KR101537260B1 - 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사 - Google Patents

신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사에 관한 것으로서, 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)와 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)가 원사 단면상에 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합방사되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 염색성, 염색견뢰도 및 신축성이 우수하고 공정수분율이 높아 양호한 냉감을 발현한다.
또한, 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 제조비용이 저렴하고, 생산성이 높고, 원사균일성도 우수하다.
그로 인해, 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 신축성 투습방수 폴리우레탄 필름과 같이 사용되는 아웃도어 웨어용 원단 소재로 특히 유용하다.

Description

신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사{Nylon potential crimped yarn with excellent shirnkage and cooling touch}
본 발명은 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사에 관한 것으로서, 구체적으로는 원사단면상에서 (ⅰ) 나일론 64 랜덤 코폴리머와 (ⅱ) 나일론 6 폴리머 또는 나일론 66 폴리머가 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합방사되어 염색성, 염색견뢰도 및 신축성이 우수하며 공정수분율이 높아 양호한 냉감(Cooling touch)을 발현하는 신축성 나일론 잠재 권축사에 관한 것이다.
나일론 신축사는 폴리에스테르계의 신축사와 유사한 생산기술을 가지고 있다. 그러나 사용 용도에 있어서, 폴리에스테르계의 신축사는 대부분 티셔츠, 자켓, 바지 등의 용도에서 넓게 사용되고 최근 타소재와의 복합사 용도로 사용되고 있으나, 나일론 신축사는 주로 아웃도어웨어 및 이너웨어, 양말에 주로 사용되어, 사용 용도의 차이를 가지고 있다.
그러나, 폴리에스테르 고신축사는 신축성 투습방수 폴리우레탄 필름과 같이 사용하는 원단용 소재로 사용될 경우 염색견뢰도에 문제가 발생되고, 염색성, 내마찰성, 냉감등이 떨어지는 문제가 있었다.
그 결과, 최근에는 아웃도어 웨어용 소재등에는 나일론 신축사의 사용이 크게 증가하는 추세이다.
나일론 신축사를 제조하는 첫번째 종래기술로는 나일론 66을 가연공정 중 높은 온도로 연신, 가연처리하여 나일론 66 신축사를 제조하는 방법이 사용되어 왔다.
상기 종래방법은 융점이 높은 나일론 66 반연신사(POY)를 고온에서 핀 가연방식 또는 디스크 가연방식 등으로 저속가연하여 미배향된 원사에 물리적 방법으로 클림프를 형성하는 방법으로서 제조된 나일론 66 신축사는 높은 클림프율을 구비하여 원단상에서 신축성을 발현한다.
그러나, 상기 첫번째 종래방법은 나일론 66가 의류용으로 국내에서 생산되지 않고 고가 원료인 헥사메틸렌디아민으로 인해 나일론 6 대비 상대적으로 고가로 수입되고 있기 때문에 제조원가가 상승하고, 고온에서 저속 가연하기 때문에 생산성이 떨어지고, 고온에서 높은 클림프를 내야하기 때문에 원사의 불균일 발생 확율이 높아지는 문제점등이 있었다.
나일론 신축사를 제조하는 두번째 종래기술로서는 수축율이 서로 4~5% 정도 차이가 나는 나일론 66 폴리머와 나일론 6 폴리머를 원사단면 상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사하여 나일론 잠재권축사를 제조하는 방법도 사용되어 왔다.
그러나, 상기 두번째 종래방법은 나일론 66 폴리머와 나일론 6 폴리머 상호간의 수축율 차이가 4~5% 정도로 낮기 때문에 자연 클림프 발현이 어렵고 원사 상태의 클림프 발생보다 원단상에서 클림프 발생이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.
나일론 신축사를 제조하는 또 다른 종래기술로서는 상대점도(RV)가 상이한 나일론 폴리머를 원사 단면 상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사하여 나일론 잠재권축사를 제조하는 방법도 사용되고 있으나, 나일론은 3,000m/분 이상의 방사속도로 고속방사하기 때문에 상대점도 차이로 인해 구금하부에서 곡사현상이 발생되거나 방사속도가 저하되어 방사성 및 제사성이 크게 저하되어 상업적 생산이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 앞에서 설명한 종래기술의 문제점들을 해결함으로써, 염색성, 염색견뢰도 및 신축성이 우수하며 공정수분율이 높아 양호한 냉감을 발현하고, 원사균일성이 우수한 나일론 잠재권축사를 낮은 제조비용과 높은 생산성으로 제조하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)와 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)가 원사 단면상에 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합방사하여 나일론 잠재권축사를 제조한다.
상기 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)는 나일론 4 단량체인 피롤리돈 10~30몰%와 나일론 6 단량체인 카프로락탐 70~90몰%로 구성된다.
본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 염색성, 염색견뢰도 및 신축성이 우수하고 공정수분율이 높아 양호한 냉감을 발현한다.
또한, 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 제조비용이 저렴하고, 생산성이 높고, 원사균일성도 우수하다.
그로 인해, 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 신축성 투습방수 폴리우레탄 필름과 같이 사용되는 아웃도어 웨어용 원단 소재로 특히 유용하다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사의 단면 개략도.
도 3은 제직, 가공전인 본 발명의 나일론 잠재권축사의 전자현미경 사진.
도 4는 제직, 가공처리된 본 발명 나일론 잠재권축사의 전자현미경 사진.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 나일론 잠재권축사는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)와 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)가 원사 단면상에 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합방사되어 있는 것을 특징으로 하는 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 나일론 잠재권축사의 단면개략도이다.
상기 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)는 나일론 4 단량체인 피롤리돈 10~30몰%와 나일론 6 단량체인 카프로락탐 70~90몰%로 구성되고, 분자량이 70,000~120,000g/몰이고, 다분산 지수(Polydispersity index)가 1~2 이다.
상기 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)는 카프로락탐과 2-피롤리돈 음이온 첨가 중합으로 제조되어 결정화도가 50% 이하로 낮으며, 용융점이 낮고, 수분율이 높아 엔지니어링 플라스틱으로 사용하기 어려우나 적정한 강도 및 신도를 구비하여 의류용으로는 사용하기 적합하다.
이에 반해 나일론 46 폴리머는 1,4-디아미노부탄과 아디픽산의 중축합으로 제조되어 상압화된 나일론 중 가장 결정화도가 높으며, 용융점이 높고, 마찰저항성이 우수하고, 변형계수가 낮고, 오일 및 그리스에 대한 저항성이 우수하여 엔지니어링 플라스틱으로 주로 사용되고 있다.
본 발명은 원사단면 상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사되어 있는 나일론 64 랜덤 코폴리머(A) : 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)의 중량비율 25~50 : 75~50인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 나일론 잠재 권축사는 비등수축율이 30~50%이고, 클림프율이 20~50%이고, 공정수분율이 5~8%이다.
상기 나일론 64 랜덤 폴리머(A)는 황산점도법으로 측정한 상대점도(R,V)가 2.4~3.0이고 용융점이 150~190℃이고, 비중이 1.11~1.13g/㎤이다.
상기 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)는 황산점도법으로 측정한 상대점도(R.V)가 2.4~2.7이다.
상기 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)는 나일론 6 폴리머의 단량체인 카프로락탐과 나일론 4 폴리머 단량체인 피롤리돈의 함량을 70~90mol% 대 10~30mol%의 비로 음이온 또는 벌크 중합하여 얻어진다. 카프로락탐의 몰비율이 증가할수록 나일론 6의 성질이 강해지며, 용융점이 상승하는 효과를 나타내나, 공정 수분율이 감소하여 일반 나일론 6 및 나일론 66와 동일해지는 단점을 가지고 있다. 피롤리돈은 셀룰로오스로부터 효소의 분해에 의해 얻을 수 있어, 생화학계(bio-based) 물질로도 널리 알려져 있다. 나일론 4는 부타노락탐(butanolactam)의 중합체 [butylolactam, 2-pyrrolidinone, α- 혹은 2-pyrrolidone 이라고도 부름] 로서 특정 조건하에서 2-피롤리돈(2-pyrrolidone) 고리(ring)가 개환하면서 중합체를 형성한다고 알려져 있다. 이렇게 생성된 고수축 폴리머는 일반 원사로 방사시에 비등수축율이 30%~60%의 수축율을 가지며, 용융점 150~190℃, 황산점도법을 사용하여 측정한 상대점도 (R.V) 2.4~3.0의 범위를 가진다. 이러한 상대점도는 나일론 6, 나일론 66와 유사한 상대점도를 가지고 있기 때문에, 잠재권축사 제조시의 방사성을 양호하게 하며, 기존 복합방사 설비를 이용하여도 큰 개조없이 원사의 제조가 가능하다.
나일론 4 단량체인 피롤리돈은 생화학계(bio-based) 원료로 친환경 소재로 사용이 가능하다. 최근 화석연료의 고갈로 인한 고원유가 시대에 친환경 소재에 대한 관심이 소비자가 급증하고 있다. 또한 의류용으로 사용함으로써, 자연환경을 파괴하지 않는다는 이미지를 가지고 있는 물질로서 자원고갈이 예상되는 향후 미래에 사용될 섬유로 적합하다.
그러나 순수 나일론 4는 용융점이 높아서, 용융방사시 가공하기 위한 프로세싱 온도와 분해온도가 매우 가까워서, 가공하지 못하는 단점을 가지고 있다. 또한 수분율이 높기 때문에 엔지니어링 플라스틱으로는 적합하지 못하였다.
나일론 4를 의류용으로 사용할 시에는 아미드(amide)기가 일반 나일론에 대비 많이 함유하고 있어, 친수적 성질이 강하다. 따라서 본 발명은 나일론 4와 나일론 6을 일정 비율로 공중합시킨 나일론 64 랜덤 코폴리머를 이용하여, 용융점을 낮추어 프로세싱 온도를 확보하고, 결정성을 조절함으로서, 고수축 성능이 발현될 수 있도록 하였다. 나일론 4와 나일론 6의 공중합체인 고수축 폴리머를 사용하여, 사이드 바이 사이드 복합방사를 사용할 경우, 표면에 드러나게 되는 고수축 폴리머가 수분함유량을 증가시키게 되어, 사람의 피부에 닿게 되었을 때, 촉감을 우수하게 만들며, 높은 수분함유로 인하여, 쾌적함을 느낄 수 있다. 또한 사람 피부의 수분을 흡수, 유지해 줌으로써, 항상 쾌적함을 느낄뿐만 아니라, 여름철에는 일반 나일론 대비 높은 수분함유율로 인하여, 냉감도 발현이 가능하다. 일반적으로 셀룰로오스계열의 섬유가 냉감이 더 발현되는 것도 이와 같은 맥락이라 할 수 있다.
또한 나일론 64 랜덤 코폴리머는 방사성이 안정적이며, 낮은 방사 온도를 가지고 있으며, 나일론 66보다는 나일론 6와 복합방사할 경우에는 낮은 방사 온도에서도 방사가 가능하기 때문에 에너지 절감 효과도 가져올 수 있다.
동몰량의 나일론 6와 나일론 4가 공중합된 나일론 64, 나일론 610의 경우에는 이러한 고수축적 특징이 나타나지 않고, 수분함유율이 오히려 낮아지지만, 상기 나일론 64 랜덤 코폴리머는 폴리머는 분자 체인의 형성이 랜덤하게 바뀌어, 고수축성이 나타나며, 이로 인하여, 사이드 바이 사이드(side by side) 복합방사를 할 경우에는 바이메탈의 형태로 나일론 4 공중합체 쪽으로 수축이 많이 일어나게 되어, 잠재권축과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 가공에 의하여, 수축율의 차이를 가지게 되면, 스파이럴 구조의 원사로 스프링과 같은 구조를 형성하게 되고, 원단 제직후 가공시에 수축 가공을 통하여, 신축성능이 있는 원단의 제조가 가능하다. 또한 2개의 폴리머가 나일론계열로 산성염료로 염색이 가능하며, 염색 좌석인 아민기가 다량함유되어 있어서, 염색성이 우수하고, 견뢰도가 우수한 잠재권축사의 제조가 가능하다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.
그러나, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예만으로 한정, 해석되는 것은 아니다.
실시예1
피롤리돈 30몰%와 카프로락탐 70몰%를 음이온 중합하여 얻어져 용융점이 170℃이고, 상대점도(R.V)가 2.6인 나일론 64 랜덤코폴리머(random co-polymer)와 상대점도(R.V)가 2.6인 나일론 6을 사이드 바이 사이드 복합방사 방식으로, 각각의 압출기를 이용하여, 방사온도 260 ℃에서 토출시키고, 방사팩내에서 50:50 중량비로 복합되도록 방사한 후 냉각챔버를 통하여, 냉각/응고시켜 3000mpm의 속도로 제1고뎃로울러와 제2고뎃로울러를 거쳐 권취하여 85 데니어 / 24 필라멘트 반연신사를 제조한다.
이렇게 권취된 반연신사를 연신 / 권취기를 이용하여, 사속 500mpm의 속도와 연신비 1.26로 연신시켜 70 데니어 / 24 필라멘트 스펙의 연신사를 권취하여 나일론 잠재권축사를 제조하였다.
비교실시예1
나일론 66을 일반적인 나일론 제1히터 반연신사(POY) 제조설비를 이용하여, 사속 3000mpm으로 반연신사 85 데니어 / 24 필라멘트를 제조하고, 제1히터의 온도를 220℃이상으로 세팅하여, 연신비 1.3, 사속 300mpm으로 핀가연타입의 가연기를 통하여, 70 데니어 / 24 필라멘트 고신축 가연사를 제조한다.
비교실시예2
나일론 6와 나일론 66을 각각의 압출기를 이용하여 토출시키고, 팩안에서 50:50의 면적비로 복합되도록 방사한 후, 냉각 챔버를 통하여, 냉각/응고시키며 3000mpm의 속도로 제1고뎃로울러와 제2고뎃로울러를 거쳐 권취하여 반연신사를 제조한다.
이렇게 권취된 반연신사를 연신 / 권취기를 이용하여, 사속 700mpm의 속도와 연신비 1.23로 연신시켜 권취하여 고신축사를 제조하였다.
물성측정결과
구분 비등수축율(%) 클림프율(%) 공정수분율(%) Qmax(W/ ㎠)
실시예1 42 35 7.5 0.25
비교실시예1 32 26 4.5 0.18
비교실시예2 12 3 4.5 0.17
표 1의 물성각각은 아래 방법으로 평가하였다.
비등수축율 측정 방법 (자사방식)
1) 타래에 측정하고자 하는 시료를 20회 감아준 후 클립을 양쪽으로 끼워 시료를 준비한다. 한 샘플 당 3개의 시료를 만든다.
2) 양끝을 묶어 50cm 길이가 되도록 하여 일정 초하중 부여, 길이 측정
- 초하중은 시험사 굵기(denier)의 1/10g로 함
- 예를 들어 시험사가 50denier라면 5g의 추를 매달면 됨
- 측정 길이 : L0
3) 항온항습에서 24시간 방치
- 약 25℃, 65%
- 초하중은 그대로 유지
4) 방치 후 시험사 길이 측정
- 측정 길이 : L1
- 초하중은 그대로 유지
5) 지연 계산식
Figure 112013021996409-pat00001
6) 지연 시험사(L2)를 비수(90~95℃)에 30분 침수
- 시험사 전체를 비수에 담굴 것
- 초하중은 그대로 유지 (초하중 추가 바닥에 닿지 않도록 주의)
7) 시험사를 꺼내 물기를 닦아내고 항온항습에서 24시간 방치
- 약 25℃, 65%
- 초하중은 그대로 유지
8) 방치 후 시험사 길이 측정
- 측정 길이 : L3
- 초하중은 그대로 유지
9) 비수 계산식
Figure 112013021996409-pat00002

클림프율 측정법
1. 시료준비 - 타래에 측정하고자 하는 시료를 10회 감아준 후 클립을 양쪽으로 끼워 시료를 준비한다. 한 샘플 당 3개의 시료를 만든다.
2. Steam bath에 온도가 맞으면 클립에 고리를 끼우고 나서 steam bath에 넣을 수 있도록 만든 유리 가이드에 넣고 steam bath에 조심스럽게 들어서 넣어준다.
3. 20분간 비등수 처리를 하고 나서 시료를 꺼내어 물기를 제거하고 12시간 방치한다.
4. 초하중 - 표시den/25g, 정하중 - 표시 den*2g을 계산하고 다음과 같은 식으로 측정.
5. 정하중+초하중을 걸고 2분 후에 길이를 측정 - L
6. 정하중을 제거하고 초하중 만으로 3분 후에 길이를 측정 - L1
7. 계산
Figure 112013021996409-pat00003

냉감 측정법
1. 실험환경 : 20℃, 65%RH
2. 실험기기 : KES-F7 Thermo Labo Ⅱ (Kalto Tech)
3. Qmax 값 : 단위 센서에 원단이 접촉할 때 온도보정을 위해 들어가는 순간 전력량을 측정한 값.
4. 시료준비 : Tubeknitting(시험환편기)를 사용하여, 시험원단을 제편하여, 정련, 염색을 동일하게 진행한후, 개폭하여, 시험편을 준비한다.
A : 나일론 64 랜덤 폴리머
B : 나일론 6 폴리머 또는 나일론 66 폴리머

Claims (6)

  1. 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)와 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)가 원사 단면상에 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합방사되어 있는 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.
  2. 제1항에 있어서, 나일론 64 랜덤 코폴리머(A)는 나일론 4 단량체인 피롤리돈 10~30몰%와 나일론 6 단량체인 카프로락탐 70~90몰%로 구성되어 분자량이 70,000~120,000g/몰이고 다분산 지수(Polydispersity index)가 1~2인 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.
  3. 제1항에 있어서, 원사단면 상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사되어 있는 나일론 64 랜덤 코폴리머(A) : 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)의 중량비율 25~50 : 75~50인 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.
  4. 제1항에 있어서, 나일론 잠재 권축사는 비등수축율이 30~50%이고, 클림프율이 20~50%이고, 공정수분율이 5~8%인 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.
  5. 제1항에 있어서, 나일론 64 랜덤 폴리머(A)는 황산점도법으로 측정한 상대점도(R.V)가 2.4~3.0이고 용융점이 150~190℃이고, 비중이 1.11~1.13g/㎤인 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.
  6. 제1항에 있어서, 나일론 6 및 나일론 66 중에서 선택된 1종의 폴리머(B)는 황산점도법으로 측정한 상대점도(R.V)가 2.4~2.7인 것을 특징으로 하는 신축성 및 냉감이 우수한 나일론 잠재권축사.


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