KR101701272B1

KR101701272B1 - 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트 가연사의 제조방법

Info

Publication number: KR101701272B1
Application number: KR1020150060380A
Authority: KR
Inventors: 김희진; 김병암; 김효섭; 박성우; 임재호; 이우승
Original assignee: 한국섬유개발연구원
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2017-02-02
Also published as: KR20160129139A

Abstract

본 발명은 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 그라파이트 미립자를 함유한 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합 폴리머를 용융시켜 방사하는 것을 특징으로 하는 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트의 제조방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 촉감, 드레이프성, 탄력감 등이 우수하고, 비발열 일반원단과 비교하여 약 3℃ ∼ 8℃ 정도의 발열효과를 가지는 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트를 제공할 수 있다.

Description

광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트 가연사의 제조방법{Process Of Producing Bicomponent filament Textured Yarn Haviang Exellent Light Heat Generation Performance}

본 발명은 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 그라파이트 미립자를 함유한 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합 폴리머를 용융시켜 방사하는 것을 특징으로 하는 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트의 제조방법에 관한 것이다.

고유가 시대에 에너지 효율성이 지속적으로 강조되면서 에너지 효율을 증대 시킬 수 있는 기능의 인테리어 제품이 시장을 선점할 것으로 예상되고, 단순 기능성을 탈피하여 에너지의 효율을 효과적으로 증대할 수 있는 제품개발이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 최근 기상이변으로 인한 역대 최저기온의 기후적인 변화와 산업의 고도화, 레저문화의 사회적인 변화로 인하여 겨울철에도 외부온도에 의한 변화가 증가하게 되면서 기존의 단열/보온소재와 다른 새로운 신소재의 개발을 요구하고 있는 실정이어서 국내외 섬유산업계에서는 원사소재개발 및 후가공 기술을 접목하여 신개념의 단열/보온성을 갖는 섬유제품의 개발에 노력하고 있다.

이러한 발열특성을 가지는 소재들로는 다양한 물질들이 있으나 인체내 유입, 환경문제, 단가, 미립자 분산 및 가공방법의 문제점으로 인해 섬유에 활용할 수 있는 발열소재는 매우 한정되어 있는 실정이다.

광에 의한 발열성능을 가진 탄소소재는 다른 발열소재와는 달리 인체 친화적인 소재로서 공급이 안정적이고, 분산 및 가공이 용이한데, 이러한 무채색 중심의 광 발열 탄소소재를 원사내에 혼입할 경우 색상발현에 한계를 가지는 문제점을 발생시킬 수 있으며, 염색공정이 까다로워 제품의 디자인 설계 및 심미성 발현에 제약을 줄 수 있는 문제점이 있었다.

대한민국공개특허제10-2005-0083737호(2005년08월26일 공개)

그러므로 본 발명에 의하면, 광 발열소재의 발열특성을 이용한 복합필라멘트를 제공하여 드레이프성, 단열성, 난연성 등의 복합기능성 발현이 가능하고, 원사소재에 의한 색상발현이 가능할 뿐만 아니라, 타 소재와의 복합으로 멜란지 효과를 발현할 수 있는 복합 필라멘트를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 입도 500 ~ 5,000 nm인 그라파이트 미립자를 0.1 ~ 0.6 중량% 함유하고 상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 고유점도차이가 0.1 ~ 0.15 ㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합 폴리머를 중량비 80:20 ~ 99:1로 혼합하여 용융시킨 후,
방사구의 길이는 0.45 ∼ 0.55mm, 지름은 0.15 ∼ 0.30mm로 설정된 방사구금을 통해 상기 혼합 용융된 폴리머를 토출시키고, 토출된 용융상태의 폴리머를 0.2 ~ 0.7 m/sec의 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한 후, 오일링을 하고 권취하여 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트를 제조한 후,
상기 이성분 필라멘트를 170 ~ 200℃의 제1히터를 통과시켜고, T2/T1 장력비 0.7 ~ 1.0 으로 가연하고, 연신비 1.50 ~ 1.70으로 연신하면서 제1피드롤러와 제2피드롤러간의 오버피드율은 1.0 ~ 3.0 %로 하고, 공기압 1.0 ~ 3.0㎏/㎠으로 교락한 후, 제2히터에서 150 ~ 180℃로 열처리 한 후, 권취하는 것을 특징으로 하는 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트 가연사의 제조방법이 제공된다.

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이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 2종의 폴리머를 동일한 방사구금을 통하여 혼합 방사하여 권취하는 혼합 방사방법에 관한 것으로서, 특히 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 입도 500 ~ 5,000 nm인 그라파이트 미립자가 0.1 ~ 0.6중량% 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 이성분 필라멘트로 방사하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 광 발열성능이 우수한 이성분 혼합 필라멘트의 제조방법은 크게 용융, 방사, 냉각 및 권취단계로 이루어진다. 용융단계에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머용 익스트루더에 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 도징 시스템에 의해 혼입된 폴리머를 용융시켜 다음단계인 방사단계에 공급하게 된다. 상기 익스트루더는 통상의 합성섬유방사에 사용하는 익스트루더를 사용할 수 있으며, 투입되는 칩의 종류에 따라 적정한 용융조건을 조절하여 상기 2종의 칩을 용융시킬 수 있다.

상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 고유점도 0.6 ~ 0.65 dl/g, 수분함유율 1,000ppm 이하, 용융온도 255 ~ 260℃ 및 유리전이온도 70 ~ 80℃인 폴리머이고, 상기 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 고유점도 0.75 ~ 0.80㎗/g, 수분함유율 20 ~ 30ppm, 용융온도 260 ~ 270℃ 및 유리전이온도 70 ~ 80℃인 폴리머를 사용하는 것이 방사를 안정적으로 할 수 있고, 섬유 형성능, 섬유 발열성 및 강도부여에 바람직하다.

상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 고유점도차이가 0.1 ~ 0.15 ㎗/g인 것이 폴리머의 흐름성과 그라파이트의 농도 조절에 바람직하다.

상기 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머의 2종의 폴리머간의 비율은 1:99 ~ 20:80으로 할 수 있고, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머의 비율이 높으면 광발열특성이 저하되고, 반면 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머의 비율이 20 중량%를 초과하면 홀막힘, 약사발생 등 원사의 물성이 저하된다. 상기 2종의 폴리에스테르 폴리머에는 소광제, 자외선 차단제 등의 첨가제를 소량 첨가할 수도 있다.

상기 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 입도 500 ~ 5,000 nm인 그라파이트 미립자를 0.1 ~ 0.6 중량% 함유하도록 하여 광 조사시 발열작용을 일으킬 수 있도록 하는데, 그라파이트 미립자는 판상형인 것을 사용할 수 있으며, 입도 500 nm 미만인 경우에는 응집이 심해져 홀막힘 문제점이 발생하며, 입도 5,000 nm초과시에는 약사형성 및 능락현상의 문제점이 발생할 수 있다. 그라파이트 미립자의 함유량은 0.1 ~ 0.6 중량%가 바람직한데, 0.1 중량% 미만인 경우에는 광발열특성이 저하되는 문제점이 발생하며, 0.6 중량% 초과시에는 원사의 물성이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 그라파이트 미립자를 폴리머내에 균일분산을 하기 위해서는 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 마스터 배치칩의 공급속도를 조절해야 한다.

상기 혼합된 용융된 폴리머는 방사구금에 공급되어 동시에 방사되는데, 상기 방사구금은 투입되는 상기 2종의 폴리머가 서로 잘 혼합되도록 설계된 것을 사용하는데, 본 발명의 상기 방사구금은 용융상태의 폴리머가 토출되는 형태로 원형을 기본으로 삼각, 아령 및 편평 등 다양하게 적용할 수 있고, 방사구의 길이와 지름으로 사의 물성을 조절할 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같은 방사구의 길이(l)는 0.45 ∼ 0.55㎜, 지름은 0.15 ∼ 0.25㎜로 설정할 수 있다. 방사구가 길이가 짧거나 지름이 크면 방사압력이 낮아져 폴리머가 흘려내려 방사시 왜곡을 일으킬 수 있으며, 길거나 너무 좁으면 폴리머의 체류 시간이 길어져 열화가 일어나거나 방사압력이 높아서 작업성에 문제를 일으킬 수 있다.

상기 방사노즐은 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 혼합 방사용으로 구금 홀은 12 ∼ 72홀로 구성할 수 있다.

이러한 방사구금에 의해 제조된 복합필라멘트의 단면에는 광발열특성의 그라파이트 입자가 필라멘트 내부에 형성되어 있어서 발열특성을 나타내고 단사섬도가 0.5 ~ 3.0데니어 수준으로 형태안정과 발열특성의 기능성이 뛰어난 특징이 있는 필라멘트를 제공할 수 있다.

상기 방사구금에서의 방사온도는 300 ~ 315℃로 그라파이트 입자로 인하여 일반 점도를 유지하기 위하여 일반 폴리머보다 약 5 ~ 20℃ 높여 작업하는 것이 적합하다. 상기 방사구금을 통해 동시에 용융방사된 사조는 통상적인 방법과 같이 구금 직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각시켜 고화하게 되는데, 본 발명에서는 20 ~ 25℃의 냉각풍으로 냉각시킨다. 상기 사조냉각구간을 통과하면서 고화된 필라멘트들은 오일을 부여하면서 집속을 한 후 제1고뎃롤러와 제2고뎃롤러를 통과시키면서 공정통과성을 확보할 수 있는 연신비 1.5 ~ 2.0으로 연신한 후 권취부에서 권취하게 된다.

본 발명에서는 상기 필라멘트를 이용하여 가연사의 제조방법을 제공할 수 있다. 이하 설명하기로 한다.

상기 방사방법에 의해 제조된 필라멘트를 170 ~ 200℃의 제1히터를 통과시켜 제1차 열처리를 한다. 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 열처리온도가 180 ~ 210℃임에 반해, 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 열처리온도가 5 ~ 10℃ 낮은 온도에서 처리하는데 이는 원사내 함유되어 있는 그라파이트에 의해 열전도률이 높아 열효율이 증가된 결과로 추정된다.

상기 가연사의 가연 조건은 가연장력(T1)은 18 ~ 45g, 해연장력(T2)은 25 ~ 50g으로 T2/T1 비는 0.7 ~ 1.0으로 작업이 가능한데, 0.7보다 낮으면 미해연이 발생하고 1.0을 초과하면 모우가 발생할 수 있다. 연신비(DR)는 1.50 ~ 1.70으로 1.50 미만에서 상대적으로 비결정 영역이 많아 물성이 불균일하여 염색시 불균염 현상이 발생하고, 연신비 1.70 초과시 과도한 연신에 의한 사절이 많이 발생할 수 있다.

제1피드롤러와 제2피드롤러간의 오버피드율은 1.0 ~ 3.0 %가 바람직한데, 1% 미만에서는 과도한 장력에 의해서 크림프 발현이 미흡하고, 3.0% 초과시에는 과도한 원사공급으로 모우가 발생한다. 이후, 공기압 1.0 ~ 3.0㎏/㎠으로 교락한 후, 제 2 히터에서 150 ~ 180℃ 열처리하게 되는데, 150℃ 보다 낮으면 열고정성이 약하여 크림프 내구성이 저하되고, 180℃보다 높으면 내구성은 증가하나 과도한 열에 의해 크림프가 감소되는 현상이 발생할 수 있다.

그러므로 본 발명에 의해 촉감, 드레이프성, 탄력감 등이 우수하고, 비발열 일반원단과 비교하여 약 3℃ ∼ 8℃ 정도의 발열효과를 가지는 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트와 고벌키 가연사를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트의 단면사진이며,
도 2는 본 발명의 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트를 제조하는 방사구금의 단면도이다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 광 발열성능이 우수한 이성분 필라멘트의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1~3 및 비교예 1]

고유점도 0.6 ~ 0.65 ㎗/g, 수분함유율 1,000ppm 이하, 용융온도 260℃ 및 유리전이온도 80℃인 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와, 입도 500 ~ 5,000 nm인 판상형 그라파이트 미립자를 하기 표 1의 중량%로 함유하고 고유점도 0.75 ~ 0.80㎗/g, 수분함유율 30ppm, 용융온도 270℃ 및 유리전이온도 80℃인 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 준비하되, 상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 고유점도차이가 0.1 ㎗/g인 것을 사용하였다.

상기 그라파이트 미립자가 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머의 2종의 폴리머간의 비율은 10:90으로 하여 용융된 폴리머를 도진시스템을 이용하여 방사구금에 공급하여 동시에 방사하는데, 방사구금은 원형인 것을 사용하였고, 도 2에 도시된 바와 같이 방사구의 길이는 0.45㎜, 지름은 0.25㎜로 설정하고 구금 홀은 48홀짜리를 사용하며, 상기 방사구금에서의 방사온도는 315℃로 조절하고 20 ~ 25℃ 의 냉각풍으로 냉각시킨후 오일을 부여하면서 집속을 한 후 제1고뎃롤러와 제2고뎃롤러를 통과시키면서 권취부에서 권취하여 원사섬도가 240d/48fila인 부분 미연신 필라멘트를 제조하였다.

구 분	그라파이트함유량	섬도 (de)	인장강도 (g/d)	인장신도 (%)
실시예 1	0.2 %	240.54	2.49	135.53
실시예 2	0.3 %	241.44	2.41	137.26
실시예 3	0.4 %	241.16	2.36	138.68
비교예 1	0%	237.42	2.76	142.13

[실시예 4~6 및 비교예 2]

상기 방사방법에 의해 제조된 필라멘트를 디스크타입의 가연기로 185℃의 제1히터를 통과시켜 제1차 열처리를 한 후, T2/T1 장력을 0.8로 설정하고, 연신비 1.60로 연신하였다. 제1피드롤러와 제2피드롤러간의 오버피드율은 2.10%로 설정하였고, 이후 공기압 1.8㎏/㎠으로 교락한 후, 160℃의 제2히터를 통과시켜 제2차열처리를 한 후 권취하여 표 2의 물성을 가진 가연사를 제조하였다.

구 분	섬도 (de)	인장강도		인장 신도(%)	사치수 변화율(%)	발열효과 (℃)
구 분	섬도 (de)	(cN)	(g/d)	인장 신도(%)	사치수 변화율(%)	발열효과 (℃)
실시예 4	150.6	614.1	4.17	25.2	(-) 8.0	5.1
실시예 5	149.8	624.4	4.24	26.5	(-) 8.2	5.8
실시예 6	149.4	578.6	3.93	24.5	(-) 8.2	6.8
비교예 2	150.6	648.3	4.40	26.4	(-) 8.8	0

Claims

일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 입도 500 ~ 5,000 nm인 그라파이트 미립자를 0.1 ~ 0.6 중량% 함유하고 상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 고유점도차이가 0.1 ~ 0.15 ㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합 폴리머를 중량비 80:20 ~ 99:1로 혼합하여 용융시킨 후,
방사구의 길이는 0.45 ∼ 0.55mm, 지름은 0.15 ∼ 0.30mm로 설정된 방사구금을 통해 상기 혼합 용융된 폴리머를 토출시키고, 토출된 용융상태의 폴리머를 0.2 ~ 0.7 m/sec의 냉각풍이 형성되는 냉각부를 통과시키면서 고화한 후, 오일링을 하고 권취하여 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트를 제조한 후,
상기 이성분 필라멘트를 170 ~ 200℃의 제1히터를 통과시켜고, T2/T1 장력비 0.7 ~ 1.0 으로 가연하고, 연신비 1.50 ~ 1.70으로 연신하면서 제1피드롤러와 제2피드롤러간의 오버피드율은 1.0 ~ 3.0 %로 하고, 공기압 1.0 ~ 3.0㎏/㎠으로 교락한 후, 제2히터에서 150 ~ 180℃로 열처리 한 후, 권취하는 것을 특징으로 하는 광발열성능이 우수한 이성분 필라멘트 가연사의 제조방법.
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