KR20120075965A - 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 제1 성분은 95중량% 이상이 폴리에스터이고, 나머지는 폴리에스터 코폴리머가 포함될 수 있으며, 제2 성분은 폴리아미드 6를 사용하며, 제2 성분이 복합사의 전체 중량을 기준으로 하여 10 내지 70중량%로 되도록 복합하여 제조하며, 원 스텝 제조조건이 통상의 스핀 드로우 공법과 다른 온도, 속도 및 연신비를 적용하여 제조함으로써 감량율과 분할성이 우수한 분할형 복합사를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공한다.

Description

폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사 및 이의 제조방법{Polyester/Polyamide Split Type Composite Yarn and A Process for Preparing the Same}

본 발명은 감량율이 높고 분할성이 우수하며 생산성 또한 우수한 폴리에스터

/폴리아미드 분할형 복합사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

통상의 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사는 폴리에스터 성분과 폴리아미드 성분 두 가지 성분을 복합하여 방사함으로써 수득되며, 이렇게 하여 수득한 복합사는 가연 및 감량, 염색공정 등의 후공정을 통해 폴리에스터 부분과 폴리아미드 부분이 분리되어 최종적으로 단사 섬도 0.2den 이하의 초극세사로 제조된다. 분할형 복합사는 극세사의 특성에 따른 우수한 촉감으로 인하여 클리너, 인공 피혁 등의 고부가가치 제품에 사용되고 있다.

분할형 복합섬유를 고부가가치 제품에 적용하고자 기존의 분할형 복합섬유와 차별화된 특성을 갖도록 하는 기술이 많이 개발되고 있다. 특히 높은 심색성 및 고수축성을 가지도록 폴리머를 개질하는 방법이 많이 연구되고 있는데, 이러한 개질방법은 중합공정 도중에 별도의 첨가제를 투입하여야 하므로, 제조 원가가 상승하고 공정 면에서 불리한 점이 있어서 이를 만회하기 위해 생산성을 향상시키면서 우수한 후공정성과 염색성을 유지하는 기술을 개발하는 것이 추가로 요구되고 있다.

위에서 언급한 폴리머의 개질방법 중에서 실리카나 이산화티탄 등의 무기 물질을 폴리머에 적용하여 섬유 표면에 흠(crater)을 만드는 방법은 무기 물질의 응집 등에 의해 극세사 제조시 방사 작업성이 악화될 문제가 있으며, 카본 블랙 등에 의한 원착 복합사는 색상이 한 가지만으로 정해져서 다양한 용도에의 적용이 어렵다는 문제가 있다[참고: 한국 등록특허 제10-0305383호].

폴리에스터에 고수축 특성을 부여하는 방법으로는 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 사용하는 일반적인 폴리에스터 중합공정에서 테레프탈산 대신에 이소프탈산을 일정한 비율로 공중합시켜 제조한 고수축성 코폴리에스터 폴리머를 사용하는 방법이 널리 알려져 있다. 그러나, 당해 방법은 별도의 중합공정을 통해 폴리머의 개질이 필요하여 생산성 향상에 기여할 수 없으므로, 중합 개질공정이 아닌 다른 방법으로 고수축 특성을 발현시키는 방법의 개발이 요구되었다.

폴리에스터의 생산성을 높이기 위한 방법으로서 이종 폴리머를 첨가하여 방사공정 도중에 원사의 배향을 억제하는 방법이 알려져 있다. 폴리에스터는 방사속도의 증가에 따라 제조되는 미연신사의 신도가 감소하므로, 이에 따라 후공정 연신비 또한 감소하여, 일반적으로 방사속도의 증가에 따른 생산성 증가효과는 미미하다. 하지만, 폴리에스터의 생산성을 증가시키기 위해 이종 폴리머를 첨가하여 방사공정 도중에 원사의 배향을 억제하는 경우, 방사속도가 증가함에도 불구하고 제조되는 원사의 신도는 감소하지 않으므로, 높은 생산성 증가효과를 얻을 수 있다. 이는 폴리에스터 원사의 방사속도와 신도가 반비례의 관계를 갖기 때문이다. 이와 같이 이종 폴리머를 첨가하여 방사하는 방법으로서 미국 특허 제4,609,710호에는 폴리(메틸 메타크릴레이트) 등의 첨가제를 투입하여 1,500 내지 8,000m/min의 권취속도에서 120% 이상의 신도를 갖는 미연신사를 제조할 수 있는 것으로 기재되어 있으며, 유럽 특허공보 제0 080 274 B1호에는 섬유 형성성 폴리머인 폴리에스터에 비상용성 폴리머인 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드를 첨가하여 생산성을 증대시키는 방법이 기재되어 있다. 한편으로, 한국 등록특허 제10-0603695호에는 폴리에스터와 폴리메틸 메타크릴레이트와의 혼합물인 제1 성분에 알칼리 이용해성 코폴리에스터를 제2 성분으로서 복합방사하여 고수축성의 분할형 복합섬유를 고생산성으로 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 종래 기술은 미연신사의 생산성을 향상시키는 방법을 다루고 있다.

폴리에스터에 이종 폴리머를 첨가하는 것은 생산성을 증가시킨다는 측면에서는 장점이라 하겠으나, 첨가되는 이종 폴리머에 따라 방사 작업성이 저하되고, 염색성 및 물성이 불량해질 수도 있다는 측면에서는 단점이어서 문제가 있는 기술이다. 이렇게 제조된 미연신사는 가연공정을 통해 가연사를 제조하거나 다른 원사와의 합사공정 등을 통해서 가공사를 제조하여 고부가가치 제품으로 만들 수 있지만, 추가적인 공정이 필요하여 전체적인 생산비가 상승하는 단점이 있다. 또한, 가연사나 가공사가 아닌 일반 플랫 연신사가 필요한 경우에는 반연신사를 방사, 권취하여 별도의 연신공정을 거치는 2단계 공정보다 방사공정 한 단계 내에서 연신공정까지 완료하는 스핀 드로우 공법이 보다 생산성이 높기 때문에, 이종 폴리머를 투입하여 미연신사를 제조하는 기술을 적용하기가 곤란하다는 문제점이 있다.

폴리에스터와 폴리아미드를 복합방사하여 수득하는 분할형 복합섬유의 생산성을 향상시키는 방법으로는 단순히 방사속도를 증가시켜 생산성을 증대시키는 방법이 통상적으로 알려져 있으나, 폴리에스터와 폴리아미드 중에서 중량비가 높은 폴리에스터의 특성인 방사속도 증가에 따른 물성 변화로 방사 작업성 및 가연 작업성 등의 후공정성 감소와 염색성에도 문제가 생길 수 있다.

1. 미국 특허공보 제4,609,710호 2. 유럽 특허공보 제0 080 274 B1호 3. 한국 공개특허공보 제2007-0072014호 4. 한국 등록특허 제10-0988976호 5. 한국 등록특허 제10-0603695호 6. 한국 등록특허 제10-0429947호 7. 한국 등록특허 제10-0305383호

종래의 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사는 제사공정 이후, 최종 원단상태에서 분할가공을 실시할 때 미분할에 의한 염색 불량을 방지하기 하기 위해, 가공공정에서 알칼리성 감량 약제를 다량으로 하여 사용해야 하거나, 감량시간을 증가시켜야 하므로, 가공공정의 생산성 저하를 유발하며, 가공공정의 생산성을 확보하기 위해 감량시간을 단축하거나 또는 감량 약제의 농도를 낮추거나 온도를 낮추는 등의 감량조건을 온화하게 하는 경우, 원사의 사소한 불균일에 의해서도 제1 성분인 폴리에스터와 제2 성분인 폴리아미드가 불충분하게 분할되어 최종 가공 원단에서 염색 불량이 발생할 수 있는 치명적인 문제점이 있다.

본 발명에서는 이러한 분할 불균일에 의한 불량을 개선하여 가공 후의 원단에서의 불량을 현격하게 감소시킬 수 있고 기존의 스핀 드로우 공법 대비 제사공정에서 생산성을 향상시킬 수 있는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 기존의 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사의 생산성을 증대시키고 분할성을 향상시키기 위해, 제1 성분으로서는 일반적인 방사용 폴리에스터 폴리머를 사용하고 제2 성분으로서는 일반적인 방사용 폴리아미드 대비 황산 용액 상대점도가 2.8 내지 3.8인 고점도 폴리아미드를 사용한다. 또한, 제1 성분으로서 95중량% 이상이 폴리에스터이고 나머지는 폴리에스터 코폴리머일 수 있는 폴리에스터 폴리머를 사용하고, 제2 성분으로서 폴리아미드 6을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 방사공정에서 생산성 증대와 분할성 향상을 위해 기존의 원 스텝 공법인 스핀 드로우 공법에서 약간의 속도 향상은 물성 저하를 초래하고 공정성 저하를 유발하게 되므로, 본 발명에서 규정하는 아래의 방사조건을 적용하여 생산함으로써 생산성이 향상되고 분할성이 극대화된 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사를 수득할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 방사설비는 고뎃 롤러가 2단으로 구성되어 있는 일반적인 방사기를 사용하며, 적용되는 권취속도는 4,000 내지 6,500m/min인데, 보다 바람직한 권취속도는 4,300 내지 6,000m/min이며, 보다 더 바람직한 권취속도는 4,500 내지 5,500m/min이다. 제1 고뎃 롤러와 제2 고뎃 롤러의 속도는 최종 권취속도에 대비하여 아래 수학식 1 내지 수학식 4를 만족시켜야 하며, 각각의 제1 고뎃 롤러와 제2 고뎃 롤러에 적용될 수 있는 온도는 아래 수학식 5 및 수학식 6을 만족시켜야 한다.

본 발명은 통상적인 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사 제조설비를 활용하여 감량율과 분할성이 우수하여 후공정 염색성이 향상되고 제사속도 향상을 통해 높은 생산성을 달성할 수 있는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사를 제조할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따르는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사의 섬유 단면의 양태를 나타낸 것으로, 통상적인 경우, 제1 성분으로서 폴리에스터를 사용하고, 제2 성분으로서 폴리아미드를 사용하며, 필요에 따라서는 상호 변경하여 사용할 수 있다.
아래 예에 나타낸 세 가지 단면은 본 발명에 따르는 바람직한 실시양태에 불과하며 본 발명의 범위를 아래의 예로 한정하는 것은 아니다.

1. 실시예

제1 성분으로서 고유점도[η]가 0.63㎗/g이고 DEG(디에틸렌 글리콜)의 함량이 1.0중량%인 폴리에스터를 열풍 건조기를 이용하여 건조시켜 최종 수분 함량이 25ppm 이하로 되도록 하여 제1 압출기 상부의 호퍼에 투입하고, 제2 성분으로서 황산 용액 상대점도 3.3의 폴리아미드 6 폴리머를 질소 분위기하에 진공 건조기에서 수분 함량이 500ppm으로 되도록 하여 제2 압출기 상부의 호퍼에 투입하였다. 그리고 제1 성분의 압출기 온도는 265℃부터 290℃까지 순차적으로 설정하고, 제2 성분의 압출기 온도는 230℃에서 260℃까지 구배를 가지도록 설정하였다. 방사온도는 제1 성분과 제2 성분 둘 다 동일하게 290℃로 설정하였으며, 방사 팩 및 방사구금은 폴리아미드를 포함하여 9분할이 가능한 디스트리뷰터와 직경이 0.25mm인 홀을 25개 가지는 노즐을 적용하였다. 노즐로부터 토출되는 폴리머를 냉각시켜주는 냉풍의 속도는 0.4m/sec로 설정하였으며, 최종 권취단계에서 섬도는 50den를 기준으로 폴리에스터와 폴리아미드의 비율을 가장 일반적인 70:30으로 설정하여 토출량을 조절하였다. 방사조건을 표 1에 기재한 바와 같이 변경하면서 제1 성분과 제2 성분을 복합방사하였으며, 실시예 1 및 실시예 2의 결과는 표 1에 기재되어 있는 바와 같다.

2. 비교예

실시예 1 및 2에 있어서, 폴리머와 용융조건은 동일하게 적용하였으나, 방사조건은 실시예 1 및 2와는 다르게 다양하게 변화시켜 비교예 1 내지 비교예 3을 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 기재되어 있는 바와 같다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예3
제1 고뎃 롤러 속도(m/min)	4,700	5,100	1,500	1,700	2,100
제2 고뎃 롤러 속도(m/min)	4,750	5,150	3,600	3,600	4,000
제1 고뎃 롤러 온도(℃)	30	50	60	50	50
제2 고뎃 롤러 온도(℃)	30	50	120	130	120
권취속도(m/min)	4,690	5,090	3,550	3,555	3,950
원사 강도(g/den.)	4.0	4.0	4.9	4.6	4.5
원사 신도(%)	65	59	34	49	48
원사 수축율(%)	5.3	5.1	10.0	8.3	7.5
방사 공정성	◎	◎	◎	◎	○
감량율(%)	17.6	18.2	9.3	9.5	9.1
후공정 분할성	◎	◎	○	X	△
제사 생산성	◎	○	○	△	○

표 1에서 ◎은 매우 우수, ○은 우수, △은 보통, ×는 불량을 나타낸다..

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1과 실시예 2는 위에서 언급한 수학식 1 내지 수학식 6를 만족시키는 조건으로 제사조건을 설정하였으며, 시험 결과, 후공정에서 사용 가능한 원사 물성을 확보하는 동시에, 우수한 감량율을 나타내었다. 또한, 높은 권취속도로 설정된 제조조건으로 인해 제사공정의 생산성이 동시에 증대되었다. 비교예 1 대비 실시예 2의 생산성 차이는 약 46% 수준으로 이들 실시예에서 차이가 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 이와는 달리, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3은 기존에 일반적으로 사용하는 스핀 드로우 공법의 제사조건을 속도별로, 그리고 제1 고뎃 롤러와 제2 고뎃 롤러의 온도별로 시험하여 비교하였으며, 실시예 1 및 2와 비교할 때, 감량율이 현저하게 낮아 후공정 분할성이 저해되는 점을 확인할 수 있다.

3. 측정방법

본 발명에 따르는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사에 대한 물성의 측정방법은 다음과 같다.

분할형 복합사의 열 수축율 측정과 후공정 용출성 및 염색성의 판정은 환편기를 사용하여 원사를 길이가 20 내지 30cm로 되도록 편직한 시료에 대하여 다음과 같이 판정하였다.

3-1. 열 수축율

시료인 분할형 복합사를 길이 50cm로 시편에 고정시키고, 비등수에 30분 동안 침지시킨 다음, 상온에서 건조시키고, 비등수 투입 전과 투입 후의 시료의 길이 차이를 투입 전의 길이로 나누어 백분율(%)로 나타내었다.

3-2. 감량율

편직 시료를 100℃에서 20분 동안 교반 상태하에 수산화나트륨 1.2% 수용액에 방치하고, 순수(純水)로 세척한 다음, 수산화나트륨 처리 전후의 무게 차이를 측정하여 감량율을 계산하였다.

3-3. 후공정 분할성

위의 감량율 평가조건으로 감량한 환편포를 분산염료인 다이아닉스(Dianix) S(S Type, DyStar 제품)를 염료 농도 1% o.w.f로 만든 후 분산제(VGT) 1g/L, pH 5.0(초산), 액비 1 : 15로 조제한 후 염색온도를 30℃에서 125℃까지 1℃/min로 균일하게 승온시킨 후 125℃에서 30분 동안 유지시켰다. 이후 방냉과정을 거쳐서 염색된 환편포를 건조시키고, 해편하여 각 원사의 단면을 전자현미경으로 관찰하여 제1 성분과 제2 성분의 분할 정도를 육안으로 판정하였다.

3-4. 생산성

종래의 방법으로 제조한 원사가 사용되는 후공정에서 적용 가능한 물성을 가지면서 종래방법보다 빠른 속도로 방사가 가능하면 생산성이 높다고 할 수 있다. 종래의 생산속도 기준이 모호하므로, 실시예와 비교예의 생산성을 상대적으로 비교하여 ◎, ○ 및 △ 3단계로 평가하였다.

본 발명에 따르는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사는 극세사의 특성에 따른 우수한 촉감으로 인하여 안경용 클리너, 스웨이드 등의 고부가가치 제품에 사용할 수 있다.

Claims (1)

1. 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사로서, 제1 성분으로서 95중량% 이상이 폴리에스터이고 나머지는 폴리에스터 코폴리머일 수 있는 폴리에스터 폴리머를 사용하고, 제2 성분으로서 폴리아미드 6을 사용하며, 제2 성분이 복합사의 전체 중량을 기준으로 하여 10 내지 70중량%로 되도록 복합하여 제조하며, 원 스텝 공법의 제조조건이 통상적인 스핀 드로우 공법과는 상이한 아래 수학식 1 내지 수학식 6을 만족시키는 것을 특징으로 하는 폴리에스터/폴리아미드 분할형 복합사.
   수학식 1
   0.98 ≤ 제1 고뎃 롤러의 속도/최종 권취속도
   수학식 2
   제2 고뎃 롤러의 속도/최종 권취속도 ≤ 1.03
   수학식 3
   0.6 ≤ 제1 고뎃 롤러의 속도/제2 고뎃 롤러의 속도 ≤ 1.3
   수학식 4
   4,000m/min ≤ 최종 권취속도
   수학식 5
   25℃ ≤ 제1 고뎃 롤러의 온도 ≤ 55℃
   수학식 6
   25℃ ≤ 제2 고뎃 롤러의 온도 ≤ 135℃

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