KR920009002B1 - 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법

제1도는 발명에 사용한 복합 방사 구금장치의 예시도.

제2a~c도는 본 발명으로 제조된 섬유의 확대횡단면 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 분배용 플레이트 2 : 노즐 플레이트

3 : 중합체(B)의 유로 4 : 중합체(A)의 유로

5 : 중합체(A)와 중합체(B)의 합류점 6 : 노즐공

본 발명은 세라믹입자를 섬유구조물에 도입시킨 원적외선 방사성을 갖는 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 원적외선을 방사하는 성능을 갖는 세라믹은 그 기능면에서 보면 태양광 중에서 에너지 효율이 높은 비교적 단파장측의 가시광선이나 근적외선을 흡수하여 열적 성질이 뛰어난 원적외선으로 치환, 방출하며 이러한 원적외선 방사성 세라믹입자를 섬유 구조물에 도입하였을 때, 신체로 부터 발산되는 열을 재반시킴으로써 뛰어난 보온성과 혈액의 흐름을 촉진시키는등 건강증진 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

원적외선 방사성 세라믹 입자를 도입하여 보온성등의 효과를 나타내는 섬유 구조물의 제조방법으로는 일본 특개소 63-35810, 60-239543가 알려진 바 있다. 상기 방법들은 섬유 구조물상에 원적외선 방사성 세라믹 분말을 코팅하거나, 필름등에 또 다른 섬유 구조물과 라미네이팅 시키는 방법으로서 취급 및 기술적 적용의 간편성, 용이성이 있는 반면에 마찰이나 세탁에 의해 세라믹입자가 쉽게 탈락하며 촉감이 좋지 않은 문제가 있었다. 또 일본 특개소 64-77665에 원적외선 방사성 섬유와 열융착성을 갖는 섬유을 서로 복합 혼면하여 열융착 함으로써 원적외선 방사성 부직포를 제조하는 방법이 제시되고 있으나, 공정이 번거롭고 카딩 공정에서의 기계의 마모, 열융착시에 원적외선 방사섬유의 혼입으로 인한 부직포강력의 저하 및 세라믹입자가 쉽게 탈락하는등의 문제점이 있다.

또한, 열융착 부직포에 사용되는 열융착성 복합섬유의 제조방법으로는 융점이 현저히 다른 두 폴리머성분을 사용하여 시이드-코아, 사이드-사이드형으로 복합방사하거나, 혹은 특수한 형태가 섬유 단면에 배치되도록 복합방사하여 섬유를 제조하는 방법이 공지되어 있으며(미국특허 3,511,747, 영국특허 1,073,181) 단면형태의 변화(일본특허공고 50-4767), 사용되는 폴리머의 변화(영국특허 2,121,423), 혹은 물리적, 화학적인 가공에 의하여 특수 성능을 부여하는 방법(일본특허공고 52-4653, 일본특허공고 56-120513, 미국특허 4,552,603)등이 제시된 바가 있다.

본 발명자등은 상술한 바와 같은 종래의 방법들을 종합적으로 연구검토한 결과 원적외선 방사성 세라믹 미립자를 고분자 중합체에 분산시킴에 있어서, 고분자 친화조제를 사용하여 균일하게 분산 분포시킨 폴리에스테르 중합체(A)를 복합섬유의 코아성분으로 사용하고, 코아성분의 융점에 비하여 적어도 50℃이상 낮고 적외선의 투과성이 양호한 섬유형성성 고분자 중합체(B)를 시이드성분으로 사용하여, 시이드부가 코아부를 완전히 둘러싼 단면형태가 섬유의 길이방향으로 연속으로 존재하도록 제1도와 같은 통상의 복합 방사 구금장치를 사용하여 용융 방사함으로써 조업성이 우수하고 열융착성이 양호할 뿐 아니라 종래의 열융착 부직포에 비하여 우수한 보온성을 가지며, 건강증진 효과를 갖는 열융착 부직포용 복합섬유의 제조방법을 발명하게 되었다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 원적외선 방사성을 갖는 세라믹을 섬유에 도입하는데 있어서 섬유에 대한 무기 미립자의 함량이 매우 중요하다. 즉 상대적으로 그 함유량이 적으면 방사 및 연신 작업성이 우수하여 제조 공정상의 수율은 양호한 반면 보온효과를 얻기에는 불충분하며, 과량으로 세라믹을 분포시킬 경우 고분자 내에서 입자간의 응집이 발생하여 방사 작업성을 저하시킬 뿐 아니라 섬유로서의 제반물성도 악화된다.

본 발명자들은 이러한 점에 유의하여서, 주기율표상의 제IV족 천치 금속 산화물 또는 탄화물에 속하는 원적외선 방사성 세라믹 미립자를 폴리에스테르내에 균일하게 분포시키고 응집이 되지 않도록 하기 위하여 식(Ⅰ)의 고분자 친화조제를 사용하였다.

즉 본 발명에서는 세라믹 미립자가 식(Ⅰ)의 친화조제에 의하여 폴리에스테르내에 고르게 분산되어 있는 중합체(A)를 코아성분으로 사용하므로서 조업성이 우수하고 물성이 양호한 원적외선 방사성 열융착 복합섬유를 제조할 수 있다.

여기서, m은 1에서 3, n은 1에서 3까지의 정수이고, A는 주기율표 제IV족의 천이금속 원소이며, Y는 수산기 혹은 탄소를 1~5개 포함하는 수산기이고, R는 메틸기 혹은 탄소를 1~5개 포함한 메톡시기이다.

본 발명에서 사용된 고분자 친화조제의 구체적인 예는 하이드록시 지르코늄 메틸 카보네이트, 하이드록시 지르코늄 메톡시 카보네이트, 하이드록시 티타늄 메톡시 카보네이트, 하이드록시 티타늄 메틸 카보네이트로써, 첨가량은 첨가된 세라믹 미립자에 대하여 0.1~20중량%이며, 좋게는 0.5~10중량%, 더욱 좋게는 1.0~5중량%이다. 친화조제를 0.1중량% 이하로 첨가할 경우 세라믹 미립자가 폴리에스테르내에 균일하게 분산되지 않고 조립자를 형성하게 되므로, 방사 작업성이 불량하며, 20중량% 이상 첨가할 경우 세라믹 미립자의 분산은 균일하여 양호하나, 섬유로의 제조시 고분자 물성이 저하되어 방사 작업성이 불량하며, 섬유의 물성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에서 사용한 원적외선 방사성 세라믹 미립자의 구체적인 예로는 지르코늄 옥사이드, 티타늄 디옥사이드, 지르코늄 카바이드, 티타늄 카바이드등이 있으며, 중합체(A)를 제조함에 있어서 원적외선 방사성 세라믹 미립자의 폴리머에 대한 첨가량은 0.1~20중량%이고, 좋게는 0.5~15.0중량%, 더욱 좋게는 0.5~5.0중량%의 것이다. 그러나 0.1중량% 이하인 경우에는 보온효과를 기대할 수 없으며, 20중량% 이상인 경우에는 제사 조업성이 불량하여 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에서 열융착성을 부여하는 시이드 성분의 중합체(B)로는 중합체(A)에 비해 융점이 50℃ 이상 낮고, 원적외선의 투과율이 우수한 섬유 형성성 중합체로써, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리올레핀계 중합체 혹은 테레프탈산과 이소프탈산의 공중합에 의해 제조된 저융점의 폴리에스테르계 공중합체를 사용하였다.

특히 중합체(A)와 중합체(B)를 용융 복합 방사함에 있어서 열융착 섬유로서의 용도에 적합한 단면으로는 사이드-사이드형 혹은 시이드-코아형의 단면형태가 일반적이지만, 섬유의 표면에 세라믹 입자를 함유한 중합체(A)가 노출될 경우 카딩공정에서의 기계의 마모, 세라믹 미립자의 탈락의 문제가 있으므로, 제1도와 같은 통상의 복합 방사 구금장치를 사용하여 중합체(B)가 중합체(A)를 완전히 둘러싼 형태의 시이드-코아형이 유리하며, 이러한 복합 방사 구금을 사용하여 제2a~c도와 같은 단면을 갖기 위해서는 중합체(A)와 중합체(B)간의 용융 점도의 조절이 요구되며, 중합체(B)에 대한 중합체(A)의 용융점도의 비가 200℃에서 1.0~3.5일때, 좋게는 1.2~2.5일때 양호한 형태의 시이드-코아형 단면이 형성되며, 이때 중합체(A)의 용융점도는 2,500~3,500 포아즈이고, 중합체(B)는 1,000~2,500포아즈의 용융점도를 갖는다.

용융점도의 비가 1.0이하일 때는 폴리머간의 점성 및 탄성차에 의하여 코아부가 섬유표면에 돌출되어 방사성 저하의 요인이 될 뿐아니라 부직포의 열융착 강력의 저하 및 무기미립자의 탈락이 발생하는 문제가 있고, 특히 두 중합체간의 상용성이 없는 경우에는 제사 공정중에 섬유를 이루는 두 중합체 성분간의 분리에 의한 작업성 저하의 원인이 된다. 또한 용융점도의 비가 3.5이상일 때는 용융, 압출시 섬유의 단면형성이 곤란하여 균일한 섬서 분포를 얻기가 어려우며, 작업성에 문제가 된다.

이러한 중합체(A)와 중합체(B)로 제1도의 복합 방사 구금을 통하여 제조되는 섬유의 단면 형태는 제2a~c도중 하나를 이루게 되며, 두 중합체의 섬유 구성 복합비율은 중합체(A)가 섬유 단면적의 40~65%를 차지하도록 하여야 하며, 40% 이하일때는 방사구금에서의 균압 형성이 곤란하고 세라믹 입자에 의한 보온효과가 불충분하며, 65% 이상일 때는 보온효과는 양호하나 열융착 강력이 불량하여 부직포용으로의 접착강력이 부족하게 되는 문제점이 있다.

본 발명에 의해 제조된 복합섬유를 단독으로 사용하거나, 또는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아미드등의 통상의 인조섬유나 레이온, 면등과 같은 천연섬유와 혼면하여 공지의 방법으로 열융착 부직포로 제조하여, 방한복, 스키복, 동계 유니폼등 보온성이 요구되는 분야에 심지용으로 사용하거나, 위생용, 생리대 및 메디컬 용도분야에 사용할 경우 원적외선 방출효과에 의해 인체에 원활한 열분자운동을 일으켜, 인체가 자기 발열하므로 작용부위의 보온효과가 우수하고, 충혈작용이 빨라져 혈액의 흐름을 촉진시킴으로서 의료 효과 및 건강증진효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 대한 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서 실시예에서의 측정방법을 먼저 설명하면 다음과 같다.

1. 첨가제의 평균 입경 측정

폴리머 시료 10mg을 18×18mm 크기의 현미경 커버그라스 사이에 놓고, 280℃~300℃의 플레이트상에서 용융·압착시켜 필름을 제조한 다음 위상차 현미경으로 첨가제 100개의 크기를 측정하여, 평균치를 구한다.

2. 용융 점도의 측정

레오메트릭스사의 RDS 7700 모델의 용융 점도 측정기기를 사용하여 원형 플레이트 사이에 놓고, 온도 280℃, 스트레인 20%에서 용융 거동을 측정하고, 이때 전단속도 100rad/초에서의 용융점도를 취한다.

3. 열융착 부직포의 제조방법

본 발명으로 제조된 섬유를 인치당 10~11개의 크림프를 갖도록 크림프 처리하고 일정한 길이(51mm)로 커팅하여 스테이플화 한 다음, 랜덤 카딩으로 웨브를 제조한다. 이 웨브를 한 쌍의 가열 카렌더 로울사이로 통과시켜 열접착 부직포를(20g/㎡)만든다. 이때 열접착 조건으로는 로울온도 155℃~175℃, 로울압력 30kg/㎠, 로울 표면 속도 약 70m/분으로 하였다.

4. 부직포 접착 강력의 측정

부직포를 가로 1.5cm×세로 10cm로 8겹을 채취하고, 인스트롱에서의 인장강력을 측정하고, 10회 조작을 반복하여 그 평균치를 구한다.

실시예에서의 부는 중량%를 나타낸다.

[실시예 1]

에틸렌 글리콜 100부, 1차 평균입경이 40미리 미크론인 지르코니아 20부를 교반기에 투입한 후, 1시간동안 교반하여 에틸렌 글리콜 슬러리를 얻는다. 이를 회전 주축에 디스크가 달린 습식 분쇄장치에 투입하고, 트리 하이드록시 지르코늄 메틸 카보네이트를 6부 첨가한 후, 8시간 이상 교반함으로써 지르코니아 미립자가 균일하게 분산된 슬러리를 제조한다.

다음 별도로 정류컬럼이 부착된 반응기내에 테레프탈산 100부, 에틸렌 글리콜 180부, 초산나트륨 0.18부, 초산아연 0.02부를 투입하여 에스테르 교환반응을 하고, 이론량의 물을 제거한 후, 위에서 만든 지르코니아 미립자의 슬러리를 폴리에스테르 고분자에 대하여 0.1에서 25부가 되도록 각각 3회에 걸쳐 투입하고 인산 0.001부와 3산화 안티몬 0.1부를 첨가하였다. 이 혼합물에 대하여 280℃상압에서 30분간, 30mmHg감압하에서 20분간, 고진공하에서 120분간 중축합하고, 최종 압력은 0.25mmHg로 하였다.

이렇게 하여 생성된 폴리에스테르를 중합체(A)로 하여 통상의 방법으로 펠렛화한 후 건조하여 제1도와 같은 복합 방사구금을 사용하여 섬유의 코아성분으로 하고, 비교적 유동성이 좋은 용융지수 12의 고밀도 폴리에틸렌(m.p. 132℃, 분자량 63,500)을 섬유의 시이드 성분으로 하여 복합 방사하였으며, 이때 사용한 방사구금의 공경은 0.5mmø, 공장/공경(L/D)의 비가 4.0이며, 공수 120개의 것을 사용하였다.

중합체(A)와 중합체(B)의 면적비가 50/50이 되도록 하여 토출량은 269.5g/분, 권취속도 1,100m/분으로 용융 복합방사하여 모노 10.5데니아의 미연신사를 얻고, 이를 총연신 비율 3.90(DR 1×DR 2=2.55×1.53)으로 2단 연신하고 통상의 방법으로 크림프, 커팅하여 2.7데니아, 섬유장 51mm의 연신 스테이플을 제조하였다.

또한 이 스테이플을 주기율표 제IV족의 천이 금속 화합물을 포함하지 않은 통상의 방법으로 제조한 열융착 섬유와 각각 동일 조건으로 부직포를 제조하여 부직포 강력을 측정하고, 일본 공업 규격 JIS L 1413에 의거하여 보온성을 평가하였다.

표 1은 지르코니아 첨가량을 변화시킴에 따른 시험결과와 연신스테이플의 제반물성, 부직포의 물성을 나타내었으며, 중합체(A)에 대한 지르코니아의 첨가량이 0.1~20중량%일때 조업성 및 보온성이 양호함을 확인하였다.

[표 1]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, × 불량)

[비교예 1]

실시예 1에서 지르코니아 미립자와 식(Ⅰ)의 지르코늄계 고분자 친화조제를 첨가하지 않고, 제조한 통상의 펠렛을 중합체(A)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.

[표 2]

(범례 : ◎ 우수, × 불량)

[비교예 2]

실시예 1에서 사용한 식(Ⅰ)의 지르코늄계 고분자 친화 조제를 첨가하지 않고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 그 결과는 표 3에 나타낸 바와같이 고분자 친화조제를 첨가하지 않은 경우 조업성이 저하됨을 알 수 있다.

[표 3]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, × 불량)

[실시예 2]

실시예 1에서 사용된 지르코니아 미립자를 폴리에스테르 폴리머에 대하여 20부 첨가하였으며, 지르코니아 미립자에 대한 식(Ⅰ)과 같은 구조의 지르코늄계 고분자 친화조제의 첨가량이 각각 0.01, 0.1, 1, 5, 10, 20, 30부를 첨가하여 제조한 폴리에스테르를 중합체(A)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 모두 동일한 조건으로 제조하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

[표 4]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, × 불량)

[실시예 3]

실시예 1에서의 중합체(B)와 지르코니아 미립자 20부, 지르코늄계 고분자 친화조제 6부를 첨가하여 제조한 중합체(A)를 사용하고 중합체(A)/중합체(B)의 복합 단면비를 30/70, 40/60, 50/50, 65/35, 70/30으로 한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다.

[표 5]

[실시예 4~5]

중합체(A)로는 실시예 1에서의 첨가제 함량이 0.5부, 20부인 2종의 중합체를 사용하였고, 실시예 3에서 사용한 중합체(B)를 고밀도 폴리에틸렌의 용융점도별로 제조하고, 그 결과를 표 6에 나타내었다. 기타는 실시예 1과 같은 방법으로 실시하였다.

[표 6]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, × 불량)

* M.I. ; Melt Index 혹은 용융지수(ASTM D-1238 규격)

[실시예 6]

중합체(B)로 저융점의 공중합 폴리에스테르(280℃에서 용융점도 1050 포아즈, 융점 110℃)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 같은 방법으로 제조하고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.

[표 7]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통)

[실시예 7~9]

중합체(B)로 저융점의 공중합 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 각각 용융점도별로 실시예 5와 같은 방법으로 제조하였으며, 그 결과를 표 8에 나타내었다.

[표 8]

(범례 : ◎ 우수, ○ 양호, △ 보통)

Claims (7)

1. 융점이 다른 두 종류의 섬유 형성성 중합체를 각각 시이드성분과 코아성분으로 사용하고, 시이드성분이 코아성분을 완전히 감싸고 있는 횡단면형태가 섬유의 길이 방향으로 연속되는 열융착 복합섬유를 제조함에 있어서, 원적외선을 방사하는 세라믹을 다음식(Ⅰ)의 고분자 친화조제로 폴리에스테르에 분산시킨 섬유 형성성 중합체(A)를 코아성분으로 사용하고, 중합체(A)보다도 융점이 적어도 50℃ 이상 낮은 섬유 형성성 중합체(B)를 시이드성분으로 사용함을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.

   

   여기서, m은 1에서 3, n은 1에서 3까지의 정수이고, A는 주기율표 제IV족의 천이금속 원소이며, Y는 수산기 혹은 탄소를 1~5개 포함하는 수산기이고, R는 메틸기 혹은 탄소를 1~5개 포함한 메톡시기이다.
2. 제1항에 있어서, 세라믹은 주기율표 제 IV족의 천이금속산화물 또는 탄화물임을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 세라믹의 첨가량은 중합체(A)에 대하여 0.1~20중량%임을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 고분자 친화조제의 첨가량이 세라믹에 대하여 0.1~20중량%임을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 중합체(A)/중합체(B)의 섬유 단면적비가 40/60~65/35임을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 중합체(B)가 저융점의 공중합 폴리에스테르, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 중합체(B)에 대한 중합체(A)의 용융점도의 비가 280℃에서 1.0~3.5이며, 이때 중합체(A)는 2500~3500포아즈, 중합체(B)는 1000~2500포아즈의 용융점도를 가짐을 특징으로 하는 원적외선 방사성 열융착 복합섬유의 제조방법.

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