KR101368412B1 - 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법 - Google Patents

강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법으로서 폴리에스터계 해도사만으로 또는 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 사용원사로 하여 나노필라멘트의 용출후의 약점인 인장강도 및 인열강도를 개선하여 강도를 확보함과 동시에 나노필라멘트의 표면적 효과를 살린 나노필라멘트직물에 관한 것이다.

Description

강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법{Process Of Producing High―Density Nano―filament Fabrics Having Exellent Tenacity}
본 발명은 용출후 섬유의 직경이 400∼800㎚급의 나노필라멘트의 인터레이스사를 직조 및 염색가공하여 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물을 제조하는 방법으로서 폴리에스터계 해도사만으로 또는 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 사용원사로 한 나노필라멘트직물에 관한 것이다.
최근 기능성섬유제품의 수요 및 관심이 증가됨에 따라 합성섬유원사의 형상 및 세섬도화에 따른 다기능성을 가지는 합성섬유제품이 다양하게 개발되고 있다. 섬유의 단사섬도가 감소할수록 단위중량당 표면적이 커지고, 굴곡 반경이 작아지며, 굴곡시 반발성이 낮아지기 때문에 초극세사는 기존의 합성섬유가 가지고 있는 감성을 크게 개선시키고 새로운 기능성을 부가할 수 있다.
이러한 초극세사를 단독으로 사용하여 직물화하기에는 강도 및 직물의 형태안정성의 저하등의 제약이 많다. 초극세사를 사용한 나노필라멘트직물의 표면적은 일반직물의 수백배에 달하기 때문에 땀이 증발하는 면적도 증가하고 발열량은 크게 증가한다. 또한, 섬유간의 공극도 대단히 미세하고 치밀하게 되어 초극세 나노필라멘트와 기능성섬유와 복합화하면 흡한성은 더욱 향상된다.
이러한 나노필라멘트직물의 초흡한속건기능을 활용하여 운동시의 체온 상승을 억제하여 운동시의 순환조절을 강화하는 수분배출능력이 우수한 스포츠 의류, 또한 표면적 효과와 유연성을 이용한 화장세안용 타올로 이용할 수 있으며, 다운프루프 직물소재에 나노 필라멘트 직물을 교호로 배열하여 방풍효과 및 넓은 나노 표면적을 활용하여 미세먼지의 인체내 투과를 막는 보호기능을 가지는 방풍소재로도 활용할 수 있다. 또한, 나노필라멘트 직물의 표면 린트 방지와 대전방지 효과를 높이는 폴리우레탄, 발수가공 및 버핑가공을 통한 인조 스웨드의 용도로도 전개하고 있다.
이러한 용도전개를 위하여 대한민국공개특허제 10-2011-0070263호에서는 원형단면의 고수축사와 이형단면의 저수축사, 이형단면의 고수축사와 원형단면의 저수축사 및 이형단면의 고수축사와 이형단면의 저수축사로 구성되는 군에서 선택된 하나로 된 흡한속건성을 가지는 폴리에스터 복합사를 제공하면서 흡한속건성을 가지는 직물을 소개하고 있으나, 고수축사와 저수축사간의 교락 혼섬에 의해 흡한속건의 기능을 발현할 수는 있으나, 복합사를 구성하는 섬유의 섬도가 커서 나노필라멘트의 표면적 효과를 나타낼 수 없었다.
한편, 폴리우레탄, 발수가공 및 버핑가공을 통한 인조 스웨드로의 이용을 위해 대한민국등록특허제10-0469753호에서는 표면사로 용출후 단사섬도가 0.03∼0.3데니아인 폴리에스터계 해도사를 사용하고, 이면사로 상기 표면사의 폴리에스터계 해도사와 고수축 폴리에스터계 필라멘트를 인터레이스하여 사용하여 스판덱스 섬유를 연결사로 사용하여 편직한 다음, 기모, 버핑, 열처리하고, 용출, 염색한 후, 이면에 폴리우레탄 용액을 함침, 응고, 건조 및 버핑하여 스웨드조 극세사 편직물을 제공하고 있다. 그러나 고수축사를 해도사와 인터레이스한 복합사를 원사로 사용함으로써 해도사의 용출후에 편직물의 인장강도 및 인열강도가 저하되고, 직물의 정련축소시 인터레이싱에 의한 제직줄 또는 제직얼룩이 발생할 수 있는 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명에서는 종래기술의 문제점을 해결하여 용출 및 염색가공후 직물의 인장·인열강도 및 세탁 안정성이 우수하고, 원단표면의 나노수준의 극세표면효과가 우수하고, 내비침성, 유연성, 닦임성(wiping)이 우수한 나노필라멘트직물을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사를 2합 이상 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY) 또는 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 경·위사 중 어느 하나 이상의 사용원사로 사용하여 직물을 제직한 후,
정련제 1.0~2.0g/ℓ 및 NaOH 1.0~2.0g/ℓ를 함유한 정련욕에서 95~99℃×30~60분간 축소·정련한 후,
160℃×1~2분간 프리셋팅하여 폭출한 후,
말레산 0.5~2.0g/ℓ를 함유한 욕조에서 90~95℃×30~45분간 유기산처리한 후,
초음파 발생기가 구비된 래피드액류용출기를 사용하여 NaOH 10.0~15.0 g/ℓ , 알칼리침투제 1.0~4.0g/ℓ, 욕중유연제 2.0~3.0g/ℓ를 함유한 용출용액하에서 15.1~15.9KHz, 95~100℃, 30~40분동안 용출한 후,
염색, 수세, 열고정, 수지처리 및 버핑하는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 초고밀도 나노필라멘트직물은 종전에 많이 사용하던 고수축사를 원사로 사용하지 않고 폴리에스터계 해도사만으로 또는 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 사용원사로 하여 나노필라멘트의 용출후의 약점인 인장강도 및 인열강도를 개선하여 강도를 확보함과 동시에 나노필라멘트의 표면적 효과를 살린 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물에 관한 것이다.
본 발명의 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물은 폴리에스터계 해도사만으로 또는 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 사용원사로 하여 직물을 제직한 후, 축소·정련한 후, 프리셋팅하여 폭출한 후, 유기산처리, 용출, 염색, 수세, 열고정, 수지처리 및 버핑하는 순서로 제조된다.
우선, 직물을 제직함에 있어서 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사를 2합 이상 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY) 또는 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 경·위사 중 어느 하나 이상의 사용원사로 사용하여 직물을 제직하는데, 상기 인터레이스사(ITY)는 폴리에스터계 해도사 또는 폴리에스테르 흡한 속건사를 제1피드롤러로 공급하고 140~180℃의 제1히터를 통과시킨 후 가연비 1.20~1.60에서 연신비 1.00~1.50로 가연후 제2피드롤러 및 제3피드롤러를 통과시켜 사속 300~500m/분으로 권취하여 제조된 드로오텍스쳐사를 준비한 후 2개~6개의 상기 드로오텍스쳐사의 사조를 인터레이스노즐에서 공기압 1.0~5.0kgf/㎠, 교락수 40~120개로 인터레이스한 후 사속 300~600m/분으로 권취하여 제조된 인터레이스사(ITY)를 사용하는 것이 나노필라멘트의 유연성 볼륨성 발현, 직물의 형태안정, 직물의 초고밀도 구조발현에 의한 염색가공 후 표면 나노효과 극대화, 용출 후 직물강도 유지효과를 이룰 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 해도사와 같은 극세섬유를 폴리에스테르 고수축사와 인터레이스하여 사용할 경우에는 제직줄이 발생하고, 직물의 정련축소시 인터레이싱에 의한 제직얼룩등이 발생될 수 있으나, 본 발명에서는 해도사끼리 또는 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사의 인터레이스사를 사용하여 상기 문제점을 해결할 수 있다.
상기 인터레이스사의 물성중 인장강도의 변화는 합사 수와 강도는 정비례 하는 것으로 볼 수 있으나, 2합, 3합으로의 일정한 합사의 경우 일정한 증가율을 나타내나, 6합 인터레이스에서는 강도 차이가 기존의 증가율 보다 높게 증가하는 현상을 보였다. 이는 6합과 같은 다중 합사의 경우 장력에 의한 배향성이 높아져 강도가 증가한다고 볼 수 있다.
인터레이스사의 물성중 인장신도의 변화는 합사수가 증가함에 따라 신도가 감소하는데, 이는 합사수가 증가할수록 사간응집력이 높아져 상대적으로 신도가 감소한다. 본 발명에서는 상기 인터레이스사(ITY)는 강도 230~1100g/d, 신도 13~27%인 것을 사용하여 염색가공후의 용출된 나노필라멘트의 벌키성 향상과 제반 강도 향상을 향상시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 인터레이스사(ITY)를 경·위사 중 어느 하나 이상의 사용원사로 사용하여 직물을 제직하기 전에 폴리비닐알코올 5.5~6.5 중량%, 아크릴수지 3.0~4.0 중량%, 평활제 0.5~1.0 중량%, 대전방지제 0.1~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 호액에 상기 인터레이스사를 처리하고 건조하여 사이징하는 것을 추가하여 사강도 및 사신도에 있어 세섬화에 따르는 약점인 사이징상의 열적 이력이나 제직시의 마찰에 의해 자체 강도의 감소와 모우 발생에 의한 제직성의 저하를 방지할 수 있다.
제직 속도가 빠른 에어젯트룸(Air jet loom)의 특성상 위사를 운반하는 매체가 공기류라는 점에서 사이징 공정에 의해 모우 발생을 최소화하여야만 개구지연이나 개구불량 등의 이유로 위사 위입의 장애에 의해 발생되는 제직성의 저하를 방지할 수 있다. 에어젯트룸에서 경사는 급속한 개구운동과 바디침 운동에 의하여 일반 제직기의 2~3배 강한 충격을 받게 되는데 그러한 장력에 견딜 수 있는 충분한 강도와 신도를 상기 사이징 공정에서 부여하는 것이 바람직하다.
이후 상기 제직된 직물을 정련제 1.0~2.0g/ℓ 및 NaOH 1.0~2.0g/ℓ를 함유한 정련욕에서 95~99℃×30~60분간 축소·정련하여 섬유성분 이외에 상기 호료, 유제 등의 불순물을 제거해야 한다. 특히 직물의 경우는 제직시 많은 마찰을 받으므로, 이러한 마찰을 줄이고 사의 절단을 막기 위하여 경사에 다량의 호제를 사용하여 제직하는데, 이러한 호제는 각종 화합물이나 염액의 침투를 방해하기 때문에 가공공정에 있어서 맨 처음에 호발을 행한다. 호발이 불충분하면 염색 및 가공불량의 원인이 된다.
상기 호액의 주성분으로 사용한 폴리비닐알코올(PVA)은 60~80℃의 물에 비교적 쉽게 용해되며, 과산화수소보다 높은 산화전위를 가진 산화호발제에서 제거가 용이하다. 그러나 강알칼리에서 장시간 처리하면 겔화(gelation) 되어 불용성 피막이 형성되고 섬유에 재부착되어 제거가 어려우며 이로 인한 불균염 및 얼룩이 발생할 수 있다. 또한 폴리비닐알코올(PVA)을 건열 처리하면 분자간 에테르 결합을 일으켜 결정영역을 형성하여 난용성이 되므로 호발이 용이하지 않게 된다. 이러한 이유로 생지를 호발 정련하기 전에 70℃이상의 열탕처리를 통하여 PVA를 1차적으로 제거하여 정련공정에서 투입되는 알칼리에 의한 PVA의 겔화를 최소화할 수 있다. 또한 축소시의 직물의 주름방지 및 축소기내 주행성을 확보하기 위해 욕중유연제를1.0∼3.0g/ℓ투입하여 축소시 접힘주름등을 방지하였다. 상기 축소·정련후에는 160℃×1~2분간 프리셋팅하여 폭출하는데, 직물의 열고정에 의한 형태안정성을 확보할 수 있다.
이후 말레산 0.5~2.0g/ℓ를 함유한 욕조에서 90~95℃×30~45분간 유기산처리하여 알칼리 용출공정에서 해성분의 용출 균일성을 향상시킨다. 유기산을 처리하는 경우에는 유기산을 처리하지 않는 경우에 비하여 용출율이 다소 향상되었고 해성분이 균일하게 용출될 수 있다.
상기 유기산처리이후 용출을 하게 되는데, 초음파 발생기가 구비된 래피드액류용출기를 사용하여 NaOH 10.0~15.0g/ℓ, 알칼리침투제 1.0~4.0g/ℓ, 욕중유연제 2.0~3.0g/ℓ를 함유한 용출용액하에서 15.1~15.9KHz, 95~100℃, 30~40분동안 용출한다.
일반적으로 래피드염색기를 이용하여 용출하는 경우에는 이론적 용출율에 도달하였더라도 내부의 해성분이 충분히 용출되지 못하여 전체 도성분이 분할되지 못할 수 있다. 또한 알칼리 용출후 도성분의 표면 상태를 살펴보면 알칼리에 의해 가수분해된 올리고머(Oligomer)가 섬유 표면에 일부 부착되어 있을 수 있다. 이에 따라 해성분의 용출 효율을 향상시키고 올리고머(Oligomer)의 재부착 방지를 위해 본 발명에서는 초음파 발생장치가 부착된 래피드염색기를 이용하여 알칼리 용출을 진행한다.
또한, 초음파 처리를 하지 않는 경우에는 잔존하는 해성분에 카치온 염료로 염색된 부분이 부분적으로 불균일하게 더 많이 나타날 수 있는데, 알칼리 용출공정에서 초음파를 병행할 경우 용출율 향상에는 큰 영향을 미치지 않으나, 초음파를 병행하지 않은 일반적인 알칼리 용출법에 비해 해성분의 균일한 용출에 도움이 될 수 있다.
상기 용출후 염색후 잔존염료의 수세성이 우수하고 제반 세탁견뢰도가 우수한 분산염료로 염색을 한 후, 환원수세하고, 150~170℃, 2~3min간 열고정한 후, 수지처리 및 버핑하여 본 발명의 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물을 완성한다.
상기 수지처리는 수용성 폴리우레탄 20~60g/ℓ, 대전방지계면활성제 5.0~20 g/ℓ, 촉매 0.1~0.5g/ℓ, 불소계 발수제 10~100g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 처리액에 픽업율 40~80%로 처리하여 나노필라멘트의 모익(毛翼)이 잘떨어지지 않고 붙어있도록 하여 나노필라멘트의 버핑시 혹은 외부의 마모스트레스에 의해 린트가 발생하지 않도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면 나노필라멘트의 용출후 약점인 인장강도, 인열강도를 개선하여 강도를 향상함과 동시에 나노필라멘트의 표면적의 균일한 분산효과, 직물의 유연성, 내비침성 및 세탁 안정성을 향상시킨 고밀도의 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 초고밀도 나노필라멘트직물의 사진이며,
도 2는 본 발명의 초고밀도 나노필라멘트직물의 알칼리 용출후의 직물표면 SEM사진이며,
도 3은 본 발명의 초고밀도 나노필라멘트직물의 유기산처리후의 직물표면 SEM사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
단사섬도가 0.004 dpf(600㎚)인 폴리에스터계 해도사를 하기 표 1의 조건에 따라 6합 다중인터레이스한 표 2의 물성을 가지는 인터레이스사(ITY)를 준비한 후, 상기 인터레이스사(ITY)를 표 3의 조건에 따라 사이징한 후 경사 및 위사로 사용하여 표 4의 조건에 따라 에어젯트룸에서 직물을 제직한 후, 정련제 1.0 g/ℓ 및 NaOH(Flack, 99%) 1.0 g/ℓ를 함유한 정련욕에서 95℃×30분간 축소·정련한 후,
160℃, 1분간 프리셋팅하여 폭출한 후, 말레산(Maleic acid) 2.0 g/ℓ를 함유한 욕조에서 90℃, 30분간 유기산처리한 후, 초음파 발생기가 구비된 래피드액류용출기를 사용하여 NaOH(99%) 10.0 g/ℓ , 알칼리침투제 3.0 g/ℓ(NA-40: 니카코리아), 욕중유연제 (ALBAFLUID: Huntsman) 2.0 g/ℓ를 함유한 용출용액하에서 15.7KHz, 100℃, 30min동안 용출한 후, 염색, 수세, 열고정후, 수용성 폴리우레탄(Pararesin U300E, 오하라파라지움사산) 40g/ℓ, 대전방지계면활성제(Paralect MGS) 10g/ℓ, 촉매 0.2g/ℓ, 불소계 발수제 20g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 처리액에 픽업율 50%로 처리하는 수지처리를 한 후 버핑하여 초고밀도 나노필라멘트직물을 제조하였다. 제조된 나노필라멘트직물의 물성은 표 5에 나타내었다.
항목 사속(m/min) 노즐단면 노즐
Size(㎜)		 에어압력
(kgf/㎠)		 IT수
(EA/m)
설정 380 삼각단면 1.2 1.7 100
ITY 합사 Tenacity(gf/d) Elongation(%)
50/12 (6합) 996 14.1
구분 PVA Acryl수지 평활제 대전방지제 물
조성 5.5 % 3.0 % 0.5 % 0.1 % 90.9

구성
 경사 75/36 SD
위사 75/36 SD
50/12/6P SD
폭(인치) 70 중량(g/㎡) 164.8
밀도(T/inch) 120×120
총본수(본) 7,800 조직 변형능직
항 목 단 위 측정값 시험방법
중량 g/㎡ 164.8 KS K 0301
인열강도 - 경사 N 27.5 ASTM D 1424
인열강도 - 위사 N 63.2 ASTM D 1424
공기투과도 ㎠·㎠·s 4.7 ASTM D 737
피복지수 3,363.0

Claims (5)

  1. 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사를 2합 이상 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY) 또는 단사섬도가 0.002~0.006dpf인 폴리에스터계 해도사와 폴리에스테르 흡한속건사를 다중 인터레이스한 인터레이스사(ITY)를 경·위사 중 어느 하나 이상의 사용원사로 사용하여 직물을 제직한 후,
    정련제 1.0~2.0g/ℓ 및 NaOH 1.0~2.0g/ℓ를 함유한 정련욕에서 95~99℃×30~60분간 축소·정련한 후,
    160℃×1~2분간 프리셋팅하여 폭출한 후,
    말레산 0.5~2.0g/ℓ를 함유한 욕조에서 90~95℃×30~45분간 유기산처리한 후,
    초음파 발생기가 구비된 래피드액류용출기를 사용하여 NaOH 10.0~15.0 g/ℓ , 알칼리침투제 1.0~4.0g/ℓ, 욕중유연제 2.0~3.0g/ℓ를 함유한 용출용액하에서 15.1~15.9KHz, 95~100℃, 30~40분동안 용출한 후,
    염색, 수세, 열고정, 수지처리 및 버핑하는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인터레이스사(ITY)는 폴리에스터계 해도사 또는 폴리에스테르 흡한속건사를 제1피드롤러로 공급하고 140~180℃의 제1히터를 통과시킨 후 가연비 1.20~1.60에서 연신비 1.00~1.50로 가연후 제2피드롤러 및 제3피드롤러를 통과시켜 사속 300~500m/분으로 권취하여 제조된 드로오텍스쳐사를 준비한 후 2개~6개의 상기 드로오텍스쳐사의 사조를 인터레이스노즐에서 공기압 1.0~5.0kgf/㎠, 교락수 40~ 120개로 인터레이스한 후 사속 300~600m/분으로 권취하여 제조된 인터레이스사(ITY)인 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인터레이스사(ITY)는 강도 230~1100g/d, 신도 13~27%인 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수지처리는 수용성 폴리우레탄 20~60g/ℓ, 대전방지계면활성제 5.0~20 g/ℓ, 촉매 0.1~0.5g/ℓ, 불소계 발수제 10~100g/ℓ 및 잔부로서 물을 함유하는 처리액에 픽업율 40~80%로 처리하는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인터레이스사(ITY)를 경·위사 중 어느 하나 이상의 사용원사로 사용하여 직물을 제직하기 전에 폴리비닐알코올 5.5~6.5 중량%, 아크릴수지 3.0~4.0 중량%, 평활제 0.5~1.0 중량%, 대전방지제 0.1~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 호액에 상기 인터레이스사를 처리하고 건조하여 사이징하는 것을 추가하는 것을 특징으로 하는 강도가 우수한 초고밀도 나노필라멘트직물의 제조방법.
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