KR101744255B1 - 용출형 복합중공섬유 및 복합중공사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합중공섬유에 있어서, 시스(Sheath)부는 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 형성되고, 코어(Core)부는 일부가 외부에 노출되는 이용성 폴리머로 형성되어 상기 코어부는 용출되며 용출 후에 상기 시스부는 C형 단면으로 형성되되, 상기 이용성 폴리머는, 테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 1~5몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DMSP) 또는 디(β-하이드록시에틸기)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Di(β-hydroxyethyl)-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DHSP)을 함유하는 폴리에스테르계 수지 90~95중량%와 수평균 분자량이 400~20,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5~10중량% 함유하는 수지 조성물인 용출형 복합중공섬유 및 용출형 복합중공사에 관한 것이다.

Description

용출형 복합중공섬유 및 복합중공사{EXTRACTION TYPE CONJUGATED HOLLOW FIBER AND HOLLOW YARN}

본 발명은 용출형 복합중공섬유 및 복합중공사에 관한 것으로 특히 섬유안에 형성된 중공의 형태변화가 없는 중공률이 우수한 용출형 복합중공섬유 및 복합중공사에 관한 것이다.

폴리에스테르나 폴리아미드 등의 합성섬유는, 그 우수한 물리적 및 화학적 특성에 의해, 의류용뿐만아니라, 산업용에도 널리 사용되고 있고, 공업적으로 중요한 가치를 지니고 있다. 그러나, 이들 합성섬유는, 그 단사섬도가 단일한 분포를 갖으며, 보온성에서 마,면 등의 천연섬유와 차이가 큰 결점이 있었으며, 이러한 결점을 개선하기 위해, 합성섬유를 중공화하는 것이 널리 행해지고 있다.

일반적으로 중공률이 높은 섬유는 많은 공기층을 함유하므로 비중이 작고, 보온성이 우수하다. 따라서, 가벼우면서도 따뜻한 느낌을 주는 우수한 특성을 가지며, 단열옷, 이불, 보온용 이불, 침낭 등에 많이 사용되어지고 있으나, 지금까지 개발되어온 중공섬유는 방사시 방사공 상부의 압력 불균형이나, 방사된 고분자 용융체를 냉각시키는 과정에서 공기와류에 의해 원사가 개환되거나 반복 사용시 중공사가 개환되어 공기층을 잃게 되므로 반발성, 숭고성, 보온성 및 염색성이 떨어지는 결점이 있다.

종래에 중공섬유의 중공률을 크게 하는 방법으로는 대한민국 등록특허 제0062548호에서는 구금공의 세변이 반지름이 R인 원(圓)의 일부인 원호모양으로 되어 있으며, 상기 구금공은 세변의 꼭지점으로부터 돌출된 3개의 돌기부를 가지며, 또 세변의 각 구금공 사이에는 간극을 가지며 전체적으로 구금공의 형상이 3각형으로 되어 있는 삼각단면 중공섬유 제조용 방사구금을 이용하여 중공섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

이러한, 만곡된 슬릿(slit) 두 개 이상을 원형으로 배열한 방사구금을 이용하여 구금의 지름, 슬릿폭, 만곡슬릿과 슬릿간의 길이, 고분자 용융체의 점도, 토출량, 방출사조의 냉각방식을 조절하는 방법이 알려져 있으나, 이와같은 방법만으로는 웰딩포인트(welding point)가 떨어지는 문제점을 완전히 해결할 수 없었다.

용출형 중공사에 있어서는 내부의 물질이 완전히 용해되어 배출되며 용출시에도 단면형태 유지하는 것이 관건이었다. 또한, 용출된 후에도 보온성이 경량성이 우수한 섬유기술의 개발이 소망되었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 본 발명은 원사의 강도뿐만 아니라 단면 형태 유지율이 우수한 용출형 복합중공사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이용성 폴리머 제거 후 보온성 및 경량성 효과가 우수한 복합중공사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 복합중공섬유에 있어서, 시스(Sheath)부는 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 형성되고, 코어(Core)부는 일부가 외부에 노출되는 이용성 폴리머로 형성되어 상기 코어부는 용출되며 용출 후에 상기 시스부는 C형 단면으로 형성되되, 상기 이용성 폴리머는, 테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 1~5몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DMSP) 또는 디(β-하이드록시에틸기)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Di(β-hydroxyethyl)-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DHSP)을 함유하는 폴리에스테르계 수지 90~95중량%와 수평균 분자량이 400~20,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5~10중량% 함유하는 수지 조성물인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유를 제공한다.

또한, 상기 폴리아미드계 수지는 상대점도(relatively viscosity, R.V.)가 3.0~3.5인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유를 제공한다.

또한, 상기 용출형 복합중공섬유는 이용성 폴리머를 용출 후 중공률이 전체 단면적의 45% ~ 55%인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유를 제공한다.

또한, 상기의 복합중공섬유를 이용해 제조된 용출형 복합중공사를 제공한다.

또한, 상기 복합중공사는 부분연신사(POY), 연신사(SDY) 및 가연사(DTY) 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공사를 제공한다.

본 발명에 따른 용출형 복합중공섬유 및 복합중공사는 원사의 강도가 우수할 뿐 만아니라, 단면 형태 유지율이 98% 이상으로 우수하다.

또한 본 발명에 따른 용출형 복합중공섬유 및 복합중공사는 이용성 폴리머 제거 후 보온성 및 경량성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유를 제조할 수 있는 방사구금을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

또한, 본 발명에서 사용되는 '사(絲, Yarn)' 또는 '실'은 2 이상의 섬유가 집합된 섬유의 집합체를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유의 단면을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유를 제조할 수 있는 방사구금을 나타낸 도면이다.

본 발명은 용출형 복합중공섬유에 관한 것으로 도 1에서 보는 바와 같이 C형 단면의 형태로 시스(Sheath)부와 코어(Core)부로 이루어져 있으며, 상기 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 형성되고, 상기 코어부는 이용성 폴리머로 형성될 수 있다.

상기 용출형 복합중공섬유는 상기 코어부의 일부가 외부에 노출되도록 형성되어 코어부가 용출된 후에는 C형 단면의 중공섬유로 형성될 수 있다.

상기 시스부에 사용되는 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지 중 폴리아미드계 수지는 나일론 6 또는 나일론 66 등을 사용할 수 있으며, 상기 나일론수지의 상대점도가 상대점도(relatively viscosity, R.V.)가 3.0~3.5인 것이 바람직하다. 상기 상대점도(R.V.)가 3.0~3.5일 때 단면 형태 유지가 우수하며 보온성이 뛰어난 특성이 있다. 즉, 상대점도(R.V.)가 3.0미만일 경우 C형 단면을 유지할 수 있는 단면 형태유지가 잘 이루어지지 않으며, 3.5를 초과할 경우 점도가 높아 방사가 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.

상기 시스부에 사용되는 폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT), PTT(폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene terephthalate, PTT) 중 선택되는 하나를 사용할 수 있을 것이다.

본 발명의 복합중공섬유에서 코어부에 사용되는 이용성 폴리머는 섬유제조 후에 코어부를 용출시켜 중공섬유로 제조하는 것인데, 용이하게 용출될 수 있도록 이용성 폴리머를 사용한다. 상기 이용성 폴리머는 알칼리성 용액에 쉽게 가수분해되는 이용성 폴리에스테르계 합성수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 이용성 폴리에스테르계 합성수지는 현재 많은 분야에서 사용되는 것으로 알카리성 용액에 쉽게 용해되는 장점이 있다.

본 발명의 이용성 폴리머는 알카리성 용액에 쉽게 용해되도록 형성되어야 하는 것으로 본 발명에서는 테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 1~5몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfo isophthalate phosphonium salt : DMSP) 또는 디(β-하이드록시에틸기)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Di(β-hydroxyethyl)-5-sulfo isophthalate phosphonium salt: DHSP)을 함유하는 폴리에스테르계 수지 90~95중량%와 수평균 분자량이 400~20,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5~10중량% 함유하는 수지 조성물인 이용성 폴리에스테르 수지를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(DMSP) 또는 디(β-하이드록시에틸기)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(DHSP)을 함유하는 폴리에스테르계 수지와 폴리알킬렌 옥사이드로 형성되는 이용성 폴리에스테르 수지를 사용함에 따라 제조되는 원사의 강도를 높게 할 수 있으며, 강도의 향상으로 융용방사성이 높아지고 사가공에서 사절현상을 줄일 수 있을 것이다.

상기 용출형 복합중공섬유는 이용성 폴리머를 용출시킨 후 중공률이 전체 단면적의 45% 이상으로 중공이 형성되는 것이 바람직하며, 45~55%인 것이 더 바람직하다.

상기 중공률이 상기 범위일 때 섬유의 단면형태 유지가 뛰어나며, 보온성 유지도 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기 용출형 복합중공섬유가 용출 후에 C형 단면의 중공섬유로 형성하기 위해서 시스-코어형의 복합섬유에서 코어부의 이용성 폴리머수지가 외부에 노출되도록 형성되는 편심형 시스-코어 복합섬유로 제조할 수 있다.

상기 편심형 시스-코어형 복합섬유는 방사시 시스부의 합성수지가 팽윤현상으로 코어부의 합성수지가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있으므로 도 2에 도시된 방사구금과 같이 C형의 방사구금을 이용하여 제조할 수 있다.

상기 C형의 방사구금으로 제조할 경우 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지가 ①의 홀(hole)로 방출되며, ②의 홀에서 이용성 폴리머가 방출되어 C형 단면의 시스-코어형 복합중공섬유를 제조할 수 있다.

C형의 방사구금으로 제조된 시스-코어형 복합섬유는 코어부의 이용성 폴리머의 일부가 외부에 쉽게 노출되어 코어부의 수지를 용출용액에 접촉되도록 하여 용이하게 용출시킬 수 있다.

상기 이용성 폴리머를 이용성 폴리에스테르계 합성수지로 사용하는 경우 용출형 복합섬유를 수산화나트륨(NaOH) 수용액에서 용출시키는 것이 바람직하다.

상기 수산화나트륨 1% 미만의 수용액에서는 이용성 폴리에스테르계 합성수지를 용출할 경우에는 용출시간이 장시간이 소요되며 수산화나트륨 5%를 초과하는 수용액에서 용출할 경우에는 시스부의 폴리에스테르가 용출될 수 있으므로 수산화나트륨 1~5% 수용액에서 용출하는 것이 바람직하다.

상기 수산화나트륨(NaOH) 수용액에서 용출할 경우 용출시간은 수산화나트륨 수용액의 농도에 따라 달라질 수 있으나 1~60분간 용출하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 따른 용출형 복합중공섬유를 이용하여 복합중공사를 제조할 수 있다.

상기 이용성 복합중공사는 사용목적에 따라 섬도와 필라메트 수를 조절할 수 있으나 일반적으로 섬도 50~200데니어(Denier), 20~100필라멘트로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 이용성 복합중공사는 다수의 방사구금이 형성된 방사장치를 이용하여 다수의 섬유를 동시에 방사하고 방사된 섬유를 실로 형성하는 일반적인 섬유 및 사의 제조공정으로 제조되는 것으로 이용성 복합섬유의 제조방법은 이용성 복합중공사를 제조하는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유는 시스부의 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지와 코어부의 이용성 폴리머를 용융한 후 복합방사하여 제조되며, 이용성 복합중공사는 상기 복합방사 후, 제조하려는 실은 종류에 따라 부분연신사(POY), 연신사(SDY) 및 가연사(DTY) 중 어느 하나로 이용할 수 있다.

상기 복합방사 후에 부분연신사(POY) 제조는 방사되는 섬유를 2500~3200mpm(m/min)로 권취하여 상기 이용성 복합중공사를 부분연신사(POY)로 제조할 수 있다.

또한, 연신사(SDY)의 제조는 복합방사 후, 방사되는 섬유를 1000~1700mpm(m/min)로 권취하는 제1권취와 2800~4200mpm(m/min)로 권취하는 제2권취로 이용성 복합중공사를 연신하여 이용성 복합중공사를 연신사(SDY)로 제조할 수 있다.

상기 부분연신사 및 연신사(SDY) 제조시 권취는 고뎃 롤러(Godet roller, G/R)를 사용하여 복합중공사를 권취시키는 것이 바람직할 것이다.

상기 연신사(SDY) 제조에 고뎃 롤러를 이용하여 제1권취, 제2권취를 할 경우에 고뎃 롤러의 표면온도를 제1권취에서는 70~90℃로, 제2권취에서는 100~130℃로 유지시킨 후 권취하여야 연신 중에 발생하는 사절현상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 부분연신사 또는 연신사로 중공사를 제조한 후, 가연사(DTY)로 제조할 수 있다. 상기 가연사(DTY) 제조는 상기 부분연신사 또는 연신사를 400~600m/min의 사속, 3000~3600 TM(twist/m)의 꼬임수 및 150~180℃의 열고정하는 단계로 부분연신사 또는 연신사로 제조된 이용성 복합중공사를 가연사로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이용성 복합중공섬유는 상기의 부분연신사, 연신사, 가연사 이외의 다양한 사가공으로 여러 종류의 사(絲, Yarn)로 제조될 수 있을 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 용출형 복합중공사는 가연사 등의 후처리 공정과 직물 형성 고정 등이 모두 완료된 후, 염색 공정 직전에 이용성 폴리머를 알칼리에 용해시킴으로써 중공형태 유지가 가능한 섬유를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 자세히 설명하기로 한다.

실시예 1

복합섬유를 제조함에 있어 시스부로 상대점도가 3.0인 나일론 6 수지를 사용하였으며, 코어부의 이용성 폴리머는 테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 4몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염을 함유하는 폴리에스테르계 수지 95중량%와 수평균 분자량이 약 10,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5중량% 함유하는 수지 조성물을 사용하였으며, 도 2의 방사구금을 통해 복합방사하여 본 발명의 용출형 복합중공섬유를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 코어부의 이용성 폴리머는 테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 4몰%의 (β-하이드록시에틸기)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염을 함유하는 폴리에스테르계 수지 95중량%와 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5중량% 함유하는 수지 조성물을 사용하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 시스부는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하였다.

실시예 4

실시예 2과 동일하게 실시하였으나, 시스부는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 코어부의 이용성 폴리머는 나트륨설포이소프탈산(DMS)을 사용하여 용출형 복합중공섬유를 제조하였다.

비교예 2

실시예 3과 동일하게 실시하였으나, 코어부의 이용성 폴리머는 나트륨설포이소프탈산(DMS)을 사용하여 용출형 복합중공섬유를 제조하였다.

* 복합 중공사 제조

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1,2에서 제조된 복합중공섬유를 부분연신사(POY), 연신사(SDY) 및 가연사(DTY)로 제조한 후 수산화나트륨을 이용하여 이용성 폴리머를 용출하는 용출공정을 하였다.

상기 부분연신사는 상기 복합방사 후에 방사되는 섬유를 2800mpm로 권취하여 제조하였으며, 상기 연신사는 방사되는 섬유를 1500mpm로 권취하는 제1권취와 3500mpm로 권취하는 제2권취로 제조하였다.

상기 가연사는 연신사로 제조 후, 450m/min의 사속, 3000 TM의 꼬임수 및 160℃의 열고정으로 제조하였다.

상기와 같이 부분연신사, 연신사 및 가연사로 제조 후에 수산화나트륨 2% 수용액에서 3분간 침지하여 이용성 폴리머를 용출하였다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1,2에서 제조되는 복합중공섬유의 방사공정성 및 용출 후의 단면 유지율을 측정하였으며, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1,2의 복합중공섬유로 제조되는 부분연신사, 연신사 및 가연사의 강도 및 가연 공정성를 측정하여 표 1에 나타내었다.

※ 측정방법

1. 단면유지율

* 2종의 Polymer가 방사되면, 원사의 흐름성의 차이로 인해 원형의 형태를 벗어날 수 있으므로, 방사된 원사의 단면형태가 완벽한 원형을 갖게 되는지, 원의 지름이 일정한지 광학현미경을 통해서 단면의 형태를 측정하여 비교한다.　

2. 공정성 평가

* 1등급 생산량/전체 생산량*100= 수율(중량기준)

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
sheath	Nylon 6	Nylon 6	PET	PET	Nylon 6	PET
Core	수용성 폴리알킬렌 옥사이드	수용성 폴리알킬렌 옥사이드	수용성 폴리알킬렌 옥사이드	수용성 폴리알킬렌 옥사이드	수용성 폴리알킬렌 옥사이드	수용성 폴리알킬렌 옥사이드
	DMSP	DHSP	DMSP	DHSP	DMS	DMS
단면	C형	C형	C형	C형	C형	C형
POY 강도 (g/De')	2.95	2.92	2.80	2.85	2.10	1.90
SDY 강도 (g/De')	4.72	4.61	4.55	4.49	4.00	3.91
DTY 강도 (g/De')	4.81	4.75	4.61	4.53	4.00	3.87
단면유지지율(%)	99	99	99	99	96	95
방사공정성(%)	94	95	95	96	82	84
가연공정성(%)	94	95	95	96	80	81

표 1에서 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 4의 방사공정성이 비교예 1, 2보다 우수한 것으로 본 발명의 용출형 복합중공섬유의 공정성이 우수하고 단면유지율이 높은 것을 알 수 있으며, 실시예 1 내지 4의 부분연신사, 연신사 및 가연사의 강도가 비교예 1, 2보다 높은 것으로 본 발명의 용출형 복합중공사가 매우 우수한 물성을 갖는 것을 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 복합중공섬유에 있어서,
   시스(Sheath)부는 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 형성되고,
   코어(Core)부는 일부가 외부에 노출되는 이용성 폴리머로 형성되어 상기 코어부는 용출되며 용출 후에 상기 시스부는 C형 단면으로 형성되되,
   상기 이용성 폴리머는,
   테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 1~5몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DMSP) 또는 디(β-하이드록시에틸)-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Di(β-hydroxyethyl)-5-sulfo isophthalate phosphonium salt, DHSP)을 함유하는 폴리에스테르계 수지 90~95중량%와 수평균 분자량이 400~20,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드 5~10중량% 함유하는 수지 조성물인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리아미드계 수지는 상대점도(relatively viscosity, R.V.)가 3.0~3.5인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 용출형 복합중공섬유는 이용성 폴리머를 용출 후 중공률이 전체 단면적의 45~55%인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공섬유.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 복합중공섬유를 이용해 제조된 용출형 복합중공사.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 복합중공사는 부분연신사(POY), 연신사(SDY) 및 가연사(DTY) 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 용출형 복합중공사.

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