KR20180078960A

KR20180078960A - 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법 및 이로부터 제조된 원착사

Info

Publication number: KR20180078960A
Application number: KR1020160184264A
Authority: KR
Inventors: 최지웅; 김성주
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-10
Also published as: KR102278148B1

Abstract

본 발명은 고점도의 마스터배치 투입으로 인해 외관이 양호하면서도 물성이 향상된 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법 및 원착사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법 및 이로부터 제조된 원착사{METHOD FOR MANUFACTURING HIGH STRENGTH DYED-POLYETHYLENE TEREPHTHALATE FIBER AND DYED FIBER PRODUCED THEREFROM}

본 발명은 고점도의 마스터배치 투입으로 인해 외관이 양호하면서도 물성이 향상된 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법 및 이로부터 제조된 원착사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일반적인 폴리에스테르 원사는 염색공정에서 고농도 색상을 발현하기 위하여 염료의 사용량이 많아지게 되고, 이에 따라 염색 폐수 발생 및 견뢰도 저하 등의 문제가 있다. 또한, 폴리에스테르 극세사의 경우에는 섬유의 굵기 감소로 인한 표면적 증가로 겉보기 농도가 떨어지기 때문에, 충분한 색 농도를 나타내기 위해서는 더욱더 많은 염료를 투입하여야 하고, 이에 따라 상기 문제는 더욱 심각하게 된다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 카본 블랙을 안료로 사용한 원착사 제품이 출시되어 블랙 염색물의 경우, 색 농도 증진 및 견뢰도 향상을 이루고 있다.

폴리에스테르 원착사의 경우, 어느 정도 상기 문제를 해결할 수 있으나, 단사 섬도 1 이하에서는 섬유의 굵기 감소로 인한 표면적 증가로 인하여 흑도 저하 및 카본 블랙 첨가에 따른 방사 공정성 저하가 발생하기 때문에 상업화가 되지 못한 상태이다.

이에 따라 한국등록특허 제531,939호, 제359,334호, 한국공개특허 제2006-0078800호, 제2007-0056222호 등에서는 해도형 또는 분할형 폴리에스테르 극세사 제조 공정에 카본 블랙을 첨가하여 폴리에스테르 원착 극세사를 제조함으로써, 염색물의 견뢰도 및 색 농도를 증진하였다. 그러나 상기 특허들의 제조 공정에서는 알카리 감량을 위한 추가 공정이 반드시 필요하고, 검정색과 같은 고농도의 색상 발현을 위해서는 추가 염색이 필요하다는 문제점이 발생한다.

또한, 산업용 웨빙, 로프, 직물 등에 사용되는 폴리에스테르 원착사를 제조할 경우, 원사 내에 카본 블랙과 유색 무기안료의 함량이 높으면 원사 제조공정에서의 사절로 인하여, 원사의 불량률이 높고, 제직 과정에서 보풀(fluff)로 인한 결점이 많이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 기존의 원착사는 카본 블랙을 넣은 마스터 배치를 혼입하여 방사를 하는데, 이때 카본 블랙을 점도가 0.64dl/g 정도 되는 마스터 배치에 투입하는 작업을 한다. 작업을 할 때는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 많은 열이 들어가서 폴리에틸렌테레프탈레이트의 점도가 떨어진다. 떨어진 점도는 0.55 내지 0.60dl/g 정도이며, 낮은 점도를 갖는 마스터배치는 원착사 제사 시 강도 발현에 걸림돌이 된다.

본 발명은 마스터배치 칩의 점도를 높임으로서, 원착사 제사 시 강도가 우수하게 발현되기 위한 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법 및 이로부터 제조된 원착사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 카본 블랙 입자를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 혼합 용융하여 폴리머를 제조하는 단계; 및 상기 폴리머를 방사노즐에 의해 방사하고, 다단 연신한 후, 권취하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치는 고상중합을 통해 점도(I.V.)가 0.7 내지 1.1d/g이고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 점도는 1.0내지 1.1d/g인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법을 제공한다.

여기서 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치의 투입비율은 2 내지 5%이고, 제조된 원착사는 강도가 8.5 내지 10.0g/d이고, 강력은 13.0 내지 15.0kgf이며, 절신은 16 내지 19%이고, 터프니스는 36 내지 42g/d이며, 상기 카본 블랙 입자는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 전체 100중량%을 기준으로 5 내지 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면 상기 제조방법으로 제조된 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사를 제공한다.

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사 내에 카본블랙을 포함하는 고 점도의 마스터 배치 칩을 포함함으로서, 원사 제조과정에서 고강도의 원착사를 제조하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 카본 블랙 입자를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 혼합 용융하여 폴리머를 제조하는 단계; 및 상기 폴리머를 방사노즐에 의해 방사하고, 다단 연신한 후, 권취하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치는 고상중합을 통해 점도(I.V.)가 0.7 내지 1.1d/g이고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 점도는 1.0 내지 1.1d/g인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 카본 블랙 입자 등을 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치를 제조한다.

본 발명에서는 상기 마스터 배치 제조 시에는 점도 저하에 따른 방사조업성 및 물성 저하를 개선시키기 위하여, 고점도로 0.70 내지 1.2dl/g의 칩을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 마스터 배치의 점도가 0.7dl/g미만이면 방사 시 물성이 저하되며, 1.2dl/g을 초과하면 용융 불균일등의 방사성이 떨어지는 문제가 발생한다.

상기 마스터 배치를 고상중합을 하여 제조하는데, 고상중합의 조건은 120℃에서 1torr 미만에서 건조하고 140℃에서 표면 결정화 시킨 후 235℃에서 일정 점도 이상이 될 때까지 유지함으로서 상기 마스터 배치의 점도 수준을 유지한다.

또한, 상기 카본 블랙 입자의 함량은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 전체 100중량%를 기준으로, 5 내지 25 중량%인 것이 바람직하다. 카본 블랙 입자의 함량이 5중량% 미만일 경우에는 원하는 흑도를 얻기 위하여 마스터 배치를 많이 투입해야 하므로, 원착사의 강도 발현에도 불리하고 원착 비용이 높아지는 문제가 있고, 카본 블랙 입자의 함량이 25중량%를 초과하면 마스터 배치를 제조가 어려워지며, 균일한 분산성을 확보하기 어렵다.

상기 카본 블랙 입자의 평균입경은 특별히 한정되지 않으나, 10 내지 25nm인 것이 바람직하며, 16nm인 것이 더욱 바람직하다. 카본 블랙 입자의 평균입경이 10nm 이하일 경우, 분산성이 저하되어 마스터 배치 제조 과정에서 수율이 낮아지고, 균일한 분산이 되지 않아 제조된 원착사의 색상이 불균일한 문제가 발생하며, 카본 블랙 입자의 평균입경이 25nm를 초과할 경우에는, 단사섬도가 10 데니어 이하인 사종으로 강도가 7.0g/d 이상인 원착사를 제조할 때 사절이 많이 발생할 수 있다.

상기와 같이 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치를 고유점도가 1.0dl/g 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 혼합 용융하여 폴리머를 제조한다. 바람직하게 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 고유점도는 1.0 내지 1.2dl/g 수준인 것이 바람직하다.

상기와 같이 혼합 용융된 폴리머를 방사노즐에 의해 방사한 후, 냉각구역을 통과시켜 급냉 고화시키게 된다. 이때, 필요에 따라 노즐 직하에서 냉각구역 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이 구간에 어느 정도 길이의 가열장치를 설치할 수 있다.

이 구역을 지연 냉각구역 또는 가열구역이라 하는데, 이 구역은 150 내지 450mm의 길이 및 320 내지 400℃의 온도(공기 접촉 표면온도)를 갖는다.

상기 냉각구역에서는 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법, 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 및 방사형 인플로우 냉각(radial in flow quenching)법 등을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 상기 냉각구역 내에 급냉각을 위하여 주입되는 냉각 공기의 온도는 20 내지 50℃로 조절된다. 이와 같은 후드와 냉각구역 사이의 급격한 온도 차이를 이용한 급냉각은 방사된 중합체의 고화점 및 방사 장력을 높여 미연신사의 배향 및 결정과 결정 사이의 연결 사슬의 형성을 증가시키기 위함이다.

이후, 냉각구역을 통과하면서 고화된 방출사를 단사간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성, 열효율이 우수한 유제를 적용한 유제 부여장치에 의해 방출사에 대해 0.5 내지 1.2중량%로 오일링할 수 있다.

상기 오일링된 방출사를 방사하여 미연신사를 형성한다.

이후, 상기 미연신사를 연신 롤러를 통과시켜 다단 연신하여 섬유내 카본 블랙의 함량이 0.2 내지 0.5중량%인 섬유를 제조한다.

이때, 연신된 원사의 권취속도는 특별히 한정되지 않으나, 2,500 내지 4,500m/min가 바람직하다. 상기 권취속도가 2,500m/min 미만이면 생산성이 저하되고, 권취속도가 4,500m/min를 초과하면 권취시 절사가 발생하여 작업성이 저하된다.

상기 섬유 내 카본 블랙 입자의 함량이 0.2 내지 0.5중량%인 섬유를 제조한다.

상기 제조된 섬유 내 카본 블랙 입자의 함량이 0.2중량% 미만일 경우, 원착사의 충분한 흑도 발현이 어려우며, 0.5중량%를 초과할 경우에는 방사시 사절이 증가하여 방사조업성이 저하될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사는 상기 원착사는 강도가 8.5 내지 10.0g/d이고, 강력은 13.0 내지 15.0kgf이며, 절신은 16 내지 19%이고, 터프니스는 36 내지 42g/d이며, 적합한 수준의 고견뢰도를 만족하면서도 범용 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유에 준하는 물리 물성 및 방사조업 공정성을 발현할 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사는 시트벨트, 산업용 웨빙, 로프, 직물 등에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4

카본 블랙 5중량%를 포함하는 마스터 배치를 표 1에 기재된 점도(0.7~1.0dl/g)에 따라 마스터 배치를 고상중합하여 제조한다. 고상중합의 조건은 100℃에서 1torr 미만에서 건조하고 140℃에서 표면 결정화 시킨 후 235℃에서 일정 점도 이상이 될 때까지 유지함으로서 표1에 따른 마스터 배치의 점도 수준을 유지한다.

이후 고유점도(I.V.)가 1.05dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 상기 제조된 마스터 배치를 5.0wt% 투입하여 144홀(hole) 노즐을 이용하여 방사하였고, 적당한 연신과정을 거쳐서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사를 제조하였다.

비교예 1

마스터 배치의 점도를 기존에 사용하던 0.6dl/g인 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 원착사를 제조하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예1
마스터 배치 고유점도(dl/g)	0.7	0.8	0.9	1.0	0.6
마스터배치 함량(%)	3	3	3	3	3
데니어(d)	1503	1505	1502	1503	1506
강도(g/d)	8.7	9.0	9.3	9.7	8.3
강력(kgf)	13.1	13.5	14.0	14.6	12.5
절신(%)	18.2	18.1	18.5	17.9	18.2
터프니스(g/d)	37.1	38.3	40.0	41.0	35.4

이 때의 고강도 원착사의 방사조건은 표 2와 같다

Nozzle Size		0.631.89144
B/L (mm)	흡기	40
B/L (mm)	배기	50
Finish	Type	TN-7970
Finish	Inv' Hz	20.0
GR Sp' (m/min)	GR1	500
	GR2	515
	GR3	2103
	GR4	3100
	GR5	3050
	Drt	6.20
	R/R(%)	1.6
	TDR	9.3
	GR6-Gr5	0
GR Temp(℃)	GR1	OFF
	GR2	110
	GR3	125
	GR4	240
	GR5	140
WD Sp'	Sp'(m/min)	3040

1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃의 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터(Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V. 값을 계산하였다.

R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수

I.V. = 1/4 × [(R.V.- 1)/C] + 3/4 × (In R.V./C)

상기 식에서 C는 용액중의 시료의 농도(g/100㎖)를 나타낸다.

2) 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%RH 인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4 에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사는 비교예 1의 원착사보다 강도, 강력 및 터프니스가 우수한 것을 나타내었다.

Claims

카본 블랙 입자를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 혼합 용융하여 폴리머를 제조하는 단계; 및
상기 폴리머를 방사노즐에 의해 방사하고, 다단 연신한 후, 권취하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치는 고상중합을 통해 점도(I.V.)가 0.7 내지 1.2d/g이고,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 점도는 1.0 내지 1.2d/g인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치의 투입비율은 2 내지 5%인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 원착사는 강도가 8.5 내지 10.0g/d이고, 강력은 13.0 내지 15.0kgf이며, 절신은 16 내지 19%이고, 터프니스는 36 내지 42g/d인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 카본 블랙 입자는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 마스터 배치 전체 100중량%을 기준으로 5 내지 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원착사.