KR101222316B1

KR101222316B1 - 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르섬유 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101222316B1
Application number: KR1020060137083A
Authority: KR
Inventors: 장재혁; 심동석
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2013-01-15
Also published as: KR20080061899A

Abstract

본 발명은 용융 방사한 미연신사에 방사유제를 부여하고, 고강도 및 저수축의 성질을 갖도록 용융-연신-권취의 연속공정 중에 이완 및 열고정의 과정을 거친 후 폴리비닐클로라이드와 접착력이 향상되도록 권취 직전에 수성 아크릴을 섬유무게에 대하여 0.4 내지 1.0 중량% 부착되도록 처리를 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법으로 제조된 고강도 및 저수축 폴리에스테르 섬유는 강도가 7.5g/d이상이고, 절단신도는 20%이상이며, 건열 수축률(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, 테스트라이트)이 3.5%이하로 폴리비닐클로라이드의 보강재로서 사용될 경우, 열처리 시 원사의 수축으로 인한 형태의 변형을 줄일 수가 있으며 폴리비닐클로라이드와 우수한 접착력을 가지므로 보강재로 사용된 경우 높은 형태 안정성을 나타낼 수 있다.

산업용 폴리에스테르 섬유, 고강도, 저수축율, 수성 아크릴, 접착력, 폴리비닐클로라이드

Description

폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법 { Polyester multi-filament yarns having good adhesive property with polyvinyl chloride and process for producing the same}

도 1은 본 발명의 방사 및 연신 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 산업용 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리비닐클로라이드에 대하여 양호한 접착성을 가지는 산업용 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 섬유는 강력, 신장 탄성율, 치수안정성 및 내피로성 등이 우수하기 때문에 타이어코드, 컨베이어 벨트, 호스등의 고무 구조물이나 옥외 광고판, 돔 구조물, 각종 천막 및 트럭 커버 등의 고무 또는 폴리비닐클로라이드(PVC) 코팅물로 널리 사용되고 있다.

하지만, 폴리에스테르 섬유의 표면은 불활성이기 때문에 고무 또는 PVＣ와의 접착력이 다른 섬유에 비해 미흡하다는 문제점이 있다. 그래서 이러한 문제점을 개량하기 위한 다양한 방안이 제시되어 왔다.

그러나 주로 고무 접착용으로 개량된 폴리에스테르 섬유는 PVC수지와의 접착성이 미흡하고, 또 성형품의 수명이 짧다는 등의 문제점들이 있다.

또한 고무와 PVC수지는 사용하는 접착제의 종류 및 접착 방식이 상이하기 때문에, PVC수지와 폴리에스테르 섬유의 접착력을 향상시키기 위해서는 PVC용 접착제의 종류 및 접착 방식에 적합한 폴리에스테르 섬유의 개발이 요구되고 있다.

일반적으로 PVC수지와의 접착력을 향상시키기 위해서는 폴리에스테르 섬유 표면에 남아있는 방사유제를 없애는 것이 도움이 되지만, 별도의 정련 공정을 추가 실시해야 하므로 실용적이지 않다는 단점이 있다.

대한민국 특허출원번호 제10-1999-0055712호에는 이소시아네이트(isocyanate)화합물을 원사에 첨가하여 PVC가소제인 DOP(dioctyl phthalate, 디옥틸프탈레이트)와 화학적 결합을 유도하여 접착력을 향상시키는 방법이 제시되어 있다.

그러나 이소시아네이트 화합물은 반응성이 높아 자체 보관도 어려울 뿐만 아니라 원사에 부가할 경우에도 장기간 보관할 수 없다는 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 고강도 및 저수축성인 폴리에스테르 섬유의 성질을 그대로 유지하면서 장시간 고온에서도 PVC와 접착력이 우수하고, 또 열수축률이 낮아 고온에서도 형태 변형이 적은 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 폴리비닐클로라이드와 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유는 타포린, 간판지, 호스 및 지오 그리드 등의 산업용 코팅 직물에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 방사 및 연신 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 폴리에스테르 제조 공정을 설명한다. 먼저, 폴리에스테르 칩을 용융 방사하여 냉각 고화된 폴리에스테르 미연신사를 고데트 롤러(11)에 권취하기 전에 방사유제공급장치(10)를 이용하여 통상의 유제를 부여한다. 이어서 여섯 쌍의 고데트롤러 1(11), 2(12), 3(13), 4(14), 5(15) 및 6(16)을 거치면서 연신 및 이완, 그리고 열고정을 한다. 그런 후 권취기(18)에서 권취하기 직전에 유제공급장치인 제트오일가이드(17)의 노즐을 통하여 수성 아크릴을 처리하여 PVC와 우수한 접착성을 가지는 폴리에스테르 섬유를 제조한다. 그리고 도 1중 설명되지 않은 부호 19는 보온용 박스를 나타낸다.

용융 방사되는 폴리에스테르 칩은 고상 중합되고, 고유점도가 0.76 내지 1.0인 폴리에스테르 칩이 바람직하고, 보다 바람직하게는 고유점도가 0.88인 것이다. 폴리에스테르 칩의 고유점도가 1.0을 초과할 경우에는 분자량의 증가 및 방사 시 결정 크기의 증가로 수축률을 3.5% 이하로 발현하는 것이 불가능하다. 또 고유점도가 0.76 미만일 경우에는 폴리에스테르 칩으로서는 분자량이 적고, 고배향도 원사의 제조가 곤란하므로 제조된 원사의 고강력을 발현하기에 충분하지 못하다.

본 발명이 목적으로 하는 제조된 폴리에스테르가 저수축성을 특징으로 가지 기 위해서는 연신롤러 중 네 번째 고데트 롤러 4(14)의 온도가 중요한데, 온도를 230~245℃의 범위로 유지하여야 한다. 230℃ 미만의 온도에서는 수축률이 상승하고, 245℃를 초과하는 온도에서는 강력 감소가 일어난다.

다음으로 방사유제를 부여하여 저수축성을 달성하는 데, 첫 번째 고데트롤러1(11)를 지나기 전에 통상의 방사유제공급장치를 이용하여 부여한다. 본 발명의 방사유제공급장치(10) 및 유제공급장치(17)는 일반적인 유제공급장치를 이용할 수 있는 데, 예를 들면 롤러 오일러나 제트 오일가이드를 이용할 수 있다.

이어서 고데트롤러 1(11)과 고데트롤러 4(14)의 연신비율을 5.0 내지 6.0으로 하여 열연신하고, 고데트롤러 4(14)와 고데트롤러 5(15) 또는 고데트롤러 6(16)의 이완율을 8.0% 내지 15.0%로 하고, 권취기(18)로 권취하기 직전에 제트오일가이드(17)를 이용하여 수성 아크릴을 처리 한다. 이 때 이완율이 8.0% 미만이면 연신사의 수축률이 지나치게 높고, 이완율이 15.0%를 초과하면 연신사의 떨림 현상이 심각하여 권취가 어렵다.

방사유제로는 수성 에멀젼 유제를 사용하거나, 저점도 광물유로 희석시킨 니트 유제 또는 스트레이트 유제를 사용하면 바람직하다. 이 때 섬유에 부착되는 양은 0.6 내지 1.2 중량%가 바람직하다. 방사유제의 공급량은 높을수록 연신시키기에는 유리하지만, 타르나 탄화물 발생 증가로 인한 작업성 저하가 야기되므로 바람직하지 않으므로 상기한 바와 같은 범위내의 부착량이 유지되도록 하여야 한다.

수성 아크릴은 아크릴을 2 내지 50중량% 함유하고, 물을 50 내지 98중량% 함유한다.

수성 아크릴의 급유 방법은 노즐식 급유법을 사용하고, 권취 직전에 섬유무게의 0.4 내지 1.0중량%가 되도록 급유한다. 수성아크릴의 부착량을 0.4% 미만으로 하면, 기능성 유제 내의 수성아크릴 함량비가 적어서 PVC 접착 시에 접착할 수 있는 반응기가 적게 되고, 따라서 접착력이 향상되는 효과가 낮다. 반면, 부착량이 1.0중량%를 초과하게 하면, 수성아크릴 함량비가 상당히 높아 접착력 면에서는 바람직하지만 상기 0.4 내지 1.0중량% 범위로 부착시켰을 때의 접착력과는 큰 차이가 없고, 오히려 공급량이 많아서 작업 중 오염의 증가 및 작업성 저하가 발생하고 원사가 뻣뻣해질 수 있다.

상기 방법으로 제조한 본 발명의 폴리에스테르 섬유는 인장강도 7.5g/d~10.1g/d, 절단신도 20% 이상, 건열수축률 3.5% 이하(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, 테스트라이트), 복굴절율 205 이상, 결정 배향함수 0.80 이상을 만족하고, PVC와의 접착력이 12.3~18.4lbs/inch인 특성을 갖는다.

이하, 구체적인 실시 예 및 비교 예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 이들 실시 예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시 예 및 비교 예에서는 다음과 같은 평가방법 및 측정방법을 사용하였다.

(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 근사 식으로 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 길이 차이의 백분율로 결정하였다.

(d) 연신비 및 이완율은 아래 식 (2) 및 (3)으로 정의된다.

(e) 접착력:

접착력 측정은 FS#191 5970에 준하여 실시하였다.

(실시예1)

고유점도 0.88의 폴리에스테르 칩을 이용하여 스핀드로우 연속공정에 의해 방사온도 295℃로 192홀의 방사구금에서 350g/min의 토출량으로 방사하고, 고데트롤러 1(11)을 지나기 전에 오일링 롤러 또는 노즐식 급유법에 의하여 통상의 방사유제를 섬유무게에 대하여 0.65중량%로 부여한다. 그런 후 여섯 쌍의 고데트 롤러로 이루어진 연신기를 이용하여 2단계의 연신, 열고정 및 이완 과정을 거쳐서 1000데니어 192필라멘트의 폴리에스테르 필라멘트사를 제조하였다. 이 때 고데트롤러 1(11)에서 고데트롤러 4(14)까지는 연신비 5.4로 연신하고, 고데트 롤러 4(14)의 속도는 4000m/min로 하였다. 고데트롤러 4(14)에서 고데트롤러 6(16)까지 이완율 9.0%로 이완하였다. 이 때 고데트롤러 4(14)의 온도는 245℃이고, 고데트롤러 5(15)의 온도는 160℃이다. 고데트롤러 6(16) 이후에 제트오일가이드(17)로 노즐식 방법에 의하여 수성 아크릴을 섬유 무게에 대하여 0.4중량% 부착되도록 처리하고 권취하였다.

(실시예2)

연신비를 5.5, 방사유제 공급량을 0.66중량% 및 수성 아크릴을 0.65중량%로 한 것 이외에는 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

(실시예3)

이완율을 8.0%, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 230℃, 방사유제 공급량을 0.82중량% 및 수성 아크릴을 0.55중량%로 한 것 이외에는 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

(실시예4)

고유점도가 0.93인 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.3, 이완율을 8.0%, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 230℃, 방사유제 공급량을 0.84중량%, 그리고 수성 아크릴을 0.6중량%로 하여 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

(실시예5)

고유점도가 0.93인 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.6, 이완율을 8.0%, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 230℃, 방사유제 공급량을 0.65중량%, 그리고 수성 아크릴을 1.0중량%로 하여 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

상기 실시 예 1 내지 5에서 사용한 값을 표 1에 나타낸다. 실시 예 1 내지 5에서 얻어진 폴리에스테르 섬유의 물성을 상기한 측정방법에 따라 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예1)

고유점도 1.0의 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.4, 이완율을 10.0%로 하고, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 238℃, 방사유제 공급량을 0.64중량%, 그리고 수성 아크릴을 0.7중량%로 하여 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

(비교예2)

고유점도 0.76의 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.5, 이완율을 9.0%로 하고, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 235℃, 방사유제 공급량을 0.65중량%로 하여 실시 예1과 같이 실시하였는데, 고데트 롤러 6(16) 이후에 수성 아크릴을 공급하지 않고 권취하였다.

(비교예3)

고유점도 0.88의 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.6, 이완율을 9.0%로 하고, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 235℃, 방사유제 공급량을 0.83중량%, 그리고 수성아크릴을 0.18중량%로 하여 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

(비교예4)

고유점도 0.88의 폴리에스테르 칩을 사용하고, 연신비를 5.6, 이완율을 9.0%로 하고, 네 번째 고데트롤러 4의 온도를 225℃, 방사유제 공급량을 0.66중량%, 그 리고 수성 아크릴을 0.5중량%로 하여 실시 예1과 동일하게 실시하였다.

상기 비교 예 1 내지 4에서 사용한 값을 표 1에 나타낸다. 비교 예 1 내지 4에서 얻어진 폴리에스테르 섬유의 물성을 상기한 측정방법에 따라 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명의 방법으로 제조된 고강도 및 저수축 폴리에스테르 섬유는 강도가 7.5g/d이상이고, 절단신도는 20%이상이며, 건열 수축률(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, 테스트라이트기계사용)이 3.5%이하이며 PVC와의 접착력이 12.3 ~ 18.4lbs/inch 이므로 폴리비닐클로라이드의 보강재로서 사용될 경우, 열처리시 원사의 수축으로 인한 형태의 변형을 줄일 수가 있다.

또 폴리비닐클로라이드와의 우수한 접착력을 가지므로 보강재로 사용된 경우 높은 형태 안정성을 나타낼 수 있다.

Claims

다음의 단계들을 거쳐서 제조함을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

다 음

고유점도가 0.88 내지 1.0인 폴리에스테르 칩을 용융 방사하여 얻은 폴리에스테르 미연신사에 방사유제를 부여하는 단계;

유제가 부여된 폴리에스테르 미연신사를 여섯 쌍의 고데트 롤러를 차례로 거치게 하면서 연신, 이완 및 열고정하는 단계;

연신, 이완 및 열고정한 폴리에스테르 연신사에 수성 아크릴을 부여한 후 권취하는 단계;.
제 1항에 있어서, 상기 연신, 이완 및 열고정하는 단계에서 연신비는 5.0 내지 6.0, 이완율은 8 내지 15 %, 그리고 상기 여섯 쌍의 고데트롤러 중 네 번째 고데트롤러의 온도를 230 내지 240℃로 유지하여 열고정하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수성 아크릴을 폴리에스테르 섬유 무게에 대하여 0.4 내지 1.0중량% 부착되도록 부여하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 폴리에스테르 섬유로서 아래의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리비닐클로라이드와의 접착력이 우수한 폴리에스테르 섬유.

1) PVC와의 접착력: 12.3 내지 18.4lbs/inch

2) 건열수축률: 3.5% 이하

3) 강도: 8.8 내지 10.1g/d