KR19990031887A - 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조방법 - Google Patents

내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15중량% 함유되어 있는 폴리에스터 공중합체를 방사, 냉각 및 연신하여 폴리에스터 연신사를 제조한 다음, 이들 연신사들을 네트 컨베이어상에 적층하고 엠보스 롤러로 압착하여 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드를 제조한다.
본 발명의 폴리에스터 스펀본드는 상호 융착되지 않은 연신사의 결정 화도가 25~45%이고, 내후성 시험후의 강도 유지율이 70% 이상이다. 주로 건축자재 및 농업용 자재등으로 사용된다.

Description

내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조 방법.
본 발명은 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리에스터 수지로 제조된 스펀본드 부직포는 용도가 다양하여 많이 사용되고 있다. 그러한 스펀본드는 강도가 우수하고 침투 특성이 좋아서 건축자재, 여과장치, 가구 및 심지 등에 쓰이고, 최근에는 특히 농업용 비닐하우스로도 많이 쓰이고 있다.
스펀본드는 박테리아 등의 세균의 침입을 막아주거나 오염으로부터 방지하는 역할을 할 수 있기 때문에 일회용 의료가운이나 장갑 등의 용도로 쓰이고 있다. 이러한 종류의 스펀본드는 멜트블로운 등의 방법을 사용하여 제조하기도 하고, 내부에는 일반 스펀본드를 사용하고 외부커버에는 멜트블로운 방법으로 제조되어 촉감이 우수한 웹을 복합 사용할 수도 있다. 이러한 종류의 스펀본드에 관해서는 미국 특허 4,041,203과 미국 특허 4,863,785등에 기재되어 있다. 최근에는 비닐하우스 등의 용도가 폭발적으로 늘어나면서 농업용 스펀본드의 수요량이 갈수록 증가하고 있다. 스펀본드는 구조상 내부의 공간이 많기 때문에 보온성이 우수하고 생산방법이 간단하여 소품종 대량생산이 쉽다.
그러나 폴리에스터 수지로 제조된 스펀본드를 농업용 비닐하우스로 사용할 경우 자외선에 의해 고분자쇄가 절단되어 기계적 물성이 저하되거나 고분자쇄와 같이 존재하는 염료 및 안료의 구조가 파괴되어 변색이나 탈색현상이 발생하는 문제가 있다.
일반적으로 폴리에스터 섬유의 물성을 저하시키는 자외선의 파장은 주로 300~400nm에 해당하며 폴리에틸렌테레프탈레이트는 자체로서 어느 정도 자외선 차단성을 갖고 있다. 파장이 320nm 이하인 자외선을 흡수하여 자외선 차단성을 갖지만 그 이상의 파장을 갖는 자외선에 대해서는 차단성을 갖지 못한다. 자외선의 파장이 300에서 400nm일 때 고분자의 분자쇄는 가장 많이 영향을 받아 자외선에 의한 열화나 내구성 저하등이 발생한다.
따라서 폴리에스터 스펀본드의 내후성을 개선하기 위한 여러 가지 연구가 지금까지 진행되어 왔다.
폴리에스터 스펀본드의 내후성을 개선하는 대표적인 종래 기술로서는 중합 및 방사 공정에서 자외선 차단제를 첨가하는 방법이다.
그러나 이와 같은 방법은 자외선 차단제의 첨가량에 한계가 있어서 일시적으로 자외선을 차단하는 효과만 기대할 수 있는 문제가 있다.
예를 들어 자외선 차단제를 섬유 방사 공정에서 투입하는 경우 고온에서도 구조가 변하지 않고 자외선 차단 특성이 최종 제품에까지 유지될 수 있는 자외선 차단제를 선택하여야 한다. 이와 같은 특성을 지닌 자외선 차단제는 희귀할 뿐만 아니라 가격도 비싸 경제적이다. 또한 첨가되는 자외선 차단제가 방사시 골고루 분산될 수 있도록 하는 별도의 장치가 필요하게 되어 설비가 복잡해지는 문제도 있다.
한편 폴리에스터 스펀본드를 제조한 다음 이를 자외선 차단제가 함유된 용액 내에 침지시켜서 내후성을 개선하는 방법도 알려져 있으나 이 경우 자외선 차단제가 스펀본드의 표면에 그냥 붙어 있어서 내후성 향상 효과가 영구적이지 못한 문제가 있다.
본 발명은 이상에서 설명한 종래 기술 등의 문제점을 해결하기 위하여 내후성이 영구적으로 우수한 폴리에스터 스펀본드를 자외선 차단제의 사용없이도 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 주로 농업용 비닐 하우스 등에 사용되며, 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로 본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15중량% 함유되어 있으며 고유점도가 0.55~1.00인 폴리에스터 공중합체로 제조된 연신사들이 상호 부분적으로 열융착되어 있고, 상호 융착되지 않은 연신사의 결정화도가 25~45%이고, 내후성 시험후의 강도 유지율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드에 관한 것이다.
또한 본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15 중량% 함유되어 있는 폴리에스터 공중합체를 방사, 냉각 및 연신하여 폴리에스터 연신사를 제조한 다음, 이들 연신사들을 네트 컨베이어 상에 적층하고 엠보스 롤러로 압착함을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드의 제조 방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 스펀본드를 구성하는 섬유 분자 구조내에 나프탈렌환을 도입하여 내후성을 향상시킴을 특징으로 한다.
먼저 폴리에틸렌나프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15 중량% 함유된 폴리에스터 공중합체를 용융 중합한다. 분자 구조중에 함유된 나프탈렌환은 강직한 구조를 갖고 있어서 최종 제품인 스펀본드의 자외선 안정성(내후성)을 향상시킨다. 나프탈렌환은 벤전환에 비해 자외선 안정성(내후성)이 우수하다.
분자 구조중에 나프탈렌환의 함량이 1 중량% 미만일 때는 자외선 차단 성능이 크지 않아 내후성의 향상을 크게 기대할 수 없게 된다. 또한 폴리에스터 분자쇄중의 나프탈렌환의 함량이 15 중량%를 초과할 때는 원가측면에서 바람직하지 않고 공중합비율이 높다보니 연신 및 열처리를 심하게 하여도 최종 제품에서 바람직한 결정구조를 갖지 못하게 된다. 따라서 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분인 분자 구조중에 나프탈렌환의 함량이 1 내지 15 중량%가 되는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스터 공중합체를 240℃ 정도의 진공건조기에서 일정시간 고상 중합하면서 폴리머의 고유점도를 조정한다. 이때 폴리에스터 공중합체 폴리머의 고유점도는 0.55~1.00인 것이 최종 제품의 기계적 물성이나 가공성 측면에서 바람직하다. 만약 고유점도가 0.55 미만일 경우에는 용융 방사시 용융 점도가 지나치게 낮게되어 방사성이 떨어지며 최종 연신사에 있어서도 기계적 물성이 좋지 않게 된다. 또한 고유점도가 1.00을 초과하게 되면 용융점도가 너무 높게 되어 멜트프랙쳐 등의 방사불균일 현상이 일어나게 되며 이런 경우 네트 컨베이어에 적층되는 부직포 웹의 형성이 원활하지 못하고 최종 제품에서의 물성이 저하되기 쉽다.
고유점도가 0.55~1.00인 상기 폴리에스터 공중합체를 방사구금으로 방사한 후 냉각풍 등으로 냉각시켜 미연신사를 제조한다.
계속해서 상기 미연신사를 연신 및 열처리하여 폴리에스터 연신사를 제조한다. 이때 폴리에스터 연신사의 결정화도가 25~45%가 될 수 있도록 연신 및 열처리 조건을 설정하는 것이 중요하다.
연신사의 결정화도가 25% 미만인 경우에는 열융착성은 양호하여 스펀본드의 강도는 증가하지만 단사의 기계적 물성이 좋지 않기 때문에 전체적인 기계적 물성은 저하된다. 또한 자외선 차단성이 극도로 나빠져 내후성이 불량하게 된다. 고분자 형태학에 있어서 결정들은 자외선 방어 역할을 할 수 있다. 고분자의 내부에 존재해 있는 무기입자들은 빛을 산란시켜 자외선에 의한 분자쇄의 절단을 막을 수 있다. 분자쇄내에 존재하는 미결정 또는 결정영역도 무기입자와 같이 자외선 차단 기능이 있어서 내후성을 향상시키는 역할을 한다. 따라서 연신사의 결정화도가 25% 미만인 경우에는 내후성이 불량하게 된다. 한편 연신사의 결정화도가 45%를 초과하는 경우에는 자외선 안정성은 우수하나 열융착성이 나빠 부직포 전체의 기계적 물성이 나빠지게 된다. 즉 45%를 초과하는 결정화도를 얻기위해선 지나친 연신이나 열처리를 하여야 하는데 이러한 경우 고분자 분자쇄의 체인 폴딩(Chain Folding)등의 부작용이 일어나게 되어 강도가 저하된다. 또한 엠보싱 롤러에서 온도를 아무리 높여도 열융착이 쉽지 않아서 전체적인 기계적 물성은 나빠지게 된다.
이상에서 설명한 방법에 의해 제조된 폴리에스터 연신사들을 네트 컨베이어상에 적층하고 엠보스롤러로 압착하여 폴리에스터 스펀본드를 제조한다. 엠보스롤러로 압착시 온도는 180℃ 정도, 압력은 4.5 Kg/㎠ 정도로 하는 것이 바람직하나 본 발명에서는 압착 온도 및 압력을 특별하게 한정하는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 제조 방법으로 제조한 폴리에스터 스펀본드는 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15 중량% 함유되어 있으며 고유점도가 0.55~1.00인 폴리에스터 공중합체로 제조된 연신사들이 상호 부분적으로 열융착되어 있고, 상호 융착되지 않은 연신사의 결정화도가 25~45%이고, 내후성 시험후의 강도 유지율이 70% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폴리에스터 스펀본드는 분자 구조중에 나프탈렌환이 도입되어서 장시간 일광에 노출되어도 섬유의 물성이 저하되거나 탈색 등의 현상이 일어나지 않는다.
본 발명에 있어서 각종 물성의 정의 및 측정 방법은 아래와 같다.
·내후성
웨더링 테스터(Whethering Test)후의 강도 유지율(%)로 나타낸다.
·웨더링 테스트
ASTM G 26-90 측정 방법으로 실시한다.
·고유점도
시료 0.1g을 130℃의 페놀/테트라 클로로에탄 혼합용액 25ml에 용해 시킨다음 30℃에서 측정한다.
·결정화도 (%)
밀도 구배관을 이용하여 완전 무정형의 밀도를 1.335g/㎤, 완전 결정의 밀도를 1.455g/㎤으로하여 계산한다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 10 중량 % 함유된 폴리에스터 공중합체를 240℃의 진공건조기에서 고상 중합하여 고유점도가 0.8인 고상 중합 칩을 제조한다.
상기 고상 중합 칩을 270℃에서 방사후 냉각하여 미연신사를 제조하고, 이를 연신 및 열처리하여 결정화도가 35%이고 단사섬도가 1.4 데니어인 폴리에스터 연신사를 제조한다. 상기 폴리에스터 연신사를 어테뉴에이트디바이스(Attenunate device)를 이용하여 네트 컨베이어에 어지럽게 분산시킨 다음 히팅 쳄버(Heating chamber)에서 열처리 및 예비 열융착을 시킨다음, 엠보싱 롤러를 이용하여 온도 180℃ 압력 4.5Kg/㎠의 조건하에서 부분 열융착하여 폴리에스터 스펀본드를 제조한다.
제조된 폴리에스터 스펀본드의 내후성 (웨더링 테스트 후의 강도 유지율)을 측정한 결과는 표 1과 같다.
실시예 2~3 및 비교실시예 1~4
나프탈렌환의 함량, 고유점도 및 연신사의 결정화도를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 공정으로 폴리에스터 스펀본들 제조한다.
제조된 폴리에스터 스펀본드의 내후성 (웨더링 테스트 후의 강도 유지율)을 측정한 결과는 표 1과 같다.
제조 조건 및 내후성 측정 결과
[표 1]
* 비교실시예 4의 경우에는 분자량 및 용융점도가 너무 높아서 웹형성이 불가능 하였다.
본 발명은 자외선 안정제를 사용하지 않고도 영구적인 내후성 향상 효과를 갖는 폴리에스터 스펀본드를 제조할 수 있다. 아울러 본 발명의 폴리에스터 스펀본드는 분자 구조중 나프탈렌환이 도입되어 웨더링테스트 후의 강도 유지율이 70%이상으로 내후성이 매우 우수하다.
그결과 농업용 비닐하우스 자재로 사용할 때 일광에 의한 물성 저하나 변색등을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15 중량 % 함유되어 있으며 고유점도가 0.55~1.00인 폴리에스터 공중합체로 제조된 연신사들이 상호 부분적으로 열융착되어 있고, 상호 융착되지 않은 연신사의 결정화도가 25~45%이고, 내후성 시험 후의 강도 유지율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드.
  2. 폴리에틸렌테레프탈레이트가 주성분으로 이루어진 분자 구조중에 나프탈렌환이 1~15 중량 % 함유되어 있는 폴리에스터 공중합체를 방사, 냉각 및 연신하여 폴리에스터 연신사를 제조한 다음, 이들 연신사들을 네트 컨베이어 상에 적층하고 엠보스 롤러로 압착함을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 폴리에스터 공중합체의 고유점도가 0.55~1.00인 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 폴리에스터 연신사의 결정화가 25~45%인 것을 특징으로 하는 내후성이 우수한 폴리에스터 스펀본드의 제조 방법.
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