KR101099023B1 - 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 축중합 하여 융점이 없고, 연화온도 80~100℃인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공하고, 이를 이용하여 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공하는 것으로, 100℃ 이하의 온도에서도 가공이 용이하고, 접착성, 내열성, 고온에서의 형태안정성이 우수한 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르 바인더, 복합섬유, 결정성, 저융점, 접착성, 내열성, 연화온도, 건축자재, 목재 단열재

Description

결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법{CRYSTALLINE LOW MELTING POLYESTER BINDER RESIN, BINDER FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 100℃ 이하의 온도에서 가공이 용이하고, 접착성이 우수한 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 매트리스, 자동차용 내장재 또는 각종 부직포 패팅 등의 섬유구조물이 상호 접착되어 이루어진 물품의 제조 시 각 섬유구조물을 이루는 이종의 섬유를 접착하기 위해 핫멜트(Hot Melt)형 바인더(binder) 섬유로서, 다른 성분에 비해 접착성과 내열성이 우수한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유가 주로 사용되어 왔다.
이러한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 테레프탈산, 이소프탈산 그리고 탄소수 30 이하의 지방족 디카르본산 등의 산 성분과 디에틸렌글리콜, 테트라 메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 등의 디올 성분의 합성으로 제조되 며, 산 성분과 디올 성분의 종류, 함량 등에 따라 융점 등의 물성 조절이 가능하여 폴리에스테르 바인더 섬유의 가공성과 접착성 등의 특성이 크게 좌우될 수 있다.
예를 들어, 미합중국 특허발명 제4129675호에서는 테레프탈산과 이소프탈산을 주성분으로 한 저융점 공중합 폴리에스테르가 소개되었으나, 이는 열접착시 190℃ 이상의 온도를 필요로 하여 에너지 손실로 비경제적이며, 공중합체 물질의 특성상 내열성과 성형성이 낮아 열적 변형을 쉽게 야기시키는 단점이 있다.
또한, 미합중국 특허발명 제44065439호에서는 테레프탈산, 이소프탈산, 아디핀산 및 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜을 사용한 저융점 폴리에스테르가 소개되었으나, 융점이 45~60℃로 너무 낮아 강력 및 융착 문제가 발생될 우려가 있다.
또한, 대한민국 특허공개 제2001-11548호는 테레프탈산과 무수프탈산을 디카르본산 성분으로 사용하고 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜을 디올 성분으로 사용하였으나, 일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합 조건인 고온(270~290℃), 고진공(1torr이하)에서 열분해 및 부반응 발생으로 고분자의 색상 불량을 유발한다.
또한, 일본 특허공개 제1998-298271호에서는 디카르본산 성분으로 아디핀산과 디올 성분으로 부탄디올을 이용하여 제조된 저융점 폴리에스테르 섬유의 경우 섬유 원사의 단면이 불균일하여 싸이징, 트리코트 작업시 조업성 문제와 접착력 저하 문제를 발생시킨다.
그 밖에도 기존의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 결정화 속도가 낮아 접착성이 약해지게 되어 바인더로서의 기능이 저하되는 문제가 있었다. 뿐만 아니라, 이러한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 핫멜트 가공시 100℃ 를 초과하는 고온 가공을 주로 하게 되어 비경제적이며, 접착강도가 낮고 내열성 저하로 형태변형을 가져오는 경우가 대부분이었으며, 부직포 패팅 등의 섬유간 열접착을 위한 용도에 한정되어 사용되어 왔다.
따라서, 산 성분과 디올 성분의 조성을 통해 에너지 절감 차원에서 비교적 저융점으로 가공성이 용이하고, 결정화 속도가 빨라 접착성과 제반 물성이 우수하며 다양한 용도에 적용이 가능한 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 개발은 고도의 기술이 요구된다.
일반적인 폴리에스테르 바인더 수지가 극한점도 0.61을 초과하여 제조되고 열풍에 의한 핫멜트 접착이 이루어지지만, 본 발명은 폴리에스테르 바인더 수지의 극한점도를 0.61이하로 제조하여 100℃ 이하에서 열풍에 의한 핫멜트의 성형가공을 용이하게 하고자 한 것이다. 또한 기존의 바인더 수지보다 낮은 극한 점도를 사용하므로 물성이 저하되는 문제를 보완하기 위해 고분자 분자쇄의 결정성 및 유연성을 증가시키는 제2의 공중합 조성물을 이용하여 폴리에스테르 바인더의 접착성, 내열성 및 고온에서의 형태 안정성과 터프니스가 현저하게 떨어지는 것을 보완하고자 한 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 산성분과 디올성분을 극한점도 0.61이하, 더욱 바람직하게는 0.50~0.60으로 축중합시켜 유리전이온도(Tg) 40℃이상, 바람직하게는 40~60℃, 융점이 나타나지 않고, 연화온도 100℃이 하, 바람직하게는 80~100℃의 연화거동을 나타내는 폴리에스테르 바인더 수지를 제공하고, 상기 폴리에스테르 바인더 수지로 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유로 제조하여 접착력과 내열성이 우수하여 100℃ 이하, 바람직하게는 80~100℃에서의 성형 가공성이 우수하고, 가공 후 열접착성, 내열성 및 우수한 촉감을 가진 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유 간 접착 외에도 건축자재용, 특히 목재단열재용으로 적용이 가능하고, 접착성이 우수한 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 축중합 하여 융점이 없고, 연화온도 80~100℃인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 저융점 폴리에스테르 수지의 극한점도가 0.50~0.61인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 섬도가 0.3~15 모노 데니어이고, 섬유장이 1~100mm인 것이 우수한 접착성과 촉감을 나타내기에 좋다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유가 열풍에 의한 핫멜트 가공으로 가공온도가 60~100℃에도 가공성이 좋다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유가 건축자재로 사용될 수 있으며, 특히 상기 건축자재는 목재 단열재인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법에 있어서, 테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 혼합하되, 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1:2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물 준비단계; 상기 에스테르 반응물에, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부를 첨가한 후 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하는 축중합단계; 및 상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.50~0.61이 될 때 반응을 종결시키는 점도조절단계;를 포함하는 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법에 있어서, 상기의 방법으로 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계;와 상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계;를 포함하는 결 정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 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 폴리에스테르 바인더 수지와 이를 이용하여 제조되는 바인더 섬유에 관한 것으로, 상세하게는 테레프탈산(Terephthalic Acid;TPA), 아디핀산(Adipic Acid;AA), 이소프탈산(Isophthalic Acid;IPA)을 포함하는 디카르본산 형태의 산성분과 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol;EG), 1,4-부탄디올(1,4-Butane Diol;BD)을 포함하는 디올성분을 축중합하여, 일반적인 폴리에스테르 바인더 수지의 산성분과 디올성분의 축중합물이 0.61을 초과하는 극한점도를 나타낸 것과 달리 0.61이하, 더욱 바람직하게는 0.50~0.60의 극한점도를 나타내도록 축중합하여 융점이 나타나지 않으며, 연화온도가 100℃이하, 더욱 바람직하게는 80~100℃의 낮은 연화거동을 보이는 폴리에스테르 바인더 수지를 제조하고, 상기 제조된 폴리에스테르 바인더 수 지를 시스-코어(Sheath-Core) 또는 사이드-바이-사이드(Side-by-Side) 형태의 복합섬유로 섬유단면이 균일하도록 제조하여 100℃이하에서 성형 가공성이 우수하고, 탁월한 접착성, 내열성 및 촉감을 나타내어 섬유 간 접착용뿐만 아니라 100℃이하의 열풍(Hot-Air)에 의한 핫멜트(Hot-Melt)의 성형 가공성이 우수한 목재 단열재용 바인더로서 적용이 가능한 폴리에스테르 바인더 섬유에 관한 것이다.
본 발명은 테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 축중합 하여 융점이 없고, 연화온도 80~100℃인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법은 테레프탈산(TPA)와 에틸렌글리콜(EG)에 의한 폴리에틸렌테레프탈레이트 축중합시, 디카르본산 형태의 산성분인 테레프탈산 40~79mol% 외에 산성분의 공중합 성분으로 이소프탈산(IPA) 20~40mol%, 바람직하게는 25~35mol%와 아디핀산(AA) 1~20mol%, 바람직하게는 5~10mol%를 첨가하고, 디올성분인 에틸렌글리콜(EG) 80~99mol% 외에 디올 성분의 공중합 성분으로 1,4-부탄디올 1~20 mol%, 바람직하게는 5~10mol%를 첨가하여 디카르본산 성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1.2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르(Torr)에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물을 준비한다.(S100) 상기 준비된 에스테르 반응물에 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부를 첨가하고 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르, 바람직하게 는 0.5토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하여 축중합을 진행(S200)시킨 다음, 상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.50~0.61 될 때 반응을 종결시켜 점도조절을 함(S300)으로써 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지가 제조될 수 있다. 본 발명에서 사용된 삼산화 안티몬과 테트라부탈 티타네이트는 본 발명의 공중합 성분들의 반응성을 높이고, 요구되는 점도 조절을 위해 첨가하는 촉매이다. 따라서, 본 발명의 온도, 압력, 촉매 함량이 상기 범위미만인 경우, 각 반응물의 중합이 원활이 일어나지 못해 폴리머(Polymer) 형성이 어렵고 형성된 폴리머의 점도가 너무 낮을 우려가 있다. 또한 이렇게 형성된 폴리머의 전반적인 물성이 저하되어 일반적인 폴리머의 기능을 발휘할 수 없게 된다. 상기 범위를 초과하면, 반응속도의 급작스런 상승 등으로 부반응물이 발생, 폴리머의 색상(Polymer Color) 불량 및 반응관 내부에서 폴리머의 겔(Geling)화 발생이 예상된다.
이 때, 본 발명에서 사용되는 이소프탈산(IPA)은 폴리에스테르의 융점을 떨어뜨려 저융점 폴리에스테르 형성을 하기 위한 것으로 이소프탈산의 함량이 20mol% 미만으로 사용되면 본 발명에서 요구되는 100℃이하, 바람직하게는 80~100℃의 열풍에서 핫멜트 가공이 용이한 저융점 기능을 가지기 어렵고, 40mol% 초과하여 사용되면 결정성 방해 요인으로 작용할 뿐 아니라 일반적으로 알려진 바와 같이 더 이상의 융점 저하 효과가 나타나지 않는다. 또한, 또다른 산성분으로 첨가하는 아디핀산(AA)은 공중합 폴리에스테르의 분자쇄 전체의 유동성을 증가시키고, 디올성분으로 포함되는 1,4-부탄디올(BD)의 결정성을 방해하지 않으면서 공중합체의 융점을 저하시킴으로써 용이한 가공성을 확보하고, 분자쇄의 유연성을 확보하여 바인딩 시 인열특성을 개선시킨다. 이러한 아디핀산(AA)의 함량이 1mol% 미만이면 목적하는 융점 저하 및 폴리에스테르의 유연성 증대 효과를 얻을 수 없으며, 20mol% 초과하면 공중합 폴리에스테르의 결정성이 저하될 뿐 아니라, 유리전이온도가 너무 낮아져 40℃이상의 유리전이온도를 얻을 수 없어 내열특성을 갖는 저융점 폴리에스테르로 사용하는데 한계가 있다.
한편, 본 발명의 디올성분으로 사용되는 1,4-부탄디올(BD)은 결정성이 강한 물질로 공중합 시에도 결정성이 유지되어 공중합체의 융점보다 1~10℃, 바람직하게는 5℃ 정도의 낮은 온도에서도 열접착이 가능하고, 융점 이하의 온도에서 변형이 없는 장점이 있다. 따라서, 1,4-부탄디올의 함량이 1mol% 미만이면 목적하는 결정성을 얻을 수 없고, 20mol%를 초과하면 중축합 반응시에 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran;THF)의 다량 발생으로 열안정성 및 방사 시 조업성이 나빠질 우려가 있다.
본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 수지는 극한점도가 0.61 이하, 바람직하게는 0.50~0.60인 것이 추후 기술할 100℃ 이하, 바람직하게는 80~100℃의 열풍에 의한 핫멜트 성형가공이 가능한 바인더 섬유가 제공될 수 있다. 일반적인 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 극한점도 0.61을 초과하여 제조되며, 열풍에 의한 핫멜트 가공 온도가 100℃를 초과하여 효율적인 성형 가공이 어렵다.
그러나, 본 발명은 이러한 문제를 극복하고자 극한점도 0.61이하, 바람직하게는 0.50~0.60, 더욱 바람직하게는 0.52~0.58로 조절할 뿐만 아니라 상기의 낮은 극한점도에서 야기되는 바인더 수지의 낮은 접착성, 내열성과 고온에서의 형태안정성, 터프니스 문제를 극복하고자 본 발명에서는 폴리에스테르 공중합시에 산성분에 아디핀산(AA), 디올성분에 1,4-부탄디올(BD)을 첨가하여 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제조하는 것이다.
따라서, 이렇게 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 융점이 없고, 연화온도 80~100℃를 나타내며, 이러한 특징은 100℃ 이하에서도 성형가공성이 용이하고, 우수한 접착성과 내열성, 즉 고온에서의 형태안정성을 나타내기에 좋다.
또 다른 구체예로 본 발명은 상기의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조공정도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 에스테르 반응물 준비단계 S100, 축중합단계 S200, 점도조절단계 S300를 거쳐 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지에 복합방사단계 S400, 절단단계 S500를 더 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법은 상기 방법으로 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계 S400;와 상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계 S500;를 포함한다.
구체적으로 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 전술한 방법으로 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 시스(Sheath)부, 융점 230~280℃인 일반 폴리에스테르 수지를 코어(Core)부로 구성하여 시스:코어=8:2~2:8, 바람직하게는 6:4~4:6으로 복합방사하는 것이 접착성과 촉감을 높기이게 좋다. 또한, 연신비가 1.0~4.5, 바람직하게는 2.5~4.0인 것은 섬유가 절단되지 않도록 방사안정성을 제공하기에 좋다. 또한, 섬도를 0.3~15 데니어(De), 바람직하게는 2~6 데니어, 길이 1~100mm가 되도록 조절하는 것은 접착성과 촉감을 높이기에 좋다.
이렇게 제조된 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 열풍에 의한 핫멜트 가공으로 가공온도가 60~100℃으로 나타나는 것을 특징으로 한다. 따라서, 기존 바인더 섬유가 100℃를 초과하는 온도에서 열접착이 이루어지는 것에 비해 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃ 이하의 낮은 온도에서도 열접착이 가능하며, 고온에서도 안정한 접착력 및 형태안정성을 유지할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 기존의 섬유 간 접착용에 사용될 뿐만 아니라 건축자재용 폴리에스테르 바인더, 특히 목재 단열재용 바인더로 사용되어 탁월한 접착성을 나타냄으로서 기존과는 다른 새로운 용도에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 극한점도가 0.61을 초과하는 기존의 수지보다 낮은 0.50~0.61의 극한점도에서도 수지의 칩 형성과 섬유화 형성이 용이하고, 100℃이하의 열풍에 의한 핫멜트 가공이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 바인더로 사용 시 유기용제의 사용 없이 열융착으로 접착이 가능하여 환경친화적인 효과가 있다.
또한, 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃이하, 80~100℃에서 핫멜트 가공이 용이할 뿐만 아니라 접착성과 내열성이 우수하여 고온에서도 형태안정성이 탁월하게 유지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 기존의 섬유 간 접착뿐만 아니라 건축자재용, 바람직하게는 목재 단열재용 바인더로 적용되어 새로운 용도로 개발되어 우수한 접착성, 내열성, 고온에서의 형태안정성이 제공되는 효과가 있다.
하기의 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1
결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조
산성분으로 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디핀산(AA) (65/30/5,mol%)과 디올성분으로 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD) (95/5, mol%)을 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.6으로 조절하고, 250℃에서 1140토르(Torr) 압력 하에서 에스 테르화 반응시켜 에스테르 형성물을 얻었고, 그 반응률은 97.5%였다. 형성된 에스테르 반응물을 축중합 반응기에 이송하고 여기에 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.02중량부와 테트라부탈 티타네이트 0.005중량부를 투입하여 최종압력 0.5토르가 되도록 서서히 감압하면서 280℃까지 승온하여 극한점도 0.54가 될 때까지 축중합반응을 수행하였다.
결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조
상기와 같이 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 시스(Sheath) 성분으로 사용하고, 코아(Core) 성분은 통상의 폴리에틸렌테레프탈산 칩(융점 260℃)을 사용하여 면적비 6:4, 연신비 3.5의 모노 4데니아로 방사하여 섬유장 길이 6mm의 복합섬유로 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 바인더 수지 및 섬유의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디핀산(AA) (60/30/10, mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD) (90/10, mol%)으로 조절하고, 극한점도 0.57이 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)(70/30,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)(100 mol%)로 조절하고, 극한점도 0.58이 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 2
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)(65/35,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)(100 mol%)로 조절하고, 극한점도 0.56이 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 3
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)(65/35,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)(100 mol%)로 조절하고, 극한점도 0.65가 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 4
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디핀산(AA) (65/30/5,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)(95:5 mol%)로 조절하고, 극한점도 0.62가 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 6
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디핀산(AA)(60/30/10,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)/디에틸렌글리콜(DEG)(90/10/5, mol%)로 조절하고, 극한점도 0.64가 되도록 반응한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
※시험방법
1. 공중합 성분의 mol% 측정
결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조를 위해 첨가되는 공중합 성분의 mol%는 클로로포름과 트리플루오르아세트산(4:1)의 혼합용매에 용해하여 브루 커(Bruker)사의 프로톤 핵자기공명분석장치(1H-NMR, 모델명:AMX-300)를 사용하여 측정하였다.
2. 극한점도(IV)측정
공중합 폴리에스테르를 페놀/테트라클로로에탄(중량비 60/40)에 용해하여 농도 0.5g/dl 의 우베로드 점도계로 35℃에서 측정하였다.
3. 융점, 유리전이온도 및 연화거동 측정
열시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)을 사용하여 20℃/분당 승온속도로 측정하였고, 융점이 존재하지 않을 경우는 동적 열특성 측정기(Perkin Elmer, TMA-7)기를 이용하여 연화거동을 측정하였다.
4. 접착성 평가
제조된 바인더 섬유를 6mm의 섬유장으로 절단 후, 목재 단열재용 재료에 혼입 후 90~100℃/60초로 열풍(Hot-Air) 조건에서 핫멜트(Hot-Melt)에 의한 접착 가공성 평가를 진행하여 ◎:매우우수, ○:우수, △: 보통, ×: 불량으로 평가하였다.
5. 촉감 평가
내부 전문가들이 손으로 만져서 상대적인 촉감을 비교하여 관능평가를 실시하여 ◎:매우우수, ○:우수, △: 보통, ×: 불량으로 평가하였다.
[표 1] 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 공중합 조성비와 극한점도

구분
 공중합 조성비(mol%)
극한점도
산성분 디올성분
TPA IPA AA EG BD DEG
실시예 1 65 30 5 95 5 - 0.54
실시예 2 60 30 10 90 10 - 0.57
비교예 1 70 30 - 100 - - 0.58
비교예 2 65 35 - 100 - - 0.56
비교예 3 65 35 - 100 - - 0.65
비교예 4 65 30 5 95 5 - 0.62
비교예 5 60 30 10 90 10 - 0.61
비교예 6 60 30 10 85 10 5 0.64
[표 2] 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 열특성 및 섬유제조에 따른 기능평가
구분 IV 융점(℃) 연화온도(℃) 유리전이온도(℃) 접착성 촉감
실시예 1 0.54 - 83 57 ◎ ◎
실시예 2 0.57 - 84 48 ◎ ◎
비교예 1 0.58 - 101 63 △ ×
비교예 2 0.56 - 102 64 △ ×
비교예 3 0.65 - 109 68 × ×
비교예 4 0.62 - 105 64 × ○
비교예 5 0.61 - 99 61 △ ○
비교예 6 0.64 - 99 61 △ ○
표 2의 결과에 따라 본 발명의 결정성 저융점 폴리에스테르 수지는 결정성이 높아 융점이 나타나지 않았으며, 연화온도가 80~100℃로 측정된 것으로 보아, 100℃ 이하의 저온에서도 성형가공성이 우수한 것을 확인하였다. 또한, 실시예 1과 비교예 4를 비교해보면, 동일한 조성임에도 극한점도를 더 낮게 조절한 실시예 1의 섬유가 더 우수한 접착성과 촉감을 발휘하는 것으로 보아, 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 극한점도를 0.50~0.60으로 조절하는 것이 중요한 요인임을 확인할 수 있다.
또한, 접착성 평가에서 목재 단열재에 접착성이 우수한 결과로 보아, 본 발 명의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 건축자재용, 특히 목재 단열재 등의 새로운 용도에도 적용할 수 있음을 확인하였다.
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.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조공정도.

Claims (9)

  1. 테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 축중합 하여 융점이 없고, 연화온도 80~100℃인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정성 저융점 폴리에스테르 수지는 극한점도가 0.50~0.61인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지.
  3. 제1항 또는 제2항의 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 섬도 0.3~15 모노 데니어이고, 길이가 1~100mm인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 열풍에 의한 핫멜트 가공으로 가공온도가 60~100℃인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 건축자재로 사용되는 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 건축자재는 목재 단열재인 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  8. 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법에 있어서,
    테레프탈산 40~79 mol%, 이소프탈산 20~40 mol% 및 아디핀산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 80~99 mol% 및 1,4-부탄디올 1~20 mol%을 포함하는 디올성분을 혼합하되, 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1:2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물 준비단계;
    상기 에스테르 반응물에, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부를 첨가한 후 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하는 축중합단계; 및
    상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.50~0.61 될 때 반응을 종결시키는 점도조절단계;
    를 포함하는 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법.
  9. 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법에 있어서,
    제8항의 방법으로 제조된 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계;와
    상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계;
    를 포함하는 결정성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법.
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