KR960011597B1 - 인조가발사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

인조가발사의 제조방법

제1도는 본 발명의 공정을 나타내는 공정개략도.

제2도는 제1도 중 팩키징기의 부분확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중합조 2 : 용융방사기

3 : 권취기 4 : 연신기

5 : 열판 6 : 권취기

7 : 건조기 8 : 팩키징기

9 : 감량기 10 : 염색가공기

11 : 멀티필라멘트 12 : PVC 또는 동파이프

13 : 호스상의 탄성직물 또는 편물 14 : 권취기

본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하 PET라 함)를 주원료로 사용하는 인조가발사의 제조방법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 설명하면 본 발명의 주원료인 PET에 이산화규소(SiO₂)등의 무기물 미립자를 첨가하여 제조한 멀티필라멘트를 팩키지화하여 알칼리로 감량처리한 후 염색가공을 하므로서 다른 인조모 보다 그 성능이 우수한 인조가발사를 제조할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 가발 원료로서의 인조모는 궁극적으로 인모(人毛)의 효과를 나타낼 수 있어야 하나, 각 인조모의 재료에 따른 이화학적 특성에 따라 한계가 있기는 하지만 가발로 사용되는 인조모는 다음과 같은 성질을 필히 구비하여야 한다.

즉 빛에 대한 소염효과, 인모와 유사한 촉감, 기술적 취급의 용이성, 중량, 컬(Curl)능력, 스타일의 안정성, 스타일의 다각적인 변형능력, 난연성, 대전성 등을 들 수 있다.

종래, 가방용 필라멘트의 소재로 폴리염화비닐(PVC)계 수지가 주로 사용되었으나 이 경우 가소화 온도가 낮기 때문에 일광 견뢰도와 내열성이 낮고 압출, 방사성도 좋지 않기 때문에 작업성이 불량하였으며, 제조된 원사의 강신도와 영율(young's modulus)이 나빠서 인조가발사가 쉽게 절단되는 결점이 있었으며, 퍼머(permenent wave)를 하였을때 퍼머 상태가 오래 지속되지 않고 쉽게 풀려버릴 뿐만 아니라 광택과 촉감도 좋지 않았으며, 인모와 가장 가깝게 개발되었다는 아크릴계 섬유(모다크릴섬유)도 인모와 혼합시의 컬능력, 스타일의 안정성 및 열적 안정성 등 많은 문제점이 발생하였다.

근래에는 폴리염화비닐계 수지나 아크릴계 섬유에 비하여 강도, 열세트 내구성, 일광 견뢰도 등이 뛰어난 폴리에스테르 수지가 사용되고 있으나, 이 경우 상기와 같은 문제점을 해결할 수는 있지만 외관 및 감촉이 인모와 유사하지 아니한 문제점이 있다.

이러한 폴리에스테르 수지를 소재로 한 인조모의 제조방법으로서는 폴리에스테르 섬유의 표면을 산 또는 알카리로 처리하여 표면을 조면화시키므로 표면 반사광을 산란시키는 방법(일본 특개소 61-245301호)과 폴리에스테르 섬유를 알카리 에칭처리하므로 표면에 미세공을 형성시키는 방법(일본 특개소 63-211311호) 등이 있으나, 이러한 방법들은 외관과 촉감에 있어서는 인모와 유사하게 할 수 있으나 섬유조직이 손상을 입게 되므로 강도가 저하되는 문제점이 있다.

또한 인조모의 외관과 감촉 및 처리특성을 개량하기 위하여 이산화티타늄(TiO₂)을 함유한 폴리에스테르 칩을 용융방사한 후 실리콘 오일로 코팅처리하는 가발용 폴리에스테르 모노필라멘트의 제조방법(국내 실용신안 공고 제92-3249호)이 나와 있으나 폴리에스테르를 원료로 한 인조모 역시 다음의 특성에 기인한 여러가지 문제점이 발생되었다.

즉, PET 모노필라멘트는 용융방사와 PET의 높은 굴절율에 의한 특유의 경면 광택을 갖고 있으며, 염색이 어렵고, 영율이 커서 감촉이 좋지 못하며, 드레이프성의 문제점 및 엉킴에 의한 빗질의 어려움 등 고유한 이화학적 특성의 문제점을 내포하고 있다.

이러한 문제점이 있는 반면 PET 모노필라멘트는 열적성질에 의한 컬능력, 형태안정성에 의한 스타일의 안정성, 스타일의 다각적인 변형능력, 유기용매에 대한 저항성 등이 우수하여 다른 인조모 보다 우수한 소재로 평가할 수 있다.

이에 본 발명자들은 PET 모노필라멘트의 장점을 살리면서 상기의 문제점을 해결하여 소비자들의 다양한 기호를 충족시키면서 다른 인조모 및 인조모의 혼합사용도 가능케하는 PET 합성모에 대하여 특허출원 제93-6440호로 출원한 바 있으나, 선 발명은 PET 칩을 도프염색(dope-dyeing)하므로서 검정색과 같은 순수 단색은 가능하지만 이색, 삼색은 불가능하여 소비자의 기호를 충족시키기 어려웠으며 이를 해결하기 위해 무리를 하게 되는 경우에는 방사나 연신시 에러가 발생되는 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 소비자들의 색상에 대한 다양한 기호를 충족시켜 상품의 고부가가치를 창출하기 위해 특수한 후염색 가공방법의 적용에 따른 PET 필라멘트의 열수축 문제점을 해결하였을 뿐만 아니라 인조모 및 인모와의 혼합사용도 가능케 하는 등 범용성이 큰 PET 합성모를 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 제1도에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일반적인 섬유용 PET 칩을 주원료로 하여 여기에 무기물 미립자인 이산화규소(SiO₂)를 PET 폴리머내에 골고루 분산시키기 위하여 컴파운딩한 후 중합조(1)를 거쳐 30∼50개의 누에고치(cocoon)형 방사구금을 갖는 일반적인 용융방사기(2)에서 멀티필라멘트상으로 방사하여 권취기(3)에 권취하고 권취된 미연신사를 연신기(4)를 통해 연신을 하고 연신이 끝난 30∼45데니어의 멀티필라멘트를 열판(5)을 이용, 히트세팅한 후 권취기(6)에 일정한 장력으로 권취되게 하며 이어서 권취기의 보빈에 권취된 멀티필라멘트를 건조기(7)에서 열고정시킨 후 팩키징기(8)에서 팩키지화하고 감량기(9)에서 알카리 감량후 충분히 수세하여 염색가공기(10)에서 일반적인 방법으로 염색을 하므로서 인조가발사를 제조하는 것이다.

본 발명의 원료인 PET 칩의 컴파운딩 시기는 중합단계에서 할 수 있으며, 방사단계에서 할 수도 있다.

연신공정시 멀티필라멘트의 균일한 연신을 위하여 급사장력, 권취장력 등을 고려하여 열수중에서 연신한 결과 열수의 온도는 85∼95℃가 적정하였고 연신비는 3∼6: 1이 좋았으며 수중 연신을 행하므로서 열판에 의한 연신의 불균일한 문제를 해결하였다. 열수의 온도가 85℃ 미만일 경우는 고속 생산시 충분한 연신이 이루어지지 않으며, 95℃를 초과할 경우는 섬유속의 진행으로 상압에서는 거의 불가능하였으며 또한 연신비가 3 미만일 경우에는 미연 형태가 되고 연신비 6을 초과할 경우에는 사절이 발생하여 생산을 할 수 없게 된다.

히트세팅은 105∼115℃의 열판을 거쳐 권취기의 알루미늄 보빈에 균일한 장력으로 권취되게 하므로서 연신의 균일성을 보상하였는데 연신공정후의 수축율은 12∼18%, 열판 통과후의 비수 수축율은 6∼9%이었다. 히트세팅의 온도가 105℃ 미만일 경우에는 결정화가 이루어지지 않아 히트세팅이 의미가 없고 115℃를 초과할 경우에는 연신사에 문제점을 야기시킨다.

여기에서 연신후 개개 필라멘트의 제특성치는 균일한 조건이 될 수 없으며, 특히 열판을 통과할 때의 개개 필라멘트의 열이력은 상당히 달라질 수 있다. 이와 같은 조건의 멀티필라멘트를 다음 공정인 감량, 염색, 가공을 연속적으로 행하면 열처리에 의해 열수축이 일어나게 됨은 물론 미소한 연신의 불균제는 불균일한 수축을 유발하여 잔주름성의 크림프 및 루우프를 만들게 되며 염색 얼룩의 원인이 되어 상품성을 떨어뜨리는 원인이 된다.

고부가가치 제품의 창출은 열수축에 의한 형태(치수) 변형이 없어야 하며, 염색얼룩, 가공 불균일 등이 일어나지 않아야 된다.

이와 같은 조건을 이루기 위한 방법은 수천본의 필라멘트, 20m 이상의 길이를 갖는 토우를 감량, 염색, 가공 등의 조건에서 서로 엉킴이 없고 열이력이 균일하고 열수축을 없게함은 물론 취급을 용이하게 하기 위하여 하기의 방법이 요구되는 것이다.

첫째, 일반적으로 필라멘트는 열처리에 의하여 길이방향으로 수축되는데 이것은 변형을 받은 상태에서 동결되었던 고분자쇄(chain)가 승온 상태에서 분자쇄의 동결 상태가 해제되면서 부여된 조건에서 평형 상태에 달하는 것으로 본 발명의 가발용 필라멘트의 경우에는 염색, 가공상의 특징으로 인하여 비수수축율(Boiling Shrinkage)에 의한 이완 상태에서 열수축이 이루어지므로 스테이플화이버(Staple Fiber)에 비하여 세심한 배려가 뒤따라야만 될 것이다.

열고정방법에는 열수세트, 스틸세트, 건열세트가 있지만 이중 건열세트가 가장 효과적이고 경제적인 장점을 가지고 있기는 하나 이는 직물이나 스테이플화이버에서는 연속적으로 적용이 가능하지만 본 발명과 같이 멀티필라멘트인 경우 고온 단시간(170~190℃, 30~60초)의 결정화는 열이력의 불균일을 초래하고 컬과 같은 최종 마무리 열고정 조건에서 문제점을 도출시킨다.

따라서 각 멀티필라멘트의 열이력을 균일화하고 최종 마무리 열고정 조건에도 무리가 따르지 않으며 다른 합성모나 인모와의 혼합 사용도 가능하게 하는 PET 합성모를 제조하기 위해서는 연신기에서 균일하게 연신된 개개의 필라멘트를 권취기에서 일정한 장력으로 권취할 때 105∼115℃의 열판위를 압착 통과시키므로서 다림질하는 것과 같은 조건의 열이력을 부여함과 동시에 불균일한 연신을 보상하는 기회도 갖게 되면서 알루미늄 재질의 보빈에 일정 장력으로 권취되게 된다.

보빈에 권취된 멀티필라멘트는 다음의 감량, 염색, 가공시 열수축의 문제점을 해결하기 위해서 건열세트 방식인 건조기에서 150∼165℃의 온도로 40∼60분간 프리셋팅(pre-setting)을 행하는 것이 좋았다. 건조온도가 150℃ 미만일때 세팅을 하면 고온, 고압 염색시 변형이 일어나고 165℃를 초과할 경우에는 타 제품과 혼합시 문제점을 야기시킨다.

또한 처리시간이 40분 미만일 경우는 5m 두께 정도의 패키지에서 표면과 중앙, 내면의 열평형 상태, 충분한 열고정에는 미흡하고 60분을 초과한 경우는 더 이상의 효과를 얻을 수 없어 불필요하였다.

즉, 보빈에 5cm 두께 정도의 평형 상태로 감겨진 필라멘트들은 상기한 온도, 시간에서 열전도에 의한 열전달이 이루어져 25∼35분이 경과하면 열평형 상태에 이르게된다. 열평형 상태로 빨리 도달하게 하는데에는 알루미늄 재질의 보빈도 상당한 영향을 미친다.

이와 같은 열평형 상태를 이룬 뒤 상당시간 고정시키므로서 비수수축율을 0.1∼0.5%로 유지시킬 수 있었으며 다음의 염색, 가공조건(130℃)에서 열수축을 제어함은 물론 치수안정성 및 염색, 가공성의 균일화를 가져올 수 있었다.

또한 건조기에서의 급격한 고온에 의한 보빈상의 개개의 필라멘트는 서로 점착할 우려가 있으므로 열판에서의 열처리에 의해 미리 105∼115℃ 부근에서 결정화를시켜 두는게 필수적이며, 연신의 불균일은 최적조건의 프리세팅하에서도 부분적인 열수축 변형을 야기하므로 본 발명과 같은 필라멘트의 경우 연신의 균일성이 대단히 중요하므로 균제도(U%)는 3% 이하이어야 한다.

염색가공시 비수수축율이 완전히 제어되었다 하더라도 지름 5∼7inch 범위의 좁은 반경으로 필라멘트를 고정하면 섬유내부의 비틀림에 의해 그 형태가 고정되므로 염색가공시에는 반드시 지름이 7inch 보다 큰 서큘라(circular)상의 염색기가 적당한 것이다.

둘째, 멀티필라멘트의 직선 및 평행 유지와 그 취급을 용이하게 하기 위해서 제2도의 팩키징기를 사용한다.

즉, 권취기(6)의 보빈에 권취된 필라멘트를 건조기(7)에서 프리셋팅하고 팩키지(package)화하기 위하여 정량, 정장이 되게 하기 위해 크릴상의 보빈에서 해서된 다수의 멀티필라멘트(11)를 직경이 1∼5inch, 길이가 5∼10m인 PVC 또는 동으로 된 파이프(12)내로 통과시키는데 이 파이프(12)의 외주에는 직경 1∼1.5inch 길이 20m의 호스상 탄성직물 또는 탄성편물(13)을 파이프(12)의 외부에 예비시켰다가 멀티필라멘트가 파이프 내부로 통과와 동시에 멀티필라멘트 진행방향으로 진행시켜 A부분에 도달하였을 때 그 일단을 고정시켜 호오스상의 탄성직물(편물) 자루내에 멀티필라멘트가 들어가게 하고 자루내 진입이 끝남과 동시에 말단을 고정하며 권취기(14)에 권취시키므로서 개개 필라멘트의 자유도를 구속하므로 직선, 평행화의 유지는는 물론 감량, 염색, 가공시 취급을 용이하게 하므로서 관리비의 절감 뿐만 아니라 상품성을 극대화시킬 수 있는 것이다. 호오스의 길이를 20m로 사용한 이유는 취급 용이한 포장단위, 즉 20kg 전후의 팩키지를 만들기 위한 산출 길이가 되며 20m 미만이면 팩키지화 또는 취급이 용이하나 손실 및 생산성이 떨어지고, 20m를 초과할 경우에는 반대 현상이 일어난다.

이 경우 호오스가 토우(tow)에 너무 타이트(tight)하게 작용되면 염색가공기에 불그러짐에 의한 비틀림이 발생되며 너무 루스(loose)하면 필라멘트의 자유도가 커져서 직선, 평행화에 문제가 야기되므로 주의해야만 한다. 호오스는 토우의 직경보다 20∼90% 정도 크게 하는 것이 적당하다.

감량은 호오스내에서 개개 필라멘트의 자유도가 상기 조건으로 구속된 멀티필라멘트를 고압 서큘라계의 염색기에서 알카리(NaOH) 농도 8∼14%, 온도 80∼90℃의 조건하에서 25∼35분간 처리하므로 12∼18%의 감량율이 되도록 감량하고 충분히 수세하므로서 PET 필라멘트의 고유한 이화학적 특성의 문제점인 경면광택을 해소하고 심색성, 양질의 드레이프성, 자연스러운 촉감 및 물성이 부여되는데 이는 폴리머에 골고루 분산시킨 무기질의 미립자가 알칼리 감량에 의해 쉽게 이탈되기 때문인 것이다. 이때 알칼리의 농도가 8% 미만인 경우는 감량에 시간이 많이 걸리게 되어 비경제적이고, 14%를 초과할 경우에는 감량 처리후 폐수에 대한 문제가 발생하므로 적합하지 못하다.

염색은 상기한 고압 서큘라 염색기에서 일반적인 방법으로 염색하며 필요에 따라 방염가공 및 우연가공을 행할 수도 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

이산화규소(SiO₂) 4중량%를 PET 칩과 혼합하여 방사한 후 권취하고 권취된 멀티필라멘트들을 90℃의 열수중에서 4.5 : 1의 연신비로 수중 연신하고 115℃의 열판을 통과시켜 권취하였다.

열판을 통과하여 권취된 멀티필라멘트를 155℃의 건조기에서 60분간 프리셋팅한 후 20m 길이로 절단한 토우를 호스상의 탄성직물(편물) 자루에 인입시켜 양끝단을 고정시킨 상태로 권취시켰다가 NaOH 농도 10%, 온도 75℃의 조건인 감량기에서 30분 처리하여 15% 감량시킨 후에 서큘라 염색기에서 일반적인 염색 공정을 거쳐 인조가발용 PET사를 제조하였다.

Claims (8)

1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 주원료로 하는 인조가발사의 제조에 있어서, PET 폴리머에 무기물 미립자인 SiO₂를 포함시켜 방사하고 연신 및 히트셋팅 공정을 거친 후 권취, 건조, 팩키지화하여 감량 처리하고 염색 가공함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 연신후의 균제도가 3% 이하인 필라멘트를 사용함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 연신은 85∼95℃의 열수중에서 3∼6 : 1의 연신비로 함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 히트셋팅은 105∼115℃의 열판을 통과시키므로서 이루어짐을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 건조는 150∼165℃에서 40∼60분간 프리셋팅함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 팩키징은 20m 길이의 토우를 호오스상의 탄성직물(편물) 자루에 넣어 토우의 자유도를 구속시킴을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 감량처리는 알카리(NaOH) 농도 8∼14%, 온도 80∼90℃인 감량기내에서 25∼35분간 처리함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 염색 가공시 지름이 7inch를 초과하는 서큘라 염색기를 이용함을 특징으로 하는 인조가발사의 제조방법.