KR101934590B1 - 폴리올레핀계 섬유의 사염방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 사염방법에 있어서, 100 내지 130℃에서 원사를 30 내지 120분 동안 열수나 열기로 셋팅하여 사를 미리 수축시키는 예비처리단계; 사염용 치즈에 사를 권취하는 와인딩단계; 정련이 이루어지는 전처리단계; 100 내지 130℃에서 30 내지 120분 동안 디아조계 승화성 염료로 사를 염색하는 단계 및 후처리단계를 포함하는 폴리올레핀계 섬유의 사염방법을 제공한다.

Description

폴리올레핀계 섬유의 사염방법{Yarn dyeing for polyolefin fiber}

본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 사염방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 균제한 염색과 고견뢰도를 유지하면서 물성 변화가 없는 폴리올레핀계 섬유의 사염방법에 관한 것이다.

폴리올레핀계 소수성 섬유는 물과 용제와의 화학적 결합능력 부족으로 섬유의 개질처리가 어렵고 염색후 견뢰도도 낮다는 기술상의 문제점이 있었다. 이를 위해서 원액착색 염색기술과 같이 방사과정에서 색소를 부여하는 염색방식이 활용되고 있으나, 다양한 컬러를 재현하기 어렵고 색상이 선명하지 못한 결점을 안고 있다.

소수성 섬유와 산업용 고강도 섬유는 공통적으로 지적된 상기 염색결함 요인을 해소하기 위해서 다수의 기술이 제안되고 있고, 특히 PP 또는 PE 섬유제품을 에틸렌 불포화 유기산을 주성분으로 하되 라디칼중합성 화합물을 가교결합시킨 약제를 염색 촉매조로 활용하거나, 염기성 알칼리 금속화합물을 포함한 수성액으로 처리하는 기술이 제시되고 있다.

그러나 이는 원사물성을 저해하는 요소로 작용하여 염색성을 향상시키지만 물성이 저하되는 결함이 존재한다.

한편 폴리프로필렌 섬유의 경우 주로 원액착색 염색기술에 의해 염색성이 개선된 인조 스웨이드조 인공피혁 제조방법이나 1:1형 금속 착염염료의 착색방법 등이 제안된 바 있고 근래는 소수성 섬유 염색용 분산염료의 제조와 염색방법, 침염에 의한 염색기술이 보편화되고 있기는 하나 위와 같이 염색성과 물성을 모두 만족하는 기술은 여전히 소망되고 있다.

더욱이 근래 초고분자량 폴리에틸렌 등과 같이 고강도, 내화학성 등 우수한 물성을 갖는 섬유의 개발로 인해 폴리올레핀계 섬유의 염색에 대한 기술개발이 요청되었고, 대한민국 공개특허 제2011-0101755호에서는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 모노아조계 색소모체의 커플러측 방향족환에 -N(R1)(R2)의 치환기(여기서, R1 및 R2는 각각 탄소수 3~10의 알킬기로서, 동일하거나 서로 다를 수 있다)를 갖는 형태의 분산염료를 사용하여, 100℃ 이상의 고온에서 수계 염색하는 기술을 제안하였다. 그러나 상기 기술 역시 일광견뢰도 등에서 만족할 만한 효과를 발현하지 못하였다.

한편 사염은 타래실, 치즈, 머프(muff) 및 정경사 등의 상태로 염색하는 것을 의미하는데 사염은 포염에 비하여 색무늬를 다채롭게 만들 수가 있고, 원면염색이나 톱염색에 비하여 완제품을 만드는 기간이 짧으므로 다품종 소량생산화의 요청에 적합하며, 고부가가치 상품을 얻는 방법으로 많이 사용되고 있다.

대한민국 공개특허 제2012-10490호에서는 염색용수에 정련제, 캐리어, 분산제 및 균염제를 첨가하여 제조된 전처리액에 가염 폴리프로필렌 섬유를 80~100℃에서 10~30분간 침지하는 전처리단계; 상기 전처리된 가염 폴리프로필렌 섬유를 수세하는 단계; 염색용수에 분산염료, 분산제 및 산을 첨가하여 제조된 염색혼합액에 상기 수세된 가염 폴리프로필렌 섬유를 60~130℃에서 40~70분간 염색한 후 냉각하는 염색단계; 염색용수에 하이드로설파이트 및 정련제를 첨가하여 제조된 환원세정액에 상기 염색된 가염 폴리프로필렌 섬유를 70~80℃에서 10~20분간 침지하는 환원세정단계; 및 상기 환원세정된 가염 폴리프로필렌 섬유를 수세하는 단계를 포함하는 가염 폴리프로필렌 섬유의 사염방법이 제안되었다.

그러나 상기 제안된 방법이나 사염방법은 제직시 잔사가 많아지며 제품을 완성시키는 기간이 많이 걸리고 또 가공면에서 실 상태와 직물상태로 2번 처리해야 하므로 가공단가가 높아지는 단점이 있다. 가장 큰 문제는 타래형이든 치즈형이든 사가 적층된 내외층에의 염료의 균일 배분이 어려워 내외층 사이에서 색상차이가 발생하는 문제점이 있다.

이에 원착염색이 아닌 후염공정을 통해 강도 등 물성저하없이 균일하고 고견뢰도를 발현할 수 있는 폴리올레핀계 섬유에 대한 염색방법의 개발이 간절히 요청되었다.

대한민국 공개특허 제1999-29492호 대한민국 공개특허 제2011-101755호 대한민국 공개특허 제2012-10490호

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 목적은 사염시 발생될 수 있는 염색의 불균일성이 제어되는 폴리올레핀계 섬유의 사염방법을 제공함에 있다.

섬유 고유의 물성저하없이 고견뢰도를 발현하는 폴리올레핀계 섬유의 사염방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 사염방법에 있어서, 100 내지 130℃에서 원사를 30 내지 120분 동안 열수나 열기로 셋팅하여 사를 미리 수축시키는 예비처리단계; 사염용 치즈에 사를 권취하는 와인딩단계; 정련이 이루어지는 전처리단계; 100 내지 130℃에서 30 내지 120분 동안 디아조계 승화성 염료로 사를 염색하는 단계 및 후처리단계를 포함하는 폴리올레핀계 섬유의 사염방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 와인딩단계에 있어 제1밀도제어부가 nX로 그 가압조건을 설정할 수 있고 nX 값이 낮아질수록 치즈에 가해지는 압력은 증가하여 권취밀도는 증가되는 제어수단이며 권취되는 치즈에 가해지는 전체 압력을 100이라 할 때 nX는 71≤nX≤82인 사염방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 와인딩단계에 있어 제2밀도제어부가 nY로 가압조건을 설정할 수 있고 nY 값이 상승할수록 치즈에 공급되는 사속의 장력이 증가하여 권취밀도는 증가되는 제어수단이며 권취되는 치즈에 가해지는 전체 압력 100이라 할 때 nY는 4.5≤nY≤11인 사염방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 nX와 nY가 nX > nY조건을 만족하며, 50≤nX/nY≤160인 사염방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 승화성 염료가 YELLOW : CI NO 126, 114, 211, 163, RED계 : 343, 356, 177, 184, 86, 6, 92, BLUE계 : 73, 367, 366, 9, 291, 79, 3, 165, 62, RUBINE : 73, 179, 177, 65, 16, 184, 33, 167, ORANGE계 30, NAVY : 79로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 사염방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의한 사염방법은 사염시 권취밀도를 제어함으로써 균일한 사염이 가능한 장점이 있다.

또한 본 발명은 섬유의 고유 물성 저하없이 고견뢰도를 발현하는 염색방법을 제안하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의해 염색된 섬유 사진.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의해 염색된 섬유 사진.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 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.

본 발명에 의한 염색방법은 기본적으로 예비처리단계, 와인딩단계, 전처리단계, 염색단계, 후처리단계를 포함할 수 있다. 기본적으로 폴리올레핀계 섬유를 대상으로 하고 특히 폴리프로필렌계 섬유를 비제한적 예로서 설명한다. 또 사염방법 중 치즈상태로 염색되는 공정을 비제한적인 예로서 설명한다.

상기 예비처리단계는 염색공정 등에서 수축현상으로 인한 사의 염색성 저하방지를 위해 이루어질 수 있다. 약 100 내지 130℃에서 원사를 약 30 내지 120분 동안 열수나 열기로 셋팅하여 미리 수축을 시킬 수 있다.

상기 예비처리단계를 거치 사는 사염용 치즈에 사를 권취하는 와인딩단계를 거치게 된다. 본 발명에 의한 방법은 균제한 염색을 위해 권취밀도가 중요한데 상기 권취밀도가 적절치 못하면 염반, 형태무너짐, 촉감 불량 등의 문제를 발생할 수 있어 이의 조정이 필요하다. 도 1 및 도 2는 이러한 불균제한 염색의 예로서 치즈와 인접한 부분와 그 외부 부분의 염착률의 차이가 발생하거나 연속된 사속에서도 염착률의 차이가 발생할 수 있다.

이러한 점을 방지하기 위하여 본 발명에 의한 권취밀도는 다양한 방식에 의해 제어될 수 있는데, 권취밀도가 낮은 경우 균염성 및 실의 촉감은 양호할 수 있으나 형태가 무너지는 단점이 있고 권취밀도가 높은 경우 반대의 장단점이 존재한다. 따라서 섬유의 특성을 고려한 최적의 조건이 요청된다할 것이다.

이러한 권취밀도를 제어하는 방법이나 장치는 다양하게 존재할 수 있는데, 이는 권취기의 장치적 특성에 따라 다를 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 이러한 밀도제어부가 1 또는 2개가 존재하는 경우를 상정하고 설명하기로 한다.

제1밀도제어부 및/또는 제2밀도제어부가 존재하는 경우 제1밀도제어부는 nX로 그 가압조건을 예시할 수 있고, 예를 들어 권취되는 치즈에 가해지는 압력으로 설명될 수 있다. 이 경우 nX 값이 낮아질수록 치즈에 가해지는 압력은 증가하여 권취밀도는 증가될 수 있다. 제2밀도제어부는 nY로 가압조건을 예시할 수 있고, 예를 들어 권취되는 치즈에 공급되는 사속에 가해지는 압력으로 설명될 수 있다. 이 경우 nY 값이 상승할수록 치즈에 공급되는 사속의 장력이 증가하여 권취밀도는 증가될 수 있다. 한편 nX와 nY는 nX > nY의 관계에 있으며 nX 및/또는 nY는 권취되는 치즈에 가해지는 전체 압력 100에 대한 상대적 비율로서 설명될 수 있다.

상기 제1밀도제어부가 존재하는 경우 nX는 71≤nX≤82(식 (1))로 규정될 수 있다. 본 발명자의 다수의 시험결과 하기 설명될 염료와 폴리에틸렌계 섬유의 특성상 권취압력 조건에서 균염성과 사형태안정성을 모두 고려할 때 상기 범위가 가장 바람직한 것으로 판단된다.

또 제1밀도제어부와 제2밀도제어부가 모두 존재하는 경우 nX와 nY는 다음과 같이 규정될 수 있다.

(식 2) 4.5≤nY≤11

(식 3) 50≤nX/nY≤160

상기 와인딩단계를 거친 사는 전처리단계를 거치는데, 상기 전처리단계는 방적, 연사, 제직, 편직 등의 제품을 만드는 공정 중에 조작을 쉽게 하거나 섬유의 상해를 막기 위하여 유제, 호제, 계면활성제 등이 가해지고, 또 작업중에 기계기름, 녹, 먼지 등이 우연히 묻게 된 불순물을 제거하기 위하여 정련공정을 거칠 수 있다. 상기 정련은 섬유의 특성에 따라 다양하게 이루어질 수 있고 통상 공지된 정련제를 이용하여 약 90℃에서 약 10분간 이루어질 수 있다.

전처리단계를 거치 사는 디아조타입의 승화성 염료(분자량 250 내지 500g/mole)로 100 내지 130℃에서 30 내지 120분 동안 염색할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의한 승화성 염료는 비제한적 예로서 다음과 같다.

YELLOW : CI NO 126, 114, 211, 163, RED계 : 343, 356, 177, 184, 86, 6, 92, BLUE계 : 73, 367, 366, 9, 291, 79, 3, 165, 62, RUBINE : 73, 179, 177, 65, 16, 184, 33, 167, ORANGE계 30, NAVY : 79

본 발명에 의한 상기 염료는 입자의 입도가 0.1 내지 800㎛ 일 수 있다. 본 발명자의 수년간의 시험결과 상기 염료의 입도는 분산제와의 관계에서 염색성에 영향을 미치는 것으로 시험되었다. 분산제는 염료입자 표면에 흡착되어 염료입자에 전하와 보호 콜로이드성을 부여함으로써, 입자상호간의 응집을 막을 수 있는데 염료입자가 미립화될수록 이러한 현상이 증가 즉 염착좌석에 대응할 수 있는 염료 후보가 증가하여 염색성이 향상되는 것으로 판단된다. 또한 염료입자는 염액 내에서 균일분산되어야 이상적인데 상기 범위 내에서 입자의 응집(aggregation)현상을 방지하게 되는 것으로 판단된다.

즉 염액속의 염료는 염액과 섬유의 계면에 흡착됨으로서 염액속의 농도불균형을 막으려고 하는 힘에 의하여 염액속에서 확산 이동하여 염액과 섬유사이의 계면에 집결되고 일반적으로 수용액에 염료가 용해되어 있는 것으로 표현하고 있지만, 염료분자는 단분자로 되어 있을 경우보다는 염료분자가 집합하여 콜로이드 상태로 되어있는 경우가 대부분이다. 이에 본 발명에 의한 입자의 입도는 이러한 응집상태나 분산상태에 영향을 미쳐 염착성에 영향을 미치며, 또한 상기 입도의 영향으로 섬유내부로 염료가 확산됨에 있어서도 염착평형 상태에 도달 정도에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

상기 염료조제는 염료 0.5 내지 4%(o.w.f), 분산제 0.1 내지 20g/L로 혼합하여 준비할 수 있다. 본 발명자의 다수의 시험결과 염료 및 분산제가 상기 범위 미만인 경우 염색성이 저하되고 염료간 응집현상을 막지 못해 염색 후 얼룩이 발생하거나 견뢰도가 저하되는 문제가 발생되었다. 또 상기 범위를 초과하는 경우 분산제나 염료입자가 과응집되어 염색공정성이 저하될 뿐만 아니라 동일하게 염색 후 얼룩 등이 발생하는 단점이 발견되었다.

상기 염색단계를 마친 사는 용도에 따라 80 내지 90℃ 내외에서 약 20 내지 30분간 환원세정 후 열처리하는 후처리단계를 거칠 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 설명하기로 한다.

실시예 1

TOYOBO사의 TSUNOOGA사를 100℃에서 60분간 열수로 예비처리를 한 후 nX값이 83이 되도록 염색콘에 와인딩하고 90℃에서 60분간 정련을 하였다. 상기 치즈 원사를 BLUE - CI. NO 79 염료로 125℃에서 60분간 염색 후 후처리하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하되 nX값이 80, nY값이 4.8이 되도록 하였다.

이 되도록 염색콘에 와인딩하고 90℃에서 60분간 정련을 하였다. 상기 치즈 원사를 BLUE - CI. NO 79 염료로 125℃에서 60분간 염색 후 후처리하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하되, 예비처리없이 실시하였다.

비교예 2

실시예 1과 동일하되, nX값이 100이 되도록 하였다.

* 평가방법

- 세탁견뢰도 : KS K ISO 105-C06, A1S : 2010

- 마찰견뢰도 : KS K 0650 : 2011

- 건열견뢰도 : ISO 105-P01 : 1993

- 땀견뢰도 : KS K ISO 105-E04 : 2010

- 일광견뢰도 : KS K ISO 105-B02 : 2010

- 사인장강도 : KS K 0412 : 2015

- 균염성 : 정성평가

평가항목			실시예 1	실시예 2	비교예 1
세탁견뢰도	변퇴색		4-5	4-5	3-4
	오염	acetate	4	4	3-4
		cotton	4-5	4-5	3-4
		nylon	4	3-4	3-4
		PET	4-5	4-5	3-4
		acrylic	4-5	4-5	3-4
		wool	4-5	4-5	3-4
마찰견뢰도	오염	건	4-5	4	4-5
		습	4-5	4-5	4-5
건열견뢰도	오염	cotton	4	4-5	3-4
		PET	4	4-5	3-4
땀견뢰도	변퇴색		산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5
	오염	acetate	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		cotton	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		nylon	4-5/4-5	4/4	4-5/4-5
		PET	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		acrylic	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		wool	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
일광견뢰도	변퇴색		4-5	4-5	3-4

	염색 전	염색 후	감소율
실시예 1	66.78	63.91	4.43%
실시예 2	67.43	64.19	4.81%

위와 같이 본 발명에 의한 염색방법으로 제조된 사염방법은 비교예들(도 1 및 도 2)에 비해 균염성도 우수(도 3 및 도 4)하면서 세탁, 마찰, 건열, 땀, 일광견뢰도 모두에서 우수한 염색성을 나타내면서도 인장강도에서도 5% 미만의 물성저하만을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 폴리올레핀계 섬유의 사염방법에 있어서,
   100 내지 130℃에서 원사를 30 내지 120분 동안 열수나 열기로 셋팅하여 사를 미리 수축시키는 예비처리단계;
   사염용 치즈에 사를 권취하는 와인딩단계;
   정련이 이루어지는 전처리단계;
   100 내지 130℃에서 30 내지 120분 동안 디아조계 승화성 염료로 사를 염색하는 단계; 및
   후처리단계를 포함하되,
   상기 와인딩단계에 있어 제1밀도제어부는 nX로 그 가압조건을 설정할 수 있고 nX 값이 낮아질수록 치즈에 가해지는 압력은 증가하여 권취밀도는 증가되는 제어수단이며 권취되는 치즈에 가해지는 전체 압력을 100이라 할 때 nX는 71≤nX≤82로,
   상기 와인딩단계에 있어 제2밀도제어부는 nY로 가압조건을 설정할 수 있고 nY 값이 상승할수록 치즈에 공급되는 사속의 장력이 증가하여 권취밀도는 증가되는 제어수단이며 권취되는 치즈에 가해지는 전체 압력 100이라 할 때 nY는 4.5≤nY≤11인 폴리올레핀계 섬유의 사염방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 nX와 nY는 nX > nY조건을 만족하며, 50≤nX/nY≤160인 사염방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 승화성 염료는 YELLOW : CI NO 126, 114, 211, 163, RED계 : 343, 356, 177, 184, 86, 6, 92, BLUE계 : 73, 367, 366, 9, 291, 79, 3, 165, 62, RUBINE : 73, 179, 177, 65, 16, 184, 33, 167, ORANGE계 30, NAVY : 79로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 사염방법.
   
   
   
   
   
   
   

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