KR100429364B1 - 치수안정성이 우수한 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법 - Google Patents

치수안정성이 우수한 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이염성 폴리에스터 복합사를 제조함에 있어서, 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터의 2성분을 사이드-바이-사이드(side-by-side) 방식으로 배열된 방사구금을 통해 동시에 토출시키고 사조를 고화시킨 후 연신 및 열처리를 한 다음, 인터레이서에서 공기 교락을 부여하여 권취하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 방법에 의하면 제사공정성, 이염효과 및 가공후 치수안정성이 우수한 이염성 폴리에스터 복합사를 1 단계 공정에 의해 경제적으로 제조할 수 있다.

Description

치수안정성이 우수한 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법{Method for manufacturing metachromatic polyester conjugated yarn having improved size stability}
본 발명은 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이염성 폴리에스터 복합사를 제조함에 있어서, 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터의 2성분을 사이드-바이-사이드(side-by-side) 방식으로 배열된 방사구금을 통해 동시에 토출시키고 사조를 고화시킨 후 연신 및 열처리를 한 다음, 인터레이서에서 공기 교락을 부여하여 권취하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이염성 폴리에스터 복합사는 복합방사, 사가공합사, 폴리머 블렌딩 등의 방법에 의해 두 종의 폴리머 또는 필라멘트(보통 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터)의 조합에 의해 제조된다.
상기 방법중 복합방사에 의한 이염성 폴리에스터는 일본 특허공개 소58-43485호, 소57-8885호 및 소52-74053호에 개시되어 있는 바와 같은 필라멘트간 혼섬방법과 일본 특허공개 소58-38524호, 소61-296121호, 소61-89326호 및 소62-184185호에 개시되어 있는 바와 같은 필라멘트내 혼섬방법으로 나뉠 수 있다. 필라멘트간 혼섬방법은 낮은 방사속도로 제사 후 연신시 두 성분간의 탄성회복률차에 의해 염기성 염료 불염 폴리에스터가 루프로 발현되어 후공정 작업성 불량의 원인이 되며, 필라멘트내 혼섬방법은 루프 발생 문제는 해결되지만 이색(異色)효과가 떨어지는 단점이 있다.
또한, 일본 특허공개 평4-185735호에 소개된 사가공합사 방식에 의한 이염성 폴리에스터 복합사의 제조는 복합방사에 의한 혼섬과 마찬가지로 루프가 심하게 발생하는 단점이 있고, 방사후 합사하는 2 단계 공정을 거치므로 생산성이 저하되고 제조단가가 상승하는 등의 문제가 있다.
한편, 일본 특허공개 소55-158328호 및 55-40810호에 소개되어 있는 폴리머블렌딩 방법으로 이염성 폴리에스터 복합사를 제조할 경우, 블렌딩에 의한 균일한 이염효과가 있고 루프가 발생하지 않는 장점이 있지만, 이염에 의한 이색(異色) 발현 효과가 너무 미약한 단점이 있다.
상기의 문제점들을 해결하기 위해 스핀 드로우(spin draw) 공법을 사용하여 필라멘트간 합사 방식에 의한 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법이 제안되었으나, 이 방법 또한 방사구금으로부터 토출된 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터가 제1고데트롤러와 제2고데트롤러 사이에서 연신될 때, 기계적 연신에 의한 약간의 루프 발생이 문제가 된다.
본 발명의 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 이염성 폴리에스터 복합사를 제조함에 있어서 필라멘트 제조 공정에서의 루프 발생과 염색후 미약한 이염효과 등의 문제점을 해결하는 동시에 가공후 치수안정성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 이염성 폴리에스터 복합사를 제조함에 있어서, 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터의 2성분을 사이드-바이-사이드(side-by-side) 방식으로 배열된 방사구금을 통해 동시에 토출시키고 사조를 고화시킨 후 연신 및 열처리를 한 다음, 인터레이서에서 공기 교락을 부여하여 권취하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리에스터 복합사 제조에 사용된 방사장치의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
1 : 방사구금, 2 : 냉각장치, 3 : 유제공급장치
4 : 제1고데트롤러부, 5 : 제2고데트롤러부, 6 : 제3고데트롤러부
7 : 인터레이서, 8 : 권취기
이하 도 1을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이염성 폴리에스터 복합사 제조방법은 사이드-바이-사이드(side-by-side) 방식으로 배열된 방사구금(1)을 통하여 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터를 동시에 토출시킨 후, 폴리에스터 사조를 냉각장치(2)에 의해 완전 냉각하여 고화시킨 다음, 유제공급장치(3)에서 유제 부여 및 집속한 후, 수회 권회된 제1고데트롤러부(4)와 제2고데트롤러부(5) 사이에서 연신하고, 제2고데트롤러부(5)와 제3고데트롤러부(6) 사이에서 치수안정성을 부여하기 위해 열처리한 다음, 인터레이서(7)에서 공기 교락을 부여하고 권취기(8)에서 권취하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법을 단계별로 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 방사구금(1)으로부터 토출된 폴리에스터 중합물은 제1고데트롤러부(4)까지의 구간에서 1차적으로 분자 배향이 이루어진다. 이 때, 제1고데트롤러부(4)의 속도는 1,000m/분 내지 4,000m/분, 더욱 바람직하게는 1,500m/분 내지 3,500m/분이다. 만일 제1고데트롤러부(4)의 속도가 1,000m/분 미만이면, 필라멘트 내 중합물의 분자 구조가 미배향 형태로 되어, 이 후 연신 구간 및 열처리 구간에서 상이한 폴리에스터 필라멘트간 수축율 차에 의한 필라멘트 단사절이 발생하여 공정 작업성이 불안해진다. 반면, 제1고데트롤러부(4)의 속도가 4,000m/분을 초과하면, 염기성 염료 가염성 폴리에스터가 완전 배향 상태에 근접하여 각각의 단필라멘트간 장력 불균일에 의해 역시 공정 작업성이 불안해진다.
제1고데트롤러부(4)를 통과한 필라멘트는 제1고데트롤러부(4)와 제2고데트롤러부(5) 사이에서 연신되는데, 제1고데트롤러부(4)에서는 열처리되지 않으며, 제2고데트롤러부(5) 이후에서 열처리되어진다. 즉, 제1고데트롤러부(4)와 제2고데트롤러부(5) 사이의 연신은 냉연신이며, 이러한 공정을 거치는 이유는 냉연신 상태에서 연신된 필라멘트는 열연신 처리된 필라멘트보다 수축율이 높아지며 응력이 생기고 필라멘트내 분자 배향도가 높아지기 때문이다. 이 때, 제2고데트롤러부(5)의 속도는 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터 분자의 배향도 및 수축율 차가 하기의 식을 만족하도록 결정된다:
△N≤20
△S≤10
상기 식에서, △N은 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터 필라멘트의 배향도 차를 나타내고, △S는 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터 필라멘트의 수축율 차를 나타낸다.
이러한 조건을 만족하는 제2고데트롤러부(5)의 속도를 결정하기 위해서는, 우선 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터를 미리 다양한 공정 조건하에서 시험 방사한 다음, 그로부터 수득한 필라멘트의 배향도와 수축율을 측정하여 상기 2개의 식을 동시에 만족하는 제2고데트롤러부(5)의 속도를 채택한다.
제1고데트롤러부(4)와 제2고데트롤러부(5) 구간에서 연신된 결과 필라멘트에남아있는 응력은 제2고데트롤러부(5)와 제3고데트롤러부(6) 구간에서 열처리함으로써 풀어주게 된다. 이러한 공정을 거치는 이유는 냉연신된 필라멘트의 잔류 수축 응력이 완전히 제거되지 않으면, 제조된 필라멘트의 치수안정성이 불량해지기 때문이다.
이 때, 제2고데트롤러부(5)의 열처리 온도는 100℃ 내지 150℃가 적당하다. 만일 제2고데트롤러부(5)의 열처리 온도가 100℃ 미만이면, 필라멘트에 공급되는 열량이 작아 필라멘트내 분자의 운동성이 충분치 않아 단사절로 인해 공정성이 불량해진다. 반면, 제2고데트롤러부(5)의 열처리 온도가 150℃를 초과하면 제2고데트롤러부(5)에서의 필라멘트 유동성 증가로 인하여 필라멘트 제조 후 염색 불량이 발생한다.
또한, 제3고데트롤러부(6)의 열처리 온도는 160℃ 내지 220℃가 적당하다. 만일 제3고데트롤러부(6)의 열처리 온도가 160℃ 미만이면, 제1고데트롤러부(4)와 제2고데트롤러부(5) 구간에서 냉연신된 필라멘트의 잔류 수축 응력이 완전히 제거되지 않아 제조된 필라멘트의 치수안정성이 불량해진다. 반면, 제3고데트롤러부(6)의 열처리 온도가 220℃를 초과하면 필라멘트간 부분적인 융착이 발생되어 공정성 불량이 야기된다.
아울러, 제3고데트롤러부(6)의 속도는 제2고데트롤러부(5)의 속도에 의해 결정되며, 하기 식을 만족해야 한다:
0.9≤V3/V2≤1.0
상기 식에서, V2와 V3는 각각 제2고데트롤러부(5)와 제3고데트롤러부(6)의 속도를 나타낸다.
한편, 본 발명에 사용되는 염기성 염료 불염 폴리에스터 및 염기성 염료 가염 폴리에스터의 종류는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게 염기성 염료 불염 폴리에스터로는 고유점도 0.6 내지 0.8의 선상 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고, 염기성 염료 가염 폴리에스터로는 테레프탈산 대비 금속 설포네이트를 0.5∼1.5몰% 함유한 고유점도 0.5 내지 0.7의 공중합 폴리에스터를 사용한다. 만일 염기성 염료 불염 폴리에스터의 고유점도가 0.6 미만이고 염기성 염료 가염 폴리에스터의 고유점도가 0.5 미만이면, 중합물의 중합도가 낮아 필라멘트 단사절 등이 발생한다. 또한, 염기성 염료 불염 폴리에스터의 고유점도가 0.8을 초과하고 염기성 염류 가염 폴리에스터의 고유점도가 0.7을 초과하면, 방사사조에 과다한 장력이 부여되어 역시 필라멘트 단사절 등이 발생하므로 작업성이 저하된다.
상술한 본 발명의 이염성 폴리에스터 복합사 제조방법은 첫째, 방사선상에서 주행하는 실을 열처리함으로써 종래 방법의 단점인 이성분 폴리머 필라멘트간 루프 발현에 의한 방사성 및 후가공성 저하를 방지할 수 있고; 둘째, 폴리머 블렌딩에 의한 이염성 폴리에스터 복합사 제조시 이색 발현 효과가 미약해지는 단점을 사이드-바이-사이드(side-by-side) 타입 방사로써 보완할 수 있으며; 셋째, 1 단계 공정이므로 생산성이 비약적으로 높아지고 제조단가를 현저히 줄일 수 있고; 마지막으로, 기계적 연신 후에 남아있는 필라멘트내 잔류 수축 응력을 열처리에 의해 완전히 제거해줌으로써 후가공시 필라멘트의 치수안정성이 향상되는 특징이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1∼5
페놀/테트라클로로에탄으로 측정한 고유점도 0.63의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 염기성 염료 불염 폴리에스터로 하고, 테레프탈산 대비 금속 설포네이트를 0.8몰% 함유한 고유점도 0.55의 공중합 폴리에스터를 염기성 염료 가염 폴리에스터로 하여 36홀의 원형 방사구금을 사용, 방사온도 293℃에서 제1고데트롤러부(4)의 속도를 기준으로 2,000∼3,000m/분의 범위에서 방사하여 75d/36f의 원사를 얻었다. 이 때, 제2고데트롤러부(5)의 온도는 120℃(단, 실시예 3에서는 140℃), 제3고데트롤러부(6)의 온도는 180∼200℃, 제2고데트롤러부(5)와 제3고데트롤러부(6)의 속도비는 0.95∼0.98로 하였으며, 복합비는 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터의 중량비를 1:1로 하였다.
비교예 1∼2
방사시 제1고데트롤러부(4)의 속도를 각각 900m/분과 4,500m/분으로 한 것을제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 제사하였다.
비교예 3∼4
제2고데트롤러부(5)의 온도를 각각 80℃와 200℃로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 제사하였다.
비교예 5∼6
제3고데트롤러부(6)의 온도를 각각 130℃와 250℃로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 제사하였다.
상기 실시예 1∼5 및 비교예 1∼6에 의한 복합사의 제반물성을 평가하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
제1고데트롤러부 속도(m/분) 제2고데트롤러부 온도(℃) 제3고데트롤러부 온도(℃) V3/V2 제사공정성 원사외관 이색효과
실시예1 2,000 120 200 0.95 ◎ ◎ ◎
실시예2 3,000 120 200 0.95 ◎ ◎ ◎
실시예3 2,000 140 200 0.95 ○ ◎ ○
실시예4 2,000 120 180 0.95 ○ ◎ ○
실시예5 2,000 120 200 0.98 ○ ◎ ○
비교예1 900 120 200 0.95 ○ × △
비교예2 4,500 120 200 0.95 × × ×
비교예3 2,000 80 200 0.95 △ △ △
비교예4 2,000 200 200 0.95 △ × △
비교예5 2,000 120 130 0.95 △ △ △
비교예6 2,000 120 250 0.95 × △ △
(◎ : 우수, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량 )
[물성 평가 방법]
* 제사공정성: 9kg 권량으로 24시간 권취하였을 때 만권율이 98% 이상이면 우수, 95% 이상이면 양호, 92% 이상이면 보통, 92% 미만이면 불량으로 판정함
* 원사외관 : 만권된 케이크(cake)의 측면을 육안 판독하여 단사절 또는 루프의 수가 0이면 우수, 1개 이상이면 불량으로 판정함
* 이색효과 : 제조된 원사를 호세(Hose) 편물기를 사용하여 시료 무게 10g으로 제편한 후, 마티스사(Mathis)의 실험실용 FR 염색기(Labomat)를 사용하여, 액비(염색시 시료의 무게비)를 20:1, 염액농도를 시료무게의 1중량%로 설정하고 110℃에서 20분, 130℃에서 20분간 염색한 후 육안 판독함
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면 제사공정성, 이염효과 및 가공후 치수안정성이 우수한 이염성 폴리에스터 복합사를 1 단계 공정에 의해 경제적으로 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 염기성 염료 가염 폴리에스터와 염기성 염료 불염 폴리에스터의 2성분을 사이드-바이-사이드(side-by-side) 방식으로 배열된 방사구금(1)을 통해 동시에 토출시키고 사조를 고화시킨 후;
    상기 토출 및 고화된 2성분의 폴리에스터를 제 1 고데트 롤러부(4)와 제 2 고데트 롤러부(5) 구간에서 냉연신하되, 이 때, 제 2 고데트 롤러의 속도를 조절하여 연신된 상기 2 성분 폴리에스터 간의 배향도차(△N) 및 수축율차(△S)가 하기 식을 만족하도록 하고:
    △N≤20
    △S≤10
    (상기 식에서, △N은 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터 필라멘트의 배향도 차이고, △S는 염기성 염료 불염 폴리에스터와 염기성 염료 가염 폴리에스터 필라멘트의 수축율 차임);
    상기 냉연신된 2성분의 폴리에스터를 제 2 고데트 롤러부 (5)와 제 3 고데트 롤러부(6) 구간에서 열처리한 다음;
    상기 열처리된 2성분의 폴리에스터를 인터레이서(7)에서 공기 교락을 부여하여 권취하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 고데트 롤러부(4)의 속도가 1,000m/분 내지 4,000m/분인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 고데트 롤러부(5)의 온도가 100℃ 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 고데트 롤러부(6)의 온도가 160℃∼220℃인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 고데트 롤러부(5)와 제 3 고데트 롤러부(6)의 속도비가 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법:
    0.9≤V3/V2≤1.0
    (상기 식에서, V2는 제2고데트롤러부의 속도이고, V3는 제3고데트롤러부의 속도임).
  8. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 염료 가염 폴리에스터는 테레프탈산 대비 금속 설포네이트를 0.5∼1.5몰% 함유한 고유점도 0.5 내지 0.7의 공중합 폴리에스터이고, 상기 염기성 염료 불염 폴리에스터는 고유점도 0.6 내지 0.8의 선상 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스터 복합사의 제조방법.
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