KR100339501B1

KR100339501B1 - 영구적인대전방지성을갖는폴리에스테르섬유,이의제조방법및이를이용한기모제품

Info

Publication number: KR100339501B1
Application number: KR1019980055519A
Authority: KR
Inventors: 조현준; 강금원; 지수신; 조재민
Original assignee: 대한화섬 주식회사; 조현준; 강금원
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2002-10-25
Also published as: KR19990071438A

Abstract

본 발명은 내구성이 강한 정전기 방지 화합물을 사용하여 폴리에스테르 섬유의 중합원료에 첨가하여 영구적인 정전기 방지성을 발휘할 수 있는 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 기모제품에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 있어서, 테레프탈릭산과 에틸렌글리콜을 에스테르 반응시키는 단계; 하기 화학식 1로 표시되는 소디움알칸설포네이트를 40∼50℃에서 에틸렌글리콜에 용해시키는 단계, 및 상기 반응물에 265∼290℃의 진공분위기하에서 상기 용해물을 첨가하여 중합시키는 단계로 제조된 영구적인 대전방지성을 갖는 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 기모제품에 관한 것이다.

[화학식 1]

여기서, m은 5 내지 30이다.

Description

영구적인 대전방지성을 갖는 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 기모제품{POLYESTER FIBER WITH PERMANENT ANRTISTATICITY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND PRODUCTS THEREOF}

본 발명은 영구적인 대전방지성을 갖는 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 기모제품에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 내구성이 강한 정전기 방지 화합물을 사용하여 폴리에스테르 섬유의 중합원료에 첨가하여 영구적인 정전기 방지성을 발휘할 수 있는 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 기모제품에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 천연섬유의 바람직한 성질을 그대로 가지면서 합성섬유 자체의 향상된 물성(강도, 신도 등)을 지니는 특징으로 인해 광범위하게 사용되고 있지만, 합성섬유의 구조상 낮은 전기전도성과 소수성에 기인하여 폴리에스테르 제품을 생산하는 공정 또는 폴리에스테르 의복의 착용중에 받는 마찰에 의해 발생된 정전기가 방전되지 못하고 축적되어 여러 형태의 정전기적인 장해가 발생한다.

따라서, 폴리에스테르 섬유에 대전방지성을 부여하기 위해서는 대전방지성을갖는 화합물을 첨가하던지 공중합시켜야 한다. 그러나 종래의 대표적인 대전방지제로서 카본블랙을 사용하는 경우에는 대전방지성은 매우 우수하나 흑색의 제품밖에 생산할 수 없는 문제점이 있고, 또한 친수성을 부여하기 위해서는 친수성 화합물로서 폴리에틸렌글리콜을 사용하여 공중합시키는 경우가 보편적이나 폴리에틸렌글리콜만으로 친수성을 부여하기 위해서는 폴리에틸렌글리콜의 함량을 약 5%이상 공중합시켜야 하고, 그 결과 폴리에스테르 섬유의 열안정성과 내광성이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

이외에도 여러 가지의 폴리알킬렌글리콜 유도체로 구성된 대전방지제를 폴리에스테르에 첨가하는 방법이 개발되었으나, 염색공정상의 문제 또는 세탁후 제전성의 상실 등으로 실용화되지 못하였다. 다른 방법으로는 폴리알킬렌글리콜을 공중합시킨 폴리에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 양말단을 카르복실기와 아민기로 변성시킨 폴리아미드를 블록공중합시킨 블록폴리알킬렌에테르 아미드를 대전방지제로 사용하는 기술이 일본특공소 제 44-16178호 및 제 46-7213호에 개시된 바 있다. 또한, 블록폴리알킬렌에테르 아미드와 블록폴리알킬렌에테르 에스테르를 폴리에스테르중에 분산시킨 일본특공소 제 48-20380호 및 제 50-107206호와 블록폴리알킬렌에테르아미드와 유기전해질을 병용하는 일본특공소 제 45-17547호가 소개된 바 있다. 그러나, 상기 특허들에서 언급된 방법들은 폴리알킬렌에테르블록공중합 폴리머를 얻기 위한 별도의 공정과 설비가 필요하며, 일반적인 폴리에스테르 용융중합으로는 열분해가 발생하고 배출후 쉽게 고화되지 않는 단점이 있다. 근래에 가장 널리 사용되는 방법은 분자량 10,000∼30,000 사이의 폴리알킬렌글리콜과 금속 술폰산화합물을 배합시킨 제전제를 사용하는 기술인데, 폴리에스테르 섬유의 후가공공정에서 일반적으로 행하여지는 수산화나트륨에 의한 감량가공에 취약한 문제점이 있다. 또한, 대한민국 공고특허 제 94-11540호에서는 폴리에스테르를 중합함에 있어서 공중합성분으로 하기 화학식 a로 표시되는 편말단 봉쇄 폴리옥시알킬렌아민화합물 및 하기 화학식 b로 표시되는 화합물을 첨가하여 중합시키는 방법을 개시하고 있으나, 제전성능이 떨어질 뿐만 아니라 영구적이지 못한 단점이 있다.

[화학식 a]

R₁O(R₂O)nNH₂

여기서, R₁은 탄화수소, R₂는 알킬렌기, n은 20∼40의 정수이다.

[화학식 b]

여기서, R₃는 H, CH₃, OH, CH₂CH₂OH중 하나이고, M은 K 또는 Li이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 광범위한 연구를 수행한 결과, 기존에 후처리(일시적인) 대전방지제로 사용한 화합물을 폴리에스테르 섬유에 중합시키는 방법을 발견하였고, 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.

따라서 본 발명의 목적은 가격이 저렴하고 영구적인 대전방지능을 가져 폴리에스테르 섬유의 제조(방사, 제사, 제직 및 염색가공 등)시 정전기 발생으로 인한 트러블을 감소시키며, 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 영구적인 대전방지성을 갖는 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 섬유를 이용하여 제조된 기모제품을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 있어서, 테레프탈릭산과 에틸렌글리콜을 에스테르 반응시키는 단계; 하기 화학식 1로 표시되는 소디움알칸설포네이트(Sodium Alkane Sulfonate)를 40∼50℃에서 에틸렌글리콜에 용해시키는 단계, 및 상기 반응물에 265∼290℃의 진공분위기하에서 상기 용해물을 첨가하여 중합시키는 단계로 이루어진다.

[화학식 1]

여기서, m은 5 내지 30이다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기모제품은 상기 섬유를 이용하여 통상의 편직공정, 염색공정, 프리세팅(presetting)공정, 기모공정, 샤링공정, 건조공정 및 텐타(tenter)가공공정을 거쳐 제조된다.

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.

전술한 바와 같이, 본 발명은 폴리에스테르 섬유와 섬유(F/F)섬유와 금속 (F/M) 마찰시 발생되는 정전기를 억제하기 때문에 P/E 섬유산업의 제품생산시(방사, 제사, 제직, 염색가공 등) 정전기 발생으로 인한 트러블을 감소하며 생산성과 품질을 향상시켜 저렴한 가격으로 정전기 발생을 해소시키는 효과가 있다.

Claims

테레프탈릭산과 에틸렌글리콜을 225∼250℃의 온도조건 및 2.5∼5.0kg/㎠의 가압조건하에서 80∼95%의 에스테르화율로 에스테르 반응시키는 단계;

상기 에스테르 반응생성물 내의 수분 및 불순물을 제거하기 위하여 압력을 0.5kg/㎠ 이하로 낮추고 감압을 수행하면서 반응기를 승온시키는 전처리 단계; 및

반응기의 압력을 상압근처까지 승압시킨 후에 하기 화학식 1의 소디움알칸설포네이트를 에틸렌글리콜에 20∼40%의 농도로 용해시켜 상기 소디움알칸설포네이트가 최종 생성물에 대하여 0.5∼5.0 중량%의 양이 되도록 질소가스를 통하여 상기 에스테르 반응 생성물에 첨가하고 균일하게 혼합한 다음, 상기 반응기내의 압력을 서서히 단계적으로 감압하여 265∼290℃의 고진공 하에서 증축합시키는 단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영구적인 대전방지성을 갖는 기모제품 제조용 폴리에스테르 섬유의 제조방법:

화학식 1

상기 식에서, m은 5∼30임.
제1항에 있어서, 상기 소디움알칸설포네이트의 평균탄소수가 12 내지 17이고, 평균분자량이 240∼350인 것을 특징으로 하는 영구적인 대전방지성을 갖는 기모제품 제조용 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제1항의 방법으로 제조된 영구적인 대전방지성을 갖는 기모제품 제조용 폴리에스테르 섬유.
제3항에 따른 폴리에스테르 섬유를 이용하여 편직공정, 염색공정, 프리세팅(presetting)공정, 기모공정, 샤링공정, 건조공정 및 텐타(tenter)가공공정을 거쳐 제조된 영구적인 대전방지성을 갖는 기모제품.
제4항에 있어서, 상기 기모제품이 군용담요, 일반담요, 침구류, 스포츠웨어, 일반 의류, 악세사리, 또는 홈 인테리어 소품임을 특징으로 하는 영구적인 대전방지성을 갖는 기모제품.