KR840000772B1 - 코어-자켓 구조인 흡습성 필라멘트의 제조방법 - Google Patents

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Description

코어-자켓 구조인 흡습성 필라멘트의 제조방법

본 발명은 소수성 필라멘트 형성 합성 중합체로부터 코어-자켓(Core Jacket)구조이고 단면이 균일한 원형 내지 타원형인 흡습성 필라멘트 또는 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

독일연방공화국 공개공보 제2,554,124호에 따르면, 사용된 용제보다 더 비등점이 높고 방사 용제 및 필라멘트의 세척액으로 적당한 용액과 용이하게 혼화되는, 중합체에 대하여 비용제(non solvent)인 물질을 가하여 소수성 필라멘트 형성 합성 중합체로부터 흡습성 필라멘트 섬유를 제조할 수 있다. 이 비용제는 제조된 필라멘트로부터 세척하여 제거할 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 바람직한 비용제는 글리세롤과 같은 다가 알콜, 당(糖) 및 글리콜이 있다.

상기 방법에 의해 수득할 수 있는 필라멘트 및 섬유가 물을 흡수하는데 탁월한 성질이 있고, 또한 방사물의 단면이 원형 내지 삼엽(三葉)형상을 갖는다 할지라도, 이러한 단면 형상은 후처리를 행하는 동안 훼손되어 별(star)과 같은 기이한 형성이 된다. 단면 형상에 영향을 미치는 주요 요소는 연신, 건조 및 스티밍(steaming)공정등이다.

더우기 섬유제품으로 가공하는 동안, 이같이 기이한 단면을 갖는 섬유는 사중에서 절단되어, 이로 인한 단섬유의 증가로 촉감이 거칠며 보풀보풀하고 잔털이 많은 사를 야기시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 방사물을 후처리하는 동안, 이들 형상을 유지함으로써 섬유제품으로의 제조에 더 용이하며, 단면이 극히 균일한 원형 및 타원형인 흡습성 섬유 및 필라멘트를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은

a) 사용된 방사 용제보다 비등점이 더 높으며,

b) 방사용제 및 물과 쉽게 혼화하고,

c) 방사되어진 중합체에 대해 비용제인 물질을 방사용제에 가하며,

또한

a) 방사되어진 중합체에 대한 비용제 중에서 용해하고,

b) 중합체에 대한 용제중에서 용해하며,

c) 필라멘트의 고형화 중에 중합체에 대한 비용제 중에 용해되어 잔존하고,

d) 수불용성이며,

e) 방사공정중 심할 정도로 증발하지 않는 또다른 물질을 고형폴리머/방사용제/비용제에 대해 중량비 1%이상의 양으로 계에 가하여, 비용제가 방사도관에서 심할 정도로 증발하지 않는 방법으로 방사공정을 수행하고, 고화된 필라멘트에서 비용제를 세척하여 제거하는 것을 특징으로하여, 건식 방사공정에 의해 소수성 필라멘트 형성 합성 중합체로 부터 코어-자켓 구조이고 단면이 균일한 원형 내지 타원형인 흡습성 필라멘트 또는 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 물질로 적합한 것의 예를들면, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리비닐 아세테이트및 셀라이트(cellite)유도체로 부터 중합된 중합체 화합물이다.

바람직한 소수성 필라멘트 형성 합성 중합체는 아크릴로 니트릴 중합체, 특히 아크릴로 니트릴 단위가 중량비 40%이상, 바람직하게는 아크릴로 니트릴 단위가 중량비 80%이상인 중합체이다.

상기 방법에 있어서, 필라멘트 및 섬유는 소수성 중합체로부터 수득되며 단면이 균일한 원형 내지 타원형 형상이며, 수분 유지력이 10%이상이고, 코어에 매우 미세한 구멍이 있는 코어-자켓구조이며, 이 세공(細孔)들은 다를 세공과 상통하고 코어 주위의 자켓은 코어보다 현저히 조밀하나, 액체는 통로에 의해 침투되어 코어의 세공에 들어간다. 상기 형태의 코어/자켓 구조를 갖는 필라멘트 및 섬유는 독일연방공화국 공개번호 제2,554,124호의 서두 및 독일연방공화국 공개공보 제2,719,019호에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 방법에 사용된 방사 첨가제는 폴리머가 고화되는 동안 비용제(예를들어, 필라멘트가 고화되는 동안 폴리아크릴로 니트릴에 대하여 글리세롤)중에 용해되어 잔류하고, 단지 물과 접촉하여 침전되다는 사실로 미루어, 방사 첨가제는 비용제로 세척할시 필라멘트에 형성된 세공에 충진된다. 첨가제가 섬유의 세공에 함입됨으로 인하여, 상기 형태의 필라멘트의 공포(空胞)구조는 주사전자현미경으로 찍은 사진에 나타나 있는 바와같이 섬유의 세포(cell)내부벽에 강하게 형성되어 안정된다. 이러한 효과는 섬유의 코어 외부로부터 전개되어 균일한 중합첨가제는 필라멘트가 고형화하는 동안 비용제 중에 용해되어 잔존한다는 사실을 입증한다.

방사물의 시편을 투과광하에서 현미경으로 측정할 경우, 이들은 물과 접촉하지 않는 한 밝은 백색을 나타낸다. 그러나, 물을 가할 경우, 가해진 중합체 물질의 침전을 통하여 섬유의 코어는 어둡고 외부 자켓은 밝게 나타난다. 예를들면, 중합체 첨가제로써 폴리카보네이트를 사용할 경우, 그것은 흡습성 폴리아크릴로 니트릴 섬유로 부터 염화메틸렌으로 추출하여 정량적으로 회수할 수 있다. 상기한 요건을 충족시키지 못하는 화합물을 사용할 경우, 단면이 불안정한 결과를 초래한다. 예를들어, 아클리로 니트릴 단일 중합체 첨가제로써 사용할 경우, 방사용제 즉, BMF중에는 잘 용해할 수 있으나, 글리세롤 또는 글리콜과 같은 비용제 중에는 용해하지 않는다. 기이하고 치차(齒車)형인 단면은 방사물을 섬유 또는 필라멘트로 형성시키기 위해 후처리한 후에 수득된다. 상이한 농도의 중합체 첨가제로 수행한 일련의 시험에서와 같이 고형폴리머/방사용제/비용제 계에 대한 중량비 1내지 5%, 바람직하게는 중량비 1.5내지 4%가 섬유의 단면을 안정화하는 결과를 얻기 위해 적합하다.

본 발명의 또 다른 주요 잇점은 상기 형태의 섬유가 후속공정을 행하는 동안 상기한 어떠한 결점도 나타나지 않을 뿐 아니라, 증열처리, 다림질 등과 같은 성형 공정중에 훨씬 덜 민감한 매우 안정된 세공계(細孔系)를 갖고 있다는 점이다. 또한, 방사첨가제는 상기 형태의 섬유에 적합한 특성을 부여하는 수분유지력의 증가를 유발한다.

부차적인 잇점은 본 발명에 따른 섬유가 건조공정중 수축에 민감하지 않으며, 단면 구조가 거의 완벽하게 유지된다는 사실이다. 이와같이하여 산업용, 심지어 토우(tow)형태로도 코어/자켓구조를 갖는 친수성 섬유및 필라멘트를 제조할 수 있다.

시험에서 밝혀진 또 다른 장점은 상기 형태의 토우가 상기한 첨가제로 부재한 토우보다 건조중에 더 빨리 수분을 손실하고 그 정도가 크다는 것이다. 이러한 결과, 플록킹(flocking)가공성을 향상시키고 생산량을 현저하게 증가시키는 것이 가능하다.

[수분 유지력(WR)의 측정]

수분 유지력(water retent)은 DIN 53814(참조:Melliand Textilberichte 4,1973,page 350)에 따라 측정한다.

섬유 시편을 0.1%의 습윤제를 함유한 물에 2시간 동안 침지시킨 후 섬유를 10,000m/sec²의 가속도로 10분간 원심분리하고 섬유내 및 섬유사이에 있는 수분의 양을 중량적으로 측정한다. 이들의 건조중량을 측정하기 위해서 일정한 수분함유율에 달할때까지 105℃에서 건조한다. 수분유지력(WR)의 중량%는 다음과 같다.

상기식에서,

mf=습윤 섬유의 중량

mtr=건조 섬유의 중량

본 발명은 다음 실시예에 의해서 예증하였으며, 실시예에서 일용된 부 및 %는 중량비이다.

[실시예 1]

a) 10kg의 디메틸 포름 아마이드 및 2.5kg의 폴리카보네이트(4,4′-디하이드록시디페닐-2,2-프로판의 폴리카본산 에스테르, MW는 대략 80,000)를 오토클레이브(autoclave)중에서 130℃로 교반하면서 용해시키고, 생성된 용액을 50kg의 DMF 및 17.5kg의 테트라에틸렌글리콜의 혼합물에 실온에서 교반하면서 가한다. 이어서, 20kg의 아크릴로니트릴 공중합체(화학적 조성:93.6%의 아크릴로니트릴, 5.7%의 메틸 아크릴레이트 및 0.7%의 나트륨 메탈릴 설포네이트)를 실온에서 교반하면서 가한다. 가해진 폴리카보네이트의 양은 고형폴리머/방사용매/비용매를 기준하여 2.5%의 양이다. 현탁액을 기어 펌프에 의해 가열기로 이송하여 130℃로 가열한다. 가열기에서의 체류 시간은 3분이다. 이어서, 방사액을 여과하고, 방사구가 240개인 방사도관에서 공지된 방법으로 건식 방사한다. 방사물(데니어 1580 dtex)을 보빈에 접속하고 합사하여 전체 데니어 110,600dtex인 토우를 형성시킨다. 이 토우를 비등수중에서 1:4.0의 비로 연신하고 80℃의 물로 세척하여 대전 방지제를 부여하고, 스크린 드럼 건조기(screen drum dryer)에서 100℃로 장력하에서 건조시킨다. 토우는 건조한후 수분함량이 41.5%이다. 이어서, 스터퍼 박스(stuffer box)에서 토우에 권축을 주고 동시에 60mm길이의 스테이플로 섬유를 절단한다. 2.6dtex의 최종데니어를 갖는 개개 섬유는 강도가 2.2센티 뉴우톤/dtex이고 신도가 32%이며, 수분유지력은 46%이다. 배율 700배의 광학 현미경으로 찍은 사진에서 볼 수 있는 바와같이, 섬유는 완전히 균일한 원형 단면을 갖는 뚜렷한 코어/자켓 구조를 나타낸다. 또한, 배율 100배인 주사전자현미경으로 찍은 사진에서 보면, 세공의 세포벽 두께는 2내지 5μ이다.

b) 토우의 일부를 비등수 중에서 1:4.0으로 연신하고, 세척하며, 대전방지제를 부여하고, 다양한 온도에서 20%의 수축율로 장력하에서 건조하고 권축을 주어 스테이플로 만든다. 각각의 측정된 데이타는 표 I에 나와 있다. 표 I에서 볼 수 있는 바와 같이, 어떠한 경우에도 균일한 원형 내지 타원형 단면이 수득된다.

c) 또 다른 일련의 시험에서, 가해진 폴리카보네이트의 양을 다양화하여 단면 안정효과에 의해 흡습성 코어/자켓 섬유가 수득된다는 것을 확인했다. 방사 시험은 a)에 기술된 방법과 동일하게 수행하였다. 섬유의 단면은 광학 현미경(배율 700×)에 의해 측정하였다. 단면은 메틸 메트아크릴레이트 중에 침적하여 수득했다. 표 II에서 볼 수 있는 바와같이, 단면 안정효과는 가해진 물질의 중량비 약 1%이상에서 일어난다.

[표 I]

[표 II]

[실시예 2]

a) 10kg의 디메틸 포름아마이드 및 2.5kg의 폴리비닐 아세테이트(Movilith 30)를 오토클레이브 중에서 120℃로 교반하면서 용해시키고, 생성된 용액을 50kg의 DMF 및 17.5kg의 트리에틸렌 글리콜의 혼합물에 실시에서 교반하면서 가한다. 이어서 실시예 1과 동일한 화학적 조성을 갖는 20kg의 아크릴로 니트릴 공중합체를 실온에서 교반하면서 가한다. 가해진 폴리비닐아세테이트의 양은 고형 폴리머/방사용제/비용제에 대해 2.5%이다.

실시예 1에 기술된 바와 같이, 현탁액을 방사용액으로 전환시킨 후 여과하고, 다시 실시예 1에 기술된 바와 같이 필라멘트로 방사하고 후처리하여 최종데니어 2.2dtex인 섬유를 형성시킨다. 토우는 건조한 후 수분함량이 51%이다. 섬유는 강도가 2.6센티-뉴우톤/dtex이고, 신도가 30%이며, 수분유지력은 52%이다. 배율 700배인 광학 현미경으로 찍은 사진에서보는 바와 같이 섬유는 균일한 원형 단면을 갖는 뚜렷한 코어/자켓 구조를 나타낸다. 다시, 배율 1000배인 주사전자 현미경으로 찍은 사진에서 보면 세공의 세포벽 두께는 2 내지 5μ를 나타낸다.

b) 토우의 일부를 1:4.0의 비율로 연신하고 세척하여 대전 방지제를 부여하고 장력하에서 다양한 온도로 수축율 20%로 건조하며 권축을 주어 스테이플 섬유를 형성한다. 각각의 측정된 데이타는 표 III에 나타나 있다. 표 III에서 보는 바와 같이, 어떠한 경우에서도 균일한 원형 내지 타원형 단면이 수득된다.

[표 III]

[실시예 3]

a) 60kg의 디메틸 포름아미드에 2.5kg의 셀라이트 BP900(부티르산으로 에스테르화한 셀라이트린터)17.5kg의 글리세롤 및 실시예 1과 동일한 조성을 갖는 20kg의 아크릴로니트릴 공중합체를 가해 오토클레이브 중에서 실온에서 교반하여 현탁액으로 형성시켜, 이 현탁액을 방사용액으로 전환시킨 다음 여과하고 방사용액을 필라멘트로 방사하여 후처리한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 데니어 2.3dtex인 섬유를 형성한다. 토우는 건조한 후 수분함량이 54%이다. 이 섬유는 강도가 2.6센티-뉴우튼/dtex이고 신도가 29%이며 수분유지력은 45%이다. 배율 700배인 광학 현미경으로 찍은 사진에서 섬유는 균일한 원형 단면을 갖는 코어/지켓 구조를 보여준다. 배율 1000배인 주사전자현미경으로 찍은 사진에서 세공의 세포벽두께는 2 내지 5μ으로 나타났다.

b) 토우는 일부를 실시예(Ib)에 기술된 방법과 동일한 방법으로 다양하게 후 처리한다. 각각의 측정된 데이타는 표 IV에 나타나 있다. 표에서 볼 수 있는 바와 같이, 어느 경우에도 균일한 원형 내지 타원형 단면 구조를 수득한다.

[표 IV]

[실시예 4(대조)]

a) 60kg의 디메틸포름아마이드 및 17.5kg의 테트라에틸렌 글리콜을 오토클레이브 중에서 실온으로 교반하면서 혼합한다. 이어서 실시예 1에서와 동일한 화학적 조성을 갖는 20kg의 아크릴로 니트릴 공중합체를 가하고 현탁액을 방사용액으로 전환하여 여과하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 필라멘트로 방사한다. 방사물을 집속하여 후처리한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 최종 데니어 2.7dtex인 섬유를 형성한다. 토우는 건조한 후 수분함함량이 75%이며, 이 섬유는 강도가 2.5센티-뉴우톤/dtex이고, 신도가 39%이며, 수분 유지력이 30%이다. 배율 700배인 광학 현미경으로 찍은 사진에서 보면, 섬유는 기이한 별모양의 불규칙한 단면을 갖는 뚜렷한 코어/자켓 구조를 나타낸다. 배율 1000배인 주사전자현미경으로 찍은 사진에서 보면 세공은 비교적 미세한 구멍(두께 1 내지 2μ)을 나타낸다.

b) 토우의 일부를 실시예(Ib)에 기술된 바와 동일한 방법으로 다양하게 후 처리한다. 각각의 데이타는 표 V에 나타나 있다. 표에서 볼 수 있는 바와 같이, 어느 경우에서도 불규칙한 별모양의 단면이 수득된다.

[표 V]

[실시예 5]

a) 오토클레이브 중에서 62.5kg의 디메틸포름 아마이드를 2.5kg의 아크릴로니트릴 단일 중합체(k-치90), 15kg의 트리에틸렌글리콜 및 실시예 1에서와 동일한 화학적 조성을 갖는 아크릴로 니트릴 공중합체와 실온에서 교반하여 현탁액을 형성시킨다. 이 현탁액을 방사용액으로 전환하고 여과하여 방사용액을 실시예 1과 동일한 방법으로 필라멘트로 방사한다. 예비시험에서 측정된 바와 같이, 단면 안정성 첨가제로써 사용된 아크릴로니트릴 단일중합체는 트리에틸렌 글리콜중에서, 심지어는 승온에서도, 완전한 불용성이다. 필라멘트를 집속하고 합사하여 토우를 형성하고 후처리하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 최종데니어 2.3dtex인 섬유를 형성한다. 토우는 건조한 후 수분함량이 83%이다. 섬유는 강도가 2.7센티-뉴우톤/dtex이고, 신도가 36%이며, 수분유지력이 38%이다. 배율 700배인 관한 현미경으로 찍은 사진에서 보면, 섬유는 불규칙한 치차형 내지 작은 막대형의 기이한 단면을 갖는 코어/자켓 구조를 나타낸다. 배율 1000배인 주사전자현미경으로 찍은 사진에서 보면, 세공의 세포벽은 비교적 얇은 두께(1 내지 2μ)를 나타내고 있다.

b) 토우의 일부를 실시예(1b)에 기술된 방법과 동일한 방법으로 다양하게 후처리 한다. 각각의 데이타는 표 VI에 나타나 있다. 표에서 볼 수 있는 바와 같이, 언 경우에서도 불규칙한 기이한 치차형 단면을 형성한다. 또한, 고형폴리머/방사용제/비용제계에 대한 첨가제는 그것이 비용제 중에 용해할 경우 단면 안정효과가 있으며, 방사공정 중에 계에 남아있고, 세척과 같은 후 처리를 행하는 동안 침전되며, 세공은 친수성 코어/자켓 섬유의 내부에 분포되어 있다. 이는 또한 세공의 세포벽이 더 두꺼운 형태인 더욱 강한 골격 구조를 나타낸다.

[표 VI]

Claims (1)

1. 사용된 방사용제보다 비등점이 더 높으며, 방사 용제 및 물과 쉽게 혼화하고, 방사 되어진 폴리머에 대해 비용제인 물질을 방사용제에 가하고, 또 방사 되어진 폴리머에 대한 비 용제 중에서 용해하며, 폴리머에 대한 용제중에서 용해하고 필라멘트의 고형화중에 폴리머에 대한 반응제 중에 용해되어 잔존하고, 수불용성이며, 방사공정중 심하게 증발하지 않은 또다른 물질을 고형 폴리머/방사용제/비용제에 대해 중량비 1% 이상의 양으로 계에 가하여, 비용제가 방사도관에서 심할 정도로 증발하지 않는 방법으로 방사공정을 수행하고, 고화된 필라멘트에서 비용제를 세척하여 제거하는 것을 특징으로 하여, 건식 방사공정에 의해 소수성 필라멘트 형성 합성 폴리머로부터 고어-자켓 구조이고 단면이 균일한 원형 내지 타원형인 흡습성 필라멘트 또는 섬유를 제조하는 방법.