KR20220094697A - 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법 - Google Patents

시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법에 관한 것으로, 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올을 포함하는 하드 세그먼트와, 분자량이 1000 내지 3000인 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 소프트 세그먼트를 포함하는 폴리에스테르 수지의 시스부 및 용출성 고분자를 포함하는 코어부를 포함하고, 상기 시스부의 하드 세그먼트는 시스부 전체 중량에 대하여 20 내지 50중량%이고, 측면의 일부가 개방되어 있어, 흡한속건 특성이 우수하고, 용출 후에도 강도 및 탄성회복률의 저하가 거의 없으며, 수율이 높은 효과가 있다.

Description

시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법{Manufacturing method of sheath-core type polyester composite fiber and yarn for fabric comprising the same}
본 발명은 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르 합성섬유는 강도, 탄성 및 내약품성 등의 물리적ㆍ화학적 특성이 뛰어나 의류용은 물론, 산업용으로도 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리에스테르 합성섬유는 보온성에서 천연섬유에 뒤떨어지는 문제가 있어 이를 극복하기 위하여 폴리에스테르 합성섬유를 중공화하는 것이 널리 행해지고 있다.
중공화된 폴리에스테르 합성섬유는 중공부를 가짐으로써 무게 및 비중이 감소하고, 이에 따라 경량감을 느낄수 있고, 중공부에 공기가 존재하므로 공기의 낮은 열전도율에 따라 보온성이 유지되는 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하여 의류에 사용되어 가볍고, 얇으면서도 보온성이 우수한 소재로서 많이 이용되고 있다.
폴리에스테르 합성섬유를 중공화하는 방법으로는 이격된 2개 이상의 슬릿들로 구성된 방사 구금을 이용하여 수지 용융물을 융착시켜 고화시키는 방법 및 복합방사 후 하나의 성분을 용출하여 제거하는 방법이 있다.
융착 및 고화시키는 방법의 경우 중공율이 높아지면, 가연공정 등 후가공 시 단면이 쉽게 붕괴되어 중공부가 소멸되는 문제가 있으며, 이를 방지하기 위해 필리멘트 또는 스테이플로 단섬유화 하는 경우 원단의 촉감이 좋지 않은 문제가 있다.
복합방사 및 용출에 의한 방법은 미세한 섬유를 제조할 수 있으며, 이에 따라 사용시 촉감이 우수한 장점이 있다. 다만, 용출 후 시스부만 남게 되면서 강도가 낮아져 원사의 중공이 붕괴되어 수율이 낮아지거나, 이를 포함하는 원단의 강도 및 탄성이 매우 낮아지는 문제가 있다. 또한, 중공에 의해 폴리에스테르 섬유의 보온성은 담보되지만, 흡습성이 낮아 착용감이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 이를 사용하여 제조된 직물은 땀의 흡수효과에 비하여 흡수한 땀을 건조하는 속도가 느려 착용자에게 습한 느낌과 함께 불쾌감을 유발하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0123316호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중공을 가지는 폴리에스테르 복합섬유를 사용하면서도, 흡한속건 특성이 우수하고, 용출 후에도 강도 및 탄성회복률의 저하가 거의 없는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올을 포함하는 하드 세그먼트와, 분자량이 1000 내지 3000인 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 소프트 세그먼트를 포함하는 폴리에스테르 수지의 시스부 및 용출성 고분자를 포함하는 코어부를 포함하고, 상기 시스부의 하드 세그먼트는 시스부 전체 중량에 대하여 20 내지 50중량%이고, 측면의 일부가 개방되어 있는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트는, 이소프탈산, 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트 및 디메틸 이소프탈레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올은, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜 및 1,6-헥산디올로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 상대적으로 분자량이 낮은 저분자량의 폴리알킬렌글리콜 및 상대적으로 분자량이 높은 고분자량의 폴리알킬렌글리콜을 혼합한 것이고, 저분자량의 폴리알킬렌글리콜과 고분자량의 폴리알킬렌글리콜의 혼합 비율은 3:6 내지 6:3일 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지는 상기 코어부는, 디카르복시산 100몰부에 대하여 디메틸-5술포아이소프탈레이트 소둠염(Dimethyl-5-Sulfoisophthalate Sodium Salt)을 1 내지 10몰부를 포함하고, 폴리에틸렌글리콜을 코어부 전체 조성물 100몰부에 대하여 5 내지 10몰부 포함할 수있다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 코어부는, 디카르복시산 100 몰부에 대하여 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfoisophthalate phosphonium salt)을 0.1 내지 5 몰부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 시스부의 고유 점도는 1.5㎗/g 내지 2.5㎗/g이고, 상기 코어부의 고유 점도는 0.5㎗/g 내지 0.7㎗/g일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유에서 코어부가 용출되어 C자 형태를 가지는 원사를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 복합방사에 의해 본 발명 따른 시스-코어형 폴리에스테르 복합 섬유를 제조하는 단계 및 상기 코어부를 용출시켜 C자형의 중공 원사를 제조하는 단계를 포함하는 원사의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 원사의 제조방법으로 제조된 원사를 포함하는 직물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 직물은 AATCC 시험 방법 79 규정에 따라 측정한 열이동값이 0.20W/cm2 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법은 복합섬유의 강도가 뛰어나며, 용출 후에도 강도 및 탄성회복률의 저하가 거의 없으며, 수율이 높고, 원사의 흡한속건 특성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
시스부 및 코어부를 포함하는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유, 복합섬유의 코어부를 용출시켜 제조되는 직물용 원사 및 이를 포함하는 직물을 제공한다.
이때, 상기 시스부는 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트를 포함하고, 이들의 함량을 조절함으로써, 상기 코어부를 용출하여 제조되는 원사는 높은 강도 및 탄성회복율을 가질 수 있다. 또한, 이를 포함하는 직물은 흡한속건 특성이 우수하다.
또한, 상기 소프트 세그먼트의 폴리알킬렌글리콜의 분자량을 조절함으로써 탄성회복율을 조절할 수 있음을 발견하였다. 즉, 동일한 평균 분자량의 폴리알킬렌글리콜 성분을 사용하더라도, 단일 분자량의 폴리알킬렌글리콜 성분을 사용하는 경우에 비하여, 분자량이 다른 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 경우가 탄성회복율이 우수함을 알 수 있었다.
시스-코어형의 폴리에스테르 복합섬유의 코어부에서, 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염을 사용함으로써, 용출 시 시간을 줄이면서도 잔량이 거의 없었다. 특히, 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염 중 일부를 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염으로 대체하는 경우 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유는 동일한 용융점도에서 고유점도가 증가하였다. 이에 따라, 복합섬유의 강도 저하가 많이 없으면서도 용출성은 유지되었다. 또한, 강도 저하가 많이 없어 방사공정에서 수율도 증가하였다.
본 발명은 시스-코어형의 폴리에스테르 복합섬유, 코어부를 용출시켜 제조되는 원사 및 이를 포함하는 직물의 제조에 있어서, 상기와 같은 효과를 발견하고 이를 적용한 것이다. 하기에 이를 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올을 포함하는 하드 세그먼트와, 분자량이 1000 내지 3000인 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 소프트 세그먼트를 포함하는 폴리에스테르 수지의 시스부(10) 및 폴리에스테르계 용출 성분을 포함하는 코어부(20)를 포함하고, 상기 시스부의 하드 세그먼트는 시스부 전체 중량에 대하여 20 내지 50중량%이고, 측면의 일부가 개방되어 있는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
상기 시스부(10)의 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트는 에스테르 반응조에서 디카르복시산 또는 이의 에스테르와, 디올을 혼합하여 에스테르화 반응시키고, 축중합 반응을 수행함으로써 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 폴리에스테르 수지의 시스부(10)는 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트의 반복단위를 가질 수 있다.
상기 디카르복시산으로는, 이소프탈산, 테레프탈산, 프탈산, 5-하이드록시이소프탈산, 4-하이드록시이소프탈산, 2-하이드록시테레프탈산, 5-아미노이소프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 2,6-디하이드록시이소프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 2,3-디하이드록시프탈산, 2,4-디하이드록시프탈산, 3,4-디하이드록시프탈산, 1,4-나프탈렌디카르복 실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산 및 1,8-디하이드록시나프탈렌-3,6-디카르복실산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,5-나프탈렌디카르복실산 및 2,6-나프탈렌디카르복실산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로, 테레프탈산일 수 있다.
상기 디카르복시산의 에스테르로는 디메틸 테레프탈레이트, 디메틸 이소프탈레이트, 디메틸-2,6-나프탈레이트, 디메틸-2,7-나프탈레이트 및 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로, 디메틸 테레프탈레이트일 수 있다.
상기 디올은 -OH기를 2개 이상 가지고, 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올 또는 폴리알킬렌글리콜을 포함한다.
상기 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜 및 1,6-헥산디올로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 에틸렌글리콜 또는 1,4-부탄디올일 수있다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜일 수 있다.
상기 하드 세그먼트는 시스부(10) 전체 중량에 대하여 20 내지 50중량%이며, 예를 들어, 25 내지 45중량%, 27 내지 43중량%, 30 내지 43중량%, 30 내지 40중량%, 30 내지 36중량% 또는 33 내지 36중량%일 수 있다.
시스부(10)의 하드 세그먼트는 상기와 같은 함량을 가짐으로써, 가공이 용이한 고유점도, 우수한 강도 및 탄성회복률를 가질 수 있다.
이때, 상기 폴리알킬렌글리콜의 분자량은 1000 내지 3000이며, 예를 들어, 1000 내지 2500단위, 1500 내지 2500, 1700 내지 2300, 1800 내지 2200 또는 1900 내지 2100일 수 있다.
또한, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 상대적으로 분자량이 낮은 저분자량의 폴리알킬렌글리콜 및 상대적으로 분자량이 높은 고분자량의 폴리알킬렌글리콜을 혼합한 것일 수 있다.
상기 혼합은 저분자량의 폴리알킬렌글리콜과 고분자량의 폴리알킬렌글리콜의 혼합 비율을 3 : 7 내지 7 : 3으로 할 수 있으며, 예를 들어, 3.5 : 6.5 내지 6.5 : 3.5, 4 : 6 내지 6 : 4 또는 4.5 : 5.5 내지 5.5 : 4.5일 수 있다.
상기와 같은 비율을 가짐으로써, 시스부(10)는 가공이 용이한 점도를 가지고, 복합 섬유의 탄성 회복율이 증가할 수 있으며, 상기 복합 섬유를 이용하여 제조된 직물의 신도가 증가할 수 있다.
구체적으로, 시스부(10)는 1.5㎗/g 내지 2.5㎗/g의 고유점도(I.V)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 고유점도는 1.6㎗/g 내지 2.4㎗/g, 1.7㎗/g 내지 2.3㎗/g, 1.7㎗/g 내지 2.2㎗/g, 1.7㎗/g 내지 2.1㎗/g, 1.75㎗/g 내지 2.1㎗/g, 1.9㎗/g 내지 2.1㎗/g, 1.93㎗/g 내지 2.1㎗/g 또는 1.93㎗/g 내지 1.96㎗/g일 수 있다.
시스부의(10)의 고유점도가 상기 범위인 경우 단면 형상의 유지가 우수하고, 복합 방사시 가공이 용이하며, 코어부가 용출된 후에도 강도 및 탄성회복율이 높은 효과가 있다.
또한, 상기 시스부(10)는 측면의 일부가 개방되어 있어, 코어부(20)를 용출시켜 C자 형태를 가지는 중공이 형성된 원사를 제조할 수 있다.
상기 코어부(20)는 시스-코어형의 복합섬유로서 용출에 의해 제거되는 성분이라면 한정되지 않는다. 예를 들어, 이용성 폴리에스테르 수지일 수 있으며, 구체적으로는 알칼리 용액과 반응에 의해 용출되는 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지일 수 있다.
상기 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지는 에스테르 반응조에서 디카르복시산, 디올 및 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염 (Dimethyl-5-sulfoisophthalate Sodium salt, DMS)을 에스테르화 반응시키고, 폴리에틸렌글리콜을 첨가하여 축중합 반응을 수행함으로써 제조할 수 있다.
이때, 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염은 물분자의 흡착을 유도하여 알칼리 이용성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염은 디카르복시산 100 몰부에 대하여 1 내지 10 몰부를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 2 내지 9몰부, 3 내지 8몰부 또는 4 내지 7몰부일 수 있다.
이때, 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염이 상기 함량 범위를 초과하는 경우 반응 안정성이 저해되며, 부반응물인 디에틸렌글리콜의 발생량이 많아져 방사공정에서 가공성이 저해된다. 또한, 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염이 상기 함량 범위 미만인 경우 용출성이 저하되어 공정 시간이 지연된다.
상기 코어부(20)는 디카르복시산 100 몰부에 대하여 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfoisophthalate phosphonium salt, DMSP) 0.1 내지 5 몰부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염은 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염을 일정 함량 대체하여 사용할 수 있다.
상기 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염으로 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염을 일정 함량 대체하여 사용하는 경우, 동일한 용융점도에서 고유점도가 증가하므로, 섬유의 강도를 증가시킬 수 있다. 또한 강도가 증가함에도 용출성을 유지시킬 수 있으므로, 방사 공정 시 수율이 높아지는 효과가 있다.
상기 축중합 반응 단계에서, 폴리에틸렌 글리콜은 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지 100 몰부에 대하여 5 내지 10 몰부를 혼합할 수 있으며, 예를 들어, 6 내지 9 몰부 또는 7 내지 8 몰부일 수 있다.
폴리에틸렌글리콜이 상기와 같은 함량을 가지는 경우, 기계적 강도의 저하가 많이 없고, 균일한 용출이 가능하여, 방사 및 용출 공정이 용이할 수 있다.
또한, 폴리에틸렌글리콜의 분자량은 100 내지 1,000일 수 있으며, 예를 들어, 300 내지 800, 400 내지 800 또는 500 내지 700일 수 있다. 폴리에틸렌글리콜의 분자량이 상기 범위인 경우 알칼리 용출시 시간을 줄일 수 있고, 균일한 용출이 가능하며, 코어부(20)를 구성하는 폴리에스테르 수지의 유리전이온도의 저하가 거의 없어 방사가 용이할 수 있다.
축중합이 완료된 코어부용 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지는 조성 및 함량을 가짐으로써, 코어부(20)는 가공이 용이한 점도를 가지고, 복합 섬유의 탄성 회복율이 증가할 수 있으며, 상기 복합 섬유를 이용하여 제조된 직물의 신도가 증가할 수 있다.
구체적으로, 코어부(20)를 형성하는 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지는 0.5㎗/g 내지 0.7㎗/g의 고유점도(I.V)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 고유점도는 0.52㎗/g 내지 0.65㎗/g, 0.53㎗/g 내지 0.65㎗/g, 0.53㎗/g 내지 0.6㎗/g 또는 0.54㎗/g 내지 0.6㎗/g일 수 있다.
코어부(20)를 형성하는 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지가 상기와 같은 고유점도를 가지는 경우 균일한 용출이 가능하고, 적당한 기계적 강도를 가짐으로써 방사 작업성이 우수할 수 있다.
본 발명은 복합방사에 의해 상기 시스-코어형의 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 단계 및 상기 코어부를 용출시켜 C자형의 중공 원사를 제조하는 단계를 포함하는 원사의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 단계는 시스부용 폴리에스테르 수지 및 용출성 고분자를 제조한 후, 상기 제조된 시스부용 폴리에스테르 수지를 시스부(10)로 하고, 용출성 고분자를 코어부(20)로 하여 복합방사함으로써 수행될 수 있다.
상기 복합방사는 소정의 방사공이 다수개 형성된 방사장치를 이용하여 이루어진다. 방사장치는 시스부를 방사하는 방사공과 코어부를 방사하는 방사공이 별도로 인접한 위치에 마련되어 시스부와 코어부에 재료를 넣은 후 거의 동시에 토출하면서 내측에 시스부(10), 시스부(10)의 외측면을 감싸는 형태로 코어부(20)가 위치된 복합방사 원사를 제조하게 된다. 이때, 코어부(20)의 일부는 외부로 드러난 형태가 되도록 복합방사하여 향후 코어부 용출 후 섬유의 형태가 C자형이 되도록 할 수 있다.
복합방사 후의 복합섬유는 시스부(10)와 코어부(20)를 구성하는 성분의 조성 및 함량의 조절에 의하여 수율이 높을 수 있다. 구체적으로 복합방사 후의 복합섬유의 수율은 95%이상일 수 있으며, 예를 들어, 96% 이상, 97% 이상 또는 98% 이상일 수 있다.
상기와 같은 수율을 가짐으로써, 불량률을 낮추어 제조 비용을 절감하고, 공정 효율을 개선할 수 있다.
또한, 복합섬유를 KS K 0412에 따라, 길이 250mm, 인장속도 300mm/min 으로 측정한 강도가 2.0 g/d 이상 일 수 있으며, 예를 들어, 2.1 g/d 이상, 2.2 g/d 이상 또는 2.3 g/d 이상일 수 있다. 상한은 특별히 제한되지 않는다.
상기와 같은 강도는 시스부(10)의 하드 세그먼트의 함량을 조절함으로써 조절 가능하다. 다만, 하드 세그먼트의 함량이 증가할수록 강도 개선도 이루어지지만, 하드 세그먼트의 함량이 전체 시스부 중량 대비 50 중량% 이상에서는 강도 개선의 효과가 미미하며, 탄성 측면에서 바람직하지 않으므로, 하드 세그먼트의 함량은 50중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 코어부(20)를 알칼리 수용액으로 용출시켜 C자형의 중공 원사를 제조하는 단계에서, 알칼리 수용액은 1 내지 10%의 수산화 나트륨을 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 알칼리 수용액은 3 내지 7%, 3 내지 8%, 4 내지 7% 또는 4 내지 6%인 수산화 나트륨일 수 있다. 상기와 같은 알칼리 수용액을 사용하여 복합 섬유를 용출하는 경우, 용출시간이 지나치게 길지 않으면서도, 강도의 저하가 많지 않으므로 바람직하다.
상기 용출 시간은 5 내지 100분일 수 있으며, 예를 들어 10 내지 80분, 20 내지 70분 또는 30분 내지 60분일 수 있다. 또한, 용출 온도는 60 내지 150℃일 수 있으며, 예를 들어, 70 내지 130℃ 또는 90 내지 110℃일 수 있다. 상기와 같은 시간 및 온도에서 용출하는 경우, 균일한 용출이 가능하며, 원사의 기계적 물성의 저하가 없을 수 있다.
용출 후 복합섬유를 KS K 0412에 따라, 길이 250mm, 인장속도 300mm/min 으로 측정한 강도는 0.7 g/d 이상 일 수 있으며, 예를 들어, 0.8 g/d 이상, 1.0 g/d 이상 또는 1.2 g/d 이상일 수 있다. 상한은 특별히 제한되지 않는다.
상기와 같은 강도는 코어부(20)와 시스부(10)를 구성하는 성분의 조성 및 함량의 조절에 의하여 달성할 수 있다. 상기와 같은 강도를 가짐으로써, 원사는 C자형 중공을 가지면서도 기계적 강도가 우수하여, 수율이 높고, 보온성이 우수하며, 직물로 제조 시 흡한속건 특성이 우수할 수 있다.
또한, 용출 후의 원사의 중공율은 전체 원사 단면에서 코어가 사라진 후 중공의 면적 비율로서, 전체 단면적에 대한 코어부(20)의 단면적 비율이며, SEM을 통해 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 원사의 중공율은 20%이상일 수 있으며, 전체 복합 섬유 중 코어부(20)의 비율을 증가시킴으로써 중공율을 조절할 수 있다. 다만, 원사의 중공율이 20% 미만인 경우 경량성 및 흡한속건 특성이 우수하지 못할 수 있다.
용출한 후 원사의 탄성회복율은 80% 이상일 수 있다. 예를 들어, 83% 이상, 85% 이상, 89% 이상 또는 91% 이상일 수 있다. 상기와 같은 탄성회복율을 가짐으로써 흡한속건 특성이 우수하면서도, 중공의 형태가 보존되어 보온성이 우수할 수 있다.
본 발명은 상기 원사의 제조방법에 의해 제조된 원사를 포함하는 직물을 제공한다. 따라서, 본 발명은 제조된 중공 원사를 제직 또는 편성함으로써 직물을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제직 및 편성의 방법은 공지된 통상적인 제직 및 편성의 방법이 적용될 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 직물은 신도가 180% 이상일 수 있으며, 예를 들어, 190% 이상, 200% 이상 또는 210% 이상일 수 있다. 상기와 같은 신도를 가지는 경우 기계적 강도의 향상에 따라 제직 공정에서 불량률이 현저히 감소하여 공정의 효율이 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 원사 및 이를 포함하는 직물은 전술한 바와 같이 탄성회복률이 우수하고, 신도가 우수하므로, 착용 시 신체에 피팅되므로 착용감 및 활동성이 좋아 스포츠 웨어의 소재로 사용이 적합하다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 직물은 AATCC 시험 방법 79 규정에 따라 측정한 열이동값이 0.20W/cm2 이상일 수 있으며, 예를 들어, 0.25W/cm2 이상, 0.27W/cm2 이상, 0.28W/cm2 이상, 0.29W/cm2 이상, 0.30W/cm2 이상 또는 0.31W/cm2 이상일 수 있다.
상기와 같은 열이동값을 가지는 경우, 빠른 수분 흡수가 가능하고, 건조 기능이 우수함으로 피부에 접촉 시 피부가 느끼는 냉감이 커서 상쾌한 기분이 들수 있다. 따라서, 상기와 같은 열이동값을 가지는 직물은 흡한속건 특성이 뛰어나, 스포츠 의류나 신발용 직물 등에 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
에스테르 반응조에 디카르복시산의 에스테르로서 디메틸 테레프탈레이트, 디올 성분으로 1,4-부탄디올 및 분자량 2,000의 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)을 혼합하여, 통상의 에스테르화 반응 촉매를 투입 후 220℃까지 3시간에 걸쳐 서서히 승온하며 에스테르 반응을 수행하였다. 이때, 전체 조성물의 중량에 대하여 하드 세그먼트를 형성하는 디메틸 테레프탈레이트와 1,4-부탄디올의 중량은 27중량%였다. 에스테르화 반응률이 약 96% 이상이 되면 에스테르화 반응을 종료하고, 축중합 반응 촉매를 첨가하고 반응조 내 최종 온도 및 진공 압력이 각각 280±5℃ 및 0.1mmHg가 되도록 축중합 반응을 수행하였다.
감압을 서서히 깨고 가압을 가하여 반응기 외부로 토출하고 냉각하여 펠렛(Pellet) 형태로 절단하여 시스부용 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
또한, 전체 산 성분 100몰부에 대하여 디메틸 테레프탈레이트 95몰부 및 디메틸-5술포아이소프탈레이트 소둠염(DMS) 5몰부를 투입하고, 디올 성분으로 에틸렌글리콜을 디카르복시산의 에스테르 성분 1에 대하여 1.2 몰비로 투입하며, 통상의 에스테르화 반응 촉매를 투입 후 220℃까지 3시간에 걸쳐 서서히 승온하며 에스테르 반응을 수행하였다. 에스테르화 반응률이 약 96% 이상이 되면 에스테르화 반응을 종료하고, 형성된 에스테르 반응물을 축중합 반응기에 이송하고 여기에 에스테르 반응물 100 중량부에 대하여 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜(PEG) 7.0 중량부를 첨가한 후, 축중합 촉매로 삼산화 안티몬 250ppm을 투입하여 280℃까지 승온하여 축중합반응을 수행한 후 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지를 수득하였다.
얻어진 수지를 시스-코어(Sheath-Core) 형태로 복합방사 하여 시스(Sheath) 부분에 상기 제조된 시스부용 폴리에스테르 수지를 흘려보내고, 코어(Core) 부분에 상기 알칼리 이용성 폴리에스테르 수지를 흘려보내어 시스-코어형 복합섬유를 제조하였다.
시스-코어형 복합섬유를 수산화나트륨 5% 수용액에서 100℃, 30분간 코어부를 용출하였다. 이후 제조된 C형 원사를 제직기를 이용해 직물을 제조하였다.
[실시예 2 내지 실시예 5]
시스부의 하드 세그먼트의 함량을 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[실시예 6]
시스부의 하드 세그먼트의 함량을 35중량%로 하고, 분자량 1000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜과 분자량 2000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 50:50으로 혼합 사용하여 중합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[실시예 7-8]
시스부의 하드 세그먼트 함량을 35중량%로 하고, 코어부의 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염의 함량 중 일부를 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(DMSP)으로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[비교예 1]
시스-코어형의 복합방사가 아닌 시스부를 구성하는 폴리에스테르 섬유 단독방사를 통하여 원형의 원사를 제조하였다.
[비교예 2]
시스-코어형의 복합방사가 아닌 시스부를 구성하는 폴리에스테르 섬유 단독방사를 통하여 원형의 중공 원사를 제조하였다.
[비교예 3]
시스부의 하드 세그먼트의 함량을 15 중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[비교예 4]
시스부의 하드 세그먼트의 함량을 55 중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
시스부 및 코어부의 조성, 함량, 고유점도 및 방사공정에서의 수율을 표 1에 나타내었다.
구분 시스부 코어부 방사공정
하드 세그먼트 함량 PTMG
분자량		 고유점도
(I.V)		 DMS DMSP PEG 고유점도
(I.V)		 단면
형상		 수율
단위 wt% - dl/g 몰부 몰부 몰부 dl/g - %
실시예 1 27 2000 2.09 5 - 7 0.55 C자형 97.9
실시예 2 30 2000 2.01 5 - 7 0.55 C자형 98.2
실시예 3 35 2000 1.92 5 - 7 0.55 C자형 98.3
실시예 4 40 2000 1.79 5 - 7 0.55 C자형 98.1
실시예 5 43 2000 1.76 5 - 7 0.55 C자형 98.3
실시예 6 35 1000/2900 1.95 5 - 7 0.55 C자형 97.9
실시예 7 35 2000 1.92 4.5 0.5 7 0.59 C자형 98.7
실시예 8 35 2000 1.92 4 1 7 0.63 C자형 99
비교예 1 35 2000 1.92 - - - - 원형 99.4
비교예 2 35 2000 1.92 - - - - 원형중공 95.2
비교예 3 15 2000 1.92 5 - 7 0.55 C자형 91.5
비교예 4 55 2000 1.92 5 - 7 0.55 C자형 94.4
실험예
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 4에 대하여 하기의 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 고유점도(IV)
KS M ISO 1628에 의거하여 100℃의 페놀:테트라클로로에탄올 1:1 비율로 섞은 용매에 폴리머를 0.5% 농도로 충분히 용해시킨 후 30℃ 항온조에서 우베로드형 점도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 섬유 강도
KS K 0412에 의거하여 길이 250mm, 인장속도 300mm/min 으로 측정하였다.
(3) 탄성회복율
길이 10cm 시료를 200mm/min의 속도로 200% 신장시키고 난 후 5초 후에 하중을 제거하고 즉시 길이를 측정하여 초기 길이와 대비하여 %로 표시하였다.
(4) 중공율
SEM 측정한 후 전체 종이 무게 중 중공사 무게 비율(%)을 측정하였다.
(5) 직물 신도
직물을 10x15cm의 직사각형으로 만든 후 인스트론 인장시험기를 이용하여 시험편의 중앙 부위를 규정된 크기로 홈을 내어 파단될때까지 일정 속도로 잡아당겨 인장신도를 측정하였다.
(6) 흡한속건
AATCC 시험 방법 79에 의거하여 Water-Box 위에 측정하고자 하는 직물을 올려놓고 그 위에 환경온도 +10℃로 세팅된 구리판을 올려놓아 동판의 온도 저하로부터 최대 열이동량 측정하였으며, 값이 클수록 직물을 통해 많은 열이 전달되어 피부가 느끼는 냉감이 커지는 것을 나타낸다.
구분 섬유
(용출 전)		 섬유(용출 후) 직물
강도 강도 탄성회복율 중공율 신도 흡한속건
단위 g/d g/d % % % W/cm2
실시예 1 2.1 0.9 95 20 234 0.25
실시예 2 2.3 1.1 93 22 210 0.28
실시예 3 2.4 1.2 90 24 198 0.29
실시예 4 2.4 1.5 87 27 192 0.32
실시예 5 2.5 1.7 84 29 181 0.31
실시예 6 2.1 1.5 94 22 222 0.27
실시예 7 2.6 1.3 89 23 203 0.25
실시예 8 2.8 1.2 90 24 205 0.28
비교예 1 1.4 1.4 93 0 211 0.17
비교예 2 2.6 2.6 92 17 216 0.12
비교예 3 1.1 0.5 86 18 242 0.19
비교예 4 2.9 1.8 78 31 169 0.18
상기 물성을 측정한 [표 2]에서와 같이 본 발명에 따른 복합섬유는 용출 전 강도가 2.1 내지 2.8g/d 값을 가짐며, 용출 후에도 강도가 0.9g/d 이상으로 유지됨을 알 수 있다. 이는 시스부의 조성 및 함량과 코어부의 조성 및 함량에 따라 점도 및 강도가 조절됨으로써 달성된 것으로 볼 수 있다.
또한, 탄성회복율이 87% 이상으로 우수함을 알 수 있다. 특히, 실시예 6의 경우 같은 하드 세그먼트 함량을 가지는 실시예 3, 실시예 7 또는 실시예 8에 비하여 높은 탄성회복율을 보였다. 이는 분자량이 다른 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜을 혼합하여 사용한 것에 기인한다.
실시예 7 및 실시예 8의 경우 동일한 하드 세그먼트 함량을 가지는 실시예 6에 비하여 강도가 높은 것을 알 수 있는데, 이는 코어부의 디메틸-5-술포아이소프탈레이트 소듐염의 함량 중 일부를 디메틸설포니오프로피오네이트로 대체하여, 동일한 용융점도에서 고유점도가 증가함에 따라 섬유 강도를 증가시킨 것으로 보인다.
본 발명에 따른 원사를 이용하여 제조된 직물은 AATCC 시험 방법 79에 의거한 열 이동량이 0.25W/cm2 이상으로 흡한속건 특성이 매우 우수함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 원사는 중공을 가짐으로써 보온성이 뛰어남에도, C자형 시스-코어형의 복합 방사 및 용출을 통하여 표면적이 넓어 흡한속건 특성이 매우 우수함을 알 수 있다.
또한, C자형 중공을 가지는 폴리에스테르 섬유를 사용하면서도 강도가 우수하고, 탄성회복율이 높은 특성을 보였다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 원사는 의류용 직물 또는 신발용 직물로 사용이 가능하다.

Claims (10)

  1. 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올을 포함하는 하드 세그먼트와, 분자량이 1000 내지 3000인 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 소프트 세그먼트를 포함하는 폴리에스테르 수지의 시스부; 및
    용출성 고분자를 포함하는 코어부를 포함하고,
    상기 시스부의 하드 세그먼트는 시스부 전체 중량에 대하여 20 내지 50중량%이고, 측면의 일부가 개방되어 있는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트는, 이소프탈산, 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트 및 디메틸 이소프탈레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 탄소수 2 내지 6의 지방족 디올은, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜 및 1,6-헥산디올로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하며,
    상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜은,
    상대적으로 분자량이 낮은 저분자량의 폴리알킬렌글리콜; 및
    상대적으로 분자량이 높은 고분자량의 폴리알킬렌글리콜을 혼합한 것이고,
    저분자량의 폴리알킬렌글리콜과 고분자량의 폴리알킬렌글리콜의 혼합 비율은 3:6 내지 6:3인 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어부는, 디카르복시산 100몰부에 대하여 디메틸-5술포아이소프탈레이트 소둠염(Dimethyl-5-Sulfoisophthalate Sodium Salt)을 1 내지 10몰부를 포함하고,
    폴리에틸렌글리콜을 코어부 전체 조성물 100몰부에 대하여 5 내지 10몰부 포함하는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어부는, 디카르복시산 100 몰부에 대하여 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염(Dimethyl-5-sulfoisophthalate phosphonium salt)을 0.1 내지 5 몰부 더 포함하는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시스부의 고유 점도는 1.5㎗/g 내지 2.5㎗/g이고,
    상기 코어부의 고유 점도는 0.5㎗/g 내지 0.7㎗/g인 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
  7. 제1항의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유에서 코어부가 용출되어 C자 형태를 가지는 원사.
  8. 복합방사에 의해 제1항에 따른 시스-코어형의 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 단계; 및
    상기 코어부를 용출시켜 C자형의 중공 원사를 제조하는 단계를 포함하는 원사의 제조방법.
  9. 제7항의 원사 또는 제8항의 제조방법으로 제조된 원사를 포함하는 직물.
  10. 제9항에 있어서,
    AATCC 시험 방법 79 규정에 따라 측정한 열이동값이 0.20W/cm2 이상인 직물.
KR1020200186180A 2020-12-29 2020-12-29 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 포함하는 직물용 원사의 제조방법 KR20220094697A (ko)

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KR20180123316A (ko) 2017-05-08 2018-11-16 주식회사 휴비스 용출형 고중공복합섬유 및 그 제조방법

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