KR100378857B1

KR100378857B1 - 평활한 폴리에스테르 섬유

Info

Publication number: KR100378857B1
Application number: KR10-2000-7008229A
Authority: KR
Inventors: 가또진이찌로; 후지모또가쯔히로
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2003-04-07
Also published as: JP3188687B2; EP1052325A4; EP1052325A1; DE69932231D1; DE69932231T2; ATE332404T1; WO1999039041A1; TW554098B; KR20010034446A; US6468655B1; EP1052325B1; ES2270576T3

Abstract

90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성된 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유가 (1) 분자량 300 ∼ 800 의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃ 에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유, (2) 에틸렌옥시드 단위 및 프로필렌옥시드 단위를 갖는 구조를 갖는 폴리에테르, (3) 비이온성 계면활성제 및 (4) 이온성 계면활성제를 조성성분으로서 특정한 비율로 조합 조성되는 피니싱제를 특정량으로 부착하여 이루어지는 폴리에스테르 섬유를 개시한다.

상기 특정한 피니싱제를 부착시킨 낮은 마찰계수를 갖는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유는 방사에서 가공, 예를 들면 방사권취공정, 연신공정, 보빈 및 치즈로부터의 해서성, 가연가공성, 제편직성 등의 모든 공정에서의 통과성이 형저하게 개량되며, 그 결과 평활성, 내마모성, 집속성, 제전성이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유가 얻어진다.

Description

평활한 폴리에스테르 섬유{SMOOTH POLYESTER FIBER}

테레프탈산 또는 테레프탈산 디메틸로 대표되는 테레프탈산의 저급 알코올에스테르와, 트리메틸렌글리콜(1,3-프로판디올)을 중축합시켜 얻어지는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(이하, PTT로 약칭함)는 우수한 탄성회복성, 저탄성율(소프트한 태), 이염성이라는 폴리아미드와 유사한 성질과, 내광성, 열세트성, 치수안정성, 저흡수율이라는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET 로 약칭함)와 유사한 성질을 함께 갖는 획기적인 폴리머이다. PTT 는 전술한 특징을 살려 의류, BCF 카펫, 브러시, 테니스거트(gut)등의 제품에 응용되고 있다(일본 공개특허공보 평9-3724호, 동 평8-173244호, 동 평5-262862호).

PTT 섬유의 상기 특성을 최대한으로 살리는 섬유형태의 하나로서 가연가공계가 있다. PTT 섬유의 가연가공계는 공지의 기존 합성섬유, 예를 들면 PET 섬유 등의 폴리에스테르 섬유에 비교하여 탄성회복성, 소프트성이 풍부하기 때문에 스트레치 소재용 원사로서 매우 우수한 것이 되기 때문이다(일본 공개특허공보 평9-78373 호).

PET 섬유로 대표되는 폴리에스테르 섬유를 방사, 가연가공할 때에는 섬유표면에 피니싱제(finishing agent, 마무리제)를 부여하는 것은 필수이다. 예를 들어 피니싱제를 섬유표면에 부착하지 않고 방사 및 가연가공을 하면 마찰 및 정전기가 증대하여 모우(毛羽) 및 사절이 빈발하여 생산이 불가능하기 때문이다. PET 섬유를 가연가공할 경우, 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌이 공중합된 폴리에테르(이하, 단순히 폴리에테르로 약칭함)를 피니싱제 중의 함량으로서 70 중량% 이상 함유하는 피니싱제를 섬유표면에 부착시키는 것이 통상 이루어진다(예를 들면, 일본 공개특허공보 소63-57548호). 그 이유로서는, PET 섬유의 가연가공에서의 열세트공정에서는 200 ℃ 이상의 가열이 필요해지기 때문에 열열화(熱劣化)에 의한 히터오염을 억제하기 위해, 마찰계수는 증대하지만 내열성이 우수한 폴리에테르를 주체로 하는 피니싱제의 사용이 필요해지기 때문이다.

이에 대해, PTT 섬유의 가연용 피니싱제에 관해서는 지금까지 아무런 최적의 조성이 제안되고 있지 않다. 그 이유는, 불과 최근까지 PTT의 원료가 되는 트리메틸렌글리콜을 저렴하게 얻는 방법이 없었기 때문으로 공업적인 PTT 섬유의 제조에 관한 연구가 아직 충분하게 진행되고 있지 않기 때문이다.

PTT 섬유의 가연용 피니싱제를 생각할 경우, PTT 섬유는 PET 섬유와 화학적구조가 유사하기 때문에 PET 섬유의 가연용 피니싱제가 그대로 PTT 섬유에 사용될 수 있다고 상상할지도 모른다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면 PTT 섬유, 및 PET 섬유로 대표되는 PTT 섬유 이외의 폴리에스테르 섬유는, ① 섬유의 물성, 일단 PTT 섬유는 마찰계수 및 마모성이 클 것, ② 가연공정에서의 열세트공정의 최적온도조건이 크게 상이하여 PTT 섬유는 열세트온도를 낮게 설정해야할 것의 2 가지 이유로부터 PTT 섬유에 적합한 피니싱제 설계가 필요함을 알았다.

우선, PTT 섬유는 마찰계수 및 마모성이 커야하는 것에 대해 설명한다.

PTT 섬유는 분자가 Z 형으로 크게 굴곡되어 있기 때문에 탄성사와 같이 늘리면 쉽게 원래의 길이로 돌아온다는 특성을 나타낸다. 이와 같은 탄성특성을 위해 방사 및 가공단계의 장력이 걸린 상태에서 롤, 가이드, 핫플레이트 및 핀, 또는 단사끼리가 접촉하면 접촉면적이 크게 넓어지며, 그 때문에 마찰계수가 크게 증대한다. 이와 같은 상태로 방사, 연신을 계속하면 모우가 발생하기 쉬워진다. 또한, PTT 섬유는 섬유끼리로 또는 PTT 섬유 이외의 다른 소재로 섬유측면을 강하게 마찰시키면 실이 모우를 일으키기 쉬움도 판명되었다. 아마 이와 같은 마모되기 쉬운 것도 Z 형의 굴곡된 분자구조에 의한 것이며, 이와 같은 Z 형 구조를 취하면 인접 분자끼리의 분자간 힘이 낮아지기 때문에 분자간 방향으로 작용하는 응집력이 저하되어 그 결과 마모특성이 낮아지는 것으로 추정하고 있다. 이에 대해 다른 폴리에스테르 섬유, 예를 들면 PET 섬유 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유 등은 분자사슬이 거의 다 연장된 상태이기 때문에 탄성특성을 거의 나타내지 않는다. 또, 분자간 응집력도 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, PTT 섬유에서 볼 수 있었던 마찰특성과 마모성의 문제는 거의 발생하지 않는다. 예를 들어 PET 섬유의 가연용 피니싱제를 PTT 섬유에 적용하면 피니싱제의 주성분인 폴리에테르는 마찰계수를 낮추는 효과가 적기 때문에 모우 및 사절이 다발하여 공업적으로 사용할 수는 없다.

다음으로, PTT 섬유는 가연공정에서의 열세트공정의 최적온도를 PET 섬유에 대비하여 낮게 설정해야할 것에 대해 설명한다.

이미 서술한 바와 같이 PET 섬유의 가연가공에서의 열세트온도는 200 ℃를 초과하지만 본 발명자들의 검토에 의하면 PTT 섬유는 실질적으로 190 ℃ 이상의 온도에서 열세트할 수 없다. 이것은, PTT 섬유는 190 ℃를 초과한 온도를 부여하면 강도와 신도가 크게 저하되어 섬유의 절단이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 따라서, PTT 섬유의 가연가공에서의 열세트온도는 통상 140 ∼ 190 ℃가 된다. 이와 같이 낮은 열세트온도라도 PTT 섬유의 유리전이점은 PET 섬유에 비교하여 낮기 때문에 충분한 열세트를 받는 것이 가능해진다. 따라서, PTT 섬유의 가연용 피니싱제로서는 200 ℃를 초과하는 내열성을 확보할 필요가 없기 때문에 섬유표면의 마찰계수를 저하시키는 효과가 낮은 폴리에테르 성분을 주성분으로 하는 피니싱제를 일부러 사용할 필요는 없음을 알았다.

이상 서술한 바와 같이, 지금까지 PTT 섬유에 적합한 가연용, 그리고 제직 제편용 피니싱제의 검토는 거의 이루어지지 않고, 또한 PTT 섬유 특유의 마찰마모특성 및 가연온도조건을 고려한 피니싱제 설계의 필요성 및 그 해결방법에 관한 어떠한 시사도 일절 이루어지고 있지 않은 것이 현재의 상태이다.

따라서, PTT 섬유의 공업적 제조에는 전술한 특이한 섬유 성질에 의한 문제를 해소하는 성능을 갖는 피니싱제 설계가 불가결하다.

일본 공개특허공보 평4-24284호 및 동 평4-194077호에는 액상의 방향족 에스테르를 함유하는 PET용 피니싱제가 제안되고 있다. 그러나, 이 피니싱제를 PTT 섬유에 적용해도 동마찰계수가 낮아지지 않아 모우의 발생을 억제할 수는 없다.

한편, PTT 섬유의 피니싱제에 관해서는 의류용 섬유는 대상으로 하지 않지만, PTT를 사용한 낚싯줄에 실리콘계 성분 및 테프론계 성분의 표면처리 피니싱제를 도포하는 기술이 공개되고 있다(일본 공개특허공보 평9-262046호). 그러나, 의류용 PTT 섬유에 실리콘계 성분 및 테프론계 성분을 주체로 하는 피니싱제를 사용하면 섬유의 정련공정에서 피니싱제가 잘 떨어지지 않으며, 게다가 제전성이 저하된다는 결점도 있다. 따라서, 이와 같은 피니싱제를 사용한 섬유의 직물은 미끄러운 감촉이 있는 촉감이 떨어진 제품밖에 얻어지지 않는다.

전술한 바와 같이, 기존의 공지기술에는 PTT 섬유, 특히 의류용 PTT 섬유의 방사, 가공에 특유의 마찰, 마모 문제의 해결에 불가결한 피니싱제의 설계를 시사하는 것이 없다.

본 발명의 목적은 PTT 섬유에 특유의 높은 마찰계수, 섬유 측면의 마모하기 쉬움에 의한 방사, 가공의 공정 통과성의 문제를 해소하는 피니싱제가 부착된 우수한 평활성, 내마모성, 집속성, 제전성을 갖는 PTT 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 목적은 권취공정, 연신공정, 보빈 및 치즈로부터의 해서성, 가연가공성, 제편직성 등의 방사에서 후가공에 걸치는 공정 통과성을 높여, 직편물로서 탄성회복성, 부드러운 촉감, 균질성 등의 양호한 품위의 직편물을 얻을 수 있는 개량된 피니싱제를 부착한 PTT 섬유를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 우수한 평활성, 내마모성, 집속성(集束性), 제전성(制電性)을 가지며, 권취공정, 연신공정, 보빈 및 치즈(cheese)로부터의 해서성(解舒性), 가연(假撚)가공성, 제편직성(製編織性)등 방사에서 후가공에 이르는 공정 통과성, 그리고 보빈 및 치즈에 권취는 형태가 매우 양호하며, 그 결과 편직물로서 탄성회복성, 소프트한 태(態, 핸들), 균질성 등의 양호한 품위를 갖는, 의류 용도에 적합한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 섬유에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성된 복굴절율이 0.025 이상의 폴리에스테르 섬유에 (1) 분자량 300 ∼ 800의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유(mineral oil), (2) 특정한 구조를 갖는 폴리에테르, (3) 비이온성 계면활성제 및, (4) 이온성 계면활성제를 조성성분으로서 특정한 비율로 조합조성되는 피니싱제(finishing agent, 마무리제)가 특정량으로 부착되어 이루어지는 폴리에스테르 섬유에 의해 달성된다.

즉, 본 발명은 90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되며, 복굴절율이 0.025 이상의 폴리에스테르 섬유로서, 그 섬유의 표면에 피니싱제가 0.2 ∼ 3 중량% 부착되어 있고, 그 피니싱제의 구성성분으로서 화합물 (1) ∼ (4)를 필수성분으로서 함유하며, 또 피니싱제 전량 중의 화합물 (1) ∼ (4)의 함유량의 총량이 80 ∼ 100 중량% 인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유이다:

(1) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 30 ∼ 80 중량%인, 분자량 300 ∼ 800 의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃ 에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유;

(2) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 60 중량%인, 하기 구조식으로 나타나는 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위가 랜덤 공중합 또는 블록 공중합된폴리에테르;

R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

(여기서, R₁, R₂는 수소원자, 탄소수 1 ∼ 50 까지의 유기기이며, n₁및 n₂는 1 ∼ 1000 이다.),

(3) 탄소수 1 ∼30 인 알코올에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물, 탄소수 1 ∼ 30 인 카르복실산, 아민 또는 아미드에 에틸렌옥시드 또는/ 및 프로필렌옥시드가 부가된 화합물에서 선택되는 1 종 이상이며, 그 옥시드 전량의 부가 몰수가 1 ∼ 100 으로서 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 40 중량% 인 비이온성 계면활성제;

(4) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 20 중량% 인 이온성 계면활성제.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는, 상기의 특정한 피니싱제를 부착함으로써 섬유-섬유 동마찰계수가 0.3 ∼ 0.45, 섬유-금속 동마찰계수가 0.17 ∼ 0.3 인 마찰특성을 갖는 방사성, 가공성이 우수하게 개량된 양호한 폴리에스테르 섬유이다.

섬유-섬유 동마찰계수는, 섬유끼리의 마찰에 의한 모우가 발생하기 쉬움을 나타내는 파라미터이기도 하다. 한편, 섬유-금속 동마찰계수는, 섬유와 롤 및 핫플레이트 등의 금속부분과의 마찰에 의한 모우가 발생하기 쉬움을 나타내는 파라미터이다.

섬유-섬유 동마찰계수가 0.3 보다도 작으면 섬유가 너무 미끄러지기 쉬워 오히려 방사, 연신성이 저하된다. 한편, 0.45 를 초과하면 섬유 상호간의 마찰이 너무 높아져 섬유에 모우가 발생하기 쉬워진다. 한편, 섬유-금속 동마찰계수가 0.17 보다도 작으면 섬유가 롤 등의 면상을 너무 미끄러져 오히려 방사, 연신성이 저하된다. 이 계수가 0.3 을 초과하면 마찰이 너무 높아져 모우가 발생하기 쉬워진다.

한편, 섬유-섬유 정마찰계수는 펀(pirn) 및 치즈에의 권취 형태의 좋고 나쁨을 나타내는 파라미터이다. 섬유-섬유 정마찰계수가 0.27 ∼ 0.4 인 영역에서 섬유가 형상과 해서성이 우수한 펀, 치즈를 형성할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유에서는 상기 특정한 피니싱제가 복굴절율이 0.025 이상을 나타내는 섬유에 부여되고 있다. 복굴절율이 0.025 이상인 PTT 섬유는 섬유표면분자가 확실하게 배향하고 있기 때문에 피니싱제가 섬유 중으로 과도하게 스며들지 않고 피니싱제가 섬유표면을 확실하게 피복하여 피니싱제가 갖는 성능을 최대한으로 발현시킬 수 있다.

또한, 복굴절율이 이와 같이 특정되는 섬유는 섬유 중의 PTT 분자가 적절히 배향하고 있기 때문에 우수한 탄성회복성을 나타내며 얻어지는 직물도 우수한 탄성회복성을 나타낸다. PTT 이외의 폴리에스테르 섬유, 예를 들면 PET 섬유에서는 예를 들어 복굴절율이 0.025 이상이라도 이와 같은 우수한 탄성회복성을 발현하는 일이 없다. 복굴절율이 0.025 미만에서는 분자의 배향이 부족하여 분자가 용이하게 움직이기 쉬워지기 때문에, 탄성회복성이 낮은 것 외에 보관 및 운반 중의 약간의 온도변화 및 가중으로 섬유가 용이하게 변질되어 버리고, 또 부착시킨 피니싱제가 섬유 내에 과도하게 스며들어 버리기 때문에 섬유가 장기간 보존되면 피니싱제의 특성을 잃어버린다.

복굴절율이 0.05 이상, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.1 의 섬유는 PTT 섬유의 배향이 충분히 행해지고 있기 때문에 제직 제편공정, 연신을 수반하지 않는 가연공정, 염색공정 등에 있어서 그 마찰특성이 저하하는 일이 없다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 그 복굴절율이 0.025 ∼ 0.05 인 섬유는 연신가연가공을 하기 위한 섬유에 특히 적합한 것 외에, PTT 분자가 적절히 배향하고 있기 때문에 보관 및 운반 등의 통상의 취급단계에서는 섬유성능의 변화는 없다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 멀티필라멘트이거나 모노필라멘트라도 되며, 장섬유, 단섬유 중 어느 것이라도 된다. 본 발명의 폴리에스테르 섬유의 섬도로서는 특별히 제한은 없지만 통상 총섬도로 5 ∼ 200 d, 단사섬도로 0.0001 ∼ 10 d 이다. 또, 단면형상은 둥근형, 삼각형, 편평, 별형 등 제한은 없으며 중실(中實)섬유이거나 중공(中空)섬유라도 된다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

본 발명의 폴리에스테르 섬유를 구성하는 폴리머는 90 중량% 이상이 테레프탈산과 1,3-트리메틸렌글리콜을 중축합하여 얻어지는 PTT이다. 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위, 즉 10 중량% 이하의 범위에서 다른 코모노머 및 폴리머의 1 종 또는 그 이상을 공중합, 블렌딩해도 된다. 이와 같은 코모노머, 폴리머로서는 옥살산, 숙신산, 아디프산, 이소프탈산, 프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 시클로헥산 디카르복실산, 에틸렌글리콜, 부탄디올, 시클로헥산 디메탄올, 5-나트륨술포이소프탈산, 5-술포이소프탈산 테트라부틸포스포늄염, 폴리에틸렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.

또 필요에 따라 각종 첨가제, 예를 들면 광택소거제, 열안정제, 소포제, 난연제, 산화방지제, 자외선흡수제, 적외선흡수제, 결정핵제, 형광증백제 등을 공중합 또는 혼합해도 된다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 복굴절율은 0.025 이상이다. 이 복굴절율의 범위에서는 섬유 중의 PTT 분자가 적절하게 배향하고 있기 때문에 섬유는 우수한 탄성회복성을 나타낸다. 그리고 얻어지는 직물도 우수한 탄성회복성을 나타낸다. PTT 이외의 폴리에스테르 섬유, 예를 들면 PET 섬유에서는 예를 들어 복굴절율을 0.025 이상으로 해도 이와 같은 우수한 탄성회복성을 발현할 수는 없다.

또, 복굴절율이 0.025 이상의 PTT 섬유에 본 발명의 피니싱제를 부착하면 섬유표면분자가 확실하게 배향하고 있기 때문에 피니싱제가 섬유 중에 과도하게 스며들지 않고 섬유표면을 확실하게 피복하기 때문에 피니싱제가 갖는 성능을 최대한으로 끌어낼 수 있다. 복굴절율이 0.025 미만에서는 분자의 배향이 부족하기 때문에 분자가 용이하게 움직이기 쉬워진다. 그 때문에, 탄성회복성이 낮은 것 외에 보관 및 운반 중의 약간의 온도변화 및 가중으로 실이 쉽게 변질되어 버리기 때문에 본 발명의 목적에 사용할 수 없다. 또, 부착시킨 피니싱제가 섬유 내로 과도하게 스며들기 때문에 장기적으로 보존하면 피니싱제의 특성을 잃어버린다.복굴절율이 0.025 ∼ 0.05 인 섬유는 연신하면서 가연가공하기 위한 섬유에 특히 적합하다. 이와 같은 복굴절율을 갖는 섬유는 PTT 분자가 적절하게 배향하고 있기 때문에 보관 및 운반 등의 통상의 취급단계에서는 섬유성능의 변화는 없지만, 연신가연공정에서는 우수한 연신성, 가연가공성, 권축(捲縮)특성을 나타낸다. 또, 복굴절율이 0.05 이상, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.1 인 섬유는 PTT 섬유의 배향이 충분히 행해지기 때문에 제직 제편공정, 연신을 수반하지 않는 가연공정, 염색공정 등을 거쳐 직물로 가공할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 90 중량% 이상이 PTT 로 구성되며 복굴절율이 0.025 이상일 것과, 이하에 나타내는 피니싱제를 그 섬유에 부착시키는 것과 함께 PTT 섬유가 갖는 우수한 탄성회복성, 부드러운 촉감이라는 성능을 최대한으로 끌어내며, 방사에서 가연가공에 이르는 공정 통과성이 매우 양호해져 그 결과 제직 제편물로서 탄성회복성, 소프트성, 균질성 등의 양호한 품위를 끌어내는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서 피니싱제란 섬유표면에 부착시키는 유기계의 혼합물을 말한다.

본 발명에 사용하는 피니싱제는 그 구성성분으로서 화합물 (1) ∼ (4)를 필수성분으로 함유하며, 또 피니싱제 전량 중의 화합물 (1) ∼ (4)의 함유량의 총량이 80 ∼ 100 중량% 이다:

(1) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 30 ∼ 80 중량%인, 분자량 300 ∼ 800인 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃ 에서의 레드우드점도가 40 ∼ 500 초인광물유(mineral oil);

(2) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 60 중량%인, 이하의 구조식으로 나타나는, 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위가 랜덤공중합 또는 블록공중합된 폴리에테르;

[화학식 1]

R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

(3) 탄소수 1 ∼ 30인 알코올에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가한 화합물, 탄소수 1 ∼ 30인 카르복실산, 아민 또는 아미드에 에틸렌옥시드 또는/및 프로필렌옥시드가 부가한 화합물로부터 선택된 적어도 1 종이며, 그 옥시드 전량의 부가 몰수가 1 ∼ 100으로서 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 40 중량%인 비이온성 계면활성제;

(4) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 20 중량%인 이온성 계면활성제.

[1] 화합물 (1)

피니싱제의 제 1 필수구성성분인 화합물 (1)은 분자량 300 ∼ 800 인 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃ 에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유이다.

이들 지방족 에스테르 및/또는 광물유는 PTT 섬유의 평활성을 향상시키며, 그 마찰계수를 감소시키기 위해 필요한 성분이다. 지방족 에스테르로서는 각종합성품 및 천연유지를 들 수 있다. 특히 평활성의 향상에는 직선구조를 갖는 합성품의 지방족 에스테르의 사용이 바람직하다.

합성품의 지방족 에스테르로서는 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르, 테트라에스테르, 펜타에스테르, 헥사에스테르 등을 들 수 있다. 평활성의 관점에서 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르의 사용이 바람직하다. 지방족 에스테르의 분자량이 300 미만인 경우에는 유막의 강도가 너무 낮아져 가이드 및 롤로 용이하게 섬유표면에서 이탈하여 섬유의 평활성을 저하시켜 버리거나 증기압이 너무 낮아 공정 중에 비산하여 작업환경을 열화시킨다는 문제가 있다. 지방족 에스테르의 분자량이 800을 초과하면 피니싱제의 점성이 너무 높아지기 때문에 평활성과 사이징성이 저하되므로 바람직하지 않다. 300 ∼ 550 의 분자량인 지방족 에스테르가 특히 우수한 평활성을 나타내기 때문에 가장 바람직한 지방족 에스테르이다. 바람직한 합성물의 구체예로서는 스테아린산 이소옥틸, 스테아린산 옥틸, 펄미틴산 옥틸, 펄미틴산 이소옥틸, 스테아린산 2-에틸헥실, 라우린산 올레일, 스테아린산 이소트리데실, 올레인산 올레일, 아디핀산 디올레일, 트리라우린산 글리세린에스테르 등을 들 수 있다. 물론, 2 종 이상의 지방족 에스테르를 조합해도 된다. 특히 바람직하게는 스테아린산 옥틸, 올레인산 올레인, 올레인산 라우릴, 올레인산 올레일이다. 이들 지방족 에스테르 중, 평활성이 우수하다는 관점에서 분자구조적으로는 1 가인 카르복실산과 1 가인 알코올로 이루어지는 지방족 에스테르가 특히 바람직하다. 또, 내열성을 높이고 싶을 경우에는 지방족 에스테르가 분자량 400 ∼ 800 인 것을 사용하는 것은 바람직하다. 이 경우, 수소원자의 일부가 산소원자 및 황원자 등의 헤테로원자를 갖는 기, 예를 들면 에테르기, 에스테르기, 티오에스테르기, 술피드기 등으로 치환되어도 된다.

광물유로서는 파라핀계, 나프텐계, 방향족계 등을 들 수 있지만, 평활성 향상의 관점에서는 파라핀계 또는 나프텐계의 광물유의 사용이 바람직하다. 물론, 2 종 이상의 광물유를 조합해도 된다. 광물유는 바람직하게는 30 ℃ 에서의 레드우드점도가 40 ∼ 500 초를 나타내는 것이 사용된다. 40 초 미만인 광물유는 비산하기 쉬워 효과가 작아지는 경우가 있으며, 500 초 이상에서는 점도가 너무 높아 평활성 향상의 효과가 작아진다. 광물유의 레드우드점도는 바람직하게는 50 ∼ 400 초이다.

지방족 에스테르 및/또는 광물유의 본 발명의 피니싱제 중의 함유량은 30 ∼ 80 중량%인 것이 평활성을 높이기 위해 필요하다. 30 중량% 미만에서는 평활성이 부족하며, 80 중량%를 초과하면 평활성이 너무 높아져 섬유를 감은 펀 및 치즈의 권취 형태가 불만족한 것이 된다. 가연용도에 사용할 때는 30 ∼ 60 중량% 가 바람직하며, 직편용도에 사용할 때는 높은 평활성이 필요하기 때문에 50 ∼ 70 중량% 인 것이 바람직하다.

[2] 화합물 (2)

피니싱제의 제 2 필수구성성분은 화합물 (2)로 나타나는 폴리에테르이다. 화합물 (2)는 피니싱제가 섬유표면에 형성하는 유막의 강도를 높이는 작용이 있으며, 이것을 첨가함으로써 PTT 섬유의 문제인 마모성을 비약적으로 향상시키기 위해 필요한 성분이다. 특히, 방사, 연신공정 및 가연가공공정, 직편공정에서 섬유끼리가 마찰될 때에 섬유에 모우가 잘 생기지 않는다는 현저한 효과를 나타낸다.

[화학식 1]

(2) R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

여기서, R₁, R₂는 수소원자, 탄소수 1 ∼ 40 까지의 유기기이며, n₁및 n₂는 1 ∼ 1000 이다. 여기서, 유기기로서는 탄화수소기이거나, 탄화수소기의 일부 또는 전부가 에스테르기, 수산기, 아미드기, 카르복실기, 할로겐원자, 술폰산기 등의 헤테로원자를 갖는 기 또는 원소로 치환되어도 된다. R₁, R₂는 수소원자, 지방족 알코올, 지방족 카르복실산, 지방족 아민, 지방족 아미드잔기인 것이 바람직하며, 탄소수로서 5 ∼ 18 이 바람직하다. 또한, 화합물 (2)에서 프로필렌옥시드 단위와 에틸렌옥시드 단위는 랜덤공중합이거나 블록공중합이어도 된다. 특히 프로필렌옥시드 단위/에틸렌옥시드 단위가 중량비 20/80 ∼ 70/30인 경우, 마모억제효과가 높으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌옥시드 단위/에틸렌옥시드 단위의 중량비가 20/80 ∼ 60/40이다. 또 화합물(2)의 분자량은 400 ∼ 20000이 바람직하며, 1500 ∼ 20000이 특히 바람직하다. 이 경우, n₁및 n₂는 분자량에 맞는 값을 채용한다. 특히 이 분자량은 중요하며 분자량이 400 미만에서는 마찰억제효과가 작고, 분자량이 20000을 초과하면 섬유의 정마찰계수가 너무 낮아져 권취 형태가 악화되어버리는 경향이 있다. 보다 한층 바람직하게는 1500 ∼ 15000 이다. 화합물(2)의 피니싱제 중의 함량은 2 ∼ 60 중량% 일 필요가 있다. 2 중량% 미만에서는 내마모성의 향상효과가 작고, 60 중량%를 초과하면 섬유-섬유 정마찰계수가 너무 낮아져 권취 형태가 악화된다. 가연가공에 사용할 때는 3 ∼ 60 중량%가 바람직하며, 특히 바람직하게는 5 ∼ 40 중량%이다. 직편에 사용할 때는 5 ∼ 30 중량%가 바람직하다.

[3] 화합물(3)

피니싱제의 제 3 필수구성성분은 탄소수 1 ∼ 30인 알코올에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물, 탄소수 1 ∼ 30인 카르복실산, 아민 또는 아미드에 에킬렌옥시드 또는/및 프로필렌옥시드가 부가된 화합물로부터 선택된 적어도 1 종이며, 그 옥시드 전량의 부가몰수가 1 ∼ 100으로서 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 40 중량%인 비이온성 계면활성제이다.

이 비이온성 계면활성제는 피니싱제의 각 성분을 적절히 유화(乳化)하기 위한 유화성, 섬유의 집속성, 피니싱제의 부착성, 내마모성을 부여하기 위해 필요한 성분이다. 이 비이온성 계면활성제는 분자구조적으로 선상이거나 분기되어 있어도 되며, 복수의 관능기를 갖고 있어도 된다. 또, 수소원자의 일부 또는 전부가 에스테르기, 수산기, 아미드기, 카르복실기, 할로겐원자, 술폰산기 등의 헤테로원자를 갖는 기 또는 원소로 치환되어 있어도 된다.

알코올, 카르복실산, 아민, 아미드의 탄소수로서는 1 ∼ 30이며, 바람직하게는 유화성, 집속성의 관점에서 5 ∼ 30이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 8 ∼ 18이다. 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드의 부가몰수로서는 1 ∼ 100이며, 바람직하게는 평활성의 높이에서 3 ∼ 15가 바람직하다. 에틸렌옥시드 단위 및 프로필렌옥시드 단위가 공존할 경우는 랜덤 공중합, 블록 공중합 중 어느 쪽이어도 된다.

비이온성 계면활성제의 구체예로서는, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴올레일에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 프로필렌옥시드/에틸렌옥시드가 공중합한 모노부틸에테르, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 디라우릴레이트, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 라우릴레이트, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 디스테아레이트, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 스테아레이트, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 디올레이트, 폴리옥시에틸렌비스페놀A 올레이트, 폴리옥시에틸렌스테아릴아민, 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌올레일아민, 폴리옥시에틸렌올레인산 아미드, 폴리옥시에틸렌스테아린산 아미드, 폴리옥시에틸렌라우린산 에탄올아미드, 폴리옥시에틸렌올레인산 에탄올아미드, 폴리옥시에틸렌올레인산 디에탄올아미드, 디에틸렌트리아민올레인산 아미드, 폴리옥시프로필렌스테아릴에테르, 폴리옥시프로필렌비스페놀A 스테아레이트, 폴리프로필렌스테아릴아민, 폴리프로필렌올레인산 아미드 등을 들 수 있다.

이들 비이온성 계면활성제의 피니싱제 중의 함유량은 5 ∼ 40 중량%일 것이 유화성, 섬유의 집속성, 피니싱제의 부착성, 내마모성을 높이는 관점에서 필요하다. 5 중량% 미만에서는 상기 성능이 부족하다. 한편, 30 중량%를 초과하면 마찰이 너무 높아져 모우가 발생하기 쉬워진다. 바람직하게는 5 ∼ 30 중량%이다.

[4] 화합물(4)

피니싱제의 제 4 필수구성성분은 이온성 계면활성제이다. 이 이온성 계면활성제는 섬유에 제전성, 내마모성, 유화성, 녹방지성을 부여하기 위해 필요한 성분이다.

이온성 계면활성제로서는, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양성 계면활성제 중 어느 쪽을 사용해도 되지만, 특히 음이온성 계면활성제를 사용하는 것이 제전성, 내마모성, 유화성, 녹방지성을 부여할 수 있는 관점에서 바람직하고, 특히 술폰산염 화합물, 인산염 에스테르염, 고급 지방산염 등이 바람직하다. 물론, 2 종 이상의 각 음이온성 계면활성제를 조합하여도 된다. 바람직하게는 이온성 계면활성제의 구체예로서는 화합물 (5) ∼ (8)을 들 수 있으며, 이들은 제전성, 내마모성, 유화성, 녹방지성이 특히 우수하다.

(5) R₅-SO₃-X

(6) (R₆-O-)P(=O)(OX)₂

(7) (R₇-O-)(R₈-O-)P(=O)(OX)

(8) R₉-COO-X

여기서, R₅∼ R₉는 수소원자, 탄소수 4 ∼ 40 까지의 유기기이다. 여기서 유기기로서는, 탄화수소기이거나, 탄화수소기의 일부 또는 전부가 에스테르기, 수산기, 아미드기, 카르복실기, 할로겐원자, 술폰산기 등의 헤테로원자를 갖는 기 또는 원소로 치환되어 있어도 된다. 바람직하게는 탄소수 8 ∼ 18인 탄화수소기이다. X는 알칼리금속 또는 알칼리토류금속이다.

이들의 비이온성 계면활성제의 피니싱제 중의 함유량은 2 ∼ 20 중량%일 것이 제전성을 높이는 관점에서 필요하다. 2 중량% 미만에서는 제전성, 내마모성, 유화성, 녹방지성이 부족한 것 외에, 섬유-섬유 동마찰계수 및 섬유-섬유 정마찰계수가 너무 낮아져 권취 형태가 악화된다. 또, 20 중량%를 초과하면 마찰이 너무 높아져 모우가 발생하기 쉬워진다. 가연가공에 사용할 때는 2 ∼ 15 중량%가 바람직하고, 제직 제편에 사용할 때는 5 ∼ 15 중량%가 바람직하다.

이상 서술한 4 개의 필수구성성분을 함유하는 피니싱제에 있어서는, 이들 필수구성성분의 함량이 피니싱제 전량의 80 ∼ 100 중량%의 범위일 필요가 있다. 즉, 본 발명에 사용하는 피니싱제에는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위, 즉 20 중량% 미만에서 본 발명의 필수구성성분 이외의 피니싱제 성분을 존재시켜도 된다. 그와 같은 피니싱제 성분으로서는 특별히 제한은 없지만, 평활성, 피니싱제의 섬유상으로의 퍼짐성을 향상시키기 위해 실리콘 화합물, 예를 들면 디메틸실리콘, 디메틸실리콘의 메틸기의 일부인 메틸기를 알킬기를 통하여 에틸렌옥시드 또는/및 프로필렌옥시드를 3 ∼ 100 몰 정도 부가시킨 화합물, 탄소수 5 ∼ 18인 유기기를 갖는 아민옥시드 등을 함유해도 되며, 또 제전성을 향상시키기 위해 본 발명에서 규정한 화합물 이외로서 카르복실산 금속염 단위를 갖는 이미다졸린 화합물을 함유해도 되며, 또 본 발명에서 규정한 이외의 에스테르 화합물 예를 들면, 에테르기를 갖는 에스테르를 함유해도 된다. 또, 공지의 방부제, 녹방지제, 산화방지제 등을 함유해도 된다. 함유량으로서는 바람직하게는 10 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 7 중량% 이하이다.

이상과 같은 구성성분으로 이루어지는 피니싱제는 그대로 희석하지 않고, 혹은 물에 5 ∼ 60 중량%, 바람직하게는 5 ∼ 35 중량% 분산시켜 에멀젼 피니싱제로서 섬유에 부착시킬 수 있다.

피니싱제의 섬유상으로의 부착량으로서는, 0.2 ∼ 3 중량%일 필요가 있다. 0.2 중량% 미만에서는 피니싱제의 효과가 작아진다. 또, 3 중량%를 초과하면 섬유의 주행시의 저항이 너무 커지거나, 피니싱제가 롤, 열판, 가이드 등에 부착하여 그들을 더럽히게 된다. 가연가공사에 사용할 때는 0.3 ∼ 1.0 중량%가 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.3 ∼ 0.6 중량%이며, 직편용도에 사용할 때는 0.4 ∼ 1.2 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 ∼ 1 중량% 이다. 물론, 피니싱제의 일부가 섬유 내부로 침투해도 된다.

본 발명에 사용하는 피니싱제를 섬유에 부여하기 위해서는 본 발명의 폴리에스테르 섬유를 용융방사시에 방출사가 고형화한 시점이라면 어느 시점이라도 부여된다. 통상은 권취가 행해지기 전까지 섬유에 부여하는 것이 바람직하다. 피니싱제의 부여가 적용되는 방사방법으로서는, 한번 미연신사를 감은 후에 연신기로 연신하는 방법, 방사와 연신을 한단에서 행하는 방법, 2000 ∼ 4000 m/min 으로 반연신사를 얻는 방법, 5000 ∼ 14000 m/min 의 방사속도로 방사연신을 행하는 고속방사 중 어느 것이라도 된다. 이상과 같이 방사연신을 행하여 얻어진 섬유의 신도가 25 ∼ 180 %, 바람직하게는 25 ∼ 150 %, 더욱 바람직하게는 35 ∼ 130 %가 되도록 연신을 행함으로써 본 발명의 폴리에스테르 섬유의 복굴절율을 0.025 이상으로 할 수 있다.

이상과 같이 하여 얻어진 섬유는 섬유-섬유 동마찰계수가 0.3 ∼ 0.45, 섬유-금속 동마찰계수가 0.17 ∼ 0.3의 양쪽이 만족되어 방사성, 가공성이 양호한 섬유가 된다. 섬유-섬유 동마찰계수는 섬유끼리의 마찰에 의한 모우의 발생하기 쉬움을 나타내는 파라미터이다. 0.3보다도 작으면 너무 미끄러져 오히려 방사ㆍ연신성이 저하된다. 0.45를 초과하면 마찰이 너무 높아져 모우가 발생하기 쉬워진다. 바람직하게는 0.3 ∼ 0.42이다. 섬유-금속 동마찰계수는 섬유와 롤 및 핫플레이트 등의 금속부분과의 마찰에 의한 모우의 발생하기 쉬움을 나타내는 파라미터이다. 0.17보다도 작으면 너무 미끄러져 오히려 방사ㆍ연신성이 저하된다. 0.3을 초과하면 마찰이 너무 높아져 모우가 발생하기 쉬워진다. 바람직하게는 0.15 ∼ 0.23이다.

또한, 섬유-섬유 정마찰계수가 0.27 ∼ 0.4이면 보다 바람직한 섬유가 된다. 또, 섬유-섬유 정마찰계수는 폴리에테르의 첨가량과 대응하기 때문에 폴리에테르량을 조정하여 섬유-섬유 정마찰계수를 0.27 ∼ 0.4로 함으로써 양호한 내마모성과 권취 형태의 양쪽을 달성할 수 있다. 섬유-섬유 정마찰계수는 펀 및 치즈의 권취 형태의 좋고 나쁨을 나타내는 파라미터이다. 0.27 미만에서는 정마찰계수가 너무 작아 권취 형태가 붕괴해버린다. 0.4를 초과하면 마찰계수가 마찰계수가 높은 섬유가 되어 가공성이 저하된다. 바람직하게는 0.28 ∼ 0.35이다.

또, 본 발명의 폴리에스테르 섬유는 통상 이하와 같은 섬유물성을 나타낸다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 강도는 연신사에서는 3 g/d 이상이 바람직하고, 반연신사에서는 1.0 g/d 이상이 바람직하다. 연신사의 경우, 3 g/d 미만이면 용도에 따라서는 얻어지는 직물의 인열(引裂)강도 및 파열강도가 저하되어버리기 때문이다. 바람직하게는 4 g/d 이상이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 신도는 통상 25 ∼ 180 %이다. 신도가 25 % 미만이면 섬유의 내마모성은 현저하게 낮은 것이 되어 후술하는 피니싱제를 이와 같은 섬유에 부여해도 마모특성이 악화되어 실용상 사용할 수 없는 경우가 있다. 또, 신도가 180 %를 초과하면 섬유의 배향이 불충분해져, 보관 및 운반 중의 약간의 온도변화 및 가중으로 실이 용이하게 변질되어 버리는 경우가 있다. 바람직하게는 연신사로서 사용하기 위해서는 모우의 발생을 억제하기 위해 35 ∼ 55 %가 바람직하고, 연신가연을 행하는 반연신사로서 사용하기 위해서는 40 ∼ 130 %가 바람직하다.

또, 본 발명의 폴리에스테르 섬유의 20 % 신장시의 탄성회복율은 70 % 이상이 바람직하다. 이와 같은 탄성회복율을 만족함으로써 얻어지는 직물은 매우 스트레치성이 풍부한 것이 된다. 바람직하게는 80 % 이상이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 탄성율은 10 ∼ 30 g/d의 범위가 된다. 이와 같은 낮은 탄성율을 나타냄으로써 얻어진 직물은 매우 부드러운 촉감의 것이 된다. 바람직하게는 20 ∼ 25 g/d이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유의 극한점도 [η] 은 0.4 ∼ 2.0이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.5 ∼ 1.5, 더욱 바람직하게는 0.6 ∼ 1.2이다. 이 범위에서 강도, 방사성이 우수한 섬유를 얻을 수 있다. 극한점도가 0.4 미만인 경우는 폴리머의 용융점도가 너무 낮기 때문에 방사가 불안정해지며, 얻어지는 섬유의 강도도 낮아 만족할 만한 것은 아니다. 반대로 극한점도가 2.0을 초과하는 경우는 용융점도가 너무 높기 때문에 방사시에 멜트프랙쳐(melt fracture)및 방사불량이 발생한다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 실시예 등의 기재에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중의 주요한 측정값은 이하의 방법으로 측정한 것이다.

(1) 극한점도의 측정

이 극한점도 [η]는 오스왈드 점도관을 사용하며, 35 ℃, o-클로로페놀을 사용하여 비점도ηsp와 농도 C(g/100 ㎖)의 비ηsp/C를 농도 0에 외삽하여 이하의 식에 따라 구했다.

[η] = l i m(ηsp/C)

C →0

(2) 레드우드점도의 측정

JIS-K2283-1956에 준하여 측정하였다.

(3) 복굴절율의 측정

섬유편람-원료편, p. 969(제 5 판, 1978년 마루젠가부시끼가이샤)에 준하여, 광학현미경과 보상기(compensator)를 사용하여 섬유표면에 관찰되는 리터데이션(retardation)으로부터 구했다.

(4) 섬유의 역학물성(강도, 신도, 탄성율)의 측정

JIS-L-1013에 준하여 측정하였다.

(5) 탄성회복률의 측정

섬유를 처크(chuck) 거리 20 ㎝로 인장시험기에 부착하여, 신장율 20 %까지 인장속도 20 ㎝/min로 신장하여 1 분간 방치하였다. 그후, 다시 동일한 속도로 수축시켜 응력-변형곡선을 그린다.

수축 중, 응력이 0 가 되었을 때의 신도를 잔류신도(A)로 한다. 탄성회복율은 이하의 식에 따라 구했다.

탄성회복율 = (20 - A) / 20 ×100 (%)

(6) 유(油)부착율

JIS-L-1013 에 기초하여, 섬유를 에틸에테르로 세정하고, 에틸에테르를 증류제거하여 섬유표면에 부착한 순유제량(純油劑量)을 섬유중량으로 나누어 구한 비율을 유부착율로 하였다.

(7) 실 마찰절단수의 측정

실 마찰절단수는 섬유끼리를 서로 마찰시켜 절단이 발생하기까지의 서로 마찰시킨 회수를 나타낸 것이며, 섬유측면의 마모하기 쉬움의 하나의 기준이 되는 것이다. 즉 회수가 클수록 마모성이 좋음을 나타낸다.

실 마찰절단수는 도오요오세이끼세이사꾸쇼사 제조의 실 마찰포합력시험기 (No. 890)를 사용하여 측정하였다. 실의 양단을 도르래를 통하여 나란히 되있는 2 개의 물림쇠로 실의 양단을 연결하였다. 이 물림쇠는 20 ㎜ 스트로크길이로 왕복운동을 할 수 있다. 도르래를 회전시켜 2 회 꼬임을 하여, 50 g의 하중을 걸어 150 스트로크/분으로 물림쇠를 왕복운동시켰다. 왕복운동의 회수는 카운터로 계측할 수 있으며 실의 절단까지의 회수를 실 마찰절단수로서 구했다.

(8) 섬유-섬유간 정마찰계수

약 690 m의 섬유를 원통의 주위에 능각 15°로 약 10 g의 장력을 걸어서 감고, 그리고 전술한 것과 동일한 섬유 30.5 ㎝를 이 원통에 걸었다. 이때, 이 섬유는 원통의 위에 있으며 원통의 권취 방향과 평행하게 한다. 그램수로 표시한 하중의 값이 원통상에 걸은 섬유의 총데니어의 0.04 배가 되는 추를 원통에 걸은 섬유의 한 쪽 끝에 연결하고, 다른 쪽 끝에는 스트레인게이지(strain gauge)를 연결시켰다. 이어서 원통을 0.016 ㎜/초의 속도로 회전시켜 장력을 스트레인게이지로 측정한다. 이렇게 하여 측정한 장력으로부터 섬유-섬유간 정마찰계수 f 를 이하의 식에 따라 구했다.

f = 1/π×1n (T₂/T₁)

여기서, T₁은 섬유에 걸은 추의 무게, T₂는 적어도 25 회 측정했을 때의 평균의 장력, 1n은 자연로그, π는 원주율을 나타낸다.

(9) 섬유-섬유간 동마찰계수

(8)의 측정법에 있어서, 주속도를 18 m/min 로 했을 때의 f를 섬유-섬유간 동마찰계수로 하였다.

(10) 섬유-금속간 동마찰계수

에이코 소꾸기(주) 제조의 μ미터를 사용하여 하기의 조건에서 측정하였다.

마찰체인 표면을 크롬이 투명하게 비치도록(조도 3s) 피니싱한 직경 25 ㎜의 철제원통에 섬유를 0.4 g/d의 장력을 걸면서 섬유의 마찰체로의 입구방향과 출구방향을 90°로 하여 25 ℃, 65 % RH의 분위기 하, 100 m/min의 속도로 마찰시켰을 때의 섬유의 동마찰계수 μ를 이하의 식에 따라 구했다.

μ=(360 ×2.3026) / 2πθ×log₁₀(T₂/T₁)

여기서,

T₁: 마찰체로의 입구측의 장력(데니어당 0.4 g 상당의 장력으로 함)

T₂: 마찰체로부터 출구측의 장력

θ: 90°

π: 원주율

(11) 스컴(scum)의 발생

섬유를 경사, 위사에 사용하여 평직물을 제직했을 때에 바디의 주변에 스컴이 발생하였는지를 관찰하였다. 또한, 제직은 경밀도 38.1 개/㎝, 위밀도 31.5 개/㎝ 로 쯔다고마고오교(주) 제조의 제직기 2A-103 을 사용하여 행했다.

○: 발생하지 않음

△: 발생하였지만 정도는 적음

×: 스컴이 대량으로 발생

(12) 모우의 발생

섬유(사)를 편침에 넣어 편침에 들어가는 실구멍과 나오는 실구멍의 각도를 60°로 유지하며, 0.6 g/d 의 장력 하, 2 m/min 으로 5 시간 치즈상으로 감아 치즈의 단면에 발생한 모우수를 세었다.

○: 발생하지 않음

△: 1 ∼ 3 개 발생

×: 3 개 이상 발생

(13) 정전기의 발생

섬유(사)를 경사, 위사에 사용하여 평직물을 제직했을 때에 정전기가 발생하여 바디를 통과했을 때에 섬유끼리가 서로 붙는 일이 있었는지 어떤지를 검사하였다.

○: 보이지 않음

×: 보였음

(14) 권취 형태의 형상평가

3 ㎏ 권취 펀을 제조했을 때에 권취 형태에 붕괴가 있었는지 어떤지를 관찰하였다.

○: 보이지 않음

×: 보였음

참고예 1 폴리트리메틸렌테레프탈레이트폴리머의 합성:

테레프탈산 디메틸(이하, DMT 로 약칭함)과 트리메틸렌글리콜(1,3-프로판디올)을 1:2 의 몰비로 넣고, 0.09 중량%/DMT(이 단위는 DMT 양에 대한 중량%를 나타낸 것임)의 아세트산 칼슘과 0.01 중량%/DMT의 아세트산 코발트를 첨가하여, 서서히 승온시켜 240 ℃에서 에스테르 교환반응을 완결시켰다. 얻어진 에스테르 교환물에 열안정제로서 트리메틸포스페이트 0.05 중량%/DMT, 평균입경 0.35 ㎛의 합섬용 산화티탄 광택소거제를 0.5 중량%/DMT를 첨가하여 270 ℃에서 2 시간 반응시켰다. 얻어진 폴리머의 극한점도는 0.75이었다. 이어서, 이 폴리머를 더욱 질소분위기 하에서 215 ℃, 5 시간, 고상중합을 행하여 극한점도를 0.92까지 높였다.

실시예 1 ∼ 8

참고예 1에서 얻은 폴리머를 질소분위기 하, 160 ℃에서 3 시간, 순환식 건조기를 사용하여 수분율 30 ppm 까지 건조를 행했다. 얻어진 건조 폴리머를 압출기에 투입하고, 265 ℃에서 구경 0.23 ㎜ ×36 개의 환형 방출공을 통하여 압출하였다. 방출된 필라멘트군에 20 ℃, 상대습도 90 %의 냉풍을 0.4 m/s의 속도로 불어넣어 냉각고화시켰다. 고화 필라멘트군에 급유노즐을 사용하여 표 1의 피니싱제를 10 %의 수분산 에멀젼으로서 실에 부착시켜 1600 m/min으로 감았다. 이어서, 얻어진 미연신사를 핫롤 55 ℃, 핫플레이트 140 ℃를 지나면서 신도가 거의 40 %가 되도록 연신하여 50 d/36 f의 연신사를 얻었다. 얻어진 섬유는 99 중량% 이상이 PTT 로 이루어지는 섬유였다.

본 발명에서 규정한 범위의 조성인 피니싱제를 부착한 섬유는 모두 우수한 방사, 연신사를 나타내었다. 또, 모든 실시예에서 얻어진 섬유도 탄성회복성이 높으며 또 탄성율이 낮아 부드러운 촉감의 섬유였다.

비교예 1 ∼ 6

표 1에 기재한 바와 같이 피니싱제를 변경하여 실시예 1을 반복하였다.

비교예 1에서는 지방족 에스테르 대신에 방향족 에스테르를 사용하였기 때문에 섬유-섬유간 동마찰계수 및 섬유-금속간 동마찰계수가 높아져 스컴 및 모우의 발생이 보였다. 또, 폴리에테르를 함유하고 있지 않기 때문에 실 마찰절단수가 낮아졌다.

비교예 2에서는 PET의 가연가공사에 사용되는 지방족 에스테르를 함유하지 않는 피니싱제를 사용하였다. 이 경우, 섬유-금속간 동마찰계수가 높아져 핫플레이트 및 롤을 통과했을 때에 모우가 발생하였다. 또, 모우테스트에서도 모우가 발생하였다. 그 결과, 실 마찰절단수가 작아졌다.

비교예 3에서는 본 발명의 범위보다도 분자량이 낮은 지방족 에스테르를 함유하는 피니싱제를 사용하였다. 이 경우, 피니싱제의 막강도가 낮아지기 때문에 섬유-금속간 동마찰계수가 높아져 핫플레이트 및 롤을 통과했을 때에 모우가 발생하였다. 또, 모우테스트에서도 모우가 발생하였다.

비교예 4에서는 폴리에테르의 양이 본 발명의 범위를 초과하는 양을 함유하는 피니싱제를 사용하여 실험을 행했다. 이 경우, 섬유-섬유간 정마찰계수가 저하되어 권취 형태가 크게 붕괴되어 3 ㎏ 권취 펀을 얻을 수 없었다.

비교예 5에서는 실시예 1의 피니싱제를 사용하여 유부착율을 낮게 하여 본 발명의 범위로부터 벗어난 피니싱제를 채용하였다. 이 경우, 섬유-섬유간 동마찰계수 및 섬유-금속간 동마찰계수가 높아져 모우 및 정전기의 발생이 보였다.

비교예 6에서는 이온성 계면활성제의 양이 본 발명의 범위를 벗어나는 피니싱제를 나타냈다. 이 경우, 정전기의 발생이 보였다. 또 섬유-금속 동마찰계수가 너무 저하되어 롤상에서의 미끄럼이 보였다.

비교예 7

비교예 2의 피니싱제를 사용하여 PET 섬유에 부착시켰다. 이 경우, 섬유-섬유 동마찰계수가 본 발명의 PTT 섬유의 범위로부터 벗어남에도 불구하고 아무런 문제없이 방사, 연신을 할 수 있었다. 또, 모우테스트에서도 문제는 없었다. 이것은, PET 섬유는 PTT 섬유에 비교하여 마찰계수가 낮으며 동시에 섬유-섬유의 마찰에 강함을 나타내는 것이다. 또, 얻어진 섬유는 탄성회복성이 낮으며 또 탄성율이 높아 단단한 감촉이었다.

비교예 8

실시예 1의 미연신사의 복굴절율은 0.024, 강도는 1.6 g/d, 신도는 230 %이였다. 20 ℃에서 20 일 방치하자 섬유물성이 시간경과에 따라 변화하여 매우 취약해졌다. 이와 같은 현상은 실시예 1 ∼ 8의 섬유에서는 보이지 않았다.

실시예 9

실시예 7의 피니싱제를 사용하여 방사속도를 3500 m/min으로 하여 방사만을 행했다. 얻어진 반연신사의 복굴절율은 0.062, 강도는 2.7 g/d, 신도는 74 %, 유부착율 0.41 %, 섬유-섬유간 동마찰계수는 0.35, 섬유-금속간 동마찰계수는 0.20, 섬유-섬유간 정마찰계수는 0.29 이며, 방사성은 아무런 문제가 없었다. 또, 이 반연신사는 비교예 8의 미연신사와는 상이하며, 20 ℃에서 20 일 방치한 후, 섬유물성은 시간경과에 따른 변화가 없었다.

이 반연신사를 바머그사 제조의 SW46SSD 가연가공기를 사용하여 450 m/min의 가공속도로 1.25 배의 연신을 행하면서 160 ℃에서 가열하면서 3600 T/m의 권축가공사를 작성하였다. 이때의 가공성은 아무런 문제는 없었다. 또, 얻어진 가공사는 부풀림감, 스트레치성이 풍부하여 소프트한 태의 것이었다.

비교예 9

비교예 2에 있어서, 방사속도를 3500 m/min로 하여 방사만을 행했다. 얻어진 반연신사의 복굴절율은 0.066, 강도는 2.5 g/d, 신도는 82 %, 섬유-섬유간 동마찰계수는 0.39, 섬유-금속간 동마찰계수는 0.32, 섬유-섬유간 정마찰계수는 0.30이었다. 섬유-금속간 동마찰계수가 높기 때문에 방사시에 모우가 발생하였다.

이 반연신사를 실시예 9와 동일하게 가연가공을 실시하였지만 모우가 대량으로 발생하여 장시간 감을 수 없었다.

실시예 10 ∼ 12

피니싱제의 종류를 변경하여 극한점도 0.8인 PTT를 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 이렇게 하여 얻어진 섬유는 99 중량% 이상이 PTT로 이루어지는 섬유였다.

본 발명에서 규정한 범위의 섬유물성 및 피니싱제 성분인 것은 모두 우수한 방사ㆍ연신성을 나타내었다.

참고예 2

실시예 5 및 실시예 8에서 얻은 연신사를 미쯔비시고오교사 제조의 LS-2 가연가공기를 사용하여 스핀들 회전수 275000 rpm, 가연수 3650 T/m, 오버피드율 4.1%, 가연온도 165 ℃에서 가연가공을 행했다. 모든 경우가 신축성, 소프트성이 풍부하여 사절도 없이 양호한 가연가공성을 나타내었다.

이에 대해 비교예 1 ∼ 6 의 섬유는 모두 사절이 다발하였다.

참고예 3

「스컴 발생의 측정방법」에서 나타낸 방법으로 실시예 1, 5, 10 및 비교예 7의 각 섬유를 사용하여 평직물을 작성하였다. 실시예 1, 5, 10 의 섬유를 사용한 경우, 얻어진 평직물은 소프트하며 위방향으로 10 % 정도의 스트레치성을 나타내었다. 종래의 합섬직물에서 얻을 수 없는 촉감을 나타내었다.

이에 대해 비교예 7의 섬유를 사용한 경우, 태가 단단하며 스트레치성도 나타내지 않았다.

표 1a 및 1b 에서, W₁, W₂, W₃및 W₄는, 화합물 (1), (2), (3) 및 (4)의 피니싱제 전량중의 함유량 (중량%) 을 나타낸다.EO : 에틸렌옥시드, PO : 프로필렌옥시드, POE : 폴리옥시드에틸렌을 나타낸다.EO/PO=65/35, 분자량 20000 이란 EO 단위와 PO 단위의 중량비가 65/35 이며, 폴리에테르의 분자량이 20000 임을 나타낸다. 폴리에테르는 모두 블록 공중합체이다.POE 10 몰 부가란 에틸렌옥시드가 10 몰 부가된 것을 나타낸다.

표 2 에서, W₁, W₂, W₃및 W₄는, 화합물 (1), (2), (3) 및 (4) 의 피니싱제 전량중의 함유량 (중량%) 을 나타낸다.폴리에테르는 랜덤 공중합체이다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 PTT 섬유 특유의 문제인 높은 마찰계수, 섬유 측면의 마모되기 쉬움의 문제를 해결하며, 우수한 평활성, 내마모성, 집속성, 제전성을 가지며, 권취공정, 연신공정, 보빈 및 치즈로부터의 해서성, 가연가공성, 제편직성 등의 방사에서 후가공에 이르는 공정 통과성이 우수하며, 보빈 및 치즈의 권취 형태가 매우 양호하다. 이렇게 하여 본 발명이 특정하는 피니싱제가 부착된 PTT 섬유는 탄성회복성, 부드러운 촉감, 균질성 등의 양호한 품위를 갖는 편직물로 가공할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 섬유는 겉옷, 속옷, 스포츠웨어, 수영복, 안감, 팬티스타킹, 타이츠, 양말, 인공피혁용의 원사 등의 의류용의 섬유소재로서는 물론이며 카펫, 플록키(flocky), 인공피혁, 거트(gut), 인공잔디 등의 용도에 있어서도 유용하다.

Claims

90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되고, 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유로서, 그 섬유의 표면에 피니싱제가 0.2 ∼ 3 중량% 부착되어 있고, 그 피니싱제의 구성성분으로서 화합물 (1) ∼ (4)를 필수성분으로서 함유하며, 또한 피니싱제 전량 중의 화합물 (1) ∼ (4)의 함유량의 총량이 80 ∼ 100 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유:

(1) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 41 ∼ 80 중량%인, 분자량 300 ∼ 800의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유;

(2) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인, 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위가 랜덤 공중합 또는 블록 공중합된 폴리에테르:

[화학식 1]

R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

(여기서, R₁, R₂는 수소원자, 탄소수 1 ∼ 50 까지의 유기기이며, n₁및 n₂는 1 ∼ 1000 이다);

(3) 탄소수 1 ∼ 30의 알코올에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물, 탄소수 1 ∼ 30의 카르복실산, 아민, 아미드에 에틸렌옥시드 및/또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물에서 선택되는 1 종 이상이며, 그 옥시드의 부가 몰수가 1 ∼ 100으로서, 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인 비이온성 계면활성제;

(4) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 15 중량%인 이온성 계면활성제.
제 1 항에 있어서, 지방족 에스테르의 분자량이 300 ∼ 550인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화합물 (2)에 있어서, 프로필렌옥시드 단위/에틸렌옥시드 단위가 중량비 20/80 ∼ 70/30 인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화합물 (2)에 있어서, 프로필렌옥시드 단위/에틸렌옥시드 단위가 중량비 20/80 ∼ 70/30 이며, 분자량이 1500 ∼ 20000인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화합물 (4) 의 이온성 계면활성제가 하기 화합물 (5) ∼ (8) 로부터 선택되는 화합물의 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유:

(5) R₅-SO₃-X

(6) (R₆-O-)P(=O)(OX)₂

(7) (R₇-O-)(R₈-O-)P(=O)(OX)

(8) R₉-COO-X

(여기서, R₅∼ R₉는 수소원자, 탄소수 4 ∼ 40까지의 유기기이며, X는 알칼리금속 또는 알칼리토금속이다).
90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되며, 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유로서, 그 섬유의 표면에 피니싱제가 0.3 ∼ 1.0 중량% 부착되어 있고, 그 피니싱제의 구성성분으로서 화합물 (1) ∼ (4)를 필수성분으로서 함유하며, 또한 피니싱제 전량 중의 화합물 (1) ∼ (4)의 함유량의 총량이 80 ∼ 100 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유:

(1) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 41 ∼ 60 중량%인, 분자량 300 ∼ 800의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유;

(2) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인, 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위가 랜덤 공중합 또는 블록 공중합된 폴리에테르:

[화학식 1]

R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

(여기서, R₁, R₂는 수소원자, 탄소수 1 ∼ 50 까지의 유기기이며, n₁및 n₂는 1 ∼ 1000 이다);

(3) 탄소수 1 ∼ 30의 알코올, 카르복실산, 아민, 아미드에서 선택되는 1 종 이상에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물이며, 그 옥시드의 부가 몰수가 1 ∼ 100으로서, 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인 비이온성 계면활성제;

(4) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 2 ∼ 15 중량%인 이온성 계면활성제.
90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되며, 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유로서, 그 섬유의 표면에 피니싱제가 0.4 ∼ 1.2 중량% 부착되어 있고, 그 피니싱제의 구성성분으로서 화합물 (1) ∼ (4)를 필수성분으로서 함유하며, 또 피니싱제 전량 중의 화합물 (1) ∼ (4)의 함유량의 총량이 80 ∼ 100 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유:

(1) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 50 ∼ 70 중량%인, 분자량 300 ∼ 800의 지방족 에스테르 및/또는 30 ℃에서의 레드우드 점도가 40 ∼ 500 초인 광물유;

(2) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인, 에틸렌옥시드 단위와 프로필렌옥시드 단위가 랜덤 공중합 또는 블록 공중합된 폴리에테르:

[화학식 1]

R₁-O-(CH₂CH₂O)n₁-(CH(CH₃)CH₂O)n₂-R₂

(여기서, R₁, R₂는 수소원자, 탄소수 1 ∼ 50 까지의 유기기이며, n₁및 n₂는 1 ∼ 1000 이다);

(3) 탄소수 1 ∼30의 알코올, 카르복실산, 아민, 아미드에서 선택되는 1 종 이상에 에틸렌옥시드 또는 프로필렌옥시드가 부가된 화합물이며, 그 옥시드의 부가 몰수가 1 ∼ 100으로서, 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 30 중량%인 비이온성 계면활성제;

(4) 피니싱제 전량에 대한 함유량이 5 ∼ 15 중량%인 이온성 계면활성제.
90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되며, 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유에 있어서, 섬유-섬유 동마찰계수가 0.3 ∼ 0.45, 섬유-금속 동마찰계수가 0.17 ∼ 0.3인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.
90 중량% 이상이 폴리트리메틸렌테레프탈레이트로 구성되며, 복굴절율이 0.025 이상인 폴리에스테르 섬유에 있어서, 섬유-섬유 동마찰계수가 0.3 ∼ 0.45, 섬유-금속 동마찰계수가 0.17 ∼ 0.3, 섬유-섬유 정마찰계수가 0.27 ∼ 0.4인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유.