KR20030020917A - 고분자 필라멘트의 제조 방법 - Google Patents

고분자 필라멘트의 제조 방법 Download PDF

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KR20030020917A
KR20030020917A KR10-2003-7000305A KR20037000305A KR20030020917A KR 20030020917 A KR20030020917 A KR 20030020917A KR 20037000305 A KR20037000305 A KR 20037000305A KR 20030020917 A KR20030020917 A KR 20030020917A
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한스 알. 프랭크포트
레오나드 제이. 허빅
그레고리 이. 스위트
조오지 바씰레이토스
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

고 점도의 중합체를 사용하여 낮은 섬도 분포를 가진 고분자, 예를들어 폴리에스테르 필라멘트를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 필라멘트는 실 및 기타 물품을 제조하는 데 유용하다.

Description

고분자 필라멘트의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING POLYMERIC FILAMENTS}
폴리에스테르와 같은 많은 합성 고분자 필라멘트들은 용융-방사되며, 다시말해서 가열된 고분자 용융물로부터 압출된다. 용융-방사된 고분자 필라멘트는 용융된 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 관련 폴리에스테르를 예를들어 약 10개 내지 약 300개 범위의 다수의 모세관을 가진 방사구를 통해 압출시킴으로써 제조된다. 필라멘트는 방사구에서 배출된 다음, 냉각 구역에서 냉각된다. 용융된 중합체의 냉각(급냉) 및 이후의 고형화의 세부사항들이, 섬도 분포 및 필라멘트간 균일성으로 표시되는 것과 같은, 방사된 필라멘트의 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
급냉 방법은 교차-유동, 방사상 및 공냉식 급냉을 포함한다. 교차-유동 급냉은 새로 압출된 필라멘트 어레이(array)의 한쪽으로부터 그를 가로질러 냉각 기체를 송풍시키는 것과 연관된다. "교차-유동 급냉"이 증가된 속도 또는 유출량에 의해 요구되는 다량의 냉각 기체를 송풍시키는 최선의 방법을 제공하는 것으로 생각되기 때문에, 풀러 롤(puller roll) 속도 (또한, "회수 속도"로 공지되어 있으며, 때때로 방사 속도라 일컬어진다)가 증가함에 따라 교차-유동 급냉이 다수의 섬유 공업 회사에 의해 일반적으로 선호되어왔다.
다른 유형의 급냉은 "방사상 급냉"이라 일컬어지고, 예를들어 미국 특허 4,156,071호에서 녹스(Knox)에 의해, 그리고 미국 특허 5,250,245호 및 5,288,553호에서 콜린스(Collins)등에 의해 개시된 바와 같이, 일부 고분자 필라멘트의 통상적인 제조를 위해 사용되어 왔다. 이러한 "방사상 급냉"의 유형에서는, 새로 압출된 필라멘트 어레이를 둘러싼 급냉 스크린 시스템을 통해 냉각 기체가 안쪽으로 보내진다. 이러한 냉각 기체는 통상 필라멘트와 함께 아래로 통과함으로써 급냉 시스템을 떠나 급냉 장치 밖으로 나온다. 필라멘트의 원형 어레이를 위해서는 용어 "방사상 급냉"이 적절하긴 하지만, 필라멘트 어레이가 원형이 아니라면, 예를들어 직사각형, 타원형 또는 기타 형태라면, 필라멘트 어레이를 향해 안쪽으로 냉각 기체를 보내는 상응하는 형태의 주위 스크린 시스템을 가진 동일한 시스템이 필수적으로 유사하게 작동할 수 있다.
1980년대에, 바실라토스(Vassilatos)와 시즈(Sze)가 고분자 필라멘트의 고속 방사에서 상당한 개선을 이루어 내고, 이와 얻어지는 개선된 필라멘트를 미국 특허 4,687,610호; 4,691,003호; 5,034,182호; 5,141,700호; 및 더욱 최근들어 미국 특허 5,824,248호 및 동시계류중인 출원 09/174,194호 (1998년 10월 16일 출원) 및 09/547,854호 (2000년 4월 12일)에 개시하였다. 이러한 특허들은, 기체가 새로 압출된 필라멘트 주위를 둘러싸서 그의 온도 및 감쇠 윤곽을 조절하는 기체 취급 기술을 개시하고 있다. 이러한 유형의 급냉 시스템 및 방법은 공냉식 급냉 또는 방사로 알려져 있다. 다른 공냉식 급냉 방법은 미국 특허 5,976,431호에 기재된 것을 포함한다. 공냉식 방사는 용융된 필라멘트를 급냉시킬 뿐만 아니라 방사라인 장력을 감소시켜 더욱 양호한 생산성 및 가공성을 제공하는 방법이다. 공냉식 방사에서, 동일한 방향으로 이동하는 냉각 기체 및 필라멘트를 도관을 통해 통과시키고, 이 때 흡수 롤에 의해 속도를 조절한다. 기체 유동 속도, 기체 속도를 조절하는 도관의 직경 또는 단면, 및 도관의 길이에 의해 장력 및 온도를 조절한다. 도관을 따라 하나 이상의 위치에서 기체를 도입할 수도 있다. 공냉식 급냉은 약 5,000 mpm을 초과하는 방사 속도를 가능하게 한다.
일부 공냉식 급냉 시스템에 의해 냉각된 특정 유형의 고분자 필라멘트에 있어서, 필라멘트의 섬도가 증가함에 따라 생성된 필라멘트의 섬도 분포가 증가함으로 인해 필라멘트의 생산성 및 가공성이 저하되는 것으로 밝혀졌다. 공냉식 급냉 시스템에서 더욱 큰 필라멘트를 냉각시키기 위해 더 많은 부피의 기체가 요구되기 때문에, 섬도 분포 증가는 적어도 부분적으로 기체 난류 증가에 기인하는 것으로 생각되며, 이는 필라멘트의 비-균일성을 증가시킨다.
따라서, 낮은 섬도 분포를 갖고 따라서 개선된 성질을 가진 용융-방사 필라멘트를 제조하기 위한 방법, 바람직하게는 고속 방법이 요구되고 있다.
발명의 요약
이러한 요구에 따라, 하나 이상의 쇄 분지화제로부터 형성된 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜 고분자 필라멘트를 형성하고, 필라멘트를 공냉식 급냉 구역으로 통과시키고, 이곳에서 냉각 기체를 필라멘트에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동하도록 하는 것인, 고분자 필라멘트를 방사하기 위한 용융 방사 방법이 제공된다.
이러한 요구에 따라, 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜, 필라멘트당 약 4 이상의 섬도를 가진 고분자 필라멘트를 형성하고, 필라멘트를 급냉 구역으로 보내고, 이곳에서 냉각 기체를 필라멘트에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동 및 가속하도록 하며, 이로써 생성된 필라멘트로부터 형성되는 실은 2 이하의 섬도 분포를 갖는 것인, 고분자 필라멘트를 방사시키기 위한 용융 방사 방법이 또한 제공된다.
이러한 요구에 따라, 22.5 이상의 실험실 상대 점도를 가진 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜 고분자 필라멘트를 형성하고, 필라멘트를 급냉 구역으로 보내고, 이곳에서 냉각 기체를 필라멘트 어레이에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동 및 가속하도록 하는 것인, 약 2 이하의 섬도 분포를 가진 고분자 필라멘트를 제조하기 위한 용융 방사 방법이 또한 제공된다.
이러한 요구에 따라, 약 22.5 이상의 실험실 상대 점도를 가진 폴리에스테르로부터 필라멘트를 형성하고, 이 필라멘트를 실로 형성하는 것을 포함하는, 약 2% 미만의 섬도 분포를 가진 폴리에스테르 실의 제조 방법이 또한 제공된다.
또한, 이러한 방법들에 의해 생성된 필라멘트, 실 및 기타 물품이 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 장점은 이하 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명은 낮은 섬도 분포 (denier spread)를 가진 고분자 필라멘트, 예컨대 폴리에스테르 필라멘트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 필라멘트로부터 형성된 실 (yarn) 및 기타 물품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에서 사용될 수 있는 1단계 공냉식 급냉 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 사용될 수 있는 2단계 공냉식 급냉 시스템을 나타낸 것이다.
도 3은 127 섬도 - 34 필라멘트, 둥근 단면 DMT 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체에 대한 섬도 분포(DVA)와 상대 점도(LRV) 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 265 섬도 - 34 필라멘트, 둥근 단면 DMT 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체에 대한 섬도 분포(DVA)와 상대 점도(LRV) 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 낮은 섬도 분포를 가진 용융-방사 고분자 필라멘트를 공냉식 방사에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 여기에 기재된 본 발명의 방법에 의해 제조되는 낮은 섬도 분포를 가진 용융-방사 고분자 필라멘트에 관한 것이다.
본 발명자들은, 방사되는 중합체의 점도를 증가시키는 것이 제조되는 필라멘트의 섬도 분포를 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 다른 방법에서 발견되는 높은 섬도 분포의 문제점을 극복할 수 있음을 알아내었다.
본 명세서에서 용어 "필라멘트"는 포괄적으로 사용되며, 용융-방사(압출)될 때 합성 중합체가 초기에는 일반적으로 연속 고분자 필라멘트의 형태로 제조되긴 하지만, 절단된 섬유(종종 스테이플이라 일컬어짐)도 포함된다. 필라멘트의 군이 결합되어 실을 형성한다. 완전 연신된 실, 부분 배향된 실(POY), 또는 스테이플과 같은 임의의 유형의 실을 만들기 위해 본 발명의 방법이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이렇게 제조된 실을 당 기술분야에 공지된 방법에 의해 이후에 텍스쳐가공하기 위하여 부분적으로 배향시킨다. 가연(false twist) 텍스쳐가공, 에어 제트 텍스쳐가공 및 연신-텍스쳐가공을 포함한 임의의 바람직한 텍스쳐가공 방법이 사용될 수 있다.
원형, 타원형, 삼엽형 및 물결모양 타원형을 포함한 임의의 바람직한 단면을 가진 필라멘트를 제조할 수 있다. 본 방법에서는 폴리에스테르 및 폴리올레핀을 포함하여 임의의 용융-방사가능한 중합체가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 중합체는 폴리에스테르이다. 폴리에스테르는 단독중합체, 공중합체, 폴리에스테르, 이성분 또는 쇄 분지화 폴리에스테르의 혼합물일 수 있다. 유용한 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트("2-GT"), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 테레프탈레이트("3-GT"), 폴리부틸렌 테레프탈레이트("4-GT"), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리(시클로헥실렌디메틸렌) 테레프탈레이트, 폴리(락티드), 폴리(에틸렌 아젤레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리[에틸렌(2,7-나프탈레이트)], 폴리(글리콜산), 폴리(에틸렌 숙시네이트), 폴리(에틸렌 아디페이트), 폴리(에틸렌 세바케이트), 폴리(데카메틸렌 아디페이트), 폴리(데카메틸렌 세바케이트), 폴리(알파,알파-디메틸프로피오락톤), 폴리(파라-히드록시벤조에이트)(아코노), 폴리(에틸렌 옥시벤조에이트), 폴리(에틸렌 이소프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(헥사메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(데카메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(1,4-시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트)(트랜스), 폴리(에틸렌 1,5-나프탈레이트), 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트), 폴리(1,4-시클로헥실리덴 디메틸렌 테레프탈레이트)(시스) 및 폴리(1,4-시클로헥실리덴 디메틸렌 테레프탈레이트)(트랜스)를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 중합체의 제조 방법은 당 기술분야에 공지되어 있으며, 당 기술분야에 공지된 바와 같이 공중합체 및 삼원공중합체를 형성하기 위해 촉매, 조-촉매 및 쇄 분지화 제를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
예를들어, 적절한 폴리에스테르는 미국 특허 5,288,553호에 기재된 바와 같이 약 1 내지 약 3몰%의 에틸렌-M-술포-이소프탈레이트 구조 단위 (여기에서 M은 알칼리 금속 양이온이다) 또는 미국 특허 5,607,765호에 기재된 바와 같이 0.5 내지 5몰%의 5-술포-이소프탈산의 글리콜레이트의 리튬 염을 함유할 수 있다. 본 발명의 필라멘트는 상기 기재된 바와 같은 2개의 중합체로부터 병행식 또는 시스-코어 어레이로 배열된, 이른바 "이성분" 필라멘트로 형성될 수 있다. 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 유용하다. PET는 하기 기재된 바와 같이 DMT 또는 TPA 방법에 의해 제조될 수 있다. 또한, 하기 상세히 언급되는 쇄 분지화 중합체가 유용하다.
본 발명의 방법은 유용한 섬도 분포의 실을 생성한다. 섬도 분포(DVA)란, 실을 따라 규칙적인 간격에서 질량의 변동을 계산함으로써 말단 사이에서 실의 섬도 가변성을 측정하는 척도이다. 섬도 가변성은 축전기 슬롯을 통해 실을 주행시킴으로써 측정되며, 이는 슬롯에서의 순간적인 질량에 반응한다. 시험 샘플을 매 0.5m마다 측정되는 8개의 30m 소구역으로 전자적으로 분할한다. 각각의 8개 소구역에서 최대 및 최소 질량 측정치 간의 차이를 평균화한다. 섬도 분포는 %DVA, 즉 실의 전체 240m를 따라 평균 질량으로 나눈 평균 차이값의 퍼센트로서 기록된다. 시험은 오스트리아 A-4860 렌징의 렌징 테크닉(Lenzing Technik)으로부터 입수가능한 ACW400/DVA (자동 절단 및 측량/섬도 변동 부품) 장치 위에서 수행될 수 있다.
필라멘트에서의 불균일성이 필라멘트의 하류 공정에서 문제를 나타낼 수 있기 때문에, 낮은 섬도 분포가 바람직하다. 추가로, 낮은 섬도 분포는 빠른 텍스쳐가공 속도, 고른 착색, 및 필라멘트로부터 형성된 직물에서 벌크 또는 커버 균일성을 가능하게 한다. 본 방법은 약 2.0 미만, 약 1.5 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.2 미만, 가장 바람직하게는 약 1.0 미만의 DVA를 가진 실을 제공할 수 있다. 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 같이, 다른 조건들을 동일하게 유지시키면, dpf가 낮을수록 얻어질 수 있는 섬도 분포가 낮아진다.
임의의 원하는 수의 필라멘트로부터 실을 형성할 수 있다. dpf가 5 이상이면, 바람직하게는 약 5 내지 약 200개, 더욱 바람직하게는 약 8 내지 약 100개, 가장 바람직하게는 약 10 내지 약 70개의 필라멘트로부터 실이 형성된다.
본 발명의 일부 구현양태에서, 필라멘트는 약 3.4dpf, 바람직하게는 약 3.5내지 약 15.0, 더욱 바람직하게는 약 4.0 내지 약 12, 가장 바람직하게는 약 5.0 내지 약 9.0의 dpf를 갖는다. 그러나, 본 발명은, 고 섬도 필라멘트 실의 섬도 분포를 낮추는 것 뿐만 아니라, 허용가능한 섬도 분포를 이미 나타낼 수 있는 저 섬도 필라멘트 실, 예를들어 약 3.5 미만, 약 2.0 미만 또는 약 1.0 미만의 dpf를 가진 실의 섬도 분포를 저하시키는 것에 관한 것이다. dpf와는 무관하게, 속도 및 중합체 점도와 같은 공정 조건을 적절히 선택함으로써 상기 언급된 DVA의 전체 범위를 수득할 수 있다.
본 발명자들은, 섬도 분포가 중합체의 점도에 관련된다는 것을 알아내었다. 실시예에서 예증되고 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 상대 점도가 증가함에 따라 고분자 필라멘트의 섬도 분포가 감소한다. 따라서, 허용가능한 DVA를 얻기에 충분히 높은 LRV를 갖도록 중합체를 선택해야 한다. 임의의 적절한 방법에 의해, 예를들어 쇄 분지화제를 사용하여 중합체를 형성하거나, 또는 중합체를 더욱 중합하여 중합체 쇄 길이를 증가시키는 것과 같이 당 기술분야에 공지된 기타 중합 방법을 사용하여 더욱 높은 점도를 가진 초기 중합체를 형성함으로써 용융 점도를 증가시킬 수 있다.
추가로, 실시예 2에 설명된 바와 같이, 공냉식 방사 및 쇄 분지화제의 사용은 고속을 사용하면서도 섬도 분포를 감소시키는데 상승 효과를 가질 수 있으며, 이에 의해 생산성이 증가된다. 따라서, 본 발명은 또한 쇄 분지화제를 첨가하고 필라멘트를 공냉식 방사함으로써 고분자 필라멘트 제조의 생산성을 증가시키는 것에 관한 것이다.
바람직한 섬도 분포를 제공하기 위해 중합체의 용융 점도를 증가시킬 수 있는 쇄 분지화제를 사용할 수 있다. 점도를 원하는 수준으로 증가시키기 위해 초기 중합체의 형성 동안 또는 그 후에 쇄 분지화제를 첨가할 수 있다. 쇄 분지화제는 중합체의 점도를 증가시키기 위해 단량체(들) 또는 중합체와 반응하는 임의의 시약이다. 이들은 일반적으로 히드록실, 카르복실 또는 에스테르기와 같은 3개 이상의 작용기를 함유하는 다작용성 화합물이다. 적절한 쇄 분지화제는 트리메틸 트리멜리테이트, 펜타에리트리톨, 삼량체 산, 멜리트산, 트리메틸롤프로판, 트리메틸롤에탄, 글리세린, 트리메신산 및 그의 삼작용성 에스테르, 트리메틸롤프로판, 테트라에틸 실리케이트, 피로멜리트산, 플로로글루시놀, 히드록시히드로퀴논 및 당 기술분야에 공지된 기타 쇄 분지화제를 포함한다. 바람직한 쇄 분지화제는 가공 및 중합 동안에는 단량체 형태로, 그리고 형성, 방사 및 추가의 가공 동안에는 중합체 형태로 적절히 안정한 것들이다. 유용한 쇄 분지화제의 설명을 위해서는 미국 특허 3,576,773호; 4,092,299호; 4,113,704호; 4,945,151호; 5,034,174호 및 5,376,735호 및 문헌[Journal of Applied Poly.Science (Vol. 74pp. 728-734, 1999)] (이들 모두는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다)를 참조한다. 당 기술분야에 공지된 기술에 의해 쇄-중합체를 형성할 수 있따. 본 발명의 바람직한 구현양태에서, 쇄 분지화제는 트리메틸 트리멜리테이트를 포함한다.
고분자 필라멘트가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리에스테르인 본 발명의 구현양태에서, 당 기술분야에 공지된 적절한 합성 방법에 의해 필라멘트를 제조할 수 있다. 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리에스테르를 제조하기 위한 2개의 주요 합성 경로, 즉 (1)"DMT", 디메틸 테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르 교환반응 및 (2) "TPA", 테레프탈산과 에틸렌 글리콜의 반응 중의 하나에 의해 필라멘트를 제조할 수 있다. 당 기술분야에 공지된 임의의 적절한 쇄 분지화제가 어느 하나의 합성 경로에서 사용될 수 있다. 가지를 생성하고 따라서 점도를 증가시키는 DMT 방법 고유의 불순물에 기인하여, DMT 중합체는 종종 쇄 분지화제의 첨가없이도 적절히 높은 점도를 갖는다. 본 발명의 쇄 분지화제는, DMT 또는 TPA방법 고유의 화합물이 아니라, 방법에 첨가된 추가의 작용성 화합물이다. 쇄 분지화제가 트리메틸 트리멜리테이트인 바람직한 구현양태에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 DMT 또는 TPA 경로에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 중합체에서 쇄 분지화제의 적절한 양이 사용될 수 있다. 적절한 양은 중합체의 상대 점도를 바람직한 섬도 분포에 상응하는 상대 점도까지 효과적으로 증가시키는 양이다. 이는 필라멘트의 dpf 뿐만 아니라 중합체의 종류 및 방사 속도와 같은 공정 매개변수의 함수이다. 예를들어, 도 3에 나타낸 필라멘트를 위해 약 1.0%의 섬도 분포가 요망될 때, 쇄 분지화제의 유효량은 고분자 필라멘트의 점도를 약 23.3LRV까지 증가시키는 양이다. 예를들어, 약 100 내지 약 10,000ppm의 가교제가 사용될 수 있다. 쇄 분지화제가 트리메틸 트리멜리테이트인 바람직한 구현양태에서, 중합체 그램당 약 0.085 내지 약 0.23 중량%의 트리메틸 트리멜리테이트 (중합체의 중량 기준) 또는 약 3.4 내지 약 9.1 마이크로당량의 가교제를 사용하여 중합체를 중합한다.
적절한 DVA를 수득하기 위해 충분히 높은 LRV를 가진 중합체를 선택하고 충분히 낮은 dpf의 필라멘트를 형성한다면, 쇄 분지화제가 필요치 않다. 바람직하게는, 쇄 분지화되건 아니건 간에, 바람직한 섬도 분포를 얻기 위하여 중합체의 LRV는 약 22.0 이상, 또는 약 22.5 이상 또는 약 23.0이상이다.
본 발명의 방법에서, 공지된 기술을 사용하여 방사구를 통해 중합체를 용융-방사시킨다. 이어서, 방사된 필라멘트를 공냉식 방법에 의해 급냉시킨다. 일반적으로, 공냉식 급냉은 주어진 부피의 냉각 기체를 공급하여 고분자 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함한다. 임의의 기체가 냉각 매질로서 사용될 수 있다. 공기가 쉽게 이용될 수 있기 때문에 냉각 기체는 바람직하게는 공기이지만, 필요하다면 고분자 필라멘트의 민감한 성질 때문에, 특히 고온에서 새로 압출될 경우에 다른 기체, 예를들어 증기 또는 질소와 같은 불활성 기체가 사용될 수도 있다.
공냉식 방사에서, 흡수 롤에 의해 속도가 조절되는 도관을 통해 냉각 기체와 필라멘트를 통과시킨다. 장력 및 온도는 기체 유동 속도, 기체 속도를 조절하는 도관의 직경 또는 단면, 및 도관의 길이에 의해 조절된다. 도관을 따라 하나 이상의 위치에서 기체를 도입할 수도 있다. 바람직하게는, 수렴(converging) 또는 점감(tapered) 구획을 사용함으로써, 또는 제한된 부피의 관을 사용함으로써, 급냉 구역을 통해 또는 급냉 구역 밖으로 기체를 가속한다.
공냉식 급냉은 방사 속도를 약 3,000mpm 이상, 예를들어 4,000mpm 이상, 또는 5,000mpm 이상으로 할 수 있다. 사용될 수 있는 적절한 공냉식 방사 방법 및 시스템의 예는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된 미국 특허 5,824,248호 ('248 특허) 및 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된 미국 특허출원 09/547,854호 (2000년4월 12일 출원)에 개시되어 있다. 배경기술의 부분에서 설명된, 임의의 공냉식 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 구현양태는 '248 특허에 예증된 1단계 방법 및 09/547,854호의 2-단계 방법을 포함한다. 일례의 1 단계 방법을 도 1에 나타내며, 일례의 2 단계 방법을 도 2에 나타낸다.
도 1 및 도 2의 장치가 환형일 때, 이들은 다른 형태로 채택될 수 있다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 1 단계 공냉식 급냉 장치는 환상 챔버(52)를 형성하는 원통형 하우징(50)을 포함하며, 하우징(50)의 외부 원통형 벽(51)에 형성된 입구 도관(54)을 통해 불어들어오는 가압 냉각 기체가 환상 챔버에 공급된다. 환상 챔버(52)는, 환상 챔버(52)의 하부에서 원통형 내벽(66)에 부착된 환상 바닥 벽(53)을 갖고, 환상 챔버(52)의 윗부분을 위한 내면을 한정하는 원통형 급냉 스크린 시스템(55) 아래에서 이를 통해 가압된 냉각 기체가 환상 챔버(52)로부터 방사구 면(17)아래의 구역(18)으로 안쪽으로 방사상으로 송풍되며, 하우징(50)에 대해 가운데에 위치하고 하우징(50)이 인접한 (방사 팩(16)의) 표면(16a)으로부터 움푹 파인 방사구 면(17)에 있는 구멍(도시되지 않음)을 통해 나오는 가열된 방사 팩(16)내의 가열된 용융물로부터 새로 압출되어지고 여전히 용융상태인 필라멘트(20)의 다발이 구역(18)을 통해 통과한다. 급냉 시스템 밖에 있는 구역(18)로부터 필라멘트를 둘러싸는 내벽(66)에 의해 형성된 관을 통해 아래로 풀러 롤(34)까지 필라멘트가 계속되고, 이것의 표면 속도는 필라멘트(20)의 회수 속도라 일컬어진다.
원통형 급냉 시스템(55) 아래로 진행될 때, 필라멘트는 원통형 급냉 시스템 (55)과 동일한 내경의 짧은 관(71)을 통해 효율적으로 통과될 수 있고, 더욱 작은내경의 관(73) 안에 들어가고 하우징(50)의 바닥(53) 아래까지 연장되기 전에 점감 구획(72)을 통해 바람직하게 통과된다. 원하는 결과를 얻기 위해 기체 및 필라멘트의 상대 속도를 변화시킬 수 있다. 필라멘트가 관(73)을 떠나기 전에 이미 경화되는 것이 바람직하고, 이 경우에 필라멘트가 관(73)을 떠날 때 그의 속도는 롤(34)에서의 회수 속도와 동일한 속도이다.
점감(tapered) 입구(72)를 관에 제공하는 것은 선택사항이지만 바람직하다. 관으로의 적절한 점감 입구는 냉각 기체의 가속을 수월하게 하고 난류를 감소시킬 수 있는 것으로 생각된다. 30°, 45° 및 60°의 점감 각을 가진, 관으로의 점감 입구가 사용되며, 최적의 점감 각은 인자들의 조합에 의존된다. 약 1인치(2.5cm) 직경의 관이 실용상 매우 유용한 것으로 밝혀졌다. 약 1.25인치(3.2cm) 직경의 관이 효율적으로 사용되어 왔다. 관의 꼭대기는 방사구로부터 너무 멀리 떨어져 있지 않은 것이 바람직하다. 관의 꼭대기는 관의 꼭대기로부터 약 80cm 이하, 바람직하게는 약 64cm 미만으로 떨어져 있어야 한다.
제한된 치수의 관(73)의 형태는 원통형 단면인 것이 필요할 뿐만 아니라, 특히 필라멘트의 비-원형 어레이가 압출될 경우에 변할 수도 있다. 즉, 예를들면 직사각형, 정사각형, 타원형 또는 기타 단면의 관이 사용될 수 있다.
다음과 같은 치수를 도 1에 나타낸다:
A - 급냉 지연 높이, 표면(16a)위에서 방사구 표면(17)까지의 높이;
B - 급냉 스크린 높이, 원통형 급냉 스크린 시스템(55) (표면(16a)로부터 내벽(66)의 꼭대기까지 뻗음)의 높이; 및
C1- 연결관 높이, 짧은 관(71)의 높이;
C2- 연결 점감 높이, 점감 구획(72)의 높이; 및
C3- 관 높이, 냉각 기체가 구역(18)밖으로 가속하도록 하는 제한된 직경을 가진 관(73)의 높이.
도 1에서, 필라멘트(20)는 급냉 시스템을 나온 후에 가열된 방사구로부터의 경로에서 필라멘트(20)를 잡아당기는 구동 롤(34)아래로 계속되고, 따라서 롤(34)에서의 속도는 구동 롤(34)의 표면 속도와 동일하며 (미끄러짐 무시), 이 속도는 회수 속도로 알려져 있다. 통상적으로 (도면에 도시되지 않음), 필라멘트가 구동 롤(34)에 이르르기 전에 일반적으로 고형 필라멘트(20)에 마무리처리를 가한다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 공냉식 급냉 시스템은 2개의 단계를 포함할 수 있으며, 예를들어 기체를 2개 위치, 즉 가속하기 위한 수렴 구획(116) 및 관(119)에서의 수렴/분기 구획에서 공기를 필라멘트에 도입한다. 제1 단계 챔버(105) 및 제2 단계 챔버(106)는 각각 하우징(107)의 원통형 내벽에서 형성된다. 제1 단계 챔버(105)는 방사구(113) 아래에 위치하도록 채택되고, 필라멘트(114)의 온도를 조절하기 위해 기체를 필라멘트(114)에 공급한다. 제2 단계 챔버(106)는 제 1 단계 기체 입구(108)와 냉각시에 필라멘트(114)를 둘러싸기 위한 제1 단계 기체 유동 입구(108) 아래에 위치한 관(119) 사이에 위치한다. 제1 단계 챔버(105)의 하부에서 원통형 내벽(103)에 부착된 환상 벽(102)은 제1 단계 챔버(105)를 제2 단계 챔버(106)로부터 분리시킨다.
제1 단계 기체 입구(108)는 제1 단계 챔버(105)에 기체를 공급한다. 유사하게, 제2 단계 기체 입구(109)는 기체를 제2 단계 챔버(106)에 기체를 공급한다. 하나 이상의 챔버를 공급하는 하나의 기체 입구가 존재할 수 있음을 주목한다. 기체 입구의 수는 기체 유동을 조절하는데 유연성이 가능하도록 변형될 수 있다. 각각의 단계로의 냉각 기체 유동은 각각 입구(108) 및 (109)를 통해 가압 냉각 기체를 공급함으로써 독립적으로 조절될 수 있다.
하나 이상의 부분, 바람직하게는 원통형 관통관 및 와이어 스크린 관을 포함하는 원통형 급냉 스크린 조립체(111)는 제1 단계 챔버(105)에서 중심에 위치한다. "관통 관"은 기체 흐름을 단계내에 방사상으로 분포시키는 수단이다. 가압 냉각 기체는 제1 단계 입구(108)로부터 안쪽으로 제1 단계 챔버(105) 및 원통형 급냉 스크린 조립체(111)를 통하여 방사구(113) 아래에 있는 원통형 급냉 스크린 조립체(111)의 내부 원통형 벽에 형성된 구역(112) 안으로 송풍된다. 용융된 필라멘트의 다발(114)은, 방사구 구멍(도시되지 않음)을 통해 압출된 후, 필라멘트(114)가 냉각되기 시작하는 구역(112)을 통해 통과한다. 원통형 급냉 스크린 조립체(111) 아래에서 제1 단계 기체 입구(108)와 제2 단계 기체 입구(109) 사이에 내벽(103)이 배치된다. 제1 단계 수렴 구획(116)이 제1 단계 기체 입구(108)와 제2 단계 기체 입구(109) 사이에서 하우징(107)의 내부에, 더욱 구체적으로 내벽(103)의 내부 벽에 형성된다. 장치의 임의 부위에 수렴 구획이 위치할 수 있으며, 이것은 공기 속도를 가속한다. 수렴 구획이 관의 위 또는 아래로 이동하여 원하는 기체 취급을 달성할 수 있다. 하나 이상의 수렴 구획이 존재할 수 있다. 필라멘트(114)는, 제1 단계 수렴 구획(116)을 통과하기 전에, 급냉 시스템의 제1 단계 밖에 있는 구역(112)으로부터 내벽(103)의 짧은 관형 구획을 통해 계속되며, 제1 단계 냉각 기체는 필라멘트(114)가 계속 냉각될 때 필라멘트 이동 방향으로 가속된다.
제1 단계 수렴 구획(116)아래에서 제1 단계 기체 입구(108)와 제2 단계 기체 입구(109) 사이에 원통형 관통관(117)이 배치된다. 원통형 관통관(117)은 제2 단계 챔버(106) 내에서 가운데에 위치한다. 그러나, 관통관(117)을 예를들어 제2 단계 기체 입구 아래에서 필라멘트에 바람직한 기체를 제공하기 위하여 원하는 대로 위치시킬 수 있다. 원통형 내벽(118)은 원통형 관통관(117) 아래에 위치한다. 원통형 관통관(117)을 통해 기체를 밀어넣음으로써 제2 단계 공급 입구(109)로부터 냉각 기체의 두번째 공급이 제공된다. 제1 및 제2 단계 수렴 구획들 사이에서, (116) 및 (126)은 각각 입구 직경 D3, 출구 직경 D4 및 높이 L2를 가진 수렴 구획(116)의 내벽에 의해 형성된 관형 구획(125)이다. 관형 구획(125) 및 수렴 구획(116)은 하나의 부분으로 형성될 수 있거나, 또는 예를들어 스레딩(threading)에 의해 함께 연결되는 별개의 부분으로서 형성될 수 있다.
관형 구획(125)은 도 2에 나타낸 것과 같이 직선형일 수 있거나 점감형일 수 있다. 직경 D2 대 직경 D4의 비율은 일반적으로 D4/D2 < 0.75, 바람직하게는 D4/D2 < 0.5이다. 이러한 비율을 사용함으로써, 냉각 공기의 속도가 증가될 수 있다. 제1 수렴 구획(116)의 관형 구획(125)의 출구와 방사 관(119)의 입구에 의해 형성되는 직경 D5를 가진, 제2 단계 수렴 구획 입구(126)를 통해, 제2 단계 냉각기체가 통과한다. 용어 방사 관은 수렴/분기 어레이를 가진 장치의 부분을 일컫기 위해 사용된다. 바람직하게는, 관의 마지막 부분은 이러한 어레이를 갖는다. 방사 관(116)의 상부 말단은 원통형 내벽(118)의 내부 표면에 위치한다.
관(119)의 내부 벽에서 길이L3 및 출구 직경D6를 가진 제2 단계 수렴 구획(126)이 형성되며, 그 다음에는 관(119)의 말단까지 연장되고 출구 직경 D7를 가진 길이 L4의 분기 구획(127)이 관(119)의 내부 벽에 형성된다. 필라멘트(114)는 출구 직경 D7을 통해 관(119) 밖으로 나오고, 롤(104)에 의해 취해지며, 그의 표면 속도는 필라멘트(114)의 회수 속도라 일컬어진다. 속도는 원하는대로 변경될 수 있다. 바람직하게는, 롤(104)은 3,500 mpm 이상의 표면 속도로 구동된다. 조합된 제1 및 제2단계 기체의 평균 속도는 제2단계 수렴 구획(126)에서 필라멘트 이동 방향을 따라 증가하고, 이어서 분기 구획(127)을 따라 냉각 기체가 이동함에 따라 감소한다. 필라멘트 냉각을 돕기 위해, 제2 단계 수렴 구획(126)에서 제2 단계 냉각 기체가 제1 단계 냉각 기체와 조합된다. 냉각 기체 온도 및 입구(108, 109)로의 유동은 독립적으로 조절될 수 있다.
관통 벽을 가진 임의의 수렴 스크린(120) 또는 확산장치 원추가 방사 관(119)의 출구에 위치할 수 있다. 확산장치 원추(120)의 관통 벽을 통해 냉각 기체가 배기되고, 이는 필라멘트 경로를 따라 배출 기체 속도 및 난기류를 감소시킨다. 필라멘트(114) 위에 가해지는 난류를 감소시키기 위하여 확산장치 원추(120)의 변동을 이용할 수 있다. 필라멘트(114)는 수렴 스크린(120)의 출구 노즐(123)을 통해 방사 관(119)을 나올 수 있고, 그로부터 필라멘트(114)가 롤(104)에 의해취해질 수 있다.
다음과 같은 치수를 도 2에 나타낸다:
A - 급냉 지연 높이는 방사구 표면과 하우징(107)이 인접한 펌프-블록 바닥 표면(122)사이의 거리이다;
B - 급냉 스크린 높이는 원통형 급냉 스크린 조립체(111)의 수직 길이이다;
L1 - 제1 단계 수렴 구획 길이;
L2 - 제1 단계 관 길이;
D2 - 제1 단계 수렴 구획 입구 직경;
D3 - 제1 단계 수렴 구획 관형 구획 입구 직경;
D4 - 제1 단계 수렴 구획 관형 구획 출구 직경;
D5 - 제2 단계 수렴 구획 입구 직경;
D6 - 제2 단계 수렴 구획 출구 직경;
D7 - 제2 단계 분기 구획 출구 직경; 및
L5 - 임의의 수렴 스크린 길이.
기체를 대기압 또는 증가된 압력에서 독립적으로 (108) 및 (109)에 도입할 수 있다. 또한, 대기압 이상에서 기체를 제1 단계 기체 입구(108) 내로 밀어넣어서 기체가 제2 단계 기체 입구(109) 내로 빨려들어가도록 할 수 있다. 동일하거나 상이한 기체를 제1 및 제2 단계 기체 입구(108) 및 (109)에 도입할 수도 있다.
미국 출원번호 09/547,854호에 기재된 것과 같이 2-단계 장치의 변동을 사용할 수 있다. 예를들어, 장치는 2 이상의 기체 입구 및 2 이상의 기체 출구를 가질수 있다. 또한, 관(119)은 직선형 관일 수 있고, 수렴/분기 구획을 포함하지 않는다. 냉각 기체를 가속하기 위해 장치가 적어도 하나의 수렴 구획을 갖는 것만이 유일하게 중요하다.
도 6에서의 지연 A는 비가열되거나 가열된 지연(종종, 담금질장치라 일컬어짐)일 수 있다. 필라멘트의 바람직한 냉각 속도를 제공하기 위하여, 지연의 길이 및 온도를 변화시킬 수 있다.
급냉 후에, 당 기술분야에 공지된 기술을 사용하여, 필라멘트를 수렴시키고, 교착시키고, 다-필라멘트 다발로 감는다. 마찰 구동 와인더 또는 방추 구동 와인더를 사용하여 감는 것과 같은 임의의 바람직한 와인더업(wind-up) 방법이 사용될 수 있다. 예를들면, 바르마그(Barmag) AG (독일 렘스췌이드-렌넵)에 의해 제조된 다중-말단, 자동 이송, 포탑형(turret) 와인드업 위에 실을 감을 수 있다.
제조된 필라멘트를 다-필라멘트, 실, 직물 및 기타 물품으로 형성할 수 있다.
본 발명의 필라멘트를 특징짓기 위해 사용되는 성질은 다음과 같이 측정되었다:
연신 장력(DT) (그램)은 1.7배의 연신비 및 180℃의 히터 온도에서 측정된다. 배향의 척도로서 연신 장력이 사용된다. 렌징 테크닉(Lenzing Technik)으로부터 입수가능한 DTI 400 연신 장력 장치 위에서 연신 장력을 측정할 수 있다.
인성(Ten)은 손상 지점에서의 하중(그램)을 섬도로 나눈 것으로 결정된다. 신도(% E)는 손상 지점에서 실의 길이의 증가율(%)이다. Ten 및 % E는 10 인치(25.4cm) 게이지 길이 샘플을 사용하여 65% RH 및 70℉에서 1분당 60%의 신장율로 ASTM D2256에 따라 측정된다.
DVA%는 앞서 언급된 바와 같이 측정된다. Q1/Q2는 도 2의 챔버(105) 및 (106)로의 공기 유동 부피 (1분당 ft3(CFM)으로 측정됨)이며, 브랜트(Brandt)B-NZP1000시리즈 기체 유동 센서를 사용하여 측정된다.
%U는 다음과 같이 측정된다: 시험 실 균일성 U% 또는 질량 값의 직선형 불규칙성을 측정하기 위하여, 스위스 우스터 CH-8610의 젤웨거 우스터 AG (Zellweger Uster)에 의해 제조된 우스터 시험기 3 모델 C를 사용할 수 있다. 퍼센트는 시험된 샘플의 평균 질량으로부터 질량 편차의 양을 나타내고, 전체 재료 균일성의 강력한 지시인자이다. ASTM 방법 D1425에 따라 시험을 수행할 수도 있다. 최적의 U%를 얻기 위하여, 실에 S 꼬임을 제공하고 압력을 조절하기 위해 시험기의 로토필 트위스터(Rotofil Twister) 장치를 설치하였다.
U% CV는 질량 평균값으로 표준화된 질량 편차의 변동치의 제곱 루트이고, 퍼센트로서 표현된다. 균일성과 유사하게, 이것은 실의 말단 사이에서 질량 또는 섬도 가변성의 척도이다.
실험실 상대 점도(LRV)는 중합체 용액의 절대 점도 대 용매의 절대 점도의 비율, 또는 25℃에서 캐논-휀스크(Cannon-Fenske) 점도계(사이즈 200)에서 중합체 용액과 용매의 유출 시간의 비율을 측정한다. 중합체 용액은 25℃에서 8% 중량/부피(4.75%중량/중량) 농도였다. 사용된 용매는 100 ppm 황산을 함유하는 헥사플루오로이소프로판올이다.
섬도 또는 선형 질량은 9000미터 실의 중량(그램)이다. 섬도는 다필라멘트 실 패키지로부터 공지된 길이, 통상 45 미터의 실을 섬도 얼레로 보내고, 0.001g의 정확도까지 저울 위에서 측량함으로써 측정된다. 이어서, 45 미터 길이의 측정된 중량으로부터 섬도를 계산한다. 렌징 테크닉 ACW 400/DVA (자동 절단 및 중량/섬도 변동 부품) 장치를 사용하여 실 섬도를 측정하였다. H2O 중의 P1/P2는 각각, 알노르(Alnor) 모델 S30 마이크로마노미터를 사용하여 도 2의 챔버(105) 및 (106)의 벽에서 측정된, 제1 단계 및 제2 단계 압력이다.
블록 온도는 방사 미터 펌프와 방사 팩 사이에서 중합체 이송을 위해 금속 블록을 둘러싸는 가열 공동 내의 다우썸(Dowtherm) 가열 증기의 온도이다.
중합체 온도는 방사구 판 앞에 있는 용융물 풀 내의 중합체 온도의 온도계 표시도수이다.
본 발명은 하기 비-제한적 실시예에 의해 더욱 예증된다.
실시예 1
저 섬도 및 고 섬도 필라멘트에서 섬도 분포에 미치는 중합체 점도의 효과
이 실험에서, DMT 방법에 의해 제조된 하기 통상적으로 입수가능한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 용융-방사하기 위하여, 상기 기재되고 도 2를 참조하여 예증된 2-단계 공냉식 급냉 시스템을 사용하였다: (1) 23.3의 상대 점도(LRV)를가진 127섬도 - 34필라멘트 (127-34), (2) 21.8의 LRV를 가진 127섬도 - 34필라멘트 (127-34) 및 (3) 23.3의 LRV를 가진 265섬도 - 34필라멘트 (265-34) 및 (4) 21.8의 LRV를 가진 265섬도 - 34필라멘트(265-34). 필라멘트는 둥근 단면을 가졌다. 사용된 중합체들은 미국 테네시주 올드 힉코리의 이.아이.듀퐁 크리스타로부터 입수가능한 DMT 크리스타 3956(3956) 및 DMT 크리스타 3915 (3915)이었다. 생성된 필라멘트는 부분적으로 배향되었다.
사용된 영구적 공정 매개변수 및 필라멘트 특징을 표 1에 나타낸다. 급냉 장치의 다른 특징은 미국 특허 출원 09/547,854의 실시예 1에 기재된 바와 같다. 실시예 B, D 및 F는 저 점도가 섬도 분포에 미치는 역효과를 증명하는 비교예이다. 첫번째 쌍, 필라멘트 A 및 B는, 127섬도 - 34필라멘트에 대하여, 상대 점도가 증가함에 따라 섬도 분포(DVA)가 저하된다는 것을 나타내는 비교이다. 이러한 관계를 도 3에서 섬도 분포% 대 상대 점도로서 그래프로 나타낸다.
두번째 쌍, 필라멘트 C 및 D는, 265-34 필라멘트에 대하여, 상대 점도가 증가함에 따라 섬도 분포가 저하된다는 것을 나타내는 비교이다.
더욱 낮은 섬도 분포를 달성하기 위해 더욱 낮은 방사 속도가 사용될 수 있음을 예증하기 위하여, 두번째 쌍을 세번째 쌍인 필라멘트 E 및 F와 비교할 수 있다. E 및 F를 도 4에서 섬도 분포% 대 상대 점도로 그래프로 나타낸다. 따라서, LRV를 증가시키면 사용될 수 있는 방사 속도를 약간 감소시킬 수 있지만 (종래의 방법보다는 여전히 높다), 섬도 분포를 상당히 감소시킨다.
실시예 2
고 섬도 필라멘트에서 섬도 분포에 미치는 중합체 점도의 효과
고 섬도 고분자 필라멘트의 섬도 분포에 미치는 점도 증가의 효과를 나타내기 위하여, 상기 기재되고 도 2를 참조하여 예증된 2-단계 공냉식 급냉 방법에 의해 중합체를 용융-방사하였다. 첫번째 4개의 중합체를 미국 특허출원 09/547,854호의 실시예 1에 기재된 장치 위에서 급냉시켰다. 6"×1" 단계 1 원추를 사용하는 것 이외에는 동일한 장치 위에서 다섯번째 중합체를 방사하였으며, 따라서 제1 단계 관 높이 L2는 6이다. 하기 4개의 통상적으로 입수가능한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 265섬도-34필라멘트, 둥근 단면 고분자 필라멘트로 형성하였다: (1) 중국 이즈헹 케미칼 화이버 컴퍼니 리미티드(Yizheng Chemical Fibre Co., Ltd.)로부터 수득된 TPA 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중합체, (2) DMT 크리스타 3956 중합체, (3) 중국 스즈호우 지앙스 뉴 디스트릭트의 듀퐁 스즈호우 폴리에스테르 컴퍼니 리미티드로부터 수득된 TPA 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체 및 (4) 두번째 DMT 크리스타 3956 PET 중합체. 듀퐁 폴리에스테르 테크놀로지스 기술 연구소에서의 TPA 중합 경로를 사용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 중합하였으며, 쇄 분지화제, 트리메틸 트리멜리테이트를 약 856ppm의 양으로 또한 사용하였다. 모든 크리스타 중합체는 미국 테네시주 올드 힉코리의 이.아이.듀퐁 크리스타로부터 수득되었다.
사용된 영구적 공정 매개변수 및 필라멘트 특징을 표 2에 나타낸다. 표는 쇄 분지화제를 사용하지 않은 점도 증가가 감소된 섬도 분포를 제공한다는 것을 나타낸다. 모든 필라멘트가 부분적으로 배향되었으며 추가의 텍스쳐가공을 위해 사용되었다. 표 2에 나타낸 것과 같이, 양호한 섬도 분포를 얻기 위해 쇄 분지화제를 사용할 수 있는 반면, 쇄 분지화제를 사용하지 않을 때처럼 점도를 많이 증가시키는 것이 필요하지 않기 때문에 고속이 유지될 수 있다. 구체적으로, TPA 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체는 쇄 분지화제와 함께 약 1.61% DVA의 낮은 섬도 분포를 가진 고분자 필라멘트를 제공한다. 이러한 섬도 분포는 쇄 분지화제를 갖지 않은 TPA 및 DMT 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체, 심지어 쇄 분지화된 폴리에스테르보다 더 높은 LRV를 가진 중합체에서 수득되는 값보다 더 낮다. 추가로, 표 2에 나타낸 것과 같이, 쇄 분지화제를 가진 TPA 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체는 높은 방사 속도로 용융-방사될 수 있지만, 낮은 섬도 분포를 가진 필라멘트를 여전히 제공한다.
실시예 3
1 단계 공냉식 급냉에서 연신 장력 %CV에 미치는 효과
쇄 분지화제 및 공냉식 급냉을 사용하는 효과를 결정하기 위하여, 상기 기재되고 도 1에서 예시된 바와 같은 1 단계 급냉 시스템을 사용하여 필라멘트를 제조하였다. (i) 크리스타로부터의 DMT PET 단독중합체 및 (ii) 쇄 분지화제를 포함한 PET를 방사하기 위해 공냉식 방사 시스템을 사용함으로써 127섬도-34필라멘트 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트를 수득하였다. 쇄 분지화제를 가진 PET는 실시예 2에서 사용된 것과 동일하였다.
표 3에 나타낸 첫번째 필라멘트에 있어서, 도 1에 예시된 것과 같은 A=1.0", B=5.5", C1=2.5", C2=2.0", C3=15.0" 및 방사구 관 출구 =26.0" 및 관(73)=1.0"를 가진 공냉식 급냉 시스템을 사용하였다. 표 3에 나타낸 두번째 필라멘트에 있어서, 도 1에 예시된 것과 같은 A=1.0", B=5.5", C1=3.0", C2=0.0", C3=15.0", 방사구 관 출구=24.5" 및 관(73)=1.0"를 가진 공냉식 급냉 시스템을 사용하였다.
사용된 영구 공정 매개변수 및 필라멘트 특징으로 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타낸 것과 같이, 필라멘트로 형성되는 중합체를 제조하기 위해 쇄 분지화제를 사용하면, 상당히 감소된 %CV를 생성하고 이는 방사 속도를 더욱 높게 할 수 있다. %CV는 샘플 평균에 의해 표준화되고 퍼센트로서 표현된 샘플 변이도의 제곱 루트로서 정의된다. 샘플 평균은 각각의 측정치의 합계를 전체 샘플 수로 나눈 것으로 정의된다. 즉, 더욱 낮은 %CV는 필라멘트가 더욱 균일함을 의미한다. 따라서, 점도를 증가시키기 위해 가교제를 사용하면, 1단계 공냉식 시스템에서 더욱 균일한생성물이 수득된다.
생산성에 미치는 공냉식 급냉 및 쇄 분지화제의 효과
쇄 분지화제 방사 속도(mpm) 연신 인성(g) 연신 장력 %CV 중합체 온도(℃) 구멍당 Gms/분 Q1CFM
무 3922 60.7 2.09 294.3 1.62 30
유 4157 59.1 1.53 303.2 1.72 30
이상, 예증을 위하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 하기 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범주에서 벗어나지 않는 한, 당업자라면 본 발명에 다양한 변형 및 변화를 가할 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 쇄 분지화제로부터 형성된 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜 고분자 필라멘트를 형성하고,
    필라멘트를 공냉식 급냉 구역으로 통과시키고,
    이곳에서 냉각 기체를 필라멘트에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동하도록 하는 것인, 고분자 필라멘트를 방사하기 위한 용융 방사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉각 기체를 1단계로 필라멘트에 제공하고, 점감(tapered) 구획 및 제한된 치수의 구역을 통과시켜 기체를 가속하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 냉각 기체를 2단계로 필라멘트에 제공하고, 이 때 급냉 구역에 있는 수렴 구획에 의해 기체를 가속하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 실(yarn)을 형성하기 위해 필라멘트를 모으는 것을 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 중합체가 폴리에스테르를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 중합체가 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 쇄 분지화제가 3관능성 또는 그 이상의 관능성의 산, 알콜 또는 에스테르를 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 쇄 분지화제가 트리메틸 트리멜리테이트를 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 생성된 필라멘트로부터 형성된 실이 약 2 미만의 섬도 분포 (denier spread)를 갖고, 필라멘트가 필라멘트당 약 4 초과의 섬도를 갖는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 생성된 필라멘트로부터 형성된 실이 약 1.5 미만의 섬도 분포를 갖고, 필라멘트당 약 4 미만의 섬도를 갖는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 중합체가 22 이상의 실험실 상대 점도를 갖는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 필라멘트가 1분당 약 3,500미터 초과의 속도로 급냉 구역을 통과하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 필라멘트가 1분당 약 4,000미터 초과의 속도로 급냉 구역을 통과하는 방법.
  14. 제1항의 방법에 의해 제조된 필라멘트.
  15. 제14항의 필라멘트로부터 형성된 물품.
  16. 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜, 필라멘트당 약 4 이상의 섬도를 가진 고분자 필라멘트를 형성하고,
    필라멘트를 급냉 구역으로 통과시키고, 이곳에서 냉각 기체를 필라멘트에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동 및 가속하도록 하는 것인, 고분자 필라멘트를 방사하기 위한 용융 방사 방법.
  17. 제16항에 있어서, 필라멘트가 필라멘트당 약 5 이상의 섬도를 갖는 것인 용융 방사 방법.
  18. 제16항에 있어서, 중합체가 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 것인 용융 방사 방법.
  19. 22.5 이상의 실험실 상대 점도를 가진 중합체의 고분자 용융물을 방사구를 통해 통과시켜 고분자 필라멘트를 형성하고;
    필라멘트를 급냉 구역으로 보내고, 이곳에서 냉각 기체를 필라멘트 어레이(array)에 제공하여 필라멘트를 냉각시키는 것을 포함하며, 이 때 냉각 기체는 필라멘트의 방향과 동일한 방향으로 이동 및 가속하도록 하는 것인, 약 2 이하의 섬도 분포를 가진 고분자 필라멘트를 제조하기 위한 용융 방사 방법.
  20. 22.5 이상의 실험실 상대 점도를 가진 하나 이상의 쇄 분지화제를 함유하는 폴리에스테르로부터 필라멘트를 형성하고, 이 필라멘트를 실로 형성하는 것을 포함하는, 약 2% 미만의 섬도 분포를 가진 폴리에스테르 실의 제조 방법.
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