KR100430624B1 - 저강력고신도의폴리에스테르섬유및그의제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 저강력 고신도의 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

저강력 및 고신도를 갖는 폴리에스테르 섬유를 초고속 방사로 제조하는 방법을 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

폴리에스테르 중합 단계에서 하기 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물을 폴리에스테르의 산성분에 대해 1.0∼1.5 몰% 첨가하여 얻어진 폴리에스테르 공중합체의 용융액을 방사구금(1) 을 통해 6,000 m/분 이상의 방사속도로 방사하고, 구금직하에 설치된 히팅 후드 (2) 를 통과시킨 후 권취한다.

식 (Ⅰ) 에서,

은 2 가의 아릴렌기의 금속술포네이트염 또는 2 가의 알킬렌기의 금속술포네이트염이고, 이때 M 은 알칼리 금속이다.

또한,

로 구성되는 그룹중에서 선택된 2 가의 기이고, 이때 m 및 n 은 1 보다 큰 정수이다. 또한 ━ Y ━ 는 ━ X ━ 와 같거나 수소이다.

4. 발명의 중용한 용도

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 주로 자수용사 등의 산업용 원사로 사용된다.

Description

저강력 고신도의 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법.

본 발명은 강력이 낮고 신도가 높은 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유는 의류용 원사나 타이어 코드 등의 산업용 원사등으로 널리 사용되고 있다. 의류용 원사로 사용되는 경우에는 적정 수준의 강도가 필수적으로 요구되고 있지만, 자수용사등과 같은 특정 산업용 원사의 경우에는 저강력 및 고신도의 물성이 요구되기도 한다.

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 폴리에스테르 수지 용응액을 방사한 후 이를 연신하는 스핀 드로우 (Spin-Draw) 방식으로 제조되거나 방사속도가 6,000 m/분 이상인 초고속 방사법에 의해 제조된다.

상기 스핀 드로우 방식은 초고속 방사법과 비교시 제조한 폴리에스테르 필라멘트는 신도 및 강도 등의 물성이 우수하여 의류용 원사로는 적합하나 저강력이 요구되는 산업용 원사로는 부적당하다. 또한 상기 방법은 공정이 복잡하고 방사속도가 낮아 비경제적이다. 또한 연신에 의해 분자체인 들의 배향결정 구조가 잘 발달되어 상압하에서 분산염료에 잘 염색되지 않고, 염기성 염료에 대한 염색성도 나쁘다. 그 결과 폴리에스테르 섬유의 염색에 많은 비용 및 노력이 필요할 뿐만 아니라, 염색성 불량으로 인해 용도까지 제한되기도 한다.

한편 초고속 방사법은 스핀 드로우 방식과 비교시 별도의 연신공정이 생략되고, 방사속도가 높아 경제성 측면에서는 유리하다. 또한 연신공정 생략으로 분자체인 들의 배향구조가 취약하여 제조한 폴리에스테르 필라멘트의 강도 등의 물성이 다소 저하되기는 하지만 궁극적으로 자수용 원사 등과 같이 저강력 및 고신도의 물성이 요구되는 산업용 원사로는 부적당하다.

본 발명에 있어서, 저강력 원사란 일정한 길이의 원사를 신장시킬 때 파단시에 걸리는 하중이 3 g/데니어 미만인 원사를 의미한다.

따라서,자수용 원사등과 같이 저강력 및 고신도의 물성이 요구되는 산업용 원사로 사용하기에 적합한 폴리에스테르 섬유의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 저강력 및 고신도의 물성을 갖는 폴리에스테르 섬유를 초고속 방사법에 의해 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

제 1 도는 본 발명의 폴리에스테르 섬유를 제조하는 공정개략도이다.

제 1 도에 있어서, 1 은 방사구금이고, 2 는 히팅 후드이고, 3 은

칭챔버이고, 4 는 폴리에스테르 필라멘트이고, 5 는 유제공급 장치이고, 6 은 공기교락장치이고, 7 은 권취기이다.

본 발명은 저강력 및 고신도의 물성을 갖는 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 하기 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트 함유 에스테르 화합물을 폴리에스테르의 산성분에 대해 1.0~1.5 몰% 함유하는 폴리에스테르 공중합체 수지로 구성되며, (100)면의 결정사이즈 (X) 가 40Å 이상이고, 비정부 배향도 (Δn_a) 가 0.3∼0.9이고, 열수수축율 (100℃×30 분) 이 12∼20% 이고, 강도가 3.0∼3.5 g/d 이고, 신도가 35∼45 % 인 폴리에스테르 섬유에 관한 것이다.

식 (Ⅰ) 에서,

은 2 가의 아릴렌기의 금속술포네이트염 또는 2 가의 알킬렌기의 금속술포네이트염이고, 이때 M 은 알칼리 금속이다.

또한,

로 구성되는 그룹중에서 선택된 2 가의 기이고, 이때 m 및 n 은 1 보다 큰 정수이다. 또한 ━ Y ━ 는 ━ X ━ 와 같거나 수소이다.

또한 본 발명은 폴리에스테르 중합단계에서 하기 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물을 폴리에스테르의 산성분에 대해 1.0∼1.5 몰% 첨가하여 얻어진 폴리에스테르 공중합체의 용융액을 방사구금 (1) 을 통해 6,000 m/분 이상의 방사속도로 방사하고, 구금직하에 설치된 길이 50∼100 mm 의 히팅 후드 (2) 를 통과시킨 후 권취함을 특징으로 하는 저강력 및 고신도의 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

식 (Ⅰ) 에서,

은 2 가의 아릴렌기의 금속술포네이트염 또는 2 가의 알킬렌기의 금속술포네이트염이고, 이때 M 은 알칼리 금속이다.

또한,

로 구성되는 그룹중에서 선택된 2 가의 기이고, 이때 m 및 n 은 1 보다 큰 정수이다. 또한 ━ Y ━ 는 ━ X ━ 와 같거나 수소이다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 사용되는 폴리에스테르 공중합체는 일반 폴리에스테르 중합체에 상기 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물이 첨가된 것이다.

구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물의 구체적인 예로서는 에틸렌 5 - 소디움 술포이소프탈레이트 등이 있다.

일반 폴리에스테르 중합체는 테레프탈산 또는 디메틸테레프탈산 등의 산성분과 에틸렌글리콜 등의 글리콜 성분을 반응시켜 제조한다. 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물은 상기 폴리에스테르 중합체의 중합반응중 임의 단계에서 첨가한다. 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물은 폴리에스테르의 산성분에 대해 1.0∼1.5 몰% 첨가한다. 첨가량이 본 발명의 범위보다 적을 경우에는 폴리에스테르 섬유의 염색성 개선 효과가 미미하고, 강도가 높아 저강력사를 제조할 수 없게 된다. 본 발명의 범위보다 많을 경우에는 방사된 원사의 강도가 너무 낮아져 방사조업성이 저하된다.

구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물은 방사시 폴리머 체인의 배향 결정화를 억제해 주는 역할을 하여 원사에 저강도 및 고신도의 물성을 부여할 뿐만 아니라 상압에서 분산염료에 대한 가염성을 부여하고 폴리머 체인 말단기와 치환반응하여 염기성 염료에 대한 염색성도 향상시킨다.

이상에서 설명한 폴리에스테르 공중합체로 본 발명의 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법을 도면을 통해 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

제 1 도는 본 발명의 공정개략도이다.

폴리에스테르 공중합체의 용융액은 방사구금 (1) 을 통해 6,000 m/분 이상의 방사속도로 방사한다. 폴리머의 배향 결정화는 방사속도와 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트함유 에스테르 화합물의 첨가량에 의해 결정된다. 폴리머의 배향 결정화도가 낮아야 강도가 저하되고, 신도가 향상되며, 분산염료로 상압염색이 가능해진다.

방사속도가 6,000 m/분 이상일 경우 방사구금 (1) 을 통과한 폴리머 체인들이 헝클어져 비정부의 배향도가 저하된다. 방사속도가 너무 높을 경우에는 방사시 적절한 장력이 걸리지 않아서 방사조업성이 나빠지므로 적정 수준까지 조절해야 한다. 방사된 필라멘트 (4) 를 방사구금 (1) 직하에 설치된 히팅 후드 (2) 에 의해 가열한다. 히팅 후드 (2) 에 의한 가열은 최소한의 폴리머 배향을 유지시켜 원사의 물성을 향상시키고 원사의 권취를 용이하게 하기 위한 것이다.

따라서, 히팅 후드 (2) 의 길이는 50∼100 mm 인 것이 바람직하다. 히팅 후드 (2) 의 길이가 본 발명의 범위보다 짧으면 분자배향이 충분하지 못해 원사의 물성이 저하되어 권취가 어렵게 되며, 본 발명의 범위보다 길면 분자배향이 너무 많이 일어나 강도가 너무 높아지고 섬유의 염색성이 저하된다. 히팅 후드 (2) 로 가열된 폴리에스테르 필라멘트 (4) 는 계속해서

칭챔버 (3) 에 의해 냉각되고, 유제 공급 장치 (5) 에 의해 오일링 및 집속되고, 공기교락장치 (6) 로 혼섬된 후 권취기 (7) 로 권취되거나,

칭쳄버 (3) 에 의해 냉각된 후 바로 권취기 (7) 로 권취된다.

이와 같이 제조한 본 발명의 폴리에스테르 섬유는 (100) 면의 결정사이즈(X) 가 40Å 이상이고, 비정부 배향도 (Δn_a) 가 0.3~0.9 이고, 100℃ 에서 30 분간 처리한 후의 열수수축율이 12~20% 이고, 강도가 3.0~3.5 g/d 이고, 신도가 35∼45% 이며, 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포네이트 함유 에스테르 화합물을 폴리에스테르 산성분에 대해 1.0∼1.5 몰% 함유한다. 본 발명에 있어서 섬유의 물성평가 방법은 다음과 같다.

。결정사이즈 (X)

X 광각 회절법에 의해 측정한 강도 분포 곡선에 있어서 (010) (100) 의 반가폭을 구해 스케라 (Scherra) 식에 의해 결정사이즈를 구한다.

。비정부 배향도 (Δn _a )

다음식에 의해 구한다.

Δn : 복굴절율

X : 결정화도 (밀도법)

Δnc° : 고유극한치 0.212 (폴리에스테르)

f_c: 결정부 배향도 (X 선 굴절법)

。열수수축율 (%)

100℃ 열수에서 30분 처리전 후의 섬유시료 길이를 측정한 후 다음식에 의해구한다.

。 강도 (g/데니어) 및 신도 (%)

JIS - L 1017 방법을 이용하여 측정한다.

인장시험기 - 저속신장형 (인스트롱사제)

인장속도 : 300 mm/분

시료길이 : 250 mm

분위기온도 : 25℃, 65% RH

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

점도가 2,000 포아즈인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 에틸렌 5-소디움 술포이소프탈레이트를 테레프탈릭에시드 대비 1.0 몰% 로 첨가한 후 공중합하여 폴리에스테르 공중합체를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 공중합체를 용융한 후, 이를 방사구금을 통해 6,000 m/분의 방사속도로 방사한다. 이때 방사온도는 295℃ 이며 방사구금의 모세공 지름은 0.25 mm 이고, 홀수는 24 개 이다. 방사된 필라멘트를 길이가 100 mm 인 히팅 후드로 가열한 후

칭, 오일링 및 공기교락한 다음 권취하여 폴리에스테르 섬유를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 섬유의 물성을 평가한 결과는표 1 과 같다.

실시예 2~3 및 비교실시예 1~5

에틸렌 5-소디움 술포이소프탈레이트의 첨가량, 방사속도 및 히팅 후드의 길이를 표 1 과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 폴리에스테르 섬유를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 섬유의 물성을 평가한 결과는 표 1 과같다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 비정부 배향도가 낮아서 저강도 및 고신도의 물성이 요구되는 자수용 원사 등의 산업용 원사로 사용하기에 적합하다. 또한 상압에서 분산염료 및 염기성 염료로 염색이 가능하여 염색비용이 절감된다.

또한 본 발명의 제조방법은 연신공정 생략등으로 공정이 단순화되고 생산성이 높은 초고속 방사법으로서 경제적이다.

Claims (2)

1. 폴리에스테르 중합단계에서 하기 구조식 (Ⅰ) 의 반복단위를 갖는 금속술포녜이트함유 에스테르 화합물을 폴리에스테르의 산성분에 대해 1.0∼1.5 몰% 첨가하여 얻어진 폴리에스테르 공중합체의 용융액을 방사구금 (1) 을 통해 6,000 m/분 이상의 방사속도로 방사하고, 구금직하에 설치된 히팅 후드 (2) 를 통과시킨 후 권취함을 특징으로 하는 저강력 고신도의 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

   

   식 (Ⅰ) 에서,

   

   은 2 가의 아릴렌기의 금속술포네이트염 또는 2 가의 알킬렌기의 금속술포네이트염이고, 이때 M 은 알칼리 금속이다.

   또한,

   

   

   로 구성되는 그룹중에서 선택된 2 가의 기이고, 이때 m 및 n 은 1 보다 큰 정수이다. 또한 ━ Y ━ 는 ━ X ━와 같거나 수소이다.
2. 1항에 있어서, 히팅 후드(2)의 길이가 50∼100 mm인 것을 특징으로 하는 저강력 고신도의 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

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