KR100311966B1

KR100311966B1 - 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100311966B1
Application number: KR1019990017708A
Authority: KR
Inventors: 조은래; 오덕호; 이혁세
Original assignee: 조 정 래; 주식회사 효성
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2001-11-14
Also published as: ZA997579B; KR20000074040A

Abstract

본 발명은 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 산업용 폴리에스터 섬유를 제조함에 있어서, 중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 200∼400ppm이 되도록 첨가한 폴리에스터 로우 칩을 고상중합하여 고유점도가 1.00∼1.20이고 수분율이 30ppm 이하인 고상중합 폴리에스터 칩을 제조하고, 이를 290∼300℃의 저온에서 용융하여 폴리머 분산판의 각각의 도관내에 적어도 4개 이상의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩내 노즐을 통해 방사한 후 방출된 필라멘트를 평활제로서 알킬-티오-에스테르와 폴리옥시에틸렌-티오-에스테르가 유제 원액 성분의 50이상을 함유토록 유제 원액을 사용하여 제조한 10∼30농도의 수계 에멀젼 유제를 사용하여 O.P.U. 0.3∼0.8로 오일링하고, 2000∼3300m/min의 속도로 권취하여 고유점도가 0.95∼1.02이고, 배향도가 40∼90×10^-3인 미연신사를 수득한다음 연속하여 연신하는 것을 특징으로 하며, 이러한 방법에 의해 제조되는 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유는 고강력이면서 저수축특성을 구비하여 우수한 치수안정성을 갖는다.

Description

산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법{INDUSTRIAL POLYESTER FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 타이어 및 벨트 등 고무제품의 보강재로서 유용한 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 고강력의 특성을 가지면서 높은 모듈라스(High Modulus) 및 저수축의 특성을 지녀 치수안정성도 우수한 디프코드(Dipped Cord : D/C)의 제조에 사용되는 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

현재 타이어 및 벨트 등 고무제품의 보강재로서 널리 사용되고 있는 E-S(중간신도 + 수축율) 6.5∼8.0정도의 치수안정성이 우수한 HMLS(High Modulus Low Shrinkage : 고모듈라스저수축) 디프코드 제조용 원사는 폴리에스터 폴리머 용융물을 노즐을 통하여 압출한 다음 2,000m/min 이상의 고속으로 권취하여 미연신사의 복굴절율이 적어도 40×10^-3이상이 되게 하고 그 미연신사를 고뎃트(Godet)로울러를 이용하여 직접 연신하는 방법으로 제조되고 있다.

고모듈라스저수축 특성을 지니는 HMLS 산업용 폴리에스터사의 기술변화를 살펴보면, 미국특허 제 4,101,525호(데이비스 등)에 의해 처음으로 저수축, 저일손실의 고강력 폴리에스터 원사가 소개된 이래로 많은 특허들이 제안되고 있다.

미국특허 제 4,491,657호에는 HMLS 폴리에스터사에 있어서 낮은 수준의 터미날 모듈라스(Low Terminal Modulus)가 연사 및 디프코드(Dipped Cord)의 강력이용율을 높이는 것으로 제시되어 있다. 그러나 낮은 터미날모듈라스(Low Terminal Modulus)를 얻기 위해서는 연신비를 낮춰야 하기 때문에, 고강력 디프코드를 제조하기 위해서 고강력원사와 강력이용율이 적절히 발현되는 수준으로 터미날 모듈라스를 조절하는 것이 필요하다.

산업용 폴리에스터 원사의 고강력화를 위한 종래의 방법으로는 방사 노즐직하 분위기 온도에 히터를 이용하여 가열하여 미연신 배향을 낮춘 다음 고배율의 연신을 행하거나, 방사속도를 저속으로 하여 미연신배향을 낮춘다음 고배율의 연신을 행하는 방법이 사용되었으나, 이 방법은 수축율이 상승하여 최종 디프코드의 치수안정성이 불량해질 뿐만 아니라 연사 열처리 공정을 거치는 동안 강력 저하가 커서 실제 적용에 문제가 있다.

HMLS 원사의 강력을 높이는 다른 방법으로 미국특허 제 4,690,866호는 폴리에스터 칩(Chip)의 고유점도를 적어도 1.2 이상으로 높여 방사하는 방법을 제안하였다. 이와 같이, 칩의 점도를 높이면 방사장력의 증가로 미연신사의 배향이 증가하여 디프코드의 우수한 치수 안정성을 유지할 수 있고, 원사 구조적으로 비결정과 결정을 연결해 주는 타이체인(Tie Chain)의 형성이 많아지게 되어 낮은 연신비에서도 높은 강력을 발휘할 수 있게 된다. 그러나, 이와 같이 폴리에스터 칩의 점도를 높이기 위한 고상중합을 행하는 경우에는 점도를 높일수록 칩의 표면부분과 칩 중심부분의 고유점도 차가 심하게 되어 폴리머 점도 불균일에 의한 방사성 저하가 초래될 뿐만 아니라 방사중 높은 온도로 용융시켜 방사를 해야 하기 때문에 열분해 및 가수분해 등이 커져서 실제로 방사된 섬유는 칩의 점도를 높인 만큼 고유점도가 높아지지 않아 칩의 점도를 필요 이상으로 높여야 하므로, 시간과 에너지 손실이 크게 된다. 특히 폴리머의 점도 불균일에 의한 영향으로 섬유의 필라멘트 컷(Cut)이 많아 외관이 조악해지고 공정성도 불량해지는 문제점이 발생한다.

그리고 HMLS사 제조공정에서 원사에 평활성과 집속성을 부여하기 위하여 방출된 필라멘트에 유제를 부여하는 오일링을 행하는데, 일반적으로 사용되는 유제는 크게 비수계 유제와 수계 유제로 나누어진다. 이중 비수계 유제는 유제 원액과 미네랄 오일을 혼합하여 사용하거나(straight oil) 유제 원액 그 자체를 직접 사용할 수(meat-oil) 있다. 그러나, 비수계 유제는 일반적으로 공정성은 양호하나 공정중의 화재 위험성등 안정성이 미흡하며 적정 점도를 유지하기 위하여 별도의 히팅장치가 필요하고 또한 유제 비용의 과다 등 경제적인 측면에서 바람직하지 않다. 이에 반해 수계 유제는 비수계 유제에 비해 안정성 및 경제성은 양호하나 공정성 면에서 문제점을 안고 있으며, 특히 일반적인 수계 에멀젼 유제는 고속방사 직접연신법에 적합하지 않아 고속방사 직접연신법에 사용되는 적절한 유제의 개발이 절실하게 요구되고 있다. 이에 본 발명자들은 기존의 수계 에멀젼 유제의 사용시 발생하는 문제점을 개선하여 고속방사 직접 연신법에 사용될 수 있는 유제를 개발하여 본 발명을 성안하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하는것으로, 방사작업성 및 물성이 우수하고 고강력 및 저수축 특성을 갖는 디프코드로 제조될 수 있는 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고속방사 직접 연신법에서도 사용할 수 있도록 특수하게 고안된 유제를 사용함으로써 공정성의 저하 없이 안정성 및 경제성이 우수한수계 유제로 오일링 할 수 있는 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방사 호올간의 토출량의 차이를 줄여 원사내에서의 단사간 데니어 차를 줄이고 연신성을 개선할 수 있는 팩내에서의 폴리머의 이물질 여과 방법을 적용하여 연신작업성 및 고연신배율에서의 원사의 외관을 현저하게 개선할 수 있는 산업용 폴리에스터 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 산업용 폴리에스터 섬유를 제조함에 있어서, 중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 200∼400ppm이 되도록 첨가한 폴리에스터 로우 칩을 고상중합하여 고유점도가 1.00∼1.20이고 수분율이 30ppm 이하인 고상중합 폴리에스터 칩을 제조하고, 이를 290∼300℃의 저온에서 용융하여 스태틱 믹서가 장착된 특수 팩내 노즐을 통해 방사한 후 방출된 필라멘트를 평활제로서 알킬-티오-에스테르와 폴리옥시에틸렌-티오-에스테르가 유제 원액 성분의 50이상 함유토록 첨가한 유제 원액을 사용하여 제조한 10∼30농도의 수계 에멀젼 유제를 사용하여 O.P.U. 0.3∼0.8로 오일링하고, 2000∼3300m/min의 속도로 권취하여 고유점도가 0.95∼1.02이고, 배향도가 40∼90×10^-3인 미연신사를 수득한다음 연속하여 연신하는 것을 특징으로 하는 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법 및 그에 의하여 수득되는 산업용 폴리에스터 섬유를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법의 공정개략도,

도 2는 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유의 제조공정에 이용되는 방사팩내 스태틱믹서의 설치도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 팩 2 : 노즐

3 : 냉각존 4 : 방출사

5 : 유제부여장치 6∼10 : 고뎃트로울러

11 : 최종원사 L : 후드길이

12 : 몸체 13 : 상부분산판

14 : 스태틱 믹서를 갖는 폴리머 도관 15 : 하부 분산판

16 : 여과층

본 발명에 의한 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법은 방사공정에 있어서 폴리머의 고유점도(I.V.)를 특별히 높이지 않고 저온에서 용융 압출함으로써 용융방사 공정중의 폴리머 고유점도 저하를 극소화한 다음 연신사의 섬도 수준을 2∼5 데니어, 방사속도를 2000∼3300 m/min로 하여 복굴절율 40∼90×10^-3수준의 적절한 수준의 복굴절율을 갖는 미연신사를 만든 후 연신비를 조절하여 3단연신하고 히트세팅 온도를 190∼235℃로 조절하여 연신사를 제조함으로써 연사 및 디프공정을 거친 디프코드가 높은 강력과 우수한 치수안정성을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 도면을 참고하여 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법의 공정개략도이다. 본 발명의 방법에서는 중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머 중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 200∼400ppm이 되도록 첨가한 고유점도(I.V.)가 1.00∼1.20이고 수분율이 30ppm 이하인 고상중합한 폴리에스터 칩을 용융방사함에 있어, 용융한 폴리머 온도를 290∼300℃의 저온으로 하여 방사공정중 열분해 및 가수분해에 의한 점도저하를 최대한 억제하고, 팩(1) 및 노즐(2)을 통하여 방출사의 고유점도가 0.95∼1.02가 되도록 한다.

방출사(4)는 노즐 직하 냉각존(3)까지의 후드길이(L)를 별도의 가열장치 없이 통과시켜 급냉시킨 후 유제부여장치(5)를 사용하여 O.P.U. 0.3∼0.8로 오일링한다. 본 발명에서 사용되는 특수한 유제는 평활제로서 알킬-티오-에스테르와 폴리옥시에틸렌-티오-에스테르를 유제 원액 성분의 50이상, 바람직하게 80이상 함유하도록 제조한 10∼30농도의 수계 에멀젼 유제이다. 본 발명의 수계 에멀젼 유제에는 상술한 성분 이외에 폴리옥시에틸렌-폴리올-에스테르 및 폴리옥시에틸렌-폴리올 등의 유화제 및 소량의 파스페이트, 설포네이트, 산화방지제 등을 첨가하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 특징적으로 사용되는 이러한 수계 에멀젼 유제는 공정성이 우수하여 종래의 수계 유제의 사용시의 문제점을 보완할 수 있다.

이상과 같이 하여 오일링한 후에는 5쌍의 고뎃트 로울러(6∼10)를 거쳐 2000∼3300m/min의 속도로 권취하여 미연신사의 배향도가 40∼90×10^-3범위에 있도록 함과 동시에 3단연신을 행함으로써 단사섬도 2∼5 데니어의 최종원사(11)를 수득한다. 또한 연속방사연신하여 권취하기 직전에 에폭시계 화합물을 섬유 표면에 첨가하여 물성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 사용하는 칩의 수분율이 30ppm을 초과하면 방사중 가수분해가 많이 일어나서 최종적으로 얻어지는 섬유의 고유점도가 낮아져 고강력을 발휘할 수 없게 되고, 또한 칩 고유점도(I.V.)가 1.20 보다 높으면 저온방사에 의해 방사장력이 지나치게 증가하고 방출된 사물의 단면이 불균일하여 방사중 필라멘트 컷(Cut)이 많이 발생하고 방사 연신 작업성이 불량해진다.

본 발명에서는 안티몬계 촉매만을 사용하여 중합하는데, 안티몬 화합물의 사용량은 폴리머 중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 200∼400ppm이 되도록 첨가한다. 본 발명에서 상기 안티몬 화합물의 첨가량이 200ppm 미만이면 중합 반응속도가 느려져 중합효율이 저하되고, 그 첨가량이 400ppm을 초과하면 중합 후 촉매 석출에 의하여 팩압이 상승되고 노즐 오염속도가 증가하는 등으로 조업성이 불량해진다. 본 발명에서 안티몬 화합물의 첨가방법은 특별히 제한되지 않는다.

본 발명은 팩(pack) 내에서 폴리머의 이물질을 제거하는 방법으로 메탈파우더 또는 샌드로 충전하고 필터로 여과하던 종래의 방법을 개량하여, 여과 필터(300 메쉬 이상의 스크린 필터를 3매 이상 사용)만을 사용하여 여과함으로써, 방사

호올(orifice) 간의 토출량의 차이를 줄여 원사내에서의 단사간 데니어 차를 줄이고 연신성을 개선하여 고연신배율에서의 원사의 외관을 현저하게 개선하였다.

메탈파우더 또는 샌드로 충전하고 필터로 여과하던 종래의 폴리머 여과 방법에서는 팩(1)내 상부분산판(13) 위에서 메탈파우더 또는 샌드층이 유동하게 되어 여과층 높이가 불균일하게 되어 폴리머 흐름이 불균일하여 상부분산판(13)에서의 각 도관(14)에 흐르는 폴리머가 불균일하게 됨으로 인해, 방사 호올에서의 토출량의 차이가 발생하여 단사간 섬도반(차이)이 발생하게 된다.

본 발명에서와 같이 폴리머 여과제로서 필터만을 사용할 경우 메탈파우더 또는 샌드층을 사용하는 종래 기술에 대비하여 필터층 높이의 불균일을 막을 수 있어 방사호올 내에서의 토출량의 차이를 줄여 단사간의 섬도반(차이)을 변동계수(CV) 7-10에서 6이하로 줄일 수 있으며, 4이하로 줄이는 것도 가능토록 하였다.

본 발명에서 여과필터로 300 메쉬 이상의 스크린 필터 3매 미만을 사용하거나, 300 메쉬 미만의 스크린 필터를 사용할 경우, 단사절을 일으킬 수 있는 크기의이물질이 통과하게 되어 연신성 및 원사 외관이 불량해진다.

본 발명에서는 상술한 기술에 더하여 방사기내에 특수 팩(1)을 설치하여 사용하는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 용융된 폴리머를 노즐(2)을 통하여 압출함에 있어서 노즐(2) 상부 팩(1)내 몸체(12)에서 상부분산판(13)내에 4개 이상의 유니트(Unit)를 갖는 스태틱 믹서를 갖는 폴리머 도관을 설치하여 폴리머를 고르게 섞이도록 하여 폴리머의 부위별 용융점도의 균일성을 높여 방사작업성을 향상시킨다. 스태틱 믹서를 설치하지 않을 경우에는 방사 작업성이 떨어지고 필라멘트 컷(Cut)이 발생한다.

팩(1)내의 스태틱 믹서는 팩(1)내 필터링을 위한 샌드층(16) 밑의 폴리머가 흐르는 도관 (13)내에 설치되며 각 도관마다 스태틱 믹서의 유니트가 적어도 4개 이상의 복수로 설치되어야 한다. 스태틱 믹서의 유니트가 4개 미만이 되면 폴리머의 믹싱 효과가 떨어져 방사작업성이나 원사외관에 있어서 효과를 발휘하지 못한다.

본 발명은 노즐(2) 직하에 별도의 가열장치를 설치하지 않아 노즐(2) 직하온도를 용융점 이상으로 가열하지 않고 단순히 노즐(2) 직하에서 냉각존(3)까지의 거리, 즉 후드길이(L)를 140∼220mm로 조절하여 노즐(2) 직하 분위기 온도를 200∼250℃의 저온으로 하여 방출된 필라멘트를 노즐(2)에서 용출되자마자 가능한한 빨리 냉각시켜 고화점을 높인다.

본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법은 이와 같이 노즐(2) 직하 분위기 온도를 낮춤으로써 방사된 폴리머의 고화점을 높이고 방사장력을 높임으로써타이체인의 형성 및 미연신 배향을 높여 고강력 및 치수안정성이 우수한 원사를 생산할 수 있다.

본 발명의 방법에 의하면 미연신사의 배향도를 40∼90×10^-3범위에 있게 하면서 단사의 섬도, 히트세트 롤러의 온도, 연신비를 변화시켜 다양한 물성을 갖는 폴리에스터 HMLS 원사의 제조가 가능하다.

본 발명에서 미연신사의 배향도가 40×10^-3미만이면 디프 열처리시 강력저하가 크고 디프코드의 E-S가 상승하여 치수안정성이 불량해져서 유용하지 못하며, 미연신사의 배향도가 90×10^-3을 초과하는 경우에는 작업가능한 최대연신비가 낮아져 원사 강력을 충분히 높일 수 없게 된다.

본 발명 방법에 의하면 고유점도 0.94∼1.00, 비정배향계수(fa) 0.70∼0.80, Mi(Initial Modulus) 90∼120g/d, Mt(Terminal Modulus) 5∼70g/d, 강도 6.5∼9.3g/d, 신도 11.0∼18.0, 수축율 4.0∼7.5, 결정화도 40∼51, 결정크기가 36∼45Å의 범위의 물성을 갖는 산업용 폴리에스터 섬유가 수득된다.

특히, Mt(Terminal Modulus)가 70g/d를 초과하면 사 및 디프코드의 강력이용율이 낮아져 유용하지 못하며, 5g/d 미만인 경우에는 미연신배향을 높여야 하므로원사강력을 충분히 발현할 수 없게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명 방법에 의하여 제조된 산업용 폴리에스터 섬유는 6.5g/d 이상의 고강도 및 저수축율을 가짐과 동시에 디프 열처리시에도 강력저하가 적기 때문에, 이와 같은 산업용 폴리에스터 섬유를 2 플라이로 하여 각각 상연 및하연을 주어 연사한 후 디핑 열처리하여 제조되는 디프코드는 다음과 같은 물성은 갖는다: 강도 6.3g/d 이상, E-S(중간신도+수축율) 6.0∼8.0즉, 본 발명의 디프코드는 고강력 및 치수안정성이 우수한 이점을 가지므로 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 그 밖의 산업용으로 사용하기에 매우 유용하다.

[실시예]

이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이러한 실시예는 본 발명의 설명을 위한 것으로 첨부된 본 발명의 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명에서 실시예중의 물성치는 다음의 방법으로 측정하였다.

(1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터(Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V.값을 계산하였다.

R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수

I.V. = 1/4×(R.V.-1/농도CO₄)+3/4×(In R.V./농도)

(2) 연신사 및 디프코드의 강.신도

표준상태(20℃, 65RH)하에서 시료장 250mm, 인장속도 300mm/min 80TPM의 조건으로 측정하였다.

(3)Mi(Initial Modulus)

인장시험의 S-S 커브상에서 시작부의 접선을 그어 기울기로 계산하였다.

(4) Mt(Terminal Modulus)

S-S 커브상에서 절단신도 2.4％전의 신도에서와 절단신도 사이에서의 강력증가를 구하고 이를 데니어(Denier)와 0.024로 나눈 값으로 산출하였다.

(5) 결정화도

밀도구배관을 이용하여 시료의 밀도(ρ)를 구한후 하기 식으로 계산하였다.

결정화도() = ρc/ρ × (ρ - ρa)/(ρc-ρa)

단, ρ : 시료의 밀도(g/㎤), ρc : 결정의 밀도(1.455g/㎤),

ρa : 비결정의 밀도(1.335g/㎤)

(6) 결정크기

λ - 1.5428Å의 X-Ray를 이용하여 광각(廣角) X선 회절분석을 하여 얻어진 회절 패턴(Pattern)에서 (100) 회절 피크를 해석하여 다음의 식으로 계산하였다.

결정크기 = Kλ / β cosθ

단, K : Shrrer 상수(0.9), λ: X-Ray 파장(1.5428Å)

β : 반높이 나비(Half Width), θ : 브래그 각(Bragg Angle)

(7) 비정배향함수(fa)

fa = Δn-fc ·Xc·Δnc/(1-Xc)·Δna

단, Δn : 복굴절, fc : 결정배향함수, Xc : 결정화도,

Δnc : 결정의 고유복굴절(0.220),

Δna : 비결정의 고유복굴절(0.275)

(8) 수축율

시료를 20℃, 65RH의 표준상태하에서 24시간 이상 방치한 후 0.1g/d에 상당하는 중량을 달아 길이를 측정한 후 (Lo) 무장력상태하에서 드라이오븐을 이용하여 원사는 150℃, 디프코드는 150℃하에서 30분간 처리한 다음 꺼내어 4시간 이상 방치한 다음 하중을 달아 길이(L)를 측정하여 하기 식에 의해 수축율을 계산하였다.

ΔS() = (Lo - L)/Lo × 100

(9) 중신(중간신도)

강신도 S-S 커브상에서 원사는 4.5 g/d의 하중하에서의 신도, 디프코드는 2.25 g/d의 하중에서의 신도를 측정하였다.

(10) E+S

E+S는 중간신도와 수축율을 더하여 산출하였다.

실시예 1∼2 및 비교예 1∼4

중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 320ppm이 되도록 첨가한 고유점도(I.V.) 0.65의 폴리에스터 로우칩을 진공하에서 220℃ 온도로 고상중합하여 고유점도 1.06을 만들고, 수분율 20ppm으로 하여 압출기에서 용융방사하여 방사도관으로 통한 다음, 각 도관마다 5개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩을 통과시켜 500∼600 g/min의 토출량으로 노즐을 통하여방사하였다.

노즐직하 길이 150mm의 바가열 후드부를 지나 19℃, 0.5m/sec의 풍속을 갖는 길이 530mm의 냉각존을 지나 고화시킨 후 하기 표 1에 기재된 조성으로 이루어진 수계 에멀젼 유제로 오일링한 후, 2100m/min의 속도로 고뎃트 로울러에 권취시고 다른 고뎃트 로울러를 이용하여 3단연신을 행하고, 2의 릴렉스(Relax)를 준 다음 권취하여 1000데니어 249필라멘트의 원사를 제조하였다.

제조된 원사 2가닥을 470TPM으로 상연(上撚) 및 하연(下撚)을 주어 2 플라이(Ply) 연사하여 RFL(Resorcinol Formal in Latex)에 디핑한 후, 240℃로 열처리하여 디프코드를 제조하고 유제 종류별 원사 및 디프코드의 물성을 평가하여 하기 표 2에 정리하였다.

유제종류	평활제	유화제	기타
A	알킬-티오-에스테르 30POE-알킬-티오에스테르 25알킬-알킬레이트 6	POE-알킬-에테르 17POE-폴리올 15	산화방지제,고분자활성제 7
B	알킬-티오-에스테르 30알킬-알킬레이트 30	POE-알킬-에테르 20POE-폴리올 13	산화방지제,고분자활성제7
C	올레일-올레에이트 50	POE-캐스터-트리스테아레이트 27POE-솔비탄-트리스테아레이트 11올레익에시드-모노글리세라이드 6	산화방지제,고분자활성제 6

※ POE: 폴리옥시에틸렌

실시예 3∼6 및 비교예 5∼18

중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 320ppm이 되도록 첨가한 고유점도(Ⅳ) 0.65의 폴리에스터 로우칩을 고상중합하여 하기 표 3의 각 실시예 및 비교예에 따른 점도별 고상중합 칩을 만들고 수분율을 20ppm으로 하여 압출기에서 용융방사하여 방사도관으로 통한 다음, 팩내로 폴리머를 압출시켜 각 도관마다 5개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩을 지나게하여 500∼600 g/min의 토출량으로 노즐을 통하여 방사하였다.

노즐직하 길이 170mm의 바가열 후드부를 지나 20℃, 0.5m/sec.의 풍속을 갖는 길이 530mm의 냉각존을 지나 고화시킨 다음 수계에멀젼 유제(표2-A)로 오일링을 한 후, 2100m/min의 속도로 고뎃트 로울러에 권취시켜 다른 고뎃트 로울러를 이용하여 3단연산을 행하고, 2의 릴렉스(Relax)를 준 다음 권취하여 단사섬도 4데니어의 1000데니어/249필라멘트 원사를 제조하였다.

끝으로 실시예 1에서와 동일한 방법으로 디프코드를 제조하고 원사 및 디프코드의 물성을 평가하여 하기 표 3에 정리하였다.

실시예 7∼9 및 비교예 19∼23

중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 320ppm이 되도록 첨가한 고유점도(I.V.) 0.65의 폴리에스터 로우칩을 고상중합하여 I.V. 1.05의 고상중합 칩을 제조하고, 수분율을 20ppm으로 하여 용융 폴리머 온도 295℃로 압출기에서 용융하여 방사 도관으로 통한 다음, 하기 표 4의 조건하에서 토출량 500∼600g/min으로하여 노즐을 통하여 방사하였다. 이 때 실시예 7-9에서는 본 발명의 방법에 따라 스태틱 믹서를 설치하여 실시하였고 비교예18-20에서는 스태틱 믹서를 설치하지 않고 실시하였다.

그후 20℃, 0.5m/sec.의 풍속을 갖는 길이 530mm의 냉각존을 통과시켜 고화시킨 다음 수계 에멀젼 유제(표2-A)로 오일링한 후, 2100m/min의 속도로 고뎃트 로울러에 권취시켜 고뎃트 로울러를 이용하여 3단연신을 행한 다음, 2의 릴렉스(Relax)를 주어 권취하여 단사섬도 4데니어의 1000데니어/249필라멘트 원사를 제조하였다

실시예 1에서와 동일한 방법으로 디프코드를 제조하고 원사 및 디프코드의 물성을 평가하여 하기 표 4에 정리하였다. 표 4에 정리된 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 스태틱 믹서를 설치하지 않으면 D/C 강력이 저하되거나 원사 외관이 불량해지는 문제점이 발생한다.

실시예 10∼14 및 비교예 24∼26

중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 320ppm이 되도록 첨가한 고유점도(I.V.) 0.65의 폴리에스터 로우칩을 고상중합하여 I.V. 1.05의 고상중합 칩을 만들고 수분율을 20ppm으로 하여 용융 폴리머온도 295℃로 압출기에서 용융하여 방사도관으로 통한 다음, 팩내로 폴리머를 압출시켜 각 도관마다 5개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩을 통하여 폴리머를 필터링 한 후, 토출량 500∼600 g/min에서 노즐을 통하여 방사한 후에 별도의 가열장치가 없는 길이 220mm의 후드부(후드내 분위기 온도 240℃)를 통과시키고, 20℃, 0.5m/sec.의 풍속을 갖는 길이 530mm의 냉각존을 지나 고화시킨 다음 표2의 A 수계 에멀젼 유제로 오일링을 한 후, 각 실시예별 및 비교예별로 하기 표 5에 나타낸 바와 같이 방사속도를 달리하여 권취하여 고뎃트 로울러를 이용하여 3단 연신하고 2의 릴렉스를 준 후, 권취하여 단사섬도 4데니어의 1000데니어/249 필라멘트 원사를 제조하였다.

실시예 1에서와 동일한 방법으로 디프코드를 제조하고 원사 및 디프코드의 물성을 평가하여 하기 표 5에 정리하였다.

실시예 15∼18 및 비교예 27∼32

중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 360mm이 되도록 첨가한 고유점도(I.V.) 0.65의 폴리에스터 로우칩을 고상중합하여 하기 표 6의 각 실시예 및 비교예에 따른 점도별 고상중합 칩을 만들고 수분율을 20ppm으로 하여 압출기에서 용융방사하여 방사도관으로 통한 다음, 팩내로 폴리머를 압출시켜 표 6의 여과재 및 필터로 구성된 여과층을 통하여 여과한다음 각 도관마다 5개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩을 지나게 하여 연신사 1000 데니어의 경우는 500∼600 g/min, 연신사 1500데니어의 경우는 800∼900 g/min의 토출량으로 노즐을 통하여 방사하였다.

노즐직하 길이 170mm의 바가열 후드부를 지나 20℃, 0.5m/sec.의 풍속을 갖는 길이 530mm의 냉각존을 지나 고화시킨 다음 수계 에멀젼 유제(표2-A)로 오일링한 후, 2400∼3200m/min의 속도로 고뎃트 로울러에 권취시켜 다른 고뎃트 로울러를 이용하여 3단연신을 행하고, 2의 릴렉스(Relax)를 준 다음 권취하여 단사섬도 3∼4데니어의 1500데니어 원사를 제조하였다.

실시예 1에서와 동일한 방법으로 디프코드를 제조하고 여과 형태별 원사 및 디프코드의 물성을 평가하여 하기 표 7에 정리하였다.

구분	여과재	필터
A	10-20μ메탈파우더 300g	325 메쉬 필터(1겹)
B	10-20μ메탈파우더 400g	325 메쉬 필터(1겹)
C	-	200 메쉬 필터(3겹)
D	-	325 메쉬 필터(3겹)

상술한 바와 같이 본 발명의 방법은 저온방사를 가능케 하므로 원사의 고유점도 수준을 확보하기 위하여 폴리머 칩의 고유점도를 일반방사 수준으로 높일 필요가 없어, 이에 따른 고상중합시의 시간과 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 고상중합시의 단점인 칩 내부와 외부의 고유점도차를 줄임으로써 폴리머 점도 균일도를 높여 작업성 및 물성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다. 또한 본 발명에서와 같이 여과필터만을 사용하여 이물질을 제거하면 방사호올간의 토출량의 차이를 줄여 원사내에서의 단사간 데니어 차를 줄이고 연신성을 개선하여 고연신배율에서의 원사의 외관을 현저하게 개선할 수 있다.

또한 본 발명은 노즐 상부 팩내에 스태틱 믹서를 설치하여 폴리머를 고르게 섞이도록 하여 방사연산시 필라멘트 컷에 의한 작업성 및 물성저하를 방지하였고, 노즐 직하의 온도를 250℃ 이하의 저온으로 유지시켜 폴리머를 빠르게 고화시키면서 2000m/min 이상의 고속으로 권취함으로써 미연산 배향을 극대화하므로 본 발명의 산업용 폴리에스터 섬유는 비교적 낮은 연신비에서도 고강력을 발휘할 수 있는 이점을 갖게 된다.

더 나아가 본 발명의 방법에서는 사용되는 수계 에멀젼 유제는 고속방사 직접 연신법에서도 문제 없이 사용할 수 있도록 종래의 수계 에멀젼 유제의 문제점을 보완한 것으로, 본 발명 방법에 의하면 공정성의 저하 없이 안정성 및 경제성이 뛰어난 수계 유제로 오일링 할 수 있다는 효과를 수득할 수 있다. 또한 본 발명은 팩(pack) 내에서 폴리머의 이물질을 제거하는 방법으로 300 메쉬 이상의 스크린 필터를 3매 이상 사용한 여과 필터를 사용하여 여과함으로써, 방사 호올 간의 토출량의 차이를 줄여 원사내에서의 단사간 데니어 차를 줄이고 연신성을 개선하여 고연신배율에서의 원사의 외관을 현저하게 개선할 수 있다.

Claims

산업용 폴리에스터 섬유를 제조함에 있어서, 중합촉매로 안티몬 화합물을 폴리머중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 200∼400ppm이 되도록 첨가한 폴리에스터 로우 칩을 고상중합하여 고유점도가 1.00∼1.20이고 수분율이 30ppm 이하인 고상중합 폴리에스터 칩을 제조하고, 이를 290∼300℃의 저온에서 용융하여 폴리머 분산판의 각각의 도관내에 적어도 4개 이상의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 설치한 팩내에서 300 메쉬 이상의 스크린필터를 3매 이상 사용하여 여과한 다음 노즐을 통해 방사한 후, 방출된 필라멘트를 평활제로서 알킬-티오-에스테르와 폴리옥시에틸렌-티오-에스테르가 유제 원액 성분의 50% 이상 함유토록 유제 원액을 사용하여 제조한 10∼30% 농도의 수계 에멀젼 유제를 사용하여 O.P.U. 0.3∼0.8%로 오일링하고, 2000∼3300m/min의 속도로 권취하여 고유점도가 0.95∼1.02이고, 배향도가 40∼90×10^-3인 미연신사를 수득한 다음 연속하여 연신하는 것을 특징으로 하는 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 연신사의 단사 섬도가 2∼5데니어이고 상기 방법이 3단연신에 의한 연신비 조정 단계 및 최종 히트세트 롤러의 온도를 190∼235℃로 조정하여 연속방사연신하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1 항의 방법에 의해 제조되고, 하기의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 산업용 폴리에스터 섬유:

(1) 고유점도(I.V.) : 0.94∼1.00

(2) 강도 : 6.5∼9.3g/d

(3) 신도 : 11.0∼18.0

(4) 비정배향계수(fa) : 0.70∼0.80

(5) 수축율 : 4.0∼7.5

(6) Mi(Initial Modulus) : 90∼120g/d

(7) Mt(Terminal Nokulus) : 5∼70g/d

(8) 결정화도 : 40∼51

(9) 결정크기 : 36∼45Å
제 5 항에 있어서, 연속방사연신하여 권취 하기 직전에 에폭시계 화합물을 섬유 표면에 첨가하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.
제 5 항 또는 제 6 항의 산업용 폴리에스터 섬유를 2 플라이로 하여 각각 상연 및 하연을 주어 연사한 후 디핑 열처리하여 제조되고 하기 조건을 동시에 만족시키는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 디프코드.

(1) 강도 : 6.3g/d 이상

(2) E-S(중간신도+수축율 ): 6.0∼8.0