이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 촉매존재하에서 테레프탈릭산 1몰과 에틸렌글리콜 2 내지 3몰을 225∼250℃, 가압(2.5∼5.0kg/㎠)하에서 초기 에스테르반응을 실시하며에스테르화율이 80∼95% 정도에서 반응을 완료시킨다. 에스테르화 반응이 끝나면 중합반응을 진행시키기 전에 수분 또는 불순물 등을 처리하기 위한 전처리 공정을 수행한다. 먼저, 압빼기를 실시하여 2.5∼5.0kg/㎠에서 0.5kg/㎠이하로 압력을 제거나 다음, 압빼기가 끝나면 이젝터(Ejector)에 의해 감압을 수행하면서 동시에 반응기를 승온시킨다. 전처리 공정의 종결시점은 반응온도와 반응시간에 의해 결정한다. 이러한 반응은 통상적인 공정이며, 기존에 알려진 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.
그 다음, 반응기의 진공을 서서히 풀면서 상압에 가까워지면 에틸렌글리콜에 20∼40%의 농도로 용해시킨 상기 화학식 1로 표시되는 소디움알칸설포네이트를 최종 생성물(폴리머)에 대하여 0.5 내지 5중량%의 양이 되도록 질소 가스로 첨가한다. 이후, 저점성을 가진 고분자와의 혼합성을 고려하여 고르게 섞이도록 잘 혼합한다. 상기 용융물의 첨가시점은 중합반응시 상기 화학식 1로 표시되는 소디움알칸설포네이트가 휘발되거나 응집될 수 있기 때문에 본 발명에서 매우 중요하다. 또한, 상기 소디움알칸설포네이트의 에틸렌글리콜에 대한 용해도가 20% 미만이면 대전방지성능이 떨어지고, 40%를 초과하면 에틸렌글리콜과 분리된다.
상기 용해물의 첨가가 완료된 반응물은 중합반응을 위해 다음 반응기에 진공을 걸어서 이송한다. 이때, 진공을 단계적으로 서서히 걸면서 승온(265∼290℃)시켜 고진공하에서의 반응을 수행한다. 목표한 점도, 예를 들어, 상대점도(IV)가 약 0.630을 얻으면 반응을 종료한다. 이상의 중합공정에서 얻어진 폴리에스테르 중합물을 통상의 용융방사 방법으로 방사연신하여 제전성 폴리에스테르사를 얻는다.
한편, 본 발명에서는 각종 합성섬유의 의류 및 산업용제품의 생산시 발생되는 정전기를 방지할 목적으로 기존에 알려진 여러 대전방지제중에서 상기 화학식 1로 표시되는 대전방지제를 선택하고, 이를 용해, 중합시킴으로서 그 특성을 최대로 발휘될 수 있도록 하였다.
본 발명에 대전방지제로 사용된 상기 화학식 1로 표시되는 소디움알칸술포네이트는 섬유와 섬유(F/F) 및 섬유와 금속(F/M)간의 정전기 발생을 억제할 목적으로 사용되며, 평균탄소수가 12 내지 17이고, 평균분자량이 240∼350인 화합물이 폴리에스테르 섬유구조와 상용성 및 대전방지 효과면에서 바람직하고, 상기 화합물을 최종 생성물(폴리머)에 대해 0.5∼5중량%로 사용한다. 이때, 첨가량이 0.5중량% 미만인 경우에는 섬유의 물성(강도, 신도 등)은 우수하나 제전성능의 저하로 제전성 섬유로서의 기능을 발휘할 수 없고, 또한 5중량%를 초과하면 제전성능은 우수하게 되지만 방사시에 사절 및 꼬임(laping)과 같은 문제가 발생할 수 있고, 과다사용으로 인한 섬유의 절단이 생김으로 주의해야 한다.
한편, 일반적인 폴리에스테르사를 이용한 염색가공제품으로 폴리에스테르 편물의 기모제품을 제조할 수 있다. 일명 폴라프리스(Polar fleece)라 불리우는 상기 폴리에스테르 기모편물은 가볍고 보온성이 우수할 뿐만 아니라 촉감 또한 우수하여 스포츠웨어, 일반의류, 각종 악세사리, 침구류에 까지 다양하게 사용되는 소재이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 이 제품은 합성섬유의 단점인 정전기가 많이 발생하여 옷의 착용시 뿐만 아니라 이 원단을 가공할때도 문제가 되고 있다.
이러한 문제점을 본 발명에서는 영구대전방지성을 갖는 폴리에스테르사를 제조함으로써 해결한 것이다. 본 발명에 따른 제전성 폴리에스테르사를 이용하여 제조된 기모제품은 편직→염색→프리세팅(presetting)→기모→샤링→텀블러(tumbler)건조→텐타(tenter)가공→롤링공정을 거쳐 제조된다.
1. 편직공정
먼저, 본 발명의 제전성 폴리에스테르사를 환편기(10∼200feeder, 10∼ 60inch, 10∼28gauge)로 5∼100rpm의 속도로 편직한다.
2. 염색공정
이렇게 편직한 편물을 고온 염색기에서 분산염료 및 분산제를 넣고, 초산으로 pH 를 4∼5로 조정한후, 100∼135℃에서 약 50분간 염색을 한후, 소듐 하이드로설파이트(sodium hydrosulfite) 및 NaOH를 첨가하여 60∼90℃에서 10∼30분간 환원세정하여 견뢰도를 증진시키고, 2회 수세하여 유연가공을 하는데 유연제를 넣고, 40∼50℃에서 5∼20분간 처리한다. 이때, 일반 폴리에스테르사로 편직된 원단일 경우에는 유연제 뿐만 아니라 최종제품시 일어나는 정전기를 방지하기 위해서 대전방지제도 함께 첨가해주어야 한다. 그러나, 본 발명의 영구대전방지 폴리에스테르사를 이용한 원단일 경우에는 상기 대전방지제를 첨가하지 않아도 된다. 유연처리를 마치면 탈수시킨다.
3. 프리세팅공정
건조를 마친 원단을 140∼170℃에서 약 10∼60m/mim의 속도로 텐타기에서 프리세팅을 한다.
4. 기모공정
기모기를 이용하여 루프쪽은 2∼3회, 반대편은 3∼4회 기모를 수행한다. 이때, 일반 폴리에스테르사로 제조된 원단일 경우에는 기모공정시 상당히 심한 정전기를 일으키지만 영구대전방지사를 이용할 경우에는 정전기가 일어나지 않는다.
5. 샤링공정
기모된 제품의 엉킴을 방지하고 직물의 표면을 고르게 하기 위해 샤링공정을 수행한다. 샤링기를 이용하여 0.1∼1.0cm씩 자른다.
6. 텀블러 건조공정
텀블러 건조공정에서는 상기 원단을 80∼140℃에서 5∼60분간 처리하여 필링을 억제하고 표면모양을 형성하고 고착시킨다.
7. 텐타 가공공정
상기 건조공정을 마친 원단은 텐타가공을 하는데, 온도는 160∼210℃에서 10∼60m/min 속도로 행하여 열가소성을 부여하여 늘거나 줄지 않도록 형태를 안정시킨다.
이렇게 제조된 제전성 폴리에스테르 편물 기모제품은 군용담요, 일반담요, 침구류, 스포츠웨어, 일반 의류, 악세사리, 또는 홈 인테리어 소품 등을 제조할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
SB2O3촉매존재하에서 테레프탈릭산 1몰과 에틸렌글리콜 2몰을 210℃, 4.0kg/㎠하에서 초기 에스테르반응을 실시하며 에스테르화율이 약 90% 정도에서 반응을 완료시킨다. 그 다음, 4.0kg/㎠에서 0.5kg/㎠이하로 압력을 제거한 다음, 압빼기가 끝나면 이젝트에 의해 감압을 수행하면서 동시에 반응기를 승온시키며 약 240℃에서 4시간동안 유지시켜 반응기내의 불순물을 제거한다.
반응기의 진공을 서서히 풀면서 상압에 가까워지면 31%의 에틸렌글리콜 용액으로 제조된 첨가용 대전방지제인 소디움알칸설포네이트(평균탄소수가 15인 화합물)를 폴리머에 대하여 1중량%로 질소가스로 밀어 넣는다. 이후, 저점성을 가진 고분자와의 혼합성을 고려하여 고르게 섞이도록 잘 혼합한다. 첨가가 완료된 반응물은 다음 반응기에 진공을 걸어서 이송한 다음, 280℃, 고진공하에서 반응을 완료한다. 상대점도가 0.630일 때, 반응을 종료하고 칩상으로 절단하여 이송저장한 후 방사공정을 수행하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 소디움알칸설포네이트의 첨가량을 폴리머에 대하여 2중량%로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 소디움알칸설포네이트의 첨가량을 폴리머에 대하여 5중량%로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 4 내지 7
상기 실시예 1에서 소디움알칸설포네이트의 평균탄소수를 각각 5, 10, 20 및 30으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 소디움알칸설포네이트를 각종 원료성분과 함께 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서의 첨가용 대전방지제를 투입하지 않은 조건을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서의 첨가용 대전방지제를 카본블렉으로 변경하여 첨가량을 폴리머에 대하여 1.2중량%로 하고, 투입시키는 방사공정중에 투입하는 조건으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3의 방법으로 중합, 방사하여 제조한 섬유의 기계적 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
〈측정방법〉
강도 및 신도: KS K 0409(1985년)에 따라 측정
또한, 상기 실시예 1과 비교예 2에 따라 제조된 섬유의 마찰대전압(KS K 0555 B법)을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
[표 2]
주) ·시험조건: 20℃, 65%RH, 450rpm, 면포
·세탁조건: KS K 0465, 정상사이클, 40±3℃, 빨래줄 건조
·드라이클리닝조건: KS K 0474순용
상기 표 1 및 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유사(실시예 1 및 2)는 통상적인 비교예 2 및 3에 비해 강도 및 신도의 저하없이 마찰대전압값이 상당한 차이를 나타낼 뿐만 아니라 영구적인 대전방지성을 나타내었다. 특히 비교예 3의 경우에는 정전기 방지제가 탈락되어 비교예 2와 같은 경향을 나타내므로 내구성은 기대할 수 없었다.
한편, 본 발명의 대전방지제의 첨가시점이 상이한 비교예 1의 경우에는 통상의 제품(비교예 2 및 3)보다는 마찰대전압값이 향상되었으나, 소디움알칸설포네이트가 중합시 휘발 또는 응집되는 경향이 있어 방사, 제사, 제직, 염색가공 등과 같은 생산공정에 문제가 발생하였다. 그러나, 본 발명의 경우에는 생산공정에 어떠한 악영향도 찾아볼 수 없었다.
실시예 8
상기 실시예 1에서 제조된 제전성 폴리에스테르사를 환편기(10∼200feeder, 10∼60inch, 10∼28gauge)로 5∼100rpm의 속도로 편직한다. 이렇게 편직한 편물을 고온 염색기에서 10중량%의 분산염료(LG사, N/B S-2GL) 및 0.3중량%의 분산제(동남합성, Revogen DC)를 넣고, 빙초산으로 pH 를 4∼5로 조정한후, 약 130℃에서 약 50분간 염색을 한후, 2g/ℓ의 소듐 하이드로설파이트(sodium hydrosulfite) 및 1.0g/ℓ의 NaOH를 첨가하여 약 80℃에서 약 20분간 환원세정하여 견뢰도를 증진시키고, 2회 수세하여 3중량%의 유연제(중일유화, JD-402-1)를 넣고, 40∼50℃에서 약 15분간 처리한 다음, 건조시킨다. 건조를 마친 원단을 약 150℃에서 약 40m/mim의 속도로 텐타기에서 프리세팅을 한다. 기모기를 이용하여 루프쪽은 3회. 반대편은 4회 기모를 수행한 다음, 샤링기를 이용하여 약 0.5cm씩 자른다. 상기 원단을 약 100℃에서 약 30분간 처리하여 필링을 억제하고 표면모양을 형성하고 고착시킨다. 상기 건조공정을 마친 원단을 약 180℃에서 약 40m/min 속도로 텐타가공하였다.
이렇게 제조된 원단을 이용하여 통상의 방법으로 제조된 군용담요의 마찰대전압(KS K 0555 B법)을 측정한 결과, 상기 표 2와 거의 같았다.