KR20110026896A - 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 용용 방사하여 미연신사를 제조하고 미연신사를 연신하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조함에 있어서, 미연신사의 물성 및 연신조건을 최적화하여 염색성 및 기계적 물성이 우수한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하는 방법 및 그에 의해서 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것이다.
폴리부틸렌테레프탈레이트, 섬유, 연신, 미연신사, 염색성, 고강력

Description

폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유{Method for Preparing Polybuthylene terephthalate fiber and Polybuthylene terephthalate fiber prepared by the same}
본 발명은 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미연신사의 물성 및 연신조건을 조정함으로써 염색성 및 기계적 물성을 향상시키는 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것이다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephthalate, 이하 "PBT"라 한다)는 테레프탈산과 부탄디올(1,4-buthandiol)의 에스테르화 또는 테레프탈산디메틸과 부탄디올의 에스테르 교환 후 중축합에 의해 제조되는 고분자 재료로 물성, 내열성, 성형성, 내후, 내화학성 등의 균형에서 폴리아미드, 폴리아세틸, 폴리카보네이트, 변성 폴리페니렌 옥사이드 등과 비교했을 때 가장 우수한 고분자 재료 중 의 하나이다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트는 비강화용, 강화용, 난연용 및 고분자 얼로이(alloy)용으로 합성, 판매되고 있으며, 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 결정화 속도는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 보다 10배 정도 빠르나, 화학 구조적으로 볼 때 에스테르 결합을 가지고 있어, 가수분해가 잘되며, 섬유화된 경우 나일론과 PET의 중간정도의 역학적 성질을 보인다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트 섬유는 폴리에스테르 섬유에 비해 거의 두 배에 가까운 우수한 탄성을 갖고 있고, 소프트 터치감을 가진 소재이며 저온 염색(100℃)이 가능한 이점을 갖는다. 또한 내염소성, 내광성, 내화학성이 우수하여 수영복 등의 스포츠 웨어나 여성용 의류, 양말, 진 등에 사용이 확대되고 있다.
그러나 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유는 일반적으로 4 그램/데니어 이하의 강도를 나타내며, 이는 4.5 그램/데니어 이상의 물성을 나타내는 폴리에스테르 섬유에 비하여 낮은 것으로, 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유는 이와 같이 낮은 강도로 인해서 용도의 제한이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 미연신사의 물성 및 연신조건을 최적화함으로써 염색성 및 강도 등의 물성이 향상된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 염색성 및 강도 등의 기계적 물성이 우수한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 1,200~1,800 m/분의 방사속도로 방사하여, 최종단사섬도가 0.8~3 데니어, 신도 200~230%, 강도 1.8~2.3 그램/데니어인 미연신사를 제사하는 단계; 및 이어서 공급 롤러와 핫롤러 사이의 연신비가 연신비 2.3~3.0, 콜드롤러와 권취속도의 오버피드 7% 내지 10%, 핫롤러 온도 130 ℃~ 150℃, 핫 플레이트의 온도 200℃~230℃의 공정 조건하에서 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색성과 물성이 우수한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법에 의해서 제조되고, 단사섬도 0.8~3.0 데니어, 강도 6.5~8.0 그램/데니어, 신도 15% 이하 및 수축율 10% 이하인 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 용용방사하여 미연신사를 제조하고 미연신사를 연신하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조함에 있어서, 미연신사의 물성 및 연신조건을 최적화하여 염색성 및 물성이 우수한 강도 6.5 그램/데니어 이상의 고강력 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조할 수 있다.
이하에서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 하나의 양상에 의하면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 1,200~1,800 m/분의 방사속도로 방사하여, 최종단사섬도가 0.8~3 데니어, 신도 200~230%, 강도 1.8~2.3 그램/데니어인 미연신사를 제사한 후, 이어서 공급 롤러와 핫롤러 사이의 연신비가 연신비 2.3~3.0, 콜드롤러와 권취속도의 오버피드 7% 내지 10%, 핫롤러 온도 130 ℃~150℃, 핫 플레이트의 온도 200℃~230℃의 공정 조건하에서 연신하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법의 공정개략도이다. 도 1을 참고하여, 본 발명의 방법의 각 단계에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 방법은 미연신사의 물성 및 연신조건을 최적화하여 염색성 및 물성이 우수한 강도의 고강력 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하는 것으로, 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 용용방사하여 일정한 조건을 충족시키는 미연신사를 제조한다.
즉. 폴리부틸렌테레프탈레이트 폴리머를 용융하는 공정, 방사구금으로부터 압출하는 공정, 토출된 폴리머를 1,200~1,800 m/분의 방사속도로 방사하는 인취하는 공정을 조절하여 최종단사섬도가 0.8~3 데니어, 신도 200~230%, 강도 1.8~2.3 그램/데니어인 미연신사를 제사한다.
폴리머의 용융은, 압출기 또는 프레셔 멜터를 사용하는 방법이 일반적이다. 이어서 용융된 폴리머는 공지의 방법으로 계량되어, 방사구금으로부터 압출된다. 이때 방사온도는 폴리머의 완전 용융과 점도 저하 방지하기 위하여 245℃ 이상 270℃ 이하의 범위내로 유지하는 것이 좋다. 이어서 방사구금으로부터 토출된 폴리머는 냉각되고 고화되어 섬유로 된다.
본 발명에서는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 방사속도를 1,200∼1,800m/분으로 저속으로 하고, 그 후, 최종 단사섬도 0.8~3.0, 신도 200 ~ 230%, 강도 1.8 ~ 2.3 그램/데니어의 물성을 갖도록 미연신사(100)를 제사한다. 이어서 수득된 미연신사(100)를 도 1의 사도에 따라 공급롤러(10), 핫롤러(hot roller, 20), 핫플레이트(30), 콜드 롤러(cold roller, 40), 및 권취기(50)를 거쳐 연신하되, 공급 롤러(10)와 핫롤러(20) 사이의 연신비가 2.3 내지 3.0, 핫롤러(20) 온도 130 ℃ 내지 150 ℃, 핫플레이트(30) 온도 200℃ 내지 230℃ 및 콜드롤러(40)와 권취속도의 오버피드 7% 내지 10% 조건으로 연신하여 고강도 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유(200)를 제조한다. 상기와 같은 공정 조건 범위 내에서 제조되는 원사는 고강력, 저수축의 특성을 발현하며 열에 의한 강력저하가 적어 내열강력이 우수하며, 염색성도 향상된다.
미연신사의 신도와 강도가 상기 범위를 벗어날 경우에는 염색성 및 외관이 불량해져 실용성이 저하된다.
방사속도가 1,200 m/분 미만일 경우 방사장력이 낮아 권취가 어려우며, 또한 생산성이 떨어져 적용하기 어렵게 되고, 이와 반대로 방사속도가 1,800m/분을 초과하는 경우에는 모우발생 등으로 인한 조업성이 크게 떨어지며 원사품위가 저하되는 문제가 발생된다.
공급 롤러(10)와 핫롤러(20) 사이의 연신비가 2.3배 미만의 경우에는 요구되는 고강력의 특성을 발현하기 어려우며, 3.0배를 초과하는 경우에는 모우발생 등으로 인하여 원사의 품위가 떨어진다. 콜드롤러(40)와 권취속도의 오버피드가 7% 미만인 경우에는 수축율이 10%를 초과하며, 오버피드가 10% 초과시에는 사떨림이 심해져 작업성이 저하된다.
핫롤러(20)에서의 열처리 온도가 130℃ 미만인 경우에는 불균일 연신에 의해 염색성 및 외관이 불량해지고, 150℃ 초과의 경우에는 절사 및 핫롤러(20)상에서 사떨림이 심해져 작업성이 저하된다.
핫플레이트(30)에서의 열처리 온도가 200℃ 미만인 경우에는 불균일 연신에 의해 염색성 및 외관이 불량해지고, 230℃ 초과의 경우에는 절사 및 핫플레이트(30) 상에 타르 발생이 빈번하여 작업성이 저하된다.
본 발명의 방법에 의해서 제조되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유는 최종 연신사 단사섬도 0.8 ~ 3.0 데니어, 강도 6.5 ~ 8.0 그램/데니어, 신도 15% 이하 및 수축율 10% 이하의 특성을 갖는다. 본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유는 우수한 강도 및 염색성을 가지면서 수축율도 낮기 때문에 자수사 및 경량박지 직물 등의 고강도가 요구되는 용도에 적용이 가능하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이들은 단지 예시적인 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
본 실시예에서는 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 물성을 아래의 방법으로 평가하였다.
<물성 측정방법>
1) 강도 및 신도 : 만능측정기(Instron)로 측정.
2) 수축율 측정방법 : 190℃ 건조오븐에서 15분 열처리 전후의 길이변화율로서 나타낸다.
수축율(%) = (L0-L1)/L0 × 100
(L0:열수축전의 길이, L1:열수축후의 길이)
3) 염색성
- 염색: 마티스 맹글(Mathis mangle) 사용 [사용염료:Microsolorange GR 0.3wt% 용액 (Ciba-Geigy 제품)],
- Thermoset : 마티스 스티머(Mathis steamer) 사용,
- 측색 : CCM(Computer Color Matching)사용,
- 염색성평가 : 염색물의 K/S치 비교.
4) 외관
섬유 외관 평가는 섬유직종 종사자 40인의 육안 및 감성테스트 결과, 30명 이상이 우수하다고 판단하는 경우를 우수(○)로, 20명 이상이 우수하다고 판단하는 경우를 양호(△)로, 10명 이하가 우수하다고 판단하는 경우로 염반 등의 염색줄이 발생한 것을 불량(X)으로 판정하였다.
실시예 1
고유점도 0.84의 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 방사온도 260℃, 홀직경 0.23mm, 홀길이 0.46mm인 방사구금을 사용하여 최종 단사섬도가 0.8 데니어가 되도록 토출량 및 방사속도를 조절하여 미연신사를 제조하였다. 수득된 미연신사를 연신속도 750 m/분, 연신비 2.5, 핫롤러 130 ℃, 핫플레이트 온도 220℃ 및 콜드롤러와 권취속도의 오버피드 7%으로 연신하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조하였다.
미연신사의 물성, 연신조건 및 연신사 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
연신사의 최종 단사섬도를 2.9 데니어, 연신비를 2.8로 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 1
연신사의 최종 단사섬도를 0.5 데니어, 연신비를 2.3으로 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 2
연신사의 최종 단사섬도를 4 데니어, 연신비를 2.9로 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 3
핫롤러 100 ℃, 핫플레이트 온도 180℃를 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 4
미연신사의 물성을 방사속도를 조정하여 신도 180%, 강도 2.4 그램/데니어, 연신비를 2.3이 되도록 제사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 필라멘트사를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
최종 연신사 단사섬도
(Den/Fila)		 0.8 2.9 0.5 4.0 0.8 0.8
미연신사 물성 신도(%) 210 230 205 205 210 180
강도(g/d) 2.2 1.8 1.8 1.9 2.2 2.4
연신
조건		 핫롤러 온도(℃) 130 130 130 130 100 130
핫플레이트 온도(℃) 220 220 220 220 180 220
연신비 2.5 2.8 2.3 2.9 2.5 2.3
오버피드
(%)		 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0
연신사
물성		 강도(g/d) 6.6 7.5 5.5 7.3 6.2 6.9
신도(%) 15 13 14 14 13 14
수축율(%) 9.5 9.2 10.8 9.9 12.0 12.3
외관 ○ ○ X △ X X
염색성 ○ ○ △ X X X
상기 표 1을 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하여 제조되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유는 열에 의한 강력저하가 적어 내열강력이 우수하며, 염색성도 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법의 공정개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 공급 롤러 20: 핫롤러
30: 핫플레이트 40: 콜드 롤러
50: 권취기 100: 미연신사
200: 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유(연신사)

Claims (2)

  1. 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합물을 1,200~1,800 m/분의 방사속도로 방사하여, 최종단사섬도가 0.8~3 데니어, 신도 200~230%, 강도 1.8~2.3 그램/데니어인 미연신사를 제사하는 단계; 및 이어서 공급 롤러와 핫롤러 사이의 연신비가 연신비 2.3 ~ 3.0, 콜드롤러와 권취속도의 오버피드 7% 내지 10%, 핫롤러 온도 130℃~ 150℃, 핫 플레이트의 온도 200℃~230℃의 공정 조건 하에서 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색성과 물성이 우수한 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유의 제조방법.
  2. 제 1항의 방법에 의해서 제조되고, 최종 연신사 단사섬도 0.8 ~ 3.0 데니어, 강도 6.5 ~ 8.0 그램/데니어, 신도 15% 이하 및 수축율 10% 이하인 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유.
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