KR100339275B1 - 이염성(易染性) 폴리에스테르 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온·고압 염색기를 사용하지 아니하고도 100℃이하의 저온·상압염색기에서 분산염료로 농색 염색이 가능하고 동시에 염색 견뢰도가 우수한 폴리에스테르계 섬유에 관한 것으로 이와 같은 폴리에스테르계 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 60 ∼ 95몰% 단위에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 5 ∼ 40% 몰% 단위로 구성되며 하기의 특정 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 섬유에 관한 것이다.

Description

이염성(易染性) 폴리에스테르 섬유{Easy dyeable polyester fiber}
본 발명은 고온·고압 염색기를 사용하지 아니하고도 100℃이하의 저온·상압 염색기에서 분산염료로 농색 염색이 가능하고 동시에 염색 견뢰도가 우수한 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 섬유에 관한 것이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 폴리에스테르 섬유는 우수한 물리, 화학적 성질 및 내열성으로 의류용으로 널리 이용되고 있으나 화학 구조중에 염료와 반응할 수 있는 반응기를 갖고 있지 않으며 물리적 구조가 치밀하여 염료의 침투능력을 감소시키므로서 분산염료에 의한 염색이 용이하지 않아서 고온·고압하에서의염색이 필수적이었다.
그러므로 일반적인 폴리에스테르 섬유는 130℃에서 염색이 되므로 스판덱스나 천연섬유와 같이 내열성이 부족한 타 섬유와 혼섬이 제한되므로 다양한 용도로의 전개 및 제품화가 한정된다.
따라서 폴리에스테르계 섬유가 100℃이하에서 염색할 수 있게 되면 스판덱스나 천연섬유와 혼합하여 사용할 수 있게 되고 반응염료등과 같은 내열성이 낮은 염료로 염색을 할 수 있어 다양한 소재와 혼섬이 가능하게 된다.
나이론 섬유의 경우에는 100℃이하에서 염색이 가능하나 열 및 자외선에 의하여 황변(黃變)현상이 발생하기 쉽고, 세탁에 의하여서도 황변현상이 발생하게 된다.
폴리에스테르 섬유는 황변현상은 발생하지 않으나 고비용의 고온·고압염색이 요구되므로 상압(常壓), 저온(低溫) 염색기를 사용하여 폴리에스테르 섬유를 염색하기 위하여 이염성(易染性) 폴리에스테르 섬유개발이 이루어져 왔다. 대표적으로는 초고속방사(Spinning)를 활용한 방법과 공중합법(共重合法)에 의한 방법등이 있다. 초고속 방사의 일례를 들면 미합중국특허 제4134882호 등에서 볼 수 있으며 이들은 방사속도가 높아짐에 따라 용융된 폴리에스테르 수지가 방사공을 통하여 압축될 때 사도상에 가해지는 응력이 높아지고 변형속도가 빨라짐에 따라 분자사슬의 배향 및 결정구조가 변하게 되는 것에 의한 폴리에스테르 섬유의 구조(Morphology)를 변화시키므로서 염착성을 개선시키는 것으로 이와 같이 제조된 폴리에스테르 섬유는 저온에서 염색이 가능하나 농색발현을 위하여서는 110 ∼ 120℃에서 고압염색기로 염색하여야 하는 문제점을 가지고 있다.
공중합법에 의한 염색성 개선방법은 생산설비의 교체나 폴리에스테르 섬유 가공공정의 제한없이 용이하게 폴리에스테르 섬유의 염색성을 개선시킬 수 있는 장점을 가지고 있으며, 이와 같이 공중합법에 의해 염색성을 개선시키는 방법에 사용되는 공중합 물질로는 중축합에 의해 폴리에스테르 주쇄로 도입이 가능하도록 2개의 수산기나 2개의 카르복실기(또는 에스테르기) 등의 작용기를 함유하고 있는 지방 즉 탄화수소 유도체, 방향족 탄화수소 유도체, 폴리에스테르류의 각종 화합물이 바람직하다. 이러한 화합물들 가운데서 친수성 작용기를 가지는 공중합 물질을 주쇄에 도입하는 것이 가장 용이한 방법으로 알려져 있고 이러한 기술들은 일본국 특허출원 소 61-226510호(일본국특허 제63085111호) 및 일본국 공개특허공보 평 4- 41730호등에서 알려져 있고 상압염색이 가능한 폴리에스테르 섬유를 얻을 수 있으나 일광 견뢰도가 통상의 폴리에스테르 섬유에 비하여 낮아져 염료선택을 제약을 받게 되고 또한 국부적으로 불균일한 염색이 될 가능성이 있다는 문제점이 있다.
근래에는 폴리트리메틸렌트리프탈레이트 섬유에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이 섬유의 특징은 초기 탄성율이 나이론 6에 비하여 약 30g/d 정도 낮으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 저온염색이 가능하고, 탄성회복율이 대단히 우수한 성질을 가지고 있다. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 경우 저온에서 염색이 가능하나 농색 발현을 위하여는 105℃이상에서의 염색이 필요하여 상압 염색이라고 평가하기에는 부족한 수준이다.
최근에는 일본국 공개특허공보 평 11-100722호에서와 같이 90몰% 이상의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위에 나머지 0 ∼ 10몰%가 에스테르 단위로 구성되는 폴리에스테르 섬유로서 100℃이하에서 분산 염료(Disperse dyes)로 농색의 염색이 가능하고, 염색 견뢰도(Color fastness)가 우수하며 스판덱스(Spandex)와 교편(交編)을 하여도 스판덱스가 황변하는 결점을 없앨 수 있는 이염성 폴리에스테르 섬유가 알려져 있기는 하나 이는 고가의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 90몰%이상이어서 경제성에 문제가 있을 뿐만 아니라 공중합체중에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 90몰%이상이면 융점이 저하되고 후가공(염색등)시에 염반(染班)이 발생될 우려가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 성분을 5 ∼ 40몰% 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조함에 의하여 분산염료로 염색시에 상압 염색기를 사용하여 100℃이하의 온도에서 담색에서 부터 농색까지의 염색이 가능함과 동시에 염색 견뢰도가 우수하며, 융점이 230 ∼ 250℃가 되어 후가공 공정에서 열안정성을 가지고 있어 변형을 방지할 수 있으므로 종래의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 성분이 90몰%이상 함유된 폴리에스테르 섬유보다 우수하며, 또한 초고속 방사에 의한 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 이염성이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제조하는데 그 목적을 두고 있다.
도 1은 본 발명의 이염성 폴리에스테르 섬유의 방사장치를 개략적으로 나타낸 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 방사범 2 : 방사구금 3 : 냉각풍
4 : 사조 5 : 냉각지연 영역 6 : 유제부착노즐
7 : 연신로울러 8 : 셋팅로울러 9 : 권취기
본 발명은 60∼ 95몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 나머지 5 ∼ 40몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되는 이염성 폴리에스테르로써하기의 특정 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 섬유에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 이염성 폴리에스테르 섬유는 60 ∼ 95몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 나머지 5 ∼ 40몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어 진다. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 40몰%를 초과하게 되면, 융점저하가 심하게 일어나 후가공 공정에서 취급이 매우 곤란하여 실용적으로 사용될 수 없는 섬유가 되며, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 5몰%이하가 되면 이염효과가 부족하여 본 발명의 주목적인 상압에서의 염색이 불가능하다.
본 발명의 이염성 폴리에스테르 섬유의 융점을 DSC로 측정하였을 경우 <표 1> 실시예에서와 같이 융점은 230 ∼ 250℃ 정도가 적당하다. 융점이 230℃미만이 되면 후가공공정에서의 통상적인 열처리 온도(180 ∼ 210℃)로 열처리를 할 경우 안정성이 떨어진다. 또한 융점이 250℃가 넘을 경우에는 문제점이 발생하지 않으나, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 40몰%이하인 경우 융점이 250℃를 초과하지 아니한다.
본 발명의 이염성 폴리에스테르 섬유의 복굴절(Birefringence)율은 100× 10-3∼ 190×10-3정도가 바람직하다. 복굴절율이 100×10-3이하가일 경우 후공정에서의 안정성이 저하되어 실용화가 어려우며, 복굴절율이 190×10-3이상이 되면 상압에서의 염색이 불가능하다.
또한, 비수수축율은 8 ∼ 25%가 적당하다. 비수수축율이 25%이상이 되면 후가공 공정이 불안정해지며, 비수수축율이 8%이하가 되면 상압에서의 염색이 불가능하다.
발명에 사용되어지는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 일부 함유하는 폴리테레프탈레이트는 테레프탈산과 에틸렌글리콜 그리고 1.3 프로판디올을 사용하여 공중합을 실시하여 제조하거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 혼합 용융후, 에스테르교환반응을 통하여 제조된다. 건조 및 용융방사시의 제조방법은 공지의 기술이다.
제 1 도는 본 발명방법을 실시하는 공정을 나타내는 공정개략도로서, 통상의 폴리에스테르의 제조방법과 동일하다. 1단계 공정(스핀드로우) 또는 2단계 공정(포이-디티 또는 포이-디티와이)으로 생산이 가능하다. 즉, 초고속방사에 의한 제조방법이 아닌 통상적인 방법으로 생산이 가능하며 별도의 설비를 필요로 하지 않는 장점을 가진다.
본 발명에 의한 이염성 폴리에스테르 섬유는 100℃의 상압염색기에서 염색을 실시하였을 때 심색도(深色度)를 나타내는 수치인 K/S값이 20이상이 되며 이 수치는 통상의 폴리에스테르를 고압(130℃)에서 염색한 경우와 동급의 수준이며, 이 수치는 통상적인 흡착율이 70%이상이 되어야 가능한 수치이다.
본 발명에 의한 이염설 폴리에스테르 섬유의 염색견뢰도는 세탁견뢰도, 물견뢰도, 승화견뢰도, 마찰견뢰도, 일광견뢰도 등으로 평가하였고, 그 수치는 4급 이상이다.
시험
심색도
심색도를 나타내는 수치인 K/S 값은 염색후 시료포의 분광반사율 R을 측정하여 다음의 쿠벨카-뭉크(Kubelka-Munk) 식으로부터 계산한다.
K/S = (1-R)2/ 2R (R : 염료의 최대흡수파장값)
염색 견뢰도
염색견뢰도의 측정은 한국공업규격(KS)에 의하여 실시하며 세탁견뢰도는 KS K 0430, 물견뢰도는 KS K 0645, 승화견뢰도는 KS K 0651, 마찰견뢰도는 KS K 0650, 일광견뢰도는 KS K 0218의 기준에 의해 실시 평가한다.
본 발명은 다음의 비제한적 실시예를 참고함으로써 보다 완전하게 이해시키고자한다.
< 실시예 1>
60몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 40몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의속도는 0.4m/초, 유제 부착율은 0.8중량%로 한다.
상기에서 제조한 사를 호부후 경사밀도 120본/인치, 위사밀도 80본/인치로 제직하고, 110℃에서 20분간 정련, 축소 후 180℃에서 30초간 열셋팅을 실시한 후 염료는 카야론폴리에스터(Kayalonpolyester) 블루-2R SF를 사용, 6%owf, 욕비 1:50, 분산제는 0.5g/ℓ, 초산은 0.25㎖/ℓ를 넣고 40℃부터 98℃가지 1℃/분의 속도로 승온후 60분간 유지하고 1℃/분의 속도로 40℃까지 강온하여 시료를 만든다. 당해 실시예에서 제조한 시료의 심색도 및 견뢰도를 측정하고 실시예 2 ∼ 5,7 및 비교예 1 ∼ 4도 동일한 방법에 의해 평가한다.
< 실시예 2 >
70몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 30몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 사종으로 방사속도는 5,000m/분으로 제사하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 실시예 3 >
80몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 20몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 실시예 4 >
90몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 10몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 실시예 5 >
70몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 30몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 포이-디티 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 50데니어/144필라멘트로 방사속도는 2,500m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 실시예 6 >
70몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 30몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물과 이용성 폴리에스터를 사용하여 복합방사를 이용 포이-디티 공정으로 제사를 실시한다. 도(島)성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 공중합물로 구성되며 그 비율은 70%이고 해(海)성분은 이용성 폴리에스터로 구성되며 그 비율은 30%이다. 사종은 50데니어/72필라멘트이며, 각 필라멘트는 37아일랜드로 구성된다. 방사속도는 2,800m/분으로실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
상기에서 제조한 사를 호부후 경사밀도 120본/인치, 위사밀도 80본/인치로 제직하고, 110℃에서 20분간 정련, 축소후 180℃에서 30초간 열셋팅을 실시한 후 2% 수산화 나트륨용액에서 98℃에서 20분간 감량처리를 한 후 염색한다. 염료는 카야론폴리에스터(Kayalonpolyester) 블루-2R SF를 사용, 6%owf, 욕비 1:50, 분산제는 0.5g/ℓ, 초산은 0.25㎖/ℓ를 넣고 40℃부터 98℃까지 1℃/분의 속도로 승온 후 60분간 유지한 후 1℃/분의 속도로 40℃까지 강온하여 시료를 만든 후 심색도 및 견뢰도를 측정한다.
< 실시예 7 >
70몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 30몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 60데니어 모노필라멘트사를 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 5,500m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 1.2m/초, 유제부착율은 0.3중량%로 한다.
< 비교예 1>
100몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 비교예 2 >
10몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 90몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 비교예 3 >
20몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 80몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 비교예 4 >
40몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 60몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 75데니어/36필라멘트로 방사속도는 5,000m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
< 비교예 5 >
20몰%의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위에 80몰%의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위로 구성되어진 공중합물을 사용하여 포이-디티 공정으로 제사를 실시한다. 사종은 50데니어/144필라멘트로 방사속도는 2,500m/분으로 실시하며 냉각풍의 속도는 0.4m/초, 유제부착율은 0.8중량%로 한다.
상기 실시예들과 비료예들에서 제조한 직물에 대한 심색성 및 연색견뢰도를 표 1과 표 2 에 나타낸다.
< 표 1 > 실시예
< 표 2 > 비교예
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 60 ∼ 95몰% 단위에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 5 ∼ 40몰%의 단위를 사용하여 공중합을 실시하여 제조하거나 상기 양 단위의 혼합물을 용융한 후 에스테르 교환반응을 통하여 제조되는 폴리에스테르 섬유로서 분산염료를 사용하여 염색할 때 고압염색기를 사용하지 아니하고 상압(常壓)하에서 100℃이하로 염색하여도 농색(濃色)의 염색이 가능한 특징이 있으므로 고가의 고압 염색기를 사용하지 않아도 염색이 가능함으로서 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있음과 동시에 고가(高價)의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량을 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 최소화함으로서 원료의 가격을 절감할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 스판덱스등 내열성이 약한 섬유와 혼용하여 사용하여도 내열성이 약한 섬유가 황변되는 등의 문제점이 발생하지 않고 고품질의 원단제조가 가능하다.
따라서 본 발명의 폴리에스테르 섬유소재와 타소재의 혼섬이 자유롭게되어폴리에스테르계 섬유의 용도가 다양화될 수 있는 효과가 있으며, 또한 <표 1> 실시예 및 <표 2> 비교예에 기재된 바와 같이 종래의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 함량이 90몰%이상으로 제조된 폴리에스테르 섬유에 비하여 융점이 높아서 후가공시에 염반이 발생하지 않고 세탁견뢰도, 물견뢰도, 승화견뢰도, 마찰견뢰도 등이 양호한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 공중합으로 구성되어지며, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 단위와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단위의 구성 비율을 5 : 95 ∼ 40 : 60으로 하는 것을 특징으로 하고 하기의 조건을 만족하여 모노필라멘트의 섬도가 0.01 ∼ 60 데이어인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 섬유
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