KR20080112597A

KR20080112597A - 폴리에스터 섬유

Info

Publication number: KR20080112597A
Application number: KR1020070061172A
Authority: KR
Inventors: 박지용; 김성종
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-12-26

Abstract

본 발명은 폴리에스터 섬유에 관한 것으로, 폴리에스터와 친화력이 우수한 표면이 개질된 황산바륨 입자를 사용함으로써, 방사조업성의 저하 없이 드레이프성이 우수하며, 난연성이 부여되어 건축 내외장재, 커튼 등의 인테리어 소재용 원사 등에 응용할 수 있다.

폴리에스터 섬유, 드레이프성, 황산바륨

Description

폴리에스터 섬유 {Polyester fiber}

본 발명은 드레이프(drape)성이 우수한 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스터 섬유는 우수한 물성 및 가공성으로 인해 섬유, 필름 또는 플라스틱 제품으로 많이 이용되고 있으며, 여러 가지 화합물을 공중합한 공중합 폴리에스터를 이용하여 성형성을 개선하고 사용 용도에 적합한 물성으로 개선하는 연구가 많이 진행되어 왔으며 폴리에스터 기질에 특별한 성질을 부가하기 위해 기능성을 가지는 입자들을 도입하여 폴리머에 고르게 분산하는 기술 등이 개발되어 왔다.

그러나 폴리에스터 섬유는 분자 구조자체의 특징으로 인해 그 비중이 1.36~1.41g/㎠로 제한되므로 특유의 광택을 발현하는데 미흡한 단점이 있으며, 특히 직물상에서 드레이프성이나 고유 광택을 발현하면서 심색성을 갖는 비스코스레이온섬유와 같이 높은 비중을 갖는 폴리에스터 섬유의 제조는 곤란하였다. 따라서 우수한 드레이프성을 발현하기 위해 폴리에스터 분자보다 비중이 높은 무기입자들을 사용하는 연구가 진행되어 왔다.

폴리에스터 섬유에 우수한 드레이프성을 발현시키기 위해서는 폴리에스터 섬유 제조 시 다양한 입자들을 사용할 수 있으며, 특히 산화티탄(TiO₂, 비중 3.9g/㎠), 황산바륨(BaSO₄, 비중 4.4g/㎠)을 폴리에스터 섬유의 드레이프성을 개선시키기 위한 입자로 사용하는 연구가 많이 진행되고 있다(미국특허 4,745,027, 대한민국 특허공개 1995-0018737, 1995-0014394). 그러나 상기의 방법은 폴리에스터 섬유 자체의 비중은 향상시킬 수 있으나, 우수한 드레이프성을 발현시키기 위한 폴리에스테르 섬유 중 고비중 미립자의 과량 혼입으로 인하여 고분자 내에서의 분산이 불량해지며, 이로 인해 후가공성, 특히 제사, 준비, 제직공정에서의 각종 가이드류의 마모 및 염색가공 공정중에서의 염색이상 등으로 인해 제품의 질을 떨어뜨리는 단점이 있다.

그리고 산화티탄의 경우, 굴절률이 높아 폴리머중에 1% 이상 함유하게 되면 염색 후 파스텔조와 같은 희뿌연 색상을 나타나게 되며 선명한 심색성이 요구되는 용도에는 사용이 제한된다. 또한 황산바륨의 경우, 기질인 폴리에스터 수지와 굴절률이 유사하므로 투명성은 저해되지 않으나, 폴리에스터 수지와 친화성이 다소 떨어져 첨가한 입자들의 응집 또는 입자와 기질사이에 미세 공극을 형성하므로 섬유를 제조하는 공정에서 문제가 발생되고 있다.

한편, 폴리에스터 수지는 착화 후에 급속한 연소가 일어나는 단점을 가지고 있어서, 폴리에스터 수지의 광범한 적용을 위해서는 난연성의 부여가 필수적이다. 특히 건축 내외장재와 커튼과 같은 인테리어에 사용되는 섬유 제품의 경우 우수한 난연성을 필요로 하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로, 방사조업성의 저하 없이 드레이프성이 우수한 폴리에스터 섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 난연성이 부여된 폴리에스터 섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 표면이 개질된 황산바륨 입자를 포함하는 폴리에스터 섬유를 제공한다.

상기의 표면이 개질된 황산바륨 입자는 표면이 알루미늄을 포함한 무기화합물로 코팅된 것임을 특징으로 한다.

상기의 표면이 개질된 황산바륨 입자는 평균 입경이 0.1~2.0㎛인 것을 특징으로 한다.

상기의 표면이 개질된 황산바륨 입자는 함량이 폴리에스터 섬유 조성물 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것을 특징으로 한다.

상기의 폴리에스터 섬유는 인계난연제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인계난연제는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.

<화학식 1>

(상기식에서, R¹ 및R²는 서로 같거나 다른 기로써, 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필기이다.)

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 방사조업성의 저하 없이 폴리에스터 섬유에 우수한 드레이프성을 발현시키기 위하여, 표면이 개질된 황산바륨 입자를 포함하는 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.

상기 황산바륨은 비중이 4.4g/㎠로 비중이 높은 반면, 폴리에스터 수지와는 상용성이 좋지 않아 폴리에스터 수지에의 분산이 쉽지 않았으며, 이러한 문제를 개선하기 위하여 본 발명에서는 황산바륨 입자를 표면 개질하여 사용한다. 황산바륨 입자의 표면을 개질하기 위하여 개질 방법에 특별히 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 황산바륨 입자의 표면을 폴리에스터 수지와 상용성이 우수한 무기 화합물로 코팅하여 사용한다. 상기 무기화합물은 폴리에스터 수지와의 상용성이 우수한 화합물이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 알루미늄을 함유한 무기화합물 로 코팅하는 것이 좋다.

상기 무기화합물은 황산바륨 함량 100중량부에 대하여 0.5~10중량부 사용하여 코팅하는 것이 바람직하며, 상기 무기화합물을 황산바륨 입자 표면에 코팅하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기의 표면이 개질된 황산바륨 입자의 평균 입경은 0.1~2.0㎛ 사이에 존재하는 것이 바람직하며, 더욱 좋기로는 0.2~0.8㎛ 사이에 존재하는 것이 방사조업성 향상에 보다 바람직하다. 황산바륨 입자의 평균 입경이 2.0㎛를 초과하면 원사 표면의 거대 돌기 발생으로 인한 빛의 난반사 현상 및 그로 인한 섬유의 광택 저하 및 방사 조업성 문제가 발생할 수 있으며, 0.1㎛미만인 경우에는 원사 표면의 돌기가 제대로 형성되지 못하여 후공정의 폴리에스터 섬유의 연신시 불균일한 문제가 발생하게 된다.

아울러, 표면이 개질된 황산바륨 입자의 함량은 중합 시 입자의 분산성을 고려하여 폴리에스터 섬유조성물 100중량부에 대하여 1.0~10.0중량부가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0~7.0중량부이다. 입자의 함량이 1.0중량부 미만일 경우 고비중의 폴리에스터 섬유를 기대하기 힘들어 충분한 드레이프성을 발현하지 못하며, 10.0중량부를 초과할 경우, 입자의 응집으로 인한 분산성 저하로 조업성이 문제가 되어 소기의 목적을 달성하기 곤란하다.

또한 본 발명에서는 폴리에스터 섬유에 난연성을 부여하기 위해서 난연제를 사용하며, 사용가능한 난연제가 특별히 한정되는 것은 아니나, 연소 시 인체에의 유해성을 고려하여 인계난연제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 인계난연제로서, 하기 화학식 1 로 표시되는 3-히드록시페닐포스피닐프로판카르본산 또는 (2′-히드록시메틸)-3-페닐포스피닐프로판에스테르 등의 아릴포스피닐프로판카르본산 또는 그 유도체를 사용함이 바람직하다.

<화학식 1>

(상기식에서 R¹및R²는 서로 같거나 다른 기로써, 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필기이다.)

상기 인계난연제의 폴리머 내의 함유량은 난연제에 포함된 인 원자의 함량에 의해 좌우되며, 중합된 폴리에스터 섬유조성물 내의 인 원자의 함량은 폴리에스터 섬유조성물 100중량부에 대하여 0.3~1.0중량부가 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 0.3중량부 미만일 때는 폴리에스터 섬유의 난연성능이 우수하지 못하고, 1.0중량부를 초과할 경우에는 폴리에스터의 결정화를 방해하게 되어 결과적으로 폴리에스터 섬유의 열적, 기계적 물성 등의 저하를 가져온다.

한편, 반응형 인계난연제를 사용할 경우 섬유의 색상이 저하되는 문제가 발 생하게 되는데 이를 보완하기 위하여 형광증백제를 사용할 경우 우수한 색상을 띠게 되며, 코발트화합물이나 게르마늄화합물을 조촉매로 사용하면 더욱 좋다.

이하, 본 발명을 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

테레프탈산(Terephthalic acid) 100.0중량부에 대하여 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol) 45.0중량부를 에스테르화 반응기에 투입한 후 1.0㎏f/㎠의 압력으로 가압하여 물을 반응기 외로 유출시키면서 에스테르화 반응을 진행시켜 BHET(bis-β-hydroxyethyl terephthalate)를 제조한다. 여기에 표면이 Al₂O₃로 코팅된 평균 입경이 0.7㎛인 황산바륨 입자(상표명: hombright, 독일, Sachtleben Chemie GnbH 제조)를 BHET 100중량부에 대하여 5.8중량부, 인계 난연제인 3-히드록시페닐포스피닐프로판카르본산을 BHET 100중량부에 대하여 4.0중량부 첨가하고 고온 및 고진공의 통상적인 PET(poly ethylene terephthalate)반응조건하에서 삼산화안티몬의 존재 하에 중축합반응을 진행한 후 팰릿(Pellet)형상으로 폴리에스터 섬유조성물을 제조하였다. 제조된 상기 조성물을 이용하여 방사구금을 통해 278℃의 방사온도 하에서 방사하고, 제 1 고뎃롤(회전 선속도 1,500m/분)과 제 2 고뎃롤(회전 선속도 4,300m/분)을 연속적으로 통과시킨 후 4,200m/분의 속도로 권취하여 75 데니어/24필라멘트의 멀티필라멘트를 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 조건에서 실시예 1의 난연제를 BHET 100중량부에 대하여 4.6중량부 사용하여 폴리에스터 섬유조성물을 제조하였으며, 이하 실시예 1과 동일한 방법으로 멀티필라멘트를 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 조건에서 표면이 알루미나로 코팅된 황산바륨 입자를 BHET 100중량부에 대하여 2.3중량부 사용하여 폴리에스터 섬유조성물을 제조하였으며, 이하 실시예 1과 동일한 방법으로 멀티필라멘트를 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 조건에서 표면이 알루미나로 코팅된 황산바륨 입자를 BHET 100중량부에 대하여 2.3중량부, 실시예 1의 난연제를 BHET 100중량부에 대하여 4.6중량부 사용하여 폴리에스터 섬유조성물을 제조하였으며, 이하 실시예 1과 동일한 방법으로 멀티필라멘트를 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일한 조건에서 난연제를 첨가하지 않았다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 조건에서 표면이 알루미나로 코팅된 황산바륨 입자를 첨가하지 않고, 실시예 1의 난연제를 BHET 100중량부에 대하여 4.6중량부 사용하여 폴리에스터 섬유조성물을 제조하였으며, 이하 실시예 1과 동일한 방법으로 멀티필라멘트를 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일한 조건에서 표면이 알루미나로 코팅된 황산바륨 입자 및 난연제를 첨가하지 않았다.

상기의 실시예 및 비교에에서 제조된 폴리에스터 섬유조성물 중 표면개질된 황산바륨 입자의 함량 및 인계난연제 내의 인 함량은 표 1에 나타내었고, 이로부터 제조된 폴리에스터 섬유에 대하여 다음과 같은 물성평가방법을 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.

(1) 중합 시 분산성

수득한 폴리에스터 섬유조성물을 20㎛ 필름으로 만들어 전자현미경으로 평가하였다.

(2) LOI (난연성)

ASTM D2863-87에 의거한 산소계수 가연성 게이지로 측정하였다.

(3) 45°경사법 (난연성)

KS-K 0580 방법으로 평가하였다.

(4) 드레이프성

전문가 10명의 관능검사로 평가하였다. 10명 중 8명 이상이 양호하다고 판정하면 우수로, 10명중 5~7명이 양호하다고 평가하면 양호로, 10명중 4명 이하가 양호하다고 판정하면 불량으로 각각 구분하였다.

(5) 방사작업성(%)

일주일간 방사작업을 실시하여 만권율을 측정하고, 이를 방사작업성으로 평가하였다.

구 분	황산바륨 입자의 함량(중량부)	인 함량(중량부)
실시예1	5.0	0.55
실시예2	5.0	0.64
실시예3	2.0	0.55
실시예4	2.0	0.64
실시예5	5.0	0
비교예1	0	0.64
비교예2	0	0
* 황산바륨 입자의 함량은 폴리에스터 섬유조성물 100중량부에 대한 수치임(중량부) * 인 함량은 폴리에스터 섬유조성물 100중량부에 대한 수치임(중량부)

상기 물성 측정 결과, 실시예의 표면이 개질된 황산바륨 입자를 첨가한 폴리에스터 섬유가 입자가 첨가되지 않은 비교예에 비하여 우수한 분산성과 드레이프성을 나타내는 것을 볼 수 있다.

또한, 인계난연제를 첨가한 경우 우수한 난연성을 나타내는 것을 볼 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 폴리에스터 섬유 제조 시 표면이 개질된 황산바륨 입자를 첨가함으로써, 방사조업성의 저하 없이 드레이프성이 우수한 폴리에스터 섬유를 제공하였다.

또한 본 발명은 인계난연제를 첨가함으로써 난연성이 우수한 폴리에스터 섬유를 제공하였다.

Claims

표면이 개질된 황산바륨 입자를 포함하는 폴리에스터 섬유.
제 1 항에 있어서,

표면이 개질된 황산바륨 입자는 황산바륨 입자의 표면이 알루미늄을 함유한 무기화합물로 코팅된 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

표면이 개질된 황산바륨 입자는 평균 입경이 0.1~2.0㎛인 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

표면이 개질된 황산바륨 입자는 폴리에스터 섬유조성물 100중량부에 대하여 1~10중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.
제 1 항에 있어서,

폴리에스터 섬유는 인계난연제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.
제 5 항에 있어서,

인계난연제는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 섬유.

<화학식 1>

(상기식에서, R¹ 및R²는 서로 같거나 다른 기로써, 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필기이다.)