하였다. 얻어진 스테플 화이버의 물성은 아래의 표2와 같았고, 유해성분 검출 테스트(에코 풀테스트 유아기준) 결과는 아래의 표3과 같았다. 스테플 화이버 및 염색가공된 편직물의 특성은 아래의 표4와 같았다. 편직물의 특성(신축성, 촉감성, 광택성 등)은 5회 세탁 후에도 동일하게 유지되었다.
얻어진 염색가공된 편직물에 대하여 대전방지성을 시험한 결과, 마찰대전성(KS K 0555:2010)은 67(V)(면포), 99(V)(모포)였으며 {시험조건 : (20±2)℃, (40±2) % RH, 400 r/min}, 표면저항율(KS K 0170:2008)은 1.4×1012(Ω){시험조건 : (20±2)℃, (40±2) % RH}, {적용전압 : 100V, 60초}으로 매우 우수하였다. 일반 합성섬유의 표면저항율은 1.0×1014~15(Ω)이다.
ITEM Standard values 실시예 8 TEST METHOD
Denier 1.4±0.05 1.39 ASTM D 1577.DIN53912
Fiber length(mm) 38±1.5 38.2 KSK 0327(KOREA)
Tenacity(g/de) 5.5 5.76 ATTM D 3822
Elongation(%) 30.0±5.0 35 ATTM D 3822
Number of
crimp(Number/inch)		 13.5±1.0 13.2 JIS L 1074(JAPEN)
시험항목 결과 기준
pH 6.2 4.0~7.5(기준)
포름알데히드 함량 합격 검출 안됨
중금속(용출) 함량 합격 검출 안됨
중금속(산분해) 함량 합격 검출 안됨
잔류농약 함량 합격 검출 안됨
염소화페놀류 함량 합격 검출 안됨
PVC 가소제(PHTHALSTES) 합격 검출 안됨
유기주석 화합물 함량 합격 검출 안됨
기타 화합물 함량 (OPP) 합격 검출 안됨
기타 화합물 함량 (PFOS) 합격 검출 안됨
기타 화합물 함량 (PFOA) 합격 검출 안됨
아릴아민 염료 함량 합격 검출 안됨
발암성 염료 함량 합격 검출 안됨
알러지성 부산염료 함량 합격 검출 안됨
기타 규제 염료 함량 합격 검출 안됨
유기 염소계 캐리어 함량 합격 검출 안됨
난연제함량(PBB/TRIS/TEPA/PENTABDEOCTABDE/DECABDE/HBCDD) 합격 검출 안됨
악취 합격 검출 안됨
구분 폴리에스터 실시예 8 비고
강도 우수 우수 원사상태
신도 우수 매우 우수 원사상태
벌키성 우수 매우 우수 원사상태 및 원단상태
신축성 우수 매우 우수 염색가공 후 원단상태
소프트 보통 매우 우수 원사상태 및 원단상태
백색도 우수 우수 원사상태
촉감성 보통 매우 우수 원단상태(피부접촉시)
흡습성 열악 양호 염색가공 후 원단상태
염착성 우수 매우 우수 염색가공 후 원단상태
향 없음 있음 염색가공 후 원단상태
대전방지성 불량 매우 우수 염색가공 후 원단상태
광택성 보통 우수 염색가공 후 원단상태
(비교예)
폴리에스터 40s/1 방적사로 편직한 싱글저지 니팅 원단을 염색한 후 탈수시킨 다음 건조시켰다. 이어서 제조실시예 1에서 얻은 아마씨 오일 5중량%를 유연제가 첨가된 물(95중량%)에 혼합하고, 여기에 니팅 원단을 침지시켜 망글을 통과시키고 텐타 공정을 거쳐 시료를 얻었다.
세탁 전 시료는 광택성과 촉감성 등이 향상되었으나, 5회 세탁 후에는 광택성과 촉감성 등이 현저하게 저하되었다.

Claims (11)

  1. 폴리에스터계, 나이론계, 및 폴리프로필렌계 수지로부터 선택된 1종 이상의 섬유 형성 고분자 물질에 식물 지방산을 0.1~10.0중량% 함유시켜 통상의 방법으로 용융방사하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질에 함유시키는 방법은 식물 지방산을 용융방사 전 섬유 형성 고분자 물질에 코팅하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질에 함유시키는 방법은 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질과 혼합하여 마스터 배치 칩으로 제조하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질에 함유시키는 방법은 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질의 중합 단계에서 첨가하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 식물 지방산을 섬유 형성 고분자 물질에 함유시키는 방법은 식물 지방산을 별도의 공급장치를 이용하여 용융방사시 압출기에 연속적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 형성 고분자 물질은 용융방사가 가능한 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 식물 지방산은 리노레익 산(Linoleic acid), 올레익 산(Oleic acid), 스테아릭 산(Stearic acid), 팔미틱 산(Palmitic acid), 리카닌산(Licanic acid), 리치놀산(Ricinol acid) 중 선택된 어느 한 성분 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 의하여 제조되며, 식물 지방산을 0.01 내지 10.0중량% 함유하는 합성섬유.
  9. 제8항에 있어서, 표면저항율이 1.0×1014(Ω) 이하인 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유.
  10. 제9항에 있어서, 표면저항율이 1.0×1013(Ω) 이하인 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유.
  11. 제8항에 있어서, 식물의 향을 발산하는 것을 특징으로 하는 식물 지방산을 함유하는 합성섬유.

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