KR20010065702A

KR20010065702A - 폴리에스테르 고수축사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010065702A
Application number: KR1019990065625A
Authority: KR
Inventors: 박중휘; 정종호; 남승민; 박창경
Original assignee: 조민호; 주식회사 휴비스
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-11
Also published as: KR100587123B1

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 고수축사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 고수축사는 원료로서 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르 20∼80중량와 일반 폴리에스테르 80∼20중량를 함유하는 폴리에스테르 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 폴리에스테르 고수축사는 생산비용이 감소되고 제직준비공정후에도 균일한 물성을 나타내고 비수수축률이 8∼20인 고수축 특성을 유지하고 일광견뢰도 및 강도가 우수하다.

Description

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

본 발명은 폴리에스테르 고수축사의 제조방법 및 폴리에스테르 고수축사에 관한 것으로서, 특히 연사, 연지 및 사이징 등의 제직준비공정에서의 열에 의해서도 수축율을 유지할 수 있는 폴리에스테르 고수축사의 제조방법 및 폴리에스테르 고수축사에 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 바람직하지않았으며, 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 등의문제가 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.

또한, 고온열처리로 결정사슬간을 잇는 비정사슬(Tie molecule)로 고수축화하는 방법도 소개되었으나 이러한 방법은 고온열처리에 따른 설비가 필요함으로 제한된 방사기에서만 제사해야 하는 문제점이 있다.

또한, 미국특허 제5,034,174호에 의하면 사절률이 감소된 가연사(Draw Textured Yarn)용 소재를 제조함에 있어서, 트리멜리틱 에시드(Trimellitic acid)나 트리메식 에시드(Trimesic acid)를 사용하는 예가 있으나, 이러한 방법은 부분연신사의 제조 방법으로 이 방법으로 제조된 폴리에스테르사는 고수축 특성이 없으며, 연신 후 비결정부의 배향이 충분하지 못해 제직 준비 과정에서 받는 열에 의해 쉽게 수축특성을 잃어 버린다.

이에 본 발명자들은 상기의 과제들을 해결하기 위해 디에시드나 글리콜 계통의 원료대신 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA)를 사용하여 분지구조를 가지는 폴리에스테르사를 제조하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 연사, 연지 및 사이징 등의 제직준비공정에서의 열에 의해서도 수축율을 유지할 수 있는 폴리에스테르 고수축사 및 그 제조방법을 제공하는것이다.

그러므로 본 발명에 의하면 폴리에스테르 고수축사에 있어서, 상기 폴리에스테르가 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르 20∼80중량와 일반 폴리에스테르 80∼20중량를 함유하는 폴리에스테르 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 고수축사가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 스팀세트 공정 또는 사이징 공정후 비수수축률이 8∼20인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 고수축사가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르 20∼80중량와 일반 폴리에스테르 80∼20중량를 함유하는 폴리에스테르 혼합물을 용융하여 800∼3,500m/분의 방사속도로 방사하여 미연신사를 제조하고 이를 가열 롤러에서 연신전 예비열처리한 후 연신비 1.5∼4.5의 배율로 연신하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 고수축사의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 트리멜릭틱 안하이드라이드의 분지구조를 이용하는 것으로 분지구조의 특성상 분지부분에 결정화가 발생되지 않으며, 두개의 분지가 결정에 참여할 경우 나머지 하나의 분지는 결정과 결정사이를 잇는 비정배향 사슬이 되므로 사이징이나 연지 공정에서 결정화되어 수축특성을 잃어버리는 것을 해결할 수 있다. 뿐만아니라 매우 소량만 넣어도 효과는 매우 두드러지게 나타나므로 원료가격의 문제, 제사 후 일광견뢰도 및 강도 저하라는 품질문제를 전혀 일으키지 않는다는 점에서 효과가 크다.

본 발명은 폴리에스테르에 쇄분지제로 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르를 20∼80함유하는 것을 특징으로 한다. 전체 폴리에스테르 혼합물중에는 중합체 1g당 트리멜리틱 안하이드라이드가 1∼24m당량으로 존재한다.

트리멜리틱 안하이드라이드를 개질 폴리에스테르 1g당 5m당량 보다 적은 양으로 투입하는 경우에는 중합물성이 불균일하며, 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 30m당량 초과하여 투입하면 중합 공정성이 불량하여 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 개질 폴리에스테르는 회분식으로 제조하여 균일한 물성을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 고수축사는 개질 폴리에스테르를 20∼80혼합하여 제조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위 내에서 혼합하여 폴리에스테르 고수축사를 제조하면 제사 공정성이 양호하나 상기 범위를 벗어나는 경우에는 제사시 사절이 빈번하며, 제조된 사에 있어서도 신도 편차가 커져 결과적으로 수축 편차도 커지게 되어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 고수축사는 상기한 폴리에스테르 혼합물을 용융하여 800∼3,500m/분의 방사속도로 방사된 미연신사를 가열 롤러에서 연신전 예비열처리한 후 연신비 1.5∼4.5의 배율로 연신하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 폴리에스테르 고수축사는 수축률이 13이상이며, 제직준비공정에서 열처리를 받고난 후에도 수축률이 9이상이 유지할 수 있다.

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.

스팀 세트 공정은 80℃에서 30분간 수행되며, 사이징 공정은 95℃에서 일반적으로 수행된다.

이와 같은 본 발명의 폴리에스테르사는 제사공정후의 연사, 연지 또는 사이징 등의 열처리 공정들에서도 수축율을 유지할 수 있게 된다. 또한, 제직준비공정후에 일광견뢰도 및 강도가 저하되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명에서 당량(eq) 이라는 용어는 미반응 관능기수로 분자량을 나누어서 얻은 값을 나타낸 것이다. 쇄분지제(Chain branching agent : CBA)는 3가 이상의 관능기를 가지고 있으며 폴리에스테르를 연속적으로 생성하기 위해서는 2개의 관능기가 소요된다. 예를 들면 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA)는 관능기가 3이고 분자량은 192이므로 1당량은 192이다. 즉, 본발명에서 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA)의 투입량은 중합체 1g당 5×10^-6∼ 30×10^-6당량이므로 이를 중량으로 나타내면 중합체 1g당 9.60×10^-4∼5.76×10^-3g이 된다.

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

〈실시예 1〉

테레프탈산 1,000㎏ 및 코발트 아세테이트 150g을 에틸렌 글리콜 448㎏에 용해시키고 여기에 쇄분지제로 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA) 20m당량을 투입하였다. 이를 에스테르화 반응기에 투입한 후 온도를 올려서 에스테르화 반응을 수행하고 반응이 종결된 후 일정량의 안티몬과 인산염 및 소광제로서 중합체 기준 0.3중량의 산화티탄(TiO₂)을 투입하고 중합하여 고유점도 0.63g/㎗인 개질 폴리에스테르를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 개질 폴리에스테르를 표 1과 같은 혼합비율로 소광제로서 TiO₂가 0.3중량첨가된 고유점도 0.63g/㎗의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 혼합하여 건조한 후 300℃에서 용융방사하였다.

이 때의 방사속도는 표 1과 같이 하였으며, 방사된 미연신사를 75℃의 가열롤러에서 연신전 예비열처리하고 150℃의 가열판에서 연신비 3.6배로 연신하여 75데니어/36필라멘트의 폴리에스테르사를 제조하였다.

제조된 폴리에스테르사의 강도, 신도, 비수수축율 및 스팀세트공정후 비수수축율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

폴리에스테르사의 섬도는 450m를 채취하여 그 무게가 0.05g되는 경우를 1데니어로 정의하고 전자저울로 무게를 측정하여 구하였다.

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〉

방사된 미연신사를 권취과정 없이 직접연신방식에 의하여 연신하였으며, 이 때의 제1고뎃롤러의 온도는 85℃이며 제2고뎃롤러의 온도는 125℃로하여 연신비 3.5배로 연신하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게하여 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈실시예 3〉

트리멜리틱 안하이드라이드(TMA) 10m당량을 투입하여 개질 폴리에스테르를 제조하였으며 방사된 미연신사를 연신비 1.55배로 연신하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 1〉

실시예 1과 동일하게 제조하되 개질폴리에스테르를 사용하지 않고 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 2〉

실시예 1과 동일하게 제조하되 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA) 5.2m당량을 사용하여 제조한 개질 폴리에스테르만으로 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 3〉

실시예 1과 동일하게 제조하되 개질 폴리에스테르의 혼합비율을 하기 표 1과 같이하여 폴리에스테르사를 제조하였다.

〈비교예 4〉

이소프탈릭 에시드(Isophthalic acid)가 10 mol되도록 중합한 개질 폴리에스테르를 사용하여 실시예 1과 동일하게 폴리에스테르사를 제조하였다. 단, 140℃의 가열판에서 연신비 2.9배로 연신하여 폴리에스테르사를 제조하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
개질폴리에스테르혼합비율()	50	35	50	0	100	86	0
방사속도(m/분)	1,250	1,250	3,000	1,250	1,250	1,250	1,250

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
강도(g/d)	3.9	3.8	3.6	4.4	2.6	3.1	3.8
신도()	31	30	32	31	21∼28	27	31
비수수축율()	12	11	10	9	14∼17	15	21
스팀세트공정후비수수축율()	11	10	9	6	11	11	16
일광견뢰도(급)	5	5	5	5	5	4	3

이상과 같이 실시예 및 비교예들을 살펴보면, 본 발명의 제조방법을 따라 제조된 폴리에스테르 고수축사가 제직준비공정에서의 열처리후에도 수축율을 유지함을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명은 생산비용을 낮추며 제사후에도 균일한 물성으로 고수축 특성을 유지하고 일광견뢰도 및 강도의 저하를 해결한 신규, 유용한 발명인 것이다.

Claims

폴리에스테르 고수축사에 있어서, 상기 폴리에스테르가 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르 20∼80중량와 일반 폴리에스테르 80∼20중량를 함유하는 폴리에스테르 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 고수축사.
제 1 항에 있어서, 스팀세트 공정 또는 사이징 공정후 비수수축률이 8∼20인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 고수축사.
폴리에스테르 고수축사를 제조하기 위한 방법에 있어서, 쇄분지제인 트리멜리틱 안하이드라이드를 중합체 1g당 5∼30m당량으로 투입하여 회분식으로 제조한 개질 폴리에스테르 20∼80중량와 일반 폴리에스테르 80∼20중량를 함유하는 폴리에스테르 혼합물을 용융하고 800∼3,500m/분의 방사속도로 방사하여 미연신사를 제조하고 이를 가열 롤러에서 연신전 예비열처리한 후 연신비 1.5∼4.5의 배율로 연신하는 것을 포함하는 폴리에스테르 고수축사의 제조방법.