KR100466840B1 - 흡수성이 뛰어난 폴리에스테르 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 섬유에 관한 것으로서, 특히 천연섬유에 가까운 정도의 흡수성을 지닌 폴리에스테르 섬유의 제조에 관한 것이다.

본 발명은 폴리에스테르 섬유의 제조시 산화칼슘과 같은 친수성이 우수한 무기입자를 첨가한 후 방사함에 의해 폴리에스테르 섬유의 흡수성을 향상시키는 것을 특징으로 한 것으로서, 이와 같이 제조함에 의해 폴리에스테르 섬유의 제반물성에 크게 영향을 주지 않으면서 흡수성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

흡수성이 뛰어난 폴리에스테르 섬유의 제조방법{Method for the preparation of the polyester fiber with excellent water absorbency}

본 발명은 기존의 천연섬유인 면(綿)이나 모(毛)와 가까운 정도의 우수한 흡수성을 지닌 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산이나 2,6-나프탈렌디카르본산과 같은 방향족 디카르본산 또는 이들의 에스테르 형성 유도체와 에틸렌글리콜을 주요 출발원료로 한 중축합계의 합성섬유이다.

폴리에스테르 섬유는 기계적 성질이나 내열성 등에서 우수한 특성을 지니고 있으나, 섬유 구조가 결정성이 높고 분자내에 수분과 친화력을 갖는 반응기가 극히 희박하므로 면이나 재생셀룰로오즈와 같은 천연섬유에 비해 흡수성(water absorbency)이 떨어진다. 여기서 흡수성이란 섬유가 사, 스트랜드(Strand), 직물, 편물 또는 부직포 등의 섬유응집물의 형태를 취하는 경우에 물을 흡수하는 특성을 의미하는 것으로, 폴리에스테르 섬유를 흡수성이 필요한 용도로 사용되는 경우 문제가 있다.

따라서, 폴리에스테르섬유에 기존의 우수한 특성을 유지하면서 흡수성을 향상시키려는 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 예를 들어, 미국특허 제 3,329,557 호와 영국특허 제 956,833 호에서는 폴리에스테르에 친수성을 지닌 폴리알킬렌글리콜을 블랜드한 후 방사등의 공정을 거쳐 제조하는 방법을 제시하였으나, 이 경우에는 기계적 물성이 다소 떨어지고 흡수성도 만족할만한 수준에 이르지 못하는 문제가 있다. 또한, 한국특허공고 제 93-6779 호에서는 폴리에스테르에 특정의 폴리알킬렌폴리아민을 주쇄로 한 유기화합물을 첨가시키는 방법이 공지되어 있고 한국특허공고 제 86-397 호에서는 폴리에스테르에 용출성 첨가제인 ROSO₃M(여기에서 R은 탄소수 1-30개 알킬기 또는 7-40개의 알킬아릴기나 알릴기, M은 알카리금속 또는 알카리토금속)을 첨가하여 방사한 후 편직이나 제직 전후에 알카리 수용액으로 용출처리함에 의해 섬유를 다공화하는 방법들이 공지되어 있는데, 이들의 경우에는 폴리에스테르 섬유의 흡수성이 현저히 향상되나 첨가 화합물이 고가이고 또 공정이 추가됨에 의해 제조원가가 상승되는 문제가 있다. 그 밖에 폴리에스테르에 콜로이달실리카 입자와 같은 입자 등을 첨가하여 친수성을 향상시키는 방법도 공지되어 있으나, 이 경우에도 첨가 입자의 가격이 고가이어서 제조원가가 상승되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 특히 저가의 무기입자를 사용해 폴리에스테르 섬유의 흡수성을 향상시키는 것을 목적으로 한 것이다.

본 발명은 주지의 공정을 거쳐 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 특정크기의 산화칼슘입자, 산화마그네슘입자 및 산화망간입자 중에서 선택된 1 또는 2 이상의 무기입자를 첨가한 후 방사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 폴리에스테르는 방향족 디카르본산 또는 이의 에스테르 형성 유도체와 에틸렌글리콜을 주요 출발원료로 하여 만들어지지만 또 다른 제3의 성분을 포함할 수 있다. 이때 방향족 디카르본산 성분으로는 이소프탈산, 테레프탈산, 2,6-나프탈렌디카르본산, 프탈산, 아디프산, 세바신산 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있고 글리콜 성분으로는 주요성분인 에틸렌글리콜 외에 프로필렌글리콜, 부탄디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜 등이 소량 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 폴리에스테르에는 필요에 따라 열안정제, 브로킹방지제, 산화방지제, 대전방지제, 자외선흡수제 등과 같은 첨가제가 포함될 수 있다.

본 발명에서는 산화칼슘 등의 무기입자를 방사전에 투입하여 혼합시킨 후 방사시키는데, 이때 무기입자는 폴리에스테르 중합단계, 폴리에스테르 제조후 방사구금까지 압송하는 단계 또는 폴리에스테르 칩을 제조하여 사용시는 용출압출단계에서 첨가할 수 있다. 폴리에스테르 중합단계에서 상기 무기입자를 첨가하는 경우에는 에스테르화 반응이 완료된 시점이나 축중합 단계에서 첨가하는 것이 좋으며, 이때 무기입자들에는 반응을 저해하는 수분이 함유되지 않도록 유의해야 한다.

그리고, 축중합 반응을 거쳐 폴리에스테르를 제조후 방사구금까지 폴리머를 압송하게 되는데, 이 단계에서 산화칼슘입자, 산화마그네슘입자, 산화망간입자등을 투입하는 경우도 가능하며, 그 투입방법으로 일부의 폴리머를 주배관에서 분리시켜 상기 무기입자를 함유시킨 다음 다시 주배관에 있는 폴리머와 혼합시키는 방법이 있다. 또한, 기 제조된 폴리에스테르를 용융압출기로 압출 절단시켜 칩을 제조하여 사용하는 경우에는 용융압출시에 상기 무기입자를 직접투입하여 혼합시키며, 이렇게 제조된 무기입자 함유 폴리에스테르 칩을 단독 또는 다른 일반 폴리에스테르칩과 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 산화칼슘입자는 칼슘카보네이트 원석을 잘게 부수어 1000℃ 정도의 온도로 유지되는 노에서 태워 산화칼슘과 이산화탄소로 분리시켜 제조하는데, 원료의 입수가 용이하고 제조공정이 단순하여 가격이 저렴하며, 또한 산화칼슘입자는 친수성이 매우 강해서 물을 만나면 상온에서 수산화칼슘[(Ca(OH)2]이 되어 물을 쉽게 흡수한다. 산화마그네슘과 산화망간도 상기와 같은 원리로 친수성을 개선시키는 역활을 한다.

이때 사용되는 상기 무기입자들은 입자크기가 0.01~50㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 좋은데, 입자크기가 0.01㎛ 보다 적으면 흡수성이 약간 떨어지고 50㎛를 초과하는 경우에는 방사공정이나 후처리 공정때 사절이 발생하기 쉬운 문제가 있다. 그리고, 상기 무기입자들의 사용량은 폴리에스테르에 대하여 대략 0.1~50중량% 함유되도록 하는 것이 바람직한데, 0.1중량% 미만으로 사용하는 경우에는 흡수성향상효과가 미미하고 50중량% 초과 사용하면 폴리에스테르의 기계적 물성이 나빠지는 문제가 있다.

한편, 첨가되는 무기입자에는 물이나 불순물이 함유되지 않도록 하여야 하는데 물이나 불순물이 함유된 경우에는 방사성 및 후처리 공정성을 불량하게 할 뿐만 아니라 폴리에스테르의 물성을 저하시키는 직접적인 원인이 되므로 가능하면 높은 순도를 지닌 것을 사용하는 것이 좋다.

이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하며, 이들에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

100중량부의 테레프탈산, 45중량부의 에틸렌글리콜을 반응기에 넣어 교반하면서 가열하여 140℃에서 230℃로 승온시키며 4시간 동안 에스테르화 반응을 실시한 후, 여기에 0.04중량부의 안티몬트리옥사이드, 0.015중량부의 인산을 에틸렌글리콜 1중량부에 각각 혼합하여 투입한 후 승온하여 230~285℃ 범위에서 4시간동안 감압하에 축중합 반응을 실시하여 폴리에스테르(Ⅰ)을 얻었다.

상기 폴리에스테르(Ⅰ)을 액체질소로 고화시킨 다음 분쇄시켜 얻어진 폴리에스테르 분말 80중량부와 입자크기가 0.01~50㎛ 범위에 있으며 평균입경이 0.4㎛인 산화칼슘 20중량부를 30분간 혼합한 후 240℃~290℃ 사이에서 진공상태로 운전되는 2축 용융압출기를 통해 폴리에스테르(Ⅱ)를 얻었다.

상기 폴리에스테르(Ⅰ) 90중량부와 폴리에스테르(Ⅱ) 10중량부를 혼합하여 160℃에서 6시간 열풍 건조하여 290℃로 운전되는 용융압출기에서 용융하고 방사구금을 통하여 방사한 후 연신하여 75/24 폴리에스테르 섬유를 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 합성한 폴리에스테르(Ⅰ) 95중량부와 폴리에스테르(Ⅱ) 5중량부를 혼합한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 75/24 폴리에스테르 섬유를 얻었다.

[비교예 1]

100중량부의 테레프탈산, 45중량부의 에틸렌글리콜을 반응기에 넣어 교반하면서, 가열하여 140℃에서 230℃로 승온시키면서 4시간 동안 에스테르화 반응을 실시한 후, 여기에 0.04중량부의 안티몬트리옥사이드, 0.015부의 인산을 에틸렌글리콜 1중량부에 각각 혼합하여 투입한 후 승온하여 230~285℃ 범위에서 4시간동안 감압하에 축중합 반응을 실시하여 폴리에스테르(Ⅰ)을 얻었다.

상기 폴리에스테르(Ⅰ)을 액체질소로 고화시킨 다음 분쇄시켜 얻은 폴리에스테르 분말 80중량부와 평균입경이 0.3㎛인 콜로이달실리카입자 20중량부를 30분간 혼합하여 240℃~290℃ 사이에서 진공상태로 운전되는 2축 용융압출기를 통해 폴리에스테르(Ⅲ)를 얻었다.

폴리에스테르(Ⅰ) 90중량부와 폴리에스테르(Ⅲ) 10중량부를 혼합하여 160℃에서 6시간 열풍 건조하여 290℃로 운전되는 용융압출기에서 용융하고 방사구금을 통하여 방사한 후 연신하여 75/24 폴리에스테르 섬유를 얻었다.

[비교예 2]

비교예 1에서 합성한 폴리에스테르(Ⅰ) 95중량부와 폴리에스테르(Ⅲ) 5중량부를 혼합한 것 외에는 비교예 1과 동일하게 실시하여 75/24 폴리에스테르 섬유를 얻었다.

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

항목	단위	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
산화칼슘	평균입경	㎛	0.4	0.4	0.3	0.3
	첨가량	중량%	2.0	1.0	2.0	1.0
섬유 물성	데니어	-	75/24	75/24	75/24	75/24
	강 도	g/denier	4.78	4.78	4.79	4.79
	신 도	%	38.64	38.32	38.90	38.91
	흡수율	중량%	8.2	4.3	1.4	1.2

상기 실시예 및 비교예에서 확인되듯이 본 발명에 따라 폴리에스테르 섬유를 제조하는 경우 기존의 방법에 비해 흡수율이 크게 향상되며 아울러 사용되는 무기입자의 가격이 저렴하여 제조원가를 낮출수 있는 등의 유용성을 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 주지의 공정을 거쳐 폴리에스테르 섬유를 제조시, 산화칼슘입자, 산화마그네슘입자, 산화망간입자 중에서 선택된 단독 또는 2 이상 혼합된 무기입자를 섬유 총중량의 0.01~50중량% 범위에서 첨가한 후 방사하는 것을 특징으로 하는 흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 무기입자의 첨가시기는 폴리에스테르 중합단계 또는 폴리에스테르 제조후 방사구금까지 압송하는 단계 또는 폴리에스테르 칩을 제조하여 사용시 용융압출단계에서 첨가하는 것을 특징으로 하는 흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 무기입자는 0.01~50㎛ 범위 입자크기를 지닌 것임을 특징으로 하는 흡수성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.