KR20130109327A - 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법 - Google Patents

멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종(異種)의 폴리에스테르를 동시에 복합방사하여 혼합필라멘트를 제조한 후 연신, 가연하여 고신축성 폴리에스테르 가연복합사를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의해 강신도의 저하가 없이 비수수축율, 비수신축탄성율이 우수하여 신축성이 우수하며, 권축성이 우수한 폴리에스테르 가연복합사를 제공할 수 있다.

Description

멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법{Process Of Producing Polyester Draw―Textured―Yarn With High Elasticity And Melange Tone}
본 발명은 이종(異種)의 폴리에스테르를 동시에 복합방사하여 혼합필라멘트를 제조한 후 연신, 가연하여 고신축성 폴리에스테르가연복합사를 제공하는 방법이다.
최근 아웃도어용품의 수요 및 관심이 증가됨에 따라 다기능성을 가지는 아웃도어용 섬유제품이 다양하게 개발되고 있다. 특히 스포츠 아웃도어용 용도에 사용되는 바람막이 또는 등산자켓용 직물에 요구되는 가장 중요한 특성으로는 경량화 및 박지화이며, 국내외 유명 브랜드에서 사용되는 스포츠웨어 직물소재의 대부분이 이러한 제품으로 판매가 이루어지고 있다.
이러한 경량 스포츠웨어의 주용도는 바람막이(WindProof)용, 다운파카(DownProof)용, 슬리핑백(Sleeping Bag)용, 등산복 자켓 등의 자켓용도이다. 스포츠웨어용에 사용되는 폴리에스테르 직물은 20d, 30d, 40d 세섬도 소재를 이용하여 용도에 맞는 고밀도 제직기술 및 경량 원단의 염색가공 기술개발을 통해 스포츠웨어용 초경량 직물을 생산하고 있다.
최근, 아웃도어 스포츠웨어분야에서는 소비자들의 야외활동이 증가하고, 평상복으로의 활용도가 높아짐에 따라 기존 스포츠웨어 용도별 기본기능을 유지하면서 좀 더 편안감을 줄 수 있도록 신축기능과 새로운 외관느낌을 줄 수 있는 은은하고 균일한 멜란지톤의 새로운 감성을 가진 원단개발을 요구하고 있는 추세이다. 즉, 최근 바람막이 또는 등산자켓 직물에 요구되는 성능은 적정한 경량성(40~70g/㎡), 공기투과도(0.5 ㎤/㎠/sec 이하), 경량박지 직물의 인열강력 유지기능(1~2 lb 이상), 발수도(4~5급), 내수도(400~500㎜이상), 멜란지톤(2색톤), 스트레치성(15~20%) 기능이 요구되고 있다.
이러한 적정한 경량성, 은은하고 깨끗한 멜란지톤, 신축성을 가진 경량직물을 개발하기 위해 염색성이 차이가 나는 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트(Cation Dyeable Polyester: 이하 "CDP"라 한다.)와 일반 폴리에스테르(이하 "PET"라 한다.) 2종의 소재를 이용하여 경량 신축성 직물에 대한 연구가 필요한 실정이다. 상기 CDP와 PET는 물성이 상이하며, CDP와 PET의 물성중에서 CDP의 융점은 230~250℃, 폴리에스테르의 융점은 255℃수준으로 CDP가 PET보다 융점이 낮아 열에 대한 안정성이 낮음으로 인해 CDP 또는 CDP/PET 복합사로 신축성 소재개발에 있어서 어려움을 겪고 있다. 필라멘트 섬유의 신축성 부여기술의 대부분은 가연(DTY, Draw Textrued Yarn)공정을 거치면서 부여되는 가연온도(1st 히터온도) 및 연신비에 의해 크게 좌우된다.
이에 대한민국등록특허제10-07352042호에서는 이종의 PET POY사(PET POY CD사/PET POY SD사)를 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시키고 가이드를 통과시킨 후, 180∼220℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 냉각판을 거치면서 냉각하고, 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치로 사속비 1.6 ∼ 1.9로 가연하면서 상기 제1피드롤러 및 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의해 연신비 1.5 ∼ 1.7로 연신한 후, 상기 2종의 PET POY사를 교락하고 제2차 히터에서 열처리한 후, 오일처리하여 사속 500∼600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법을 제공하고 있다. 이 선행기술에서는 2쌍이상의 마찰디스크 장치를 반드시 이용해야 된다는 점, 2가지 원사를 이용하기 때문에 번수가 높아져 경량감을 가질 수 없다는 점, 깨끗하고 균일한 멜란지 톤 발현이 어렵다는 점, 신축성 발현이 어렵다는 점 등의 문제가 발생할 수 있었다.
따라서 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하여 원사특성에 의해 열에 대한 안정성 문제를 최소화하고 강신도의 저하가 없이 비수신축탄성율이 우수하여 신축성이 우수하며, 은은하고 깨끗한 멜란지 톤을 가질 수 있는 권축성이 좋은 가연복합사를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 이종(異種)의 폴리에스테르인 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트를 각각 용융시킨 후 하나의 방사구금을 통하여 방사온도 285~290℃로 동시에 용융방사된 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 18~25℃, 0.40~0.45m/sec의 냉각풍으로 냉각시켜 혼합필라멘트로 만든 다음, 오일부여 및 집속을 하고, 방사속도 2900 ~ 3400 m/분으로 권취한 후,
상기 혼합필라멘트들을 제1피드롤러에 통과시키고 190~210℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 마찰벨트로 이루어진 가연장치를 이용하여 벨트각도 95~105°, 가연비 1.35~1.50으로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 연신비 1.60~1.70으로 연신한 후, 교락한 후, 오일처리하여 사속 400~600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 이종(異種)의 폴리에스테르를 하나의 구금을 통해 동시에 방사하여 자연스럽게 혼합(blending)된 혼합필라멘트를 제조한 후 연신, 가연하여 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사를 제공하는 방법이다.
우선, 이종(異種)의 폴리에스테르를 하나의 구금을 통해 동시에 방사하여 자연스럽게 혼합(blending)된 혼합필라멘트를 제조하는 공정에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 상이한 제 1성분의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 "PET"라 한다.)와 제2성분의 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트(Cation Dyeable Polyester: 이하 "CDP"라 한다.)를 각각의 용융단계를 거쳐 하나의 방사구금내에 존재하는 별개의 토출구를 통해 방사시키게 된다. 상기 제 1성분의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트는 섬유제조시 범용으로 사용되는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머로서 고유점도 0.62~0.64, DEG함량 2.4~2.8 몰%, 용융점 255~257℃, Sb함량 170~230 ppm이며, 제 2성분의 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트는 카치온염료(염기성염료)로 염색이 용이하도록 개질된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머로서 고유점도 0.65~0.67, DEG함량 4.4~4.6 몰%, 용융점 246~252℃, Sb함량 220~280 ppm인 폴리머를 사용하는 것이 복합방사된후 가연복합가공된 가연복합사의 신축성 향상에 바람직하다.
일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트의 용융점차이가 7~10℃미만으로 작게되면 복합방사성이 좋아지고 가연사의 신축성이 좋아지지만 CDP의 DEG함량이 증가하는 단점이 있고, 용융점차이가 10℃를 초과하는 경우에는 복합방사성이 나빠지고 가연사의 신축성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트의 비율은 60:40, 50:50으로 하는데, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트의 비율이 50미만인 경우에는 멜란지톤 발현이 뚜렷하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트의 비율이 높아질수록 절단신도 및 강도는 약간 낮은 값을 보일 수 있으며, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 동시 복합방사후 신축성 가연사 제조시에 융착(Tight Spot)현상이 나올 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
상기 상이한 2가지의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 복합방사 설비를 이용하여 각각의 익스트루더에 폴리머들을 별도로 투입하여 용융을 한 후, 6~24개의 홀을 가지는 혼합형 방사구금을 통해 방사온도 285 ~ 290℃로 동시에 용융방사하는데, 방사된 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 18~25℃, 0.40~0.45m/sec의 냉각풍으로 냉각시켜 혼합필라멘트로 만든 다음, 오일부여 및 집속을 하고, 방사속도 2900 ~ 3400m/분으로 권취하여 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트/카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 70d/36f 혼합필라멘트를 제조하게 된다. 이때, 하나의 방사구금 형태는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 2가지 형태로 할 수 있으며, 도 2의 방사구금을 사용하는 경우에는 필라멘트의 혼합이 도 4와 같이 군혼합형태를 이루고, 도 3의 방사구금을 사용하는 경우에는 필라멘트의 혼합이 도 5와 같이 균일혼합형태를 이룰 수 있다.
이렇게 제조된 상기 혼합필라멘트는 섬도 70d/36fila, 강도 2.5~3.0g/d, 신도 115~130%로서 물성이 우수한 혼합필라멘트로서 후술할 가연가공시 신축성이 우수하고, 멜란지 효과, 균제도가 우수하게 발현될 수 있다.
아래에서는 상기 얻어진 혼합필라멘트를 가연가공하여 멜란지톤을 가지는 고신축성 가연복합사를 제조하는 공정에 관하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 혼합필라멘트(1)들을 제1피드롤러(2)에 통과시키고 190∼210℃의 제1차히터(3)에서 열처리한 후, 마찰벨트로 이루어진 가연기구(4)를 이용하여 가연비 1.35~1.50으로 가연하면서 제2피드롤러(5)를 통과시키면서 연신비 1.60~1.70으로 연신한다.
상기 제1차히터에서 열처리 및 가연을 통해 혼합필라멘트에 벌키성을 부여한다. 제1히터온도가 190℃미만에서는 신축성이 저하하는 문제가 발생하며, 210℃를 초과하는 경우에는 가연작업성이 현저히 저하되고 강도저하, 물성이 불균일한 문제가 발생한다. 히터온도가 높을수록 비수 신축탄성율이 향상되는데, 비수 신축탄성율이 높다는 것은 염색가공 단계에서 95℃정도의 열을 받았을 때 잠재되어있는 권축효과 발현이 잘 되기 때문일 것이다.
본 발명에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트/카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합필라멘트를 이용함으로서 연신~가연의 사가공 공정을 거치는 동안 제1차히터에서 190∼210℃의 온도를 받아도 융착현상이 발생하지 않고, 물성저하 없이 벌키성 및 신축성을 효과적으로 부여할 수 있다.
본 발명에서 가연비(사속비, V/R, Velocity Ratio)는 DTY 40d/36f를 기준으로 1.35~1.50으로 하는데, 1.35미만에서는 가연작업성 저하의 문제가 발생할 수 있으며, 1.50를 초과하는 경우에는 미해연 문제가 발생할 수 있다. 상기 가연장치의 마주치는 벨트의 각도는 95~105°가 작업성 및 신축사 제조 측면에서 바람직하다.
상기 가연을 행한 후 제2피드롤러를 통과시키는데, 제1피드롤러와 제2피드롤러의 속도차를 이용하여 필라멘트를 연신하게 된다. 이때 연신비는 1.60~1.70인 것이 바람직한데, 연신비 1.60미만에서는 미해연이 발생하는 문제점이 있다. 연신비가 높을수록 비수 신축탄성율이 높아지나 연신비 1.70초과시에는 미세모우가 증가하고, 절단강도가 낮아지는 문제점이 있다.
상기 연신후 교락장치(6)로 교락하고 오일처리하여 사속 400~600m/분으로 권취하여 본 발명의 가연복합사를 완성하게 되는데, 상기 제2피드롤러를 통과한 사는 집속성 향상을 위하여 교락을 한 후 권취된다.
본 발명에서 얻어진 폴리에스테르 가연복합사는 강도 4.0~4.5g/d, 신도 15~25%, 비수수축율 5~8%, 비수신축탄성율 45~60%인 것으로서 신축성 및 물성이 우수하고 균제도가 우사하며, 은은하고 균일한 멜란지 효과가 있다.
그러므로 본 발명에 의하면, 강신도의 저하가 없이 비수수축율, 비수신축탄성율이 우수하여 신축성이 우수하며, 권축성이 우수한 폴리에스테르 가연복합사를 제공함으로써 경량성, 은은하고 깨끗한 멜란지톤, 신축성을 가진 경량직물의 제조에 사용될 수 있어 스트레치성이 우수한 바람막이 또는 등산자켓용 직물 및 니트 등의 아웃도어용 용도로 널리 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 폴리에스테르 가연복합사의 제조공정의 개략도이며,
도 2는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트/카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합필라멘트를 방사하기 위한 일례의 방사구금의 단면도이며,
도 3은 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트/카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합필라멘트를 방사하기 위한 일례의 방사구금의 단면도이며,
도 4는 도 2의 방사구금을 사용하는 경우에 제조되는 필라멘트의 혼합형태를 도시한 도면이며,
도 5는 도 3의 방사구금을 사용하는 경우에 제조되는 필라멘트의 혼합형태를 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 혼합필라멘트의 단면사진이며,
도 7은 본 발명의 폴리에스테르 가연복합사의 사표면사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
1. 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트/카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 혼합필라멘트의 제조
하기 표 1의 제 1성분의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머와 제2성분의 /카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 표 2과 같은 조건으로 용융단계를 거쳐 별개의 토출구를 통해 방사시켜 70d/36f POY를 얻었다. 제조된 혼합필라멘트의 물성은 표 3에 나타내었다.
구분 단위 폴리에스테르
카치온염료 가염형
폴리에틸렌테레프탈레이트
고유점도(IV) - 0.63 0.66
DEG 몰% 2.6 4.5
Melting Point ℃ 255 249
Sb함량 ppm 200 250
투입비율
(제1성분 : 제2성분)		 방사구금 방사온도
(℃)		 GR1/GR2속도
(m/min)		 권취속도
(m/min)		 비고
50 : 50 도 2 287 3210 3200 -
비율
(제1성분 : 제2성분)		 섬도 강도 신도 U%
50 : 50 70 2.8 120.9 0.7
2. 복합가연사의 제조
상기 얻어진 혼합필라멘트를 제1피드롤러에 통과시키고 제1차히터에서 200℃ 열처리한 후, 마찰벨트로 이루어진 가연장치로 가연비 1.45로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 1.68배로 연신한 후, 교락하고 오일처리하여 사속 500m/분으로 권취하여 표 4의 물성을 가진 폴리에스테르 가연사(40d/36f)를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1의 혼합필라멘트가 아닌 일반 CDP POY 50/24, PET POY 50/24를 별도의 피드롤러에 공급하여 실시예 1과 동일한 조건으로 가연복합사를 제조하여 그 물성을 측정하여 표 4에 나타내었다. 가연사 물성평가 항목은 KS K 시험기준에 의거하여 섬도(d), 절단강도(g/d), 절단신도(%), 비수 신축탄성률(%), 비수수축률(%)을 측정하였고, Kanebo Engineering. LTD.의 열응력 측정기를 사용하여 Peak점에서의 최대 열응력(g) 및 온도(℃)를 측정하였다.
구분 섬도
(d)		 강도
(gf/d)		 신도
(%)		 비수수축율
(%)		 비수
신축탄성율(%)		 균제도
(U%)
실시예 1 40 4.2 20.4 7 57 0.8
비교예 1 60 3.9 15.3 6 45 1.7
비수 신축 탄성율은 95℃, 20분 동안의 비수 열처리후 가연사의 수축에 따른 크림프 변화로 가연사의 탄성율변화를 측정할 수 있는 평가법으로서, 그 값이 높으면 높을수록 신축성 효과가 높다고 할 수 있다. 염색가공 공정에서의 전처리단계에서 100℃정도의 열을 받았을 때의 수축에 따른 권축효과 발현에 따른 신축성 변화에 대한 상대평가를 사단계에서 유추할 수 있다.
실시예 1의 가연사는 비교예 1인 기존 폴리에스테르 가연복합 가연사보다는 비수 신축탄성율이 높고, 균제도가 월등히 우수함을 알 수 있다. 비교예의 경우, CDP와 PET의 물성이 서로 상이하여 양호한 물성 및 균일한 가연형태를 가질 수 있는 가연조건 설정이 매우 어렵우며, 동일한 가연조건으로 작업시에 부분적인 융착 문제점이 발생함에 따라 강도저하, 신도저하, 신축탄성률이 저하되는 것으로 보임. 실시예의 경우는 동일한 방사조건에서 CDP와 PET 필라멘트가 혼재된 원사가 생산되기 때문에 가연단계에서 강도 및 신도저하 없이 신축탄성률이 높은 가연조건 설정이 가능하다는 용이한 점이 있음.
1 : 혼합필라멘트 2 : 제1피드롤러
3 : 제1히터 4 : 가연기구(DISK, BELT)
5 : 제2피드롤러 6 : 교락장치
7 : 제3롤러 8 : 권취롤러

Claims (4)

  1. 이종(異種)의 폴리에스테르인 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트를 각각 용융시킨 후 하나의 방사구금을 통하여 방사온도 285~290℃로 동시에 용융방사된 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 18~25℃, 0.40~0.45m/sec의 냉각풍으로 냉각시켜 혼합필라멘트로 만든 다음, 오일부여 및 집속을 하고, 방사속도 2900~3400 m/분으로 권취한 후,
    상기 혼합필라멘트들을 제1피드롤러에 통과시키고 190~210℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 마찰벨트로 이루어진 가연장치를 이용하여 벨트각도 95~105°, 가연비 1.35~1.50으로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 연신비 1.60~1.70으로 연신한 후, 교락한 후, 오일처리하여 사속 400~600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트는 고유점도 0.65~0.67, DEG함량 4.4~4.6몰%, 용융점 246~252℃, Sb함량 220~280 ppm인 것을 특징으로 하는 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 카치온염료 가염형 폴리에틸렌테레프탈레이트의 비율은 60:40 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가연복합사는 섬도 40~100d/36~72fila, 강도 4.0~4.5g/d, 신도 15~25%인 것을 특징으로 하는 멜란지톤을 가지는 고신축성 폴리에스테르 가연복합사의 제조방법.
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