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KR101881825B1 - 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101881825B1
KR101881825B1 KR1020160136155A KR20160136155A KR101881825B1 KR 101881825 B1 KR101881825 B1 KR 101881825B1 KR 1020160136155 A KR1020160136155 A KR 1020160136155A KR 20160136155 A KR20160136155 A KR 20160136155A KR 101881825 B1 KR101881825 B1 KR 101881825B1
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KR
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pet
ptt
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주식회사 휴비스
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Abstract

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 중합하여 형성되는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 70~95중량%와 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 에틸렌글리콜을 중합하여 형성되는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 30~5중량%가 사이드 바이 사이드형으로 형성되되, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 2.0~2.5몰%이고 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 내의 CHDCA 함량이 1.0~1.5몰%이며, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 CHDCA 함량 차이는 1.0~1.5몰%을 유지하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유에 관한 것이다.

Description

바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조방법{Polyester Composite Fibers Using materials from biomass and Method Preparing Same}
본 발명은 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 복합방사하여 자발고권축 특성을 갖는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유 및 그 제조에 관한 것이다.
친환경 소재의 발굴 및 적용은 지구온난화가 가속화됨에 따라 꾸준히 진행되어 오고 있다. 석유로 대표되는 화석연료로부터 생산되는 폴리머는 그 매장량에 있어 한계가 있으며 이산화탄소의 배출량이 높아 친환경 소재로의 대체가 시급한 상황이다. 그러나, 기존의 친환경 소재는 생분해성에 주로 그 초점을 두고 제품이 개발되어 오면서 소재가 가진 고유 특성인 가수분해나 방사성 불량, 딱딱한 촉감 등의 이유로 실제 상용화하기에는 개선이 필요한 부분이 많다는 단점이 있었다.
최근에는 바이오매스를 이용한 친환경 소재를 이용한 섬유제품의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 제품으로 출시되고 있다. 바이오매스(Biomass)란, 자연계에 존재하는 생물이 가진 유기물질을 총칭하나 특별히 에너지화하거나 물질 순환 사이클에 의해 석유화학 유래의 물질을 대체할수 있는 유기 원료들을 일컬을 수 있다.
현재의 에너지원(源)으로 큰 비중을 차지하는 석유는 머지않은 장래에 고갈될 것으로 예상되고 있으며, 1978년 말부터 시작된 제2차 석유 파동을 계기로 세계 각국에서는 바이오매스 이용에 관한 연구가 활발해졌다.
이러한 사회현상으로 섬유산업에서도 환경 부담이 적고 바이오매스(biomass)를 이용하여 다양한 섬유와 섬유소재가 주목받고 있다.
예를 들어, 폴리에스테르계 화합물인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)는 테레프탈산(TPA) 또는 그 에스테르 형성성 유도체와 1,3-프로판디올을 에스테르화 및 축중합하여 제조할 수 있는데, 원료물질인 테레프탈산 및 1,3-프로판디올을 바이오매스로부터 얻는 기술이 개발되고 있는 것이다.
이와 관련하여，미국 특허 제8,415,496호는 하기와 같은 경로를 통해 바이오매스인 뮤콘산 (Muconic acid)으로부터 테레프탈산을 합성하고，종래까지 석유화학기반의 원료 물질이었던 테레프탈산을 바이오매스로부터 유래된 원료로서 대체하는 기술을 개시한바 있다.
그러나, 통상적으로 바이오매스 원료로 석유화학유래 원료의 동일한 제품을 생산시에 공정성을 저하시킨다고 알려져 있다. 기존 석유화학 유래의 원료와는 다른 불순물이 생성되고 기존 공정에서 공정성 깨지거나 물성에 영향을 준다.
특히, 상기 경로로 테레프탈산을 합성하는 과정에는 여러 부산물의 발생이 수반되는데, 부산물 중 가장 큰 비율을 차지하는 것은 CHDCA (Cychlohexanedicarboxylic acid : C8H12O4)이다. CHDCA는 이가산을 합성하는 과정 중에 생성된다.
이러한 CHDCA는 테레프탈산의 방향족 고리가 지방족 싸이클로헥산으로 치환된 구조로서 전체 테레프탈산 내에 0.01 내지 0.5mol%로 생성되는데, 그 함량이 일정치 못하고 다른 부반응을 야기하기도 한다.
상기 CHDCA는 분자량이 유사하기 때문에 고순도의 테레프탈산(TPA) 수득에 장애가 되여 추가 정제공정이 필요하고, 테레프탈산(TPA) 내의 균일하지 못한 함량은 합성된 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 물성 편차에도 바람직하지 못한 영향을 미치므로, 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 방사할 때 사절이 일어나지 않는 적합한 방사조건을 잡는 데에도 어려움이 따른다.
따라서, 상기 바이오매스 유래 테레프탈산(TPA)을 이용하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 합성하고 이를 이용하여 섬유를 방사하는 것과 더 나아가 사이드 바이 사이드 단면 형태로 방사하여 이완 열처리 공정에서 자발 고권축 특성이 부반응에 의한 반감이 없도록 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 바이오매스 유래 원료를 이용하여 자발 고권축 특성을 갖는 폴리에스테르 복합섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 석유화학에서 얻어지는 원료로부터 합성된 폴리에스테르 수지를 방사할 때 동등한 수준의 공정성을 갖는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 자발고권축 특성의 복합섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 석유화학에서 얻어지는 원료로 제조되는 폴리에스테르 복합섬유와 바이오매스 유래 원료를 이용하여 물성에서 차이가 없는 폴리에스테르 자발고권축 특성의 복합섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 중합하여 형성되는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 70~95중량%와 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 에틸렌글리콜을 중합하여 형성되는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 30~5중량%가 사이드 바이 사이드형으로 형성되되, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 2.0~2.5몰%이고 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 내의 CHDCA 함량이 1.0~1.5몰%이며, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 CHDCA 함량 차이는 1.0~1.5몰%을 유지하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 고유점도(IV) 0.8~1.1 dl/g이고, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 고유점도(IV) 0.5~0.7dl/g인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이는 0.20~0.60 dl/g인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이는 수학식1로 계산한 K값 0.15<K≤0.25을 만족하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
[수학식 1]
Figure 112016101701898-pat00001
식중 [η]H는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 고유점도이고, 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET).
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르 복합섬유는 강도가 2.5~3.5 g/d, 신도가 50~65%, 30%신장탄성회복율(FR30,%)이 90%이상인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 중합하여 형성되는 고유점도 차이가 0.05~0.10 dl/g인 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 용융하는 용융단계; 용융된 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사이드 바이 사이드형으로 복합방사하는 방사단계; 및, 방사된 복합섬유를 연신하는 연신단계를 포함하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.
상기와 같이 본 발명은 바이오매스 유래 원료의 고점도의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지와 바이오매스 유래 원료의 저점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 이용한 사이드 바이 사이드 폴리에스테르 복합섬유로 후속의 이완 열처리 공정에서 자발 고권축특성을 갖는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 석유화학에서 얻어지는 원료로부터 합성된 폴리에스테르 수지 방사와 비교시 동등한 수준의 공정성을 갖는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유의 자발고권축 특성의 특징이 있다.
하기 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용할 수 있음을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 중합하여 형성되는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 70~95중량%와 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 에틸렌글리콜을 중합하여 형성되는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 30~5중량%가 사이드 바이 사이드형으로 형성된 복합섬유에 관한 것이다.
상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 2.0~2.5몰%이고 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 내의 CHDCA 함량이 1.0~1.5몰%인 것에 특징이 있다.
본 발명에 있어 바이오매스 유래란 석유화학 유래로부터 생산된 원료가 아니라, 자연계의 바이오매스로부터 얻은 유기 원료를 의미하며 주요 원료인 테레프탈산, 1,3-프로판다이올 및 에틸렌글리콜 역시 바이오매스로부터 합성된 것을 사용할 수 있다.
이때, 테레프탈산을 합성하는 과정에는 여러 부산물의 발생이 수반되는데, 부산물 중 가장 큰 비율을 차지하는 것은 CHDCA (Cychlohexanedicarboxylic acid : C8H12O4)이다. CHDCA는 이가산을 합성하는 과정 중에 생성된다.
본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산 중 CHDCA (Cychlohexanedicarboxylic acid : C8H12O4)함량이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 생산시 균일도에 영향을 미쳐 함량에 따라 물성 변화가 발생할 수 있어, 특정 범위에서는 물성의 차이가 크지 않도록 CHDCA함량을 조절한다. 상기 특정범위에서 종래의 석유화학에서 얻어지는 원료로 제조되는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 비교시 물성에서 차이가 나지 않게 하는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명은 바이오매스 유래 원료의 고점도의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지와 바이오매스 유래 원료의 저점도의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 이용한 사이드 바이 사이드 폴리에스테르 복합섬유로 후속의 이완 열처리 공정에서 석유화학유 물질과 동등한 자발 고권축특성을 갖는 효과을 갖기 위해서, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 2.0~2.5몰%이고 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 내의 CHDCA 함량이 1.0~1.5몰%인 것이 바람직하다.
특히 이종(異種)의 폴리에스테르를 복합방사시에는 용융점도를 동일한 수준으로 맞추는 것이 중요하다. 만일 용융점도가 다를 경우에는 섬유가닥이 휘는 곡사(曲絲)나 끊어지는 비출사가 발생하는 등 후공정에서 생산 수율이 급격히 떨어진다. 통상 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)보다 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 용융 온도가 높기 때문에 동일 온도에서 용융점도가 더 높다.
따라서 동일온도에서 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에서 용융점도(MV, Melting Viscosity)를 동일한 수준으로 맞출 필요가 있으며, 실험을 통한 이미 CHDCA 함량이 증가할수록 용융점도가 증가한다는 성질을 이용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 더 높게 그리고 그 차이는 1.0~1.5몰%을 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 사이드 바이 사이드 복합섬유의 특성인 고권축특성을 갖기 위해서는 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 고유점도(IV) 0.8~1.1 dl/g이고, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 고유점도(IV) 0.5~0.7dl/g인 것에 바람직하며, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이는 0.20~0.60 dl/g인 것이 바람직하다.
상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 사이의 고유점도 차이가 0.20 미만인 경우에는 고점도 및 저점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 수축율 차이가 적어 복합섬유의 권축율이 저하될 수 있으며, 고점도 및 저점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 사이의 고유점도 차이가 0.60을 초과하며 권축율이 큰차이가 없으며, 복합섬유의 물성이 저하될 수 있다.
특히, 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 사이의 고유점도 차이는 하기 수학식 1로 구한 K값이 0.15<K≤0.25인 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure 112016101701898-pat00002
식중 [η]H는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 고유점도이고, [η]L은 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도이다.
상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적은 점도 차이를 갖는 고분자의 조합일지라도 방사시 두 성분간의 용융점도 차이나 복합비율 등을 조절하면 상기한 바와 같은 점도 차이를 갖는 고분자들을 이용해서도 만족할 만한 권축율을 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 복합섬유를 제조하는 것이 가능할 것이다.
상기 폴리에스테르 복합섬유의 상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 중량비 70:30~95:5으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
두 성분 간의 용융점도차이 조절은 각 성분의 익스트루더(Extruder)의 온도 조건을 달리하여 각 성분 용융체의 열이력을 달리하거나 고점도 성분과 저점도 성분비를 조절함으로써 달성할 수 있다. 바람직하게 고점도와 저점도는 용융점도 차이가 1000Poise 이하가 되도록 하기 위해서 방사온도는 240~270℃의 범위 내로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르 복합섬유는 강도가 2.5~3.5 g/d이고, 신도가 50~65%이며 ,30%신장탄성회복율(FR30,%)이 90%이상인 것이 바람직할 것이다.
강도가 2.5 g/d 미만인 경우에는 강도가 낮아서 방사공정에서 사절이 발생할 수 있으며 직물제조시 작업성이 저하될 수 있으며, 강도가 3.5 g/d를 초과하는 경우에는 직물제조 후 촉감이 저하될 수 있다.
또한, 신도가 50% 미만인 경우에는 방사공정시 모우가 발생할 수 있으며, 신도가 65%를 초과하는 경우에는 균제도가 떨어질 수 있다.
또한 30%신장탄성회복율(FR30,%)은 90%이상의 경우 고권축성 특징을 잘 보여주고 있다.
상기와 같은 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성되는 본 발명의 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유는 고유점도 차이가 0.20~0.60인 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 용융하는 용융단계, 용융된 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사이드 바이 사이드형으로 복합방사하는 방사단계, 방사된 복합섬유를 연신하는 연신단계를 포함하여 제조된다.
상기의 바이오매스 유래 원료를 이용한 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 제조되는 폴리에스테르 복합섬유는 일반적인 폴리에스테르 복합섬유와 같이 제조될 수 있는 것으로 상기 용융단계는 용융온도는 고점도와 저점도 수지의 융점에 따라 조절될 수 있을 것이다.
상기 방사단계에서 방사속도는 1000~4000m/min으로 방사할 수 있으며, 상기 연신단계에서는 연신온도는 50~80℃에서 실시할 수 있으며, 연신비는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 복합섬유의 사용목적에 따라 적절히 조절할 수 있을 것이다.
상기 연신단계 이후 폴리에스테르 복합섬유의 자발 고권축성을 부여하기 위해 이완 열처리를 실시할 수 있으며, 180~240℃에서 열처리할 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 사이드 바이 사이드형으로 복합섬유를 구성하여 이완 열처리를 통해 고점도와 저점도 고분자 수지의 수축율 차이로 권축이 발생하여 자발 고권축 특성을 갖는다.
이하 본 발명에 따른 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
CHDCA가 포함된 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 에스테르 반응조에 투입한 뒤, 230℃의 온도에서 1시간 동안 에스테르화 반응을 진행하여 에스테르화 올리고머를 제조하였다.
상기 에스테르화 올리고머를 금속 함량 기준 최종 중합체의 90ppm 함량이 포함된 TBT 촉매와 함께, 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 255℃에서 축중합 반응을 실시하여 CHDCA함량이 2.5 몰%, 바이오 C 함량이 82%인 고점도인 1.02 dl/g의 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)를 제조하였다.
마찬가지로, CHDCA가 포함된 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 에틸렌글리콜을 에스테르 반응조에 투입한 뒤, 250℃의 온도에서 1시간 동안 에스테르화 반응을 진행하여 에스테르화 올리고머를 제조하였다. 상기 에스테르화 올리고머를 통상의 중축합 촉매와 함께, 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 280℃까지 서서히 승온하면서 축중합 반응을 실시하여 CHDCA함량이 1 몰%,바이오 C 함량이 81.6%인 저점도인 0.64 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 제조하였다.
이후에 통상의 폴리에스테르 미연신사(UDY) 제조용 방사기에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지를 10:90으로 블랜딩하여 방사온도 283℃에서 1000(mpm)와 같은 방사속도로 방사한 후 연신배율 1.5배, 연신온도 55℃, 열처리온도 220℃에서 연신하여 본 발명에 따른 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.
실시예 2~6
상기 실시예 1과 동일한 조건이며 다만, 표1,2에 기재된 값으로 제조하였다.
비교예 1~10
상기 실시예 1과 동일한 조건이며 다만, 표1,2에 기재된 값으로 제조하였다
* 고유점도(IV): 각 폴리머를 120℃의 오르토-클로로 페놀에 1% 농도로 충분히 용해시킨 후 30℃ 항온조에서 우베로드형 점도계를 사용하여 측정.
* 강신도 : 온도 20℃, 습도 65%의 항온항습 조건에서 인스트론(Instron) 기기를 사용하여 시료길이 200mm, 크로스 헤드 스피드(Cross head speed) 400mpm의 조건으로 5회 측정 후 평균값 측정.
* 직물의 30% 신장탄성회복율(FR30,%):직물을 경,위사 방향으로 각각 5.5㎝×30㎝을 3매 작성한 후 시험편의 폭을 5㎝로 인장시험기에 장착 후 초하중을 부여하여 시편이 펴지도록 한다. 저속신장측정법(JIS L 1018-70)으로 100%/분의 속도로 신도 30%까지 신장시킨 후 반대 방향으로 같은 속도로 수축을 시켜 이때의 응력-신장 곡선에서 응력이 초하중이 될 때의 신도(ε)를 측정하고 경,위사 방향 각각의 평균값 측정.
　 바이오
C함량
(복합섬유)		 PET PTT 방사속도
(mpm)
바이오 C 함량 CHDCA
함량
(몰%)		 고유
점도		 블랜드 바이오 C 함량 CHDCA
함량
(몰%)		 고유
점도		 블랜드
실시예1 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 2.5 1.02 90% 1,000
실시예2 81.2% 78% 1 0.64 20% 82% 2.5 1.02 80% 1,000
실시예3 80.8% 78% 1 0.64 30% 82% 2.5 1.02 70% 1,000
실시예4 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 2.5 0.95 90% 1,000
실시예5 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 2.5 1.02 90% 800
실시예6 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 2.5 1.02 90% 1,200
비교예1 0.0% 0% 1 0.64 10% 0% 2.5 1.02 90% 1,000
비교예2 73.8% 0% 1 0.64 10% 82% 2.5 1.02 90% 1,000
비교예3 7.8% 78% 1 0.64 10% 0% 2.5 1.02 90% 1,000
비교예4 81.6% 78% 0 0.64 10% 82% 1 1.02 90% 1,000
비교예5 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 0 1.02 90% 1,000
비교예6 0 78% 0 0.64 10% 82% 0 1.02 90% 1,000
비교예7 80.6% 78% 1 0.64 35% 82% 2.5 1.02 65% 1,000
비교예8 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 2.5 0.81 90% 1,000
비교예9 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 1.5 1.02 90% 1,000
비교예10 81.6% 78% 1 0.64 10% 82% 3.0 1.02 90% 1,000
　 방사공정성 연신공정성 원사물성
일반사절 수율(%) 강도(g/d) 신도(%) FR30(%)
실시예1 2 99.2 양호 3.4 51 96
실시예2 3 98.9 양호 3.3 52 97
실시예3 4 98.4 양호 3.1 56 95
실시예4 5 97.1 보통 2.8 54 91
실시예5 3 99.0 보통 2.5 63 92
실시예6 4 98.5 양호 3.0 52 94
비교예1 3 98.7 양호 3.1 53 97
비교예2 3 98.8 양호 3.1 54 96
비교예3 4 98.2 양호 3.3 51 96
비교예4 5 97.7 불량 2.8 55 93
비교예5 5 97.4 불량 2.9 56 94
비교예6 6 96.8 불량 2.7 58 95
비교예7 7 95.6 불량 2.7 53 91
비교예8 6 96.1 불량 2.8 52 90
비교예9 5 96.0 보통 3.1 51 96
비교예10 6 96.1 보통 2.9 56 95
본 발명은 바이오매스 유래 테레프탈산, 1,3-프로판다이올 및 에틸렌글리콜을 이용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 합성한 것으로 합성 중 다른 반응물은 석유화학유래물질이 포함될 수 있어 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 바이오 C의 함량이 100% 이하로 최대 82%를 초과하지 못 한다.
표 2에서와 같이 바이오매스 유래 폴리에스테르 복합섬유는 기존의 석유화학 유래의 원료만으로 중합하고 방사한 비교예 1의 폴리에스테르 복합섬유와 공정성 및 물성에서 거의 차이가 없음을 알 수 있다.
또한 비교예 2,3은 폴리에스테르 복합섬유 중 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나가 바이오 C 함량이 0%인 석유화학 유래의 원료로 사용하는 것으로 이 경우에도 각각의 고,저점도 수지내에 실시예의 몰%함량 범위내에 있다면 물성 변화에 차이가 없음을 알 수 있다.
다만 비교예 4~6은 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 CHDCA 함량이 실시예의 범위를 벗어난 것으로 CHDCA 함량이 기준에서 벗어날 경우 각 고분자 수지의 물성편차에 영향을 주어서 물성이 균일하지 않게 되어 연신공정성을 저하시킴을 알 수 있다.
또한 비교예 7~8은 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 블렌드 비율이 30중량%을 초과한 경우와 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이인 0.20dl/g 이하의 경우로 이 경우에도 연신공정성이 불량임을 알 수 있다.
또한 비교예 9는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 CHDCA 함량 차이가 0.5 몰%로 1.0몰%이하의 경우로 동일온도에서 복합방사시 용융점도가 동일한 수준을 맞출 수 없어 방사공정성의 수율이 96%로 실시예보다 낮으며, 비교예 10은 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 CHDCA 함량이 2.0~2.5몰% 보다 많은 3.0몰%이고 당연히 함량차이가 1.5몰%를 벗어난 경우로 비교예 9와 마찬가지 이유로 방사공정성이 떨어짐을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 1,3-프로판다이올을 중합하여 형성되는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 70~95중량%와 바이오매스 유래 테레프탈산과 바이오매스 유래 에틸렌글리콜을 중합하여 형성되는 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 30~5중량%가 사이드 바이 사이드형으로 형성되되,
    상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 시클로헥산디카르복실산(CHDCA) 함량이 2.0~2.5몰%이고 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 내의 시클로헥산디카르복실산(CHDCA) 함량이 1.0~1.5몰%이며,
    상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 시클로헥산디카르복실산(CHDCA) 함량 차이는 1.0~1.5몰%을 유지하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)의 고유점도(IV) 0.8~1.1 dl/g이고, 상기 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 고유점도(IV) 0.5~0.7dl/g인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이는 0.20~0.60 dl/g인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도 차이는 수학식1로 계산한 K값 0.15<K≤0.25을 만족하는 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유.
    [수학식 1]
    Figure 112017123432513-pat00003

    식중 [η]H는 고점도 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 고유점도이고, [η]L은 저점도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 고유점도이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 복합섬유는 강도가 2.5~3.5 g/d, 신도가 50~65%, 30%신장탄성회복율(FR30,%)이 90%이상인 것에 특징이 있는 바이오매스 유래 원료를 이용한 폴리에스테르 복합섬유.
  6. 삭제
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