KR100615780B1 - 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유에 관한 것으로, 유기 디이소시아네이트와 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조하고 이를 유기용매에 용해한 후 디아민 및/또는 모노아민과 반응시킴으로써 제조되는 폴리우레탄우레아 탄성사 중합물에 있어서, 상기 폴리우레탄우레아 중합물 내에는 고분자 디올을 기준으로, 고분자 디올과 고분자 트리올의 몰비가 99:1 내지 70:30이 되도록 고분자 트리올을 포함하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로는 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 등의 고분자 트리올을 분자쇄 내에 도입하여 약간의 가교를 일으킴으로써, 높은 응력 유지율을 갖도록 한 스판덱스 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 의한 폴리우레탄우레아 탄성사는 점착성이 높지 않으면서도 높은 수준의 응력 유지율을 갖기 때문에 제품으로 적용시에 반복신장에도 우수한 복원력을 유지할 수 있다.

폴리우레탄우레아 탄성사, 응력, 고분자 트리올

Description

응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유{SPANDEX FIBER HAVING A HIGH TENSION MAINTENANCE}

본 발명은 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 등의 고분자 트리올을 분자쇄 내에 도입하여 약간의 가교를 일으킴으로써, 높은 응력 유지율을 갖도록 한 스판덱스 섬유에 관한 것이다.

일반적으로 스판덱스 섬유는 85중량% 이상의 우레탄(urethane) 결합을 갖는 고신축성 폴리우레탄계 섬유로서 널리 알려져 있다. 스판덱스 섬유는 일반적으로 폴리우레탄을 함유하는 방사용액을 노즐을 통해 압출하고, 용매는 증발, 건조시키기 위해 가열기체를 도입하는 건식방사; 방사수욕을 통과시켜 용매를 용출시키면서 동시에 폴리머를 응고시키는 습식방사; 아민 쇄신장제를 함유하는 반응액 중에 이소시아네이트를 지닌 프리폴리머(prepolymer) 용액을 노즐을 통해 압출시켜 쇄신장 반응시키는 화학방사; 또는 폴리우레탄을 가열용융상태에서 노즐을 통해 압출하고 냉각시키는 용융방사;를 통해 제조한다.

스판덱스 섬유에 있어서 신장과 수축을 여러 번 반복했을 때 높은 수준의 응력 유지율을 갖도록 하는 기술은 대단히 중요한 것으로, 이 분야의 종래의 기술로는 고분자 디올로서 100% 폴리테트라메틸렌글리콜을 사용하는 대신, 3-메틸테트라하이드로퓨란이나 네오펜틸기를 일정 부분 포함하는 코폴리머 형태의 폴리테트라메틸렌글리콜을 사용함으로써 응력 유지유지율을 높이는 기술을 들 수 있다.

예를 들어, 미국 특허 5,000,899에서는 3-메틸테트라하이드로퓨란과 테트라하이드로퓨란의 코폴리머를 사용하여 소프트 세그먼트를 제조한 후, 에틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민을 쇄연장제로 사용하여 스판덱스를 제조하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 방법으로 스판덱스를 제조할 경우, 제조된 스판덱스의 점착성이 높아 공정 및 제품상의 많은 문제점들을 유발한다. 예를 들어, 건식 방사시의 작업성이 저하되고, 높은 사간 점착성으로 인하여 보관 도중 점착이 발생하여 해사 공정에서 문제를 일으키기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 점착성이 높지 않도록 하면서도 높은 수준의 응력 유지율을 갖도록 하는 스판덱스 섬유를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 유기 디이소시아네이트와 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조하고 이를 유기용매에 용해한 후 디아민 및/또는 모노아민과 반응시킴으로써 제조되는 폴리우레탄우레아 탄성사 중합물에 있어서, 상기 폴리우레탄우레아 중합물 내에는 고분자 디올을 기준으로, 고분자 디올과 고분자 트리올의 몰비가 99:1 내지 70:30이 되도록 고분자 트리올을 포함하는 것을 특징으로 하는 스판덱스 섬유에 의하여 달성된다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 스판덱스 섬유는 세그먼트 폴리우레탄 중합체에 포함된 고분자 디올과 고분자 트리올(A)의 몰비가 99:1 내지 70:30이 되도록 한다.

본 발명의 스판덱스 섬유에 사용되는 세그먼트 폴리우레탄 중합체는 당 분야에 공지된 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 후 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.

본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트로는 디페닐메탄-4,4'디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P-메틸렌디이소시아네이트 등이 있다. 상기 고분자디올로는 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등 이 사용될 수 있다. 상기 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 히드라진 등이 있다. 또한 상기 모노아민은 쇄종지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다.

(A) 고분자 트리올

본 발명에서 사용되는 고분자 트리올은 분자량이 1000 - 4000이고, 단일 분자 내에 히드록시기를 3개 함유하고 있는 것을 사용함을 특징으로 한다. 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 등이 사용될 수 있으나, 이 물질들로만 제한되는 것은 아니다. 이 물질들은 상기 고분자 디올과 함께 유기 디이소시아네이트와 반응하여 프리폴리머를 생성함에 있어서 가교를 일으키는 역할을 한다. 고분자 트리올 대신 글리세롤과 같은 저분자 트리올을 사용할 경우, 고분자디올과의 반응 속도 차이로 인해 정상적인 프리폴리머를 합성할 수 없고 겔이 형성된다.

본 발명의 스판덱스 섬유에 첨가되는 상기 고분자 트리올은 주어진 함량의 범위 이하에서는 본 발명의 특성을 나타내지 않으며, 주어진 함량의 범위 이상에서는 겔 형성 등 비정상적인 반응을 진행시켜 스판덱스 제조 기술로 사용될 수 없다.

본 발명의 스판덱스 섬유는 공지의 방법으로 세그먼트 폴리우레탄 중합체를 합성함에 있어서 상기 고분자트리올을 상기 명시된 양으로 투입하여 반응을 진행한 후, 통상의 방법으로 방사하여 제조될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실 시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

세그먼트 폴리우레탄 중합체의 제조

디페닐메탄-4,4'디이소시아네이트 200g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (분자량 1800) 810g, 폴리테트라메틸렌트리올(분자량 3000)을 폴리테트라메틸렌글리콜과의 몰비가 9:1이 되도록 투입하고, 질소가스기류 중에서 90℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양말단에 이소시아네이트를 지닌 폴리우레탄 프리폴리머를 제조했다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온으로 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아마이드 1300g을 가하고 용해시켜 폴리우레탄 프리폴리머 용액을 얻었다.

이어서 에틸렌디아민 18g과 디에틸아민 2.5g을 디메틸아세트아마이드 780g에 용해하고 5℃에서 상기 프리폴리머 용액에 첨가하여, 세그먼트 폴리우레탄 용액을 얻었다.

스판덱스 섬유의 제조

이 용액을 탈포시킨 후, 방사 원액으로 사용하였으며, 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 4필라멘트 40데니어의 탄성사를 제조하였다. 이렇게 수득된 탄성사로 다음과 같은 방법으로 각각의 물성을 측정하였다.

물성 평가

인스트론사의 INSTRON 5565를 사용하여, 게이지 길이 2인치로 설정하고 5개의 탄성사 장섬유 샘플을 500mm/분의 일정 연신 속도에서 0~300% 사이에서의 연장을 5회 순환시킨 후, 5회째 연장시 200%에서의 신장시 응력(S1)에 대한 수축시 응력(S2)의 비율을 응력 유지율로 백분율로 나타내는 방법에 따랐다.

응력유지율(%) = S2/S1×100 ---- 식(1)

상기와 같이 측정한 응력 유지율을 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

폴리테트라메틸렌트리올(분자량 3000)을 폴리테트라메틸렌글리콜과의 몰비가 95:5가 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조한 후, 이 섬유에 대하여 응력 유지율을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

폴리테트라메틸렌트리올(분자량 3000)을 폴리테트라메틸렌글리콜과의 몰비가 85:15가 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조한 후, 이 섬유에 대하여 응력 유지율을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

폴리테트라메틸렌트리올(분자량 3000)을 폴리테트라메틸렌글리콜과의 몰비가 60:40가 되도록 투입한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사 를 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

폴리테트라메틸렌트리올(분자량 3000) 대신 글리세롤을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 탄성사를 제조하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 언급한 바와 같은 본 발명에 따른 응력유지율이 높은 스판덱스 섬유에 의하면, 점착성이 높지 않으면서도 높은 수준의 응력 유지율을 갖기 때문에 제품으로 적용시에 반복신장에도 우수한 복원력을 유지할 수 있는 특징이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따 라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (5)

1. 유기 디이소시아네이트와 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조하고 이를 유기용매에 용해한 후 디아민 및/또는 모노아민과 반응시킴으로써 제조되는 폴리우레탄우레아 탄성사 중합물에 있어서,

   상기 폴리우레탄우레아 중합물 내에는 고분자 디올을 기준으로, 고분자 디올과 고분자 트리올의 몰비가 99:1 내지 70:30이 되도록 고분자 트리올을 포함하는 것을 특징으로 하는 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 트리올의 분자량이 1000 ~ 4000이고, 단일 분자 내에 히드록시기를 3개 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유.
3. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 트리올은 폴리에틸렌트리올, 폴리프로필렌트리올, 폴리테트라메틸렌트리올 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스판덱스 섬유의 응력유지율은 72% 이상인 것을 특징으로 하는 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 디올은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리카보네이트디올인 것을 특징으로 하는 응력 유지율이 높은 스판덱스 섬유.