KR0138174B1 - 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법 - Google Patents

폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법

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Abstract

본 발명은 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 사용하여 통상의 폴리에스테르 축중합후 고상중합시킨 용융점도 2600∼2800포아즈이고 고유점도가 0.8∼0.9㎗/g이며, 카르복실 말단기가 20∼25eq/106g인 내알칼리 가수분해성 섬유형성성 중합물을 도성분으로 하고, 방향족 디카르복실산 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 조성되는 산성분과 두 개 또는 그 이상의 탄소원자를 갖는 1 종 이상의 알킬렌글리콜 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 구성되는 글리콜 부위로 중합시 하기일반식 [ I ]의 화합물을 전산성분에 대해서 0.8몰%∼20몰% 첨가하고, 하기 일반식 [ II ]의 화합물을 변성 폴리에스테르의 전중량 대비 0.5∼20중량% 첨가하여 중합한 변성 폴리에스테르를 해성분으로 하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명에 의하면 용출성분의 제거속도가 빠를뿐만 아니라 방사성 및 연신성이 향상되고, 더욱이 알칼리 용출처리시 비용출성분의 침해가 최소화되어 본 발명에 의해 수득되는 해도형 복합섬유는 제품성이 우수한 이점을 갖는다.

Description

폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법
본 발명은 상용성이 있는 2 종류의 폴리에스테르 중합체 용융물이 용융방사과정에서 도상(島狀)과 해상(海狀)의 형태로 섬유단면상에 균일하게 배열되고 균일배열된 도상과 해상 복합물이 섬유축 방향으로 연속배열되어 형성된 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 알칼리 가수분해속도가 빠르며 방사성 및 연신성이 양호한 변성 알칼리 폴리에스터를 해성분(이하 용출성분이라한다)으로 하고, 이러한 용출성분과 상용성이 있는 내가수분해성 폴리에스터를 도성분(이하 비용출성분이라 한다)으로 하여 복합방사함을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의제조방법에 관한 것이다.
해도형 복합섬유는고분자상호배열체섬유로도 불리우는 것으로, 그 단면형상을 보면 어떤 종류의 성분이 다른 성분중에 다수 분산되어 있고 섬유축방향으로 실질상 연속적으로 되어 있어 마치 바다 한가운데 작은 섬들이 다수 존재하는 것처럼 보이기 때문에 해도형 복합섬유라 불리운다. 이와 같은 해도형 복합섬유의 해성분을 후공정단계에서 알칼리 가수분해에 의해 용출시키면 초극세사가 수득된다.
최근 화섬업계에서는 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 개발이 활발하게 추진되고 있는데, 이러한 추세의 일환으로 인공피혁, 고급 스웨드 제품, 고급 완구류등으로 응용될 수 있는 초극세사에 대한 관심이 고조되면서 해도형 복합섬유의 제조방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
종래의 방법에 의한 해도형 복합섬유의 제조시 비용출성분으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트등의 폴리에스테르와 그 공중합체, 나일론 6등의 폴리아미드와 그 공중합체, 폴리에틸렌등의 폴리올레핀과 그 공중합체등이 사용되어 왔고, 용출성분으로는 나일론 6등의 폴리아미드와 그 공중합체, 폴리스틸렌과 그 공중합체, 폴리에틸렌등의 폴리올레핀과 그 공중합체, 폴리비닐알콜 공중합체등이 사용되어 왔다.
그러나, 위와 같이 서로 상이한 성질을 갖는 고분자를 용출/비용출성분으로하여 해도형 복합섬유를 용융방사할 경우에는 용출성분과 비용출성분의 용융거동이 상이하여 방사성 및 연신성이 저하된다. 또한 상기 방법은 용출성분 및 비용출성분이 서로 상용성이 없기 때문에 비용출성분들이 쉽게 몰려 균일한 해도형 복합섬유를 얻기 어려우며 용출성분을 제거하기 위한 용제의 선택 및 용출처리가 곤란한 단점을 갖는다.
한편, 일반 폴리에스테를 비용출성분으로 하고 폴리에스테르 공중합체를 용출성분으로 할 경우에는 용출성분과 비용출성분의 용융거동이 서로 유사하여 균일한 해도형 사단면의 형성이어렵게 되며, 용출성분을 제거하기위하여 알칼리가수분해처리시 용출성분뿐만 아니라 비용출성분중 일부도 함께 용해되어 제품성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 일본 특개소 54-120732호, 동54-147218호, 동55-6517호, 동56-53226호, 동56-37332호, 동59-130361호 및 동59-10497호등은 에틸렌글리콜에 반응성 유기설폰산 금속염을 공중합시킨 변성 폴리에스테르를 용출성분으로하여 해도형 복합섬유를 제조하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 유기설폰산 금속염을 소량 첨가하여 공중합시키는 경우에는 알칼리에 대한 용해속도가 느리기 때문에 원하는 용출성분의 제거가 어려우며, 과량 첨가시에는 알칼리 가수분해에 의한 용출은 용이하나 용융점도(melt viscosity)가 비이상적으로높아져 일정 수준의 기계적 물성을 발현하는 중합도의 변성 폴리에스테르 중합물을 얻기 어려우며, 방사성 및 연신성이 저하되는 결점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술상의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 용출성분의 제거 속도가 빠르고 방사성 및 연신성이 우수하며 알칼리 용출처리시 비용출성분의 침해가 최소화되는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 사용하여 통상의 폴리에스테르 축중합후 고상중합시킨 고유점도가 0.8∼0.9㎗/g, 카르복실 말단기가 20∼25eq/106g인 내알칼리 가수분해성 섬유형성성 중합물을 도성분으로하고, 하나 이상의 방향족 디카르복실산 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 조성되는 산성분과 두 개 또는 그 이상의 탄소원자를 갖는 1 종 이상의 알킬렌글리콜 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 구성되는 글리콜 부위로 중합시 하기 일반식[ I ]의 화합물을 전산성분에 대해서 0.8몰%∼20몰% 첨가하고, 하기일반식 [ II ]의 화합물을 변성 폴리에스테르의 전중량 대비 0.5∼20중량% 첨가하여 중합한 변성 폴리에스테르를 해성분으로하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
(상기식에서, R1및 R2는 H, CH3, CH2CH2OH로 구성되는 군으로 부터 선택되고, R3는 1가의방향족 탄화수소기 또는 탄소수 2∼10개의 지방족 탄화 수소기이며, n은 5∼50 사이의 정수이다.)
본 발명에 의한 해도형 복합섬유는 알칼리 수용액에 대한 용출성분의 만족할만한 가수분해 속도를 수득하면서 향상된 방사성 및 연신성을 얻기위하여, 용출성분으로 사용되는 변성 폴리에스테르 중에 일반식[ I ]의 유기 설폰산 금속염을 전산성분에 대하여 0.8몰%∼20몰%, 바람직하기로 4몰%∼9몰% 첨가한다. 중합시 첨가되는 상기 일반식[ I ]의 유기 설폰산 금속염의 첨가량이 0.8몰% 미만이면 만족할만한 용출성분의 알칼리 가수분해속도를 수득할 수 없고, 그 첨가량이 20몰%를 초과하면 일반식[ I ] 성분의 증점작용으로 인한 변성 폴리머의 고유점도 저하로 방사성 및 연신성이 나빠지며 기계적 특성 또한 크게 저하된다.
본 발명에서 상기 일반식[ I ]의 유기설폰산 금속염의 예는 소디움3,5-디(카본메톡시) 벤젠 술포네이트, 디메틸 포타슘 5-술포이소프탈레이트 및 포타슘 3,5-디(카본메톡시) 벤젠 술포네이트등을 포함한다.
또한 본 발명에서는 변성폴리에스테르의 고유점도를 증가시켜 원사의 기계적 성질 즉, 강도 및 신도를 향상시키며 방사공정중 건조를 촉진하기 위하여 상기 일반식[ II ]의 화합물을 투입한다. 본 발명에서 상기 일반식 [ II ]의 화합물의 첨가량은 용출성분인 변성 폴리에스테르의 중량 대비 0.5∼20중량%, 더욱 바람직하기로 3∼8중량%인 것이 좋다. 상기일반식 [ II ]의 화합물의 첨가량이 0.5중량% 미만이면 알칼리 가수분해속도의 가속화와 연신배향 향상의 효과를 얻기 곤란하며, 그 첨가량이 20중량%를 초과하면 중합시 비산으로 인해 중합공정이 원활하지 못하게 된다.
본 발명에서 상기 일반식[ II ]의 화합물의 예는 분자량 240 내지 4000수준의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 일반식[ I ]의 화합물 및 상기 일반식 [ II ]의 화합물은 중합반응상의 에스테르 교환반응 또는 축합중합반응중 어느 반응시기라도 첨가할 수 있으나, 바람직하기로는 축합반응초기이다.
한편, 본 발명에서 해도형 복합섬유의 도성분인 비용출성분은 산성분으로 테레프탈산을 글리콜 성분으로 에틸렌글리콜을 사용하여 중합한 후, 알칼리 내가수분해성을 부여하기 위하여 고상중합(solid state polycondensation)시킨 섬유형성성 폴리에스테르이다.
일반적으로, 알칼리 가수분해 속도는 폴리에스테르 중합물의 카르복실 말단기와 비례하는데, 본 발명에서와 같이, 고상중합시켜 카르복실 말단기를 20∼25eq/106g으로 낮춘 폴리에스터계 고상중합물을 비용출성분으로 사용하면 알칼리 용액에 의한 용출성분 제거처리시 비용출성분의 용출을 최소화하여 제품성이뛰어난 제품을 수득할 수 있다. 이때 고상중합은 0.1토르(torr)이하의 진공도 및 200∼240℃ 사이의 온도에서 4∼16시간 행한다. 바람직하게, 진공도 0.1 및 온도 220∼230℃의 조건하에서 8∼12시간 동안 고상중합시켜, 용융점도및 고유점도가 각각 2600∼2800포아즈, 및 0.80∼0.90㎗/g이고 카르복실 말단기가 20∼25eq/106g인 고상중합물을 비용출성분으로 사용한다.
본 발명에서 변성폴리에스테르인 용출성분과 알칼리성 내가수분해성 폴리에스테르인 비용출성분의 비는 4 : 6∼8 : 2의 범위내가 가능하며, 용출성분 제거의 용이성 및 제조원가를 고려할 때 용출성분이 적을수록 바람직하다.
본 발명에 의해 수득되는 해도형 복합섬유를 제직, 편직 또는 부직포화한 다음 통상의 가공방법인 알칼리감량 가공공정으로 용출성분인 해성분을 용출시키므로써 0.005∼0.1 데니어 수준의 초극세 섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 해도형 복합섬유의 제조방법에 의하면 용출성분의 제거속도가 빠를뿐만 아니라 방사성 및 연신성이 향상되고, 더우기 알칼리 용출처리시 비용출성분의 침해가 최소화되어 본 발명에 의해 수득되는 해도형 복합섬유는 제품성이 우수한 이점을 갖는다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에틸렌 테레프탈레이트 올리고머 100㎏이 함유된 반응조를 260℃로 유지하면서 테레프탈산 86.450㎏ 에틸렌글리콜 38.750g이 잘 혼합된 슬러리를 6시간에 걸쳐서200㎏의 올리고머로 제조한 후, 이 중 100㎏을 축중합반응조로 이송하였다. 축중합반응조내의 올리고머에 삼산화안티몬 50g, 일반식[ I ]의 화합물(R1및 R2는 CH2CH2OH)3몰%, 및 일반식 [ II ]의 화합물(R3는 CH2CH2O3,n=28) 2.5중량%를 투입한 후 압력을 1시간에 760mmHg에서 1mmHg로 감압하면서 280℃에서 3시간 20분 동안 축합중합시킨 후, 상압의 수중에서 중합물을 토출시켜 용출성분으로 사용할 변성폴리에스터를 제조하였다. 제조된 변성폴리에스터의 용융점도는 235포아즈이고, 고유점도는 0.63㎗/g이었으며 융점은 245℃이었다.
한편, 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 사용하여 통상의 방법으로 폴리에스테르를 중합한 후 이 중합물을 진공도 0.1토르 및 온도 220℃의 조건하에서 12시간 동안 고상중합하여 용융점도가 2700포아즈이고, 고유점도가 0.81㎗/g이며 융점이 258℃이고 카르복실 말단기가 24eq/106g인 알칼리 내가수분해성 폴리에스테르를 제조하여 비용출성분으로 사용하였다.
상술한 바와 같은 과정을 거쳐 제조된 변성폴리에스테르를 용출성분으로 하고 알칼리 내가수분해성 폴리에스테르를 비용출성분으로 하되, 이 두성분간의 비율을 3:7로 하고 단사내의 비용출성분인 폴리에스테르 수를 37개로 하여 방사속도1150m/min로 용융방사하였다. 이때 연신배율 및 연신속도를 각각 3.2 및 900m/min로 하여 100d/36f필라멘트사를 만든다음, 양말편기로 양말편지를 편직하였다. 이를 2% 수산화나트륨 98℃용액에서 15분간 알칼리 가수분해처리하였다. 이것을 전자현미경으로 관찰한 결과 용출성분은 완전히 제거되었고 비용출성분은 0.049데니어의 초극세 섬유가 되었다.
이상과 같이 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기표 1 및 2 에 나타내었다.
실시예 2
변성폴리에스테르와 알칼리 내가수분해성 폴리에스테르 사이의 복합비를 2 : 8로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 수득한 후, 이를 동일한 방법으로 알칼리 가수분해처리하여 용출성분을 제거한 후 비용출성분이 0.039데니어인 초극세섬유를 수득하였다.
이상과 같이하여 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
실시예 3
일반식[ I ] 화합물(R1및 R2는 CH2CH2OH)을 5몰%, 일반식 [ II ]의 화합물(R3는 CH2CH2O3,n=28) 40중량% 비율로 투입한 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 제조하고, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2 에 함께 나타내었다.
실시예 4
비용출성분의 중합물을 용융점도가 2800포아즈, 고유점도 0.84㎗/g, 카르복실 말단기 20eq/106g이 되도록 고상중합한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 제조하고, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
비교예 1
비용출성분의 중합물 제조시 일반식 [ I ]의 화합물(R1및 R2는 CH2CH2OH)을 3몰% 첨가하고, 일반식[ II ]의 화합물(R3는 CH2CH2O3, n=28)은 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 제조하고, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표1 및 2에 함께 나타내었다.
비교예 2
비용출성분의 중합물을 용융점도가 2000포아즈, 고유점도 0.63㎗/g, 카르복실 말단기 38eq/106g이 되도록 고상중합한 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 제조하고, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
비교예 3
변성폴리에스테르와 알칼리 내가수분해성 폴리에스테스 사이의복합비를 2 : 8로 변경한 것 외에는 비교예 2와동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 수득한 후, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
비교예 4
비용출성분의 중합물을 용융점도가 3500포아즈, 고유점도 0.95㎗/g, 카르복실 말단기 15eq/106g이 되도록 고상중합한 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 해도형 복합섬유를 제조하고, 제조된 중합물의 물성 및 복합섬유의 제반물성을 평가하여 하기 표 1 및 2에 함께 나타내었다.
[물성평가 기준]
(1) 용출성분 및 비용출성분
구분 용출성분의용융점도(포아즈) 비용출성분의용융점도(포아즈)
양호 2200∼2800 2500∼3000
불량 2900 이상, 2100이하 3100 이상, 2400이하
(2) 방사성 및 연신성 :
양호 : 만관율 95% 이상
불량 : 만관율 95% 미만
(3) 용출속도 : 98℃ NaOH 2중량% 용액에서 처리시 100% 용출되는 속도를 기준으로 평가하였다.
양호 : 속도가 15분 이내
불량 : 속도가 16분 이상
(4) 비용출성분 손상도 : 용출전 비용출성분의 단면적을 용출후 비용출성분의 단면적으로 나눈 백분율로 평가하였다.
적다 : 백분율이 90% 이상
많다 : 백분율이 90% 미만
(5) 극세화율 : 용출전 도성분의 갯수를 용출후 도성분의 갯수롤 나눈 백분율이 95% 이상이면 양호한 것이다.

Claims (6)

  1. 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 사용하여 통상의 폴리에스테르 축중합후 고상중합시킨 용융점도 2600∼2800 포아즈이고 고유점도가 0.8∼0.9㎗/g이며, 카르복실 말단기가 20∼25eq/106g인 내알칼리 가수분해성 섬유형성성 중합물을 도성분으로 하고, 방향족 디카르복실산 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 조성되는 산성분과 두 개 또는 그 이상의 탄소원자를 갖는 1 종 이상의 알킬렌글리콜 또는 이의 에스테르 생성 유도체로 구성되는 글리콜 부위로 중합시 하기 일반식 [ I ]의 화합물을 전산성분에 대해서 0.8몰%∼20몰%첨가하고, 하기 일반식 [ II ]의 화합물 변성 폴리에스테르의 전중량 대비 0.5∼20중량% 첨가하여 중합한 변성 폴리에스테르를 해성분으로 하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
    (상기식에서, R1및 R2는 H, CH3, CH2CH2OH로 구성되는 군으로 부터 선택되고, R3는 1가의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 2∼10개의 지방족 탄화 수소기이며, n은 5∼50 사이의 정수이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일반식[ I ]의 유기 설폰산 금속염이 소디움 3,5-디(카본멕톡시) 벤젠 술포네이트, 디메틸 포타슘 5-술포이소프탈레이트 및 포타슘 3,5-디(카본메톡시) 벤젠 술포네이트로 구성되는 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 일반식 [ II ]의 화합물이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에티렌글리콜 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고상중합을 진공도 0.1토르 이하, 및 온도 200∼240℃에서 4∼16 시간동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고상중합을 진공도 0.1 토르 및 온도 220∼230℃에서 8∼12시간 동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 도성분과 해성분의 복합비율이 4 :6∼8 : 2의 범위내인 것을 특징으로 하는 폴리에스터계 해도형 복합섬유의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101489429B1 (ko) * 2013-12-13 2015-02-03 도레이케미칼 주식회사 수분산성이 우수한 초박지용 폴리에스테르 바인더 섬유 및 이를 이용한 합성지
KR101489437B1 (ko) * 2013-12-13 2015-02-03 도레이케미칼 주식회사 저온 열수 이용해성 코폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법

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