KR20040011208A

KR20040011208A - 계면접착력이 우수한 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성복합섬유

Info

Publication number: KR20040011208A
Application number: KR1020020044683A
Authority: KR
Inventors: 김봉섭; 안승식
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-05

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌으로 되는 폴리에틸렌/폴리프로필렌계열융착성 복합섬유에 관한 것으로, 복합되는 두 폴리머의 계면에 이들과 상용성이 있는 에틸렌/프로필렌 랜덤공중합체가 상용화제로서 개재된 것을 특징으로 하며, 이러한 열융착성 복합섬유는 두 폴리머간 계면접착력이 매우 우수하고, 열융착성 및 카딩성이 우수한 등의 장점이 있다.

Description

계면접착력이 우수한 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유{Thermally bondable polyethylene/polypropylene composite fiber with high interfacial adhesive strength}

본 발명은 열융착성 복합섬유에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복합되는 폴리머들 사이의 계면접착력이 우수하고 형태안정성이 우수한 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유에 관한 것이다.

현재까지 열융착섬유로서, 2종의 폴리머, 즉 폴리에스테르/폴리에스테르, 폴리에스테르/폴리올레핀, 폴리올레핀/폴리올레핀을 심초형(Sheath-core type)으로 복합방사한 후 연신 및 부직포공정을 거쳐 제작된 웹형태를 소정의 온도에서 열처리하여 섬유상호간을 접착되도록 한 특허가 공지되어 있다(참조: 일본특허공보 소54-44773호).

이들중 폴리에스테르/폴리에스테르로 구성된 심초형 열융착섬유의 경우 초(sheath)에 해당하는 바깥부분은 보통 공중합 폴리에스테르가 사용되는데, 열융착온도에따라 공중합조성비를 달리하여 비결정형수지에서 잠재 결정성수지 그리고 결정성수지까지 다양하게 제조할 수 있다.

폴리에스테르/폴리올레핀으로 구성된 심초형 열융착섬유의 경우에는 심(core)성분은 보통 폴리에스테르를 사용하고 초성분은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 주로 사용하는데, 열융착온도는 폴리올레핀의 용융온도 부근이라고 할 수 있다.

또한, 원가절감을 위하여 심성분과 초성분이 모두 폴리올레핀/폴리올레핀으로 구성된 열융착섬유도 개발되었는데, 주로 심성분은 폴리프로필렌을 사용하고 초성분은 폴리에틸렌을 사용하고 있다.

그러나 종래의 폴리에스테르/폴리올레핀계 및 폴리올레핀/폴리올레핀계의 심초형 섬유들은 폴리에스테르/폴리에스테르 심초형 섬유와는 달리 상용성이 좋지않아 계면간의 접착성이 불량한 단점이 있다.

계면간의 접착은 방사공정 및 연신공정 등 인장 및 전단장력이 가해지는 공정에서 섬유품질에 중요한 영향을 미치는데, 예를들어 심초간의 계면간접착력이 좋지 않을 경우, 방사공정에서 심성분과 초성분 사이에 슬립이 일어나 단사현상이 일어날 수 있고, 연신공정에서는 심성분과 초성분이 제각기 연신되어 계면간의 박리현상이 일어날 수 있다. 이렇게 되면 초성분이 바깥으로 삐져나와 소정의 열용융온도에서 접착이 안되는 현상이 벌어질 수 있다. 또한 이러한 계면간의 접착력이 불량하여 섬유의 기계적 강도 등의 물성저하를 초래할 수 있다.

종래 상용성이 좋지 않은 두 종류의 폴리머를 사용한 열융착섬유에서 계면간의 접착력을 향상시키기 위한 시도로서 폴리올레핀을 극성기를 갖는 카르복실기, 수산기, 그리시딜기등으로 표면처리하여 폴리에스테르와의 반응을 유도한 기술(특개평9-170116, 특개평 61-201025호)이 제안된 바 있으나, 일부의 경우는, 특히 플라즈마에 의한 그라프트 공중합에 의한 경우에는 플라즈마처리에 따른 폴리머 체인의 절단을 초래시켜 강도저하를 유발하여 연신공정 및 카딩공정시 폴리올레핀의 사절단을 초래하는 문제점이 있는 것이다.

상용성이 좋지 않은 폴리머들로 되는 열융착 복합 섬유의 폴리머 계면간의 접착력 불량에 따른 공정성 및 기계적 물성저하를 방지하여 고품질의 열융착섬유를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 광범위한 연구를 수행한 결과, 상용성이 좋지 않은 두 성분의 폴리머를 각각의 성분폴리머와 상용성이 좋은물질들을 랜덤이나 블록 또는 그라프트 공중합체 형태로 만들어 방사공정에서 소량 혼합하여 방사시키면 두성분 폴리머간의 계면접착력이 우수한 심초형섬유를 만들 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면, 계면에 상용화제가 개재되는 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유에 있어서, 상기 상용화제가 에틸렌/프로필렌 랜덤공중합체인 것을 특징으로 하는 열융착성 복합섬유가 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 상용성이 낮은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌으로 되는 열융착성 복합섬유에서 두 폴리머의 상용화제를 사용하여 계면접착력을 향상시키는 것에 관한 것이다.

본 발명의 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착 복합섬유에서는 복합되는 두 성분 모두에 반응할 수 있는 관능기가 없어 폴리올레핀과 폴리올레핀 사이의 계면에 개재시키는 상용화제로서 각 성분의 폴리머와 용해도파라미터가 제일 유사한 것을 사용하는 것이 효과적인데 대표적인 것으로 에틸렌/프로필렌 랜덤 공중합체이다. 상용화제 첨가에 의한 계면접착력의 효과는 에틸렌/프로필렌 랜덤 공중합체에서의 에틸렌과 프로필렌의 혼합비 및 이들 공중합체의 분자량 및 첨가량에 의해서도 달라지는데, 예를들어 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 심초성분의 비율이 50:50인경우에는 에틸렌/프로필렌 랜덤 공중합체에서 에틸렌과 프로필렌의 혼합비율이 50:50이고 심초성분과 유사한 분자량을 갖는 에틸렌/프로필렌 랜덤 공중합체를 사용함이 바람직하다. 또한 이들 공중합체의 첨가량이 심(Core)성분대비 1-5중량부 첨가하는 것이 가장 효과적이다. 첨가량이 1중량부 미만의 경우에는 상용화제의 효과가 적어 계면접착력이 떨어지고, 첨가량이 5중량부를 초과하면 상용화제 자체내에서 또 하나의 계면을 형성하게 되어 제2의 계면박리에 의해 오히려 계면접착력은 떨어진다. 한편 상용화제인 에틸렌/프로필렌 랜덤 공중합체를 어느 성분에 혼합하여 투입하냐에 따라 계면에서의 상기 공중합체의 배열이 달라지는데, 예를 들어 심성분인 폴리프로필렌에 혼합하여 투입할 경우에는 폴리프로필렌 성분쪽의 방사온도가 초성분인 폴리에틸렌의 방사온도보다 높아 용융흐름성이 좋아 용융점도차에 의하여 상기 공중합체가 폴리프로필렌의 가장자리인 계면으로 이동하게되어 상용화제 효과가 높아진다. 반면 초 성분인 폴리에틸렌에 투입할 경우, 용융점도 차이가 없어 상용화제가 계면으로 모이기 보다는 폴리에틸렌중에 혼재되어 있어 계면에서의 상용화제 효과가 떨어진다. 구체적인 예를 들어 설명하면, 심성분이 MI가 10인 폴리프로필렌이고 초성분이 MI가 18인 폴리에틸렌으로 되는 심초형 복합섬유에서 심초의 비율이 50:50인 경우, 상용화제로는 에틸렌과 프로필렌이 50:50 조성비로 공중합되어 있는 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR) 를 사용하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예 및 비교예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다.

하기 실시예 및 비교예에서 제시되는 특성들은 다음과 같은 방법으로 측정한 것이다.

* 계면접착성 : 다발의 시료를 에폭시수지를 이용하여 고정시킨후 예리한 나이프로 마이크로토밍하여 금박으로 표면코팅하여 주사전자현미경측정을 하여 계면의 박리현상을 관찰한 것으로, 주사전자현미경(SEM)으로 단면관찰시 계면박리정도 10등급으로 나누어 표시하였으며, 등급이 높을수록 계면접착상태가 양호한 것이다.

*열융착성: 150℃에서 3분간 용융후 융착정도를 10등급으로 나누어 표시하였으며, 등급이 높을수록 열융착성이 양호한 것이다.

*카딩성: 부직포 웹을 만들기 위한 공정으로 카딩머신을 통과시킨후의 심초성분의 박리정도를 10등급으로 나누어 표시하였으며, 등급이 높을수록 카딩성이 양호한 것이다.

< 실시예 1 >

심성분과 초성분이 50대50의 면적비를 가지며 심초의 경계가 원형인 방사노즐을 이용하여(구멍 0.3mm, 구멍수 1800개가 방사상으로 배열됨), 초성분 방사노즐에는 용융지수가 18이고, 밀도가 0.960이고, 분자량분포지수가 5인 폴리에틸렌이 들어가게 하고, 심성분에는 용융지수가 16이고, 밀도가 0.910이고 분자량분포지수가 5인 폴리프로필렌과 상용화제로 에틸렌과 프로필렌이 50/50 조성비로 공중합되어 있는 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)를 심성분인 폴리프로필렌 대비 1중량부의 첨가량으로 사이드피더를 통하여 심성분인 폴리프로필렌의 스핀블럭에 들어가게 하여 방사온도 260℃에서 방사속도 1000m/min, 풍량 4kg로 하여 방사한 후, 제1연신온도 55℃, 제2연신온도 60℃에서 연신비 3.5, 친수성유제로 오일처리하면서 연신한후 크림핑공정을 거쳐 크림프수가 12-15정도 갖게하여 섬도가1.4de, 섬유장이 51mm가 되도록 커팅한 후, 카딩공정에서 두께 50mm의 웹을 만들어 4m/min의 속도로 움직이는 망상형 컨베이어벨트위에 올려놓고 열융착시키고자 하는 소정의 온도 150℃가 되도록 열풍을 가하였다.

< 실시예 2 >

상용화제로 사용된 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)의 첨가량을 심성분 폴리프로필렌 대비 3중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

< 실시예 3>

상용화제로 사용된 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)의 첨가량을 심성분 폴리프로필렌대비 5중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

< 비교예 1 >

상용화제를 사용하지 않은 것을 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

< 비교예 2 >

상용화제로 사용된 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)의 첨가량을 심성분 폴리프로필렌대비 10중량부로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

< 비교예 3 >

상용화제로 사용된 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)중에서 에틸렌(E)과 프로필렌(P)의 비율을 70/30으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 절차를 반복하였다.

< 비교예 4 >

상용화제로 사용된 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(EPR)중에서 에틸렌(E)과 프로필렌(P)의 비율을 30/70으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 절차를 반복하였다.

상기 실시예 및 비교예에 의거하여 얻은 복합섬유의 심성분과 초성분의 계면간 박리성과, 열융착성 및 카딩성을 측정하였다. 그 결과는 표1에 제시된다.

구 분	상용화제(EPR)	계면박리성	열용융성	카딩성
구 분	E/P비율	계면박리성	열용융성	카딩성	첨가량(심성분대비 중량부)
실시예	1	50/50	1	6	6	6
	2	50/50	3	8	8	8
	3	50/50	5	10	10	10
비교예	1	50/50	0	1	2	1
	2	50/50	10	5	5	5
	3	70/30	5	3	10	3
	4	30/70	5	3	5	3

상기한 표 1의 결과로부터 명백하게 되는 바와 같이 본 발명에 따라 상용화제를 상용성이 낮은 두 폴리머 사이의 계면에 개재하게 되면 계면접착력이 매우 우수하고, 열융착성 및 카딩성이 우수한 고품질의 열융착성 복합섬유를 제조할 수 있게 된다.

Claims

계면에 상용화제가 개재되는 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유에 있어서, 상기 상용화제가 에틸렌/프로필렌 랜덤공중합체인 것을 특징으로 하는 열융착성 복합섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 복합섬유가 초성분이 폴리에틸렌이고 심성분이 폴리프로필렌인 심초형 복합섬유이고, 상기 에틸렌/프로필렌 랜덤공중합체중 에틸렌의 비율은 50 중량부 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 복합섬유에서 에틸렌/프로필렌 랜덤공중합체를 심성분대비 1-5중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌/폴리프로필렌계 열융착성 복합섬유.