KR20010108526A - 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리에스터 중합시 평균 1차 입경이 20~80nm인 초미립자와 평균 1차 입경이 0.1~1.0㎛인 미립자를 투입하고, 방사된 원사를 후공정에서 알카리 감량 처리함을 특징으로 한다. 본 발명은 폴리에스터 섬유 표면 상에 광파장대의 미세요철과 이보다는 조금 큰 요철을 형성 할 수 있어서 폴리에스터 섬유의 심색성과 동시에 후공정성을 크게 향상 시킨다.

Description

심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법 {A process of preparing for the polyester dyed deep color}

본 발명은 심색성 및 후공정성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

합성섬유인 폴리에스터는 울, 실크와 같은 천연섬유에 비하여 발색성이 떨어져 이를 개선하기 위한 화학적 또는 물리적 개질방법이 연구되었다. 그중의 하나는 폴리에스터 중합시 초미립자(무기입자)를 투입하여 섬유내에 초미립자를 함유, 분산시킨 다음, 상기 섬유를 알카리 감량 처리하여 섬유표면에 미세한 요철을 형성시켜 섬유 표면에서의 광반사량을 최소화 하고 발색성을 개선하는 방법이다.

이와 같은 종래기술은 일본 특공소54-120728, 특공소59-11709, 특공소59-24233, 특개소57-25414, 특개소57-139118 등에 기재되어 있다. 구체적으로 일본 특공소54-120728에는 입경이 80nm 이하의 실리키졸 초미립자를 0.5~10중량부 함유시킨 방사도프를 용융방사하고, 방사된 원사를 알카리 감량 처리하여 표면요철의 크기가 0.2~0.7㎛인 폴리에스터 섬유를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 기타 특허의 경우에도 사용하는 입자의 평균 1차 입경이 100nm 이하라고 기재되어 있다.

섬유표면에 광파장대(0.4~0.7㎛)의 미세요철이 형성될 때, 표면반사량이 획기적으로 감소되는 것은 공지의 사실이고, 이를 위해서는 요철크기의 약 1/10에 해당하는 미립자가 필요하다.

그러나 미립자의 입경이 작아질수록 섬유내 분산이 어렵고, 100nm 이하의 초미립자는 균일분산이 극히 곤란하고 함량을 높일 경우 초미립자의 응집에 의한 중합, 방사공정에서의 필터사용주기 단축, 방사시 사절, 주행시 정전기 발생 및 집속성 부족에 의한 공정통과성 불량 등의 문제점이 있다.

게다가 알카리 감량처리 후 일단 형성된 미세한 표면요철이 염색가공 등의 후속공정에서 마찰에 의해 쉽게 붕괴 또는 매몰됨으로써, 마찰얼룩 또는 광택반이발생하기 쉽다.

즉 초미립자 단독사용의 경우 표면요철의 형성효과 보다는 공정상의 마찰파괴에 의한 결점발생이 제품의 품질을 손상시키는 중대한 문제를 야기 시킨다.

본 발명의 목적은 이러한 종래 문제점들을 개선하기 위해서 폴리에스터 섬유 표면에 형성시킨 광파장대의 미세요철이 후공정에서 쉽게 붕괴되지 않아 후공정성과 심색성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 폴리에스터 섬유 표면에 형성되는 요철이 후공정에서 쉽게 붕괴되지 않고, 요철의 심도가 개선되어 우수한 후공정성과 심색성을 갖는 폴리에스터 섬유를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

도 1은 중합시 0.1~1.0㎛의 평균 1차 입경을 갖는 미립자만 투입(종래방법)하여 제조한 폴리에스터 섬유의 알카리 감량후 표면요철 형태를 나타내는 사진이다.

도 2는 중합시 20~80nm의 평균 1차 입경을 갖는 초미립자와 0.1~1.0㎛의 평균 1차 입경을 갖는 미립자를 함께 투입(본 발명)하여 제조한 폴리에스터 섬유의 알카리 감량 후 표면요철 형태를 나타내는 사진이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 폴리에스터 중합시 평균 1차 입경이 20~80nm인 초미립자와 평균 1차 입경이 0.1~1.0㎛인 미립자를 투입하고, 방사된 원사를 후공정에서 알카리 감량 처리함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 섬유표면에 요철을 형성하기 위해서 중합시 평균 1차 입경이 20~80nm인 초미립자(A)와 평균 1차 입경이 0.1~1.0㎛인 미립자(B)를 투입한다. 상기 미립자(B)는 초미립자(A)보다 입경이 10배 이상 큰 것으로서 이들의 투입으로섬유의 표면조도가 증가하여 마찰계수가 감소하게 된다.

따라서 방사연신 및 후공정에서 금속 및 세라믹 가이드류와의 마찰감소로 주행성 또는 공정통과성이 크게 향상된다.

본 발명은 입경이 서로 상이한 2종의 미립자를 동시에 사용하기 때문에 알카리 감량후 섬유표면에는 큰 요철과 미세요철이 공존하면서, 심도가 깊은 큰 요철의 내벽에 미세요철이 중첩되어 형성되어, 불규칙한 고심도의 입체적 표면요철 구조를 발현한다.

이러한 본 발명의 표면요철 구조는 종래기술 대비 심도가 깊고, 광의표면반사를 감소시켜 결과적으로 심색성을 향상시키고, 가공시 마찰에 대한 요철의 내구성을 향상시켜 마찰얼룩과 같은 치명적인 가공상의 결점을 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에서 사용하는 입자는 섬유내부의 입자의 의한 산란을 최소화시키고, 고투명성을 유지하여 염색시 선명한 색상을 얻고자, 폴리에스터와 굴절율이 유사한 무기입자를 사용한다.

구체적으로 폴리에스터 섬유와의 굴절율 차이가 0.3 이하인 무기입자들을 사용하는 것이 더욱 바람직 하다. 참고로 폴리에스터 섬유의 굴절율은 1.6~1.65이다.

이에 해당하는 무기입자로는 산화규소(굴절율 1.45), 탄산칼슘(굴절율 1.5~1.6), 황산바륨(굴절율 1.6~1.65) 등이 사용 가능하다. 참고로 폴리에스터 섬유의 소광제로 널리 쓰이는 이산화티탄(굴절율 2.5)은 소광효과가 강하고 첨가시섬유를 불투명하게 하는 효과가 강하므로 사용하기 부적합 하다.

다음으로 본 발명에서 사용하는 입자의 구비요건으로 중요한 것은 알카리 조건에서의 용출성 이다. 섬유중에 함유된 입자가 알카리 용액에서 쉽게 녹을수록 섬유의 감량율을 최소화 시키면서 표면요철을 효과적으로 형성시킬 수 있다. 이런 측면에서 용해도가 높은 탄산칼슘이 산화규소보다 매우 유리하다.

광파장대(0.4~0.7㎛)의 초마이크로크레이터를 섬유표면에 형성시키기 위해서는 중합시 투입되는 입자의 크기가 100nm 이하이어야 한다. 100nm 보다 큰 입자를 사용하면 표면요철은 형성되나 표면반사 감소효과가 떨어져 심색효과를 낼 수 없다. 입자 직경이 20nm 미만인 경우에는 균일분산이 극히 어렵고, 심색성 향상 및 표면요철 내구성 면에서도 도움이 되지 않는다. 더욱 좋게는 20~80nm의 초미립자가 가장 적합하다.

도 1은 중합시 0.1~1.0㎛의 평균 1차 입경을 갖는 미립자만 투입(종래방법)하여 제조한 폴리에스터 섬유의 알카리 감량후 표면 요철 형태를 나타내는 사진이고, 도 2는 중합시 20~80nm의 평균 1차 입경을 갖는 초미립자와 0.1~1.0㎛의 평균 1차 입경을 갖는 미립자를 함께 투입(본 발명)하여 제조한 폴리에스터 섬유의 알카리 감량 후 표면요철 형태를 나타내는 사진이다.

도 1에서 보여지는 바와 같이 크레이터의 크기가 광파장대 보다 크면 표면에서의 광반사 감소효과가 떨어져 광택이 없어지지 않는다. 도 2의 경우 초미립자에 의해 형성된 미세요철이 광반사를 감소시켜 번들거리는 표면광택이 없어진다.

그러나 종래기술과 같이 초미립자를 단독으로 사용하면, 섬유표면에 입자에의해 형성되는 표면조도가 낮아 마찰특성이 나쁘다. 다시말해 제사공정 및 후공정에서 섬유와 각종 가이드류와의 마찰이 심하여 쉽게 정전기를 발생시켜 정전기 장해를 유발하며, 공정통과성을 나쁘게 하는 요인으로 작용한다.

또한 감량후에도 표면요철이 워낙 미세하여 염색 및 가공공정에서 원단/원단 또는 원단/설비와의 마찰에 의해 쉽게 파손 또는 붕괴 됨으로써 정상부와의 표면반사율차로 광택반이 발생하기 쉽다.

본 발명은 이러한 공정상 또는 제품상의 문제점을 극복하고자, 평균 1차 입경이 0.1㎛ 이상인 입자를 같이 사용 하였다. 입자의 크기는 0.1~1.0㎛가 적당하다. 0.1㎛ 미만인 경우 목적으로 하는 섬유 표면조도를 향상시키기에 부족하고, 1.0㎛를 초과하는 경우 방사공정에서 필터주기를 단축시키는 요인으로 작용한다.

섬유의 표면조도를 높여 마찰특성을 개선시키고, 감량후 고심도의 표면요철을 형성시키기에는 0.1~1.0㎛ 수준의 평균 1차 입경을 가지는 입자가 바람직 하고, 더욱 좋게는 0.2~0.8㎛가 좋다.

섬유내의 초미립자(A)의 함량은 섬유 100중량부에 대하여 0.5~3중량부가 적정하다. 초미립자(A) 함량이 0.5중량부 미만이면, 입자함량이 부족하여 감량후에 충분한 미세요철에 의한 표면피복이 어렵고, 과도한 감량율을 요구하여 섬유의 손상으로 가공원단이 취화되고, 조직이 미지거나 사용상 인열강도가 부족하다. 초미립자(A)의 함량이 3중량부를 초과하게 되면 제조원사의 상승은 물론이고, 고밀도 분산에 의한 입자응집으로 제사성이 불량해 진다. 가공시 알카리 감량율을15~30로 볼 때, 적정한 초미립자(A)의 함량은 1~2중량부 이다.

섬유내 미립자(0.1~1.0㎛)의 함량은 500~10,000ppm가 적정하다. 500ppm 미만에선 섬유 표면특성의 개선에 의한 마찰력 감소가 부족하여 본 발명의 목적으로 하는 공정통과성이 불량하고, 함량이 증가할수록 표면요철 형성에 유리하나 10,000ppm을 초과하면 섬유의 투명도를 저하시켜 심색성을 떨어뜨린다.

본 발명에 있어서 심색도(L치)는 아래 방법으로 평가 하였다.

·심색도(L치)

심색도는 일반 폴리에스터용 흑색 분산염료를 사용하여 135℃에서 염색하고, L치를 평가 하였다. L치는 색좌표에서 명도를 나타내며, 범위는 0~100이고, 0이면 완전블랙, 100이면 백색을 의미한다. 따라서 L치가 낮을수록 흑도 또는 심색도가 좋다. L치의 측정은 색분석기(Color Matching인 멘텍(MENTEC)사의 모델 매치(MATCH) 2.0을 사용하였다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~6 및 비교실시예 1~12

폴리에스터 중합공정에서 2종의 무기미립자를 표 1의 조성과 같이 첨가하여칩을 제조하고, 얻어진 칩을 각각 방사연신하여 75데니어/36필라멘트의 폴리에스터 원사를 제조하였다. 원사를 경위사 적용하여 평직으로 제직하고, 정련후 알카리 감량처리(30) 하였다. 알카리 감량된 포지를 블랙 분산염료(KP Black ECX-300)로 염색하고, 얻어진 포지의 L치를 평가 하였다. 그리고 제사공정에서의 절사 및 모우발생에 의한 조업성 및 원사품질과, 준비 및 제직공정에서의 원사의 공정통과성을 비교/평가 하였다. 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건

구 분	초미립자 조성	미립자 조성
	물질	1차 입경	함량(중량부)	물질	1차 입경	함량(ppm)
실시예 1	산화규소	80nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	3,000
실시예 2	산화규소	40nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	3,000
실시예 3	산화규소	40nm	2.0	탄산칼슘	0.4㎛	3,000
실시예 4	산화규소	40nm	1.0	탄산칼슘	0.4㎛	8,000
실시예 5	탄산칼슘	50nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	5,000
실시예 6	탄산칼슘	50nm	1.5	황산바륨	0.5㎛	5,000
비교실시예 1	산화규소	40nm	1.5	-	-	-
비교실시예 2	-	-	-	탄산칼슘	0.4㎛	15,000
비교실시예 3	-	-	-	이산화티탄	0.35㎛	15,000
비교실시예 4	산화규소	40nm	1.5	이산화티탄	0.35㎛	15,000
비교실시예 5	산화규소	40nm	0.45	탄산칼슘	0.4㎛	5,000
비교실시예 6	산화규소	40nm	3.2	탄산칼슘	0.4㎛	5,000
비교실시예 7	산화규소	40nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	300
비교실시예 8	산화규소	40nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	12,000
비교실시예 9	산화규소	12nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	5,000
비교실시예 10	산화규소	100nm	1.5	탄산칼슘	0.4㎛	5,000
비교실시예 11	산화규소	40nm	1.5	탄산칼슘	0.07㎛	5,000
비교실시예 12	산화규소	40nm	1.5	탄산칼슘	0.3㎛	5,000

물성 및 공정성 평가 결과

구 분	심색성(L치)	제사성	후공정성	백화 여부
실시예 1	11	양호	양호	없슴
실시예 2	10	양호	양호	없슴
실시예 3	9.5	양호	양호	없슴
실시예 4	10	양호	양호	없슴
실시예 5	10	양호	양호	없슴
실시예 6	10.5	양호	양호	없슴
비교실시예 1	11	불량	불량	없슴
비교실시예 2	14	양호	보통	없슴
비교실시예 3	14.5	양호	보통	발생
비교실시예 4	12	양호	보통	발생
비교실시예 5	13	양호	보통	발생
비교실시에 6	9.5	불량	불량	발생
비교실시예 7	11	불량	불량	발생
비교실시예 8	10.5	보통	보통	발생
비교실시예 9	11	불량	보통	발생
비교실시예 10	13	양호	보통	발생
비교실시예 11	11	보통	불량	발생
비교실시예 12	10.5	불량	보통	발생

백화현상은 염색후 색상이 흰색 또는 회색으로 변하는 현상으로서 입자의 굴절율이 너무 높거나 입자의 입경이 너무 클 때 발생 하였다.

본 발명은 폴리에스터 섬유 중에 입경이 서로 상이한 2종의 미립자들을 함유시키므로서 제사 및 준비공정 등의 후공정 작업성을 크게 개선함과 동시에 알카리 감량 후 표면요철의 심도를 향상시켜 표면반사를 최소화 하므로서 심색성도 향상된다. 더욱 알카리 용출성이 우수한 2종의 미립자들을 섬유중에 함유시키므로서 섬유의 손상을 최소화 하고, 표면 요철을 보다 입체적으로 심도있게 발현 할 수 있다.

Claims (5)

1. 폴리에스터 중합시 평균 1차 입경이 20~80nm인 초미립자와 평균 1차 입경이 0.1~1.0㎛인 미립자를 투입하고, 방사된 원사를 후공정에서 알카리 감량 처리함을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.
2. 1항에 있어서, 평균 1차 입경이 20~80nm인 초미립자의 함량이 섬유 100중량부에 대해 0.5~3중량부인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.
3. 1항에 있어서, 평균 1차 입경이 0.1~1.0㎛인 미립자의 함량이 500~10,000ppm인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.
4. 1항에 있어서, 초미립자 및 미립자의 굴절율과 폴리에스터의 굴절율 차이가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.
5. 1항에 있어서, 초미립자 및 미립자가 산화규소, 탄산칼슘 또는 황산바륨인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법.