KR101879109B1 - 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 이용하여 강도가 높은 실을 제조하고 방사 시 무기물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유는 기계적 강도 및 내마모성이 우수하여 신발용 원단으로 유리하게 사용될 수 있다.

Description

내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법{METHOD FOR PRERPARING ABRASION-RESISTANT POLYESTER FIBER}

본 발명은 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성이 우수하여 신발용 원단의 소재로 사용될 수 있는 내마모성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라 부름)로 대표되는 폴리에스테르 섬유는 역학적 특성 및 취급성이 우수하므로, 의류?자재를 막론하고 폭넓은 용도로 이용되고 있으며, 고로 각종 용도에 따른 요구 특성을 만족하는 섬유 및 제품의 개발이 다수 검토되고 있다.

폴리에스테르 섬유가 함유된 직물로 구성된 의류나 자재에 있어서 내마모성은 중요한 요구 특성의 하나로, 내마모성이 우수한 직물이 요구되고 있다.

일반적으로 마모라는 관점에서는 폴리에스테르 섬유는 나일론 66 등의 폴리아미드 섬유와 비교하여 약간 뒤떨어진다는 것이 알려져 있지만, 폴리아미드 섬유는 빛 열화나 황변을 일으키기 쉬워, 옥외에서 가혹하게 사용되는 용도에는 부적합하다. 그래서, 폴리에스테르 섬유에 있어서 내마모성을 개선하는 여러 가지 검토가 진행되고 있다. 종래부터 연신 배율을 올려 고강력 폴리에스테르를 얻는 방법이 알려져 있다.

국내특허 제10-1439069호는 (1) 섬도가 8 dtex 이상 200 dtex 이하, (2) 단사 섬도가 1.0 dtex 이상 4.0 dtex 이하, (3) 파단 강도가 3.5 cN/dtex 이상, (4) 파단 신도가 20% 이상 50% 이하, 그리고(5) 섬유의 응력-변형 곡선에 있어서의, 신도 2% 이상 5% 이하 영역의 최소 미분 영율이 20 cN/dtex 이하임을 만족하는 폴리에스테르 섬유를 개시하고 있다. 그러나 이러한 방법에 의해서 제조되는 폴리에스테르 섬유는 주로 의류용으로서 신발용 원단으로서의 충분한 내마모성을 얻을 수 없다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신발용 원단으로 사용하기에 충분한 내마모성과 기계적 강도를 갖는 내마모성 폴리에스테르 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 내마모성이 우수한 상기 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 신발용 원단을 만들 수 있는 직물을 제공하는 것이기도 하다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 이용하여 강도가 높은 실을 제조하고 방사 시 유무기 첨가물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

상기 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 고유점도(Ⅳ)가 0.8 dl/g 이상이고, 상기 강도가 높은 실은 파단강도 4.0 cN/dtex 이상이고, 파단신도가 20% 내지 35%인 것을 사용할 수 있다.

상기 유무기 첨가물은 직경이 0.3~5 ㎛인 백색 무기 또는 유기 입자로서, 이산화티탄, 이산화규소, 황산바륨, 폴리메틸메타크릴레이트 비드 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 본 발명의 내마모성 폴리에스테르 섬유가 함유된 신발용 내마모성 원단에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 내마모성이 양호하며, 특히 신발용 원단에 적합한 폴리에스테르 섬유 및 이 섬유가 함유된 직물을 얻을 수 있다. 이러한 섬유를 이용한 직물은 신발용 원단으로 유리하게 적용될 수 있고, 그 밖에 가혹한 사용 환경에서 내구성을 제공하는 아웃도어 의류 또는 스포츠 의류에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 내마모성 폴리에스테르 섬유를 신발용 원단에 사용하면 신발 착용 시 지면이나 바닥면에 스침이 발생하여 원단이 찢어지는 것을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서, 내마모성이란, 섬유 표면이 다른 물체면에서 스쳤을 때의 마찰력(전단력)에 대항하는 성능을 의미한다. 일반적으로, 섬유는 스쳐짐으로써 단사 중의 피브릴이 단사 표면에 보풀과 같이 나타나는 현상(피브릴화)이 야기된다. 일반적으로, 피브릴화가 발생하면, 포백 표면의, 예컨대 의장성, 내구성 등이 저하되기 때문에 피브릴화는 바람직하지 못한 현상이다.

본 발명은 내마모성이 우수한 폴리에틸렌 테리프탈레이트 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 고유점도(IV)가 0.8 dl/g 이상 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 이용하여 파단강도 4.0 cN/dtex 이상 높은 실을 제조하고 방사 시 유무기 첨가물을 넣어 원사에 받는 표면적을 줄여 낮은 마찰계수를 가지는 것을 특징으로 한다.

하나의 양상에서, 본 발명의 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법은 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 이용하여 강도가 높은 실을 제조하고 방사 시 무기물을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

상기 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 고유점도(Ⅳ)가 0.8 dl/g 이상이고, 상기 강도가 높은 실은 파단강도 4.0 cN/dtex 이상이고, 파단신도가 20% 내지 35%인 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 이용하는 폴리에스테르 섬유의 고유 점도는 0.80 dl/g 이상 1.30 dl/g 이하의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.85 dl/g 이상 1.10 dl/g 이하의 범위이다. 극한 점도가 0.80 dl/g 이상이면, 얻어지는 섬유의 내마모성을 개선할 수 있다. 또한, 극한 점도가 1.30 dl/g을 넘으면, 내마모성은 양호하지만, 촉감이 딱딱하여, 신발용 원단에 이용되는 섬유로서 바람직하지 못하다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 파단 강도는 4.0 cN/dtex 이상이며, 바람직하게는 4.5 cN/dtex 이상, 보다 바람직하게는 4.7 cN/dtex 이상이다. 파단 강도가 4.0 cN/dtex 미만이면, 내마모성이 양호하지 않다. 파단 강도는 클수록 마모성 향상에는 바람직한 특성치이지만, 6.0 cN/dtex 이상이면 섬유가 딱딱하게 되기 때문에 내마모성의 면에서는 바람직하지 못하다.

파단 신도는 20% 이상 35% 이하의 범위내인 것이 좋다. 파단 신도가 20% 미만이면, 섬유 중의 폴리에스테르 분자의 배향도가 증가하기 때문에, 피브릴화가 일어나기 쉽고, 방사공정 중 연신 시 장력이 높아서 작업성이 좋지 못하게 된다.

한편, 파단 신도가 35%를 넘으면, 파단 강도를 4.0 cN/dtex 이상으로 하기가 곤란하기 때문에 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

본 발명에서 사용가능한 유무기 첨가물은 직경이 0.3~5 ㎛인 백색 무기 입자 또는 백색 유기 입자다. 이러한 백색 무기 입자 또는 백색 유기 입자의 예로는 이산화티탄, 이산화규소, 황산바륨, 폴리메틸메타크릴레이트 비드 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 백색 무기 입자의 첨가량 또는 처리량으로서는 폴리에스테르에 대한 무기입자량으로서 0.1~10 중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5~5 중량%, 특히 바람직하게는 1.0~3 중량%이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유에 이용되는 폴리에스테르는 주된 반복 단위로서 에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 95 몰% 이상, 바람직하게는 97 몰% 이상, 보다 바람직하게는 99 몰% 이상으로 에틸렌테레프탈레이트를 반복 단위로서 포함한다. 에틸렌테레프탈레이트는 100 몰%로 반복 단위라도 좋고, 5 몰% 미만이 그 밖의 에스테르의 반복 단위로 이루어지는 것이라도 좋다. 즉, 본 발명의 폴리에스테르 섬유에 이용되는 폴리머는 PET 단일 구조라도 좋고, 5 몰% 미만이 그 밖의 에스테르의 반복 단위인 공중합 PET라도 좋다.

공중합 성분의 대표예로서는 이하의 것을 들 수 있다. 산 성분으로서는, 이소프탈산이나 5-나트륨술포이소프탈산으로 대표되는 방향족 디카르복실산, 아디프산이나 이타콘산으로 대표되는 지방족 디카르복실산 등이다. 글리콜 성분으로서는, 에틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등이다.

또한, 히드록시안식향산 등의 히드록시카르복실산도 들 수 있다. 이들의 복수가 공중합되어 있더라도 좋다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 섬유에는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 무광택제, 열안정제, 산화방지제, 제전제, 자외선흡수제, 항균제, 여러 가지 안료 등의 첨가제를 함유하더라도 좋고, 혹은 이들 성분을 공중합에 의해 함유하더라도 좋다.

본 발명에서 마찰계수를 저하시키는 입자를 방사 시에 첨가하는 방법은, 폴리에스테르의 중합 공정의 임의의 단계에서 입자를 첨가 함유시키는 방법, 혹은 미리 폴리에스테르를 중합하고, 그 후 혼련에 의해서 입자를 첨가 함유시키는 방법 등, 임의의 방법으로 얻을 수 있다. 그 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 (1)실리카계 무기입자와 폴리에스테르를 직접 혹은 미리 블렌더, 믹서 등으로 혼합한 후, 통상의 일축 또는 이축 압출기를 사용하여 용융혼련하는 방법, (2) 실리카계 무기입자와 폴리에스테르를 직접 혹은 미리 블렌더, 믹서 등으로 혼합한 후, 통상의 벤트식 일축 또는 이축 압출기를 사용하여 용융혼련하는 방법, (3) 폴리에스테르의 제조반응 공정에서 실리카계 무기입자를 첨가하는 방법 등을 들 수 있다. 특히, 폴리에스테르의 중합공정에서 상기 입자를 첨가하는 방법은 입자의 분산성이 양호하게 되기 쉬워 바람직하다. 그러나, 폴리에스테르의 중합공정에서 실리카계 무기입자를 첨가하는 방법에 있어서는, 입자를 다량으로 첨가함으로써 반응물의 용융점도가 급격하게 상승하는, 이른바 증점현상이 발생하여 실용상 만족할 수 있는 레벨까지 중합도를 높일 수 없다는 문제가 발생하는 경우가 있다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 단면형상은 원형이어도 좋고, 삼각, 편평, 다엽형, 다각, H형, Ⅱ형 등의 이형단면이어도 좋다. 또, 상기 섬유의 실형상 형태는 필라멘트 및 스테이플의 어느 쪽이어도 좋고, 용도에 따라서 적절히 선정된다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 단독으로 사용하더라도 좋고 또는 다른 섬유와 복합되어 사용하더라도 좋다. 복합되는 다른 섬유로서는 예컨대 다른 폴리에스테르 섬유, 나일론, 아크릴, 큐프라, 레이온, 폴리우레탄 탄성 섬유 등이 선택되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는, 그 용도에 따라서 직물, 편물, 부직포 등의 원단 형태로 사용할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유를 직물로서 사용하는 경우의 직조직으로서는, 평직 조직, 능직 조직, 주자직 조직을 비롯하여 이들로부터 유도된 각종 변화 조직을 적용할 수 있지만, 타프타 조직, 특히 립스탑 타프타 조직은 립부에 의한 마모 내구 효과에 의해서 내마모성이 특히 우수하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유만으로 이루어지는 직물이라도 좋지만, 직물이라면, 경위의 적어도 한쪽에 본 발명의 폴리에스테르 섬유가 함유되어 있으면 되고, 경위를 구성하는 실의 30% 이상이 본 발명의 폴리에스테르 섬유인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상이다.

본 발명의 직물은 통상의 방법에 의해서 정련, 염색, 마무리 가공을 할 수 있으며, 마무리제의 종류는 사용되는 폴리에스테르 섬유의 용도에 따라 적절하게 선택된다.

통상 직물에 후가공에서 각종 기능을 부여하는 경우, 착용이나 세탁의 반복에 의해서 기능이 저하되는 문제가 있지만, 본 발명의 직물은 전술한 각종 가공에 의해서 부여된 기능이 착용이나 세탁을 반복한 후에도 지속성이 우수하다. 특히, 본 발명의 직물을 발수 가공한 경우, 발수 효과의 지속성이 우수하다는 효과를 갖는다.

본 발명의 내마모성 폴리에스테르 섬유에 의해서 제조되는 직물은 내마모성이 우수하여, 신발용 원단 분야에 적용할 수 있다. 또한 가혹한 착용 환경에 노출되는 윈드브레이커, 다운쟈켓, 스포츠 웨어, 아웃도어 웨어 등의 겉옷에도 적용될 수 있다. 또한 장기 내구성이 요구되는 자동차 시트원단에 적용될 수 있다.

이하에 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

점도(IV) 0.87 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 고상중합하여 점도(IV) 1.05 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 제조한다. 점도(IV) 1.05 dl/g의 칩 100 중량부에 대하여 직경 4.2 ㎛의 황산바륨 20 중량부를 용융압출기로 혼합하여 마스터배치를 제조하였다.

상기 점도(IV) 1.05 dl/g의 폴리에틸렌 테리프탈레이트 칩 100 중량부에 대하여 마스터배치 7.5 중량부를 혼입하여 327℃의 온도에서 용융하여 방사구금을 통해 3,200 m/min 속도로 방사하여 반연신사를 제조하였다. 이를 연신비 1.70, 연신온도 200℃, 가연속도 500 m/min로 가연하여 가연사를 제조하였다.

비교예 1

점도(IV) 0.64 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 이용하여 295℃의 온도에서 용융하여 방사구금을 통해 3,200 m/min속도로 방사하여 반연신사를 제조하였다. 이를 연신비 1.70, 연신온도 200℃, 가연속도 500 m/min로 가연하여 가연사를 제조하였다.

비교예 2

점도(IV) 1.05 dl/g의 폴리에틸렌 테리프탈레이트 칩을 327℃의 온도에서 용융하여 방사구금을 통해 3,200 m/min속도로 방사하여 반연신사를 제조하였다. 이를 연신비 1.70, 연신온도 200℃, 가연속도 500 m/min로 가연하여 가연사를 제조하였다.

시험예

실시예 1 및 비교예 1-2에 의해서 제조된 폴리에스테르 섬유는 아래의 방법에 의해서 물성을 평가하였다. 얻어진 섬유의 물성 및 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1) 고유점도(I.V.): 페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터 (Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V. 값을 계산하였다.

R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수

I.V. = 1/4 × [(R.V.- 1)/C] + 3/4 × (In R.V./C)

상기 식에서 C는 용액중의 시료의 농도(g/100㎖)를 나타낸다.

2) 원사의 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 20℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

3) 마찰계수

ROTHSCHILD社에서 제작한 마찰시험기(모델 F-METER WINDER R-1084)를 사용하여 원사와 금속간(F/M) 동마찰계수를 200 m/min 속도로 마찰시키며 측정하였다

4) 내마모성

실시예 1 및 비교예 1-2에 의해서 제조된 폴리에스테르 섬유를 수직기로 평직으로 직조한 후 아래의 방법에 의해서 내마모성을 평가하였다. 원단 위에 H-250 마모륜 2개를 1kg의 하중하에 놓고 원단이 구멍이 생길 때까지 회전하여 회전 수를 산출하였다.

구분	섬도 (데니어)	강도 (g/d)	신도 (%)	10% 강도 (g/d)	마찰계수	내마모성 (cycle)
실시예1	154.2	4.72	30.5	2.95	0.282	250
비교예1	153.9	3.77	30.1	2.31	0.387	130
비교예2	159.3	4.76	30.6	2.98	0.368	200

상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 얻어진 폴리에스테르 섬유는 기계적 강도, 내마모성이 우수한 결과를 보였다. 비교예 2에서는, 기계적 강도 면에서는 떨어지지 않았지만, 내마모성에 있어서 본 발명이 기대한 효과를 얻을 수 없었다.

본 발명에 의해, 기계적 강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 섬유 및 이 섬유가 함유된 직물을 얻을 수 있으므로, 이러한 섬유를 이용한 직물은 신발용 및 작업복 및 자동차 시트 원단으로 적용 시에 접촉 마찰에 강하고, 내구성이 우수한 원단이 된다.

Claims (5)

1. 고유점도(Ⅳ)가 0.8 dl/g 이상인 고점도 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 이용하여 파단강도 4.0 cN/dtex 이상이고, 파단신도가 20% 내지 35%인 강도가 높은 실을 제조하고, 방사 시 폴리메틸메타크릴레이트 비드를 혼입하여 마찰계수를 낮게 하는 것을 특징으로 하는 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리메틸메타크릴레이트 비드는 직경이 0.3~5 ㎛인 것을 특징으로 하는 내마모성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제1항 및 제3항 중의 어느 한 항에 기재한 폴리에스테르 섬유가 함유된 내마모성 원단.