KR20030062836A - 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유 및그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1) 85몰% 이상의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 포함하는 극한점도(n)가 0.4∼1.4인 폴리머를 230∼280℃의 온도로 용융시켜, 900∼3900m/min의 속도로 방사하는 단계; 2) 방사된 필라멘트를 노즐 직하에 설치되어 50∼190℃ 온도로 유지되는, 길이 4∼15cm의 보온영역을 통과시키는 단계; 3) 상기 필라멘트를 냉각시키는 단계; 및 4) 냉각된 필라멘트를 50∼80℃로 가열한 제1롤라에 900∼3900m/min 속도로 감고, 110∼180℃로 가열한 제2롤라에 900∼4000m/min 속도로 감은 다음, 제2롤라의 속도를 제1롤라보다 빠르게 하여 1.3∼3.5배로 연신한 후, 제2롤라보다 낮은 속도로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명에 의해 직편물 제조시 과도한 수축에 의해 촉감이 단단해지는 것을 방지하여 촉감이 소프트하고, 발색성이 우수한 특성을 가진 폴리트리메틸렌테레프탈레이트사를 제공할 수 있다.

Description

가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유 및 그의 제조방법 {Polytrimethyleneterephthalate Fiber Having Good Processibility and Producing Method Thereof}

본 발명은 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(이하 PTT라고 함) 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직편물 후가공시 과도한 수축에 의해 촉감이 단단해지는 것을 방지하여, 본래의 PTT섬유 특성인 소프트한 촉감과 발색성이 우수한 물성을 갖도록 적당한 열응력, 비수수축율 및 건열수축율을 가진 PTT 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

테레프탈산 또는 테레프탈산 디메틸에 테레프탈산의 저급 알코올 에스테르와 트리메틸렌글리콜(1,3-프로판디올)을 축중합시켜 얻어지는 PTT섬유는 소프트한 촉감, 우수한 탄성회복성, 이염성 등 폴리아미드와 유사한 성질과 내광성, 열세트성, 치수안정성, 저흡수율 등의 폴리에틸렌테레프탈레이트에 유사한 성능을 겸비한 획기적인 폴리머로 그 특징을 살려 BCF 카펫, 브러시, 테니스 줄 등에 응용되고 있다.(일본특허공개 평9-3724호, 평5-262862호)

즉 PTT섬유를 이용하면 내광성, 열세트성 등의 성능이 낮은 폴리아미드 섬유의 단점을 개선하여 촉감이 소프트하고, 탄성회복성, 이염성 등이 우수한 폴리아미드와 유사한 섬유를 제공하는 것이 가능해져 기존의 폴리아미드 섬유를 능가할 수 있는 가능성이 높다.

지금까지 개시되어 있는 의류 용도를 전제로 한 PTT섬유는 예를 들면, 300∼3500m/min으로 용융방사하여 미연신사를 얻고, 이 미연신사를 적어도 유리전이점 이상의 온도, 즉 35℃ 이상의 온도로 연신하는 방법으로 얻어지고 있다. (일본특허공개 소52-8123호, 소52-5320호, 소58-104216호)

그러나 이와 같은 방법으로 얻어지는 섬유는 열응력(열을 부여할 때 섬유가 줄려고 하는 힘)이 높고, 비수 및 건열수축율도 높아 직편물을 만든 후, 정련, 프리세트, 알카리감량, 염색, 파이날세트 등 온도를 가한 가공공정에서 직편물이 과도하게 수축하여 소프트한 촉감이 발현되지 않고 뻣뻣하게 되어버리는 경향이 있다. 이것을 피하기 위해 미리 수축을 고려하여 밀도를 적게 하여 짜면 어느 정도 소프트한 촉감은 달성되지만, 가공단계에서 조직에 어긋남이 발생하기 쉬워져 안정된 직편물을 만들어 내는 것이 곤란해지는 등 중대한 결점을 갖게 된다. 또 공지의 PTT섬유는 PET섬유보다도 발색성이 우수하지만, 상압에서 염색하면 담색인 경우는 문제없지만 농색 또는 흑색인 경우 발색성이 부족한 문제가 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 직편물을 만들때 과도한 수축에 의해 촉감이 단단해지는 것을 방지하여, PTT 섬유의 본래 특징인 소프트한 촉감이 발현되며, 우수한 발색성을 갖는 PTT섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조되어, PTT 섬유의 본래 특징인 소프트한 촉감이 발현되며, 우수한 발색성을 갖는 PTT섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 일측면은 1) 85몰% 이상의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 포함하는 극한점도(n)가 0.4∼1.4인 폴리머를 230∼280℃의 온도로 용융시켜, 900∼3900m/min의 속도로 방사하는 단계; 2) 방사된 필라멘트를 노즐 직하에 설치되어 50∼190℃ 온도로 유지되는, 길이 4∼15cm의 보온영역을 통과시키는 단계; 3) 상기 필라멘트를 냉각시키는 단계; 및 4) 냉각된 필라멘트를 50∼80℃로 가열한 제1롤라에 900∼3900m/min 속도로 감고, 110∼180℃로 가열한 제2롤라에 900∼4000m/min 속도로 감은 다음, 제2롤라의 속도를 제1롤라보다 빠르게 하여 1.3∼3.5배로 연신한 후, 제2롤라보다 낮은 속도로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 PTT섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은 상기의 방법으로 제조되어, 강도가 2.8g/d 이상, 신도가 30∼60%, 열응력 피크값이 0.1∼0.4g/d, 열응력 피크온도가 140∼180℃, 비수수축율이 4.5∼15%, 건열수축율이 6∼13%이며, 탄성율 Q(g/d)와 탄성회복율 R(%)의 관계가 0.15 ≤ Q/R ≤ 0.50를 만족하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 소프트한 촉감을 갖는 직편물을 얻기위해 PTT섬유의 방사조건을 특정한 좁은 범위로 설정하는 것으로 상기의 과제를 해결할 수 있는 가능성을 발견하고, 더욱더 연구 검토한 결과 본 발명에 도달하였다.

본 발명에 의한 PTT 섬유의 제조방법은 85몰% 이상의 PTT를 포함하는, 극한점도(n)이 0.4∼1.4인 폴리머를 방사구로부터 용융압출하여 생성한 용융 필라멘트를 노즐직하에 설치한 50∼190℃의 분위기 온도로 유지한 길이 4∼15cm의 보온영역을 통과시켜 급격한 냉각을 억제한 후, 이 용융 필라멘트를 냉각시켜 고체 필라멘트로 바꾸고, 50∼80℃로 가열된 제1롤라에 900∼3900m/min 속도로 감고, 110∼180℃로 가열된 제2롤라에 900∼4000m/min 속도로 감은 다음 제1롤라와 제1롤라보다 속도를 빠르게 한 제2롤라의 사이에서 1.3∼3.5배 연신한 후, 제2롤라보다 낮은 속도로 권취하는 단계를 포함한다.

본 발명의 PTT사 제조시, 폴리머로는 85% 이상의 PTT를 포함하며, 폴리머의 극한점도(n)가 0.4∼1.4, 바람직하게는 0.6∼1.2인 것을 사용한다. 극한점도가 0.4 미만이면 용융점도가 낮기 때문에 방사성이 불안정하고, 섬유의 강도가 낮아 만족한 물성을 얻을 수 없으며, 후가공 공정성도 좋지 않다. 또한 극한점도가 1.4를 초과하면 용융점도가 높아서 기어펌프의 정량토출이 어려워져 토출불균일 등의 문제가 발생하여 안정한 조업이 곤란하다.

상기 폴리머의 용융 방사온도는 230∼280℃, 바람직하게는 250∼270℃로 조절한다. 방사온도가 230℃ 미만인 경우 물성이 불균일하며, 안정한 조업이 곤란하다. 또한 방사온도가 280℃를 초과하면 열분해가 일어나고, 방사성이 불량해지며, 만족한 강신도를 얻을 수 없다.

방사속도는 900∼3900m/min, 바람직하기로는 1600∼3500m/min이다. 방사속도가 900m/min 미만인 경우 방사안정성은 우수하지만 생산성이 크게 저하되며, 3900m/min을 초과하는 경우 권취전에 비정부의 배향이나 부분적인 결정화가 진행되어 연신공정에서 연신배율을 올릴수 없기 때문에 분자를 배향시키기 어려우며, 충분한 강신도를 발현할 수 없기 때문이다.

방사후 노즐 직하에 보온영역을 설치하는 것은 폴리머의 급냉에 의한 미세한 결정이나 극도로 배향한 비정부분의 생성을 억제하고, 연신공정으로 연신되기 쉬운 비정구조를 만드는 것을 가능케하여 그 결과 본 발명에서 필요한 섬유물성을 달성할 수 있게 하기 위함이다. 상기 보온영역의 길이는 4∼15cm, 바람직하게는 6∼12cm로 조절하며, 보온영역의 온도는 50∼190℃, 바람직하게는 80∼150℃로 유지하는 것이 좋다. 보온영역의 온도가 50℃ 미만인 경우에는 급냉으로 되어 연신배율을 올리기 어려워지고, 190℃ 초과인 경우 사가 손상되기 쉽기 때문이다.

보온영역을 통과하여 냉각된 필라멘트는 50∼80℃로 가열된 제1롤라와 110∼180℃로 가열된 제2롤라사이에서 1.3∼3.5배로 연신된 후, 권취된다.

이때 제1롤라의 온도는 50∼80℃로 조절하는데, 이 범위내에서 연신하기 쉬운 상황을 만들어 내는 것이 가능하다. 제2롤라의 온도는 110∼180℃, 바람직하게는 120∼150℃로 조절한다. 110℃ 미만인 경우 열안정성이 부족하여 열변형, 경시변화가 일어나기 쉽다. 또 180℃ 이상에서는 핀사나 보푸라기가 발생하므로 안정한 방사가 곤란하다.

제1롤라와 제2롤라 사이에서의 연신배율은 1.3∼3.5배, 바람직하게는 1.5∼3.0배로 조절한다. 연신배율이 1.3배 미만인 경우에는 연신에 의한 충분한 폴리머 배향을 시킬 수 없으며, 얻어진 사의 강도나 탄성회복율이 낮아진다. 또 3.5을 초과하는 경우에는 핀사가 심하고 단사절이 높아 안정된 공정성을 얻을 수 없다.

권취기의 속도는 제2롤라보다 낮게 조절하는데, 이로 인해 섬유의 비정부분의 배향완화를 유지할 수 있어 비정부분으로 염료침투가 쉬워지며 염색성이 향상되기 때문이다.

상기 방법에 의해 제조된 PTT사는 바람직하게는 강도 2.8g/d 이상, 신도 30∼60%, 열응력 피크값이 0.1∼0.4g/d, 비수수축율이 4.5∼15%, 건열수축율이 6∼13%이고, 탄성율 Q(g/d)와 탄성회복율R(%)의 관계가 0.15 ≤ Q/R ≤ 0.50을 만족한다.

본 발명의 PTT섬유의 강도는 2.8g/d 이상, 바람직하기로는 3.5g/d 이상, 더욱 바람직하기로는 4.0g/d 이상이다. 2.8g/d 미만인 경우, 직편물 제조시 장력이 높은 경우 핀사 및 단사절이 나타난다.

또, 신도는 30∼60%, 바람직하게는 40∼55%이다. PTT섬유로서 신도가 30% 미만인 경우 핀사 및 단사절 발생으로 안정한 생산이 어려우며, 60%을 초과하는 경우후가공성이 어려운 문제가 있다.

본 발명의 PTT 섬유의 열응력 피크값은 0.1∼0.4g/d, 바람직하게는 0.15∼0.35g/d, 더욱 바람직하게는 0.20∼0.30g/d이며, 열응력 피크온도는 140∼180℃, 바람직하게는 160∼170℃이고, 비수수축율은 4.5∼15%, 바람직하기로는 9∼13%이고, 건열수축율은 6∼13%이다. 이러한 조건을 만족시키는 PTT사는 섬유를 수축시키는 힘이 적당하게 나타나 실제로 적당한 정도로 수축된다.

열응력 피크값이 0.4g/d를 초과하는 경우, 수축력이 너무 커 얻어진 직편물이 단단해져 버린다. 또 0.1g/d 미만인 경우 수축력이 너무 작고 직편물 조직에 의한 필라멘트 구속력 쪽이 수축력보다도 크기 때문에 수축이 일어나지 않는 문제점이 있다.

또한, 열응력의 피크온도 140∼180℃의 범위에서 직편물의 세트온도를 설정하면 충분하고도 적절하게 수축시키는 것이 가능하다. 140℃ 미만인 경우, 온도가 너무 낮기 때문에 열세트가 잘 되지 않으며, 180℃을 초과하는 경우, 세트성은 좋으나 직편물이 단단해지는 경우가 발생하기 때문이다.

한편, 비수수축율이 4.5% 미만인 경우 열응력의 피크값이 높아도 수축한 양이 너무 작고, 15%를 초과하면 수축이 너무 커 후가공이 어려워진다.

또한 건열수축율이 6% 미만인 경우 직물의 제편직이 어려우며 수축이 작아 염가공시 조건설정에 문제가 발생되고, 13%를 초과하는 경우 후공정에서 과도한 수축으로 우수한 품질의 직물을 얻을 수 없다.

본 발명의 PTT 섬유는 탄성율 Q(g/d)와 20% 신장한 다음 1분간 방치하여 측정한 탄성회복율 R(%)이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

0.15 ≤ Q/R ≤ 0.50

Q/R이 0.50 초과하는 경우, 탄성율이 너무 높기 때문에 소프트한 촉감을 얻을 수 없으며 또한 탄성회복성이 부족하고 한번 응력이 가해져 변형된 섬유는 원래대로 돌아오지 않게 되어버려 형태안정성이 나쁜 직편물 밖에 얻을 수 없다. 한편 Q/R이 0.15를 미만인 영역은 실제 존재하지 않기 때문에 본 발명에 있어서는 0.15를 Q/R의 하한계로 하고 있다. 상기 식을 만족시키는 구체적인 범위는 통상적으로 탄성율이 20∼50g/d, 탄성회복율이 80∼99%이다.

본 발명의 PTT 섬유는 의류용도를 전제로 하기 때문에 멀티필라멘트로 방사되는 것이 바람직하다. 총섬도는 한정된 것은 아니지만 통상 30∼200 데니어, 바람직하게는 50∼150 데니어, 단사섬도는 한정된 것은 아니지만 통상 0.1∼5데니어, 바람직하게는 1∼3데니어이다. 섬유의 단면 형상은 원형, 삼각, 평형, L형, 중공사, 그 밖에 다각형 등 제한은 없다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.

실시예 1

극한점도가 0.85인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 방사온도 265℃로 용융시키고, 직경 0.30mm의 36홀 노즐을 사용하여 압출된 용융 필라멘트를 길이 7cm, 온도 100℃의 보온영역을 통과시키고, 냉각풍량 0.35m/초의 조건하에서 냉각후, 65℃로 가열한 제1롤라 스피드를 2200m/min, 140℃로 가열한 제2롤라 스피드를 3850m/min로 통과시켜 열연신과 열세트한 후, 3750m/min으로 권취하였다. 얻어진 섬유는 75d/36f였고, 그 물성을 표 1에 기록하였다.

얻어진 섬유는 본 발명의 범위에 상당한 것이고, 방사과정에서 실파손 및 단사절은 발생되지 않았다.

실시예 2, 3

실시예 1의 폴리머를 사용하여, 표 1에 나타낸 조건으로 75d/36f의 섬유를 얻었다. 얻어진 섬유는 본 발명의 범위에 상당한 것이고, 방사과정에서 실파손 및 단사절은 발생되지 않았다.

비교예 1, 2

실시예 1의 폴리머를 사용하여, 표 1에 나타낸 조건으로 75d/36f의 섬유를 얻었다. 얻어진 섬유의 물성은 본 발명의 범위를 벗어나는 것이었으며, 또한 비교예 1에서는 실파손, 비교예 2에서는 단사절이 발생하였다.

비교예 3

비교예 1의 폴리머를 사용하여, 방사온도 265℃로 용융시키고, 직경 0.30mm의 36홀 노즐을 사용하여 압출된 용융 필라멘트를 길이 9cm, 온도 50℃의 보온영역을 통과시키고 냉각풍량 0.35m/초의 조건하에서 냉각후, 1500m/min으로 미연신사를 권취하였다. 얻어진 미연신사를 바로 60℃의 예열롤라를 통과시키고 그 다음 130℃의 핫플레이트를 통하여 연신배율 3.3배로 연신을 하여 75d/36f를 얻었다. 얻어진 사의 물성은 표 1에 나타내었다. 이와 같은 일반적인 방사로는 열응력의 피크값이 높아지는 경향이 있었다.

	롤라온도	롤라속도	권취속도	연신배율	강도	신도	탄성율	탄성회복율	열응력	수축율	방사 및가공성
	제1	제2							제1	제2		피크치	피크온도	비수	건열
	℃	m/min	m/min	배	g/d	%	g/d	%	g/d	℃	%	%
실시예1	65	140	2200	3850	3750	1.75	3.3	55	21	88	0.33	165	9.0	8.0	양호
실시예2	55	135	2100	3950	3800	1.88	3.4	53	23	90	0.32	160	11.0	10.0	양호
실시예3	52	138	2000	4000	3900	2.0	3.5	50	24	91	0.30	155	13.0	11.0	양호
비교예1	65	140	2200	3850	4000	1.82	3.5	33	22	78	0.41	160	15.5	14.0	불량
비교예2	55	135	2100	3950	4100	1.95	3.4	30	24	76	0.43	158	16.0	14.5	불량
비교예3	-	-	-	-	-	-	3.5	43	24	88	0.45	170	12.0	13.0	양호

[물성평가방법]

* 강신도 측정:

시료에 초하중을 가하고 일정 속도로 신장시켜 절단시의 강도(N·gf) 및 신장(cm)을 측정함

- 초하중: 1d당 1/30gf

- 시험 회수: 10회(확률 95% 이상, 정밀도 ±3% 이내)

- 클램프 사이의 거리: 20~50cm

- 인장속도: 1분간에 파지 간격의 50% 또는 100% 신장

* 열응력 측정:

섬유를 일정 길이로 파지하여 그 상태를 유지시키고 온도를 상승시킬 때 나타나는 응력 변화를 측정함

- 시료 파지 길이: 10cm

- 승온 속도: 200℃/min

- 시험 회수: 3회

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 PTT사 제조시 방사시 핀사 및 단사절 발생을 줄여 물성 및 후가공성이 우수한 PTT섬유를 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 의해 제조된 PTT사는 기존 방법에 의해 제조된 PTT사보다 직편물 제조시 과도한 수축에 의해 촉감이 단단해지는 것을 방지하여, 소프트한 촉감 및 발색성이 우수한 특성을 살릴 수 있다.

Claims (2)

1) 85몰% 이상의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 포함하는 극한점도(n)가 0.4∼1.4인 폴리머를 230∼280℃의 온도로 용융시켜, 900∼3900m/min의 속도로 방사하는 단계;

2) 방사된 필라멘트를 노즐 직하에 설치되어 50∼190℃ 온도로 유지되는, 길이 4∼15cm의 보온영역을 통과시키는 단계;

3) 상기 필라멘트를 냉각시키는 단계; 및

4) 냉각된 필라멘트를 50∼80℃로 가열한 제1롤라에 900∼3900m/min 속도로 감고, 110∼180℃로 가열한 제2롤라에 900∼4000m/min 속도로 감은 다음, 제2롤라의 속도를 제1롤라보다 빠르게 하여 1.3∼3.5배로 연신한 후, 제2롤라보다 낮은 속도로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법.

상기 제1항의 방법으로 제조되어, 강도가 2.8g/d 이상, 신도가 30∼60%, 열응력 피크값이 0.1∼0.4g/d, 열응력 피크온도가 140∼180℃, 비수수축율이 4.5∼15%, 건열수축율이 6∼13%이며, 탄성율 Q(g/d)와 탄성회복율 R(%)의 관계가 0.15 ≤ Q/R ≤ 0.50를 만족하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유.