KR101250683B1

KR101250683B1 - 해도형 복합섬유 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101250683B1
Application number: KR1020067017666A
Authority: KR
Inventors: 미에 가미야마; 미유키 누마타
Original assignee: 데이진 화이바 가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2013-04-03
Also published as: US7910207B2; CN1938461A; CN1938461B; WO2005095686A1; EP1731634B1; TWI341339B; EP1731634A1; ATE478986T1; US20100029158A1; JP4473867B2; TW200536971A; KR20060130193A; CN101880921B; US7622188B2; JPWO2005095686A1; CN101880921A; EP1731634A4; DE602005023136D1; US20070196649A1

Abstract

본 발명의 해도형 복합섬유는, 이용해성 폴리머 함유 해성분과, 100 이상의 난용해성 폴리머 함유 도성분으로 이루어지고, 도성분의 직경은 10∼1000㎚ 이고, 서로 이웃하는 도성분 사이 간격이 500㎚ 이하로서, 상기 해 및 도성분 폴리머를 해도형 복합섬유용 방사구금으로부터 용융 방사하여, 400∼6000m/min 의 속도로 인취함으로써 제조되고, 이 복합섬유로부터 해성분 폴리머를 용해 제거하면 10∼1000㎚ 의 직경을 가지며, 의료, 산업 자재 및 기타 용도에 유용한 미세 섬유군이 얻어진다.

Description

해도형 복합섬유 및 그 제조방법{COMPOSITE FABRIC OF ISLAND-IN-SEA TYPE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 해도형 (海島型) 복합섬유에 관한 것으로, 특히 도(島)성분의 수가 매우 많은 해도형 복합섬유에 관한 것이다. 더욱 상세히 서술하면, 해(海)성분의 함유율이 매우 낮아, 이 해성분을 용해 제거함으로써 용이하게 필라멘트수가 매우 많은 미세 섬유군이 얻어지는 해도형 복합섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 극히 다수의 해도형 복합섬유의 제조법이나 장치가 제안되어 있다. 그러나, 도성분의 수를 증가시킬 수 있더라도, 해성분에 대하여 도성분이 차지하는 질량비율 (도비율) 을 증가시키는 것이 어렵다는 문제가 있다. 즉, 도비율을 증가하고자 하면 해도관계가 역전되어, 도성분의 형성을 목적으로 하여 사용된 폴리머가 연속상태가 되어 해성분을 형성하고 만다는 문제나, 도성분의 수를 증가시키는 것은 가능해도, 방사구금의 1 토출구멍 당 면적이 거대해져 버린다는 문제가 있다. 또한, 이 경우에는 도성분의 위치나 수를 컨트롤하는 것도 어려워, 불균질한 복합섬유가 얻어지는 등 여러 가지 문제가 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 해도형 복합섬유를 방사함에 있어서 상류에서 해도형 복합류를 형성하고, 그것을 복수의 제 1 차 깔대기형상부의 각각에서 집합시키고, 이들 집합류를 그 하류에 배치된 제2차 깔대기형상부에서 서로 집합시켜서, 이 제2차 집합류를 토출구멍으로부터 방출(紡出)하는 것을 특징으로 하는 초다도(超多島)의 해도형 복합섬유의 제조방법이 제안되어 있다. 확실히 이방식에 의하면 도의 수는 증가하지만, 구금 토출구멍이 복잡하고 고비용이며, 제조 공정에서의 핸들링도 어려울 뿐 아니라, 도성분이 200개 이상이고 도성분의 섬도가 0.0095dtex 이하인 미세 섬유를 제작하기 위해서는 해성분량을 많이 할 필요가 있어, 이때문에 해성분과 도성분의 질량비율은 1:1 이상으로서 용해 폐기하는 해성분 폴리머의 양이 여전히 많다고 하는 문제가 있다.

한편, 특허문헌 2 에는, 스태틱 믹서 등으로 혼합한 복합 폴리머를 해도형 혼합 방사섬유로 하고, 이어서 그 해성분을 제거하여 미세한 폴리머 단섬유의 집합체로 이루어지는 섬유의 제조방법이 제안되어 있다. 그러나, 블렌드에 의한 도상(島相) 형성이기 때문에 그 균질도가 불충분하고, 또한, 섬유 축방향의 길이가 유한한 미세 피브릴로 이루어지는 집합체 섬유이기 때문에 강도도 낮다는 문제가 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공보 소58-12367호

특허문헌 2: 일본 특허공보 소60-28922호

발명의 개시

본 발명의 목적은, 도성분의 함유 비율이 높더라도 해성분을 용이하게 용해 제거할 수 있고, 필라멘트수가 매우 많은 미세 섬유군을 얻을 수 있는 해도형 복합섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 본 발명의 해도형 복합섬유 및 그 제조방법에 의해서 달성할 수 있다.

본 발명의 해도형 복합섬유는 이용해성(易溶解性) 폴리머를 해성분으로 하도, 난용해성(難溶解性) 폴리머를 도성분으로 하는 해도형 복합섬유로서, 이 복합섬유의 횡단면에서의, 상기 각각의 도성분의 직경이 10∼1000㎚ 의 범위 내에 있고, 도성분의 수가 100 이상이며, 서로 이웃하는 도성분 사이 간격이 500㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 도성분 수가 500 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 도성분 중의 직경의 편차를 나타내는 CV% 가 0∼25% 인 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분의 도성분에 대한 복합 질량비율 (해:도) 이 40:60∼5:95 인 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분의 도성분에 대한 용해 속도비 (해/도) 가 200 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분용 이용해성 폴리머가, 폴리락트산, 초고분자량 폴리알킬렌옥사이드 축합계 폴리머, 폴리에틸렌글리콜계 화합물 공중합 폴리에스테르, 및, 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산과의 공중합 폴리에스테르에서 선택되는 적어도 1종의 알칼리 수용액 이용해성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산과의 공중합 폴리에스테르가, 6∼12몰% 의 5-나트륨술포이소프탈산 및 3∼10중량% 의 분자량 4000∼12000 의 폴리에틸렌글리콜이 공중합되어 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체에서 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 섬유 단면에 있어서, 도성분 직경 (r) 과, 상기 섬유 횡단면에 그 중심을 통과하여 서로 45도의 각(角) 간격을 두고 4개의 직선을 그었을 때, 이 4개의 직선 상에 있는 도성분의 간격의 최소치 (Smin), 및 섬유 직경 (R) 과 상기 도성분의 간격의 최대치 (Smax) 가 하기 식 (I) 및 (Ⅱ) 을 만족하는 것이 바람직하다.

0.001≤Smin/r≤1.0 (I) 및

Smax/R≤0.15 (Ⅱ)

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 실온 하에 측정된 하중-신장 곡선에 있어서, 해성분의 부분 파단에 의한 항복점이 존재하고, 도성분의 파단에 의한 해도형 복합섬유의 파단이 발현되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분이 나일론이고 또한 포름산에 가용성인 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해도형 복합섬유가 미연신 섬유이어도 좋다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 해도형 복합섬유가 연신 섬유이어도 좋다.

본 발명의 방법은 본 발명의 해도형 복합섬유를 제조하는 방법으로서, 해도형 복합섬유용 방사구금으로부터, 이용해성 중합체로 이루어지는 해성분과, 난용해성 폴리머로 이루어지며 또한 상기 이용해성 폴리머보다 낮은 용융점도를 갖는 도성분을 용융ㆍ압출하는 공정과, 이 압출된 해도형 복합섬유를 400∼6000m/min 의 방사 속도로 인취하는 공정을 포함하는 방법이다.

본 발명의 해도형 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 인취한 복합섬유를, 60∼220℃ 의 온도에 있어서 배향 결정화 연신하는 공정을 추가로 포함하고 있어도 된다.

본 발명의 해도형 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 인취한 복합섬유를, 온도 60∼190℃ 의 예열 롤러 상에서 예열하고, 연신 배율 1.2∼6.0 으로 연신하여, 120∼220℃ 의 세트 롤러 상에서 열세트하여 감는 공정을 추가로 포함하고 있어도 된다.

본 발명의 해도형 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 용융 압출 공정에서 상기 해성분용 폴리머의 상기 도성분용 폴리머에 대한 용융점도비가 1.1∼2.0 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 해성분용 폴리머 및 도성분용 폴리머가 모두 100℃ 이하의 유리전이점을 갖고, 상기 인취하는 공정과 상기 배향 결정화 연신 공정 사이에, 상기 인취한 해도형 복합섬유를 60∼100℃ 의 온도를 갖는 액체욕 중에 침지하면서, 연신 배율 10∼30, 연신 속도 300m/min 이하의 조건 하에 예비 유동 연신하는 공정을 추가로 포함하고, 또한 상기 예비 유동 연신된 해도형 복합섬유에 대해 상기 배향 결정화 연신 공정이 60∼150℃ 의 온도에서 행해진다.

본 발명의 미세 섬유다발은, 본 발명의 상기 해도형 복합섬유로부터 해성분을 용해 제거하여 얻어지고, 10∼1000㎚ 의 범위 내의 직경을 갖는 미세 섬유로 이루어지는 것이다.

본 발명의 미세 섬유다발에 있어서, 거기에 포함되는 단섬유 직경의 편차 (CV%) 가 0∼25% 인 것이 바람직하다.

본 발명의 미세 섬유다발의 인장강도가 1.0∼6.0cN/dtex 이고, 절단 신장률이 15∼60% 이고, 또한 150℃ 에서의 건열 수축률이 5∼15% 인 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유 제품은, 본 발명의 상기 미세 섬유다발을 함유하는 것이다.

본 발명의 섬유 제품은, 직편물, 펠트, 부직포, 노끈, 또는 방적사의 형상을 갖는 것이어도 된다.

본 발명의 섬유 제품은, 의료(衣料) 용품, 인테리어 용품, 산업 자재 제품, 생활자재 제품, 환경 자재 제품, 또는 의약ㆍ위생 용품에서 선택될 수도 있다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 의하면, 해성분을 용해 제거함으로써 실용에 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 갖고, 미세 섬도의 단섬유로 이루어지는 하이 멀티필라멘트사를 용이하게 얻을 수 있으며, 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 해성분의 비율을 적게 하더라도 용이하게 도성분 직경이 균일한 해도형 복합섬유를 제조할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 해도형 복합섬유를 방사하기 위해서 사용되는 방사구금의 일례의 일부분의 단면 설명도이다.

도 2 는 본 발명의 해도형 복합섬유를 방사하기 위해서 사용되는 방사구금의 다른 예의 일부분의 단면 설명도이다.

도 3 은 본 발명의 해도형 복합섬유의 일 실시양태의 단면 설명도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 해도형 복합섬유를 구성하는 폴리머는, 해성분 폴리머가 도성분 폴리머보다 용해성이 높은 조합인 한 적절히 선정할 수 있으며, 특히 용해 속도비 (해/도) 가 200 이상인 것이 바람직하다. 이 용해 속도비가 200 미만인 경우에는, 섬유 단면 중앙부의 해성분을 용해시키고 있는 동안 섬유 단면 표층부의 도성분의 일부도 용해되기 때문에, 해성분을 완전히 용해 제거하기 위해서는 어느 정도의 도성분도 감량되게 되어, 도성분의 굵기 불균일이나 용제 침식에 의한 강도 열화가 발생하여 보풀 및 필링 (pilling) 등을 일으켜, 제품의 품위를 저하시키는 경우가 있다.

해성분 폴리머는, 바람직하게는 도성분과의 용해 속도비가 200 이상이면 어떠한 폴리머라도 상관없으며, 특히 섬유 형성성의 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등이 바람직하다. 예를 들어, 알칼리 수용액 이용해성 폴리머로는, 폴리락트산, 초고분자량 폴리알킬렌옥사이드 축합계 폴리머, 폴리에틸렌글리콜계 화합물 공중합 폴리에스테르, 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산의 공중합 폴리에스테르가 바람직하다. 또한, 나일론 6 은 포름산 용해성이 있고, 폴리스티렌ㆍ폴리에틸렌 공중합체는 톨루엔 등 유기용제에 매우 잘 녹는다.

그 중에서도, 알칼리 이용해성과 해도 단면 형성성을 양립시키기 위해서 폴리에스테르계의 폴리머로는, 5-나트륨술포이소프탈산 6∼12몰% 와 분자량 4000∼12000 의 폴리에틸렌글리콜을 3∼10중량% 공중합시킨 고유점도 0.4∼0.6 의 폴리에틸렌테레프탈레이트계 공중합 폴리에스테르가 바람직하다. 여기서, 5-나트륨이소프탈산은 얻어지는 공중합체의 친수성과 용융점도의 향상에 기여하며, 폴리에틸렌글리콜 (PEG) 은 얻어지는 공중합체의 친수성을 향상시킨다. 또, PEG 는 분자량이 클수록 그 고차 구조에 기인하는 것으로 생각되는 친수성 증가 효과가 커지지만, 산성분과의 반응성이 저하되어 얻어지는 반응 생성물은 블렌드계가 되기 때문에, 내열성ㆍ방사 안정성 등의 점에서 바람직하지 못하다. 또한, PEG 의 공중합량이 10중량% 이상이 되면 PEG 에는 본래 용융점도 저하 작용이 있기 때문에, 얻어지는 공중합체는 본 발명의 목적을 달성하기가 어려워진다. 따라서, 상기 범위에서 양 성분을 공중합하는 것이 바람직하다.

한편, 도성분 폴리머는 그것과 해성분 사이에 용해 속도의 차가 있으면 어떠한 폴리머라도 상관없으며, 특히 섬유 형성성의 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등이 바람직하다. 그 중에서도 의료 제품 등에서는, 폴리에스테르의 경우, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등이 바람직하고, 폴리아미드의 경우는, 나일론 6, 나일론 66 이 바람직하다. 한편, 미세 섬유 직물 등 산업 자재ㆍ의료 소재ㆍ필터 등의 정화 디바이스에 사용하기 위해서는 물이나 산, 알칼리에 강한 폴리스티렌ㆍ폴리에틸렌 등이 내구성 면에서 바람직하다.

상기 해성분 폴리머와 도성분 폴리머로 이루어지는 본 발명의 해도형 복합섬유는, 용융 방사시에 있어서의 해성분의 용융점도가 도성분 폴리머의 용융점도보다 높은 것이 바람직하다. 이러한 관계가 있는 경우에는, 해성분의 복합 질량비율이 40% 미만으로 낮아져도, 도끼리 서로 접합하거나 또는 도성분의 대부분이 서로 접합하여 해도형 복합섬유와는 상이한 것을 형성하는 일이 없다.

바람직한 용융점도비 (해/도) 는 1.1∼2.0 이고 1.3∼1.5 의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 이 비가 1.1배 미만인 경우에는, 공정의 안정성 용융 방사시에 도성분이 서로 접합하기 쉬워지고, 한편 그것이 2.0배를 초과하는 경우에는, 점도차가 지나치게 크기 때문에 방사 공정의 안정성이 저하되기 쉽다.

다음으로 도성분의 수는 많을수록 해성분을 용해 제거하여 미세 섬유를 제조하는 경우의 생산성이 높아지고, 또한 얻어지는 미세 섬유도 현저히 가늘어져, 초미세 섬유 특유의 부드러움, 매끄러움, 광택감 등을 발현할 수 있기 때문에, 도성분 수는 100 이상인 것이 중요하고 바람직하게는 500 이상이다. 여기서 도성분의 수가 100 미만인 경우에는, 해성분을 용해 제거하더라도 미세 단섬유로 이루어지는 하이 멀티필라멘트사를 얻을 수 없어, 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 또, 도성분 수가 지나치게 많아지면, 방사구금의 제조 비용이 커질 뿐만 아니라 방사구금의 가공 정밀도 자체도 저하되기 쉬워지므로, 도성분 수를 1000 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도성분의 직경은 10∼1000㎚ 이어야 하고 바람직하게는 100∼700㎚ 이다. 도성분의 직경이 10㎚ 미만인 경우에는, 섬유 구조 자체가 불안정하여, 물성 및 섬유형태가 불안정해지기 때문에 바람직하지 못하고, 한편 1000㎚ 를 초과하는 경우에는 초미세 섬유 특유의 부드러움이나 질감을 얻을 수 없어, 바람직하지 못하다. 또한, 복합섬유 단면 내의 각 도성분은, 그 직경이 균일할수록 해성분을 제거하여 얻어지는 미세 섬유로 이루어지는 하이 멀티필라멘트사의 품위 및 내구성이 향상된다.

또, 본 발명의 해도형 복합섬유는, 그 해도 복합 질량비율 (해:도) 이 40:60∼5:95 의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 특히 30:70∼10:90 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에 있으면, 도성분 사이의 해성분의 두께를 얇게 할 수 있어, 해성분의 용해 제거가 용이해지고, 도성분의 미세 섬유로의 전환이 용이해진다. 여기서 해성분의 비율이 40% 를 초과하는 경우에는 해성분의 두께가 지나치게 두꺼워지고, 한편 5% 미만인 경우에는 해성분의 양이 지나치게 적어져, 도 사이에 상호 접합이 발생하기 쉬워진다.

본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 도성분의 절단 신장률이 해성분의 절단 신장률보다 큰 것이 바람직하다. 또, 그리고 본 발명의 해도형 복합섬유 단면에 있어서 도성분의 직경(r) 과, 상기 섬유 단면에 그 중심을 통과하여 서로 45도의 각 간격을 두고 4개의 직선을 그었을 때, 이 4개의 직선 상에 있는 도성분의 간격의 최소치 (Smin), 및 섬유 직경 (R) 과 상기 도사이 간격의 최대치 (Smax) 가 하기 식 (I) 및 (Ⅱ) 를 만족하고 있으면, 실용에 견딜 수 있는 기계적 강도를 갖는 미세 섬유를 얻을 수 있다.

0.001≤Smin/r≤1.0 (I),

Smax/R≤0.15 (Ⅱ)

단, 상기 도 사이의 간격의 측정에 있어서, 복합섬유의 중심부분이 해성분에 의해 형성되어 있는 경우, 이 중심부분을 사이에 두고 이웃하는 도성분 사이 간격을 제외한다. 상기보다 바람직하게는 0.01≤Smin/r≤0.7, Smax/R≤0.08 이다. 여기서 Smin/r 값이 1.0 를 초과하는 경우, 또는 Smax/R 값이 0.15 를 초과하는 경우에는, 해당 복합섬유를 제조할 때의 고속방사성이 나빠지거나, 또는 연신 배율을 높일 수 없기 때문에, 얻어지는 해도 섬유의 연신사 물성 및 해성분 용해 제거에 의해 얻어지는 미세 섬유의 기계적 강도가 낮아진다. Smin/r 값이 0.001 미만인 경우에는, 도끼리 서로 교착될 가능성이 높아진다.

또, 본 발명의 해도형 복합섬유는, 그 서로 이웃하는 도성분 사이 간격이 500㎚ 이하이고, 20∼200㎚ 의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 이 도성분 사이 간격이 500㎚ 를 초과하는 경우에는, 이 간격을 차지하는 해성분을 용해 제거하는 동안에 도성분의 용해가 진행되기 때문에, 도성분의 균질성이 저하될 뿐만 아니라, 이 도성분으로부터 형성된 미세 섬유를 실용에 사용했을 때, 보풀 및 필링 등 착용시 결함, 및 염색 불균일도 발생하기 쉬워진다.

상기에 설명된 본 발명의 해도형 복합섬유는, 예를 들어 하기 방법에 의해 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 우선 용융점도가 높으면서 이용해성인 폴리머 와, 용융점도가 낮으면서 난용해성인 폴리머를, 전자가 해성분이고 후자가 도성분이 되도록 용융 방사한다. 여기서, 해성분과 도성분의 용융점도의 관계는 중요하여, 해성분의 함유비율이 낮아지고 도사이 간격이 작아지면, 해성분의 용융점도가 작은 경우에는, 복합섬유의 용융 방사구금 내에서 도성분간 유로의 일부를 해성분이 고속 유동하게 되어, 도 사이에 상호 접합이 일어나기 쉬워지기 때문에 바람직하지 못하다.

이 미세 섬유용 해도형 복합 미연신 섬유의, 실온에서의 하중-신장 곡선에 있어서, 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점이 발현되는 것도 있다. 이것은 해성분이 도성분보다 빠르게 고화됨으로써 해성분의 배향도가 진행되고, 한편 도성분은 해부의 영향에 의해 배향도가 낮기 때문에 관찰되는 현상이다. 제 1 차 항복점은 해성분의 부분적 파단점을 의미하고 (이 점을 부분 파단 신도 Ip% 로 한다), 항복점 이후에는 배향도가 낮은 도성분이 신장된다. 그리고 하중-신장 곡선의 파단점에서는 해도 양 성분이 함께 파단된다 (이 점을 전체 파단 신도 It% 로 한다). 방사 속도가 빨라질수록 제 1 차 항복점이 초기 단계로 이행하는 것으로부터도 이들 현상을 설명할 수 있다. 물론, 실온 하에서의 하중-신장 곡선은 상기에 한정되지 않고 통상적인 하중-신장 곡선을 나타내어도 된다.

본 발명의 해도형 복합섬유의 용융 방사에 사용되는 방사구금으로는, 도성분을 형성하기 위한 중공 핀군이나 미세구멍군을 갖는 것 등 적절한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 중공 핀이나 미세구멍으로부터 압출된 도성분과 그 사이를 메우도록 설계된 유로로부터 공급된 해성분 류(流)를 합류하고, 이 합류체 류를 점차 로 가늘게 하면서 토출구로부터 압출하여 해도형 복합섬유를 형성할 수 있는 한, 어떠한 방사구금도 상관없다. 바람직하게 사용되는 방사구금의 일례를 도 1 및 2 에 나타내는데, 본 발명의 방법에 사용할 수 있는 방사구금은 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다. 도 1 에 나타내는 방사구금 (1) 에 있어서, 분배전 도성분용 폴리머 보관부 (2) 내의 도성분용 폴리머 (용융체) 는 복수의 중공 핀에 의해 형성된 도성분용 폴리머 도입로 (3) 중에 분배되고, 한편, 해성분용 폴리머 도입 통로 (4) 를 통하여 해성분용 폴리머 (용융체) 가 분배전 해성분용 폴리머 보관부 (5) 에 도입된다. 도성분용 폴리머 도입로 (3) 를 형성하고 있는 중공 핀은, 각각 해성분용 폴리머 보관부 (5) 를 관통하여, 그 아래에 형성된 복수의 심초형 복합류용 통로 (6) 의 각각의 입구 중앙부분에 있어서 하향으로 개구되어 있다. 도성분용 폴리머 도입로 (3) 의 하단으로부터 도성분 폴리머류가 심초형 복합류용 통로 (6) 의 중심부분에 도입되고, 해성분용 폴리머 보관부 (5) 중의 해성분용 폴리머류는 심초형 복합류용 통로 (6) 중에 도성분 폴리머류를 둘러싸도록 도입되어, 도성분 폴리머류를 심으로 하고, 해성분 폴리머류를 초로 하는 심초형 복합류가 형성되어서, 복수의 심초형 복합류가 깔대기형상의 합류 통로 (7) 중에 도입된 후, 이 합류 통로 (7) 중에 있어서 복수의 심초형 복합류는 각각의 초부가 서로 접합하여, 해도형 복합류가 형성된다. 이 해도형 복합류는 깔대기형상의 합류 통로 (7) 속을 유하하는 동안 점차로 그 수평방향의 단면적을 감소하여, 합류 통로 (7) 하단의 토출구 (8) 로부터 토출된다.

도 2 에 나타내는 방사구금 (11) 에 있어서는, 도성분 폴리머 보관부 (2) 와 해성분 폴리머 보관부 (5) 가 복수의 투과공으로 이루어지는 도성분 폴리머용 도입 통로 (13) 에 의해 연결되어 있고, 도성분 폴리머 보관부 (2) 중의 도성분 폴리머 (용융체) 는 복수의 도성분 폴리머용 도입 통로 (13) 중에 분배되어, 그것을 통과하여 해성분 폴리머 보관부 (5) 중에 도입되고, 도입된 도성분 폴리머류는, 해성분 폴리머 보관부 (5) 에 수용되어 있는 해성분 폴리머 (용융체) 중을 관통하여 심초형 복합류용 통로 (6) 중에 유입된 후, 그 중심부분을 유하(流下)한다. 한편 해성분 폴리머 보관부 (5) 중의 해성분 폴리머는, 심초형 복합류용 통로 (6) 중에 그 중심부를 유하하는 도성분 폴리머류의 주위를 둘러싸도록 유하한다. 이것에 의해, 복수의 심초형 복합류용 통로 (6) 중에 있어서 복수의 심초형 복합류가 형성되고, 깔대기형상의 합류 통로 (7) 중으로 유하되어, 도 1 의 방사구금과 동일하게 해도형 복합류를 형성하고, 또한, 그 수평방향의 단면적을 감소하면서 유하해서 토출구 (8) 를 통과하여 토출된다.

토출된 해도형 단면 복합섬유는 냉각풍에 의해서 고화되고, 바람직하게는 400∼6000m/분의 속도로 감기며, 보다 바람직하게는 1000∼3500m/분이다. 방사 속도가 400m/분 이하에서는 생산성이 불충분하고, 또한 6000m/분 이상에서는 방사 안정성이 불량해진다.

얻어진 미연신 섬유는, 별도 연신 공정을 거쳐 원하는 인장강도, 절단 신장률 및 열수축 특성을 갖는 연신 복합섬유로 하거나, 또는 일단 감지 않고 일정 속도로 롤러에 인취하여, 계속해서 연신 공정을 거친 후에 감는 방법 중 어느 방법이라도 상관없다. 구체적으로는 60∼190℃, 바람직하게는 75℃∼180℃ 의 예열 롤러 상에서 예열하고, 연신 배율 1.2∼6.0배, 바람직하게는 2.0∼5.0배로 연신해서, 세트 롤러 120∼220℃, 바람직하게는 130∼200℃ 에서 열세트를 실시하는 것이 바람직하다. 예열 온도가 부족한 경우에는, 목적으로 하는 고배율 연신을 달성하는 것이 불가능해진다. 세트 온도가 지나치게 낮으면, 얻어지는 연신 섬유의 수축률이 지나치게 높기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 세트 온도가 지나치게 높으면, 얻어지는 연신 섬유의 물성이 현저히 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명의 제조방법에 있어서는, 특히 미세한 도성분 직경을 갖는 해도형 복합섬유를 고효율로 제조하기 위해서, 통상의 이른바 배향 결정화를 동반하는 네크 연신 (배향 결정화 연신) 에 앞서, 섬유 구조는 변화시키지 않으면서 섬유 직경만을 미세화하는 유동 연신 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 여기서 유동 연신을 용이하게 하기 위해서, 열용량이 큰 수(水)매체를 사용하여 섬유를 균일하게 예열하고, 저속으로 연신하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 연신시에 섬유 구조에 유동상태를 형성하기 쉬워져, 섬유의 미세구조의 발달을 동반하지 않고서 용이하게 연신할 수 있다. 이 예비 유동 연신을 하는 경우에는, 특히 해성분 폴리머 및 도성분 폴리머가 함께 유리 전이 온도 100℃ 이하의 폴리머인 것이 바람직하고, 그 중에서도 PET, PBT, 폴리락트산, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인취한 복합섬유를 60∼100℃, 바람직하게는 60∼80℃ 범위의 온수 배스에 침지하여 균일 가열을 실시하면서 연신 배율은 10∼30배, 공급 속도는 1∼10m/분, 권취 속도는 300m/분 이하, 특히 10∼300m/분의 범위에서 예비 유동 연신을 실시하는 것이 바람직하다. 예열 온도 부족 및 연신 속도가 지나치게 빠른 경우에는, 목적으로 하는 고배율 연신을 달성하기가 불가능해진다.

상기 유동상태에서 예비 연신된 예비 연신 섬유는, 그 강신도 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 60∼150℃ 의 온도에서 배향 결정화 연신한다. 이 연신 조건이 상기 범위 밖의 온도에서는, 얻어지는 섬유의 물성이 불충분하게 된다. 또, 상기 연신 배율은, 용융 방사 조건, 유동 연신 조건, 배향 결정화 연신 조건 등에 따라서 설정할 수 있으며, 일반적으로 이 배향 결정화 연신 조건에서 연신가능한 최대 연신 배율의 0.6∼0.95배로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 해도형 복합섬유로부터 해성분을 용해 제거하여 얻어지는 직경 10∼1000㎚ 의 미세 단섬유의 섬도의 편차를 나타내는 CV% 값은 0∼25% 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0∼20%, 더욱 바람직하게는 0∼15% 이다. 이 CV 값이 낮은 것은 섬도의 편차가 적은 것을 의미한다. 단섬유 섬도의 편차가 적은 미세 섬유다발을 사용함으로써 나노 레벨로 미세 단섬유의 섬유 직경을 컨트롤하는 것이 가능해지기 때문에, 용도에 맞춘 상품 설계가 가능해진다. 예를 들어, 필터 용도에서는, 미세 단섬유 직경에 있어서 흡착할 수 있는 물질을 선택해 두면 용도에 맞춰서 섬유 직경을 설계하는 것이 가능해져, 매우 효율적으로 상품 설계를 할 수 있게 된다.

본 발명의 해도형 복합섬유로부터 해성분을 용해 제거하여 얻어지고, 직경 10∼1000㎚ 의 미세 섬유로 이루어지는 미세 섬유다발의 인장강도는 1.0∼ 6.0cN/dtex 이고, 그 절단 신장률이 15∼60%, 150℃ 에서의 건열 수축률이 5∼15% 인 것이 바람직하다. 상기 미세 섬유다발의 물성, 특히 인장강도가 1.0cN/dtex 이상인 것이 중요하다. 인장강도가 이보다 낮으면 용도가 한정되어 버린다. 본 발명에 의해서, 다양한 용도로 응용 전개가 가능한 강도를 가지고, 또한 종래에는 없는 특징을 갖는 미세 섬유다발을 얻을 수 있다.

종래에는 없던 특징 중 하나로, 본 발명의 미세 섬유다발은 비표면적이 크다는 특징이 있다. 이 때문에, 뛰어난 흡착ㆍ흡수 특성을 갖는다. 이 효과를 살려, 예를 들어 기능성 약제를 흡수시켜 새로운 용도의 전개가 가능해진다. 기능성 약제란, 예를 들어 단백질, 비타민류 등 건강ㆍ미용 촉진을 위한 약제, 그밖에 항염증제나 소독제 등의 의약품 등도 사용할 수 있다. 한편으로, 흡수ㆍ흡착 특성뿐만 아니라, 우수한 서방(除放) 특성을 가진다. 이 효과를 살려 전술한 기능성 약제를 서방시키는 등, 드러그 딜리버리 시스템을 비롯하여 다양한 의약ㆍ위생 용도로 전개가 가능하다.

본 발명의 미세 섬유다발을 적어도 일부에 갖는 섬유 제품은 실, 노끈모양 실, 단섬유로 이루어지는 방적사, 직물, 편물, 펠트, 부직포, 인공피혁 등의 중간제품으로 할 수 있다. 이들을 재킷, 스커트, 팬츠, 속옷 등의 의료, 스포츠 의료, 의료 자재, 카페트, 소파, 커튼 등의 인테리어 제품, 카 시트 등의 차량 내장품, 화장품, 화장품 마스크, 와이핑 크로스, 건강 용품 등의 생활 용도나 연마포, 필터, 유해물질 제거 제품, 전지용 제네레이터 등의 환경ㆍ산업 자재 용도나, 봉합사, 스캐폴드 (scaffold), 인공 혈관, 혈액 필터 등의 의료 용도로 사용할 수 있 다.

도 3 은 본 발명에 관련된 해도형 복합섬유의 일 실시양태 (21) 의 횡단면 설명도로서, 매트릭스를 형성하는 해성분 (22) 과, 그 안에 서로 이간하여 배치된 다수의 도성분 (23) 에 의해 구성되어 있다. 도 3 에 나타내는 본 발명의 해도형 복합섬유에 있어서, 도성분 사이 간격을 측정하는 방법에 관해서 설명한다. 도 3 에 있어서는, 횡단면 (21) 에 그 중심 (24) 을 통과하고, 서로 45도의 각 간격을 두고 4개의 직선 (25-1, 25-2, 25-3, 25-4) 을 그었을 때, 이 4 직선 상에 있는 도성분의 간격을 측정하여 그 중에서 최대 간격 (Smax), 최소 간격 (Smin) 을 정하고, 또한 도성분 간격의 평균치 (Save) 를 산출한다. 도 3 에 있어서는 4 직선 상의 도성분을 주로 하여 기재한 것으로, 그 밖의 도성분의 기재는 생략되어 있다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.

하기 실시예 및 비교예에 있어서, 하기와 같이 측정 및 평가하였다.

(1) 용융점도

공시(供試) 폴리머를 건조시켜서, 용융 방사용 압출기의 용융 온도로 설정된 오리피스 중에 세팅하여, 5분간 용융상태로 유지한 후, 소정 수준의 하중 하에 압출하고, 이 때의 전단 속도와 용융점도를 플롯하였다. 상기 조작을 복수 수준의 하중 하에서 반복하였다. 상기 데이터에 기초하여, 전단 속도-용융점도 관 계 곡선을 작성하였다. 이 곡선 상에 있어서, 전단 속도가 1000초^-1 일 때의 용융점도를 예측하였다.

(2) 용해 속도 측정

해ㆍ도 양 성분용 폴리머 각각을, 24개의 구멍직경 0.3㎜, 랜드길이 0.6㎜ 의 토출구멍을 갖는 해도형 복합섬유 제조용 방사구금을 통해서 압출하고, 1000∼2000m/분의 속도로 감아, 이 섬유를 연신하였다. 그 절단 신장률을 30∼60% 의 범위 내로 컨트롤하여, 75dtex/24f 의 멀티필라멘트를 제조하였다. 이 멀티필라멘트를 용제에 의해 소정 온도에서 욕비(浴比) 50 으로 용해하고, 이 때의 용해시간과 용해량으로부터 용해 속도를 산출하였다.

공시 해도형 복합섬유의 해성분 폴리머의 용해 속도의, 도성분 폴리머의 용해 속도에 대한 비가 200 이상인 경우, 해당 해도형 복합섬유의 용해 분리 성능을 2 (양호) 로 평가 표시하고, 200 미만인 경우, 이것을 1 (불량) 로 평가 표시하였다. 또한, 상기 용융 방사 공정에서 7시간 이상 연속 조업할 수 있었던 경우를 양호로 평가 표기하고, 그 밖의 경우를 불량으로 평가 표시하였다.

(3) 단면 관찰

공시 해도형 복합섬유의 횡단면 사진을 투과형 전자현미경 TEM 을 사용하여, 배율 30000배에 있어서 촬영하였다. 이 전자현미경 사진을 사용하여, 복합섬유의 직경 (R) 및 도성분의 직경 (r) 을 측정하고, 또한, 상기 횡단면 사진에 있어서, 복합섬유의 중심점을 통과하고, 서로 45도의 각도를 가지고 교차하는 4개의 직 선을 그어, 상기 직선 상에 있는 도성분 사이의 최소 간격 (Smin) 및 최대 간격 (Smax) 을 측정하고, 또한 도성분 사이의 평균 간격 (Save) 을 산출하였다.

(4) 미세 단섬유 섬도의 편차 (CV%)

공시 해도형 복합섬유로부터 용제를 사용하여 해성분을 제거해서 얻어진 도성분 폴리머로 이루어지는 미세 섬유다발을, 투과형 전자현미경 (TEM) 을 사용하여 30,000배의 배율로 관찰하고, 미세 단섬유의 섬도를 측정하여, 이 섬도의 표준편차 (σ), 평균 미세 섬유 직경 (r) 을 산출하여, 하기 식에 의해 편차 (CV%) 를 산출하였다.

CV% = (표준편차 (σ)/평균 섬유 직경 (r))×100

상기 평균 미세 단섬유 직경 (r) 은, 미세 섬유다발의 횡단면을 TEM 을 사용하여 배율 30000배로 관찰해서 측정된 미세 단섬유의 장직경과 단직경의 평균값이다.

(5) 도성분의 균일성

공시 해도형 복합섬유를 해성분용 용제로 처리하여, 해성분 함유 비율에 상당하는 질량의 감소가 인정되었을 때 용해 처리를 중지하고, 얻어진 미세 섬유다발의 횡단면을 TEM 에 의해 관찰하여, 미세 단섬유의 횡단면의 균일성에 기초하여 도성분의 균일성을 1 (균일), 2 (불균일) 로 평가 표시하였다.

(6) 하중-신장 곡선, 부분 파단 신장률 (Ip) 및 전체 파단 신장률 (It)

공시 복합섬유의 하중-신장 곡선을, 인장 시험기를 사용하여 실온에 있어서, 또한 초기 시료길이=100㎚, 인장 속도=200m/분에 있어서 작성하였다. 얻어진 하중-신장 곡선 차트 중에, 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점 (부분 파단 신장률 (Ip)) 이 발현된 경우에는, 전체 파단 신장률 (It) 과 부분 파단 신장률 (Ip) 을 상기 하중-신장 곡선 차트 상에 있어서 구하고, 그 차 (전체 파단 신장률 (It))－(부분 파단 신장률 (Ip)) 를 산출하였다.

(7) 미세 섬유다발의 섬도

공시 해도형 복합섬유의 섬도 (D: 상기 (3) 단면 관찰에 기재된 방법에 의해 측정) 및 그 용해 제거율 (Ra: 상기 (2) 용해 속도 측정에 기재된 방법에 의해 측정) 로부터, 공시 미세 섬유다발의 섬도를 하기 식에 의해 산출하였다.

미세 섬유다발의 섬도 = D×(1－Ra)

(8) 미세 섬유다발의 인장강도 및 절단 신장률

해도 복합섬유사로부터 질량 1g 이상의 통편물포를 제작하고, 이 편포를 용제 처리하였다. 해성분을 제거하였다. 얻어진 미세 섬유다발로 이루어지는 편물을 풀어, 얻어진 미세 섬유다발의 하중-신장 곡선 차트를 실온, 초기 시료길이=100㎜, 인장 속도=200m/min 의 조건 하에 작성하였다. 상기 차트로부터 미세 섬유다발의 인장강도 (cN/dtex) 및 절단 신장률 (%) 을 구하였다.

(9) 건열 수축률

공시 미세 섬유다발을 둘레길이 12.5㎝ 의 릴에 10회 감아 실타래를 작성하고, 하중 1/30cN/dtex 하에서의 길이 (L₀) 를 측정하였다. 실타래로부터 상기 하중을 제거하고, 프리상태로 항온 건조기 중에 넣어 150℃ 에서 30분간 가열 처리 하였다. 이 건조된 실타래에 1/30cN/dtex 의 하중을 가하고, 건열 처리 후의 실패의 길이 (L₁) 를 측정하였다. 이 미세 섬유다발의 건조수축률 (DHS) 을 하기 식으로부터 산출하였다.

DHS (%)=[(L₀－L₁)/L₀]×100

실시예 1∼12 및 비교예 1∼6

실시예 1∼12 및 비교예 1∼6 의 각각에서 해도형 복합섬유를 제조하였다.

사용된 도성분용 폴리머 및 해성분용 폴리머를 표 1 에 나타낸다. 해 및 도성분용 폴리머를 가열 용융하여, 해도형 복합섬유 방사용 구금에 넣고, 280℃ 의 방사 온도에서 압출하여 표 1 에 기재된 인취 속도로 권취 롤러 상에 감았다. 얻어진 미연신 섬유다발을 표 2 에 기재된 연신 온도 및 연신 배율로 롤러 연신하였다 (단, 이 때, 실시예 12 에서는, 온도 80℃ 의 온수 배스 중에 있어서 22배로 유동 연신한 후, 온도 90℃ 에서 2.3배로 롤러 연신하였다). 상기 연신된 섬유다발에 온도 150℃ 의 열처리를 실시하고, 감았다. 이 때, 실시예 1∼12 에서는, 얻어지는 연신 열처리된 섬유다발의 얀 (yarn) 카운트가 22dtex/10f 가 되도록 방사 토출 유량 및 연신 배율을 조정하였다. 얻어진 해도형 복합섬유의 성능 측정ㆍ평가 결과를 표 1 및 표 2 에 나타낸다.

표 1 에 기재된 폴리머는 하기와 같다.

PET1: 280℃ 에서의 용융점도가 120Pa.s 푸아즈인 폴리에틸렌테레프

탈레이트.

PET2: 280℃ 에서의 용융점도가 125Pa.s 이고, 또한 산화티탄 함유량이

0.3 중량% 인 폴리에틸렌테레프탈레이트.

PET3: 270℃ 에서의 용융점도가 60Pa.s 인 폴리에틸렌테레프탈레이트.

NY-6: 280℃ 에서의 용융점도가 140Pa.s 푸아즈인, 나일론 6.

개질 PET1: 280℃ 에서의 용융점도가 175Pa.s 푸아즈인 5-나트륨술포이소

프탈산 6몰% 와 수평균 분자량 4000 의 폴리에틸렌글리콜 6중

량% 를 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트.

개질 PET2: 280℃ 에서의 용융점도가 75Pa.s 인 5-나트륨술포이소프탈산

2몰% 와 수평균 분자량 4000 의 폴리에틸렌글리콜 10중량% 를

공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트.

개질 PET3: 280℃ 에서의 용융점도가 200Pa.s 이고, 또한 수평균 분자량

4000 의 폴리에틸렌글리콜 3중량% 를 공중합한 폴리에틸렌테레

프탈레이트.

개질 PET4: 280℃ 에서의 용융점도가 155Pa.s 이고, 또한 5-나트륨술포이

소프탈산 8몰% 와 수평균 분자량 4000 의 폴리에틸렌글리콜 30

중량% 를 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트.

개질 PET5: 280℃ 에서의 용융점도가 135Pa.s 이고, 또한 5-나트륨술포이

소프탈산 9몰% 와 수평균 분자량 4000 의 폴리에틸렌글리콜 3

중량% 를 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트.

폴리락트산: 270℃ 에서의 용융점도가 175Pa.s 푸아즈이고, 또한 D 체 순

도가 99% 인 폴리락트산.

개질 PBT: 270℃ 에서의 용융점도가 80Pa.s 인, 5-나트륨술포이소프탈산

5몰% 와 수평균 분자량 4000 의 폴리에틸렌글리콜 50중량% 를

공중합한 폴리부틸렌테레프탈레이트.

폴리스티렌: 270℃ 에서의 용융점도가 100Pa.s 푸아즈인 폴리스티렌.

실시예 1 에 있어서는, PET1 및 개질 PET1 을 각각 도성분 및 해성분으로 하여 60:40 의 비율로 사용한 것이다. 얻어진 해도형 복합섬유는, 도-도 사이의 두께가 얇고 균일한 도의 직경을 갖는 해도 단면 형성을 달성하고 있었다. 실온 하에서의 하중-신장 곡선에 있어서는, 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점이 발현되어 있지 않았다. 원사 단면을 TEM 관찰한 결과, 도직경 (r) 과 도성분 사이의 최소 간격 (Smin), 섬유 직경(R) 과 도 사이의 최대 간격 (Smax) 의 관계를 조사한 결과, Smin/r=0.48, Smax/R=0.05 이었다. 표 2 에 기재된 연신 온도, 연신 배율로 롤러 연신하여 얻어진 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고, 4% Na0H 수용액으로 95℃ 에서 40% 감량하여 얻어진 미세 섬유다발의 단면을 관찰한 결과, 균일한 미세 단섬유 직경을 갖는 미세 섬유군이 형성되어 있었다. 해 감량 후의 미세 섬유다발의 인장강도는 2.5cN/dtex, 절단 신장률은 75% 였다.

실시예 2 는, 실시예 1 과 동일한 해도 섬유를 사용하여, 표 2 에 기재된 연신 온도, 연신 배율로 롤러 연신하였다. 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고, 4% Na0H 수용액으로 95℃ 에서 40% 감량한 섬유의 단면을 관찰한 결과, 균일한 미세 단섬유 직경을 갖는 미세 섬유군이 형성되어 있었다. 해 감량 후의 미세 섬유다발의 인장강도는 5.9cN/dtex, 절단 신장률은 40% 였다.

실시예 3 은 실시예 1 과 동일한 해도 폴리머를 사용하여, 도:해=80:20 으로 방사를 실시하였다. 해도 단면 형성성은 도-도 사이의 해의 두께가 얇고, 균일한 도의 직경을 갖는 해도 단면 형성을 달성하고 있었다. 원사 단면을 TEM 관찰하여 도의 직경 (r) 과 도 사이 최소 간격 (Smin), 섬유 직경 (R) 과 도 사이 최대 간격 (Smax) 의 관계를 조사한 결과, Smin/r=0.30, Smax/R=0.01 이었다. 표 2 에 기재된 연신 온도, 연신 배율로 롤러 연신하여 얻어진 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고, 4% Na0H 수용액으로 95℃ 에서 20% 감량하여 얻어진 미세 섬유다발의 단면을 관찰한 결과, 균일한 미세 단섬유 직경을 갖는 미세 섬유군이 형성되어 있었다. 해성분 제거 후의 미세 섬유다발의 인장강도는 3.0cN/dtex, 절단 신장률은 70% 였다.

실시예 4 는 실시예 1 과 동일한 해도 폴리머를 사용하여, 도:해=95:5 로 방사를 실시하였다. 해의 비율이 매우 작지만, 해성분의 용융점도가 높기 때문에 단면 형성성은 양호하였다. 원사 단면을 TEM 관찰하여 도의 직경 (r) 과 도 사이 최소 간격 (Smin) 과, 섬유 직경(R) 과 도 사이 최대 간격 (Smax) 의 관계를 조사한 결과, Smin/r=0.12, (Smax)/R=0.009 였다. 표 2 에 기재된 연신 온도, 연신 배율로 롤러 연신하여 얻어진 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고, 4% Na0H 수용액으로 95℃ 에서 5% 감량하여 얻어진 섬유다발의 단면을 관찰한 결과, 균일한 미세 단섬유 직경을 갖는 미세 섬유다발을 형성하고 있었다. 해성분 제거 후의 미세 섬유다발의 인장강도는 4.0cN/dtex 이고, 절단 신장률은 55% 였다.

실시예 5 는 PET1 과 개질 PET5 를 각각 도 및 해성분으로서 사용하고 해:도=30:70 의 질량비율로 사용하여, 해도형 복합섬유 제조 방사를 실시하였다. 실시예 5 에 있어서는, 도성분의 절단 신장률은 해성분보다 높고, 해/도 알칼리 감량 속도비는 2000배였다. 실온 하에서의 하중-신장 곡선에 있어서는, 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점이 발현되어 있었다. 중간 항복점에서의 신장률과 파단신장률의 차는 120% 였다. 원사 단면을 TEM 관찰한 결과, 해도 단면 형성성은 양호하였다. 도의 직경 (r) 과 도 사이 최소 간격 (Smin), 섬유 직경 (R) 과 도 사이 최대 간격 (Smax) 의 관계를 조사한 결과, Smin/r=0.14, Smax/R=0.03 이었다. 연신 배율 2.3배로 얻어진 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고 4% Na0H 수용액으로 95℃ 에서 30% 감량하였다. 얻어진 미세 섬유다발의 단면을 관찰한 결과, 균일한 직경을 갖는 미세 섬유군이 형성되어 있었다. 해성분 제거 후의 미세 섬유다발의 인장강도는 3.8cN/dtex, 절단 신장률은 55% 였다.

비교예 1 은, 실시예 1 과 동일한 해도성분용 폴리머를 사용하여, 도의 수 100, 도:해 질량비율=50:50 으로 방사ㆍ연신하였다. 단면 형성성은 양호하지만 해성분량이 많기 때문에 도-도 사이의 해성분 두께가 두꺼워, 알칼리 처리에 의한 해성분 제거 처리에 의해 얻어지는 미세 섬유의 균일성이 불충분하였다. 이 불균일성은, 섬유 중심부의 해성분을 용해 제거하고 있는 동안, 섬유 표면부분의 해성분의 제거에 의해서 노출된 도성분이 감량에 처하게 됨으로써 발생한 것이다. 또한 염색 품위 불균일의 발생원 및 마찰에 의한 필링의 발생원이 되는 피브릴이, 미세 섬유다발 상의 곳곳에 발생되어 있었다. 또한, 해성분의 두께가 두껍기 때문에 연신 배율을 높일수 없어, 해성분 제거에 의해 얻어진 미세 섬유다발의 인장강도는 0.9cN/dtex 로서 실용상 불충분한 것이었다.

비교예 2 에 있어서는 도의 수가 25 이기 때문에, 비교예 1 보다 더욱 도성분의 불균일성이 현저하였다.

비교예 3 은, PET1 과 개질 PET2 를 각각 도와 해성분에 80:20 의 비율로 사용한 것이다. 해성분 폴리머의 용융점도가 도성분보다 작기 때문에, 도성분의 90% 이상이 서로 접합되고, 접합된 도성분의 주위를 해성분이 둘러싸는 단면형상을 형성하고 있었다. 따라서, 해성분을 알칼리 감량에 의해 제거하여 미세 섬유다발을 형성하는 것이 불가능하였다.

비교예 4 는, PET1 과 개질 PET3 을 각각 도와 해성분에 80:20 의 비율로 사용한 것이다. 해도 형성성은 양호하지만, 해성분의 알칼리 감량 속도가 도성분과 비교하여 불충분하기 때문에 섬유 표면의 도의 상당량이 감량되어, 해의 상당분이 제거되어 있음에도 불구하고, 복합섬유의 중심부분에 분포하고 있는 해성분의 대부분이 감량되지 않고 잔존되어 있어, 미세 섬유다발 특유의 부드러움이 얻어지지 않았다.

실시예 6 은 PET2 와 나일론 6 을 도 및 해에 사용하고, 도 및 해의 비율 70:30 으로 방사했는데, 도의 용융점도가 높기 때문에 해도 형성성은 양호하였다. 실온 하에서의 하중-신장 곡선에 있어서는 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점은 발현되어 있지 않고, 통상적인 하중-신장 곡선이었다. 원사 단면을 TEM 관찰한 결과, 해도 단면 형성성은 양호하였다. 도의 직경 (r) 과 도 사이 최소 간격 (Smin), 섬유 직경 (R) 과 도 사이 최대 간격 (Smax) 의 관계를 조사한 결과, Smin/r=0.32, Smax/R=0.03 이었다. 연신 배율 3.0배로 얻어진 연신사를 사용하여 통편물을 제작하고, 해의 나일론 6 만을 용해하는 포름산 중에서의 용해 처리를 실온에서 실시한 결과, 도성분인 PET 는 포름산에는 실질적으로 용해되지 않기 때문에 해도성분 사이에 용해 속도에 충분한 차가 있어, 도성분의 균일성이 양호하였다.

실시예 7 은, 실시예 5 의 해로서 사용한 나일론 6 을 도성분 폴리머로 하고, 실시예 1 에 사용한 개질 PET1 을 해성분 폴리머에 사용하여 실시예 5 와 동일하게 방사 연신하였다. 해도 단면 형성성은 양호하였다. 하중 신장 곡선에 있어서는, 해성분의 부분 파단에 상당하는 항복점이 발현되어 있지 않았다. 90℃ 에서의 4% NaOH 수용액으로 해성분을 용해 제거함으로써, 미세 섬유다발을 제조하는 것이 가능했다.

실시예 8 은 PET3 과 폴리락트산을 도 및 해성분으로서 사용하고, 도:해 질량비율=80:20 으로 방사 연신하였다. 폴리락트산의 알칼리 수용액 감량 속도가 매우 빨라, 단시간에 미세 섬유다발을 형성할 수 있고, 또 미세 단섬유 직경의 균일성은 양호하였다.

실시예 9 는 실시예 7 과 동일한 도성분 폴리머를 사용하고, 또한 개질 PBT 를 해성분 폴리머로서 사용하여 용융 방사한 결과, 해도 단면 형성성은 양호하였다. 또한, 해성분의 알칼리 감량성도 매우 빠르기 때문에, 실시예 7 과 마찬가지로 균일성이 우수하고, 질감이 부드러우며 게다가 불균일함이 없는 미세 섬유다발을 얻을 수 있었다.

실시예 10 에서는 실시예 8 과 동일한 도성분 폴리머를 사용하고, 또한 폴리스티렌을 해성분 폴리머로서 사용하여, 도:해성분 질량비율=90:10 으로 방사하였다. 얻어진 연신사를 용제로서 톨루엔을 사용하여 60℃ 에서 해성분의 용해 제거 처리를 실시한 결과, 얻어진 미세 섬유다발의 품질은 양호하였다.

실시예 11 은 도성분으로서 실시예 1 과 동일한 폴리머를 사용하고, 개질 PET4 를 해성분으로 사용하여, 도의 수 1000도, 도:해 질량비율=70:30 으로 연신하였다. 해성분 폴리머의 알칼리 감량 속도가 PEG 함유량의 증가에 의해 빨라, 도의 수가 1000 임에도 불구하고 양호한 미세 섬유다발을 작성할 수 있었다.

실시예 12 에 있어서는, 도성분은 실시예 1 과 동일한 폴리머를 사용하고, 개질 PET5 를 해성분으로서 사용하여, 도의 수를 1000도, 도:해 질량비율=70:30 에 있어서 1000m/분의 인취 속도로 용융 방사하였다. 얻어진 미연신사를 집속하여, 220만 dtex 의 토우 (tow) 를 형성하고, 80℃ 의 온수 배스 중에 공급 속도 5m/분으로 운반하여 넣고, 배스 내의 침지 길이를 2m 로 설정하여 연신 배율 22배로 연신한 후, 권취 속도 110m/분으로 인취하여 공기 분사에 의해 물기를 날려버린 후, 여기에 롤러 온도 90℃ 의 예열을 실시하고, 연신 배율 2.3배로 네크 연신하고, 150℃ 의 열세트 롤러로 열처리하여, 250m/분으로 감았다. 이 복합섬유에 대한 4% NaOH 수용액 중에서의 감량 공정의 작업 효율은 양호하였고, 단섬유 섬도가 매우 가는 미세 섬유다발이 얻어졌다.

실시예 13 에서는, 실시예 10 에서 제작한 해도 섬유를 사용하여 평직물을 작성하였다. 이 평직물에 정련, 4% NaOH 수용액 중에서의 감량 공정 (30% 감량), 염색 및 최종 세트를 실시하였다. 얻어진 단섬유 직경 640㎚ 의 미세 섬유다발로 이루어지는 평직물은 염색 불균일도 없고, 손에 착 감기는 질감을 갖는 흥미있는 직물이었다. 이 직물에 캘린더 가공한 결과, 직물이라고는 생각되지 않는 필름과 유사한 외관ㆍ질감을 갖는 시트가 얻어졌다.

본 발명의 해도형 복합섬유는, 그 해성분을 용이하게 용해 제거할 수 있기 때문에, 단섬유 섬도의 균일성이 우수한 미세 섬유다발로 이루어지는 하이 멀티필라멘트사를 높은 생산성 및 저비용으로 제공할 수 있다. 따라서, 종래보다 한층 더 저비용화 또는 미세화가 요구되고 있는 각종 용도 분야에 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

이(易)용해성 폴리머를 해(海)성분으로 하고, 난(難)용해성 폴리머를 도(島)성분으로 하는 해도형 복합섬유로서, 이 복합섬유의 횡단면에서의, 상기 각각의 도성분의 직경이 10∼1000㎚ 의 범위 내에 있고, 도성분의 수가 100 이상이며, 서로 이웃하는 도성분 사이 간격이 500㎚ 이하이고, 섬유 단면에 있어서, 도성분 직경 (r) 과, 상기 섬유 단면에 그 중심을 통과하여 서로 45도의 각(角) 간격을 두고 4개의 직선을 그었을 때, 이 4개의 직선 상에 있는 도성분의 간격의 최소치 (Smin), 및 섬유 직경 (R) 과 상기 도성분의 간격의 최대치 (Smax) 가, 하기 식 (I) 및 (Ⅱ) 을 만족하는 것을 특징으로 하는, 해도형 복합섬유.

0.001≤Smin/r≤1.0 (I) 및

Smax/R≤0.15 (Ⅱ)
제 1 항에 있어서,

도성분 수가 500 이상인, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

도성분 중의 직경의 편차를 나타내는 CV% 가 0∼25% 인, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해성분의 도성분에 대한 복합 질량비율 (해:도) 이 40:60∼5:95 인, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해성분의 도성분에 대한 용해 속도비 (해/도) 가 200 이상인, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해성분용 이용해성 폴리머가, 폴리락트산, 초고분자량 폴리알킬렌옥사이드 축합계 폴리머, 폴리에틸렌글리콜계 화합물 공중합 폴리에스테르, 및, 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산과의 공중합 폴리에스테르에서 선택되는 적어도 1종의 알칼리 수용액 이용해성 폴리머를 포함하는, 해도형 복합섬유.
제 6 항에 있어서,

상기 폴리에틸렌글리콜계 화합물과 5-나트륨술포이소프탈산과의 공중합 폴리에스테르가, 6∼12몰% 의 5-나트륨술포이소프탈산 및 3∼10중량% 의 분자량 4000∼12000 의 폴리에틸렌글리콜이 공중합되어 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체에서 선택되는, 해도형 복합섬유.
삭제
제 1 항에 있어서,

실온 하에 측정된 하중-신장 곡선에 있어서, 해성분의 부분 파단에 의한 항복점이 존재하고, 도성분의 파단에 의한 해도형 복합섬유의 파단이 발현되어 있는, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해성분이 나일론이고 또한 포름산에 용해될 수 있는, 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해도형 복합섬유가 미연신(未延伸) 섬유인 해도형 복합섬유.
제 1 항에 있어서,

해도형 복합섬유가 연신 섬유인 해도형 복합섬유.
제 1 항에 기재된 해도형 복합섬유를 제조하기 위해서, 해도형 복합섬유용 방사구금(紡絲口金)으로부터, 이용해성 중합체로 이루어지는 해성분과, 난용해성 폴리머로 이루어지며 또한 상기 이용해성 폴리머보다 낮은 용융점도를 갖는 도성분을 용융ㆍ압출하는 공정과, 이 압출된 해도형 복합섬유를 400∼6000m/min 의 방사 속도로 인취하는 공정을 포함하는, 해도형 복합섬유의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 인취된 복합섬유를, 60∼220℃ 의 온도에 있어서 배향 결정화 연신하는 공정을 추가로 포함하는, 해도형 복합섬유의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 인취된 복합섬유를, 온도 60∼190℃ 의 예열 롤러 상에서 예열하고, 연신 배율 1.2∼6.0 으로 연신하여, 120∼220℃ 의 세트 롤러 상에서 열세트하여 감는 공정을 추가로 포함하는, 해도형 복합섬유의 제조방법.
제 13 항에 있어서,

상기 용융 압출 공정에서, 상기 해성분용 폴리머의 상기 도성분용 폴리머에 대한 용융점도비가 1.1∼2.0 의 범위 내에 있는, 해도형 복합섬유의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 해성분용 폴리머 및 도성분용 폴리머가, 모두 100℃ 이하의 유리 전이점을 갖고, 상기 인취하는 공정과 상기 배향 결정화 연신 공정 사이에, 상기 인취된 해도형 복합섬유를 60∼100℃ 의 온도를 갖는 액체욕 중에 침지하면서, 연신 배율 10∼30, 연신 속도 300m/min 이하의 조건 하에 예비 유동 연신하는 공정을 추가로 포함하고, 또한 상기 예비 유동 연신된 해도형 복합섬유에 대해 상기 배향 결정화 연신 공정이 60∼150℃ 의 온도에서 행해지는, 해도형 복합섬유의 제조방법.
제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 해도형 복합섬유로부터 해성분을 용해 제거하여 얻어지고, 10∼1000㎚ 범위 내의 직경을 갖는 미세 섬유로 이루어지는 미세 섬유다발.
제 18 항에 있어서,

상기 미세 섬유다발 중의 단섬유 직경의 편차 (CV%) 가 0∼25% 인, 미세 섬유다발.
제 18 항에 있어서,

상기 미세 섬유다발의 인장강도가 1.0∼6.0cN/dtex 이고, 절단 신장률이 15∼60% 이고, 또한 150℃ 에서의 건열 수축률이 5∼15% 인, 미세 섬유다발.
제 18 항에 기재된 미세 섬유다발을 함유하는 섬유 제품.
제 21 항에 있어서,

직편물, 펠트, 부직포, 노끈, 또는 방적사의 형상을 갖는, 섬유 제품.
제 21 항에 있어서,

의료 용품, 인테리어 용품, 산업 자재 제품, 생활 자재 제품, 환경 자재 제품, 또는 의약ㆍ위생 용품에서 선택되는, 섬유 제품.