KR101405312B1 - 염색이 가능한 인체친화형 폴리올레핀계 섬유 - Google Patents

염색이 가능한 인체친화형 폴리올레핀계 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이염성 폴리머가 혼합된 폴리올레핀계 섬유의 조성물에 관한 것으로서, (A) 폴리올레핀 77 내지 94.9 중량%, (B) 공중합폴리에스터 5 내지 20 중량%, 및 (C) 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 0.1 내지 3 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 의하여 본래 폴리올레핀이 갖는 발수성, 경량성 등의 특성을 잃지 않으면서도 폴리올레핀의 가장 큰 문제점인 염색성불량을 개선하여 분산염료를 사용하여 고압에서 염색할 경우에 양호한 심색 염색성을 가지는 폴리올레핀 섬유를 제공한다.

Description

염색이 가능한 인체친화형 폴리올레핀계 섬유{Dyable human-friendly polyolefineic fiber}
본 발명은 염색이 가능한 폴리올레핀계 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분산염료 등으로 염색이 가능하며, 발수성, 경량성 및 보온성이 우수한 가염성 폴리올레핀 섬유에 관한 것이다.
폴리올레핀계 섬유는 우수한 발수성, 경량성, 낮은 열전도성으로 인한 보온성 및 내약품성 등의 타 섬유에서는 볼 수 없는 많은 특징을 갖고 있다. 반면, 폴리올레핀계 섬유는 염색성이 떨어지므로 후염용도로는 적합하지 못하였으며, 특히 의류용 섬유로서는 용도가 제한되어 왔다.
상기 문제점을 극복하기 위하여 과거 수년에 거쳐 염색성의 개량이 시도되어 왔다. 예를 들면 가염성 성분으로서 아미노알킬 아크릴레이트 계통을 혼입하여 반응시킨 섬유(일본특허공고 소42-22523, 일본특허공고 평2-42948), 클레이 또는 염 등의 필러(filler)를 혼입하여 염착좌석을 만든 섬유(미국특허 US4248594), 고분자물질의 블렌드를 통하여 가염화하는(한국특허 10-0249624, 일본특허공개 평6-25912, 일본공개특허 평4-209824)등의 방법이 적용되어 왔다. 그러나 상기 방법들은 각각 복잡한 공정에 의한 제조비용의 과대화, 또는 염색성의 불량 등이 문제가 되어 실용화 되지 못하고 있다. 제조비용의 과대화는 극히 고급화된 물건에만 적용이 되었고, 또한 에틸렌 아미노알킬 아크릴레이트를 사용한 경우 금속 에스터를 분산제로 사용함으로서 폴리올레핀이 갖는 고유의 성질들마저 상실하는 부작용이 발생 하기도 하였다.
상기의 가염화 방법을 사용하지 않고 폴리올레핀 섬유에 색을 부여하는 방법으로는 안료를 넣고 색을 내는 방법만이 현재 유일하게 이용되고 있다. 그러나 상기의 안료를 사용하게 될 경우 제한된 색상으로만 섬유를 만들어야 할 뿐만 아니라, 관리면에서 고비용 구조를 갖게 되어 있고, 날염의 경우에는 전혀 응용할 수 없는 상황이 되었다.
이에 종래의 문제를 해결하기 위해 고분자 블렌드라고 하는 방법을 도입하여 폴리올레핀의 성질을 그대로 살리면서 염색성을 개선한 가염성 폴리올레핀 섬유를 개발하게 되었다. 고분자 블렌드라고 하는 방법은 이전에도 도입된 적이 있었으며, 한국등록특허공보 제249624호의 경우에는 극성고분자인 EVA를 첨가하고 블렌드하여 가염성 폴리프로필렌 섬유를 제조하는 방법을 개시하였으나 충분한 방사성을 얻을 수 없어 세섬도 폴리올레핀에는 적용할 수 없었으며, 견뢰도도 떨어지는 문제점이 있다. 또한 일본특허공개 평6-25912의 경우 일반 폴리에스터를 1∼20중량% 첨가하여 가염성을 얻는다고 하였으나 일반 폴리에스터를 사용하여 실제로 어느 정도 유용한 염착성을 얻기 위해서는 상당한 양을 블렌드하지 않으면 안되고, 이럴 경우 섬유의 강도 저하 및 경량성, 내약품성 등 폴리올레핀 섬유가 갖는 고유의 물성들을 저해하게 된다. 그리고 이보다 선행특허인 일본 공개특허 평4-209824 공보의 경우 폴리올레핀을 해성분으로 하고, 폴리에스터나 폴리아미드 또는 그 공중합체 5~55중량%를 도성분으로 하여 블렌드 방사하여 가염성을 갖도록 하였으나, 이염성이 있는 공중합체를 블렌드하지 않고, 염색성을 얻기 위해 5 중량% 이상의 다량의 폴리머를 블렌드해야 하였으며, 이로 인해 폴리올레핀이 갖는 물성을 저해하거나 방사성이 나빠지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소할 수 있는 폴리올레핀계 섬유로서 폴리올레핀이 갖는 고유의 특성과 물성을 저해하지 않으면서, 방사성도 우수하며, 가격경쟁력이 있으며, 일반 분산염료에 염색이 가능한 폴리올레핀 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명은 가염성 폴리올레핀 섬유의 고유특성과 물성을 유지하기 위하여 그 구성성분의 80 중량%이상이 폴리올레핀으로 이루어지는 것이 바람직하다는 사실을 알고 20 중량%이하의 폴리에스터 이염화 공중합체와 2~10 중량%의 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 상용화제로 0.1~3 중량%를 블렌드하면 가염성 폴리올레핀계 섬유를 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에서는 가염성 폴리머가 혼합된 폴리올레핀계 섬유에 있어서, (A) 폴리올레핀 77 내지 94.9 중량%, (B) 공중합폴리에스터 5 내지 20 중량%, 및 (C) 무수말레이산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 2 내지 10 중량%로 이루어진 블렌드로부터 제조된 가염성 폴리올레핀계 섬유를 제공한다.
이하 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명에 의하면 본래 폴리올레핀이 갖는 발수성, 경량성 등의 특성을 잃지 않으면서도 방사성도 우수하며, 가격경쟁력이 있으며, 폴리올레핀의 가장 큰 문제점인 염색성불량을 개선하여 분산염료를 사용하여 고압에서 염색할 경우에 양호한 염색성을 가지는 폴리올레핀 섬유를 제조할 수 있다.
본 발명은 염색이 가능한 폴리올레핀계 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분산염료 등으로 염색이 가능하며, 발수성, 경량성 및 보온성이 우수한 이염성 폴리올레핀 섬유에 관한 것이다.
본 발명에서는 가염성 폴리머가 혼합된 폴리올레핀계 섬유에 있어서, (A) 폴리올레핀 77 내지 94.9 중량%, (B) 공중합 폴리에스터 5 내지 20 중량%, (C) 무수말레이산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 2 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유가 제공된다.
본 발명의 폴리올레핀에 블랜딩되는 가염성 폴리머로는 공중합 폴리에스터 및 이들의 블렌드물에서 선택할 수 있다.
우선, 공중합폴리에스터를 사용하는 경우에는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 디올성분의 개질제로서 1,4-부탄디올을 공중합하거나 1.4-부탄디올, 1.3-프로판디올(PDO), 1.2-프로판디올네오펜티글리콜(NPG)과 같은 프로판디올을 10 내지 90 몰% 공중합하는 것이 바람직하다. 또한 이들 두 디올을 혼합하여 공중합수도 있다. 이외에 본 발명의 공중합폴리에스터에 적용할 수 있는 디올로는 비스페놀 A의 에틸렌옥사이드 부가물, 에틸렌글리콜(EG), 사이클로헥산 디메탄올(CHDM), 디에틸렌글리콜(DEG), 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 선택하여 적정량 혼합할 수 있으며, 0.01 내지 2 몰%의 분지구조를 갖는, 예를 들면 트리메틸올 프로판이나, 펜타에리스리톨과 같은 다가의 알코올을 공중합 할 수도 있다. 그리고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트에 디애시드성분의 개질제로서 이소프탈릭 애시드, 디메틸서페이트(DMS), 5-나트륨 술포 이소프탈릭 애시드, 아디픽애시드(AA) 등으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 방향족화합물이나 지방족화합물을 1 내지 20 몰% 공중합하여 이염성 폴리머를 얻을 수도 있다. 본 발명에서의 상기 공중합폴리에스터는 디올이나 디애시드 한쪽성분만을 개질제로 공중합할 수도 있으나, 디올이나 디애시드 양쪽성분 모두 공중합하여도 좋다.
본 발명에서는 충분한 염색성을 얻기 위해서 상기 공중합폴리에스테를 블렌드하게 되는데 폴리프로필렌과 상기 폴리에스테르 공중합수지는 서로 상용성이 떨어져 이종의 폴리머가 잘 혼련이 되지 않는다. 이때 필요한 것이 폴리올레핀계 상용화제를 사용하는 것이 폴리머간의 분산성을 좋게 할 수 있다. 폴리올레핀계 상용화제로는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌에 무수말레인산이 2 내지 10 몰%로 그라프트되어 있는 것을 사용하는 것이 좋다. 무수말레인산의 그라프트율에 따라 상기 상용화제의 사용비율이 달라지는 데 본 발명에서는 0.1 내지 3 중량%로 사용하는 것이 공정성에서 좋은 효과를 나타내었다.
상기 가염성 공중합 폴리에스테르 고분자의 혼합량이 5 내지 20 중량%인 본 발명의 구성에 의하면 폴리올레핀의 특징인 발수성 및 경량성을 그대로 살리면서 염색성을 개선할 수 있어서 일반적인 폴리에스테르에 사용되어 지는 분산염료와 염색조건을 사용하여 염색을 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 가염성 폴리에스테르공중합수지와 상용화제를 용융상태에서 혼합함으로써 양호한 염색성을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 얻어지는 폴리올레핀계 섬유의 표면은 거의 대부분이 폴리올레핀으로 이루어진다. 이런 이유로 본 발명의 섬유는 발수성 등 폴리올레핀 섬유가 갖는 특징도 유지하면서, 방사성 및 연신성 등도 일반 폴리올레핀 섬유가 갖는 수준에서 사용할 수 있다.
본 발명에서 폴리머를 혼입하는 시기는 미리 이축혼련기 등에서 가염성 공중합 폴리머 및 상용화제와 폴리올레핀을 용,융혼합하여 펠렛으로 만든 후 일축 압출기에서 용융방사하는 방법을 택하여도 좋으며, 처음부터 일축압출기에 이염성 공중합 폴리머와 폴리올레핀이 상기 비율로 투입되도록 하고, 압출기의 구조 및 효율에 따라 상용화제를 같이 또는 후에 투입하여 압출하여도 좋다.
본 발명에 사용되는 상기 폴리올레핀의 종류로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부텐-1, 폴리메틸텐 등의 융점이 100℃ 이상의 α-올레핀의 호모폴리머, 코폴리머 및 그 변형체를 들 수 있는데, 섬유성형측면에 있어서 폴리프로필렌이 특히 바람직하다.
본 발명으로는 폴리프로필렌 장섬유를 얻을 수도 있으며, 용도에 따라서는 단섬유를 얻어 방적 등의 형태로 활용할 수 있다. 방적사로 사용할 경우에는 일반 폴리프로필렌 방적사와 똑같은 조건에서 방적이 가능하므로 일반 폴리프로필렌 직편기를 사용하면 공정상의 문제가 없게 된다.
이하에서, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112012108330338-pat00001
※ A: PP or PE B: 가염첨가제 C:상용화제 , A+B+C = 100%기준
실시예 1
(A) 폴리올레핀으로서 폴리프로필렌수지를 사용하였는데, 이 수지의 용융점도는 용융지수(Melt Flow Index, MI)가 34인 섬유용 그레이드를 사용하였다. 상기 폴리올레핀과 (B) 혼합할 폴리머로는 공중합 폴리에스터를 사용하였는데 이소프탈릭에시드 30몰을 애시드 성분으로 사용하고 디에틸렌글리콜 5몰을 사용하여 축중합한 공중합 폴리에스터를 준비하였다. 상기 공중합 폴리에스터의 함량은 10 중량%를 첨가하였고 혼련성을 좋게 하게 위하여 (C) 폴리올레핀계 상용화제의 함량을 1.5 중량%로 추가 혼합하여 이축혼련 압출기에서 혼련하여 압출하였다. 이를 다시 일반 용융방사기에서 방사하여 가염성 폴리프로필렌 필라멘트를 얻었다. 이때 방사속도는 3,000m/min이었고 방사온도는 260℃였다. 품종은 75den / 36 fila로 하였으며, 방사공정성의 수율은 94%로 양호하였으며, 이를 가연기에서 1.5배 연신하여 강도 3.8g/den, 신도 52%의 물성이 양호한 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 상기 섬유를 제편기에서 제편한 후, 분산염료에서 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 선명한 K/S치 31수준의 염색치를 얻게 되었다.
실시예 2
(A) 폴리올레핀으로 폴리프로필렌수지를 사용하는데, 상기 수지의 용융점도는 용융지수(Melt Flow Index, MI)가 34인 섬유용 그레이드를 사용하였다. 상기 폴리올레핀과 (B) 혼합할 폴리머로는 공중합 폴리에스터를 사용하였는데 디메틸텔레프탈레이트 90몰과 디메틸 이소프탈레이트 10몰을 애시드 성분으로 사용하고, 이에 대해 글리콜 성분으로 1,4-부타디엔을 40몰, 사이클로헥산 디메탄올 10몰을 사용하여 진공하에서 축중합하여 공중합 폴리에스터를 준비하였다. 상기 공중합 폴리에스터의 함량은 10 중량%를 첨가하였고 혼련성을 좋게 하게 위하여 (C) 폴리올레핀계 상용화제의 함량을 1.5 중량%로 추가 혼합하여 이축혼련 압출기에서 혼련하여 압출하였다. 이를 다시 일반 용융방사기에서 방사하여 가염성 폴리프로필렌 필라멘트를 얻었다. 이때 방사속도는 3,000m/min이었고 방사온도는 255℃였다. 품종은 75den / 36 fila로 하였으며, 방사공정성의 수율은 94%로 양호하였으며, 이를 가연기에서 1.5배 연신하여 강도 4.0g/den, 신도 50%의 물성이 양호한 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 상기 섬유를 제편기에서 제편한 후, 분산염료에서 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 선명한 K/S치 28수준의 염색치를 얻게 되었다.
실시예 3
(A) 폴리올레핀으로 폴리프로필렌수지를 사용하는데, 이 수지의 용융점도는 용융지수(Melt Flow Index, MI)가 34인 섬유용 그레이드를 사용하였다. 상기 폴리올레핀과 (B) 혼합할 폴리머로는 프로판디올을 중합한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 공중합 폴리머를 사용하였다
그리고 상기 공중합 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비율 10%로 폴리프로필렌과 혼합하고, (C) 폴리올레핀계 상용화제의 함량을 1.5 중량%로 추가 혼합하여 이축혼련 압출기에서 압출하여 펠렛을 얻었다.
이 것을 다시 일반 용융방사기에서 방사하여 가염성 폴리프로필렌 필라멘트를 얻었다. 이때 방사속도는 3,000m/min이었고 방사온도는 265℃였다. 품종은 75den/36 fila로 하였으며, 방사공정성의 수율은 94%로 양호하였으며, 이를 가연기에서 1.6배 연신하여 강도 3.8g/den, 신도 45%의 물성이 양호한 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 상기 섬유를 제편기에서 제편한 후, 분산염료에서 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 선명한 K/S치 31수준의 염색치를 얻게 되었다.
비교예 1
실시예 1에서 타 조건은 동일하나, 공중합폴리에스테르 수지를 혼합하고 않고 폴리프로필렌수지만을 사용한 결과, 강도 5.3g/den 신도50%의 물성이 양호한 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 이 때 폴리올레핀계 상용화제를 첨가하지 않았다. 상기 섬유를 제편기에서 제편한 후, 분산염료 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 전혀 염색되지 않았다.
비교예 2
실시예 1과 타 조건은 동일한 조건에서 행하고, 첨가하는 공중합폴리에스테르 대신에 일반 폴리에스터(SD, 휴비스 제공)를 10%, 폴리올레핀 상용화제 2% 중량비로 혼합하여 이축혼련 압출기에서 혼련하여 압출하였다. 이를 다시 일반 용융방사기에서 방사하여 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 이때 방사속도는 2,8000m/min이었고 방사온도는 270℃였다. 품종은 75den/36fila로 하였다 상기 실시예와는 달리 방사공정성의 수율이 80%수준으로 불량하였으며 이를 가지고 가연기에서 1.5배 연신하여 강도 4.0g/den, 신도 50%의 물성이 양호한 폴리프로필렌 섬유를 얻었다. 이 섬유를 제편기에서 제편한 후, 분산염료로 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 매우 흐린 색깔로 염색되었으며, K/S치가 18수준으로 낮게 나왔다.
비교예 3
비교예1과 타 조건은 동일한 조건에서 행하고, 첨가하는 공중합폴리에스테르 함량만 4 중량%로 혼합하여 이축혼련 압출기에서 혼련하여 압출하였다. 이 때 폴리올레핀계 상용화제를 첨가하지 않았다. 이를 다시 일반 용융방사기에서 방사하여 가염성 폴리프로필렌을 얻었다. 이때 방사속도는 3,000m/min이었고 방사온도는 260℃였다. 품종은 75den / 36fila로 하였으며, 방사공정성의 수율을 불량하여 86%수준의 공정성 밖에 얻기 어려웠다. 이를 가연기에서 1.5배 연신하여 강도 4.3g/den, 신도 43%의 폴리프로필렌섬유를 얻었으며, 이를 제편기에서 제편한 후, 분산염료 2 % o.w.f의 농도로 염색한 결과 K/S치는 18수준으로 비교적 염착이 되는 부분도 있었으나 선명하지 못하였으며, 전반적으로 염착이 불균일하여 의류용으로 전개하기에는 적합한 염색성을 나타내지 못하였다.
본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하고 첨부된 도면으로부터 쉽게 파악될 수 있는 사항은 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. (A) 폴리올레핀 77 내지 94.9 중량%;
    (B) 공중합 폴리에스터 5 내지 20 중량%; 및
    (C) 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 0.1 내지 3 중량%;
    가 블렌드된 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀(A)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부텐 및 폴리메틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 호모폴리머 또는 그 공중합체인 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공중합 폴리에스터(B)는 디올성분의 개질제로서 1.4-부탄디올, 1.3-프로판디올(PDO), 1.2-프로판디올,네오펜티글리콜(NPG), 비스페놀 A의 에틸렌옥사이드 부가물, 에틸렌글리콜(EG), 사이클로헥산 디메탄올(CHDM), 디에틸렌글리콜(DEG), 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되어 10 내지 90 몰% 공중합한 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 디애시드성분의 개질제로서 이소프탈릭 애시드, 디메틸서페이트(DMS), 5-나트륨 술포 이소프탈릭 애시드 및 아디픽애시드(AA)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되어 1 내지 20몰 % 공중합된 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 상기 디올성분 및 상기 디애시드의 양쪽 성분의 개질제 모두를 공중합한 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 상용화제(C)는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에 무수말레인산이 2 내지 10 몰%로 그라프트된 것을 특징으로 하는 가염성 폴리올레핀계 섬유.

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