KR102354176B1 - 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유를 포함하며, 상기 제1 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사이고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 하기 [화학식 1]의 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하여 형성되되, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하이고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유에 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물, 및 은계 무기항균제 입자가 함유되는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112019105554677-pat00008

단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임

Description

저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포{NONWOVEN FABRIC FOR CABIN AIR FILTER COMPRISING LOW MELTING POLYESTER FIBER}
본 발명은 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 신규한 저융점 폴리에스테르 수지가 포함된 섬유를 사용하여 여과효율이 우수하고 항균성이 향상된 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포에 관한 것이다.
자동차에서는 실내 공기 정화를 위하여 캐빈에어필터가 사용되고 있으며, 캐빈에어필터는 소비자의 건강과 실내 쾌적성에 대한 요구로 인하여 자동차 실내의 먼지를 제거와 휘발성 유기화합물와 같은 유해가스를 제거하는 기능을 가진다.
종래의 기존 캐빈에어필터는 유해균 및 유해 가스를 억제하기 위한 방법으로는 여과기능이 있는 부직포에 화학적 항균제 나 활성탄 또는 제오라이트, 이산화티탄 광촉매 등의 탈취분말들을 바인더를 이용하여 부착시키는 방법 등이 이용되고 있다.
즉, 스프레이법, 롤 코팅법, 딥 코팅법 등의 다양한 코팅법을 이용하여 화학적 항균제나 탈취분말들을 분산시킨 바인더 고분자 용액을 부직포의 적어도 일면에 고분자 용액을 도포한 다음 이를 건조시킴으로서, 항균제나 탈취분말들을 바인더 고분자에 의해 부직포에 고정시키고 있다. 그러나, 바인더 고분자 용액은 탈취분말들의 기공에 침투하여 기공을 막거나, 세균이나 바이러스 포집 후에 이것들이 자체 내에서 성장하여 2차 오염을 유발시키거나 항균제 자체의 독성 발생 문제 등을 야기하거나 탈취분말들의 탈취성능을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.
이와 같은 문제점에도 불구하고 바인더 고분자를 사용해야 하는 이유는 항균제나 탈취분말들이 부직포로부터 탈리되는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 일반적 화학적 항균제 사용에 의한 세균, 바이러스 성장에 의한 2차 오염 방지 및 바인더 고분자의 사용을 배제하여 독성 제거 및 탈취분말들의 바이러스 흡착 및 제거 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 방법이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 2007-0035344호에는 고융점사와 저융점사가 접합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하고, 웹의 일면에 열을 가하여 저융점사를 용융시킴으로서, 탈취분말이 웹의 하면을 통하여 탈리되지 않도록 제조한 복합필터의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 기술에 따라 제조된 복합필터는 탈취분말이 고정되어 있지 않아 진동 등 외부환경에 따라 웹 내부에서 유동함으로서, 웹의 하면으로 응집되는 단점이 있고 항균성이 떨어져 필터에 세균이 번식하여 실내 공기를 오염시키는 문제점이 있었다
최근에는 헤파필터와 다른 필터를 이용한 캐빈에어필터가 사용되고 있으며, 여기에 항균 기능 등을 부가적으로 부여하기도 하는데, 이러한 필터에 사용되던 기존의 항균제 및 방법은 일부 세균에 대한 살균 효과가 거의 없거나 낮았으며, 2차 오염 및 화학적 독성을 야기하여 오히려 인체에 해가 되는 문제점을 야기하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 열접착성이 향상되고, 강도 등의 물성이 우수하면서 항균성이 향상된 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하여 우수한 먼지 포집력 및 항균성이 우수한 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포는 고온에서도 접착력이 높아 고온에서도 높은 강도가 유지되는 가공성이 우수한 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유를 포함하며, 상기 제1 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사이고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 하기 [화학식 1]의 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하여 형성되되, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하이고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유에 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물, 및 은계 무기항균제 입자가 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112019105554677-pat00001
단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
또한, 상기 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물은 제2 폴리에스테르 섬유 중량의 0.3~10중량% 함유되며, 상기 은계 무기항균제 입자는 상기 운모광물 중량의 5~30중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
또한, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 수평균분자량이 11,000~15,000인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 2.0~4.0인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
또한, 상기 [화학식 1]의 n은 20~50몰%인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
또한, 상기 [화학식 1]의 a는 50~100인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포는 열접착성이 향상 및 물성이 향상 되고 항균성이 향상된 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하여 우수한 먼지 포집력 및 항균성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포는 고온에서도 접착력이 높아 고온에서도 높은 강도가 유지되는 가공성이 우수한 효과가 있다.
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 발명은 본 발명은 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유를 포함하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포에 관한 것이다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체와 에틸렌글리콜(EG)로 형성되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)일 수 있으며, 기능성을 위해 기능성 화합물이 공중합된 공중합 폴리에스테르 수지일 수 있다.
상기 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지는 융점이 높은 폴리에스테르 수지는 어느 것이나 사용할 수 있을 것이다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사이다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사는 어느 것이나 사용할 수 있으나, 3~8엽의 단면의 다엽을 갖는 이형단면사가 바람직하며, 포집성 및 제조공정성을 위해 십자형의 4엽 단면, 별 모양의 5엽 또는 6엽 단면인 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유는 하기 [화학식 1]의 저융점 폴리에스테르 수지수지를 포함하는 섬유이다.
[화학식 1]
Figure 112019105554677-pat00002
단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
상기 제2 폴리에스테르 섬유는 상기 저융점 폴리에스테르 수지로 단독방사하여 형성되거나, 제2 폴리에스테르 섬유의 물성 향상을 위해 코어부는 일반 폴리에스테르 수지로 형성되고 시스부는 상기 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되는 시스-코어형 복합섬유일 수 있다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유가 시스-코어형 복합섬유일 경우 상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지는 어느 것이나 사용가능하나 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 시스부는 상기 저융점 폴리에스테르 수지로 형성될 수 있을 것이다.
상기 [화학식 1]의 저융점 폴리에스테르 수지는 고분자 주쇄에 메틸기가 형성되어 회전을 용이하게 하고, 고분자 말단 부분인 것처럼 작용하여 폴리에스테르 수지가 고온에서 용융점도가 급격히 하락하는 것을 방지하고 염색성 개선시킨다.
또한, 분자쇄 전체의 유동가능성을 증가시켜 고분자가 비정형이 되도록 하며 저융점 특성 및 고온에서 인열특성을 개선시킨다.
상기와 같이 고분자 주쇄에 메틸기가 너무 적으며 저융점 특성이 발현되지 않을 수 있으며, 메틸기가 너무 많으면 폴리에스테르 물성이 저하될 수 있으므로 상기 [화학식 1]의 n은 20~50몰%인 것이 바람직할 것이다.
또한, 중합도가 너무 작으면 폴리에스테르 물성이 저하되고, 중합도가 너무 크면 중합공정에 어렵고 장시간 소요될 수 있는 것으로 상기 [화학식 1]의 a는 50~100인 것이 바람직할 것이다.
상기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하로 고온에서 용융점도가 급격하게 저하되지 않는 저융점 폴리에스테르 수지이다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지의 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이는 낮으면 낮을수록 바람직한 것으로 500포이즈이하인 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유를 상기의 저융점 폴리에스테르 수지를 시스부로 구성한 시스-코어형 복합섬유로 형성할 경우 방사공정에서 복합섬유의 방사성을 위해 상기 코어부의 일반 폴리에스테르 수지는 280℃의 용융점도가 2,000~4,000포이즈(poise)이고, 상기 시스부의 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,400포이즈(poise)인 것이 바람직할 것이다.
상기 코어부의 일반 폴리에스테르 수지의 용융점도가 너무 높으면 방사공정성이 저하되어 사절현상이 발생될 수 있으며, 코어부의 용융점도가 시스부의 폴리에스테르 수지보다 낮으면 복합섬유의 형태안정성이 저하될 수 있다. 즉, 시스-코어형의 섬유단면이 형성되지 않을 수 있는 것으로 코어부의 일반 폴리에스테르 수지는 280℃의 용융점도가 2,000~4,000포이즈인 것이 바람직할 것이다.
상기 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지의 용융점도가 너무 높으며 복합섬유의 형태안정성이 저하될 수 있으며, 시스부의 용융점도가 너무 낮으면 단면 불균일, 곡사 현상, 사절 현상 등이 발생될 수 있는 것으로 시스부의 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,400포이즈인 것이 바람직하며, 260℃의 용융점도가 700포이즈 이상인 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지의 용융점도와 시스부를 형성하는 폴리에스테르 수지의 용융점도는 일정 범위로 차이가 있는 것이 복합섬유의 형태안정성 및 방사공정성 향상에 유리한 것으로 상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지의 280℃의 용융점도와 시스부를 형성하는 폴리에스테르 수지의 260℃의 용융점도의 차이가 700~2,500포이즈인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000~2,000포이즈 차이가 있는 것이다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지의 용융점도는 분자량 및 분자량 분포도(Mw/Mn)에 따라 조절될 수 있는 것으로 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지의 260℃의 용융점도가 500~1,400포이즈로 형성되기 위해서는 수평균분자량이 11,000~15,000인 것이 바람직하며, 분자량 분포도(Mw/Mn)가 2.0~4.0인 것이 바람직할 것이다.
일반적으로 폴리에스테르 수지의 분자량 및 분자량 분포도는 중합 공정에서 역반응을 억제하여 분자량 및 분자량 분포도를 상승시킬 수 있는 것으로 디올성분을 과량으로 투입하고 압력, 온도 및 중합 시간을 조절하여 분자량을 올리고, 분자량 분포도를 내릴 수 있다.
상기 분자량 분포도를 2 미만으로 제조하기 위해서는 고온·고압상태에서 장시간 중합해야하므로 본 발명에 따른 시스부의 폴리에스테르 수지는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 2.0 이상인 것이 바람직하며, 분자량 분포도가 4.0를 초과하면 고온에서 용융점도가 급격히 하락될 수 있으므로 분자량 분포도가 4.0이하인 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지의 분자량 분포도(Mw/Mn)는 2.5~3.5인 것이 가장 바람직할 것이다.
상기와 같이 [화학식 1]로 형성되는 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 연화온도가 100℃~150℃이고, 유리전이 온도는 50℃ 내지 90℃, 고유점도 0.50㎗/g이상으로 우수한 물성을 가지게 된다.
또한, 상기 제2 폴리에스테르 섬유에는 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물, 및 은계 무기항균제 입자가 함유되어 향균성을 향상시킬 수 있다.
상기 운모광물로는 일라이트, 세리사이트, 금운모, 백운모, 흑운모가 있으며, 일라이트 또는 세리사이트는 원적외선의 방출성, 항균성, 축열성 및 탈취성 등의 기능이 우수한 운모족 천연광물로서, 주된 성분은 규석(SiO2) 45~80%, 알루미나(Al2O3) 20~40%, 산화칼륨(K2O) 5~15%, 산화제2철(Fe2O3) 0.7~4% 이고 경도는 1~2, 비중은 2.6~2.9이다.
본 발명에서는 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유의 항균성을 극대화하기 위해 운모광물과 은계 무기항균제를 동시에 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물은 제2 폴리에스테르 섬유 중량의 0.3~10중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 은계 무기항균제 입자는 상기 운모광물 중량의 5~30중량%가 함유되는 것이 본 발명의 기능 발현에 적합하다.
또한, 본 발명에서 운모광물과 은계 무기항균제를 폴리에스테르 섬유에 적용하기 위해서는 입자 크기를 1㎛ 이하로 하는 것이 바람직할 것이다.
상기 운모광물과 은계 무기항균제는 제2 폴리에스테르 섬유 제조시 함유될 수 있으며, 또는 저융점 폴리에스테르 수지 합성시에 함유시킬 수 있다.
또는, 제2 폴리에스테르 섬유를 상기에서와 같이 시스-코어형 복합섬유로 제조시에 시스부 및 코어부에 각각 함유시킬 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2 폴리에스테르 섬유도 진원율이 50~80%인 이형단면사를 사용하여 캐빈에어필터용 부직포의 먼지 포집성을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사는 어느 것이나 사용할 수 있으나, 제1 폴리에스테르 섬유와 같이 3~8엽의 단면의 다엽을 갖는 이형단면사가 바람직하며, 포집성 및 제조공정성을 위해 십자형의 4엽 단면, 별 모양의 5엽 또는 6엽 단면인 것이 더욱 바람직할 것이다.
본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포는 상기에서 설명된 바와 같이 상기 제1 폴리에스테르 섬유와 제2 폴리에스테르 섬유는 단섬유로 부직포를 형성하는 것이 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 섬도가 0.5~6데니어이고, 섬유장이 1~100㎜인 것인 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유와 제2 폴리에스테르 섬유는 중량비 20:80 내지 80:20으로 혼합되는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유를 균일하게 혼합한 섬유층을 형성시키고 100~200℃에서 열성형하여 섬유 상호 간에 부분 융착을 형성시키고 일정한 형태로 형성할 수 있을 것이다.
상기와 같이 이형단면을 갖는 제1 폴리에스테르 섬유와 열융착성을 갖는 제2 폴리에스테르 섬유를 포함하는 본 발명의 캐빈에어필터용 부직포는 이형단면의 섬유로 인해 부직포 내부에 표면적이 증가하여 포집효율이 향상되며, 제2 폴리에스테르 섬유에 함유된 운모광물과 은계 무기항균제로 높은 항균성을 갖게 된다.
이하 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
◈ 제2 폴리에스테르 섬유 제조
제조 예 1 내지 6
코어부로 280℃에서 용융점도가 약 2,300포이즈(poise)인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으며, 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지를 사용하여 시스부 및 코어부의 중량비 50:50으로 일반적인 복합방사공정을 통해 본 발명의 공정성이 향상된 바인더용 폴리에스테르 섬유를 제조하였다.
상기 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지는 하기 [화학식 2], [화학식 3], [화학식 4]의 단량체를 사용하여 [화학식 1]의 n이 42몰%를 갖도록 중합하였다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지는 하기 표 1에서와 같이 고유점도를 약 0.56dl/g으로 일정하게 조절하고 제조예에 따라 다른 분자량 및 분자량 분포도를 갖는 저융점 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
[화학식 2]
Figure 112019105554677-pat00003
[화학식 3]
Figure 112019105554677-pat00004
[화학식 4]
Figure 112019105554677-pat00005
구분 연화점
(℃)		 Tg
(℃)		 IV
(dl/g)		 Mn Mw 분자량
분포도		 중합도
(a)		 용융점도
220℃ 240℃ 260℃
제조예1 117 60.2 0.564 11200 45900 4.10 58.3 1146 873 442
제조예2 121 60.8 0.561 13100 49300 3.76 68.2 1197 992 564
제조예3 120 60.7 0.563 13500 45200 3.35 70.3 1214 1078 826
제조예4 124 61.4 0.562 14200 43100 3.04 74.0 1311 1186 967
제조예5 124 62.9 0.563 13700 36400 2.66 71.4 1388 1192 1041
제조예6 123 64.5 0.562 13300 31400 2.36 69.3 1498 1331 1213
표 1에서와 같이 분자량 분포도가 증가할수록 용융점도가 증가하는 것을 알 수 있으며, 제조예 3을 통해 중합도가 3.5이하에서 260℃의 용융점도가 700포이즈 이상으로 고온에서 높은 용융점도를 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.또한, 제조예 3 내지 6을 통해 중합도가 3.5이하에서 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 200~400포이즈로 용융점도 차이가 매우 작을 것을 알 수 있다.
▶ 제조예의 섬유 물성측정
상기 제조예에서 제조된 저융점 폴리에스테르 수지 및 바인더용 폴리에스테르 섬유의 하기와 같은 물성을 측정하여, 그 결과는 표 1, 2에 나타내었다.
(1) 연화점(또는 융점) 및 유리전이 온도(Tg) 측정
시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)를 이용하여 공중합 폴리에스테르 수지의 유리전이 온도(Tg)를 측정하였으며, 동적기계 분석기(DMA-7, Perkin Elmer)를 이용하여 TMA 모드에서 연화 거동을 측정하였다.
(2) 고유점도(IV) 측정
폴리에스테르 수지를 페놀 및 테트라클로로에탄을 1:1 중량비율로 혼합한 용액에 각각 0.5 중량%의 농도로 용해시킨 후 우베로드 점도계를 이용하여 35℃에서 고유점도(I.V)를 측정하였다.
(3) 용융점도 측정
폴리에스테르 수지를 측정온도로 용융시킨 후, Rheometric Scientific사의 RDA-Ⅲ을 이용하여 용융점도를 측정하였다. 구체적으로는, 설정한 온도에서 Frequency Sweep 조건에서 Initial Frequency = 1.0 rad/s 부터 Final Frequency = 500.0 rad/s까지 설정하여 측정하였을 때, 100 rad/s에서의 값을 용융점도로 산출하였다.
(4) 압축경도 측정
폴리에스테르 섬유 5g을 개섬하고 지름 10㎝의 원형의 성형틀에 5㎝ 높이로 쌓은 후에 설정된 온도에서 90초간 열접착하여 원기둥 형상의 성형품을 제조하였다. 제조된 성형품을 Instron을 통해 75%압축하여 압축에 걸리는 하중을 측정하여 압축경도를 측정하였다. 본 실험에서는 열접착 온도는 140℃, 150℃, 160℃에서 각각 열접착하여 압축경도를 측정하였다.
(5) 방사수율(%, 24hr) 측정
방사수율은 24시간 동안 사용된 폴리에스테르 수지의 양과 방사된 섬유의 양을 측정하여 하기의 식으로 계산하였다.
방사수율(%) = (방사된 섬유의 양(kg) / 사용 PET 수지의 양(kg)) * 100
(6) 분자량 측정
폴리에스테르 수지의 수평균 분자량(Mn), 중량평균 분자량(Mw)은 GPC 분석 방법으로 측정하였다.
* GPC(Gel permeation chromatograph) 분석 기기 조건
1) 분석 기기 : Tosoh社 EcoSEC HLC-8320 GPC
2) 검출기 : RI-Detector
3) 전개용매 : CHCl3(클로로포름)
4) 컬럼 : 2 X Shodex LF-804 + Shodex KF-802.5 (7.8 x 300mm)
5) 온도 : 40℃
6) 유속 : 1.0mL/min
7) 표준물질 : Polystyrene
구분 압축경도(kgf) 방사수율
(%, 24hr)
140℃ 150℃ 160℃
제조예1 0.49 0.66 0.71 98.1
제조예2 0.52 0.79 0.84 98.3
제조예3 0.58 0.85 0.93 98.9
제조예4 0.61 0.99 1.19 98.9
제조예5 0.69 1.18 1.30 99.1
제조예6 0.79 1.24 1.36 99.7
압축경도는 수치가 높을 수록 성형품의 섬유간의 열접착성이 우수한 것으로 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 바인더용 폴리에스테르 섬유는 저융점 폴리에스테르 수지의 분자량 분포도가 상승될수록 압축경도가 높아지는 것을 알 수 있으며, 방사수율 역시 우수한 것을 알 수 있다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지의 분자량 분포도가 방사공정성 및 열접착성에 밀접한 연관성을 갖는 것으로 분자량 분포도가 상승할수록 공정성 및 열접착성이 향상되나, 분자량 분포도는 중합 공정상 2미만으로 제조가 어려운 것으로 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지는 분자량 분포도는 2~4인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.5~3.5이다.
◈ 캐빈에어필터용 부직포 제조
실시예 1
제1 폴리에스테르 섬유는 융점이 약 265℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 제조된 6엽 단면(진원율 68%)의 섬유를 사용하였으며, 제2 폴리에스테르 섬유는 상기 제조예 3의 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하였다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유 제조시에 시스부 및 코어부에 각각 일라이트 입자 3중량%(제2 폴리에스테르 섬유 중량 대비)를 함유시켰으며, 일라이트 입자 중량 대비 15%의 은계 제올라이트인 무기항균제를 함유시켰다.
상기 제 1 폴리에스테르 섬유는 섬도 1.4데니어, 섬유장 6mm이고, 제 2 폴리에스테르 섬유는 섬도 2데니어, 섬유장 6mm의 단섬유로 상기 제 1폴리에스테르 섬유 30중량%와 제 2 폴리에스테르 섬유 70중량%를 혼합하여 니들펀칭 및 열접착 공정으로 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제2 폴리에스테르 섬유의 일라이트 입자 중량을 1중량%로 함유시켜 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 십자형인 4엽 단면(진원율 74%)의 이형단면사를 사용하여 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 원형 단면(진원율 100%)의 섬유를 사용하여 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제2 폴리에스테르 섬유에 일라이트 입자 및 은계 제올라이트를 함유시키지 않고 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 원형 단면(진원율 100%)의 섬유를 사용하였으며, 제2 폴리에스테르 섬유는 시스-코어형 섬유로 코어부로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으며, 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산(66.5몰%) 및 이소프탈산(33.5몰%)을 사용하였으며, 디올성분으로 디에틸렌글리콜(10.5몰%), 에틸렌글리콜(89.5몰%)을 사용하여 캐빈에어필터용 부직포를 제조하였다.
◎ 실시예 1 내지 4 및 비교예 1,2 물성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 캐빈에어필터용 부직포의 강도, 항균성, 포집성을 평가하여 표 3에 나타내었다.
(1) 평량 : 종이 1㎡당 무게를 측정하였다.
(2) 두께 : KS K 0506에 따라 두꼐를 측정하였다.
(3) 강도 : 종이를 잡아 당겼을 때 견디는 힘으로 KS K 0520에 의해 측정하였다.
(4) 진원율 : 원사 단면의 외접원과 내접원의 면적 비율
진원율(%) = 내접원(B) 면적 / 외접원 (A) 면적 * 100
Figure 112019105554677-pat00006
# 진원율이 낮을수록 단면 이형도가 높음
(5) 항균도 : KS K 0693법에 의한 균 감소율 측정
(6) 포집효율 : KS C 9314에 의한 포집효율(%) 측정
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
평량 50 50 50 50 50 50
운모광물 함량
(중량%)		 3 1 3 3 0 3
인장강도
(kgf)		 MD 7.52 7.32 7.15 7.13 7.54 6.25
CD 3.82 3.13 2.95 2.9 3.86 2.03
균감소율
(%)		 균주1 99.9 99.9 99.9 99.9 38.2 99.9
균주2 99.9 97.2 99.9 99.9 44.8 99.9
포집효율(%) 96 95 92 62 96 64
균주 1 : Staphylococcus aureus ATCC 6538 (황색 포도상구균)
균주 2 : Klebsiella pneumoniase ATCC 4352 (페렴균)
표 3에서와 같이 제1 폴리에스테르 섬유로 이형단면사를 사용하고 제2 폴리에스테르 섬유에 운모광물 및 은계 무기항균제 입자를 함유하는 실시예 1 내지 3은 균감소율이 95%이상으로 높은 항균성을 가지며, 포집효율이 90%이상으로 높은 먼지 포집성을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 1과 같이 운모광물 및 은계 무기항균제 입자를 함유하지 않을 경우 항균성이 매주 낮은 것을 알 수 있으며, 실시예 4 및 비교예 2와 같이 원형 단면만을 사용할 경우 포집효율이 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 [화학식 1]로 형성된 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하는 실시예 1 내지 4, 비교예 1의 캐빈에어필터용 부직포는 이소프탈산을 사용하는 비교예 2의 캐빈에어필터용 부직포 보다 강도가 우수한 것으로 캐빈에어필터용 부직포에 본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용할 경우 물성이 향상되는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유를 포함하며,
    상기 제1 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사이고,
    상기 제2 폴리에스테르 섬유는 시스부와 코어부로 형성되는 바인더용 폴리에스테르 섬유로 상기 코어부는 일반 폴리에스테르 수지로 형성되고, 상기 시스부는 하기 [화학식 1]의 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되되,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 2.0~4.0이고, 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하이고,
    상기 코어부의 일반 폴리에스테르 수지는 280℃의 용융점도가 2,000~4,000포이즈(poise), 상기 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,400포이즈(poise)로 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지의 280℃의 용융점도와 시스부를 형성하는 저융점 폴리에스테르 수지의 260℃의 용융점도의 차이가 1000~2000포이즈이며,
    상기 제2 폴리에스테르 섬유에 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물, 및 은계 무기항균제 입자가 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
    [화학식 1]
    Figure 112021083123509-pat00007

    단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입지와 세리사이트 입자의 혼합물은 제2 폴리에스테르 섬유 중량의 0.3~10중량% 함유되며, 상기 은계 무기항균제 입자는 상기 운모광물 중량의 5~30중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지는 수평균분자량이 11,000~15,000인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 [화학식 1]의 n은 20~50몰%인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 [화학식 1]의 a는 50~100인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 캐빈에어필터용 부직포.
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