KR0134844B1 - 열가소성 합성섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성 합성섬유를 제조함에 있어서, 폴리머의 용융방사후 방사구와 냉각구역 사이를 고온의 불활성기체로 밀폐한 후, 구금 하부 위치에 장착된 수용액공급장치로부터 공급되는 수용성 유제 수용액으로 방출사조의 냉각고화와 동시에 유제를 부여하고, 방출사조를 인취하여 미연신사를 제조한 후 수득된 미연신사를 권취하고 통상의 연신배율로 연신하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명 방법에 의하여 제조되는 열가소성 합성섬유는 탁월한 강신도등의 물성을 보유하며 본 발명 방법에 의하면 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

열가소성 합성섬유의 제조방법

제1도는 본 발명의 제사공정 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사구금 2 : 가열통

3 : 방출사조 4 : 수용액공급장치

5 : 수용액공급노즐 6 : 수용액공급라인

7 : 계량펌프 8 : 수용액저장탱크

9 : 수용성 유제 10 : 권취로울러

본 발명은 열가소성 합성섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고강도이며 특히 산업용도인 고무보강용에 적합한 열가소성 합성섬유의 제조방법에 관한 것이다.

또한 본 발명의 합성섬유는 고무보강용 뿐만 아니라 재봉사, 타자기리본, 컴퓨터리본, 로우프, 텐트용 직물 등에도 적합하다. 상대점도가 3.5 미만인 폴리아미드를 통상의 방사연신기술을 이용하여 섬유화하였을 경우, 예컨대 나이론 6, 나이론 66이라고 불리는 폴리아미드의 종류를 변경시켜도, 절단강도는 공업적으로 실용화되고 있는 범위에서는 기껏 10g/d이다.

종래의 고강도 열가소성 합성섬유를 얻는 방법으로서 일본특개소58-132109호 공보에는 상대점도 3.5 이상의 고분자량 폴리아미드를 사용하여 특수한 제사조건으로 고강력화하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 이와 같이 통상 사용되는 것보다 고분자량의 폴리아미드를 사용하는 방법에서는 폴리머중합공정이 통상보다 번거로운 단점이 있다. 특히 고상중합을 행할 경우 제조공정에 하나의 여분의 공정이 추가되므로 제조원가가 상승되고, 용융중합으로 폴리머를 중합하더라도 고점도이기 때문에 반응기로부터 폴리머를 취출하는 것이 곤란한 문제점이 있다.

또한 일본특개소58-136823호 공보에는 상대점도 3.5 미만의 폴리아미드 섬유단면내의 배향도 분포를, 특수한 연신조건으로 연신함으로써 섬유표층부의 배향도가 내층부의 배향도보다 낮게 되도록 함으로써 고도로 섬유방향으로 배향된 미세구조를 발현시켜 고강도 폴리아미드 섬유로 제조하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 이와 같은 방법은 용융방사된 미연신사의 일정한 배향성과 냉각고화를 위해서 폴리아미드 섬유 및 폴리에스테르 섬유 등을 방사하고 용융방사한 방출사조를 냉각풍으로 냉각시킨 후 특수한 연신조건하에서 연신하는 것으로, 이 경우 방출사조의 냉각과 동시에 인취에 의하여 구정형(球晶型)결정이 생성되어 연신후 섬유의 물리적인 특성이 저하되는 단점이 있다. 또한 기존의 시스템은 냉각시스템과 마무리오일시스템의 2단계로 구성되어 있어 에너지비용이 상승되어 비경제적인 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 냉각풍을 사용하지 않고 수용성 마무리오일이 함유된 수용액으로 냉각과 마무리 오일공급을 동시에 행함으로써, 섬유의 미세구조 측면에서 구정형 결정의 생성을 최소화하거나 제거시켜 강신도 물성이 향상된 열가소성 합성섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉각풍을 사용하지 않고 수용성 유제의 수용액으로 냉각시킴으로써 제조비용을 절감할 수 있는 열가소성 합성섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 열가소성 합성섬유를 제조함에 있어서, 폴리머의 용융방사후 방사구와 냉각구역 사이를 고온의 불활성기체로 밀폐한 후, 구금 하부면으로부터 70~300cm 떨어진 위치에 장착된 수용액공급장치로부터 공급되는 수용성 유제 수용액으로 방출사조의 냉각고화와 동시에 유제를 부여하며 미연신사의 복굴절률이 약 10×10^-3이 되도록 인취하고 이어서 일단 미연신사를 권취한 후 이 미연신사를 연신열처리하거나 혹은 일단 권취함이 없이 계속하여 연신열처리하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하에 본 발명을 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 열가소성 합성섬유의 제조시에는, 먼저 상대점도가 3.0~3.6인 칩을 방사하고 방사구금(1) 직하의 가열통(2)에 의해 분위기를 고온의 불활성기체로 한 후, 방출사조(3)를 방사구금 하부 70~300cm에 장착된 수용액공급장치(4)로부터 수용액공급노즐(5)을 통하여 배출되는 수용성 유제(9)로 냉각하고, 미연신사의 복굴절률이 약 10×10^-3이 되도록 인취한다. 이어서 권취로울러(10)를 통해 권취속도 400~700m/min로 방출사조를 권취하여 미연신사를 얻는다. 이 때 수용성 유제(9)는 수용액저장탱크(8)로부터 수용액공급라인(6)을 거쳐서 계량펌프(7)에 의해 일정량씩 수용액공급장치(4)로 공급된다. 이어서 일단 감아낸 미연신사를 연신열처리하거나 혹은 일단 권취함이 없이 계속하여 연신열처리하거나 일단 감아냄이 없이 계속 연신열처리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유원료로는 폴리에스테르, 폴리아미드 등이 사용될 수 있는데, 특히 폴리아미드의 종류로서는 폴리카프로락탐, 폴리헥사메틸렌 아디파미드, 폴리테트라메틸렌 아디파미드, 이들의 폴리아미드 공중합체 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 섬유원료에는 필요에 따라 광택제거제, 안료, 광안정제, 열안정제, 산화방지제, 대전방지제, 접착성향상제 등을 배합할 수 있고, 배합의 여하에 따라 본 발명의 특성에 악영향을 주지 않는 한 모두 이용할 수 있다. 본 발명의 열가소성 합성섬유를 산업용도에 사용하는 경우는 열, 광, 산소 등에 대하여 충분한 내구성을 갖도록 섬유원료에 산화방지제를 가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 수용성 유제는 수용성 에스테르계 및 에테르계 유제가 전체 수용액에 대하여 10~60중량% 함유된 것이 바람직하다. 이러한 수용성 에스테르계 및 에테르계 유제의 양은 섬유표면에 유제를 붙이는 양(pick-up양)에 따라 결정되며 본 발명의 구성에 제한을 받지 않는다.

본 발명에서 수용액의 온도는 40℃ 이하인 것이 바람직하고, 방출사조의 냉각고화와 구정형결정의 발생을 최소화하기 위해서는 30℃인 것이 더욱 바람직하다. 이것은 수용액의 온도가 너무 높으면 방출사조의 냉각고화와 구정형결정을 제어하기 곤한하기 때문이다. 이러한 수용액의 온도는 용융방출사조의 폴리머 소재에 따라 다소 조정될 수 있다.

수용액공급장치의 장착 위치도 본 발명의 목적달성에 중요한 요소로 작용하는데, 그 위치는 방사구금 하부 70~300cm인 것이 바람직하며, 이러한 방사구금과 수용액공급장치간 거리는 용융방출사조의 인취속도에 따라 다소 조정될 수 있다. 전기 거리가 너무 짧으면 용융방출사조에서 용융된 부분이 많아져 수용액공급장치와 접속시 사조에 손상이 가해지며 모우절사의 원인이 된다. 또한 전기 거리가 지나치게 멀면 이미 미세구조형성이 상당 부분 진전되어 방출사조의 구정형결정의 제어가 곤란해지므로 전기 거리를 70~300cm 범위내로 유지하는 것이 본 발명의 목적달성상 필수적이다.

본 발명에 의해 제조되는 열가소성 합성섬유는 강도 12g/d 이상 및 신도 16% 이상의 물성을 갖는다.

본 발명 방법은 최종제품의 강신도 물성을 향상시키고 제조비용도 절감할 수 있는 이점을 갖는다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다.

본 발명의 평가에 사용한 특성 및 평가방법은 다음과 같다.

* 상대점도의 측정법

96.3%±0.1중량% 시약특급 농황산중에 중합체 농도가 10mg/ml로 되도록 시료를 용해시켜 샘플 용액을 조정하여, 20℃±0.05℃의 온도에서 수낙하 초수 6 내지 7초의 오스트왈드 점도계를 사용하여 용액 상대점도를 측정하였다. 측정에 있어서, 동일 점도계를 사용하여 샘플용액을 조정하였을 때와 같은 황산 20ml의 낙하시간 T₀(초)와 샘플용액 20ml의 낙하시간 T₁(초)의 비로부터 상대점도(RV)를 아래 기재의 식을 사용하여 산출하였다.

RV=T₀/Y₁

* 복굴절률(△n)의 측정방법

니콘편광현미경 POH형 베렉콤펜세이터(compensator)를 사용하여 광원으로서는 스펙트럼 광원용 기동장치(도오시바 SLS-8-B형)을 사용하였다(Na 광원). 시료는 20℃, 65% 상대습도의 항온항습하에서 24시간 방치한 것을 사용하였다. 5 내지 6mm 길이의 섬유축에 대하여 45의 각도로 절단한 시료를 절단면을 위로하여 슬라이드 유리위에 올려 놓는다. 시료 슬라이드 유리를 회전재물대에 올려놓고 시료가 편광자에 대하여 45로 되도록 회전재물대를 회전시켜 조절하고 애널라이져(analyzer)를 삽입하여 암시계(暗視界)로 한 후 콤펜세이터를 30으로 하여 줄무늬수를 센다(n개). 콤펜세이터를 우나사방향으로 돌려서 시료가 최초로 검게 되는 점의 콤펜세이터의 눈금(a), 콤펜세이터를 파나사방향으로 돌려서 시료가 최초로 검게 되는 점의 콤펜세이터 눈금(b)을 측정한 후 (모두 1/10눈금까지 읽는다), 콤센세이터를 30으로 되돌려서 앨널라이져를 떼어내고 시료의 직경(d)을 측정하고 하기의 식에 의거하여 복굴절률(△n)을 산출한다(측정수 20개의 평균치).

△n=Γ/d(Γ : 라타르데이션, Γ=nλ₀＋ε)

λ₀=589.3mμ

ε: 라이쓰사의 콤펜세이터의 설명서의 C/10000와 i로부터 구한다.

1=(a-b)(콤펜세이터의 판독의 차)

* 섬유의 강신도 특성

JIS-L 1017의 정의에 의한다.

시료를 실패모양으로 취하고 20℃, 65% 상대습도의 온습도 조절된 방에서 24시간 방치한 후 텐시론 UTM-4L형 인장시험기[동양보울드위인(주)제]를 사용하여 시료길이 20cm, 인장속도 20cm/분으로 측정하였다. 초기 모듈러스 S-S곡선의 산출에 관하여 적어도 5개의 필라멘트, 바람직하게는 10~20개의 필라멘트에 대하여 측정한 것을 평균하여 얻어진다.

* 밀도

톨루엔과 사염화탄소로 이루어진 밀도구배관을 작성하여 30℃±0.1℃로 온도조절된 밀도구배관 속에서 충분히 탈포한 시료를 넣고 5시간 방치한 후의 밀도구배관중의 시료위치를 밀도구배관의 눈금에 의해 판독된 값을 표준유리플로우트에 의한 밀도구배관 눈금 내지 비중 캘리브레이션 그래프로부터 비중치로 환산한다. n=4로 측정, 비중치는 원측으로서 소수점 이하 4 단위까지 판독한다.

[실시예 1]

상대점도가 3.5인 나이론 6을 방사온도를 285℃로 하여 구금직경이 0.35이고 구금의 홀수가 192개인 방사구금을 통하여 방사하고, 방사구금(1) 직하의 가열통(2)에 의해 분위기를 고온의 불활성기체로 한 후, 방출사조(3)를 방사구금 하부 60cm에 장착된 수용액공급장치(4)로부터 수용액공급노즐(5)을 통하여 배출되는 15℃의 수용성 유제(9)로 냉각고화함과 동시에 512ml/min의 부착량으로 유제를 부여하였다. 이어서 미연신사의 복굴절률이 7.2×10^-3이 되도록 인취한 다음 권취로울러(10)를 통해 권취속도 480m/min로 방출사조를 권취하여 미연신사를 수득하였다. 이와 같이 하여 제조된 미연신사를 연신하여 본 발명의 열가소성 합성섬유를 수득하고, 미연신사의 물성 및 최종 연신사의 물성을 평가하여 각각 하기 표 1 및 2에 나타내었다.

[실시예 2]

수용액공급장치의 장착위치를 방사구금 직하 120cm로 변경한 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 미연신사 및 연신사를 수득하고 수득된 미연신사 및 최종 연신사의 물성을 평가하여 각각 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.

[비교예 1]

수용액공급장치를 장착하지 않고 냉각풍으로 냉각속도 0.7m/sec로 용융방사된 방출사조를 냉각시킨 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 미연신사 및 연신사를 수득하고 수득된 미연신사 및 최종 연신사의 물성을 평가하여 각각 하기 표 1 및 2에 나타내었다.

Claims (7)

1. 열가소성 합성섬유를 제조함에 있어서, 폴리머의 용융방사후 방사구와 냉각구역 사이를 고온의 불활성기체로 밀폐한 후, 구금 하부위치에 장착된 수용액공급장치로부터 공급되는 수용성 유제 수용액으로 방출사조의 냉각고화와 동시에 유제를 부여하고, 방출사조를 인취하여 미연신사를 제조한 후 수득된 미연신사를 권취하고 통상의 연신배율로 연신하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수용액공급장치를 구금직하로부터 70~300cm 떨어진 위치에 장착하여 제조하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 칩의 상대점도가 3.0~3.6인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 미연신사의 복굴절률이 10×10^-3이하로 되도록 방출사조를 인취하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 수용성 유제 수용액은 수용성 에스테르계 및 에테르계 유제가 전체수용액에 대하여 10~60중량% 함유된 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 유제 수용액의 온도가 40℃ 이하인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 권취속도 400~700m/min으로 미연신사를 권취하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유의 제조방법.