KR20010044149A - 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 통상의 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 50∼90데니어의 경편용 해도형 복합섬유를 제조할때, 아래 조건을 동시에 충족시킴을 특징으로 한다.

- 아 래 -

·제1고뎃로울러 상의 원사 초기 수축 개시온도 : 75∼85℃

·제1고뎃로울러 상의 원사 최대 열응력 온도 : 85∼100℃

·제1고뎃로울러 상의 원사 데니어당 최대 열응력 : 0.008∼0.015g

본 발명으로 제조한 해도형 복합섬유는 해성분 용출후 원사 물성이 우수하여 기모시 원사 손상이 최소화되어 경편지의 촉감 및 외관을 향상 시킨다.

Description

경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법 {A sea-island typed composit fiber used in warp knitting, and a process of preparing for the same}

본 발명은 경편용 해도형 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

해도형 복합섬유는 알칼리 이용해성(易容解性) 폴리머를 해성분으로 사용하고 섬유형성성 폴리머를 도성분으로 사용하여 이들을 해도형으로 복합 방사하여 제조되며, 주로 극세섬유를 제조하기 위한 목적으로 생산되고 있다. 다시 말해 해도형 복합섬유 제조후 이를 알칼리 용액으로 처리하여 알칼리 이용해성 폴리머인 해성분을 용출하므로서 도성분만으로 구성되는 극세섬유를 제조하게 된다.

이와 같이 해도형 복합섬유로부터 극세섬유를 제조하는 방법은 직접방사로 극세섬유를 제조하는 방법에 비해 방사 및 연신조업성이 우수하고 보다 세섬도인 극세섬유를 얻을 수 있는 장점이 있는 한편, 제직 또는 편직후 가공공정에서 해성분 폴리머를 유기용제 등으로 용출, 제거하는 공정이 필요하다. 따라서 해성분 폴리머는 유기용제 또는 용액에서 쉽게 용해되는 특성과 해성분 용출후의 원사 모듈러스가 매우 중요하다.

일반적으로 해도형 복합섬유에 사용되는 해성분 폴리머로는 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르가 주로 사용된다. 그 이유는 특수 장치 및 회수 처리 비용이 많이 드는 유기용제를 사용하지 않고도 일반 폴리에스테르 직물의 감량 가공에 널리 적용되는 알칼리 용액 및 감량 설비에서 해성분의 용출이 가능하기 때문이다.

도성분 폴리머가 나일론인 경우 해성분 용출시 나일론이 알칼리 용액에 의해 침해되는 정도가 매우 낮기 때문에 해성분의 용출 속도는 크게 중요하지 않으나, 도성분이 폴리에스테르인 경우는 알칼리에 취약하므로 해성분의 용출 속도가 낮은 경우 해성분이 완전히 용출되기 전에 도성분이 침해되어 용출후 원사강도가 급격히 저하된다. 이로 인해 기모성이 불량하게 되며 목표하는 최종 제품의 외관,촉감이 발현되기 곤란하다.

반면 해성분의 용출속도가 빠르면 상기 문제들의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 알칼리 농도,용출온도 및 시간을 감소시킬 수 있기 때문에 용출 비용의 절감과 함께 생산성을 증대시킬 수 있는 장점도 있다. 그러나 해성분의 용출 속도를 높이기 위해서는 공중합 화합물의 함량을 증가시켜야 하나, 과다하게 공중합 화합물의 함량이 증가하면 용출성은 향상되는 반면 폴리머의 융점이 없어지고 연화점만이 존재하는 무정형 폴리머가 되어 제사하는 것이 곤란하게 된다. 또한 원사의 용출전 강도가 저하되어 기모시 기모가 서로 엉키는 불량이 발생하며 공중합 화합물의 투입 증가로 폴리머 제조원가가 상승하는 단점이 발생한다.

해도형 복합섬유 제조에 사용되는 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 제조하는 종래 기술로서는, 첫째 폴리에스테르 중합공정 중에 디메틸이소프탈레이트 술포네이트 솔트(이하 "DMIS"라고 한다) 또는 저분자량의 폴리알킬렌글리콜(이하 "PAG"라고 한다)을 공중합 시키는 방법과, 둘째 폴리에스테르와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법과 셋째 폴리에스테르 중합체와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법들이 알려져 있다.

이상에서 설명한 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 통상의 방사 직접 연신 방법으로 제조한 종래의 해도형 복합섬유들은 해성분 용출과정에서 도성분이 알칼리 용액에 의해 많이 손상되어 해성분 용출후의 원사 물성이 저하되는 문제가 있다. 그 결과 경편후 계속되는 기모공정에서 원사가 심하게 손상, 탈락되어 기모성이 저하되고 경편지의 외관 및 품질이 나빠지는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 해성분 용출후의 원사 물성이 우수하여 경편용 원사로 특히 유용한 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 해성분 용출 및 기모공정에서 원사 모듈러스의 저하를 최소화 하기 위하여 제1고뎃로울러 상의 원사물성을 적절하게 조절하는 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 제1고뎃로울러 상 원사의 초기수축 개시온도, 최대 열응력 온도 및 데니어당 최대 열응력을 적정 범위로 콘드롤 하므로서, 해성분 용출 또는 기모시 원사의 물성저하를 최소화 시키는 방법을 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 경편용 원사로 특히 적합한 해도형 복합섬유를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 공정 개략도

도 2는 열응력 테스트기에서 작성한 챠트 예.

※도면중 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 방사구금 2 : 제1고뎃로울러 3 : 제2고뎃로울러 4 : 와인더

x : 원사 초기수축 개시온도 y : 원사 최대열응력 온도

z : 원사 데니어당 최대열응력

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법은 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 통상의 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 50∼90데니어의 경편용 해도형 복합섬유를 제조할 때 아래 조건을 동시에 충족시킴을 특징으로 한다.

- 아 래 -

·제1고뎃로울러 상의 원사 초기 수축 개시온도 : 75∼85℃

·제1고뎃로울러 상의 원사 최대 열응력 온도 : 85∼100℃

·제1고뎃로울러 상의 원사 데니어당 최대 열응력 : 0.008∼0.015g

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 알칼리 이용해성인 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고, 통상의 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여, 이들을 통상의 해도형 복합방사구금(1)으로 복합방사한다. 이때 해성분으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 DMIS를 3∼15몰% 공중합 하고, 여기에 다시 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜 4∼20중량%를 첨가한 공중합 폴리에스테르 등을 사용한다.

계속해서 본 발명은 방사된 원사를 제1고뎃로울러(2) 및 제2고뎃로울러(3)를 통과시키면서 연신하고, 와인더(4)로 권취하여 해도형 복합섬유를 제조한다. 다시말해 본 발명은 방사와 연신을 동일공정에서 실시하는 방사 직접 연신 공법으로 제조한다. 이때 제1고뎃로울러의 속도(V₁)는 1,000∼5,000m/분으로, 제2고뎃로울러의 속도(V₂)를 1,500m/분∼6,000m/분으로 설정하는 것이 바람직 하다. 제1고뎃로울러(2) 및 제2고뎃로울러(3)의 속도가 상기 범위보다 낮은 경우 복합섬유가 충분하게 배향결정화 되지않아 경편용 원사로 사용하기에는 모듈러스가 낮고 신도가 높아 기모·감량공정시 불균일한 커팅 및 감량이 심하게 발생되어 공정성이 약화된다. 또한 상기 범위보다 높은 경우에는 원사의 밀도, 복굴절율 및 물성이 저하되어 연신구간내 조업이 불가능해지는 문제가 발생 될 수 있다.

또한 본 발명은 제사공정의 제1고뎃로울러 상에서 원사물성을 아래와 같이 조절하는 것을 특징으로 한다.

먼저 제1고뎃로울러 상 원사의 초기수축 개시온도는 75∼85℃가 되도록 제조조건을 설정한다. 상기 범위보다 낮을 경우에는 제1고뎃로울러 상에서 원사를 유리전이온도 이상으로 올려 줄 수 없어서 네킹이나 불균일한 연신이 발생되고, 상기 범위보다 높을 경우에는 열융착 현상이 발생되어 연신이 불균일하게 되는 문제가 발생된다.

또한 제1고뎃로울러 상의 원사의 최대 열응력 온도, 다시말해 제1고뎃로울러를 통과하는 원사의 최대열응력 온도는 85∼100℃가 되도록 제조조건을 설정한다. 일반적으로 상기 초기수축 개시온도를 정점으로 원사는 열팽창 단계에서 열수축 단계로 전환된다. 만약 상기 범위보다 낮을 경우에는 열신장 구간이 초기수축 개시온도 이하로 유지되어 연신이 불안정하게 되며, 상기 범위보다 높을 경우에는 연신과정에서 결정화 진행에 따른 발열로 원사의 열수축 영역이 제1고뎃로울러로부터 멀어지게 된다. 그 결과 연신공정에서의 장력 불균일이 증가되어 공정성이 나빠지는 문제가 발생된다.

또한 제1고뎃로울러 상의 원사의 데니어당 최대 열응력은 0.008∼0.015g이 되도록 제조조건을 설정한다. 만약 상기 범위보다 낮은 경우에는 제1고뎃로울러와 제2고뎃로울러 상에서 원사가 일정한 궤도를 유지 할 수 있는 힘이 부족하게 되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 과도한 수축이 일어나 필라멘트 상에 과도한 장력이 걸려 절사 등이 심해지는 문제가 발생된다.

제1고뎃로울러 상의 각종 원사 물성은 캡쳐를 사용하여 방사중인 사도상 원사를 제1고뎃로울러 후단부에서 절단하는 것과 거의 동시에 제1고뎃로울러 선단부에서 절단한 다음, 제1고뎃로울러 표면상에 권사된 필라멘트를 절단 즉시 샘플로 채취하여 후술하는 방법으로 원사물성들을 측정한 값이다. 더욱 구체적으로 샘플 채취시에는 제1고뎃로울러에 권사된 필라멘트층 중에서 표면에 위치하는 필라멘트를 채취하며, 제1고뎃로울러 온도에 의해 원사물성이 변하는 것을 방지하기 위해 절단 즉시 채취 한다.

제1고뎃로울러 상의 원사 초기수축 개시온도, 최대열응력 온도 및 데니어당 최대열응력은 열응력 테스트기(Thermal Stress Tester)로 측정한다. 구체적으로 길이 10cm의 시료를 상하단 후크에 걸은 다음 일정장력()을 부여한다. 이 상태에서 온도를 일정속도(150℃/분)로 승온한다. 이때 온도변화에 따른 응력변화를 도 2와 같은 챠트로 나타낸 다음 상기 각 물성을 구한다. 원사초기 수축개시 온도는 원사의 Tg와 같은 의미로 도 2의 x부분 온도로 구하며, 최대열응력 온도는 원사가 가장 많은 응력을 받는 온도로서 도 2의 y부분 온도로 구한다. 또한 원사 데니어당 최대열응력은 챠트상 최대열응력 값(도 의 z부분)을 구한다음, 이를 아래 공식에 대입하여 계산한다.

본 발명에서는 상기와 같은 방법으로 해성분 용출전의 단사섬도가 2∼4데니어, 해성분 용출후의 단사섬도가 0.01∼0.3데니어인 총섬도 50∼90데니어의 경편용 해도형 복합섬유 등을 제조한다. 본 발명의 방법으로 제조한 해도형 복합섬유로 경편지를 제편한 다음, 알칼리 용액으로 해성분을 용출하고, 기모하여 기모 경편지를 제조한다. 해성분의 용출은 해도형 복합섬유를 1% 농도의 수산화나트륨 용액(욕비 = 10:1)에서 95℃로 30분간 처리하여 실시한다.

본 발명의 방법으로 제조한 해도형 복합섬유는 해성분 용출후의 원사 모듈러스가 25∼60g/d, 신도가 40∼60%, 강도가 2.0∼4.0g/d 이다. 본 발명의 경편용 해도형 복합섬유(해성분 용출전)는 복굴절율이 0.15∼0.23이고, 비결정배향도(Fa) 및 결정배향도(Fc)가 0.85∼0.95이다.

이와 같이 본 발명의 방법으로 제조한 해도형 복합섬유는 해성분의 용출성 및 원사물성 특성 등에 기인하여 상기 해성분 용출공정이나 기모공정에서 원사 모듈러스 저하가 최소화 된다. 그 결과 기모성이 향상되며, 최종제품인 경편지의 외관 및 촉감이 우수하게 된다.

본 발명에 있어서, 원사물성은 아래와 같이 평가 하였다.

·복굴절율(Δn) : 간섭현미경(독일 칼 자이스 회사제품, 모델명 : JENAPOL -U INTERPHAKO)으로 측정 하였다. 복굴절율은 아래 공식으로 구한다.

여기서, R은 보상지연 값(Compensator retardation) 이고, S는 석영플레이트의 지연값(Retardation of quartz shim) 이고, D는 파이버 직경(Fiber Diameter) 이다. 또한 R과 S의 단위는 nm이고 D의 단위는 ㎛ 이다.

·결정배향도(Fc) : X-선 회절분석기로 결정의 (010)면과 (100)면에 대해 방위각 주사(azimuthal scanning)를 행하여 결정배향의 특성을 나타내는 피크(peak)의 반가폭(FWHM, Full width at half-maximum intensity)을 측정하여 도성분의 결정배향도(Fc)를 계산하였다. 단, 해성분은 완전 무정형 상태이므로 방위각 주사에 의하여 나타난 피크를 전부 도성분의 결정면에 의한 피크로 간주한다. 반가폭(FWHM)으로부터 결정배향도(Fc)를 계산한 식은 다음과 같다.

·비결정배향도(Fa) : 앞에서 기술한 결정화도(Xc), 결정배향도(Fc) 및 복굴절율(Δn)을 아래식에 대입하여 도성분의 비결정배향도(Fa)를 구한다.

상기식에서 Δn_c는 결정의 고유 복굴절(0.29)이고, Δn_a는 비결정의 고유복굴절(0.20)이다.

이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴 본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

디메틸이소프탈레이트술포네이트 나트륨이 4몰% 공중합 되어 있는 공중합 폴리에스테르에 수평균 분자량이 8,500인 폴리에틸렌글리콜 8중량%를 블랜딩하여 알칼리 이용해성 폴리머를 제조한다. 제조된 상기 알칼리 이용해성 폴리머를 해성분으로 사용하고, 고유점도가 0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 도성분으로 사용하여, 이들을 288℃에서 도성분 수가 36개인 해도형 복합방사 구금을 통해 방사한다. 계속해서 방사된 원사를 속도가 2,300m/분인 80℃의 제1고뎃로울러와 속도가 4,200m/분인 125℃의 제2고뎃로울러 사이에서 연신하고, 계속해서 4,800m/분의 권취속도로 권취하여 75데니어 24필라멘트의 해도형 복합섬유를 제조한다. 이때 제1고뎃로울러 상에서 원사의 초기수축 개시온도가 79℃, 최대 열응력 온도가 90℃, 데니어당 최대 열응력이 0.009g이 되도록 제조조건을 설정 하였다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유를 95℃의 1% NaOH 용액에서 해도형 복합섬유를 30분 동안 처리하여 해성분을 용출한 다음, 해성분 용출후의 원사물성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2 ∼ 실시예 3 및 비교실시예 1 ∼ 비교실시예 2

제조조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 75데니어 24필라멘트의 해도형 복합섬유를 제조한다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유를 95℃의 1% NaOH 용액에서 해도형 복합섬유를 30분 동안 처리하여 해성분을 용출한 다음, 해성분 용출후 원사물성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건

구분	제1고뎃로울러속도(m/분)	제2고뎃로울러속도(m/분)	제1고뎃로울러 상 원사의 물성 조건
			초기수축개시온도(℃)	최대 열응력온도(℃)	데니어당 최대 열응력(g)
실시예 1	2,300	4,800	80	90	0.010
실시예 2	1,600	4,100	75	98	0.013
실시예 3	2,900	5,600	85	87	0.009
비교실시예 1	3,000	3,500	70	80	0.007
비교실시예 2	1,000	4,000	90	120	0.020

원사 물성평가 결과

구 분	복굴절율(Δn)	비결정배향도(Fa)	결정배향도(Fc)
실시예 1	0.20	0.93	0.94
실시예 2	0.16	0.87	0.86
실시예 3	0.22	0.93	0.92
비교실시예 1	0.14	0.80	0.79
비교실시예 2	0.25	0.99	0.10

본 발명의 방법으로 제조된 경편용 해도형 복합섬유는 해성분 용출 및 기모공정에서 원사 물성 손상이 최소화 된다. 그 결과 경편지 제조시 기모성이 우수하게 되어 촉감 및 외관이 우수한 경편지를 제조 할 수 있다. 이와 같은 효과로 인해 본 발명의 방법으로 제조된 해도형 복합섬유는 기모 경편지 제조에 특히 유용하다.

Claims (3)

1. 알칼리 이용해성의 공중합 폴리에스테르를 해성분으로 사용하고 통상의 폴리에스테르를 도성분으로 사용하여 방사 직접 연신 방식으로 50∼90데니어의 경편용 해도형 복합섬유를 제조함에 있어서, 아래 조건을 동시에 충족시킴을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법.

   - 아 래 -

   ·제1고뎃로울러 상의 원사 초기 수축 개시온도 : 75∼85℃

   ·제1고뎃로울러 상의 원사 최대 열응력 온도 : 85∼100℃

   ·제1고뎃로울러 상의 원사 데니어당 최대 열응력 : 0.008∼0.015g
2. 1항에 있어서, 해성분 용출전의 단사섬도가 2∼4데니어 이고 해성분 용출후의 단사섬도가 0.01∼0.3데니어인 것을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유의 제조방법.
3. 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르인 해성분과 통상의 폴리에스테르인 도성분으로 구성되는 해도형 복합섬유에 있어서, 복굴절율이 0.15∼0.23이고, 비결정배향도(Fa)가 0.40∼0.60이고 결정배향도(Fc)가 0.85∼0.95인 것을 특징으로 하는 경편용 해도형 복합섬유.