KR100329035B1 - 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경편용 해도형 복합섬유에 관한 것이다. 본 발명은 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 제조된 경편용 해도형 복합섬유에 있어서, 아래 물성을 동시에 충족시킴을 특징으로 한다.
- 아 래 -
·해성분 용출전의 원사 모듈러스 : 60∼90g/d
·해성분 용출후의 원사 모듈러스 : 25∼60g/d
·해성분 용출후의 원사 강도 : 2∼4g/d
본 발명으로 제조한 해도형 복합섬유는 열수축 특성이 양호하여 기모성이 우수하며, 경편지의 촉감 및 외관을 향상 시킨다.
Description
본 발명은 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 해성분 용출후 도성분 원사의 물성이 우수하여 최종 제품인 기모 경편지의 품질을 향상시킬 수 있는 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
해도형 복합섬유를 사용하여 경편지를 제조하는 경편공정은 제편속도가 빠르기 때문에 고품질의 원사특성, 특히 원사의 매끄러운 특성이 요구된다. 또한 경편지를 제조하는 후가공공정은 감량, 기모, 염색 등의 복잡한 여러 단계를 거쳐야 하기 때문에, 해성분 용출후의 도성분 원사의 물성이 그대로 유지되는 성질이 매우 중요하다.
해도형 복합섬유는 알칼리 이용해성(易容解性) 폴리머를 해성분으로 사용하고 섬유형성성 폴리머를 도성분으로 사용하여 이들을 해도형으로 복합 방사하여 제조되며, 주로 극세섬유를 제조하기 위한 목적으로 생산되고 있다. 다시 말해 해도형 복합섬유 제조후 이를 알칼리 용액으로 처리하여 알칼리 이용해성 폴리머인 해성분을 용출하므로서 도성분만으로 구성되는 극세섬유를 제조하게 된다.
이와 같이 해도형 복합섬유로부터 극세섬유를 제조하는 방법은 직접방사로 극세섬유를 제조하는 방법에 비해 방사 및 연신조업성이 우수하고 보다 세섬도인 극세섬유를 얻을 수 있는 장점이 있는 한편, 제직 또는 편직후 가공공정에서 해성분 폴리머를 유기용제 등으로 용출, 제거하는 공정이 필요하다.
일반적으로 경편용 해도형 복합섬유에 사용되는 해성분 폴리머로는 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르가 주로 사용된다. 그 이유는 특수 장치 및 회수 처리 비용이 많이 드는 유기용제를 사용하지 않고도 일반 폴리에스테르 직물의 감량 가공에 널리 적용되는 알칼리 용액 및 감량 설비에서 해성분의 용출이 가능하기 때문이다.
도성분 폴리머가 나일론인 경우 해성분 용출시 나일론이 알칼리 용액에 의해 침해되는 정도가 매우 낮기 때문에 해성분의 용출 속도는 크게 중요하지 않으나, 도성분이 폴리에스테르인 경우는 알칼리에 취약하므로 해성분의 용출 속도가 낮은 경우 해성분이 완전히 용출되기 전에 도성분이 침해되어 용출후 원사 물성이 급격히 저하된다. 이로 인해 경편지의 기모성이 불량하게 되며 목표하는 최종 제품의 외관,촉감이 발현되기 곤란하다.
반면 해성분의 용출속도가 빠르면 상기 문제들의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 알칼리 농도,용출온도 및 시간을 감소시킬 수 있기 때문에 용출 비용의 절감과 함께 생산성을 증대시킬 수 있는 장점도 있다.
그러나 해성분의 용출 속도를 높이기 위해서는 공중합 화합물의 함량을 증가시켜야 하나, 과다하게 공중합 화합물의 함량이 증가하면 용출성은 향상되는 반면 폴리머의 융점이 없어지고 연화점만이 존재하는 무정형 폴리머가 되어 제사하는 것이 곤란하게 된다.
해도형 복합섬유 제조에 사용되는 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 제조하는 종래 기술로서는, 첫째 폴리에스테르 중합공정 중에 디메틸-5-설포이소프탈레이트소디움솔트(이하 "DMIS"라고 한다) 또는 저분자량의 폴리알킬렌글리콜(이하 "PAG"라고 한다)을 공중합 시키는 방법과, 둘째 폴리에스테르와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법과 셋째 폴리에스테르 중합체와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법들이 알려져 있다.
이상에서 설명한 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사, 연신 및 가연 처리하는 방법으로 해도형 복합섬유를 제조하는 경우에는, 원사의 평활성(Flat property)이 저하되어 제편성이 불량해지는 문제가 있다.
보다 구체적으로 가연(False Twisting) 처리된 원사는 벌키(Bulky) 하기 때문에 고속 경편시 제편성이 저하된다. 또한 해성분 용출후 원사 물성이 크게 저하되어 경편후 계속되는 기모공정에서 기모성이 저하되고 경편지의 외관 및 품질이 나빠지는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 경편기의 니들과 원사간의 마찰이 작아 공정통과성이 좋아지는 원사 특성(이하 "평활성" 이라고 한다) 및 해성분 용출후의 원사물성이 우수하여 경편용 원사로 특히 유용한 해도형 복합섬유를 제공하기 위한 것이다. 또다른 본 발명의 목적은 경편용 원사로 특히 적합한 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 공정 개략도
※도면중 주요부분에 대한 부호 설명
1 : 방사구금 2 : 제1고뎃로울러 3 : 제2고뎃로울러 4 : 와인더
이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 경편용 해도형 복합섬유는 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 제조된 경편용 해도형 복합섬유로서, 아래 물성을 동시에 충족시킴을 특징으로 한다.
- 아 래 -
·해성분 용출전의 원사 모듈러스 : 60∼90g/d
·해성분 용출후의 원사 모듈러스 : 25∼60g/d
·해성분 용출후의 원사 강도 : 2∼4g/d
또한 본 발명의 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법은 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 경편용 해도형 복합섬유를 제조함에 있어서, 아래 조건을 동시에 충족시킴을 특징으로 한다.
- 아 래 -
·제1고뎃로울러의 속도(V1) : 1,000m/분∼5,000m/분
·제2고뎃로울러의 속도(V2) : 1,500m/분∼6,000m/분
·제1고뎃로울러 상의 원사내 도성분의 복굴절율(Δn) : 0.005∼0.090
·제2고뎃로울러 상의 원사 모듈러스 : 60∼90g/d
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 알칼리 이용해성인 공중합 폴리에스테르를 해성분 폴리머로 사용하고, 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분 폴리머로 사용하여, 이들을 통상의 해도형 복합방사구금(1)으로 복합방사한다.
이때 해성분 폴리머로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 DMIS를 3∼15몰% 공중합 하고, 여기에 다시 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜 4∼20중량%를 첨가하여 제조한 알칼리 이용성 공중합 폴리에스테르를 사용할 수 있다.
계속해서 본 발명은 방사된 원사를 제1고뎃로울러(2) 및 제2고뎃로울러(3)를 통과시키면서 연신하고, 와인더(4)로 권취하여 해도형 복합섬유를 제조한다. 다시말해 본 발명은 방사와 연신을 동일공정에서 실시하는 방사 직접 연신 공법으로 제조한다.
본 발명은 방사, 연신 및 가연 공법으로 벌키(Bulky)한 해도형 복합섬유를 제조하는 방법과 비교시, 평활한 특성을 갖는 원사를 제조할 수 있어서, 고속경편에 더욱 유리한 장점이 있다.
이때 제1고뎃로울러의 속도(V1)는 1,000∼5,000m/분으로, 제2고뎃 로울러의 속도(V2)를 1,500m/분∼6,000m/분으로 설정한다. 더욱 바람직 하기로는 제1고뎃로울러의 속도(V1)를 1,000∼3,000m/분으로 설정 한다.
제1고뎃로울러(2) 및 제2고뎃로울러(3)의 속도가 상기 범위보다 낮으면 원사가 충분하게 배향결정화 되지않아 향후 기모공정에서 커팅이 불균일하게 되며 감량공정에서는 감량을 콘트롤 할 수 없게 된다.
또한 제1고뎃로울러 및 제2고뎃로울러의 속도가 상기 범위를 초과하는 경우에는 원사내 도성분의 복굴절율 및 결정화도가 저하되어 본 발명의 원사 물성을 만족시킬 수 없고, 그로인해 경편작업성 등이 저하되는 문제가 발생된다.
제1고뎃로울러 및 제2고뎃로울러의 속도를 조절하는 것 외에도 연신온도, 연신배율 및 냉각조건 등을 적절하게 조절하므로서 제사공정 각 단계에서의 원사물성들을 관리 할 수 있다.
먼저, 제1고뎃로울러 상의 원사내 도성분의 복굴절률(Δn), 다시말해 제1고뎃로울러를 통과하는 원사내 도성분의 복굴절율(Δn)은 0.005∼0.090 이 되도록 제조조건을 설정한다. 만약 상기 범위보다 높은 경우에는 기계적 응력이 너무 커 원사의 파단현상이 발생되며, 상기 범위보다 낮을 경우에는 모듈러스 및 강신도가 너무 낮아 연신이 불가능한 문제가 발생된다.
또한 제2고뎃로울러 상의 원사 모듈러스는 60∼90g/d가 되도록 제조조건을 설정한다. 만약 상기 범위보다 낮은 경우에는 원사의 밀도가 낮고 신도가 필요 이상으로 높아져서 경편용 원사로 사용이 불가능해 지고, 상기 범위보다 높은 경우에는 기계적 강도가 높아져서 기모파일이 거칠어져 해도형 극세사의 효과가 약해지는 문제가 발생된다.
제1고뎃로울러 상의 원사내 도성분의 복굴절율(Δn)은 캡쳐를 사용하여 방사중인 사도상 원사를 제1고뎃로울러 후단부에서 절단하는 것과 거의 동시에 제1고뎃로울러 선단부에서 절단한 다음, 제1고뎃로울러 표면상에 권사된 필라멘트를 절단 즉시 샘플로 채취하여 후술하는 방법으로 원사 물성들을 측정한 값이다.
더욱 구체적으로 샘플 채취시에는 제1고뎃로울러에 권사된 필라멘트층 중에서 제1고뎃로울러 표면에 위치하는 필라멘트를 채취하며, 제1고뎃로울러 온도에 의해 원사물성이 변하는 것을 방지하기 위해 절단 즉시 채취 한다.
제2고뎃로울러 상의 원사 모듈러스는 캡쳐를 사용하여 방사중인 사도상 원사를 제2고뎃로울러의 선단부와 후단부에서 동시에 절단하고, 제2고뎃로울러 표면상에 권사된 필라멘트를 절단 즉시 샘플로 채취하여 후술하는 방법으로 원사 물성들을 측정한 값이다.
이와 같이 방사 직접 연신 방법으로 제조, 권취된(도 1의 4) 본 발명의 경편용 해도형 복합섬유는 아래와 같은 특징적인 물성을 갖는 것을 특징으로 한다.
먼저, 해성분 용출전의 원사 모듈러스가 60∼90g/d 이고, 해성분 용출후의 원사 모듈러스가 25∼60g/d 이다. 해성분 용출후 원사 강도는 2∼4g/d 이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분 용출후의 도성분 원사 물성이 우수하다. 그 결과 원사단면 형성성, 기모성 및 촉감 등이 우수하며, 기모 및 해성분 용출시 원사물성 저하가 최소화 된다. 그 결과 본 발명의 해도형 복합섬유는 기모 경편지 제조용 원사로 특히 적합하다.
본 발명의 원사(복합섬유)는 해성분 용출전의 단사섬도가 2∼5데니어, 해성분 용출후의 단사섬도가 0.001∼0.3데니어 이다. 해성분 용출전의 해도형 복합섬유의 총섬도는 경편지의 후도 등을 고려하여 50∼150데니어인 것이 바람직 하나, 상기 총섬도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 해도형 복합섬유로 경편지를 제편한 다음, 알칼리 용액으로 해성분을 용출하고, 기모하여 기모 경편지를 제조한다. 해성분의 용출은 해도형 복합섬유를 1% 농도의 수산화나트륨 용액(욕비=10:1)에서 95℃로 30분간 처리하여 실시한다.
본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분의 용출성 및 원사물성 특성 등에 기인하여 상기 해성분 용출공정이나 기모공정에서 원사 모듈러스 저하가 최소화 된다. 그 결과 기모성이 향상되며, 최종제품인 경편지의 외관 및 촉감이 우수하게 된다.
본 발명에 있어서, 원사물성은 아래와 같이 평가 하였다.
·강도 / 모듈러스
인스트롱 회사의 인장시험기로 10회 측정(시료길이: 25cm, 인장속도: 30cm/분) 하여 평균값을 구한다. 여기서 모듈러스는 초기 모듈러스를 의미한다.
·원사내 도성분의 복굴절율(Δn)
간섭현미경(독일 칼 자이스 회사제품, 모델명 : JENAPOL -U INTERPHAKO)으로 측정 하였다. 복굴절율은 아래 공식으로 구한다.
여기서, R은 보상지연 값(Compensator retardation) 이고, S는 석영플레이트의 지연값(Retardation of quartz shim) 이고, D는 파이버 직경(Fiber Diameter) 이다. 또한 R과 S의 단위는 nm이고 D의 단위는 ㎛ 이다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴 본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
디메틸-5-설포이소프탈레이트소디움이 4몰% 공중합 되어 있는 공중합 폴리에스테르에 수평균 분자량이 8,500인 폴리에틸렌글리콜 8중량%를 첨가하여 알칼리 이용해성 폴리머를 제조한다. 제조된 상기 알칼리 이용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 고유점도가 0.65인 폴리에틸렌테레프 탈레이트를 도성분으로 사용하여, 이들을 288℃에서 도성분 수가 36개인 해도형 복합방사 구금을 통해 방사한다.계속해서 방사된 원사를 속도가 1,500m/분인 80℃의 제1고뎃로울러와 속도가 4,200m/분인 125℃의 제2고뎃로울러 사이에서 연신하고, 계속해서 4,150m/분의 권취속도로 권취하여 75데니어 24필라멘트의 해도형 복합섬유를 제조한다. 이때 방사구금 직하의 냉각조건은 상대습도 100%, 냉각풍 온도 20℃, 냉각풍 속도 0.4m/초 로 설정 하였다. 또한 제1고뎃로울러 상의 원사내 도성분 복굴절률은 0.0063이 되도록 제조조건을 설정 하였고, 제2고뎃로울러 상의 원사 모듈러스는 71g/d로 설정 하였다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유를 95℃의 1% NaOH 용액에서 해도형 복합섬유를 30분 동안 처리하여 해성분을 용출한다. 해성분 용출후의 도성분 단사섬도는 0.06 데니어 이다. 해성분 용출후의 원사물성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다. 상기 해도형 복합섬유를 표면조직의 원사로 사용하고, 섬도가 5데니어 이고, 비등수수축율이 28%인 공중합 폴리에스터 원사(고수축 원사)를 이면조직의 원사로 하여, 밀도가 23본/CM인 경편지를 제조한다. 이때 이면조직용 원사의 사용비율은 가공편지 전체중량에 대하여 26중량%로 한다. 이렇게 제조된 경편생지를 50% 수축되도록 기모한 다음, 계속해서 예비셋트(190℃)→감량(NaOH 농도 1% O.W.S, 98℃×30분)→염색(분산염료)→버핑가공→최종셋트(180℃)하여 가공 경편지 를 제조한 결과 기모성이 양호 하였고, 경편지의 외관 및 촉감이 우수 하였다.
실시예 2 ∼ 실시예 3 및 비교실시예 1 ∼ 비교실시예 2
제조조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 75데니어 24필라멘트의 해도형 복합섬유를 제조한다. 단, 권취속도는제2고뎃로울러 속도보다 1% 느리게 설정 하였다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유를 95℃의 1% NaOH 용액에서 해도형 복합섬유를 30분 동안 처리하여 해성분을 용출한 다음, 해성분 용출후 원사물성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.
| 구 분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교실시예1 | 비교실시예2 |
| 제1고뎃로울러 속도(m/분) | 1,500 | 1,600 | 3,000 | 3,600 | 800 |
| 제2고뎃로울러 속도(m/분) | 4,200 | 4,100 | 5,450 | 6,100 | 4,000 |
| 제1고뎃로울러 상의 원사내도성분의 복굴절율(Δn) | 0.0063 | 0.0071 | 0.0083 | 0.0103 | 0.0048 |
| 제2고뎃로울러 상의원사 모듈러스(g/d) | 71 | 63 | 84 | 95 | 55 |
| 구 분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교실시예1 | 비교실시예2 |
| 해성분 용출전의 원사 모듈러스(g/d) | 69.44 | 67.36 | 72.44 | 67.36 | 69.44 |
| 해성분 용출후의 원사 모듈러스(g/d) | 36.47 | 34.28 | 38.29 | 17.98 | 20.37 |
| 해성분 용출후의 원사강도(g/d) | 3.56 | 3.84 | 3.71 | 1.32 | 1.38 |
본 발명의 경편용 해도형 복합섬유는 해성분 용출후의 원사물성(강도 등)이 매우 우수하여 경편지 제조시 기모성이 우수하게 되고, 촉감 및 외관이 우수한 경편지를 제조 할 수 있다. 이와 같은 효과로 인해 본 발명의 해도형 복합섬유는 기모 경편지 제조에 특히 유용하다.
Claims (6)
- 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 제조된 경편용 해도형 복합섬유에 있어서, 아래 물성을 동시에 충족시킴을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유.- 아 래 -·해성분 용출전의 원사 모듈러스 : 60∼90g/d·해성분 용출후의 원사 모듈러스 : 25∼60g/d·해성분 용출후의 원사 강도 : 2∼4g/d
- 1항에 있어서, 해성분 용출전의 단사섬도가 2∼5데니어 이고 해성분 용출후의 단사섬도가 0.001∼0.3데니어인 것을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유.
- 1항에 있어서, 해도형 복합섬유의 총섬도가 50∼150데니어인 것을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유.
- 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 경편용 해도형 복합섬유를 제조함에 있어서, 아래 조건을 동시에 충족시킴을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법.- 아 래 -·제1고뎃로울러의 속도(V1) : 1,000m/분∼5,000m/분·제2고뎃로울러의 속도(V2) : 1,500m/분∼6,000m/분·제1고뎃로울러 상의 원사내 도성분의 복굴절율(Δn) : 0.005∼0.090·제2고뎃로울러 상의 원사 모듈러스 : 60∼90g/d
- 4항에 있어서, 제1고뎃로울러의 속도(V1)가 1,000m/분∼ 3,000m/분인 것을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법.
- 1항의 해도형 복합섬유로 제조된 경편지
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