KR100206086B1

KR100206086B1 - 잠재 권축성 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR100206086B1
Application number: KR1019960030777A
Authority: KR
Inventors: 손영호; 백문수; 최오곤; 김영화
Original assignee: 한형수; 주식회사새한
Priority date: 1996-07-27
Filing date: 1996-07-27
Publication date: 1999-07-01
Also published as: KR980009557A

Abstract

본 발명은 잠재 권축성을 갖는 폴리에스테르계 복합섬유 제조에 관한 것으로, 동일한 조성의 폴리에스테르로 구성되고, 두 성분간의 극한점도 [

Description

잠재권축성 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법

제1도는 본 발명에 사용된 복합방사구금의 개략도이고,

제2a도는 본 발명 복합섬유의 원사단면 예시도이고,

b도는 본 발명 비교예의 복합섬유 단면 예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저점도 폴리에스테르 2 : 고점도 폴리에스테르

a, b, c, d : 슬릿 d₁, d₂, d₃, d₄: 슬릿간의 간격

K_a, K_b, K_c, K_d: 슬릿의 폭

본 발명은 잠재권축성을 지니는 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통상의 용융중합법으로는 제조하기 어려웠던 극한점도[]가 높은 섬유형성 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 폴리에스테르라 칭함) 호모 폴리머와 저점도의 폴리에스테르를 사용하여 우수한 잠재 권축성을 갖는 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르는 기계적 성질이 우수하고 대량생산이 가능하여 섬유, 필름 및 산업용 재료등으로 널리 사용되고 있으며 섬유의 경우 강인성, 내광성, 내약품성 및 형태 안전성이 우수하고 용도가 다양하여 의류용 및 산업용으로 널리 이용되고 있다.

한편, 2종의 폴리에스테르계 중합체를 섬유의 길이 방향으로 사이드 바이 사이드 단면형태로 일정하게 복합방사하고 이를 이완 열처리 하면 자발적으로 권축특성을 나타내는데, 일반적으로 수축성이나 고유특성이 다른 2종의 폴리머를 함께 복합방사하여 단일섬유로 제조할 때, 방사되는 단일 필라멘트의 횡단면을 편심 시스-코어(Sheath-Core) 또는 사이드 바이 사이드(Side-by-Side)형으로 배열하여 얻은 복합섬유는 잠재권축성을 갖게 되어 이완 열처리하면 균일한 나선상의 고권축성을 발현한다는 것이 널리 알려진 사실이다.

지금까지 권축성 복합섬유를 제조하는 방법으로는 수축성이 각각 다른 폴리에스테르 섬유를 이수축 혼섬하여 구성 섬유간의 수축성 차이로 인하여 권축성을 부여하는 방법, 특성이 다른 2종의 폴리머를 단일섬유로 복합방사하는 방법 및 동일계 폴리머로서 특성이 서로 다른 공중합체를 각각 제1성분과 제2성분으로하여 복합섬유를 제조하는 방법등이 알려져 있다.

이수축성 복합섬유란, 동일한 조성을 갖는 폴리머를 열수축성이 서로 다르게 연신한 다음, 공기교략 복합하여 권축을 발한하도록 하는 것으로 다른 방법에 비해 제조방법이 간단한 반면, 제조된 복합섬유는 권축의 발현상태가 불균일하고 섬유 상호간의 접착성이 약해, 후가공 공정중에 섬유에 가해지는 외력에 의하여 각 성분간의 이탈이 발생하거나 권축특성이 감소하는 등의 권축 내구성이 부족한 단점을 지니고 있다.

그리고 폴리에스테르와 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 폴리우레탄 등 서로 다른 종류의 폴리머를 사용하는 경우에는 두 성분간의 열특성의 불균형, 염색성의 차이에 따른 염색불균형 및 권축특성 발현 부족과, 폴리머간의 사용성이 낮아 계면에서의 접착성 불량으로 방사후 섬유에 가해지는 외력에 의해 성분간 분리현상이 일어나는 등 여러가지 문제점을 지니게 된다.

이와 같은 성분간의 분리에 따른 문제점을 해결하기 위하여 복합시 단면 형태를 편심 시스-코어 형태로 하는 것이 제안되고 있지만, 이 경우는 사이드 바이 사이드형에 비하여 권축특성이 떨어지게 되고 섬유로 제조하기 위한 방사구금 장치도 복잡하며 작업성도 떨어지는 단점이 있다.

한편, 동일계 공중합 폴리머를 사용하여 제조하는 권축성 복합섬유는 양성분간의 상용성이 우수하기 때문에 가장 많이 사용하고 있는 방법이지만, 이때 사용하는 공중합체가 호모폴리머에 비해 탄성회복율이 낮기 때문에 권축 탄성율과 권축 안정성이 떨어지고, 이를 이용한 복합섬유는 기존의 호모 폴리머로 제조된 섬유에 비하여 물리적, 화학적 특성이 감소되는 단점을 지니고 있다. 또한, 양성분간의 점도 차이에 의해 방사시 구금에서 곡사가 발생하여 장시간의 안정된 방사가 불가능하였다.

따라서, 사이드 바이 사이드 복합방사를 이용하여 고권축성을 지니는 동시에 권축내구성 및 섬유제조 작업성 등이 우수한 복합섬유를 제조하기 위해서는 복합섬유를 구성하는 이성분의 폴리머로서 무엇을 선택하는가 하는 것이 기술적으로 중요하다. 특히, 선행기술인 일본공개특허공보 특개평2-139414호, 특개평3-113044호, 특개평4-241114호, 특개평7-54216호에서는 개질폴리에스테르를 사용하지만, 본 발명에서는 동일한 조성의 폴리에스테르로 구성되고 두 성분의 극한점도차를 이용하여 잠재권축성 복합섬유에 대한 것으로, 사용된 두 성분이 섬유의 횡단면에 사이드 바이 사이드 구조로 배열되도록 하며, 이때 한쪽 성분으로는 극한점도 []가 높은 폴리에스테르를, 그리고 다른쪽 성분으로는 극한점도 []가 낮은 폴리에스테르를 사용하여 기존의 방법에서 제기된 문제점을 해결하려는 것이다.

본 발명은 이러한 복합섬유의 한 성분이 높은 극한점도를 갖는 폴리에스테르의 제조에 관한 방법이다.

본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

폴리에스테르가 가장 많이 사용되고 있는 의류용 섬유, 자기용 필름 등은 중합도의 표준이 되는 극한점도 []가 0.55~0.65의 범위이다. 이들 폴리에스테르 제조에 이용하는 통상의 용융중축합법으로는 중축합과 동시에 열분해 반응이 경쟁적으로 일어나 중합의 한계적 현상이 되어 고중합도 폴리머를 얻는 것이 곤란하다.

따라서 본 발명에서는 개질제를 사용하지 않고 중축중합에 사용되는 첨가제의 종류와 조성비, 반응온도 등을 감안하여 원하고자 하는 물성의 고중합 폴리에스테르를 얻었다. 우선, 산성분으로 테레프탈산을, 디올성분으로는 에틸렌글리콜을 사용하여 올리고머를 제조한 다음 이를 중축합반응기에 옮겨서 중합반응을 진행하고 이때, 한쪽 성분은 극한점도[]가 0.68~1.0인 높은 폴리머를, 그리고 다른쪽 성분은 극한점도[]가 0.40~0.60인 낮은 폴리머를 사용하여 기존의 방법에서 제기된 문제점들을 해결하였다. 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 사용하고 중합반응시 첨가제인 인산, 삼산화 안티몬 및 칼슘아세테이트, 망간아세테이트, 코발트아세테이트, 마그네슘, 아세테이트류를 0.01~0.09중량% 범위로 첨가함으로써 극한점도가 높고 색조가 우수한 폴리머를 제조하고 또, 극한점도[]가 낮은 폴리머를 사용하여 잠재권축성 폴리에스테를 제조할 수 있었다. 상대 당량 및 투입 함량관계를 고려하여 사용함으로써 반응속도 문제와 반응시간 연장에 따른 색조 저하 문제를 해결할 수 있었다.

그리고, 본 발명은 제1도에 도시된 바와 같은 중공 4슬릿형 복합방사구금을 사용하여 방사하고 연신공정을 거친 후 이완열처리함으로써 권축성능을 부여하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 사용하는 구금형태의 복합방사구금의 개략도이고, 제2a도는 상기 구금으로 방사된 사의 단면형태를 나타낸 것이다. 열수축성이 상이한 2종의 섬유형성성 폴리머가 압출기로부터 용융되어 필터를 통하여 여과되고 도공을 경유, 출구로부터 분배판에 설치된 도공을 통하여 구금상부에 도달하고, 여기서 두 폴리머가 접합되어 구금하부로 흘러들어 구금을 벗어나게 된다. 구금을 벗어난 폴리머는 냉각기류에 완전 고화되기 전에 바로 접합되어 타원형 또는 원형의 단면을 가진 필라멘트로 제조된다.

2슬릿과 3슬릿형 복합방사구금은 중공단면사를 제조할 수는 있으나, 방사시 곡사가 발생하고 방사성이 불량하여 사용하기에 부적절하였다. 중공이 형성되면 구금직하에서 폴리머가 냉각되기까지의 사 유동으로 말미암아 사의 균제도 저하를 일으키는데 이 현상이 더욱 심해져 사의 균일성이 저하되므로 바람직하지 않다.

따라서 본 발명에서 사용하는 방사구금의 형상은 다음 조건을 만족하는 중공타입의 4슬릿형이 적합하다. 슬릿(a), (b), (c), (d)의 폭 K_a, K_b, K_c, K_d는 0.1~0.4mm가 바람직하며 0.1mm 보다 작을 경우 방사후 구금세정시 폴리머 찌꺼기 등의 세정이 불가능하고, 0.4mm 보다 클 경우는 구금 배면압이 지나치게 낮아 방사시 사 유동이 심하여 사간의 접촉으로 사절율이 높아지게 된다.

또한 슬릿 (a), (b), (c), (d)의 폭 K_a, K_b와 K_c, K_d의 차이가 0.15mm 이상이어야 하며 슬릿 c, d쪽으로 고용융점도의 폴리머를 흐르게 하여야 폴리머의 곡사현상을 방지할 수 있다. 0.15mm 이하일 경우는 구금직하의 곡사현상이 발생하여 구금 와이핑(Wiping)이 어렵고 또한 사균제도 저하, 방사성 불량 등의 문제점이 발생한다.

슬릿간 간격은 0.1~0.35mm 이어야 하며 0.10mm 이하일 경우 폴리머 용용물이 충분히 냉각되지 않은 상황에서 접합하므로 곡사 현상이 발생하기 쉽고, 0.35mm 이상이면 중공형태가 형성되어 바람직하지 않다. 이 범위내에 들 경우에 한해서 폴리머의 구금 직하에서의 팽윤에 의해서 중공이 형성되지 않은 1 : 1 사이드 바이 사이드 형태의 원사단면이 얻어진다. 제조된 필라멘트를 연신기에서 제1로울러와 열고정부의 온도를 각각 100~120℃, 180~200℃로 하여 연신공정을 거친 후 권축성능을 부여하기 위하여 건열이나 습열로 이완열처리를 하면 원사 상태에서 단순한 플랫얀(flat yarn)이지만 열팽창 계수가 상이한 바이메탈의 원리와 같이 두 폴리머간의 열수축 차이에 의하여 크램프가 형성되고 부드러운 촉감, 심색감, 드레이프성 및 벌키성을 갖는 섬유가 된다.

이하 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시예와 비교예에서 물성측정 방법은 아래와 같이 하였다.

(1) 폴리에스테르 칩의 물성측정방법

① 디에틸렌글리콜 측정방법 : 시료 1.5g을 가수 분해후 디에틸렌글리콜을 아세틸화하여 클로로포름으로 추출, 가스 크로마토-그래피(G.C)를 측정하였다.

② 극한점도 [] 측정 : 중합체(시료) 2g을 오르토 클로로 페놀 용매에 용해한 후 오스트 발트 점도계로 25℃에서 측정하였다.

③ 색조측정 : 시료 일정량을 색차계 색조 측정용 셀에 공간없이 담아서 색차계를 이용하여 측정, 측정은 칼라 디프렌스 미타(COLOR DIFFERENCE METER)기기로 측정하였다.

(2) 복합섬유의 물성측정방법

① 권축신장율(A) : 0,05g/d의 장력에서 10,000d가 되기까지 권취(편측 5,000d)하여 타래를 만든다. 타래를 만든 직후 10g을 걸고 물로 적시는 동안 90℃의 열수중에 침적한 다음 초하중을 제거하고 탈수 후 자연 건조한다.

다음에 측정판에 타래를 놓고 10g의 초하중하에서 타래의 길이(L1)을 측정한다. 그 위에 990g의 주하중을 초하중 위에 걸고 30초 후 타래의 길이(L2)를 측정한다.

L2 측정후 바로 주하중(990g)을 제거하고 30초 경고한 후에 초하중에서 타래의 길이 L3를 측정한다.

이상에서 측정한 타래의 길이 및 다음의 식을 이용하여 권축신장율과 권축회복율을 계산한다.

권축신장율(A) = (L2-L1)/L2×100

권축회복율(B) = (L2-L3)/L2×100

② 권축수(C) : 시료를 단섬유로 채취하여 가능한 한 장력이 걸리지 않은 상태에서 0.05g/d의 하중에서 5cm씩 10본을 만든 다음 확대경으로 초하중 권축수를 측정한다.

[실시예 1]

테레프탈산 5187g, 에틸렌글리콜 2325g을 250℃에서 반응시켜 올리고머(BHET)를 제조한 다음, 중축합반응기에 옮겨 인산 1.5g, 삼산화안티몬 2.4g, 칼슘아세테이트 5.4g, 코발트아세테이트 3.2g, 이산화티타늄 24g을 첨가한 후 1시간에 걸쳐 감압(1 Torr 이하)을 하면서 293℃까지 승온시켰다. 중축합반응 시간은 180분 이었다. 이렇게 하여 얻은 중합체는 고유점도가 0.746, 색조(L/b)는 73.0/-1.2, 디에틸렌글리콜 1.56중량%의 폴리에스테르와 점도차가 0.30인 폴리에스테를 1 : 1 복합비로 288℃에서 접합형 형태로 복합방사하여 1300mpm으로 권취하였다. 이때 사용구금은 슬릿 a, b의 K_a, K_b폭이 0.35mm, 슬릿 c, d의 K_c, K_d폭이 0.13mm, 슬릿간격이 0.25mm의 것을 사용하였으며, 고유점도가 높은 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게 하였다. 그 후 연신배율 2.95배, 연신온도 110/190℃의 조건에서 연신공정을 실시하고, 연신후 이완열처리는 습열 80℃에서 5분간 처리한다. 이렇게 하여 얻은 사의 특성을 표에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 중합속도를 높이기 위해 삼산화안티몬을 3.6g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법에서 반응시간은 150분으로 실시예 1에 비해 30분 가량 단축되었다. 중합체의 극한점도는 0.748, 색조(L/b)는 74.0/-2.1, 디에틸렌글리콜 1.43중량%의 폴리에스테르와 점도차가 0.25인 폴리에스테르를 1 : 1 복합비로 285℃에서 접합형 형태로 복합방사하여 1500mpm으로 권취하였다. 이때 사용구금은 슬릿 a, b의 K_a, K_b폭이 0.39mm, 슬릿 c, d의 K_c, K_d폭이 0.16mm, 슬릿간격이 0.30mm의 것을 사용하였으며 고유점도가 높은 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게 하였다. 그후 연신배율 3.12배, 연신온도 120/180℃의 조건에서 연신공정을 실시하고, 연신후 이완열처리는 습열 80℃에서 5분간 처리한다. 이렇게 하여 얻은 사의 특성을 표에 나타내었다.

[비교실시예 1]

실시예 1과 같은 중합조건에서 삼산화안티몬 3.6g, 또한 망간아세테이트 4.9g을 첨가하였다. 반응시간은 200분이였고, 중합체의 극한점도는 0.680, 색조(L/b)는 70.0/-4.6, 디에틸렌글리콜 1.57중량%의 폴리에스테르와 점도차가 0.20인 폴리에스테르를 1 : 1 복합비로 283℃에서 접합형 형태로 복합방사하여 1400mpm으로 권취하였다. 이때 사용구금은 홀 내부 직경이 0.25mm, 구금두께가 18mm, 구금유입부 3mm의 구금으로 슬릿 a, b의 K_a, K_c폭이 0.29mm, 슬릿 c, d의 K_c, K_d폭이 0.13mm, 슬릿간격이 0.25mm의 것을 사용하였으며 고유점도가 높은 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게 하였다. 그후 연신배율 2.95배, 연신온도 110/190℃의 조건에서 연신공정을 실시하고, 연신호 이완열처리는 습열 80℃에서 5분간 처리한다. 이렇게 하여 얻은 사의 특성을 표에 나타내었다.

[비교실시예 2]

실시예 1과 같은 중합조건에서 삼산화안티몬 3.6g, 또한 마그네슘아세테이트 5.4g을 첨가하였다. 반응시간은 210분이였고, 중합체의 극한점도는 0.688, 색조(L/b)는 70.7/-5.6, 디에틸렌글리콜 1.55중량%의 폴리에스테르와 점도차가 0.20인 폴리에스테르를 1 : 1 복합비로 280℃에서 접합형 형태로 복합방사하여 1400mpm으로 권취하였다. 이때 사용구금은 홀 내부 직경이 0.30mm, 구금두께가 18mm, 구금유입부 3mm의 구금으로 슬릿 a, b의 K_a, K_b폭이 0.45mm, 슬릿 c, d의 K_c, K_d폭이 0.13mm, 슬릿간격이 0.35mm의 것을 사용하였으며 고유점도가 높은 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게 하였다. 그후 연신배율 2.95배, 연신온도 110/190℃의 조건에서 연신공정을 실시하고, 연신후 이완열처리는 습열 80℃에서 5분간 처리한다. 이렇게 하여 얻은 사의 특성을 표에 나타내었다.

[비교실시예 3]

실시예 1과 같은 같은 중합조건에서 인산 3.0g, 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법에서, 반응시간은 220분이였고, 중합체의 극한점도는 0.680, 색조(L/b)는 50.3/6.5, 디에틸렌글리콜 3.0중량%의 폴리에스테르와 점도차가 0.15인 폴리에스테르를 1 : 1 복합비로 280℃에서 접합형 형태로 복합방사하여 1400mpm으로 권취하였다. 이때 사용구금은 홀 내부 직경이 0.3mm, 구금두께가 18mm, 구금유입부 3mm의 구금으로 슬릿 a, b의 K_a, K_c폭이 0.29mm, 슬릿 c, d의 K_c, K_d폭이 0.13mm, 슬릿간격이 0.40mm의 것을 사용하였으며 고유점도가 높은 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게 하였다. 그후 연신배율 2.95배, 연신온도 110/190℃의 조건에서 연신공정을 실시하고, 연신후 이완열처리는 습열 80℃에서 5분간 처리한다. 이렇게 하여 얻은 사의 특성을 표에 나타내었다.

Claims

극한점도 []가 0.68~1.0인 고점도 폴리에스테르와 극한점도가 0.4~0.6인 저점도 폴리에스테르를 동시에 사용하여 각성분이 섬유의 길이 방향으로 사이드 바이 사이드(Side-by-Side) 구조로 배열되도록 중공 4슬릿형 복합방사구금을 사용하여 방사하고 이를 공지된 방법으로 이완·열처리함을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법.
제1항에 있어서, 중공 4슬릿형 복합방사구금은 슬릿(a), (b), (c), (d)의 폭 K_a, K_b, K_c, K_d는 0.1~0,4mm, 슬릿(a), (b)의 폭 K_a, K_b와 슬릿(c), (d)의 폭 K_c, K_d의 차가 0.15mm 이상, 슬릿간 간격 (d₁), (d₂), (d₃), (d₄)이 0.1~0.35mm이고, 고점도의 폴리머를 슬릿 c, d쪽으로 흐르게함을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법.