KR20050015460A - 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물성이 상이한 2종의 고분자를 복합방사법에 의하여 방사하여 다엽형의 이형단면을 갖게 함으로써 잠재권축성능과 우수한 흡한속건성능을 갖는 다기능성 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 점도차가 큰 2종의 열가소성 폴리머를 사이드 바이 사이드 타입의 고점도부분과 저점도부분의 직경의 비가 1.1∼1.8인 십자형태의 방사노즐을 사용하여 600∼3500 m/분의 방사속도, 260∼300℃의 방사온도로 방사한 후 연신, 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트 및 그 제조방법 {High self-crimping thermoplastic conjugate yarn which have poly-leaves cross section and process of producing thereof}

본 발명은 열가소성 복합방사필라멘트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물성이 상이한 2종의 고분자를 복합방사법에 의하여 방사하여 십자형의 이형단면을 갖게 함으로써 잠재권축성능과 우수한 흡한속건 성능을 갖는 필라멘트 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

대부분의 열가소성 합성섬유는 소수성이기 때문에 정전기가 많이 발생하여 땀의 흡수와 배출이 불량한 단점이 있다. 이런 단점을 개선하기 위한 방법으로 많은 발명이 이루어져 왔는데 크게는 화학적인 개선방법과 물리적인 개선방법으로 나뉘어질 수 있다. 화학적인 개선방법은 섬유형성 고분자내에 친수기를 갖는 물질을 공중합하는 방법이 알려져 있으며, 물리적인 개선방법으로는 섬유의 단면을 이형단면화하거나 극세화하는 방법 등이 알려져 있다.

또한 섬유의 잠재권축성능을 발현시키기 위한 방법으로서 이종의 상이한 성질을 가진 고분자를 용융하여 섬유의 길이방향으로 사이드 바이 사이드단면 형태로 일정하게 복합방사하여 이완열처리 공정을 통하게 함으로써 균일한 나선상의 권축사를 제조하는 방법은 널리 알려진 방법이다. 본 발명은 상기의 두 가지 방법을 동시에 적용함으로써 사이드 바이 사이드 단면과 섬유의 표면적이 크도록 이현단면을 갖는 흡한속건성이 우수한 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트를 제조하고자 한다.

다기능성을 갖는 복합섬유를 제조함에 있어서 가장 큰 공정상의 장애는 공정성 및 섬유단면편차와 물성편차이다. 이형단면에 있어서 일정수준이상의 이형도를 넘게되면 섬유의 제조공정성이 극히 불량해지며 이에 따른 강도 및 신도뿐만 아니라 균제도의 불량이 발생한다. 이에 더해 복합방사시 2종의 고분자를 사용함에 있어서 용융점도 및 고분자의 흐름성의 차이로 인해 두 고분자간의 단면형성성의 차이가 발생하고 단면불균일 현상이 생긴다.

섬유에 있어서 잠재권축성능을 가지게 하는 방법으로서 잘 알려져 있는 방법은 고유점도가 상이한 두 가지의 고분자를 사용하여 사이드 바이 사이드 단면의 형태로 제조하는 방법이라던가 편심된 심초형의 복합방사법에 의한 방법등이 잘 알려져 있다. 다수의 특허에서 이와 같이 방사된 섬유에 대한 제조방법이 알려져 있으며 이와 같이 방사된 섬유의 권축발현원리로서 연신을 통하여 건열이나 습열로 이완열처리를 하면 원사상태는 단순한 플랫얀이지만 열팽창계수가 상이한 바이메탈의 원리와 같이 두 고분자의 열수축차이에 의하여 크림프가 형성되는 효과를 기대하였다.

본 발명에 있어서 복합방사시의 가장 큰 해결과제 중 하나는 이형단면에 따른 단면의 형성성인데 위와 같은 기존의 방법에 알려진 잠재권축사의 대부분은 그 단면이 원형이며 이형단면의 경우 점도가 높은 고분자의 경우보다 상대적으로 낮은 점도를 갖는 페어 고분자로 인하여 이형단면 형성성이 떨어지게 됨으로서 공정성 불량이라던가 단면 편차로 인한 물성편차등의 문제들이 나타나게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 이형도 및 저점도성분의 고분자에 의한 단면형성의 문제점들을 고려하여 방사성 및 단면형성성이 양호하며 물성편차가 없으며 잠재권축성 뿐만 아니라 이형단면에 의한 섬유의 흡한속건성까지 겸비한 다기능성의 섬유를 제조하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면 2종의 폴리머로 이루어진 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법에 있어서,

고유점도차가 0.1∼0.5인 2종의 열가소성 폴리머를 고점도부분과 저점도부분의 직경의 비가 1.1∼1.8인 십자형태의 방사노즐을 사용하여 용융점도차이가 500 ∼ 2000 포아즈가 되도록 하고 사이드 바이 사이드 타입으로 다엽형단면을 갖도록 600∼3500 m/분의 방사속도,260∼300℃의 방사온도로 방사한 후 연신온도 70∼115℃, 연신비 1.3∼4.0로 연신, 160∼240℃에서 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법이 제공된다.

또한 상기 제조 방법으로 2종의 폴리머로 이루어진 열가소성 복합방사필라멘트에 있어서, 고유점도차가 0.1∼0.5인 2종의 열가소성 폴리머로 사이드 바이 사이드형으로 구성되고 다엽형태로서 이형도가 1.5 ∼ 3.0이고 아래 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트가 얻어진다.

- 아 래 -

a : b = 1 : 1.0 ∼ 3.5

(a: 고점도 부분 사 직경, b: 저점도 부분 사 직경)

이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 원형단면이 아닌 다엽형단면을 가진 열가소성 복합방사필라멘트로서 잠재권축력이 우수한 복합섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 단독방사에 의한 이형단면사의 제조시 공정성이 불량하고 물성이 불균일하게 되는 이유는 섬유의 단면의 이형도에 기인한다. 안정한 공정성을 확보하고 적절한 물성을 갖는 이형단면사를 제조하기 위하여는 적절한 이형도를 갖는 섬유를 방사할 수 있는 적절한 조건을 찾는 것이 매우 중요하다. 예를 들면 이형도가 과도하게 클 때에는 전술한 바와 같이 물성 및 공정성이 매우 불량하게 되며, 이형도가 너무 낮게 되면 본래의 이형단면사의 목적과 기능을 충분히 발휘하지 못하게 된다.

이에 섬유의 방사시 섬유단면의 이형에 관한 정도를 평가하는 것이 중요하며 이를 방사시의 공정 및 물성편차의 지수로 결정지을 수 있다. 섬유의 이형도를 평가하는 방법에는 여러가지가 있는데 정삼각형이나 정다각형의 경우에는 섬유단면의 내접원의 원주의 길이에 대한 외접원의 원주의 비로서 정의된 이형도의 개념을 사용하여 가지가 있는 이형단면의 경우에는 단면적에 대한 외주의 비로서 정의하는 등 여러 단면 형태에 따라 서로 다른 이형도의 개념을 정의하여 사용하고 있다. 본 발명에서는 이와 관련하여 다엽단면 형태의 이형도를 아래의 식으로 정의하여 이에 대한 공정성 및 물성편차의 변수로서 사용하기로 한다.

이형도 = (외주)² /(4×단면적) <식 1>

상기의 식으로 정의된 이형도의 값은 단위가 없으며 상수 4를 사용하여 원형단면의 경우 이형도가 1이 되며 다엽단면에 있어서의 이형도는 항상 1보다 크거나 같은 값을 가지게 되며 숫자가 클수록 이형도가 큼을 의미한다. 복합섬유의 이형단면에 있어서 일정수준이상의 이형도를 초과하게 되면 섬유의 제조공정성이 극히 불량해지며 이에 따른 강도 및 신도뿐만 아니라 균제도의 불량이 발생한다. 이에 더해 복합방사시 2종의 고분자를 사용함에 있어서 용융점도 및 고분자의 흐름성의 차이로 인해 두 고분자간의 단면형성성의 차이가 발생하고 단면불균일 현상이 생긴다.

본 발명의 복합방사필라멘트의 이형도 값은 1.5 ∼ 3.0 사이의 값을 갖는 것이 바람직하며 1.5 미만의 이형도 값을 갖는 경우는 공정성에는 유리하게 작용하나 본 발명의 고유 목적인 흡습성과 속건성이 현저히 감소하게 되며, 3.0을 초과하는 이형도를 갖게 되면 흡습성과 속건성은 양호하나 공정성 측면에서 불리한 인자로 작용하게 되며 사의 기본물성인 강도와 신도의 현저한 저하가 일어나게 되어 권취뿐 아니라 가연등의 후가공에도 나쁜 영향으로 작용하게 된다. 이형도의 제어는 폴리머 고유의 특성에 맞는 방사구금의 설계로부터 얻을 수 있으며 도 2에서 정의된 a 와 b 의 비율이 1 : 1.1 ∼ 1.8 의 방사구금을 통해 1.5 ∼ 3.0 의 이형도를 갖는 단면의 섬유를 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 열가소성 복합방사필라멘트의 원료로는 점도차가 상이한 두가지의 열가소성 폴리머로서 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택한 2종의 폴리머를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이종의 폴리머끼리 복합방사하여도 되며 동종의 폴리머중에서도 고유점도차가 0.1∼0.5 사이의 값을 갖는 폴리머끼리 복합방사할 수도 있는데, 특히 열가소성 폴리머로 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리아미드 폴리머로는 나일론6, 나일론 66 등이 바람직하며 폴리올레핀 폴리머로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등이 바람직하다. 이들 동종 및 이종의 폴리머간 방사는 폴리에스테르류의 방사와 거의 동일하여 이종의 폴리머의 용융점도차가 적정한 범위내에서 방사되어야 흡습성과 속건성 및 권축성능을 갖는 섬유를 얻을 수 있으며 방사구금도 동일하게 사용할 수 있다.

상기 폴리머의 용융점도차이는 500 ∼ 2000 포아즈의 차이를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며 500 포아즈미만의 고유점도차를 갖는 이종의 폴리머를 사용할 경우 고유의 목적인 권축성능이 떨어지게 되며 2000 포아즈를 초과하는 차이를 갖는 폴리머를 사용할 경우 너무 높은 용융점도차에 기인하여 방사시 두가지 폴리머간의 점도 불균형에 의해 방사성이 매우 불량해지는 단점을 가지게 된다.

본 발명에서 복합방사용 이형단면사는 도 2에 예시된 것과 같은 십자형태의 특수하게 설계된 방사구금을 제조하여 두 가지 고분자가 방사구금을 통과하면서 다면형의 단면을 갖도록 하였으며 이때 용융점도차에 의한 고분자의 용융상태의 흐름성의 차이에 기인한 단면의 불균일성을 제어하기 위하여 방사노즐의 토출구중 고점도 부분(a)에 대한 저점도 부분(b)의 직경의 비(a/b)를 1.1∼1.8 사이의 값을 갖도록 하였다. 이 직경의 비 1.1보다 낮을 경우 저점도 고분자의 흐름성에 의하여 완전한 십자단면의 형성이 어려우며, 1.8보다 클 경우 방사구금의 토출구를 통과할 때 고점도 쪽으로 휘어지는 현상이 발생하여 방사공정성이 불량해지며 방사후 권축 발현 정도에도 불리하게 작용하게 된다. 고점도부분의 직경이 저점도부분의 직경보다 길게 형성되게 함으로써 저점도 고분자의 용융점도 불균일이 최소화되어 다엽형단면의 안정화를 도모하게 된다. 상기와 같이 특수하게 설계된 방사구금은 4엽형 이외에도 3엽형 또는 5엽형의 다엽형의 형태로 제작하여 사용할 수 있다. 도1은 그중 하나인 4엽형 복합방사필라멘트의 원사단면 모식도이다.

상기 방사후의 원사를 예를 들어 연신온도 70∼115℃ , 연신비 1.3∼4.0, 열고정온도를 160∼240℃에서 처리한 다음에 건열 또는 습열로 이완상태에서 열처리하면 고유점도차가 0.1∼0.5인 2종의 열가소성 폴리머로 사이드 바이 사이드형으로 구성되고 다엽형태로서 이형도가 1.5∼3.0이고 아래 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트가 얻어진다.

- 아 래 -

a : b = 1 : 1.0 ∼ 3.5

(a: 고점도 부분 직경, b: 저점도 부분 직경)

상기 원료에 염색특성이나 소광특성을 내기 위해 개질하거나 30%미만의 첨가제를 사용한 것도 원료로서 사용되어 기능성 섬유의 제조가 가능하게 된다.

본 발명의 복합방사필라멘트를 사용하여 가연가공하여 가연사를 제조할 수 있는데 이 경우 잠재권축성이 더욱 향상되며 소프트한 질감을 얻을 수 있게 되어 스포츠웨어등의 기능성 직물에 적용할 수 있다.

이하, 이하 다음의 실시예에서는 본 발명인 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법의 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

고유점도가 각각 0.63과 0.46의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사이드 바이 사이드 타입의 십자형태의 방사노즐을 사용하여 280℃에서 1200m/분의 속도로 방사하였다. 이때 두 고분자간의 방사시 용융점도차는 700포아즈였다. 또한 방사토출구의 저점도 부분에 대한 고점도 부분의 직경의 비는 1.3이었다. 이렇게 얻은 미연신사를 연신배율 2.7배, 연신온도 90℃, 열고정온도 180℃에서 연신하였으며 이완 열처리는 98℃의 물속에서 실시하였다.

상기 두 고분자간의 고유점도 및 용융점도차와 방사노즐의 토출구중의 고점도 부분의 직경에 대한 저점도 부분의 직경의 비를 측정하였으며, 이에 대한 결과를 방사 공정성 및 권축수와 이형도로서 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

* 측정방법 :

- 고유점도: 각 고분자를 120℃의 오르토-클로로 페놀에 1%농도로 충분히 용해시킨 후 30℃항온조에서 우벨로드형 점도계를 사용하여 측정.

- 용융점도: 측정하고자 하는 고분자를 진공 건조기를 사용하여 130℃에서 충분히 건조시킨 후 모세관 타입 레오미터(Capillary type Rheometer)를 사용하여 250℃의 온도에서 측정.

- 권축수: 시료에 0.1g/de의 초하중을 걸고 500㎜를 자른 후 초하중을 제거하고 100℃의 끓는 물 속에 30분간 침지한다. 건조 후 단섬유를 추출하여 0.1g/de의 초하중을 주고 광학현미경으로 권축수(K/inch)를 측정.

- 이형도: 섬유의 단면적 값을 섬유단면의 외주의 제곱에 4를 곱한 값으로 나눈다(식 1).

- 직경의 비: 방사구금상의 토출구의 단면중 십자형의 저점도 부분의 직경에 대한 고점도 부분의 직경의 비 a/b (첨부도면 2 참조)

[실시예 2]

고유점도가 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 이때 두 고분자간의 방사시 용융점도차는 1400포아즈였으며 방사노즐 토출구의 직경의 비는 1.2였다.

방사 공정성 및 권축수와 이형도의 평가결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

실시예 1에서 사용한 고분자를 동일하게 사용하였으며 방사구금의 토출구에서 고점도 부분의 직경에 대한 저점도 부분의 직경의 비가 1.0인 방사노즐을 사용하였으며 그 외는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였으며, 방사 공정성 및 권축수와 이형도의 평가결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

방사구금의 토출구에서 고점도 부분의 직경에 대한 저점도 부분의 직경의 비가 1.9인 방사노즐을 사용하였으며 사용된 고분자는 실시예 1과 동일하게 하였다. 그 이외의 절차는 실시예1과 동일하게 반복하였으며, 방사 공정성 및 권축수와 이형도의 평가결과는 표 1에 나타내었다.

	고유점도차	용융점도차(포아즈)	토출구의 길이의비	공정성	이형도	권축수(K/inch)
실시예1	0.17	700	1.3	우수	2.2	18
실시예2	0.37	1400	1.2	우수	1.76	15
비교예1	0.17	700	1.0	보통	1.11	17
비교예2	0.17	700	1.9	불량	3.23	6

상기와 같이 본 발명에 의해 제조된 섬유는 이형단면에 의해 그 표면적이 극대화되기 때문에 수분의 흡수와 빠른 건조성능이 있으며 자외선 등의 유해 광선의 차폐효과도 우수하다. 또한, 섬유가 피부와 닿는 면적이 일반사에 비해 상대적으로 적으므로 드라이한 촉감이 나며 복합방사에 따른 효과로 섬유에 자발적으로 신축성이 발현됨으로써 스포츠웨어등의 가볍고 스트레치성이 요구되는 다양한 직편물에 응용될 수 있는 장점이 있다.

제 1도는 본 발명의 일례인 4엽의 십자형 이형단면 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트 단면의 모식도이다.

제 2도는 본 발명의 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조시 사용된 노즐 단면의 예시도이다.

Claims (5)

1. 2종의 폴리머로 이루어진 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법에 있어서,

   고유점도차가 0.1∼0.5인 2종의 열가소성 폴리머를 고점도부분과 저점도부분의 직경의 비가 1.1∼1.8인 십자형태의 방사노즐을 사용하여 용융점도차이가 500 ∼ 2000 포아즈가 되도록 하고 사이드 바이 사이드 타입으로 다엽형단면을 갖도록 600∼3500 m/분의 방사속도,260∼300℃의 방사온도로 방사한 후 연신온도 70∼115℃, 연신비 1.3∼4.0로 연신, 160∼240℃ 에서 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택한 2종의 폴리머를 사용하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 다엽형단면은 3엽, 4엽 및 5엽 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트의 제조방법.
4. 2종의 폴리머로 이루어진 열가소성 복합방사필라멘트에 있어서,

   고유점도차가 0.1∼0.5인 2종의 열가소성 폴리머로 사이드 바이 사이드형으로 구성되고 다엽형태로서 이형도가 1.5∼3.0이고 아래 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트.

   - 아 래 -

   a : b = 1 : 1.0 ∼ 3.5

   (a: 고점도 부분 사 직경, b: 저점도 부분 사 직경)
5. 청구항 4의 다엽형단면을 갖는 잠재권축성 열가소성 복합방사필라멘트로 제조된 가연사.