KR100616190B1 - 폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사속도 4,000 ∼ 6,000m/분으로 제조한 폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 배향/결정화 억제 성능의 제 2 성분이 심층부(Core)와 표층부(Sheath)에 각각 고농도와 저농도로 함유되어 있어서 폴리에스테르 부분연신사의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 연신, 가연공정에서 모우나 사절을 거의 발생시키지 않으므로 후가공 작업성이 좋다.

표층부 용융압출장치, 심층부 용융압출장치, 방사파이프, 방사빔, 표층/심층 복합방사 팩장치, 방출사조, 냉각장치, 집속/유제가이드, 제 1 인취롤러, 제 2 인취롤러, 권취기, 필라멘트 표층부, 필라멘트 심층부, 제 2성분 폴리머

Description

폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법{Polyester partially oriented yarn and method of manufacturing thereof}

도 1은 본 발명의 제조공정 개략도

도 2는 본 발명으로 제조된 멀티 필라멘트의 확대 단면도.

본 발명은 고속방사법으로 제조한 폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 고속방사 조건으로 잔유신도가 높은 폴리에스테르 부분연신사를 제조함으로서 생산성을 향상시킬 수 있고 가연공정중 모우 발생을 극소화 시킬 수 있는 등 우수한 후 가공성을 가진 제 2 성분이 함유된 폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 폴리에스테르 부분연신사에 대한 수요가 급속하게 증가함에 따라 안정된 제조방법에 관한 연구 뿐만 아니라 생산량 확대를 위하여 고속방사법으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조하는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

가장 핵심적인 연구로는 종래의 폴리에스테르 중합체의 용융방사 공정중에 소량의 제 2 성분 폴리머를 투입하여 제조하는 방법이다.

이 방법의 요지는 투입된 제 2 성분 폴리머가 폴리에스테르 분자사이에 존재하여 고속의 방사조건에서도 폴리에스테르 분자의 배향/결정화를 억제시킴으로서 고속의 방사조건에서 생산된 폴리에스테르 원사의 잔유신도가 일반적인 저속의 방사조건에서 생산된 폴리에스테르 원사의 잔유신도와 거의 비슷하게 되도록 하는 방법이다.

제 2 성분 폴리머를 혼합 투입해서 고속방사법으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조하는 방법으로는 미국특허 제 5,993,712 호가 있다.

이 방법은 방사공정 중에서 아크릴계성분과 스틸렌성분 그리고 소량의 말레인산이 일정비율로 혼합/중합된 공중합체를 제 2 성분 폴리머로 사용하여 이것을 방사단계에서 폴리에스테르 중합체에 소량 첨가, 균일 분산시킴으로서 고속방사법으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조하는 방법이다.

그러나 상기 제조방법은 제 2 성분 폴리머가 각 필라멘트의 내부뿐만 아니라 섬유의 표층에도 분산되어 있기 때문에 각 필라멘트 표면 마찰력 및 대전특성에 차이를 유발하고 또한 권취 가이드와의 마찰작용에 의하여 필라멘트 표면에 분산되어 존재하고 있는 제 2 성분 폴리머가 탈락됨으로서 필라멘트 표면에 요철이 형성되어 필라멘트의 집속성을 불균일하게 하는 문제점이 있다.

따라서 이러한 필라멘트의 표면 특성 변화 및 집속성 변화는 권취 후 사층 붕괴나 팩키지 형상 불량, 심하게는 권취중의 사절발생 등을 빈번하게 일으켜서 권취작업성을 불량하게 하고, 그 결과 고속방사에 의한 생산성 향상 효과를 기대할 수 없게 하는 단점이 있었다.

또한 사용된 배향/결정화 억제효과를 지니는 제 2 성분 폴리머로서 아크릴계 성분과 스틸렌 성분 그리고 말레인산성분이 혼합된 특수 공중합체를 사용해야 하므로 이 방법에서는 별도로 제 2 성분 폴리머를 제조할 수 있는 중합장치를 준비해야 하는 등의 별도의 설비투자 요인이 발생하는 단점이 있었다.

또한 일본 특허 공개공보 99-269,719 에서는 각각의 폴리에스테르 필라멘트의 내부에 분산되는 제 2 성분 폴리머의 분산 농도를 필라멘트의 단면부위에 따라 차이가 있도록 하는 방법을 제시하고 있는바, 이 방법은 필라멘트의 반경을 " r "로 할 경우 r/3 ∼ 2r/3 범위 내에 제 2 성분 폴리머의 50% 정도가 밀집 분산되고, 필라멘트의 표층과 심층부분에 나머지 50% 정도가 존재하게 된다.

하지만 이 방법은 섬유 표층에 있는 제 2 성분 폴리머의 분산농도가 감소하기 때문에 필라멘트 표면에서의 제 2 성분 폴리머의 분산에 따른 표면 특성 변화를 극소화시킬 수 는 있지만, 이 경우는 심층부에서의 제 2 성분 폴리머의 농도가 낮기 때문에 고속방사시 심층부에서의 폴리에스테르 분자의 배향/결정화 억제 효과가 충분하지 않게 된다.

따라서 상기 기술로 제조한 고속 방사법에 의한 폴리에스테르 부분연신사는 잔유신도가 충분하지 않기 때문에 생산성 향상효과가 낮게 되는 단점이 있으며, 또한 제 2 성분 폴리머를 각 필라멘트의 특정부위에 집중 분산시키기가 매우 어렵기 때문에 통상의 폴리에스테르 방사용 설비를 활용 할 수 없었던 어려움이 있었다.

본 발명은 고속방사 조건에서도 제조된 폴리에스테르 부분연신사의 잔유신도 를 기존의 저속방사 부분연신사의 잔유신도와 유사하도록 하여서 고속방사에 따른 생산량 증대효과를 극대화 시킬 수 있으며, 또 제조된 부분연신사의 각 필라멘트간 물성 편차를 극소화 시킴으로서 가연공정 중에 모우발생이나 사절이 거의 없어서 우수한 후가공 작업성을 갖는 폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명을 예시도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 는 본 발명의 제조공정 개략도이고 도 2는 본 발명으로 제조한 부분연신사의 확대단면도이다.

도 1에 예시한 바와 같이 표층부 용융압출장치(1)와 심층부 용융압출장치(2)를 이용해서 표층부(Ⅰ)를 구성하는 폴리머와 심층부(Ⅱ)를 구성하는 폴리머를 각각 압출시켜서 방사파이프(3)를 통하여 방사빔(4)과 표층/심층 복합방사팩장치(5)로 제 2 성분이 함유된 폴리에스테르사를 용융방사한다.

상기 방출사조(6)를 통상의 방법으로 냉각장치(7)에서 냉각공기로 냉각, 고화 시킨 다음에 집속/유제가이드(8)에서 집속 및 유제처리를 하고, 제 1 인취롤러(9)와 제 2 인취롤러(10) 사이에서 부분연신하고 권취기(11)에서 권취속도 4,000 ∼ 6,000m/분으로 권취해서 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 제조한다.

본 발명에서 사용하고 있는 제 2 성분 폴리머(B)는 통상적으로 폴리에스테르와 비상용성이면서 유리전이온도가 통상의 폴리에스테르의 유리전이온도 보다는 높고 결정화온도 보다는 낮은 열적특성을 가진 비결정성 폴리머를 사용한다.

구체적으로는 폴리메틸메타아크릴레이트계 폴리머, 폴리스틸렌계 폴리머, 폴리카보네이트 등으로서 유리전이온도가 80℃ 이상 120℃ 이하인 특성을 지니는 열가소성 폴리머가 사용 가능하다.

이때 각 필라멘트 내에서의 제 2 성분 폴리머(B)의 농도 차이가 있는 표층/심층 단면 형성을 균일하게 하기 위하여 통상의 복합 표층/심층구조의 방사용 팩장치(5)를 사용한다.

제조된 부분연신사는 제 2 성분 폴리머(B)의 혼합농도는 필라멘트 단면 부위를 기준으로 필라멘트의 표면층(Ⅰ)부분에서는 낮으며, 내부 심층부(Ⅱ)에서의 농도는 높다.

본 발명에서의 표층부/심층부의 각 부위별 제 2 성분 폴리머의 혼합농도와 표층/심층의 복합비율은 방사/권취작업성 및 부분연신사의 잔유신도 발현에 매우 중요한데, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선 혼합농도에 따른 영향으로서 표층부(Ⅰ)에 혼입된 제 2 성분 폴리머(B)의 혼합농도가 일정함량 이상이 되면 필라멘트의 표면 특성 변화 등에 의한 방사/권취 작업성 저하가 나타나게 되며 너무 낮게되면 심층부(Ⅱ)와의 배향/결정화 정도에 현저한 차이가 발생하므로 섬유의 표면에 틈발생등 표면손상이 발생하여 부분연신사의 강도저하는 물론 연신, 가연(DT) 등의 가공작업성이 취약해지는 단점이 있다.

한편 심층부(Ⅱ)에서의 혼합농도의 영향은 주로 부분연신사의 잔유신도 및 강도와 밀접한 관련이 있는데 심층부(Ⅱ)에서의 농도가 너무 낮게 되면 폴리에스테 르 분자의 배향/결정화 억제 효과가 적기 때문에 잔유신도발현이 저하하는 단점이 있고, 농도가 너무 높게 되면 잔유신도 발현은 우수하지만 제조된 원사의 강도가 낮아지기 때문에 후공정 작업성이 취약해진다.

또한 표층부(Ⅰ)와 심층부(Ⅱ)의 복합비율은 만일 표층부(Ⅱ)의 비율이 너무 높을 경우 즉 심층부(Ⅱ)의 비율이 너무 낮게 되면 제조된 폴리에스테르 부분연신사의 배향/결정화 억제 정도가 높은 심층부의 역할이 감소하기 때문에 제조된 폴리에스테르 부분연신사의 잔유신도가 저하되므로 고속방사에 의한 생산성 향상정도가 떨어지는 단점이 있으며, 반대로 표층부(Ⅰ)의 비율이 너무 낮은 경우 즉 심층부(Ⅱ)의 구성비율이 너무 높은 경우에는 표층/심층 구조형성이 불안해져서 각 필라멘트별로 단면 형성이 불균일해지는 결과가 발생하여 제조원사의 물성이 불균일해지는 결과를 초래하는 단점이 있다.

본 발명에서 방사속도 4,000 ∼ 6,000m/분로 잔유신도가 적어도 100% 이상인 폴리에스테르 부분연신사를 제조하려면 표층부(Ⅰ)와 심층부(Ⅱ)에서의 제 2 성분 폴리머의 혼합농도 및 단면에서의 표층부/심층부의 복합비율 그리고 전체 폴리에스테르 중합체 대비 제 2 성분 폴리머의 투입함량이 다음의 조건을 만족하여야 한다.

다 음

1) 각 부위별 2성분 폴리머 혼합농도

- 표층부 : 폴리에스테르 중합체 대비 0.1중량% 이상 0.5중량% 이하

- 심층부 : 폴리에스테르 중합체 대비 0.4중량% 이상 2.0중량% 이하

2) 표층부/심층부 복합비율

- 표층부 : 전체 섬유 면적 대비 10% 이상 30% 이하

- 심층부 : 전체 섬유 면적 대비 70% 이상 90% 이하

본 발명의 제조방법, 즉 통상의 표층/심층 구조의 복합사 제조기술을 활용하고, 폴리에스테르의 방사공정 단계에서 폴리에스테르 분자의 배향/결정화를 억제시키는 효과를 지니는 제 2 성분 폴리머를 표층부(Ⅰ)와 심층부(Ⅱ)에 일정한 비율로 혼합투입하는 방법을 사용하여 방사속도 4,000m/분 ∼ 6,000m/분으로 방사할 경우 잔유신도가 100 ∼ 180%이고, 강도 2.5g/데니어 이상의 폴리에스테르 부분연신사가 얻어지며, 이러한 부분연신사는 연신/가연공정을 거치면서 사속 800 ∼ 1,200m/분, 연신배율 1.3 ∼ 2.4배로 연신을 하면 모우와 사절을 거의 발생시키지 않으면서 연신, 가연사(DTY)를 제조할 수 있다.

제조된 연신, 가연사(DTY)는 우수한 강도/신도를 가지며 제직/염색 등의 후가공성도 우수하다.

실시예 1 ∼ 5

고유점도(Ⅳ)가 0.64인 통상의 폴리에스테르 중합물을 기본으로 사용하여 도 1에서 나타낸 방사설비를 사용하여 방사온도 285℃, 방사속도 5,000m/분의 조건으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조하였다.

이때 표층부 용융압출장치(1)와 심층부용융압출장치(2)의 원료 투입구에서 제 2 성분 폴리머를 폴리에스테르 원료와 함께 혼합하여 투입하였으며, 이때의 표층/심층부의 부위별 제 2 성분 폴리머의 혼합농도, 표층부/심층부의 복합비율 등의 조건을 표 1에 나타내었다.

이때 사용된 제 2 성분 폴리머로는 독일 롬(Rohm) 사의 타이프(Type)명 8N(MI=2.5)의 폴리메틸메타아크릴레이트를 사용하였고, 토출량 조절은 최종 연신사의 섬도가 75데니어가 되도록 조절하였다.

또한 제조된 부분연신사는 사속도 800m/분, 히터온도 190℃의 조건에서 연신, 가연사(DTY)로 제조하면서 연신작업성 및 모우발생 등 후가공 작업성을 평가하였다.

비교예 1 ∼6

표층부와 심층부에서의 제 2 성분 폴리머의 혼합농도, 표층부/심층부의 복합비율 및 제 2 성분 폴리머의 투입함량 등을 변경한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조하였다.

이때 적용된 조건 및 제조원사의 물성 등은 표 2에 나타내었다.

< 표 1 >

항 목			단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
시 험 조 건	제 2 성분 혼합농도	표층부	중량%	0.1	0.2	0.2	0.4	0.5
		심층부		0.4	0.8	0.8	1.5	2.0
	복합비율	표층부	%	10	20	30	30	30
		심층부		90	80	70	70	70
시 험 결 과	부분연신사 (POY)	강 도	g/데니어	3.6	3.1	3.3	2.4	1.9
		신 도	%	103.2	121.4	114.9	142.6	173.6
		방사성	---	◎	◎	◎	○	○
	연신,가연사 (DTY)	강 도	g/데니어	4.9	4.5	4.6	4.4	4.2
		신 도	%	28.4	29.3	30.5	29.1	28.5
		연신성	---	◎	◎	◎	○	○

* 제 2 성분 혼합농도 : 각 부위별 폴리에스테르 폴리머 중량대비 제 2 성분 폴리머 투입량

< 표 2 >

항 목			단위	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6
시 험 조 건	제2성분 혼합농도	표층부	중량%	---	---	0.6	0.1	0.5	0.1
		심층부		---	1.0	1.5	0.3	2.5	0.9
	복합비율	표층부	%	50	20	30	10	30	40
		심층부		50	80	70	90	70	60
시 험 결 과	부분연신사 (POY)	강 도	g/데니어	4.1	2.3	2.3	3.9	1.4	3.6
		신 도	%	64.2	126.3	154.8	89.3	198.4	98.4
		방사성	---	◎	○	△	○	△	◎
	연신,가연사 (DTY)	강 도	g/데니어	5.1	3.8	4.1	4.8	3.4	4.6
		신 도	%	28.1	29.5	30.8	31.5	33.1	29.5
		연신성	---	◎	△	×	○	×	◎

* 제 2 성분 혼합농도 : 각 부위별 폴리에스테르 폴리머 중량대비

제 2 성분 폴리머 투입량

< 평가방법 >

1. 방사성 : 24시간을 기준으로 사절발생이 없을 경우를 매우우수(◎), 사절발생이 1회 이하일 경우는 우수(○), 사절발생이 2회 이상일 경우는 보통(△), 사절발생이 2회를 초과할 경우는 불량(×)으로 평가하였다.

2. 연신성 : 신도 30%를 나타내도록 연신비를 설정하여 제조한 DTY에서 모우 발생이 없을 경우는 매우우수(◎), 모우 발생이 0.5개/kg일 경우는 우수(○), 0.6 ∼ 1개/kg일 경우는 보통(△), 1개/kg를 초과할 경우는 불량(×)으로 평가하였다.

3. 제조원사의 강도/신도 : 시료길이 20㎝, 인장속도 100mm/분 조건에서 측 정한 결과를 나타내었다.

본 발명은 고속의 방사조건에서도 높은 잔유신도를 나타낼 뿐만 아니라, 종래처럼 혼합 투입된 제 2 성분 폴리머로 인한 방사/권취작업성 불량현상이 나타나지 않아서 높은 생산성으로 폴리에스테르 부분연신사를 제조할 수 있다.

뿐만 아니라 제조된 폴리에스테르 부분연신사는 강도 등 물성이 균일하며, 연신/가연 공정중에서 모우나 사절을 거의 발생시키지 않기 때문에 후가공 작업성이 매우 우수한 특성을 가진다.

Claims (6)

1. 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 제조함에 있어서, 통상의 폴리에스테르중합체에 폴리에스테르 분자의 배향/결정화 억제성능의 제 2 성분을 혼합시켜서 4,000 ∼ 6,000m/분의 방사속도로 용융방사, 부분연신하되, 제 2 성분의 혼합농도가 큰 것은 심층부(Core)에, 제 2 성분의 혼합농도가 적은 것은 표층부(Sheath)에 오도록 표층/심층 복합방사 팩장치로 복합방사하여 잔유신도가 100 ∼ 180%가 되도록 제조함을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법.
2. 폴리에스테르 부분연신사로서, 심층부(Core)에는 통상의 폴리에스테르 중합체에 배향/결정화 억제성능을 가진 제 2 성분이 고농도로 함유되어 있고 표층부(Sheath)에는 통상의 폴리에스테르 중합체에 상기 제 2 성분이 저농도로 함유되어 있으며, 표층부(Sheath)의 면적비율이 심층부(Core)의 면적비율 보다 현저하게 큰 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.
3. 제 2 항에 있어서, 폴리에스테르 중합체 대비 제 2 성분의 심층부에서의 농도는 0.4 ∼2.0중량%이고, 표층부에서의 농도는 0.1 ∼ 0.5중량%임을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.
4. 제 2 항에 있어서, 표층부의 면적비율은 70 ∼ 90%, 심층부의 면적비율은 30 ∼ 10%임을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.
5. 제 2 항에 있어서, 제 2 성분은 비결정성이고 통상의 폴리에스테르 중합체에 대하여 비상용성이며, 유리전이온도가 80 ∼ 120℃인 열가소성 폴리머임을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.
6. 제 5 항에 있어서, 제 2 성분은 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등에서 선택한 것임을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.

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