KR100419764B1 - 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 - Google Patents

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 터프니스가 높고 섬도가 균일하며, 염색의 균일성이 우수한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유를 제공하는 것이며, 이 섬유는 의료용으로서 매우 유용하다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유는, 저속 방사-연신의 2 단계법으로 제조할 수 있고, 그 제조공정에서 미연신섬유의 권취조건, 그것을 유지하는 분위기 조건 및 그 유지시간을 특정 범위로 설정함으로써, 미연신섬유의 경시적 수축 및 그에 따른 미연신섬유 패키지의 변형을 억제하여, 미연신섬유의 해제장력을 일정하게 유지하고, 양호한 연신상태로 고품질의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트테레프탈레이트가 제조된다.

Description

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 섬유{POLY(TRIMETHYLENE TEREPHTHALATE)FIBER}
폴리에틸렌 테레프탈레이트를 주성분으로 하는 폴리에스테르 섬유는 가장 의료에 적합한 합성섬유로서 전세계에서 대량생산되어, 폴리에스테르 섬유산업은 이미 하나의 큰 산업으로 성장하고 있다.
한편, PTT 섬유는 오래전부터 연구 역사는 있지만, 종래에는 원료의 하나이던 트리메틸렌글리콜의 가격이 높아, 아직 본격적인 공업생산에 이르지 못하였다. 그러나, 최근 이 트리메틸렌글리콜의 저가의 제조법이 발명되어 공업화의 가능성이 보이고 있다.
PTT 섬유는, 폴리에스테르 섬유의 장점과, 나일론 섬유의 장점을 겸비하는 획기적인 섬유라는 기대가 모아져, 그 특징을 살려 의료 및 카페트 등에의 응용이 검토되고 있다.
PTT 섬유는, 일본 공개특허공보 소 52-5320 호 (A), 일본 공개특허공보 소 52-8123 호 (B), 일본 공개특허공보 소 52-8124 호 (C), 일본 공개특허공보 소 58-104216 호 (D), J.Polymer Science: Polymer Phisics Edition Vol.,14, 263∼274 (1976) (E) 및 Chemical Fibers International Vol.,45,April (1995)110∼111 (F) 등의 선행기술에 의해 오래 전부터 알려져 있다.
이들 선행기술에 있어서는, PTT 섬유는 소위 2 단계법으로 제조되고 있다. 그 중에서도, 기술적으로 본발명에 근사한 (D) 에는 다음과 같은 기재가 있다.
「통상의 제조방법에 의한 PTT 미연신섬유, 즉 방사속도 2000 m/분 미만으로 방사된 미연신섬유는, 배향도 및 결정화도가 매우 낮고 유리전이점이 35 ℃ 로 낮기 때문에, 경시변화가 매우 빠르고, 연신시에 보풀이나 넵(nep)이 많이 발생하여, 양호한 성질을 갖는 PTT 섬유를 얻는 것은 어렵다.」
그리고 (D) 에는 이 문제를 회피하는 기술로서, 방사속도를 2000 m/분 이상, 바람직하게는 2500 m/분 이상으로 하고, 배향도 및 결정화도를 높이고, 연신온도를 35 ∼ 80 ℃ 로 유지하는 방법이 제안되고 있다. 또, (D) 에는 3500 m/분의 방사속도로 미연신섬유를 얻어, 온도 20 ℃, 습도 60 % 의 조건하에 24 시간 방치한 후에 연신한 예가 개시되어 있다.
그러나, (D) 에는 2000 m/분 미만의 방사속도로 방사된 미연신섬유의 구조나물성이, 실온 부근에서 시간경과에 따라 변화하는 소위 경시변화가 현저하고, 이것이 직접 연신상태에 악영향을 미치는 것은 기재되어 있지만, 방사속도 2000 m/분 미만의 속도영역에서의 경시변화가 미치는 악영향의 회피책에 대해서는 기재도 시사도 없다. 더욱이, 그 경시변화를 최소한으로 억제하여 양호한 연신상태에서 양호한 품질의 섬유를 얻는 구체적 수단에 대한 시사 등은 없다.
또, (D) 의 실시예의 기재로부터, (D) 의 방법으로 얻어지는 PTT 섬유는 터프니스(toughness)가 18 (cN/dtex)%1/2이하이며, 역학적 성질이 떨어지는 PTT 섬유로 되어 있는 것을 알 수 있다.
(D) 의 비교예에, 방사속도 1200 m/분으로 방사하고, 미연신섬유를 20 ℃, 상대습도 60 % 의 분위기내에 방치한 후 연신한 것이 기재되어 있지만, 터프니스 값이 18 (cN/dtex)%1/2로 낮은 섬유 밖에 얻을 수 없고, 섬도변동값 (U %) 이나 주기적 변동에 대한 기재는 없다.
본 발명자들의 검토 결과, 방사속도 1900 m/분 이하의 2 단계법에 의한 PTT 섬유의 제조에 있어서는, 얻어지는 미연신섬유는, 도 1 및 도 2 에 도시하는 바와 같이, 분위기 온도와 경과시간에 따라 수축율이 변화한다는 것이 밝혀졌다. 그리고, 미연신섬유의 경시적 수축이 큰 경우는, 미연신섬유 패키지가 수축으로 인해, 시간의 경과에 따라 도 3A 에서 도시하는 것과 같은 정상적인 형태에서 도 3B 에서 도시하는 바와 같이 일그러진 형태로 변형되고, 미연신섬유끼리 부분적으로 교착됨으로써, 미연신섬유의 원활한 해제가 방해되어, 그 결과 해제장력의 변동이커져, 실끊김 및 단사끊김이 많이 발생하여, 연신상태가 나쁘다는 것도 밝혀졌다. 도 3A, 도 3B 에 있어서, 1 은 미연신섬유, 2 는 미연신섬유 권취 보빈이다.
또한, 이러한 경시적 수축으로 인해 변형된 패키지에 감긴 미연신섬유에서 얻어지는 연신섬유는, 전반적으로 섬도변동값, 즉 U % 가 크고, 미연신섬유 권취기의 트래버스(traverser)폭 (연신섬유에서 2 ∼ 5 m 간격) 또는 그 배수에 상당하는 주기적인 섬도의 변동이 발생하는 것이 밝혀졌다 (도 4A 및 도 5A 참조). 이와 같이 U % 가 크고 주기적 섬도변동을 갖는 연신섬유는, 편직물로 한 후 염색할 때 전반적으로 염색의 균일성이 나쁘고 주기적인 염색얼룩이나 광택얼룩을 나타내어, 균일성을 중시하는 의료 용도에는 적합하지 않다.
통상, 2 단계법에서의 합성섬유의 공업적 제조에서는, 미연신섬유를 권취한 후, 연신의 종료까지 최대 3, 4 일 걸리는 것을 피할 수 없어, 경시적 수축의 영향을 실질적으로 피할 수 없다. 따라서, 이와 같이 경시적 수축이 현저한 상태에서는 의료용에 적합한 PTT 섬유의 공업적 생산은 불가능하다고 할 수 있다.
본 발명은, 폴리에스테르 섬유의 일종인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유 (이하, PTT 섬유라 함) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (이하, PTT 라 함) 를 용융방사하여, 일단 미연신섬유로서 권취한 후에, 이것을 연신하여 섬유를 제조하는, 소위 2 단계 제조법, 및 이에 의해 얻어지는 균일성이 높은 의료용 PTT 섬유에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 상기 제조방법에 있어서의 상기 미연신섬유를 유지하는 분위기 조건 및 유지시간에 관한 것이다.
도 1 은 분위기 조건 (온도 조건) 과 PTT 미연신섬유의 수축율의 경시적 변화의 관계를 나타내는 도이다 (상대습도 90 % 시).
도 2 는 분위기 온도와 PTT 미연신섬유의 수축율의 관계를 나타내는 도이다 (상대습도 90 %, 경과시간 24 시간).
도 3A 는 정상적인 형태의 미연신섬유 패키지의 개략도이다.
도 3B 는 미연신섬유의 경시적 수축에 의해 변형된 미연신섬유 패키지의 개략도이다.
도 4A 는 저섬도측 주기적 변동의 현저한 이브니스 테스터 U % 챠트도 (Diagram Mass) 이다.
도 4B 는 저섬도측 주기적 변동이 현저하지 않은 이브니스 테스터 U % 챠트도 (Diagram Mass) 이다.
도 5A 는 도 4A 에 대응하는 섬도변동의 주기해석도 (Spectrogram Mass) 이다.
도 5B 는 도 4B 에 대응하는 섬도변동의 주기해석도 (Spectrogram Mass) 이다.
도 6 은 방사기의 개략도이다.
도 7 은 연연기의 개략도이다.
도 8 은 드로우 와인더의 개략도이다.
도 9 는 펀의 개략도이다.
도 10 은 치즈의 개략도이다.
본 발명의 목적은, PTT 섬유의 2 단계법에 의한 제조에 있어서, 안정된 연신상태 (연신 수율) 가 얻어지고, 터프니스가 높고, 섬도변동, 특히 주기적인 섬도변동이 작은, 의료용에 적합한 고도의 품질의 PTT 섬유, 및 그러한 PTT 섬유의 공업적 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 과제는, 미연신섬유의 경시적 수축을 최소한으로 억제하고, 미연신섬유의 해제장력의 변동을 작게 하여, 연신상태 및 연신섬유의 품질에 미치는 악영향을 해소하는 것이다.
본 발명자들은 예의 연구한 결과, PTT 미연신섬유가 놓이는 분위기 조건 (온도, 상대습도) 과 미연신섬유의 경시적 수축, 나아가 연신상태나 연신섬유의 품질과의 관계를 발견하여, 그 지견에 의거하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명에서의 제 1 발명은, 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트의 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르의 반복단위로 이루어지는 고유점도가 0.7 ∼ 1.3 인 유연(有撚:꼬임이 있음) 또는 무연(無撚:꼬임이 없음)의 PTT 섬유로서, 터프니스가 19 (cN/dtex)%1/2이상이고, 이브니스(eveness;평활도) 테스터에 의한 연속적 섬도변동 측정에 있어서 섬도변동값 (U %) 이 1.5 % 이하이고, 하기 (1), (2), (3) 중 어느 하나의 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 균일성이 높은 PTT 섬유이다.
(1) 이브니스 테스터 챠트상에 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동이 존재하고, 그 변동의 크기가 평균섬도대비 2 % 이하이다.
(2) 이브니스 테스터 챠트상에서는 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동은 판별할 수 없지만, 섬도변동의 주기해석도상에 간격 10 m 이하의 주기적 변동이 존재한다.
(3) 이브니스 테스터 챠트상에서는 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동은 판별할 수 없고, 섬도변동의 주기해석도상에 간격 10 m 이하의 주기적 변동이 존재하지 않는다.
(단, 터프니스 = 파단강도 ×파단신도1/2(cN/dtex)%1/2이며, 이브니스 테스터의 측정섬유길이는 250 m 이다.)
본 발명에서의 제 2 발명은, 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르 반복단위로 이루어지는 고유점도 0.7 ∼ 1.3 의 PTT 로 이루어진 섬유를 제조하는 방법으로서, 방사공정에서 1900 m/분 이하의 권취속도로 미연신섬유를 일단 패키지에 권취한 다음, 이 미연신섬유를 연신공정에서 연신하는 2 단계법으로 제조할 때, 미연신섬유의 권취장력을 0.04 ∼ 0.12 cN/dtex 로 하고, 미연신섬유의 권취, 보관 및 연신의 각 공정에서, 이 미연신섬유를 온도 10 ∼ 25 ℃, 상대습도 75 ∼ 100 % 의 분위기 내로 유지하고, 이 미연신섬유의 연신을, 권취 후 100 시간 이내에 완료하는 것을 특징으로 하는 PTT 섬유의 제조방법이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 서술한다.
본 발명에 있어서는, 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르 반복단위로 이루어지는, 고유점도가 0.7 ∼ 1.3 인 PTT 를 사용하고, 방사공정에서 1900 m/분 이하의 권취속도로 미연신섬유를 일단 패키지에 권취한 다음 이 미연신섬유를 연신공정에서 연신하는 2 단계법으로 제조하는 방법을 대상으로 하고, 또한 이 방법에서 얻어지는 유연 또는 무연의 PTT 장섬유를 대상으로 한다.
일반적으로 2 단계법에서의 연신은, 도 7 에 나타내는 연연기(延撚機) (드로우 트위스터), 또는 도 8 에 나타내는 연신권취기 (드로우 와인더) 라 불리는 설비를 이용하여 실시되고, 연신섬유는 전자에서는 펀(pirn) (도 9 에 도시), 후자에서는 치즈(cheese) (도 10 에 도시) 라 불리는 형상으로 감긴다. 섬유는 일반적으로 펀에 있어서는 유연으로, 치즈에 있어서는 무연으로 감긴다. 도 7, 도 8 에서, 15 는 미연신섬유 패키지, 16 은 공급 롤, 17 은 핫 플레이트, 18 은 연신 롤, 19 는 펀, 20 은 치즈이다. 또, 도 9 에서, 21 은 보빈, 22 는 연신섬유이며, 도 10 에서, 23 은 지관(紙管), 24 는 연신섬유이다.
본 발명의 제 1 발명에 있어서는, 터프니스는 19 (cN/dtex)%1/2이상이다. 터프니스가 19 (cN/dtex)%1/2미만이면, PTT 섬유를 가공하여 얻어지는 편직물의 인열강도 등의 역학적 성질이 떨어지게 되어, 의료용 섬유로는 충분치 않다. 터프니스의 바람직한 범위는 21 (cN/dtex)%1/2이상이다. 참고로, 일반적인 의료용 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 터프니스는 약 24 (cN/dtex)%1/2이다.
본 발명의 제 1 발명에 있어서는, 이브니스 테스터에 의한 연속적 섬도변동 측정에 있어서, 섬도변동값 (U %) 은 1.5 % 이하이다. U % 가 1.5 % 를 초과하면, 물성의 균일성이나 염색의 균일성이 나쁘고, 그 결과 편직물로 가공했을 때 편직물 전반적으로 염색얼룩이나 염색줄이 눈에 띄어 양호한 것은 얻을 수 없다. U % 의 바람직한 범위는 1.2 % 이하이며, 더욱 바람직한 범위는 1.0 % 이하이다.
미연신섬유 패키지가 경시적 수축에 의해 현저하게 변형되는 조건에서 얻어진 미연신섬유는, 경시적 수축으로 인해 미연신섬유의 섬도변동이 증대하여, U % 의 악화로 이어지고 있다고 생각된다.
본 발명의 제 1 발명에 있어서는, 적어도 이브니스 테스터에 의한 연속적 섬도측정의 챠트상에, 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동이 존재하고, 이 변동의 크기가 평균섬도대비 2 % 이하이다. 이는 상기 (1) 의 요건에 상당한다.
섬도변동에 주기성이 존재하는지 여부의 확인은, 연속적 섬도측정 챠트 (Diagram Mass) 를 직접 판독하거나, 후술하는 섬도변동의 주기해석 (Spectrogram Mass) 에 의해 판별할 수 있다. 후자에서는, 주기장 (해석도의 횡축에 나타냄) 이 1 ∼ 10 m 의 범위에서, 섬도변동의 분산 CV 값 (해석도의 종축에 나타냄) 이 약 0.2 % 를 초과하는 피크가 존재하면, 섬도변동에 주기성이 존재한다고 할 수 있다.
저섬도측 주기적 변동이란, 이브니스 테스터에 의한, 도 4A 에 나타내는 연속적 섬도측정 챠트상에, 등간격으로 존재하는 하향 수염형상 시그널에 대응하는 변동을 말한다. 시그널이 등간격으로 관찰되는 것은, 시그널 발생의 원인이 되는 섬도변동이 주기적으로 일어나고 있는 것을 의미하고, 하향 시그널이 존재하는 것은 섬유길이방향의 그 점의 섬도 (섬유의 굵기) 가 낮은 쪽으로 변동하고 있는 것을 의미하고 있다. 이러한 저섬도측의 주기적 섬도변동의 대평균섬도비율은 챠트상에서 직접 판독할 수 있다. 이것이 2 % 를 초과하면 섬유를 편직물로 가공했을 때, U % 가 1.5 % 이하라 하더라도, 이 주기적 섬도변동이 원인이 되어 부분적으로 강한 염색얼룩이나 광택얼룩이 현저하여, 양호한 의료용 편직물은 얻을 수 없다.
주기적 섬도변동의 발생간격은, 실질적으로 미연신섬유 패키지의 양단부간의 1 스트로크분 또는 2 스트로크분의 미연신섬유 길이와 실연신비의 곱에 상당하고 있다. 양단부 또는 한쪽 단부에 존재하는 미연신섬유가, 해제 저항으로 인해 신장되어 저섬도측의 주기적 섬도변동이 되었다고 생각된다. 2 단계법에 있어서, 주기적 섬도변동의 발생간격은, 미연신섬유의 권취기의 스트로크 길이, 능각, 연신비로 결정되는데, 통상 10 m 이하이다.
저섬도측의 주기적 섬도변동이 작아지면, 연속적 섬도측정 챠트상에서는 도 4B 와 같이 하향 등간격의 시그널을 판별할 수 없게 된다. 그러나, 도 4B 에 대응하는 주기해석도 (도 5B) 에는 주기변동이 있는 것을 나타내는 시그널이 나타나 있다. 이와 같이, 챠트상에는 시그널이 현저하지 않지만, 주기해석도에는 시그널이 나타나는 것이 상기 (2) 의 요건의 특성이다. 도 5B 상에는 10 m 이내에 4 개의 시그널, 즉 산형상으로 돌출된 시그널이 나타나 있다. 이 산형상 돌출 시그널이 1 개 또는 복수개 보이는 상태가, (2) 의 요건에 나타나 있는 주기해석도상에 주기적 섬도변동이 존재한다는 상태이다. 참고로 주기해석에 있어서는, 시그널이 저섬도측인지 고섬도측인지는 방법상 알 수 없다. 이 (2) 의 요건을 만족하는 범위가 본 발명의 바람직한 범위이다.
주기적 섬도변동이 더욱 작아지면, 주기해석도에 있어서도 산형상 돌출 시그널이 존재하지 않게 된다. 이 상태가 상기 (3) 의 요건의 특성을 나타내는 상태이다. 즉, (3) 의 요건을 만족하는 범위가 본 발명의 더욱 바람직한 범위이다.
본 발명의 제 2 발명에 있어서는, 방사공정에서의 미연신섬유의 권취장력은 0.04 ∼ 0.12 cN/dtex 이다. 권취장력이 이 범위이면, 만약 미연신섬유의 다소의 경시수축이 일어나더라도, 권취 패키지의 큰 변형으로 이어지지는 않는다. 미연신섬유를 유지하는 분위기 온도를 본 발명의 범위내에서 비교적 고온으로 유지할 때는 권취장력을 비교적 저장력측에 설정하고, 분위기 온도를 비교적 저온으로 유지할 때는 비교적 고장력측에 설정한다.
권취장력을 0.04 cN/dtex 미만으로 설정하면 실의 주행안정성을 얻을 수 없어, 미연신섬유를 연속적으로 권취하는 것이 어려워진다. 한편, 권취장력이 0.12 cN/dtex 를 초과하면 분위기 온도를 10 ∼ 25 ℃ 로 해도, 미연신섬유의 경시적 수축에 의한 패키지의 변형은 피할 수 없다.
본 발명의 제 2 발명에 있어서는, 이 미연신섬유의 권취, 보관 및 연신의 각 공정에 있어서, 온도 10 ∼ 25 ℃, 상대습도 75 ∼ 100 % 의 분위기내로 유지된다.
분위기 온도가 10 ℃ 를 밑돌면, 미연신섬유의 경시적 수축은 매우 작아지는데, 온조(溫調) 비용이 증대할 뿐 아니라, 저온으로 인해 작업효율이 저하된다. 한편, 분위기 온도가 25 ℃ 를 초과하면, 미연신섬유의 경시적 수축이 너무 커져, 권취장력을 0.04 cN/dtex 까지 낮춰도 패키지의 큰 변형은 피하기 어렵다.
분위기 온도의 바람직한 범위는, 미연신섬유 패키지의 변형, 온조 비용 및 작업효율을 고려하면 15 ∼ 22 ℃ 이다.
본 발명의 제 2 발명에 있어서는, 각 공정중에서 미연신섬유를 유지하는 분위기의 상대습도는 75 ∼ 100 % 이다. 상대습도가 75 % 미만이면, 미연신섬유패키지에 마무리제와 함께 부여되어 있는 수분이, 패키지의 양단면에서 빨리 증발되어, 그 부분의 미연신섬유의 수분율이 저하되는 것이 원인으로, 연신섬유에 보풀이 많이 발생함과 동시에 연신후의 섬유의 U % 가 1.5 % 를 초과하여, 염색줄이나 염색얼룩이 현저해진다. 상대습도의 바람직한 범위는 80 ∼ 95 % 이다.
본 발명의 제 2 발명에 있어서는, 권취한 미연신섬유의 연신을, 권취후 100 시간 이내에 완료할 필요가 있다. 이 미연신섬유가 권취되고 나서 연신되기까지의 시간, 즉 미연신섬유가 권취되기 시작한 때부터 미연신섬유 패키지의 최내층에 권취된 미연신섬유가 연신되기까지의 시간을, 통상 래그타임이라 부르는데, 본 발명에 있어서는 래그타임이 100 시간 이내일 필요가 있다.
래그타임이 100 시간을 초과하면, 미연신섬유의 경시적 수축이 작아, 패키지의 변형이 작아도, 미연신섬유의 마무리제와 함께 부여된 수분의 증발에 의해 패키지 각부의 수분율이 균일하지 않게 되는 것이 원인으로, 연신섬유의 U % 가 1.5 % 를 초과하는 범위가 되어, 염색얼룩이 발생 (염색 등급이 불합격 수준이 된다) 하는 경향이 있다. 래그타임의 보다 바람직한 범위는 75 시간 이내, 보다 바람직한 범위는 50 시간 이내이다.
다음, 본 발명에서의 PTT 폴리머에 대해 이하에 상세히 기술한다.
본 발명에서의 PTT 는, 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르 반복단위로 이루어진다.
즉, 본 발명에서의 PTT 란, PTT 호모폴리머 및 5 몰% 미만의 기타 에스테르 단위를 포함하는 공중합 PTT 이다. 공중합 성분의 대표예는 이하와 같다.
산성분으로는, 5-나트륨술포이소프탈산으로 대표되는 술폰기를 갖는 디카르본산 및 그의 금속염, 이소프탈산으로 대표되는 방향족 디카르본산, 아디프산으로 대표되는 지방족 디카르본산 등이며, 글리콜 성분으로는, 에틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등이다. 복수의 공중합 성분을 포함하는 것도 가능하다.
본 발명에서의 PTT 의 고유점도는 0.7 ∼ 1.3 이다. 의료용도에는 0.8 ∼ 1.1 의 범위가 바람직하다.
또, 본 발명에서의 PTT 는, 잔류금속계 촉매, 열안정제, 산화방지제, 광택제거제, 제전제, 색상조정제, 난연제, 자외선 차폐제 등의 첨가제를 함유하고 있어도 되고, 또 공중합 성분으로서 함유하고 있어도 된다.
본 발명에서의 PTT 의 제법으로는 공지의 방법을 적용할 수 있고, 예컨대 용융중합한 후에 고상중합으로 더욱 고유점도를 높이는 방법이 일반적이다.
본 발명의 PTT 섬유의 제조에 있어서는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 방법이 예시된다.
도 6 에 있어서, 먼저, 건조기 (3) 로 30 ppm 이하의 수분율까지 건조된 PTT 펠렛을, 255 ∼ 265 ℃ 온도로 설정된 압출기 (4) 에 공급하여 용융한다. 용융된 PTT 는, 그 후 벤드 (5) 를 거쳐 250 ∼ 265 ℃ 로 설정된 스핀헤드 (6) 로 송액되고, 기어펌프로 계량된다. 그 후, 스핀팩 (7) 에 장착된 복수의 방공(紡孔)을 갖는 방사 마우스피스 (8) 를 거쳐, 멀티 필라멘트 (9) 로서 방사 챔버내에 압출된다.
압출기 및 스핀헤드의 온도는, PTT 펠렛의 고유점도나 형상에 따라 상기 범위에서 최적의 것을 선택한다.
방사 챔버내에 압출된 PTT 멀티 필라멘트는, 냉각풍 (10) 에 의해 실온까지 냉각되면서 소정의 속도로 회전하는 인취(引取) 고데 롤 (12, 13) 에 의해 세분화되고 고화되어 소정의 섬도의 미연신섬유가 된다. 미연신섬유는, 인취 고데 롤 (12) 에 접하기 전에, 마무리제 부여장치 (11) 에 의해 마무리제가 부여된다. 미연신섬유는, 인취 고데 롤 (13) 에서 나온 후, 권취기 (14) 에 의해 권취되어 미연신섬유 패키지가 된다. 미연신섬유의 권취속도는 1000 ∼ 1900 m/분이 바람직하다.
이 때 인취 고데 롤 (12, 13) 및 권취기 주변의 분위기를, 온도 10 ∼ 25 ℃, 상대습도 75 ∼ 100 % 로 유지해 둔다. 또, 형성된 미연신섬유 패키지를 연신공정으로 보내기 전에 일시 보관하는 경우도 상기 조건의 분위기내에서 보관한다.
미연신섬유의 권취장력은, 권취속도, 즉 권취중의 미연신섬유 패키지의 주속(周速)과 인취 고데 롤 (13) 의 주속과의 비를 변화시킴으로써 설정한다.
마무리제는, 안전상 또는 작업 환경상 문제가 없는 수(水)에멀젼 타입을 사용한다. 그 때 마무리제의 농도로는 10 ∼ 30 wt% 가 바람직하다. 수에멀젼 타입의 마무리제가 부여되는 경우, 권취후의 미연신섬유는, 마무리제 농도 및 마무리제 부착율에 따른 수분율의 수분을 가지고 있다. 이 수분율은 통상 3 ∼ 5 wt% 이다.
미연신섬유 패키지는, 다음에 연신공정으로 보내져 도 7 에 나타내는 연신기로 연신된다. 연신기에 있어서, 미연신섬유 패키지 (15) 는, 연신되는 동안 온도 10 ∼ 25 ℃, 상대습도 75 ∼ 100 % 의 분위기내로 유지된다. 연신기에 있어서는, 먼저 미연신섬유 (15) 는, 45 ∼ 65 ℃ 로 설정된 공급 롤 (16) 상에서 가열되고, 연신 롤 (18) 과 공급 롤 (16) 의 주속도비를 이용하여 소정의 섬도까지 연신된다. 섬유는, 연신중 또는 연신후에, 100 ∼ 150 ℃ 로 설정된 핫 플레이트 (17) 에 접촉하면서 주행하고, 긴장열처리를 받는다. 연신 롤을 나온 섬유는, 스핀들에 의해 가연되면서 권취되어 펀 (19) 이 된다.
그 때, 연신 롤 (18) 과 공급 롤 (16) 의 주속도비, 즉 연신비 및 핫 플레이트 온도는, 신장장력이 0.35 cN/dtex 전후가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
물성의 측정방법 및 측정조건은 하기와 같다.
(a) 고유점도
고유점도 [η] 는 다음 식의 정의에 의거하여 구해지는 값이다.
[η] = lim (ηr-1)/C
C→0
식중, ηr 은, 순도 98 % 이상의 o-클로로페놀로 용해한 PTT 폴리머의 희석용액의 35 ℃ 에서의 점도를, 동일 온도에서 측정한 상기 용제의 점도로 나눈 값으로서, 상대점도라 정의되어 있는 것이다. C 는 g/100 ml 로 표시되는 폴리머 농도이다.
(b) 미연신섬유의 경시적 수축율 (%)
권취 직후의 미연신섬유를, 검척기로 둘레길이 1.125 m 의 20 회 실타래 (바퀴모양의 실다발)로 만들고, 이것을 소정의 온습도조건의 분위기내에 소정 시간, 무하중 상태로 방치한다.
타래작성 직후 및 소정의 시간경과후 (권취후의 경과시간에 상당함) 의 타래길이를 측정하여, 다음 식에 따라 미연신섬유의 경시적 수축율을 산출한다. 타래길이의 측정시의 하중은 22.5 mg/dtex 이다.
미연신섬유 경시적 수축율 = [(L1-L2)/L1]×100
식중, L1 은 초기 타래길이 (cm), L2 는 소정시간 경과후의 타래길이 (cm) 이다.
(c) 파단강도, 파단신도 및 터프니스
범용 인장시험기를 사용하여, 섬유파지길이 50 cm, 인장속도 50 cm/분의 조건으로 시료의 신장-하중 곡선을 5 회 그리게 하여, 5 회 평균의 파단강도 (cN/dtex) 및 파단신도 (%) 를 구한다. 그 값을 이용하여 다음 식에 따라 터프니스를 산출한다.
터프니스 = 파단강도 ×파단신도1/2(cN/dtex)%1/2
(d) 연속 섬도변동 측정 (챠트) 및 섬도변동값 (U %)
이하의 방법으로 연속 섬도변동 챠트 (Diagram Mass) 를 구함과 동시에 U % 를 측정한다.
측정기 : 이브니스 테스터 (셸베거 우스터사 제조 우스터 테스터 4)
측정조건 :
·실속도 100 m/분
·꼬임수 10000 회전/분
·측정섬유길이 250 m
·스케일 섬유의 섬도변동에 따라 설정
도 4A 와 같이 주기적 섬도변동이 챠트상에 명확하게 관찰될 때는, 주기적 섬도변동의 간격과 변동의 크기의 대평균섬도비율을 챠트상에서 판독한다.
도 4B 와 같이 주기적 섬도변동이 챠트상에 명확하게 관찰되지 않을 때는, 이브니스 테스터 부속의 섬도변동주기 해석소프트를 이용하여 도 5A 또는 도 5B 와 같은 주기해석도, 즉 Spectrogram Mass (섬도변동의 분산 CV 의 주기성도) 를 얻어, 산형상 돌출 시그널, 즉 주기적 섬도변동의 유무와 그 발생간격을 판정한다.
(e) 염색 등급
이하의 기준으로 숙련자가 판정한다.
5 급 : 가장 우수함 (합격)
4 급 : 우수함 (합격)
3 급 : 양호 (겨우 합격)
2 급 : 불량 (불합격)
1 급 : 매우 불량 (불합격)
[실시예 1 ∼ 4, 비교예 1 및 2]
본 예에서는, 유지하는 분위기의 온도가 미연신섬유의 경시적 수축에 미치는 영향을 조사하였다.
산화티탄을 0.4 wt% 함유하는 고유점도 0.91 의 PTT 펠렛을 도 6 및 도 7 에 나타내는 방사기 및 연신기를 사용하여, 56 dtex/24 필라멘트의 PTT 섬유를 제조하였다. 이 방사기에 있어서는 방사 마우스피스가 동시에 16 개 장착가능하고, 따라서 본 예에서는 동시에 미연신섬유를 16 개씩 채취하였다. 이에 이어지는 연신에 있어서는, 이 동시에 채취한 16 개의 미연신섬유를 동시에 연신을 개시하였다.
이 16 개씩의 미연신섬유의 채취 및 연신을 분위기 조건을 바꾸어 실시하였다. 미연신섬유를 권취한 후 (6 kg 권 패키지 형성후) 24 시간 보관한 후, 연신을 개시하고, 6 kg 권 미연신섬유를 4 절체(切替)하고, 즉 1.5 kg 권 연신섬유를 4 개 채취하는 방법을 택했다. 그 때, 각 절체 사이에 1 시간씩 간격을 두었다.
미연신섬유을 권취, 보관 및 연신하는 동안 미연신섬유는 소정 조건의 분위기내로 유지되었다. 분위기 조건으로는 상대습도를 90 % 로 유지하고, 온도를 28 ∼ 15 ℃ (표 1 에 나타냄) 로 변화시켜, 미연신섬유의 채취를 4 회 실시하였다.
방사조건 및 연신조건은 이하와 같다.
방사조건 :
펠렛 건조온도 및 도달 수분율 130 ℃, 25 ppm
압출기 온도 260 ℃
스핀헤드 온도 265 ℃
방사 마우스피스 구멍직경 0.24 mm
폴리머 토출량 19 g/분/END
냉각풍 조건 온도 22 ℃, 상대습도 90%
속도 0.5 m/sec
마무리제 조건 10 % 수에멀젼
마무리제 부착율 0.8 wt%
인취속도 1500 m/분
(인취 고데 주속)
권취속도 권취장력이 0.07 cN/dtex
가 되도록 조절
마무리제 농도 및 동 부착량 10 % 수에멀젼, 0.8 wt%
미연신섬유 수분율 4.0 wt%
미연신섬유 권중량 6 kg/1 보빈
상기에 대응하는 권시간 5.3 시간
연신조건 :
연신기 공급 롤 온도 55 ℃
동 핫 플레이트 온도 130 ℃
동 연신 롤 온도 비가열 (실온)
연신비 얻어지는 연신섬유의 파단신도가
약 40 % 가 되도록 설정
권취속도 800 m/분
권질량 1.5 kg
상기에 대응하는 권시간 5.8 시간
본 예에 있어서는, 표 1 에 나타내는 각 분위기 조건에 대응하여, 동시에 16 개씩의 미연신섬유를 6 회 (도핑) 채취하고, 각각의 도핑에 대해 1.5 kg 권×4 회의 연신실험을 실시하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이 미연신섬유 패키지의 변형 정도 및 해제 불량에 의한 실끊김 개수를 평가하여 표 2 에 나타내는 바와 같이 연신섬유의 물성 및 품질을 평가하였다.
표 1 에서 알 수 있듯이, 분위기 온도가 본 발명의 규정과 다른 비교예 1, 2 에서는 미연신섬유의 권취 패키지의 변형이 크고, 그 결과 해제 불량에 의한 연신시의 실끊김이 많이 발생하는 한편, 분위기 온도가 본 발명의 규정과 동일한 실시예 1 ∼ 4 에서는 미연신섬유의 권취 패키지의 변형은 작고, 그 결과 해제 불량에 의한 실끊김은 적다.
표 2 에서 알 수 있듯이, 분위기 조건이 본 발명의 규정과 다른 비교예 1 및 2 의 연신섬유는, 섬도변동값 (U %) 및 섬도의 주기적 변동이 크고, 염색 등급이불합격인 1 ∼ 2 급이다. 그러나 본 발명의 규정과 동일한 실시예 1 ∼ 4 의 섬유는, U % 의 값이 양호하며, 섬도의 주기적 변동도 작고, 염색 등급은 3 ∼ 5 급이며, 균일성이 높은 섬유이다.
번호 분위기 온습도 권취후 24 시간 경과후 패키지 형상 해제 불량에 의한 실끊김 개수
온도℃ 상대습도% 1 절체31.1hr* 2 절체39.2hr* 3 절체47.3hr* 4 절체55.5hr* 합계
비교예 1 28 90 ×× 7 8 10 15 40
비교예 2 26 90 × 7 7 9 11 34
실시예 1 24 90 Ｏ 1 2 1 3 7
실시예 2 22 90 ◎ 0 1 2 1 4
실시예 3 18 90 ◎ 0 1 1 1 3
실시예 4 15 90 ◎ 1 1 0 1 3
주 1◎ : 매우 양호, Ｏ: 양호, ×: 변형이 큼, ××: 변형이 매우 큼주 2해제 불량에 의한 실끊김 개수 : 미연신섬유 패키지 16 개 중 연신공정에서의 해제 불량을 원인으로 하여 끊어진 실의 개수.주 3표 중 * 표시는 그 절체에서 연신된 미연신섬유가 권취된 후부터 연신되기 까지의 경과시간 (미연신섬유로서 존재한 시간) 의 최대
번호 섬도,dtex 파단강도,cN/dtex 파단신도,% 비수(沸水)수축율,% 열수축응력극치,cN/dtex 터프니스,(cN/dtex)%1/2 U% 섬도주기적변동폭,% 염색 등급,급
비교예1 55.4 3.2 41.0 13.0 0.29 20 1.7 4 1
비교예2 55.4 3.2 40.4 12.9 0.28 20 1.6 3 2
실시예1 55.0 3.4 39.1 12.8 0.30 21 1.3 2 3
실시예2 54.9 3.4 38.2 13.1 0.30 21 0.9 (2)* 4
실시예3 54.9 3.5 38.0 13.2 0.31 22 0.8 (2)* 5
실시예4 54.9 3.4 38.9 13.4 0.30 21 0.8 (2)* 5
표 중 * 표시는 섬도변동의 주기해석결과를 나타내고, (2) 및 (3) 은 청구범위의 청구항 1 에 나타낸 동 번호의 규정에 상당한다.
[실시예 5 ∼ 7, 비교예 3 및 4]
본 예에서는, 분위기의 상대습도가 미연신섬유의 경시적 수축이나 연신섬유의 품질에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
상대습도를 표 3 에 나타내는 바와 같이 변화시키고, 그 이외의 방법 및 조건은 실시예 2 와 동일하게 하여 실시하였다.
얻어진 미연신섬유 패키지의 변형상태 및 실끊김 개수를 표 3 에, 연신섬유의 평균물성 및 균일성 등을 표 4 에 나타내었다.
상대습도가 75 % 미만이 되면, 연신섬유의 U % 가 악화됨과 동시에, 염색의 균일성 (염색 등급) 이 악화되는 것을 표 4 에서 알 수 있다.
또, 실시예 5 ∼ 7 의 연신섬유에는 보풀의 발생이 극히 적지만, 비교예 3 및 4 에서 얻어진 연신섬유에는 보풀이 많이 발생하였다.
분위기 온습도 권취후 24 시간후 패키지 형상 해제 불량에 의한 실끊김 개수
온도℃ 상대습도% 1 절체31.1hr* 2 절체39.2hr* 3 절체47.3hr* 4 절체55.5hr* 합계
실시예5 22 95 Ｏ 1 2 1 2 6
실시예6 22 85 Ｏ 1 1 1 2 5
실시예7 22 75 Ｏ 1 0 2 2 5
비교예3 22 70 Ｏ 0 2 2 3 7
비교예4 22 60 Ｏ 1 2 3 2 8
표 중의 * 표시는 그 도핑으로 연신된 미연신섬유의 권취되고 나서 연신되기까지의 경과시간 (미연신섬유로서 존재한 시간) 의 최대
번호 섬도,dtex 파단강도,cN/dtex 파단신도,% 비수수축율,% 열응력극치cN/dtex 터프니스(cN/dtex)%1/2 U% 섬도 주기적변동폭, % 염색등급,급
실시예5 54.9 3.5 41.0 12.9 0.29 23 1.0 (2)* 4
실시예6 54.8 3.4 40.8 12.9 0.27 22 0.9 〃 4
실시예7 55.0 3.4 39.8 13.1 0.27 21 1.3 〃 3
비교예3 54.8 3.2 39.5 13.5 0.29 20 1.7 〃 2
비교예4 55.1 3.0 40.1 13.0 0.30 19 1.8 〃 2
표 중 * 표시는 섬도변동의 주기해석결과를 나타내고, (2) 는 청구범위의 청구항 1 에 나타낸 동 번호의 규정에 상당한다.
[실시예 8 ∼ 10, 비교예 5 및 6]
본 예에서는, 권취장력이 미연신섬유의 경시수축 및 연신섬유의 품질에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
권취장력을 표 5 에 나타내는 바와 같이 변화시키고, 그 이외의 방법 및 조건은 실시예 2 와 동일하게 하여 실시하였다.
얻어진 미연신섬유 패키지의 변형상태 및 실끊김 개수를 표 5 에, 연신섬유의 평균물성 및 균일성 등을 표 6 에 나타내었다.
표 5 및 표 6 에서 알 수 있듯이, 권취장력이 0.12 cN/dtex 를 초과하면, 분위기 조건이 본 발명의 규정의 범위내라 하더라도, 미연신섬유 패키지의 변형은 현저하고, 그 결과 연신상태가 나쁘고, 연신섬유에는 저섬도측의 주기적 섬도변동이 관찰된다.
권취장력 0.04 cN/dtex 미만을 시험했지만, 미연신섬유를 감는 것이 불가능하여, 실시불능이었다.
번호 권취장력cN/dtex 권취후 24시간 경과후 패키지 형상 해제 불량에 의한 실끊김 개수
1 절체31.1hr* 2 절체39.2hr* 3 절체47.3hr* 4 절체55.5hr* 합계
비교예 5 0.16 ×× 3 3 4 5 15
비교예 6 0.13 × 2 3 3 4 12
실시예 8 0.11 Ｏ 1 1 2 2 6
실시예 9 0.08 ◎ 1 1 1 2 5
실시예 10 0.04 ◎ 0 1 1 1 3
표 중 * 표시는 그 절체에 있어서 연신되는 미연신섬유의 권취되고 나서 연신되기까지의 경과시간 (미연신섬유로서 존재한 시간) 의 최대
번호 섬도dtex 파단강도cN/dtex 파단신도% 비수수축율% 열응력극치cN/dtex 터프니스(cN/dtex)%1/2 U% 섬도 주기적 변동폭% 염색등급급
비교예5 55.3 3.4 39.0 13.8 0.29 21 1.7 4.5 1
비교예6 55.4 3.4 38.8 12.9 0.30 21 1.6 3.0 2
실시예8 55.0 3.4 40.2 13.3 0.30 22 1.1 2.0 3
실시예9 54.9 3.4 40.9 13.0 0.29 22 0.9 (2)* 4
실시예10 54.8 3.4 41.2 12.9 0.28 22 0.9 (2)* 4
표 중 * 표시는 섬도변동의 주기해석결과를 나타내고, (2) 는 청구범위 청구항 1 에 나타낸 동 번호의 규정에 상당한다.
[실시예 11]
산화티탄을 0.05 WT% 함유하고, 고유점도 [η] 가 0.90 인 PTT 폴리머를 사용하고, 그 이외의 제조조건은 실시예 2 와 동일하게 하여 PTT 의 방사, 연신을 실시하였다. 그 결과는 이하와 같다.
방사, 연신결과 :
권취후 24 시간 경과후의 미연신섬유 패키지의 형상 : Ｏ(양호)
해제 불량에 의한 실끊김 개수 (4 절체 합계) : 5 회
원사 물성 및 원사의 균일성 (연신사 5 개의 평균) :
섬도 54.8 dtex
파단강도 4.0 cN/dtex
파단신도 40.2 %
터프니스 25 (cN/dtex)%1/2
비수 수축율 13.1 %
열응력 극치 0.30 cN/dtex
U % 0.8 %
섬도 주기적 변동 (2) (청구항 1 의 (2) 의 요건에 상당)
염색 등급 4
본 발명의 PTT 섬유는, 종래의 PTT 섬유보다도 터프니스가 높고, 섬도의 변동 즉 U % 가 작고 섬도의 주기적 변동도 작아, 이로 인해 고강도의 포백을 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라, 편직(編織)에 사용했을 때 전반적으로 염색의 균일성이 높은 포백이 얻어진다.
또, 본 발명의 PTT 섬유의 제조법은, 2 단계 제조법, 즉 방사-미연신섬유의 권취, 그에 이어지는 연신으로 이루어지는 제조법으로써, 미연신섬유의 경시적 수축에 의한 미연신섬유의 패키지의 변형 및 그에 기인하는 연신상태의 악화와 연신섬유의 섬도의 변동을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 균일성이 높은 PTT 섬유를 고수율로 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트의 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르의 반복단위로 이루어지는, 고유점도가 0.7 ∼ 1.3 인 유연 또는 무연의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유로서, 터프니스가 19 (cN/dtex)%1/2이상이고, 이브니스 테스터에 의한 연속적 섬도변동 측정에 있어서 섬도변동값 (U %) 이 1.5 % 이하이고, 하기 (1), (2), (3) 중 어느 하나의 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 균일성이 높은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유.
    (1) 이브니스 테스터 챠트상에 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동이 존재하고, 그 변동의 크기가 평균섬도대비 2 % 이하이다.
    (2) 이브니스 테스터 챠트상에서는 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동은 판별할 수 없지만, 섬도변동의 주기해석도상에 간격 10 m 이하의 주기적 변동이 존재한다.
    (3) 이브니스 테스터 챠트상에서는 발생간격이 10 m 이하의 저섬도측 주기적 변동은 판별할 수 없고, 섬도변동의 주기해석도상에 간격 10 m 이하의 주기적 변동이 존재하지 않는다.
    (단, 터프니스 = 파단강도 ×파단신도1/2(cN/dtex)%1/2이며, 이브니스 테스터의 측정섬유길이는 250 m 이다.)
  2. 제 1 항에 있어서, 섬도변동값 (U %) 이 1.2 이하이며, 상기 (2) 또는 (3) 에 기재된 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 균일성이 높은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유.
  3. 95 몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위로 이루어지고, 5 몰% 미만이 기타 에스테르 반복단위로 이루어지는, 고유점도 0.7 ∼ 1.3 의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 섬유를 제조하는 방법으로서, 방사공정에서 1900 m/분 이하의 권취속도로 미연신섬유를 일단 패키지에 권취한 다음, 이 미연신섬유를 연신공정에서 연신하는 2 단계법으로 제조할 때, 미연신섬유의 권취장력을 0.04 ∼ 0.12 cN/dtex 로 하고, 미연신섬유의 권취, 보관 및 연신의 각 공정에서, 이 미연신섬유를 온도 10 ∼ 25 ℃, 상대습도 75 ∼ 100 % 의 분위기내로 유지하고, 이 미연신섬유의 연신을, 권취후 100 시간 이내에 완료하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유의 제조방법.
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