KR101391257B1

KR101391257B1 - 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트, 이의 제조방법, 이를 포함하는 섬유 유연제, 및 상기 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법

Info

Publication number: KR101391257B1
Application number: KR1020120021623A
Authority: KR
Inventors: 김태경; 김상범; 송현훈
Original assignee: 김상범; 한남대학교 산학협력단
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2014-05-02
Also published as: KR20130100436A

Abstract

본 발명은 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트, 이의 제조방법, 이를 포함하는 섬유 유연제, 및 상기 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조된 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트를 포함하는 섬유 유연제는 종래 방법에 의해 제조된 섬유 유연제에 비해 색상이 개선되고, 섬유의 흡수성이 우수하고 셀룰로즈계 섬유와 공유 결합으로 내세탁성이 우수하다. 또한, 본 발명에서 사용되는 유연 가공법은 패딩법과 침적법을 모두 사용할 수 있어 실리콘 유연제보다 편리한 효과를 가진다.

Description

아크릴기가 도입된 에스테르쿼트, 이의 제조방법, 이를 포함하는 섬유 유연제, 및 상기 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법{An acryl group introduced esterquat, method for synthesizing the same, softening agent comprising the same, and soft finishing method using the softening agent}

본 발명은 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트, 이의 제조방법, 이를 포함하는 섬유 유연제, 및 상기 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법에 관한 것이다.

인간의 촉감은 매우 주관적이며 구체적으로 표현하기가 쉽지 않다. 그럼에도 불구하고 일반적인 섬유가공의 최종 목표를 촉감 개선에 두고 있다. 대표적인 촉감 개선을 위한 가공으로 천연섬유나 합성섬유의 유연성을 증진시키는 가공을 들 수 있다

특히 타월은 소비자가 구매할 때 촉감을 중요시하므로 염색 후 가공 시 유연제를 사용한다. 그러나 반복 세탁 후에는 유연가공제의 탈착으로 초기의 유연성을 잃게 되고, 유연성 유지를 위해 후가공시 유연제를 다량 사용할 경우 타월의 흡수성을 감소시키게 된다.

이때 사용되는 유연제는 이온성 별로 다양한 종류가 시판되고 있으나, 수중에서 음으로 하전된 면섬유와 이온결합이 가능한 양이온성 유연제가 가장 많이 사용되고 있다. 양이온성 유연제는 4급 암모늄 화합물로 항균효과도 부수적으로 타월에 부여한다.

직물에 유연성을 부여하는 기능성 가공은 소비자들이 제품을 사용하는 기간 동안은 내구성이 요구된다. 유연가공을 하면 촉감이 향상될 뿐만 아니라 마찰력의 감소로 인한 내마모성의 향상과 정전기 발생이 감소하게 된다. 면섬유와 같은 천연섬유는 습식 섬유공정에 의해 왁스나 기름 성분이 제거되어 제품이 뻣뻣해지는 경향이 있는데 이들 제품의 유연성을 향상시키기 위해 섬유공정 중이나 직물 상태에서 실리콘계나 계면활성제계 유연제가 사용된다.

실리콘계 유연제로 처리하면 내구성이 있는 매끄러운 유연감, 광택, 부품감, 탄력감이 향상된다. 주로 흰색 직물에 많이 사용하며 봉재 시 마찰력을 감소시켜 생산성을 향상시킨다.

일반적으로 실리콘 원자에 결합된 수소원자는 반응성이 커서 쉽게 OH기로 바뀌고 이들 실리콘 원자에 결합된 OH기는 서로 쉽게 반응하여 -Si-O-Si-O-의 실록산 화합물을 형성하는데, 이들 실록산 화합물은 탄소-탄소 화합물보다 유연성이 크다. 섬유에 처리하는 경우 극성기인 -Si-O- 결합이 섬유 쪽을 향하여 배열하고, 소수성기인 메틸기는 섬유 바깥쪽을 향하게 되어 유연성을 나타낸다.

에폭시 변성 실리콘은 유연성이 우수할 뿐 아니라 평활성이 높고 백도의 저하도 없다. 페닐 변성 실리콘은 열안정성이 매우 좋고 아미노변성 실리콘의 경우에는 매끈한 감이 우수하나 가공공정 시 건조온도에서 흰색 제품이 황색으로 변한다. 이러한 현상은 아민 함량, 점도 등을 조절하여 어느 정도는 막을 수 있다. 아미노 변성 실리콘은 면의 주름방지성을 향상시켜 가먼트 가공에 유용하게 쓰인다.

그러나, 실리콘 유연제는 유연성을 부여할 뿐 아니라 발수성도 부여하므로 흡습성이 중요시되는 제품에는 사용 할 수 없다.

계면활성제계 유연제에 의하여 나타나는 효과는 계면활성제의 물리적 상태, 화학적 구조, 섬유와의 작용에 의해 달라진다. 예를 들어 점도가 낮은 액체는 유연하고 견과 같은 촉감을 부여하는 반면, 고체는 윤활제의 역할은 하나 직물이 덜 유연해지는 경향이 있다. 유연제 처리 직물은 시간 경과나 열에 의해서 황변되는 경우가 있는데, 특히 흰색 직물에서는 문제가 될 수 있다. 유연제에 따라서는 염색직물의 염색견뢰도 저하나 변색을 유발시키는 것이 있으며 유연성 향상을 위하여 사용되는 계면활성제는 음이온계, 양이온계, 비이온계, 양성(兩性)계가 있으며 각각 다른 특성을 나타낸다.

현재 가장 많이 사용되는 섬유유연제는 양이온계 계면활성제로서 소수성이 큰 소수기가 섬유와 친화력이 있어서 섬유 표면에 흡착 배열하여 섬유에 유연성을 부여한다. 양이온계 계면활성제는 수용성을 부여하는 부분이 (+)전기를 띠며 음이온계 계면활성제와는 달리 제3급이나 제4급의 질소 원자를 포함한 그룹으로 형성되어 있다. 이 중 제4급 암모늄염은 산이나 알칼리 용액 모두에서 전기를 띤다. 이 유연제는 생태독성적으로 안전한 원료 물질로 부터 합성되며 4급 지방산 트리에탄올아민의 에스테르염인 에스테르쿼트(esterquat)라는 것이다.

섬유는 수중에서 음으로 하전되기 때문에 양이온성인 에스테르쿼트를 흡착하여 섬유 표면에 하전된 피막을 형성, 여기에 수분을 흡착하여 대전을 방지한다. 양이온계 섬유유연제는 물속에서 친수기는 음으로 하전된 섬유 쪽에, 친유기는 섬유의 바깥쪽으로 향하도록 흡착되어 섬유의 표면은 기름의 엷은 막을 입힌 것처럼 되어 섬유의 움직임이 자유로워서 부풀고 부드러워져 유연효과가 생성된다.

흡수성을 유지해야 하는 용도의 직물의 경우 4급 암모늄염인 양이온계성 유연제를 사용하나 내구성이 없어 2회 수세 후 부터는 유연제가 탈착되어 거친 감촉을 느끼게 되므로 소비자의 불만을 항상 초래한다. 반응성기가 도입된 내구성 있는 유연효과를 개선하기 위한 종래 기술은 다음과 같다.

미국등록특허 제4,184,004호에서는 실리콘 폴리머에 친수성을 부가하기 위에 폴리옥시에틸렌을 도입하고 말단에 반응기로 에폭시가 남게 하여 160℃에서 5분간 섬유와 반응하게 하였다.

유럽공개특허 제422,787호에서는 반응성 폴리실록산에 4급 암모늄염을 도입한 양이온성 실리콘 유연제로 섬유에 유연 효과를 주었다.

일본 공개특허 제2005-344255호에는 아크릴 섬유에 이미다조리움 화합물, 지방산 아미드 유도체와 변성 폴리유기실록산을 사용하여 내구성 있는 유연 효과를 얻었다는 보고가 있다.

미국 등록특허 제10-2004-0061330호(1980.01.15) 유럽 공개특허 제10-2004-035312호(1990.09.21) 일본 공개특허 2005-344250(2004.06.04)

상기 공지된 종래 기술들은 모두 실리콘계 고분자를 이용한 섬유유연제들로서, 아직 4급 암모늄염 유연제에 반응기를 도입한 예는 없었다.

이에 본 발명자들은 4급 암모늄염 섬유유연제의 기존의 유연효과를 유지하면서 흡수성과 내구성을 높이기 위해 제조 시 에스테르쿼터에 4급화제를 반응시키고, 셀룰로즈 섬유와 반응할 수 있는 아크릴기를 도입하여 섬유 유연제를 제조할 수 있다는 사실을 밝혀내고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명은 고온 반응에서도 색상의 변화 없이 높은 전환율의 아크릴 반응기를 도입한 4급 암모늄염의 에스테르쿼트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 첫 번째 과제로 한다.

또한 본 발명은 상기 제조된 에스테르쿼트를 포함하는 섬유유연제 및 이를 이용한 섬유의 유연 가공법을 제공하는 것을 그 두 번째 과제로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트는 다음 화학식 1~3으로 표시되는 것일 수 있다:

화학식 1

상기 화학식 1에서, R₁은 탄소수가 6 ~ 22인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 알케닐기이고, R₂ 및 R₃은 서로 독립적으로 수소, R₁CO 또는 아크릴기(acryl)이며, R₄는 CH₂CHOHCH₂Cl기이고, m, n 및 p는 0 ~ 12의 정수이며, q는 1 ~ 12의 정수이고, X는 할라이드(halide), 알킬설페이트(alkyl sulfate) 또는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)이며,

화학식 2

상기 화학식 2에서, R₁, m, n 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, R₂는아크릴기(acryl)이며,R₄ 및 R₅는 서로 독립적으로 탄소수 1 ~ 4의 알킬기 또는 CH₂CHOHCH₂Cl이고,

화학식 3

상기 화학식 3에서, R₁, m, n 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, R₂는아크릴기(acryl)이며,R₄, R₆ 및 R₇는 서로 독립적으로 탄소수 1 ~ 4의 알킬기 또는 CH₂CHOHCH₂Cl이다.

또한, 본 발명은 다른 과제를 해결하기 위하여 상기 화학식 1~3으로 표시되는 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트의 제조방법은 (a) 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민을 반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 얻는 단계; (b) 상기 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 4급화제와 반응시켜 에스테르쿼트를 제조하는 단계, 및 (c) 상기 에스테르쿼트와 아크릴기 함유 화합물을 반응시켜 에스테르쿼트에 아크릴기를 도입시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

상기 (a)단계의 지방산을 포함하는 오일의 지방산과 3급 하이드록시알킬아민의 반응 몰비는 1~2.5 : 1인 것일 수 있다.

상기 (a)단계의 반응은 160 ~ 240 ℃에서 1 ~ 12 시간, 상기 (b)단계의 반응은 30 ~ 80 ℃에서 1 ~ 24 시간, 및 상기 (c)단계의 반응은 -10 ~ 30 ℃에서 1 ~ 20시간 동안 수행한 수행되는 것일 수 있다.

상기 (b)단계의 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르와 4급화제의 반응 몰비는 1 : 0.9~1.0인 것이 바람직하다.

상기 (b)단계의 4급화제는 에피클로로히드린이 가장 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 (c)단계의 에스테르쿼터와 아크릴기 함유 화합물의 반응 몰비는 1 : 0.9~1.0인 것이 바람직하다.

또한, 상기 (a)단계 반응시, 테트라페닐 디프로필렌글리콜 디포스파이트, 폴리(디프로필렌글리콜)페닐포스파이트디스테아릴 펜타에리쓰리톨 디포스파이트, 및 디이소데실페닐 포스파이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 인계 산화방지제, 및 차인산 또는 차인산나트륨의 조합에서 선택되는 1종 이상의 인계 환원제 중에서 선택되는 1종 이상의 보조제를 포함할 수 있다.

상기 보조제는 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민 중량의 총합 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.1 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트 0.5~5중량%, 분산제와 개시제를 0.5~5중량%, 및 잔량의 용매를 포함하는 섬유유연제를 제공하는 데 특징이 있다.

본 발명은 또한, 추가적으로 상기 섬유유연제를 물에 분산시키는 단계, 및 상기 분산된 섬유유연제를 섬유에 가공하는 단계를 포함하는 섬유유연제를 이용한 섬유의 유연 가공법을 제공하는 데도 특징을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가공은 상기 섬유를 패딩하여 광경화시키거나, 또는 50 ~ 80 ℃에서 침적시키는 침적법을 이용할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트를 포함하는 섬유 유연제는 종래 방법에 의해 제조된 섬유 유연제에 비해 색상이 개선되고, 섬유의 흡수성이 우수하고 셀룰로즈계 섬유와 공유 결합으로 내세탁성이 우수하다. 또한, 본 발명에서 사용되는 유연 가공법은 패딩법과 침적법을 모두 사용할 수 있어 실리콘 유연제보다 편리한 기능을 가진다.

이하에서, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 섬유유연제에 포함되는 에스테르쿼트에 아크릴성 반응기를 도입시킨 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트, 이의 제조방법, 이를 포함하는 섬유유연제와, 상기 섬유유연제를 이용한 섬유의 유연 가공법에 관한 것이다.

본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 사용된 “에스테르쿼트(esterquat)”라는 용어는 생태독성적으로 안전한 원료 물질로부터 합성되는 4급 지방산 트리에탄올아민의 에스테르염을 의미한다.

또한, 본 발명의 “아크릴기가 도입된 에스테르쿼트”라는 용어는 상기 에스테르쿼트의 한쪽 말단에 아크릴기(CH₂＝CHCO)가 도입된 것을 의미한다.

먼저, 본 발명에 따른 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트는 다음 화학식 1~3으로 표시되는 화합물일 수 있다.

화학식 1

화학식 2

화학식 3

상기 화학식 1~3으로 표시되는 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트를 섬유유연제에 포함하는 경우, 섬유의 색상이 개선되고 전환율이 높으며, 흡수성이 우수하고 셀루로즈계 섬유와 공유결합을 해 내세탁성이 우수한 효과를 가진다.

상기 화학식 1~3으로 표시되는 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트는 (a) 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민을 반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 얻는 단계; (b) 상기 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 4급화제와 반응시켜 에스테르쿼트를 제조하는 단계, 및 (c) 상기 에스테르쿼트와 아크릴기 함유 화합물을 반응시켜 에스테르쿼트에 아크릴기를 도입시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

이하에서 각 단계별로 상세히 설명한다.

먼저, 상기 (a)단계는 알칼리 촉매와 보조제의 존재 하에서 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민을 트랜스에스테르화 반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 얻는 단계이다.

상기 (a)단계에서 원료로 사용되는 지방산을 포함하는 오일은 식물성 또는 동물성 오일로서, 포화 또는 불포화 탄화수소의 탄소수가 6 ~ 22인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 탄소수 16 ~ 18인 것을 사용하는 것이 좋다. 모노글리세라이드, 디글리세라이드 및 트리글리세라이드 형태들의 혼합으로 이루어져 있으며, 이들 중 트리글리세라이드 형태가 주를 이룬다.

이때 사용되는 지방산을 포함하는 오일로는 포화 또는 불포화된 우지 오일(beef tallow oil), 팜 오일(palm oil), 팜커널 오일(palm kernel oil), 팜 스테아린 오일(palm stearine oil), 팜 올레인 오일(palm olein oil), 코코넛 오일(coconut oil), 올리브 오일(olive oil), 채종 오일(rapeseed oil), 해바라기 오일(sunflower oil), 면실 오일(cottonseed oil), 및 대두 오일(soyabean oil)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 지방산을 포함하는 오일의 불포화도는 0 ~ 70 사이인 것이 바람직하다. 상기 불포화도란 지방산 100 g당 요오드량의 g으로 표시하며, 요오드가라고도 한다.

본 발명에 따른 상기 (a)단계에서 사용되는 3급 하이드록시알킬아민의 하이드록시기는 상기 지방산을 포함하는 오일 중 지방산과 트랜스에스테르화 반응을 일으킨다. 이때 사용되는 3급 하이드록시알킬아민은 디에탄올메틸아민, 1,2-디하이드록시프로필 디메틸아민 및 트리에탄올아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 (a)단계에서 지방산을 포함하는 오일의 지방산과 3급 하이드록시알킬아민의 반응 몰비는 1~2.5:1인 것이 바람직하다. 만일, 상기 지방산을 포함하는 오일의 지방산과 3급 하이드록시알킬아민의 반응 몰비가 1:1 미만이면 오일로부터 전환되는 지방산의 양이 상대적으로 적게 되어 그 결과, 유연효과가 떨어지게 된다. 또한 상기 반응 몰비가 2.5:1을 초과하면 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르 중 트리에스테르 형태가 상대적으로 증가하여 유화 시 다량의 스컴(scum)이 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 상기 (a)단계에서 사용되는 알칼리 촉매의 구체 예를 들면, 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 수산화칼슘(calcium hydroxide), 무수탄산나트륨(sodium carbonate anhydrous) 및 무수탄산칼륨(potassium carbonate anhydrous)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 알칼리 촉매의 첨가량은 바람직하게는 상기 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민 중량의 합 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.1 중량부를 사용하며, 더욱 바람직하게는 0.01 ~ 0.05 중량부를 첨가하여 사용한다. 만일 상기 알칼리 촉매의 첨가량이 0.01 중량부 미만이면 미전환 트리글리세라이드 오일의 함량이 높아지는 문제가 있고, 0.1 중량부를 초과하면 섬유유연제의 색상이 좋지 않은 문제가 있다.

또한, 본 발명에서는 보조제로서 인계 산화방지제 단독 또는 인계 산화방지제와 인계 환원제의 조합을 사용할 수 있으며, 상기 보조제는 트랜스에스테르화 반응에서 반응성을 향상시키며, 생성되는 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르의 색상을 개선시키기 위하여 첨가된다. 고온의 유기 반응에서 색상 안정화에 우수한 효과를 나타내는 인계 산화방지제로는 테트라페닐 디프로필렌글리콜 디포스파이트(Tetraphenyl dipropyleneglycol diphosphite: 이하 JPP로 명명), 폴리(디프로필렌글리콜)페닐 포스파이트(Poly(dipropyleneglycol)phosphite: 이하 DHOP로 명명), 트리스(2,4-디-터셔리-부틸페닐 디포스파이트(Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) diphosphite), 디스테아릴 펜타에리쓰리톨 디포스파이트(Distearyl pentaerythritol diphosphite), 및 디이소데실 페닐 포스파이트(Diisodecyl phenyl phosphite)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 인계 환원제로는 차인산 나트륨 또는 차인산을 사용할 수 있다.

상기 보조제의 첨가량은 상기 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민 중량의 합 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.1 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.1 중량부로 사용하는 것이 좋다. 만일 상기 보조제의 첨가량이 0.01 중량부 미만이면, 섬유유연제 색상에 문제가 있고, 0.1 중량부를 초과하면 제품 내 잔류물로 석출되는 문제가 있다. 인계 산화방지제와 인계 환원제를 혼합하는 경우 이들의 혼합비는 3:1 ~ 1:3의 비율로 혼합해주는 것이 색상 변화에 영향을 미치지 않기 때문에 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 (a)단계의 트랜스에스테르화 반응은 바람직하게는 160 ~ 240 ℃, 보다 바람직하게는 160 ~ 220 ℃에서 수행하며, 반응 시간은 바람직하게는 1 ~ 12 시간, 보다 바람직하게는 3 ~ 8 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 제품의 색상 및 전환율에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 (a)단계를 수행하면, 상기 3급 하이드록시알킬아민과 지방산을 포함하는 오일 중 지방산 부분과의 트랜스에스테르화 반응의 결과로 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르가 얻어지며, 상기 트랜스에스테르화 반응의 진행 정도에 따라 다음과 같은 잔류물이 잔존할 수 있다. 먼저, 오일의 지방산이 3급 하이드록시알킬아민과 트랜스에스테르화 반응에 의해 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르로 모두 전환된 경우, 글리세린이 잔류물로 잔존하게 되고, 부분 전환된 경우 글리세릴에스테르 형태의 화합물이 잔존하게 된다. 상기 잔류물은 트랜스에스테르화 반응이 끝난 후 그 온도에서 감압시켜 증류시키거나, 두 번째 단계의 4급화 반응에 참여하게 되어 최종 제품의 물성에는 크게 문제되지 않는다.

상기 (a)단계에서 얻은 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 유기용매에서 4급화제와 반응시켜 에스테르쿼트를 얻는 반응이 (b)단계이다.

본 발명에 따른 상기 (b)단계의 4급화 반응에서 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르와 4급화제의 반응 몰비는 1.0 : 0.9~1.0 인 것이 바람직하며, 만약 4급화제가 0.9 몰비 미만이면 미반응물이 상대적으로 증가하여 스컴(scum)이 발생하며, 유화성에 문제가 있고, 4급화제가 1.0 몰비를 초과하면 제품 내 pH가 너무 낮고 미반응 4급화제가 잔류하기 때문에 안정성 및 제품의 색상이 좋지 않은 문제가 있다.

본 발명에 따른 상기 (b)단계에서 사용되는 4급화제로는 에피클로히드린(epichlorohydrin)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 (b)단계의 반응은 바람직하게는 30 ~ 80 ℃, 보다 바람직하게는 35 ~ 50 ℃에서 수행될 수 있으며, 반응 시간은 바람직하게는 1 ~ 24 시간, 보다 바람직하게는 2 ~ 8 시간 동안 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 (b)단계에서 사용되는 유기용매는 이하의 (c)단계의 아크릴기 도입 반응에서 사용된 아크릴기 함유 화합물과 반응하지 않는 용매가 바람직하며, 예를 들어, 아세톤(acetone), 메틸렌 클로라이드로(methylene chloride ) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

마지막 (c)단계는, 상기 (b)단계에서 제조된 상기 에스테르쿼트와 아크릴기 함유 화합물을 반응시켜 에스테르쿼트에 아크릴기를 도입시킨다.

상기 아크릴기 함유 화합물은 아크릴로일 클로라이드(Acryl chloride), 아크릴산(Acrylic acid), 및 메타크릴산(Methacryic acid)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 (c)단계의 에스테르쿼트와 아크릴기 함유 화합물의 반응 몰비는 1.0 : 1.0~1.2 인 것이 바람직하며, 이 범위를 벗어나면 반응기의 부족으로 세탁내구성이 나빠지거나 미반응 아크릴기 함유 화합물이 유연제 안에 남아 있게 되어 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 상기 (c)단계의 반응은 바람직하게는 -10 ~ 30 ℃, 보다 바람직하게는 0 ~ 10 ℃에서 수행될 수 있으며, 반응 시간은 바람직하게는 1 ~ 20 시간, 보다 바람직하게는 2 ~ 5 시간 동안 수행될 수 있다.

최종적으로, 본 발명에 따른 반응성 섬유 유연제는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중 선택된 1 종 이상의 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트 0.5~5중량%, 분산제와 개시제를 0.5~5중량%, 및 잔량의 용매로 이루어진다.

상기 분산제는 트립톤이 있으나, 이에 한정되지 않고 통상의 섬유 유연제에 사용되는 모든 분산제를 포함할 수 있다.

또한, 상기 개시제는 열 개시제, 광 개시제를 모두 포함하며, 그 종류가 특별히 한정되지 않고 통상의 섬유 유연제에 사용되는 모든 개시제를 포함할 수 있다.

상기 용매는 물이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 섬유유연제는 종래 방법에 의해 제조된 섬유유연제와 비교할 때, 섬유유연제의 흡수성과(표 1 참조), 세탁내구성이 향상되었다.(표 2 참조)

또한, 본 발명은 상기 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법을 제공할 수 있는데, 구체적으로는 상기 제조된 섬유유연제를 물에 분산시키는 단계, 및 상기 분산된 섬유 유연제를 섬유에 가공하는 단계를 포함한다.

상기 섬유에 가공시키는 방법은 상기 섬유를 패딩하여 광경화시키거나 또는 50 ~ 80 ℃에서 침적시키는 침적법을 이용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유연 가공법은 패딩법과 침적법을 모두 사용할 수 있어 실리콘 유연제보다 편리한 효과를 가진다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 다음의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트의 제조

(1)트랜스에스테르화 반응

2ℓ의 4구 플라스크에 회전속도를 제어할 수 있는 교반 장치, 질소가스 공급장치 및 냉각기를 장착하고 팜스테아린 오일(조성: C16 & 기타 : 63 %, C18 : 5.1 %, C18-1,2 : 31.9 %) 566 g(MW 274.6, 2.06 mole), 트리에탄올아민 184.4 g(1.2 mole), 수산화나트륨 0.23 g(0.03 중량부), 인계 환원제 차인산 나트륨 0.19 g(0.025 중량부) 및 인계 산화방지제 테트라페닐 디프로필렌글리콜 디포스파이트 0.19 g(0.025 중량부)를 혼합, 및 투입하였다. 상기 반응기 하부에 버블관를 이용하여 250 ㎖/min 속도로 질소를 주입하면서, 250 ~ 300 rpm으로 교반시켰다. 반응물의 온도를 1 시간 동안 160 ℃까지 승온시켜 원료에 포함된 물을 제거하고, 상기 온도에서 2시간 동안 유지한 다음, 190 ℃로 승온시켜 6 시간 정도 교반시킨 후, 30분간 20mmHg로 감압하여 부산물을 제거하였다. 65 ℃ 이하로 냉각시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 얻었다.

(2) 4급화 반응

상기 (1)에서 얻은 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르에 아세톤 100 g을 전체량의 10 %가 되도록 첨가하였고, 건조 고형분량이 약 90 %가 되게 하였다. 이후 4급화제로 에피클로로히드린 112g (99%, MW 92.52, 1.2 mole)과 서서히 한 방울씩 떨어뜨리며 35 ~ 40 ℃에서 6 시간 동안 4급화 반응시켰다.

(3) 아크릴 반응기 도입 반응

상기 (2)에서 얻은 에스테르쿼터에 트리에틸 아민 121g(1.2 mole)을 넣고 아크릴로일 클로라이드 110 g(1.2 mole)을 메틸렌 클로라이드 200 g에 녹여 반응기 온도를 5℃ 이하를 유지하면서 천천히 적하시켰다. 적하가 완결되면 상온에서 2시간 동안 반응시켰다. 메틸렌 클로라이드을 증발시켜 화학식 1로 표시되는 아크릴기가 도입된 에스테르쿼터를 제조하였다.

실시예 2 : 섬유유연제의 제조 및 침적법을 이용한 가공

(1) 섬유 유연제의 제조

상기 실시예 1에서 제조된 화학식 1로 표시되는 아크릴기가 도입된 에스테르쿼터를 섬유의 무게 기준으로 5% o.w.f.(on the weight of fiber), 분산제(트립톤 ) 0.3%, 개시제(암모늄 퍼설페이트) 0.5% 용액을 첨가하여 섬유 유연제를 제조하였다.

(2) 섬유 유연제의 가공

시료는 정련된 면 타올을 사용하였으며, 상기 제조된 섬유 유연제를 액비 1:10로 하여, 상기 타올을 침지시켜 80℃에서 30분간 반응시킨 후 냉수세하고 탈수 및 건조시켰다.

실시예 3 : 섬유유연제의 제조 및 패딩법을 이용한 가공

섬유의 유연 가공을 침적법 대신에 패딩법은 유연제 용액(개시제는 2-히드록시-2-메틸-프로피오페논 0.2% 사용)에 침지 후 패딩하여 100℃에서 3분간 건조하고 자외선을 조사하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 가공시켰다. :

비교예 1 : 종래 4급 암모늄 섬유유연제의 가공

정련된 면 타올을 사용하였고, 시료는 시판되고 있는 니카 코리아의 양이온계 계면활성제를 섬유 유연제로 사용하여, 섬유의 무게기준으로 5%o.w.f.(on the weight of fiber)를 사용하여 액비 1:10로 하여 40℃에서 30분간 교반 후 냉수세하고 탈수 및 건조시켰다.

비교예 2 : 기존 변성 아미노 실리콘 섬유유연제의 가공

정련된 면 타올을 사용하였고, 시료는 시판되고 있는 대동화학의 변성 아미노 실리콘 유연제를 섬유 유연제로 사용하여, 1% 용액에 침지 후 100%로 pick-up하고, 100℃에서 3분간 건조하고 160℃에서 5분간 열처리한 후 냉수세하고 탈수 및 건조시켰다.

대조군

아무 것도 처리하지 않은 정련된 면 타올을 대조군으로 사용하였다.

실험예 1 : 유연성 시험

다음과 같은 방법으로 실시예 및 비교예에 따른 섬유유연제를 이용하여 가공시킨 타올의 유연성을 Hand feel Method로 측정하고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

	섬유 유연제 종류	세탁 전	5회 세탁 후
대조군	미처리	D	D
비교예 1	양이온 유연제	AB	C
비교예 2	실리콘 유연제	A	AB
실시예 2	반응성 유연제	AB	B
A: 극히 우수, AB: 우수, B: 양호, C: 불량, D: 매우 불량

상기 표 1의 결과에서와 같이, 섬유 유연제로 아무 것도 처리하지 않은 대조군, 및 종래 섬유 유연제를 이용하여 가공시킨 비교예 1~2에 따른 타올에 비해 본 발명에 따른 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트를 포함하는 섬유 유연제를 사용하여 가공시킨 경우 유연성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.

이는 본 발명에 따른 에스테르쿼트에 셀룰로즈와 반응할 수 있는 아크릴기를 도입시킴으로써, 본 발명에 따른 반응성 섬유 유연제가 면 섬유와 반응하여 내세탁성이 향상되어 유연성이 유지되었으며 염색된 타월의 염색견뢰성에도 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

실험예 2 : 내세탁성 및 색상 변화 시험

KS K 030 A-4법으로 5회 세탁 후 내세탁성의 물성을 측정하였고, 색상 변화 시험은으로 유연 가공처리 유무에 따른 색상 차를 측정하였다.

상기 실험예 1의 결과에서와 같이, 본 발명에 따른 반응성 섬유 유연제가 면 섬유와 반응하여 내세탁성이 향상되어 유연성이 유지되었으며 염색된 타월의 염색견뢰성에도 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

실험예 3 : 흡수성 시험

실시예 및 비교예에 따른 섬유유연제를 이용하여 가공시킨 타올의 흡수성을 스포이드로 증류수를 방울 적하하여 흡수되는 시간을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

	종류	세탁 전	5회 세탁 후
대조군	미처리	1초	1초
비교예 1	양이온 유연제	2초	1초
비교예2	실리콘 유연제	5초	4초
실시예2	합성 유연제	2초	1초

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트를 포함하는 섬유 유연제는 섬유 유연제로 아무 것도 처리하지 않은 대조군, 및 종래 섬유 유연제를 이용하여 가공시킨 비교예 1~2에 따른 타올과 수분 흡수율이 유사하게 유지하는 것으로 관찰되었다.

즉, 본 발명에 따른 섬유 유연제로 가공함으로써 유연성은 증가되면서, 수분 흡수율은 종래 수준대로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims

다음 화학식 1~3으로 표시되는 한쪽 말단에 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 0.5~5중량%, 분산제와 개시제를 0.5~5중량%, 및 잔량의 용매를 포함하는 섬유유연제:
화학식 1

상기 화학식 1에서, R₁은 탄소수가 6 ~ 22인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 알케닐기이고, R₂ 및 R₃는 서로 다른 것으로서 수소, R₁CO 또는 아크릴기(acryl) 중에서 선택되는 어느 하나로서, R₂ 및 R₃중 어느 하나는 반드시 아크릴기(acryl)이며, R₄는 CH₂CHOHCH₂Cl기이고, m, n 및 p는 0 ~ 12의 정수이며, X는 할라이드(halide)이며,
화학식 2

상기 화학식 2에서, R₁, m, n 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, R₂는아크릴기(acryl)이며,R₄ 및 R₅는 CH₂CHOHCH₂Cl이고,
화학식 3

상기 화학식 3에서, R₁, m, n 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, R₂는아크릴기(acryl)이며,R₄, R₆ 및 R₇는 CH₂CHOHCH₂Cl이다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1~3으로 표시되는 한쪽 말단에 아크릴기가 도입된 에스테르쿼트 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물은
(a) 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민을 반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 얻는 단계;
(b) 상기 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르를 4급화제와 반응시켜 에스테르쿼트를 제조하는 단계, 및
(c) 상기 에스테르쿼트와 아크릴기 함유 화합물을 반응시켜 에스테르쿼트에 아크릴기를 도입시키는 단계를 거쳐 제조되는 것인 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (a)단계의 지방산을 포함하는 오일의 지방산과 3급 하이드록시알킬아민의 반응 몰비는 1~2.5 : 1인 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (a)단계의 반응은 160 ~ 240 ℃에서 1 ~ 12 시간,
상기 (b)단계의 반응은 30 ~ 80 ℃에서 1 ~ 24 시간, 및
상기 (c)단계의 반응은 -10 ~ 30 ℃에서 1 ~ 20시간 동안 수행한 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (b)단계의 지방산 하이드록시알킬아민 에스테르와 4급화제의 반응 몰비는 1 : 0.9~1.0인 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (b)단계의 4급화제는 에피클로로히드린인 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (c)단계의 에스테르쿼터와 아크릴기 함유 화합물의 반응 몰비는 1 : 0.9~1.0인 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 2항에 있어서,
상기 (a)단계 반응시, 테트라페닐 디프로필렌글리콜 디포스파이트, 폴리(디프로필렌글리콜)페닐포스파이트디스테아릴 펜타에리쓰리톨 디포스파이트, 및 디이소데실페닐 포스파이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 인계 산화방지제, 및
차인산 또는 차인산나트륨의 조합에서 선택되는 1종 이상의 인계 환원제 중에서 선택되는 1종 이상의 보조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
제 8항에 있어서,
상기 보조제는 지방산을 포함하는 오일과 3급 하이드록시알킬아민 중량의 총합 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.1 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 섬유유연제.
삭제
제1항에 따른 섬유유연제를 물에 분산시키는 단계, 및
상기 분산된 섬유유연제를 섬유에 가공하는 단계를 포함하는 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법.
제11항에 있어서,
상기 가공은 상기 섬유를 패딩하여 광경화시키거나, 또는
50 ~ 80 ℃에서 침적시키는 침적법을 이용하는 것을 특징으로 하는 섬유 유연제를 이용한 유연 가공법.