KR20010098238A

KR20010098238A - 폴리에스테르 원사 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20010098238A
Application number: KR1020000023038A
Authority: KR
Inventors: 한인식; 최영백
Original assignee: 구광시; 주식회사 코오롱
Priority date: 2000-04-29
Filing date: 2000-04-29
Publication date: 2001-11-08

Abstract

본 발명은 고속의 권취속도에서도 중합체의 배향 및 결정화를 효율적으로 지연, 완화 시키기 위해서 폴리에스테르 원사를 방사시 배향억제제로서 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 이축스크류 압출기로 통상의 용융 폴리에스테르 중합체와 혼합함을 특징으로 한다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체가 0.1~5중량% 혼합되어 있고, 결정화 속도 비율(TR)이 1.3 이상이며, 신도가 150% 이상이다.

본 발명은 가연 및 연신공정성이 우수하고, 배향 억제제와 폴리에스테르 중합체의 균일한 혼합이 용이하며, 연신 및 가연공정에서 배향 억제제가 섬유 표면으로 이동하여 원사품질을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.

Description

폴리에스테르 원사 및 그의 제조방법 {A polyester yarn, and a process of preparing for the same}

본 발명은 폴리에스테르 원사 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 폴리에스테르 미연신사를 높은 권취속도(4000m/분 이상)로 제조할때 미연신사의 배향 및 결정화를 적절하게 완화, 지연시키는 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 원사를 제조할때 방사구금에서의 토출량을 증가시키는 방법이 생산량 향상에 가장 효율적 이다. 한편 최근에는 세데니어의 폴리에스테르 원사 수요가 증가하고 있다. 방사된 섬유의 권취속도가 일정한 경우 세데니어 원사의 생산량이 태데니어 원사 생산량보다 저하하게 된다. 따라서 세데니어 원사를 높은 생산성으로 제조하기 위해서는 방사구금에서의 토출량을 올리고, 방사된 원사의 권취속도도 향상시켜야 한다.

그러나 방사시 권취속도가 증가하면 미연신사의 배향 및 결정화가 증가하게 된다. 이와 같은 결과는 향후 연신공정에서의 연신비를 감소시켜 결국 원사 생산량을 감소시키게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 다시말해 방사시 중합체의 배향 및 결정화를 지연시키기 위해서 방사시 원사의 냉각속도를 조절하는 방법, 배향 및 결정화를 조절할 수 있는 고분자 물질을 (ⅰ) 중합단계에서 폴리에스테르 중합체와 공중합 하거나, (ⅱ) 방사직전에 폴리에스테르 중합체와 혼합하는 방법 등이 널리 사용되어 왔다.

보다 구체적으로 방사시 원사의 냉각속도를 조절하는 방법으로서는 방사구금 바로 아래에 가열부를 설치하여 토출된 중합체를 서냉시켜 고화하는 방법이 주로 사용된다. 그러나 이와 같은 방법은 특별히 설계된 가열장치를 사용해야 하므로 시설비가 증가하고, 원사의 냉각을 조절하기 위한 조건이 매우 복잡하고 어려운 문제가 있었다.

한편, 중합체의 배향 및 결정화를 조절할 수 있는 고분자 물질을 중합단계에서 폴리에스테르 중합체와 공중합 하는 방법으로 유럽특허 0,263,020호에서는 주분자에 측쇄를 가지는 펜타에릴트라이트, 트릴메틸로프로판, 멜리틱에시드 또는 트리멜리틱에시드를 중합단계에서 폴리에스테르 중합체와 공중합 하는 방법을 제안하고 있으며, 미국특허 4,966,740호에서는 테트라에틸실리케이트를 에스테르 교환 반응전이나 중합반응에 첨가하여 공중합 하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 상기 방법은 중합조건을 특수하게 선정해야 하며, 연신 및 가연공정의 작업성이 저하되고, 특히 가연공정에서의 절사율이 높아지는 문제가 있다.

한편, 중합체의 배향을 조절할 수 있는 고분자 물질을 방사직전에 폴리에스테르 중합체와 혼합하는 방법으로 미국특허 4,609,710호에서는 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리메틸메타아크릴레이트 등의 분자배향 조절제를 방사직전에 용융된 폴리에스테르 중합체와 혼합하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 상기 방법은 폴리에스테르 중합체와 분자배향 조절제의 균일혼합이 어렵고, 혼합된 분자배향 조절제가 연신 및 가연공정에서 원사표면으로 이동하여 작업성 및 원사품질을 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 폴리에스테르를 고속방사할때 복잡한 설비 없이도 중합체의 배향 및 결정화를 지연, 완화시킬 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 분자배향 조절제와 폴리에스테르 중합체가 균일혼합되어 연신 및 가연공정의 작업성을 향상시킬 수 있는 폴리에스테르 원사의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 연신 및 가연공정 중에 혼합된 분자배향 조절제가 원사표면으로 이동하지 않아 원사품질을 향상시킬 수 있는 폴리에스테르 원사의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

아울러 본 발명의 목적은 결정화 속도비 및 신도가 높고 품질이 양호한 폴리에스테르 원사를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 고속방사시 폴리에스테르 중합체의 배향 및 결정화를 지연, 완화시키기 위해 사용하는 분자배향 조절제와 폴리에스테르 중합체간의 균일혼합이 용이하고, 연신 및 가연공정의 작업성이 우수하고, 연신 및 가연시 분자배향 조절제가 원사표면으로 이동하는 현상을 방지할 수 있는 폴리에스테르 원사의 제조방법을 제공하고자 한다.

아울러 본 발명은 결정화 속도비 및 신도가 높고 측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체(분자배향 조절제)가 혼합되어 고속방사시 결정화 및 배향이 적절하게 지연, 완화되고, 가연 및 연신공정성이 우수하고, 품질이 양호한 폴리에스테르 중합체(원사)를 제공하고자 한다.

구체적으로 본 발명은 연신비를 높혀 생산성을 향상시키기 위하여 폴리에스테르 미연신사를 4000m/분 이상의 권취속도로 방사할때 미연신사의 배향 및 결정화를 적절히 지연, 완화시키는 방법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 폴리에스테르 원사를 방사함에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 이축스크류 압출기로 통상의 용융 폴리에스테르 중합체와 혼합함을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체가 0.1~5중량% 혼합되어 있고, 일반식(Ⅱ)로 표시되는 결정화 속도 비율(TR)이 1.3 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사에 관한 것이다.

결정화 속도 비율(TR)=(Ⅱ)

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 폴리에스테르 원사를 방사할때 본 발명은 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 이축스크류 압출기로 통상의 용융 폴리에스테르 중합체와 혼합함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명은 분자배향 억제제로서 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 사용하며, 이를 용융 폴리에스테르 중합체와 공중합하는 것이 아니라 혼합한다. 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체로는 하기 일반식(I)의 화합물을 사용한다.

상기 식에서 n은 1~1000의 정수이고, X는 하이드록실, 할로겐, 하이드록시알킬 또는 할로알킬기 이다.

측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체(분자배향 억제제)는 그 특성상 종래의 분자배향 억제제와 동일한 벌키정도를 가지므로 결정화 방지 효과가 충분하며, 또한 폴리스타이렌 내의 극성기와 폴리에틸렌테레프탈레이트의 극성기들이 상호작용 함으로서 중합체 내에 분자배향 억제제가 종래기술보다 원사표면으로 이동하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

극성에 의한 상기 혼합효과를 최대화 하기 위해서는 측쇄에 극성기를 가진폴리스타이렌 중합체의 다이폴 모멘트가 1.5~2.0데바이(debye)인 것이 좋다. 1데바이(debye)는 10^-18에슈(esu)cm 이고, 1에슈(esu)는 3334×10^-8코우롬(coulomb) 이다.

다이폴 모멘트가 상기 범위보다 낮으면 폴리에스테르 중합체와의 혼합효과가 부족하게 되고, 상기 범위보다 높으면 분해 반응에 영향을 주게되어 원사 물성이 저하된다. 또한 폴리에스테르 중합체의 방사시 배향에 의한 결정화를 억제하기 위해서는 측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체의 유리전이온도(Tg)가 110℃ 이상인 것이 바람직 하다.

측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체의 첨가량은 혼합중합체의 전체중량(폴리에스테르 중합체와 폴리스타이렌 중합체의 총중량) 대비 0.1~5중량%, 더욱 바람직하기로는 0.5~2중량% 이다. 폴리스타이렌 중합체의 첨가량(함량)이 상기 범위를 초과하게 되면 연신공정에서 미연신사의 연신비는 증가되지만 방사공정의 조업성이 나빠진다. 한편 폴리스타이렌 중합체의 첨가량(함량)이 상기범위 보다 낮을 경우에는 방사, 연신 및 가연공정의 조업성은 좋으나, 연신공정에서 미연신사의 연신비가 낮아져 생산성이 저하하게 된다.

본 발명은 폴리에스테르 중합체와 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 보다 균일하게 혼합하기 위하여, 이들을 이축스크류 압출기에서 혼합한다. 미연신사의 연신성은 시차열분석계를 사용하여 나타낼 수 있다

본 발명에서는 분자배향 억제제로 첨가하는 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체의 극성기와 폴리에스테르 중합체의 극성기가 상호작용하여, 폴리에스테르 중합체와 분자배향 억제제가 균일하게 혼합되어 진다. 그 결과 연신 및 가연 공정성이 개선되고 연신 및 가연 공정시 상기 분자배향 억제제가 원사표면으로 이동하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 제조방법으로 제조된 폴리에스테르 원사는 일반식(Ⅰ)의 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체가 0.1~5중량% 혼합되어 있고, 하기 일반식(Ⅱ)로 표시되는 결정화 속도 비율(TR)이 1.3 이상이고, 신도가 150% 이상이다.

결정화 속도 비율(TR)=(Ⅱ)

tp는 퍼킨-엘머(Per Kin - Elmer)사의 DSC-7로 210℃에서 등온 결정화 속도를 측정한 값이다.

결정화 속도 비율(TR)이 1.3 미만인 경우에는 신도가 낮아 연신 및 가연공정의 조업성 및 생산성이 저하된다. 미연신사의 신도가 150% 이하일 경우에는 연신 동시 가연 공정에서 분당 800m 이상의 고속작업이 어렵고, 물성도 저하된다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 실시예 6

고유점도가 0.65이며 티타늄옥사이드를 0.3중량% 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 160℃에서 4시간 동안 건조한다. 상기와 같이 건조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 폴리파라클로로스타이렌을 표 1과 같은 혼합비율로 직경25mm의 이축스크류 압출기에 투입한 후 295℃에서 혼합하고, 이를 36개의 노즐을 갖고 직경이 0.25mm인 구금을 통해 토출한다. 토출된 원사를 구금직하에 설치된 방사통에서 나오는 공기(온도 21℃, 속도 0.6m/초)로 냉각 및 오일처리 하고, 4500m/분의 권취속도로 권취하여 120데니어의 폴리에스테르 미연신사를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 미연신사의 조업성 및 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건 - 중합체 혼합비율

구 분	폴리파라클로로스타이렌의 혼합량(함량)
실시예 1	0.1중량%
실시예 2	0.2중량%
실시예 3	0.5중량%
실시예 4	1.0중량%
실시예 5	2.0중량%
실시예 6	5.0중량%

폴리에스테르 미연신사 조업성 및 물성평가 결과

구 분	조업성	강도(g/데니어)	신도(%)	결정화속도(초)	결정화속도비율(TR)
실시예 1	좋음	1.8	170	325	1.30
실시예 2	좋음	2.0	185	340	1.36
실시예 3	좋음	1.9	200	355	1.42
실시예 4	좋음	1.7	220	360	1.44
실시예 5	좋음	1.6	230	380	1.52
실시예 6	다소불량	1.5	270	400	1.60

실시예 7 ~ 실시예 13

고유점도가 0.65이며 티타늄옥사이드를 0.3중량% 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 160℃에서 4시간 동안 건조한다. 상기와 같이 건조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩 99중량%와 폴리파라클로로스타이렌 1중량%를 직경 25mm의 이축스크류 압출기에 투입한 후 295℃에서 혼합하고, 이를 36개의 노즐을 갖고 직경이 0.25mm인 구금을 통해 토출한다. 토출된 원사를 구금직하에 설치된 방사통에서 나오는 공기(온도 21℃, 속도 0.6m/초)로 냉각 및 오일처리 하고, 표 3과 같은 권취속도로 권취하여 120데니어의 폴리에스테르 미연신사를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 미연신사의 방사성 및 물성을 평가한 결과는 표 4와 같다.

제조조건 - 권취속도

구 분	권취속도(m/분)
실시예 7	1500
실시예 8	2000
실시예 9	3000
실시예 10	3500
실시예 11	4000
실시예 12	5000
실시예 13	6000

폴리에스테르 미연신사 방사성 및 물성 평가 결과

구 분	방사성	강도(g/데니어)	신도(%)
실시예 7	좋음	1.5	340
실시예 8	좋음	1.5	300
실시예 9	좋음	1.6	250
실시예 10	좋음	1.7	225
실시예 11	좋음	1.7	195
실시예 12	좋음	1.9	170
실시예 13	다소나쁨	1.9	280

비교실시예 1

고유점도가 0.65이며 티타늄옥사이드를 0.3중량% 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 160℃에서 4시간 동안 건조한다. 상기와 같이 건조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 직경 25mm의 이축스크류 압출기에 투입한 후 295℃에서 혼합하고, 이를 36개의 노즐을 갖고 직경이 0.25mm인 구금을 통해 토출한다(폴리파라클로로스타이렌을 혼합하지 않음). 토출된 원사를 구금직하에 설치된 방사통에서 나오는 공기(온도 21℃, 속도 0.6m/초)로 냉각 및 오일처리 하고, 3500m/분의 권취속도로 권취하여 120데니어의 폴리에스테르 미연신사를 제조한다. 제조한 폴리에스테르 미연신사의 조업성은 좋았고, 강도는 2.1g/데니어, 신도는 210%, 결정화 속도는 250초 였다.

본 발명은 폴리에스테르 미연신사를 고속으로 방사하는 경우에도 중합체(미연신사)의 배향 및 결정화를 적절하게 지연, 완화 할 수 있다. 그 결과 미연신사를 연신 및 가연시 연신비가 높아지고 작업성도 향상시킬 수 있다. 아울러 연신 및 가연시 분자배향 조절제로 첨가된 화합물이 원사표면으로 이동하지 않아 원사품질이 향상된다.

Claims

폴리에스테르 원사를 방사함에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체를 이축스크류 압출기로 통상의 용융 폴리에스테르 중합체와 혼합함을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법.
1항에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체가 하기 일반식(I)의 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법.

상기 식에서 n은 1~1000의 정수이고, X는 하이드록실, 할로겐, 하이드록시알킬 또는 할로알킬기 이다.
1항에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체의 다이폴 모멘트가 1.5~2.0데바이(debye)인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법.
1항에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체의 혼합량이 혼합 중합체의 전체중량 대비 0.1~5중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법.
1항에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체의 혼합량이 혼합 중합체의 전체중량 대비 0.5~2중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조방법.
측쇄에 극성기를 가진 폴리스타이렌 중합체가 0.1~5중량% 혼합되어 있고, 일반식(Ⅱ)로 표시되는 결정화 속도 비율(TR)이 1.3 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사.

결정화 속도 비율(TR)=(Ⅱ)
6항에 있어서, 측쇄에 극성기를 갖는 폴리스타이렌 중합체가 하기 일반식(I)의 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사.

상기 식에서 n은 1~1000의 정수이고, X는 하이드록실, 할로겐, 하이드록시알킬 또는 할로알킬기 이다.
6항에 있어서, 신도가 150% 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사.