KR102137274B1 - 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법 - Google Patents

우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 열가소성 탄성체 원사는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가진다.
또한, 원사 수축률, 해사성, 제직성, 인장강도, 신율이 우수하여 직물 및 신발 제화에 적합한 특성을 가지고 있다.

Description

우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법{Thermoplastic elastomer yarn with improved unwinding, weaving and yarn shrinking property, and manufacturing method thereof}
본 발명은 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현대는 산업이 급속히 발전하고 생활수준의 향상, 생활의 패턴이 변화됨으로써 레져, 취미, 운동 등의 다양한 여가 활동이 많아 지고 있으며, 이러한 추세에 맞추어 차별화된 기능 및 디자인을 갖춘 신소재를 접목한 제품의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 신발용 갑피재 경우 이러한 특징이 두드러지고 있으며, 쾌적한 착용감, 통기성, 경량감, 고강도, 신축성, 차별화된 기능성 제품과 차별화 디자인의 패션성이 가미된 제품의 수요가 급격히 증가하고 있다.
종래에 신발 등의 제조에 적합한 소재로서 열가소성 공중합체 재질의 모노 필라멘트 원사를 제조하는 공정이 개발되고 있다. 모노 필라멘트는 반투명성을 구현할 수 있고, 공중합체는 신축성이 좋고 굴곡성성, 마모 강도 등의 물성이 우수하며, 소프트(soft)한 촉감을 가지고 경량화가 가능하므로 신발 등의 제조에 적합한 소재이다. 특히 최근 제조 공정의 추세는 인건비를 절약 할 수 있는 노쏘(no sew) 무봉제 방식을 많이 사용하는데, 이 방식은 핫멜트를 이용하여 접착하는 방식이다. 따라서 공정 과정에서 소재가 열과 압력을 받게 되는데, 이로 인해 소재에 수축이 일어나면 제품 치수가 변형 되어 제품 생산에 어려움이 생기게 된다. 이 때문에 소재의 수축률 제어의 필요성이 대두되고 있으며, 동시에 해사성 및 제직성도 동시에 만족할 수 있는 열가소성 탄성체 원사의 개발이 필요하다.
종래 선행기술로서, 대한민국 공고특허 제1996-0010623호는 신축성 직, 편물의 제조방법을 개시하고 있으나, 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 모두 만족시키는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 대하여는 개시하고 있지 않다.
대한민국 공고특허 제1996-0010623호 (1996. 08. 06)
따라서 본 발명의 목적은 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 모두 만족시키는 열가소성 탄성체 원사 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법은, 열가소성 탄성체 재질의 모노 필라멘트 원사를 방사하는 단계(S10); 상기 방사된 원사를 냉각 후 연신하는 단계(S20); 상기 연신된 원사를 170℃ ~ 190℃의 열처리 온도에서 열풍 건조하는 단계(S30); 및 상기 열풍 건조된 원사에 유제 처리를 하는 단계(S40)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는, TPE 공중합체 또는 폴리에스테르-에테르 공중합체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 있어서, 상기 유제는 미네랄계 오일 또는 실리콘계 오일인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 있어서, 상기 유제는 OPU(Oil Pick Up)가 0.2% ~ 3%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 있어서, 상기 S10단계는 상기 열가소성 탄성체의 고유점도가 1.0~4.0인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법에 있어서, 상기 S20단계는 상기 방사된 원사는 10~50℃ 온도의 수중에서 냉각시키는 단계; 상기 냉각된 원사를 70~100℃ 온도의 수중에서 1차 연신을 진행하는 단계; 및 상기 1차 연신 후 120~200℃ 온도의 열풍을 이용하여 2차 연신을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사는 상기 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 직물은 상기 제조방법에 의하여 제조된 열가소성 탄성체 원사로 제직되는 것을 특징으로 한다. 직물은 날실(경사)과 씨실(위사)이 직각으로 교차하면서 짜여 만들어지는 천으로서, 교차점이 많은 조직이 튼튼한 옷감을 만들며 짜여지는 방법에 따라 평직, 능직, 수자직이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신발 제화는 상기 제조방법에 의하여 제조된 열가소성 탄성체 원사로 제직되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 열가소성 탄성체 원사는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가진다.
또한, 원사 수축률, 해사성, 제직성, 인장강도, 신율이 우수하여 직물 및 신발 제화에 적합한 특성을 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열가소성 탄성체 원사를 제조하기 위한 방사 공정을 설명하는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
<실시예>
본 발명에 따른 열가소성 탄성체 원사의 제조방법은 열가소성 탄성체 재질의 모노 필라멘트 원사를 방사하는 단계; 상기 방사된 원사를 냉각 후 연신하는 단계; 상기 연신된 원사를 170℃ ~ 190℃의 열처리 온도에서 열풍 건조하는 단계; 및 상기 열풍 건조된 원사에 유제 처리를 하는 단계를 포함한다. 각 단계별로 세부적인 공정을 설명하면 다음과 같다.
1. 원료 방사
TPE 공중합체를 사용한 모노 필라멘트 원사를 방사하는 공정에 관한 것이다. 상기 원사의 폴리머 원료의 수분율은 0.08% 이하인 것이 바람직하다. 원료를 압출기에 투입하기 전에 원료를 건조시킨다. 건조 조건은 80~150℃ 온도에서 4~12시간이며, 열풍건조 또는 제습건조기를 통해 건조시킨다.
원료를 압출기에 투입하여 170~260℃ 방사 온도에서 원하는 굵기로 제사한다. 이때 균일한 굵기의 실을 뽑아내기 위해서는 방사된 원료의 고유점도(IV)가 1.0~4.0(단위:dl/g) 인 것이 바람직하다. 고유점도가 하한치보다 낮으면 방사 흐름성이 높아져 방사 사형성이 나빠지며, 고유점도가 상한치보다 높으면 방사성이 저하되어 균일한 굵기의 실을 뽑아내기 어려워진다.
2. 냉각 및 1, 2차 연신
방사된 원사는 10~50℃ 온도의 수중에서 냉각시키고, 그 후 70~100℃ 온도의 수중에서 1차 연신을 진행한다. 1차 연신 후 120~200℃ 온도의 열풍을 이용하여 2차 연신을 진행하며, 1, 2차 연신 후 최종 연신비는 2~8배이다.
3. 원사 열처리 공정
연신된 원사를 170~190℃ 온도에서 열풍 건조하여 릴랙스 가공 한다. 이 공정에서는 앞 연신 공정에서 보다 5~20% 정도 롤속도를 감소시킴으로써 원사를 릴랙스 가공하여 안정화시킨다. 신발 제화에서는 1% 미만의 수축률을 요구하며, 이를 만족시키기 위해서는 원사의 수축률이 5~10% 사이가 되어야 한다. 상기 원사 열처리 공정을 거치면 기존 30%인 원사 수축률이 5~10%로 조절된다.
4. 유제처리
제직성 향상 및 정경시 장력 균일화를 위해 원사에 방사유제 처리를 한다. 오일링 처리기를 이용하여 OPU(Oil Pick Up)가 0.2% ~ 3.0 중량%(유제 고형분 함량 기준)로 나오도록 유제 처리를 한다. 유제 고형분 함량은 에멀전 형태로 되어있는 유제를 롤러로 원사에 바른 후 건조시키게 되는데, 건조 후 원사에 묻어있는 유제 고형분의 양이다.
사용되는 방사유제로는 해사성 및 제직성을 만족시키기 위하여 실리콘계 또는 미네랄계 오일(Liquid paraffin oil)을 사용한다. 일반적으로 사용되는 방사유제 중 Fatty acid ester, Fatty acid polyol ester, POE alkyl alkylate, Polyether, Wax(paraffin)은 해사성 및 제직성을 만족시킬 수 없으므로 적합하지 않다.
추가로 정전기 방지제, 변색방지제, 산화방지제 등 기능을 부여하기 위한 첨가제를 동시에 사용할 수도 있다.
이때 방사 유제 처리된 원사는 정경, 제직시 작업성에 문제가 없어야 되고 , 염색전에 정련처리에서 사용된 유제를 제거할 수 있어야 한다. 제거되지 않은 유제는 염색 불균일과 완제품에서 접착력 저하 등의 원인이 된다. 유제를 제거하는 방법은 염색 전에 알칼리 조건하의 온수 70~100℃에서 계면활성제 0.1~5%를 사용하여 제거한다.
상기 원사는 신축성이 많고 표면에 태키(TACY)성이 많아 상기에서 제시한 성분의 및 처리량이 처리되지 않을 때, 정경 및 제직시 여러가지 롤을 통과하면서 작업이 진행되는데, 이때 사용되는 롤의 재질이 대부분 메탈이며, 메탈과의 마찰력이 높아지고 불균일해지고, 특히 경사 정경시 과다 장력으로 인한 사절, 정경빔 원사 파고듬, 원사 콘간의 불균일한 장력 편차로 인한 제직시 경사줄 발생, 원단 주름이 발생되며, 위사 작업시에도 표면 마찰력 과다로 원사 가루 오염 발생, 위단, 주름이 발생하게 된다.
유제 처리의 성분이 상기에서 제시한 성분이 맞다 하더라도 유제 처리량이 과다하게 처리 될 경우(OPU 3% 이상) 슬립(SLIP)성이 과다해짐으로써 정경시에 가이드롤에 유제 뭉침으로 인한 오염, 과도한 슬립성으로 불균일한 정경 장력으로 인한 제직후 경사줄, 주름이 발생하고, 제직시 경사빔의 원사가 풀리는 것을 일정한 장력으로 유지해주는 고무로 된 스토퍼가 과도한 슬립성으로 인해 균일한 장력을 유지하지 못함으로써 위단, 주름이 발생하게 된다.
그리고 상기 원사에 상기에서 제시한 성분 및 처리량이 맞지 않을시 권취된 보빈에서 원사가 해사될 때 원사간 태키(TACKY)성으로 인해 해사성이 나빠지므로 정경 또는 제직시 장력 과다 및 불균일을 초래하게 된다.
상기 원사는 제시한 방사, 연신, 열처리 조건에 맞다 하더라도 유제처리의 조건이 맞지 않았을 때 장력 불균일, 과다 장력 등으로 경사줄, 위단, 원사 가루 오염 등 제품 표면 품질에 직접적인 영향을 주게 된다.
<열처리 온도에 따른 원사 물성 비교>
상기 3. 원사 열처리 공정에서의 열처리 온도에 따라 원사의 수축률에 영향을 미치므로 최적의 열처리 온도 설정을 위하여 열처리 온도를 170℃(실시예 1), 190℃(실시예 2)로 하여 원사 수축률, 해사성, 제직성, 인장강도, 신율을 측정하였다.
비교를 위하여 열처리 공정을 하지 않은 경우(비교예 1), 열처리 온도를 100℃(비교예 2), 150℃(비교예 3), 200℃(비교예 4)로 하여 각각 원사 수축률, 해사성, 제직성, 인장강도, 신율을 측정하였다.
상기 물성을 측정한 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 따르면 본 발명에 따른 실시예 1 및 2가 수축률, 해사성, 제직성, 인장강도, 신율에서 비교예 1~4에 비하여 매우 우수하고 신발 제화에 적합한 특성을 가지고 있다.
열처리
온도 		원사
수축률 		해사성 제직성 신발 제화시
수축률 		인장강도
(150De) 		신율
열처리 X(비교예1) 30% X X 10% 이상 150~220 gf 120~160%
100℃(비교예2) X X
150℃(비교예3) 20% X X 5% 이상 200~250 gf 130~170%
170℃(실시예1) 10% O O 0.5~1%
이하		 350~500 gf 70~110%
190℃(실시예2) 5% O O 400~500gf 70~100%
200℃(비교예4) 열화로 인한 원사 물성 불량
O : 우수 △ : 보통 X : 나쁨
<방사유제 종류에 따른 원사 물성 비교>
방사유제 종류에 따른 원사의 물성을 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 열처리 온도 170℃ 및 190℃에서 해사성 및 제직성을 만족시키는 방사유제는 실리콘계과 미네랄계 오일(Liquid paraffin oil)임을 확인할 수 있다.
방사유제 중 Fatty acid ester, Fatty acid polyol ester, POE alkyl alkylate, Polyether, Wax(paraffin)는 해사성 및 제직성을 만족시킬 수 없으므로 방사유제로 적합하지 않다.
유제 종류 OPU% 열처리온도 해사성 제직성
유제처리 무 0 170 ℃ X X
190 ℃ X X
미네랄계 오일(Liquid Paraffin oil) 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ O O
실리콘 오일 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ O O
미네랄계 + 실리콘계 오일 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ O O
WAX(Paraffin) 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ △ X
Fatty acid ester 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ X X
Polyether 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ X X
Polyoxyethylene(POE) alkyl alkylate 1 150 ℃ X X
170~190 ℃ X X
한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 열가소성 탄성체 재질의 모노 필라멘트 원사를 방사하는 단계(S10);
    상기 방사된 원사를 냉각 후 연신하는 단계(S20);
    상기 연신된 원사를 170℃~ 190℃의 열처리 온도에서 열풍 건조하는 단계(S30); 및
    상기 열풍 건조된 원사에 유제 처리를 하는 단계(S40);
    를 포함하고,
    상기 유제는 미네랄계 오일 또는 실리콘계 오일인 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는,
    TPE 공중합체 또는 폴리에스테르-에테르 공중합체인 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연신된 원사를 170℃~ 190℃의 열처리 온도에서 열풍 건조하는 단계(S30)는,
    상기 연신하는 단계(S20) 보다 5~20% 정도 롤속도를 감소시킴으로써 원사를 릴랙스 가공하여 원사 수축률이 5~10%로 조절되는 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유제는,
    OPU(Oil Pick Up)가 0.2% ~ 3%인 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 S10단계는,
    상기 열가소성 탄성체의 고유점도가 1.0~4.0 dl/g인 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 S20단계는,
    상기 방사된 원사는 10~50℃ 온도의 수중에서 냉각시키는 단계;
    상기 냉각된 원사를 70~100℃ 온도의 수중에서 1차 연신을 진행하는 단계; 및
    상기 1차 연신 후 120~200℃ 온도의 열풍을 이용하여 2차 연신을 진행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사로 제직된 직물.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 우수한 해사성, 제직성 및 원사 수축율 특성을 가지는 열가소성 탄성체 원사로 제직된 신발 제화.
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