KR20180078221A

KR20180078221A - 폴리올레핀계 섬유의 염색방법 및 이에 의해 제조된 섬유집합체

Info

Publication number: KR20180078221A
Application number: KR1020180076709A
Authority: KR
Inventors: 박재홍
Original assignee: 박재홍
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2018-07-09

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 염색방법에 있어서, 정련이 이루어지는 전처리단계; 입도가 0.1 내지 800㎛인 용제염료와 분산제를 혼합하는 염색조제준비단계; 80℃ 내지 140℃ 사이에서 30분 내지 120분 동안 염색단계; 및 후처리단계를 포함하는 폴리올레핀계 섬유의 염색방법을 제공한다.

Description

폴리올레핀계 섬유의 염색방법 및 이에 의해 제조된 섬유집합체{Dyeing method for polyolefin and Fiber aggregate using thereof}

본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 염색방법 및 이에 의해 제조된 섬유집합체에 관한 것으로 보다 상세하게는 고견뢰도를 유지하면서 물성 변화가 없는 폴리올레핀계 섬유의 염색방법 및 이에 의해 제조된 섬유집합체에 관한 것이다.

폴리올레핀계 소수성 섬유는 물과 용제와의 화학적 결합능력 부족으로 섬유의 개질처리가 어렵고 염색후 견뢰도도 낮다는 기술상의 문제점이 있었다. 이를 위해서 원액착색 염색기술과 같이 방사과정에서 색소를 부여하는 염색방식이 활용되고 있으나, 다양한 컬러를 재현하기 어렵고 색상이 선명하지 못한 결점을 안고 있다.

소수성 섬유와 산업용 고강도 섬유는 공통적으로 지적된 상기 염색결함 요인을 해소하기 위해서 다수의 기술이 제안되고 있고, 특히 PP 또는 PE 섬유제품을 에틸렌 불포화 유기산을 주성분으로 하되 라디칼중합성 화합물을 가교결합시킨 약제를 염색 촉매조로 활용하거나, 염기성 알칼리 금속화합물을 포함한 수성액으로 처리하는 기술이 제시되고 있다.

그러나 이는 원사물성을 저해하는 요소로 작용하여 염색성을 향상시키지만 물성이 저하되는 결함이 존재한다.

한편 폴리프로필렌 섬유의 경우 주로 원액착색 염색기술에 의해 염색성이 개선된 인조 스웨이드조 인공피혁 제조방법이나 1:1형 금속 착염염료의 착색방법 등이 제안된 바 있고 근래는 소수성 섬유 염색용 분산염료의 제조와 염색방법, 침염에 의한 염색기술이 보편화되고 있기는 하나 위와 같이 염색성과 물성을 모두 만족하는 기술은 여전히 소망되고 있다.

더욱이 근래 초고분자량 폴리에틸렌 등과 같이 고강도, 내화학성 등 우수한 물성을 갖는 섬유의 개발로 인해 폴리올레핀계 섬유의 염색에 대한 기술개발이 요청되었고, 대한민국 공개특허 제2011-0101755호에서는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 모노아조계 색소모체의 커플러측 방향족환에 -N(R1)(R2)의 치환기(여기서, R1 및 R2는 각각 탄소수 3~10의 알킬기로서, 동일하거나 서로 다를 수 있다)를 갖는 형태의 분산염료를 사용하여, 100℃ 이상의 고온에서 수계 염색하는 기술을 제안하였다. 그러나 상기 기술 역시 일광견뢰도 등에서 만족할 만한 효과를 발현하지 못하였다.

이에 원착염색이 아닌 후염공정을 통해 강도 등 물성저하없이 고견뢰도를 발현할 수 있는 폴리올레핀계 섬유에 대한 염색방법의 개발이 간절히 요청되었다.

대한민국 공개특허 제1999-29492호 대한민국 공개특허 제2011-101755호

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 목적은 섬유 고유의 물성저하없이 고견뢰도를 발현하는 폴리올레핀계 섬유의 염색방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 염색방법에 의해 제조될 수 있는 섬유집합체를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리올레핀계 섬유의 염색방법에 있어서, 정련이 이루어지는 전처리단계; 입도가 0.1 내지 800㎛인 용제염료와 분산제를 혼합하는 염색조제준비단계; 80℃ 내지 140℃ 사이에서 30분 내지 90분 동안 염색단계; 및 후처리단계를 포함하는 폴리올레핀계 섬유의 염색방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 용제염료가 0.5 내지 4%(o.w.f)의 범위에서 혼합되는 염색방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 분산제는 0.1 내지 20g/L의 범위에서 혼합되는 염색방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 용제염료가 YELLOW계인 경우 CI NO 14, 16, 18, 21, 25, 29, 33, 56, 72, 82, 93, 98, 114, 157, 160, 163, 176, 179, 241, RED계인 경우 CI NO 3, 8, 18, 23, 24, 25, 26, 27, 49, 52, 111, 122, 135, 146, 149, 160, 179, 190, 195, 196, 197, 179, 207, 218, 343, 356, BLUE계인 경우 CI NO 5, 58, 72, 97, 104, 122, 128로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 염색방법을 제공한다.

또한 본 발명은 하기 화학식으로 이루어진 용제염료인 염색방법을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

여기서 D1은 메틸기임

[화학식 3]

또한 본 발명은 상기 분산제가 리그닌계, 폴리옥시에틸렌알킬에테르와 같은 비이온계, 나프탈렌술폰산나트륨-포르말린 축합물, 알킬나프탈렌술폰산나트륨 또는 그의 포르말린 축합물, 페놀술폰산나트륨과 나프톨술폰산나트륨의 포르말린 축합물과 같은 타몰계로 이루어진 군에서 1이상 선택된 염색방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 섬유집합체를 제공한다.

또한 본 발명은 염색된 폴리올레핀계 섬유로서 염색 전 후 인장강도(KS K 0412 :2015) 변화가 5% 이내인 섬유집합체를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의한 염색방법은 섬유의 고유 물성 저하없이 고견뢰도를 발현하는 염색방법을 제안하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일실시예에 의한 염색방법으로 제조된 섬유집합체는 섬유 고유물성을 보유하면서 고견뢰도의 다양한 색상 구현이 가능하여 다양한 용도에 적용될 수 있는 장점이 있다.

도 1 내지 6은 본 발명의 일실시예에 의해 염색된 원단 사진.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 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.

본 명세서에서 사용되는 "섬유집합체"는 집합체라는 용어에도 불구하고 모노필라멘트, 토우, 번들, 복합사, 생지, 직물, 편물, 부직포, 펠트 등 방사공정 이후 형성될 수 있는 섬유의 모든 형태를 포함하는 것으로 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 염색방법은 기본적으로 전처리단계, 염색조제준비단계, 염색단계, 후처리단계를 포함할 수 있다. 기본적으로 폴리올레핀계 섬유를 대상으로 하고 특히 폴리프로필렌계 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE) 섬유, 고분자량PE(HP-PE) 섬유를 비제한적 예로서 설명한다.

상기 전처리단계는 방적, 연사, 제직, 편직 등의 제품을 만드는 공정 중에 조작을 쉽게 하거나 섬유의 상해를 막기 위하여 유제, 호제, 계면활성제 등이 가해지고, 또 작업중에 기계기름, 녹, 먼지 등이 우연히 묻게 된 불순물을 제거하기 위하여 정련공정을 거칠 수 있다. 상기 정련은 섬유의 특성에 따라 다양하게 이루어질 수 있고 통상 공지된 정련제를 이용하여 약 90℃에서 약 10분간 이루어질 수 있다.

상기 염색조제준비단계는 염료와 혼합물을 준비하는 것으로서 본 발명에 의한 염색방법은 용제염료를 사용할 수 있다. 본 발명에 의한 염색방법에서 사용될 수 있는 용제염료는 비제한적인 예로서 다음의 화학식 구조로 이루어진 것일 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

여기서 D1은 메틸기임

[화학식 3]

색상별로 비제한적 예를 들면 YELLOW계는 CI NO 14, 16, 18, 21, 25, 29, 33, 56, 72, 82, 93, 98, 114, 157, 160, 163, 176, 179, 241, RED계인 경우 CI NO 3, 8, 18, 23, 24, 25, 26, 27, 49, 52, 111, 122, 135, 146, 149, 160, 179, 190, 195, 196, 197, 179, 207, 218, 343, 356, BLUE계인 경우 CI NO 5, 58, 72, 97, 104, 122, 128로 이루어진 군에서 1이상 선택된 것일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 분산제는 음이온계로서 황산화유, 고급알코올 황산에스테르염, 알킬나프타린술폰산염, 지방산아미드술폰산염, 나프탈렌술폰산, 포름알데히드축합물 등이 사용될 수 있고, 비이온계로서 폴리에틸렌옥사이드 부가물이 사용될 수 있다. 바람직하게는 리그닌계, 폴리옥시에틸렌알킬에테르와 같은 비이온계, 나프탈렌술폰산나트륨-포르말린 축합물, 알킬나프탈렌술폰산나트륨 또는 그의 포르말린 축합물, 페놀술폰산나트륨과 나프톨술폰산나트륨의 포르말린 축합물과 같은 타몰계 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 상기 염료는 입자의 입도가 0.1 내지 800㎛ 일 수 있다. 본 발명자의 수년간의 시험결과 상기 염료의 입도는 분산제와의 관계에서 염색성에 영향을 미치는 것으로 시험되었다. 분산제는 염료입자 표면에 흡착되어 염료입자에 전하와 보호 콜로이드성을 부여함으로써, 입자상호간의 응집을 막을 수 있는데 염료입자가 미립화될수록 이러한 현상이 증가 즉 염착좌석에 대응할 수 있는 염료 후보가 증가하여 염색성이 향상되는 것으로 판단된다. 또한 염료입자는 염액 내에서 균일분산되어야 이상적인데 상기 범위 내에서 입자의 응집(aggregation)현상을 방지하게 되는 것으로 판단된다.

즉 염액속의 염료는 염액과 섬유의 계면에 흡착됨으로서 염액속의 농도불균형을 막으려고 하는 힘에 의하여 염액속에서 확산 이동하여 염액과 섬유사이의 계면에 집결되고 일반적으로 수용액에 염료가 용해되어 있는 것으로 표현하고 있지만, 염료분자는 단분자로 되어 있을 경우보다는 염료분자가 집합하여 콜로이드 상태로 되어있는 경우가 대부분이다. 이에 본 발명에 의한 입자의 입도는 이러한 응집상태나 분산상태에 영향을 미쳐 염착성에 영향을 미치며, 또한 상기 입도의 영향으로 섬유내부로 염료가 확산됨에 있어서도 염착평형 상태에 도달 정도에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

상기 염료조제는 염료 0.5 내지 4%(o.w.f), 분산제 0.1 내지 20g/L로 혼합하여 준비할 수 있다. 본 발명자의 다수의 시험결과 염료 및 분산제가 상기 범위 미만인 경우 염색성이 저하되고 염료간 응집현상을 막지 못해 염색 후 얼룩이 발생하거나 견뢰도가 저하되는 문제가 발생되었다. 또 상기 범위를 초과하는 경우 분산제나 염료입자가 과응집되어 염색공정성이 저하될 뿐만 아니라 동일하게 염색 후 얼룩 등이 발생하는 단점이 발견되었다.

상기 염료조제가 준비되면 섬유 집합체를 대상으로 염색단계를 수행한다. 상기 염색단계는 원사의 종류에 따라 80℃ 내지 140℃ 사이에서 30분 내지 120분 동안 염색할 수 있다.

상기 염색단계를 마친 섬유 집합체는 용도에 따라 80 내지 90℃ 내외에서 약 20 내지 30분간 수세하고 열처리하는 후처리단계를 거칠 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 설명하기로 한다.

실시예 1 내지 3

DSM사의 UHMWPE사를 직조하여 정련 후 각각 염료의 입도를 100㎛로 제어한 YELLOW 147, RED 23, BLUE 97을 각각 1.2%(o.w.f) 범위로 투입하고 소디움 리그닌 술포네이트계 분산제 10g/L로 준비된 염색조제로 120℃에서 70분간 염색하고 후처리를 하였다.

실시예 4 내지 6

코티마사의 폴리프로필렌사를 직조하여 정련 후 각각 각각 염료의 입도를 100㎛로 제어한 YELLOW 14, RED 146, BLUE 104 각각 1.2%(o.w.f) 범위로 투입하고 소디움 리그닌 술포네이트계 분산제 10g/L로 준비된 염색조제로 110℃에서 60분간 염색하고 후처리를 하였다.

실시예 5 내지 7

DSM사의 UHMWPE사를 정련 후 각각 염료의 입도를 100㎛로 제어한 YELLOW 147, RED 23, BLUE 97 각각 1.2%(o.w.f) 범위로 투입하고 소디움 리그닌 술포네이트계 분산제 10g/L와 혼합하여 준비된 염색조제로 120℃에서 70분간 염색하고 후처리를 하였다.

* 평가방법

- 세탁견뢰도 : KS K ISO 105-C06, A1S : 2010

- 마찰견뢰도 : KS K 0650 : 2011

- 건열견뢰도 : ISO 105-P01 : 1993

- 땀견뢰도 : KS K ISO 105-E04 : 2010

- 일광견뢰도 : KS K ISO 105-B02 : 2010

- 사인장강도 : KS K 0412 : 2015

평가항목			실시예 1 (시료1)	실시예 2 (시료2)	실시예 3 (시료 4)
세탁견뢰도	변퇴색		4-5	4-5	4-5
	오염	acetate	4	4	4-5
		cotton	4-5	4-5	4-5
		nylon	4	3-4	4-5
		PET	4-5	4-5	4-5
		acrylic	4-5	4-5	4-5
		wool	4-5	4-5	4-5
마찰견뢰도	오염	건	4-5	4	4-5
마찰견뢰도	오염	습	4-5	4-5	4-5
건열견뢰도	오염	cotton	4	4-5	4-5
건열견뢰도	오염	PET	4	4-5	4-5
땀견뢰도	변퇴색		산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5
	오염	acetate	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		cotton	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		nylon	4-5/4-5	4/4	4-5/4-5
		PET	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		acrylic	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		wool	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
일광견뢰도	변퇴색		3-4	3-4	4-5

평가항목			실시예 4	실시예 5	실시예 6
세탁견뢰도	변퇴색		4-5	4-5	4-5
	오염	acetate	4	4	4-5
		cotton	4-5	4-5	4-5
		nylon	4	3-4	4-5
		PET	4-5	4-5	4-5
		acrylic	4-5	4-5	4-5
		wool	4-5	4-5	4-5
마찰견뢰도	오염	건	4-5	4-5	4-5
마찰견뢰도	오염	습	4-5	4-5	4-5
건열견뢰도	오염	cotton	4-5	4-5	4-5
건열견뢰도	오염	PET	4-5	4-5	4-5
땀견뢰도	변퇴색		산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5	산성/알칼리성4-5/4-5
	오염	acetate	4-5/4-5	4/4	4-5/4-5
		cotton	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		nylon	4-5/4-5	4/4	4-5/4-5
		PET	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		acrylic	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
		wool	4-5/4-5	4-5/4-5	4-5/4-5
일광견뢰도	변퇴색		4	4-5	4-5

	염색 전	염색 후	감소율
실시예 5	67.24	63.98	4.85%
실시예 6	66.77	63.47	4.94%
실시예 7	66.97	65.07	2.84%
평균	66.99	64.17	4.21%

위와 같이 본 발명에 의한 염색방법으로 제조된 섬유집합체는 세탁, 마찰, 건열, 땀, 일광견뢰도 모두에서 우수한 염색성을 나타내면서도 인장강도에서도 5%미만의 물성저하만을 나타내고 있다.이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

폴리올레핀계 섬유의 염색방법에 있어서,
정련이 이루어지는 전처리단계;
입도가 0.1 내지 800㎛인 용제염료와 분산제를 혼합하는 염색조제준비단계;
80℃ 내지 140℃ 사이에서 30분 내지 120분 동안 염색단계; 및
후처리단계를 포함하며,
염색 전 후 인장강도(KS K 0412 :2015) 변화가 5% 이내이며,
상기 용제염료가 하기 화학식들 중 어느 하나를 포함하는 염료로 염색된 폴리올레핀계 섬유의 염색방법.
[화학식 1]

[화학식 2]

여기서 D1은 메틸기임
[화학식 3]
제1항에 있어서,
상기 용제염료는 0.5 내지 4%(o.w.f)의 범위에서 혼합되는 염색방법.
제1항에 있어서,
상기 분산제는 0.1 내지 20g/L의 범위에서 혼합되는 염색방법.
제1항에 있어서,
상기 용제염료는 YELLOW계인 경우 CI NO 14, 16, 18, 21, 25, 29, 33, 56, 72, 82, 93, 98, 114, 157, 160, 163, 176, 179, 241, RED계인 경우 CI NO 3, 8, 18, 23, 24, 25, 26, 27, 49, 52, 111, 122, 135, 146, 149, 160, 179, 190, 195, 196, 197, 179, 207, 218, 343, 356, BLUE계인 경우 CI NO 5, 58, 72, 97, 104, 122, 128로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 염색방법.
제1항에 있어서,
상기 분산제는 리그닌계, 폴리옥시에틸렌알킬에테르와 같은 비이온계, 나프탈렌술폰산나트륨-포르말린 축합물, 알킬나프탈렌술폰산나트륨 또는 그의 포르말린 축합물, 페놀술폰산나트륨과 나프톨술폰산나트륨의 포르말린 축합물과 같은 타몰계로 이루어진 군에서 1이상 선택된 염색방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조된 섬유집합체.
염색된 폴리올레핀계 섬유로서 염색 전 후 인장강도(KS K 0412 :2015) 변화가 5% 이내인 섬유집합체.