WO2020050449A1 - 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트 및 이를 포함하는 자동차용 터프티드 카페트 - Google Patents

폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트 및 이를 포함하는 자동차용 터프티드 카페트 Download PDF

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WO2020050449A1
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polyethylene terephthalate
continuous filament
weight
molecular weight
filament
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PCT/KR2018/011591
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오승택
김무송
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효성첨단소재 주식회사
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    • D05C17/02—Tufted products
    • D05C17/026—Tufted products characterised by the tufted pile surface

Definitions

  • the present invention relates to a polyethylene terephthalate bulky continuous filament having excellent elastic recovery rate and a tufted carpet for automobiles including the same.
  • a tufted carpet for automobiles exerts pressure, such as a user continuously stepping on it.
  • the elastic recovery rate is the most important required property because this carpet undergoes a process of high temperature and high pressure in the process of forming in the same shape as the floor to attach to the floor of the vehicle.
  • BCF bulky continuous filament
  • nylon 6 nylon 66, polypropylene, polyethylene terephthalate, and the like are typically used.
  • nylon is the most suitable material for carpets for automobiles, but low-cost polypropylene is often used as a substitute because of its high cost.
  • PET polyethylene terephthalate
  • nylon has a hydrogen bond, which is the strongest secondary bond between the polymer main chains
  • polyethylene terephthalate polymer has a relatively weak secondary bond between the main chains, van der Waals force and dipole.
  • -It has a dipole-dipole force.
  • a method of making a copolymer having an ester-amide group by incorporating amines, a raw material of nylon, when preparing a polyethylene terephthalate polymer to increase hydrogen bonding power like nylon there is this.
  • a method of manufacturing a carpet using bulky continuous filaments by using a polymer such as polytrimethylene terephthalate (PTT) or polybutylene terephthalate (PBT), which is known to have a high elastic recovery rate.
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the thermal properties of the polymer are also important because a heating and high pressure pressing process at around 200 ° C for molding into the same shape as the vehicle floor is included.
  • the molecular weight of the existing polyethylene terephthalate medical fiber is 35,000 to 45,000 on the basis of the weight average molecular weight (Molecular weight).
  • Molecular weight weight average molecular weight
  • An object of the present invention is to provide a polyethylene terephthalate bulky continuous filament with improved elastic recovery rate and a method for manufacturing the same.
  • an object of the present invention is to provide a carpet for automobiles having a cushion feeling, volume, color, and the like, such as a carmat made of nylon bulky continuous filaments, including the polyethylene terephthalate bulky continuous filaments.
  • Polyethylene terephthalate bulky continuous filaments are prepared by melt spinning, multistage drawing of a polyethylene terephthalate chip and a master batch chip for coloring, passing through a texturing nozzle, and then cooling and coiling. , It may have an elastic modulus of 1.00E + 07 to 5.00E + 09Pa in a temperature range of 10 to 200 ° C.
  • the polyethylene terephthalate bulky continuous filament may have the following physical properties.
  • the filament may include 1 to 8% by weight based on the total weight of the filament, the master batch chip for coloring.
  • the polymer of the master batch chip may have the following physical properties.
  • DEG Diethylene glycol
  • the master batch chip for coloring may include 1 to 40% by weight of carbon black as a dye based on the total weight of the master batch chip for coloring.
  • a tufted carpet for an automobile includes a pile layer including the polyethylene terephthalate bulky continuous filament; And at least one backing layer, wherein the elastic recovery rate, which is the height of the pile layer after thermoforming compared to the height of the pile layer before thermoforming, may be 45% or more.
  • the fineness of the bulky continuous filament may be 700 to 1500 denier.
  • the pile layer may have a weight of 180 gsm to 700 gsm.
  • the polyethylene terephthalate bulky continuous filament according to an embodiment of the present invention has a higher weight average molecular weight than a conventional filament, a narrow molecular weight distribution, and reduces the content of carboxyl end groups that cause thermal decomposition, so that the elastic modulus is compared to the conventional one. It is improved, and thus the elastic recovery rate can be improved.
  • the quality of the volume and cushioning of the exterior can be improved.
  • 1 is a graph showing the elongation elastic recovery rate according to the elongation of each synthetic fiber.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a polyethylene terephthalate bulky continuous filament according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view schematically showing a tufted carpet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state after thermoforming of a carpet for an automobile according to Examples and Comparative Examples.
  • the terms “comprise” or “have” are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only the case “directly above” the other part but also another part in the middle.
  • a portion of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” another portion, this includes not only the case “underneath” another portion, but also another portion in the middle.
  • being referred to as being “on” may include the case of being disposed on the lower portion as well as the upper portion.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a polyethylene terephthalate bulky continuous filament according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a polyethylene terephthalate bulky continuous filament may include a step of melt spinning a polyethylene terephthalate chip.
  • the step of melt spinning may be a step of melt-spinning together the polyethyl terephthalate chip and the master batch chip for coloring.
  • the master batch chip is manufactured by injecting and extruding a large amount of carbon black or dye together with the base chip. At this time, high temperature heat and high shear force are applied in the extruder to melt the chip and increase dispersibility of carbon black or dye. do. Due to this, the base chip is thermally decomposed and the main chain in the polymer is cut off, and the molecular weight is greatly reduced to less than half. When the masterbatch containing a large amount of low-molecular materials as the thermal decomposition is applied to spinning, it becomes difficult to express excellent physical properties of the bulky continuous filament.
  • the present invention is characterized in that the masterbatch polymer having a low molecular weight is subjected to solid phase polymerization to increase the molecular weight and apply it.
  • the weight average molecular weight of the masterbatch polymerization product that has completed solid phase polymerization is 30,000 to 70,000.
  • the molecular weight distribution (Poly Dispersity Index, PDI) of the master batch polymer is preferably 1.0 to 2.0.
  • the content of diethylene glycol (DEG), which is a cause of deterioration of yarn properties is preferably 1.5% by weight or less. In this case, it is possible to prevent a problem that the physical properties of the fiber is lowered during the spinning process.
  • examples of the dye that can be used in the master batch chip may be an inorganic dye such as carbon black or an organic dye, but it is preferable to use carbon black.
  • the average particle diameter of the carbon black particles may be 10 to 25 nm, but is not limited thereto.
  • the average particle diameter of the carbon black particles is less than 10 nm, dispersibility is lowered, yield is lowered in the process of manufacturing a master batch, and uniform dispersion does not result in a problem that the color of the manufactured yarn is non-uniform.
  • the average particle diameter of the carbon black particles exceeds 25 nm, a lot of trimming may occur when manufacturing the original yarn.
  • the organic dye is not particularly limited, but may be one or more selected from the group consisting of monoazo, disazo, anthraquinone, triarylmethane, and azine.
  • the dye may be 1 to 40% by weight based on the total weight of the master batch chip, preferably 10 to 30% by weight.
  • the content of the dye is less than 1% by weight, a large amount of the master batch chip must be added to obtain a desired blackness, which is disadvantageous in the strength development of the original yarn and causes a problem that the adhesion cost increases, and the content of the dye exceeds 40% by weight In the case of, it becomes difficult to manufacture the master batch chip, and it is difficult to ensure uniform dispersibility.
  • such a master batch chip is preferably included 1 to 8% by weight relative to the total weight of the filament to be finally produced, more preferably 3 to 5% by weight may be included. If the content of the master batch chip in the filament is less than 1% by weight, it is difficult to develop sufficient blackness of the original yarn, and when it exceeds 8% by weight, thread trimming increases during spinning, which may degrade spinning operability.
  • the polyethylene terephthalate chip is preferably manufactured through liquid polymerization or solid phase polymerization.
  • the solid-phase polymerization is preferred to use a method of batch or continuous polymerization, but is not limited thereto. More specifically, the solid-phase polymerization proceeds to dry for 4 to 6 hours of moisture removal at 110 to 170 ° C under vacuum conditions, and is heated at 4 to 6 hours to 235 to 255 ° C in the range of 235 to 255 ° C. It is preferable to perform, and the solid-state polymerization time is preferably 20 to 30 hours.
  • liquid polymerized or solid phase polymerized polyethylene terephthalate chip and the master batch chip for coloring are melt-spinned at 245 to 335 ° C to pass the spinneret 1.
  • the polyethylene terephthalate resin which is the base in the present invention contains 90 mol% or more of repeating units of ethylene terephthalate.
  • the polyethylene terephthalate may include a small amount of units derived from ethylene glycol and terephthalene dicarboxylic acid or derivatives thereof and one or more ester-forming components as copolymer units.
  • ester-forming components copolymerizable with polyethylene terephthalate units include glycols such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and the like, terephthalic acid, isophthalic acid, hexahydroterephthalic acid, and steelbendica.
  • Dicarboxylic acids such as carboxylic acid, bibenzoic acid, adipic acid, sebacic acid, and azelaic acid.
  • the fineness of the polyethylene terephthalate yarn produced in this way is preferably 700 to 1500 denier, and more preferably 850 to 1350 denier.
  • the diameter of the polyethylene terephthalate yarn is preferably 6 to 20 dpf, and more preferably 10 to 15 dpf.
  • the fineness of the yarn is less than 700 denier, and the diameter is less than 6dpf, when the carpet is molded, the uprightness of the fabric pile becomes low, resulting in poor abrasion resistance, mold restoration and appearance, and fineness exceeding 1500 denier or diameter exceeding 20dpf The density of the carpet fabric is lowered, resulting in poor abrasion resistance and resilience.
  • the cooling step may be a step of cooling with air having a speed of 0.2 to 1.0 m / sec in the cooling zone 3.
  • the cooling temperature is preferably adjusted to 10 to 30 ° C. If the cooling temperature is less than 10 ° C, it is disadvantageous in terms of economy, and if it exceeds 30 ° C, the cooling effect is deteriorated. In addition, if the speed of the cooling air is less than 0.2m / sec, the cooling effect is insufficient, and if it exceeds 1.0m / sec, the vibration of the yarn is excessive, which causes a problem in spinning work, so the speed of the cooling air is 0.2 to 1.0m / sec. It is preferred.
  • a spin finish step of oiling is performed, and the focusing power of the yarn is performed by oiling using a neat-type emulsion or a water-soluble emulsion in two stages, first and second in the finish applicator (4). , Improves lubricity and smoothness.
  • the feed roller 5 feeds the filament to the drawing roller 6 at a speed of 300 to 1,200 m / min, preferably at a speed of 500 to 800 m / min, where the drawing roller 6 is 140 to 240 ° C. It is a temperature of 2.0 and 5.0 times the feed roller 5 speed, and preferably stretched at 2.5 to 4.5 times. If the stretching rate is less than 2.0 times, it is not sufficiently stretched, and when it exceeds 5.0 times, the polyethylene terephthalate material has a problem of being unable to withstand stretching and trimming.
  • the filament that has passed through the drawing roller 6 passes through a texturing unit 7 having a texturing nozzle to impart bulky properties, and at this time, 150 to 270 ° C of heating fluid is 3 inside the texturing unit 7. Spraying at a pressure of ⁇ 10 kg / cm2 causes the filament to crimp in an irregular three-dimensional shape.
  • the temperature of the heating fluid is preferably 150 to 250 ° C, when less than 150 ° C, the texturing effect falls, and if it exceeds 250 ° C, the filament is damaged.
  • the pressure of the heating fluid and the 3 ⁇ 10kg / cm 2 preferably, which when 3kg / cm 2 less than the falling texturing effect exceeding 10kg / cm 2 results in the damage to the filament.
  • the filament passing through the texturing unit 7 is cooled while passing through the cooling drum 8 disposed at the lower end of the texturing nozzle.
  • the cooled yarn is passed through the relaxation roller 9 at a rate of 0.65 to 0.95 times the draw roller speed, and passed through with an over feed rate of 5 to 35%.
  • the speed of the relaxation roller is less than 0.65 times the speed of the drawn roller, the coiling is not performed, and if it exceeds 0.95 times, bulkiness is reduced, the yarn shrinks significantly, and high tension is caused, causing trouble to work.
  • the yarn that has passed through the relaxation roller 9 passes through the entanglement machine 10. In this part, a slight twist and knot is given at a pressure of 2.0 to 8.0 kg / m 2 in order to improve the focusing force of the yarn.
  • the range is 0 to 40 times / m, preferably 10 to 25 times. When giving more than 40 times, the condition remains unchanged even after dyeing and post-processing, thereby damaging the appearance of the carpet.
  • the yarn that has passed through the school machine 10 is wound at the final winding machine 11.
  • the tension of the yarn is usually in the range of 50 to 350 g. At this time, if the tension in the take-up machine is less than 50g, it is impossible to wind up, and if it exceeds 350g, bulkiness is reduced, the yarn shrinks significantly and causes high tension, which causes trouble in work.
  • the polyethylene terephthalate multifilament prepared as described above preferably has a weight average molecular weight of 50,000 to 70,000.
  • the physical properties of the filament which are carpet piles, are insufficient and thus damaged. Due to this damage, the original shim can only maintain a height of about 20 to 30% of the height of the pile, and the cushioning and volume of the carpet are significantly lowered, and the pressing marks and the color are also inhibited.
  • the weight average molecular weight exceeds 70,000, a problem occurs in that the spinning processability is deteriorated.
  • the molecular weight distribution (Poly Dispersity Index, PDI) of the polyethylene terephthalate multifilament is preferably 1.6 to 2.0.
  • Mc critical molecular weight
  • the content of the carboxyl end group (CEG) that causes thermal decomposition is 20 meq / kg or less, and the content of diethylene glycol (DEG) is preferably 1.5 wt% or less.
  • CEG carboxyl end group
  • DEG diethylene glycol
  • the elastic modulus of the polyethylene terephthalate bulky continuous filament may be 1.00E + 07 to 5.00E + 09Pa in a temperature range of 10 to 200 ° C.
  • the elastic modulus of the polyethylene terephthalate bulky continuous filament of the 1000/128 d / f grade may be 5.00E + 07 to 3.50E + 08Pa in a temperature range of 25 to 180 ° C. It can be expected that the recovery rate of the carpet pile is improved from the elastic modulus of the filament.
  • the polyethylene terephthalate multifilament manufactured according to the present invention as described above is manufactured as a carpet for automobiles through a post-process.
  • the carpet produced by the BCF company of the present invention can be produced in any manner known to those skilled in the art.
  • 3 shows a specific example of a tufted carpet for a vehicle according to the present invention.
  • the carpet has a face yarn 12 supported by the first bubble 13.
  • the first bubble paper 13 is called a backing layer
  • the layer made of the face yarn 12 is called a pile layer.
  • Face Yarn (12) the outermost layer of which the consumer sees and feels, is formed of BCF yarn, and the first base (13) is a material of polyester or polyolefin, which is made of 90 to 150 gsm in the form of spunbond or fabric. Weight is preferred.
  • the pile layer including the Face Yarn (12) preferably has a weight of 180 ⁇ 700gsm.
  • Adjacent to the first base 13 is a coating layer 14 that fixes the face yarn 12, which is a suitable material commonly used in the art, such as latex or acrylic.
  • the carpet is subjected to a secondary coating 15 for imparting sound insulation or sound absorption performance to secure quietness in the vehicle. This secondary coating 15 is also possible to apply PE or EVA 300 ⁇ 5000 gsm or to attach additional sound-absorbing nonwoven fabric.
  • the carpet of the present invention may have an elastic recovery rate of 45% or more.
  • the elastic recovery rate As described above, as the elastic recovery rate is improved by 45% or more from the conventional 20-30% level, the appearance quality such as cushion feeling and volume feeling may be improved.
  • the elastic recovery rate can be calculated as follows.
  • Elasticity recovery rate height of filament pile (pile layer) after thermoforming for automobile carpet / height of filament pile (pile layer) before thermoforming for automobile carpet
  • the polyethylene terephthalate polymer is subjected to solid phase polymerization to increase the molecular weight of the liquid polymer.
  • the batch solid-phase polymerization machine is used to dry for 4 hours of moisture removal at 140 ° C under vacuum conditions, and the temperature is raised to 235 ° C over 4 to 6 hours, and the temperature range of 235 to 245 ° C
  • solid phase polymerization was carried out to the final target molecular weight of each example.
  • a masterbatch chip for coloring was prepared by extruding 30 wt% of carbon black into the prepared polyethylene terephthalate polymer.
  • the polyethylene terephthalate polymer prepared through spinneret having a 128-hole (Yole) cross-section and a master batch chip for coloring were melt-spinned to 290 ° C.
  • the polymer exiting the spinneret was cooled by a cooling air of 20 m at 0.5 m / s at the bottom of the nozzle, and then passed through an emulsion supply device.
  • the oiled yarn was passed through a feed roller maintained at a temperature of 90 ° C at a rate of 598m / min, and then stretched at a rate of 2,840m / min at 190 ° C in a drawing roller.
  • the yarn that has passed through the drawing roller passes through the texturing nozzle and is given a crimp.
  • the hot air temperature was 200 ° C
  • the pressure was 7 kg / cm 2
  • the back pressure was 5 kg / cm 2 .
  • Polyethylene terephthalate BCF yarns were prepared by winding the conduit 20 times / m at a pressure of 4.0 kg / m 2 in a post-focusing device and then winding it in a winding machine.
  • a carpet was prepared using polyethylene terephthalate BCF yarn.
  • the intrinsic viscosity of the yarn, the weight average molecular weight, the molecular weight distribution, the content of CEG and DEG and the weight average molecular weight, molecular weight distribution, and DEG content of the master batch polymer for coloring were adjusted as shown in Table 1 below.
  • HFIP hexafluoroisopropanol
  • OCP ortho-chlorophenol
  • Carboxyl End Group (CEG) of the masterbatch for yarn and coloring according to the provisions of ASTM D 664 and D 4094, put 0.2 g of sample into a 50 mL Erlenmeyer flask, add 20 mL of benzyl alcohol and hot Using a hot plate, raise to 180 ° C and hold for 5 minutes to completely dissolve the sample, then cool to 160 ° C and add 5-6 drops of phenolphthalene when reaching 135 ° C, titrate with 0.02N KOH
  • the CEG content (COOH million equiv./kg of sample) was calculated by Equation 1 below at the titration point from colorless to pink.
  • A is the amount of KOH consumed in titration of the sample (mL)
  • B is the amount of KOH consumed in titration of the sample (mL)
  • W is the weight of the sample (g).
  • DEG Diethylene Glycol
  • monoethanolamine a solution in which 0.005 g of, 6-hexanediol was dissolved in 20 mL of methanol was added and neutralized by adding 10 g of terephthalic acid.
  • the obtained neutralization solution was filtered using a funnel and filter paper, and then the filtrate was subjected to gas chromatography to measure the DEG content (% by weight).
  • GC analysis was measured using a Shimadzu GC analyzer and according to the Shimadzu GC manual.
  • carpets for automobiles manufactured using polyethylene terephthalate BCF prepared according to the embodiment can be seen that the elastic recovery rate increased compared to the comparative example. Specifically, when the weight average molecular weight of the filament and the masterbatch polymer added at this time increases, the elastic modulus of the filament increases at a high temperature by about 20 times, and the elastic recovery rate of the carpet for automobiles is improved from 28% up to 58%. Able to know. In the case of Comparative Examples 1 and 2, although the weight average molecular weight of the filament and the masterbatch polymer of Comparative Example 2 is higher than that of Comparative Example 1, it has heat-sensitive properties with relatively high CEG or DEG content, so that there is no significant difference in elastic modulus values. Able to know. In addition, referring to FIG. 4, it can be seen that the carpet for automobiles manufactured according to Comparative Example 1 was damaged due to lack of physical properties, and the carpet for automobiles manufactured according to Examples was superior in cushioning and volume compared to Comparative Examples. You can see that

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Abstract

폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩 및 착색용 마스터 배치 칩을 용융 방사, 다단 연신하고, 텍스처링 노즐을 통과시킨 후, 냉각 및 권취하는 단계를 포함하여 제조되고, 10 ~ 200℃의 온도 구간에서 1.00E+07 내지 5.00E+09Pa의 탄성 모듈러스(elastic modulus)를 가질 수 있다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트 및 이를 포함하는 자동차용 터프티드 카페트
본 출원은 2018.9.5.자 한국 특허 출원 제10-2018-0105803호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 탄성회복율이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트 및 이를 포함하는 자동차용 터프티드 카페트에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 터프티드 카페트는 사용자가 지속적으로 발로 밟는 등 압력을 가하게 된다. 특히 본 카페트는 차량 바닥에 붙이기 위해 바닥과 동일한 형태로 성형하는 공정에서 고온 고압의 과정을 거치기 때문에 탄성회복율은 가장 중요한 요구 물성이다.
이러한 자동차용 카페트의 소재인 벌키 연속 필라멘트(bulked continuous filament, BCF)의 합섬소재로는 대표적으로 나일론6, 나일론66을 비롯하여 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등이 사용되고 있다. 이들 중 나일론이 자동차용 카페트 소재로 최적의 소재이지만 가격이 비싼 단점이 있어 저가의 폴리프로필렌이 대체제로 많이 사용되고 있다.
한편, 카페트용 섬유에 합성 섬유가 적용된 역사가 짧고, 이에 대한 깊은 연구가 부족하고 이에 따른 산업적 발전도 더딘 편이다. 이로 인해, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 나일론 등 카페트에 적용 가능한 합성섬유를 제조할 때 기존과 유사하게 중합물을 제조한 후, 방사공정을 통해 제사하고 강도, 신도 등 기존 섬유 물성을 그대로 적용하고 있다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 나일론(nylon)에 비해 탄성회복율이 낮은 고분자 고유의 물성으로 인해 카페트를 제조하기에는 적합하지 않은 것으로 알려져 왔다.
구체적으로, 나일론은 고분자 주쇄 간에 가장 강력한 2차 결합인 수소결합(hydrogen bond)를 가지고 있는 반면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 고분자는 주쇄 간에 비교적 약한 2차 결합인 반데르 발스힘(van der Waals force)와 다이폴-다이폴 힘(dipole-dipole force)을 가지고 있다. 이로 인해 도 1에 도시된 바와 같이, 인장(strain)을 가하게 되면 나일론 섬유는 신장율을 높여도 탄성회복율을 어느 정도 유지하지만, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 지속적으로 탄성회복율이 하락하게 된다.
이에 따라, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 탄성회복율을 증가시키는 목적으로, 나일론처럼 수소결합력을 높이기 위해 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물을 제조할 때 나일론의 원료인 아민류를 함께 투입하여 에스터-아마이드기를 가진 공중합물을 만드는 방법이 있다. 또한, 탄성회복율이 높은 것으로 알려진 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)나 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등 중합물로 벌키 연속 필라멘트를 제사하고 이를 이용하여 카페트를 제조하는 방법도 있다.
또한, 특히 자동차용 터프티드 카페트의 경우, 차량 바닥과 동일한 형태로 성형하기 위한 200℃ 부근에서의 히팅(heating)과 고압의 프레싱(pressing) 공정이 포함되어 있기 때문에 고분자의 열적 특성 또한 중요하다.
한편, 폴리에틸렌테레프탈레이트에 아민류를 공중합하게 되면 용융점(melting temperature)이 하락하면서 열적 특성이 저하되기 때문에 히팅 후, 성형 시 벌키 연속 필라멘트가 찌그러져 자동차용 카페트로서 역할을 할 수 없게 된다. PTT나 PBT 등 중합물도 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비해 용융점이 20~30℃ 낮기 때문에 자동차용 카페트를 제조하기에 적합하지 않다. 즉, 자동차 카페트용 필라멘트를 제조하기 위해서는 강도, 신도 등과 같은 기본 물성 이외에 탄성회복율과 같은 고유물성도 고려되어야 하며, 이외 용융온도, 유리전이 온도 등 열적 특성도 함께 고려되어야 하는 등 전체적인 물성을 함께 개선해야 한다.
또한, 기존 폴리에틸렌테레프탈레이트 의료용 섬유의 분자량은 중량평균분자량(Molecular weight) 기준으로 35,000~45,000 수준이다. 이와 동일한 분자량을 갖는 벌키 연속 필라멘트를 제조하여 자동차용 카페트 열성형 공정을 거치게 되면 카페트 상부 파일인 필라멘트의 물성이 부족해 손상을 입게 된다. 이러한 손상으로 인해 본래 심은 파일 높이의 20~30% 수준의 높이 밖에 유지하지 못하게 되고, 카페트의 쿠션감, 볼륨감이 현저히 낮아지게 되며 눌림 자국과 색감마저 저해되는 문제가 발생하게 된다. 아울러, 고분자의 분자량 분포(Poly Dispersity Index, PDI)가 넓어 임계 분자량(Critical Molecular weight, Mc) 보다 분자량이 낮은 저분자 물질이 많게 되면 이는 방사공정 내 열분해의 원인이 되어 섬유의 물성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 탄성회복율이 향상된 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 포함하여 나일론 벌키 연속 필라멘트로 제조된 카매트와 같은 쿠션감, 볼륨감, 색감 등을 갖는 자동차용 카페트를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩 및 착색용 마스터 배치 칩을 용융 방사, 다단 연신하고, 텍스처링 노즐을 통과시킨 후, 냉각 및 권취하는 단계를 포함하여 제조되고, 10 ~ 200℃의 온도 구간에서 1.00E+07 내지 5.00E+09Pa의 탄성 모듈러스(elastic modulus)를 가질 수 있다.
이때, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 하기의 물성을 가질 수 있다.
(a) 50,000 ~ 70,000의 중량평균분자량
(b) 1.6 ~ 2.0의 분자량 분포(PDI)
(c) 20meq/kg 이하의 카르복실 말단기(CEG) 함량
(d) 1.5중량% 이하의 디에틸렌글리콜(DEG) 함량
또한, 상기 필라멘트는 상기 착색용 마스터 배치 칩을 필라멘트 전체 중량을 기준으로 1 내지 8중량% 포함할 수 있다.
또한, 상기 마스터 배치 칩의 중합물은 하기의 물성을 가질 수 있다.
(a) 30,000 ~ 70,000의 중량평균분자량
(b) 1.0 ~ 2.0의 분자량 분포(PDI)
(C) 1.5중량% 이하의 디에틸렌글리콜(DEG) 함량
아울러, 상기 착색용 마스터 배치 칩은 염료로 카본 블랙을 상기 착색용 마스터 배치 칩의 전체 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 터프티드 카페트는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 포함하는 파일층; 및 적어도 하나 이상의 백킹(Backing)층을 포함하며, 열성형 전 파일층의 높이 대비 열성형 후 파일층의 높이인 탄성회복율이 45% 이상일 수 있다.
여기서, 상기 벌키 연속 필라멘트의 섬도는 700 ~ 1500데니어일 수 있다.
또한, 상기 파일층은 중량은 180 gsm ~ 700 gsm일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 종래의 필라멘트 대비 중량평균분자량이 높고, 분자량 분포는 좁으며, 열분해의 원인이 되는 카르복실 말단기의 함량을 줄임으로써, 탄성 모듈러스가 종래 대비 향상되고, 이에 따라 탄성회복율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 이용하여 자동차용 카페트를 제조함으로써, 외관의 볼륨감과 쿠션감 등 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 각 합성섬유의 신장률에 따른 신장탄성회복율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터프티드 카페트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 실시예 및 비교예에 따른 자동차용 카페트의 열성형 후 모습을 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 제조방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융 방사하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 용융 방사하는 단계는 폴리에틸레테레프탈레이트 칩과 착색용 마스터 배치 칩을 함께 용융 방사하는 단계일 수도 있다.
일반적으로, 원사로 원단을 제작한 후 염가공을 하지만 카페트는 원단 제작 후 염색이 용이하지 않기 때문에 원료 공급에 있어 베이스 칩 투입량에 일정량의 착색용 마스터 배치 칩을 투입하여 방사함으로써 원착사를 제조할 수도 있다.
통상적으로 마스터 배치 칩은 베이스 칩과 함께 다량의 카본블랙이나 염료 등을 투입하고 압출함으로써 제조되는데, 이때 칩을 녹이고 카본블랙이나 염료 등의 분산성을 높이기 위해 압출기 내에서 고온의 열과 높은 전단력을 가하게 된다. 이로 인하여 베이스 칩이 열분해가 되면서 고분자 내 주쇄가 끊어지게 되고, 분자량이 절반 이하로 대폭 감소하게 된다. 이렇게 열분해가 발생함에 따른 저분자 물질이 다량 함유된 마스터 배치를 방사에 적용하게 되면, 벌키 연속 필라멘트의 우수한 물성을 발현하기 어렵게 된다.
이에, 본 발명에서는 저분자량을 가진 마스터 배치 중합물을 고상중합하여 분자량을 높여 적용하는 것을 특징으로 한다. 이때, 고상중합을 완료한 마스터 배치 중합물의 중량평균분자량은 30,000 내지 70,000인 것이 바람직하다. 또한, 마스터 배치 중합물의 분자량 분포(Poly Dispersity Index, PDI)는 1.0~2.0인 것이 바람직하다. 아울러, 원사 물성 저하의 원인이 되는 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량은 1.5중량% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 방사 공정 시 섬유의 물성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 마스터 배치 칩에 사용 가능한 염료의 예는 카본블랙 등 무기 염료이거나, 유기 염료일 수 있으나, 카본블랙을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 카본블랙 입자의 평균입경은 10~25nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 카본블랙 입자의 평균입경이 10nm 미만일 경우, 분산성이 저하되어 마스터 배치 제조 과정에서 수율이 낮아지고, 균일한 분산이 되지 않아 제조된 원착사의 색상이 불균일한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 카본블랙 입자의 평균입경이 25nm를 초과할 경우에는 원착사를 제조할 때 사절이 많이 발생할 수 있다.
한편, 상기 유기 염료는 특별히 한정되지 않으나, 모노아조계, 디스아조계, 안트라퀴논계, 트리아릴메탄계 및 아진계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이러한 염료는 마스터 배치 칩의 전체 중량을 기준으로 1 내지 40중량%일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 30중량%일 수 있다. 염료의 함량이 1중량% 미만일 경우에는 원하는 흑도를 얻기 위하여 마스터 배치 칩을 다량 투입해야 하므로, 원착사의 강도 발현에도 불리하고 원착 비용이 높아지는 문제가 발생하게 되며, 염료의 함량이 40중량%를 초과할 경우에는 마스터 배치 칩의 제조가 어려워지며, 균일한 분산성을 확보하기 어렵다.
아울러, 이러한 마스터 배치 칩은 최종적으로 제조되는 필라멘트 전체 중량 대비 1 내지 8 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 5중량% 포함될 수 있다. 필라멘트 내 마스터 배치 칩의 함량이 1중량% 미만일 경우에는 원착사의 충분한 흑도 발현이 어려우며, 8중량%를 초과할 경우에는 방사 시 사절이 증가하여 방사 조업성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩은 액상중합 또는 고상중합을 통해 제조된 것이 바람직하다. 이때, 상기 고상중합은 배치(batch) 또는 연속중합의 방법을 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 고상중합은 진공조건 하에서 110 내지 170℃에서 4 내지 6시간 수분 제거를 위한 건조를 진행하고, 235 내지 255℃까지 4 내지 6 시간에 걸쳐 승온을 실시하여 235 내지 255℃ 범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 고상중합시간은 20 내지 30시간인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 액상중합 또는 고상중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩 및 착색용 마스터 배치 칩을 245∼335℃로 용융 방사하여 방사구금(1)을 통과시킨다.
본 발명에서 기본이 되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 에틸렌테레프탈레이트의 반복단위를 90몰 % 이상 함유하는 것이 바람직하다.
선택적으로 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 테레프탈렌 디카르복실산 또는 이들의 유도체 그리고 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 성분으로부터 유도된 소량의 단위를 공중합체 단위로 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위와 공중합 가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤디카르복실산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복실산을 포함한다.
이와 같이 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 섬도는 바람직하게는 700 내지 1500 데니어(denier)이며, 850 내지 1350 denier인 것이 보다 바람직하다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 직경은 6~20dpf인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10~15dpf일 수 있다.
원사의 섬도가 700 denier 미만이고, 직경이 6dpf 미만이면 카페트 성형 시, 원단 파일의 직립도가 낮아져 내마모성, 성형복원력 및 외관이 불량하게 되고, 섬도가 1500 denier를 초과하거나 직경이 20dpf를 초과할 경우에는 카페트 원단의 밀도가 낮아지게 되어 내마모성 및 복원력이 불량하게 된다.
이후, 방사된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 냉각시키는 단계는 냉각구역(3)에서 속도 0.2∼1.0m/sec의 공기로 냉각시키는 단계일 수 있다. 냉각온도는 10∼30℃로 조절하는 것이 바람직하며, 냉각온도가 10℃ 미만이면 경제적인 측면에서 불리하고, 30℃를 초과하면 냉각 효과가 떨어지게 된다. 또한, 냉각 공기의 속도가 0.2m/sec 미만이면 냉각효과가 불충분하며, 1.0m/sec를 초과하면 사의 흔들림이 과도하여 방사 작업성에 문제가 되므로, 냉각 공기의 속도는 0.2~1.0m/sec인 것이 바람직하다.
상기 냉각 후, 오일링을 하는 스핀 피니쉬(spin finish)단계를 거치는데 피니쉬 어플리케이터(4)에서 1차, 2차 두 단계로 니트(neat)타입 유제 혹은 수용성 유제를 사용하여 오일링함으로써 사의 집속력, 윤활성 및 평활성을 높여준다.
이후, 공급롤러(5)에서 300∼1,200m/min의 속도로, 바람직하게는 500 내지 800m/min 속도로 필라멘트를 연신롤러(6)에 공급하며, 이때 연신롤러(6)는 140∼240℃의 온도이고 공급롤러(5) 속도의 2.0∼5.0배의 속도로, 바람직하게는 2.5 내지 4.5배로 연신한다. 상기 연신속도가 2.0배 미만일 경우 충분히 연신되지 못하며, 5.0배를 초과할 경우에는 폴리에틸렌테레프탈레이트 소재 특성상 연신을 견디지 못하고 사절되는 문제가 발생한다.
연신롤러(6)를 통과한 필라멘트는 벌키성을 부여하기 위해 텍스처링 노즐(texturing nozzle)이 있는 텍스처링 유닛(7)를 통과하며, 이때 텍스처링 유닛(7) 내부에서 150∼270℃의 가열 유체를 3∼10kg/cm2의 압력으로 분사하여 필라멘트가 불규칙한 3차원으로 권축되게 한다.
이때, 가열 유체의 온도는 150∼250℃가 바람직하며, 150℃ 미만에서는 텍스처링 효과가 떨어지고, 250℃를 초과하면 필라멘트에 손상을 초래한다. 또한, 가열 유체의 압력은 3∼10kg/cm2가 바람직하며, 이는 3kg/cm2 미만에서는 텍스처링 효과가 떨어지고 10kg/cm2를 초과하면 필라멘트에 손상을 초래한다.
텍스처링 유닛(7)을 통과한 필라멘트는 텍스처링 노즐 하단부에 배치된 냉각 드럼(8)을 거치면서 냉각된다.
냉각된 원사는 릴렉스 롤러(9)에서 연신롤러 속도의 0.65∼0.95배의 속도로 통과시켜 Over feed율을 5∼35%로 주어 통과시킨다. 이때, 릴렉스 롤러의 속도가 연신롤러 속도의 0.65배 미만으로 하면 권취가 되지 않고, 0.95배를 초과하면 벌키성이 감소되며 원사의 수축이 크게 일어나고 높은 장력을 유발하여 작업에도 지장을 초래한다. 릴렉스 롤러(9)를 통과한 원사는 교락기(10)를 통과하게 된다. 이 부분에서는 사의 집속력을 좋게 하기 위해 2.0∼8.0kg/m2의 압력으로 약간의 꼬임과 매듭을 주게 되는데 0∼40회/m의 범위로, 바람직하게는 10 내지 25회로 부여한다. 40회를 초과하여 교락을 줄 때는 염색, 후가공을 거쳐도 교락이 풀리지 않은 상태가 그대로 유지되어 카펫의 외관을 손상시킨다. 교락기(10)를 통과한 원사는 최종 권취기(11)에서 권취하게 된다.
권취기의 속도는 보통 실의 장력이 50∼350g 범위가 되도록 속도를 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 권취기에서 장력이 50g 미만이면 권취가 불가능하고, 350g을 초과하면 벌키성이 감소되며 원사의 수축이 크게 일어나고 높은 장력을 유발하여 작업에도 지장을 초래하게 된다.
전술한 바와 같이 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 중량평균분자량이 50,000 내지 70,000인 것이 바람직하다. 중량평균분자량이 50,000 미만인 벌키 연속 필라멘트를 이용하여 자동차용 카페트 열성형 공정을 거치게 되면 카페트 파일인 필라멘트의 물성이 부족해 손상을 입게 된다. 이러한 손상으로 인해 본래 심은 파일 높이의 20~30% 수준의 높이 밖에 유지하지 못하게 되고, 카페트의 쿠션감, 볼륨감이 현저히 낮아지게 되고 눌림자국과 색감마저 저해되는 문제가 발생하게 된다. 반면, 중량평균분자량이 70,000을 초과하는 경우에는 방사 공정성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 분자량 분포(Poly Dispersity Index, PDI)는 1.6~2.0인 것이 바람직하다. 분자량 분포가 넓은 경우에는 임계 분자량(Critical Molecular weight, Mc) 보다 분자량이 낮은 저분자 물질이 많게 되면 이는 방사공정 내 열분해의 원인이 되어 섬유의 물성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
아울러, 열분해의 원인이 되는 카르복실 말단기(CEG)의 함량은 20meq/kg 이하이고, 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량은 1.5중량% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 추후 카매트 제조 시 히팅(heating)과 프레싱(pressing) 공정에 따른 열분해의 발생이 줄어들게 되고, 이에 따라 섬유의 물성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
이와 같은 물성을 가질 경우, 고분자의 고유 물성인 탄성회복율을 향상시킬 수 있다.
한편, 자동차용 카페트 제조 시 열성형 과정을 거치게 되는데, 기존에는 이러한 열성형 과정을 거치고 나서야 최종 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트가 찌그러지는 정도를 확인할 수 있었다.
그러나, 본 발명에서는 강도, 신도 등 기존 섬유 물성을 적용하지 않고 열을 가하면서 응력(stress)을 주는 분석방법인 DMA(Dynamic Mechanical Analysis)을 이용하여, 벌키 연속 필라멘트의 물성을 측정하는 탄성 모듈러스(Elastic modulus) 개념을 도입함으로써, 필라멘트를 통해 카페트 파일의 회복율을 측정 및 예상할 수 있다.
이때, 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 탄성 모듈러스(elastic modulus)는 10~200℃의 온도 구간에서 1.00E+07 내지 5.00E+09Pa일 수 있다. 또한, 1000/128 d/f 사종의 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트의 탄성 모듈러스(elastic modulus)는 25~180℃의 온도 구간에서 5.00E+07 내지 3.50E+08Pa일 수 있다. 이러한 필라멘트의 탄성 모듈러스로부터 카페트 파일의 회복율이 향상됨을 예상할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트는 후공정을 거쳐 자동차용 카페트로 제조된다. 본 발명의 BCF사로 제조된 카페트는 당업자에게 공지된 임의의 방식으로 제조할 수 있다. 도 3에는 본 발명에 따른 자동차용 터프티드 카페트의 구체예가 나타나 있다. 카페트는 제 1기포지(13)에 의하여 지지되는 Face Yarn(12)을 가진다. 이때, 상기 제1 기포지(13)를 백킹(backing)층이라며 하며, 상기 Face Yarn(12)으로 이루어진 층을 파일층이라 한다. 소비자가 눈으로 보고 감촉을 느끼는 가장 최외층인 Face Yarn(12)은 BCF 원사로 형성되고, 제 1기포지(13)는 폴리에스테르 또는 폴리올레핀의 소재로 스펀본드나 직물 형태의 90 ~ 150 gsm의 중량이 바람직하다. 또한, 상기 Face Yarn(12)을 포함하는 파일층은 중량이 180~700gsm인 것이 바람직하다. 제 1기포지(13)에 인접한 것은 Face Yarn(12)을 고정시켜주는 코팅층(14)이며, 이것은 라텍스 또는 아크릴과 같이 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 적당한 소재이다. 마지막으로 카페트는 자동차내 정숙성을 확보하기 위하여 차음 또는 흡음 성능을 부여하기 위한 2차코팅(15)을 하게 된다. 이러한 2차코팅(15)는 PE 또는 EVA를 300 ~ 5000 gsm 도포하거나 추가로 흡음성 부직포를 부착하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트를 이용하여 자동차용 카페트를 제조함으로써, 본 발명의 카페트는 탄성회복율이 45% 이상일 수 있다. 이와 같이 탄성회복율이 종래 20~30% 수준에서 45% 이상 향상됨에 따라, 쿠션감 및 볼륨감 등 외관 품질이 향상될 수 있다. 이때, 탄성회복율은 하기 식과 같이 계산할 수 있다.
탄성회복율 = 자동차용 카페트 열성형 후 필라멘트 파일(파일층)의 높이 / 자동차용 카페트 열성형 전 필라멘트 파일(파일층)의 높이
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 3]
폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물을 고상중합을 실시하여 액상 중합물의 분자량을 올린다. 일반적인 고상중합의 과정 중, Batch 고상중합기를 이용하여 진공조건하에서 140℃에서 4시간 수분 제거를 위한 건조를 진행하고 235℃까지 4시간에서 6시간에 걸쳐 승온을 실시하며 235 ~ 245℃의 온도 범위에서 실시예 각각의 최종 목표 분자량까지 고상중합을 실시하였다. 또한, 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체에 카본블랙을 30중량% 투입하여 압출함으로써 착색용 마스터 배치 칩을 제조하였다.
128홀(Hole)이며 Y형 단면을 갖는 방사구금을 통하여 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체 및 착색용 마스터 배치 칩을 290℃로 용융방사하였다. 방사구금을 빠져나온 폴리머는 노즐 하부에서 0.5m/s, 20℃의 냉각 공기에 의해 냉각된 후 유제 공급 장치에 통과시켰다. 유제를 부여받은 원사는 90℃ 온도로 유지되는 공급롤러를 598m/min의 속도로 거친 후 연신롤러에서 190℃, 2,840m/min의 속도로 연신하였다. 연신롤러를 통과한 원사는 텍스처링 노즐을 통과하며 크림프를 부여받는다. 이때, Hot air 온도는 200℃, 압력은 7kg/cm2이며 배압은 5kg/cm2이었다. 이후, 텍스처링 노즐의 배출구에서 원사를 냉각한 후, 릴렉스 롤러를 2250m/min으로 통과하며 21%정도 릴렉스되었다. 후집속장치에서 4.0kg/m2의 압력으로 교락을 20회/m부여한 후 와인딩 머신(Winding Machine)에서 권취하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 BCF 원사를 제조하였다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 BCF 원사를 이용하여 카페트를 제조하였다.
이때, 원사의 고유점도, 중량평균분자량, 분자량 분포, CEG 및 DEG의 함량과 착색용 마스터 배치 중합물의 중량평균분자량, 분자량 분포, DEG 함량은 하기 표 1과 같이 조절하였다.
[비교예 1 및 2]
원사의 고유점도, 중량평균분자량, 분자량 분포, CEG 및 DEG의 함량과 착색용 마스터 배치 중합물의 중량평균분자량, 분자량 분포, DEG 함량을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 BCF 원사 및 카페트를 각각 제조하였다.
[실험예]
1) 중량평균분자량 및 분자량 분포
원사 및 착색용 마스터 배치를 각각 헥사플루오로이소프로판올(HFIP)에 녹인 후 오르토-클로로페놀(OCP) 0.1wt%의 회석용액을 겔투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 수평균분자량과 중량평균분자량을 측정한 후 수평균 분자량에 대한 중량 평균 분자량의 상대값으로 나타내었다.
2) CEG 및 DEG 함량
원사 및 착색용 마스터 배치의 카르복실 말단기(CEG, Carboxyl End Group)는 ASTM D 664 및 D 4094의 규정에 따라, 시료 0.2 g을 50 mL의 삼각 플라스크에 넣은 후, 벤질알콜 20 mL를 가하고 핫 플레이트(hot plate)를 이용하여 180℃까지 올려 5 분간 유지시켜 시료를 완전히 용해시킨 다음, 160℃로 냉각시켜 135℃에 도달할 때 페놀프탈렌 5~6 방울을 가하고, 0.02N KOH로 적정하여 무색에서 분홍색으로 변하는 적정점에서 하기 계산식 1에 의해 CEG 함량(COOH million equiv./시료 kg)을 계산하였다.
[계산식 1]
CEG = (A-B)Х20Х1/W
상기 계산식 1에서, A는 시료의 적정에 소비된 KOH의 양(mL)이고, B는 공시료의 적정에 소비된 KOH의 양(mL)이며, W는 시료의 무게(g)이다.
디에틸렌글리콜(DEG, Diethylene Glycol)의 함량을 시료 1 g을 50 mL 용기에 넣은 후, 모노에탄올아민 3 mL를 가하고 핫 플레이트를 이용하여 가열하여 시료를 완전히 용해시킨 다음, 100℃로 냉각시켜 1,6-헥산디올 0.005 g을 메탄올 20 mL에 용해시킨 용액을 가하고, 테레프탈산 10g을 가하여 중화시켰다. 얻어진 중화액을 깔대기 및 여과지를 사용하여 여과한 후 여액을 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography)하여 DEG 함량(중량%)을 측정하였다. GC 분석은 시마주(Shimadzu) GC 분석기를 사용하고 시마주 GC 매뉴얼에 따라 측정하였다.
3) 탄성 모듈러스(Elastic modulus)
강도, 신도 등 기존 섬유 물성을 적용하지 않고 열을 가하면서 응력(stress)을 주는 분석방법인 DMA(Dynamic Mechanical Analysis)을 이용하여, 벌키 연속 필라멘트의 물성을 측정하는 탄성 모듈러스(Elastic modulus) 개념을 도입하여 그 결과를 표 1에 도시하였으며, 이를 통해 자동차용 카페트 파일의 회복율을 측정 및 예상할 수 있다.
구분 필라멘트 마스터배치 중합물(함량: 필라멘트 전체 중량 대비 4wt%)
물성명 탄성모듈러스(Pa, 140℃) 탄성모듈러스(Pa, 160℃) 탄성회복율(%) 중량평균분자량 분자량분포(pdi) CEG(meq/kr) DEG(wt%) 중량평균분자량 분자량분포(pdi) DEG(wt%)
실시예 1 4.23E+07 3.68E+07 46 53,000 1.86 15 1.2 51,500 1.53 0.97
실시예 2 8.90E+07 7.89E+07 53 61,000 1.85 13 1.0 57,200 1.52 0.89
실시예 3 1.83E+08 1.25E+08 58 68,500 1.83 9 0.9 65,300 1.48 0.66
비교예 1 0.98E+07 0.86E+07 28 41,000 1.91 15 1.2 29,700 1.66 1.7
비교예 2 0.97E+07 0.84E+07 28 41,900 1.89 20 1.6 31,200 1.60 1.6
실시예에 따라 제조한 폴리에틸렌테레프탈레이트 BCF를 이용하여 제조한 자용차용 카페트는 비교예 대비 탄성회복율이 증가한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 필라멘트와 이때 투입한 마스터 배치 중합물의 중량평균 분자량이 증가할 시 고온에서 필라멘트의 탄성 모듈러스가 최대 약 20배 증가하였으며, 자동차용 카페트의 탄성회복율은 기존 28%에서 최대 58%까지 향상된 것을 알 수 있다. 비교예 1, 2의 경우, 비교예 2의 필라멘트 및 마스터배치 중합물의 중량평균분자량이 비교예 1보다 높더라도 상대적으로 높은 CEG 또는 DEG 함량으로 열에 민감한 특성을 가져 탄성 모듈러스 값에는 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면 비교예 1에 따라 제조된 자동차용 카페트는 물성이 부족하여 손상을 입은 것을 확인할 수 있고, 실시예에 따라 제조된 자동차용 카페트는 비교예 대비 쿠션감 및 볼륨감이 우수한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 BCF를 이용하여 자동차용 카페트를 제조할 경우 우수한 쿠션감 및 볼륨감을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 방사구금 2: 필라멘트
3: 냉각구역 4: 피니쉬
5: 공급롤러 6: 연신롤러
7: 텍스처링 유닛 8: Cooling Drum
9: 릴렉스롤러 10: 교락기
11: 최종 권취기 12: face yarn(BCF)
13: 1차기포지 14: 코팅층
15: 2차코팅층

Claims (8)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩 및 착색용 마스터 배치 칩을 용융 방사, 다단 연신하고, 텍스처링 노즐을 통과시킨 후, 냉각 및 권취하는 단계를 포함하여 제조되고,
    10 ~ 200℃의 온도 구간에서 1.00E+07 내지 5.00E+09Pa의 탄성 모듈러스(elastic modulus)를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트는 하기의 물성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
    (a) 50,000 ~ 70,000의 중량평균분자량
    (b) 1.6 ~ 2.0의 분자량 분포(PDI)
    (c) 20meq/kg 이하의 카르복실 말단기(CEG) 함량
    (d) 1.5중량% 이하의 디에틸렌글리콜(DEG) 함량
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 필라멘트는 상기 착색용 마스터 배치 칩을 필라멘트 전체 중량을 기준으로 1 내지 8중량% 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 착색용 마스터 배치 칩의 중합물은 하기의 물성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
    (a) 30,000 ~ 70,000의 중량평균분자량
    (b) 1.0 ~ 2.0의 분자량 분포(PDI)
    (C) 1.5중량% 이하의 디에틸렌글리콜(DEG) 함량
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 착색용 마스터 배치 칩은 염료로 카본 블랙을 상기 착색용 마스터 배치 칩의 전체 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 폴리에틸렌테레프탈레이트 벌키 연속 필라멘트를 포함하는 파일층; 및 적어도 하나 이상의 백킹(Backing)층을 포함하며,
    열성형 전 파일층의 높이 대비 열성형 후 파일층의 높이인 탄성회복율이 45% 이상인 자동차용 터프티드 카페트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벌키 연속 필라멘트의 섬도가 700 ~ 1500데니어인 자동차용 터프티드 카페트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 파일층은 중량이 180 gsm ~ 700 gsm인 자동차용 터프티드 카페트.
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