KR100477860B1 - 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 파형(波形)의 잠재 권축성(捲縮性)을 갖는 폴리에스테르계 장섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특성이 서로 다른 2종의 폴리머를 동일한 구금을 사용하여 방사하고, 이를 연신, 열처리 및 이완함에 있어서,

단사의 섬도가 하기 식(1)을 만족하는 태사(太絲)와 하기 식(2)를 만족하는 세사(細絲)의 혼섬비율을 하기 식(3)과 같이 각각 일정비율을 유지하도록 동일한 구금을 사용하여 사이드 바이 사이드(side by side)형으로 복합방사하고, 분리롤

(seperate roll)을 갖는 고뎃롤에서 공지의 방법으로 냉각, 연신 및 이완함을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법으로서, 파형(波形)의 우수한 권축 특성을 갖는 조업성이 뛰어난 폴리에스테르계 잠재 권축사의 제조방법에 관한 것이다.

0.5 de/f ≤ D_S ≤ 2.0 de/f ····· 식(1)

1.5 ≤ D_L / D_S ≤ 2.5 ····· 식(2)

0.3 ≤ TD_L / TD ≤ 0.7 ····· 식(3)

여기서 D_S : 세사의 단사섬도 (de/f).

D_L : 태사의 단사섬도 (de/f).

TD : 전체섬도 (de)

TD_L : 태사의 전체섬도. [de, D_L(de/fil)×태사의 필라멘트수]

Description

잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법{Manufacturing method of polyester long staple having latent crimping}

본 발명은 파형(波形)의 권축(捲縮)특성을 갖는 폴리에스테르 장섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬도가 서로 다른 2종의 폴리머를 동일한 구금을 사용하여 방사한 후 이를 냉각, 연신 및 열처리함을 특징으로 하는 조업성이 뛰어난 잠재 권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의해 제조된 파형의 권축성을 가진 장섬유사는 파일(Pile)형태의 완구용 편물이나, 태사와 세사의 열적 특성 차이로 파일지의 루프(Loop)가 특유의 부드러운 촉감을 가지게 되며, 스포츠용 의류나 캐쥬얼용 직물지의 원사로 사용하는 경우에도 신축성이 우수하고, 부드러운 촉감을 자아내어 차별화된 소재로서 각광을 받게 된다.

일반적으로 소비자의 욕구는 착용 쾌적성을 가지는 소재나 또는 기능성을 가지는 소재에 대해 관심이 높아지고 있다. 착용 쾌적성 소재로는 촉감이나, 가벼움, 또는 편안함을 추구하고 있으며, 일반적으로 활동성이 많은 스포츠 의류나 캐쥬얼 의류의 경우, 특히 편안한 착용감을 주기 위해서는 신축성이 있는 소재가 선호되고 있다.

특히, 파일(Pile) 조직을 가지는 완구용 편물의 경우에는 봉제 후에 부드러운 촉감이나, 실물과 같은 외관을 나타낼 수 있는 차별화된 소재의 원사를 필요로 하고 있다. 일반적으로 의류용에서의 신축성이나 완구용의 자연스런 외관은 원사에 권축 특성을 부여함으로써 발현시킬 수 있게 된다.

따라서, 필라멘트사에 권축성을 부여하는 방법으로는 2종의 폴리머를 사용하는 복합방사법과 원사의 가공을 통해 권축성을 부여하는 후가공법으로 분류할 수 있다.

전자의 복합방사법에는 동일한 폴리머를 사용하는 경우와 이종(異種)의 폴리머를 사용하는 경우로 구분할 수 있다. 이 중 동일한 폴리머를 사용하면서, 두 성분간의 극한점도 차이를 이용하여 잠재권축성을 부여하는 복합섬유의 제조방법이 한국특허 등록번호 제206086호 및 공고번호 1990-0003335호 와 일본 공개특허 특개평 8-337916호등에 소개되고 있다. 사이드 바이 사이드(side by side)공법의 경우, 권축특성을 크게 하기 위해서 고점도 폴리머와 저점도 폴리머의 점도차를 크게해야 하고, 이때에 단면이 원형일 경우, 곡사발생으로 인해 작업방사성이 떨어지는 문제가 있으므로 통상 원사 단면을 중공형태로 변경시킨 제품이 상품화되고 있다.

이종(異種)의 폴리머를 사용하는 복합방사공법으로는 일반 폴리에스테르와

고수축성을 가지는 폴리에스테르나, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등을 일반적으로 사용하고 있다. 복합 방사공법으로 생산된 원사의 경우, 권축성은 우수하나 열처리 후의 권축형태가 도 2의 (가)와 같이 스프링 구조를 형성하기 때문에 본 발명에서 시도하는 파일(Pile)형 편물용 원사로서는 부적합하고, 또한 기존의 재래식 방사설비로는 생산이 불가능하고, 전용의 복합방사설비가 필요하게 되는 문제점이 있다.

종래의 방사 직접연신법(直接延伸法)에 의한 권축사의 제조는 사용되는 폴리머나 요구되는 특성이 비교적 단순하기 때문에 통상적으로 한쌍의 로울러와 권취기로 이루어지는 장치가 사용되어 왔으며, 사조를 로울러로 연신, 열처리한 후 로울러와 권취기 사이에서 이완처리한 후, 권취하는 방법이 적용되어 왔으나, 얻어지는 사조는 이완되어 권축의 발현능력이 떨어지고, 후가공을 하더라도 권축이 잘 발현되지 않는 문제가 있었다.

또한, 원사의 가공을 통해서 권축성을 부여하는 방법으로는 태세사법, 가연가공법 및 선연(先撚)후 가연법등으로 구분된다. 태세사법은 일반 방사설비에서 연신할 때 부분적으로 연신부와 미연신부를 만든 후, 이를 이완 열처리하면 미연신부에서 도2의 (라)와 같이 부분적인 권축이 발현된다. 태세사법에 의한 권축은 미세한 권축이 발현되므로, 파일(Pile)형태에서는 미세권축 확인이 불가능하고, 가시적인 효과가 부족하며, 또한 미연신부로 인해 촉감이 부드럽지 못한 단점이 있다.

가연 가공법이나, 선연 후 가연공법에 의한 권축사는 열처리를 할 경우, 도2의 (나), (다)와 같이 미세한 권축형태를 나타내므로 완구용 파일(Pile) 제품에는 부적합하고, 또한 가공공정의 증가로 인한 가공사의 제조원가 상승이라는 문제가 있다. 특히, 선연 후 가연법에 의한 권축사는 연수(撚數)에 따라 권축 특성과 촉감이 달라지므로 용도에 따른 연수의 최적화가 필요하게 되므로 만족스런 효과를 거둘 수 없다.

본 발명은 단일 폴리에스테르 폴리머를 원료로 사용하고, 종래의 일반적인 방사설비를 사용하여 이완 열처리를 할 경우, 파장이 긴 파형(波形)의 잠재 권축성을 갖는 사조를 제조하는 방법을 제공함을 기술적 과제로 한다.

본 발명자들은 상기한 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 동일한 구금에서 단사 섬도가 각각 다른 원사를 혼합하여 방사하고, 태사(太絲) 와 세사(細絲)의 단사 섬도, 혼섬비율 및 점도를 적의 조절한 상태에서 동일한 조건으로 냉각, 연신 및 열처리를 함으로써 파장이 긴 우수한 파형의 잠재권축성을 가지는 폴리에스테르계 잠재 권축사를 제조할 수 있었다.

본 발명에 사용된 폴리에스테르 폴리머는 고유점도가 0.650∼0.655 수준이고, D-EG가 0.8% 수준인 폴리머로서, 상기 폴리머를 295℃의 온도에서 융융시킨 후, 아래 식(1)(2)를 만족하는 2종의 폴리에스테르 장섬유를 동시에 얻고, 전체섬도에서 태사가 찾이하는 비율이 아래 식(3)을 만족하도록 동일한 구금을 사용하여 방사하고, 이를 냉각, 연신, 이완 열처리함을 특징으로 하는 잠재 권축성이 우수한 폴리에스테르 장섬유의 제조방법인 것이다.

0.5 de/f ≤ D_S ≤ 2.0 de/f ···········식(1)

1.5 ≤ D_L / D_S ≤ 2.5 ···········식(2)

0.3 ≤ TD_L / TD ≤ 0.7 ··········· 식(3)

상기 식에서 D_S : 세사의 단사섬도 (de/f)

D_L : 태사의 단사섬도 (de/f)

TD : 전체섬도 (de)

TD_L : 태사의 전체섬도 [de, D_L(de/fil)×태사의 필라멘트수]

본 발명에서 세사(細絲)의 단사섬도가 0.5데니어 미만일 경우에는 파형의 잠재 권축성이 부족하고, 2.0데니어를 초과하는 경우에는 잠재 권축성은 양호하나, 촉감이 불량해지는 문제가 있다. 또한 태사(太絲)와 세사(細絲)와의 단사 섬도비 즉, D_L/D_S가 1.5미만일 경우에는 권축성이 부족하게 되고, 2.5를 초과할 경우에는 태사와 세사와의 냉각차로 인하여 방사작업성이 나뻐지게 되고, 태사의 연신 불균일로 인하여 염색반(染色斑)이 발생하는 문제가 있게 된다.

특히, 염색반은 제품의 품위를 떨어뜨리게 되므로, 의류용으로는 사용이 어

려워지는 문제점이 있다. 또, 전체섬도에서 태섬도가 차지하는 비율 즉, TD_L/TD 값이 0.3 미만인 경우에는 권축성이 불량해지고, 0.7을 초과하는 경우에는 촉감이 불량해지는 문제가 있게 된다. 파형의 권축 특성과 촉감을 감안하여 볼 때 전체섬도중 태섬도가 차지하는 비율은 0.4∼0.6 수준이 보다 바람직하다.

상기 식(1)∼식(3)을 만족하는 조건으로 동일 구금을 통해 방사된 사조는 구금(1) 바로 아래에 위치한 냉각쳄버(2)에서 약 20℃ 전후의 냉각공기에 의해서 폴리에스테르의 글라스전이온도(Tg)이하로 냉각시킨다. 이때에 냉각공기의 풍량에 의해서 파형(波形)의 권축 특성과 방사 작업성이 결정되므로, 태사의 단사 섬도를 기준하여 급냉이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 냉각공기는 도 1의 냉각챔버(Quenching chamber)에서 사조의 진행방향과 수직되는 방향으로 공급하도록 한다. 이때에 냉각된 사조의 마찰에 의한 손상을 방지하기 위해서 방사용 유제로 처리하는 것이 바람직하다. 방사유제의 처리는 오일가이드(oil guide)법과 오일롤(oil roll)법이 있으며, 통상 세사의 단사섬도가 1.0데니어 이하일 경우에는 오일가이드법을 사용한다.

오일가이드법에서는 오일가이드의 위치가 매우 중요하며, 작업성과 품질을 결정하는 매우 중요한 요인이 된다. 통상 오일가이드의 위치는 방사구금을 기준해서 600∼1400㎜ 거리에 설치하며, 방사속도에 따라 급유위치는 변하게 된다. 유제로 처리된 사조는 도 1에서 가열롤인 제1고뎃롤(4) 과 제2고뎃롤(5)에서 연신에 필요한 온도를 부여받으며, 이때의 설정온도는 폴리에스테르의 글라스전이온도 이상이 되고, 사의 종류와 생산속도에 따라 결정된다. 제1고뎃롤(4) 과 제3고뎃롤(5)의 속도차에 의해 연신이 일어나고, 연신된 사조를 안정시키기 위해 비가열의 제3고뎃롤(6)을 통과하면서, 열처리된 사조는 제3고뎃롤(6)과 권취기(winder) 사이에서 이완된 후, 권취기(winder)에 의해 케이크(cake)형태로 일정한 권량(捲量)으로 권취된다.

이 때에 잠재 권축성능을 장기적으로 유지하기 위해서는 사조의 단면 형상을 원형단면, 이형단면 또는 원형단면과 이형단면이 혼재된 단면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 생산공법으로는 부분 배향사(POY)를 제조한 후, 별도의 설비에서 연신 및 열처리를 하게되는 공법과, 방사와 동시에 동일한 설비에서 연신 및 열처리를 하게되는 두가지의 공법이 있으나, 제조원가면에서 후자의 방식이 경쟁력이 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예]

실시예와 비교예에 있어서, 각 평가기준은 다음과 같은 방법으로 하였다.

(1) 방사작업성

- ○ : 작업성 양호 (FB율 : 95%이상)

- △ : 작업성 불량 (FB율 : 80%∼95%)

- × : 권취 불가능 (FB율 : 0%)

※ FB율 = (목표의 권량으로 감긴 케이크 수/생산된 전 케이크 수)×100

(2) 염색반(染色斑)

- ○ : 있음

- × : 없음

(3) 파형의 권축성 평가

원사를 100℃의 물에서 30분 열처리 후, 산(山)의 수에 의거 평가함.

- ○ : 산(山)의 수가 5개/5㎝ 이상인 경우.

- △ : 산(山)의 수가 5개∼2개/5㎝인 경우.

- × : 산(山)의 수가 2개/5㎝ 미만인 경우.

※(예시) 산(山)의수가 3개/5㎝인 경우.

[실시예 1]

고유점도가 0.650수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 원형단면인 단사 섬도 0.5 데니어와 1.0 데니어가 혼합된 110홀(hole) 구금을 통해 285℃로 방사하였다.

방사된 사조는 24 m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각되고, 구금직하 800㎜ 지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이 때에 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2400 m/min로 하고, 온도는 83℃로 설정하였다.

연신에 필요한 열을 부여받은 원사는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.875배 연신 되며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완되고, 권취기에 케이트상으로 권취하였다.

권취된 75de/110f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 원형단면인 단사 섬도가 2.0 데니어와 3.0 데니어가 혼합된 30홀(hole)구금을 통해 285℃로 방사하였다. 방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜ 지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이 때 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2100m/min로 하고, 온도는 92℃로 설정하였다. 연신에 필요한 열을 부여받은 사조는 제1고뎃롤 과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 2.38배로 연신 되었으며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기(winder)에 권취하였다.

권취된 75de/30f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 원형단면의 0.5데니어와 삼각단면의 1.0데니어가 혼합된 96홀(hole) 구금을 통해 285℃로 방사하였다.

방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이때에 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2400 m/min로 하고, 온도는 83℃로 설정하였다. 연신에 필요한 열을 부여받은 원사는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.875배 연신되며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기

(winder) 에 권취하였다.

권취된 75de/96f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 4]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 삼각단면의 2.0데니어와 중공단면의 3.0데니어가 혼합된 34홀(hole)의 구금을 통해 285℃로 방사하였다. 방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이때 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2650m/min하고, 온도는 85℃로 설정하였다.

연신에 필요한 열을 부여받은 원사는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.89배 연신되었으며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기(winder) 에 권취하였다.

권취된 75de/34f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 원형단면인 단사 섬도가 0.5 데니어와 3.0 데니어가 혼합된 86홀(Hole) 구금을 통해 285℃로 방사하였다. 방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이때에 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2400m/min하고, 온도는 92℃로 설정하였다. 연신에 필요한 열을 부여받은 사조는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.875배로 연신되었으며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기(winder)에 권취하였다.

권취된 75de/86f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 원형단면의 0.5데니어와 삼각단면의 6.0데니어가 혼합된 38홀(hole)의 구금을 통해 285℃로 방사하였다.

방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이 때 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2400m/min로 하고, 온도는 97℃로 설정하였다. 연신에 필요한 열을 부여받은 사조는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.875배 연신되었으며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기(winder) 에 권취하였다.

권취된 75de/38f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 3]

고유점도가 0.650 수준인 폴리에스테르를 295℃로 용융하여 삼각단면의 1.0

데니어와 중공단면의 12.0 데니어가 혼합된 52홀(hole)의 구금을 통해 285℃로 방사하였다. 방사된 사조는 24m/min의 풍속을 갖는 냉각공기에 의해 글라스전이온도 이하로 냉각시킨 후, 구금직하 800㎜지점에서 오일(Oil)처리를 하였다. 이 때 제1 및 제2고뎃롤의 속도를 2400m/min로 하고, 온도는 97℃로 설정하였다. 연신에 필요한 열을 부여받은 사조는 제1고뎃롤과 제3고뎃롤의 속도차에 의해 1.89배 연신되었으며, 123℃로 열처리된 후, 제3고뎃롤과 권취기(winder) 사이에서 이완처리되고, 권취기(winder)에 권취하였다.

권취된 75de/52f의 잠재권축성 폴리에스테르 장섬유의 작업성, 염색성 및 권축성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

항 목		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
세사	단면	원형	원형	원형	삼각	원형	원형	삼각
	섬도(de)	0.5	2.0	0.5	2.0	0.5	0.5	1.0
	fila수	74	18	44	26	74	28	50
태사	단면	원형	원형	삼각	중공	원형	삼각	중공
	섬도(de)	1.0	3.0	1.0	3.0	3.0	6.0	12.0
	fila수	36	12	52	8	12	10	2
태사섬도비율(%)		49	50	70	31	49	81	32
방사작업성		○	○	○	○	△	×	×
염색반(染色斑)		×	×	×	×	○	-	-
권축성		△	○	○	○	○	-	-

본 발명에 의하면, 폴리에스테르의 일반적인 방사설비를 이용하여 기존의 복합방사법으로 생산하는 잠재권축사와는 차별화 된 파형의 잠재권축성을 가지는 원사의 생산이 가능하고, 이러한 권축 특성은 파일(Pile)의 길이가 15㎜ 이상인 완구용 경편지 또는 환편지의 제조에 적합하다. 또한 일반 방사설비를 이용하고, 단일 폴리머를 사용하기 때문에 최고의 원가 경쟁력을 가지게 된다 .

도 1은 본 발명에 사용된 방사연신공정의 실시태양을 나타내는 개략적인 공정도.

도 2(a)∼(d)도는 종래의 잠재권축성 장섬유의 권축형태를 나타내는 설명예시도.

도 3은 본 발명의 잠재권축성 장섬유의 권축형태를 나타내는 설명도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 구금(Spinneret) 2 : 냉각챔버

3 : 오일 가이드 4 : 제1고뎃롤 (Godet roll)

5 : 제2고뎃롤 6 : 제3고뎃롤

7 : 분리롤 (Seperate roll) 8 : 원사 (Cake)

Claims (3)

1. 단사의 섬도가 하기 식(1)을 만족하는 태사(太絲)와 하기 식(2)를 만족하는 세사(細絲)로 이루어지는 2종의 폴리에스테르 장섬유를 각각 일정비율을 유지하도록 동일한 구금을 사용하여 방사한 후, 고뎃롤과 권취기 사이에서 냉각, 연신, 이완 열처리하는 것을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법.

   0.5 de/f ≤ D_S ≤ 2.0 de/f ·····식(1)

   1.5 ≤ D_L / D_S ≤ 2.5 ·····식(2)

   여기서 D_S : 세사의 단사섬도 (de/f).

   D_L : 태사의 단사섬도 (de/f).
2. 청구항 1에 있어서, 전체섬도에서 태사가 찾이하는 비율이 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법.

   0.3 ≤ TD_L / TD ≤ 0.7 ····· 식(3)

   여기에서 TD : 전체섬도 (de)

   TD_L : 태사의 전체섬도. [de, D_L(de/fil)×태사의 필라멘트수]
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 원사의 단면이 원형단면, 이형단면 또는 원형단

   면과 이형단면이 혼재된 단면을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 잠재 권축성 폴리에스테르 장섬유의 제조방법.