KR20100072658A

KR20100072658A - 폴리에스테르 이형단면 섬유 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20100072658A
Application number: KR1020080131133A
Authority: KR
Inventors: 김범석; 손양국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

본 발명은 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부가 형성되는 폴리에스테르 이형단면 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 8엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융하여 고속 방사하고, 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 사이의 거리를 제어하여 제조되며, 표면에 형성된 돌출부에 의해 흡습성, 심색성이 발현되고 저수축 특성이 탁월하여 천연섬유에 가까운 외관과 촉감이 나타나는 폴리에스테르 이형단면 섬유 및 그 제조 방법을 제공한다.

이형도, 이형단면, 마이크로슬릿, 마이크로크레이터, 지연냉각부, 저수축

Description

폴리에스테르 이형단면 섬유 및 그 제조 방법{Nonround crosssectional polyester fiber and process for preparing the same}

본 발명은 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부가 형성되는 폴리에스테르 이형단면 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물이 엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융 방사되어 구성되며, 표면에 형성된 돌출부에 의해 흡습성, 심색성이 발현되고 저수축 특성이 탁월하여 천연섬유에 가까운 외관과 촉감이 나타나는 폴리에스테르 이형단면 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유는 가격이 저렴하고 내약품성, 물리적 특성, 내구성이 우수하여 의류용 섬유로 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리에스테르 섬유의 분자 내에 화학구조적으로 극성을 가지는 작용기가 거의 없으므로, 흡습성이 부족하여 의류용으로 사용시할 때 땀, 습기를 거의 흡수하지 못하여 착용시에 불쾌감을 주게 되며, 특히 습도가 낮은 겨울철에는 정전기에 의해 먼지 등이 쉽게 부착하여 착용자에게 쇼크를 주게 되는 문제점이 있다. 또한, 폴리에스테르 섬유의 분자 내에 반응성 작용기가 결여되어 분산염료에 의해서만 염색되고 진한 색상으로는 염색이 곤 란할 뿐만 아니라, 합성섬유 특유의 미끈거리는 느낌으로 인하여 천연섬유의 촉감을 나타내기 어려운 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 폴리에스테르 섬유를 개질하려는 방법들이 다수 제안되어 왔으며, 이에 따라 다양한 기능성 폴리에스터 섬유들이 상용화되어 왔다. 예를 들면 흡습성을 향상시키기 위하여 모세관 현상이 발생하는 이형단면 섬유, 천연섬유의 촉감을 부여하기 위하여 다양한 종류의 폴리에스테르 섬유를 복합하여 가공한 섬유들이 개시되어 있다. 그러나, 상기와 같이 개시된 폴리에스테르 섬유들은 고유한 단점 중의 일부를 불충분하게 개선하는데 그칠 뿐만 아니라, 하나의 단점을 개선하는데 수반되는 다른 단점이 별도로 발생하거나 심지어 더 큰 단점을 야기하는 경우가 대부분이다.

상기한 바와 같이 폴리에스터 섬유의 문제점들을 개선하기 위한 방법들 중에서, 섬유표면에 다양한 형태의 마이크로크레이터나 마이크로슬릿 등과 같은 돌출부를 형성하여 만들어 이에 의한 흡습성, 제전성, 촉감을 개선하는 방법들이 개시되어 왔다. 마이크로크레이터나 마이크로슬릿 등의 돌출부에 의해 표면적을 확대하므로써 흡습성을 개선할 수 있으며, 이로 인한 제전성의 개선, 천연섬유와 유사한 촉감의 발현 등이 가능하므로, 이에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔으며 이와 같은 연구들은 다음과 같이 구분할 수 있다.

우선 폴리에스테르 섬유의 가공을 개선하는 방법으로, 예를 들면 국제특허공개 WO 87/05641호에서는 폴리에스터 섬유 제품을 소디움 하이드록사이드와 같은 알칼리금속 수화물, 아민으로 처리하여 양모의 표면과 같은 효과를 나타내는 방법이 개시되어 있으며, 일본국 특개소58-4816호에서는 폴리에스테르 섬유를 가열증기압 하에서 알칼리와 아민화합물로 처리하여 섬유표면에 마이크로크레이터를 형성하는 방법 등이 개시되어 있다. 그러나, 상기와 같이 폴리에스테르 섬유의 가공을 개선하여 섬유 표면에 마이크로크레이터나 마이크로슬릿을 형성하는 방법은 재현이 곤란하고 염색성 등을 저하시킬 가능성이 크다는 문제점이 있다.

폴리에스테르 중합체를 개질하는 방법으로, 예를 들면 미국특허 제4,764,426호에서는 지르코늄 화합물, 인계 화합물 및 폴리옥시알킬렌 글라이콜을 사용하여 중합된 중합체를 방사하고 감량가공에 의하여 섬유축 방향으로 마이크로크레이터를 형성하는 방법이 개시되어 있으며, 일본국 특개평8-199428호, 특개평 6-346363호에서는 이산화티탄이 함유된 폴리에틸렌테레프탈레이트의 중합 단계 또는 방사 직전에 비스페놀A의 에틸렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 부가물, 또는 이들의 말단을 페닐렌기나 알킬렌기로 봉쇄한 화합물을 이용한 감량에 의하여 섬유 표면에 마이크로크레이터를 형성하는 방법이 개시되어 있으며, 일본국 특개 제2001-355129호에서는 탄소수 3∼40의 디카르복실산의 금속염화합물을 사용하여 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 일본국 특개평8-60534호에서는 폴리에스테르 섬유와 아라미드 섬유 표면에 아이오드 레이져에 의한 Nd-YAG 레이져광을 조사하여 마이크로크레이터를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기와 같이, 폴리에스테르 중합체를 개질하는 방법 중에서 무기물에 의하여 폴리에스테르 중합체를 개질하는 방법은 중합체의 응집 등으로 인하여 섬유 제조시 염색줄이 발생하게 되고, 마이크로크레이터나 마이크로슬릿의 형성이 용이하지 않으며, 원사의 물리적 물성 의 저하가 심각하여 제조되는 섬유제품의 품질이 대폭 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물이 8엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융 방사되어 구성되며, 표면에 형성된 돌출부에 의해 흡습성, 심색성이 발현되고 저수축 특성이 탁월하여 천연섬유에 가까운 외관과 촉감을 지닌 폴리에스테르 이형단면 섬유 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 화학식 R1-SO3M(R1 : 탄소수 10∼500의 알킬기, M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속)의 금속 술포네이트염 0.3∼5 중량%, 화학식 R2-(OR3)n-OR4(R2, R4 : 수소, 메틸기, 에틸기, 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 동일 또는 서로 다른 작용기, R3 : 에틸렌기, 1,2-프로필렌기, 1,3-프로필렌기, 1,4-부틸렌기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬렌기, n : 15∼500의 정수)의 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물 0.5∼10 중량%를 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성하는 단계; 상기 폴리에스테르 공중합체 조성물을 도 1의 8엽 형태인 이형단면 방사구금(1.2≤A/B≤ 1.6, 3≤ D/C≤5, 단 C(Slit폭)은 0.08 mm 이하, A≥8×C+0.2 mm, θ = 60∼120 °, 날개수 : 8개)에서 용융 방사하여 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계: 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 3∼20 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계; 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계; 및 상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 상기 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법에 의하여 제조되는 폴리에스테르 이형단면 섬유가 제공된다.

본 발명에 의하여 제조되는 폴리에스테르 이형단면 섬유는 표면에 형성된 돌출부에 의해 흡습성, 심색성이 발현되고 저수축 특성이 탁월하여 천연섬유에 가까운 외관과 촉감이 나타나는 효과를 지니고 있다.

본 발명에서는 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 8엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융하여 고속 방사하고, 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트 사이의 거리를 제어하여 폴리에스테르 이형단면 섬유를 제조하는 것을 특성으로 하고 있다.

실시예를 참조하여 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법은 화학식 R1-SO3M(R1 : 탄소수 10∼500의 알킬기, M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속)의 금속 술포네이트염 0.3∼5 중량%, 화학식 R2-(OR3)n-OR4(R2, R4 : 수소, 메틸기, 에틸기, 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 동일 또는 서로 다른 작용기, R3 : 에틸렌기, 1,2-프로필렌기, 1,3-프로필렌기, 1,4-부틸렌기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬렌기, n : 15∼500의 정수)의 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물 0.5∼10 중량%를 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성하는 단계가 포함된다.

섬유 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성하기 위한 첨가제는 우선 폴리에스테르와의 상용성 또는 반응성이 작아야 하는 반면, 폴리에스테르보다 물, 알칼리 수용액과의 친화력이 큰 경우에만 폴리에스테르보다 빨리 추출되어 원하는 모양의 섬유 표면을 형성할 수 있다.

따라서 첨가제와 폴리에스테르 사이의 상용성 또는 반응성을 저하시키기 위해서는, 첨가제의 분자 골격쇄와 폴리에스테르의 분자 골격쇄의 차이가 크거나 또는 첨가제의 하이드록시기나 카르복실기 등의 함량이 작다는 조건을 충족해야 한다.

상기에서 기술된 조건을 충족하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀이나 이보다 분자량이 작은 왁스 등의 물질이 폴리에스테르와의 상용성이 작다는 특성을 지니고 있으며, 또한 상업적으로 이용 가능한 저분자량의 알킬금속 설포네이트염도 상기 특성을 충분히 지니고 있는 것으로 나타났다. 그리고, 폴리에틸렌 글라이콜 등과 같은 폴리알킬렌 에테르글리콜계 화합물 또는 이들의 메틸, 에틸, 페닐기로 말단이 봉쇄된 화합물 역시 상기 특성을 지니고 있는 것으로 도출되었다.

또한, 첨가제가 폴리에스테르보다 물, 알칼리 수용액과의 친화성을 향상하기 위해서는, 첨가제 자체가 이온결합을 지니거나 또는 물과의 친화성이 큰 에테르결합을 지니는 것이 유리한 것으로 나타났다.

이에 따라, 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부가 형성되는 폴리에스테르 이형단면 섬유를 제공하는 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 첨가제로서 금속 술포네이트염인 R1-SO3M(R1 : 탄소수 10∼500의 알킬기, M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속) 및 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물인 R2-(OR3)n-OR4(R2, R4 : 수소, 메틸기, 에틸기, 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 동일 또는 서로 다른 작용기, R3 : 에틸렌기, 1,2-프로필렌기, 1,3-프로필렌기, 1,4-부틸렌기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬렌기, n : 15∼500의 정수)를 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성한다.

R1-SO3M로 대표되는 알킬 체인의 금속 설포네이트염은 폴리에스테르와의 상용성이 없으며, 폴리에스테르와 반응할 수 있는 반응기를 지니고 있지 않으며, 또한 금속과 설포네이트 사이의 이온결합에 의해 물, 알칼리 금속과의 친화력이 커서 감량가공에 의해 폴리에스테르보다 빨리 추출되는 것으로 나타났다.

그러나, 섬유의 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성하기 위해서는 금속 술포네이트염인 R1-SO3M에서의 알킬체인의 길이에 일정 수준의 제한이 있어야 한다. 폴리에스테르 공중합체 조성물에 함유되는 금속 술포네이트염인 R1-SO3M에서 알킬체인 R1의 탄소수가 10 미만이면 상기 R1-SO3M에서 알킬체인의 길이가 너무 짧아서 상기 폴리에스테르 공중합체 조성물로부터 형성되는 섬유의 심색성과 촉감이 대폭 저하되며, 금속 술포네이트염인 R1-SO3M에서 알킬체인 R1의 탄 소수가 500을 초과하면 상기 R1-SO3M에서 알킬체인의 길이가 너무 길고 분자량이 증가되어 중합반응에 투입하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 물, 알칼리 수용액과의 친화력이 저하되어 감량가공에서 용이하게 추출되는 것이 곤란하게 된다.

그러나, R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염은 폴리에스테르와의 상용성이 매우 작을 뿐만 아니라 고유의 이온결합의 특성으로 인하여 폴리에스테르 공중합체 조성물 내에 클러스터를 용이하게 형성한다. 폴리에스테르 공중합체 조성물 내에 클러스터가 형성되면, 상기 폴리에스테르 공중합체 조성물로부터 형성되는 섬유 표면의 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부의 크기 차이가 증가되어 섬유의 염색성이 저하되거나, 심지어 중합 또는 방사공정 도중에 용융점도가 지나치게 높아져서 섬유의 형성 자체가 곤란하게 되는 문제점이 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염과 함께, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물, 또는 상기 화합물의 말단이 봉쇄된 합성체를 사용하여 폴리에스테르 이형단면 섬유를 구성한다.

즉, R2-(OR3)n-OR4가 지니고 있는 고밀도의 에테르결합이 R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염의 이온결합 특성을 약화시켜서 클러스터의 생성을 감소시킬 수 있다. 또한, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물 역시 폴리에스테르와의 상용성, 반응성이 작고 물 또는 알칼리 수용액과의 친화성이 커서 본 발명의 목적 달성에 적합한 물성을 지니고 있다.

그런데, 섬유의 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성 하기 위해서는, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물의 중합도에 일정한 수준의 제한이 있어야 한다. 폴리에스테르 공중합체 조성물에 함유되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물인 R2-(OR3)n-OR4의 중합도를 나타내는 n이 15 미만이고 R2, R4가 수소이면 하이드록시기의 반응성이 증가되어 폴리에스테르와 반응을 하게 되며 이로 인하여 감량가공에 의해 추출하는 것이 곤란하게 되며, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물인 R2-(OR3)n-OR4의 중합도를 나타내는 n이 200을 초과하면 상기 R2-(OR3)n-OR4의 분자량 과다로 인하여 중합 공정에서 투입하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 중합 및 방사 공정 중에 유리될 수 있다.

상기와 같은 특성을 지닌 R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염 0.3∼5 중량%, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물 0.5∼10 중량%를 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성한다.

폴리에스테르 공중합체 조성물에 함유되는 금속 술포네이트염의 함량이 0.3 중량% 미만이면 상기 금속 술포네이트염의 함량 과소로 인하여 섬유의 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성하는 것이 곤란하며, 금속 술포네이트염의 함량이 5 중량%를 초과하면 상기 금속 술포네이트염의 함량 과다로 인하여 용융점도가 상승하여 폴리에스테르 공중합체 조성물의 중합 및 방사 작업이 곤란하게 된다. 또한, 폴리에스테르 공중합체 조성물에 함유되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물의 함량이 0.5 중량% 미만이면 상기 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물의 함량 과소로 인하여 섬유의 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성하는 것이 곤란하며, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물의 함량이 10 중량% 를 초과하면 상기 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물의 함량 과다로 인하여 폴리에스테르 섬유의 기계적 물성이 저하된다.

그런데, 상기에서 기술된 R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물은 폴리에스테르와의 상용성이 좋지 않기 때문에 중합할 때 거품이 다량으로 발생하여 중합공정이 어려워질 수 있다. 특히 폴리에스테르 중합 방법의 주류인 TPA 중합공법의 경우에는 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물이 투입된 상태인 에스테르 반응조의 액면 상승으로 인하여 유출수 환류탑의 환류불량이 발생할 수 있다. 게다가, 중합 반응에서 금속 술포네이트염과 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 동시에 투입할 경우에는 상호작용에 의해 반응기 내의 비산현상 등과 같은 심각한 공정장애가 야기된다.

따라서, 본 발명에서는 R1-SO3M로 대표되는 금속 술포네이트염을 슬러리 조제시 투입하여 안정화시키고, R2-(OR3)n-OR4로 대표되는 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 중축합 반응초기에 투입하므로써, 중합 반응에서 금속 술포네이트염과 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 동시 투입에 따른 각종 장애를 해결할 수 있다.

또한, 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물은 섬유 용도으로의 적용을 목적으로 하기 때문에 통상의 폴리에스테르 중합물과 마찬가지로 다양한 첨가제를 추가적으로 투입할 수 있다.

즉 안정제로서 트리메틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리페닐 포스파이트 등과 같은 인계 안정제, 페놀계 안정제를 중합 반응에 영향을 주지 않는 범위 내에서 일정 함량 혼합할 수 있으며, 소광제로서 이산화티탄을 혼합할 수도 있다. 이 외에도 통상의 폴리에스테르 중합촉매와 마찬가지로 안티몬계, 티탄계, 게르마늄계의 촉매를 일정 함량 투입하는 것도 가능하다.

상기와 같은 조성의 폴리에스테르 공중합체 조성물을 용융 방사하여 이형단면 필라멘트를 형성한다.

또한, 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법은 상기 폴리에스테르 공중합체 조성물을 8엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융 방사하여 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계가 포함된다.

상기와 같이 조성된 폴리에스테르 공중합체 조성물을, 도 1에서 도시한 단면이 8엽 형상인 이형단면 방사구금에서 용융하고, 4,000 m/분 이상의 고속으로 방사하여, 단면이 양봉형인 이형단면 필라멘트를 성형한다.

섬유 표면에 마이크로크레이터, 마이크로슬릿 등의 돌출부를 형성하면서도 주성분인 폴리에스테르 공중합체와 화학적으로 거의 반응하지 않는 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물이 함유되어 있으므로, 상기 폴리에스테르 공중합체에서 화학 반응으로 인한 열화 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 폴리에스테르 공중합체, 금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물을 포함하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 단면이 8엽 형상인 이형단면 방사구금에서 용융하고, 4,000 m/분 이상의 고속으로 방사하여 단면이 8엽 형태인 이형단면 필라멘트를 형성하더라도, 상기 고속방사되는 이형단면 필라멘트의 연신이 균일하게 이루어지게 된다.

금속 술포네이트염, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물이 함유된 폴리에스테르 공중합체 조성물의 방사가공성이 우수하여 8엽 형상인 이형단면 방사구금에서 4,000 m/분 이상으로 고속방사하는 것이 가능하므로써, 단면이 8엽인 이형단면 필라멘트의 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법은 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 3∼20 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계가 포함된다.

폴리에스테르 공중합체 조성물이 8엽 형상인 이형단면 방사구금에서 용융되고 고속방사되어 이루어지는 이형단면 필라멘트를 상기 이형단면 방사구금 직하의 높이 3∼20 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각한다.

이형단면 필라멘트를 지연 냉각하는 지연 냉각부의 높이가 3 ㎜ 미만이면 상기 지연 냉각부가 과소하여 이형단면 필라멘트의 지연 냉각 효과가 부족하며, 이형단면 필라멘트를 지연 냉각하는 지연 냉각부의 높이가 20 ㎜를 초과하면 상기 이형단면 필라멘트의 동정성이 저하될 수 있다.

상기와 같이 방사구금 직하의 지연냉각부의 높이가 제어되어 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 일정한 풍속의 냉풍으로 강제 냉각하는 것이다.

또한, 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법은 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계가 포함된다.

이형단면 방사구금 직하의 지연 냉각부에서 지연 냉각된 이형단면 필라멘트 를 냉풍으로 강제 냉각하되, 냉각 대상인 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리가 2∼30 ㎜로 제어된 강제 냉각부에 상기 이형단면 필라멘트를 통과시켜서 일정한 풍속의 냉풍으로 냉각 고화시킨다. 이형단면 필라멘트를 냉각할 때 강제 냉각부의 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 2 ㎜ 미만이 되도록 제어하면 상기 냉풍 취출면에서 추출되는 냉풍에 의해 이형단면 필라멘트와 이형단면 필라멘트가 상호 간섭을 일으킬 수 있으며, 강제 냉각부의 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 30 ㎜를 초과하도록 제어하면 상기 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 과다하여 이형단면 필라멘트의 물성이 저하되고 공정성에도 악영향을 미치게 된다.

상기 냉풍에 의해 강제 냉각된 이형단면 미연신사를 연신하여 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 섬유를 구성한다.

또한, 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법은 상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계가 포함된다.

상기와 같이 강제 냉각되어 이루어진 이형단면 미연신사를 진행속도가 상이한 복수의 연신롤러(예를 들면, 온도 85 ℃, 진행속도 2000 m/분의 제 1 연신롤러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4000 m/분의 제 2 연신롤러), 또는 기타 공지된 연신 기술에 의해 연신하여 이형단면 연신사를 형성하고, 상기 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 본 발명의 폴리에스테르 이형단면 섬유를 제조한다.

다음과 같이 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위 가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

< 실시예 1 >

1. TPA 세미 뱃치 중합에서 R1-SO3M(R1 : 탄소수 30의 알킬기, M : Na)이 전체 중합물 대비 1.0 중량%가 되도록 슬러리에 투입하여 에스테르 반응을 진행하고, 상기 슬러리를 중축합 반응조에 이송하여 R2-(OR3)n-OR4(R2, R4 : 수소, R3 : 에틸렌기, n : 100)를 전체 중합물에 대하여 7 중량%, 반응촉매인 삼산화안티몬을 그 안티몬 원자가 전체 중합물에 대하여 250 ppm, 이산화티탄을 전체 중합물에 대하여 0.3 중량%가 되도록 투입하고 285 ℃, 1 토르 미만에서 200 분간 반응시켜 극한점도가 0.63 ㎗/g인 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성하였다.

2. 상기 폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.6, D/C=5, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하였다.

3. 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 10 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하였다.

4. 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 30 ㎜로 제어된 강제 내각부에서 0.5 m/초의 냉풍으로 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하였다.

5. 상기 이형단면 미연신사를 온도 85 ℃, 진행속도 2000 m/분의 제 1 연신롤러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4000 m/분의 제 2 연신롤러에 의해 연신하여 이형 단면 연신사를 형성하고, 상기 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 폴리에스테르 이형단면 섬유를 제조하였다.

6. 상기 제조된 폴리에스테르 이형단면 섬유의 단면을 전자현미경으로 촬영한 결과, 상기 폴리에스테르 이형단면 섬유의 단면이 8엽형임을 확인할 수 있었다.

< 실시예 2 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.2, D/C=3, θ=120°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 2 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,300m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것, 상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 20 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 것, 및 상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 20 ㎜로 제어된 강제 내각부에서 0.5 m/초의 냉풍으로 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 1 >

이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 40 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 2 >

지연 냉각된 이형단면 필라멘트를 냉풍 취출면과 이형단면 필라멘트 사이의 거리가 50 ㎜로 제어된 강제 내각부에서 0.5 m/초의 냉풍으로 냉각 고화하여 이형 단면 미연신사를 형성하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 3 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.6, D/C=5, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.3 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 4 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.8, D/C=5, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 5 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.0, D/C=5, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 6 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.6, D/C=2, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 7 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.6, D/C=6, θ=60°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 8 >

폴리에스테르 조성물을 도 1의 형태인 이형단면 방사구금(C=0.08 ㎜, A/B=1.6, D/C=5, θ=150°, 홀의 길이=50 ㎜)에서 290 ℃로 용융하고, 필라멘트수는 36개 최종 연신사의 단사섬도가 0.5 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 5,000m/분의 방사속도로 방사하여 8엽형인 이형단면 필라멘트를 성형하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.

상기에서 기술된 실시예 및 비교예에 의거하여 제조된 폴리에스테르 이형단면 섬유에 대한 공정성 및 물성 평가를 다음과 같은 방법으로 실시하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.

1. 방사 공정성 평가 기준 : ○-매우 양호, △-보통, ×-불량, ××-불가

2. 이형도 : 원사 단면을 SEM설비로 측정하고 외접원 직경/내접원 직경으로 평가하였다.

3. 비수수축율 : 원사를 끓는 물에 30분간 방치하고 전후 길이 변화를 측정하였다.

4. 염색성 : 원사를 환편기로 20cm 길이가 되도록 편직하고, 코우-네이비(S-type)을 염료농도 1% o.w.f.로 만든 후, 분산제 (VGT) 1g/L, pH 5.0(초산), 액비 1대15로 조제한 분산염료에 염욕한 후에, ○-매우 양호, △-보통, ×-불량의 평가기준으로 평가하였다.

< 표 1 > 폴리에스테르 이형단면 섬유에 대한 공정성 및 물성 비교

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
연신사 단사섬도(den/fil)	0.5	2	2	2	0.3
지연 냉각부 높이(㎜)	10	20	40	10	10
냉풍추출면과 필라메트 사이의 거리(㎜)	30	20	30	50	30
방사속도(m/분)	5,000	5,300	5,000	5,000	5,000
A/B	1.6	1.2	1.6	1.6	1.6
D/C	5	5	5	5	5
θ	60	120	60	60	60
비수수축률(%)	2.8	2.9	4.1	3.7	-
방사 공정성	○	○	×	×	××
염색성	○	○	×	×	-
8엽 단면 형성성	○	○	×	×	-

구 분	비교예 4	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8
연신사 단사섬도(den/fil)	2	2	2	2	2
지연 냉각부 높이(㎜)	10	10	10	10	10
냉풍추출면과 필라메트 사이의 거리(㎜)	30	30	30	30	30
방사속도(m/분)	5,000	5,000	5,000	5,000	5,000
A/B	1.8	1.0	1.6	1.6	1.6
D/C	5	5	2	6	5
θ	60	60	60	60	150
비수수축률(%)	2.7	3.2	2.7	2.9	3.2
방사 공정성	×	○	×	○	○
염색성	×	○	△	○	×
8엽 단면 형성성	×	×	△	×	×

상기 표 1에서 실시예의 폴리에스테르 이형단면 섬유가 비교예의 폴리에스테르 이형단면 섬유에 비하여 공정성 및 각종 물성이 훨씬 탁월한 것으로 나타났다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조에 사용되는 이형단면 방사구금의 형상

Claims

화학식 R1-SO3M(R1 : 탄소수 10∼500의 알킬기, M : Na, K, Li로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리금속)의 금속 술포네이트염 0.3∼5 중량%, 화학식 R2-(OR3)n-OR4(R2, R4 : 수소, 메틸기, 에틸기, 페닐기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 동일 또는 서로 다른 작용기, R3 : 에틸렌기, 1,2-프로필렌기, 1,3-프로필렌기, 1,4-부틸렌기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬렌기, n : 15∼500의 정수)의 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물 0.5∼10 중량%를 함유하는 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성하는 단계;

상기 폴리에스테르 공중합체 조성물을 하기 도시된 8엽 형태인 이형단면 방사구금에서 용융 방사하여 이형단면 필라멘트를 성형하는 단계:

상기 이형단면 필라멘트를 이형단면 방사구금 직하의 높이 3∼20 ㎜인 지연 냉각부를 통과시켜서 지연 냉각하는 단계;

상기 지연 냉각된 이형단면 필라멘트와 냉풍 취출면 사이의 거리를 2∼30 ㎜로 제어하고 냉각 고화하여 이형단면 미연신사를 형성하는 단계; 및

상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법.

< 이형단면 방사구금 >

(1.2≤A/B≤ 1.6, 3≤ D/C≤5, 단 C(Slit폭)는 0.08 mm 이하, A≥8×C+0.2 mm, θ=60∼120 °, 날개수 : 8개)
제 1 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 공중합체 조성물을 형성하는 단계에서 금속 술포네이트염인 R1-SO3M을 슬러리 조제시 투입하고, 폴리옥시알킬렌 에테르계 화합물인 R2-(OR3)n-OR4를 중축합 반응초기에 투입하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법.
제 1 항의 폴리에스테르 이형단면 섬유의 제조 방법에 의하여 제조되는 이형도 2 이상, 비수수축율 3% 이하인 폴리에스테르 이형단면 섬유.