KR101772587B1 - 이형 표면구조 폴리에스테르 복합섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 주된 단량체 성분으로 하는 공중합 폴리에스테르 폴리머에 있어서, 상기 테레프탈산에 대하여 1~8 몰%의 5-설포이소프탈산나트륨을 첨가하여 상기 폴리머의 결정화도나 배향도의 조정을 통해 섬유 표면 형상을 제어하는 물질.을 제공한다.

Description

이형 표면구조 폴리에스테르 복합섬유 {Deformable Surface Structure Polyester Composite Fiber}

본 발명은 섬유의 표면 형상 제어물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유 표면에 결정화도나 배향도의 조정을 통해 표면 형상을 제어하는 물질에 관한 것이다.

피브릴은 천연의 면섬유나 양모섬유, 레이온, 폴리노직 등의 재생섬유에서 발현되는 것으로 섬유를 구성하고 있는 미세 섬유를 말하며, 섬유에 부드러우면서도 드라이한 표면촉감과 우수한 발색성, 염색성 및 유연성을 부여한다. 일반 폴리에스테르 섬유에서도 후 가공 공정을 통해서 천연섬유나 재생섬유에서 나타나는 표면촉감과 발색성을 부여할 수 있다. 폴리에스테르 섬유의 피브릴화는 하나의 원섬유가 후가공 공정을 통해서 여러 가닥의 미세섬유로 분리시켜 초극세 섬유로 만들거나 알칼리감량가공을 통해 폴리에스테르의 표면에 요철을 형성시켜 피브릴과 같은 마이크로 슬릿을 형성시키는 등의 방법으로 진행될 수 있다.

이러한 피브릴화 복합섬유를 제조하는 종래기술로서, 일본 공개특허 제 1997-241968호에서는, 폴리에스테르와 폴리아미드를 30:70 내지 70:30 중량 범위의 비율로 블렌드 방사하여 얻어진 복합섬유를 알칼리 감량 처리하여 상기 섬유 중의 폴리에스테르의 일부분을 용출 제거하고, 섬유 표면에 피브릴을 발현시키는 피브릴화 섬유 제조방법을 제안하였다. 하지만 상기 기술에 있어서는 용출 후 형성된 피브릴의 형태가 불규칙하다는 단점이 있다.

또한, 폴리에스테르와 폴리프로필렌과의 블렌드 폴리머로 된 섬유로서, 섬유 표면의 70%이상이 섬유 축방향으로 배향되는 줄무늬 모양의 요철로 되어 있는 개질 폴리에스테르 섬유를 제안한 바 있다. 그러나, 상기 발명은 알칼리 감량가공 후 강도 저하의 문제 및 불규칙한 요철, 그리고 완전히 빠져나오지 못한 폴리프로필렌 성분으로 인한 염색성 저하를 초래할 수 있으며, 결국 직물에 염색얼룩의 문제점을 갖는다. 또한, 상기 발명은 비상용성인 두 폴리머를 동일한 용융압출기에 방사함으로써, 용융점도의 차이로 인하여 방사성이 저하된다.

그 밖에, 대한민국 공개특허 제1999-11593호에 있어서, 도성분과 해성분으로 구성된 추출형 복합 섬유에서는 도성분을 완전히 추출하여 제조된 복합섬유를 제조하여 피브릴을 구현하고자 하였으나, 피브릴과 같은 부드럽고 드라이한 촉감보다는 좀 더 까칠하고 광택이 있는 촉감이 발현되었다.

또한, 대한민국 특허공개 제 2009-0087342호에서는, 이용성 고분자 및 섬유형성 고분자의 비율을 80:20 내지 20:80 중량%로 복합방사 하여 알칼리 감량을 통해 이용성 고분자를 용출시켜 섬유 형성 성분이 원주방향을 따라 동일한 간격을 유지하며 돌출되게 형성시킨 피브릴화 섬유 제조방법을 제안하였다. 하지만 상기의 기술을 통해서는 섬유의 축 방향으로만 미세 요철 및 피브릴 효과를 발현시켜 일반적인 해도형 초극세 섬유와 촉감 차이가 크지 않다.

따라서, 폴리에스테르 섬유의 피브릴화를 위해서 표면 요철을 형성시키거나 해도형 복합방사 후 후가공 공정을 통해 도성분을 용출시키는 등의 기술들이 다수 보고 되었으나, 후가공 열처리를 통해 폴리에스테르 섬유의 결정화도 내지 배향도 변화 향상을 위한 물질에 대해서 연구가 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 섬유 표면에 결정화도나 배향도의 조정을 통해 표면 형상을 제어하는 물질을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 표면 형상 제어 물질을 통해 섬유의 새로운 터치감과 청량감, 심색화 등 종래 구현되지 못하던 다양한 감성적 기능이 부여된 소재를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은테레프탈산과 에틸렌글리콜을 주된 단량체 성분으로 하는 공중합 폴리에스테르 폴리머에 있어서, 상기 테레프탈산에 대하여 1~8 몰%의 5-설포이소프탈산나트륨을 첨가하여 상기 폴리머의 결정화도나 배향도의 조정을 통해 섬유 표면 형상을 제어하는 물질을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 공중합 폴리에스테르 폴리머는 단독 방사 또는 복합 방사한 후 제어롤러에 의한 방사원사 내부 결정화도 내지 배향도를 변화시켜, 알카리 용출가공을 통해 방사원사에 3차원 형상을 발현시키는 것에 특징이 있는섬유 표면 형상을 제어하는 물질을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 복합방사는 시스코어형(Sheath Core Type) 또는 해도형(Sea Island Type)으로 할 수 있고, 시스(Sheath)부와 해(Sea)부는 공중합 폴리에스테르 성분인 것에 특징이 있는 섬유 표면 형상을 제어하는 물질을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 3차원 형상은 양각 또는 음각으로 표현된 요철, 슬릿 또는 도우넛 중 어느 하나의 형상이고, 상기 형상의 방향은 섬유길이와 동일방향, 횡축방향, 사선방향 또는 복합 방향 중 어느 하나인 것에 특징이 있는 섬유 표면 형상을 제어하는 물질을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제어롤러는 접촉부와 비접촉부로 형성되되, 상기 결정화도 내지 배향도가 변화되는 부분은 접촉부를 거치는 섬유인 것에 특징이 있는 섬유 표면 형상을 제어하는 물질을 제공한다.

이와 같이 본 발명은 섬유의 표면 형상 제어 물질을 통해 종래 존재하지 않았던 섬유 표면에 이형, 슬릿, 요철이 형성된 장점이 있다.

또한 본 발명은 제어물질을 통한 섬유 자체뿐만 아니라 상기 섬유로 형성된 원단 등에서 섬유상에 형성된 이형, 슬릿, 요철에 의해 파우더리한 표면터치와 청량감, 심색성을 구현할 수 있는 특징이 있다.

도1은 본 발명인 섬유의 표면 형상 제어 물질을 통한 방사원사 내부 결정화도 내지 배향도를 조정하는 제어롤러의 개념도이다.
도2는 본 발명인 섬유의 표면 형상 제어 물질에 의해 형성된 마이크로 슬릿이 형성된 섬유의 개념도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도1은 본 발명인 섬유의 표면 형상 제어 물질을 통한 방사원사 내부 결정화도 내지 배향도를 조정하는 제어롤러의 개념도이다. 도2는 본 발명인 섬유의 표면 형상 제어 물질에 의해 형성된 마이크로 슬릿이 형성된 섬유의 개념도이다.

본 발명은 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 주된 단량체 성분으로 하는 공중합 폴리에스테르 폴리머에 대하여,

상기 테레프탈산에 대하여 1~8 몰%의 5-설포이소프탈산나트륨을 첨가하여 상기 폴리머의 결정화도나 배향도의 조정을 통해 표면 형상을 제어하는 물질에 관한 것이다.

섬유의 표면형상을 제어하는 물질은 일반적으로 상기 제어물질이 포함된 포리머의 일성분 방사 내지 이성분 복합방사로서 구현될 수 있다. 다만 섬유의 기계적 강도 등 제반 물성을 고려할 때 이성분 복합방사가 보다 바람직할 수 있으며 이하 비제한적인 예로서 이성분 복합방사를 예시로 설명한다.

본 발명은 복합방사와 알칼리 감량으로 인한 횡축 이형 표면구조를 형성할 수 있다. 예를 들어 해도형이나 시스코어구조로서 도나 코어부분에서는 폴리에스테르 성분을 해나 시스부분에는 용출될 수 있는 성분, 공중합 폴리에스테르 성분으로 형성하여 복합방사할 수 있다.

복합방사된 섬유는 용출될 부분에 대하여 후처리에 의해 제반 물성을 제어함으로써 본 발명에 의한 횡방향 이형, 슬릿, 요철을 형성할 수 있다. 즉 본 발명자들은 다수의 시험결과 결정화도나 배향도를 제어함으로서 용출정도를 제어할 수 있음을 알게 되었다. 이러한 용출정도를 제어할 수 있음은 이형, 슬릿, 요철의 형상, 크기, 방향성을 제어할 수 있다는 것이고 방사 후 처리를 통해 용출성분부의 일부분에 대해 결정화도나 배향도를 변화시켜 용출시 결정화도나 배향도가 증가된 부분은 용출되지 않고, 나머지 부분이 용출됨으로서 섬유의 횡방향 이형, 슬릿, 요철의 형상을 달성할 수 있었다.

구체적으로 도 1에 예시된 바와 같이 방사 후 열처리를 통하여 결정화도나 배향도를 변화시킬 수 있다. 상기 방사 후 섬유(100)이 인출되면서 제어롤러(200)을 거치게 된다. 상기 제어롤러(200)은 접촉부(210)과 비접촉부(230)으로 형성된다. 섬유(100)가 인출되면서 섬유(100)의 표면은 제어롤러(200)의 접촉부(210)을 거쳐 인출된다. 상기 제어롤러(200)는 열이 가해진 상태가 유지되어 있어 접촉부 (210)을 거친 섬유의 표면부분은 그 결정화 정도나 배향도가 변하는 것으로 판단된다.

즉 접촉부(210)를 거친 섬유의 표면영역은 열처리를 받은 것이고, 섬유의 접촉한 계면은 물론 이 내부 일정영역(이를 “접촉영역”이라 함)까지 열처리를 받아 결정화가 이루어지는 것으로 보인다. 이러한 열처리로 유리상태에서 성장하는 결정이 발생되는 것으로 판단되며 이 결정은 동결된 분자쇄로부터 결정이 발생 및 성장하는 것으로 보인다. 특히 폴리에스테르의 경우 반데르발스력에 의해 인접 분자와 결합하며 결정영역이 형성되는 점에서 결정형성능이 폴리아미드계에 비해 낮은 점에서 상기 열처리를 통해 결정화도나 배향도를 제어하는 점이 용이한 측면이 있다.

상기 열처리를 받은 접촉영역은 비접촉영역에 비해 상대적으로 결정화도가 향상되며, 열처리 조건이 연신이 가해지는 경우 배향도 역시 향상되어 결정화도 역시 더 향상될 수 있다고 판단된다.

상기 열처리를 거친 섬유는 예를 들어 알칼리 감량가공시 접촉영역은 용출되지 않고 비접촉부분만이 용출되어 결국 제어롤러의 형상과 대응한 형상이 섬유에 구현될 수 있는 것이다.

한편 상기 공중합 폴리에스테르는 수가용성 공중합 폴리에스테르일 수 있으며 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 주된 단량체 성분으로 한다.

또한 상기 공중합 폴리에스테르는 본 발명인 상기 테레프탈산에 대하여 1~8 몰%의 5-설포이소프탈산나트륨을 첨가하여 개질을 하는 표면 형상 제어물질을 포함한다.

일반적으로 상기 5-설포이소프탈산나트륨은 알칼리 용출과정에서 반응성을 높여주는 역할과 섬유 축방향으로 배향되지 않는 구조로 알칼리 용액이 침투하였을 때 섬유의 횡축 방향으로 용출되어 표면 형상 제어에 용이한 구조적인 역할을 한다.

도2는 용출가공단계를 거친 섬유(100)을 보여주며 접촉영역에 대응하는 섬유의 표면은 정형부(110)에 해당하고 비접촉영역에 해당되는 표면은 슬릿, 요철구조를 갖는 이형부(130)에 해당된다.

본 발명에서 상기 해도형/시스-코어형 섬유의 중량비는 20/80 내지 80/20 범위인 것이 바람직하며 알칼리 감량시 용출비는 5 내지 50%일 수 있다. 또한 상기 용출되지 않은 횡축으로 형성된 요철의 폭 범위가 2~7 마이크로미터이며, 상기 용출되고 남은 횡축으로 형성된 요철의 폭 범위가 0.5~5 마이크로미터임이 바람직하다. 이는 상기 용출비와 함께 본 발명의 효과인 심미성이나 섬유형성성 등을 고려할 때 적절한 범위로 판단된다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 더욱 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1 내지 5

공중합 폴리에스테르 수지를 해상으로, 일반 폴리에스테르 수지를 도상으로 형성하고, 도상:해상 중량비를 20/80 내지 80/20으로 구성하여 75De에 36필라멘트로 방사하여 원사를 제조하였다.

실시예 6 내지 10

공중합 폴리에스테르 수지를 시스부로, 일반 폴리에스테르 수지를 코어부로 형성하고, 시스부:코어부 중량비를 80/20 내지 20/80 으로 구성하여 75De에 36필라멘트로 방사하여 원사를 제조하였다.

◈ 실시예의 Slit 형성도 및 원단 특성 평가

본 발명에서 Slit 형성도 및 원단 특성 등의 평가방법은 아래와 같다.

* Slit 형성도 평가: Slit 형성 여부를 5명의 전문가가 육안으로 상대적 형성도 평가를 실시하였다.

* 심색성 평가: 원단의 심색성은 L·a·b 값 중 명도를 대표로 하는 L 값으로 평가를 실시하였다.

* 원단 특성 평가: 5명의 전문가가 촉감을 청량감 및 세가지 대표 감성에 대하여 상대적으로 관능 평가를 실시하였다.

상기의 실시예 및 비교예의 평가결과는 표 1에 나타내었다.

100: 섬유 110: 정형부
130: 이형부 200: 제어롤러
210: 접촉부 230: 비접촉부

Claims (5)

1. 이형 표면구조 폴리에스테르 복합섬유에 있어서,
   상기 복합섬유는 시스코어 또는 해도형 중 어느 하나이고,
   상기 시스 및 해부분은 테레프탈산 및 에틸렌글리콜을 주된 단량체 성분으로 하고, 상기 테레프탈산 대비 1~8몰%의 5-설포이소프탈산나트륨을 추가하여 중합공정으로 생성된 공중합 폴리에스테르이고,
   상기 코어 및 도부분은 일반 폴리에스테르 성분으로 복합방사에 의해 생성된 방사원사를 가열된 제어롤러의 표면에 열접촉시키되,
   상기 제어롤러의 표면은 양각 또는 음각으로 표현된 요철, 슬릿 또는 도우넛 중 어느 하나의 형상의 3차원 형상이며, 상기 양각은 접촉부이며 상기 음각은 비접촉부로서,
   상기 제어롤러의 접촉부에 의해 접촉된 방사원사는 결정화도 내지 배향도가 변화되고, 상기 제어롤러의 비접촉부 의해 접촉되지 않은 방사원사는 알칼리 감량가공에 의해 용출되어,
   상기 제어롤러의 표면에 대응되는 3차원 형상이 섬유 표면에 구현되는 것에 특징이 있는 이형 표면구조 폴리에스테르 섬유.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서
   상기 3차원 형상은 양각 또는 음각으로 표현된 요철, 슬릿 또는 도우넛 중 어느 하나의 형상이고,
   상기 형상의 방향은 섬유길이와 동일방향, 횡축방향, 사선방향 또는 복합 방향 중 어느 하나인 것에 특징이 있는 이형 표면구조 폴리에스테르 섬유.
   
5. 삭제

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