KR20200009305A - 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 신축성이 더욱 향상되었을 뿐만 아니라 우수한 염색성을 가지는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법{Polyester complexfiber with highly elasticity and method for manufacturing thereof}
본 발명은 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 신축성이 더욱 향상되었을 뿐만 아니라 우수한 염색성을 가지는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
의류, 산업 전분야에 있어서 신축 또는 탄성 특성은 매우 중요하고 필수 불가결한 요소이다. 기존에는 스판덱스(폴리우레탄 우레아섬유)를 탄성 섬유로 주로 사용했으며 스판덱스가 지닌 높은 탄성 특성으로 인하여 다양한 용도로 활용될 수 있었다. 특히 의류 분야에 등에서는 폴리아미드류, 폴리에스테르류 또는 면 섬유등의 다양한 소재와 조합되어 사용되어 왔다.
하지만 스판덱스의 우수한 탄성특성과 달리 사용함에 있어 여러가지 제약사항 존재하고 있다. 특히 정경 및 제직 공정에서 장력 불균일이 심해서 제직 후 염색시 이염현상과 원단 줄 발생 현상이 일어나거나, 제품의 설계에 따라 컬(Curl)이 발생하고 스판덱스가 직물로부터 분리되어 신축성이 저하되는 문제점이 발생하며 사용 중에 있어 황변 현상도 발생하는 문제점 있다.
이와 관련하여 대한민국 등록특허 10-1272615에서는 폴리에스터계 탄성체 모노필라멘트와 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트 모노필라멘트들을 융용방사시 한 구금 내에서 혼재 되도록 하여 고신축성 혼섬사를 제조하였으나, 폴리에스터계 탄성체 모노필라멘트는 분산염료를 이용하여 염색시 염색견뢰도가 심히 불량할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록 특허 10-1453649에서는 재단 및 봉재 공정에서 제품에 컬이 발생되거나 변부에 풀린 곳에서 스판덱스가 분리되어 신축성이 저하되는 문제를 해결하고자 폴리우레탄 우레아 폴리머에 저융점 열가소성 엘라스토머를 혼합한 스판덱스 제품을 제조하였음 상기 특허와 같이 사용시 저융점 열가소성 엘라스토머가 열융착되어 컬 발생 및 변부 말림등을 방지할 수는 있지만, 스판덱스 제품의 고유의 이염현상, 황변현상 등은 크게 개선할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특정 단량체를 공중합하여 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머와 특정 단량체를 공중합하여 제조된 폴리에스테르 화합물을 복합방사하여 스판덱스와 같은 이염과 변부 말림 현상이 없고, 우수한 염색성을 가짐과 동시에 우수한 신축성을 가지는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유는 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 제조되는 폴리에스테르 복합섬유로서, 상기 제1성분은 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함하고, 상기 제2성분은 산 성분 및 글리콜 성분을 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함하며, 상기 산 성분은 테레프탈산 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 포함하고, 상기 글리콜 성분은 에틸렌글리콜 단량체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이며, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000를 만족하는 유리수이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 이소프탈산 단량체 5 ~ 25 몰%, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체 3 ~ 15몰%, 상기 에틸렌글리콜 단량체 5 ~ 20 몰% 및 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제2성분의 산 성분은 산 성분 전체 몰%에 대하여, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체 1 ~ 5몰% 및 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1성분 및 제2성분의 중량비는 1 : 0.8 ~ 1.2일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1성분은 용융온도(Tm)가 130 ~ 220℃, 용융지수(M.I)가 7 ~ 21, 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 20 ~ 50일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제2성분은 용융온도(Tm)가 200 ~ 250℃, 고유점도(I.V)가 0.45 ~ 0.68 dl/g일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 복합섬유의 단면 형상은 땅콩형 사이드-바이-사이드 또는 원형의 사이드-바이-사이드일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 복합섬유는 20 ~ 180 데니어의 섬도, 12 ~ 96의 필라멘트수를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 복합섬유는 하기 방정식 1에 의해 측정된 신축성(%)이 5 ~ 25%일 수 있다.
[방정식 1]
Figure pat00003
상기 방정식 1에 있어서, 상기 신축성은 복합섬유에 20.5g의 하중을 적용하고, 10분간 방치하여 초기 길이를 측정하고, 20.5g의 하중을 적용한 상태에서 82℃의 온수에 10분간 침지하고 3 ~ 5분간 건조 후에 나중 길이를 측정한다.
한편, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법은 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함하는 제1성분을 용융시키는 제1단계, 테레프탈산 단량체, 하기 화학식 2로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함하는 제2성분을 용융시키는 제2단계 및 상기 용융된 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 제3단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이며, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000를 만족하는 유리수이고,
[화학식 2]
Figure pat00005
상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 복합방사는 230 ~ 300℃의 온도 및 3000 ~ 5000 mpm의 방속 하에서 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제3단계에서 복합방사하여 제조된 폴레에스테르 복합섬유를 40 ~ 110℃의 연신온도, 80 ~ 140℃의 열처리 온도 및 1.5 ~ 4.0의 연신비로 연신공정을 수행할 수 있다
나아가, 본 발명의 혼섬가공사는 앞서 언급한 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함한다.
또한, 본 발명의 원단은 앞서 언급한 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함한다.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.
본 발명에서, 사용되는 용어인 ‘섬유’는 '사(絲, Yarn)' 또는 '실'을 의미하며, 통상적인 다양한 종류의 사 및 섬유를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 ‘복합섬유’는 복합방사하여 제조된 원사 그 자체, 또는 이를 연신 및/또는 부분연신 거친 섬유를 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명에서 사용한 “열처리 온도”는 연신공정에서 통상적으로 사용되는 고뎃롤러의 표면온도를 의미한다.
본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유는 염색성과 신축성이 우수할 뿐만 아니라, 제편 제직 후 별도의 코팅 공정 없이 고무와 같은 촉감을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법은 스판덱스 제조방법과 달리 용매를 사용하지 않고 용융방사법으로 제조가 가능하여 제품 단가가 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 땅콩형 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 땅콩형 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 SEM 사진이다.
도 3는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 SEM 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유는 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 제조된다.
먼저, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제1성분은 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00006
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000, 바람직하게는 800 ~ 3,000를 만족하는 유리수이다.
구체적으로, 본 발명의 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 이소프탈산 단량체 5 ~ 25 몰%, 바람직하게는 20 ~ 24 몰%를 포함할 수 있으며, 만일, 이소프탈산 단량체가 5 몰% 미만으로 포함한다면 열융착성의 문제가 있을 수 있고, 25 몰%를 초과하여 포함한다면 방사 작업성의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체 3 ~ 15 몰%, 바람직하게는 5 ~ 9 몰%를 포함할 수 있으며, 만일, 화학식 1로 표시되는 단량체가 3 몰% 미만으로 포함한다면 탄성 특성의 문제가 있을 수 있고, 15 몰%를 초과하여 포함한다면 방사 작업성의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 상기 에틸렌글리콜 단량체 5 ~ 20 몰%, 바람직하게는 10 ~ 14 몰%를 포함할 수 있으며, 만일, 에틸렌글리콜 단량체가 5 몰% 미만으로 포함한다면 방사시 고화 및 연신 공정에서 결정화도가 부족하여 연신 작업성 저하의 문제가 있을 수 있고, 20 몰%를 초과하여 포함한다면 엘라스토머의 특성을 잃어 탄성 특정이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 이소프탈산 단량체, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체의 몰%를 제외한 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1성분은 용융온도(Tm)가 130 ~ 220℃, 바람직하게는 140 ~ 180℃일 수 있으며, 만일 용융온도가 130℃ 미만이면 방사시 고화의 문제가 있을 수 있고, 220℃를 초과하면 열융착 기능 저하의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1성분은 용융지수(M.I)가 7 ~ 21, 바람직하게는 9 ~ 13일 수 있으며, 만일 용융지수가 7 미만이면 폴리머의 용융흐름성이 느려 구금상의 곡사 발생의 문제가 있을 수 있고, 21를 초과하면 반대로 폴리머 융용흐림이 너무 빨라 마찬가지로 구금에서 곡사 발생의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1성분은 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 20 ~ 50, 바람직하게는 25 ~ 35일 수 있으며, 만일 경도가 20 미만이면 본 발명의 복합 섬유의 제조 후 너무 고무 감촉이 강한 문제가 있을 수 있고, 50을 초과하면 본 발명의 복합 섬유의 촉감이 딱딱해지는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제2성분은 산 성분 및 글리콜 성분을 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함할 수 있다.
이 때, 산 성분은 테레프탈산 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 포함할 수 있고, 글리콜 성분은 에틸렌글리콜 단량체를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00007
상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이고, 바람직하게는 Na이다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 2-1로 표시되는 단량체일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00008
상기 화학식 2-1에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이고, 바람직하게는 Na이다.
구체적으로, 본 발명의 제2성분은 산 성분 및 글리콜 성분이 1 : 0.9 ~ 1.5 중합비, 바람직하게는 1 : 1.0 ~ 1.4 중합비, 더욱 바람직하게는 1 : 1.1 ~ 1.3 중합비로 공중합할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2성분의 산 성분은 산 성분 전체 몰%에 대하여, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체 1 ~ 5 몰%, 바람직하게는 1.4 ~ 2.2 몰%를 포함할 수 있으며, 만일, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체가 1 몰% 미만으로 포함한다면 염착좌석수 부족으로 염색이 원활하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 5 몰%를 초과하여 포함한다면 탄성섬유 제조시 사절발생 등의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제2성분의 산 성분은 상기 화학식 2로 표시되는 단량체의 몰%를 제외한 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2성분은 용융온도(Tm)가 200 ~ 250℃, 바람직하게는 2100 ~ 230℃일 수 있으며, 만일 용융온도가 200℃ 미만이면 방사시 고화의 문제가 있을 수 있고, 230℃를 초과하면 폴리머 용융 공정 상의 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제2성분은 고유점도(I.V)가 0.45 ~ 0.68 dl/g, 바람직하게는 0.5 ~ 0.60 dl/g 일 수 있으며, 만일 고유점도가 0.45 dl/g 미만이면 본 발명의 복합 섬유의 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 0.68 dl/g를 초과하면 본 발명의 복합 섬유의 신축성 및 방사성의 문제가 있을 수 있다.
나아가, 본 발명의 제1성분 및 제2성분의 중량비는 1 : 0.8 ~ 1.2, 바람직하게는 1 : 0.9 ~ 1.1일 수 있다.
한편, 본 발명의 복합섬유의 단면 형상은 땅콩형 사이드-바이-사이드(side-by-side) 또는 원형의 사이드-바이-사이드일 수 있다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 땅콩형의 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 땅콩형의 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 SEM 사진으로서, 도 1 및 도 2를 참고하면, 단면 형상이 땅콩형이고, 제1성분(101)과 제2성분(102)이 복합섬유 내 포함되어 있는 형상을 확인할 수 있다. 또한, 도 3는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 원형의 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 모식도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 원형의 단면 형상을 갖는 사이드-바이-사이드 복합섬유의 SEM 사진으로서, 도 3 및 도 4를 참고하면, 단면 형상이 원형이고, 제1성분(112)과 제2성분(113)이 복합섬유 내 포함되어 있는 형상을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명의 복합섬유는 20 ~ 180 데니어의 섬도, 바람직하게는 130 ~ 170 데니어의 섬도, 12 ~ 96의 필라멘트수, 바람직하게는 36 ~ 60의 필라멘트수를 가질 수 있으며, 이에 특별히 한정하지는 않으며, 목적에 따라 이를 변경할 수 있다.
한편, 본 발명의 복합섬유는 비수 수축율(Boiling water shringkage) 7 ~ 30%, 바람직하게는 12 ~ 18%를 만족할 수 있다. 이와 같이, 비수 수출율의 범위를 만족함으로서, 신축성과 터치감(Touch)의 장점이 있다. 만일 비수 수축율이 7% 미만인 경우 신축특성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 30%를 초과하는 경우 딱딱해져서 터치감이 나빠지는 문제가 있을 수 있다.
나아가, 본 발명의 복합섬유는 하기 방정식 1에 의해 측정된 신축성(%)이 5 ~ 25%, 바람직하게는 10 ~ 20%일 수 있다. 만일, 신축성이 5% 미만이면 신축 회복성의 문제가 있을 수 있고, 25%를 초과하면 공정 작업성의 문제가 있을 수 있다.
[방정식 1]
Figure pat00009
상기 방정식 1에 있어서, 상기 신축성은 복합섬유에 20.5g의 하중을 적용하고, 10분간 방치하여 초기 길이를 측정하고, 20.5g의 하중을 적용한 상태에서 82℃의 온수에 10분간 침지하고 3 ~ 5분간 건조 후에 나중 길이를 측정한다.
한편, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법은 제1단계 내지 제3단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법의 제1단계는 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함하는 제1성분을 용융시킬 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00010
상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000, 바람직하게는 800 ~ 2,000를 만족하는 유리수이다.
다음으로, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법의 제2단계는 테레프탈산 단량체, 하기 화학식 2로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함하는 제2성분을 용융시킬 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00011
상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이고, 바람직하게는 Na이다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체는 바람직하게는 하기 화학식 2-1로 표시되는 단량체일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00012
상기 화학식 2-1에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이고, 바람직하게는 Na이다.
마지막으로, 본 발명의 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법의 제3단계는 제1단계 및 제2단계에서 용융된 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조할 수 있다.
이 때, 제3단계의 복합방사는 230 ~ 300℃의 온도, 바람직하게는 250 ~ 300℃의 온도 하에서 수행할 수 있으며, 만일 온도가 230℃ 미만이면 폴리머 흐름성에 문제가 있을 수 있고, 300℃를 초과하면 열분해에 의한 분자량 감소로 물성저하의 문제가 있을 수 있다.
또한, 제3단계의 복합방사는 3000 ~ 5000 mpm의 방속, 바람직하게는 3500 ~ 4500 mpm의 방속 하에서 수행할 수 있으며, 만일 방속이 3000 mpm 미만이면 두 폴리머간의 배향차이가 크지 않아 신축성의 문제가 있을 수 있고, 5000 mpm를 초과하면 고화시 받는 응력이 커서 방사시 사절의 의 문제가 있을 수 있다.
한편, 제3단계의 복합방사는 다양한 형태의 구금을 통해서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 땅콩형 단면형태의 사이드-바이-사이드 구금 또는 원형 단면형태의 사이드-바이-사이드 구금을 통해 단면 형상이 단면 형상은 땅콩형 사이드-바이-사이드 또는 원형의 사이드-바이-사이드인 복합섬유가 제조될 수 있다.
나아가, 제3단계에서 복합방사하여 제조된 폴레에스테르 복합섬유를 40 ~ 110℃의 연신온도, 바람직하게는 50 ~ 100℃의 연신온도, 80 ~ 140℃의 열처리 온도, 바람직하게는 110 ~ 130℃의 열처리 온도 및 1.5 ~ 4.0의 연신비, 바람직하게는 2.2 ~ 3.0의 연신비로 연신공정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 앞서 언급한 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함하는 혼섬가공사를 포함한다.
상기 혼섬가공사는 본 발명에 따른 복합섬유 이외의 이종의 섬유를 포함할 수 있으며, 구체적인 비제한적 예로써, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 6.10 및 아라미드(Aramid)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 폴리아미드계 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 개질된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 어느 하나 이상 수지를 포함 폴리에스테르계 등의 섬유일 수 있다. 상기 개질된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 구체적으로 PET에서 특정 단량체가 첨가됨에 따라 개질될 수 있으며, 이때의 각 단량체의 공중합비는 본 발명에는 특별히 한정하지 않는다. 상기 특정한 단량체로는 산성분으로써, 방향족 다가 카르복실산, 지방족 다가 카르복실산 및 헤테로 고리를 포함하는 다가 카르복실산을 포함할 수 있으며, 기타 설폰산 금속염을 더 포함할 수 있다
더 구체적으로 상기 방향족 다가 카르복실산의 비제한적인 예로써, 테레프탈산 이외의 디메틸테레프탈산, 이소프탈산 및 디메틸이소프탈산 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 지방족 다가 카르복실산의 비제한적 예로써, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베린산, 시트르산, 피메르산, 아젤라인산, 세바스산, 노나노산, 데카노인산, 도데카노인산 및 헥사노데카노인산 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 헤테로고리를 포함하는 다가 카르복실산의 비제한적 예로써는 2,5-퓨란디카르복실산, 2,5-사이오펜디카르복신산 및 2,5-피롤디카르복실산 등을 사용할 수 있다.
상기 설폰산 금속염의 비제한적인 예로써, 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트, 리튬 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트, 5-술포이소프탈릭액시드 모노소디움염 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 디올성분으로써 탄소수 2 내지 14인 지방족 디올을 포함할 수 있으며, 상기 지방족 디올의 비제한적인 예로써, 에틸렌글리콜을 제외한 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올 및 1,6-헥산디올, 프로필렌글리콜, 트리메틸글리콜, 테트라메킬렌글리콜, 펜타메틸글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헵타메틸렌클리콜, 옥타메틸렌글리콜, 노나메틸렌글리콜, 데카메틸렌글리콜, 운데카메틸렌글리콜, 도데카메틸렌글리콜 및 트리데카메틸렌글리콜으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 지방족 디올 이외에 폴리알킬렌글리콜을 더 포함할 수도 있으며, 상기 폴리알킬렌글리콜의 분자량은 1,000~ 10,000일 수 있다.
상기 이종의 원사가 폴리에스테르계 섬유일 경우 이후 제직된 원단이 보다 향상된 광택, 파우더한 터치감을 가지기 위해 폴리에스테르 섬유내 이산화티탄을 포함할 수 있다. 바람직하게는 이산화티탄이 섬유내 1.0 ~ 2.5 중량% 포함할 수 있다. 만일 이산화티탄이 1.0 중량% 미만으로 포함될 경우 촉감이 현저히 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 2.5 중량%를 초과하여 포함될 경우 원단에서 줄이 발생되는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 난연성, 항균성 등의 기능성을 부여할 수 있는 물질을 더 포함할 수 있는데, 바람직하게는 인계 난연제, 무기 항균제 등의 단독 또는 혼합 형태를 0.4 내지 10중량% 포함할 수 있다. 0.4중량% 미만으로 포함될 경우 난연성 또는 항균성의 기능 발현이 미흡한 문제가 있으며, 10 중량%를 초과하여 포함될 경우 원가가 상승하게 되어 경쟁력을 잃게 될 수 있다.
상기 혼섬가공사는 상기 이종의 섬유 중 어느 하나를 심사로 하고 다른 하나를 초사로 하여 혼섬하거나 심사 및 초사의 구분없이 이종의 섬유를 혼섬할 수도 있다.
또한, 본 발명은 앞서 언급한 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함하는 원단을 제공한다. 본 발명에서 사용한 용어인 상기 원단은 직물 또는 편물을 모두 포함하는 의미이다. 먼저, 상기 원단은 본 발명에 따른 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 경사 및 위사 중 어느 하나 이상으로 사용하여 제직(weaving)된 직물일 수 있다.
상기 제직은 평직, 능직, 수자직 및 이중직으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 평직, 능직 및 수자직을 삼원조직이라 할 때 삼원조직 각각의 구체적인 제직방법은 통상적인 제직방법에 의하며, 삼원조직을 기본으로 하여 그 조직을 변형시키거나 몇 가지 조직을 배합하여 변화있는 직물일 수 있고, 예를들어 변화평직으로 두둑직, 바스켓직 등이 있고, 변화능직으로 신능직, 파능직, 비능직, 산형능직 등이 있으며, 변화수자직으로 변칙수자직, 중수자직, 확수자직, 화강수자직 등이 있다.
상기 이중직은 경사 또는 위사의 어느 한쪽이 2중으로 되어있거나 양쪽이 모두 2중으로 된 직물의 제직방법으로 구체적인 방법은 통상적인 이중직의 제직방법일 수 있다.
다만, 상기 직물조직의 기재에 한정되지 않으며, 제직에서의 경위사 밀도의 경우 특별하게 한정하지 않는다.
또한, 상기 원단은 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 원사로 포함하여 편성(knitting)된 편물일 수 있다. 상기 편성은 위편성 또는 경편성의 방법에 의할 수 있으며, 상기 위편성과 경편성의 구체적인 방법은 통상적인 위편성 또는 경편성의 편성방법에 의할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 : 폴리에스테르 복합섬유의 제조
(1) 제1성분으로 제1성분 전체 몰%에 대하여, 테레프탈산 단량체 59 몰%, 이소프탈산 단량체 22 몰%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 단량체 7 몰% 및 에틸렌글리콜 단량체 12 몰%를 공중합시켜, 용융온도가 160℃, 용융지수(M.I)가 11, 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 30인 폴리에스테르계 엘라스토머를 제조하였다.
(2) 제2성분으로 테레프탈산 단량체, 하기 화학식 2-2로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 용융온도가 220℃, 고유 점도(I.V)가 0.50 dl/g인 폴리에스테르 화합물을 제조하였다. 이 때, 산 성분과 에틸렌글리콜 단량체는 1 : 1.2 중합비로 공중합하며, 산성분은 산성분 전체 몰%에 대하여, 테레프탈산 단량체 98.2 몰% 및 하기 화학식 2-2로 표시되는 단량체 1.8 몰%를 사용하였다.
(3) 제1성분 및 제2성분을 용융시키고, 땅콩형 단면형태의 사이드-바이-사이드 구금을 이용하여 복합방사를 수행하여, 단면 형상이 땅콩형 사이드-바이-사이드인 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 복합방사는 제1성분과 제2성분을 1 : 1 중량비로, 275℃의 온도 및 4000 mpm의 방속 하에서 복합방사를 수행하였다.
(4) 제조된 폴리에스테르 복합섬유의 연신공정을 수행하였다. 연신공정은 75 ℃의 연신온도, 2.65의 연신비 및 120℃의 열처리 온도로 수행하였으며, 권취하여 150 데니어의 섬도, 48의 필라멘트수 가지는 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.
[화학식 1-1]
Figure pat00013
상기 화학식 1-1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2CH2-이고, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 1,000를 만족하는 유리수이다.
[화학식 2-2]
Figure pat00014
상기 화학식 2-2에 있어서, M은 Na이다.
실시예 2 : 폴리에스테르 복합섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2성분의 산성분으로 산성분 전체 몰%에 대하여, 테레프탈산 단량체 98.2 몰% 및 상기 화학식 2-2로 표시되는 단량체 1.8 몰%를 공중합시켜 용융온도가 220℃, 고유 점도가 0.65 dl/g인 폴리에스테르 화합물을 제조하였다.
실시예 3 : 폴리에스테르 복합섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제1성분으로 제1성분 전체 몰%에 대하여, 테레프탈산 단량체 88 몰% 및 상기 화학식 1-1로 표시되는 단량체 12 몰%를 공중합시켜, 용융온도가 195℃, 용융지수(M.I)가 8, 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 40인 폴리에스테르계 엘라스토머를 제조하였다.
또한, 실시예 1과 달리 연신공정은 80 ℃의 연신온도로 수행하였다.
비교예 1 : 폴리에스테르 복합섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제2성분으로 상기 화학식 2-2로 표시되는 단량체를 사용하지 않고, 테레프탈산 단량체와 에틸렌글리콜을 1 : 1.2 중합비로 공중합시켜, 용융온도가 250℃, 고유 점도가 0.50 dl/g인 폴리에스테르 화합물을 제조하였다.
또한, 실시예 1과 달리 연신공정은 80 ℃의 연신온도로 수행하였다.
비교예 2 : 폴리에스테르 복합섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리 제1성분으로 제1성분 전체 몰%에 대하여, 테레프탈산 단량체 88 몰% 및 상기 화학식 1-1로 표시되는 단량체 12 몰%를 공중합시켜, 용융온도가 195℃, 용융지수(M.I)가 8, 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 40인 폴리에스테르계 엘라스토머를 제조하였고,
실시예 1과 달리 제2성분으로 상기 화학식 2-2로 표시되는 단량체를 사용하지 않고, 테레프탈산 단량체와 에틸렌글리콜을 1 : 1.2 중합비로 공중합시켜, 용융온도가 250℃, 고유 점도가 0.50 dl/g인 폴리에스테르 화합물을 제조하였다.
또한, 실시예 1과 달리 연신공정은 80 ℃의 연신온도로 수행하였다.
실험예 1 : 폴리에스테르 복합섬유의 물성 측정
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 폴리에스테르 복합섬유 각각을 하기 기재된 실험을 실시하고, 이를 통해 측정된 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
1. 방사조업성의 측정
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에서 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는데 있어서, 사절없이 제조된 제조량을 100%로 하였을 때, 사절없이 90% 이상 제조될 때를 양호, 90% 미만으로 제조될 때를 불량으로 하여 방사조업성을 측정하였다.
2. 강도 및 신도의 측정
자동 인장 시험기(Textechno 사)을 사용하여 200 cm/min 의 속도, 50 cm 의 파지 거리를 적용하여 측정하였다. 강도 및 신도는 복합섬유에 일정한 힘을 주어 절단될 때까지 연신시켰을 때 걸린 하중을 데니어로 나눈 값(g/de)을 강도, 늘어난 길이에 대한 처음 길이를 백분율로 나타낸 값(%)을 신도로 정의하였다.
3. 신축성 측정
하기 방정식 1에 의해 신축성을 계산 및 측정하였다.
[방정식 1]
Figure pat00015
상기 방정식 1에 있어서, 상기 신축성은 복합섬유에 20.5g의 하중을 적용하고, 10분간 방치하여 초기 길이를 측정하고, 20.5g의 하중을 적용한 상태에서 82℃의 온수에 10분간 침지하고 4분간 건조 후에 나중 길이를 측정한다.
4. 비수 수축율(Boiling water shringkage) 측정
비수 수축율은 섬도(데니어)*2g의 하중을 걸어 복합섬유의 길이를 측정하고, 이후 100℃ 온도의 비등수에 복합섬유를 30분간 처리하여 건조 후의 복합섬유의 길이를 측정하여 하기 방정식 2에 의해 비수수출율을 계산 및 측정하였다.
[방정식 2]
Figure pat00016
5. 염색성 측정(표면 염착 농도 측정)
복합섬유를 편하여 원단을 제조하고, 상기 직물을 130℃의 온도에서 Kuralon Navy Blue로 염색하였다. 염색된 원단의 색강도는 스펙트로포토미터(Spectrophotometer)를 이용하여 표면 반사율 측정함으로써 판정하였다. 상기 표면 반사율로부터 하기의 Kubelka-Munk 식에 따라서 K/S값을 측정하였다. 이 때 K/S 값은 원단의 앞뒷면을 2회씩 총 4회 측정하여 평균값으로 계산하였다. α값이 클수록 심색성 양호함을 의미한다.
[Kubelka-Munk 식]
α = K / S = (1-R)2/2R
(K : 흡수 계수, S : 산란 계수, R : 반사계수(0＜R≤1))
양호한 염색성이 발현될 때는 O, 염색성이 발현되지 않을 때는 X로 표시하여 염색성을 측정하였다.
Figure pat00017
표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시에 1에서 제조된 복합섬유는 양이온염료(Cationic-Dye)로 염색시 양호한 염색성을 가지고, 우수한 신축성, 고무와 같은 터치감을 만족할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 2 ~ 3에서 제조된 복합섬유도 양이온염료로 염색 가능하고 고무와 같은 터치감을 만족할 수 있으나, 실시예 2에 제조된 복합섬유는 제2성분의 고유점도가(I.V)가 높아 실시예 1에서 제조된 복합섬유에 비하여 신축성이 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 3에서 제조된 복합섬유의 경우 방사조업성이 저하되는 문제가 나타남을 알 수 있었다.
또한, 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합섬유는 염색이 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다

Claims (14)

  1. 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 제조되는 폴리에스테르 복합섬유에 있어서,
    상기 제1성분은 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함하고,
    상기 제2성분은 산 성분 및 글리콜 성분을 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함하며,
    상기 산 성분은 테레프탈산 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 단량체를 포함하고, 상기 글리콜 성분은 에틸렌글리콜 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
    [화학식 1]
    Figure pat00018

    상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이며, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000를 만족하는 유리수이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00019

    상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분은 제1성분 전체 몰%에 대하여, 이소프탈산 단량체 5 ~ 25 몰%, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체 3 ~ 15몰%, 상기 에틸렌글리콜 단량체 5 ~ 20 몰% 및 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2성분의 산 성분은 산 성분 전체 몰%에 대하여, 상기 화학식 2로 표시되는 단량체 1 ~ 5몰% 및 잔량의 테레프탈산 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분 및 제2성분의 중량비는 1 : 0.8 ~ 1.2인 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1성분은 용융온도(Tm)가 130 ~ 220℃, 용융지수(M.I)가 7 ~ 21, 쇼어경도계 Shore D로 측정한 경도가 20 ~ 50인 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2성분은 용융온도(Tm)가 200 ~ 250℃, 고유점도(I.V)가 0.45 ~ 0.68 dl/g인 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복합섬유의 단면 형상은 땅콩형 사이드-바이-사이드 또는 원형의 사이드-바이-사이드인 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합섬유는 20 ~ 180 데니어의 섬도, 12 ~ 96의 필라멘트수를 가지는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합섬유는 하기 방정식 1에 의해 측정된 신축성(%)이 5 ~ 25%인 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
    [방정식 1]
    Figure pat00020

    상기 방정식 1에 있어서, 상기 신축성은 복합섬유에 20.5g의 하중을 적용하고, 10분간 방치하여 초기 길이를 측정하고, 20.5g의 하중을 적용한 상태에서 82℃의 온수에 10분간 침지하고 3 ~ 5분간 건조 후에 나중 길이를 측정한다.
  10. 테레프탈산 단량체, 이소프탈산 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함하는 제1성분을 용융시키는 제1단계;
    테레프탈산 단량체, 하기 화학식 2로 표시되는 단량체 및 에틸렌글리콜 단량체를 공중합시켜 제조된 폴리에스테르 화합물을 포함하는 제2성분을 용융시키는 제2단계; 및
    상기 용융된 제1성분 및 제2성분을 복합방사하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에 있어서, A는 -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-이며, n은 단량체의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 5,000를 만족하는 유리수이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00022

    상기 화학식 2에 있어서, M은 Li, Na, K, Rb 또는 Cs이다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복합방사는 230 ~ 300℃의 온도 및 3000 ~ 5000 mpm의 방속 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3단계에서 복합방사하여 제조된 폴레에스테르 복합섬유를 40 ~ 110℃의 연신온도, 80 ~ 140℃의 열처리 온도 및 1.5 ~ 4.0의 연신비로 연신공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함하는 혼섬가공사.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 신축성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 포함하는 원단.
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