KR101513975B1

KR101513975B1 - 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법

Info

Publication number: KR101513975B1
Application number: KR1020080127580A
Authority: KR
Inventors: 이광주; 손양국
Original assignee: (주)효성
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2015-04-22
Also published as: KR20100069033A

Abstract

본 발명은 은 나노입자가 함유되고 단면이 양봉형(

)인 폴리에스테르 이형단면사를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은 나노입자가 혼합된 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융하여 고속 방사하고, 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 사이의 거리를 제어하여 제조되며, 폴리에스테르 조성물에 항균성을 제공하면서도 폴리에스테르 중합체의 물성을 저하시키지 않는 은 나노입자가 함유되어 방사가공성이 대폭 향상되고, 흡수성, 직립성, 심색성이 탁월한 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법을 제공한다.

폴리에스테르, 폴리에스터, 이형단면사, 흡수성, 직립성, 심색성, 제균

Description

폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법{Method of preparing ultrafine shaped polyrster yarn having antibacterial property}

본 발명은 은 나노입자가 함유되고 단면이 양봉형인 폴리에스테르 이형단면사를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 폴리에스테르 조성물에 항균성을 제공하면서도 폴리에스테르 중합체의 물성을 저하시키지 않는 은 나노입자가 함유되어 방사가공성이 대폭 향상되고, 흡수성, 직립성, 심색성이 탁월한 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 폴리에스테르 섬유업계에서는 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 개발의 일환으로 중합물개선 및 단면차별화를 중점적으로 연구하고 있으며, 그 중에서도 단면차별화는 투자비용 및 투자시간에 비해 큰 효과를 거둘 수 있다는 측면에서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 기능성 소재 중에서 활동 시 쾌적함과 청량감을 부여하는 흡한속건 기능성 소재가 크게 각광받고 있는데, 예를 들면 일본공개특허공보 제2004-218092호, 한국 공개특허특허공보 제2003-0047192호에서는 단면이형화를 통해 원사의 공극을 극대화하여 땀의 흡수와 발산을 빠르게 하는 소재들이 개시되어 있다.

하지만, 이러한 흡한속건의 기능성 소재들은 인체의 땀 및 외부의 오염에 의해 미생물이 용이하게 번식하기 때문에, 상기 기능성 소재들에서 다량의 암모니아가 생성하여 불쾌한 냄새가 발생할 분만 아니라 인체에도 유해하다는 문제점이 있다.

섬유에 항균성을 부여하는 방법으로는 얼마 전까지만 해도 유기실리콘 제4급 암모늄염계 항균제가 광범위하게 사용되고 있으나, 상기 항균제를 사용하에 제조된된 섬유제품의 세탁내구성이 불량하고 특히 염소계 세제를 사용할 경우 섬유제품에서 황변 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

이에 따라, 일본 특개소 제54-38951호에서는 이온 교환성 공중합체를 동염 및 은염의 수용액으로 처리하여 섬유표면에 금속이온을 표출시켜서 항균성을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 상기 방법에서는 항균성을 부여하는 금속이온이 섬유용 중합체와 화학적으로 반응하여 물성을 저하시키며, 이로 인하여 상기 섬유용 중합체를 용융 방사할 때 필라멘트의 사절이나 곡사가 발생하게 되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 이형단면 필라멘트를 성형할 때 필라멘트의 연신이 균일하게 이루어지지 않아서 더욱 심각하게 발생하게 된다. 그리고 상기와 같은 필라멘트의 사절이나 곡사를 방지하기 위해서는 섬유용 중합체의 방사속도를 대폭 감소시켜야 하며, 이에 따라 원사 제조공정에서 방사가공성이 대폭 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은 폴리에스테르 조성물에 항균성을 제공하면서도 폴리에스테르 중합체의 물성을 저하시키지 않는 은 나노입자가 함유되어 방사가공성이 대폭 향상되고, 흡수성, 직립성, 심색성이 탁월한 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리에스테르 중합체와 직경 2∼100 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 50∼2,000 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 단계; 상기 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계: 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계; 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계; 및 상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 의하여 제조되는 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유는 양봉형으로 이루어져서 흡수성, 직립성이 탁월하고 심색성이 발현되는 효과를 지니고 있다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 원료인 폴리에스테르 조성물에 항균성을 지니면서도 섬유분자의 물성을 저하시키지 않는 은 나노입자가 함유되어 용융 방사속도가 대폭 증가되어 방사가공성을 크게 향상시키는 동시에 항균성이 제공되는 효과를 지니고 있다.

본 발명에서는 은 나노입자가 혼합된 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융하여 고속 방사하고, 방사구금 하부의 지연냉각부의 높이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 사이의 거리를 제어하여 단면이 양봉형(

)인 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 제조하는 것을 특성으로 하고 있다.

실시예를 참조하여 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 폴리에스테르 중합체와 직경 2∼100 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 50∼2,000 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 단계가 포함된다.

종래의 섬유 제조용 항균제와 달리, 은 나노입자는 섬유에 항균성을 제공하면서도, 상기 섬유를 제조하기 위한 중합체와 화학적으로 반응하지 않으며, 따라서 상기 중합체의 물성 특히 방사가공성을 저하시키지 않는다는 특성을 지니고 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 폴리에스테르섬유의 재료인 폴리에스테르 중합체, 상기 폴리에스테르 중합체와 화학적으로 반응하지 않으면서 항균성을 제공하는 직 경 2∼100 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 50∼2,000 ppm인 폴리에스테르 조성물를 형성한다.

폴리에스테르섬유에 항균성을 제공하기 위하여 중간재인 폴리에스테르 조성물에 함유되는 은 나노입자의 직경이 2 ㎚ 미만이면 상기와 같이 미세한 은 나노입자가 고가이고 이는 폴리에스테르섬유의 제조원가 상승으로 연결되며, 폴리에스테르섬유의 중간재인 폴리에스테르 조성물에 함유되는 은 나노입자의 직경이 100 ㎚를 초과하면 상기 은 나노입자의 직경 과다로 인하여 폴리에스테르 조성물의 방사가공성이 저하된다. 또한, 폴리에스테르섬유의 중간재인 폴리에스테르 조성물에 함유되는 은 나노입자의 함량이 50 ppm 미만이면 상기 은 나노입자의 함량 과소로 인하여 폴리에스테르섬유에 항균성이 충분하게 제공되지 않으며, 폴리에스테르섬유의 중간재인 폴리에스테르 조성물에 함유되는 은 나노입자의 함량이 2,000 ppm을 초과하면 고가인 은 나노입자의 함량 과다로 인하여 폴리에스테르섬유의 제조원가가 상승하게 된다.

상기와 같은 조성의 폴리에스테르 조성물은 은 나노입자로 인한 폴리에스테르 중합체의 물성 저하가 발생하지 않으므로 방사가공성이 우수하여, 고속으로 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형하더라도, 상기 이형단면 필라멘트의 연신이 균일하게 이루어져서 사절이나 곡사가 발생하지 않는다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 상기 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계가 포함된다.

상기와 같이 조성된 폴리에스테르 조성물을 이형단면 방사구금에서 용융하고, 예를 들면 도 1(3≤A/B≤10, 3≤C/D≤10, 0.1≤E/B≤0.2, 슬릿(날개)수 : 4개)에서 도시한 바와 같이 단면이 역기 형상인 노즐에서 4,000 m/분 이상의 고속으로 방사하여, 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형한다.

폴리에스테르 조성물에 항균성을 제공하면서도 주성분인 폴리에스테르 중합체와 화학적으로 반응하지 않는 은 나노입자가 함유되어 있으므로, 상기 폴리에스테르 중합체에서 화학 반응으로 인한 열화 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 폴리에스테르 중합체와 은 나노입자로 이루어지는 폴리에스테르 조성물을 용융하고 역기 형상인 노즐에서 4,000 m/분 이상의 고속으로 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 형성하더라도, 상기 고속방사되는 이형단면 필라멘트의 연신이 균일하게 이루어져서 필라멘트의 사절이나 곡사가 발생하지 않게 되는 것이다.

은 나노입자가 함유된 폴리에스테르 조성물의 방사가공성이 우수하여 이형단면 방사구금의 단면이 역기 형상인 노즐에서 4,000 m/분 이상으로 고속방사하는 것이 가능하므로써, 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트의 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계가 포함된다.

폴리에스테르 조성물이 용융되고 단면이 역기 형상인 노즐에서 고속방사되어 이루어지는 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 5∼50 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각한다.

이형단면 필라멘트를 지연 냉각하는 지연 냉각부의 높이가 5 ㎜ 미만이면 상기 지연 냉각부가 과소하여 이형단면 필라멘트의 지연 냉각 효과가 부족하며, 이형단면 필라멘트를 지연 냉각하는 지연 냉각부의 높이가 50 ㎜를 초과하면 상기 단면이 양봉형으로 성형된 이형단면 필라멘트가 변형되는 현상이 발생할 수 있다.

상기와 같이 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이가 제어되어 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 일정한 풍속의 냉풍으로 강제 냉각하는 것이다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계가 포함된다.

이형단면 방사구금 직하의 지연 냉각부에서 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 냉풍으로 강제 냉각하되, 냉각 대상인 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리가 2∼30 ㎜로 제어된 강제 냉각부에 상기 이형단면 필라멘트를 통과시켜서 일정한 풍속의 냉풍으로 냉각 고화시킨다. 이형단면 필라멘트를 냉각할 때 강제 냉각부의 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 2 ㎜ 미만이 되도록 제어하면 상기 이형단면 필라멘트에서 과도하게 가해지는 냉풍의 영향에 의해 다음의 연신 공정에 악영향을 미칠 수 있으며, 강제 냉각부의 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 30 ㎜를 초과하도록 제어하면 상기 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 과다하여 강제 냉각 효과가 충분하지 않게 된다.

상기 냉풍에 의해 강제 냉각된 이형단면 미연신사를 연신하여 본 발명의 폴 리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 구성한다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계가 포함된다.

상기와 같이 강제 냉각되어 이루어진 이형단면 미연신사를 진행속도가 상이한 복수의 연신롤러(예를 들면, 온도 85 ℃, 진행속도 2000 m/분의 제 1 연신롤러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4000 m/분의 제 2 연신롤러), 또는 기타 공지된 연신 기술에 의해 연신하여 이형단면 연신사를 형성하고, 상기 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 제조한다.

이 외에도, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법은 상기 이형단면 연신사의 표면에 유제를 코팅하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기와 같이 연신되어 구성된 이형단면 연신사의 표면을 보호하고 촉감을 향상시키기 위하여, 상기 이형단면 연신사의 표면에 유제를 코팅하는 것이 바람직하다.

즉, 이형단면 연신사의 표면에 계량 급유 방법 또는 롤러 급유 방법 등과 같은 기 공지된 방법에 의해 유제를 코팅하므로써, 품질과 부가가치가 더욱 향상된 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 구성할 수 있는 것이다.

다음과 같이 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

< 실시예 1 >

1. 폴리에스테르칩과 직경 2.5 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 100 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하였다.

2. 상기 폴리에스테르 조성물을 도 1(3≤A/B≤10, 3≤C/D≤10, 0.1≤E/B≤0.2, 슬릿(날개)수 : 4개)의 노즐을 지닌 이형단면 방사구금에서 290 ℃로 용융하고 4,000 m/분의 속도로 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형하였다.

3. 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 50 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하였다.

4. 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 30 ㎜로 제어된 강제 내각부에서 0.5 m/초의 냉풍으로 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하였다.

5. 상기 이형단면 미연신사를 온도 85 ℃, 진행속도 2000 m/분의 제 1 연신롤러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4000 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신하여 이형단면 연신사를 형성하고, 상기 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 제조하였다.

< 실시예 2 >

폴리에스테르칩과 직경 2.5 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 1,000 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 실시예 3 >

폴리에스테르칩과 직경 75 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 100 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 실시예 4 >

폴리에스테르칩과 직경 75 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 100 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하다.

< 비교예 1 >

은 나노입자를 혼합하지 않고 폴리에스테르칩만을 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 2 >

폴리에스테르칩과 직경 2.5 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 20 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 3 >

폴리에스테르칩과 직경 2.5 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 3,000 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 4 >

폴리에스테르칩과 직경 1,000 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 100 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

상기에서 기술된 실시예 및 비교예에 의거하여 제조된 폴리에스테르 이형단면 섬유에 대한 공정성 및 물성 평가를 다음과 같은 방법으로 실시하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.

1. 제균성 : 직물의 항균도 시험 방법인 KSK-0693에 의거하여 폴리에스테르 이형단면 극세섬유에 대한 제균성 평가를 실시하였다.(평가기준, 99.37 % 이상: 합격, 99.37 % 미만: 불합격)

2. 사절 : 방사 시 1 시간당 발생 빈도로 사절을 평가하였다.(평가기준, 0 : 양호, 1∼2 회 : 보통, 2 회 초과 : 불량)

3. 단면균일성 : 각 단사 간의 이형도의 변동을 백분율로 표시하여 단면균일성을 평가하였다.(평가기준, 5 % 미만 : 양호, 5∼8 % : 보통, 8 % 이상 : 불량)

< 표 1 >

특성	제균성			물성
구분	황색포도상구균	폐렴균	내성황색포도상구균	사절	단면균일성	흡수성 (㎜/min)
실시예1	합격	합격	합격	양호	양호	40
실시예2	합격	합격	합격	양호	양호	41
실시예3	합격	합격	합격	양호	양호	38
실시예4	합격	합격	합격	양호	양호	39
비교예1	불합격	불합격	불합격	양호	양호	40
비교예2	불합격	불합격	불합격	양호	양호	39
비교예3	합격	합격	합격	불량	불량	38
비교예4	불합격	불합격	불합격	불량	불량	38

상기 표 1에서 실시예의 폴리에스테르 이형단면 섬유가 비교예의 폴리에스테르 이형단면 섬유에 비하여 제균성, 방사가공성 및 흡수성이 훨씬 탁월한 것으로 나타났다. 다만, 은 나노입자가 과다하게 사용된 비교예 3의 폴리에스테르 이형단면 섬유의 경우 비록 제균성이 우수하였으나 방사가공성이 불량하고 가격이 고가이므로 실용성이 결여되어 있다.

결론적으로, 직경 2∼100 ㎚의 은 나노입자 50∼2,000 ppm이 나노입자가 혼합된 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융하여 고속 방사하고, 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 사이의 거리를 제어하여 제조하는 경우에만, 항균성을 제공하면서도 폴리에스테르 중합체의 물성을 저하시키지 않는 은 나노입자가 함유되어 방사가공성이 대폭 향상되고, 흡수성, 직립성, 심색성이 탁월한 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유를 제공하는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조에 사용되는 이형단면 방사구금의 노즐 형상

Claims

삭제
삭제
폴리에스테르 중합체와 직경 2∼100 ㎚의 은 나노입자를 혼합하여 은 나노입자의 함량이 50∼2,000 ppm인 폴리에스테르 조성물을 형성하는 단계;

상기 폴리에스테르 조성물을 노즐이 역기 형상인 이형단면 방사구금에서 용융 방사하여 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계:

상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계;

상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계; 및

상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계를 포함하며,

상기 이형단면 필라멘트를 지연 냉각하는 지연 냉각부는 5∼50 ㎜의 높이를 지니도록 구성되고,

상기 이형단면 연신사의 표면에 유제를 코팅하는 단계를 더 포함하며,

상기 이형단면 필라멘트 성형 단계시, 상기 이형단면 방사구금의 노즐형상은 하기 식을 만족하며, 4,000m/분의 고속으로 방사하여 이형단면 필라멘트를 성형하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형단면 극세 제균섬유의 제조 방법.

(3≤A/B≤10, 3≤C/D≤10, 0.1≤E/B≤0.2).