KR20230067958A - 폴리에스테르계 fdy용 방사유제 조성물, 이를 이용한 방사유제 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사유제 조성물 및 이를 이용하여 제조한 방사유제에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 폴리에스테르 산업용 사(합성 섬유)를 방사시켜 제조시, 고온 및 고속화된 방사공정에 적용되어 집속성을 향상시켜 사의 떨림을 저감시켜 보풀이나 단사(斷絲)를 저감시킬 수 있는 방사유제 조성물, 이를 포함하는 방사유제 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물, 이를 이용한 방사유제 및 이의 제조방법{Spinning oil composition for polyester full draw yarns, Spinning oil using the same and Manufacturing method thereof}

본 발명은 기존 설비와 다른, 저 에너지 공법의 신규 방사 설비에 더욱 적합한 방사유제로서, 상세하게는, 방사유제 원액을 물로 희석하여 10 ~ 20 부피% 농도로 희석하여 쓰는 기존의 방식이 아닌 85 ~ 95 부피%의 높은 순도를 가지는 방사유제를 폴리에스테르계 FDY 원사에 처리하여 에너지 비용 및 희석하는 수고를 줄일 수 있는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르계 FDY를 폴리에스테르 칩을 250 ~ 300℃에서 용융 후 방사구금에 통과시켜 필라멘트 상태로 단계적인 속도 차와(사속 4000 ~ 6000m/min) 온도를 이용한 연신과 열처리로 원사 물성을 발현시켜 권취하여 제조되며, 원사의 품질과 공정 효율성을 위해 각각의 방사기에 적합한 방사유제를 선정하여 사용하고, 방사기와 방사유제는 밀접한 관계를 가지며, 제조사에서 원사 제조공법을 비밀로 취급되고 있다.

한편, 방사기는 독일과 일본의 제품들이 대부분 사용되고 있고 기계의 변화를 이끌고 있는데, 의류사 방사기의 최근 변화는 과거의 생산대비 권취수를 향상시켜 (24end에서 32end로) 30% 이상의 생산성 향상, 원사 다발을 고온의 열 연신롤러에 몇 회 반복하여 감는 방식에서 기존보다 낮은 온도의 열 연신롤러에 S자 단수 걸이를 하는 방식으로 에너지 비용을 절감, 작업환경 측면에서는 2층과 1층 두 명의 복수 근무자가 배치되어 작업을 하던 방식에서 설비를 단층화하여 한 명만으로 관리할 수 있도록 하고 만권 된 원사(치즈)무게를 낮추어 근로자의 피로도를 낮추고 제조된 원사 이동, 보관의 자동화를 도입하여 근무환경과 인건비를 절감하는 추세이다.

이러한 방사기에는 기존의 방사유제로는 적합하지 않으므로 다음과 같은 요구사항들을 지닌 새로운 방사유제가 필요하게 되었다.

종래의 10 ~ 20 부피% 농도로 물에 희석하여 급유하던 방식이 아닌 85 ~ 95 부피% 높은 순도의 원액을 사용하는 방식으로 유제를 원액 그대로 사용하거나, 소량의 물이나 무독성 희석제를 첨가하여 고농도로 사용하는 방식으로 사용한다.

이러한 적용방법은 저 농도로 물에 희석하여 사용하는 기존의 방법에서 발생하는 문제인 물을 제거하기 위한 추가 에너지 공급 또는 원사 열 전달 효율의 손실, 물에 희석하기 위한 방사유제 성분 구성의 제한, 수분 입출입으로 인한 원사의 물성 변화 등을 없앨 수 있는 장점이 있다. 그리고, 방사유제의 원액 급유 방식은 물에 10 ~ 20%의 낮은 농도로 희석하여 사용하는 종전의 공법에 근접하는 섬유로의 부착이 이루어져야 하므로 적절한 원액 점도와 우수한 침투성이 요구된다. 또한, 폴리에스테르계 방사유제에 공통적인 특성인 윤활성, 대전방지성, 집속성 또한 종전의 공법보다 높게 요구된다.

방사유제는 섬유가 금속을 포함한 다양한 소재로 구성된 섬유기기 장치의 표면을 접촉, 주행하면서 생기는 마찰을 감소 또는 제어하는 윤활제가 필요한데 신규 방사기는 높은 공간활용도를 위한 조밀한 장치 구성, 원사와 열연신롤러의 단수 걸이에 맞는 원사 물성 발현을 위한 연신과 장력/주행의 조건들로 인해 높은 윤활 효율을 지녀야 한다. 여러 가지 기계류와 섬유표면과의 접촉으로 발생하는 정전기를 줄이기 위해 대전방지제가 필요하며 더욱이 원액 그대로 섬유에 급유하는 방식으로 인한 원사의 낮은 수분 부착율(water pick-up%)로 정전기 발생이 높아지는 새로운 문제점이 발생하며, 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 단 섬유로 이루어진 원사의 균일한 집합체적인 물성을 위한 집속제를 필요로 한다.

또한, 기존의 물에 저 농도로 희석하여 쓰는 방식의 방사유제들의 원액 점도 (25℃ 측정)는 대게 80 ~ 100cP 정도의 물성을 요구되었는데, 신규 설비에서 물에 희석하지 않고 사용하는 방사유제의 경우 높은 점도로 인해 원사에 급유되는 양의 제어와 원사표면으로의 균일한 처리가 어려워지므로 원액 자체의 점도를 낮추거나 조절할 필요성이 요구되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2004-0061347호(2004.07.07) 한국 등록특허공보 특1993-0005935호(1993.06.29)

본 발명자들은 상기 기존 방사유제의 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 저 에너지 공법의 신규 방사기에 적합하며, 폴리에스테르계 FDY를 제조할 때 사용하기 적합하면서, 방사되는 FDY의 사절의 발생을 현저하게 저감시킬 수 있고, 또한 발연량이 적어서 생산 환경을 악화를 방지할 수 있는 최적의 조성 및 조성비를 가지는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폴리에스테르계 FDY(Full Draw Yarns)용 방사유제 조성물은 직쇄형 지방족 1가 알코올 및 탄소수 10 ~ 22의 직쇄형 불포화 지방산을 중합반응시킨 에스테르 화합물; 미네랄 오일; 인산 에스테르염; 비이온성 계면활성제; 음이온성 계면활성제; 첨가제; 및 용매;를 포함한다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르계 FDY용 방사유제는 상기 방사유제 조성물의 혼합물을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리에스테르계 FDY용 방사유제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방사유제 조성물을 각각 준비하는 1단계; 및 상기 조성물을 혼합하여 25℃에서의 점도가 55 ~ 65cP인 방사유제를 제조하는 2단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 폴리에스테르계 FDY 제조방법에 관한 것으로서, 폴리에스테르계 FDY 제조를 위한 폴리에스테르 칩을 용융시켜 방사공정 수행시, 상기 방사공정 수행에 사용되는 방사유제는 앞서 설명한 상기 방사유제를 사용할 수 있다.

본 발명의 방사유제 조성물로 제조된 방사유제를 폴리에스테르계 FDY 제조를 위한 고속, 고온 방사공정에 적용함으로써, 집속성을 향상, 윤활성, 대전방지성을 향상시켜서 사절 방지 및 보풀 발생을 현저하게 저감시켜서 FDY의 품위 향상 및 우수한 제사성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 방사유제는 85 ~ 95 부피% 농도의 고순도로 사용하므로, 기존에 대량의 물을 사용으로 인한 물 제거 위한 추가 설비 설치, 에너지 공급으로 인한 생산 비용 증대를 방지할 수 있으며, 원사 열 전달 효율 손실 수분 입출입으로 인한 원사의 물성 변동을 방지할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다.

본 발명의 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 제조에 사용되는 조성물은 에스테르 화합물; 미네랄 오일; 인산 에스테르염; 비이온성 계면활성제; 음이온성 계면활성제; 첨가제; 및 용매;을 포함한다.

상기 에스테르 화합물은 방사유제에서 평활제 역할 및 유막 강도 향상 역할을 하는 것으로서, 분자 내에 폴리옥시알킬렌기를 가지고 있지 않은 화합물이며, 직쇄형 지방족 1가 알코올 및 직쇄형 불포화 지방산을 중합반응시킨 중합체를 포함한다.

상기 중합체는 상기 직쇄형 지방족 1가 알코올 및 상기 직쇄형 불포화 지방산을 1 : 1.0 ~ 1.2 몰비, 더욱 바람직하게는 상기 직쇄형 지방족 1가 알코올 및 상기 직쇄형 불포화 지방산을 1 : 1.00 ~ 1.12 몰비로 중합시킨 중합체이다. 이때, 직쇄형 불포화 지방산이 1 몰비 미만이면 미반응 알코올로 인해 특유취가 늘어날 문제가 있을 수 있고, 직쇄형 불포화 지방산이 1.2 몰비를 초과하면 내열성이 떨어질 문제가 있을 수 있다.

상기 에스테르 화합물 합성에 사용되는 상기 직쇄형 지방족 1가 알코올로는 탄소수 10 ~ 16의 직쇄형 알코올을, 바람직하게는 탄소수 12 ~ 14의 직쇄형 알코올을 사용하는 것이 좋다. 이때, 알코올로서 분쇄형 알코올을 사용하거나, 탄소수 10 미만의 직쇄형 알코올을 사용하는 경우, 평활성이 떨어져서 FTY 사절이 발생하거나, 제조된 FDY의 보풀 발생이 증가될 수 있다.

상기 에스테르 화합물 합성에 사용되는 상기 직쇄형 불포화 지방산으로는 탄소수 10 ~ 22의 직쇄형 불포화 지방산을 사용하는 것이 좋고, 바람직하게는 12 ~ 20의 직쇄형 불포화 지방산을, 더욱 바람직하게는 미리스톨렌산(myristoleic acid), 팔미톨렌산(palmitoleic acid), 올레익산(oleic acid), 엘라이딕산(elaidic acid), 리놀렌산(linolenic acid), 에이코센산(eicosenoic acid) 및 헤네이코사노산(Heneicosanoic acid) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더 더욱 바람직하게는 팔미톨렌산, 올레익산 및 엘라이딕산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 직쇄형 불포화 지방산의 탄소수가 12 미만인 것을 사용하면 충분한 유막 강도를 확보하지 못할 수 있고, 원사 사절 문제가 발생할 수 있으며, 탄소수가 22를 초과하면 평활성 향상 효과가 떨어질 수 있다.

그리고, 지방산으로서, 포화 지방산을 사용하는 경우 내열성이 부족할 수 있으므로 불포화 지방산을 사용하여 에스테르 화합물을 합성하는 것이 좋다. 또한, 상기 지방산으로서 하이드록시 지방산이 포함되면 상기 처리제의 평활제로서의 역할이 부족하므로, 하이드록시 지방산은 포함되지 않은 것이 바람직하다.

상기 에스테르 화합물은 산가가 0.3 ~ 5.0 KOH mg/g이고, 중량평균분자량이 400 ~ 1000인 것을 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 산가 0.4 ~ 4.8 KOH mg/g 및 중량평균분자량 420 ~ 800인 것이, 더욱 바람직하게는 산가 0.4 ~ 4.5 KOH mg/g 및 중량평균분자량 430 ~ 700인 것이 좋으며, 산가가 5.0으로 너무 높으면 열처리 시에 다량의 발연이 발생하거나, 악취가 발생하여, 사용 환경을 악화시키는 경우가 있다. 또한, 중량평균분자량이 400미만이면 유막 강도가 부족하고, 보풀이 증가하거나, 열처리 시의 발연이 증가하는 경우가 있으며, 중량평균분자량이 800을 초과하면 방사유제의 점도가 너무 높아서 물 사용량을 증가시켜야 하는 문제가 있을 수 있고, FDY의 제직이나 편직 공정에서의 품위가 뒤떨어지는 경우가 있으므로, 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

그리고, 본 발명의 조성물 내 에스테르 화합물의 함량은 이하 설명한 조성물 사용량을 제외한 나머지 100 중량% 중 잔량이다.

다음으로, 조성물 중 상기 미네랄 오일은 평활제 역할을 하는 것으로서, 파라핀 함량 70 중량% 이상, 바람직하게는 파라핀 함량 72 ~ 85 중량%인 것을, 더욱 바람직하게는 파라핀 함량 80 ~ 85 중량%인 사용하는 것이 에스테르 화합물과의 상용성 측면에서 유리하다. 그리고, 미네랄 오일의 중량평균분자량은 200 이상, 바람직하게는 200 ~ 700인 것을, 더욱 바람직하게는 300 ~ 500 인 것을 사용하는 것이 좋다.

그리고 미네랄 오일은 저점도 미네랄 오일을 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 40℃에서의 점도(동점도)가 15 ~ 35cst인 것을 사용하는 것이 좋다.

그리고, 조성물 내 미네랄 오일의 함량은 조성물 전체 중량 중 10 ~ 20 중량%, 바람직하게는 10 ~ 16 중량%, 더욱 바람직하게는 12 ~ 15 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 미네랄 오일 함량이 10 중량% 미만이면 공정 중 높은 마찰로 인해 윤활 효과가 미비할 수 있고, 미네랄 오일 함량이 20 중량%를 초과하면 과량 사용으로 인해 제조된 방사유제의 점도가 크게 증가할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 조성물 중 상기 인산 에스테르염은 본 발명의 방사유제가 물의 사용 최소화하기 때문에 이로 인해 발생하는 정전기 발생을 억제하여 FDY와 금속 간의 마찰로 발생하는 정전기를 방지, 최소화하는 역할을 하는 것으로서, 알킬 알코올, 오산화인을 1 : 0.25 ~ 0.50 몰비로, 바람직하게는 1 : 0.28 ~ 0.40 몰비로 포함하는 혼합물 100 중량부에 대하여, 반응촉매 0.1 ~ 0.4 중량부를, 바람직하게는 0.1 ~ 0.3 중량부를 혼합한 후, 70 ~ 85℃ 하에서 18 ~ 24시간 동인 반응시켜 제조한 에스테르 반응생성물을 포함할 수 있다. 상기 반응촉매는 차아인산 등을 포함할 수 있다.

상기 알킬 알코올은 옥틸알코올, 노닐알코올, 데실알코올, 운데실알코올, 라우릴알코올, 트리데실알코올 및 미리스틸알코올 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

그리고, 조성물 내 인산 에스테르염 함량은 조성물 전체 중량 중 0.5 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 0.8 ~ 4.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.8 ~ 2.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 인산 에스테르염 함량이 0.5 중량% 미만이면 이의 사용으로 인한 대전방지 효과가 미비할 수 있고, 인산 에스테르염 함량이 5.0 중량%를 초과하면 오히려 제품 점도에 영향을 주어 작업성을 저해하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 조성물 중 비이온성 계면활성제는 방사된 FTY의 집속성과 방사유제의 유화성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 고급 알코올 EO(ethylene oxide) 부가물, PEG(polyethylene glycol)의 지방산 에스테르 및 캐스터 오일 EO(ethylene oxide) 부가물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 고급 알코올 EO 부가물, 폴리알킬렌글리콜의 지방산 에스테르 및 캐스터 오일 EO 부가물을 1 : 1.5 ~ 3.0 : 0.5 ~ 1.5 중량비로, 더욱 바람직하게는 고급 알코올 EO 부가물, PEG의 지방산 에스테르 및 캐스터 오일 EO 부가물을 1 : 1.8 ~ 2.5 : 0.8 ~ 1.2 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

상기 고급 알코올 EO 부가물의 바람직한 일례로는 폴리옥시알킬렌 다가 알코올 에테르, 글리세린 모노 올레이트 또는 솔비탄 트리 올레이트가 있으며, 상기 폴리알킬렌글리콜의 지방산 에스테르의 바람직한 일례를 들면, 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 지방산 에스테르가 있고, 폴리옥시알킬렌 캐스터오일 에테르 등이 있다.

그리고, 조성물 내 비이온성 계면활성제의 함량은 조성물 전체 중량 중 10 ~ 25 중량%, 바람직하게는 15.0 ~ 23.0 중량%, 더욱 바람직하게는 16.0 ~ 20.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 비이온성 계면활성제 함량이 10 중량% 미만이면 유막 강도가 저하되고, 보풀이 증가하는 경우가 있고, 25 중량%를 초과 사용하는 것은 과다 사용으로 평활성이 부족하여 오히려 FTY의 보풀이 증가 하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 조성물 중 상기 음이온계 계면활성제는 정전기 발생을 억제하는 대전방지 역할을 하는 것으로서, 물과 함께 사용하지 않거나, 그 사용량이 적은 경우 수분에 의한 정전기 억제 효과가 줄어들기 때문에 대전방지 효능을 더욱 발휘하기 위해서 적절한 음이온 계면 활성제의 사용이 필요하다. 당업계에서 사용하는 일반적인 음이온계 계면활성제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 설폰산염계 음이온성 계면활성제를 사용하는 것이 좋다.

그리고, 설폰산염계 음이온성 계면활성제의 바람직한 일례를 들면, 알킬 설폰산염, 아릴 설폰산염, 폴리스틸렌 설폰산염, 나프틸 설폰산염, 평균 축합도 4 ~ 10인 나프탈렌 설폰산염의 포르말린 축합물 및 이들 각각의 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리데실 설폰산 나트륨 및 도데실 벤젠 설폰산 나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

그리고, 상기 나프탈렌 설폰산염의 포르말린 축합물을 상업적으로 구입할 수 있는 제품으로는 루녹스 1000C (토호화학공업 주식회사), FT-500 (덴카공업 주식회사), Disper-TL (메이세이화학공업 주식회사), 라베린 FM-45 (다이이치공업제약 주식회사), 라베린 FH-P (다이이치공업제약 주식회사), 라베린 F-45 (다이이치공업제약 주식회사), 데몰 N (카오 주식회사), 데몰 RN (카오 주식회사), 데몰 T (카오 주식회사), 폴리티 100K (라이온 주식회사) 등이 있다.

조성물 내 음이온성 계면활성제의 함량은 조성물 전체 중량 중 0.1 ~ 10 중량%, 바람직하게는 1.0 ~ 8.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.5 ~ 6.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 음이온성 계면활성제 함량이 0.1 중량% 미만이면 대전방지 효과가 미비할 수 있고, 10.0 중량%를 초과 사용하는 것은 과다 사용으로 오히려 점도상승을 유발하며 후공정에서 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 상기 첨가제는 방사유제 및/또는 FDY에 추가적인 기능을 부가하기 위해 사용하는 것으로서, 상기 첨가제는 산화방지제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 상 안정제 및 점도 조절제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 산화방지제는 내열성을 부여하기 위해 사용하는 것으로서, 페놀계 산화방지제, 티오계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제 등의 공지의 산화방지제를 1종 이상 사용할 수 있다. 그리고, 상기 산화방지제의 함량은 조성물 전체 중량 중 0.1 ~ 5.0 중량%를, 바람직하게는 0.1 ~ 2.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 ~ 1.5 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 산화방지제 함량이0.1 중량% 미만이면 그 함량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 산화방지 및 내열성 향상 효과가 없을 수 있고, 5.0 중량%를 초과 사용하는 것은 과다 사용으로 원사가 저장 또는 보관 중에 황변하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

또한, 상기 첨가제로서 FTY의 부착성 보조, FTY 처리제의 수세, 섬유로서의 제전성, 윤활성, 집속성 등의 효과를 부가하기 위해서 알킬아민염, 알킬이미다졸리늄염, 제4급 암모늄염 등의 양이온성 계면활성제; 및 라우릴디메틸베타인, 스테아릴디메틸베타인 등의 양쪽성 계면활성제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이들 계면활성제를 함유하는 경우의 처리제의 불휘발분에서 차지하는 계면활성제의 중량 비율은, 특별히 한정은 없지만, 0.1 ~ 8.0 중량%가 바람직하고, 0.5 ~ 5 중량%가 더욱 바람직하다.

다음으로, 상기 물은 방사유제를 희석하여 방사유제를 적정 점도가 되도록 조절하고, 제품의 안정성을 높여주는 역할을 하는 것으로서, 5 ~ 15 중량%, 바람직하게는 5 ~ 12 중량%, 더욱 바람직하게는 7 ~ 12 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 물 함량이 5 중량% 미만이면 제품 안정성이 떨어지고 점도가 너무 낮아지고, 물 함량이 15 중량%를 초과하면 오히려 방사유제 점도가 너무 높아져서 겔링이 되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 폴리에스테르계 FDY용 방사유제는, 앞서 설명한 방사유제 조성물을 각각 준비하는 1단계; 및 상기 조성물을 혼합하여 방사유제를 제조하는 2단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.

그리고, 본 발명의 조성물을 혼합하여 제조한 방사유제는 불휘발분 농도가 85 ~ 95 중량%이고, 바람직하게는 불휘발분 농도가 90 ~ 95 중량% 정도인 것이 점도 조절 측면에서 적절하다.

또한, 본 발명의 방사유제는 25℃에서의 점도가 50 ~ 70cP이고, 바람직하게는 25℃에서의 점도가 55 ~ 65cP인 것이 방사유제를 FDY에 균일하게 부여하는 면에서 좋다.

이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

비교준비예 1-1 : 에스테르 화합물의 합성

반응기에 지방족 1가 알코올인 이소 옥탄올, 직쇄형 포화 지방산인 스테아릭산을 1 : 1.05 몰비가 되도록 투입한 후, 반응촉매로서 파라톨루엔술폰을 혼합하였다.

다음으로, 질소 기류 하에서 160℃로 승온하고, 4시간 반응시킨 후, 계속하여 190℃로 승온하고 20시간 중합 반응시켰다. 중합 반응 후에 반응 생성물로부터 반응촉매, 미반응 지방산을 제거하고, 산가 0.2 KOH mg/g의 에스테르 중합체(Mw=400)를 제조하였다.

비교준비예 1-2 및 준비예 1-1 ~ 1-2

상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 에스테르 중합체(화합물)을 제조하되 하기 표 1과 같이, 지방족 1차 알코올 및 직쇄형 지방산 종류를 달리하여 에스테르 중합체 각각을 제조하였다.

구분	비교준비예 1-1	비교준비예 1-2	준비예 1-1	준비예 1-2
포화 지방산	스테아릭산	스테아릭산	-	-
불포화 지방산	-	-	올레익산	올레익산
1차 알코올	이소 옥탄올	이소 옥탄올	도데칸올	도데칸올
산가(KOH mg/g)	0.2	1.5	0.4	4.5
중량평균분자량	400	400	450	450

준비예 2-1 ~ 2-2 및 비교준비예 2-1 : 미네랄 오일의 준비

미네랄 오일로서 슈퍼 그레이드(Super grade), 유바세(Yubase) 및 울트라(Ultra)를 각각 준비하였으며, 이들 미네랄 오일의 동점도(40℃, cst), 중량평균분자량, 파라핀 함량은 하기 표 2와 같다.

구분	비교준비예 2-1	준비예 2-1	준비예 2-2
미네랄 오일 종류	Super grade	Yubase	Ultra
점도 (40℃, cst)	8	20	32
중량평균분자량	270	440	500
파라핀 함량 (중량%)	60	75	82

준비예 3-1 ~ 3-2 및 비교준비예 3-1 : 인산 에스테르염의 준비

알킬 알코올과 오산화 인의 반응비를 3 : 1 몰비가 되도록 반응기에 투입 및 혼합하고 반응촉매로로서 차아인산을 전체 중량에 대해서 0.2 중량%를 투입 및 혼합하였다.

다음으로, 질소 기류 하에서 80℃로 승온하고, 20시간 반응시켜 3종의 인산 에스테르를 얻었다.

알킬 알코올의 종류 및 합성한 인산 에스테르염의 물성은 하기 표 3과 같다.

구분	비교준비예 3-1	준비예 3-1	준비예 3-2
알킬알코올	폴리 옥시 에틸렌 라우릴 알코올	옥틸 알코올	트리데실 알코올
산가	145	235	220
중량평균분자량	400	240	250

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3 : 폴리에스테르계 FDY용 방사유제의 제조

상기 준비예 및 비교준비예에서 제조한 에스테르 화합물, 미네랄 오일, 인산 에스테르염을 각각 준비하였다.

또한, 비이온성 계면활성제로서, 폴리옥시알킬렌 다가 알코올 에테르(고급 알코올 EO 부가물), PEG의 지방산 에스테르(폴리에틸렌글리콜의 지방산 에스테르) 및 폴리옥시알킬렌 캐스터오일 에테르(캐스터 오일 EO 부가물)을 준비하였다.

그리고, 음이온성 계면활성제로서 트리데실 설폰산 나트륨 및 도데실 벤젠 설폰산 나트륨을 1 : 1 중량비로 혼합하여 준비하였다.

또한, 첨가제로서, 프로필이미다졸리윰염(양이온성 계면활성제) 및 라우릴디메틸베타인(양쪽성 계면활성제)을 1 : 0.5 중량비로 혼합하여 준비하였다.

상기 조성물 및 물을 반응기에 표 4에 기재된 바와 같은 조성 및 조성비로 혼합한 후, 균일하게 될 때까지 교반하여 방사유제를 각각 제조하여 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3을 각각 실시하였다.

실험예 1 : 방사유제 물성 실험

조제한 각각의 방사유제를 사용하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트 FTY 필라멘트를 각각 제조하였으며, 하기의 방법으로 사절 정도, 정전기 발생 정도, 발연량을 평가하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

(1) 사절 정도 측정

신규 방사 설비용 용융 방사 공정에 있어서, 폴리에스테르 폴리머를 용융방사하여, 상기 방사유제를 가이드 급유법을 이용하여, 부여량 0.8%로가 되도록 부여하였다. 급유된 유제는 140℃의 핫 롤러로 연신하여 83d/36f(섬도/필라멘트 수)의 FTY 필라멘트를 얻었다.

그리고, 방사 설비 1 포지션(position)의 생산된 FDY 중 사절 수가 5회 보다 적은 경우 O로 표시하고, 그 이상의 경우는 X로 표시하였다.

(2) 정전기 평가

83d/36f(섬도/필라멘트 수)의 무급유 폴리에틸렌테레프탈레이트 소재의 FTY 원사에 대하여, 상기에서 조제한 방사유제를 가이드 급유법을 이용하여, 불휘발분의 부여량이 0.8%로 되도록 부여하고, 마찰시험기에 의해 금속 마찰체에 접촉시켜 하중 50g, 주사속도 200m/분으로 실을 주행 시키면서 급속과 원사간의 정전기를 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.

측정된 전하가 1.0보다 적은 경우 O로 표시하고, 그 이상의 경우는 X로 표시하였다.

(3) 발연량 평가

가열된 금속 판 위에 같은 양의 유제를 가열 하여 5분간 포집된 연기 입자의 양을 합산하여 측정 하였다. 측정 결과 1,500개 보다 적은 경우 O로 표시하고, 그 이상의 경우는 X로 표시하였다.

방사유제 성분(중량%)		실시예			비교예
		1	2	3	1	2	3
에스테르 화합물	비교준비예 1-1	-	-	-	40	-	40
	비교준비예 1-2	-	-	-	-	40	-
	준비예 1-1	40	-	40	-	-	-
	준비예 1-2	-	40	-	-	-	-
미네랄 오일	비교준비예 2-1	-	-	-	13	13	-
	준비예 2-1	13	-	-	-	-	-
	준비예 2-2	-	13	13	-	-	13
인산 에스테르염	비교준비예 3-1	-	-	-	2	2	2
	준비예 3-1	2	2	1	-	-	-
	준비예 3-2	-	-	1	-	-	-
비이온성 계면활성제	고급알콜EO부가물	5	5	5	5	5	5
	폴리알킬렌글리콜의 지방산 에스테르	10	10	10	10	10	10
	캐스터오일EO부가물	5	5	5	5	5	5
음이온성 계면활성제	설폰산염	5	5	5	5	5	5
첨가제		10	10	10	10	10	10
물		10	10	10	10	10	10
방사유제 점도(25℃에서의 cP)		60	62	62	55	55	58
방사유제 불휘발분 농도(중량%)		90	90	90	90	90	90
사절 정도		O	O	O	X	X	O
정전기 발생 정도		O	O	O	X	X	X
발연량 정도		O	O	O	X	X	O

상기 표 4의 물성 측정 결과를 통해서, 실시예 1 ~ 3은 사철 정도, 정전기 발생이 현저하게 저감되어 있고 발연량 또한 우수하여 생산 환경을 악화시키지 않음을 확인할 수 있다. 이에 반해, 비교예 1 ~ 3은, 3가지 항목 중 2 ~ 3가지 항목에 대해 만족된 결과를 보이지 못함을 확인할 수 있었다.

실시예 4 ~ 6 및 비교예 4 ~ 6 : 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물 및 방사유제의 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르계 FDY용방사유제 조성물 및 방사유제를 제조하되, 하기 표 5과 같이 방사유제 조성물의 함량을 달리하여 방사유제를 각각 제조하여, 실시예 4 ~ 5 및 비교예 4 ~ 6를 실시하였다.

방사유제 성분(중량%)		실시예			비교예
		4	5	6	4	5	6
에스테르 화합물	준비예 1-1	40	40	45	40	40	42
미네랄 오일	준비예 2-1	12	15	10	15	10	12
인산에스테르염	준비예 3-1	2	2	2	3	2	3
비이온성 계면활성제	고급알콜EO부가물	5	5	5	7	4	5
	폴리알킬렌글리콜의 지방산 에스테르	15	10	10	2	10	10
	캐스터오일EO부가물	5	5	5	7	4	6
음이온성 계면활성제	설폰산염	5	2	7	5	3	1
첨가제		8	8	10	10	7	10
물		8	13	6	10	20	11
방사유제 점도(25℃에서의 cP)		60	65	58	61	100	62
방사유제 불휘발분 농도(중량%)		92	90	94	90	80	90
사절 정도		O	O	O	O	X	O
정전기 발생 정도		O	O	O	X	O	X
발연량 정도		O	O	O	X	X	X

상기 표 5의 물성 평가 결과를 살펴보면, 실시예 4 ~ 6은 전반적으로 우수한 평가 결과를 보였다.

이에 반해, 비이온성 계면활성제 성분으로서 폴리알킬렌글리콜의 지방산 에스테르를 고급알콜 EO부가물에 대해 1.5 중량비 미만으로 사용한 비교예 4의 경우, 정전기 발생 및 발연량 평가 결과가 좋지 않았다.

또한, 물을 20 중량부 초과하여 사용한 비교예 5의 경우, 방사유제 점도가 100cP 이상으로 너무 높았으며, 그 결과 유제가 고르게 분포되지 않아 사절이 많이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 음이온성 계면활성제를 2 중량% 미만으로 사용한 비교예 6의 경우, 실시예 5와 비교할 때, 정전기 발생 빈도가 높은 문제가 있었다.

Claims (11)

1. 직쇄형 지방족 1가 알코올 및 탄소수 10 ~ 22의 직쇄형 불포화 지방산을 중합반응시킨 중합체를 포함하는 에스테르 화합물; 미네랄 오일; 인산 에스테르염; 비이온성 계면활성제; 음이온성 계면활성제; 첨가제; 및 물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 미네랄 오일 10 ~ 20 중량%, 상기 인산 에스테르염 0.5 ~ 5 중량%, 상기 비이온성 계면활성제 10 ~ 25 중량%, 상기 음이온성 계면활성제 0.1 ~ 10 중량%, 상기 첨가제 1 ~ 15 중량%, 상기 물 5 ~ 15 중량% 및 잔량의 상기 에스테르 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 에스테르 화합물은 산가가 0.3 ~ 5.0 KOH mg/g이고, 중량평균분자량이 400 ~ 800이며,
   상기 탄소수 10 ~ 22의 직쇄형 불포화 지방산은 미리스톨렌산(myristoleic acid), 팔미톨렌산(palmitoleic acid), 올레익산(oleic acid), 엘라이딕산(elaidic acid), 리놀렌산(linolenic acid), 에이코센산(eicosenoic acid) 및 헤네이코사노산(Heneicosanoic acid) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
   상기 직쇄형 지방족 1가 알코올은 탄소수 10 ~ 16의 직쇄형 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 미네랄 오일은 파라핀 함량 70 중량% 이상이고, 중량평균분자량 350 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 인산 에스테르염은, 알킬 알코올, 오산화인을 1 : 0.25 ~ 0.50 몰비로 포함하는 혼합물 100 중량부에 대하여 반응촉매 0.1 ~ 0.4 중량부를 혼합한 후, 70 ~ 85℃ 하에서 18 ~ 24시간 동인 반응시켜 제조한 에스테르 반응생성물이고,
   상기 알킬 알코올은 옥틸알코올, 노닐알코올, 데실알코올, 운데실알코올, 라우릴알코올, 트리데실알코올 및 미리스틸알코올 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 포화알코올인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제는 고급 알코올 EO(ethylene oxide) 부가물, PEG(polyethylene glycol)의 지방산 에스테르 및 캐스터 오일 EO(ethylene oxide) 부가물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
   상기 음이온성 계면활성제는 설폰산염계 음이온성 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는 산화방지제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 상 안정제 및 점도 조절제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제 조성물.
8. 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 혼합한 혼합용액이며,
   불휘발분 농도가 85 ~ 95 중량%이며,
   25℃에서의 점도가 55 ~ 65cP인 것을 특징으로 하는 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제.
9. 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 방사유제 조성물을 각각 준비하는 1단계; 및
   상기 조성물을 혼합하여 25℃에서의 점도가 55 ~ 65cP인 방사유제를 제조하는 2단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY용 방사유제의 제조방법.
10. 폴리에스테르계 FDY 제조를 위한 폴리에스테르 칩을 용융시켜 방사공정 수행시,
    상기 방사공정 수행에 사용되는 방사유제는 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 방사유제를 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 폴리에스테르 칩은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 FDY 제조방법.