KR101103803B1

KR101103803B1 - 에어백용 폴리에스테르 원사 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101103803B1
Application number: KR1020090053238A
Authority: KR
Inventors: 김영조; 이상목; 이영수; 김기웅
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2012-01-06
Also published as: KR20100134887A

Abstract

본 발명은 에어백용 원단에 사용 가능한 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것으로, a) 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 1:1.8 내지 1:3.0의 몰비로 에스테르 교환 반응시키는 단계, b) 상기 에스테르 교환 반응으로 생성된 올리고머를 중축합 반응시키는 단계, c) 상기 중축합 반응으로 생성된 폴리머를 고상 중합시키는 단계, 및 d) 상기 고상 중합 반응으로 생성된 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고 연신하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법, 이로부터 제조되는 폴리에스테르 원사, 이를 포함하는 에어백용 원단에 관한 것이다.

에어백, 폴리에스테르, 디알킬에스테르, 글리콜, 몰비, DMT 공정

Description

에어백용 폴리에스테르 원사 및 그의 제조방법{POLYESTER FIBER FOR AIRBAG AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 에어백용 원단에 사용 가능한 폴리에스테르 원사를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법, 이로부터 제조되는 폴리에스테르 원사, 이를 포함하는 에어백용 원단, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 에어백(air bag)은, 주행중인 차량이 약 40 km/h 이상의 속도에서 정면의 충돌시, 차량에 가해지는 충돌충격을 충격감지센서에서 감지한 후, 화약을 폭발시켜 에어백 쿠션 내부로 가스를 공급하여 팽창시킴으로써, 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말한다.

에어백용 원단으로서 요구되는 항목은 충돌시에 원활하게 전개되기 위한 저통기성, 에어백 자체의 손상 및 파열을 막기 위한 고강력, 고내열성 및 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성 등이 있다.

특히, 자동차가 전복하여 구를 경우 운전자나 승객이 자동차의 유리창이나 주변의 구조물에 의하여 다치는 것을 방지할 목적으로 사고시 에어백이 펼쳐지게 되는데, 이 때 상기 에어백이 안전하게 승객을 보호하기 위해서 최소한 일정시간 동안 에어백이 부풀려 진 상태로 있어야 하므로, 이를 위해서는 에어백 원단의 공기 차단 효과가 매우 중요하다.

그렇지만, 승객의 안전을 위하여 우수한 공기 차단효과를 유지하며, 에어백이 받는 충격에 충분히 견디고 동시에 자동차 내의 가혹한 환경 하에서도 충분한 신뢰성을 갖고 사용할 수 있는 에어백용 원단은 제안되어 있지 않은 상황이다.

종래에는 나일론 66 등의 폴리아미드 섬유가 에어백용 원사의 재료로 사용된 바 있다. 그러나, 나일론 66은 내충격성이 우수하지만 폴리에스테르 섬유에 비해 내습열성, 내광성의 측면에서 뒤떨어지고 원료 비용도 높다.

한편, 일본특허공개공보 평04-214437호에는 이러한 결점이 경감되는 폴리에스테르 섬유의 사용이 제안되어 있다. 그러나, 이같이 기존의 방식으로 제조된 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백을 제조하는 경우에는 용융 열용량이 낮아 고온 고습의 가혹 조건 하에서 충분한 기계적 물성 및 전개 성능을 유지하는 데 한계가 있어 왔다.

따라서, 에어백용 원단으로 사용하기에 적합하게 우수한 공기 차단 효과를 유지하며, 승객에게 가해지는 충격을 줄이기 위한 유연성 및 고온 고습의 가혹 조건 하에서 우수한 기계적 물성을 유지하는 섬유 원사 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 고온 고습의 가혹 조건 하에서 충분한 성능을 유지하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법 및 이로부터 제조된 폴리에스테르 원사를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 원단 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 a) 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 1:1.8 내지 1:3.0의 몰비로 에스테르 교환 반응시키는 단계, b) 상기 에스테르 교환 반응으로 생성된 올리고머를 중축합 반응시키는 단계, c) 상기 중축합 반응으로 생성된 폴리머를 고상 중합시키는 단계, 및 d) 상기 고상 중합 반응으로 생성된 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고 연신하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법 및 이로부터 제조된 폴리에스테르 원사를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 원단을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

종래의 나일론 66 등 폴리아미드 섬유 대신에 폴리에스테르를 에어백용 원사로 적용하기 위해서는, 고온 고습의 가혹 조건 하에서 에이징(aging) 후에도 우수한 기계적 물성 및 기밀성 등을 유지할 수 있어야 한다. 이를 위해서는, 높은 습 도의 조건 하에서 산으로 존재하여 폴리에스테르 원사의 기본 분자쇄 절단을 유발시키는 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)를 최소화시켜야 한다.

이에 따라, 본 발명은 디카르복실산의 디알킬에스테르와 글리콜을 특정 몰비로 반응시켜 폴리에스테르 제조함으로써, 제조된 폴리에스테르 원사에서 카르복실 말단기를 최소화하여 고온 고습의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 우수한 기계적 물성 및 공기 유출 방지, 기밀성 등을 유지할 수 있어 에어백용 원단에 효과적으로 적용할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 폴리에스테르의 제조 공정에서 기존에 기존에 디카르복실산과 디올을 중합하는 방법(이하, TPA공정)을 디카르복실산의 디알킬에스테르와 디올을 중합하는 방법(이하, DMT공정)으로 대체하고 중합하여 중합 공정에서 카르복실 말단을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

기존과 같이 디카르복실산을 사용하여 폴리머를 중합하는 경우에는, 필연적으로 최종 폴리머의 말단에 원료로 쓰인 카르복실기가 상당량 존재하기 때문에 열분해로 발생하는 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group) 외에도 이와 같이 원료로부터 기인한 카르복실 말단기가 상당량 존재하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 디카르복실산의 산성 치환기가 탄소수 1~8의 알킬에테르기로 치환된 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물을 이용하여 에어백용 원사에 적합한 물성을 갖는 폴리에스테르를 중합하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 반응시켜 제조된 고점도의 칩을 열분해를 최소화하기 위해 저온방사를 적용하 여 저 카르복실 말단기를 갖는 고점도의 폴리머를 이용하여 폴리에스테르 에어백용 원사를 제조할 수 있다.

이러한 본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법은 a) 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 1:1.8 내지 1:3.0의 몰비로 에스테르 교환 반응시키는 단계, b) 상기 에스테르 교환 반응으로 생성된 올리고머를 중축합 반응시키는 단계, c) 상기 중축합 반응으로 생성된 폴리머를 고상 중합시키는 단계, 및 d) 상기 고상 중합 반응으로 생성된 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고 연신하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르는 디카르복실산에 탄소수 1 내지 8의 알킬기가 포함된 에테르기가 치환된 것을 사용할 수 있다. 특히, 상기 디카르복실산으로는 탄소수 6 내지 24의 방향족 디카르복실산, 탄소수 6 내지 24의 지환족 디카르복실산, 탄소수 2 내지 8의 알칸 디카르복실산, 및 그의 에스테르 형성 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 상기 디카르복실산으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 바이페닐디카르복실산, 1,4-나프탈렌 디카르복실산, 1,5-나프탈렌 디카르복실산 등의 탄소수 6~24의 방향족 디카르복실산 및 그의 에스테르 형성 유도체들, 1,4-사이클로헥산 디카르복실산 등의 탄소수 6~24의 지환족 디카르복실산과, 탄소수 2~6의 알칸 디카르복실산 등을 들 수 있다. 특히, 본 발명의 폴리에스테르 원사를 제조하는 데 사용 가능한 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물로는 디메틸테레프탈레이트, 디메틸디카르복실레이트 등을 들 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

이 중에서, 경제성 및 완제품의 물성 등을 고려해서 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물은 카르복실 단위 70몰% 이상 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이 중에서, 경제성 및 완제품의 물성 등을 고려해서 디알킬테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하고, 특히, 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물로 1종 이상의 화합물을 사용할 경우 디알킬테레프탈레이트를 70 몰% 이상 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용 가능한 글리콜은 탄소수 2~8의 알칸 디올, 탄소수 6~24의 지환족 디올, 탄소수 6~24의 방향족 디올, 및 그의 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 부가물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 좀더 구체적으로는, 본 발명의 폴리에스테르를 제조하는 데 사용 가능한 글리콜은 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 등의 탄소수 2~8의 알칸디올 등과, 1,4-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산 디메탄올 등의 탄소수 6~24의 지환족 디올, 및 비스페놀 A, 비스페놀 S 등의 탄소수 6~24의 방향족 디올과 방향족 디올의 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드 부가물 등을 들 수 있다.

본 발명은 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르와 이가 알코올인 글리콜을 반응시켜 에스테르 교환(ester interchange) 반응시키는 DMT(Dimethylterephthalate) 공법에 적용하는 것이다. 일반적인 폴리에스테르 DMT공법은 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르와 글리콜을 반응시켜 에스테르 교환 반응을 수행한 후에 중축합 반응을 수행하는 두 단계 공정을 통해 폴리에스테르를 얻는 반응이다. 예컨대, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 에틸렌글리콜(EG)와의 에스테르 교환(ester interchange) 반응으로 저중합체인 BHET(bis-β-hydroxyethyl terephthalate)를 먼저 얻은 후, 이때 얻은 BHT를 진공, 고온에서 축중합 반응(polycondensation)시켜 PET를 얻는 두 단계 공정을 거쳐 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 제조하는 방법을 들 수 있다.

[반응식 1]

이러한 DMT 반응에서는 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물을 에스테르 교환 반응시킨 후에 이를 중축합하는 공정으로 두 단계로 구성됨으로써, 기존에 디카르복실산을 직접 에스테르화 반응시키는 TPA(Terephthalic Acid) 공정에서와 같이 고온 반응을 유지하지 않아도 된다. 특히, 기존의 TPA 공정은 디카르복실산의 불용성과 낮은 반응성 때문에 고온 고압 공정을 수행하게 되며, 이에 따른 열분해 발생으로 카르복실 말단기가 추가로 생성될 뿐만 아니라, 원료로 카르복실 말단기를 가지고 있는 디카르복실산을 사용함으로써, 제조된 폴리에스테르 최종 폴리머에는 다량의 카르복실 말단기가 포함되게 된다.

이같이 다량의 카르복실 말단기가 포함된 폴리에스테르 원사를 에어백용 원단에 적용하는 경우에는 전술한 바와 같이, 고온 고습 하에서 산으로 존재하는 말단 카르복실기 때문에 기존 분자쇄 절단이 유발되어 원단의 물성 저하가 야기된다.

따라서, 본 발명은 상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 디카르복실산 대신에 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜의 에스테르 교환 반응을 수행한 후에 중축합 반응을 수행함으로써, 이러한 카르복실 말단기 함량을 최소화하고 폴리머의 분자량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 상기 디카르복실의 디알킬에스테르와 글리콜의 에스테르 교환 반응 및 중축합 반응은 DMT 공법으로 알려진 모든 방법에 따라 수행할 수 있으며, 특별히 별도의 공정 조건에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명의 폴리에스테르 원사가 에어백용 원사에 적합한 물성을 확보할 수 있도록, 상기 a) 단계에서 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜의 몰비는 1:1.8 내지 1:3.0가 되어야 한다. 상기 몰비는 바람직하게는 1:1.9 내지 1:2.5가 될 수 있다. 여기서, 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜의 몰비가 1:1.8보다 작은 경우에는 폴리에스테르 원사내 카르복실 말단기(CEG) 함량을 효과적으로 낮추지 못하여 원사의 물성 저하를 초래할 수 있으며, 상기 몰비가 1:3.0보다 큰 경우에는 폴리에스테르 원사내 디에틸렌글리콜(DEG) 값이 높아져 에이징후 물성보다 에이징전 원사의 강력발현이 어렵고 원사의 수축율이 올라가는 단점이 있다.

상기 a) 단계의 에스테르 교환 반응은 Zn, Mn, Mg, Pb, Ca, 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 그의 염으로 이루어진 촉매 존재 하에서 수행할 수 있다. 여기서, 상기 촉매는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.002 내지 0.1 wt%, 바람직하게는 0.002 내지 0.05 wt%의 함량으로 첨가할 수 있다. 상기 에스테르 교환 반응에서 촉매 성분 및 함량은, 기존의 폴리에스테르 제조시 에스테르 교환 반응에 사용 가능한 것으로 알려진 모든 촉매가 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 에스테르 교환 반응은 160 내지 230 ℃, 바람직하게는 190 내지 230 ℃에서 수행할 수 있으며, 반응 시간은 1 시간 내지 5 시간, 바람직하게는 2 내지 4 시간으로 수행할 수 있다. 이때, 반응 시간 및 반응 온도는 폴리머의 물성 및 생산성 향상 측면에서 조절하여 수행할 수 있다.

상기 에스테르 교환 반응을 통해서는, 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르의 디알킬기를, 글리콜로부터 유래한 탄소수 2~8의 알칸 히드록시기, 탄소수 6~24의 지환족 히드록시기, 및 탄소수 6~24의 방향족 히드록시기로 이루어진 군에서 선 택된 1종 이상으로 치환된 올리고머가 생성될 수 있다. 여기서, 올리고머는 중합도 10 이하가 될 수 있다.

또한, 상기 b) 단계의 중축합 반응은 Sb, Ti, Ge, Zn, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 그의 염으로 이루어진 촉매 존재 하에서 수행할 수 있다. 여기서, 상기 촉매는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.003 내지 0.1 wt%, 바람직하게는 0.003 내지 0.05 wt%의 함량으로 첨가할 수 있다. 상기 중축합 반응에서 촉매 성분 및 함량은, 기존의 폴리에스테르 제조시 중축합 반응에 사용 가능한 것으로 알려진 모든 촉매가 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 중축합 반응은 또한, 인산 또는 아인산계 열안정제를 추가로 첨가하여 수행할 수 있다. 여기서, 상기 열안정제는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.003 내지 0.1 wt%, 바람직하게는 0.003 내지 0.05 wt%의 함량으로 첨가할 수 있다. 상기 중축합 반응에서 구체적인 열안정제 성분 및 함량은, 기존의 폴리에스테르 제조시 중축합 반응에 사용 가능한 것으로 알려진 모든 열안정제가 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 중축합 반응은 온도 240 내지 300 ℃, 바람직하게는 270 내지 290 ℃에서 수행할 수 있으며, 압력 0.1 내지 500 Torr, 바람직하게는 0.2 내지 500 Torr에서 수행할 수 있다. 이때, 반응 시간은 2 내지 5 시간, 바람직하게는 2 내지 3 시간으로 수행할 수 있으며, 반응 시간 및 반응 온도는 폴리머의 물성 및 생산성 향상 측면에서 조절하여 수행할 수 있다.

다만, 본 발명의 바람직한 일 구현에서는 중축합 생산 공정 효율 측면에서 바람직하게, 상기 중축합 반응은 240 내지 300 ℃에서 50 내지 500 Torr 조건의 저진공 반응, 0.1 내지 10 Torr 조건의 고진공 반응을 차례로 실시하여 고분자 화합물을 생성하는 중축합 반응을 거쳐 폴리에스테르를 제조할 수 있다.

한편, 상기 에스테르 교환 반응 및 중축합 반응에서 각각 에스테르 교환 반응 촉매 및 열안정제를 사용하는 경우에, 에스테르 교환 반응 촉매와 열안정제 사이의 함량비(에스테르 교환 반응 촉매/열안정제, 예컨대, Mn/P)는 2.0 이하, 바람직하게는 0.8 내지 1.5가 될 수 있다. 특히 상기 함량비가 2.0보다 높으면 고상 중합시 열분해가 촉진되어 방사시 정상적인 물성을 수득할 수 없는 문제가 발생할 수 있으므로 2.0 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

상기 중축합 반응을 마친 후에, 본 발명에서는 생성된 폴리에스테르 칩을 고상 중합시키는 단계를 수행하게 된다. 이때, 상기 고상중합 반응은 온도 220 ℃ 이상 또는 220 내지 260 ℃, 바람직하게는 230 내지 250 ℃에서 수행할 수 있으며, 압력 0 내지 10 Torr, 바람직하게는 1.0 Torr 이하에서 수행할 수 있다. 이때, 반응 시간은 10 내지 40 시간, 바람직하게는 30 시간 이내에서 할 수 있으며, 반응 시간 및 반응 온도는 최종 점도 및 방사성 향상 측면에서 조절하여 수행할 수 있다.

이같이 고상중합을 추가로 수행한 폴리에스테르 칩은 고유 점도가 0.7 내지 1.3 dl/g, 바람직하게는 0.85 내지 1.2 dl/g가 될 수 있도록 하는 것이 원사의 물성 및 방사성 향상 측면에서 바람직하다. 상기 칩의 고유점도는 0.7 dl/g 이상이 되어야 바람직한 고강력 및 고절신의 특성을 갖는 원사를 제조할 수 있으며, 1.3 dl/g 이하로 되어야 칩의 용융온도 상승에 따른 분자쇄 절단과 방사팩에서의 압력 증가를 막을 수 있다.

본 발명의 또다른 바람직한 일 구현예에서는, 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 포함하는 혼합물을 에스테르 교환반응을 160 내지 230 ℃에서 약 2 내지 4시간 동안 수행하고, 진공 하에서 240 내지 300 ℃에서 약 2 내지 3시간 동안 중축합 반응시켜, 고유점도 0.3 내지 0.8 수준의 로우 칩(raw chip)을 만든 후, 225 내지 260 ℃의 온도 및 진공 하에서 0.7 내지 1.3의 고유점도 및 30 ppm 이하의 수분율을 갖도록 고상중합시킬 수 있다.

본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법은 이같이 생성된 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고 연신하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방사 및 연신 공정 등은 폴리에스테르 제조 공정으로 알려진 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있으며, 특별히 별도의 공정 조건에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 용융 방사 및 연신 공정의 실시 형태를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라, 상기 용융 방사 및 연신 단계를 포함하는 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조 방식은 전술한 바와 같은 방식으로 제조된 폴리에스테르 칩을 용융시켜, 구금을 통해 방사된 용융 고분자를 급냉 공기(quenching-air)로 냉각시키고, 유제 롤(120)(또는 오일-젯)을 이용하여 미연신사에 유제를 부여하고, 전-집속기(pre-interlacer)(130)를 사용하여 일정한 공기압력으로 미연신사에 부여된 유제를 원사의 표면에 균일하게 분산시킬 수 있다. 이후, 다단의 연신장치(141~146)를 통하여 연신과정을 거친 후, 최종적으로 세컨드 집속기(2^nd Interlacer, 150)에서 일정한 압력으로 원사를 인터밍글(intermingle)시켜 권취기(160)에서 권취하여 원사를 생산할 수 있다.

상기 공정에서 연신 과정은 폴리에스테르 장섬유 부분연신사(POY)를 6배 이하의 총연신비로 다단 연신시키며 수행할 수 있다.

본 발명은 이러한 방법에 따라 제조된 에어백용 폴리에스테르 원사를 제공한다.

본 발명에서 상기 폴리에스테르 원사는 일반적인 코팅 직물의 라미네이트 코팅 온도에 해당하는 150 ℃ 에서의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하고, 일반적인 코팅 직물의 졸 코팅 온도에 해당하는 200 ℃에서의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하다. 즉, 상기 150 ℃와 200 ℃에서의 수축응력이 각각 0.005 g/d 이상은 되어야 코팅 공정중 열에 의한 원단의 처짐 현상을 막을 수 있고, 0.075 g/d 이하가 되어야 코팅공정을 지나 상온에서 냉각될 때 이완응력을 완화시킬 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 코팅공정 중 열처리시 일정 수준 이상의 장력을 주어 제직형태를 유지하여 결과적으로 에어백용 원사로서 형태 변형을 방지하 기 위해 190 ℃ 에서의 수축율이 1.5% 이상인 것이 바람직하고, 열적 형태 안정성 확보를 위하여 190 ℃ 에서의 수축율이 5.5% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서 정의하는 상기 수축응력은 0.10 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 하며, 수축율은 0.01 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 한다.

상기 폴리에스테르 원사는 통상의 폴리에스테르 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사인 것이 바람직하고, 좀더 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 70 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 90 몰% 이상 포함하는 원사인 것이 바람직하다. 또한, 상기 원사는 디에틸렌글리콜을 1.0 wt% 이하 포함할 수 있으며, 디에틸렌글리콜의 함량이 1.0 wt%를 초과하는 경우에는 강력 발현이 어렵고 수축율이 올라가며 내열성이 떨어질 수 있다.

상기 폴리에스테르 원사는 0.005 g/d 이상의 수축응력을 갖기 위해서 원사의 고유점도가 0.6 dl/g 이상인 것이 바람직하고, 저수축의 특성을 발현하기 위하여 원사의 고유점도가 1.1 dl/g 이하, 바람직하게는 1.0 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 단사섬도가 2.0 de 내지 10.5 de인 것이 바람직하며, 열적 형태 안정성 유지를 위하여 결정화도가 40% 내지 55%인 것이 바람직하고, 42% 내지 52% 인 것이 더욱 바람직하다. 에어백용 원사로서 필요한 물리 적 특성을 확보하기 위하여 인장강도가 5.0 내지 10.5 g/d, 바람직하게는 6.5 내지 10.0 g/d이 될 수 있으며, 절단신도가 13 내지 35%, 바람직하게는 15% 내지 30%이 될 수 있다.

이와 함께, 상기 폴리에스테르 원사는 에어백용 원단에 사용할 수 있도록 카르복실 말단기의 함량, 즉, CEG 함량이 25 meq/kg 이하, 바람직하게는 20 meq/kg 이하가 될 수 있다.

본 발명의 에어백용 원단에 사용되는 폴리에스테르 원사는 저섬도 고강력으로 유지해야 하므로, 적용 가능한 원사의 총섬도는 200 내지 600 데니어, 바람직하게는 250 내지 500 데니어가 될 수 있다. 또한, 상기 원사의 필라멘트수는 많을수록 소프트한 촉감을 줄 수 있으나, 너무 많은 경우에는 방사성이 좋지 않을 수 있으므로, 필라멘트수는 바람직하게는 52 내지 140이 될 수 있다.

특히, 본 발명의 폴리에스테르 원사는 온도 80 내지 90 ℃ 및 상대습도 93 내지 97 %RH에서 408 시간 이상, 바람직하게는 950 시간 이상 에이징 후에 원사의 인장 강도가 6.5 내지 9.5 g/d, 바람직하게는 7.0 내지 9.5 g/d이 될 수 있다. 또한, 상기 에이징 후에 강력을, 에어징 전에 상온 상압의 대기 조건 하에서, 예컨대 온도 20 내지 25 ℃ 및 상대습도 50 내지 60 %RH에서 측정한 강력에 대하여 %로 계산한 강력유지율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상, 좀더 바람직하게는 90% 이상이 될 수 있다. 이같이 고온 고습의 가혹 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 원사의 강도 및 강력유지율이 우수한 범위로 유지됨으로써, 에어백용 원단으로 적용시 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 원사는 에어백용 원사에 사용 가능한 것으로 알려진 구리 화합물이나 인 화합물 등을 추가로 포함할 수도 있다.

한편, 본 발명은 상기 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제공한다.

본 발명에서 에어백(airbag)용 원단이라 함은 자동차용 에어백의 제조에 사용되는 직물 또는 부직포 등을 말하는 것으로, 상기와 같이 공정을 통해 제조된 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격(ASTM D 5034-GRAB법)으로 측정한 인장강도가 170 내지 400 kgf/inch, 바람직하게는 280 내지 380 kgf/inch 정도의 범위를 갖는다. 상기 인장강도의 경우 상온 인장강도는 170 kgf/inch 이상이 되어야 하며, 에이징(aging: cycle, heat, humidity) 후의 인장강도는 120 kgf/inch 이상이 되어야 한다.

또한, 에어백용 원단은 고온-고압의 가스에 의해 급속하게 팽창됨으로 우수한 인열강도 수준이 요구되는데, 상기 에어백용 원단의 파열 강도를 나타내는 인열강도를 미국재료시험협회규격(ASTM D 2261-TONGUE) 방법으로 측정하였을 때, 13 내지 90 kgf/inch, 바람직하게는 20 내지 80 kgf/inch의 값이 될 수 있다. 여기서 13 kgf/inch 미만인 경우에는 에어백의 전개시 에어백의 파열이 발생함으로써 에어백 기능에 커다란 위험을 초래할 수도 있다.

본 발명의 에어백용 원단은 미국재료시험협회규격(ASTM D 737법)을 이용하여 125 Pa의 기압차에서 측정한 공기투과도가 2.5 cfm 이하 또는 0.5 내지 2.5 cfm인 것이 바람직하며, 공기투과도가 2.5 cfm를 초과하는 경우에는 에어백용 원단의 기밀성을 유지하는 측면에서는 바람직하지 않다.

또한, 본 발명은 상기 폴리에스테르 원사를 사용하여 에어백용 생지를 제직하는 단계, 상기 제직된 에어백용 생지를 정련하는 단계, 및 상기 정련된 직물을 텐터링하는 단계를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 폴리에스테르 원사는 통상적인 제직 방법과, 정련 및 텐터링 공정을 거쳐서 최종적인 에어백용 원단으로 제조될 수 있다. 이때, 원단의 제직 형태는 특정 형태에 국한되지 않으며 평직 타입과 OPW(One Piece Woven) 타입의 제직 형태 모두가 바람직하다.

특히, 본 발명의 에어백용 원단은 상기 폴리에스테르 원사를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 정련, 및 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 원단은 통상적인 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다만, 평직 형태의 원단은 레피어 직기(Rapier Loom)나 에어제트 직기(Air Jet Loom) 또는 워터제트 직기(Water Jet Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있으며, OPW 형태의 원단은 자카드 직기(Jacquard Loom)를 사용하여 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 에어백용 원단은 표면에 코팅 또는 라미네이트된 실리콘 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리우레탄 수지 등의 1종 이상으로 이루어진 코팅층을 더욱 포함하는 것이 바람직하며, 코팅 수지의 종류는 상기 언급된 물질에만 한정되지는 않는다. 상기 수지 코팅층은 나이프 코트법, 닥터블레이드법, 또는 분무코팅법으로 적용할 수 있지만, 이 또한 상기 언급된 방법에만 한정되지는 않는다.

상기 수지 코팅층의 단위면적당 코팅량은 20 내지 200 g/m², 바람직하게는 20 내지 100 g/m²가 되도록 사용할 수 있다. 특히, OPW(One Piece Woven) 타입의 사이드 커튼 에어백용 원단의 경우에 있어서는 상기 코팅량이 30 g/m² 내지 95 g/m²가 바람직하고, 에어백용 평직 원단의 경우는 상기 코팅량이 20 g/m² 내지 50 g/m² 수준이 바람직하다.

이렇게 코팅된 에어백용 원단은 재단과 봉제공정을 거치면서 일정한 형태를 갖는 에어백 쿠션 형태로 제조된다. 상기 에어백은 특별한 형태에 국한되지 아니하며 일반적인 형태로 제조될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기의 에어백을 포함하는 에어백 시스템을 제공하며 상기 에어백 시스템은 관련 업자들에게 잘 알려진 통상의 장치를 구비할 수 있다. 상기 에어백은 크게 프론탈 에어백(Frontal Airbag)과 사이드 커튼 에어백(Side Curtain Airbag)으로 구분될 수 있다. 상기 프론탈용 에어백에는 운전석용, 조수석용, 측면보호용, 무릎보호용, 발목보호용, 보행자 보호용 에어백 등이 있으며, 사이드 커튼 타입 에어백은 자동차 측면 충돌이나 전복 사고시 승객을 보호하게 된다. 따라서, 본 발명의 에어백은 프론탈용 에어백과 사이드 커튼 에어백을 모두 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명은 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 특정 함량비로 에스테르 교환 반응시킴으로써, 카르복실 말단기를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 이와 동시에 고분자의 분자량을 상승시킬 수 있어, 카르복실 말단기의 함량이 낮으면서 고점도의 폴리머를 생성시킬 수 있다. 또한, 이로써 본 발명은 에어백용 고강도 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~2

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 공정 조건으로, 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜의 몰비(에틸렌글리콜/디메틸테레프탈레이트)가 각각 2.0 및 2.5가 되도록 하여 에스테르 교환 반응을 상압에서 160~220 ℃ 사이의 온도 조건으로 1.8~2시간 동안 진행하였다. 이때, 상기 에스테르 교환 반응은 디메틸테레프탈레이트에 대하여 0.006 wt%의 Mn 촉매의 존재 하에서 수행하였다.

상기 에스테르 반응 후, 생성된 모노머인 비스히드록시에틸테레프탈레이트 (BHET, bis-β-hydroxyethyl terephthalate)를 240~300 ℃ 사이에서 진공 하에서 3.5 시간 동안 중축합 반응을 진행하여 폴리머를 생성시켰다. 이때, 상기 중축합 반응은 디메틸테레프탈레이트에 대하여 0.007 wt%의 Sb 중합 촉매의 존재 하에서 0.005 wt%의 인산을 열안정제로 첨가하여 수행하였다. 상기 중축합 반응을 통해, 고유점도가 각각 0.67 dl/g인 로우 칩(Raw Chip)을 제조하였다.

또한, 상기 중축합 반응을 통해 생성된 폴리에스테르 칩(chip)을 235 ℃ 이상에서 고상중합을 수행하여 고유 점도(IV)가 각각 1.07 dl/g인 폴리에스테르 고상중합 칩을 제조하였다.

상기 폴리에스테르 고상중합 칩은 도 1에 나타낸 바와 같은 공정으로 용융 방사하고 연신하는 단계를 거쳐 에어백용 폴리에스테르 원사를 제조하였다.

특히, 상기 폴리에스테르 고상중합 칩은 282 ℃ 이하의 온도에서 용융하여 방사 구금을 통해 용융 폴리에스테르를 토출시키고 저온 방사를 실시하여 고유점도가 각각 0.98및0.97인 방출사를 방출하였다. 상기 용융 방출사를 후드-히터 및 단열판으로 구성된 지연 냉각 구간에 통과시켜 지연 급냉(delayed quenching)하였다.

상기 지연급냉된 폴리에스테르 섬유에 롤 형태의 유제 부여 장치를 이용하여 유제를 부여하였다. 이 때, 상기 유제의 양은 원사 100 중량부에 대하여 0.8 중량부이며, 사용된 유제는 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 부가 디올에스테르(30 중량부), 에틸렌옥사이드 부가 디올에스테르 (15 중량부), 글리세릴 트리에스테르(10 중량부), 트리메틸프로판 트리에스테르(10 중량부), 및 소량의 대전방지제를 혼합 한 방사 유제를 사용하였다.

상기 유제가 부여된 원사를 전-집속기에 통과시키고, 고데트 롤러를 이용하여 연신하였다. 이때, POY사를 7배 이하의 총연신비로 다단연신시켰다.

상기 연신 후에, 세컨드 집속기(2^nd Interlacer)를 이용하여, 상기 연신된 폴리에스테르 원사에 인터밍글을 부여한 후, 권취기로 권취하여 폴리에스테르 원사를 제조하였다.

본 발명의 실시예에서 글리콜/디카르복실산의 몰비, 에스테르 반응, 중축합 반응, 글리콜 추가 투입 반응, 고상 중합 반응의 온도, 압력, 반응 시간, 방사 온도, 연신비 등의 조건을 각각 하기 표 1 에 나타내었다.

비교예 1~2

하기 표 1의 제반 조건에 따라 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜의 몰비(에틸렌글리콜/디메틸테레프탈레이트)를 각각 1.6 및 3.2로 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 원사를 제조하였다.

비교예 3~4

하기 표 1의 제반 조건에 따라 디메틸테레프탈레이트 대신에 테레프탈산을 사용하여, 테레프탈산과 에틸렌 글리콜의 몰비(에틸렌글리콜/테레프탈산)를 각각 1.3 및 2.0으로 에스테르 반응을 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 원사를 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~4에 따라 제조된 폴리에스테르 원사에 대하여 하기의 방법으로 물성을 측정하였다. 각각의 물성 측정 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

1) 고유점도

사염화탄소를 이용하여 시료에서 유제를 추출하고, 160±2 ℃에서 OCP (Ortho Chloro Phenol)로 녹인 후, 25 ℃의 조건에서 자동점도 측정기(Skyvis-4000)를 이용하여 점도관에서의 시료 점도를 측정하여 하기 계산식 1에 따라 폴리에스테르 원사의 고유점성도(intrinsic viscosity, IV)를 구하였다.

[계산식 1]

고유점성도(IV) = {(0.0242 × Rel)+0.2634} × F

상기 식에서,

이고,

이다.

2) 인장강도 (g/d), 절단신도 (%)

폴리에스테르 원사의 인장강도 및 절단신도를 만능재료 시험기(Instron)을 사용하여 측정하였으며, 시료장은 250 mm이고, 인장속도는 300 mm/min으로 하였으 며, 초기 로드는 0.05 g/d로 설정하였다.

3) CEG 및 DEG 함량

폴리에스테르 원사의 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)는 ASTM D 664 및 D 4094의 규정에 따라, 시료 0.2 g을 50 mL의 삼각 플라스크에 넣은 후, 벤질알콜 20 mL를 가하고 핫 플레이트(hot plate)를 이용하여 180 ℃까지 올려 5분간 유지시켜 시료를 완전히 용해시킨 다음, 160 ℃로 냉각시켜 135 ℃가 도달할 때 페놀프탈렌 5~6방울을 가하고, 0.02 N KOH로 적정하여 무색에서 분홍색으로 변하는 적정점에서 하기 계산식 2 에 의해 CEG 함량(COOH million equiv./시료 kg)을 계산하였다.

[계산식 2]

CEG = (A-B)×20×1/W

상기 계산식 2에서, A는 시료의 적정에 소비된 KOH의 양(mL)이고, B는 공시료의 적정에 소비된 KOH의 양(mL)이며, W는 시료의 무게(g)이다.

디에틸렌글리콜(DEG, Diethylene Glycol)의 함량을 시료 1 g을 50 mL 용기에 넣은 후, 모노에탄올아민 3 mL를 가하고 핫 플레이트를 이용하여 가열하여 시료를 완전히 용해시킨 다음, 100 ℃로 냉각시켜 1,6-헥산디올 0.005 g을 메탄올 20 mL에 용해시킨 용액을 가하고, 테레프탈산 10 g을 가하여 중화시켰다. 얻어진 중화액을 깔대기 및 여과지를 사용하여 여과한 후 여액을 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography)하여 DEG 함량(중량%)을 측정하였다. GC 분석은 시마주(Shimadzu) GC 분석기를 사용하고 시마주 GC 매뉴얼에 따라 측정하였다.

4) 단사 섬도

단사 섬도는 얼레를 이용하여 원사를 90 m만큼 취하고 그의 무게를 재어 원사의 총섬도(Denier)를 구한 후 필라멘트 수로 나누는 방법으로 측정하였다.

5) 결정화도

폴리에스테르 원사의 밀도 ρ는 n-헵탄과 사염화탄소를 이용한 밀도구배관법에 따라 25 ℃에서 측정하였으며, 결정화도는 하기 계산식 3에 따라 계산하였다.

[계산식 3]

상기 계산식 3에서, ρ는 원사의 밀도, ρ_c는 결정의 밀도(PET의 경우는 1.457 g/cm³), 및 ρ_a는 비결정의 밀도(PET의 경우는 1.336 g/cm³)이다.

6) 에이징후 강도

상기 실시예 1~2 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르 원사에 대하여 온도 85 ℃ 및 상대습도 95 %RH에서 1,000 시간 동안 에이징 후에, 만능재료 시험기(Instron)을 사용하여 원사의 인장강도를 측정하였다. 이때, 시료장은 250 mm이고, 인장속도는 300 mm/min으로 하였으며, 초기 로드는 0.05 g/d로 설정하였다.

7) 에이징후 강력유지율

상기 실시예 1~2 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르 원사에 대하여 온도 85 ℃ 및 상대습도 95 %RH에서 1,000 시간 동안 에이징 후에 강력을 상기 6) 에 이징후 강도 측정 방법과 동일한 방법으로 측정하고 상기 에이징 전에 온도 24±1 ℃, 상대습도 55±2 %RH 에서 상기 2) 인장강도 측정 방법과 동일한 방법으로 측정한 강력에 대하여 %로 계산하여 강력유지율로 나타내었다.

구분		실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
공정조건	중합 공정	DMT	DMT	DMT	DMT	TPA	TPA
	몰비¹	2.0	2.5	1.6	3.2	1.3	2.0
	에스테르반응온도 (℃)	-	-	-	-	250~280	250~280
	에스테르반응시간 (Hr)	-	-	-	-	4	3
	에스테르교환반응온도(℃)	160~220	160~220	160~220	160~220	-	-
	에스테르교환반응시간(Hr)	2.0	1.8	2.5	1.8	-	-
	중축합반응온도 (℃)	260~290	260~290	260~290	260~290	260~290	260~290
	중축합반응시간 (℃)	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
	중축합진공도 (Torr)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
	Raw Chip IV(dl/g)	0.67	0.67	0.67	0.67	0.67	0.67
	고상중합반응온도 (℃)	235	235	235	235	235	235
	고상중합반응시간 (℃)	13	15	15	15	15	15
	고상중합진공도 (Torr)	1	1	1	1	1	1
	고상중합후 IV (dl/g)	1.05	1.05	1.05	1.05	1.05	1.05
	방사 온도(℃)	282	282	282	282	287	287
	연신비	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5
물성측정값	CEG(meq/kg)	13	10	22	8	35	25
	DEG(wt%)	0.67	0.8	0.54	1.1	0.83	1.4
	단사 섬도(denier)	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8
	연신사 인장강도 (g/d)	9.0	8.9	8.7	8.0	8.5	7.5
	연신사 절단신도 (%)	14.5	15.0	14.0	14.2	12.7	13.7
	연신사 IV(dl/g)	0.98	0.97	0.92	0.95	0.89	0.90
	연신사 결정화도 (%)	45.2	44.3	47.5	42.1	44.2	41.3
	Aging후 인장강도 (g/d)	8.5	8.4	7.7	7.6	6.7	6.7
	강력유지율(aging후강력/aging전강력, %)	94.4	94.4	88.7	95.1	78.8	89.3
1. 몰비: 글리콜/디알킬테레프탈레이트 또는 글리콜/디카르복실산

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~2에 따라 제조된 폴리에스테르는 CEG 함량이 낮고 원사의 강도가 우수할 뿐만 아니라 고온 고습의 가혹 조건 하에서 장시간 에이징 후에도 강도 등의 기계적 물성 및 강력유지율이 우수한 성능으로 나타남을 알 수 있다.

그러나, 비교예 1~2에 따라 각각 글리콜/디알킬테레프탈레이트의 몰비가 1.8이하의 경우는 CEG 함량이 높게 나와 에이징후의 물성이 현저하게 떨어짐을 알 수 있고, 3.0 이상의 경우 CEG 함량이 낮아 강력이용율이 높게 유지되나 DEG 함량이 높아 원사의 강력발현이 어렵게 된다.

또한, 비교예 3~4에 따라 TPA 공정으로 테레프탈산을 사용하여 에스테르 반응시켜 제조된 폴리에스테르 원사의 경우, DEG가 높아 원사의 강도가 낮고 CEG가 높아 강력이용율이 현저하게 떨어지는 것을 알 수 있다.

실시예 3~4

상기와 같이 제조된 각각의 폴리에스테르 원사를 사용하여, 래피어직기를 통해 에어백용 원단 생지를 제조하였다. 이때 요구되는 공기투과도를 달성하기 위하여 위사와 경사 본수를 동일하게 하여 평직으로 제직하였으며, 이때 섬유의 총섬도 및 필라멘트수, 제직밀도는 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 수행하였다.

수산화나트륨 1.5 g/L, 계면활성제 1.08 g/L, 침투제 1.08 g/L, 및 분산제 1.25 g/L이 되도록 물과 혼합하여 2개의 약품조에 나누어 투입하고, 각 약품조의 온도를 75 ℃로 유지시켰다. 또한, 상기 각 약품조 옆에 80 ℃ 및 85 ℃의 온도를 가지는 수세조 2개씩을 각각 연속 배치하였다.

상기 직기로 제직된 에어백용 생지를 상기 준비된 약품조에 1차 통과시킨 후, 2개의 수세조에 연속적으로 통과시키고, 다시 약품조와 2개의 수세조에 2차 통과시켰다.

상기 수세조를 통과한 에어백용 생지를 맹글에 통과시켜 탈수한 후, 110 ℃의 열풍으로 건조하여 잔류수분을 완전히 건조시켜 에어백용 원단을 제조하였다.

또한, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 코팅량이 되도록, 상기 원단에 폴리비닐클로라이드(PVC) 수지를 나이프 코팅(knife over ro1l coating)방법으로 코팅하여 PVC 코팅된 원단을 제조하였다.

비교예 5~8

하기 표 2의 제반 조건에 따라 각각 비교예 1~4의 폴리에스테르 원사를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 에어백용 원단을 제조하였다.

실험예 2

상기 실시예 3~4 및 비교예 5~8에 따라 제조된 에어백용 원단에 대하여 하기의 방법으로 인장강도, 인열강도, 및 공기투과도를 측정하였다. 각각의 물성 측정 결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

1) 인장강도

에어백용 원단에서 시편을 재단하여 미국재료시험협회규격(ASTM) D 5034에 따른 인장강도 측정장치의 하부 클램프에 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 에어백 쿠션 시편이 파단될 때의 강도를 측정하였다.

2) 인열강도

에어백용 원단에서 시편을 재단한 후, 위사 또는 경사방향으로 7 cm를 절개하고, 미국재료시험협회규격(ASTM) D 2261에 따른 인열강도 측정장치의 클램프에 상기 절개부의 좌우 원단을 물려 장착하였다. 상기 원단이 장착된 상태에서 각각의 클램프를 위, 아래로 교차 이동시키면서 원단을 파열시켜 강도를 측정하였다.

3) 공기투과도

미국재료시험협회규격 ASTM D 737법에 따라 에어백용 원단을 20℃, 65 %RH 하에서 1일 이상 방치한 후, 125 Pa의 압력의 공기가 38 cm²의 원형단면을 통과하는 양을 측정하였다.

구분		실시예 3	실시예 4	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8
공정조건	폴리에스테르 칩	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
	총섬도	500	500	500	500	500	500
	필라멘트수	104	104	104	104	104	104
	제직밀도(본/인치)	46	46	46	46	46	46
	수지코팅량(g/m²)	23	23	23	23	23	23
물성측정값	원단 인장강도 (kgf/inch)	254.2	252.3	251.2	242.1	228.3	226.4
	원단 인열강도(kgf)	41	41	40	34	25	22
	원단 공기투과도(cfm)	1.4	1.3	2.6	2.7	2.8	2.7

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 3~4에 따라 제조된 에어백용 원단은 인장강도, 인열강도, 및 공기투과도 측면에서 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다. 그러나, 비교예 1~4에 따라 제조된 폴리에스테르 원사를 사용한 비교예 5~8의 에어백용 원단의 경우, 원단의 인장강도 및 인열강도가 현저히 떨어지고 공기투과도는 너무 높아 좋지 않을 것을 알 수 있다.

특히, 비교예 5~8의 원단은 에어백에 적용시 고온-고압의 가스에 의해 급속하게 팽창됨으로 우수한 인열강도 수준이 요구되는데, 상기와 같이 낮은 인열강도를 가짐으로써, 에어백의 전개시 에어백의 파열이 발생하여 에어백 기능에 커다란 위험을 초래할 수도 있다.

또한, 비교예 5~8의 원단의 경우 본 발명의 실시예 3~4에 비해 높은 공기투과도를 나타냄으로써, 실제로 비교예 5~8의 원단을 에어백에 적용하여 고온-고압의 가스가 분사된다고 하여도 에어백에 충분한 내압이 유지되지 않아 충돌시 승객을 보호하기 어려워 커다란 위험을 초래할 수도 있다.

본 발명은 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것으로, 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 에틸렌글리콜을 특정 몰비로 반응시킴으로써 고온 고습의 가혹 조건 하에서 에이징 후에도 기계적 물성 및 기밀성 등에서 충분한 성능을 유지하며 내습열성, 내광성이 우수한 에어백용 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에어백용 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다.

Claims

a) 디카르복실산의 디알킬에스테르 화합물과 글리콜을 1:1.8 내지 1:3.0의 몰비로 에스테르 교환 반응시키는 단계,

b) 상기 에스테르 교환 반응으로 생성된 올리고머를 중축합 반응시키는 단계,

c) 상기 중축합 반응으로 생성된 폴리머를 고상 중합시키는 단계, 및

d) 상기 고상 중합 반응으로 생성된 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고 연신하는 단계

를 포함하고, CEG 함량이 20 meq/kg 이하인 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 디카르복실산의 디알킬에스테르는 탄소수 6 내지 24의 방향족 디카르복실산, 탄소수 6 내지 24의 지환족 디카르복실산, 탄소수 2 내지 8의 알칸 디카르복실산, 및 그의 에스테르 형성 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 디카르복실산에 탄소수 1 내지 8의 알킬기가 포함된 에테르기가 치환된 것인 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 글리콜은 탄소수 2 내지 8의 알칸 디올, 탄소수 6 내지 24의 지환족 디 올, 탄소수 6 내지 24의 방향족 디올, 및 그의 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 부가물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 a) 단계의 에스테르 교환 반응은 Zn, Mn, Mg, Pb, Ca, 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 그의 염으로 이루어진 촉매 존재 하에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 촉매는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.002 내지 0.1 wt%의 함량으로 첨가하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 에스테르 교환 반응은 160 내지 230 ℃에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 에스테르 교환 반응으로 생성된 올리고머는 상기 디카르복실산의 디알킬에스테르의 디알킬기를, 글리콜로부터 유래한 탄소수 2 내지 8의 알칸 히드록시 기, 탄소수 6 내지 24의 지환족 히드록시기, 및 탄소수 6 내지 24의 방향족 히드록시기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환시킨 것인 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 단계의 중축합 반응은 Sb, Ti, Ge, Zn, 및 Sn로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 그의 염으로 이루어진 촉매 존재 하에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 촉매는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.003 내지 0.1 wt%의 함량으로 첨가하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 단계의 중축합 반응은 인산 또는 아인산계 열안정제를 추가로 첨가하여 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 열안정제는 디카르복실산의 디알킬에스테르에 대하여 0.003 내지 0.1 wt%의 함량으로 첨가하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 중축합 반응은 240 내지 300 ℃에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 중축합 반응은 0.1 내지 500 Torr의 압력 하에서 수행하는 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 고상 중합을 수행한 후 생성된 폴리에스테르 칩은 고유 점도가 0.7 내지 1.3 dl/g인 에어백용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 70몰% 이상 포함하는 것인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 고유점도가 0.6 내지 1.1 dl/g인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 인장강도가 6.5 내지 9.5 g/d이고, 절단신도가 13% 내지 35%인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 온도 80 내지 90 ℃ 및 상대습도 93 내지 97 %RH에서 408 시간 이상 에이징 후에 강력을, 상기 에이징 전에 온도 20 내지 25 ℃ 및 상대습도 50 내지 60 %RH에서 측정한 강력에 대하여 %로 계산한 강력유지율이 80% 이상인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 단사섬도가 2.0 de 내지 10.5 de인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 있어서,

상기 원사는 결정화도가 40% 내지 55%인 에어백용 폴리에스테르 원사.
삭제
제15항에 있어서,

상기 원사는 디에틸렌글리콜을 1.0 wt% 이하 포함하는 것인 에어백용 폴리에스테르 원사.
제15항에 따른 폴리에스테르 원사를 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제24항에 있어서,

상기 원단의 표면에 코팅 또는 라미네이트된 수지 코팅층을 추가로 포함하는 에어백용 폴리에스테르 원단.
제25항에 있어서,

상기 수지 코팅층은 실리콘 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리에틸렌 수지, 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 에어백용 폴리에스테르 원단.
제25항에 있어서,

상기 수지 코팅층의 단위면적당 코팅량이 20 내지 200 g/m²인 에어백용 폴리에스테르 원단.