KR20030062998A

KR20030062998A - 알칼리 이용성 폴리에스테르

Info

Publication number: KR20030062998A
Application number: KR1020020003512A
Authority: KR
Inventors: 박천선
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-28

Abstract

본 발명은 다양한 형태의 추출형 복합섬유 제조에 사용되는 알킬라 이용성(易容性) 폴리에스테르에 관한 것으로서, 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 내에, 상기 주성분 제조에 사용되는 산성분 100중량부에 대하여 디메틸-5-설포이소프탈레이트 소디움 솔트(DMIS) 4~10중량부, 2,2-비스[4-(2-하이드로에톡시)페놀] 프로판(BPE) 2~16중량부 및 폴리알킬렌글리콜(PAG) 0~8중량부가 공중합 되어있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 알칼리 이용성 폴리에스테르는 알칼리 이용성이 매우 우수하여 복합섬유 제조에 사용시 감량처리 후의 원사물성 저하를 방지 할 수 있고, 고분자내 이물(異物) 발생도 감소시켜 조업성(필터 교체 주기 연장)도 향상시킬 수 있다.

Description

알칼리 이용성 폴리에스테르 {A easy extractable polyester by alkali solution}

본 발명은 다양한 형태의 추출형 복합섬유 제조에 사용되는 알칼리 이용성(易容性) 폴리에스테르에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 해도형 복합섬유 또는 분할형 해도형 복합섬유(이하, 이들을 "추출형 복합섬유"로 통칭 한다) 제조시 이용성 폴리머로 매우 유용한 알칼리 이용성 폴리에스테르에 관한 것이다.

추출형 복합섬유는 알칼리 이용성 폴리머(용출성분)와 알칼리 난용성 폴리머(섬유형성성 성분)를 복합방사하여 제조되며, 주로 극세섬유를 제조하기 위한 목적으로 생산되고 있다. 다시말해 추출형 복합섬유를 제조한 다음, 이를 알칼리 용액으로 처리(감량)하여 상기 용출성분을 추출하므로서 난용성 폴리머 만으로 구성되는 극세섬유가 제조 된다.

이와 같이 추출형 복합섬유로부터 극세섬유를 제조하는 방법은, 직접방사로 극세섬유를 제조하는 방법에 비해 방사 및 연신조업성이 우수하고 보다 세섬도인 극세섬유를 얻을 수 있는 장점이 있는 한편, 제직 또는 편직후 가공공정에서 용출성분 폴리머를 유기용제 등으로 용출, 제거하는 공정이 필요하다. 따라서 용출성분 폴리머는 유기용제 또는 용액에서 쉽게 용해되는 특성이 매우 중요 하다.

일반적으로 해도형 복합섬유에 사용되는 해성분 폴리머로는 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르가 주로 사용된다. 그 이유는 특수 장치 및 회수 처리 비용이 많이 드는 유기용제를 사용하지 않고도 일반 폴리에스테르 직물의 감량 가공에 널리 적용되는 알칼리 용액 및 감량 설비에서 해성분의 용출이 가능하기 때문이다.

추출형 복합섬유 제조에 사용되는 알칼리 이용성 폴리에스테르를 제조하는 방법으로는 폴리에스테르 중합공정에서 알칼리 이용성을 갖는 모노머를 투입하여 공중합 또는 블랜딩(Blending)하는 방법이 널리 사용되고 있다.

이들 중 공중합 방법이 블랜딩 방법보다 널리 사용되고 있다. 알칼리 이용성 모노머를 블랜딩하는 방법만으로는 충분한 효과를 얻기 어려워, 일반적으로는 블랜딩하는 방법을 채택하더라도 공중합 하는 방법도 함께 채택되고 있다.

공중합 모노머로는 디메틸-5-설포이소프탈레이트 소디움 솔트(이하 "DMIS"라고 한다)가 주로 사용되고 있으나, 네오펜틸글리콜(이하 "NPG" 라고 한다) 및 이소프탈산(이하 "IPA" 라고 한다) 등도 사용되고 있다.

구체적인 종래기술로서는 일본 특개소 55-51820호, 동 55-132730호 동 56-4772호 등에서는 DMIS를 4~6몰% 수준 단독 공중합하여 알칼리 이용성 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 상기 방법은 DMIS의 이온성에 기인하여 폴리머의 내열성이 저하되고 탄화물과 같이 이물이 발생되는 문제가 있다.

특히, 상기 방법은 도성분 폴리머가 나일론인 경우 해성분 용출시 나일론이알칼리 용액에 의해 침해되는 정도가 매우 낮기 때문에 해성분의 용출 속도는 크게 중요하지 않으나, 도성분이 폴리에스테르인 경우는 알칼리에 취약하므로 해성분의 용출 속도가 낮은 경우 해성분이 완전히 용출되기 전에 도성분이 침해되어 용출후 원사강도가 급격히 저하된다. 따라서 상기 특허들에서는 알칼리 이용성 폴리머의 추출 조건을 특별하게 관리해야 하는 문제점이 있었다.

용출성 저하 문제를 해결하기 위하여 일본 특개소 62-257460호, 동 61-75873호, 동 55-132730호 등에서는 과다한 DMIS(5~25몰% 수준)를 공중합하는 방법을 제안하고 있으나, 이 경우 DMIS의 이온성에 기인하여 고분자의 내열성 및 융점이 저하되고, 겔(Gel) 생성도 증가하는 문제가 발생 되었다.

한편, DMIS와 함께 제 3의 모노머 성분을 추가로 공중합하는 방법도 시도 되었다. 구체적으로 일본 특개소 58-136876호에서는 DMIS 0.5~5몰%와 NPG 1~15몰%를 함께 공중합시키는 방법을 제안하고 있으며, 일본 특개소 62-257460호 에서는 DMIS 2.4몰%와 IPA 5.5몰%를 함께 공중합시키는 방법을 제안하고 있으며, 일본 특개평 7-310235에서는 DMIS 5~7몰%와 아디픽산 3~10몰%를 함께 공중합시키는 방법을 제안하고 있다.

상기 방법들은 DMIS에 기인한 단점을 보완하면서 비결정 영역을 증가시켜 폴리머의 알칼리 용출성을 향상시켜 필터주기 연장 및 조업성 향상에는 바람직하나, 추출형 복합섬유의 강도가 다소 저하되는 문제가 있었다.

한편, 일본 특개소 63-152624호에서는 폴리에스테르 중합반응 단계에서 폴리에틸렌글리콜(이하 "PEG"라고 한다)을 일정량 공중합 또는 블랜딩 하는 방법을 제안하고 있으나, 이 경우 용출성이 낮은 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래기술의 문제점 등을 모두 해소하기 위하여, 추출형 복합섬유 제조에 사용시 알칼리 이용성 및 내열성이 우수하며, 겔(Gel) 생성이 낮으며, 추출형 복합사의 강도저하를 방지 할 수 있는 알칼리 이용성 폴리에스테르를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 알칼리 이용성이 우수함과 동시에 내열성 및 조업성이 양호하고 최종제품인 추출형 복합섬유의 강도를 저하시키지 않는 알칼리 이용성 폴리에스테르를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 알칼리 이용성 폴리에스테르는, 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 내에, 상기 주성분 제조에 사용되는 산성분 100중량부에 대하여 디메틸-5-설포이소프탈레이트 소디움 솔트(DMIS) 4~10중량부, 2,2-비스[4-(2-하이드로에톡시)페놀]프로판(이하 "BPE"라고 한다) 2~16중량부 및 폴리알킬렌글리콜(이하 "PAG"라고 한다) 0~8중량부가 공중합 되어있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 DMIS와 BPE가 공중합되어있거나, DMIS, BPE 및 PAG가 공중합된 조성을 갖는다.

상기 DMIS의 공중합 함량은 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 제조에 사용되는 산성분 100중량부에 대하여 4~10중량부로 한다. 4중량부 미만인 경우에는 알칼리 용출성이 저하될 수 있고, 10중량부를 초과할 경우에는 겔(GeL) 발생이 많아지고 폴리머의 내열성이 저하될 수 있다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 제조용 산성분으로는 테레프탈산과 디메틸테레프탈레이트가 각각 사용되고 있으나, 디메틸테레프탈레이트가 보다 널리 사용된다.

본 발명은 공중합물로서 통상적으로 사용되는 DMIS와 함께 제3의 공중합물을 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 제3의 공중합물로는 BPE가 단독으로 사용될 수도 있고, BPE와 PAG가 함께 사용될 수 있다. 2,2-비스[4-(2-하이드로에톡시)페놀]프로판(BPE)은 아래 식(Ⅰ)의 구조를 갖는다.

상기 식(Ⅰ)에서 A₁및 A₂는 탄소수 1~5의 알킬렌 이고, R₁및 R₂는 탄소수 1~4의 알킬기 이다.

상기 BPE는 벌키한 구조를 갖고 있어서, 폴리머 내의 비정영역을 증가시켜 알칼리 용출성을 증가시키는 역할을 한다. 따라서 BPE를 DMIS와 함께 공중합 하게 되면, DMIS의 공중합량을 줄여도 양호한 알칼리 용출성이 발현된다.

또한 상기 BPE는 강인한 방향족 구조를 갖고 있어서, 폴리머의 물성을 향상시켜 방사공정의 조업성을 개선시키고 최종 제품의 강도저하를 방지하는 역할도 하게 된다.

상기 BPE와 유사한 구조를 갖는 비스페놀-에이는 공중합시 산과 반응하여 비정영역을 증가시키는 역할을 효과적으로 수행 할 수 없다. 따라서 BPE 대신에 비스페놀-에이를 공중합시켜 보면 알칼리 용출성이 크게 저하된다.

상기 BPE의 공중합 함량은 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 제조에 사용되는 100중량부에 대하여 2~16중량부, 더욱 바람직하기로는 3~8중량부로 한다. 2중량부 미만인 경우에는 비정영역이 감소하여 알칼리 용출성이 저하되며, 16중량부를 초과하는 경우에는 용출성은 우수하나 폴리머 및 원사의 강도가 너무 높아 조업성이 나빠질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 DMIS와 BPE를 공중합시킬때 폴리알킬렌글리콜 (PAG)을 함께 공중합 시킬 수도 있다. 상기 PAG로는 분자량이 10,000 이상인 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 사용하는 것이 더욱 바람직 하다. PEG는 자체의 친수성 성질에 의해 고분자와 알칼리 수용액(추출용액)과의 친화성을 증가시키는 역할과 윤활제 역할을 한다.

PAG의 공중합량은 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 제조에 사용되는 산성분 100중량부에 대하여 0~8중량부, 더욱 바람직하기로는 6~8중량부로 한다. 8중량부를 초과하는 경우에는 폴리머의 용융점도가 너무 높아 흐름성이 저하될 수 있다.

본 발명은 주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대하여 DMIS와 함께 BPE를 공중합하거나, DMIS와 함께 BPE 및 PAG를 공중합하므로서 알칼리 용출성의 저하 없이도 DMIS 공중합량을 감소시킬 수 있다. 그 결과 과다한 DMIS 공중합으로 야기되는 조업성 문제와 동시에 원사강도 저하 문제를 효과적으로 해결 할 수 있다.

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

실시예 1

디메틸레테레프탈레이트 100중량부, 에틸렌글리콜 65중량부, DMIS 7중량부 및 BPE 2중량부를 에스테르 교환 반응기에 투입한 후 2가 금속촉매 존재 하에서 통상의 조건으로 에스테르 교환반응을 진행 하였다. 계속해서 이와 같이 제조된 반응물을 중축합 반응기로 이송하고, 여기에 분자량이 15,000인 폴리에틸렌글리콜 (PEG) 6중량부를 투입한 후, 이들을 고진공하에서 중축합 반응하여 알칼리 이용성 폴리에스테르를 제조 하였다. 상기 알칼리 이용성 폴리에스테르(용출성분)와 폴리에틸렌테레프탈레이트(섬유형성성 성분)를 복합방사 구금으로 복합방사한 후, 방사 직접 연신 공법으로 130데니어/36필라멘트의 추출형 복합섬유를 제조 하였다. 상기 복합 방사시 용출성분 : 섬유형성성 섬유의 중량비는 30:70으로 하였다. 제조된 추출형 복합섬유의 각종 물성 및 조업성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2 ~ 실시예 5 및 비교실시예 1 ~ 비교실시예 4

공중합물의 종류 및 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 추출형 복합섬유를 제조 하였다. 제조된 추출형 복합섬유의 각종 물성 및 조업성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건 (중량부)

구 분	디메틸테레프탈레이트	에틸렌글리콜	DMIS	BPE	PEG
실시예 1	100	65	7	2	6
실시예 2	100	65	7	6.5	6
실시예 3	100	65	7	8	6
실시예 4	100	65	6	8	6
실시예 5	100	65	7	6.5	8
비교실시예 1	100	65	7	0	6
비교실시예 2	100	65	11	0	6
비교실시예 3	100	65	7	16	6
비교실시예 4	100	65	7	0	9

원사 물성 및 조업성

구 분	원사 물성	조업성
구 분	용출성분 용출율(%)	강도(g/d)	필터교체주기(일)	겔함량(%)
실시예 1	85.6	4.2	11.2	1.00
실시예 2	90.2	4.1	11.0	1.15
실시예 3	91.3	4.4	10.6	1.10
실시예 4	89.6	4.5	12.7	0.90
실시예 5	88.9	4.1	10.5	1.10
비교실시예 1	60.9	3.8	10.3	1.20
비교실시예 2	90.1	3.7	6.0	1.70
비교실시예 3	93.2	5.3	9.6	1.60
비교실시예 4	72.5	4	10.8	1.25

본 발명에 있어서, 원사 물성 및 조업성은 다음과 같이 평가 하였다.

·용출성분의 용출율(%)

추출형 복합섬유 3g을 1N의 수산화나트륨 용액 100mL에서 95℃로 15분간 처리한 후, 그 무게를 측정하여 무게손실율을 아래 식에 대입하여 구한다.

·강도(g/d)

인스트롱으로 20회 측정하여 평균값을 구한다.

·필터주기(일)

필터압을 측정하여 아래식으로 필터교환 시기를 구한다.

필터교환 시점 압력 = 시작 시점 압력 + 1,700 포아즈

·겔 함량(%)

0-클로로페놀 25ml에 시험시료 2g을 1시간 동안 용해한 후 대기중에서 20분간 방치후 3㎛ 필터로 여과(50mL 클로로폼 투입) 하고 여과된 량을 측정한 후 아래 식으로 구한다.

본 발명은 DMIS의 공중합량을 적정수준으로 유지하기 때문에 과도한 DMIS로 인한 겔(Gel) 발생 문제 및 폴리머의 내열성 저하 문제가 해소되고, 조업성 및 원사강도도 우수하다. 또한 본 발명은 DMIS와 함께 BPE를 공중합 하거나, BPE와 PAG를 공중합하기 때문에, 알칼리 용출성도 매우 우수하다.

Claims

주성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 내에, 상기 주성분 제조에 사용되는 산성분 100중량부에 대하여 디메틸-5-설포이소프탈레이트 소디움 솔트(DMIS) 4~10중량부, 2,2-비스[4-(2-하이드로에톡시)페놀]프로판(BPE) 2~16중량부 및 폴리알킬렌글리콜(PAG) 0~8중량부가 공중합 되어있는 것을 특징으로 하는 알칼리 이용성 폴리에스테르.
1항에 있어서, 2,2-비스[4-(2-하이드로에톡시)페놀]프로판(BPE)의 공중합 함량이 3~8중량부인 것을 특징으로 하는 알칼리 이용성 폴리에스테르.
1항에 있어서, 폴리알킬렌글리콜(PAG)의 공중합 함량이 6~8중량부인 것을 특징으로 하는 알칼리 이용성 폴리에스테르.
1항 또는 3항에 있어서, 폴리알킬렌글리콜은 분자량이 10,000 이상인 폴리에틸렌글리콜(PEG)인 것을 특징으로 하는 알칼리 이용성 폴리에스테르.