KR101330103B1 - 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그의 제조방법으로, 수평균 분자량이 25,000 이상이고, 중량평균 분자량이 50,000 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 미량의 저분자량 에틸렌계의 공중합물을 혼합 후 용융방사하여 연신하는 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하는 것을 특징으로 하며, 이 방법으로 제조한 폴리에틸렌테레프탈레이트는 방사 과정에서 고배율 연신을 할 수 있어 열적 성질이 좋고, 절단 신도의 신도 증가와 수축율 값이 낮은 고 강도의 섬유로 강도 10.0g/d 이상, 절신 10% 이상, 수축율이 10% 이하로 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사를 제공한다.

본 발명의 고강력 섬유는 산업용 로프, 웨빙용, 시트벨트 용에 유용하다.

고강도, 에틸렌계 공중합물, 산업용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.

Description

고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그 제조 방법{High-strength Polyethyleneterephthalate fiber and its manufacturing method}

본 발명은 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 고강력 특성을 가지면서 높은 모듈러스 및 저신율, 저수축율의 특성을 지녀 토목용 지오그리드 제품, 산업용 웨빙벨트 용 등에 사용되는 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 강도를 높이기 위한 종래의 방법으로는 고점도 칩을 용융한 후, 용융된 폴리머 온도를 310℃까지 높여서 충분히 녹인후 400mesh 이하의 필터층을 통과시켜 필터링한 후 후드 길이를 280mm, 후도 온도를 340℃로 설정하고 급속냉각 에어로 폴리머를 고화시킨다. 이어서 고뎃 롤러에서 저속권취하여 얻은 미연신사를 1단 및 2단으로 연신배율 6.0까지 직접 연신한 후 릴랙스를 시켜 권취하는 방법이었다. 이 때 저속 권취로 미연신시의 배향도를 낮추어 고배율의 연신을 부여하여 고강도의 섬유를 얻었다. 상기 방법으로 제조되는 기존의 산업용 웨빙벨트 등의 제품에 널리 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 물성은 모듈러스 60g/d ~ 80g/d, 강도 9.5g/d 이하, 절신 14 ~ 18%이다.

종래의 방사 기술을 사용하여 더 높은 강도를 얻기 위해서 종래의 연신 배율보다 연신 배율을 높일 경우 방사 사절이 많이 발생하는 공정상 문제와 품질문제가 발생하여 후 공정성이 나빠진다. 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 알코올류를 첨가하여 연신성을 높이기 위한 시도 등을 하고 있으나 부분적인 가교 반응에 의해 연신성을 높여 고강도 사를 획득하기에는 한계가 있다. 그러므로 제조 비용의 상승 및 제품의 질이 저하되어 기존의 기술로는 고강도사를 얻기 힘들었다.

본 발명은 상기한 바와 같이 선행기술의 높은 연신을 시행할 때의 문제점을 감안하여 고점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 미량의 저분자량 에틸렌계의 공중합물을 혼합 후 용융방사하여 연신 배율을 높여 고 강도의 섬유로 강도 10.0g/d 이상, 절신 10% 이상, 수축율이 10% 이하로 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사를 제조할 수 있도록 하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

본 발명에서는 하기 구조식 1을 갖는 저분자량 에틸렌계의 공중합물을 0.5 ~ 2.0 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 제공한다.

[구조식 1]

또한, 본 발명의 상기 저분자량 에틸렌계의 공중합물은 엠아이가 5이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 수평균 분자량이 25,000 이상이고, 중량평균 분자량이 50,000 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 상기 구조식 1의 저분자량 에틸렌계 의 공중합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 중량 대비 0.5 내지 2.0 중량% 혼합 후, 익스투르더에 용융 압출하여 방사 구금의 노즐을 통하여 방사하고, 방사 노즐 아래의 후드히터 온도를 350 내지 450℃로 하여 미연신사를 제조한 후, 미연신사를 6.5 내지 7.5배로 연신 하는 것을 특징으로 하는 산업용 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 미량의 저분자량 에틸렌계의 공중합물을 혼합 후 용융방사하여 연신 배율을 높여 고강도, 저수축율, 모우수가 적은 특성으로 산업용 로프, 웨빙용, 시트벨트 용 등에 유용한 산업용 폴리에스테르 사로 초 고강도가 필요한 산업용사에 유용하게 사용될 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의하면 폴리에틸렌테레프탈레이트 사를 제조함에 있어 고강도 구현을 위해 미량의 에틸렌계 공중합물이 고점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트의 강직한 분자쇄에 침투하여 체인의 유동성을 증대하여 방사 공정의 고온 연신할 때 높은 연신 배율을 부여하여 체인의 선형성을 증대함으로 강도의 증가를 도모하며 고강도인 폴리에틸렌테레프탈레이트 사를 제공한다.

본 발명을 예시 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

수평균 분자량이 25,000 이상이고, 중량평균 분자량이 50,000 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 미량의 에틸렌계 공중합물 칩을 혼합한 후 익스트루더(1) 에서 용융한 후 기어펌프(2)를 통과시킨 다음, 필터(Mesh Size가 30μm)(3)에서 필터링 되어진다. 이때 수평균 분자량이 25,000 미만이고, 중량평균 분자량이 50,000 미만이면 사의 강도가 급격히 저하된다.

후드 히터 I(4), II(5), III(6)의 온도를 350 ~ 450℃로 하고 방사된 폴리머가 고화될 수 있도록 급속냉각 공기를 흡기(7) 및 배기(8) 시켜준다. 이때 히터후드 온도가 350℃미만이면 미연신사의 연신성이 떨어지고, 450℃ 초과하면 미연신사가 열에 대한 손상이 발생하여 작업성이 떨어진다.

고화된 사를 오일링롤러(9)에서 적당량의 오일을 부여한 후 고뎃드 롤러 GR 2(10) 과 GR 3(11)에서 예비 연신을 거친 다음 고뎃드 롤러 GR 3(11)과 GR 4(12)에서 2차 고 비율의 연신을 수행하고 고뎃드 롤러 GR 4(12)와 GR 5(13) 상에서 릴랙스를 시킨 후 권취한다. 이와 같은 공정에서 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 사는 높은 연신에서도 방사 작업성이 좋아 얻어지는 원사의 품질이 우수하고 강도 매우 높고 파단 신도가 기존의 발명된 원사 보다 높아 산업용 웨빙 제품용에 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 사는 종래의 연신비 보다 높은 6.5 내지 7.5배 이상의 높은 연신비에서 우수한 작업성이 갖는다. 이러한 높은 연신성은 여러 가지 인자 의해 달성이 가능하다. 본 발명의 놀은 연신성은 저분자량 에틸렌계의 공중합물, 히터후드의 온도등 여러 가지 인자의 유기적인 결합에 의해 결정된다.

본 발명에서 아래와 같은 저분자량 에틸렌계의 공중합물은 폴리에틸렌테레프 탈레이트 칩의 중량 대비 0.5 내지 2.0 중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 2.0 중량% 초과하는 경우에는 방사 과정 중 사의 형성 가공성이 나빠져 방사 작업성이 좋지 않고, 0.5 중량% 미만인 경우에는 미연신사의 연신성이 떨어져 고강력사제조가 어렵다.

[구조식 1]

상기 저분자량 에틸렌계의 공중합물의 엠아이 값이 5이하가 바람직하며, 5를 초과하는 경우에는 용용 방사기(Extruder) 내부에서 균일 분산이 어려워 방사 작업성을 확보하기 힘들다.

실시예 및 비교예 에서 물성 평가를 수행했던 방법은 아래와 같이 이루어졌다.

1) 원사의 모듈러스와 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

2) 수축율 측정방법

원사를 표준상태, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 항온 항습실에서 24시간 방치 한다. 150℃ Oven에서 30분 방치한다. 원사를 표준상태에서 24시간 방치 한 다. 원사의 줄어든 신율을 측정한다. (L₀ : 시료를 표준상태에서 24시간 방치 후 초하중(0.01g/d)하에서 측정한 길이, L₁ : 일정시간 열을 가한 뒤 초하중(0.01g/d)하에서 줄어든 시료의 길이)

3) 핀사수

Pilot Warper 테스트기를 이용하여 사속 300 ~ 500 m/min과 감도 2.5 ~ 4.5 level(상대적인 값)으로 원사 길이를 30,000meter로 측정하여 1억 meter로 환산하여 표시한다.

4) 작업성

한 포지션에서 24시간 동안 관찰하여 순수하게 고뎃트 롤러상에서 사절이 발생하는 개수를 파악한다.

5) 연신부하율(%)

강도 10.0g/d의 물성이 발현되는 연신배율(A)과 방사 중 사절이 될 때까지 높인 총 연신배율(B)와의 비로 표시한다(연신부하율이 높으면 좋지 않음).

5) 엠아이(MI or Melt Flow Index)

ASTM 1238 방법으로 190℃(2.16kg Load)로 용융하여 10min 동안 흐르는 무게(g)를 측정 값..

실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 6 ;

수평균 분자량이 33,500 이고, 중량평균 분자량이 62,300인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 미량의 저분자량 에틸렌계의 공중합물 칩(첨가물)을 노즐을 통해 용융 폴리머를 압출하고 후드히터 온도를 400℃로 주고, 급속냉각 에어로 냉각시킨 다음 집속시켜 오일링하고 고뎃드 롤러 GR 4 속도를 2500m/min의 속도로 하여 연신비 6.2 배율로 1500데니어를 방사하여 표 1의 방사 조건으로 연신하였으며, 얻어진 원사의 물성을 측정하였다.

[표 1]

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
첨가물 함량(wt%)	0.5	1.0	1.5	0	2.0	1.0
첨가물 엠아이	2	2	2	-	2	8
연신 부하율(%)	88	85	89	93	92	88
총 연신비	7.05	7.29	6.97	6.67	6.74	7.05
데니어	1515	1523	1512	1516	1515	1512
모듈러스(g/d)	128	124	121	110	104	88
강도(g/d)	9.95	10.15	10.02	9.65	9.87	9.45
절신(%)	13.2	13.8	14.1	13.6	14.8	15.4
수축율(%)	9.2	8.8	8.5	10.3	8.6	8.3
핀사수(ea/108m)	190	150	210	650	1600	3700
작업성(개수/일)	0.9	0.8	1.1	2.5	4.8	7.2

도 1은 본 발명의 제조공정 개략도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 익스트루드 2 : 기어펌프

3 : 필터 4, 5, 6 : 후드히터,

7 : 흡기 8 : 배기

9 : 오일링롤러 10, 11, 12, 13 : 고뎃드 롤러

14 : 와인더

Claims (3)

1. 하기 구조식 1을 갖는 저분자량 에틸렌계의 공중합물을 0.5 ~ 2.0 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.

   [구조식 1]

   
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저분자량 에틸렌계의 공중합물은 용융지수(Melt Flow Index)가 5이하로 하는 것을 특징으로 하는 산업용 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유.
3. 수평균 분자량이 25,000 이상이고, 중량평균 분자량이 50,000 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 청구항 1에 기재된 구조식[1]의 저분자량 에틸렌계의 공중합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 중량 대비 0.5 내지 2.0 중량% 혼합 후, 익스투르더에 용융 압출하여 방사 구금의 노즐을 통하여 방사하고, 방사 노즐 아래의 후드히터 온도를 350 내지 450℃로 하여 미연신사를 제조한 후, 미연신사를 6.5 내지 7.5배로 연신 하는 것을 특징으로 하는 산업용 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법.

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