KR102003891B1 - 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 함유하는 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형단면을 갖는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유에 있어서, 시스부는 저융점 폴리에스테르이고 코어부는 일반 폴리에스테르로 형성되되, 상기 코어부는 4~8엽 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

Description

유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 함유하는 원단{Sheath-core type polyester composite fiber having improved Flexibility and fabric comprising the same}

본 발명은 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 관한 것으로 저융점 수지가 사용된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유가 융착 후에도 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 함유하는 원단에 관한 것이다.

폴리에스테르 섬유를 사용하는 원단은 폴리에스테르 섬유의 물리, 화학적 우수성으로 의류용 및 산업용 용도를 중심으로 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 그 용도가 계속해서 확대되어 가고 있다.

이러한 폴리에스테르는 분자 구조상 반결정성의 특성을 지니고 있어 융점이 높아 바인더 용도인 저융점 폴리에스테르로 사용하기 위해서는 높은 온도 및 압력이 필요하며 이런 이유로 공정상에 어려움이 많다.

부직포의 웹(Web) 또는 시트를 구성하고 있는 필라멘트 또는 단섬유들을 접착시켜 주기 위해 사용되는 저융점 폴리에스테르 섬유는 열접착 가공온도가 140~150℃이면서 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유에 근사한 유리전이온도를 가져야 하는데, 이렇게 하려면 고분자 내의 결정구조를 없애고 고분자구조를 비정질 형태로 만들어주어야 한다.

이를 위하여 저융점 폴리에스테르를 합성함에 있어서, 공중합 성분으로 이소프탈산을 사용하여 테레프탈산과 공중합하는 것이 대표적인 방법인데 이때 이소프탈산은 에스테르 몰 기준 20~45몰%로 첨가되며, 이렇게 합성된 폴리에스테르 수지는 비결정질 형태의 분자구조를 가지게 되어서 최종 융점이 145~180℃의 범위를 나타내며 저융점 폴리에스테르 섬유로 쓰여질 수 있다.

미국 등록특허 제4,166,896호는 폴리에스테르를 해중합한 저분자물에 불포화 디카르본산 등을 공중합시켜 불포화 폴리에스테르를 제조하는 방법을 개시하고 있지만, 상기 특허에 따른 섬유 또한 경제성이 낮을 뿐만 아니라 바인더로 사용하기에는 지나치게 고융점 및 고결정성인 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제2001-11548호는 테레프탈산과 무수프탈산의 디카르본산 성분 및 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜의 디올성분을 축중합하여 폴리에스테르와의 접착력이 우수하고, 접착 후 황변형상을 일으키지 않는 저융점 폴리에스테르를 제공하고 있다.

상기와 같이 저융점 폴리에스테르는 단독으로 섬유 제조시는 강도, 신도 등의 물성이 낮아 이를 보완하기 위해 대부분 시스-코어형 복합섬유로 제조되는 것으로 코어부는 일반 폴리에스테르를 사용하여 방사성 및 물성을 보완하고, 시스부는 저융점 폴리에스테르로 형성하여 접착성을 유지하도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 시스-코어형 복합섬유는 바인더 섬유로 사용되어 열융착 후에는 경직성이 높아져 유연성이 낮아지는 문제점이 있으며, 특히 상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르는 시스-코어형 복합섬유의 유연성을 저하시키는 구성으로 시스-코어형 복합섬유를 바인더 섬유로 사용시에 코어부의 일반 폴리에스테르는 용융되지 않고 형상이 변형되지 않아 시스-코어형 복합섬유가 사용되는 원단의 유연성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유의 일반 폴리에스테르로 형성되는 코어부의 단면을 변화시켜 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유의 유연성을 향상시키는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유가 함유되고 열융착되어도 유연성이 향상되는 원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 원형단면을 갖는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유에 있어서, 시스부는 저융점 폴리에스테르이고 코어부는 일반 폴리에스테르로 형성되되, 상기 코어부는 4~8엽 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

또한, 상기 코어부는 엽의 끝단이 외부로 도출되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

또한, 상기 시스부와 코어부는 중량비 30:70~70:30인 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

또한, 상기 저융점 폴리에스테르는 카티온 가염성 저융점 폴리에스테르이고, 상기 일반 폴리에스테르는 카티온 가염성 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제공한다.

또한, 상기의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 원단을 제공한다.

본 발명에 따른 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유는 코어부의 단면이 원형이 아닌 이형단면으로 섬유상태에서도 유연성이 높은 효과가 있다.

또한, 본 발명의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유가 함유된 원단은 열융착시에도 유연성이 저하되지 않고 유연성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유의 단면형상을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 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 발명에서 '일반 폴리에스테르'는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT) 중 어느 하나를 뜻한다.

또한, 본 발명에서의 원단은 직기로 직조되는 직물 또는 편직기로 편직되는 편물 또는 부직포를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유의 단면형상을 나타낸 도면이다.

본 발명은 원형단면을 갖는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유로 시스부는 저융점 폴리에스테르이고 코어부는 일반 폴리에스테르로 형성된다.

상기 저융점 폴리에스테르는 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산, 및 디메틸아디핀산 또는 아디핀산으로 이루어진 산성분과 에틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올 및 1,4-부탄디올로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 형성되는 저융점 폴리에스테르(이하 저융점 폴리에스테르 1)이거나, 또는 상기 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 산성분과 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분을 공중합시켜 형성되는 저융점 폴리에스테르(이하 저융점 폴리에스테르 2)일 수 있다.

상기 저융점 폴리에스테르 1에서 사용되는 디메틸아디핀산 및 아디핀산은 유연성을 갖는 물질로서 공중합 폴리에스테르의 산성분 중 하나로 도입되어 분자쇄 전체의 유동 가능성을 증가시켜 1,4-부탄디올의 결정성을 방해하지 않고 공중합체의 융점이 저하되도록 하여 가공을 용이하게 할 뿐만 아니라, 폴리머 주쇄에 존재하는 유연 분자쇄로 인해 탄성을 향상시켜 부직포 바인딩시 인열특성을 개선시키는 역할을 한다.

상기 디메틸아디핀산 또는 아디핀산의 함량은 상기 저융점 폴리에스테르의 에스테르의 몰을 기준으로 1~10몰%인 것이 바람직할 것으로 상기 함량이 1몰% 미만이면 목적하는 융점저하 및 분자쇄 유연성 증대 효과를 얻을 수 없고, 10몰%를 초과하면 저융점 폴리에스테르의 결정성이 저하될 뿐만 아니라 40℃ 이상의 유리전이온도를 얻을 수 없다.

한편, 상기 저융점 폴리에스테르 1의 나머지 90~99몰%의 산성분은 디메틸테레프탈산 또는 테레프탈산으로 이루어진다.

상기 저융점 폴리에스테르 1에 포함되는 1,4-사이클로핵산디메탄올은 지방족 고리화합물로서 공중합 폴리에스테르의 디올성분 중 하나로 도입되어 융점을 강하시키면서도 유리전이온도를 유지시키는 역할을 한다.

이때, 상기 1,4-사이클로핵산디메탄올의 함량은 상기 저융점 폴리에스테르의 에스테르의 몰을 기준으로 1~20몰%인 것이 바람직한 것으로 상기 함량이 1몰% 미만이면 목적하는 융점저하 및 40℃ 이상의 유리전이온도를 얻을 수 없고, 20몰%를 초과하면 공중합 폴리에스테르의 결정성이 과도하게 저하되어 넓은 온도 범위에서의 연화 거동을 보인다.

상기 저융점 폴리에스테르 1에 포함되는 1,4-부탄디올은 결정성이 강한 물질로서, 저융점 폴리에스테르의 디올성분 중 다른 하나로 도입되어 공중합시에도 결정성이 유지되어 공중합체의 융점보다 불과 5℃ 높은 온도에서도 열접착시킬 수 있으며, 융점 이하의 온도에서는 결정성이 강한 관계로 공중합체의 변형이 거의 없는 장점이 있다.

이때, 상기 1,4-부탄디올의 함량은 상기 저융점 폴리에스테르의 에스테르의 몰을 기준으로 30~50몰%인 것이 바람직한 것으로 상기 함량이 30몰% 미만이면 융착온도가 높아 저융점 바인더로서의 역할을 하지 못하며, 50몰%를 초과하면 1,4-부탄디올이 디올 성분중 주성분이 되어 융착 온도가 다시 상승하게 된다.

한편, 상기 저융점 폴리에스테르 1의 나머지 디올성분은 에틸렌글리콜로 이루어진다.

상기 저융점 폴리에스테르 2에서 사용되는 이소프탈산은 폴리에스테르에 공중합되어 폴리에스테르의 고분자 사슬의 유연성을 감소시키고 규칙적인 사슬 중첩(chian folding)과 결정화를 방해하여 융점을 강하시키면서 폴리에스테르의 유리전이온도를 유지시키는 장점이 있다.

상기 이소프탈산의 함량은 상기 저융점 폴리에스테르의 에스테르의 몰을 기준으로 10~30몰% 함유된 것이 바람직한 것으로 상기 함량이 10몰% 미만이면 목적하는 융점저하 및 분자쇄 유연성 증대 효과를 얻을 수 없고, 30몰%를 초과하면 저융점 폴리에스테르의 물성이 저하되고 경제성이 떨어질 수 있다.

본 발명에서는 상기 저융점 폴리에스테르 1과 저융점 폴리에스테르 2 모두를 사용할 수 있을 것이다.

상기 코어부는 4~8엽 단면 형상으로 형성되는 것으로 복합섬유의 유연성을 향상시키게 된다.

상기 코어부는 엽의 수가 많을수록 유연성을 향상시킬 수 있으나, 엽의 수가 증가할수록 제조공정성이 저하되므로 상기 코어부는 도 1(a),(b)와 같이 4엽 또는 6엽으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 코어부의 엽의 길이기 길수록 유연성이 향상되는 것으로 코어부의 엽은 분할사와 같이 엽의 끝단이 외부로 도출되는 형태로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

상기 시스-코어형 저융점 폴리에스테르계 복합섬유의 시스부와 코어부는 중량비 30:70~70:30인 것이 바람직한 것으로 시스의 단면적 비가 너무 크면 접착성, 마모성, 인장인열 등은 향상되나 원단으로 제조시 뻣뻣한 터치감이 강해질 수 있으며, 시스의 단면적 비가 너무 작으면 섬유공정성이 저하될 수 있고, 원단으로 제조시 물성이 저하될 수 있다.

본 발명의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 형성하는 상기 저융점 폴리에스테르는 카티온 가염성 저융점 폴리에스테르이고, 상기 일반 폴리에스테르는 카티온 가염성 폴리에스테르로 형성하여 복합섬유에 카티온 가염성을 부여할 수 있다.

상기 카티온 가염성 폴리에스테르 및 카티온 가염성 저융점 폴리에스테르는 폴리에스테르 중합시 카티온 가염성 공중합물을 첨가하여 제조할 수 있는 것으로 일예로 폴리에스테르 중합시 5-설포이소프탈산나트륨을 공중합시켜 제조할 수 있을 것이다.

상기와 같이 코어부가 다엽 형상을 갖는 본 발명에 따른 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유는 원단에 사용될 수 있는 것으로 원단에 포함된 후 열처리를 통한 융착가공으로 시스부가 융착되어도 원단의 촉감이 저해되지 않으며 유연성이 향상되는 효과를 갖는다.

이하 본 발명에 따른 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

시스부로 사용된 저융점 폴리에스테르는 에스테르 반응조에 산 성분으로 디메틸테레프탈산/디메틸아디핀산(DMA)과 디올 성분으로 에틸렌글리콜/1,4-사이클로핵산디메탄올(CHDM)/1,4-부탄디올(BD)을 투입하고 150℃의 온도에서 통상적인 에스테르화 반응 촉매를 첨가한 후 4시간에 걸쳐 최종 반응 온도 200℃까지 에스테르 교환 반응을 진행시켜 올리고머를 제조하였다. 여기에서 얻어진 올리고머에 통상적인 축중합 반응 촉매를 투입한 후 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 260℃까지 승온시켜 축중합 반응을 수행하여 제조하였다. 상기 디메틸아디핀산(DMA), 1,4-사이클로핵산디메탄올(CHDM), 1,4-부탄디올(BD)의 함량은 표 1에 나타내었다. 코어부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 본 발명의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.

상기 코어부는 도 1(a)와 같이 엽의 끝단이 외부로 노출되는 4엽 단면형상으로 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 코어부를 도 1(b)와 같이 엽의 끝단이 외부로 노출되는 6엽 단면형상으로 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 2과 동일하게 제조하였으나, 시스부의 저융점 폴리에스테르는 이소프탈산(IPA)을 사용하였다.

상기 이소프탈산(IPA)을 사용한 저융점 폴리에스테르는 에스테르 반응조에 산 성분으로 디메틸테레프탈산, 이소프탈산(IPA)과 디올 성분으로 에틸렌글리콜을 투입하고 150℃의 온도에서 통상적인 에스테르화 반응 촉매를 첨가한 후 4시간에 걸쳐 최종 반응 온도 200℃까지 에스테르 교환 반응을 진행시켜 올리고머를 제조하였다. 여기에서 얻어진 올리고머에 통상적인 축중합 반응 촉매를 투입한 후 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 260℃까지 승온시켜 축중합 반응을 수행하여 제조하였다. 상기 이소프탈산(IPA)의 함량은 표 1에 나타내었다.

비교예 1

시스부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하였으며, 코어부를 실시예 1과 동일한 저융점 폴리에스테르를 사용하여 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.

상기 코어부를 도 1(b)와 같이 엽의 끝단이 외부로 노출되는 6엽 단면형상으로 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 상기 코어부를 일반적인 시스-코어형 복합섬유와 같이 원형단면으로 제조하였다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
코어부		PET	PET	PET	저융점 PET	PET
시스부		저융점 PET	저융점 PET	저융점 PET	PET	저융점 PET
코어부:시스부 중량비		30:70	30:70	30:70	30:70	30:70
코어부 단면		4엽	6엽	6엽	6엽	원형
저융점 공중합 조성(mol%)	DMA	8	8	-	8	8
	BD	40	40	-	40	40
	CHDM	6	6	-	6	6
	IPA	-	-	25	-	-

◈ 실시예와 비교예의 평가실험

상기에서 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1,2의 복합섬유를 사용하여 부직포로 제조하였으며, 제조된 부직포를 열처리하여 열융착시킨 후 물성을 평가하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 평가결과는 표 2에 나타내었다.

[평가 방법]

* 강경도(C) 측정

: Cantilever Softness Tester 를 활용하여 원단의 강경도를 비교평가

① 시험편의 크기는 2.5㎝×15㎝ 크기의 시험편 제작

② 41.5˚의 경사를 가진 평면대 위에 측정하고자 하는 면을 위로하여 시험편의 앞 끝이 평면 대 끝에 오도록 놓음

③ 시험편을 살며시 밀어 그 끝이 경사면에 닿을 때까지 밀려나간 시험편의 길이를 ㎜까지 읽음

④ 다음 식에 따라 강경도를 비교평가 함

C(㎝)＝D/2

C : 강경도

D : 밀려나간 시험편의 길이(㎝)

* 인열강도: ASTM D2261에 의거하여 텅(tongue)법으로 직물의 인열 강도 평가

* 유연성: 열융착된 부직포의 유연성을 5명의 전문가에 의해 상대적인 관능평가 실시(10점 만점)

* 강인성: ASTM D76에 의거하여 직믈의 인장강도 및 신도 평가후 얻은 그래프의 면적으로 평가

* 상온 접착력 및 고온 접착력 측정

: 제조된 열융착 부직포를 밀도 2g/100cm2로 고정하고, ASTM D 1424의 방법으로 상온접착력은 분위기 온도를 25 ℃에서, 고온 접착력은 분위기 온도를 100℃(건열)에서 측정

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
강경도(C)		2.2	1.9	2	1.9	3.1
유연성(점)		6	7	7	8	3
강인성(gf)		4.5	4.8	4.6	4.1	3.4
인열강도(kg)		3.2	3.4	3.2	2.8	2.5
접착력	상온접착력(kg)	4.0	3.9	3.8	2.6	4.1
	고온접착력(kg)	2.2	2.3	2.1	1.5	2.3

표 2에서와 같이 본 발명의 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 함유하는 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1은 비교예 2에 비해 유연성가 높은 것으로 코어부를 다엽형상으로 형성할 경우 유연성이 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유는 시스부가 일반 폴리에스테로 형성된 비교예 1 보다 상온 및 고온 접착력이 우수한 것을 알 수 있다.

상기의 결과 같이 본 발명의 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유는 높은 접착력을 유지하면서도 원단의 유연성이 향상시키는 효과가 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 원형단면을 갖는 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유에 있어서,
   시스부는 저융점 폴리에스테르이고 코어부는 일반 폴리에스테르로 형성되되,
   상기 코어부는 4 또는 6엽 단면 형상을 갖고 엽의 끝단이 외부로 도출되는 형태로 형성되며,
   상기 저융점 폴리에스테르는 카티온 가염성 저융점 폴리에스테르이고, 상기 일반 폴리에스테르는 카티온 가염성 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 시스부와 코어부는 중량비 30:70~70:30인 것을 특징으로 하는 유연성이 향상된 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항의 시스-코어형 폴리에스테르 복합섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 원단.

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