KR100347328B1 - 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의제조방법 - Google Patents

폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조함에 있어서, 용융 폴리트리메틸렌테프탈레이트를, Y단면형이며 60홀 이상이고 이형도가 1.8∼2.5로 설계된 노즐을 통하여, 245∼285℃의 방사온도 및 1800∼3000m/min의 방사속도로 용융방사하고 방사된 필라멘트는 유제부여, 연신 및 권축과정을 거친 후, 별도로 분리된 집속장치에 의해 15∼20회/m의 단위로 집속을 주는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 물성이 균일하고 방사작업성 및 컷팅성 등이 우수한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제공할 수 있다.

Description

폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법 {Process for manufacturing poly(trimethylene terephthalate) bulky continuous filaments}
본 발명은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(이하 PTT라고 함) 벌키 연속 필라멘트(Bulky Continuous Filament, 이하 BCF라 함)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적절하게 설계된 노즐을 사용하거나 일정한 비율의 집속을 주는 방법에 의해 물성이 균일하며 방사 작업성 등이 우수한 PTT BCF를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 카페트 제조에 사용되는 BCF의 합섬소재로는 대표적으로 나일론을 비롯하여 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등이 사용되고 있다. 가정용 또는 사무용 카페트들은 음식물에 의한 오염을 억제할 수 있는 방오성이 강조되는데 나일론의 경우 방오성을 높이기 위해 약제처리를 하거나 폴리머내에 방오제를 첨가, 개질시키는 방법을 사용한다.
한편 미국특허 제3,998,402호와 제4,877,572호의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 이용한 BCF제조방법은 어느 정도의 방오성은 있으나 파일(pile)이 잘게 부서지거나 풀어지는 단점을 가지고 있다. 이런 단점이 개선된 새로운 소재의 BCF 제조를 위해 최근에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지를 사용한 BCF 제조방법도 발표된 것이 있다. 미국특허 제5,662,980호에 발표된 PTT를 사용한 BCF 제조방법은 방오성이 타소재에 비해 월등히 뛰어나고 우수한 굽힘성과 파일 높이 보존성을 가지는 BCF를 제공한다. 그러나 이 경우에도 이형도가 1.7 정도로 낮은 노즐을 사용시에는 방사시 각 필라멘트간의 단면적 차이가 발생하여 물성의 균일성이 떨어지고 단면형태가 날카로와서 방사기 내의 섬유가이드 등 원사와 접촉되는 부분에서 마찰력에 견디는 힘이 약해져 사절이 많이 발생하여 방사작업성이 저하되는 등의 문제가 있다. 아울러 사의 집속화가 벌크화와 동시에 진행되어 고온에서 집속을 줌으로 인해 집속력이 떨어져 카페트를 제조하는 후공정 중 쉐어링(shearing)단계에서 파일의 끝풀림이 많이 발생하고, 이를 처리하여 나일론 수준의 외관을 발현하기 위해서 쉐어링 작업중 많은 양의 원사를 깍아내야함으로 인해 경제적 손실을 가져오게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 단점을 개선한 것으로서 물성이 균일하고, 방사작업성 및 컷팅성이 우수하여 카페트 제조공정 중 터프팅 단계와 쉐어링 단계에서의 작업성을 높여주어 원사손실을 줄임으로서 경제적 효과를 얻을 수 있는 PTT BCF 제조방법을 제공한다.
즉 본 발명은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조함에 있어서, 용융 폴리트리메틸렌테프탈레이트를, Y단면형이며 60 홀 이상이고 이형도가 1.8∼2.5로 설계된 노즐을 통하여, 245∼285℃의 방사온도 및 1800∼3000 m/min의 방사 속도로 용융방사하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법을 제공한다.
상기 방사된 필라멘트는 그 효과를 더욱 높이기 위해 유제부여, 연신 및 권축과정을 거친 후, 별도로 분리된 집속장치에 의해 15∼25회/m의 단위로 집속을 주는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1. 방사판(Spinneret)
2. 필라멘트
3. 냉각지역(Quenching area)
4. 마무리 애프리케이터(Finish appricator)
5. 섬유 흡입 노즐(Yarn suction nozzle)
6. 제1고뎃트 롤러(공급 롤러)
7. 제2, 3고뎃트 롤러(연신 롤러)
8. 텍스터링 노즐(Texturing nozzle)
9. 냉각 드럼
10. 제4고뎃트 롤러
12. 제5고뎃트 롤러
13. 가이드 롤러
14. 와인더
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법을 상세하게 설명한다
본 발명에 의해 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조하는 경우에는 고유점도가 0.8∼1.2, 수분이 50ppm 이하인 PTT 고분자를 245∼285℃ 온도에서 1800∼3000m/min의 방사속도로 용융방사하여 방사판(spineret)(1)을 통과시킨다. 이 때 노즐은 Y형 단면이며, 60홀 이상이고, 이형도가 1.8∼2.5로 설계된 것을 사용한다. 본 발명에서 이형도가 1.8 미만의 낮은 노즐을 사용할 때는 방사시 각 필라멘트 간의 단면적이 불균일해져 물성의 균일성이 떨어지고, 단면형태가 보다 날카로워져 방사기내의 섬유 가이드(yarn guide)등 원사와 접촉되는 부분에서 마찰력에 견디는 힘이 약해져 사절이 많이 발생하여 방사작업성이 떨어진다. 또한 2.5 초과의 큰 이형도를 갖는 노즐 사용시 원사의 강신도가 급격히 떨어져 정상적인 방사작업이 어렵게 된다.
상기 노즐에서 방사된 필라멘트(2)는 냉각지역(quenching area)(3)에서 0.4∼0.6m/min 속도의 냉풍으로 냉각된다. 이 때 냉각온도는 10∼25℃로 함이 바람직하다.
냉각 후 오일링을 하는 스핀 마무리(spin finish)단계를 거치는데 마무리 애프리케이터(finish appricator)(4)에서 1차, 2차 두 단계로 유제 원액과 미네랄오일을 혼합하여 오일링함으로써(straight oil) 사의 집속력과 윤활성, 평활성을 높여준다. 이후 방사 시 끊어진 실을 빨아들이는 흡입기(aspirator)가 설치된 섬유 흡입 노즐(yarn suction nozzle)(5)을 통과시켜 온도 45∼65℃, 속도 650∼850m/min 조건의 공급 롤러(6)(제1고뎃트 롤러)와 140∼180℃, 1800∼3000m/min 조건의 연신 롤러(7)(제2 및 제3고뎃트 롤러) 사이에서 3.0∼3.5의 비율로 연신한다. 연신 롤러(7)를 통과한 필라멘트는 벌키성을 부여하기 위해 텍스터링 노즐(texturing nozzle)이 있는 벌킹 유닛(Bulking unit)(8)을 통과하며 이때 벌킹 유닛 내부(8)에서 180∼220℃의 뜨거운 공기를 6∼7kg/m2의 압력으로 불어넣어 필라멘트가 3차원으로 권축되도록 하는데 이 때의 권축율은 4∼20%가 됨이 바람직하다.
벌킹 유닛(8)을 통과한 필라멘트를 냉각 드럼(9)을 거쳐 통과시키면서 15∼22℃로 냉각하여 제4고뎃트 롤러(10)를 거쳐 인터레이서(Interacer)(11)를 통과시킨다. 이 부분에서는 사의 집속력을 좋게 하기 위해 4.0∼5.0kg/m2의 압력으로 약간의 꼬임과 매듭을 주게 되는데 15∼25회/m로 하는 것이 바람직하다. 인터레이서(11)에서 집속을 15회 미만으로 줄 경우 일반 원사에서는 집속력이 떨어져 제직시 보프라기나 핀사가 많이 발생하여 제직 작업성이 떨어지고, 카페트 제조의 중간단계인 터프팅(tufting) 단계에서는 원사의 컷팅성이 떨어지므로 인해 쉐어링 작업단계에서 원사의 끝풀림이 많이 발생하여 나일론을 소재로 한 카펫트 수준의 외관을 갖추기 위해서는 많은 양의 원사를 깍아내야하는 문제점이 발생한다. 25회를 초과하는 경우 염색, 후가공을 거쳐도 집속이 풀리지 않은 상태가 그대로 유지되어 카페트의 외관을 손상시키는 결과를 가져온다.
이후 제5고뎃트 롤러(12)와 섬유 가이드(13)를 거쳐 최종 와인더(14)에 감는다. 와인더의 속도는 제5고뎃트 롤러의 속도를 기준으로 정해지는데 대략 1700∼2800m/min로 한다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하나 하기 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 감소되는 것은 아니다.
실시예 1∼3 및 비교예 1∼2
방사능이 일산 3ton인 바마그(barmag)방사기를 이용하여 고유점도가 0.92, 수분율 40ppm인 PTT 폴리머를 Y단면, 68 홀인 노즐에서 250℃에서 1300데니어, 68 필라멘트로 용융방사하였다. 이 때 상기 노즐의 이형도를 실시예 1∼3에서는 각각 1.8, 1.9, 2.1로, 비교예 1∼2에서는 1.5, 3.0으로 달리하였다. 냉각 지역에서 0.5m/min 및 16℃의 냉풍으로 냉각시켰다. 공급 롤러와 연신 롤러의 온도를 각각 60℃, 160℃로 하고 롤러속도는 각각 700m/min, 2300m/min로 하여 연신작업을 행하였다. 벌킹 유닛 내부온도는 200℃로 하고, 이후 냉각 드럼에서 16℃로 냉각하였다. 집속장치에서는 4.0kg/m2의 압력으로 20회/m의 집속을 주었다. 마지막 와인딩시와인더의 속도는 1950m/min으로 하여 PTT BCF를 제조하였다.
제조된 PTT BCF사의 방사작업성을 평가하고 이를 가지고 카페트를 생산하여 생산중간 단계인 터프팅(tufting) 작업성을 평가하여 표 1에 나타내었다. 실시예 1, 2, 3은 방사작업성과 터프팅 작업성이 모두 우수했으며 그 중 이형도가 1.9인 실시예 2가 가장 우수한 결과를 나타내었다. 비교예 1에서는 강도와 터프팅작업성은 실시예와 유사하였으나 사절횟수가 많았고, 비교예 2에서는 작업도중 계속 사절이 발생해 정상적인 작업진행이 불가능하였다.
구 분 이형도 집 속 방사작업성 터프팅 작업성 강 도(g/d)
실시예 1 1.8 20회/m 12회 ◎ 2.1
실시예 2 1.9 20회/m 9회 ◎ 2.1
실시예 3 2.1 20회/m 15회 2.0
비교예 1 1.5 20회/m 20회 2.1
비교예 2 3.0 20회/m 측정불가 측정불가 측정불가
[물성측정방법]
1) 이형도: 원사 1 필라멘트의 내부에 인접한 원지름에 대한 외부에 인접한 원지름의 비.
2) 방사작업성: 3ton 생산량에 대한 사절 횟수.
3) 터프팅 작업성: 파일의 컷팅성을 나타내며 아래와 같이 표기
◎: 매우 양호: 양호 △: 보통 ×: 불량
4) 강도: 시료장 20cm, 인장속도 20cm/min, 초하중 20g, 꼬임 8회/10cm인 조건에서 만능인장시험기를 사용하여 KS K 0412 규격에 의거 측정
실시예 4∼5 및 비교예 3∼4
상기 실험에서 가장 우수한 결과를 나타낸 이형도 1.9인 노즐을 사용하여, 집속횟수 등을 달리하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 실시하였다. 실시예 4∼5, 비교예 3에서는 분리된 집속장치에서 집속횟수를 달리하여 실험하였고, 비교예 4에서는 벌킹유닛 내에서 벌크화와 동시에 집속을 주었다.
실시예 4, 5는 쉐어링 작업시 원사의 손실이 20% 이하로 우수하였다. 비교예 3은 터프팅 작업시 정상적인 컷팅이 이루어지지 못해 쉐어링 작업단계까지 진행시키지 못했으며, 비교예 4는 원사의 손실이 30%로 과다하게 발생하였다.
이상의 결과에서 보듯이 이형도 1.9, 분리된 집속장치에서의 집속이 20회/m주어질 때 가장 최적의 작업성과 물성을 발현할 수 있음을 알 수 있다.
구 분 집 속 이형도 터프팅 작업성 쉐어링 작업성 비 고
실시예 4 20회/min 1.9 ◎ 17%
실시예 5 25회/min 1.9 ◎ 18%
비교예 3 10회/min 1.9 × 측정불가
비교예 4 20회/min 1.9 30% 벌크화와 동시진행
[물성측정방법]
1. 이형도, 터프팅 작업성: 상기와 동일한 방법으로 측정
2. 쉐어링 작업성 : 쉐어링 작업전 원사 중량에 대해 작업중 손실된 원사의 중량에 대한 %로 측정.
상기와 같이 본 발명에 의하여 물성이 균일하고 방사작업성이 우수한 PTTBCF를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 PTT BCF를 사용하는 경우 카펫트 제조공정의 중간단계인 터프팅 단계에서 컷팅성이 좋게 하여 작업성을 높이고, 마무리단계인 쉐어링단계에서도 원사 손실을 획기적으로 줄일 수 있어 카펫트 제조에 있어 높은 경제적 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조함에 있어서, 용융 폴리트리메틸렌테프탈레이트를, Y단면형이며 60홀 이상이고 이형도가 1.8∼2.5로 설계된 노즐을 통하여, 245∼285℃의 방사온도 및 1800∼3000m/min의 방사속도로 용융방사하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방법이 상기 용융방사된 필라멘트를 유제부여, 연신 및 권축과정을 거친 후, 별도로 분리된 집속장치에 의해 15∼25회/m의 단위로 집속하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연신 과정에 의해 상기 필라멘트를 3.0∼3.5의 비로 연신하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 권축 과정에 의해 상기 필라멘트에 4∼20%의 권축율을 부여하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법.
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