KR100526948B1 - 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조 방법에 관한 것으로, 권취공정에서 별도의 가열기를 통해 열처리하는 방법을 사용하여 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조하였던 종래에는 가열기를 설치할 공간을 확보해야 할 뿐 아니라 권취공정 부분을 새로이 재정비해야하는 어려움이 있었고, 작업성 및 원사의 품위를 저하시키게 되는 등의 문제가 있었던 바, 과량의 디이소시아네이트와 디올화합물로 우레탄 반응시켜 고신도 신장을 가능하게 하는 폴리머(polymer)를 생성하는 1차중합공정, 폴리머에 쇄연장제를 혼합하여 우레탄결합을 갖는 폴리머(polymer)를 생성하는 2차중합공정, 폴리머에 산화방지제와 같은 첨가제를 섞어주는 첨가제 첨가혼합공정, 방사도프(11)로부터 공급되는 폴리머를 기어펌프(12) 및 방사노즐(13)을 통해 균일하게 배포하여 탄성력을 갖는 섬유형태인 필라멘트(f;filament)를 제조하는 방사공정, 가연장치(14)로 가연을 주어 여러 필라멘트(f)들을 합착시킨 후 제1고데트롤러(15;godet roller)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 완성된 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 권취하는 권취공정으로 폴리우레탄 탄성섬유(F)의 제조함에 있어서, 상기 권취공정에서 제1고데트롤러(15)에 표면온도를 올릴 수 있는 가열장치를 부착하여 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 열처리함으로써 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 별도의 가열기를 구비하지 않고서도 원하는 수준의 세트성을 얻을 수 있게 되므로 보다 경제적으로 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있게 될 뿐 아니라 간편한 설비로 공간소요를 없앨 수 있게 되고, 권취속도가 높고 작업성이 양호하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되며, 원사의 품위도 우수한 고품질 저비용의 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법 { manufacturing method of low heat resistance polyurethane elastic fiber }

본 발명은 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조하는 방법은 중합공정을 통해 폴리머를 개질하는 방법과 방사공정이나 권취공정을 변형하는 방법 등이 사용되고 있다.

예를 들어 1차 중합시 일반 폴리우레탄 탄성섬유는 디이소시아네이트와 폴리디올을 반응시켜 폴리우레탄 결합을 갖는 폴리머를 형성하는데, 이 원부재료 중 폴리디올외에도 저분자 디올을 추가로 첨가하여 반응시킨 후에 쇄연장제를 열가소성 중합제로 넣어 폴리머를 제조하면 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유가 된다.

중합공정을 변형한 다른 방법으로는 1차 중합반응시 원부재료의 비율을 낮추어 가교결합이 형성될 수 있도록 하여 폴리우레탄 탄성섬유의 신축성이 향상시키는 방법이 있다.

그리고 폴리머를 개질하는 방법 외에도 권취공정에서 고데트롤러(godet roller)를 거치기 전 부분에 열처리기구를 부착하는 방법과 방사튜브의 내부온도를 높이는 방법이 있다.

폴리머 개질을 이용한 방법은 세트성(set)과 같은 물성면에서 효과가 높을 수 있으나 중합공정을 변형시키면 생산설비와 원부재료 비용 등의 면에서 경제적이지 못한 단점이 있다.

그리고 방사공정이나 권취공정에 열처리를 위한 가연기구를 설치하면 폴리머가 완전히 건조되기 전이므로 작업성을 저하시키거나 원사의 품위에 영향을 줄 가능성이 높아진다.

일반적으로 폴리우레탄 탄성섬유를 생산할 때에 중합공정은 연속식 또는 배치식(batch)을 사용하고, 방사공정은 건식방사 또는 습식방사를 사용하는 바, 그 구체적인 제조공정을 도 1을 참조하면서 설명하면 다음과 같다.

즉, 폴리우레탄 탄성섬유의 주원료는 과량의 디이소시아네이트와 디올화합물로 이들을 온도 70~90℃에서 2시간정도 우레탄 반응시켜 고신도 신장을 가능하게 하는 폴리머(polymer)를 생성하면 1차중합은 완료된다.

그리고 이 폴리머에 쇄연장제를 혼합하여 우레탄결합을 갖는 폴리머(polymer)가 생성되면 2차중합은 완료된다.

상기 2차중합은 발열반응이므로 온도를 일정하게 70~100℃내에서 유지시켜주며, 또한 반응속도가 갑자기 높아지는 것을 방지하고자 모노아민류도 소량 첨가한다.

2차반응이후 폴리머에는 산화방지제와 같은 첨가제를 15~40시간에 걸쳐 천천히 넣어 섞어준 후 탈포공정을 거친 뒤 방사공정을 통과한다.

방사공정에서는 기어펌프를 통해 균일한 폴리머 양이 배포되고 균일한 양이 노즐을 지나면 탄성력을 갖는 섬유형태인 필라멘트(filament)가 제조된다.

건식방사에서는 폴리머내 용제를 제거하기 위해 고온의 열매를 불어 주면 필라멘트만 방사되어 권취공정을 통과하게 된다.

권취공정에서는 가연을 주어 여러 필라멘트들이 합착되어 탄성섬유가 되고, 이 섬유는 제1고데트롤러(godet roller)를 지나 유제를 부착 후 다시 제2고데트롤러를 통과하여 보빈에 감기면 모든 제품의 생산공정은 완료된다.

그러나 상기와 같은 건식방사를 거친 제품은 열처리공정을 거치지 않기 때문에 염색가공과 같은 후공정중에는 내열성이 낮아 열처리후 원사가 수축되지 않는 고세트성 원사를 필요로 하는 수요자를 위해 열처리 공정이 따로 필요하게 되었다.

따라서 권취공정에서 열처리하는 방법을 사용하여 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조하였던 종래에는 가열기를 설치할 공간을 확보해야 할 뿐 아니라 권취공정 부분을 새로이 재정비해야하는 어려움이 있었다.

저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 수요시장 규모는 일반 폴리우레탄 탄성섬유나 다른 특화된 폴리우레탄 탄성섬유(예: 내염소성 폴리우레탄 탄성섬유)에 비해 무척 작다.

이런 시장규모에 비해 종래의 개질폴리머에 의한 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조 비용은 막대하였고, 종래의 방사공정 또는 권취공정에 열처리를 위한 가연기구의 부착은 작업성 및 원사의 품위를 저하시킬 수 있는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 기존 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조 공정을 간소화하여 원하는 수준의 세트성을 얻으면서 보다 안정된 작업성을 확보하고 비용을 최소화하는 열처리 방식을 택하여 고품질 저비용의 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있도록 하는 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 가열기가 내부에 부착된 제1고데트롤러를 사용함으로써 가열기를 위한 별도의 설비공간이 필요 없도록 한 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 2에는 본 발명의 개략 공정도가 도시되어 있는 바, 과량의 디이소시아네이트와 디올화합물로 우레탄 반응시켜 고신도 신장을 가능하게 하는 폴리머(polymer)를 생성하는 1차중합공정, 폴리머에 쇄연장제를 혼합하여 우레탄결합을 갖는 폴리머(polymer)를 생성하는 2차중합공정, 폴리머에 산화방지제와 같은 첨가제를 섞어주는 첨가제 첨가혼합공정, 방사도프(11)로부터 공급되는 폴리머를 기어펌프(12) 및 방사노즐(13)을 통해 균일하게 배포하여 탄성력을 갖는 섬유형태인 필라멘트(f;filament)를 제조하는 방사공정, 가연장치(14)로 가연을 주어 여러 필라멘트(f)들을 합착시킨 후 제1고데트롤러(15;godet roller)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 완성된 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 권취하는 권취공정으로 폴리우레탄 탄성섬유(F)의 제조함에 있어서, 상기 권취공정에서 제1고데트롤러(15)에 표면온도를 올릴 수 있는 가열장치를 부착하여 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 열처리함으로써 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있도록 한 것이다.

도면부호중 미설명부호 13a는 가스입구, 13b는 가스출구이며, p는 합착점이다.

본 발명에 있어서 제1고데트롤러(15)의 속도는 600~1200m/min으로 다양하게 변화시킬 수 있으며, 제1고데트롤러(15)의 속도를 증가시킴에 따라 가열온도도 맞추어 올려주어야 하는 것이 바람직한 바, 제1고데트롤러(15)의 속도가 600m/min~900m/min일 때는 100~120℃로 처리하고, 그 이상의 속도일 때는 열처리효과가 작아질 수 있으므로 130℃ 정도로 열처리 온도를 설정하는 것이 적절하다.

<실시예1>

1차중합공정, 2차중합공정, 첨가혼합공정, 방사공정을 거친 필라멘트(f)들을 가연장치(14)로 가연을 주어 합착시킨 후 속도 650m/min 가열온도 100℃인 제1고데트롤러(15;godet roller)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 감았다.

<실시예2>

1차중합공정, 2차중합공정, 첨가혼합공정, 방사공정을 거친 필라멘트(f)들을 가연장치(14)로 가연을 주어 합착시킨 후 속도 650m/min 가열온도 120℃인 제1고데트롤러(15)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 감았다.

<실시예3>

1차중합공정, 2차중합공정, 첨가혼합공정, 방사공정을 거친 필라멘트(f)들을 가연장치(14)로 가연을 주어 합착시킨 후 속도 1000m/min 가열온도 100℃인 제1고데트롤러(15)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 감았다.

<비교예>

1차중합공정, 2차중합공정, 첨가혼합공정, 방사공정을 거친 필라멘트(f)들을 가연장치(14)로 가연을 주어 합착시킨 후 가열장치가 없고 속도 650m/min인 기존 제1고데트롤러(15)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 감았다.

각 실시예 및 비교예의 세트성을 표1에 나타내었다.

세트성을 평가하는 방법은 일정길이의 원사를 100% 신장한 후 습열상태에서 온도 130℃로 1시간 열처리를 실시하며, 15분간 원사에 아무런 장력도 주어지지 않고 방치한 뒤 열처리후 원사의 회복되지 않은 길이를 측정하였다.

구분	제1고데트롤러속도(m/min)	제1고데트롤러열처리온도(℃)	원사의 세트(%)
실시예1	650	100	84.9
실시예2	650	120	87.8
실시예3	1000	100	83.2
비교예	650	열처리하지 않음	82.8

이상에서와 같이 본 발명은 제1고데트롤러(15)의 속도를 높임과 동시에 표면온도를 높여 열처리를 간편하게 할 수 있도록 한 것으로 본 발명에 의하면 별도의 가열기를 구비하지 않고서도 원하는 수준의 세트성을 얻을 수 있게 되므로 보다 경제적으로 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있게 될 뿐 아니라 간편한 설비로 공간소요를 없앨 수 있게 되고, 권취속도가 높고 작업성이 양호하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되며, 원사의 품위도 우수한 고품질 저비용의 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 폴리우레탄 탄성섬유의 제조공정 흐름도

도 2는 본 발명의 방사공정 및 권취공정의 개략도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 방사도프 12 : 기어펌프

13 : 방사노즐 14 : 가연장치

15 : 제1고데트롤러 16 : 유제롤러

17 : 제2고데트롤러 18 : 권취기

f : 필라멘트 F : 탄성섬유

Claims (3)

1. 과량의 디이소시아네이트와 디올화합물로 우레탄 반응시켜 고신도 신장을 가능하게 하는 폴리머(polymer)를 생성하는 1차중합공정, 폴리머에 쇄연장제를 혼합하여 우레탄결합을 갖는 폴리머(polymer)를 생성하는 2차중합공정, 폴리머에 산화방지제와 같은 첨가제를 섞어주는 첨가제 첨가혼합공정, 방사도프(11)로부터 공급되는 폴리머를 기어펌프(12) 및 방사노즐(13)을 통해 균일하게 배포하여 탄성력을 갖는 섬유형태인 필라멘트(f;filament)를 제조하는 방사공정, 가연장치(14)로 가연을 주어 여러 필라멘트(f)들을 합착시킨 후 제1고데트롤러(15;godet roller)와 유제롤러(16), 그리고 제2고데트롤러(17)를 통과시켜 권취기(18)에 완성된 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 권취하는 권취공정으로 폴리우레탄 탄성섬유(F)의 제조함에 있어서, 상기 권취공정에서 제1고데트롤러(15)에 표면온도를 올릴 수 있는 가열장치를 부착하여 폴리우레탄 탄성섬유(F)를 열처리함으로써 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 제1고데트롤러(15)를 통한 열처리온도를 100~120℃로 함을 특징으로 하는 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 열처리장치가 부착된 제1고데트롤러(15)의 속도를 600~1200m/min으로 함을 특징으로 하는 저내열성 폴리우레탄 탄성섬유의 제조방법.