KR101232496B1 - 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 서방성 심초형 복합섬유 - Google Patents

서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 서방성 심초형 복합섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서방성 물질을 10~70 중량% 담지한 마이크로 캡슐과 열가소성 수지를 혼합하여 마이크로 캡슐을 1~30 중량% 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하는 단계, 또 다른 열가소성 수지 칩을 준비하는 단계 및 상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 상기 또 다른 열가소성 수지 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 복합섬유에 관한 것으로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 서방성 심초형 복합섬유는 인체친화적 서방효과를 지속적으로 유지하면서도 흡한속건성 및 항균성, 탈취성, 보습성 등이 뛰어나고, 우수한 방사조업성과 염색성을 가진다.

Description

서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 서방성 심초형 복합섬유{Method for Manufacturing Controlled-Release Skin-core Type Composite Fiber and Composite Fiber Made Thereof}
본 발명은 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서방성 물질을 담지한 마이크로 캡슐을 포함하는 열가소성 수지를 심부로 하고, 또 다른 열가소성 수지를 초부로 하여 제조되는 서방성 심초형 복합수지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 서방성 심초형 복합수지에 관한 것이다.
최근 섬유 제품의 고급화 추세에 따라 다양한 종류의 기능성 섬유가 출시되고 있으며, 이 중 서방성 섬유란 특정 화합물의 서방성(徐放性, controlled-release)을 이용한 섬유로서 그 대표적인 예로는 방향성 섬유를 들 수 있다. 특히 고령화 시대를 맞아 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 피톤치드, 아로마, 비타민, 허브 등 인체에 유익한 방향성 물질을 포함하는 인체 친화적 섬유를 개발하려는 노력이 이어지고 있다.
이러한 노력의 일환으로 종래 방향성 물질을 포함하는 액상제를 후가공 처리를 통하여 섬유에 도포하는 방법등이 이용되고 있으나, 이러한 후가공 처리 방법은 염색이나 세탁 등에 의하여 그 성능이 현저하게 저하되고 방향 효과를 지속적으로 유지하지 못하는 문제가 있다.
한편 일본 특허공개공보 소61-201012호 및 일본 공개특허공보 소62-85010호에는 천연 精油(정유)를 함유한 폴리에틸렌의 심부를 섬유의 중공 부분에 배치한 중공 심초형 섬유 및 중공 심초형 복합섬유를 개시하고 있으나, 이러한 종래의 서방성 섬유는 방향유의 서방 효과가 지속되지 않으며, 후가공 및 단기간의 사용에 의해 방향성이 저하되는 문제가 있었다.
또한 일본 공개특허공보 평6-322612호에는 섬유 형성성 중합체로 이루어진 초부 및 서방성 성분을 담지한 다공성 물질을 포함하는 중합체로 이루어진 심부로 구성된 서방성 심초형 복합섬유를 개시하고 있다. 그러나 이러한 종래 기술에서는 서방성 물질을 담지한 실리카 등 다공성 물질의 분산성이 불량하고 입자 분포가 고르지 않아 방사가 불량하며 특히 방사 도중에 사절에 의한 불량품이 많이 발생하는 등 용융 방사에 의한 장섬유의 제조에는 부적합한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 서방효과를 지속적으로 유지하면서도 흡한속건성 및 항균성, 탈취성, 보습성 등이 뛰어나고, 우수한 방사조업성과 염색성을 가지는 서방성 심초형 복합섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 서방성 심초형 복합섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 이점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 자명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 서방성 물질을 10~70 중량% 담지한 마이크로 캡슐과 열가소성 수지를 혼합하여 마이크로 캡슐을 1~30 중량% 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하는 단계, 또 다른 열가소성 수지 칩을 준비하는 단계 및 상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 상기 또 다른 열가소성 수지 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법에 관계한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 제조방법은 후가공 공정을 통하여 섬유표면에 마이크로-슬릿(Micro-slit) 또는 마이크로-크레이터(Micro-Crater)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 마이크로 캡슐은 멜라민계 수지, 요소계 수지 또는 멜라민계와 요소계의 복합수지로 이루어지며, 평균입경이 1.0~4.0 ㎛ 이고 평균 입경 이하의 입경을 가지는 입자를 수평균 분포 기준, 55~65% 정도 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 복합섬유는 장섬유이며, 단사 섬도가 1~3 데니어이고 마이크로 캡슐의 함량이 0.5~20 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 초부는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 와 알킬설포네이트나트륨염을 각각 3 중량% 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 방사 온도는 220~290 ℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상은, 상기와 같은 방법에 의해 제조되는 서방성 심초형 복합섬유에 관계한다.
본 발명에 따른 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법은, 서방성 물질을 담지한 마이크로 캡슐의 입경이 작고 입도분포가 균일하며 분산성 등이 우수하여 방사 공정 중 사절 등의 발생이 없이 장섬유를 제조하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 서방성 심초형 복합섬유는, 서방효과를 지속적으로 유지하면서도 흡한속건성 및 항균성, 탈취성, 보습성 등이 뛰어나고, 우수한 방사조업성과 염색성을 가지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법에 의해 제조된 복합섬유의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서 실시예 등을 참고하여 본 발명의 구현예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 서방성 심초형 복합수지의 제조방법은, 서방성 물질을 10~70 중량% 담지한 마이크로 캡슐과 열가소성 수지를 혼합하여 마이크로 캡슐을 1~30 중량% 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하는 단계, 또 다른 열가소성 수지 칩을 준비하는 단계 및 상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 상기 또 다른 열가소성 수지 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 구현예에 다른 제조방법에 있어서, 상기 초부에 사용될 수 있는 열가소성 수지로는 통상의 수지에 제한을 두지 않으나, 폴리에스테르계, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌계, 폴리스티렌계, 폴리카보네이트계 및 폴리아미드계 및 그 공중합물들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계 및 폴리아미드계 및 그 공중합물을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 초부는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 알킬설포네이트나트륨염을 각각 1~5 중량% 추가로 포함할 수 있다. 폴리에틸렌글리콜과 알킬설포네이트나트륨염을 첨가함으로써, 제품의 후가공 공정중 수산화나트륨 수용액을 이용한 감량 가공시, 마이크로-슬릿 또는 마이크로-크레이터를 섬유 표면에 형성시킴으로써 서방성을 더욱 효과적으로 발현시킬수 있다. 각 첨가제를 1중량% 미만으로 첨가시는 마이크로-슬릿 또는 마이크로-크레이터 효과가 발현되기 어려우며, 5중량% 이상 첨가시는 마이크로-슬릿 또는 마이크로-크레이터 효과가 너무 심하게 발현되어 최종 제품의 인열 강도 저하 등을 초래할 수 있다.
또한, 심부를 구성하는 열가소성 수지는 마이크로캡슐 및 마이크로캡슐에 포함되어 있는 서방성 물질(피톤치드, 아로마, 비타민, 허브 등)의 열분해 방지를 위하여 초부를 형성하는 열가소성 수지보다 융점이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 심부를 구성하는 열가소성 수지는 초부를 구성하는 열가소성 수지와 동일한 종류를 사용할 수도 있고 서로 다른 종류를 사용할 수도 있다. 상기 심부를 구성하는 열가소성 수지의 예로는 이에 한정되는 것은 아니나 폴리에틸렌, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 저융점 폴리프로필렌 등 저융점 올레핀계 중합체, 저융점 폴리에스테르, 저융점 폴리아미드 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서 상기 심부를 구성하는 열가소성 수지는 서방성 물질을 담지한 마이크로 캡슐을 1~30 중량% 포함할 수 있다. 서방성 물질이란 공기 중에서 서서히 휘발하는 서방 성능을 가지는 물질로서, 본 발명에서 사용될 수 있는 서방 물질은 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 피톤치드, 아로마, 비타민, 허브 등 인체에 유익한 서방성 유기체를 사용하는 것이 좋다. 이 경우 심부를 구성하는 열가소성 수지에 포함되는 마이크로 캡슐의 함량이 1 중량% 미만이면 인체가 느낄수 있는 수준의 서방성이 발현되지 않고, 30 중량%를 초과하면 뚜렷한 기능성의 향상 없이, 방사성 저하, 염색성 불량 등의 문제를 초래할 수 있다. 이때 마이크로 캡슐은 서방성 물질을 10~70 중량 % 포함할 수 있는데, 서방성 물질의 함량이 10 중량% 미만이면 마이크로캡슐 첨가량 대비 서방성의 저하를 가져오고, 70 중량%를 초과하면, 마이크로캡슐 제조가 어려우며, 내부 서방성 물질의 열분해가 쉽게 발생하는 문제점이 있다.
상기 초부를 구성하는 열가소성 수지와 심부를 구성하는 열가소성 수지의 구성 비율은 특별히 제한되지 않으며, 섬유의 용도 및 기계적 강도, 방사 공정성 등을 감안하여 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법에 있어서, 방사 온도는 220~290 ℃ 정도인 것이 바람직하다. 방사 온도가 220℃ 미만이면, 균일 용융이 되지 않아 멜트-프랙쳐(Melt-Fracture)가 발생하여 공정성 저하 및 염색성 불량을 초래하고, 방사 온도가 290℃ 이상이면, 마이크로캡슐 및 서방성 물질의 열분해가 심화되어 본래의 서방기능성을 상실하게 된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 마이크로 캡슐은 멜라민계 수지, 요소계 수지 또는 멜라민계와 요소계의 복합수지로 이루어질 수 있다. 멜라민계 및 요소계 수지를 단독 또는 복합하여 사용시, 내열성이 뛰어나면서도 마이크로캡슐의 외벽 두께 조절이 용이하여 내부에 서방성 물질을 원하는 함량만큼 담지하기가 용이하다.
특히 본 발명에 따른 제조방법에 있어서 상기 마이크로 캡슐은 평균입경이 1.0~4.0 ㎛ 이고 평균입경 이하의 입경을 가지는 입자의 수평균 분포가 55~65 % 정도 포함하는 것이 바람직하다. 마이크로캡슐 혼입시 입자크기의 산포도는 분산성 및 방사 조업성에 직접적인 영향을 미친다.  상기 마이크로캡슐 평균입경 이하의 입자 크기를 갖는 입자가 너무 많으면 미립자들의 응집에 따른 방사조업성 저하 및 압력상승 문제가 발생할 수 있다.  한편, 평균입경 이하의 크기를 가진 무기입자의 분포가 너무 적으면 인력으로 인해 응집화 현상이 매우 빠르게 발생하고, 평균 입경 이상의 조대입자가 다수 존재하게 됨에 따라 방사조업성이 크게 저하된다.  따라서 응집현상을 방지하기고, 방사공정성을 향상하기 위해서는 마이크로캡슐 미립자의 분포가 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 서방성 심초형 복합섬유는 장섬유일 수 있으며, 단사 섬도가 1~3 데니어 정도인데, 단사섬도가 1 데니어 미만시는 내부 마이크로캡슐 혼입에 따른 방사성 저하가 심화되고, 단사섬도가 3 데니어 이상시는, 의류용 제품으로 전개시 터치감이 부드럽지 못한 단점이 발생한다. 또한, 본 발명에서 개발된 섬유는 서방성 물질을 담지한 마이크로 캡슐을 0.5~20 중량% 포함하게 된다. 섬유내 서방성 물질을 0.5중량% 이하로 포함시, 서방기능성을 인체가 느끼기 힘들며, 20중량% 이상 포함시 방사성 및 염색성 저하 및 터치감이 자연스럽지 못한 단점을 초래하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법에 대하여 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 보호범위가 이에 제한되어 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
인체친화적 서방성 유기체인 피톤치드를 멜라민계와 요소계 복합 수지를 이용한 마이크로 캡슐에 40중량% 담지시킨 서방성 마이크로 캡슐을 폴리프로필렌 수지(MI 15)와 210℃에서 용융 혼합하여 마이크로 캡슐의 함량 5중량%의 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 제조하였다. 이때, 서방성 마이크로캡슐의 평균 입경은 2.0㎛이고 수평균 분포 기준, 평균입경 이하의 입경을 가지는 마이크로캡슐은 60% 수준이었다.
이렇게 제조된 마스터 배치 칩은 방사시 심부의 폴리머로 복합비 기준, 50중량% 사용되었다. 초부의 폴리머로는 폴리에틸렌글리콜(Mw 1,000)와 알킬설포네이트나트륨염(Alkylsulfonate sodium salt)이 각각 3중량%씩 첨가제로 혼입된 코폴리에스터를 복합비 기준, 50중량% 사용하였다. 이와 같이 제조된 심부의 마스터 배치 칩과 초부의 코폴리에스터를 각각 50중량%씩 투입하여 심부 방사온도230℃, 초부 방사온도 280℃에서 3,600m/분의 속도로 방사하여 75데니어/36필라멘트사로 제조하였다. 따라서, 수득된 섬유내 마이크로캡슐 함량은 2.5중량%로 제조되었다. 제조된 인체친화적 복합섬유의 단면은 도 1과 같으며, 수득된 섬유의 물성 및 공정성 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 기능성의 경우, 양말 편기를 이용하여 통상의 방법으로 양말 편직, 정련, 감량 및 염색을 한 후에 서방성 관능 평가, 항균성 및 탈취성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
비교예 1
당사의 일반적인 폴리에스터 칩(고유점도 0.64dl/g)을 이용하여 통상의 방사장치를 이용하여 295℃에서 4,300m/분의 속도로 방사하여 원형 단면의 75데니어/36필라멘트를 제조하였다. 수득된 섬유의 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다. 수득된 폴리에스터 섬유를 양말편기를 이용하여 통상의 방법으로 양말 편직, 정련, 감량 및 염색 후, 캘린더링 후가공 처리 방법으로 실시예 1과 동일 함량인 2.5중량%의 마이크로캡슐을 후가공처리한 다음 서방성 관능 평가, 항균성 및 탈취성을 측정하여 표 1에 나타내었다. 이때, 서방성 마이크로캡슐의 평균 입경은 4.6㎛이고 수평균 분포 기준, 평균입경 이하의 입경을 가지는 마이크로캡슐은 50% 수준이었다.
Figure 112010088083204-pat00001
무기입자의 입자 크기 및 분포
원사내 투입된 입자의 입자 크기 및 분포를 측정키 위해 이미지 어넬라이저(Image analyzer)가 장착된 전자현미경(SEM)을 이용하여 원사 단면을 10번 무작위로 촬영 후, 무기물 입자 평균 크기 및 분포도를 산출하였다.
균제도(Uster %)
섬유의 균제도를 측정키 위해 Keisokki사의 Eveness Tester 80 모델의 기기를 사용하여 균제도(Uster %)를 측정하였다.
방사 조업성
120시간 동안 방사기를 가동하여 권량기준 9kg으로 하여 전체 생산 개수에 대한 만관량(Full Cake)의 비율을 만관율로 하여 측정하였다.
서방성 관능 평가
세탁 조건: KS K ISO 6330
세탁전, 세탁 10회 및 20회후 일반인 10명이 관능 평가후, 하기와 같은 기준으로 점수를 측정후, 평균 점수로 표기하였다.
5점: 매우 우수, 4점: 우수, 3점: 보통, 2점: 미흡, 1점: 불량
항균성
세탁 조건: KS K ISO 6330
세탁 10회후, 황색포도상구균에 대한 항균성(KS K 0693법)을 측정하였다.
탈취율( FITI: 가스검지관법)
세탁 조건: KS K ISO 6330
세탁 10회후, 하기와 같은 방법에 의하여 측정하였다.
시험편: 10cm × 10cm, 가스백: 5L, 가스백내 가스량: 암모니아 3L,
측정 시간: 2시간 경과후, 초기 농도: 100ppm
탈취율: ((Cb - Cs)/Cb) × 100
- Cb: Blank, 2시간 경과후 시험가스백안에 남아 있는 시험가스의 농도
- Cs: 시료, 2시간 경과후 시험가스백안에 남아 있는 시험가스의 농도
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 서방성 심초형 복합섬유는 마이크로 캡슐을 후가공 처리한 통상의 폴리에스터 섬유인 비교예 1에 비하여 동등 수준의 방사조업성과 원사 균제도를 유지하면서 세탁후 서방성 관능 평가 및 항균성, 탈취율 등의 효과가 매우 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 서방성 물질을 10~70 중량% 담지한 마이크로 캡슐과 열가소성 수지를 혼합하여 마이크로 캡슐을 1~30 중량% 포함하는 마스터 배치 칩을 제조하는 단계;
    또 다른 열가소성 수지 칩을 준비하는 단계; 및
    상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 상기 또 다른 열가소성 수지 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 캡슐은 평균입경이 1.0~4.0 ㎛ 이며, 평균입경 이하의 입경을 가지는 입자가 수평균 분포 기준, 55~65 % 인 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로 캡슐은 멜라민계 수지, 요소계 수지 또는 멜라민계와 요소계의 복합수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복합섬유는 단사 섬도가 1~3 데니어이고, 마이크로 캡슐의 함량이 0.5~20 중량%인 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제조방법은 방사 온도가 220~290 ℃에서 용융 방사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스터 배치 칩에 사용되는 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지이며, 상기 초부에 사용되는 또 다른 열가소성 수지는 코폴리에스터 수지인 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 초부에 사용되는 또 다른 열가소성 수지는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 알킬설포네이트나트륨염을 각각 3 중량% 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제조방법은 후가공 공정을 통하여 섬유표면에 마이크로-슬릿(Micro-slit) 또는 마이크로-크레이터(Micro-Crater)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합섬유는 장섬유인 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 서방성 심초형 복합섬유.
KR1020100140468A 2010-12-31 2010-12-31 서방성 심초형 복합섬유의 제조방법 및 그에 의한 서방성 심초형 복합섬유 KR101232496B1 (ko)

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