KR20140093992A

KR20140093992A - 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 2성분 섬유의 제조 공정

Info

Publication number: KR20140093992A
Application number: KR1020147016177A
Authority: KR
Inventors: 데니스 제라드 마델레인
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-07-29
Also published as: TW201326485A; JP2015501887A; EP2780496A2; BR112014011864A2; CN103930602A; CA2854899A1; US20140306363A1; WO2013074453A3; WO2013074453A2

Abstract

고유 점도에 있어서 서로 상이한 2개의 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료로부터 권축성 2성분 섬유를 제조하는 공정이 개시된다. 1개의 시재료는 ≤ 0.7 dL/g인 고유 점도를 특징으로 한다. 상대적으로 낮은 고유 점도는, 아크롤레인 발생의 감소를 수반하면서, 2성분 섬유의 특성 또는 가공성의 현저한 저하 없이, 낮은 용융 온도의 채택을 가능하게 한다.

Description

폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 2성분 섬유의 제조 공정{PROCESS FOR PREPARING BICOMPONENT FIBERS COMPRISING POLY(TRIMETHYLENE TEREPHTHALATE)}

본 발명은 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 2성분 섬유의 제조를 위한 용융 방사 공정에 관한 것이다.

용융 방사된 2성분 섬유는 당업계에 주지되어 있다. 그들은 특히 하이벌크(high bulk) 섬유 및 원사를 형성하기 위해 당업계에서 특히 유용하다. 상이한 중합체를 포함하는 2개 이상의 용융 스트림(melt stream)이 방사구금 내에서 조합되어 단일 섬유를 형성하는 경우에 2성분 섬유가 형성된다. 2개의 성분을를 이루는 2개의 중합체가 수축 특성에 있어서 상이한 경우에 병렬형(side by side) 또는 편심 심초형(eccentric sheath/core) 구조를 갖는 2성분 섬유로부터 권축 섬유(crimped fiber)가 제조될 수 있다. 그렇게 방사된(as-spun) 2성분 섬유를, 전형적으로 열 처리에 의해 처리하여 섬유의 수축을 발생시킬 경우에, 수축의 상이한 정도는 섬유가 나선형 형상을 취하는 것을 유발함으로써 권축 구성을 발생시킨다. 하나의 성분이 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)이고 다른 하나의 성분이 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)(PTT)인 2성분 섬유와 같이, 2개의 성분을 이루는 중합체는 화학적으로 별개일 수 있다. 대안적으로, 2개의 성분은 화학적으로 동일하나 수축에 관련된 물리적 특성이 상이할 수 있다.

미국 특허 제7,147,815호(Chang et al.)에는, 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)(PTT)를 포함하는 제1 조성물을 포함하는 제1 섬유 성분 및 제2 PTT를 포함하는 제2 조성물을 포함하는 제2 섬유 성분을 포함하며, 여기서 상기 제1 및 제2 PTT는 고유 점도가 0.03 내지 0.5 dL/g 만큼 서로 상이한, 병렬형 또는 편심 심초형 2성분 섬유가 개시되어 있다. 창(Chang)은 0.86 내지 1.01 dL/g 범위의 IV를 특징을 하는 PTT 시재료를 채택한다. 창은, 높은 권축 수축(crimp contraction)이 이루어지게 하기 위하여 1개의 성분의 용융 스트림 내에서 0.86 dL/g의 시재료 IV를 0.70 dL/g까지 낮게 감소시키기 위한 최대 270℃의 용융 온도의 채택을 교시한다.

제JP 2000256918A호(Yoshimura et al.)는, 한쪽 측면이 (A) 85 몰% 이상의 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하고 다른쪽 측면이 (B) 0.05 내지 0.20 몰%의 3-작용성 공단량체와 공중합된 85 몰% 이상의 폴리(트라이메틸렌30 테레프탈레이트)를 포함하거나; 다른쪽 측면이 (C) 3-작용성 공단량체와 공중합되지 않은 85 몰% 이상의 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는(여기서 (C)의 대수 점도(inherent viscosity)는 (A)의 것보다 0.15 내지 0.30 적음) 심초형 또는 병렬형 2성분 섬유를 개시한다.

일 태양에서 본 발명은, 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 성분 및 제2 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 성분으로 본질적으로 구성되는 2성분 섬유를 제공하며, 여기서 상기 2성분 섬유는 >2.2의 다분산성 지수를 나타내는 분자량 분포 및 0.72 내지 0.84 범위의 고유 점도를 특징으로 하고, 상기 제1 섬유 성분 및 상기 제2 섬유 성분은 상기 2성분 섬유 내에서 권축의 발생에 적합한 구성으로 서로에 대해 배치된다.

본 발명은, ≤ 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 250℃ 미만의 용융 온도를 특징으로 하는 제1 용융 스트림을 형성시키며, 상기 제1 용융 스트림은 상기 제1 시재료의 고유 점도보다 0.03 dL/g 이하로 더 낮은 고유 점도를 특징으로 하는 단계; > 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제2 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 제2 용융 스트림을 형성시키며, 다만, 상기 제1 및 제2 용융 스트림의 고유 점도 사이의 차이가 >0.1 dL/g인 단계; 상기 제1 및 제2 용융 스트림을 방사구금(spinneret)에 제공하여 그 안에서 상기 제1 용융 스트림을 상기 제2 용융 스트림과 접촉시키는 단계; 상기 방사구금으로부터 용융된 섬유를 압출하는 단계; 및, 상기 용융된 섬유를 켄칭(quenching)하여 권축의 형성에 적합한 구성으로 서로에 대해 배치된 제1 성분 및 제2 성분을 특징으로 하는 고체 2성분 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는, 2성분 섬유의 제조 공정을 추가로 제공한다.

<도 1>
도 1은, 본 발명의 공정에 적합한 2성분 섬유 방사 구성의 개략도이다.
<도 2>
도 2는, 본 발명의 공정 중에 제조되는 2성분 섬유의 인발(drawing), 열처리(annealing), 및 권취(winding)에 사용하기에 적합한 장치의 개략도이다.
<도 3>
도 3은, 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 수지 용융 및 공급 시스템의 개략도이다.

값의 범위가 본 명세서에 제공될 때, 그것은 구체적으로 달리 언급되지 않는 한 그 범위의 종점을 포함하고자 하는 것이다. 본 명세서에 사용되는 수치 값은 ASTM E29-08 섹션 6에 약술된 바와 같이 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준 프로토콜에 따라 제공된 유효 숫자의 수의 정밀도를 갖는다. 예를 들어 수 40은 35.0 내지 44.9의 범위를 포함하는 반면에 수 40.0은 39.50 내지 40.49의 범위를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "2성분 섬유"는 섬유 단면이 예를 들어 병렬형, 편심 심초형, 또는 유용한 권축이 발생할 수 있는 다른 적합한 단면이도록, 섬유의 길이를 따라 서로에 접착된 한 쌍의 중합체를 포함하는 섬유를 의미한다.

반대의 지시가 없으면, "폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)"(PTT)에 대한 언급은, 70 몰% 이상의 트라이메틸렌 테레프탈레이트 반복 단위를 함유하는 단일중합체 및 공중합체를 포함하고자 한다.

PTT는 다이메틸 테레프탈레이트, 또는 상응하는 이산과 1,3-프로판다이올의 중축합에 의해 제조된다. 중합 반응에 제3 반응물을 첨가함으로써 적합한 코폴리에스테르를 제조할 수 있다. 제3 성분은 부가적인 다이에스테르 또는 이산, 또는 부가적인 글리콜일 수 있다. 공단량체는 전형적으로 약 0.5 내지 약 15 몰% 범위의 수준으로 코폴리에스테르 내에 존재하며, 최대 30 몰%의 양으로 존재할 수 있다. 바람직하게는, PTT는 단일중합체이다.

적합한 PTT는 소량의 다른 공단량체를 함유할 수 있으며, 통상적으로 이러한 공단량체는 그들이 특성에 현저한 유해 효과를 갖지 않도록 선택된다. 이러한 다른 공단량체는 5-소듐-설포아이소프탈레이트를, 예를 들어, 약 0.2 내지 5 몰% 범위의 수준으로 포함한다. 점도 제어를 위해 매우 소량의 3작용성 공단량체, 예를 들어, 트라이멜리트산을 포함할 수 있다.

임의의 다양한 방법에 의해 PTT의 분자량을 결정할 수 있다. 폴리에스테르 중합체의 기술 분야에서 통상적으로 채택되는 한가지 이러한 방법은 소위 고유 점도(IV)의 측정이다. 중합체의 측정된 용액 점도를 중합체의 0 농도로 외삽함으로써 중합체의 IV를 결정한다. 이어서, 이렇게 결정된 고유 점도를 문헌[Polymer Chemistry, 5^th ed., by Charles E. Carrahar, Marcel Dekker (2000)]에 기재된 바와 같이 마크-후윙크(Mark-Houwink) 방정식에 의해 중합체의 중량평균 분자량 (M_w)에 관련시킬 수 있다. 중합체의 용액 점도에 있어서 표기 "IV"에 관하여 당업계에 일부 불일치가 존재한다. 당업계에서 일부 경우에는 "IV"가 소위 "대수 점도"를 지시하는 것으로 이해되며, 이는 고유 점도에 관련되나 고유 점도와 등가는 아니다. 본 발명의 목적상, 약어 "IV"는 항상 고유 점도를 지칭할 것이다.

분자량을 결정하기 위한 다른 방법은 소위 크기-배제 크로마토그래피(SEC: size-exclusion chromatography)에 의한 것이다. 본 발명의 중합체에 SEC를 수행하기 위한 적합한 방법은 하기에 제공된다. SEC는 전체 분자량 분포를 정의하는 이점을 갖는 반면에, 고유 점도는 그 분포 상의 단일 지점을 정의한다. 중량평균 분자량(M_w) 대 수평균 분자량(M_n)의 비율은 중합체의 다분산성 지수(PDI)로서 공지되어 있으며, 이는 분자량 분포의 너비의 지표이다. PTT의 제조에 채택되는 것들과 같은 축중합 반응은, 약 2.0 ± 0.1의 PDI를 나타내는 것으로 공지되어 있다.

SEC에 의한 것이든 IV에 의한 것이든, 본 명세서에 인용된 분자량 결정 중의 고유 오차는 약 3%였다.

일 태양에서 본 발명은, 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 성분 및 제2 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 섬유 성분을 포함하는 2성분 섬유를 제공하며, 여기서 상기 2성분 섬유는 >2.2의 다분산성 지수를 나타내는 분자량 분포 및 0.72 내지 0.84 범위의 고유 점도를 특징으로 하고, 여기서 상기 제1 섬유 성분 및 상기 제2 섬유 성분은 상기 2성분 섬유 내에서 권축의 발생에 적합한 구성으로 서로에 대해 배치된다.

SEC에 의해 제공되는 분포에 의해 지시되거나 IV의 값에 의해 지시되는 본 명세서의 2성분 섬유의 분자량은 시재료의 분자량을 고려함으로써 정확하게 예측가능하지 않다. PTT의 분자량은 열적으로 유도되는 감소를 겪을 것이라는 것이 당업계에 공지되어 있다. 그러한 감소의 정도는, 다른 요인들 중에서 특히, 시작 분자량, 용융 온도, 그 온도에서의 체류 시간, 열 안정화제의 존재에 따라 달라질 것이다. 그러나, 소정 특징은 2성분 섬유에 특유한 특징이다.

본 명세서의 2성분 섬유는, 2개의 성분의 분자량이 상이하지만 SEC에 의한 분석이 별개의 2개 군을 나타낼 만큼 많이 상이하지는 않은 공정 중에 제조된다. 하기에 기재된 실험에서는, 단일 분자량 분포 곡선이 관찰되었으나 그 곡선의 너비는 단일 축합 중합체로부터 관찰될 것보다 더 컸다(즉, PDI가 2.2 초과였음).

마찬가지로, 시재료의 IV는 방사된 2성분 섬유의 IV를 완전히 결정하지 않았다. 실험은, 본 명세서의 공정에 따라 240 내지 250℃의 온도 범위에서 가공된, ≤ 0.7 dL/g의 IV를 특징으로 하는 시재료의 IV가 4% 이하의 감소를 겪었음을 나타냈으며, 이는 상대적으로 낮은 분자량의 PTT를 대단히 낮은 온도에서 가공할 수 있었기 때문이다.

결과적으로, 본 명세서의 2성분 섬유는 대단히 낮은 IV를 가진 1개의 성분을 보유하며, 이는 전체 2성분 섬유의 IV가 대단히 낮아지는 것(즉, 0.72 내지 0.84의 범위로)을 유발한다.

본 명세서의 2성분 섬유의 일 실시 형태에서, 상기 제1 섬유 성분 및 상기 제2 섬유 성분은 상기 2성분 섬유 내에서 병렬형 구성으로 서로에 대해 배치된다.

대안적인 실시 형태에서, 상기 제1 섬유 성분 및 상기 제2 섬유 성분은 상기 2성분 섬유 내에서 편심 심초형 구성으로 서로에 대해 배치된다.

일 실시 형태에서, 2성분 섬유는 스테이플 섬유이다. 추가의 실시 형태에서, 스테이플 섬유의 길이는 1.3 내지 15.2 cm(0.5 내지 6 인치)이다.

일 실시 형태에서, 2성분 섬유는 권축형이다.

일 실시 형태에서, 본 명세서의 복수의 2성분 섬유는 인터레이싱되거나 다른 방법에 의해 원사의 형태로 서로 얽힌다.

일 실시 형태에서, 2성분 섬유는 배향을 나타낸다. 당업계에 주지된 방법론인 섬유의 복굴절을 측정함으로써, 섬유 배향을 결정할 수 있다. 섬유의 복굴절이 높을수록, 배향의 정도가 크다.

다른 태양에서 본 발명은, ≤ 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 250℃ 미만의 용융 온도를 특징으로 하는 제1 용융 스트림을 형성시키며, 상기 제1 용융 스트림은 상기 제1 시재료의 고유 점도보다 0.03 dL/g 이하로 더 낮은 고유 점도를 특징으로 하는 단계; > 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제2 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 제2 용융 스트림을 형성시키며, 다만, 상기 제1 및 제2 용융 스트림 사이의 고유 점도 차이가 >0.1 dL/g인 단계; 상기 제1 및 제2 용융 스트림을 방사구금에 제공하여 그 안에서 상기 제1 용융 스트림을 상기 제2 용융 스트림과 접촉시키는 단계; 상기 방사구금으로부터 용융된 섬유를 압출하는 단계; 및, 상기 용융된 섬유를 켄칭하여 권축의 형성에 적합한 구성으로 서로에 대해 배치된 제1 성분 및 제2 성분을 특징으로 하는 고체 2성분 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는, 2성분 섬유의 제조 공정을 제공한다.

본 명세서의 공정의 일 실시 형태에서, 제1 성분 및 제2 성분은 병렬형 구성으로 서로에 대해 배치된다.

본 명세서의 공정의 대안적인 실시 형태에서, 제1 성분 및 제2 성분은 편심 심초형 구성으로 서로에 대해 배치된다.

본 명세서의 공정의 일 실시 형태에서, 제1 시재료는 0.60 내지 0.68 범위의 IV를 특징으로 한다.

일 실시 형태에서, 제2 시재료는 > 0.8 dL/g의 IV를 특징으로 한다. 추가의 실시 형태에서, 제2 시재료는 > 0.9 dL/g의 IV를 특징으로 한다.

본 명세서의 공정의 일 실시 형태에서, 제1 용융 스트림은 240 내지 245℃ 범위의 온도에 있다.

본 명세서의 공정의 일 실시 형태에서, 상기 제1 및 제2 용융 스트림 사이의 고유 점도 차이는 >0.2 dL/g이다.

본 발명의 공정에 따라, 전형적으로 구매가능한 0.32 cm(1/8") 펠렛인 제1 시재료는 ≤ 0.7의 IV를 특징으로 한다. 적합한 제1 시재료의 IV에 대한 하한은 섬유의 데니어, 2개 성분의 비율, IV가 낮은 성분의 온도 등과 같은 섬유 방사 공정의 특정 상황에 따라 달라진다. 방사 중에, 가공 후에, 또는 정상적인 사용 중에, IV가 더 낮은 성분이 파단 또는 균열을 겪는 경우에 IV 하한을 건너갔다.

적합한 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트)는 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 드 네무르 앤드 컴퍼니로부터 상표명 소로나(Sorona)(등록상표)로 입수가능하다.

섬유 방사 중에, 용융상 내의 PTT는 섬유를 형성시키는 방사구금 내에서 높은 전단력을 겪으며, 켄칭 중에 섬유가 인발됨에 따라 추가로 높은 전단이 이어진다. 이들 가혹 처리 중에 기계적 완전성의 유지를 가능하게 하기 위하여, 중합체는 충분히 높은 분자량을 가진 것이어야 한다. 이러한 이유로, 문헌[Chang et al., op.cit.]에 교시된 바와 같이, 2성분 섬유를 포함하는 PTT 섬유는 일반적으로 0.86 이상의 IV를 특징으로 하는 PTT 시재료로부터 형성된다.

PTT의 용융 가공은 유독성 부산물인 아크롤레인(C₃H₄O―프로프-2-엔알)의 생성을 유발할 수 있는 것으로 당업계에 공지되어 있다. 아크롤레인의 생성 속도에 대한 가공 온도의 영향을 결정하기 위한 실험이 수행되었다. 결과는, 5 분의 체류 시간 동안, 온도가 약 240℃로부터 약 280℃로 상승되었을 경우에 PTT 용융으로부터 생성되는 아크롤레인의 양이 10배 만큼 증가했음을 나타낸다.

본 발명의 공정의 실시에서, 성분 중 하나의 시재료가 ≤ 0.7 dL/g의 IV를 특징으로 하는 경우에 양호한 물리적 특성을 갖는 2성분 섬유를 제조할 수 있었음이 확인되었다. 추가로, ≤ 0.7 dL/g의 상대적으로 낮은 IV를 특징으로 하는 시재료를 240 내지 250℃, 바람직하게는 240 내지 245℃ 범위의 용융 온도에서 용융 및 가공하고, 본 명세서의 2성분 섬유의 1개의 성분으로 부드럽고 제어가능하게 방사할 수 있음이 확인되었다. 문헌[Chang et al., op. cit.]에 개시된 것과 같은, IV가 더 높은 시재료는 240 내지 250℃ 범위의 온도에서 섬유로 안정하게 방사될 수 없다.

문헌[Chang et al., op.cit.]의 IV가 낮은 성분은, IV가 훨씬 더 높은 중합체에 270℃(훨씬 더 낮은 IV로 현저한 중합체 분해를 유발하기에 충분히 높은 온도)를 적용함으로써 달성된다(아크롤레인의 높은 발생을 수반함). 생성되는 PTT는 본 발명의 IV가 낮은 시재료에 대해 카르복실레이트 말단기가 대단히 높다.

본 명세서의 공정의 특징인 낮은 용융 온도는 몇몇 이익을 부여하며, 이는 a) 낮은 온도로 인해 공정 중에 IV가 실질적으로 변화하지 않고 유지되어 개선된 공정 제어를 제공하는 점; b) IV가 더 낮은 성분을 위한 충분히 낮은 IV를 달성하기 위해 1개의 성분이 약 270℃로 가열될 것을 요구하는 공정에 대해 아크롤레인의 생성이 크게 감소되는 점과 더불어, 더 낮은 분자량으로부터 유발될 수 있는 가공성의 다른 개선을 포함한다.

도 1은, 적합한 2성분 섬유 방사기 압출 시스템을 이루는 압출기, 펌프 블록, 및 방사 블록의 개략도이다. 방사기는 "웨스트(West)" 시스템에 대해 W로 표기되고 "이스트(East)" 시스템에 대해 E로 표기된 2개의 중합체 압출 시스템을 포함한다. 지리적인 표기 "이스트" 및 "웨스트"에는 의미가 부여되지 않는다. 이는 단순히, 그 외에는 거의 동일한 2개의 시스템 사이의 구별을 위해 채용되는 관습이다. 도 1에서, 케이트론(Ktron) KCLK720 중량 손실 공급기(weight loss feeder)(1W/1E)는 중합체 펠렛을 베르너 앤드 플라이데러(Werner and Pfleiderer) 동시-회전 28 mm 트윈 스크류 압출기(2W/2E) 내로 공급한다. 그렇게 형성된 용융 스트림을 펌프 블록(4W/4E)에 공급한다. 각각의 펌프 블록에는 연계된 밸러스트 펌프(3W/3E) 및 계량 펌프(5W/5E)가 제공된다. 밸러스트 펌프를 사용하여 일부(또는 전체) 용융 스트림을 웨이스트(waste)로 인도하는 한편, 나머지 용융 스트림은 계량 펌프를 통해 가공한다. 밸러스트 펌프는 1.32 cc/rev 제니스(Zenith) 기어 펌프이다. 각각의 계량 펌프 속도를 조정하여 더 크거나 더 작은 처리 속도를 제공한다. 이스트 및 웨스트 압출기 내의 상대적인 펌프 속도를 조정함으로써, 방사된 섬유 내의 각각의 중합체 성분의 상대적인 농도를 조정할 수 있다. 웨스트 미터 펌프(5W)는 3.30 cc/rev 제니스 기어 펌프이다. 이스트 미터 펌프(5E)는 1.98 cc/rev 제니스 기어 펌프이다. 각각의 계량 펌프로부터 2개의 용융 스트림을 공급하여, 방사 팩이 그 안에 설치되는 함몰부, 환상 2성분 여과 팩(10) 및 방사구금(11)으로 구성된 방사-팩이 제공된 단일 방사 블록(9) 내부에 수렴하도록 한다. 하기의 실시예에서, 여과 팩(10)은 1개의 50 메쉬 필터 스크린, 3개의 200 메쉬 필터 스크린, 및 약 20 밀리리터의 10/25 유리 칩으로 구성되었다. 7.9 cm(3.12 인치) 직경의 2성분 병합-후 방사구금(11)은 2개의 원형 어레이로 배열된 34 쌍의 구멍(나타내지 않음)을 포함하였다. 각각의 구멍은 직경 0.63 mm x 길이 4.24 mm였다. 압출기의 출구에 위치한 열전쌍(7W/7E)을 사용하여 실시예에서 용융 스트림 온도를 결정하였다. 펌프 블록(6W/6E) 및 방사 블록 내의 용융 스트림의 온도를 최적화하여 팩 압력을 제어할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 교차유동 용융-방사 장치를 예시한다. 켄칭 가스(21)가 힌지 배플(28)을 지나고 스크린(25)을 통해, 플리넘(24)을 통해 방사구금 면(11) 아래의 구역(22)에 진입하여, 방사구금에서 나오는 여전히-용융된 섬유(26)를 가로질러 실질적으로 층류인 가스(laminar gas) 유동을 유발한다. 배플(28)은 상부에 힌지가 있어서, 그의 위치를 조정하여 구역(22)을 가로지르는 켄칭 가스의 유동을 변경할 수 있다. 방사구금 면(11)은 구역(22)의 상부 위로 거리(A) 만큼 함몰되어, 켄칭 가스가 방금 방사된 섬유에 소정의 지연 후까지 접촉되지 않도록 하며, 그 동안 함몰부의 측면에 의해 섬유가 가열될 수 있을 것이다. 하기의 실시예에서, 그렇게 켄칭된 섬유는 방사 플로어로부터 배플(27)을 통해 아래 플로어 상의 롤 어레이(도 3 참조)로 이전되었다. 피니시 롤(210)과 접촉시킴으로써 이제 고체인 섬유에 피니시를 적용하였다.

도 3에서, 섬유(26)는 피니시 롤로부터 구동 롤(31)을 돌아서, 아이들러 롤(32)을 돌고, 이어서 가열된 롤(33)을 돌아 인도된다. 롤(33)의 온도는 약 50℃ 내지 약 70℃의 범위일 수 있다. 이어서, 섬유는 가열된 인발 롤(34)로 이송된다. 롤(34)의 온도는 약 50℃ 내지 약 170℃, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 120℃의 범위일 수 있다. 이어서, 섬유는 롤(34)로부터 가열된 롤(35)로 이전되고, 임의의 가열되지 않은 롤(36)(이는 만족스러운 권취를 위해 원사 장력을 조정함)을 돌아 이송된 후, 권취부(windup)(37)에 이송된다. 연신비(draw ratio)((34)의 속도를 (33)의 속도로 나눈 것)는 약 1.4 내지 약 4.5, 바람직하게는 약 3.0 내지 약 4.0의 범위이다. 롤(33)의 쌍 사이에, 또는 롤(34)의 쌍 사이에 (섬유를 롤 상에 유지하기 위해 필요한 것을 초과하는) 현저한 장력을 적용할 필요는 없다. 또한, 하나 이상의 다른 가열된 롤, 스팀 제트, 또는 "핫 체스트(hot chest)"와 같은 가열 챔버를 이용하여 열 처리를 실행할 수 있다. 열-처리는 실질적으로 일정한 길이에서, 예를 들어, 약 110℃ 내지 약 170℃, 바람직하게는 약 120℃ 내지 약 160℃ 범위의 온도로 섬유를 가열하는 도 3의 롤(35)에 의해 실행될 수 있다.

열-처리의 지속 기간은 원사 데니어에 따라 달라지며; 섬유가 롤의 온도와 실질적으로 동일한 온도에 도달할 수 있다는 것이 중요하다. 열-처리 온도가 너무 낮은 경우, 고온에서 장력 하에 권축이 감소할 수 있으며, 수축이 증가할 수 있다. 열-처리 온도가 너무 높은 경우, 빈번한 섬유 파단으로 인하여 공정의 작동성이 어려워진다. 열-처리 롤 및 인발 롤의 속도를 실질적으로 동일하게 하여, 공정 중에 이 지점에서 섬유 장력을 실질적으로 일정하게 유지함으로써 섬유 권축의 손실을 피하는 것이 바람직하다.

대안적으로, 공급 롤을 가열하지 않을 수 있으며, 인발-제트 및 가열된 인발 롤(이 또한 섬유를 열-처리함)에 의해 인발을 수행할 수 있다.

임의로 인터레이스 제트를 인발/열-처리 롤과 권취부 사이에 위치시킬 수 있다.

최종적으로, 섬유를 권취한다. 본 발명의 산물의 제조에서 전형적인 권취 속도는 약 2,500 미터/분(mpm)이다. 사용가능한 권취 속도의 범위는 약 2,000 mpm 내지 6,000 mpm이다.

실시예

시험 방법

권축 수축의 측정

약 0.1 gpd(0.09 dN/tex)의 장력에서 타래 릴을 가진 약 5000 +/- 5 총 데니어(5550 dtex)의 타래로 각각의 섬유를 형성시켰다. 이어서, 열고정(heatsetting)을 위해 사용되는 오븐의 내부를 수용하기 위하여 타래를 둘로 접어 타래의 길이를 반을 줄였다. 접은 타래를 그의 중간-섹션에서 후크에 걸고 21 +/- 1℃(70 +/- 1 ℉) ℉및 65 +/- 2% 상대 습도에서 최소 16 시간 동안 조건화하였다. 이어서, 접은 타래를 그의 중간-섹션에서 후크로부터의 랙 상에 실질적으로 수직으로 걸고, 접은 타래의 2개 루프를 통해 타래의 하부에 1.5 mg/den(1.35 mg/dtex)의 중량을 걸었다. 이어서, 중량이 걸린 타래를 오븐 내에서 5 min 동안 121℃(250 ℉)로 가열한 후, 랙 및 타래를 수거하여 5 분 동안 냉각되도록 하고, 이어서 나머지 시험을 위해 1.5 mg/den의 중량을 타래 상에 남겨 21 +/- 1℃(70 ℉ +/- 1 ℉) 및 65% +/- 2% 상대 습도에서 최소 2 시간 동안 조건화하였다. 타래의 길이를 1 mm 이내까지 측정하여 "Ca"으로 기록하였다. 그 다음에, 1000 그램의 중량을 타래의 하부에 걸고, 평형에 도달하도록 하고, 타래의 길이를 1 mm 이내로 측정하여 "La"로 기록하였다. 권축 수축 "CCa" 값(%)을 하기 수학식에 따라 계산하였다:

CCa=100x (La-Ca)/La

IV의 결정

굳이어(Goodyear) R-103b 방법을 사용하여 고유 점도(IV)를 결정하였다.

분자량 분포의 결정

분자량 분포의 결정에 사용하는 것으로 당업계에 주지된 기술인 크기 배제 크로마토그래피(SEC)를 채택하여 분자량 분포를 결정하였다. 다분산성 지수(PDI)는, PDI = M_w/M_n으로서 결정되었으며, 여기서 M_w는 중량평균 분자량이고, M_n은 수평균 분자량이다(SEC로부터 결정됨).

섬유 제조

3개 등급의 소로나(등록상표) 폴리 (트라이메틸렌 테레프탈레이트) 수지 펠렛을 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 드 네무르 앤드 컴퍼니(E.I DuPont de Nemours and Company)로부터 입수하였다. 첫번째 등급은 1.02 dL/g의 IV, 두번째 것은 0.96 dL/g의 IV, 그리고 세번째 것은 0.66 dL/g의 IV를 특징으로 하였다. 용융 방사를 위한 준비에서, 각각의 등급을 진공 오븐 내에서 질소 하에 15 시간 동안 84.6 ㎪(25 인치 수은) 진공에서, 그리고 120℃의 온도에서 건조시켰다. 그렇게 건조시킨 수지 펠렛을 방사기의 질소-퍼지된 공급 호퍼(도 1)에 직접 이전하였다.

용융 방사된 2성분 필라멘트를 공기 켄칭하였다. 도 1을 참조하여, 켄칭 공기(1)는 실온에서 공급되었으며, 방사구금 아래 0.61 미터에서 측정할 때 0.12 m/sec로 압출된 사조(thread line)(6) 상에 충돌하였다.

비교예 A

1.02 IV 소로나(등록상표) 펠렛을 건조시킨 후에 상기에 기재된 양자 모두의 압출기에 투입하였다. 양자 모두의 압출기는 동일하게 설정되었으며 9개 구역 내의 가열 프로파일은 180/240/250/250/255/255/250/255/255℃였다. 압출기의 출구에서 측정된 용융 스트림의 온도는 256℃였다.

이스트 및 웨스트 계량 펌프 양자 모두(도 1에서 5W5E)의 속도는 14.4 g/min으로 설정되었다. 양자 모두의 밸러스트 펌프의 속도는 6.6 g/min으로 설정되었다. 도 3을 참조하여, 796 m/min의 선속도로 작동한 가열되지 않은 공급 롤/분리기 롤(31/32) 둘레에 사조를 6회 감았다. 이어서, 796 m/min의 선속도로 또한 작동한 65℃ 인발 롤(33) 둘레에 사조를 5회 감았다. 이어서, 150℃ 및 2550 m/min의 선속도로 작동한 열처리 롤(34) 둘레에 사조를 9회 감았다. 이어서, 2550 m/min의 선속도로 작동한 가열되지 않은 렛다운(letdown) 롤(35) 둘레에 사조를 9회 감았다. 이어서, 2550 m/min의 선속도로 작동한 가열되지 않은 렛다운 롤(36)의 부가적인 세트 둘레에 사조를 6회 감았다. 바매그(Barmag) SW6 2s 600 권취기(독일 소재의 바매그 AG(Barmag AG)) 37에서 2480 m/min의 선속도로 판지 튜브 상에 원사를 수집하였다.

표 1은, 섬유 제조 섹션에 기재된 방법을 사용하여 비교예 A(CE A)에서 제조한 섬유에 대한 결과를 나타낸다. 2개의 동일한 용융 스트림으로부터 제조된 섬유의 특성을 표 1에 나타낸다. 2개 성분 섬유의 1개 성분에 대해 기재된 바와 동일한 속도에서 실행된, 단일 용융 스트림으로부터 형성된 섬유(CE A-1)의 특성 또한 표 1에 나타낸다. 용어 "n/a"는 "해당 없음"을 의미한다.

그렇게 방사된 문제의 섬유에 대해 IV 및 분자량 분포 양자 모두를 결정하였다. 권축 수축, CCa 또한 측정하였다. 이러한 비교예에 대하여 매우 낮은 CCa 값이 얻어졌다.

실시예 1 내지 실시예 3

CE A에서와 같이, 1.02 IV 소로나(등록상표) 수지 펠렛을 다시 웨스트 압출기에 공급하였다. 그러나, 이스트 압출기에는 0.66 IV 소로나(등록상표) 수지 펠렛을 공급하였다. 이스트 압출기의 9개 가열 구역의 온도 프로파일은 140/200/235/245/245/245/245/245/245℃로 설정되었다. 압출기의 출구에서 측정된 용융 스트림의 온도는 245℃였다.

850 m/min으로 회전하는 공급 롤 및 인발 롤을 이용하여 3.0 연신비 품목을 실행하였다. 796 m/min으로 회전하는 공급 롤 및 인발 롤을 이용하여 3.2 연신비 품목을 수집하였다. 750 m/min으로 회전하는 공급 롤 및 인발 롤을 이용하여 3.4 연신비 품목을 수집하였다. 다른 모든 롤 속도 및 온도는 비교예 1에서와 동일하게 유지되었다.

실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유에 대한 결과를 표 2에 나타낸다.

2개 성분 섬유의 각각의 성분에 대해 기재된 바와 동일한 속도에서 실행된, 각각의 용융 스트림으로부터 별도로 형성된 섬유(Ex 1-1 및 Ex 1-2)의 특성 또한 표 2에 나타낸다. 그렇게 제조된 압출물을 트라이클로로에탄 중에 공동-용해시키고 SEC에 의해 분석하였다.

실시예 4

웨스트 압출기의 시재료가 0.96의 IV를 특징으로 하였고, 압출기 프로파일이 180/255/255/255/255/255/255/255/255℃였던 점을 제외하고는, 실시예 3의 조건을 반복하였다. 웨스트 압출기로부터의 용융 스트림을 위한 이전 라인 온도는 256℃였다.

2개 성분 섬유의 각각의 성분에 대해 기재된 바와 동일한 속도에서 실행된, 각각의 용융 스트림으로부터 별도로 형성된 섬유(Ex 4-1 및 Ex 4-2)의 특성 또한 표 3에 나타낸다. 그렇게 제조된 압출물을 트라이클로로에탄 중에 공동-용해시키고 SEC에 의해 분석하였다.

실시예 4에서 제조된 섬유에 대한 결과를 표 3에 나타낸다.

실시예 5 내지 실시예 7

표 4에 나타낸 바와 같이, 계량 펌프의 펌핑 속도를 변경한 점을 제외하고는, 실시예 1을 재현하였다. 실시예 5 내지 실시예 7에서 제조된 섬유에 대한 결과를 표 4에 나타낸다.

Claims

≤ 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제1 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 250℃ 미만의 용융 온도를 특징으로 하는 제1 용융 스트림을 형성시키며, 상기 제1 용융 스트림은 상기 제1 시재료의 고유 점도보다 0.03 dL/g 이하로 더 낮은 고유 점도를 특징으로 하는 단계; > 0.7 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 제2 폴리(트라이메틸렌 테레프탈레이트) 시재료를 용융시켜 제2 용융 스트림을 형성시키며, 다만, 상기 제1 및 제2 용융 스트림의 고유 점도 사이의 차이가 >0.1 dL/g인 단계; 상기 제1 및 제2 용융 스트림을 방사구금(spinneret)에 제공하여 그 안에서 상기 제1 용융 스트림을 상기 제2 용융 스트림과 접촉시키는 단계; 상기 방사구금으로부터 용융된 섬유를 압출하는 단계; 및, 상기 용융된 섬유를 켄칭(quenching)하여 권축(crimp)의 형성에 적합한 구성으로 서로에 대해 배치된 제1 성분 및 제2 성분을 특징으로 하는 고체 2성분 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 섬유 성분 및 제2 섬유 성분이 2성분 섬유 내에서 병렬형(side by side) 구성으로 서로에 대해 배치되는 공정.
제1항에 있어서, 제1 섬유 성분 및 제2 섬유 성분이 2성분 섬유 내에서 편심 심초형(eccentric sheath/core) 구성으로 서로에 대해 배치되는 공정.
제1항에 있어서, 제1 시재료가 0.60 내지 0.68 범위의 IV를 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제2 시재료가 > 0.8 dL/g의 IV를 특징으로 하는 공정.
제5항에 있어서, 제2 시재료가 > 0.9 dL/g의 IV를 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 제1 용융 스트림이 240 내지 245℃ 범위의 온도에 있는 공정.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 용융 스트림의 고유 점도 사이의 차이가 >0.2 dL/g인 공정.
제1항에 있어서, 제1 시재료가 0.60 내지 0.68 dL/g 범위의 고유 점도를 특징으로 하고, 제2 시재료가 > 0.8 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하며, 제1 및 제2 용융 스트림의 고유 점도 사이의 차이가 >0.2 dL/g인 공정.
제9항에 있어서, 제1 용융 스트림이 240 내지 245℃ 범위의 온도에 있는 공정.
제10항에 있어서, 제2 시재료가 > 0.9 dL/g의 고유 점도를 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서, 2성분 섬유에 고온을 적용함으로써 그 안에 권축을 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 공정.