KR100242261B1 - 액정을사용한폴리에스터분자복합체원사제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고유점도(I.V.) 0.7 내지 1.2 수준의 폴리에스터100중량%에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체인 액정 폴리머를 폴리에스터 대비 0.3 내지 15중량%, 에스테르 교환반응제 0.005 내지 0.2중량%를 혼합하여 방사하고, 연신 및 열고정 하는 것을 특징으로 하는 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하여 제조된 원사는 기존 폴리에스터 대비 모듈라스와 수축율을 현저히 개선시켜 형태안정성이 우수한 타이어코드용 사를 제조할 수 있는 장점이 있다.

Description

액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법

본 발명은 액정이 혼입된 폴리에스터 원사의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에스터에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체인 액정 폴리머 및 에스테르 교환반응제를 혼합하여 방사함으로써 폴리에스터 원사의 모듈러스를 향상시키고 열에 대한 수축율을 감소시킬 수 있는 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법에 관한 것이다.

종래 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체 또는 하이드록시-벤조익에시드 유도체와 폴리에스터 유도체의 공중합체와 순수한 폴리에스터를 직접 혼합하여 용융방사하면 순수한 폴리에스터와 액정부분인 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체 또한 하이드록시-벤조익에시드 유도체와 폴리에스터 유도체의 공중합체 사이에서 상분리가 심하게 발생하고, 원사의 모듈러스는 상승하나 신도는 급격히 떨어지고, 특히 원사의 방사 작업성이 불량하여 원사제조가 불가능하였다.

이와 같은 원인은 즉, 순수한 폴리에스터와 액정부분이 균일하게 혼합되지 않고 뭉쳐 있어 방사구금을 통과할 때 응력의 불균일이 발생하여 방사성, 연신성이 현저히 떨어지는 결과를 가져와 정상적인 원사의 제조가 불가능하고, 원사의 강신도가 현저히 저하되고, 단사절이 극심하게 발생하게 되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고 폴리에스터 원사 본래의 강력수준을 유지하면서 액정의 특성인 모듈러스와 수축율을 현저히 향상시킨 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리에스터 원사의 방사공정 개략도,

도 2a는 일반 폴리에스터의 용융피크를 나타내는 그래프,

도 2b는 액정이 혼입된 폴리에스터의 용융피크를 나타내는 그래프,

도 2c는 열처리후 일반 폴리에스터 타이어 코드사의 용융피크를 나타내는 그래프,

도 2d는 열처리 후 액정이 혼입된 폴리에스터 타이어코드사의 용융피크를 나타내는 그래프이다.

*도면중 주요부분 부호의 설명*

1 : 방사구금 2 : 방사조

3 : 냉각기류공급장치 4 : 오일링장치

5 : 제 1고데트롤러 6 : 제 2고데트롤러

7 : 제 3고데트롤러 8 : 제 4고데트롤러

9 : 제 5고데트롤러 10 : 와인더

즉, 본 발명은 고유점도(I.V.) 0.7 내지 1.2 수준의 폴리에스터100중량%에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체인 액정 폴리머를 폴리에스터 대비 0.3 내지 15중량%, 에스테르 교환반응제 0.005 내지 0.2중량%를 혼합하여 방사하고, 연신 및 열고정 하는 것을 특징으로 하는 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 폴리에스터 100중량%에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체 또는 하이드록시-벤조익에시드 유도체와 폴리에스터 유도체의 공중합체를 이용한 액정 0.3 내지 15중량%, 에스테르 교환반응제 0.005 내지 0.2 중량%을 혼합하여 방사기에 투입함으로써 방사기 안에서 폴리에스터 교환반응을 일으켜 액정의 단순 혼합인 인-시튜 복합체(In-Situ Composite) 보다는 분자복합체(Molecular Composite)가 되도록 유도하여 액정의 분산성을 현저히 향상시켜 응력의 불균일에 의한 방사성, 연신성 저하를 개선하여 정상적인 원사의 제조를 가능케하고 원사의 모듈러스와 수축율을 현저히 개선할 수 있으며, 에스테르 교환반응제의 사용에 따른 고유점도(I.V.) 저하는 보다 높은 고유점도(I.V.)의 폴리에스터 사용과 에스테르 교환반응제에 의한 에스터 결합부분의 절단을 액정부분에서 집중적으로 일어나게 함으로써 방지할 수 있게된다.

본 발명에 있어서 칩의 고유점도(I.V.)는 0.6이상이 바람직한데, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.2수준의 폴리에스터이다.

상기와 같은 폴리에스터 100중량%에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체 또는 하이드록시-벤조익에시드 유도체와 폴리에스터 유도체의 공중합체를 이용한 액정(미국 코닥사가 개발한 X-7G형)으로서 공중합을 이루는 벤조익에시드와 테레프탈릭에시드의 조성 구성비는 1:9 내지 10:0가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3:7 내지 9:1이다.

여기에 에스테르 교환반응제 예를 들면 디부틸-틴-디-라울레이트 또는 그 유도체를 0.005 내지 0.2중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.1중량%를 에스테르 교환반응제에 의한 에스터 결합부분을 절단하여 반응성을 갖도록 하기 위하여 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체 또는 하이드록시-벤조익에시드 유도체와 폴리에스터 유도체의 공중합체를 이용한 액정과 컴파운딩 또는 이 액정의 표면에 고르게 분산시킨 다음 폴리에스터와 잘 섞어 압출기를 통하여 용융시키며 액정과 폴리에스터의 혼합이 잘 되도록 하여 방사구금을 통하여 방사하고 일반 폴리에스터 연신방법과 같은 방법으로 연신하고 열고정하여 원사를 제조한다.

본 발명의 액정을 혼합한 폴리에스터에 의해 제조된 원사를 파단시켜보면 액정이 잘 분산되어 고르게 섬유축방향으로 배향되어 있는 인-시투 복합체(In-Situ Composite)와 분자 복합체(Molecular Composite)의 양쪽 특성을 모두 갖는 모폴러지 나타내며, 기존 폴리에스터 원사와 비교할 때비 초기모듈러스가 50 이상으로 높고, 150℃ 30분 열처리시의 건열수축율이 8.5% 이하로 낮은 특성을 나타낸다.

특히, 본 발명의 원사를 사용하여 타이어 코드사로 할 경우 1500데니어 2합의 경우 초기 모듈러스가 50 이상이고, 형태안정성 (6.8㎏에서의 신도(%) + 150℃ 30분 열처리시의 건열 수축율)이 5.8 내지 9.0% 좋기로는 5.8 내지 6.5%에 이르는 폴리에스터 타이어코드사를 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

유니티카사의 액정(상품명 LC-3000)에 액정중량 대비 에스테르 교환반응제인 디-부틸-틴-디-라우레이트 0.35중량%를 첨가하고 트윈 익스트루더를 사용하여 290℃에서 체류시간 5분으로 반응압출을 실시하여 칩을 제조하고, 제조된 칩을 고유점도(I.V.) 1.14인 폴리에스터 칩의 중량대비 7중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 방사기를 통하여 방사조건은 표 1에서와 같이 하여 1500d/288f 원사를 얻었다.

실시예 2

유니티카사의 액정(상품명 LC-3000)에 액정중량 대비 에스테르 교환반응제인 디-부틸-틴-디-라우레이트 0.35중량%를 첨가하고 트윈 익스트루더를 사용하여 290℃에서 체류시간 5분으로 반응압출을 실시하여 칩을 만들고, 만들어진 칩을 고유점도(I.V.) 1.14인 폴리에스터 칩의 중량대비 4중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 방사기를 통하여 방사조건은 표 1에서와 같이 하여 1500d/288f 원사를 얻었다.

실시예 3

유니티카사의 액정(상품명 LC-3000)에 액정중량 대비 에스테르 교환반응제인 디-부틸-틴-디-라우레이트 0.35중량%를 첨가하고 트윈 익스투루더를 사용하여 290℃에서 체류시간 5분으로 반응압축을 실시하여 칩을 만들고, 만들어진 칩을 고유점도(I.V) 1.05인 폴리에스터 칩의 무게에 대해서 7% 무게로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 방사기를 통하여 방사조건은 표 1에서와 같이 1500d/288f 원사를 얻었다.

실시예 4

유니티카사의 액정(상품명 LC-5000)에 액정중량 대비 에스테르 교환반응제인 디-부틸-틴-디-라우레이트 0.5%를 첨가하고 트윈 익스트루더를 사용하여 290℃에서 체류시간 5분으로 반응압출을 실시하여 칩을 만들고, 만들어진 칩을 고유점도(I.V.) 1.14인 폴리에스터 칩의 중량 대비 5중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 방사기를 통하여 방사조건은 표 1에서와 같이 하여 1500d/288f원사를 얻었다.

비교예 1

유니티카사의 액정(상품명 LC-3000)을 사용하여 에스테르 교환반응제를 사용하지 않고 고유점도(I.V.) 1.14인 폴리에스터 칩의 중량 대비 7중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 스핀드로 방사기를 통하여 방사 조건은 표 1에서와 같이 하여 1000d/192f원사 제조를 제조하였다.

비교예 2

유니티카사의 액정(상품명 LC-3000)을 사용하여 에스테르 교환반응제를 사용하지 않고 고유점도(I.V.) 1.05인 폴리에스터 칩의 중량 대비 3중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 스핀드로 방사기를 통하여 방사 조건은 표 1에서와 같이 하여 1000d/192f원사를 제조하였다.

비교예 3

유니티카사의 액정(상품명 LC-5000)을 사용하여 에스테르 교환반응제를 사용하지 않고 고유점도(I.V.) 1.05인 폴리에스터 칩의 중량 대비 5중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 스핀드로 방사기를 통하여 방사 조건은 표 1에서와 같이 하여 1000d/192f 원사를 제조하였다.

비교예 4

유니티카사의 액정(상품명 LC-5000)을 사용하여 에스테르 교환반응제를 사용하지 않고 고유점도(I.V.) 1.05인 폴리에스터 칩의 중량 대비 2중량%로 첨가하고 폴리에스터 일반 산업용 스핀드로 방사기를 통하여 방사 조건은 표 1에서와 같이 하여 1000d/192f 원사를 제조하였다.

비교예 5

고유점도(I.V.) 1.05인 폴리에스터 칩을 사용하여 폴리에스터 일반 산업용 스핀드로 방사기를 통하여 방사조건은 표 1에서와 같이 하여 1000d/192f원사를 제조하였다.

상기의 비교예 및 실시예에 의해 제조된 폴리에스터 섬유의 물성 및 품질 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	방사온도(℃)	GRI 속도(m/분)	권취속도(m/분)	GR3연신온도(℃)	기계적연신비
실시예1	295	490	2700	230	5.51
실시예2	295	490	2700	230	5.51
실시예3	295	490	2700	230	5.51
실시예4	305	490	2700	230	5.51
비교예1	300	490	2700	235	5.51
비교예2	295	600	2700	235	4.50
비교예3	295	600	2700	235	4.50
비교예4	305	600	2700	235	4.50
비교예5	300	490	2700	230	5.51

구분	원사	타이어코드(1000d/2P)
	강도(g/d)	신도(%)	데니어	최종연신사Δn ×	수축율(150℃30분)	강력(㎏)	신도(%)	중신(%)4.5㎏	수축율(%)
실시예1	8.2	10.2	1021	199.8	5.5	14.53	12.8	3.8	3.0
실시예2	8.3	10.7	1023	197.6	7.1	14.85	11.6	3.5	3.5
실시예3	8.2	10.2	1020	199.8	5.3	14.43	11.9	3.4	3.1
실시예4	8.2	10.6	1023	202.3	5.5	14.47	11.6	3.5	3.1
비교예1	-	-	-	-	-	-	-	-	-
비교예2	-	-	-	-	-	-	-	-	-
비교예3	-	-	-	-	-	-	-	-	-
비교예4	-	-	-	-	-	-	-	-	-
비교예5	8.5	15.0	1021	195.8	8.2	15.3	16.4	5.0	4.5

상기 표 2에서 보여지는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 액정이 첨가된 폴리에스터 원사는 첨가되지 않은 비교예에 비하여 원사대비 수축율이 낮으며, 이 원사를 사용하여 제조된 폴리에스터 타이어코드는 모듈러스와 수축율이 현저히 개선된다.

폴리에스터의 용융 피크를 보면 일반적으로 결정구조의 차이에 의하여 낮은 온도에서 나타나는 용융피크는 결정이 프린지드 미셀(Fringed Micelle)형 일 때 나타나는 것이고 높은 온도에서 나타나는 용융피크는 결정이 체인 포올디드(Chain Folded)형일 때 나타나는 것으로 설명되고 있으며, 액정이 혼입된 폴리에스터 원사의 용융피크를 보면 그림 1의 일반폴리에스터의 용융피크 대비 그림 2와 같이 용융온도가 2∼5℃ 낮아지고 특히 230∼240℃로 5∼10분 열처리 한 후의 타이어코드사의 용융피크는 일반 폴리에스터 타이어코드사에 있어서는 그림 3에서와 같이 높은 온도에서 나타나는 체인 포울디드(Chain Folded)형 용융 피크가 발달되게 나타나 쌍봉 용융피크가 형성됨에 반에 액정이 혼입된 폴리에스터 타이어코드사의 용융 피크는 그림 4에서와 같이 낮은 온도와 높은 온도의 중간에서 용융피크가 나타나며 높은 온도의 용융피크는 흔적이 보일 뿐인 단봉 용융피크로 나타나는 것을 특징으로 한다.

또, 액체 질소로 동결시킨 후 파단면을 전자현미경으로 관찰해보면 폴리에스터의 경우 표면에서의 파단 시작점이 확실히 보이고, 단순 혼합의 경우에는 인-시투복합체의 모양을 보이면서도 액정이 폴리에스터와 상용성이 없어서 분산되지 않고 응집되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 에스테르 교환반응제를 사용하여 인-시투 복합체 분자복합체의 특성을 동시에 갖도록 한 경우에는 인-시투 복합체의 특성을 가지면서도 액정이 고루 분산된 특징을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 액정을 폴리에스터에 첨가시키면 폴리에스터로만 제조되는 원사보다 모듈러스 수축율을 개선할 수 있을 것이라는 이론적인 추정은 할 수 있었지만, 액정과 폴리에스터의 상용성이 나빠 실제 원사제조가 불가능하였던 것을 액정과 폴리에스터의 분자복합체와 인-시튜복합체(In-Situ Composite)의 특성을 동시에 가지게 되는 혼합물을 만들어 원사제조를 가능케하고, 모듈러스와 수축을 개선하였다.

본 발명에 의하여 제조된 원사를 사용하여 기존의 폴리에스터 대비 모듈라스와 수축율을 현저히 개선시켜 형태안정성이 우수한 타이어코드용 사를 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 고유점도(I.V.) 0.7 내지 1.2 수준의 폴리에스터100중량%에 하이드록시-벤조익에시드와 폴리에스터의 공중합체인 액정 폴리머를 폴리에스터 대비 0.3 내지 15중량%, 에스테르 교환반응제 0.005 내지 0.2중량%를 혼합하여 방사하고, 연신 및 열고정 하는 것을 특징으로 하는 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 에스테르 교환반응제는 디부틸-틴-디-라울레이트 또는 그 유도체인 것을 특징으로 하는 액정을 사용한 폴리에스터 분자복합체 원사제조방법.
3. 제 1항에 의하여 제조된 원사의 강도는 7g/d 이상, 수축율은 4 내지 10%인 것을 특징으로 하는 액정을 사용한 폴리에스터 분자 복합체 원사 제조방법.

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