KR20050061943A - 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 상기폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 제조방법 및 상기폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 제조한폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수 평균분자량 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3 ~ 2.7인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 상기 PTT의 제조방법 및 상기 PTT 섬유에 관한 것임.

상기 PTT는 균일한 분자량 분포로 인하여 섬유 방사중 팩압 상승이 완화되어 팩 교환주기와 와이핑 주기가 연장되어 생산성 향상을 도모할 수 있으며 원사 균제성 증가, 강도등 원사 물성의 균일화 등의 우수한 특성을 발현시킨다.

또한 고분자량에 기인하는 PTT 섬유의 고강도 물성은 섬유의 후가공 즉, 가연, 연신, 편직 또는 제직 등 일련의 공정에서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 고유의 우수한 성질인 신축성과 탄성회복성, 소프트니스, 내화학성 등의 특성 손실을 최소화함과 동시에 후가공 작업성 상승효과로 인하여 의류용 및 산업용 섬유의 원가 절감을 기할 수 있다.

Description

폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 제조방법 및 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 제조한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유{PolyTrimethyleneTerephthalate, Process for Producing the Same and PTT fiber made thereby}

본 발명은 수 평균분자량(Mn) 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수(Polydispersity Index : PDI)가 1.3 ~ 2.7인 고강도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 상기 PTT의 제조방법 및 상기 PTT로 제조한 PTT 섬유에 관한 것이다.

PCT 특허출원 WO 99 - 11709에는 인화합물 과 중축합 용매로 금속화합물을 사용하여 극한점도가 0.4∼2.0㎗/g인 PTT를 제조하는 방법이 제시되어 있다.

하지만 본 발명자들은 PTT의 품질을 좌우하는 것은 극한점도 이외에도 이들의 수 분자량평균과 다분산 지수가 더 큰 영향을 미친다는 사실을 알게 되었다.

통상의 방법에 의해 제조되는 PTT는 수 평균분자량이 17,000이고 다분산 지수가 2.9이다.

본 발명자들은 이와같은 물성을 갖는 PTT를 이용하여 섬유를 제조하면 강도가 3.5g/d미만이고 방사 작업성은 통상의 폴리에스터 섬유의 제조공법에 비하여 좋지 않음을 알게 되었다.

본 발명은 강도가 3.5g/d이상이고 신도가 20~80%인 PTT 섬유와, 또 상기 PTT 섬유 제조용 PTT로서 수평균 분자량이 20,000이상이고 다분산지수 (PDI)가 1.3~2.7인 PTT와 상기 PTT의 제조방법을 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명자들은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유(PTT 섬유)의 제조에 가장 적당한 PTT의 물성은 수 평균분자량이 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3 ~ 2.7임을 알게 되었다.

수 평균분자량이 20,000보다 작으면 섬유의 강도가 너무 낮아 섬유 제사시 강력저하로 방사 작업성이 불량해지고, 생산성 향상을 위하여 방사속도를 증가시킴에 있어서 한계속도가 낮아지며, 제조된 섬유를 가공하더라도 충분한 효과를 부여할 수 없다.

또한 직편물 제조시 사절이 많이 발생하고 장력관리가 어려워서 물성이 변화되는 단점이 있다.

다분산 지수 또한 PTT 및 PTT섬유 물성에 영향을 크게 미치는 요인이 되는바, 다분산 지수가 2.7보다 높으면 균일하지 못한 분자량 분포로 인하여 저분자량 물질이 PTT내에 다량 포함되기 때문에 방사중 팩압 상승, 와이핑 주기단축. 원사의 섬도의 불균일성 증대, 원사 물성 불균일 등이 발생하기 쉽다.

그러나 다분산 지수가 1.3보다 낮은 PTT는 제조하기가 매우 어렵다.

그러므로 수 평균분자량이 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3 ~ 2.7인 것을 특성으로 하는 PTT는 본 발명자들읜 연구결과로 용융중합으로 중합된 수평균분자량이 10,000~18,000이고, 다분산 지수가 2.7이상인 PTT를 비활성 매체 중에서 처리온도 160 ~ 230℃에서 57 ~ 300시간 처리하면 제조할 수 있다는 사실을 알게 되었다.

이 때 비활성 매체는 진공이거나, 알킬렌 다이페닐(일본의 : Therm S 700^ⓡ ), 질소가스, 아르곤 가스, 헬륨, 네온 가스가 좋다.

처리매체중 클로로포름은 비점이 낮아 PTT의 수 평균분자량을 증가시키거나 다분산 지수를 감소시킬 수 없다.

본 발명에 의하면 우수한 품질의 PTT를 제조하기 위해서 처리온도는 160 ~ 230℃가 좋다.

본 발명에서, 처리온도가 160℃보다 낮으면 수 평균분자량의 증가 및 다분산 지수의 감소가 발현되지 않아 물성의 개선이 거의 이루어지지 않고, 230보다 높으면 PTT가 계 내에서 용융 및 침적되어 방사, 사출 및 압출 등의 용도로 사용할 수가 없게 된다.

처리시간의 경우 실시예의 조건과 같이 처리 시작 후 57시간 이상에서 본 발명에 부응하는 물성을 나타내는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지를 얻을 수 있다.

또 본 발명에서, 처리시간이 57시간미만이면 수 평균분자량의 증가 및 다분산 지수의 감소가 발현되지 않아 물성의 개선이 되지 않으며, 300시간을 초과하면 역반응이 일어나서 분자량이 오히려 감소한다.

또한 본 발명에 있어서 처리를 위하여 계내의 온도를 승온시킬 때 100℃이상에서 7시간 이상 온도를 유지시켜서 PTT내에 잔존하고 있는 수분을 건조시켜야 한다.

계 내에 수분이 존재할 경우 계내의 온도가 120℃이상일 때 가수분해에 의해 PTT가 변질되기 때문이다

이와 같이 본 발명에 의한 PTT는 수 평균분자량이 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3 ~ 2.7이므로 전술한 문제점이 보완된 PTT 섬유를 제조할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 처리전의 PTT내의 저분자량의 물질이 본 발명에 의한 처리에 의해서 고분자량의 물질로 전환된 것을 나타내고 있다.

또한 처리후 분자량 증가에 따라 분자량 분포가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

상기한 방법으로 제조한 고분자량의 PTT를 사용하여, 강도 3.5g/d이상, 신도 20~80%인 PTT 섬유를 제조하였다.

상기 PTT를 방사속도 3,000m/min 이상에서 용융방사하고, 연신 영역의 온도를 50 ~ 200℃로 하여 2단계로 열고정 후 2 데니어의 PTT 섬유를 제조하였다.

용융방사시 방사온도는 240 ~ 300℃, 더욱 좋기로는 250 ~ 290℃가 적당하다.

방사온도가 240℃ 미만이면 온도가 낮아 안정한 용융상태가 되기 어려우며, 방사된 섬유도 약사가 발생하고, 신도가 불균일하며, 방사온도가 300℃를 초과하면, 열분해가 발생하여 방사성이 불량해진다.

본 발명에서 방사속도는 3,000 ~ 4,000 m/min, 더욱 좋기로는 3,200 ~ 3,800 m/min으로 하는 것이 좋다.

방사속도가 3,000 m/min 미만이면 원사의 경시별 물성 변화가 커서 안정적으로 생산하기 어려우며, 4,000 m/min을 초과하면 모우 및 단사절 발생이 심하여 정상적인 조업이 불가능하다.

연신 영역의 온도는 1차 연신 영역의 온도를 50 ~ 90℃, 더욱 좋기로는 60 ~ 80℃로 하는 것 적당하다.

50℃미만에서는 열고정 온도가 너무 낮아 섬유의 강도 및 신도가 저하되며, 모우 및 단사절 발생이 많아 안정적이 조업이 어렵다.

그 이유는 온도가 낮아 연신에 의한 분자쇄의 충분한 배향이 일어나지 않기 때문이다.

또한 90℃를 초과하면 균일 연신이 어렵고 사의 물성 변화가 커서 정상적인 조업이 곤란하다.

또 2차 연신 영역의 온도는 100 ~ 180℃, 더욱 좋기로는 110 ~ 170℃가 적당하다.

100℃미만에서는 경시에 따른 물성변화가 발생하며, 180℃를 초과하면 균일한 물성을 얻기가 어렵고 안정한 조업이 곤란하다.

본 발명에 의한 PTT의 물성분석 방법은 다음과 같다.

ㆍ분석방법

1) 수평균 분자량과 다분산지수 : 수 평균분자량 및 무게 평균분자량은 미국 워터스사의 겔투과크로마토그래피(GPC) 기기를 사용하여 측정하였으며 용매로는 헥사풀루오로이소프로판(HFIP)를 사용하여 폴리스타이렌 스탠다드를 이용하여 분석하였다.

본 발명을 실시예에 의거 보다 상세히 설명하고자 하나 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 3, 비교예 1 ~ 2

표 1에 기재된 조건으로 1m³의 반응기에 300Kg의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머를 투입하여 처리하였으며 그 전후의 물성을 표1에 나타내었다.

실시예 4

실시예 1에서 제조된 PTT를 이용하여 스핀드로우 공정으로 제사를 실시하였다.

단사섬도는 1데니어 이상, 방사속도는 3,000m/분 이상, 냉각풍의 속도는 0.3m/초, 유제 부착율은 0.7중량%로 하며, 2단계로 열고정하였다.

1차 연신 영역의 온도는 60 ~ 80℃, 2차 연신 영역의 온도는 110 ~ 170℃로 하여서 강도 4.1g/d, 신도 31%인 섬유를 제조하였다.

제사된 PTT 섬유를 28 게이지에서 32인치 환편기로 환편하여 110℃에서 30분간 Blue 2R-SF 분산염료로 고온고압 염색을 실시한 결과 균일하고 진한 색상과 부드러운 표면감을 갖는 환편지가 제조되었다.

<표 1> 실시예 및 비교예

항 목	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
처리전 수지의수 평균분자량(Mn)	16,950	16,950	16,950	16,950	16,950
처리전 수지의다분산 지수(PDI)	2.977	2.977	2.977	2.977	2.977
반응 매체	진공	알킬렌 다이페닐	질소 가스	클로로포름	알킬렌 다이페닐
처리 온도 (℃)	180	185	190	30	250
처리중 120℃에서의수분 건조 시간 (시간)	7	7	7	불가	7
총 처리 시간 (시간)	57	77	97	90	97
처리후 수지의수 평균분자량(Mn)	43,200	64,032	82,456	16,500	용융후침적되어사용불가능
처리후 수지의다분산 지수(PDI)	2.54	2.02	1.53	2.97

본 발명에 의한 수 평균분자량 20,000이상이며 분자량의 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3 ~ 2.7인 PTT는 균일한 분자량 분포로 인하여 PTT 섬유의 방사중 팩압 상승이 완화되어 팩 교환주기와 와이핑 주기를 연장시켜서 생산성 향상을 도모할 수 있으며, 동시에 원사 균제성 증가, 원사 물성 균일화 등의 우수한 특성을 갖는 PTT 섬유를 제조할 수 있도록 해준다.

또한 본 발명은 PTT 섬유의 방사중에 절사횟수를 감소시켜서 생산성을 증가시킬 수 있다.

또한 고분자량에 기인하는 고강도 물성은 섬유의 후가공 즉, 가연, 연신, 편직 및 제직 등 일련의 공정에서 PTT 고유의 우수한 성질인 신축성과 탄성회복성, 소프트니스, 내화학성 등의 특성 손실을 최소화시킬 수 있음을 물론이거나 후가공 작업성이 상승되므로 의류용 및 산업용 섬유를 불문하고 제조원가를 절감실킬 수 있다.

또 본발명에 의한 PTT는 사출 및 압출 성형물의 제조에도 매우 유용하다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)기기 분석도이다.

Claims (4)

1. 수 평균분자량 20,000이상이며 분자량 분산성을 나타내는 다분산 지수가 1.3~2.7인것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트.
2. 용융중합으로 중합한 수평균분자량이 10,000 ~ 18,000, 다분산 지수가 2.7이상인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 비활성 매체내에서 온도 160 ~ 230℃에서, 57 ~ 300시간동안 처리하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 비활성 매체는 진공, 알킬렌 다이페닐, 질소가스, 아르곤 가스, 헬륨, 네온 가스중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 제조방법.
4. 제 1항의 수지를 이용하여 제조한 PTT 섬유로서, 강도가 3.5g/d이상이고, 신도가 20 ~ 80%인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유.