KR840000039B1 - 흡습성 필라멘트와 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

흡습성 필라멘트와 섬유의 제조방법

본 발명은 흡습성 섬유와 필라멘트의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 필라멘트 형성 합성 중합체로부터 중합체 용액을 건식방사하여 흡습성 섬유와 필라멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

중합체에 대해 비용매이고 사용되는 용매보다 비점이 높으며 필라멘트 세척에 적합한 액체 및 방사용매와 용이하게 혼합될 수 있는 물질을 용매 및 고체물질 기준으로 해서 중량으로 5내지 50%를 방사용매에 가하고, 이어서 완성된 필라멘트로부터 이 비용매를 세척해서 필라멘트를 형성하는, 합성 중합체로부터 흡습성의 필라멘트 및 섬유를 제조하는 방법이 일찌기 제안되었다.

본 공정에서 바람직한 비용매는 폴리하이드릭 알콜류 즉 글리세롤, 슈가와 글리콜류이다. 아크릴로니트릴 중합체로부터 방사된 섬유는 심-자켓 구조를 갖는 수분함유량이 적어도 10%이다. 첨가된 비용매의 중량비가 크면 클수록 필라멘트의 흡습성은 증가된다.

이러한 흡습성 필라멘트의 고체화전에 수증이 또는 다른 고체화 액체와 접촉시킴으로써 얻어진다는 사실은 이제 널리 알려져 있다. 따라서, 본 발명은 필라멘트 형성 합성 중합체로부터 중합체 용액을 건식방사하여 흡습성 필라멘트와 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 상기에서 방사 제트로부터 즉시 방출하거나 또는 고체화가 완결되지 않은 때에 필라멘트는 수증기 또는 필라멘트를 응고시키는 다른 액체와 접촉된다.

본 발명에 따른 공정에 의한 방사중합체는 우수한 흡습성 중합체로서 바람직하기로는 아크릴로니트릴 중합체 또는 더욱 바람직하기로는 아크릴로니트릴 단위를 적어도 50중량% 또는 특별하게 85중량%를 함유하는 아크릴로니트릴 중합체이다. 본 발명에 따른 공정은, 두성분 또는 모다아크릴 섬유, 호모폴리머의 섬유, 방사 염색된 섬유와 중합체 혼합물의 섬유, 예를들면, 아크릴로니트릴 중합체와 폴리카본에이트의 혼합물을 제조하는데 사용될 수 있다.

본 발명과 일치해서, 선상 방향족 폴리아마이드류 즉 예를들면,m-페닐렌디아민의 폴리아마이드와 이 소프탈산 또는 헤데로사이클 링시스템 즉, 예를들면, 벤즈이미다졸류, 옥사졸류와 티아졸을 포함하는 폴리아마이드를 사용하는 것이 가능하고 증발되는 용매와 방사 용액으로부터 건식방사에 의해서 생성될수 있다.

다른 적합한 화합물로는 융점이 300℃이상인 중합체로서, 이들은 일반적으로 용융물로부터 방사될 수 없고 용액 방사공정 예를들면 건식방사에 의해서 생성될 수 있다. 방사공정은 주로 종래의 건식방사 공정이며, 바람직하기는 강한 극성 유기용매와 즉 디메틸포름아마이드, 디메틸 아세트아마이드와 디메틸설폭사이드를 사용하는 것이다. 그러나 방사용매와 혼합되어 용액을 형성하는 물, 다가알콜, 글리콜과 같은 중합체에 대한 비용매와 방사용매 및 중합체와의 혼합물을 방사할 수도 있다. 수증기 이외에도, 고체화되지 않은 필라멘트를 응고시키기 위해서 본 발명에 따라 사용할 수 있는 증기는, 예를들면 아크릴로니트릴 중합체와 같은 특히 아크릴로니트릴 중합체, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 디아세테이트, 테트라에틸렌 글리콜과 글리콜 에테르 아세테이트와 같은 일치환 및 다치환된 알킬 에테르와 다가 알콜의 에스테르인, 방사 중합체에 대해 비용매로 나타나는 증기물질들이 있다. 알콜류 즉 2-에틸 사이클로헥사놀, 글리세롤, 에스테르류 또는 케톤류 또는 혼합물류 예를들면 에틸렌글리콜 아세테이트류의 혼합물이 적합하다.

물 이외에도 특히 바람직한 물질은 쉽게 증발될 수 있는 것으로 높은 인화점을 갖고 거의 난염성인 물질 예를들면 메틸렌클로라이드와 카본 테트라클로라이드이다. 증기를 중합체 필라멘트로 불어넣는 인화점과 강도와 방사관의 통상 열안정 조건에 따라서, 단면 구조와 자켓의 폭과 필라멘트의 흡습성을 조절하는 것이 가능하다. 심-자켓 섬유는 둥근 단면 형태이며, 총 단면적의 25%인 얇은 자켓과 60%의 높은 수분 흡수력을 갖고 방사관의 온도가 140℃ 바람직하기로는 20내지 120℃ (첨조, 표, 1번호 1내지 3)범위에서 방사가 수행될 때 더 높게 얻어진다. 높은 방사관 온도에서, 바람직하기로는 160℃ 이상에서 얻어진 심-자켓 섬유는 수분 보유력이 20내지 60%인 타원형 내지 3엽 단면 형태이며 자켓 면적은 총 단면적의 60%이다. 두께와, 자켓 면적의 경제폭은 증기의 많은 양과 공기의 적은 양과 같은 방법으로 공기와 증기 혼합물의 비선택으로 조절할 수 있으며, 자켓 면적의 많은 경계폭을 갖고 있는 심-자켓섬유는 섬유 총 단면 지역의 75%이상이 바람직하게 얻어진다. (참조, 표 1, 번호 21).

방사공정에서 공기의 양에 비해서 상대적으로 적은 스팀양만이 사용된다면, 심-자켓 섬유는 건식방사 섬유의 특징인 덤벨 형태를 증가시키고, 낮은 수분 흡수력을 갖는다. (참조, 표 1, 번호 5 및 6) 심-자켓 섬유의 단면 구조는 전자현미경으로 촬영된 사진으로 결정된다. 섬유의 심과 자켓 성분을 결정하기 위해서, 거의 100섬유 단면을 라이쯔 회사에 의해 제조된 "classimat"이메지 분석기로 정량분석에 의해서 평가한다.

본 발명에 따른 방법에서, 증기는 공기 흐름과 필라멘트 출발 방향으로 상기의 방사제트로 적절하게 불어넣어 진다. 그러나, 증기는 과도한 난류가 생기지 않는다면 방사 제트 아래 필라멘트로 횡단으로 불어넣을 수 있다. 방사관에서 수증기와 용매 혼합물의 과농축을 피하기 위해서 방사관 온도는 100℃ 이상, 바람직하기로는 105°내지 140℃ 인것이, 예를들면 1미터정도의 가능한 한 짧은 방사관 길이를 위해서 바람직한 것이 밝혀졌다. 이미 언급한 바와 같이, 자켓 폭과 필라멘트의 다공성은 차후의 적용에 요구되는 방사필라멘트의 광택도와 염색성을 결정하는 것이 이미 가능했던 것처럼 증기를 불어넣어 강도에 따라 조절할 수 있으며, 원칙적으로, 비용매증기, 바람직하기로는 수증기, 더욱 바람직하기로는 포화된 증기는 필라멘트 물질이 완전히 고체화되지 않는 한 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 증기가 방수관을 나온 직후 제트 또는 튜브에 의해서, 필라멘트 다발을 증기에 노출시켜서 유리하게 실시할 수도 있다. 흡습성, 다공성 심-자켓 섬유는 본 경우에서 형성된다. 증기-공기 혼합물은 본 발명에 따른 공정에서 증기 처리를 위해서, 바람직하게 사용될 수 있다. 왜냐하면, 방사관에서 일어나는 약소한 농축의 방법으로 온도에 따라 조절될 수 있기 때문이다. 증기와 공기의 혼합물에서 방사에 의해서 방사가 순수한 증기압에서 수행되며 얻어진 필라멘트가 아주 적은 광택을 가질때 매우 좋은 흡습성과 높은 광택의 필라멘트를 얻는 것이 가능하다. 그러나 본 발명 목적은 과열된 증기로 성취될 수 없다. 증기와 공기의 필요한 양은, 방사관의 특정한 부피와 특정한 공정척도 즉 요구되는 필라멘트 성질뿐 아니라 방사비, 방사온도, 방사관 온도와 용액농도에 의해서 결정된다. 이들 조건은 상응하는 일차 시험에 의해서, 각기 개별적인 경우에 대해서 하나씩 적용될 수 있다. 길이 600㎝와 직경 30㎝인 방사관으로 방사하면 다음 결과가 얻어진다. 방사하는 동안 공기의 양이 임계양 이하로 감소한다면, 증기의 적은 양을 위해서 존재하는 기체체적이 너무 작아져서 중합체 용액은 더이상 방사될 수 없다 최저의 예사성(曳絲性) 제한은 시간당 1㎏의 증기 최소량에 대해서 방사물질의 ㎏당 시간당 공기 2입방 미터 정도이다. (참조, 표 1, 번호 22)

30%농도의 통상 폴리아크릴로니트릴 방사 용액에 대해서20℃ 의 관온도에서 방사물질 ㎏당 흡습량이 약 1㎏인 심-자켓 섬유를 생성하기 위해서 필요한 초소한의 수증기 양을 불어 넣는다. 만약 그러나, 중합체, 방사용매와 비용매의 혼합물이 사용된다면, 방사물질 ㎏당 0.1㎏정도의 극히 적은 수증기 양도 심-자켓 섬유의 수분 함유량을 상당히 증가시키는데 충분하다. (참조, 실시예 III, b 및 c).

높은 방사관 온도에서, 특히 160℃ 이상에서, 수증기의 많은 양, 바람직하기로는 방사물질 ㎏당 시간당 수증기 10㎏이 필요하다. 만약 수증기가 방사관 밖의 필라멘트에 사용된다면(예를들면 노즐을 통과하여)방사물질 ㎏당 시간당 수증기 5㎏이 흡습성, 다공성 심-자켓 필라멘트를 얻기 위해서 통상 충분하다. 본 발명은 다음 제한하지 않은 실시예에서 더욱 상세히 설명되며, 모든 비와 퍼센트는 달리 언급하지 않는한 중량에 기준한 것이다.

[실시예 1]

아크릴로니트릴 93.6%, 메틸아크릴레이트 5.7%와 나트륨메탈릴 설폰에이트의 아크릴로니트릴 공중합체는 80℃에서 디메틸포름아마이드(DMF)에서 용해되는 k-값이 81이다. 최종농도가 중량 30%인 여과된 방사 용액은 180-개 방사 제트로 부터 건식방사된다. 150℃에서 포화된 증기 시간당 25㎏과 공기시간당 10입방미터를 방사제트 상에서 방사관(길이 600㎝, 직경 30㎝)으로 불어 넣는다. 방사관 온도는 140℃이다. 증기 약 5.8㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 소비된다. 필라멘트는 중합체 고체가 기준해서 DMF-함량이 59%이다.

2400dtex의 데니어를 갖는 필라멘트는 보빈상에서 수집되고, 68,400dtex의 데니어를 갖는 토우를 형성하기 위해 결합시킨다. 토우를 끓는 물에서 1 : 4.0의 비로 연신, 세척 정전기 방지를 부여하고, 120℃ 에서 20%허용한도 수축으로 건조시키고, 권축시키고 60㎜길이 스태플 섬유로 전달한다. 최종 데니어가 3.3dtex인 개별섬유는 DIN 53814에 따라서 수분 함유량이 63%이다. 섬유는 타원형 단면 형태인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓은 총-단면적의 약 45%이다. 상세한 실시예는 아래의 표 I에 요약되어 있다. 방사용액은 최종 데니어가 3.3dtex인 심-자켓 섬유로 방사한 후 실시예 1에 기술된 방법으로 처리한다. 증기와 공기의 양, 방사관 온도와 공기온도는 방사공정 동안에 모두 변화되며 상기 기술된 중합체는 고체로서 사용된다.

[표 I]

표로부터 볼 수 있는 바와 같이, 단면 형태, 자켓폭, 수분함유량과 다공성 심-자켓 섬유의 출현 사이에는 명맥한 관계가 있다. 일반적으로 원형 단면의 흐릿하고, 높은 흡습성의 섬유와 총 단면적의 30%이하인 얇은 자켓 면적은 140℃ 이하 바람직하기로는 20내지 120℃ (번호 1내지 3)범위의 방사관 온도에서 얻어진다. 수분 함유량은 방사관 온도가 증가함에 따라 감소되며, 필라멘트는 광택이 있게 되고 160℃ 온도에서 덤벨 형태로 변화된다. (번호 4내지 6)

이외에도, 실제로는 둥근 단면이지만 총 단면적의 40%이상을 차지할만큼 자켓폭이 증가하는 흐릿한 필라멘트는 적은 양의 공기와 낮은 공기 온도(번호 12 및 7), 방사물질 ㎏당 약 5㎏증기 이상의 큰 증기양(번호 19 및 21) 및 방사가 순수 증기압에서 (번호11)실시될 때 형성된다. 수분 함유량이 10%이상인 광택섬유는 120℃ 이상 방사관 온도(번호 4와 5), 100℃ 이상 공기온도(번호 8내지 10), 시간당 5입방 미터 이상의 공기, 바람직하기로는 10입방미터(번호 13과 14)와 방사물질 ㎏당 증기 5㎏이하(번호 17과 18)의 증기량에서 얻어진다.

표 I의 실시예 15와 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 방사물질 ㎏당 1㎏이하의 증기양으로 얻어진 섬유는 불충분한 흡습성 성질을 나타낸다. 섬유는 건식방사 섬유의 전형적인 덤벨 형태를 갖는다.

[실시예 2]

디메틸포름아마이드 64㎏을 실온의 용기안에서 물 4㎏과 혼합한다. 실시예 1에서와 같은 화학조성물에 아크릴로니트릴 공중합체 32㎏을 교반하면서 첨가한다. 중량 32%의 중합체 고체성분을 갖는 현탁액을 기아펌프로 가열 용기로 옮기고 130℃ 로 가열한다. 가열 용기에서 지체시간은 3분이며, 방사용액을 여과하고, 380-개 방사제트로 직접 옮긴다. 120℃ 에서 10㎏/시간 포화증기와 40입방미터/시간 공기를 방사제트상에서 방사관으로 불어 넣는다. 방사관 온도는 140℃ 이며, 증기 약 1.75㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 소비된다. 필라멘트는 중합체 고체에 기준해서, 51%의 DMF함량을 갖으며, 3800dtex의 총 테니어인 필라멘트는 보빈상에 수집되며, 혼합하여 478,800dtex의 데니어인 토우를 형성하고, 실시예 1에 기술된 것과 같은 방법으로 처리하여 3.3dtex데니어를 갖는 섬유를 형성한다. 섬유는 수분 함유량이 33%이며, 콩-형태 내지 삼엽 단면 형태인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 면적은 총교차 단면적의 15%이다.

[실예시 3]

a) DMF 60㎏을 실온의 용기안에서 글리콜 10㎏과 혼합한다. 실시예 1과 같은 화학 조성물에 아크릴로니트릴 공중합체 30㎏을 교반하면서 첨가한다. 실시예 1과 같이, 현탁액을 용액, 여과하고 비슷한 증기와 공기 조건하에서, 380-개 방사 제트로부터 건식방사한다. 증기 약 1.9㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 소비되며, 필라멘트는 중합체 고체에 기준해서 54%의 DMF함량을 갖는다. 3560dtex 총 데니어인 필라멘트를 다시 겹쳐서 토우를 형성하고, 그 뒤 실시예 1과 같은 방법으로 처리하여 최종 데니어가 3.3dtex인 섬유를 형성한다. 수분 함유량인 74%인 섬유는 타원형 내지 콩-형태 단면 형태인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 면적은 총 단면적의 20%이다.

b) 방사물질 ㎏당 증기 0.1㎏을 방사 방향에서, 방사제트로부터 나온 방사 용액의 부분으로 불어넣는다. 3560dtex총 데니어인 필라멘트를 같은 방법으로 처리한 후 최종 데니어가 3.3dtex인 섬유를 형성한다. 섬유는 수분 함유량이 36%이다.

[실시예 4]

DMF 60㎏을 실온의 용기안에서 트리프로필렌 글리콜 5㎏과 혼합한다. 실시예 1과 같은 화학 조성물에 아크릴로니트릴 공중합체 35㎏을 교반하면서 첨가하며 현탁액을 용해시킨 후, 여과하고 실시예 2에 기술한 것과 같은 방법으로 72-개 방사 제트로부터 건식방사한다. 메틸렌클로라이드 중기 12㎏/시간과 40℃ 에서 공기 10입방 미터/시간을 방사제트상에서 방사관으로 불어 넣는다. 방사관 온도는 24℃ 이며, 에틸렌 클로라이드 증기 약 6.2㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 소비된다.

필라멘트는 중합체 고체에 기준해서 함량이 76%이며, 1620dtex 총 데니어를 갖는 필라멘트는 보빈상에 다시 수집되며, 겹쳐지고 실시예 1에 기술된 것과 같은 방법으로 처리한 후 최종 데니어가 6.7dtex인 섬유를 형성한다. 섬유는 수분 함유량이 102%이며, 원형-단면 형태인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 면적은 총-단면적의 5%이다.

[실시예 5]

실시예 1에 기술된 것과 같은 농도와 같은 조성물의 아크릴로니트릴 공중합체의 방사용액을 180-개 방사제트로부터 건식방사한다. 50℃ 에서 공기 20입방미터/시간을 불어넣고, 방사관 온도는 120℃ 이다. 필라멘트는 중합체 고체에 기준해서, DMF-함량이 41%이다. 방사관으로 부터 즉시 뽑아내어 2400dtex 총 데니어인 필라멘트를 필라멘트 출발 방향으로 노즐로부터 , 포화시킨 증기 60㎏/시간으로 분무한다. 농축시키기 위해서 노즐을 출구있는 상자에 고정시킨다. 증기 소모량은 생성된 방사물질 ㎏당 13.9㎏이다. 필라멘트를 보빈상에 수집한 후, 겹쳐서 684.000 데니어인 토우를 형성하고 실시예 1과 같은 방법으로 처리한 후에 3.3dtex의 최종 데니어인 섬유를 형성한다. 섬유는 수분 함유량이 34이며, 콩-형태 내지 타원-단면 형태인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 면적은 총 단면적의 20%이다.

[실시예 6]

a) 실시예 2와 같은 조성과 같은 농도를 갖는 아크릴로니트릴 공중합체의 방사용액을 380-개 방사제트로부터 건식방사하며, 공기가 아닌 포화 증기 10㎏/시간을 상기 방사제트의 방사관으로 불어넣는다. 방사관 온도는 88℃ 이며 증기 약 1.7㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 소비된다. 필라멘트는 중합체 고체에 기준해서 46%의 DMF함량을 갖는다. 3800dtex의 총 데니어인 필라멘트는 보빈상에서 수집되며, 겹쳐서 토우를 형성하고 실시예 1과 같은 방법으로 후처리하여 최종 데니어가 3.3dtex인 섬유를 형성한다. 필라멘트는 수분 함량이 119%이며 타원형 내지 원형 단면 형태의 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 지역은 단면지역의 30%이며, 섬유는 극히 흐릿하다.

b) 같은 조성과 농도인 방사용액을 비슷하게 방사한다. 포화시킨 증기 10㎏대신에, 포화시킨 증기 37㎏/시간을 방사제트상에서 방사관으로 불어 넣는다. 증기 약 6.5㎏이 생성된 방사물질 ㎏당 사용되며, 필라멘트는 중합체 고체에 기준해서 DMF함량이 70%이다. 필라멘트는 비슷하게 후처리하여 최종 데니어가 t2 인 섬유를 형성한다. 섬유는 수분 함유량이 131%이며 섬유는 타원형 내지 원형 단면 형태의 심-자켓 구조이고 극히 흐릿하다. 자켓 면적은 총 단면적의 50%이다.

[실시예 7]

93.6% 아크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트 5.7%와 나트륨 메탈릴설폰에이트, 0.7%의 아크릴로니트릴 공중합체 5.3㎏, 90℃ 에서 DMF 13.6㎏에 용해한다. 부가해서, 아크릴로니트릴호모폴리머 4.5㎏과 91% 아크릴로니트릴, 5.6%메틸아크릴레이트와 3.4%나트륨 메탈린설폰에이트의 아크릴로니트릴 공중합체 0.8㎏의, 중합체 혼합물 5.3㎏을 100℃ 에서 DMF 16.3㎏에 용해시킨다. 두용액을 비가 1 : 1로 두줄의 제트로 옮기고 나란히 방사한다. 포화시킨 증기 10㎏/시간과 150℃ 에서 공기 10입방미터/ 시간을 방사제트상에서 방사관으로 불어 넣는다. 방사관 온도는 140℃ 이며, 증기 약 2.4㎏을 생성된 방사물질 ㎏당 소비되며, 필라멘트는 겹쳐져서 토우를 형성하며, 끓는 물에는 1: 3.6의 비로 연신, 세척, 제조, 110℃ 의 장력하에서 건조, 권축, 절단하고 증기에서 1.5분간 고착한다.

섬유는 3.3dtex의 개별 데니어이며, 수분 함유량이 54%이며 버섯모양-단면인 심-자켓 구조를 갖는다. 자켓 면적은 총-단면적의 약 50%이다. 섬유는 ㎝당 약 11크림프 원호를 갖는 1크림프 수축은 10.2%이다. 크림프는 영구적이고 비등점에서 물로 처리하여 실질적으로 완전하게 남는다.

[실시예 8]

a) 실시예 6의 방사용액 일부를, 다른 것은 같은 조건하에서 88℃ 대신에 200℃ 의 방사관 온도에서 방사하고 후처리하여 최종 데니어가 3.3dtex인 섬유를 형성한다. 섬유는 수분함유량이 24%이며, 삼엽 내지 T-형태의 단면 형태의 심-자켓 구조이며, 자켓 면적은 총 단면적의 5%이하이다.

b) 방사를 다른 것은 조건하에서 140℃ 의 방사관 온도에서 수행할 때, 타원형 내지 삼엽 단면형태의 심-자켓 섬유가 얻어진다. 자켓 면적은 총 단면적의 약 30%이고 섬유는 수분함유량이 49%이다.

Claims (1)

1. 방사제트로부터 즉시 방사하거나 또는 고체화를 시키지 않는 상태에서 최대한 빨리, 필라멘트를 수증기 또는 필라멘트를 응고시키는 다른 액체의 증기와 접촉시켜서 건식방사 중합체 용액에 의해서 필라멘트-형성 합성 중합체로부터 흡수성 필라멘트 또는 섬유를 제조하는 방법.