KR20060077866A

KR20060077866A - 인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사 및이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060077866A
Application number: KR1020040118348A
Authority: KR
Inventors: 유현영; 정이운
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR101118849B1

Abstract

본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 인성도 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티 필라멘트 및 이의 제조방법에 방법에 관한 것으로, 나노미터 수준의 입경을 갖는 이산화규소 분말을 폴리에스테르 고상 중합칩과 혼합하여 마스터배치를 제조하고 상기 마스터배치를 고유점도 1.0인 폴리에스테르 고상 중합 칩과 혼합 용융 방사시킨 후 냉각 고화된 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 여러 쌍의 고뎃 롤러를 거치면서 연신 및 열고정, 이완을 실시하고, 권취하여 제조되는 것을 특징한다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사는 1) 절신: 25-27%, 2) 강도: 8.3g/d이상, 3) 건열수축률(190℃, 15분, 초하중 0.01g/d, 테스트라이트): 3.0%이하, 4) 인성: 43 × 10^-1g/d 이상으로 타포린 이나 트럭용 커버지 등의 산업용 섬유로 사용된다.

산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사, 이산화규소 분말, 나노 입경, 마스터배치, 고인성(high toughness)

Description

인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사 및 이의 제조 방법{A technical polyester multi-filament yarn with high toughness and its manufacturing process}

도 1은 본 발명의 제조공정 개략도.

본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 고인성(高靭性)을 갖는 산업용 폴리에스테르 멀티 필라멘트사 및 이의 제조방법에 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노미터 수준의 입경을 갖는 이산화규소 분말을 폴리에스테르 고상 중합칩과 혼합하여 마스터배치를 제조하고 상기 마스터배치를 고유점도 1.0인 폴리에스테르 고상 중합 칩과 혼합 용융 방사시킨 후 냉각 고화된 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 여러 쌍의 고뎃 롤러를 거치면서 연신-열고정-이완-권취하여 제조하는 것을 특징한다.

일반적으로, 폴리에스테르 섬유는 우수한 강력, 신장 탄성률, 치수안정성 등의 물리적 특성이 우수하기 때문에 산업용 섬유로서 널리 사용되고 있으나 타포린 등의 산업용에 응용시 최종 제품의 인열강력 부족 문제가 발생하고 있는 상황이다. 이러한 타포린의 인열강력을 증가시키기 위하여 원사 차원에서 취할 수 있는 개선 방안은 인성증가(강도 및 절신 동반 상승)이다.

원사의 인성을 향상시키기 위한 여러 가지 방안이 공개되어 있는데, 크게 중합물 수준에서 첨가제를 사용하거나 다른 화학물질과 공중합 시키는 방법이 있고, 방사 장치 또는 설비 변경에 의한 방법이 있다.

중합물에 첨가제를 사용하거나 공중합에 의한 중합물 개질을 통하여 원사의 인성을 개선시키고자 하는 기술에는 다음과 같은 것이 있다.

일본 특원평1-209609호에서는 폴리에스테르 용융물에 카르복시 말단 봉쇄제로 0-페닐-페닐-글리시딜에테르(O-phenyl-phenyl-glycidylether)를 0.4wt% 첨가하는 방법이, 특원평9-72283호에서는 10wt%의 안트라퀴논(Anthraquinone) 마스터 칩과 폴리에스테르 칩을 블렌딩하여 고상중합한 칩으로 방사하는 기술이, 특원소63-332311호에서는 중합시 망간 0.035wt%와 게르마늄 0.02%를 첨가하는 방법이, 특원평10-6263호에서는 분자량 400이하의 방향족 케톤을 함유하는 PET 섬유를, 특원평10-270346호에서는 중량평균분자량이 350-10000이하인 폴리(비닐아릴) 유도체를 함유한 폴리에스테르 조성물을 사용하는 방법 등이 개시되어 있다. 이러한 방법으로 중합물 차원에서 첨가제를 적용하거나 중합물을 개질하는 경우에는 이러한 목적을 달성하기 위하여 추가적인 공정이나 별도의 피딩설비가 필요하게 되어 경제적인 면에서는 불리하다고 할 수 있다.

또한 횡연신기를 사용한 2단 연신법으로 폴리에스테르 원사의 인성을 개선하고자 하는 기술이 대한민국 출원특허 특1987-0013987에 소개되어 있고, 특1992-0014693와 특1993-0028842에서는 횡연신공정에서 이완효율을 더 높이기 위하여 가열공기가 공급되는 오븐을 고뎃 롤러 사이에 설치하는 기술도 소개하고 있지만, 이러한 방법으로 제조된 원사는 고강력 측면에서 불리한 점을 안고 있다.

미국 특허 660397호에서는 연신 롤러 이전의 인터레이서에 열풍을 사용하는 방법이 제시되어 있고, 특원평1-75377호에서는 최종 연신 롤러 전 20-100mm 위치에 표면온도가 250-500℃의 비접촉가열판을 배치하는 기술을, 특원2001-2384호에서는 티탄, 텅스텐카바이드, 실리콘카바이드, 산화크롬 등의 혼합물을 코팅층으로 피막된 가열롤러장치를 사용하는 기술을, 특원평10-187452호에서는 최종연신롤러와 이완롤러 사이에 250℃이상의 과열수증기를 분사하는 기술을, 특원평10-187451호에서는 최종연신롤러와 이완롤러 사이에 250-400℃이상의 비접촉실가열장치를 통과하는 방법을 제시하고 있지만 이들 역시 앞에서 언급한 것과 마찬가지로 기존 방사 설비를 변경하는 방법을 제시하고 있어, 실제 상업생산시 경제적인 문제점을 안고 있다.

그 외 기술로는 특원평5-184027호에서는 PET 미연신사를 농도 94-98%, 30-80℃의 디메틸포름알데히드 수용액에 침지 후 연신하는 공정을, 특원소62-224366호에서는 PET를 팽윤시키는 용매에 침지 후 연신하는 방법을 기술하고 있으나 실제 생산 현장 적용에 한계가 있다고 볼 수 있다.

본 발명의 목적은 위에서 언급한 선행 기술의 문제점 및 단점을 해결하기 위하여 설비변경이나 중합물 개질 없이 나노미터 수준의 입경을 갖는 이산화규소 분 말을 첨가하고 권취조건을 적정화함으로써 폴리에스테르 섬유의 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 고강도, 저수축의 특성을 가지면서 동시에 고인성을 갖는 산업용 폴리에스테르 멀티 필라멘트를 제조함에 있어서, 나노미터 수준의 입경을 갖는 이산화규소 분말을 폴리에스테르 고상 중합칩과 용융 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 상기 마스터배치와 고유점도 1.0인 폴리에스테르 고상 중합 칩과 혼합하여 용융 방사시킨 후 냉각 고화된 폴리에스테르 미연신 필라멘트사를 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 고데트 롤러 이전에 통상적인 방사 유제를 부여(Kiss Roller 또는 Jet Oiler)한 다음 다섯 쌍의 고데트 롤러를 거치면서 연신 및 열고정, 이완을 실시하고, 권취하여 제조한다.

본 발명은 고강도, 저수축, 고인성의 특징을 발현하기 위해서, 나노 크기의 이산화규소 분말을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 고강도, 저수축, 고인성의 특징을 발현하기 위해서 폴리에스테르 미연신사를 다단 고뎃 롤러에서 연신비 5.70 내지 5.9, 이완률 13% 내지 15%, 고뎃롤러4의 온도를 235-245℃로 처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 관하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 목적에 따라 방사구금을 통하여 나오는 폴리에스테르 용융물은 첫 번째 고뎃 롤러 이전에는 냉각된 폴리에스테르 미연신사 상태이다. 상기 미연신사 는 첫 번째 고뎃 롤러와 네 번째 롤러 사이에서 연신되며, 네 번째 고뎃 롤러에서 열고정 과정을 거친 후 네 번재 고뎃 롤러와 다섯 번째 고뎃 롤러사이에서 이완 공정을 거친 후 최종 권취된다.

본 발명에서의 폴리에스테르 섬유는 실질적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이며, 폴리에스테르 본래의 성질이 손상되지 않는 정도의 내열제, 난연제, 염소제, 결정핵제 등을 함유하고 있어도 된다. 폴리머의 고유점도는 0.8-1.0의 범위가 바람직하며, 고유점도가 0.8미만인 경우에는 강도 발현이 어렵고 내열성이 저하되며, 고유점도가 1.0을 초과할 경우에는 방사응력이 높아져 배향결정화를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.

상기 이산화규소 분말은 입경 크기가 10-100nm이고, 마스터배치 제조시, 이산화규소 분말 함량을 폴리에스테르 고상 중합 침 중량 대비 1-30중량%로 조절하여 제조한다.

또한 상기 제조된 마스터배치를 고유점도가 1.0인 폴리에스테르 폴리머와 일정비율로 용융 혼합한 후, 최종 폴리에스테르 폴리머 내 이산화규소 분말의 함량은 100-5000ppm으로 조절하는 것이 바람직하다. 함량이 100ppm 미만인 경우에는 절신이 낮게 되어 고인성의 특성이 미흡하고, 함량이 5000ppm를 초과하는 경우에는 이산화 규소가 이물질로 작용하여 연신이 어렵고 방사성이 좋지 않아서 강도 및 인성이 저하하게 된다.

또한, 압출기의 실린더 온도는 290 내지 310℃가 바람직하며, 실린더 온도가 290℃ 미만일 경우에는 방사 장력 증가에 따른 미연신사 복굴절률이 증가하여 연신 성이 저하되는 문제점이 발생하고, 실린더 온도가 310℃를 초과하는 경우에는 폴리에스테르 용융물의 열분해가 심해 원하는 수준의 물성 발현이 어렵게 된다. 이후 방사 빔, 후드, 기어 펌프 온도 및 냉각 조건은 통상의 조건에 따라 실시 가능하다.

본 발명의 권취 조건은, 상기에 준비된 냉각 고화된 미연신사를 다단 고뎃 롤러에 통과시켜 연신-열고정-이완-권취과정을 거친다.

상기 연신비는 5.7 내지 5.9으로 연신하는 것이 바람직하며, 연신비가 5.7 미만일 경우에는 섬유 배향도가 낮아 강도 발현이 어려우며, 5.9를 초과할 경우에는 과연신의 수준이 되어 단사절이 발생하면서 작업성이 저하되거나, 완전 사절이 발생하게 된다.

또한 이완률은 13 내지 15%가 바람직하며, 13% 미만일 경우에는 수축율이 상승하며, 15%를 초과할 경우에는 고뎃롤러상에서의 사떨림이 심해져서 작업성을 확보할 수가 없다.

또한, 고뎃롤러4(GR4)의 온도는 235 내지 245℃가 바람직하며, 온도가 235℃ 미만일 경우에는 열적효과가 충분하지 못하여 이완효율이 떨어져 수축률 달성이 어려우며, 245℃를 초과할 경우에는 열분해에 의한 원사강도 저하 및 롤러상 타르 발생이 증가하여 작업성이 저하된다.

이하, 본 발명은 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명되어지나 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 실시예에서는 다음과 같은 평가방법 및 측정방법이 활용되어진다.

(a) 폴리머의 고유 점도:

페놀/1,1,2,2-테트라클로로 에탄의 6:4 혼합 용매로 0.4% 폴리에스테르/용매 용액을 만들어 캐논사의 자동점도계로 표준 모세관을 통과하는 순수 용매의 유동시간에 대한 폴리에스테르/용매 용액의 유동시간을 측정한 후 아래의 빌메이어 근사식으로 계산하였다.

[수학식 1]

( C는 농도(g/100ml)이다)

(b) 원사의 강력과 절신:

ASTM D885를 기준으로 250mm의 시료를 80회/미터로 가연한 다음, 300mm/분의 속도로 인장 시험하여 측정하였다. 측정한 원사의 강력을 원사 9,000m의 무게로 나눈 값을 원사의 강도로 결정하였다.

(c) 수축률:

테스트라이트에서 시료에 0.01g/d의 하중을 가하면서 190℃에서 15분 방치한 후의 길이차이의 백분률로 결정하였다.

(d) 연신비, 이완률 및 인성(Toughness)은 아래 식 (2), (3), (4)로 정의되 어 진다.

실시예 1

입경이 20nm의 이산화규소 분말 10중량%와 고유 점도 1.00인 폴리에스테르 고상 중합 칩을 용융 혼합하여 마스터배치를 제조한 후 이를 다시 고유점도가 1.0인 폴리에스테르 고상 중합 칩과 용융 혼합하여 최종 폴리머 내 이산화규소 분말 함량을 100ppm으로 한다. 압출기의 실린더 온도를 300℃로 하면서 기어펌프 온도, 방사 빔 온도, 후드 온도, 냉각 조건은 통상의 방법으로 하여 폴리에스테르 미연신사를 제조한 후, 권취속도 2500m/min에서 연신비 5.9, 이완률 15%, GR4 온도 240℃로 하여 최종 연신사의 섬도 1,000데니어를 제조한다.

실시예 2 내지 6

이산화규소 분말 함량, 연신비, 이완률 및 고뎃롤러4(GR4)의 온도를 실시예 1과 다르게 하여 표1의 조건으로 실시하였다.

비교예 1 내지 6

이산화규소 분말 함량, 연신비, 이완률 및 고뎃롤러4(GR4)의 온도를 표2의 조건으로 실시하였다.

표 1

표 2

비교예 1,2 에서는 이산화규소 분말의 미첨가로 절신이 낮게 되어 고인성 특성을 발현할 수 없었다. 실시예 1과 비교예 1을 비교해 보면, 이산화규소 분말은 원사의 절신을 증가시키는 효과가 있어 궁극적으로 원사의 인성을 향상시킬 수 있다. 비교예 3의 경우 연신 배율이 낮아 적정한 강도 발현이 이루어지지 않았으며 GR4의 온도가 높아 연신 전에 부여된 유제 등의 성분이 고뎃롤러 표면에 탄화, 축적되어 작업성이 좋지 못했다. 비교예 4의 경우 고뎃롤러4(GR4)의 온도가 낮아 열고정이 적게 되어 수축률이 높게 발현되었고, 비교예 5의 경우 이완율이 낮아서 고인성을 발현할 수 없었다. 비교예 6에서는 이산화규소 분말의 첨가량이 과해서 이완이 어렵고 방사성이 좋지 못하였으며 강도가 저하되어 원사의 인성이 낮았다.

본 발명에 의하면, 이산화규소 분말을 첨가하여 마스터배치를 제조하고 이를 폴리에스테르 고상 중합 칩과 혼합한 것을 통상적인 방사 공정으로 인성이 우수한 고강도, 저수축 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사를 안정적으로 제조하는 것이 가능하다. 이렇게 제조된 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트사는 강도 및 수축특성이 우수하며 제직, 코팅 후 인열 특성이 뛰어나 타포린이나 트럭용 커버지 등 광범위한 산업용 섬유로서 사용할 수 있다.

Claims

1)입경이 10-100㎚인 이산화규소 분말과 폴리에스테르 고상 중합 칩을 혼합 용융하여 마스터배치를 제조하는 단계; 2) 상기 마스터 배치와 폴리에스테르 고상 중합 칩을 용융방사하여 냉각 고화된 미연신사를 제조하는 단계; 3) 상기 미연신사를 여러 쌍의 고뎃롤러를 이용하여 하기의 조건에서 연신-열고정-이완-권취하는 단계로 제조되는 것을 특징하는 인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트의 제조방법.

a) 연신비: 5.7 내지 5.9

b) 이완률: 13 내지 15%

c) 고뎃롤러4의 온도: 235 내지 245℃

제 1항에 있어서, 이산화규소 분말 함량이 최종 폴리머 대비 100-5,000ppm인 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트의 제조 방법.

이산화규소 분말 함량을 최종 폴리머 대비 100-5,000ppm 함유하며 다음의 물성을 갖는 특징으로 하는 인성이 우수한 산업용 폴리에스테르 멀티필라멘트.

다 음

a) 절단신도: 25 내지 27%

b) 강도: 8.3 g/d 이상

c) 건열수축률: 3.0% 이하

d) 인성: 43 × 10^-1g/d 이상

제 3항의 고강도, 저수축, 고인성 폴리에스테르 멀티필라멘트사를 포함하는 것을 특징으로 하는 타포린이나 트럭용 커버지.