KR20160081601A - 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법 - Google Patents

고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 특정 펄프로부터 유래한 셀룰로오스 에스테르 수지를 이용하여 제조한 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유와 PTT 및 PET를 이용하여 사이드-바이-사이드 형태로 제조한 복합섬유를 적정 비율로 혼합하여 제조하여 강도 및 신축성을 크게 향상시킨 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

Description

고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법{Thermaplastic cellulose ester-blended filament yarn having high strength and high elastic and Manufacturing method thereof}
본 발명은 이섬도 혼섬사 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특정 조성 및 물성을 갖는 2종의 섬유를 혼합하여 제조한 고강도 및 고신축성을 갖는 이섬도 혼섬사 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
고분자 합성수지는 기계적 물성, 내화학성, 내구성 등이 우수하기 때문에 다양한 용도로 광범위하게 사용되어 왔으나, 이러한 합성수지의 경우 자연에서 스스로 분해가 되지 않아 소각 처리를 할 경우, 유해 물질이 방출되는 단점을 지녔다.최근 환경오염 문제가 사회적인 큰 문제로 대두되면서 자연에서 완전 분해가 가능한 생분해성 수지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 전세계적으로 관심을 불러일으키고 있다.
생분해성 수지로 폴리부틸렌석시네이트, 폴리에틸렌석시네이트, 폴리라틱에시드 등은 생분해성이 우수하지만, 높은 가격으로 경제성이 결여되어 있거나, 용융점이 낮아 1회 용품인 성형 사출물에 한정적일 수밖에 없고, 섬유 제품군과 같은 제품 제조에 있어, 열적 안정성을 유지해야 하는 제품군의 용도 전개는 곤란한 실정이다.
이 중 최근 바이오매스계인 자연에서부터 원료가 공급이 되는 제품으로 폴리락트산(PLA) 또는 전분 등과 같은 제품들이 각광을 받고 있으나, 섬유화하기에는 고온 염색이 불가하고 가수분해에 취약하여 물성이 취약하며, 후가공에서 텐더작업을 진행하게 되면 경화가 일어나 브리틀(brittle)한 특성을 지니는 등 여러 가지 단점을 갖고 있다.
셀룰로오스재료는 펄프에서 제조가 가능하기 때문에 별도의 경작지 및 용수가 필요하지 않은 지구상에서 가장 대량으로 생산되는 생분해가 가능한 자원순환형 바이오매스 재료이다. 셀룰로오스의 섬유로의 이용은 자연계 중에서 생산되는 면이나 마 등의 단섬유를 그대로 방적하여 사용하는 것이 예로부터 행해져 왔었다. 또한, 단섬유가 아닌 필라멘트재료를 얻기 위해서 셀룰로오스를 특수한 용매에 용해시켜 습식방사법을 행하거나, 셀룰로오스 아세테이트와 같이 셀룰로오스를 유도체화하고, 염화메틸렌이나 아세톤 등의 유기용매에 용해시킨 후, 이 용매를 증발시키면서 방사하는 건식 방사법이 행해져 왔다(대한민국 공개번호 KR 2002-0080821). 그러나, 이들 습식방사법 또는 건식방사법으로 얻어지는 섬유는 방사속도가 느리기 때문에 생산성이 낮다는 문제가 있을 뿐만 아니라, 섬유의 제조에 사용되는 이황화탄소, 아세톤, 염화메틸렌 등의 유기약제가 환경에 대해서 악영향을 미칠 염려가 강하기 때문에, 환경친화적 섬유라고는 말하기 어렵다. 이 때문에, 셀룰로오스를 원료로 하는 환경 저부하형 섬유를 얻기 위해서는 유기약제를 사용하지 않는 용융방사법에 의한 것이 필요하다
기존의 열가소성 셀룰로오스 유도체는 저분자량의 프탈레이트계 가소제를 용융 압출하여 시트로 가공하거나 칩으로 생산 후 사출 가공법을 활용하여 드라이버 등의 공구류의 손잡이에 적용하거나, 안경테, 악세서리류의 제품을 제조하는 데에 사용되었다. 하지만 기존의 열가소성 셀롤러오스 유도체 이용한 칩으로 용융 방사시 칩 내부의 가소제 휘발 및 기타 다량의 가스가 발생하여 작업성이 좋지 못하고, 용융된 수지의 열 안정성 및 점성 부족으로 인해 원사의 물성이 현저한 문제가 있었다.
일례를 들면, 미국등록특허 US 2,030,066호에는 열가소성 셀룰로오스 유도체와 가소제를 혼합한 셀룰로오스 에스테르 수지에 대해 게재되어 있는데, 이는 카렌다 시트 생산 목적의 셀룰로오스 에스테르 수지로서, 셀룰로오스 수지를 섬유화시키기 위한 고온 가공시 내열성 및 점도 부족으로 작업성이 좋지 못하고, 용융 방사를 통한 섬유화가 어려운 문제가 있었다. 즉, 셀룰로오스 에스테르 수지의 분자쇄 사이의 강력한 수소 결합으로 인하여 용융방사 온도 하에서는 용융되지 않고 탄화되는 문제가 있었다.
또한, 중국등록특허 100381622호에는 탄소수 2 ~ 5의 반복단위를 가지는 지방족 폴리에스테르 측쇄를 포함하는 셀룰로오스 에스테르를 주성분으로 하는 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물에 대한 기술이 게재되어 있는데, 이는 고가의 셀룰로오스 유도체를 사용하고, 그 유도체가 거대 측쇄화한 유도체로서, 제조비용이 너무 높아서 경제성, 상업성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
또한, 종래의 생분해성 셀룰로오스 에스테르계 섬유는 낮은 물성으로 인해 다양한 용도 전개가 곤란한 문제점 있었다.
한편, 신축성은 합성섬유가 쉽게 발현할 수 없는 특성으로서 양모와 같은 천연섬유의 고유 특성으로 간주되고 있다. 합성섬유에 신축성을 부여하는 종래 기술로서는 (1) 신장특성의 차이가 큰 2종의 합성섬유(원사)를 합사-가연-열고정하여 이수축 복합 가연사를 제조하는 방법과, (2) 직편물 제조시 길이방향으로 신축성이 우수한 폴리우레탄 섬유와 기타 합성섬유를 혼용하는 방법과, (3) 2종이 폴리머를 복합방사하여 복합섬유를 제조하는 방법들이 알려져 있다.
상기 방법들 중에서 이수축 복합 가연사를 제조하는 방법은 신장특성의 차이가 큰 2종의 원사를 합사-가연-열고정하여 잠재적인 수축율 차이를 부여하는 방법이다. 즉, 가연영역에서 변형율과 해연 후 잔류 변형율의 차이를 최대한 이용하는 것으로 심사와 초사 중 초사가 상대적으로 더 크게 변형되어 심사와 혼섬 교락된다. 상기 이수축 복합 가연사는 후처리 공정에서 열처리시 심사와 초사 간의 신장특성의 차이로 양호한 신축성을 발현하게 된다. 그러나, 상기 방법은 권축의 발현상태가 불균일하고, 심사와 초사의 결합력이 공기교락 등에 의존하기 때문에 비교적 약해 후 공정 중 가해지는 물리력에 의해 한 성분 원사가 이탈, 제거되거나 권축특성이 감소되는 단점이 있었다.
또한, 생분해성 셀룰로오스 에스테르계 섬유는 단독으로 사용하여 의류 겉감 용도의 원단을 제조할 경우, 우수한 발색성과 드레이프성 및 흡수성을 갖으나, 저조한 강도로 인하여 원단의 손상이 쉽게 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 종래의 생분해성 셀룰로오스 에스테르계 섬유가 가지는 생분해성을 유지 또는 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고강도 및 고신축성이 우수한 혼섬사의 개발이 시급한 시점이다.
중국 등록특허 100381622호(공개일 : 2008년 4월 16일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 특정 펄프로부터 유래한 셀룰로오스 에스테르 수지를 이용하여 제조한 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유와 고수축 폴리에틸렌테레프탈레이트(LM-HS PET) 섬유를 적정 비율로 혼합하여 제조하여 고강도, 고신축성을 갖는 혼섬사 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사에 관한 것으로서, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유; 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 사이드-바이-사이드형 복합방사한 복합섬유;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 이섬도 혼섬사는 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유(이하, C.E. 섬유로 칭함) 및 복합섬유를 100 : 20 ~ 45 중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 C.E. 섬유는 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하며, 상기 셀룰로오스 에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 25 ~ 45 중량부, 라디칼생성억제제 0.01 ~ 2 중량부, 상기 라디칼활성억제제 0.01 ~ 2.5 중량부를 및 착색안료 1 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, C.E. 섬유 성분 중 셀룰로오스 수지는 하기 방정식 1 및 하기 방정식 2를 만족하는 펄프로부터 유래한 것을 특징으로 할 수 있다.
[방정식 1]
95.0 중량% ≤ A ≤ 99.5 중량%
상기 방정식 1에 있어서, A는 10 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내 잔류물(residue)의 중량%이다.
[방정식 2]
0.5% ≤ B ≤ 3.5%
상기 방정식 2에 있어서, B는 18 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내의 용해성분(soluble substance)의 중량%이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명에 있어서, C.E. 섬유 성분 중 셀룰로오스 수지는 셀룰로오스 수산기의 치환도가 2.0 ~ 2.8이고, 중량평균분자량이 35,000 ~ 55,000이며, 용융온도가 230℃ ~ 250℃이고, 유리전이온도가 185℃ ~ 195℃이며, 수분함량이 2 중량% ~ 4 중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명에 있어서, C.E. 섬유 성분 중 셀룰로오스 수지는 ASTM D1343에 의거하여 측정시, 점도가 100 ~ 130 poise이며, Pt-Co 표준에 의거하여 CAB 용액에 분산시킨 후 측정 시 컬러(color)가 220 ~ 350 ppm이고, ASTM D871에 의거하여 측정 시 헤이즈(Haze)가 35 ~ 50 ppm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명에 있어서, C.E. 섬유 성분 중 셀룰로오스 수지는 다짐 벌크 밀도(tapped bulk density)가 410 ~ 450 kg/m3이고, 유동 벌크 밀도(poured bulk density)가 300 ~ 340 kg/m3인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, C.E. 섬유 성분 중 셀룰로오스 수지는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, C.E. 섬유 성분 중 상기 가소제는 중량평균분자량 350 ~ 750의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린, 트리부틸세바케이트, 트리아세틴 및 트리에틸시트레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, C.E. 섬유 성분 중 상기 라디칼생성억제제는 페놀기를 포함하는 수불용성 화합물을 포함하고, 상기 라디칼활성억제제는 말단에 인을 함유한 수불용성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, C.E. 섬유 성분 중 상기 라디칼생성억제제는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 C.E. 섬유 성분 중 상기 라디칼활성억제제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 C.E. 섬유는 상기 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하는 셀룰로오스 에스테르 수지를 가공하여 제조한 것으로서, 상기 셀룰로오스 에스테르 수지는 ASTM D1238 법에 의거하여 260℃ 하에서 측정시, 용융점도가 95.0 ~ 160.0 Pa.sec이고, 열 흐름성이 60 ~ 120 g/10분이고, 전단율이 120 ~ 160/s 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명에서 상기 복합섬유의 상기 PTT는 고유점도(Ⅳ)가 0.90 내지 1.10dl/g이고, 상기 PET는 고유점도(Ⅳ) 0.50 dl/g ~ 0.65 dl/g인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명에서 상기 복합섬유는 평균섬도 20 ~ 100데니어인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명에서 상기 복합섬유는 상기 PTT와 상기 PET를 45:55 내지 50:50 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 이섬도 혼섬사는 총섬도 50 ~ 200 de, 교락수가 5 ~ 20 개/m 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 이섬도 혼섬사는 탄성회복률이 35 ~ 50 %이고, 강도 1.0 ~ 3.0 g/de 및 파단신도 20 ~ 45 %인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 이섬도 혼섬사를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 C.E 섬유 및 상기 복합섬유를 혼합한 후, 혼합섬유를 연신기를 통과시키며, 상기 연신기에서 혼합섬유를 제1 고뎃롤러에서 5 ~ 6 회 귄취시킨 후, 히팅플레이트 통과 후, 제2 고뎃롤러로 4 ~ 6 회 권취시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1 고뎃 롤러의 온도는 100℃ ~ 130℃이고, 상기 히팅플레이트(heating plate) 온도 170℃ ~ 195℃이며, 600 mpm ~ 1200 mpm의 권취속도로 연신기를 통과시켜서 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 C.E 섬유는 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제 혼합하여 수지를 제조하는 단계; 상기 수지를 혼련기에 투입한 후, 블렌딩을 수행하여 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계; 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 70℃ ~ 90℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 구금을 통해 용융 방사시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 C.E 섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 블렌딩은 혼련기 내부 온도를 150℃부터 240℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 혼련기는 이축압출기가 장착된 혼련기이며, 상기 블렌딩은 서클피더 20 kg/hr ~ 30 kg/hr 및 혼련기 모터속도 220 rpm ~ 300 rpm 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 용융 방사는 방사속도 2,000 ~ 3,000 mpm 및 방사온도 265℃ ~ 290℃ 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 이섬도 혼섬사를 직조하여 제조한 직물에 관한 것이다.
본 발명은 특정 펄프로부터 유래한 셀룰로오스 수지를 이용하여 제조한 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 최적비로 도입하여 이섬도 혼섬사를 제조함으로써, 고강도 및 고신축성을 갖는 새로운 섬유를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 생분해성이 우수한 셀룰로오스 에스테르 섬유의 기존의 장점을 유지하면서 이의 응용범위를 확장시키는 효과가 있는 발명이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복합방사장치를 이용하여 복합방사를 수행하는 개략도이다.
이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명을 한다.
본 발명의 용융방사성 등의 물성을 향상시키기 위해 특정 펄프로부터 합성한 셀룰로오스 에스테르 수지를 이용하여 제조한 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유(이하, C.E 섬유로 칭함); 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 사이드-바이-사이드형 복합방사한 복합섬유;를 이용하여 고강도 및 고신축성을 갖도록 제조한 이섬도 혼섬사에 관한 것으로서, 상기 C.E 섬유와 복합섬유를 100 : 20 ~ 45 중량비로, 바람직하게는 100 : 25 ~ 40 중량비로, 더욱 바람직하게는 100 : 30 ~ 40 중량비로 포함할 수 있다. 이때, PET 섬유가 20 중량비 미만이면 신축성이 떨어질 수 있고, 45 중량비를 초과하며 신축성은 우수하나 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
먼저, 본 발명에서 사용하는 C.E 섬유에 대하여 설명한다.
본 발명의 C.E 섬유는 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하며, 이들의 혼합 수지를 이용하여 용융방사시켜 제조한 섬유이다.
본 발명에 있어서, 상기 셀룰로오스 수지는 특정 물성을 갖는 펼프를 합성해서 제조한 것으로서, 상기 펄프는 하기 방정식 1 및 하기 방정식 2를 만족하는 펄프를, 바람직하게는 하기 방정식 1-1 및 하기 방정식 2-1를 만족하는 펄프를 사용할 수 있다.
[방정식 1]
95.0 중량% ≤ A ≤ 99.5 중량%
[방정식 1-1]
97.5 중량% ≤ A ≤ 99.0 중량%
상기 방정식 1 및 방정식 1-1에 있어서, A는 10 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를, 바람직하게는 8,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내 잔류물(residue)의 중량%이다.
[방정식 2]
0.5% ≤ B ≤ 3.5%
[방정식 2-1]
1.0% ≤ B ≤ 2.5%
상기 방정식 2 및 방정식 2-1에 있어서, B는 18 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를, 바람직하게는 8,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내의 용해성분(soluble substance)의 중량%이다.
그리고, 상기 셀룰로오스 수지는 셀룰로오스 수산기의 치환도가 2.0 ~ 2.8이고, 바람직하게는 치환도가 2.2 ~ 2.7이며, 더욱 바람직하게는 치환도가 2.3 ~ 2.5일 수 있다. 여기서, 상기 셀룰로오스 수지의 치환도란, 셀룰로오스의 수산기가 에스테르 결합으로 치환된 정도를 말하는 것으로 셀룰로오스 에스테르 수지의 치환도가 2.0 미만일 경우, 용융 시 분자들의 유동성이 떨어져서 용융가공성이 저하될 수 있으며, 2.8을 초과하면 생분해성이 저하될 뿐만 아니라, 고온에서 용융 방사시 셀룰로오스 수지가 탄화되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 셀룰로오스 수지는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트 및 셀룰로오스아세테이트카프로네이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트 및 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀룰로오스 수지는 중량평균분자량이 35,000 ~ 55,000인 것을, 바람직하게는 중량평균분자량 35,000 ~ 45,000인 것을 사용하는 것이 좋으며, 이때, 중량평균분자량이 35,000 미만이면 셀룰로오스 주 쇄의 길이가 짧아 원사의 기계적 물성이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 중량평균분자량이 55,000을 초과하면 가소제의 침투가 용이하지 못하여 용융 압출 가공 시 셀룰로오스 분자의 유동성이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 중량평균분자량을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 셀룰로오스 수지는 용융온도가 230℃ ~ 250℃이고, 유리전이온도가 185℃ ~ 195℃, 바람직하게는 187℃ ~ 192℃인 바, 내열성이 우수하여 고온 하에서 용융방사가 가능하다.
또한, 상기 셀룰로오스 수지는 수분함량이 수지 전체 중량 중 2 ~ 4 중량%이며, 바람직하게는 2.5 ~ 3.5 중량%로 포함하고 있다.
또한, 상기 셀룰로오스 수지는 ASTM D1343에 의거하여 측정시, 점도가 100 ~ 130 poise이고, 바람직하게는 105 ~ 120 poise, 더욱 바람직하게는 110 ~ 120 poise이다. 기존의 용융방사용 셀룰로오스 에스테르 수지는 점도가 10 ~ 60 poise였으나, 본 발명의 특정 펄프로부터 합성한 셀룰로오스 에스테르 수지는 100 ~ 130 poise를 갖는 바, 고온에서의 고온 용융방사성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 셀룰로오스 수지는 Pt-Co 표준에 의거하여 CAB 용액에 분산시켜 측정 시, 컬러(color)가 220 ppm ~ 350 ppm이고, 바람직하게는 250 ~ 320 ppm, 더욱 바람직하게는 270 ppm ~ 310 ppm을 갖는다. 또한, 상기 셀룰로오스계 수지는 ASTM D871에 의거하여 측정 시, 헤이즈(Haze)가 35 ppm ~ 50 ppm이고, 바람직하게는 35 ppm ~ 45 ppm, 더욱 바람직하게는 37 ppm ~ 45 ppm을 갖는 바, 기타 셀룰로오스계 유도체보다 순도가 우수한 특성이 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 셀룰로오스계 수지는 다짐 벌크 밀도(tapped bulk density)가 410 kg/m3 ~ 450 kg/m3이고, 바람직하게는 410 kg/m3 ~ 440 kg/m3 이며, 더욱 바람직하게는 420 kg/m3~ 438 kg/m3을 갖는다. 그리고, 상기 셀룰로오스계 수지는 유동 벌크 밀도(poured bulk density)가 300 kg/m3 ~ 340 kg/m3이고, 바람직하게는 310 kg/m3 ~ 330 kg/m3을 갖을 수 있다.
본 발명의 C.E 섬유 성분 중 하나인 상기 가소제는 셀룰로오스 수지와 혼합되어 셀룰로오스 수지에 존재하는 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하고 용융 방사할 수 있도록 하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 보다 바람직하게는 가소화가 촉진될 수 있도록 중량평균분자량 350 ~ 750인 것을, 바람직하게는 400 ~ 650인 것을 사용하는 것이 좋다. 이때, 가소제의 중량평균분자량이 350 미만이면 용융 방사 시 가소제가 수지 외부로 용출되어 휘발하는 문제가 있을 수 있고, 중량평균분자량이 750을 초과하면 셀룰로오스 주 쇄에 침투가 용이하지 못하여 가소화 효율이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
이러한, 가소제로서 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디헥실프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 디메톡시에틸프탈레이트, 에틸프탈릴에틸글리콜레이트, 부틸프탈릴부틸글리콜레이트 등의 프탈산에스테르류; 테트라옥틸피로멜리테이트, 트리옥틸트리멜리테이트 등의 방향족 다가 카르복실산에스테르류; 디부틸아디페이트, 디옥틸아디페이트, 디부틸세바케이트, 디옥틸세바케이트, 디에틸아젤레이트, 디부틸아젤레이트, 디옥틸아젤레이트 등의 방향족 다가 카르복실산에스테르류; 글리세린트리아세테이트, 디글리세린테트라아세테이트, 폴리글리콜산 등의 다가 알콜의 저급지방산 에스테르류; 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리부톡시에틸포스페이트, 트리크레질포스페이트 등의 인산에스테르류; 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트 등의 글리콜과 이염기산으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 폴리글리콜산 등의 옥시카르복실산으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 폴리카프로락톤, 폴리프로피오락톤, 폴라발레로락톤 등의 락톤으로 이루어진 지방족 폴리에스테르류; 폴리비닐피롤리돈와 같은 비닐폴리머류; 트리부틸세바케이트; 트리아세틴; 및 트리에틸시트레이트; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린, 트리부틸세바케이트, 트리아세틴 및 트리에틸시트레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 가소제의 사용량은 셀룰로오스 에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 25 ~ 45 중량부를, 바람직하게는 27 ~ 42 중량부를, 더욱 바람직하게는 28 ~ 35 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 25 중량부 미만으로 사용시 셀룰로오스 수지의 열 가소화가 충분히 이루어지지 않아 열가공이 불가능할 수 있으며, 45 중량부를 초과하여 사용하면 용융 방사시 발연의 문제가 생길 수 있고, 지나친 가소화에 의하여 섬유의 기계적 물성이 하락할 수 있으며, 용융 방사시켜 제조한 용융방사물의 표면으로 가소제의 블리드 아웃(breed-out)이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 본 발명의 C.E 섬유는 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하는데, 상기 라디칼생성억제제는 셀룰로오스 수지를 열가소화시킬 때나 가소화된 셀룰로오스 수지를 칩화시킨 후, 이를 방사 전 용융시킬 때, 열에 의한 분해를 방지하는 역할을 하며, 사슬이 ?져서 생성되는 라디칼 생성을 억제하는 역할을 함으로써, 높은 온도에서도 방사가 가능하여, 우수한 물성을 갖는 용융방사물을 제공할 수 있게 한다. 상기 라디칼생성억제제는 셀룰로오스 수지 및 가소제와 혼합이 용이한 액상, 고상 형태일 수 있으며, 바람직하게는 페놀기를 포함하는 수불용성 화합물과 같은 것 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들면, Anox 20 (Chemtura Co.), Iganox 1010 (Ciba Specialty Chemicals, Inc.) 및 Songnox1010 (SongwonIndustrial Co., Ltd.) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 라디칼생성억제제의 사용량은 상기 셀룰로오스 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 2 중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.05 ~ 1.0 중량부를 사용할 수 있고, 만약 0.01 중량부 미만일 경우 조성물의 용융시 셀룰로오스 수지의 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 방사 과정에서 셀룰로오스 수지가 열분해될 수 있으며, 2 중량부를 초과할 경우 팩 압력 상승의 원인으로 작업성에 문제가 있을 수 있다.
그리고, 본 발명의 C.E 섬유는 라디칼생성억제제 뿐만 아니라, 라디칼활성억제제도 같이 사용하여 제조함으로써, 불량률이 낮으면서도 물성이 우수한 용융방사물, 즉 원사를 제공할 수 있다. 본 발명에서 라디칼생성억제제는 용융방사된 원사가 대기 중에서 산화가 일어나는 것을 방지하는 역할을 하며, 셀룰로오스 주사슬이 깨져서 생성되는 라디칼 생성을 억제하는 역할을 한다. 상기 라디칼활성억제제는 셀룰로오스 수지 및 가소제와 혼합이 용이한 액상, 고상 형태일 수 있으며, 바람직하게는 말단에 원소 인을 함유하는 수불용성 화합물을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들면, Alkanox 240 (Chemtura Co.), Igafos 168 (Ciba Specialty Chemicals, Inc.), Songnox 1680 (Songwon Industrial Co., Ltd) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 라디칼활성억제제의 사용량은 상기 셀룰로오스 에스테르 수지100 중량부에 대하여 0.01 ~ 2.5 중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.05 ~ 1.5 중량부를 사용할 수 있고, 만약 0.01 중량부 미만일 경우, 용융시 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 용융방사 과정에서 용융된 셀룰로오스 에스테르 수지가 열분해될 수 있으며, 2.5 중량부를 초과할 경우 팩 압력 상승의 원인으로 작업성 및 성형성에 문제가 있을 수 있다.
이러한, 조성 및 조성비를 갖도록 혼합수지로 C.E 섬유를 제조하는데, 상기 혼합수지는 ASTM D1238 법에 의거하여 260℃ 하에서 Melt Flow index를 측정시, 용융점도 95.0 ~ 160.0 Pa.sec을, 바람직하게는 95.0 ~ 140 Pa.sec을 가질 수 있다.
또한, 상기 혼합수지는 ASTM D1238 법에 의거하여 260℃ 하에서 Melt Flow index를 측정시 열 흐름성이 60 g/10분 ~ 120 g/10분, 전단율이 120/s ~ 160/s 이며 용융점도가 95 Pa.sec ~ 160 Pa.sec 일 수 있다.
이하에서는 본 발명을 이섬도 혼섬사를 구성하는 C.E 섬유를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
C.E 섬유의 제조방법은 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 혼합하여 혼합수지를 제조하는 단계; 상기 혼합수지를 혼련기에 투입한 후, 블렌딩을 수행하여 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계; 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 70℃ ~ 90℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 구금을 통해 용융 방사시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유를 제조할 수 있다.
상기 혼합수지를 제조하는 단계의 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제, 라디칼활성억제제 및 착색염료를 포함하며, 이들 조성의 특징, 및 사용량 등은 앞서 설명한 바와 동일하다.
다음으로 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계에 대하여 설명하면, 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하는 단계의 상기 블렌딩은 혼련기 내부 온도는 150℃부터 240℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서, 바람직하게는 160℃부터 210℃까지, 더욱 바람직하게는 165℃부터 205℃까지 온도를 상승시키는 조건 하에서 수행하는 것이 좋은데, 이때 혼련기 내부 온도가 150℃ 미만이면 상기 수지가 충분히 용융 되지 않아 수지가 원활히 혼련되지 않고 미용융 상태로 방출되는 문제가 있을 수 있고, 220℃를 초과하면 과량의 열로 인하여 셀룰로오스 에스테르의 주 사슬이 열분해하여 칩의 색상이 갈변하여 물성 저하가 발생하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 온도 범위에서 블렌딩을 수행하는 것이 좋다.
또한, 상기 블렌딩은 서클피더 20 ~ 30 kg/hr 및 혼련기 모터속도 220 ~ 300 rpm 하에서 수행하는 것이 좋으며, 바람직하게는 서클피더 22 ~ 28 kg/hr 및 혼련기 모터속도 240 ~ 290 rpm 하에서 수행하는 것이 수지의 원활한 혼련이 이루어지고 안정적인 작업성 및 생산성 면에서 유리하다.
그리고, 상기 혼련기는 당업계에서 사용하는 일반적인 혼련기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이축압출기가 장착된 혼련기를 사용할 수 있다.
상기 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 건조하는 단계의 건조는 70℃ ~ 100℃ 하에서 20 ~ 30 시간 동안, 바람직하게는 건조는 75℃ ~ 85℃ 하에서 20 ~ 26 시간 동안, 더욱 바람직하게는 78℃ ~ 85℃ 하에서 22 ~ 26 시간 동안 수행하는 것이 좋으며, 이때, 건조 온도가 70℃ 미만이면 건조시간이 너무 길어져서 상업성이 떨어질 뿐만 아니라, 원활한 수분 제거가 불가능할 수 있으며, 건조 온도가 100℃를 초과하면 과량의 열로 인하여 고분자 사슬에 유동성이 부여되고, 칩에 열변형 및 열분해가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
다음으로 용융 방사시키는 단계에 대하여 설명한다.
상기 용융 방사는 방사속도 2,000 mpm ~ 3,000 mpm 및 방사온도 265℃ ~ 290℃ 하에서 수행하는 것이, 바람직하게는 방사속도 2,200 mpm ~ 2,900 mpm 및 방사온도 270℃ ~ 285℃ 하에서 수행하는 것이, 더욱 바람직하게는 방사속도 2,300 ~ 2,800 mpm 및 방사온도 270℃ ~ 280℃ 하에서 수행하는 것이 좋다. 이때, 방사속도가 2,000 mpm 미만이면 생산성이 떨어져 생산 비용이 증가하는 문제가 있을 수 있고, 3,000 mpm을 초과하면 용융 셀룰로오스 원사에 부여되는 장력이 너무 높아 사절 또는 블로우 아웃(Blow-Out) 현상이 발생하여 원활한 방사 작업에 문제가 있을 수 있으므로 상기 방사속도 하에서 용융 방사를 수행하는 것이 좋다. 그리고, 방사온도가 265℃ 미만이면 용융 셀룰로오스 수지의 용융 점도가 높아 방사 작업에 적합하지 않기 때문에 노즐에서 사절에 발생하는 문제가 있을 수 있고, 방사온도가 290℃를 초과하면 과량의 열량 부여로 인하여 상기 수지가 열분해하여 색상이 변색되거나 물성이 저하되고 용융 방사성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.
그리고, 용융 방사에 사용되는 구금은 당업계에서 사용하는 일반적인 구금을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이형단면구금을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 이형단면구금은 십자형 단면구금, 다각형 단면구금, C형 단면구금, 원형 단면구금, 사엽 단면구금, 육엽 단면구금 또는 팔엽단면구금 등의 다양한 형태를 갖는 이형단면구금을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 36홀의 원형 단면구금을 사용할 수 있다.
그리고, 구금을 상기 원형 단면구금을 사용하는 경우, 구금 길이와 구금 깊이의 비(length/depth, L/D)가 1.0 ~ 4.0인 것을, 바람직하게는 1.4 ~ 3.6인 원형 단면구금을, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 3.0인 원형 단면구금을 사용하는 것이 좋다. 이때, L/D 값이 1.0 미만이면 구금에 부여되는 배면압이 너무 낮아 원사의 균제도가 좋지 않은 문제가 있을 수 있고, L/D 값이 4.0을 초과하면 과량의 배면압 부여로 인하여 팩압이 상승하고 수지의 유동이 원활하지 않아 원사의 물성이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 L/D 값을 만족하는 원형 단면구금을 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명의 이수축 혼섬사를 구성하는 복합섬유에 대하여 설명한다.
상기 복합섬유는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 각각 용융시키는 용융물 형성단계;와 상기 용융물을 방사속도 4,500 m/min ~ 6,000 m/min으로 복합방사하여 사이드-바이-사이드형의 복합섬유 연신사(FDY)로 수득하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
상기 연신사(FDY)로 수득하는 단계에서의 연신온도가 60℃ ~ 95℃인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 연신사(FDY)로 수득하는 단계 이후 상기 연신사(FDY)를 110℃ ~ 130℃로 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PTT의 고유점도(Ⅳ)가 0.90 ~ 1.10dl/g이고, PET의 고유점도(Ⅳ)가 0.50 ~ 0.65dl/g일 수 있으며, PTT와 PET 각각의 고유점도가 상기 범위 미만인 경우 유동성이 커지고 권축성이 떨어지며 계면간의 접착력이 현저히 떨어지는 문제가 있고, 고유점도가 상기범위를 초과하면 방사 시 작업성에서 문제가 있게 되며, PET의 경우 상기 범위를 초과하여 PTT와의 점도차가 작게 되면 신축성이 떨어진다. PTT와 PET의 폴리머의 점도를 다양하게 조합하여 복합섬유의 신축특성을 시험할 경우, 두 폴리머간의 점도차를 되도록 크게 해주는 것이 신축특성 발현에 유리하다.
그리고, 상기 PTT와 PET의 함량비는 45:55 ~ 50:50 중량비로 사용할 수 있는데, 이때, PTT의 비율이 50을 초과하게 되면 신축성이 떨어지게 되는 단점이 있다.
이렇게 제조한 상기 복합섬유는 파단 신도가 30% 내지 45%이고, 건열 수축 응력의 최대 응력치가 0.2 G/D ~ 0.5 G/D이고, 건열 수축 최대 응력 발현시 온도가 180℃ ~ 220℃이고, LEESONA 측정 후 수축된 길이가 30㎝ ~ 40㎝이고, 탄성 회복율이 35% ~ 50%이고, 교락수 5 ~ 20 개/m을 갖도록 제조할 수 있다.
또한, 상기 복합섬유는 평균섬도 20 ~ 100데니어인 것을, 바람직하게는 평균섬도 25 ~ 70 데니어, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50 데니어가 되도록 제조한 것을 사용하는 것이 혼섬사의 강도 및 신축성을 동시에 확보하기에 유리하다.
그리고, 상기 복합방사는 도 1의 개략도로 나타낸 복합방사장치를 사용하여 수행할 수 있으며, 좀 더 구체적으로 설명하면, PTT 및 PET가 투입되는 압출기(1)를 통과하는 용융단계를 거쳐 토출공을 통해 방사된 개개의 섬유상 중합체를 각각의 방사구금과 상기 방사구금 바로 밑에서 사이드-바이-사이드 형의 방사구금을 포함하는 방사팩(2)을 통과한 후 제1고뎃로울러(3)를 거쳐 연신사(Full Drawn Yarn;FDY)를 제조하고, 제2고뎃 로울러(5)에서 열처리하여 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유를 수득하게 된다.
상기 복합섬유는 방사와 동시에 한 단계의 연신으로 완전연신된 연신사(FDY)가 제조된다. 기존의 용융물을 부분연신사(POY)로 제조하여 다시 연신단계를 거쳐 제조되는 두 단계의 연신을 통해 제조되는 방법과는 달리, 상기 PTT와 PET 용융물의 방사 후 바로 한 단계의 연신만 거치더라도 완전연신된 연신사(FDY)가 제조되어 별도의 2차 연신단계가 필요 없게 되어 공정 단축 효과가 있다.
그리고, 상기 복합방사는 4,500 m/min ~ 6,000 m/min으로 하며 바람직하게는 방사속도가 4,500 m/min ~ 5,500 m/min인 것이 좋다. 기존의 복합방사속도인 2,000 m/min ~ 3,500m/min 보다 빠른 속도로 방사가 진행되어 한 단계의 연신과 빠른 속도로 인해 촘촘한 느낌과 부드러우면서 신축성이 좋은 새로운 촉감을 갖는 섬유가 제조함과 더불어 생산성을 향상시킬 수 있다. 이에, 섬유 방사 속도가 6,000 m/min를 초과하면 방사 작업성이 현저하게 떨어져서 섬유를 생산하는 데 문제가 있을 수 있으며, 방사속도가 4,500 m/min 미만인 경우, 제조되는 섬유의 신축성이 낮아서 요구되는 신축성에 못 미칠 우려가 있고, 부분적인 불균일 크림프가 발생이 되어 균일한 섬유 제조가 어렵게 된다.
또한, 연신 공정에서는 연신 온도, 연신비가 복합섬유의 권축 특성에 많은 영향을 주는 인자로서 적정한 조건 설정이 매우 중요하다. 본 발명의 연신온도는 60℃ ~ 95℃로 함이 바람직하다. 연신온도가 60℃ 미만인 경우에는 섬유의 균일성이 떨어지고, 품질이 불량한 상태가 되며, 연신온도가 95℃를 초과하는 경우 작업성이 떨어지고 섬유가 쉽게 끊어질 수 있다.
또한, 열처리 온도 또한 중요한 인자로서 열처리 온도를 적절히 조절하여 극대응력발현 온도를 조절함으로써 권축 특성을 좋게 할 수 있는데, 바람직하게는 110℃ ~ 130℃로 한다. 상기 범위 미만으로 열처리할 경우 복합섬유의 권축성 편차가 심하게 발생하고, 상기 범위를 초과하여 열처리할 경우 작업성이 좋지 않으며 제조경비가 많이 들게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 이섬도 혼섬사를 구성하는 C.E 섬유 및 복합섬유를 이용하여 이섬도 혼섬사를 제조하는 방법에 대하여 설명하면, C.E 섬유 및 복합섬유를 혼합한 후, 혼합섬유를 연신기를 통과시켜서 제조하는데 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 연신기에서 혼합섬유를 제1 고뎃롤러에서 5 ~ 6 회 귄취시킨 후, 히팅플레이트 통과 후, 제2 고뎃롤러로 4 ~ 6 회 권취시켜서 제조할 수 있다.
또한, 상기 제1 고뎃 롤러의 온도는 100℃ ~ 130℃이고, 상기 히팅플레이트(heating plate) 온도 170℃ ~ 195℃이며, 600 mpm ~ 1200 mpm의 권취속도로 연신기를 통과시켜서 본 발명의 이섬도 혼섬사를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 C.E 섬유와 LM-HS PET의 제조방법 및 특성은 앞서 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 이섬도 혼섬사는 총섬도 50 de ~ 200 de이고, 교락수가 5 개/m ~ 20 개/m를 갖도록, 바람직하게는 총섬도 75 de ~ 150 de이고, 교락수 7 개/m ~ 15개/m를 갖도록 제조할 수 있다.
그리고, 이러한 본 발명의 이섬도 혼섬사는 탄성회복률이 35% ~ 50%이고, 강도 1.0 g/de ~ 3.0 g/de 및 파단신도 20% ~ 45%를 가질 수 있으며, 바람직하게는 탄성회복률이 37% ~ 43%이고, 강도 1.2 g/de ~ 2.5 g/de 및 파단신도 25% ~ 35%을 가질 수 있다.
이와 같이 우수한 강도 및 신축성을 갖는 본 발명의 이섬도 혼섬사를 이용하여 기능성 직물을 제조할 수 있으며, 나아가 이를 이용하여 기능성 원단을 제조할 수 있다. 일례를 들면, 의류의 겉감 용도의 원단을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
준비예 1 : 셀룰로오스 아세테이트 수지의 제조
하기 방정식 1의 A 값이 98.0 중량%이고, 하기 방정식 2의 B 값이 2.0 중량%인 펄프를 일반적인 셀룰로오스 아세테이트 합성방법을 사용하여, 아세틸 작용기의 치환도가 2.4, 중량평균분자량 40,000, 용융온도 242℃인 셀룰로오스 아세테이트 수지를 제조하였다. 그리고, 이 외의 상기 셀룰로오스아세테이트 수지의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
[방정식 1]
95.0 중량% ≤ A ≤ 99.5 중량%
상기 방정식 1에 있어서, A는 10 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 8,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내 잔류물(residue)의 중량%이다.
[방정식 2]
0.5% ≤ B ≤ 3.5%
상기 방정식 2에 있어서, B는 18 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 8,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내의 용해성분(soluble substance)의 중량%이다.
준비예 2
상기 방정식 1의 A값이 95.2 중량%이고, 방정식 2의 B 값이 3.3 중량%인 펄프를 준비예1과 동일한 방법으로 합성하여 셀룰로오스아세테이트 수지를 제조하였다.
비교준비예 1
상기 방정식 1의 A값이 93.1 중량%이고, 방정식 2의 B 값이 4.5 중량%인 펄프를 준비예1과 동일한 방법으로 합성하여 셀룰로오스아세테이트 수지를 제조하였다.
비교준비예 2
기존에 용융 셀룰로오스 에스테르 원사 제조에 사용했던 셀룰로오스 치환도 2.4, 중량평균분자량 40,000를 갖는 셀룰로오스아세테이트 수지(제조사 Eastman Chemical, 상품명 CA-398-10)를 준비하였고, 이의 물성은 하기 표 1에 나타내었다.
구분 준비예1 준비예2 비교준비예1 비교준비예2
펄프 잔류물 함량
(in 10부피% NaOH)		 98.0
중량%		 95.2
중량%		 93.1
중량%		 -
용해성물질 함량
(in 10부피% NaOH)		 2.0
중량%		 3.3
중량%		 4.5
중량%		 -
셀룰로오스
아세테이트
수지		 셀룰로오스
치환도		 2.4 2.4 2.4 2.4
중량평균분자량 40,000 40,000 40,000 40,000
용융온도(℃) 242 245 251 240
유리전이온도(℃) 189 192 205 180
수분함량(중량%) 3 3.2 3.1 3.5
점도(poise) 114 105 87 38
컬러(Color, ppm) 290 225 109 80
헤이즈(ppm) 40 37 26 25
실시예 1-1 : 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유의 제조
(1) 용융 셀룰로오스 에스테르 칩 제조
상기 준비예 1에서 제조한 셀룰로오스 아세테이트 수지 100 중량부에 대하여, 가소제로서 중량평균분자량 600인 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 라디칼생성억제제인 테트라키스메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)메테인(Anox 20, 캠추라코퍼레이션, Chemtura Corporation) 0.1 중량부, 라디칼활성억제제인 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트(Alcanox 240, 캠추라코퍼레이션, Chemtura Corporation) 0.1 중량부를 첨가한 후, 슈퍼믹서(supermixer)를 이용하여 10분간 혼합하여 수지 형태의 혼합물을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물을 이축 압출기가 장착된 혼련기를 이용하여 서클피더 25 kg/hr, 혼련기 모터 속도 270 rpm으로 고정 후, 혼련기 다이(DIE) 시작온도 170℃에서 5단계에 걸쳐 최종 말단온도 240℃까지 온도를 부여하면서 5분 동안 블랜딩(blending)시켜서, 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하였다.
다음으로 상기 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 80℃ 하에서 24 시간 동안 건조시켜서 건조된 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 제조하였다.
(2) 열가소성 셀룰로오스 에스테르(C.E) 섬유의 제조
상기 건조된 용융 셀룰로오스 에스테르 칩을 L/D(length/diameter)=2.6인 36 홀(Hole)의 원형단면 방사구금이 장착된 용융방사기에 방사속도 2,500 mpm, 방사온도(및 노즐부 온도) 260℃ 및 토출량 30.0 g/분의 조건에서 방사를 진행하여 섬도 100 데니어인 C.E 섬유를 제조하였다.
실시예 1-2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 준비예 1에서 제조한 셀룰로오스아세테이트 수지 대신 준비예 2에서 제조한 셀룰로오스아세테이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 C.E 섬유를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1-1과 동일하게 실시하되, 상기 준비예 1에서 제조한 셀룰로오스아세테이트 수지 대신 비교준비예 1에서 제조한 셀룰로오스아세테이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1-1과 동일하게 실시하되, 상기 준비예 1에서 제조한 셀룰로오스아세테이트 수지 대신 비교준비예 2의 기존 셀룰로오스아세테이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유를 제조하였다.
실험예 1 : 셀룰로오스 에스테르 수지의 물성 측정
상기 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 2 에서 제조한 용융 셀룰로오스 에스테르 조성물의 혼합물인 혼합수지의 용융온도, 용융점도, 열흐름성 및 전단율을 ASTM D1238 법에 의거하여 260℃ 하에서 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 용융점도
(Pa.sec)		 열 흐름성
(g/10분)		 전단율
(S-1)
실시예 1-1 133.1 81.6 147.2
실시예 1-2 125.6 86.9 151.4
비교예 1-1 27.3 220.4 312.8
비교예 1-2 57.6 135.2 184.3
실시예 2-1
도 1의 개략도로 나타낸 복합방사장치를 이용하여, 고유점도가 1.10dl/g인 PTT와 고유점도가 0.55dl/g인 PET를 방사속도 5,000m/min으로 복합방사하여, 제1 고뎃 로울러의 온도(연신온도) 70℃, 열처리 온도 120℃로 처리하여 모노 데니어의 섬도가 1.25데니어이면서, 평균섬도가30데니어인 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유를 제조하였다.
실시예 2-2
모노 데니어의 섬도가 2.1데니어이면서, 평균섬도가50데니어인 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유를 제조하였다.
제조예 1 : 이섬도 혼섬사의 제조
상기 준비예 1-1에서 제조한 평균섬도 100데니어의 C.E 섬유 및 평균섬도 30데니어인 상기 실시예 2-1의 복합섬유를 각각 준비하였다.
다음으로, 각기 다른 두 섬유를 한 번에 흡입건을 사용하여 110℃로 설정된 제1 고뎃롤러에 5회 권취 후 180℃로 설정된 히팅플레이트(Heating Plate)로 인도하고 제2 고뎃롤러에 4회 권취한 다음 이섬도 혼섬사를 제조하였다. 이때 연신기의 권취 속도는 700 mpm이고 제조한 이섬도 혼섬사의 섬도는 150 데니어이며, 교락수는 13개/m였다.
제조예 2 ~ 제조예 4 및 비교제조예 1 ~ 비교제조예 4
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 상기 실시예 1-1에서 제조한 C.E 섬유 대신 상기 실시예 1-2에서 제조한 C.E 섬유를 사용하여 동일한 교락수를 갖는 이섬도 혼섬사를 제조하여 제조예 2를 실시하였다.
그리고, 제조예 3 ~ 제조예 5 및 비교제조예 1 ~ 비교제조예 4는 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 실시하여 이섬도 혼섬사를 각각 제조하였다.
구분 C.E 섬유
종류 		복합섬유
C.E 섬유 및 PET 섬유 중량비 총섬도
(데니어) 		교락수
제조예 1 실시예 1-1 실시예 2-1 100 : 30 130 13개/m
제조예 2 실시예 1-1 실시예 2-2 100 : 50 150 13개/m
제조예 3 실시예 1-2 실시예 2-1 100 : 30 130 13개/m
제조예 4 실시예 1-2 실시예 2-2 100 : 50 150 13개/m
비교제조예
1 		비교예 1 실시예 2-1 100 : 30 130 13개/m
비교제조예
2 		비교예 1 실시예 2-2 100 : 50 150 13개/m
비교제조예
3 		비교예 2 실시예 2-1 100 : 30 130 13개/m
비교제조예
4 		비교예 2 실시예 2-2 100 : 50 150 13개/m
실험예 2 : 이섬도 혼섬사 물성 측정
상기 제조예 1 ~ 6 및 비교제조예 1 ~ 4에서 제조한 이섬도 혼섬사의 강도, 파단신도 및 수축률을 하기 방법에 의거하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
(1) 강도, 파단 신도의 측정
섬도는 1회 회전시 1m인 타래를 90m 감아 무게를 측정하고 9,000m로 환산하여 구하였다. 그리고, 섬유의 강도, 파단 신도의 측정은 자동 인장시험기로 측정하였다.
(2) 탄성회복율 측정
ASTM D6720에 의거하여 측정하였으며, 시료는 5,000de 타래를 얻을 수 있도록 섬도별로 회전수를 조절하고, 100℃의 물에 15분동안 침지하여 아래와 같이 L1, L2를 측정한다.
L1: 30g + 1000g 하중 적용 후, 측정 (stress & relax 3회 반복)
L2: 1000g 하중 제거 30초 후, 측정
[수학식 1]
탄성회복율(%) = (L1 - L2) / L2 × 100
구분 혼섬사
강도(g/de)		 혼섬사
파단신도(%)		 탄성회복율(%)
제조예 1 1.7 28 41
제조예 2 2.2 31 43
제조예 3 1.4 26 37
제조예 4 1.9 27 39
비교제조예 1 제조 불가
비교제조예 2 제조 불가
비교제조예 3 0.8 18 27
비교제조예 4 0.9 19 31
상기 표 4의 실험결과를 살펴보면, 혼섬사를 구성하는 C.E 섬유를 비교준비예 1의 셀룰로오스 아세테이스 수지를 사용하여 제조한 C.E 섬유를 사용했던 비교제조예 1의 경우, 방사 작업성이 매우 좋지 못하여 혼섬사 제조가 불가능한 결과를 보였다. 또한, 기존에 상용화되어 판매되고 있는 셀룰로오스 아세테이트 수지를 사용하여 제조한 C.E 섬유를 사용한 비교제조예 2의 경우, 일부 방사가 가능하였으나, 강도와 신도가 매우 낮아 혼섬사로 제조하여도 물성의 증가율이 낮고, 권취된 콘에 단사나 루프가 발생하여 외관상의 상태가 매우 좋지 못하였으며 탄성 회복률도 매우 낮은 문제가 있었다.
한편, 복합섬유의 섬도를 30데니어와 50데니어로 차이를 두었을 때, 혼섬사의 기계적 물성은 복합섬유의 섬도가 높을수록 물성이 증가하였는데, 이는 상대적으로 고강도이고 탄성회복률을 부여하는 복합섬유의 중량비가 높아졌기 때문이다.
제조예 1 ~ 제조예 4의 경우, 강도 1.2 g/de 이상, 파단신도 25% 이상 및 수축률이 37% 이상으로 매우 높은 물성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 이섬도 혼섬사가 매우 높은 강도 및 파단신도를 가질 뿐만 아니라, 우수한 수축률을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 이섬도 혼섬사를 이용하여 기능성 직물을 제공할 뿐만 아니라, 의류 등의 기능성 원단을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
1 : 압출기 2 : 방사팩
3 : 제 1 고뎃롤러 4 : 연신사(FDY)
5 : 제 2 고뎃롤러

Claims (15)

  1. 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유; 및
    폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 사이드-바이-사이드형 복합방사한 복합섬유;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유 및 상기 복합섬유를 100 : 20 ~ 45 중량부로 포함하고,
    상기 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유는 셀룰로오스 수지, 가소제, 라디칼생성억제제 및 라디칼활성억제제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  3. 제2항에 있어서, 상기 셀룰로오스 수지는 하기 방정식 1 및 하기 방정식 2를 만족하는 펄프로부터 유래한 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사;
    [방정식 1]
    95.0 중량% ≤ A ≤ 99.5 중량%
    상기 방정식 1에 있어서, A는 10 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내 잔류물(residue)의 중량%이다.
    [방정식 2]
    0.5% ≤ B ≤ 3.5%
    상기 방정식 2에 있어서, B는 18 부피% 농도의 NaOH 수용액에 중량평균분자량 10,000 g/mol 이하의 펄프를 25℃에서 1시간 동안 교반 및 용해시킨 후에 측정한 NaOH 수용액 내의 용해성분(soluble substance)의 중량%이다.
  4. 제2항에 있어서, 상기 셀룰로오스 수지는
    셀룰로오스 수산기의 치환도가 2.0 ~ 2.8이고, 중량평균분자량이 35,000 ~ 55,000이며, 용융온도가 230℃ ~ 250℃이고, 유리전이온도가 185℃ ~ 195℃이며, 수분함량이 2 ~ 4 중량%인 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  5. 제2항에 있어서, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유는 상기 셀룰로오스 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 25 ~ 45 중량부, 라디칼생성억제제 0.01 ~ 2 중량부, 상기 라디칼활성억제제 0.01 ~ 2.5 중량부를 및 착색안료 1 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  6. 제2항에 있어서, 상기 셀룰로오스 수지는
    셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  7. 제2항에 있어서, 상기 가소제는
    중량평균분자량 350 ~ 750의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리콜산, 폴리부틸아디페이트, 글리세린, 트리부틸세바케이트, 트리아세틴 및 트리에틸시트레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  8. 제2항에 있어서, 상기 라디칼생성억제제는 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시시나메이트)메탄, 펜타에리스리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드롤시페닐)프로피오네이트 및 테트라키스메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 라디칼활성억제제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트 및 트리스-노닐페닐포스파이트 및 트리페닐 포스파이트 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  9. 제1항에 있어서, 상기 PTT는 고유점도(Ⅳ)가 0.90 내지 1.10dl/g이고, 상기 PET는 고유점도(Ⅳ) 0.50 dl/g ~ 0.65 dl/g인 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복합섬유는 상기 PTT와 상기 PET를 45:55 내지 50:50 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  11. 제1항에 있어서, 총섬도 50 de ~ 250 de 및 교락수 5 개/m ~ 20 개/m인 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 혼섬사의 탄성회복률이 35% ~ 50%, 강도 1.0 g/de ~ 3.0 g/de 및 파단신도 20% ~ 45%인 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사.
  13. 열가소성 셀룰로오스 에스테르 섬유 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유를 사이드-바이-사이드형 복합방사한 복합섬유를 혼합한 후, 혼합섬유를 연신기를 통과시키며,
    상기 연신기에서 혼합섬유를 제1 고뎃롤러에서 5 ~ 6 회 귄취시킨 후, 히팅플레이트 통과 후, 제2 고뎃롤러로 4 ~ 6 회 권취시키는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 고뎃 롤러의 온도는 100℃ ~ 130℃이고, 상기 히팅플레이트(heating plate) 온도 170℃ ~ 195℃이며, 600 mpm ~ 1200 mpm의 권취속도로 연신기를 통과시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사의 제조방법.
  15. 제12항의 이섬도 혼섬사를 직조한 직물.
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