KR102013630B1

KR102013630B1 - 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR102013630B1
Application number: KR1020170161487A
Authority: KR
Inventors: 신동수
Original assignee: 신동수
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-08-26
Also published as: KR20190062866A

Abstract

본 발명은 제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간으로 구분된 압출기를 통해 제조되는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법에 있어서, 상기 제1구간은 일반 폴리에스테르 칩을 투입하고 100~150℃로 가열하면서 8~15초의 통과시간으로 통과되고, 상기 제2구간은 150~200℃로 가열하면서 3~6초의 통과시간으로 통과시켜 폴리에스테르를 용융시키는 용융단계; 상기 제3구간에서 고비중 물질로 황산바륨(BaSO₄)을 투입하고, 200~240℃로 가열하면서 2~4초의 통과시간으로 통과하는 황산바륨 투입단계; 상기 제4구간에서 고비중 물질로 텅스텐 카바이드(WC)를 투입하고, 240~270℃ 가열하면서 1~3초의 통과시간으로 통과하는 텅스텐 카바이드 투입단계; 및 상기 제5구간에서 270~290℃로 가열하면서 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르를 압출시키는 압출단계를 포함하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 및 그의 제조방법을 제공한다.

Description

고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 및 그의 제조방법{POLYESTER CHIP CONTAINING HIGH GRAVITY MATERIAL, AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 및 그의 제조방법에 관한 것으로 일반적인 폴리에스테르사에 비해 드레이퍼리(drapery)성이 우수한 고비중의 폴리에스테르사를 제조할 수 있는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

드레이퍼리(drapery)성이란 옷을 입었을 때 생기는 자연스럽고 아름다운 주름이라는 뜻으로 옷감의 기교적인 재단과 봉제없이 한조각의 천으로 신체에 느슨하게 걸칠 수 있는 의복형태로 시작되었으며, 드레이퍼리성이 우수한 의복은 신체미와 움직일 때 나타나는 미를 천을 통하여 나타냄으로써 전체적인 비례와 균형의 조화미를 추구하게 된다.

또한, 평면적 구성의 단순함을 풍성한 천의 질감에 따른 드레이퍼리의 주름장식을 통하여 미적 효과를 표현할 수 있어 패션분야의 전문가에게는 섬유원단의 매우 중요한 특성 중의 하나이다.

일반적으로 드레이퍼리성이 우수한 원단으로 견직물 또는 레이온 원단으로 드레이퍼리성은 섬유 물성 중 탄성, 유연성, 비중 등에 영향을 받는 것으로 견직물은 섬유의 유연성이 우수하여 드레이퍼리성이 우수하고 레이온 원단은 레이온 섬유의 비중이 높아 좋은 드레이퍼리성을 갖는다.

일반적으로 의류에 가장 많이 사용되는 합성섬유인 폴리에스테르 섬유는 비중이 다른 합성섬유보다 높아 합성섬유 중에는 드레이퍼리성이 우수하다고 알려졌으나, 비중이 약 1.5인 레이온 섬유에 비해 드레이퍼리성이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같이 비중이 1.38인 폴리에스테르 섬유보다 높은 고비중의 폴리에스테르 섬유가 개발되고 있다. 대한민국 등록특허 제294901호는 고비중의 무기물을 코어부분에 사용하고 시스부분에는 폴리에스터 또는 폴리아미드를 사용하여 고비중사를 제조하는 기술이 개시되어 있으나, 이러한 방법으로는 연신공정에서 시스부분과 코어부분의 연신의 차이가 발생하여 섬유형태가 불균일하여 비중 역시 균일하지 못한 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제1143721호는 고비중 폴리에스테르 멀티필라멘트의 제조방법으로 황산바륨이 함유된 폴리에스테르 고상 중합 칩을 통해 폴리에스테르 멀티필라멘를 제조하는 발명이 개시되고 있으나, 황산바륨 함량이 폴리에스테르 고상 중합 칩 100 중량부에 대하여 20~30 중량부가 포함되어 과량의 황산바륨으로 폴리에스테르의 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 과량의 황산바륨은 방사공정에서 방사구금을 마모율 높이는 문제로 공정성이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같이 제조되는 기능성 물질이 함유된 폴리에스테르 칩은 기능성 물질이 균일하게 함유되는 것이 매우 중요하며, 섬유제조시의 경제성 및 공정성을 위해 기능성 물질이 고함량 함유되는 것이 바람직하다.

그러나, 기능성 물질을 고분자 칩에 고함량 함유시킬 경우 칩에 함유되는 기능성 물질을 균일하게 함유시키기 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 고비중 물질이 함유되어 고비중의 폴리에스테르섬유를 제조할 수 있는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 고비중 물질이 고함량 함유되어도 함량의 오차범위가 작은 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간으로 구분된 압출기를 통해 제조되는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법에 있어서, 상기 제1구간은 일반 폴리에스테르 칩을 투입하고 100~150℃로 가열하면서 8~15초의 통과시간으로 통과되고, 상기 제2구간은 150~200℃로 가열하면서 3~6초의 통과시간으로 통과시켜 폴리에스테르를 용융시키는 용융단계; 상기 제3구간에서 고비중 물질로 황산바륨(BaSO₄)을 투입하고, 200~240℃로 가열하면서 2~4초의 통과시간으로 통과하는 황산바륨 투입단계; 상기 제4구간에서 고비중 물질로 텅스텐 카바이드(WC)를 투입하고, 240~270℃ 가열하면서 1~3초의 통과시간으로 통과하는 텅스텐 카바이드 투입단계; 및 상기 제5구간에서 270~290℃로 가열하면서 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르를 압출시키는 압출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 고비중 물질은 40wt%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 고비중 물질은 40~55wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 텅스텐 카바이드 투입단계에서 텅스텐 카바이드은 2 이상의 투입구에서 동시에 투입하는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 고비중 물질인 황산바륨 및 텅스텐 카바이드는 중량비 70:30~30:70 비율로 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법을 제공한다.

또한, 상기의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 제공한다.

또한, 상기 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고비중 폴리에스테르사를 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법은 고비중 물질의 비중에 따라 압출기에 투입되는 시기를 조절하여 함량이 균일한 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고비중 물질의 함량이 균일하면서도 함량이 40wt% 이상의 고함량의 고비중 물질이 폴리에스테르 칩을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고비중 물질이 폴리에스테르 칩 제조방법의 공정도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 고비중 물질이 폴리에스테르 칩을 제조하는 압출기를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 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.

도 1은 본 발명에 따른 고비중 물질이 폴리에스테르 칩 제조방법의 공정도를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 고비중 물질이 폴리에스테르 칩을 제조하는 압출기를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 도 1에서와 같이 본 발명은 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법에 관한 것으로 황산바륨(BaSO₄), 텅스텐 카바이드(WC)를 고비중 물질로 사용하여 도 1에서와 같이 용융단계, 황산바륨 투입단계, 텅스텐 카바이드 투입단계, 압출단계를 포함하여 제조된다.

일반적으로 폴리에스테르 수지의 비중은 약 1.38이며, 상기 황산바륨은 비중이 약 4.0~4.5이고, 텅스텐 카바이드는 비중이 약 17~19로 상기 황산바륨과 텅스텐 카바이드가 폴리에스테르 수지에 약 3~4중량% 함유시켜 폴리에스테르의 비중을 1.5이상으로 상승시킬 수 있다.

상기 황산바륨과 텅스텐 카바이드의 크기가 너무 크면 방사단계에서 기계장치의 마모율을 높일 수 있어, 섬유용으로 적합하지 않을 수 있으므로 상기 황산바륨과 텅스텐 카바이드의 크기는 0.05~1㎛인 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩은 제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간으로 구분된 압출기를 통해 제조되는 것으로 상기 제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간은 압출기의 가열 온도에 다른 구분으로 장치적 구분되는 것은 아니다.

본 발명에 사용되는 압출기는 도 2에서와 같이 일반적으로 스크류를 통해 혼합 및 압출되는 장치로 본 발명에서는 트윈 스크류가 형성된 압출기를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간은 구간이 올라갈수록 온도가 가열온도가 상승되도록 형성되는 것으로 각 구간별로 가열온도가 조절되는 압출기를 사용하여야 할 것이다.

상기 용융단계는 제1구간 및 제2구간에서 진행되는 단계로 상기 제1구간은 일반 폴리에스테르 칩을 투입하고 100~150℃로 가열하면서 8~15초의 통과시간으로 통과되고, 상기 제2구간은 150~200℃로 가열하면서 3~6초의 통과시간으로 통과시켜 폴리에스테르를 용융시키는 단계이다.

일반적으로 폴리에스테르 수지는 융점이 약 250℃이상으로 용융단계에서의 100~150℃의 가열에서는 용융되지 않으나 압출기 내부의 스크류 회전운동에 의해 폴리에스테르 칩이 압착되고 고압을 받아 온도가 상승되어 용융이 시작된다.

상기 일반 폴리에스테르 칩은 용융단계의 제1구간, 제2구간을 통과하면서 약 80%이상 용융되어 제3구간에서 대부분 용융된다.

상기 황산바륨 투입단계로 제3구간에서 실시되는 단계로 고비중 물질로 황산바륨(BaSO₄)을 투입하고, 200~240℃로 가열하면서 2~4초의 통과시간으로 통과하는 단계이다.

상기 텅스텐 카바이드 투입단계는 제4구간에서 실시되는 단계로 고비중 물질인 텅스텐 카바이드(WC)를 투입하고, 240~270℃ 가열하면서 1~3초의 통과시간으로 통과하는 단계이다.

상기 텅스텐 카바이드 투입단계에서 텅스텐 카바이드은 비중이 높은 물질로 단시간에 투입하는 것이 바람직한 것으로 2 이상의 투입구가 형성된 압출기를 사용하는 것이 바람직하며, 2 이상의 투입구에서 빠르게 투입하여 분산성을 높일 수 있을 것이다.

본 발명의 발명자는 기능성 물질을 폴리에스테르 수지에 함유시켜 칩으로 제조할 경우 기능성 물질의 투입시기는 물질의 비중에 따라 분산성 및 혼합성에 따라 차이가 나는 것을 수많은 실험을 통해 발견한 것으로 상기 황산바륨은 비중이 약 4.0~4.5정도로 제3구간에 투입시에 혼합성 및 분산성이 우수하며, 상기 텅스텐 카바이드(WC)는 비중이 약 17~19정도로 제4구간에 투입시에 혼합성 및 분산성이 우수하다.

또한, 상기 각 구간별 통과시간은 폴리에스테르가 그 구간 내에 머무르는 시간으로 제1구간에서는 용융이 진행되는 상태로 통과하는데 긴시간 소요되나 점차 용융되고 구간별 가열온도가 상승하여 폴리에스테르 점도가 낮아짐에 따라 통과시간이 빨라진다.

상기 통과시간은 그 구간에서의 폴리에스테르 상태가 동일하도록 유지시키는 요소로 통과시간이 상기에서 개시된 범위를 벗어나면 기능성 물질 함유량의 균일성이 저하될 수 있을 것이다.

상기 구간별 통과시간은 압출기 스크류의 회전속도를 조절할 수 있을 것이다.

상기 압출단계는 제5구간에서 실시되는 단계로 270~290℃로 가열하면서 고비중 물질인 황산바륨, 텅스텐 카바이드가 함유된 폴리에스테르를 압출시키는 단계이다.

상기 압출단계는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르를 압출하여 스트랜드(strand)로 형성시키는 것으로 상기 스트랜드 형태로 압출된 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르는 절단단계를 통해 절단하여 펠럿(pellet) 형태의 칩으로 제조할 수 있을 것이다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩에는 고비중 물질인 황산바륨, 텅스텐 카바이드가 고함량 함유되는 것으로 고비중 물질이 40wt%이상 함유되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 고비중 물질이 40~55wt% 함유되는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법은 고비중 물질인 황산바륨, 텅스텐 카바이드를 비중에 따라 투입되는 시기를 조절하여 고비중 물질의 함량이 균일하면서도 고함량 함유된 폴리에스테르 칩을 제조할 수 있다.

상기 고비중 물질인 황산바륨, 텅스텐 카바이드의 혼합비는 사용목적, 용도에 따른 폴리에스테르 칩에 따라 조절될 수 있는 것으로 황산바륨 및 텅스텐 카바이드는 중량비 70:30~30:70 비율로 함유되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법으로 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 제조할 수 있으며, 상기 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 통해 고비중 폴리에스테르사를 제조할 수 있을 것이다.

상기 고비중 폴리에스테르사는 비중에 따라 상기의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩과 일반 폴리에스테르 칩을 혼합하고 일반적인 방사공정으로 통해 섬유로 제조할 수 있다.

상기 고비중 폴리에스테르사를 의류용으로 제조할 경우에는 비중이 약 1.5~2.0으로 제조하는 것이 바람직하며, 고비중 폴리에스테르사는 단사섬도는 0.5~5데니어인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 1~4데니어로 형성되는 것으로 75D/72F 내지 120D/36F로 제조되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 비중을 갖는 고비중 폴리에스테르사로 제조되는 원단은 높은 비중으로 자연스러운 주름이 형성되어 드레이퍼리(drapery)성 우수하다.

이하 본 발명에 따른 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

◈ 고비중 물질 투입구간에 따른 함량 균일성 평가실험

- 융점이 약 260℃의 폴리에스테르 칩 및 트윈 스크류가 형성된 압출기를 사용하여 폴리에스테르 칩을 제조하였다.

- 압출기의 각 구간별 온도 및 통과시간은 같은 표 1과 같다. 구간별 온도는 압출이 진행되면서 점차 승온되도록 형성하여 폴리에스테르 칩을 제조하였다.

- 아래와 같은 구간별로 황산바륨 및 텅스텐 카바이드을 투입하였고, 황산바륨 및 텅스텐 카바이드의 함량을 40~65wt%까지 조절하여 황산바륨 및 텅스텐 카바이드의 함량이 다른 폴리에스테르 칩을 제조하였으며, 구간별, 함량별로 황산바륨 및 텅스텐 카바이드의 함량오차범위를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

1. 제1-2구간: 황산바륨은 제1구간에, 텅스텐 카바이드는 제2구간에 투입

2. 제2-3구간: 황산바륨은 제2구간에, 텅스텐 카바이드는 제3구간에 투입

3. 제3-4구간: 황산바륨은 제3구간에, 텅스텐 카바이드는 제4구간에 투입

4. 제4-5구간: 황산바륨은 제4구간에, 텅스텐 카바이드는 제5구간에 투입

상기 황산바륨 및 텅스텐 카바이드는 중량비 1:1로 투입하였으며, 상기 텅스텐 카바이드는 2개의 투입구에서 동시에 투입하였다.

* 함량오차범위(%)는 제조된 폴리에스테르 칩 5g을 500~600℃로 30~60분간 가열하여 폴리에스테르 수지를 제거한 후 잔존되는 Ash의 무게를 측정하여 하기의 식으로 계산하였으며, 오차범위는 동일 실험을 30회를 반복하여 오차범위를 측정하였다.

* 함량오차범위 계산식: [(투입된 고비중 물질 중량-Ash 중량)/투입된 고비중 물질 중량]*100

구분	온도(℃)	통과시간(s)
제1구간	100~150	11
제2구간	150~200	4
제3구간	200~240	3
제4구간	240~270	2
제5구간	270~290	-

구분	40wt%	45wt%	50wt%	55wt%	60wt%	65wt%
제1-2구간	±1.7	±2.5	±3.8	±5.9	±8.4	±10.2
제2-3구간	±0.5	±1.2	±1.7	±2.8	±4.2	±5.9
제3-4구간	±0.1	±0.3	±0.3	±0.7	±1.5	±2.2
제4-5구간	측불	측불	측불	측불	측불	측불

표 2에서와 같이 고비중 물질인 황산바륨 및 텅스텐 카바이드를 40wt%함유시킬 경우 2-3구간, 3-4구간에서 낮은 함량오차범위를 갖는 것을 알 수 있으며, 4-5구간에서는 균일성이 불균일하여 폴리에스테르 칩 형태로 제조되지 않았다.

고비중 물질의 함량이 올라갈수록 함량오차범위가 커지는 것으로 황산바륨은 제3구간에, 텅스텐 카바이드는 제4구간에 투입한 실시예에서 함량오차범위가 가장 작게 측정된 것으로 제3구간에서 황산바륨을 투입하고, 제4구간에서 텅스텐 카바이드를 투입하는 것이 폴리에스테르 칩의 함량 균일성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 고비중 물질의 함량이 55wt% 이상인 경우에는 함량오차범위가 증가하는 것으로 고비중 물질은 함량은 40~55wt%인 것이 가장 바람직할 것이다.

Claims

제1구간, 제2구간, 제3구간, 제4구간, 제5구간으로 구분된 압출기를 통해 제조되는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법에 있어서,
상기 제1구간은 일반 폴리에스테르 칩을 투입하고 100~150℃로 가열하면서 8~15초의 통과시간으로 통과되고, 상기 제2구간은 150~200℃로 가열하면서 3~6초의 통과시간으로 통과시켜 폴리에스테르를 용융시키는 용융단계;
상기 제3구간에서 고비중 물질로 황산바륨(BaSO₄)을 투입하고, 200~240℃로 가열하면서 2~4초의 통과시간으로 통과하는 황산바륨 투입단계;
상기 제4구간에서 고비중 물질로 텅스텐 카바이드(WC)를 투입하고, 240~270℃ 가열하면서 1~3초의 통과시간으로 통과하는 텅스텐 카바이드 투입단계; 및
상기 제5구간에서 270~290℃로 가열하면서 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르를 압출시키는 압출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고비중 물질은 40wt%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고비중 물질은 40~55wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 텅스텐 카바이드 투입단계에서 텅스텐 카바이드은 2 이상의 투입구에서 동시에 투입하는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고비중 물질인 황산바륨 및 텅스텐 카바이드는 중량비 70:30~30:70 비율로 함유되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩.
제6항의 고비중 물질이 함유된 폴리에스테르 칩을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고비중 폴리에스테르사.