KR20190101236A - 저비산성 스판덱스 방사유제 - Google Patents

저비산성 스판덱스 방사유제 Download PDF

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Abstract

저비산성 스판덱스 방사유제가 개시된다. 본 발명에 따른 저비산성 스판덱스 방사유제는 폴리실록산계 화합물 및 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제를 포함하여, 실의 파손없이 고속방사가 가능하다.

Description

저비산성 스판덱스 방사유제{SPANDEX SPINNING EMULSION WITH LOW-SCATTERING PROPERTY}
본 발명은 스판덱스 방사유제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사과정에서 저비산성을 갖는 스판덱스 방사유제에 관한 것이다.
스판덱스(spandex)는 폴리우레탄 섬유의 탄성사로 만든 합성섬유의 일반명으로 고무실의 약 3배의 강도가 있고, 원래 길이의 5~8배가 늘어날 수 있으며, 고무줄보다 가볍고 내노화성이 강하다는 등 종래의 고무실 이상의 품질을 가진다. 따라서, 고무실을 사용하던 내복류, 수영복, 운동복 등의 원사로서 널리 쓰임에 따라, 탄성 섬유를 생산할 때의 방사 속도가 고속화 되고 있다. 이 때문에, 오일링 시, 또는 이후의 공정에서 유제의 비산량이 방사 속도의 고속화에 따라 증가하는 문제가 있다.
구체적으로 스판덱스는 고신축성 폴리우레탄계 섬유로서 일반적으로 폴리우레탄을 함유하는 방사 용액을 건식방사, 화학방사 용융방사 등을 통해 제조된다. 이러한 방식으로 제조된 스판덱스 섬유는 우수한 탄성 회복력과 600 ~ 700% 수준의 높은 신도를 보유하여 수영복과 같은 고신축성 편직물에 많이 이용되고 있으며, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 면, 양모, 아세테이트 등의 다른 원사와 교직 또는 교편함으로써 고기능성을 부여하고 있다.
그러나, 스판덱스 섬유는 일반적인 의료용 섬유에 비하여 섬유간의 점착성이 크기 때문에 해사성이 불량하여 제품의 생산 과정 및 공정에 있어서 사절이 많고 정전기가 발생함으로써 실간의 장력이 균일하지 못하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 방사 후 또는 방사와 동시에 유제를 통과시켜 해사성 및 마찰성을 부여하고 있다.
최근 미세한 섬도를 갖는 스판덱스 섬유제품의 수요가 높아지고 있는데, 이를 위하여 세섬도의 스판덱스 방사를 위한 오일링 시에 실이 붙어 파손되는 문제가 있다. 반면, 이것을 해결하기 위해 점도가 낮은 유제 성분을 이용하는 경우 유제의 비산량이 증가하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 비산성이 개선되어 실의 파손없이 고속방사가 가능한 저비산성 스판덱스 방사유제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 저비산성 스판덱스 방사유제는, 스판덱스 섬유용 방사유제로서, 폴리실록산계 화합물 및 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는, 상기 방사유제 총 중량의 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 비산방지성의 발현에 문제가 발생할 수 있고, 5 중량%를 초과하는 경우 방사 유제의 점도 상승으로 마찰 저항이 커 실간의 작업 균일도가 불량해질 수 있다.
본 발명의 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 점도 100 내지 1,000P(poise) 및 분자량 25,000 내지 40,000g/mol인 실리콘계 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 점도가 100P 미만이거나, 분자량이 25,000g/mol 미만인 경우 비산방지성의 발현에 문제가 발생할 수 있으며, 점도가 1,000P를 초과하거나 분자량이 40,000g/mol보다 클 경우 고점도로 인해 방사 유제 조성물과 상용성이 저하될 수 있다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따르면, 상기 폴리실록산계 화합물은 폴리디메틸실록산을 포함하고, 상기 방사유제는 점착 안정제로서 스테아린산마그네슘을 더 포함할 수 있다. 상기 스테아린산마그네슘은 방사 유제에 점착 방지제로 사용되며, 이를 사용하는 경우 해사장력이 개선되어 실의 해사 불량 및 사절 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 폴리디메틸실록산은 90 내지 99 중량%, 상기 스테아린산마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 스테아린산마그네슘을 0.1 중량% 미만으로 투입하는 경우, 스판덱스 원사의 해사장력이 높아져 원사의 사절 등의 문제를 야기할 수 있으며, 5 중량%을 초과하여 투입하는 경우 스판덱스 원사의 해사 장력이 낮아져 원사의 흘러내림 및 러닝 밴드(Runningband) 발생 등의 문제를 야기할 수 있다.
또한, 상기 폴리디메틸실록산은 96 내지 98 중량%, 상기 스테아린산마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 1 내지 3 중량%일 수 있다.
또한, 상기 폴리실록산계 화합물은 하기 화학식 1과 같은 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1, R2는 각각 수소원자, 아크릴기, 아미노기, 히드록시기, 카르복시기, 알데히드기, 에폭시기 또는 니트릴기가 가능하다. 상기 화학식 1의 폴리디메틸실록산의 n은 임의의 선택이 가능하지만 후가공 시 가이드와의 마찰저항 및 내열성을 향상시키기 위해서 5≤n≤10,000 가 바람직하다.
본 발명은 비산성이 개선되어 실의 파손없이 고속방사가 가능한 저비산성 스판덱스 방사유제를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일측면에 따른 저비산성 스판덱스 방사유제는, 스판덱스 섬유용 방사유제로서 폴리실록산계 화합물 및 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제를 포함한다.
상기 폴리실록산계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, R1, R2는 각각 수소원자, 아크릴기, 아미노기, 히드록시기, 카르복시기, 알데히드기, 에폭시기 또는 니트릴기가 가능하다. 상기 화학식 1의 폴리디메틸실록산의 n은 임의의 선택이 가능하지만 후가공 시 가이드와의 마찰저항 및 내열성을 향상시키기 위해서 5≤n≤10,000 가 바람직하다.
바람직하게, 저비산성 스판덱스 방사유제의 주성분으로서 상기 R1과 R2가 메틸기인 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)이 사용될 수 있다. 폴리디메틸실록산은 탄소-산소-수소-규소 화합물로서, 고분자 유기 규소 화합물의 그룹에 속하며 실리콘으로 지칭되는 물질이다. 폴리디메틸실록산은 일반적으로 광학적으로 투명하고, 비독성 및 비가연성의 특성을 갖는다. 본 발명의 실시예에 따르면, 폴리디메틸실록산은 본 발명의 방사유제 총 중량의 약 90 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 보다 바람직하게, 폴리디메틸실록산은 약 96 내지 98 중량%로 포함될 수 있다.
상기 폴리실록산계 화합물의 점도는 임의의 선택이 가능하나, 방사공정에서의 균일한 유제흡착 및 사에서의 유제탈착과 가이드류의 점성저항을 고려하면 상온에서 10 내지 15센티스토크가 바람직하다. 점도가 15센티스토크를 초과하는 경우에는 가이드류의 점성저항이 커서 사간의 작업 균일도가 불량해지고, 10센티스토크 미만일 경우에는 점도 하락에 의해 스판덱스 유제함량(oil pick up %) 관리가 어렵게 되며 내열성 약화에 의한 유제의 분해문제가 발생하게 된다.
상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 점도 100 내지 1,000P의 범위, 분자량 25,000g/mol 내지 40,000g/mol의 범위인 실리콘계 폴리머를 포함할 수 있다. 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 점도가 100P 미만이거나 분자량이 25,000g/mol 미만인 경우 비산방지성의 발현에 문제가 발생할 수 있고, 점도가 1,000P를 초과하거나 분자량이 40,000g/mol 보다 클 경우 고점도로 인해 방사 유제 조성물과 상용성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 저비산성 스판덱스 방사유제는 상온에서 100 내지 1000P의 점도 및 분자량 25,000 내지 40,000g/mol를 갖는 폴리비닐실록산을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 본 발명의 방사유제 총 중량의 약 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 비산방지성의 발현에 문제가 발생할 수 있고, 5 중량%를 초과하는 경우 방사 유제의 점도 상승으로 마찰 저항이 커 실간의 작업 균일도가 불량해질 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 약 1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제가 너무 적거나 많은 경우, 요구되는 방사유제의 비산특성의 향상 효과를 달성하기 어려울 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 저비산성 스판덱스 방사유제는 점착 안정제로서 스테아린산마그네슘을 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 저비산성 스판덱스 방사유제는 폴리디메틸실록산, 스테아린산마그네슘, 및 비닐기를 함유한 실리콘 첨가제를 포함할 수 있다. 스테아린산마그네슘은 백색의 가벼운 분말로서 약간의 특이한 냄새를 가지고 있다. 스테아린산마그네슘은 스테아린산 및 팔미틴산의 마그네슘염의 혼합물로서 물, 알코올, 에테르 등에 녹지 않는 성질을 갖는다. 스테아린산마그네슘은 방사 유제에 점착 방지제로 사용되며, 이를 사용하는 경우 해사장력이 개선되어 실의 해사 불량 및 사절 문제를 해결할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 스테아린산마그네슘은 본 발명의 방사유제 총 중량의 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 스테아린산마그네슘을 0.1 중량% 미만으로 투입하는 경우, 스판덱스 원사의 해사장력이 높아져 원사의 사절 등의 문제를 야기할 수 있으며, 5 중량%을 초과하여 투입하는 경우 스판덱스 원사의 해사 장력이 낮아져 사흘러내림 및 러닝 밴드(Runningband) 발생 등의 문제를 야기할 수 있다. 다른 예로, 스테아린산마그네슘 외에도 유제의 조성에 따라 스테아린산칼슘 및/또는 스테아린산징크를 포함함으로써 유사한 기능을 발현할 수 있다.
상술한 저비산성 스판덱스 방사유제는 원료 화합물들은 임의의 방법으로 혼합함으로써 제조될 수 있으며, 바람직하게는 분산기기인 호모게나이저(homogenizer) 또는 호모믹서(homomixer)를 사용하여 원료 화합물들을 혼합함으로써 안정적인 방사유제 조성물을 제조할 수 있게 된다.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리디메틸실록산 98중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%, WACKER社의 AMA®80 첨가제(즉, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제) 1 중량%를 혼합하여 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
폴리디메틸실록산 97중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%, WACKER社의 AMA®80 첨가제 2 중량%를 포함하는 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
폴리디메틸실록산 96 중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%, WACKER社의 AMA®80 첨가제 3 중량%를 포함하는 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
폴리디메틸실록산 98.9 중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%, WACKER社의 AMA®80 첨가제 0.1 중량%를 포함하는 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
폴리디메틸실록산 94 중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%, WACKER社의 AMA®80 첨가제 5 중량%를 포함하는 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
폴리디메틸실록산 99 중량%, 스테아린산마그네슘 1 중량%를 포함하는 스판덱스 방사유제 조성물을 제조하였다.
<실험예-비산성 평가 및 공기 중 비산 유제 농도 측정>
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 방사유제 조성물을 각각 이용하여 제조된 스판덱스 원사에 대해 비산성 평가 및 공기 중 비산 유제 농도를 측정하였다. 비산성은 오일링 롤러 아래에 비산되는 방사유제를 포집할 수 있는 원추형의 포집기를 부착하여 스판덱스 원사 500g이 귄취될 때 비산되는 방사유제의 양을 포집한 후 아래 식에 대입하여 계산하였다. 비산성 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 공기 중 비산 유제 농도는 TSI社의 DustTrack 장비로 측정하여 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
비산성(%): 실시예의 비산 양 / 비교예의 비산 양 * 100
구분 폴리디메틸실록산
(wt %)		 마그네슘 스테아린산
(wt %)		 비닐계 첨가제
(wt %)		 비산 양
(g)		 비산성
(%)
실시예1 98.0 1.0 1.0 7.0 84
실시예2 97.0 1.0 2.0 5.9 71
실시예3 96.0 1.0 3.0 6.5 78
실시예4 98.9 1.0 0.1 7.9 95
실시예5 94.0 1.0 5.0 7.1 86
비교예1 99.0 1.0 - 8.3 100
구분 공기 중 비산 유제 농도
(mg/m3)
실시예1 4.3
실시예2 2.2
실시예3 3.1
실시예4 7.9
실시예5 4.4
비교예1 9.3
상기 표 1 및 표 2를 참고하면 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제를 약 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 경우 비산성이 감소하고, 공기 중 비산 유제 농도가 낮은 것을 알 수 있다. 특히, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제가 약 2 중량%로 포함된 경우 비산성이 크게 감소되고, 공기 중 비산 유제 농도가 최소가 되는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제가 방사유제 조성물의 총 중량에 대해 일정 범위(예컨대, 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%)로 포함될 때 비산성이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (10)

  1. 스판덱스 섬유용 방사유제로서, 폴리실록산계 화합물 및 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 상기 방사유제 총 중량의 0.1 내지 5중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제는 상기 방사유제 총 중량의 1 내지 3중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리실록산계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    상기 화학식 1에서, R1, R2는 각각 수소원자, 아크릴기, 아미노기, 히드록시기, 카르복시기, 알데히드기, 에폭시기 또는 니트릴기이고, 5≤n≤10,000 이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 점도가 100 내지 1,000P인 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제의 분자량이 25,000 내지 40,000g/mol인 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리실록산계 화합물은 폴리디메틸실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사유제는 점착 안정제로서 스테아린산마그네슘, 스테아린산칼슘 및 스테아린산징크 중에서 선택된 적어도 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방사유제는 점착 안정제로서 스테아린산마그네슘을 포함하되,
    폴리디메틸실록산 90 내지 99 중량%, 스테아린산마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 방사유제는 점착 안정제로서 스테아린산마그네슘을 포함하되,
    폴리디메틸실록산 96 내지 98 중량%, 스테아린산마그네슘 0.1 내지 5 중량%, 비닐기를 함유한 실리콘계 첨가제 1 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비산성 스판덱스 방사유제.
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CN110512302A (zh) * 2019-09-11 2019-11-29 华峰重庆氨纶有限公司 一种表面处理的聚氨酯弹性纤维的制备方法

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