KR20010044145A - 기모 경편지용 해도형 복합섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사직접연신(Spin Draw) 방식으로 제조된 기모 경편지용 해도형 복합섬유에 관한 것으로서, 해성분이 (ⅰ) 주성능부인 에틸렌테레프탈산의 에스테르 단위에 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 공중합된 공중합 폴리에스테르와, (ⅱ) 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜이 블랜딩된 조성을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 해도형 복합섬유는 95℃인 1% 농도의 수산화나트륨 용액(액비 = 10:1)에서 30분간 처리시 해성분이 완전 용출되며, 원사강도 유지율이 82% 이상이다. 본 발명의 해도형 복합섬유를 구성하는 해성분은 알칼리 용액 하에서의 용출성이 우수하여, 용출공정 비용이 절감되며 용출후 원사강도 유지율이 높다. 그 결과 기모시 원사 손상이 최소화 되어 최종 제품의 물성 및 외관을 향상시킬 수 있다.

Description

기모 경편지용 해도형 복합섬유 {A sea-island typed composite fiber for warp knit terated raising}

본 발명은 해성분 용출후 도성분 원사의 강력유지율이 우수하여 최종 제품인 기모 경편지의 품질 및 물성을 향상시킬 수 있는 기모 경편지용 해도형 복합섬유에 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 특성이 매우 중요할 뿐만 아니라 원사 강도도 요구된다.

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 방법이 알려져 있다. 그러나 폴리에스테르 중합공정 중에 DMIS를 공중합시키는 방법은 DMIS의 이온성에 기인하여 폴리머의 내열성이 저하되고 탄화물과 같은 이물이 발생되는 문제가 있다.

한편 폴리에스테르 중합공정 중에 저분자량의 PAG를 공중합시키는 방법은 PAG 함량이 10% 이상이 되면 방사 등의 가공성이 불량해 지고, PAG 함량이 10% 미만이면 용출성이 저하되는 문제가 있다. 한편 폴리에스테르 중합체와 고분자량의 PAG를 블랜딩 하는 방법도 제안되고 있으나, 이 경우 제조된 이용출성 폴리머 내에 PAG가 균일하게 분산되지 않아 균일성이 불량해 지고, 용출공정에서 이용출성 폴리머가 잘 용출되지 않아 최종제품 상에 반점 등의 결점이 발생하는 문제가 있다.

이상에서 설명한 종래의 알칼리 이용출성 폴리에스테르 들은 알칼리 용출속도가 느려 해성분 용출공정이 복잡해지거나 해성분 용출로 인해 도성분까지 손상되어 해성분 용출공정 후에 원사강도가 현저하게 저하되는 문제가 있었다. 특히 상기 종래의 알칼리 이용출성 폴리에스테르를 해성분 폴리머로 사용하여 제조한 해도형 복합섬유로 기모 경편지를 제조 할 경우에는 해성분 용출로 인한 원사강도 저하로 기모성이 나빠지고 제품의 촉감 및 외관이 불량하게 되는 문제가 있었다.

기모 경편지의 경우 제품의 외관 및 촉감을 향상시키기 위해서는 기모공정에서의 원사손상을 최소화 하는 것이 매우 중요하다. 본 발명의 목적은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 해성분의 알칼리 용출속도가 빨라 기모 경편지용 원사로 특히 적합한 해도형 복합섬유를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 일정량 공중합 되어 있고, 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜이 일정량 블랜딩 되어 알칼리 용출속도가 개선된 알칼리 이용해성 폴리에스테르를 제공하고자 한다. 아울러 본 발명은 상기 알칼리 이용해성 폴리에스테르를 해성분으로 사용하여, 해성분 용출후의 원사강도 유지율이 82% 이상인 해도형 복합섬유를 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 해성분 용출후의 원가강도 저하가 미미하여 마모성이 우수하고, 제품의 촉감 및 외관을 향상시킬 수 있어서 기모 경편지 제조용 원사로 특히 적합한 해도형 복합섬유를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 기모 경편지용 해도형 복합섬유는 알칼리 이용해성 폴리머인 해성분과 폴리에스테르 도성분으로 구성되는 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 해성분이 (ⅰ) 주성능부인 에틸렌테레프탈산의 에스테르 단위에 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 공중합된 공중합 폴리에스테르와, (ⅱ) 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜이 블랜딩된 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 해도형 복합섬유는 알칼리 용출속도가 매우 우수한 공중합 폴리에스테르인 해성분과 정규 폴리에스테르인 도성분으로 구성된다. 본 발명은 해성분 용출후의 원사강도 유지율을 높여 기모 공정시 원사손상을 최소화 시키기 위해서 해성분으로 알칼리 용출속도가 매우 우수한 공중합 폴리에스테르를 사용한다.

구체적으로 본 발명에서 사용하는 해성분은 (ⅰ) 주성능부인 에틸렌테레프탈산의 에스테르 단위에 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 공중합된 공중합 폴리에스테르와, (ⅱ) 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜이 블랜딩된 조성을 갖는다. 이때 상기 해성분 내의 공중합 폴리에스테르 함량은 80∼96중량% 이고, 폴리에틸렌글리콜 함량은 4∼20중량%로 하는 것이 더욱 바람직 하다.

폴리에틸렌글리콜 함량이 4중량% 미만일 경우에는 해성분의 용출속도, 특히 초기 용출속도가 느려지는 문제가 발생되며, 20중량%를 초과하는 경우에는 폴리머 중합시 돌비문제가 발생하여 중합이 곤란하게 된다. 그 결과 폴리머 중합량을 감소시켜야 하는 문제가 발생된다.

또한 상기 공중합 폴리에스테르 내의 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위 함량은 3∼15몰%인 것이 좋다. 만약 상기 함량이 3몰% 미만인 경우에는 해성분의 용출속도가 저하되어 도성분이 침해되는 문제가 발생되며, 15몰%를 초과하는 경우에는 과량의 공중합 화합물에 의해 무정형 폴리머가 되어 제사가 곤란하고 제조원가가 상승하는 문제가 발생된다. 더욱 바람직 하기로는 상기 해성분 내에 공중합된 화합물과 블랜딩된 화합물의 총량이 전체 해성분 중량대비 20중량% 이하인 것이 좋다.

본 발명의 알칼리 이용해성 해성분을 제조하는 일예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트에 DMIS를 3∼15몰% 공중합 하고 여기에 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜 4∼20중량%를 첨가하여 해성분을 제조 할 수 있다.

본 발명의 기모 경편지용 해도형 복합섬유는 방사직접연신(Spin Draw) 방식에 의해 제조된다. 제1고뎃로울러의 속도는 1,000∼5,500m/분, 제2고뎃로울러 속도는 2,500∼6,500m/분으로 하여 방사와 동시에 연신하는 방법으로 제조된다. 제1고뎃로울러(2) 및 제2고뎃로울러(3)의 속도가 상기 범위보다 낮으면 원사의 모듈러스가 너무 낮아 향후 기모공정에서 커팅이 불균일하게 되며 감량공정에서는 감량을 콘트롤 할 수 없게 된다. 또한 제1고뎃로울러 및 제2고뎃로울러의 속도가 상기 범위를 초과하는 경우에는 원사의 복굴절율 및 밀도가 저하되고, 모듈러스도 약해져 경편작업성 등이 저하되는 문제가 발생된다.

또한, 제1고뎃로울러 상의 원사결정화도, 다시말해 제1고뎃로울러를 통과하는 원사의 결정화도는 8.5∼25%가 되도록 제조조건을 설정한다. 만약 상기 범위 보다 높은 경우에는 연신구간 내에서 모듈러스가 저하되어 공정진행이 불가능하게 되고, 상기 범위보다 너무 낮은 경우에는 원하는 최종 원사 물성을 얻기 위해 과도한 연신이 필요하게 되고, 이로인해 과도한 연신장력이 발생되어 원사물성 편차가 커지고 공정상 문제가 발생된다.

이때 제1고뎃로울러 상의 원사결정화도는 캡쳐를 사용하여 방사중인 사도상 원사를 제1고뎃로울러 후단부에서 절단하는 것과 거의 동시에 제1고뎃로울러 선단부에서 절단한 다음, 제1고뎃로울러 표면 상에 권사된 필라멘트를 절단 즉시 샘플로 채취하여 후술하는 방법으로 원사결정화도를 측정한 값이다. 더욱 구체적으로 샘플 채취시에는 제1고뎃로울러에 권사된 필라멘트 중에서 표면에 위치하는 필라멘트를 채취하며, 제1고뎃로울러 온도에 의해 원사물성이 변하는 것을 방지하기 위해 절단 즉시 채취한다.

다음으로 본 발명의 해도형 복합섬유는 95℃인 1% 농도의 수산화나트륨 용액(액비 = 10:1)에서 30분간 처리시 해성분이 완전 용출되며, 이와 같이 해성분이 완전 용출된 후의 원사강도유지율은 82% 이상이다.

기모 경편지용 해도형 복합섬유에 있어서, 해성분의 알칼리 용출속도는 매우 중요한 물성 요소 이다. 기모 경편지를 제조하기 위해서는 먼저 해도형 복합섬유로 경편지를 제편한 다음, 해성분 용출공정과 기모공정을 거쳐야 한다. 제편시 받는 마찰과 장력을 견디기 위해서는 원사자체의 강도가 최소 3g/d 이상이어야 한다. 또한 해성분의 알칼리 용출속도가 느린 경우에는 해성분 용출공정을 보다 가혹한 조건에서 실시해야 되므로, 알칼리 용액으로 인한 원사강도 저하가 심하게 발생 될 수 밖에 없다. 또한 용출공정 중 원사강도가 심하게 저하되면 기모공정에서의 원사손상은 더욱 심해져 기모성이 저하되며, 제품의 외관 및 촉감이 저하된다.

용출 후의 원사강도, 즉 도성분의 강도는 적어도 용출전의 원사강도 대비 82% 이상으로 유지되어야만 기모공정에서의 원사손상을 최소화 할 수 있다. 만약 용출전의 원사강도 대비 82% 미만으로 용출후의 원사강도가 저하될 경우, 기모시 원사손상 및 원사탈락으로 제품의 외관과 촉감이 나빠진다.

본 발명의 기모 경편지용 해도형 복합섬유는 해성분의 알칼리 용출속도가 빠르기 때문에 비교적 마일드(Mild)한 조건 하에서 해성분 용출공정을 실시하여도 해성분을 충분하게 완전 용출 할 수 있다. 그 결과 도성분이 알칼리 용액에 의해 거의 손상되지 않아 해성분 용출 후의 원사강도 유지율이 거의 그대로 유지된다.

이와 같이 해성분 용출 후에도 원사강도가 저하되지 않으므로 기모 경편지 제조를 위한 기모공정에 있어서 원사가 심하게 손상되지 않는다. 따라서 기모공정의 기모성이 향상되고 최종 제품인 기모 경편지의 촉감 및 외관도 향상된다.

본 발명의 기모 경편지용 해도형 복합섬유는 상기 해성분과 도성분을 통상의 방법과 같이 해도형 복합방사 장치를 통해 복합방사, 연신 및 권취하여 제조한다. 이때 방사와 동시에 연신을 실시하는 직접방사 방식을 채택 할 수도 있고, 먼저 미연신사(Poy)를 제조한 다음, 이를 연신하는 방법을 채택 할 수도 있다.

본 발명에 있어서 해도형 복합섬유의 해성분 용출율, 해성분 용출 전후의 원사강도, 제사조업성 및 경편지의 기모성은 아래와 같이 평가 한다.

·해성분 용출율(%) : 해도형 복합섬유를 1% 농도의 수산화나트륨 용액(욕비 = 10:1)에서 95℃로 30분간 처리한 후, 50℃ 온수에서 5회 수세하고, 120℃ 오븐에서 3분간 건조한 다음 해도형 복합섬유의 무게를 측정하고, 측정값을 아래식에 대입하여 해성분 용출율을 구한다.

·해성분 용출 전 원사강도(g/d) : 해성분을 용출하지 않는 해도형 복합섬유의 강도를 인스트롱으로 20회 측정하여 평균값을 구한다.

·해성분 용출 후 원사강도(g/d) : 해도형 복합섬유를 1% 농도의 수산화나트륨 용액(욕비 = 10:1)에서 95℃로 30분간 처리한 후, 50℃ 온수에서 5회 수세하고, 120℃ 오븐에서 3분간 건조한 다음, 해도형 복합섬유의 강도를 인스트롱으로 20회 측정하여 평균값을 구한다.

·해성분 용출후 원사강도 유지율(%) : 상기와 같은 방법으로 해성분 용출전 원사강도와 해성분 용출후 원사강도를 인스트롱으로 각각 구한다음, 이들을 아래 식에 대입하여 해성분 용출후 원사강도 유지율을 구한다.

·제사조업성 : 도핑시간을 4시간으로 하여 9kg의 권량을 권취시(총 드럼수 : 30개) 120시간 동안 발생하는 절사수를 측정하여, 절사수가 1회 이하인 경우 : 우수, 절사수가 2회인 경우 : 양호, 절사수가 3∼6회인 경우 보통, 절사수가 7회 이상인 경우 : 불량으로 평가 한다.

·경편지 기모성 : 경편지를 기모한 다음 염색하고 경편지 평방미터당 불량부분(기모뭉침, 기모이탈 등)을 육안으로 조사하여, 불량부분이 2개 이하인 경우 : 우수, 불량부분이 3개인 경우 : 양호, 불량부분이 4∼6개인 경우 : 보통, 불량부분이 7개 이상이면 : 불량으로 평가 한다.

??결정화도[Xc(%)] : 시료의 밀도(ρ)값을 바탕으로 이론적인 폴리에스테르의 완전 결정영역의 밀도값(ρ_c=1.457g/㎤)과 비결정영역의 밀도값(1.336g/㎤)을 이용하여 아래 공식으로 구한다.

이때 시료의 밀도는 해도형 복합섬유를 노말헵탄과 카본테트라클로라이드 혼합용매로 구성된 밀도계(일본 시바야마 회사제품, 모델명 : Model SS)에 투입하여 23℃에서 1일동안 방치 후, 해성분과 도성분이 통합된 벌크한 상태의 밀도를 측정한다.

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

실시예 1

주성능부인 에틸렌테레프탈산의 에스테르 단위에 금속 술포네이트 함유 에스테르 단위 4몰%가 공중합 되어 있는 공중합 폴리에스테르 92중량%와 수평균 분자량이 8,500인 폴리에틸렌글리콜 8중량%를 블랜딩하여 제조한 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 80℃의 제1고뎃로울러와 125℃의 제2고뎃로울러 사이에서 2.9배의 연신배율로 연신하고, 계속해서 4,300m/분의 권취속도로 권취하여 75데니어 24필라멘트의 해도형 복합섬유를 제조한다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유의 해성분 용출율, 해성분 용출전 원사강도 및 해성분 용출후의 원사강도와 제사조업성 및 이들 원사로 제편된 경편지의 기모성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.

실시예 2 ∼ 실시예 3 및 비교실시예 1 ∼ 비교실시예 2

해성분인 공중합 폴리에스테르 내의 금속 술포네이트 함유 에스테르 단위의 공중합 몰% 및 해성분 내의 폴리에틸렌글리콜 함량(중량%)을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 해도형 복합섬유를 제조한다. 이와 같이 제조한 해도형 복합섬유의 각종물성, 제사조업성 및 경편지의 기모성을 앞에서 설명한 방법으로 평가한 결과는 표 2와 같다.

구 분	공중합 폴리에스테르 내의 금속 술포네이트 함유 에스테르 단위 함량(몰%)	해성분의 블랜딩 조성(중량%)	제1고뎃로울러 상원사 결정화도(%)
		공중합 폴리에스테르		폴리에틸렌글리콜
실시예 1	4	92	8	20
실시예 2	8	96	4	23
실시예 3	10	90	10	18
비교실시예 1	3	98	2	7
비교실시예 2	8	78	22	26
비교실시예 3	18	90	10	20

물성평가 결과

구 분	해도형 복합섬유 물성	제사조업성	경편지기모성
	해성분 용출전원사강도(g/d)			해성분 용출후원사강도(g/d)	해성분 용출후원사강도 유지율(%)	용출율(%)
실시예 1	3.87	3.60	93.02	30.4	우수	우수
실시예 2	3.92	3.51	89.54	31.8	우수	우수
실시예 3	3.55	3.08	86.76	32.9	보통	양호
비교실시예 1	3.95	2.86	72.41	23.7	우수	불량
비교실시예 2	2.98	2.26	75.84	32.4	불량	불량
비교실시예 3	2.76	1.96	71.01	34.5	불량	불량

본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분의 알칼리 용출속도가 빠르기 때문에 해성분 용출공정이 간소화 되며 생산성도 향상된다. 또한 해성분 용출후의 원사강도 유지율이 82% 이상이기 때문에 후공정에서의 기모성이 우수하여 최종제품(기모 경편지)의 촉감 및 외관을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 효과로 인해 본 발명의 해도형 복합섬유는 기모 경편지 제조에 특히 유용 하다.

Claims (5)

1. 알칼리 이용해성 폴리머인 해성분과 폴리에스테르 도성분으로 구성되며 방사직접연신 방식으로 제조된 해도형 복합섬유에 있어서, 상기 해성분이 (ⅰ) 주성능부인 에틸렌테레프탈산의 에스테르 단위에 금속 술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 공중합된 공중합 폴리에스테르와, (ⅱ) 수평균 분자량이 8,000 이상인 폴리에틸렌글리콜이 블랜딩된 조성을 갖고, 해성분 용출후의 원사강도 유지율이 82% 이상인 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
2. 1항에 있어서, 해성분 내에 공중합된 화합물과 블랜딩된 화합물의 총량이 전체 해성분 중량대비 20중량% 이하인 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
3. 1항에 있어서, 95℃인 1% 농도의 수산화나트륨 용액(액비 = 10:1)에서 30분간 처리시 해성분이 완전 용출 됨을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
4. 1항에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르 내에 금속술포네이트를 함유하는 에스테르 단위가 3∼15몰% 공중합 되어있는 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.
5. 1항에 있어서, 기모 경편지용 해도형 복합섬유가 상기 공중합 폴리에스테르 80∼96중량%와 상기 폴리에틸렌글리콜 4∼20중량%가 블랜딩된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 기모 경편지용 해도형 복합섬유.