KR20070071751A - 우수한 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 중합물, 고분자 첨가제, 및 용매를 포함하는 스판덱스 섬유용 조성물로서, 상기 고분자 첨가제가 고분자 다가 알코올과 유기이소시아네이트를 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 높은 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 점착성이 높지않고 용액의 균일성이 높아 방사 작업성이 좋으면서도 높은 수준의 응력 유지율을 가지는 우수한 스판덱스 섬유용 조성물을 제공할 수 있으며, 이는 반복신장에 대한 우수한 복원력이 요구되는 제품에 적용될 수 있다.

폴리우레탄 탄성사, 응력, 첨가제

Description

우수한 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물{COMPOSITION FOR SPANDEX FIBER HAVING A HIGH TENSION MAINTENANCE}

본 발명은 우수한 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄 중합물질, 고분자 첨가제, 및 용매를 포함하는 조성물로서 상기 고분자 첨가제가 고분자 다가 알코올과 유기이소시아네이트를 반응시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 높은 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 스판덱스 섬유는 85중량% 이상의 우레탄(urethane) 결합을 갖는 고신축성 폴리우레탄계 섬유로서 널리 알려져 있다. 스판덱스 섬유는 일반적으로 폴리우레탄을 함유하는 방사용액을 노즐을 통해 압출하고, 용매는 증발, 건조시키기 위해 가열기체를 도입하는 건식방사; 방사수욕을 통과시켜 용매를 용출시키면서 동시에 폴리머를 응고시키는 습식방사; 아민 쇄신장제를 함유하는 반응액 중에 이소시아네이트를 지닌 프리폴리머(prepolymer) 용액을 노즐을 통해 압출시켜 쇄신장 반응시키는 화학방사; 또는 폴리우레탄을 가열용융상태에서 노즐을 통해 압출하고 냉각시키는 용융방사;를 통해 제조한다.

스판덱스 섬유에 있어서 신장과 수축을 여러 번 반복했을 때 높은 수준의 응력 유지율을 갖도록 하는 기술은 대단히 중요한 것으로서, 이 분야의 종래의 기술로는 고분자 디올로서 100% 폴리테트라메틸렌글리콜을 사용하는 대신, 3-메틸테트라하이드로퓨란이나 네오펜틸기를 일정 부분 포함하는 코폴리머 형태의 폴리테트라메틸렌글리콜을 사용함으로써 응력 유지유지율을 높이는 기술을 들 수 있다.

예를 들어, 미국 특허 5,000,899호에서는 3-메틸테트라하이드로퓨란과 테트라하이드로퓨란의 코폴리머를 사용하여 소프트 세그먼트를 제조한 후, 에틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민을 쇄연장제로 사용하여 스판덱스를 제조하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 방법으로 스판덱스를 제조할 경우, 제조된 스판덱스의 점착성이 높고 용액이 불균일하여 공정 및 제품상의 많은 문제점 들을 유발한다. 예를 들어, 건식 방사시의 작업성이 저하되고, 노즐이 자주 막히며, 높은 사간 점착성으로 인하여 보관 도중 점착이 발생하여 해사 공정에서 문제를 일으키기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 점착성이 높지 않고, 용액의 균일성이 높아 방사 작업성이 좋으면서도 높은 수준의 응력 유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 양상은

폴리우레탄 중합물질 70~97 중량부;

폴리우레탄 중합물질 내 고형분을 기준으로 고분자 첨가제 3~30중량부;및

유기용매 60~75 중량부를 포함하는 스판덱스 섬유용 조성물로서,

상기 고분자 첨가제는 3개 이상의 히드록시기를 가지며 분자량이 500 내지 7000 범위인 고분자 다가 알코올과 유기 디이소시아네이트를 반응시켜 제조한 것임을 특징으로 하는 우수한 응력유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물에 관계한다.

이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 스판덱스 섬유용 조성물은 3개 이상의 히드록시기를 가지며 분자량이 500 내지 7000범위인 고분자 다가 알코올과 유기 디이소시아네이트를 반응시켜 제조한 고분자 첨가제와 폴리우레탄 중합물질을 폴리우레탄 내의 고형분 기준으로, 폴리우레탄 중합물:고분자 첨가제 = 97:3 ~ 70:30의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 상기 고분자 첨가제는 3개 이상의 히드록시기를 가지며 분자량이 500 내지 7000인 고분자 다가 알코올을 유기 디이소시아네이트와 히드 록시기 : 이소시아네이트기 = 1 : 1.5 ~ 1 : 7(당량비 기준)의 비율로 유기용매에 용해시켜 반응시킴으로써 제조한다.

상기 고분자 다가 알코올로서는 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 등이 사용될 수 있으나, 이 화합물들에 한정되는 것은 아니다. 상기 고분자 다가 알콜은 유기 디이소시아네이트와 반응하여 첨가제를 이루게 되며, 폴리우레탄 중합물질과 혼합되어 가교를 일으키는 역할을 한다. 상기 고분자 다가 알코올 대신 글리세롤과 같은 저분자 다가 알코올을 사용할 경우, 응력 유지율을 높이는 효과는 나타나지 않게 된다.

상기 유기 디이소시아네이트로는 역시 특별히 한정되는 것은 아니나 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P-메틸렌디이소시아네이트 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 고분자 첨가제의 제조를 위한 상기 고분자 다가 알코올과 유기 디이소시아네이트와의 반응비율은 히드록시기 : 이소시아네이트기 = 1 : 1.5 ~ 1 : 7(당량비 기준)로 혼합하여 반응시키며, 이소시아네이트기의 비율이 이 범위 미만일 경우, 과도한 가교반응으로 인해 점도를 조절하기가 어렵고, 이 범위를 초과할 경우, 첨가제의 응력 유지율 향상 효과가 떨어진다.

본 발명에서 상기 고분자 첨가제는 폴리우레탄 중합물질:고분자 첨가제= 97:3 ~ 70:30의 중량비로 첨가된다. 상기 고분자 첨가제가 주어진 함량의 범위 미만으로 첨가된 경우에는 본 발명의 효과를 나타내지 않으며, 주어진 함량의 범위 를 초과하여 사용하면 겔 형성 등 비정상적인 반응을 진행시켜 스판덱스 섬유를 제조할 수 없다.

본 발명에서 사용되는 상기 폴리우레탄 중합물질은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시키고 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.

본 발명에서 폴리우레탄 중합물질의 제조에 사용될 수 있는 상기 유기 디이소시아네이트로는 상술한 고분자 첨가제에 사용된 것과 동일한 것을 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 고분자 디올로는 특별히 한정되지는 않으나 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등이 사용될 수 있다.

상기 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 히드라진 등이 예시될 수 있으며, 상기 모노아민은 쇄종지제로서 사용되고, 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 예시될 수 있다.

본 발명의 스판덱스용 조성물에 사용될 수 있는 유기용매로는 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드 등 일반적으로 폴리우레탄의 용매로 사용되는 물질이 예시될 수 있다.

본 발명의 스판덱스 섬유용 조성물에 의한 스판덱스 섬유의 제조는 상기 고분자 첨가제를 상기 제시된 첨가량으로 투입하고 폴리우레탄 중합물질을 혼합하여 반응을 진행한 후, 저장 과정 및 방사통 내에서의 후중합 반응을 통해 가교를 일으킴으로써 통상의 방법으로 방사하는 것에 의하여 행해진다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리우레탄 중합물질의 제조

디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 200g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (분자량 1800) 810g을 반응기에 투입하고, 질소가스기류 중에서 90℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양 말단에 이소시아네이트를 지닌 폴리우레탄 프리폴리머를 제조했다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온에서 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아마이드 1600g을 가하고 용해시켜 폴리우레탄 프리폴리머 용액을 얻었다.

이어서 에틸렌디아민 19g과 디에틸아민 3g을 디메틸아세트아마이드 300g에 용해하고 5℃에서 상기 프리폴리머 용액에 첨가하여, 폴리우레탄 중합물질 용액을 얻었다.

고분자 첨가제의 제조

디메틸아세트아마이드 1250g에 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 250g과 폴리프로필렌트리올(분자량 3000) 1000g을 반응기에 투입하고, 질소가스기류 중에서 90℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 농도가 50%이고 말단에 이소시아네이트를 지닌 고분자 첨가제 용액을 제조하였다.

스판덱스 섬유의 제조

상기의 폴리우레탄 중합물질 용액에 고분자 첨가제 용액을 고형분 비가 80 : 20이 되도록 혼합하여 탈포시켜 스판덱스 섬유용 조성물을 제조하고, 이를 방사 원액으로 사용하여 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 4필라멘트 40데니어의 탄성사를 제조하였다.

[실시예 2]

폴리우레탄 중합물질 용액과 고분자 첨가제 용액을 고형분 비가 90 : 10이 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조하였다.

[실시예 3]

폴리우레탄 중합물질 용액과 고분자 첨가제 용액을 고형분 비가 95 : 5가 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조하였다.

[비교예 1]

폴리우레탄 중합물질 용액과 고분자 첨가제 용액을 고형분 비가 50 : 50이 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조하였다.

[비교예 2]

고분자 첨가제 용액을 제조함에 있어서 고분자 다가 알코올로서 폴리프로필렌트리올(분자량 3000) 대신 글리세롤을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조하였다.

[물성 평가]

상기한 실시예 1~3 및 비교예1~2에서 제조된 폴리우레탄 탄성사에 대하여 인스트론사의 INSTRON 5565를 사용하여, 게이지 길이 2인치로 설정하고 5개의 탄성사 장섬유 샘플을 500mm/분의 일정 연신 속도에서 0~300% 사이에서의 연장을 5회 순환시킨 후, 5회째 연장시 200%에서의 신장시 응력(S1)에 대한 수축시 응력(S2)의 비율을 응력 유지율로 하여 백분율로 나타내었다.

응력유지율(%) = S2/S1×100

상기와 같이 측정한 응력 유지율을 하기의 표 1에 나타내었다.

상기의 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예 1~3의 폴리우레탄 탄성사는 60%를 초과하는 우수한 응력유지율을 나타냄을 알 수 있다. 이에 반하여, 고분자첨가제를 본 발명에서 제시한 중량비를 초과하여 사용한 경우(비교예 1)나 고분자 첨가제의 제조시 글리세롤을 사용한 경우(비교예 2) 응력유지율의 저하뿐 아니라 현저한 물성의 저하가 유발됨을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 점착성이 높지않고 용액의 균일성이 높아 방사 작업성이 좋으면서도 높은 수준의 응력 유지율을 가지는 우수한 스판덱스 섬유용 조성물을 제공할 수 있으며, 이는 반복신장에 대한 우수한 복원력이 요구되는 제품에 적용될 수 있다.

Claims (4)

1. 폴리우레탄 중합물질 70~97 중량부;

   폴리우레탄 중합물질 내 고형분을 기준으로 고분자 첨가제 3~30 중량부;및

   유기용매 60~75 중량부를 포함하는 스판덱스 섬유용 조성물로서,

   상기 고분자 첨가제는 3개 이상의 히드록시기를 가지며 분자량이 500 내지 7000 범위인 고분자 다가 알코올과 유기 디이소시아네이트를 반응시켜 제조한 것임을 특징으로 하는 우수한 응력유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 다가 알콜은 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 우수한 응력유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 첨가제의 제조에 사용되는 상기 고분자 다가 알코올과 유기 디이소시아네이트의 반응비는 히드록시기와 이소시아네이트기의 당량비로 1 : 1.5 ~ 1 : 7의 비율인 것을 특징으로 하는 우수한 응력유지율을 가지는 스판덱스 섬유용 조성물.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 스판덱스 섬유용 조성물을 사용하여 제조된 응력유지율이 60%이상인 것을 특징으로 하는 스판덱스 섬유.