KR101230098B1 - 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법 및 이에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유소재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법 및 이에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유소재에 관한 것으로 보다 상세하게는 날염공정에 있어 증열공정의 온도와 시간을 조절하고, 폴리프로필렌에 적합한 고견뢰도의 염료를 사용하여 폴리프로필렌 섬유소재에도 날염방법을 도입하는 것이 가능하도록 하는 방법이다. 이를 위한 본 발명은 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법에 있어서, 폴리프로필렌 섬유소재를 70 내지 80℃에서 정련하는 단계; 정련 후 탈수하여 텐더에서 130℃ 이하로 세팅하는 단계; 세팅 후 날염기에서 인날을 하여 날염하는 단계; 건조 후, 145 내지 155℃에서 증열공정을 거치는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

Description

폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법 및 이에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유소재{The printing method of polypropylene fiber material and the product thereby}

본 발명은 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법 및 이에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유소재에 관한 것으로 보다 상세하게는 날염공정에 있어 증열공정의 온도와 시간을 조절하고, 폴리프로필렌에 적합한 고견뢰도의 염료를 사용하여 폴리프로필렌 섬유소재에도 날염방법을 도입하는 것이 가능하도록 하는 방법이다.

폴리프로필렌(polypropylene; PP) 섬유는 4.5~9.0g/d 정도의 강도와 25~60% 정도의 신도를 가지는 섬유로서 현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 폴리에스테르 섬유나 나일론 섬유와 대등한 정도의 기계적 특성을 가질 뿐 아니라 내약품성도 뛰어난 우수한 섬유소재이다. 섬유의 비중이 0.90~0.93 정로로서 일반적인 섬유소재의 비중이 최소한 1.1~1.2 이상인 점을 감안하면 모든 섬유 중에서 가장 비중이 낮아 동일한 조건의 직물을 가정할 때 최소 20% 이상의 경량화를 구현할 수 있다.

뿐만 아니라 물의 비중인 1.0보다 작기 때문에 물에 뜨는 섬유소재로도 알려져 있다. 폴리프로필렌섬유는 다른 섬유에 비해 비중이 작기 때문에 직물로 제조 시 가볍고 정전기 발생이 없으며 때가 잘 타지 않을 뿐만 아니라 박테리아 서식이 어려워 위생적이다. 그리고, 낮은 열전도율 때문에 보온성이 뛰어나다. 강산, 강알칼리 등 약품에 특히 강하며 벌레나 좀의 피해도 없다. 내약품성이 우수해 염소에 접촉해도 변색되지 않는 특성을 발휘한다. 폴리에스테르 섬유의 경우 비유전율이 3.2 인 반면, 폴리프로필렌섬유의 비유전율은 2.2 로 낮아 정전기 발생이 낮기 때문에 편안한 착용감을 제공할 수 있는 소재이다.

섬유의 수분율도 0.05% 이하의 낮은 값을 보이는데 이러한 극도로 낮은 수분율은 과거 일반 의류용의 전개에 있어서는 단점으로 작용했으나 스포츠, 레져용 의류소재에서는 땀을 신속하게 건조시키는 속건성이 고도로 요구되고 있어 오히려 장점으로 활용되고 있다. 수분을 섬유 조직을 통해 재빨리 증발시키고 공기는 섬유 조직 내에 그대로 함유하는 위킹(Wicking)성이 뛰어난 특성을 발휘한다. 적당한 소재와의 복합화와 후가공 방법의 응용으로 흡한속건소재로서의 가능성이 커지고 있다. 또한, 수분을 거의 흡수하지 않으므로 세균 발생 요인 자체가 없어 자체적으로 항균기능을 가지고 있기 때문에 일반적으로 화섬을 꺼리는 용도 분야인 아기 기저귀의 겉 커버, 물통, 여성생리대 등으로 용도전개가 진행되고 있으며, 미국 FDA에서도 인증한 인체 무해 섬유이다.

그리고, 섬유 구성 분자구조가 C와 H만으로 이뤄져 있기 때문에 리사이클링시 폴리머의 성능 저하가 없으며 소각시 유해 독성 가스를 발행시키지 않는다는 점 등 다양한 친환경적 요소를 갖추고 있어 환경문제를 중요시하는 선진국 시장에서는 이미 친환경 섬유소재로서 그 용도를 확대하고 있다. 제법에 있어서의 에너지 소비량이 가장 적고, 또 재생을 실시하는 경우에 융점이 낮고, 쉽게 재 용해할 수 있다.

이러한 폴리프로필렌 섬유소재의 특성은 최근 경량소재를 요구하는 스포츠나 레져용 의류가 급격히 신장되고 활성화됨으로써 그 용도가 크게 높아지고 있으며 관련 업체에서도 이 소재를 이용한 제품을 개발하려는 시도들을 하고 있다.

그러나, 폴리프로필렌 섬유의 비극성 구조와 2/3이상의 높은 결정영역을 갖는 분자구조의 치밀함으로 인한 후염색의 어려움 때문에, 방사시 안료를 첨가하여 제조하는 원착(또는 선염)방식의 섬유가 대부분을 차지하고 있다. 원착 폴리프로필렌 섬유의 경우 섬유 생산과 동시에 색상이 정해짐에 따라 로트 관리에 어려움이 많고 관리 비용이 많이 필요하다. 또한 색상에 따른 비용 차이가 있고, 단색 직편물 또는 패턴물만 생산이 가능하다. 이는 실제로 유용한 착색을 제공하나, 공장의 개시 및 색 변화는 공장이 일정하게 가동될 때까지 상응하는 대량의 폐기물과 관련하여 긴 유도 시간을 필요로 한다. 그러므로, 단지 대량 배취의 제조가 경제적인 의미를 가진다. 예를 들어 패션 기준 색 요건을 위한 비교적 작은 배취는 경제적으로 또는 단시간 프레임으로 제조할 수 없다. 또한 밝은 빛깔을 달성하기가 쉽지 않다. 안료에 따라서 열분해가 일어나 변색의 위험이 있으며, 각 색상별의 마스터 ㅂ배취를 만들어야 하는 번거로움 때문에 다양한 색상을 나타내는데 제약을 받고 있다. 따라서 압출 후의 부족한 염색성은 직물 분야에서 폴리프로필렌 섬유의 더 넓은 사용에 방해가 되어 왔다. 의류 섬유, 특히 스포츠 및 레져 의류 분야로서 사용하기 위한 고유의 바람직한 특성에도 불구하고, 폴리프로필렌 섬유는 좀처럼 그 목적으로 사용되지 않는다.

이를 해결하기 위한 노력으로는 폴리프로필렌을 개질하여 염착가능한 기능기를 도입하거나, 폴리프로필렌을 용융물 상태의 폴리에스테르와 혼합하여 방사하여 혼용섬유상태로 만들어 폴리에스테르 등을 염색가능하게 하여 사용한다거나, 기타 전처리과정을 거쳐서 사용하고 있다. 폴리머 개질에 의한 방법은 그래프트 공중합시 발생하는 라디칼에 의한 물성저하나 그래프트 공중합시 극성 단량체의 길이를 일정하게 제어하기 어렵기 때문에 섬유품질의 균일성에 문제가 생긴다. 물리적 컴파운딩방법은 소수성인 PP 칩에 친수성기를 갖는 EVA (Ethylene-co-Vinylacetate)를 첨가하여 컴파운딩하는 방법으로 방사성 및 염색성이 우수하나 작업성에 문제가 있다. 방사선 조사후 화학제 처리에 의한 작용기 도입방법은 공기중에서 PP섬유에 전자선, 감마선, 플라즈마를 조사하고 여기에 화학제를 처리하여 염착좌석을 도입하는 방법으로 완전 상용화단계에는 이르지 못하고 있으며, 과정이 복잡하고 비경제적이다. 전처리 과정의 경우도 현재는 환원세정공정 등이 별도로 추가되어 비환경친화적인 문제가 있을 뿐만 아니라, 혼합방사된 폴리프로필렌섬유를 사용하여 단지 개질하는 수준에 머물고 있다.

본 발명은 소수성으로 인한 후염가공이 힘든 폴리프로필렌 섬유소재에 적합한 날염공정을 확립하여 다양한 의류분야에 폴리프로필렌 섬유소재가 사용될 수 있도록 하고자 한다.

또한, 본 발명에서 확립한 날염공정에 적합한 고견뢰도 염료를 사용하여 최적화된 날염공정을 확립함과 아울러 그에 따른 폴리프로필렌 섬유소재를 제공하고자 한다.

이를 위한 본 발명은 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법에 있어서, 폴리프로필렌 섬유소재를 70 내지 80℃에서 정련하는 단계; 정련 후 탈수하여 텐더에서 130℃ 이하로 세팅하는 단계; 세팅 후 날염기에서 인날을 하여 날염하는 단계; 건조 후, 145 내지 155℃에서 증열공정을 거치는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 상기 증열공정 후에는 열탕 수세하는 단계를 거치는 것이 바람직하고, 수세후에는 건조 후 마지막으로 텐더공정을 거쳐 작업을 완료할 수 있다.

상기 증열공정은 5 내지 7분 동안 시행하는 것이 바람직하고, 상기 날염하는 단계에서 사용하는 염료는 하기 화학식 1 내지 3중에서 일 이상 선택하여 사용하는 것이 최적화된 형태의 날염방법이다.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유소재를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법을 제공하고자 한다. 앞서 언급하였듯이, 폴리프로필렌 섬유소재의 경우 방사시 안료 또는 염료를 첨가하여 제조하는 선염방식을 사용하는데 이는 폴리프로필렌 섬유소재가 극도의 초소수성 섬유이므로 분산염료를 사용하여 후염처리하는 것은 거의 불가능한 것으로 보고 있다. 일반적으로 분산염료의 경우 증열하여 섬유속에 고착시키는 온도가 상당히 높은 사실과 폴리프로필렌 섬유의 낮은 용융온도 때문에 폴리프로피렌 섬유의 경우 후염가공을 고려하지 않았을 수도 있다. 또한, 침염방법까지는 고려하더라도 날염까지는 생각을 못한 것으로 볼 수 있다. 다만 최근에 염료의 개선을 통해 침염방식의 염색기술 개발에 성공한 사례가 있으나 대량생산에는 시간이 좀 걸린 것으로 보인다. 물론, 배경기술에서 언급된 바와 같이 기능기를 도입하거나, 다른 섬유와 혼용하여 염착부분이 있는 다른 섬유를 염색함으로써 이를 실행하기도 하지만, 전반적으로 과정이 복잡하거나 견뢰도가 떨어진다. 한편, 폴리프로필렌 섬유는 용융점이 약 165℃로서 다른 섬유소재에 비해 용융점이 낮다. 따라서, 기능기를 도입하거나 전처리과정을 거쳐 침염공정 등의 후염공정을 할 때에도 130 ℃를 초과한 온도에서 염색하는 것은 금기시 되어 오고 있다. 이는 폴리프로필렌 섬유소재의 물성변화가 이루어져 직물의 질감(touch)이 딱딱해지기 때문이다. 더욱이, 폴리프로필렌 섬유소재에는 날염방식은 도입하려고 시도도 하지 않고 있다.

본 발명에서는 인날하여 날염한 후, 비교적 고온의 온도에서 증열과정을 거침으로써 나름의 견뢰도와 발색의 우월성을 확보할 수 있었다. 우선 폴리프로필렌 섬유소재를 가지고 정련을 한다. 정련은 가성소다 2g/l, 정련제 0.5 g/l로 연속정련기에서 처리한다. 정련시의 온도는 70 내지 80℃가 적합하다. 정련 후, 탈수하여 텐더에서 130℃ 이하로 세팅한다. 이러한 온도범위는 중요한 의미를 가지는데, 너무 온도가 높게 되면, 열에 의한 물성변화 특히 터치감이 딱딱해질 수 있으므로 주의해서 작업해야 한다. 폴리프로필렌섬유의 열적특성이 상대적으로 낮으므로 이러한 특성을 고려하지 않으면 섬유에 손상이 갈 수도 있으므로 주의해야 한다. 이러한 세팅시 비교적 온도가 높은 것이 바람직하나 섬유손상 등의 문제로 130℃이하로 설정하는 것이 좋고, 100 내지 130℃ 정도에서 통상 실시한다.

세팅이 완료된 직물을 가지고 자동스크린날염(automatic screen printing)기에서 정해진 디자인에 맞게 염색을 진행하는데, 디자인에 따라 색상수가 결정된다. 바람직하게는 협력기관이 경북대학교에서 개발한 염료를 사용하는 것이 좋다. 협력기관인 경북대학교에서 개발한 염료는 PP 소재에 적합한 고견뢰도의 염료로서 본 발명의 공정에서 사용시 그 효과가 더욱 돋보였다. 화학식 1 내지 3의 염료는 긴 알킬 치환기를 가지는 초소수성 고견뢰도 삼원색 염료이다. 화학식 1은 블루 염료이며, 화학식 2는 옐로우 염료, 화학식 3은 레드 염료이다. 본 발명의 공정을 통해, 개질하지 않은 폴리프로필렌 섬유소재에 농색(단파장 K/S 20 이상)으로 염색이 가능할 뿐만 아니라 견뢰도도 일광의 경우 3 내지 4급 이상이며, 세탁이나 마찰 등의 견뢰도도 최소 4급 이상을 나타내었다. 이들 염료들은 폴리프로필렌과 같은 초소수성의 섬유에 친화력이 아주 높은 것으로 보이며, 다양한 다양한 색상발현을 위해 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 날염호는 합성섬유에 적합한 알긴산소다를 사용했으며 처방량에 맞게 계량하여 색상에 맞춰 계량된 염료와 혼합하여 교반한다. 염료용해가 불충분하면 작은 반점들이 생길 수 있으며 주의하여야 한다. 날염색호가 준비되면 날염기에서 인날을 한다.

인날 후 건조기를 통과한 직물은 증열공정을 거쳐야 한다. 고압분산염료로 날염하는 경우에는 인날 후 증열 공정을 거쳐야 섬유외부에 있던 분산염료들이 화학반응을 일으켜 섬유의 내부로 균일하게 확산, 결합된다. 이 과정이 제대로 이루어지지 않으면, 염료가 빠져나와 이색될 수 있다. 본 발명에서 중요한 사항은 증열 온도 및 시간이다. 이에 따라 견뢰도 및 발색정도의 차이가 나타나게 된다. 폴리프로필렌 섬유의 경우 용융온도가 낮고 변형 가능성이 높은 소재이기 때문에 물성이 변하지 않은 온도범위에서 증열공정을 거치는 것이 중요하다. 증열공정의 온도는 145℃ 내지 155℃ 정도가 적합하다. 폴리프로필렌 섬유소재의 용융온도를 고려하면 상당히 높은 온도이나, 프린팅한 후의 증열공정에서는 비교적 물성변화가 거의 없으면서도 날염이 잘 이루어지는 범위이다. 가장 바람직하게는 150℃ 에서의 증열이 가장 안정적이고 적합하였다. 시간은 5 내지 7분정도가 바람직하였으며, 가장 바람직하게는 6분이다.

증열이 끝난 직물은 수세공정을 거치면서 염료와 혼합한 호료 및 불순불을 씻어 낸다. 폴리에스테르섬유는 대게 알칼리 환원수세(하이드로 4g/l, 가성소다 4g/l)를 해 주는 것이 통상적이지만 폴리프로필렌섬유는 별도의 알칼리 환원수세 없이 80℃정도에서 열탕 수세만 거쳐도 충분한 발색 효과를 볼 수 있다. 견뢰도에서도 큰 차이가 나지 않아 공정비용을 줄일 수 있고 친환경적이다. 건조 후 마지막 텐더공정을 거치면 작업이 완료된다.

본 발명은 후염색 가공이 어려운 폴리프로필렌 섬유소재의 날염공정을 확립하였으며, 또한 본 발명의 날염공정에 적합한 염료를 채택하여 보다 적합화된 형태의 날염공정을 제시하였고, 또한 환원세정등의 공정을 거치지 않아 보다 친환경적인 날염공정을 제시하였다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1, 2, 3>

폴리프로필렌 섬유소재를 가성소다 2g/l, 정련제 0.5 g/l로 연속정련기에서 처리한다. 정련시의 온도는 70 내지 80℃이다. 정련 후, 탈수하여 텐더에서 125℃ 로 세팅한다. 세팅이 완료된 직물을 가지고 자동스크린날염(automatic screen printing)기에서 정해진 디자인에 맞게 염색을 진행한다. 날염호는 합성섬유에 적합한 알긴산소다를 사용했으며 색상에 맞춰 계량된 염료와 혼합하여 교반한다. 염료는 C. I. Disperse Red 60(red), C. I. Disperse Yellow 54(yellow), C. I. Disperse Blue 56(blue)을 각각 사용하였으며 염색은 1% o.w.f의 농도로 실시하였다. 날염색호가 준비되면 날염기에서 인날을 한다. 인날 후 건조기를 통과한 직물에 대해 150℃ 에서의 증열과정을 6분 동안 수행하였다. 증열공정이 끝난 후, 80℃정도에서 열탕 수세를 거쳤다. 건조후, 마지막 텐더 공정을 수행하였다. 다른 조건들은 통상적인 날염공정의 공지된 내용이다.

<비교예 1, 2, 3>

실시예 1 내지 3과 같은 염료를 사용하여 날염호를 조성하고 자동스크린날염기에서 정해진 디자인에 날염한다. 건조기에서 100 내지 120 ℃에서 건조시킨 후 인날하여 날염한다. 125℃에서 열고정한다. 알칼리 환원세정을 거치고 다른 조건들은 통상의 날염방법과 실시예 1 내지 3의 방법에 준해서 실시하였다.

실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3을 대비하여 보면, 유관으로 관찰시 그 색상의 차이가 확연하였다. 또한, 표면변화를 보아도 실시예들과 비교예들의 차이는 거의 없었다. 즉, 본 발명의 날염공정의 경우, 충분한 발색효과가 있음을 확인할 수 있었다.

<실시예 4 내지 6>

화학식 1 내지 3의 염료를 각각 사용하여 실시예 1 내지 3과 같은 방법으로 염색하여 실시예 4 내지 실시예 6을 제조하였다.

상기 실시예 4 내지 6의 색상 및 단파장 색상강도를 표 1에 나타내었다.

	색상			색상강도
	L*	a*	b*	단파장 K/S	최대흡수파장
실시예 4	32.2	5.2	-41.8	20.3	600nm
실시예 5	65.3	9.8	79.6	26.8	420nm
실시예 6	28.2	41.4	20.8	28.3	500nm

따라서, 본원발명에서 화학식 1 내지 3의 염료를 본원발명의 공정을 통해 실시하는 경우 농색으로 염색이 가능하다.

상기 실시예 4 내지 6의 염색물의 견뢰도를 표 2에 나타내었다.

		실시예 4	실시예 5	실시예 6	테스트방법
Washing	Change in Color	4-5	4-5	4-5	KS K ISO 105 C06:2002 (40 ℃)
	Staining	4-5	4-5	4-5
Light	Change in Color	3-4	3-4	3-4	ISO 105 B02
Rubbing	Dry	4-5	4-5	4-5	KS K 0650
	Wet	4-5	4-5	4-5

일광견뢰도의 경우 3 내지 4급 이상이며, 세탁이나 마찰 견뢰도는 최소 4급 이상을 나타내고 있어 매우 견뢰도가 높은 것을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 폴리프로필렌 섬유소재의 날염방법에 있어서,
   폴리프로필렌 섬유소재를 70 내지 80℃에서 정련하는 단계;
   정련 후 탈수하여 텐더에서 130℃ 이하로 세팅하는 단계;
   세팅 후 날염기에서 인날을 하여 날염하는 단계;
   건조 후, 145 내지 155℃에서 증열공정을 거치는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   증열공정 후 열탕 수세하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 증열공정은 5 내지 7분 동안 시행하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 또는 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 날염하는 단계에서 사용하는 염료는 하기 화학식 1 내지 3중에서 일 이상 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
   <화학식 1>
   

   

   
   <화학식 2>
   

   

   
   <화학식 3>
   

   
5. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 의한 방법에 의해 제조된 폴리프로필렌섬유 소재.