KR101427793B1 - 폴리에스테르계 바인더 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폴리에스테르계 바인더 섬유는 쉬스(sheath) 성분으로 공중합 폴리에스테르 그리고 코어(core) 성분으로 일반 폴리에스테르가 복합된 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르가 테레프탈산과 아디핀산으로 이루어진 산 성분; 및 에틸렌글리콜, 비고리형 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜, 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올 성분을 공중합시킨 공중합체이고, 상기 공중합 폴리에스테르 중의 에스테르의 몰을 기준으로 상기 아디핀산이 1~10몰%, 상기 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜이 1~20몰%, 및 상기 1,4-부탄디올이 30~50몰% 함유된 것을 특징으로 한다.

Description

폴리에스테르계 바인더 섬유 {Polyester Based Binder Fiber}

본 발명은 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 바인더 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 장점을 가지며, 기존의 바인더 섬유에 비해 방사 공정성의 개선을 통한 방사 수율을 향상시킨 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것이다.

일반적으로 의류용 패딩 제품은 단섬유를 카딩하여 기계 방향과 반기계 방향으로 몇 겹의 카딩 웹 제품을 적층한 후 접착물질(바인더)로서 섬유간에 인터파이버(inter-fiber) 접착성을 가지게 하는 방법이 널리 알려져 있다. 이와 같은 부직포의 제조방법은 크게 2가지로 분류할 수 있다.

우선, 접착성을 부여하기 위하여 단섬유를 카딩한 후 폴리비닐알코올 또는 아크릴 계통 등의 수지를 용제에 녹여 부직포 표면에 도포 접착하는 방법이 있고, 다른 방법으로는 매트릭스 섬유에 일정 비율의 융점이 낮은 동일계 또는 쉬스-코어(sheath-core)형으로 복합 방사하여 제조한 바인더 섬유를 카딩시 혼합한 후 열처리를 통해서 구성 섬유들을 접착시키는 방법이 있다.

그러나, 전자의 폴리비닐알코올 또는 아크릴 계통의 수지를 용제에 녹여 분사하는 방법은 웹의 내부까지 바인더가 깊이 침투하지 못할 뿐만 아니라, 용제 사용에 따른 환경오염 및 매트릭스가 되는 폴리에스테르와의 낮은 상용성 등의 문제점으로 인하여 부직포의 표면만을 간단히 접착시키는 의류용 심지에만 사용이 국한된다. 또한 이 방법에 의한 부직포는 접착성이 낮고 촉감이 거칠어 고강력을 요구하는 제품에는 사용하지 못한다. 또한, 이 과정에서 사용되는 유기 용제는 휘발성이 강하고 인체에 유해한 물질이 대부분이며, 몰딩용 부직포로 사용될 때는 금형에 용제 및 수지가 묻어나는 단점이 지적되고 있다.

한편, 후자의 용제를 사용하지 않는 방법은 가열에 의해 접착이 순간적으로 완료되는 큰 이점을 가지고 있고, 섬유 접착분야에 있어서도 접착공정의 합리화, 인원절감, 고속화에 기여하는 바가 크기 때문에, 현재 이러한 방법을 이용하여 제조된 다수의 제품이 개발되고 있다. 그러나, 기존의 매트릭스가 되는 폴리에스테르와의 융점이 낮은 동일계 또는 이종의 폴리머를 쉬스-코어형으로 복합방사하여 혼합한 후 열처리시 용융접착시키는 방법은 섬유 상호간의 상용성은 좋지만 폴리에스테르의 높은 융점 때문에 이종의 성분을 폴리에스테르에 공중합하여 융점을 저하시켜야 한다.

본 출원인은 섬유로서의 결정성을 향상시킨 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유를 개발하여 특허 제476278호로 특허받은 바 있다. 이 특허의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 쉬스 성분으로 공중합 폴리에스테르 및 코어 성분으로서 일반 폴리에스테르가 복합된 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르가 디메틸테레프탈산과 디메틸아디핀산으로 이루어진 산성분과 에틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 제조한 것이다. 그러나 이 바인더 섬유는 섬유로서의 결정성을 향상시킬 수 있지만 방사 공정성과 방사수율을 향상시키지 못하였다.

이에 본 발명자는 특허 제476278호의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유를 개량하여 바인더 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 장점을 가지며, 기존의 바인더 섬유에 비해 방사 공정성의 개선을 통한 방사 수율을 향상시킨 본 발명의 폴리에스테르계 바인더 섬유를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 새로운 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 결정성이 우수하며 방사성이 향상된 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르계 바인더 섬유는 쉬스(sheath) 성분으로 공중합 폴리에스테르 그리고 코어(core) 성분으로 일반 폴리에스테르가 복합된 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르가 테레프탈산과 아디핀산으로 이루어진 산 성분; 및 에틸렌글리콜, 비고리형 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜, 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올 성분을 공중합시킨 공중합체이고, 상기 공중합 폴리에스테르 중의 에스테르의 몰을 기준으로 상기 아디핀산이 1~10몰%, 상기 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜이 1~20몰%, 및 상기 1,4-부탄디올이 30~50몰% 함유된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 바인더 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 장점을 가지며, 기존의 바인더 섬유에 비해 방사 공정성이 개선되고 높은 방사 수율을 가지는 장점이 있다.

본 발명은 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되고, 결정성이 우수하며 방사성이 향상된 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명은 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것으로, 바인더 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 장점을 가지며, 기존의 바인더 섬유에 비해 방사 공정성의 개선을 통한 방사 수율을 향상시킨 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것이다.

본 발명의 폴리에스테르계 바인더 섬유는 쉬스(sheath) 성분으로 공중합 폴리에스테르 그리고 코어(core) 성분으로 일반 폴리에스테르가 복합된 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르가 테레프탈산과 아디핀산으로 이루어진 산 성분; 및 에틸렌글리콜, 비고리형 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜, 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올 성분을 공중합시킨 공중합체이다.

본 발명은 결정성 및 열접착력이 뛰어난 분자쇄를 폴리에틸렌테레프탈산 주쇄에 도입함으로써 결정성이 높고 융점 이하의 온도에서는 변형이 거의 없는 바인더 섬유를 제공할 수 있다. 또한, 바인더 성분의 유리전이온도 조절 및 융점강하 물질로 비고리형 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜을 사용함으로써 이전의 바인더 섬유 제조에 비해 방사공정에서의 수율을 향상시킬 수 있으며 바인더 섬유의 연신공정에서의 경시변화 속도를 지연시켜 섬유간 밀착발생 등의 생산성 저하가 없으면서도 고온에서 부직포 강도저하가 거의 없는 바인더 섬유의 제공이 가능하다.

상기 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서 유리전이 온도조절 및 융점강하를 위해 투입된 디올 성분으로 분자 내의 탄소원자가 고리 모양의 구조를 가지지 않는 지방족 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 공중합 폴리에스테르 중의 에스테르의 몰을 기준으로 상기 아디핀산이 1~10몰%, 상기 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜이 1~20몰%, 및 상기 1,4-부탄디올이 30~50몰% 함유된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 유리전이 온도가 30~60℃ 범위이다.

본 발명의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 상기 구성을 통해 원가절감이 가능할 뿐 아니라, 바인더 성분의 결정성이 높아 융점 이하의 온도에서는 변형을 일으키지 않고, 고온에서도 접착 강력이 유지되는 장점을 가지며, 기존의 바인더 섬유에 비해 방사 공정성이 개선되고 높은 방사 수율을 가지는 장점이 있다. 본 발명의 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 기존의 폴리에스테르계 바인더 섬유에 비해 방사 수율이 2% 이상 개선된 것으로 나타났다. 상기 수율개선을 통해 연간 50ton 이상의 생산량을 증대시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예

실시예 1

에스테르 반응조에 테레프탈산 및 에틸렌글리콜을 투입한 후 258℃의 온도에서 통상적인 방법으로 반응시켜 반응율이 98% 진행된 올리고머를 제조하였다. 이로부터 얻은 올리고머에 디카르본산 성분으로 테레프탈산/아디핀산이 몰비가 92/8이 되게 아디핀산을 투입하고 디올성분으로 몰비 68.8/1.2/30의 에틸렌글리콜/네오펜틸글리콜/1,4-부탄디올을 에스테르 교환반응 촉매와 함께 투입하여 240℃의 온도에서 에스테르 교환반응을 시켰다. 이때 디올 성분은 디카르본산 성분 대비 1.6몰배가 되도록 투입하였다. 이렇게 해서 얻어진 에스테르와 올리고머에 축중합반응 촉매를 투입한 후, 최종감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 270℃까지 승온시켜 축중합반응을 실시하였다.

이렇게 제조된 공중합 폴리에스테르 칩을 쉬스 성분으로 통상의 폴리에틸렌테레프탈산 칩을 코어 성분으로 하여 모노데니아가 4데니아인 시스/코어형 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제조하였다. 이러한 섬유를 섬유장 51mm로 절단하고, 또한 기계적 권축을 함께 부여하였다. 그 후 로울러 카딩기에서 통상적인 폴리에틸렌테레프탈산과 50:50의 무게비로 혼면 카딩하고, 175℃의 온도에서 1분간 열접착시켰다.

이로부터 얻은 바인더 섬유의 물성과 방사 수율을 상술한 바와 같이 측정하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

실시예 2~4

다음 표 1에 기재된 바와 같이 아디핀산, 네오펜틸글리콜, 1,4-부탄디올의 공중합 조성비를 달리하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 바인더 섬유를 만든 후, 이의 물성 및 방사 수율을 측정한 결과를 하기 표1에 각각 나타내었다.

비교예 1

에스테르 반응조에 디카르본산 성분으로 몰비 92/8의 디메틸테레프탈산/디메틸아디핀산과 디올 성분으로 몰비 68.8/1.2/30의 에틸렌글리콜/1,4-사이클로핵산디메탄올/1,4-부탄디올을 투입하고 150℃의 온도에서 통상적인 에스테르화 반응촉매를 첨가한 후 4시간에 걸쳐 최종 반응온도 200℃까지 에스테르 교환반응을 진행시켜 올리고머를 제조하였다. 이때, 디올 성분은 디카르본산 성분 대비 1.6몰배가 되도록 투입하였다. 여기에서 얻어진 올리고머에 통상적인 축중합반응 촉매를 투입한 후 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 260℃까지 승온시켜 축중합 반응을 수행하였다.

이로부터 얻은 바인더 섬유의 물성과 방사 수율을 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예 2-4

다음 표 1에 기재된 바와 같이 디메틸아디핀산, 1,4-사이클로핵산디메탄올, 1,4-부탄디올의 공중합 조성비를 달리하는 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 바인더 섬유를 만든 후, 이의 물성 및 방사 수율을 측정한 결과를 하기 표1에 각각 나타내었다.

상기 실시예 및 비교예의 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다:

1. 방사수율 측정

2. 공중합 몰% 측정

공중합 폴리에스테르의 첨가물 몰%는 공중합 폴리에스테르를 트리플로로아세트산에 용해하여 브루커(Bruker)사의 DRX-300 프로톤 핵자기공명장치(1H-NMR)를 이용하여 측정하였다.

3. 융점/유리전이온도 및 연화거동 측정

열시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)를 이용하여 측정하였으며, 열흡수 피크가 존재하지 않는 경우, 즉 융점이 존재하지 않는 경우 동적 열특성 측정기(Perkin Elmer, DMA-7; TMA모드)를 이용하여 연화거동을 측정하였다.

4. 극한점도(IV) 측정

공중합 폴리에스테르를 페놀/테트라클로로에탄(중량비 50/50)에 녹여 0.5중량%의 용액을 만든 후, 우베로드 점도계로 35℃에서 측정하였다.

5. 상온 접착력 및 고온 접착력 측정

제조된 열융착 부직포를 밀도 2g/100cm2로 고정하고 ASTM D1424의 방법으로 상온 접착력은 분위기 온도를 25℃에서, 고온 접착력은 분위기 온도를 100℃(건열)에서 측정하였다.

[표 1]

주 1) DMT: 디메틸테레프탈산, TPA: 테레프탈산, DMA: 디메틸아디핀산, BD: 1,4-부탄디올, CHDM: 1,4-싸이클로핵산디메탄올, AA : 아디핀산, NPG: 네오펜틸글리콜

주 2) BD, CHDM, NPG는 디카르본산 성분 대비 1.6몰배가 되도록 투입함

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~4의 폴리에스테르계 바인더 섬유는 비교예 1~4의 바인더 섬유에 비해서 적어도 동등한 정도의 융점, 극한점도, 상온 접착력 및 고온 접착력을 가지며, 방사 수율이 향상되며, 40℃ 이상의 유리전이온도를 가짐을 알 수 있었다. 유리전이온도가 30℃이하시 고화속도가 낮아 섬유의 제조공정중 섬유의 융착과 사용중 제품의 형태 변화가 유발된다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

1. 쉬스(sheath) 성분으로 공중합 폴리에스테르 그리고 코어(core) 성분으로 일반 폴리에스테르가 복합된 폴리에스테르계 바인더 섬유에 있어서,
   상기 공중합 폴리에스테르가 테레프탈산과 아디핀산으로 이루어진 산 성분; 및
   에틸렌글리콜, 비고리형 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜, 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올 성분;
   을 공중합시킨 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 바인더 섬유.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르 중의 에스테르의 몰을 기준으로 상기 아디핀산이 1~10몰%, 상기 지방족 화합물인 네오펜틸글리콜이 1~20몰%, 및 상기 1,4-부탄디올이 30~50몰% 함유된 것을 특징으로 폴리에스테르계 바인더 섬유.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유는 유리전이 온도가 30 ~ 60℃ 인 것을 특징으로 하는 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 디올 성분이 분자 내의 탄소원자가 고리 모양의 구조를 가지지 않는 지방족 화합물인 것을 특징으로 하는 공중합 폴리에스테르계 바인더 섬유.