KR880000491B1 - 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법

제1a도는 본 발명에 따른 방사공의 단면도.

제1b도는 본 발명에 따른 섬유의 단면도.

제2a도는 미연신사에 대한 실시예에서의 강신도 곡선을 비교예와 함께 나타낸 그래프.

제2b도는 연신사에 대한 실시예에서의 강신도 곡선을 비교예와 함께 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 돌출부 2 : 내접원

본 발명은 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 염색성, 흡수성 및 항 필링(anti-pilling)성이 우수하고 촉감과 표면광택이 자연스러우며, 천연섬유 방적사와 외관 및 물성을 갖도록 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법에 관한 것이다.

종래에도 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈리에트(PET)는 그 기능이 우수하고 용도가 다양한 합성 섬유로서, 의류용, 공업용 등으로 널리 사용되어 왔는 바, 이를 의류용으로 사용할 경우 표면 광택이 자연스럽지 못하고 염색성이나 흡수성 및 항 필링성이 불량하며 촉감이 단조롭기 때문에 소재의 한계가 뚜렷할 뿐 아니라 특히 고급 의류용으로서는 천연섬유에 대항할 수가 없는 정도였다. 따라서 폴리에스테르 섬유의 우수한 특성을 살리면서 그 결점을 보완하기 위한 많은 시도가 있었으나 모두 부분적인 개선에 불과했으며, 이러한 개선 결과도 제조원가의 상승 때문에 실용성이 거의 없었다.

종래의 이와 같은 예를 들어보면, 외관을 개선시키기 위하여 공기 혼섬을 한다거나 올이 굵고 얇은 섬유를 제조하려는 시도가 있었으며, 이염성 폴리에스테르 섬유를 제조하기도 하였고 흡수성 및 항 필링성을 개선시키기 위하여 섬유를 취하시키거나 혹은 중합, 방사시 흡수성 물질이나 금속염을 혼합하는 한편, 방사공의 모양을 특이하게 이형화하기도 했고 2성분 복합방사 또는 3성분 복합방사 등의 방법으로 폴리에스테르 섬유의 한계성을 극복하기 위하여 많은 노력을 기울여 왔다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 경험을 바탕으로 하여, 제조원가의 상승을 억제하면서 상기 결점을 해결함과 동시에 촉감도 향상시킬 수 있는 폴리에스테르 필라멘트를 제조하기 위하여 기준의 폴리에스테르 섬유의 중합 및 제사장치를 그대로 이용하되, 폴리에스테르 중합체의 제조방법, 예컨대 방사, 연신에 대한 특수 제사기술 및 알카리 감량기술을 조합하고, 특히 PET 섬유의 구조적인 특성, 공중합 폴리에스테르수지의 특성, 또한 제사공정에 있어서 제사조건에 따른 물성 및 구조적 변화와 알카리 감량 처리를 행할때 발생되는 섬유의 취화 현상등을 종합하여 상호 관련성을 겸토함으로서 본 발명에 이르게 된 것이다.

이에 본 발명은 PET 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에스테르 섬유의 원료선정 및 중축합 반응, 제사조건과 후가공 조건등 전 제조공정에 따른 조건들을 변경시켜 염색성, 흡수성 및 항 필링성이 우수한 폴리에스테르 필라멘트사를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리에스테르 필라멘트사를 제조하는데 있어서, 테레프탈 산에 대하여 0.5내지 5mole%의 금속염 설포네이트기를 공중합시킨 저 중합도의 폴리에스테르 공중합체에, 분자량이 30,000이상인 폴리에틸렌 글리콜 0.1내지 1중량%와 평균직경이 1㎛이하인 불활성 무기금속염 0.5내지 2중량%를 혼합시킨 다음, 이 혼합물을 섬유표면에 3개 이상의 돌출부를 형성 시킬 수 있도록 되어진 이형단면 방사공을 통하여 용융 방사시키되 돌출부 면적의 총합이 섬유단면 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 방사시키고, 이렇게하여 얻어진 미연 신사를 70내지 80℃의 연신온도에서 절단신도의 60내지 70% 정도의 연신배율로 연신한 후, 이를 사 또는 포지상태에서 중량 감소율 5내지 15%의 범위로 알카리 감량처리 하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법인 것이다.

이하 본 발명은 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 캐치온 염료 가염형 폴리에스테르 섬유를 제조하기 위하여 우선 테레프탈산에 대하여 금속염 설포네이트기 0.5내지 5mole%를 공중합시켜서 변성 폴리에스테르 수지를 제조하되 발색성을 고려하여 볼때 변성 폴리에스테르 수지에 포함된 금속염 설포네이트기의 함유량이 2내지 5mole%가 되도록 하는 것이 바람직한데 만일 그 함유량이 5mole% 이상이 될 경우에는 용융점도가 급격히 상승하고 유동성이 저하되므로 방사가 어려워지게되며, 내열성의 저하로 인하여 후 가공시 취화 현상이나 내구성이 저하되게 된다.

이렇게하여 얻어진 상기의 변성 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌과 혼합될 경우 미변성 PET 수지보다 방사성 및 단면형성이 우수하게되고 적당한 연신조건으로 연신된 연신사는 알카리 감량처리 후 강신도의 보지율이 높게되며 발색성도 향상되게 된다.

본 발명에 따른 변성 폴리에스테르 수지의 한 성분이 폴리에틸렌 글리콜은 분자량이 30,000이상인 것이 사용되는데, 용융방사시 폴리에스테르 용융액 내에서 세섬유를 형성하게 되므로 섬유내부에서 세섬유를 쉽게 형성시킬 수 있다.

일반적으로 흡수성과 제전성 향상을 목적으로 하는 폴리에틸렌 글리콜 성분의 분자량은 수만이상인 것이 적당하나 본 발명에서는 30,000이상인 폴리에틸렌 글리콜 0.1내지 1중량%를 혼합했을때 방사가 용이하고 섬유 내부에 세섬유구조가 고르게 발생되었다. 한편 변성폴리에스테르 수지의 또 다른 한 성분인 불활성 무기금속염은 입자의 평균직경이 1㎛이하이고 굴절율이 1.3이하인 것이 좋으며 그 함유량은 0.5내지 2중량%가 되도록 하는 것이 가장 적당한데 만일 함량이 0.5중량% 미만이 되면 섬유표면에 미세분화구의 형성이 부족하게 되고 반대로 2중량% 이상일 경우에는 조업이 불량하여 물성이 저하되게 된다.

이들 2가지 성분, 즉 폴리에틸렌 글리콜과 불활성 무기 금속염을 상기의 비율에 따라 혼합하는 방법으로는 여러가지 방법이 있는 바, 예를들면 중합시 원료준비 과정에서 불활성 무기금속염을 에틸렌 글리콜에 슬러리상을 분산시켜 혼합하는 방법과 중합관에 직접 투입하거나, 슬러리상으로 공급하는 방법과 변성 폴리에스테르 수지와 미세 분말상태로 혼합시키는 방법, 또는 방사직전에 혼합하여 방사기에 함께 공급하는 방법등이 알려져 있으나, 본 발명에서는 조업 안정성 제조원가 및 고른분간등을 감안하여 방사직전에 혼합시키는 방법을 채택하였다.

이상과 같은 방법으로 혼합된 복합 변성 폴리에스테르 수지를 기존의 용융방사기로 용융방사시키는 과정에서는 고결정 저배향의 특성을 갖는 미연신사를 얻도록 하기 위하여 첨부된 도면 제1(a)도에 도시된 형태로 면적이 0.4mm²이상인 방사공을 형성시키되 섬유측면을 따라 모세관현상이 생기면서 촉감이 개선될 수 있도록 3개이상의 돌출부(1)를 형성시킨다.

그러나 본 변성폴리에스테르 수지는 금속염설포네이트기에 의해서, 결정화 속도가 늦어지므로 해서 저결정성 미연신사가 되며, 본 발명에 따른 구금의 방사공 역시 면적이 0.4㎜²이상이 되므로 방사드래프트(draft)가 상승되어 저결정 고배향의 미연신사가 될 확율이 높아지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 구금하부의 온도를 결정화 온도 이상인 210내지 230℃의 온도로 유지해 주어야 하는 것이 바람직하지만 구금하부의 온도를 210℃ 이상으로 하게 되면 섬유면의 돌출부(1) 형성이 곤란하게 되며, 방법을 달리하여 펙 블럭의 온도를 상승시켜서 내부 중합체의 유동성을 크게하여 저결정 고배향으로 되는 것을 막을 수도 있으나, 이 경우에도 방사공에서 토출된 중합체가 심하게 팽창되어 돌출부(1)가 큰 미연신사를 제조하기는 곤란하다.

따라서, 본 발명에서는 한개의 섬유에 있어서 돌출부(1) 면적의 총합이 섬유단면 내접원(2) 면적의 2배이상이 되도록 하여서 방사공에서 토출된 중합체의 팽창을 억제하는 한편, 중합체 내부의 불활성 무기입자에 의해서 고결정 저배향 특성을 나타내는 미연신사를 제조할 수 있게 되었다.

이와 같이 하여 얻어진 미연신사르 Tg부근이나 그 이상인 70내지 80℃의 온도에서 절단신도의 60내지 70℃정도의 연신비율로 연신시켜야 된다.

이렇게 하는 이유는 Tg부근이나 그 이상의 온도에서 연신시킬 경우에는 결정 영역이 연신되면서 섬유축에 수직인 방향으로 열결정화가 진행되고, 비결정 영역은 내부구조가 완화되므로 해서 결정영역 및 비결정 영역간의 구조차가 커지게 되므로, 알카리 감량 처리시 두 구조간의 용해 속도차가 매우 크게 나타나기 때문이다.

한편, 연신 배율을 절단신도의 60내지 70% 정도로 제한시킨 것은 연신사의 염반 발생 및 알카리 감량처리 후 강력저하를 줄이면서 연신사 내부의 분자 배향도를 저하시키고, 배향 결정화의 증가를 억제하면서 스킨층 결정영역의 크기를 불균일화하는 동시에 결정-비결정 영역의 반복을 자유롭게하여 폴리에틸렌 글리콜의 세 섬유가 망상으로 형성될 수 있도록 하기 위해서이다.

이와 같이 제조된 연신사는 섬유 내부 구조의 결정 영역과 비결정 영역간의 구조차가 뚜렷하고, 매우 자유롭게 분포되어 있으며, 또한 불활성 무리 입자와 폴리에틸렌 글리콜의 망상 세섬유가 섬유 표면과 내부에 고르게 분포되어 있어서, 알카리 감량처리를 했을 경우 낮은 중량 감소율에서도 우수한 천연섬유 방적사와 같은 특성을 갖게 된다.

본 발명의 최종 공정인 알카리 감량처리 단계는 중량 감소율을 5내지 15% 범위로 조절하는 것이 바람직한데 만일 중량 감소율을 5% 미만으로 할 경우에는 표면 효과 및 세섬유화가 불충분하게 일어나게 되고, 반대로 15% 이상으로 하게 되면 모우 발생이 심하며 섬유의 취화현상이 크게 나타나 실용성이 저하되게 된다. 한편, 알카리 감량처리시에 가장 고려되어야 할 조건으로는 처리온도, 용액농도 및 처리시간 등이 있는데 본 발명에서는 처리온도를 비등점으로 하고, 용액 농도는 가성소오다 4% 이하의 수용액에서 시간에 따라 처리하였으며 처리시간은 20분 이상 50분 이하로 하였다.

상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 폴리에스테르 필라멘트사는 종래의 PET 섬유와는 달리 다음과 같은 몇가지 특성을 갖게 된다. 첫째, 섬유 내부의 배향도 차이에 의해서 서로 다른 수축현상이 일어남으로 해서 벌키(bulky)감이 향상된 한편, 분자구조의 분포가 자유롭고 비결정 영역의 선택적인 용해에 의하여 세섬유가 형성 되므로 해서 방적사조의 외관을 나타낸다. 둘째, 섬유표면에 3개 이상의 돌출부(1)가 형성되어져 있어서 섬유간의 공극이 크고 따라서 흡수성, 보온성이 향상됨은 물론 표면의 미세한 분화구에 의해서 항상 건조한 촉감을 갖으며 약제 가공을 하게되면 반영구적인 세탁내구성을 갖게 된다. 셋째, 캐치온 염료가염형으로서 선명한 색상을 얻을 수 있고 저굴절율 불활성 무기금속입자에 의해 우아한 광택을 갖는다. 넷째, 섬유의 단면 및 표면의 특이한 형상과 내부 미세공, 그리고 연통공이 형성되어져 있어서 흡수성이 뛰어나며 종합적인 성분과 저 배향도에 의해서 초기 모둘러스가 저하됨으로 해서 촉감이 부드러운 효과가 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예와 비교예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

디메틸테레프탈산에 2mole%의 디메틸이소프탈산 설포네이트 염을 공중합한 중합물에 페놀과 테트라크놀 에탄올을 등량혼합한 혼합물 중에서 30℃의 온도에서 측정한 극한 점도가 0.54인 변성 폴리에스테르 수지를 선택하고, 선택된 수지에 분자량이 50,000인폴리에틸렌글리콜0.7중량%와 평균직경이 0.6㎛인 실리카계 불활성 무기금속염 1중량%를 혼합한 다음 본 발명에 따른 방사공을 통해서 1400m/분의 방사속도로 용융방사하여 200d/36fila의 미연신사를 제조하였다.

이때 미연신사와 절단신도는 305%였으며, 강도는 1.27g/d였다. 이어서, 75℃의 온도에서 절단신도의 65%정도니 1.983배의 연신배율과 500m/분의 연신속도로 연신하였다.

제조된 연신사의 물성 및 구조적인 특성은 다음표 1에 나타내었다.

한편, 연신사를 경사 및 위사로 사용하여 파레스조직으로 제직한 직물을 NaOH 25g/l 수용액 내에서 98℃의 온도로 35분 동안 처리하여 염색한 후 제전 흡수제로 처리하고 이 직물의 특성을 표 2에 나타내었다. 가공지는 방직 사직물과 유사한 외관을 가지면서 제반 물성도 우수하게 나타나 있음을 알 수 있다.

[비교예]

상기 실시예와 동일한 변성 폴리에스테르 수지에 분자량이 6,000인 폴리에틸렌 그릴콜 1중량%를 혼합하고 실시예와 동일한 방법으로 방사연신하여 100d/fila의 연신사를 제조한 다음 역시상기 실시예와 같은 조건으로 제직하였다.

상기 연신사 및 후가공 처리된 가공지에 대한 특성을 상기 실시예의 결과와 비교하여 다음 표 1,2에 나타내었다.

이 결과에 의하면 비교예의 가공지는 염색성 및 촉감에 대한 효과는 어느정도 개선되었으나 세섬유화가 불량하고 표면이 미끄러우며 차가운 광택을 갖는 한편, 후가공 공정에서 비등수 수축율이 크고 불균일하여 치수가 불안정하다는 등의 많은 결점이 나타나 있다.

[표1]

연신사의 물성표

[표2]

연신사로 제직한 직물의 물설표

또한, 상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 미연신사 및 연신사의 신도에 대한 강도의 변화를 비교해 보면 미연신사나 연신사에 있어서 모두 초기 신도에서는 비교예의 경우가 더 강한 강도를 보이고 있으나 신도가 증가함에 따라 실시예의 경우와 비교예보다 더 큰 강도를 보이고 있음을 알수 있다.

이에 대한 제세한 그래프는 첨부된 도면 제2도에 예시되어 있다.

이 그래프에 의하면 미연신사는 신도가 증가함에 따라 강도가 비교적 급하게 증가(제2a도)하는 반면 연신사의 경우에는 신도증가에 따른 강도의 증가 추세가 훨씬 완만한 곡선(제2b도)을 보이고 있다는 것도 알 수 있다.

Claims (2)

1. 폴리에스테르 필라멘트사를 제조하는데 있어서, 테레프탈산에 대하여 0.5내지 5mole%의 금속염 설포네이트기를 공중합시킨 저 중합도의 폴리에스테르 공중합체에다 분자량이 30,000이상인 폴리에틸렌 글리콜 0.1내지 1중량%와 평균직경이 1㎛이하인 불활성 무기금속염 0.5내지 2중량%를 혼합시킨 다음, 이 혼합물을 섬유 표면에 3개이상의 돌출부를 형성시킬 수 있도록 되어진 이형단면 방사공을 통하여 상기 혼합물을 용융방사시키고, 이렇게 하여 얻어진 미연신사를 70내지 80℃의 연신온도에서 절단신도의 60내지 70% 정도의 연신배율로 연신한 후, 이를 사 또는 포지 상태에서 중량 감소율 5내지 15%의 범위로 알카리 감량처리하여서 되어짐을 특징으로 하는 폴리에스테르 필라멘트사의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 섬유 표면에 형성된 3개이상의 돌출부는 그 면적이 총합이 섬유단면 내접원 면적의 2배 이상이 되도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 방법.

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