KR101197816B1

KR101197816B1 - 방사 어닐링된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사

Info

Publication number: KR101197816B1
Application number: KR1020057014435A
Authority: KR
Inventors: 주오민 딩; 조 포레스트 주니어 런던
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2012-11-05
Also published as: US7005093B2; CN1771357A; CN1771357B; JP2007524764A; EP1590511A4; US20040151904A1; EP1590511B1; WO2004072340A2; JP4571123B2; TWI328053B; ES2381049T3; KR20050098892A; WO2004072340A3; TW200510587A; EP1590511A2

Abstract

호퍼(1)에 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 공급하여, 이 중합체를 압출기(2)의 방사 블럭 (3)으로 이송하는 것을 포함하는, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사를 제조하기 위한 방사 방법. 방사 블럭(3)은 방사 펌프(4) 및 방사 팩(5)를 갖는다. 중합체 사조(6)은 방사 블럭(3)을 빠져나가 공기로 급랭된다(7). 유제 도포기(8)에서 사조(6)에 유제가 도포된다. 사조(6)은 인터레이스 젯(9)을 경유하여 냉각되고, 제1 가열 고뎃(10) 및 그의 세퍼레이터 롤 (13)을 지난다. 사조(6)은 인터레이스 젯(12)를 경유하여 냉각되고 제2 냉각 고뎃(13)과 세퍼레이터 롤 (14)을 지난다. 사조(6)은 팬닝 가이드(fanning guide)(15)를 통해 권취기(16)로 가서 패키지(17)상에 권취된다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사, 방사 어닐링, 내노화성, 건조 고온 수축율, 벌지 비율, 디쉬 비율

Description

방사 어닐링된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사 {Spin Annealed Poly(Trimethylene Terephthalate) Yarn}

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 그 전문이 본원에 참고로 인용되는 2003년 9월 16일 출원된 미국 출원 제10/663295호, 및 2003년 2월 5일자 출원된 미국 가특허출원 제60/445,158호와 관련되며 이들 출원을 우선권으로 주장한다.

본 발명은 폴리에스테르사 및 그의 제조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 연신 및(또는) 연신-텍스쳐링과 같은 후속 가공(post-processing) 및 또한 추가의 가공 없이 직물에 직접 사용을 위한 공급사로서 적합한, 보관시 내노화성을 갖는 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사를 제공하기 위한 방법이다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트("2GT") 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트("4GT")는 일반적으로 "폴리알킬렌 테레프탈레이트"라고 하며, 통상의 상용 폴리에스테르이다. 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 뛰어난 물리화학적 특성, 특히, 화학, 열 및 광 안정성, 고융점 및 고강도를 갖는다. 그 결과, 이것은 수지, 필름 및 섬유에 널리 사용되고 있다.

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 ("3GT")는 최근 중합체 골격 성분 중 하나인 1,3-프로판디올(PDO)에 대한 보다 낮은 비용의 경로가 개발되면서 점점 많은 상업적 관심을 얻고 있다. 3GT는 오랫동안 그의 대기압에서의 분산 염색성, 낮은 굽힘 모듈러스, 탄성 회복성 및 레질리언스(resilience)로 인해 섬유 형태에 바람직하였다.

공급기 사(feeder yarn) (본원에서 "공급사(feed yarn)"라고도 함, 예컨대 부분적으로 배향된 사(yarn), "POY")는 전형적으로 출발 중합체의 용융 방사에 의해 제조된다. 공급기 사는 추가의 연신 또는 연신-텍스쳐링없이는 텍스타일 제품을 제조하는데 필요한 특성을 갖지 않고, 따라서 종종 보관된다. 보관된 동안, 후속 가공 이전에, 공급기 사는 종종 노화되어 특성이 손실된다. 연신-텍스쳐링 또는 연신을 위한 공급사로서, POY는 흔히 섬유 제조업자로부터 POY를 연신-텍스쳐링 또는 연신하기 위한 공장으로 운송된다.

3GT POY사의 현저한 노화 문제는 일반적으로 사가 방사기로부터 생성된 후 및 사가 연신기 또는 텍스쳐링기상에서 가공되기 전의 시간 동안에 발생한다. (대조적으로, 2GT사는 전형적으로 사 보관 시간 동안 매우 빠르게 노화되지는 않으므로, 예를 들어 3개월의 보관 시간 후에는 이후의 연신 또는 연신-텍스쳐링 공정에 적합하게 유지되지 않을 수 있다). 3GT의 노화 문제는 특히 보관 및 운송 동안의 승온에서 분명히 나타난다. 예를 들어, 하절기 에어컨디셔닝이 안되는 시설물에 보관시 사는 38℃ 이상의 온도에 노출될 수 있다. 38℃ 이상의 온도에서 보관된 POY 3GT사는 24 시간 미만 내에 후속 가공에 부적합하게 될 수 있다.

EP 1 172 467 A1은 방사 공정 및 보관을 엄격한 온도 및 습도 조건하에, 10 내지 25℃ 및 상대습도 75 내지 90％에서 실시하는 3GT사 제조 방법을 개시한다. 이 방법은 더운 기후에서 에어컨디셔닝되는 보관 시설물이 없거나 또는 에어컨디셔닝이 안되는 트럭이나 다른 운송 수단을 통해 방사된 사를 수송하는 제조업자들에게 실용성이 없다. EP 1 172 467 A1은 또한 온도가 사 수축에 현저한 영향을 미치고, 이것은 이후의 연신 및 텍스쳐링 공정에 부적합한 변형된 패키지를 유발한다고 개시하였다.

유사하게, EP 1 209 262도 또한 보관 후에 텍스쳐링할 수 있다고 주장된 3GT사를 개시한다. 이 특허는 복굴절율로 측정한 배향이 0.030 내지 0.070이고 섬유 밀도로 측정한 결정화도가 1.320 내지 1.340 g/㎤인 섬유의 경우 패키지 권취가 개선된다고 주장한다. 방사 공정 동안 섬유를 열처리(50 내지 170℃)하고 결정화시킨 후, 곧바로 "극도로 낮은 장력"(0.02 내지 0.20 cN/dtex)으로 권취하여 상기 섬유를 제조하는 방법이 제공되었다. 그러나 상기 특허에 개시된 기술은 제1 고뎃은 차갑고, 제2 고뎃은 뜨거우며, 패키지는 뜨거운 고뎃 후에 바로 권취하는 것을 포함한다.

JP02129427은 뜨거운 고뎃 후에 곧바로 패키지를 권취하는 방사-어닐링 기술을 고찰하고 있다. JP02129427에 따르면, 뜨거운 고뎃 후의 직접 패키지 권취는 가열된 고뎃과 권취기 사이의 사조(threadline)의 높은 온도로 인해 연질의 사조를 유발한다. 연질의 사조는 사조의 동요를 일으켜 방사 파단을 증가시키거나 또는 오토-도프(auto-doff)의 패키지 전환시 누락의 수를 증가시킨다. 또한, 사 균일성 을 개선하거나, 상기 기술에서 연질 사조에 의해 야기되는 방사 파단을 감소시키거나 또는 오토-도프시의 누락된 패키지 전환을 감소시키기 위해서는, 뜨거운 고뎃과 권취기 사이의 권취 장력을 증가시켜야 한다. 이 증가된 권취 장력은 치밀한 패키지 권취가 불가피하게 된다. 따라서, 뜨거운 고뎃 후에 곧바로 패키지를 권취하는 기술은, 치밀한 패키지 권취나 방사 파단이나 패키지 전환의 누락없이 PTT-POY를 제조할 수 있는 진보된 기술은 아니다.

미국 특허 제6,399,194호 및 JP 01214372는 모두 급랭 후 3GT사를 열처리 하고, 권취되기 전의 방사된 섬유에 유제(finish)를 도포하는 방법을 개시한다. 이들 방법에서는 사조가 권취되기 전의 낮은 장력하에서 다른 고뎃을 지나지 않도록 하기 위해, 뜨거운 사를 패키지 상에 직접 권취한다.

WO 01/85590는 방사 동안에 비결정질 사를 열처리하는 것을 개시한다. 사가 무정형이기 때문에, 사조가 (차가운) 제2 고뎃을 지나도록 연신을 가한다.

JP 0212947은 이전의 특허들에서 부딪힌 몇몇 문제들을 인식하고, 차가운 고뎃을 뜨거운 고뎃 후 권취하기 전에 배치시켰다.

3GT 공급기 사의 노화가 문제점이라는 것이 인식된 상황에서, 약 6 kg 이상과 같은 큰 패키지 크기에서, 균일성이 높고, 벌지(bulge) 및 디쉬(dish)의 형성이 낮은 사를 제조할 수 있는, 방사 파단이 거의 없는 방사 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 그러한 방법이 안정된 패키지 형성 및 안정한 사 특성을 갖는 사 패키지를 제공하는 것, 즉, 38℃ 이상과 같은 높은 보관 온도에서 패키지가 변형되지 않고 사 특성이 변하지 않는 것이 바람직할 것이다.

발명의 요약

본 발명에 따른 제1면에 따른 방법은,

(a) 용융된 3GT를 방사구를 통해 압출하는 단계;

(b) 압출된 3GT를 급랭시켜 130℃에서 약 0.02 g/d 초과의 장력을 갖는 고상 필라멘트의 사조를 형성하는 단계;

(c) 상기 필라멘트를 특정 속도 및 온도로 작동되는 가열된 고뎃에 통과시켜 사조를 가열하며, 이 때, 상기 사조가 가열되는 온도 및 속도는 약 4％ 이하의 DWS 값을 갖는 사를 제공하기에 충분한 단계;

(d) 상기 사를 약 35℃ 이하의 온도로 냉각시키는 단계를 포함한다.

급랭 후 고상 필라멘트에 유제를 도포할 수 있다. 바람직하게는, 차가운 고뎃의 속도는 가열된 고뎃과 차가운 고뎃 사이에 약 1.04 이하의 연신비를 제공한다. 차가운 고뎃으로부터의 사조를 패키지상에 권취할 때, 바람직하게는, 권취는 실제 사 속도가 차가운 고뎃의 속도 미만이도록 한다. 또한, 바람직하게는 필라멘트를 약 0.04 그램/데니어(g/d) 초과의 장력으로 패키지 상에 권취한다.

본 발명의 다른 면에 따르면, 차가운 고뎃을 지나기 전에 사조 장력을 증가시킨다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 용융 방사된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사는 약 4％ 이하의 건조 고온 수축율(Dry Warm Shrinkage; DWS)을 갖는다. 바람직하게는, DWS는 약 2％ 이하이다. 본 발명의 또 다른 면에 따르면, 용융 방사된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사는 패키지상에 권취되고 41℃의 온도에 약 3.2 시간 이상 동안 노출시 디쉬 비율(dish ratio)이 약 0.82 이하이거나 또는 패키지 직경 차이가 약 2 mm 이하이다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, DWS가 약 4％ 이하인 사는 약 50 mm 이상의 사 층 두께는 갖고 중량이 약 6 kg 이상인 패키지로 권취될 수 있다. 권취된 패키지는 적어도 약 63 mm, 약 74 mm, 약 84 mm 또는 심지어 약 94 mm의 두께 및 적어도 약 8 kg, 약 10 kg, 약 12 kg 또는 심지어 약 14 kg의 중량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 권취된 패키지는 벌지 비율(bulge ratio)이 약 9％ 미만, 디쉬 비율이 약 2％ 이하이다. 바람직하게는, 사를 실질적으로 찌부러짐(crush)이 없는 튜브 둘레에 권취한다.

바람직하게는, 사는 약 2.5 g/d 이상의 비강도를 갖는다. 또한, 바람직하게는, 사는 약 23 g/d 이하의 모듈러스를 갖는다. 또한, 사는 바람직하게는 약 2％ 이하의 우스터(Uster)를 갖는다. 또한, 사는 바람직하게는 약 14％ 이하의 비등 수축율 (boil off shrinkage)을 갖는다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 용융 방사된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사로부터 제조된, DWS가 약 4％ 이하이고 사 층의 두께가 약 16 mm 이상이고 중량이 약 1.5 kg 이상이고 직경이 약 142 mm 이상인 패키지는 41℃ 이상의 온도에 3.2 시간 이상 동안 노출시 디쉬 비율이 약 0.82％ 이하이다.

본 발명이 또 다른 면에 따르면, 용융 방사된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사로부터 제조된, DWS가 약 4％ 이하이고 사 층의 두께가 약 20 내지 30 mm이고 중량이 약 2 내지 3 kg이고 직경이 약 151 내지 169 mm인 패키지는 41℃ 이상의 온 도에 3.2 시간 이상 동안 노출시 패키지의 단부 직경 및 중앙 직경의 차이가 약 2 mm 이하이다.

본 발명의 또 다른 면의 방법은,

(a) 사의 비신장 길이를 L₁로서 측정하고;

(b) 사가 그의 평형 수축율의 85％ 이상에 도달하기에 충분한 시간 및 온도하에 사를 가열하는 단계;

(c) 가열된 사를 냉각시키는 단계;

(d) 냉각된 사의 비신장 길이를 L₂로서 측정하는 단계; 및

(e)

을 이용하여 사의 건조 고온 수축율(DWS)을 계산하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 가열 온도는 약 30 내지 90℃이다. 또한, 바람직하게는, 가열 시간은 하기 관계에 따라 가열 온도에 의해 결정된다.

가열 시간≥1.561×10¹⁰×e^{-0.4482[가열 온도]}

여기서, 가열 시간은 분 단위이고, 가열 온도는 섭씨 단위이다. 더욱 바람직하게는, 가열 시간은 하기 관계에 따라 가열 온도에 의해 결정된다.

가열 시간≥1.993×10¹²×e^{-0.5330[가열 온도]}

여기서, 가열 시간은 분 단위이고, 가열 온도는 섭씨 단위이다.

도 1은 본 발명에 유용한 방사 형태를 예시한다.

도 2는 벌지(bulge) 및 디쉬(dish) 변형을 나타내는 사 패키지의 개략적인 예시를 제공한다.

도 3은 DWS와 노화시 패키지 직경 차이, 디쉬 비율, 노화 현상의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 4는 노화 전후 사 패키지의 디쉬 비율 및 패키지 직경 차이를 보여주는 그래프이다.

본 발명은 방사 동안의 어닐링으로 인해 개선된 내노화성을 갖는, 연신 및 텍스쳐링 공정을 위한 3GT 공급기 사, 및 3GT 직접 최종 용도 사를 제공한다. 특히, 본 발명은 온도가 38℃ 및 그 이상에 도달할 수 있는 보관시 안정한 사를 제공한다. 상기 안정한 사는 방사 동안 용이한 패키지 권취를 허용하고, 크기가 크고, 즉 크기가 6 kg이 넘고, 보관 후 디쉬 비율 및 벌지 비율이 낮은 패키지의 제조를 가능하게 한다. 또한, 패키지는 튜브의 찌부러짐을 쉽게 일으키지 않는다. 본 발명의 방법으로 제조된 3GT사는 어닐링없이 제조된 다른 사와 유사한 신도 및 비강도를 가지므로 방사 공정에서의 생산성을 유지한다. 본 발명은 방사 공정의 방사 매개변수가 노화 시험으로 측정된 내노화성에 기초하여 선택되는 방법을 제공한다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 3GT

본 발명에서 제공되는 사는 3GT 중합체를 기재로 하며, 이 중합체는 약 70 몰％ 이상의 트리(메틸렌 테레프탈레이트) 반복 단위를 함유하는 단일중합체 및 코폴리에스테르 또는 공중합체를 포함한다. 바람직한 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 약 85 몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 약 90 몰％ 이상, 훨씬 더욱 바람직하게는 약 95 몰％ 이상 또는 약 98 몰％ 이상, 가장 바람직하게는 약 100 몰％의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유한다.

"코폴리에스테르 또는 공중합체"는 각각 2 개의 에스테르 형성기를 갖는 3개 이상의 반응물을 사용하여 제조된 폴리에스테르를 가리킨다. 예를 들어, 코폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 사용할 수 있는데, 여기서 코폴리에스테르를 제조하기 위해 사용되는 공단량체는 탄소 원자수 4 내지 12의 선형, 환형 및 분지형 지방족 디카르복실산 (예를 들어 부탄디산, 펜탄디산, 헥산디산, 도데칸디산 및 1,4-시클로헥산디카르복실산); 탄소 원자수가 8 내지 12인 테레프탈산을 이외의 방향족 디카르복실산 (예를 들어 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌디카르복실산); 탄소 원자수 2 내지 8의 선형, 환형 및 분지형 지방족 디올 (1,3-프로판디올은 제외, 예를 들어 에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올 및 1,4-시클로헥산디올); 및 탄소 원자수 4 내지 10의 지방족 및 방향족 에테르 글리콜 (예를 들어, 히드로퀴논 비스(2-히드록시에틸)에테르, 또는 디에틸렌에테르 글리콜을 비롯한 분자량 약 460 미만의 폴리(에틸렌 에테르)글리콜)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 공단량체는 전형적으로 약 0.5 내지 약 15 몰％ 범위의 수준으로 코폴리에스테르 내에 존재할 수 있고, 약 30 몰％ 이하의 양으로 존재할 수 있다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 미량의 다른 공단량체를 함유할 수 있고, 이러한 공단량체는 보통 특성에 현저한 반대 효과를 주지 않도록 선택된다. 이러한 다른 공단량체로는 예를 들어 약 0.2 내지 5 몰％ 범위의 수준인 5-나트륨-술포이소프탈레이트가 포함된다. 점도 조절을 위해 매우 소량의 3관능성 공단량체, 예를 들어 트리멜리트산을 혼입시킬 수 있다.

본 발명의 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)의 고유 점도 (I.V.)는 약 0.80 ㎗/g 이상, 바람직하게는 약 0.90 ㎗/g 이상, 가장 바람직하게는 약 1.0 ㎗/g 이상이다. 본 발명의 폴리에스테르 조성물의 고유 점도는 바람직하게는 약 2.0 ㎗/g 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.5 ㎗/g 이하, 가장 바람직하게는 약 1.2 ㎗/g 이하이다. 안정한 사조를 달성하고 안정한 사를 생성하기 위하여, 고유 점도가 낮은 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 고유 점도가 높은 중합체보다 더 높은 방사 속도가 요구됨을 인식해야 한다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 제조를 위한 바람직한 제조 기술은 미국 특허 제5,015,789호, 동 제5,276,201호, 동 제5,284,979호, 동 제5,334,778호, 동 제5,364,984호, 동 제5,364,987호, 동 제5,391,263호, 동 제5,434,239호, 동 제5,510,454호, 동 제5,504,122호, 동 제5,532,333호, 동 제5,532,404호, 동 제5,540,868호, 동 제5,633,018호, 동 제5,633,362호, 동 제5,677,415호, 동 제5,686,276호, 동 제5,710,315호, 동 제5,714,262호, 동 제5,730,913호, 동 제5,763,104호, 동 제5,774,074호, 동 제5,786,443호, 동 제5,811,496호, 동 제5,821,092호, 동 제5,830,982호, 동 제5,840,957호, 동 제5,856,423호, 동 제5,962,745호, 동 제5,990,265호, 동 제6,232,511호, 동 제6,235,948호, 동 제6,245,844호, 동 제6,255,442호, 동 제6,277,289호, 동 제6,281,325호, 동 제6,297,408호, 동 제6,312,805호, 동 제6,325,945호, 동 제6,331,264호, 동 제6,335,421호, 동 제6,350,895호, 동 제6,353,062호, 및 동 제6,437,193호, 문헌 [H. L. Traub, "Synthese und textilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats", Dissertation Universitat Stuttgart (1994)], [S. Schauhoff, "New Developments in Production of Poly(trimethylene terephthalate) (PTT)", Man-Made Fiber Year Book (September 1996)], 및 미국 특허 출원 제10/057,497호 (이는 모두 본원에 참고문헌으로 포함됨)에 기재되어 있다. 본 발명의 폴리에스테르로서 유용한 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 상표명 소로나(Sorona)로서 시판된다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 2000년 11월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/708,209호 (WO 01/34693에 해당) 또는 2002년 8월 24일자로 출원된 동 제09/938,760호 (이는 모두 본원에 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 바와 같은 산-염색가능한 폴리에스테르 조성물일 수도 있다. 미국 특허 출원 제09/708,209호의 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 산-염색가능하고 산-염색된 폴리에스테르 조성물의 산-염색성을 촉진시키기 위한 유효량 만큼 2급 아민 또는 2급 아민 염을 포함한다. 바람직하게는, 2급 아민 단위는 약 0.5 몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 약 1 몰％ 이상의 양으로 중합체 조성물 내에 존재한다. 2급 아민 단위는 조성물의 중량을 기준으로 바람직하게는 약 15 몰％ 이하, 더욱 바람직하게는 약 10 몰％ 이하, 가장 바람직하게는 약 5 몰％ 이하의 양으로 중합체 조성물 내에 존재한다. 2001년 8월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/938,760호의 산-염색가능한 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 조성물은 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 및 3급 아민 기재의 중합체 첨가제를 포함한다. 상기 중합체 첨가제는 (i) 2급 아민 또는 2급 아민 염 단위(들)을 함유하는 트리아민 및 (ii) 1종 이상의 다른 단량체 및(또는) 중합체 단위로부터 제조된다. 한 바람직한 중합체 첨가제는 폴리-이미노-비스알킬렌-테레프탈아미드, -이소프탈아미드 및 -1,6-나프탈아미드, 및 그의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리아미드를 포함한다. 또한, 산-염색가능한 섬유는 미국 특허 제4,001,190호 (이는 본원에 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 바와 같은 테트라메틸피페리딘 폴리에테르 글리콜을 사용하여 제조할 수도 있다. 또한, 본 발명에서 유용한 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 미국 특허 제6,312,805호 (이는 본원에 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 것과 같은 양이온적으로 염색가능하거나 염색된 조성물, 및 염색되거나 염료를 함유하는 조성물을 포함할 수 있다.

다른 중합체 첨가제를 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)에 첨가하여 강도를 향상시키거나, 압출 후 가공을 용이하게 하거나, 다른 잇점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 헥사메틸렌 디아민을 약 0.5 내지 약 5 몰％의 소량으로 첨가하여 본 발명의 산-염색가능한 폴리에스테르 조성물에 강도 및 가공성을 더할 수 있다. 나일론 6 또는 나일론 6-6과 같은 폴리아미드를 약 0.5 내지 약 5 몰％의 소량으로 첨가하여 본 발명의 산-염색가능한 폴리에스테르 조성물에 강도 및 가공성을 더할 수 있다. 미국 특허 제6,245,844호 (이는 본원에 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 바와 같이, 기핵제, 바람직하게는 모노나트륨 테레프탈레이트, 모노나트륨 나프탈렌 디카르복실레이트 및 모노나트륨 이소프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 디카르복실산의 모노나트륨 염 약 0.005 내지 약 2 중량％를 기핵제로서 첨가할 수 있다.

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)는 원한다면 첨가제, 예를 들어 무광제, 기핵제, 열 안정화제, 점도 증강제, 광학 증백제(brightener), 안료 및 산화방지제를 함유할 수 있다. TiO₂ 또는 다른 안료를 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 블렌드 또는 섬유 제품에 첨가할 수 있다 (예를 들어 미국 특허 제3,671,379호, 동 제5,798,433호 및 동 제5,340,909호, 동 제6,153,679호, EP 699 700, 및 WO 00/26301 참조 (이는 본원에 참고문헌으로 포함됨)).

방사 공정

본 발명의 공정에서, 방사는 폴리에스테르 섬유 제조에 관해 당업계에 공지된 통상적인 장비를 이용하여 수행할 수 있다. 전형적으로, 3GT가 플레이크 물질로서 이용가능하다. 플레이크는 폴리에스테르를 위한 전형적인 플레이크 건조 시스템에서 건조된다. 전형적으로 건조 후의 습기 함량은 약 40 ppm (백만분율) 이하일 것이다.

압출, 급랭, 및 필라멘트로의 유제 도포 단계는 폴리에스테르 사 방사 업계의 임의의 표준 방법으로 수행할 수 있다. 전형적으로, 일단 중합체 스트림을 방사구로부터 압출시킨 후, 이를 급랭시켜 고체 필라멘트를 형성한다. 급랭은 공기 또는 당업계에 기재된 다른 유체 (예를 들어, 질소)를 이용하여 통상적인 방식으로 수행할 수 있다. 교차-흐름(cross-flow), 방사(radial) 또는 다른 통상적인 기술을 사용할 수 있다. 스트림을 공기로 급랭시키는 것이 바람직하다. 통상적인 방사 유제를 필라멘트에 도포한다.

일단 유제를 필라멘트에 도포하면, 필라멘트를 임의로는 인터레이스 젯으로 통과시킨 후, 가열된 고뎃에 통과시킨다.

가열된 고뎃상에서의 온도 및 회전수는 필라멘트를 어닐링시키고 안정한 사조를 제공하기에 충분해야 한다. 일반적으로 이 온도는 약 90 내지 165℃, 바람직하게는 약 115 내지 160℃, 더욱 바람직하게는 약 125 내지 155℃의 범위일 것이다. 필라멘트는 전형적으로 가열된 고뎃에서 약 4 내지 10회 회전하는데, 이로 인해 필라멘트가 가열되고 어닐링된다. 가열된 고뎃의 온도가 더 높은 때에는 더 적은 수의 회전이 필수적일 것인 반면, 충분한 어닐링이 발생하기 위해서 보다 낮은 온도의 경우에는 보다 많은 수의 회전이 허용된다. 너무 많거나 너무 적은 수의 회전은 필라멘트를 불안정하게 만든다. 예를 들어, 너무 적은 수의 회전시 고뎃은 사조를 적절하게 보유하는데 어려움이 있을 수 있고, 이는 고뎃과 사조 사이의 유출을 야기시킬 수 있다. 너무 많은 수의 회전시, 고뎃은 사조를 동요시켜 불안정하게 할 수 있다. 사 생성물의 DWS 값이 약 4％ 이하인 경우, 필라멘트는 충분히 어닐링된다.

특정 I.V.를 갖는 주어진 3GT 중합체에 대한 본 발명에서의 최소 방사 속도는, 고화된 후 및 가열된 고뎃에 도달하기 전 필라멘트가 충분히 결정질이도록, 즉 필라멘트가 130℃에서 약 0.02 g/d 이상, 바람직하게는 약 0.03 g/d 이상의 장력을 갖도록 보장해야 한다. 결정화도는 방사 라인이 사조를 안정화하고 배향 이완에 버티는 장력을 갖도록 허용한다. 결정질 사는 소정 온도, 및 안정한 공정을 제공하는 최소 방사 속도 이상의 속도로, 다수의 회전 동안 고뎃상에서 가열되거나 어닐링된다.

가열된 고뎃의 속도를 방사 속도로서 정의한다. 보다 높은 중합체 I.V.는 보다 낮은 방사 속도를 허용할 것이고, 보다 낮은 중합체 I.V.는 충분한 방사 라인 장력과 함께 안정한 방사-어닐링 공정 동안의 보다 높은 방사 속도를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 중합체 I.V.가 약 1.02인 단일중합체를 적용한다면, 가열된 고뎃의 속도는 130℃에서의 장력 요구를 만족시키기 위해 약 3000 m/분 이상이다. 중합체 I.V.가 약 1.02 미만인 단일중합체의 경우, 가열된 고뎃의 속도는 적어도 약 3000 m/분 초과인 값이다. I.V.가 약 1.02 초과인 단일중합체의 경우, 뜨거운 고뎃의 속도는 적어도 약 3000 m/분 미만인 값이다. 공중합체 또는 블렌드 중합체의 경우, 뜨거운 고뎃의 130℃에서의 장력이 약 0.02 g/d를 초과하기 전에 고화된 필라멘트가 제공되도록 뜨거운 고뎃의 속도를 유사하게 조정한다.

가열된 고뎃 후, 사조를 차가운 고뎃으로 통과시키는데, 상기 차가운 고뎃의 온도는 사조를 약 35℃ 이하로 냉각시키는 온도이다. 차가운 고뎃의 온도는 전형적으로 약 35℃ 이하이다. 사조를 가열된 고뎃에 의해 어닐링한 후에 차가운 고뎃상에서 냉각시켜 사조 장력을 조정하는 것이 중요하다. 사조를 냉각시키기 전에 추가의 가열 장치, 예를 들어 또다른 가열된 고뎃, 또는 히터를 사용할 수 있다. 냉각된 필라멘트는 차가운 고뎃에서 0.5회 이상 회전된다. 차가운 고뎃 이전 또는 이후에 냉각 장치가 없을 경우에, 차가운 고뎃에서의 사조의 더 많은 회전이 요구될 수 있다.

사조는 가열된 고뎃과 차가운 고뎃 사이에서 적절한 수단에 의해 냉각시키는 것이 바람직하다. 전형적으로, 냉각은 가열된 고뎃에서 인터레이스 젯으로 사조를 통과시킴으로써 달성한다. 인터레이스 젯의 사용은 냉각 이외에, 차가운 고뎃으로의 통과를 위한 사조에서의 장력 증가를 제공한다.

차가운 고뎃의 속도는 연신비 (연신비 = 2-고뎃 시스템 중 차가운 고뎃의 속도/가열된 고뎃의 속도)이 약 1.04 미만인 정도이다. 연신비는 약 1.02 미만인 것이 바람직하고, 약 1.0 이하인 것이 더욱 바람직하다. 차가운 고뎃이 가열된 고뎃보다 느린 경우, 즉 연신비가 약 1 미만인 경우, 사조는 이완된다.

연신비는 방사가 가능한 연신비의 하한으로 제한된다. 연신비가 너무 낮으면, 사조가 원하는 방사 속도로 고뎃을 통과하도록 유지시키기에 충분한 사조 장력이 존재하지 않을 것이다. 연신비가 증가할수록, 신도는 현저히 감소하고 비강도는 증가하여, 그 결과 방사 생산성을 저하시킨다. 약 1.04 초과의 연신비는 디쉬 형성 및 튜브 찌부러짐과 같은 패키지 권취 문제를 유발할 수 있으며, 이는 사 패키지를 쓸모없게 만든다.

그 후, 필라멘트를 패키지로 권취하며, 이 때, 실제 사 속도(true yarn speed)(본원에서는 이를 권취(windup)시의 사 속도로서 정의함)는 차가운 고뎃의 속도 미만이다. 실제 사 속도는 하기 수학식 II로 제공된다:

상기 식에서, SP(WU)는 권취 속도이고, HA는 권취 나선각이다. 필라멘트는 약 0.04 g/d 초과, 바람직하게는 약 0.05 g/d 초과의 권취 장력으로 권취된다. 필라멘트는 약 0.12 g/d 미만, 바람직하게는 약 0.10 g/d 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.8 g/d 미만의 권취 장력으로 권취된다. 권취 장력은 하기 수학식 III에 따라 권취 오버피드(windup overfeed)로 제어된다.

상기 식에서, OvFd(WU)는 권취 오버피드이고, SP(G2)는 차가운 고뎃의 방사 속도이고, TYS는 상기 정의된 바와 같은 실제 사 속도이다.

상기 논의가 제1 고뎃으로서 가열된 고뎃 및 제2 고뎃으로서 차가운 고뎃을 언급하고 있지만, 본 발명의 정신에서 벗어나지 않는 한 다른 방사 형태도 사용할 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 상기 기재한 바와 같이 급랭된 사조는 "제1" 가열된 고뎃에서의 방사 이전에, 먼저 차가운 고뎃에서 방사될 수 있다. 앞의 차가운 고뎃은 가열된 고뎃과 동일한 속도로 또는 약간 높은 속도로 진행될 수 있다. 다르게는, 차가운 고뎃 이전에 2 개의 가열된 고뎃을 사용할 수 있다. 사조가 먼저 가열된 고뎃 또는 가열된 고뎃 세트로 통과한 후, 차가운 고뎃 또는 차가운 고뎃 세트로 통과하는 한, 가열된 고뎃 또는 차가운 고뎃 (또는 둘다)을 둘 이 상의 고뎃을 갖는 한 세트의 고뎃으로 치환시키는 것이 다른 별법으로 포함된다.

다른 방사 형태에서, 연신비의 정의는 변화된다. 예를 들어, 3개의 고뎃을 차가운-가열된-차가운의 순서로 또는 가열된-차가운-차가운의 순서로 사용한다면, 연신비는 가열된 고뎃 직후에 위치한 차가운 고뎃과 가열된 고뎃 사이의 속도 비율로서 정의된다. 가열된-가열된-차가운의 고뎃 순서에서와 같이 제2 가열된 고뎃을 사용한다면, 연신비는 차가운 고뎃과 제1 가열 고뎃 사이의 속도 비율로서 정의된다.

본 발명의 공정은 도 1을 참고로 실행할 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시의 의미일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 파악해서는 안된다. 당업자는 이의 변경을 쉽게 인식할 것이다. 호퍼(1)에 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 중합체를 공급하여, 이 중합체를 압출기(2)의 방사 블럭(3)으로 공급한다. 방사 블럭(3)은 방사 펌프(4) 및 방사 팩(5)를 갖는다. 중합체 사조(6)은 방사 블럭(3)을 빠져나가 공기로 급랭된다(7). 유제 도포기(8)에서 사조(6)에 유제가 도포된다. 사조(6)은 인터레이스 젯(9)를 경유하여 냉각되고, 제1 가열 고뎃(10) 및 그의 세퍼레이터 롤(11)을 지난다. 사조(6)은 인터레이스 젯(12)를 경유하여 냉각되고 제2의 차가운 고뎃(13)과 세퍼레이터 롤(14)를 지난다. 사조(6)은 팬닝 가이드(15)를 통해 권취기(16)로 가서 패키지(17)상에 권취된다.

사 패키지 노화

3GT POY 패키지와 같은 사 패키지에서의 노화는 사 패키지 전반에 걸친 사의 특성 변화 이외에, "벌지 형성", "디쉬 형성" 및 "튜브 찌부러짐"과 같은 현상에 의해 증명된다.

1. 벌지 형성

벌지는 사가 패키지의 초기 단부 표면 위로 수직 방향으로 확장된, 패키지 길이 방향에서의 변형이다 (도 2 참고). 벌지 형성은 도 2에 예시한 바와 같이, 하기 수학식 V에 따라 벌지 비율로 정량적으로 기술될 수 있다:

상기 식에서, h는 벌지 높이이고, TYL은 패키지상의 사의 두께이고, B는 사 패키지의 최대 길이이고, A는 튜브 코어의 표면에서의 패키지 길이이고, ED는 패키지의 단부에서의 직경, 즉, "패키지 단부 직경"이고, TOD는 튜브 외부 직경이다. 벌지 높이 h는 하기 수학식 VIII의 관계를 갖고, 패키지의 사 층의 두께인 TYL은 하기 수학식 IV의 관계를 갖는다.

A + 2h = B

벌지 비율의 계산은 사 층의 두께 "TYL"을 통한 패키지 직경의 영향을 포함함을 주지해야 한다. 따라서, 작은 직경 패키지에서는 상당한 벌지도 작은 것으로 보일 수 있다. 벌지 형성은 패키지 권취, 패키지 도핑(doffing) 또는 사 저장 동 안에 발생할 수 있다.

2. 디쉬 형성

디쉬 형성은 패키지 중앙 직경이 단부 직경보다 작도록 두 패키지 단부 표면 사이의 사가 단부 표면 근처의 사보다 더 많이 수축한, 패키지 반지름 방향에서의 패키지 변형을 의미한다 (도 2 참고). 디쉬 변형은 하기 수학식 VI에 따른 디쉬 비율로서 정량적으로 기술될 수 있다.

상기 식에서, ED는 패키지의 단부에서의 직경, 즉, "패키지 단부 직경"이고, MD는 패키지의 중앙에서의 패키지의 직경, 즉, "패키지 중앙 직경"이고, A는 튜브 코어의 표면에서의 패키지 길이이다. 디쉬 형성은 패키지 권취 또는 패키지 저장에 동안 발생할 수 있다.

3. 튜브 찌부러짐

튜브 찌부러짐은 사를 보유하는 튜브가 튜브가 보유하는 사에 의해 완전히 찌부러지는 사 패키지에서의 현상을 의미한다. 3GT 방사에서의 튜브 찌부러짐은 패키지 권취 동안에 발생할 수 있다. 튜브 찌부러짐은 심각한 패키지 형성 결함이고, 보통 디쉬 및(또는) 벌지 형성에 수반된다.

4. 사 특성 변화

노화가 없는 경우, 3GT 사 패키지 전반에 걸쳐 사의 데니어가 일정하다. 벌 지 형성 또는 디쉬 형성을 통해 명시된 바와 같이, 3GT 사 패키지가 노화되는 경우, 사의 특성이 변화된다. 패키지의 최상부 표면에서 측정된 사의 데니어는 노화 전 최상부 표면에서의 데니어보다 약 10 내지 20 배로 증가할 수 있다. 노화 후, 데니어는 또한 패키지의 한 단부 표면에서 다른 단부 표면까지 이동하는 한 층의 사 내에서 변화할 수 있다. 그러나, 튜브 코어나 그 근처에서의 사의 데니어, 예를 들어 약 4 내지 10층의 사의 데니어는 노화 후 변화되지 않은 채로 유지될 수 있다. 사 층이 튜브 코어로부터 멀어짐에 따라, 데니어는 신속하게 증가하고 노화 후 최대에 도달할 수 있다. 그 후, 튜브 코어로부터의 거리가 더 멀어지면서 데니어는 최대에 비해 감소하여, 마침내 튜브 코어에서의 사의 데니어와 최대 데니어 사이의 데니어에서 최상부 표면에 도달할 수 있다.

패키지 전반에 걸쳐 사 데니어의 차이는 연신 텍스쳐링에서의 문제점을 유발시킨다. 공급기 사에서의 상기 데니어 차이는 연신-텍스쳐링된 사에서 유지되고, 생성된 사의 다른 바람직하지 않은 특성 중 특히 염료 균일성의 부족을 유발할 수 있다.

데니어에서의 변화 이외에, 신도 및 비강도도 노화에 따라 변화하여 비강도가 빠르게 감소하고 신도가 증가한다. 비강도 및 신도에서의 변화는 데니어 변화와 일관된다. 데니어가 변화될 때마다, 비강도 및 신도가 변화된다. 3GT 공급기 사의 노화시, 수축율 특성에서도 극적인 변화가 존재할 수 있다.

개선된 분석 방법

본 발명의 방법은 온도가 약 38℃를 초과할 수 있는 환경에서 노출을 연장했 을 때 노화에 내성인 직물에서의 사용을 3GT 사에 제공한다. 노화가 벌지 및(또는) 디쉬 형성에 의해 사 패키지에서 명백하더라도, 상기 현상은 발생하기 위해 수 시간 또는 수 일이 소요될 수 잇다. 사 제조업자는 노화에 내성인 패키지만을 제조하는 것을 선호할 것이다. 지금까지는, 노화에 내성인 방사된 사의 경향을 갖는 방사 공정 조건과 관련하여 신속하게 수행할 수 있는 이용가능한 시험 방법이 존재하지 않았다.

놀랍게도, 본 발명에서는 건조 고온 수축율 또는 "DWS"로 지칭되는 신규 시험에서의 특정 조건하에서 사 수축율의 측정법이 약 38℃ 초과와 같은 승온에서 저장시 사 패키지가 디쉬 형성, 노화의 특성을 발생시킬 것인지를 예상케 함을 발견하였다. DWS는 측정을 위해 단지 짧은 길이의 사를 이용하여 사 노화를 빨리 예견하게 한다. 허용가능한 DWS를 갖는 사 패키지는 패키지 변형의 위험 없이 미래의 사용을 위해 안전히 저장될 수 있다. DWS는 패키지 크기에 제한되지 않으며, 이는 일단 방사 조건이 확인되면 상기 조건을 이용하여 어떠한 패키지 크기도 제조할 수 있음을 의미한다.

상기 논의의 목적상, 노화 효과는 디쉬 형성으로 증명된다. 사의 내노화성은 저장 전 및 후 측정한 패키지의 디쉬 비율에서의 차이로 기술된다. 저장 후 디쉬 비율이 클수록, 사의 내노화성이 낮아진다. 주어진 패키지에 대해, 저장 후의 디쉬 비율이 저장 전의 디쉬 비율과 동일하다면, 패키지의 내노화성은 우수하다. 차이가 크면, 내노화성은 불량하다.

본 발명은 일반적으로 응용가능한 개선된 가속화된 노화 시험 방법을 제공한 다. 본 발명의 방법은 특정 길이의 사를, 사가 그의 평형 수축율의 85％ 이상, 바람직하게는 95％ 이상에 도달하는 조건에 노출시키고 사의 수축율을 측정함으로써 3GT 방사된 사의 내노화성을 측정한다. 가열 온도는 약 30 내지 약 90℃, 바람직하게는 약 38 내지 약 52℃, 더욱 바람직하게는 약 42 내지 약 48℃일 수 있다. 따라서, DWS 측정시 주어진 가열 온도에서의 가열 시간은

가열 시간≥1.561×10¹⁰×e^{-0.4482[가열 온도]}

이다. 바람직한 가열 시간은

가열 시간≥1.993×10¹²×e^{-0.5330[가열 온도]}

이고, 여기서, 가열 시간은 분 단위이고, 가열 온도는 섭씨 단위이다. 예를 들어, 41℃의 가열 온도에서, 샘플 가열 시간은 163 분 (2.72 시간), 바람직하게는 644 분 (10.73 시간) 이상이어야 한다. 45℃의 샘플 가열 온도에서라면, 샘플 가열 시간은 27.2 분 (0.45 시간), 바람직하게는 76.4 분 (1.27 시간) 이상이어야 한다. 본 발명의 목적상, 평형 수축율을 측정하기 위해서 측정은 사를 41℃에 24 시간 이상 동안 노출시킨 후에 행해야 한다.

DWS 측정을 위해 사용되는 사는 실타래 또는 비-루프 사일 수 있다. 실타래는 단일 루프 또는 다중 루프일 수 있고, 여기서 루프는 단일 또는 다중 필라멘트일 수 있다. 비-루프 사 샘플은 다수의 사 또는 단일 사를 함유할 수 있고, 여기서 사는 단일 또는 다중 필라멘트일 수 있다.

샘플 길이 (가열 전 L₁ 및 가열 후 L₂)는 실타래에서 단일 루프를 만드는 사 길이의 절반인 실타래 길이로서 정의된다. 샘플 길이는 가열 전 및 후에 실질적으로 측정가능한 임의의 길이일 수 있다. 샘플 길이 L₁은 전형적으로 약 10 내지 1000 mm, 바람직하게는 약 50 내지 700 mm의 범위이다. 약 100 mm의 길이 L₁은 단일 루프 실타래의 형태인 샘플의 경우에, 약 500 mm의 L₁은 다중-루프 실타래의 형태인 샘플의 경우에 편리하게 사용될 수 있다.

상기 방법에서는, 사의 샘플에 인장 중량을 매달아 샘플을 일직선이 되게 하여 L₁을 측정한다. 사는 전형적으로 단부를 매듭짐으로써 루프로 제조된다. 길이 L₁은 주변 온도에서 인장 중량을 루프에 걸어 측정한다. 인장 중량은 적어도 샘플을 일직선이 되도록 하기에 충분해야 하나, 샘플을 신장시키지는 않아야 한다. 샘플 사에 대한 바람직한 인장 중량은 하기에 따라 계산할 수 있다:

인장 중량 = 0.1 ×2 ×(실타래 중의 루프 수) ×(사 데니어)

전형적으로는, 샘플을 이중 루프로 감고, 랙(rack)에 건다. 랙에 건다면, 임의로, 적용된 중량을 루프에 매달 수 있다. 상기 중량은 샘플을 안정시키기에 유용할 수 있다. 적용된 중량은 샘플의 수축을 제한해서는 안되며, 가열하는 동안 신장을 유발해서도 안된다. 중량을 적용하지 않을 경우에는, 단순히 샘플을 표면 위에 두어, 가열하는 동안 자유롭게 수축하게 할 수 있다.

가열은 기상 또는 액상 유체를 이용하여 달성할 수 있다. 액체를 사용하는 경우, 사를 용기 내에 위치시킨다. 유체가 기체인 경우 오븐을 사용하는 것이 편 리하며, 바람직한 기체는 공기이다. 샘플은 샘플을 자유롭게 수축하게 하는 방식으로 가열 유체에 위치해야 한다.

샘플을 가열로부터 제거하고, 약 15 분 이상 동안 냉각시킨다. 가열된 샘플의 길이를 인장 중량을 샘플에 건 채로 측정하고, 이 값을 L₂로 기록한다. DWS는 하기 수학식 VII에서 L₁ 및 L₂로부터 계산한다.

놀랍게도, DWS는 예를 들어 디쉬 형성에 의해 나타나는 사의 내노화성과 상응한다.

도 3은 DWS와 디쉬 비율의 상관성을 나타내는 그래프이다. 앞서 기술한 바와 같이, 디쉬 비율의 발생은 패키지 노화의 표시이다. 약 2.5 kg이고 직경 160 mm인 개개의 사 패키지를 41℃의 온도에 3.2 시간 동안 노출시킨 후, 직경 차이인 ED - MD (패키지 단부 직경 - 패키지 중앙 직경)와 DWS를 패키지에 대한 디쉬 비율에 대해 플롯팅한다. 노출 전 패키지의 DWS 값을 측정하였다. 노출 후 디쉬 비율 및 직경 차이를 측정하였다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 디쉬 비율이 증가함에 따라 DWS가 증가하므로, DWS는 디쉬 형성과 관련이 있다.

이론에 구속되기를 바라지 않지만, 노화로 유발되는 패키지 변형은 사 수축으로부터 유발되는 반면, DWS는 에어컨디셔닝 없이 하절기의 수 개월 동안 따뜻한 기후에서 겪는 온도와 유사한 온도에서 사를 저장할 때 발생할 수 있는 사 수축을 측정한다고 여겨진다. 따라서, DWS를 사용하여 사의 내노화성을 효과적으로 기술할 수 있다.

필라멘트 방사에 대한 상업적 표준은, 2.5 kg이고 직경 160 mm인 사 패키지에서 2 mm의 ED - MD의 직경 차이를 허용한다. 따라서, 노화된 사의 직경 차이가 약 2 mm 이하이면, 사는 상업적 표준에 따라 허용가능한 내노화성을 갖는 것이다.

도 3의 그래프에 나타난 바와 같이, 직경 차이는 DWS와 관련된다. 도 3에 따르면, ED - MD = 2 mm인 경우, 디쉬 비율 = 0.8％이고 DWS = 4％이다. 따라서, DWS 값이 약 4％ 이하인 사는 허용가능한 내노화성을 갖는다. 따라서, 생성된 사의 DWS 값이 약 4％ 이하, 바람직하게는 약 2％ 이하이고; 디쉬 비율이 약 0.8％ 이하, 바람직하게는 약 0.44％ 이하이고; 직경 차이가 약 2 mm 이하, 바람직하게는 약 1.1 mm 이하인 경우, 사를 방사 동안 어닐링하는 허용가능한 방사 공정을 위한 조건을 결정할 수 있다.

상기 제시된 ED - MD 및 디쉬 비율은 패키지 크기에 의해 제한됨을 인식하는 것이 중요하다. 상기 연구에서의 패키지 크기는 직경 160 mm 및 중량 2.5 kg이었다. 패키지 크기에서의 증가는 ED - MD 및 디쉬 비율에 대한 한계에서의 증가를 요구할 것이다. 그러나, DWS는 패키지 크기에 의해 영향받지 않으므로, DWS는 임의의 크기의 임의의 사 패키지에 적용된다. 일단 DWS를 사에 대해 측정하면, 사가 저장 동안 노화에 내성일 것인지를 즉시 평가할 수 있다.

사 및 패키지 특성

본 발명에 따라 제조된 사는 하기 특성 중 하나 이상을 보유하는 것으로 기 재할 수 있다.

(1) 상기 이미 기재한 바와 같이, 사는 DWS 노화 시험을 바탕으로 약 4％ 이하, 바람직하게는 약 2％ 이하의 건조 고온 수축율 (DWS) 값을 갖는 것으로 나타날 때, 노화에 대해 내성이다.

별법으로, 패키지 크기에 의해 제한되기는 하지만, 사의 내노화성은 하기 조건 (C)를 만족시키는 샘플 패키지에 대해 하기 노화 조건 (A) 및 (B)로 기재된 노화 시험에서 발생된 디쉬 비율 및 벌지 비율로 기재할 수 있다. 하기 두 조건을 만족시킨다면, 사는 노화에 내성이다:

- 디쉬 비율 ≤약 0.82％, 및

- 노화 시험 전 및 후의 벌지 비율 차이 ≤약 5％

(A) 온도 41℃

(B) 가열 시간 3.2 시간

(C) 튜브 코어의 외부 표면와 패키지의 외부 표면 사이에서 측정한 사 층의 두께가 약 25 mm임.

(2) 사의 신도는 약 105％ 이하이다. 신도는 본원에서 "단순" 방사 공정으로서 언급된 유사한 조건하에서의 방사 공정에 의해 어닐링 및 연신 없이 제공한 것과 유사하다. 일반적으로, 그 후의 연신-텍스쳐링 공정에서의 방사 생산성 감소를 회피하기 위하여 약 1 이하의 연신비과 함께 보다 높은 신도가 바람직하다. 그러나, 약 105％ 초과의 신도는 방사 공정 안정성을 유지하기 위해 바람직하지 않다.

생성된 사가 직접적인 최종 용도를 의도하는 경우, 신도는 특정될 수 있고, 특정 신도를 제공하기 위해 방사 조건을 조정한다.

(3) 본 발명의 사는 약 2.5 g/d 이상, 바람직하게는 약 2.8 g/d 초과의 비강도를 가지며, 이는 단순 방사 공정으로 달성되는 비강도과 유사하다.

(4) 사는 약 23 g/d 이하, 바람직하게는 22.5 g/d 미만의 모듈러스를 갖는다. 본 발명의 사에서 모듈러스는 단순 방사 공정으로 제공되는 것보다 약간 낮은 것이 유리하다.

(5) 사의 우스터 U％는 약 2％ 이하, 바람직하게는 약 1.5％ 미만이며, 이는 단순 방사 공정으로 제공되는 우스터와 유사하다. DTY 공급사에 대한 노화의 한 중요한 영향은 노화 후 사의 비균일성을 증가시킨다는 것이다. 사의 비균일성 증가는 U％를 현저히 증가시키고, 이는 DTY 사의 염료 결함과 관련된다.

(6) 본 발명의 사의 비등 수축율 (BOS)은 약 14％ 이하, 바람직하게는 약 10％ 미만이다. 상기 사는 단순 방사 공정으로 제조된 사에 비해 현저히 감소된 BOS를 갖는다. 직접 최종 용도 사의 경우 낮은 BOS 값이 중요하다. SAY의 BOS가 약 14％를 초과하면, 직물 수축율이 너무 높아져 허용불가할 수 있다.

(7) 130℃에서의 장력 (Tens 130)은 약 0.02 g/데니어 (g/d) 이상이다.

(8) 수축 개시 온도 (Ton)는 약 45 내지 70℃, 바람직하게는 약 50 내지 70℃이다. 내노화성의 관점에서, 높은 수축 개시 온도로 인해 사 저장 동안 사가 노화될 기회가 더 적어지는 경향이 있다.

(9) 제1 열 장력 피크 온도 (T(p1))는 약 60 내지 90℃, 바람직하게는 약 65 내지 90℃이다. 본 발명에 따른 SAY 방사에 적용되는 방사 속도에서의 단순 방사의 경우, 열 장력 온도 측정으로 2 개의 피크 열 장력이 전형적으로 관찰된다. 제1 피크 열 장력은 실온 근처이다. 제2 피크 열 장력은 결정질 구역에서의 탈배향(disorientation)과 관련된다. 제2 피크 장력은 흔히 샘플 제조에 의해 영향을 받거나 측정하기 어렵기 때문에, 본 발명자는 210℃에서의 장력 값을 이용하여 제2 장력 피크를 나타낸다. 제1 피크 장력 온도는 2 개의 장력 피크를 갖는 사에 대한 수축 개시 온도와 너무 가깝기 때문에, 수축 개시 온도에 영향을 주는 인자들은 유사한 방법으로 제1 장력 피크 온도에 영향을 준다.

(10) 제1 피크 장력은 약 0.03 내지 0.15 g/d, 바람직하게는 약 0.03 내지 0.10 g/d이다. 보다 낮은 제1 피크 장력은 증가된 사 저장 온도에서 사가 수축하게 하는 추진력을 더 낮게 제공한다. 사의 노화 특성을 개선시키기 위하여, 생성된 사는 낮은 제1 피크 장력을 갖는 것이 바람직하다. 낮은 제1 피크 장력은 낮은 방사 장력을 동반한다. 따라서, 제1 피크 장력은 약 0.03 g/d보다 낮아서는 안된다. 반면, 과하게 높은 제1 피크 장력은 보통 유의한 연신이 방사에 적용됨을 의미한다. 이러한 경우, 제1 피크 장력이 약 0.15 g/d보다 높으면, SAY 방사에서의 찌부러진 튜브를 갖는 패키지 권취가 발생한다는 강한 증거이다.

노화에 내성인 사를 제공하기 위해 본 발명의 방사 공정을 이용하여 사 패키지를 제조하였다. 사 패키지는 작은 크기로 제한되지 않으며, 큰 패키지가 고려된다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 본 발명의 용융 방사된 폴리(트리메틸렌 테레 프탈레이트)의 권취된 패키지는 약 50 mm 이상의 사 층 두께 및 약 6 kg 이상의 패키지 중량을 갖는다. 바람직하게는, 권취된 패키지는 약 63 mm 이상의 사 층 두께 및 약 8 kg 이상의 패키지 중량을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 패키지는 약 74 mm 이상의 사 층 두께 및 약 10 kg 이상의 패키지 중량을 갖는다. 훨씬 더욱 바람직하게는, 패키지는 약 84 mm 이상의 사 층 두께 및 약 12 kg 이상의 패키지 중량을 갖는다. 가장 바람직하게는, 패키지는 약 94 mm 이상의 사 층 두께 및 약 14 kg 이상의 패키지 중량을 갖는다. 본원에 사용되는 "패키지 중량"은 오직 사만의 중량을 포함하며 튜브의 중량은 제외하는 것으로 한다. 바람직하게는, 권취된 패키지는 약 9％ 미만의 벌지 비율, 및 약 2％ 이하, 바람직하게는 약 1％ 이하의 디쉬 비율을 갖는다. 바람직하게는, 사는 실질적으로 찌부러지지 않은 튜브 둘레에 권취되거나, 방사 동안 튜브 찌부러짐 권취가 발생하지 않는다.

시험 방법

신도 및 비강도는 인스트론 코퍼레이션(Instron Corp.) 인장 시험기, 모델 제1122번을 이용하여 측정하였다. ASTM 방법 D2256에 따라 파단 신도 및 비강도를 측정하였다.

비등 수축율 ("BOS")은 하기와 같이 ASTM D2259에 따라 측정하였다. 중량을 특정 길이의 사에 매달아 사에 0.2 g/d (0.18 cN/dtex) 부하를 제공한 후, 그의 길이 L₁을 측정하였다. 이어서, 중량을 제거하고, 사를 끓는 물에 30분 동안 침지시 켰다. 이어서, 사를 끓는 물에서 꺼내고, 약 1분 동안 원심분리하고 약 5 분 동안 냉각시켰다. 이어서, 냉각된 사를 이전과 같이 동일한 중량으로 부하를 걸었다. 사의 새로운 길이 L₂를 기록하였다. 하기 수학식 1에 따라 수축율(％)을 계산하였다:

건조 고온 수축율 ("DWS"). 다중 필라멘트를 포함하는 단일 루프 실타래 사의 샘플 길이를 선택하였다. 인장 중량을 특정 길이의 사에 매달아 사에 0.2 g/d (0.18 cN/dtex) 부하를 제공한 후, 100 mm의 그의 길이 L₁을 측정하였다. 약 0.51 g으로 칭량된 종이 클립을 루프에 부착하였다. 사를 랙에 위치시킨 후, 약 45℃에서 공기 가열된 오븐에 2시간 동안 위치시켰다. 이어서, 사를 오븐에서 꺼내고 약 15 분 동안 냉각시킨 후, 길이를 다시 측정하여 L₂로서 기록하였다. 이어서, 상기 수학식 1에 따라 수축율 (％)을 계산하였다.

열 기계적 분석은 본원에서의 목적상 열 장력 대 온도의 측정이다. 열-장력-온도 측정으로부터 하기 특성을 수득할 수 있었다: 수축 개시 온도, 제1 피크 열 장력, 제1 피크 장력 온도, 제2 피크 열 장력 (본원에서의 목적상 제2 피크 장력 온도는 210℃에 고정됨) 및 130℃에서의 열 장력.

열 장력 대 온도의 측정은 듀폰에서 제조된 수축율-장력-온도 측정 장치를 이용하여 30℃/분의 가열 속도로 수행하였다. 상기 장치는 하기 기재된 길이인 단 일 루프에서 샘플을 사용하였다. 전체 샘플을 장치 내에서 주어진 일정한 가열 속도로 균일하게 가열하였다. 열 장력을 온도에 대해 측정할 경우에는, 샘플 길이를 일정하게 유지하고, 가열을 시작하기 전에 예비장력을 샘플에 적용시켰다. 가열하는 동안 열 장력을 측정하였다. 3GT 필라멘트의 경우, 샘플을 25 내지 30℃에서 210 내지 215℃로 가열하였다. 가열 속도는 일정하였다. 3, 5, 10, 30℃/분 등과 같은 몇몇 가열 속도가 이용가능하였다. 사 샘플은 약 100 mm 길이의 루프를 위해 약 200 mm의 사를 이용해 루프로 제조하였다. 장력-온도 측정에 적용된 예비장력은 0.005 그램/데니어였고, 즉, 예비장력 (그램) = 사 데니어 ×2 ×0.005 (그램/데니어)였다.

수축 개시 온도 (Ton)는 사 수축의 시작점을 나타낸다. 수축 개시 온도 (Ton)는 열 장력의 빠른 증분을 지나는 직선을 긋고, 온도 축에 평행하며 장력이 빠르게 증가하기 전의 최소 장력을 지나는 한 직선을 그어 수득하였다. 두 직선의 교차점의 온도를 수축 개시 온도 (Ton)로서 정의하였다.

우스터, 평균 편차 불균일(mean deviation unevenness), U％는 젤웨거 우스터(Zellweger Uster)제 우스터 시험기 3, 유형 UT3-EC3을 이용하여 ASTM 방법 D-1425에 따라 측정하였다. 2.5 분의 시험 시간으로 200 m/분의 스트랜드 속도에서 U％, 정규 값을 수득하였다.

실시예 1 및 2

1.02의 I.V. 및 40 ppm 미만의 습기 함량을 갖는, 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재) 제조의 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이 트) (3GT) 플레이크를 재용융을 위해 압출기로 공급한 후, 방사 블럭으로 이동시키고, 264℃의 온도에서 방사구로부터 압출시켰다. 방사구에는 직경 0.254 mm인 구멍 34개가 있었다. 방사구로부터 나온 용융된 중합체 스트림은 먼저 방사구로부터 급랭의 시작점까지 길이 70 mm인 비가열된 급랭 지연 대역으로 진입한 후, 교차 흐름 급랭 공기 대역으로 진입하여 고체 필라멘트가 되었다. 계량첨가 유제 도포로 도포한 후, 필라멘트를 제1 인터레이스 젯에 통과시키고, 이를 필라멘트가 직경 190 mm의 2 개의 고뎃을 통과하는 연신 시스템으로 진입시켰다. 방사 매개변수를 표 1에 제공하였다. 도 1에서와 같이, 필라멘트를 가열된 고뎃에 통과시킨 후, 제1 통과 후 인터레이스 젯을 통해 차가운 고뎃에 통과시켜 온도를 감소시켰다. 필라멘트를 차가운 고뎃으로부터 팬닝 가이드를 통해 권취기로 통과시켰다. 권취 장력은 0.70％의 권취 오버피드에 의해 0.06 g/d로 제어하였다. 상기 작업에 적용된 튜브 코어는 하기의 세부사항을 가졌다:

튜브 코어 길이: 300 mm

권취 스트로크(windup stroke): 257 mm

튜브 코어 외부 직경: 110 mm

튜브 벽 두께: 7 mm

생성된 사의 특성을 표 2에 제공하였다.

비교예 A 내지 D

가열된 고뎃을 실온에서 유지하고 어닐링을 수행하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 방사 매개변수를 표 1에 제공하였다. 생성 된 사의 특성을 표 2에 제공하였다.

비교예 E 및 F

가열된 고뎃을 실온으로 유지하고 내노화성 기준을 만족시키도록 사를 충분히 어닐링하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1 및 2의 공정을 반복하였다. 방사 매개변수를 표 1에 제공하였다. 생성된 사의 특성을 표 2에 제공하였다.

(a) 제1 고뎃에서의 사조의 회전수; g = 고뎃에서의 회전수; s = 세퍼레이터 롤에서의 회전수.

(b) 제1 고뎃의 온도. "rt"는 실온.

(c) 제2 고뎃에서의 사조의 회전수.

(d) 연신비 (제1 고뎃의 속도 대 제2 고뎃의 속도비).

(e) 제1 고뎃의 속도.

(f) 제2 고뎃의 속도.

(g) 권취 속도.

(h) 권취 오버피드.

(i) 그램 (g) 단위의 권취 장력.

주: DWS는 건조 고온 수축율이다.

BOS는 비등 수축율이다.

표 2 중 E_b는 파단신도(％)이다.

표 2 중 T(p1)는 제1 열 장력 피크 온도이다.

Tens(p1)은 제1 피크 열 장력이다.

Ton은 수축 개시 온도이다.

Tens(130℃)는 온도 130℃에서의 열 장력이다.

결과에 대한 논의 - 실시예 1 및 2 및 비교예 A, E 및 F

표 2에서 볼 수 있듯이, 표 1에 따른 다른 조건에 더하여 3334의 방사 속도에서 115℃ 이상의 온도에서의 어닐링은 낮은 DWS값이 나타내는 바와 같이 노화에 대해 내성을 갖는 3GT 사를 생성하였다. 실시예 1 및 2, 및 비교예 A, E 및 F는 3334 m/분의 방사 속도에서의 어닐링 온도의 효과를 나타낸다. 실시예 1 및 2는 4％ 미만의 DWS값을 나타내기 때문에, 어닐링 온도는 충분한 내노화성을 갖는 생성 사를 제공하였다. 비교예의 어닐링 온도는 노화에 대한 내성을 갖는 사를 제조하기에 충분하지 않았다. 이에 따라, 3334 m/분 및 표 1에 나타낸 조건에서의 충분한 어닐링 온도를 측정하였다. 모든 실시예에 있어서, 130℃에서의 장력은 약 0.04 g/d 초과였다.

실시예 1에 따라 제조된 2.3 kg, 직경 156 mm의 사 패키지를 공기-가열된 오븐 중에서 41℃의 온도에 3.2 시간 동안 노출시킴으로써 패키지 변형을 모니터링하였다. 노출 전 패키지 디쉬 비율은 0.15％였고, 단부 및 중앙 패키지 직경의 차이, ED - MD는 0.4 mm였다. 2.25 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 약 0.29％이고, ED - MD는 0.7 mm였다. 3.2 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 약 0.29％로서, 내노화성을 나타내었다. 비교예 A에 따라 제조된 유사한 사 패키지의 디쉬 비율도 또한 41℃에 3.2 시간 동안 노출시켜 모니터링하였다. 상기 패키지의 디쉬 비율은 가열 전 0.65로부터 가열 후 1.87로 증가하여, 큰 변형도를 나타내었다. 노출 결과는 사 패키지에서 DWS값이 내노화성의 정확한 예보자(predictor)임을 지지하였다.

실시예 3 내지 5

방사 속도를 3500 m/분으로 하고, 제2 인터레이스 젯의 압력을 35 psi 대신에 25 psi로 한 것 이외에는 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 다른 방사 조건은 하기 표 3에 제공하였다. 목적하는 권취 장력을 달성하도록 권취 속도를 설정하였다. 생성되는 사의 특성을 하기 표 4에 제공하였다.

상기 실시예에서 1의 연신비를 사용하였다. 방사 동안에 열을 가하지 않은 비교예 B를 포함하여 4개의 가열된 고뎃 온도를 3500 m/분에서 시험하였다(표 3 참조). 실시예 1에 비해, 이들 실시예에서는 목적하는 권취 장력을 달성하기 위해 상이한 권취 속도를 사용하였다. 실시예 3 내지 5 및 비교예 B에서 실시예 1과 동일한 중합체 처리량을 사용하였다. 따라서, 실시예 3 내지 5 및 비교예 B에서 생성되는 사의 데니어는 실시예 1의 데니어보다 경미하게 낮았다.

결과에 대한 논의 - 실시예 3 내지 5 및 비교예 B

표 4에서 볼 수 있듯이, 방사 속도 3500 m/분에서 가열된 고뎃 온도가 증가할수록 DWS는 감소하였다. 가열된 고뎃 온도가 실시예 3에서 135℃로 증가되는 경우, DWS는 약 2％ 미만으로 감소한 반면, 125℃ 및 115℃에서는 DWS가 각각 약 2.2％ 및 약 3.9％였다. 따라서, 상기 조건 하에서 내노화성 사를 제공하는데 115℃의 온도로 충분하였다. 130℃에서의 장력은 또한 모든 실시예에 있어서 약 0.04 g/d 초과였다.

실시예 3에 따라 제조된 2.7 kg, 직경 164 mm의 사 패키지를 실시예 1에 따라 41℃의 온도에 5.2 시간 동안 노출시킴으로써 패키지 변형을 모니터링하였다. 노출 전 패키지 디쉬 비율은 0.13％였고, 단부 및 중앙 패키지 직경의 차이, ED - MD는 0.3 mm였다. 3.5 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 0.26％이고, ED - MD는 0.7 mm였다. 5.2 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 0.25％이고, ED - MD는 0.6 mm로서, 내노화성을 나타내었다. 비교예 B에 따라 제조된 유사한 사 패키지의 디쉬 비율도 또한 41℃에서 5.2 시간 동안 처리하면서 모니터링하였다. 상기 패키지의 디쉬 비율은 가열 전 0.63으로부터 가열 후 1.86으로 증가하여, 큰 변형도를 나타내었다. 노출 결과는 사 패키지에서 DWS값이 내노화성의 정확한 예보자임을 지지하였다.

실시예 6 내지 8

방사 속도를 3800 m/분으로 하고, 제2 인터레이스 젯의 압력을 35 psi 대신에 25 psi로 한 것 이외에는 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 방사 매개변수를 하기 표 5에 제공하였다. 목적하는 권취 장력을 달성하도록 권취 속도를 설정하였다. 생성되는 사의 특성을 하기 표 6에 제공하였다.

결과에 대한 논의 - 실시예 6 내지 8 및 비교예 C

표 5 및 6에서 볼 수 있듯이, 실시예 6 내지 8의 조건 하 가열된 고뎃 온도 115℃ 이상에서, DWS값은 모두 4％ 미만으로서, 내노화성을 나타내었다.

실시예 6에 따라 제조된 2.7 kg, 직경 160 mm의 사 패키지를 실시예 1에 따라 41℃의 온도에 5.2 시간 동안 노출시킴으로써 패키지 변형을 모니터링하였다. 노출 전 패키지 디쉬 비율은 0.25％였고, 단부 및 중앙 패키지 직경의 차이, ED - MD는 0.6 mm였다. 3.5 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 약 0.29％이고, ED - MD는 0.7 mm였다. 5.2 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 0.38％이고, ED - MD는 1 mm로서, 내노화성을 나타내었다. 이러한 패키지의 변화는 노화에 대한 양호한 내성을 나타내며, DWS에 의한 예견을 확증해 주었다. 비교예 C에 따라 제조된 유사한 사 패키지의 디쉬 비율도 또한 41℃에 5.2 시간 동안 처리하여 모니터링하였다. 상기 패키지의 디쉬 비율은 가열 전 0.52로부터 가열 후 1.76으로 증가하여, 큰 변형도를 나타내었다. 노출 결과는 사 패키지에서 DWS값이 내노화성의 정확한 예보자임을 지지하였다.

실시예 1에 비해 증가된 방사 속도 및 감소된 필라멘트 당 데니어에 기인하여, 실시예 6 내지 8 및 비교예 C에서 제조된 사의 신도값은 방사 속도 3334 m/분에서 약 80％인데 비해 약 71％로 감소되었다. 방사 속도가 3334에서 3800 m/분으로 증가하는 동안 모듈러스 또는 비강도의 큰 변화는 발생하지 않았다.

실시예 9 내지 12

방사 속도를 4000 m/분으로 하고, 제2 인터레이스 젯의 압력을 35 psi 대신에 25 psi로 한 것 이외에는 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 방사 매개변수를 하기 표 7에 제공하였다. 목적하는 권취 장력을 달성하도록 권취 속도를 설정하였다. 생성되는 사의 특성을 하기 표 8에 제공하였다.

결과에 대한 논의 - 실시예 9 내지 12 및 비교예 D

표 7 및 8에서 볼 수 있듯이, 가열된 고뎃 온도가 증가할수록 생성되는 사의 DWS는 감소하였다. 가열된 고뎃 온도가 115℃ 또는 125℃일 경우, 생성되는 사의 DWS는 2 내지 4％였다. 따라서, 115℃ 및 125℃는 모두 방사 속도 4000 m/분에서 어닐링하여 내노화성 사를 제조하는데 허용될 수 있었다. 보다 높은 온도에서 보다 낮은 DWS값이 달성되었다.

실시예 10에 따라 제조된 2 kg, 직경 152 mm의 사 패키지를 실시예 1에 따라 41℃의 온도에 3.4 시간 동안 노출시킴으로써 패키지 변형을 모니터링하였다. 노출 전, 패키지 디쉬 비율은 0.18％였고, 단부 및 중앙 패키지 직경의 차이, ED - MD는 0.64 mm였다. 3.4 시간 동안 노출시킨 후, 디쉬 비율은 0.44％이고, ED - MD는 1.1 mm였다. 이러한 패키지의 변화는 노화에 대한 양호한 내성을 나타내며, DWS에 의한 예견을 확증해 주었다. 비교예 D에 따라 제조된 유사한 사 패키지의 디쉬 비율도 또한 41℃에 3.4 시간 동안 처리하여 모니터링하였다. 상기 패키지의 디쉬 비율은 가열 전 0.53으로부터 가열 후 1.52로 증가하여, 큰 변형도를 나타내었다. 노출 결과는 사 패키지에서 DWS값이 내노화성의 정확한 예보자임을 지지하였다.

실시예 13 내지 16 및 비교예 G 내지 I

하기 표 9에 나타낸 매개변수 및 이하에 논의한 매개변수를 사용한 것 이외에는 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 3GT 중합체의 I.V.는 1.02였다. 방사구 온도는 264℃였다. 적용된 방사 속도는 3500 m/분였다. 제2 인터레이스 젯의 압력은 35 psi였다. 연신비는 0.999 내지 1.10의 범위였다. 튜브 찌부러짐의 여부를 평가하기 위해, 크기가 약 2.5 kg이고 패키지 직경이 약 160 mm인 패키지를 표 9에 기재된 모든 실시예 및 비교예에 대해 제조하였다. 생성되는 사의 특성을 하기 표 10에 제공하였다.

결과에 대한 논의 - 실시예 13 내지 16 및 비교예 G 내지 I

표 10은 연신비가 증가할수록 DWS가 증가한다는 것을 보여준다. 연신비 1.10에서 DWS는 4％보다 약간 더 컸다. 연신비 1.08에서 DWS는 단지 3.4％여서 이 조건에서 내노화성을 나타내지만, 연신비 1.04 초과에서 튜브 찌부러짐이 발생하였다. 따라서, 사 저장 동안 내노화성의 관점에서, 방사 어닐링 공정 중의 연신비의 증가는 사의 내노화성을 크게 약화시키지는 않았다. 그러나, 패키지 권취 동안에 튜브 찌부러짐이 발생하여, 권취기상의 방추로부터 패키지가 풀리는 것이 방지되었다. 표 10은 또한 연신비가 증가함에 따라 생성되는 사의 신도가 감소한다는 것을 나타낸다. 튜브 찌부러짐이 일어나려고 하는 연신비 1.04에서, 1 이하의 연신비에서는 70％ 초과였던 신도가 약 66％로 감소되었다. 연신비가 1.04로부터 더 증가하는 경우, 생성되는 사의 신도는 더욱 감소되었다. DTY 공급사의 신도 감소는 방사 생산성을 감소시켰다. 따라서, 생산성의 관점에서 낮은 연신비가 또한 바람직하였다.

실시예 17 내지 20

하기 표 11에 나타낸 매개변수를 사용한 것 이외에는 실시예 1 및 2의 방법을 반복하였다. 생성되는 사의 특성을 하기 표 12에 제공하였고, 실시예 1, 3, 6 및 9의 특성과 비교하였다.

실시예 1, 3, 6 및 9와 더불어 실시예 17 내지 20은 방사 속도 3334, 3500, 3800 및 4000 m/분에서의 연신비의 변화의 예들을 제공하였다. 주요 공정 조건을 표 11에 제공하였다. 연신비는 모두 1 이하였다. 가열된 고뎃 온도는 각각의 방사 속도에서 비교된 두 실시예에 있어서 동일하였다. 목적하는 권취 장력에 도달하기 위하여 각각의 실시예에서 권취 오버피드를 조절하였다. 연신비의 효과를 각각의 방사 속도에서 비교하였다. 실시예 1 및 17, 실시예 3 및 18, 실시예 6 및 19, 및 실시예 9 및 20 사이에서 방사 속도가 변화된 경우, 중합체 처리량을 실시예 1에서 제공된 값으로 유지하였다. 따라서, 방사 속도가 증가할수록 데니어가 감소하였다.

결과에 대한 논의 - 실시예 17 내지 20

표 12에서 볼 수 있듯이, 실험한 각각의 방사 속도에서 DWS는 보다 높은 연신비에서 더욱 높았다. 상기 효과는 낮은 방사 속도에서 더욱 명백하였다. 3334 m/분에서 연신비가 0.9989에서 1로 변하는 경우, DWS는 1.5에서 2.4％로 증가하였다. 연신비가 0.9989에서 1로 변하는 경우, 다른 사 특성은 각각의 방사 속도에서 매우 유사하였으며, 특히 BOS는 DWS에 비해 덜 변하였다. 표 12는 또한 본 발명의 SAY 방사 중의 패키지 권취의 4가지 실시예를 제공한다. 실시예 1, 18, 19 및 20은 각각 방사 속도 3334, 3500, 3800 및 4000 m/분에서의 패키지 권취를 제공하였다. 수득한 패키지의 패키지 중량, 패키지 말단 직경, 벌지 비율 및 디쉬 비율을 표 12에 나타내었다. 놀랍게도, 실시예 1, 18 및 19의 패키지 크기는 16.7 kg에 달하였다.

본 발명의 개시 내용의 혜택을 얻은 당업자는 본 발명의 여러 장점 및 특징을 인정할 것이며, 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고도 본원에 기재된 여러 양태 및 실시양태에 여러 변화가 가해질 수 있음을 인정할 것이다. 예를 들어 방직용 사는 섬유 공정, 예를 들어 제직 및 편직에서 사용하기에 적절하도록 낮은 충분한 수축율과 함께, 소정의 특성, 예를 들어 충분한 비강도 및 적절한 신도를 가져야 한다. 현존하는 구입가능한 3GT 사는, 직물에 사용되기 전에 연신 또는 연신-텍스쳐링될 필요가 있는 부분적으로 배향된 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)사(3GT POY)이다. 본 발명에 따른 방법은 특히 섬유 제품을 제조하는데 추가의 연신없이 사용될 수 있는, "직접 사용" 방사된 사를 제공한다. 또한, 예를 들어 사 패키지에서 내노화성을 개선하기 위해 방사 공정을 설계하는 것은 실제 패키지 노화에 기초하여야 한다. 그러나, 패키지의 실제 노화 측정에는 매우 오랜 시간이 소요된다. 본 발명의 일 면은 패키지의 노화를 예측할 수 있고 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 방법을 제공한다. 따라서, 본원에 기재된 여러 면 및 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다.

Claims

(a) 용융된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 방사구를 통해 압출하는 단계;

(b) 압출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 급랭시켜 130℃에서 0.02 g/d 초과의 장력을 갖는 고상 필라멘트의 사조를 형성하는 단계;

(c) 상기 필라멘트를 특정 속도 및 온도로 작동되는 가열된 고뎃에 통과시켜 사조를 가열하며, 이 때, 상기 사조가 가열되는 온도 및 속도는 4％ 이하의 DWS(건조 고온 수축율) 값을 갖는 사(yarn)를 제공하기에 충분하며 이 가열 온도 범위는 90 내지 165℃인 단계;

(d) 상기 사를 35℃ 이하의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 사의 제조 방법.
제1항에 있어서, 급랭 후 고상 필라멘트에 유제(finish)를 도포하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 (d)의 냉각이 차가운 고뎃을 사용하여 실시되며, 이 때, 차가운 고뎃의 속도가 가열된 고뎃과 차가운 고뎃 사이에 1.04 이하의 연신비를 제공하고, 사조 장력이 차가운 고뎃을 통과하기 전에 증가하며, 이 때, 사조 장력이 0.005 g/d 이상 증가하고, 가열된 고뎃의 속도가 3000 m/분 이상이고, 가열된 고뎃의 온도는 90℃ 내지 165℃인 방법.
제3항에 있어서, 차가운 고뎃으로부터의 사조를 패키지상에 권취하고, 이 때, 필라멘트를 0.04 g/d 초과의 장력으로 패키지 상에 권취하며, 실제 사 속도가 차가운 고뎃의 속도 미만이도록 권취하는 방법.
DWS(건조 고온 수축율)가 4％ 이하인 용융 방사된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 사.
제5항에 있어서, 하기 특성들 중 하나 이상을 갖는 사.

105％ 이하의 신도,

2.5 g/d 이상의 비강도(tenacity),

23 g/d 이하의 모듈러스,

2％ 이하의 우스터(Uster),

14％ 이하의 비등 수축율(boil off shrinkage),

0.02 g/d 이상의 130℃에서의 장력,

60 내지 90℃의 제1 열 장력 피크 온도, 및

0.03 내지 0.15 g/d의 제1 피크 장력.
제5항에 있어서, 수축 개시 온도가 45℃ 내지 70℃인 사.
사 층의 두께가 50 mm 이상이고, 중량이 6 kg 이상이며, 텍스타일 제품의 제조에 사용되는, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 융용 방사된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 사가 권취된 패키지.
사 층의 두께가 16 mm 이상이고, 중량이 1.5 kg 이상이고, 패키지 직경이 142 mm 이상이고, 41℃ 이상의 온도에 3.2 시간 이상 동안 노출시 디쉬 비율(dish ratio)이 0.82％ 이하이며, 텍스타일 제품의 제조에 사용되는, 제5항의 사로부터 제조된 패키지.
사 층의 두께가 20 내지 30 mm이고, 중량이 2 내지 3 kg이고, 패키지 직경이 151 내지 169 mm이고, 41℃ 이상의 온도에 3.2 시간 이상 동안 노출시 패키지의 단부 직경과 중앙 직경의 차이가 2 mm 이하이며, 텍스타일 제품의 제조에 사용되는, 제5항의 사로부터 제조된 패키지.
제10항에 있어서, 41℃의 온도에 3.2 시간 이상 동안 노출시 벌지 비율(bulge ratio)이 5％ 이하인 패키지.
제8항에 있어서, 디쉬 비율이 2％ 이하인 패키지.
제8항에 있어서, 찌부러짐(crush)이 없는 튜브 둘레에 권취된 패키지.
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