KR20010012713A - 폴리에스테르 필라멘트사 - Google Patents

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Abstract

폴리에스테르 필라멘트사로서, 필라멘트 신도향상제 입자의 0.4 내지 4.0 중량%와 폴리에스테르수지의 혼합물을 용융방사하고, 2500 내지 8000m/min.의 속도로 그 필라멘트사를 권취하여 제조되며, 잔류신도에 있어 50%이상 증가하고 개선된 권취성을 나타냄을 특징으로 하며, 여기서 필라멘트 신도향상제 입자는 요건(a), (b) 및 (c)를 만족한다:
(a) 입자는 105 내지 130℃의 열변형 온도를 갖고,
(b) 폴리에스테르 필라멘트가 비중공 원형 단면을 가진다면, 입자의 분포 밀도는 두 동심원이 각각 단면의 반경의 1/3 및 2/3에 해당하는 반경을 가진, 단면의 중심을 둘러싼 두 동심원사이의 환상부내에서 극대화된다;그리고
(c) 필라멘트 표면에 나타나는 입자수는 15 입자/100㎛2이하이다.

Description

폴리에스테르 필라멘트사{POLYESTER FILAMENT YARN}
폴리에스테르 필라멘트사의 용융 방사에서, 방사구를 통해 폴리머의 압출 속도를 가능한 한 크게 증가시키는 것은 폴리에스테르 필라멘트사의 생산성을 높이는데 상당한 기여를 한다. 현재 섬유 산업계에서, 상술한 압출 속도의 증가는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 원가의 저감 관점으로부터 바람직하게 여겨진다.
폴리에스테르 필라멘트사의 생산성을 높이기 위한 전형적인 수단으로, 압출된 폴리에스테르 필라멘트사가 방사구를 통한 폴리에스테르 필라멘트사의 압출 속도를 증가시키는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 통상의 방법으로는, 압출 폴리에스테르 필라멘트사의 권취속도가 크기 때문에, 따라서 각 폴리에스테르 필라멘트에 있어 폴리에스테르 분자의 배향도는 증가하여, 결과로서의 필라멘트사는 불리하게도 잔류 선도의 감소를 나타낸다. 그러므로, 당연히, 후속의 연신 공정에서의 폴리에스테르 필라멘트사 또는 연신-가연 공정의 최대 연신비는 감소한다. 따라서, 연신 또는 연신-가연 공정에서 폴리에스테르 필라멘트사의 연신 특성에 있어서 불리한 감소는 권취속도의 증가로 인한 압출 속도-증가 효과를 상쇄한다.
상기 문제를 해결하기 위한 방법으로, 유럽 특허 공보 번호 제 47464-A1호는 불포화 유기 모노머가 필라멘트 선도 강화제로서 폴리에스테르 수지에 첨가되어, 그 결과로서의 용융 방사된 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 선도를 증가시키는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법을 개시하고 있다. 이 유럽 특허 공보에서는, 예를 들어 9쪽 3행에서, 부가중합체는 폴리에스테르 수지내에 분자 크기의 입자형태로 미세하게 분산되고, 그 결과로서의 미세한 폴리머 입자는 폴리에스테르 수지에 대해 롤러 또는 러너의 역할을 하는 것으로 여겨진다. 유럽 특허 공보는, 부가 중합체의 실제예로 "DELPET 80N"을 개시한다. 실제 측정 결과에서, 폴리머는 98℃의 열변형 온도를 나타냈다.
유럽 특허 공보의 상술한 방법은 부분적으로(또는 예비-) 배향된 폴리에스테르 필라멘트사(POY), 높은 잔류선도의(즉 방사 필라멘트사로서) 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사 그리고 결합된 정방공정과 연신공정에 의해, 초고속하에 제조된 폴리에스테르 필라멘트사(FOY)를 제조하는 데 유용하다. 그러나, 본 발명의 발명자들이 유럽 특허 공보에 개시된대로, 상업적으로 이용가능한 와인더를 사용하여 높은 잔류 선도를 갖는 방사 폴리에스테르 필라멘트사를 감는 시도를 했을 때, 새로운 문제에 직면하였다.
즉. 본 발명의 발명자들은 실제 문제로. 폴리에스테르 필라멘트사는 통상적인 와인더에 의해 권취될 수 없고, 얀의 권취 패키지가 형성되지 않는다. 이 문제와 관련한 현상으로, 1 이상의 필라멘트가 얀내부에서 불량한 트래버스 날염 특성을 나타내기 때문에, 그 결과로서의 권취 패키지에서는, 권취 패키지의 정상의 주변 권취 상태의 형태로 권취 에지부 바깥으로 얀이 삐져나온 콥 웨빙 현상과, 에지부 표면이 찌그러져 권치 패키지가 파괴되는 결과를 낳는 에지부의 불규칙한 권취가 발생한다. 또한, 얀이 권취되는 중에 얀 패키지상에 부사(yarn-float)가 발생하고, 이 현상은 패키지의 파열을 유발한다. 따라서 이 현상은 폴리에스테르 필라멘트사에 치명적인 타격을 유발한다.
상술한 문제점의 원인은, 부가 중합체 입자가 폴리에스테르 수지와 양립 불가능하고 폴리에스테르 수지에 대해 롤러 또는 러너의 역할을 하기 때문에, 이들 입자는 폴리에스테르 필라멘트사 외표면상 위에 흘러나와 외표면을 너무 거칠게 하여, 필라멘트사간의 마찰(F/F 마찰) 및 금속과 필라멘트사의 마찰이 감소된다. 그러므로, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 권취 성과가 감소하거나, 고르지 않게 된다.
F/F 마찰 및 F/M 마찰에서의 감소를 방지하게 위하여, 본 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 F/F 마찰 및 F/M 마찰을 증가시키기 위한 유제가 압출 폴리에스테르 필라멘트사에 적용된 후 그 유제가 적용된 얀이 권취권사되는 수단을 제공하기를 기대할 것이다. 마찰 증진제는 방향족 링 또는 폴리히드릭 알코올으로 변성된 알킬렌옥시드-부가체, 예를 들어 폴리옥시에틸렌-옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌-노닐페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌-녹실페닐 스테아레이트, 폴리옥시에틸렌-p-페닐 에테르 그리고 폴리옥시에틸렌-벤질페닐-페놀 에테르; 그리고 글리세롤프로필렌옥시드(PO)/에틸렌 옥시드(EO) 부가체, 소르비톨 PO/EO 부가체 및 소르비탄 PO/EO 부가체를 포함한다. 또한, 마찰 증진제는 낮은 윤활 특성을 갖는 낮은 점도의 화합물, 예를 들어 500 내지 700의 저분자량의 폴리프로필렌글리콜; 로신 에스테르 및 실리카를 포함한다.
실제로, 마찰 증진제는 권취되기 전에 압출 폴리에스테르 필라멘트사에 적용되었을 때, 얀 패키지는 양호한 형태로 제조될 수 있었다. 그러나, 권취된 폴리에스테르 필라멘트사가 패키지로부터 풀어져 후속 공정, 예를 들어 연신 또는 가연공정에 적용되었을 때, 플러프의 형성과 얀의 절단이 자주 발생하고, 따라서 공정은 지속될 수 없고 불량한 얀이 생산된다. 그러므로, 마찰 증진제의 사용은 본질적으로 상술한 문제점을 해결하는데 성공적이지 못했다.
본 발명에서 사용된 용어 "개선된 권취성"은 폴리에스테르 필라멘트사가, 플러프의 형성 또는 얀의 절단을 유발하는 상술한 유제를 사용함이 없이 연신 또는 가연 공정에서 안정되고 원활하게 권취된다는 점에서 폴리에스테르 필라멘트사의 성능을 말한다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 결과로서의 얀의 잔류 신도의 수준을 적어도 상기 통상적인 얀의 수준으로 확보하는 한편, 필라멘트 신도향상제의 사용과 함께 고속 용융 방사 방법하에서 제조되는 통상의 폴리에스테르 필라멘트사가 권취될 수 없는 치명적인 결점이 없는 폴리에스테프 필라멘트사 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플러프의 발생과 얀 절단으로 인해 통상의 얀이 후속 공정에서 원활하게 진행될 수 없는 그 이상의 결점이 없는 폴리에스테르 필라멘트사 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적은 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사 및 이의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.
개선된 권취성을 가지는 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사는 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 필라멘트 신도향상제의 입자와 폴리에스테르 수지의 혼합물을 용융방사하여, 그리고 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 용융 폴리에스테르 필라멘트사를 권취하여, 폴리에스테르 수지로 구성되는 매트릭스와 폴리에스테르 수지 매트릭스내에 분산된 필라멘트 신도향상제 입자를 각각 포함하는 복수의 필라멘트를 포함하는 폴리에스테르 필라멘트사를 형성하는데, 여기서 상기 폴리에스테르 필라멘트사는 하기 수학식:
I(%) = [(EIb/ELO- 1)] × 100
(여기서 I 는 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도의 증가를 %로 나타내고, EIb는 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도를 %로 나타내고, ELO는 필라멘트 신도향상제가 비교 폴리에스테르에 함유되지 않은 것을 제외하고는 폴리에스테르 필라멘트사와 동일 절차에 의해 제조된 비교 폴리에스테르 필라멘트사를 잔류 신도를 %로 나타냄)에 따라 결정되는, 50% 이상의 잔류 신도의 증가(I)를 나타내는 상기 폴리에스테르 필라멘트사이고,
폴리에스테르 필라멘트내에 함유된 상기 필라멘트 신도향상제 입자가 요건 (a), (b), (c)를 만족하는 것을 특징으로 한다:
(a) 필라멘트 신도향상제 입자는 105 내지 130℃의 범위내에 열변형 온도(T)를 가지고,
(b) 폴리에스테르 필라멘트가 비-중공 원형 단면을 가진다면, 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도는 원형 단면의 중심 주위로, 각각 폴리에스테르 필라멘트의 원형 단면의 반경의 1/3 과 2/3에 해당하는 반경을 가지는, 두 동심원사이의 환상 영역에서 극대화되고 ;
(c) 폴리에스테르 필라멘트의 외표면에 나타나는 필라멘트 신도향상제 입자의 수(N)는 15 입자/㎛2이하이다.
또한, 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법은 다음과 같다.
폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법으로, 방사구를 통해 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 양의 필라멘트 신도향상제 입자와 함께 폴리에스테르 수지의 혼합 멜트의 압출 공정, 그리고
방사라인을 따라 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 용융 압출된 폴리에스테르 필라멘트사의 권취 공정으로 이루어지고,
상기 공정은 용융 압출 공정에서 멜트가 방사구에 인접한 상류에 정렬된 40㎛의 작은 구멍 크기를 갖는 필터를 통과하고, 방사라인에서 용융 압출된 폴리에스테르 필라멘트사의 드래프트가 150 내지 1500의 범위로 제어되어, 상기 얀에 개선된 권취 성능을 부여하는 점을 특징으로 한다.
본 발명은 권취성이 개선되고 잔류 신도가 크게 증가한 폴리에스테르 필라멘트사 그리고 이의 제조 방법에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 권취성이 개선되고 잔류 신도가 크게 증가한 폴리에스테르 필라멘트사에 관한 것으로, 폴리에스테르 수지와 불포화 모노머의 부가 중합체의 입자 혼합물의 멜트를 제조하여, 여기서 입자는 특정한 열변형 온도(T)를 갖고 폴리에스테르 수지의 멜트에 분산되며, 그 용해 혼합물을 용융-압출하고 그 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사를 고속으로 권취하여 각 필라멘트중에 분산된 부가중합체 입자를 필라멘트의 길이 축을 따라 연장되게 하여 얻어지고, 필라멘트가 비 중공 원형 단면이라면, 입자의 분포 밀도가 필라멘트의 원형 단면의 반경의 1/3 및 2/3에 해당하는 반경을 가진 두 동심원사이의 환상부에 극대화되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사 및 이의 제조 공정에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에 대한 필라멘트의 원형 단면을 도시하는 것으로, 단면에서 필라멘트의 영역 A, B 및 C내의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 상태가 개략적으로 도시되어 있고,
도 2는 도 1에서 도시된 필라멘트의 각각의 영역 A, B 및 C내의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도를 도시하는 그래프이고,
도 3은 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에 대한, 영역 A′, B′ 및 C′를 갖는 불규칙한 비-중공 필라멘트의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 필라멘트의 각각의 영역 C′, B′, A′, A″, B″그리고 C″내의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도를 도시하는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에 대한, 영역 A″, B″및 C″를 갖는 원형 중공 필라멘트의 단면을 도시한다.
(본 발명을 수행하는 최상의 모드)
본 발명의 발명자의 연구에서, 유기 불포화 모노머의 부가 중합에 의해 제조되고, 폴리에스테르 수지와 비상용성이고 폴리에스테르 수지보다 높은 열변형 온도(T)를 갖는 폴리머의 미세입자가 필라멘트 신도향상제로서 폴리에스테르 수지에 섞일 때, 그 결과로서의 수지 혼합물은 용융 방사 절차를 거치고, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 각 폴리에스테르 필라멘트내에 분포된 필라멘트 신도향상제 입자는 용융압출 필라멘트 스트림의 세화 공정중에 폴리에스테르 분자에 대해 롤러 또는 러너로서보다는 각 필라멘트의 신도변형에 대한 저항물질의 역할을 하고, 필라멘트 신도향상제 입자는 각각의 폴리에스테르 필라멘트의 길이 방향으로 배향되고 신장되는 것을 발견하였다. 또한, 폴리에스테르 필라멘트가 비-중공 원형 단면을 갖는다면, 폴리에스테르 필라멘트의 단면내의 상술한 필라멘트 신도향상제입자의 분포 밀도는 원형 단면의 중심을 둘러싼 두 동심원 사이의 환상 영역에서 극대화되고, 두 동심원의 반경은 각각 폴리에스테르 필라멘트의 원형 단면의 반경의 1/3과 2/3에 해당하고, 개선된 권취 성능과 만족스러운 폴리에스테르 필라멘트사의 만족스러운 잔류신도를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 상술한 발견을 기초로 완성되었다.
본 발명의 배경은 이하에서 더욱더 설명될 것이다.
상술한 유럽 특허 공보 제47464-A호는 50%이상의 잔류 신도(I)의 증가를 갖는 폴리에스테르 필라멘트사를 필라멘트사내에서 개별 폴리에스테르 필라멘트의 분자 배향을 위한 롤러 또는 러너의 역할을 하는 미세 입자의 형태인, 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4 중량%의 양의 필라멘트 신도향상제와 폴리에스테르 수지의 혼합물을 용융압출하여, 그리고 방사선을 따라 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 용융압출 필라멘트사의 권취하여 얻을 수 있다는 발상을 개시한다. 또한, 유럽 특허는 오직 하나의 실제 필라멘트 신도향상제로서, 실제로 측정된 98℃의 열변형 온도를 갖는 「DELPET 80N」를 개시한다.
본 발명에서, 필라멘트 신도향상제는 105℃ 내지 130℃의 열변형 온도(T)를 갖는 것에 한하고, 따라서 유럽 공보의 발명에 의해 해결될 수 없었던 문제, 즉 권취에서의 어려움은 해결될 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서, 필라멘트 신도향상제 입자는 폴리에스테르 수지와 비상용성이다. 따라서, 용융 압출 공정에서, 필라멘트 신도향상제 입자와 폴리에스테르 수지는 필라멘트 신도향상제 입자로 구성된 섬들이 폴리에스테르 수지로 구성된 바다에 분산되어 있는 바다-내-섬 형태의 혼합물의 멜트 상태로 존재하고, 그 바다-내-섬 형태 혼합물의 멜트는 방사구를 통해 압출되고, 권취공정에서, 압출된 필라멘트 스트림은 드래프트되고 냉각되어, 폴리에스테르 필라멘트사를 형성한다. 냉각중에, 필라멘트 신도향상제 입자는 폴리에스테르 수지의 이행이전에 앞서 용융 상태로부터 유리질 상태로 변하고, 따라서 방사 스트레스로 인한 압출 필라멘트 스트림의 신도 변형에 대한 저항 물질의 역할을 주로 한다. 이러한 사실때문에, 높은 폴리머 온도 상태에서 방사구에 가까이 위치한 혼합 멜트의 신장 점도는 일반 신장 점도식을 따르지 않고, 점도상의 비선형 증가가 전개된다. 이러한 점도상의 비선형 증가는 방사구에 더 가까운 상류 지점에서 용융 방사 필라멘트상의 세화를 촉진하고, 방사선의 보다 초기 단계에서, 그것의 최종 권취 속도에 도달하기 위한 용융 방사 필라멘트사의 속도를 허용하는 것으로 여겨진다. 즉, 본 발명의 이 필라멘트상의 세화는 필라멘트 신도향상제를 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트사의 세화와 상기와 같은 속도로 용융 방사가 완결되는 위치까지 용융 방사 필라멘트사의 위치에서 완결된다.
또한, 본 발명의 용융 방사 필라멘트사는 디닝이 4000 내지 5000 m/min.의 권취 속도에서 자주 관찰되는 네킹 현상의 형태로 디닝 작용을 나타내지 않고, 폴리에스테르 수지의 결정화를 수반한다. 이 사실로부터, 본 발명에서 특유한 필라멘트 신도향상제의 사용은 폴리에스테르 필라멘트사를 위한 고속의 용융 방사가, 낮은 장력하에서 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 권취 성능이 개선되도록 할수 있고, 양호한 잔류 신도를 갖는 폴리에스테르 필라멘트사가 제조되도록 할 수 있다는 것이 명백하다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사는 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4%의 양의 필라멘트 신도향상제 입자와 폴리에스테르 수지의 혼합물을 용융 방사하고, 2500 내지 8000m/min.의 속도로 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사의 권취하여 제조된다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사는 하기 수학식 1:
I(%) = [(EIb/ELO) - 1)] × 100 (수학식 1)
에 따라 결정되는 압출 필라멘트의 폴리머에 통상 가해지는 50 % 이상의 잔류신도의 증가를 나타낸다.
수학식 1에서, I 는 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도의 증가를 %로 나타내고, EIb는 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도를 %로 나타내고, ELO는 필라멘트 신도향상제가 비교 폴리에스테르에 함유되지 않은 것을 제외하고는 폴리에스테르 필라멘트사와 동일 절차에 의해 제조된 비교 폴리에스테르 필라멘트사를 잔류 신도를 %로 나타낸다.
본 발명을 특징짓는 요건(a),(b) 및 (c)는 이하에서 설명될 것이다.
요건 (a)
용융 방사 스트레스로 인한 신장 변형 저항재의 기능의 관점에서, 필라멘트 신도향상제는 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정중 폴리에스테르 폴리머 매트릭스의 이행에 앞서 멜트 상태로부터 유리질 상태로 변화한다. 이 요건에 대해, 본 발명의 필라멘트 신도향상제는 105℃ 내지 130℃, 바람직하게는 110℃ 내지 130℃의 열변형 온도(T)를 가져야 한다. 보통, 폴리에스테르 수지는 약 70℃의 열변형 온도를 가지고, 따라서 본 발명의 필라멘트 신도향상제의 열변형 온도는 폴리에스테르 수지보다 약 35℃ 내지 60℃ 높다. 따라서, 용융 방사 진행중에, 필라멘트 신도향상제 입자는 용융 방사 스트레스를 우세하게 견디고, 세화되고 있는 각각의 압출 필라멘트 스트림의 비교적 깊은 내부에 집중된다. 그러므로, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 각 성분 필라멘트의 외표면에 노출된 입자의 수는 감소하고, 따라서 권취성이 상당히 개선된다. 열변형 온도(T)가 105℃보다 낮을 때, 결과로서의 필라멘트 신도향상제 입자는 필라멘트사의 신도변형에 대한 저항재로서 기능 불량을 나타낸다. 즉, 필라멘트 신도향상제와 폴리에스테르 수지 매트릭스사이의 열변형 온도 차이는 매우 작으므로, 필라멘트 신도향상제 입자는 만족스러운 응력 지지재의 역할을 할 수 없고, 많은 수의 입자가 각 필라멘트 표면에 노출되어 필라멘트 표면이 감소된 마찰 계수를 나타내게 하여, 결과로서의 필라멘트사의 권취성이 상당히 저하된다. 또한, 열변형 온도가 130℃ 보다 높을 때, 결과로서의 필라멘트 신도향상제 입자는 각 압출 필라멘트 스트림의 신도변형에 대해 매우 높은 저항성을 나타낸다. 그 결과로서, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 과잉 잔류신도를 나타낸다; 폴리에스테르 필라멘트사의 기계적 강도는 실용 을 위한 만족스러운 수준보다 낮게 된다; 필라멘트 신도향상제 입자는 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정 중에 폴리에스테르 수지보다 낮은 세화(신장)특성을 나타내고 따라서 전체로서, 필라멘트 신도향상제를 포함하는 폴리에스테르 수지 혼합물은 불만족스러운 필라멘트 형성 특성을 나타내고 안정한 용융 방사 조작을 기대할 수 없다.
다음 설명에서, "입자상의 필라멘트 신도향상제"의 용어 대신에 "신장변형저항재" 또는 "응력 지지재"가 사용될 수도 있다.
요건 (b)
본 발명에서, 요건(b)는 결과로서의 필라멘트사의 만족스러운 권취성과 높은 신장을 얻기 위해 매우 중요하다. 상술한 바와 같이, 각 필라멘트 디닝 폴리머 스트림내에서 응력 지지재가 필라멘트 폴리머 스트림의 내부에 집중되는 경향이 있다. 또한, 응력 지지재가 필라멘트 폴리머 스트림의 표면부에 존재할 때, 응력 견딤재는 압출 필라멘트 스트림중의 폴리머 자체보다 높은 냉각 속도로 냉각된다. 그 결과로서, 압출 필라멘트 스트림은 증가된 신장 점도를 나타내고, 따라서 응력 지지효과가 매우 효과적으로 나타날 수 있다.
그러나, 입자상의 응력 지지재가 각 필라멘트의 외표면에 위치하였을 때, 필라멘트 표면은 거칠어지고, 각 필라멘트사이의 마찰 계수는 감소한다. 따라서, 결과로서의 필라멘트사는 매우 불량한 권취성을 나타내고, 따라서 개선된 권취성과 높은 신장을 둘 다 갖는 필라멘트사는 얻을 수 없다.
본 발명에 따라, 각 필라멘트의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포는 입자가 필라멘트의 외표면에 가까이 위치하도록 하는 정도로 제한되고, 더욱더 필라멘트의 외표면에 노출된 입자의 분포 밀도는 가능한 한 작게 제한된다.
즉, 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서는, 각 필라멘트 중에 분포된 필라멘트 신도향상제는 요건(b)를 만족해야 한다.
요건(b)에 관해서는, 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트의 한 구체예는 도 1에 도시되는 바와 같이 원형의 비중공 필라멘트 형태이고, 원형의 최외곽 윤곽선( 1)으로 둘러싸인 단면을 가지고, 원형의 비중공 폴리에스테르 필라멘트의 단면이 세 영역, 즉 동심의 원형 최외곽 윤곽선(1)과 중간 윤곽선(3)의 쌍 사이에 규정된 최외곽 환상부(C), 동심의 원형 중간 윤곽선(3)과 내부 윤곽선(5)의 쌍 사이에 규정된 중간 환상부(B) 및 내부 원형 윤곽선(5)에 둘러싸인 내부 원형부(A)로 세분된다면, 그리고 내부 원형 윤곽선(5)의 반경은 실질적으로 최외곽 원형 윤곽선(1)의 반경 r의 1/3과 같은 반경을 갖고, 중간 원형 윤곽선(3)은 실질적으로 최외곽 원형 윤곽선(1)의 반경 r의 2/3과 같은 반경을 갖는다면, 폴리에스테르 필라멘트 중 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도는 중간 환상부(B)내에서 극대화된다. 이 극대화된 상태의 정도에 관해서는, 각 필라멘트 중 분산된 필라멘트 신도향상제의 총량의 50 중량%가 영역(B)내에 노출됨이 바람직하다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사를 위한 비중공 원형 폴리에스테르 필라멘트에서, 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도와 필라멘트의 단면의 중심점(O)으로부터 거리 사이의 관계가 도 2에 도시되었다. 도 2에서는, 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도가 2/3r을 갖는 중간 원형 외곽선과 1/3r을 갖는 내부 원형 외곽선사이에 규정되는 중간부(B)내에서 극대화된다.
다른 구체예에서는, 폴리에스테르 필라멘트가 도 3에 도시되는 바와 같이 비중공 트리로벌(trilobal) 필라멘트 형태이고 최외곽 트리로벌 윤곽선(1')에 둘러싸인 단면을 갖고 있을 때, 직선(O-P)은 중심점(O)과 각 로브의 상단점(P)사이에 그려지고 다른 직선(M1-M2)은 직선(O-P)의 중심점(O')을 통해 직선(O-P)에 대해 직각으로 그려진다. 또한 직선(M1-M2)을 따라, 각 로브는 직선(O-P)에 평행한 여섯 영역 (C′), (B′), (A′), (A″), (B″) 및 (C″)로 세분되고, 영역(C′), (B′), (A′), (A″), (B″) 및 (C″)의 폭은 서로 같다.
그리고, 직선(M1-M2)의 길이를 2L로 나타낼 때, 각 영역(C′), (B′), (A′), (A″), (B″) 및 (C″)는 1/3L의 폭을 갖고 영역(B′)와 (A′)의 전체 폭은 2/3L이다.
본 발명에 나오는, 필라멘트 신도강화제 입자의 분포 밀도는 도 4에 도시된 바와 같이 중간부(B′) 및 (B″)내에서 극대화된다. 도 4에 도시된 그래프에서, 직선 (M1-M2)의 중심점(O′)으로부터의 거리와 입자 분포의 관계를 도시하는 곡선은 중간부 B′및 B″에 위치한 두 최고점을 갖는다.
또한 여전히 다른 구체예에서는, 폴리에스테르 필라멘트는 도 5에 도시된 바와 같이 중공 원형 필라멘트 형태이고 동심 원형 최외곽 윤곽선(11)과 최내곽 윤곽선(12)의 쌍에 의해 규정된 중공 원형 단면을 갖는다. 도 5에서는, 동심 원형 최외곽 윤곽선(11)의 중심점(O)을 통과하는 직선과 최내곽 윤곽선(12)이 그려져 있다. 직선은 최외곽 윤곽선(11)을 M1점에서 그리고 최내곽 윤곽선(12)을 M2에서 교차한다. 직선 M1-M2는 중심점(O′)을 갖는다. 즉 M1-O′의 길이는 M2-O′의 길이와 같다. 중심점(O′)을 통해 중간원(22)이 중심점(O) 둘레로 그려진다. 중간원(22)는 최외곽 및 최내곽 원형 윤곽선(11) 및 (12)에 동심이다. 폴리에스테르 필라멘트의 중공 원형 단면은 여섯 환상부, 즉 동심 원형 최외곽 윤곽선(11)과 첫번째 중간 윤곽선(14)의 쌍 사이에 규정되는 최외곽 환상부(C″), 동심 원형의 첫번째 중간 윤곽선(14)과 첫번째 내부 윤곽선(16)사이에 규정되는 첫번째 중간 환상부(B″), 동심 원형의 첫번째 내부 윤곽선(16)과 중간원(22)사이에 규정되는 첫번째 내부 환상부(A″), 동심의 중간원(22)과 두번째 내부 윤곽선(18)사이에 규정되는 두번째 내부 환상부(A′), 동심 원형의 두번째 내부 윤곽선(18)과 두번째 중간 윤곽선(20)사이에 규정되는 두번째 중간 환상부(B′), 그리고 동심 원형의 두번째 중간 윤곽선(20)과 최내곽 윤곽선(12)의 쌍 사이에 규정되는 최내곽 환상부(C′)로 세분되고, 영역 (C′), (B′), (A′), (A″), (B″) 및 (C″)의 폭이 실질적으로 서로 동일하다면, 본 발명에 따른 중공 원형 폴리에스테르 필라멘트 중 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도는 첫번째 및 두번째 중간 환상부 (B′) 및 (B″)에서 극대화된다.
상기와 반대로, 필라멘트 신도향상제 입자가 도 1에 도시된 비중공 폴리에스테르 필라멘트의 내부(A) 또는 도 5에서 도시된 중공 폴리에스테르 필라멘트의 내부(A′) 및 (A″)에서 최대 분포 밀도로 분포될 때, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 불만족스러운 신장을 나타낸다. 또한, 필라멘트 신도향상제 입자가 도 1에 도시된 비중공 폴리에스테르 필라멘트의 외곽부(C) 또는 도 5에 도시된 중공 원형 폴리에스테르 필라멘트의 최외곽부(C″) 및/또는 최내곽부(C′)에 최대 분포 밀도로 분포될 때, 비중공 폴리에스테르 필라멘트의 결과로서의 외곽부(C)의 표면부와 중공 폴리에스테르 필라멘트의 결과로서의 최외곽부(C″) 및/또는 최내곽부(C′)는 매우 높은 분명한 신장 점도를 나타낸다. 이는, 비중공 폴리에스테르 필라멘트에서, 후속 공정에 허용될 수 없는 스킨-코어 구조를 유발한다. 또한, 중공 폴리에스테르 필라멘트에서, 스킨-코어-스킨 구조가 발견된다. 따라서, 필라멘트 신도향상제 입자의 대부분이 비중공 폴리에스테르 필라멘트의 외면 또는 중공 폴리에스테르 필라멘트의 내면 및 외면에 노출되고, 얀이 만족스러운 잔류신도를 나타내지만 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 권취성이 저하된다. 또한, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 기계적 강도의 감소를 나타내고, 후속 공정에 있어 나쁜 공정 성과를 나타낸다. 더욱더, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 초기 생산력은 염색 작업시에 낮아질것 같고, 따라서 폴리에스테르 필라멘트사로부터 제조되는 최종 직포 또는 편성포는 불충분한 벌키니스와 불만족스러운 촉감을 나타낸다.
요건 (c)
요건 (c)에서, 본 발명의 얀을 구성하는 개별 필라멘트의 외표면상에 나타나는 필라멘트 신도향상제 입자의 수(N)는 15 입자/ 100㎛2이하, 바람직하게는 10 입자/100㎛2이하이어야 한다.
이러한 특징에서, 본 발명의 얀을 구성하는 개별 필라멘트의 외표면에 노출된 필라멘트 신도향상제 입자의 수는 외표면 100㎛2당 15 이하의 작은 수로 제한된다.
입자수(N)가 15 입자/ 100㎛2보다 클 때, 결과로서의 필라멘트의 외표면은 상당히 감소한 마찰 계수를 나타내고, 따라서 그러한 필라멘트로 이루어진 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 나쁜 권취성을 나타낸다. 또한, 필라멘트 신도향상제 입자는 염색 특성에서 폴리에스테르 수지와 다르기 때문에, 필라멘트의 외표면에 15 입자/ 100㎛2보다 큰 입자수(N)로 노출된 입자는 염색된 필라멘트 표면이 색조 및/또는 색 밀도상 상당한 불균일성을 나타내게 하고 따라서 염색된 필라멘트사로 이루어지는 최종 직포 또는 편성포는 불만족스러운 질을 나타낸다. 그리고, 더욱더, 높은 열변형 온도를 갖는 필라멘트 신도향상제 입자는 폴리에스테르 필라멘트사 내에서 15 입자/100㎛2보다 큰 밀도로 개별 필라멘트의 외표면을 덮을 때, 예열 효율이 열처리 공정, 예를 들어 열 연신공정에서 감소되어 균일한 연신이 더 이상 기대되지 않고 또한 원하지 않는 플러프가 얀 상에 발생한다.
요건 (a),(b) 및 (c)를 만족하는 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사는 플러프 형성과 후속 공정 중에 필라멘트 또는 얀 절단에 대한 높은 저항성을 가지고 최고로 높은 수준의 얀의 신장을 유지하면서 롤 또는 보빈둘레로 안정하게 감겨져 얀 패키지를 형성할 수 있다.
상술한 요건 (a), (b) 및 (c)에 관하여, 필라멘트의 길이 및 횡방향으로 폴리에스테르 필라멘트 중에 분포되는 필라멘트 신도향상제 입자의 크기는 어느 정도까지 제한된다. 입자 크기는 이하에서 설명될 것이다.
필라멘트의 횡방향의 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 크기
폴리에스테르 필라멘트의 횡방향의 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 크기(D)는 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정중에 필라멘트 신도향상제의 필라멘트에 가해지는 응력을 지지하는 역할에 대한 필라멘트 신도향상제의 기여의 결과를 나타낸다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서, 필라멘트의 횡방향으로 결정되는 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 크기(D)는 바람직하게 0.05 내지 0.15㎛, 더욱 바람직하게 0.07 내지 0.13㎛이다.
평균 크기(D)는 0.05㎛ 보다 작을 때, 결과로서의 입자는 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정 중에 응력 지지입자로서 역할을 할 만큼 크지 않을 수도 있어, 따라서 결과로서의 필라멘트사의 잔류신도의 향상에 불충분한 효과를 나타낼 수도 있다. 또한, 결과로서의 작은 입자는 필라멘트의 외표면에 쉽게 그리고 우세하게 노출되어 외표면을 거칠게 할 수도 있다. 그리고, 따라서 결과로서의 필라멘트 표면의 마찰 계수는 감소하고 결과로서의 필라멘트사는 나쁜 권취성을 나타낼 수도 있다.
또한, 평균 크기(D)가 0.15㎛ 보다 클 때, 입자는 폴리에스테르 수지 매트릭스내에서 감소된 분산 특성을 나타낼 수도 있고 압출 필라멘트 스트림내에서 국부적으로 분포되어 용융 방사 응력이 압출 필라멘트 스트림의 단면상에 불균일하게 분포되게 한다. 이 용융 방사 응력의 국부적 분포는 불균일한 방사 장력을 일으켜, 용융 방사 필라멘트사가 회전하게 하고, 입자가 폴리머 멜트상에서 불균일하게 분포되는 각 방사구내에서 입자와 폴리머 멜트의 불균일한 혼합물의 용융점도와 전단응력은 동요하고 혼합 멜트의 흐름은 교란된다. 그러므로, 이 경우, 안정한 용융방사는 기대할 수 없다.
폴리에스테르 필라멘트중에 분포되는 필라멘트 신도향상제 입자의 L/D 비
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서, 필라멘트 신도향상제 입자는 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정중에 응력 지지입자의 역할을 하고, 따라서 입자는 필라멘트의 길이 방향으로 연장되고 배향된다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서, 필라멘트중에 분포되는 입자상의 필라멘트 신도향상제는 바람직하게는 20이하, 더욱 바람직하게는 5 내지 12의 L/D 비를 가지며, 여기서 상술한 대로 L은 필라멘트의 길이 방향에 결정되는 입자의 평균 길이를 나타내고 D는 필라멘트의 횡방향에 결정되는 입자의 평균 크기를 나타낸다. L/D 비가 20 보다 클 때, 이 높은 비는 폴리에스테르 수지 멜트의 변형을 수반하며 입자상의 필라멘트 신도 향상제가 용융 방사 응력하에 변형된다는 사실에서 나온 것일 수도 있고, 따라서 용융 방사 필라멘트사의 세화가 완결되는 위치가 방사구에 가까이 이동하지 않을 수도 있고, 필라멘트 신도향상제는 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류신도 특성을 만족스럽게 향상시키지 않을 수도 있다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서 상기와는 별도로, 폴리에스테르 필라멘트사의 50% 이상의 잔류 신도 증가와 복굴절율간에는 관계가 있다. 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사의 복굴절율(△n)은 바람직하게 0.015 내지 0.105, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.070의 범위내이다.
2500 내지 8000 m/min.의 권취 속도로 제조되는 본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사에서, 복굴절율(△n)이 0.015 보다 작을 때, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 폴리에스테르 필라멘트사의 물리적 특성이 시간의 경과와 함께 쉽게 변한다는 점에서 불리할 수도 있고 따라서 연신 특성이 쉽게 저하된다. 결과로서, 개별 필라멘트는 후속 연신 작업중에 자주 절단될 것같아, 불안정한 상태하에서 상기 작업의 수행을 어렵게 한다.
또한, 복굴절율(△n)이 0.105 보다 클 때, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도가 낮아질 수도 있고 따라서 용융 방사 필라멘트사의 최대 연신비는 1.0 부피에 접근할 수도 있기 때문에, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 다양한 얀 공정에 적당하지 않다. 그러나, 높은 복굴절율 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사는, 직포 또는 편성포의 제조를 위해, 개별 연신 시스템 또는 고속 결합된 정방 및 연신 시스템하에서 얻은 연사 대신 고속 용융 방사 필라멘트사로서 사용될 수 있다.
복굴절율(△n)이 0.03 내지 0.070의 범위내에 있을 때. 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 높은 잔류 신도와 우수한 공정 성과를 나타낼 수도 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 폴리에스테르 수지는 적어도 하나의 방향족 디카르복실산이 산 성분으로 포함되는 필라멘트 형성 폴리에스터를 포함한다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트 수지로부터 선택되는 한 멤버를 포함한다. 이 폴리에스테르 수지는 제 3의 성분으로, 디올 화합물, 예를 들어 부탄 디올, 및/또는 디카르복실산, 예를 들어 이소프탈산과 혼성중합되어 변성될 수도 있다. 또한, 상술한 폴리에스테르 수지는 단독으로 또는 그것의 2이상의 혼합물로 사용될 수도 있다. 이 폴리에스테르 수지중에, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지가 더욱 바람직하게 본 발명을 위해 사용된다.
본 발명을 위한 폴리에스테르 수지는 임의로 무광가공제, 열 안정제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 말단 정지제, 형광 증백제로부터 선택되는 한 멤버를 포함하는 부가물을 포함할 수 있다.
폴리에스테르 수지의 용융 방사 특성과 폴리에스테르 필라멘트사의 물리적 특성의 관점에서, 폴리에스테르 수지는 0.4 내지 1.1의 고유 점도( 35℃에서 O-클로로페놀내에서 결정됨)를 바람직하게 갖는다.
본 발명에 사용가능한 필라멘트 신도향상제는 적어도 한 불포화 모노머의, 특히 에틸렌계 불포화 모노머의 그리고 실질적으로 폴리에스테르 수지와 양립불가능한 부가중합에 의해 제조되는 적어도 한 중합체 물질을 포함한다.
필라멘트 신도향상제는 상술한 대로 105 내지 130℃, 바람직하게는 110 내지 130℃의 열변형 온도(T)를 갖는다.
필라멘트 신도향상제는 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리아크릴레이트 에스테르 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 및 상기 폴리머의 유도체로부터 선택되는 적어도 한 멤버를 바람직하게 포함한다.
필라멘트 신도향상제를 위한 이들 폴리머는, 폴리에스테르 수지로부터 종속적으로, 용융 압출 필라멘트 스트림의 세화 공정중에 응력 지지고분자 물질의 역할을 하기에 충분히 높은 구조 점탄력성(structural viscoelasticity)를 나타내는 것이 필요하다. 따라서, 필라멘트 신도향상제는 고분자량을 갖는다. 즉, 필라멘트 신도향상제는 바람직하게 2000 이상, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 200,000, 여전히 더욱 바람직하게는 8,000 내지 150,000의 중량 평균 분자량을 갖는다.
분자량이 2,000 보다 작을 때, 결과로서의 필라멘트 신도향상제는 응력 지지고분자 물질의 역할을 할 만큼 높은 구조 점탄력성을 나타내지 않을 수도 있다. 또한, 분자량이 200,000 보다 클 때, 결과로서의 폴리머는 매우 높은 응집에너지를 나타내고 따라서 폴리머의 용융 점도는 폴리에스테르 수지에 대해 매우 높을 수도 있다. 그러므로, 결과로서의 필라멘트 신도향상제 입자는 폴리에스테르 수지 매트릭스내에 균일하게 분산되기 매우 어려울 수도 있고, 따라서 폴리에스테르 수지와 필라멘트 신도향상제 입자의 용해 혼합물은 필라멘트형성 특성의 상당한 감소를 나타낼 수도 있고 결과로서의 필라멘트사는 원활하게 권사되기 어려울 수도 있다. 더욱더, 결과로서의 필라멘트 신도향상제 입자는 폴리에스테르 수지에 높은 부정적 효과를 나타낼수도 있고 만족스러운 물리적 특성을 가지는 폴리에스테르 필라멘트사를 얻기가 불가능해질 수도 있다.
중량 평균 분자량이 8,000 내지 150,000의 범위내에 있을 때, 결과로서의 필라멘트 신도향상제는 향상된 내열성을 나타내고 따라서 본 발명에 매우 유용하다.
필라멘트 신도향상제에 사용가능한 부가중합체는, 각각 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량과 0.5 내지 15.0g/10min.의 멜트인덱스(M.I)(230℃, 하중 3.8kgf에서 일본 공업 규격(JIS) D 1238에 따라 결정된)을 갖는 메틸 메타크릴레이트 공중합체 및 이소택틱 스티렌 폴리머, 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량과 5.0 내지 40.0g/10min.의 멜트인덱스(M.I)(260℃, 하중 5.0kgf으로 일본 공업 규격(JIS) D 1238에 따라 결정된)을 갖는 메틸 펜텐 폴리머와 그 유도체, 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량과 6.0 내지 25.0g/10min.의 멜트인덱스(M.I)(300℃, 하중 2.16kgf에서 일본 공업 규격(JIS) D 1238에 따라 결정된)을 갖는 규칙 배열(결정질) 스티렌 폴리머와 그 유도체로부터 바람직하게 선택된다. 상기 폴리머는 폴리에스테르 수지 혼합물에 대한 용융 방사 온도에서, 폴리에스테르 수지 매트릭스 중에서 우수한 열안정성과 분산 특성을 갖는다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트상의 구체예에서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체는 부가중합된 메틸 메타크릴레이트를 주성분으로 구성되고 8,000 내지 200,000의 평균 분자량수 및 0.5 내지 8.0g/10 min.의 멜트인덱스(230℃, 하중3.8㎏에서 결정된)를 갖는 아크릴레이트 폴리머로 이루어진다.
폴리에스테르 필라멘트사의 다른 구체예에서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체는 이소택틱 스티렌 폴리머를 주성분으로 구성되고 8,000 내지 200,000의 평균 분자량수 및 0.5 내지 8.0g/10 min.의 멜트인덱스(230℃, 하중3.8㎏에서 결정된)를 갖는 스티렌 폴리머로 이루어진다.
폴리에스테르 필라멘트사의 여전히 다른 구체예에서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체는 신디오택틱(결정질) 스티렌 폴리머를 주성분으로 구성되고 8,000 내지 200,000의 평균 분자량수 및 6 내지 2.5g/10 min.의 멜트인덱스(300℃, 하중2.16㎏에서 결정된)를 갖는 스티렌 폴리머로 이루어진다.
폴리에스테르 필라멘트사의 덧붙인 구체예에서는, 불포화 유기 모노머의 부가중합체는 부가중합 4-메틸펜텐-1을 주성분으로 구성되고 8,000 내지 200,000의 평균 분자량수 및 5.0 내지 40.0g/10 min.의 멜트인덱스(260℃, 하중5.0㎏에서 결정된)를 갖는 메틸펜텐 폴리머로 이루어진다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 공정은 이하에서 설명될 것이다.
본 발명의 폴리에스테르 필라멘트사를 얻기 위하여, 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 공정은, 중요 공정으로, 용융 방사 필라멘트사에 특유한 드래프트 공정하에 폴리에스테르 수지와 필라멘트 신도향상제 입자의 혼합물의 멜트에 특유한 필터링 공정을 포함한다.
본 발명의 공정으로, 폴리에스테르 수지와 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 양인 입자상의 필라멘트 신도향상제의 혼합물의 멜트가 방사구를 통하여 용융 압출되고, 용융 압출된 폴리에스테르 필라멘트사는 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 권취된다.
이 공정에서는, 용융 방사 공정에서 멜트는 40㎛이하의 구멍 크기를 갖고 방사구 상류쪽에 정렬된 필터를 통과하는 것, 그리고 방사선내에서 용융 압출된 폴리에스테르 필라멘트사의 분명한 드래프트는 150 내지 1,500의 범위로 제어되는 것이 중요하다.
필터의 구멍 크기가 40㎛ 보다 클 때, 여과되는 용해 혼합물은 조대(粗大) 입자를 포함할 수도 있고 따라서 안정되게 용융 방사되지 않을 수 있다. 또한, 조대 입자가 필라멘트의 외표면에 노출될 때, 결과로서의 필라멘트 표면은 거칠어지고, 결과로서의 필라멘트산는 나쁜 권취성을 나타낼 수도 있다.
또한, 권취 공정은 150 내지 1,500의 드래프트하에서 그리고 2,500 내지 8,000m/min.의 속도로 실행되어야 한다. 드래프트가 150이하일 때, 즉 용융 방사구의 크기가 작을 때, 높은 전단 응력이 방사구를 통과하는 폴리머 멜트에 적용되고, 따라서 폴리머 멜트 스트림의 길이 방향으로 신장된 용해 필라멘트 신도향상제 입자는 전단 응력에 의해 인열된다. 따라서, 횡방향의 입자의 평균 크기(D)는 0.05㎛보다 작아질 수도 있다. 그러므로, 입자상의 필라멘트 신도향상제는 필라멘트에 대해 불만족스러운 신도향상 효과를 나타낼 수도 있다. 즉, 입자는 용융 방사 필라멘트에 만족스러운 응력 지지효과를 나타내지 않고, 필라멘트의 외표면에 입자가 노출되는 빈도가 증가하고, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 불만족스러운 권취성을 나타낸다.
또한, 드래프트가 1,500 이상일 때, 용융 방사구를 통과하는 동안 입자에 적용되는 전단 응력에 의한 필라멘트 신도향상제 입자에 대한 인열효과는 낮고 용융 방사 필라멘트사의 잔류 신도는 상당히 향상한다. 그러나, 1500을 넘는 높은 드래프트는 조대 입자를 발생시키고, 차례로 조대 입자는 결과로서의 필라멘트사의 권취성을 나쁘게 한다.
따라서, 드래프트는 150 내지 1,500의 범위일 때, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트 중의 입자상의 필라멘트 신도향상제의 분포는 예를 들어 비중공 원형 필라멘트에 대한 도 2 또는 비중공 트리로벌 필라멘트에 대한 도 4에서 도시된 것과 같이 본 발명의 요건 (b)를 만족할 수 있다. 즉, 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도는 뚜렷하게 중간부(B), 또는 (B′) 및 (B″)에서 극대화되고, 용융 방사 공정은 안정한 상태로 부드럽게 달성될 수 있다. 본 발명의 공정이 실행되었을 때, 입자상의 필라멘트 신도향상제는 필라멘트의 길이 방향으로 신장되고, 용융 방사 응력을 견디면서 세화되어 횡방향으로 입자 크기를 0.05 내지 0.15㎛로 감소시킨다. 150 내지 1,500의 드래프트의 용융 방사 공정 중에, 용융 방사 절차의 초기 단계에서 용융 압출 필라멘트 스트림 도처에 균일하게 분포되는 필라멘트 신도향상제 입자는 상기와 같이 필라멘트의 중간부 또는 영역내에 집중된다. 이러한 압출 필라멘트 스트림 중의 필라멘트 신도향상제 입자의 특유한 국부적 분포는 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사가 만족스러운 잔류신도와 개선된 권취성 모두를 나타내도록 한다.
본 발명의 공정에서, 용융 방사 온도(방사구의 온도와 동일한)와 방사구로부터 하류의 위치에서 용융 압출 필라멘트 스트림의 냉각은 바람직하게 제어된다.
용융 방사 온도에 관해서는, 폴리에스테르 수지와 폴리에스테르 수지 매트릭스중에 분산되는 필라멘트 신도향상제 입자의 용해 혼합물에 대한 방사구 온도는 필라멘트 신도향상제 입자 멜트가 없는 통상의 폴리에스테르에 대한 방사구 온도보다 낮은 수준으로 유지되어 잔류신도에 있어서 높은 증가와 결과로서의 필라멘트사의 양호하고 안정한 권취성을 확보한다. 이들 이점은 방사구를 통과한 후 필라멘트 신도향상제 입자가 용융 방사 필라멘트사 패스의 상류부내에서 높은 신장 점도를 나타내고 용융방사 응력 견딤제의 역할을 하는 현상에서 비롯된다. 그 결과, 필라멘트사의 용융 방사 장력은 상당히 감소하고 상기에서 반복 설명한, 필라멘트 신도향상제 입자가 최대 분포 밀도로 분포되는, 특정한 영역이 용융 방사 필라멘트내에 형성되고 고정된다. 본 발명의 공정에서, 폴리에스테르수지가 본질적으로 에틸렌 테레프탈레이트 유니트로 구성될 때, 방사구 온도는 바람직하게는 270 내지 290℃, 더욱 바람직하게는 275 내지 285℃이다. 이 경우에, 방사구 온도가 270℃이하일 때, 결과로서의 폴리에스테르 수지 혼합물의 멜트는 불충분한 필라멘트 형성 특성을 나타낼 수도 있고, 방사구 온도가 290℃이상일 때, 필라멘트 신도향상제는 폴리에스테르 수지 멜트내에서 불충분한 열안정성을 나타낼 수도 있다.
방사구로부터 하류의 용융 압출 필라멘트 스트림의 냉각은 바람직하게는 횡방향으로 15 내지 0.6 m/sec.의 범위로 제어되는 풍속의 냉기를 불어줌에 의해 실되어 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트상의 잔류 신도와 권취성 모두를 향상시킨다.
풍속이 0.15 m/sec.보다 작을 때, 결과로서의 필라멘트사는 균질하지 않고 따라서 후속 공정에서, 가공된 필라멘트사, 예를 들어 고품위의 연신 필라멘트사 또는 텍스쳐사를 얻는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 풍속이 0.6m/sec.보다 클 때, 용융 방사 필라멘트 스트림 중의 폴리에스테르 수지 멜트의 신장 점도가 상승할 수도 있고 따라서 결과로서의 필라멘트사의 잔류 신도의 증가가 기대되지 않을 수도 있다.
필라멘트 신도향상제 입자의 폴리에스테르 수지에의 첨가는 통상적인 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지의 중합 공정중에, 입자는 중합 공정의 최종 단계에서 폴리에스테르 수지에 혼합된다. 다른 방법으로, 폴리에스테르 수지와 필라멘트 신도향상제 입자가 용해되어 서로 혼합되어, 결과로서의 용해 혼합물이 압출되고, 냉각 및 절단되어 혼합물의 칩(또는 펠릿)을 형한다. 여전히 다른 방법으로, 폴리에스테르 수지 멜트는 주 도관을 통해 공급되고, 필라멘트 신도향상제의 멜트는 또한 주 도관에 연결된 부 도관을 통해 공급되어, 동적 및/또는 정적 믹서를 통과한 후에 용융 방사 장치에 도입된다. 여전히 다른 방법으로, 폴리에스테르 수지와 필라멘트 신도향상제 모두 칩 상태로 서로 섞여서, 그 혼합물이 방사구에 공급된다. 이런 방법들중에, 용융 방사 장치에 직접 연결된 피드 라인으로 충전되는 폴리에스테르 수지 멜트의 일부를 도중에 빼내, 필라멘트 신도향상제 입자와 용해되어 섞여서 폴리에스테르 수지 멜트 중에 분산되고, 결과로서의 용해 혼합물이 동적 및/또는 정적 믹서를 통해 피드 라인으로 반환된 후, 용융 방사되는 방법이 가장 바람직하다.
본 발명의 공정에서, 낮아진 장력이 압출 필라멘트 스트림중의 폴리머부에 가해지고 혼합물중의 필라멘트 신도향상제 입자가 장력 지지 성분으로 작용하기 때문에, 필라멘트 당 1.11 dtex(1.0 denier) 이하의 극히 작은 두께를 갖는 폴리에스테르 필라멘트사를 높은 권취속도로 제조할 수 있다.
일반적으로 말하면, 개별 필라멘트 두께가 극히 작은 폴리에스테르 필라멘트사의 제조에서, 용융 압출 필라멘트 스트림의 냉각은 매우 높은 속도로 이루어지고 첫번째 고데트 롤의 상류에서 발생하는 필라멘트상의 단위 단면적 당 공기 저항이 크기 때문에, 높은 권취 속도에서 극히 미세한 필라멘트의 생산 효율은 낮고 이의 생산 수율은 매우 나쁘다. 하지만, 본 발명의 특유한 폴리에스테르 수지 혼합물을 사용했을 때, 개별 필라멘트 두께의 감소로 인한 냉각 효과의 향상은 배향 결정화 억제 효과를 촉진하며, 이 효과는 극히 미세한 필라멘트의 생산에 유리하고 고속 생산을 가능하게 한다.
본 발명의 상기 용융 방사 방법은 스펀 타입 폴리에스테르 필라멘트사 자체만의 제조뿐만 아니라 다른 형태의 필라멘트사의 제조에도 적용될 수 있다.
예를 들어, 필라멘트 신도향상제 입자를 포함하는 폴리에스테르 수지 혼합물과 실질상 필라멘트 신도향상제 입자를 포함하지 않는 폴리에스테르 수지를 동일 방사구를 통해 독립적으로 공 멜트압출(공방사)하여, 다른 권취 속도에서 별개로 권취한 두 종류의 미연신 필라멘트사의 합사에 의해 제조되고 따라서 최대 신장에서 서로 다른 혼합 비연신 폴리에스테르 필라멘트사와 유사한 신장 특성을 갖는 혼합 비연신 폴리에스테르 필라멘트사를 직접 권취·권사할 수 있다.
통상적인 공 멜트방사법에서, 단일 폴리에스테르 수지 멜트를 지름이 서로 극히 다른 두가지 형태의 방사 홀을 갖는 방사구를 통해 압출한다. 이 경우에. 권취 속도는 높은 잔류 신도, 예를 들어 270 내지 340 %의 높은 최대 신도를 갖는 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사를 얻을 수 있도록 약 1500 m/min.의 낮은 수준으로 제어되어야 한다. 이와 비교하여, 필라멘트 신도향상제 입자와 실질상 입자가 없는 폴리에스테르 수지 멜트가 독립적으로 동일 방사구를 통해 압출되었을 때, 결과로서의 혼합 폴리에스테르 필라멘트사는 필라멘트 신도향상제가 없는 폴리에스테르 수지로부터 제조되고 원하는 낮은 잔류 신도를 갖는 폴리에스테르 필라멘트사가 권취될 수 있는 높은 권취 속도로 권취·권사될 수 있다. 그러므로, 이 형태의 코-멜트-방사법은 혼합 폴리에스테르 필라멘트사의 생산성을 향상시키는 데 기여한다.
잔류 신도에 있어서 서로 다른 두 형태의 폴리에스테르 필라멘트사로 이루어지는 혼합 폴리에스테르 필라멘트사는 예를 들어, 미국 특허 제 2,013,746 (JP-B-61-19,733과 일치)에 개시된 코-인-쉬드(core-in sheath) 형태 복합 가연 권축사 용 원사로 유리하게 사용될 수 있다. 즉, 상기 원사는 상기 미국 특허에 개시된 공정에 따라서 동시에 연신 가연 절차를 거쳐, 높은 연신비가 원사에 적용될 수 있고, 따라서 결과로서의 연신 가연사는 증가된 속도로 권취 권사되어 가공사의 생산성을 향상시킨다.
본 발명의 용융 방사 공정은 통상적 순차적인 용융 방사 및 연신 공정과 바람직하게 결합된다. 특히, 8,000 m/min. 이상의 높은 권취 속도(주변 속도)가 실현될 수 있는 고속/고성능 권취기가 사용되었을 때, 폴리에스테르 필라멘트사는 5,000 내지 6,000 m/min.의 권취 속도에서 권취 롤러 G1( 예열 롤러의 역할을 하고 제 1 고데트 롤러로 불리는)에 의해 권취된 후, 7,000 내지 9,000 m/min.의 속도에서 세팅 롤러 G2(제 2 고데트 롤러로 불리는)에 의해 연신되고 열처리될 수 있다. 또한, 본 발명의 용융 방사 공정은 에너지 절약형 폴리에스테르 필라멘트사 제조 공정에 사용할 수 있는데, 여기서 제 1 고데트 롤러(G1)은 7,000 내지 8,000 m/min.의 속도로 작동된 후, 필라멘트사는 1.10 내지 최대 1.25의 제 1 고데트 롤러(G1)에 대한 제 2 고데트 롤러(G2)의 속도비(G2/G1)에서 제 2 고데트 롤러(G2)에 의해 냉연신되고, 연신 필라멘트사는 스팀 쳄버를 통과하여 필라멘트상의 잔류 스트레인을 제거하고 가열하여 세팅한 후 열세팅된 필라멘트사를 권취하였다.
본 발명은 다음 예에 의해 더욱더 설명될 것이다.
실시예에서, 다음 테스트가 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사에 적용되었다.
(1) 열변형 온도(T)
폴리에스테르 필라멘트사의 열변형 온도는 ASTM D-648에 따라 측정되었다.
(2) 횡방향의 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 크기(D)
용융 방사 필라멘트사의 샘플을 파라핀 매트릭스내에 묻고, 얀의 길이 축에 직각으로 절단하여 7㎛의 두께를 갖는 전자 현미경(모델: JSM-840, NIPPON DENSHI K.K.제)에 의한 전자 현미경 관찰 용 표본을 준비하였다. 복수의 표본을 슬라이드 글래스상에 놓고 이틀 동안 실온에서 톨루엔 중에 방치하였다. 이 처리 중에, 불포화 모노머의 부가중합체로 이루어지는 입자상의 필라멘트 신도향상제를 톨루엔중에 용해시켜 표본으로부터 제거하였다. 결과로서의 표본상에, 백금을 2 분동안 10mA에서 스퍼터링하여 증착하고, 백금 증착된 표본을 15,000 배로 확대하에 촬영하였다. 결과로서의 사진에서, 200 개의 미량입자의 단면적을 면적 곡선 계량기(K.K.USHIKATA SHOKAI 제)로 측정하고, 필라멘트사의 횡방향의 미량의 평균 크기를 산출하였다. 결과로서의 평균 크기는 횡방향의 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 입자 크기(D)를 나타낸다.
(3) 길이 방향의 필라멘트 신도향상제 입자의 평균 크기(L)와 L/D비
용융 방사 필라멘트사의 샘플을 파라핀 매트릭스에 묻고, 각 필라멘트의 길이 축을 따라 개별 필라멘트로 자르기 위해 절단하여 전자 현미경 관찰 용 표본을 준비하였다. 복수의 표본을 슬라이드 글래스에 놓고 이틀 동안 실온에서 톨루엔 중에 방치하여 필라멘트 신도향상제 입자를 톨루엔에 용해하고 상기와 동일한 절차에 의해 결과로서의 자른 필라멘트 표면상에 백금을 증착하였다. 백금 증착된 표본을 15,000 배 확대하여 촬영하였다. 사진에서, 200 개의 미량 입자의 길이를 상기와 동일한 면적 곡선 계량기로 측정하였다. 길이 방향의 입자의 평균 길이(L)는 미량의 평균 길이로 나타내어진다.
또한, L/D비는 횡방향의 입자의 평균 크기에 대한 길이 방향의 미량의 평균 길이의 비로 나타내어진다.
(4) 폴리에스테르 필라멘트의 단면중의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포
비중공 원형의 폴리에스테르 필라멘트의 20 개의 단면을 상기와 동일한 방식으로 촬영하였다. 각 사진에서, 필라멘트의 원형 단면을 세 동심부, 즉 단면의 외부 원형 윤곽선의 반경의 1/3에 해당하는 반경을 갖는 내부 윤곽선에 둘러싸인 내부 원형부, 내부 윤곽선과 외부 원형 윤곽선의 반경의 2/3에 해당하는 반경을 갖는 중간 원형 윤곽선간에 규정되는 중간 환상부 그리고 중간 원형 윤곽선과 외부 원형 윤곽선간에 규정되는 외부 환상부로 세분된다. 각 영역중에 미량의 필라멘트 신도향상제 입자의 수를 세고, 각 영역중 미량의 분포 밀도(단위 면적당 미량의 수)를 산출하였다.
필라멘트의 전체 단면적 중 미량의 평균 분포 밀도에 데한 각 영역중 미량의 분포 밀도의 백분율을 산출하였다.
각 영역 중 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도의 백분율은 각 영역중 미량의 분포 밀도의 백분율로 나타내어진다.
(5) 필라멘트의 외표면상에 나타나는 필라멘트 신도향상제 입자의 수(N)
개별 필라멘트의 복수로 구성되는 폴리에스테르 필라멘트사를 필라멘트사의 길이 축에 대해 직각으로 10mm 길이로 절단하였다. 자른 필라멘트를 슬라이드 글래스 상에 놓고 이틀 동안 실온에서 톨루엔 중에 침지하여 필라멘트로부터 필라멘트 신도향상제를 제거하였다. 테스트(2)에서 언급된 것과 동일한 방식으로, 필라멘트의 표면을 15,000 배 확대하여 촬영하였다. 사진에서, 2000㎛2당 미량 입자의 수를 세었다. 센 미량의 수로부터, 필라멘트 100㎛2당 입자의 수를 산출하였다.
(6) 폴리에스테르 필라멘트사의 복굴절율율(△n)을 다음 식에 따라 산출하였다.
△n = 530(n + θ/180)/X
여기서 n은 간섭 무늬의 수를 나타내고, θ은 보정판의 회전각도를 나타내고, X는 필라멘트의 지름을 나타낸다.
(7) 잔류 신도
용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사를 24 시간동안 25℃의 온도, 60%의 상대 습도로 유지되는 고온 고습 실에서 방치한 후, 얀 샘플을 장력 시험기(상표: TENSILON, K.K.SHIMAZU SEISAKUSHO)상에서 100 mm의 측정 길이로 세팅하고, 샘플의 최대 신도를 200 mm/min.의 신장 속도, 즉 2 mm-1의 변형 속도에서 측정하였다.
최대 신도는 필라멘트사의 잔류 신도를 나타낸다.
(8) 멜트인덱스
멜트인덱스는 ASTM D-1238에 따라 측정되었다.
(9) 외관 용용 방사 드래프트(Df)
폴리에스테르 필라멘트사의 용융 방사에서, 개별 필라멘트의 용융 방사 속도(ml/min.)는 폴리에스테르 수지 멜트의 비중(g/㎤), 즉 1.2 g/㎠으로 필라멘트의 용융 방사량(g/min.)을 나눠 산출되고, 결과로서의 용융 방사 속도(ml/min.)를 용융 방사홀의 단면적으로 나누어 용융 방사 선속도(Vo)를 산출하였다. Df는 다음 식에 따라 필라멘트사의 권취 (또는 권사) 속도(Vw)와 용융 압출 선속도(Vo)로부터 산출되었다.
Df = Vw/Vo
(10) 방사구 온도
방사구 온도는 온도계의 온도 검침단을 2 mm 깊이를 갖고 방사구의 표면부에 형성된 온도 측정구에 삽입하여, 방사구가 용융 방사 상태에 있는 동안에, 온도 측정구의 온도를 재어 측정되었다.
(11) 방사구 하류의 냉각풍 속도
풍속계를 벌집구조의 냉각풍 흡출구의 상단으로부터 30 ㎝ 떨어진 위치에 배열하고 벌집 면에 밀착시켰다. 냉각풍의 풍속을 풍속계로 5 회 측정하였다. 평균 풍속 값의 평균을 산출하였다.
(12) 필라멘트간의 마찰 계수(F/F 마찰 계수)
F/F 마찰 계수는 일본 미심사 특허 공보 제 48-35112에 상세히 설명되고, 필라멘트간의 미끄럼 특성의 척도이다.
690mm의 길이의 다섬조사 샘플(Y)은 트래버스 장치를 사용하여, 10g의 권취 하중하에 ±15°의 나선각으로 5.1㎝의 외경과 7.6 ㎝의 길이를 갖는 실린더 둘레에 나선으로 감겼다. 30.5㎝의 길이를 갖는 상기와 동일한 다섬조사의 샘플의 표본(Y1)을 얀(Y)의 권취 방향에 평행하게, 실린더상에 형성된 권취사층 상에 두었다. 얀 표본(Y1)의 한 말단은 마찰 시험기의 변형 게이지에 연결되고 얀 표본(Y1)의 다른 말단은 얀 표본(Y1)의 데니어의 두께치에 해당하는 중량의 0.04 배의 하중하에 로딩되었다. 그 후 얀(Y) 권취된 실린더는 0.0016 ㎝/sec.의 주변 속도로 180°의 각으로 회전되었다. 얀 표본(Y1)상에 가해진 장력을 연속하여 기록하였다.
F/F 마찰계수(f)는 실린더상에서 움직이는 벨트의 마찰에 관해 잘 알려진 다음 식으로 산출되었다.
f = (1/π)ln(T2/T1)
여기서 T2는 25 회 측정된 얀 표본(Y1)의 평균 최고 장력을 나타내고, T1은 얀 표본(Y1)의 데니어의 두께치에 해당하는 중량의 0.04 배의 하중하에 얀 표본(Y1)에 적용된 장력을 나타내고, ln은 자연로그 표시이다. 얀 표본(Y1)의 비가역신장이 측정 중에 발생할 때, 즉 얀 표본(Y1)이 연신될 때, 연신사 표본의 데이타는 사용되지 않았다. 측정 분위기 온도는 25℃였다.
(13) 오일 픽업(OPU) 측정 방법
용융 방사 필라멘트사의 샘플이 2시간 동안 105℃의 온도에서 건조된 후, 즉시 건조된 얀의 중량(W)을 측정하였다. 그 후, 얀 샘플은 주 성분으로 알킬벤젠황산 나트륨을 포함하는 300ml의 세정용 수용액에 담그고, 10분동안 40℃온도에서 초음파 처리하였다. 세정용 수용액을 제거한 후, 세정된 얀 샘플을 30분동안 40℃에서 열수를 흘려주어 행군 후, 실온에서 건조하였다. 그 후, 얀 샘플을 2 시간 동안 105℃의 온도에서 더 건조시키고, 즉시 건조된 얀 샘플의 중량(W1)을 측정하였다.
얀 샘플의 오일 픽업(OPU)은 다음 식에 따라 산출되었다:
OPU(%) = [(W - W1)/W1]× 100
(14) 미터 당 플러프 수
갸연 방법에 의해 제조되고 25 m 이상의 길이를 갖는 텍스쳐사에 나타나는 플러프 수를 육안에 의해 세어, 미터 당 플러프 수를 산출했다.
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6
각 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6에서, 폴리에스테르 필라멘트사는 다음 방법에 의해 제조되었다.
0.64의 고유 점도를 갖고, 35℃의 온도에 O-클로로페놀중에서 결정되고 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 중량을 기준으로 0.3%의 양인 티타늄 디옥시드 안료로 구성되는 무광가공제를 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 칩을 5 시간 동안 160℃의 온도에서 건조시킨 후 300℃의 온도에서 25mm의 내부지름을 갖는 플라이트 타입 단일 스크류 용융 압출기에서 용해시켰다.
별도로, 121℃의 열변형 온도, 1.0g/10min.의 멜트인덱스(8kgf의 하중하에 230℃의 온도에서 결정된), 150,000의 중량 평균 분자량을 갖는 (A)폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA-(A)), 98℃의 열변형 온도, 2.5g/10min.의 멜트인덱스(3.8kgf의 하중하에 230℃의 온도에서 결정된), 60,000의 중량 평균 분자량을 갖는 (B)폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA-(B)),140℃의 열변형 온도, 0.6g/10min.의 멜트인덱스(3.8kgf의 하중하에 230℃의 온도에서 결정된), 70,000의 중량 평균 분자량을 갖는 (C)메틸 메타크릴레이트-아크릴릭 이미드 부가체-스티렌(몰비 = 24:45:30) 공중합체 (PMMA-(C))로 이루어지는 필라멘트 신도향상제는 250℃의 온도에서 용해되었다.
필라멘트 신도향상제 입자의 멜트는 표 1에 나타나는 양으로, 사이드 패스를 통해, 용융 압출기내로, 그리고 용융 압출기중의 폴리에스테르 수지의 멜트에 섞여 도입된다. 결과로서의 혼합물은 20 단계 정적 믹서를 통과시켜 폴리에스테르 수지 멜트로 구성되는 매트릭스 중에 복수의 입자 형태로 필라멘트 신도향상제 멜트를 분산시켰다. 용해 혼합물을 25㎛의 구멍 크기를 갖는 금속 필라멘트 필터를 통해 여과시킨 후, 표 1에 나타나는 권취 속도에 대응하여 제어되는 압출 속도로, 285℃의 방사구 온도에서 필터로부터 하류에 인접하여 배열되고 0.4mm의 지름과 0.8mm의 랜드 길이를 갖는 36 개의 용융 방사 노즐이 제공된 방사구를 통해 용융 압출시켰다. 압출된 필라멘트 스트림은 방사구 아래 9 내지 100㎝의 위치에 배열된 횡단 냉각풍 파이프로부터 0.23m/sec.의 풍속으로 방사선의 길이 축에 대해 횡방향으로 냉각기를 불어 냉각되어 압출된 필라멘트 스트림을 냉각하고 응고시켜 36 개의 필라멘트로 구성되는 폴리에스테르 필라멘트사를 제공한다. 폴리에스테르 필라멘트사는 필라멘트사의 중량을 기준으로 0.25 내지 0.30%의 양의 건조량인 수성 유제의 에멀젼으로 급유된 후, 표 1에 나타난 속도로 권취되었다. 상기 용융 방사 절차에서, 드래프트 비는 (Vw/Vo)는 407이었다. 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 133.3 dtex(120 데니어)/36 필라멘트의 얀 카운트를 가졌다.
유제는 다음의 조성물을 가졌다.
성분 함량 (중량%)
부탄올-PO/EO (50/50) 랜덤부가 반응체글리세롤-PO/EO (50/50) 랜덤부가 반응체알킬 (C12-C16) 황산 나트륨EO( 2 몰)-라우릴인산 칼륨 50471.51.5
( 주 : PO … 옥시프로필렌 군EO … 옥시에틸렌 군 )
수성 유제 에멀젼은 10 중량%의 건조량을 가졌고 계량 오일 노즐을 사용하여 필라멘트사에 적용되었다.
권취 단계에서, 장력(권취 패키지 바로 전의)은 필라멘트사의 데니어의 두께 값에 해당하는 힘의 0.15 내지 0.25 배의 범위내로 유지되었다. 권취 필라멘트사는 7kg 중량의 얀을 갖는 패키지내로 권취되었다. 얀 패키지의 형태는 육안에 의해 다음 등급으로 평가되었다.
등급 패키지 형태
3 양호
2 콥-웨빙 발생
1 패키지 파열 발생
그 테스트 결과를 표 2 및 3에 나타냈다.
표 1, 2 및 3을 고려한, 실시예 및 비교예의 결과는 다음과 같다.
비교예 1에서 제조된 저속도 용융 방사 폴리에스테르사에서, 그것의 세화공정중의 압출 필라멘트 스트림의 변형 속도가 낮기 때문에, 필라멘트 신도향상제 입자의 신장 변형은 폴리에스테르 수지 매트릭스의 신장 변형의 결과로서 일어나고 따라서 용융 상태에 있는 폴리에스테르 수지 매트릭스의 신장 변형에 대한 저항 입자로서의 역할을 실질상 하지 않았다. 따라서, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사에 대한 결과로서의 신도향상 효과는 작다. 또한, 이 경우, 개별 필라멘트의 외표면에 노출된 입자수가 크기 때문에, 필라멘트사의 결과로서의 얀 패키지 콥-웨빙이 발견되었다.
본 발명에 따른 실시예 1, 4, 7, 12 및 13에서, 2500 내지 8000 m/min.의 권취 속도, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도와 권취성이 모두 양호하였다. 특히, 3500 내지 5500 m/min.의 권취 속도에서, 본 발명의 효과는 극대화되었다.
비교예 6에서, 그것의 세화공정중에 압출 필라멘트 스트림의 변형 속도는 매우 높았기 때문에, 폴리에스테르 수지 매트릭스와 필라멘트 신도향상제 입자간에 발생하는 접촉영역의 분리에 기인하여 용해 혼합물의 필라멘트 형성 특성은 떨어진다.
비교예 2에서, 필라멘트 신도향상제 입자의 양이 너무 작기 때문에, 필라멘트 신도향상 효과는 불량하다.
필라멘트 신도향상제 입자가 매우 많은 양으로 사용되는 비교예 3에서, 결과로서의 293 %의 잔류 신도의 증가는 충분하였으나, 필라멘트의 외표면에 노출된 입자 수는 너무 크고 결과로서의 얀 패키지는 불량하였다.
본 발명에 따른 실시예 3 및 6에서, 필라멘트 신도향상제 입자는 0.5 내지 4.0 중량%의 양으로 사용된 후, 입자는 양호한 상태에 있는 폴리에스테르 수지 매트릭스내에 배열되었다.
본 발명의 요건(a)를 만족하지 않는 98℃의 열변형 온도(T)를 갖는 PMMA-(B)가 사용된 비교예 4에서, 횡방향의 결과로서의 입자 크기(D)는 0.05㎛ 이하였고, 필라멘트 외표면에 노출된 입자 수(N)는 100㎛2당 15 입자 이상이고 결과로서의 필라멘트사는 불량한 권취성을 나타냈다.
비교예 5에서, 130℃ 보다 높은 140℃의 열변형 온도(T)를 나타내고 따라서 본 발명의 요건(a)를 만족하지 않는 필라멘트 신도향상제(PMMA-(C))가 사용되었다. 이 경우, 폴리에스테르 수지와 입자간의 열변형 온도(T)의 차이가 매우 크기 때문에, 입자상의 필라멘트 신도향상제는 폴리에스테르 수지의 열변형에 대해 매우 높은 저항 효과를 나타내고, 입자의 열변형은 폴리에스테르 수지의 그것을 따라갈 수 없었다.
또한, 필라멘트 중에 분포된 결과로서의 PMMA-(C)입자는 매우 큰 입자 크기(D)를 가졌고, 따라서 폴리에스테르 수지 혼합물은 나쁜 필라멘트 형성 특성을 나타냈고, 결과로서의 폴리에스테르 필라멘트사는 불량한 권취성을 가졌다.
비교예 7 내지 9
각각의 비교예 7 내지 9에서, 폴리에스테르 필라멘트사는 다음 절차에 의해 제조되고 권취되었다.
실시예 1에서와 같은 방법으로 결정된 0.62의 고유 점도를 갖고, 직접 중합 방법에 의해 제조되고, 티타늄 디옥시드 안료로 구성되는 무광가공제의 0.08 중량%를 포함하는 폴리에스테르 수지 칩을 5 시간 동안 160℃의 온도에서 건조시켰다. 건조된 수지 칩을 칩공급 도관과 계량 공급장치를 통해 용융 압출기내로 공급했다. 또한, 121℃의 열변형 온도, 8kgf의 하중하에 230℃결정된 1.0g/10min.의 멜트인덱스 그리고 150,000의 분자량의 무게를 갖는 PMMA의 20중량%를 포함하는 폴리에스테르 수지 마스터 칩을 부 도관과 계량 공급장치를 통해 용융 압출기내로 공급하여, 폴리에스테르 수지 칩과 폴리에스테르 수지 마스터 칩을 포함하는 PMMA의 혼합물을 제공하여, 혼합물이 PMMA의 1.0 중량%를 포함하였다. 혼합물을 흔들어 주며 300℃ 의 온도에서 용해하였고, 용해 혼합물을 표 4에 나타난 구멍 크기를 갖는 금속 필라멘트 필터를 통해 여과시킨 후, 표 4에 나타난 드래프트비(Vw/Vo)로, 표 1과 같은 방사구 온도에서, 필터 바로 아래에 배열된, 표 4에 나타난 지름을 각각 갖는 36개의 노즐을 갖는 방사구를 통해 압출시켰다. 압출된 필라멘트 스트림을 냉각하고, 실시예 1과 같은 방법으로 급유하고 5000m/min.의 속도로 권취하였다. 결과로서의 필라멘트사는 133.3 dtex(120 데니어)/36 필라멘트의 얀 카운트를 가졌다.
그 테스트 결과를 표 4에 나타냈다.
비교예 7 내지 9의 결과는 다음과 같다.
용융 방사 노즐의 지름이 0.15mm이고, 용융 방사 드래프트가 150 미만인 57인 비교예 7에서는, 본 발명의 요건(b)이 만족되지 않고, 잔류 신도의 증가(I)는 50%보다 작았다. 필라멘트 신도향상제 멜트는 매우 폭이 좁은 용융 방사 노즐내에서 발생하는 높은 전단 응력에 의해 미세하게 절단되고, 매우 미세한 입자상의 필라멘트 신도향상제는 감소된 신도향상 효과를 나타내는 것으로 추측된다.
40㎛보다 큰 50㎛의 구멍 크기를 갖는 필터가 사용되고, 횡방향의 입자 크기(D)가 0.15 보다 큰 0.151㎛이었던 비교예 7에서, 결과로서의 얀 패키지는 콥-웨빙을 가졌다.
용융 방사 노즐이 0.8 mm의 큰 지름과 1500 보다 큰 1620의 용융 방사 드래프트를 갖는 비교예 8에서, 조대 입자상의 필라멘트 신도향상제는 개별 필라멘트의 외표면에 노출되고, 따라서 결과로서의 필라멘트사는 상당히 감소된 F/F 마찰 계수를 가졌다. 이 경우, 파열 현상이 권취 개시로부터 단지 수 분안에 자주 발생하였다.
실시예 9 및 비교예 10 및 11
실시예 9에서, 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사는 실시예 6과 같은 절차에 의해 제조되고, 가연 디스크로부터 하류에 위치한 필라멘트사의 장력(T2g)에 대한 가연 디스크의 상류에 위치한 필라멘트사의 장력(T1g)의 비(T1g/T2g)를 0.93으로 조정하도록 제어된 가연 디스크-드라이빙 속도에서, 결과로서의 텍스쳐 필라멘트사의 최대 신장이 25% 로 조정되도록 제어된 연신비에서, 180℃의 히터 온도에서 1.6m의 히터 길이에서 가연 절차를 거쳤다.
비교예 10에서, 비교예 8에서와 같은 동일 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사는 실시예 9에서와 같은 동일 가연 절차를 거쳤다.
비교예 11에서, 용융 방사 얀은 F/F 마찰향상 물질로서, 에틸렌옥시드(10몰) -부가-반응된-노닐페닐에테르를 수성유제 에멀젼내에 포함하는 유제의 함량을 제외하고는 비교예 8에서와 같은 동일 절차에 의해 제조되고, 10 중량%(Fa)로부터 25 중량%(Fb)로 변했다. 유제 에멀젼은 용융 방사 절차중에 계량 급유 노즐에 의해 용융 방사 필라멘트사에 적용되었다.
용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사는 실시예 9에서와 같은 가연 절차를 거쳤다.
그 테스트 결과는 표 5에 나타냈다.
표 5가 나타내는 것과 같이, 비교예 10에서, 용융 방사 필라멘트사가 낮은 F/F 마찰 계수를 나타냈기 때문에, 결과로서의 얀 패키지는 콥-웨빙을 가졌다. 그러나, 용융 방사 필라멘트사는 가연 방법에 의해 원활하게 텍스쳐될 수 있었고, 양호한 물리적 특성과 플러프 형성에 대한 높은 저항성을 가졌다.
실시예 9에서, 용융 방사 및 텍스쳐 절차는 어떤 어려움도 없이 원활하게 실행되었다. 결과로서의 텍스쳐 필라멘트사는 양호한 특성을 나타냈다.
비교예 11에서, 유제 에멀젼 조성물은 F/F마찰을 증가시키도록 변했다. 결과로서의 얀 패키지는 완전한 형태를 가졌다. 그러나, 필라멘트사의 증가된 마찰은 텍스쳐링 디스크 및 얀 가이드와 필라멘트간의 마찰을 증가시키고, 따라서 결과로서의 텍스쳐사는 플러프형성에 대해 불충분한 저항성을 가지고 불만족스러웠다.

Claims (15)

  1. 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 섬유 신도향상제 입자와 폴리에스테르 수지의 혼합물을 용융방사하고, 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트사를 권취하여 폴리에스테르 수지로 구성되는 매트릭스와 폴리에스테르 수지 매트릭스중에 분산된 필라멘트 신도향상제 입자를 각각 포함하는 복수의 필라멘트로 이루어지는 폴리에스테르 필라멘트사를 형성함으로써 제조되고, 상기 폴리에스테르 필라멘트사는 하기 수학식:
    (수학식 1)
    I(%) = [(EIb/ELO- 1)] × 100
    (상기 수학식 1에서 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도 증가를 %로 나타내고, EIb는 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도를 %로 나타내고, ELO는 필라멘트 신도향상제가 비교 폴리에스테르 필라멘트사에 포함되지 않은 것을 제외하고는 폴리에스테르 필라멘트사와 동일 과정에 의해 제조된 비교 폴리에스테르 필라멘트사의 잔류 신도를 %로 나타낸 것이다)에 따라 결정되는, 50% 이상의 잔류 신도 증가(I)를 나타내는, 권취성이 개선된 폴리에스테르 필라멘트사로서,
    폴리에스테르 필라멘트 중에 포함된 상기 필라멘트 신도향상제 입자가 이하의 요건 (a), (b), (c)를 만족하는 것을 특징으로 하는 권취성이 개선된 폴리에스테르 필라멘트사.
    (a) 필라멘트 신도향상제 입자는 105 내지 130℃의 범위내의 열변형 온도(T)를 가지고;
    (b) 폴리에스테르 필라멘트가 비중공 원형 단면을 가진다면, 폴리에스테르 필라멘트의 원형 단면내의 필라멘트 신도향상제 입자의 분포 밀도는 원형 단면의 중심을 둘러싼 두 동심원사이의 환상부에서 극대화되고 두 동심원의 반경이 폴리에스테르 필라멘트의 원형 단면의 반경의 1/3 과 2/3에 각각 해당하며;
    (c) 폴리에스테르 필라멘트의 외표면에 나타나는 필라멘트 신도향상제 입자의 수(N)는 15 입자/㎛2이하이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 필라멘트 신도향상제 입자의 열변형 온도(T)가 110 내지 130℃의 범위내인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  3. 제 1 항에 있어서, 환상부에 분포된 필라멘트 신도향상제의 양이 원형 단면에 나타나는 입자의 전체량을 기준으로 50 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  4. 제 1 항에 있어서, 폴리에스테르 필라멘트의 외표면상에 나타나는 필라멘트 신도향상제 입자의 수(N)가 10 입자/100㎛2이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  5. 제 1 항에 있어서, 폴리에스테르 필라멘트 중에 분포된 필라멘트 신도향상제가 폴리에스테르 필라멘트의 횡 방향으로 결정된 0.05 내지 0.15㎛의 평균 입자 크기(D)를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  6. 제 5 항에 있어서, 폴리에스테르 필라멘트중에 분포된 필라멘트 신도향상제 입자가 폴리에스테르 필라멘트의 길이 방향으로 연장되고 20 이하의 L/D율을 갖는 폴리에스테르 필라멘트사로서, 여기서 L은 폴리에스테르 필라멘트의 길이 방향으로 결정된 입자의 평균 길이를 나타내고, D는 폴리에스테르 필라멘트의 횡방향으로 결정된 입자의 평균 크기를 나타내는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  7. 제 1 항에 있어서, 0.015 내지 0.105의 범위내의 복굴절율룰 (△n)을 나타내는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  8. 제 1 항에 있어서, 필라멘트 신도향상제가 적어도 한 에틸렌계 불포화 유기 모노머의 부가중합체로 이루어지고, 상기 불포화 유기 모노머의 부가중합체가 폴리에스테르 수지와 실질적으로 비상용성이고 2000 이상의 중량 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  9. 제 8 항에 있어서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체가 부가중합된 메틸 메타크릴레이트를 주성분으로 포함하고 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량 및 0.5 내지 8.0g/10 min.의 멜트인덱스(3.8㎏의 하중하에 230℃의 온도에서 결정됨)를 갖는 아크릴레이트 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  10. 제 8 항에 있어서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체가 이소택틱 스티렌 폴리머를 주성분으로 포함하고 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량 및 0.5 내지 8.0g/10 min.의 멜트인덱스(3.8㎏의 하중하에 230℃의 온도에서 결정됨)를 갖는 스티렌 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  11. 제 8 항에 있어서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체가 신디오택틱(결정질) 스티렌 폴리머를 주성분으로 포함하고 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량 및 6 내지 2.5g/10 min.의 멜트인덱스(2.16㎏의 하중하에 300℃의 온도에서 결정됨)를 갖는 스티렌 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  12. 제 8 항에 있어서, 불포화 유기 모노머의 부가중합체가 부가중합 4-메틸펜텐-1을 주성분으로 포함되고 8,000 내지 200,000의 중량 평균 분자량 및 5.0 내지 40.0g/10 min.의 멜트인덱스(5.0㎏의 하중하에 260℃의 온도에서 결정됨)를 갖는 메틸펜텐 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사.
  13. 방사구를 통해 폴리에스테수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 양의 필라멘트 신도향상제 입자와 폴리에스테르 수지의 혼합 멜트의 압출 공정 그리고,
    방사라인을 따라 2500 내지 8000 m/min.의 속도로 용융 압출 폴리에스테르 필라멘트사의 권취 공정으로 이루어지는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법으로서,
    상기 방법은 용융 압출 공정에서 멜트가 방사구에 인접한 상류에 배열된 40㎛ 이하의 작은 구멍 크기를 갖는 필터를 통과하고, 방사라인에서 용융 압출 폴리에스테르 필라멘트사의 드래프트가 150 내지 1500의 범위로 제어되어, 상기 얀에 개선된 권취성을 부여하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 권취공정에서 용융 압출 폴리에스테르 필라멘트사가 0.15 내지 0.6 m/sec.의 범위로 제어되는 풍속으로 방사구로부터 거기의 하류에 냉풍을 불어줌에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 용융 압출공정에서, 폴리에스테르 수지의 중량을 기준으로 0.5 내지 4.0 중량%의 양으로 분산된 필라멘트 신도향상제를 포함하는 폴리에스테르 수지와 실질상 필라멘트 신도향상제 입자를 함유하지 않는 폴리에스테르 수지를 공방사방법에 의해 융융 압출되고, 권취공정에서, 결과로서의 혼합 필라멘트사가 2500 내지 8000m/min.의 속도로 권취되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조 방법.
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