KR101487941B1 - 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합섬유 - Google Patents

복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중합공정에서 부반응물 함량이 최소화되고 폴리에스테르 등의 합성수지와 복합 방사로 섬유 제조시 방사 사절 및 팩압 상승이 방지되며, 감량공정에서 이용출성이 우수하여 균일한 감량을 통한 불균일 염색을 방지할 수 있고, 소프트한 터치의 마이크로 섬유 섬유로 제조가 가능한 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합섬유에 관한 것이다.

Description

복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합섬유{Alkali extractable co-polyester for the manufacture of complex fiber, method for manufacturing thereof and complex fiber comprising the same}
본 발명은 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중합공정에서 부반응물 함량이 최소화되고 폴리에스테르 등의 합성수지와 복합 방사를 통해 섬유 제조시 방사공정에서의 사절 및 팩압 상승이 방지되며, 감량공정에서 이용출성이 우수하여 균일한 감량을 통한 불균일 염색을 방지할 수 있고, 소프트한 터치의 마이크로 섬유 섬유로 제조가 가능한 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합섬유에 관한 것이다.
추출형 복합사는 알칼리 이용해성(易容解性) 폴리머인 추출성분과 섬유형성성 폴리머를 복합방사하여 제조되며, 주로 극세사 또는 중공사를 제조하기 위한 목적으로 생산되고 있다. 일반적으로 추출성분 폴리머로는 공중합 폴리에스테르가 주로 사용되는데, 그 이유는 특수 장치 및 회수처리 비용이 많이드는 유기용제를 사용하지 않고도 일반 폴리에스테르의 감량 가공에 널리 적용되는 알칼리 용액 및 감량설비에서 추출성분의 용출이 가능하기 때문이다.
섬유형성성 성분의 폴리머로는 폴리아미이드, 폴리에스테르가 주로 사용되었으며, 최근에는 기능성을 부여할 목적으로 셀룰로오스 에스테르, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등이 사용되고 있다.
한편, 일반적인 폴리에스테르 수지를 의류용도에 적용시 폴리에스테르 섬유는 용융방사법에 의해 제조되기 때문에 표면적인 평활하고, 딱딱한 감촉과 소프트한 특성이 부족한 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 미세한 마이크로 섬유 형태의 폴리에스테르 제조방법이 제안 되었다.
이러한 마이크로 섬유 형성을 위한 코폴리에스테르 제조방법으로는 알칼리 용출성이 우수한 코폴리에스테르와 레귤러 폴리에스테르의 복합방사에 의해서 섬유를 제조한 다음, 알칼리 이용성폴리머를 제거하여 마이크로 섬유를 제조하는 방법이 널리 사용되고 있다.
그러나 일반적인 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 이용한 복합 방사 섬유 제조시 방사 공정에서 잦은 사절과 팩압 상승으로 방사 조업성 이 현저하게 떨어지며, 방사 후 마이크로 섬유 형성을 위한 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지의 알칼리 감량 공정에서 균일한 알칼리 감량이 어려워 불균일 감량으로 인한 염색 균일성 저하가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 근본 원인으로는 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지 중합시 첨가되는 원료인 테레프탈산(TPA)와 에틸렌글리콜(EG)과의 에스테르화 반응시 다량의 약산성기에 의한 부반응물 디에틸렌글리콜(이하 DEG)의 발생량이 폴리머에 대하여4.0 중량부 이상 발생하여, 미반응물이 잔류 할 수 있으므로 마이크로 섬유 제조시, 방사공정에서 사절과 팩압 상승을 유도하며 최종적으로 감량 및 염색 균일성 저하의 문제를 야기시킨다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 약산성기가 존재하지 않는 디메틸테레프탈레이트(DMT)원료를 사용하거나 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 에스테르 교환반응을 통해 부분적으로 에스테르화된 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르를 사용하여 부반응물인 디에틸렌글리콜(DEG)을 감소시키려는 노력이 계속되어 왔다.
이러한 노력과 관련하여 대한민국 공개특허 제2003-0009786호의 경우 부반응물 디에틸렌글리콜(DEG) 억제를 위하여 디메틸테레프탈레이트(DMT) 원료를 사용하고 있으나 디메틸테레프탈레이트(DMT) 원료 사용의 경우 테레프탈산(TPA) 원료 사용대비 제조원가의 부담이20% 이상 높아지고 약산성기 부재로 반응성이 낮기 때문에 에스테르 반응 단계에 금속촉매로 망간아세테이트, 마그네슘아세테이트, 아연아세테이트 등이 추가로 사용되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 본 발명자에 의한 대한민국 등록특허 제0861023호는 부반응물인 디에틸렌글리콜(DEG) 관리를 위해 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 에스테르 교환반응 통한 에스테르화된 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르(SIGE)를 사용하여 코폴리에스테르를 제조하고 있으나, 에스테르화된 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르의 사용으로 공정 단계가 추가 될 뿐 아니라 마찬가지로 에스테르화된 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르 제조를 위한 추가 제조원가 부담이 발생하는 문제가 있으며, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트와 폴리에틸렌글리콜(PEG) 투입 함량, 및 생성된 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지의 고유점도에 대한 밀접한 관계성 부족으로 일반 폴리에스테르 섬유와 복합 방사후 알칼리 감량시 균일한 마이크로 섬유 확보가 어려운 문제점이 있다. 또한, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 많이 첨가됨에 따라 반응 안정성 저하로 부반응물인 디에틸렌글리콜(DEG)의 발생이 오히려 증가되는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.
이에 따라 테레프탈산(TPA)을 이용하여 원가절감을 갖는 동시에 별도의 설비 및 추가 반응 단계 없이 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트와 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 사용하여 부반응물 함량의 최소화를 통해 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 합성수지와 함께 복합방사시 방사 사절 및 팩압 상승이 없으며 마이크로 섬유 제조시 균일한 이용출을 통해 염색성 균일성이 우수하고 소프트한 감촉의 마이크로 섬유의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하려는 과제는 이용출성이 우수하고 동시에 용출이 균일하여 제조된 섬유의 염색 불균일성 불량이 방지되며, 부반응물이 최소화되어 다른 합성수지와 함께 복합방사시에 방사사절 및 팩압상승을 방지할 수 있는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 제공하는 것이다.
본 발명이 두 번째로 해결하려는 과제는 출발물질의 원가절감, 제조공정의 간소화를 통한 제조시간 및 제조원가를 감소시키는 동시에 이용출성이 우수하고 동시에 균일하여 제조된 섬유의 염색 불균일성 불량이 방지되며, 부반응물이 최소화되어 다른 합성수지와 함께 복합방사시에 방사사절 및 팩압상승을 방지할 수 있는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 세 번째로 해결하려는 과제는 본 발명에 따른 알킬리 이용성 코폴리에스테르를 포함함으로써, 이후 감량공정 시 이용출성이 매우 우수하고, 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 방지하는 동시에 균일한 용출이 가능함에 따라 섬유 염색공정 시 불량발생이 방지될 수 있는 복합섬유를 제공하는 것이다.
상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물과 폴리에틸렌글리콜이 중·축합된 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에스테르화 반응물은 테레프탈산 및 에틸렌글리콜을 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함하고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 ~ 3.0 몰%로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 에스테르화 반응물 100 중량부에 대해 폴리에틸렌글리콜이 7 내지 14 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 분자량 1,000 ~ 10,000일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 고유점도가 0.85 ~ 1.00 dl/g일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르에 포함된 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 3.6wt% 이하일 수 있다.
한편, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 에스테르화 반응물 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 혼합하여 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용해성 코폴리에스테르를 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 에스테르화 반응물은 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함하여 반응을 통해 형성되고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가0.1 ~ 3.0 몰%로 포함되어 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 에스테르화 반응물은 상기 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 100 중량부에 대하여 금속아세테이트 촉매 0.5 ~ 20 중량부를 더 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 에스테르화 반응물은 200 ~ 270℃의 온도 및 1,100 ~ 1,350 토르(Torr)의 압력 하에서 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 공중합체는 에스테르화 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜을 7.0 ~ 14.0 중량부 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 공중합체는 250 ~ 300℃ 온도 및 0.3 ~ 1.0 토르(Torr) 압력 하에서 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 분자량이 1,000 ~ 10,000일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르의 고유점도가 0.850 ~ 1.000 dl/g일 수 있다.
한편, 상술한 세 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은 본 발명에 따른 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 포함하는 복합섬유를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유는 시스-코어(Sheath-Core)형, 해도(Island in the Sea)형, 사이드 바이 사이드(Side by side)형 및 분할된 파이(segmented pie)형일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 해도형 복합섬유는 상기 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분 또는 도성분으로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 시스-코어형 복합섬유는 상기 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 시스부 또는 코어부에 포함할 수 있다.
본 발명의 복합 섬유제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 이용출성이 우수하고 동시에 용출이 균일하여 제조된 섬유의 염색 불균일성 불량이 방지되며, 부반응물이 최소화되어 다른 합성수지와 함께 복합방사시에 방사사절 및 팩압상승을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 제조방법은 출발물질의 원가절감, 제조공정의 간소화를 통한 제조시간 및 제조원가를 감소시키는 동시에 부반응물을 최소화시킬 수 있다.
나아가, 상기와 같은 본 발명의 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 포함하는 복합섬유는 감량공정 시 이용출성이 매우 우수하고, 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 방지하는 동시에 균일한 용출이 가능함에 따라 섬유 염색공정 시 불량발생이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 시스-코어형 복합섬유의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 해도형 복합섬유의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 사이드 바이 사이드형 복합섬유의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 분할된 파이형 복합섬유의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 모자이크형 복합섬유의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 매트릭스-분산형 복합섬유의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 해도형 복합섬유가 균일하게 용출된 모습을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 11에 따른 해도형 복합섬유가 불균일하게 용출된 모습을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지는 이를 이용한 복합섬유의 제조공정 중 방사 공정에서 잦은 사절과 팩압 상승으로 방사 조업성 이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 방사 후 알칼리 감량 공정에서 균일한 알칼리 감량이 어려워 불균일 감량으로 인한 염색 균일성 저하가 발생하는 문제점이 있었다.
나아가 감량공정에서 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해가 발생하여 최종 제품의 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
더 나아가 상기와 같은 문제점의 원인 중 하나인 부반응물 디에틸렌글리콜의 발생을 방지하기 위해 디메틸테레프탈레이트(DMT)을 원료로 사용할 경우 원료의 원가가 높고, 에스테르반응이 원활하지 않아 추가적인 촉매들이 사용될 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 또한 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르를 사용할 경우 설퍼이소프탈레이트 글리콜 에스테르의 선 제조가 요구되기에 별도의 제조단계 및 시설이 요구되어 제조시간 및 제조원가 상승의 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물과 폴리에틸렌글리콜이 공중합된 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
이를 통해 원료의 원가절감 및 부가적인 제조단계, 제조시설을 요구하지 않아 제조원가의 감소를 달성할 수 있으며, 종래의 알칼리 이용성 폴리에스테르와 달리 방사가 용이하고 방사시 팩압상승을 방지할 수 있으며, 부반응물인 디에틸렌글리콜의 함량이 최소화되고, 용출공정에서 용출성이 우수하며, 균일한 용출로 인해 제조되는 섬유의 염색공정 시 불량발생률이 현저히 저하될 수 있다.
본 발명의 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 단량체로 포함한다.
상기 단량체 중 먼저 테레프탈산에 대해 설명한다.
본 발명은 산성분으로 테레프탈산(TPA)을 반드시 포함하며, 부가적으로 테레프탈산 이외의 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산을 포함할 수 있고, 비제한적인 예로써 디메틸테레프탈레이트, 이소프탈산 또는 디메틸 이소프탈레이트 등을 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 다만, 디메틸테레프탈레이트는 에스테르화 반응성이 약해 추가적인 촉매들을 요구하고 원료의 원가가 테레프탈산에 비해 약 20% 높으며, 이소프탈산의 경우 제조되는 코폴리에스테르의 내열성 저하를 유발할 수 있는 바, 부가적으로 다른 방향족 다가 카르복실산을 포함시키는 경우 본 발명이 달성하려는 물성을 감소시키지 않는 범위에서 적절한 양이 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 산성분으로 탄소수 2 내지 14의 지방족 다가 카르복실산을 더 포함할 수 있으며, 이의 비제한적 예로써, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베린산, 시트르산, 피메르산, 아젤라인산, 세바스산, 노나노산, 데카노인산, 도데카노인산 및 헥사노데카노인산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 지방족 다가 카르복실산을 포함시킬 경우 제조되는 코폴리에스테르의 내열성 저하를 유발할 수 있는 바, 부가적으로 다른 지방족 다가 카르복실산을 포함시키는 경우 본 발명이 달성하려는 물성을 감소시키지 않는 범위에서 적절한 양이 혼합되는 것이 바람직하다.
다음으로 다른 단량체인 에틸렌글리콜에 대해 설명한다.
본 발명은 디올성분으로 에틸렌글리콜(EG)을 반드시 포함하며, 부가적으로
에틸렌글리콜 이외의 탄소수 2 내지 14의 지방족 디올성분을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 탄소수 2 내지 14의 지방족 디올성분은 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 프로필렌글리콜, 트리메틸글리콜, 테트라메킬렌글리콜, 펜타메틸글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헵타메틸렌클리콜, 옥타메틸렌글리콜, 노나메틸렌글리콜, 데카메틸렌글리콜, 운데카메틸렌글리콜, 도데카메틸렌글리콜 및 트리데카메틸렌글리콜으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 중 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 상기 디에틸렌글리콜은 방사공정에서 사절과 팩압상승을 유도하며 복합섬유의 감량 및 염색 공정에서 감량 불균일에 따른 염색 불균일의 불량을 발생시킬 수 있는 바, 부가적으로 첨가시킬 경우 본 발명이 목적하는 물성을 저해하지 않는 범위에서 적절한 양이 혼합됨이 바람직하다.
다음으로 또 다른 단량체인 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트에 대해 설명한다.
본 발명은 설폰산 금속염인 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 반드시 포함하며, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함시킴으로써 물분자의 흡착을 유도하여 알칼리 이용출성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
만일 설폰산 금속연으로 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 이외의 다른 설폰산 금속염을 사용하는 경우 알칼리 이용출의 향상이 미약한 문제점이 있다.
상기 단량체들 즉, 테레프탈산, 에틸렌글리콜 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트는 에스테르화 반응을 통해 에스테르화 반응물을 형성한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에스테르화 반응물은 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함되고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가0.1 ~ 3.0 몰%로 포함될 수 있다.
먼저, 상기 반응물에서 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함됨으로써 섬유 제조를 위한 방사시 높은 기계적 강도와 형태안정성을 유지할 수 있는 이점이 있다. 만일 에틸렌글리콜이 테레프탈산에 대해 2.0 몰비를 초과하여 포함될 경우 에틸렌글리콜이 디에틸렌글리콜 전환되는 부반응이 촉진되어 부산물인 디에틸렌글리콜이 다량으로 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 만일 1.1 몰비 미만으로 포함할 경우 반응성 저하로 중합도가 저하 되고 목표로 하는 고분자량의 코폴리에스테르를 수득할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트는 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트을 포함하는 산성분의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가0.1 ~ 3.0 몰%로 포함될 수 있다. 만일 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하는 산성분의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가0.1 몰% 미만으로 포함되는 경우 알칼리 이용출 특성이 저하되어 알칼리 감량 공정 시간의 증가 및 이로 인한 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 유발할 수 있으며, 균일한 용출이 되지 않아 섬유의 염색공정에서 불균일 염색에 따른 불량률이 증가하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 만일 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 3.0 몰%를 초과하여 포함될 경우 반응 안정성 저하로 부반응물인 디에틸렌글리콜(DEG)의 다량 발생에 따른 방사공정 시 사절의 빈번한 발생과 팩압이 상승하여 방사 조업성이 저하되고, 알칼리 이용출 특성이 너무 높아서 균일한 이용출 특성을 얻을 수 없어 가공된 섬유의 염색 불균일을 유발 및/또는 기계적 강도의 저하 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
다음으로 상술한 에스테르화 반응물과 공중합된 폴리에틸렌글리콜에 대해 설명한다.
본 발명의 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 폴리에틸렌글리콜을 반드시 포함하며, 부가적으로 폴리에틸렌글리콜 이외의 폴리알킬렌글리콜을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌글리콜의 분자량은 1,000 ~ 10,000일 수 있으며, 만일 분자량이 1,000 미만일 경우 알칼리 이용출성 저하로 알칼리 감량 공정 시간의 증가 및 이로 인한 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 유발할 수 있으며, 균일한 용출이 되지 않아 섬유의 염색공정에서 불균일 염색에 따른 불량률이 증가하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 만일 분자량이 10,000을 초과하는 경우 중합반응성이 저하되고 형성된 코폴리에스테르의 유리전이온도가 현저히 저하되어 열특성이 저하되고, 방사가 용이하지 않을 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상술한 에스테르화 반응물 100 중량부에 대해 폴리에틸렌글리콜이 7 ~ 14 중량부 포함될 수 있다. 만일 폴리에틸렌글리콜이 7 중량부 미만으로 포함될 경우 알칼리 이용출성이 저하되는 문제점이 있으며, 폴리에틸렌글리콜이 14 중량부를 초과하여 포함될 경우 중합도가 저하되고 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 유리전이온도가 현저히 저하되어 열특성이 저하되며, 알칼리 이용출 특성이 너무 높아서 균일한 이용출 특성을 얻을 수 없어 가공된 섬유의 염색 불균일을 유발 및/또는 기계적 강도의 저하 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 고유점도는 0.85 ~ 1.00 dl/g일 수 있다. 만일 고유점도가 0.85 dl/g 미만일 경우 방사 공정에서 복합섬유의 기계적 강도의 저하로 사절의 빈번한 발생에 따른 방사용 이성이 떨어지는 문제점이 있으며, 이용출성이 과도하여 균일한 용출이 어렵거나 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 유발할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 고유점도가 1.000 dl/g 초과할 경우 높은 기계적 강도로 인하여 방사 작업성은 좋으나 알칼리 이용출이 현저히 저하되어 감량공정의 소요시간 상승 및 불균일 용출 등의 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 3.6wt% 이하일 수 있다.
상기 코폴리에스테르에 포함되는 디에틸렌글리콜은 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 반응에서 부가적으로 발생하는 부반응물로써, 종래에 부반응물인 디에틸렌글리콜을 감소시키려는 많은 시도가 있어왔는데, 본 발명은 바람직하게는 DEG의 함량이 3.6wt%, 보다 바람직하게는 3.3wt%이하로 부반응물에 따른 알칼리용액에서 감량속도를 조절하기 어려운 문제점, 방사작업성의 저하 및 용출불균일에 따른 염색공정에서 불량이 발생할 수 있는 문제점을 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상술한 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 (1) 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 에스테르화 반응물 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 혼합하여 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, (1) 단계로서 테레프탈산(TPA), 에틸렌글리콜(EG) 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함하여 반응된 에스테르화 반응물을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 (1) 단계의 에스테르화 반응물은 바람직하게는 상기 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함되고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 ~ 3.0 몰%로 포함되어 에스테르화 반응을 통해 제조될 수 있다.
상기 반응물에서 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함됨으로써 섬유 제조를 위한 방사시 높은 기계적 강도와 형태안정성을 유지할 수 있는 이점이 있다. 만일 에틸렌글리콜이 테레프탈산에 대해 2.0 몰비를 초과하여 포함될 경우 에틸렌글리콜이 디에틸렌글리콜 전환되는 부반응이 촉진되어 부산물인 디에틸렌글리콜이 다량으로 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 만일 1.1 몰비 미만으로 포함할 경우 반응성 저하로 중합도가 저하 되고 목표로 하는 고분자량의 코폴리에스테르를 수득할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 우수한 이용출 특성, 균일한 용출을 통한 염색불균일 방지 등을 위해 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 ~ 3.0 몰%로 포함될 수 있다. 만일 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 몰% 미만으로 포함되는 경우 알칼리 이용출 특성이 저하되어 알칼리 감량 공정 시간의 증가 및 이로 인한 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 유발할 수 있으며, 균일한 용출이 되지 않아 섬유의 염색공정에서 불균일 염색에 따른 불량률이 증가하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 만일 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 3.0 몰%를 초과하여 포함될 경우 반응 안정성 저하로 부반응물인 디에틸렌글리콜(DEG)의 다량 발생에 따른 방사공정 시 사절의 빈번한 발생과 팩압이 상승하여 방사 조업성이 저하되고, 알칼리 이용출 특성이 너무 높아서 균일한 이용출 특성을 얻을 수 없어 가공된 섬유의 염색 불균일을 유발 및/또는 기계적 강도의 저하 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
상기 에스테르화 반응물을 제조하기 위해 테레프탈산, 에틸렌글리콜 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 혼합시기는 비제한적이며, 테레프탈산 및 에틸렌글리콜의 에스테르화 반응 중에 첨가될 수 있고, 반응 시작 시부터 첨가될 수 도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시에 따르면, 상기 (1)단계의 에스테르화 반응물은 금속아세테이트 촉매하에서 제조될 수 있다. 상기 금속아세테이트 촉매는 리튬, 망간, 코발트, 소듐, 마그네슘, 아연 및 칼슘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 금속아세테이트 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 금속아세테이트 촉매의 투입량은 바람직하게는 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 100 중량부에 대하여 금속아세테이트 촉매를 0.5 ~ 20 중량부를 투입할 수 있다. 만일 금속아세테이트 촉매가 0.5 중량부 미만으로 포함될 경우 에스테르화 반응율이 저하되고 반응시간이 길어지는 문제점이 있을 수 있으며, 만일 20 중량부를 초과하면 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 반응제어가 어려워져 부산물인 디에틸렌글리콜의 함량 조절이 어려운 문제점이 있을 수 있다.
상기 (1) 단계의 에스테르화 반응물은 바람직하게는 200 ~ 270℃의 온도 및 1100 ~ 1350 토르(Torr)의 압력 하에서 제조될 수 있다. 상기 조건을 만족하지 않는 경우 에스테르화 반응 시간이 길어지거나 고온의 영향으로 부반응물이 디에틸렌글리콜이 다량 형성 될 수 있으며, 반응성 저하로 중축합 반응에 적합한 에스테르화 반응물을 형성할 수 없는 문제가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로 본 발명은 (2) 단계로써 상기 에스테르화 반응물 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 혼합하여 공중합체를 제조하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 (2) 단계의 공중합체는 에스테르화 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜을 7.0 ~ 14.0 중량부 포함하여 제조될 수 있으며, 만일 폴리에틸렌글리콜이 7 중량부 미만으로 포함될 경우 알칼리 이용출성이 저하되는 문제점이 있으며, 폴리에틸렌글리콜이 14 중량부를 초과하여 포함될 경우 중합도가 저하되고 알칼리 이용성 코폴리에스테르의 유리전이온도가 현저히 저하되어 열특성이 저하되며, 알칼리 이용출 특성이 너무 높아서 균일한 이용출 특성을 얻을 수 없어 가공된 섬유의 염색 불균일을 유발 및/또는 기계적 강도의 저하 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리에틸렌글리콜의 투입시기는 비제한적이며, 상기 에스테르화 반응물의 에스테르화 반응 단계에서 투입될 수 있으며, 에스테르화 반응이 완료된 반응물에 혼합될 수도 있다.
바람직하게는 상기 (2) 단계의 공중합체는 250 ~ 300℃ 온도 및 0.3 ~ 1.0 토르(Torr) 압력 하에서 제조될 수 있으며, 만일 상기 조건을 만족하지 못하는 경우 반응시간 지연, 중합도 저하 및 열분해 유발 등의 문제점이 발생할 수 있다.
상기 (2) 단계는 중·축합반응 시 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 적정한 반응성 확보와 생산단가의 낮추기 위해 안티몬화합물 및 고온에서 열분해에 의한 색상의 변색을 억제하기 위해 인화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 안티몬 화합물로는 삼산화안티몬, 사산화안티몬, 오산화안티몬 등과 같은 산화안티몬류, 삼황화안티몬, 삼불화안티몬, 삼염화안티몬 등과 같은 할로겐화 안티몬류, 안티몬트리아세테이트, 안티몬벤조에이트, 안티몬트리스테아레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 촉매로 안티몬화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 600ppm을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 인화합물로는 인산, 모노메틸인산 트리메틸인산, 트리부틸인산 등 인산류 및 그의 유도체들을 사용하는 것이 좋으며, 이 중에서도 특히 트리메틸인산 또는 트리에틸인산 또는 트리페닐아인산이 그 효과가 우수하여 바람직하고, 인화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 500ppm을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 제조방법에 의해 제조된 알칼리 이용성 코폴리에스테르는 고유점도가 바람직하게는 0.850 ~ 1.000 dl/g일 수 있으며, 부반응물인 디에틸렌글리콜이 3.6wt%이하로 포함될 수 있다.
만일 고유점도가 0.85 dl/g 미만일 경우 방사 공정에서 복합섬유의 기계적 강도의 저하로 사절의 빈번한 발생에 따른 방사용 이성이 떨어지는 문제점이 있으며, 이용출성이 과도하여 균일한 용출이 어렵거나 섬유형성성 폴리머의 알칼리 침해를 유발할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 고유점도가 1.000 dl/g 초과할 경우 높은 기계적 강도로 인하여 방사 작업성은 좋으나 알칼리 이용출이 현저히 저하되어 감량공정의 소요시간 상승 및 불균일 용출 등의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 코폴리에스테르에 포함되는 디에틸렌글리콜은 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 반응에서 부가적으로 발생하는 부반응물로써, 종래에 부반응물인 디에틸렌글리콜을 감소시키려는 많은 시도가 있어왔는데, 본 발명은 바람직하게는 DEG의 함량이 3.6wt%, 보다 바람직하게는 3.3wt%이하로 부반응물에 따른 알칼리용액에서 감량속도를 조절하기 어려운 문제점, 방사작업성의 저하 및 용출불균일에 따른 염색공정에서 불량이 발생할 수 있는 문제점을 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 포함하는 복합섬유를 포함한다.
상기 복합섬유는 추출(용출)성 성분인 본 발명에 따른 알칼리 이용성 코폴리에스테르 성분외에 통상적으로 복합섬유에 포함되는 섬유형성성 성분을 포함할 수 있으며, 상기 섬유형성성 성분에 제한은 없지만 바람직하게는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 복합섬유는 상기 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 포함하는 추출성분(이하 제1 성분) 및 섬유형성성분(이하 제2 성분)이 서로 혼합되지 않고, 각각의 성분이 섬유 내에 구분되어 형성되는 것을 의미할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 복합섬유는 시스-코어(Sheath-Core)형, 해도(Island in the Sea)형, 사이드 바이 사이드(Side by side)형 및 분할된 파이(segmented pie)형, 모자이크형, 매트릭스-분산형, 성운형 등일 수 있으며, 이에 특별히 제한되는 것은 아니고 제1 성분 및 제2 성분을 각각 구분되게 포함하는 복합섬유 형태라면 바람직하다. 형성되는 복합섬유의 섬도는 0.5 내지 3 데니어가 바람직하며, 0.5 데니어 미만일 경우 단면 형성 및 가공성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 3 데니어를 초과할 경우 원사의 감성 저하 및 용출성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 시스-코어(Sheath-Core)형 복합섬유의 단면도로써, 도1에 도시된 바와 같이 시스-코어(Sheath-Core)형 복합섬유의 경우 보다 바람직하게는 상기 제1성분을 코어 성분(21)으로 하고, 제2성분을 시스 성분(20)으로 할 수 있다. 반대로, 제2성분을 코어 성분으로 하고, 제1성분을 시스 성분으로 하여 방사할 경우 목표하는 염색성이 우수하고 소프트한 터치의 감성이 우수한 세섬도의 원사를 얻을 수 있다.
또한, 도2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 해도(Island in the Sea)형 복합섬유의 단면도로써, 해도(Island in the Sea)형 섬유일 경우 보다 바람직하게는 제1성분을 해성분(30)으로 하고, 제2성분을 도성분(31)으로 하는 해도(Island in the Sea)형 섬유일 수 있다. 이 때 도성분(31)의 수는 5 내지 1000이 바람직하며, 도성분(31)의 섬도는 0.001 내지 0.5 데니어일 수 있다.
상기 제1 성분을 해성분(30)으로 포함함으로써 도성분(제2 성분)을 포함하는 극세사를 수득할 수 있다.
한편, 반대로 제2성분을 해성분으로 하고, 제1성분을 도성분으로 하여 방사할 경우 용출 후 다중공 섬유를 얻을 수 있으며, 중공의 함기량에 따라 경량성 및 보온성의 효과를 얻을 수 있다.
도3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 사이드 바이 사이드(Side by side)형 복합섬유의 단면도이고, 도4는 분할된 파이(segmented pie)형 복합섬유 단면도이며, 도5는 모자이크형 복합섬유의 단면도, 도6은 매트릭스-분산형의 단면도이다. 도3 내지 도6에 도시된 복합섬유 형태의 경우 구분되어 형성되는 각각의 위치가 동등하기 때문에 본 발명의 제1성분, 제2성분 바람직한 중량비를 만족한다면 제1성분, 제2성분이 포함되는 위치는 특별히 제한되지 않을 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 1 : 1.2 몰비로 조절하고, 테레프탈산 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 총합 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 1.5 몰%로 조절하였다. 또한, 촉매로써 리튬아세테이트를 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 100 중량부 대비하여 10.0 중량부 혼합한 후, 250℃에서 1140 토르(Torr) 압력 하에서 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응물을 얻었고, 그 반응률은 97.5%였다.
형성된 에스테르 반응물을 축중합 반응기에 이송하고 여기에 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 분자량 6000의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.0 중량부를 첨가한 후, 중·축합 촉매로 삼산화 안티몬 400ppm을 투입하여 최종압력 0.5 Torr가 되도록 서서히 감압하면서 285℃까지 승온하여 중·축합반응을 수행한 후 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 1 : 1.2 몰비로 하는 대신에 몰비를 1 : 0.8로 하여 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 1 : 1.2 몰비로 포함시키는 대신에 몰비를 1 : 2.5로 하여 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 총합 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 1.5 몰%로 포함시키는 대신에 3.5몰%로 하여 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 5>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 분자량 6000의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.0 중량부를 첨가하는 대신에 3중량부 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 6>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 분자량 6000의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.0 중량부를 첨가하는 대신에 18중량부 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 분자량 6000의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 첨가하는 대신에 분자량 12,000의 폴리에틸렌글리콜을 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 8>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 1 : 1.2 몰비로 포함시키는 대신에 몰비를 1 : 2로 하여 포함시키고, 분자량 6,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 첨가하는 대신에 분자량 8,000의 폴리에틸렌글리콜을 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 9>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 총합 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 1.5 몰%로 포함시키는 대신에 4.0몰%으로 포함시키고, 분자량 6,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 첨가하는 대신에 분자량 8,000의 폴리에틸렌글리콜을 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 10>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 총합 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 1.5 몰%로 포함시키는 대신에 2.0몰%로 포함시키고, 분자량 6,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10중량부 첨가하는 대신에 분자량 12,000의 폴리에틸렌글리콜을 15중량부 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실시예 11>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 테레프탈산 및 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 총합 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 1.5 몰%로 포함시키는 대신에3.5몰%로 포함시키고, 분자량 6,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10중량부 첨가하는 대신에 분자량 8,000의 폴리에틸렌글리콜을 1중량부 첨가시켜 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트를 포함시키지 않고 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 수득하였다.
<실험예>
1. 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지의 물성 평가
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지에 대해 하기의 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
(1) 고유점도
오르쏘-클로로 페놀(Ortho-Chloro Phenol)을 용매로 하여 110℃, 2.0g/25ml
의 농도로 30분간 용융 후, 25℃에서 30분간 항온하여 캐논(CANON) 점도계가 연결된 자동 점도 측정 장치로부터 분석하였다.
(2) 디에틸렌글리콜(DEG) 함량 측정
디에틸렌글리콜(DEG) 함량은 가스크로마토그래피법(GC)를 이용하여 측정하였으며, 가스크로마토그래피법(GC) 분석법은 아미노에탄올 또는 아미노에탄올/벤질알콜을 용매로 사용하여 측정하고자 하는 물질의 피크 면적과 표준 샘플간의 면적비에 따른 디에틸렌글리콜(DEG) 검량선을 이용하여 측정하였다.
2. 복합섬유의 물성 평가
(1) 복합섬유의 제조
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지를 해성분으로 하고 폴리에스테르계 합성수지인 폴리에틸렌텔레프탈레이트를 도성분으로 하여 통상적인 해도형 구금을 통해 해성분과 도성분을 3 : 7 중량비로 방사 온도 275 ℃, 방사속도는 4200 mpm으로 하여 해도사를 복합방사하였다. 방사하여 제조된 전체 섬도가 75데니어이고, 도성분은 0.06 데니어이며, 도성분이 37개 포함된 해도사에 대해 하기 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
(2) 이용출성
상기 복합방사된 해도사에 대해 95℃, 5% NaOH 수용액에 20분동안 감량처리하여 감량처리 전의 무게와 처리후의 무게를 측정하여 계산하였다. 측정결과가 100%일 경우 알칼리 이용성 코폴리에스테르 수지가 전량 용출된 것으로 볼 수 있으며, 100%를 초과하는 경우 도성분이 알칼리 침해에 의해 손상 받았음을 의미한다.
(2) 염색 균일성
상기 복합방사된 해도사에 대해 환편하여 직물을 제조 후 95℃의 5%의 NaOH 수용액에서 20분 동안 감량처리 하였다. 이후, 청색 분산염료로 95℃에서 상압으로 45분 염색 후 환편의 염색성을 비교하여 염색이 균일한 정도에 따라 균일성이 매우 우수한 경우 ◎로 하여 표시하였고, 균일성이 저하될수록 ○, △, Ⅹ로 표시하였다.
염색의 균일성은 이용성 코폴리에스테르의 불균일 용출에 의해서도 발생하지만, 실시예 10과 같이 디에틸렌글리콜의 함량이 높은 경우에도 발생함을 알 수 있다.
(3)방사작업성
방사 작업성을 평가하기 위해서 원사 제조 공정의 설비 크기보다 1/10 축소된 용융방사기에 필터링 테스트를 실시하여 팩압 게이지의 계기 기록지 그래프 값 측정 및 원사 제조시 사절 빈도를 측정하여 평가하였고, 작업성이 매우 우수한 경우 경우 ◎로 하여 표시하였고, 작업성이 저하될수록 ○, △, Ⅹ로 표시하였다.
EG함량
(몰비)		 설폰산
금속염
함량
(몰%)		 PEG(중량부
/분자량)		 고유
점도
(dl/g)		 DEG함량
(wt%)		 이용출성
(%)		 염색
균일성		 방사
작업성
실시예1 1.2 1.5 10/6,000 0.956 3.2 95 ◎ ◎
실시예2 1.2 3.5 10/6,000 0.972 4.4 101 △ △
실시예3 1.2 1.5 3/6,000 0.852 3.4 67 △ ◎
실시예4 1.2 1.5 18/6,000 0.998 3.6 103 ○ △
실시예5 1.2 1.5 10/12,000 0.966 3.2 97 ◎ △
실시예6 1.2 2.0 10/8,000 0.988 3.5 99 ◎ ◎
실시예7 1.2 4.0 10/8,000 1.003 4.6 107 △ Ⅹ
실시예8 1.2 2.0 15/12,000 0.996 5.1 104 Ⅹ △
실시예9 1.2 3.5 1/8,000 0.858 3.4 78 △ ○
비교예1 1.2 0 10/6,000 0.752 2.8 54 △ Ⅹ
* EG 함량(몰비)은 TPA(몰)를 기준으로 한 것임.
* 설폰산금속염 함량(몰%)은 TPA와 설폰산금속염의 총 몰수를 기준으로 한 것임.
* PEG 함량(중량부)은 에스테르화 반응물 100 중량부를 기준으로 한 것임.
구체적으로 상기 표 1에서 알 수 있듯이, 설폰산금속염을 포함하지 않은 경우(비교예 1)는 설폰산 금속염을 포함한 경우에 비해 이용출성이 좋지 못하고 이에 따라 염색 균일성도 저하된 것으로 확인되었고 방사작업성도 좋지 못했다.
또한, 설폰산금속염을 산성분으로써 과량 포함하는 경우(실시예 2, 7) 부반응물인 디에틸렌글리콜의 함량이 많아지는 문제점이 있었으며 이에 따라 염색 불균일이 현저히 증가하였고, 방사작업성도 좋지 못하였으며, 이용출성이 너무 높아 도성분의 알칼리침해가 발생하였고 이에 따라 도성분의 기계적 강도가 낮아졌음을 알 수 있다.
또한, 폴리에틸렌글리콜을 너무 적게 포함하는 코폴리에스테르(실시예 3, 9)의 경우 이용출성이 좋지 못하여, 불균일 용출로 인한 염색불균일이 발생했음을 확인할 수 있고, 반대로 많이 포함하는 코폴리에스테르(실시예 4)의 경우 방사 작업성이 저하되었으며, 이용출성이 너무 높아져, 도성분에 알칼리침해를 유발했음을 확인할 수 있고, 이에 따라 도성분의 기계적 강도가 낮아졌음을 알 수 있다. 또한, 이러한 문제점은 폴리에틸렌글리콜의 분자량이 너무 큰 경우(실시예 8)에도 발생함을 확인할 수 있다. 나아가 폴리에틸렌글리콜의 분자량이 너무 큰 경우(실시예 5 및 8) 방사작업성도 저하됨을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함되고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 ~ 3.0 몰%로 포함되어 반응된 에스테르화 반응물 100 중량부에 대해 폴리에틸렌글리콜이 7 ~ 14 중량부로 포함되어 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하고, 상기 코폴리에스테르에 포함된 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 3.6wt% 이하인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 분자량 1,000 ~ 10,000인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코폴리에스테르는 고유점도가 0.85 ~ 1.00 dl/g인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르.
  6. 삭제
  7. (1) 테레프탈산 및 에틸렌글리콜이 1: 1.1 ~ 2.0의 몰비로 포함하고, 상기 테레프탈산과 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트의 총 몰수에 대비 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트가 0.1 ~ 3.0 몰%로 포함하여 반응된 에스테르화 반응물을 제조하는 단계; 및
    (2) 상기 에스테르화 반응물 100 중량부에 대해 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 7 ~ 14 중량부 혼합하여 중·축합하는 단계;를 포함하여 코폴리에스테르를 제조하되,
    상기 코폴리에스테르에 포함된 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 3.6wt% 이하인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용해성 코폴리에스테르 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (1)단계의 에스테르화 반응물은 상기 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트 100 중량부에 대하여 금속아세테이트 촉매 0.5 ~ 20 중량부를 더 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용해성 코폴리에스테르 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (1) 단계의 에스테르화 반응물은 200 ~ 270℃의 온도 및 1100 ~ 1350 토르(Torr)의 압력 하에서 제조되는 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용해성 코폴리에스테르 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 250 ~ 300℃ 온도 및 0.3 ~ 1.0 토르(Torr) 압력 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용해성 코폴리에스테르 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 (2) 단계의 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 분자량이 1,000 ~ 10,000인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 코폴리에스테르의 고유점도가 0.850 ~ 1.000 dl/g인 것을 특징으로 하는 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르 제조방법.
  15. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 포함하는 복합섬유.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복합섬유는 시스-코어(Sheath-Core)형, 해도(Island in the Sea)형, 사이드 바이 사이드(Side by side)형 및 분할된 파이(segmented pie)형인 것을 특징으로 하는 복합섬유.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 해도형 복합섬유는 상기 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 해성분 또는 도성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합섬유.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시스-코어형 복합섬유는 상기 복합섬유 제조용 알칼리 이용성 코폴리에스테르를 시스부 또는 코어부에 포함하는 것을 특징으로 하는 복합섬유.
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