KR101035172B1 - 폴리비닐클로라이드 수지 접착용 폴리에스테르 섬유 및이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 산업용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하는 게는 용융-연신-권취의 연속공정으로 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에스테르 미연신사 단계에서 주석화합물을 포함하는 유제를 부여함으로써 폴리비닐클로라이드와의 우수한 접착력을 갖도록 한 것임.

본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유는 (1) PVC와의 접착력이 10.9 ≤ 접착력(lbs/inch) ≤ 14.5, (2) 건열수축율(190℃×15분×0.01g/d in Testrite)이 3% 이하, (3) 강도가 7.5g/d이상인 것을 특징으로 한다. 상기 폴리에스테르 섬유는 높은 형태 안정성을 나타내어 이를 사용한 제품의 내구성 및 안정성을 높여서 제품의 부가가치를 높일 수가 있다.

폴리에스테르 섬유, PVC, 방사유제, 주석화합물, 고강도, 저수축, 접착력

Description

폴리비닐클로라이드 수지 접착용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법{A Polyester multi-filament yarns for adhesion to polyvinylchloride resin and its manufacturing process}

도 1은 본 발명의 제조공정 개략도.

본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 폴리비닐클로라이드에 대하여 우수한 접착성 및 내열접착성을 갖는 산업용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유는 일반적으로 우수한 강력, 신장 탄성율, 치수안정성, 내피로성 등 뛰어난 물리적 특성을 가지고 있어 타이어코드, 컨베이어 벨트, 호스 뿐만 아니라 고무 구조물이나 옥외 광고판, 돔 구조물, 각종 천막, 트럭 커버 등의 고무 또는 폴리비닐클로라이드(이하 ‘PVC’로 칭함) 코팅물로 널리 사용되고 있다.

하지만, 폴리에스테르 섬유는 표면이 불활성이어서 고무 또는 PVＣ와의 접착력이 다른 섬유에 비해 미흡하여 접착성을 개량하는 방법이 종래부터 다양한 방법 으로 제안되었다. 그러나, 고무 접착용 섬유를 그대로 수지 접착용 섬유에 적용하면 수지와의 접착성이 미흡하거나, 성형품의 수명이 짧은 문제점들이 있다. 고무와 수지는 접착제 종류 및 접착방식이 상이하므로 수지와 섬유의 접착력을 향상하기 위해서는 접착제의 종류 및 접착방식에 적합한 섬유가 요구되어 진다.

일반적으로 접착력을 향상시키기 위해서는 폴리에스테르 섬유표면에 방사 시 적용되는 유제를 없애는 것이 도움이 되나, 정련 공정이 추가되면 비용이 상승되어 실용적이지 못한 단점이 있다.

대한민국 특허출원 10-1999-0055712호에서는 지오그리드용에 적합한 PET원사로서, PVC와 접착력이 우수하도록 이소시아네이트화합물을 원사에 첨가하여 PVC가소제인 DOP(dioctyl phthalate)와 화학적 결합을 향상시키는 것이지만 이소시아네이트화합물이 첨가된 원사를 오랜 시간동안 보관 하다보면 코팅전 원사자체에서 화학 반응을 일으킬 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 폴리에스테르 섬유의 고유한 특성인 고강도, 저수축성을 그대로 유지하면서 장시간 고온에서 PVC와의 접착력이 우수하고, 열수축율이 낮아 고온의 온도에서도 형태변형이 적은 폴리에스테르 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 PVC와 우수한 접착성을 가지는 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어 도 1에서와 같이 고뎃 롤러 이전 단계 즉 방사노즐을 통해 냉각 고화된 미연신사 단계에서 주석화합물을 포함하는 방사유제를 부여하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 부여하기 위해 방사-연신을 1단계 공정으로 여섯 쌍의 고뎃 롤러를 거치면서 연신-이완-열고정-권취하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명으로 제조된 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유는 아래의 물성을 갖는 것을 특징으로 한다.

아 래

(1) 7.4g/d≤강도≤10.2g/d, 20%≤절단신도≤27%

(2) 건열수축율(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, Testrite) ≤ 3.5 %

(3) 10.9 ≤ PVC와의 접착력(lbs/inch) ≤ 14.5

본 발명은 고상 중합된 폴리에스테르 칩을 용융하여 방사노즐을 통해서 방사하여 냉각 고화된 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사에 주석화합물을 포함하는 방사유제를 부여한 후, 여섯 쌍의 고뎃 롤러를 사용하여 연신-열고정-이완 과정을 거치는 방법으로 폴리에스테르 섬유를 제조한다. 제조된 직접 방사, 연신한 폴리에스테르 섬유는, 인장강도 7.4g/d이상, 절단신도 20%이상, 건열수축율 3.0%(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, Testrite)이하, 복굴절율 205이상, 결정 배향함수 0.80이상의 특성을 만족한다.

본 발명에서 상기 고상 중합된 폴리에스테르 칩의 고유점도는 0.76 내지 0.86이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.80 내지 0.85이다. 고유점도가 0.86을 초과할 경우에는 분자량의 증가 및 방사시 결정 크기의 증가로 수축율을 3.0%이하로 발현하기가 불가능하며, 반면에 고유점도가 0.76 미만인 경우에는 분자량이 낮고, 고배향도 원사의 제조가 곤란하므로 고강력을 발현하는데 충분하지가 못하다.

여기서 각각의 고유점도 0.76 내지 0.84의 폴리에스테르 칩을 사용하여 용융 방사 후 연신비와 이완율의 변화를 달리하여 저수축의 특성을 유지하면서 고강력을 유지할 수 있는 원사를 제조한다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 고유 점도 0.80-0.85의 폴리에스테르 칩을 290-300℃에서 용융시킨 후, 방사구금을 통하여 압출시켜 섬유상으로 만들어 여러 쌍의 고뎃 롤러를 통과시키면서 연신, 열처리 및 이완공정을 거치게 한 후, 3000m/분 이상의 속도로 권취하였다. 방사구금 직하에서 가열 튜브로 가열된 이후 냉각된 폴리에스테르 미연신사는 연신롤러 사이에서 총연신비 5.0-6.0 정도로 연신되어 지고 섬유내 배향도를 감소시켜 수축율을 달성하기 위하여 이완 롤러 사이에서 8-15%의 이완율을 적용하면서 이완 영역의 고뎃롤러 온도는 230-245℃사이로 조절하였다.

첫 번째 고뎃 롤러를 지나기 전 즉 방사노즐을 통해 냉각 고화된 미연신사에 주석화합물을 포함하는 방사유제를 부여한다.

상기 주석화합물을 포함하는 방사유제는 오일 롤러나 제트 오일가이드를 이용하여 부여하고, 주석화합물을 포함하는 방사유제로는 통상의 방사유제인 수성 에멀젼 유제나 저점도 광물유로 희석시킨 니트유제 또는 스트레이트 유제에 주석화합물을 첨가한 것으로, 주석화합물의 첨가량은 방사유제 대비 0.5 내지 20중량%가 바람직하다. 0.5중량% 미만일 경우에는, 접착력의 개선이 없고, 20중량%를 초과하게 되면, 방사시 방사 작업성이 악화된다.

상기 주석화합물은 활성수소를 지닌 관능기와 이소시아네이트 라디칼반응의 촉매 역할을 하여 접착력을 증진시키는 역할을 하며, 주석화합물로는 스탠노우스 컴파운드(Stannous Compounds), 스태닉 컴파운드(Stanic Compounds) 등이 바람직하며 더욱 바람직하게는 디부틸 틴 디아세테이트(Dibutyl tin diacetate)이다.

주석화합물을 포함하는 방사유제의 부착량은 섬유 대비 0.6 내지 1.2중량%가 바람직하며, 0.6중량% 미만일 경우에는, 접착력의 개선이 적고 유제가 적어 방사시 방사가 힘들고, 1.2중량%를 초과하게 되면, 방사시 주석화합물이 유제의 이물질로 작용하여 방사성이 악화된다. 방사유제의 공급량은 높을수록 연신에 유리하나 작업성 면에서 타르나 탄화물 발생 증가로 인한 작업성 저하 및 후 공정인 PVC의 접착력에도 불리하다.

이어서 고뎃롤러 1과 고뎃롤러 4의 연신비율을 5.0 내지 6.0으로 열연신하고, 본 발명의 목적에 따라 저수축의 특징을 나타내기 위해서는 연신롤러인 고텟롤러 4의 온도를 230～240℃의 범위로 유지시키는 것이 바람직하다. 고뎃 롤러4의 온도가 230℃ 미만인 경우에는, 수축율의 상승이 동반되고, 고뎃 롤러4의 온도가 240℃를 초과하는 경우에는 강력의 감소가 동반된다.

고뎃롤러 4와 고뎃롤러 5 또는 고뎃롤러 6의 이완율을 8.0% 에서 15.0%로 하고 마지막 고뎃롤러 5 또는 고뎃롤러 6을 지나 3,000m/분 이상으로 권취하여 고강도, 저수축의 특성을 가지고 동시에 PVC와의 접착력이 우수한 산업용 폴리에스테르 섬유를 제조한다.

상기 방법으로 강도 7.5g/d이상, 절단신도 20%이상, 건열수축율 3.0%이하의 고강도, 저수축, PVC와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유를 연속식 공정으로 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 좀 더 구체적으로 설명을 하기로 한다.

이하 본 발명의 좀 더 구체적인 예를 들어 설명하나 이것으로 본 발명의 범위를 국한하는 것은 아니된다.

아래의 실시예 및 비교예의 결과에서 분석항목별 측정조건은 다음과 같은 평가방법으로 측정하였다.

1) 강력 및 절신

ASTM D885를 기준으로 250mm의 시료를 80회/미터로 가연한 후, 300mm/분의 속도로 인장시험하여 측정하였다. 이렇게 측정한 원사의 강력을 원사 9,000m의 무게로 나눈 값을 원사의 강도로 결정하였다.

2) 수축율

테스트라이트에서 시료에 0.01g/d의 하중을 가하면서 190℃에서 15분 방치한 후의 길이차이를 측정하였고, 수축력은 200℃에서 0.01g/d의 초하중을 가하여 시료를 파지한 후 1분동안 측정하였다.

3) 접착력 측정

FS#191 5970에 준하여 실시하였다.

[ 실시예 1 ~ 3]

고유점도 0.84의 폴리에스테르 칩을 이용하여 스핀드로우 연속공정에 의해 방사온도 295℃로 192홀의 방사구금에서 350g/min의 토출량으로 방사하여 고뎃 롤러 1을 지나기 전에 오일링 롤러 또는 노즐식 급유 법에 의하여 디부틸 틴 디아세테이트(Dibutyl tin diacetate)를 유제 무게 대비 0.5～20중량%를 첨가하고 상기 유제를 섬유 대비 0.6～0.8 중량 %로 부여하여 여섯 쌍의 고뎃 롤러로 이루어진 연신기를 이용하여 연신-열고정-이완-권취과정을 거쳐서 1000데니어 192필라멘트의 폴리에스테르 필라멘트사가 제조된다. 표 1의 실시예 1과 같이 고뎃 롤러 1에서 고뎃 롤러 4까지 연신비가 5.4로 연신되고, 이때 고뎃 롤러 4의 속도는 3100m/min이다. 고뎃 롤러 4에서 고뎃 롤러 6까지 이완률 8.0 내지 9.0%로 이완된다. 이때 고뎃 롤러 4의 온도는 238℃, 고뎃 롤러 5의 온도는 160℃이고, 고뎃 롤러 6이후 권취된다. 실시예 1에서는 주석화합물로 디부틸 틴 디아세테이트를 유제 대비 0.5 중량 %포함하는 유제를 섬유무게 대비 065중량%, 실시예 2에서는 유제 대비 5 중량 % 포함하는 유제를 섬유 대비 0.66중량%, 실시예 3에서는 유제 대비 15 중량 %포함하는 유제를 섬유 대비 0.82중량%로 각각 처리하고, 이어 권취하였다.

[ 실시예 4]

고유점도 0.79의 폴리에스테르 칩을 이용하여 표1과 같이 실시예 1의 방법으로 방사하되 연신비는 5.3로, 이완율은 8.0%로 하되 고뎃 롤러1을 거치기 전에 주석화합물로 디부틸 틴 디아세테이트를 유제 대비 20중량% 포함하는 방사유제를 섬유에 0.84 중량 % 부착시켰다.

[ 실시예 5]

고유점도 0.79의 폴리에스테르 칩을 이용하여 표1과 같이 실시예 1의 방법으 로 방사하되 연신비는 5.7로, 이완율은 8.0%로 하되 고뎃 롤러1을 거치기 전에 주석화합물로 디부틸 틴 디아세테이트를 유제 대비 15중량% 포함하는 방사유제를 섬유에 0.65 중량 % 부착시켰다.

[ 비교예 1]

고유점도 1.0인 폴리에스테르 칩을 이용하여 상기 실시예 1과 같이 방사하되, 연신비를 5.4로, 이완율을 10%로 하되 고뎃 롤러1을 거치기 전에 주석화합물로 디부틸 틴 디아세테이트를 유제 대비 0.2중량% 포함하는 방사유제를 섬유에 0.6 중량 % 부착시켰다.

[ 비교예 2]

고유점도 0.84인 폴리에스테르 칩을 이용하여 상기 실시예 1과 같이 방사하되, 연신비를 5.5로, 이완율을 9.0%로 하되 고뎃 롤러1을 거치기 전에 디부틸 틴 디아세테이트를 포함하지 않은 방사유제를 섬유에 0.65 중량 % 부착시켰다.

[ 비교예 3]

고유점도 0.84인 폴리에스테르 칩을 이용하여 상기 실시예 1과 같이 방사하되, 연신비를 5.6로, 이완율을 9.0%로 하되 고뎃 롤러1을 거치기 전에 주석화합물로 디부틸 틴 디아세테이트를 유제 대비 30중량% 포함하는 방사유제를 섬유에 0.83 중량 % 부착시켰다.

[표 1]

(* 유제 무게 기준 중량 %)

[표 2]

본 발명은 미연신사에 주석화합물을 포함하는 방사유제를 부여하고, 여섯쌍의 고뎃 롤러를 이용하여 연신, 열고정 및 이완의 과정을 거친 후 권취 함으로써 고강도, 저수축 또는 고강도, 저절신의 성질을 가지면서 PVC 접착성이 우수하고, PVC 또는 폴리우레탄의 보강재로 사용된 후 열에 의한 형태변형을 최소화 할 수 있고 안정성을 가지는 원사를 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 스핀드로우 공법으로 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 고유점도 0.76 내지 0.86인 폴리에스테르 칩을 용융방사한 후 미연신사에 주석화합물을 0.5 내지 20중량 포함하는 방사유제를 부여하고, 연속적으로 연신, 권취, 열고정 및 이완과정을 거쳐 제조하는 폴리비닐클로라이드 수지 접착용 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 주석화합물을 포함하는 방사유제의 부착량이 섬유무게 대비 0.6 내지 1.2중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클롤라이드 수지 접착용 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
3. 제 1항 내지 제 2항 중 한 항에 있어서, 주석화합물은 디부틸 틴 디아세테이드(Dibutyl tin diacetate), 또는 스탠노우스 컴파운드(stannous compouns),또는 스태닉 컴파운드(Stanic Compounds) 중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드 수지 접착용 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
4. 제 1항의 방법으로 제조된 아래의 물성을 만족하는 폴리비닐클로라이드수지 접착용 폴리에스테르 섬유.

   아 래

   (1) 7.4g/d≤강도≤10.2g/d, 20%≤절단신도≤27%

   (2) 건열수축율(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, Testrite) ≤ 3.5 %

   (3) 10.9 ≤ PVC와의 접착력(lbs/inch) ≤ 14.5

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