KR100408559B1 - 기모 경편지용 해도형 복합섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기모 경편지용 해도형 복합섬유에 관한 것이다. 본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분인 이용해성 폴리머와 도성분인 통상의 폴리에스테르를 사용하여 반연신사(POY)를 제조하는 복합방사공정과, 상기 복합방사공정과는 불연속적으로 반연신사(POY)를 연신과 동시에 정경한 후 비밍(Beaming)하는 공정을 거쳐 제조된 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 복합섬유가 아래 열적특성 및 점탄성 특성을 만족하는 것을 특징으 로한다.

- 아 래 -

·융점피크의 발현 개수 : 4개

·해성분의 융점주피크 온도[Tms] : 220∼235℃

·도성분의 융점주피크 온도[Tmi] : 240∼255℃

·점탄성지수(tanδ) 1차 전이피크 온도[Tα] : 120∼150℃

·1차 전이피크(α-peak) 점탄성지수 값[tanδα] : 0.10∼0.20

본 발명의 해도형 복합섬유는 반연신사(x)의 열적특성 및 점탄성 특성을 적절하게 조절하여 제조 할 수 있다. 본 발명의 원사는 촉감 및 외관이 양호한 기모 경편지 제조에 특히 유용하다.

Description

기모 경편지용 해도형 복합섬유 {A sea-island typed composite fiber for warp knit}

본 발명은 최종 제품인 기모 경편지의 품질 및 물성을 향상시킬 수 있는 기모 경편지용 해도형 복합섬유에 관한 것이다.

해도형 복합섬유는 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 용액 등으로 처리하여 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. 따라서 해성분 폴리머는 유기용제 또는 용액에서 쉽게 용해되는 특성이 매우 중요하다.

일반적으로 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 원사강도가 급격히 저하된다. 이로 인해 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 없어지고연화점만이 존재하는 무정형 폴리머가 되어 제사하는 것이 곤란하게 된다. 또한 원사의 용출전 강도가 저하되어 기모시 기모가 서로 엉키는 불량이 발생하며 공중합 화합물의 투입 증가로 폴리머 제조원가가 상승하는 단점이 발생한다.

해도형 복합섬유 제조에 사용되는 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 제조하는 종래 기술로서는, 첫째 폴리에스테르 중합공정 중에 디메틸이소프탈레이트 술포네이트 솔트(이하 "DMIS"라고 한다) 또는 저분자량의 폴리알킬렌글리콜(이하 "PAG"라고 한다)을 공중합 시키는 방법과, 둘째 폴리에스테르와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법, 셋째 폴리에스테르 중합체와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법 등이 알려져 있다.

이상에서 설명한 종래의 알칼리 이용출성 폴리에스테르 들은 알칼리 용출속도가 느려 해성분 용출공정이 복잡해지거나 해성분 용출로 인해 도성분까지 손상되어 해성분 용출공정 후에 원사물성이 현저하게 저하되는 문제가 있었다. 특히 상기 종래의 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 해성분 폴리머로 사용하여 제조한 해도형 복합섬유로 기모 경편지를 제조 할 경우에는 해성분 용출로 인한 원사물성 저하로 기모성이 나빠지고 제품의 촉감 및 외관이 불량하게 되는 문제가 있었다.

기모 경편지의 경우 제품의 외관 및 촉감을 향상시키기 위해서는 기모공정에서의 원사손상을 최소화 하는 것이 매우 중요하다. 본 발명의 목적은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 해성분 및 도성분의 열적특성 및 점탄성 특성을 적절하게 조절하여 기모 경편지용 원사로 적합한 해도형 복합섬유를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 해성분과 도성분의 열적특성 및 점탄성 특성을 일정 범위내로 적절히 조절하여 기모 경편지 제조시 촉감 및 외관이 뛰어난 해도형 복합섬유를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명 원사의 열적특성(시차주사열분석)을 나타내는 그래프.

도 2는 본 발명 원사의 점탄성 특성을 나타내는 그래프

※ 도면중 주요부분에 대한 부호설명

x : 반연신사(POY)

y : 연신사[빔(Beam)에 권취되는 상태의 원사]

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 기모 경편지용 해도형 복합섬유는, 해성분인 이용해성 폴리머와 도성분인 통상의 폴리에스테르를 사용하여 반연신사(POY)를 제조하는 복합방사공정과, 상기 복합방사공정과는 불연속적으로 반연신사(POY)를 연신과 동시에 정경한 후 비밍(Beaming)하는 공정을 거쳐 제조된 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 복합섬유가 아래 열적특성 및 점탄성 특성을 만족하는 것을 특징으로 한다.

- 아 래 -

·융점피크의 발현 개수 : 4개

·해성분의 융점주피크 온도[Tms] : 220∼235℃

·도성분의 융점주피크 온도[Tmi] : 240∼255℃

·점탄성지수(tanδ) 1차 전이피크 온도[Tα] : 120∼150℃

·1차 전이피크(α-peak) 점탄성지수 값[tanδα] : 0.10∼0.20

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분인 이용해성 폴리머와 도성분인 통상의 폴리에스테르를 복합방사하여 반연신사(POY)를 제조하는 복합방사공정(1단계 공정)과, 상기 반연신사(POY)를 연신과 동시에 정경한 후 비밍(Beaming)하는 공정(2단계 공정)을 순차적으로 거쳐 제조된다. 상기 1단계 공정과 2단계 공정은 서로 불연속적으로 실시 한다.

복합방사공정(1단계 공정)에서는 해성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트에 DMIS를 3∼15몰% 공중합 하고, 여기에 다시 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜 4∼20중량을 첨가하여 제조한 공중합 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직 하다. 또한 해성분으로 수용성인 폴리비닐알콜 또는 폴리스타이렌 등을 사용 할 수도 있다. 폴리스타이렌을 사용하는 경우에는 해성분 용출을 위해 용매를 사용해야 하므로 환경오염 문제가 발생된다. 이때 방사속도는 2,000~3,800m/분 수준으로 한다.

본 발명에서는 원사의 해성분과 도성분의 열적특성 및 점탄성 특성을 적절하게 조절하여, 기모 경편지의 촉감 및 외관 등을 향상시키는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 해성분과 도성분의 열적특성 및 점탄성을 일정 범위내로 조절하기 위해서, 반연신사를 제조하는 1단계 공정에서 반연신사의 열적특성 및 점탄성 특성을 콘트롤 하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 반연신사(x)의 융점피크 발현개수가 4개가 되도록 하며, 점탄성지수(tanδ) 그래프 상의 2차 전이피크 온도[Tβ]가 -60∼-30℃가 되도록 조절한다. 아울러 반연신사(x)의 2차 전이피크(β-peak) 점탄성지수 값[tanδβ]이 0.04∼0.10이 되도록 조절 한다.

또한 반연신사(x)의 점탄성지수(tanδ) 그래프 상에서 1차 전이피크가 발현되지 않도록 하고 반연신사(x) 결정의 총융해율(ΔHx)은 추후 2단계 공정에서 연신과 동시에 정경되어 빔(Beam)에 권취된 해도형 복합섬유(이하 "연신사"라고 한다) 결정의 총융해율(ΔHy)과 아래 관계식을 만족 하도록 한다.

이와 같이 제조한 본 발명의 연신사(y)는 도 1∼도 2와 같은 열적특성 및 점탄성 특성을 갖는다. 구체적으로 연신사(y)의 융점피크 발현 개수는 4개 이다. 다시말해 해성분의 융점주피크와 융점보조피크, 도성분의 융점주피크와 융점보조피크가 형성된다. 상기 도성분의 융점주피크 온도[Tmi]는 240∼255℃이고, 도성분의 융점보조피크 온도[Tmi']는 Tmi 보다 2∼10℃높은 온도 이다. 상기 해성분의 융점주피크 온도[Tms]는 220∼235℃이고 해성분의 융점보조피크 온도[Tms']는 Tms 보다 2∼10℃ 높은 수준이다.

여기서, 결정영역의 융점이란 고분자 결정이 녹는 온도들의 복합 최고온도로서, 동일한 폴리머의 융점은 결정의 크기(size)에 좌우되며 결정이 클수록 높아진다. 융점의 주피크는 1개 폴리머의 융점이 둘 이상으로 나뉘어 발생했을 때 저온측의 피크이고, 융점의 보조피크는 고온측의 피크이다.

이와 같이 1개 폴리머의 융점피크가 둘로 나누어지는 이유는 외부영향에 의해 폴리머의 결정 사이즈 분포가 둘로 나누어 형성되기 때문이다. 융점주피크가 융점보조피크 보다 높은 온도에서 발현되면, 사이즈가 큰 결정이 사이즈가 작은 결정보다 더 많다는 것을 의미하고, 융점주피크가 융점보조피크보다 낮은 온도에서발현되면 사이즈가 작은 결정이 더 많다는 것을 의미한다.

또한 본 발명의 연신사(y)는 도성분 결정의 융해열(ΔHi)이 해성분 결정의 융해열(ΔHs)보다 2∼5배 크다. 아울러 연신사 결정의 총융해열(ΔHy)은 반연신사 결정의 총융해열(ΔHx)보다 1.1∼1.5배 크다. 결정의 융해열은 1개 폴리머 내의 크고작은 모든 결정들이 녹는데 필요한 단위무게당 열량으로서 결정화도가 클수록 결정의 융해열 값이 크게 된다.

한편 본 발명의 연신사(y)는 점탄성지수(tanδ) 그래프상 1차 전이피크 온도[Tα]가 120∼150℃이고, 2차 전이피크 온도[Tβ]가 -50∼-20℃ 이다. 또한 1차 전이피크(α-peak)의 점탄성지수 값[tanδα]은 0.10∼0.20이고, 2차 전이피크(β-peak)의 점탄성지수 값[tanδβ]는 0.03∼0.08 이다.

점탄성지수[tanδ]는 폴리머에 외력이 주어질 때 내부분자 운동에 의해 발생되는 마찰열 및 제동 등에 의한 에너지 손실정도를 나타내는 것으로 점성 모듈러스를 탄성 모듈러스로 나누어 구해지는 값이다. 점탄성지수[tanδ] 그래프 상의 1차 전이피크(α-peak)는 유리전이와 관련된 무정형영역 분자의 원거리 사슬운동을 나타내며, 그 보다 낮은 온도에서 나타나는 2차 전이피크(β-peak)는 무정형영역과 결정영역의 단거리 사슬운동에 의한 크랭크(crank) 축 운동을 나타낸다.

이상에서 설명한 열적특성 및 점탄성 특성을 갖는 본 발명의 해도형 복합섬유는 기모 경편지 제조시 기모성이 특히 우수하여 기모 경편지의 촉감 및 외관이 향상된다.

본 발명에 있어서 각 성분의 열적특성 및 점탄성 특성과 기모 경편지의 기모성은 아래와 같이 평가 하였다.

·결정의 융점/융해열

시차주사열분석시험(DSC) 법으로 측정 한다. 측정기기로는 퍼킨엘머 (PERKIN ELMER)회사의 "DSC-7" 기기를 사용하고 측정조건으로 시료량은 해도형 극세섬유 5mg, 시료상태는 해도형 극세섬유 수십가닥을 가지런하게 커팅한 상태로 하고, 승온속도는 +10℃/분, 런닝(Running)은 1st 런(Run)으로 한다.

·점탄성 특성(점탄성지수 / 1차 전이피크 온도 / 2차 전이피크 온도)

레오바이브론(Rheovibron) 시험법으로 측정한다. 측정기기로는 오리엔텍 (ORIENTEC)회사의 "Rheovibron-II" 기기를 사용하고, 측정시료는 총섬도가 75데니어인 해도형 복합섬유를 사용한다. 측정조건으로 시료파지거리 3cm, 온도 범위 -120℃∼200℃, 진폭 16㎛(L mode), 승온속도 +2℃/분으로 한다.

·기모성

기모 경편지를 염색한 다음 평방미터당 불량부분(예 : 기모뭉침, 기모이탈 등) 발생수를 육안으로 관찰하여 평가 한다. 구체적으로 평방미터 내에 불량부분 발생수가 2개 이하이면 우수, 불량부분 발생수가 3개 이면 양호, 불량부분 발생수가 4∼6개이면 보통, 불량부분 발생수가 7개 이상이면 불량으로 평가 한다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 실시예 3 및 비교실시예 1 ∼ 비교실시예 3

디메틸이소프탈레이트설포네이트 나트륨이 4몰% 공중합 되어있는 공중합 폴리에스테르에 수평균 분자량이 8,500인 폴리에틸렌글리콜 8중량%를 첨가하여 알칼리 이용해성 폴리머를 제조한다. 제조된 상기 알칼리 이용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 고유점도가 0.65인 통상의 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 이들을 288℃에서 도성분 수가 36개인 해도형 복합방사 구금을 통해 3,000m/분의 방사속도로 방사하여 120데니어/24필라멘트의 반연신사(POY)를 제조한다. 다음으로 상기 반연신사(POY)를 연신·정경기(Draw-warper)에서 1.6배의 연신배율로 연신과 동시에 정경한 후 경편용 빔(Beam)에 권취하여 75데니어/24필라멘트의 해도형 복합섬유 빔(Beam)사를 제조한다. 이때 반연신사의 열적특성 및 점탄성 특성을 표 1과 같이 조절 하였다. 상기 해도형 복합섬유로 경편지를 제조한 다음, 1% 수산화나트륨 용액에서 95℃로 30분간 처리하여 해성분을 용출하고, 기모하여 기모 경편지를 제조한다. 해도형 복합섬유의 열적특성과 점탄성 특성, 기모 경편지의 기모성을 앞에서 설명한 평가 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건 - 반연신사의 열적특성 및 점탄성 특성 조절 조건

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	비교실시예1	비교실시예2	비교실시예3
융점(℃)	해성분	주피크	230	230	없음	없음	240	230
		보조피크	없음	없음	없음	없음	없음	235
	도성분	주피크	250	255	250	250	255	251
		보조피크	없음	없음	없음	없음	없음	256
융해열	34.2	40.5	31.2	40.0	38.2	35.1
1차전이피크	온도(℃)	없음	없음	없음	없음	125	12
	tanδ	없음	없음	없음	없음	0.18	0.17
2차전이피크	온도(℃)	-40	-35	-40	-35	-38	-35
	tanδ	0.060	0.570	0.061	0.55	0.060	0.053

연신사(최종 해도형 복합섬유)의 열적특성 및 점탄성 특성 평가 결과

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	비교실시예1	비교실시예2	비교실시예3
융점(℃)	해성분	주피크	224	228	233	229	247	230
		보조피크	230	233	235	없음	없음	235
	도성분	주피크	246	250	254	250	256	260
		보조피크	252	255	258	없음	없음	242
융해열	해성분	11.4	13.7	10.5	10.1	19.2	12.5
	도성분	34.2	30.5	37.2	29.8	25.1	30.4
1차전이피크	온도(℃)	130	133	141	155	138	135
	tanδ	0.155	0.163	0.150	0.210	0.151	0.158
2차전이피크	온도(℃)	-35	-32	-33	-34	-38	-40
	tanδ	0.050	0.053	0.041	0.057	0.052	0.090
기모성	우수	우수	우수	불량	양호	불량

본 발명의 해도형 복합섬유는 적절한 열적특성 및 점탄성 특성을 구비하고 있어서, 해성분 용출이 용이하고 기모성도 양호하다. 그 결과 촉감 및 외관이 우수한 기모 경편지용 원사로 매우 유용하다.

Claims (6)

1. 해성분인 이용해성 폴리머와 도성분인 통상의 폴리에스테르를 사용하여 반연신사(POY)를 제조하는 복합방사공정과, 상기 복합방사공정과는 불연속적으로 반연신사(POY)를 연신과 동시에 정경한 후 비밍(Beaming)하는 공정을 거쳐 제조된 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 복합섬유가 아래 열적특성 및 점탄성 특성을 만족하는 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.

   - 아 래 -

   ·융점피크의 발현 개수 : 4개

   ·해성분의 융점주피크 온도[Tms] : 220∼235℃

   ·도성분의 융점주피크 온도[Tmi] : 240∼255℃

   ·점탄성지수(tanδ) 1차 전이피크 온도[Tα] : 120∼150℃

   ·1차 전이피크(α-peak) 점탄성지수 값[tanδα] : 0.10∼0.20
2. 1항에 있어서, 해성분의 융점보조피크 온도[Tms']가 해성분의 융점주피크 온도[Tms] 보다 2∼10℃ 높은 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
3. 1항에 있어서, 도성분의 융점보조피크 온도[Tmi']가 도성분의 융점주피크 온도[Tmi] 보다 2∼10℃ 높은 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
4. 1항에 있어서, 복합섬유의 점탄성지수(tanδ) 2차 전이피크 온도[Tβ]가 -50℃∼-20℃인 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
5. 1항에 있어서, 복합섬유의 2차 전이피크(β-peak) 점탄성지수 값[tanδβ]이 0.03∼0.08인 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
6. 1항에 있어서, 도성분 결정의 융해열이 해성분 결정의 융해열 보다 2∼5배 큰 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.