KR102219084B1 - 강도 및 신장률이 높은 인터레이스 복합사 및 그 제조방법 - Google Patents

강도 및 신장률이 높은 인터레이스 복합사 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터레이스 복합사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강도 및 신장률이 높으며, 염색능, 벌키감, 터치감 등이 우수한 인터레이스 복합사 및 그것을 제조할 수 있는 제조방법으로서 생산성이 향상된 제조방법에 관한 것이다.

Description

강도 및 신장률이 높은 인터레이스 복합사 및 그 제조방법{INTERLACE COMPOSITE YARN WITH HIGH STRENGTH AND ELONGATION AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 인터레이스 복합사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강도 및 신장률이 높으며, 염색능, 벌키감, 터치감 등이 우수한 인터레이스 복합사 및 그것을 제조할 수 있는 제조방법으로서 생산성이 향상된 제조방법에 관한 것이다.
인터레이스 복합사(interlace yarn)는 통상적으로 사가공 설비를 이용하여 이종의 섬유를 인터레이싱 장치로 공급하여 공기교락을 통해 제조하게 된다. 또한 상기 ITY 복합사는 에 사도의 중간부에 공기를 분사하는 구조의 교락노즐을 사용하 여 멀티필라멘트에 교락부와 개섬부를 교호로 형성함으로써 제조된다. 즉, 종래의 ITY는 특성이 상이한 이종의 섬유를 함께 공기교락하여 제조함으로써, 천연스러운 질감, 우 수한 볼륨감 및 공정성을 갖는 직물을 제공할 수 있다.
그런데 상기와 같은 종래기술에 의하여 단순한 교락가공(Interlace)을 통해 제조된 ITY 복합사를 이용하여 직편물의 제조시 원단의 벌키감과 탄성 및 드레이프성을 발현하는데 한계가 있거나 특히 선명한 색상의 발현이 어려워 고품질의 의류제품을 생산할 수 없다는 단점이 있었다.
또한 폴리에스테르 원착사의 경우에는 ITY 복합사의 제조가 불가능하여 이로부터 제조된 원단의 경우에는 선명한 색상의 구현이 불가능하다. 또한 ITY 복합사의 제조시 발생되는 장력 불균형에 의해 인터레이스 불균일 현상이 발생하게 되고, 이는 직편물의 제조시 벌키감과 터치감이 불량하게 된다.
또한, 이러한 인터레이스 복합사에 사용되는 연신사 또는 부분연신사의 경우, 폴리에스테르 섬유, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유가 내열성, 내약품성 및 역학적 특성 등이 우수하여 널리 이용되고 있다. 통상 폴리에스테르 섬유는 용융한 폴리에스테르를 방사구금에서 섬유형으로 압출해, 1,000~3,500 m/분의 방사 속도로 방사하여 권취하고, 이어서 연신 및 열처리 등을 수행하는 방사 연신의 투스텝(two-step) 공정을 거쳐 제조되어 왔다.
이러한 투스텝 공정에 의한 PET 섬유 제조방법은 설비가 대형화되고 복잡해지며, 제조 과정에서 에너지가 많이 소모되어, 설비 간소화 및 에너지 절감에 대한 요구가 있어 왔다.
따라서, 종래의 PET 섬유의 제조 공정에서의 투스텝 공정을 개선하여 우수한 염착성, 우수한 물성을 보존하면서도 생산성을 개선할 수 있는 섬유 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 상황이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1908901호(2018.10.10. 등록)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 첫번째 해결하고자 하는 과제는 높은 신장률과 강도를 갖는 인터레이스 복합사를 제조할 수 있고, 별도의 후처리 공정을 필요로 하지 않아 생산성을 향상시킬 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 해결하고자 하는 과제는 높은 신장률과 강도를 갖고, 염색능, 벌키감, 터치감 등이 우수한 인터레이스 복합사를 제공하는 것이다.
상술한 첫번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) PET 주제수지 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 첨가제를 포함하는 제1 부분연신사(Partly Oriented Yarn, POY) 조성물을 방사하여 다공성의 제1 부분연신사를 형성하는 단계;
(2) 상기 제1 부분연신사를 포함하고, 이를 합사 및 교락시켜 인터레이스 복합사를 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 (1) 단계는 하기 관계식 1의 조건을 만족하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법을 제공한다.
[관계식 1]
Figure 112019099128485-pat00001
상기 관계식 1에서, 상기 C는 상기 제1 부분연신사 조성물 내 상기 PMMA 첨가제의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것이며, 상기 R은 상기 (1) 단계에서 상기 제1 부분연신사의 방사 속도를 mpm(meters per minute) 단위로 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계에서 방사속도는 3,000 내지 6,000 mpm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 조성물 내에 상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부의 함량으로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 1) 상기 제1 부분연신사와 2) 제2 부분연신사 및 완전연신사(Fully Oriented Yarn, FOY) 중에서 선택된 적어도 하나를 합사 및 교락시키는 것일 수 있다.
이 때, 상기 제2 부분연신사는 상기 제1 부분연신사와 상이한 조성을 가지며, 상기 완전연신사는 상기 제1 부분연신사와 동일 또는 상이한 조성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사는 다공성 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 1) 상기 제1 부분연신사와 2) 상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사 중에서 선택된 적어도 하나를 4:6 내지 5:5의 중량비로 합사 및 교락할 수 있다.
상술한 두번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 PET 주제수지 및 PMMA 첨가제를 포함하는 다공성의 제1 부분연신사를 포함하여 교락되어 있으며, 신장률이 140% 이상인 인터레이스 복합사를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 내에 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부의 함량으로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 인터레이스 복합사는 1) 상기 제1 부분연신사가 2) 제2 부분연신사 및 완전연신사 중에서 선택된 적어도 하나와 합사 및 교락되어 있는 것일 수 있다.
이 때, 상기 제2 부분연신사는 상기 제1 부분연신사와 상이한 조성을 가지며, 상기 완전연신사는 상기 제1 부분연신사와 동일 또는 상이한 조성을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 1) 제1 부분연신사와 2) 제2 부분연신사 및 완전연신사 중에서 선택된 적어도 하나는 4:6 내지 5:5의 중량비로 합사 및 교락되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 인터레이스 복합사는 높은 신장률과 강도를 가지며, 염색능, 벌키감 및 터치감 등이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 인터레이스 복합사 제조방법은 별도의 후처리 공정을 필요로 하지 않아 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인터레이스 복합사를 제조하기 위한 인터레이싱 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인터레이스 복합사를 제조하기 위한 인터레이싱 장치의 정면 및 측면을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인터레이스 복합사의 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인터레이스 복합사의 표면을 촬영한 SEM 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 셜명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
상술한 바와 같이 종래의 인터레이스 복합사와 같이 단순 교락가공을 통하여 제조된 ITY 복합사의 경우, 직편물의 제조 시 원단의 벌키감과 탄성 및 드레이프성 등의 발현에 한계가 있어 왔다.
이에 본 발명에서는 (1) PET 주제수지 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 첨가제를 포함하는 제1 부분연신사(Partly Oriented Yarn, POY) 조성물을 방사하여 다공성의 제1 부분연신사를 형성하는 단계; (2) 상기 제1 부분연신사를 포함하고, 이를 합사 및 교락시켜 인터레이스 복합사를 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 (1) 단계는 하기 관계식 1의 조건을 만족하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법을 제공하여, 이러한 문제를 해결할 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112019099128485-pat00002
상기 관계식 1에서, 상기 C는 상기 제1 부분연신사 조성물 내 상기 PMMA 첨가제의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것이며, 상기 R은 상기 (1) 단계에서 상기 제1 부분연신사의 방사 속도를 mpm(meters per minute) 단위로 나타낸 것이다.
즉, 상기와 같은 조건 하에서 제조한 인터레이스 복합사는 공정 단계를 생략할 수 있어 제조 설비가 간소화되고, 인력 및 에너지 투입량을 절감할 수 있어 경제적이고 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제조된 섬유를 이용하여 제직한 원단은 높은 드레이프성, 벌키감 및 터치감을 가질 수 있는 장점이 있다.
이하, 각 단계를 순서에 따라서 설명하기로 한다.
상기 (1) 단계에서는 PET 주제수지 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 첨가제를 포함하는 제1 부분연신사(Partly Oriented Yarn, POY) 조성물을 방사하여 다공성의 제1 부분연신사를 형성하는 단계이며, 이 때 방사 속도와 상기 PMMA 첨가제의 함량 사이에는 하기 관계식 1과 같은 관계가 성립한다.
[관계식 1]
Figure 112019099128485-pat00003
상기 관계식 1에서, 상기 C는 상기 제1 부분연신사 조성물 내 상기 PMMA 첨가제의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것이며, 상기 R은 상기 (1) 단계에서 상기 제1 부분연신사의 방사 속도를 mpm(meters per minute) 단위로 나타낸 것이다.
상기 제1 부분연신사 조성물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지를 주성분으로 하며, 상기 PET 수지는 전체 제1 부분연신사 조성물의 50 중량% 이상을 차지할 수 있고, 바람직하게는 60 중량% 이상, 좀 더 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80중량% 이상을 차지할 수 있으며, 가장 바람직하게는 90 중량% 이상을 차지할 수 있다.
본 발명에서 "주제수지"라 함은 특정 조성물 내에서 중량 비율로 가장 많은 비율을 차지하는 수지를 의미한다.
PET 주제수지를 포함하여 제조한 제1 부분연신사 및 이러한 제1 부분연신사를 포함하여 타 섬유와 합사 및 교락하여 제조하는 본 발명의 인터레이스 복합사는 내열성, 내약품성 및 역학적 특성(강도 및 신장률 등)이 우수한 장점이 있다.
이러한 PET 주제수지는 섬유 업계에서 통상적으로 사용하는 프탈산 성분 및 글리콜 성분이면 제한 없이 선택하여 사용할 수 있으며, 당업계의 통상의 기술자는 이와 같은 중합 단량체를 어렵지 않게 섬유의 필요한 물성에 따라 적절한 성분을 취하여 부분연신사 조성물을 제조할 수 있다.
또는 이와 같은 PET 주제수지는 칩(chip)의 형태로 투입 및 용융되어 제1 부분연신사 조성물을 형성할 수 있으며, 이러한 칩은 시중에서 유통되는 PET 수지 중에서 선택할 수도 있다.
상기 제1 부분연신사 조성물은 PET 주제수지뿐만 아니라 PMMA(Polymethyl methacrylate) 첨가제를 포함한다.
PMMA 첨가제가 포함된 PET 주제수지를 포함하는 제1 부분연신사 조성물을 방사하여 제조한 제1 부분연신사 및 이를 포함하는 인터레이스 복합사의 경우 신장율이 향상되며, 섬유의 신축성이 향상되는 효과가 있다. PMMA 첨가제를 첨가하여 제1 부분연신사를 형성하는 경우 상기 제1 부분연신사 내에 다공성 구조가 형성되어 신장율이 증가하는 효과가 있다.
이러한 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 조성물에 상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 만일 상기 PMMA 첨가제가 상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만의 함량으로 포함되는 경우 제조된 인터레이스 복합사의 신장률, 신축성 및 드레이프성이 불량해질 수 있다. 반대로 상기 PMMA 첨가제의 함량이 3 중량부를 초과하여 과도하게 첨가되는 경우, 섬유의 강도가 떨어지고 방사 시 필라멘트가 끊어지는 등으로 손상이 일어나는 등의 문제가 있을 수 있다.
또한, PMMA 첨가제는 중량평균분자량이 20,000 g/mol 내지 200,000 g/mol인 것을 사용할 수 있으며, 만일, 상기 PMMA 첨가제의 중량평균분자량이 20,000 g/mol보다 낮은 것을 사용하는 경우 첨가제를 넣는 효과가 거의 없을 수 있다. PMMA 첨가제의 중량평균분자량이 증가할수록 상술한 신장률 향상의 효과가 강화되는 경향이 있다. 그러나, 동시에 방사 과정에서의 필라멘트가 손상될 가능성 또한 증가한다. 만일 PMMA 첨가제의 중량평균분자량이 200,000g/mol을 초과하는 경우, 제1 부분연신사가 방사 및 연신 과정에서 필라멘트 손상이 일어날 수 있으며, 그에 따라서 제조된 인터레이스 복합사 또한 강도 및 신장률이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 부분연신사 조성물은 상기 PET 주제수지 및 PMMA 첨가제 외에도 섬유의 용도에 따른 물성을 가질 수 있도록 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 종류는 통상의 기술자가 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 알려진 것이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 그 종류와 함량 및 그러한 첨가제를 포함함에 따라 얻어지는 효과는 통상의 기술자가 용이하게 파악할 수 있을 것이다.
상기 제1 부분연신사 조성물을 방사하여 제1 부분연신사를 제조한다. 방사는 용융방사가 적당하며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 통상의 기술자는 필요한 섬유의 물성에 따라서 가장 적절한 방사 구금을 선택하여 적절한 방식으로 부분연신사를 제조할 수 있을 것이다.
용융방사 방식을 선택하는 경우, 방사 온도는 250 내지 350℃의 온도가 바람직하다. 또한, 275 내지 325℃의 범위의 온도에서 방사하는 것이 좀 더 바람직하다. 만일 방사 온도가 250℃ 미만인 경우에는 PET 주제수지가 제대로 용융되지 않아 방사가 불량해지는 문제점이 있을 수 있고, 방사 온도가 350℃를 초과하는 경우, PET 주제수지가 열분해되거나, 탄화되어 섬유의 물성이 불량해지고 제품으로서의 가치가 떨어지게 되는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 목적하는 물성을 가지면서 제조 과정의 불량이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 상기 범위 내의 온도에서 용융방사하는 것이 바람직하다.
방사 속도는 3,000 내지 6,000 mpm(meter per minutes)로 하는 것이 바람직하다. 섬유를 일정한 섬도로 제조하기 위하여 방속에 따라 토출량에 변화를 주어야 하는데, 만일 방사 속도가 3,000 mpm 미만이거나 6,000 mpm을 초과하는 경우, 방사 드래프트(draft) 값과 제1 부분연신사의 섬도를 일정하게 유지할 수 없어, 섬유 형성이 제대로 되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는 방사 속도를 4,000 내지 5,500 mpm으로 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 방사 속도는 4,500 내지 5,000 mpm으로 할 수 있다.
본 발명에서 "드래프트" 또는 "방사 드래프트"란, 합성 섬유를 제조하기 위하여 폴리머(또는 수지, 고분자, 중합체 등을 포함하는 조성물)를 용융 방사하는 경우, 용융된 폴리머가 방사 구금 홀을 빠져나와 권취되기까지의 원사의 신장률을 의미한다. 즉, 구금 홀에서의 용융된 폴리머의 방사 속도/토출 속도로 표시될 수 있는 값을 의미한다. 방사 draft를 110 내지 160으로 조절한다. 110~160보다 낮거나 높으면 섬유 형성이 어려워 방사가 어려울 수 있다.
그러나, PMMA 첨가제의 함량에 따라서 섬유의 신축성이 향상되는 대신에 방사 시 필라멘트가 손상될 가능성도 증가하는 바, 상기 PMMA 첨가제의 함량과 제1 부분연신사 조성물의 방사 속도 간에 일정한 관계를 유지할 필요가 있다.
본 발명의 인터레이스 복합사 제조방법은 상기 인터레이스 복합사에 합사 및 교락되어 있는 제1 부분연신사 제조 시 하기 관계식 1을 만족시키면서 방사함으로써 인터레이스 복합사의 신장률, 신축성 및 상기 인터레이스 복합사를 이용하여 제직한 원단의 드레이프성, 벌키감과 터치감을 향상시키는 효과를 구현할 수 있고, 동시에 섬유의 방사성, 제사성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112019099128485-pat00004
상기 관계식 1에서, 상기 C는 상기 제1 부분연신사 조성물 내 상기 PMMA 첨가제의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것이며, 상기 R은 상기 (1) 단계에서 상기 제1 부분연신사의 방사 속도를 mpm(meters per minute) 단위로 나타낸 것이다.
만일, 상기 C/R이 0.01% 미만인 경우 인터레이스 복합사의 신장률이 불량한 문제점이 있을 수 있고, 원단으로 제직하였을 때 벌키감, 탄성 및 드레이프성이 좋지 않을 수 있다.
반대로 C/R이 0.07%을 초과하는 경우 제1 부분연신사의 제사성이 불량해져서 인터레이스 복합사를 제대로 형성할 수 없는 문제점이 있다.
상술한 조성 및 방사 조건에 따라서 방사된 제1 부분연신사 조성물은 방사됨과 동시에 연신될 수 있다. 이와 같이 방사와 연신 과정을 동시에 진행하는 원스텝(one-step) 방식으로 제1 부분연신사를 형성함으로써 인터레이스 복합사 제조 설비를 간소화할 수 있고, 따라서 이에 투입되는 에너지 및 노동력을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 인터레이스 복합사 제조방법에 따르면, 상술한 방사 및 연신 과정 이후에는 상기 제1 부분연신사에 대하여 별도의 후처리가 필요없을 수 있다. 즉, 상기 제1 부분연신사의 제조 과정은 상술한 방사 및 연신 단계의 원스텝 공정으로 마칠 수 있다. 따라서 생산성을 향상시킬 수 있고, 전술한 바와 같이 제조 설비 간소화 및 에너지와 노동력 등을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1a은 본 발명에 따른 인터레이스 복합사를 제조하기 위한 인터레이싱 장치의 정면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 부분적으로 연신된 제1 부분연신사(10)와 완전연신사(20)가 롤러 3(210) 및 롤러 4(220)를 포함하는 인터레이싱 장치(200) 내에서 공기교락되어 인터레이스 복합사(30)를 형성하는 과정이 나타나 있다.
상기와 같은 조성 및 방사 조건에 따라 제1 부분연신사 조성물을 방사하는 경우 상기 제1 부분연신사에는 다공성 구조가 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인터레이스 복합사의 단면을 촬영한 SEM 이미지이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인터레이스 복합사는 내부에 다수의 기공을 함유하는 다공성 구조를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
이러한 다공성 구조를 가짐으로써 인터레이스 복합사의 신축성, 신장률이 향상되고 이러한 섬유를 이용하여 제직한 원단의 벌키감, 드레이프성 및 터치감 또한 우수해질 수 있다.
다음으로, 상기 (2) 단계에서는 1) 상기 제1 부분연신사와 2) 제2 부분연신사 및 완전연신사(Fully Oriented Yarn, FOY) 중에서 선택된 적어도 하나를 합사 및 교락시키는 것일 수 있다.
본 발명에서 "교락"이란 섬유끼리 얽힘으로써 결속되어 있는 것을 의미한다.
상술한 제1 부분연신사를 인터레이싱 장치(200) 내에서 제2 부분연신사 및 완전연신사 중에서 선택된 적어도 하나(20)와 합사 및 교락함으로써 인터레이스 복합사를 제조할 수 있으며, 이러한 합사 및 교락 과정을 거침으로써 섬유의 강도, 벌키성 및 터치성을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 제1 부분연신사를 제2 부분연신사와 합사 및 교락시키는 경우, 상기 제2 부분연신사는 본 상기 제1 부분연신사와는 다른 조성을 갖는 것이다. 상기 완전연신사는 상기 제1 부분연신사와 동일 또는 상이한 조성을 가질 수 있다.
상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 등의 섬유를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 제1 부분연신사와 동일하게 폴리에스테르 섬유를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사 또한 다공성 구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사 또한 다공성 구조를 갖는 경우, 제조된 인터레이스 복합사의 신장률이 더욱 우수할 수 있다. 또한, 상기 인터레이스 복합사를 이용하여 제직한 원단의 벌키감, 터치감 및 드레이프성이 더 좋을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 1) 상기 제1 부분연신사와 2) 상기 제2 부분연신사 및 상기 완전연신사 중에서 선택된 적어도 하나를 4:6 내지 5:5의 중량비로 합사 및 교락할 수 있다.
만일 5:5 보다 큰 중량비로 상기 제1 부분연신사를 포함하는 경우, 비수수축율이 증가하여 열처리 후에도 수축에 대한 문제가 있을 수 있으며, 4:6보다 작은 중량비로 상기 제1 부분연신사를 포함하는 경우, 잠재권축성이 문제가 있을 수 있다.
이하, 상술한 인터레이스 복합사 제조방법에 의하여 제조한 인터레이스 복합사에 대하여 설명하기로 한다. 상술한 인터레이스 복합사 제조방법과 내용이 중복되는 부분은 제외하고 설명하기로 한다.
본 발명은 PET 주제수지 및 PMMA 첨가제를 포함하는 다공성의 제1 부분연신사를 포함하여 교락되어 있으며, 신장률이 140% 이상인 인터레이스 복합사를 제공하며, 이로써 우수한 강도, 신장률 및 원단으로 제직하였을 때 우수한 벌키감, 드레이프성 및 터치감을 제공하며 신축성과 탄력 있는 원단을 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 내에 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3 중량부의 함량으로 포함되어 있을 수 있다.
만일 상기 PMMA 첨가제의 함량이 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만인 경우, 인터레이스 복합사의 신장률, 신축성의 효과가 없으며, 3 중량부를 초과하는 경우 섬유의 강도가 떨어지고 방사 시 필라멘트가 손상되는 등 제사성이 나빠질 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[준비예] PET 부분연신사의 제조
준비예 1
PET 수지 칩(TORAY社 제A2210)를 반응 용기에 투입하고 290℃로 가열하여 용융 폴리머를 제조하였다. 여기에 PMMA 첨가제(L社제 IH830, Tg: 116℃, 중량평균분자량 115,000g/mol)를 0.5 중량%의 함량으로 첨가하여(PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.503 중량부) 제1 부분연신사 조성물을 제조하였다.
상기 제1 부분연신사 조성물을 제1 부분연신사 형성용 방사구금을 통하여 290℃의 온도에서 약 4,000 ~ 5,000mpm의 방사 속도로 방사하였다. 방사하면서 동시에 4,000 ~ 5,000mpm의 속도로 회전하는 롤러로 권취하여 연신하여 부분적으로 연신된 제1 부분연신사를 제조하였다.
방사된 섬유는 연신 과정을 통하여 부분연신사로 제조한다.
연신 과정은 1번롤과 2번롤의 온도차에 따른 연신으로 연신 비율은 1~5배 연신을 한다. 1번 롤의 온도는 70~100℃의 사이에서 온도를 주며, 2번롤은 100~140℃의 사이에서 온도를 주어 열처리를 한다.
준비예 2
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 1 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 1.01 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 3
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 1.5 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 1.52 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 4
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 2 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 2.04 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 5
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 2.5 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 2.56 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 6
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 3 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 3.10 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 7
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 4 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 4.15 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
준비예 8
준비예 1과 동일하게 제조하되, 상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 5 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 5.20 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
비교준비예 1
준비예 1과 동일하게 제조하되, PET 주제수지에 PMMA 첨가제를 전혀 첨가하지 않은 제1 부분연신사 조성물을 방사 및 연신하여 제1 부분연신사를 제조하였다.
비교준비예 2
준비예 1과 동일하게 실시하되, 방사 속도를 5,000mpm으로 하여 제1 부분연신사 조성물을 방사 및 연신하여 제1 부분연신사를 제조한 점을 다르게 하였다.
[실시예] 인터레이스 복합사의 제조
실시예 1
상기 PMMA 첨가제의 함량을 제1 부분연신사 조성물 내 3 중량%(상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 3.10 중량부)의 함량으로 첨가한 점만을 다르게 하여 제1 부분연신사를 제조하여 완전연신사(20)를 제조하였다.
준비예 1에서 제조된 제1 부분연신사(10)를 제1 공급롤러를 통하여 인터레이스 장치(200) 내에서 상기 완전연신사(20)와 공기교락하여 인터레이스 복합사(30)를 제조하였다. 이 때, 상기 제1 부분연신사(10)와 완전연신사(20)는 5:5의 중량비로 합사 및 교락하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 준비예 2에서 제조된 것을 사용한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 준비예 3에서 제조한 것을 사용한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 준비예 4에서 제조한 것을 사용한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 준비예 5에서 제조한 것을 사용한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
실시예 6
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 준비예 6에서 제조한 것을 사용한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 비교준비예 1에서 제조한 것을 사용하여 완전연신사(20)과 합사 및 교락한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제1 부분연신사(10)를 비교준비예 2에서 제조한 것을 사용하여 완전연신사(20)과 합사 및 교락한 점을 다르게 하여 인터레이스 복합사를 제조하였다.
[실험예]
실험예 1: 준비예 및 비교준비예의 PET 부분연신사의 물성 측정
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 인터레이스 복합사의 섬도, 인장 강도, 신장률(섬유를 잡아당겨서 끊어질 때까지 늘어난 정도) 및 제사성(製絲性)을 측정 및 평가하여 하기 표 1에 기재하였다.
여기서, 신장률(%)은 하기 관계식 2에 따라서 계산된 것이다.
[관계식 2]
Figure 112019099128485-pat00005
상기 관계식 2에서, Li는 섬유를 잡아당기기 전의 길이를 의미하고, Lf는 섬유가 인장력에 의하여 끊어지는 순간의 길이를 나타낸다.
또한, 상기 제사성은 하기와 같은 조건으로 측정하였다. PMMA를 첨가한 조건으로 방사하며 4,000~6,000mpm으로 방사할 때 섬유의 파단이 없고 권취가 잘되면 ◎, 섬유의 파단이 없고 권취가 1시간에 1번 끊어지면 ○, 섬유의 파단이 없고 권취가 1시간에 2번 끊어지면 β로, 섬유의 파단이 없고 권취가 1시간에 3번 끊어지면 Х로 각각 나타내었다.
구분 PMMA 함량
(wt%)		 상대적 함량
(중량부)		 방사속도
(mpm)		 섬도
(데니어)		 인장강도
(g/데니어)		 신장률
(%)		 제사성
실시예 1 0.5 0.503 4,000 101.1 2 141.2 ◎
실시예 2 1 1.01 4,000 100.6 2.1 208.6 ◎
실시예 3 1.5 1.52 4,000 101.3 1.9 235.1 ◎
실시예 4 2 2.04 4,000 102.2 1.7 242.6 ◎
실시예 5 2.5 2.56 4,500 102.7 1.8 250.9 ◎
실시예 6 3 3.10 5,000 101.6 1.9 263.3 ◎
실시예 7 4 4.12 5,000 101.6 1.9 283.5 ○
실시예 8 5 5.2 5,000 101.6 1.95 293.9 Х
비교예 1 - - 4,000 100.2 3.3 109.3 ◎
비교예 2 0.5 2.56 6,000 100.4 2.3 155.1 △
"-"는 그 데이터가 없는 것을 의미한다.
상기 표 1을 참조하면, PMMA 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1의 인터레이스 복합사는 신장률이 실시예 1 내지 8의 인터레이스 복합사에 비하면 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1 내지 8 중에서도 PMMA의 함량이 높아질수록 섬유의 신장률이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, PMMA의 함량이 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 5 중량부를 초과하는 경우에는 방사가 잘 되지 않는 등 제사성이 불량해지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 실시예 7, 8에서 점차 PMMA 첨가제의 함량이 증가할수록 제사성이 나빠지는 것에서도 확인할 수 있는 바이다.
비교예 2는 PMMA 함량에 비하여 방사속도가 지나치게 높아 하기 관계식 1에 따른 조건을 만족하지 못하는 방사 조건으로 방사하여 제1 부분연신사를 제조한 것으로, PMMA 첨가제의 함량은 적절한 범위에 포함되어 있으나, 방사속도가 지나치게 높아 제사성이 불량한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 실시예 및 비교예의 인터레이스 복합사의 물성 측정
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조한 엔터레이스 복합사의 비수, RES 길이 변화, LEE 길이 변화 등 물성을 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 2에 기재하였다.
인터레이스 복합사 물성
구분 비수
(%)		 RES'
처음길이		 RES'
나중길이		 RES'
값		 LEE'
처음길이		 LEE'
나중길이		 LEE'
값
실시예 1 6.78 50.5 48.3 4.36 51.1 49.1 3.91
실시예 2 7.73 50.9 48.8 4.13 51.3 49.2 4.09
실시예 3 7.53 50.5 48 4.95 51.3 49 4.48
실시예 4 7.83 50.3 47 6.56 51 48.9 4.12
실시예 5 7.45 50.6 47.8 5.53 51.2 49 4.30
실시예 6 6.87 51.1 47.8 6.46 51 49.1 3.73
실시예 7 7.98 50.5 41 18.81 51.2 49 4.30
실시예 8 8.03 51 44.9 11.96 51 48.7 4.51
비교예 1 6.78 50.5 40.2 20.40 51.1 47.9 6.26
비교예 2 8.2 50.1 40.1 19.96 51.2 49 4.30
표 2를 참고하면, PMMA 함량이 5%에서 가장 좋은 것을 확인할 수 있었다.
10: 제1 부분연신사
20: 완전연신사 또는 제2 부분연신사
30: 인터레이스 복합사
110: 제1 공급롤러
120: 제2 공급롤러
200: 인터레이싱 장치
210: 롤러 3
220: 롤러 4

Claims (10)

  1. (1) PET(Polyethylene terephthalate) 주제수지 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 첨가제를 포함하는 제1 부분연신사(Partly Oriented Yarn, POY) 조성물을 방사하여 다공성의 제1 부분연신사를 형성하는 단계;
    (2) 상기 제1 부분연신사를 상기 제1 부분연신사와 상이한 조성을 갖는 다공성의 제2 부분연신사와 합사 및 교락시켜 인터레이스 복합사를 제조하는 단계;를 포함하되,
    상기 (1) 단계는 하기 관계식 1의 조건을 만족하여 방사되는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법:
    [관계식 1]
    Figure 112020107129264-pat00006

    상기 관계식 1에서, 상기 C는 상기 제1 부분연신사 조성물 내 상기 PMMA 첨가제의 함량을 중량% 단위로 나타낸 것이며, 상기 R은 상기 (1) 단계에서 상기 제1 부분연신사의 방사 속도를 mpm(meters per minute) 단위로 나타낸 것이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (1) 단계에서 방사속도는 3,000 내지 6,000 mpm인 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 조성물 내에 상기 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    1) 상기 제1 부분연신사와 2) 상기 제2 부분연신사를 4:6 내지 5:5의 중량비로 합사 및 교락하는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사 제조방법.
  7. 1) PET 주제수지 및 PMMA 첨가제를 포함하는 다공성의 제1 부분연신사가
    2) 다공성의 제2 부분연신사와 합사 및 교락되어 있으되,
    상기 제2 부분연신사는 상기 제1 부분연신사와 상이한 조성을 가지며,
    신장률이 140% 이상인 인터레이스 복합사.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PMMA 첨가제는 상기 제1 부분연신사 내에 PET 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부의 함량으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 1) 제1 부분연신사와 2) 제2 부분연신사는 4:6 내지 5:5의 중량비로 합사 및 교락되어 있는 것을 특징으로 하는 인터레이스 복합사.
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