KR102569125B1 - 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법 - Google Patents

발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발수기능성 보유리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 소수성 물질인 플루오르 화합물을 이용한 직물의 발수성능 생산방식의 환경적, 인체유해적인 문제를 해결하는 한편, 발수 기능성과 자원 재활용도를 높이기 위해 친환경적인 실리콘계 발수제가 마스터 배치상에 혼입되어 방사된 리사이클 원사로 제직되어 반복되는 세탁과 건조 과정에서도 지속적인 발수 성능을 유지 할 수 있고, 사이징 공정, 전처리 공정에 용제형 침투제를 첨가함으로써 표면 장력을 낮추어 공정상 일시적으로 침지율을 높여 원활한 생산을 할 수 있도록 할 수 있다.

Description

발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법{Process Of Producing Environmental Friendly Down－Proof Fabrics Using Water-Repellent Functional Recycled Nylon Yarn}
본 발명은 발수 기능성과 자원 재활용도를 높이기 위해 친환경적인 실리콘계 발수제가 마스터 배치상에 혼입되어 방사된 리사이클 원사로 제직, 염색, 후처리가공 처리된 세탁 내구성과 커버링성이 뛰어난 Non-coating 방식의 Down-proof 소재로 발수기능성 보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법에 관한 것이다.
발수(WATER REPELLENT)란 '보이지 않는 보호막을 형성해 물이나 기타 오염물질로부터 보호하는 기능'을 의미하며, 이 원리는 연꽃의 표면에 무수한 돌기가 새벽에 내린 이슬을 흡수하지 못하도록 물방물을 받쳐주는 효과로서, 물을 튕겨주는 효과를 나타낸다.
아웃도어 직물의 경우 인위적인 화학물질인(CF)n로 결합된 소수성 물질인 플루오르 화합물을 사용하여 인위적으로 직물에 처리하여, 발수효과를 나타내기도 한다. 국제 환경 단체인 그린피스는 PFC 잔류 물질의 오존층 파괴와 인체 치명적 위험성을 경고하고 있으며, 대부분 천연광물인 형석(螢石)에서 강한 황산을 이용하여 추출해 내는 플루오르 화합물은 산업적으로 다양한 사용군을 형성 하고 있으나, 인체적으로는 플루오르가 미소량 함유된 경우에는 충치예방, 충치균 억제등에 유용하게 되지만, 함유량이 높아질 경우에는 면역계의 손상과 백혈구의 활동을 악화 시키며, 골격계의 침착으로 인한 근육통, 요통, 골다공증을 유발시키는 치명적 물질로서, 벨기에의 경우 식품류에는 미소량이라도 그 사용을 엄격히 통제하고 있으며, 심각한 환경 오염 문제를 일으키기도 하는 물질이다.
C8계로 구성된 플루오르 발수제는 PFOS, PFOA의 유해물질 검출 문제로 그 사용이 제한되고 있으며, 비불소계의 발수물질의 기능성 저하로 최근에는 C6계열의 플루오르 발수제가 시판 되고 있는 바, 이 역시 PFOS의 유해성은 없으나, PFOA의 잔류 함량 규정이 1PPM에서 0.025PPM으로 허용치가 더욱 낮아지고 있는 추세상 몇 년내에는 비불소계 발수물질로 전환되어야 할 것이다.
최근들어 비불소계열의 발수물질을 찾고자, 실리콘계열, 왁스계열, 아크릴계열, 폴리우레탄 계열등에서 대체 시도되고 있는 실정이나, 플로오르 발수제가 가지고 있는 소수성과는 그 효과측면에서 비교가 어려우며, 발수 기능성도 각 물질에 따라 성능저하가 발생되어 사용을 주저하고 있다.
비불소계 발수제는 결합력이 약하고, 접촉각도 90~150° 규모로 손으로 물방울 입자를 튕겼을 때 떨어지지 못하고, 비불소계 발수 피막과 장시간 머물러 있는 단점이 있고, 그 사용량이 불소계 발수제 사용량의 2~3배 이상 과량 사용하는바, 그 경우 쵸크 마크(CHALK MARK)현상을 유발 시켜 제품의 품위를 떨어뜨리며, 가공 약품 패딩(PADDING) 건조과정에서의 고온의 열적 처리 필요성이 있으며, 후공정의 코팅접착제와의 반발성으로 인해 접착 강도가 급격하게 떨어지는 문제를 가지고 있다.
대한민국공개특허제10-2012-0032528호(2012년04월05일 공개)
그러므로 본 발명은 기존의 문제점을 해결하여 원사 제조 과정중 마스터 배치에 비불소계 발수 원료 물질중의 하나인, 60~90% 고형분의 고농도 실리콘을 1~3중량% 첨가하여 방사된 원사를 사용하여 반복되는 세탁과 건조 과정에서도 지속적인 발수 성능을 유지 할 수 있고, 사이징 공정, 전처리 공정에 용제형 침투제를 첨가함으로써 표면 장력을 낮추어 사이징 공정, 전처리 공정, 염색공정상 일시적으로 침지율을 높여 원할한 생산을 할 수 있도록 하여 환경적인 문제와 인체유해성에 대한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 경사 및 위사로는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용하며,
상기 경사를 사이징공정을 한 후,
상기 경사 및 위사로 경사밀도는 경사밀도 110~160본/인치이며, 위사밀도 120~180본/인치로 평직 또는 트윌조직으로 직물중량 30 ~ 80g/sqm, 커버팩터 18.0 ~ 18.5이 되도록 제직한 후,
전처리액에 처리하여 직물의 백도를 향상시키는 전처리공정을 한 후,
정련, 염색후, 고농도의 실리콘계 인열증진제 0.5~1.5중량%함유한 후처리액에 패딩(PADDING)처리하여 후처리가공하고,
염색지 기준 +0.5~1" 폭을 넓히고, 텐터기에서 오버피드를 +1~5%설정하고, 180~200℃, 30~60m/min으로 처리를 한 후,
고온 열카렌다 가공하는 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법은 원사 제조 과정 중 마스터 배치에 비불소계 발수 원료 물질을 1~3% 첨가하여 방사된 원사를 사용하며, 경사를 사이징을 한 후, 제직, 전처리공정, 정련, 염색을 한 후, 후처리가공 및 고온 열카렌다 가공하는 순서로 행하게 된다.
기존의 발수 Down-proof 소재는 소수성 물질인 플루오르 화합물을 사용하여 인위적으로 직물에 패딩(PADDING)처리하여 제조하기 때문에 환경오염 및 제품의 인체 유해성에 대한 문제가 항상 상존하고 있었다. 이에 본 발명에서는 원사로 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용하여 반복되는 세탁과 건조 과정에서도 지속적인 발수 성능을 유지할 수 있는 Non-coating 방식의 Down-proof 소재로 적합하도록 하였으며, 후공정의 열 카렌다를 이용한 고광택과 조직 메꿈성을 향상시키고 Down-proof성을 부여하는 방식으로 환경적인 문제와 유해물질 배출에 의한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다.
상기 발수기능성보유 리사이클 나일론사는 원사 제조 과정중 마스터 배치에 비불소계 발수 원료 물질을 1~3중량% 첨가하여 방사된 원사로서 원사내부에 비불소계 발수 원료 물질을 함유하고 있어 발수성이 우수하면서도 반복되는 세탁과 건조 과정에서도 지속적인 발수성능을 유지할 수 있다.
발수성능이 증가하면 다운프루프성이 우수해지며, 기본적인 원사의 열수수축율이 높을수록 정련시 원사의 수축이 많이 일어나기 때문에 발수도 및 다운프루프성이 높을 것으로 예상된다. 발수가능성보유 리사이클 나일론사는 열수축율이 10~13%가 가장 안정적인 결과를 나타낸다.
경사로 사용하기 위한 발수기능성보유 리사이클 나일론사는 사이징공정을 하게 되는데, 상기 발수기능성보유 리사이클 나일론사는 원사의 발수 성능의 영향으로 경사빔 준비공정인 호부착율이 급격하게 저하되는 특징을 가진다.
따라서 본 발명의 사이징공정은 아크릴산 30~70중량%, 대전방지제 1~3중량%, 용제형 침투제 0.01~0.5중량%, 왁스 5~10중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 가호액을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 수용성 호성분이 포함된 가호액은 용제형 침투제를 0.01~0.5중량%를 함유함으로써 일시적으로 발수기능성보유 리사이클 나이론사의 습윤성이 증가하고, 표면 장력이 낮아져 호부착율이 6~12%정도로 향상될 수 있다.
상기 용제형 침투제는 0.01중량%미만 사용에서는 침지율이 저하되어 호부착율이 저하되는 문제점이 발생하며, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 가호액의 다른 구성성분과의 심각한 트러블이 발생되어 호부착율의 불균일성이 발생할 수 있다.
발수기능성 보유 리사이클 나이론사를 경사로 하는 그라비아 방식으로 침지 건조하여 호부착율을 6~12%로 유지되도록 하면, 경사용 실의 표면을 보호하면서 실의 내마모성의 향상, 사절방지, 정전기 발생 감소를 도모한다.
상기 사이징공정 후 제직공정을 하는데, 경사밀도 110~160본/인치이며, 위사밀도 120~180본/인치로 평직 또는 트윌조직으로 직물중량 30 ~ 80g/sqm, 커버팩터 18.0 ~ 18.5이 되도록 제직한다.
경사밀도 100본/인치, 위사밀도 110본/인치 미만시에는 섬유조직의 결속성이 떨어져 발수도 및 다운프루프성이 저하되는 것으로 확인되어, 최종 가공후 경사ㆍ위사의 밀도 밸런스를 1:1에 가깝게 제직되어야 경사ㆍ위사 교차점의 공극을 최소화할 수 있으며, 경사밀도 160본/인치, 위사밀도 180본/인치 초과시에는 제직시 마찰줄이 발생할 수 있다.
또한, 에어 젯트 직기로의 제직시 표면의 평활성이 높아 공기 유체의 흐름성이 빨라져 제직상 어려움이 있으므로 워터 젯트 직기를 사용하여 제직하는 것이 바람직하다.
이렇게 제직된 직물을 전처리액에 처리하여 직물의 백도를 향상시키는 전처리공정을 행한다. 상기 전처리공정은 NaOH 3~10중량%, 산화호발제 1~1.5중량%, 정련제 0.5~1중량%, 탈유탈지제 0.5~1중량%, 용제형 침투제 0.01~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 전처리액에 처리하는 것이 백도(Whiteness)향상에 특히 바람직하다.
이후 정련, 염색을 하는데, 80~90℃의 정련조건에서 Whiteness가 우수하게 발현되었으며, 정련처리의 시간이 길어질수록 백도(Whiteness)가 2.5정도 낮아지는 것으로 볼 때, 단시간에 상압의 조건으로 정련하는 것이 전처리공정의 효율성에 있어서 바람직하다. 염색은 통상의 나일론 직물의 염색방법을 행하게 된다.
염색과정에서는 염색 시작온도는 40℃이상에서 시작되어야 하며, 그 미만의 온도에서 시작될 경우 발수기능성 부여 리사이클 나일론사의 발수성능이 발현되어 산성염료의 불균염을 유발시키므로 특히 주의가 필요하다. 그 이후 후처리과정을 하는데, 중ㆍ진색의 경우 습윤견뢰도 향상을 위한 70~80℃에서 1~3중량%의 고착제처리 과정을 거친 후 후처리가공을 할 수도 있다.
후처리가공은 원사가 발수기능성 부여 리사이클 나일론사로 구성되어 있어 별도의 비불소계 발수제 및 가교제, pH조절제를 추가할 필요가 없으며, 열카렌다 공정의 다운 프루프 성능 향상을 위한 고형분 60~90중량%의 고농도 실리콘계 인열증진제 0.5~1.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 가공액에 처리하게 된다.
이후 염색지의 전폭과 위사밀도를 확인하여, 염색지 기준 +0.5~1" 폭을 넓히고, 텐터기에서 오버피드를 +1~5%설정하고, 180~190℃, 30~60m/min으로 처리를 하여 건조시킨다.
이후 직물의 경사, 위사의 교차점 공극을 최소화 하기위해 Down-proof성이 우수한 고밀도 직물을 제조하기 위한 필수공정인 고온 열카렌다 가공을 하게 되는데, 상기 고온 열카렌다가공은 작용 피스톤 압력을 60~100 TON, 가공속도 30~40M/min, 160 ~ 195℃에서 4~5회, 60~120℃로 1~2회 가공하는 것이 고온 건식 가공으로 인한 경화성 회복과 후처리가공시 부여된 고농도 실리콘계의 인열증진제 0.5~1.5중량%의 약제의 영향으로 조직 매꿈성이 우수하여 DOWN PROOF의 증진효과와 크리즈 마크 현상을 줄일 수 있으며, 우수한 인열강도를 발현할 수 있게 된다. 그러나 열카렌다 가공의 횟수가 총 7회를 초과하게 되면 오히려 인열강도가 저하되는 현상을 보일 수 있다.
즉, 열카렌다 가공전 염색지 기준규격 대비 가공지 규격이 확정 준수되어야 하는바, 이 부분의 중요성은 열 카렌다의 고온 과정에서 발생하기 쉬운 급수축 현상과 이로 인한 마찰줄 크리즈(CREASE)현상이 발생하는 주원인이 되므로, 1차 열카렌다후에는 반드시 전폭을 점검하여 전/후 수축율 차이가 -3%이하로 관리되어야 한다. -3.5%를 넘어가는 경우에는 급수축 현상으로 인한 마찰줄, 크리즈(CREASE) 현상이 발생되어 그이후의 추가적인 열 카렌다 가공 공정을 진행해도 없어지지 않고, 제품의 외관상 불량을 초래한다.
기존의 습식 건조방식의 열카렌다도 시행될 수 있으나, 표면의 Hi Grossy광택이 떨어지고, 표면의 요철 현상으로 품위가 떨어지는 것으로 확인되었으므로, 건식 열 카렌다방식으로 수용하여야 하며, 주변의 습도의 영향에 따라 정전기 발생 소지가 있어 가습기 분무 장치와 이오나이저(ionizer)를 추가 설치 작업되어야 하며, 정상적 열 카렌다 과정을 마친 제품의 표면에 Hi Grossy 효과와 공기 투과도 0.2~0.8 CFM 과 DOWN PROOF 성능상 우수한 성능을 유지하는 제품 생산이 가능하다.
본 발명은 기존의 소수성 물질인 플루오르 화합물을 이용한 직물의 발수 성능 생산방식의 환경적, 인체유해적인 문제를 해결하는 한편, 반복되는 세탁과 건조 과정에서도 지속적인 발수 성능을 유지 할 수 있고, 사이징 공정, 전처리 공정에 용제형 침투제를 첨가함으로써 표면 장력을 낮추어 사이징 공정, 전처리 공정, 염색공정상 일시적으로 침지율을 높여 원활한 생산을 할 수 있도록 한 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발수기능성 보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물인 실시예 1의 제품사진이며,
도 2는 종래의 일반사를 사용하여 제조한 다운프루프 직물인 비교예 1의 제품사진이다.
다음의 실시예에서는 본 발명의 발수기능성 보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법의 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
마스터 배치에 비불소계 발수 원료 물질을 1~3% 첨가하여 방사되어 발수 기능성이 부여된 리사이클 나일론사(N66 40/34 FDY. 극동첨단섬유 유한회사. 대만産)를 경사로 사용하기 위해 아크릴산 40중량%, 대전방지제 1중량%, 용제형 침투제 0.03중량%, 왁스 5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 가호액에 호부착율 8%로 패딩 건조하여 사이징공정을 한 후, 상기 경사와 동일한 나일론사를 위사로 공급하여 워터젯 직기를 사용하여 경사밀도 115본/인치이며, 위사밀도 125/인치 평직조직으로 직물중량 75 g/sqm, 커버팩터 18.5가 되도록 제직하였다.
제직된 직물을 NaOH 5중량%, 산화호발제 1중량%, 정련제 0.5중량%, 탈유탈지제 0.5중량%, 용제형 침투제 0.03중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 전처리액에 처리하여 직물의 백도를 향상시키는 전처리공정을 하였다.
이후 80~90℃의 정련온도에서 단시간에 상압의 조건으로 정련한 후, 산성염료를 이용하여 통상의 나일론 직물의 염색방법으로 행하였다.
염색후에는 고형분 80중량%의 고농도 실리콘계 인열증진제 0.5중량%만 투입하고 잔부로서 물을 함유하는 후처리액에 패딩처리하며, 젖은 상태의 염색지 전폭과 위사밀도를 사전확인하여, 염색지 기준 +0.5~1" 폭을 넓히고, 텐터기에서의 가공 오버피드 장치를 이용하여 오버피드를 +5%설정하고, 185℃, 50m/min으로 처리를 하여 건조시켰다.
이후 열 카렌다 가공을 작용 압력 60TON, 설비를 이용 속도 30M/min, 185℃에서 4회, 100℃로 2회 가공하여 다운프루프 직물을 제조하였다.
[비교예 1]
기존 리사이클 원사 [N6 40/34 FDY. 효성産]을 사용하여 [실시예 1]의 동일한 제직 조건과 전처리, 염색을 거친 후, 실리콘계열 비불소 발수제 8중량%, 가교제 1중량%,구연산 0.1중량%.고형분 80% 고농도의 실리콘계의 인열증진제 0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 후처리액에 패딩 처리하고 185℃, 50M/MIN 으로 건조하였으며, 열카렌다 가공은 [실시예 1]과 동일하게 수행하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 다운프루프 직물의 물성시험 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 발수기능 보유 리사이클 나일론사가 물성 측면 및 외관상 광택, 표면의 평활성이 더 우수한 것으로 확인된다.
성능지표 단위 실시예 1 비교예 1 비고
1. 중량 g/㎡ 70 73
2. 인열강도 경사방향 N 8 5
위사방향
3. 세탁견뢰도 급 4 4
4. 물견뢰도 급 4 4
5. 땀 견뢰도 급 3 3
6. 마찰견뢰도 건 급 4 4
습 3-4 3-4
7. 치수변화율(3회 세탁후) % ±2.5 ±4.0
8. 다운프루프성 EA 3 12
9. 공기투과도 cfm 0.37 0.69
10. 발수도 초기 급 5(100) 5(100)
5회세탁 5(90) 3(80)
11. 심퍼커링 급 3 3

Claims (5)

  1. 경사 및 위사로는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용하며,
    상기 경사를 사이징공정을 한 후,
    상기 경사 및 위사로 경사밀도는 경사밀도 110~160본/인치이며, 위사밀도 120~180본/인치로 평직 또는 트윌조직으로 직물중량 30 ~ 80g/sqm, 커버팩터 18.0 ~ 18.5이 되도록 제직한 후,
    전처리액에 처리하여 직물의 백도를 향상시키는 전처리공정을 한 후,
    정련, 염색후, 고농도의 실리콘계 인열증진제 0.5~1.5중량%함유한 후처리액에 패딩(PADDING)처리하여 후처리가공하고,
    염색지 기준 +0.5~1" 폭을 넓히고, 텐터기에서 오버피드를 +1~5%설정하고, 180~200℃, 30~60m/min으로 처리를 한 후,
    고온 열카렌다 가공하는 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 사이징공정은 아크릴산 30~70중량%, 대전방지제 1~3중량%, 용제형 침투제 0.01~0.5중량%, 왁스 5~10중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 가호액에 호부착율 6~12%로 패딩하는 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전처리공정은 NaOH 3~10중량%, 산화호발제 1~1.5중량%, 정련제 0.5~1중량%, 탈유탈지제 0.5~1중량%, 용제형 침투제 0.01~0.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 전처리액에 처리하는 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 후처리가공시 후처리액은 고형분 60~90중량%의 고농도 실리콘계 인열증진제 0.5~1.5중량% 및 잔부로서 물을 함유하는 후처리액인 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고온 열카렌다 가공은 작용 피스톤 압력을 60~100 TON, 가공속도 30~40M/min, 160 ~ 185℃에서 4~5회, 60~120℃로 1~2회 가공하는 것을 특징으로 하는 발수기능성보유 리사이클 나일론사를 사용한 친환경 다운프루프 직물의 제조방법.
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