KR102230781B1 - 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극세사를 구성하는 합성수지와 용출되는 수용성 폴리에스테르 수지가 해도사로 형성되되, 상기 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나 또는 2 이상이며, 상기 수용성 폴리에스테르 수지는 테레프탈산, 이소프탈산, 및 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트를 포함하는 산류 및, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 디올류의 중합체로 구성된 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사에 관한 것이다.

Description

친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사{Eco-friendly Water Soluble Polyester-based Sea Island Yarn}

본 발명은 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사에 관한 것으로, 보다 자세하게는 서로 다른 2종류의 폴리머를 복합방사하여 해도사 단면을 갖는 단섬유를 제조하고 용출방법에 의해 섬유를 분할할 수 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사에 관한 것이다.

일반적으로 수용성 폴리에스테르는 섬유, 접착제, 생분해 소재 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히 섬유 분야에 있어서는 극세사를 제조하는 원료로 사용되는 경우도 있다.

이러한 수용성 폴리에스테르는 제조하는 방법으로는 5-소듐설포이소프탈산 및 그 유도체을 사용하여 폴리에스테르 분자쇄 중에 소듐설포네이트 염을 갖게 하여 수용화시키거나 디카르복실산을 글리콜성분과 반응시킨 후 트리멜리틱안하이드라이드 등과 다시 반응시켜 말단 및 분자쇄 중에 카르복실기를 도입시킨 후 암모니아 및 아민류 등의 알칼리 성분으로 염을 형성시켜 수용화시키는 방법이 알려져 있다.

구체적으로 대한민국 공개특허 제1994-14494호에서는 "디카르복실산에 글리콜 성분을 반응시켜서 되는 수용성 폴리에스테르 수지조성물에 있어서, 상기 디카르복실산에 글리콜성분을 반응시켜 제조된 에스테르 올리고머에 디카르복실산 1몰에 대하여 부틸테트라카르복실산 단독 또는 트리멜리틱안하이드라이드와의 혼합물을 3~10몰비 투입하여 제조된 것으로 점도가 0.15~0.8dl/g이고, 산가가 40~100㎎/g인 것을 특징으로 하는 수용성 폴리에스테르 수지조성물"을 제안하고 있다.

또 국제공개특허 WO2002/57334에서는 "a) 1,4-사이클로헥산디메타놀(CHDM) 및 디카복실산을 포함하는 수성 또는 메타놀성 슬러리를 제조하되, 상기 슬러리를 CHDM의 융점 미만의 온도로 유지하는 단계, b) 슬러리를 반응기에 공급하는 단계, c) 에스테르화를 수행하기에 충분한 온도 및 압력에서, 선택적으로는 적합한 촉매의 존재하에 슬러리를 에스테르화하는 단계, d) 예비중합체를 형성하는 단계, 및 e) 중축합을 수행하기에 충분한 온도 및 압력에서 적합한 촉매의 존재하에 예비중합체를 중축합하여 폴리에스테르를 형성하는 단계를 포함하는 폴리에스테르의 제조 방법"을 제안하면서 CHDM을 포함하는 수용성 폴리에스테르의 제조방법을 제안하고 있다.

상기 개시된 기술은 CHDM을 추가하는 것은 Tg를 높이기 위함인데, 실질적으로 Tg에 큰 영향을 미치지도 않으며, 감량가공을 하는 경우 감량률이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 기존에 사용되는 용출형 수지의 경우 NaOH를 용제로 사용하기 때문에 용출, 수세, 열탕수세, 산수세 등의 공정을 거치며, 그에 따른 공정시간 증가와 폐수처리에 따른 환경적인 문제가 발생하고 있다.

따라서 물만으로도 용출 가능한 폴리에스테르계 수지를 개발하여 기존의 NaOH를 사용하는 용출형 수지 대비 공정시간 감소 및 환경적 문제를 개선할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 CHDM 또는 아민기 등 종래 수용성을 발현하기 위해 포함되는 성분을 제거하고도 수용성을 발현할 수 있는 수용성 폴리에스테르를 이용한 폴리에스테르계 해도사을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 극세사를 구성하는 합성수지와 용출되는 수용성 폴리에스테르 수지가 해도사로 형성되되, 상기 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나 또는 2 이상이며, 상기 수용성 폴리에스테르 수지는 테레프탈산, 이소프탈산, 및 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트를 포함하는 산류 및, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 디올류의 중합체로 구성된 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 해도사는 합성수지 20~50중량%, 수용성 폴리에스테르 수지 80~50중량%로 구성된 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 산류의 조성에 있어서 테레프탈산 10~80몰%, 이소프탈산 10~80몰%, 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트 1~20몰%인 혼합물로 구성된 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 디올류는 에틸렌글리콜 20~70몰%, 디에틸렌글리콜 1~70몰%, 네오펜틸글리콜 1~70몰% 및 폴리에틸렌글리콜 1~20몰%인 혼합물로 구성된 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 중합시 반응촉매, 소포제, 산화방지제, 열안정제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함되는 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제공한다.

본 발명인 폴리에스테르계 해도사는 수지의 수용성을 발현하기 위해 CHDM이나 아민기 등 별도의 조성성분 없이 수용성을 발현하는 수용성 폴리에스테를 이용하여 감량가공이 용이하고 감량율이 높으며 친환경적인 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수용성 폴리에스테르계 해도사의 수용성 폴리에스테르가 용출되기 전의 섬유 단면의 개념도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 해도사에 관한 것으로 극세사를 구성하는 합성수지와 용출되는 수용성 폴리에스테르 수지의 두개의 성분으로 구성된 것에 특징이 있다.

상기 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나 또는 2 이상이며, 고유점도(Ⅳ)가 0.55~0.64 dl/g인 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.

고유점도(Ⅳ) 0.55dl/g 미만인 경우 수용성 폴리에스테르 수지와 점도 차이로 인하여 단면형성성 불량과 물성저하가 일어날 수 있으며, 고유점도(Ⅳ) 0.64 dl/g 초과인 경우 방사시 팽윤성이 커져 정상적인 분할형 단면을 형성하기 어려울 수 있다.

상기 수용성 폴리에스테르 수지는 테레프탈산, 이소프탈산, 및 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트를 포함하는 산류 및, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 디올류의 중합체로 구성된 것에 특징이 있다.

상기 해도사는 도 1과 같이 해성분으로 수용성 폴리에스테르(100), 도성분으로 합성수지(200)를 사용한다. 상기 해도사의 단면형태는 도성분 개수가 37~39가 적당하다.

상기 해도사를 구성하는 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 또는 2 이상의 합성수지를 사용하여 분할되는 극세사가 합성수지의 종류를 다르게 형성할 수 있을 것이다.

다음으로 상기 해도사를 구성하는 수용성 폴리에스테르 수지는 산류 및 디올류의 중합체로 구성된다.

상기 산류로는 비제한적인 예로서 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA), 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트 (DMS, Dimethyl 5-sodiosulfo Isophthalate)일 수 있다.

이때 테레프탈산이 10 내지 80몰%, 이소프탈산이 80 내지 10몰%, 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트 1 내지 20몰%로 산류를 구성할 수 있다.

또 디올류로는 비제한적인 예로서 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글로콜(PEG)을 포함할 수 있다.

디올류로서 에틸렌글리콜 20~70몰%, 디에틸렌글리콜 1~70몰%, 네오펜틸글리콜 1~70몰% 및 폴리에틸렌글리콜 1~20몰%인 혼합물로 구성될 수 있다.

상기 네오펜틸글리콜의 함량은, 전체 디올류의 글리콜 성분에 대하여, 1 내지 70몰%이다. 상기 네오펜틸글리콜의 사용량은, 최종 폴리머 중에서 원하는 네오펜틸글리콜의 몰%에 대응되는 양을 투입한 것이다. 여기서, 상기 네오펜틸글리콜의 함량이 1몰% 미만이면, 폴리에스테르 수지의 결정화에 따른 성형성 불량을 방지하기 어렵고, 70몰%를 초과하면, 중합 반응이 느려지는 문제가 있다.

본 발명의 중합물을 제조하는 일 실시예로서 우선 상기 디메틸 5- 소디오술포 이소프탈레이트와 에틸렌글리콜의 몰비율 1:8 내지 1:12로 혼합하여 중합을 개시한다. 때 반응촉매를 전체 중합물에 약 0.1 내지 0.5중량%의 비율로 투입할 수 있다.

상기 중합이 개시되면 에스테르화 반응을 위해 비스-β-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 추가적으로 혼합할 수 있다. 또 상기 중합물에 테레프탈산, 이소프탈산, 디메틸글리콜을 반응시켜 에스테르화 반응을 수행할 수 있다.

이때 상기 테레프탈산과 디메틸글리콜의 혼합 몰비율는 약 1:1 내지 1:1.5, 상기 이소프탈산과 디메틸글리콜의 혼합 몰비율은 1:1 내지 1:1.5일 수 있다.

이후 축합중합을 위해 폴리에틸렌글리콜을 추가할 수 있고 상기 폴리에틸렌글리콜은 수평균분자량을 300 내지 2,000인 것이 바람직하며 투입량은 중합물 중 5 내지 10중량%로 포함될 수 있다.

이후 선택적으로 반응촉매, 소포제, 산화방지제, 열안정제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함될 수 있다. 이때 소포제는 중합물 중 0.01 내지 0.05중량%로 포함될 수 있으며, 상기 산화방지제는 중합물 중 500 내지 800ppm로 포함될 수 있으며, 상기 열안정제는 중합물 중 100 내지 500ppm로 포함될 수 있다.

본 발명인 해도사는 합성수지 20~50중량%, 수용성 폴리에스테르 수지 80~50중량%로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 합성수지 25~30중량%, 수용성 폴리에스테르 수지 65~70중량%이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 수용성 폴리에스테르계 해도사는 일반적인 해도사 제조공정으로 제조할 수 있으며, 제조된 해도사는 물로 구성된 용액에서 폴리에스테르를 용출하여 극세사로 형성할 수 있다.

일반적으로 방사속도는 1000~3500 m/min으로 설정하여 연신되지 않은 상태인 POY 또는 SDY 형태로 권취한다. 방사속도가 3500m/min 보다 높은 속도로 노즐에서 토출된 경우 불규칙적으로 한 개 이상의 필라멘트가 순간적으로 끊어지는 문제가 발생할 확률이 높고, 단면 형성성도 불량하여 2개의 성분이 아닌 1개의 성분만이 방사되어지는 단독사 형태로 제조될 수도 있다.

방사온도는 275℃ 내지 295℃ 내에서 설정하는 것이 바람직하다. 275℃ 미만일 경우 폴리머 흐름성에 문제가 발생하여 고드름 형태의 표면이 불규칙한 섬유가 방사될 활률이 높으며, 반면 295℃를 초과할 경우 노즐에서 토출되는 폴리머가 노즐면에 부착되는 곡사 현상이 발생할 수 있다.

방사 유제는 일반 유제를 사용할 경우 원사 표면에 노출된 수용성 수지가 수분과 반응하여 해사성이 불량 해 질 수 있으므로 수분의 침투를 방지 할 수 있는 Si 성분이 함유된 유제를 방사 유제로 선택할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 수용성 폴리에스테르계 해도사를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 및 비교예>

실시예 1

(1) 수용성 폴리에스테르 수지 합성

디메틸 5- 소디오술포 이소프탈레이트과 에틸렌글리콜을 투입하여 반응을 개시하고 비스-β-히드록시에틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 이소프탈산, 디에틸렌글리콜을 투입하여 에스테르화 반응을 개시하였다.

이때 디메틸 5- 소디오술포 이소프탈레이트는 분자량이 약 300인 것으로 산류 전체로 10몰%로 투입하였고, 테레프탈산은 분자량 약 150인 것으로 산류 전체로 60몰%로 투입하였고, 이소프탈산은 분자량 약 150인 것으로 산류 전체로 30몰%로 투입하였다.

또 에틸렌글리콜은 분자량 60인 것으로 디올류 기준 40몰%를, 디에틸렌글리콜은 분자량 110인 것으로 50몰%를 네오펜틸글리콜 5몰% 및 폴리에틸렌글리콜 5몰투입하였다.

이후 축합중합을 위해 폴리에틸렌글리콜을 투입하면서 소포제, 산화방지제, 열안정제를 투입하였다. 상기 폴리에틸렌글리콜은 분자량 300으로 전체 중합물에서 7중량%를 차지하게 투입하였고, 기타 소포제는 0.02중량%, 산화방지제는 500ppm, 열안정제는 200ppm을 추가하였다.

(2) 해도사 제조

수용성 폴리에스테르 수지 70w%와 합성수지 중 고유점도(Ⅳ)가 0.55 dl/g 폴리에스테르 30w%로 적용하여 POY 37도 75/36 원사를 제조하였다.

방사속도는 2,000 m/min, 방사온도는 275℃으로 설정하고, 실리콘 유제를 사용하며 연신되지 않은 상태인 POY 75/36 형태로 권취한다.

제조된 해도사를 수용성 폴리에스테르를 용출하는 용출공정을 통해 극세사를 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하되, 유제를 비실리콘 유제를 사용하였다.

비교예 2

(1) 수용성 폴리에스테르 수지 합성

테레프탈산 또는 그 유도체에 대하여 4몰%의 디메틸-5-술포 아이소프탈레이트 포스포늄염을 함유하는 폴리에스테르계 수지 95중량%와 수평균 분자량이 약 10,000인 수용성 폴리알킬렌 옥사이드가 5중량% 함유하는 수지 조성물을 사용하였다.

(2) 해도사 제조

실시예 1에서 합성수지를 나일론(RV 3.0)이으로 하는 것 이외는 동일하다.

<용출 조건>

(1) 실시예 1 및 비교예 1

표1에 수용성 폴리에스테르 수지를 이용한 수용성 폴리에스테르계 해도사의 용출조건을 기재하였다. 시간에 따라 물 용수 20℃에서 95℃로 승온시켜 40분간 용출시키고 이후 50℃ 이하에서 수세를 하였다.

(2) 비교예 2

표1에 이용성 폴리에스테르 수지를 이용한 나일론 합성수지 해도사의 용출조건을 기재하였다. 알칼리용출(NaoH 95℃40min), 수세, 열탕수세(70℃5min), 산수세(60℃10min), 수세를 거친다.

구분		실시예 1	비교예 1	비교예 2
구성비 (wt%)	성분 1	30	30	30
	성분 2	70	70	70
IV	성분 2	0.55	0.55	0.64
방사유제		Si 유제	비 Si 유제	비 Si 유제
단면	원사
	용출후
방사 공정성		양호	해사성불량	양호
용출	용수(Ton)	7.82	-	20.13
	스팀(Ton)	0.52	-	1.32
	전기(kW)	23	-
절감율	용수(Ton)	61.20%		기준
	스팀(Ton)	60.60%		기준
	전기(kW)	62.90%		기준
	NaOH	100.0%		10g/l
절감효과 (200kg 액량기준)		67,124원/LOT		기준

상기 표 1은 실시예 및 비교예의 용출 후 단면을 보여주는 것으로, 실시예는 표의 용출조건에서 수용성 폴리에스테르 수지가 모두 용출되어 나머지 합성수지가 극세사로 진행됨을 확인할 수 있으나, 비교예 1은 방사유제를 비실리콘유제를 사용하여 해사성이 불량하여 방사 공정성에 문제가 발생한다. 또한 비교예 2는 나일론 알카리 용출 극세사로 용출시 사용되는 용수, 스팀, 전기 용량이 실시예보다 많이 사용되며 용출 후 단면도 수용성 폴리에스테르 수지가 완전히 용해되지 않고 남아 있는 것을 알 수 있다.

상기 표2는 표 1의 용출조건을 세분화하여 용출공정을 단계별로 구분하여 기재한 것이다. 표2를 보면 표1의 용수 및 에너지 절감율을 보면 실시예가 비교예보다 월등히 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 :수용성 폴리에스테르 200 : 합성수지

Claims (5)

1. 극세사를 구성하는 합성수지와 용출되는 수용성 폴리에스테르 수지가 해도사로 형성되되,
   상기 합성수지는 고유점도(Ⅳ)가 0.55~0.64 dl/g의 폴리에스테르이고,
   상기 수용성 폴리에스테르 수지는 테레프탈산, 이소프탈산 및 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트를 포함하는 산류;
   에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 및 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 디올류의 중합체로 구성되되,
   상기 산류는 테레프탈산 10~80몰%, 이소프탈산 10~80몰%, 디메틸 5-소디오술포 이소프탈레이트 1~20몰%인 혼합물이고,
   상기 디올류는 에틸렌글리콜 20~70몰%, 디에틸렌글리콜 1~70몰%, 네오펜틸글리콜 1~70몰% 및 폴리에틸렌글리콜 1~20몰%인 혼합물인 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 해도사는 합성수지 20~50중량%, 수용성 폴리에스테르 수지 80~50중량%로 구성된 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 중합체의 중합공정에서 반응촉매, 소포제, 산화방지제, 열안정제로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 첨가제가 더 포함되는 것에 특징이 있는 친환경 수용성 폴리에스테르계 해도사.
   

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