KR20210064917A - 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 제조한 복합섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 제조한 복합섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유의 물성 저하를 일으키지 않으면서 우수한 심색성을 가지고 방사 조업성이 좋은 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 그 조성물을 통하여 제조한 심색성이 우수한 복합섬유, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 제조한 복합섬유 및 그 제조방법{POLYESTER COMPOSITION FOR MANUFACTURING COMPOSITE FIBER WITH DEEP COLORATION, COMPOSITE FIBER MANUFACTURED INCLUDING THE SAME COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME FIBER}

본 발명은 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 제조한 복합섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유의 물성 저하를 일으키지 않으면서 우수한 심색성을 가지고 방사 조업성이 좋은 복합섬유용 폴리에스테르 조성물, 그 조성물을 통하여 제조한 심색성이 우수한 복합섬유, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유는 결정성이 높고, 섬유구조가 치밀하여 섬유의 굴절율이 크며, 섬유표면이 평활하여 광의 표면반사가 크다. 게다가 염색시 사용되는 분산염료의 분자흡광계수가 낮아 고발색이 어려운 소재로 알려져 있다.

이러한 폴리에스테르 직물에 심색성을 부여하기 위하여, 섬유 또는 포(布)의 표면을 조면화(粗面化)하여 표면반사율을 낮춰 심색화하는 방법과 제사, 사가공, 후가공의 각 단계에서 심색화하는 방법 등 다양한 방법이 연구되어 왔다.

폴리에스테르를 방사하여 섬유를 만들고 이 폴리에스테르 섬유 또는 직물을 감량시 폴리에스테르 섬유와 미립자의 알칼리에 대한 용해속도차에 의해 섬유표면에 미세요철을 형성시키는 방법(일본 공개 특허 2003-227073), 이와 같은 방법으로 가공된 직물은 형성된 요철구조에 의해 표면 반사광이 감소하고 내부반사광이 증가하여 심색효과를 나타낸다.

그러나 기존의 알칼리 감량의 경우 고농도의 알칼리 용액에 고온으로 직물을 처리하여 왔는데, 이와 같은 가혹한 조건에서 알칼리 감량을 하게 되면 사의 강도저하 등의 문제가 발생하고, 균일한 표면미세요철 형성이 어렵게 되는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 수용출이 가능한 폴리에스테르 또한 개발되어 있다. 예를 들어, 비수용출성 성분과 수용출 성분의 폴리머를 복합방사한 후 수용출 성분을 제거함으로써 경량 섬유 또는 레이스 직물 제조에 사용되거나, 비수용출성 성분과 수용출성 성분을 해도 형태 또는 분할형태의 구금으로 복합방사 후 수용출 성분을 제거함으로써 극세 섬유를 제조함으로써 특이한 감촉이나 기능을 부여하는 기술이 섬유 분야에서 적용되고 있다.

또한, 종래에는 수용출성 폴리머를 심성분으로 하고, 비용출성 폴리머를 초성분으로 하여 복합방사한 이후 수용출성 폴리머를 열수감량하여 중공사를 제조하는 기술이 개시되었다.

그러나, 수용출성 폴리머와 비용출성 폴리머를 블랜딩하고 이를 복합방사하는 경우는 상술한 중공사와는 방사 조건 등이 상이하여 심색성, 높은 강도 및 방사 조업성 등의 물성을 동시에 달성하기는 어렵다는 문제가 있었다.

이와 같이 수용출성 폴리머와 비용출성 폴리머를 블랜딩하고 및 방사하여 복합섬유를 제조하는 과정은 일반적인 복합섬유의 경우와는 다른 공정 조건이 절실하므로, 수용출성 폴리머를 비용출성 폴리머와 블랜딩한 조성물을 포함하여 제조된 복합섬유에 관한 기술의 개발이 시급한 실정이다.

일본 공개특허공보 2003-227073호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 첫번째 해결하려는 과제는 섬유의 물성 저하를 방지함과 동시에 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 두번째 해결하려는 과제는 강도가 우수하고 동시에 좋은 방사 조업성을 갖는 심색성이 우수한 복합섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 세번째 해결하려는 과제는 섬유의 물성을 저하시키지 않으면서도 방사 조업성이 좋은 복합섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 첫번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 전체 조성물 내 수용출성 설포폴리에스테르 25 내지 75 중량% 및 비용출성 폴리머가 블랜딩되어 포함되며, 바람직하게는 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 전체 조성물 내 40 내지 60 중량%의 비율로 포함될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 카르복실산과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 산 성분과 분쇄형 글리콜 및 직쇄형 글리콜을 포함하는 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 제조된 에스테르 화합물; 및 폴리에틸렌글리콜;이 중, 축합된 것일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, 상기 A 및 B는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 수용출성 폴리에스테르는 상기 산 성분 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 5 내지 20 몰%로 포함하고, 상기 디올 성분 중 상기 분쇄형 글리콜을 10 내지 40 몰%로 포함하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 중량평균분자량이 1,000 내지 6,000일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 분쇄형 글리콜은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, 상기 D 및 E는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이고, R₁은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌기, 탄소수 5 내지 6의 사이클로알킬기 또는 페닐기이다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 직쇄형 글리콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4부탄디올 및 1,6-헥산디올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 상기 폴리에틸렌글리콜이 상기 에스테르 화합물 100 중량%에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되어 중, 축합된 것일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 비용출성 폴리머는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지 및 폴리우레탄계 수지 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

상술한 두번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유는 상기한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하여 복합방사 후 수용출하여 제조된 복합섬유이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유는 초부에 상술한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하고 심부에 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머를 포함하여 복합방사한 심초형 섬유일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초부와 심부의 단면적의 비는 25:75 내지 45:55일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유는 3.0 내지 4.0gf/de의 원사강도를 지니며, 표면염착농도(K/S)는 10 내지 20의 수준을 지닐 수 있다.

상술한 세번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유 제조방법은 (1) 상술한 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하여 복합방사하는 단계; 및 (2) 상기 방사된 조성물을 열수에서 수용출시켜 표면에 요철을 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 방사 속도는 3,000 내지 4,500MPM일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계는 90℃ 이상의 열수에서 수용출하는 것일 수 있다.

본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 섬유의 물성 저하를 방지함과 좋은 방사 조업성을 구현하며, 열수에서 우수한 수용출 특성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 복합섬유는 강도가 우수하며 동시에 우수한 심색성을 발현할 수 있다. 본 발명의 복합섬유의 제조방법에 따르면 우수한 방사 조업성을 구현할 수 있고, 섬유의 물성을 저하시키지 않으면서도 높은 심색성을 발현하는 복합섬유를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 심초형 복합섬유의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복합섬유의 표면에서 일광의 난반사가 일어나는 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3c는 각각 본 발명의 실시예 1에 따른 복합섬유 직물을 염색한 것, 염색 후 세탁한 것, 상기 직물과 다른 직물을 함께 세탁하였을 때 타소재의 종류에 따라 타소재에 염료가 이염된 것을 촬영한 사진이다. 도 3c는 좌측부터 타소재로 ACE(아세테이트), C(면), N(나일론), P(폴리에스테르), ACR(아크릴), W(모)를 나타낸다.
도 3d는 본 발명의 실시예 1에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x2500)으로 촬영한 사진이다.
도 3e는 본 발명의 실시예 1에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x5,000)으로 촬영한 사진이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시예 2에 따른 복합섬유 직물을 염색한 것, 염색 후 세탁한 것, 상기 직물과 다른 직물을 함께 세탁하였을 때, 다른 직물의 소재에 따라 타직물에 염료가 이염된 것을 촬영한 사진이다. 도 4c는 좌측부터 다른 직물의 소재로 ACE(아세테이트), C(면), N(나일론), P(폴리에스테르), ACR(아크릴), W(모)를 나타낸다.
도 4d는 본 발명의 비교예 6에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x1,000)으로 촬영한 사진이다.
도 4e는 본 발명의 비교예 6에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x5,000)으로 촬영한 사진이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예 3에 따른 복합섬유 직물을 염색한 것, 염색 후 세탁한 것, 상기 직물과 다른 직물을 함께 세탁하였을 때, 다른 직물의 소재에 따라 타직물에 염료가 이염된 것을 촬영한 사진이다. 도 5c는 좌측부터 다른 직물의 소재로 ACE(아세테이트), C(면), N(나일론), P(폴리에스테르), ACR(아크릴), W(모)를 나타낸다.
도 5d는 본 발명의 실시예 3에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x2500)으로 촬영한 사진이다.
도 5e는 본 발명의 실시예 3에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x5,000)으로 촬영한 사진이다.
도 6a 내지6c는 본 발명의 비교예 1에 따른 복합섬유 직물을 염색한 것, 염색 후 세탁한 것, 상기 직물과 다른 직물을 함께 세탁하였을 때, 다른 직물의 소재에 따라 타직물에 염료가 이염된 것을 촬영한 사진이다. 도 6c는 좌측부터 다른 직물의 소재로 ACE(아세테이트), C(면), N(나일론), P(폴리에스테르), ACR(아크릴), W(모)를 나타낸다.
도 6d는 본 발명의 비교예 1에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x2500)으로 촬영한 사진이다.
도 6e는 본 발명의 비교예 1에 따른 단독방사섬유의 표면을 전자현미경(x5,000)으로 촬영한 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 발명에 대하여 상세한 설명을 하기 전, 본 명세서에서 사용한 용어에 대하여 설명한다.

본 발명에서 말하는 열수는 90℃이상의 온도를 가지는 물, 바람직하게는 90℃ 내지 100℃의 온도를 가지는 물, 더욱 바람직하게는 92℃ 내지 98℃의 온도를 가지는 물을 말한다.

본 발명에서 복합방사구금이란, 2종 이상의 폴리머를 혼합되지 않으면서 하나의 섬유로 사출될 수 있도록 하는 구금을 의미한다.

본 발명에서 말하는 수용출성이란 물에 의하여 용해될 수 있는 성질을 의미한다.

본 발명에서 말하는 비용출성이란 물 및 알칼리에 의하여 실질적으로 용해되지 않는 성질을 의미하는 것으로 바람직하게는 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5중량% 이하로 용출되는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 수용출성 폴리머와 비용출성 폴리머를 블랜딩하고 이를 복합방사하는 경우는 상술한 중공사와는 방사 조건 등이 상이하여 심색성, 높은 강도 및 방사 조업성 등의 물성을 동시에 달성하기는 어렵다는 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 전체 조성물 내 25 내지 75 중량%로 포함되는 수용출성 설포폴리에스테르 및 비용출성 폴리머가 블랜딩되어 포함되는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 통해 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 복합방사 방식으로 제조가 가능하고, 심색성이 우수하면서도 동시에 섬유의 물성 저하가 최소화된 심색성이 우수한 복합섬유를 얻을 수 있었다.

본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 수용출성 설포폴리에스테르와 비용출성 폴리머가 블랜딩되어 있으며, 상기 조성물을 다른 폴리머와 함께 복합 방사하여 복합섬유로 제조하는 것으로서, 상기 조성물만의 단독방사는 그 대상에 포함되지 않는다.

상기와 같이 수용출성 설포폴리에스테르 및 비용출성 폴리머가 블랜딩된 조성물을 하나의 섬유형성성분으로 하고 다른 섬유형성성분과 함께 복합방사 후 수용출하여 제조한 복합섬유의 표면에 요철이 형성되어 고심색성을 발현할 수 있으면서도 동시에 섬유의 강도 등 물성이 저하되지 않는 효과를 구현할 수 있다.

상술한 복합섬유에 적합하기 위해서는 수용출성 설포폴리에스테르가 포함되어야 한다. 수용출성 설포폴리에스테르는 화학식 -SO₃R(R은 리튬, 나트륨 또는 칼륨 등의 알칼리 금속, 수소, 암모늄 또는 치환된 암모늄)로 표시되는 자유 설포네이트기를 함유하는 폴리에스테르를 의미하는 것이다.

폴리에스테르는 본래 소수성 수지로서 흡습성이 매우 작다. 그러나, 설포네이트기는 친수성 작용기로서 폴리에스테르의 수용출성을 향상시키는 역할을 하므로, 설포네이트기를 포함하는 설포폴리에스테르는 수용출성 폴리머로 작용할 수 있게 된다. 따라서, 제조된 복합섬유는 수용출에 의하여 표면에 미세요철을 형성할 수 있으며, 이에 의하여 심색성이 우수한 섬유의 특성을 발현할 수 있다. 만일 수용출성 설포폴리에스테르가 아닌 다른 종류의 수용출성 폴리머를 사용하는 경우에는 본 발명의 효과를 달성하기 어렵다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 상기 설포폴리에스테르는 바람직하게는 하기 화학식 1에 의하여 표시되는 화합물을 포함하여 중합된 것이 다른 종류의 수용출성 설포폴리에스테르를 포함하는 것에 비하여 복합방사에 의하여 심색성 및 물성이 우수한 섬유를 제조하기 위한 본 발명의 취지에 적합할 뿐 아니라, 충분한 중합도를 얻을 수 있고 양호한 방사 조업성을 구현할 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, 상기 A 및 B는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이다.

반면에, 다른 종류의 설포폴리에스테르, 예를 들어, 5-나트륨 설포이소프탈산을 첨가하는 경우 다량으로 첨가 시 중, 축합 반응시의 발포 증점 작용으로 충분한 중합도를 얻을 수 없고 제사성도 나빠지게 된다. 특히 13몰% 이상의 5-나트륨 설포이소프탈산이 함유된 폴리머는 냉수라도 그 일부가 용출되기 때문에 중합 반응 후의 용융 폴리머는 토출 냉각에 의해 커트화를 할 때 냉수를 사용하지 못하고 특수한 장치가 필요한 단점이 있다.

보다 바람직하게는 본 발명의 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 사용하여 중합한 설포폴리에스테르가 다른 설포폴리에스테르를 사용하는 경우에 비하여 폴리에스테르 중, 축합 반응시 발포 증점 작용을 방지하여 충분한 중합도를 얻을 수 있으며, 제사성도 더 우수한 조성물을 얻을 수 있다.

[화학식 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서, A 및 B는 -CH₂CH₂-이다.

상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 범위 안에 포함되는 화합물이다.

또한, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 카르복실산 및 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 산 성분과 직쇄형 글리콜 및 분쇄형 글리콜을 포함하는 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 제조된 에스테르 화합물; 및 폴리에틸렌글리콜(PEG);이 중, 축합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기의 성분을 각각 중, 축합시킴으로써, 반응물로서 얻어진 수용출성 설포폴리에스테르의 중합도가 충분하고, 복합섬유용 조성물을 방사하는 경우의 방사성 및 수용출성이 우수한 효과를 달성할 수 있다. 동시에 제조된 섬유의 원사 강도가 저하되지 않는 장점이 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 수용출성 설포 폴리에스테르는 상기 산 성분 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 5 내지 20 몰%로 포함하는 것일 수 있고, 좀 더 바람직하게는 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 상기 산 성분 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 8 내지 15 몰%, 더욱 바람직하게는 9 내지 13 몰%로 포함할 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 상기 산 성분 중 5 몰% 미만으로 포함되는 경우, 수용출이 제대로 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 20 몰%를 초과하는 경우에는 냉수에서도 용출되거나, 조성물의 점도가 급격하게 상승되는 문제가 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 상기 산 성분 중 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산 및 탄소수 2 내지 16의 지방족 다가 카르복실산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산은 테레프탈산 및 디메틸테레프탈레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 본 발명의 탄소수 2 내지 16의 지방족 다가 카르복실산은 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베린산, 시트르산, 피메르산, 아젤라인산, 세바스산, 노나노산, 데카노인산, 도데카노인산 및 헥사노데카노인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 산 성분은 카르복실산으로 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산을 포함할 때, 산 성분 전체에 대하여 80 내지 95 몰%, 바람직하게는 85 내지 92 몰%, 더욱 바람직하게는 87 내지 91 몰%를 포함할 수 있으며, 만일 80 몰% 미만으로 포함한다면 결정성이 매우 낮아져 중합물을 토출이 불가능해지거나, 제사 공정 중 건조 공정이 불가하는 등 문제가 있을 수 있고, 95 몰%를 초과하여 포함한다면 방향족 비율이 높아져 높은 결정성을 지녀 수용출이 나빠지는 문제가 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 산성분은 카르복실산으로 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산과 함께 탄소수 2 내지 16의 지방족 다가 카르복실산을 포함할 때, 탄소수 2 내지 16의 지방족 다가 카르복실산은 산성분 전체 몰%에 대하여 1 내지 25 몰%, 바람직하게는 3 내지 15 몰%, 더욱 바람직하게는 5 내지 13 몰%를 포함할 수 있으며, 만일 1몰% 미만으로 포함하면 수용출 특성이 낮을 수 있고, 25 몰%를 초과하여 포함한다면 유리전이온도(T_g) 저하로 인하여 중합물을 칩화할 수 없는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 상기 디올 성분 중 상기 분쇄형 글리콜을 10 내지 40 몰%로 포함하는 것일 수 있다.

좀 더 바람직하게는, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 상기 디올 성분 중 상기 분쇄형 글리콜을 10 내지 35 몰%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 몰%로 포함할 수 있다.

상기 분쇄형 글리콜이 10 몰% 미만으로 포함된다면 결정성이 높아 수용출 특성이 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 40 몰%를 초과하는 경우에는 결정성 및 융점이 매우 낮아져 제사 공정 중 건조가 불가한 문제 및 방사 중 쉽게 용융이 되어 고화가 불가하게 되는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 직쇄형 글리콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,-부탄디올 및 1,6-헥산디올 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 직쇄형 글리콜에서 탄소 개수가 늘어나게 되면 섬유의 열적안정성 및 기계적 강도가 떨어지는 단점이 있으므로, 직쇄형 글리콜은 탄소 갯수 6개 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 직쇄형 글리콜은 상기 디올 성분 전체 몰%에 대하여, 60 내지 90 몰%, 바람직하게는 65 내지 90몰%, 더욱 바람직하게는 70 내지 80 몰%로 포함될 수 있으며, 만일 60 몰% 미만으로 포함한다면 융점이 매우 낮아져서 제사 공정 중 건조가 불가하거나 방사 공정의 용융 공정 중 쉽게 용융이 되어 방사 공정을 제어하기가 어려운 문제가 있을 수 있고, 90 몰%를 초과하여 포함한다면 결정성이 높아 수용출이 불가한 문제가 있을 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 카르복실산 및 상기 직쇄형 글리콜은 조성물 내 1:0.9 내지 1:1.5의 몰비를 가질 수 있고, 좀 더 바람직하게는 1:1.0 내지 1:1.4, 더욱 바람직하게는 1:1.1 내지 1:1.3의 몰비를 가질 수 있다.

만일 몰비가 1:0.9 미만이면 에스테르화 반응이 충분히 일어나지 않는 문제가 있을 수 있고, 1:1.5를 초과하면 원가상승 또는 디에틸렌글리콜(DEG)의 발생이 증가하여 융점을 저하시켜 섬유의 품질을 떨어뜨리는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 분쇄형 글리콜은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에 있어서, 상기 D 및 E는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이다.

또한, 상기 화학식 2에 있어서, 상기 R₁은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌기, 탄소수 5 내지 6의 사이클로알킬기 또는 페닐기이며, 좀 더 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌기이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이다.

상기와 같은 구조를 갖는 분쇄형 글리콜을 에스테르의 디올 성분으로 사용함으로써 그 벌키(bulky)한 구조로 인해 폴리에스테르 조성물의 결정성이 낮아지게 되고, 그로 인하여 제조된 섬유의 분산 염색 시 저온에서도 염색이 가능하며 염색 효과가 우수한 장점이 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌글리콜은 중량평균분자량이 1,000 내지 6,000인 것일 수 있다. 좀 더 바람직하게는, 상기 폴리에틸렌글리콜은 중량평균분자량이 3,000 내지 5,000일 수 있다. 중량평균분자량이 만약 1,000 미만인 경우에는 방사성 및 분산 염색의 효율이 나빠지는 문제점이 있으며, 반대로 6,000을 초과하는 경우에는 섬유의 내열성이 낮아지게 되는 단점이 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복합심색섬유용 폴리에스테르 조성물은 상기 에스테르 화합물 100 중량%에 대하여 폴리에틸렌글리콜을 1 내지 10 중량% 포함하여 중, 축합한 것일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 3 내지 6 중량%의 폴리에틸렌글리콜을 포함할 수 있다.

만일 폴리에틸렌글리콜을 1 중량% 미만으로 포함한다면 급격한 점도 상승으로 인하여 목표 중합도를 달성하지 못하고 반응이 종료되거나, 중합물 토출 시 브리틀(brittle)하여 칩화를 하지 못하고 깨짐 현상 등의 문제가 있을 수 있고, 10 중량%를 초과하여 포함한다면 중합물을 토출할 때 냉수에서 용출되거나 칩간 융착이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 방사된 조성물을 수용출할 때 사의 강도 저하 없이 표면미세요철을 형성하는 효과를 구현하기 위하여 상기 수용출성 설포폴리에스테르를 전체 조성물 내에 25 내지 75 중량%로 포함하여야 한다. 보다 바람직하게는, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 전체 조성물 내 40 내지 60 중량%로 포함될 수 있다.

전체 조성물 내 상기 수용출성 설포폴리에스테르의 함량이 25 중량% 미만일 경우에는, 심색 특성이 제대로 발현되지 않는 문제점이 있으며, 75 중량%를 초과할 때에는 방사성이 나빠지고, 원사의 물성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 고유점도(I.V)가 0.61 내지 0.93 dl/g, 바람직하게는 0.69 내지 0.85 dl/g, 더욱 바람직하게는 0.73 내지 0.81 dl/g일 수 있다.

또한, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 유리전이온도(Tg)가 47.9 내지 71.9℃ 바람직하게는 53.9 내지 65.9℃ 더욱 바람직하게는 56.9 내지 62.9℃일 수 있다.

또한, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 연화점(Ts)이 73 내지 110℃, 바람직하게는 82 내지 101℃ 더욱 바람직하게는 86.7 내지 95.9℃일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 비용출성 폴리머는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지 및 폴리우레탄계 수지 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

더욱 바람직하게는 폴리에스테르계 수지를 포함할 수 있으나, 비용출성 수지는 목적하는 물성을 가지는 섬유를 구현하기 위해 변경 사용될 수 있으며, 상기의 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다.

상기 비용출성 폴리머는 수용출 과정에서 물에 용출되는 수용출성 설포폴리에스테르와 달리 물 또는 알칼리에 실질적으로 용출되지 않으므로, 본 발명에 따른 복합섬유의 형태를 유지하는 역할을 하며, 복합섬유의 강도, 신도 등의 물성은 상기 비용출성 폴리머의 물성에 의존한다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 (1) 상술한 조성물을 포함하여 복합방사하는 단계; 및 (2) 상기 복합방사된 조성물을 열수에서 수용출시켜 표면에 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 (1) 단계에서의 복합방사는 심초형 복합섬유, 해도형 복합섬유, 분할형 복합섬유, 사이드바이사이드 복합섬유 등의 제조가 그 대상이 될 수 있으나, 바람직하게는 심초형 복합섬유인 것이 표면의 요철 구조 형성 및 섬유의 물성 유지에 유리하다.

보다 상세하게는 상기 (1) 단계는 심초형 복합섬유 방사 단계일 수 있으며, 초부에는 상술한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하고 심부에는 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머 중 어느 하나의 비용출성 폴리머를 포함하여 복합방사하여 제조하는 것일 수 있다.

심부 성분에 사용되는 비용출성 폴리머는 초부 성분에 사용되는 비용출성 폴리머와 동일하거나 상이한 성분일 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 (1)단계 이전에 상기 수용출성 설포폴리에스테르를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 수용출성 설포폴리에스테르는 상기한 에스테르 화합물과 폴리에틸렌글리콜을 상기한 함량 범위로 중, 축합 반응시켜 제조한 것이고, 상기 에스테르 화합물은 상기한 조성을 갖는 산 성분과 상기 디올 성분을 에스테르화 반응하여 제조한 것으로, 상기 에스테르화 반응은 180 내지 265℃의 온도, 바람직하게는 200 내지 245℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. 만약, 온도가 180℃ 미만이면 원료가 잘 녹지 않아 반응이 진행되지 않는 문제가 있을 수 있고, 265℃를 초과하는 경우에는 열화에 의한 분해반응이 발생하거나 원하는 중합도를 얻을 수 없는 등의 문제점이 있다.

또한, 에스테르화 반응은 40 내지 80 RPM의 교반속도, 바람직하게는 50 내지 70 RPM의 교반속도 하에서 수행할 수 있으며, 만일 속도가 40 RPM 미만이거나, 80 RPM을 초과하면 충분한 에스테르화 반응이 이루어지지 않는 문제가 있을 수 있다.

또한, 에스테르화 반응시 소포제 및 에스테르화 촉매 중에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 소포제 및 에스테르화 촉매를 더 첨가하여 수행할 수 있다.

이 때, 소포제는 에스테르 화합물 전체에 대하여 0.005 내지 0.02 중량%, 바람직하게는 0.008 내지 0.012 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 에스테르화 촉매는 리튬아세테이트, 마그네슘아세테이트, 칼슘아세테이트 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 리튬아세테이트를 포함할 수 있다. 또한, 에스테르화 촉매는 에스테르 화합물 전체에 대하여 0.01 내지 0.03 중량%, 바람직하게는 0.015 내지 0.025 중량%를 포함할 수 있다.

상기 중, 축합 반응은 250 내지 300℃의 온도, 바람직하게는 260 내지 290℃의 온도 하에서 수행할 수 있다. 또한, 중, 축합 반응은 45 내지 70 RPM의 교반속도, 바람직하게는 50 내지 65 RPM의 교반속도 하에서 수행할 수 있다.

또한, 중, 축합 반응시 중, 축합 촉매, 열안정제 및 산화방지제 중에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 중, 축합 촉매, 열안정제 및 산화방지제를 더 첨가하여 수행할 수 있다.

이 때, 중, 축합 촉매는 삼산화 안티몬을 포함할 수 있다. 또한 중, 축합 촉매는 상기 수용출성 설포폴리에스테르 전체에 대하여, 0.05 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.07 내지 0.13 중량%를 포함할 수 있다.

열안정제는 트리메틸포스페이트(trimethylphosphate), 트리에틸포스페이트(Triethyl phosphate), 트리부틸포스페이트(Tributylphosphate), 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl phosphate), 트리크레질 포스페이트(Tricresylphosphate), 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이티드(Triaryl phosphate isopropylated), 하이드로퀴논 비스-(디페닐 포스페이트)(Hydroquinone bis-(diphenyl phosphate)) 및 오르쏘-인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 열안정제는 수용출성 설포폴리에스테르 전체에 대하여 0.05 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.07 내지 0.13 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 산화방지제는 Pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)가 단독 또는 다른 산화방지제와 혼합 형태로 포함할 수 있다. 또한, 산화방지제는 상기 수용출성 설포폴리에스테르 수지 전체에 대하여 0.05 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.07 내지 0.13 중량%를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 중축합 반응을 수행한 수용출성 설포폴리에스테르는 수분율 400ppm 이하, 바람직하게는 200ppm 이하를 갖도록 50 내지 80℃의 온도, 바람직하게는 60 내지 70℃의 온도에서 24 내지 72시간, 바람직하게는 48 내지 60 시간 동안 건조될 수 있다.

만일, 설포폴리에스테르 수지의 수분율이 400ppm을 초과한다면 방사 도중 가수분해에 의한 방사 조업성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.

이후, 상기 수용출성 설포폴리에스테르와 상기 비용출성 폴리머는 각각 복합방사구금 내에 투입되어 용융 및 블랜딩되어 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 형성하게 된다.

한편, 상기 투입구에 투입되는 폴리머는 폴리머 칩의 형태로 투입될 수 있다. 투입된 폴리머 칩은 복합방사구금 내에서 용융되고 블랜딩되어 본 발명에 따른 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물을 형성하게 된다.

다음으로, (1) 단계에서 상술한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물 및 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머 중 어느 하나를 포함하는 조성물은 방사구를 통하여 섬유 형태로 방사된다. 이 때, 상기 방사구를 통하여 방사되는 형태는 복합방사이다.

구체적으로, 상술한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물은 방사되어 제조된 복합섬유에서 초부를 형성하고 상기 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머 중 어느 하나를 포함하는 조성물은 심부를 형성한다.

여기서 심부는 복합섬유의 중심부에 위치하여 섬유의 형태를 유지하는 역할을 하며, 심부는 바람직하게는 비용출성 폴리머를 포함하고 있어 수용출에 의한 감량을 수행하더라도 섬유의 강도 저하를 억제할 수 있으므로, 초부에는 보다 많은 수용출성 설포폴리에스테르를 포함할 수 있어 좋은 방사 조업성, 심색성 및 섬유의 물성을 동시에 발현할 수 있다.

상기 초부와 심부의 단면적의 비가 25:75 내지 45:55내의 값을 갖도록 복합방사할 수 있다.

만일 상기 단면적의 비가 45:55보다 초부 단면적이 더 큰 경우, 제조된 섬유의 강도가 저하되어 연신과정에서 끊어지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 반대로 심부의 단면적이 초부에 비하여 25:75보다 큰 비율을 차지하는 경우에는 수용출에 의한 효과가 충분히 발현되지 못하여 복합섬유의 심색성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계에서 방사속도는 3,000 내지 4,500MPM일 수 있다. 좀 더 바람직하게는 3,500 내지 4,000MPM의 방사속도 하에서 수행될 수 있다. 상기 범위에서 상기 조성물의 방사가 가장 원활하게 수행될 수 있으며, 만일 방사속도가 3,000MPM 미만이면 미연신 상태로 원사가 제조된 후 경시변화가 발생하여 신도가 급격히 저하하는 문제가 있을 수 있고, 4,500MPM을 초과하는 경우에는 높은 방사속도로 인하여 방사 도중 사절이 일어나는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 (1)단계에서의 방사는 250 내지 330℃의 온도, 바람직하게는 265℃ 내지 300℃의 온도 하에서 수행할 수 있으며, 만일 온도가 250℃ 미만이면 용융 흐름이 원활하지 않아 브리틀한 형태의 원사가 형성되며 권취 공정을 할 수 없게 되는 문제가 있을 수 있고, 330℃를 초과하는 경우에는 열화에 의하여 사 형성이 되지 않고 용융물 형태로 흐르게 되는 문제가 있을 수 있다.

이외의 방사 조건은 섬유 분야에서 통상적인 방사 조건을 따를 수 있다.

다음으로, 상기 (2)단계에서는 상기 방사된 조성물을 열수를 이용하여 용출할 수 있다. 상기 수용출을 통하여 초부 내 수용출성 설포폴리에스테르는 물에 용출되어 섬유 내에서 일부 또는 전부가 제거되며, 그 부분의 표면에 요철이 발생한다. 따라서, 염색 시 상기 요철이 있는 표면에 입사광이 난반사하여 부드럽고 심도 있는 색상을 얻을 수 있다.

상기 열수는 90℃이상인 것을 사용할 수 있고, 좀 더 바람직하게는 92℃이상인 것을 사용할 수 있다.

도 2는 표면에 미세한 요철이 있는 섬유에 일광이 입사한 경우에 입사광이 난반사하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이와 같이 난반사가 일어남에 따라서 표면이 평활한 섬유에 비하여 차분하고 깊은 색감을 얻을 수 있다. 즉 심색성이 우수하다.

본 발명의 다른 구현예는 상술한 폴리에스테르 조성물을 방사 후 수용출하여 제조된 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

상기 폴리에스테르 복합섬유는 상기 조성물을 포함하여 방사 후 수용출되는 과정에서 표면에 미세 요철구조를 형성함으로써 일광의 난반사가 일어나게 되고, 이에 따라서 높은 심색성을 띤다.

상기 방사 과정은 상기 수용출성 설포폴리에스테르 및 상기 비용출성 폴리머를 상기 수용출성 설포폴리에스테르가 전체 조성물 내 25 내지 75 중량%로 포함되도록 블랜딩한 조성물을 초부로, 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머를 심부로 포함하고, 상기 초부와 심부의 단면적의 비가 25:75 내지 45:55가 되도록 복합방사 하는 것을 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 제조된 복합섬유의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1을 참고하면 본 발명에 따른 복합섬유는 섬유 중심부에 심부(20)가, 상기 심부(20)을 감싸는 형태로 초부(10)가 구비되어 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복합섬유는 표면에 미세 요철구조를 가질 수 있으며, 이에 따라서 매끄러운 표면을 가지는 동종의 폴리에스테르 섬유에 비하여 우수한 심색성을 가질 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 복합섬유는 초부(10)의 표면에 미세한 요철구조를 가질 수 있고, 이러한 미세요철구조를 갖는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 일광의 난반사가 일어난다. 이로 인하여 본 발명의 복합섬유는 높은 심색성을 가지게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복합섬유는 상기 수용출 과정을 거쳐서 수용출성 설포폴리에스테르를 제거하는 과정을 거쳤음에도 불구하고 섬유의 물성의 저하가 크지 않다.

구체적으로, 상기 복합섬유는 원사강도 3.0 내지 4.0gf/de 및 표면염착농도(K/S) 10 내지 20를 갖는 것일 수 있으며, 실시예 1 및 비교예 2를 비교하면 알칼리 이용성 설포폴리에스테르를 포함한 비교예 2는 감량 후 염색한 섬유의 강도가 감량 전에 비하여 현저히 약화된 것을 알 수 있다. 그러나, 실시예 1의 복합섬유는 수용출 및 염색 후에도 우수한 강도를 갖는다.

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.

제조예 1: 수용출성 설포폴리에스테르의 제조

산 성분, 디올 성분, 소포제 및 리튬아세테이트(에스테르화 촉매)를 투입하고, 200℃에서 245℃까지 승온하고 60RPM의 속도로 혼합 및 에스테르화 반응시켜 에스테르 화합물을 제조하였다. 이 때, 산 성분 전체에 대하여 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 11몰% 및 테레프탈산 89몰%를 사용하였고, 디올 성분 전체에 대하여, 에틸렌글리콜 70 몰% 및 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물 30몰%를 사용하였다. 테레프탈산과 에틸렌글리콜은 1:1.2의 몰비로 사용하였다.

또한, 소포제는 제조된 에스테르 화합물 전체에 대하여 0.01 중량%를 사용하였고, 에스테르화 촉매는 제조된 에스테르 화합물 전체에 대하여 0.2 중량%를 사용하였다.

[화학식 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서, A 및 B는 -CH₂CH₂-이다.

[화학식 2-1]

상기 화학식 2-1에 있어서, 상기 D 및 E는 -CH₂-이고, R₁은 메틸기이다.

제조된 에스테르 화합물에 중량평균분자량이 4,000인 폴리에틸렌글리콜, 산화방지제, 열안정제 및 삼산화 안티몬(중, 축합 촉매)을 투입하고, 275℃까지 승온하고 56RPM의 속도로 혼합 및 중, 축합 반응시켜 수용출성 설포폴리에스테르를 제조하였다. 이 때, 폴리에틸렌글리콜은 에스테르 화합물 전체에 대하여 5 중량% 사용하였다. 또한, 제조된 수용출성 설포폴리에스테르 전체에 대하여 산화방지제는 0.1중량%, 열안정제는 0.1중량%, 중, 축합 촉매는 0.1중량%을 사용하였다.

제조예 2: 수용출성 설포폴리에스테르의 제조

제조예 1과 동일한 방법으로 설포폴리에스테르 수지를 제조하였다. 다만, 산 성분을 테레프탈산 98 몰% 및 화학식 1-1로 표시되는 화합물 2 몰%의 비율로 사용하였고, 디올 성분을 에틸렌글리콜 100 중량%로 사용하였다. 또한, 상기 조성에 의하여 제조된 에스테르 화합물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜을 11 중량부 사용한 점을 제조예 1과 달리 하였다.

제조예 3: 수용출성 설포폴리에스테르의 제조

제조예 1과 동일한 방법으로 수용출성 설포폴리에스테르를 제조하였다. 다만, 하기 표 1에 기재된 것처럼, 산 성분 테레프탈산 75몰% 및 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 25몰%의 비율로 사용한 점을 다르게 하였다.

제조예 4: 수용출성 설포폴리에스테르의 제조

제조예 1과 동일한 방법으로 수용출성 설포폴리에스테르를 제조하였다. 다만, 하기 표 1에 기재된 것처럼, 디올 성분을 에틸렌글리콜 50몰% 및 화학식 2-1로 표시되는 화합물 50 몰%의 비율로 사용한 점을 다르게 하였다.

제조예 5: 수용출성 설포폴리에스테르의 제조

제조예 1과 동일한 방법으로 수용출성 설포폴리에스테르를 제조하였다. 다만, 하기 표 1에 기재된 것처럼, 산 성분에 사용된 화합물을 화학식 1-1로 표시되는 화합물 대신에 5-나트륨설포이소프탈산을 사용한 점을 제조예 1과 다르게 하였다.

비교제조예 1: 수용출성 폴리에스테르의 제조

제조예 1과 동일한 방법으로 수용출성 폴리에스테르를 제조하였다. 다만, 하기 표 1에 기재된 것처럼, 산 성분 중 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 대신에 트리메스산(trimesic acid)를 사용한 점을 제조예 1과 다르게 하였다.

<실험예 1: 수용출성 설포폴리에스테르의 물성 측정>

제조예 및 비교제조예에서 제조된 수용출성 설포폴리에스테르 각각을 하기 기재된 실험을 실시하고, 이를 통해 측정된 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

1. 고유점도(I.V)

오르쏘-클로로 페놀(Ortho-Chloro Phenol)을 용매로 하여 110℃ 2.0g/25ml농도로 30분간 용융 후, 25℃에서 30분간 항온하여 캐논(CANON) 점도계가 연결된 자동 점도 측정 장치로부터 분석하였다.

2. 유리전이 온도(T _g ) 및 융점(T _m )

유리전이온도는 시차 열량분석기를 이용하여 측정하였고 분석조건은 승온속도를 20

로 하였다.

3. 연화점(T _s )

연화점은 열팽창계수 측정기(TMA)를 이용하여 측정하였다.

4. 수용출성 평가

하기 방정식 1에 의해 실시예 및 비교예에서 제조된 설포폴리에스테르 수지의 수용출율(%)을 계산 및 측정하였다.

[방정식 1]

상기 방정식 1에 있어서, A는 용출처리 전 칩 형태로 제조된 수용출성 설포폴리에스테르를 나타내고, B는 용출처리 후 칩 형태로 제조된 수용출성 설포폴리에스테르를 나타내며, B의 중량은 5g의 A를 100g의 물이 든 용기(POT)에 투입하여 적외선 염색기(대림스타릿 社)에 장착 후 승온 속도 2.5

로 95

로 승온시킨 후 60분 동안 수용출시키고, 2.5

로 60

까지 냉각 및 여과한 후 측정한 잔량의 중량을 나타낸다.

구분		제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5	비교제조예 1
산 성분	테레프탈산	89몰%	98몰%	75몰%	89몰%	89몰%	89몰%
	화학식 1-1	11몰%	2몰%	25몰%	11몰%	5-나트륨 설포이소프탈산 11몰%	트리메스산 11몰%
디올성분	에틸렌 글리콜	70몰%	100몰%	70몰%	50몰%	70몰%	70몰%
	화학식 2-1	30몰%	0몰%	30몰%	50몰%	30몰%	30몰%
PEG		5중량%	11중량%	5중량%	5중량%	5중량%	5중량%
고유점도(I.V)		0.77	0.90	0.50	0.76	0.46	0.88
유리전이온도(Tg)		60℃	78℃	55℃	40℃	58℃	120℃
연화점(Ts)		91℃	-	80℃	45℃	86℃	85℃
융점(Tm)		측정안됨	248℃	측정안됨	측정안됨	측정안됨	측정안됨
수용출율		100%	0%	100%	100%	100%	100%

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 화학식 1-1에 따라 표시되는 화합물 및 화학식 2-1에 따라 표시되는 화합물의 함량이 각각 산 성분 전체에 대하여 5 내지 20 몰% 및 디올 성분 전체에 대하여 10 내지 40 몰%의 범위 내에 있는 제조예 1에 의하여 제조된 수용출성 설포폴리에스테르의 수용출성이 상기 범위를 만족하지 못하는 제조예 2 내지 4에 따라 제조된 수용출성 설포폴리에스테르의 수용출성에 비하여 우수함을 확인할 수 있었다.

또한, 화학식 1-1에 따라 표시되는 화합물 대신에 5-나트륨 설포이소프탈산을 산 성분에 사용한 제조예 5와 비교하였을 때 제조예 5는 고유점도, 유리전이온도, 연화점 및 융점이 모두 제조예 1에 비하여 비교적 낮은 값을 가져 중합도가 충분히 크지 않음을 알 수 있었다.

또한, 설포네이트기 대신에 트리메스산을 사용한 비교제조예 1은 그 점도가 제조예 1에 비하여 지나치게 높은 것을 알 수 있었다.

실시예 1: 복합섬유의 제조

(1) 제조예 1에서 제조된 설포폴리에스테르 수지를 칩 형태로 제조하고, 제조된 설포폴리에스테르 칩을 60 내지 70℃의 온도에서 54시간 동안 건조 한 뒤 수분율 400ppm 이하의 설포폴리에스테르 칩을 제조하였다.

(2) 심초형 형태의 36홀의 구금을 사용하고, 초부에는 수분율 400ppm 이하의 설포폴리에스테르 중량50%에 사이드 피더를 이용하여 비용출성 폴리머로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 중량50%의 비율로 투입하였고, 심부에는 폴리에스테르 수지 100% 비율로 투입하고 방사온도 285℃, 방속 4,000MPM으로 방사를 수행하여 섬도 75 De인 설포폴리에스테르 심초형 복합섬유를 제조하였다.

제조된 복합섬유에서 초부와 심부는 30:70의 단면적 비를 가지는 것으로 측정되었다.

(3) 제조된 원사를 양말 편직기를 이용하여 제조 후 통상적인 분산염료를 적용하여 2% owf(On the Weight of Fiber) 농도로 130℃에서 30분 동안 염색한 후 80℃에서 환원세정하여 염색을 완료하였다. 얻어진 염색물을 분광광도계(코니카 미놀타 E-3000)를 사용하여 반사율 (R: Reflectance)을 측정한 후 이를 식 K/S=(1-R)²/2R에 대입하여 K/S값을 구하고 이 값으로 염색성을 평가하였다.

실시예 2: 복합섬유의 제조

초부의 수용출성 설포폴리에스테르 함량을 30 중량%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 3: 복합섬유의 제조

초부의 수용출성 설포폴리에스테르 함량을 70 중량%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 4: 복합섬유의 제조

수용출성 설포폴리에스테르를 제조예 1에서 제조한 것 대신에 제조예 2에서 제조한 것으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 5: 복합섬유의 제조

수용출성 설포폴리에스테르를 제조예 1에서 제조한 것 대신에 제조예 3에서 제조한 것으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 6: 복합섬유의 제조

수용출성 설포폴리에스테르를 제조예 1에서 제조한 것 대신에 제조예 4에서 제조한 것으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 7: 복합섬유의 제조

수용출성 설포폴리에스테르를 제조예 1에서 제조한 것 대신에 제조예 5에서 제조한 것으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 8: 복합섬유의 제조

실시예 1의 (2)단계에서 방사속도를 2,500MPM으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 9: 복합섬유의 제조

실시예 1의 (2)단계에서 방사속도를 5,000MPM으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 10: 복합섬유의 제조

초부와 심부의 단면적의 비를 20:80으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 11: 복합섬유의 제조

초부와 심부의 단면적의 비를 50:50으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

실시예 12: 복합섬유의 제조

초부와 심부의 단면적의 비를 70:30으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

비교예 1: 단독섬유의 제조

원형의 36홀의 단독방사구금을 사용하고 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 100% 비율로 투입하고 방사온도 285℃, 방속 4,000MPM으로 방사를 수행하여 섬도 75 De인 폴리에스테르 단독섬유를 제조하였다.

비교예 2: 복합섬유의 제조

초부에 수용출성 설포폴리에스테르 대신에 알칼리이용성 설포폴리에스테르를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

비교예 3: 복합섬유의 제조

초부의 수용출성 설포폴리에스테르로 제조예 1에서 제조한 것 대신에 비교제조예 1에서 제조한 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

비교예 4: 복합섬유의 제조

초부 내 수용출성 설포폴리네이트의 함량을 20 중량%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

비교예 5: 복합섬유의 제조

초부 내 수용출성 설포폴리에스테르의 함량을 80 중량%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합섬유를 제조하였다.

1. 강도, 신도의 측정

실시예 및 비교예에서 제조된 섬유의 강, 신도의 측정은 자동 인장 시험기(Textechno 사)을 사용하여 50 cm/m 의 속도, 50 cm 의 파지 거리를 적용하여 측정하였다. 강도 및 신도는 섬유에 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.

2. 염색성 (심색도, K/S) 평가

염색성(심색도, K/S)은 통상적인 분산염료를 적용하여 2% owf 농도로 130℃에서 30분 동안 염색한 후 80℃에서 환원세정하여 염색을 완료하였다. 얻어진 염색물을 분광광도계(코니카 미놀타 E-3000)를 사용하여 반사율 (R: Reflectance)을 측정한 후 이를 식 K/S=(1-R)²/2R에 대입하여 K/S값을 구하고 이 값으로 염색성을 평가하였다.

3. 방사 조업성 평가

실시예 및 비교예에서 복합방사구금을 통하여 섬유를 방사하는 공정에서, 섬유 방사 와인더에 방사된 섬유를 권취하였다. 이 경우 방사 시 사절 발생 여부에 따라서 각 섬유의 방사 조업성을 평가하였다. 평가 기준은 하기와 같다.

우수: 30분 동안 방사 중 사절이 발생하지 않음

양호: 15분 동안 방사 중 사절이 발생하지 않고 15분 초과 30분 이내에 사절이 발생

보통: 5분 동안 방사 중 사절이 발생하지 않고, 5분 초과 15분 이내에 사절이 발생

불량: 5분 동안 방사 중 사절이 발생함

실시예에서 조절한 변수 및 상기 실험예 2에서 측정 및 평가한 물성에 대하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한 비교예의 경우에는 표 3에 나타내었다.

구분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
초부	수용출성 폴리머 (wt%)	제조예1 50	제조예1 30	제조예1 70	제조예2 50	제조예3 50	제조예4 50
	비용출성 폴리머 (wt%)	PET 50	PET 50	PET 50	PET 50	PET 50	PET 50
	단면적비	30	30	30	30	30	30
심부	심부조성 (wt%)	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100
	단면적비	70	70	70	70	70	70
방속 (MPM)		4000	4000	4000	4000	4000	4000
섬도(De)		75	75	75	75	75	75
강도(gf/de)		3.6	3.8	3.1	3.0	2.1	2.0
신도(%)		33	31	33	29	34	33
표면염착농도(K/S)		8.4	7.8	8.5	7.1	7.7	7.8
염색후 섬도(De)		74	74	73	74	74	73
염색후 강도(gf/de)		3.6	3.7	3.2	2.9	1.9	1.8
방사 조업성		우수	우수	양호	우수	양호	양호

구분		실시예7	실시예8	실시예9	실시예10	실시예11	실시예12
초부	제조예5 50	수용출성 폴리머 (wt%)	제조예1 50	제조예1 50	제조예1 50	제조예1 50	제조예1 50
	PET 50	비용출성 폴리머 (wt%)	PET 50	PET 50	PET 50	PET 50	PET 50
	30	단면적비	30	30	20	50	70
심부	PET 100	심부조성 (wt%)	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100
	70	단면적비	70	70	20	50	30
방속 (MPM)		4000	2500	5000	4000	4,000	4000
섬도(De)		75	75	75	75	75	방사 불가
강도(gf/de)		1.8	2.4	2.3	4.0	3.3	-
신도(%)		32	36	32	32	30	-
표면염착농도(K/S)		7.5	8.7	7.4	7.8	8.5	-
염색후 섬도(De)		74	74	73	74	73	-
염색후 강도(gf/de)		1.5	2.0	2.1	3.9	2.8	-
방사 조업성		불량	양호	양호	우수	불량	불량

구분		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5
초부	수용출성 폴리머 (wt%)	-	알칼리이용성 설포폴리에스테르 50	비교제조예1 50	제조예1 20	제조예1 80
	비용출성 폴리머 (wt%)	-	PET 50	PET 50	PET 80	PET 20
	단면적비	0	30	30	30	30
심부	심부조성 (wt%)	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100	PET 100
	단면적비	100	70	70	70	70
방속 (MPM)		4,000	4,000	4,000	4,000	4,000
섬도(De)		75	75	75	75	75
강도(gf/de)		3.9	3.7	2.8	3.2	2.5
신도(%)		33	31	32	26	34
표면염착농도(K/S)		6.5	6.7 (감량후 염색)	7.8	7.2	8.4
염색후 섬도(De)		75	74	74	75	73
염색후 강도(gf/de)		3.9	2.8	2.6	3.1	2.2
방사 조업성		우수	불량	양호	우수	불량

상기 표 2 내지 4를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 복합섬유는 심색성(표면염착농도)과 방사 조업성 및 염색 후의 강도가 모두 우수한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 비교예 1은 심초형 복합섬유로 이루어지지 않고 PET 단독섬유로 이루어진 것으로서, 심색성이 매우 좋지 않음을 확인할 수 있다. 따라서 수용출성 폴리머에 의한 표면 미세요철구조의 형성이 심색성의 향상에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 2는 초부에 수용출성 폴리머 대신에 알칼리이용성 설포폴리에스테르를 포함한 심초형 섬유로서, 감량 후 염착농도가 실시예 1 내지 3에 비하여 떨어지고, 방사 조업성 및 염색 후의 강도가 크게 불리하여 본 발명에 비하여 열등한 효과를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.

또한, 비교예 3은 설포네이트기를 포함하지 않은 산 성분을 사용하여 중, 축합 반응한 조성물을 초부에 포함한 것으로서, 심색성이 실시예 1 내지 3에 비하여 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

또한, 비교예 4 및 5는 수용출성 설포폴리에스테르 함량이 25 내지 75 중량% 범위에 포함되지 않는 경우로서 수용출성 설포폴리에스테르의 함량이 25 중량% 미만인 비교예 4는 복합섬유의 심색 특성이 제대로 발현되지 않았으며, 75 중량%를 초과하는 비교예 5는 방사성이 나쁘고 염색 후에 섬유의 강도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다.

한편, 실시예 4 내지 6은 수용출성 설포폴리에스테르 내 산 성분과 디올 성분 중 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량이 각각 산 성분 중 화학식 1로 표시되는 화합물 5 내지 20 몰%, 디올 성분 중 화학식 2로 표시되는 화합물 10 내지 40 몰% 범위를 벗어나는 경우로서, 방사 조업성 및 심색성이 실시예 1 내지 3에 비하여 불리한 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 7은 5-나트륨설포이소프탈산을 화학식 1로 표시되는 화합물 대신하여 사용한 것으로, 방사 조업성이 실시예 1에 비하여 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 이는 중, 축합 반응 시 중합도가 충분하지 않기 때문인 것으로 판단된다.

또한, 실시예 8 및 9는 방사속도가 3,000 내지 4,500MPM의 범위를 벗어나는 경우로서, 실시예 8은 섬유의 신도가 실시예 1 내지 3에 비하여 현저히 낮은 것을 확인할 수 있고, 실시예 9는 방사 조업성이 불량한 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 10 내지 12는 초부 심부 단면적비가 25:75 내지 45:55의 범위를 벗어나는 경우로서, 실시예 11은 심색성이 본원발명에 비하여 낮은 것을 확인할 수 있고, 실시예 12 및 13은 섬유의 강도가 낮고 방사 조업성이 불량한 것을 확인할 수 있다.

10: 초부
20: 심부

Claims (17)

1. 전체 조성물 내 수용출성 설포폴리에스테르 25 내지 75 중량% 및 비용출성 폴리머가 블랜딩되어 포함되는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수용출성 설포폴리에스테르는 전체 조성물 내 40 내지 60 중량%의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수용출성 설포폴리에스테르는 카르복실산과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 산 성분과 분쇄형 글리콜 및 직쇄형 글리콜을 포함하는 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 제조된 에스테르 화합물; 및 폴리에틸렌글리콜;이 중, 축합된 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물:
   [화학식 1]
   

   

   
   상기 화학식 1에서, 상기 A 및 B는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이다.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수용출성 폴리에스테르는 상기 산 성분 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 5 내지 20 몰%로 포함하고, 상기 디올 성분 중 상기 분쇄형 글리콜을 10 내지 40 몰%로 포함하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 중량평균분자량이 1,000 내지 6,000인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
5. 제3항에 있어서,
   상기 분쇄형 글리콜은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물:
   [화학식 2]
   

   

   
   상기 화학식 2에 있어서, 상기 D 및 E는 각각 독립적으로 -CH₂-, -CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-이고, R₁은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌기, 탄소수 5 내지 6의 사이클로알킬기 또는 페닐기이다.
6. 제3항에 있어서,
   상기 직쇄형 글리콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4부탄디올 및 1,6-헥산디올 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
7. 제3항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌글리콜이 상기 에스테르 화합물 100 중량%에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되어 중, 축합된 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
8. 제1항에 있어서,
   상기 비용출성 폴리머는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지 및 폴리우레탄계 수지 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유용 폴리에스테르 조성물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하여 복합방사 후 수용출하여 제조된 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복합섬유는, 초부에 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하고 심부에 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머를 포함하여 복합방사한 심초형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
11. 제10항에 있어서,
    상기 초부와 심부의 단면적의 비는 25:75 내지 45:55인 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
12. 제9항에 있어서,
    3.0 내지 4.0gf/de의 원사강도를 지니며, 표면염착농도(K/S)는 10 내지 20 인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유.
13. (1) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하여 복합방사하는 단계; 및
    (2) 상기 방사된 조성물을 열수에서 수용출시켜 표면에 요철을 형성하는 단계;를 포함하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 (1)단계는 초부에는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하고 심부에는 폴리에스테르계 폴리머 또는 폴리올레핀계 폴리머 중 어느 하나를 포함하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 (1)단계는 심부와 초부의 단면적의 비가 25:75 내지 45:55가 되도록 복합방사하는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
16. 제13항에 있어서,
    상기 (1)단계의 방사 속도는 3,000 내지 4,500MPM인 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유 제조방법.
17. 제13항에 있어서,
    상기 (2)단계는 90℃ 이상의 열수에서 수용출하는 것을 특징으로 하는 심색성이 우수한 복합섬유 제조방법.

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