KR100630266B1

KR100630266B1 - 이형단면 폴리에스테르 극세 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR100630266B1
Application number: KR1020040116903A
Authority: KR
Inventors: 김범석; 손양국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-09-29
Also published as: KR20060078605A

Abstract

본 발명은 단사 섬도가 0.5 내지 1 데니어이고 단사수가 70 이상인 폴리에스테르 이형단면(三葉 및 四葉단면) 극세 섬유를 제조함에 있어서, 지연냉각부의 길이를 20mm 이하, 냉각공기 취출면과 필라멘트 간의 거리를 2mm 내지 30mm로 해서 방사함으로써 노즐 하부의 지연냉각부 및 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 제어하고 또한 방사 노즐 구멍 단면을 높은 이형도에 적합하게 설계하여 이형도가 3 이상이며, 공정성 및 물성이 우수하며 염색성이 양호한 폴리에스테르 극세 섬유 이형단면사를 제조할 수 있다.

이는 이형단면사의 원형단면 환산 지름이 동일 단사섬도를 갖는 원형단면 대비 2배 이상 높아짐에 따라 제품 적용시에 경량 및 보온 특성을 갖는 제품 전개에 유리하며, 이형단면 특성인 난반사 광택에 의한 광택차별화 효과를 나타낸다.

이형도, 이형단면, 극세섬유, 지연냉각부, 냉각공기, 삼엽, 사엽

Description

이형단면 폴리에스테르 극세 섬유의 제조방법{Process for preparing multilobal fine denier polyester}

도 1은 본 발명에서 사용된 방사구금의 삼엽 단면 개략도이다.

도 2은 본 발명에서 사용된 방사구금의 사엽 단면 개략도이다.

* 도면의 부호 설명

A는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 엽 중간 부분의 폭

B는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 말단 원형 부분의 직경

C는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 엽 길이

본 발명은 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 단사 섬도가 0.5 데니어 이상, 1.0 데니어 이하이며, 단사수가 70 이상인 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유를 용융방사 함에 있어서, 노즐 하부의 지연냉각부 길이를 조정하고 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 제어하고 방사구금을 고(高) 이형도 발현이 가능하도록 최적화함으로써 이형도, 공정성 및 물성이 우수하며 염색성이 양호한 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 폴리에스테르 섬유업계에서는 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 목적으로 단사 섬도가 1.0 데니어 이하인 극세 섬유의 생산이 보편화되고 있다. 이에 더 나아가 단사섬도가 0.5 데니어 이하인 폴리에스테르 극세사는 물론 이형단면사 극세사에 대한 관심이 집중되면서 현재는 각사마다 개발에 총력을 기울이고 있다.

그러나 이형단면 극세사의 경우, 방사 드래프트(Draft)의 급증으로 이형단면 확보가 어렵고, 사조간의 냉각 불균일로 인해 방사 공정상에서 단사절 또는 단면불균일이 다발하는 문제점을 갖는다.

일반적으로 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유의 제조에 있어 필라멘트들간의 균일 냉각이 원사의 품질을 결정하는 중요한 요인이며 적정한 방사노즐 설계가 이형도 확보에 있어 핵심 기술이다. 통상적인 냉각방식인 전면단방향 냉각방식으로는 충분한 균일 냉각이 이루어지지 않아 사조간의 융착 등에 의해 공정성이 저하되며 불균일한 물성을 얻게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위한 대안으로 국내 특허공개 제 92-15834호에는 전방향 원통형송출방식 냉각장치에 의한 냉각방식이 제안되는 등 필라멘트들간의 균일 냉각을 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

본 발명은 단사 섬도가 0.5 데니어 이상 1.0 데니어 이하이며, 단사수가 70 이상인 폴리에스테르 이형 단면(삼엽(三葉) 및 사엽(四葉)단면) 극세 섬유를 용융방사하는데 있어서, 지연냉각부의 길이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 간의 거리를 제어하여 필라멘트들 간의 냉각을 균일하게 유지시키고, 방사구금 최적화를 통해 고이형도, 공정성 및 물성이 우수하며, 염색성이 양호한 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유를 제조하는 것을 목적으로 한다.

앞서 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 단사 섬도가 0.5 ~ 1.0 데니어이고, 단사수가 70 이상인 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체를 아래 (1) ~ (4)를 만족하는 방사구금을 사용하여 용융방사한 후, 방사구금 직하에 설치된 20mm 이하의 지연냉각부를 통과시켜 지연 냉각시킨 다음, 냉풍취출면과 필라멘트 간의 최대거리가 2 ~ 30mm로 제어된 냉각부를 통과시켜 미연신사를 수득하는 단계; 상기 미연신사를 연신시키는 단계들에 의해 제조되는 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유를 제공한다.

삭제

(1) B ≥ 2 × A

(2) C ≥ 2.5 × B

(3) 방사구금 단면적(mm²) ≤ 날개 수(3 혹은 4) × 0.04

(4) 삼엽 또는 사엽 단면형태

(단, A는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 중간 부분의 엽 폭, B는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 말단 원형 부분의 직경, C는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 엽 길이, 도 1, 2 참조)

또한, 상기 폴리에스테르 이형 단면 극세섬유의 이형도가 3.0 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리에스테르 이형 단면 극세섬유의 물성이 아래 1 및 2를 만족하는 것이 바람직하다.

1) 강도 4.0g/den이상

2) S = 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2 ≥ 25

또한, 상기 극세섬유의 미연신사 물성이 아래 1) 및 2)를 동시에 만족하는 것이 바람직하다.

1) T(χ) ≥ 1.2 g/den

T(χ) ; χ% 연신시의 강력(g)÷원사데니어

χ ; 파단신도(%)÷2

2) S = 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2 ≥ 25

즉, 본 발명은 노즐 하부의 지연 냉각부 및 냉풍 취출면과 사조 간 거리를 제어하여 사조 간의 냉각균일성을 확보하고 방사구금 설계를 최적화하여 이형도를 올려주는 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 극세 섬유 제조 방법의 핵심 기술은 필라멘트에 동일 위치에서 동일한 냉각효과를 줄 수 있도록 냉각장치를 설계함과 동시에 외란에 대한 사물성의 변동을 최소화하기 위해 방사구금으로부터 압출된 직후에 냉각을 실시하여 사변형을 최소화시키는 것이다. 필라멘트수가 많고 단사 섬도가 낮은 폴리에스테르 극세 섬유의 제조를 위해서는 냉풍이 모든 필라멘트와 균일하게 접촉해야 하며, 또한 냉풍 간이나 냉풍과 사조 간의 충돌에 의한 와류를 제어해야 한다.

본 발명에서는 이의 개선방법으로 노즐 직하의 지연냉각부의 길이를 짧게 하고, 냉풍 취출면과 필라멘트 간의 거리를 짧게 제어함으로써 필라멘트 간의 균일 냉각을 가능케 해 폴리에스테르 극세 섬유의 공정성 및 물성을 개선할 수 있었다. 이때 지연 냉각부의 길이는 20mm 이하, 냉풍 취출면과 필라멘트 간의 거리는 2 ~ 30mm로 제어하였다. 노즐 직하 지연 냉각부의 길이가 20mm를 넘으면 공정성이 저하되며, 냉풍 취출면과 필라멘트 간의 거리가 30mm를 초과하면 물성이 불균일해지고 공정성도 저하되는 것을 확인하였다.

폴리에스테르 이형 단면 방사구금은 대개 방사구금 단면 이형도(외접원 지름/내접원 지름)가 5 이하인데 반해, 본 발명에 사용된 방사구금은 단면 이형도를 8이상 올리는 동시에 앞에서 언급된 근접 냉각기술을 접목시켜 최종 원사의 이형도를 3.0 이상 올릴 수 있는 것이다. 이때 방사구금단면 이형도가 너무 낮을 경우엔 원하는 원사 이형도를 낼 수 없었으며, 과도하게 높을 경우엔 제사 공정성이 떨어지는 단점이 있었다.

또한, 본 발명의 핵심적인 기술구성은 균일한 냉각에 의해 미연신사가 수득된다. 본 발명에 의해 용융 방사된 미연신사 (POY)의 경우, 일반적인 미연신사가 갖는 물성대비 다음의 특성을 나타낸다. 즉, 본 발명에 의해 방사구금 직하에서 사조를 냉각하고 사조에 균일한 냉각효과를 부여함으로써 단사섬도가 낮아도 물성이 균일하며 원사의 강력이 높아지는 특성을 나타낸다. 또한 이 미연신사를 적정 연신비로 연신하였을 경우에도 높은 강력 특성을 그대로 나타냈으며, 이형도, 물성 및 공정성이 우수하며 염색성이 양호한 폴리에스테르 이형단면 극세사를 제조할 수 있다.

상기의 균일 냉각 효과에 의해 아래와 같은 물성 특성을 갖게 된다.

T(χ) ≥ 1.2 g/den

· T(χ) ; χ% 연신시의 강력(g)÷원사데니어

· χ ; 파단신도(%)÷2

S = 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2 ≥ 25

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

< 물성 측정방법 >

1) 방사 공정성 평가 내용 : ○ - 매우 양호, △ - 보통, × - 불량,

×× - 불가

2) T(χ) ; χ% 연신시의 강력(g) ÷ 원사데니어

χ ; 파단신도(%) ÷ 2

3) 강도(g/den) : 파단신도시의 강력 ÷ 원사데니어

4) S : 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2

※ 2) ～ 4) : 사의 강ㆍ신도 물성을 30회 측정하여 평균값을 구해서 측정

5) 이형도 : 외접원 지름 ÷ 내접원 지름 (원사단면을 SEM설비 활용 측정)

6) 염색성 평가방법 : ○ - 매우 양호, △ - 보통, × - 불량

시료 : 원사를 환편기로 20cm 길이가 되도록 편직하였다.

염욕 : 분산염료 코우-네이비(S-type)을 염료농도 1% o.w.f.로 만든 후, 분산제 (VGT) 1g/L, pH 5.0(초산), 액비 1대 15로 조제하였다.

염색시험 : 시료를 염욕에 넣고, 염색온도를 30～130℃까지 1℃/분으로 일정하게 승온하여 130℃에서 30분간 유지하면서 염색하였다. 염색이 끝난 시료를 충분히 건조 후, 백색판을 넣어 육안으로 염색성을 판정하였다.

실시예 1

고유점도 0.63의 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물을 사용하여 방사온도 297℃, 방사구금 치수는 A, B, C가 각각 0.07/0.16/0.40mm, 방사구금 길이가 0.5mm이며 필라멘트수는 72개로 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 2,600m/분에서 용융 방사하였다. 냉풍 온도는 20℃로 조정하였고, 냉각지연부는 방사구금 직하에서 설치하여 그 길이를 5mm로 조정하였다. 또한 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리가 30mm가 되도록 조정하였다. 제조된 폴리에스테르 극세사의 미연신사를 연신비 1.521로 연신하여 연신사를 제조하였다. 미연신사 및 연신사의 공정성, 염색성 및 아래에 정의된 T(χ), S 등의 값을 표 1에 나타내었다.

실시예 2

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 20mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 20mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예1

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 30mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 20mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 2

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 60mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 20mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 3

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 20mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 40mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 4

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 20mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 120mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 5

최종 연신사의 단사섬도가 1.0 데니어, 지연냉각부의 길이를 30mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 120mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 6

방사구금 치수는 A, B, C가 각각 0.12/0.16/0.40mm으로 조정한 것외엔 실시예 2과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 7

방사구금 치수는 A, B, C가 각각 0.17/0.16/0.30mm으로 조정한 것외엔 실시예 2과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 8

방사구금 치수는 A, B, C가 각각 0.10/0.22/0.55mm으로 조정한 것 외엔 실시예 2과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[ 표 1 ]

본 발명에 의하면 단사섬도 0.5 데니어 이상, 1.0 데니어 이하이며, 단사수가 70이상인 폴리에스테르 이형단면(三葉 및 四葉단면) 극세 섬유를 제조하는데 있어, 노즐 하부의 지연냉각부 및 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 제어하고 방사노즐의 구금설계 최적화를 통해 단사섬도 1.0 데니어 이하에서 이형도, 공정성 및 물 성이 우수한 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유를 제조할 수 있다.

이는 이형단면사의 원형단면 환산 지름이 동일 단사섬도를 갖는 원형단면 대비 2배 이상 높아짐에 따라 제품 적용시에 경량 및 보온 특성을 갖는 제품전개에 유리하며, 이형단면 특성인 난반사 광택에 의한 광택차별화 효과를 갖는 원사를 제조할 수 있다.

Claims

단사 섬도가 0.5 ~ 1.0 데니어이고, 단사 수가 70 이상인 폴리에스테르 이형단면 극세 섬유의 제조방법에 있어서,

폴리에스테르 중합체를 아래 (1) ~ (4)를 만족하는 방사구금을 사용하여 용융방사한 후, 방사구금 직하에 설치된 20mm 이하의 지연 냉각부를 통과시켜 지연 냉각시킨 다음, 냉풍취출면과 필라멘트 간의 최대거리를 2 ~ 30mm로 제어한 냉각부를 통과시켜 미연신사를 수득하는 단계; 및,

상기 미연신사를 연신시키는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유의 제조방법.

(1) B ≥ 2 × A

(2) C ≥ 2.5 × B

(3) 방사구금 단면적(mm2) ≤ 날개수(3 혹은 4) × 0.04

(4) 삼엽 또는 사엽 단면형태

(단, A는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 중간 부분의 엽 폭, B는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 말단 원형 부분의 직경, C는 각 삼엽 또는 사엽 방사구금에서 엽 길이)
제 1항의 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유에 있어서, 상기 폴리에스테르 이형 단면 극세섬유의 이형도가 3.0 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유.
제 1항의 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유에 있어서, 상기 폴리에스테르 이형 단면 극세섬유의 물성이 아래 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유.

1) 강도 4.0g/den 이상

2) S = 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2 ≥ 25
제 1항의 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유에 있어서, 상기 극세섬유의 미연신사 물성이 아래 1 및 2를 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형 단면 극세 섬유.

1) T(χ) ≥ 1.2 g/den

T(χ) ; χ% 연신시의 강력(g)÷원사데니어

χ ; 파단신도(%)÷2

2) S = 강도(g/den) × 파단신도(%)1/2 ≥ 25