KR101494319B1 - 영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열접착성 복합섬유는 (A) 에틸렌글리콜 1 내지 50 중량% 과 부틸렌글리콜 50 내지 90 중량%를 디메틸테레프탈레이트와 반응시켜 하드 세그먼트를 형성하고, 상기 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 20 내지 60 중량부를 축중합하여 소프트 세그먼트를 형성하여 이루어진 폴리에테르에스테르 엘라스토머 30 내지 70 중량% 및 (B) 비탄성 폴리에스테르 70 내지 30 중량%를 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 제조한 것으로, 단면이 편심형태인 것을 특징으로 한다.

Description

영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유{Hot Melt Adhesive Fiber Having Lower Compression Set}
본 발명은 열접착 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 영구압축 변형율이 낮은 열접착 탄성 복합섬유에 관한 것이다.
일반적으로 폴리우레탄 폼은 이소시아네이트와 폴리올을 발포제, 촉매 등과 함께 혼합하고 거품반응과 중합반응을 동시에 진행하여 제조할 수 있는 발포체이다. 이러한 폴리우레탄 폼은 가볍고, 보온성, 전기 절연성, 내약품성, 반발탄성 및 내구성이 우수하므로, 쿠션소재분야에서 탄성소재로 많이 사용되고 있다. 그러나 폴리우레탄 폼은 황변 및 냄새와 같은 사용쾌적성, 환경유해성, 물성저하 등이 문제되고 있다.
한편, 폴리우레탄 폼 외에 인체에 무해하고 친환경적인 열접착 섬유로 융착한 부직포도 탄성소재로 사용되고 있다. 부직포 소재로 사용되는 엘라스토머는 특유의 탄성으로 포장용기, 자동차 내장재, 탄성섬유 등 많은 용도에 사용되고 있다. 또한, 재활용이 불가능한 고무 소재와는 달리, 이러한 엘라스토머는 재활용이 용이하기 때문에 그 수요가 크게 늘어나고 있다. 특히, 열가소성 폴리에스테르 공중합체의 경우, 우수한 탄성으로 인하여 부직포 소재로 사용되고 있다.
열가소성 엘라스토머(TPE, Thermoplastic Elastomer)는 두 가지 다른 성질, 즉 가열하면 재형성될 수 있는 열가소성과 고무상 중합체인 엘라스토머의 탄성을 둘 다 가지고 있는 중합체이다. 열가소성 엘라스토머의 형태는 일종의 블록 공중합체로서, 일반적으로 열가소성의 특징을 나타낼 수 있는 하드세그먼트 블록과 탄성을 나타낼 수 있는 소프트세그먼트 블록으로 구성되어, 두 가지 다른 특성을 동시에 나타낸다.
그러나 열접착 섬유로 융착한 부직포는 폴리우레탄 폼보다 역학특성이 우수하지 못하다는 문제점이 있다. 구체적으로, 열접착 부직포에 사용되는 저융점 섬유(low melt fiber)는 폴리머 자체의 특성 중 탄성회복력이 없기 때문에, 반복적인 압축에 의한 벌키성이 저하되어 쿠션감을 상실하게 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 탄성소재의 저융점 섬유와 부직포 제조시 혼용하는 복합 권축 섬유의 개발이 필요하다.
이에 본 발명자들은 새로운 소재를 사용하여 제조한 열접착성 탄성 복합섬유 및 폴리에스테르계 복합 권축 단섬유를 사용하여, 영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유는 (A) 에틸렌글리콜 1 내지 50 중량% 과 부틸렌글리콜 50 내지 90 중량%를 디메틸테레프탈레이트와 반응시켜 하드 세그먼트를 형성하고, 상기 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 20 내지 60 중량부를 축중합하여 소프트 세그먼트를 형성하여 이루어진 폴리에테르에스테르 엘라스토머 30 내지 70 중량% 및 (B) 비탄성 폴리에스테르 70 내지 30 중량%를 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 제조된 열접착성 탄성 복합섬유임을 특징으로 한다.
열접착성 탄성 복합섬유는 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)보다 융점이 50 ℃ 이상 높은 상기 비탄성 폴리에스테르(B)가 원형의 섬유단면에서 30:70 내지 70:30의 면적비로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
열접착성 탄성 복합섬유는 융점이 140 내지 170 ℃인 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
열접착성 탄성 복합섬유는 그 섬도가 1 내지 15 데니어인 것을 특징으로 한다.
열접착성 탄성 복합섬유는 단면형태가 편심형태의 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어 (sheath-core)인 것을 특징으로 한다.
원형의 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 원형의 상기 비탄성 폴리에스테르(B)가 만나는 두 점(a, b)과 상기 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)의 중심(c)이 만나는 각도가 θ일 때, 하기 식에 의한 비탄성 폴리에스테르(B)의 둘레비율이 10 내지 40 %인 것을 특징으로 한다.
[식]
둘레비율(%) = θ/360 * 100
본 발명은 영구압축 변형율이 낮은 열접착 섬유를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 산성분으로 고가의 이소프탈산(IPA)을 사용하지 않고, 디올성분으로 고가의 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG) 대신 저가의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용하여, 경제적으로 제조할 수 있는 우수한 열접착 탄성섬유를 제공하는 효과를 갖는다.
제1도는 본 발명에 따른 열접착 탄성 복합섬유의 횡단면을 나타낸 모식도이다.
제2도는 본 발명에 따른 열접착 탄성 복합섬유 제조시 방사온도에 따른 폴리에테르에스테르 엘라스토머(B)의 둘레비율의 변화를 촬영한 사진으로서, 도 (2a)는 비교예의 둘레비율을 도 (2b) 및 (2c)는 각각 실시예 1 및 2의 둘레비율을 나타낸다.
본 발명은 영구압축 변형율이 낮은 열접착 탄성섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열접착 섬유는 (A)폴리에테르에스테르 엘라스토머 및 (B) 비탄성 폴리에스테르를 포함하는 편심형태의 사이드 바이 사이드 또는 시스-코어 단면모양의 열접착성 탄성 복합섬유이다
열접착성 탄성 복합섬유는 (A)에틸렌글리콜 1 내지 50 중량% 과 부틸렌글리콜 50 내지 90 중량%를 디메틸테레프탈레이트와 반응시켜 하드 세그먼트를 형성하고, 상기 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 20 내지 60 중량부를 축중합하여 소프트 세그먼트를 형성하여 이루어진 폴리에테르에스테르 엘라스토머 30 내지 70 중량% 및 (B) 비탄성 폴리에스테르 70 내지 30 중량%를 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 제조한다.
본 발명의 열접착 섬유 중 (A)구성인 폴리에테르에스테르 엘라스토머는 에틸렌글리콜, 부틸렌글릴콜. 테레프탈산으로 이루어진 하드세그먼트 성분을 먼저 에스테르피케이션 반응 시킨 후, 폴리에틸렌글리콜을 축중합 단계에서 투입함으로써 제조한다. 이는 고온의 열에 약한 폴리에틸렌글리콜이 고온의 열에 노출되는 시간을 단축시킴으로써 열안정성이 우수한 폴리에테르에스테르 엘라스토머를 얻을 수 있기 때문이다.
열접착성 탄성 복합섬유는 산성분으로 고가의 이소프탈산(IPA)을 사용하지 않고, 디올성분으로 고가의 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG) 대신 저가의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용하여, 경제적으로 제조할 수 있다.
에스테르화 반응에서 사용되는 촉매로는 초산아연, 초산소듐, 초산마그네슘, 테트라노말부톡시티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트, 티탄옥사이드/실리옥사이드마이크로코폴리머, 나노티타네이트등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 에스테르화 반응에서 사용되는 촉매는 폴리에테르 에스테르엘라스토머(A) 100 중량부에 대하여 50 내지 1000 ppm 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
열접착성 탄성 복합섬유는 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트에 중합촉매, 열안정제, 광안정제 등과 같은 첨가제를 함께 투입한 후 축중합 반응을 하여 제조한다.
축중합 반응에서 사용되는 중합촉매로는 삼산화안티몬, 안티몬아세테이트 등의 안티몬계 촉매 또는 테트라노말부톡시티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트, 티탄옥사이드/실리카옥사이드마이크로코폴리머, 나노티타네이트 등의 티타늄(Ti)계 촉매 등이 있다. 축중합 반응에서 사용되는 중합촉매는 폴리에테르 에스테르엘라스토머 100 중량부에 대하여 50 내지 2000 ppm 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
열접착성 탄성 복합섬유는 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)보다 융점이 50 ℃ 이상 높은 비탄성 폴리에스테르(B)가 원형의 섬유단면에서 30:70 내지 70:30의 면적비로 이루어진다.
열접착성 탄성 복합섬유는 융점이 140 내지 170 ℃인 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)로 이루어진다. 저융점 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)를 사용함으로써 열접착성 탄성 복합섬유의 열접착성을 향상시켜 열접착 섬유의 영구압축 변형율을 낮출 수 있다.
열접착성 탄성 복합섬유는 단면형태가 편심형태의 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어 (sheath-core)이다. 구체적으로, 열접착성 탄성 복합섬유는 원형의 사이드 바이 사이드 복합방사구금을 통해 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 800 내지 1,200 m/mim의 방사속도 방사한 후, 2.0 내지 4.0의 연신비 및 70 내지 120 m/min의 연신속도로 연신하여 제조할 수 있다. 방사온도가 증가함에 따라 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A1)의 둘레비율이 감소하여, 영구압축 변형율이 낮아질 수 있다. 이렇게 제조된 열접착성 탄성 복합섬유는 섬도가 1 내지 20 데니어이며, 바람직하게는 1 내지 15 데니어인 것이 좋다.
열접착성 탄성 복합섬유는 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 원형의 비탄성 폴리에스테르(B)가 만나는 두 점(a, b)과 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)의 중심(c)이 만나는 각도가 θ일 때, 하기 식에 의한 비탄성 폴리에스테르(B)의 둘레비율이 10 내지 40 %이다. 비탄성 폴리에스테르(B)의 둘레비율이 작아질수록 열접착이 우수하여, 열접착 섬유의 영구압축 변형율을 낮출 수 있다.
[식]
둘레비율(%) = θ/360 * 100
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 : 열접착성 탄성 복합섬유의 제조
에틸렌글리콜 10 중량%와 부틸렌글리콜 90 중량%를 디메틸테레프탈레이트를 촉매 하에서 에스테르화 반응을 하여 제조한 하드 세그먼트 100 중량부에 폴리에틸렌글리콜 40 중량부를 포함하는 소프트 세그먼트, 중합촉매, 열안정제 및 광안정제를 함께 투입하고, 축중합 반응을 하여 폴리에테르에스테르 엘라스토머를 제조하였다. 제조한 폴리에테르에스테르 엘라스토머 40 중량%와 비탄성 폴리에스테르를 60 중량%를 원형의 사이드 바이 사이드 복합방사구금을 통해 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 1,000 m/min의 방사속도로 방사한 후, 3.0의 연신비로 연신하여 열접착성 탄성 복합섬유를 제조하였다.
제조된 열접착성 탄성 복합섬유는 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머와 원형의 비탄성 폴리에스테르가 만나는 두 점(a, b)과 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머의 중심(c)이 만나는 각도(θ)를 측정한 후, 하기 식에 의한 둘레비율을 측정하였다.
둘레비율(%) = θ/360 * 100
상기에서 제조된 열접착 탄성 복합섬유를 카딩을 통해 웹을 얻은 후, 웹 5 g을 원기둥 형태로 이루어진 철망(직경 10cm * 높이 5cm)에 넣고, 오븐내에서 190 ℃로 열풍건조를 하면서 5분간 열접착을 하여 열접착 부직포를 제조하였다.
제조된 열접착 부직포는 22시간 동안 초기 부직포 두께의 75%까지 압축하고, 압축제거 후 1시간 후의 두께로써 하기식에 의하여 영구압축 변형율을 측정하였다.
영구압축 변형율(%) = (초기 부직포 두께 - 압축후 부직포 두께) / (초기 부직포 두께) * 100
비교예 : 열접착성 탄성 복합섬유의 제조
비교예에 따른 탄성 복합섬유는, 복합방사구금시 방사온도가 폴리에테르에스테르 엘라스토머는 260℃,비탄성 폴리에스테르는 280℃인 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 제조하였다.
Figure 112013068993676-pat00001
상기 표 1에서 나타난 바와 같이 폴리에테르에스테르 엘라스토머의 방사온도가 증가함에 따라 폴리에테르에스테르 엘라스토머의 점도가 감소하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 둘레비율이 감소하게 된다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 둘레비율이 감소함에 따라 열접착 섬유의 영구압축 변형율이 낮아진다.
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 (6)

  1. (A) 에틸렌글리콜 1 내지 50 중량% 과 부틸렌글리콜 50 내지 90 중량%를 디메틸테레프탈레이트와 반응시켜 하드 세그먼트를 형성하고, 상기 반응물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 20 내지 60 중량부를 축중합하여 소프트 세그먼트를 형성하여 이루어진 폴리에테르에스테르 엘라스토머 30 내지 70 중량% 및 (B) 비탄성 폴리에스테르 70 내지 30 중량%를 270 내지 290 ℃의 방사온도에서 제조한 열접착성 탄성 복합섬유로서,
    원형의 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 원형의 상기 비탄성 폴리에스테르(B)가 만나는 두 점(a, b)과 상기 원형의 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)의 중심(c)이 만나는 각도가 θ일 때, 하기 식에 의한 비탄성 폴리에스테르(B)의 둘레비율이 10 내지 40 %이고,

    둘레비율(%) = θ/360 * 100

    상기 열접착성 탄성 복합섬유는 단면형태가 편심형태의 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어(sheath-core)이며,
    상기 하드 세그먼트는 산성분으로 이소프탈산을 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 열접착성 탄성 복합섬유.

  2. 제1항에 있어서, 상기 열접착성 탄성 복합섬유는 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)와 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)보다 융점이 50 ℃ 이상 높은 상기 비탄성 폴리에스테르(B)가 원형의 섬유단면에서 30:70 내지 70:30의 면적비로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 열접착성 탄성 복합섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열접착성 탄성 복합섬유는 융점이 140 내지 170 ℃인 상기 폴리에테르에스테르 엘라스토머(A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열접착성 탄성 복합섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열접착성 탄성 복합섬유의 섬도가 1 내지 15 데니어인 것을 특징으로 하는 열접착성 탄성 복합섬유.
  5. 삭제
  6. 삭제
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