KR20130075244A - 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘라스토머 필라멘트와 상기 필라멘트의 외부에 형성된 표면층으로 이루어지되, 상기 표면층은 폴리올레핀계 또는 불소계 고분자로서 전체 조성에서 0.05 내지 1중량%로 포함되고, 상기 필라멘트의 중합 또는 방사공정에서 투입되어 필라멘트의 표면으로 이동되어 표면층을 형성하는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

Description

해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트{Elastomer filament with improved rereeling property}

본 발명은 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트에 관한 것으로서, 특히 방사된 필라멘트의 물성에 영향을 미치지 않는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트에 관한 것이다.

열가소성 엘라스토머는 필라멘트나 스테이플 화이버, 장섬유, 단섬유 다양한 형태로 구현되어 폴리우레탄계 탄성사를 대체하여 그 시장이 급속히 늘고 있는 추세이다. 그러나 원료 특성으로 인해 표면이 끈적이는 문제가 있어 후공정 등 사용상 문제점이 도출되고 있다. 특히 열접착성을 향상시킨 저융점 엘라스토머의 경우 더욱 이러한 문제가 야기되고 있는데 방사 후 권취된 보빈에서 후공정을 위해 해사하는 경우 과도한 장력을 유발시켜 이로 힌한 후공정 작업성 불량을 야기시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 탄성사가 제안될 때부터 다양한 방안이 제시되고 있는데, 크게 중합화 등의 실행시 다관능기 화합물의 도입하는 방법, 중합 시스템으로 부터의 직방(direct spinning) 방법, 방사 후에 열처리를 실행하는 방법, 실리콘 분말과 같은 입자를 용융방사시 혼입하는 방법 등이 있다.

상기 방법 중에서, 다관능기 화합물의 도입하는 방법에 대해서는 방사 온도의 상승이 요구되어 방사성이 저하는 문제가 있고, 직방하는 방법은 중합반응의 조절이 어려워, 중합 시스템으로부터 방사 시스템까지의 경로에 있어서 잔류시간, 열안정 등의 문제점을 가지며, 열처리 방법은 거대한 크기의 처리 기구의 요구로 인한 높은 비용 때문에 상업적인 제조방법으로는 부적합하고, 입자를 혼입하는 방법은 입자 자체가 크랙으로 작용하여 후공정에서 사절 등의 문제점을 발생시킬 수 있는 단점이 있다.

구체적으로 대한민국 특허발명 제208954호에서는 폴리에스터 섬유를 제조함에 있어서 한 성분(A)은 폴리에테르-에스테르 블록공중합체를 사용하고 다른 성분(B)은 통상의 폴리에스테르를 사용하여 접합형 형태의 복합섬유를 제조하되 접합면은 요철을 두고 접합하며, A성분에 그 값이 서로 다른 입도분포를 가지는 무기물 미립자를 첨가하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법이 개시되었다.

또한 대한민국 특허발명 제496517호에서는 폴리에테르에스테르중합체를 중합시킬 때 이산화티탄분말을 첨가하여 중합시키며, 탄성사의 단면을 3개의 돌출부를 가진 원형단면으로 하여서 해사성이 양호하며 물성이 저하되지 않는 폴리에테르에스테르계탄성사를 방사작업성이 좋게 제조하는 방법이 개시되었다.

대한민국 특허발명 제565595호에서는 탄성사는 모사(母絲) 생산 이후, 이 모사를 사용하여 리와인딩(Rewinding)하는 것을 특징으로 하며, 탄성사를 리와인딩할 때, 지관 혹은 플라스틱관 등의 코어(Core) 상에 권취하는 권취각(즉, 능각)은 10도 내지 30도로 유지해야 하며, 탄성사 권사체를 제조하기 위해 사용되는 중합물에 마그네슘 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 티타늄 등의 점착 방지제를 부여하거나, 폴리디메틸실록산 등의 실리콘계 유제와 같은 윤활제를 부여하여 사조간 점착을 방지해야 하며, 중합물에 점착 방지제 혹은 윤활제를 부여하지 않는 경우에는 중합물의 방사후 권취 과정에서 실리콘계 혹은 하이드로카본계 성분 단독 혹은 이성분을 포함하는 유제를 적용하여 윤활성을 부여하는 방법이 개시되었다.

상기 방법들은 입자분말을 첨가하여 중합시키거나 실리콘계 유제등을 사용하는 점을 특징으로 하나 입자첨가법은 위에서 설명한 단점이 있고, 실리콘유제의 경우 사의 표면에 경화되어 탈락이 되지 않기 때문에 특히 저융점 엘라스토머에 있어서는 열 접착시 접착력에 영향을 주는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 방사성에 영향이 없고, 방사된 필라멘트의 물성의 저하가 없는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저융점 열접착성이 있는 엘라스토머에서 접착성에 영향을 미치지 않는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적으로 달성하기 위하여 본 발명은 엘라스토머 필라멘트와 상기 필라멘트의 외부에 형성된 표면층으로 이루어지되, 상기 표면층은 폴리올레핀계 또는 불소계 고분자로서 전체 조성에서 0.05 내지 1중량%로 포함되고, 상기 필라멘트의 중합 또는 방사공정에서 투입되어 필라멘트의 표면으로 이동되어 표면층을 형성하는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 표면층을 형성하는 물질이 상기 필라멘트에 비해 상대적으로 저점도인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 표면층을 형성하는 물질의 강하점이 120 내지 130℃인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 엘라스토머 필라멘트가 150 내지 155℃의 융점과 1.0 내지 2.0의 고유점도를 갖는 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 255 내지 265℃의 융점과 0.45 내지 0.80의 고유점도를 갖는 폴리에스테르를 포함하여 이루어지되, 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 에틸렌글리콜(EG) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 형성된 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머가 85 내지 100%의 범위 이내의 탄성회복률을 갖는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머의 산성분이 70 내지 80몰%의 테레프탈산과 20 내지 30몰%의 이소프탈산의 혼합물이고, 디올성분이 80 내지 95몰%의 1,4-부탄디올, 5 내지 20몰%의 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜의 혼합물인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의한 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트는 해사성 개선을 위한 입자를 포함하지 않아 방사성에 영향이 없으면서 방사 후 필라멘트의 물성 저하가 없는 장점이 있다.

또한 본 발명의 일실시예 의한 엘라스토머 필라멘트는 저융점 공정을 통한 열접착시 접착력의 저하없이 해사성이 개선된 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘라스터머 필라멘트의 단면 개념도.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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 발명의 일실시예에 따른 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트를 설명함에 있어서 이하 저융점 열접착성 엘라스토머 필라멘트를 예로서 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 엘라스토머 필라멘트로서 필라멘트(100)와 상기 필라멘트의 표면에 형성된 표면층(200)으로 형성될 수 있다. 열접착성 엘라스토머 필라멘트는 재질의 특성상 표면이 매우 끈적이기 때문에 해사하여 사용하는 경우 과도한 장력을 유발시켜 이로 인한 후 공정 작업성 불량을 야기시킨다. 이를 개선하기 위해서는 필라멘트의 표면을 매끄럽게 하는 작업이 필요하며 후 공정에 영향을 미치지 않는 방법으로 이를 해결하여야 한다. 이를 위하여 표면층을 형성하는 물질이 엘라스토머 필라멘트의 본래 물성을 저하시키지 않으면서 후공정시 열접착성에 영향을 미치지 않아야 한다.

본 발명의 일실시예에 의한 상기 열접착성 엘라스토머 필라멘트는 비제한적인 예로서 다음과 같은 구성일 수 있다. 복합섬유의 형태로서 형성될 수 있고, 섬유성분으로서 150 내지 155℃의 융점과 1.0 내지 2.0의 고유점도를 갖는 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 255 내지 265℃의 융점과 0.45 내지 0.80의 고유점도를 갖는 폴리에스테르를 포함하여 이루어지되, 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 에틸렌글리콜(EG) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 이루어지며, 따라서 가열가압에 의한 열융착성을 가짐과 동시에 높은 탄성회복율을 갖을 수 있다. 이러한 특성으로 인해 상기 열접착성 엘라스토머 필라멘트는 특히 부직포 등의 제조에서 유용하게 사용될 수 있다.

상기 열접착성 엘라스토머 필라멘트는 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르의 이성분으로 구성되며 섬유 단면 형상 및 폴리머의 고유점도 차이 또는 후속하는 열처리 공정 조건에 의하여 복합섬유에 권축이 형성되는 잠재권축성 발현으로 스테이플 파이버 상태에서 구조적인 탄성을 갖게 되며, 이 외에 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머의 하드세그먼트와 소프트세그먼트의 구조에 의한 화학구조적인 탄성 및 탄성회복율을 발현하게 된다. 여기에서 복합섬유의 경우, 단면 형상에 의한 크림프 발현성에 차이를 나타낼 수 있으며, 일반적으로 시쓰-코어 구조, 편심 사이드-바이-사이드 구조의 순으로 크림프 발현성이 보다 우수하게 나타난다.

상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 150 내지 155℃의 융점과 1.0 내지 2.0의 고유점도를 갖는 것이 될 수 있다. 이러한 엘라스토머는 수득되는 복합섬유에 탄성을 부여하는 기능과 가열가압공정에 의하여 인접하는 복합섬유들과 접착되는 자착기능을 갖도록 한다.

상기 폴리에스테르는 255 내지 265℃의 융점과 0.45 내지 0.8의 고유점도를 갖는 것이 될 수 있다. 이러한 폴리에스테르는 수득되는 복합섬유 및 부직포 제품에 후가공 작업이 가능한 수준의 강도 및 형태안정성을 부여하는 기능을 갖도록 한다.

상기 폴리에스테르로는 신생 폴리에스테르 대신 폴리에스테르 제품의 생산과정 동안에 발생하는 스크랩으로서의 폐폴리에스테르를 재생한 재생 폴리에스테르가 사용될 수도 있다.

또한 상기 열접착성 엘라스토머 필라멘트는 복합섬유를 구성하는 섬유성분들 간, 즉 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 상기 폴리에스테르 간에는 0.5 내지 1.6의 범위의 고유점도의 차이가 있으며, 이러한 고유점도의 차이는 후속하는 열처리공정에 의하여 복합섬유에 권축이 형성되도록 하는 잠재권축성을 부여하는 기능을 한다. 이러한 열처리에 의한 권축의 형성은 특히 본 발명에 따라 수득되는 복합섬유가 부직포 등의 제조에 사용하는 경우에 높은 탄성과 벌키성(bulkiness)을 부여하도록 할 수 있다.

상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 테레프탈산, 이소프탈산 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜, 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 이루어지며, 상기 산성분과 상기 디올성분은 반응몰비로 1 : 1 반응하며, 일반적으로 중합 반응성 향상을 위해 일부 디올성분을 과잉 투입한다. 일반적으로 테레프탈산을 사용하는 공법의 경우 1 : 1.2 내지 1.4, 디메틸테레프탈레이트를 사용하는 공법의 경우 1 : 1.4 내지 1.8의 비율로 투입하여 중합 반응성을 향상시키며, 과잉 투입된 디올성분은 축중합반응 중 감압공정을 통해 대부분 회수한다. 상기 투입몰비보다 적은 양의 디올성분을 투입할 경우에는 중합반응이 매우 더디게 진행되며 산성분과 디올성분의 1 : 1 반응이 불가능하여 충분한 에스테르화 반응이 진행되지 않아 폴리머의 중합도가 일정 수준 이상으로 향상되지 않을 수 있다.

특히, 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 85 내지 100%의 범위 이내의 탄성회복률을 갖는 것이 될 수 있다. 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머의 탄성회복률이 85% 미만으로 되는 경우, 본 발명에 따라 수득되는 복합섬유 및 복합섬유가 적용된 부직포 제품의 탄성 및/또는 탄성회복률, 형태안정성 등이 낮아지게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머를 구성하는 산성분은 70 내지 80몰%의 테레프탈산과 20 내지 30몰%의 이소프탈산의 혼합물이고, 그 디올성분은 80 내지 95몰%의 1,4-부탄디올, 5 내지 20몰%의 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 및 에틸렌글리콜(EG)의 혼합물이 될 수 있다. 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머를 구성하는 산 성분에서 이소프탈산의 함량이 20몰% 미만으로 되는 경우, 엘라스토머의 융점이 170℃ 이상으로 일반적인 부직포 열처리 공정조건(180~190℃, 10~20분) 하에서 파이버간의 접착이 충분히 이루어지지 않아 부직포의 형태안정성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 30몰%를 초과하는 경우, 엘라스토머의 융점이 150℃ 이하로 고온의 부직포 제조 공정 중 열화 발생 가능성이 높고 엘라스토머 내 비결정영역의 비중이 높아 낮은 Tg로 인해 상온에서의 변형 가능성 및 보관성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 또한 상기 디올 성분에서 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜의 함량이 5몰% 미만으로 사용되는 경우, 엘라스토머 내 하드세그먼트의 비중이 높아 복합섬유의 탄성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고 반대로 20몰%를 초과하는 경우, 복합섬유의 열안정성 저하로 인한 변색, 물성 저하, 공정성 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 복합섬유는 원형의 시스-코어형의 열접착성 복합섬유, 원형의 편심 사이드-바이-사이드형의 열접착성 복합섬유 또는 이형중공의 편심 사이드-바이-사이드형의 열접착성 복합섬유가 될 수 있다. 그러나 이들은 바람직한 구체예로서 열거한 것으로서, 본 발명이 이들의 단면형상으로 제한되는 것은 아니며, 적절한 다른 복합섬유로의 복합방사가 가능함은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다

특히, 본 발명에 따른 복합섬유의 제조에 있어서 복합섬유를 구성하는 섬유성분 중의 하나인 폴리에스테르를 신재 폴리에스테르로 사용하는 것은 물론 신재 폴리에스테르 대신 재생 폴리에스테르를 사용함으로써 자원의 절약과 생산비의 저감 뿐만 아니라 폴리에스테르의 재생 및 재활용에 따른 친환경 제품의 제조를 가능하게 하는 장점이 있다.

상기 열접착성 복합섬유를 내장재로서 형성함에 있어, 다양한 혼합예가 존재할 수 있는데, 바람직하게는 상기 열접착성 복합섬유가 내장재 내에서 수직형태로 존재하도록 형성할 수 있다. 상기 복합섬유는 내장재에 포함되는 타 성분 대비 50%이상이 상대적으로 수직 배열된 것임이 바람직하다. 이 경우 상기 열접착성 복합섬유가 내장재에 함께 혼합되는 섬유들과 융착되어 형태안정성을 유지하면서 동시에 수직배열을 통해 탄력성 및 벌키성이 유지될 수 있는 장점이 있다.

한편 상기 열접착성 엘라스토머 필라멘트의 표면층(200)은 상기 필라메트를 방사할 때 저점도의 윤활성을 갖는 폴리올레핀계 또는 불소계 고분자를 중합공정 또는 방사공정에서 투입하여 표면으로의 이동(migration)을 유도하여 표면 특성을 개선할 수 있다.

상기 표면층을 형성하는 물질인 폴리올레핀계 또는 불소계 고분자는 상기 방사되는 필라멘트의 성분에 비해 상대적으로 낮은 점도를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 점도가 필라멘트의 성분과 같거나 큰 경우 표면으로의 이동성이 제한되어 필라멘트의 사로서 물성에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 상기 상대적으로 낮은 점도는 필라멘트의 성분에 대비되는 것으로 수치적 제한은 상대치를 의미한다.

또 상기 표면층을 형성하는 물질은 전체 조성에서 0.05 내지 1중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우 표면층을 구성하기 어려워 기존의 끈적이는 문제를 그대로 가지고 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 권취시 필라멘트간의 마찰력이 부족하여 양산 가능한 권취 품질을 확보하기 어려운 단점이 있다.

상기 표면층을 형성하는 물질은 강하점(drop point)이 120 내지 130℃일 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 의한 열접착성 엘라스토머 필라멘트의 열접착 온도가 150 내지 180℃이므로 상기 공정조건에서 표면층을 형성하는 물질은 필라멘트의 표면에서 제거되고 필라멘트의 열접착성을 저해하지 않게 된다.

실시예 1

섬유성분으로서 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 일반 폴리에스테르를 포함하는 복합섬유의 제조를 위하여, 먼저 산성분으로서 테레프탈산 75몰%와 이소프탈산 25몰%를 혼합한 혼합물을 사용하고, 디올성분으로서 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 8.0몰%, 1,4-부탄디올 92.0몰%를 혼합한 혼합물을 사용하여 상기 산성분과 상기 디올성분을 몰비 1 : 1로 혼합하여 중합시켜 155℃의 융점과 1.4의 고유점도 및 85%의 탄성회복률를 갖는 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머를 준비하고, 이와는 별도로 260℃의 융점과 0.65의 고유점도를 갖는 폴리에스테르를 준비한 후, 상기 성분에 비해 상대적으로 저점도의 폴리에틸렌을 전체 조성에서 0.5중량%를 포함시켜 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 상기 폴리에스테르들을 2성분의 중합체들을 복합방사 할 수 있는 복합방사구금을 이용하여 방사온도 275℃, 권취속도 1,000m/min로 방사 및 77℃에서 3.3배 연신 처리하고 140℃에서 최종 열처리하여 원형의 편심 사이드-바이-사이드형의 SDY 75/36 열접착성 엘라스토머 필라멘트를 얻었다.

Claims (6)

1. 엘라스토머 필라멘트와
   상기 필라멘트의 외부에 형성된 표면층으로 이루어지되,
   상기 표면층은 폴리올레핀계 또는 불소계 고분자로서 전체 조성에서 0.05 내지 1중량%로 포함되고,
   상기 필라멘트의 중합 또는 방사공정에서 투입되어 필라멘트의 표면으로 이동되어 표면층을 형성하는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 표면층을 형성하는 물질은 상기 필라멘트에 비해 상대적으로 저점도인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 표면층을 형성하는 물질은 강하점이 120 내지 130℃인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 엘라스토머 필라멘트는 150 내지 155℃의 융점과 1.0 내지 2.0의 고유점도를 갖는 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머와 255 내지 265℃의 융점과 0.45 내지 0.80의 고유점도를 갖는 폴리에스테르를 포함하여 이루어지되, 상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머는 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 에틸렌글리콜(EG) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 형성된 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머가 85 내지 100%의 범위 이내의 탄성회복률을 갖는 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.
6. 제4항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머의 산성분이 70 내지 80몰%의 테레프탈산과 20 내지 30몰%의 이소프탈산의 혼합물이고, 디올성분이 80 내지 95몰%의 1,4-부탄디올, 5 내지 20몰%의 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜의 혼합물인 해사성이 개선된 엘라스토머 필라멘트.

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