KR20160000948A - 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유와 그 제조방법 - Google Patents

신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유에 있어서, 고점도 폴리머로 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머로 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용하여 중공형 단면을 갖는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.

Description

신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유와 그 제조방법 {High Self-crimping and Functional Hollow Conjugate Yarn and Method Preparing Same}
본 발명은 신축성 및 기능성을 특정으로 하는 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로 조성 및 물성이 상이한 2종의 고분자를 복합방사법에 의하여 중공 단면으로 방사하여 잠재권축 성능과 우수한 보온성능을 통시에 갖는 기능성 신축 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.
의류의 경우 활동성을 위해 신축성을 요구하는 원단에 대한 요구가 많아 스판텍스가 꾸준히 이용되고 있다. 하지만 스판댁스의 경우 내화학성에 문제가 되고 있어 단독으로 사용하기보다는 커버링 공정이 추가적으로 필요하다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하는 방안으로 일반적으로 의류용으로 많이 사용되는 폴리에스터를 복합방사하여 크림프를 발현시켜 물리적인 신축성을 발현시킨 섬유가 잠재권축성 폴리에스터 섬유이다.
신축성을 목적으로 하는 잠재권축을 부여시키기 위한 일반적인 방법으로는 상이한 성질을 가진 2종의 폴리머를 복합방사 방식으로 용융하여 섬유의 길이방향으로 사이드 바이 사이트 단면 형태 혹은 편심된 심초형으로 복합 방사하여， 후공정의 이완공정을 거치면서 이완 열처리를 하게 되면 열팽창계수가 상이한 바이메탈의 원리와 같이 자발적으로 균일한 나선상의 고권축 특성이 발현되도록 하는 것이 일반적이다. 다수의 특허에서 이와 같이 방사된 섬유에 대한 제조방법이 알려져 있으며 이와 같이 방사된 섬유의 권축 발현 원리로서 연신을 통하여 건열이나 습열로 이완 열처리를 하면 원사상태는 단순한 플랫얀 (Flat Yarn) 이지만 두 고분자의 열수축 차이에 의하여 크림프가 형성되어 신축을 나타내는 효과가 있다.
이러한 방법으로는, 첫째 각각 수축성이 다른 섬유를 각각 방사한 후 이수축 혼섬방식으로 하여 고권축성을 발현시키는 복합섬유를 제조하는 방법, 둘째 고유점도만 다른 동일한 폴리머를 사용하는 방법， 셋째 동일계 폴리머로 수축 특성이 서로 다른 공중합체， 예를 들어, 고수축 특성을 갖는 공중합 폴리에스터계 폴리머와 일반 폴리에스터계 폴리머를 사용하는 방법 등이 있다. 이와 같은 방법으로 방사， 연신프로세스를 거쳐 제조된 잠재권축 복합섬유는 후가공을 거쳐 고권축특성을 발현할 뿐만 아니라，부드러운 촉감 및 드레이프성과 벌키성이 우수한 직편물을 제조하는데 사용된다.
상기와 같은 잠재권축 복합섬유는 의류용 섬유로 많이 사용하게 된다. 이와 같이 의류용 섬유로 사용하기 위해서는 신축성, 촉감, 벌키성 등 다양한 기능을 충족하여야 한다.
또한, 계절에 따라 가을이나 겨울용 의류로 사용하기 위해서는 보온성이 매우 중요한 요소이다.
상기 보온은 인체에서 방출되는 열을 외부로 손실되지 않게 하는 소극적 방법과 외부에서 적극적으로 열을 부여하는 적극적 개념으로 구별될 수 있다. 전자의 방법으로 이용되는 것은 인체로부터 발생하는 열을 직물의 공기층에 의해 단열 보온하는 방식과 인체에서 발산한 복사열을 의복 외로 발산시키지 않는 적외선 반사소재를 사용하는 방법, 인체 방사 에너지를 흡수하는 소재를 사용하는 방법 등이 제안되고 있고, 후자의 방법으로는 전기 발열소재, 화학반응 발열보온소재, 태양광 축열 보온소재를 피복에 도입하는 방식이 제안되고 있다.
일반적으로 전기 발열소재, 화학반응 발열보온소재, 태양광 축열 보온소재를 이용하는 방식의 보온은 섬유에 기능을 부여하기 위해 과도한 후가공을 거치거나 원단에 기능성을 부여하는 것으로 생산단가를 높이는 작용을 하고 세탁에 따라 기능성이 점차 저하되는 문제로 보온은 섬유의 단열효과를 통한 보온이 가장 많이 사용되고 있다.
상기의 단열효과를 통한 보온의 종래기술로 대한민국 공개특허 제1993-0000735는 "보온 중면 소재 및 그 제조방법"이라는 명칭으로, "중공율이 5-40%인 폴리에스텔 중공필라멘트를 열융착 컷팅하여 양쪽 말단부가 밀폐되어 있는 중공의 단섬유(Staple)를 만들고, 상기 단섬유들을 프리니들펀칭(Pre-Needle Punching)하여 부직포 웹을 만든 다음에, 이것을 통기성이 낮은 스판 본드 시트(Spun Bond Sheet)의 한쪽면에 형성시킨 알루미늄 증착층 위에 중첩시킨 후 니들펀칭하여 양자를 결합시킴을 특징으로 하는 보온성 중면(中綿)소재의 제조방법"을 개시 하고 있다.
그러나, 상기와 같이 단순히 중공을 갖는 섬유를 이용한 종래 기술은 보온성만을 위한 소재로 신축성이나 반발탄성력의 물성이 미흡하여 직물 등의 원단 형태로 의류용을 부적합한 문제점 있다.
이에 본 발명자들은 종래의 중공형 폴리에스터 섬유를 잠재권축 폴리에스터 섬유로 형성하여 신축성, 반발탄성의 물성이 우수하며, 중공형에 의한 보온성이 우수한 본 발명의 권축사를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 잠재권축사의 장점인 높은 신축성을 갖는 잠재권축 폴리에스터 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잠재권축사의 장점인 높은 신축성을 유지하면서 보온성과 반발탄성력이 우수한 잠재권축 폴리에스터 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기한 바와 같은 선행 소재들의 문제점을 보완, 잠재권축에 의한 신축특성과 동시에 우수한 보온성, 반발탄성을 갖는 폴리에스터 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유에 있어서, 고점도 폴리머로 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머로 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용하여 중공형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 제공한다.
또한, 상기 고점도 폴리머는 폴리에스터 공중합체로 고수축 특성을 부여하기 위해 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol:NPG) 1~30mol% 폴리에스터 공중합체 또는, 아이소프탈릭에시드(isophthalic acid:IPA) 1~20mol% 및 비스페놀에이 변성체(bisphenol a:BPA) 1~10mol%로 이루어지는 폴리에스터 공중합체인 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 제공한다.
또한, 상기 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 고점도 폴리머와 저점도 폴리머가 사이드-바이-사이드 형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 제공한다.
또한, 상기의 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 연신사를 제공한다.
또한, 상기의 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 가연사를 제공한다.
또한, 본 발명은 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유 제조방법에 있어서, 고점도 폴리머로 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머로 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용하여 중공형 단면을 갖는 방사노즐에서 복합방사하고, 연신공정을 행하여 제조되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유 제조방법을 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 공중합 폴리에스터를 적용하여 고권축에 의한 신축성과 반발탄성력이 매우 우수한 효과가 있다.
또한, 섬유의 단면이 중공형 단면형상으로 섬유 중에 공기의 함기율을 높여 단열효과를 통해 보온성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명을 통해 내화학성이 우수한 폴리에스터사에 신축성, 반발탄성 및 보온성 등의 특징을 부여하여 적용용도를 확대할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유의 제조에 사용되는 방사노즐을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유의 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유의 제조에 사용되는 방사노즐을 나타낸 도면이다.
본 발명은 도 1에서와 같이 단면 형상이 중공형태로 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.
본 발명의 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 고점도 폴리머와 저점도 폴리머의 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유로 형성된다.
상기 고점도 폴리머는 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머는 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용할 수 있을 것이다.
본 발명의 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유(100)는 상기 고점도 폴리머와 저점도 폴리머는 중량비 30:70~70:30로 형성되는 것으로 도 1에서와 같이 고점도 폴리머(110)와 저점도 폴리머(130)가 사이드-바이-사이드 형으로 형성되어 중공형 단면으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기 고점도 폴리머로 사용된 폴리머는 고수축 특성을 부여하기 위해 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol:NPG) 1~30mol% 폴리에스터 공중합체 또는, 아이소프탈릭에시드(isophthalic acid:IPA) 1~20mol% 및 비스페놀에이 변성체(bisphenol a:BPA) 1~10mol%로 구성되어 있는 폴리에스터 공중합체를 사용한다.
이러한 고수측 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체로 제조된 섬유의 경우 열수에서 12~20%의 수축율을 나타낸다. 공중합체의 함량이 높을수록 높은 수축특성을 나타내지만 제사시 이물발생 및 단사발생으로 인해 공정성 불량을 야기할 수 있다.
또한, 고점도와 저점도의 두 폴리머의 고유점도 차는 0.1~0.3인 것이 바람직할 것이다.
고유점도 차이가 높을수록 수축차이에 의한 권축발현 효과가 높아져 높은 신축성을 나타내지만, 물성 차이가 클수록 두 폴리머의 열적 유동학적(Rheology) 특성 차이가 커져 방사시 노즐 면에서 곡사 현상이 심해지기 때문에 단면형태 안정성이 떨어질 수 있으며, 이를 통해 방사 공정성이 저하될 수 있다.
또한, 고점도와 저점도의 두 폴리머의 고유점도 차가 0.1 미만일 경우에는 두 폴리머의 수축차이에 의한 권축형성이 어려워 신축성을 얻기 힘들다.
상기와 같이 본 발명의 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 도 2와 같은 형태의 고점도 폴리머를 토출하는 슬릿(210)과 저점도 폴리머를 토출하는 슬릿(230)으로 형성되는 방사노즐(200)을 통해 제조할 수 있는 것으로 2종의 폴리머를 반연신사 형태로 복합 용융방사 후 연신공정을 거쳐 고신축 가능성 잠재권축사의 제조가 가능하다.
이때 방사속도 2,500~3,500m/min의 반연신사 형태로 방사하고 권취하여 폴리에스터 섬유로 제조할 수 있다.
상기 방사시 두 개의 고뎃롤러(Godet Roller)의 온도는 OFF 상태로 하며, 두 롤러 사이의 속도비는 1.0~1.2로 설정하여 반연신사를 제조할 수 있다. 상기의 권취된 중공형 잠재권축 반연신사를 연신비 1.5~2.5, 가열롤러 온도 70~100℃, 가열 플레이트 온도 160~250℃로 연신하여 연신사로 제조할 수 있을 것이다.
또는, 상기 연신비를 1.5~2.5로 하여 방속 2,500~3,000m/min의 반연신사로 방사하여 제조할 수 있을 것이다.
이때 연신비를 1.5 이하로 할 경우 고점도와 저점도 두 폴리머의 배향도 차이가 적어져 권축발현이 효과가 떨어지며, 연신비가 2.5 이상 초과할 경우 사절을 발생시켜 공정에 악영향을 끼치고, 최종제품에 모우를 발생, 외관불량을 나타낸다.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 사가공을 통해 가연사로 제조할 수 있을 것이다.
본 발명에 의해 제조된 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 일반적인 직물 또는 편물로 사용가능하며 고수축 고점도 폴리머 적용에 의해 우수한 신축성능 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기존 잠재권축사에 비해 단면에 의한 보온성이 우수하여 보온성이 요구되는 바지， 자켓， 이너웨어 등 다양한 의류용 소재로 사용이 가능하다.
이하 본 발명에 따른 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3
하기 표 1과 같은 조성 조건으로 본 발명에 따른 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유를 제조하고 신축성，보온성에 대한 기능성과 반발탄성에 대한 감성평가를 진행하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
고점도
 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
NFG 10mol% IPA 8mol%
BPA 5mol%		 IPA 8mol%
BPA 5mol%		 IPA 8mol%
BPA 5mol%		 IPA 8mol%
BPA 5mol%		 0
저점도 0.55 0.55 0.5 0.55 0.65 0.55
단면 중공형 중공형 중공형 원형 원형 중공형
권축율(%) 47.2 48 46.6 42.2 17.5 13
공정성(%) 92 93 90 94 96 92
중공율(%) 18 20 17 0 0 9
보온성 36 38 34 19 19 22
신축성 ◎ ◎ ◎ ◎ △ x
반발탄성 ◎ ◎ ◎ x x △
*고유점도(IV, Intrinsic Viscosity): 각 폴리머를 120℃의 오르토-클로로페 놀에 1% 농도로 충분히 용해시킨 후， 30℃의 항온조에서 우벨로드형 점도계를 사용하여 측정하였다.
*권축율(Tc, %): 3,000÷섬도÷4만큼의 길이만큼 1m길이의 타래로 시료를 취한다. 이 시료를 열수 처리시 권축발현이 이루어질 때, 각 섬유가닥의 엉킴이 발생하지 않는 수준의 하중인 1g의 하중을 부여한 상태에서 열수(100℃)에서 20분간 처리후 하중을 제거한 후 4시간동안 방치하여 자연 건조시킨다. 자연건조 후 시료에 6g의 하중을 부여한후 1분경과 후 길이 L1을 측정한 후 600g의 하중을 부여, 1분 경과 후 길이 L2를 측정한다. 이와 같이 측정된 값을 하기와 갈은 수식에 의해 권축율을 구한다.
Tc(%)=((L2-L1)/L2)X100
* 공정성 평가: 1등급 생산량/전체 생산량*100= 수율(중량기준)
*보온성 : KSK 0560에 의한 평가실시
* 신축성 및 반발탄성 평가: 5명의 전문가에 의한 상대적인 관능평가 실시
표 1에서와 같이 실시예 1~3은 기능성 잠재권축사의 우수한 특성을 나타내었다. 비교예 1과 2는 고수축 고점도 폴리머와 저점도 폴리머를 일반적인 원형 단면으로 복합 방사한 후 연신공정을 거친 잠재권축사의 특성을 갖는다.
본 발명인 실시예 1 내지 3은 비교예 1,2 보다 보온성, 반발탄성이 매우 우수함을 알 수 있으며, 비교예 2와 비교하였을 경우는 고수축 고점도 폴리머 뿐만 아니라 저점도 폴리머의 고유점도에 의해 두 폴리머의 고유점도 차이가 신축성능에 중요한 요소임을 확인할 수 있다.
본 발명은 고점도의 고수축 특성, 고점도와 저점도의 고유점도차이, 섬유의 단면 변경에 의한 신축성 및 보온성, 반발탄성 향상의 결과를 나타내었다.

Claims (6)

  1. 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유에 있어서,
    고점도 폴리머로 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머로 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용하여 중공형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고점도 폴리머는 폴리에스터 공중합체로 고수축 특성을 부여하기 위해 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol:NPG) 1~30mol% 폴리에스터 공중합체 또는, 아이소프탈릭에시드(isophthalic acid:IPA) 1~20mol% 및 비스페놀에이 변성체(bisphenol a:BPA) 1~10mol%로 이루어지는 폴리에스터 공중합체인 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유는 고점도 폴리머와 저점도 폴리머가 사이드-바이-사이드 형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 연신사.
  5. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 가연사.
  6. 2종의 폴리머로 구성된 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유 제조방법에 있어서,
    고점도 폴리머로 고유점도가 0.6~0.85 이며 고수축 특성을 갖는 폴리에스터 공중합체를 사용하고, 저점도 폴리머로 고유점도가 0.4~0.55를 갖는 일반 폴리에스터 폴리머를 사용하여 중공형 단면을 갖는 방사노즐에서 복합방사하고, 연신공정을 행하여 제조되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 기능성이 우수한 중공형 잠재권축성 폴리에스터 섬유 제조방법.
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