KR100975362B1

KR100975362B1 - 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유 및 그의 도성분으로이루어진 초극세사를 포함하는 원단

Info

Publication number: KR100975362B1
Application number: KR1020070019308A
Authority: KR
Inventors: 준 영 윤; 현 조
Original assignee: 코오롱패션머티리얼 (주)
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: KR20080079350A

Abstract

본 발명은 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유 및 그의 도성분으로 이루어진 초극세사를 포함하는 원단에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 해도형 복합섬유는 도성분내에 플루오르 중합체가 함유되어 내구성이 우수한 것을 특징으로 한다.

그로인해 본 발명은 가구용 소재, 시트용 소재, 와이퍼 클로스용 소재 등과 같은 산업용 원사로 유용하다.

내구성, 해도형 복합섬유, 초극세사, 도성분, 플루오르 중합체

Description

내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유 및 그의 도성분으로 이루어진 초극세사를 포함하는 원단{High durable sea and island type conjugate fiber and fabric comprising ultra fine fiber composed island of the conjugate fiber}

본 발명은 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유 및 그의 도성분으로 이루어진 초극세사를 포함하는 원단에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해도형 복합섬유를 구성하는 도성분의 내구성이 뛰어나 산업용 원사로 유용한 해도형 복합섬유 및 이로 제조된 원단에 관한 것이다.

통상적으로 해도형 복합섬유는 열가소성 수지인 도성분과 알칼리 이용출성 수지인 해성분이 해도형(Sea-island type)으로 복합된 원사로서, 원단제조 후 가공단계에서 상기 해성분을 용출함으로서 원단을 구성하고 있는 해도형 복합섬유를 극세화시켜 원단상에서 해도형 복합섬유의 도성분만으로 이루어진 초극세사를 나타내는데 주로 사용된다.

인공피혁이나 스웨이드 소재로 사용되는 해도형 복합섬유는 해성분 용출 후 단사섬도가 0.0001~0.3데니어급인 초극세사로 된다. 이러한 초극세사의 폴리에스 터계 원사의 직경은 약 0.1㎛~3㎛ 수준이다. 이러한 초극세섬도로 인하여 원단으로 제조 하였을 때 아주 소프트한 촉감과 라이팅 이펙트 등의 독특한 고유의 효과로 인하여 중요한 합섬소재로 한영역을 구축하고 있다

하지만 초극세사 다발의 1데니어로 환산한 단위섬도별 강도 및 내구력은 아주 우수하지만 실질적으로 극세섬도로 인해 마찰내구력이 아주 열악하다. 하지만 이러한 인공피혁이나 스웨이드 원단이 지금까지 의류용으로 한정적으로 사용하고 있었으나 그 용도가 가구용, 시트용 등의 비의류용과 연마제 와이핑클로스 등의 산업용 용도로까지 그 범위가 확대되고 있다.

이러한 추세는 스웨이드 고유의 특성에 기계적 물성치의 개선을 요구하고 있는 상황이다. 즉, 비의류용이나 산업용으로 용도확대를 위해서는 내구성이 달리 표현하면 마찰견뢰도 / 내마모성이라는 특성이 개선되어야 한다. 현재까지의 마찰견뢰도 수준은 1급 내지 1-2급 수준으로 열악한 것이 사실이다.

폴리아미드나 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 열가소성 수지를 사용하는 해도형 복합섬유의 내구성을 강화하기 위해서는 기본적으로 다음과 같은 방법을 사용한다.

첫째는 폴리머 중합단계로 열가소성 섬유의 기본수지의 분자량을 상승시켜 원사 자체의 기계적 물성치를 상승시키는 방법이다

두번째는 원사의 방사단계로 열가소성 섬유 다발의 기본적인 굵기를 상승시키는 방법이다. 즉 원사의 굵기 즉, 전체 섬도가 굵어지면 굵어질수록 단위면적당 받은 하중에 대한 부하가 감소하게 된다. 1데니어 보다 10데니어가, 10데니어 보다 는 100데니어가 더욱더 강하다는 것은 일반적인 사실이다.

세번째는 원사의 연신조건 변경으로 앞의 2가지의 조건중 하나 또는 전부를 만족하는 상태에서 방사 연신상태에서 고배향, 고결정화를 부여하는 방법으로 다단 연신 및 열처리를 통해 강도를 상승시키는 방법이다.

첫번째 중합단계인 열가소성 섬유를 구성하는 기본수지의 분자량을 상승시키는 방법은 크게 두가지가 있다. 즉, 중합시간을 길게 유지하는 방법으로 중합시간이 길어지면 길어질수록 중합되는 분자량은 커지게 된다. 하지만 이는 기본적으로 시간적 및 효율성 측면에서 한계가 있다. 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 초기 분자량 증가속도는 시간과 선형적인 관계가 있지만 고유점도가 0.6 이상의 영역에서는 시간에 따른 분자량 상승경향이 상당히 완만해지는 경향이 있다. 즉, 많은 중합시간 대비 그다지 분자량이 상승하지 않는 다는 문제점이 발생한다. 또한 부반응이 발생하여 일정 수준의 고유점도를 정점으로하여 분자량이 감소하는 경향을 나타나게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 고유점도가 0.5~0.7 사이에서 중합한 후 다시 진공상태에서 150℃이상의 고온을 균일하게 가할 수 있는 고상중합건조기를 통과시켜 폴리머의 결정화를 향상시킨다. 이를 통상적으로 고상중합이라 부르며 통상적으로 고유점도를 1.0 ~ 1.3 수준까지 향상시킨다. 이러한 방식은 폴리머 중합공정에서 많은 시간적 손실과 생산량 및 생산 비용측면에서 손실이 극심하다. 특히 고상중합 도중에 시간과 열풍 조절을 잘 못하는 경우 폴리에스테르의 경우 서로 엉켜붙는 현상과 폴리아미드 소재인 경우는 색상이 누렇게 변화하는 황변현상 등의 부가적인 문제점이 많이 발생하여 특 수한 용도 이외에는 적용하기 곤란한 문제점이 있다.

특히 상기의 특성 및 문제점을 수용하는 경우에도 고상중합된 폴리머를 도성분으로 적용할 때에는 해성분과 도성분의 용융점도차이가 크게 발생한다. 알칼리 이용출성 폴리에스테르인 해성분은 중합공정 중에 디메틸이소프탈레이트 술포네이트 솔트(이하 "DMIS"라고 한다) 또는 저분자량의 폴리알킬렌 글리콜(이하 "PAG"라고 한다)을 공중합 시키는 방법과, 둘째 폴리에스테르와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법과, 셋째 폴리에스테르 중합공정 중에 DMIS와 PAG를 공중합 및 블랜딩시키는 방법으로 제조된다. 이와 같이 제조된 해성분은 도성분과 비교시 동일 온도에서의 용융점도가 아주 낮아진다는 것은 공지의 사실이다. 이러한 현상을 극복하기 위해서는 도성분의 높은 스웰링을 극복할 수 있는 수준의 높은 해성분 비율이 요구되며 상업적으로 가치있는 해성분 30%와 도성분 70%의 비율을 훨씬 초과할 수 밖에 없는 실정이다.

두번째 방사단계로 총섬도를 증가시키면서 원하는 수준의 내구성 및 마모성을 확보할 수 있다. 하지만 섬유는 용도에 따라 무한정 섬도를 상승시킬 수 없는 문제점이 있다. 해도형 복합섬유의 일반적인 이론적인 도성분의 단사섬도는 낮게는 0.0001 데니어로부터 높게는 0.3데니어까지의 범위를 가지고 있다. 하지만 상기의 범위를 초과하는 경우에는 스웨이드나 인공피혁 소재개발로 적용하기 곤란하다. 이 이상의 영역의 제품은 스웨이드라 하지않고 피치스킨류의 제품으로 분류하고 있다. 이런상황에서 비록 비의류용 및 산업용으로 인공피혁이나 스웨이드의 요구가 많다하더라도 0.3데니어 이상의 섬도로 제조한다는 것은 무의미하다.

세번째는 상기 첫번째 두번째 조건하에서 부가적으로 연신조건에 따른 제조방법으로 연신조건에 따라 원사의 강도를 강화시키는 방법이다. 즉, 연신을 한번에 끝내지 않고 목적에 따라 2단에서 3단, 4단으로 다단 연신하는 방법이다. 이때 다단 연신 단계에 따라 원사의 신도 감소율 대비 강도의 증가가 커지게 된다. 이때 강도를 향상시키기 위해 열처리를 병행하면 효과적이다.

하지만 다단열처리 방법은 기대적인 한계성이 존재한다. 즉, 모사를 생산한 후 일정시간이 지나도록 방치시킨 후 다단연신기에서 다시 재연신하게 되거나 멀티스텝 방사즉시연신기로 생산할 수 있어나 설비가 크고 초기 방사 스피드 대비 최종 연신권취 속도가 낮아 생산성이 낮으며 공정이 까다로워 수율이 낮다. 즉 생산성 측면에서 권장할 만한 방법이 아니라는 것이다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래문제점들을 해결하기 위해서 해도형 복합섬유 및 상기 해도형 복합섬유의 해성분을 용출시켜 그의 도성분만으로 이루어진 초극세사 각각의 내구성 즉 마찰견뢰도 및 내마모성을 개선하기 위한 것이다.

또 다른 본 발명의 목적은 해도형 복합섬유의 내구성을 향상시켜 상기 해도형 복합섬유를 의류용 원사는 물론, 가구용 원사, 시트용 원사, 연마용 원사 등으로도 사용할 수 있게 하기 위한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유는, 열가소성 수지인 도성분과 알칼리 이용출성 폴리머인 해성분이 복합방사된 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분 용출 후 도성분의 단사섬도가 0.001~0.3데니어이고, 도성분내에 플루오르 중합체가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 플루오르 중합체는 폴리테트라플루오르에틸렌 중합체, 테트라플루오르에틸렌과 헥사플루오르프로펜과의 공중합체, 테트라플루오르에틸렌과 퍼플루오르알킬비닐에테르와의 공중합체 및 이들의 삼원 공중합체로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종이다.

상기 퍼플루오르알킬비닐에테르의 예로는 퍼플루오르프로필-비닐에테르 및 퍼플루오르에틸비닐에테르 등이 있다.

상기 플루오르 중합체는 도성분내에 함유되어 도성분의 마찰특성을 개선하는 역할을 한다. 도성분내 플루오르 중합체의 함량은 0.1~0.9중량%가 바람직하다.

0.1중량% 미만인 경우 원사에서 내마모성 및 내구성을 확보하기가 어려우며 9중량%를 초과하는 경우 원하는 수준이상의 내마모성 및 내구성을 구현할 수 있으나 원사를 생산하기 위해서는 일정수준 이상의 장력 및 마찰력이 필요하지만 상기의 범위를 벗어나버리게 되므로 방사 중 사도의 흔들림이 아주 극심해지며, 권취 드럼상에서 아무리 권사각도를 조절하여도 사도가 붕괴되어 버리는 등 공정성에서 아주 취약해진다.

플로오르중합체를 함유하는 상기 도성분으로 제조된 초극세사는 원사내의 플루오르중합체의 함량에 따라 마찰계수가 감소하게 된다. 즉 원사와 공중합상태의 플루오르 중합체는 원사표면에 위치하게되면 낮은 금속마찰계수를 가지게 되어 섬유의 기본적인 폴리머를 보호하는 역할을 하게 된다.

이때 적용되는 플루오르중합체의 평균입자 직경이 중요하다. 섬유용으로 적용하기 위해서는 광학현미경이나 전자현미경으로 측정한 플르우르중합체의 직경이 0.01~5.0㎛, 바람직하게는 0.1~1.0㎛ 인 것이 좋다. 0.01㎛ 미만인 경우에는 플루오르 중합체를 분쇄하여 얻을 수 있는 수율과 초미세직경으로 인한 상호 엉킴현상을 극복하기 곤란하며, 5.0㎛를 초과하는 경우에는 열가소성 수지로 섬유를 생산함에 있어 무기물로 연속성이 없는 관계로 방사 중 취약점 역할을 해 절사 및 공정성 저하의 직접적인 원인이 되며 방사노즐내 폴리머 이물질 여과층에 쌓이게 되어 실질적인 효과를 거두기가 어렵다.

본 발명은 이상에서 설명한 해도형 복합섬유로 재직 또는 제편된 후 후가공 공정에서 상기 해도형 복합섬유의 해성분을 용출하여 상기 해도형 복합섬유의 도성분만으로 이루어진 초극세사를 갖는 원단을 포함한다. 상기 원단내 초극세사의 함량은 40~100중량%인 것이 바람직하다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 그 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 기본 폴리머로 하여 전자현미경으로 측정한 입자직경이 평균적으로 0.5㎛인 폴리테트라플루오르에틸렌를 15중량%함유하는 마스터베치를 제조하였다.

상기의 마스터베치를 사용하여 36분할형 해도형 복합섬유 75데니어 24필라멘트인 원사를 방사직접연신방법으로 제조함에 있어서 섬유내 도성분의 비율은 70중량%로 알칼리 이용출성 폴리머를 해성분으로 30중량%의 비율로 첨가하였다. 이때 도성분 폴리머내의 폴리테트라플루오르에틸렌의 함량이 1중량%가 되도록 마스터베치의 함량을 조절하였다.

상기와 같이 제조된 해도형 복합섬유를 다시 4Kg 드럼으로 88본씩 생산하여 가연한 후 30데니어 12필라멘트의 100℃열수에서 30분간 침지하였을 때 원사의 수축율이 25%인 고수축성 원사와 합사하여 105데니어 36필라멘트의 원사를 제조하였다. 이를 32게이지 인터락 환편기로 제직 후 기모기로 원단폭이 50%축소되도록 가공한 후 쉐어링하여 기본 원단을 제조하였다. 이를 다시 100℃ 열수에서 순도 50%인 NaOH 강알칼리용액을 첨가해 전체적인 감량액 농도를 1중량%로 조절하였다. 이때 감량액 총량과 투입되는 원단의 중량비가 40 : 1이 되도록 조절하였다. 이를 60분간 감량하여 원단 총 중량의 24중량%정도 감량한 후 정련수세하였다. 이를 다시 130℃에서 60분 염색한 후 180℃ 열풍건조기에서 30m/분의 속도로 건조한 후 브러싱 공정을 거친 후 총종 환편가공지를 제편하였다.

실시예 2

36분할형 해도형 복합섬유 75데니어 24필라멘트를 제조할 때 도성분내의 폴리테트라플루오르에틸렌 함량을 2중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 해도형 복합섬유 및 환편가공지를 제조하였다.

제조된 화편가공지의 내마모성과 마찰 견뢰도는 표 1과 같다.

비교실시예 1

36분할형 해도형 복합섬유 75데니어 24필라멘트를 제조할 때 도성분내의 폴리테트라플루오르에틸렌 함량을 0중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 해도형 복합섬유 및 환편가공지를 제조하였다.

제조된 환편가공지의 내마모성과 마찰 견뢰도는 표 1과 같다.

이때 환편가공지의 내마모성 평가는 KS K-0815의 편성물 시험방법으로 하였으며 평가기기는 마틴달 내마모측정기를 사용하였다. 마찰견뢰도는 AATCC 8 기준으로 측정하였다.

구분	마찰 견뢰도	내마모횟수
실시예 1	3~4급	32
실시예 2	4급	59
비교실시예 1	1~2급	13

본 발명의 해도형 복합섬유 및 이로부터 제조된 초극세사는 내구성이 뛰어나다

그로인해 본 발명은 내구성과 내마모성이 요구되는 다양한 분야에 적용할 수 있다. 의류용으로서는 자켓 무스탕류에서 소매나 깃부분 등의 취약한 마모특성으로 적용하기 곤란한 부분까지 보완할 수 있으며, 비의류용으로는 강도 및 내마모도 등이 중요한 신발용이나 가구용, 오토바이나 승마복 등의 프로텍션 웨어의 소재로 적용할 수 있으며, 등산용이나 산악용 베낭지 등의 소재로도 폭넓게 사용할 수 있다. 산업용으로는 표면마찰 특성이 중요한 연마용소재로 적용할 수 있다.

Claims

열가소성 수지인 도성분과 알칼리 이용출성 폴리머인 해성분이 복합방사된 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분 용출 후 도성분의 단사섬도가 0.001~0.3데니어이고, 도성분내에 플루오르 중합체가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유.
제1항에 있어서, 도성분내 플루오르 중합체의 함량이 0.1~9.0중량%인 것을 특징으로 하는 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유.
제1항에 있어서, 플루오르 중합체의 평균 입자직경이 0.01~5.0㎛인 것을 특징으로 하는 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유.
제1항에 있어서 플루오르 중합체의 평균입자직경이 0.1~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유.
제1항에 있어서, 플루오르 중합체는 폴리테트라플루오르에틸렌 중합체, 테트라플루오르에틸렌과 헥사플루오르프로펜과의 공중합체, 테트라플루오르에틸렌과 퍼플루오르알킬비닐에테르와의 공중합체 및 이들의 삼원 공중합체로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 내구성이 뛰어난 해도형 복합섬유.
제1항의 해도형 복합섬유의 도성분만으로 이루어진 초극세사를 포함하는 원단.