KR20010017634A

KR20010017634A - 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR20010017634A
Application number: KR1019990033240A
Authority: KR
Inventors: 노영욱; 노형진; 이호석
Original assignee: 조민호; 주식회사 휴비스
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-03-05

Abstract

본 발명은 시스-코어형 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법으로서 고온에서도 강도와 접착력이 유지되는 바인더 섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 시스-코어형 바인더 섬유는 시스부분이 폴리에틸렌테레프탈레이트 주쇄 내에 결정성이 강한 1, 4 - 부탄디올 또는 1, 4 - 부탄디올과 유연성이 있는 아디핀산을 공중합 시킨 공중합물로 된것임.

Description

폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법 {Manufacture of polyester binder fiber}

본 발명은 폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것으로서, 자동차 내장용 패딩 제품 또는 몰딩(molding)용 부직포 제조시에 섬유를 열적으로 접착시키는 역할 즉 바인더의 역할을 하는 저융점 접착용 바인더 섬유로서 고온(100℃)에서도 접착력이 유지되는 공중합폴리에스테르계 바인더 섬유에 관한 것이다.

일반적으로 의류용 패딩 제품은 단섬유를 카딩하여 기계방향과 반기계방향으로 몇겹의 카딩 웹을 적층한 후 접착제를 사용하여 섬유들을 접착시켜서 제조하여 왔다.

이와 같은 부직포의 제조방법은 크게 2 가지로 분류할 수 있는데 첫째 방법은 접착성을 부여하기 위하여 단섬유를 카딩한 후 폴리비닐알콜이나 아크릴 계통의 수지를 용제에 녹여 부직포 표면에 도포하는 제조방법이며, 둘째로는 기존의 폴리에스테르와 함께 융점이 낮은 동일계 또는 이종의 폴리머를 시스 - 코어(Sheath-core)형으로 복합방사하여 제조한 바이던 섬유를 카딩시 기존 매트릭스(matrix) 섬유에 일정비율로 섞어준 후 열처리시 용융시켜 구성 섬유들을 접착시키는 방법이 있다.

그러나 첫번째 방법인 폴리비닐알콜 또는 아크릴 계통의 수지를 용제에 녹여 분사하는 방법은 웹의 내부에 깊숙히 침투하지 못할 뿐만 아니라 용제에 의한 환경적인 오염 및 폴리에스테르와의 낮은 상용성 등으로 인하여 부직포의 표면만을 간단히 접착시키는 의류용 심지에만 사용이 국한되어 있으며 또 접착성이 낮고 촉감이 거칠어서 고강력을 요구하는 제품에는 사용하지 못하는 단점이 있다.

또한 사용되는 유기용제는 휘발성이 강하고 인체에 유해한 물질일 뿐만 아니라 몰딩용 부직포로 사용될 때는 금형에 용제 및 수지가 묻어나는 단점이 지적되고 있다.

두번째 방법인 기존 폴리에스테르와 융점이 낮은 동일계 혹은 이종의 폴리머를 시스 - 코어형으로 복합방사하여 제조한 바인더 섬유를 섞은 후 열처리시 용융접착 시키는 방법은 동일계 폴리에스테르를 사용할 때는 상용성이 좋지만 폴리에스테르의 높은 융점 때문에 이종의 성분을 공중합하여 융점을 저하시켜야 한다.

바인딩 역할을 하는 공중합 폴리에스터 섬유의 제조방법이 미국 특허 제 3,989,788 호에 기술되어 있는데 이들 공중합 폴리에스터 바인더 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트중의 약간의 테레프탈레이트 반복 단위를 이소프탈레이트 단위로 바꿈으로써 바인더의 특성을 갖도록 한 것이다.

다른 예로는 카르복실산으로서 테레프탈산 이외에 이소프탈산, 프탈산 혹은 지방족 디 카르복실산으로서 아디핀산, 세바신산을 사용하는 방법과 클리콜을 에틸렌 글리콜, 헥산디올 등을 적당한 비율로 사용하는 방법이 소개되어 있는데 미국특허 제 4,129,675호와 같이 테레프탈산과 이소프탈산을 이용하여 저융점 폴리에스터를 제조하는 방법은 190℃ 이상의 고온에서 열융착되기 때문에 경제적으로 불리한 결함이 있고, 또한 미국 특허 제 4,065,4395호는 테레프탈산/이소프탈산/아디핀산(또는 세바신산) 및 에틸렌 글리콜/네오펜틸 글리콜을 사용하여 저융점 폴리에스터를 제조하는 방법을 제시하였으나 이 방법으로는 융점이 45 ∼ 60℃로 너무 낮아 의류용 심지로는 사용하기 곤란할 뿐만 아니라 강력 또한 약한 단점이 있다.

상기 열거된 기술들은 공중합을 시킴으로써 분자쇄내에 결점으로 작용하게 하거나 일직선이 아닌 분자쇄를 도입함으로써 결정성 저하 및 강도 저하를 유발하는 단점이 있다.

이러한 공중합 폴리에스테르를 사용했을 때는 결정성이 떨어져서 부직포로 제조 후 연화점 이상의 온도에서는 바인더로서의 역할을 잃게 되므로 연화점 이상의 온도에서는 부직포의 인열특성이 현저하게 감소되어 자동차 내장용 패딩제품 또는 몰딩용 부직포의 용도로 사용하기에는 적합하지 않다.

종래의 방법들은 모두 결정화도가 낮아서 저융점을 유지시키는 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법으로서 공중합에 의하여 결정화도를 떨어뜨려서 융점도 떨어지게 하는 방법이었다.

본 발명은 종래의 방법과 비교했을 때 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 공중합 시키는 점에 있어서는 다름이 없으나 공중합 물질로, 결정성이 강하고 유연성이 뛰어난 분자쇄를 사용함으로써 결정성이 높고 특정한 융점까지는 연화거동이 거의 나타나지 않으며 그 이하의 온도에서는 변형이 거의 없는 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제공하며 또한 유연성을 가지되 섬유의 터프니스(Toughness)가 증가하여 절단강도를 저하시키지 않으므로 부직포 제조시 탁월한 인장거동을 발휘하며 고온에서도 강도의 저하가 거의 없는 폴리에스테르계 바인더 섬유를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 축중합시킬 때 공중합 성분으로 아디핀산을 에스테르 몰대비 2 ∼ 10몰%와 1,4-부탄디올 에스테르 몰대비 30 ∼ 50몰% 또는 1,4 - 부탄디올 30 ~ 50몰%만을 첨가하여 공중합시킨 공중합물을 시스(sheath) 성분으로 하고, 통상의 폴리에티렌 테레프탈레이트를 코어성분으로 하는 시스 - 코어형 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법이다.

본 발명에서 1, 4 - 부탄디올의 첨가량이 30몰% 미만이면 융착온도가 높아 저융점의 접착바인더로서의 역할을 하지 못하며, 50몰%를 초과하면 1, 4 - 부탄디올이 주 디올이 되어 융착온도(융점)이 다시 상승하게 된다. 또한 아디핀산의 첨가량이 2몰% 미만이면 1, 4 - 부탄디올과 시너지 효과를 일으켜 융점이 저하되며, 10몰%를 초과하면 말단기 부반응으로 인해 색가가 붉은색을 나타내게 된다

일반적인 시스 - 코어형 바인더 섬유는 강직쇄나 꺾임이 있는 분자쇄를 공중합 시켜서 결정성을 떨어뜨리고 융점을 저하시켰다.

이렇게 하면 결정성의 저하 또는 소멸로 인해 섬유의 강도가 저하될 뿐만 아니라 결정형성을 못하므로 융점이 사라지고 대신 연화온도만이 남게된다.

그러나 연화온도는 융점과 같이 좁은 온도범위가 아닌 통상적으로 20 ∼ 40℃의 온도범위에 걸쳐서 존재하므로 공중합물을 열접착시키려면 최소한 연화온도의 최종 온도보다 10 ∼ 20℃ 높은 온도에서 가공을 해야한다.

반면, 본 발명에서는 1,4 - 부탄디올 처럼 결정정이 강한 물질을 공중합 함으로써 공중합시에도 결정성이 유지되어 융점에서 불과 5℃ 높은 온도에서도 열접착 시킬 수 있으며 그 이하의 온도에서는 결정성이 강한 관계로 변형이 거의 없다.

또한, 아디핀산 처럼 유연성이 있는 물질을 도입함으로써 분자쇄 전체의 유동성을 증가시켜서 1, 4 - 부탄디올의 결정성을 방해하지 않고 융점을 저하시켜서 가공을 용이하게 할 뿐만 아니라 유연분자쇄로 인해 탄성이 일부 존재하므로 부직포 바인딩시 인열특성이 향상된다.(터프니스 증가)

이러한 공중합물을 시스 - 코어형 바인더 섬유의 시스 성분으로 사용할 경우 기존 바인더 섬유에 비하여 비슷한 온도에서 열접착을 시킬 수 있으며 자동차 내장용 패딩 제품과 같이 고온의 분위기가 존재할 수 있는 경우에도 상온의 강력이 일부 유지되며 몰딩용 부직포에서도 고온분위기하에서 처짐 현상을 예방할 수 있는 것이다.

실시예 1

실시예 1은 에스테르 반응조에 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜을 270℃의 온도에서 통상적인 에스테르화 반응 촉매와 같이 첨가한후 반응율이 95% 진행된 올리고머를 제조하였다.

위의 올리고머를 아디핀산 9몰%(총 에스테르 몰 대비)와 1, 4 - 부탄디올 30몰%와 같이 투입하여 촉매와 함께 230℃의 온도에서 교환 에스테르화 반응을 시켰다.

이렇게 해서 얻어진 에스테르화 올리고머를 통상적인 축중합반응 촉매를 투입한 후 최종 감압도가 0.1mmHg가 되도록 서서히 감압하면서 280℃까지 승온시키며 축중합 반응을 행하였다.

이와 같이 제조한 공중합 폴리에스테르를 시스 성분으로 통상의 폴리에스테르 중합체를 코어 성분으로 하여서 모노섬도가 4데니어의 시스 - 코어형 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조하였다.

이러한 섬유를 섬유장 51mm로 절단하고 또한 기계적 권축을 함께 부여하였다.

그 후 로울러 카딩기에서 통상적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 50 : 50 무게비로 혼면 카딩하고 170℃의 온도에서 1분간 열접착 시켰다.

실시예 2, 3

실시예 2, 3은 실시예 1과 동일하되 실시예 2는 1, 4 - 부탄디올만 45몰%, 실시예 3은 1, 4 - 부탄디올만 35몰% 공중합 시켰다.

비교실시예 1∼6

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되 공중합물 및 그 함량을 표1과 같이 하여 공중합 시켰다.

공중합 몰% 측정 : 공중합 폴리에스테르의 첨가물 몰%는 공중합 폴리에스테르를 트리플로로 아세트산에 용해하여 브루커(Bruker) 사의 DRX-300 프로톤핵 자기공명장치(¹H NMR)를 이용하여 측정하였다.

융점 및 연화거동 측정 : 열시차주사열량계(Perkin Elmer DSC-7)를 이용하여 측정하였으며 열 흡수 피크가 존재하지 않는 경우 즉 융점이 존재하지 않는 경우 동적 열특성 측정기 (Perkin Elmer DMA-7, TMA 모드)를 이용하여 연화거동을 측정하였다.

상온접착력 및 고온접착력 측정: 제조된 열융착 부직포를 밀도 2g/100cm²로 고정하고 ASTM D1424의 방법으로 상온접착력은 분위기 온도를 25℃에서, 고온접착력은 분위기 온도를 100℃(건열)에서 측정하였다.

실시예 1 ∼ 3과 비교예 1 ∼ 6 의 결과를 표 1 에 나타내었다.

촉감 : 손으로 만져서 상대적인 평가를 하였다.

◎ : 우수 ○ : 양호 △ : 보통 ×: 불량

* AA : 아디프산(Adipic Acid) HOOC(CH₂)₄COOH

BD : 1, 4-부탄디올(1, 4-butanediol) HO(CH₂)₄OH

NPG : 네오펜틸 글리콜(Neopentyl glycol) HOCH₂C(CH₃)₂CH₂OH

IPA : 이소프탈산(Isophthalic Acid) HOOC(C₆H₄)COOH

본 발명은 결정성 및 유연성이 뛰어난 분자쇄를 폴리에틸렌테레프탈레이트 주쇄에 도입함으로써 결정성이 높고 융점 이하의 온도에서는 변형이 거의 없는 바인더 섬유를 제공하며, 아울러 섬유의 터프니스 증가 및 절단강도 저하를 최대한 방지할 수 있어서 부직포 제조시 탁월한 인장거동을 제공하며 고온에서도 부직포의 접착력이 크게 저하되지 않는 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조할 수 있다.

Claims

시스 - 코어형 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조함에 있어서, 산성분과 디올 성분으로 에스테르화 반응 시킬때 1, 4 - 부탄디올을 에스테르 몰대비 30 ∼ 50몰%를 첨가하여 중축합 시킨 공중합물을 시스 성분으로 사용함을 특징으로 하는 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 1, 4 - 부탄디올과 함께 아디핀산을 에스테르 몰대비 2 ∼ 10몰%를 첨가시킴을 특징으로 하는 폴리에스테르계 바인더 섬유의 제조방법.