KR20040032525A

KR20040032525A - 폴리에틸렌 테레프탈레이트(ｐｅｔ) 중수축사 및 이의제조방법

Info

Publication number: KR20040032525A
Application number: KR1020020061713A
Authority: KR
Inventors: 이형재; 손양국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-17

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중수축사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 연신비와 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도를 특정 범위로 설정함으로써 직접 방사 연신법으로 PET 중수축사를 제조할 수 있다.

본 발명은 중합물의 개질이나 방사 설비를 보완하지 않고도 중수축 특성과 우수한 물성을 나타내는 PET 중수축사를 제조하여 생산 원가의 절감과 생산성 극대화의 측면에서 효율적인 결과를 나타내는 산업적으로 유용한 발명이다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트(ＰＥＴ) 중수축사 및 이의 제조방법{Polyethylene terephthalate yarn having middle-shrinkage and the process for preparing the same}

본 발명은 중수축성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하, PET라고 함) 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중합물을 개질시키거나 방사 설비를 변경시키지 않고 기존의 원료와 방사 설비를 그대로 사용하여 생산성을 극대화시킬 수 있는, 직접 방사 연신법에 의한 중수축성 PET 섬유의 제조방법 및 당해 방법으로 제조한 중수축성 PET 섬유에 관한 것이다.

고수축성 PET 섬유를 제조하는 방법으로는 제3 성분을 PET에 공중합시킨 공중합 PET를 특수한 방사법과 연신법으로 원사를 제조하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 일반적으로, PET 섬유의 수축현상을 극대화하는 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.

첫 번째는, 중합체의 개질을 통하여 PET 섬유의 수축현상을 극대화하는 방법이다. 중합체의 결정 구조를 파괴할 수 있는 공중합 조성물을 사용하여 고수축사를 제조하는 방법이다. 그리고 두 번째로는, 방사 도중에 분자의 결정화를 억제하는 불순물의 첨가, 그리고 방사 설비의 변경 및 특수 방사법의 채택 등을 들 수 있다. 이러한 방법들 가운데 가장 많이 활용되고 있는 방법은 중합체를 개질하는 방법이다. 현재까지 이에 관한 많은 특허문헌이 발표되어 있는데, 일례를 들면, 첫째, 제2의 디올 성분 화합물을 첨가하여 중합시키고, 용융방사한 다음, 연신시켜 고수축성 공중합 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법, 둘째, 에틸렌 글리콜과 테레프탈산 또는 이의 에스테르 형성성 유도체로부터 생성되는 폴리에스테르 중합 공정에서 에틸렌 글리콜에 분산된 실리카를 투입하여 형성된 중합체를 용융방사하는 방법, 셋째, 고순도 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 반응시켜 PET 섬유를 제조하는 데 있어서, 고수축 디올 성분인 사이클로헥산디메탄올을 제3 성분으로서 첨가하여 고수축성 PET 섬유를 제조하는 방법, 넷째, PET 중합시 네오펜틸 글리콜, 레소시놀의 에틸렌 옥사이드 부가물 등을 공중합시키는 방법 등이 있다.

또한, 복합방사 및 혼섬의 경우에는 코어-시이드형 2층 구조사에 의한, 즉 시이드사는 고수축성 중합체를 사용하고, 코어사는 이용출성(易溶出性) 중합체를 사용하여 복합방사하여 원사를 제조한 다음, 후속의 가공 공정에서 부가가공을 실시하여 고수축성 PET 섬유를 제조하는 방법 등이 있으며, 고수축성 중합체와 저수축성 중합체를 복합방사하여 PET 혼섬 미연신사를 제조하고, 이어서 이를 연신하는 방법과 고수축성 원사와 저수축성 원사를 별도의 방사공정으로 각각 방사하고, 이어서 이들을 혼섬한 다음, 연신하는 방법, 그리고 고수축성 원사와 저수축성 원사를 별도의 방사공정으로 각각 방사 및 연신하고, 이어서 연신된 원사들을 후속 공정에서 혼섬하는 방법들이 널리 사용되고 있다.

그러나 위와 같은 방법에 대한 단점이 경우에 따라서는 매우 강하게 부각되는 일이 많았기에 각각에 대한 단점을 결코 간과할 수는 없었다. 가령 여러 단계의 열처리가 포함되는 후가공 공정 도중에 형태와 치수가 변함에 따라 직물 내부에서 응력 변화가 발생하고, 이로 인한 저수축성 섬유와 고수축성 섬유의 수축률 차이를 정확하게 조절할 수 없는 문제점, 이수축(異收縮) 혼섬사의 코어사 등에 사용할 목적으로 고수축사를 제조하기 위해서 2단 연신법을 채택하게 됨에 따라 생산비가 증대한다는 문제점, 원사의 신도 저하를 통한 고수축 발현에서 제직 공정성의 불량이 발생한다는 문제점과 제사시 연신 사절률이 증가한다는 문제점, 2단 연신시 비등수 수축률이 저하된다는 문제점, 염색 후 일광견뢰도가 저하된다는 문제점, 수축률을 지나치게 높히는 경우, 직물 구조에서 수축 불균일로 인하여 구김이 발생한다는 문제점, 고온 열처리로 인하여 결정 쇄 사이를 연결하는 비결정으로 고수축화하는 방법에 대한 설비를 증설하여야 한다는 점 및 제한된 방사기에서만 제사해야 한다는 문제점 등이 있다. 특히 공중합을 수행하기 위해서는 일반적인 연속식 중합방법을 사용하지 못하고 비연속식인 배치(Batch)식 중합방법을 사용하여 중합을 실시함으로써 편차가 발생하며, 공중합체의 원료 가격이 매우 높아서 조금만 사용하더라도 원사에 미치는 원가 상승 효과가 매우 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 중합체의 개질, 복합방사 및 다단계 연신, 그리고 방사 설비의 변경 없이 기존의 방사 설비와 방사용 칩(chip)으로 직접 방사 연신 공정을 통해 비교적 우수한 수축률과 우수한 물성을 나타내는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중수축사를 제조하는 방법 및 당해 방법으로 수득한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중수축사를 제공하는 데 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명을 더욱 자세히 설명하면, 극한점도가 0.64인 세미 덜(Semi-Dull) PET 칩[이후, PET SD 칩이라고도 함]을 사용하여 중수축성 PET 사를 제조하는 방법에 있어서, 연신비를 1.7 내지 1.9의 범위로 설정하여 PET 중합체를 직접 방사 연신시킨다. 이와 같은 이유는 방사속도를 4,000 내지 6,000m/분으로 설정함에 있어서 PET 원사의 물성 저하를 방지하기 위해서이다. 이때, 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도를 65 내지 115℃의 범위로 설정함으로써 열고정과 수축 특성이 효율적으로 나타나는 PET 중수축사를 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 위와 같은 제조방법으로 제조된 PET 중수축사는 비등수 수축률이 7 내지 18%이고 건열 수축률이 10 내지 20%인 점을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명을 보다 더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 PET 중수축사의 제조방법은 세미 덜 PET 칩을 4,000 내지 6,000m/분의 방사속도에서 연신비 1.7 내지 1.9로 하여 직접 방사 연신시켜 1단계 방사로 원사를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에서는 방사속도를 4,000 내지 6,000m/분의 범위로 설정하여 방사하는 것이 바람직한데, 이는 생산 원가의 상승을 야기하는 연신공정을 수행하지 않고 1단계 방사를 통해 우수한 물성을 직접 발현시키고자 하기 때문이다.

한편, 연신비를 1.7 내지 1.9의 범위로 설정하는 것은, 연신비가 1.7보다 낮은 경우에는 본 발명의 중수축성 PET 사에서 의도하는 물성이 발현되지 않아 원사로서 전혀 의미가 없어지는 결과가 나타나며, 또한 1.9를 초과하는 경우에는 과도한 연신으로 인하여 방사 작업성이 저하되는 단점이 나타나기 때문이다.

제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도를 조절함에 따라 PET 원사는 다양한 결정화도를 나타내게 되는데, 본 발명에서는 열에 의한 결정화와 연신에 의한 결정화에 대한 최적 조건을 설정함으로써 중수축 특성을 물성 저하 없이 효율적으로 발현하는 데에 성공하였다. 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도를 65 내지 115℃로 설정함에 있어서, 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도가 65℃보다 낮은 경우에는 냉연신 효과가 증대되어 방사 도중에 사절이 심하게 발생하고, 또한 불균일한 연신이 발생하게 된다. 한편, 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도가 115℃를 초과하는 경우에는 PET 원사의 열에 의한 결정화가 가속화되어 본 발명에서 목표로 하는 중수축 특성이 나타나지 않게 된다.

중합물의 개질에 따른 고수축 특성에 필적하는 수축률을 나타내는 데에는 다소 무리가 있겠지만, 원가 및 원가 대비 특성의 측면에서 미루어 볼 때, 본 발명은 수축 특성의 발현에 있어서 원가 절감 효과가 매우 크다고 하겠다. 또한, 본 발명에서는 기존의 발명에서 나타난, 냉연신에 의한 불균일 특성을 나타내지 않는 조건을 설정함으로써 직접 방사 연신에 의한 원사의 제조에 확실한 조건을 설정할 수 있게 되었다. 이러한 점은 원사의 균제도를 측정함으로써 확인할 수 있었다.

이하에서 본 발명을 실시예를 통하여 설명하고자 한다. 단, 본 발명은 다음의 실시예에 의하여 한정되지 않는다.

실시예 1

극한점도가 0.64인 PET SD 칩을 방사온도 292℃, 방사속도 5,400m/분, 냉각풀량 0.35m/초의 조건하에서 용융방사하되 열고정 온도를 1차 83℃ , 2차 100℃로 하고 연신 배율을 1.86으로 하여 연신하여 직접 방사 연신법에 따라 50데니어 24필라멘트, 단사 섬도 약 2d급의 원사를 제조하였다. 방사성과 연신성은 매우 양호하였고, 모우와 단사절 발생은 없었다.

본 발명의 방법으로 수득한 PET 원사의 물성은 강도가 4.9g/d, 신도가 29%, 균제도가 1.0%, 10% 신장시의 강도가 3.2g/d, 비등수 수축률이 13%, 건열 수축률이 15%로, 본 발명의 방법에 따라 물성 저하가 전혀 없는 PET 중수축사를 수득할 수 있었다.

실시예 2

극한점도가 0.64인 PET SD 칩을 방사온도 292℃, 방사속도 5,400m/분, 냉각풀량 0.35m/초의 조건하에서 용융방사하되 열고정 온도를 1차 83℃ , 2차 80℃로 하고 연신 배율을 1.86으로 하여 연신하여 50데니어 24필라멘트, 단사 섬도 약 2d급의 원사를 직접 방사 연신법에 따라 제조하였다. 방사성과 연신성은 매우 양호하였고, 모우와 단사절 발생은 없었다.

본 발명의 방법으로 수득한 PET 원사의 물성은 강도가 4.8g/d, 신도가 32%, 균제도가 1.1%, 10% 신장시의 강도가 3.0g/d, 비등수 수축률이 17%, 건열 수축률이 20%로, 본 발명의 방법에 따라 물성 저하가 거의 없는 PET 중수축사를 수득할 수 있었다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 PET 원사의 물성과 특징은 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 1

실시예 1에서 사용한 바와 동일한 PET SD 칩을 사용하고 2차 열고정 온도를 130℃, 60℃, 40℃ 및 23℃으로 설정하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 적용한 조건과 동일한 조건으로 방사하여 50데니어 24필라멘트의 PET 원사를 수득하였다.

이렇게 하여 수득한 PET 원사의 물성은 강도 및 신도가 실시예 1에서 수득한 PET 원사의 강도 및 신도와 유사하지만, 사절, 불균일한 균제도 그리고 결정화도의 향상으로 인한 비등수 수축률 감소 등의 문제점을 드러내어 본 발명이 목표하는 중수축사로서의 특성이 효율적으로 발현되지 못하였다.

당해 비교예 1에 따라 제조된 PET 원사의 물성과 특징은 다음 표 1에 나타내었다.

	열고정온도(℃)	원사 물성	방사상태
	1차	2차	강도(g/d)	신도(%)	균제도(%)	비등수수축율(%)	건열수축율(%)	모우 및 핀사	방사성
실시예1	83	100	4.9	29	1.0	13	15	○	○
실시예2		80	4.8	32	1.1	17	20	○	○
비교예1		130	5.2	25	0.8	6.5	8.6	○	△
비교예2		60	4.5	35	1.3	18	22	○	△
비교예3		40	4.3	37	1.5	19	23	△	×
비교에4		23	4.0	37.6	1.54	19.7	23.5	×	×

표 1에서 강도와 신도는 KS K 0412에 의거하여 측정한 결과를 나타내었다. 또한, 수축률은 KS K 0215에 의거하여 측정하였다.

비등수 수축률은 원사 40가닥을 취하여 1/30 g/d의 초기 하중을 가한 상태에서 길이를 측정하고, 비등수 속에서 30분 동안 처리한 다음, 24시간 동안 방치하고, 길이를 다시 측정하여 값을 산출한 것이다.

건열 수축률은 비등수 수축률의 측정방법과 방법이 동일하지만 비등수가 아닌 건조 오븐 속에서 150℃에서 30분 동안 처리한 후에 길이를 측정하는 방법으로 수득한 결과를 산출한 것이다.

균제도는 KS K 0467에 의거하여 측정한 값을 나타내었다.

위의 표 1에 있어서, 방사 상태의 x 는 30분 이내에 초기 사절을 1회 이상 나타내어 방사성이 불량한 상태를 나타내고, ○는 모우 및 핀사, 단사절 상태가 권량 2kg/cake로 완전히 권취가 끝난 시점까지 없음을 나타내며, △는 방사는 가능하지만 모우와 핀사가 발생하고 있슴을 나타내는 것이다.

이상의 실시예들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 중합물의 개질이나 방사 설비를 보완하지 않고도 중수축 특성과 우수한 물성을 나타내는 PET 중수축사를 제조하여 생산 원가의 절감과 생산성 극대화의 측면에서 효율적인 결과를 나타내는 산업적으로 유용한 발명이다.

Claims

방사속도를 4,000 내지 6,000m/min으로 설정한 일반 방사기에서 PET 세미 덜 칩을 직접 방사 연신하여 중수축 PET 사를 제조하는 방법에 있어서,

연신비를 1.7 내지 1.9의 범위로 설정하고, 제2 고뎃트 롤러(연신 롤러)의 온도를 65 내지 115℃의 범위로 설정하여 직접 방사 연신을 수행함을 특징으로 하는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중수축사의 제조방법.
비등수 수축률이 7 내지 18%이고 건열 수축률이 10 내지 20%임을 특징으로 하는, 제1항에 따르는 방법으로 수득한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중수축사.