KR100595598B1 - 고강력 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어나 고무 벨트 등 고무 제품의 보강재 또는 산업용 로프 등의 용도로 사용되는 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유의 제조방법에 대한 것이다.

이에 따른 본 발명은, 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 95 몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 20 내지 200의 방사 드래프트비로 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계, 이 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화 및 권취하는 단계, 상기 미연신사를 예비연신 후 1단연신시에 1단연신부에서 450 ∼ 600℃의 고온의 공기를 분사하면서 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 고온공기, 고강력

Description

고강력 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유 및 이의 제조방법{Polyethylene-2,6-naphthalate fibers having high tenacity, and the preparation thereof}

도 1 은 본 발명의 제조공정 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 ∼ 5 : 고뎃롤러, 6 : 권취롤러

본 발명은 타이어나 고무 벨트 등 고무 제품의 보강재 또는 산업용 로프 등의 용도로 사용되는 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유의 제조방법에 대한 것이다.

산업용으로 사용되는 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유의 강도를 높이는 유용한 방법으로는 고유점도 0.9 이상의 고점도 칩을 용융 방사하고 복굴절율이 0.01 이하가 되도록 저속 권취하여 얻은 미연신사를 1 단 및 2 단으로 직접 연신한 후 릴렉스 시켜 권취하는 방법이 있다.

이때 저속 권취로 미연신사의 배향도(볼굴절율)을 낮추는 이유는 미연신사의 배향도가 낮을수록 고배율의 연신이 가능하기 때문이다. 그러나 이와 같은 1 단 및 2 단 연신으로는 사의 배향도를 극대화시키기 어려워 고강도의 폴리에틸렌 나프탈레이트 원사를 얻는데 한계가 있다.

좀 더 강도를 높일 목적으로 2 단 연신한 사를 다시 3 단 연신하는 방법을 사용하나 통상의 방법으로 3 단 연신하는 경우 2 단 연신을 통해 이미 결정화가 진행된 사를 다시 연신하는 데 따르는 어려움으로 작업성이 좋지 못하고 후가공 공정에서의 꼬임 및 열처리에 의한 강력 이용율이 급격히 저하되어 목적하는 고강력의 폴리에틸렌 나프탈레이트 원사를 얻기 어렵다.

미국 특허 4,851,172, 미국 특허 4,251,481, 한국 공고 특허 제 95-7806 호 등에서 나타난 것처럼 연신이 용이하도록, 연신사조에 고온의 스팀(steam)을 분사함으로서 종래의 저속 다단연신시의 문제점이었던 연신 불량과 이로 인한 강력 이용율 저하를 해결하는 방법이 있다.

그러나 이 방법은 수증기에 의해서 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 가수분해 되어서 강력의 저하가 일어나고 수증기에 의한 소음이 발생하는 등의 문제가 있다.

이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 예비연신 후 1단연신할 때 고배율 연신이 용이하도록, 연신사조에 수증기 대신에 가열공기를 분사함으로써, 수증기를 사용했을 때의 문제점, 즉 수증기의 수분에 의하여 폴리에틸 렌 테레프탈레이트가 가수분해 되어서 강력 저하가 일어나며 소음이 발생하는 것을 방지한 고강력 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유 및 이의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 85몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 20 내지 200의 방사 드래프트비로 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계, 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화시킨 다음 미연신사의 복굴절율이 0.015 이하가 되도록 하는 방사 속도로 저배향도의 미연신사를 권취하는 단계, 상기 미연신사를 예비연신 후 1단연신시에 1단 연신부에서 450 ∼ 600℃의 고온의 공기를 분사하면서 연신하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되어 0.6 내지 1.0의 고유점도, 8.5g/d 이상의 강도, 6% 이상의 신도, 0.35 이상의 복굴절율, 1.355 내지 1.375의 밀도, 270 내지 285℃의 융점, 및 1 내지 4%의 수축율을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미연신사를 예비연신 후 1단연신시에 1단연신부에서 450 ∼ 600℃의 고온의 공기를 분사하면서 연신하는 단계에서, 고온의 공기를 10m/초 ∼ 50m/초의 속도로 분사시키는 것이 바람직히다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1 은 본 발명의 제조공정 개략도이다.

본 발명은 고유점도가 0.9 이상인 고점도 폴리에틸렌나프탈레이트 칩을 용융 방사하여 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 시킨 다음 미연신사의 복굴절율이 0.015 이하가 되도록 하는 방사 속도로 권취하여 저배향도의 미연신사를 얻은 다음, 이를 고뎃 롤러를 이용 직접 연신함에 있어서, 통상의 방법으로 예비연신을 행한 후 1단연신부에서 고온의 공기를 노즐을 통하여 분사하여 연신장력을 줄여 연신을 원활하게 함으로써 고강도이고 높은 강력 이용률을 갖는 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유를 제조함을 특징으로 하는 것이다.

먼저, 고유점도가 0.8 내지 1.2인 폴리에틸렌나프탈레이트 칩을 용융방사하고 600m/분 이하의 속도로 권취하면서 미연신사의 배향도가 0.015 이하가 되도록 제조한 다음에 상기 미연신사를 도 1에 예시한 바와 같이 제 1 고뎃롤러(1)와 제 2 고뎃롤러(2) 사이에서 예비연신을 행한 후 제 2 고뎃롤러(2)와 제 3 고뎃롤러(3) 사이에서 1 단 연신하고 이어서 제 3 고뎃롤러(3)와 제 4 고뎃롤러(4) 사이에서 2 단 연신을 하고 제 4 고뎃롤러(4)와 제 5 고뎃롤러(5) 사이에서 이완을 한다.

폴리에틸렌나프탈레이트의 경우 예비연신 후 고배율의 1단연신을 하게되면 과도한 연신 장력이 작용하여 작업성이 좋지 못하므로 1단연신을 행하는 제 2 고뎃롤러(2)와 제 3 고뎃롤러(3) 사이에서 450 ∼ 600℃의 고온의 공기를 공기분사 노즐로 분사한다. 특히 사에 손상이 없이 고배율의 1단연신을 원활하게 함으로써 연속적으로 진행되는 2단연신에서 작업성도 향상시킬 수 있다.

가열공기의 온도는 450 ∼ 600℃, 풍속은 10m/초 ∼ 50m/초, 바람직하게는 20m/초 ∼ 30m/초가 바람직하다.

만약 공기의 온도가 450℃ 미만이면 결정화된 사를 연신하기에 충분한 열을 부여할 수 없어서 작업성 및 원사의 외관이 극히 불량하고, 600℃가 넘으면 사의 융착이 일어나기 쉬워서 작업성이 불량해질 뿐만 아니라 현실적으로 600℃ 이상의 공기를 분사시키기는 매우 어렵다.

또 본 발명에서 가열공기의 풍속이 10m/초 미만이면 사에 충분한 열을 부여할 수 없고, 50m/초를 초과하면 사에 흔들림을 심하게 발생시켜서 연신작업성을 나쁘게하고, 물성의 균일성도 해치게 된다.

이와 같이 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트 사는 강도 및 강력 이용율이 수증기를 사용했을 때 보다 향상 되어서 고무제품의 보강용 및 로우프 용으로 사용 될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않으며, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 사 및 처리 코드의 각종 물성 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

(1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,3-테트라클로로에탄올을 6:4의 무게비로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 농도가 0.4g/100ml 되도록 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 흡인장치(aspirator)를 이용하여 용액의 낙하 초수를 구했다. 용매의 낙하 초수도 동일한 방법으로 구한 다음, 하기 수학식 1 및 2에 의해 R.V.값 및 I.V.값을 계산하였다.

---------(1)

----------(2)

상기 식에서, C는 용액 중의 시료의 농도(g/100ml)를 나타낸다.

(2) 강신도

인스트론(Instron) 5565(인스트론사제, 미국)를 이용하여, ASTM D 885의 규정에 따라 표준 상태(20℃, 65% 상대습도)하에서 250mm의 시료 길이, 300mm/분의 인장속도 및 80turns/m의 조건으로 강신도를 측정하였다.

(3) 수축율

시료를 20℃, 65% 상대습도의 표준 상태 하에서 24시간 이상 방치한 후 0.1g/d에 상당하는 중량을 달아 길이(L0)를 측정하고, 무장력 상태 하에서 드라이 오븐을 이용하여 150℃하에서 30분간 처리한 다음 꺼내어 4시간 이상 방치한 후 하중을 달아 길이(L)를 측정하여 하기 수학식 3에 의해 수축률을 계산하였다.

-----------(3)

(4) 분사 가열공기의 온도

분사 노즐부의 온도 측정기(TI)로 측정

실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 1, 2, 3, 4

고유점도 0.92의 폴리에틸렌나프탈레이트 칩을 폴리머 온도 325℃로 지름 0.45㎜, 구멍수 249개인 노즐을 통해서 용융 압출하여 15℃, 풍속 0.5m/초의 공기로 냉각 고화시킨 다음 집속 시켜 오일링 하고 470m/분의 속도로 미연신사를 권취하여 <표 1>의 조건으로 연신하였다.

실시예는 본 발명에 의한 방법으로 가열공기를 이용한 것이고, 비교예는 수증기를 이용하여 연신한 것이다.

각 실시예에서 가열공기는 1 단 연신부에서 분사 하였다.

< 표 1 >

구분	실시예1	비교예1	실시예2	비교예2	실시예3	비교예3	실시예4	비교예4
총연신비	6.80	6.80	6.80	6.80	6.80	6.80	6.80	6.80
가열공기 또는 수증기온도(℃)	480	482	500	520	541	548	590	40
공기속도(m/초)	20	-	23	-	25.4	-	27.6	10
공기또는수증기압력(㎏/㎠)	-	5.0	-	5.8	-	5.8	-	-
이완율(%)	2	2	2	2	2	2	2	2
연신	2단연신	2단연신	2단연신	2단연신	2단연신	2단연신	2단연신	2단연신
데니어	1508	1509	1508	1504	1507	1497	1512	1509
원사강도(g/d)	9.48	9.13	9.49	9.05	9.42	9.15	9.70	9.12
원사신도(%)	10.4	10.2	10.4	10.2	10.0	9.8	9.9	10.0
원사수축율(%)	2.2	2.3	2.1	2.3	2.2	2.3	2.4	2.3

가열공기를 사용하여 연신한 사는 물에 의한 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 가수분해가 적게 일어나기 때문에 강도가 수증기를 사용한 것 보다 더 우수하였다

실시예 2, 3, 4의 방사 및 연신 조건은 실시예 1 과 같은 방법으로 하였으며 분사하는 가열공기의 온도를 500℃에서 590℃로 변경하면서 실험하였다.

비교예 2, 3 은 실시예 2, 3 과 동일한 조건으로 하되 가열공기 대신 수증기를 사용한 것이다.

비교예 4는 가열공기의 풍속이 10m/초인 경우의 예이다.

풍속이 20m/초 미만이면 수증기를 사용했을 때와 거의 같은 강도를 보이는 것으로 나타나고 있다.

사용한 가열공기의 풍속이 20m/초 이상인 경우에 수증기 보다 가열공기를 사용했을 때 강도가 개선되는 경향이 나타나고 있다.

본 발명은 1 단 연신시에 고온의 공기를 사에 분사함으로서 수증기를 이용했을 때 보다 강도가 향상된 고강도의 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유를 제조할 수 있으며, 또 수증기 분사로 야기되는 소음 발생도 방지할 수 있어서 연신실의 작업환경을 개선할 수 있다.

Claims (2)

1. (A) 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 85 몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 20 내지 200의 방사 드래프트비로 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계,

   (B) 이 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화시킨 다음 미연신사의 복굴절율이 0.015 이하가 되도록 하는 방사 속도로 저배향도의 미연신사를 권취하는 단계,

   (C) 상기 미연신사를 예비연신 후 1단연신시에 1단연신부에서 450 ∼ 600℃의 고온의 공기를 분사하면서 연신하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는, 하기의 물성을 갖는 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유.

   (1) 0.6 내지 1.0의 고유점도, (2) 8.5g/d 이상의 강도, (3) 6% 이상의 신도, (4) 0.35 이상의 복굴절율, (5) 1.355 내지 1.375의 밀도, (6) 270 내지 285℃의 융점, 및 (7) 1 내지 4%의 수축율
2. 제 1 항에 있어서,

   (C)단계에서, 고온의 공기를 10m/초 ∼ 50m/초의 속도로 분사시킴을 특징으로 하는 고강력 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유.

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