KR100254694B1 - 탄성체 섬유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체로 탄성체 섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로, 하드세그먼트로 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 이의 유도체를 사용하고, 폴리에테르를 소프트세그먼트로 사용하여 하드세그먼트/소프트세그먼트의 중량분율이 10/90~30/70이 되게하고 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 에스테르형성성 3관능성 화합물을
[위 식에서, R1, R2및 R3는 각각 -OH, -COOH, -COOR4(여기서 R4는 탄소수 1 내지 4의 알킬기), 또는 -R5OH(여기서 R5는 탄소수 1 내지 4의 알케닐기임)]
첨가된 방향족카르복실산 성분에 대해 0.1~0.5몰% 첨가하여 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 제조하고, 제조된 공중합체를 용융방사하고, 하기 식(Ⅱ)로 나타내는 연신배율(Y)로
0.40XY0.70 X …(Ⅱ)
위 식에서, X는 미연신 탄성섬유의 파단배율임.
연신한 후, 이완 열처리하는 공정들을 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 방법에 의하면 고도의 탄성 및 신장회복성을 가지면서 습열 및 일반 열처리하에서도 사의 기계적물성이 저하됨이 없는 탄성섬유를 제조할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 탄성체 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리에테르에스테르계 블록공중합체를 이용하여 고도의 탄성 및 신장회복성을 가지면서 습열 및 일반 열처리하에서도 사의 기계적물성이 저하됨이 없는 탄성체 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리에테르에스테르계 블록공중합체의 조성은 하드세그먼트와 소프트세그먼트로 이루어져 있으며, 하드세그먼트의 주성분은 방향족 폴리에스테르, 그 중에서도 폴리부틸렌테레프탈레이트가 대부분이며 소프트 세그먼트의 주성분으로서는 지방족 폴리에테르, 그 중에서도 폴리테트라메틸렌글리콜이 일반적으로 사용된다.
폴리에테르에스테르계 블록공중합체에 있어서 탄성특성은 결정화된 하드세그먼트 부분이 작은 결정으로서 비정부분인 소프트세그먼트중에 가늘고 넓게 분포하고 하드세그먼트 부분이 비정부분을 잡아주어 마치 고무상 망목구조의 교락점 역할을 하게 된다.
실제적으로 이러한 공중합체는 결정화된 하드세그먼트부분과 응력이 발생할 때 배향결정화하는 소프트세그먼트 부분, 그리고 비정 소프트세그먼트 부분의 3영역으로 크게 나눌 수가 있으며, 소프트세그먼트에 의한 탄성회복력 발생은 응력발생시 고무상 망목구조의 교락점 대소에 의해 크게 영향을 받는다는 것도 잘 알려진 사실이다.
또한 탄성체섬유를 제조함에 있어서, 탄성성질을 향상시키려면 일반적으로 소프트세그먼트의 함량을 올려야 한다는 것도 공지의 사실이지만 소프트세그먼트의 함량이 많아지면(전 폴리머에 대해 70% 이상) 상대적으로 하드세그먼트의 분율이 작아져 고무상 망목구조의 교락점 역할이 작아져 탄성특성을 약화시킬 뿐만 아니라 결정화도도 떨어져 방사시 고화가 어려워 방사구금에서 권취에 이르는 사이 사간 융착이나 방사장치와의 융착이 발생하여 권취불능에 이르게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 소프트세그먼트의 함량을 낮추거나 용융압출 후 냉각길이를 길게하는 것을 고려해 볼수도 있으나, 소프트세그먼트 함량을 낮추게 되면 얻어진 탄성사의 탄성특성이 크게 약화되고 용융압출 후 냉각길이를 길게하면 길게할수록 상대적으로 공기의 저항이 커져 방출사에 걸리는 장력이 크게 되어 단사가 발생되고 권취성도 악화되어 결국 권취불능에 이르게 되어 해결책이 되지 못한다.
한편 폴리에테르에스테르계 블록공중합체가 섬유로 사용될 때 범용합성섬유(폴리에스테르 등)에 비하여 특히 습열처리 및 일반 열처리 이후 기계적 성질이 많이 저하된다는 것도 잘 알려진 사실이다.
따라서, 본 발명은 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 이용하여 고도의 탄성과 신장회복성을 가지면서 이러한 기계적 물성이 습열처리 및 일반 열처리 이후에도 안정하며, 폴리에스테르 섬유와 교편, 교직을 행할 경우 포면에 고도의 신축, 회복특성을 갖게하는 탄성체섬유를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 하는 것이다.
상기한 목적은 소프트세그먼트의 함량을 높이면서도 섬유내부에 미량의 화학적 가교결합을 유도함으로서 고무상 망목구조의 교락점 역할을 향상시킴과 동시에 하드세그먼트로서는 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 이의 유도체를 사용하여 폴리에테르에스테르계 블록공중합체를 제조하고 통상의 방법으로 용융방사하여 탄성체섬유를 제조할 때 탄성체섬유가 신장, 회복시 회복되지 못하고 남아있는 영구변형 부분을 제거하기 위해 파단배율의 일정범위에서 연신을 행하고 이완 열처리시키는 방법에 의해 달성할 수 있었다.
그러므로 본 발명에 의하면, 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체로 탄성체 섬유를 제조하는 방법에 있어서, 하드세그먼트로 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 이의 유도체를 사용하고, 폴리에테르를 소프트세그먼트로 사용하여 하드세그먼트/소프트세그먼트의 중량분율이 10/90~30/70이 되게하고 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 에스테르형성성 3관능성 화합물을 첨가된 방향족카르복실산 성분에 대해 0.1~0.5몰% 첨가하여 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 제조하고, 제조된 공중합체를 용융방사하고, 하기 식(Ⅱ)로 나타내는 연신배율(Y) 범위에서 연신한 후, 이완 열처리하는 공정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체 섬유의 제조방법이 제공된다:
[위 식에서, R1, R2및 R3는 각각 -OH, -COOH, -COOR4(여기서 R4는 탄소수 1 내지 4의 알킬기), 또는 -R5OH(여기서 R5는 탄소수 1 내지 4의 알케닐기임)]
0.40XY0.70 X …(Ⅱ)
위 식에서, X는 미연신 탄성섬유의 파단배율임.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 원료로서 사용되는 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체는 하드세그먼트가 2,6-나프탈렌디카르복실산과 같은 방향족 디카르복실산 및 그 에스테르유도체로부터 되고, 그리고 소프트세그먼트가 폴리에테르로 되며, 하드세그먼트/소프트세그먼트의 중량분율이 10/90~30/70이고, 에스테르형성성 3관능성 화합물(Ⅰ)이 첨가된 방향족카르복실산 성분에 대해 0.1~0.5몰% 첨가되어 공중합된 것이다.
에스테르형성성 3관능성 화합물(Ⅰ)의 대표적인 예로는 피로가롤 트리아세테이트, 트리멜리트산, 2,3-비스(아세틸옥시)벤조산, 레사토페논, 1,3,5-트리에틸올벤젠 등이 있다. 이러한 3관능성 화합물(Ⅰ)의 첨가량이 첨가된 방향족 디카르복실레이트에 대하여 0.1~0.5몰%을 벗어나는 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생한다. 즉, 3관능성 화합물(Ⅰ)의 첨가량이 첨가된 방향족 디카르복실레이트에 대하여 0.1몰% 미만인 경우에는 섬유를 제조하였을 때 탄성특성이 저하되고, 0.5몰%를 넘게 첨가하였을 경우에는 가교밀도가 너무 높아 중합공정성 및 방사시 폴리머 유동성이 좋지 않고 습열 처리시 섬유의 기계적 성질 및 탄성특성도 만족할 만한 수준이 되지 못한다.
본 발명의 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체의 제조시에 당분야 통상의 기타 첨가제, 예를 들어 이산화티탄(TiO2), 힌더드(hindered) 페놀계화합물과 같은 산화방지제, 벤조트리아졸계 화합물과 같은 자외선 흡수제 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체는 소프트세그먼트 함량이 높음에도 용이하게 방사할 수 있어 유리하다.
본 제조방법은 상기한 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 용융방사한 후 미연신섬유의 파단배율의 0.4~0.7배 범위내에서 연신을 행하고 이완열처리하는 것에 또한 특징이 있다. 만일 연신시의 배율을 용융방사 및 냉각고화후 미연신상태에서 탄성섬유가 갖고 있는 파단배율의 0.4배 보다 낮게 하는 경우에는 하드세그먼트의 분자쇄를 충분히 배향결정화 시키지 못해 얻어진 탄성섬유의 탄성특성을 충분히 향상시키지 못하고, 0.7배 초과시에는 연신공정성이 불량하여 좋지 못하다.
상술한 바와 같은 본발명에 의해 제조되는 탄성체 섬유는 고온에서의 습열처리 및 폴리에스테르 섬유와 교편직을 행한 후 염색가공 공정에서의 열처리에 의해서도 기계적 물성이 저하됨이 없이 우수한 탄성특성을 발현하는 특징이 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 기술한다. 단, 본 발명이 실시예로 국한되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 사용한 물성측정 방법은 다음과 같다.
＊ 고유점도 : 폴리머를 35℃에서 1.2% 농도로 페놀 및 트리클로로에탄 혼합용액을 사용하여 용액점도로 부터 산출하였다.
＊ 강도, 신도 : 인스트론 인장시험기를 사용, 시료 5cm를 분당 1000%의 속도로 신장시킨 후 강도는 파단시의 데니어당 강력으로, 신도는 파단시의 신장(%)으로 나타내었다.
＊ 파단배율 : (신도/100)+1
＊ 순간신장회복율 : 시료 10cm에 50% 신장하는데 걸리는 하중을 걸고 100% 신장한 후 5초간 정지한 후 하중을 제거하고 곧바로 시료의 길이 L을 읽어 다음식에 의해 산출하였다.
＊ 중합후 사용된 촉매 슬러리의 제조 : 디아세트산 마그네슘 4수염을 150℃에서 24시간 건조한 후 11.2g을 200㎖의 메탄올과 섞어 2시간동안 열을 가하면서 환류(reflux)시키고 냉각한 다음, 44.4㎖의 테트라부틸티타네이트와 150㎖의 테트라메틸렌글리콜을 가해 10시간 교반하여 슬러리를 제조하였다.
[실시예 1]
교반기, 증류기, 질소도입관을 갖춘 반응기에 2,6-나프탈렌디카르복실레이트를 264중량부, 테트라메틸렌글리콜 135부(이하 중량부), 수평균분자량 2,000의 폴리테트라메틸렌글리콜 404부, 피로가롤트리아세테이트(pyrogallol triacetate) 0.756부, 촉매 슬러리 3㎖를 반응기에 넣고 반응기내부온도 160℃에서 에스테르 교환반응을 행하면서 2시간에 걸쳐 200℃로 승온후 메탄올을 이론량의 85% 이상 유출시킨 후 이가녹스(Irganox) 1010 을 0.05부, 이가녹스 1222 를 0.1부 첨가하고 내온을 240℃로 승온한 후 약진공하에서 30분, 0.1mmHg 이하의 고진공하에서 4시간 반응을 시켰다.
이후 티누빈-327(tinuvin-327)을 0.21부 첨가해 15분 교반후 반응을 종료하였다.
얻어진 폴리머는 소프트세그먼트의 성분이 전 폴리머에 대해 71중량%이고, 고유점도는 1.29이었다. 이 폴리머를 회전식 진공건조기에서 건조를 행하고 스크류압출식 소형방사기에서 직경 0.5㎜, 5홀의 노즐을 사용하고 토출량 12g/min, 700m/min의 권취속도로 해서 섬도 160데니어의 탄성섬유를 제조하였다. 이때 얻어진 탄성섬유의 물성을 표 1에 나타내었다.
또한 이 탄성섬유를 정장하에서 120℃의 수증기하에서 2시간 습열처리를 행하고 이의 물성도 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 얻어진 탄성섬유를 미연신 섬유의 파단배율(=6.2배)의 0.45배(=2.79배)의 배율로서 릴랙스드롤러(relaxed roller)를 사용하여 연신을 행하고, 100℃에서 이완 열처리를 행하고 이의 물성을 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
교반기, 증류기, 질소도입관을 갖춘 반응기에 디메틸테레프탈레이트 116.51부, 테트라메틸글리콜 81.12부, 수평균분자량 2,000의 폴리테트라메틸렌글리콜 402.49부, 촉매 슬러리 3㎖를 반응기에 넣고 내온 160℃에서 에스테르 교환반응을 행하면서 2시간에 걸쳐 200℃로 승온후 이론량의 메탄올을 90% 이상 유출시킨 후 이가녹스 1010을 0.03부, 이가녹스 1222를 0.06부 첨가하고 내온을 240℃로 승온한 후 약진공하에서 30분, 0.1mmHg 이하의 고진공하에서 4시간 반응을 시켰다.
이후 티누빈-327을 0.13부 첨가해 15분 교반후 반응을 종료하였다.
얻어진 폴리머는 소프트세그먼트의 성분이 전 폴리머에 대해 83 중량%이고, 고유점도는 1.08이었다. 이 폴리머를 회전식 진공건조기에서 건조를 행하고 스크류압출식 소형방사기에서 직경 0.5㎜, 5홀의 노즐을 사용하고, 토출량 12g/min, 700m/min의 권취속도로 해서 섬도 160데니어의 탄성섬유를 제조하였다.
이때 얻어진 탄성섬유의 물성을 표 1에 나타내었다.
또한 이 탄성섬유를 정장하에서 120℃의 수증기하에서 2시간 습열처리를 행하고 이의 물성도 표 1에 나타내었다.
위 표에서와 같이 본 발명에 의한 탄성체 섬유는 습열처리하에서도 강도, 신도, 특히 순간 신장회복율이 우수하였다.
Claims (1)
- 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체로 탄성체 섬유를 제조하는 방법에 있어서, 하드세그먼트로 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 이의 유도체를 사용하고, 폴리에테르를 소프트세그먼트로 사용하여 하드세그먼트/소프트세그먼트의 중량분율이 10/90~30/70이 되게하고 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 에스테르형성성 3관능성 화합물을 첨가된 방향족카르복실산 성분에 대해 0.1~0.5몰% 첨가하여 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 제조하고, 제조된 공중합체를 용융방사하고, 하기 식(Ⅱ)로 나타내는 연신배율(Y) 범위에서 연신한 후, 이완 열처리하는 공정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체 섬유의 제조방법:[위 식에서, R1, R2및 R3는 각각 -OH, -COOH, -COOR4(여기서 R4는 탄소수 1 내지 4의 알킬기), 또는 -R5OH(여기서 R5는 탄소수 1 내지 4의 알케닐기임)]0.40XY0.70 X …(Ⅱ)위 식에서, X는 미연신 탄성섬유의 파단배율임.
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