KR102678506B1 - 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 및 제조방법 - Google Patents

폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층;상기 기재층 하부면에 형성되며, 분산된 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더로 구성된 접착층;상기 접착층 하부면에 형성된 폴리에스테르 부직포의 표피층으로 구성되되,상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지가 분말화된 것으로, 상기 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하이고,상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더의 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상이고, 경도(Shore D)가 80이상이며, 연화점이 80~150℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트에 관한 것이다.
[화학식 1]

단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임

Description

폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 및 제조방법{Automobile Seat And Manufacturing Method Using Polyester Low Melting Point Hot Melt Powder}
본 발명은 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 및 제조방법에 관한 것으로 종래의 바인더용 폴리에스테르 수지와 다른 화학구조를 갖는 바인더용에 적합한 신규한 폴리에스테르를 사용한 저융점 핫멜트 접착파우더에 기술적 특징이 있다.
섬유 구조체의 일종으로 부직포가 널리 사용되고 있다. 부직포는 기계조작에 의하거나 열접착 혹은 화학 약품을 사용하여 섬유를 접착시키거나 엉키게 하여 만든 직물을 가리킨다.
직물로 하는 과정에서 실의 단계를 거치지 않는 것으로 펠트, 수지접착의 부직포, 니들 펀치, 스펀본드, 스펀 레이스, 엠보스 필름, 습식(濕式) 부직포 등이 있다. 좁은 뜻으로는 랜덤에 겹친 웹으로 하고, 섬유끼리의 접점을 수지로 접착해서 심지 등에 사용하는 것을 가리키며, 최근에는 우레탄을 대체하는 소재로서 폴리에스테르계 단섬유들을 사용하는 부직포가 침구류, 쿠션, 방음재, 단열재 및 필터 등 광범위한 용도로 사용되고 있으며, 점차 그 용도가 확장되고 있다.
그러나 용도의 확장에 따라 특히 내구성을 포함하여 형태안정성, 탄성회복률 및 압축반발특성 등과 같은 높은 물성을 갖는 부직포의 개발이 더욱 요구되고 있는 것이 현실이다.
최근에는 특히, 매트리스, 자동차용 내장재 또는 비닐하우스에 사용되는 패팅용으로 사용되는 섬유 구조물의 제조에 있어서 상호간 접착을 목적으로 열로 접착하는 핫멜트(Hotmelt)형 바인더 섬유가 폭넓게 사용되어 왔다.
예를 들어, 미합중국 특허 제3,589,956호에서는 저밀도 부직포를 형태적으로 안정하게 제조할 수 있는 섬유의 제조방법 및 그로 제조된 시스코아 복합방사가 개시된 바 있으나, 상기 제조방법으로 제조된 섬유 역시 강도가 저하되고 접착강도가 떨어지는 문제가 여전히 해결되지 않고 있다.
최근 일본국 공개특허공보 평10-298271호에서는 결정성과 내열성을 높이기 위하여, 중합 제조과정에서 테레프탈산 대신에 아디핀산(Adipic Acid)을 사용하고, 에틸렌글리콜 대신에 디올(Diol)성분으로서, 1,4-부탄디올(BD)을 사용하여 접착성을 높여주고, 고온 분위기에서도 섬유의 강도 저하가 적은 공중합 폴리에스테르 섬유를 제공한 바 있으나, 상기 제조방법으로 제조된 공중합 폴리에스테르 섬유 역시, 유리전이온도가 낮아, 여름철의 고온 조건에서 사용할 경우 여러 가지 공정온도를 제어해야 하는 단점이 지적된다.
따라서 낮은 유리전이온도를 갖는 바인더 섬유의 문제점을 개선한 핫멜트 접착 파우더에 관심을 갖게 되었고, 일반적인 핫멜트 접착 파우더는 자동차의 부품 등에 많이 사용되어 기재와 기재를 접착시켜주는 기능을 한다. 이들은 대체로 올레핀(Olefin)계 접착 파우더를 많이 사용한다.
이러한 기존의 접착 파우더는 자동차의 부품들을 접착시키기 위해서는 폴리에스테르(PET)계 기재에 접착력이 높아야 하는데 올레핀(Olefin) 파우더는 폴리에스테르계(PET)계 기재에 접착력이 높지 않아 불량이 많이 발생한다.
또한, 자동차 기재는 대부분 폴리에스테르(PET)계 부직포 등을 많이 사용하는데 올레핀(Olefin)계 파우더를 사용시 재활용이 불가능해지는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 일반 폴리에스테르계 접착 파우더는 본 발명의 폴리에스테르계 파우더에 비해 유리전이온도(Tg)가 낮아 상온 분쇄가 가능하지 못하고, 냉동분쇄만을 해야되는 단점이 있어 가격경쟁력이 떨어지는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 새로운 조성물의 폴리에스테르를 적용하려고 한다.
폴리에스테르는 친환경 소재로서, 기계적 특성이 우수하고 내열성 및 내화학성 등이 뛰어나 경량 및 높은 물리적 특성이 요구되는 각종 분야에서 활용이 가능하다. 최근 부직포 등의 섬유 분야에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 대표되는 폴리에스테르 섬유의 역할이 커지고 있다. 구체적으로 폴리에스테르 수지를 접착성분으로 하여 의류 접착코어나 자동차 내장재 등에 사용 가능한 열 접착성 섬유에 대한 수요가 증가되고 있는 것이 그 예이다.
이에 따라 폴레에스테르 섬유의 물성을 개선하여 그 활용도를 확대시키고자 하는 노력이 다각도로 진행되고 있으며, 이러한 노력의 일환으로 폴리에스테르 수지의 구조를 변형시켜 연화점이나 유리전이온도 등의 온도를 제어하는 기술들이 연구되고 있다. 예를 들면, 테레프탈산, 이소프탈산, 아디핀산, 세바신산 등의 디카르복실산과 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 등의 디올 화합물을 공중합시켜 폴리에스테르 수지의 융점이나 유리전이온도를 조절하는 기술이 개발된 바 있다.
특히, 폴레에스테르 섬유로 부직포의 웹(Web) 또는 시트를 제조할 때, 필라멘트 또는 단섬유들을 접착시켜 주기 위해 사용되는 열융착 바인더 폴리에스테르 섬유는 열접착 가공온도가 120~200℃로 일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유에 비해 낮은 융점 또는 연화점을 가져야 한다.
이를 위하여 폴리에스테르 수지를 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 바인더용 폴리에스테르 섬유로 쓰여질 수 있다.
하지만 이소프탈산을 사용한 바인더용 폴리에스테르 수지는 합성할 때 중합도가 2 내지 3인 고리형 화합물이 형성된다. 이 고리형 화합물은 융점이 325℃ 정도로 폴리에스테르 방사온도에서 용융되지 않아 방사시에 이물질로 작용하여 팩(pack) 교환주기를 짧게 하는 단점이 있으며, 또한 통상 이소프탈산의 가격도 고가이기 때문에 원가상승의 요인이 된다.
미국 등록특허 제4,129,675호는 테레프탈산과 이소프탈산을 주성분으로 한 저융점 폴리에스테르 바인더를 개시하고 있지만, 이는 열접착시 200℃ 이상의 온도를 필요로 하기 때문에 비경제적이다.
미국 등록특허 제4,166,896호는 폴리에스테를 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.
미국 등록특허 제4,065,439호는 테레프탈산/이소프탈산/아디핀산(또는 세바신산) 및 에틸렌글리콜/네오펜틸글리콜을 사용하여 얻어진 저융점 폴리에스테르를 개시하고 있지만, 상기 바인더의 융점은 45℃~60℃로 너무 낮아 의류용 심지로는 사용하기 어려울 뿐만 아니라 고온 조건에서의 형태안정성 또한 약하다.
한편, 대한민국 공개특허 제2001-11548호는 테레프탈산과 무수프탈산의 디카르본산 성분 및 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜의 디올성분을 축중합하여 폴리에스테르와의 접착력이 우수하고, 접착 후 황변형상을 일으키지 않는 폴리에스테르계 섬유용 바인더를 제공하고 있지만, 상기 바인더는 무수프탈산을 직접 사용하므로써 반응 메커니즘이 복잡하고, 이에 따라 공중합 폴리에스테르의 색상이 불량해지는 문제점을 막기 위해 축중합 온도를 낮추어야 하는 단점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제1684234호에서는 산성분으로 테레프탈산을 사용하고, 디올성분에 2-메틸-1,3-프로판다이올과 에틸렌글리콜을 주성분으로 사용하여 연화점이 110~130℃의 범위로 바인더용 폴리에스테르 섬유용으로 사용할 수 있음이 개시되어 있다.
상기에서와 같이 바인더용 폴리에스테르 수지는 다양한 공중합 화합물을 사용하여 다양한 화학 조성의 폴리에스테르 수지가 개발되었으나, 실제 사용되는 바인더용 폴리에스테르 수지는 한정적이며, 바인더용 폴리에스테르 수지의 공중합에 사용되는 화합물이 수급의 어려움, 가격의 급상승 등 다양한 요인으로 인해 원활히 수급되지 않을 경우 제품 생산에 차질이 발생될 수 있다.
따라서, 바인더용 폴리에스테르 수지에 사용되는 공중합 화합물의 다양화를 통한 다양한 제품이 필요하며, 제품화된 바인더용 폴리에스테르 수지와 유사하거나 우수한 바인더 특성을 가지는 바인더용 폴리에스테르 수지의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 자동차 부품용 시트에 있어서 접착성이 우수한 핫 멜트 접착파우더를 사용함으로써 우수한 접착성, 성형성이 우수한 자동차 시트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 올레핀(Olefin)계 접착 파우더에 비해 경도가 높고 용융흐름지수(Melt Index, 190℃, 2.16kg) 낮아 성형성이 우수하고 파우더가 기재에 균일하게 흡수하여 형태 유지력이 상승하며, Tg(유리전이온도)가 높아 폴리머를 파우더화할 경우 분쇄성을 우수하게 하여 상온 분쇄가 가능하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 자동차 부품용 시트에 있어서 재활용을 위하여 동일 계열 소재를 이용하여 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층;상기 기재층 하부면에 형성되며, 분산된 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더로 구성된 접착층;상기 접착층 하부면에 형성된 폴리에스테르 부직포의 표피층으로 구성되되,상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지가 분말화된 것으로, 상기 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하이고,상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더의 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상이고, 경도(Shore D)가 80이상이며, 연화점이 80~150℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트를 제공한다.
[화학식 1]
단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
또한 본 발명은 상기 기재층 상부면에 상기 접착층 및 표피층이 추가로 적층되어 대칭적 구조인 것에 특징인 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,300포이즈(poise)이며, 상기 [화학식 1]의 n은 30~50몰%, a는 50~100, 분자량 분포도(Mw/Mn)이 2.0~3.5 인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 접착파우더의 입자 크기는 50~1,500μm인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 접착파우더의 접착력은 4.0kgf/in 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트를 제공한다.
또한 본 발명 폴리에스테르(PET)부직포로 구성된 표피층 일면에 폴리에스테르계 접착파우더를 산포하는 단계; 상기 일면에 폴리에스테르계 접착파우더가 산포된 폴리에스테르(PET)부직포 표피층를 예열기를 이용해 190~230℃에서 30~40m/min 이동속도로 예열하는 단계; 상기 예열된 부직포 표피층를 0.5~2.0기압, 10~25℃에서 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 부직포 표피층를 190~230℃로 예열된 성형기 위에 부직포면이 아래방향으로 놓고, 상기 부직포 위에 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층을 적층한 후 상하방에서 가열가압하여 상기 표피층과 기재층을 결착시키는 단계로 구성되되,상상기 폴리에스테르 접착파우더는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지가 분말화된 것으로, 상기 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하이고,상기 접착파우더의 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상이고, 경도(Shore D)가 80이상이며, 연화점이 80~150℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
또한 본 발명 상기 결착시키는 단계에 있어서, 상기 적층된 폴리에스테르 하드 부직포으로 구성된 기재층 위에 추가적으로 상기 냉각 단계 후 부직포 표피층을 적층시키는 것에 특징이 있는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 제조방법을 제공한다.
도 1는 본 발명에 따른 자동차 시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 자동차 시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 자동차 시트의 제조방법에 관한 순서도이다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 시트(1)의 단면도를 나타내는 도면이고 도 1에 따른 본 발명은 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층(10); 상기 기재층(10) 하부면에 형성되며, 분산된 폴리에스테르계 접착파우더(21)로 구성된 접착층(20); 상기 접착층(20) 하부면에 형성된 폴리에스테르(PET)부직포의 표피층(30)으로 구성된다.
일반적으로 폴리에스테르계 수지는 고융점 성분과 저융점 성분으로 이루어지는데, 저융점 성분이 존재하기 때문에 열접착성이 양호한 섬유를 제조할 수 있다.
다시 말해서, 고융점 성분은 종래의 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트로서 이는 약 250℃ 정도의 융점을 갖는 반면, 저융점 성분은 본 발명에 따른 공중합 폴리에스테르로서 250℃ 이하이고 때로는 120∼130℃ 정도의 낮은 융점(또는 연화점)을 갖는 것을 의미한다.
본 발명의 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더에 사용되는 폴리에스테르계 수지는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지로 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하인 것을 특징으로 하는 신규한 바인더용 폴리에스테르 수지이다.
[화학식 1]
단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
상기 폴리에스테르 수지는 상기 화학식 1과 같이 벤젠고리를 가지지 않는 구성이 함유되는 폴리에스테르 수지로 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 형성되는 폴리에스테르 수지에 보다 벤젠고리의 수를 줄여 분자쇄 전체의 유동가능성을 증가시켜 융점이 저하된다.
또한, 본 발명의 폴리에스테르 수지는 분자쇄에 벤젠고리 감소로 (Packing)성이 증가하여 섬유, 필름, 성형체로 형성될 경우 새킹(Sagging)성이 개선될 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르 수지의 n이 30몰%이상 함유될 경우 고분자가 비정형이 되어 종래의 이소프탈산이 함유되는 바인더용 저융점 폴리에스테르 수지와 유사한 열적특성을 갖게 된다. 고분자 주쇄에 존재하는 유연 분자쇄로 인해 탄성을 향상시켜 부직포 바인딩시 인열특성을 개선시키는 역할을 한다.
즉, 본 발명의 폴리에스테르 수지의 벤젠고리를 가지지 않는 구성의 함량에 따라 주쇄의 자유도 증가 및 수지의 결정성 저하를 유도하여 연화점(Ts) 및/또는 유리전이 온도(Tg)를 조절할 수 있다. 이는 종래 결정성 폴리에스테르 수지의 결정성을 저하시키기 위하여 비대칭 방향족 고리를 함유하는 이소프탈산(isophthalic acid, IPA)을 사용하는 경우와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 n은 30~50몰%인 것이 바람직한 것으로 n이 30몰%미만이면 폴리에스테르 수지가 결정성을 가지게 저융점 특성이 발현되지 않을 수 있으며, n이 50몰%를 초과하면 벤젠고리를 가지지 않는 구성의 함량이 커져 폴리에스테르 수지의 물성이 저하될 수 있다.
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.
상기와 같이 형성되는 본 발명의 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하로 고온에서 용융점도가 급격하게 저하되지 않는 저융점 폴리에스테르 수지이다.
상기 폴리에스테르 수지의 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이는 낮으면 낮을수록 공정성이 향상되어 바람직한 것으로 500포이즈 이하인 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 폴리에스테르 수지의 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이는 온도가 상승됨에 따라 저하되는 용융점도의 하락 폭을 감소시켜 용융점도의 차이를 700포이즈(poise)이하로 조절할 수 있는 것으로 상기 폴리에스테르 수지의 용융점도는 분자량 및 분자량 분포도(Mw/Mn)에 따라 조절할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 고온에서 높은 용융점도가 유지되도록 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 시스부의 폴리에스테르 수지의 분자량 분포도(Mw/Mn)는 2.0~3.5인 것이 가장 바람직할 것이다.
상기와 같이 [화학식 1]로 형성되는 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 연화온도가 100℃~150℃이고, 유리전이 온도(Tg)는 50℃ 내지 90℃, 고유점도 0.50㎗/g이상으로 우수한 물성을 가지게 된다.
상기와 같은 본 발명의 폴리에스테르 수지는 기존 폴리에스테르 수지에 적용되는 온도와 유사한 범위의 저온에서 열접착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공정성이 향상되며, 유리전이 온도가 50℃이상으로 접착파우더 이외에도 섬유, 필름, 성형체등 다양한 소재로 제조될 수 있을 것이다. 특히, 자동차 내장용 제품과 같이 고온의 분위기에서 내구성 및 형태 안정성을 필요로 하는 경우에도 강력이 유지되며 몰딩용 부직포에서도 고온 분위기하에서 처짐 현상을 예방할 수 있는 장점을 가지는 것으로 다양한 용도의 부직포용으로 사용할 수 있을 것이다.
상기 기재층(10)은 폴리에스테르 하드 부직포로 구성되되, 카딩(carding)과 크로스-랩핑(cross-lapping)을 통해 부직포 웹(web)을 형성시킨 다음, 이를 니들펀칭(needle punching)한 후 예열한 뒤에 가압 롤러(roller)로 압착 제조하여, 부직포 웹(web)를 3차원 구조로 불규칙하게 배열 고정하여 흡음성 및 보온 단열성 등을 향상시킨 폴리에스테르 하드 부직포이고 9mm~15mm의 두께와 2,000~3,000g/㎡의 중량을 갖는 것에 특징이 있다.
상기 표피층(30)은 폴리에스테르(PET)부직포로 구성되고 스펀본드 부직포, 케미컬부직포, 스펀레이스부직포 및 링클페이퍼로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나로 이루어진다.
상기 접착층(20)은 폴리에스테르계수지의 접착파우더(21)로 구성된다.
도1, 2는 본 발명의 일예로 2,3개의 부직포층 결합을 위해 층 사이 폴리에스테르계 핫멜트 접착파우더가 위치하는 것을 보여주는 단면도이다. 부직포 사이에 존재하여 열을 가하면 융착되어 부직포를 결합시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르계 핫멜트 접착 파우더를 이용하여 접착된 다층 적층구조체를 제조할 수 있다.
접착파우더(21)는 연화점이 80~140℃로 80℃ 이하는 고온에서의 저장 안정성이 떨어지고, 140℃ 이상은 접착온도 증가 및 공정온도가 증가함에 따라, 공정 비용 증가와 기재손상이 일어날 수 있다. 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이하일 경우 고온 저장안정성이 매우 떨어져 여름철 해외 수출시 이송할 때 파우더의 융착이 일어날 수 있다. 경도(Shore D)가 80이하일 경우 성형성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 상온분쇄가 가능한 핫멜트 접착파우더(21)는 입자 크기가 50 ~ 1,500μm인 것이 바람직하다. 입자크기가 50μm 미만이면 접착파우더(21) 산포시 폴리에스테르 부직포 내부로 함침되는 양이 많아져서 접착파우더(21) 사용량이 증가되며, 입자 크기가 1,500μm를 초과할 경우 접착파우더의 균일한 산포가 어려우며, 가열에 의한 용융이 원활하지 않아서 높은 접착력을 기대하기 어렵다.
도 2는 본 발명의 또 다른 자동차 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 중간에 기재층(10)을 중심으로 양방향으로 접착층(20) 및 표피층(30)이 적층된 것으로 상기 기재층(10) 상부면에 상기 접착층(20) 및 표피층(30)이 추가로 적층되어 대칭적 구조이다.
도 3은 본 발명인 폴리에스테르계 접착파우더(21)를 이용한 자동차 시트(1) 제조방법에 관한 순서도이다.
폴리에스테르(PET)부직포로 구성된 표피층 일면에 폴리에스테르계 접착파우더를 산포하는 단계; 상기 일면에 폴리에스테르계 접착파우더가 산포된 폴리에스테르(PET)부직포 표피층를 예열기를 이용해 190~230℃에서 30~40m/min 이동속도로 예열하는 단계; 상기 예열된 부직포 표피층를 0.5~2.0기압, 10~25℃에서 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 부직포 표피층를 190~230℃로 예열된 성형기 위에 부직포면이 아래방향으로 놓고, 상기 부직포 위에 폴리우레탄폼으로 구성된 기재층을 적층한 후 상하방에서 가열가압하여 상기 표피층과 기재층을 결착시키는 단계로 구성될 수 있다.
상기 폴리에스테르계 접착파우더(21)를 산포하는 단계는 폴리에스테르(PET)부직포일면에 일정량 비율로 파우더 코팅기를 이용해서 5~300 g/m2의 비율로 산포한다. 300 g/m2초과의 경우 접착파우더(21)가 가열가압으로 접착재로 사용시 용융상태에서 상호 밀집한 구조에 의해 접착필름과 같은 구조가 되어 공기의 투과성에 문제가 생길 수 있는 접착필름과 같은 효과를 나타내어 흡음성이 문제가 생길 수 있다.
반면에 5 g/m2 미만의 경우 접착파우더(21)의 산포된 양이 너무 적어서 접착력에 문제가 생길 수 있다.
상기 예열단계는 폴리에스테르(PET)부직포 표피층(30) 일면에 산포된 폴리에스테르계 접착파우더가 상기 표피층(30)에 고정을 시키기 위함이다. 예열기는 폭이 10~15cm정도 되고 190~230℃에서 30~40m/min 속도로 산포된 접착파우더면 쪽으로 이동하면서 예열하게 된다.
예열을 통해서 완전 용융된 상태는 아니고 부직포면과 저촉된 접착파우더(21)의 표면이 약간 용융된 상태가 되고 다시 0.5~2.0기압, 10~25℃의 상온기준으로 냉각하여 용유된 접착파우더(21)의 표면이 응고되면서 부직포에 접착될 수 있도록 한다.
상기 냉각단계를 거친 접착파우더가 응고되어 고정된 폴리에스테르 부직포를 기재층과 결착전에 성형기 위에 부직포면이 아래방향으로 위치시키고 90~230℃로 예열과정을 거치게 된다.
예열된 상태에서 폴리우레탄폼의 기재층(10)을 접착파우더(21)가 있는 방향으로 적층하였을 때 고정이 될 수 있고 이후 가열가압시 접착파우더가 완전히 용융되어 단단히 결착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 설명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이며, 하기 실시예는 예시적인 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석될 수 없다.
이하 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지를 제조방법 및 접착파우더의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더]
실시예 1 내지 6
폴리에스테르 수지는 하기 [화학식 2], [화학식 3], [화학식 4]의 단량체를 사용하여 [화학식 1]의 n이 45몰%를 갖도록 중합하였다.
상기 폴리에스테르 수지는 하기 표 1에서와 같이 고유점도를 약 0.56dl/g으로 일정하게 조절하고 실시예에 따라 다른 분자량 및 분자량 분포도를 갖는 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
상기 폴리에스테르 수지를 이용하여 상온에서 고체상태인 상기 수지를 분쇄기로 입자의 직경이 350㎛가 되도록 분쇄하였다
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
비교예 1
실시예 1의 조건과 동일하며, 고체상태인 상기 수지를 분쇄기로 입자의 직경이 350㎛가 되도록 분쇄하였다
비교예 2
실시예 1의 조건과 동일하며, 고체상태인 상기 수지를 분쇄기로 입자의 직경이 10㎛가 되도록 분쇄하였다
비교예 3
고밀도 폴리에틸렌계인 올레핀계 수지를 분쇄기로 입자의 직경이 350㎛가 되도록 분쇄하였다.
비교예 4
산성분 테레프탈산 45몰% 이소프탈산 55몰% 및 디올은 부틸렌 글리콜 100몰%로 합성된 일반 폴리에스테르계 수지를 사용하였으며 상기 수지를 분쇄기로 입자의 직경이 350㎛가 되도록 분쇄하였다.
◎ 연화점 / Tg
- 열시차 주사 열량계 (Perkin elmer, DSC-7)를 이용하여 유리전이 온도(Tg)를 측정하였으며, 동적기계 분석기(DMA-7, Perkin Elmer)를 이용하여 TMA모드에서 연화 거동을 측정하였다.
◎ 용융점도
- 측정 시료를 측정온도로 용융시킨 후, Rheometric Scientific사의 RDA-Ⅲ을 이용하여 용융점도를 측정하였다. 구체적으로는, 설정한 온도에서 Frequency Sweep 조건에서 Initial Frequency = 1.0 rad/s부터 Final Frequency = 500.0 rad/s까지 설정하여 측정하였을 때, 100 rad/s에서의 값을 용융점도로 산출 하였다.
◎ 입자크기
- 입자크기는 SEM을 이용하여 측정하였다.
◎ 접착력
- 폴리에스테르 부직포에 접착 Powder를 60gsm을 올린 후, hot press기를 이용하여 135도에서 압력 kgf/cm2로 압을 가한후 접착된 시료를 1 inch의 폭으로 재단하여 ASTM D882 (Tensile Testing of Thin Plastic Sheet)의 측정방법에 의거 인장력을 측정하여 접착력을 평가하였다.
◎ 경도
- ASTM D2240의 측정 방법에 의거 경도를 측정하였다.
◎ 성형성
- 합지를 통한 구조물 제작후 성형을 진행하여 최종 성형품을 가지고 10명의 연구원의 육안검사로 실시하엿다.
◎ 상온 분쇄성
- PG-10분쇄기를 이용하여 상온(10~35도)에서 파우더를 분쇄하여 파우더 형상을 10명의 연구원이 육안검사로 실시하였다.
◎ 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 Polymer 연화점
(℃)		 Tg
(℃)		 입자크기
(μm)		 접착력
(kgf/in)		 경도
(shore D)		 성형성 상온
분쇄성		 분자량
분포도		 중합도
(a)		 용융점도
220℃ 240℃ 260℃
실시예1 Co-PET 118.3 68.9 350 4.2 80 O O 4.17 56.3 1037 833 461
실시예2 " 119.2 69.8 350 4.5 80 O O 3.66 65.2 1197 892 517
실시예3 " 118.7 69.7 350 5.0 80 O O 3.35 71.3 1234 978 813
실시예4 " 116.7 69.4 350 5.2 80 O O 3.09 72.1 1308 1136 981
실시예5 " 117.1 68.9 350 4.5 80 O O 2.69 73.4 1398 1232 1071
실시예6 " 116.1 69.5 350 4.2 80 O O 2.37 78.7 1511 1371 1233
비교예1 " 118.7 69.7 1600 1.5 80 O O 3.35 71.3 1234 978 813
비교예2 " 118.7 69.7 10 0.8 80 O O 3.35 71.3 1234 978 813
비교예3 Olefin 124 -40.1 350 1.1 50 X O - - 751 320 121
비교예4 Co-PET 120 9.4 350 1.8 75 △ X - - 1,001 671 403
상기 표1을 보면, 분자량 분포도가 낮아질수록 용융점도가 증가하는 것을 알수 있으며, 실시예 3을 통해 중합도가 3.5이하에서 260℃의 용융점도가 800포이즈이상으로 고온에서 높은 용융점도를 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 중합도가 상승될 경우분자량 분포도가 낮아 지는 것을 알 수 있는 것으로 실시예 3내지 6을 통해 중합도가 3.5이하에서 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 200~500포이즈로 용융점도 차이가 매우 작을 것을 알 수 있다. 비교예 1은 입자크기가 1,600μm로 1,500μm를 초과할 경우 접착 파우더의 균일한 산포가 어려우며, 가열에 의한 용융이 원할치 않아서 접착력이 낮아짐을 알 수 있으며,
비교예 2은 입자크기가 10μm로 접착 파우더 산포시 폴리에스테르 부직포 내부로 함침되는 양이 많아져서 접착력이 낮음을 알 수 있다.
또한 비교예 3는 고밀도 폴리에틸렌계인 올레핀계 수지를 사용한 것으로 용융점도가 낮아 흐름성이 실시예 대비 상당히 크며, 폴리에스테르 부직포 기재에 접착제로 사용하기에 기재와의 조성이 달라서 접착력이 떨어짐을 알 수 있고, 경도(shoreD)가 50정도로 본 발명의 파우더에 비해 낮아서 성형성이 떨어짐을 알 수 있다.
비교예 4는 디올성분으로 부틸렌 글리콜 100몰%를 사용한 경우로 유리전이 온도가 9.4도로 상당히 낮아 상온에서의 분쇄가 어려워 냉동분쇄만을 사용해야하는 단점이 있으며, 용융점도가 비교적 낮아서 흐름성이 높기에 접착력이 저하되고, 본발명의 파우더 대비 경도가 약간 낮아 성형성이 발명에 비해 떨어짐을 알 수 있다.
[폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트제조]
실시예 1
폴리에스테르 부직포로 구성된 표피층(30)의 일면에 파우더 코팅기를 이용하여 표 1 실시예 1의 폴리에스테르계 접착파우더 100g/m2을 도포하고, 예열기를 이용해 200℃에서 35m/min 이동속도로 예열시킨다. 상기 예열된 부직포 표피층를 1.0기압, 20℃에서 5분 동안 냉각시키고 상기 냉각된 부직포 표피층를 다시 200℃로 예열된 성형기 위에 부직포면이 아래방향으로 놓고, 상기 부직포 위에 7mm 두께로 이루어지며 밀도가 2,000 g/㎡의 폴리에스테르 하드 부직포성된 기재층을 적층한 후 상하방에서 250℃에서, 1.5기압으로 가열가압한후 10℃에서 10분 동안 냉각시켜 상기 표피층과 기재층을 결착시킨다.
상기 폴리에스테르계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
실시예 2
실시예 1과 동일하되, 성형기 위에 부직포를 놓고 기재층을 적층 후 추가적으로 냉각된 폴리에스테르의 부직포의 표피층을 기재층방향으로 하여 적층시킨다. 상기 폴리에스테르계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
실시예 3
실시예 1과 동일하되, 상기 폴리에스테르계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
비교예 1~2
실시예 1과 동일하되, 상기 폴리에스테르계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
비교예 3
실시예 1과 동일하되, 접착파우더는 폴리에틸렌(PE)이며 상기 올리핀(Olefin)계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
비교예 4
실시예 1과 동일하되, 접착파우더는 일반 핫멜트 폴리에스테르계(PET)접착 파우더이며 상기 폴리에스테르계 접착파우더의 연화점(℃), Tg(℃), 용융흐름지수 (MI)(g/10분), 입자크기(㎛), 경도(Shore D)는 표1과 같다.
일반 핫멜트 폴리에스테르계는 테레프 탈산 45몰% 이소프탈산 55몰% 디올은 부틸렌 글리콜 100몰%로 합성된 폴리에스테르계 수지를 사용하였다.
◎ 입자크기
- 입자크기 분석방법 : 입자크기는 SEM을 이용하여 측정하였다.
구분 접착
파우더		 연화점
(℃) 		Tg(℃) MI
(g/10분)		 입자크기
(㎛)		 접착력
(kgf/in)		 경도
(ShoreD)		 성형성 상온
분쇄성
실시예1 PET 120 65 16 350 5.2 80 ○ ○
실시예2 PET 80 65 18 350 5.0 96 ○ ○
실시예3 PET 140 65 14 350 5.1 85 ○ ○
비교예1 PET 120 65 16 1600 1.2 85 ○ ○
비교예2 PET 120 65 16 10 0.5 85 ○ ○
비교예3 PE 120 -40 80 350 1.1 50 × ○
비교예4 PET 120 9.4 28 350 3.5 50 △ ×
표 2의 결과를 보면, 비교예 1은 입자크기가 1600㎛를 초과할 경우 접착 파우더의 균일한 산포가 어려우며, 가열에 의한 용융이 원할치 않아서 접착력이 1.2kgf/in로 실시예보다 상당히 낮음을 알 수 있으며,
비교예 2는 반대로 입자크기가 10㎛로 접착 파우더 산포시 폴리에스테르 부직포 내부로 함침되는 양이 많아져서 접착력이 낮음을 알 수 있다.
또한, 비교예 3은 고밀도 폴리에틸렌계인 올레핀계 수지(PE)를 사용한 것으로 용융흐름지수(MI)가 80g/10분으로 흐름성이 실시예보다 상당히 크며, 폴리에스테르 부직포 기재에 접착제로 사용하기에 기재와의 조성이 달라서 접착력이 떨어짐을 알 수 있고, 경도(Shore D)가 50정도로 본 발명의 파우더에 비해 낮아서 성형성이 떨어짐을 알 수 있다.
비교예 4는 디올성분으로 부틸렌 글리콜 100몰%를 사용한 경우로 유리전이온도가 9.4℃로 상당히 낮아 상온에서의 분쇄가 어려워 냉동분쇄만을 사용해야하는 단점이 있으며, 용융흐름지수(MI)가 28(g/10분)으로 흐름성이 비교적 크기에 접착력이 저하되고, 본 발명의 파우더 대비 경도(Shore D)가 80정도로 약간 낮음으로 성형성이 발명에 비해 떨어짐을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
1: 자동차 시트 10 : 기재층
20 : 접착층 21 : 접착파우더
30 : 표피층

Claims (7)

  1. 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층;
    상기 기재층 하부면에 형성되며, 분산된 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더로 구성된 접착층;
    상기 접착층 하부면에 형성된 폴리에스테르 부직포의 표피층으로 구성되되,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지가 분말화된 것으로, 상기 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하이고,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더의 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상이고, 경도(Shore D)가 80이상이며, 연화점이 80~150℃이고
    상기 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,300포이즈(poise)이며,
    상기 [화학식 1]의 n은 45~50몰%, a는 50~100, 분자량 분포도(Mw/Mn)이 2.0~3.5 인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트.

    [화학식 1]
    Figure 112023125196755-pat00007

    단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층 상부면에 상기 접착층 및 표피층이 추가로 적층되어 대칭적 구조인 것에 특징인 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 접착파우더의 입자 크기는 50~1,500μm인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 접착파우더의 접착력은 4.0kgf/in 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트.
  6. 폴리에스테르(PET)부직포로 구성된 표피층 일면에 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 산포하는 단계;
    상기 일면에 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더가 산포된 폴리에스테르(PET)부직포 표피층를 예열기를 이용해 190~230℃에서 30~40m/min 이동속도로 예열하는 단계;
    상기 예열된 부직포 표피층를 0.5~2.0기압, 10~25℃에서 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 부직포 표피층를 190~230℃로 예열된 성형기 위에 부직포면이 아래방향으로 놓고, 상기 부직포 위에 폴리에스테르 하드 부직포로 구성된 기재층을 적층한 후 상하방에서 가열가압하여 상기 표피층과 기재층을 결착시키는 단계로 구성되되,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더는 하기 [화학식 1]의 폴리에스테르 수지가 분말화된 것으로, 상기 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 700포이즈(poise)이하이고,
    상기 [화학식 1]의 n은 45~50몰%, a는 50~100, 분자량 분포도(Mw/Mn)이 2.0~3.5이며,
    상기 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더의 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상이고, 경도(Shore D)가 80이상이며, 연화점이 80~150℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 제조방법.

    [화학식 1]

    단, m과 n은 몰%로 m+n=100%이고, a는 중합도임
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결착시키는 단계에 있어서,
    상기 적층된 폴리에스테르 하드 부직포으로 구성된 기재층 위에 추가적으로 상기 냉각 단계 후 부직포 표피층을 적층시키는 것에 특징이 있는 폴리에스테르 저융점 핫멜트 파우더를 이용한 자동차 시트 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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