KR101276099B1 - 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르, 그 제조방법 및 이를 함유하는 바인더 섬유 - Google Patents

생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르, 그 제조방법 및 이를 함유하는 바인더 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a1) 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 5~30몰%로 구성되는 디카르복실산 성분(A); 및 (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%, 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%로 구성되는 디올 성분(B)을 반응시켜 제조되는 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르로서 열접착력이 우수할 뿐만 아니라 생분해가 가능한며, 이를 포함하는 바인더 섬유는 강직성 및 터프니스가 우수한 것을 특징으로 한다.

Description

생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르, 그 제조방법 및 이를 함유하는 바인더 섬유 {Thermally Adhesive Co-polyester with Excellent Biodegradability, Process of Preparing Same and Binder Fiber Including the Co-polyester}
본 발명은 부직포 및 패딩(Padding) 제품의 제조에 사용되는 열접착성 공중합 폴리에스테르 및 이를 포함하는 바인더 섬유에 관련된 것이다. 보다 구체적으로, 섬유를 열적으로 상호간 접착시 우수한 접착력과 높은 유리전이 온도를 나타내어 부직포 제조시 부직포 견면의 강직성(Hardness)이 우수하면서 터프니스가 우수하며, 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르 및 이를 포함하는 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것이다.
일반적으로 의류용 부직포 및 패딩 제품은 단섬유를 카딩하여 기계 방향과 반기계 방향으로 몇 겹의 카딩 웹 제품을 적층한 후 접착물질(바인더)로서 섬유 간 접착성을 가지게 하는 방법이 널리 알려져 있다.
이와 같은 부직포를 제조하는 방법으로는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 제1방법은 아크릴 또는 폴리비닐알코올계 등의 수지를 용제에 녹여 부직포 표면에 도포 접착하는 것이며, 제2방법은 매트릭스 섬유에 융점이 낮고, 동일계 또는 시스-코어(Sheath-Core)형으로 복합 방사하여 제조되는 바인더 섬유를 카딩시 일정한 비율로 혼합한 후 열처리를 함으로써 구성 섬유들을 융착시키는 방법이다.
전자의 방법인 폴리비닐알코올 또는 아크릴계 수지를 용제에 녹여 분사하는 방법은 웹의 내부까지 바인더가 깊이 침투하지 못하고, 용제에 의한 환경 오염을 일으킬 우려가 있다. 또한 매트릭스가 되는 폴리에스테르와의 낮은 상용성 등으로 인하여 부직포의 표면만을 간단히 접착시키는 의류용 심지에만 사용이 국한되어 있으며, 접착성 또한 낮고 촉감이 거칠어 고강력을 요구하는 제품에는 적용하지 못하는 단점이 있다.
따라서 전자의 방법의 문제점으로 인해 최근에는 후자의 방법인 가열에 의해 접착이 순간적으로 완료되는 시스-코어형 공중합 폴리에스테르 바인더 섬유를 이용하는 기술이 주를 이룬다. 이러한 기술로는 미국특허 제3,989,788호, 제4,129,675호, 제4,166,896호, 제4,129,675호, 제4,065,439호 등과 대한민국 공개특허 제2000-021850호, 제2001-004783호, 제2001-004784호, 제2001-009833호 등에 테레프탈산/이소프탈산/아디핀산(또는 세바신산) 및 에틸렌글리콜/네오펜틸글리콜 등의 다양한 디카르복실산 및 디올 성분을 이용한 저융점 공중합 폴리에스테르를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
한편 최근 경제발전으로 인하여 화학섬유의 소비량이 증가되고 있는데 반하여, 사용 후의 폐 화학섬유로 인한 환경오염 문제가 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 화학섬유를 포함하는 고분자 물질의 폐기방법을 보면 소각에 의한 것이 수 퍼센트를 차지하고 있고, 나머지 대부분은 주로 매립에 의한 방법을 취하고 있는 실정이다. 전자의 소각에 의한 경우, 소각에 따른 다이옥신과 같은 유독가스의 발생, 산성비, 지구온난화 등의 문제를 일으킨다. 또한 후자와 같은 매립에 의한 경우, 매립지 부족과 토양 오염문제를 일으키고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나로서 생분해성 고분자의 연구에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이러한 고분자 중에서도 지방족 폴리에스테르가 생분해성이 있다는 사실은 이미 알려져 있다. (Journal of Macromol. SCI-Chem A-23(3). 1986, pp393 ~ 409)
대표적인 생분해성 지방족 폴리에스테르에는 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드 등이 있으며, 이들은 대량으로 섬유, 필름, 플라스틱 등의 광범위한 분야에 사용되어지고 있으나 원료비용이 지나치게 고가인 단점이 있다. 대한민국 공개특허 제94-14497호, 제95-758호, 미국특허 제5,053,482호, 제5,097,004호, 및 제5,171,308호 등에 폴리에스테르 중합 공정에 지방족 디카르복실산 및 설폰산기 등을 공중합 함으로써 토양 매립시 생분해가 가능하게 하는 생분해성 폴리에스테르 제조기술들이 소개되어 있으며, 대한민국특허 제0366484호, 제0308535호, 및 제0498811호 등에 지방족 디카르복실산인 석신산 및 1,4-부탄디올 혹은 에틸렌글리콜을 공중합하여 토양 매립시 생분해성이 우수한 폴리에스테르 수지조성물에 관한 기술이 소개되어 있지만 이러한 저융점 수지를 사용하여 열접착성 바인더 섬유를 제조하면, 유리전이온도가 너무 낮고 상온에서 탄성의 특성을 나타내어 산업용 견면을 만드는 용도에 사용하기 위한 열접착 바인더 파이버를 제조함에 있어서는 제조공정성이 불량할 뿐 아니라 열접착시 강직성(Hardness) 및 터프니스가 불량한 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 지속적으로 연구한 결과 방향족 폴리에스테르에 지방족 이산기를 공중합하여 제조한 수지를 이용하여 기존의 시스-코어형의 열접착 바인더 섬유와 비교하여 열접착성이 우수하면서 생분해성이 우수한 열접착 공중합 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 바인더 섬유의 제조방법을 개발하는데 성공하였으며, 그 결과를 토대로 대한민국 특허공개 제2010-0116045호에 개발된 기술을 특허공개 하였다.
하지만 상기 출원발명의 제조방법을 통해 공중합하여 제조된 코폴리에스테르 수지 및 이를 이용하여 제조된 바인더 섬유의 경우 바인더 섬유로서의 고유 특성인 열접착성이 우수하며 토양 매립시 생분해성도 우수하여 의류용 혹은 생활용 접착 부직포 용도로 사용하기에는 우수한 물성 및 특성을 나타내었으나, 비결정성 지방족 디카르복실산의 도입으로 고분자 주쇄의 구조상 결정성이 떨어져서 고분자의 유리전이온도가 낮아 열접착 후 강직성(Hardness) 및 산업용 부직포 견면으로 사용하기에는 터프니스가 부족한 단점이 있다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하도록 디카르복실산 성분으로 방향족 디카르복실산 성분 및 지방족 디카르복실산 성분을 사용하고, 디올 성분으로 선형구조의 디올 성분 및 대칭성의 환형구조의 디올 성분을 사용하여 강직성, 터프니스가 우수하고 토양 매립시 생분해가 되는 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 열접착성 및 생분해성이 우수한 공중합 폴리에스테르 및 이를 포함한 바인더 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강직성 및 터프니스까지 우수한 폴리에스테르 및 이를 포함한 바인더 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 열접착성, 생분해성, 강직성 및 터프니스가 우수한 공중합 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 구체적으로 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르는 (a1) 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 5~30몰%로 구성되는 디카르복실산 성분(A); 및 (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%, 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%로 구성되는 디올 성분(B)을 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체(a1)는 (a11) 테레프탈산 및/또는 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체 55~95 몰%, 및 (a12) 이소프탈산 및/또는 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체 5~45 몰%로 구성되며, 상기 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체(a2)는 글루타르산 및/또는 글루타르산 에스테르 형성성 유도체인 것을 특징으로 한다.
상기 선형구조의 디올(b1)은 (b11) 에틸렌글리콜 75~99 몰%, 및 (b12) 디에틸렌글리콜 1~25 몰%로 구성되며, 상기 대칭성의 환형구조의 디올(b2)은 이소소르비드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 상기 공중합 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 공중합 폴리에스테르를 시스(sheath) 성분으로 사용하고, 폴리에틸렌프탈레이트 및 생분해성 코폴리에스테르를 코어(core) 성분으로 사용하여 시스-코어형 복합 방사를 통해 제조되는 바람직하다.
본 발명의 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르 제조방법은 상기 디카르복실산 성분 및 상기 디올 성분을 에스테르화 또는 에스테르 교환 반응을 시키는 에스테르화 단계, 및 최종 진공도를 1mmHg 이하로 감압하면서 축중합 반응을 하는 축중합 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 공중합 폴리에스테르는 디카르복실산 성분으로 방향족 디카르복실산 성분 및 지방족 디카르복실산 성분을 사용하고, 디올 성분으로 선형구조의 디올 성분 및 대칭성의 환형구조의 디올 성분을 사용함으로써 열접착성 뿐만 아니라, 강직성, 및 터프니스가 우수하고, 토양 매립시 생분해가 되는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 열접착 생분해성 공중합 폴리에스테르의 제1공중합 성분으로 디카르복실산 성분(A)을 사용하고, 제2공중합 성분으로 디올 성분(B)을 사용한다.
상기 디카르복실산 성분(A)은 (a1) 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 5~30몰%로 구성된다.
상기 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체(a1)는 (a11) 테레프탈산 및/또는 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체 55~95 몰%, 및 (a12) 이소프탈산 및/또는 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체 5~45 몰%로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 구성성분 (a11)에서 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체는 테레프탈산이 에스테르를 형성한 화합물로써 하기 화학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011025250088-pat00001
(상기 화학식에서 m 은 1 ~ 30인 정수이고, n은 1 ~ 30인 정수이다.)
구성성분 (a11)은 테레프탈산으로 구성될 수 있거나, 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체로 구성될 수 있거나, 테레프탈산과 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체의 혼합물로 구성될 수 있다. (이하, ‘테레프탈산’이라 함은 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체이거나 이를 포함할 수 있는 것을 의미한다.) 구성성분 (a11)는 디카르복실산 성분 전체에 대하여 80~60몰%가 바람직하다.
상기 구성성분 (a12)에서 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체는 이소프탈산이 에스테르를 형성한 화합물로써 하기 화학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112011025250088-pat00002
(상기 식에서 m 은 1 ~ 30인 정수이고, n은 1 ~ 30인 정수이다.)
구성성분 (a12)는 이소프탈산으로 구성될 수 있거나, 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체로 구성될 수 있거나, 이소프탈산과 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체의 혼합물로 구성될 수 있다. (이하, ‘이소프탈산’이라 함은 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체이거나 이를 포함할 수 있는 것을 의미한다.) 구성성분 (a12)는 디카르복실산 성분 전체에 대하여 10~20 몰%가 바람직하다.
상기 구성성분 (a2)에서 지방족 에스테르 형성성 유도체는 글루타르산이 에스테르를 형성한 화합물로써 하기 화학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112011025250088-pat00003
(상기 식에서 m 은 1 ~ 30인 정수이고, n은 1 ~ 30 인 정수이다.)
구성성분 (a2)는 글루타르산으로 구성될 수 있거나, 글루타르산 에스테르 형성성 유도체로 구성될 수 있거나, 글루타르산과 글루타르산 에스테르 형성성 유도체의 혼합물로 구성될 수 있다. (이하, ‘글루타르산’이라 함은 글루타르산 에스테르 형성성 유도체이거나 이를 포함할 수 있는 것을 의미한다.) 구성성분 (a2)는 디카르복실산 성분 전체에 대하여 10~20 몰%가 바람직하다.
상기 디카르복실산 성분(A)의 조성비가 상기한 범위 내에 있을 때, 얻어진 중합체는 소망하는 다양한 연화 온도와 접착 성능을 나타나게 된다.
일반적으로 이소프탈산의 함량이 40 몰% 수준에서는 제조된 공중합 폴리에스테르가 제2공중합 성분의 추가 공중합 없이도 충분히 연화온도가 높아짐에 따라 적절한 가공온도의 조건에서 열융착이 가능한 공중합 폴리에스테르를 제조할 수 있으며, 함량이 50 몰%를 초과하게 되면 연화 온도 저하 효과는 미약해지면서 공중합 폴리에스테르의 물성이 저하하고 색상이 불량하게 된다. 하지만 이와 같이 디카르복실산 성분으로 이소프탈산만 사용하게 될 경우 물성은 우수하나 생분해성이 전혀 없는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 디카르복실산 성분으로 이소프탈산과 함께 지방족 디카르복실산을 동시에 사용하여 공중합 폴리에스테르를 구성한다.
상기 디올 성분(B)은 (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%; 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%; 로 구성되는 디올 성분으로 구성된다.
상기 선형구조의 디올(b1)은 (b11) 에틸렌글리콜 75~99 몰%; 및 (b12) 디에틸렌글리콜 1~25 몰%;로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 대칭성의 환형구조의 디올(b2)은 이소소르비드인 것이 바람직하다.
디올 성분으로 에틸렌글리콜을 단독으로 사용하지 않고 에틸렌글리콜 이외에 디올 성분의 전체를 기준으로 20 몰% 이하의 디에틸렌글리콜과 20 몰% 이하의 이소소르비드를 함께 사용하면 이소프탈산을 단독으로 사용할 경우와 대비하여 디에틸렌글리콜의 가격이 상대적으로 저렴하므로 제조원가를 낮출 수 있으며, 이소소르비드의 분자구조적인 특징으로 인해 고분자 주쇄의 비결정 영역을 증가시키는 여러 공중합 모노머들을 사용함으로써 공중합 폴리에스테르의 유리전이온도를 높일 수 있게 된다.
하지만 디에틸렌글리콜의 함량이 20 몰%를 초과하면 공중합 폴리에스테르의 연화시작온도가 50℃ 미만으로 너무 낮아져 산업용 견면 등 부직포용 단섬유 등으로 사용하는데 부적합하게 되며, 또한 이소소르비드의 함량이 20몰%를 초과하면 공중합 폴리에스테르의 연화온도를 70℃ 이상 올릴 수 있으나 색상이 불량하며, 시스-코어 형태의 단섬유를 제조하는 방사작업성이 불량해 지는 단점이 있다.
따라서 디올 성분(B)은 에틸렌글리콜(b11) 98∼60 몰%, 디에틸렌글리콜(b12) 1~20 몰%, 및 이소소르비드(b2) 1~20몰%로 구성되며, 더욱 바람직하게는 에틸렌글리콜 90∼70 몰%, 디에틸렌글리콜 5~15 몰%, 및 이소소르비드 5~15몰%로 구성되어야 한다. 상기 함량 범위내로 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜 및 이소소르비드를 첨가하여 제조된 공중합 폴리에스테르 중합체는 선형구조 특성을 갖는 디에틸렌글리콜의 고분자쇄의 유연성으로 인하여 원하는 연화 온도를 갖게 되며 고온에서의 열접착 성형공정에서 고분자의 흐름특성이 우수하여 바인더 섬유의 열접착 성형성이 우수하게 되고, 대칭성의 환형구조를 갖는 이소소르비드의 고분자 주쇄 내에서의 분자구조적 안정성으로 인해 고분자의 유리전이온도를 상승시킬 수 있어서 성열접착 성형 후 상온에서 부직포 견면 제품의 강직성이 우수한 특성을 나타내어 우수한 공정성 및 접착성 그리고 최종 부직포 견면 제품의 특성인 터프니스 특성을 만족할 수 있다.
본 발명에 따르는 열접착성 공중합 폴리에스테르는 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유 원료의 일부 또는 전부로 사용할 수 있다. 본 발명의 공중합 폴리에스테르로 바인더 섬유를 제조하는 데에는 동일계 방사 또는 복합방사 방법을 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 공중합 폴리에스테르 단일 성분으로 방사하여 바인더 섬유를 제조하거나 본 발명의 공중합 폴리에스테르와 다른 섬유 형성성 성분을 복합 방사하여 바인더 섬유를 제조할 수 있다. 복합방사에 의한 섬유 형태는 사이드 바이 사이드 형태로 할 수 있고, 본 발명의 공중합 폴리에스테르를 시스성분으로 하는 시스-코어 형태로도 할 수 있다.
본 발명의 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유의 일구체예로서 시스성분은 본 발명의 공중합 폴리에스테르이고, 코어(Core)성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 생분해성 코폴리에스테르를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 생분해성 코폴리에스테르는 방향족 디카르복실산으로 테레프탈산 및 디메틸 테레프탈산을 포함하며, 상기 지방족 디카르복실산은 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피메린산, 수베린산, 아젤라인산, 및 세바신산으로 이루어지는 군으로부터 선택되어지며. 상기 생분해성 코폴리에스테르는 지방족 디카르복실산을 10 내지 20 몰% 포함할 수 있다.
상기 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 토양 매립시 생분해성이 있으면서, 융점이 없고 110℃∼180℃ 범위의 접착 가공 온도에서 연화 거동을 보이며 접착력이 우수하고 접착후의 촉감이 강직한(Hard) 특성이 있어서 특히 건축용 내장제나 방음제 등의 부직포 매트리스 등의 산업용 견면 제품의 제조에 효과적으로 적용할 수 있다.
본 발명의 열접착성 공중합 폴리에스테르의 제조방법은 (a1) 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 5~30몰%로 구성되는 디카르복실산 성분(A); 및 (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%, 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%로 구성되는 디올 성분(B)을 에스테르화 또는 에스테르 교환 반응을 시키는 에스테르화 단계, 및 최종 진공도를 1mmHg 이하로 감압하면서 축중합 반응을 하는 축중합 단계로 이루어진다.
이 때, 상기 방향족 디카르복실산 및/또는 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체(a1)는 (a11) 테레프탈산 및/또는 화학식 1로 표시되는 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체 55~95 몰%, 및 (a12) 이소프탈산 및/또는 화학식 2로 표시되는 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체 5~45 몰%로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 지방족 디카르복실산 및/또는 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체(a2)는 글루타르산 및/또는 화학식 3으로 표시되는 글루타르산 에스테르 형성성 유도체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선형구조의 디올(b1)은 (b11) 에틸렌글리콜 75~99 몰%, 및 (b12) 디에틸렌글리콜 1~25 몰%로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 대칭성의 환형구조의 디올(b2)은 이소소르비드인 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
테레프탈산과 에틸렌글리콜을 직접에스테르화 반응시켜 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 올리고머가 들어 있는 에스테르 반응조에 표 1에 기재된 비율로 디카르복실산 성분을 테레프탈산 70 몰%, 이소프탈산 20 몰%, 글루타르산 10 몰%의 비율이 되도록 투입하고, 디올 성분을 에틸렌글리콜 80몰%, 디에틸렌글리콜을 10 몰% 와 이소소르비드 10 몰%의 비율로 투입한 후 통상의 에스테르 교환반응 촉매인 망간아세테이트 존재 하에서 245℃에서 1 시간동안 에스테르 교환 반응을 완료하였다. 여기에 축중합 반응 촉매로는 티타늄 계통의 중합 촉매를 첨가한 후 최종 진공도가 1 mmHg 이하가 되도록 감압하면서 285℃까지 승온하여 축중합 반응을 행하였다. 이때 얻어진 공중합 폴리에스테르의 물성에 대한 측정결과는 표 1에 제시된다.
상기 공중합 폴리에스테르 칩을 시스 성분으로 하고, 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 코어 성분으로 하여 단사섬도 4데니아의 시스-코어형 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조하였다. 제조된 바인더 섬유를 섬유장 51 mm로 절단하고 기계적 권축을 함께 부여한 후 로울러 카딩기에서 통상적인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 50 : 50의 무게비로 혼면 카딩하여 웹을 적층하고 165℃의 온도에서 1 분간 열접착하여 2 g/100 ㎠의 부직포를 제조하였다. 제조된 부직포의 접착력 및 촉감을 측정하였으며, 측정결과는 표 1에 제시된다.
실시예 2 내지 9 및 비교실시예 1 내지 9
하기 표 1에 기재된 바와 같이 테레프탈산, 이소프탈산, 글루타르산, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 및 이소소르비드의 공중합 조성비를 달리하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
물성 측정 방법
(1) 융점 및 연화거동 : 시차주사열량계(Perkin Elmer, DSC-Diamond)를 이용하여 측정하였으며 열 흡수 피크가 존재하지 않는 경우, 즉 융점이 존재하지 않는 경우 동적 열특성 측정기(Perkin Elmer, DMA-7; TMA 모드)를 이용하여 연화거동을 측정하였다.
(2) 고유 점도(IV) : 공중합 폴리에스테르를 페놀/테트라클로로에탄(중량비 50:50)에 녹여 0.5 중량% 용액을 만든 후 우베로드 점도계로 35℃에서 측정하였다.
(3) 생분해성 : 얻어진 공중합 폴리에스테르 칩을 냉동분쇄 한 후, 퇴비화 조건에서의 생분해를 위해 일정한 조건(30~40℃, 습도 55~60%)으로 유지되는 퇴비 속에 매립하여 일정한 시간 간격으로 생분해도를 측정하였다. 이때 사용된 표준토양 및 매립조건은 ASTM D 5338-92를 따랐다.
Figure 112011025250088-pat00004
(4) 색상 : 미놀타사제의 CR-100 색차계를 이용하여 Color-b 값을 측정하였다.
(5) 방사공정성 : 방사온도 290℃에서 24시간 이상 방사 진행하여 24시간 동안 절사 및 단사 횟수를 아래의 기준으로 평가하였다.
(◎:0회, ○:1회~2회, △:3회~5회, X:6회 이상)
(6) 접착력 : 제조된 공중합 폴리에스테르 칩을 시스 성분으로 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 코어 성분으로 하여 제조한 단사섬도가 4 데니아인 시스-코어형 폴리에스테르 바인더 섬유를 섬유장 51 mm로 절단하고 또한 기계적 권축을 함께 부여한 후 로울러 카딩기에서 통상적인 폴리에틸렌테레프탈레이트와 50 : 50의 무게비로 혼면 카딩하여 2 g/100 ㎠의 부직포를 제조하고 165℃의 온도에서 1 분간 열접착 한 후 ASTM D 1424의 방법으로 접착력을 측정하였다.
(7) 촉감 : 상기 접착력 측정용 시료를 손으로 만져서 상대적인 평가를 하였다.
(◎:우수, ○:양호, △:보통, Ⅹ:불량)
[표 1]
Figure 112011025250088-pat00005
[표 2]
Figure 112011025250088-pat00006

상기한 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 9의 공중합 폴리에스테르는 융점은 측정되지 않고 연화거동만이 나타나면서 생분해성을 나타내었다. 하지만 비교실시예 1, 4 및 5에서는 공중합량이 충분하지 않아 무정형의 비결정성 폴리머 특성이 나타나지 않고 융점이 측정되는 결정성 고분자의 특성이 나타나며, 이러한 조성의 고분자는 열접착 바인더 섬유로 사용하는 저융점 코폴리에스테르의 특성을 나타내지 못하기 때문에 열접착 바인더 섬유로 사용하기에 부적합하다.
나아가 실시예 1 내지 4, 7, 및 9는 접착력이 우수하면서도 촉감이 강직한 특성을 나타내는데 비하여 비교실시예 4 내지 9에서는 디에틸렌글리콜 또는 이소소르비드의 공중합 함량이 과다하여 연화온도가 매우 낮고, 섬유화하기 위한 방사작업성이 매우 불량하므로 상업화에 적절하지 않다.
한편 생분해성을 유발하는 지방족 디카르복실산 성분인 글루타르산이 10몰% 이상인 조성에서는 실시예와 비교실시예 모두에서 우수한 생분해 특성을 나타내었다. 이와 더불어 이소소르비드를 1~20몰% 범위에서 사용하는 경우에는 적절한 연화거동도 보이면서 생분해성이 우수하고 부직포 성형시 접착력이 양호하며 부직포 형성성도 우수하면서 경직된 분자쇄 구조에 기인하여 열접착 부직포의 촉감이 매우 견고한 특성을 나타내어 산업용 부직포 용도에 적합한 특성을 나타내었다.

Claims (13)

  1. (a1) 방향족 디카르복실산, 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산, 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 5~30 몰%로 구성되는 디카르복실산 성분(A); 및
    (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%, 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%로 구성되는 디올 성분(B)을 반응시켜 제조되고,
    상기 방향족 디카르복실산, 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물(a1)은 (a11) 테레프탈산, 화학식 1로 표시되는 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 55~95 몰% 및 (a12) 이소프탈산, 화학식 2로 표시되는 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 5~45 몰%로 구성되고,
    [화학식 1]
    Figure 112013005683112-pat00007

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    [화학식 2]
    Figure 112013005683112-pat00008

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    상기 지방족 디카르복실산, 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물(a2)은 화학식 3으로 표시되는 글루타르산, 글루타르산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물이며,
    [화학식 3]
    Figure 112013005683112-pat00009

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    상기 선형구조의 디올(b1)은 (b11) 에틸렌글리콜 75~99 몰% 및 (b12) 디에틸렌글리콜 1~25 몰%를 포함하고,
    상기 대칭성의 환형구조의 디올(b2)은 이소소르비드인 것을 특징으로 하는 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르.
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  6. 제1항의 상기 공중합 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르를 시스(sheath) 성분으로 사용하고, 폴리에틸렌프탈레이트 및 생분해성 코폴리에스테르를 코어(core) 성분으로 사용하여 시스-코어형 복합 방사를 통해 제조되는 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유.
  8. 제7항에 있어서, 상기 생분해성 코폴리에스테르는 디카르복실산 성분으로 방향족 디카르복실산 및 지방족 디카르복실산으로 구성되고, 상기 방향족 디카르복실산으로 테레프탈산, 디메틸테레프탈산 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 상기 지방족 디카르복실산은 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피메린산, 수베린산, 아젤라인산 및 세바신산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 생분해성이 우수한 열접착성 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유.
  9. (a1) 방향족 디카르복실산, 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 70~95 몰%, 및 (a2) 지방족 디카르복실산, 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 5~30몰%;로 구성되는 디카르복실산 성분(A); 및 (b1) 선형구조의 디올 80~99 몰%, 및 (b2) 대칭성의 환형구조의 디올 1~20 몰%로 구성되는 디올 성분(B)을 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환 반응을 하는 에스테르화 단계; 및
    최종 진공도를 1 mmHg 이하로 감압하면서 축중합 반응을 하는 축중합 단계로 이루어지고,
    상기 방향족 디카르복실산, 방향족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물(a1)은 (a11) 테레프탈산, 화학식 1로 표시되는 테레프탈산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 55~95 몰%; 및 (a12) 이소프탈산, 화학식 2로 표시되는 이소프탈산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물 5~45 몰%로 구성되고,
    [화학식 1]
    Figure 112013005683112-pat00010

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    [화학식 2]
    Figure 112013005683112-pat00011

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    상기 지방족 디카르복실산, 지방족 디카르복실산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물(a2)은 글루타르산, 화학식 3으로 표시되는 글루타르산 에스테르 형성성 유도체 또는 이들의 혼합물이고,
    [화학식 3]
    Figure 112013005683112-pat00012

    (m은 1~30 의 정수이고, n은 1~30 의 정수임.)
    상기 선형구조의 디올(b1)은 (b11) 에틸렌글리콜 75~99 몰% 및 (b12) 디에틸렌글리콜 1~25 몰%로 구성되며,
    상기 대칭성의 환형구조의 디올(b2)은 이소소르비드인 것을 특징으로 하는 열접착성 공중합 폴리에스테르의 제조방법.
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