KR20020000435A - 열가소성 합성섬유용 유제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태데니어의 합성섬유(산업용 원사)용 유제 조성물에 관한 것으로서, 직쇄의 알콜에 알킬렌옥사이드를 부가한 후 지방산으로 디에스테르화 시켜 제조한 아래 일반식(Ⅰ) 및/또는 일반식(Ⅱ)의 평활제를 함유함을 특징으로 한다.
상기 식(Ⅰ) 및 식(Ⅱ)에서 R1및 R2는 탄소수가 8~25인 알킬기 이고, x는 3~8의 정수이고, m+n은 3~10의 정수이고, y+z는 3~10의 정수이다.
본 발명은 제사공정 중 발연현상 및 타르발생을 억제하여 작업성, 작업환경 및 원사품질을 향상 시킬 수 있다.

Description

열가소성 합성섬유용 유제 조성물 {A spinfinish oil for thermo-plastic synthetics yarn}
본 특허는 태(太)데니어 열가소성 합성섬유의 제조 및 후공정의 열처리시 각종 고온 접촉부에 의한 내열성적인 문제 즉 발연현상 및 타르발생을 억제하여 작업성, 원사품질을 향상시키며 작업환경 또한 개선 될 수 있는 열가소성 합성섬유용 유제 조성물에 관한 것이다.
태데니어 산업용 열가소성 합성섬유는 일반 산업용사, 토목용 원사(Geo-textile), 타이어코드용사 등으로 이용되므로 고강도, 고탄성 등의 물성이 요구되어 지며, 이러한 물성을 얻기 위해서는 연신공정 및 열고정(Heat Setting)공정이 중요하게 된다.
특히 이러한 연신 및 열고정 공정에서는 사용 유제의 구성성분에 따라 사의 마찰계수 및 연신성 등으로 인한 사의 물성 뿐만아니라 공정에서의 퓸(Fume) 및 타르 등이 발생하여 작업성(사절율 및 청소주기관련), 작업환경 등에 직접적으로 영향을 끼친다.
일반적으로 합성섬유의 제조공정에 사용되는 섬유용 유제는 평활성을 부여하기 위해 고급지방산 에스테르와 광물유, 집속제 등과 같은 유화제, 그리고 정전기 방지를 위한 대전방지제, 각종 공정에 요구되는 적합한 첨가제 등으로 구성되어 있다.
이 중에서도 산업용 원사의 유제는 여러 공정에서 고열로 처리되어지므로 특히 열안정성이 뛰어난 평활제의 사용이 요구된다. 일반적으로 보통 널리 사용되어지는 평활제 성분으로 모노알킬알킬레이트는 고온 하에서 쉽게 변질되고 200℃ 부근에서 분해, 변질을 일으켜서 퓸(Fume)화 되거나 착색, 타르를 발생시키고 가열판 상에 퇴적되어 섬유를 오염시키고, 피처리 섬유에 열전달을 불균일하게 하여 원사의 품질저하 및 작업성 저하, 작업환경 악화 등을 초래하게 된다.
현재 산업용 섬유용 유제의 윤활제 성분으로는 열안정성이 뛰어난 다가알콜, 즉 글리세린, 솔비탄, 솔비톨, 펜타에리스트, 트리메틸프로판올과 같은 알콜류에 지방산을 합성하여 분자량이 높은 다가알콜에스테르류를 많이 사용하고 있다.
이러한 다가알콜에스테르는 모노알킬알킬레이트 보다 분자량도 크며 휘발량이 작아 열안정성은 뛰어나지만 지방산의 선택에 따라 변색이 있으며, 고화점이 높아 사용하기 불편할 수도 있으며, 특히 브랜치 구조는 특유의 마찰계수가 높아 적절한 유화제를 사용하지 않으면 공정상에 원사의 모우가 발생하는 등 원사의 품질을 저하시키는 단점이 있다. 그래서 일본 특공소 47-29474호에서는 아래식(Ⅲ)으로 표현되는 비스페놀A계 알콜류에 알킬렌옥사이드를 부가한 다음, 라우릴산 2몰로 디에스테르화 시켰으나 발연량이 많은 문제가 있었다.
상기 식(Ⅲ)에서 R은 C11H23이다.
한편, 일본 특공소 54-156895호에서는 비스페놀A계 알콜류에 알킬렌옥사이드를 부가한 다음, 지방산 1몰로 1차 에스테르화 하여 한쪽에 하이드록실기(-OH)를 그대로 남겨둔 후, 계속해서 이것을 아디픽에시드로 2차 에스테르화 시킨 지방산 에스테르 화합물을 윤활제로 제시하고 있다. 이렇게 2단계로 합성한 지방산 에스테르는 상기 진술한 종래의 지방산 에스테르보다 훨씬 더 큰 분자량의 지방산 에스테르로 합성했지만, 이는 합성법이 복잡하고 반응이 잘 진행되지 않으며, 합성물의 분자량 및 점도가 상당히 높아 다른 유제 단성분들과 상용성이 좋지 않아 원액상에서 층분리 현상을 일으키며, 유화성도 나빠서 섬유용 유제의 기본 특성인 균일 부착성을 저하시켜 원사의 품질 불균일을 초래하는 등의 문제가 있었다.
본 특허의 목적은 기존의 산업용 섬유 유제의 내열성을 유지하면서 내마찰특성 및 자연유화성을 가지는 유제 조성물을 제공하므로서, 작업성 및 작업환경, 마찰계수 등을 개선하여 원사의 품질을 향상시키고자 한다.
본 발명은 제사공정 중 내열성 및 금속 및 각종 가이드와의 마모특성이 우수하고, 양호한 유화 안정성 및 유제 균일 부착성을 갖고, 고화점이 낮아 사용이 편리한 열가소성 합성섬유의 유제 조성물을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 유제 조성물을 윤활제(평활제)로서 직쇄구조의 알콜에 알킬렌옥사이드를 부가한 다음 지방산, 구체적으로 아이소에시드 화합물로 디에스테르시켜 제조한 알킬렌옥사이드 부가 디올에스테르를 함유함을 특징으로 한다.
보다 구체적으로 본 발명은 윤활제로서 아래 일반식(Ⅰ)로 표시되는 에틸렌옥사이드 부가 디올디에스테르 및/또는 일반식(Ⅱ)로 표시되는 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 부가 디올디에스테르를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 식(Ⅰ) 및 식(Ⅱ)에서 R1및 R2는 탄소수가 8~25인 알킬기 이고, x는 3~8의 정수이고, m+n은 3~10의 정수이고, y+z는 3~10의 정수이다.
상기 식(Ⅰ)로 표현되는 에틸렌옥사이드 부가 디올디에스테르는 직쇄구조의 알콜에 에틸렌옥사이드를 부가한 다음, 이를 아이소에시드로 디에스테르화 시켜 제조 할 수 있다.
한편, 상기 식(Ⅱ)로 표현되는 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 부가 디올에스테르는 직쇄구조의 알콜에 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드를 부가한 다음, 이를 아이소에시드로 디에스테르화시켜 제조 할 수 있다.
본 발명의 유제 조성물에는 상기 일반식(Ⅰ)의 화합물 또는 상기 일반식(Ⅱ)의 화합물이 단독으로 각각 함유 될 수도 있고, 상기 일반식(Ⅰ)의 화합물과 일반식(Ⅱ)의 화합물이 동시에 함유 될 수도 있다.
이때, 일반식(Ⅰ)의 화합물 및/또는 일반식(Ⅱ)의 화합물 전체 함량은 유제 조성물 전체 중량대비 10~45중량%인 것이 바람직 하다. 만약 일반식(Ⅰ) 및/또는 일반식(Ⅱ)의 화합물 함량이 10중량% 미만일 경우에는 마찰특성, 유화안정성이 저하될 수 있으며, 45중량%를 초과하는 경우에는 제사공정 중 권취불량이나 사층붕괴 현상이 심하게 발생될 우려가 있다.
한편, 본 발명의 윤활제(평활제) 내에 부가되는 알킬렌옥사이드 몰수는 3~15몰 정도가 바람직 하다. 만약 3몰 미만인 경우에는 유화성 및 유화 안정성이 저하될 수 있으며, 15몰을 초과하는 경우에는 평활성이 나빠져 원사 상호간의 마찰계수가 증가하여 해사성이 악화될 우려가 있다.
본 발명의 유제 조성물에는 앞에서 설명한 평활제(윤활제) 외에도 통상의 유화제, 대전방지제 및 각종 첨가제 등이 선택적으로 함유된다. 본 발명의 조성물은 산업용 합성섬유의 제사공정, 특히 연신 또는 방사시 사용하는 것이 바람직 하며, 연신공정에서도 미연신된 상태의 원사에 처리하는 것이 더욱 바람직 하다.
본 발명의 유제 조성물을 6~15%의 수성에멀젼 상태로 제조하여 오일롤러 또는 오일제트를 사용하여 방사구금에서 방출된 미연신사에 처리시킨다. 이상과 같이 본 발명의 조성물을 함유한 방사유제를 용융방사된 미연신사 0.4~1.5중량%를 부착시키면 사의 표면에 충분히 고루 부착되어 연신성이 양호하며 발연 및 타르현상이 현저히 감소되며 적정한 마찰계수의 유지 등으로 양호한 품질의 원사를 얻을 수 있다.
본 발명은 직쇄구조의 알콜을 사용하여 윤활제를 합성하기 때문에 브랜치 구조의 윤활제보다 금속에 대한 마찰특성 및 각종 가이드와의 마찰특성이 우수하다. 특히 알킬렌옥사이드를 부가한 알콜을 사용하기 때문에 윤활제 자체에 유화성을 부여하여 자연유화성이 우수하다. 그 결과 본 발명의 유제 조성물을 단독 혹은 다가알콜에스테르와 혼합하여 사용시에 유화성을 향상시켜 유화안정성과 유제의 균일 부착성이 향상된다. 특히 에스테르화 시킬 때 지방산으로 아이소에시드 화합물을 사용하기 때문에 유제의 고화점을 낮추어 사용이 매우 편리하게 된다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 실시예 3
표 1과 같은 조성을 갖는 유제 조성물을 이온교환수에 충분하게 교반시켜 7%의 수성에멀젼 상태로 제조한다. 상기 수성에멀젼 상태의 유제를 방사구금에서 토출되는 세미덜 나이론 필라멘트(미연신사)에 오일로울러로 2단 오일링한 후, 이를 연신하여 1,260데니어/204필라멘트의 연신사를 제조한다. 이때 연신사 대비 유제 부착량은 표 1과 같이 조절한다. 각종 제사성 및 유제 조성물의 각종 특성을 평가한 결과는 표 2와 같다.
유제 조성 및 부착율 [단위 : 중량%]
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
유제조성(중량%) 올레일에스테르 - 5 5
글리세릴트리에스테르 10 10 10
에틸렌옥사이드 부가 디올에스테르 15 25 40
에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드부가 디올에스테르 30 25 -
트릴메틸프로판트리에스테르 10 - 10
고급 알콜 에틸렌옥사이드 부가물 5 3 10
캐스터오일 에틸렌옥사이드 부가물 8 5 5
솔비탄 지방산 에스테르 7 10 5
다가알콜 모노 에스테르에틸렌옥사이드 부가물 10 12 10
알킬포스페이트염(대전방지제) 5 5 5
유제 부착율[중량%, O.P.U] 0.88 0.90 0.92
제사성 및 유제특성 평가 결과
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
원액안정성 ○ ○ ○
유화안정성 ○ ○ ○
침투성(초) 2.28 2.22 2.01
휘발감량(%) 18.83 19.04 20.85
타르(Tar)화율 4.54 5.56 4.99
동마찰계수 0.456 0.445 0.433
집속성(회전수) 126 112 122
대전성 ○ ○ ○
모우 ○ ○ ○
퓸(Fume) 수 2568 3008 3101
본 발명에 있어서 제사성 및 각종 유제 특성은 아래 방법으로 평가한다.
·유제 부착율(%) : 원사 무게당 추출된 유제무게 비율 측정
·집속성 : 전기한 연신사를 티엠식포합력 시험기(에이코사계)를 이용 분당 60회전, 하중 50g 조건으로 측정하여 단사, 모우 발생까지의 회전수로 평가
·원액안정성 : 실온에서 1주일 동안 방치 후 평가 (○:양호, △:보통, ×:불량)
·유화안정성 : 10% 에멀젼을 조제후 30℃에서 하루 방치후 평가 (○:양호, △:보통, ×:불량)
·침투성(초) : 10중량%의 에멀젼을 만들어 30℃에서 캔바스(Canvas)법으로 측정
·휘발감량(%) : 일정량의 시료를 정평하여 220℃×3시간 열풍건조 후 다시 시료무게를 측정하여 감량비율을 구한다.
·타르(Tar)화율 : 휘발감량후 남은 유제 원액을 아세톤으로 세척하여 잔량물 측정
·동마찰계수 : 전기한 연신사를 주행사 방법으로 초장력 1kg 사속 300m/분에서 평가
·대전성 : 전기한 연신사를 사속 300m/분으로 주행하는 주행사조의 마찰대전압을 집전식전위 측정기(시사도사계)로 측정하여 다음기준에 의해 평가 하였다.
○ : 마찰대전압 0~1V △ : 마찰대전압 1~2V × : 마찰대전압 3V 이상
·모우 : 2,000m 원사당 발생갯수를 측정하여 다음기준에 의해 평가 하였다.
○ : 모우 0~1개 △ : 모우 2~4개 × : 모우 4개 이상
·퓸(Fume) 수 : 유제 원액을 0.1g정평하여 250℃ 히터플레이트에 1분간 가열한 후, 1분동안 더스트 인디케이터(Dust Indicator)로 입자수 측정
본 발명의 유제 조성물은 직쇄알콜에 알킬렌옥사이드를 부가한 다음, 아이소에시드 화합물(지방산)로 디에스테르화 시켜 제조한 평활제(윤활제)를 함유하고 있어서, 내열성, 내마찰성, 자연유화성, 유화안정성, 유제 균일 부착성이 우수하고 고화점이 낮아 사용이 간편하다.

Claims (4)

  1. 아래 일반식(Ⅰ)로 표시되는 에틸렌옥사이드 부가 디올디에스테르 및/또는 일반식(Ⅱ)로 표시되는 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 부가 디올디에스테르를 함유하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 유제 조성물.
    상기 식(Ⅰ) 및 식(Ⅱ)에서 R1및 R2는 탄소수가 8~25인 알킬기 이고, x는 3~8의 정수이고, m+n은 3~10의 정수이고, y+z는 3~10의 정수이다.
  2. 1항에 있어서, 일반식(Ⅰ) 및/또는 일반식(Ⅱ)의 화합물 함량이 전체 유제 조성물 대비 10~45중량%인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 유제 조성물.
  3. 1항에 있어서, 일반식(Ⅰ)의 화합물에 부가된 에틸렌옥사이드 몰수가 3~15몰인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 유제 조성물.
  4. 1항에 있어서, 일반식(Ⅱ)의 화합물에 부가된 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 전체 몰수가 3~15몰인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 유제 조성물.
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