KR20230094660A - 터프팅 공정에 의한 물성 감소가 억제된 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이를 포함하는 카페트용 기포지 - Google Patents

터프팅 공정에 의한 물성 감소가 억제된 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이를 포함하는 카페트용 기포지 Download PDF

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조희정
박영신
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Abstract

본 발명은 터프팅 공정에 의한 물성 감소가 억제된 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이를 포함하는 카페트용 기포지에 관한 발명으로서, 구체적으로는 제1 성분 필라멘트와 제2 필라멘트의 섬유 물성을 조절하여 터프팅 공정 전후로 물성의 감소를 현저히 억제하여 우수한 기계적 물성의 카페트용 기포지를 제조할 수 있는 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이에 의하여 제조된 카페트용 기포지에 관한 발명이다.

Description

터프팅 공정에 의한 물성 감소가 억제된 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이를 포함하는 카페트용 기포지{Polyester nonwoven fabric with suppressed deterioration of physical properties during tufting process, method for fabricating the same and primary backing substrate for carpet}
본 발명은 터프팅 공정에 의한 물성 감소가 억제된 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이를 포함하는 카페트용 기포지에 관한 발명으로서, 구체적으로는 제1 성분 필라멘트와 제2 필라멘트의 섬유 물성을 조절하여 터프팅 공정 전후로 물성의 감소를 현저히 억제하여 우수한 기계적 물성의 카페트용 기포지를 제조할 수 있는 폴리에스테르 부직포, 그 제조방법 및 이에 의하여 제조된 카페트용 기포지에 관한 발명이다.
일반적으로 카페트 기포지로서 폴리에스테르 필라멘트 섬유로 이루어진 폴리에스테르계 부직포가 널리 사용되고 있다. 카페트 기포지를 이용해 카페트를 제조할 때는 니들(Needle)에 의하여 카페트사를 카페트 기포지에 이식하는 터프팅(Tufting) 공정이 필수적으로 요구된다.
상기 터프팅 공정에서 상기 폴리에스테르계 부직포를 이루는 필라멘트 섬유들이 니들에 의해 파손되어 부직포의 인장강도, 인열강력 등의 물성이 열화되는 문제점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위한 방법 중 하나로 한국 특허 공개 제1998-0061102호에는, 2가지 폴리에스테르 중합체를 이용해 필라멘트 섬유 및 웹을 형성한 후, 니들 펀칭을 실시하고, 캘린더롤을 통과시켜 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하는 방법이 예시되어 있다.
그런데, 이러한 방법은 전체적인 제조 과정이 복잡할 뿐 아니라, 니들 펀칭에 의해 필라멘트 섬유를 결속시키는 과정에서 필라멘트 섬유의 파손이 나타나기 때문에 카페트사를 심는 터프팅 공정 후의 파손이 더욱 심각해진다. 따라서, 이러한 방법으로 제조된 부직포는 터프팅 후의 물성이 크게 저하되는 단점을 여전히 나타내며, 카페트 기포지용으로 적용하기에 곤란한 점이 있다.
또한, 한국 특허 공개 제2001-0053138호에는, 폴리에스테르와 폴리유산(PLA)을 복합 방사법으로 방사해 이형단면사를 제조하는 과정 등을 거쳐 카페트 기포지를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 방사성이 좋지 않기 때문에 방사 결점이 발생하기 쉽고, 폴리유산의 높은 가격으로 제조원가가 높아진다.
따라서, 보다 단순화된 공정 및 낮은 제조 원가로도 제조 가능하며, 터프팅 공정 후에도 양호한 물성을 가짐에 따라 카페트 기포지로 바람직하게 사용될 수 있는 부직포 및 이의 제조 방법이 계속적으로 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제1998-0061102호 (1998.10.07.) 한국 공개특허공보 제2001-0053138호 (2001.06.25.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 제1 성분 필라멘트 및 제2 성분 필라멘트의 성분과 물성을 조절하여 터프팅 공정 전후로 물성의 저하를 현저히 억제할 수 있는 폴리에스테르계 부직포, 그 제조방법과 이를 포함하는 카페트용 기포지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 250℃ 내지 300℃의 융점을 갖는 제1 폴리에스테르를 포함하는 제1 성분 필라멘트; 및
160℃ 내지 220℃의 융점을 갖는 제2 폴리에스테르를 포함하는 제2 성분 필라멘트;를 포함하며,
ASTM D 6125-97로 규정된 측정법에 의하여 측정된 터프팅 공정 전의 강연도(Stiffness)가 기계방향(MD) 및 수직방향(CD)으로 모두 100mg 내지 300mg인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포의 터프팅 공정 전의 기계방향 강연도(SMD)와 수직방향 강연도(SCD)가 하기 조건식 1)을 만족할 수 있다.
1)
Figure pat00001
.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1 폴리에스테르는 고유점도가 0.65dl/g 내지 0.80 dl/g일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 상기 제2 성분 필라멘트가 융착되어 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제2 폴리에스테르는 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트, 이소프탈산, 및 디메틸 이소프탈레이트 중에서 선택된 하나 이상의 산 성분과, 1,4-부탄디올(BD), 에틸렌글리콜(EG) 및 네오펜틸글리콜(NPG) 중에서 선택된 하나 이상의 디올 성분의 공중합에 의하여 형성된 코폴리에스테르일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 기계 방향(MD) 인장강도(TMD,0)와 수직 방향(CD) 인장강도(TCD,0) 간의 편차가 TCD,0×0.05 이하이며,
터프팅 공정 후 인장강도의 감소율이 기계방향 및 수직방향 모두 60% 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전 TMD,0 및 TCD,0 모두 25kgf/5cm 내지 35kgf/5cm인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 상기 제1 성분 필라멘트와 상기 제2 성분 필라멘트를 85:15 내지 90:10의 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 측정방법에 따라 측정된 기계 방향 열수축률이 1.5% 이하이며, 수직 방향 열수축률이 1.0% 이하인 것일 수 있다.
[측정방법]
기계방향과 수직방향으로 각각 25cm×25cm 크기의 부직포 시편에 20cm×20cm 크기의 무늬를 그리고, 이를 마티스 오븐(mathis oven)을 이용하여 예열판에서 180℃로 3분간 예열 후 꺼내어 수축된 길이를 측정하여 수축률을 계산한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 인열강력이 기계방향 및 수직방향으로 모두 7kgf 내지 13kgf인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 조건식 2) 및 3)을 만족하는 것일 수 있다.
2)
Figure pat00002
3)
Figure pat00003
상기 조건식 2) 및 3)에 있어서, 상기
Figure pat00004
및
Figure pat00005
는 각각 제1 폴리에스테르의 고유점도 및 제2 폴리에스테르의 고유점도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1 성분 필라멘트는 7denier 내지 10denier, 제2 성분 필라멘트는 2deiner 내지 4denier의 섬도를 각각 가지며,
제1 성분 필라멘트의 필라멘트 개수가 제2 성분 필라멘트의 필라멘트 개수의 2배수 내지 5배수로 포함된 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 폴리에스테르계 부직포를 포함하는 카페트용 기포지를 제공한다.
본 발명은 또한, 1) 융점이 250℃ 내지 300℃인 제1 폴리에스테르 및 융점이 160℃ 내지 220℃인 제2 폴리에스테르를 혼섬방사하여 웹 적층하여 혼섬 웹을 형성하는 단계; 및
2) 상기 혼섬 웹(web)을 상기 제2 폴리에스테르의 융점보다 0℃ 내지 10℃ 이상의 온도를 갖는 열풍으로 열접착하는 단계;
를 포함하여 터프팅 공정 전 기계방향 굽힘강도 및 수직방향 강연도가 모두 100mg 내지 300mg인 부직포를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1) 단계에서 제1 폴리에스테르 및 제2 폴리에스테르를 각각 4,500m/min 내지 5,200m/min의 속도로 연신하여 각각 제1 성분 필라멘트 및 제2 성분 필라멘트를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 후에도 인장 강도, 인열 강력 등이 우수하게 유지되는 폴리에스테르계 부직포를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 폴리에스테르계 부직포는 카페트 기포지용으로 유용하게 사용될 수 있고, 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 상세한 구성 및 효과에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 종래의 카페트 기포지용 부직포는 카페트 제조 시 터프팅 공정에서 필라멘트가 손상되어 물성이 저하하고, 섬유의 방사성이 나쁘거나 제조 원가가 높은 단점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 250℃ 내지 300℃의 융점을 갖는 제1 폴리에스테르를 포함하는 제1 성분 필라멘트; 및
160℃ 내지 220℃의 융점을 갖는 제2 폴리에스테르를 포함하는 제2 성분 필라멘트;를 포함하며,
ASTM D 6125-97로 규정된 측정법에 의하여 측정된 터프팅 공정 전의 강연도(Stiffness)가 기계방향(MD) 및 수직방향(CD)으로 모두 100mg 내지 300mg인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포를 제공한다.
상기와 같은 물성을 갖는 섬유의 조합 및 상기와 같은 물성을 갖는 부직포를 제공함에 따라서, 본 발명은 카페트 제조를 위한 터프팅 공정에도 불구하고 부직포의 인열강력, 인장강도 등의 물성의 감소를 현저히 억제할 수 있는 폴리에스테르계 부직포를 제공할 수 있다.
상기 제1 성분 필라멘트는 고융점 폴리에스테르를 방사하여 제조하는 결과 부직포 제조 과정에서 매트릭스 섬유(필라멘트)의 역할을 하게 된다. 또한, 상기 제2 성분 필라멘트는 저융점 폴리에스테르를 방사하여 제조하는 결과 부직포 제조 과정에서 바인더 섬유(필라멘트)의 역할을 하게 된다.
만일 제1 성분 필라멘트의 제1 폴리에스테르의 융점이 250℃ 미만인 경우, 바인더 역할을 하는 제2 폴리에스테르와의 융점 차이가 감소하여, 방사 가능한 가용 온도 범위가 줄어들 수 있고. 반대로 융점이 300℃를 초과하는 경우, 방사 온도에서의 제2 폴리에스테르의 열분해가 발생할 수 있다.
또한, 제2 성분 필라멘트의 제2 폴리에스테르의 융점이 160℃ 미만인 경우, 상기 폴리에스테르계 부직포를 포함하는 카페트 기포지를 후가공하는 과정에서 열수축이 발생해 치수 안정성이 떨어질 수 있다. 반대로, 융점이 220℃를 초과하는 경우, 부직포의 열수축률이 안정되어 카페트 제조공정 중에 시트의 변형이 나타나지 않을 수 있으나, 카페트의 고온 코팅 및 열처리, 건조 공정에서 부직포의 유연성이 낮아져 부직포 하단에 코팅되는 코팅액과의 미세한 신장률의 차이가 나타난다. 이러한 미세한 차이는 제조 직후의 제품에서는 문제가 되지 않으나, 카페트의 사용 기간이 늘어나면서 코팅 재료와 부직포의 신장률 차이에 의한 잠재응력이 카페트의 변형을 유발할 수 있다.
또한, 만일 상기 부직포의 강연도가 100mg 미만인 경우, 카페트용으로 사용되기에 지나치게 부드러운 특성을 갖게 되므로 형태 유지가 잘 되지 않아 카페트용으로 부적합한 문제가 있으며, 300mg를 초과하는 경우, 지나치게 뻣뻣한 결과, 터프팅 공정 중에 섬유의 손상이나 탈락, 보풀 발생 등에 의하여 부직포의 물성이 저하되게 되는 문제가 있다. 또한, 강연도가 300mg를 초과하는 경우에는 부직포가 뻣뻣하고 유연성이 부족해져 주름이 생기기 쉬워지며, 작업성이 저하되는 문제 또한 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포의 터프팅 공정 전의 기계방향 강연도(SMD)와 수직방향 강연도(SCD)가 하기 조건식 1)을 만족할 수 있다.
1)
Figure pat00006
.
즉, 본 발명에 따른 폴리에스테르계 부직포는 기계방향과 수직방향으로의 강연도가 거의 유사하게 나타나며, 만일 상기 조건식 1을 만족하지 못하는 경우, 즉 SMD가 SCD의 1.05배를 초과하거나 0.95배 미만인 경우, 터프팅 공정에서의 폴리에스테르계 부직포의 물성 저하가 크게 나타날 수 있다. 바람직하게는 SMD와 SCD는 하기 조건식 1-1)을 만족할 수 있다.
1-1)
Figure pat00007
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1 폴리에스테르는 고유점도가 0.65dl/g 내지 0.80 dl/g일 수 있다. 만일 고유점도가 0.80dl/g을 초과하는 경우, 제1 성분 필라멘트의 인장강도 및 폴리에스테르계 부직포의 인열강력은 상승하지만, 부직포의 강연도가 과도하게 상승되거나, 방사 구금의 압력이 급속히 상승하게 되어, 용융된 제1 폴리에스테르 중합체가 누출(leak)되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 반대로 고유 점도가 0.65dl/g 이하인 경우, 필라멘트 인장강도 및 부직포 인열강력이 저하되며, 터프팅 공정 후에 인장강도가 크게 감소하게 되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 상기 제2 성분 필라멘트가 융착되어 형성된 것일 수 있다. 상기 제2 폴리에스테르는 제1 폴리에스테르에 비하여 상대적으로 낮은 융점을 가지고 있어, 이로부터 형성된 제2 성분 필라멘트는 열이 가해질 경우, 상기 제1 성분 필라멘트와 쉽게 융착될 수 있다. 따라서, 상기 제2 성분 필라멘트들이 상기 제1 성분 필라멘트들과 함께 상기 부직포 내에 균일하게 분포되어 있는 본 발명에 의하면, 니들 펀칭 등의 공정을 별도로 진행하지 않더라도 제1 및 제2 성분 필라멘트들끼리 쉽게 접착되어 부직포가 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하여 부직포 제조 공정을 간소화할 수 있고, 최종적으로 생산된 본 발명의 부직포에 포함되어 있는 상기 제1 및 제2 성분 필라멘트들은 니들 펀칭 공정으로 인해 야기되는 손상을 전혀 갖지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제2 폴리에스테르는 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트, 이소프탈산, 및 디메틸 이소프탈레이트 중에서 선택된 하나 이상의 산 성분과, 1,4-부탄디올(BD), 에틸렌글리콜(EG) 및 네오펜틸글리콜(NPG) 중에서 선택된 하나 이상의 디올 성분의 공중합에 의하여 형성된 코폴리에스테르일 수 있다.
그러나, 산 성분과 디올 성분의 화합물이 상기 열거된 화합물로 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 폴리에스테르 중합을 위한 산 성분 및 디올 성분의 화합물 가운데에서 발명의 목적에 따라 선택할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 기계 방향(MD) 인장강도(TMD,0)와 수직 방향(CD) 인장강도(TCD,0) 간의 편차가 TCD,0×0.05 이하이며,
터프팅 공정 후 인장강도의 감소율이 기계방향 및 수직방향 모두 60% 이하인 것일 수 있다.
본 발명은 터프팅 공정 전에 기계 방향과 수직 방향으로의 인장 강도 크기가 수직 방향 인장강도(TCD,0)의 5% 이하로서 균일한 인장 강도 크기를 갖기 때문에 방향에 따른 물성 차이가 거의 없고, 터프팅 공정 시 불량률을 크게 감소시킬 수 있으며, 터프팅 공정 후에는 기계방향과 수직방향 모두에 대하여 인장강도의 감소율이 60% 이하로서 물성의 저하를 크게 억제할 수 있다.
만일 인장강도의 감소율이 60%를 초과하는 경우 터프팅 공정 후에 부직포의 인장강도가 현저히 낮아지기 때문에 카페트 기포지로 사용하기에 적절하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전 TMD,0 및 TCD,0 모두 25kgf/5cm 내지 35kgf/5cm인 것일 수 있다. 만일 터프팅 공정 전의 기계방향 또는 수직방향의 인장강도 중 어느 하나 이상이 25kgf/5cm 이하인 경우, 터프팅 공정 후에 인장강도가 저하되어 카페트 기포지용으로 부직포를 사용하기에 적절하지 않을 수 있다. 또한, 반대로 터프팅 공정 전의 인장강도가 기계방향으로든 수직방향으로든 35kgf/5cm을 초과하는 경우, 부직포의 강연도가 지나치게 높아지게 되는 바, 오히려 구김 등에 취약해지고 작업성이 떨어지거나 터프팅 공정 전후로 물성의 감소가 현저해지게 되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 상기 제1 성분 필라멘트와 상기 제2 성분 필라멘트를 85:15 내지 90:10의 중량비로 포함할 수 있다. 만일 상기 제2 성분 필라멘트의 함량비가 10 중량% 미만인 경우, 상기 고융점의 제1 성분 필라멘트만으로 이루어진 부직포와 물성이 유사해지기 때문에, 열접착만으로는 요구되는 강도를 만족시키는 부직포가 제조될 수 없으며, 필라멘트 파손을 야기하는 니들펀칭 등의 별도의 공정이 부직포 제조를 위하여 요구될 것이다.
반면, 상기 제2 성분 필라멘트의 함량비가 15 중량%를 초과하는 경우, 부직포 내 접착제 성분이 너무 많아지기 때문에 상기 부직포가 카페트용 기포지로 사용될 경우 터프팅 공정에 의한 필라멘트 파손이 발생할 것이고, 그 결과 터프팅 공정에 의한 기포지 물성 저하가 심각해질 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 측정방법에 따라 측정된 기계 방향 열수축률이 1.5% 이하이며, 수직 방향 열수축률이 1.0% 이하인 것일 수 있다.
[측정방법]
기계방향과 수직방향으로 각각 25cm×25cm 크기의 부직포 시편에 20cm×20cm 크기의 무늬를 그리고, 이를 마티스 오븐(mathis oven)을 이용하여 예열판에서 180℃로 3분간 예열 후 꺼내어 수축된 길이를 측정하여 수축률을 계산한다.
상기 기계방향의 열수축률이 1.5%를 초과하거나, 수직방향의 열수축률이 1.0%를 초과하는 경우, 제조된 부직포의 치수 안정성이 떨어져서 카페트 기포지용으로 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 인열강력이 기계방향 및 수직방향으로 모두 7kgf 내지 13kgf인 것일 수 있다.
인열강력이 기계방향 또는 수직방향으로 7kgf 미만인 경우, 터프팅 공정 중 부직포가 찢어지는 등 부직포에 손상이 발생하거나, 터프팅 공정 후 인열강력의 저하에 의하여 카페트용 기포지로 적합하게 사용할 수 없게 되는 문제가 있을 수 있고, 13kgf를 초과하는 경우, 강연도의 과도한 상승이나 인장강도의 저하와 같은 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 조건식 2) 및 3)을 만족하는 것일 수 있다.
2)
Figure pat00008
3)
Figure pat00009
상기 조건식 2) 및 3)에 있어서, 상기
Figure pat00010
및
Figure pat00011
는 각각 제1 폴리에스테르의 고유점도 및 제2 폴리에스테르의 고유점도를 나타낸다.
상기 조건식 2) 및 3)을 만족함으로써 본 발명의 목적 달성을 위한 터프팅 공정 전의 부직포 굽힘 강도, 인장 강도 및 인열 강도를 만족할 수 있다.
만일, 제2 폴리에스테르의 고유 점도가 제1 폴리에스테르의 고유 점도보다 낮은 경우 방사 온도에서 제1 폴리에스테르에 비해 현저히 낮은 용융 점도를 가지기 때문에, 점도의 차이로 인한 방사성의 문제가 있을 수 있으며, 그 편차는 제1 폴리에스테르의 고유 점도에 대하여 5% 내지 12%일 수 있다. 만일 제2 폴리에스테르의 고유 점도가 제1 폴리에스테르의 고유 점도보다 12%를 초과하여 더 클 경우, 제2 성분 필라멘트를 용융 방사하는 과정에서 익스트루더의 내압을 증가시키고 노즐을 막아 공정상의 문제가 일어날 수 있으며, 제조된 원사의 분절로 인해 섬유 물성이 저하되고 부직포의 인열강력이 저하되는 원인이 될 수 있다. 또한, 제2 폴리에스테르의 고유 점도와 제1 폴리에스테르의 고유 점도의 편차가 5% 미만인 경우 고점도 섬유의 제조로 인한 원사의 강력 향상 효과가 미미할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1 성분 필라멘트는 7denier 내지 10 denier, 제2 성분 필라멘트는 2denier 내지 4denier의 섬도를 각각 가지며, 제1 성분 필라멘트의 필라멘트 개수가 제2 성분 필라멘트의 필라멘트 개수의 2 내지 5배수로 포함된 것일 수 있다.
만일, 상기 제1 성분 필라멘트의 섬도가 7denier 미만이면, 단위면적당 제1 성분 필라멘트의 개수가 많아지기 때문에, 상기 부직포가 카페트용 기포지로 사용되어 터프팅 공정을 거치게 될 경우, 니들(needle)에 의한 필라멘트의 파손이 상당히 발생하게 될 것이고, 그 결과 터프팅 공정에 의한 기포지 물성 저하가 심각해질 것이다. 반면, 제1 필라멘트의 섬도가 10denier를 초과하게 되면, 이것을 이용하여 제조된 부직포의 균일성이 심각하게 저해되어 그 상업적 유용성을 상실하게 될 것이다.
또한, 상기 제2 성분 필라멘트의 섬도가 2deiner 미만이면, 냉각 공정에서 상기 제2 성분 필라멘트의 절단이 발생할 수 있다. 반면에, 상기 제2 성분 필라멘트의 섬도가 4denier를 초과하는 경우, 냉각 공정(예를 들어, 웹 형성 직후 수행되는 냉각 공정)에서 상기 제2 성분 필라멘트의 냉각이 적절히 수행되지 않기 때문에 상기 제2 성분 필라멘트들끼리의 접착이 야기되어 부직포의 균일성이 저하되고, 그 결과 부직포의 상업적 유용성이 상실될 것이다.
본 발명은 또한, 상기 폴리에스테르계 부직포를 포함하는 카페트용 기포지를 제공한다.
상술한 바와 같은 구성을 가짐으로써, 본 발명의 폴리에스테르계 부직포는 카페트사의 이식을 위한 터프팅 공정시 필라멘트 파손이 적절히 억제되어 터프팅 공정 후에도 우수한 물성을 나타낼 수 있어 우수한 물성을 갖는 카페트 기포지를 제공할 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르계 부직포는 이를 이루는 필라멘트들을 열접착시켜 용이하게 제조될 수 있으므로, 제조 공정이 용이하고 단순하며, 그 제조 단가 또한 크게 낮출 수 있다.
이하에서는, 상기의 폴리에스테르계 부직포의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은, 1) 융점이 250℃ 내지 300℃인 제1 폴리에스테르 및 융점이 160℃ 내지 220℃인 제2 폴리에스테르를 혼섬방사하여 웹 적층하여 혼섬 웹을 형성하는 단계; 및
2) 상기 혼섬 웹(web)을 상기 제2 폴리에스테르의 융점보다 0℃ 내지 10℃ 이상의 온도를 갖는 열풍으로 열접착하는 단계;
를 포함하여 터프팅 공정 전 기계방향 굽힘강도 및 수직방향 강연도가 모두 100mg 내지 300mg인 부직포를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포 제조방법을 제공한다.
상기 열풍의 온도는 바람직하게는 상기 제2 폴리에스테르의 융점보다 0℃ 내지 5℃ 이상의 온도를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1) 단계에서 제1 폴리에스테르 및 제2 폴리에스테르를 각각 4,500m/min 내지 5,200m/min의 속도로 연신하여 각각 제1 성분 필라멘트 및 제2 성분 필라멘트를 형성할 수 있다.
이와 같은 속도로 연신함에 따라서, 상술한 바와 같은 범위의 섬도를 갖는 제1 성분 필라멘트 및 제2 성분 필라멘트를 얻을 수 있다.
각 제1 성분 필라멘트, 제2 성분 필라멘트 및 제1 폴리에스테르와 제2 폴리에스테르의 성분 및 물성에 관하여서는 상기 폴리에스테르계 부직포에 관하여 설명한 부분과 동일하므로 생략하기로 한다.
부직포 제조 공정의 다른 단계는 일반적인 부직포 제조 공정 방법을 통하여 수행할 수 있고, 이는 통상의 기술자가 용이하게 선택 실시할 수 있는 범위 내에 있는 것들이다.
이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구체적인 효과를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예로 한정 해석되는 것은 아니며, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되는 예시적인 실시 태양에 불과함을 이해하여야 할 것이다.
<실시예>
실시예 1
융점이 255℃이고, 고유점도(intrinsic viscosity, I.V.)가 0.65dl/g인 매트릭스 필라멘트용 폴리에스테르(코오롱인더스프리㈜ 제조, 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)를 중합)와 융점이 212℃이고 고유점도가 0.82dl/g인 바인더 필라멘트용 저융점 코폴리에스테르(코오롱인더스트리㈜ 제조, 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA), 아디프산(AA)과 에틸렌글리콜(EG) 공중합)를 연속 압출기를 이용하여 녹인 다음, 각각 연속압출기의 하단의 방사노즐을 통해 토출시키고 혼섬방사하여 제1열의 웹용 혼섬사를 제조하였다. 혼섬사는 매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 중량비가 90:10가 되도록 하였고, 상기 매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 섬도가 각각 8.5 denier, 3.5 denier가 되도록 하였다.
또한, 상기 방사노즐로부터 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000m/min이 되도록 연신시켰다.
이후, 상기 제조된 필라멘트를 통상의 개섬법에 의하여 컨베이어 네트(net) 상에 웹의 형태로 적층시킨 후 가열된 스무스(smooth) 롤에 의한 캘린더 공정을 거쳐 평활성과 적정한 두께를 부여하고, 바인더 필라멘트용 저융점 코폴리에스테르의 융점 +3℃의 열풍으로 열접착하여 단위면적당 중량이 100 g/m2인 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 매트릭스 필라멘트를 고유점도가 0.78dl/g인 폴리에스테르를 사용하여 방사한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 3
상기 바인더 필라멘트를 융점이 164℃인 저융점 코폴리에스테르(코오롱인더스트리㈜ 제조, 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA), 아디프산(AA)과 에틸렌글리콜(EG) 공중합)로 하고, 167 ℃의 열풍으로 열접착한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 4
상기 매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 중량비를 85:15로 조절한 점을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
실시예 5 내지 7
상기 매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 폴리에스테르를 표 1에 나타난 것과 같이 달리 하고, 바인더 필라멘트용 코폴리에스테르의 융점 +3℃ 온도의 열풍으로 열접착한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 1
상기 매트릭스 필라멘트를 고유점도가 0.57dl/g인 폴리에스테르를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 2
상기 바인더 필라멘트를 융점이 156℃인 코폴리에스테르(코오롱인더스트리㈜ 제조, 테레프탈산(TPA), 이소프탈산(IPA), 아디프산(AA)과 에틸렌글리콜(EG) 공중합)로 달리하고 159℃의 열풍으로 열접착한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 3
상기 바인더 필라멘트의 융점을 226℃로 조절하고, 229℃의 열풍으로 열접착한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 4
매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 중량비가 94:6이 되도록 달리한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
비교예 5
상기 매트릭스 필라멘트와 바인더 필라멘트의 중량비가 80:20이 되도록 달리한 점을 제외하고는 실시에 1과 동일한 방법을 사용하여 카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제조하였다.
<실험예>
실험예 1: 부직포 강연도(Stiffness)(mg) 측정
실시예 및 비교예에 따라서 제조된 폴리에스테르 부직포의 강연도는 ASTM D 6125-97에 규정된 방법에 따라, Gurley Precision Instruments (Troy, New York)로부터 제작되는 Bending Resistance Tester를 이용하였다.
실험예 2: 인열강력(kgf) 측정
KS K 0536(Single Tongue) 법에 따라서 스펀본드 부직포를 7.6cm×20cm 크기의 시편을 절단하여 인장속도 300mm/min 속도로 만능인장시험기(Instron)를 이용하여 인열강력을 측정하였다.
실험예 3: 인장강도(kgf/5cm) 측정
터프팅(tufting) 공정 전의 인장 강도는 KS K 0521에 규정된 측정방법을 이용하여 측정하였다.
구체적으로는 가로×세로=5cm×20cm 크기의 시편을 INSTRON 사(미국)의 측정 장비를 이용하여 상하 5/5cm의 지그에 고정하고, 인장속도 200mm/min에서 측정하였다.
터프팅 후의 인장 강도는 폭 1.0m의 소형 터프팅기를 이용하여 터프팅한 후, 상기와 같은 KS K 0521법을 이용하여 측정하였다.
이 때, 터프팅기의 운전 조건은 파일(pile) 높이 5.0mm, 게이지(gauge) 1.10인치, 스티치(stitch) 1/13인치, 운전 속도 600 rpm이었고, 이 때 사용한 카페트사(BCF)는 ㈜효성에서 제조한 나일론 6 소재의 1200 데니어 96 필라멘트 삼각단면사를 사용하여 싱글 루프(single loop) 형태의 카페트를 제조하였다.
실험예 4: 열수축률(%) 측정
가로×세로 = 25cm×25cm 크기의 부직포 시편에 20cm×20cm의 무늬를 그린다. 이를 마티스 오븐(Mathis oven, Daelim Starlet 社)을 이용하여 예열판에서 180℃로 3분간 예열 후 꺼내어, 수축된 길이를 통해 수축률을 계산하였다.
상기의 실험 결과들을 하기의 표 1에 각각 나타내었다.
구분 제1 성분
융점, I.V., 함량
(℃, dl/g, wt%)		 제2 성분
(융점, I.V., 함량)		 강연도
(mg)
MD/CD		 인열강력
(kgf)
MD/CD		 인장강도(kgf/5cm)
MD/CD		 열수축률
(%)
MD/CD
터프팅전 터프팅후 감소율
(%)
실시예 1 255 0.65 90 212 0.82 10 229/234 9.4/9.9 31.7/33.7 14.0/18.1 56/46 0.5/0.0
실시예 2 255 0.78 90 212 0.82 10 254/269 10.5/10.9 32.5/33.9 16.6/18.3 49/46 0.4/0.0
실시예 3 255 0.65 90 164 0.82 10 197/204 11.2/11.5 30.4/31.1 16.7/18.0 45/42 0.9/0.2
실시예 4 255 0.65 85 212 0.82 15 265/273 8.4/8.6 33.2/32.1 13.6/13.8 59/57 0.6/0.0
실시예 5 267 0.69 90 201 0.79 10 248/260 8.1/8.3 31.6/33.0 16.4/16.2 48/51 0.7/0.0
실시예 6 258 0.68 90 193 0.64 10 216/231 7.3/7.5 29.8/30.9 16.7/13.3 44/57 0.8/0.0
실시예 7 252 0.66 90 218 0.74 10 257/284 8.6/9.1 28.4/29.2 9.4/11.1 67/62 0.6/0.1
비교예 1 255 0.57 90 212 0.82 10 279/287 6.4/6.7 30.5/30.1 8.8/9.3 71/69 2.5/1.8
비교예 2 255 0.65 90 156 0.82 10 185/193 11.5/11.7 29.9/32.2 16.7/19.6 44/39 3.1/2.9
비교예 3 255 0.65 90 226 0.82 10 305/321 5.9/6.4 29.5/31.7 6.8/7.6 77/76 0.3/0.0
비교예 4 255 0.65 94 212 0.82 6 213/222 10.3/9.8 15.8/17.2 8.7/8.9 45/48 0.6/0.0
비교예 5 255 0.65 80 212 0.82 20 298/303 5.4/5.2 29.4/30.1 8.5/7.5 71/75 1.5/0.2
상기 표 1을 참고하면, 비교예 1은 제1 성분 필라멘트의 고유점도가 지나치게 낮은 바, 인열강력이 낮고, 터프팅 전후로 부직포의 인장강도 감소율이 현저히 높아 카페트 기포지용 폴리에스테르 부직포로 사용하기에 적합하지 않음을 알 수 있다.
또한, 비교예 2는 제2 성분 필라멘트의 융점이 지나치게 낮아서 열수축률이 높고 따라서 부직포의 치수안정성이 떨어지게 되는 문제가 있음을 알 수 있다.
비교예 3은 제2 성분 필라멘트의 융점이 지나치게 높은 결과 부직포의 강연도가 지나치게 높고, 인열강력이 낮으며, 터프팅 공정 후의 인장강도 감소율이 현저히 높은 것을 알 수 있다.
비교예 4는 제2 성분 필라멘트의 함량이 지나치게 낮아 부직포의 인장강도가 현저히 낮아 물성이 좋지 않음을 알 수 있다.
비교예 5는 제2 성분 필라멘트의 함량이 지나치게 높아 부직포의 강연도가 높고 인열강력이 떨어지며, 터프팅 공정에 의하여 인장강도가 지나치게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예에 따른 부직포들은 터프팅 전후의 인장강도 감소율이 크지 않고 열수축률이 낮아 카페트 기포지로 사용하기에 적합한 것을 알 수 있었다. 그러나, 실시예 7의 경우 기계방향과 수직방향의 물성 차이가 크며, 터프팅 전후로 인장강도의 감소율이 큰 것을 확인할 수 있어 실시예 1에 비하여 기포지용 부직포로 사용하기에 물성이 부족한 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 열수축률이 작고 인열강력이 우수하다. 따라서, 수직방향과 기계방향으로의 강연도 편차가 작을수록 물성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 250℃ 내지 300℃의 융점을 갖는 제1 폴리에스테르를 포함하는 제1 성분 필라멘트; 및
    160℃ 내지 220℃의 융점을 갖는 제2 폴리에스테르를 포함하는 제2 성분 필라멘트;를 포함하며,
    ASTM D 6125-97로 규정된 측정법에 의하여 측정된 터프팅 공정 전의 강연도(Stiffness)가 기계방향(MD) 및 수직방향(CD)으로 모두 100 mg 내지 300 mg인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포의 터프팅 공정 전의 기계방향 강연도(SMD)와 수직방향 강연도(SCD)가 하기 조건식 1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포:
    1)
    Figure pat00012
    .
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리에스테르는 고유점도가 0.65dl/g 내지 0.80dl/g인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 성분 필라멘트가 융착되어 형성된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리에스테르는,
    테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트, 이소프탈산, 및 디메틸 이소프탈레이트 중에서 선택된 하나 이상의 산 성분과, 1,4-부탄디올(BD), 에틸렌글리콜(EG) 및 네오펜틸글리콜(NPG) 중에서 선택된 하나 이상의 디올 성분의 공중합에 의하여 형성된 코폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 기계 방향(MD) 인장강도(TMD,0)와 수직 방향(CD) 인장강도(TCD,0) 간의 편차가 TCD,0×0.05 이하이며,
    터프팅 공정 후 인장강도의 감소율이 기계방향 및 수직방향 모두 60% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전 TMD,0 및 TCD,0 모두 25kgf/5cm 내지 35kgf/5cm인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 상기 제1 성분 필라멘트와 상기 제2 성분 필라멘트를 85:15 내지 90:10의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 측정방법에 따라 측정된 기계 방향 열수축률이 1.5% 이하이며, 수직 방향 열수축률이 1.0% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포:
    [측정방법]
    기계방향과 수직방향으로 각각 25cm×25cm 크기의 부직포 시편에 20cm×20cm 크기의 무늬를 그리고, 이를 마티스 오븐(mathis oven)을 이용하여 예열판에서 180℃로 3분간 예열 후 꺼내어 수축된 길이를 측정하여 수축률을 계산한다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 터프팅 공정 전의 인열강력이 기계방향 및 수직방향으로 모두 7kgf 내지 13kgf인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 부직포는 하기 조건식 2) 및 3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포:
    2)
    Figure pat00013

    3)
    Figure pat00014

    상기 조건식 2) 및 3)에 있어서, 상기
    Figure pat00015
    및
    Figure pat00016
    는 각각 제1 폴리에스테르의 고유점도 및 제2 폴리에스테르의 고유점도를 나타낸다.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성분 필라멘트는 7denier 내지 10denier, 제2 성분 필라멘트는 2denier 내지 4denier의 섬도를 각각 가지며,
    제1 성분 필라멘트의 필라멘트 개수가 제2 성분 필라멘트의 필라멘트 개수의 2배수 내지 5배수로 포함된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 폴리에스테르계 부직포를 포함하는 카페트용 기포지.
  14. 1) 융점이 250℃ 내지 300℃인 제1 폴리에스테르 및 융점이 160℃ 내지 220℃인 제2 폴리에스테르를 혼섬방사하여 웹 적층하여 혼섬 웹을 형성하는 단계; 및
    2) 상기 혼섬 웹(web)을 상기 제2 폴리에스테르의 융점보다 0℃ 내지 10℃ 이상의 온도를 갖는 열풍으로 열접착하는 단계;
    를 포함하여 터프팅 공정 전 기계방향 굽힘강도 및 수직방향 강연도가 모두 100mg 내지 300mg인 부직포를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 1) 단계에서 제1 폴리에스테르 및 제2 폴리에스테르를 각각 4,500m/min 내지 5,200m/min의 속도로 연신하여 각각 제1 성분 필라멘트 및 제2 성분 필라멘트를 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 부직포 제조방법.
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