KR102146817B1

KR102146817B1 - 스트레치성 울 원단 제조방법 및 그에 의해 제조된 스트레치성 울 원단

Info

Publication number: KR102146817B1
Application number: KR1020190054180A
Authority: KR
Inventors: 정환
Original assignee: 정환
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-08-28

Abstract

본 발명은 스트레치성 울 섬유 제조방법 및 그에 제조된 스트레치성 울 섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 울 섬유 제조시에 수세공정에서 울 섬유 표면에 열경화성 폴리우레탄 수지를 도포하여 신축성 울(crimp wool)의 탄성율이 증가되어 신축성이 향상되는 스트레치성 울 섬유 제조방법 및 그에 제조된 스트레치성 울 섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 울 염색(wool top dyeing, 원료염색)단계에서 수세공정(back washer) 제1 맹글 내지 제4맹글을 거치는데 제4맹글에서 울 크림프(wool crimp)의 반발 탄성력을 높이기 위해서 열경화성 폴리우레탄 수지(5%), 실리콘 수지(2%)를 상온수에 침지하고 건조(80 ~ 90℃)하여 방적, 제직, 가공(160℃)에서 큐어링하여 가교결합을 시킴으로써 신축성이 향상된 스트레치(stretch)성 울(wool) 직물을 제조할 수 있다.

Description

스트레치성 울 원단 제조방법 및 그에 의해 제조된 스트레치성 울 원단{Method of Manufacturinng the Strechable Wool Textile and the Strechable Wool Textile Produced Thereby}

본 발명은 스트레치성 울 원단 제조방법 및 그에 제조된 스트레치성 울 원단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 울 원단 제조시에 수세공정에서 울 섬유 표면에 열경화성 폴리우레탄 수지를 도포하여 신축성 울(crimp wool)의 탄성율이 증가되어 신축성이 향상되는 스트레치성 울 원단 제조방법 및 그에 제조된 스트레치성 울 원단에 관한 것이다.

일반적으로 스트레치성 울 섬유(wool fiber)를 얻기 위하여 울 섬유(wool fiber) 원료 상태를 산성욕에서 한 개 또는 그 이상의 카르복실기(-COOH)를 포함하는 환원제(티올 화합물: SH)를 흡수하여 시스틴결합(S-S결합) 형성하고 알카리 처리하여 울 섬유(wool fiber)에 스트레치성(신축성)을 부여하도록 화학적인 결합력으로 성능을 개선시키는 경우도 있으나, 상용화되고 있지는 않다.

울 방적사를 사용하여 제직, 가공공정에서 기계적인 스트레치성을 부여하기 위하여 제직설계 사양(경사밀도, 위사밀도, 성폭 등)을 조정하고, 가공공정에서 실린더(cylinder)공정, 연속수세기에서 기계적으로 경사장력(텐션)을 가하여 폭축(width shrinkage)을 시킴으로써 내츄럴 스트레치 기능을 부여한다.

내츄럴 스트레치 직물은 가공공정에서 실린더(cylinder)공정, 연속수세기에서 기계적으로 경사장력(텐션)을 가하여 폭축(width shrinkage)을 시킴으로써 내츄럴 스트레치 기능을 부여하지만 만족할 만한 수준의 신축성을 얻지는 못한다.

라이크라(폴리우레탄섬유)를 포함하는 울/라이크라(wool/lycra) 복합방적사는 신축성을 얻기 위해서 정방(spinning) 공정단계에서 심사(core)로써 라이크라(lycra)를 프론트 롤러(front roller)에 공급하고, 울 로빙(wool roving)은 드래프트 영역(darft zone)에서 연신되어 소요 굵기의 얀(yarn, 단사실)을 형성하고 프론트 롤러(front roller)에서 서로 만나 꼬임을 주어 울/라이크라(wool/lycra) 성사(yarn)를 생산하지만 방적 생산 원가가 많이 들어간다.

울 섬유(wool fiber)는 천연의 크림프(crimp)를 가지고 있어 어느 정도 신도를 가지고 있으나 신축성(15∼20%) 순모(wool=100%)제품을 생산하기는 어려운 문제점이 있었다.

등록특허 10-0517043 스트레치성 고밀도 직물

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 울 원단의 제조공정 중 울 섬유 염색 후 back washer 공정에서 폴리우레탄 수지를 첨가함으로서, 신축성이 향상된 스트레치성 울 원단을 제조하는 방법 및 그에 의해 제조된 스트레치성 울 원단을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스트레치성 울 원단의 제조방법은 울 섬유를 투입하여 울 섬유를 염색하는 1단계; 상기 염색된 울 섬유를 수세(back washer)하는 과정에서 열경화성 폴리우레탄 수지를 5% 농도로 추가하는 2단계; 상기 2단계의 울 섬유를 80 ~ 90℃로 건조하는 3단계; 상기 건조된 울 섬유를 방적 및 제직하는 4단계;및 상기 제직된 울 직물을 160 ~ 170℃에서 큐어링(curing)하는 5단계;를 포함한다.

또한, 바람직하게, 상기 2단계의 수세(back washer) 공정은, 정련제 및 수산화암모늄(NH₄OH) 2% 수용액으로 수세하는 제1맹글; 아세트산(CH₃COOH) 1%로 처리하는 제2맹글; 상온수에 수세하는 제3맹글;및 열경화성 폴리우레탄 수지 농도 5%, 유연제 농도 2%, 침투제(wetting agent)농도 1%를 넣고 염색된 울 섬유를 침지한 후 50 ~ 90%의 픽업율로 패딩하는 4맹글;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제4맹글의 유연제는 실리콘인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조되는 스트레치성 울 원단을 제공한다.

본 발명에 따르면, 울 염색(wool top dyeing, 원료염색)단계에서 수세공정(back washer) 제1 맹글 내지 제4맹글을 거치는데 제4맹글에서 울 크림프(wool crimp)의 반발 탄성력을 높이기 위해서 열경화성 폴리우레탄 수지(5%), 실리콘 수지(2%)를 상온수에 침지하고 건조(80 ~ 90℃)하여 방적, 제직, 가공(160℃)에서 큐어링하여 가교결합을 시킴으로써 신축성이 향상된 스트레치(stretch)성 울(wool) 원단을 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면 열경화성 폴리우레탄 수지를 울 섬유에 흡착시켜 울 섬유의 권축(crimp) 특성을 방적사(yarn) 구조 형성 때까지 지속시켜 반발탄성력이 증가하므로 울 방적사의 강신도와 신축회복력이 증가된다.

울의 전처리로서 열경화성 폴리우레탄 수지에 의한 물성을 개선하는 것으로, 울 섬유의 초기 탄성율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 수세(back washer) 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 스트레치성 울 원단 제조단계를 나타낸 것이다.
도 3은 열경화성 폴리우레탄 수지 처리 후 권축율 및 탄성계수(영율) 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 일반 울 섬유(좌측) 및 수용성 폴리머 처리한 울(우측)의 현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 스트레치성 울 원단의 시험성적서이다.

본 발명에 있어서 스트레치성 울 섬유 제조방법 및 그에 의해 제조된 스트레치성 울 섬유를 실시예를 들어 설명을 하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

일반적으로 직물에 대해 가공 텐터공정에서 침지 후 패딩 건조하는 직물 가공기술로써 방축, 초발수, 대전방지가공 등이 있으나, 울 섬유 상태에서 전처리(열경화성 폴리우레탄(PU)수지 처리)하고 건조 및 큐어링(curing 공정, 열처리)을 하는 제조공정은 없다.

일반적인 울 제품 공정은 ① 울 섬유 투입(울 섬유염색) → ②유연제처리(염색 back washer 4번 맹글) → ③ 건조 → ③ 방적 → ④ 제직 → ⑤ 가공 공정(process)순서로 울 순모제품(wool=100%)을 생산한다.

그러나, 본 발명에서는 울 섬유(wool fiber)의 신축성 및 반발 탄력성을 부여하기 위해서 울 섬유(wool fiber)의 코팅(coatinng) 기술로써, ① 울 섬유 투입(울 섬유염색) → ② 열경화성 폴리우레탄(PU) 수지 처리 및 유연제처리(염색 back washer 4번 맹글) → ③ 건조 → ③ 방적 → ④ 제직 → ⑤ 큐어링(curing, 열처리160~170℃:텐터 )→ ⑥ 가공과정을 통하여 스트레치성 울 원단 제품(wool=100%)을 제조한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 기존의 울 원단 제조기술과 본 발명의 차별화된 기술을 비교하면 다음과 같다.

[표 1]

즉, 종래의 울 방적 공정은 울 천연 섬유를 사용하나, 본 발명에서는 울 표면에 폴리머 처리로 울의 탄성력을 증가시키는 수지 처리 기술을 개발함으로서 스트레치성 울 섬유(wool fiber) 및 직물(원단)을 개발하였다. 울 방적에서는 기존의 기술은 신도(elongation)가 낮으나, 본 발명에서는 강신도 및 신축회복력이 향상되었다. 염색기술에 관하여는 기존의 기술은 수지처리 및 큐어링 공정이 없으나, 본 발명에서는 수세(back washer) 공정에서 수용성 폴리머(polymer)를 처리하고 건조기에서 80∼90℃로 건조하지만, 가공 텐더 선열처리 큐어링(curing)한 후에 가공된다는 점에서 차별점이 있다.

도 1은 본 발명의 크림프(crimp) 형태 지속화를 위한 수지처리가 추가된 수세(back washer) 공정의 모식도를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 1st 맹글에서 수산화암모늄(NH₄OH) 수용액으로 수세하는 공정, 2nd 맹글에서 아세트산(CH₃COOH) 처리하는 공정, 3rd 맹글에서 상온수로 수세하는 공정, 4th 맹글에서 상온수에 열경화성 폴리우레탄(PU)를 처리하는 공정이 진행된 후 열풍 챔버를 거치게 된다.

도 2는 본 발명의 스트레치성 울 원단의 제조단계를 나타낸 것으로서, 이를 참고하면, 다음과 같다.

첫째, 울 섬유투입하여 울 섬유를 염색한다.

둘째, 상기 염색된 울 섬유를 수세기(back washer)하는 과정에서 열경화성 폴리우레탄 수지를 5% 농도로 추가한다. 바람직하게는 상기 열경화성 폴리우레탄 수지를 상온수 수조(200ℓ)에 5% 농도로 추가한다. 이 공정이 본 발명의 울 섬유 제조과정의 차별점이라고 할 수 있다.

셋째, 상기 2단계의 울 섬유를 건조한 후, 건조된 울 섬유를 방적 및 제직한다.

넷째, 상기 제직된 울 직물을 160 ~ 170℃에서 큐어링(curing)한 후 가공하여 스트레성 울 원단을 제조한다.

상기 두번째 수세(back washer)공정은 총 4번의 맹글을 거치게 되는데, 이 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

① 정련제(비누류) 및 수산화암모늄(NH₄OH) 2%수용액으로 수세하는 제1맹글.

② 아세트산(CH₃COOH) 1%로 처리하는 제2맹글.

③ 상온수에 수세하는 제3맹글.

④ 열경화성 폴리우레탄 수지 농도 5 ~ 8%, 유연제(실리콘) 농도 2%, 침투제(wetting agent)농도 1%를 넣고 염색된 울 섬유를 침지(wetting)한 다음 패딩(padding)하는 제4맹글.

본 발명에 따른 실시예는 다음과 같다.

< 실시예 1>

① 울 섬유를 염색(wool top dyeing)하는 단계

② 수세(back washer)공정으로 4번의 맹글을 거친다.

- 1st 맹글 : 정련제(비누류) 및 수산화암모늄(NH₄OH) 2% 수용액으로 수세

- 2nd 맹글 : 아세트산(CH₃COOH) 1% 처리

- 3rd 맹글 : 상온수 수세

- 4th 맹글 : 염색 back washer의 4th 맹글에서 상온수(200ℓ), 열경화성 폴리우레탄(PU) 수지농도(5%=10ℓ), 실리콘 수지(유연제, 2%=4ℓ), 침투 제(wetting agent 1%=2ℓ)를 넣고 울 섬유(염색 top)를 침지하여 50~90% 의 픽업율로 패딩한 후 80℃로 건조한다.

③ 건조(80℃)→방적→제직→큐어링(160℃)텐터→가공

원사 및 직물에 대한 주요 성능 지표 중 직물의 세계최고수준의 신축성은 신도 15%이나, 본 발명의 폴리우레탄 수지의 사인장 강도 및 사인장신도 테스트 결과를 다른 섬유들과 비교하면 다음과 같다.

	#1 W280-5010	#2 W150-5011	#3 15AW1050-0911A	#4 W280-9001	#5 W150-9002
	206	171	175	171	140

< 사인장강도 (KS K 0475 : 2018, C.R.E) : cN >

	#1 W280-5010	#2 W150-5011	#3 15AW1050-0911A	#4 W280-9001	#5 W150-9002
	17.4	25.6		15.0	14.3

< 사인장신도(KS K 0475 : 2018, C.R.E) : % >

#1(2/80Nm) 시료, #2(1/50Nm)시료는 상온수(200ℓ)에 열경화성 폴리우레탄 수지 5%(10ℓ), 실리콘 유연제 2%(4ℓ) 수용액에 원료 염색한 울(wool)을 패딩(padding)하여 80℃에서 건조하여 방적한 원사이며, #3(1/50Nm)시료는 아무 처리도 하지 않은 원사(raw white)이며, #4(2/80Nm)시료, #5(1/50Nm)시료는 상온수(200ℓ)에 실리콘 유연제 5%(10ℓ) 수용액에 원료 염색한 울(wool)을 패딩(padding)하여 80℃에서 건조하여 방적한 원사이다. 즉, #1시료와 #2시료는 두께만 다르고 처리과정은 동일한 것이며, #4, #5 시료도 두께만 다르고 같은 처리를 한 원사이다.

울 섬유의 수세기(back washer) 수지처리 조건은 아래 표 4와 같다.

원료(w=100%)	1bowl	2 bowl	3 bowl	4 bowl	건조 온도
#1(2/80), #2(1/50)	정련제 및 NH₄OH(2%)수세	CH₃COOH(1%)처리	상온수 수세	열경화성 PU수지(5%), 실리콘유연제(2%)처리	80℃
#4(2/80), #5(1/50)	“	“	“	실리콘유연제(5%)처리	“

본 발명의 사인장강도는 171cN이고, 사인장신도는 25.6%로서, 울 직물로서는다른 비교예의 시료들에 비하여 높은 사인장강도 및 사인장신도를 나타내었다.

도 3은 열경화성 폴리우레탄(PU)수지) 처리 후 크림프(crimp) 발생값(권축율) 및 탄성계수(영율) 모식도를 나타낸 것으로서, 이를 참고하면, 권축률 9%, 그림프 수가 14 ~ 22개인 일반 울제품에 수지처리한 경우 권축률이 6%가 된 반면, 수지처리 하지 않은 경우는 권축률이 4%에 불과하였다. 즉, 수지 처리를 한 경우가 그렇지 않은 경우에 비하여 권축률이 더 좋은 것을 알 수 있었다.

도 4는 울 섬유 수용성 폴리머 처리한 후 현미경사진을 나타낸 것으로서, 일반 양모(미처리) 및 폴리우레탄 수지 5%를 처리한 울 섬유의 단면 및 측면을 나타낸 것으로서, 폴리우레탄 수지를 처리한 경우 단면이 더 매끄러운 것을 알 수 있다.

즉, 폴리우레탄 수지의 점탄성적 성질로 인하여 크림프(crimp) 기능을 유지하고, 반발 탄성을 증대시켜서 인장 또는 전단 등의 외력을 가하였을 때 높은 신도와 울 크림프 발생값을 높이는 스트레치성을 갖는 울 제품을 제조할 수 있다.

도 5는 본 발명의 스트레치성 울 원단의 시험성적서로서, 2p에 신장률을 살펴보면 위사방향의 신장율이 17.2%로 높게 나타나는 것을 알 수 있으며, 탄성회복률도 90%로 나타나는 것을 알 수 있다.

본 발명자는 울 섬유의 특성을 고려하여 울 크림프 발생값(%)으로 소모원사 방적에 영향을 주는 요소로써, 수용성 폴리머의 종류, 점도(viscosity), 농도, 산도(pH) 등을 달리하여 방적하여 원사 시험해 본 결과, 열경화성 폴리우레탄 수지 처리를 추가한 경우에, 크림프(crimp) 형태 지속화를 위한 신축성이 향상될 수 있는 순울 섬유를 제조할 수 있었다.

즉, 본 발명은 울 섬유로써 염색(top dyeing)후 수세공정(back washer 4th 맹글)에서 울 크림프(crimp)의 탄성계수(영율) 및 신도를 높이는 수지(열경화성 PU 수지, 실리콘 수지 등)를 처리하여 스트레치성 울 섬유(stretch wool fiber) 제조할 수 있다. 그리고, 직물에 대한 주요 성능 지표 중 신장률( K SK 0352 방법)은 위사 방향으로 17.2% 로써 스트레치성 울 섬유를 만들 수 있다(도 5 참조).

상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다.

Claims

울 섬유를 투입하여 울 섬유를 염색하는 1단계;
상기 염색된 울 섬유를 수세(back washer)하는 과정에서 열경화성 폴리우레탄 수지를 5% 농도로 추가하는 2단계;
상기 2단계의 울 섬유를 80 ~ 90℃로 건조하는 3단계;
상기 건조된 울 섬유를 방적 및 제직하는 4단계;및
상기 제직된 울 직물을 160 ~ 170℃에서 큐어링(curing)하는 5단계;
를 포함하는 스트레치성 울 원단 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 2단계의 수세(back washer) 공정은,
정련제 및 수산화암모늄(NH₄OH) 2% 수용액으로 수세하는 제1맹글;
아세트산(CH₃COOH) 1%로 처리하는 제2맹글;
상온수에 수세하는 제3맹글;및
열경화성 폴리우레탄 수지 농도 5%, 유연제 농도 2%, 침투제(wetting agent)농도 1%를 넣고 염색된 울 섬유를 침지한 후 50 ~ 90%의 픽업율로 패딩하는 제4맹글;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레치성 울 원단 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 제4맹글의 유연제는 실리콘인 것을 특징으로 하는 스트레치성 울 원단제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되는 스트레치성 울 원단.