KR100514811B1 - 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 폴리에스테르 필라멘트가 극한점도에 있어 적어도 0.15∼0.35의 차가 있는 두 가지 폴리에스테르 폐기물이나 설물의 복합방사에 의하여 형성되며, 극한점도에 차가 있는 두 개 선별된 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 성형 또는 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정, 각기 형성된 상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정, 상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정과 상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리됨으로써 중합공정을 거치지 않고도 벌키성과 복원력이 우수한 콘주게이트 섬유를 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법{conjugate fiber regenerated from polyester waste and method for producing thereof}

본 발명은 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 산업 및 생활 폐기물을 이용한 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법에 대한 것이다.

합성섬유의 생산은 매년 대폭적으로 확대되고 있으며 이 중 대부분은 폴리에스테르 섬유가 차지하고 있다. 이 폴리에스테르 섬유는 사(絲)나 직물(織物)로는 물론이고 페트(PET)병을 비롯한 용기 등의 일반 생활용품과 타이어코드의 산업용 자재로까지 널리 적용되고 있다.

그러나, 이러한 폴리에스테르 제품들은 사용 후의 폐기물과 제조시 발생된 설물(屑物)의 처리시 환경오염을 유발하므로 그 처리에 많은 애로를 겪고 있다. 그러한 문제를 해결하기 위한 한 방편으로 폴리에스테르 제품의 설물이나 폐기물을 재생할 수 있는 방안이 대두되고 있으며, 이 경우 환경오염방지는 물론이고 자원절약의 이중 효과를 얻을 수 있어서 적극 장려되고 있다. 실제로 폴리에스테르 페트 폐병 또는 설물로부터 스테이플 파이버(staple fiber)로 제조하여 면(綿)이나 양모(羊毛)섬유와 혼방하여 방적용(紡績用)으로, 또 인형, 베개, 매트리스 등의 충전재(充塡材)로 재활용되고 있으며, 비닐하우스 보온덮개 따위의 보온재용 부직포(不織布)와 공기나 물의 정화용 필터제조에도 적용되고 있다.

특히 충전용이나 보온용으로 사용되기 위해 제조된 폴리에스테르 스테이플 파이버에는 벌키성과 복원력이 필수적으로 요구된다. 예컨대 베개, 매트리스, 쇼파 등의 충전재로의 적용시 위의 물성이 부족하면 딱딱하고 납작하게 눌러져서 그 역할을 할 수 없게 되므로 권축(捲縮)공정과 열고정(heat-setting)공정을 거쳐서 섬유에 강한 권축을 부여하여 벌키성과 복원력을 높이고 있다.

한편, 위와 같은 별도의 공정 절차를 거치지 않고도 벌키성과 복원력이 우수한 섬유로서, 콘주게이트 섬유라고 하는 복합섬유가 있다. 이 콘주게이트 섬유는 인장도가 다른 2가지의 원료를 일정 비율로 복합 방사하고 연신함으로써 그 인장도의 차이를 이용하여 섬유의 전 길이에 걸쳐 내부구조에 의한 코일 또는 나선형 등의 영구적인 권축(crimp)이 부여된 것으로, 신축성, 탄력성 및 부피감이 매우 풍부하다. 현재 이러한 콘주게이트 섬유는 극한점도(intrinsic viscosity: IV)가 서로 다른 두 가지 폴리에스테르 중합체의 연신 편차에 의하여 권축을 부여하고 있으므로, 극한점도가 서로 다른 두 가지 원료를 얻으려면 필히 중합시설을 갖추어야 한다. 그러나, 중합설비에는 엄청난 시설비가 들므로 중소기업에서는 생산이 불가능하며 실제적으로 저가의 충전재나 보온재로는 단가 면에서 맞질 않아 적용할 수 없었다.

본 발명자들은 다년간 폴리에스테르 폐기물의 재활용에 깊은 관심을 가지고 그 활용방안에 대해 적극적으로 연구 및 실험을 지속한 바, 현재 충전재 및 보온재 등으로 재생산하여 이들 분야의 제품단가를 대폭적으로 줄일 수 있는데 크게 기여하고 있다.

그러나, 폴리에스테르 중합체 폐기물을 충전재 및 보온재로 적용할 시 후처리공정을 통하여 복원력과 벌키성을 별도로 증진시켜야 하는 불편이 있으며, 그래도 오래 동안 사용하다보면 상기 물성이 충분하지 않아서 영구적으로 상기 물성을 보강할 수 있는 근본적인 대책이 필요하였으며 필수적인 별도의 후처리공정을 줄여 제조단가를 낮출 수 있는 방안을 강구하게 되었다.

그 결과, 폴리에스테르 폐기물의 종류에 따른 극한점도의 차이를 이용하여 중합공정을 거치지 않고도 신축성과 탄력성 및 부피감이 뛰어난 콘주게이트 섬유를 저렴한 방식으로 제조할 수 있는 획기적인 방법을 개발하게 되었다.

본 발명에 의한 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유는, 극한점도가 다른 두 가지의 폴리에스테르 중합체의 복합방사에 의하여 폴리에스테르 필라멘트의 전 길이에 걸쳐 권축을 형성하여 부피감과 복원력이 우수하도록 구성된 콘주게이트 섬유에 있어서,

상기 폴리에스테르 필라멘트가 극한점도에 있어 적어도 0.15∼0.35의 차가 있는 두 가지 폴리에스테르 폐기물이나 설물의 복합방사에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리에스테르 폐기물이나 설물의 종류로는 중합 벌크(bulk), 방사 설물, 연신 또는 미연신 설물, 제직 설물, 페트용기류, 필름류, 타이어코드사가 있으며, 이 중 중합 벌크(bulk), 방사 설물의 재생 칩(chip), 연신 또는 미연신 설물 재생 칩, 제직설물 재생 칩의 극한점도는 약 0.50∼0.60가 되며, 페트 용기류, 필름류, 타이어코드사의 극한점도는 약 0.66∼0.83정도가 되는데, 이들의 극한점도는 폐기물 등의 채취시기나 업체 또는 가공방식에 따라 다소 달라진다.

또한 본 발명에 의한 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유는 극한점도의 차가 적어도 0.15∼0.35 범위 내인 두 개 선별된 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 성형하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정;

각기 형성된 상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정;

상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정;과

상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리함으로써 제조되는 것을 또한 특징으로 한다.

본 발명에 따른 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 제조방법에 의해 제조된 필라멘트는 중간에 코어(core)섬유가 있고 그 주위를 시이스(sheath)섬유가 둘러싸는 형상으로 제조될 수도 있고 또 양분하여 반달모양으로 2개 층이 접합될 수 도 있으며 그 외 원하는 권축의 형태에 따라 다양한 공지 방식으로 방사될 수 있는데, 대략 도우넛 모양의 중공(中空) 필라멘트사로 제조될 경우 벌키성이 우수하여 적은 충전재의 양으로도 동일한 효과를 얻을 수 있으므로 최종 제품의 무게를 감량할 수 있어서 가장 바람직하다.

또한, 극한점도가 다른 두 개의 폴리에스테르 폐기물이나 설물은 동일 종류 또는 다른 종류의 것일 수도 있다. 동일 종류의 것을 극한점도를 달리하는 방법으로는 상기 방사공정 중 형성된 동일 종류의 재생 칩을 건조 정도를 달리하여 극한점도에 차이가 있도록 하거나, 또는 형성된 재생 칩을 저장탱크에 투입하고 밀폐시킨 상태에서 2-8시간 동안 가열하면서 산소에 의한 탄화방지를 위하여 진공 또는 질소 분위기 하에서 교반하면서 방치하여 극한점도를 높인 것과 높이지 않은 것을 함께 사용하는 것을 예로 들 수 있다. 이 때 가열온도는 극한점도에 의해 중합체의 융점이 달라지므로 폐기물의 종류에 따라 120∼160℃온도 범위 내에서 가열 유지된다. 또 압출공정에서 어느 한 쪽의 압출 실린더의 온도를 대략 평균값인 250℃의 5∼10％범위 내에서 높여 주거나, 또는 어느 한 쪽의 온도는 낮춰주고 다른 한 쪽의 온도는 높여서 양쪽 압출 실린더의 온도를 상기 범위 내로 차이를 줌으로써 양자 연신 비율에 차가 있도록 하여 방사 필라멘트의 전 주위로 권축을 형성시키는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유 및 그의 제조방법의 특징을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 실시례를 들어 기술한다.

그러나, 이 실시례들은 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 정신 및 특허청구의 범위에 기재된 범위 내에서 그 변형 및 정정이 가능함은 당업계에 숙지된 자라면 금방 이해할 수 있을 것이다.

실시례 1

폴리에스테르 제직 설물과 페트(PET) 폐병을 각기 세척하고, 제직 설물은 펠럿(pellet)으로 성형하였으며 페트 폐병은 잘게 분쇄하여 각각의 재생 칩을 얻었다.

얻어진 폴리에스테르 제직 설물과 페트 폐병의 재생 칩들의 극한점도를 각기 측정해 본 바 0.50, 0.74이었다.

도 1에 나타난 바와 같이 각기 별개로 분리되어 구비된 2개의 호퍼(1)(11), 압출기(2)(12), 스크린(3)(13), 투-인 투-아웃(TWO-IN TWO-OUT)방식의 기어펌프(5)(15), 방사팩(6)(16)과 노즐(7)(17)이 갖추어져 있으며, 상호 연결되어 있는 방사 비임(4)(14)이 상기 스크린(3)(13)과 기어펌프(5)(15)사이에 위치되어 있는 방사장치의 2개의 호퍼(1)(11)에, 형성된 폴리에스테르 제직 설물(A)과 페트 폐병(B)의 재생 칩을 각기 투입하고 이들을 각각의 압출기(2)(12)를 통하여 압출하였다.

용융 압출물이 각기 스크린(3)(13)을 통과한 다음 방사 비임(4)(14)의 중간부 정도에 달하였을 때 폴리에스테르 제직 설물(A)과 페트 폐병(B)의 압출물을 양분하여 폴리에스테르 제직 설물(A)의 일부(A1)는 기어펌프(5) 및 방사팩(6)을 통하여 노즐(7)의 방사공을 통하여 방사되며, 타 일부(A2)는 기어펌프(15) 및 방사팩(16)을 통하여 노즐(17)의 방사구를 통하여 방사되도록 하였으며, 페트 폐병(B)의 압출물도 동일한 방식으로 일부(B1)는 기어펌프(15) 및 방사팩(16)을 통하여 노즐(17)의 방사구를 통하여 방사되도록 하고, 타 일부(B2)는 기어펌프(5) 및 방사팩(6)을 통하여 노즐(7)의 방사구를 통하여 방사되도록 하였다.

이렇게 처리함으로써, 폴리에스테르 제직 설물(A)의 일부(A1)와 페트 폐병(B)의 일부(B2)가 동시에 한 방사구를 통하여 방사되며, 또 폴리에스테르 제직 설물(A)의 일부(A2)와 페트 폐병(B)의 일부(B1)가 동시에 한 방사구를 통하여 방사되어 동시에 2개 층이 접합된 필라멘트(F) 들의 토우(tow)를 2개의 방사구를 통하여 형성하였다.

형성된 필라멘트(F)들을 연신하여 늘리면 폴리에스테르 제직 설물과 페트 폐병의 연신 비율이 다르므로 필라멘트(F)의 구성성분 중 폴리에스테르 제직 설물 쪽은 많이 늘어나고 페트 폐병 쪽은 적게 늘어나서 필라멘트사들은 대략 오메가 형태의 컬(curl)을 형성하였다.

권축이 형성된 필라멘트들을 유제처리한 다음 열 고정시킨 후 매트리스 충전에 알맞은 길이로 절단하여 재생 폴리에스테르 스테이플파이버를 얻었다.

얻어진 재생 폴리에스테르 스테이플파이버의 평균 극한점도는, 극한점도 0.48과 0.64에 의한 기존의 일반 폴리에스테르 스테이플파이버의 극한점도보다 높아서, 이들의 벌키성과 복원력을 시험한 결과 재생 폴리에스테르 스테이플파이버 쪽이 현저히 우수하였다.

그러므로, 형성된 재생 폴리에스테르 스테이플파이버를 침대 매트리스로 적용할 때 기존의 일반 폴리에스테르 스테이플파이버의 적용량보다 적게 충전하여도 우수한 벌키성과 복원력으로 보다 나은 큐션성을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

실시례 2

원료로서 폴리에스테르 제직 설물만을 사용하였다. 즉 한쪽의 호퍼(1)에는 완전히 건조된 재생 칩을 투입하여 용융시키고 다른 쪽의 호퍼(11)에는 완벽하게 건조시키지 않고 수분이 있는 상태에서 투입하여 용융시키는 것만 다르게 하고 그 밖의 절차는 상기 실시례1에서와 같은 절차에 따라 진행하였다.

미건조된 폴리에스테르 제직 설물은 용융시 가수분해가 일어나서 완전히 건조된 폴리에스테르 제직 설물과의 사이에는 0.18 정도의 극한점도의 차이가 있었으며, 그 결과 필라멘트들을 연신하여 늘린 결과 인장도가 달라서 필라멘트사는 커얼을 형성하였다.

그러나, 수분 함량을 일정하게 유지하기 어려웠으며 또 건조기계가 매우 정밀하여야 하므로 수고가 많이 들었고 품질이 다소 저조하였다.

실시례 3

원료로서 상기 실시례 2에서와 동일한 폴리에스테르 제직 설물을 사용하고 동일한 정도로 각기 건조한 다음 실시례 1에서와 동일한 방사장치를 이용하되, 압출기(2)의 온도와 연신비율을 평균온도 및 평균연신비율 보다 낮게 하고, 반면에 압출기(12)는 온도는 평균온도보다 10℃ 더 높게 하고 연신 비율 역시 더 높게 하여 상기 실시례 1에서와 같은 방식으로 각기 방사시켰다.

이 실시례에서도 콘주게이트 섬유가 얻어 졌으나 정확한 온도 관리가 필요하여 조작이 까다로웠다.

실시례 4

실시례 2에서와 동일한 폴리에스테르 제직 설물을 원료로서 사용하였으며, 이 원료의 재생 칩 중 일부를, 120∼160℃의 온도 범위로 변동되면서 유지되는 별도의 탱크에 넣고 밀폐한 다음 5시간동안 교반시키면서 방치하여 극한점도를 0.69까지 올렸다.

그리고 난 후, 실시례 1에서와 동일한 방사장치의 호퍼(1)(11)에 극한 점도 0.50의 폴리에스테르 제직 설물과 상기 준비된 0.69의 폴리에스테르 제직 설물을 각기 투입하고 실시례 1에서와 같은 방식으로 진행하였다.

실시례 1에서 형성된 재생 콘주게이트 섬유의 권축과 거의 흡사하였으나 탱크의 설치비와 관리비가 추가적으로 발생되어 경제성이 다소 떨어졌다.

이상과 같이 본 발명에 의한 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유에 의하면, 일반 폴리에스테르 중합체에 의한 콘주게이트 섬유보다 평균 극한점도가 높아서 복원력과 벌키성이 더 우수하여 충전재 및 보온재 등으로 적용될 때 그 제조 단가를 대폭적으로 낮출 수 있다.

무엇보다도, 폴리에스테르 제품의 폐기물이나 설물을 이용하므로 이들의 폐기 처리시 발생되는 환경오염을 방지할 수 있으며, 또 콘주게이트 섬유의 제조에 필수적으로 요구되는 중합공정이 필요 없으므로 간단한 설비로 제조될 수 있는 큰 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 방사 과정을 나타내는 공정 개략도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 호퍼(hopper) 2, 12 : 압출기

3, 13 : 스크린 4 : 방사 비임(spinning beam)

5, 15 : 기어펌프 6, 16 : 방사 팩

7, 17 : 노즐(nozzle)

F : 필라멘트(filament)

Claims (5)

1. 극한점도가 다른 두 가지의 폴리에스테르 중합체의 복합방사에 의하여 폴리에스테르 필라멘트의 전 길이에 걸쳐 권축을 형성하여 부피감과 복원력이 우수하도록 구성된 콘주게이트 섬유에 있어서,

   상기 폴리에스테르 필라멘트가 극한점도에 있어 적어도 0.15∼0.35의 차가 있는 두 가지 폴리에스테르 폐기물이나 설물의 복합방사에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유.
2. 극한점도의 차가 적어도 0.15∼0.35 범위 내인 두 개 선별된 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 성형하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정;

   각기 형성된 상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정;

   상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정;과

   상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 제조방법.
3. 동일 종류의 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 성형하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정;

   상기 재생 칩을 두 부분으로 나누어 적어도 0.15∼0.35 범위 내로 극한점도에 차이가 있도록 공정수분율을 다르게 건조하는 공정;

   각기 형성된 상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정;

   상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정;과

   상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 제조방법.
4. 동일 종류의 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 압축하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정;

   상기 재생 칩의 일부를 저장탱크에 투입하고 밀폐시킨 상태에서 2-8시간 동안 진공 또는 질소 분위기 하에서 120∼160℃온도 범위 내로 가열 교반하면서 방치하여 극한점도를 높이는 공정;

   상기 두 종류의 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정;

   상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정;과

   상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 제조방법.
5. 동일 종류의 폴리에스테르폐기물이나 설물을 각기 세척하고 성형하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하는 공정;

   상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입하고 한 쪽 압출실린더의 온도를 평균치보다 대략 10∼20℃범위 내로 더 높이거나, 양 쪽 압출실린더 사이에 상기 범위내의 온도차가 있도록 두 개 실린더 온도를 달리하여 각기 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하는 공정;

   상기 방사공정을 통하여 2개 층이 접합되어 있는 필라멘트를 연신하여 권축을 형성하는 공정;과

   상기 연신공정 후 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정으로 처리함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 콘주게이트 섬유의 제조방법.