본 발명의 스판덱스 섬유는 세그먼트 폴리우레탄 중합체, 및 스판덱스 섬유 총 중량을 기준으로, (A) 힌더드 페놀계 화합물 0.5∼3 중량%, (B) 세미카바지드계 화합물 0.2∼2 중량%, (C) 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄 0.2∼5 중량% 및 (D) 산화아연 1∼5 중량%를 포함한다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기에서 중량%는 방사된 스판덱스 원사의 중량을 기준으로 한 것이다.
본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 세그먼트 폴리우레탄 중합체는 당 분야에 공지된 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 후 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.
본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트로는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P-메틸렌디이소시아네이트 등이 있다. 상기 고분자 디올로는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등이 사용될 수 있다. 상기 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 하이드라진 등이 있다. 또한 상기 모노아민은 쇄종지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다.
(A) 힌더드 페놀계 화합물
본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 힌더드 페놀계 화합물(A)은 본 발명의 다른 첨가제와 함께 적용되어 스판덱스의 내변색성 및 내염소성을 향상시키는데 우수한 효과를 갖는다. 상기 힌더드 페놀계 화합물(A)로 바람직한 예로는, 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-토일)-프로피오네이트) 또는 3,9-비스(2-(3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시)-1,1-디메틸에틸)2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸이 있다.
(B) 세미카바지드계 화합물
본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 세미카바지드계 화합물(B)은 대기 스모그 가스에 대한 스판덱스의 내변색성을 제공한다. 또한 본 발명의 고분자 성분(C)과 함께 스판덱스에 적용되어 대기 스모그에 대한 내변색성 및 내염소성의 동반 상승적 효과를 부여할 수 있다. 상기 세미카바지드계 화합물(B)로 바람직한 예로는 1,1,1',1'-테트라메틸-4,4'(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드, 뷰렛트리-트리(헥사메틸렌-N,N-디메틸세미카바지드) 또는 1,6-헥사메틸렌비스(N,N-디메틸세미카바지드)가 있다. 이 중에서 1,1,1',1'-테트라메틸-4,4'(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드가 가장 바람직하다.
(C) 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄
본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄(C)은 3급 질소 원자를 포함하는 디올과 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된다.
상기 3급 질소 원자를 포함하는 폴리우레탄(C)에 사용되는 디이소시아네이트는 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트와 같은 방향족 디이소시아네이트; 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트와 같은 지방족 디이소시아네이트; 및 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌-디시클로헥실 디이소시아네이트와 같은 지환족 디이소시아네이트를 포함한다. 이 중에서 제반 물성이 우수한4,4'-메틸렌-디시클로헥실 디이소시아네이트가 가장 바람직하다. 상기 폴리우레탄(C)의 제조시에, 디이소시아네이트는 저분자 디올 100 몰%에 대하여 50 내지 100 몰%의 비율로 적용된다.
상기 3급 질소 원자를 포함하는 디올은 분자량이 300 이하인 저분자 화합물로서, 두 히드록시기를 직접 연결하는 쇄 내에 존재하는 탄소가 2개 이상이고, 질소 원자에 연결된 세 개의 기 중에서 적어도 하나가 메틸기인 것이 사용된다. 이때, 질소원자가 지환구조 내에 포함된 경우에는 메틸기를 포함하지 않는 것도 사용될 수 있다. 상기 저분자 디올로서 바람직한 예로는 N-메틸디에탄올아민, 3-디메틸아미노-1,2-프로판디올 또는 3-피롤리디노-1,2-프로판디올이 있으며, 이 중에서 염색성을 비롯한 제반 물성이 우수한 N-메틸디에탄올아민이 가장 바람직하다.
상기 3급 질소 원자를 포함하는 폴리우레탄(C)은 본 발명에 사용되는 상기 세그먼트 폴리우레탄과의 혼용성이 우수하며, 방사 공정시에 실 표면으로 이동하는 스컴 현상을 적게 발생시킨다.
(D) 산화아연
본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 산화아연(D)은 입자크기가 1 ㎛ 이하의 것이 바람직하다. 입자크기가 1 ㎛ 이상인 경우에는 방사 필터 교체 주기가 단축되는 문제점이 발생한다. 상기 산화아연은 내염소제로서 사용된다.
본 발명의 스판덱스 섬유는 상기 주요성분 외에도 이산화티탄, 마그네슘 스테아레이트 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 이산화티탄은 스판덱스섬유 총 중량을 기준으로, 스판덱스의 백색 정도에 따라 0.1∼5 중량%의 범위로 사용될 수 있다. 이산화티탄의 형태는 아나타제(anatase) 및 루타일(rutile) 형태가 있으며, 백색도 및 자외선 흡수력이 우수한 루타일 형태를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마그네슘 스테아레이트는 스판덱스 섬유 총 중량을 기준으로, 0.1∼2 중량%의 범위로 사용될 수 있으며, 이는 스판덱스의 점착성 및 해사성을 향상시키기 위하여 부가된다.
본 발명의 스판덱스 섬유에 첨가되는 상기 첨가제들은 주어진 함량의 범위 이하에서는 본 발명의 특성을 나타내지 않으며, 주어진 함량의 범위 이상에서는 본 발명의 효과 이상의 효과를 나타내지 않고 동등하게 유지된다.
본 발명의 스판덱스 섬유는 공지의 방법으로 합성된 세그먼트 폴리우레탄 중합체에 상기 (A) 내지 (D) 성분을 명시된 양으로 첨가한 후, 통상의 방법으로 방사하여 제조될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
세그먼트 폴리우레탄 중합체의 제조
디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 2328g(분자량 1800)을 질소가스기류 중에서 80℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양말단에 이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 전구체를 제조하였다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온으로 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아미드 4643g을 첨가하고 용해시켜 폴리우레탄 전구체 용액을 수득하였다. 이어서, 프로필렌디아민 54g 및 디에틸아민 9.1g을 디메틸아세트아미드 1889g에 용해시킨 용액을, 10℃ 이하에서 상기 폴리우레탄 전구체 용액에 첨가하여 세그먼트 폴리우레탄 중합체 용액을 제조하였다.
스판덱스 섬유의 제조
하기의 실시예 1∼2 및 비교실시예 1∼3의 스판덱스 섬유에 사용된 (A) 힌더드 페놀계 화합물, (B) 세미카바지드계 화합물, (C) 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄 및 (D) 산화아연의 제조 및 사양은 다음과 같다.
(A) 힌더드 페놀계 화합물
(a1) 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-토일)-프로피오네이트): 이가녹스(Irganox 245, 시바(Ciba))
(a2) 3,9-비스(2-(3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시)-1,1-디메틸에틸)2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸: GA-80(스미토모(Sumitomo), 일본)
(B) 세미카바지드계 화합물
1,1,1',1'-테트라메틸-4,4'(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드: HN-150(일본 히드라진공업주식회사)
(C) 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄
N-메틸디에탄올아민 88.7g 및 4,4'-메틸렌-디시클로헥실 디이소시아네이트 177.7g, 촉매로서 디부틸틴 디아세테이트 0.05ml와 디메틸아세트아미드 266.4g을 혼합하여 70℃에서 90분 동안 반응시킴으로써, 50% 3급 아민을 포함하는 폴리우레탄을 제조하였다.
(D) 산화아연: 카독스(Kadox 911, 징크 코포레이션(Zinc Corporation of America))
(E) 폴리(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트): 삼(SAM, 대성 C&T, 한국) (국제공개 제WO 00/36195호에 개시되어 있음)
(F) p-크레졸과 디비닐벤젠의 축합폴리머: 메타크롤(Methacrol 2390RD, 듀퐁(Dupont), 미국)
상기에서 제조된 세그먼트 폴리우레탄 중합체, 및 상기 언급된 구성 성분들을 이용하여 하기 표 1에 나타낸 조성과 같이 스판덱스 섬유를 제조하였다.
구분 |
실시예(단위: 중량%) |
비교실시예(단위: 중량%) |
1 |
2 |
1 |
2 |
3 |
(A) 힌더드 페놀계 화합물 |
|
(a1) 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-토일)-프로피오네이트) |
1.5 |
- |
- |
1.5 |
- |
(a2) 3,9-비스(2-(3-(3-t-부틸-4-히드로기-5-메틸페닐)프로피오닐옥시)-1,1-디메틸에틸)2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸 |
- |
1.5 |
- |
- |
- |
(B) 세미카바지드계 화합물 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
- |
- |
(C) 3급 질소원자를 포함하는 폴리우레탄 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
- |
(D) 산화아연 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
(E) 폴리(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트) |
- |
- |
- |
- |
0.58 |
(F) p-크레졸 및 디비닐벤젠의 축합폴리머 |
- |
- |
- |
- |
1.5 |
상기 표 1에 나타낸 실시예 1∼2 및 비교실시예 1∼3의 각 구성 성분과 이산화티탄 0.1 중량% 및 마그네슘 스테아레이트 0.5 중량%를 혼합하여 폴리우레탄 방사원액을 제조하였다.
이 방사원액을 탈포시킨 후, 건식 방사 공정에서 방사온도를 250 ℃로 조정하여 4 필라멘트 40 데니어 탄성사를 제조하였다. 이렇게 수득된 탄성사로 환편기(KT-400, 직경 4 inch, 침수 400개, 나가카세이키(Nagakaseiki)사, 일본)를 이용하여 시편으로서 스판덱스 환편물을 편직하였으며, 이때 시료의 길이는 10 cm로 하였다. 이어서, 정련제로서 비이온계 계면활성제인 UNITOL CT-81(신영화성, 한국) 2g/ℓ 및 비이온계 유화분산제인 UNITOL-SMS(신영화성, 한국) 3g/ℓ를 혼합 사용하여, 통상의 스판덱스 정련 방법을 이용하여 스판덱스 환편물을 정련하였다. 이 환편물 시료를 이용하여 다음과 같은 방법으로 각각의 물성을 측정하였다.
물성 평가
(1) 자외선 테스트
자외선 테스트는 강화된 내후성 시험기(Accelerated Weathering Tester, 큐-패널(Q-Panel)사, 미국)를 이용하였으며, 자외선 램프로는 UV-B 램프를 사용하였다. 온도를 60℃로 고정시키고 이 온도에서 시료를 24시간 동안 처리하였다.
시료를 처리하기 전후에, 칼라-뷰(Color-view)(가든너(Gardener),미국)로 시료의 "b"값(황변값)을 각각 측정하였다. 시료 처리 후의 b값과 처리 전의 b값과의 차이를 Δb로 나타내었다.
(2) NOX가스 테스트
NOX가스에 대한 내성을 평가하기 위해, 이온교환수 300 mL, 85% 인산수용액 8 mL 및 아초산소다(NaNO2)(10 g/L) 40 mL으로 이루어진 혼합 용액으로 NOx 가스 발생액을 제조하고, 밀폐된 용기 내에 상기 용액을 넣고, 시료를 상온에서 24시간 동안 NOx 가스로 처리하였다.
시료를 처리하기 전후에, 칼라-뷰(Color-view)(가든너(Gardener),미국)로 시료의 "b"값(황변값)을 각각 측정하였다. 시료 처리 후의 b값과 처리 전의 b값과의 차이를 Δb로 나타내었다.
(3) 내염소성 테스트
내염소성의 평가를 위해, 시료를 유효염소량 3 ppm, pH = 7.0의 염소수 30 L에 상온에서 72시간동안 침적시켰다. 염소수는 교반기를 통해 테스트중 계속 순환시키고, 염소수내의 유효염소량는 차아염소산 나트륨(NaClO)으로 조절하고, ASTM D1291 방법에 의해 측정하였다.
시료를 처리하기 전후에, 칼라-뷰(Color-view)(가든너(Gardener),미국)로 시료의 "b"값(황변값)을 각각 측정하였다. 시료 처리 후의 b값과 처리 전의 b값과의 차이를 Δb로 나타내었다.
(4) 염소수에서의 강력(strength) 유지율 테스트
염소수에서의 강력 유지율의 평가를 위해, 스판덱스 원사를 50% 신장하에, 유효염소량 3 ppm, pH = 7.0의 염소수에 상온에서 72시간 동안 침적시켰다. 강력의 평가는 Instron 4301(인스트론사, 미국)을 이용하였다. 이때, 시료의 길이는 5 cm이고, 1 kg의 셀(Cell)을 이용하였으며, 인장 속도(cross head speed)는 300 mm/분으로 유지시켰다.
강력 유지율은 하기 수학식 1로 계산하였다:
(So: 처리 전 강력, S: 처리 후 강력)
(5) 스컴(scum) 발생성 평가
스컴 발생성을 평가하기 위하여, 스판덱스를 250 m/분의 속도로 해사하면서 실이 면도칼 위를 지나가면서 면도칼 위에 발생한 추출양을 측정하였다. 면도칼 위의 추출양은 KH-2200(컴팩트 마이크로 비전 시스템, 하이드록스(Hyrox)사, 일본)를 이용하여 측정하였다. 이때, 렌즈는 MX-2010Z(컴팩트 마이크로 비전 시스템, 하이드록스(Hyrox)사, 일본)를 이용하였으며, 100배로 확대하여 상대 비교하였다.
이러한 물성 측정 결과에 대해서는 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
|
자외선(Δb) |
NOX가스성(Δb) |
내염소성(Δb)/강력유지율 |
스컴발생성 |
실시예 |
1 |
2.9 |
6.5 |
4.0/81 |
적음 |
2 |
2.5 |
6.7 |
4.2/81 |
적음 |
비교실시예 |
1 |
3.6 |
7.7 |
5.9/76 |
적음 |
2 |
5.0 |
11.5 |
6.5/74 |
적음 |
3 |
4.2 |
9.2 |
7.2/75 |
많음 |
상기 표 2에서, 자외선, NOX가스 및 염소에 대한 내성을 나타내는 Δb값이 작을수록 우수한 성질을 나타낸다. 상기 표 2의 실시예와 비교예에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 스판덱스 섬유가 자외선 및 대기 스모그의 주된 성분인 NOX가스에 대한 내성이 우수하며, 염소수에서의 변색성은 작고, 강력유지율은 높음을 알 수 있다.