KR910007601B1 - 고신축성 탄성사의 제조방법 - Google Patents

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Description

고신축성 탄성사의 제조방법

본 발명은 신축성과 형태안정성이 우수한 고신축성 탄성사의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄 100%의 탄성사는 고무 탄성뿐이므로 그 신장도가 400-500%에 달하여 그대로 사용하기에 어려우므로 그 신장도를 200-300%로 억제시키기 위하여 우레탄 탄성사에 권축탄성사 또는 플레트얀등을 일중 또는 이중으로 감아서 이른바 커버링사로 하여서 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 커버링사는 습식 또는 건식방사법에 의한 방사방법에 의해서 얻어지는 것으로서, 용융방사법에 의한 것에 비교하여 생산성이 나쁘고 커버링공정이 부가되어 코스트가 높아진다. 그래도 커버링사는 권축가공사가 가지는 우수한 벌키성 때문에 신발의 고무부, 스포츠의류중 스트래치성만을 요구하는 특수분야에 한하여 사용되고 있는 실정이다.

한편, 이러한 커버링사의 결점을 해소하기 위해서 열수축성이 다른 중합체를 사이드-바이-사이드형과 편심 시스-코아형으로 접합하여 잠재 권축성능을 가지도록 하되 한편의 성분에 폴리우레탄 엘라스토머를 사용하고 다른편 성분에 폴리아미드를 사용한 복합섬유가 제안되고 있다. (특공소 55-36725, 특공소 55-27175호)

이러한 복합섬유는 미세하고 많은 권축을 가지고 권축 성능도 우수하므로 팬티스타킹 등의 권축성능이 요구되는 분야에 사용되고 있다. 그러나, 이러한 폴리우레탄 엘라스토머를 사용한 복합섬유는 폴리우레탄 엘라스토머의 열수축성을 이용하여 미세권축을 발생시키기에 유효하나 폴리우레탄 엘라스토머 고유의 탄성(고무탄성) 특성은 보통 이용되지 않는다.

이러한 결점을 보완하기 위해서 폴리우레탄 엘라스토머와 폴리아미드를 특정한 복합상태로 접합시키고 그 후의 연신과 이완열처리에 의하여 권축에 의한 벌키성과 탄성적 성질을 동시에 발현되도록 하는 방법도 제안되었다.

위의 방법은 폴리우레탄 엘라스토머 고유의 탄성은 충분히 이용되고 있으나 미세권축성능 및 형태안정성, 신축성등이 부족하여 실제 용도에 적용하기에는 부족함이 있다.

본 발명자는 이러한 종래의 결점을 해소하기 위해 예의 검토한 결과, 폴리아미드에 비해 탄성회복성과 유연성이 우수하고 보다 소프트한 촉감을 나타낼 수 있으며, 폴리우레탄 엘라스토머와 보다 유사한 공정 특성을 갖는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 특정한 형태로 복합방사하고 연신과 이완열처리를 행하여 총탄성율 200% 이상의 높은 탄성 및 미세한 권축성능을 가지면서 폴리부틸렌 테레프탈레이트 고유의 신축성을 갖는 고신축성 탄성사를 얻게되어 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명은 성분의 한편이 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머이고, 다른쪽 성분이 고유점도가 0.85-1.2인 폴리부틸렌 테레프탈레이트인 사이드-바이-사이드형 또는 편심 시스-코아형 고신축 탄성사를 제조함에 있어서, 양성분을 복합 용융방사하여 얻어진 미연신사를 미연신사 절단신도의 85-95%의 연신배율로 연신하고 70-130℃의 온도에서 열처리한 후, 가열유체노즐에 의해 이완 열처리하여 얻어진 원사의 총 탄성율이 200% 이상이며, 비등수축율이 10% 미만인 신축성 및 형태안정성이 우수한 고탄성섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하면 한쪽성분인 폴리우레탄 엘레스토머로는 용융방사가 가능한 것이 필요하여, 통상 융점이 200-240℃, 경도 95이상(JIS K 7311에 의해 측정)의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 다른편의 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 용융점이 220℃ 전후이고 고유점도가 0.85-1.2의 범위의 것을 사용하며, 보다 좋게는 0.95-1.1의 것이 바람직하다. 이러한 양 성분을 조합함에 있어서는 방사, 연신, 가공공정에서 양 성분이 분리되지 않도록 상용성, 접착성이 양호한 것을 선택할 필요가 있다.

이러한 관점에서 폴리우레탄 엘라스토머는 내열성 및 상용성이 우수한 카프로락톤계 또는 폴리탄산에스테르계 폴리우레탄을 사용하는 것이 좋다. 여기서 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 고유점도가 0.85미만의 것을 사용하여 용융방사하면 적당한 방사온도하에서 통상의 방사기내에서의 용융점도가 급격히 감소하여 폴리우레탄 엘라스토머와의 단면형성성이 불량하고 방사후의 고화속도가 느려져서 권취가 불가능하며, 고유점도 1.2를 초과하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 사용하면 통상의 용융방사기내에서 균일한 용융상태를 얻기 어려워 방사자체가 불가능하다.

그렇게 얻어진 미연신사를 미연신사 절단신도의 85-95%의 연신배율로 통상의 2단 연신기를 통하여 연신하여 충분한 강도와 신도의 원사를 제조하고 연속적으로 70-130℃의 온도를 가진 열판, 열룰라 또는 열판을 통과시켜 열고정시킨 다음, 통상의 이완열처리용으로 사용되고 있는 노즐을 사용하여 가열유체노즐의 온도 90-160℃, 이완율 6-20%의 조건하에서 이완열처리를 행한다. 이때 열고정 온도는 100-120℃, 가열유체노즐의 온도는 130-150℃의 범위가 가장 바람직하다.

다시 상세히 설명하면, 상기 복합섬유의 미연신사를 미연신사 절단신도의 85-95%의 연신배율로 연신함으로서 섬유의 결정화도 및 배향율을 증대시키고, 70-130℃의 온도로 열고정시켜 열적 안정성을 부여하며, 가열유체노즐을 통과시킴으로써 미세한 권축을 부과하며 폴리부틸렌 테레프탈레이트 고유의 신축성을 한층 고양시킨다.

본 발명의 복합 필라멘트의 미연신사를 미연신사 절단신도의 85% 미만의 연신배율로 연신을 행할 경우에는 결정화도가 낮아지고 부분 미연신부위가 존재하여 강도가 떨어지고 상대적으로 절단신도가 급격히 증가하며 이후의 염색공정에서 염반 및 염차가 발생할 소지가 크고, 95%가 넘게 연신배율로 연신하게 되면 과다한 신장으로 인한 모노필라멘트의 절사가 발생하여 공업적인 생산이 불가능하다. 또한 70-130℃ 이외의 범위에서 열처리할 경우 형태안정성이 부족하거나 권축율이 저하되어 본 발명에서 바라는 신축성 및 반발탄성을 얻기 어렵다.

그리고, 유체온도가 90℃미만인 경우, 비등수축율이 높게 되어 형태안정성면에서 좋지 못하며 160℃를 넘어서면 비등수축율은 저하되나 신도가 높아져서 늘어나기 쉽거나 권축율이 저하해서 바람직한 권축특성이 얻어지지 않는다. 여기서 사용되는 유체는 공기나 증기가 바람직하며, 특히 공기가 소음이 적어 작업하기에 좋다.

다음, 가열유체노즐에서의 이완율을 6% 미만으로 할 경우 권축율이 너무 낮아 본 발명의 목적으로 하는 고신축성 섬유를 얻기 어렵고 이완율이 20%를 초과할 경우에는 균일한 미세권축을 부여하기 어려우며 상대적으로 가열유체에 대한 체류시간이 길어져서 탄성사 본연의 물리적 성질이 떨어지게 된다.

여기서 이야기하는 이완율은 아래의 식으로 결정된다.

이러한 고신축성 탄성사를 제조하는 연신, 열처리 공정은 방사와 분리한 별도 연신방식 또는 방사와 직결된 직연방식으로 하여도 좋으며, 또한 연신과 이완열처리 공정을 직결시킨 디티와이(DTY)방식 또는 일체의 공정을 직결시킨 에스디티와이(SDTY)공정도 바람직하며, 이러한 방식을 임의로 선택하여도 상관없다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 폴리우레탄 엘라스토머와 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 상기의 방법으로 처리함으로써, 1. 폴리우레탄 고유의 고무탄성과 폴리부틸렌 테레프탈레이트 본연의 유연성 및 신축성을 동시에 유지하고, 2. 가열유체노즐에 의한 이완열처리를 통한 미세권축을 발현시키며, 3. 연신후 열고정 및 이완열처리에 의한 형태안정성을 부여한다.

그 결과, 종래에 없는 고신장시의 탄성회복성과 형태안정성이 우수한 고신축성 고탄성섬유가 얻어져서 고탄성 및 신축성이 요구되는 팬티스타킹 및 스트레치 직편물에 유용하다.

[실시예 1-2]

고유점도가 1.0인 플리부틸렌 테리프탈레이트와, 폴리우레탄 엘라스토머는 시판하는 열가소성 폴리우레탄으로 미락트란 E 598(카프로락톤계) 및 미락트란 E 998(폴리탄산에스테르계)을 사용하였다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 255℃, 폴리우레탄은 E 598의 경우 235℃, E 998의 경우 240℃로 각각 용융시키고 255℃로 가열하여 사이드-바이-사이드형 복합구금을 사용하여 방사하고 실리콘계 유제를 0.8중량% 부착시켜서 560데니어/12 필라멘트의 미연신사를 얻었다. 이 미연신사를 일단 권취하고 연신과 이완열처리 공정을 직결시킨 디티와이(DTY)방식에 의해 연신 및 이완열처리를 행하였다.

이때 연신배율은 미연신사 절단신도의 90%(E 598), 92%(E 998)로 하고 열처리온도는 110℃, 가열유체노즐은 공기압 1.2kg/cm²으로 하고 온도와 이완율을 표 1의 조건으로 하여 본 발명에서 바라는 총 탄성율 200% 이상, 비등수축율 10% 이하의 고신축성 탄성사를 얻을 수 있었다.

상세한 물성은 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[비교실시예 1-2]

폴리부틸렌 테레프탈레이트의 고유점도가 0.8인 폴리머를 사용하여 용융시켰을 경우 비교예 1로 하고, 고유점도가 1.25인 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 사용하였을 경우를 비교예 2로 하여 시험한 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 비교예 1의 경우는 255℃에서 용융시켰을 때 점도가 급격히 감소하여 복합방사가 불가능하였으며, 220℃로 낮추어 용융시켜도 만족할 만한 단면형성에 실패하였다. 비교예 2의 경우는 통상의 용융방사기에서 용융시키는 것이 불가능하여 특수한 방사기하에서 실험을 행하여야 한다.

[비교실시예 3-10]

연신배율 및 열처리온도, 유체노즐의 온도, 이완율을 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 변화시킨 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 이렇게 얻어진 탄성사의 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교실시예 11-12]

폴리부틸렌 테리프탈레이트를 사용하는 대신에 고유점도 1.1의 나일론 6을 사용하여 247℃로 용융시켜 폴리우레탄과 복합방사하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1,2와 동일하게 실시하였다. 이렇게 얻어진 탄성사의 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교실시예 13-14]

가열유체노즐을 사용하지 않음으로써 이완열처리를 행하지 않는다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1, 2와 동일하게 실시하였다. 이렇게 얻어진 탄성사의 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교실시예 15]

가열유체노즐하에서 열처리를 행할 시에 이완시키지 않는 것(이완율 0%)을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 이렇게 얻어진 탄성사의 물성을 표 2에 나타내었다.

[표 2]

여기서 사용하는 각 물성치는 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

1. 고유점도 : 페놀과 사염화에탄과의 동중량 혼합물을 촉매로 하여 20℃에 측정하였다.

2. 권축율, 비등수축율

이완열처리 후의 실을 2mg/d의 하중을 가하고 1분 후의 길이를 L₀로 하고, 끓는 물에서 30분간 처리한 후 200mg/d의 하중을 가하여 1분 후의 길이를 측정하여 L₁으로 한 다음, 다시 그 하중을 제거한 후 초기 하중을 가해서 1분 후의 길이를 측정하여 L₂로하여 하기식에 의해 권축율, 비등수축율을 구한다.

3. 신축율, 신축회복율

이완열처리 후의 실을 2mg/d의 하중을 가하고 1분 후의 길이를 L₀로 하고, 끓는물에서 30분간 처리한 후 자연건조한 시료에 대해서 2mg/d의 하중을 가한 상태의 20mm(L)을 취하여 각각 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 1500mg/d의 하중을 3분간 가한 후 각각의 길이(L₃)를 측정하고, 하중을 제거한 다음 초기하중을 가하여 영구변형된 길이(L₄)를 측정하여 하기 식에 의해 신축율과 신축회복율을 구한다.

4. 권축탄성율, 고무탄성율

이완열처리 후의 실을 2mg/d의 하중을 가하고 1분 후의 길이를 L₀로 하고, 끓는물에서 30분간 처리한 후 자연건조한 시료를 20배의 확대경이 부착된 인스트론 인장시험기에 가하고, 확대경을 시료의 중앙부에 촛점을 맞추어 신장속고 100%/분으로 신장을 시작하여 실의 권축이 해소될 때까지의 신도가 권축탄성율이고, 그 후의 신도가 고무탄성율이 된다. 측정은 8회의 평균치를 구한다. 권축탄성율과 고무탄성율의 합을 총 탄성율로 한다.

Claims (4)

1. 한 성분이 고유점도 0.85-1.2인 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 다른 한 성분이 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머로 된 양성분을 복합용융방사하여 얻어진 미연신사 복합사를 미연신사 절단신도의 85-95%의 연신배율로 연신하고, 70- 130℃ 온도에서 열처리한 후 가열유체노즐에 의해 이완열처리 하는 고신축성 탄성사의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 가열유체노즐의 유체온도가 90-160℃임을 특징으로 하는 고신축성 탄성사의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 이완율이 6-20%가 되도록 이완열처리함을 특징으로 하는 고신축성 탄성사의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 복합사는 사이드-바이-사이드형, 또는 편심 시스-코어형임을 특징으로 하는 고신축성 탄성사의 제조방법.