KR101143658B1

KR101143658B1 - 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101143658B1
Application number: KR1020050136006A
Authority: KR
Inventors: 유현영; 장재혁; 심동석
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2012-07-03
Also published as: KR20070072058A

Abstract

본 발명은 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 폴리비닐클로라이드(이하 ‘PVC’로 칭함)에 대하여 우수한 접착성을 갖는 산업용 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유는 타포린, 커버지, 간판지, 지오텍스타일, 호스, 전동 벨트 등과 같은 산업용 코팅직물로 이용될 수 있다.

산업용 폴리에스테르 섬유, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 소디움디알킬술포석시네이트, 고강도, 저수축, 접착력, 폴리비닐클로라이드

Description

폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법 {Polyester yarns having excellent adhesion to polyvinyl chloride, and method for preparing thereof}

도 1은 본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유의 제조공정을 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 냉각된 미연신사, 20 : 방사유제 공급장치,

31 : 고뎃롤러 1, 32 : 고뎃 롤러 2,

33 : 고뎃롤러 3, 34 : 고뎃롤러 4,

35 : 고뎃롤러 5, 40 : 보온용 박스,

50 : 인터레이서, 60 : 권취기

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 강력, 신장 탄성율, 치수안정성, 내피로성 등이 우수하기 때문에 타이어코드, 컨베이어 벨트, 호스 뿐만 아니라 고무 구조물이나 옥외 광고판, 돔 구조물, 각종 천막, 트럭 커버 등의 고무 또는 PVC 코팅물로 널리 사용되고 있다. 하지만, 폴리에스테르 섬유의 표면은 불활성이어서 고무 또는 PVＣ와의 접착력이 다른 섬유에 비해 미흡하다는 문제점이 있어 이를 개량하기 위한 다양한 방안이 제시되어 왔다.

그러나, 고무 접착용으로 개량된 폴리에스테르 섬유는 PVC수지와의 접착성이 미흡하거나 성형품의 수명이 짧은 문제점들이 있는데, 고무와 PVC수지는 접착제 종류 및 접착방식이 상이하므로 PVC수지와 폴리에스테르 섬유의 접착력을 향상하기 위해서는 접착제의 종류 및 접착방식에 적합한 폴리에스테르 섬유가 요구되고 있다.

일반적으로 PVC수지와의 접착력을 향상시키기 위해서는 폴리에스테르 섬유표면에 남아있는 방사유제를 없애는 것이 도움이 되나, 별도의 정련 공정을 추가해야 하므로 실용적이지 못하다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-1999-0055712호에서는 이소시아네이트(isocyanate) 화합물을 원사에 첨가하여 PVC가소제인 DOP(dioctyl phthalate)와 화학적 결합을 유도하여 접착력을 향상시키는 방법이 개시되어 있으나, 이소시아네이트 화합물은 반응성이 높아 자체 보관도 어려울 뿐만 아니라, 원사에 부가할 경우에도 장기간 보관할 수 없다는 단점을 가진다.

본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 지속적으로 연구를 수행한 결과, 방사-연신 1단계 공정을 사용하고, 방사노즐을 통해 냉각 고화된 폴리에스테르 미연신사(10)에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 단독 또는 혼합하여 첨가된 방사유제를 부여하고, 연신-열고정-이완-권취 과정을 거침으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 고강도, 저수축의 성질을 발현하는 동시에 장시간 고온에서 PVC와의 접착력이 우수하고, 고온에서도 형태변형이 적은 폴리에스테르 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고강도, 저수축의 성질을 발현하는 동시에 장시간 고온에서 PVC와의 접착력이 우수하고, 고온에서도 형태변형이 적은 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 폴리에스테르 섬유를 포함하는 산업용 코팅직물을 제공하는 것이다.

본 발명은 (1) PVC와의 접착력이 11.0lbs/inch 이상, (2) 건열수축율(190℃×15분×0.01g/d in Testrite)이 3.0% 이하 및 (3) 강도가 7.5g/d 이상인 물성을 만족하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 (1). 고유점도 0.7 내지 1.0인 폴리에스테르 칩을 용융방사하고 냉각 고화된 미연신사(10)에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 각각 또는 혼합하여 첨가한 방사유제를 부여하는 단계; (2). 방사유제가 부여된 미연신사(10)를 연속적으로 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35)를 통과시키면서 연신, 열고정 및 이완공정을 거치는 단계; 및 (3). 상기 연신공정을 거친 연신사를 연속적으로 권취기(60)를 이용하여 권취하는 단계를 포함하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유는 고유점도 0.7-1.0인 폴리에스테르 고상중합 칩을 용융 방사시킨 후 냉각 고화되어 제조된 폴리에스테르 미연신사(10)를 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35) 이전에 유제를 부여하게 된다. 이때에 적용되는 유제는 통상의 유제성분에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 각각 또는 혼합된 형태로 첨가하여 제조하며, 이렇게 제조된 유제를 부여(Kiss Roller 또는 Jet Oiler)한 다음 다섯 쌍의 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35)를 거치면서 연신, 열고정 및 이완을 실시하고 권취하여 제조한다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음 과 같다.

고유점도 0.7-1.0의 폴리에스테르 칩을 290-300℃에서 용융시킨 후, 방사구금을 통하여 압출시켜 섬유상으로 만들어 여러 쌍의 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35)를 통과시키면서 연신, 열처리 및 이완공정을 거치게 한 후, 3000m/분 이상의 속도로 권취한다.

방사구금 직하에서 가열 튜브로 가열된 이후 냉각된 폴리에스테르 미연신사(10)는 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 온도를 230-245℃ 사이로 조절한다.

상기 고상 중합된 폴리에스테르 칩의 고유점도는 0.7 내지 1.0이 바람직한데, 고유점도가 0.7 미만인 경우에는 분자량이 낮고, 고배향도 원사의 제조가 곤란하므로 고강력을 발현하는데 충분하지가 못하고, 반면에 고유점도가 1.0을 초과할 경우에는 분자량의 증가 및 방사시 결정 크기(size)의 증가로 수축율을 3.0% 이하로 발현시키기가 불가능하다는 문제점이 있다.

첫번째 고뎃롤러(31)를 지나기 전, 즉 방사노즐을 통해 냉각 고화되어 제조된 미연신사(10)에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 각각 또는 혼합하여 첨가한 방사유제를 부여한다.

상기 첨가제를 포함하는 방사유제는 롤러 오일러나 제트 오일가이드를 이용하여 부여할 수 있으며. 통상의 방사유제인 수성 에멀젼 유제나 저점도 광물유로 희석시킨 니트유제 또는 스트레이트 유제에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 각각 또는 혼합하여 첨가한 것으로, 상기의 첨가제의 함량은 방사유제 대비 0.5 내지 20 중량%가 바람직한데, 첨가제가 0.5중량% 미만일 경우에는 접착력 개선효과가 미미하고, 20 중량%를 초과할 경우에는 고온의 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35) 상에서 첨가제가 탄화되어 원사의 물성저하 및 사절이 발생하는 문제점이 있다.

상기의 첨가제중, 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)은 PVC의 클로라이드기와 정전기적 상호작용 즉, 쌍극자-쌍극자 상호작용(dipole-dipole interaction)을 일으켜 PVC와 섬유간의 접착력을 강화시킬 수 있다. 이 때 폴리옥시에틸렌알킬아민의 에틸렌옥사이드 부가몰수는 10 내지 20, 알킬기(R)의 탄소수는 10 내지 20이 바람직하다. 상기의 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)의 에틸렌옥사이드 부가몰수 및 알킬기의 탄소수가 10 미만일 경우에는 내열성이 부족하고 PVC와 접착력이 낮게 되고, 탄소수가 20을 초과할 경우에는 유제성분과 상용성이 부족하고 제조된 원사에서 황변이 발생하게 되는 문제점이 있다.

[화학식 1]

상기 식중, R은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 20의 알킬기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 20의 정수이다.

또한, 상기 첨가제중 다른 한 성분인 하기 화학식 2의 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)는 유제의 확산을 도와 섬유표면에 유제를 고르게 묻히는 작용을 하여 PVC와 섬유간의 접착력을 강화시킬 수 있다. 이때 소디움디알킬술포석시네이트의 알킬기(R1, R2)의 탄소수는 5 내지 20이 바람직한데, 5 미만일 경우에는 내열성이 부족하고, 20을 초과할 경우에는 유제 성분과 잘 섞이지 않는 문제점이 있다.

[화학식 2]

상기 식에서, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 알킬기이다.

상기의 첨가제를 각각 또는 동시에 함유하는 방사유제는 롤러 오일러나 제트 오일가이드를 이용하여 부여할 수 있으며. 섬유 대비 0.6 내지 1.0중량% 가량 부착하는 것이 바람직하다. 유제부착량이 0.6 미만일 경우에는 멀티필라멘트사 간의 집속이 어려워 공정상 사절이 발생하는 등의 문제점이 있고, 유제부착량이 1.0 이 상일 경우에는 고데트롤러 상에 유제성분이 남아 타르가 발생하여 작업성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 고뎃롤러 1(31)과 고뎃롤러 4(34)의 연신비율은 5.0 내지 6.0인 것이 바람직한데, 연신비가 5.0 미만일 경우에는 섬유 배향도가 낮아 강도 발현이 어렵고, 6.0을 초과할 경우에는 과연신의 수준이 되어 단사절이 발생하면서 작업성이 저하되거나, 완전 사절이 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 저수축의 특징을 나타내기 위해서는 연신롤러인 고뎃롤러 4(34)의 온도를 230?240℃의 범위로 유지시키는 것이 바람직한데, 고뎃롤러 4(34)의 온도가 230℃ 미만인 경우에는, 수축율의 상승이 동반되고, 고뎃롤러 4(34)의 온도가 240℃를 초과하는 경우에는 강력의 감소가 동반되는 문제점이 있다.

한편, 고뎃롤러 4(34)와 고뎃롤러 5(35)의 이완율은 8.0% 에서 15.0%가 바람직한데, 8% 미만일 경우에는 수축율이 상승하고, 15%를 초과할 경우에는 고뎃롤러상에서의 사떨림이 심해져서 작업성을 확보할 수가 없는 문제점이 있다.

상기의 방법으로 강도 7.5g/d이상, 절단신도 20%이상, 건열수축율 3.0%이하의 고강도, 저수축, PVC와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유를 연속식 공정으로 제조할 수 있는데, 상기의 물성을 갖는 폴리에스테르 섬유는 타포린, 커버지, 간판지, 지오텍스타일, 호스, 전동 벨트 등과 같이 산업용 코팅직물로 이용될 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명되어지나 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 실시예에서는 다음과 같은 평가방법 및 측정방법에 의하여 실시하였다.

(a) 폴리머의 고유 점도:

페놀/1,1,2,2-테트라클로로 에탄의 6:4 혼합 용매로 0.4% 폴리에스테르/용매 용액을 만들어 캐논사의 자동점도계로 표준 모세관을 통과하는 순수 용매의 유동시간에 대한 폴리에스테르/용매 용액의 유동시간을 측정한 후 아래의 빌메이어 근사식으로 계산하였다.

[수학식 1]

--- (1)

( C는 농도(g/100ml)이다)

(b) 원사의 강력과 절신:

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

(c) 수축률:

테스트라이트에서 시료에 0.01g/d의 하중을 가하면서 190℃에서 15분 방치한 후의 길이차이의 백분률로 결정하였다.

(d) 연신비, 이완률은 아래 식 (2), (3)로 정의되어 진다.

--- (2)

--- (3)

(e) 접착력:

접착력 측정은 FS#191 5970에 준하여 실시하였다.

실시예 1

고유점도 0.84의 폴리에스테르 칩을 이용하여 스핀드로우 연속공정에 의해 방사온도 295℃로 192홀의 방사구금에서 350g/min의 토출량으로 방사하여 고뎃롤러 1(31)을 지나기 전에 제트 오일가이드를 이용하여 광물유로 희석시킨 니트유제 또는 스트레이트 유제에 첨가제 1(폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine))과 첨가제 2(소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate))를 유제무게 대비 5중량%씩 첨가하고 유제부착량을 섬유 대비 0.65중량%로 부여하여 다섯 쌍의 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35)로 이루어진 연신기를 이용하여 연신-열고정-이완-권취과정을 거쳐 권취속도 3000m/min로 제조하며 이때 연신비 5.6, 이완율 10%, 고뎃롤러 4 온도를 240℃로 하여 최종 연신사의 섬도 1000 데니어의 폴리에스테르 필라멘트사를 제조하였다.

상기에서 제조한 폴리에스테르 필라멘트사를 시편으로 하여 강도, 절신, 수축률 및 접착력을 측정한 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

실시예 2 내지 실시예 5

첨가제 1, 2의 함량, 유제 부착량, 연신비, 이완율, 고뎃롤러 온도를 실시예 1과 다르게 하여 [표 1]의 조건으로 실시하여 강도, 절신, 수축률 및 접착력을 측정한 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

실시예 6

고유점도 0.88의 폴리에스테르 칩을 이용하여 첨가제 1, 2의 함량, 유제 부착량, 연신비, 이완율, 고뎃롤러 온도를 실시예 1과 다르게 하여 [표 1]의 조건으로 실시하여 강도, 절신, 수축률 및 접착력을 측정한 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

비교예 1 내지 비교예 5

첨가제 1, 2의 함량, 유제 부착량, 연신비, 이완율, 고뎃롤러 온도를 실시예 1과 다르게 하여 [표 2]의 조건으로 실시하여 강도, 절신, 수축률 및 접착력을 측정한 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.

비교예 6

고유점도 0.79의 폴리에스테르 칩을 이용하여 첨가제 1, 2의 함량, 유제 부착량, 연신비, 이완율, 고뎃 롤러 온도를 실시예 1과 다르게 하여 [표 2]의 조건으로 실시하여 강도, 절신, 수축률 및 접착력을 측정한 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.

[표 1]

(* 유제 무게 기준 중량 %)

[표 2]

(* 유제 무게 기준 중량 %)

비교예 1에서는 첨가제 1, 2를 첨가하지 않아 일정 수준 이상의 접착력이 발현되지 않았고, 비교예 2의 경우 유제부착량이 적어 상대적으로 첨가제 부착량이 적어 일정 수준 이상의 접착력이 발현되지 않았으며, 집속성도 좋지 못하였다.

한편, 비교예 3은 유제 대비 첨가제 양이 적어 접착력 향상에 기여하지 못하였으며, 비교예 4 내지 비교예 6은 일정 수준 이상의 접착력은 발현이 되었으나, 방사조건이 적절치 못하여 물성이 좋지 못하였다.

또한, 비교예 4의 경우 과도한 연신으로 수축률이 3% 이상의 높은 값을 보였 고, 비교예 5의 경우 이완율이 낮아 수축률이 높았으며, 비교예 6의 경우는 칩 점도가 낮고 GR4의 온도가 높아 폴리머의 열분해가 커져 강도가 낮게 발현되었다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 섬유는 폴리에스테르 미연신사에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 포함하는 방사유제를 부여하고, 다섯쌍의 고뎃롤러(31, 32, 33, 34, 35)를 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 갖는다는 잇점이 있다.

Claims

(1) PVC와의 접착력이 11.0lbs/inch 이상, (2) 건열수축율(190℃×15분×0.01g/d in Testrite)이 3.0% 이하 및 (3) 강도가 7.5g/d 이상인 물성을 만족하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유.
(1). 고유점도 0.7 내지 1.0인 폴리에스테르 칩을 용융방사하고 냉각 고화된 미연신사(10)에 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)를 각각 또는 혼합하여 첨가한 방사유제를 부여하는 단계 ;

(2). 방사유제가 부여된 미연신사(10)를 연속적으로 고데트 롤러(31, 32, 33, 34, 35)를 통과시키면서 연신, 열고정 및 이완공정을 거치는 단계; 및

(3). 상기 연신공정을 거친 연신사를 연속적으로 권취기(60)를 이용하여 권취하는 단계;를 포함하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)과 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)의 첨가량은 방사유제 대비 0.5 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 방사유제의 부착량이 섬유무게 대비 0.6 내지 1.0중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클롤라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 폴리옥시에틸렌알킬아민(polyoxyethylene alkylamine)의 에틸렌옥사이드 부가몰수를 10 내지 20으로 하고, 알킬기의 탄소수는 10내지 20인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 소디움디알킬술포석시네이트(soduium dialkylsulfosuccinate)의 알킬기의 탄소수는 5 내지 20인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 2항에 있어서, 권취조건은 a) 연신비가 5.0 내지 6.0 이고, b) 이완률이 8 내지 15%이며, c) 고뎃롤러 4(34)의 온도가 230 내지 240℃인 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 1항에 의한 폴리에스테르 섬유를 포함하는 산업용 코팅직물.
제 8항에 있어서, 코팅직물은 타포린, 커버지, 간판지, 지오텍스타일, 호스 또는 전동 벨트인 것을 특징으로 하는 산업용 코팅직물.