KR19990049297A - 이염성 폴리에스테르사의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이염성 폴리에스테르 사의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 일반 폴리에스테르 용융물을 통상의 고속방사 보다 상대적으로 낮은 방사속도에서 통상의 방사홀 보다 상대적으로 큰 초대구경의 방사홀이 형성된 방사구금을 통하여 방사하는 것을 특징으로 하며, 이에 의하면 폴리머 개질이나 고압염색이 불필요한 이염성사를 제조할 수 있게 되고, 또한 고속방사에 비해 상대적으로 낮은 속도에서 고속방사 효과를 얻을 수 있으므로 상대적으로 설비 투자비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Description

이염성 폴리에스테르사의 제조방법 및 장치

본 발명은 폴리에스테르 사의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 통상적으로 고속 방사에 의해 제조되는 고결정성 폴리에스테르사를 상대적으로 낮은 방사속도에서 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래, 이염사를 제조하기 위한 방법으로는 폴리머 개질에 의해 이염성을 부여하는 방법과 폴리머 개질 없이 일반 폴리머를 사용하여 고속으로 권취함으로써 고결정성을 부여하여 이염성을 부여하는 고속방사 방법이 잘 알려져 있다. 고속방사방법은 생산성과 폴리머의 호환성으로 각광받고 있는 것이나, 고속권취 설비가 매우 비싸고 또한 안정적인 제사공정을 위한 기술이 매우 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 통상의 고속방사 보다 상대적으로 낮은 방사속도에서 일반 폴리에스테르를 사용하여 고속방사와 같은 고결정성을 갖는 이염성 폴리에스테르사를 제조하는 방법 및 이러한 방법을 구현하기 위한 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따라 다공질 필터가 장착된 초대구경 방사구금에서 폴리머의 방사과정을 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리에스테르 사의 경시적인 염착률 변화를 도시한 그래프이다.

상기한 과제를 해결한 본 발명에 의하면 이염성 폴리에스테르 사의 제조에 있어서, 통상의 고속방사 보다 상대적으로 낮은 방사속도에서 통상의 방사홀 보다 상대적으로 큰 구경의 방사홀이 일부 또는 전체에 걸쳐 형성된 방사구금을 사용하여 방사하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르사의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 통상의 방사홀 보다 상대적으로 큰 구경의 방사홀이 일부 또는 전체에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 사 제조용 방사구금이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의하면, 초대구경 방사구금, 즉 통상의 방사구금 보다 방사홀이 훨씬 큰 방사구금을 사용하여 방사하게 되는데, 이에 의하면 고속방사와 마찬가지로 폴리머 개질 없이 일반 폴리에스테르 폴리머를 사용하여 상대적으로 낮은 속도에서 이염성을 갖는 사를 제조할 수 있게 된다. 즉, 고속방사의 경우 사속 6,000 m/min 이상의 고속으로 권취하여야 하나 본 발명의 경우 사속 4,000 m/min 이상에서 기존에 사용하던 방사구금에 비해 방사홀이 훨씬 큰 초대구경의 방사구금을 사용함으로써 고속방사사와 같은 효과를 갖는 사를 제조할 수 있게 되는 것이다. 따라서 폴리머의 호환성을 가지며 또한 초고속 권취 설비 없이 사 제조가 가능해지는 것이다.

구조분석 결과 보통의 방사구금을 사용해 제조된 사는 저속에서 결정화 없이 분자배향이 증가하는데 비해 초대구경 방사구금을 사용하면 분자배향도가 더 커지며 상대적으로 더 낮은 권취속도에서 배향유도 결정화가 발생하게 된다. 이에 따라 같은 속도에서 비교할 때 초대구경 구금을 사용해 제조된 사는 더 발달된 결정구조를 갖고 전체 분자배향도는 낮아진다. 즉, 결정화가 고온에서 일어남에 따라 고화점의 위치는 방사구금쪽으로 가까워지고 공기마찰력은 줄어든다. 이로 인해 고화점에서의 응력이 감소하고 고화점에서의 응력은 사의 복굴절률에 비례하므로 결국 낮은 배향도를 갖게되는 것이다.

또한 초대구경 방사구금을 사용하면 방사구금 근처에서 큰 직경을 갖게 되고 그로인해 사 표면과 중심에서의 온도차이가 매우 커지게 되고 이에 의해 사 표면에 여러가지 사의 결점과 미세공이 발생하고 분산염료의 부착이 용이하게 되어 이염성사가 되는 것이다.

본 발명에 적합한 방사구금은 초대구경의 방사홀이 구금 일부 또는 전체에 걸쳐 형성된 것으로서, 상기 초대구경 방사홀은 원형단면 기준으로 3∼8mm의 홀 직경을 갖는 방사홀이거나 또는 이형단면으로서 하기 수학식1에 따르는 하이드롤릭 직경( D_h )이 3∼8 mm인 것이 적합하다.

(여기서, P는 홀의 외주길이이고, A는 홀의 단면적임)

초대구경 방사홀이 부분적으로 형성된 방사구금을 사용하는 경우에는 직경 또는 하이드롤릭 직경 3∼8mm의 초대구경 방사홀과 0.1∼1mm의 일반구경 방사홀이 혼재된 방사구금을 사용하는 것이 바람직하다.

본 제조방법에 있어서, 폴리머 용융물은 초대구경 방사홀을 통과하기 전에 다공질 필터를 먼저 통과하도록 하여 초대구경 방사구금의 사용에 따른 적정 압출압력을 유지하도록 하는 것이 중요하다. 이러한 다공질 필터는 예를 들어 본 명세서에 첨부되는 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이 구금내에 장착하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 이러한 다공질 필터를 적용하는 주된 이유는 드래프트 때문이다. 드래프트는 방사직후와 권취기에 권취된 후의 폴리머 변형율을 말하며 다음과 같이 표현한다: 드래프트 = (방사전 단면적) / (방사후 단면적)

일정한 섬도의 실을 생산할 때 방사후 단면적이 일정하다고 보면 방사전 단면적의 크기가 드래프트를 결정하게 된다. 이때 방사전 단면적의 크기는 방사구금의 크기를 말하고 보통의 경우 방사속도가 아무리 높아도 드래프트는 300을 넘지 않는다. 이는 방사구금의 직경이 커지면 드래프트가 높아지고 방사직후 절사율이 높아지면서 방사공정성이 매우 나빠지게 때문이다. 이와 같은 이유로 종래에는 이와 같이 초대 구경의 방사구금을 이용하여 제사한 예가 보고된 바 없었다. 그러나 본 발명에서는 구금내에 다공질 필터를 설치하여 압출압력을 적절하게 유지함으로써 초대구경방사구금을 사용하더라도 양호한 제사공정을 이룰 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 의하면 드래프트(draft)가 20,000 이상의 매우 높은 값을 가짐에도 양호한 공정상태를 보이며 고속방사의 특징인 이염성을 갖게 된다.

다공질 필터의 시중구입가능한 예로는 필터두께 1mm인 니뽄 세이센(NIPPON SEISEN)사의 금속제 다공질 필터 NASLON NFM-80가 있다. 실험한 바에 의하면 이 필터를 사용하고 직경 5mm인 초대구경 방사구금에 대해 토출량 4.0g/min-hole일때 방사구금에서의 압력강하는 3∼6MPa를 유지함이 바람직하다.

본 방법에 있어서, 특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 방사속도는 4,000∼6,000 m/min, 보다 바람직하게 5,000∼6,000 m/min 정도가 적당하다.

이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 통하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

〈 실시예 1 〉

직경 5mm 의 모노홀 구금을 사용하여 토출량 1.5g/min에서 4km/min의 방사속도로 일반 폴리에스테르를 용융 방사하였다. 이때 적정 압출압력을 유지하기 위해 구금내에 금속제의 다공질 필터인 필터두께 1mm의 NASLON NFM-80을 장착하여 사용하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 실시예 2 〉

방사속도를 5 km/min로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 실시예 3 〉

토출량을 4.0 g/min로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 실시예 4 〉

방사속도를 5 km/min로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 실시예 5 〉

방사속도를 6 km/min로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 1 〉

직경 1 mm의 일반적인 모노홀 구금을 사용하여 토출량 1.5 g/min에서 4km/min의 방사속도로 일반 폴리에스테르를 용융 방사하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 2 〉

방사속도를 5 km/min로 한 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 3 〉

방사속도를 6 km/min로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 4 〉

토출량을 4.0 g/min로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 5 〉

방사속도를 5 km/min로 한 것을 제외하고는 비교예 4과 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

〈 비교예 6 〉

방사속도를 6 km/min로 한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 절차를 반복하였다. 방사 결과 및 물성은 표 1과 같다.

구 분	방속(km/min)	섬도(De)	제사공정성	복굴절률	밀도(g/cm)	결정화도(%)	드래프트
실시예 1	4	3.4	양호	0.078	1.336	0.8	62,800
실시예 2	5	2.7	양호	0.080	1.343	6.7	78,501
실시예 3	4	9.0	양호	0.064	1.352	14.2	23,550
실시예 4	5	7.2	양호	0.080	1.375	33.3	29,438
실시예 5	6	6.0	불량	0.095	1.399	53.3	35,325
비교예 1	4	3.4	양호	0.063	1.346	9.2	2,512
비교예 2	5	2.7	양호	0.090	1.368	27.5	3,141
비교예 3	6	2.3	불량	0.089	1.372	30.8	3,768
비교예 4	4	9.0	양호	0.055	1.340	4.2	942
비교예 5	5	7.2	양호	0.089	1.360	20.8	1,178
비교예 6	6	6.0	양호	0.018	1.388	44.2	1,413

상기 실시예 3 내지 5 및 비교예 4 내지 6에 의해 제조된 사의 경시적인 염착률 변화를 측정하여 그 결과를 별첨 도 2의 그래프로 나타내었다. 상기 그래프로부터 실시예 3 및 비교예 4, 실시예 4 및 비교예 5, 실시예 5 및 비교예 6 사이의 조건의 차이는 실시예의 경우 홀직경 5mm의 초대구경 방사구금을 사용하는 반면 비교예의 경우 홀직경 1 mm의 일반 방사구금을 사용한다는 것을 제외하고 기타의 조건은 동일한 상태이다. 이들의 염착률을 도시한 도 2의 그래프를 보면 본 발명에 따르는 경우 동일방속에서의 염착율이 비교예에 비해 훨씬 높아 이염성이 상대적으로 우수한 폴리에스테르 사를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한 저속으로 방사하여도 상대적으로 소구경 구금에서 고속방사한 사에 비해 염착률이 크게 차이나지 않는 이염성이 양호한 사를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법은 폴리머 개질이나 고압염색이 불필요한 이염성사를 제조할 수 있게 하고, 고속권취에 의한 제사 생산성을 높이는데 매우 효율적인 방법이며, 또한 고속방사에 비해 상대적으로 낮은 속도에서 고속방사 효과를 얻을 수 있으므로 상대적으로 설비 투자비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 용융 폴리에스테르를 방사하여 이염성 폴리에스테르 사의 제조에 있어서, 통상의 고속방사 보다 상대적으로 낮은 방사속도에서 통상의 방사홀 보다 상대적으로 큰 초대구경의 방사홀이 일부 또는 전체에 걸쳐 형성된 방사구금을 통하여 용융 폴리에스테르를 방사하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르사의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 초대구경 방사홀은 원형단면 기준으로 3∼8mm의 홀 직경을 갖는 방사홀이거나 또는 이형단면으로서 하이드롤릭 직경( D_h ) 3∼8 mm의 방사홀인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르사의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 용융 폴리에스테르가 초대구경 방사홀을 통과하기 전에 다공질 필터를 먼저 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르사의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 방사속도는 4,000∼6,000 m/min인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르사의 제조방법.
5. 통상의 방사홀 보다 상대적으로 큰 초대구경의 방사홀이 일부 또는 전체에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 사 제조용 방사구금.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 초대구경 방사홀은 원형단면 기준으로 3∼8mm의 홀 직경을 갖는 방사홀이거나 또는 이형단면으로서 하이드롤릭 직경( D_h ) 3∼8 mm의 방사홀인 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 사 제조용 방사구금.
7. 제 5 항에 있어서, 내부에 다공질 필터가 장착된 것을 특징으로 하는 이염성 폴리에스테르 사 제조용 방사구금.