KR102043373B1 - 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재 - Google Patents

저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 융점이 180℃ 내지 250℃이거나 또는 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유; 및 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유층을 포함하며, 상기 섬유층은 섬유층을 형성하는 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태이고, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD), 에틸렌글리콜(EG)로 이루어진 디올 성분으로 형성되는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재에 관한 것이다.

Description

저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재{VEHICLE INTERIOR PANEL COMPRISING LOW MELTING POLYESTER FIBER}
본 발명은 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재에 관한 것으로 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하여 열성형시 형태안정성이 우수하고, 가혹조건에서 변형성이 우수한 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재에 관한 것이다.
자동차에는 도어, 펜더 등의 외장부, 혹은 시트, 도어 트림, 패키지 트레이 패널 등의 내장재가 장착된다. 자동차 바디부는 운전자를 포함한 탑승자에게 안정성, 공간 및 쾌적함 등을 제공해야 한다.
일반적으로 자동차용 내장재는 섬유를 열가소성 수지 또는 열가소성 수지와 열경화성 수지와의 혼합물과 결합하여 시트를 생성시키고 약 120℃로 예열하고 그 위에 표면재를 120℃ 이하의 온도에서 경화할 수 있는, 열경화성 접착제층을 매개로 하여 부착시킨 다음, 적층판을 냉간 압축성형으로 제조하였다.
상기와 같은 방법은 시트를 대략 120℃의 비교적 저온에서 가열하므로, 표면재는 고온에서 열화되는 것과 같은 열화는 일어나지 않는다. 그러나, 결합제로서 작용하는 열가소성 수지는 상기한 저온에서 충분히 용융되지 않아 섬유들 간의 결합력이 약하여 내구성이 약한 단점이 있다.
최근에 제품화되는 자동차용 내장제는 주로 섬유강화 수지보드 혹은 폴리우레탄계 발포체를 이용하여 제조한다.
섬유강화 수지보드는, 마섬유와 같은 천연섬유를 이용하여 강화된 폴리프로필렌 수지를 보드화하여 제조한다. 그러나, 이러한 섬유강화 수지보드는, 천연섬유를 사용하기 때문에, 제품 성형과정에서 발생되는 냄새로 인해 작업환경이 불량하고, 차량 적용시 발생되는 냄새로 인해 소비자 불만을 유발하는 원인이 된다. 또한, 상기 섬유강화 수지보드에 적용되는 천연섬유에 곰팡이 등의 미생물이 번식하면서, 냄새가 발생하고 탑승자의 건강에 유해한 성분을 방출할 우려가 있다. 또한, 상기 천연섬유를 이용한 섬유강화 수지보드는 경량화가 어려운 단점이 있다.
혹은, 폴리우레탄계 발포체를 이용한 패키지 트레이 패널은, 소각처분과정에서 유독성 가스를 배출하는 문제가 있다. 또한, 폴리우레탄계 발포체는 손으로 누를 경우 물렁물렁한 성질이 있다. 이를 보완하기 위해서, 유리 섬유 또는 유리 조각을 함유시켜 자용차용 내장재를 제작하기도 한다.
대한민국 등록특허 제0128075호는 자동차용 내장재 및 이의 제조방법에 관한 발명으로 열가소성 수지 결합제를 함유하는 니들링된 유리섬유 시트로 되고, 그 니들링된 유리섬유가 주로 유리섬유로 구성되는 지지층; 상기 지지층 상에 설치된 공기 투과성 열융착성 접착제층; 그리고 상기 접착제층 상에 설치된, 공기투과성 표면층으로 이루어지며, 상기 지지층은 발포된 마이크로비드를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 자동차용 내장재에 기술이 개시되어 있다.
상기와 같이 유리 섬유 또는 유리 조각을 사용한 자동차용 내장재는 중량이 증가하고, 제조 및 이송 과정에서 유리 분진이 발생하여 작업자의 작업 환경을 저해하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 가공성이 우수하면서도 형태안정성이 우수한 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 자동차용 내장재는 가혹조건에서도 처짐이 방지되는 새깅(Sagging)성이 우수한 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 융점이 180℃ 내지 250℃이거나 또는 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유; 및 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유층을 포함하며, 상기 섬유층은 섬유층을 형성하는 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태이고, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD), 에틸렌글리콜(EG)로 이루어진 디올 성분으로 형성되어 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 수지의 디올 성분은 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 20~50몰%, 에틸렌글리콜(EG) 50~80몰%로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유는 시스-코어형 복합섬유로 시스는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되고, 코어는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중량비 1:9 내지 9:1로 혼합되어 섬유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
또한, 상기 섬유층은 열성형시 형태유지율이 98%이상인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
또한, 상기 자동차 내장재는 새깅(Sagging)성이 96%이상인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재는 저융점 폴리에스테르 섬유를 사용하여 저온의 열성형에서도 섬유간의 결합이 우수하고 형태안정성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재는 내열시험, 내한시험, 내습성 시험의 가혹조건에서도 새깅성이 우수한 효과가 있다.
도 1,2는 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재의 새깅(Sagging)율을 측정하는 방법을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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 융점이 180℃ 내지 250℃이거나 또는 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유와 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유층을 포함하여 형성되는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재에 관한 것이다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD), 에틸렌글리콜(EG)로 이루어진 디올 성분으로 형성되는 폴리에스테르 수지이다.
본 발명에서 사용되는 2-메틸-1,3-프로판디올(MPD)은 두 번째 탄소에 메틸기가 결합되어 고분자 주쇄의 회전을 용이하게 하며 고분자 말단 부분인 것처럼 작용하여 주쇄 사이의 자유공간을 넓혀, 분자쇄 전체의 유동가능성을 증가시킨다. 이로 인해 고분자가 비정형이 되도록 하며 이소프탈산과 동일한 열적특성을 갖게 된다. 폴리머 주쇄에 존재하는 유연 분자쇄로 인해 탄성을 향상시켜 부직포 바인딩시 인열특성을 개선시키는 역할을 한다.
즉, 2-메틸-1,3-프로판디올은 테레프탈레이트에 결합된 에틸렌 사슬에 메틸기(-CH3)를 측쇄로 포함하여 중합된 수지의 주쇄가 회전할 수 있도록 공간을 확보함으로써 주쇄의 자유도 증가 및 수지의 결정성 저하를 유도하여 연화점(Ts) 및/또는 유리전이 온도(Tg)를 조절할 수 있다. 이는 종래 결정성 폴리에스테르 수지의 결정성을 저하시키기 위하여 비대칭 방향족 고리를 함유하는 이소프탈산(isophthalic acid, IPA)을 사용하는 경우와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지의 디올 성분은 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 20~50몰%, 에틸렌글리콜(EG) 50~80몰%로 형성되는 것이 바람직한 것으로 상기 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD)이 20몰% 미만으로 함유되면 저융점 폴리에스테르 수지의 융점이 높아질수있으며, 50몰%를 초과하면 저융점 폴리에스테르 수지의 물성이 저하될 수 있을 것이다.
상기 2-메틸-1,3-프로판디올의 함량이 디올성분 중 20몰%이상 함유될 경우에는 폴리에스테르 중합공정에서 부반응 생성물인 고리형 화합물의 생성이 억제되는 효과도 있다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 상기 제1 폴리에스테르 섬유는 시스-코어형 복합섬유인 것이 바람직한 것으로 시스는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되고, 코어는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지로 형성되어 제조되는 자동차 내장재의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유는 시스, 코어가 중량비 40:60~60:40으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 수지에 함유되고, 상기 제1 폴리에스테르 섬유의 코어를 형성할 수 있는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체와 에틸렌글리콜(EG)로 형성되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)일 수 있으며, 기능성을 위해 기능성 화합물이 공중합된 공중합 폴리에스테르 수지일 수 있다.
상기 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지는 융점이 높은 폴리에스테르 수지는 어느 것이나 사용할 수 있을 것이다.
상기 섬유층은 섬유층을 형성하는 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태인 것으로 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태는 열성형을 통해 섬유층을 형성하는 과정에서 열 및/또는 압력을 가하게 되고, 그 과정에서 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태를 이루게 된다. 상기 섬유층은 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유가 포함되어 있어 저온 성형을 통해 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태를 형성할 수 있다.
상기 섬유층에는 사용 목적 및 용도에 따라 난연제, 증점제, 무기필러 등의 기능성 첨가제가 성분을 더 포함될 수 있을 것이다.
상기 섬유층을 형성하는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중량비 1:9 내지 9:1로 혼합되어 섬유층을 형성하는 것이 바람직한 것으로 상기 제1 폴리에스테르 섬유의 함량이 낮으면 섬유간의 부분 융착이 약하여 형태안정성이 저하될 수 있으며, 제1 폴리에스테르 섬유의 함량이 높으면 자동차용 내장재의 강도 등의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유를 균일하게 혼합한 섬유층을 형성시키고 100~200℃에서 열성형하여 섬유 상호 간에 부분 융착을 형성시키고 일정한 형태로 형성할 수 있을 것이다.
상기 섬유층은 열성형시 형태유지율이 높을 경우 자동차용 내장재가 고온에서 높은 형태안정성을 가지는 것으로 섬유층은 열성형시 형태유지율이 95%이상 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 형태유지율이 98%이상되는 것이다.
상기와 같은 융점이 180℃ 내지 250℃이거나 또는 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유층을 갖는 본 발명의 자동차용 내장재는 새깅(Sagging)성이 96%이상으로 가혹조건에서도 쉽게 변형되지않는 우수한 형태안정성을 갖는다.
이하 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4
제1 폴리에스테르 섬유는 시스-코어형 복합섬유를 사용하였으며, 시스는 저융점 폴리에스테르 수지를 사용하였으며, 코어로 융점이 약 265℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으면, 시스 및 코어어 중량비는 50:50으로 복합섬유를 형성하였다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산(TPA)를 사용하였으며, 디올성분으로 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD), 에틸렌글리콜(EG)을 사용하여 일반적인 폴리에스테르 중합방법으로 중합하여 제조하였다. 상기 디올성분은 사용량은 실시예 별로 몰비를 다르게 하였으며, 디올성분의 몰비는 표 1에 나타내었다.
제2 폴리에스테르 섬유는 융점이 약 265℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유와 제2 폴리에스테르 섬유를 중량비 60:40으로 카딩기로 균일하게 혼합하고 약 130℃에서 열성형하여 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재를 제조하였다.
비교예 1 내지 4
실시예 1과 동일하게 자동차용 내장재를 제조하였으나, 사용된 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA)를 사용하였으며, 디올성분으로 에틸렌글리콜(EG)을 사용하여 제조하였다.
상기 산성분은 사용량은 비교예 별로 몰비를 다르게 하였으며, 산성분의 몰비는 표 1에 나타내었다.
비교예 5 내지 8
실시예 1과 동일하게 자동차용 내장재를 제조하였으나, 사용된 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산(TPA)을 사용하였으며, 디올성분으로 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG)을 사용하여 제조하였다.
상기 디올성분은 사용량은 비교예 별로 몰비를 다르게 하였으며, 디올성분의 몰비는 표 1에 나타내었다.
구분 산성분(몰%) 디올성분(몰%)
TPA IPA MPD DEG EG
실시예 1 100 - 20 - 80
실시예 2 100 - 30 - 70
실시예 3 100 - 40 - 60
실시예 4 100 - 50 - 50
비교예 1 80 20 - - 100
비교예 2 70 30 - - 100
비교예 3 60 40 - - 100
비교예 4 50 50 - - 100
비교예 5 100 - - 20 80
비교예 6 100 - - 30 70
비교예 7 100 - - 40 60
비교예 8 100 - - 50 50
◈ 저융점 폴리에스테르 수지 물성 및 자동차용 내장재의 물성 평가
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 저융점 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg), 융점(또는 연화점)을 측정하였으며, 자동차용 내장재의 형태유지율 및 새깅율을 측정하여 표 2에 나타내었다.
(1) 융점( Tm ), 연화점( Ts ) 및 유리전이 온도( Tg ) 측정
시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)를 이용하여 저융점 폴리에스테르 수지의 융점(Tm) 및 유리전이온도(Tg)를 측정하였으며, 융점(Tm) 측정 시열 흡수 피크가 관찰되지 않는 경우, 동적기계 분석기(DMA-7, Perkin Elmer)를 이용하여 TMA 모드에서 연화 거동을 측정하였다.
(2) 형태유지율
카딩(Carding) 공정 후 혼합된 섬유 5g을 취하여 300㎤ 원통 케이스(Case)에 넣은 후(A) 140℃에서 60sec 처리 진행하여 부피(B)의 변화를 측정
* 형태유지율(%) = (B/A) × 100
(3) 새깅(Sagging)율
새깅율을 하기의 내열시험단계, 내한시험단계, 내습성시험단계를 순차적으로 3번씩 진행하는 가혹조건시험 후 아래의 측정방법으로 측정하였다.
측정방법: 150 X 150㎝의 시험편(100)을 도 1에서와 같은 프레임(10)에 올려 놓은 후 시험편이 밑으로 처지는 길이측정
A: 가혹조건시험 전의 처짐 길이(도 2(a) 참조)
B: 가혹조건시험 전의 처짐 길이(도 2(b) 참조)
* 새깅율(%) = (A/B) X 100
1) 내열시험단계: 23±2℃의 상온에서 2시간 동안 100±2℃까지 승온시키고 100±2℃에서 3시간 방치 후, 2시간 동안 23±2℃의 상온까지 냉각시키고 23±2℃의 상온에서 1시간 방치
2) 내한시험단계: 23±2℃의 상온에서 1시간동안 -40±2℃까지 냉각시키고 -40±2℃에서 3시간 방치 후, 1시간 동안 23±2℃의 상온까지 승온시키고 23±2℃의 상온에서 1시간 방치
3) 내습성시험단계: 90% 상대습도, 23±2℃의 상온에서 1시간동안 50±2℃까지 승온시키고 50±2℃에서 3시간 방치 후, 1시간 동안 23±2℃의 상온까지 냉각시키고 23±2℃의 상온에서 1시간 방치
구분 Tg(℃) Tm(℃) 연화점(℃) 형태유지율(%) Sagging성(%)
실시예 1 70.3 199.7 - 99.8 96.4
실시예 2 67.7 184.9 - 99.7 97.3
실시예 3 66.4 - 125 99.1 99.1
실시예 4 64.1 - 110 98.9 99.7
비교예 1 75.4 206.5 - 96.5 91.2
비교예 2 71.1 185.1 - 95.8 92.5
비교예 3 69.3 - 128 93.6 94.7
비교예 4 68.1 - 115 91.1 95.5
비교예 5 68.5 221.1 - 95.8 89.1
비교예 6 62.1 203.3 - 92.9 90.2
비교예 7 56.3 187.6 - 87.4 91.1
비교예 8 50.2 170.1 - 84.1 91.8
표 2에서와 같이 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 융점이 200℃이하 및 연화점이 150℃이하로 저융점 특성을 가지면서 Tg가 60℃이상으로 상용성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 자동차용 내장재는 형태유지율이 98%이상으로 비교예 1 내지 8보다 매우 우수한 것을 알 수 있으며, 새깅(Sagging)율도 96%이상으로 내열시험, 내한시험, 내습성 시험의 가혹조건에서도 처짐이 방지되는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 융점이 180℃ 내지 250℃이거나 또는 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유; 및 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유층을 포함하며,
    상기 섬유층은 섬유층을 형성하는 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태이고,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분; 및 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD), 에틸렌글리콜(EG)로 이루어진 디올 성분으로 형성되는 자동차용 내장재이며,
    상기 섬유층은 열성형시 형태유지율이 98%이상이고, 상기 자동차용 내장재는 새깅(Sagging)성이 96%이상인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지의 디올 성분은 2-메틸-1,3-프로판다이올(MPD) 20~50몰%, 에틸렌글리콜(EG) 50~80몰%로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리에스테르 섬유는 시스-코어형 복합섬유로 시스는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되고, 코어는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중량비 1:9 내지 9:1로 혼합되어 섬유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 내장재.
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