KR20180079487A

KR20180079487A - 형태안정성이 우수한 폴리에스테르용 원사

Info

Publication number: KR20180079487A
Application number: KR1020160183246A
Authority: KR
Inventors: 정일원; 김성주
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-11
Also published as: KR102241114B1

Abstract

본 발명은 고유점도가 1.0~1.2dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 있어서, 강도가 7.5g/d 이상, 비수 수축률이 2.0% 이하, 무장력 상태로 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사이다.
본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 형태안정성이 우수하고 고신도 및 저수축 특성을 가져 물에 노출되는 환경에서 사용시간이 경과할수록 조금씩 수축이 이루어져서 어망의 메쉬 크기가 작아지는 문제를 개선한 효과가 있다.

Description

형태안정성이 우수한 폴리에스테르용 원사{Yarn for polyester with excellent shape stability}

본 발명은 형태안정성이 우수한 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 대한 것이다

일반적으로 자망어업 및 통발어업 등의 어획용 분야뿐만 아니라, 연근해 가두리 양식용 섬유 구조물 및 해상용 섬유 구조체 등의 해양 목장용 섬유 제품으로 어망 등이 사용된다. 이러한 어망용 섬유로서는 폴리에스테르(polyester), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylene) 등의 합성 섬유가 사용되어 있다. 이 중에서 폴리에스테르 섬유는 비교적 비중이 크고, 치수 안정성이 우수하며 비용 대비 성능(cost performance)이 양호한 측면에서 당 분야에서 넓고 사용 되어 있다.

특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 초기 터프니스가 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 어망용으로 적절한 측면이 있다. 그러나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 나일론 섬유 등과 비교하였을 때, 반복하고 신장 변형에 의한 피로가 많고, 강력이 떨어지는 등 기본적인 결점이 있었다. 따라서 물에 노출되는 환경하에서 장시가 사용하더라도 수축율이 작고, 따라서, 다양한 어획 작업 및 해양 목장용 등의 양식업 분야에 사용되는 어망사로서 우수한 기계적 물성을 유지하는 폴리에스터 원사에 대한 기술개발이 요구되고 있다.

한국등록특허 1427832호 국제공개특허 2012-156446호 한국공개특허 2013-0079257호 국제공개특허 2012-132975호

본 발명은 물에 노출되는 환경에서 사용시간이 경과할수록 조금씩 수축이 이루어져서 어망의 메쉬 크기가 작아지는 문제를 개선하고자, 형태안정성이 우수하고 고신도 및 저수축 특성의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 제공하고자 한다.

본 발명은 고유점도가 1.0~1.2dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 있어서, 강도가 7.5g/d 이상, 비수 수축률이 2.0% 이하, 무장력 상태로 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사이다.

본 발명의 적절한 일실시예에 의하면, 절단 신도가 25% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사이다.

본 발명의 다른 적절한 일실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 총 연신비 5.5이상, 릴렉스율 6% 이상의 조건으로 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 형태안정성이 우수하고 고신도 및 저수축 특성을 가져 물에 노출되는 환경에서 사용시간이 경과할수록 조금씩 수축이 이루어져서 어망의 메쉬 크기가 작아지는 문제를 개선한 효과가 있다.

이와 같은 본 발명을 다음에서 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유를 구성하는 폴리에스테르로는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르본산 등의 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올등의 디올성분을 중축합하여 이루어지는 열가소성폴리에스테르이고, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 이들 각 성분을 조합시켜 이루어지는 공중합 폴리에스테르 등을 들 수 있으며, 특히 반복단위의 85몰% 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 되는 균질중합체 또는 공중합체이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 일반적인 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 고유점도 약 1.0 dl/g 내지 약 1.2 dl/g의 중합물을 용융시켜 방사 구금까지 이송시켜 나오는 폴리에스테르 용융물은 첫 번째 고뎃 롤러 이전에서는 냉각된 폴리에스테르 미연신사 상태이다.

상기 폴리에스테르 미연신사는 다단 롤러에서 연신되며, 이후 롤러에서 열고정 과정을 거친 후 고속 회전하는 롤러상에서 이완 공정을 거치며 최종 권취 이전에 스트레칭 공정을 거친다.

여기서, 각각의 고유 점도가 약 1.0 dl/g 내지 약 1.2 dl/g인 고상 중합 폴리에스테르 칩의 특성을 고려하여 적정 방사 온도에서 용융 방사하고, 연신비와 이완률의 변화를 달리하여 기존 산업용 폴리에스테르 원사의 저수축 특성을 유지하면서 한층 더 높은 수준의 고강도 특성을 발현하는 우수한 산업용 폴리에스테르 원사를 제조할 수 있다.

여기서 기재하는 본 발명의 한 구현예에 의하면, 방사속도를 약 2,000 m/s 내지 약 4,000 m/s, 총연신비를 약 5.5이하, 릴렉스율 6% 이상, 열고정 GR 온도를 약 250 ℃ 내지 약 300 ℃로 공정 조건을 조절함으로써 본 발명에 따른 산업용 폴리에스테르 섬유를 제조할 수 있다.

본 발명에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩의 고유점도는 약 1.0 dl/g 내지 약 1.2 dl/g가 바람직한데, 고유점도가 1.0 dl/g 미만인 경우에는 강도 발현이 어렵고 수축율이 저하되며, 고유점도가 1.2 dl/g을 초과하는 경우에는 방사라인 상에서 방사장력이 높아져 배향결정화를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 압출기의 실린더 온도는 약 300 ℃ 내지 약 315 ℃가 바람직하며, 실린더 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 중합물 점도 대비 용융 온도가 낮아 미용융물 발생에 따른 용융물 불균질 문제가 초래될 수 있으며, 또한 방사 장력 증가에 따른 미연신사 복굴절률이 증가하여 연신성이 저하되는 문제점이 발생하고, 실린더 온도가 315 ℃를 초과하는 경우에는 폴리에스테르 용융물의 열분해가 가속화되어 목표 수준의 물성 발현이 어렵게 된다. 이후, 방사 빔, 후드, 기어 펌프 온도 및 냉각 조건은 통상의 조건에 따라 실시 가능하다.

이와 같은 조건으로 준비된 미연신사를 다단 고뎃 롤러에 통과시켜 연신-열고정-이완-스트레칭-권취공정을 거치면 본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유를 제조할 수 있다.

본 발명에서 연신비는 약 5.5이하로 연신하는 것이 바람직한데, 연신비가 5.5를 초과할 경우에는 과연신이 되어서 수축률이 과도해지고 단사절이 발생하면서 원사 외관이 불량해지고 이러한 상황이 지속되면 완전 사절이 발생하게 된다.

또한, 열고정 GR 온도를 약 250 ℃ 내지 약 300 ℃로 하는 것이 바람직하지만, 온도가 250 ℃ 미만일 경우에는 원사에 전달되는 열량이 충분하지 못하여 이완효율이 떨어져 수축률 달성이 어려우며, 300 ℃를 초과할 경우에는 열분해에 의한 원사강도 저하 및 롤러상 타르 발생이 증가하여 작업성이 저하된다.

이와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유는 강도 약 7.5 g/d 이상, 비수 수축률이 2.0% 이하, 무장력 상태로 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.5% 이하인 물성을 갖게 된다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 상온에서 강도가 7.5g/d 미만이면 제조된 어망의 강력이 부족한 문제가 있고 비수 수축률이 2.0%을 초과하거나 무장력 상태로 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.5%를 초과하게 되면, 물에 노출되는 환경에서 사용 기간이 경과할수록 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사가 조금씩 수축이 이루어져서 어망의 메쉬 크기가 작아지는 문제가 발생하게 된다.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 하며, 다음의 실시예는 단지 예시하기 위한 것으로 본 발명을 이에 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

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℃ 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) 원사의 강신도 측정방법

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

3) 원사의 비수 수축률

시료를 25℃, 65% 상대습도의 표준 상태 하에서 24시간 이상 방치한 후 데니어 당 0.1gf 하중을 달아 길이(L0)를 측정하고, 무장력 상태 하에서 100℃ 끓는 물에 30분간 처리한 다음 꺼내어 25℃, 65% 상대습도의 표준 상태 하에서 24시간 이상 방치한 후 데니어 당 0.1gf 하중을 달아 길이(L)을 측정하여 아래 계산식으로 수축률을 산출하였다

비수 수축률= (L0-L )/L× 100

4) 습윤 에이징후 길이 변화율

시료를 25℃, 65% 상대습도의 표준 상태 하에서 24시간 이상 방치한 후 데니어 당 0.1gf 하중을 달아 길이(L0)를 측정하고, 무장력 상태 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간 처리한 다음 꺼내어 25℃, 65% 상대습도의 표준 상태 하에서 24시간 이상 방치한 후 데니어 당 0.1gf 하중을 달아 길이(L1)을 측정하여 아래 계산식으로 길이 변화율을 산출하였다

습윤 에이징후 길이 변화율= (L0-L1 )/L1× 100

실시예

고유점도(I.V.)가 1.05인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 사용하여, 용융 방사기를 통해 방사온도 2900℃에서 총연신비 5.4, 릴렉스율 7%의 조건에서 원사의 강도가 7.6gf/데니어, 원사의 절단 신도가 28%, 비수 수축률이 1.8%, 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.2%인 특징이 있는 1000데니어/96필라멘트 원사를 제조하였다.

비교예

고유점도(I.V.)가 0.92인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 사용하여, 용융 방사기를 통해 방사온도 2900℃에서 총연신비 5.6, 릴렉스율 5%의 조건에서 원사의 강도가 7.3gf/데니어, 원사의 절단 신도가 24%, 비수 수축률이 2.5%, 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 2.2%인 특징이 있는 1000데니어/96필라멘트 원사를 제조하였다.

형태안정성 평가

상기 실시예 및 비교예의 원사를 사용하여 동일한 조직으로 30m길이의 어망을 직조한 각각 1세트씩 어민A, 어민B, 어민C에게 제공하여 사용하게 한후 1년후 수거하여 길이 변화를 살펴본 결과는 표 1과 같으며, 실시예 1의 원사를 사용한 경우가 수축이 적어서 어망의 형태안정성이 더 양호하였다.

	어민 A	어민 B	어민 C
실시예 1 원사로 제직한 어망을 1년 사용후 길이 변화	1.0% 수축	0.7% 수축	1.3% 수축
비교예 1 원사로 제직한 어망을 1년 사용후 길이 변화	5.5% 수축	4.8% 수축	5.1% 수축

Claims

고유점도가 1.0~1.2dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 있어서, 강도가 7.5g/d 이상, 비수 수축률이 2.0% 이하, 무장력 상태로 70℃, 95% 상대습도 조건에서 3000시간의 습윤에이징 이후 길이 변화율이 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 절단 신도가 25% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 총 연신비 5.5이상, 릴렉스율 6% 이상의 조건으로 제조된 것을 특징으로 하는 어망용 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.