KR20000051530A - 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 유제함량으로도 해사성을 현저하게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 권량을 증가시킬 경우에도 일정한 해사장력을 유지하여 가공공정에서의 제품불량률을 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 라지패키지 제조방법은, 방사통으로부터 40데니어 이하의 폴리우레탄 탄성사를 인출하여 2개의 방사롤러를 거쳐 와인더에 설치되는 콘에 권량이 1kg∼1.5kg이고 권폭이 55mm 이하가 되도록 권취하여 라지패키지를 제조하는 방법으로서, 상기 와인더의 속도를 V₃, 최초 방사롤러의 속도를 V₁, 그리고 두 번째 롤러의 속도를 V₂라 할 때, 상기 속도들은, 0.95V₃?? V₁?? 1.05V₃및 0.5V₃+ V₁?? V₂?? 0.15V₃+ V₁의 관계식에 의하여 결정되고, 폴리우레탄 탄성사의 수축률은 7%이하이며, 상기 폴리우레탄 탄성사를 제조하기 위한 폴리머에 투입되는 지방산 금속염은 금속성분이 칼슘, 마그네슘 및 리튬이고, 지방산은 10∼22의 포화 및 불포화지방산으로 이루어지며, 사중량에 대하여 0.2∼2중량% 사용됨을 특징으로 한다.

Description

폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법{METHOD FOR THE PREPARATION OF THE LARGE PACKAGE OF THE POLYURETHANE ELASTIC FIBER}

본 발명은 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법에 관한 것으로서, 특히 폴리우레탄 탄성사의 권량이 많을 경우에도 폴리우레탄 탄성사의 점착력을 감소시킴으로써 해사성을 우수하게 할 수 있는 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법에 관한 것이다.

폴리우레탄계 탄성섬유는 신축성이 좋고 탄성이 우수하여 스타킹이나 여성용 속옷류 등에서의 커버링사나 코어스판사로 널리 사용될 뿐만 아니라 폴리에스터, 나일론, 면사 등과 함께 수영복이나 일반 의류를 만들기 위한 신축성 직물용으로도 많이 사용되고 있다. 그러나, 폴리우레탄계 탄성섬유는 통상적인 섬유용 필라멘트에 비하여 점착성이 강하고 이로 인하여 보빈이나 패키지에 권취한 경우 서로 점착되어 경편, 환편 등의 직물을 제조할 경우 바람직하지 않은 과다 해사장력을 야기시킨다. 특히 권취된 탄성섬유의 경시가 증가하면 점착성의 효과는 증가되고 해사장력이 더욱 과다하게 되어 해사성이 점점 더 악화되는 결과를 낳는다. 점착성에 기인한 해사장력의 과다문제는 단순히 높은 해사장력의 문제라기 보다는 순간과다장력의 문제이다. 이러한 순간과다장력은 경편, 환편공정을 통하여 제조되는 직물에 장력 불균일로 인한 결점을 야기함은 물론 제조공정중 실이 끊어지는 원인을 제공하기도 한다. 따라서, 탄성섬유의 해사성을 향상시키기 위해서는 과다한 해사장력을 줄임과 동시에 해사시 발생하는 순간과다장력을 제거해야만 한다.

이러한 폴리우레탄 탄성사의 해사성을 개선하고자 하는 다양한 노력이 이루어지고 있고, 이와 같이 폴리우레탄 탄성사의 점착성을 감소시켜 해사성을 향상시키기 위한 것으로서, 미국 특허 제3,039,895호에는 섬유용 오일속에 특정한 금속염을 분산시킴으로써 해사성이 우수한 폴리우레탄 탄성사를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 때의 금속염은 특성한 산의 특정한 금속염으로서, 염의 금속성분은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연, 카드뮴, 알루미늄 중에서 선택되며, 산성분은 탄소수 8∼22의 포화 또는 불포화 지방산이 선택된다.

또한 미국 특허 제3,296,063호에서는 소량의 폴리아밀실록산과 다량의 폴리디메틸실록산으로 이루어진 유체에 소량의 금속염을 사용하여 해사성이 우수한 폴리우레탄 탄성사를 제조하는 방법을 제안하고 있다.

또한 일본 공개특허 소59-26573호에는 치오히드록시산의 금속화합물을 방사이전의 임의의 공정에서 중합체에 첨가하여 방사시의 주행성 및 해사성을 증진시키는 방법이 개시되어 있다.

또한 일본 공개특허 소60-239519호에는 콜로이달 실리카를 유제중에 함유하는데 이 때 금속비누염을 같이 병용함으로써 해사성 및 주행마찰특성을 증진시키는 방법이 개시되어 있다.

또한 일본 공개특허 소56-107010호에는 지방산 금속염을 사용함으로써 해사성을 증진시키는 방법이 개시되어 있다.

또한 일본 공개특허 평5-5277호에는 폴리유기실록산을 탄성섬유용 유제로 사용하여 해사성을 증진시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 선행기술들중 유제를 사용하여 해사성을 개선시키는 방법은 보빈이나 패키지에 실을 권취한 후 내층의 실이 외층의 압력에 의하여 실끼리의 점착성을 크게 개선하기 어렵다. 또한 폴리머에 각종 첨가제를 섞는 방법들에 의해서도 해사성을 현저하게 개선시키기 어렵다. 또한, 선행기술들에 있어서는 폴리우레탄 탄성사의 권량을 일정량 이상 증가시킬 경우 해사성이 오히려 악화됨으로서 권량이 증가할 경우 해사성을 향상시키는 방법으로는 부적절하다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 기존의 유제함량으로도 해사성을 현저하게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 권량을 증가시킬 경우에도 일정한 해사장력을 유지하여 가공공정에서의 제품불량률을 줄일 수 있는 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법을 수행하기 위한 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조된 라지패키지에 대하여 해사성 시험을 하기 위한 장치를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A : 첫 번째 방사롤러, B : 두 번째 방사롤러,

C : 와인더

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법에 따르면, 55mm 이하의 폭으로 폴리우레탄 탄성사를 보빈에 많은 권량 권취하여 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지를 제조하는 방법에 있어서, 일정수축율을 유지하기 위하여 방사롤러속도를 조절하고 실의 점착성을 약화시키기 위하여 중합된 폴리머에 지방산 금속염을 분산시킴으로써, 기존의 유제 함량으로도 해사성을 현저히 향상, 권량의 증가를 도모할 수 있고, 이에 따라 일정한 해사장력을 유지하여 가공공정에서의 제품불량을 줄일 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

폴리우레탄 탄성사 방사시에는 일반적으로 방사통에서 인출되는 40데니어 이하의 실이 와인딩되기전 통상 2개∼3개의 롤러를 거치게 된다. 이 때 롤러간의 속도는 실이 콘에 감겼을 때의 장력을 결정하게 된다. 이 장력은 권취된 실 내부에 가해지는 압력으로 작용하고, 이에 따라 실끼리의 점착성이 가중된다. 따라서, 통상의 방법으로 일정장력을 가해 실을 와인딩 할 경우 일정중량(350∼400g) 이상의 실이 감기게 되면 수축량의 증가에 의하여 실간의 점착성이 증가하고, 특별한 유제나 첨가제를 사용할 경우에도 해사성을 향상시키기 어렵다. 또 수축률이 너무 낮을 경우 해사성을 향상시킬 수는 있지만 사층의 붕괴 등을 야기시켜 폴리우레탄 탄성사의 와인딩을 어렵게 하는 요인이 된다.

본 발명에서는 이러한 점을 감안하여 지방산 금속염으로 금속성분이 칼슘, 마그네슘, 리튬이고 지방산은 10∼22의 포화 및 불포화 지방산으로 이루어진 금속염 화합물인 것이 사용된다. 이러한 지방산 금속염은 스판덱스 실끼리의 점착현상을 방지하고 스판덱스 콘의 해사성을 상승시키는 역할을 하게 된다.

폴리머에 투입되는 지방산 금속염의 함량은 사중량에 대하여 0.2∼2중량%가 적절하며, 바람직하게는 0.5∼1중량%이다. 본 발명에서 사용된 지방산 금속염은 투입되기 전 0.1∼1㎛ 정도의 입자가 되도록 감아서 사용해야 하며, 0.5㎛ 이하인 입자가 전체입자의 95% 이상인 것이 바람직하다. 1㎛ 이하의 입경을 가지는 입자는 방사시 사절 및 필터교체주기를 짧게하는 원인이 되어 생산성이 저하된다.

본 발명에 따르면, 폴리우레탄 탄성사로는 섬도가 40데니어 이하의 가는 실이 적용되며, 우수한 해사성을 얻기 위하여 폴리우레탄 탄성사는 7% 이내의 수축률을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 폴리우레탄 탄성사를 사용할 경우 1kg∼1.5kg까지의 라지패키지의 제조가 가능하다.

수축률은 다음과 같은 방법으로 평가할 수 있다.

먼저, 먼저 측정하고자 하는 실이 감긴 콘의 중심과 평행하도록 검은 선을 긋는다.

다음에, 평평한 유리판 위에 콘을 굴려 검은 점이 찍힌 곳이 나오면 테이프로 고정하고 계속 굴려 다시 검은 점이 찍힌 곳이 나오면 테이프로 붙인다.

다음에, 유리판에 찍힌 양쪽의 검은 점 사이의 길이를 잰다. 이 때의 길이를 A라 한다.

다음에, 테이프를 떼어내고 1분후 실이 장력을 받지 않도록 곧게 펴 길이를 잰다. 이 때의 길이를 B라 한다.

따라서, 수축률을 S라 할 때, S=(A-B)/A×100으로 나타낼 수 있다.

본 발명에 있어서, 적합한 콘의 중량은 1kg∼1.5kg이며, 1kg 이하의 콘은 폴리머에 해사성 향상 첨가제를 투입하지 않는 기존의 방법으로도 충분한 해사성을 얻을 수 있으며, 콘의 중량이 1.5kg을 넘는 경우 본 발명에 따른 방법만으로 우수한 해사성을 얻기가 곤란하다. 적정 유체함량은 4%∼10%이고, 이 범위에서 가장 좋은 해사성을 얻을 수 있으며, 와인딩 속도는 500∼1,000 m/min으로 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 통상의 방사롤러 속도는 와인더 전단롤러의 경우 와인더와 동일하거나 낮은 속도로 가동되며, 이 경우 실의 수축률이 커져 권량이 작은 패키지에서는 큰 문제가 되지 않으나 라지패키지의 경우 해사성이 악화되는 문제가 발생된다. 와인더 전단롤러의 속도가 와인더의 속도보다 훨씬 큰 경우에는 실의 수축율은 현저하게 작아지지만 와인더 전단롤러와 와인더 사이에 실의 처짐 현상이 발생함으로써 사절 및 합사현상을 야기한다. 따라서, 적정 수축률의 라지패키지를 얻기 위해서는 기존의 방사방법인 와인더 속도보다 와인더 전단롤러의 속도가 낮아서는 안되며, 본 발명에 따른 방법만으로 가능하다.

롤러의 속도조절은 도 1에 도시된 바와 같이, 와인더(C)의 속도(V₃)를 기준으로 방사된 실이 감기는 최초롤러(A)의 속도(V₁)와 두 번째 롤러(B)의 속도(V₂)의 비를 일정한 관계로 유지함으로써 달성할 수 있다. 이 관계는 다음의 관계식 1 및 관계식 2와 같다.

<관계식 1>

0.95V₃?? V₁?? 1.05V₃

<관계식 2>

0.5V₃+ V₁?? V₂?? 0.15V₃+ V₁

본 발명에 따른 방법에 의하여 폴리우레탄 탄성사가 권취된 라지패키지에 대하여 측정된 다음의 실시예들에 나타난 해사성은 도 2에 도시된 바와 같은 해사성 측정기구를 사용하였는데, 해사될 때의 장력과 사절여부로 해사성을 판단하였다.

통상적으로 폴리우레탄 탄성사 40데니어를 해사성 측정장치에 의하여 측정하면 해사장력이 40gf를 넘을 때 사절현상이 발생하며, 16gf 이하의 해사장력에서는 양호한 해사성을 나타내지만 이보다 조금 높은 22gf 이상일 때는 해사성이 불량해진다.

이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하며, 여기에서 해사성 측정결과는 다음의 과정을 수행함으로써 얻을 수 있다.

첫째, 구동롤러(b) 위에 얹은 탄성섬유의 콘을 분당 50미터의 속도로 돌리고 외인딩되는 롤러(d)의 속도를 분당 150미터로 하여 와인딩한다.

둘째, 이 때 장력계(e)에 나타나는 장력값을 측정하고, 롤러(c)는 롤러(b)와 동일한 속도로 구동한다.

셋째, 해사성 측정전 콘의 외층의 일부를 제거하여 최외층에서 발생하는 장력편차를 최소화한다.

넷째, 10분정도 가동하며 장력을 측정한다.

다섯째, 외층 측정이 끝난 후 콘의 외층으로부터 전체 양의 2/3정도를 제거한 후 내층을 측정한다.

<실시예 1>

분자량이 1950인 폴리테트라에틸렌에테르글리콜 1몰 용액에 4,4'-디메틸렌이소시아네이트 1.8몰을 첨가하여 질소가스 분위기하에서 85℃×70분간 중합하여 예비중합물을 제조하였다. 이 예비중합물을 디메틸아세트아미드 용액에 용해시켜 용액의 온도를 7℃까지 냉각한 후 쇄성장제로서 선형아민인 에틸렌디아민 1몰과, 1,2-프로필렌디아민 0.9몰과, 환형아민인 메타자이렌디아민 0.1몰과, 그리고 1,4-사이클로헥산디아민 0.1몰을 디메탈아세트아미드에 35% 농도로 용해시킨 쇄성장제 용액을 예비중합물에 서서히 첨가하여 점도가 3,000포이즈인 중합물을 얻었다.

이 중합물에 이소프로필아민 0.2몰을 디메틸아세트아미드에 30% 농도로 용해시킨 용액을 서서히 첨가하여 40℃에서 점도가 2,800포이즈인 중합물을 얻었다.

이 중합물에 칼슘 스테아린산을 디에틸아세트아미드에 20% 농도로 혼합하여 통상의 볼밀을 이용하여 입경이 1㎛ 이상인 입자가 전체입자의 0.1% 이하이고 0.3㎛ 이하인 입자가 전체입자의 95%가 되도록 밀링하여 이 용해액을 최종사에 대하여 0.5중량%가 되도록 첨가함으로써 최종중합물의 고형분을 33%로 조정하였으며, 이 때의 점도는 40℃에서 2,500포이즈였다.

이 중합물을 통상의 건식 방사법을 이용하여 40데니어 폴리우레탄 탄성사를 제조하여 와인딩하였다. 이 때 최초 롤러(A)의 속도(V₁)는 610m/min으로 하였으며, 두 번째 롤러(B)의 속도(V₂)는 690m/min으로 가동하고 와인더(C)의 속도(V₃)는 600m/min으로 하여 권량이 1,300g이 되도록 콘에 폴리우레탄 탄성사를 권취하였다. 유제함량은 8%이었으며, 이와 같이 권취된 폴리우레탄 탄성사에 대한 해사성을 전술한 바와 같은 해사성 측정장치 및 측정방법을 통하여 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교실시예 1>

해사성 향상 첨가물인 칼슘스테아린산을 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 해사성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교실시예 2>

최초 롤러(A)의 속도(V₁)를 500m/min으로 하고, 두 번째 롤러(B)의 속도(V₂)를 540m/min으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 해사성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교실시예 3>

최초 롤러(A)의 속도(V₁)를 530m/min으로 하고, 두 번째 롤러(B)의 속도(V₂)를 570m/min으로 하며, 권량이 380g이 되도록 폴리우레탄 탄성사를 권취한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 해사성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교실시예 4>

최초 롤러(A)의 속도(V₁)를 880m/min으로 하고, 두 번째 롤러(B)의 속도(V₂)를 900m/min으로 하며, 와인더(C)의 속도(V₃)를 900m/min으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 해사성을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

	해사장력(gf)	수출률(%)
	외층		내층
실시예 1	10	13	2
비교실시예 1	10	20	2.5
비교실시예 2	15	사절	33
비교실시예 3	14	16	22
비교실시예 4	11	14	2.5

상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 방사롤러중 와인더 전단롤러의 경우 와인더와 동일하거나 낮은 속도로 가동될 경우 수축률이 커서 해사성이 악화되고, 와인더 전단롤러의 속도가 와인더의 속도보다 훨씬 큰 경우에는 실의 수축율은 현저하게 작아지지만 와인더 전단롤러와 와인더 사이에 폴리우레탄 탄성사의 처짐 현상이 발생하는 것을 알 수 있었고, 와인더 속도보다 와인더 전단롤러의 속도가 조금 높을 경우 수축률이 가장 낮고 해사성도 가장 우수함을 알 수 있었으며 이 경우 권량이 많아도 해사성이 우수함을 알 수 있었다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법에 의하면, 폴리우레탄 탄성사의 권취시 일정수축율을 유지하도록 와인더 전단 방사롤러들의 속도를 적절하게 조절하여 기존의 유제 함량으로도 해사성을 현저히 향상시킬 수 있도록 함으로써 해사시 빈번한 콘의 교체를 하지 않도록 할 수 있으므로 직물 제조시 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 방사통으로부터 40데니어 이하의 폴리우레탄 탄성사를 인출하여 2개의 방사롤러를 거쳐 와인더에 설치되는 콘에 권량이 1kg∼1.5kg이고 권폭이 55mm 이하가 되도록 권취하여 라지패키지를 제조하는 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법으로서,

   상기 와인더의 속도를 V₃, 최초 방사롤러의 속도를 V₁, 그리고 두 번째 롤러의 속도를 V₂라 할 때, 상기 속도들은, 0.95V₃?? V₁?? 1.05V₃및 0.5V₃+ V₁?? V₂?? 0.15V₃+ V₁의 관계식에 의하여 결정되고,

   폴리우레탄 탄성사의 수축률은 7%이하이며,

   상기 폴리우레탄 탄성사를 제조하기 위한 폴리머에 투입되는 지방산 금속염은 금속성분이 칼슘, 마그네슘 및 리튬이고, 지방산은 10∼22의 포화 및 불포화지방산으로 이루어지며, 사중량에 대하여 0.2∼2중량% 사용됨을 특징으로 하는 폴리우레탄 탄성사의 라지패키지 제조방법.