KR20070047088A

KR20070047088A - 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 및 그에의해 제조된 복합섬유

Info

Publication number: KR20070047088A
Application number: KR1020050103844A
Authority: KR
Inventors: 이형재; 손양국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-05-04

Abstract

본 발명은 폴리에스테르계 잠재권축성 복합사의 제조방법 및 그에 의해 제조된 복합섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극한점도차이가 0.5 내지 1.1 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 2종의 폴리머를 각각 용융시켜 별개의 토출공을 통해 방사하는 단계와 방사된 개개의 섬유상 폴리머를 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 사이드-바이-사이드(side by side) 단면의 복합섬유를 수득하는 단계 및 상기 수득된 복합섬유를 방사,연신(1-Step화)하여 스프링 형상의 크림프를 부여하고 벌키성이 우수한 원사 제조단계를 포함하는 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조된 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유에 관한 것이다.

잠재권축, 복합섬유, 신축성, 크림프, 벌키성, PET, PTT

Description

폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 및 그에 의해 제조된 복합섬유{Method for preparing polyester conjugated fiber having latent crimping characteristics and the conjugated fiber prepared thereby}

도 1은 본 발명의 방법에 의해 제조된 복합섬유의 단면을 나타낸 단면도이고,

도 2는 본 발명의 방법에 의해 제조된 복합섬유의 또 다른 단면을 나타낸 단면도이며

도 3는 본 발명의 방법에 의해 제조된 복합섬유의 크림프 형태를 나타낸 사진이다

본 발명은 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 및 그에 의해 제조된 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사,연신 공정이 1-스텝으로 이루어지며 소프트 스트레치성이 우수하고 뛰어난 권축 신장률과 탄성회복률을 갖춘 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 및 그에 의해 제조된 복합섬유에 관한 것이다.

잠재권축섬유란 열수축성이 다른 2종의 폴리머를 사이드-바이-사이드형(Side By Side) 또는 심초형(Sheath-Core)으로 복합방사한 후, 방사공정이나 연신공정에 서 열을 가함으로써 열수축성 차이에 의해 물리적으로 코일모양을 띄게 하여, 스프링과 유사한 원리로 고도의 신축성과 벌키성을 부여한 섬유이다. 신축성에 있어서는 기존의 스판덱스섬유에 미치지 못하지만, 스판덱스섬유의 단점인 내염소성, 형태안정성 등이 우수하고 염색 및 후가공공정이 용이하다는 장점이 있어 활발하게 연구가 이루어지고 있는 차별화섬유이다.

폴리에스테르계 잠재권축 섬유제조에 사용되는 2종의 폴리머에는 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하에서 “PET”라 한다.)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하거나(일본 특개평10-72732호, 특개평9-209217호), 또는 고수축성의 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한 방법(일본 특개평3-161519호, 일본 특허공개 제2000-328378호, 일본 특개평 9-41234호) 등이 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 이외에도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(이하 “PTT”라 한다.)나 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 사용한 방법도 제시되었다(미국특허 제3,671,379호, 일본 특허공개 제2000-248430호). 특히 2종의 복합성분의 1종으로 PTT를 사용할 경우는 소프트 스트레치성이 우수하여 지나친 조임감 및 포백의 조경화 문제를 해결할 수 있다는 사실이 국내 특허공개 제2001-0049484호에 기재되어 있다. 소프트 스트레치성이란 원사 또는 직물을 신장할 때 요구되는 응력이 적은 성질을 의미하는데, 신장시 조임감이 크지 않은 상태에서 편안하게 늘어나는 성질을 뜻한다. 기존의 스판덱스섬유는 스트레치성은 매우 우수하지만, 신장저항력이 크다.

그러나, 상기 소프트 스트레치성 이외에, 사 또는 직?편물로 제조되었을 경우, 우수한 권축신장률 및 탄성 회복률을 가지는 섬유는 현재 개발되어 있지 않은 바, 당해 기술분야에서는 안정적 방사연신 공정을 통해 제조될 수 있는, 우수한 소프트 스트레치성 이외에 뛰어난 권축신장률과 탄성회복률을 갖춘 잠재권축섬유에 대한 요구가 있어 왔다.

본 발명자들은 상기 요구에 부응하여 우수한 소프트 스트레치성 이외에 뛰어난 권축신장률과 탄성회복률을 갖춘 섬유를 안정적 방사 연신공정을 1-스텝화 하여 제공하고자 연구한 결과, 그 나선형 분자구조로 탄성이 우수한 PTT를, 특정범위의 극한 점도차를 가진 PET와 함께 복합방사할 경우, 소프트 스트레치성 이외에도 원사의 신축특성을 나타내는 성질인 권축신장율과 탄성회복율이 매우 우수하고, 이를 직물에 이용했을 경우 신장율 및 신장회복율이 매우 균일하고 우수한 섬유를 제조할 수 있다는 사실을 확인하고, 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 하나의 목적은 기존의 잠재권축발현형 섬유보다 균일하고 우수한 신축특성을 나타내며 방사 공정에서의 조업성도 매우 우수한 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유를 제조하는 방법 및 그에 의해 제조된 복합섬유를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 극한점도 차이가 0.5 내지 1.1 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (PTT)의 2종의 폴리머를 각각 용융시켜 별개의 토출공을 통해 방사하여 토출된 개개의 섬유상 폴리머를 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 사이드-바이-사이드(side by side) 단면의 복합섬유를 1-스텝으로 방사, 연신(spin-draw)하여 스프링 형상의 크림프를 부여하는, 벌키성이 우수한 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법 에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 상기 제조방법에 의해 제조되고, 하기 식에 의해 구해진 권축신장율 및 탄성 회복률이 각각 60%이상 및 70%이상이며 자연상태에서 크림프 크기(Q)와 단위cm당 크림프 수(R)가 0.05≤Q/R≤0.50 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유에 관한 것이다:

권축신장율(%) =[(L2-L1)/L2] 100

탄성회복율(%) =[(L2-L3)/(L2-L1)] 100

(상기 식에서, L1은 섬유타래를 하중이 없는 상태에서 비수(沸水) 중에 30분간 침지하여 실온 대기중에서 건조시키고, 2분간 0.1g/d하중을 가한 후 제중하여 10분간 방치하고, 0.002g/d 하중을 2분간 가한 후 측정한 길이이고, L2는 상기에 0.1g/d 하중을 더하고 2분후 측정한 길이이며, L3는 0.1g/d 하중 제거하고 나서 2분후 측정한 길이이다).

이하, 본 발명에 관하여 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 방법에 의해 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유를 제조하는 경우에는 먼저, 극한점도차이가 0.5 내지 1.1 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 2종의 폴리머를 각각 용융시켜, 별개의 토출공을 통해 방사하여 2 본(本)의 섬유상 폴리머를 얻는다.

본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 테레프탈산과 에틸렌글리콜로부터 제조된 것이며, 필요에 따라, 각 성분이 15몰% 이하의 범위에서 다른 공중합물로 치환된 것일 수도 있다. 바람직하게는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트에서 디카르복시산 성분 중 15몰% 이하가 이소프탈산으로 이루어진 폴리머를 사용한다. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머는 테레프탈산과 1,3 프로판디올의 중축합반응에 의해 제조된 것이다. 이 경우, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 극한점도는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 극한점도보다 0.5 내지 1.1dl/g 높아야 한다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머의 극한점도를 다양하게 조합하여 원사 및 직물의 신축특성을 시험할 경우, 두 폴리머간의 극한점도차를 크게 해 주는 것이 크림프의 형태, 균일성 및 신축특성 발현에 유리하다. 물론 섬유의 방사에 있어서는 폴리머 자체의 극한점도 외에도 용융점도가 중요한 인자이나, 폴리머의 수분율이 일정하게 유지되고, 방사온도가 폴리머의 열분해를 최소화하도록 적절하게 설정되어 유지되는 상태에서는 결국 극한점도가 용융점도에 영향을 미치게 되므로, 극한점도와 원사물성을 직접 관련지을 수 있는 것이다.

각 폴리머의 바람직한 극한점도는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 0.40～0.65dl/g, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 경우 0.90～1.5dl/g로서, 두 폴리머간 극한점도차는 0.5～1.1dl/g 수준을 유지하는 것이 원사 및 직물의 신축특성 및 방 사공정성에 있어 바람직하다. 극한점도차가 0.5dl/g 미만이면, 높은 신축특성을 기대하기가 어려우며 크림프의 형태가 불균일해지고, 1.1dl/g을 초과하면 제사성이 저하되는 문제가 있다.

폴리머의 용융온도는 PET는 285～300℃, PTT는 255～275℃ 정도가 바람직하며, 토출공을 통한 방사온도는 250 ～ 290℃ 정도가 가능하나, 방사공정성과 PTT의 열분해문제를 고려하여, 바람직하게는 260～285℃ 의 범위로 한다.

토출된 개개의 섬유상 폴리머를 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 사이드-바이-사이드(side by side) 단면의 복합섬유를 얻는다. 즉, 통상의 복합섬유는 2종 이상의 폴리머가 분배판을 지나 방사구금으로 들어가면서 합쳐지게 되나, 잠재권축형 복합섬유에 있어서는 폴리머간 극한점도차가 너무 큰 경우 폴리머가 방사구금을 나오는 순간 심한 곡사현상이 발생하여 제사성이 급격하게 저하된다. 본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위해 2종의 폴리머를 각각의 토출공을 통과시킨 후에 방사구금 직하에서 접합시킨다. 본 방법에 의해 제조된 섬유는 도 1, 도 2의 단면형상을 가지게 되는데, 일반적인 경우는 도 1의 형상을 나타내나, 폴리머의 점도 및 방사조건 등에 따라서는 도 2의 단면을 갖기도 한다. 본 발명의 잠재권축성 복합섬유의 단면 형상은 반드시 이러한 형상으로 제한되지 않고 그 밖의 다양한 형상을 가질 수 있다.

상기에서 얻은 복합섬유를 방사,연신을 동시에 진행하는 1-스텝 방사설비를 이용해 스프링 모양의 크림프를 부여한다. 본 발명은 방사,연신을 1-스텝화 하여 수행하는 바, 별도로 연신 공정이 필요하지 않다. 본 발명에 의하여 제조되는 복 합섬유는 도3에 도시된 바와 같은 크림프 형태를 가진다.

본 발명은 상기 1-Step 방사설비에 제3 고뎃 롤러(Godet Roller)를 부착하여 방사하는 것을 특징으로 하는데, 제3 고뎃 롤러가 장력을 균일하게 하는 역할을 하여 크림프의 크기, 균일성 및 신축특성을 향상시킨다. 제3 고뎃 롤러의 회전속도는 제2 고뎃 롤러의 회전속도보다 50 ～ 200m/min 만큼 빨라야 한다. 속도차가 50m/min 미만이면 장력을 균일하게 유지하지 못해 효과가 없으며, 200m/min을 초과하면 장력과다로 신축특성을 저하시키므로 좋지 않다.

방사시, 냉풍온도 15 ~ 22℃, 냉풍속도는 0.3 ～ 0.5m/sec 정도가 적당하며, 제1고뎃롤러 속도는 1,000-1,500m/분, 제2고뎃롤러 속도는 3,000-4,000m/분 수준으로 하는 것이 바람직하다. 제1, 2, 3고뎃롤러의 속도는 제조된 섬유의 신축특성, 열응력, 최대열응력에서의 온도, 수축율 등과 직접적인 관련을 갖기 때문에 사용 폴리머, 단사섬도 및 사종에 따라 적합한 조건을 설정하는 것이 중요하다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 폴리에스테르계 복합섬유는 상기 식에 의해 구해진 권축신장율이 60%이상이고, 탄성회복율이 70%이상이며 도2에 나타낸 자연상태에서의 크림프 크기(Q)와 단위cm당 크림프 수(R)가 0.05≤Q/R≤0.50 관계식을 만족한다. 아울러, 섬유의 단면모양이 도1의 (1) 또는 (2)의 형상을 가지며, 단면의 장축(a) 대 단축(b)의 길이비(a/b)가 1.5～3.0 임을 특징으로 한다. 나아가, 바람직하게는 제조된 섬유의 최종 단사섬도가 1 내지 4데니어이다.

본 발명은 추가로, 상기 잠재권축형 복합섬유를 포함한 직물 또는 편물에 관한 것이다. 상기 잠재권축성 복합섬유는 통상의 방법에 따라 직물 또는 편물을 제 조할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명에 관하여 보다 상세히 설명할 것이나 이들 실시예는 단지 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.45dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 1.50dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 280℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건으로 제1고뎃롤러 1000m/분, 2고뎃롤러 속도 3,400m/분, 제3 고뎃롤러 속도 3500m/분, 롤러 온도는 제1고뎃롤러 80℃, 제2고뎃롤러 170℃, 제3고뎃롤러 170℃로 하여 단사섬도가 1.5데니어가 되도록 원사를 제조 하였다. 그 결과를 표1에 나타내었는 바, 원사 및 직물에 있어서 매우 우수한 신축특성을 나타내었다.

실시예 2

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.50dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 1.30dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 275℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건으로 제1고뎃롤러 속도 1,200m/분, 제2고뎃롤러 3,300m/분, 제3고뎃롤러 3,400m/분, 롤러 온도는 제1고뎃롤러 70℃, 제2고뎃롤러 160℃, 제3고뎃롤러 160℃로 하여 단사섬도가 2.0데니어가 되도록 원사를 제조하였다. 그 결과를 표1에 나타내었는데 원사 및 직물에 있어서 매우 우수한 신축특성을 나타내었다.

실시예 3

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.60dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 1.10dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 270℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건으로 제1고뎃롤러 속도 1,400m/분, 제2고뎃롤러 3,200m/분, 제3고뎃롤러 3,300m/분, 온도는 제1고뎃롤러 90℃, 제2고뎃롤러 180℃, 제 3고뎃롤러 180℃로 하여 단사섬도가 3.0데니어가 되도록 제조하여 그 결과를 표1에 나타내었는데 원사 및 직물에 있어서 매우 우수한 신축특성을 나타내었다.

비교예 1

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.65dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 0.80dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 6:4의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 280℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건하에 제1고뎃롤러 속도 1,000m/분, 제2고뎃롤러 3,400m/분, 제3고뎃롤러 3,500m/분으로 롤러온도는 제1고뎃롤러 80℃, 제2고뎃롤러 170℃, 제3고뎃롤러 170℃로 하여 단사섬도가 3.0데니어가 되도록 원사를 제조하였다. 그 결과를 표1에 나타내었다.

비교예 2

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.80dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 0.90dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 275℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건으로 제1 고뎃롤러 속도 1,200m/분, 제2고뎃롤러 3,300m/분, 제3고뎃롤러는 부착하지 않았고, 롤러온도는 제1고뎃롤러 70℃, 제2고뎃롤러 160℃로 하여 단사섬도가 2.0데니어가 되도록 원사를 제조 하였다 그 결과를 표1에 나타내었다.

비교예 3

폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유를 제조함에 있어서, 극한점도 0.80dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 극한점도 1.10dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 중량비 5:5의 비율로 방사구금 직하에서 접합시켜 방사온도 270℃, 냉풍온도 20℃, 냉풍속도 0.45m/초인 조건으로 제1고뎃롤러 속도 1,400m/분, 제2고뎃롤러 3,200m/분, 제3고뎃롤러는 부착하지 않았고, 롤러온도는 제1고뎃롤러 90℃, 제2고뎃롤러 180℃로 하여 단사섬도가 3.0데니어가 되도록 원사를 제조 하였다 그 결과를 표1에 표시하였다

본 발명에 따른 방법으로 제조된 잠재권축섬유 물성의 평가기준 및 그 측정방법에 대하여 상술하면 다음과 같다.

1) 권축신장율(%) 및 탄성회복율(%) 의 측정:

섬유타래를 무하중하에서 비수(沸水) 중에 30분간 침지하고 실온 대기 중에서 건조시키고, 2분간 0.1g/d하중을 가한 후, 제중하여 10분간 방치한다. 상기 시료를 0.002g/d 하중하에 2분간 둔 다음 그 길이(L1)를 측정하고, 여기에 0.1g/d 하중을 더하고 2분후 길이(L2)를 측정한다. 나아가, 0.1g/d 하중 제거하고 나서 2분후 길이(L3) 측정한다.

- 권축신장율(%) =[(L2-L1)/L2] 100

- 탄성회복율(%) =[(L2-L3)/(L2-L1)] 100

2) 크림프 크기(Q) 및 단위cm당 크림프 수(R)

시료 10Cm를 상온에서 0.01g/d하중을 가하여 3분간 방치후 하중을 제거한 상태에서 크림프 크기 및 단위 cm당 크림프 갯수를 측정 한다.

3) 직물신장율(%) : JIS L 1096 B법(정하중법)에 의거하여 측정한다.

4) 신장회복율(%) : JIS L 1096 B-1법(정하중법)에 의거하여 측정한다.

5) 극한점도 : 오르쏘 클로로페놀(Ortho-chlorophenol: OCP)에 폴리머를 용해시켜 25℃에서 Ostwald점도계를 이용하여 측정한다.

본 발명에 의한 폴리에스테르계 잠재권축형 복합섬유는 크림프에 의한 우수한 신축특성(권축신장율 60%이상, 탄성회복율 70%이상)을 가지며 통상의 1-Step 방사설비에 제3 고뎃롤러를 부착하여 제조 가능하고, 제사성이 우수하며, 직편물에 적용시 신축성이 균일한 우수한 제품을 얻을 수 있다.

Claims

1) 극한점도차이가 0.5 내지 1.1 dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 2종의 폴리머를 각각 용융시켜 별개의 토출공을 통하여 방사하는 단계 ;

2) 토출된 개개의 섬유상 폴리머를 방사구금 바로 밑에서 접합시켜 사이드-바이-사이드(side by side)형 단면의 복합섬유를 수득하는 단계 ; 및

3) 수득된 상기의 복합섬유를 3세트의 고뎃롤러가 부착되고 제3고뎃롤러가 제2고뎃롤러보다 50～200m/min 빠르게 회전하는 1-스텝 방사설비를 이용해 방사 및 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유의 제조방법.

제1항에 따른 방법에 의해 제조되며, 권축신장율 60%이상, 탄성회복율 70%이상이고, 자연상태에서 크림프 크기(Q)와 단위 cm당 크림프 수(R)가 0.05≤Q/R≤0.50의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유.

제 2항에 따른 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유를 포함하는 직물

제 2항에 따른 폴리에스테르계 잠재권축성 복합섬유를 포함하는 편물