KR100312138B1

KR100312138B1 - 폴리에스테르부분연신사및그제조방법

Info

Publication number: KR100312138B1
Application number: KR1019970045711A
Authority: KR
Inventors: 정종호; 박중휘; 최영근; 김경우; 김성희; 윤인선
Original assignee: 조민호; 주식회사 휴비스
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 2001-12-28
Also published as: KR19990024539A

Abstract

본 발명은 연속중합법으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 반응시켜 제조한 폴리에스테르(A성분)와 회분식 중합법으로 에틸렌글리콜을 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체를 반응시켜 폴리에스테르를 제조할 때 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)을 중합체 1g당 5∼30 마이크로당량(MEQ)의 비율로 첨가하여 개질한 폴리에스테르(B성분)를 A성분 대 B성분의 비 1:4∼4:1의 범위안에서 혼합한 혼합 폴리에스테르를 이용한 폴리에스테르 부분연신사(POY)에 관한 것으로서, 이러한 폴리에스테르 부분연신사는 고속방사가능하며 연신, 가연공정에서 모우 발생율이 극소화되는 등의 장점이 있는 것이다.

Description

폴리에스테르 부분연신사 및 그 제조방법

본 발명은 폴리에스테르 사에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고속방사가능하며 연신, 가연공정에서 모우 발생율이 극소화되는 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 제조방법에 관한 것이다.

최근 폴리에스테르의 수요가 급증하면서 이를 대량 생산하기 위하여 고속방사 가능한 폴리에스테르 POY에 대한 연구가 시도되어 왔다.

종래 고속방사에 의한 폴리에스테르사의 제조방법과 관련된 선행기술로는 리이즈(REEZE)의 대한민국 특허공고 제 90-1319호에는 폴리에스테르 중합체 1g당 1 내지 6 마이크로당량(MEQ)의 트리메틸트리멜리트산염(TMTM) 내지 트리멜리트산(TMA)을 사용하여 POY의 배향을 감소시킴으로써 연신비의 증가 및 권취속도의 상승으로 생산성을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 그러나 상기 특허에서는 방속이 3000∼4000 mpm으로 제한되는 바, 이와 같이 낮은 방속으로 제조한 제조한 부분연신사(POY)는 강도가 낮아서 연신, 가연공정에서 모우가 다량으로 발생하여 제직시 어려움이 있게 된다. 또한 상기 특허에서는 개질된 공중합체의 제조에 있어 연속중합방식을 택하였는데, 이는 개질제의 함량에 불균일을 초래하는 문제점이 있다.

또한 리이즈의 대한민국 특허공고 제90-1320호에는 폴리에스테르 중합체 1g당 10MEQ 이하의 테트라에틸렌 실리케이트(TES)을 첨가하여 연중직방으로 POY를 제조하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법은 TES가 가수분해성이 있기 때문에 원사형성후 연신을 통해 쉽게 배향하게 한다는 것이나, 이는 연중직방에서만 가능하다는 단점이 있고, 원사가 연신후에도 경시변화가 있을 가능성도 있으며, 또한 POY의 강도가 낮아 연신, 가공공정에서 모우가 다량으로 발생하여 제직시 어려움이 있게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 선행기술의 문제점을 해결하고, 4000mpm 이상의 높은 방사속도에서도 우수한 방사성으로 제조되며 후처리공정인 연신, 가연공정에서도 모우가 거의 발생하지 않는 폴리에스테르 POY를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 연구에서 기존의 연중으로 생산되는 PET와 첨가제인 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)를 중합체 1g당 5∼30 마이크로당량(MEQ)의 비율로 합성된 중합체를 섞어서 고속방사하면 후처리공정인 연신, 가연공정에서 모우가 거의 발생하지 않는 우수한 특성의 폴리에스테르 POY를 제공할 수 있게 된다는 놀라운 사실을 알게 되었다.

따라서 본 발명에 의하면 폴리에스테르를 방사하여 제조되는 폴리에스테르 부분연신사(POY)에 있어서, 상기 폴리에스테르가 연속중합법으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 반응시켜 제조한 폴리에스테르(A성분)와 회분식 중합법으로 에틸렌글리콜을 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체를 반응시켜 폴리에스테르를 제조할 때 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)을 중합체 1g당 5∼30 마이크로당량(MEQ)의 비율로 첨가하여 개질한 폴리에스테르(B성분)를 A성분 대 B성분의 비 1:4∼4:1의 범위안에서 혼합한 혼합 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사가 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 폴리에스테르 POY는 그 원료물질로서 연속중합법에 의한 폴리에스테르(A성분)와 회분식 중합법에 의한 개질 폴리에스테르(B성분)으로 이루어진 혼합 폴리에스테르가 사용된다.

한편, 본 발명에서 개질제를 사용하는 B성분을 제조하는데 있어 배치식(회분식) 중합법을 채택하는 이유는 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)의 함량의 균일성 유지를 위해서이다. 만일 연속중합에서 TMA를 사용하여 개질한 다음 목표 용융점도 도달을 위해서는 반응물의 흐름량이 수시로 변경되는데 이에 따른 TMA의 투입량을 변경하였더라도 계내의 TMA 함량의 균일성이 유지되지 않아 방사와 가연에서 공정 및 품질에 대해 정확한 제어를 하기 곤란한 점이 발생되기 때문이다. 그러나 본 발명과 같이 트리멜리틱안하이드라이드를 사용하여 개질하여 회분식으로 중합한 B성분과 연속중합식으로 생산한 A성분을 혼합하여 폴리에스테르를 생산하면 TMA 함량의 균일성을 유지할 수 있을 뿐 아니라 코스트 다운의 효과를 얻을 수 있다.

B성분인 회분식 중합체는 회분식 중합법으로 에틸렌글리콜을 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체를 반응시켜 폴리에스테르를 제조할 때 쇄분지제인 TMA를 중합체 1g당 5∼30 마이크로당량(MEQ)이 되도록 하는 것이 바람직하다. 만약, 쇄분지제의 양이 5MEQ 미만이면 중합물성의 균일성이 미흡하며, 30MEQ를 초과하면 중합공정성이 불량하다.

여기서 "당량(eq)"이라는 용어는 쇄분지제(chain branching agent: CBA)가 3가 이상의 관능기(functional group)를 가지고 있고 폴리에스테르를 연속적으로 생성하기 위해서는 2개의 관능기가 소요되므로 미반응 관능기수로 분자량을 나누어서 얻은 값을 나타낸 것이다. 예를 들면 트리멜리틱안하이드라이드는 관능기가 3이고 분자량은 192이므로 1당량(eq)은 192이다. 즉, 본 발명에서 TMA의 함량은 중합체 1g당 5×10^-6∼30×10^-6eq이므로, 이를 중량으로 나타내면 중합체 1g당 9.6×10^-4∼5.76×10^-3g이 된다.

본발명에 따르는 혼합 폴리에스테르는 상기한 A성분/B성분 = 1/4 ∼ 4/1의 비율로 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기한 혼합비의 범위에서 고속 POY 방사 공정성이 양호하기 때문이다. 만약 A/B의 범위가 1/4 미만이거나, 4/1을 초과하면 혼합상태가 불균일하게 되어 방사중 용융단사가 발생되고, 가연시 단사가 심해지며, 모우가 과다하게 발생한다.

본 발명에 따라 상기한 A성분과 B성분을 배함한 혼합 폴리에스테르를 사용하게 되면 A성분 제조시 연속중합에 따른 저렴한 생산비와 B성분의 회분식제조에 의한 균일성을 동시에 만족시킬 수 있을 뿐만아니라, 연속중합에 의한 A성분으로 인한 고 강도와 회분식에 의한 개질 폴리에스테르인 B 성분으로 인한 고 신도가 POY에 발현됨으로써 개질 폴리에스테르를 연속중합으로 만든 것을 사용할 경우에 발생되는 강도 저하의 문제를 해결할 수 있게 된다.

본 발명에 따라 TMA의 첨가에 의해 개질된 폴리에스테르(B성분)과 연속식 중합체(A성분)를 혼합한 혼합 폴리에스테르를 3500∼5500mpm의 방속으로 방사하면 강도가 2.5g/De 이상이고, 파단신도가 50∼150%인 POY가 얻어지며, 이러한 POY는 연신, 가연공정에서 사속도 700∼1000mpm 및 연신비 1.5∼2.0로 처리하면 모우의 발생이 거의 없는 DTY가 높은 생산성으로 제조할 수 있게 되며, 제조된 DTY는 매우 우수한 제직성을 나타낸다.

상기한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 하기 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일뿐 제한하기 위한 것은 아니다.

〈실시예 1〉

A성분으로 에틸렌글리콜과 테레프탈산을 연속중합하여 얻은 고유점도(Ⅳ) 0.63g/㎗의 폴리에스테르를 사용하였다.

B성분은 다음과 같이 제조하였다. 즉, 테레프탈산 1000㎏, 에틸렌글리콜 448㎏ 및 에틸렌글리콜에 용해시킨 코발트아세테이트 150g과 쇄분지제로 TMA를 중합체 1 g당 10 MEQ의 비율이 되게 넣고서 에스테르화 반응기에 투입하였다. 온도를 올려서 에스테르화 반응을 수행하고 반응이 종결된 후 정량의 안티몬과 인산염을 첨가하고 TiO₂를 중합체 기준 0.3중량%가 되도록 첨가하여 축중합하였다. 측증합에 의해 제조된 개질 폴리에스테르의 고유점도(Ⅵ)는 0.63g/㎗이었다.

얻어진 A,B중합체를 1:1의 비율로 섞어서 건조한 후, 300℃에서 용윰방사하고 4000mpm의 속도로 권취하여 115 데니어의 POY를 제조하였다. 제조된 POY의 강도 및 신도를 만능시험기(UTM)로 측정하였으며, 또한 생산성 증가율을 하기 수학식 1로 계산하였다. 그 결과는 하기 표 1에 제시된다.

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY를 제조할 때, DTY 물성중 신도 30% 수준이고 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비가 1.85배이었다. 여기서 모우수는 가연사 보빈의 양말단에 파단된 필라멘트수를 눈으로 계산한 다음 보빈에 감긴 사의 총중량으로 나타낸 것이다.

〈실시예 2〉

하기 표 1에 제시되는 바와 같이 쇄분지제의 함량, A성분 대 B성분의 혼합비 및 방사속도를 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY를 제조할 때, DTY 물성중 신도 30% 수준이고 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비가 1.62배이었다.

〈실시예 3〉

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY를 제조할 때, DTY 물성중 신도 30% 수준이고 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비가 1.73배이었다.

〈비교예 1〉

실시예 1과 동일한 A성분만을 사용하고 하기 표 1에 제시되는 바와 같은 방사속도를 채택한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY를 제조할 때, DTY 물성중 신도 30% 수준이고 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비가 1.56배이었다.

〈비교예 2〉

쇄분지제의 함량이 5.2 MEQ인 B성분만을 사용하고 하기 표 1에 제시되는 바와 같은 방사속도를 채택한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY를 제조할 때, DTY 물성중 신도 30% 수준이고 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비가 1.49배이었다.

〈비교예 3〉

제조된 POY는 사속도 700 mpm, 히터온도 190℃에서 DTY의 제조시에 모우가 다발하여 제직이 불가능하였다.

항 목	단위	실시예	비교예
항 목	단위	1	2	3	1	2	3
쇄분지제 함량	MEQ	10	7	10	없음	5.2	17.2
A성분/B성분 혼합비율	중량비	50/50	65/35	50/50	100/0	0/100	1/6
방사속도	mpm	4000	4500	4500	3300	4500	4500
POY 강도	g/De	2.8	3.2	3.0	3.0	2.3	2.2
POY 신도	%	140	110	120	110	110	12.5
POY 데니어	De	115	115	115	115	115	115
연신비¹	배	1.85	1.62	1.73	1.56	1.49	1.3
생산성 증가율	%	43.7	41.6	51.2	0	30.2	13

※주 1 : DTY물성중 신도 30%수준이고, 모우 0.5개/파운드 이하인 연신비임.

상기한 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본발명에 의하면 POY를 고속방사하여 높은 생산성으로 제조할 수 있으며, 제조된 POY의 강도 및 신도가 우수하고 높은 연신비에서도 모우가 거의 발생되지 않으므로 제직성이 우수한 DTY를 제공할 수 있게 된다.

Claims

폴리에스테르 부분연신사(POY)에 있어서, 연속중합법으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 반응시켜 제조한 폴리에스테르(A성분)와 회분식 중합법으로 에틸렌글리콜을 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체를 반응시켜 폴리에스테르를 제조할 때 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)을 중합체 1g당 5~30 마이크로당량(MEQ)의 비율로 첨가하여 개질한 폴리에스테르(B성분)를 A성분 대 B성분의 비 1:4~4:1의 범위안에서 혼합한 폴리머 블랜드를 4,000~5,500mpm의 방속으로 방사제조한 것임을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사.
폴리에스테르 부분연신사를 제조하는 방법에 있어서, 연속중합법으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 반응시켜 제조한 폴리에스테르(A성분)와 회분식 중합법으로 에틸렌글리콜을 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체를 반응시켜 폴리에스테르를 제조할 때 트리멜리틱안하이드라이드(TMA)을 중합체 1g당 5~30 마이크로당량(MEQ)의 비율로 첨가하여 개질한 폴리에스테르(B성분)를 A성분 대 B성분의 비 1:4 ~ 4:1의 범위안에서 혼합한 혼합 폴리에스테르를 4,000~5,500mpm의 방속으로 방사하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법.