KR20000071018A - 건식 스피닝 스판덱스용 스피닝 셀 및 스피닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사각 바에서의 방사구 모세관 군들의 비균일한 배열로부터 필라멘트를 압출하고 이 필라멘트를 열 비활성 가스의 교류와 접촉하게 함으로써 스판덱스를 건식 스피닝하는 스피닝셀을 제공하는 것이다.

Description

건식 스피닝 스판덱스용 스피닝 셀 및 스피닝 방법 {Spinning cell and method for dry spinning spandex}

스판덱스를 제조하는 하나의 방법은 열 비활성 가스에 의해 사경로(threadline)에서 증발된 용제(solvent)로부터 건식 스피닝하는 것이다. 미국 특허 제3,737,508, 4,431,602, 4,679,998 및 4,804,511호에 개시된 바와 같이, 상기의 방법은 일반적으로 직립의 가열된 튜브(스피닝 셀)와, 스피닝 셀 안으로 유입되는 용액이 통과하는 튜브 상단부에서의 방사구와, 튜브내의 사경로와 접촉하면서 용제를 증발시키는 열 비활성 가스와, 스피닝 셀의 저부로부터의 스판덱스 필라멘트의 제거를 채택한다.

연구 발표(Research Disclosure) 제34866호(1993년 4월)에는, 스판덱스를 포함한 합성 섬유의 건식 스피닝을 위한 다양한 장치의 구성이 기재되어 있다. 도10A 내지 도10F는 원형이고 균일한 선형 모세관 배열을 포함하여 서로 다른 방사구 구멍의 배열들을 도시하고 있다. 도1 내지 도9는 셀(cell)로의 가스 안내를 위한 서로 다른 모세관 배열들을 도시하고 있다.

제임스 외 수인의 미국 특허 제5,387,387호는 건식 스피닝 스판덱스용 원형 배열에서의 방사구 모세관 군들의 균일한 선형 배열의 이점을 개시하고 있다. 이러한 방법으로, 열 비활성 가스는 방사구들 주위에 분산되고 스피닝 셀 아래로 사경로와 병행 유동한다. 방사구는 1개 열 또는 1개 열 이상으로 배열될 수 있고, 각 열은 미국 특허 제5,387,387호의 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 각각의 선형 구성내에서 서로 엇갈릴 수 있다. 그러나, 열 비활성 가스의 병행 공급으로, 필라멘트 다발로 관통하는 가스는 부족해지고, 용제는 필라멘트 다발로부터 효율적으로 제거되지 않는다. 이러한 부족은 점착력 및 하중 힘 등의 불균일한 물리적 특성을 갖는 필라멘트를 발생시킨다. 가스 공급부에 인접한 필라멘트는 가스 공급부로부터 떨어진 필라멘트와는 다른 특성을 가진다.

종래 기술에서 개시된 매우 규칙적인, 균일한 배열은 그 길이를 따라 불만족스럽게 불균일한 스판덱스를 제조하여, 실질적인 배열이 여전히 요구된다.

본 발명은 건식 스피닝 스판덱스사에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건식 스피닝 스판덱스용 사각 스피닝 셀에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 스피닝 셀의 주요 구성 요소의 등각 측면도.

도2는 모세관 군들 및 열 비활성 가스 유입을 포함하여, 도1의 스피닝의 셀의 상측부를 도시한 확대 단면도.

도3A는 본 발명 이외의 모세관 군들의 배열을 나타낸 도면이고, 도3B는 본 발명의 모세관 군들의 배열을 나타낸, 바아(13)와 방사구 모세관 군(12)들의 면을 도시한 도면.

도4는 본 발명의 스피닝 셀의 수렴하는 하부 폐쇄부를 도시한 등각도.

도5는 본 발명의 하부 폐쇄부에서의 필라멘트 배출 안내부의 면을 도시한 도면.

건식 스피닝 스판덱스를 위한 본 발명의 스피닝 셀은, (A) 사각형이고 단열 조절되는 샤프트와, (B) 교류의 열 비활성 가스를 공급하기 위한 샤프트의 벽부에서의 상단 플레넘과, (C) 샤프트의 상부에 장착된 방사구 모세관 군들을 구비하고, 단축과, 장축과, 모세관 군들의 제1 열 및 제2 열이 서로 엇갈리는 관계에 있고 제1 열은 제2 열보다 상단 플레넘에 더 근접해 있는 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 갖춘 사각 바아를 포함하고, 각 열에서의 모세관 군들은, (ⅰ) 제1 열이 제2 열보다 모세관 군들을 2개 더 포함하고, (ⅱ) 제2 열은 바아의 단축에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 2개의 세그먼트로 나뉘어지고, (ⅲ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 2개의 모세관 군들이 바아의 장축을 향해 오프셋되고, (ⅳ) 제2열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 장축을 향해 오프셋되고, (ⅴ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 단축을 행해 오프셋되어, 균일한 선형 배열로부터 벗어나는 것을 특징으로 한다.

건식 스피닝 스판덱스를 위한 본 발명의 스피닝 방법은, (a) 필라멘트를 압출하도록 사각 바아에서 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 통해 폴리우레탄을 함유하는 가열된 용액을 펌핑하는 단계와, (b) 상단 플레넘을 통해 단열 조절되는 사각 샤프트의 상측부분으로 유입되는 열 비활성 가스의 교류에 압출된 필라멘트를 접촉시키는 단계와, (c) 샤프트의 저부에서 배출 안내부를 통한 필라멘트를 제거하는 단계와, (d) 패키지를 형성하기 위해 코어상에 스판덱스를 권취시키는 단계를 포함하고, 바아는 방사구 모세관 군들을 갖추고, 샤프트의 상부에 장착되고, 단축과, 장축과, 모세관 군들의 제1 열 및 제2 열이 서로 엇갈리는 관계에 있고 제1 열은 제2 열보다 상단 플레넘에 더 근접해 있는 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 구비하고, 각 열에서의 모세관 군들은, (ⅰ) 제1 열이 제2 열보다 모세관 군들을 2개 더 포함하고, (ⅱ) 제2 열은 바아의 단축에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 2개의 세그먼트로 나뉘어지고, (ⅲ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 2개의 모세관 군들이 바아의 장축을 향해 오프셋되고, (ⅳ) 제2열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 장축을 향해 오프셋되고, (ⅴ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 단축을 행해 오프셋되어, 균일한 선형 배열로부터 벗어나는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 스판덱스는 통상적으로 섬유 형성 물질이 분할된 폴리우레탄의 중량으로 적어도 85%를 함유한 긴 사슬형 합성 탄성체(elastomer)인 제조 섬유를 의미한다. 스판덱스는 통상적으로 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 엔-메틸피롤리돈, 디메틸 술폭시드 등의 용제내에서 폴리우레탄 또는 폴리우레탄요소의 용액으로부터 건식 스피닝된다. 중합체는 폴리에테르, 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트 글리콜 등의 중합 디올을 디이소시아네이트로 캡핑(capping)한 다음, 결과물인 캡핑된 글리콜을 한 개 이상의 디아민류 또는 디올로 사슬 연장함으로써 제조될 수 있다.

스판덱스를 제조하기 위해 폴리우레탄 또는 폴리우레탄요소의 용액을 건식 스피닝하기 위한 본 발명의 스피닝 셀과 이 스피닝 셀을 사용한 공정은 증가된 생산성과 결과물인 스판덱스의 물리적 특성에서 개선된 균일성을 제공한다.

먼저 도1을 참조하면, 폴리우레탄 또는 폴리우레탄요소일 수 있는 폴리우레탄 용액은 사각 샤프트(20)의 상단에 장착된 용액 가열기(10)를 통해 바아(13)로 펌핑된다. 샤프트(20)는 사실상 사각형이고, 적절한 가열 소자(25)를 갖고 절연될 수 있다. 가열 소자 및 절연부는 샤프트의 길이 전체에 걸쳐 단열 조절을 이루고 사각 샤프트의 단측부(단부)들을 통한 열 손실을 보상하기 위해 배열 및 조정된다. 샤프의 중간 또는 저부보다 상단부에 더 많은 열이 가해진다. 열은 샤프트의 4개의 측부 전체에 가해진다. 용액 가열기(10)의 밑에는, 열 비활성 가스가 상부 플레넘(Plenum)(60)으로부터 샤프트(20)의 상측부로 벽에 있는 개구를 통해 도입된다. 다음에, 건식 스피닝되는 필라멘트로부터 증발된 용제가 적재되면, 열가스는 샤프트의 벽에 있는 개구를 통해 샤프트(20)로부터 진공 플레넘(70)으로 후퇴된다. 하측 폐쇄부(30)의 위와 진공 플레넘(70)의 아래에 있는 샤프트의 벽에 위치한 저부 플레넘(80)은 필라멘트의 이동 방향에 역류하는 냉 불활 가스의 상향 유동을 제공한다. 또한, 상향 유동 가스는 진공 플레넘(70)으로 유도하는 벽에서의 개구를 통해 샤프트(20)를 빠져나온다. 차폐부 및 확산기 조립체(62)는 가스 난류(turbulence)를 최소화하는 데에 도움울 줄 수 있다. 스피닝 셀내의 저 가스 난류는 보다 균일한 스판덱스 특성을 제공하는 데에 도움을 줄 수 있다. 샤프트 내측의 압력은 스피닝 셀로부터의 용제 누출을 최소화하도록 조정될 수 있다.

도2는 방사구 모세관 군들을 포함하는 사실상의 사각 바아(13)의 단축과 샤프트(20)를 가로 질러 취한 단면도로서 스피닝 셀의 상부를 도시한 것이다. 중합체 용액은 1개 또는 그 이상의 필라멘트(90) 열을 형성하기 위해 바아(13)의 방사구 모세관 군을 통해 압출 성형된다. 2개의 열이 도시되어 있고 바람직하다. 필라멘트(90)는 모세관 군으로부터 가열 실드(14)의 대응 구멍을 통해 샤프트(20)로 수직 하향 이동한다. 가열 실드(14)의 바로 아래에서, 필라멘트(90)들은 열 비활성 가스의 교류와 만난다. 상부 플레넘(60)(도1 참조)에서의 차폐부 및 확산기 조립체(62)를 통해 통과한 후, 가스는 사실상 층류의 균일하게 분포된 흐름으로 샤프트의 한 벽을 통해 샤프트(20)로 유입된다. 샤프트에서, 열 가스 흐름의 방향은 필라멘트(90)의 이동 방향에 대해 교류로부터 병류로 변한다. 도2에서의 짧은 화살표들(25)은 가스 흐름의 대략의 방향을 나타낸다. 샤프트 벽(22)의 부분은 예를 들어 코안다(Coanda) 형상으로 만들어 흐름 분리를 방지하기 위해 곡선의 흐름 전이를 제공함으로써 난류를 최소화하도록 설계될 수 있다. 난류는 또한 가스 속도가 바닥에서 거의 제로이고, 속도가 사실상 일정하게 유지하는 이후의 지점에 이르는 표면으로부터 멀어지면서 선형적으로 증가하는 가스 흐름의 측면 외형을 제공함으로써 최소화될 수 있다.

방사구 모세관 군의 배열은 도3B에서 도시되어 있다. 각 열에서의 방사구 모세관 군은 도시한 바와 같이 바아에서 균일한 선형 배열로부터 벗어나 있다. 이러한 배열이 본 발명의 스피닝 셀과 공정으로 생산된 스판덱스의 균일성에 사실상 유익한 영향을 준다는 것이 의외로 발견되었다.

종래 기술에 의한 균일한 배열이 도3A에 도시되어 있다. 도3A에서의 방사구 모세관 군은 한 개 또는 그 이상의 평행한 열로 배열되어 있고 모세관 군(12a)의 개수와 동일하다. 2개의 열이 도시되어 있다. 모세관 군이 열에 대해 동일한 간격으로 이격되어 있다. 열들은 바아(13a)의 장축(15a)으로부터 등거리이다. 각 열에서의 모세관 군은 다른 열에서의 모세관 군과 관련하여 엇갈려 있다. 모세관 군의 결과적인 배열의 외관은 평행사변형이다.

의외로 예측하지 못하게, 결과물인 스판덱스의 균일성에서의 상당한 개선이 본 발명의 방사구 모세관 군의 배열로부터 달성된다. 도3B를 다시 참조하면, 한 개의 방사구 모세관 군이 일 열의 끝에서 생략되어 열들이 방사구 모세관 군(12b)과 동일한 개수를 가지지 않고, 모세관 군의 배열의 외관이 사다리꼴인 것을 알 수 있다. 더 많은 모세관 군 개수를 가진 제1 열은 열 비활성 가스가 유입되는 샤프트(20) 벽의 개구에 근접하여 위치한다. 가스 유입구로부터 떨어진 모세관 군의 제2 열은 보다 작은 모세관 군을 가진다.

더욱이, 짧아진 열(11개의 방사구 모세관 군이 도3B의 짧은 열로 예시됨)은 2개의 세그먼트로 나뉘어는데, 하나는 6개의 사실상 등간격의 모세관 군을 포함하고 다른 하나는 단축(16b)에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 5개의 사실상 등간격의 모세관 군을 포함한다. 결과물은 2개 열의 모세관 군들의 배열인데, 하나의 열은 다른 열보다 2개 많은 모세관 군을 가지고, 짧은 열은 그안에서 갭을 가진다.

더욱이, 각 열의 단부들에 인접한 모세관 군들은 바아의 장축(15b)을 향해 옵셋된다. 예를 들어, 11개의 열의 각 단부에서의 모세관 군의 적어도 1개와, 13개의 열의 각 단부에서의 모세관 군의 적어도 2개는 옵셋되어 있다. 또한, 13개의 열의 각 단부에서 적어도 모세관의 군은 단축(16b)을 향해 옵셋되어 있다.

13개 및 11개의 모세관 군의 2개의 열은 각각 도3B에서 예시되어 있고, 이보다 더 많거나 더 작은 모세관 군들이 사용될 수 있다. "x"는 모세관 1개 군의 위치의 표시이다. 예를 들면, 모세관들의 9개 및 11개 군의 열과, 15개 및 17개의 군의 열과, 23개 및 25개 군의 열이 각각 본 발명의 스피닝 셀 및 공정에 사용될 수 있다. 각 경우에, 모세관 군들의 총 개수는 짝수이다.

모세관 군의 각각은 최종 스판덱스에서 요구된 데시텍스(decitex)에 따라, 단일의 모세관 또는 서로 그룹으로 모인 복수개의 모세관들을 포함할 수 있다. 실제로, 모세관 1개군 내에는 15개까지의 모세관들이 계획될 수 있다. 동일한 소망의 데시텍스를 위해서 조차 모세관들의 개수 및 1개 군내의 그 관련 위치는 소망의 얀 특성 및 필라멘트로부터의 용제 제거의 필요성에 따라 달라질 수 있다.

그룹으로 모인 모세관들의 사용은 다중 섬유들의 형성으로 유도하는데, 이들은 합착 분사에 의해 샤프트의 저부 근처에서 결합된다. 1개 군내의 모세관들 사이의 거리는 모세관 군들의 열에서의 군 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도3B를 참조하면, 11개 열의 각 단부에서의 모세관 2개 군들과 13개 열의 각 단부에서의 모세관 3개 군들은 전체 군들에서의 전체 모세관들 간의 거리와 비교하여, 각 군내의 모세관들 사이에서 최단거리를 가진다. 13개 열의 중간 부분에서의 모세관 7개 군들은 각 군내의 모세관들 사이에서 중간 거리를 가지고, 11 개 열의 중간 부분에서의 모세관 7개 군들은 각 군내의 모세관들 사이에서 최장거리를 가진다.

도4를 참조하면, 합착 분사 매니폴드(32) 및 필라멘트 배출 안내부(34)를 갖는 하부 폐쇄부(30)는 샤프트(20)의 저부에 장착된 것으로 도시되어 있다. 하부 폐쇄부는 스피닝 샤프트의 단면으로부터 필라멘트 배출 안내부(34)의 단면으로 수렴하는 단면을 갖고, 도어(36)로 스피닝 셀의 하부는 폐쇄된다. 도5를 참조하면, 얀 배출 안내부는 각 필라멘트를 위해 1개의 배출로(35)를 포함하는데, 24개의 배출로가 도시되어 있다.

배출 안내부를 통해 배출된 후, 스판덱스는 패키지를 형성하기 위해 코어상에 권취될 수 있다.

Claims (9)

1. 건식 스피닝 스판덱스를 위한 스피닝 셀에 있어서,

   (A) 사각형이고 단열 조절되는 샤프트와,

   (B) 교류의 열 비활성 가스를 공급하기 위한 샤프트의 벽부에서의 상단 플레넘과,

   (C) 샤프트의 상부에 장착된 방사구 모세관 군들을 구비하고, 단축과, 장축과, 모세관 군들의 제1 열 및 제2 열이 서로 엇갈리는 관계에 있고 제1 열은 제2 열보다 상단 플레넘에 더 근접해 있는 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 갖춘 사각 바아를 포함하고,

   각 열에서의 모세관 군들은,

   (ⅰ) 제1 열이 제2 열보다 모세관 군들을 2개 더 포함하고,

   (ⅱ) 제2 열은 바아의 단축에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 2개의 세그먼트로 나뉘어지고,

   (ⅲ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 2개의 모세관 군들이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅳ) 제2열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅴ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 단축을 행해 오프셋되어,

   균일한 선형 배열로부터 벗어나는 것을 특징으로 하는 스피닝 셀.
2. 제1항에 있어서, 각 모세관 군들내에서 각 군내의 다른 모세관들로부터 하나의 모세관의 거리는 제1 열 및 제2 열의 각 단부의 모세관 군들에서 가장 짧고, 제1 열의 중간 부분의 모세관 군들에서 중간이고, 제2 열의 중간 부분의 모세관 군들에서 가장 긴 것을 특징으로 하는 스피닝 셀.
3. 제2항에 있어서, 가스 후퇴를 위한 샤프트 벽에서의 진공 플레넘과, 필라멘트 배출 안내부를 구비하고 샤프트의 저부를 감싸는 폐쇄부와, 냉 비활성 가스의 상향 유동을 제공하기 위해 폐쇄부의 위와 진공 플레넘의 아래에서 샤프트 벽에 있는 저부 플레넘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피닝 셀.
4. 제3항에 있어서, 바아의 면으로부터 이격된 관계로 장착된 가열 실드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피닝 셀.
5. 건식 스피닝 스판덱스를 위한 스피닝 방법에 있어서,

   (a) 필라멘트를 압출하도록 사각 바아에서 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 통해 폴리우레탄을 함유하는 가열된 용액을 펌핑하는 단계와,

   (b) 상단 플레넘을 통해 단열 조절되는 사각 샤프트의 상측부분으로 유입되는 열 비활성 가스의 교류에 압출된 필라멘트를 접촉시키는 단계와,

   (c) 샤프트의 저부에서 배출 안내부를 통한 필라멘트를 제거하는 단계와,

   (d) 패키지를 형성하기 위해 코어상에 스판덱스를 권취시키는 단계를 포함하고,

   바아는 방사구 모세관 군들을 갖추고, 샤프트의 상부에 장착되고, 단축과, 장축과, 모세관 군들의 제1 열 및 제2 열이 서로 엇갈리는 관계에 있고 제1 열은 제2 열보다 상단 플레넘에 더 근접해 있는 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 구비하고,

   각 열에서의 모세관 군들은,

   (ⅰ) 제1 열이 제2 열보다 모세관 군들을 2개 더 포함하고,

   (ⅱ) 제2 열은 바아의 단축에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 2개의 세그먼트로 나뉘어지고,

   (ⅲ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 2개의 모세관 군들이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅳ) 제2열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅴ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 단축을 행해 오프셋되어,

   균일한 선형 배열로부터 벗어나는 것을 특징으로 하는 스피닝 방법.
6. 제5항에 있어서, 각 모세관 군들내에서 각 군내의 다른 모세관들로부터 하나의 모세관의 거리는 제1 열 및 제2 열의 각 단부의 모세관 군들에서 가장 짧고, 제1 열의 중간 부분의 모세관 군들에서 중간이고, 제2 열의 중간 부분의 모세관 군들에서 가장 긴 것을 특징으로 하는 스피닝 방법.
7. 제6항에 있어서, 샤프트 벽에서 진공 플레넘을 통해 가스를 후퇴시키는 단계와, 폐쇄부의 위와 진공 플레넘의 아래에서 샤프트 벽의 저부 플레넘을 통해 냉 비활성 가스의 상향 유동을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피닝 방법.
8. 제7항에 있어서, 가열 실드가 방사구 바아의 면으로부터 이격된 관계로 장착되는 것을 특징으로 하는 스피닝 방법.
9. (a) 필라멘트를 압출하도록 사각 바아에서 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 통해 폴리우레탄을 함유하는 가열된 용액을 펌핑하는 단계와,

   (b) 상단 플레넘을 통해 단열 조절되는 사각 샤프트의 상측부분으로 유입되는 열 비활성 가스의 교류에 압출된 필라멘트를 접촉시키는 단계와,

   (c) 샤프트의 저부에서 배출 안내부를 통한 필라멘트를 제거하는 단계와,

   (d) 패키지를 형성하기 위해 코어상에 스판덱스를 권취시키는 단계를 포함하고,

   바아는 방사구 모세관 군들을 갖추고, 샤프트의 상부에 장착되고, 단축과, 장축과, 모세관 군들의 제1 열 및 제2 열이 서로 엇갈리는 관계에 있고 제1 열은 제2 열보다 상단 플레넘에 더 근접해 있는 방사구 모세관 군들의 불균일한 배열을 구비하고,

   각 열에서의 모세관 군들은,

   (ⅰ) 제1 열이 제2 열보다 모세관 군들을 2개 더 포함하고,

   (ⅱ) 제2 열은 바아의 단축에 인접한 1개의 모세관 군을 생략함으로써 2개의 세그먼트로 나뉘어지고,

   (ⅲ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 2개의 모세관 군들이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅳ) 제2열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 장축을 향해 오프셋되고,

   (ⅴ) 제1 열의 각 단부에서의 적어도 1개의 모세관 군이 바아의 단축을 행해 오프셋되어,

   균일한 선형 배열로부터 벗어나는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 용액 건식 스피닝 방법에 의해 제조된 스판덱스.