KR880002441B1 - 신규한 수분산성 합성섬유 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

신규한 수분산성 합성섬유

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 특히 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 신규한 수분산성 합성 중합체 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

최근에 특히 폴리에스테르의 수분산성 합성섬유에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 수분산성 섬유는 흔히 다량의 목재 펄프와의 블렌드의 일부로서, 종이-제조 및 습식부직포, 또는 글래스섬유를 포함한 여러가지 부직포 분야에서 뿐만 아니라, 다른 섬유와 혼방되지 않은 폴리에스테르 섬유만을 필요로 하는 분야에서도 사용되고 있다. 이러한 용도 및 그에 대한 요건은, 예를 들어 면방적에서 소면과 같은 공정에 의해 섬유를 사로 전환시키는 대신에 이 섬유를 물속에 분산시킬 필요가 있기 때문에, 제직물 또는 편직물에 최종 사용시 텍스타일사로 전환되는 토우 또는 스테이플 섬유로서 더욱 통상적인 용도와는 완전히 다르다. 이러한 수분산성 요건이 본 발명의 분야와 통상의 폴리에스테르 스테이플 섬유와 다른 점이다.

이러한 수분산성 폴리에스테르 섬유는 대부분 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)이며, 또한 대부분의 수분산성 폴리에스테르 섬유는 권축되지 않으며, 반면 텍스타일 사에 사용되는 모든 폴리에스테르 스테이플 섬유는 스테이플 섬유로 권축되기 전, 토우 형태로 거의 권축되는 것 외에는, 통상의 텍스타일 폴리에스테르 스테이플 섬유와 거의 같은 방식으로 제조된다. 따라서, 수분산성 폴리에스테르 섬유는 일반적으로 폴리에스테르를 필라멘트로 용융방사하고, 필라멘트들을 결합시켜 토우를 형성시킨 다음 연신하고, 일반적으로 폴리에스테르를 필라멘트로 용융방사하고, 필라멘트들을 결합시켜 토우를 형성시킨 다음 연신하고, 일반적으로 가공유제를 통상적인 텍스타일 필라멘트토우에 처리하는 방식으로, 적절한 피복제를 처리하여 수분산특성을 부여한 다음, 일반적으로 권축을 주지 않고(또는 여분의 벌크성 및 3차원 매트릭스를 제공할 몇몇 경우에 약간의 미세한 파형만을 주면서), 토우를 스테이플로 전환시키는 방식으로 제조하여 왔다. 약간의 선행 폴리에스테르 스테이플 섬유는 예를들면 파일 직물에서 플록으로 사용할 경유 미권축 형태로 제조하여 왔지만, 이러한 용도에서는 수분산성이 요구되지 않았다.

폴리에스테르 섬유는 본래 소수성이므로, 링 등의 미합중국 특허 제4,007,083호, 호우킨스의 미합중국 특허 제 4,137,181호, 제 4,179,883호, 및 비스코스 수이스의 영국 특허 제 958,350호에 기술된 바와 같이, 포움을 생기게 하거나 섬유에 보풀 모양을 생기게 하지 않고 폴리에스테르 섬유의 고유 소수성을 억제하기 위해서는 폴리에스테르에 적절한 피복제를 처리할 필요가 있다. 폴리에스테르 자체 또는 그의 단면 형태 등의 제반 고유 특성인자 외에도, 통상의 폴리에스테르 스테이플 섬유와 수분산성 폴리에스테르 섬유가 다른 점은 이러한 피복제이다. 지금까지 알려진 바와 같이, 모든 통상의 수분산성 폴리에스테르 섬유는 원형 단면을 가지고 있다. 가장 통상적인 폴리에스테르 스테이플 섬유의 단면은 일반적으로 원형이며, 이것이 바람직하다.

지금까지 대부분의 합성 중합체 수분산성 섬유는 폴리에스테르로 형성되어 있지만, 폴리우레핀 및 폴리아미드는 값이 비싸고 또 사용량의 증가로 인하여 수분산성 섬유로 사용되기 시작했으며 그리하여 본 발명은 폴리에스테르만으로 제한되지 않고 다른 합성섬유도 포함한다.

[발명의 요약]

본 발명에 따라, 섬유가 십자형 단면을 가짐을 특징으로 하는, 신규의 합성중합체 수분산성 섬유, 특히 폴리에스테르 섬유가 제공된다.

십자형 단면은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 다른 폴리에스테르 섬유에 사용되어 왔다. 단면 이외에, 본 발명의 수분산성 섬유는 이후에 기술되는 잇점들이 부수적인 개량의 여지를 제공할 수 있지만, 선행 수분산성 폴리에스테르 또는 다른 합성 중합체섬유와 거의 유사할 수 있다. 본 발명은 폴리마이드 및 폴리올레핀과 같은 다른 중합체도 또한 사용될 수 있는 것으로 인식되지만, 이후에 폴리에스테르 섬유에 대하여 기술할 것이다.

본 발명의 섬유는 필라멘트당 적절한 데니어(dpf)의 폴리에스테르 필라멘트를 용융방사 및 연산한 다음, 수분상 특성을 부여하기 위해 여기에 적합한 피복제를 처리함으로써 만들 수 있다. 그후 필라멘트는 일반적으로 최종 용도에 따라 알맞은 길이의 스테이플로 절단한다.

본 발명의 수분산성 섬유에 십자형 단면을 사용하면 원형단면에 비하여 분산성을 증진시키는 것으로 밝혀졌다. 이것은 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 균제도가 양호하고 더욱 투명하고, 투과성이 양호한 습식섬유를 제공한다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 섬유의 십자형 단면도를 나타낸다.

제2도는 본 발명의 방사 필라멘트의 대표적인 방사구오리피스를 나타낸다.

[발명의 개시]

상술한 바와 같이, 십자형 단면은 가장 통상적인 폴리에스테르 스테이플 섬유에 사용되어 왔는데, 섬유는 필라멘트로 방사한 다음 연신, 절단하여 방적사로 전화시키며, 또한 제직물 또는 편직물에 사용된다. 이러한 섬유는 본 발명에 필요한 수분산 특성을 가지고 있다. 마찬가지로, 십자형 단면을 갖는 폴리에스테르 필라멘트는 십자형 단면의 폴리아미드 및 폴리에스테르 필라멘트의 용융방사법, 및 스테이플 섬유로 부터 제직물 및 편직물의 제조방법을 개시하는 레미케의 미합중국 특허 제 2,945,735호에 이미 공지되어 있을 뿐만 아니라, 십자형 단면을 포함한 다양한 단면의 폴리에스테르 필라멘트의 멀티필라멘트사를 제조하는 방법을 개시하는 자미에손의 미합중국 특허 제 3,249, 669호에 이미 공지되어 있다.

비원형 단면의 배향 폴리에스테르 필라멘트는 프랑크포트 등의 미합중국 특허 제4,134,882호, 제 4,195,051호에 기술되어 있는데, 이들 특허에서는 아주 고속(6,000ypm)으로 방사하여 이러한 필라멘트를 제조하여, 여기서 고속은 적합한 피복제를 필라멘트에 처리하여 수분산 특성을 부여하는 기질로서 십자형 단면의 연신 폴리에스테르 필라멘트를 제조하며 따라서 본 발명에 따른 수분산성 섬유를 얻는데 사용할 수 있다. 이러한 기술은 본 발명의 분야와 관련되어 있지 않다. 그러나, 본 발명의 수분산성 섬유를 제조하는 폴리에스테르 필라멘트 기질은 여기에 기술된 방법이나, 또는 비원형 단면의 폴리에스테르 필라멘트를 만드는 이들 방법의 적절한 개량 또는 다른 공지방법에 의해 제조할 수 있다.

선행기술 문헌은 십자형 단면의 파라미터를 개시하고 있으며 제1도는 여기에서 기술된 바와 거의 같다.

폴리에스테르 스테이플 섬유의 제조는 중합체를 필라멘트로 용융방사하고, 필라멘트들을 토우로 접속하고, 이 토우를 연신한 다음, 특성을 부여하기 위해 수분산성이 있는 적합한 피복제를 처리하는 단계를 포함하는 것이 통상이다. 낮은 수축율이 요구될 경우, 연신 필라멘트는 일반적으로 어닐링 처리한다.

수분산성을 촉진하기 위해서는 적합한 피복유제의 선택이 중요하며, 이러한 피복물은 십자형 단면의 주연의 더 큰 표면적 때문에, 유사한 dpf를 갖는 원형단면 섬유의 상당 중량 보다 더 필요하게 된다. 양호한 경계 윤활 특성을 제공하는 것이 특히 중요하다. 이 때문에 에톡실화된 피복제가 바람직하다.

적합한 피복제는 미합중국 특허 제 4,137,181호, 제 4,179,543호 및 제 4,294,883호, 및 반이슘과 쉬루터의 이름으로 동일자 출원된 계류중인 미합중국 특허원 제 721,344호에 기술되어 있으며, 이들 특허 문헌은 여기에서 인용된 맥인타이어 등의 미합중국 특허 제 3,416,952호, 제 3,557,039호 및 제 3,619,269호에 기술된 바와 같이, 300 내지 6,000 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리(옥시알킬렌) 글리콜로 부터 유도된 그룹의 폴리(옥시알킬렌)과 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 합성 코폴리에스테르의 사용을 개시하고 있다. 다른 유용한 코폴리에스테르 세그먼트는 레이놀드스의 미합중국 특허 제 3,981,807호에 기술되어 있으며, 이들 특허 문헌은 모두 여기에서 참고로 소개한다.

이러한 폴리에스테르 섬유는 일반적으로 우선 연속 필라멘트 미권축 토우형태로 제조되며 또는 과잉부피가 요구될 경우, 더욱 3차원적인 매트릭스 형태로 제조하며, 필라멘트는 약간의 권축형 공정에 의해 파형을 제공할 수 있으며, 또한 미권축 또는 약간 파형의 필라멘트는 소정의 절단길이로 절단함으로써, 일반적으로 베일형태 또는 절단섬유의 다른 팩키지 형태로 시판되고 있는, 수분산성 섬유를 형성한다. 적절한 절단 길이는 일반적으로 약 5 내지 90mm(1/4 내지 3인치), 통상 60mm(

인치) 이하이며, 길이/직경(L/D)비는 약 100:1 내지 약 2000:1, 바람직하게는 약 150:1 내지 약 2000:1이다.

본 발명의 잇점은 선행기술의 수분산성 폴리에스테르 섬유에서 보다 더 높은 L/D비로 본 발명의 바람직한 수분산성 섬유가 양호한 성능을 가지고 있다는 점이다. 예를들면, 기계제조업자들은 L/D비가 500:1을 넘지 않는 것이 일반적으로 추천되며 많은 조작자들은 비현실적으로 높은 모양도 고려한다. 필라멘트당 적합한 데니어는 일반적으로 약 0.5 내지 약 20이다. 피복제는 일반적으로 섬유중량(OWF %)의 약 0.04 내지 약 1.0%의 양으로 존재한다. 선행기술에 따라 만족스러운 것으로 고려되는 것보다 더 소량 사용할 수 있다는 점에서 유리하다.

본 발명은 또한 폴리에스테르를 십자형 단면의 필라멘트로 용융방사하고, 이러한 필라멘트의 토우를 형성시켜 연신한 다음 토우내의 필라멘트를 이러한 합성 코폴리에스테르로 피복하고, 필요에 따라 이러한 피복된 필라멘트를 스테이플섬유로 전환시키는 단계를 포함하는, 수분산성 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.

피복제는 피복된 필라멘트 또는 수득된 스테이플 섬유를 , 필요에따라, 약 100°내지 190°의 온도로 가열하여 필라멘트 상에 경화시켜서 내구성을 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 다음 실시예에서 더욱 상세히 설명되는데, 여기서 모든부 및 백분율은 별도 언급이 없으면 중량당이며, OWP는 "섬유중량"의 (고체)이다. 참고로 프랑크포트 등의 미합중국 특허 제 4,134,882허에 기술된 방법에 따라 측정한, 인장특성(강도 및 파열신도)과 같은 여러가지 사특성의 측정을 소개한다. 다른 조건, 예를 들면 선행기술에 나타낸 것과 같은 다른 오리피스 형태도 사용할 수 있는 것으로 이해된다.

[실시예]

다음 섬유, 즉 원형단면을 갖는 대조용 섬유 A와 십자형 단면을 갖는 본 발명 섬유 N을 무광택제로서 TiO₂0.3%를 함유하고 고유점도 0.64인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 부터 방사한다.

직경 0.015 인치의 원형구공 및 0.030인치의 모세관 길이를 갖는, 900개 구공의 방사구, 270℃ 블록 및 중합체 압출량 68.2 파운드/시간을 사용하는 종래의 라디알 공기 급냉법으로, 섬유 A를 필라멘트로 1600ypm 방사한다. 필라멘트당 데니어는 3.67이다. 그후 섬유 A는 일련의 공급로울을 29.3ypm으로 거친 다음한 세트의 연신로울을 80.0ypm으로 이동함으로써 배향되며, 인신로울에 의해 콘베이어에 80.1ypm으로 공급된다. 공급로울면 사이에서 필라멘트는 45℃ 수욕중에 처리된다. 공급로울과 연신로울 사이에서 로우프는 98℃에서 물로 분사 처리된다. 연신로울과 인장로울 사이에서 상업적인 수분산성 피복제(에틸렌 옥사이드 25몰로 에톡실화된 라우릴 알콜/우지 알콜의 모노 및 디애시드 포스페이트 에스테르의 칼륨염의 50/50 혼합물)를 처리한다. 그후 필라멘트는 150℃에서 6분간 오븐내에서 자유 이완시킨다.

섬유 N은 3.22dpf와 십자형 단면을 갖는 625 가닥의 필라멘트를 블록온도 273℃, 압출량 42.9 파운드/시간으로, 제2도에 도시된 바와 같이, 모세관을 통하여 방사하는 것 외에는 섬유 A와 유사한 방법으로 제조한다. 배향용 로울속도는 공급로울 32.1ypm, 연신로울 80.2ypm 및 인장로울 79.2ypm이며, 약간 더 높은 수분산성 피복제는 십자형 단면의 약 57% 더 높은 표면적을 보충하기 위해 사용한다.

연신 피복된 필라멘트의 특성은 다음 제1 표에 나타낸다.

[표 1]

절단길이 1/4, 3/8, 1/2 및 3/4 인치의 수분산성 섬유를 형상하기 위해 두 형태로 절단한 다음, 경사선 장망식 초지기(inclined wire fourdrinier machine)로 시험한다. 섬유는 0.75% 컨시스턴시(lbs. 100lbs 당/섬유, 슬러리, 또는 가공유제)에서 소형 펄퍼(pulper)로 분산시킨다. 원통형 펄퍼는 직경 약 3 피트 ×깊이 6 피트이다.

섬유를 미정제 설파이드 펄프와 혼합시켜 50% 폴리에스테르 브렌드를 형성시킨 다음 10 입방미터 저장탱크 속에서 0.1% 컨시스턴시로 희석시킨다. 이 저장액을 기계의 헤드박스속에 0.0143% 컨시스턴시로 더 희석시키고 0.5 미터 폭의 습식 부직포로 20미터/분으로 형성된다. 아크릴 결합제, 아크로닐 240D를 장망식 초기기선의 단부에 분사 피복처리한다. 그후 직물을 150℃의 공기 건조기로 경화시킨다. 가공유제 처리된 직물 중량은 평균 40 그램/평방 미터이다.

분산 성능은 소정의 시료로 제조된 직물의 균제도로 판단할 수 있다. 절단길이가 증가함에 따라, 직물의 균제도는 일반적으로 충분히 견디는 것으로 기대할 수 있다. 그러나, 더욱 큰 잇점은 예를들면 직물인열강도가 증가하기 때문에 장섬유를 사용하여 얻을 수 있다. 실제로, 직물 제조업자는 일반적으로 그의 균제도 표준에 맞는 장섬유를 사용하고 싶어할 것이다. 따라서, 개량되거나 균등한 균제도를 갖는 장섬유가 바람직할 것이다.

섬유 A 및 N으로 부터 직물의 분산성능은 장막식 초지기선으로 부터 배수시킬때 직물을 관찰하여 기계상에서 섬유를 제조함에 따라 평가한다. 이 비교결과는 표 2에 나타내며 57% 이상의 표면적에 불구하고 십자형에 대해 양호한 분산도를 나타낸다.

[표 2]

분 산 내 용

표준 물리적 특성은 허티 파운데이션, 사바나, 지에이(Herty Foundation, Savannah, GA)에서 직물세트로 측정한다. 섬유 A에 대해 매시간 100%로서 비교하면, 섬유 N은 다음과 같은 평균 특성을 갖는다.

공기투과성, 거얼리(Gurley) 112%

불투명성, ISO 2471 111%

벌크, TAPPI T 410 om-83 및 T411 om 83 118%

인장강도, TAPPI T 494 om-81 100%

인장강도, TAPPI T 494 om-81 85%

인열강도, TAPPI T 414 om-82 104%

결과적으로, N 항목은 인장신도가 약간 감소하고 균등한 인장강도에서의 대조용에 비해서 투과도, 불투명도, 벌키성 및 인열강도가 높은 주요부분에서 상당한 잇점을 나타낸다. 피복잇점은 유사한성능의 부직포에 디해 섬유를 거의 사용할 수 없어 재료 코스트를 절약하기 띠문에 중요하다. N항목의 직물은 또한 부드러운 감촉을 갖는다.

적절한 수분산성 피복제를 적정량 사용할 경우, 본 발명의 십자형 단면의 섬유는 의외로 높은 분산 균제도와 언급된 특성을 갖는 직물을 제공한다.

이론적인 측면에서, 종래의 원형단면인 수분산성 섬유는 더욱 균일한 분산성을 제공하며, 따라서 더욱 균일한 습식 직물을 제공하는 것으로 기대된다. 그 이유는 섬유(또는 다른 제품)를 분산시키는데 필요한 표면 에너지가 다음과 같이 주어지기 때문이다 :

에너지=(표면장력)×(분산된 표면적-미분산된 표면적)

미분산된 섬유는 대부분 로그 부분의 내측에 있는 수백가닥 섬유의 덩어리 또는 크럼프내에 존재한다. 따라서, 미분산된 표면적은 분산면적에 비해 무시할 수 있는 정도이며, 에너지는 대략 다음과 같이 표현할 수 있다 :

에너지=(표면장력)×(섬유의 수)×(섬유의 표면적)

이 에너지란 용어는 섬유를 분산시키는데 필요한 에너지 및 재응집을 위한 자유에너지 구동력을 나타낸 것이다. 따라서, 어떠한 피복제 및 섬유 dpf의 경우에도, 적은 면적의 섬유는 더욱 균일한 직물을 제공하는 것으로 기대된다. 소정의 섬유에 대한 단위중량당 최소 표면적은 단면이 원형인 경우이며, 따라서 바람직한 것으로 기대된다.

그러나, 놀랍게도 이러한 십자형 섬유는 표면적이 약 60%에서도 더욱 균일한 직물을 제공한다. 본 발명은 어떠한 이론에 제한되지 않으며, 이것은 혼합기 전단부분에 유용한 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있는, 섬유의 유체역학적 형태로 부터 얻을 수 있다.

Claims (20)

1. 섬유가 십자형 단면을 가짐을 특징으로 하는 수분산성 합성 중합체 섬유.
2. 제1항에 있어서, 절단길이가 약 5 내지 약 90mm이고, 길이/직경비가 약 100:1 내지 약 2000:1인 섬유.
3. 중합체 필라멘트가 연속 필라멘트상 미권축 토우 형태를 갖는 것 외에는, 제1항에서 청구된 것과 같은 중합체 필라멘트.
4. 섬유가 십자형 단면을 가짐을 특징으로 하는 수분산성 폴리에스테르 섬유.
5. 제4항에 있어서, 데니어가 약 0.5 내지 약 20인 섬유.
6. 제4항에 있어서, 절단길이가 약 5 내지 약 90mm인 섬유.
7. 제6항에 있어서, 길이/직경 비가 약 100:1 내지 약 2000:1인 섬유.
8. 제7항에 있어서, 절단섬유의 팩키지 형태를 갖는 수분산성 섬유.
9. 제1항에 있어서, 절단섬유의 팩키지 형태를 갖는 수분산성 섬유.
10. 제4항에 있어서, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 주로 이루어지는 폴리에스테르 섬유.
11. 제4항에 있어서, 섬유가 절단길이 약 5 내지 90mm, 길이/직경비 약 100:1 내지 약 2000:1 및 데니어 약 0.5 내지 약 20으로 거의 미권축되고, 에톡실화된 수분산성 피복유제가 섬유 총 중량의 약 0.04 내지 약 1.0%의 양으로 존재하는 수분산성 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)섬유.
12. 제11항에 있어서, 절단섬유의 팩키지 형태를 갖는 수분산성 섬유.
13. 폴리에스테르 필라멘트가 연속 필라멘트상 미권축 토우형태인 것 외에는, 제11항에서 청구된 것과 거의 같은 폴리에스테르 필라멘트.
14. 제4항에 있어서, 300 내지 6000 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리(옥시알킬렌) 글리콜로 부터 유도된 폴리(옥시알킬렌) 그룹과 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 반복 단위의 코폴리에스테르 세그멘트로 주로 이루어진 수분산성 피복제로 피복된 폴리 에스테르 섬유.
15. 폴리에스테르 필라멘트가 연속 필라멘트상 토우 형태인 것 외에는, 제14항에서 청구된 것과 거의 같은 폴리에스테르 필라멘트.
16. 제1항에서 십자형 단면이 제1도에 도시된 것과 거의 같은 비율을 갖는 수분산성 섬유.
17. 폴리에스테르를 십자형 단면의 필라멘트로 용융방사하고, 이러한 필라멘트의 토우를 형성시키고, 토우를 연신하고, 300 내지 6,000 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리(옥시알킬렌) 글리콜로 부터 유도된 폴리(옥시-알킬렌) 그룹과 같이 (에틸렌 테레프탈레이트) 반복 단위의 합성 코폴리에스테르 세그멘트로 토우내의 필라멘트를 피복하고, 피복된 필라멘트를 절단길이 약 5 내지 약 90mm의 섬유로 전환시키는 단계를 포함하는 수분산성 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 필라멘트를 그 중량의 약 0.04 내지 약 1.0%량의 코폴리에스테르로 피복시키는 방법.
19. 제17항에 있어서, 피복된 필라멘트를 약 100℃ 내지 약 190℃의 온도로 가열시켜 피복제를 필라멘트상에 경화시키는 방법.
20. 제19항에 있어서, 필라멘트를 그 중량의 약 0.04 내지 약 1.0%량의 코폴리에스테르로 피복시키는 방법.

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