KR20010012226A

KR20010012226A - 폴리에스테르사

Info

Publication number: KR20010012226A
Application number: KR1019997010175A
Authority: KR
Inventors: 피터 반 알스톤; 패트릭 조우지프 덩컨; 스티븐 마이클 핸슨
Original assignee: 메리 이. 보울러; 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2001-02-15
Also published as: TW593811B; AR012663A1; DE69803057T2; DE69803057D1; TR199902713T2; WO1998050608A1; CN1102967C; US6010789A; ES2166160T3; US6413631B1; CN1254388A; EP0981658B1; CA2286016A1; EP0981658A1; BR9815522A; JP2001524174A; ID22777A

Abstract

종횡비가 약 1.85:1 이상인 단순한 타원 외변 단면의 폴리에스테르 섬유의 폴리에스테르사는 보다 낮은 종횡비를 가진 폴리에스테르 스테이플 섬유의 경우 보다 직물 상에서 보다 양호한 염색 수율을 나타내었다. 이러한 우수한 단면의 폴리에스테르 스테이플 섬유는 종래의 원형 단면의 섬유 보다 적은 스피닝 실패로 실을 제공한다는 점에서 오픈-엔드 스피닝에서 이점을 또한 제공한다.

Description

폴리에스테르사{Polyester Yarn}

폴리에스테르 섬유의 실을 포함한, 대부분 합성사는 2 부류, 즉 (1) 연속 필라멘트사 및 (2) 불연속적인 섬유의 소위 "방적사"로 분류될 수 있고, 후자는 종종 스테이플 섬유 또는 절단 섬유로 불리운다.

후자 부류에 관련하여, 폴리에스테르 스테이플 섬유를 먼저 압출하여 연속 폴리에스테르 필라멘트로 형성시키고, 연속 폴리에스테르 필라멘트의 토우 형태로 제조한 후, 필라멘트 토우를 스테이플로 변형시키고, 이어서 주로 면 섬유 또는 다른 천연 및(또는) 합성 섬유인 다른 섬유와 폴리에스테르 섬유의 혼방으로부터 방적 텍스타일사로 방적한다. 실질적으로 의류 시장의 시판 실(일부 선택된 전문 특정 적용에서의 것들은 제외)을 제조하기 위해 사용되는 모든 폴리에스테르 스테이플 섬유는 실용 및 경제적인 이유로 원형 단면을 가진다. 단면 형상은 용융 방사 동안 주로 섬유 제조업자에 의해 설정되며 이어서 섬유를 강하게 하고 폴리에스테르 미세 구조를 안정화시키기 위해 사용되는 연신 및 열고정 단계 동안 본질적으로 고정된다. 섬유 제조업자에 의해 일단 설정되면, 스테이플 섬유의 단면은 일반적으로 실, 직물 및 의류를 형성하기 위해 사용되는 후속적인 밀 공정 단계(mill processing steps) 동안 본질적으로 변하지 않는다. 단면 형상의 복잡성(예를 들어, 원형 이외의 임의의 단면의 제조 및 사용)이 증가할수록 일반적으로 공정의 난이도 및 섬유 제조업자 및 특히 섬유 가공업자의 비용이 증가한다.

특히 특허 문헌에서, 특정 비원형 필라멘트 방사에 대한 다양한 제안이 있었지만, 대부분 시판 연속 필라멘트사는 또한 원형 단면이었다.

"섬유(fiber)" 및 "필라멘트(filament)" 두 용어는 연속 필라멘트 또는 스테이플 섬유(절단 섬유)로 구체적으로 언급되지 않는 한 연속 필라멘트 및 스테이플 섬유(절단 섬유) 둘다를 포함하도록 본원에서 일반적으로 사용된다.

섬유 제조업자는 용융 방사(압출) 원형 필라멘트가 가장 효율적이고 경제적이기 때문에 비원형 섬유 보다는 원형 섬유의 제조를 선호한다. 원형 방사구금은 용이하고 경제적으로 제조될 수 있다. 또한, 원형 필라멘트를 위해 사용되는 용융 방사 방법은 필라멘트 형성에서 중합체 점도 및 공기 냉각의 덜 엄격한 제어를 필요로 하여 만족스러운 품질이 성취된다는 점에서 비원형 필라멘트의 경우 보다 덜 까다롭다. 압출된 후 즉시, 용융체는 팽창하려는 경향이 있어 모세관 방사구금 밑에서 벌지(bulge)를 형성한다. 게다가, 원형 형상의 균일하고 대칭적인 표면은 필라멘트 형성 작업 동안 방향성 영향을 최소화하고 일반적으로 섬유 인장, 권축 및 윤활 성질의 매우 바람직한 균일성을 증가시킬 기회를 극대화한다.

마찬가지로, 텍스타일 제조업자들은 그들의 일반 공정 작업에서 비원형 섬유 보다는 원형 섬유의 제조를 선호한다. 원형 섬유는 보다 용이하고 보다 저렴하게 방적사 및 직물로 변형시킬 수 있다는 것은 특히 사실이며, 이는 미가공 절단 폴리에스테르 스테이플 섬유를 방적 텍스타일사로 변형하는데 사용되는 카딩, 드레프팅 및 방적의 텍스타일 작업에서 특히 그렇다. 이는 부분적으로는 상기 논의한 바와 같은 보다 양호한 성질 균일성으로부터 및 부분적으로는 대칭 원형 표면의 균일한 마찰력 및 가공 특성으로부터 기인된다는 것은 의심의 여지가 없다.

원형 섬유는 그의 경제적인 염색성 및 착색 특성에 의해 또한 매우 바람직하다. 모든 가능한 단면 중에서, 원형 섬유는 착색에 대해 최소 표면적을 소유하여, 따라서 착색을 위한 염료가 덜 필요한 반면, 필연적으로 표면적이 증가되었을 임의의 비원형 단면은 보다 낮은 수율로 염색될 것이며, 따라서 원형 단면과 동일한 착색을 성취하기 위해서는 일반적으로 많은 양의 고가 염료가 필요하다.

텍스타일 디자이너들은 언제나 직물의 심미성에 변화를 주는 방식을 추구해 왔다. 섬유의 상이한 단면 형상은 직물 및 의류에 상이한 심미성을 제공할 수 있다. 그러나, 비원형 합성 섬유의 염색에서 요구되는 경제적인 대가는 지금까지는 심각한 불이익이었다.

지적한 바와 같이, 섬유 제조업자 및 텍스타일 밀 운영자 둘다는 경제적인 고려 사항에 따라 경영하므로, 비원형 단면을 가진 폴리에스테르 섬유는 높은 부피 상품 혼방 적용, 특히 의류 상품 시장의 폴리에스테르/면에서 거의 사용되지 않은 것으로 나타났다. 의류 시장에서 비원형 섬유의 몇몇 예는 필수적으로 첨가되는 제조업자 및 텍스타일 밀 비용을 차감 계산한 판매 프레미엄의 정도 가치가 있는 시장성이 높은 시각 및(또는) 성능의 직물 및 의류 속성을 제공하는 특정 섬유에 한정되었다.

대조적으로, 본 발명은 놀랍게도 원형 섬유에 동등하거나 또는 거의 동등한 염색 수율 뿐만 아니라 하기에서 기술한, 원형 섬유 보다 향상된 오픈-엔드 스피닝을 포함한, 다른 이점을 보이는 실 및 직물을 제공하는 비원형 단면의 상업 폴리에스테르 섬유를 제공한다.

〈발명의 요약〉

한 측면에 따라서, 본 발명은 종횡비(aspect ratio)가 약 1.85:1 내지 약 3.5:1인 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 섬유로 이루어진 개선된 실을 제공한다. "단순한(simple)" 타원 단면은 하기에서 논의되며 더 복잡한 타원 단면 형상과 구별된다. 바람직하게는, 종횡비는 약 2.0:1 이상, 특히 약 2.1:1 내지 2.5:1이다.

본 발명자들은 이러한 폴리에스테르 섬유의 실 및 직물은 시판 원형 섬유와 동일한 중량%의 염료를 사용한 착색도(즉, 염색 수율)에서 거의 또는 전혀 손실 없이 염색될 수 있다는 것을 발견하였다. 대조적으로, 하기에 논의된 바와 같이, 다른 타원 단면을 가진 섬유는 동일한 양의 염료를 이러한 섬유에 제공하였을 때 원형 섬유보다 상당히 엷게 염색된다.

본 발명자들은 또한 스테이플(절단 섬유)의 형태에서 이러한 섬유는 고정 공정 속도에서 스피닝 중단을 감소시키거나, 또는 정상 밀의 용인된 중단 정도를 초과함 없이 밀 생산성에서 결과적인 증가와 함께 공정 속도를 증가시킴으로써 원형 단면의 종래의 섬유와 비교하여 오픈-엔드 스피닝에서 효율성을 증가시킨다는 것을 발견하였다.

본 발명의 또다른 측면에 따라, 그 결과, 폴리에스테르 섬유는 종횡비가 약 1.85:1, 바람직하게는 약 2.0:1 내지 약 3.5:1, 특히 약 2.1 내지 2.5:1인 단순한 타원형 단면을 가지며, 단독 또는 면과 혼합한 폴리에스테르 스테이플 섬유의 오픈-엔드 방적사는 종횡비가 약 1.85:1, 바람직하게는 2.0:1 내지 약 3.5:1, 특히 약 2.1 내지 2.5:1인 간단한 타원형 단면을 가지는, 단독 또는 면과 혼합한 폴리에스테르 스테이플 섬유의 오픈-엔드 스피닝 방법이 제공된다.

이러한 신규 실의 직물 및 의류가 본 발명에 따라 또한 제공된다.

본 발명은 개선된 폴리에스테르사에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 신규 단면의 외변이 개선된 염색 수율(dye yield) 및 또한 심미학적 성질, 이러한 절단 섬유의 오픈-엔드 스피닝(open-end spinning), 이러한 섬유 및 실의 하류스트림 생성물, 및 이러한 섬유, 실 및 하류스트림 생성물을 수득하기 위한 공정에 이점을 제공하는 단순 타원 단면형인 연속 또는 절단될 수 있는 폴리에스테르 섬유로 이루어져 있고, 이러한 신규 섬유를 방적하므로써 제조되는 방적사(spun yarn)의 형태일 수 있는, 신규 실의 제공에 관한 것이다.

도 1은 상이한 단면을 가진 여러 폴리에스테르 섬유의 방적사의 검사된 염색된 직물의 염색 수율 (ΔE) 대 다양한 단면의 종횡비를 비교한 것으로, 하기에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.

도 2는 그의 단순한 타원 단면을 보이기 위해 절단한 섬유의 말단이 있는, 본 발명에 따른 방적사에서 폴리에스테르 섬유의 확대 사진이다. 도 3은 도 2에 대조적인 그의 차이점을 보이기 위한, 원형 단면의 폴리에스테르 섬유의 방적사의 유사한 사진이다.

도 4 및 5는 종횡비가 각각 1.85:1 및 3.5:1인 단순한 타원형 단면을 도형으로 나타낸 것이다.

본 발명은 오픈-엔드 스피닝에서 생산성을 향상시키는 과정에서 개발되었기 때문에, 상세한 설명의 대부분은 오픈-엔드 스피닝에 관계가 있다. 그러나, 본 발명의 이점은 오픈-엔드 스피닝에 한정되지 않으며, 하기에서 명백해질 것이다.

예를 들면, 방적사로의 방적을 위한, 폴리에스테르 섬유의 제조 및 가공의 기법의 대부분은 당업계에 기술되어 있어, 본원에서 매우 상세하게 이러한 개시된 것을 반복하는 것은 불필요할 것이다. 연속 필라멘트사와 구별하기 위한 "방적사"로 일반적으로 언급되는, 스테이플 섬유(불연속임)를 연속 사(yarn) 또는 연실(thread)로 방적하는 것은 이를테면 방적륜(spinning wheel)의 사용과 같은, 인류에 공지된 가장 오래된 공정 중 하나이다. 현 세기의 초기에, 상업적으로 일반적으로 사용된 방법은 링 스피닝(ring spinning)이었다. 그러나, 더욱 현재에 와서, 링 스피닝은 대부분 다른 방법, 주로, 종종 로터 스피닝(rotor spinning)으로 언급되는, 오픈-엔드 스피닝, 및 에어 제트 스피닝(air jet spinning)으로 대체되고 있다. 오픈-엔드 스피닝 및 다른 종류의 스피닝에 적당한 가공제는 상업적으로 사용되고 있으며 당업자들에게 공지되어 있다. 본 발명에 의해 개선되는, 오픈-엔드 스피닝 공정에 대해 지난 30년 동안 수많은 공개물에서 논의되고 기술되었다. 그러나, 본 발명자들이 알고 있는 한, 상이한 단면의 섬유를 사용한 스피닝 공정의 효과에 대해 당업계에 거의 공개되지 않았다.

오픈-엔드 스피닝을 본원에서 종종 OES로 언급한다. OES는 에어 제트 스피닝에 의해 수득된 것보다 독특하게 좀더 부드러운 실 구조물을 제공한다. OES사의 결과적으로 좀더 부드러운 심미성은 많은 최종 용도에 대해 바람직하며, 에어-제트사는 그의 상이한 형성 및 그의 생성된 상이한 실 구조물에 의해 보다 거친 심미성을 가진다. 실 구조물의 필링성(pilling performance)이 또한 상이하다.

텍스타일 섬유를 위해 사용되는 대부분 시판 폴리에스테르 중합체는 상대 점도 (LRV)가 14 내지 24인 에틸렌 테레프탈레이트 중합체이다. 이 중합체는 섬유 염색 속도를 향상시키기 위하여 약 1 내지 5 중량%의 양의 분자량이 약 200 내지 2000인 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO)로 개질될 수 있다. 중합체 제법은 목적하는 단면의 선명한 형상을 획득하기 위해 필요한 만큼 용융 점도를 향상시키기 위해 약 0.5 몰% 이하, 특히 약 0.35 몰% 이하의 3관능가 또는 4관능가 사슬 가지제(chain brancher)의 사용을 또한 포함할 수 있다. 더욱 최근에, 트리메틸렌 테레프탈레이트 중합체(폴리에틸렌 테레프탈레이트에 대한 2G-T와 구별하기 위해 종종 3G-T로서 언급됨) 및 테트라메틸렌 테레프탈레이트 (4G-T) 섬유에 흥미를 보이고 있다.

특히, 예를 들어 약 0.1 내지 약 0.4 중량%의 이산화 티타늄과 같은, 중합체 개질제가 사용될 경우 중합체 제조에서 수반되는 일반적인 퇴색을 가리기 위해 무광제 및(또는) 광학 광택제가 중합체에 포함되는 것이 바람직하다.

폴리에틸렌 글리콜을 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 예를 들어 신더(Synder)의 미국 특허 제2,744,087호 및 드 마르티노(De Martino)의 미국 특허 제4,666,454호에서, 당업계에 이미 개시되어 있다. 유사하게, 베일(Vail)의 미국 특허 제3,816,486호 및 한콕(Hancock) 등의 미국 특허 제4,704,329호에는 연신되고 열처리된 섬유 및 다양한 중합체의 제조 방법 기법의 예 및 본 발명에 따라 제조되고 사용될 수 있는 중합체 조성물의 예가 개시되어 있다. 코폴리에스테르 조성물의 사용은 당업계에 기술된 바와 같이, 점도를 적절하게 조정하는데 필요할 수 있다.

섬유는 일반적으로 0.9 내지 1.5 dpf(1 내지 1.7 dtex)이고 일반적으로는 오픈-엔드 및 다른 종류의 스피닝에 적당한 32 내지 38 mm의 스테이플 길이로 절단되나, 25 mm(1 인치) 내지 50 mm(2 인치)일 수 있고 30 mm(1.25 인치) 내지 40 mm의 절단 길이가 바람직하다. 여러 판매업자들은 예를 들어, 0.5 dtex(0.4 dpf) 정도로 보다 낮은 dpf 스테이플 섬유를 개시한, 콜린스(Collins) 등의 미국 특허 제5,250,245호 및 제5,288,553호 및 또한 앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 제5,219,506호 및 제5,219,582호에 나타낸 바와 같은 보다 낮은 dpf 섬유에 대해 최근 잠재적으로 흥미를 보이고 있어, 더 종래의 dpf의 공급 섬유 만큼 OES 및 다른 종류의 스피닝에 대한 공급 섬유로서 이러한 보다 낮은 dpf 섬유는 잠재력이 있다. 혼합된 데니어, 및(또는) 원형 섬유와 본 발명의 단면의 섬유를 포함한 혼합된 단면 및 다른 조합물이 바람직하고 유리할 경우 사용될 수 있다.

본 발명에 따라서, 본질적인 특징은 종횡비가 약 1.85:1(도 4에 나타냄), 바람직하게는 약 2.0:1 내지 약 3.5:1(도 5에 나타냄)인 단순한 타원인 폴리에스테르 섬유의 단면 외변 형상이다. 본 발명자들은 본원에서 "단순한 타원"이란 용어를 사용하여 예를 들어 고라파(Gorrafa)의 미국 특허 제3,914,488호, 프랜클린(Franklin)의 미국 특허 제4,634,625호, 클락(Clark) 등의 미국 특허 제4,707,407호, 아네자(Aneja)의 미국 특허 제5,591,523호, 제5,626,961호, 및 제5,736,243호(국제 특허 출원 공개 제WO/97/02374호와 상응함) 및 PCT/US97/23708와 상응하며 현재 허여된, 1997년 1월 3일에 출원된 루프(Roop)의 미국 특허 출원 제08/778,462호(DP-6550)에 개시된 깊은 홈(groove) 또는 톱니형(indentation) 또는 가리비형(scallop)이 있는 것과 같은, 더 복잡한 단면과 구별하였다. 예를 들어 고라파(Gorrafa)에 의해 개시된 것과 같은 가리비형-타원 단면의 폴리에스테르 스테이플 섬유의 직물의 염색 수율은 본 발명의 따른 범위 내의 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 스테이플 섬유에 대한 경우와 비교하여 그 결과를 하기의 실시예 1(고라파 단면을 표 1에 4gSO(4 홈 가리브 모양 타원)로 나타내었고 그의 염색 수율은 6 세이드 광(shades light)인 반면, 본 발명의 스테이플 섬유는 1 미만 및 단지 2 세이드 광임)에 나타내었다. 이러한 가리비형-타원 단면은 본 발명에 따라 바람직하지 않고, 평탄한 타원 단면이 바람직하지만, 이해할 바와 같이, 평탄한 타원 외변으로부터 작은 변동은 필요한 염료를 상당히 증가시키지 않을 것이며 원형 섬유 보다 개선된 OES 능력을 제공할 것이다.

본 발명에 따른 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 스테이플 섬유에 대해 하기 여러 실시예에서 "땅콩형" 단면의 폴리에스테르 스테이플 섬유를 또한 비교하였고, 필라멘트 단면에 대한 이 용어는 예를 들어 1992년 12월 22일에 발간된 일본 특허 출원 공개 공보 (평)4-370,209호(Tanaka Kikinzoku KKK)에 사용되었으며, 자명하며 단순한 타원의 소축이 위치한 곳에 그의 최대 폭이 있는 대신에 주축 중간에 의미있는 목부분이 있어, 땅콩형 단면은 단순한 타원 단면이 아니다.

일본 특허 출원 공개 공보 (평)4-119118호에는 단순한 타원이 아닌 "타원 및 변형 단면"을 가진 폴리에스테르 섬유가 기술되어 있고, 그의 섬유는 필라멘트 또는 유모성 종류일 수 있다고 덧붙여, 주로 필라멘트사로서 용도를 기술하였고, 단순한 타원 단면을 가진 폴리에스테르 섬유를 명백하게 개시하지 않은 다양한 단면에 대해 여러 선행 일본 공보 명세서에 언급되어 있다.

놀랍게도, 종래 기술에 단순한 타원 단면을 가진 폴리에스테르 연속 필라멘트 또는 스테이플 섬유에 대한 논의가 거의 없었다. 존스(Johns)의 미국 특허 제4,410,579호에서는 종횡비가 1.8:1 내지 3:1 범위인 리본형 단면의 폴리에스테르 섬유의 수력엉킴에 의한 개구 부직포를 청구하였고, 이러한 직물의 이점은 개선된 풀림 저항성이다(예를 들어, 컬럼 1, 48 내지 52 행 및 도 1 참조). 존스는 일반적으로 리본형이란 용어를 삽화 또는 추가의 퇴고 없이 사용하였으나, 이 용어는 일반적으로 직각 또는 타원 형상을 의미한다고 언급되어 있다(컬럼 2, 29 내지 30 행). 존스는 스테이플 섬유로부터 실의 방적에 대해 어떠한 종류도 교시하지 않았다. 존스는 단지 수력엉킴을 사용하여 스테이플 섬유로부터 직접적으로 부직포를 형성하였다. 존스는 연속 필라멘트사 또는 스테이플 섬유의 방적사 중 어떠한 실도 개시하지 않았고, 단지 스테이플 섬유의 수력 엉킴에 의한 개구 부직포를 개시하였다. 챈트리(Chantry) 등의 미국 특허 제5,223,187호는 고유 점도가 매우 높은 폴리에스테르로부터 1,000 내지 10,000 데니어의 고강도 모노필라멘트의 연속 제조 방법을 청구하였고, 강화 타이어에 사용하기 위한, 이러한 큰 데니어의 모노필라멘트는 바람직하게는 폭-두께 비가 2.0을 초과하는 장방형 단면(컬럼 4, 6 내지 12 행)이었다. 유사하게, 헨닝(Henning)의 영국 특허 제2 221 186 A호는 바람직하게는 옵라운드(obround) 단면, 즉 둥근 모퉁이가 있는 일반 평평한 리본과 같은 단면(페이지 6의 상부)의 고점도 폴리아미드로부터의 높은 데니어의 고강도 나일론 모노필라멘트를 개시하였다. 나일론 필라멘트의 다른 개시물는 수성 KBr 또는 NaBr로 분말 형태의 나일론-6을 처리하고 그것을 압출하여 타원 단면의 필라멘트의 형성(예를 들어, 컬럼 4, 8 행, 이하 참조)에 대해 개시한 코넬리스(Cornelis)의 미국 특허 제4,012,557호(생성된 필라멘트의 수치는 코넬리스에 의해 개시되지 않았음), 및 길이 대 폭의 비가 3을 초과하는 리본형 단면을 가진 높은 비강도 나일론 필라멘트를 개시하고 예시한(도 2) 제닝스(Jennings)의 미국 특허 제4,702,875호 및 동 제4,801,503호가 있다.

종횡비는 폴리에스테르 스테이플 섬유의 외변 단면의 주축 대 소축의 비이다. 실시예 1에서 비교 데이타(표 I)로부터 알 수 있듯이, 비교물 D 및 E에 대한 1.5:1 및 1.7:1의 낮은 종횡비는 비교물 D 및 E가 세이드에서 상당히 엷게 염색되어 염료를 상당히 더 필요로 하기 때문에 본 발명자들이 약 1.85:1 이상의 더 높은 종횡비를 가진 단면의 스테이플 섬유를 사용함으로써 수득되는 많은 이점을 제공하지 못할 것이며, 이에 대해 도 1과 관련하여 하기에서 또한 언급된다. 본 발명자들은 종횡비가 약 3:1 이하인 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 섬유의 사용을 선호한다. 종횡비가 증가할수록, 반짝거리는 경향이 있어, 약 3.5:1을 초과하는 종횡비는 일반적으로 바람직하지 못하고, 반짝거림을 피하려는 의도가 상기에 언급된 종래 문헌에서 언급된 리본형 단면이 바람직하지 못한 이유이다.

본 발명은 하기 실시예에서 좀더 예시된다. 모든 부, 비율 및 백분율은 다른 지적이 없는 한 중량에 관한 것이다.

각 실시예에서, 상이한 타원 단면의 시료 필라멘트는 상이한 모세관을 통해 동일한 중합체 배합 및 중합체 점도로부터 용융 방사되어 염색 수율 및 오픈-엔드 스피닝에서 비교를 위한 목적하는 단면 형상을 갖게 되었다. 또한 비교를 위해, 현행 통상 기술 상태를 나타내기 위한 대조표준으로서 역할을 하는, 원형 필라멘트를 검사 품목으로서 동일한 방식으로 염색시키고 방적하였다.

각 실시예에서 필라멘트로 용융 방사되는 중합체는 트리멜리테이트 사슬-가지제(트리히드록시에틸 트리멜리테이트가 첨가됨) 0.12 몰%의 첨가와 함께 중합된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)이었다. 지시한 바와 같이, 실시예 4에서 중합체는 또한 상당한 양의 PEO를 또한 포함하였다. 중합체의 상대 점도는 본질적으로는 한쿡(Hancock) 등의 미국 특허 제4,704,329호의 컬럼 9, 6 내지 11행에 기술되어 있는 바와 같이 측정하였으나, 용매 5.0 ml 중에 섬유 0.40 g을 용해시킴으로써 수득되는 용액에 대하여 측정하였다. 대조표준을 제공하기 위한 방사된 원형 필라멘트는 원형 방사구금을 통해 굵게 방사된 것이었다. 비교용을 제공하기 위해 방사된 가리비형-타원 (4gSO) 및 땅콩형 필라멘트는 본질적으로는 클라크(Clark) 등의 미국 특허 제4,707,407호의 도 2 및 타나카(Tanaka)의 일본 특허 (평)4-370,209호의 도 6에 나타낸 바와 같은 형상(configuration)의 방사구금을 통해 방사되었으며, 상기 두 문헌은 본원에서 참조 문헌으로 인용되었다. 표 1에서 단순한 타원 비교용 필라멘트 D 및 E(종횡비는 각각 단지 1.5:1 및 1.7:1임)가 최대 폭이 각각 0.18 mm(7 mil) 및 0.15 mm(5 mil)인 슬롯의 각각의 좀더 긴 측면의 중간에 밖으로 향하는 둥근 벌지(bulge)가 있는, 각각 길이가 0.38 mm(15 mil) 및 0.4 mm(16 mil)인 슬롯과 같은 형상의 방사구금을 통해 방사되었고, D를 위한 슬롯은 각 말단에 직각인 모퉁이가 있는 직사각형과 같은 다른 형상이 있었고, 반면, E를 위한 슬롯은 반경의 말단이 있었다. 본 발명에 따른 스테이플 섬유를 제공하기 위해 방사된 단순한 타원 필라멘트(연신된 섬유 종횡비 2.5, 2.7 및 3.2)는 전체 길이가 각각 0.4 mm(16 mil), 0.38 mm(15 mil) 및 0.71 mm(28 mil)이고, 폭이 각각 0.089 mm(3.5 mil), 0.076 mm(3 mil) 및 0.109 mm(4.3 mil)인 평행한 좀더 긴 측면이 있는 슬롯을 통해 모두 방사되었고, 이러한 제1 및 제3 슬롯은 반원의 말단을 가지는 반면, 제2 슬롯은 직사각형 방사구금이었다. 이해할 바와 같이, 이들 슬롯은 방금 압출된 용융체가 방사구금 밑에서 즉시 부풀기 때문에 단순한 타원 단면의 필라멘트를 제조시켰고, 당업계의 숙련자들이 이해하는 바와 같이, 목적하는 특정 비원형 단면 형상을 수득하기 위해, 중합체의 점도, 냉각(quenching) 및 권취 속도는 중요한 요소이며 경험적인 실험법이 일반적으로 바람직하다. 또한 충분히 이해할 바와 같이, 타원 필라멘트는 다른 형상의 방사구금, 예를 들면, 타원 형상 자체, 또는 바람직할 경우 벌지가 있는 타원 형상의 방사구금으로부터 제조될 수 있다. 다양한 평탄한 비원형 단면의 폴리에스테르 필라멘트를 제조하는 능력은 이미 공지되었고 본 발명자들이 청구하는 바와 같은 종횡비를 가진 단순한 타원 외변 단면의 폴리에스테르 섬유의 사용에서 발견되는 놀라운 장점에 관련된 본 발명의 부분이 아니다.

이어서 생성된 필라멘트를 기술한 바와 같이 연신하고, 열처리하며, 권축을 주고 윤활제를 부여하여 가능한 서로 비슷한 dpf, 인장 및 권축 성질을 부여하였다.

본 명세서에 관련된 종횡비는 필라멘트 단면의 외변의 최대 길이 대 최대 폭의 비로서 정의되며, 길이 및 폭 축은 수직이나, 일반적으로는 시료의 중심을 지날 필요는 없다. 종횡비는 하기 절차에 따라, 각 특정 시료의 단면 이미지를 사용하여 연신된 섬유의 여러 시료의 길이 및 폭을 측정함으로써 수득되었다. 섬유 시편을 하디 마이크로톰(Hardy microtome)(Hardy, U.S. Department of Agriculture circa 378, 1933)에 장착하고 본질적으로는 J. L. 슬로브스(Sloves)의 문헌["Fiber Microscopy Its Technique and Applications", van Nostrand Co., Inc., New York 1958, No. 180-182]에 개시되어 있는 바와 같은 방법에 따라 박편으로 나눈다. 이어서 이 박편을 슈퍼 파이버퀀트 비디오 현미경 시스템 스테이지(super FIBERQUANT video microscope system stage)(Vashaw Scientific Co.(미국 30092 조지아주 노르크로쓰 슈트 100 파크웨이 레인 3597 소재) 제품) 상에 장착하고 필요한 만큼 확대하여 슈퍼 파이버퀀트 CRT 상에 나타낸다. 한 섬유의 개개의 박편의 이미지를 선택하고 임계 섬유 치수를 측정한다. 이어서 비를 계산한다. 이 방법을 시야 내의 각 필라멘트에 대해 반복하여 통계학적으로 의미있는 시료 세트를 산출하여, 평균값을 본원에서 취한다.

인장 성질을 모델 1122 또는 1123 인스트론을 사용하여 13 mm(0.5 인치) 게이지 길이로 섬유에 대해 측정하였다.

가공제 함량은 FOT %(Finish on Tow)로 나타내고 메탄올로 섬유로부터 오일을 추출한 후 가공 오일을 섬유 중량에 대한 백분율로서 중량%로 중량적으로 측정하는 널리 공지된 튜브 용리 방법(tube elution method)을 사용하여, 토우로부터 자른 폴리에스테르 섬유 상에서 수득하였다.

CPI(인치 당 권축)를 종래적으로 필라멘트 신장 길이 당 권축의 수를 셈으로써 측정하였다.

오픈-엔드 스피닝(OES) 검사는 실시예에서 기술한 바와 같이 제조된 100% 또는 50/50 면 혼방 슬라이버를 사용하여 슐라프호르스트(Schlafhorst) SE-9 또는 SE-8 정방기(spinning frame) 상에서 수행하였다. 정방기 구성 및 조건(실온-습도 조건을 포함함)을 검사 디자인 당 로터 속도의 임의의 조정을 제외하곤 각 실시예 동안 일정하게 유지시켰다. 각 실시예에서, 물품을 5 내지 10 시간 동안 24 기계 위치(로터)의 통상적인 세트 상에서 하나씩 분석하였다. 엔드 다운(ends down)(스피닝 박스에서 실 형성 실패)은 SE-8 또는 SE-9 장치에 의해 탐지되었고 실패 데이타를 표준화하여 각 품목에 대해 1000 로터 시간으로 환산하여 실패를 나타내었다.

염색 수율을 비교하기 위하여, 각 품목을 슐라프호르스트 SE-8 상에서 100% 20/1 cc(295 dtex) 오픈-엔드사로 방적하였다. 생성된 실을 직물로 편성하였고 이어서 직물 1 g 당 2% 테라실 블루(Terasil Blue) GLF 염료를 사용하여 실온으로부터 127℃(260℉)까지 1 분 당 2℃(3℉)의 속도로 상승시키고 127℃(260℉)에서 30분 동안 유지시키는 폴리에스테르의 염색을 위해 상업적으로 사용되는 전형적인 절차로 개별욕에서 염색하였다. 염색된 직물을 이어서 건조하였고 D65 표준 일광 광원을 사용하여 컬러 메이트 HDS 컬러 분석기 상에서 기계로 비교하였다. 기계는 원형 섬유 표준물의 색과의 임의의 차이를 정량한 ΔE 수치를 제공한다. 표준으로부터 0.7 유니트를 초과하는 ΔE 수치는 염색 세이드 차이 1로서 평가하며, 따라서, 편의상 세이드 차이의 수 뿐만 아니라 △E 수치를 표에 나타낸다.

〈실시예 1〉

상이한 타원형 단면을 가진 폴리에스테르 필라멘트 시료를 완전 연신된 섬유에서 상이한 특정 단면이 수득되도록 고안된 모세관이 설비된 방사구금을 통해 19 LRV의 중합체로부터 용융 방사시켰다. 필라멘트를 상업 권취 장치를 사용하여 보빈 상에 1 분 당 1650 m(1800 ypm)로 수집하였다. 본 발명에 따른 2.5 및 3.2 종횡비의 단순한 타원 단면 뿐만 아니라 본 발명을 따르지 않은 비교물, 즉 종횡비가 1.5 내지 1.7로 더 낮은 단순한 타원 단면, 더 복잡한 땅콩형 및 4 홈(4gSO) 가리비형 타원 단면, 및 대조표준으로서 원형 단면의 보빈 라트(lots)를 상기 방식으로 제조하였다. 각 보빈 라트를 토우(크릴(creel)로부터)로 모아 필라멘트 당 데니어가 1.2(1.3 dtex)이고 표 1에 나타낸 바와 같이 유사한 인장 및 권축 성질을 갖도록 연신하고, 증기 열처리하고, 권축을 부여하고 건조시켰다. 오픈-엔드 스피닝에 대해 유용한 동일한 표준 상업 급유를 연신 및 권축 가공 공정 동안 모든 품목에 적용시켰다. 표 1에서 인장 및 권축 성질 및 가공제 함량(FOT)은 조 섬유(raw fibers)에 대한 것이다.

각 검사 로트를 표준 32 mm(1.25 인치) 섬유 길이로 절단하고 100% 폴리에스테르로서 카딩하였다. 일부는 100% 폴리에스테르 실로 방적하여 하기에 기술된 바와 같이 염색 수율을 비교하였고, 다른 부분은 4.5 gm(70 그레인) 카드 면을 연조기(draw frame)에서 혼방하여 4.4 gm(68 그레인) 중량의 50/50 폴리에스테르 면 혼방 슬라이브를 제조한 후, 마무리 연조로 연조 혼방 작업을 완료하여 슬라이브 중량을 3.9 gm(60 그레인)으로 감소시켰으며, 원형 대조표준에 반하여 슬라이버를 슐라프호르스트 SE-9의 일반 로터 상에서 28/1 cc(210 dtex) 실로 경쟁적으로 방적하였고 결과를 표 1에 나타내었으며, 이로부터 검사된 모든 타원 형상은 엔드 다운을 상당히 감소시켰다는 것을 알 수 있다. 즉 원형 상업용 대조표준 보다 OES 공정 능력에서 상당한 개선이 있었다.

	비교물	본 발명
	A	B	C	D	E	1	2
섬유 형상	원형대조표준	4gSO	땅콩형	타원	타원	타원	타원
종횡비	1.0	1.6	2.2	1.5	1.7	2.5	3.2
섬유 성질
비강도(Tenacity) g/d(g/dtex)	5.2(4.7)	5.2(4.7)	5.3(4.8)	5.0(4.5)	5.1(4.6)	4.9(4.4)	5.3(4.8)
T₁₀g/d(g/dtex)	4.1(3.7)	3.8(3.4)	4.0(3.6)	3.5(3.2)	3.9(3.5)	3.8(3.4)	3.8(3.4)
신장률 %	20	19	19	24	22	18	18
CPcm(CPI)	3.6(9.2)	3.4(8.7)	3.7(9.4)	3.4(8.7)	3.7(9.5)	3.1(7.9)	3.7(9.5)
FOT %	0.16	0.17	0.17	0.15	0.14	0.17	0.15
OES 공정 능력
엔드 다운/105M RPM에서 1M 로터 시간	303	-	-	60	72	153	119
염색 수율 성질
ΔE	표준	4.3	3.3	5.0	2.2	0.6	1.4
세이드 광	표준	6	4.5	7	3	〈 1	2

3 및 7 세이드의 실질적인 염색 수율 손실을 초래한, 종횡비가 1.5 및 1.7인 타원 단면에 대조적으로, 본 발명에 따른 단순한 타원 단면의 염색 이점을 표 1로부터 쉽게 알 수 있다. 역시, 땅콩형 단면은 종횡비가 2 내지 3.5 범위 내이었지만, 땅콩형 및 4g 가리비형-타원 단면과 같은 더 복잡한 단면에서 4.5 및 6 세이드의 염색 수율 손실이 초래되었다.

달리 말하면, 매우 충분한 종횡비가 있는 단순한 타원 단면을 가진 본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유는 상당한 염색 수율 손실을 보인 검사된 다른 단면에 대조적으로, 동일한 상업용 표준물에 비해 많은 염색 수율 손실을 보이지 않았고, OES 공정 능력에서 상당한 향상을 보였다(검사하여 원형 표준물과 비교하여 엔드 다운의 수는 거의 절반 이하이었음).

〈실시예 2〉

상이한 단면을 가진 다른 일련의 필라멘트를 본질적으로는 실시예 1에 기술한 바와 같이 제조하였다. 이들 보빈 라트는 대조표준으로서 일반적인 원형 단면, 본 발명에 따른 종횡비가 2.7인 단순한 타원, 및 비교용으로서 각각의 종횡비가 2.0인 2개의 땅콩형 단면을 가진 섬유를 가졌다. 그들의 성질을 표 2에 나열하였다.

이들 품목을 표준 32 mm(1.25 인치) 길이로 절단하였고 일부 부분을 하기에 기술한 바와 같이 염색 수율을 비교하기 위해 검사하였고, 반면 다른 부분은 면과 50/50으로 예비혼방시킨 후 혼방물을 4.5 gm(70 그레인) 슬라이버로 카딩하고, 이어서 본질적으로는 실시예 1에 기술한 바와 같이 오픈-엔드 스피닝 검사를 위한 3.9 gm(60 그레인) 슬라이버로 2단계로 연조(draw)하였다. 결과를 표 2에 나타내었고 본 발명에 따른 단순한 타원 단면의 섬유의 우수한 염색 성능에 대조적으로 땅콩형 단면 중 하나는 상당한 염색 수율 손실이 나타내져 있다. 사실, 본 발명에 따른 이 단순한 타원 단면은 원형 대조표준 보다 짙게 염색되었다. 표 2에 또한 본 발명에 따른 단순한 타원 단면 뿐만 아니라 땅콩형 단면의 경우 엔드 다운의 극적인 감소가 나타내져 있다.

섬유 성질	대조물	본 발명
섬유 단면	원형 대조표준	땅콩형	타원
종횡비	1.0	2.0	2.0	2.7
비강도 g/d(g/dtex)	5.6 (5.0)	5.2 (4.7)	4.3 (3.9)	4.9 (4.4)
T₁₀g/d(g/dtex)	4.3 (3.9)	4.3 (3.9)	2.7 (2.4)	3.5 (3.2)
신장률 %	18	15	17	17
CPcm (CPI)	3.8 (9.7)	4.3 (11.0)	4.0 (10.2)	4.2 (10.6)
FOT %	0.13	0.16	0.13	0.14
OES 공정 능력
엔드 다운/110M RPM 로터에서 1M 로터 시간	735	155	125	275
염색 수율 능력
ΔE	표준	-	3.3	0.4^*
세이드 광	표준	-	5	0
* 원형 대조표준 보다 더 짙게(즉, 보다 양호하게) 염색됨.

〈실시예 3〉

필라멘트를 본질적으로는 실시예 1에 기술된 바와 같이 방사하고, 연신하고 스테이플로 변환시켰고 이어서 100% 폴리에스테르 스테이플 섬유로서 3.9 gm(60 그레인) 슬라이버로 카딩하였고 3.2 gm(50 그레인) 슬라이버로 2 단계로 연조하였고 슐라프호르스트 SE-8 오픈-엔드기 상에서 수행 능력에 대해 시험하였다. 수행 데이타는 원형 단면 폴리에스테르 스테이플은 70,000 RPM 로터 속도에서 불만족스러운 높은 정도의 엔드 다운(200 이하의 상업적 목표를 초과하는 420/1000 로터 시간)이 있었는데 반해, 본 발명에 따른 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 섬유는 75,000 PRM의 보다 높은 로터 속도에서 엔드 다운이 0이었음이 나타내져 있다. 땅콩형 타원 비교물은 또한 우수한 오픈-엔드 수행을 나타내었으나, 표 3에 나타내져 있는 바와 같이, 본 발명의 섬유와 대조적으로 염색 수율에서 불만족스러운 손실을 나타내었다.

섬유 성질	비교물	본 발명
섬유 단면	원형 대조표준	땅콩형	타원
종횡비	1.0	2.0	2.7
Dpf (dtex)	1.05 (1.17)	1.05 (1.17)	1.02 (1.13)
비강도 g/d (g/dtex)	5.8 (5.2)	5.9 (5.3)	5.9 (5.3)
T₁₀g/d (g/dtex)	3.7 (3.3)	4.7 (4.2)	4.6 (4.1)
신장률 %	16	13	13
CPcm (CPI)	4.4 (11.3)	9.6 (3.8)	4.0 (10.1)
FOT %	0.10	0.14	0.12
염색 수율 성능
ΔE	표준	3.1	0.4
세이드 광	표준	4	〈 1

〈실시예 4〉

원형 단면(또한 대조표준) 및 본 발명에 따른 단순한 타원 단면을 가진 시료 필라멘트를 약 20.3 LRV의 중합체 및 600 MW의 폴리(에틸렌 옥사이드)인 PEO 약 2.3 중량%로부터 제조하였으나, 다른 세목은 본질적으로 실시예 1에 기술된 바와 같았고, 107,000 RPM 로터 속도에서 실로 가공 및 방적하여 또한 본질적으로 실시예 1에 기술된 바와 같이 비교하였다. 관련된 매개 변수 및 결과를 표 4에 요약하였으며, 그로부터 본 발명에 따른 단순한 타원 단면의 섬유는 염색 수율에서 많은 손실 없이 매우 양호하게 방적사로 가공되었다는 것을 알 수 있다(원형 대조표준의 실패의 단지 4분의 1).

중합체	대조표준	본 발명
LRV	20.4	20.2
600 MW PEO, 중량%	2.1	2.5
섬유 성질
섬유 단면	원형	타원
종횡비	1.0	2.5
데니어/필라멘트 (dtex)	1.24 (1.38)	1.28 (1.42)
비강도 gpd (g/dtex)	5.9 (5.3)	5.1 (4.6)
T₁₀gpd (g/dtex)	3.7 (3.3)	2.2 (2.0)
신장률 %	21	21
CPcm (CPI)	3.6 (9.2)	3.6 (9.1)
FOT %	0.14	0.15
OES 공정 능력
엔드 다운/107M RPM 로터 속도에서 1M 로터 시간	228	55
염색 수율 능력
ΔE	표준	1.0
세이드 광	표준	1.5

편의상, 본 발명자들이 검사하고 측정한 다양한 섬유 단면에 대한 염색 수율(ΔE 수치)을 염색된 직물의 실내의 구성 성분인 폴리에스테르 스테이플 섬유의 단면의 종횡비에 대해 플롯하여 첨부된 도면의 도 1에 나타내었다. 원형 단면 표준물은 종횡비가 1.0:1이었고 ΔE는 0.0이었다. 도 1에 나타내져 있는 바와 같이 다양한 종횡비의 단순한 타원 단면은 더 많은 염료를 필요로 하였으며(원형 대조표준물 보다 더 짙게 염색된 실시예 2의 타원 단면 제외), 종횡비와 ΔE 사이의 관계를 나타내는, 나타낸 바와 같은, 곡선을 생성시켰으며, 낮은 종횡비의 타원 섬유(본 발명에 따른 것이 아님)의 경우 ΔE는 종횡비가 1.0:1로부터 증가함에 따라 매우 급격하게 증가하였고, 이어서, 봉우리를 지난 후, 종횡비가 봉우리를 넘어 더 증가할수록 급속히 감소하였으며, 이어서, 종횡비가 약 1.85:1에서 약 1.0의 ΔE 수치 밑으로 떨어진 후, 종횡비가 증가함에 따라 ΔE의 감소 속도는 안정상태가 되었고 곡선은 종횡비가 약 2.0:1에서 상당히 평탄해졌으며, 이어서, 보다 큰 종횡비(약 2.5:1) 후, ΔE는 종횡비의 증가와 함께 다소 증가하였다. ΔE와 종횡비 사이의 관계는 매우 놀라웠다. 본 발명자들은 특히 약 1.85:1 이상의 종횡비에 대한 ΔE는 1.5:1과 같이 보다 낮은 종횡비의 타원 단면의 경우보다 훨씬 적다는 것에 놀랐으며, 이러한 폴리에스테르 스테이플 섬유는 원형 단면의 종래의 폴리에스테르 스테이플 섬유 보다 오픈-엔드 스피닝에서 상당한 이점이 있었고, 특히 보다 낮은 종횡비의 다른 타원 단면을 가진 폴리에스테르 스테이플 섬유 보다 매우 효과적으로 염색이 되었다. 단순한 타원 단면에 대한 플롯 이외에, 복잡한 타원 단면에 대해 도 1에 상기 실시예에서 비교물로서 사용된 (4 홈) 가리비형 타원 단면 및 땅콩형 단면에 대해 "x" 점으로 나타내었다.

지적한 바와 같이, 본 발명자들은 종횡비가 약 1.85:1 이상일 경우 ΔE 염색 수율은 약 1.0 이하이라는 것을 발견하였다. 즉, 놀랍게도, 이러한 종횡비를 가진 단순한 타원 단면을 사용하면 향상된 오픈-엔드 스피닝 능력과 함께, 종래의 원형 단면과 비교하여 약 1.5 이하의 세이드 차이를 나타내었다. 곡선의 기울기는 약 2.0:1 미만, 특히 약 1.9:1 종횡비 미만에서 상대적으로 경사가 급하였고, 염색 수율은 종횡비 변화에 더욱 민감해져, 염색 수율 조종이 더욱 어렵게 되었다. 이는 본 발명자들이 이러한 잠재적인 문제 영역을 넘은 범위(즉, 약 2.0:1 이상, 특히 약 2.1:1 종횡비 이상)에서의 작업을 선호한 한 이유이었다. 그러나, 본 발명자들은 예를 들어, 방사구의 디자인 및 신중한 중합체 점도 조종과 같은 적절한 주의를 가하면, 누군가는 1.85 내지 1.95와 같은 더 낮은 종횡비에서 작업하여 만족할 만한 염색 수율을 수득할 수 있다고 생각한다.

도 1에서 염색 수율 데이타가 오픈-엔드 스피닝에 의해 수득된 실의 직물을 비교함으로써 수득되었지만, 염색 수율에서의 놀라운 이점은 섬유 단면으로부터 기인한 것이며 오픈-엔드 방적사에 국한되지 않는다고 생각하고(특히 잠재적인 상업용의 생산성의 향상), 또한 유사한 단면(유사한 종횡비)의 스테이플 섬유 또는 연속 필라멘트의 다른 실에 적용될 수 있다고 생각한다. 게다가, 심미학적인 이점은 타원 단면(2.5:1 종횡비)을 가진 섬유의 실로부터 제조된 100% 폴리에스테르 편성물이 전문가들에 의해 원형 단면의 경우 보다 더 부드럽고, 더 평탄하며 덜 거친 것으로 평가되었다는 점에서 주목되었다(원형 단면과 대조적임).

Claims

종횡비가 약 1.85:1 내지 약 3.5:1인 단순한 타원 단면의 폴리에스테르 섬유로 이루어진 개선된 실(yarn).
제1항에 있어서, 상기 종횡비가 약 2.0:1 이상인 실.
제2항에 있어서, 상기 종횡비가 약 2.1 내지 2.5:1인 실.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리에스테르 섬유가 폴리에스테르 스테이플 섬유인 실.
제4항에 있어서, 오픈-엔드 방적사인 실.
종횡비가 약 1.85:1 내지 약 3.5:1인 단순한 타원 단면을 가지며, 단독 또는 면과 혼합된 폴리에스테르 스테이플 섬유를 오픈-엔드 스피닝하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 종횡비가 약 2.0:1 이상인 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 종횡비가 약 2.1 내지 2.5:1인 것인 방법.