KR20010065701A

KR20010065701A - 폴리에스테르 고수축사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010065701A
Application number: KR1019990065623A
Authority: KR
Inventors: 박중휘; 남승민; 박창경
Original assignee: 조민호; 주식회사 휴비스
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-11

Abstract

본 발명은 고수축 폴리에스테르사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 폴리에스테르 폴리머를 방사속도 1,000∼4,000m/분로 방사하여 미연신사를 제조하고 연신전에 100∼160℃의 온도에서 열처리한후, 연신비 1.3∼4.0으로 연신하는 것을 특징으로 하는 고수축 폴리에스테르사의 제조방법이 제공되며 이러한 제조방법으로 제조된 폴리에스테르사는 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있다.

Description

폴리에스테르 고수축사 및 그 제조방법 {High shrinkable polyester yarn and preparation thereof}

본 발명은 고수축 폴리에스테르사의 제조방법 및 고수축 폴리에스테르사에 관한 것으로서, 특히 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있는 고수축 폴리에스테르사의 제조방법 및 고수축 폴리에스테르사에 관한 것이다.

종래에는 이수축 혼섬사의 심사등에 사용할 목적으로 고수축사를 만들기 위해서 신도를 낮추거나, 2단연신을 하거나 또는 열고정 온도를 떨어뜨리는 방법 등으로 사용하여 고수축사를 제사하였다.

또는 폴리머의 결정구조를 파괴할 수 있는 공중합 조성물을 사용하여 고수축사를 제사하여 왔다.

그러나 이와 같이 신도를 낮출경우 제직공정성이 나빠질 뿐 아니라 제사시 연신 사절률이 높아져 신도를 낮추는데도 한계가 있으며, 그 효과도 크지 않았다. 또한 2단연신을 하는 방법 역시 비수수축률이 0.5∼2정도에 불과하여 바람직하지 않았으며, 열고정 온도를 떨어뜨리는 방법은 사간 편차가 증대되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점들외에도 결정적으로 이들 방법이 적용될 수 없었던 것은 직물의 경사로 사용하기 위해 사이징이나 연사 공정을 거쳐야 하는데 이러한 공정에서 받는 열에 의해 결정화가 일어나 실제로 제직후 이완(relax)공정에서 수축률이 크게 줄어들기 때문이다.

상기 사이징 또는 연사-연지공정에서 결정화가 일어나지 않게 하기 위하여 결정구조 자체가 파괴될 수 있도록 공중합 조성물을 사용하는 방법들이 공지되어 있으며 일본특허공개 평4-119134호 또는 일본특허공고 소46-34929호 등이 그 예이다.

이들 특허는 공중합 조성물로 테레프탈산대신 이소프탈산을 사용하거나 비스페놀A-에틸렌옥사이드와 같은 부가물을 사용하는 것으로서, 에틸렌글리콜 대신 P.P-디하이드록시 디페닐술폰 등의 글리콜을 사용하는 경우가 대부분이었다. 이와 같은 방법은 고분자 사슬내에 공중합물을 사용하여 결정구조를 파괴함으로서 사이징이나 연사-연지공정에서도 결정화가 진행되지 않아 사이징이나 연사-연지공정과 같은 열처리 공정 후에도 수축률이 그대로 남아 있어 고수축사 제조에 매우 효과적이었다. 또한 공중합조성물의 사용량에 따라서는 그 수축률을 25이상까지도 올릴 수 있어 아직까지도 많은 이수축 혼섬사에 사용이 되고 있다.

그러나 상기와 같이 고분자 사슬내에 공중합물을 사용하여 결정구조를 파괴하는 방법은 조성비를 잘 맞추지 않으면 염색후 일광견뢰도가 문제가 발생하며, 지나치게 수축률을 올릴경우 직물구조에서 수축이 균일하게 발생되지 않아 구김 등의 문제가 발생한다. 특히 공중합을 하기 위해서는 일반 연속식 중합방법을 사용하지 못하고 비연속식인 배치(Batch)식 중합방법을 사용하여 중합을 함으로 편차가 발생하며, 공중합 원료가격이 매우 높아 조금만 사용하여도 원사에 미치는 원가상승효과는 매우 큰 문제점이 있다.

폴리에스테르 결정화기구에는 두가지가 존재하는데 하나는 열에 의해 미배향분자들이 결정화되는 등방성 결정화이고, 다른 하나는 연신등에 의해 분자들이 배향되는 배향 이방성 결정화이다. 원사가 수축하는 이유는 배향 비결정들이 에너지를 얻을 경우 자유도가 높아져 수축하게 되는데, 수축률을 높이기 위해서는 이들 배향비결정들의 비율과 배향도를 높여주는 것이 중요하다.

그러나 이들 배향비결정들은 사이징이나 연사-연지공정에서 대부분 결정화하게 되어 이들 공정을 거친 후에는 수축률이 크게 줄어들게 된다. 이들 배향비결정들을 결정화시키지 않게 하기 위해서는 상기와 같이 공중합등을 통해 결정화를 방해하는 것이 하나의 방법이나 상기에서 언급한 것과 같은 문제점들이 있다.

본 발명자들은 이미 만들어진 결정들에 의해 구속시켜주는 방법에 의해서도 고수축사를 제조할 수 있다는 것을 알게 되었고 이는 결정들사이를 잇는 비결정 사슬인 비정 사슬 분자(Tie molecule)들을 다량 형성하여 이를 배향시켜 이후의 열처리 공정에서도 수축률을 유지시키는 것이다.

본 발명의 목적은 고수축 폴리에스테르사의 제조방법에 있어서, 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있는 고수축 폴리에스테르사의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있는 고수축 폴리에스테르사를 제공하는데 있다.

도 1은 결정사이를 잇는 비정 사슬 분자(Tie molecule)를 나타낸 것이다.

도 2는 연신된 상태의 비정 사슬 분자를 나타낸 것이다.

도 3은 수축된 상태의 비정 사슬 분자를 나타낸 것이다.

*도면중 주요부분의 부호에 대한 설명*

C : 결정

T : 비정 사슬 분자

본 발명에 의하면 고수축 폴리에스테르사의 제조방법에 있어서, 폴리에스테르 폴리머를 방사속도 1,000∼4,000m/분로 방사하여 미연신사를 제조하고 연신전에 100∼160℃의 온도에서 열처리한 후, 연신비 1.3∼4.0으로 연신하는 것을 특징으로 하는 고수축 폴리에스테르사의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기의 제조방법으로 제조되며, 연사후 스팀 세트 공정 또는 사이징 공정후 비수수축률이 8∼20인 것을 특징으로 하는 고수축 폴리에스테르사가 제공된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 고수축 폴리에스테르사의 제조방법은 폴리에스테르 폴리머를 방사속도 1,000∼4,000m/분로 방사하여 미연신사를 제조하고 연신전에 100∼160℃의 온도에서 열처리한 후, 연신비 1.3∼4.0으로 연신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 방사속도 1,000∼4,000m/분으로 방사하는 것이 바람직하다. 1,000∼4,000m/분의 방사속도로 방사된 미연신사의 경우는 배향 미연신사와 미배향 미연신사가 혼재해 있어 미연신사에 가열처리를 함으로써 부분적으로만 결정화가 가능하며 이들 결정 사이를 연결하는 비정 사슬 분자(Tie molecule)의 형성이 가능하다.

방사속도가 1,000m/분보다 낮으면 미연신사의 배향이 전혀 되어 있지 않아 가열처리를 할 경우 일부만 결정화가 일어나는 것이 아니라 균일한 등방성 결정화를 일으켜 섬유로서의 가치를 잃게 되며 연신도 잘 되지않아 비결정부를 배향시키기도 어렵다.

또한, 방사속도가 4,000m/분보다 높으면 미연신사의 배향이 이미 상당히 진행되어 있으며, 결정화도 일부 진행되어 있기 때문에 가열처리를 할 경우 균일한 배향 결정화가 일어나서 비정 사슬 분자들을 형성하기 어려울 뿐만 아니라 가열처리 연신배율도 매우 작아져 비결정사슬의 배향화가 어렵게 된다.

본 발명은 제조된 미연신사를 연신전에 100∼160℃의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다.

가열처리 온도는 열처리 체류시간에 따라 다르기는 하지만 100℃미만일 경우 결정화 온도에 못미쳐 부분 결정화 및 비정 사슬 분자(tie molecule)의 형성이 어려우며, 160℃를 초과할 경우에는 필요이상으로 결정화되거나 미연신부의 부분융착이 생기며, 강도 및 신도의 감소폭이 커 섬유로서의 적정 물성을 갖지 못하게 되어 바람직하지 않다.

미연신사를 가열처리하는 방법으로는 가열롤러 상에서 고열로 장시간 열을 가하는 방법이 있으며, 또는 열판위에서 연신비 1.10 이하로 연신하면서 가열하는 방법, 또는 연신비 1.00으로 열처리 하는 방법, 연신비 0.70∼0.99로 과공급(over feeding)을 하면서 연신하는 방법등이 있다. 상기의 방법들중에서 비정 사슬 분자(tie molecule)의 형성에 미치는 효과는 소재의 구성이나 방속에 따라 차이가 있겠으나 과공급을 하면서 열처리하는 것이 가장 효과적이다. 또한, 연신비 1.10이하에서는 고열처리를 하는 경우 역시 상당히 효과적으로 비정 사슬 분자(tiemolecule)를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 가열처리후 연신비 1.3∼4.0으로 연신하는 것이 바람직하다. 이와 같이 연신함으로서 비정 사슬 분자(tie molecule)의 배향을 유도 할 수 있다. 도 1 내지 도 3은 비정 사슬 분자(tie molecule)와 비정 사슬 분자를 연신 및 수축하였을 때의 상태를 나타낸 것이다.

도 1과 같이 형성된 결정들을 잇는 비정 사슬 분자(tie molecule)은 도 2와 같이 배향이 되더라도 이미 형성된 결정들에 의해 구속되어 결정에 참여할 수 없는 상태가 된다. 그러나 도 3과 같이 수축은 할 수 있으므로 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있어 고수축 특성을 가지게 된다.

종래에는 폴리에스테르사의 경우 연신온도가 유리전이온도∼유리전이온도+20℃의 범위에서 연신하여야만 강도 등에서 안정된 제품을 얻을 수 있었다.

폴리에스테르사를 연신시 상기 범위보다 낮은 온도에서 연신할 경우 염반이 생기고 균제도가 떨어지는 문제점이 있으며, 또한, 상기 범위보다 높은 온도에서 연신할 경우 롤러상에서 사떨림이 발생하여 오히려 균제도가 떨어지고 강도가 떨어지는 문제점이 발생한다.

이와 같은 이유로 폴리에스테르사는 고온에서는 안정적으로 제사하지 못하는 것으로 알려져 있었다. 그러나 이러한 문제점을 유제를 부여하여 제사하거나 가열롤러를 테이퍼(Taper)화 하거나, 사에 프리텐션의 부여하거나 , 사떨림 방지 가이드를 사용하는 등의 기술을 단독, 또는 혼합 적용함으로서 해결할 수 있게되어 폴리에스테르사를 고온에서 안정적으로 제사할 수 있게 되었다.

또한, 폴리에스테르사를 부분적으로 결정화시키고 연신비를 감소함으로서 신도 또는 강도가 감소하기는 하지만 그 감소폭이 크지 않으며, 이러한 신도 또는 강도는 섬유로서는 충분한 물성이므로 고수축사로서 활용이 가능하다.

본 발명은 2단연신방법이나 직접연신방법으로 제조할 수 있으며 제한은 없다. 저속의 경우는 권취후 연신기에서 연신하는 2단연신방법을 사용하고 고속의 경우 직접연신법으로 사용한다. 다만 경험적으로 2단연신의 경우 그 경시효과에 따라 0.5∼2정도 범위로 수축률이 커지는 경향이 있다.

상기한 본 발명의 제조방법으로 제조된 폴리에스테르사는 연사후 스팀 세트 공정 또는 사이징 공정후 비수수축률이 8∼20인 특성을 가진다.

이와 같은 폴리에스테르사는 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 설명하기로 한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않는다.

〈실시예 1〉

극한점도 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 소광제로서 TiO₂를 0.05중량를 첨가하여 1,500m/분의 방사속도로 용융방사하여 미연신사를 제조하였다.

방사된 미연신사를 가열롤러에서 150℃ 온도로 결정화하고 170℃의 가열판에서 연신비 3.6배로 연신하여 75데니어/36필라멘트의 폴리에스테르사를 제조하였다.

제조된 폴리에스테르사의 강도, 신도, 비수수축율 및 스팀 세트 공정후 비수수축율을 표 1에 나타내었다.

폴리에스테르사의 강도 및 신도는 25㎝의 시료를 강신도 측정기를 사용하여 구하였으며, 비수수축율은 릴(reel)에서 일정길이(ℓ₀)가 되도록 타래를 만든 후 타래를 98℃의 열수에서 30분간 무장력으로 끓인 후의 길이(ℓ)를 측정하여 다음식을 이용하여 구하였다.

스팀 세트 공정후 비수 수축률은 권취된 폴리에스테르를 투포원(two for one) 연사기에서 500T/M로 연사한 후 이를 스팀 세트기에서 진공하에 80℃의 스팀으로 30분간 열고정 시킨 후 비수수축율을 측정하였다.

〈실시예 2〉

극한점도 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 소광제로서 TiO₂를 0.05중량를 첨가하여 3,000m/분의 방사속도로 용융방사하여 미연신사를 제조하고 권취과정 없이 직접연신에 하였다.

연신시 제 1 고뎃트롤러의 온도를 150℃, 제 2 고뎃트롤러의 온도를 125℃및 연신비 1.55배로 연신하여 75데니어/36필라멘트의 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 1〉

1,500m/분의 방사속도로 용융방사하고, 방사된 미연신사를 가열롤러에서 80℃ 온도로 결정화하고 170℃의 가열판에서 연신비 3.8배로 연신하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 2〉

3,000m/분의 방사속도로 용융방사하고, 제 1 고뎃트롤러의 온도를 85℃, 제 2 고뎃트롤러의 온도를 125℃ 및 연신비 1.7배로 연신하는 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 3〉

800m/분의 방사속도로 용융방사하고, 방사된 미연신사를 가열롤러에서 150℃ 온도로 결정화하고 160℃의 가열판에서 연신비 3.1배로 연신하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 4〉

4,500m/분의 방사속도로 용융방사하고, 제 1 고뎃트롤러의 온도를 150℃, 제 2 고뎃트롤러의 온도를 125℃ 및 연신비 1.2배로 연신하는 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 5〉

1,500m/분의 방사속도로 용융방사하고, 방사된 미연신사를 가열롤러에서 80℃ 온도로 결정화하고 가열판을 사용하지 않고 연신비 3.75배로 연신하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

구분	강도(g/d)	신도()	비수수축율()	스팀 세트 공정후 비수수축율()
실시예 1	4.1	29	17	15
실시예 2	3.9	28	15	13
비교예 1	4.7	30	11	6.0
비교예 2	4.4	31	9	5.0
비교예 3	2.7	26	23	4.0
비교예 4	4.3	28	7	3.5
비교예 5	4.3	28	28	6.5

이상의 실시예들에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명은 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있는 고수축사를 제공하는 신규, 유용의 발명인 것이다.

Claims

고수축 폴리에스테르사의 제조방법에 있어서, 폴리에스테르 폴리머를 방사속도 1,000∼4,000m/분로 방사하여 미연신사를 제조하고 연신전에 100∼160℃의 온도에서 열처리한 후, 연신비 1.3∼4.0으로 연신하는 것을 특징으로 하는 고수축 폴리에스테르사의 제조방법.
제 1 항 기재의 방법으로 제조되며, 연사후 스팀 세트 공정 또는 사이징 공정후 비수수축률이 8∼20인 것을 특징으로 하는 고수축 폴리에스테르사.