KR930007817B1 - 도성분이 불소중합체인 해도형 복합섬유의 제조방법 및 방사 구금의 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

도성분이 불소중합체인 해도형 복합섬유의 제조방법 및 방사 구금의 장치

제1도는 본 발명의 해도형 복합섬유용 방사구금 종단면도.

제2도는 제1도의 X-X선 단면예시도.

제3도는 본 발명 해도형 복합섬유의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 분배판 2 : 저장실

3 : 분배공(도성분 공급유로) 4 : 구금판

5 : 합류공 6 : 슬리트

7 : 분배공(해성분 공급유로) D₁: 분배공 3의 최외각부 직경

D₂: 합류공 5의 직경 D₃: 분배공 3의 간격

D₄: 저장실 2하단부의 직경 A : 도성분 중합체

B : 해성분 중합체

본 발명은 섬유단면에 2종류 이상의 중합체 용융물이 방사과정에서 도상(島狀)과 해상(海狀)의 형태로 균일하게 배열되고 이 도상과 해상의 복합물의 연속하여 섬유축 방향으로 형성되는데 도성분은 불소수지로서 에틸렌과 테트라플로로에틸렌의 공중합비가 1 : 1인 에틸렌-테트라플로로 에틸렌 공중합체(이하 ETFE라 약칭함)를 이용하고, 해성분은 폴리에스테르와 그 공중합체, 폴리아미드와 그 공중합체, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌을 포함하는 폴리올레핀, 폴리스티렌 등의 특정 용매에 대해 용해성을 갖는 열가소성 수지를 사용하는 해도형 복합섬유의 제조방법 및 방사 구금장치에 관한 것이다.

본 발명 방법으로 얻어진 해도형 복합섬유는 후가공 과정에서 해성분을 적절한 용매로 용출함으로써 도성분이 0.1∼0.001데니어(denier)의 미세한 섬도를 갖는 초극세섬유가 되어 인공피혁으로 제조할 경우에 외관특성으로서 라이팅 효과를 나타낼 뿐아니라 의류용으로 이용할 경우에 천연 스웨드와 비슷하거나 그 이상의 섬유물성을 갖게되며, 또한 불소수지의 특성인 내오염성을 초극세섬유가 갖게되어 방오성 스웨드로서 이용할 수 있다.

미세한 섬도를 갖는 초극세섬유를 이용하여 인공피혁을 제조할 수 있는 해도형 복합섬유에 대한 관심이 고조되면서 여러 가지 제조방법이 제안되어 왔다. 그러나, 종래의 해도형 복합섬유 제조방법 및 방사구금장치를 이용하는 경우에는 해성분의 용출, 방사구금 장치의 설계 및 취급에 있어서 많은 문제점이 발생되어 실제 공업적으로 이용하는데에는 많은 어려움이 있었다.

기존의 제조방법중에서 가수분해 속도가 범용 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 PET라 약칭함)보다 10∼100QO 정도 빠른 개질 PET를 해성분으로 사용하고, 범용 PET를 도성분으로 사용한 폴리에스테르계 해도형 복합섬유를 제조하는 방법에서는 개질 PET와 범용 PET와의 분자간 인력이 작용하여 두 중합체가 결합하려는 특성으로 인해 상용성이 향상되기 때문에 개질 PET를 알칼리용액으로 용출하는 용출가공 공정에서 도성분인 범용 PET가 알칼리용액에 의한 침해를 받게되어 요구하는 물성을 갖는 초극세섬도의 섬유를 얻기에는 문제점이 있었다.

그리고, 한국특허 공보 87-1837에서 폴리아미드와 폴리에스테르를 이용한 복합섬유의 제조방법이 소개되고 있으나 중합체의 용접에 차이가 있어 방사시 열분해되는 단점이 발생된다.

또한 종래의 방사구금 장치는 일본 특허 공보 소48-28361호에서 사용한 구금장치로서 해도성분의 분배과정에서 분배핀이 합류공에 깊숙히 삽입되기 때문에 섬유 축방향으로 해성분과 도성분이 균일하게 형성되는 장점을 가지고 있으나, 방사구금 장치의 조립 및 분배과정에서 분배핀의 손상이 발생되며, 분배핀의 크기에 따른 한계로 인하여 동일한 면적에 많은 수의 도성분을 배치하기에는 한계가 있어 극세화의 저해 요소가 되어 왔다.

본 발명은 제조된 해도형 복합섬유가 후가공공정중 용출가공에서 복합섬유의 도성분이 알칼리용액에 의한 영향을 받지 않을 뿐아니라 도성분의 수를 극단적으로 증가시킬 수 있는 불소수지인 ETFE를 도성분으로한 해동형 복합섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

또한 이에 필요한 방사구금 장치를 이용함으로써 분배판의 분해조립을 보다 용이하게 실시할 수 있으며, 동일한 면적에 도성분을 분배할 수 있는 분배공의 수를 보다 증가시켜 기존의 복합섬유 제조방법 및 구금장치에서 갖고 있는 문제점을 해결하는데 목적이 있다.

일반적으로 구금 장치내에 도성분과 해성분의 2성분 용융복합상을 갖는 필라멘트를 제조하기 위하여 분산과 집속과정을 반복하여 실시하는데, 이때 섬유단면에서 도성분의 균일한 형성은 2성분의 중합체 사이에서 발생하는 물리적, 화학적 특성에 큰 영향을 받는다.

이들 특성으로는 두 중합체가 비상용성(Incompatibility) 이어야 하며, 접착성을 갖지 않아야 하며, 계면 장력은 커야하고, 각각의 용융점도의 차가 일정하여야 한다. 그리고 도성분과 해성분의 성분비로는 해성분을 40% 중량% 이하로 조절하여야 섬유상으로 우수한 해도형 복합섬유를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 결함을 해소하기 위하여 알카리 용액으로 해성분을 용출할 때 도성분이 알카리 용액에 의해 침해를 받지 않고, 분배핀을 사용하지 않으면서 도성분의 수를 극단적으로 증가시키는 해도형 복합섬유의 제조방법 및 방사구금장치를 제공하는데 그 목적이 있으며, 또한 방사와 연신작업성이 우수하고 우수한 품질을 갖는 초극세사를 효과적으로 얻을 수 있는 방법이다. 이에 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.

제1도는 본 발명의 방사구금 장치의 전체를 도시한 종단면도이고, 제2도의 X-X선 단면 예시도이며, 제3도는 본 방사구금 장치로 얻어진 해도형 복합섬유의 단면도이다. 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 분배판(1)은 중앙부에 도성분 중합체(A)가 유입되는 저장실(2)를 형성하고, 다수의 분배공(3)을 저장실 하부와 일정한 간격으로 연통하고 있으며 각각의 분배공(3)은 D₃의 수직 수평상의 간격을 두고 배열되어 있다.

또한 D₃의 간격을 두고 수직 수평상으로 배열된 분배공(3)의 사이사이에는 상부분배판(1)의 또다른 중합체(해성분 중합체 B)가 유입되는 분배공(7)의 아래부분과 연통하는 좁은 슬리트(6)가 제2도에서 도시한 바와 같이 바둑판 형태로 설치되어 있다.

따라서 중합체 A는 분배판(1)의 상부에 있는 원통형의 도성분 중합체 저장실(2)에 유입된 다음 수직 수평상으로 일정한 간격을 두고 배열된 많은 수의 분배공(3)을 통하여 분배되고 방사구금(4)의 합류공(5)에서 합류된다. 또 다른 중합체(해성분 중합체)는 분배공(7)을 통하여 저속으로 유입된 다음, 바둑판 형태로 배열된 좁은 슬리트(6)에 의해 속도가 높아진 상태로 유입하게 된다. 분배공(3)과 슬리트(6)에서 해도형으로 형성되어 고속으로 유입되는 중합체 A, B는 분배공(3)의 최외각부 직경(D₁)보다 작은 직경(D₂)을 가지는 합류공(5)에서 합류하여 복합되기 때문에 각 중합체 A, B의 성분은 서로 혼합되거나 상변화가 발생되지 않는다.

이 경우 합류공(5)의 직경(D₂)이 분배공(3)의 최외각부 직경(D₁)과 같아야 하며 저장실(2) 하단부의 직경(D₄)보다는 작아야 해도형의 단면형성이 양호하며 비율조정이 용이하다. 예로서 중합체(B)의 유속이 느리게 되고 이에 따른 결과로 분배공(3)을 통과하는 도성분 중합체(A)가 서로 부착하게 되어 합류공(5)의 직경(D₂)은 저장실(2) 하단부의 직경(D₄)보다 작아야 한다. 따라서, 0.2≤D₂/D₄≤0.8의 범위가 가장 바람직하다.

또한 분배판(1)에서 도성분 중합체가 분배되는 분배공(3)의 직경과 슬리트 간격 D₅의 비가 0.05＜/D₅＜0.45일때 도성분의 섬도가 0.1∼0.001데니어를 갖는 양호한 해도형 복합섬유를 얻을 수 있다. 여기서는 분배공 3의 직경이다. 만일/D₅가 0.05이하이면 방사팩 내부의 압력이 300Kg이상이 되므로 방사가 불가능하게 된다. 그리고/D₅가 0.45이상일때는 도성분 중합체(A)가 해성분 중합체(B)에 의해 방해를 받게 되어 해도단면이 불균일하게 된다.

해성분 중합체로서 나일론 6, 나일론 66 등의 폴리아미드 및 그 공중합체, 폴리스틸렌 및 그 공중합체, PET 등의 폴리에스테르 및 그 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀이 사용될 수 있다.

이러한 해성분에 대한 도성분 중합체는 불소수지로서 에틸렌과 테트라플로로에틸렌의 공중합비가 1 : 1인 에틸렌-테트라플로로 에틸렌 공중합체(이하 ETFE라 약칭함)를 이용하였다. 이 중합체는 융점이 PET와 근사한 260∼280℃이고, ASTM D 1238/65T에 준해 직경 2.1mm, 길이 8mm인 다이(die)를 사용하여 300℃에서 11kg의 하중으로 측정하여 용융지수(MI)가 37g/10분이면, 비중이 1.73∼1.75이고 마찰계수는 스테인레스 스틸에 대해 0.20의 수치를 보인다. 또한 이 중합체는 내약품성이 뛰어나 70%의 질산과 같은 강한 산화물질과 n-부틸아민과 같은 강한 환원물질에서만 반응을 보일 정도로 안정하다.

또한 이상에서 언급한 방사구금의 구조와 도성분과 해성분 중합체의 MI값의 차이를 고려하여야 한다. 즉 MI값의 비는 1.5＜A/B＜5.0의 범위로하여 분배공(3)을 통과하는 도성분의 중합체(A) 사이사이에서 해성분 중합체의 공극을 균일하게 함으로서 해도단면 형성이 양호하게 된다. 또한 도성분과 해성분의 복합비율을 B/A라 할 때 해성분(B)를 10∼40%, 도성분(A)을 60∼90%로 조절하여야 방사성이 양호해 진다. 여기서 A/B비율이 1.5이하일때는 분배공(3)을 통과하는 도성분 중합체(A)가 슬리트(6)를 통과한 해성분 중합체(B)에 의하여 방해를 받기 때문에 합류공 5에서 도성분이 서로 접합하는 단점이 발생하게 된다.

본 발명에 의해 얻어지는 해도형 복합섬유를 통상의 용출방법으로 처리하면 내오염성이 우수한 ETFE 극세섬유를 얻을 수 있다.

이 섬유를 필라멘트로 사용할 경우에는 직·편물용으로, 스테이플로 사용할 경우에는 후가공공정을 거쳐 인조피혁제조용으로 사용할 수 있으며, 이 제품은 수분에 대한 발수성이 우수하고 탄화수소를 주성분으로 하는 기름에 대한 발유성도 있어 제품의 오염방지에 효과를 나타낸다.

또한 본 발명의 구금장치를 사용하면 보다 효과적으로 해도형복합섬유를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.

다음은 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 구체적인 설명이다. (해도형 복합섬유의 제조방법)

도성분 중합체(A)와 해성분 중합체(B)를 사용하여 제1도에서 도시한 바와 같은 방사구금장치를 사용하되 합류공(5)의 직경(D₂)과 저장실(2) 하단부의 직경비율(D₂/D₄)과 분배공(3)의 직경()과 슬리트 간격(D₅)의 비율(/D₅)을 조건에 따라 설정하여 실시하였다.

본 방사구금상자에 도성분과 해성분의 복합비(B/A)를 70/30이 되도록 공급하고 토출시켰으며 권취속도를 1,500미터/분으로 미연신사를 얻었다. 이때 도성분의 수를 254개로 하였다.

통상의 폴리에스테르용 연신기계인 슬리트 히터형 연신기에서 연신비율응 3.09로하여 섬도 75d/36f, 강도 4.35g/d, 신도 27%인 연신사를 얻은 다음 양말편기를 사용하여 환편한 후, 정해진 화학약품으로 용출처리 하였다. 이러한 방법으로 해성분을 용출한 다음 도성분의 최대섬도가 이루어 지게 하였다.

[실시예 1]

도성분 중합체(A)로서 MI값이 300℃에서 37g/10분인 ETFE를 사용하고 해성분 중합체(B)로서 MI값이 265℃에서 하중이 5Kg일 때 94g/10분인 알카리 가수분해속도가 도성분에 비해 빠른 고유점도가 0.62dl/g인 개질 폴리에스테르 중합체를 사용하였다.

얻어지는 연신사를 환편하여 100℃의 가성소다(NaOH)의 농도를 2%로 조절한 알카리수용액 중에서 30분간 용출처리하였으며 이 방법에 의해 해성분을 용출한 다음 도성분의 최대섬도를 0.008 데이어가 되게 하였다.

[실시예 2]

해성분으로 융점이 240℃인 폴리스티렌을 사용하고 D₂/D₄을 0.5로 하였으며, 얻어진 복합사를 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene) 용매를 사용하여 상온에서 30분간 용출처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양호한 방사성, 연신성과 용출성을 나타내었다. 이에 대한 결과는 표 1과 같다.

[비교실시예 1]

D₂/D₄비율을 1.2로 하였으며 그외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였으나 방사성과 연신성은 양호하였으나 단면형성 상태는 불량하였다.

[비교실시예 2]

/D₅비율을 10으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이 조건에서 방사성, 연신성은 양호하였으나 단면형성상태는 불량하였다. 이에 대한 결과는 표 1과 같다.

[비교실시예 3]

도성분으로 MI값이 300℃에서 30g/10분인 ETFT가 50% 함유된 개질된 폴리에스테르를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이 조건에서 방사성, 연신성 및 단면형성 상태는 불량하였다. 이에 대한 결과는 표 1과 같다.

[표 1]

여기서 PES : 폴리에스테르

TCE : 트리클로로에틸렌

*1 : 265℃, 5Kg의 하중에서 MI값 측정

*2 : 300℃, 11Kg의 하중에서 MI값 측정

*3 : 265℃, 5Kg의 하중에서 MI값 측정

Claims (5)

1. 하기식(1)과 (2)를 만족하며 분배핀을 사용하지 않음을 특징으로 하는 해도형 복합섬유용 방사 구금 장치.

   0.2≤D₂/D₄≤0.8...........................................(1)

   0.05≤/D₅＜0.45 .......................................(2)

   단 D₂: 합류공 5의 직경

   D₄: 저장실 2하단부의 직경

   : 분배공 3의 직경

   D₅: 슬리트 간격
2. 불소수지를 도성분으로, 폴리아미드 및 그 공중합체, 폴리스티렌 및 그 공중합체, 폴리에스테르 및 그 공중합체와 폴리올레핀을 해성분으로 하고 상기 제1항의방사 구금 장치를 사용함을 특징으로 하는 2성분 해도형 복합섬유의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 도성분과 해성분의 용융지수(MI)비는 1.5∼5.0으로 조절함을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 도성분은 에틸렌 테트라 플로로 에틸렌 공중합체임을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 해성분과 도성분의 복합비율은 해성분을 10∼40중량%, 도성분을 60∼90%중량%가 되도록 함을 특징으로 하는 방법.