KR20240010173A - 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 있어서, 복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합되어 열접착된 부직포로써, 상기 복합섬유는 제1성분으로 폴리에스테르계 수지 및 제2성분으로 상기 폴리에스테르계 수지보다 융점이 20℃ 이상 낮은 폴리에스테르계 수지로 형성되되,상기 제2성분의 폴리에스테르계 수지는 디올(Diol)과 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체, 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 구성되며, 상기 디올(Diol)은 에틸렌글리콜(EG) 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)로 구성되고, 상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체는 테레프탈릭에시드(TPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT) 및 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 구성되며, 상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올(Diol)과 에스테르화 반응시키고 그 반응물을 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 축중합시켜 완성된 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 관한 것이다.
Description
본 발명은 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 관한 것으로, 기존의 부직포와 다르게 복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착된 부직포로 구성된 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 관한 것이다.
열접착 복합섬유는 열풍등의 열에너지를 이용하여, 열융착에 의하여 부직포를 제조할 수 있다. 열접착형 복합섬유는 일반적으로 2성분으로 구성되고, 열에 의해 1성분만을 용융시킴으로써 섬유끼리의 접착을 통해 벌키한 부직포를 용이하게 얻을 수 있어서 산업자재에 널리 이용되고 있다. 폴리 에스테르(PET)계 열접착형 복합섬유는 자동차용, 건축자재용, 위생재용등의 생활용품이나 필터용 부직포로 널리 사용되고 있다.
일반적으로 폴리에스테르계 열접착형 복합섬유는 일반 폴리에스테르를 제1성분으로 하여 코어(core)를 형성하고, 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르를 제2성분으로 하여 시스(sheath)를 형성하여 구성된다. 융점이 서로 다른 상기 2성분 열접착형 복합섬유는 코어-시스 형태뿐만 아니라, 병렬형태, 분할형태 등으로 적용이 가능하다. 또한 코어-시스 형태도 코어-시스 정심형태와 코어-시스 편심형태로 제조될 수 있다. 한편, 섬유의 단면형태는 원형 또는 원형이 아닌 이형단면일 수 있다.
대한민국특허 제1224095호에서는 폴리에스테르계 수지로 이루어지는 제1성분과, 상기 폴리에스테르계 수지의 융점보다 20℃ 이상 낮은 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 제2성분으로 구성되는 열접착성 복합섬유에 관한 것으로 벌크향상에 대한 효과가 있으나 복합섬유에 중공부형성이 없어 함기율 향상에 한계가 있으며 탄력성에도 문제가 있다.
미국특허 제4,065,439호에서는 테레프탈산/이소프탈산/아디핀산(또는 세바신산) 및 에틸렌글리콜/네오펜틸글리콜을 사용하여 저융점 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제시하였으나 이 경우에는 얻어진 접착제의 융점이 45℃ 내지 60℃로 매우 낮아 의류용 심지로는 사용하기 곤란한 단점이 있다.
영국 특허 제788,377호, 일본 특개평 제8-143,657호 및 한국 공고특허 제96-9776호 등에서는 비결정질의 분자구조를 구현할 수 있는 다른 공중합 물질로서 카르복실기의 위치가 이소프탈산의 메타 위치보다 분자 사슬을 더 구부릴 수 있는 오 르소 위치의 프탈산 또는 무수프탈산을 사용하여 중합하려는 시도가 있어 왔다.
그러나 무수프탈산의 경우 공중합체내 함량이 높아질수록 유리전이온도의 강하 현상이 커서 연신 공정, 제품운반이나 적하시 섬유간 융착 발생될 수 있는 문제가 있다.
또한, 최근에는 자동차용, 건축자재용, 위생재용등과 같은 부직포의 성능이 다양화되면서 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성과 같은 기능이 강조되고 있다, 특히 복합섬유 부직포에 사용시 굽힘강성이 우수한 형태안정성이 주요하게 요구되고 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 본 발명은 굴곡강도을 향상시키기 위해 제2성분의 분자간 결합력을 증가시키는 탄성모노머를 첨가하여 탄성력과 함께 굴곡강도가 우수한 복합섬유 부직포를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 있어서, 복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합되어 열접착된 부직포로써, 상기 복합섬유는 제1성분으로 폴리에스테르계 수지 및 제2성분으로 상기 폴리에스테르계 수지보다 융점이 20℃ 이상 낮은 폴리에스테르계 수지로 형성되되,상기 제2성분의 폴리에스테르계 수지는 디올(Diol)과 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체, 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 구성되며, 상기 디올(Diol)은 에틸렌글리콜(EG) 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)로 구성되고, 상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체는 테레프탈릭에시드(TPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT) 및 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 구성되며, 상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올(Diol)과 에스테르화 반응시키고 그 반응물을 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 축중합시켜 완성된 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체의 구성성분의 함량으로 테레프탈릭에시드(TPA) 50~90몰%, 디메틸테레프탈레이트(DMT) 5~30몰% 및 디메틸이소프탈레이트(DMI) 10~20몰%인 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 복합섬유는 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어 (sheath-core)인 것으로, 상기 제1성분 및 제2성분이 편심형태의 사이드 바이 사이드 또는 제1성분이 코어부, 제2성분이 시스부인 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포를 제공한다.
본 발명은 복합섬유 부직포로써 분자간 결합력을 증가시키는 탄성모노머가 첨가된 저융점 제2성분이 포함된 복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합된 굴곡강도가 우수한 특징이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 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 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 관한 것이다. 복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착된 부직포로써, 특히 복합섬유의 제2성분에 기술적 특징이 있는 것으로 저융점 폴리에스테르수지에 압축회복율 물성을 향상시키기 위해 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 모노머(monomer)가 포함된 것에 기술적 특징이 있다.
원형 단면 섬유는 섬유의 종류에 한정은 없지만, 탄성력이 있는 섬유가 바람직하고 폴리에스테르 원형 단면 섬유도 가능하다. 복합섬유와 원형 단면 섬유와의 혼합비는 중량비로 1:10~10:1 정도가 타당하다.
본 발명 복합섬유의 제1성분은 폴리에스테르계 수지는 일반적인 폴리에스테르 수지로 바람직하게는 테레프탈릭에시드(TPA) 및 에틸렌글리콜(EG)가 1:1의 몰비를 갖는다.
본 발명 제2성분은 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올(Diol)과 에스테르화 반응시키고 그 반응물을 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 축중합시켜 완성된다.
이 경우 2가지 방법으로 제조할 수 있으며 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올과의 반응에 의한 에스테르교환법(DMT법) 또는 직접 에스테르화법(TPA법)에 의한 비스-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET) 및 BHET의 저분자량의 축합물을 합성하고 디올을 제거하면서 용융, 축합중합시킴으로써 분자쇄의 길이를 증가시키는 방법이 있다.
본 발명은 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올과의 반응에 의한 에스테르교환법(DMT법)을 따르며,
상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체는 테레프탈릭에시드(TPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT) 및 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 구성되며,
디올은 에틸렌글리콜(EG) 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)로 구성된다.
상기 디올(Diol) 중 에틸렌글리콜(EG)은 분자량 500~1,000이다.
상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체의 구성성분의 함량으로 테레프탈릭에시드(TPA) 50~90몰%, 디메틸테레프탈레이트(DMT) 5~30몰% 및 디메틸이소프탈레이트(DMI) 10~20몰%이며,
상기 디올의 구성성분 및 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 함량으로 에틸렌글리콜(EG) 20~50몰%, 1,4-부탄디올(1,4-BD) 10~30몰%, 폴리에틸렌글리콜(PEG) 1~20몰% 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 20~50몰%이다.
본 발명에 따르면 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)을 이용하여 수지를 제조하는 경우 부반응 생성물인 고리형 화합물의 생성에 관여하지 않아, 이소프탈산을 사용하는 경우 보다 방사공정시 팩 교환주기를 늘릴 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)의 두번째 탄소의 메틸기는 고분자 주쇄가 회전을 하는데 용이하게 하고 고분자의 말단 부분인 것처럼 작용하여 주쇄 사이의 자유공간을 넓힌다. 이는 이소프탈산의 메타-구조가 고분자 주쇄에 꺾임 구조를 형성하여 결정성 고분자가 되는 것을 방해하고 비정형 분자구조를 갖도록 하는 것과 동일한 효과를 나타낸다. 따라서 고분자의 용융온도를 저하시키고 결정성을 파괴하는 데 있어 매우 효과적으로 기능한다.
한편, 투입량 대비 용융온도를 많이 떨어뜨릴수록, 유리전이온도를 적게 떨어뜨릴수록 효과적인 공중합 성분이라 할 수 있는데, 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)의 경우 용융온도를 떨어뜨리는 효과는 크지만 유리전이온도를 크게 떨어뜨리지 않아 고함량을 투입하여 비정형 고분자가 된 상태에서도 65℃ 이상의 유리전이온도를 나타낸다.
따라서, 낮은 공정 온도에서도 섬유간 열접착을 가능하게 할뿐 아니라, 부직포 제조 후 100~130℃의 고온에서도 형태안정성이 우수하다. 또한, 열적 특성이 이소프탈산과 매우 유사한데 상대적으로 고가인 이소프탈산을 대체하여 사용시 생산원가를 낮출 수 있다.
본 발명인 폴리에스테르계의 제2성분의 제조 방법에 대해 우선 에스테르화 반응를 설명하면, 하드 세그먼트를 형성하도록 디올 성분과 디카르본산(Dicarbonic acid) 유도체와 에스테르화 반응시킨다.
반응용량은 디카르본산(Dicarbonic acid) 유도체 및 디올(Diol)의 몰 분율은 1 대 1.0~1.8 비율로 투입하며 과잉 투입된 디올(Diol)성분은 축중합반응 중 감압공정을 통해 대부분 회수되며 디카르본산(Dicarbonic acid) 유도체 및 디올(Diol)은 제2성분수지조성물 중 30~99중량% 값을 갖는다.
상기 에스테르화 반응에서 사용되는 촉매는 초산아연, 초산소듐, 초산마그네슘, 테트라노 말부톡시티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트, 티탄옥사이드/실리옥사이드마이크로코폴리머, 및 나노티타네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이고, 폴리에스테르계 탄성수지 100 중량부에 대하여 15000 ppm 범위로 사용되며 촉매의 투입량이 부족할 경우 에스테르화 반응속도가 느려지며, 과할 경우 제2성분 수지의 열안정성이 나빠진다.
에스테르화 반응을 진행한 뒤 이어서 1,4-부탄디올(1,4-BD) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 축중합을 진행한다.
상기 에스테르화 반응에 의해 얻어진 올리고머 용액과 1,4-부탄디올(1,4-BD)및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 축중합 촉매, 열안정제, 광산화 안정제와 함께 진공감압이 가능한 내압, 내열 반응기에 투입한 후 760~1000 Torr의 압력 및 200~270의 온도에서 과량의 디올(Doil)을 증류한 후, 최종 진공도 1mmHg 이하의 고진공하에서 축중합을 완료하여 본 발명인 제2성분 수지를 얻는다.
또한 높은 탄성회복률을 유지하기 위해서는 소프트 세그먼트의 함량은 전체 폴리머 중량 대비 40 ~ 70 wt%를 유지하여야 하며 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 분자량은 1,000 미만이면 탄성적 성질이 낮아지는 경향이 있으며, 3,000을 초과하는 경우 소프트 세그먼트의 길이가 너무 길어 중합반응 시간이 지연되는 경향이 있다.
폴레에스터계 탄성 소재에 있어 소프트 세그먼트의 함량은 탄성특성을 나타내는 중요한 수지로 소프트 세그먼트의 함량이 낮으면 탄성반발력은 높아지나 신도가 낮아지며, 소프트 세그먼트의 함량이 높아지면 탄성반발력은 낮아지나 신도가 높아진다. 최적의 탄성반발력과 신도를 위하여 소프트 세그먼트의 함량은 적정량 유지하여야 하며, 소프트 세그먼트의 적정 함량은 40 ~ 70wt% 이다.
또한 상기 축중합 단계에서 사용되는 중합촉매는 삼산화안티몬, 안티몬아세테이트, 테트라노말부톡시티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트, 티탄옥사이드/실리카옥사이드마이크로코폴리머, 및 나노티타네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이고, 폴리에스터계 탄성접착수지 100 중량부에 대하여 15000 ppm 범위로 사용할 수 있다.
본 발명은 제1성분 및 제2성분 수지를 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어 (sheath-core)인 것으로 적용시킬 수 있다.
사이드 바이 사이드는 상기 제1성분 및 제2성분이 편심형태로 구성될 수 있으며, 시스-코어 형태는 제1성분이 코어부, 제2성분이 시스부인 것으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 설명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이며, 하기 실시예는 예시적인 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석될 수 없다.
실시예 1
[고탄성 복합섬유 부직포] 디메틸테레프탈레이트(DMT)가 20mole%, 디메틸이소프탈레이트(DMI) 5mole%, 테레프탈릭에시드(TPA) 75mole%, 1,4-부탄디올(1,4-BD) 20mole%, 폴리에틸렌글리콜(PEG) 5mole%, 에틸렌글리콜(EG) 35mole%, 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 40mole% 로 중합된 고탄성 저융점 고분자를 복합방사하여 섬유를 제조하였다.
방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 4De이고, 섬유장 51mm인 섬유를 제조하였다. 이 섬유를 바인더 섬유로써 30 중량%가 되도록 이용하되, 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착(Thermal bonding)으로 부직포를 제조하였다.
비교예 1
[기존 저융점 복합섬유 부직포] 테레프탈릭에시드(TPA) 100mole%, 에틸렌글리콜(EG) 70mole%, 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 30mole%, 중합된 저융점 고분자를 복합방사하여 섬유를 제조하였다. 방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 4De이고, 섬유장 51mm인 섬유를 제조하였다. 이 섬유를 바인더 섬유로써 30 중량%가 되도록 이용하되, 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착(Thermal bonding)으로 부직포를 제조하였다.
비교예 2
[고탄성 복합섬유 부직포] 실시예1의 조건에서 BD를 투입하지 않고 중합된 고탄성 저융점 고분자를 복합방사하여 섬유를 제조하였다. 방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 4De이고, 섬유장 51mm인 섬유를 제조하였다. 이 섬유를 바인더 섬유로써 30 중량%가 되도록 이용하되, 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착(Thermal bonding)으로 부직포를 제조하였다.
비교예 3
[고탄성 복합섬유 부직포] 실시예1의 조건에서 PEG를 투입하지 않고 중합된 고탄성 저융점 고분자를 복합방사하여 섬유를 제조하였다. 방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 4De이고, 섬유장 51mm인 섬유를 제조하였다. 이 섬유를 바인더 섬유로써 30 중량%가 되도록 이용하되, 원형 단면 섬유와 혼합하여 열접착(Thermal bonding)으로 부직포를 제조하였다.
* 굴곡강도 측정 방법
실시예 및 비교예 부직포를 200℃에서 90초 동안 핫플레이트로 압착시켜 시편을 제작한다. 시편의 크기는 150 x 50mm이며, 속도 5mm/min * 25mm로 하중을 부여하여 최대응력 값 (굴곡강도)를 측정한다.
| 구분 | 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 굴곡강도 (N) | 6.50 | 4.65 | 5.54 | 5.40 |
실시예1은 비교예1 대비 고탄성 특성의 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 단량체가 첨가된 것으로 굴곡강도가 우수한다.
비교예2는 고탄성 특성의 1,4-부탄디올(1,4-BD)의 단량체가 없을 경우이고, 비교예3은 고탄성 특성의 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 단량체만 없을 때에 따른 실시예 1과의 물성에서 차이점이 있다.
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 (3)
- 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포에 있어서,
복합섬유와 원형 단면 섬유와 혼합되어 열접착된 부직포로써,
상기 복합섬유는 제1성분으로 폴리에스테르계 수지 및 제2성분으로 상기 폴리에스테르계 수지보다 융점이 20℃ 이상 낮은 폴리에스테르계 수지로 형성되되,
상기 제2성분의 폴리에스테르계 수지는 디올(Diol)과 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체, 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 구성되며,
상기 디올(Diol)은 에틸렌글리콜(EG) 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)로 구성되고,
상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체는 테레프탈릭에시드(TPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT) 및 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 구성되며,
상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체와 디올(Diol)과 에스테르화 반응시키고 그 반응물을 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 축중합시켜 완성된 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포.
- 제1항에 있어서,
상기 디카르본산(Dicarbonic acid) 또는 유도체의 구성성분의 함량으로
테레프탈릭에시드(TPA) 50~90몰%, 디메틸테레프탈레이트(DMT) 5~30몰% 및 디메틸이소프탈레이트(DMI) 10~20몰%인 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포.
- 제1항에 있어서,
상기 복합섬유는 사이드 바이 사이드(side by side) 또는 시스-코어 (sheath-core)인 것으로,
상기 제1성분 및 제2성분이 편심형태의 사이드 바이 사이드 또는
제1성분이 코어부, 제2성분이 시스부인 것에 특징이 있는 굴곡강도가 우수한 자동차 내장재용 부직포.
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