KR101287041B1

KR101287041B1 - 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑

Info

Publication number: KR101287041B1
Application number: KR1020110097418A
Authority: KR
Inventors: 김은필
Original assignee: 주식회사 마이다스
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-07-17
Also published as: KR20130033639A

Abstract

본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 사가공단계, 소프트와인딩단계, 열고정단계, 염색단계 및, 환원세정단계를 차례대로 거침으로써 우수한 염착성과 견뢰도를 가질 수 있도록 한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 ATY 방식으로 분산염료의 염착성 증대를 위한 사가공단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 0.5~4.0g/㎠의 장력으로 소프트하게 와인딩하는 소프트와인딩단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 100~110℃에서 30~60분 동안에 수축시켜 열고정시키는 열고정단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 욕비 1:20의 분산염료와 농도 0.5g/ℓ의 분산제 및 농도 0.5g/ℓ의 빙초산이 혼합된 염액으로 110~130℃에서 30~60분 동안 염색하는 염색단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 농도 2.0g/ℓ의 환원제와 농도 1.0g/ℓ의 농도세정제가 혼합한 환원세정액으로 70~80℃에서 10~20분 동안 수세하여 염색을 완료하는 환원세정단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법과, 상기 방법으로 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑이 제공된다.

Description

초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑{Dyeing method of ultra high molecular weight polyethylene fiber and work gloves made from dyed ultra high molecular weight polyethylene fiber using this}

본 발명은 우수한 강도를 발휘하여 산업용 장갑, 선박 고정용 로프, 어업용 그물, 낙하산, 패러글라이더, 낚싯줄 등과 같이 다양한 산업 분야에 이용되는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑에 관한 것이다.

일반적으로 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 UHMWPE(ultra high molecular weight poly ethylene) 또는 HPPE(high density polyethylene)로 불리는 것으로, 폴리에틸렌을 이용해 만든 슈퍼섬유로 1데니어(denier)로 최대 40g을 견딜 수 있는 강도를 가진 합성섬유이다.

이러한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 와이어에 비해 인장 강도가 10배 이상 높고, 또 다른 슈퍼섬유로 알려진 아라미드 섬유보다도 훨씬 강도가 높은 특성이 있다.

특히, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 높은 강도를 가지는 특성에 불구하고 밀도가 낮아 물에 뜨는 등 독특한 특성도 가짐에 따라 산업용 및 군사용 제품 등의 다양한 분야에서 각광을 받고 있는데, 산업용 장갑, 선박 고정용 로프, 어업용 그물, 낙하산, 패러글라이더, 낚싯줄 등이 대표적이다.

그러나 상기와 같이 높은 강도를 가진 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 염색 공정시 분산염료의 염착이 원활하게 이루어지지 않으므로 염색 작업이 매우 어려운 문제점이 있었다.

이는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 높은 강도를 가짐에 따라 그 결정구조가 매우 조밀하고 긴밀하게 형성됨으로써 염색 공정시 분산염료가 그 결정구조 내부로 쉽게 침투되지 못하면서 분산염료의 염착성이 저하되면서 염색이 제대로 이루어지지 않기 때문이다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 종래에는 합성섬유인 초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 사가공을 행함으로써 천연섬유가 갖는 벌키(bulky)성이나 불규칙성 등을 부여하여 섬유사의 외관을 변형시켜 섬유사 사이로 염료의 침투를 용이하게 한 후 염색 공정을 실시하였다.

즉, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 DTY(Draw Textured Yarn) 또는 ATY(Air Textured Yarn) 방식으로 사가공을 행하여 분산염료의 염착성을 높인 후 염색 공정을 실시함으로써 염색 작업의 어려움을 극복하고자 하였다.

그렇지만, 상기한 종래의 염색 방법은 DTY(Draw Textured Yarn) 또는 ATY(Air Textured Yarn) 방식의 사가공을 통해 초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 대한 분산염료의 염착성을 물리적으로 증대시키지만, 이후 염색 공정시 소수성 분산염료를 고온 고압의 조건에서 분산시킴에 따라 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성이 변화되는 문제점이 있었다.

즉, 이상적인 염색 온도, 염색 시간 등에 대한 연구가 제대로 되지 않아 염색 품질을 저하시키고 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성을 변화시키는 문제점이 있었다.

그리고 상기 종래의 염색 방법 중에서 DTY 방식으로 사가공을 행하는 경우에는 생산성이 매우 낮고 DTY 가공기와의 마찰이 심하여 초고분자량 폴리에틸렌 섬유도 손상될 뿐만 아니라 DTY 가공기도 쉽게 훼손되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 염색 방법이 가지고 있는 문제점을 해소하기 위하여, 생산성이 높고 가공기의 파손과 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성 변화 및 손상 없이 염착시켜 염색의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 ATY 방식으로 분산염료의 염착성 증대를 위한 사가공단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 0.5~4.0g/㎠의 장력으로 소프트하게 와인딩하는 소프트와인딩단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 100~110℃에서 30~60분 동안에 수축시켜 열고정시키는 열고정단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 욕비 1:20의 분산염료와 농도 0.5g/ℓ의 분산제 및 농도 0.5g/ℓ의 빙초산이 혼합된 염액으로 110~130℃에서 30~60분 동안 염색하는 염색단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 농도 2.0g/ℓ의 환원제와 농도 1.0g/ℓ의 농도세정제가 혼합한 환원세정액으로 70~80℃에서 10~20분 동안 수세하여 염색을 완료하는 환원세정단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법과 상기 방법으로 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑을 제공한다.

본 발명은 사가공단계를 거친 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 저온에서 염색을 행함에 따라, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염착성과 함께 견뢰도를 증대시킬 뿐만 아니라 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성 변화도 발생시키지 않으므로, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 만든 직물의 품질을 크게 향상시키고 그 사용 용도를 더욱 확대시키는 효과가 있다.

본 발명은 결정구조가 긴밀하고 조밀하여 산업용 장갑, 선박 고정용 로프, 어업용 그물, 낙하산, 패러글라이더, 낚싯줄 등과 같이 다양한 산업 분야에 사용 가능한 높은 강도를 가지는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑이다.

특히, 본 발명의 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법 및 이에 의해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조된 작업용 장갑은 긴밀하고 조밀한 결정구조로 인한 염색 작업의 어려움을 해소하되 물성의 변화 없이 분산염료의 염착이 가능하도록 함으로써 염색 품질을 높일 수 있도록 한 것이 큰 특징이다.

이러한 특징은 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 사가공단계, 소프트와인딩단계, 열고정단계, 염색단계, 환원세정단계를 차례대로 거침으로써 달성되는데, 이의 단계들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1단계는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 ATY 방식으로 통해 클림프(crimp)를 부여하여 분산염료의 염착성 증대를 위한 사가공단계이다.

이는 ATY 가공기를 사용하여 초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 고압 공기를 불어 넣어 그 고압 공기에 의해 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 이루고 있는 필라멘트사를 거칠게 하면서 부풀어 오르게 함으로써 분산염료의 침투와 고착이 가능하도록 물리적 가공하는 단계이다.

즉, 사선 방향으로 분사되는 고압 공기가 필라멘트사의 사이로 침투되면서 필라멘트사에는 부분적으로 루프가 형성된다. 따라서 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 불규칙하게 형성된 루프와 이에 의해 생기는 미세 공간을 통해 착용감과 터치감이 향상되어 강도가 우수한 합성섬유의 물성을 그대로 가지면서 염착성이 우수한 천연섬유의 형태를 동시에 갖게 된다.

제2단계는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 저장력으로 소프트와인딩하는 소프트와인딩단계이다. 즉, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 소프트와인더를 사용하여 낮은 장력으로 잡아당기면서 보빈에 권취하는 단계이다.

여기서 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 소프트와인딩을 행할 때는 0.5~4.0g/㎠의 장력이 가장 바람직하다. 이때 장력이 4.0g/㎠를 초과할 경우에는 보빈의 가장자리 형태가 불룩해져 이후의 염색단계시 분산염료의 침투 흐름이 일정하지 못하여 불균일한 염색을 초래하게 된다.

따라서 상기의 장력 범위 내에서 소프트와인딩함으로써 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 이후의 염색단계에서 분산염료의 침투 흐름이 원활하게 이루어지는 상태가 된다.

제3단계는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 100~110℃에서 30~60분 동안에 수축시키는 열고정단계이다. 이는 이후의 단계나 제직 과정에서 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 수축 및 비틀리는 현상을 미연에 방지하기 위한 단계이다.

즉, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 미리 수축시켜 이후의 수축이나 비틀림을 방지함으로써 분산염료의 염착성을 높이고 치수의 안정화를 통해 염색 및 제직 효율과 품질을 높이기 위한 것이다.

제4단계는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 분산염료와 분산제 및 빙초산이 혼합된 염액으로 110~130℃에서 30~60분 동안 염색하는 염색단계이다. 여기서 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 상기와 같이 비교적 저온에서 염색을 진행함으로써 그 물성에 대한 변화가 일어나지 않으므로 우수한 강도를 그대로 발휘할 수 있다.

이때 초고분자량 폴리에틸렌 섬유와 분산염료의 욕비는 1:20로 구성하면 된다. 그리고 분산제는 0.5g/ℓ의 농도로 혼합하며, 빙초산은 ph 4.5가 되는 0.5g/ℓ의 농도로 혼합하면 된다.

즉, 염색시간, 분산제와 빙초산의 농도를 일정하게 유지시킨 상태에서는 110~130℃에서 표면염착농도(K/S)가 가장 높게 나타났고, 염색온도, 분산제와 빙초산의 농도를 일정하게 유지시킨 상태에서는 30~60분의 염색시간에서 표면염착농도(K/S)가 가장 높게 나타났다.

그리고 염색온도, 염색시간, 분산제의 농도를 일정하게 유지시킨 상태에서는 빙초산의 농도가 0.5g/ℓ일 때 표면염착농도(K/S)가 가장 높게 나타났고, 염색온도, 염색시간, 빙초산의 농도를 일정하게 유지시킨 상태에서는 분산제의 농도가 0.5g/ℓ일 때 표면염착농도(K/S)가 가장 높게 나타났다.

마지막으로 제5단계는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 환원제와 세정제가 혼합한 환원세정액으로 70~80℃에서 10~20분 동안 수세하여 염색을 완료하는 환원세정단계이다.

이는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 내부로 침투되지 못하고 그 표면에 부착되어 있는 잔류 분산염료의 발색단을 환원 분해하여 염색 견뢰도를 증진시키는 단계이다.

여기서 환원제는 하이드로 설파이트(hydro sulfite)를 2.0g/ℓ의 농도로 혼합하고, 세정제는 알칼리제의 소다회를 1.0g/ℓ의 농도로 혼합한다. 따라서 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 표면에 염착되지 않고 잔류하고 있는 분산염료와 분산제 등이 환원 및 세정되어 우수한 견뢰도를 갖게 된다.

이상과 같은 본 발명의 염색 방법을 통해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 종래와 달리 우수한 염색 품질과 함께 견뢰도를 갖게 됨으로써, 이를 통해 제직되는 초고분자량 폴리에틸렌 직물의 품질을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 초고분자량 폴리에틸렌 직물의 사용 용도도 더욱 확대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 염색 방법은 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 비교적 낮은 온도에서 이상적인 염색시간으로 이상적인 분산제 및 빙초산의 농도로 염색을 행함으로써 물성의 변화가 발생되지 않게 함으로써 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 우수한 강도를 그대로 발휘할 수 있게 된다.

그리고 상기한 염색 방법을 통해 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조한 본 발명의 작업용 장갑도 우수한 강도를 그대로 유지하면서 우수한 염색 품질을 갖게 됨은 물론이고 다양하고 미려한 색상을 갖게 된다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

Claims

초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 ATY 방식으로 분산염료의 염착성을 증대시키는 사가공단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 0.5~4.0g/㎠의 장력으로 소프트하게 와인딩하는 소프트와인딩단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 100~110℃에서 30~60분 동안에 수축시켜 열고정시키는 열고정단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 욕비 1:20의 분산염료와 농도 0.5g/ℓ의 분산제 및 농도 0.5g/ℓ의 빙초산이 혼합된 염액으로 110~130℃에서 30~60분 동안 염색하는 염색단계; 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 농도 2.0g/ℓ의 환원제와 농도 1.0g/ℓ의 농도세정제가 혼합한 환원세정액으로 70~80℃에서 10~20분 동안 수세하여 염색을 완료하는 환원세정단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 염색 방법.
상기 제1항의 염색 방법으로 염색된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 제조됨을 특징으로 한 작업용 장갑.