KR20180026081A - 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법 및 이를 사용한 원단의 제조방법 - Google Patents

컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법 및 이를 사용한 원단의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염색이 어려운 UHMWPE섬유 등 고강도 폴리올레핀계섬유의 컬러발현을 위해 쉬스코어방법으로 방사하여 쉬스부분인 표면에만 컬러발현이 가능한 고강도 섬유와 이를 활용하여 산업용 및 생활용 원단을 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 컬러발현이 표면에만 가능한 코팅형태의 고강도 섬유를 제조함으로써 물성저하없이 다양한 색상을 가지는 고강도 폴리올레핀계섬유를 제공할 수 있으며 쉬스면의 경도향상을 통하여 내스크레치성 발현을 할 수 있다.

Description

컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법 및 이를 사용한 원단의 제조방법{Process Of Producing High Tenacity Polyolefin Filament Having Exellent Color Property And Process Of Producing Fabrics Using Thereby}
본 발명은 염색이 어려운 UHMWPE섬유 등 고강도 폴리올레핀계섬유의 컬러발현을 위해 쉬스코어방법으로 방사하여 쉬스부분인 표면에 접착력이 우수한 올레핀계 고분자수지를 형성하여 컬러발현 또는 올레핀계 수지코팅이 가능한 고강도 섬유와 이를 활용하여 산업용 및 생활용 원단을 제조하는 방법에 관한 것이다.
섬유의 색상발현을 위한 공정으로는 첫째로 섬유 제조시 원료내에 안료를 첨가하는 원착공정, 둘째로 실 또는 직물 형태에서 염료에 의한 고온 염색공정, 셋째로 안료 또는 염료가 함유된 조제의 코팅공정이 있다.
원착에 의한 색상부여 방법은 천연 섬유를 제외한 재생, 반합성, 합성섬유와 같은 용해 또는 용융에 의해 고체인 섬유가 액체와 같은 상태로 변형시킨 후 색소 배합으로 적용될 수 있는 방법이다. 하지만 천연섬유 또는 내열성 및 고성능 섬유에서는 상태변화가 매우 어려우며 배합되는 색소가 상태변화를 위한 가혹한 조건으로 인해 변색될 우려가 있고 색상 수가 제한되므로 특수한 경우에만 적용되고 있으며 높은 단가로 인해 사용이 제한적이다.
그리고 고온에 의한 염색공정은 고분자로 이루어진 섬유의 비결정영역에 염료가 침투하여 반응 또는 흡착시켜 색상을 발현시켜며 가장 일반적인 공정이다. 이때 염료 이외에 균염제, 첨가제, 산 또는 알칼리 조절제 등의 화학약품이 첨가되며 염료가 침투하기 용이하게 높은 열이 수반되어야 색상을 발현할 수 있다. 또한 섬유소재가 하나의 성분으로 되어 있다면 매우 용이한 방법이지만 다른 성분의 섬유소재가 혼방된 실 또는 원단의 경우 섬유소재에 따라 염료선정, 염색공정 및 후가공의 가공조건이 달라지기 때문에 물 사용이 많아지고 가공 후 폐수처리에 대한 부담이 커진다.
또한 색상 코팅 공정은 기존에 고온의 열경화에 의한 코팅으로 낮은 단가, 다양한 색상 구현에 장점이 있지만 섬유와 코팅액의 접착력 불량으로 마찰견뢰도가 매우 미흡하고 수지의 열 용융 또는 저점도 수지의 함침과 열경화 방식에 의한 높은 열을 사용하고 공정상 많은 문제점 발생하기 때문에 생산속도가 느려 양산화 가능성이 낮다.
의류용 섬유로 사용되는 일반 섬유 중 천연에서 얻어지는 면, 양모, 실크, 마 등이 천연섬유이고 천연섬유인 면에서 화학변화를 통해 재생된 레이온 섬유가 재생섬유로 분류되고 합성섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리에틸렌테레프탈레이트(PTT), 양이온 염료 가염 폴리에틸렌테레프탈레이트(Cation dyeable PET,CDP), 나일론(Nylon), 아크릴(Acrylic), 스판덱스(Spandex) 섬유 등이 있다. 셀룰로스계의 천연섬유인 면, 마,레이온 등은 반응성 염료로, 양모, 실크, 나일론 섬유는 산성 염료로, 아크릴과 모다아크릴 섬유는 양이온 염료로, PET 섬유는 분산염료로 고온 염색방법으로 각각의 염색조건으로 색상발현을 시킨다.
산업용으로 사용되는 섬유는 물성, 내열성 또는 기타 기능성을 향상시킨 섬유로서 기존에 상용화된 염료 및 기타 첨가제, 열수에 의한 염색공정으로는 색상발현하기 어렵다. 이는 섬유고분자가 강직한 고분자쇄로 구성되어 있거나 염료와 반응할 수 없는 화학구조로 되어 있어서 염료의 침투 및 내구성이 부족하기 때문이다. 이러한 섬유로는 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular WeighPolyethylene, UHMWPE), 아라미드 섬유, 탄소섬유, 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole, PBO), 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI) 등이 있으며, 위와 같은 문제로 의류용 보다 산업용에 많이 사용된다.
이렇듯 UHMWPE섬유 등 고강도 폴리올레핀계섬유는 염색이 어려워 원착사로 사용하거나 염색하지 않은 상태로 사용하는 등 색상발현에 어려움이 있어 이를 해결하기 위하여 고강도 폴리올레핀계섬유의 표면을 PVC 또는 동일한 올레핀계 수지로 코팅하는 방법이 제시되었으나 이러한 방법은 올레핀계 수지의 특성상 심사로 사용되는 원사부분과 컬러발현을 위한 외층의 코팅부분의 접착력이 약하여 사용시 코팅부분이 쉽게 분리되는 문제점이 있었다. 이는 컬러발현 뿐만 아니라 코팅 및 라미네이팅 공정에서도 발생되며 이를 해결하기 위하여 표면처리 방법이 다양하게 요구되어 왔다.
대한민국등록특허제10-1460446호(2014년11월10일 공고) 대한민국특허공개제10-2011-0030636호(2011년03월23일 공개)
그러므로 본 발명에 의하면, 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 쉬스코어형태로 방사하는 방식으로 컬러발현이 가능한 쉬스부분을 코어부분인 고강도 폴리올레핀계섬유와 접착력이 향상되도록 복합방사함으로써 물성저하없이 다양한 색상을 가지는 고강도 폴리올레핀계섬유를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 코어부분을 고강도 폴리올레핀계 폴리머로,
쉬스부분을 폴리프로필렌 85~93중량%, 에틸렌아크릴릭액시드 단독, 에틸렌아크릴릭액시드―TPO(Thermo plastic olefin)의 혼합물, 에틸렌아크릴릭액시드―EVA(Polyethylene vinylacetate)의 혼합물 중 어느 하나가 5~10중량%, 첨가제 1~2중량%, 잔부로서 안료를 함유한 혼합폴리머로 하여 쉬스코어방사하는 것을 특징으로 하는 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 염색이 어려운 UHMWPE섬유 등 고강도 폴리올레핀계섬유의 컬러발현을 위해 쉬스코어방법으로 방사하여 쉬스부분인 표면에만 컬러발현이 가능한 고강도 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법은 코어부분을 고강도 폴리올레핀계 폴리머로, 쉬스부분을 에틸렌아크릴릭액시드 단독, 에틸렌아크릴릭액시드―TPO의 혼합물, 에틸렌아크릴릭액시드―EVA의 혼합물 중 어느 하나, 폴리프로필렌, 첨가제, 잔부로서 안료를 함유한 혼합폴리머로 하여 쉬스코어방사한다.
상기 코어부분의 고강도 폴리올레핀계 폴리머는 MI(Melt index) 8g/min 이하의 고점도 폴리프로필렌, MI 8g/min이하의 고밀도 폴리에틸렌, UHMWPE 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 코어부분의 고강도 폴리올레핀계 폴리머는 상기 코어부분의 고강도 폴리올레핀계 폴리머는 방사 후 연신전 방사섬유의 인장강도가 4~6g/de인 것을 사용하는 것이 강도가 우수하고 열적안정성이 우수하여 본 발명의 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 쉬스부분과의 점도차이에 의한 방사성이 우수하며 기본적인 물성을 발현할 수 있다.
상기 쉬스부분의 혼합폴리머는 폴리프로필렌 85~93중량%, 에틸렌아크릴릭액시드 단독, 에틸렌아크릴릭액시드―TPO(Thermo plastic olefin)의 혼합물, 에틸렌아크릴릭액시드―EVA(Polyethylene vinylacetate)의 혼합물 중 어느 하나가 5~10중량%, 첨가제 1~2중량%, 잔부로서 안료를 함유한 혼합폴리머를 사용하는 것이 바람직하며, 이 때 쉬스부분의 경도는 쇼어경도 B 이상을 발현해야 한다. 에틸렌아크릴릭액시드는 쉬스부분에서 외부충격에 저항하는 작용을 하는데, 5중량%미만에서는 경도를 발현하지 못하고 코어부분과 박리되는 문제점이 발생하며 10중량%를 초과하면 쉬스와 코어의 경계가 무너져 쉬스코어형태가 발현되지 않는 문제점이 발생한다.
에틸렌아크릴릭액시드는 상기 폴리프로필렌 폴리머 및 아크릴비닐아세테이트와 크로스링크를 형성할 수 있어 바인더역할을 하여 코어부분과 접착력이 우수하며. 에틸렌아크릴릭액시드 코폴리머는 MI 18이하이며 아세테이트 함량이 20% 이상인 것이 바람직하다.
첨가제는 UV안정제, TiO2, 대전방지제 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 쉬스-코어의 중량비는 1:9~0.5:9.5인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같이 코어부분과 쉬스부분으로 쉬스코어방사하는데, 방사방법은 공지의 쉬스코어 방사방법과 동일한 방법으로 방사한다. 별도의 익스트루더에 코어용 폴리머와 쉬스용 폴리머를 용융시킨후 쉬스코어형 방사구금을 통해 도 1과 같은 단면형태로 복합방사, 연신 및 권취하여 쉬스코어형 고강도 폴리올레핀계섬유를 제조한다.
본 발명에서는 상기 제조된 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유를 사용하여 다양한 색상을 가지는 고강도 올레핀계 원단을 제조할 수 있다.
그러므로 본 발명에 의하면, 컬러발현이 표면에만 가능한 코팅형태의 고강도 섬유를 제조함으로써 물성저하없이 다양한 색상을 가지는 고강도 폴리올레핀계섬유를 제공할 수 있으며 쉬스면의 경도향상을 통하여 내스크레치성 발현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 쉬스-코어형 합성섬유의 단면형태의 모식도이며,
도 2는 본 발명에 의해 제조된 고강도 폴리올레핀계섬유의 표면사진이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 고강도 폴리올레핀계섬유의 단면사진이다.
다음의 실시예에서는 본 발명의 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
쉬스-코어형 복합섬유 제조용 복합 방사장치에 폴리프로필렌 93%, TPO―에틸렌아크릴릭액시드 5중량%, 첨가제 1%, 잔부로서 안료를 함유한 혼합폴리머를 쉬스부 형성용 폴리머로 공급함과 동시에 고강도 폴리올레핀계 폴리머(초고분자량 폴리에틸렌 수지)를 코어부형성용 폴리머로 공급하여 쉬스코어비를 1:9로 하여 도 1과 같은 단면형태로 160℃로 복합방사, 연신 및 권취하여 쉬스-코어형 합성섬유를 제조하였다. 제조된 고강도 폴리올레핀계섬유의 물성은 표 1과 같으며, 표면사진은 도 2와 같다.
구 분 강도(gF/den) 신도(%) B-Force(cN) B-Work(N.㎝)
실시예 1 8.06 16.66 2526 62.84
1 :코어 2 : 쉬스

Claims (4)

  1. 코어부분을 고강도 폴리올레핀계 폴리머로 전체 중량의 85~93%,
    쉬스부분을 폴리프로필렌 85~93중량%, 에틸렌아크릴릭액시드 단독, 에틸렌아크릴릭액시드―TPO(Thermo plastic olefin)의 혼합물, 에틸렌아크릴릭액시드―EVA(Polyethylene vinylacetate)의 혼합물 중 어느 하나가 5~10중량%, 첨가제 1~2중량%, 잔부로서 안료를 함유한 혼합폴리머로 하여 쉬스코어방사하는 것을 특징으로 하는 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코어부분의 고강도 폴리올레핀계 폴리머는 방사 후 연신전 방사섬유의 인장강도가 4~6g/de인 것을 특징으로 하는 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 쉬스코어 방사시 쉬쓰:코어부분의 중량비는 1:9~0.5:9.5인 것을 특징으로 하는 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느한 한 항에 의해 제조된 컬러발현성이 우수한 고강도 폴리올레핀계섬유를 사용한 원단의 제조방법.
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