KR20160065253A - 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사 및 이를 이용한 직편물 - Google Patents

폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사 및 이를 이용한 직편물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리락트산과 폴리올레핀 블렌드 방사를 통해 제조되는 원사에 있어서 블렌딩을 위한 고분자 혼합물은 폴리락트산이 10 내지 80중량%이고, 폴리올레핀이 10 내지 89중량%이며, 상용화제 1 내지 10중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사 및 이를 이용한 직편물을 제공한다.

Description

폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사 및 이를 이용한 직편물 {Blending of poly lactic acid and polyolefin, and woven or knitted fabric using the same}
본 발명은 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사 및 이를 이용한 직편물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가볍고 보온성이 있으며, 촉감이 뛰어난 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌드 방사를 통한 원사 및 이를 이용한 직편물에 관한 것이다.
최근 들어 기술의 산업화가 고도화 됨에 따라 환경오염 문제가 가장 큰 이슈로 부각됨에 따라, 환경 부담이 적고 바이오매스(biomass)로부터 얻어 재생이 가능한 식물유래 고분자 재료인 폴리락트산이 주목 받고 있다.
이러한 고분자중 용융 방사등의 가공성이 우수한 폴리락트산(polylactic acid: PLA)의 경우 세계적으로 10만톤 규모의 시장을 형성하고 있고, 주요 용도는 식품 포장재 및 용기, 인조 잔디, tea bag , 플라스틱 케이스 등의 일반 분야까지 그 적용 범위가 확대되고 있는 실정이다. 이 가운데에서도 가장 큰 용도는 폴리락트산의 생분해성 특성을 이용한 일회용 제품, 예를 들면 식품 용기, 랩, 필름 등에 이용되는 것이 일반적이었다.
폴리락트산 고분자를 단독으로 의류 용도에 전개 하는데 있어서는, 약한 강도와 염색성, 알카리에 취약한 단점이 있어 많은 제한을 받은게 사실이다.
따라서, 본 발명에서는 폴리락트산을 생분해성 특성이 아닌 알카리에 취약한 특성을 살려
고분자 블렌드 원사의 용출되는 고분자로 활용하고자 한다.
폴리락트산을 이용한 블렌드 극세사의 상대 고분자로는 폴리올레핀을 활용한다. 그 중에서도 가장 많이 사용하는 것은 폴리프로필렌이다.
가장 큰 이유는 두 고분자의 최적 방사 온도가 유사한 특성을 가지고 있기 때문이다.
일반적으로 폴리프로필렌(polypropylene, PP)은 경량성이 우수하며, 내마모성이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 보온성과 발수성을 발현하는 고분자이기 때문이다. 특히, 제조 공정이 비교적 간단하고 저렴하여 의류 보다는 플라스틱, 필름, 섬유 등 다양한 용도에 적용되고 있다.
폴리프로필렌 섬유는 다른 천연 또는 합성 섬유에 비하여 특유의 낮은 비중, 탁월한 내화학성, 가격의 저렴성등의 장점을 가지기 있다.
하지만, 폴리프로필렌이 갖는 치명적인 단점은 열에 취약한 점과 촉감이 안좋아 감성적 의류 용도로의 전개에 한계성을 지니고 있다. 또한 단독 방사로는 모노섬도 1데니아로 방사가 불가능하다.
근래에는 폴리락트산과 폴리 프로필렌을 블렌드(blend)하는 연구가 진행되고 있는데, 예를 들어 지금까지 제시된 폴리락트산과 폴리락트산 이외의 열가소성 수지와의 블렌드로는 일본국 공개특허공보 제2005-171204호에서는 폴리락트산과 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate)와의 블렌드를 개시하고 있으나, 상기 특허 방법은 폴리락트산과 비상용성인 폴리프로필렌에 있어서 상용성을 향상시키는 데에는 한계가 있어 합성섬유 장섬유로 방사하기에는 불가한 수준이다
또한 대한민국 특허공개공보 제2012-0063063호는 폴리락트산과 폴리프로필렌 저탄소용 생분해성 부직포를 제조하기 위한 것으로, 열가소성 조성물의 제조 및 가공처리를 개선시키기 위하 폴리락트산과 폴리프로필렌 및 특수 분산제를 사용하여 섬유들을 제조하는 것에 대해 개시하고 있으나, 상기 특허에 개시하고 있는 것은 단지 폴리락트산과 폴리프로필렌 및 통상의 분산제를 사용하여 블렌드하여 부직포를 제조한다는 제품 제조에 대한 것으로, 폴리올레핀의 단점인 촉감 개선은 극복하기 어려운 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 폴리락트산과 방사 온도가 동일 수준인 폴리올레핀 2개의 고분자와 적정 상용화제를 블렌드 함으로써 단독 방사를 통한 초경량 극세사를 제조하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 합성 원사의 경우 원사 형태에서는 극세사가 아닌 일반적인 섬도를 지닌 원사이지만, 직물 또는 편물로 제조시 초경량 극세 폴리프로필렌 제품을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리락트산과 폴리올레핀 블렌드 방사를 통해 제조되는 원사에 있어서 블렌딩을 위한 고분자 혼합물은 폴리락트산이 10 내지 80중량%, 폴리올레핀이 10 내지 89중량%, 및 상용화제 1 내지 10중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 폴리올레핀은 가염 폴리올레핀을 이용하되, 상기 가염 폴리올레핀은 폴리올레핀 89~93중량%, 공중합 폴리에스터 3~5중량% 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 4~6중량%가 블렌드된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에 무수말레인산이 2 내지 10몰%로 그라프트된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 상용화제는 폴리락트산 중합체와 폴리올레핀의 상분리 현상을 방지하기 위한 것으로, 폴리프로필렌에 itaconic acid (IA)가 그라프트 된 PP-g-IA를 상용화제로 이용하는 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 이용하여 직물 또는 편물을 제조함에 있어, 후가공시 가성 소다 및 KOH의 강알카리 처리를 통하여 폴리락트산 부분을 용출 시킴으로써 극세사의 촉감 및 감성을 발현시킬 수 있는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 이용한 직편물을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사는 폴리락트산/폴리올레핀 블렌드에 특정한 상용화제를 사용하여 혼합 및 방사시 제조 공정 조건의 특정하게 조절하여 폴리락트산과 폴리올레핀이 균일하게 혼합되어 방사 되고, 물성 또한 기존 폴리올레핀으로만 방사한 원사와 유사하거나 우수하며, 제조된 극세사(원사)는 가볍고 보온성이 뛰어날 뿐 아니라 극세사(원사) 특유의 파우더 촉감 발현이 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 따른 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 이용한 직편물은 용도가 트렌치 코트, 스포츠 의류등의 감성 기능성 소재로도 사용할 수 있으며, 인공피혁, 소파, 카시트 등의 생활용 인테리어 소재로의 이용도 가능하다.
이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 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 절대적이니 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 폴리락트산과 폴리올레핀 블렌드 방사를 통한 극세사 및 이를 이용한 직편물에 관한 것이다.
본 발명은 폴리락트산과 폴리올레핀 블렌드 방사를 통해 제조되는 원사에 있어서
블렌딩을 위한 고분자 혼합물은 폴리락트산이 10 내지 80중량%이고, 폴리올레핀이 10 내지 89중량%이며, 상용화제 1 내지 10중량%가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 폴리락트산/폴리올레핀 블렌드에 특정한 상용화제를 사용하여 혼합 및 방사시 제조 공정 조건의 특정하게 조절하여 폴리락트산과 폴리올레핀이 균일하게 혼합되도록 하여 방사될 수 있다.
상기 블렌딩을 위한 고분자 혼합물의 총중량 중 폴리락트산의 중량은 10 내지 80중량%이고, 폴리올레핀의 중량은 10 내지 89중량%이며, 상용화제의 중량은 1 내지 10중량%로 구성된 것임을 특징으로 한다.
폴리락트산의 중량은 10 내지 80중량%인 것이 바람직한 데, 폴리락트산의 중량이 80 중량%를 초과하면 극세 효과는 최대 발현되지만, 인장강도가 급격히 불량하게 된다. 반대로 폴리락트산의 중량이 10% 중량 미만일 경우에는 극세 촉감 발현을 못 느낄 정도가 된다.
폴리올레핀의 중량은 10 내지 89중량%인 것이 바람직한데, 상기 폴리올레핀의 중량이 10 중량% 미만일 경우 극세 효과는 극대화 되지만 인장 강도가 급격히 저하되는 단점이 있으며, 89중량%를 초과할 경우 극세 효과가 미미하여 파우더 촉감 발현이 어려워 감성적 차별성이 떨어지는 단점이 있다.
상기 폴리올레핀으로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나를 이용하는 것이바람직하다.
또한 상기 폴리올레핀은 폴리올레핀 자체를 사용할 수도 있지만, 가염 폴리올레핀을 이용할 수도 있다.
가염 폴리올레핀을 이용하는 경우 염색이 가능한 폴리올레핀으로 제조 하기 위해 자체 트윈 압출기 설비를 활용할 수 있는 데, 상기 가염 폴리올레핀은 폴리올레핀에 공중합 폴리에스터 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제를 추가하여 제조할 수 있다. 혼합되는 비율은 폴리올레핀 89~93중량%, 공중합 폴리에스터 3~5중량% 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 4~6중량%를 블렌드 시켜 가염폴리올레핀을 제조할 수 있다.
무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제를 사용함으로써 폴리머간의 분산성을 좋게 할 수 있다. 폴리올레핀계 상용화제로는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌에 무수말레인산이 2 내지 10 몰%로 그라프트되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상용화제는 폴리락트산 중합체와 폴리올레핀의 상분리 현상을 방지하는 역할을 한다.
상기 상용화제의 중량은 1 내지 10중량%인 것이 바람직한 데, 상기 상용화제의 중량이 1중량% 미만일 경우 방사시에 비출사가 다량 발생하게 되는데, 상분리를 제어하지 못하는 이유로 방사 공정성이 급격히 나빠지게 된다. 반대로 사용화제가 10중량%을 초과할 경우 역시 비출사가 발생 또는 빈번한 사절 발생으로 원만한 방사가 어려워지는 문제점이 있다.
상기 상용화제로는 폴리프로필렌에 itaconic acid (IA)가 그라프트 된 PP-g-IA를 상용화제로 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 이용하여 직물 또는 편물을 제조할 수 있는 데 직물 또는 편물을 제조함에 있어서, 후가공시 가성 소다 및 KOH의 강알카리 처리를 통하여 폴리락트산 부분을 용출 시킴으로써 극세사의 촉감 및 감성을 발현시킬 수 있는 직편물을 제조할 수 있다.
실시예 1
폴리락트산 50 중량%와 PP-g-IA 상용화제 5 중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 45 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사한다. 이 때 원사의 섬도는 75데니아로 하고 filament 수는 72 개로 하여 제사 하였다. 가염 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 91중량%, 공중합 폴리에스터 4중량% 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 5중량%를 블렌드하여 제조하였다.
방사 구금은 일반 단독 구금으로써 72H, 노즐 홀 규격은 0.3파이 노즐을 사용하였으며 방온은 225도 하여 방사한다.
원사 제조 방식은 스핀드로우 (spin draw)로 제사 하였으며, 고젯 롤러1의 속도는 1100m/min. 고젯 롤러2의 속도는 3550m/min, 와인더 속도는 3500m/min으로 제조 하였다.
도징 머신을 이용하여 폴리락트산과 사용화제의 혼합물을 압출기에서 용융되는 폴리프로필렌으로 적정한 비율로 공급하여 방사한다.
이렇게 제조된 원사를 사용하여, 사이징 작업을 해서 경사 제직 준비 작업을 한다. 사이징은 일본의 Suzuki 사에서 제조한 소형 기기를 사용하였고, 호제는 PVA 호제를 사용하였다.
사이징 작업후 역시 같은 회사에서 제조한 1본 정경기를 사용하여 정경 작업을 하였다. 총경사본수는 8,200본으로 하고 성폭은 63로 해서 제직 준비를 한다. 제직은 도요다 에서 제조한 700 type 에어제트 직기를 사용하였고, 위사의 사종도 경사와 동일한 본 개발품 원사를 사용 하였다. 위사 밀도는 80본/inch 조직은 plain 조직으로 하여 제직을 완료 하였다.
이렇게 제직된 직물을 로타리 워셔 정련기에서 120도, 30분 축소후, 열텐타를 사용하여 190도에서 1분간 열셋팅하여, 치수 안정 효과를 위한 공정을 거친뒤, 10% 수산화나트륨 수용액 100도에서, 15분간 감량공정을 해서 폴리락트산을 용출 시킨다. 감량 공정후 극세 세섬화가 되어 촉감이 부드럽게 된다.
감량 공정 후 수세, 건조후, 130도에서 염색을 한다. 이때 분산염료를 사용하여 폴리프로필렌을 염색한다.
염색후 핀텐터를 이용하여 최종 직물 폭을 고정 한 후, 원단 및 원사의 각종 품질을 측정하였다.
본 발명에서 사용된 폴리락트산은 네이쳐웍스에서 공급받아 사용하였으며, 폴리올레핀은 호남 석유 화학에서 공급 받은 폴리 프로필렌을 사용하였다.
실시예 2
폴리락트산 80 중량%와 상용화제 5 중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 15 중량%를 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
폴리락트산 10 중량%와 상용화제 5 중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 85중량%를 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
폴리락트산 90 중량%와 상용화제 5 중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 5 중량%를 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
폴리락트산 5중량%와 상용화제 5 중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 90중량%를 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4
폴리락트산 50 중량%와 상용화제 1중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 49 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 5
폴리락트산 50 중량%와 상용화제 10중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 40 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 3
폴리락트산 50 중량%와 상용화제 15중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 35 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 4
폴리락트산 50 중량%와 상용화제 0.5중량%, 가염 폴리프로필렌 수지 45.5 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 5
폴리락트산 50 중량%와 상용화제 0.5중량%, 일반 폴리프로필렌 수지 45.5 중량%를 투입하여 용융 방사시켜 제사하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 직물을 제조하였으며, 제조된 직물의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
측정방법
(1) 인장강도 : 인스트론사(Instron사)의 인장 강신도 측정 설비를 사용하여 ASTM D1682-64법에 의하여 시료 폭 5cm, 시료장 7.5cm 의 시료 편을 인장 속도 300 mm/min의 조건으로 측정함.
(2) 인장신도 : 상기 (1)의 인장강도 측정방법으로 측정한 최대 인장강력시의 신도를 구함.
(3) 균제도 : 자사가 보유한 uster 설비를 이용하여 측정하였음.
(4) 극세 촉감 : 20인 감성 평가단의 평균 점수로 측정하였음.
(5) 염색성 : 시각적으로 염색 유무를 판단하였음.
방사공정성 인장강도 인장신도 균제도 극세촉감 염색성
실시예 1 ○ 26 35 ○ ○ ○
실시예 2 ○ 25 40 ○ ◎ ○
실시예 3 ◎ 30 32 ◎ ○ ○
비교예 1 × 8 60 × ◎ ○
비교예 2 × 25 32 ○ × ○
실시예 4 ○ 27 33 ○ ○ ○
실시예 5 ○ 25 35 ○ ○ ○
비교예 3 × 22 38 × ○ ○
비교예 4 × 24 34 × ○ ○
비교예 5 × 25 35 ○ ○ ×
◎ : 매우 좋음
○ : 좋음
× : 나쁨
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 폴리락트산과 폴리올레핀 블렌드 방사를 통해 제조되는 원사에 있어서
    블렌딩을 위한 고분자 혼합물은 폴리락트산이 10 내지 80중량%, 폴리올레핀이 10 내지 89중량%, 및 상용화제 1 내지 10중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 가염 폴리올레핀을 이용하되,
    상기 가염 폴리올레핀은 폴리올레핀 89~93중량%, 공중합 폴리에스터 3~5중량% 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제 4~6중량%가 블렌드된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀계 상용화제는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에 무수말레인산이 2 내지 10몰%로 그라프트된 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상용화제는 폴리락트산 중합체와 폴리올레핀의 상분리 현상을 방지하기 위한 것으로,
    폴리프로필렌에 itaconic acid (IA)가 그라프트 된 PP-g-IA를 상용화제로 이용하는 것을 특징으로 하는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 따른 원사를 이용하여 직물 또는 편물을 제조함에 있어, 후가공시 가성 소다 및 KOH의 강알카리 처리를 통하여 폴리락트산 부분을 용출 시킴으로써 극세사의 촉감 및 감성을 발현시킬 수 있는 폴리락트산 및 폴리올레핀 블렌딩 원사를 이용한 직편물.
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