KR101372016B1 - 방사조업성 및 제직성이 우수한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

방사조업성 및 제직성이 우수한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 해도형 복합섬유와 달리 도성분의 고유점도보다 해성분의 고유점도가 높아 제직시의 도성분의 형태안정성이 우수하여 방사조업성, 제직성이 양호한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

방사조업성 및 제직성이 우수한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법 {ISLAND-IN-SEA TYPE CONJUGATED FIBER FOR TEXTILE HAVING EXCELLENT SPINNING PROPERTIES AND WEAVABILITY AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 방사조업성 및 제직성이 우수한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 해도형 복합섬유와 달리 도성분의 고유점도보다 해성분의 고유점도가 높아 제직시의 도성분의 형태안정성이 우수하여 방사조업성, 제직성이 양호한 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
해도형 복합섬유는 초극세사를 제조할 수 있는 방법으로 M.Okamoto 등에 의해 개발되어졌다. 이 기술은 0.00009 d(지름 0.1 ㎛)의 PET 필라멘트를 제조할 수 있고, 이것은 단지, 4.16g 으로 지구에서 달까지 갈 수 있는 길이이다.
해도형 복합섬유는 인공피혁, 고급 스웨이드 제품을 제조할 수 있는 고부가가치 제품이다.
해도형 복합섬유는 SHEATH-CORE로 구성된 복합섬유이다. 초극세사를 만들기 위한 방법 중 하나로 도(island) 성분(core)의 초극세 중합체의 형태안정화를 도모하기 위해 해(sea) 성분(SHEATH)을 공중합체인 바인더로 이용하여 생산하는 것이다. 원사 상태에서는 공중합체에 의해 싸여 있지만 가공 공정에서 공중합체는 NaOH 수용액을 통하는 감량공정을 거치면서 용해가 되면서 코어 부분인 중합체만 잔류하게 되는 방법인 것이다.
해도형 섬유의 일반적인 제조방법은 하기와 같다.
용해성이 다른 두 종류의 섬유를 사용해 바다성분(海, sea)으로 되는 섬유와 소량의 섬(島, island) 성분으로 되는 섬유를 혼섬통합하는 것으로 각각의 익스트루더(EXTRUDER) 내부에 넣어 가열용융 후 토출된 폴리머를 한 세트(set)의 팩(pack)으로부터 밀어내어 섬유로 방사한다. 방사한 상태에서는 섬유단면은 섬(島, island) 성분의 심을 바다(海, sea) 성분의 집()이 둘러싼 해도형(다심형) 구조로 되어 있다. 바다와 섬으로 구성된 양 성분이 복합하여 있으므로 바다 성분을 용해 제거하면 섬 성분만의 초극세섬유가 다발로 만들어진다.
도(island) 성분에는 폴리에스테르(polyester), 나일론(nylon), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리필렌 설파이드(polypheylene sulfide)와 같은 결정 고분자가 일반적으로 사용되고, 해(sea) 성분에는 폴리스티렌(polystyrene)과 아크릴레이트 코폴리머(acrylate copolymer)와 같은 비결정 고분자가 사용된다.
해(sea) 성분은 직물, 니트, 부직포의 일반적인 공정 후에 도(island) 성분에는 비용매인 트리클렌, 퍼클렌, 방향족 탄화수소, 디메티아세트아미드 등에 의해 용해되어 제거된다.
최근 다양한 목적으로 해도형 섬유에 대해 연구가 이루어지고 있으며, 한가지 방법으로는 해(sea) 성분 고분자를 개선하는 것이다. 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10~15 중량%와 5-나트륨 술포-이소프탈레이트 2~10 몰%로 구성된 산 성분의 코폴리에스테르(copolyester)는 종래의 해(sea) 성분의 폴리스틸렌(polystyrene) 대신 이용된다. 상기 코폴리에스테르는 찬물에서는 분해할 수 없으나, 뜨거운 물에서는 분해되고, 알칼리(alkali) 용액에 희석된다. 분해할 수 있는 성분의 제거를 위해서, 뜨거운 물 또는 희석 알칼리가 사용되어질 수 있고, 트리클로로에틸렌(trichoroethylene)과 같은 유기 용매가 필요 없다. 그래서 환경적인 면에서 더 좋으며, 비용도 더 낮다.
이와 같이 알칼리 이용해성 성분을 해 성분으로 사용하는 종래기술은 하기와 같다.
한국등록특허 제0329036호에서는 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해 성분으로 사용하고 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90몰% 이상인 폴리에스테르를 도 성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 제조된 경편용 해도형 복합섬유에 있어서 아래 물성을 충족시키는 것을 특징으로 한다:
- 해성분 용출전의 해도형 복합섬유 복굴절율(n): 0.15~0.23
- 해성분 용출전의 해도형 복합섬유 비결정배향도(Fa): 0.85~0.95
- 해성분 용출전의 해도형 복함섬유 결정배향도(Fc): 0.85~0.95.
이와 같이 해도형 복합섬유의 가공시 해 성분인 알칼리 용해성 중합체의 완벽한 용출이 요구된다. 해 성분인 알칼리 용해성 중합체의 불완전한 용출이 나타나는 경우 직물, 환편 또는 경편 제품에서 불량이 발생된다.
한국등록특허 제0804039호는 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 주반복단위가 폴리에틸렌테레프탈레이트인 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 해도형 복합섬유를 제조함에 있어서, 아래 조건을 동시에 만족하는 해성분 폴리머와 도성분 폴리머를 사용하는 것을 특징으로 하는 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공한다.
-아래-
①해성분 폴리머의 영전단점도(285℃):700∼1,700포아즈
②도성분 폴리머의 영전단점도(285℃):1,200∼2,400포아즈
③도성분 폴리머와 해성분 폴리머의 영전단점도 차(280℃):500∼1,200포아즈
④도성분 폴리머의 영전단점도(285℃) > 해성분 폴리머의 영전단점도(285℃)
⑤도성분 폴리머의 영전단점도(280℃) > 해성분 폴리머의 영전단점도(280℃).
그러나, 기존 해도형 복합섬유의 경우 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도가 더 낮아 제직성, 방사조업성 등이 불량하여 직물에 사용이 불가능한 문제점을 가지고 있었다.
상술한 문제점을 종래기술의 문제점을 해결하고자 본 발명자들은 연구를 거듭하였고 그 결과 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도가 높은 직물용 해도형 복합섬유를 제조하는 경우, 도성분의 단면이 균일하게 되어 직물로 생산하여 용출한 후에 원단의 불량 발생률이 낮고, 즉, 경사줄이나 위단 발생이 없어져 방사조업성, 제직성이 향상되어 직물용 해도형 복합섬유를 직물로서 생산할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도가 높아 형태안정성, 강도, 방사조업성, 제직성이 향상됨으로써 직물로 생산할 수 있는 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알칼리 용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 폴리에스테르를 도성분으로 사용하는 직물용 해도형 복합섬유로서, 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도보다 높은 것을 특징으로 하는 직물용 해도형 복합섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 해성분 및 고유점도가 해성분 보다 낮은 도성분을 방사하고 권취하는 직물용 해도형 복합섬유를 제조하는 방법으로서, 상기 해성분 대 도성분의 비율은 1:9 ~ 9:1 이고, 방사 및 권취하는 과정은 사속 3000~5500 mpm, 70~100℃에서의 제1 고뎃 롤러 속도 700~3000 mpm, 70~150 ℃에서의 제2 고뎃 롤러 속도 2800~5700 mpm의 조건 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 직물용 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 직물용 해도형 복합섬유에서 해성분은 공중합 폴리에스테르이고, 도성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90 몰% 이상인 폴리에스테르인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유는 상기 해성분 10~90 중량% 및 도성분 90~10 중량%를 포함한다.
본 발명은 종래의 해도형 복합섬유와 달리 도성분의 고유점도보다 해성분의 고유점도가 높은 직물용 해도형 복합섬유를 제공함으로써, 제직시의 종광 등의 마찰에도 도성분의 변형이 최소화되어 도성분의 단면이 균일하게 되어 제직성 및 섬유제품의 균일 염색성이 양호하여 직물용 해도형 복합섬유를 제직하여 섬유 제품을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유를 제조하기 위한 연신사 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명은 알칼리 용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 폴리에스테르를 도성분으로 사용하는 직물용 해도형 복합섬유로서, 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도보다 높은 것을 특징으로 하는 직물용 해도형 복합섬유를 제공한다.
본 발명에 일 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유에서 해성분으로서 폴리에틸렌글리콜 10~15 중량%, 5-나트륨 술포-이소프탈레이트 2~10 몰%를 포함하는 공중합 폴리에스테르를 사용하고, 도성분으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90 몰% 이상인 폴리에스테르를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유는 해성분 10~90 중량% 및 도성분 90~10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유는 해성분의 고유점도가 도성분보다 높아 강도가 높은 해성분이 바인더로 잡고 있는 상태에서 방사가 되어 도성분의 형태안정성이 우수하고 도성분의 물성이 균일하고, 방사시 온도, 장력 등 환경 영향에 잘 견디므로 조업 생산성 우수하고, 도성분의 균제도 향상으로 제직에서 불량률이 저하됨으로써 직물용 해도형 복합섬유를 이용하여 Rapier, Waterjet, Airjet 직기를 사용하여 섬유제품을 제조할 수 있다.
본 발명은 해성분 및 고유점도가 해성분 보다 낮은 도성분을 방사하고 권취하는 직물용 해도형 복합섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
도 1을 참조하며 보다 상게하게 설명하면, 본 발명에 따른 직물용 해도형 복합섬유에서 상기 해성분 대 도성분의 비율은 1:9 ~ 9:1 이고, 이를 구금(1)을 통해 방사하고 권취기(7)를 사용하여 권취하는 과정은 사속 3000~5500 mpm, 70~100℃에서의 제1 고뎃 롤러(4) 속도 700~3000 mpm, 70~150 ℃에서의 제2 고뎃 롤러(5) 속도 2800~5700 mpm의 조건 하에 수행됨으로써 해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도보다 높은 직물용 해도형 복합섬유를 제조할 수 있다.
본원 발명에 의한 해성분의 고유점도가 도성분 고유점도보다 높은 직물용 해도형 복합섬유로 직물을 제직한 경우, 인조 섬유, 스웨터, 특히 여성용 스웨터, 브라우스 등에 탁월한 접촉감을 느낄 수 있었다. 이와 같이 본원 발명에 의한 해도사로 직조된 직물은 천연 실크와 같은 접촉감을 느낄 수 있었다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예, 시험예 및 도면은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
실시예 1
해성분인 알칼리 이용해성 폴리머는 고유점도 0.92 및 용출율 30~40%(30분)의 물성을 가졌다. 한편, 도성분으로 사용하는 폴리머는 연속중합 방식으로 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 1.62 몰 비율로 혼합하여 286℃에서 에스테르화 반응을 수행하여 폴리에스테르를 생성시켰다. 생성된 폴리에스테르를 중합 반응기로 이송하여 중합온도 289℃, 중합관 압력 1.0 토르 하에서 5 시간 동안 중합 반응시켰으며 연속중합의 총 체류시간은 9~10 시간이었다. 중합 반응된 도성분 폴리머는 고유점도 0.60의 물성을 가졌다.
하기 조건으로 직물용 해도형 복합섬유를 제조하였고, 제조된 직물용 해도형 복합섬유의 물성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
1) 방사조건
- 생산품종은 70데니어 24필라멘트 30분할
- 해성분과 도성분 비율 해성분:도성분=3.5:6.5
- 사속:4000 mpm, 1st 고뎃 롤러 속도 및 온도:1500mpm/80℃, 2nd 고뎃 롤러 속도 및 온도 : 4100mpm/130℃
- 권취기는 Teijin NS612 사용
2) 제직조건
- 경사 : 70데니어 24필라멘트 30분할
- 위사 : 70데니어 24필라멘트 30분할
- 제직기종 : W.J.L 190T
- RPM:500
- 경사 장력:2kg
- 성폭 : 74inch
- 인입수 : 2本
- 총본수 : 6,000本
- 경사밀도:85inch, 위사밀도:81inch
실시예 2 내지 실시예 5
하기 표 1에 나타난 바와 같이 반응온도, 반응시간 및 고유점도를 달리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 직물용 해도형 복합섬유를 제조하였다.
비교예 1 및 비교예 2
하기 표 1에 나타난 바와 같이 반응온도, 반응시간 및 고유점도를 달리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 해도형 복합섬유를 제조하였다.
실시예와 비교실시예의 공정상의 차이점은 점도를 올리기 위해서 반응 체류시간 연장을 하여야 하는 것이다. 축중합 반응은 발열 반응이므로 반응시간 연장시 온도 상승이 불가피하며, 그에 따른 열분해 발생 가능성이 있어 열매체의 온도 하강(ramp down) 제어를 해야 한다. 비교예의 저점도(낮은 반응온도)에서는 열매체의 온도 하강 없이 반응종료하고 실시예는 상기의 온도 조절 기능이 필요하다.
구분 반응온도(℃) 반응시간(hrs) 진공도(torr) I.V(해성분 고유점도) 비고
실시예1 289 5.0 1.0 0.92 -
실시예2 288 4.8 1.0 0.90 -
실시예3 284 4.5 1.0 0.88 -
실시예4 283 4.2 1.0 0.80 -
실시예5 281 3.9 1.0 0.75 -
비교예1 275 3.0 1.0 0.55 -
비교예2 272 2.7 1.0 0.50 -
시험예 1: 해도형 복합섬유의 물성 측정
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2에서 제조된 해도형 복합섬유의 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
구분 강도 인열강도 마찰견뢰도 균제도 조업성 원단측면평가 원단불량
실시예1 5.3 3.2 4~5 0.5 96 ◎ 1
실시예2 5.2 3.0 4~5 0.5 97 ◎ 1
실시예3 5.0 2.9 4~5 0.5 99 ◎ 2
실시예4 4.6 2.7 4 0.7 99 ◎ 2
실시예5 4.4 2.6 4 0.9 99 ◎ 2
비교예1 3.9 1.6 3 1.2 94 × 18
비교예2 3.5 1.3 2 1.8 88 ×× 26
* 원사강도(g/de) : KS K0409
* 원단마찰견뢰도(-) : KS KISO 105-B01
* 원단인열강도(N) : KS K ISO 13937-1
* 조업성(%) : 만권/(만권+절사)*100
* 균제도(%) : KS K0467 - 해도복합사에서 해성분을 용출 후 도성분을 측정
* 원단측면 평가 : 광학현미경으로 육안 평가 (◎:극히 양호, ○:양호, △:보통, ×:불량, ××:극히불량)
* 원단 불량 발생률(%) : 육안 평가
표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조한 직물용 해도형 복합섬유는 제직시 우수한 물성을 가져 방사 조업성이 우수하며, 원단 불량률이 현저히 낮은 것을 알 수 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 구금 2: 냉각기
4: 제1 고뎃 롤러 5: 제2 고뎃 롤러
8: 필라멘트 7: 권취기
10: 연신사 제조장치

Claims (9)

  1. 알칼리 용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 폴리에스테르를 도성분으로 사용하는 직물용 해도형 복합섬유로서,
    해성분의 고유점도가 도성분의 고유점도보다 높고, 상기 해성분의 고유점도는 0.75 ~ 0.92이며,
    상기 해성분은 폴리에틸렌글리콜 10~15 중량%, 5-나트륨 술포-이소프탈레이트 2~10 몰%를 포함하는 공중합 폴리에스테르이고, 상기 도성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90 몰% 이상이며,
    상기 해성분 10~90 중량% 및 도성분 90~10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물용 해도형 복합섬유.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 고유점도가 0.75 ~ 0.92인 해성분 및 고유점도가 해성분 보다 낮은 도성분을 방사하고 권취하는 직물용 해도형 복합섬유를 제조방법으로서,
    상기 해성분 대 도성분의 비율은 1:9 ~ 9:1 이고, 방사 및 권취하는 과정은 사속 3000~5500 mpm, 70~100℃에서의 제1 고뎃 롤러 속도 700~3000 mpm, 70~150 ℃에서의 제2 고뎃 롤러 속도 2800~5700 mpm의 조건 하에 수행되며,
    상기 해성분은 폴리에틸렌글리콜 10~15 중량%, 5-나트륨 술포-이소프탈레이트 2~10 몰%를 포함하는 공중합 폴리에스테르이고,
    상기 도성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트가 90 몰% 이상인 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 직물용 해도형 복합섬유의 제조방법.
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  9. 제 5 항에 따른 직물용 해도형 복합섬유를 사용한 직물.
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