KR101720221B1

KR101720221B1 - 염색성과 방사성이 우수한 잠재권축 폴리에스테르사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101720221B1
Application number: KR1020160094679A
Authority: KR
Inventors: 김재호; 김동건; 이성진; 한상택
Original assignee: 성안합섬주식회사
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-03-28
Anticipated expiration: 2036-07-26

Abstract

본 발명은 고유점도가 0.20 내지 0.59이고 PEL(penta-erythritol)이 도입된 저점도 폴리에틸렌텔프탈레이트 및 고유점도가 0.60 내지 1.20인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 복합 방사에 의해 얻어진 피넛 형상의 단면을 갖는 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

염색성과 방사성이 우수한 잠재권축 폴리에스테르사 및 그 제조방법{POLYESTER POTENTIAL CRIMPED YARN HAVING GOOD DYEABLITY AND SPINABILITY, AND PREPARATION METHOD FOR THEREFOR}

본 발명은 고도 심색 특성 및 높은 방사속도를 갖는 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

잠재권축사는 서로 점도가 다른 두 종류의 폴리머를 사이드 바이 사이드(side by side) 형태의 단면을 갖도록 복합 방사함으로써 권축을 발현시키는 방법에 의해 제조되고 있다.

보다 구체적으로, 점도가 상이한 두 종류의 폴리머를 사이드 바이 사이드 형태로 방사하여 점도가 다른 두 폴리머를 길이 방향의 계면에서 서로 접착시켜 원사를 제조하고, 이를 이완상태에서 열처리함으로써 두 폴리머의 점도 차에 의한 수축응력의 차이에 의해 스프링 형태의 권축을 발현시킴으로써 잠재권축사를 제조하게 된다.

이러한 방법으로 제조되는 신축성 복합섬유는 최근 염색 및 후가공 공정을 용이하게 수행하며 특유의 부드러운 촉감을 구현하고자 동일계의 폴리머를 많이 사용하고 있다. 구체적으로, 서로 상이한 2종의 폴리머들이 원사 단면상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합된 복합섬유 원사는 원사를 구성하는 2종 폴리머의 자체의 드라이빙 포스에 의해 자발적으로 3차원 구조의 컬(curl)이나 루프(loop)를 형성하게 된다.

원사 자체는 꼬임이 없지만 계면에서의 폴리머 결정배향 차이로 인한 미세한 수축력 차가 발생하며, 이로 인해 전체 필라멘트가 개별적으로 꼬임을 형성하게 된다. 이러한 현상은 사이드 바이 사이드 단면 형태의 원사가 우수한 권축성을 가질 수 있는 요인이다.

이러한 컬이나 루프는 잠재 권축사의 성능 및 품질을 나타내는 기본적인 지표로서, 연신 조건이나 열처리 조건이 가혹해지거나 폴리머 간의 점도 차이가 극대화될수록 커진다. 또한, 권축성 복합섬유는 결정화도 및 열응력 등이 중요하기 때문에 높은 방사 드래프트를 통해 고배향도와 고결정화도가 요구되며, 이를 충족시키기 위해 반연신사 제조방식(POY)으로 반연신사를 제조한 후 이를 다시 열연신하는 2단계 공정으로 제조하여 왔다.

이때 사용되는 점도 차를 갖는 2종 폴리머로는 (ⅰ) 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 (ⅱ) 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하였다. 상기와 같이 복합섬유를 구성하는 2개 성분 중 하나로서 폴리부틸렌테레프탈레이트나 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 고권축성을 갖는 것으로서, 이들을 사용하는 경우에는 복합섬유의 신축성을 더욱 향상시킬 수 있다.

그러나, 이러한 이종 폴리머 간의 점도 차이를 이용한 잠재권축사는 그 점도 차이에 의해 자연꼬임이 많고 결정화가 빠르기 때문에 고속으로 방사할 수 없으며, 이로 인해 생산속도가 느리고, 제조원가를 상승시키는 결과를 초래한다.

나아가, 잠재 권축사의 균일한 분자배향을 제어하기 힘들기 때문에 일정한 염색성을 확보하기가 곤란하다.

본 발명은 잠재권축사를 제조함에 있어서, 높은 방사속도로 제조할 수 있는 잠재권축사 제조방법을 제공하고자 한다. 이를 통해 잠재권축사의 생산속도를 높임으로써 제조원가를 낮추고자 한다.

나아가, 본 발명은 염색성을 개선하고, 염색 균일도를 향상시킬 수 있는 잠재권축사 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제는 상기한 바와 같은 과제에 한정되는 것이 아니며, 여기에 구체적으로 열거하지 않으나, 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 기술자가 인식할 수 있는 것 또한 포함한다.

본 발명은 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고유점도가 0.20 내지 0.59이고 PEL(penta-erythritol)이 도입된 저점도 폴리에틸렌텔프탈레이트 및 고유점도가 0.60 내지 1.20인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 복합 방사에 의해 얻어진 피넛 형상의 단면을 갖는 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유를 제공한다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 PEL이 10~600ppm의 함량으로 도입된 것이 바람직하다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 고유점도 차가 0.01 내지 1.0인 것이 바람직하다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 중량비가 30-70:70-30일 수 있다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나는 0 초과 3중량% 이하의 함량으로 TiO₂를 포함할 수 있다.

상기 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유는 권축율이 10 내지 40%이고, 복원율이 5 내지 15%인 것일 수 있다.

본 발명은 일 견지로서, 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유 제조방법을 제공하며, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고유점도가 0.20 내지 0.59이고 PEL(penta-erythritol)이 도입된 저점도 폴리에틸렌텔프탈레이트 및 고유점도가 0.60 내지 1.20인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트를 피넛 형상의 단면을 갖는 사이드바이사이드(peanut type) 타입으로 복합 방사하는 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유 제조방법을 제공한다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 분말형상의 PEL을 에틸렌글리콜에 용해한 후에 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합을 위한 중합반응기에 도입하여 중합하는 것이 바람직하다.

상기 에틸렌글리콜에 용해된 PEL은 에틸렌글리콜을 상기 중합반응기에 투입하여 중합반응기의 온도를 낮춘 후에 도입하는 것이 보다 바람직하다.

상기 복합 방사된 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유는 70 내지 120℃에서 열처리하고 100 내지 180℃의 열고정 온도에서 4,000m/min 내지 6,000m/min의 속도로 권취하여 제조할 수 있다.

상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 PEL이 10~600ppm의 함량으로 도입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 점도 차이가 0.01 내지 1.0의 범위인 것이 바람직하다.

본 발명은 동종의 폴리머의 점도차를 이용하여 잠재권축사를 제조함에 있어서, PEL(Penta-erythritol)을 도입함으로써 잠재권축사 제조 공정의 작업성을 향상시킬 수 있으며, 또한 방사속도를 향상시킬 수 있어, 잠재권축사의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 발명은 유사한 염색특성을 갖는 동종의 폴리머를 사용하며, 피넛 형상의 단면을 갖는 사이드바이사이드 타입의 잠재권축사로서 염색성을 개선할 수 있으며, 염색 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래 고가의 고수축성의 폴리머를 사용하지 않고도 이와 동등한 수준의 품질을 갖는 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유를 얻을 수 있다.

도 1은 실시예 1에서 얻어진 잠재권축사의 단면을 촬영한 사진이다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 동일한 종류의 폴리머를 사용하되, 두 폴리머의 고유 점도차를 이용하여 폴리에스테르 잠재권축사를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서 사이드 바이 사이드 타입의 잠재 권축성 폴리에스테르 섬유는 동종의 폴리머를 사용하되, 고유점도 차이를 이용하여 잠재 권축성을 부여하고자 하는 것으로서, 이때 사용되는 폴리머는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 사용한다.

종래에 있어서 잠재 권축사를 제조함에 있어서는 예를 들어, PET와 함께 고수축성을 갖는 PTT 등의 폴리머를 복합 방사함으로써 고신축성을 발현시키도록 하였다. 그러나, 이러한 경우에는 고신축성을 발현하는 고수축 폴리머의 염색좌가 PET의 성질과 상이하여 직물, 편물의 염색시에 섬유의 종류에 따른 염색 불균일을 야기하는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에서와 같이, 동종의 폴리머를 사용하는 경우에는 이종의 폴리머 사용시에 나타나는 상기와 같은 문제점을 방지할 수 있어, 염색성 개선 및 염색 균일도를 확보할 수 있어 바람직하다.

보다 구체적으로 본 발명은 동종의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 사용하되, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머로서 고유점도가 상이한 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 사용함으로써 폴리머간의 점도 차에 의한 수축율 차이를 이용하여 잠재 권축성을 부여하고자 한다.

본 발명에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트로는 고유점도가 0.20 내지 0.59의 범위를 갖는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고유점도가 0.60 내지 1.20의 범위를 갖는 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.45 내지 0.59의 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고유점도가 0.63 내지 0.85인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 "고점도 PET"라 한다.)를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머는 PEL(Penta-erythritol)이 도입된 것을 사용한다. 상기 PEL이 도입됨으로써 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 균일하고 일정한 염색성을 발휘할 수 있도록 하여, 균일한 염색성을 갖는 잠재권축사를 얻을 수 있다. 나아가, 상기 PEL이 도입된 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 저점도 폴리머로 사용하는 경우, 분자결정화를 지연시킴으로써 고속방사를 가능하게 한다.

잠재권축사를 제조하는데 사용된 폴리머로서, 동종이면서, 고유 점도가 상이한 두 종류의 폴리머 간의 점도 차를 이용하여 잠재권축사의 권축력과 복원력을 부여하는 경우, 종래 일반적으로 사용되던 이종 폴리머, 즉, PTT 등의 고수축 폴리머와 PET를 사용하여 제조된 잠재 권축사에 비하여 권축력 및 복원력이 매우 약하다. 이로 인해 사용되는 두 종류의 폴리머 간의 점도 차이를 극단적으로 크게 함으로써 자연적인 컬(natural curl)을 부여하여 권축력 및 복원력을 제공하도록 하였다. 그러나, 이러한 경우에는 방사성이 나빠 방사속도를 낮게 유지하여야 하며, 이로 인해 잠재 권축사의 생산성이 지극히 나빠질 수밖에 없다.

이에, 본 발명은 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 아래의 식 (1)과 같은 PEL(Penta-erythritol)을 도입함으로써 고점도 PET와의 사이에 점도차를 제공하고자 한다.

[식 1]

상기 식 1에 나타낸 바와 같은 PEL을 에틸렌글리콜 및 테레프탈산과 함께 다음의 식 (2)와 같이 반응시킴으로써 PEL을 도입할 수 있으며, 이를 중합함으로써 PEL이 도입된 저점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 얻을 수 있다.

[식 2]

PET 반응 중에 네 개의 메틸렌기를 갖는 PEL(Penta-Erythritol)을 첨가하면 선형 구조인 PET가 분지 공중합체(graft copolymer) 폴리머로 구성되어 불균형 사슬의 체인으로 변형된다. 이와 같이 PEL이 도입된 폴리에틸렌테레프탈레이트 화합물은 PEL의 관능기로 인해 불규칙한 분지형의 분자구조로 변경되어 결정성을 지연시키는 효과를 제공한다. 또한 이러한 불규칙한 분지형의 분자구조 배열로 인해 비결정 부분의 볼륨 증가를 가져오며, 이러한 비결정 부분의 볼륨 증가는 폴리머의 탄성을 향상시키는 데에 기여할 수 있다. 따라서 결정성 지연 및 비결성 부분 볼륨 증가로 인해 고도 염색성 및 방사성 향상의 결과를 제공할 수 있다.

따라서, 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 PEL을 도입함으로써 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와의 사이에 점도 차이가 작더라도 PEL이 도입된 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 내부에 도입된 PEL에 의해 비결정 영역이 증가된다. 이러한 비결정 영역의 증가로 인해 보다 향상된 권축력을 제공할 수 있으며, 또한 우수한 복원력을 제공할 수 있다. 따라서, 종래 잠재권축사를 제조하기 위해 사용된 고가의 PTT 등의 고수축 폴리머를 사용하지 않고도 동등 또는 그 이상의 권축성을 부여할 수 있다.

본 발명의 저점도 PET 내에는 상기 PEL이 가능한 규치적으로 반복되는 것이 권축력 향상, 생산성 향상 및 염색성 향상을 위해 바람직하나, 통상의 기술자라면 반드시 규칙적이어야 하는 것은 이해할 수 있을 것이다.

상기 PEL은 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대하여 600ppm 이하 포함되는 것이 바람직하다. 상기 PEL이 600ppm을 초과하는 경우에는 불규칙한 분지형 구조의 발달로 볼륨이 증가하여 염색성이 보다 향상되는 효과가 있으나 폴리머의 결정화도가 지나치게 저하되어 방사성 향상 효과가 적으며, 오히려 저해할 수 있다. 부직포 등을 생산하기 위한 단섬유에는 과량의 PEL이 사용될 수 있으나, 장섬유 생산시, 특히 고속 연신시에는 이와 같은 섬유의 절단 현상을 야기하는 등의 문제를 초래할 수 있다.

한편, 이러한 PEL은 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 저점도를 제공할 수 있는 정도라면 하한은 특별히 한정하지 않으나, 10ppm 이상 포함하는 것이 바람직하다. 10ppm 미만인 경우에는 PEL의 도입으로 인한 염색성 개선 및 분자 결정화 지연의 효과가 미미하여 염색 균일도 및 고속방사 향상효과가 크지 않다.

따라서, 상기 PEL은 저점도 PET 내에 10 내지 600ppm의 함량으로 도입되는 것이 바람직하며, 상기 함량 범위 내의 임의의 함량으로 도입될 수 있다. 예를 들면, 10, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 550, 600ppm 등의 다양한 수치의 조합에 의한 함량 범위 내에서 도입될 수 있다.

이와 같이 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 생산시 PEL을 도입함으로써 염색균일도 및 고속방사효과를 동시에 얻기 위해서는 소량의 PEL을 안정적으로 반응시키는 것이 요구된다. 상기 PEL은 분말형태로 존재하는데, 이러한 분말상의 PEL을 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합 반응기에는 직접 투입하는 경우에는 안정적인 반응을 도모할 수 없다.

이에, 본 발명은 분말상의 PEL을 에틸렌글리콜에 용해하여 미리 액상으로 제조한 후에(편의상, 상기 PEL을 에틸렌글리콜에 용해한 것을 'PEL 용액'이라고도 한다.) 상기 반응기에 일정량 투입하는 것이 바람직하다.

이때 고온 반응이 진행되고 있는 반응기에 소량의 PEL 용액을 바로 투입하면 기화되어 폴리머 중에 도입되는 량이 줄어들게 되며, 또한, 도입된다고 하더라도 균일성이 떨어지게 된다. 따라서, 중합 반응기의 온도를 낮추어 PEL을 도입하는 것이 보다 바람직하다.

저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 생산 중에는 에스터화 반응시에 저점도화를 위하여 해중합을 실시하는 것이 바람직하다. 이때 해중합을 위해 과량의 에틸렌글리콜을 에스테르화 중합반응기에 투입하여 수행할 수 있다. 상기 에틸렌글리콜을 에스테르화 반응기에 투입하는 경우에는 해중합의 흡열반응으로 인해 중합반응기의 온도가, 예를 들어, 약 250℃에서 약 210℃로 감소하게 된다.

또, 상기 중합반응기에 공급된 에틸렌글리콜의 일부는 반응기에서 증발되는데, 상기 증발되는 에틸렌글리콜을 콘덴서에서 수집하여 저온, 예를 들어, 약 170℃로 냉각한 후에 재차 반응기로 공급할 수 있으며, 이로 인해 반응기의 온도를 추가로 감소시킬 수 있다.

따라서, 이와 같이 온도가 저하된 상태에서 상기 PEL 용액을 투입하면 안정적으로 섞을 수 있으며, 이로 인해 폴리머 내로 PEL의 균일한 중합을 도모할 수 있다. 이와 같은 방법을 적용한 경우, 배치 별 PEL의 편차를 5% 이내로 억제할 수 있어, 배치별로도 균일한 제품을 생산할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 또는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 중 적어도 하나의 폴리머에는 TiO₂가 포함될 수 있다. 상기 TiO₂는 자외선 차단 효과를 제공하는 것으로서, 분말 상태의 것을 사용할 수 있다. 상기 TiO₂ 분말은 폴리에틸렌테레프탈레이트 중량에 대하여 0중량% 초과 3중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 두 종류의 폴리머를 복합방사 장치를 이용하여 고점도 PET와 저점도 PET를 용융한 후, 하나의 방사구를 통해 방사함으로써 피넛(땅콩) 형상의 사이드 바이 사이드 타입 잠재권축사를 제조할 수 있다.

본 발명의 잠재권축사는 이에 한정하는 것은 아니며, 단면 형상이 피넛(peanut, 땅콩) 형상이거나 또는 에그(egg) 형상일 수 있으나, 땅콩 형상의 단면을 갖는 것이 보다 바람직하다. 땅콩 형상의 단면을 갖는 잠재권축사는 점도차에 의한 이종의 폴리머가 경사진 유로를 통해 배출될 필요가 있으나, 땅콩 형상 단면의 잠재권축사는 수직의 유로를 갖는 토출구를 통해 방사됨으로써 본 발명에 따른 PEL의 도입으로 인한 고속 방사의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 PEL이 도입된 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 간의 점도 차는, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 0.01 내지 1.0의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 점도차가 0.01 보다 작으면 권축성이 지나치게 저하하여 PEL 도입으로 인한 고속방사성 및 염색성 향상을 도모할 수 없다.

한편, 상기 점도차는 클수록 바람직하나, 점도차가 1.0을 초과하는 경우에는 방사 토출에 문제를 야기하는바, 상기 범위를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 상기 점도차는, 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 0.05 내지 1.0, 0.05 내지 0.7, 0.05 내지 0.5, 0.1 내지 1.0, 0.1 내지 0.7 등일 수 있다.

나아가, 본 발명의 저점도 및 고점도 PET 간의 중량비는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 30 내지 70:70 내지 30의 중량비로 복합 방사할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 복합섬유는 필요에 따라 TiO₂ 분말을 더 포함할 수 있다. 상기 TiO₂ 분말은 잠재권축사에 자외선 차단 효과를 제공하는 것으로서, 이러한 TiO₂ 분말은 특별히 한정하지 않으나, 전체 복합섬유 중량에 대하여 0.1 내지 3.0중량%의 함량으로 첨가할 수 있다.

상기와 같은 잠재 권축성을 갖는 복합섬유는 방사구금을 통해 복합 방사한 후, 방사된 미연신 잠재권축 섬유를 고뎃롤러에서 열고정하고, 연신롤러로 와인딩하여 권취함으로써 잠재권축사를 제조할 수 있으며, 이에 의해 FDY(Full Drawn Yarn)를 얻을 수 있다.

특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 연신롤러는 최종 원사의 신도가 10 내지 40%가 되도록 설정해 주는 것이 바람직하고, 이때, 방사 권취 속도는 4,000m/min 내지 6,000m/min에서 수행하는 것이 바람직하다. 종래와 같이, 우수한 권축율 및 복원율을 부여하기 위해 점도차를 극대화하는 경우에는 방사 속도를 높게 설정할 수 없었으나, 본 발명에서와 같이 PEL을 도입한 폴리에틸렌테레프탈레이트를 저점도 폴리머로 사용함으로써 방사속도를 높게 설정할 수 있으며, 이로 인해 잠재권축사의 생산속도를 향상시킬 수 있다. 이러한 생산속도 향상의 효과는, PEL의 투입량에 비례하여 증가하는 것은 아니지만, PEL을 소량 도입함으로써 비결정영역을 확대할 수 있으며, 결정화를 지연시킬 수 있어 생산속도를 높일 수가 있는 것으로 이해된다.

상기 방사 권취에 있어서는 70℃ 내지 120℃에서 열처리한 후, 100℃ 내지 180℃에서 열고정하여 권취하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 너무 낮을 경우, 불균일하게 염색되는 염반 현상이 발생되는 문제가 있으며, 너무 높으면 사도가 불량하여 공정성에 불리한 방향으로 작용하게 된다. 또한 권취시 온도가 너무 낮을 경우, 셋팅(Setting)성이 불량하여 후가공에서 직편물로 제조시 불량 확률이 높으며, 너무 열처리 온도가 높으면 원사 물성 저하가 발생하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의해 얻어지는 잠재 권축성 복합사는 단면 형상이 피넛 형상(peanut type)을 갖는 사이드 바이 사이드 타입의 잠재권축사가 얻어진다. 이에 의해 얻어진 본 발명의 잠재권축사는 권축율과 복원율은 각각 10 내지 40% 및 5 내지 15%의 범위를 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 권축율과 복원율은 다음과 같은 방법에 의해 측정하여 구할 수 있다.

- 권축율 측정방법-

둘레 1.125m의 Wrap Reel을 이용하여 10회 권취한 후, 이에 의해 얻어진 시료를 초하중(1/300 × Denier: 0.3g(100De 기준))을 준 상태에서 주고 30분간 방치한다.

이어서 상기 시료를 무장력 상태에서 30분간 100℃의 열에 노출시켜 비수처리한 후 30분간 방냉한 후 측정대에 걸고 30분간 방치한다.

상기 시료에 대하여 하중((1/20)×Denier: 5g(100De 기준))을 준 후 길이(a) 측정하고, 하중((1)×Denier: 100g(100De 기준))을 준 후 길이(b) 측정하여 다음의 식에 의해 권축율을 계산한다.

권축율(%) = (b-a)/b ×100

- 복원율 측정방법-

둘레 1.125m의 Wrap Reel을 이용하여 10회 권취한 후, 이에 의해 얻어진 시료를 초하중 5g S자 고리를 상기 시료에 건 상태에서 시료 걸이에 걸고, 130℃ 건조 오븐에서 10분간 열처리한다.

이어서, 사장 측정대에 샘플을 걸고 990g 무게를 준 후 길이(c) 측정하고, 하중별 무게를 제거한 후 60초 후 길이(d) 측정하여 다음의 식에 의해 복원력 측정한다.

복원율(%) = (c-d)/c × 100

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 잠재 권축성 복합섬유는 복합섬유를 제공하는데 사용된 2종류의 폴리머가 모두 동종의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머로서, 종래의 PTT 또는 PBT의 고수축 폴리머를 사용하는 경우에 비하여 저렴한 비용으로 동등한 품질의 잠재 권축성을 갖는 복합섬유를 얻을 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 복합섬유는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 PEL의 관능기가 도입되어 결정성이 용이한 선형을 가교형으로 변경하여, 결정성을 지연시키는 효과를 제공하며, 이로 인해 비결정 영역의 볼륨을 확대시키게 되는데, 이러한 증가된 비결정 영역에 의해 고도 염색성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 잠재권축사는 상기한 바와 같이 동종의 폴리머로 제조되므로, 동일한 염색 조건에서 염색을 수행할 수 있으며, 이로 인해 균일한 염색 특성을 갖는 제품을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 복합섬유는 PET의 염색조건인 130℃ 부근에서 염색을 수행할 수 있으며, 예를 들면, 130±10℃의 온도범위에서 염색을 수행할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 일 예로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2

아래 표 1에 나타낸 바와 같은 PEL 함량을 갖는 PET 폴리머를 제1 폴리머(저점도 폴리머)로서, 고유점도가 0.45인 것을 제1 폴리머로 사용하였다. 한편, 고유점도가 0.85인 PET 폴리머를 제2 폴리머(고점도 폴리머)로 사용하였다.

상기 제1 폴리머를 제조함에 있어서는 상기 PEL 분말을 에틸렌글리콜에 용해하여 PEL 용액을 제조한 후에 PET 폴리머의 중합반응 중 에스테르화 반응기에 온도 210℃에서 압력 0.2kg/㎠ 하에서 상기 PEL 용액을 투입하여 중합반응을 수행하였다.

각각의 폴리머를 용융한 후 100데니어/24필라멘트가 되도록 5:5의 중량비로 토출하여 잠재권축사를 제조하였다.

이때 방사속도 평균 4500m/min의 범위로 권취하였으며, 연신배율 약 2.0배, 열처리 온도는 약 90℃, 연신 열고정 온도 약 140℃로 권취하였다.

실시예 1에서 얻어진 잠재권축사의 단면을 촬영하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

각 실시예에서 얻어진 잠재권축사에 대하여 권축율, 복원력, 조업성, 염색성을 10회에 걸쳐 측정하고, 그 평균 값을 아래 표 1에 나타내었다.

이때, 권축율, 복원력, 조업성 및 염색성은 아래와 같은 방법으로 측정하였다.

권축율

둘레 1.125m의 Wrap Reel을 이용하여 10회 권취

초하중(1/300 × Denier: 0.3g(100De 기준))을 준 상태에서 주고 30분간 방치

무장력 상태에서 30분간 100℃의 열에 노출시켜 비수처리한 후 30분간 방냉한 후 측정대에 걸고 30분간 방치.

하중((1/20)×Denier: 5g(100De 기준))을 준 후 길이(a) 측정

하중((1)×Denier: 100g(100De 기준))을 준 후 길이(b) 측정

권축율(%) = (b-a)/b ×100

복원율

둘레 1.125m의 Wrap Reel을 이용하여 10회 권취

초하중 5g S자 고리를 샘플에 건 상태에서 시료 걸이에 건 다음 130℃ 건조 오븐에서 10분간 열처리

사장 측정대에 샘플을 걸고 990g 무게를 준 후 길이(c) 측정

하중별 무게룰 제거한 후 60초 후 길이(d) 측정

c 및 d에 대한 하중별 그래프로 복원력 측정

복원율(%) = (c-d)/c × 100

조업성

100대의 설비를 24시간 동안 가동할 때 조업 중단없이 가동되는 비율을 나타내는 것으로서, 1대의 설비가 가동 중단될 때 99%의 조업성으로 나타낸다.

염색성

육안을 통한 관능검사 및 CCM(컬러매칭시스템)을 통한 염색성 비교 값을 나타내는 것으로서, 비교우위를 15단계로 표현한다.

	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 2
제1폴리머 내 PEL 함량(ppm)	0	100	350	600	1000
권축율(%)	12	32	28	22	9
복원율(%)	5	15	13	12	4
조업성(%)	99	99	98	98	93

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 저점도 PET 폴리머인 제1 폴리머 내에 PEL을 포함하는 경우(실시예 1 내지 3)에는 PEL을 포함하지 않은 비교예 1에 비하여 권축력과 복원력이 현저히 우수함을 알 수 있다. 또한, 조업성에 있어서도 PEL을 포함하지 않는 비교예 1과 동등한 수준으로 나타나, 조업성이 우수함을 알 수 있다.

그러나, PEL의 함량이 지나치게 높은 비교예 2의 경우에는 더 이상의 효과는 나타나지 않음은 물론, 오히려 권축율과 복원력이 감소하며, 방사 조업성 또한 저해하는 결과를 나타내었다. 이는 PEL은 이물질로 작용하기 때문으로 판단된다.

실시예 4 내지 6 및 비교예 3 내지 7

제1 폴리머에 첨가된 PEL의 함량 및 방사속도를 아래 표 2에 나타낸 바와 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 잠재권축사를 제조하였다.

이때, 각 실시예 및 비교예에 따른 잠재권축사 제조의 조업성 및 이에 의해 얻어진 잠재권축사의 신도를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

	비교예 3	비교예 4	비교예 5	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 6	비교예 7
제1 폴리머 내 PEL 함량(ppm)	0	0	0	10	50	600	1000	1000
방사속도(m/min)	3000	3,500	4,000	4,000	4,200	4,500	5,000	4500
조업성(%)	98	96	90	97	98	98	92	93
신도(%)	34	26	20	25	25	28	29	34

상기 표 2에 나타난 바와 같이, PEL을 포함하지 않는 비교예 3 내지 5의 경우에는 3000m/min 이상에서는 방사속도가 빨라질수록 조업성이 현저히 저하하는 경향을 나타내었다.

그러나, 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머 내에 PEL을 포함하는 실시예 4 내지 6의 경우에는 4000m/min 이상의 방사속도로 잠재권축사를 제조하더라도 우수한 조업성을 나타내었다. 이는 PEL의 함량에 따른 결정화 지연으로 고속 방사효과를 얻을 수 있는 것으로 평가된다.

또한, 이상에서 보는 바와 같이, 극소량의 PEL을 함유하는 것에 의해 방사속도를 현저히 높일 수 있었다. 즉, PEL을 10ppm 함유하는 경우(실시예 4)의 경우에는 동일한 방사속도로 수행한 비교예 5에 비하여 현저히 우수한 조업성을 나타내었음은 물론, 3500m/min의 방사속도와 동등한 신도 및 조업성을 나타내었다.

나아가, PEL 50ppm 함유하는 경우(실시예 5)에는 PEL을 포함하지 않으면서 동등한 조업성을 나타내는 경우(비교예 4)에 비하여 방사속도를 160% 이상 향상시킬 수 있어, 고속 생산이 가능함을 알 수 있음은 물론, PEL을 600ppm 포함하는 실시예 6의 경우에도 4500m/min의 높은 방사속도 하에서도 우수한 조업성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

한편, PEL을 1000ppm의 함량으로 포함하는 비교예 7의 경우에는 5000ppm의 높은 방사속도로 조업하는 경우에 92%의 낮은 조업성을 나타내었음은 물론, PEL을 600ppm 포함하는 경우와 동등한 방사속도인 4500m/min으로 수행한 경우에는 신도만 상승할 뿐, 조업성이 현저히 낮은 결과를 나타냄을 알 수 있다. 이는 PEL의 함량이 지나치게 높은 경우에는 더 이상의 효과는 나타나지 않고, 오히려 도입된 PEL은 이물질로 작용하여 방사 조업성을 악화시키는 것으로 판단된다.

결국, 극소량의 PEL을 함유시키는 것에 의해 비결정 영역을 형성시킬 수 있으며, 이로 인해 고속 방사가 가능하게 된다. 따라서, 종래에 비하여 160% 이상으로 가속화하더라도 기존과 동일한 신도 값을 갖는 잠재권축사를 얻을 수 있어, 동일한 물성을 갖는 잠재권축사를 보다 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

PEL 의 함량에 따른 염색성 평가

상기 실시예 3 내지 4 및 비교에 4 내지 7에서 제조된 잠재권축사에 대하여 130℃에서 60분간 동일한 조건으로 염색을 수행하고, 그에 따른 염색성을 평가하여 표 3에 나타내었다.

염색성 평가는 육안을 통한 관능검사 및 CCM(컬러매칭시스템)을 통한 염색성 비교 값을 나타내는 것으로서, 비교 우위를 1 내지 15단계로 표현하여 나타내었다.

	비교예 4	비교예 5	비교예 6	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 7	비교예 8
제1폴리머 내 PEL 함량(ppm)	0	0	0	10	50	600	1000	1000
육안검사	8	7	6	12	12	14	15	15

상기 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, PEL을 포함하지 않는 비교예 4 내지 6의 잠재권축사에 비하여 PEL을 포함하는 실시예 3 및 4와 비교예 7의 경우에 심색화가 가능함을 알 수 있다. 이는 PEL이 저점도 PET 내에 도입됨으로써 비결정 영역이 확대되었으며, 이로 인하여 염착좌 생성이 극대화되었기 때문이다.

Claims

고유점도가 0.45 내지 0.59이고 PEL(penta-erythritol)이 10 내지 600ppm의 함량으로 도입된 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고유점도가 0.63 내지 0.85인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 복합 방사에 의해 얻어진 피넛 형상의 단면을 갖는 것으로서, 권축율이 10 내지 40%이고, 복원율이 5 내지 15%이며, 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고유점도차가 0.05 내지 0.5인 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유.
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제1항에 있어서, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 중량비가 30-70:70-30인 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유.
제1항에 있어서, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 적어도 하나는 0초과 3중량% 이하의 TiO₂를 포함하는 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유.
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고유점도가 0.45 내지 0.59이고 PEL(penta-erythritol)이 10 내지 600ppm의 함량으로 도입된 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고유점도가 0.63 내지 0.85인 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트를 피넛 형상의 단면을 갖는 사이드바이사이드(peanut type) 타입으로 복합 방사하되, 70 내지 120℃에서 열처리하고, 100 내지 180℃의 열고정 온도에서 4,000m/min 내지 6,000m/min의 속도로 권취하되, 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트와 고점도 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고유점도차가 0.05 내지 0.5인 잠재 권축성 폴리에스테르 복합섬유 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트는 분말형상의 PEL을 에틸렌글리콜에 용해한 후에 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합을 위한 중합반응기에 도입하여 중합하는 것인 잠재권축성 폴리에스테르 복합섬유 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 에틸렌글리콜에 용해된 PEL은 에틸렌글리콜을 상기 중합반응기에 투입하여 중합반응기의 온도를 낮춘 후에 도입하는 것인 잠재권축성 폴리에스테르 복합섬유 제조방법.
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