KR20150074374A - 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열이 주어진 상황에서 부직포의 신율이 우수하여 고온의 성형공정과 같이 열 성형성이 요구되는 카펫 기포지용으로 사용가능한 폴리에스테르계 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 코폴리에틸렌테레프탈레이트에서 융점을 40 ℃ 이상 낮출 경우 냉각속도가 느려지고 냉각길이가 길어져 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 동시 방사시 코폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 냉각문제가 상존하였으나, 본 발명에 따른 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 폴리부틸렌테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트(dimethyl isophthalate, DMI)를 소량 첨가하여 폴리부틸렌테레프탈레이트의 융점을 낮춤으로써 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 동시 고속방사가 가능하면서 방사성이 우수한 부직포를 제조할 수 있으며, 또한 열간에서의 신율이 우수한 부직포를 제공할 수 있다.

Description

열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법{Improved Thermoform Spunbonded Nonwoven for Primary Carpet Backing, and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 열이 주어진 상황에서 부직포의 신율이 우수하여 고온의 성형공정과 같이 열 성형성이 요구되는 카펫 기포지용으로 사용가능한 폴리에스테르계 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
스펀본드 부직포는 생산성이 높고 고강력 및 저후도의 특성이 있어서 산업적으로 많은 분야에 이용되고 있는데, 강도 및 배수성이 우수하다는 점에서 토목 및 건축 용도에 사용되기도 하고 가격 대비 우수한 내구성을 갖는다는 점에서 자동차내장용으로도 많이 사용되고 있다.
특히, 스펀본드 부직포가 우수한 형태안정성과 먼지입자 포집능력을 갖는 것이 밝혀져 필터 소재로도 많이 사용되고 있으며, 고강도를 가지고 균제도가 우수하면서 고온 형태안정성이 뛰어난 점을 이용하여 각종 터프팅(tufting) 카펫의 1차 기포지(primary tufting carpet backing)용으로도 많이 사용되고 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 소재의 스펀본드 부직포는 용도 중에서 카펫 기포지로 제조하기가 까다롭다고 알려져 있는데, 카펫 기포지는 카펫사를 부직포 상에 이식하는 터프팅 공정 중에 니들(needle)이 부직포를 관통하게 되고, 이때 부직포를 구성하는 필라멘트 섬유들이 손상 또는 파손되어 강도, 신도, 인열강도와 같은 부직포의 물성치들이 하락하는 문제가 발생한다.
일반적으로 터프팅 카펫의 1차 기포지로 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 스펀본드 부직포를 구성하는 필라멘트는 한 가지 이상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 사용하는데, 용융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트에 아디프산(adipic acid)이나 이소프탈산(isophtalic acid)을 첨가하여 용융점이 그보다 낮게 중합된 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한다.
또한, 각각의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트를 방사하여 이들이 혼재되어 있는 형태인 혼섬방사(matrix & binder)와 두 가지 종류의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 동일 필라멘트 제조에 사용하는 복합방사(sheath & core / side by side) 등의 형태가 주를 이루고 있다.
또한, 니들에 의해 카펫사가 이식된 부직포는 백 코팅(back coating)을 통해 초산에틸비닐(ethyl vinyl acetate, EVA), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC)계 성분이 후면에 코팅되고, 이후 몰딩기에서 특정 형태로 성형된다.
이러한 스펀본드 부직포를 얻기 위한 방법은 한국등록특허공보 제10-1079804호에 개시되어 있으며, 상기 발명은 저융점의 코폴리에스테르를 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 일반 폴리에스테르와의 혼섬방사를 통해 저융점의 코폴리에스테르 섬유와 일반 폴리에스테르 섬유가 혼합되어 있는 웹을 형성시킨 후 상기 웹의 열접착 공정을 통해 상기 저융점의 코폴리에스테르 섬유를 용융시킴으로써 카펫 기포지로 적용 가능하도록 하여 부직포의 인장강도 등의 물성을 향상시키고자 하였다.
그러나 상기 부직포는 카펫 기포지로서의 열간 신율이 부족하여 170 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 예열된 상태에서 상온의 몰딩기로 성형하는 공정에서 부직포가 터지는 문제가 종종 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 열간 신율을 증가시키고자 아디프산이나 이소프탈산의 함량을 더 증가시킬 경우 코폴리에스테르의 냉각시간이 현저하게 증가하여 냉각장이 길어지며, 일반 폴리에스테르와의 냉각길이와의 편차가 커져 혼섬방사 또는 복합방사의 형태로 5000 m/min 수준의 고속방사가 곤란해지는 문제가 발생한다.
특히, 스펀본드 부직포의 통상적인 열 성형온도가 170 ℃ 내지 200 ℃이기 때문에 코폴리에스테르의 융점이 200 ℃ 이상의 고온일 경우 부직포의 열수축률은 우수하지만, 성형 깊이가 큰 제품의 몰딩시에는 부직포의 유연성이 낮아짐에 따라 성형공정 중 부직포의 터짐이 발생하게 된다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트보다 열 안정성이 우수한 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)는 융점이 220 ℃ 내지 225 ℃ 수준으로서, 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트의 융점보다 30 ℃의 편차를 나타내는 것이 일반적이다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 열 안정성이 우수한 특징 때문에 코폴리에틸렌테레프탈레이트와 같이 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 고정시켜 주는 바인더 역할이 가능하지만, 결정화 속도가 과도하게 빠르기 때문에 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와의 혼섬방사 또는 복합방사 형태로 고속방사가 곤란해지는 문제점이 있다.
또한, 한국공개특허공보 제10-2012-0033771호에서는 초부(Sheath부)에 올레핀계 폴리머를 적용한 심초형 필라멘트를 제조하고 이를 이용하여 카펫 기포지용 부직포를 제조하는 방안을 마련함으로써 신율을 개선할 수 있었다.
그런데 상기 발명은 올레핀계 폴리머의 낮은 용융온도로 인해 백 코팅 공정에서 사용하는 초산에틸비닐, 스티렌부타디엔고무, 폴리염화비닐 성분을 건조할 때의 온도로 인해 부직포의 형태 변형이 일어나고, 이는 곧 올레핀계 폴리머의 부드러운 특성과 함께 성형된 제품의 형태가 다소 불량해지는 원인이 된다.
상기와 같이 카펫의 기포지용 부직포에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위한 여러 가지 방안들이 제시되어 있으며 강도, 신율 등의 일반 물성에서는 어느 정도 개선이 이루어졌으나, 열처리 공정을 거치는 과정에서의 물성저하를 방지하는 면에서는 아직도 기술적으로나 상업적으로 미진한 실정이다.
따라서 간단한 제조공정을 통하여 제조원가가 낮으면서 열 성형성이 우수한 스펀본드 부직포를 제조하는 방법에 대한 개발 필요성은 여전히 남아 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 스펀본드 부직포의 제조시 방사성이 우수하고 터프팅 공정 후에 고온에서 코팅하고 열처리하는 일련의 공정에서 우수한 열 성형성을 가지도록 하여 카펫 기포지용으로 사용가능한 폴리에틸렌테레프탈레이트계 부직포 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 구성되는 제1필라멘트;와 상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트보다 융점이 60 ℃ 이상 낮은 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지로 구성되는 제2필라멘트;가 혼섬되어 웹 적층 및 열접착된 형태로서, 170 ℃에서의 신율이 77 % 이상인, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 방사하여 제1필라멘트를 제조하는 단계; 상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지보다 융점이 60 ℃ 이상 낮은 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 방사하여 제2필라멘트를 제조하는 단계; 상기 제1필라멘트와 제2필라멘트를 연신하면서 혼섬하는 단계; 및 상기 혼섬된 혼섬사를 웹 적층하여 열접착하는 단계;를 포함하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트가 70~80:20~30의 몰비로 혼합되고 여기에 이들 혼합물의 몰수보다 40 % 과량의 몰수를 갖는 1,4-부탄디올이 혼합 및 중합되어 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1필라멘트와 제2필라멘트는 80~95:5~20 중량%로 혼섬되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.6~0.7이고 제2필라멘트의 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.7~0.9인 것이 바람직하고, 상기 제1필라멘트의 섬도는 5~10 데니어이고 제2필라멘트의 섬도는 2~5 데니어인 것이 바람직하다.
또한, 상기 연신은 방사속도 4500~5000 m/min으로 연신하는 것이 바람직하고, 상기 부직포의 평량은 100~140 g/㎡인 것이 바람직하다.
또한, 상기 부직포의 인장강도는 25~29 ㎏f/5㎝이고 인열강력이 9~11 ㎏f이며, 터프팅 후의 인장강도는 14~18 ㎏f/5㎝인 것이 바람직하다.
일반적인 코폴리에틸렌테레프탈레이트에서 융점을 40 ℃ 이상 낮출 경우 냉각속도가 느려지고 냉각길이가 길어져 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 동시 방사시 코폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 냉각문제가 상존하였으나, 본 발명에 따른 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 폴리부틸렌테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트(dimethyl isophthalate, DMI)를 소량 첨가하여 폴리부틸렌테레프탈레이트의 융점을 낮춤으로써 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트와 동시 고속방사가 가능하면서 방사성이 우수한 부직포를 제조할 수 있으며, 또한 열간에서의 신율이 우수한 부직포를 제공할 수 있다.
이하에서는 고온에서의 신율이 우수하여 카펫의 열 성형성을 향상시킬 수 있는 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법 및 이러한 방법으로 제조되는 부직포에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 제조되는 제1필라멘트와 상기 제1필라멘트보다 융점이 60 ℃ 이상 낮은 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지로 제조되는 제2필라멘트로 구성된다.
통상의 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 디메틸테레프탈레이트(dimethyl terephthalate, DMT)와 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 출발원료로 하는 테레프탈산디메틸법과 테레프탈산(terephthalic acid, TPA)과 1,4-부탄디올을 출발원료로 하는 직접 중합법으로 제조된다.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 제1단계에서 디메틸테레프탈레이트와 1,4-부탄디올의 에스테르 교환, 또는 테레프탈산과 1,4-부탄디올의 에스테르화에 의해 비스히드록시부틸테레프탈레이트(bis-hydroxybutyl terephthalate, BHT)를 제조하는데, 상기 에스테르 교환은 보통 상압 하에서 150~200 ℃의 온도에서 30~120 분간 진행된다.
제2단계에서 상기 비스히드록시부틸테레프탈레이트의 감압 축중합에 의해 고분자량의 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지가 얻어지는데, 중합반응은 통상 압력 1 ㎜Hg 이하, 250~270 ℃의 온도에서 2~4 시간 동안 진행된다.
본 발명에서 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지로 제조되는 제2필라멘트는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 제조되는 제1필라멘트보다 융점이 60 ℃ 이상 낮아야 이들 필라멘트로 제조되는 부직포의 열 성형성이 우수하게 되며, 폴리에틸렌테레프탈레이트는 융점이 250 ℃ 이상이므로 제2필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트는 190 ℃ 이하의 융점을 갖도록 하는 것이 필요하다.
그런데 상기와 같은 방법으로 제조되는 일반 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 대략 220~225 ℃의 융점을 가지므로, 이를 본 발명에 적용하기 위해서는 폴리부틸렌테레프탈레이트의 융점을 30 ℃ 이상 낮추는 것이 요구된다.
이를 위하여, 본 발명에서는 폴리부틸렌테레프탈레이트의 중합시에 디메틸테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트를 적당량 첨가하여 일반 폴리부틸렌테레프탈레이트보다 융점이 낮은 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트를 제조하며, 디메틸이소프탈레이트의 함량에 따라 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 융점이 상이해지므로, 이에 따라 부직포 제조시 방사온도, 냉각길이, 필라멘트 간의 접착온도 등의 제조조건을 달리해야 한다.
제2필라멘트의 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 제조시 디메틸테레프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트 및 1,4-부탄디올의 혼합비에 따른 적정 방사조건을 하기 표 1에 나타내었다.
혼합비
(몰비 기준)		 1,4-부탄디올 140
DMT 100 80 75 70
DMI 0 20 25 30
방사조건 Quenching Run 219.90 ℃ 190.37 ℃ 181.06 ℃ 171.20 ℃
Cooling Run 184.09 ℃ 135.92 ℃ 109.37 ℃ 106.66 ℃
상기 표 1을 보면, 1,4-부탄디올이 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트의 혼합량보다 몰(㏖) 기준 40 % 과량으로 혼합된 상태에서 반응이 진행되고 과잉으로 공급된 1,4-부탄디올 중 미반응된 것은 유출되어 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지가 얻어지며, 디메틸이소프탈레이트를 첨가하지 않고 디메틸테레프탈레이트와 1,4-부탄디올만 사용하여 폴리부틸렌테레프탈레이트를 제조할 경우 융점이 220~225 ℃ 정도이므로 Quenching Run 구간은 219.90 ℃를 유지하나, 디메틸이소프탈레이트가 첨가되면서 폴리부틸렌테레프탈레이트의 융점이 낮아지게 되어 Quenching Run 및 Cooling Run 구간온도가 낮아지게 된다.
상기 제2필라멘트는 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트가 70~80, 20~30의 몰비(㏖ ratio)로 혼합되고 여기에 이들 혼합물의 몰수와 동일한 몰수의 1,4-부탄디올이 혼합되어 중합되는 것이 바람직한데, 실제로는 1,4-부탄디올을 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트의 혼합 몰량 기준 1.4배 이상 더 혼합하여 중합반응시킨 후 미반응된 잔여 1,4-부탄디올을 제거하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 얻는 것이 반응을 원활하게 진행시키는 면에서 바람직하다.
상기 디메틸이소프탈레이트가 20 ㏖% 미만으로 혼합될 경우 제조되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 융점 저하가 충분치 못하여 용융온도가 190 ℃를 초과하고, 30 ㏖%를 초과하여 혼합될 경우 제조되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 냉각시간이 길어지고 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트와의 냉각시간 편차가 커져서 5000 m/min 수준의 고속방사가 곤란해지는 문제가 발생한다.
본 발명의 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(제1필라멘트)와 상기와 같이 제조되는 190 ℃ 이하의 융점을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(제2필라멘트)를 각각 원료공급기(feeder)를 통해 압출기(extruder)로 공급하여 용융 및 방사시키고, 방사된 필라멘트를 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도 4500~5000 m/min이 되도록 충분히 연신하면서 혼섬한 다음, 이를 웹 적층 및 열접착하여 제조된다.
상기 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 제1필라멘트 80~95 중량%와 제2필라멘트 5~20 중량%로 구성되는데, 제2필라멘트의 함량비가 5 중량% 미만일 경우 접착제 역할을 하는 성분의 양이 적어지기 때문에 부직포의 강도 및 신율이 과도하게 낮아져 카펫 기포지로 사용하기 어려우며, 제2필라멘트의 함량이 20 중량%가 넘을 경우 접착제 성분이 과량인 관계로 필라멘트 간의 과다한 접착으로 인해 터프팅 공정에서의 필라멘트 파손이 많이 발생하여 터프팅 후 부직포의 강도 및 신율이 낮아진다.
상기 제1필라멘트는 5~10 데니어(denier)의 섬도를 갖는 것이 바람직하고 7~9 데니어의 섬도를 갖는 것이 더욱 바람직하며, 제2필라멘트는 2~5 데니어의 섬도를 갖는 것이 바람직하고 3~5 데니어의 섬도를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
상기 제1필라멘트가 5 데니어 미만일 경우에는 필라멘트가 가늘고 강도가 약하며, 단위 면적당 필라멘트의 수가 많아지기 때문에 터프팅 공정에서 필라멘트의 파손이 많이 발생하여 기포지의 물성 저하의 원인이 되며, 반대로 10 데니어를 초과하면 필라멘트의 결정화를 위한 냉각길이가 2 m 이상으로 길어져서 부직포를 상업적으로 균일하게 제조하기 곤란하게 된다.
또한, 상기 제2필라멘트가 2 데니어 미만일 경우 필라멘트가 과도하게 가늘어 방사시 필라멘트의 절단이 빈번해지고 냉각공기에 의한 섬유의 비산이 발생하기 쉽기 때문에 인접 필라멘트와의 간섭으로 방사성이 저하되며, 5 데니어를 초과하는 경우 필라멘트의 결정화를 위한 냉각길이가 과도하게 길어지고 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량비 조절이 곤란해질 뿐만 아니라, 제2필라멘트의 섬유 수가 적어짐에 따라 필라멘트 간의 접착점(bonding point)이 극단적으로 적어져 균일한 부직포를 제조하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고유점도(intrinsic viscosity, IV)는 0.6~0.7이고 폴리부틸렌테레프탈레이트의 고유점도는 0.7~0.9인 것이 바람직하다.
상기 혼섬방사하여 제조된 필라멘트 섬유는 웹 형태로 적층되어 종래의 부직포 제조에서 사용하는 2 개의 고온·고압의 캘린더롤이나 엠보스롤을 이용하여 열접착시키거나 열풍을 이용한 접착법 또는 상기 두 가지 방법을 복합적으로 적용하여 부직포를 제조할 수 있다.
상기 열풍 접착법으로 부직포를 제조할 경우, 열풍을 분사할 수 있는 밀폐된 타공 드럼에 웹을 통과시키는데, 이때 열풍장치의 온도는 제조되는 부직포의 인장강도를 일정하게 하기 위하여 제2필라멘트인 폴리부틸렌테레프탈레이트의 용융점에 비례하여 온도를 조절하는 것이 바람직하다.
최종적으로 상기 제조된 부직포에 소량의 유제(0.4~1.0 중량%)를 균일하게 도포할 수 있으며, 이와 같이 제조된 부직포의 평량은 100~140 g/㎡가 적당하다.
본 발명의 스펀본드 부직포는 열접착시켜 제조되므로 니들 펀치 등의 공정을 별도로 진행하지 않더라도 필라멘트 섬유끼리 열접착하여 제조되므로, 부직포의 제조공정이 단순하고 니들 펀치 공정에서의 필라멘트 섬유의 파손을 방지할 수 있으며, 섬유의 접착이 외력이 아닌 열에 의해 이루어지므로 두께변화가 수반되지 않아서 벌키(bulky)한 구조의 스펀본드 부직포를 얻을 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 인장강도가 25~29 ㎏f/5㎝이고 터프팅 후 인장강도는 14~18 ㎏f/5㎝이며, 인열강력이 9~11 ㎏f이고 170 ℃에서의 신율이 77 % 이상, 구체적으로 77~84 %의 물성을 지니게 되어 고온에서의 성형성이 우수한 특성을 가진다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
0.655의 고유점도(IV) 및 254 ℃의 융점을 갖는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 288℃에서 용융시켜 노즐을 통해 제1필라멘트를 토출하였다.
또한, 디메틸테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트를 몰비 기준 80:20 ㏖%(DMT:DMI)로 첨가하고 여기에 몰비 기준 이들의 1.4배의 1,4-부탄디올을 투입한 다음 상압 하에서 180 ℃의 온도로 70 분간 반응시킨 후 감압 축중합하여 0.809의 고유점도(IV)와 190 ℃의 융점을 갖는 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트를 제조하였으며, 이를 288 ℃에서 용융시켜 노즐을 통해 제2필라멘트를 토출하였다.
토출된 이들 필라멘트들을 에어 이젝터를 이용하여 5000 m/min의 속도로 고속 연신하면서 제1필라멘트와 제2필라멘트의 함량비율이 90:10 중량%가 되도록 혼섬한 후 충돌판 확산법을 이용하여 확산한 다음 컨베이어 벨트 상에 포집하여 웹(web) 형태로 적층하였다.
이때, 웹을 구성하는 상기 제1필라멘트의 섬도는 약 9.0 데니어이고 제2필라멘트는 약 4.0 데니어의 섬도를 가졌으며, 웹의 평량은 120 g/㎡이고 컨베이어의 벨트의 속도는 약 23 m/min으로 조정하였다.
이어서 130 ℃ 와 35 N/㎜를 유지하는 캘린더 롤러들 사이로 상기 웹을 통과시켜 적당한 두께를 보유하게 한 다음 194 ℃의 열풍을 가하여 스펀본드 부직포를 제조하였으며, 부직포의 중량기준 0.7 중량%의 유제를 도포하여 완성하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 필라멘트들의 혼섬은 제1필라멘트 85 중량%와 제2필라멘트 15 중량%가 혼섬되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 제2필라멘트의 섬도를 5 데니어로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합시 디메틸테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트를 몰비 기준 75:25 ㏖%(DMT:DMI)로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 4에서, 필라멘트들의 혼섬은 제1필라멘트 85 중량%와 제2필라멘트 15 중량%가 혼섬되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서, 제2필라멘트로서 융점이 219.9 ℃인 일반 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서, 제2필라멘트의 섬도를 1.5 데니어로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서, 필라멘트들의 혼섬은 제1필라멘트 75 중량%와 제2필라멘트 25 중량%가 혼섬되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<비교예 4>
상기 실시예 1에서, 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 중합시 디메틸테레프탈레이트에 디메틸이소프탈레이트를 몰비 기준 65:35 ㏖%(DMT:DMI)로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<비교예 5>
상기 비교예 4에서, 필라멘트들의 혼섬은 제1필라멘트 85 중량%와 제2필라멘트 15 중량%가 혼섬되도록 한 것을 제외하고는 상기 비교예 4와 동일한 방법으로 스펀본드 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~5의 제조조건을 하기 표 2에 정리하였다.
제2필라멘트의 DMT:DMI 몰비
(㏖%)		 제1필라멘트:제2필라멘트 함량비(중량%) 섬도
(데니어)		 부직포
평량
(g/㎡)
제1필라멘트 제2필라멘트
실시예 1 80:20 90:10 9 4 120
실시예 2 80:20 85:15 9 4 120
실시예 3 80:20 90:10 9 5 120
실시예 4 75:25 90:10 9 4 120
실시예 5 75:25 85:15 9 4 120
비교예 1 100:0 90:10 9 4 120
비교예 2 80:20 90:10 9 1.5 120
비교예 3 80:20 75:25 9 4 120
비교예 4 65:35 90:10 9 4 120
비교예 5 65:35 85:15 9 4 120
<시험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 부직포에 대하여 인장강도, 인열강력 및 열처리시 부직포의 신율(열간 신율)을 측정하였고, 상기 부직포를 터프팅 작업 후 인장강도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
터프팅 전 인장강도는 KS K 0521 법을 이용하였으며, 구체적으로 가로×세로=5×20 ㎝ 크기의 시편을 INSTRON사(미국)의 측정장비를 이용하여 상하 5×5 ㎝의 지그로 물린 후 인장속도 200 ㎜/min로 측정하였다.
터프팅 후 인장강도는 Lab. 터프팅 설비를 활용하여 GPI(Gage per Inch) 1/10, SPI(Stroke per Inch) 1/10의 조건으로 터프팅한 후 상기와 동일한 방법으로 측정하였다.
인열강력은 KS K 0536(Single Tongue) 법을 이용하였으며, 구체적으로 가로×세로=7.6×20 ㎝ 크기의 시편 가운데 부분을 7 ㎝ 절개한 후 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 인장속도 300 ㎜/min로 측정하였다.
열간 신율은 KS K 0521 법을 이용하였으며, 구체적으로 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 가로×세로=3×10 ㎝ 크기의 시편을 Hot Chamber 내에 170 ℃에서 1 분간 체류시키고, 상하 2.5×2.5 ㎝ 지그로 물린 후 인장속도 200 ㎜/min로 측정하였다.
터프팅 전 터프팅 후
인장강도
(㎏f/5㎝)		 방사성주2 )
인장강도
(㎏f/5㎝)		 인열강력
(㎏f)		 열간 신율
(%)
실시예 1 25.0/25.3주1) 10.8/10.4 78.3/83.9 16.4/17.3 ◎
실시예 2 27.4/27.7 9.1/9.6 80.4/79.3 15.9/15.5 ◎
실시예 3 26.3/26.0 10.3/10.8 77.6/78.6 16.5/15.9 ◎
실시예 4 26.8/27.0 10.4/10.2 82.4/81.3 17.5/16.8 ○
실시예 5 28.7/28.5 9.8/9.7 81.9/82.2 14.3/15.2 ○
비교예 1 24.8/25.2 7.6/7.1 65.3/62.8 9.3/9.2 △
비교예 2 28.5/27.5 9.4/9.6 80.3/82.5 13.8/14.1 X
비교예 3 32.3/33.5 6.4/7.2 79.1/80.4 14.5/15.0 △
비교예 4 28.4/29.2 8.3/8.3 81.3/83.4 13.7/14.6 X
비교예 5 30.1/29.9 7.9/7.1 82.1/80.4 12.2/11.0 X
주1) MD/CD (MD: mechanical direction, CD: cross direction)
주2) ◎:우수, ○:양호, △:부족, X:불량
상기 표 3의 결과를 보면, 실시예의 부직포는 터프팅 전/후의 인장강도, 인열강력 및 열간 신율이 우수하게 나타났으며, 혼섬방사시 제2필라멘트의 함량이 15 중량%로 높아질 경우 터프팅 후 인장강도가 약간 저하되는 것으로 나타났다.
반면에, 제2필라멘트 제조시 디메틸이소프탈레이트를 첨가하지 않고 디메틸테레프탈레이트와 1,4-부탄디올을 반응시켜 폴리부틸렌테레프탈레이트를 제조한 비교예 1은 터프팅 전/후의 인장강도, 인열강력 및 열간 신율이 모두 저하되는 것을 알 수 있으며, 비교예 2와 같이 제2필라멘트의 섬도가 1.5 데니어로 과도하게 가늘어지면 방사시 절사가 발생하고 터프팅 후의 인장강도가 낮아지는 문제가 있다.
제2필라멘트의 함량이 20 중량%를 초과한 비교예 3의 경우 접착제 성분이 많아져 인열강력이 낮아지고 필라멘트 간의 과다한 접착으로 인해 터프팅 공정에서의 필라멘트 파손이 많이 발생하여 터프팅 후 부직포의 인장강도가 낮아지며, 제2필라멘트 제조시 디메틸이소프탈레이트를 과도하게 첨가한 비교예 4와 5의 경우에는 인열강력이 저하되고 제1필라멘트와 제2필라멘트 간의 냉각시간 편차로 인하여 고속방사시 절사가 발생하여 방사성이 불량해지며, 터프팅 공정 후의 인장강도가 낮아지는 문제가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 카펫 기포지용 스펀본드 부직포는 강도 물성이 우수하고 터프팅 공정 후에도 물성 저하가 억제되며, 고온에서의 열처리시 신율이 커서 주어지는 인장력 하에서 적당히 늘어나는 유연성을 가지므로 고온 성형성이 우수한 장점이 있다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합방사하여 고속에서의 방사성이 우수한 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 구성되는 제1필라멘트;와 상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트보다 융점이 60 ℃ 이상 낮은 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지로 구성되는 제2필라멘트;가 혼섬되어 웹 적층 및 열접착된 형태로서,
    170 ℃에서의 신율이 77 % 이상인, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트가 70~80:20~30의 몰비로 혼합되고 여기에 이들 혼합물의 몰수와 동일한 몰수의 1,4-부탄디올이 중합된 것임을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1필라멘트와 제2필라멘트는 80~95:5~20 중량%로 혼섬되는 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.6~0.7이고 제2필라멘트의 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.7~0.9인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1필라멘트의 섬도는 5~10 데니어이고 제2필라멘트의 섬도는 2~5 데니어인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 부직포의 평량은 100~140 g/㎡인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 부직포의 인장강도는 25~29 ㎏f/5㎝이고 인열강력이 9~11 ㎏f이며, 터프팅 후의 인장강도는 14~18 ㎏f/5㎝인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포.
  8. 융점이 250 ℃ 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 방사하여 제1필라멘트를 제조하는 단계;
    상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지보다 융점이 60 ℃ 이상 낮은 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 방사하여 제2필라멘트를 제조하는 단계;
    상기 제1필라멘트와 제2필라멘트를 연신하면서 혼섬하는 단계; 및
    상기 혼섬된 혼섬사를 웹 적층하여 열접착하는 단계;를 포함하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 디메틸테레프탈레이트와 디메틸이소프탈레이트가 70~80:20~30의 몰비로 혼합되고 여기에 이들 혼합물의 몰수보다 40 % 과량의 몰수를 갖는 1,4-부탄디올이 혼합 및 중합되어 제조되는 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1필라멘트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.6~0.7이고 제2필라멘트의 저융점 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.7~0.9인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 혼섬은 제1필라멘트와 제2필라멘트가 80~95:5~20 중량%로 혼섬되는 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 연신은 방사속도 4500~5000 m/min으로 연신하는 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1필라멘트의 섬도는 5~10 데니어이고 제2필라멘트의 섬도는 2~5 데니어인 것을 특징으로 하는, 열 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포의 제조방법.
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