KR100786775B1

KR100786775B1 - 중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속필라멘트

Info

Publication number: KR100786775B1
Application number: KR1020040117354A
Authority: KR
Inventors: 안강환; 권익현
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2007-12-18
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: KR20060078213A

Abstract

본 발명은 상하, 좌우 대칭이며 특정한 범위의 슬릿의 길이와 폭을 가지는 노즐을 사용하여 중공률이 8% 내지 20%가 되도록 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조하여 최종 카페트 제품의 내마모성 및 압축, 탄성률을 향상시키는 벌키 연속 필라멘트에 관한 것이다.

PTT, BCF, 중공사

Description

중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트{Polytrimethylene terephthalate bulky continuous filament which has a hollow cross section}

도 1은 본 발명에 의한 방사구금을 나타낸 개략적인 단면도이다.

본 발명은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Poly(trimethylene terephthalate))(이하 PTT라 함) 벌키 연속 필라멘트(Bulked Continuous filament, :이하 BCF라 함)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 BCF원사의 제조에 있어서, 중공 방사노즐을 사용함으로 원사의 단위 무게당 체적을 높이고, 굽힘에 대한 저항성을 높이며, 마모성을 향상 시키고, 카페트 제조시 이물질에 대한 오염을 줄이는 효과를 나타내는 BCF의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 카페트 제조에 사용되는 BCF의 합섬소재로는 대표적으로 나일론을 비롯하여 폴리프로필렌, PTT등이 사용되고 있다. 최근에는 나일론과 폴리에스테르의 장점을 겸비한 PTT 소재를 사용하여 BCF 및 카페트를 제조하는 공정이 각광받고 있는데, 이는 PTT소재가 방오성, 탄성회복율 및 정전기 방지성 등에서 다른 소재에 비해 우수한 특성을 지니고 있기 때문이다.

한편, 섬유의 제조에 있어 원형이 아닌 이형 또는 중공단면을 갖는 섬유의 제조 기술도 활발하게 전개되어 있다. 단면의 형태를 달리함으로서 원사의 광택을 향상시키거나, 수분의 흡수 원활, 원사의 보온성을 향상시키는 것과 같은 독특한 기능들을 부여할 수 있으며 이에 대한 기술들이 활발히 전개되어 있는 상황이다.

미국 특허 제6,242,091호, 제6,254,961호에는 PTT를 이용하여 BCF 섬유를 제조하는 방법이 자세히 기재되어 있다. 그러나 이들 발명에서는 섬유의 단면형태에 관한 구체적인 기재가 되 있지 않다. 국내 특허공개 2002-87161호와 국내 특허공개 2003-56187호에는 PTT를 이용한 섬유의 제조에 있어 이형단면을 갖는 방사구금을 사용하는 것이 기재되어 있다. 이들 발명에서 기술한 단면은 Y자형 단면(Trilobal) 형태이다. Y자형 단면형태는 굽힘 회복성, 벌키(Bulky)성이 우수한 단면의 형태이다.

위에서 언급한 Trilobal 이 외의 다른 형태의 단면을 지니는 PTT BCF에 관한 제조기술은 아직까지 개발되고 있지 않다. 일본 공개특허공보 특개평 JP09095834A2호, 일본 공개특허공보 특개평 JP08074142A2호에서 폴리에스터와 나일론을 이용한 중공섬유에 대하여 기술하고 있다.

본 발명은 위에서 기재한 바와 같이, 중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 BCF 원사를 제조함으로서 원사의 단위부피당 무게를 줄이고, 원사의 굽힘 저항성을 높이며, 마모성을 향상시키고, 파일 카페트 제조시 방오(Soil Hide) 효과를 높여 카페트의 오염성을 줄이고자 하는 기술에 관한 것이다.

이를 위하여 중공섬유를 제조하기 위한 노즐을 설계하고 이를 노즐 팩9Nozzle Pack)에 부착하여 PTT 용융 폴리머를 통과시켜 정방(Spinning)공정을 통해 섬유화한 다음 롤러에 의해 연신하고, 텍스처링(Texturing) 공정을 거쳐 크림프(Crimp)를 부과하여 BCF형태로 제조하고자 한다.

본 발명을 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하여 설명하면 노즐은 상, 하, 좌, 우 대칭형 노즐이며 이러한 노즐을 통해 제조된 원사는 사각중공 단면을 갖는다. 도 에서 L1, L2, L3, L4, L5의 범위는 다음과 같다.

1.5mm < L1 < 2.5mm,

0.6×1 < L2 < 0.8×L1,

0.05mm < L3,

0.15mm ＞ L4,

0.2×L1 < L5 <0.3×L1

위에 기재된 조건과 같이 노즐을 구성한 다음 방사공정을 거쳐 BCF 섬유를 제조한다.

방사공정은 아래의 단계를 거친다.

A) 고유점도가 0.8 내지 1.2, 수분이 50ppm 이하인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머를 중공노즐을 사용하여 중공률이 8% 내지 20%가 되도록 245 내지 265℃로 용융방사하는 단계,

B) 냉각 구역에서 0.2 내지 1.0m/s의 속도의 공기로 10 내지 25℃로 냉각하는 단계,

C) 스핀 피니쉬(spin finish)시 니트 타입용 또는 수용성 오일을 사용하여 유제를 부여하는 단계,

D) 공급 롤러에서 필라멘트를 600 내지 1,000m/min의 속도로 필라멘트를 제 1연신롤러에 공급한다. 이 때 제1 연신롤러는 공급롤러 속도의 1.00 내지 1.2배의 속도로 연신하는 단계,

E) 제2 연신롤러에서 150 내지 230℃의 온도로 하고, 연신비는 제1 연신롤러의 2.5 내지 4.0배의 속도로 연신하는 단계,

F)제2 연신롤러를 통과한 필라멘트에서 벌키성을 부여하기 위해 텍스처링 노즐이 있는 텍스처링 유니트를 통과시킬 때 텍스처링 유니트 내부에서 유체를 분사하여 5 내지 30%의 크림프를 주어 필라멘트를 불규칙한 3차원으로 권축시키는 단계(이때 사용하는 유체는 고온 공기 또는 스팀),

G) 텍스처링 유니트를 통과한 필라멘트는 냉각수를 통해 10 내지 25℃로 냉 각한 다음, 교락기를 통과시켜 0 내지 40회/m의 교락을 부여하는 단계, 및

H) 릴렉스롤러에서 제 2연신롤러 속도의 0.70 내지 0.95배의 속도로 통과시켜 10 내지 25%의 릴렉스를 준 후 와인더로 권취하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

위에서 기재한 F)단계에서 유니트 내부에서 분사되는 스팀의 온도는 150 내지 230℃이고, 압력은 3 내지 10kg/cm²인 것이 바람직하다. 가열대(Hot Air)의 온도는 150 내지 250℃, 압력은 3 내지 10kg/cm²이 바람직하다.

또한, 위에서 기재한 A) 단계에서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머에 칼라 마스터배치를 2 내지 5중량% 블렌딩 방사할 수 있다.

따라서, 본 발명의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 볼륨감이 우수하고 오염방지성 및 탄성회복률이 뛰어난 경량의 카페트를 제공한다.

본 발명에 의해 제조된 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 다음과 같은 물성을 나타낸다.

1) 크림프율: 5 내지 30%,

2) 중공률: 8 내지 20%

위와 같은 본 발명에 따라 제조된 벌키 연속 필라멘트는 후공정을 거쳐 카페트로 제조된다.

본 발명은 다음의 실시 예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 다음의 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 더 상세하게 설명하고자 하나,이들의 실시 예가 본 발명을 국한시키는 것으로간주되어서는 아니된다.

< 벌키 연속 필라멘트 물성 평가방법>

1) 강도, 신도

KS, K 0412(Filament사의 강도 및 신도 시험방법)규격에 의거 실험하였으며 측정전 실험조건은 시료장 20cm, 인장속도 200mm/min, 초하중은 20g, 꼬임은 8회/10cm로 실험한다.

2) 크림프율

TYT-EW(Textured Yarn Tester) 측정기기에 의해 측정, 측정길이는 20m, 2m 간격으로 5회 측정하며 가열대(Heating zone)의 온도는 140℃, 측정속도는 20m/min이다.

3) 중공률

섬유의 전체 단면적에서 중공부분이 차지하는 면적의 비(%)

4) 비수 수축률: (L1-L2)/L1

원사를 물에 끓이기 전 0.1g/d의 하중을 부과하여 길이를 측정하고(L1), 100℃의 물에서 30분 동안 끓인 후 건조하여 0.1g/d의 하중을 부과하여 길이를 측정(L2)한다.

5) 압축 및 탄성률

카페트 상단에 1kg의 하중을 부가한 다음 5분 후에 카페트의 파일 높이를 측 정한다. 이 때 하중부가 이전의 파일높이에 대한 압축높이의 비를 압축율이라 한다. 동일한 시료에 대하여 하중을 제거한 다음 5분 후의 파일높이를 측정한다. 이 때 하중 부가전의 파일높이에 대한 하중 제거후의 높이의 비를 탄성률이라 한다.

6) 마모성 테스트

마모강도시험기를 사용하여 테이퍼(Taper) 방식으로 측정하였다. 측정 조건은 1kg의 하중으로 1000번을 회전하여 줄어든 카페트의 무게를 측정하였다.

[실시예 1]

68홀(Hole)이며 도 1에 기재된 방사구금을 통하여 고유점도가 0.94, 수분율이 40ppm인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머를 252℃로 용융방사한다. 방사구금을 빠져나온 폴리머는 노즐 하부에서 0.5m/s, 18℃의 냉각 공기에 의해 냉각된 다음 유제 공급장치를 통과한다. 유제를 부여받은 원사는 850m/min의 속도로 공급롤러를 거친 다음 제 1연신롤러에서 60℃, 935m/min의 속도로 연신된 다음 제 2연신롤러에서 180℃, 3,085m/min의 속도로 연신된다. 연신롤러를 통과한 원사는 텍스처링 노즐을 통과하며 크림프를 부여받는다. 이 때 스팀 온도는 200℃, 압력은 4.8kg/cm²이며 배압은 1.8kg/cm²이다. 원사는 냉각수에 의해 냉각된 다음 집속장치에서 4.0kg/m²의 압력으로 교락을 20회/m부여한다. 릴렉스롤러를 2468m/min으로 통과하며 20%정도 릴렉스된 후 와인딩 머신(Winding Machine)에서 권취된다. 이렇게 제조된 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 BCF의 중공률, 강도, 신도, Crimp율을 측정 하였다. 측정결과는 아래와 같다.

PTT 중공 BCF 원사의 물성

중공률(%)	강도(g/d)	신도(%)	Crimp율(%)	비수수축률(%)
15.2	2.13	43.6	14.5	1.6

[실시예 2]

실시 예1에서 방사온도를 270℃로 조절하여 이 5%로 제조된 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 BCF 원사를 사속 660m/min, 압력 7kg/cm²조건으로 3합하여 교락(Intermingle)하고 터프팅(Tufting)하여 파일 카페트로 제직한다. 이 때 Tufting은 파일높이(Pile Height): 3.5mm, SPI(Stitch per inch): 10EA, 중량(wt): 2.45kg/평의 조건으로 실시한다. 이렇게 제조된 파일 카페트의 압축 탄성률을 측정하였다.

[실시 예 3]

방사온도를 265℃로 조정하여 중공률이 8%가 되게 한 것 외에는 실시 예 2와 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 압축탄성률을 측정하였다.

[실시 예 4]

방사온도를 260℃로 조정하여 중공률이 12%가 되게 한 것 외에는 실시 예 2 와 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 압축탄성률을 측정하였다.

[실시 예 5]

방사온도를 252℃로 조정하여 중공률이 15%가 되게 한 것 외에는 실시 예 2와 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 압축탄성률을 측정하였다.

[실시 예 6]

방사온도를 245℃로 조정하여 중공률이 20%가 되게 한 것 외에는 실시 예 2와 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 압축탄성률을 측정하였다.

[실시 예 7]

실시 예 2와 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 마모성을 측정하였다.

[비교 예 1]

방사구금수가 68이며 단면이 Y형인 방사구금을 통하여 고유점도가 0.94, 수분율 40ppm 인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머를 실시 예 1과 동일한 조건에서 방사한 후 실시 예2와 동일한 조건에서 가공하고, 터프팅(Tufting)하여 파일 카페트를 제조하였다. 그리고 이에 대한 압축 탄성률을 측정하였다.

압축율 및 탄성률 결과

	압축율(%)	탄성률(%)
실시 예 2	17.7	82.7
실시 예 3	18.9	85.3
실시 예 4	20.6	86.4
실시 예 5	21.4	88.1
실시 예 6	23.5	89.4
비교 예 1	17.3	84.1

측정한 결과는 표2와 같다. 결과에서 중공률이 4%일 때는 Y형 단면보다 탄성률이 떨어진다. 이것은 낮은 중공률과 더불어 높은 방사온도로 인해 원사의 물성저하가 생기기 때문이다. 그 이외의 중공률에서는 Y형 단면보다 압축 및 탄성률에서 더 나은 결과치를 보인다. 이 경우는 이 중공률 범위에서 중공단면 원사의 굽힘 저항성이 Y형 단면보다 더 크기 때문이다. 중공률이 20%보다 더 커질 경우 압축 및 탄성률은 증가하겠지만 방사온도 저하로 인해 작업성의 문제가 생길 가능성이 있다.

[비교 예 2]

비교 예 1과 동일한 조건으로 제조한 파일 카페트의 마모성을 측정하였다.

마모성 평가 결과는 표3과 같다.

마모성 평가 결과

	마모량(mg)
실시예 7	56
비교예 2	115

중공단면이 Y형 단면보다 내마모성이 우수한 이유는 Y형 단면의 경우, 단면 특성상 마찰저항에 취약한 구조를 안고있기 때문이다. 중공단면은 Y형 단면에 비 해 표면굴곡이 더 부드러우므로 마찰에 있어서 더 유리하다.

사각중공 PTT BCF로 만든 Pile 카페트는 이상에서 살펴본 바와 같이 압축탄성률 및 마모성에 있어서, 기존 Y형 카페트보다 더 우수하다. 이와 같은 향상된 압축 탄성률 및 마모성은 사용시 제품의 변형을 최소화하며 제품의 내구성도 높인다. 또한 낮은 열전도율로 인하여 보온성과 단위면적당 중량도 한층 가볍다. 사각중공은 Y형에 비해 매끈한 표면구조를 가지고 있어 이물질이 쉽게 자리잡을 수 없으며 크리닝 시에도 붙어 있던 이물질들이 쉽게 떨어져 나갈 수 있다.

Claims

상, 하 및 좌, 우 대칭형 노즐에 있어서, 노즐 슬릿의 길이와 폭이 다음식을 만족시키는 범위를 가지는 것을 특징으로 하는, 중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.

- 다음 -

1.5mm < L1 < 2.5mm,

0.6×L1 < L2 < 0.8×L1,

0.05mm < L3,

0.15mm ＞ L4,

0.2×L1 < L5 <0.3×L1
제 1 항의 노즐을 사용하여 중공률이 8% 내지 20%가 되도록 제조한 것을 특징으로 하는 중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
제 1항에 있어서, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 폴리머에 칼라 마스터배치를 2 내지 5중량% 블렌딩 방사하는 것을 특징으로 하는 중공단면을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.