KR20050119900A

KR20050119900A - 복합섬유 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20050119900A
Application number: KR1020040045038A
Authority: KR
Inventors: 오성진; 이형재; 손양국; 권익현
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2005-12-22
Also published as: TW200600623A; JP3953055B2; CN100334273C; CN1710164A; JP2006002321A; TWI286168B; KR100595594B1

Abstract

본 발명은 신축성이 우수하며 내염소성이 개선된 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복합섬유의 분자량, 분자량 분포 및 미세구조를 조절함으로써 자연신축성이 우수하면서도 내염소성이 뛰어나 후가공 및 세탁시에 사용되는 공업용수, 수돗물, 지하수 등을 이용한 후가공, 세탁 등에 매우 안정한 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형 타입의 자연신축성 및 회복성이 우수한 복합섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 신축성 복합섬유는 일정온도 이상에서의 비수 또는 건열처리 등의 별도의 염색 또는 후가공처리를 하지 않고서도 자연권축신장율이 30% 이상, 자연탄성회복율 70% 이상의 고신축성을 발현할 수 있고, 염소처리후 강력유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상이어서 공업용수, 수돗물, 지하수 등을 이용한 후가공 또는 세탁 적용시 제품의 신축성 및 형태안정성이 매우 뛰어난 것이라 할 수 있다.

Description

복합섬유 및 이의 제조방법{Conjugated fiber and manufacturing thereof}

본 발명은 신축성이 우수하며 내염소성이 개선된 폴리에스테르계 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복합섬유의 분자량, 분자량 분포 및 미세구조를 조절함으로써, 별도의 비수 또는 건열 가공처리를 하지 않고도 자연신축성이 우수하고 내염소성이 뛰어나 후가공 및 세탁시에 사용되는 공업용수, 수돗물, 지하수 등에 매우 안정한 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형 타입의 자연신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 신축성 복합섬유는 일정온도 이상에서의 비수 또는 건열처리 등의 별도의 염색 또는 후가공처리를 하지 않고서도 자연권축신장율이 30% 이상, 자연탄성회복율 70% 이상의 고신축성을 발현할 수 있고, 염소처리 후 강력유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상이어서 후가공시 또는 세탁 적용시 제품의 신축성, 내염소성 및 형태안정성이 매우 뛰어난 것이라 할 수 있다.

폴리에스테르계 신축성 섬유에 대하여 일본국 특허공개공보평 제10-72732호에서는 극한 점도차를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 2종을 사용하는 방법이 게시되고 있다. 또한, 일본국 특허공개공보 제2000-328378호 및 일본국 특허공개공보평 제9-41234호에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고수축성의 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 폴리에스테르계 잠재권축 발현성 섬유의 제조방법을 공지하고 있다. 이외에도 미합중국 특허 제3,671,379호 및 일본국 특허공개공보평 제11-189923호에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 스트레치성을 가지는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 사용하는 방법도 제시하고 있다.

그러나, 종래의 상기 특허들에 기재된 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르계 신축성 복합섬유의 경우에는 비수/건열 열처리 전 권축회복특성 및 내염소성에 대한 특별한 언급이 없다. 폴리에스테르계 신축성 복합섬유는 통상적으로 2성분의 바이메탈 구조를 가지며, 염색이나 후가공시 비수 또는 건열처리 과정을 거치면서 2성분의 수축율차에 의한 이수축을 통하여 크림프를 발현하여 권축특성을 나타내는 것을 그 특징으로 한다. 일반적인 폴리에스테르계 신축성 복합섬유의 경우, 무하중 또는 거의 무하중에 가까운 경하중하 비수 및 건열처리후 권축신장율이 40%수준 또는 그 이상이고, 탄성회복율이 60% 또는 그 이상으로 언급되어 있으며, 상기 열처리 가공을 하지 않고도 신축특성을 유지하면서 염소처리 후 강력 및 신축성을 유지하는 기술은 확보되지 않은 상태이다.

대표적인 신축성 섬유인 폴리우레탄 섬유의 경우 보통 염소처리 후, 약 30% 이상의 강력 저하 및 20% 이상의 신축특성의 저하를 가져온다. 또한, 폴리에스테르계 섬유의 경우, 폴리우레탄 대비 그 내염소성은 우수하지만, 비수 또는 건열처리를 하지 않고도 일정 수준 이상의 신축특성을 가지며, 염소처리 후 강력 및 신축특성을 유지할 수 있는 폴리에스테르계 신축성 복합섬유에 관한 기술은 확보되어 있지 않으며, 이는 제품 가공 또는 세탁시 형태변형을 일으키거나 강력 및 신축성이 저하되는 문제점을 발생시킬 수 있다.

또한, 종래의 신축성 복합섬유 특허들은 대부분 서로 다른 폴리에스테르계 고분자에 의한 복합방사에 대해서만 제안이 되어 있을 뿐 복합섬유를 구성하는 서로 다른 고분자들의 중합물 자체의 분자량분포 및 미세구조에 기인한 복합섬유의 물성에 관해서는 언급되어 있지 않다. 미국 특허 제 3,671,379호에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 그리고 개질된 PET, PTT에 대한 점도의 변화에 의한 물성변화에 대해서는 언급이 되어 있으나 이 특허 역시 복합섬유를 구성하는 서로 다른 고분자의 분자량분포에 대한 언급은 없다. 물론 마크-호윙크식(Mark-Hawink equation)에 의해 점도-분자량의 관계에서 분자량의 추정은 가능하나 이는 분자량 분포에 대한 정보는 얻을 수 없다.

일반적인, 폴리에스테르계 섬유의 경우, 내화학성, 특히 내염소성에 있어 우수한 수준이다. 그러나, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 복합 신축성 섬유의 경우, 그 화학 구조의 차에 의해 방사공정 조건으로는 일정수준 이상으로 결정화도를 향상시키기 어려우며, 이에 따라 비결정부 영역의 각종 용수 및 수돗물, 지하수에 접촉, 팽윤시 염소성분에 의해 폴리에스테르계 신축성 섬유의 강력 및 신축성이 저하하는 것을 발견하였다.

이에 본 발명자들은 2종의 상이한 분자량차를 갖는 폴리에스테르계 중합체의 분자량, 분자량 분포 및 섬유의 미세구조 등이 신축성 및 내염소 강력, 내염소 신축성, 형태안정성 등에 영향을 주는 인자임을 발견하고 최적의 2종 중합체의 분자량, 분자량 분포 및 섬유의 미세구조를 설계하였다.

본 발명은 최적의 복합섬유의 분자량, 분자량 분포 및 미세구조를 설계함으로써, 별도의 후가공처리를 하지 않고서도 자연권축신장율이 30% 이상, 자연탄성회복율 70% 이상의 고신축성을 발현하고, 염소처리후 강력유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상인 복합섬유 및 그의 제조방법을 목적으로 한다.

본 발명은 제 1성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트이고, 제 2성분은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트이며, 단면 형태가 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)인 복합섬유에 있어서, 곡면변형지수가 1.0∼1.2, 단면의 이형도(a/b)가 1.2∼2.5, 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50%, 염소처리후 강력 유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상, 자연권축신장율이 30%이상, 자연탄성회복율이 70%이상인 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유를 제공한다.

또한, 상기 제 1성분의 폴리에틸렌테레프탈레이트는 수평균 분자량이 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2, 제 2성분의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 수평균 분자량이 30,000∼50,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.4인 것이 바람직하다.

또한 본발명은 (A) 1종의 중합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2 이고, 또 다른 1종의 중합물은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 30,000∼50,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.4인, 2종의 폴리에스테르를 용융시키는 단계, (B) 상기 용융물을 방사팩내 체류시간이 5분이하가 되도록 방사팩을 통과 시킨 다음, 방사속도가 2,000∼4,000m/분, 권취장력을 0.05∼0.10g/d 수준으로 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형 형태의 복합사로 인취한 다음, 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50%를 만족하도록 연신 및 열고정하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 상기 연신단계는 부분배향-연신/가연 공법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연신온도가 85∼95℃이고, 열고정 온도는 120∼180℃인 것이 바람직하다.

또한, 연신시 연신사절율이 10% 이하인 것이 특징이다.

또한, 본 발명은 상기 복합섬유로 제조되고 꼬임수(TM: Twist/meter)가 150∼2,000인 가공사를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 복합섬유와 신도 50% 이상, 비수수축율이 15% 이상인 고수축 특성의 원사가 혼섬되어 있는 혼섬사를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 복합섬유를 포함하고 있는 포백을 제공한다.

종래의 신축성 복합섬유의 경우, 후공정시 포백의 축소가 보통 10% 이상이고, 공업용수, 수돗물, 지하수 등을 사용하여 후가공 및 세탁시 이에 포함되어 있는 염소에 침해되어 원사의 강력 및 신축성의 저하가 발생하는 관계로 제품가공시 그 조건 설정이 까다롭고, 봉제품의 치수를 안정화시키기 어려우며, 후가공 및 세탁 처리시 신축회복 특성이 저하되는 문제점이 있다. 또한 일반적인 폴리에스테르계 잠재권축사의 경우, 염색, 후가공시 비수 또는 건열처리과정에서 2성분의 바이메탈(Bimetal) 원리에 의해 수축율차에 의한 이수축을 통하여 권축특성을 나타내므로, 폴리에스테르계 신축성 원사를 이용하여 비수 또는 건열 처리를 하지 않는 기저귀 등의 신축성 폴리에스테르 제품의 용도개발은 미흡한 실정이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 복합 신축성 섬유의 경우, 그 화학 구조의 차에 의해 방사공정 조건으로는 일정수준 이상으로 결정화도를 향상시키기 어려우며, 이에 따라 비결정부 영역이 각종 용수 및 수돗물, 지하수에 접촉하여 팽윤시 염소성분에 의해 폴리에스테르계 신축성 섬유의 강력 및 신축성이 저하하는 것을 발견하였다. 2종의 폴리에스테르계 고분자의 구조차 및 분자량차에 의한 신축성 발현과 각 성분의 분자량분포지수, 방사간 팩내 체류시간 및 연신조건을 최적화 하여 결정화도 및 결정의 완전성(Perfectness)을 최대화함으로써, 각종 용수 및 수돗물, 지하수에 접촉, 팽윤시 염소성분에 의한 침해를 최소화 할 수 있음을 알게 되었다. 따라서 후가공 및 세탁시 비수 또는 건열 처리를 하지 않고도 자연권축신장율이 30%이상, 자연탄성회복율이 70%이상인 우수한 자연권축특성을 발현하면서도, 내염소성이 우수하여 염소처리후 강력 유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상이 되어 원사 및 제품의 후가공 및 세탁시 형태변형 및 신축성 저하를 최소화 할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명자들은 복합섬유의 분자량, 분자량 분포 및 미세구조를 조절함으로써, 별도의 비수 또는 건열 가공처리를 하지 않은 상태에서도 자연신축성이 우수하고 내염소성이 뛰어나 후가공 및 세탁시에 사용되는 공업용수, 수돗물, 지하수 등에 매우 안정한 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형 타입의 복합섬유 및 그의 제조방법을 개발하게 되었다.

우수한 자연신축성 및 내염소성을 갖는 폴리에스테르계 복합섬유를 제조하기 위해서, 본 발명에서는 복합섬유의 분자량, 분자량 분포 및 미세구조를 다음과 같이 조절하였다.

본 발명에 사용되는 2종의 중합체는 제 1성분 폴리에틸렌테레프탈레이트는 수평균 분자량이 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2이고, 제 2성분 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 수평균 분자량이 30,000∼50,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.4인 것이 바람직하다.

또한 본발명에서 사용되는 중합물은 공업적으로 이용되는 폴리에스테르계 중합물과 이들의 개질 중합물등의 사용도 가능하다. 그 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등으로 대표되는 폴리에스테르와 이소프탈산(Isophthalic acid), 폴리에틸렌 글라이콜(polyethylene glycol)등으로 개질된 이들의 공중합체 폴리머 등이 있다.

이들 중합물의 제조는 일반적으로 알려진 괴상중합, 용액중합, 계면중합 등으로 제조되는데 본 발명에서 대상으로 하는 중합물은 어느 방법으로 제조된 것이나 사용이 가능하며 특히 좋기로는 괴상중합법 중에서도 용융중합이나 고상중합으로 제조되어지는 중합물이 그 제조경비면에서 유리하다.

본 발명에서 저분자량 고분자의 분자량의 낮은 값을 13,000 으로 하고 고분자량 고분자의 분자량의 높은 값을 50,000으로 하는 이유는 다음과 같다. 분자량 13,000 미만의 중합물을 제조하는 것은 중합방법 자체로는 어렵지 않다. 하지만 이 중합물을 이용하여 섬유화하기 위해서는 칩(Chip 혹은 pellet)의 형태로 있는 게 유리한데 분자량이 13,000 미만이 되면 chip으로 제조시 너무 부서지기 쉬워 균일한 형상을 갖는 chip의 제조가 곤란하며, 상대적으로 염소처리시 침해를 받기 쉽다. 분자량이 50,000 을 넘게 되면 중합시간이 너무 길게 되어 경제적으로 불리하며, 방사온도를 지나치게 높여야 하기 때문에 열분해에 의해 분자량이 감소되고 분자량분포가 넓어지므로 그 효과를 보기 어렵다.

또한 폴리에틸렌테레프탈레이트의 분자량 분포지수를 1.8∼2.2로, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 분자량 분포지수를 1.8∼2.4로 한정하는 것은 분자량 분포지수가 만일 하한치보다 작게 되면 분자량 분포가 너무 균일하게 되어 저분자량 물질의 자기 가소성(self-plasticizing)의 역할이 미비하여 공정상의 문제점이 생기기 쉽고, 분자량 분포가 상한치보다 크게 되면 분자량 분포가 커져 여러 가지의 중합물이 섞인 것과 같은 효과가 발현되어 신축성이 저하되며, 또 분자량분포가 커짐에 따라 저분자량쪽의 수평균 분자량이 낮아지며, 상대적으로 저분자분포율이 높아지므로 결정의 결점(缺點)이 증가하고, 방사 및 연신 공정상 결정화도를 일정수준 이상으로 향상시키기 어려워 내염소성 또한 저하되는 문제점이 생기기 때문이다.

본 발명에서 수평균 분자량 및 분자량분포지수는 중합물을 헥사플로로아이소프로필알코올(Hexafluoroisopropylalcohol, HFIP)에 녹여 미국 워터스(Waters)사의 고온용 GPC set를 이용하여 폴리스타이렌(Polystyrene)을 기준물질로 하여 수평균 분자량(Number avergae molecular weight, Mn)과 중량평균 분자량(Weight average molecular weight, Mw)을 측정하고 다음 식으로부터 분자량분포지수(Polydispersity Index, PDI)를 환산하였다.

본 발명에서 용융방사시 중합물의 방사온도는 각 중합물의 용융온도보다 20∼70℃ 높은 온도로 선정하였다. 중합물의 방사온도가 중합물의 용융 온도에 비해 20℃이상 높지 않으면 불균일한 용융이 되어 압출기 내에서의 압력이 너무 높아져 작업성이 저하되며 제조되는 복합섬유의 물성이 불균일해지는 등의 문제가 발생한다. 또한 중합물 용융온도에 비해 70℃보다 더 높게 되면 중합물의 흐름성은 개선되지만 중합물의 열분해 등의 문제가 발생하게 된다.

토출된 개개의 섬유상 중합체를 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 사이드-바이-사이드(side by side) 단면의 복합섬유의 제조가 가능하다.

또한, 방사팩내에서 접합되어 방사되는 편심심초(Sheath-Core)형의 방사간 분자량 및 점도차에 의해 발생되는 곡사 문제는 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 도 1 및 도 2와 같이 원사 단면의 폴리머간 곡면변형지수가 1.0∼1.2, 이형도가 1.2∼2.5가 되도록 함으로써 해결할 수 있다.

또한, 분자량이 높은 중합체의 경우, 방사간 열분해에 의한 분자량 감소가 심해지고, 분자량분포 또한 넓어지기 때문에 방사팩내 중합체 용융체의 체류시간을 5분 이하로 최소화하여, 상기 특성에 따른 물성, 내염소성 및 신축성 발현을 극대화 시킬 수 있다는 것을 알게 되었다.

얻어진 복합섬유는 통상의 폴리에스터 복합섬유의 제조에 이용되는 부분배향-연신/가연 공법에 의하여 섬유화할 수 있다.

본 발명은 핵심적인 기술구성요소로서 방사속도는 2,000∼4,000m/분인 것이다. 이는 2,000m/분 미만으로 방사시, 저속 방사에 의한 중합체 용융체 토출량 감소로 경제성 측면에서 불리할 뿐만 아니라, 연신시 연신비 증가로 인한 열수축율 상승으로 궁극적으로는 열에 대한 형태 안정성이 급격히 떨어진다. 일반적으로 낮은 방사속도에서 고배율연신에 의해 형성된 결정을 가지고 있는 섬유들은 열에 대한 높은 수축률을 나타낸다. 또한, 4,000m/분 초과로 방사시 2종의 서로 다른 분자량의 중합체간 열적, 물리적 특성이 매우 상이함으로 인한 방사성 저하로 방사공정의 안정성이 떨어진다. 또한, 권취장력은 0.05∼0.10g/d 수준으로 권취한 것이 그 특징이다. 권취장력이 0.05g/d 미만인 경우, 방사시 사의 오버피드(Over feed)에 의해 공정성이 떨어지는 단점이 있으며, 0.10g/d 초과인 경우, 방사시 큰 문제는 없으나 연신/가연시 권축발현 및 신축특성에 의해 해사장력이 불안정하여 사절수가 증가되어 공정성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 또 다른 핵심적인 기술 구성 요소로서, 부분배향-연신/가연 공법에 의해 제조시, 연신온도는 85∼95℃, 열고정 온도는 120∼180℃를 그 특징으로 한다. 연신온도의 경우, 85℃ 미만에서는 균일연신이 어렵고, 95℃ 초과에서는 열에 의해 가소화되는 정도가 심해 방사간 공정성과 그 물성 및 내염소성이 불안정하게 된다. 열고정 온도는 120℃ 미만이 되면 원사 및 제품의 결정화도, 결정의 완전성(Perfectness) 및 비결정영역의 배향도가 감소되고, 열수축율이 증가되어 형태안정성 및 내염소성이 떨어지며, 180℃를 초과하면 가소화가 심해져서 공정성 및 제반 물성이 약화된다.

본 발명은 가장 핵심적인 기술 구성 요소로서, 복합섬유 연신사에 있어서 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50%인 것이다. 본 발명자들은 복합섬유의 내염소성이 결정화도와 밀접한 연관관계가 있음을 발견하고 복합섬유의 미세구조를 보다 치밀하게 설계함으로써 복합섬유의 내염소성을 개선 할 수 있었다.

또한, 본 발명에 의해 제조되는 복합섬유는 방사간 방사팩(Pack)내 중합체 체류시간을 줄여 분자량 감소, 원사 물성 및 신축성 저하를 최소화하였고, 방사구금하 접합시키는 공법으로, 도 1 및 도 2와 같이 곡면변형지수 1.0∼1.2, 이형도를 1.2∼2.5수준의 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형으로 제조하여 도 3과 같은 기존 편심심초(Sheath-Core)형 원사에 비해 방사시 곡사문제로 인한 공정성 저하 및 기능성, 물성 저하를 최소화하였으며, 권취장력을 0.05∼0.10g/d 수준으로 유지하여 연신시 사절율을 최소화하였다.

본 발명의 제사조건에 따르는 섬유의 물성 및 기능성을 표 1에 나타내었다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

본 발명에 따른 방법으로 제조된 접합형 복합섬유의 물성의 평가기준 및 그 측정방법에 대하여 먼저 상술한다.

1. 수평균분자량 및 분자량분포 측정

중합물을 헥사플로로아이소프로필알코올(Hexafluoroisopropylalcohol, HFIP)에 녹여 미국 워터스(Waters)사의 고온용 GPC set를 이용하여 폴리스타이렌(Polystyrene)을 기준물질로 하여 수평균 분자량(Number average molecular weight, Mn)과 중량평균 분자량(Weight average molecular weight, Mw)을 측정하고 다음 수식 1로부터 분자량분포지수(Polydispersity Index, PDI)를 환산하였다.

수식 1

2. 자연권축신장율 및 자연탄성회복율 측정

하기 실시예에서 제조된 크림프 형성성 복합섬유의 물성인 자연권축신장율 및 자연탄성회복율을 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다.

섬유타래로부터 0.05g/d의 해사장력으로 감아서, 800∼1,500 데니어를 채취한 후, 20분간 방치하였다. 상기 단계를 거친 시료를 0.002 g/d 하중 하에서 2 분간 방치한 후, 그때의 길이(L₁)를 측정하였다. 상기 시료에 0.1 g/d 하중을 더하고 2 분후 길이(L₂)를 측정하였다. 이어서, 0.1 g/d 하중을 제거한 다음 2 분 경과 후 그때의 길이(L₃)를 측정하였다. 자연권축신장율과 자연탄성회복율은 하기 수식 2 및 수식 3에 의하여 산출되었다.

수식 2

자연권축신장율(%) =[(L₂-L₁)/L₂] × 100

수식 3

자연탄성회복율(%) =[(L₂-L₃)/(L₂-L₁)] × 100

3. 내염소성(강력유지율, 신축유지율) 평가

차염소산을 이용, 유효 염소량 100ppm, pH = 7.0의 염소수에 30℃에서 72시간동안 침적한다. 이때, 유효염소가 공기중으로 방출되지 않게 용기는 밀폐시키고, 72시간 처리후 자연 건조시킨 다음, 염소수 처리에 의한 원사의 강력유지율 및 신축유지율을 하기의 식에 의해 산출하였다.

수식 4

강력유지율(%) = S₁/S₀ × 100 (S₀: 염소수 처리전 강력, S₁: 염소수 처리후

강력)

신축유지율(%) = (권축신장유지율+탄성회복유지율)/2

권축신장유지율(%) = C₁/C₀ × 100 (C₀: 염소수 처리전 자연권축신장율, C₁: 염소수 처리후 자연권축신장율)

탄성회복유지율(%) = E₁/E₀ × 100 (E₀: 염소수 처리전 자연탄성회복율, E₁:

염소수 처리후 자연탄성회복율)

※ 자연권축신장율(C₁, C₂) 및 자연탄성회복율(E₁, E₂)의 측정은 상기 2.의 자연권축신장율및 자연탄성회복율 측정방법에 준하여 실시한다.

※ 강력은 KS K 0412에 의거하여 측정한다.

4. 원사 단면의 곡면변형지수, 이형도 평가

도2 및 3과 같이 원사의 단면을 SEM으로 분석 후 하기식에 의해 산출되었다.

수식 5

곡면변형지수 = c/d

수식 6

이형도 = a/b

5. 연신사절율 평가

부분연신사 200본을 연신사 권량 2kg으로 연신하여 사절된 본수를 백분율(%)로 표시하였다.

6. 결정화도

연신 및 열고정 시킨 복합섬유의 결정화도를 X-선 광각회절법에 의해 측정한 후, Lorentzian 분석법에 의해 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 결정피크로 분리한 후, 다음의 수식 7에 의해 각각의 결정화도를 측정하였다.

수식 7

결정화도 = (1-∑I_a/∑I_a100) × 100

I_a = 고분자의 비결정영역의 산란강도,

I_a100 = 고분자의 100% 비결정영역의 산란강도

실시예 1.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 14,632, 분자량분포지수(PDI) 2.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 32,149, 분자량분포지수(PDI) 2.4인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(a)의 사이드-바이-사이드(Side-by-Side) 단면으로 방사온도 275℃, 방사속도 2,800m/분, 권취장력 0.09g/d, Pack내 체류시간 3분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.60, 연신 온도 85℃, 열고정 온도 150℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 우수한 내염소성, 신축특성 및 연신공정성을 나타내었다.

실시예 2.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 14,632, 분자량분포지수(PDI) 2.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 39,334, 분자량분포지수(PDI) 2.2인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(a)의 사이드 바이 사이드(Side-by-side) 단면으로 방사온도 280℃, 방사속도 2,600m/분, 권취장력 0.07g/d, Pack내 체류시간 4분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.70, 연신 온도 90℃, 열고정 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 우수한 내염소성, 신축특성 및 연신공정성을 나타내었다.

실시예 3.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 16,422, 분자량분포지수(PDI) 2.1인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 45,752, 분자량분포지수(PDI) 2.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(a)의 사이드 바이 사이드(Side-by-side) 단면으로 방사온도 283℃, 방사속도 2,400m/분, 권취장력 0.08g/d, Pack내 체류시간 4분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.70, 연신 온도 90℃, 열고정 온도 160℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 우수한 내염소성, 신축특성 및 연신공정성을 나타내었다.

실시예 4.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 16,422, 분자량분포지수(PDI) 2.1인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 49,118, 분자량분포지수(PDI) 1.9인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 6:4의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(b)의 사이드 바이 사이드(Side-by-side) 단면으로 방사온도 285℃, 방사속도 2,100m/분, 권취장력 0.08g/d, Pack내 체류시간 4분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.64, 연신 온도 90℃, 열고정 온도 170℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 우수한 내염소성, 신축특성 및 연신공정성을 나타내었다.

비교예 1.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 11,683, 분자량분포지수(PDI) 2.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 14,054, 분자량분포지수(PDI) 2.3인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(a)의 사이드-바이-사이드(Side-By-Side) 단면으로 방사온도 270℃, 방사속도 2,800m/분, 권취장력 0.09g/d, Pack내 체류시간 3분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.60, 연신 온도 85℃, 열고정 온도 150℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 내염소성 및 연신공정성은 비교적 양호하였으나, 신축특성의 저하를 나타내었다.

비교예 2.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 11,683, 분자량분포지수(PDI) 2.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 23,744, 분자량분포지수(PDI) 2.8인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 3의 편심심초형(Sheath-Core) 단면으로 방사온도 270℃, 방사속도 2,600m/분, 권취장력 0.15g/d, Pack내 체류시간 8분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 1.70, 연신 온도 80℃, 열고정 온도 140℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 내염소성, 신축특성 및 연신공정성의 저하를 나타내었다.

비교예 3.

신축성 복합섬유를 제조함에 있어서, 수평균분자량(Mn) 20,422, 분자량분포지수(PDI) 2.4인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 수평균분자량(Mn) 66,450, 분자량분포지수(PDI) 2.7인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 종래의 용융복합방사 설비를 이용하여 도 1-(a)의 사이드-바이-사이드(Side-By-Side) 단면으로 방사온도 280℃, 방사속도 1,400m/분, 권취장력 0.14g/d, Pack내 체류시간 8분으로 설정하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 상기 방사/권취하여 수득된 복합섬유를 별도의 연신장치를 이용, 연신하여 단사섬도 2.1데니어급의 신축성 복합섬유를 제조하였다. 연신시 연신비는 2.90, 연신 온도 75℃ 열고정 온도 145℃로 실시하며, 그 결과를 표 1에 나타내었는 바, 내염소성, 신축특성 및 연신공정성의 저하를 나타내었다.

구 분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
중합체A(Mn)		PET(14,632)	PET(14,632)	PET(16,422)	PET(16,422)	PET(11,683)	PET(11,683)	PET(20,422)
중합체B(Mn)		PTT(32,149)	PTT(39,334)	PTT(45,752)	PTT(49,118)	PTT(14,054)	PTT(23,744)	PTT(66,450)
PDI(A/B)		2.2/2.4	2.2/2.2	2.1/2.0	2.1/1.9	2.2/2.3	2.2/2.8	2.4/2.7
Pack내체류시간(분)		3	4	4	4	3	8	8
방사온도(℃)		275	280	283	285	270	270	280
방사속도(m/분)		2,800	2,600	2,400	2,100	2,800	2,600	1,400
권취장력(g/d)		0.09	0.07	0.08	0.08	0.09	0.15	0.14
단면형태¹⁾		S/S	S/S	S/S	S/S	S/S	S/C	S/S
곡면변형지수(c/d)		1.15	1.10	1.10	1.15	1.10	1.45	1.20
이형도(a/b)		1.6	1.8	1.8	1.9	1.5	1.05	1.7
연신비		1.60	1.70	1.70	1.64	1.60	1.70	2.90
연신온도(℃)		85	90	90	90	85	80	75
열고정온도(℃)		150	160	160	170	150	140	145
강도(g/d)		3.5	3.7	3.6	3.4	2.9	3.2	3.3
신도(%)		34	36	32	31	37	39	38
PET결정화도		34	41	39	40	29	30	31
PTT결정화도		36	43	40	41	33	32	33
자연권축신장율(%)		36	43	40	41	13	28	31
자연탄성회복율(%)		79	83	81	82	89	72	68
염소처리전후	강력유지율(%)	91	94	93	92	84	80	78
염소처리전후	신축유지율(%)	90	84	87	85	86	77	76
연신사절율(%)		5.0	3.0	4.5	6.0	6.0	13.5	11.5

1) S/S: 사이드-바이-사이드형(Side-By-Side), S/C: 편심심초형(Sheath-Core)

2) PET: 폴리에틸렌테레프탈레이트, PTT: 폴리트리메틸렌테레프탈레이트

본 발명에 따라 제조된 내염소성이 우수한 신축성 복합섬유는 염색, 후가공시 비수 및 건열처리를 거치지 않은 상태에서도 자연권축신장율이 30%이상, 자연탄성회복율이 70%이상의 우수한 신축성을 지녔으면서도, 염소처리후 강력유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상이어서 원사 및 제품의 신축성이 뛰어날 뿐만 아니라 공업용수, 수돗물, 지하수 등으로 가공 또는 세탁시 그 형태안정성이 매우 뛰어난 것이라 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제조되는 복합섬유는 방사간 방사팩(Pack)내 중합체 체류시간을 줄여 분자량 감소, 원사 물성 및 신축성 저하를 최소화하였고, 단면의 형태가 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형태로 곡면변형지수가 1.0∼1.2, 단면의 이형도가 1.2∼2.5 수준으로 곡사 발생 및 곡면변형지수를 최소화하였다. 또한 신축성, 내염소성 및 공정성을 향상시키기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트의 수평균 분자량을 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량을 30,000∼50,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.4로 각 성분의 분자량 및 분자량분포를 설계하였으며, 방사간 분자량감소 및 분자량분포의 확대를 최소화하기 위하여 방사팩내 체류시간을 5분이하로 설정, 방사 및 연신효율을 극대화하여 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50% 수준으로 유지하였다. 연신공정성을 향상시키기 위하여 권취장력을 0.05∼0.10g/d 수준으로 유지하여 연신시 사절율을 최소화함으로써 공정성이 우수하면서도 원사의 강신도, 내염소성 및 자연신축특성 등이 우수하여 직물, 환편, 경편등의 다양한 용도로 적용이 가능하다.

도 1-(a), (b), (c)는 본 발명에 의해 제조된 내염소성이 우수한 폴리에스테르계 신축성 복합섬유의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 의해 제조된 내염소성이 우수한 사이드-바이-사이드형(Side-by-Side)의 접합형 폴리에스테르계 신축성 섬유의 곡면변형지수 및 이형도를 나타내는 도면이다.

도 3은 편심심초형(Sheath-Core)의 폴리에스테르계 신축성 섬유의 곡면변형지수 및 이형도를 나타내는 도면이다.

Claims

제 1성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트이고, 제 2성분은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트이며, 단면 형태가 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)인 복합섬유에 있어서,

곡면변형지수가 1.0∼1.2, 단면의 이형도(a/b)가 1.2∼2.5, 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50%, 염소처리후 강력 유지율이 85% 이상, 신축유지율이 80% 이상, 자연권축신장율이 30%이상, 자연탄성회복율이 70%이상인 것을 특징으로 하는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유.
제 1항에 있어서,

1종의 중합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2 이고, 또 다른 1종의 중합물은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 30,000∼50,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.4인 것을 특징으로 하는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유.
(A) 1종의 중합물은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 13,000∼18,000, 분자량 분포지수가 1.8∼2.2 이고, 또 다른 1종의 중합물은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 수평균 분자량이 30,000∼50,000 분자량 분포지수가 1.8∼2.4인, 2종의 폴리에스테르를 용융시키는 단계,

(B) 상기 용융물을 방사팩내 체류시간이 5분이하가 되도록 방사팩을 통과 시킨 다음, 방사속도가 2,000∼4,000m/분, 권취장력을 0.05∼0.10g/d 수준으로 사이드-바이-사이드(Side-By-Side)형 형태의 복합사로 인취한 다음, 제 1성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 30 내지 45%, 제 2성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 부분의 결정화도가 35 내지 50%를 만족하도록 연신 및 열고정하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 3항에 있어서,

부분배향-연신/가연 공법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 연신온도가 85∼95℃이고, 열고정 온도는 120∼180℃인 것을 특징으로 하는 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 3항에 있어서,

연신시 연신사절율이 10% 이하인 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 1항의 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유로 제조되고 꼬임수(TM: Twist/meter)가 150∼2,000인 것을 특징으로 하는 가공사.
제 1항의 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유와 신도 50% 이상, 비수수축율이 15% 이상인 고수축 특성의 원사가 혼섬되어 있는 혼섬사.
제 1항의 신축성 및 내염소성이 우수한 복합섬유를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 포백.