KR102061805B1

KR102061805B1 - 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 구현된 열접착성 복합섬유및 부직포

Info

Publication number: KR102061805B1
Application number: KR1020180074192A
Authority: KR
Inventors: 최중현; 김도현; 이주현
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-01-03
Also published as: TWI717721B; TW202000724A; CN112601774A; WO2020004732A1; CN112601774B

Abstract

본 발명은 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 섬유로의 방사성, 열접착성이 뛰어나고, 상온에서의 경시변화가 최소화 및 저장안정성이 향상되며, 구현된 제품에서 우수한 촉감을 발현할 수 있는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 구현된 열접착성 복합섬유및 다공성 구조체에 관한 것이다.

Description

열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 구현된 열접착성 복합섬유및 부직포{Thermal adhesive polyester composition, thermal adhesive polyester complex-fiber comprising the same, and non-woven fabric}

본 발명은 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 섬유로의 방사성, 넓은 온도범위에서 열접착성이 뛰어나고, 여름철 저장조건에서도 경시변화가 최소화되며, 저장안정성이 향상되고, 구현된 제품에서 우수한 촉감 및 염착특성을 발현할 수 있는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 구현된 열접착성 복합섬유 및 부직포에 관한 것이다.

일반적으로 합성섬유는 융점이 높아 용도가 제한되는 경우가 적지 않다. 특히 섬유 등의 접착용도에 있어서 심지 등의 용도나 테이프상의 직물 사이에 삽입하여 가압 접착하게 되는 접착제로 사용되는 경우에는 가열에 의해 섬유 직물 자체가 열화될 수 있고, 고주파미싱 같은 특수한 장비를 사용해야만 하는 번거로움이 있기 때문에, 이러한 특수 장비를 이용하지 않고도 통상의 간단한 가열 프레스에 의해 용이하게 접착하는 것이 요망되고 있다.

종래의 저융점 폴리에스테르 섬유는 매트리스, 자동차용 내장재 또는 각종 부직포 패팅 용도로 제조시 사용되는 상호 섬유구조물에 있어 이종의 섬유를 접착하는 목적으로 핫멜트(Hot Melt)형 바인더 섬유가 폭넓게 사용되어 왔다.

예를 들어, 미국등록특허 제4,129,675호에는 테레프탈산(terephthalic acid: TPA)과 이소프탈산(isophthalic acid: IPA)을 이용하여 공중합된 저융점 폴리에스테르가 소개되어 있으며, 또한, 한국등록특허 제10-1216690호에는 접착성을 개선시키기 위한 이소프탈산, 디에틸렌글리콜을 포함하여 구현된 저융점 폴리에스테르 섬유를 개시하고 있다.

그러나 위와 같은 종래의 저융점 폴리에스테르 섬유는 일정 수준이상의 방사성 및 접착성을 가질 수 있지만, 강직한 개질제의 고리구조로 인해 열접착 후 딱딱한 느낌의 부직포 또는 직물 구조체를 얻는 문제점이 있다.

또한, 바인더 특성의 발현을 위해 낮은 융점이나, 낮은 유리전이온도를 갖는 방향으로 개발이 진행됨에 따라서 구현된 폴리에스테르의 내열성이 열악해져서 여름철 40℃를 넘는 저장조건에서도 경시변화가 현저히 발생하며, 저장 중에 발생하는 폴리에스테르 칩이나 섬유 간 결합이 발생하여 저장안정성 역시 현저히 저하되는 문제가 있다.

따라서, 종래의 저융점 폴리에스테르 섬유가 가지는 방사성 및 접착성을 유지 또는 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 현저히 개선된 촉감, 염착특성과 함께 상온에서의 경시변화 최소화 및 저장 안정성을 향상시킬 수 있는 열접착성 폴리에스테르 섬유에 대한 개발이 시급한 시점이다.

미국등록특허공보 제4,129,675호 한국등록특허공보 제10-1216690호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 섬유로의 방사성이 뛰어나고, 우수한 열접착성을 발현하는 동시에, 응용된 물품에서 현저히 개선된 촉감과 염착특성을 발현할 수 있고, 나아가 상온에서 경시변화가 최소화 되며, 저장 안정성이 향상된 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물, 이를 통해 구현된 열접착성 복합섬유 및 부직포를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 테레프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중축합된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 화학식1로 표시되는 화합물과 화학식2로 표시되는 화합물의 함량 총합은 상기 디올성분 중 30 ~ 45 몰%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 디올성분 중 화학식1로 표시되는 화합물의 함량(몰%)이 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량(몰%)보다 더 클 수 있다.

또한, 상기 디올성분은 디에틸렌글리콜을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다.

또한, 상기 산성분은 이소프탈산을 산성분을 기준으로 1 ~ 10몰%로 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 디올성분 중 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 1 ~ 40몰%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 1 ~ 20몰%로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 디올성분 중 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 20 ~ 40몰%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 1 ~ 10몰%, 더욱 바람직하게는 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 30 ~ 40몰%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 1 ~ 6몰%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 산성분은 이소프탈산을 더 포함하고, 상기 코폴리에스테르 중 상기 이소프탈산, 상기 화학식1로 표시되는 화합물, 화학식2로 표시되는 화합물의 함량 총합은 55몰% 이하로 포함될 수 있다.

또한, 상기 코폴리에스테르 조성물은 융점이 없고, 연화거동을 보이며, 유리전이온도가 60 ~ 75℃, 보다 바람직하게는 65 ~ 72℃일 수 있다.

또한, 상기 코폴리에스테르 조성물은 고유점도가 0.500 ~ 0.800dl/g일 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하는 폴리에스테르 칩을 제공한다.

또한, 본 발명은 폴리에스테르계 성분을 포함하는 심부, 및 상기 코어부를 둘러싸는 본 발명에 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하는 초부를 포함하는 열접착성 복합섬유를 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 열접착성 복합섬유, 및 폴리에스테르계 섬유를 포함하여 소정의 형상으로 성형된 부직포를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 부직포는 자동차용 매트리스, 건축용 내장재, 침장재, 의류용 보온재 및 농업용 단열재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 의하면, 섬유로의 방사성이 뛰어나고, 우수한 열접착성을 발현하는 동시에, 응용된 물품에서 현저히 개선된 촉감과, 염착성을 발현할 수 있다. 또한, 상온에서 경시변화가 최소화 되며, 저장 안정성이 향상될 수 있다. 나아가 폴리에스테르 조성물을 칩으로 제조 시 건조시간을 현저히 감소시켜 제조시간을 현저히 단축시킬 수 있다. 이에 이를 이용하여 구현된 물품 역시 여름철과 같은 저장조건(예를 들어40℃ 이상)에서도 경시변화가 최소화되고, 저장안정성이 우수함에 따라서 물품의 초도 형상의 변형이나 사용 중의 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명이 일실시예에 의한 복합섬유의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물은 테레프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중축합된 코폴리에스테르를 포함한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

먼저, 상기 산성분은 테레프탈산을 포함하며, 이외에 테레프탈산이 아닌 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산이나, 탄소수 2 내지 14의 지방족 다가 카르복실산 및/또는 설폰산 금속염을 더 포함할 수 있다.

상기 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산은 폴리에스테르의 제조를 위해 사용되는 산성분으로써 공지된 것들을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 디메틸테레프탈레이트, 이소프탈산 및 디메틸이소프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 테레프탈산과의 반응 안정성, 취급 용이성 및 경제적인 측면에서 이소프탈산일 수 있다.

또한, 탄소수 2 내지 14의 지방족 다가 카르복실산은 폴리에스테르의 제조를 위해 사용되는 산성분으로써 공지된 것들을 제한 없이 사용할 수 있으나, 이에 대한 비제한적인 예로써, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베린산, 시트르산, 피메르산, 아젤라인산, 세바스산, 노나노산, 데카노인산, 도데카노인산 및 헥사노데카노인산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 설폰산 금속염은 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트일 수 있다.

한편, 상기 산성분으로써 테레프탈산 이외에 구비될 수 있는 다른 성분들은 폴리에스테르 조성물의 내열성을 저하시킬 수 있어서 바람직하게는 포함하지 않는 것이 좋다. 다만, 테레프탈산과의 반응 안정성, 취급용이성 및 경제적 측면 등을 고려하여 다른 종류의 산성분이 더 포함하는 경우에는 이소프탈산을 포함하는 것이 좋으며, 이 경우에도 이소프탈산은 산성분을 기준으로 1 ~ 10몰%로 포함되는 것이 바람직하다. 만일 이소프탈산이 산성분을 기준으로 1몰% 미만으로 구비되는 경우 목적으로 하는 추가적인 낮은 온도에서의 높은 열접착 특성을 발현하기 어려울 수 있고, 10몰%를 초과하여 구비되는 경우 구현되는 물품이 딱딱해져 부드러운 촉감을 현저히 저하시키고, 유리전이온도가 과도하게 낮아져 내열성 저하가 문제될 수 있다. 또한, 코폴리에스테르에서 후술하는 화학식1로 표시되는 화합물, 화학식2로 표시되는 화합물 및 이소프탈산의 총함량이 과도히 증가함에 따라서 오히려 결정을 형성할 수 있는 주성분으로 작용하여 목적으로 하는 온도에서의 열접착 특성을 현저히 저하시키는 등 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다.

다음으로 상기 디올성분은 에틸렌글리콜과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

먼저, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 제조되는 폴리에스테르 조성물의 결정화도, 유리전이온도를 낮춰서 우수한 열접착 성능을 발현하도록 할 수 있다. 또한, 섬유상으로 제조된 뒤 염색공정에서 상압의 조건으로 염색을 가능케 하여 염색공정을 보다 용이하게 하고, 염착특성이 우수해 세탁견뢰도가 향상되며, 부직포 등의 성형물의 촉감을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 디올성분 중 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 13 ~ 40몰%, 보다 바람직하게는 20 ~ 40몰%, 보다 더 바람직하게는 30 ~ 40몰%로 포함될 수 있다. 만일 화학식1로 표시되는 화합물이 디올성분 기준 13몰% 미만으로 포함되는 경우 방사성은 우수하나, 접착 가능 온도가 높아지거나 열접착 특성이 저하되고, 사용되는 용도가 제한될 수 있는 우려가 있다. 또한, 만일 화학식1로 표시되는 화합물이 40몰%를 초과하여 구비될 경우 방사성이 좋지 않아서 상용화가 어려운 문제점이 발생할 수 있으며, 오히려 결정성이 증대되어 열접착 특성이 저하될 우려가 있다.

한편, 바람직하게는 화학식 1로 표시되는 화합물이 20몰% 이상 구비될 수 있는데, 이를 통해 후술하는 화학식 2로 표시되는 화합물과 함께 폴리에스테르 조성물의 저온에서의 열접착 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 폴리에스테르 조성물을 칩화시킬 때 건조시간이 현저히 단축될 수 있는 이점이 있다.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 제조되는 폴리에스테르 조성물의 열접착 특성을 더욱 향상시키면서도 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이 온도의 현저한 저하를 방지하여 40℃ 이상의 저장온도에도 불구하고 경시변화를 최소화시키고, 저장안정성을 향상시킬 수 있다. 열접착성과 관련하여 화학식2로 표시되는 화합물은 화학식1로 표시되는 화합물과의 혼합사용 됨에 따라서 구현되는 폴리에스테르 조성물을 이용한 열접착성 섬유에 적절한 수축특성을 발현시키고 이러한 특성발현으로 인해 열접착시 점 접착력을 더욱 증가시킴으로써 보다 상승된 열접착 특성을 발현할 수 있다.

바람직하게는 상기 디올성분 중 상기 화학식2로 표시되는 화합물은 1 ~ 20몰%, 보다 바람직하게는 1 ~ 10몰%, 보다 더 바람직하게는 1 ~ 6몰%로 포함될 수 있다.

만일 화학식2로 표시되는 화합물이 디올성분 기준 1몰% 미만으로 포함되는 경우 목적하는 내열성의 향상이 어려워 저장안정성이 좋지 않고, 경시변화가 매우 클 수 있는 우려가 있다. 또한, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 사용됨으로 인해 화학식 2로 표시되는 화합물이 20몰% 초과하여 포함된다면 방사성이 좋지 않아 상용화가 어려운 문제점이 발생할 수 있고, 경우에 따라서 이소프탈산까지 추가 포함 할 경우에서는 결정성이 충분히 저하되어 더 이상의 효과가 없으며, 추가되는 이소프탈산의 함량이 증가할 시 오히려 결정성이 증대되어 목적으로 하는 온도에서의 우수한 열접착 특성을 현저히 저하 시킬 수 있는 등 발명의 목적을 달성하지 못할 우려가 있다. 또한, 섬유 상 등으로 구현 시 수축성이 현저히 크게 발현되어 가공의 어려움이 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 화학식1로 표시되는 화합물과 화학식2로 표시되는 화합물의 함량 총합은 상기 디올성분 중 30 ~ 45몰%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 33 ~ 41몰%로 포함될 수 있다. 만일 30몰% 미만으로 이들이 포함되는 경우 코폴리에스테르의 결정성이 증가하여 높은 융점이 발현되거나 연화점을 낮은 온도로 구현하기 어려워져서 열접착 가능온도가 현저히 높아지고, 낮은온도에서는 우수한 열접착 특성이 발현되지 않을 수 있다. 또한, 만일 화학식 2로 표시되는 화합물이 45몰%를 초과하여 포함되는 경우 중합 반응성과 방사성이 현저한 저하가 우려되며, 제조되는 코폴리에스테르의 결정성이 오히려 증가되어 목적하는 온도에서의 높은 열접착 특성을 발현하기 어려울 수 있다.

이때, 상기 디올성분 중에 상술한 화학식1로 표시되는 화합물이 화학식2로 표시되는 화합물보다 더 큰 함량(몰%)으로 포함될 수 있다. 만일 화학식1로 표시되는 화합물이 화학식2로 표시되는 화합물보다 적거나 같은 양으로 포함될 경우 목적하는 열접착 특성을 발현하기 어렵고, 고온에서 접착되어야 됨에 따라서 전개되는 제품의 용도에 제한이 있을 수 있다. 또한, 과도한 수축특성의 발현으로 전개되는 제품으로의 가공이 곤란할 우려가 있다. 나아가, 목적으로 하는 용도로의 사용이 곤란한 문제가 있을 수 있다.

한편, 상기 디올성분은 상술한 화학식1로 표시되는 화합물, 화학식2로 표시되는 화합물 및 에틸렌글리콜 이외에 다른 종류의 디올성분을 더 포함할 수 있다.

상기 다른 종류의 디올성분은 폴리에스테르의 제조에 사용되는 공지된 디올성분일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으나, 이에 대한 비제한적인 예로써, 탄소수 2 내지 14의 지방족 디올성분일 수 있고, 구체적으로 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 프로필렌글리콜, 트리메틸글리콜, 테트라메킬렌글리콜, 펜타메틸글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헵타메틸렌클리콜, 옥타메틸렌글리콜, 노나메틸렌글리콜, 데카메틸렌글리콜, 운데카메틸렌글리콜, 도데카메틸렌글리콜 및 트리데카메틸렌글리콜으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 목적하는 수준의 열접착 특성과 동시에 내열성을 겸비하기 위하여 상기 다른 종류의 디올성분은 더 포함하지 않는 것이 바람직하며, 특히 디에틸렌글리콜은 상기 디올성분에 실질적으로 포함되지 않을 수 있다. 만일 디에틸렌글리콜이 디올성분에 포함될 경우 유리전이온도의 급격한 저하를 초래해 화학식2로 표시되는 화합물을 구비하는 경우에도 목적하는 수준의 내열성을 달성하지 못할 수 있다. 이때, 상기 디올성분에 디에틸렌글리콜이 실질적으로 포함하지 않는다는 의미는 코폴리에스테르의 제조 시 의도적으로 디에틸렌글리콜을 투입하지 않음을 의미하며, 산성분 및 디올성분의 에스테르화 반응, 중/축합 반응에서 자연 발생하는 디에틸렌글리콜까지 불포함함을 의미하지는 않는다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면 폴리에스테르 조성물에 포함되는 자연발생적인 디에틸렌글리콜의 함량은 전체 조성물의 3중량% 미만일 수 있다. 만일 자연발생적인 디에틸렌글리콜의 함량이 적정 수준을 초과할 경우 섬유로 방사시 팩압을 증가시키며, 잦은 사절을 유발하여 방사성이 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다.

상술한 산성분 및 디올성분은 폴리에스테르 합성분야의 공지된 합성조건을 이용하여 에스테르화 반응 및 중·축합을 거쳐 코폴리에스테르로 제조될 수 있다. 이때, 산성분과 디올성분은 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 반응하도록 투입될 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 산성분 및 디올성분은 위와 같은 적정의 몰비로 한번에 혼합된 후 에스테르화 반응 및 중·축합을 거쳐 코폴리에스테르로 제조되거나, 산성분과 디올성분 중 에틸렌글리콜과 화학식1로 표시되는 화합물 간 에스테르화 반응 중에 화학식 2로 표시되는 화합물을 투입하여 에스테르화 반응 및 중·축합을 거쳐 코폴리에스테르로 제조될 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

상기 에스테르화 반응에서 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 통상적으로 폴리에스테르 제조 시에 사용되는 촉매를 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 금속아세테이트 촉매 하에서 제조될 수 있다.

또한, 상기 에스테르화 반응은 바람직하게는 200 ~ 270℃의 온도 및 1100 ~ 1350 토르(Torr)의 압력 하에서 수행될 수 있다. 상기 조건을 만족하지 않는 경우 에스테르화 반응 시간이 길어지거나 반응성 저하로 중축합 반응에 적합한 에스테르화 화합물을 형성할 수 없는 문제가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 중축합 반응은 250 ~ 300℃ 온도 및 0.3 ~ 1.0 토르(Torr) 압력 하에서 이루어질 수 있으며, 만일 상기 조건을 만족하지 못하는 경우 반응시간 지연, 중합도 저하, 열분해 유발 등의 문제점이 있을 수 있다.

이때, 중축합 반응 시 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 적정한 반응성 확보와 생산단가의 낮추기 위해 안티몬 화합물이나 고온에서 열분해를 통한 색상의 변색을 방지하기 위해 인 화합물 등을 사용할 수 있다.

상기 안티몬 화합물로는 삼산화안티몬, 사산화안티몬, 오산화안티몬 등과 같은 산화안티몬류, 삼황화안티몬, 삼불화안티몬, 삼염화안티몬 등과 같은 할로겐화 안티몬류, 안티몬트리아세테이트, 안티몬벤조에이트, 안티몬트리스테아레이트 등을 사용할 수 있다.

상기 촉매로 안티몬화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 600ppm을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 인화합물로는 인산, 모노메틸인산 트리메틸인산, 트리부틸인산 등 인산류 및 그의 유도체들을 사용하는 것이 좋으며, 이 중에서도 특히 트리메틸인산 또는 트리에틸인산 또는 트리페닐아인산이 그 효과가 우수하여 바람직하고, 인화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 500ppm을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 방법을 통해 제조된 본 발명에 따른 폴리에스테르 조성물은 고유점도가 0.5 ~ 0.8dl/g일 수 있다. 만일 고유점도가 0.5dl/g 미만일 경우 단면형성에 문제점이 있을 수 있고, 고유점도가 0.8dl/g을 초과하는 경우 팩(Pack) 압력이 높아 방사성에 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 조성물은 융점이 없고, 연화거동을 보이는 열적특성을 가질 수 있으며, 바람직하게는 연화점이 90 ~ 110℃일 수 있고 이를 통해 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

또한, 상기 폴리에스테르 조성물은 유리전이온도가 60 ~ 75℃일 수 있다.

만일 유리전이온도가 60℃ 미만일 경우 폴리에스테르 조성물을 통해 구현된 폴리에스테르 칩, 섬유 또는 이들을 통해 구현된 물품이 여름철과 같은 예를 들어 40℃를 넘는 온도조건에서도 경시변화가 크고, 칩이나 섬유간 접합이 발생하여 저장 안정성이 현저히 저하될 우려가 있다. 또한, 칩간 결합이 발생할 경우 방사불량을 야기할 우려도 있다. 나아가 섬유 등으로 구현된 후 수축특성이 과도하게 발현되어 오히려 접합특성이 저하될 우려가 있다. 더불어 칩 형성 후 건조공정, 섬유로 방사 후 후가공 공정 등에 소요되는 열처리의 한계로 인해 공정 소요시간의 장기화 또는 해당 공정을 원활히 수행할 수 없는 문제가 있을 수 있다.

또한, 만일 유리전이온도가 75℃를 초과할 경우 열 접합 특성이 현저히 저하될 우려가 있고, 접합공정의 수행온도가 고온으로 제한됨에 따라서 용도 전개에 제한이 있을 우려가 있다.

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 폴리에스테르 조성물은 폴리에스테르 칩으로 구현될 수 있으며, 상기 폴리에스테르 칩의 제조방법, 칩의 규격은 당해 기술분야의 공지된 제조방법과 규격을 따를 수 있어서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 본 발명은 도 1에 도시된 것과 같이 폴리에스테르계 성분을 포함하는 심부(21), 및 상기 심부(21)를 둘러싸는 본 발명에 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하는 초부(20)를 포함하는 열접착성 복합섬유를 구현한다.

상기 심부를 형성하는 폴리에스테르계 성분은 초부에 대비하여 내열성 및 기계적 강도가 큰 공지된 폴리에스테르일 수 있으며, 일예로써 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 심부와 초부는 일예로 8:2 ~ 2:8의 중량비로 복합방사된 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라서 비율을 적절히 조절하여 방사할 수 있다.

상기 복합섬유를 방사조건, 방사장치 및 방사 후의 복합섬유에 대한 냉각, 연신 등의 공정은 당해 기술분야의 공지된 조건, 장치 및 공정을 통하거나 이를 적절히 변형하여 수행될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

일예로, 상기 복합섬유는 270 ~ 290℃의 방사온도로 방사된 것일 수 있고, 방사 후 2.5 ~ 4.0배 연신된 것일 수 있다. 또한, 복합섬유의 섬도는 1 ~ 15데니어이고, 섬유장은 일예로 1 ~ 100mm일 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 열접착성 복합섬유를 포함하여 구현된 부직포를 포함한다.

상기 부직포는 열접착성 복합섬유 및 폴리에스테르계 섬유를 포함하여 구현되며, 구체적으로 열접착성 복합섬유 및 폴리에스테르계 섬유는 단섬유일 수 있고, 각각의 단섬유들이 혼섬 및 개섬된 후 열처리를 거쳐 부직포가 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 열접착성 복합섬유 및 폴리에스테르계 섬유는 3:7 내지 1:9의 비율로 혼합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 용도 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

또한, 상기 열처리는 100 ~ 180℃, 보다 바람직하게는 120 ~ 180℃일 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 접착특성을 발현할 수 있다.

또한, 상기 다공성 구조체는 일예로 자동차용 매트리스, 건축용 내장재, 침장재, 의류용 보온재 및 농업용 단열재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예1>

디올성분으로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 38몰%와 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 3몰% 및 잔여 디올 성분으로 에틸렌글리콜 59몰%를 투입하고, 산성분으로 테레프탈산 100몰%를 투입하여 상기 산성분과 디올성분을 1:1.5의 비율로 250℃에서 1140 토르(torr) 압력 하에서 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응물을 얻었고, 그 반응률은 97.5%였다. 형성된 에스테르 반응물을 중축합 반응기에 이송하고, 중축합 촉매로 삼산화 안티몬 300ppm, 열안정제로 인산 150ppm을 투입하여 최종압력 0.5 토르(torr)가 되도록 서서히 감압하면서 285℃까지 승온하여 중축합 반응을 수행하여 형성된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 수득한 후 상기 폴리에스테르 조성물을 통상의 방법으로 가로, 세로, 높이가 각각 2mm×4mm×3mm인 폴리에스테르 칩으로 제조하였다.

이후 상기 폴리에스테르 조성물을 초부로 하고, 고유점도가 0.65dl/g인 폴리에틸렌레테프탈레이트(PET)를 심부로 하는 심초형 복합섬유를 제조하기 위해, 상기 폴리에스테르 조성물로 구현된 폴리에스테르 칩과, PET 칩을 호퍼에 각각 투입 후 용융시켜 심초형 방사 구금에 각각 투입한 다음, 275℃ 하에서 1000mpm 방사속도로 심부와 초부가 5:5 중량비가 되도록 복합 방사하고, 3.0배 연신하여 섬유장이 51㎜이고, 섬도가 4.0de인 하기 표 1과 같은 심초형 열접착성 복합섬유를 제조하였다.

[화학식 1]

[화학식 2]

<실시예 2 ~ 14>

실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같이 코폴리에스테르의 제조하기 위한 단량체의 조성비를 변경시켜 하기 표 1, 표 2 또는 표 3과 같은 폴리에스테르 칩 및 이를 이용한 심초형 복합섬유를 제조하였다.

<비교예 1 ~ 4>

실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2과 같이 코폴리에스테르의 제조하기 위한 단량체의 조성을 변경시켜 하기 표 2과 같은 폴리에스테르 칩 및 이를 이용한 심초형 복합섬유를 제조하였다.

<실험예>

실시예 및 비교예에 따라서 제조된 폴리에스테르 칩이나, 심초형 열접착성 복합섬유에 대해 하기의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다.

1. 고유점도

폴리에스테르 칩에 대해 오르쏘-클로로 페놀(Ortho-Chloro Phenol)을 용매로 하여 110℃, 2.0g/25ml의 농도로 30분간 용융 후, 25℃에서 30분간 항온하여 캐논(CANON) 점도계가 연결된 자동 점도 측정 장치로부터 분석하였다.

2. 유리전이온도, 융점

시차 열량분석기를 이용하여 유리전이온도 및 융점을 측정하였고 분석조건은 승온속도를 20℃/min로 하였다.

3. 폴리에스테르 칩 건조시간

제조된 폴리에스테르 조성물을 칩(chip)화 후 진공건조기에서 55℃, 4시간 간격으로 수분율을 측정하였고, 측정결과 수분율 100ppm 이하로 측정되었을 때 시간을 건조시간으로 나타내었다.

4. 단섬유 저장안정성

제조된 심초형 복합섬유 500g에 대해 온도 40℃, 상대습도 45%인 챔버에서 압력 2kgf/㎠을 가해 3일간 방치하여 섬유간 융착 상태를 전문가 10인이 육안으로 관찰했고, 그 결과 융착이 미발생한 경우를 10점, 전부 융착이 발생한 경우를 0점으로 기준해서 0 ~ 10점으로 평가한 뒤, 평균값을 계산했다. 그 결과 평균값이 9.0 이상인 경우 매우 우수(◎), 7.0 이상 9.0 미만인 경우 우수(○), 5.0 이상 7.0 미만은 보통(△), 5.0 미만은 나쁨(X)으로 나타내었다.

5. 방사작업성

방사작업성은 실시예 및 비교예별로 동일함량으로 방사된 심초형 복합섬유 에 대해서 방사 가공 중 드립(구금을 통과하는 섬유가닥들이 일부 융착되거나 사절 이후 가닥들이 불규칙하게 융착되어 형성된 덩어리를 의미함) 발생 수치를 드립 감지기를 통해 카운팅하였고, 실시예1에서의 드립발생 수치를 100으로 기준해서 나머지 실시예 및 비교예에서 발생한 드립 개수를 상대적인 백분율로 표시하였다.

6. 염착율 평가

심초형 복합섬유 중량을 기준으로 2중량%의 블루(blue)염료를 포함하는 염액에 대해, 욕비 1：50으로 90℃에서 60분 동안 염착공정을 수행한 후, 일본의 구라보(KURABO) 회사의 색채측정 시스템을 이용해 염색된 복합섬유에 대한 가시영역(360 ~ 740nm, 10nm 간격)의 분광반사율을 측정한 후, CIE 1976 규격에 의거한 염착량의 지표인 Total K/S 값을 산출해 염료의 색수득률을 평가하였다.

7. 접착강도

제조된 심초형 복합섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유(섬유장 51㎜, 섬도 4.0de)를 5: 5로 혼섬 및 개섬한 뒤 120℃, 140℃ 및 160℃의 온도조건으로 열처리하여 평량이 35g/㎡인 핫멜트 부직포를 구현하였고, 가로, 세로 및 두께가 각각 100mm×20mm×10mm인 시편으로 구현하여 KS M ISO 36 방법에 의거하여 UTM(universal testing machine)을 이용하여 접착강도를 측정하였다.

한편, 열처리 시 과도한 수축으로 인해 형태가 변형된 경우 접착강도를 평가하지 않고, '형태변형'으로 평가하였다.

8. 소프트 촉감

접착강도의 평가를 위해 140℃의 온도 조건으로 열처리 되어 제조된 부직포에 대해서 10명의 동종업계 전문가로 이루어진 그룹에 의한 관능검사를 실시하였고, 평가 결과 8명 이상이 소프트 하다고 판단할 경우 우수(◎), 6~7명은 양호(○), 5~4명은 보통(△), 4명 미만은 불량(×)으로 구분하였다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7
산성분 (몰%)	TPA	100	100	100	100	100	100	100
	IPA	0	0	0	0	0	0	0
	총합	100	100	100	100	100	100	100
디올 성분 (몰%)	EG	59	56	53.5	50	66	69.5	71.5
	화학식1인 화합물	38	39	40	47	32.8	27.5	25.5
	화학식2인 화합물	3	5	6.5	3	1.2	3	3
	DEG	0	0	0	0	0	0	0
	총합	100	100	100	100	100	100	100
	화학식1+화학식2	41	44	46.5	50	34	30.5	28.5
폴리에스테르칩	IV	0.628	0.632	0.632	0.638	0.643	0.640	0.645
	융점(℃)	없음	없음	없음	없음	없음	없음	187
	Tg(℃)	68	68	67	63	67	71	73
	건조시간(Hr)	44	44	44	48	44	28	24
복합섬유	방사 작업성(%)	100	100	116	285	97	92	90
	단섬유 저장안정성	◎	◎	◎	○	◎	◎	◎
	염착율(K/S)	16	17	17	15	14	12	11
부직포	120℃접착강도(N)	110	107	89	65	63	38	미접착
	140℃접착강도(N)	141	139	138	115	104	60	47
	160℃접착강도(N)	184	179	176	173	139	91	76
	소프트촉감	◎	◎	◎	◎	○	△	△

		실시예 8	실시예 9	실시예 10	실시예 11	실시예 12
산성분 (몰%)	TPA	100	100	100	100	100
	IPA	0	0	0	0	0
	총합	100	100	100	100	0
디올 성분(몰%)	EG	69.5	69.5	67	72	66
	화학식1인 화합물	21	18.5	21	18.5	33.5
	화학식2인 화합물	9.5	12	12	9.5	0.5
	DEG	0	0	0	0	0
	총합	100	100	100	100	100
	화학식1+화학식2	30.5	30.5	33	28	34
폴리에스테르칩	IV	0.643	0.640	0.642	0.643	0.638
	융점(℃)	없음	없음	없음	187	없음
	Tg(℃)	72	73	72	73	67
	건조시간(Hr)	24	20	24	20	48
복합섬유	방사 작업성(%)	86	84	98	81	108
	단섬유 저장안정성	◎	◎	◎	◎	○
	염착율(%)	13	11	13	11	15
부직포	120℃접착강도(N)	72	46	60	미접착	43
	140℃접착강도(N)	113	89	98	29	90
	160℃접착강도(N)	140	133	141	52	125
	소프트촉감	△	△	△	△	○

		실시예 13	실시예 14	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
산성분 (몰%)	TPA	100	97	100	100	80	100
	IPA	0	3	0	0	20	0
	총합	100	100	100	100	100	100
디올 성분(몰%)	EG	60	62	63	60	80	63
	화학식1인 화합물	15	35	37	33	0	0
	화학식2인 화합물	22	3	0	0	10	37
	DEG	0	0	0	7	10	0
	총합	100	100	100	100	100	100
	화학식1+화학식2	37	38	37	33	10	37
폴리에스테르칩	IV	0.653	0.635	0.642	0.640	0.638	0.638
	융점(℃)	없음	없음	없음	없음	없음	없음
	Tg(℃)	72	66	65	62	66	75
	건조시간(Hr)	28	44	52	52	56	20
복합섬유	방사 작업성(%)	360	96	110	155	220	486
	단섬유 저장안정성	◎	◎	○	×	△	◎
	염착율(%)	13	16	16	16	15	13
부직포	120℃접착강도(N)	형태변형	120	91	75	98	형태변형
	140℃접착강도(N)	형태변형	143	126	104	129	형태변형
	160℃접착강도(N)	형태변형	164	152	136	151	형태변형
	소프트촉감	-	◎	◎	◎	◎	-

표 1 내지 표 3을 통해 확인할 수 있듯이,

비교예들은 건조시간이 현저히 연장되거나(비교예1 내지 3), 방사작업성이 현저히 좋지 않거나(비교예2, 비교예3), 단섬유 저장안정성이 매우 나빠지거나(비교예2, 비교예3), 온도별 접착강도 평가에서 형태가 변형(비교예4)된 것을 확인할 수 있어서 모든 물성을 동시에 만족시킬 수 없음을 확인할 수 있으나, 실시예들은 모든 물성을 우수한 수준으로 발현하고 있는 것을 확인할 수 있다.

한편, 실시예에서도 화학식1로 표시되는 화합물보다 화학식2로 표시되는 화합물의 함량이 더 많이 포함된 실시예15는 다른 실시예에 비해 온도별 접착강도 평가에서 형태가 변형되어 목적하는 물성을 달성하기에 부적합한 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims

테레프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중축합된 코폴리에스테르를 포함하고,
상기 화학식1로 표시되는 화합물과 화학식2로 표시되는 화합물의 함량 총합은 상기 디올성분 중 30 ~ 45몰%로 포함하되, 상기 디올성분 중 화학식1로 표시되는 화합물의 함량이 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량보다 더 크며, 상기 디올성분은 디에틸렌글리콜을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
[화학식 1]

[화학식 2]
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 산성분은 이소프탈산을 산성분을 기준으로 1 ~ 10몰%로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 디올성분 중 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 20 ~ 40몰%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 1 ~ 10몰%로 포함되는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
제1항에 있어서,
융점이 없고, 연화거동을 보이며, 유리전이온도가 60 ~ 75℃인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
제6항에 있어서,
상기 디올성분 중 상기 화학식1로 표시되는 화합물은 30 ~ 40몰%, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 1 ~ 6몰%로 포함되는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
제1항에 있어서,
고유점도가 0.500 ~ 0.800dl/g 인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물.
제1항, 제4항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하는 폴리에스테르 칩.
폴리에스테르계 성분을 포함하는 심부; 및
상기 심부를 둘러싸는 제1항, 제4항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열접착성 섬유용 폴리에스테르 조성물을 포함하는 초부;를 포함하는 열접착성 복합섬유.
제11항에 따른 열접착성 복합섬유; 및
폴리에스테르계 섬유;를 포함하여 소정의 형상으로 성형된 부직포.
제12항에 있어서,
상기 부직포는 자동차용 매트리스, 건축용 내장재, 침장재, 의류용 보온재 및 농업용 단열재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부직포.