KR20110124440A - 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

자발고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20110124440A
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Abstract

본 발명은 고유점도가 상이한 이종의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 원료로 하여 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사한 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유에 관한 것으로서 이를 가연공정등으로 복합가공사를 만들어 직물을 제직하게 되면 정반사광이 적고 농색효과가 생기며 농색부와 광택부가 각도에 따라 대비를 강하게 느끼게 되어 선명하고 깊이있는 색조가 만들어짐으로써 심색성이 우수한 직물을 제공할 수 있다.

Description

자발고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법{Self―Crimped Polyester Conjugated Fiber And Process Of Producing Thereof}
본 발명은 제1성분 폴리머 및 제2성분 폴리머로 구성된 사이드 바이 사이드 형태의 폴리에스테르 복합섬유에 관한 것이다.
본 발명의 사이드 바이 사이드형 폴리에스테르 복합섬유는 1970년대 이형단면기술과 알카리감량기술 개발을 통하여 기능성섬유로 활용도가 높아 1980년대 중반까지 다양하게 개발되고 있었다.
폴리에스테르계 복합방사 소재는 국내 합섬업체에서 널리 생산되고 있으며, 이종폴리머의 복합방사에 의한 소재는 독특한 표면특성, 반발감이 우수한 소재로서 우수한 신축특성과 회복성, 헬리칼(Helical)구조의 권축에 의한 고반발 특성과 청량감이 있는 독특한 표면특성을 나타내며, 일반적으로 의류용으로는 캐쥬얼웨어, 정장, 내의등에 사용되며, 신발류, 인테리어등에도 활용하고 있다.
복합방사섬유는 수축률이 서로 다른 2종류의 폴리에스테르를 Side by Side형으로 구성한 섬유이다. 이는 일종의 특수 복합한 바이메탈구조의 잠재권축사인데 권축을 발현시킬때에 안락한 스트레치기능이 얻어질 뿐만 아니라, 독특한 표면특성, 반발감이 우수하여 최근의 직물 상품에서 특히 중요시되는 반발탄력성(Hari), 강직도(Koshi), 반발성, 촉감을 현격하게 향상시킬 수가 있는 특징을 가지고 있다.
복합방사섬유는 소프트할 뿐만 아니라 양호한 신도와 벌키감이 우수하므로 탄성섬유와 가연가공사의 사이에 위치하는 소재라고 할 수 있다. 현재 소개되고 있는 복합방사섬유는 PET와 PTT가 조합된 편심구조형, 타원형 또는 땅콩형의 복합방사섬유등이 주를 이루고 있으며, 방사작업이 비교적 어려운 3개의 산(山)을 가지는 산편평원형단면은 생산되지 않고 있으며, 세섬도 제조기술은 아직 확립되어 있지 않다.
한편, 상기 복합방사섬유의 특성인 고발색성은 여성용 드레스 및 브라우스 등에 적용시켜 은은한 광택과 드레이프성이 부여되므로서 다양한 제품전개가 가능하며, 특히, 원사의 심색성을 활용하여 기존 제품과는 완전 차별화되는 고가의 회교권 여성들의 전통의상인 Formal 블랙차도르 의상에 적용시켜 시장증대를 꾀하고자하며, 블랙직물의 시장성이 높은 일본과 EU, 미국 등지의 선진국 시장에 고가의 차별화된 제품 수출도 기대할 수 있을 것이다.
기존의 PET와 PTT가 조합된 편심구조형, 타원형 또는 땅콩형의 복합방사섬유는 우수한 스트레치성과 탄성회복성. 드레이프성, 착용시 청량감부여등의 효과가 있었으나, 직물의 염색후 심색성의 향상은 찾아볼 수 없었다.
따라서 본 발명에서는 기존의 사이드 바이 사이드형 복합섬유의 염색상의 문제점을 해결하여 고발색, 고농도 직물을 제직할 수 있는 복합섬유를 제공하는 것을 기술적과제로 한다. 이에 본 발명자는 섬유 단면을 편평단면으로 길이 방향으로 연속적으로 이어지는 산편평 형태를 가지도록 하여 다층나선형 잠재비틀림 효과를 가지는 섬유로서 실 상태에서는 단순한 편평사이지만 직물상에서의 3개의 산편평 원형단면이 염가공후에는 대칭방향으로 틀어져 난반사효과에 의한 심색효과를 얻을 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면, 제1성분 폴리머 및 제2성분 폴리머로 구성된 사이드 바이 사이드 형태의 폴리에스테르 복합섬유에 있어서,
ⅰ)제1성분 폴리머는 고유점도가 0.61~0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이고;
ⅱ)제2성분 폴리머는 고유점도가 0.49~0.52인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이고;
ⅲ)상기 제1성분과 제2성분의 중량비가 50:50~55:45인 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유가 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유는 고유점도가 상이한 이종의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 원료로 하여 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사한 것으로서 심색성이 우수한 직물을 제직하는데 유용한 원사이다.
본 발명에서 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 제조하는 바람직한 방법으로는 폴리머는 두가지의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 사용하되 고유점도가 상이한 것을 사용하되, 제1성분 폴리머인 고유점도가 0.61~0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 제2성분 폴리머인 고유점도가 0.49~0.52인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 중량비 50:50~55:45로 사이드 바이 사이드 형태를 지니도록 복합 방사하고 유제부여하여 권취한다.
상기 고유점도가 상이한 두가지의 폴리머의 제1성분과 제2성분의 중량비는 50:50~55:45가 되도록 하여야 3개의 산편평 원형단면의 크기가 차이나는 것을 방지하며, 일정한 크기의 산편평형 단면을 지니는 복합섬유를 제조할 수 있게 된다.
특히, 상기 제1성분 폴리머와 제2성분 폴리머의 고유점도차는 0.10~0.15인 것이 바람직한데, 고유점도차가 0.10미만인 경우에는 잠재 비틀림 현상이 나타나지 않는 문제가 발생하고, 고유점도차가 0.15를 초과하는 경우에는 과다한 비틀림 현상이 발생할 수 있다.
상기 원료 폴리머들은 중합공정과 방사가 연결되어 있는 경우(직접방사)를 제외하고 중합체는 일단 칩상태로 제조되고 저장되어 사용시에는 혼합을 겸하여 건조를 행한다.
건조공정은 공기중에서 가수분해에 의한 분자량의 저하를 방지하고 칩간의 분자량 차를 균일하게 할 목적으로 행하여지는데, 건조 칩의 수분율은 0.001∼0.005중량%의 건조가 요구된다. 미건조 칩의 건조는 100∼120℃에서 10분 정도의 예비건조와 160∼200℃에서 1∼3시간 건조하는 본 건조공정의 2단계 건조공정을 거치게 되는데, 이는 예비건조에 의해 중합체의 표면을 미리 결정화시켜 줌으로써 급격히 고온에 투입시 칩이 서로 점착하여 덩어리를 형성하는 위험을 방지한다.
이렇게 건조된 PET칩은 압축기(extruder)에 의해 280∼290℃에서 용융되어 기어 펌프(gear pump)에 공급되게 된다. 압출기는 스크류(screw)와 배럴(barrel)로 구성되어 있고, 공급, 압축, 계량의 기능을 가지고 있어 공급되는 칩을 연속적으로 용융시켜 압출 탈포 후 계량하면서 다음 공정에 균일하게 공급하는 역할을 하고 있다. 스크루에 의해 운반된 용융폴리머는 필요에 의해 여러 개의 분기관을 통하여 방사두(spinning head)에 공급된다.
방사두는 가열 금속 블록으로 이루어져 있으며 계량 펌프(metering pump)와 방사 팩(spin pack)이 장착되어 전체가 균일하게 가열된다. 고온, 고압하에서 치차의 회전에 의해 균일한 토출을 보장하기 위해 고도의 재질과 세공이 필요하게 된다. 계량된 폴리머들은 방사 팩에 공급된다. 방사팩은 두꺼운 두께의 금속 원통으로 만들어지며 상부 커버 판(cover plate)과 구금 사이에 내압판과 모래나 금속분말로 된 입자층과 금속망으로 된 여과장치 등으로 구성이 되어 있다. 필터는 사 결점이 되는 이물을 효과적으로 제거하면서 이 제거 물에 의한 압력상승을 가능한 한 줄일 수 있도록 해야 한다. 필터에 의해 청정화된 용융폴리머는 두께 약 5∼10mm의 내압원판으로 만들어진 노즐에 공급되어, 이 방사구금의 세공(orifice)으로부터 토출이 되는데, 세공은 일반적으로 원형으로 0.20∼0.30mm의 직경을 가지며 길이와 직경의 비는 1:1.15나 그 이상을 갖게 된다.
본 발명에서 상기 방사구금은 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 단면형태를 산편평형으로 하고, 필라멘트간의 공극을 최소화하기 위해 도 1에 도시한 바와 같이 토출구수가 3개가 되도록 하였으며, 3개의 산편평 원형단면 토출구가 동일한 간격으로 형성되면서 각 토출구끼리는 슬릿으로 연결되어 있고, 각 토출구 간의 간격이 토출구 지름의 1.8 ∼ 2.5배가 되도록 하는 것이 일정한 크기의 산편평형을 만드는데 적합하다.상기 방사시 방사온도는 280~290℃에서 작업하는 것이 사의 요구물성에 적합한 조건이다.
상기 방사구금에서 토출되는 사속은 냉각기류에 의해 냉각되어 고화된다. 냉각방법은 필라멘트사의 경우에는 공기의 흐름이 사의 진행방향과 수직방향으로 된다. 사용하는 공기는 온도와 습도의 제어가 중요하며, 이 공기의 흐름 조건을 배향 균일화에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 인자가 된다.
냉각된 필라멘트는 오일을 부여하게 되는데, 오일의 부여는 미연신사의 권취 안정성을 확보와 연신, 가연 등의 후공정에서 취급을 용이하게 하기 위해 행해진다. 사용되는 유제는 통상 평활제, 대전 방지제, 집속조제 등을 조합한 수성 내지 비수성 유화액이 사용되며 유제를 부여하는 수단으로서는 회전 롤러의 표면에 유제를 픽업(pick-up)시키고 그 면에 사를 접촉시켜 부착시키는 방법과 가이드에 유제 공급구를 설치, 사 접촉점에 공급하는 방법 등이 사용되고 있다.
권취기는 고데트 롤러(godet roller)와 권취기로 구성되어 있다. 생산성을 올리기 위해 수본의 사조가 1세트의 고데트 롤러를 거쳐 사조를 분할하여 감을 수 있는 권취기에 의해 권취된다. 최근에는 8,000m/min까지 권취 가능한 권취장치도 상업화 되어 있으나 본 발명에서는 사속 2800~3400 m/min으로 설정하는 것이 바람직한데, 2800 m/min 미만에서는 강도가 떨어지는 문제점이 발생하며, 3400m/min을 초과하는 경우에는 신도가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 저점도/고점도 비율이 일정한 조건에서 방사속도가 증가할수록 강도가 증가하고 신도는 반대로 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 방사시 발생하는 분자쇄의 섬유축 방향으로의 배열로 인한 비결정 영역중에 분자쇄가 긴장해서 분자내의 충전밀도가 밀접해지기 때문에 권취속도의 증가로 인하여 절단강도 증가, 절단신도 감소의 경향을 보이는 것으로 판단된다.
본 발명에서 제공되는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유는 강도 2.30~2.70g/d, 신도 115~120%, 습열수축율 74~78%의 물성을 가져 가연가공등을 통하여 복합가공사를 만들어 제직할 때 직물상에서 비틀림을 발현시키면 조직사이에서 복합섬유가 비틀림 단면의 길이방향에 수직으로 늘어선 판상의 깊은 간격을 가진 직물이 되어 수직부에 입사된 빛은 육안으로 되돌아오는 정반사광이 적게 되고, 섬유사이에서 반사와 내부 흡수를 반복하여 농색효과가 생기며, 농색부와 광택부가 각도에 따라 대비를 강하게 느끼게 되어 선명하고 깊이있는 색조가 만들어짐으로써 심색성이 우수하게 된다.
따라서 본 발명에 의하여 제조된 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유는 직물제조시 발색성, 심색성이 우수하여 여성용 브라우스, 드레스, 투피스, 회교권 차도르 등에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유를 제조하기 위한 방사구금의 토출구의 형상을 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 단면현미경사진이며,
도 3은 본 발명의 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유로 제직하고 염색한 실시예 1의 직물과 비교예 1의 직물간의 심색성을 비교하기 위한 사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
1. 복합섬유방사 및 직물제직
점도(IV) 0.626(ASTM D2857-70), 용융점 253.2℃, 수분함량 0.1중량%, 칩크기 3.6 ㎜ 인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET : 제1성분폴리머)칩과 점도(IV) 0.505(ASTM D2857-70), 용융점 257℃, 수분함량 0.1중량%, 칩크기 3.6 ㎜ 인 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET : 제2성분폴리머)칩을 중량비 55:45의 비율로 압축기에 공급하면서 용융시켜 기어 펌프에 공급하여 도 1에 도시된 바와 같은 방사구금을 갖는 방사두로 공급하여 방사온도 287℃, 권취속도 3,000m/min으로 방사하여 냉각한 후 오일부여하여 85d/24f의 미연신 폴리에스테르 복합섬유를 방사하였다.
상기 얻어진 미연신 폴리에스테르 복합섬유를 3-Feed Belt 가연기 (MURATA-33H Type)를 사용하여 복합가공사를 만든 후, 셔틀룸(Shuttle Loom)직기를 사용하여 경사 밀도를 104T 수준으로 하고 중량은 135g/㎡, 조직은 평직으로 제조한 후, 정련, 축소하고 프리셋팅(Pre-setting)한 후 CDR연속감량기를 사용하여 감량작업을 실시하고, 레피드염색기를 사용하여 염색을 한 후 실리콘계수지를 사용하여 심색수지가공한 후 최종셋팅하여 최종직물을 완성하였다.
[비교예 1]
일반 폴리에스테르 미연신사(POY 85/72)와 SDY 50/24를 가연가공하여 복합가공사를 만든 후 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 제직 및 염색하였다.
2. 복합섬유물성평가
가. 사인장강신도
Textechno Statimat Me.(German)을 이용하여 상온에서 24시간 방치한 각각의 시료를 sample 길이 200mm, Test speed 2000m/min의 조건으로 10회 실험하였다. 실험 기기에서 제공하는 software로부터 Breaking Tenacity, Breaking Elongation을 구하고 각각의 결과에서 10회 평균값을 구하였다.
나. 사수축특성 (습열 수축률 실험)
검척기의 릴에 시료를 감아 타래상태로 만든 다음 사에 0.1g/d의 초하중을 걸어 원장을 구한 후 Water Bath 내에서 온도 100℃, 30분간 무긴장 하에서 침지하여 습열처리를 하고 24시간 이상 상온에서 방치한 후 0.1g/d의 초하중을 시료에 걸고 길이를 측정하여 수축 변화량을 측정하였다.
습열수축율(%) = {(초기원장 - 처리후 수축장)/(초기원장)}×100
상기 복합섬유의 물성은 다음 표 1과 같다
구 분
 물성 평가
섬도(d) 인장강도(g/d) 신도(%) 습열수축율(%)
실시예 1 85.88 2.55 117.04 76.6
3. 직물 물성평가
가. 세탁견뢰도
KS K 0430(세탁에 대한 염색견뢰도 시험방법)의 A-1법을 이용, ATLAS LOUND-OMETER를 사용하여 측정하였다.
나. 인열강도
직물의 인열강도는 K0535 직물의 인열강도 시험법에 준하여 엘멘도프형 인열강도 시험기를 사용하여 측정하였다.
다. 치수변화율
직물의 세탁수축률은 KS K0465 직물의 수축률시험 방법에 의거하여 가정용 세탁기법으로 측정하엿으며, 다음 식에 의하여 계산하였다.
수축률(%) ={(A-B)/A}×100
여기서 A:처리전 측정값의 평균, B:처리후 측정값의 평균
라. 심색성(L값)의 평가
직물의 심색성 정도를 확인하기 위하여 CCM(Color-Eye 7000A Macbath, USA)을 사용 하여 L값의 차이를 비교하여 심색성의 정도를 평가하여 표 2에 나타내었다.
마. 형상관찰
개발원사 및 직물의 외관을 관찰하기 위하여 측면 관찰은 화상분석기(STEMI 2000-C, ZEISS, 독일)을 사용하여 관찰하고, 단면은 75 ×10-3mmHg 감압하에서 Au 코팅한 후 주사전자 현미경(SEM, Hitachi Co., Ltd., 일본)을 이용하여 형상을 관찰하여 도 2 및 도 3에 나타내었다.
평가항목 단위 실시예 1 비교예 1 평가방법
심색도 L값 8.75 9.54 CCM평가법
인열강도 g 1,800 1,700 KS K 0534
세탁견뢰도 급 4 4 KSK ISO 105-C06
일광견뢰도 급 4 3-4 KSK ISO 105-B02

Claims (5)

  1. 제1성분 폴리머 및 제2성분 폴리머로 구성된 사이드 바이 사이드 형태의 폴리에스테르 복합섬유에 있어서,
    ⅰ)제1성분 폴리머는 고유점도가 0.61~0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이고;
    ⅱ)제2성분 폴리머는 고유점도가 0.49~0.52인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이고;
    ⅲ)상기 제1성분과 제2성분의 중량비가 50:50~55:45인 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1성분 폴리머와 제2성분 폴리머의 고유점도차는 0.10~0.15인 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유는 강도 2.30~2.70g/d, 신도 115~120%, 습열수축율 74~78%의 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유.
  4. 제1성분 폴리머인 고유점도가 0.61~0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트와
    제2성분 폴리머인 고유점도가 0.49~0.52인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 중량비 45:55~55:45로 사이드 바이 사이드 형태를 지니도록 복합 방사하고 유제부여하여 권취하는 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방사온도는 280~290℃이고, 사속 2800~3400 m/min인 것을 특징으로 하는 자발고권축 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
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