KR100206089B1 - 흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기 일반식(Ⅰ) 및 (Ⅱ)로 표시되는 화합물을 폴리에스테르에 대하여 각각 0.1~10중량 함유하는 공중합 폴리에스테르를 방사한후 알칼리 수용액에서 감량처리하여 중공섬유의 횡단면에 산재한 직경 0.01~3㎛인 미세공이 섬유표면으로 부터 중공부를 관통되게 형성시켜 흡수성이 우수한 폴리에스테를 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

여기서 R : 탄소수 3~30인 알킬카르복실기 또는

탄소수 7~40인 아릴카르복실기

M : 알킬리금속이다.

여기서 n : 1~3의 정수

m : 전체의 분자량이 600~20,000이 되는 징수이다.

Description

흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법

본 발명은 흡수성이 우수한 폴리에스테르섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중공섬유 제조후 그 표면에 특수한 미세공을 형성시켜 흡수성 및 흡습성을 영구히 지속시키는 흡수성이 우수한 폴리에스테를 중공섬유의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르섬유는 많은 우수한 특성을 지니고 있으나 결정성이 높고 섬유자체가 소수성인 동시에 분자내에 수분과 친화력을 갖는 반응기를 갖고 있지 않으므로 천연섬유에 비해 흡습성 및 흡수성이 떨어지는 결점이 있다. 이와 같은 결점을 개선하기 위하여 종래에 수분과 친화력을 갖는 친수성 화합물을 공중합시키거나 중합시 단순 배합하는 방법등이 시도되어 왔다.

그러나 실용적인 흡수성능을 부여하기 위해서는 다량의 친수성 화합물을 공중합시키거나 배합시켜야함으로 제사 안정성이 떨어지고 열안정성이 저하되며, 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 미국 특허 제4,307,152호 에서는 폴리에스트레를 특정 무기입자와 블랜드하여 중공사로 제조한 후 알칼리용액으로 무기입자를 용출하여 중공부위를 외부와 관통시키는 방법을 택하였다.

또 미국특허 제3,329,557호와 영국 특허 제956,833호에서는 폴리에스테르와 폴리알킬렌 글리콜을 블랜드방사한 후 폴리알킬렌글리콜을 제거하거나 폴리알킬렌글리콜의 흡습능력을 이용하는 원리를 택하였다. 이와 같은 중공섬유의 중공부를 외부와 관동시켜 미세공에 의한 모세관현상으로 흡수속도가 빠른 폴리에스테르 섬유는 액체상태의 물의 흡수는 비교적 용이하나, 수증기 상태의 수분흡수에는 만족스런 결과를 얻을 수는 없었다.

폴리에스테르섬유는 원래 형태 안정성, 고모듈러스, 열안정성을 가지고 있으므로 우수한 흡수성 및 흡습성을 갖는 폴리에스테르 중공섬유를 얻기 위해서 본 발명은 중공부와 외부를 연결하는 표면의 미세공극에 의해 액체상태의 흡수성을 높이고, 친수성 반응기를 가지는 화합물을 공중합시켜 수증기 상태의 수분 흡수 역시 용이하게 하는 폴리에스테르 섬유를 제공함에 목적으로 한다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기 일반식(Ⅰ) 및 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물을 미세공 형성제로 하여 폴리에스테르 공중합시 첨가한다.

상기 일반식(I) 및 일반식(II)의 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체로부터 얻어진 중공섬유를 알칼리수용액에서 처리한 후 단면을 보면 중공섬유의 횡단면에 산재한 직경이 0.01~3㎛인 미세공이 섬유의 표면에서부터 중공부까지 관통되어 있음을 알 수 있다. 이때 사표면과 중공부의 용이한 관통을 위해서 소광제 입자를 적절히 조절하여 보다 우수한 중공관통을 형성할 수 있으며, 소광제 입자로서는 크기가 서로 다른 티타늄산화물 또는 실리콘산화물 입자를 배합하여 중합시 첨가함으로써, 더욱 우수한 미세공을 얻을 수 있다. 이와 같이 형성된 중공부위의 관통은 중공섬유의 우수한 흡수성 및 흡습성을 위해 필요하며 중공섬유의 외형은 원형, 또는 이형단면도 좋고, 중공부의 수는 하나 또는 복수라도 좋다.

중공율 즉, 섬유의 횡단면에 대한 중공부 횡단면의 중공율은 3~30%의 범위가 바람직하며 3%이하인 경우에는 흡습성이 떨어지며 30%이상의 경우는 알칼리 감량시 원사의 강도저하가 커지게 된다. 미세공의 크기는 미세공의 직경이 0.01㎛이하이면 충분한 흡수효과를 얻기 어렵고, 3㎛이상이면 충분한 섬유장도를 유지할 수 없으므로 0.01㎛이상 3㎛이하인 것이 알맞다. 또한 미세공의 길이가 너무길면 피브릴성이 저하되므로 미세공의 길이는 직경의 50배 이하가 적당하며 특히 20배 이하인 경우가 더욱 좋다. 미세공이 섬유표면에서 내부중공으로 관통되어 있음을 확인하는 방법은 1㎝정도의 단섬유를 배율이 200~400정도의 광학현미경 아래에 나란히 놓은 후 단섬유의 표면에 묽은 잉크를 한방울 떨어뜨려 중공단면부로 이동하는 것을 확인하여 간단히 알아볼 수 있다.

폴리옥시알킬렌글리콜의 공중합은 분자량 600~20,000인 것을 0.1~2.0중량% 범위로 첨가하는데, 0.1중량% 이하에서는 충분한 흡습성을 얻을 수 없으며 20중량% 이상에서는 섬유의 내알칼리성이 약화되어 알칼리 감량시 과도한 감량으로 섬유의 강도저하가 수반된다. 따라서 첨가량은 0.2~1.0중량%가 바람직하다.

유기설폰산 금속염은 1종의 단독물 혹은 2종 이상의 혼합물로 사용해도 좋고, 탄소수가 8~20개이며, 평균탄소수가 15개인 알킬술폰산나트륨 혼합물을 중합체에 대해 0.1~10.0중량% 첨가하는 것이 흡수성 및 흡습성에 작당하다.

본 발명의 폴리에스테르는 테레프탈산을 주로하는 산성분에 대해 탄소수가 2~6개인 알킬렌글리콜 즉, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜로부터 적어도 일정의 글리콜을 주 글리콜성분으로 하는 폴리에스테르를 대상으로 한다. 여기에서 폴리에스테르는 그 산성분에 있는 테레프탈산의 일부를 상기 일반식 I로 치환하였다.

이와 같은 설폰산 금속염 0.1~10.0중량%, 폴리에스테르 불용성의 폴리옥시 알킬렌글리콜 0.1~2.0중량%를 폴리에스테르에 배합하고 크기가 서로 다른 티타늄산화물과 실리콘산화물도 중합시 첨가한다. 이렇게 하여 얻은 폴리에스테르를 용융방사해서 중공섬유를 만들고, 이 중공섬유를 알칼리수용액에서 처리하면 중공부위와 사표면이 관통된 흡수성 및 흡습성이 뛰어난 폴리에스테르 중공섬유가 된다.

여기에서 사용된 설폰산 금속염의 사용량이 0.1중량%보다 적을 경우는 최종적으로 얻어진 중공섬유의 흡수성이 불량하게 된다. 또한 10.0중량%보다 많을 경우는 방사시 문제가 되며 섬유의 강도와 내피브릴성이 불량해지므로 그 사용량은 0.1~10.0중량% 범위내에서 사용하여야 한다. 또, 설폰산 금속염, 폴리옥시알킬렌 글리콜 및 유기설폰산금속염의 첨가는 폴리에스테르를 중공섬유로 방사하는 방사공정 이전의 임의의 단계에서 하는 것이 좋다. 실예로는 폴리에스테르 원료중에 혼합시켜도 되고, 폴리에스테르 중합중에 또는 합성 종료후부터 용융방사할 때까지의 사이에 혼합시켜도 되나, 폴리에스테르 원료와 혼합하거나 중합중 첨가하는 것이 좋다. 티타늄산화물과 실리콘산화물 입자의 경우 입자의 총량이 0.1중량% 이하의 경우 충분한 흡수성을 얻기 어려우며, 4.0중량% 이상의 경우 방사시 압력상승등 방사성이 불량해진다.

중공섬유로의 용융방사방법은 통상의 폴리에스테르 중공섬유의 방사법이 그대로 행하여지며, 이렇게하여 얻은 중공섬유로부터 그 일부를 제거하는 것은 필요에 의해 연신 열처리 또는 후가공 등을 실시한다. 제직후 알칼리 수용액에 처리 또는 알칼리수용액을 패드 스팀 처리하는 것으로 용이하게 행해지고 있다. 이때에 사용되는 알칼리로는 수산화나트륨이 좋다. 이때의 알칼리 감량의 정도는 흡수성 섬유에 대해서 20~30중량% 수준이 되어야 충분한 흡수성을 나타낼 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명한다. 또한 본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유의 물성측정은 아래와 같은 방법에 의하여 측정하였다.

○ 흡수성 측정방법

흡수속도, 흡수율 및 흡습율 측정은 다음과 같은 방법에 의거 측정하였다.

1) 흡수속도 측정법

시료를 20×25㎝로 잘라 한쪽 끝이 27±2℃의 증류수 수면에 닿도록 매달아 10분 경과후 모세관현상에 의해 상승한 물의 높이를 측정한다. 흡수높이가 높을수록 흡수속도가 우수하다.

2) 흡수율 측정법

직물을 건조시켜 얻은 시료를 수중에 30분 이상 침적시켜 원심분리기를 이용하여 5분간 탈수한다. 건조시료의 중량과 탈수후의 시료의 중량에서 흡수율을 구한다.

3) 흡습율 측정법

시료의 완전건조 중량(데시케이터 사용시)과 동일한 온도 및 동일한 습도 상태에서 방치후의 중량으로부터 아래 식으로 구한다.

[실시예 1]

테레프탈산디메틸 100중량부에 대해 에틸렌글리콜 60중량부와 초산칼슘 0.06중량부를 에스테르교환반응관에 질소가스분위기하에서 4시간 동안 140℃에서 230℃까지 승온시켜 생성되는 메탄올을 반응기 밖으로 유출시켜 에스테르교환반응을 시켰다. 이렇게하여 얻은 생성물에 미세공 형성촉진제로 탄소수가 15개인 알킬카르복실설포네이트 1중량부와 분자량이 1000인 폴리에틸렌글리콜 2중량부, 안정제로 트리메틸인산 0.06중량부, 중축합 촉매로 삼산화안티몬 0.04중량부, 티탄늄산화물과 실리콘산화물 혼합체 0.1중량부를 첨가하여 중합하였다. 압력은 60분에 걸쳐 상압으로부터 진공도 0.5토르까지 감압하였고, 동시에 90분에 걸쳐서 230℃에서 285℃까지 승온시켰다. 이렇게하여 얻은 공중합체는 극한점도가 0.63이며, 녹는점이 245℃이었다. 이 폴리에스테르 중합체를 방사 연신시켜 중공율 30%의 75/24 중공섬유를 얻었다. 이를 5%의 수산화나트륨수용액에서 20~30% 정도의 감량을 시킨 결과 중공부와 표면이 미세공에 의해 관통된 흡수성 폴리에스테르 중공섬유를 얻을 수 있었다. 이를 일반의 원형폴리에스테르 섬유와 천연면에 대해서 동일한 평직구조의 직물을 제조하여 흡수성과 건조성을 측정한 결과 다음표와 같은 우수한 결과를 얻었다.

[실시예 2]

테레프탈산디메틸 100중량부에 대해 에틸렌글리콜 60중량부와 초산칼슘 0.06중량부를 에스테르 교환반응관에 질소가스분위가 하에서 4시간 동안 140℃에서 230℃까지 승온시켜 생성되는 메탄올을 반응기 밖으로 유출시켜 에스테르교환 반응을 시켰다. 이렇게해서 얻은 생성물에 미세공형성촉진제로 티타늄산화물과 실리콘산화물 혼합체 4.0중량부, 안정제로 트리메틸인산 0.06중량부, 중축합촉매로 삼산화안티몬 0.04중량부를 첨가하여 중합하였다. 압력은 60분에 걸쳐 상압으로부터 진공도 0.5토르까지 감압하였고 동시에 90분에에 걸쳐서 230℃에서 285℃까지 승온시켰다. 이렇게하여 얻은 공중합체는 극한점도가 0.63이며, 녹는점이 248℃이었다. 이 폴리에스테르 중합체를 실시예 1에서와 같은 방법으로 원사로 제조하여 흡수성과 건조성을 측정한 결과 아래표와 같은 우수한 결과를 얻었다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 폴리에스테르 중공섬유는 섬유표면으로부터 중공부까지 미세공으로 관통되며 모세관이 형성되고 폴리에틸렌글리콜이 수분과 화학적인 친화력을 가지므로 우수한 흡수성 및 흡습성을 갖는다. 더우기 인체가 운동시 발생하는 기체형태의 수분을 빠르게 흡수하고 20~30%의 알칼리 감량에 의한 마이크로 파우더 터치에 의해 실제보다 더욱 건조하고 쾌적한 느낌을 갖는다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유는 그 흡수율이 종래의 폴리에스테르 섬유의 수준을 크게 상회하여 땀의 흡수가 용이하고 건조특성은 천연의 면보다 우수하여 보다 쾌적한 착용감을 얻을 수 있다. 또한 운동후 천연면은 차가운감을 느끼게 되나 티타늄산화물 또는 실리콘산화물이 알칼리 감량시 표면의 요철을 만들어 줌으로 인해 폴리에스테르 섬유는 폴리에스테르의 장점을 그대로 갖고 있어 빨리 건조되며 중공섬유 표면의 특수한 미세공을 가져 우수한 보온성, 항필링성도 얻어진다. 더우기 본 발명의 중공섬유는 폴리에틸렌글리콜과 유기설폰금속산염을 사용하였으므로 제전성도 우수하다.

Claims (2)

1. 하기 일반식(I) 및 일반식(II)로 표시되는 화합물을 폴리에스테르에 대하여 각각 0.1~10중량% 첨가하여 공중합 폴리에스테르를 얻고, 이를 방사한 후 알카리 수용액에서 감량처리하여 중공섬유의 횡단면에 산재한 직경 0.01~3㎛인 미세공이 섬유 표면으로부터 중공부까지 관통하도록 하는 것을 특징으로 하는 흡수성이 우수한 중공 폴리에스테르섬유의 제조방법.

   여기서 R : 탄소수 3~30인 알킬카르복실기 또는

   탄소수 7~40인 아릴카르복실기

   M : 알킬리금속이다.

   여기서 n : 1~3의 정수

   m : 전체의 분자량이 600~20,000이 되는 징수이다.
2. 제1항에 있어서, 중공섬유의 횡단면에 대한 중공부 횡단면의 중공율이 3~30% 범위인 것을 특징으로 하는 흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.