KR20040047739A - 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 필라멘트사 및 이의제조 방법 - Google Patents

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 필라멘트사 및 이의제조 방법 Download PDF

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yarn
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데이진 가부시키가이샤
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Abstract

필라멘트 중에 종방향을 따라 연신 및 배향되어 있으며, 열 변형 온도가 40℃ 이상 ∼ 105℃ 미만이고, 필라멘트의 단면에 있어서 평균 입자 직경 (D)이 0.03 ∼0.35 ㎛ 이며, 상기 평균 입자 직경 (D)에 대한 필라멘트 종 방향으로의 평균 입자 길이 (L)의 비 (L/D)가 2 ∼ 20 인 0.5 ∼ 4.0 질량%의 필라멘트 신도 향상제 입자를 포함하는, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 필라멘트사. 상기 필라멘트사는, 필라멘트 신도 향상제의 존재로부터 기인하는 잔류 신도 증가도가 30% 이상이고, 복굴절률 (△n)이 0.02 ∼ 0.07 이며, 잔류 신도가 60 ∼ 250% 이고, 열 응력 피이크값이 0.18 cN/dtex 이하이며, 이에, 고속 방사에 의해 제조될 수 있고, 높은 잔류 신도 및 탁월한 연신/가연 작업성을 나타낸다.

Description

폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 필라멘트사 및 이의 제조 방법 {POLY(TRIMETHYLENE TEREPHTHALATE) FILAMENT YARN AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
폴리에스테르 필라멘트사의 용융 방사에 대하여, 방사돌기로부터의 중합체 토출 용량을 최대화하는 것은 생산성 개선을 위한 매우 효과적인 수단이다. 최근, 이는 섬유 산업계에 있어서 제사(製絲) 비용 절감의 관점에서 가장 바람직한 전략 중 하나가 되었다.
생산성 개선을 위해 이제까지 이용되었던 대표적 수단들은 방사 인취 속도를 증가시킴으로써 방사돌기로부터의 토출 용량을 증가시키는 것이었다. 그러나, 상기 방법에 있어서, 높은 인취 속도는 방출사의 분자 배향도를 더욱 높게 하여, 수득된 방출사가 더욱 낮은 잔류 신도를 갖게 된다. 이러한 일이 발생한 경우, 당연하게도, 후속되는 연신/가연 단계에서의 적합한 연신 배율이 더욱 낮아져서, 보다 높은 인취 속도에 의한 증가된 토출 용량의 효과가 연신 단계에서의 감소된 연신 인자에 의해 상쇄되는 상황이 유발된다.
상기 문제점에 대한 하나의 해결 수단으로, 불포화 단량체의 부가 중합체를 필라멘트 신도 향상제로서 폴리에스테르에 첨가하여 방출사의 잔류 신도가 토출 용량 증가분의 상쇄 없이도 증가될 수 있도록 하는 방법이 일본 공고 특허 공보 소(昭) 63-32885 에 개시되어 있다. 상기 방법은 사실상, 가장 일반적인 형태의 폴리에스테르 섬유로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 수반하는 적용에 대하여 잔류 신도 개선에 효과적이다. 그러나, 본 발명자들이 상기 해결 수단을 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 대하여 적용하고자 시도하였을 때, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 특유의 문제점이 발생하여 잔류 신도 및 생산성이 높은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사를 수득하지 못하게 함을 발견하였다. 다시 말하자면, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사를 일본 공고 특허 공보 소 63-32885 에 기재된 필라멘트 신도 향상제를 사용하여 제조할 경우, 필라멘트 신도 향상제는 용융 방출 중합체 흐름 중에 입자형 덩어리를 간단히 형성하여, 방출사의 드래프트(draft)를 저해하고, 종종 단사(斷絲)를 발생시킨다. 또한, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 특유의 분자 배향이 증가함에 따라, 급속히 증가하는 열 응력이 완화되고, 권취되는 필라멘트 응력의 완화로 인해 보빈(bobbin) 상의 조임력 (tightening force)이 증가하여 권취가 종결된 후에도 보빈이 권취기 홀더에서 제거될 수 없고, 필라멘트 패키지 가장자리가 팽윤하는 경향이 있음을 발견하였다 (이 현상은 벌징 (bulging)으로 알려져있음). 또한, 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는 후속하여 수행되는 연신/가연 단계에서 만족스러운 가공성을 일관적으로 나타내지 못한다.
한편, 일본 공개 특허 공보 평(平) 11-269719 는 권취성을 개선시키는 것과 동시에, 방출사의 잔류 신도를 종래 수준으로 유지할 수 있는 수단으로서, 보다 한정된 성질을 갖는 필라멘트 신도 향상제가 사용되는, 필라멘트 신도 향상제를 첨가한 폴리에스테르 필라멘트의 고속 방사를 수반하는 수단을 제안한다. 그러나, 본 발명자들은, 일본 공개 특허 공보 평 11-269719 에 기재된 수단을 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 용융 방사에 적용할 경우 필라멘트 신도 향상제가 그의 소정의 기능을 적절히 나타내지 못하며, 방출사 권취 동안의 빈번한 단사, 또는 벌징으로 알려져있는 필라멘트 패키지 가장자리의 팽윤를 피하는 것이 불가능함을 발견하였다. 이 경우에도 마찬가지로, 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는 후속하여 수행되는 연신/가연 단계에서 만족스러운 가공성을 일관적으로 나타내지 못한다.
최근에, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 대한 다양한 제조 기술 및 가공 기술이 개발되었다. 이러한 기술 중에서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 대한 적용이 시도되었던 하나의 방법은, 용융 성질이 상이한 2종의 폴리에스테르를 개별 용융하고 토출한 후, 동일한 필라멘트 패키지 상에 동시 권취하여, 성질이 상이한 2종의 미연신사를 포함하는 폴리에스테르 복합사를 제조하는, "코-스피닝(co-spinning)"으로 알려져있다.
그러나, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유를 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 섬유와 함께 예를 들어 3000 m/분 이상의 방사 속도로 코-스피닝할 경우, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 탄성 회복 특성으로 인한 열 응력이 기타 폴리에스테르의 것보다 더욱 크기 때문에, 권취 동안에 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유 상에 권취 응력이 발생하는 한편, 기타 폴리에스테르는 보다 약한 탄성 회복으로 인하여 권취 장력이 부족하여, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유에 관하여 기타 폴리에스테르 섬유의 늘어짐이 발생한다. 이와 같은 상태에서는 동일한 패키지 상에 2개의 주행 섬유군을 동시에 균일하게 권취하기가 어렵다.
1,000 ∼ 1,500 m/분의 비교적 낮은 방사 속도 범위로의, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유의 방사 또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 이외의 폴리에스테르 섬유와 그의 코-스피닝에 대하여는, 둘 모두가 열 응력 수준이 낮아서, 응력 완화의 차이가 현저하지 않고, 상기 둘의 동시 권취가 완결될 수 있다. 그러나, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 유리 전이 온도 (Tg)가 실온, 30℃∼40℃에 가깝기 때문에, 복합사의 성질이 수시간, 나아가 수일 내에 변화되어, 연신/가연 단계 동안에 빈번한 단사를 발생시키고, 상당한 보풀 또는 염료 얼룩을 나타내는 불량한 품질의 연신/가연사 생성물이 제조된다. 또한, 상기 복합사의 과도하게 낮은 배향도로 인하여, 융합된 단사 및 불완전한 해연(解撚)이 연신/가연 가열기 내에서 문제가 되는 경향이 있으며, 상기의 이유로 인하여 안정한 가연이 완결될 수 없다.
이에, 선행 기술은 고속 방사에 의해 제조되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사로서, 연신/가연 성질이 탁월하고 높은 잔류 신도 및 높은 생산성을나타내는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사, 또는 이의 제조 방법에 대한 지식을 전혀 포함하고 있지 아니하다.
본 발명은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연신/가연(假撚) 작업성이 탁월할 뿐만 아니라 잔류 신도가 높고, 높은 생산성으로 고속 방사에 의해 생산가능한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 높은 생산성, 높은 잔류 신도, 및 연신/가연 작업과 같은 필라멘트 가공에 대한 탁월한 적합성을 나타내는, 고속 방사에 의해 수득되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사, 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 설명된 문제점을 해결하고자 수많은 부단한 연구를 하여, 본 발명자들은, 특정한 열 변형 온도를 갖는 필라멘트 신도 향상제를 사용할 경우 이는 응력 집중체로서 기능하지 않고, 대신에 방출 필라멘트에 대한 방사 응력 담체로서의 기능을 나타내어, 그 결과, 상기 필라멘트 신도 향상제는 섬유 축방향을 따라 배향되게 되고 이를 연신할 경우 섬유 중에 미세하게 분산되게 됨으로써, 열 응력을 저하시키고 조임 장력의 해소와 잔류 신도 개선을 동시에 달성함을 발견하였다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는, 필라멘트사를 형성시키는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 및 상기 필라멘트의 질량을 기준으로 0.5 ∼ 4.0 질량%의 함량으로 필라멘트 중에 분산 및 함유되는 필라멘트 신도 향상제 입자를 포함하며, 상기 필라멘트사에 있어서,
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 중의 필라멘트 신도 향상제 입자는 하기의 요건 (a), (b) 및 (c)를 만족시키고:
(a) 필라멘트 신도 향상제 입자는 열 변형 온도 (T)가 40℃ 이상 ∼ 105℃ 미만임;
(b) 필라멘트의 단면 프로파일에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자는 평균 입도 (D)가 0.03 ∼0.35 ㎛ 임;
(c) 필라멘트 신도 향상제 입자는 필라멘트의 종방향을 따라 필라멘트 중에서 연신 및 배향되고, 연신 및 배향된 입자의 평균 단면 크기 (D)에 대한 상기 입자의 평균 입자 길이 (L)의 비 (L/D)가 2 ∼ 20 임,
상기 필라멘트사는 하기의 요건 (d), (e), (f) 및 (g)를 만족시킨다:
(d) 필라멘트사는 I (%)를 정의하는 하기 방정식에 따라 결정되는 그의 잔류 신도 증가도 (I%)가 30% 이상을 나타냄:
I(%) = (Elb(%)/ Elo(%) - 1) ×100
(상기 방정식에서, Elb(%)는 필라멘트사의 잔류 신도를 나타내고, Elo는 필라멘트 신도 향상제 입자를 비교 필라멘트사에 함유시키지 않은 것을 제외하고는 전술한 필라멘트사의 필라멘트사 제조 절차와 동일하게 제조한 비교 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 잔류 신도를 나타낸다);
(e) 필라멘트사는 복굴절률 △n 이 0.02 ∼ 0.07 을 나타냄;
(f) 필라멘트사는 보유 신도가 60 ∼ 250% 를 나타냄;
(g) 필라멘트사는 그의 열 응력 피이크값이 0.18 cN/dtex 이하를 나타냄.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자의 열 변형 온도 (T)는 바람직하게는 60℃ ∼ 95℃의 범위이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트신도 향상제 입자는 바람직하게는 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체의 부가 중합 생성물을 포함하며, 상기 생성물은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와는 실질적으로 상용할 수 없고 중량평균 분자량이 2,000 이상이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물은 바람직하게는, 메틸 메타크릴레이트를 적어도 주성분으로서 포함하는 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체 및 스티렌을 적어도 주성분으로서 포함하는 이소택틱(isotactic) 폴리스티렌 중합체로 이루어지는 군에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 37.3 N (3.8 kgf)의 하중 하에 230℃의 온도에서 결정된 용융 지수 A 가 10 ∼ 30 g/10분이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물은 바람직하게는 스티렌을 적어도 주성분으로서 포함하는 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌 중합체에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 21.2 N (2.16 kgf)의 하중 하에 300℃의 온도에서 결정된 용융 지수 B 가 6 ∼ 50 g/10분이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물은 바람직하게는 메틸펜텐-1 을 적어도 주성분으로서 포함하는 폴리메틸펜텐 중합체에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 49.0 N (5.0 kgf)의 하중 하에 260℃의 온도에서 결정된 용융 지수 C 가 26 ∼ 200 g/10분이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않고 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 중에 혼합된 폴리에스테르 필라멘트를 임의로 추가 포함한다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트는 바람직하게는 트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리에스테르를 포함한다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사의 제조 방법은 하기를 포함한다:
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를, 수지 질량을 기준으로 0.5 ∼ 4.0 질량%의 양으로 열 변형 온도가 40℃ ∼ 105℃인 필라멘트 신도 향상제 입자와 혼합하고;
생성된 수지 혼합물을 용융하고,
용융물을 용융 방사돌기를 통해 필라멘트 형태로 압출하고,
압출 필라멘트성 용융 스트림을 용융 방사 라인을 따라서 드래프트 하에 냉각 고화시키고, 고화된 필라멘트를 2,000 ∼ 8,000 m/분의 속도로 권취하고, 이 공정에 있어서,
수지 혼합물의 용융물은 용융 방사 라인에서 용융 방사돌기 바로 위에 배열되어 있는 세공 크기 40 ㎛ 이하인 필터를 통해 통과하고;
용융 방사 드래프트를 150 ∼ 800 범위로 조절한다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사의 제조 방법에서, 용융 방사돌기의 온도는 바람직하게는 240℃ ∼ 270℃ 범위로 조절되며, 냉각 고화는 압출 필라멘트성 용융 스트림을 향해 0.1 ∼ 0.4 m/초의 풍속으로 냉각풍을 불어서 실시되며, 권취는 0.035 ∼ 0.088 cN/dtex 의 권취 장력 하에 실시된다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사의 제조 방법은, 용융 압출 절차에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 수지를 동일한 하나의 방사돌기 또는 서로 상이한 두 방사돌기를 통해 공동용융 방사 방법에 따라 공동용융 압출하는 것; 및 권취 절차에 있어서, 생성된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트를 공동용융 방출된 폴리에스테르 필라멘트와 조합하면서, 조합된 필라멘트사를 2,000 ∼ 8,000 m/초의 속도로 권취하는 것을 임의로 추가 포함한다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사의 제조 방법에서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트는 바람직하게는 트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트로 이루어진 군에서 선택되는 폴리에스테르를 포함한다.
발명을 실시하기 위한 최량의 양태
본 발명에 따라, "폴리트리메틸렌 테레프탈레이트"는 트리메틸렌 테레프탈레이트 단위를 주 반복단위로서 포함하는 폴리에스테르를 포함하며, 본 발명의 목적을 방해하지 않는 한, 예를 들어 산 성분의 전체 몰에 대하여 15 몰% 이하, 바람직하게는 5 몰% 이하의 제 3 성분과 함께 공중합된 폴리에스테르일 수 있다.
이와 같은 제 3 성분의 바람직한 예로서, 이소프탈산, 숙신산, 아디프산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 금속 술포이소프탈산과 같은 산 성분, 또는 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 시클로헥산디올 및 시클로헥산디메탄올과 같은 글리콜 성분이 사용될 수 있다. 본 발명을 위해 사용되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 고유 점도 (o-클로로페놀을 용매로서 사용하여 35℃의 온도에서 측정)는, 바람직하게는 0.5 ∼ 1.8 의 범위이다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는, 필요한 경우, 예를 들어 소광제, 열 안정화제, 소포제, 색 조정제, 난연제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 적외선 흡수제, 형광 증백제, 착색 안료 등과 같은 각종 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명에 따라, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 필라멘트사는, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 중으로의 필라멘트 신도 향상제 분산에 의해, 높은 잔류 신도 및 탁월한 연신/가연 작업성이 부여된다. 필라멘트 신도 향상제는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와는 실질적으로 상용할 수 없으며, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 도(島)/해(海) 패턴을 형성시키고, 또는 다시 말하자면, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 "해" 성분을 형성하는 매트릭스로서 작용하는 한편, 필라멘트 신도 향상제 입자는 상기 해 성분 중에 분산된 "도" 성분을 형성하고, 상기 분산 용융물은 방사돌기 개구부로부터 필라멘트 스트림으로서 토출된다. 중합체용융물의 필라멘트 스트림이 방사 라인에서 소정의 권취 속도로 냉각 및 세화(細化) 공정을 통과할 경우, 도 형식으로 분산된 필라멘트 신도 향상제 입자는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 앞서서 용융 상태에서 유리 상태로 전환되며, 이는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물의 세화 공정을 본질적으로 중단시키는 작용을 한다는 점에서 중요하다. 이와 같은 세화 저지 작용은, 신도 향상제 입자를 포함하지 않는 경우보다 더 고온에서, 그리고 그 자신의 신장 점도가 더욱 낮은 상태에서 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물의 세화를 완결시킬 것이다. 다시 말해서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물 그 자체의 세화가 완결된 지점, 즉, 소정의 권취 속도와 동일한 속도에 도달한 지점은 필라멘트 신도 향상제를 첨가하지 않은 계에서보다 더욱 방사돌기에 가까우며, 따라서 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물의 세화는 방사돌기 가까이에 있는 용융 방사 라인의 상류 지대에서 필라멘트 신도 향상제에 의해 촉진된다. 그 결과, 토출된 필라멘트 스트림에 대하여, 속도가 권취 속도에 이르는데 요구되는 방사 응력이 섬유 신도 향상제를 첨가하지 않은 계에서보다 더욱 낮다. 결과적으로, 수득된 필라멘트의 중합체는 배향도가 더욱 낮고, 필라멘트의 파단 신도가 증가한다.
필라멘트 신도 향상제의 상기 작용에 의해 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 신도는 증가할 것으로 추정되지만, 본 발명에 따르면, 필라멘트 신도 향상제 입자는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트에서 하기 조건 (a)를 만족시켜야 한다. 즉, 필라멘트 신도 향상제 입자는 열 변형 온도 (T)가 40℃ ∼ 105℃ 이어야 한다. 필라멘트 신도 향상제 입자가 방사 응력 하에 토출필라멘트성 중합체 스트림의 세화 촉진 효과를 나타내기 위해서는, 필라멘트 신도 향상제 입자가 토출 중합체 스트림에서 매트릭스 중합체보다 더욱 신속하게 용융 상태에서 유리 상태로 전환하여야 한다. 따라서, 필라멘트 신도 향상제 입자의 열 변형 온도는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 열 변형 온도 (유리 전이 온도)보다 더 높을 것이 필수적이다. 열 변형 온도가 40℃ 미만일 경우, 필라멘트 신도 향상제 입자의 세화가 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트보다 더욱 신속하게 완결되기 어려울 것이다. 한편, 열 변형 온도가 105℃ 초과일 경우, 그의 온도와 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 열 변형 온도 사이의 차이가 65℃를 초과하여, 세화 촉진 효과가 과잉발현하고, 방사 드래프트에 의한 필라멘트 신도 향상제 입자의 신도가 적절히 발현하지 못하여, 방사 라인의 상류 구획에서 거대한 입자의 고화가 발생한다. 이는 실질적으로 중합체 용융 스트림에서 이물로서 작용하고 세화된 중합체 스트림의 중단을 일으켜서, 안정한 방사를 저해한다. 본 발명을 위해 사용되는 필라멘트 신도 향상제 입자의 열 변형 온도에 대한 더욱 바람직한 범위는 60℃ ∼ 95℃ 이다.
필라멘트 신도 향상제가 방출 중합체 용융 스트림에서 응력 집중체로서 기능하고 본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사에서의 필라멘트 신도를 향상시키는 효과를 나타내기 위하여는, 수득된 필라멘트사 중에 미립자 형태로 분산되어야 하며, 조건 (b), 즉 필라멘트 단면에서 0.03 ∼ 0.35 ㎛의 평균 입도 (D)를 만족시켜야 한다. 평균 입도가 0.03 ㎛ 미만일 경우, 상기 크기는 응력 집중체로서 기능하기에 충분히 크지 못할 것이고, 따라서 잔류 신도 개선 효과가 부적절할 뿐만 아니라 열 응력 감소도 또한 부적절하여, 침전이 섬유 표면 상에 발생하여 거칠고 불규칙한 상태를 형성할 것이고 섬유 표면의 마찰 계수가 감소할 것이므로, 권취가 어려워질 것이다. 한편, 평균 크기가 0.35 ㎛ 초과일 경우, 불균일한 응력이 섬유 단면에 국부적으로 집중되어, 방사 장력의 불균형적인 분포를 발생시키고, 이는 방출 섬유에서의 선회를 창출하는 경향이 있을 뿐만 아니라 각 토출 개구부에서 불균일한 용융 점도 또는 전단 응력 힘으로 인해 중합체 용융물의 흐름을 혼란시켜, 안정한 방사의 달성을 불가능하게 만든다. 필라멘트 신도 향상제 입자의 평균 입도에 대한 보다 바람직한 범위는 0.07 ∼ 0.25 ㎛ 이다.
본 발명을 위해 사용되는 필라멘트 신도 향상제가 방사 단계에서 토출 필라멘트성 중합체 스트림에 대하여 적합한 응력 집중체로서 기능하기 위해서는, 그것이 수득된 필라멘트의 길이방향을 따라 배향되고 연신 상태로 존재하는 것이 필수적이며, 평균 입자 길이 (L)와 단면 평균 입도 (D)의 비 (L/D)가 조건 (c)에 따라 2 ∼ 20 인 것이 필수적이다. 20 초과의 L/D 비는, 필라멘트 신도 향상제가 방사 응력 하에 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 변형을 뒤따른다는 것을 의미하며, 이는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물의 세화 촉진 효과를 통한 열 응력의 감소 및 잔류 신도의 개선을 불충분하게 한다. 한편, L/D 비가 2 미만일 경우, 필라멘트성 중합체 용융 스트림에서 응력 집중체 및 세화 촉진제로서의 효과가 과잉발현할 것이므로, 이물로서의 그의 효과가 우세하여 안정한 방사를 방해할 것이다. L/D 비의 바람직한 범위는 5 ∼ 15 이다.
본 발명을 위한 바람직한 필라멘트 신도 향상제로서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와 본질적으로 상용할 수 없는 에틸렌계 불포화 단량체 1종 이상의 부가 중합체를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 이들과 제 3 성분과의 공중합체를 언급할 수 있다.
응력 집중체로서, 불포화 단량체 부가 중합체는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와는 독립적으로 중합체 성분으로서 구조적 점성을 나타내야 하므로, 필라멘트 신도 향상제의 중량평균 분자량은 바람직하게는 2,000 이상, 더욱 바람직하게는 2,000 ∼ 200,000 이다. 중량평균 분자량이 2,000 미만, 즉 올리고머성 저분자량일 경우, 중합체 성분으로서 구조적 점성을 나타내는 것이 더욱 어려워질 것이므로, 용융 상태에서 유리 상태로의 전이가 명확하지 못할 것이고, 응력 집중체 및 세화 촉진제로서의 효과가 부적절해질 것이며, 열 응력 감소 효과도 또한 부적절할 것이다. 한편, 중량평균 분자량이 200,000 초과일 경우, 중합체의 응집 에너지가 극단적으로 증가하여 폴리에스테르에 비하여 용융 점성이 훨씬 더 높아지고, 이에 폴리에스테르 용융물 중으로의 분산을 극히 어렵게 한다. 그 결과, 수득된 폴리에스테르 용융물의 방사성이 저하하고, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에서의 이물로서의 효과가 증가하여, 후속 단계용으로 실용성있는 성질을 가진 필라멘트사 또는 그의 가공 생성물을 수득하는 것이 어렵게 된다. 필라멘트 신도 향상제의 중량평균 분자량에 대하여 5,000 ∼ 120,000 의 범위가 더더욱 바람직하다. 이는 통상적으로 내열성 개선도 또한 나타낼 것이므로, 이와 같은 중합체 성분이 본 발명을 위해 더욱 바람직하다.
이와 같은 필라멘트 신도 향상 부가 중합체 중에서, 하기를 사용하는 것이 바람직하다: 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고 용융 지수 A (ASTM-D1238, 온도: 230℃, 하중: 3.8 kgf)가 10 ∼ 30 g/10분인, 폴리메틸메타크릴레이트계 공중합체 또는 스티렌을 주로 포함하는 이소택틱 폴리스티렌계 공중합체; 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고 용융 지수 B (ASTM-D1238, 온도: 300℃, 하중: 2.16 kgf)가 6 ∼ 50 g/10분인 신디오택틱 폴리스티렌계 중합체 (결정질); 및 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고 용융 지수 C (ASTM-D1238, 온도: 260℃, 하중: 5.0 kgf)가 26 ∼ 200 g/10분인 폴리메틸펜텐계 중합체. 상기의 중합체는 폴리에스테르의 방사 온도에서 열 안정성 및 분산 안정성이 탁월하므로, 본 발명에 바람직하다.
전술한 필라멘트 신도 향상제는 0.5 ∼ 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ∼ 3.0 중량%의 범위로 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 중에 첨가 및 분산된다. 필라멘트 신도 향상제가 0.5 중량% 미만으로 분산될 경우, 방사 단계 동안에 필라멘트성 중합체 스트림에서 응력 집중체로서 기능하는데 요구되는 분산을 달성하지 못할 것이므로, 수득된 필라멘트사에 대한 잔류 신도 개선 효과가 불충분할 것이고 열 응력 감소도 또한 부적절할 것이다. 한편, 4.0 중량% 초과일 경우, 응력 집중이 방사 단계 동안에 필라멘트성 중합체 스트림의 횡단면의 국부 부분에서 불균일하게 발생하여, 방사 장력이 불균형적으로 분포되고, 이는 방출 섬유에서의 선회를 유발하는 경향이 있을 뿐만 아니라, 토출 개구부에서 불균일한 용융 점도 및/또는 전단응력 힘으로 인해 흐름 중단을 야기시킬 불균등 혼합물 상태를 발생시켜, 안정한 방사의 달성을 불가능하게 만든다.
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는, 상기 언급한 조건 (a), (b), 및 (c) 를 만족시키는 것에 부가하여, 또한 (d) 잔류 신도 증가도 (I%)가 30% 이상, 바람직하게는 50% 이상이고, (e) 복굴절률 △n 이 0.02 ∼ 0.07, 바람직하게는 0.03 ∼ 0.06 이고, (f) 잔류 신도가 60 ∼ 250%, 바람직하게는 120 ∼ 200% 이고, (g) 열 응력 피이크값이 0.18 cN/dtex 이하, 바람직하게는 0.15 cN/dtex 이하이어야 한다.
조건 (d)의 잔류 신도 증가도 (I%)는, 필라멘트 신도 향상제를 함유하지 않는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 잔류 신도에 대한, 필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사 잔류 신도의 증가도이다.
필라멘트사의 잔류 신도 증가도 (I%)는 하기의 방정식에 의해 정의된다:
I(%) = (ELb(%)/ ELo(%) - 1) ×100
(여기서, ELb(%)는 필라멘트사의 잔류 신도를 나타내고, ELo(%)는 필라멘트 신도 향상제를 함유시키지 않은 것을 제외하고는 처음의 필라멘트사와 동일한 방사 조건 하에 수득한 비교 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 잔류 신도를 나타낸다).
필라멘트사의 잔류 신도는 연신에 대한 연신비와 상호관계있으므로, 생산성에 관련된다.
즉, 필라멘트사 생산성은 하기의 방정식에 의해 표현되는 연신비 증가도 (J%)에 기초하여 판단될 수 있다:
J% = (DRb/ DRo- 1) ×100
(여기서, DRb는 본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 최대 연신비를 나타내며, DRo는 필라멘트 신도 향상제를 함유시키지 않는 것을 제외하고는 동일한 방사 조건 하에서 수득한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 최대 연신비를 나타낸다).
결과적으로, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 용융 방사에 대하여 중합체 토출 유량 (생산성) Q 는 하기의 방정식에 의해 표현될 수 있다:
Q = (D / 10,000) ×V ×DR
(여기서, 수득된 필라멘트의 연신후 섬도가 D (dtex)로 표현되고, 방사 인취 속도가 V (m/분)로 표현되며, 연신 단계에서의 연신비가 DR 로 표현되고, 소정의 방사 속도에서 보다 높은 연신비 증가도 (J%)는 증가된 생산성 (토출 유량 Q)을 가리킨다). 결과적으로, 잔류 신도 증가도 (I%)가 더욱 높다면, 상호관계된 연신비 증가도 (J%), 및 따라서 생산성 Q 가 또한 더욱 높아질 것이다.
잔류 신도 증가도 (I%)가 30% 미만일 경우, 연신비 증가도 (J%)도 또한 30% 미만이며, 이 경우 생산성이 산업적 견지에서 현저히 개선되는 것으로 생각할 수가 없다. 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 잔류 신도 증가도 (I%)가50% 이상일 경우, 생산성 개선은 산업적 적용에 적합할 만큼 바람직한 수준일 것이다.
본 발명의 조건 (e)에 대하여, 필라멘트사 복굴절률 △n 이 0.02 미만인 경우, 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 유리 전이 온도가 40℃ 이하로 비교적 낮을 것이므로, 성질이 변화하는 경향이 있을 것이고, 연신성이 시간에 따라 손상되면서, 연신/가연 단계 동안에 빈번한 단사가 발생하는 경향이 있을 것이며, 그 필라멘트사로 수득한 가연사는 보풀 또는 염료 얼룩을 나타내는 경향이 있을 것이다. 한편, △n 이 0.07 초과인 경우, 수득된 필라멘트사는 잔류 신도가 낮을 것이므로, 수득가능한 연신 인자가 1 에 근접하여, 연신/가연 조건 설정시에 자유도가 극단적으로 좁아지게 하고 다양한 성질을 갖는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유를 제조하는 것이 어려워진다.
본 발명의 조건 (f)에 대하여, 필라멘트사의 잔류 신도가 60% 미만일 경우, 실온에서 필라멘트사의 탄성 회복성 및 열 응력이 극단적으로 증가하여, 방사 동안에 권취 장력을 매우 낮은 수준으로 설정하는 경우조차도, 보빈이 권취기 홀더에서 제거될 수 없는 문제점이 발생한다. 또한, 필라멘트 패키지 가장자리가 팽윤하는 경향 (벌징)이 있어서, 연신/가연 단계에서 사용하기에 곤란함을 발생시킨다. 한편, 필라멘트사의 잔류 신도가 250% 초과일 경우, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 섬유 구조를 적절히 고정하는데 실패하여, 성질이 변화하는 경향이 있고, 연신성이 시간에 따라 손상되면서, 연신/가연 단계 동안에 종종 빈번한 단사가 발생하며, 수득된 가연사는 보풀 또는 염료 얼룩을 나타낸다.
본 발명의 조건 (g)에 대하여, 필라멘트사의 열 응력 피이크값이 0.18 cN/dtex 초과일 경우, 방사 권취 단계시에 매우 높은 응력 완화도를 경험할 것이므로, 권취 완결 후, 보빈을 권취기 홀더에서 때로 제거할 수 없고, 권취된 필라멘트 패키지의 가장자리가 팽윤하고 (벌징), 연신/가연 단계에서 생성물을 사용하는 것이 어려워진다.
전술한 본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는 예를 들어 하기의 공정에 의해 제조될 수 있다.
구체적으로, 필라멘트 신도 향상제 입자를 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 0.5 ∼ 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ∼ 3.0 중량%로 혼합 및 분산하고, 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트/필라멘트 신도 향상제 입자 혼합물을 용융하고 방사돌기로부터 필라멘트로서 압출 및 방출하고, 이 때에 세공 크기가 40 ㎛ 이하, 바람직하게는 25 ㎛ 이하인 필터를 방사돌기 바로 위에 설치하여 혼합물의 용융물을 그를 통해 통과시키고, 방사 드래프트를 150 ∼ 800, 바람직하게는 250 ∼ 600 범위내로 조절하고, 필라멘트를 2,000 ∼ 8,000 m/분, 더욱 바람직하게는 2,000 ∼ 6,000 m/분의 인취 속도로 인취하고, 권취한다. 여기서, 방사 드래프트는 하기의 방정식에 의해 정의된다:
방사 드래프트 = 방사 인취 속도 (m/분) / 토출 표면에서 중합체의 평균 이동 속도 (m/분).
본 발명의 공정에 대하여, 세공 크기가 40 ㎛ 초과인 필터를 사용하는 것은 토출된 중합체 스트림 중에 조대한 입자가 포함되게 하여, 평활한 방사를 안정하게유지시키는 것이 어렵게되면서, 섬유 표면 상의 조대 입자의 블리드아웃(bleed-out)으로 생성 필라멘트의 표면 상에 불규칙성이 발생하고, 이에 방사 및 권취가 저해된다.
본 발명의 방법에 따라, 150 미만의 방사 드래프트는 토출 구멍이 작은 방사돌기 사용을 반드시 필요로 하므로, 그를 통해 통과하는 중합체 스트림은 섬유 축방향으로 높은 전단 응력을 받을 것이고, 따라서 중합체 스트림 중에 분산된 필라멘트 신도 향상제 입자가 섬유 축방향으로 연신되어서 0.03 ㎛ 미만의 평균 입도 (D)까지 뚝떨어지고; 따라서, 방출사의 잔류 신도 개선 효과 및 낮은 열 응력이 저해된다. 한편, 방사 드래프트가 800 초과인 경우, 토출 구멍이 증가되어 토출 개구부에서의 전단 응력에 의한 뚝떨어지는 효과가 감소하지만, 섬유 표면 중으로의 조(粗) 필라멘트 신도 향상제 입자의 블리드아웃으로 인해 필라멘트 표면 상에 발생되는 불규칙성이 방출 필라멘트의 권취를 어렵게 만든다.
본 발명의 방법에 따라, 2,000 m/분 미만의 방사 인취 속도는 복굴절률 (△n)이 0.02 이상인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사가 얻어지게 하지 못할 것이다. 한편, 8,000 m/분 초과의 방사 인취 속도는 복굴절률 (△n)이 0.07 초과인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사를 발생시킬 것이다.
본 발명의 방법에 따라, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와, 0.5 ∼ 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ∼ 3.0 중량%로 첨가되는 필라멘트 신도 향상제의 용융 및 토출에 대하여, 방사돌기 온도는 240℃ ∼ 270℃, 바람직하게는 245℃ ∼ 260℃로 설정되고, 필라멘트성 중합체 스트림의 냉각 및 고화를 위한, 방사돌기로부터토출 필라멘트성 중합체 스트림 하류 상의 냉각풍 속도는 0.1 ∼ 0.4 m/초, 바람직하게는 0.2 ∼ 0.3 m/초로 설정되며, 바람직하게는 수득된 필라멘트는 0.035 ∼ 0.088 cN/dtex, 바람직하게는 0.040 ∼ 0.070 cN/dtex 범위로 조절되는 권취 장력 하에 권취된다.
방사돌기 온도가 240℃ 미만일 경우, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 그 자신의 용융이 불충분할 것이며, 상기 온도는 함께 혼합되는 필라멘트 신도 향상제 입자의 종류에 따라, 그의 성형 온도 미만일 수 있으며, 상기 중 어느 경우에서든 중합체 용융물은 방사성이 불충분할 것이고 빈번한 방출사 파단이 발생하는 경향이 있을 것이다. 한편, 방사돌기 온도가 270℃ 초과일 경우, 필라멘트 신도 향상제 입자에서의 부가 중합체의 열 취화, 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 열 취화가 발생할 수 있다.
용융된 중합체 스트림의 냉각을 위하여, 통상의 측방향 송풍기를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 0.1 ∼ 0.4 m/초 범위로 냉각풍 속도를 유지하는 것은 잔류 신도를 효과적으로 개선시키고 수득된 필라멘트사에 대한 열 응력을 감소시킬 것이다. 냉각풍 속도가 0.1 m/초 미만일 경우, 수득된 방출 필라멘트사는 섬유 축방향으로 더욱 불균일하게 되어, 후속 단계에서 고품질의 가연사를 수득하는 것이 종종 어려워진다. 한편, 냉각풍 속도가 0.4 m/초 초과일 경우, 중합체 용융 스트림이 과도하게 냉각되어, 신장 점도가 증가하고 잔류 신도 증가 범위가 때로 감소한다.
방출사 권취 장력을 0.035 cN/dtex 미만으로 설정할 경우, 보빈에 대한 트래버스(traverse) 프린트성이 불충분하게 되어, 거미집모양 또는 불규칙한 실 길잡이(yarn-guiding)와 같은 패키지 형성에 대한 문제점이 종종 야기된다. 한편, 방출사 권취 장력이 0.088 cN/dtex 초과로 설정될 경우, 신장 회복성이 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 특유의 성질로서 나타나서, 권취 조임이 일어나, 발생된 신도 응력을 상쇄함으로써, 패키지 제거에 있어서 문제점이 발생한다.
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 대한 필라멘트 신도 향상제 입자의 첨가에 대하여, 적당한 방법이 선택될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 신도 향상제 입자를 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 중합 단계 중 최종 단계에서 조합할 수 있거나, 또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지와 필라멘트 신도 향상제 입자를 함께 용융 및 조합하여, 압출 및 냉각, 절단하여 칩으로 만들 수 있다. 대안적으로, 측방향 도입구를 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융 방사 기구에 제공하고, 필라멘트 신도 향상제를 용융 상태로 상기 도입구를 통해 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물 중에 동적 및/또는 정적 혼합물에 의해 도입할 수 있다. 대안적 방법으로서, 중합체를 용융 상태로 폴리에스테르 용융 방사 기구 중에 측방향 도입구를 통하여 동적 또는 정적 혼합물에 의해 도입한 후, 필라멘트 신도 향상제 용융물과 조합할 수 있다. 대신에, 둘 모두를 칩 형태로 혼합하고, 건조한 후, 용융 방사를 위해 제공할 수 있다. 중합체의 일부를 또한 연속식 중합체 방사 직접 라인의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 공급 라인으로부터 연신하고, 필라멘트 신도 향상제 입자가 그 중에 혼련된 분산물을 위한 매트릭스로서 사용하여, 그 후 상기 분산물을 중합체와의 혼합물을 위하여, 중합체 공급 라인에 목적에 따라 동적 및/또는 정적 혼합물로 수송하고, 그 혼합물을 각 방사돌기에 연결된 도관으로 분배할 수 있다.
상기 기술한 용융 방사 양식은 본 발명의 필라멘트사 제조 단독에 대하여 뿐만 아니라 다른 형태의 필라멘트사 제조에 대하여도 적용될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 필라멘트 신도 향상제를 실질적으로 함유하지 않는, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 이외의 폴리에스테르를 개별 토출 개구부에서 토출시키고, 필라멘트사를 두 겹으로 하여 동일한 필라멘트 패키지 상에서 동시에 권취해서, 성질이 상이한 2종의 미연신사 형태의 배합물로서 폴리에스테르 복합사를 수득할 수 있다.
다시 말하자면, 본 발명의 방법에 따라, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 대하여 0.5 ∼ 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ∼ 3.0 중량%로 그 중에 분산되어 있는 입자상 필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를, 필라멘트 신도 향상제를 실질적으로 함유하지 않는 상이한 형태의 폴리에스테르 수지와 함께 코-스피닝에 의해 용융 방출하고, 2,000 ∼ 8,000 m/분의 인취 속도로 인취하여, 폴리에스테르 복합사를 수득할 수 있다.
여기서, 코-스피닝은, 용융 성질이 상이한 2종의 중합체를 각각 개별 용융하고 각 용융물을 개별 방사돌기에서 토출하거나 또는 두 용융물을 복합 방사돌기에서 토출한 후, 냉각 및 경화하고, 그 후 수득된 필라멘트를 단일 필라멘트 패키지로서 동시에 권취하는, 용융 방사시에 통상 사용되는 방법이다.
코-스피닝 방법을 위한, 필라멘트 신도 향상제를 실질적으로 함유하지 않는상이한 형태의 폴리에스테르로서, 90 몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 90 몰% 이상의 에틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 90 몰% 이상의 부틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 90 몰% 이상의 시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유하는 폴리시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 및 90 몰% 이상의 에틸렌-2,6-나프탈레이트 반복 단위를 함유하는 폴리에틸렌-2,3-나프탈레이트 수지 중에서 선택되는 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 중의 하나를 필라멘트 신도 향상제를 실질적으로 함유하지 않는 상이한 형태의 폴리에스테르로서 사용할 경우, 필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 대한 성질 차이를 목적에 따라 조절할 수 있으므로, 성질이 탁월한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 복합사를 수득할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 의류 섬유 재료로서 탁월한 성질을 가지므로, 필라멘트 신도 향상제를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르로서 더욱 적합하게 사용될 수 있다.
또한, 이들 상이한 형태의 폴리에스테르는, 이들의 본질적 성질이 손상되지 않는 한, 제 3 성분과 공중합될 수 있거나, 또는 폴리에스테르 섬유용으로 통상 사용되는 첨가제, 예컨대 소광제를 또한 그에 첨가할 수 있다. 또한, 필요한 경우, 이들 상이한 형태의 폴리에스테르 중 둘 이상을 배합물로서 조합하여 사용할 수도 있다.
필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 및 필라멘트 신도 향상제를 함유하지 않는 상이한 형태(들)의 폴리에스테르를 코-스피닝용으로 공급하고 2,000 ∼ 8,000 m/분으로 권취함으로써, 급속한 열 응력으로 인한 주행 필라멘트 다발 사이의 권취 장력 균형의 상실을 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 특유의 탄성 회복성에 의하여 피할 수 있고, 이는 권취 형태가 탁월하고 시간에 따른 변화가 적으며 연신/가연 단계 동안의 수송성이 만족스러운 폴리에스테르 복합사의 안정한 제조가 달성될 수 있게 한다.
이제, 본 발명은 하기의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명될 것이다. 하기의 시험이 실시예들에 대하여 수행되었다.
(1) 고유 점도
시험 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 고유 점도는, 용매로서 o-클로로페놀 용액을 사용하여 35℃에서 측정되었다.
(2) 방사돌기 처리
방사/권취 단계의 작업 동안에 방사돌기 표면의 온도는, 방사돌기의 표면에 온도 검출 핀을 2 ㎜ 깊이로 삽입함으로써 측정되었다.
(3) 방사돌기 하의 냉각풍 속도
방사돌기 하의 냉각풍 속도는, 벌집 구조를 가진 냉각풍 송풍 노즐의 최상부 가장자리 아래의 30 ㎝ 위치에 풍속계를 상기 벌집 표면과 근접하게 접촉되도록 설치하고, 냉각풍 속도를 5회 측정한 평균을 취함으로써 결정되었다.
(4) 방사 드래프트
방사돌기 개구부에서 토출된 필라멘트성 중합체 용융 스트림의 체적 속도 (㎤/분)를 측정하고, 토출 단면적 (㎠)으로 나누어서 토출 면적에 대한 평균 중합체 처리 속도 (㎝/분)를 계산하고, 중합체의 방사 드래프트를 하기 방정식에 의해 계산하였다:
방사 드래프트 = 방사 인취 속도 (㎝/분) / 토출 면적에 대한 평균 중합체 처리 속도 (㎝/분)
(5) 열 변형 온도 (T)
시험 필라멘트 신도 향상제의 열 변형 온도 T 를 ASTM D-648 에 따라 측정하였다.
(6) 필라멘트 신도 향상제의 평균 입도 (D) 측정
방출된 시험 필라멘트사를 파라핀에 묻고, 필라멘트 축에 대한 직각 방향으로 7 ㎛ 두께로 절단하여, 전자 현미경(JSM-840, JEOL 제) 사진술용 구획을 제조하고, 상기 수득된 구획 군을 슬라이드 글래스 위에 놓고, 실온에서 2일 동안 톨루엔 중에 방치하였다. 상기 처리는, 필라멘트 신도 향상제로서 기능하는 입자상 부가 중합체가 용리되게 한다. 그 후, 용리된 구획을 백금으로 10 ㎃ ×2 분간 스퍼터링 증착하고, 전자 현미경 사진을 15,000×배율로 촬영하였다. 촬영된 필라멘트 단면 내에서 200개의 필라멘트 신도 향상제 용리점의 단면적을 면적 커브 메터(area curve meter) (Ushikata Manufacturing Co., Ltd.의 제품)를 사용하여 측정하고, 용리점의 평균 입도 D 를 계산하고, 상기 값을 사용하여 필라멘트에서필라멘트 신도 향상제 입자의 평균 입도 (D)를 나타내었다.
(7) 필라멘트 신도 향상제의 평균 길이 (L)와 상기 (D)의 비
방출된 시험 필라멘트를 파라핀에 묻고, 섬유 축방향을 따라 절단하여, 전자 현미경 사진술용 구획을 제조하고, 수득된 세로 섬유 구획을 슬라이드 글래스 위에 놓고, 실온에서 2일 동안 톨루엔 중에 방치하였다. 상기 (2)에서와 동일한 처리를 한 후, 용리점을 전자 현미경으로 15,000×배율로 촬영하고, 섬유 축방향으로 200개 용리점의 길이를 측정하고, 평균 길이 (L)를 계산하여, 상기 측정된 L 과 상기 D 값의 비 (L/D)를 결정하였다.
(8) 열 응력 피이크값
시험 필라멘트의 열 응력 피이크값을 Kanebo Engineering, Ltd.사의 열 응력 측정기 (Model KE-2)를 사용하여 측정하였다. 상기 측정에 대하여, 초기 하중은 0.044 cN/dtex 였고, 온도 상승률은 100℃/분이었다. 얻어진 데이터를 사용하여 온도를 가로축에, 열 응력을 세로축에 도시하여, 온도-열 응력 곡선을 그렸다. 최대 열 응력 값을 열 응력 피이크값으로서 취하였다.
(9) 복굴절률 (△n)
시험 필라멘트의 복굴절률을 하기의 방법에 의해 측정하였다. 구체적으로, 시험 필라멘트를 편광 현미경에 제공하고, 1-브로모나프탈렌을 침투액으로서 사용하고 파장이 546 ㎚ 인 단색광을 사용하여 필라멘트의 간섭띠를 측정하고, 하기의 방정식에 의해 △n 을 계산하였다.
△n = 546 ×(n + θ/180) /X
(n : 띠의 수, θ: 보상기 회전각, X : 필라멘트 직경)
(10) 잔류 신도
방출된 시험 필라멘트를, 온도 25℃ 및 습도 60% 로 유지되는 항온항습 챔버 내에 하루 밤낮 동안 방치한 후, 100 ㎜ 길이의 샘플을 Tensilon 인장 시험기 (Shimadzu Corporation 제)에 설치하고, 200 ㎜/분의 속도로 연신하여, 파단 신도를 측정하였다.
(11) 밀도
시험 필라멘트의 밀도를, 사염화탄소 및 n-펜탄으로 제조한 밀도 구배관을 사용하여 JIS-L-1013 을 기준으로 밀도 구배관 방법에 의해 측정하였다.
(12) 용융 지수
시험 필라멘트의 용융 지수를 ASTM D-1238 에 따라 측정하였다.
(13) 방출사 파단수
2개의 권취 지점을 갖는 권취기 (2-컵(cup) 권취기)가 장착된 단일 분동 용융 방사기를 24시간 동안 작동시켜서, 그 시간 동안에 발생된 단사수를 세고, 인간 또는 기계적 요인으로 인한 단사수를 뺀 후에 그 값을 방출사 파단수로서 사용하였다.
(14) 패키지 제거성
전술한 권취기를 사용하여 소정 중량의 필라멘트사를 권취하여 패키지를 형성하였다. 패키지를 권취기에서 제거할 때에 부닥치는 제거 저항을 하기의 3개 등급으로 등급화하였다.
레벨 1: 지장이 전혀 없는 평활한 제거.
레벨 2: 다소 강한 힘이 제거에 필요함.
레벨 3: 권취기로부터의 제거가 불가능함.
(15) 권취된 패키지 형태
권취된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 패키지 외양을 관찰하고 하기의 3개 등급으로 등급화하였다.
레벨 1: 가장자리의 벌징이 거의 없고 필라멘트사의 거미집모양화가 전혀 없는 정확하고 정돈된 외관.
레벨 2: 벌징이 발견되지만, 필라멘트사의 거미집모양화가 없음.
레벨 3: 매우 큰 벌징, 가장자리의 큰 팽윤 및/또는 필라멘트사의 많은 거미집모양화.
(16) 연신/가연 단계에서의 단사도
연신/가연기 (Model SDS-8, Scragg Co. 제의 48개 분동 마찰 디스크 가연 체계)를, 하나의 미연신 시험 패키지로부터 두개의 직조사 패키지를 제조하는 방법에 의해 연신/가연용으로 사용하여, 연신/가연 단계에서의 단사도를 하기의 방정식에 의해 계산하였다:
연신/가연 단계에서의 단사도 (%) = (단사수 / 48 ×2) ×100
그러나, 인간 또는 기계적 요인으로 인한 단사, 예컨대 실 매듭짓기 전후의 단사 (매듭(knot) 단사) 또는 자동 교체 동안의 단사는 단사수로 세지 않았다.
(17) 권축률
시험 가연사에 0.44 mN/dtex 의 장력을 가하고, 릴(reel) 모양으로 권취하여, 대략 3333 dtex 크기의 릴을 제조하였다. 릴에 1.77 mN/dtex 의 하중을 가하고, 1분 후에 길이 Lo(㎝)를 측정하였다. Lo측정 후, 릴에서 하중을 제거하고, 17.7 μN/dtex 의 하중 하에 20분 동안 100℃의 끓는 물 중에서 처리하였다. 끓는 물 처리 후, 전체 하중을 즉시 제거하고, 하중이 전혀 없는 상태로 릴이 24 시간 동안 자연 건조되게 하였다. 그 후, 자연 건조된 릴에 다시 17.7 μN/dtex 및 1.77 mN/dtex 의 전체 하중을 가하고, 릴의 길이 L1(㎝)을 1분 후에 측정하였다. 측정 직후에 1.77 mN/dtex 의 하중을 제거한 후, 1분 후에 길이 L2(㎝)를 측정하고, 하기 방정식에 의해 권축률을 계산하였다:
권축률 (%) = (L1- L2)/Lo×100
(18) 가연 단계에서의 실 보풀수
시험 필라멘트를 500 m/분의 속도로 20분 동안 Model DT-104 보풀 카운터 (Toray Co., Ltd. 제)에 연속 공급하여, 발생 보풀수를 세고, 이를 샘플 길이 10,000 m 에 대한 수로서 나타내었다.
(19) 가연사의 인장 강도 및 한계 신도
시험 가연사를, 온도 25℃ 및 습도 60% 로 유지되는 항온항습 챔버 내에 하루 밤낮 동안 방치한 후, 100 ㎜ 길이의 샘플을 인장 시험기 (TensilonTM) (Shimadzu Corporation 제)에 설치하고, 200 ㎜/분의 속도로 인장 신장시 파단 강도 및 신도를 측정하였다.
(20) 직물의 감촉
시험 연신/가연사를 사용하여, 100 g/㎡ 의 기준 중량을 갖는 능직물을 제조하고, 이를 예비완화 처리: 60℃ ×30분, 완화 처리: 80℃ ×30분, 예비 셋팅(setting) 처리: 150℃ ×1분 및 20% 알칼리 감량 처리를 한 후, 이를 100℃의 온도에서 염색하고, 염색된 직물을 160℃ ×1분에서 최종 셋팅하였다. 얻어진 마무리된 직물의 감촉을 평가하였다. 평가 직물은 전문가에 의해 관능 검사를 받았고, 하기의 3개 등급으로 등급화되었다:
레벨 1: 보디(body) 및 반발성이 적합하고, 염료 얼룩이 전혀 발견되지 않음.
레벨 2: 보디 및 반발성이 다소 약하고, 일부 염료 얼룩이 발견됨.
레벨 3: 맥빠진 감촉, 두드러진 염료 얼룩.
실시예 1
고유 점도가 1.02 이고 0.3 중량%의 산화티탄을 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를 130℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 개별적으로, 표 1 에 열거된 필라멘트 신도 향상제 각각을 표 1 에 열거된 온도에서 0.1 Torr의 감압 하에 40 ppm 이하의 수분 함량까지 건조시켰다. 하기의 절차를 표 2 에 열거된 각각의 실험 제 1 ∼ 5 번에 대하여 수행하였다. 즉, 실험 제 1 ∼ 5 번에 대하여 각각의 건조된 필라멘트 신도 향상제를 미리 건조된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와 함께 표 2 에 열거된 필라멘트 신도 향상제 함량으로 균일하게 혼합하여, 중합체배합물을 제조하였다. 중합체 배합물을 단축 필라멘트 용융 압출기에 공급하고 270℃의 압출기 온도에서 용융시킨 후, 방사돌기 바로 위에 있는 세공 크기 25 ㎛인 금속 섬유 필터를 사용하여 각 용융물을 여과하고, 각각 0.3 ㎜의 구멍이 있고 랜드(land) 길이/구멍 비가 2 인 토출 호울(hole)이 있는 방사돌기를 통해 통과시키고, 255℃의 방사돌기 온도에서 필라멘트성 중합체 용융 스트림으로서 압출하였다. 다음으로, 냉각 및 고화를 위하여 25℃의 냉각풍을, 이동 방향에 대해 수직인 방향으로, 방사돌기의 표면 아래 9 ∼ 100 ㎝ 범위의 지대에서 필라멘트성 중합체 용융 스트림에 0.3 m/초의 속도로 불고, 그 후 방사 오일제를 상기 고화된 필라멘트 다발에 오일 공급 노즐을 통해 적용하였다. 필라멘트 다발을 표 2 에 나타낸 조건 하에, 직경 124 ㎜, 두께 9 ㎜의 판지 보빈 상에 90 ㎜의 권취폭으로 권취하여, 실 중량이 10 ㎏인 패키지를 형성시켰다. 얻어진 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사는 133 dtex/36 필라멘트의 실 수를 가졌다. 실험 제 1 ∼ 5 번에 대한 방사 드래프트를 210 으로 조정하고, 권취 장력을 0.05 cN/dtex 로 조정하였다.
필라멘트신도 향상제(약칭) 필라멘트 신도 향상제(이름) 열 변형 온도 (℃) 분자량 용융 지수 건조 온도 (℃)
4-MP-1 4-메틸펜텐 30 3000 45.0 25
4-MP-2 4-메틸펜텐 45 8000 28.0 40
PMMA-1 폴리메틸 메타크릴레이트 70 33000 14.0 65
syn-PS-1 신디오택틱 폴리스티렌 85 50000 9.0 80
PMMA-2 폴리메틸 메타크릴레이트 105 100000 2.1 100
PMMA-PS 메틸 메타크릴레이트/아크릴산 이미드 부가물/스티렌 공중합체 116 70000 1.2 110
실험 번호 사용된 필라멘트 신도 향상제의 약칭 필라멘트 신도 향상제 함량 (중량%) 방사 권취 속도(m/분)
1 4-MP-2 0.5 2000
2 4-MP-2 2 3500
3 PMMA-1 1.5 6000
4 syn-PS-1 2 5000
5 PMMA-2 0.5 4000
각 실험 제 1 ∼ 5 번에 대하여 방출사 파단, 패키지 제거 용이성, 권취 형태, 폴리트리메틸렌 필라멘트사 중의 필라멘트 신도 향상제의 분산 상태, 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사 성능을 표 3 에 나타낸다.
실험 번호 방출사 파단(횟수) 패키지 인취 용이성 권취 형태 필라멘트 신도 향상제의 입도(D)(㎛) 필라멘트 신도 향상제의 L/D 비 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사
열 응력 (cN/dtex) 잔류 신도(%) 밀도(g/㎤) 복굴절률△n 신도 증가도(I%) 연신비 증가도(J%)
1 0 레벨 1 레벨 1 0.035 18.2 0.008 201 1.312 0.0402 52 33
2 0 레벨 1 레벨 1 0.057 12.1 0.026 140 1.324 0.0434 75 47
3 1 레벨 1 레벨 1 0.061 7.3 0.097 90 1.324 0.0579 100 63
4 0 레벨 1 레벨 1 0.281 3.0 0.040 108 1.323 0.0545 96 60
5 0 레벨 1 레벨 1 0.104 7.4 0.044 110 1.322 0.0543 57 36
다음으로, 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사 (10 ㎏ 패키지)를 연신/가연 기 (Model SDS-8, Scragg Co. 제의 48개 분동 마찰 디스크 가연 체계)에 공급하고, 가연 단위로부터의 가열기 상류의 온도를 165℃로, D/Y 비를 1.9 (D: 디스크 원주 속도, Y: 실 속도)로, 가연 속도를 400 m/분으로 설정하여, 필라멘트사를 표 4 에 나타낸 연신비 조건에서 연신/가연하고, 2개의 5 ㎏ 패키지에 권취하여, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 가연사를 제조하였다. 연신/가연사 파단도 및 보풀수를 표 4 에 나타낸다.
실험 번호 연신비 연신/가연 단계에서의 단사도 (%) 가연사에서의 보풀수(/104m)
1 2.32 0.8 1
2 1.85 1.5 0
3 1.46 1.3 0
4 1.60 2.1 1
5 1.62 0.5 0
비교예 1
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사를 각 실험 제 6 ∼ 10 번에 대하여, 실시예 1 에서의 용융 방사 방법에 의해 제조하였다. 그러나, 표 5 에 열거된 필라멘트 신도 향상제 함량 및 방사 권취 속도를 사용하였다. 각 실험 제 6 ∼ 10 번에 대하여, 방사 드래프트를 210 으로 조정하고, 권취 장력을 0.05 cN/dtex 로 조정하였다.
실험 번호 사용된 필라멘트 신도 향상제의 약칭 필라멘트 신도 향상제 함량(중량%) 방사 권취 속도(m/분)
6 4-MP-1 2.0 3200
7 PMMA-1 0.2 3500
8 PMMA-1 5.0 4000
9 PMMA-2 4.0 1800
10 PMMA-PS 2.0 5000
각 실험 제 6 ∼ 10 번에 대하여, 방출사 파단, 패키지 제거 용이성, 권취 형태, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사 중의 필라멘트 신도 향상제의 분산 상태,및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사 성질을 표 6 에 나타낸다.
실험 번호 방출사 파단(횟수) 패키지 제거 용이성 권취 형태 필라멘트 신도 향상제의 입도(D)(㎛) 필라멘트 신도 향상제의 L/D 비 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사
열 응력피이크값 (cN/dtex) 잔류 신도(%) 밀도(g/㎤) 복굴절률△n 신도 증가도(I%) 연신비 증가도(J%)
6 10 레벨 3 레벨 3 0.021 28.0 0.090 90 1.323 0.0579 -6 -4
7 2 레벨 3 레벨 3 0.048 10.3 0.110 97 1.325 0.0601 17 11
8 13 레벨 1 레벨 2 0.100 5.1 0.001 180 1.316 0.0381 157 98
9 16 레벨 1 레벨 3 0.178 1.8 0.000 356 1.305 0.0146 117 73
10 24 레벨 1 레벨 3 0.145 1.7 0.028 120 1.321 0.0511 140 88
그 후, 상기 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사를 실시예 1 에서와 동일한 방법으로 연신/가연에 적용시켜, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 가연사를 제조하였다. 그러나, 표 7 에 열거된 연신비를 사용하였다. 연신/가연사 파단도 및 보풀수를 표 7 에 나타낸다.
실험 번호 연신비 연신/가연 단계에서의 단사도 (%) 가연사에서의 보풀수(/104m)
6 1.46 3.7 4
7 1.52 8.6 2
8 2.15 25.6 14
9 3.51 16.8 27
10 1.69 12.5 12
실시예 2
표 8 에 나타낸 2종의 상이한 중합체를 필라멘트 신도 향상제로서 제조하였다. 또한, 표 9 에 나타낸 2종의 폴리에스테르 수지를 필라멘트 신도 향상제를함유하지 않은 폴리에스테르 수지로서 제조하였다.
필라멘트 신도 향상제 (약칭) 필라멘트 신도향상제 (이름) 열 변형 온도(℃) 분자량 용융 지수 건조 온도(℃) 압출기 온도(℃)
syn-PS-2 신디오택틱 폴리스티렌 90 50000 9.0 85 265
4-MP-3 4-메틸펜텐 75 8000 28.0 70 240
신도 향상제를 함유하지 않은폴리에스테르 수지 고유 점도 건조 조건 압출기 온도(℃)
폴리에스테르약칭 폴리에스테르 조성
CD-PTT 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 1.5 몰% 5-Na 술폰산 이소프탈레이트와 공중합 0.90 150℃ ×5시간 260
PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트 0.64 160℃ ×5시간 300
필라멘트 신도 향상제와 폴리에스테르 수지를 표 10 에 나타낸 조성비로 조합하고, 실험 제 11 및 12 번에 대하여 하기 기술한 절차에 따라 필라멘트사를 제조하는데 사용하였다.
실험 번호 신도 향상제를 함유하지 않은 폴리에스테르 사용된 필라멘트 신도 향상제의 약칭 필라멘트 신도 향상제 함량(중량%) 방사돌기 온도(℃) 방사 권취 속도(m/분)
11 CD-PTT syn-PS-2 0.5 255 2000
12 PET 4-MP-3 2.0 275 4200
고유 점도가 0.97 이고 산화티탄 함량이 0.3 중량%인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를 5시간 동안 150℃에서 건조한 후, 단축 필라멘트 용융 압출기 내에 260℃의 온도에서 용융하였다. 실험 번호 제 11 및 12 번에 대하여, 필라멘트신도 향상제를 표 8 에 나타낸 조건 하에 건조하고, 전술한 단축 필라멘트 용융 압출기에 연결된 사이드(side) 용융 압출기로 표 8 에 열거된 온도에서 용융시킨 후, 전술한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 용융물과 함께 표 10 에 열거된 함량으로 혼합하였다. 혼합된 용융물을 분산 및 혼합을 위해 12단 정적 혼합기를 통과시킨 후, 방사돌기 바로 위에 있는 세공 크기 25 ㎛인 금속 섬유 필터를 통과시켜, 하기의 상세사항을 갖는 방사돌기의 토출 개구군 A 로부터 표 10 에 나타낸 방사돌기 온도에서 토출시켰다.
방사돌기 상세사항: 각각 토출 개구 크기가 0.25 ㎜ 이고 랜드 길이가 0.5 ㎜인 48개의 원형 토출 개구부 (토출 개구군 A), 및 각각 토출 개구 크기가 0.38 ㎜ 이고 랜드 길이가 0.8 ㎜ 인 15개 원형 토출 개구부 (토출 개구군 B)를 갖는 토출 표면.
개별적으로, 두 실험 제 11 및 12 번에 대하여, 표 10 에 열거된 필라멘트 신도 향상제를 함유하지 않는 폴리에스테르를 표 8 에 열거된 건조 조건 하에 건조한 후, 전술한 단축 필라멘트 용융 압출기가 있는 동일 형태의 용융 압출기를 사용하여 표 8 에 열거된 온도에서 용융시키고, 전술한 방사돌기 토출 개구군 B 로부터 표 10 에 열거된 방사돌기 온도에서 토출한다. 다음으로, 냉각 및 고화를 위하여 25℃의 냉각풍을, 이동 방향에 대해 수직인 방향으로, 방사돌기의 표면 아래 9 ∼ 100 ㎝ 범위의 지대에서 0.2 m/초의 속도로, 토출 개구군 A 및 토출 개구군 B 에서 인접하게 토출되는 필라멘트성 중합체 용융 스트림에 불고, 그 후, 방사 오일제를 상기 수득된 필라멘트에 오일 공급 노즐을 통해 적용하고, 수득된 필라멘트군을 다발로 한 후, 표 10 에 나타낸 조건 하에, 직경 124 ㎜, 두께 9 ㎜의 판지 보빈 상에 90 ㎜의 권취폭으로 권취하여, 중량이 6 ㎏인 패키지를 형성시켰다. 상기 필라멘트사는 필라멘트 신도 향상제를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사 및 필라멘트 신도 향상제를 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트사를 포함하는 폴리에스테르 복합사였다. 실험 제 11 번에 대하여, 방사 드래프트를 388 로, 권취 장력을 0.05 cN/dtex 로 조절하는 한편, 실험 제 12 번에 대하여는, 방사 드래프트를 234 로, 권취 장력을 0.05 cN/dtex 로 조절하였다.
실험 제 11 및 12 번에 대하여, 방출사 파단, 패키지 제거 용이성, 권취 형태, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사 중의 필라멘트 신도 향상제 분산 상태, 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사 성질을 표 11 에 나타낸다.
실험 번호 폴리에스테르 복합 필라멘트사 필라멘트 신도 향상제의 입도(D)(㎛) 필라멘트 신도 향상제의 L/D 비 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트필라멘트사
방출사 파단(횟수) 패키지 제거 용이성 권취 형태 열 응력 피이크값(cN/dtex) 잔류 신도(%) 밀도(g/㎤) 복굴절률△n 신도증가도(I%)
11 1 레벨1 레벨1 0.295 4.0 0.013 245 1.312 0.0157 85
12 2 레벨1 레벨1 0.054 17.0 0.025 212 1.320 0.0255 170
그 후, 수득된 폴리에스테르 복합사 (6 ㎏ 패키지)를 연신/가연 기 (Model SDS-8, Scragg Co. 제의 48개 분동 마찰 디스크 가연 체계)에 공급하고, 공급 롤러와 제 1 인취 롤러 사이에 있는 인터레이스(interlace) 노즐에 1.5%의오버피드(overfeed) 율로 공급한 후, 가연 단위로부터의 가열기 상류의 온도를 140℃로, D/Y 비를 2.0 (D: 디스크 원주 속도, Y: 실 속도)로, 가연 속도를 400 m/분으로 설정하여, 필라멘트사를 표 12 에 나타낸 연신비로 연신/가연하고, 두개의 3 ㎏ 패키지로 권취하여, 폴리에스테르 복합 가연사를 제조하였다. 실험 제 11 및 12 번에 대하여, 연신/가연사 파단도, 보풀수 및 폴리에스테르 복합 가연사 성질을 표 12 에 나타낸다.
가연 폴리에스테르 복합사를 상기 기술한 "직물 감촉" 평가법에 의한 직물 감촉 평가용으로 사용하고, 얻어진 결과를 표 12 에 나타낸다.
실험 번호 연신비 연신/가연 단계에서의 단사도(%) 복합 가연사에서의 보풀수(/104m) 가연 복합사 크기 가연 복합사 인장 강도(cN/dtex) 가연 복합사 한계 신도(%) 권축률(%) 직물 감촉
11 1.30 1.4 1 94 2.3 34.0 5.2 레벨 1
12 1.45 1.3 1 126 2.2 30.1 6.3 레벨 1
본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사는 개선된 잔류 신도, 탁월한 기계적 성질, 및 연신/가연에 대한 탁월한 작업성 등을 나타내며, 이와 같은 필라멘트사는 본 발명의 방법에 의해 높은 생산성으로 효율적으로 제조될 수 있다.

Claims (12)

  1. 필라멘트사를 형성시키는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 및 상기 필라멘트의 질량을 기준으로 0.5 ∼ 4.0 질량%의 함량으로 필라멘트 중에 분산 및 함유되어 있는 필라멘트 신도 향상제 입자를 포함하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사로서,
    폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 중의 필라멘트 신도 향상제 입자가 하기의 요건 (a), (b) 및 (c)를 만족시키며:
    (a) 필라멘트 신도 향상제 입자는 열 변형 온도 (T)가 40℃ 이상 ∼ 105℃ 미만임;
    (b) 필라멘트의 단면 프로파일에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자는 평균 입도 (D)가 0.03 ∼0.35 ㎛ 임; 및
    (c) 필라멘트 신도 향상제 입자는 필라멘트의 종방향을 따라 필라멘트 중에서 연신 및 배향되며, 연신 및 배향된 입자의 평균 단면 크기 (D)에 대한 그 입자의 평균 입자 길이 (L)의 비 (L/D)가 2 ∼ 20 임,
    상기 필라멘트사가 하기의 요건 (d), (e), (f) 및 (g)를 만족시키는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사:
    (d) 필라멘트사는 I% 를 정의하는 하기 방정식에 따라 결정되는 그의 잔류 신도 증가도 (I%)가 30% 이상을 나타냄:
    I(%) = (Elb(%)/ Elo(%) - 1) ×100
    (상기 방정식에서, Elb(%)는 필라멘트사의 잔류 신도를 나타내고, Elo는 필라멘트 신도 향상제 입자를 비교 필라멘트사에는 함유시키지 않은 것을 제외하고는 전술한 필라멘트사의 제조 절차와 동일하게 제조한 비교 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사의 잔류 신도를 나타낸다);
    (e) 필라멘트사는 복굴절률 △n 이 0.02 ∼ 0.07 을 나타냄;
    (f) 필라멘트사는 보유 신도가 60 ∼ 250% 를 나타냄;
    (g) 필라멘트사는 그의 열 응력 피이크값이 0.18 cN/dtex 이하를 나타냄.
  2. 제 1 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자의 열 변형 온도 (T)가 60℃ ∼ 95℃의 범위인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자가 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체의 부가 중합 생성물을 포함하며, 상기 생성물은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와는 실질적으로 상용할 수 없고 중량평균 분자량이 2,000 이상인 것임을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  4. 제 3 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물이 메틸메타크릴레이트를 적어도 주성분으로서 포함하는 폴리메틸 메타크릴레이트 중합체, 및 스티렌을 적어도 주성분으로서 포함하는 이소택틱(isotactic) 폴리스티렌 중합체로 이루어지는 군에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 37.3 N (3.8 kgf)의 하중 하에 230℃의 온도에서 결정된 용융 지수 A 가 10 ∼ 30 g/10분인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  5. 제 3 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물이 스티렌을 적어도 주성분으로서 포함하는 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌 중합체에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 21.2 N (2.16 kgf)의 하중 하에 300℃의 온도에서 결정된 용융 지수 B 가 6 ∼ 50 g/10분인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  6. 제 3 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자용의 부가 중합 생성물이 메틸펜텐-1 을 적어도 주성분으로서 포함하는 폴리메틸펜텐 중합체에서 선택되며, 중량평균 분자량이 8,000 ∼ 200,000 이고, 49.0 N (5.0 kgf)의 하중 하에 260℃의 온도에서 결정된 용융 지수 C 가 26 ∼ 200 g/10분인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  7. 제 1 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않고 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 중에 혼합되는 폴리에스테르 필라멘트를추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  8. 제 7 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트가 트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트로 이루어진 군에서 선택되는 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사.
  9. 하기를 포함하는, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트사의 제조 방법:
    폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를, 수지 질량을 기준으로 0.5 ∼ 4.0 질량%의 양으로 열 변형 온도가 40℃ ∼ 105℃인 필라멘트 신도 향상제 입자와 혼합하고;
    생성된 수지 혼합물을 용융하고,
    용융물을 용융 방사돌기를 통해 필라멘트 형태로 압출하고,
    압출 필라멘트성 용융 스트림을 용융 방사 라인을 따라서 드래프트(draft) 하에 냉각 고화시키고, 고화된 필라멘트를 2,000 ∼ 8,000 m/분의 속도로 권취하고,
    (여기서, 수지 혼합물의 용융물은 용융 방사 라인에서 용융 방사돌기 바로 위에 배열되어 있는 세공 크기 40 ㎛ 이하인 필터를 통해 통과함);
    용융 방사 드래프트를 150 ∼ 800 범위로 조절함.
  10. 제 9 항에 있어서, 용융 방사돌기의 온도는 240℃ ∼ 270℃ 범위로 조절되며, 냉각 고화는 압출 필라멘트성 용융 스트림을 향해 0.1 ∼ 0.4 m/초의 풍속으로 냉각풍을 불어서 실시되며, 권취는 0.035 ∼ 0.088 cN/dtex 의 권취 장력 하에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 용융 압출 절차에서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 함유하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 수지를 동일한 하나의 방사돌기 또는 서로 상이한 두 방사돌기를 통해 공동용융 방사 방법에 따라 공동용융 압출하는 것; 및 권취 절차에서, 생성된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트를 공동용융 방출 폴리에스테르 필라멘트와 조합하면서, 조합된 필라멘트사를 2,000 ∼ 8,000 m/초의 속도로 권취하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 필라멘트 신도 향상제 입자를 실질적으로 함유하지 않는 폴리에스테르 필라멘트가 트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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