KR20140101794A - 삼차원망상구조체 - Google Patents

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Abstract

팽창비가 전단속도에 의존하고, 전단속도 60.8sec-1에 대한 팽창비가 1.10~1.38, 전단속도 608sec-1에 대한 팽창비가 1.17~1.43, MFR 3~35g/10min, 밀도가 1.01~1.60g/cm3인 폴리에스테르로 제조되어, 필라멘트를 불규칙하게 접촉하여 얽히게 한 스프링 구조를 가지고, 압출 방향에 직교하는 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 갖춘 삼차원망상구조체. 또한, 상기 팽창비는 관내 지름 D1이 φ1.0mm,길이10mm의 모세관에서 용융된 열가소성 수지를 압출하여, 압출된 필라멘트를 냉각시키고, 필라멘트의 절단면의 직경을 D2로 할 때, 전단속도에 대해 D2/D1으로 나타낼 수 있다. 상기 삼차원망상구조체를 갖춘 매트리스 등은 개호용 침대 등의 형태에 따라 쉽게 구부리는 것이 가능하다.

Description

삼차원망상구조체{3-dimensional net materials}
본 발명은 쿠션, 소파, 침대 등에 사용하는 삼차원망상구조체에 관한 것이다.
무단 벨트(콘베이어 벨트)로 수지사를 말려들게 하는 것으로 공극을 가지는 삼차원망상구조체, 삼차원망상구조체의 제조 방법 및 제조 장치로 특허 문헌 1에 나타난 발명을 들 수 있다. 또 폴리에스테르을 재료로 하는 삼차원망상구조체로는 특허 문헌 2가 알려져 있다.
(특허 문헌 1)미국 특허 제 7625629호
(특허 문헌 2)미국 특허 제 7892991호
그렇지만, 개호용(간호용) 침대, 소파 타입 침대 등에 사용되는 매트리스로 이용할 경우, 침대의 변형에 따라 매트리스를 원활히 굽힐 필요성이 있다. 원재료의 종류가 폴리에스테르 등 특정 종류인 경우, 조직 표면의 밀도가 높기 때문에, 굽히려고 할 때 도중에 부분적으로 주름이 지거나, 접혀, 삼차원망상구조체의 조직이 부자연스럽게 변형되어 버려, 개호용 침대 등의 형상에 따라 원활히 굽히기 어려운 점이 있었다. 또한 의료, 개호의 현장, 일반적 요망으로의 간호사, 개호사의 부담을 경감시키기 위해서 더욱 가볍고 내구성이 좋은 매트리스를 제조하려고 하는 과제도 있었다.
따라서, 본 발명은 열가소성 수지로부터 구성된 삼차원망상구조체를 원활히 굽히는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전단속도에 팽창비가 의존하는 폴리에스테르로 제조되며, 필라멘트를 불규칙하게 접촉하여 얽히도록 결합시킨 컬 형태의 스프링 구조를 가지고, 압출 방향에 대해 횡방향으로 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 가지는, 선 지름은 φ0.2~1.3mm, 부피 밀도는 0.01~0.2g／cm３인 삼차원망상구조체이며, 상기 팽창비는 온도 210℃, 관내 지름D1은 φ1.0mm, 길이10mm의 모세관에서 용융된 상기 폴리에스테르를 압출하여, 압출된 해당 폴리에스테르의 상기 필라멘트를 냉각하여, 해당 필라멘트의 절단면의 직경을D2로 할 때, 전단속도에 대해 D2 /D1으로 표현된다.
전단속도의 영역 25~1000/sec에 달하는 상기 팽창비가 1.00~1.60인 것이 바람직하고, 1.10~1.50인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 팽창비는 보다 구체적으로 전단속도 60.8sec-1에 대한 팽창비가 1.10~1.38이며, 전단속도 122sec-1에 대한 팽창비가 1.12~1.39이며, 전단속도 243sec-1에 대한 팽창비가 1.15~1.42이며, 전단속도 608 sec-1에 대한 팽창비가 1.17~1.43이며, 전단속도가 1220sec-1에 대한 팽창비가 1.19~1.47인 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르의 용융 유동비(이하, MFR로 한다)가 3.0~35g／10min, 속도가 1.01~1.60g/cm3인 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르는 주로 결정성 방향족 폴리에스테르 단위로 된 고 융점 결정성 중합체 세그멘트(a)와, 주로 지방족 폴리에스테르 단위 및/혹은 지방족 폴리에스테르 단위로 된 저 융점 중합체 세그멘트(b)를 주요 구성 성분으로 하는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 팽창비와 밀도를 가지고 폴리에스테르를 원료로 하는 삼차원망상구조체를 제조하면, 삼차원망상구조체는 제조 중에 압출 방향으로 부피 밀도가 성긴 부분과 조밀한 부분이 번갈아 가면서 나타나는 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 가지게 된다. 이것에 의해 제조된 삼차원망상구조체는 압출 방향에 대해 적당히 휘기 쉽게 되어, 개호용(간호용) 침대와 소파 타입 침대 등에 사용되는 매트리스로서 사용하더라도, 삐걱거리는 소리가 나지 않고 원활히 굽히는 것이 가능하게 된다. 또한 본 발명에 의한 삼차원망상구조체를 매트리스 등에 사용하면 감촉이 부드러워 적절하다. 본 발명에 의한 삼차원망상구조체의 단열온도는 향상되고, 80도 이상의 온수에 세척, 건조해도 문제없다.
본 발명의 삼차원망상구조체는 쿠션, 소파, 침대(매트리스), 좌석(소파와 다른 경우) 등에 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 삼차원망상구조체의 팽창비의 전단속도 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 삼차원망상구조체의 용해 점도의 전단속도 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태인 삼차원망상구조체의 휜 상태의 측면 사진도이다.
도 4는 도 3에 나타난 삼차원망상구조체의 휘지 않은 상태의 측면 사진도이다.
도 5는 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추지 않은 비교 예의 삼차원망상구조체의 휘지 않은 상태의 측면 사진도이다.
도 6은 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추지 않은 비교 예의 삼차원망상구조체의 휘지 않은 상태의 다른 측면 사진도이다.
도 7은 줄무늬 모양 소밀구조를 갖춘 비교 예의 삼차원망상구조체의 휘지 않은 상태의 측면 사진도이다.
도 8은 도 7에 나타난 삼차원망상구조체의 휜 상태의 측면 사진도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태의 삼차원망상구조체의 표면층(외주의 짙은 망점 부분)을 갖춘 경우의 설명도이다. (a)가 사시도이고, (b)가 제조 시의 압출 방향에서의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태의 삼차원망상구조체의 양측 부분(양단의 짙은 망점 부분)의 부피밀도를 높인 경우의 설명도이다. (a)가 사시도이고, (b)가 제조 시의 압출 방향에서의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 삼차원망상구조체의 표면층(외주의 짙은 망점 부분)을 갖추고, 양측 부분(양단의 짙은 망점 부분)의 부피 밀도를 높인 경우의 설명도이다. (a)가 사시도이고, (b)가 제조 시의 압출 방향에서의 정면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태의 삼차원망상구조체를 좌식 의자에 이용한 경우의 부피 밀도의 설정 예를 나타낸 사시도이다. 긴 방향이 제조 시의 압출방향이다.
본 실시 형태는, 팽창비가 증가하는 특성을 갖는 폴리에스테르로 제조되어 필라멘트를 불규칙하게 접촉하여 얽히도록 결합시킨 컬 형태의 스프링 구조를 가지고, 압출 방향에 대하여 횡방향으로 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 가지는, 선 지름 φ0.2~1.3mm, 부피 밀도 0.01~0.2g/cm3인 삼차원망상구조체이다. 여기서 말하는 팽창비는 온도 210℃, 관내 지름 D1이φ1.0mm, 길이 10mm의 모세관에서 용융된 폴리에스테르를 압출시켜, 압출된 폴리에스테르의 필라멘트를 냉각하고, 필라멘트의 절단면의 직경을D2로 했을 때, 전단속도에 대해D2/ D1로 표현된다. 전단속도의 영역 25~1000/sec에 대해 팽창비가 1.00~1.60인 것이 바람직하고, 1.10~1.50인 것이 보다 더 바람직하다.
본 발명은 소정의 팽창비, MFR, 밀도를 갖춘 열가소성 수지를 원료로 하는 것으로, 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 형성하여, 그것을 갖춘 삼차원망상구조체의 휨 정도를 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에서는 열가소성 수지 원료로 폴리에스테르를 사용하며, 주로 결정성 방향족 폴리에스테르 단위로 된 고 융점 결정성 중합체 세그멘트(a)와, 주로 지방족 폴리에스테르 단위 및/혹은 지방족 폴리에스테르 단위로 된 저 융점 중합체 세그멘트(b)를 주요 구성성분으로 하는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)인 것이 바람직하다. 삼차원망상구조체의 원료인 폴리에스테르의 밀도는 1.01~1.60g/cm3인 경우가 바람직하고, 1.05~1.20g/cm3인 경우가 보다 바람직하다. 또한 이 폴리에스테르의 MFR은 3.0~35g/min인 것이 바람직하다. 폴레에스테르 블록 공중합체(A)에 대해서 보다 자세하게는 이하에서 설명한다.
본 발명에 사용된 폴레에스테르 블록 공중합체(A)의 고 융점 결정성 중합체 세그멘트(a)는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 특별히 한정되지 않으나, 방향족 디카르복시산 혹은 이의 에스테르 형성성 유도체와 지방족 디올로 형성된 폴리에스테르가 바람직하고, 테레프탈산 및/혹은 디메틸 테레프탈레이트 1, 4-부탄디올로부터 유도되는 폴리부틸렌 테레프탈레이트가 보다 바람직하다. 더욱이 그 외에 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌-2, 6-디카르복시산, 나프탈렌-2, 7-디카르복시산, 디페닐-4, 4'디카르복시산, 디페녹시에탄 디카르복시산, 5-술포 이소프탈산, 혹은 이들의 에스테르 형성성 유도체 등의 디카르복시산 성분과, 분자량 300 이하의 디올, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 트리 메틸렌 글리콜, 펜타 메틸렌 글리콜, 헥사 메틸렌 글리콜, 네오 펜틸 글리콜, 데카 메틸렌 글리콜 등의 지방족 디올, 1, 4-시클로헥산 디메탄올, 트라이싸이클로 데케인 다이메탄올 등의 지환식 디올, 크실렌 글리콜, 비스 (p-히드록시) 디 페닐, 비스 (p-히드록시 페닐) 프로판, 2, 2-비스[4-(2-히드록시 에톡시)페닐]프로판, 비스[4-(2-히드록시) 페닐]술폰, 1, 1-비스[4-(2-히드록시 에톡시)페닐]시클로 헥산, 4, 4'-디 히드록시-p-터페닐, 4, 4'-디히드록시-p-쿼터페닐 등의 방향족 디올 등에서 유도된 폴리에스테르, 혹은 이들의 디카르복시산 성분 및 디올 성분을 2종 이상 병용한 공중합 폴리에스테르를 포함하여도 좋다.
본 발명에 사용되는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)의 저 융점 중합체 세그먼트(b)는, 지방족 폴레에스테르 단위 및/또는 지방족 폴리에스테르 단위로 구성된 저 융점 중합체 세그먼트라면, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한 특별히 한정하지 않는다. 상기 지방족 폴리에테르의 사용 가능한 예로는 폴리(에틸렌 옥사이드)글리콜, 폴리(프로필렌 옥사이드)글리콜, 폴리 (테트라 메틸렌 옥사이드)글리콜, 폴리(헥사 메틸렌 옥사이드)글리콜, 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 공중합체, 폴리(프로필렌 옥사이드)글리콜의 에틸렌 옥사이드 부가 중합체, 에틸렌 옥사이드와 테트라 히드로 푸란의 공중합체를 들 수 있다. 상기 지방족 폴리 에스테르의 사용 가능한 예로는 폴리 (ε-카프로 락톤), 폴리에난토렉톤, 폴리케프리로렉톤, 폴리 부틸렌 아디페이트, 폴리에틸렌 아디페이트 등을 들 수 있다. 이들 지방족 폴리에스테르 및/혹은 지방족 폴리에스테르 중, 얻을 수 있는 폴리에스테르 블록 공중합체의 탄성 특성으로 폴리(테트라 메틸렌 옥사이드)글리콜, 폴리(프로필렌 옥사이드)글리콜의 에틸렌 옥시드 부가물, 폴리(ε-카프로 락톤), 폴리부틸렌 아디페이트, 폴리에틸렌 아디페이트 등이 바람직하다. 또한 이들의 저 융점 중합체 세크멘트의 평균적 분자량은 공중합 된 상태에는 600이상, 400이하 정도인 것이 이상적이다. 본 발명에 사용된 폴리에스테르 블록 공중합체(A)의 저 융점 중합체 세그멘트(b)의 공중합량으로는, 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 10~90중량 % 정도가 바람직하고, 30~85 중량% 정도가 더욱 바람직하며, 50~80중량% 정도가 아주 바람직하다. 저 융점 중합체 세그먼트(b)의 공중합량이 10 중량 %미만인 경우, 유연성, 굴절 피로성이 악화된다. 한편, 저 융점 중합체 세그멘트(b)의 공중합량이 90중량%를 넘으면, 기계적 물성, 고온 특성, 내유성 및 내 약품성이 충분히 발현하지 않는다.
본 발명에 사용되는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)로는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는한 특별히 한정되지 않으며, 시판 제품을 사용하는 것도 가능하다. 시판 제품으로는 예를들면, 도레이＊듀폰사 제조「하이트 렐」(등록 상표), 도요 방적사 제조 「펠프렌」(등록상표), 미쓰비시 화학사 제조「프리마로이」(등록상표), 일본 합성화학 공업사 제조 「폴리에스터」(등록상표)를 들 수 있다. 구제적으로는 하이트 렐 G3548L, 3046, 4057WL20, 4057N, 4047N, 4767N을 , 5557, 6347, 7247, 2571, 2751, 5557M, 6347M, 7247M, 4275BK, 7247R09 및 7237F (이상, 도레이＊듀폰 사 제조), 펠프렌의 40H, P40B, P30B, P40BU, P40U, P48U, P55U, P55B, P90BD, P80C, S1002, S2002, S3002, S6002 및 S9002 등(이상, 도요 방적사 제조), 프리마로이의 A1500N, A1600N, A1700N, A1800N, A1900N, A1606C, A1706C, A1602N, A1704N, A1610N, A1710N, B1902N, B1900N, B1903N, B1910N, B1920N, B1922N, B1932N, B1942N, B1600N, B1700N, B1800N 및 B1921N 등(이상, 미쓰비시 화학사 제조), 그리고 폴리에스터의 SP-154, SP-160, SP-176, SP-165, SP-170, SP-185, WR-901, WR-905, WR-960, TP-220, TP-217, TP- 290, TP-249, LP-033, LP-011, LP-035, LP-050, TP-235, TP-293과 TP-219 (이상, 일본 합성화학 공업사 제조) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 사용되는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)는 공지된 방법 중 하나에 의해 제조 될 수 있다. 예를 들면, 디카르복시산의 저급 알콜 디에스테르, 과잉량의 저분자량 글리콜, 및 저 융점 중합체 세그멘트 성분을 촉매의 존재 하에서 에스테르 교환반응을 일으켜, 얻어진 반응 생성물을 중축합하는 방법, 혹은 디카르복시산과 과잉량의 글리콜 및 저 융점 중합체 세그멘트 성분을 촉매의 존재 하에서 에스테르 화 반응을 유발하고, 생성된 반응 생성물을 중축합시키는 방법, 그리고 고 융점 결정성 세그먼트와 저 융점 중합체 세그먼트를 연계하여 잇는 방법 등을 들 수 있으며, 폴리(ε-카프로락톤)를 저 융점 중합체 세그먼트에 사용할 경우, 고 융점 결정성 세그멘트에ε-카프로락톤 모노머를 부가 반응시키는 방법 등을 들 수 있다.
삼차원망상구조체의 상세한 제조방법은 특허문헌 1, 2 등을 참조하라. 본 발명은 외주 부분에 다른 부분보다도 부피 밀도가 높은 표면층을 갖는 삼차원망상구조체(도 9 참조)에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 양측 부분의 부피 밀도를 다른 부분 보다도 높인 삼차원망상구조체(도 10 참조)에도 적용 가능하다. 더욱이, 본 발명은 표면층을 갖추고, 양측 부분의 부피 밀도를 다른 부분 보다도 높인 삼차원망상구조체(도 11 참조)에도 적용 가능하다. 삼차원망상구조체의 부피 밀도는 0.01~0.2g/cm3인 것이 바람직하지만, 표면층 등, 부피 밀도를 크게 한 부분에 대해서는 부피 밀도를 바꾸지 않아도 무관하다.
팽창비는 용융된 수지를 가는 원통관인 모세관에서 압출할 때, 압출된 수지의 직경을 모세관의 직경으로 나눈 수치로, 전단속도에 의존한다. 여기서는, 용융된 열가소성 수지를 필라멘트로 압출해 내는 모세관의 직경(관내 직경)을D1, 압출된 필라멘트의 절단면의 직경을D2라고 하면, 팽창비는D2/ D1으로 표현된다. 이하에서는 팽창비의 전단속도 의존성과 관련된 것으로, 용융점도의 전단속도 의존성에 관련된 측정실험에 대하여 설명한다. 시료 A는 상술한 하이트렐 3046을 사용하고, 시료 B는 상술한 하이트렐 4057N을 사용하고, 시료C는 상술한 하이트렐 4057WL20을 사용한 것이다. 시료A~C는 모두 본 발명의 실시품인 폴리에스테르이다.
팽창비의 측정 방법, 측정 장치에 대하여 설명한다. 팽창비의 측정 장치는 용융 유동비(MFR)를 측정하는 멜트 인덱스(MI)와 같은 측정 장치를 이용한다. 여기서는 캬피로 그래프 1D(동양정기 제품)를 사용했다. 온도 210℃, 관내 지름D1이 φ1.0mm, 길이 10mm의 모세관의 위에서 압력을 가해, 압출량 3g/10min으로 원료 수지를 압출한다. 압출된 원료 수지의 필라멘트를 알콜로 냉각하고, 횡단면으로 절단한 필라멘트의 직경을D2로 한다. 팽창비= D2/ D1로 계산한다. 원료 수지의 전단속도 별로 팽창비를 측정했다.
팽창비와 전단속도의 관계를 설명한다. 팽창비는 전단속도에 의존하며, 전단속도가 증가하면 팽창비도 증가한다. 전단속도는 전단 변형의 시간적 변화를 나타내는 것으로, 속도 경사와 같다. 서로 a(cm) 간격을 둔 2개의 평행한 층의 속도차가 b(cm/sec)인 경우, 전단속도는 b/a(1/sec)가 된다.
겉보기 전단속도의 계산식은 다음의 식과 같다. 본 명세서에서는 전단속도로서 평균적인 수치인 겉보기 전단속도를 사용한다.
γ=4Q/πr3
γ는 겉보기 전단속도(sec-1), r은 모세관 직경(cm), Q는 유동비(cm3/sec)이다.
또한, 겉보기 전단응력을 τ, 겉보기 용융점도를 η으로 두면,
η=τ/γ
여기서는 측정온도를 210℃로 하고, 모세관의 길이 L과 직경 D1과의 비가 L/ D1=10mm/φ1.0mm의 플랫노즐을 사용했다. 측정기는 동양정기 제품의 캬피로 그래프를 사용했다.
표 1에 팽창비의 전단속도 의존성에 관한 측정 결과를 나타낸다. 또한 표 1에 대한 그래프를 도 1에 나타낸다. 도 1의 그래프는 전단속도의 증가에 동반해 팽창비가 증가하는 경향을 나타내고 있다. 시료 A에 대해서는, 전단속도 608sec-1에서 1220sec-1인 경우에 팽창비가 1.31에서 1.29로 감소하나, 전체적으로 팽창비가 증가하는 경향이 있는 것에는 변함이 없다. 본 발명은 구체적인 측정에 의한 측정 오차 등에 의해, 전단속도의 증가에 대한 팽창비가 예외적으로 감소하는 경우가 있더라도 적용되는 것으로 한다.
팽창비의 바람직한 범위는, 전단속도가 60.8sec-1에서는 팽창비가 1.10~1.38이고, 전단속도가 122sec-1에서는 팽창비가 1.12~1.39이고, 전단속도가 243sec-1에서는 팽창비가 1.15~1.42이고, 전단속도가 608sec-1에서는 팽창비가 1.17~1.43이고, 전단속도가 1220sec-1에서는 팽창비가 1.19~1.47이다. 팽창비가 바람직한 범위에 있으면, 도 3, 도 4에 나타난 대로 압출 방향과 직교하는 방향으로 입체 줄무늬 모양 소밀구조가 형성되어, 휘기 쉬운 삼차원망상구조체를 만드는 것이 가능하다.
제품 전단속도 별 팽창비
60.8 122 243 608 1220 2430 6080 12200
A 1.25 1.27 1.28 1.31 1.29 1.32 1.35 1.38
B 1.26 1.28 1.30 1.30 1.33 1.36 1.38 1.42
C 1.16 1.21 1.24 1.26 1.26 1.27 1.29 1.31
표 2에 용융점도의 전단속도 의존성에 관한 측정결과를 나타낸다. 또한 표 2에 대응하는 그래프를 도 2에 나타낸다. 도 2의 그래프는 감소곡선을 나타낸다.
제품 전단속도 별 용융점도(Pa.s)
60.8 122 243 608 1220 2430 6080 12200
A 408 347 312 238 183 132 77.7 48.5
B 540 473 402 292 217 151 86.6 54.2
C 930 734 549 360 248 175 96.7 59.6
일반적으로 폴리머와 같은 유기 고분자량물은 유동 시에 분자의 얽힘을 발생시키고, 이 얽힘은 유동 시의 전단력에 의해 얽힌 것이 풀리기 쉽게 되기 때문에, 표 2에 나타난대로 전단속도가 클수록 용융 점도는 저하된다. 이와 같이 용융 점도가 저하되면 팽창비가 적어지는 효과도 있지만, 팽창비는 압출 압력의 영향을 보다 크게 받기 쉽기 때문에, 표 1에 나타난 대로 전단속도가 클수록 팽창비가 크게되는 경향이 있다.
삼차원망상구조체의 제조에 따른 팽창비 D2/D1의 제어에 대해 설명한다. 표 1에서 알 수 있듯이, 전단속도를 크게 할수록, 즉 압출 속도를 크게 할수록 팽창비는 커진다. 전단속도를 일정하게 한 경우를 생각해 보면, MFR가 적은 원료일수록 팽창비는 커진다. 또한, 전단속도를 일정하게 한 경우, 성형 온도를 낮출수록 팽창비는 커진다. 전단속도, 원료와 성형온도를 일정하게 한 경우, 인취 속도를 작게할수록 팽창비는 커진다. 또한 에어갭(모세관과 냉각수면과의 거리)를 작게하면, 팽창비는 커진다. 모세관의 길이 L과 직경D1 과의 비L/D1을 크게 하면, 팽창비는 커진다.
본 발명 실시 형태에 의한 삼차원망상구조체의 반발력에 대해 설명한다. 삼차원망상구조체의 반발력은 재료의 팽창비와 부피 밀도의 크기에 의해 변화한다. 반발력은 φ150mm의 원판을 끼워 시료를 10mm 압축한 경우에 가해지는 하중에 의해 측정했다. 여기에서는 시료로 사용되는 매트리스의 중앙에 하중을 가해, 매트리스가 10mm, 20mm, 30mm 가라앉을 때에 가해지고 있는 힘을 반발력으로 각각 측정했다. 사용한 측정 용기는 주식회사 이마다 제품의 디지털 포스 게이지 ZPS와 로드셀 ZPS-DPU-1000N이다. 인취기의 인취속도 등의 제조 조건이 동일한 경우, EVA를 원재료로 하는 삼차원망상구조체의 제품과 비교해, 본 발명 실시 형태에 의한 팽창비, 밀도를 가지는 원료수지의 삼차원망상구조체에서는 8만회 반복, 50% 압축시험으로 50% 이하의 오목함을 보였다. 삼차원망상구조체의 제조 시, 수지 유동 방향으로 섬유가 줄무늬 모양 조밀구조가 되어, 반발력의 저하가 50% 이상 적어진다. 제품 중량도 동일한 반발력으로 10% 이상, 경량화하는 것이 가능하다.
본 발명 실시 형태에 있어서, 삼차원망상구조체의 표면층을 갖춘 경우, 표면층의 부피 밀도가 크면 굽혀지지 않거나 굽히기 어렵다. 삼차원망상구조체를 쉽게 굽혀지게 하기 위해서는 표면층의 두께를 0.3~3.5mm로 하는 것이 바람직하다. 또한 표면층의 두께를 0.3~3.5mm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 표면층의 무게 범위가 0.1~1.6g(종 30mm X 횡30mm X 두께4mm로 계량. 부피 밀도로 환산하면 0.028~0.444g/cm3), 표면층의 필라멘트의 지름이 φ0.1~2.0mm인 것이 바람직하다. 특히, 삼차원망상구조체의 표면층의 무게 범위가 0.3~1.5g(동일하게 부피 밀도로 환산하면 0.083~0.417g/cm3), 표면층의 필라멘트 지름이 φ0.2~1.3mm인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 삼차원망상구조체의 표면층의 무게 범위가 0.5~1.2g(동일하게 부피 밀도로 환산하면 0.139~0.333g/cm3), 표면층의 필라멘트의 지름이 φ0.3~0.9mm인 것이 바람직하다.
본 발명 실시 형태의 삼차원망상구조체는 접기 쉽고, 접어도 삐걱거리는 소리가 나지 않는다. 또한, 본 발명 실시 형태의 삼차원망상구조체는 감촉이 부드러워 매트리스 등에 적합하다. 더욱이 본 발명의 실시 형태의 삼차원망상구조체는 내열 온도가 향상되기 때문에, 80도 이상의 온수에 세척, 건조해도 문제가 없어, 청결한 상태를 유지하는 것도 용이하다.
도 3, 4는 본 발명 실시 형태의 삼차원망상구조체의 휜 상태 혹은 휘지 않은 상태를 나타내며, 도 5~8은 종래품 비교 예의 삼차원망상구조체의 휜 상태 혹은 휘지 않은 상태를 나타낸다. 본 발명 실시 형태에 의한 삼차원망상구조체는 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추고(도 4참조), 그에 더한 휜 상태에서도 휜 부분의 내측에 주름이 발생하지 않는다(도 3 참조). 한편, 종래품은 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추지 않으며, 휜 상태에서 휜 부분의 내측에 불규칙한 주름이 발생해 버린다. 이와 같은 주름은 3차원망상구조체를 침대의 매트리스 등에 사용한 경우, 사용감을 저하시키는 요인이 되며, 또한 제품의 열화를 앞당기게 된다. 따라서 본 발명의 실시 형태에 의한 삼차원망상구조체를 사용함으로써 불규칙한 주름의 발생을 방지하고 이와 같은 문제점을 해결하는 것이 가능하다.
또한 종래, 인취기의 인취 속도를 빠르게 하거나 느리게 하는 것에 의해, 소밀한 구조를 갖춘 삼차원망상구조체를 제조하는 것도 가능했지만, 그로 인해 만들어진 소밀한 구조는 도 7에 나타난 대로, 소밀의 반복 단위가 불규칙하거나 커져버려 원활하게 휘게 하는 것이 어렵고, 도 8에 나타난 대로 불규칙한 주름이 발생해 버린다. 또한 이와 같은 종래의 방법으로는 인취기의 속도 조정에 의해 생산효율의 저하를 초래했다. 그러나 본 발명 실시 형태에 의해, 상기의 팽창비와 밀도를 가지는 폴리에스테르를 원료로 하면, 소밀의 반복 단위가 적절한 입체망상구조체를 형성하는 것이 가능해, 생산효율의 저하를 초래하지 않고, 원활하게 휘게 하는 것이 가능한 삼차원망상구조체를 제조하는 것이 가능하게 된다. 더욱이 본 발명 실시 형태는 인취기의 인취 속도가 일정한 경우에 적용 가능한 것은 물론이거니와, 인취기의 인취 속도를 빠르게 하거나 느리게 하는 경우에도 적용 가능해, 보다 다채로운 성질의 삼차원망상구조체를 제조하는 것에 기여한다.
일반적으로 표면층을 갖춘 삼차원망상구조체는 휘기 어려워, 휨 중량을 크게 하면 불규칙한 주름이 발생해 버린다. 그러나 본 발명 실시 형태는 도 9에 나타난 대로 표면층을 갖춘 삼차원망상구조체에 대해서도 적용하는 것이 가능해, 그렇게 하는 것으로 종래보다 휘기 쉽게 되며, 또한 굽혔을 때 주름이 발생했다고 하더라도 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추는 것에 의해, 조직이 부자연스럽게 변형되는 것이 없어져, 입체 줄무늬 모양 소밀구조에 따른 불규칙한 줄무늬가 되어, 상기와 같은 사용감의 저하와 제품 열화를 최소화 할 수 있다. 또한, 입체 줄무늬 모양 소밀구조에 의해, 물의 흐름, 물 빠짐이 양호하여 건조가 빠르기 때문에, 본 발명 실시 형태에 의한 삼차원망상구조체를 의료용 매트리스 등에 사용하면 세척이 용이해져 편리하다.
또한, 양측 부분의 부피 밀도를 높인 삼차원망상구조체도 휘기 힘들어 지지만, 본 발명 실시 형태는 그와 같은 삼차원망상구조체에 대해서도 적용하는 것이 가능하다(도 10 참조). 이에 의한 삼차원망상구조체를 의료용 매트리스에 적용하면, 매트리스를 휘게 하는 것에 의해 장시간 앉아있는 자세를 보조하는 것이 가능하고, 양측 부분이 딱딱한 것으로 인해, 신체를 안정시켜 침대에서 일어나는 것이 가능하며, 또한 침대의 끝에 걸터앉는 단좌가 쉬워진다. 더욱이 본 발명 실시 형태는 표면층을 갖추고 양측 부분의 부피 밀도를 높인 삼차원망상구조체에도 적용하는 것이 가능하다(도 11 참조).
본 발명 실시 형태는 만곡한 형태를 갖춘 입체망상구조체를 제조할 때에도 적용하는 것이 가능해, 좌석용 쿠션 등에 사용하는 것도 알맞다. 입체망상구조체로 이루어진 좌석용 쿠션은 입체 줄무늬 모양 소밀구조를 갖추게 되어 알맞게 휘게 하는 것이 가능해, 경량이면서도 통기성을 풍부하게 만드는 것이 가능하다. 입체 줄무늬 모양 소밀구조 중 공극률이 특히 큰 성긴 부분은 밀한 부분에 비해 통기성이 양호하기 때문에, 이와 같은 좌석용 쿠션에 소독제, 소취제를 분무할 때에도 용이하게 전체에 균질하게 퍼트리게 되어 효율적이다.
본 발명 실시 형태에 의한 입체망상구조체를 좌석용 쿠션 등에 사용하는 경우, 입체 줄무늬 모양 소밀구조에 의한 울퉁불퉁한 감이 착좌면에 나타나는 점을 고려할 수 있다. 이와 같은 점이 문제가 되는 경우에는, 입체망상구조체에 표면층을 갖추는 것으로 이를 완화시키는 것이 가능하다. 또한 본 발명 실시 형태에 의한 입체망상구조체와 타 재질과 동 재질의 적층재를 접착, 열성형하는 것도 가능해, 이에 의해 그와 같은 착좌면의 문제를 해결하는 것도 가능하다.
입체망상구조체를 자동차용 좌석 등에 사용하는 경우, 통상의 입체망상구조체로는 휘게 하는 것이 어렵기 때문에, 좌부 및 의자 등받이 부분은 각각 따로 성형한 입체망상구조체에 의해 구성되게 된다. 그러나 본 발명 실시 형태의 입체망상구조체는 휘게 하는 것이 용이하기 때문에, 한 장의 입체망상구조체를 접어 굽혀, 좌부 및 의자 등받이 부분을 형성하는 것이 가능하다. 이 때, 본 발명 실시 형태에 의해 입체 줄무늬 소밀구조를 형성하는 것과 동시에, 더욱이 인취 속도를 높이거나 느리게 하는 것으로, 보다 크게 부피 밀도를 조절하거나 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 12에 나타난대로, A의 구간은 큰 부피 밀도로 형성하여 좌부로 하고, B의 구간은 작은 부피 밀도로 형성하여 좌부와 의자 등받이 부분 사이의 휘는 부분으로 하며, C의 구간은 휘게 하는 부분 보다는 크고 좌부 보다는 작은 부피 밀도로 형성하여 의자 등받이 부분으로 하는 것이 가능해, 앉기 편한 좌식 의자로의 성능을 충족시키면서, 일체적 입체망상구조체의 제조와 맞붙이기의 간소화로 비용 절감에 도모한다.
원료의 폴리에스테르에 향균제, 난연제, 불연재를 혼합하면, 비중, 점도가 변해 휘기 어려운 삼차원망상구조체가 되지만, 본 발명 실시 형태는 그와 같은 첨가물을 원료로 더하더라도 적용가능하다. 따라서, 불연, 난연, 향균 기능을 갖추고 더욱이 입체 줄무늬 소밀구조를 갖추는 것에 의해 휨 현상을 향상시킨 삼차원망상구조체를 제조하는 것도 가능하게 된다. 또한 원료로 폴리에스테르를 사용하는 것으로 인해, 예를 들면, 폴리에텔렌을 사용하는 경우에 비해, 내구성이 향상되어 주저 앉기 힘들게 하며, 또한 내열 온도가 높아진다.
삼차원망상구조체를 측정 시료로, 이것을 제조하기 위해 사용한 압출기, 인취기의 모든 조건과 삼차원망상구조체가 양호하게 휠 때의 부피 밀도와의 관계에 대해 설명한다. 스크류 지름 40mm의 압출기로 모세관 지름(노즐 지름) φ1.0mm 의 구금을 사용하여, 두께 70mm , 폭 460mm 의 삼차원망상구조체를 제조했다. 스크류의 회전수 70r.p.m(압출량 매 시 약 16kg)의 경우, 삼차원망상구조체가 양호하게 휘는 인취 속도 및 부피 밀도를 범위로 나타내면, 인취기의 인취 속도 2.5mm /sec, 부피 밀도 0.0635g/cm3 보다 작은 범위가 되었다. 예를 들면, 스크류의 회전수70r.p.m, 인취기의 인취속도 2.3mm /sec, 부피 밀도 0.0690g/cm3의 경우, 삼차원망상구조체를 휘게한 경우에 표면에 주름이 잡혔다. 스크류의 회전수70r.p.m, 인취기의 인취속도 2.5mm /sec, 부피 밀도 0.0635g/cm3인 경우, 삼차원망상구조체는 양호하게 휘어졌다. 단, 표면층을 갖춘 경우, 삼차원망상구조체가 양호하게 휘는 표면층의 부피 밀도 및 필라멘트의 지름의 범위는 부피 밀도가 0.1~1.6g/cm3, 필라멘트의 지름이 φ0.3~1.2mm이 되었다. 이 범위의 부피 밀도 및 필라멘트의 지름의 조합으로 노즐 지름과 노즐 구멍 수 등에 의해 두께 방향에 따른 부피 밀도를 변화시킨 삼차원망상구조체를 만들어도 양호하게 휘게하는 것이 가능하다.
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Claims (4)

  1. 전단속도에 팽창비가 의존하는 폴리에스테르로 제조되며, 필라멘트를 불규칙하게 접촉하여 얽히게 한 컬 형태의 스프링 구조를 가지고, 압출 방향에 대해 횡방향으로 입체 줄무늬 모양 조밀구조를 갖고, 선 지름 φ0.2~1.3mm, 부피 밀도 0.01~0.2g/cm3인 삼차원망상구조체.
    여기서, 상기 팽창비는 온도 210℃, 관내 지름 D1이 φ1.0mm, 길이 10mm의 모세관에서 용융된 상기 폴리에스테르를 압출하여, 압출된 해당 폴리에스테르의 상기 필라멘트를 냉각시키고, 해당 필라멘트의 절단면의 직경을 D2로 했을 때, 전단속도에 대해 D2/D1로 나타냄.
  2. 1항에 있어서, 전단속도의 영역에 대한 상기 팽창비는 1.00~1.60, 바람직하게는 1.10~1.50인 입체망상구조체.
  3. 2항에 있어서, 상기 폴리에스테르의 전단속도 60.8sec-1에 대한 팽창비는 1.10~1.38이고, 전단속도 122 sec-1에 대한 팽창비는 1.12~1.39이며, 전단속도 243 sec-1에 대한 팽창비는 1.15~1.42이고, 전단속도가 608 sec-1에 대한 팽창비는 1.17~1.43이고, 전단속도 1220 sec-1에 대한 팽창비는 1.19~1.47인 삼차원망상구조체.
  4. 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 주로 결정성 방향족 폴리에스테르 단위로 된 고 융점 결정성 중합체 세그멘트(a)와, 주로 지방족 폴리에스테르 단위 및/혹은 지방족 폴리에스테르 단위로 된 저 융점 중합체 세그멘트(b)를 주요한 구성성분으로 하는 폴리에스테르 블록 공중합체(A)인 삼차원망상구조체.
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