KR20220105383A

KR20220105383A - 열접착성 섬유, 열접착성 섬유용 폴리에스테르 칩, 및 이를 포함하는 원단

Info

Publication number: KR20220105383A
Application number: KR1020210007996A
Authority: KR
Inventors: 구자정; 손정아; 김도현
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-07-27
Also published as: KR102509121B1

Abstract

본 발명은 열접착성 섬유에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 열적특성과 방사성이 향상된 열접착성 섬유, 열접착성 섬유용 폴리에스테르 칩, 및 이를 포함하는 원단에 관한 것이다.

Description

열접착성 섬유, 열접착성 섬유용 폴리에스테르 칩, 및 이를 포함하는 원단{Thermal adhesive fiber, polyester chip for thermal adhesive fiber, fabric comprising the same}

일반적으로 합성섬유는 융점이 높아 용도가 제한되는 경우가 적지 않다. 특히 섬유 등의 접착용도에 있어서 심지 등의 용도나 테이프상의 직물 사이에 삽입하여 가압 접착하게 되는 접착제로 사용되는 경우에는 가열에 의해 섬유 직물 자체가 열화될 수 있고, 고주파미싱 같은 특수한 장비를 사용해야만 하는 번거로움이 있기 때문에, 이러한 특수 장비를 이용하지 않고도 통상의 간단한 가열 프레스에 의해 용이하게 접착하는 것이 요망되고 있다.

종래의 저융점 폴리에스테르 섬유는 매트리스, 자동차용 내외장재 또는 각종 부직포 패팅 용도로 제조 시 사용되는 부직포와 같은 섬유구조물에 있어서 이종의 섬유를 접착시키는 목적으로 폭넓게 사용되어 왔다.

예를 들어, 한국등록특허 제10-1216690호는 접착성을 개선시키기 위한 이소프탈산, 디에틸렌글리콜을 포함하여 구현된 저융점 폴리에스테르 섬유를 개시하고 있다.

그러나 위와 같은 종래의 저융점 폴리에스테르 섬유는 일정 수준이상의 방사성 및 접착성을 가질 수 있지만, 바인더 특성의 발현을 위해서 낮은 융점이나, 낮은 유리전이온도를 갖는 방향으로 개발이 진행됨에 따라서 구현된 폴리에스테르의 내열성이 열악해져서 여름철 40℃를 넘는 저장조건에서도 경시변화가 현저히 발생하며, 저장 중에 발생하는 폴리에스테르 칩이나 섬유 간 결합이 발생하여 저장안정성 역시 현저히 저하되는 문제가 있다.

따라서, 종래의 열접착성 섬유가 가지는 방사성 및 접착성을 유지 또는 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 현저히 개선된 염착특성과 함께 상온에서의 경시변화 최소화 및 저장 안정성을 향상시키고, 이에 나아가 열접착성 섬유가 원단 등으로 구현될 때 가공비용의 상승을 최소화할 수 있는 열접착성 섬유에 대한 개발이 시급한 시점이다.

한국등록특허 제10-1216690호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 섬유로의 방사성이 뛰어나고, 우수한 열접착성, 염착특성을 발현하는 동시에, 이를 이용해서 소정의 물품으로 구현될 때 공정성을 향상시키면서 가공비용을 절감할 수 있고, 나아가 상온에서 경시변화가 최소화 되며, 저장 안정성이 향상된 열접착성 섬유, 열접착성 섬유용 폴리에스테르 칩, 및 열접착성 섬유를 포함하여 구현된 원단을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 테레프탈산과 이소프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 비정질일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 연화점이 100℃ 이상이고, 유리전이온도가 70℃ 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 이소프탈산은 산성분을 기준으로 15 ~ 35몰%로 포함되며, 상기 아이소소바이드는 디올성분을 기준으로 5 ~ 15몰%로 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)과 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 총합은 20 ~ 50몰%일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 상기 에스테르화 화합물과 중·축합된 중량평균분자량 1,000 ~ 10,000 인 폴리에틸렌글리콜을 코폴리에스테르 중량기준 0.5 ~ 3.0중량% 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)과 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 비율은 1.5 ~ 4.0: 1일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 코폴리에스테르는 고유점도(I.V)가 0.60 ~ 0.70 ㎗/g일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 열접착성 섬유는 상기 코폴리에스테르를 시스부에 포함하는 시스-코어형 복합섬유일 수 있다.

또한, 본 발명은 테레프탈산과 이소프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유용 마스터배치 칩을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 열접착성 섬유를 포함하는 원단을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원단은 자동차용 부재, 건축용 부재, 침구용 부재, 위생재용 부재, 의류용 부재 및 농업용 부재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용도일 수 있다.

본 발명에 의하면, 섬유로의 방사성이 뛰어나고, 우수한 열접착성을 발현하는 동시에, 이를 이용해서 소정의 물품으로 구현될 때 공정성을 향상시키면서 가공비용을 절감할 수 있다. 또한, 상온에서 경시변화가 최소화 되며, 저장 안정성이 향상될 수 있다. 나아가 폴리에스테르 조성물을 칩으로 제조 시 건조시간을 현저히 감소시켜 제조시간을 현저히 단축시킬 수 있다. 더불어 이를 이용하여 구현된 물품 역시 여름철과 같은 저장조건(예를 들어40℃ 이상)에서도 경시변화가 최소화되고, 저장안정성이 우수함에 따라서 물품의 초도 형상의 변형이나 사용 중의 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명이 일 실시예에 의한 열접착성 섬유의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 열접착성 섬유는 테레프탈산과 이소프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하여 구현된다.

먼저, 상기 산성분은 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함하며, 이들 이외에 다른 탄소수 6 내지 14의 방향족 다가 카르복실산이나, 탄소수 2 내지 14의 지방족 다가 카르복실산 및/또는 설폰산 금속염을 더 포함할 수 있다.

이때, 탄소수 2 내지 14의 지방족 다가 카르복실산은 폴리에스테르의 제조를 위해 사용되는 산성분으로써 공지된 것들을 제한 없이 사용할 수 있으나, 이에 대한 비제한적인 예로써, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베린산, 시트르산, 피메르산, 아젤라인산, 세바스산, 노나노산, 데카노인산, 도데카노인산 및 헥사노데카노인산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 설폰산 금속염은 소디움 3,5-디카르보메톡시벤젠 설포네이트일 수 있다.

한편, 상기 산성분으로써 테레프탈산, 이소프탈산 이외에 구비될 수 있는 다른 산성분들은 코폴리에스테르의 유리전이온도나 연화점 등을 열적특성을 저하시킬 수 있어서 바람직하게는 포함하지 않을 수 있고, 이에 따라서 일 실시예에 따르면 상기 산성분은 테레프탈산과 이소프탈산으로 이루어질 수 있다.

상기 이소프탈산은 코폴리에스테르의 결정성을 낮추고, 유리전이온도, 융점/연화점을 낮추는 기능을 하는 단량체로써, 산성분 중에 산성분 전체 몰 수를 기준으로 바람직하게는 10 ~ 37몰%, 보다 바람직하게는 15 ~ 35몰%, 보다 더 바람직하게는 20 ~ 33몰%로 포함될 수 있다. 만일 이소프탈산이 10몰% 미만으로 포함되는 경우 코폴리에스테르가 결정질로 구현되거나, 결정부분이 증가할 수 있고, 융점/연화점이 증가하여 물품으로 구현 시 가공온도의 증가와 가공비용의 증가를 초래할 수 있다. 또한, 접착특성이 저하될 우려도 있다. 또한, 만일 이소프탈산이 37몰%를 초과하는 경우 이소프탈산의 낮은 반응성으로 인해 중합도를 증가시키기 용이하지 않을 수 있고, 이소프탈산의 함량이 과도하여 유리전이온도, 연화점이 과도히 낮아져 열적특성이 저하되는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.

다음으로 상기 디올성분은 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함한다. 상기 아이소소바이드는 이소프탈산을 통해 소정의 값으로 설계된 코폴리에스테르의 연화점은 유지시키면서도 유리전이온도를 증가시켜서 열접착섬유의 물품으로의 가공성을 용이하게 하면서도 향상된 열적특성으로 저장안정성, 열에 의한 경시변화를 방지시키는 단량체이다. 또한, 아이소소바이드는 상술한 이소프탈산과 함께 사용됨에 따라서 열접착성 섬유에 적절한 수축특성을 발현시키고, 이러한 특성발현으로 인해 열접착시 점 접착력을 더욱 증가시킴으로써 보다 상승된 열접착 특성을 발현할 수 있다.

상기 아이소소바이드는 상기 디올성분 중 디올성분 전체 몰 수를 기준으로 바람직하게는 5 ~ 15몰%, 보다 바람직하게는 5 ~ 12몰%로 포함될 수 있다. 만일 아이소소바이드가 5몰% 미만으로 포함되는 경우 유리전이온도를 목적하는 수준으로 증가시키기 어려워서 열적특성의 향상이 미미할 수 있다. 또한, 만일 아이소소바이드가 15몰%를 초과하여 포함되는 경우 아이소소바이드의 낮은 반응성으로 인해 중합도를 증가시키기 용이하지 않을 수 있고, 단량체 사용량 증가에 따른 원가상승의 우려가 있다.

상기 디올성분은 상술한 아이소소바이드, 에틸렌글리콜 이외에 다른 종류의 디올성분을 더 포함할 수 있다. 상기 다른 종류의 디올성분은 폴리에스테르의 제조에 사용되는 공지된 디올성분일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으나, 이에 대한 비제한적인 예로써, 탄소수 2 내지 14의 지방족 디올성분일 수 있고, 구체적으로 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 프로필렌글리콜, 트리메틸글리콜, 테트라메킬렌글리콜, 펜타메틸글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헵타메틸렌클리콜, 옥타메틸렌글리콜, 노나메틸렌글리콜, 데카메틸렌글리콜, 운데카메틸렌글리콜, 도데카메틸렌글리콜 및 트리데카메틸렌글리콜으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 목적하는 수준의 열접착 특성을 발현하는 동시에 추가되는 디올성분으로 인해 발생할 수 있는 유리전이온도의 저하를 방지하기 위하여 상기 다른 종류의 디올성분은 더 포함하지 않는 것이 바람직하며, 특히 디에틸렌글리콜은 상기 디올성분에 포함되지 않는 것이 좋다. 만일 디에틸렌글리콜이 디올성분에 포함될 경우 유리전이온도의 급격한 저하를 초래해 아이소소바이드를 구비하는 경우에도 목적하는 수준의 내열성을 달성하지 못할 수 있다. 이때, 상기 디올성분에 디에틸렌글리콜이 포함되지 않는다는 의미는 코폴리에스테르의 제조 시 원료로써, 디에틸렌글리콜을 투입하지 않음을 의미하며, 산성분 및 디올성분의 에스테르화 반응, 중/축합 반응에서 자연 발생하는 디에틸렌글리콜까지 불포함 함을 의미하지는 않는다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면 코폴리에스테르와 함께 열접착성 섬유에 포함되는 자연발생적인 디에틸렌글리콜의 함량은 코폴리에스테르 중량 기준 3중량% 미만일 수 있다. 만일 자연발생적인 디에틸렌글리콜의 함량이 적정 수준을 초과할 경우 섬유로 방사시 팩압을 증가시키며, 잦은 사절을 유발하여 방사성이 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)과 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 총합은 20 ~ 50몰%, 보다 바람직하게는 25 ~ 50몰%, 보다 더 바람직하게는 30 ~ 45몰%, 보다 더 바람직하게는 35 ~ 45몰% 일 수 있으며, 이를 통해서 에스테르화 화합물의 생성반응이나, 중·축합 반응을 원활히 유도하여 목적하는 수준의 중합도를 갖는 코폴리에스테르를 제조할 수 있고, 코폴리에스테르를 비정질로 구현하기에 유리하며, 적절한 수준의 연화점을 가지면서도 높은 유리전이온도를 발현하도록 하여 열접착 특성을 향상, 경시변화성 최소화 또는 방지, 및 저장안정성을 향상시키는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다. 만일 이소프탈산과 아이소소바이드 함량의 총합이 20몰% 미만일 경우 연화점이 높아져 특정 온도에서 열접착 특성을 구현 할 수 없으며, 높은 온도에서 열가공을 해야 하는 문제를 야기할 수 있다. 또한, 결정질의 코폴리에스테르가 형성될 수 있으며, PET 대비해서 융점/연화점의 감소가 적어서 열접착성 섬유로 사용하기 어렵거나 사용 시 가공온도를 증가시켜야 하는 우려가 있다. 또한 열접착 후 접착특성 역시 감소될 우려가 있다. 또한, 만일 이소프탈산과 아이소소바이드 함량의 총합이 50몰%를 초과하는 경우 연화점, 유리전이온도의 저하가 과도하여 열적특성이 매우 열악한 열접착성 섬유가 구현될 수 있다. 또는 이와는 반대로 융점이 생기고, 융점이 높은 코폴리에스테르가 구현될 수 있으며, 이로 인해 열접착성 섬유의 용도에 제한이 있거나 가공온도가 증가하여 가공비용의 상승을 초래할 수 있다.

보다 바람직하게는 상술한 이소프탈산과 아이소소바이드의 함량 총합 범위를 만족하면서 상기 산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)은 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 1.5 배 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 4.0배 이하일 수 있으며, 다른 일예로 3.2배 이하일 수 있고, 이를 통해서 적절한 연화점을 가지면서도 향상된 유리전이온도를 갖도록 하기에 유리하고, 열특성을 향상시키는데 이점이 있다. 만일 아이소소바이드 몰% 기준 이소프탈산의 몰%가 2.0배 미만으로 구비되는 경우 비정질의 코폴리에스테르를 수득하기 어려울 수 있고, PET 대비 융점이나 연화점의 감소가 적은 코폴리에스테르가 수득될 수 있으며, 이를 통해 구현된 열접착 섬유의 접착강도 역시 저하될 수 있다. 더불어 열접착 온도를 올려야 하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 아이소소바이드 몰% 기준 이소프탈산의 몰%가 4.0배를 초과해서 구비되는 경우 과도한 연화점 및/또는 유리전이온도의 하강을 초래해 열악한 열적특성을 갖는 코폴리에스테르가 수득될 수 있으며, 열접착 후 형태유지가 어려워서 물품의 형상구현이 용이하지 않을 수 있다. 더불어 폴리머 중합도를 올리는데 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 코폴리에스테르는 상기 에스테르화 화합물과 중·축합된 폴리에틸렌글리콜을 더 포함할 수 있고, 이를 통해 열접착성 섬유의 염색성과 접착강도의 향상, 방사 작업성 향상에 기여할 수 있다. 특히 이소프탈산 및 아이소소바이드로 산성분과 디올성분이 개질될 경우 방사작업성이 저하되어 섬유상으로 제조하기 어려울 수 있는데, 폴리에틸렌글리콜이 더 중·축합됨에 따라서 방사작업성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다. 이때 상기 폴리에틸렌글리콜은 코폴리에스테르 중량기준 0.5 ~ 3.0중량%, 보다 바람직하게는 1 ~ 1.5중량%로 포함될 수 있는데, 만일 0.5 중량% 미만으로 포함되는 경우 폴리에틸렌글리콜을 통해 의도한 효과의 발현이 미미할 수 있으며, 만일 3.0중량%를 초과해서 포함될 경우 염색성 및 접착강도 향상이 미미할 수 있고, 열접착성 섬유의 원가상승, 열특성 감소의 우려가 있다.

또한, 상기 폴리에틸렌글리콜은 중량평균분자량이 1000 ~ 10,000 인 것을 사용할 수 있으며, 만일 중량평균분자량이 1000 미만인 경우 폴리에틸렌글리콜을 통해 의도한 효과의 발현이 미미할 수 있으며, 만일 중량평균분자량이 10,000을 초과하는 경우 염색성 및 접착강도 향상이 미미할 수 있고, 열접착성 섬유의 원가상승의 우려가 있다.

상술한 코폴리에스테르는 산성분 및 디올성분을 폴리에스테르 합성분야의 공지된 합성조건을 이용하여 에스테르화 반응 및 중·축합을 거쳐 제조될 수 있다. 이때, 산성분과 디올성분은 1 : 1.1 ~ 2.0의 몰비로 반응하도록 투입될 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 에스테르화 반응에서 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 통상적으로 폴리에스테르 제조 시에 사용되는 촉매를 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 금속아세테이트 촉매 하에서 제조될 수 있다.

또한, 상기 에스테르화 반응은 바람직하게는 200 ~ 270℃의 온도 및 1100 ~ 1350 토르(Torr)의 압력 하에서 수행될 수 있다. 상기 조건을 만족하지 않는 경우 에스테르화 반응 시간이 길어지거나 반응성 저하로 중축합 반응에 적합한 에스테르화 화합물을 형성할 수 없는 문제가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 중축합 반응은 250 ~ 300℃ 온도 및 0.3 ~ 1.0 토르(Torr) 압력 하에서 이루어질 수 있으며, 만일 상기 조건을 만족하지 못하는 경우 반응시간 지연, 중합도 저하, 열분해 유발 등의 문제점이 있을 수 있다.

이때, 중축합 반응 시 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 적정한 반응성 확보와 생산단가의 낮추기 위해 안티몬 화합물이나 고온에서 열분해를 통한 색상의 변색을 방지하기 위해 인 화합물 등을 사용할 수 있다.

상기 안티몬 화합물로는 삼산화안티몬, 사산화안티몬, 오산화안티몬 등과 같은 산화안티몬류, 삼황화안티몬, 삼불화안티몬, 삼염화안티몬 등과 같은 할로겐화 안티몬류, 안티몬트리아세테이트, 안티몬벤조에이트, 안티몬트리스테아레이트 등을 사용할 수 있다.

상기 촉매로 안티몬화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 600ppm을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 인화합물로는 인산, 모노메틸인산 트리메틸인산, 트리부틸인산 등 인산류 및 그의 유도체들을 사용하는 것이 좋으며, 이 중에서도 특히 트리메틸인산 또는 트리에틸인산 또는 트리페닐아인산이 그 효과가 우수하여 바람직하고, 인화합물의 사용량은 중합 후에 수득되는 중합물 총 중량을 기준으로 100 내지 500ppm을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 방법을 통해 제조된 코폴리에스테르는 고유점도가 0.6 ~ 0.7㎗/g, 보다 바람직하게는 0.65 ~ 0.70㎗ 일 수 있다. 만일 고유점도가 0.6㎗/g 미만일 경우 방사성이 저하될 수 있고, 섬유의 단면형성이 원활하지 못한 우려가 있을 수 있고, 고유점도가 0.7㎗/g을 초과하는 경우 팩(Pack) 압력이 높아 방사성이 저하될 수 있는 우려가 있다.

또한, 상기 코폴리에스테르는 비정질일 수 있으며, 융점이 없고, 연화거동을 보이는 열적특성을 가질 수 있으며, 바람직하게는 연화점이 100℃ 이상이고, 유리전이온도가 70℃ 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 연화점이 100 ~ 115℃이고, 유리전이온도가 70 ~ 82℃일 수 있으며, 이를 통해 내열성이 요구되는 물품에도 우수한 접착강도, 형태안정성을 발현하기에 보다 유리할 수 있다. 만일 유리전이온도가 70℃ 미만일 경우 코폴리에스테르를 통해 구현된 폴리에스테르 마스터배치 칩, 섬유 또는 이들을 통해 구현된 물품이 여름철과 같은 예를 들어 40℃를 넘는 온도조건에서도 경시변화가 크고, 칩이나 섬유간 접합이 발생하여 저장 안정성이 현저히 저하될 우려가 있다. 또한, 칩간 결합이 발생할 경우 방사불량을 야기할 우려도 있다. 나아가 섬유 등으로 구현된 후 수축특성이 과도하게 발현되어 오히려 접합특성이 저하될 우려가 있다. 더불어 칩 형성 후 건조공정, 섬유로 방사 후 후가공 공정 등에 소요되는 열처리의 한계로 인해 공정 소요시간의 장기화 또는 해당 공정을 원활히 수행할 수 없는 문제가 있을 수 있다.

또한, 만일 유리전이온도가 82℃를 초과할 경우, 연화점 역시 상승할 수 있으며, 이로 인해 열 접합 특성이 현저히 저하될 우려가 있고, 비정질로 코폴리에스테르가 구현되기 어려우며, 접합공정의 수행온도가 고온으로 제한됨에 따라서 용도 전개에 제한이 있을 우려가 있다.

상술한 코폴리에스테르는 단독으로 열접착성 섬유를 구성하거나, 또는 도 1에 도시된 것과 같이 코어부(21)를 둘러싸는 시스부(20)에 구비되어 시스-코어형 열접착성 섬유를 구현할 수 있다.

시스-코어형 열접착성 섬유인 경우 상기 코어부(21)는 섬유분야의 공지된 섬유형성성분을 포함할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르나, 나일론6, 나일론66 등의 폴리아미드일 수 있다.

또한, 상기 코어부(21)와 시스부(20)는 일 예로 8:2 ~ 2:8의 중량비로 복합방사된 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라서 비율을 적절히 조절하여 방사할 수 있다. 상기 복합섬유를 방사하는 조건, 방사장치의 세부구성 및 방사 후의 복합섬유에 대한 냉각, 연신 등의 공정은 당해 기술분야의 공지된 조건, 장치 및 공정을 통하거나 이를 적절히 변형하여 수행될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 일 예로, 상기 복합섬유는 270 ~ 290℃의 방사온도로 방사된 것일 수 있고, 방사 후 2.5 ~ 4.0배 연신된 것일 수 있다. 또한, 복합섬유의 섬도는 1 ~ 15데니어이고, 섬유장은 일예로 1 ~ 100mm일 수 있다.

한편, 상술한 코폴리에스테르는 중·축합된 코폴리에스테르가 직접 방사구금으로 투입되어 열접착성 섬유를 구현할 수 있지만, 코폴리에스테르가 마스터배치 칩으로 구현될 수 있고, 마스터배치 칩이 열접착성 섬유의 제조 시 호퍼에 투입된 뒤 용융되고 방사구금에 투입되어 열접착성 섬유를 구현할 수도 있다. 이때, 상기 마스터배치 칩의 제조방법, 칩의 규격은 당해 기술분야의 공지된 제조방법과 규격을 따를 수 있어서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 본 발명은 상술한 열접착성 섬유를 포함하여 구현된 원단을 포함한다. 상기 원단은 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 이때 상기 원단은 열접착성 섬유만으로 이루어지거나 또는 이종의 섬유와 함께 원단을 구성할 수 있다. 직물, 편물, 또는 부직포의 제조방법은 당업계의 통상적인 장치, 조건을 채용할 수 있어서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

또한, 상기 원단은 자동차용 부재, 건축용 부재, 침구용 부재, 위생재용 부재, 의류용 부재 및 농업용 부재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용도일 수 있다. 상기 자동차용 부재는 자동차 내외장재, 예를 들어 도어트림, 아이소패드, 언더커버, 백시트, 플로어 카펫 등일 수 있다. 또한, 상기 건축용 부재는 단열재, 내부 마감재, 벽지, 블라인드와 같은 인테리어용 부재일 수 있다. 또한, 상기 위생제용 부재는 기저귀, 생리대 등일 수 있다. 또한, 농업용 부재는 보온재 등일 수 있다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예1>

산성분을 기준으로 테레프탈산 80몰%, 이소프탈산 20몰%를 투입하고, 디올성분을 기준으로 아이소소바이드 5몰%, 에틸렌글리콜 95몰%를 투입하되, 상기 산성분과 디올성분을 1:1.5의 비율로 250℃에서 1.5kg/㎠ㆍG압력 조건에서 에스테르화 반응시켰다. 이후 에스테르 반응물을 중축합 반응기에 이송하고, 중축합 촉매로 삼산화 안티몬 300ppm, 산화방지제를 150ppm을 투입하여 최종압력 0.5 토르(torr)가 되도록 서서히 감압하면서 265 ~ 270℃까지 승온하여 중축합 반응을 수행하였고, 이를 통해 수득된 코폴리에스테르를 통상의 방법으로 가로, 세로, 높이가 각각 2mm×4mm×3mm인 폴리에스테르 칩으로 제조하였다.

이후 고유점도가 0.65dl/g인 폴리에틸렌레테프탈레이트(PET) 칩과, 제조된 폴리에스테르 칩을 각각 호퍼에 투입하여 용융시킨 뒤, 시스-코어형 방사구금에 이송시켜 275℃ 하에서 1000mpm 방사속도로 PET인 코어부와 코폴리에스테르인 시스부 5:5 중량비가 되도록 복합 방사하고, 3.0배 연신한 뒤, 섬유장이 51㎜이고, 섬도가 4.0de인 하기 표 1과 같은 시스-코어형 열접착성 섬유를 제조하였다.

<실시예 2 ~ 11>

실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 코폴리에스테르를 제조하기 위한 단량체의 조성 및 조성비를 변경시켜 하기 표 1과 같은 마스터배치 칩 및 이를 이용한 열접착성 섬유를 제조하였다.

<비교예 1 ~ 2>

<실험예>

실시예 및 비교예에 따라서 제조된 폴리에스테르 칩이나, 열접착성 섬유에 대해 하기의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1. 고유점도

마스터배치 칩에 대해 오르쏘-클로로 페놀(Ortho-Chloro Phenol)을 용매로 하여 110℃, 2.0g/25ml의 농도로 30분간 용융 후, 25℃에서 30분간 항온하여 캐논(CANON) 점도계가 연결된 자동 점도 측정 장치로부터 분석하였다.

2. 유리전이온도, 연화점, 융점

시차 열량분석기를 이용하여 유리전이온도, 연화점 및 융점을 측정하였고 분석조건은 승온속도를 20℃/min로 하였다.

3. 칩 건조시간

폴리에스테르를 칩(chip)화 후 진공건조기에서 온도조건을 달리하며 12시간 건조시킨 뒤, 칩 간 접합을 발생시키지 않는 온도 중 최고온도를 건조온도로 하고, 해당 온도조건에서 수분율 100ppm 이하로 건조시킬 수 있는 시간을 측정해 건조시간으로 나타내었다.

4. 단섬유 저장안정성

제조된 열접착성 섬유 500g에 대해 온도 50℃, 상대습도 45%인 챔버에서 압력 2kgf/㎠을 가해 3일간 방치하여 섬유간 융착 상태를 전문가 10인이 육안으로 관찰했고, 그 결과 융착이 미발생한 경우를 10점, 전부 융착이 발생한 경우를 0점으로 기준해서 0 ~ 10점으로 평가한 뒤, 평균값을 계산했다. 그 결과 평균값이 9.0 이상인 경우 매우 우수(◎), 7.0 이상 9.0 미만인 경우 우수(○), 5.0 이상 7.0 미만은 보통(△), 5.0 미만은 나쁨(X)으로 나타내었다.

5. 방사작업성

방사작업성은 실시예 및 비교예 별로 동일함량으로 방사된 열접착성 섬유에 대해서 방사 가공 중 드립(구금을 통과하는 섬유가닥들이 일부 융착되거나 사절 이후 가닥들이 불규칙하게 융착되어 형성된 덩어리를 의미함) 발생 수치를 드립 감지기를 통해 카운팅하였고, 실시예1에서의 드립발생 수치를 100으로 기준해서 나머지 실시예 및 비교예에서 발생한 드립 개수를 상대적인 백분율로 표시하였다.

6. 접착강도

제조된 열접착성 섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유(섬유장 51㎜, 섬도 4.0de)를 5: 5로 혼섬 및 개섬한 뒤 140℃ 온도조건으로 열처리하여 평량이 390g/㎡인 핫멜트 부직포를 구현하였고, 가로, 세로 및 두께가 각각 300mm×300mm×10mm인 시편으로 구현하여 KS M ISO 36 방법에 의거하여 UTM(universal testing machine)을 이용하여 접착강도를 측정하였다.

또한, 동일하게 혼섬 및 개섬한 뒤 온도조건을 160℃로 변경하여 동일평량의 핫멜트 부직포를 구현했고, 동일한 방법으로 접착강도를 측정하였다.

			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
코폴리에스테르	산성분(몰%)	TPA	80	80	74	67	65	65
	산성분(몰%)	IPA	20	20	26	33	35	35
	디올성분(몰%)	ISB	5	10	10	12	10	15
	디올성분(몰%)	EG	94	90	90	88	90	85
	IPA+ISB (몰%)		25	30	36	45	45	50
	IPA(몰%)/ISB(몰%)		4.00	2.00	2.60	2.75	3.50	2.33
물성	Tg (℃)		72	74	71	71	70	73
	Tm (℃)		-	-	-	-	-	-
	Ts (℃)		115	112	104	101	100	102
	I.V(㎗/g)		0.67	0.68	0.65	0.66	0.63	0.63
	칩건조시간(Hr)		36	28	30	30	34	28
	저장안정성		○	○	○	○	△	○
	방사작업성		○	○	○	○	○	○
	140℃접착강도(N)		89	108	125	145	138	148
	160℃접착강도(N)		125	142	163	185	178	189

			실시예7	실시예8	실시예9	실시예 10	실시예 11	비교예1	비교예2
코폴리에스테르	산성분 (몰%)	TPA	63	82	88	90	85	72	65
	산성분 (몰%)	IPA	37	18	12	10	15	30	35
	디올성분 (몰%)	ISB	15	12	5	10	5	0	0
	디올성분 (몰%)	EG	85	88	95	90	95	100	100
	IPA+ISB (몰%)		52	30	17	20	20	30	35
	IPA(몰%)/ISB(몰%)		2.47	1.50	2.40	1.00	3.00	-	-
	M.W 4000 PEG(중량%)		0	0	0	0	0	1.3	1.3
물성	Tg (℃)		72	75	79	83	74	65	63
	Tm (℃)		-	-	213	210	-	-	-
	Ts (℃)		102	104	117	117	114	175	165
	I.V(㎗/g)		0.63	0.65	0.66	0.67	0.67	0.66	0.65
	칩건조시간(Hr)		36	28	20	16	34	48	52
	저장안정성		×	○	◎	◎	○	×	×
	방사작업성		△	○	◎	◎	○	△	△
	140℃접착강도(N)		150	106	미접착	미접착	30	112	127
	160℃접착강도(N)		195	138	29	35	51	143	158

상기 표 1 및 표 2를 통해 확인할 수 있듯이,

아이소소바이드를 함유하지 않은 코폴리에스테르를 구비한 비교예1 및 2의 열접착성 섬유의 경우 접착성능은 발휘되나 저장안정성이 좋지 않고 방사작업성이 저하된 것을 알 수 있다.

이에 대비해서 아이소소바이드를 함유한 코폴리에스테르를 구비한 실시예들은 저장안정성이 향상된 것을 알 수 있다. 다만 아이소소바이드를 함유한 경우에도 이소프탈산과 아이소소바이드 함량 총합이 크게 증가한 실시예 7의 경우 저장안정성이 크게 저하되고 방사작업성도 저하된 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims

테레프탈산과 이소프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 코폴리에스테르는 비정질인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 코폴리에스테르는 연화점이 100℃ 이상이고, 유리전이온도가 70℃ 이상인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)과 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 총합은 20 ~ 50몰%인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 코폴리에스테르는 상기 에스테르화 화합물과 중·축합된 중량평균분자량 1000 ~ 10,000인 폴리에틸렌글리콜을 코폴리에스테르 중량기준 0.5 ~ 3.0중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 이소프탈산은 산성분을 기준으로 15 ~ 35몰%로 포함되며, 상기 아이소소바이드는 디올성분을 기준으로 5 ~ 15몰%로 포함되는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제5항에 있어서,
상기 산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)은 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)에 대비해 1.5 배 이상으로 함유되는 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제4항에 있어서,
산성분을 기준으로 한 이소프탈산의 함량(몰%)과 디올성분을 기준으로 한 아이소소바이드의 함량(몰%)의 총합은 25 ~ 50몰%인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 코폴리에스테르는 고유점도(I.V)가 0.60 ~ 0.70 ㎗/g인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
제1항에 있어서,
상기 열접착성 섬유는 상기 코폴리에스테르를 시스부에 포함하는 시스-코어형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 열접착성 섬유.
테레프탈산과 이소프탈산을 포함하는 산성분, 및 에틸렌글리콜과 아이소소바이드를 포함하는 디올성분이 반응된 에스테르화 화합물이 중·축합된 코폴리에스테르를 포함하는 열접착성 섬유용 폴리에스테르 칩.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 열접착성 섬유를 포함하는 원단.
제12항에 있어서,
상기 원단은 자동차용 부재, 건축용 부재, 침구용 부재, 위생재용 부재, 의류용 부재 및 농업용 부재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용도인 것을 특징으로 하는 원단.