KR20160139881A - 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합가연사의 제조방법 - Google Patents

섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합가연사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태세섬도 혼합필라멘트를 가연하는 태세섬도 혼합가연사의 제조방법에 관한 것으로서 CDP 특유의 강도 저하, 낮은 융점으로 인한 사가공 공정 조건 확립이 매우 까다롭고 인열강도가 약한 문제를 극복하기 위한 혼합가연사의 제조방법에 관한 것이다.

Description

섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합가연사의 제조방법 및 이를 이용한 섬유제품{Process Of Producing Thin And Thick Draw―textured Yarn Having Fine Melange Effect And Textiles Using Thereby}
본 발명은 태세섬도 혼합필라멘트를 가연하는 태세섬도 혼합가연사의 제조방법에 관한 것이다.
신속하게 변화하고 있는 의류소비자의 심리 중에서도 가장 중요시 하게 생각되는 것이 패션성과 기능성이다. 특히, 등산복, 골프웨어, 스키복 등의 전문 레져 분야에서 사용되는 의복의 경우에는 기능성이 제일 중요시 되어 보온, 경량, 흡한속건, 발열, 신축 등의 기능에 대하여 가장 많이 요구되고 있지만, 그 외 일상생활에서 착용하는 의복의 경우에는 다양한 디자인을 만족하는 패션성에 대해 가장 많이 요구되고 있다. 이러한 소비자 요구에 대응하기 위해 최근 원사에서 제직, 염색, 가공 기업에서는 다양한 패션성을 발현할 수 있는 소재의 개발이 다시 중시되고 있으며, 그 중에서도 멜란지(melange) 소재는 지속적으로 개발되고 있는 대표적인 패션 소재이다.
멜란지(melange) 효과란, 서로 다른 색으로 염색한 단섬유를 그레이로 보이도록 혼합하는 것으로서, 원사, 제직 단계에서 단섬유를 혼합하여 염색을 통해 발현되는 기능이다. 주로 염색성이 다른 섬유를 혼합하여 원사로 제조하거나, 이종 소재를 제직에서 교직으로 활용하여 나타내는 기능이다.
최근에는 패션 시장의 소비층 중에서도 가장 주력적인 20~40대, 그 중에서도 사회생활을 하는 30대 전후반의 경우, 패션성과 기능성을 겸비한 의류제품에 대한 구매가 증가하고 있으며, 출근 시 정장을 주로 착용하여 예전과 달리 남녀 모두 활동에 있어 편안한 캐주얼 의류를 선호하는 추세가 증가하여 캐주얼하고 스포티한 캣포츠룩의 소비가 점점 증가하고 있다. 이러한 캐주얼·스포츠 트렌드 열풍으로 인해 캐주얼 용도의 섬유소재 개발에 있어 멜란지 소재는 아주 폭넓게 적용되고 있으며, 고급스러운 외관과 더불어 경량을 위한 세섬화, 신축성, 소프트한 촉감, cotton-like한 촉감은 최근 아주 중요한 기능으로 요구되고 있는 추세이다.
기존의 멜란지 소재는 주로 ① 사염에 의해 색이 다른 단섬유(staple 간)를 방적하여 제조하거나, ② 이종의 섬유(filament 간)를 사가공하여 복합하거나, ③ 이종 소재를 제직 단계에서 교직하여 복합하는 방법 등을 통해 전개되고 있는데, 최근에는 ④ 이종 폴리머의 복합방사를 통해 필라멘트 자체에서 이색 효과를 발현하도록 하는 기술도 다수 이루어지고 있다.
한편, 폴리에스테르 중 CDP(Cation Dyeable Polyester) 소재를 이용하여 혼섬을 통해 멜란지효과를 얻기 위한 노력이 있어왔다. CDP 원사는 Batch 중합기를 갖고 있는 화섬사가 생산 가능하므로 제조 시 다른 제품에 비해 설비의 제약을 받지 않고, 이염성, silky성 및 색의 선명한 발현이 되는 특수 제품의 용도로 개발되어 상품화되어 있다.
이러한 CDP(Cation Dyeable Polyester)란, 기존 분산염료로 염색 가능한 폴리에스터 소재를 중합시에 Dicarbo methoxybenzene sulfonate(DMBS)를 첨가하여 공중합한 폴리머로, 이를 섬유화한 것을 CDP 원사라고 하는데, 이 원사는 분자 내의 작용기인 -SO3Na이 수용액 내에서 해리되어 -SO3 음이온이 되며, 캐티온 염료인 D-NH3 양이온과 이온결합으로 염착이 되어 선명한 염색이 가능한 소재이다. 그러나, 첨가제로 사용된 DMBS는 메톡시(methoxy)기가 벤젠에 메타 위치에 있어 결정화도와 융점이 일반 폴리에스터 소재에 비해 낮아지므로 일반 폴리에스터 대비 강도가 낮아지고, 알칼리 감량 시 감량속도가 3~4배 정도 빨라져 공정에 주의해야하는 단점이 있으며, 실의 낮은 강도로 인한 원단 물성이 저하하고, 낮은 융점으로 인한 후공정전개가 어려운 문제점을 안고 있었다.
이에 대한민국특허공개제2002-0003448호(2002.01.12.공개)에서는 고속방사를 통해 생산성과 물성이 향상된 CDP 원사를 개발하기 위하여 결정배향 억제제를 첨가하여 중합하여 POY로 생산하여 방사 및 연신 가연 등의 공정성이 향상되는 기술을 제공한 바 있다.
그러나 이 경우에도 CDP 원사를 이용하여 멜란지 효과를 내기 위해서는 사가공 공정을 통해 타소재와의 복합이 필수적으로 필요하며, 합사 개념의 복합을 거쳐야 하므로 세섬도로 제조하기가 어려웠으며, CDP 특유의 강도 저하, 낮은 융점을 통해 사가공 공정 조건 확립이 매우 까다롭고 인열강도가 약한 문제가 발생할 수 있었다.
태세섬도 혼합가연사를 제조하기 위한 기존의 사가공 방법은 태섬도 필라멘트와 세섬도 필라멘트를 별도로 공급하여 사가공 단계에서 혼합하는 것으로서 섬도가 상이한 2종의 필라멘트간의 열적성질 및 물성차이를 고려하여 사가공 조건이 매우 까다로웠다. 특히 멜란지 효과를 극대화할 수 있는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트와 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 혼합 가연사의 경우에는 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 특유의 강도 저하, 낮은 융점으로 인한 사가공 공정 조건 확립이 매우 까다롭고 인열강도가 약한 문제가 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국특허공개제2002-0003448호(2002.01.12.공개)
그러므로 본 발명에 의하면, 이종 폴리머를 이용한 태세섬도 필라멘트의 복합방사 기술을 활용한 태세섬도 혼합 필라멘트를 사용함으로써 섬도가 상이한 2종의 필라멘트간의 열적성질 및 물성차이, CDP 특유의 강도 저하, 낮은 융점으로 인한 까다로운 사가공 공정 조건을 극복하기 위한 혼합 가연사의 제조방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 태세섬도 혼합 필라멘트를 160~190℃의 제1 히터를 통과시켜 제 1 차 열처리를 한 후, 해연장력 10~25 N/m로 가연한 후, 공기압 1.0~4.5㎏/㎤으로 교락하고, 연신비 1.0~1.8로 연신한 후 130~160 ℃의 제 2 히터를 통과시켜 제 2 차 열처리를 한 후 권취하는 것을 특징으로 하는 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합 가연사의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 태세섬도 혼합필라멘트를 가연하는 태세섬도 혼합가연사의 제조방법에 관한 것으로서 CDP 특유의 강도 저하, 낮은 융점으로 인한 사가공 공정 조건 확립이 매우 까다롭고 인열강도가 약한 문제를 극복하기 위한 혼합 가연사의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 태세섬도 혼합 가연사를 제조하기 위한 기존의 사가공 방법인 태섬도 필라멘트와 세섬도 필라멘트를 별도로 공급하여 사가공 단계에서 혼합하는 방법과는 달리 세섬도 필라멘트와 태섬도 필라멘트가 혼합 방사되어 혼섬된 상태인 태세섬도 혼합필라멘트를 단일경로로 공급하여 사가공하는 것이 특징이다.
본 발명에서 원사로서 사용되는 상기 태세섬도 혼합필라멘트는 2종의 폴리에스테르 섬유를 동일한 방사구금을 통하여 동시에 방사한 것으로서, 특히 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 동일한 방사구금에서 방사한 것이다. 태세섬도 혼합 필라멘트의 제조방법은 다음과 같다.
상기 태세섬도 혼합필라멘트는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 익스트루더 및 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 익스트루더에 의해 2종의 폴리머를 각각 용융시켜 별도의 폴리머공급도관으로 이송하여 방사한다.
상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 상대점도 0.60~0.65, 수분함유율 30ppm 이하, 용융온도 250~270℃ 및 유리전이온도 75~82℃인 폴리머이고, 상기 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 일반적인 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머로서 상대점도 0.62~0.68, 수분함유율 30ppm이하, 용융온도 230~250℃ 및 유리전이온도 78~82℃인 폴리머를 사용하는 것이 방사를 안정적으로 할 수 있어 바람직하다.
상기 2종의 폴리머간의 중량비율은 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 : 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 = 20:80~80:20으로 할 수 있는데, PET와 CDP의 비율이 20%미만인 경우에는 제조되는 필라멘트 단사의 섬도를 세섬화하기 어렵고 강도 저하 문제가 발생 할 수 있다. 상기 2종의 폴리에스테르 폴리머에는 소광제, 자외선 차단제 등의 첨가제를 소량 첨가할 수도 있다.
상기 각각 용융된 폴리머는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 슬릿과 상기 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 슬릿을 교호로 가지는 동일한 방사구금에 공급되어 동시에 방사되는데, 상기 방사구금은 통상적인 폴리에스테르 필라멘트의 방사에 사용하는 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 태세섬도 혼합필라멘트를 방사함에 있어서 섬도를 조절하는 방법은 방사구금의 홀에서 토출되는 폴리머의 토출량을 각각 조절하여 필라멘트의 섬도 차이를 조절하는 것이다. 본 발명의 경우에는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 태섬도로 방사하며, 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 세섬도로 방사한다. 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 토출량은 extruder 1회전당 토출 polymer의 양(펌프의 1회전 용량)과 모터 회전수로 결정되는데, 펌프의 1회전 용량은 0.3~2.4 cc/rev 을 사용하여 모터 회전수는 5~50rpm으로 조절할 수 있다.
상기 방사구금에서의 방사온도는 290~310℃로 조절하는 것이 방사하는데 적합하다.
상기 방사구금을 통해 동시에 용융방사된 사조는 통상적인 방법과 같이 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각시켜 고화하게 되는데, 본 발명에서는 20~25℃의 냉각풍으로 냉각시킨다. 상기 사조냉각구간을 통과하면서 고화된 필라멘트들은 오일을 부여하면서 집속을 한 후 제1고뎃롤러와 제2고뎃롤러를 통과시키면서 공정통과성을 확보할 수 있는 연신비 1.00~3.50로 연신한 후 권취부에서 권취하게 된다. 본 발명에서는 기존에 사용하고 있는 혼합 방사 구금을 사용하기 때문에 한 구금에서 분할되는 섬유의 신도차가 5% 정도 발생할 수 있으며, 제직, 염가공시 불량의 원인이 될 수 있으므로 신도차를 최소한으로 하기 위해 상기와 같이 연신비를 조정해야 한다. 연신비 1.00미만시에는 제조되는 혼합필라멘트의 신도는 상승하나 강도가 낮아지는 문제점이 발생한다. 상기 연신후, 오일링을 하고 권취하여 본발명의 균일한 혼섬이 가능한 태세섬도 혼합필라멘트를 제조하게 된다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 원사인 상기 태세섬도 혼합필라멘트(1)를 제1 피드롤러(2)를 통과시킨후 160~190℃의 제 1 히터(3)를 통과시켜 제 1 차 열처리를 하는데, 상기 태세섬도 혼합필라멘트는 단사섬도 0.5~3d의 세섬도 필라멘트와 단사섬도 1~10d의 태섬도 필라멘트가 혼합 방사되어 혼섬된 상태인 것을 공급하는데, 일례로 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트가 세섬도가 되고, 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트가 태섬도가 될 수도 있으며, 다른 일례로 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트가 태섬도가 되고, 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트가 세섬도가 될 수도 있다.
일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 열처리온도가 190℃ 부근임에 반해, 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트는 용융온도가 낮고 결정화가 빨라 열처리온도가 150~160℃ 정도이다. 따라서 제 1 차 열처리조건을 160~190℃으로 설정하여야 한다. 제 1 차 열처리온도가 160℃미만에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 열고정이 용이하지 않아 가연효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 190℃를 초과한 경우에는 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 열에 의한 침해 문제가 발생할 수 있다.
상기 제 1 차 열처리 후 원사의 적정 신축성 및 soft한 터치감을 발현하기 위해 디스크형 가연장치(4)에 공급하여 해연장력 10~25 N/m으로 가연하는데, Belt type의 경우에는 원사의 모우와 미해연이 동시에 발생하여 권취까지 진행이 불가능한데, 이는 벨트에 의해 가연되므로 상대적으로 원사의 마찰이 많고, 특히 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트는 강도가 약해 사절이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 상대적으로 마찰이 적은 디스크(disc) 타입을 사용하고, 사속, 연신비와 함께 히터온도를 올려 작업하였는데, 그 결과 모우와 미해연은 모두 양호하게 나타나고, 물성 또한 양호하게 나타난다.
상기 가연 후 제 2 피드롤러(5)를 거쳐 공기압 1.0~4.5㎏/㎤으로 교락장치(6)에서 교락한 후 제 2 피드롤러(5)와 제3피드롤러(8)의 속도차를 이용하여 연신비 1.0~1.8로 연신하는데, 연신비(DR) 1.0 미만시 미해연이 발생할 수 있으며, 상대적으로 비결정영역이 많아 물성이 낮은 CDP원사를 고온에서 열고정하게 되면 권취시 원사 물성이 저하될 수 되고 수축률 또한 증가할 수 있다. 연신비 1.8을 초과시에는 과도한 연신에 의한 사절이 발생하여 작업성에 문제가 발생할 수 있다.
제 1 피드롤러와 제 2 피드롤러간의 오버피드율은 3.0~8.0%가 바람직한데, 3.0% 미만에서는 과도한 장력에 의해 미해연의 문제점이 발생하고, 8.0% 초과시에는 모우가 발생할 우려가 있다. 제 2 피드롤러와 제 3 피드롤러간의 오버피드율은 5.0~9.0%가 바람직한데, 5.0% 미만에서는 과도한 장력으로 강하게 권취되어 크림프를 손상시킬 수 있으며, 9.0% 초과시에는 원사가 루즈하게 권취롤러에 공급되어 모우가 발생하여 사품질에 영향을 줄 수 있다.
상기 연신후 130~160℃의 제2히터(7)를 통과시켜 제2차 열처리를 한 후 권취부(9)에서 권취하여 본 발명의 태세섬도 혼합 가연사를 제조하는데, 용도에 따라서 제 2 차 열처리를 생략할 수도 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 제조된 태세섬도 혼합 가연사를 이용하여 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 직물을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이종 폴리머를 사용하여 혼합 방사기술을 활용한 태세섬도 혼합 필라멘트를 사용함으로써 섬도가 상이한 2종의 필라멘트간의 열적성질 및 물성차이로 인하여 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 소재를 얻을 수 있으며, 직물로 제직시 가연 크림프에 의한 신축성, 보온성과 태세섬도에 의한 은은한 광택 및 터치감을 발현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 혼합 가연사 외관을 나타낸 실체 현미경사진이며,
도 2는 본 발명의 태세섬도 혼합 가연사 제조장치의 모식도이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 태세섬도 혼합 가연사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
하기 표 1의 조건에 따라 용융단계에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 익스트루더 및 캐티온 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 익스트루더에 의해 2종의 폴리머(가염 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩은 (TK 케미칼 제조)을 사용하였으며, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩은 ㈜효성에서 생산되고 있는 Regular SD Polyester chip을 구매하여 사용.)를 각각 용융시켜 별도의 폴리머공급도관으로 이송한 후 방사단계에 공급하여 필라멘트를 방사하였고 그 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1
PET SD/CDP ratio 57:43
Extruder
Temp.(℃)		 #1 325/311
#2 328/313
#3 318/306
#4
Press(A/B) 13.0/17.0
Mainfold Temp.(℃) 292/290
Spinbeam Temp.(℃) 288
Spinneret A/B 36hole(18+18)
Polymer
M/P		 Capacity(cc/rev) 0.6
Rpm 11.13
Finish oil Concentration(%) 15
Rpm 19
Convergency(m) 1.6
GR1(m/m)/Temp.(℃) 1,530/89
GR2(m/m)/Temp.(℃) 4,155/125
사속(m/m) 4,100
DR 2.90
구분 섬도(d) 강도(g/d) 신도(%) 열수수축율
(%)		 건열수축율
(%)
실시예 1 34.17 4.42 31.89 -8.0 -16.3
균일 혼섬을 확인하기 위한 단면 분석의 경우, SEM으로 관찰결과 균일 혼섬의 판단이 어려워 색으로 도 2에 도시한 바와 같이 이종 폴리머의 구분이 가능한 편광현미경을 이용하여 분석한 결과, 일반PET와 CDP의 균일 혼섬이 확인되었다. 상기 제조한 태세섬도 혼합필라멘트를 이용하여 신축성 및 소프트한 터치감을 발현하기 위한 가연사 제조공정을 하기 표 3의 조건에 따라 진행하였으며, 특히 PET와 CDP의 가연 온도 차이에 의한 가연성 저하를 해결하기 위해 진행하였다.
- 사용설비 : 고속 복합사 가연기(Muratec No.33H, Disc type)
사용설비 : disc type 작업 조건

조건		 사속(mpm) 500
DR 1.74
해연장력 T2(g) 21
제 1 차 히터(℃) 170
제 2 차 히터(℃) 150
제 1 오버피드율(%) 4.39
제 2 오버피드율(%) 6.93
교락 압력(kg/) 2.4
교락 노즐직경 1.1
W/D Angle 14
가연사물성 섬도 35.70
강도(g/de') 4.70
신도(%) 26.00
[실시예 2]
상기 가연사를 이용하여 제직한 직물의 인열강도를 분석한 결과, 경사는 760cN, 위사는 1,100cN 으로 목표치인 경사 500cN 이상, 위사 200cN 이상을 만족하고 있다. 실시예 2의 경우 가연 크림프에 의한 신축성, 보온성 및 촉감이 개선되었다
구분 인열강도(cN)
경사 위사
실시예 2 760 1,100
1 : 태세섬도 혼합필라멘트 2 : 제1피드롤러
3 : 제1히터 4 : 디스크형 가연장치
5 : 제2피드롤러 6 : 교락장치
7 : 제2히터 8 : 제3피드롤러
9 : 권취롤러

Claims (3)

  1. 태세섬도 혼합필라멘트를 160~190℃의 제1히터를 통과시켜 제1차 열처리를 하고, 해연장력 10~25 N/m로 가연한 후, 공기압 1.0~4.5㎏/㎤으로 교락하고, 연신비 1.0~1.8로 연신한 후 130~160℃의 제2히터를 통과시켜 제2차 열처리를 한 후 권취하는 것을 특징으로 하는 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합 가연사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1피드롤러와 제2피드롤러간의 오버피드율은 3.0~8.0%, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 오버피드율은 5.0~9.0%인 것을 특징으로 하는 섬세한 멜란지 발현성이 우수한 태세섬도 혼합가연사의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 제조방법에 의해 제조된 태세섬도 혼합 가연사를 이용한 섬유제품.
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