KR20130077578A - 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol% 및 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분 및 반응성 인계난연제를 에스테르반응 및 축중합하여 융점이 없고, 연화온도 60~100℃인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법{FLAME-RETARDANT LOW MELTING POLYESTER BINDER RESIN, BINDER FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지, 바인더 섬유, 이의 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 구체적으로 100℃ 이하의 스팀 에어(Steam-Air)온도에서 습식 가공이 가능하고, 접착성이 우수한 난연성을 갖는 폴리에스테르 바인더 수지, 이를 이용한 바인더 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전통적인 목재 단열재(Wood Insulator)및 기타 건축 내장재의 경우 일반적으로 목재섬유(Wood Fiber)와 접착제를 이용한 드라이 힛팅(Dry Heating) 형식의 바인더가 많이 사용 되어져 왔다. 하지만 최근 환경문제에 대한 관심 증폭과 인체에 대한 안정성 및 쾌적성에 대한 요구 증가로 접착제 대신 가격경쟁력이 우수하고 인체에 무해할 뿐 아니라, 다른 성분에 비해 접착성과 내열성이 우수한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 주로 이용하게 되었다.
하지만 최근 더욱 고조된 친환경과 인체 안정성에 대한 관심 증가와 에너지 절감 및 생산성 향상 요구로 드라이 힛팅(Dry Heating)형식을 대체하여 친환경과 인체 안정성과 더불어 에너지 및 생산 효율이 높고 가격 경쟁력이 우수하면서도 기존의 드라이 힛팅(Dry Heating)형식이 가지고 있는 접착력, 내열성 등의 제반 물성을 모두 구현 할 수 있는 100℃ 이하의 스팀 에어(Steam Air)습식 가공에 적용이 가능한 폴리에스테르 섬유 소재가 요구되어 왔다.
이러한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 테레프탈산, 이소프탈산 그리고 탄소수 30 이하의 지방족 디카르본산 등의 산 성분과 디에틸렌글리콜, 테트라 메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 등의 디올 성분의 합성으로 제조되며, 산 성분과 디올 성분의 종류, 함량 등에 따라 융점 등의 물성 조절이 가능하여 폴리에스테르 바인더 섬유의 가공성과 접착성 등의 특성이 크게 좌우될 수 있다.
예를 들어, 미합중국 특허발명 제4129675호에서는 테레프탈산과 이소프탈산을 주성분으로 한 저융점 공중합 폴리에스테르가 소개되었으나, 이는 열접착시 190℃ 이상의 온도를 필요로 하여 에너지 손실로 비경제적이며, 공중합체 물질의 특성상 내열성과 성형성이 낮아 열적 변형을 쉽게 야기시키는 단점이 있다.
또한, 미합중국 특허발명 제44065439호에서는 테레프탈산, 이소프탈산, 아디프산 및 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜을 사용한 저융점 폴리에스테르가 소개되었으나, 융점이 45~60℃로 너무 낮아 강력 및 융착 문제가 발생될 우려가 있다.
또한, 대한민국 특허공개 제2001-11548호는 테레프탈산과 무수프탈산을 디카르본산 성분으로 사용하고 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜을 디올 성분으로 사용하였으나, 일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합 조건인 고온(270~290℃), 고진공(1torr이하)에서 열분해 및 부반응 발생으로 고분자의 색상 불량을 유발한다.
그 밖에도 이러한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃ 스팀 에어(Steam Air)에 의한 습식 가공이 어렵고 습식 접착시 접착강도, 내열성, 인열특성이 크게 저하되고 형태안정성이 저하되어 바인더로서의 기능을 유지할 수 없는 단점을 가지고 있다.
따라서, 산 성분과 디올 성분의 조성을 통해 100℃ 이하 스팀 에어(Steam Air) 습식 가공이 가능하여 에너지 절감과 생산성 향상을 기대하며 비교적 인체에 무해하면서 접착력, 인열특성, 촉감, 형태안정성, 난연성 등 제반 물성이 우수한 목재단열재(Wood Insulator)및 기타 건축자재 용도에 적용이 가능한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 개발은 고도의 기술이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 산성분과 디올성분을 극한점도 0.80 이하로 축중합시켜 유리전이온도(Tg) 40℃이상이며, 융점이 나타나지 않고, 연화온도 100℃ 이하인 폴리에스테르 바인더 수지를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 난연성이 우수한 폴리에스테르 바인더 수지를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 폴리에스테르 바인더 수지로 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유로 제조하여 접착력과 내열성 및 인열특성이 우수하여 100℃ 이하에서의 스팀 에어(Steam Air) 습식 가공이 가능하고, 가공 후 열접착성, 내열성 및 우수한 촉감과 형태 안정성을 가진 난연성 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 섬유 간 접착 외에도 건축자재용, 특히 목재단열재용으로 적용이 가능하고, 접착성이 우수한 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol% 및 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분 및 반응성 인계난연제를 에스테르반응 및 축중합하여 융점이 없고, 연화온도 60~100℃인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 저융점 폴리에스테르 수지가 극한점도가 0.60~0.80인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 반응성 인계난연제가 폴리에스테르 수지를 기준으로 인의 함량이 1,000~20,000ppm 첨가되는 것을 특징으로 하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르 바인더 섬유가 섬도 0.3~15 모노 데니어이고, 길이가 1~100mm인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르 바인더 섬유가 스팀 에어(Steam Air)습식 가공으로 가공온도가 80~100℃ 인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르 바인더 섬유가 건축자재로 사용되는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 건축자재가 목재 단열재인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
또한 본 발명은 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법에 있어서, 테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol% 및 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분 및 반응성 인계난연제를 혼합하되, 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1:2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물 준비단계; 상기 에스테르 반응물에, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부, 반응성 인계난연제를 첨가한 후 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하는 축중합단계; 및 상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.60~0.80이 될 때 반응을 종결시키는 점도조절단계;를 포함하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법으로 제조된 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계; 및 상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계; 를 포함하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 난연성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 기존의 수지와 동등한 0.60을 초과하는 높은 극한점도에서도 100℃이하의 스팀 에어(Steam Air)에 의한 습식 접착 가공이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 바인더로 사용 시 유기용제의 사용 없이 스팀 에어(Steam Air)에 의한 융착으로 접착이 가능하여 환경친화적인 효과가 있으며, 동시에 높은 에너지 절감 및 생산성 개선 효과가 있다.
또한, 본 발명의 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃이하, 60~90℃에서 스팀 에어(Steam Air) 습식 가공이 가능할 뿐만 아니라 접착성과 내열성이 우수하여 인열특성과 터프니스 또한 우수하다.
또한, 본 발명의 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 기존의 섬유 간 접착뿐만 목질섬유(Wood Fiber)간 접착도 가능하여 건축자재용, 바람직하게는 목재 단열재용 바인더로 적용되어 새로운 용도로 개발되어 우수한 접착성, 내열성, 터프니스 및 형태 안정성이 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조공정도.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 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 발명은 폴리에스테르 바인더 수지와 이를 이용하여 제조되는 바인더 섬유에 관한 것으로, 상세하게는 테레프탈산(Terephthalic acid;TPA), 이소프탈산(Isophthalic acid;IPA)을 포함하는 디카르본산 형태의 산성분과 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol;EG), 1,4-부탄디올(1,4-Butane Diol;BD) 및 1,4-사이클로헥산디메탄올을 포함하는 디올성분을 축중합하여, 극한점도 0.80이하, 더욱 바람직하게는 0.60~0.70의 극한점도를 나타내도록 축중합하여 융점이 나타나지 않으며, 연화온도가 100℃이하, 더욱 바람직하게는 60~100℃의 낮은 연화거동을 보이는 폴리에스테르 바인더 수지를 제조한다.
또한, 상기 제조된 폴리에스테르 바인더 수지를 시스-코어(Sheath-Core) 또는 사이드-바이-사이드(Side-by-Side) 형태의 복합섬유로 섬유단면이 균일하도록 제조하여 100℃이하 스팀 에어(Steam Air)에서 습식 가공이 가능하고, 탁월한 접착성, 내열성 및 촉감을 나타내어 섬유 간 접착용뿐만 목재섬유(Wood Fiber) 간 접착용으로 100℃이하의 스팀 에어(Steam Air)에 의한 습식 접착 가공이 우수한 목재 단열재용 바인더로서 적용이 가능한 폴리에스테르 바인더 섬유인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조공정도를 나타낸 것이다.
본 발명은 테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol%, 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분을 축중합 하여 융점이 없고, 연화온도는 60 ~ 100℃인 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법은 테레프탈산(TPA)와 에틸렌글리콜(EG)에 의한 폴리에틸렌테레프탈레이트 축중합시, 디카르본산 형태의 산성분인 테레프탈산 40~84mol% 외에 산성분의 공중합 성분으로 이소프탈산(IPA) 15~40mol%, 바람직하게는 20~30mol%와 아디프산(AA) 1~20mol%, 바람직하게는 5~15mol%를 첨가하고, 디올성분인 에틸렌글리콜(EG) 60~75mol%, 디올 성분의 공중합 성분으로 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로 헥산디메탄올 1~10 mol% 을 첨가하여 디카르본산 성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1.2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르(Torr)에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물을 준비한다.(S100 단계)
상기 준비된 에스테르 반응물에 반응을 촉진시키기 위하여 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부를 첨가하고, 난연성을 부가하기 위하여 에스테르 반응물 100중량 부에 대하여 반응성 인계난연제 0.1 내지 2 중량부를 첨가하여, 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르, 바람직하게는 0.5토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하여 축중합을 진행(S200 단계)시킨다.
상기 반응성 인계난연제는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 반응성 인계난연제인 것이 바람직하다.
또한 폴리에스테르 바인더 수지를 기준으로 인의 함량이 1,000~20,000ppm 첨가하는 것이 바람직하다. 인의 함량이 1,000ppm 미만인 경우에는 난연성의 효과가 미미하고, 20,000ppm을 초과할 경우 난연성 향상이 크지 않으며, 특히 섬유로 제조시 방사성이 떨어질 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
다음으로 상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.60~0.70 될 때 반응을 종결시켜 점도조절을 함(S300 단계)으로써 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 수지가 제조될 수 있다.
본 발명에서 사용된 삼산화 안티몬과 테트라부탈 티타네이트는 본 발명의 공중합 성분들의 반응성을 높이고, 요구되는 점도 조절을 위해 첨가하는 촉매이다. 따라서, 본 발명의 온도, 압력, 촉매 함량이 상기 범위 미만인 경우, 각 반응물의 중합이 원활이 일어나지 못해 폴리머(Polymer) 형성이 어렵고 형성된 폴리머(Polymer)의 점도가 너무 낮을 우려가 있다. 또한 이렇게 형성된 폴리머의 전반적인 물성이 저하되어 일반적인 폴리머의 기능을 발휘할 수 없게 된다. 상기 범위를 초과하면, 반응속도의 급작스런 상승 등으로 부반응물이 발생, 폴리머 칼라(Polymer Color) 불량 및 반응관 내부에서 폴리머의 겔(Geling)화 발생이 예상된다.
본 발명에서 사용되는 이소프탈산(IPA)은 폴리에스테르의 융점을 떨어뜨려 저융점 폴리에스테르 형성을 하기 위한 것으로 사용된다.
상기 이소프탈산의 함량은 15 ~ 40mol%로 사용될 수 있는 데, 함량이 15mol% 미만으로 사용되면 본 발명에서 요구되는 100℃이하, 바람직하게는 60~90℃의 스팀 에어(Steam Air)에서 접착 가공이 가능한 저융점 기능을 가지기 어렵고, 40mol% 초과하여 사용되면 접착강도 저하 요인으로 작용할 뿐 아니라 일반적으로 알려진 바와 같이 더 이상의 융점 저하 효과가 나타나지 않는다.
또한, 다른 산성분으로 첨가하는 아디프산(AA)은 공중합 폴리에스테르의 분자쇄 전체의 유동성을 증가시키고, 디올성분으로 포함되며 스팀 에어(Steam Air)가공시 분자구조상 높은 표면적을 가지고 있어 스팀 에어(Steam Air)에 의한 섬유 간 또는 목재 간 접착이 용이하고, 높은 접착 강도를 유지할 수 있으며, 분자쇄의 연성을 확보하여 바인딩 시에 인열특성을 개선시킨다. 이러한 아디프산(AA)의 함량은 1~20mol%로 사용될 수 있는 데, 함량이 1mol% 미만이면 목적하는 융점 저하 및 폴리에스테르의 유연성 증대 효과를 얻을 수 없으며, 20mol% 초과하면 공중합 폴리에스테르의 유리전이온도가 너무 낮아져 40℃이상의 유리전이온도를 얻을 수 없어 내열특성을 갖는 저융점 폴리에스테르로 사용하는데 한계가 있다.
한편, 본 발명의 디올성분으로 사용되는 1,4-부탄디올(BD)은 폴리에스테르의 융점을 떨어뜨려 저융점 폴리에스테르 형성에 유리하며, 분자쇄의 유동성이 우수하고 성형 가공성이 유리할 뿐아니라, 스팀 에어(Steam Air) 가공시 열접착 표면적이 높아 우수한 접착력을 가질 수 있다. 상기 1,4-부탄디올의 함량은 20 ~ 40mol%인 것이 바람직한데, 상기 1,4-부탄디올의 함량이 20mol% 미만이면 목적하는 성형 가공성이 우수한 저융점 폴리에스테를 얻을 수 없고, 40mol%를 초과하면 중축합 반응시에 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran;THF)의 다량 발생으로 열안정성 및 방사 시 조업성이 나빠질 우려가 있다.
또한, 디올성분으로 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함되는 데, 상기 1,4-사이클로헥산디메탄올 1mol% 미만에서는 목적하는 유리전이 온도 개선 효과를 보기 어렵고, 10mol%를 초과해서는 유리전이 온도 개선 효과는 높지만 습식가공이 어렵거나 습식 가공후 접착력이 저해되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 극한점도가 0.60~0.80인 것이 추후 기술할 100℃ 이하, 바람직하게는 60~90℃의 스팀 에어(Steam Air) 습식 접착 가공이 가능한 바인더 섬유가 제공될 수 있다. 극한 점도 0.60 미만에서는 100℃ 스팀 에어(Steam Air) 접착 가공 후 목적한 접착강도를 확보할 수 없고, 극한 점도 0.80 초과범위에서는 방사 안정성을 확보하기 어렵다.
그러나, 본 발명은 이러한 문제를 극복하고자 극한점도 0.8이하, 바람직하게는 0.60~0.80로 조절할 뿐만 아니라 상기의 낮은 극한점도에서 야기되는 바인더 수지의 낮은 접착성, 내열성과 형태안정성, 터프니스 문제를 극복하고자 본 발명에서는 폴리에스테르 공중합시에 산성분에 아디프산(AA), 디올성분에 1,4-부탄디올(BD)을 첨가하여 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 제조하는 것이다.
따라서, 이렇게 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지는 융점이 없고, 연화온도 60~100℃를 나타내며, 이러한 특징은 100℃ 이하 스팀 에어(Steam Air)에서도 습식 가공성이 가능하고, 우수한 접착성과 인열특성을 제공한다. 　　　　
또한 다른 구체예로 본 발명은 상기의 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유인 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제공한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 에스테르 반응물 준비단계(S100), 축중합단계(S200), 점도조절단계(S300)를 거쳐 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지에 복합방사단계(S500), 절단단계(S600)를 더 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법은 상기 방법으로 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계(S500);와 상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계(S600);를 포함한다.
구체적으로 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 전술한 방법으로 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 시스(Sheath)부, 융점 230~280℃인 일반 폴리에스테르 수지를 코어(Core)부로 구성하여 시스:코어=8:2~2:8, 바람직하게는 6:4~4:6으로 복합방사하는 것이 접착성과 촉감을 높일 수 있다. 또한, 연신비가 1.0~4.5, 바람직하게는 2.5~4.0인 것은 섬유가 절단되지 않도록 방사안정성을 제공할 수 있다. 또한, 섬도를 0.3~15 데니어(De), 바람직하게는 2~6 데니어, 길이 1~100mm가 되도록 조절하는 것은 접착성과 촉감을 높일 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃이하 스팀 에어(Steam Air)에 의한 습식 가공이 가능한 것을 특징으로 한다. 따라서, 기존 바인더 섬유가 100℃를 초과하는 드라이 힛팅(Dry Heating) 방식에 의한 열접착이 이루어지는 것에 비해 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 100℃ 이하의 낮은 스팀 에어(Steam Air)온도에서도 습식 열접착이 가능하여, 높은 에너지 절감과 생산성 확보가 가능하면 인체 안정성 높은 작업 환경이 가능하다. 또한, 스팀 에어(Steam Air)에 의한 습식 접착에도 접착력과 인열특성 및 우수한 촉감과 형태 안정성을 유지할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 기존의 섬유 간 접착용으로 사용될 뿐만 아니라 건축자재용 폴리에스테르 바인더, 특히 목재 단열재용 바인더로 사용되어 탁월한 접착성을 나타냄으로써 기존과는 다른 새로운 용도에 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1
저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조
산성분으로 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디프산(AA) (60/25/15, mol%)과 디올성분으로 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)/1,4-사이클로헥산디메탄올(CHDM) (65/30/5, mol%)을 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.1으로 조절하고, 250℃에서 1140토르(Torr) 압력 하에서 에스테르화 반응시켜 에스테르 형성물을 얻었고, 그 반응률은 97.5%였다. 형성된 에스테르 반응물을 축중합 반응기에 이송하고 여기에 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.02중량부, 테트라부탈 티타네이트 0.005중량부 및 반응성 인계난연제 2000ppm을 투입하여 최종압력 0.5토르가 되도록 서서히 감압하면서 280℃까지 승온하여 극한점도 0.67가 될 때까지 축중합반응을 수행하였다.
저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조
상기와 같이 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 시스(Sheath) 성분으로 사용하고, 코아(Core) 성분은 통상의 폴리에틸렌테레프탈산 칩(융점 260℃)을 사용하여 면적비 6:4, 연신비 3.5의 모노 4데니아로 방사하여 섬유장 길이 6mm의 복합섬유로 제조된 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 바인더 수지 및 섬유의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디프산(AA) (60/30/10, mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)/1,4-사이클로헥산디메탄올(CHDM) (60/30/10, mol%)으로 조절하고, 극한점도 0.65이 되도록 반응하였으며, 반응성 인계난연제 6000ppm 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 3
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디프산(AA) (74/25/1, mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)/1,4-사이클로헥산디메탄올(CHDM) (70/20/10, mol%)으로 조절하고, 극한점도 0.68이 되도록 반응하였으며, 반응성 인계난연제 12000ppm 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)(60/40,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)(100 mol%)로 조절하고, 극한점도 0.68이 되도록 반응하였으며, 인계난연제를 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 2
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA)/아디프산(AA)(30/50/20,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(BD)(50/50,mol%)로 조절하고, 극한점도 0.65가 되도록 반응하였으며, 인계난연제를 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 3
산성분을 테레프탈산(TPA)/이소프탈산(IPA) (50/50,mol%)과 디올성분을 에틸렌글리콜(EG)/1,4-부탄디올(75/25, mol%)로 조절하고, 극한점도 0.67 이 되도록 반응하였으며, 인계난연제를 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
하기의 표 1은 실시예 및 비교예의 폴리에스테르 바인더 수지의 공중합 조성비와 극한점도를 나타낸 것이다.

구 분
 공중합 조성비(mol%) 인계난연제
함량
(ppm)		 극한
점도
산성분 디올성분
TPA IPA AA EG BD CHDM
실시예 1 60 25 15 65 35 5 2000 0.67
실시예 2 60 30 10 60 30 10 6000 0.65
실시예 3 74 25 1 70 20 10 12000 0.68
비교예 1 60 40 - 100 - - - 0.68
비교예 2 30 50 20 50 50 - - 0.65
비교예 3 50 50 - 75 25 - - 0.67
※시험방법
1. 공중합 성분의 mol% 측정
저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조를 위해 첨가되는 공중합 성분의 mol%는 클로로포름과 트리플루오르아세트산(4:1)의 혼합용매에 용해하여 브루커(Bruker)사의 프로톤 핵자기공명분석장치(1H-NMR, 모델명:AMX-300)를 사용하여 측정하였다.
2. 극한점도(IV)측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 공중합 폴리에스테르를 오르쏘-클로로 페놀(Ortho-Chloro Phenol) 용매에 110℃ 온도에서 2.0g/25ml의 농도로 30분간 용융한 후, 25℃에서 30분간 항온하여 캐논(CANON) 점도계가 연결된 자동 점도측정 장치를 이용하여 측정하였다.
3. 융점, 유리전이온도 및 연화거동 측정
열시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)을 사용하여 20℃/분당 승온속도로 측정하였고, 융점이 존재하지 않을 경우는 동적 열특성 측정기(Perkin Elmer, TMA-7)기를 이용하여 연화거동을 측정하였다.
4. 접착성 평가
제조된 바인더 섬유를 6mm의 섬유장으로 절단 후, 목재 단열재용 재료에 혼입 후 90~100℃/60초로 스팀 에어(Steam Air) 조건에서 습식 접착에 의한 가공성 평가를 진행하여 ◎:매우우수, ○:우수, △: 보통, ×: 불량으로 평가하였다.
5. 촉감 평가
내부 전문가들이 손으로 만져서 상대적인 촉감을 비교하여 관능평가를 실시하여 ◎:매우우수, ○:우수, △: 보통, ×: 불량으로 평가하였다.
6. 한계산소지수(LOI)
KS M 3032 방법으로 실시예들과 비교예들의 한계산소지수(LOI)를 측정하였다.
아래의 표 2는 실시예 및 비교예의 열특성 및 기능평가를 나타낸 것이다.
구 분 융점
(℃)		 연화온도
(℃)		 유리전이온도(℃) 스팀가공성 접착성 방사성 촉감 LOI
실시예 1 - 69 46 ◎ ◎ ◎ ◎ 30
실시예 2 - 74 48 ◎ ◎ ◎ ◎ 32
실시예 3 - 81 52 ○ ○ ○ ○ 33
비교예 1 - 110 58 × × ○ × 21
비교예 2 - 65 36 ○ ○ × ○ 19
비교예 3 - 98 52 △ △ △ △ 20
표 2의 결과를 살펴보면, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 연화온도가 60~100℃로 측정된 것으로 보아, 100℃ 이하의 저온에서도 성형가공성이 우수한 것을 확인하였다.
또한, 접착성 평가에서 목재 단열재에 접착성이 우수한 결과로 보아, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유는 건축자재용, 특히 목재 단열재 등의 새로운 용도에도 적용할 수 있음을 확인하였다.
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.

Claims (10)

  1. 테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol% 및 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분 및 반응성 인계난연제를 에스테르반응 및 축중합하여 융점이 없고, 연화온도 60~100℃인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지는 극한점도가 0.60~0.80인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응성 인계난연제는 폴리에스테르 수지를 기준으로 인의 함량이 1,000~20,000ppm 첨가되는 것을 특징으로 하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지.
  4. 제1항 또는 제2항의 저융점 폴리에스테르 바인더 수지를 포함하는 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형의 복합섬유인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 바인더 섬유는 섬도 0.3~15 모노 데니어이고, 길이가 1~100mm인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 바인더 섬유는 스팀 에어(Steam Air)습식 가공으로 가공온도가 80~100℃ 인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 바인더 섬유는 건축자재로 사용되는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 건축자재는 목재 단열재인 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유.
  9. 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법에 있어서,
    테레프탈산 40~84 mol%, 이소프탈산 15~40 mol% 및 아디프산 1~20 mol%을 포함하는 산성분과 에틸렌글리콜 60~75 mol% 및 1,4-부탄디올 20~40 mol% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 1~10 mol%를 포함하는 디올성분 및 반응성 인계난연제를 혼합하되, 산성분과 디올성분의 반응비 1:1.1~1:2가 되도록 혼합하여 200~270℃, 700~1500토르에서 에스테르화 반응하는 에스테르 반응물 준비단계;
    　상기 에스테르 반응물에, 에스테르 반응물 100중량부에 대하여 삼산화 안티몬 0.01~0.04중량부, 테트라부틸 티타네이트 0.001~0.01중량부, 반응성 인계난연제를 첨가한 후 온도 250~300℃가 되도록 점차 승온하고, 0.1~1.0토르가 되도록 감압하면서 중합물을 형성하도록 중합반응하는 축중합단계; 및
    상기 축중합된 중합물의 중합반응을 지속하다가 극한점도가 0.60~0.80이 될 때 반응을 종결시키는 점도조절단계;
    를 포함하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 수지의 제조방법.
  10. 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법에 있어서,
    제9항의 방법으로 제조된 폴리에스테르 바인더 수지와 융점 230~280℃인 폴리에스테르 수지를 시스-코어 또는 사이드-바이-사이드 형으로 면적비 8:2~2:8, 연신비 2.0~4.5에서 섬도 0.3~15 모노 데니어의 섬유가 되도록 방사하는 복합방사단계; 및
    상기 복합방사된 섬유를 1~100mm로의 절단단계;
    를 포함하는 난연성을 갖는 저융점 폴리에스테르 바인더 섬유의 제조방법.
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KR20190013234A (ko) * 2017-08-01 2019-02-11 주식회사 휴비스 내열성이 향상된 결정성 저융점 폴리에스테르계 바인더 수지

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