KR101197724B1 - 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사 및 그 제조방법 - Google Patents

폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐폴리에스테르를 이용하여 재생 폴리에스테르사를 제조하는 방법에 있어서, 상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜(EG)을 몰비 1.0:0.1~2.0으로 혼합하고 용융한 후, 상기 용융된 혼합물을 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 생성하는 해중합단계; 상기 해중합공정으로 생성되는 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 필터를 통하여 이물질을 제거하는 필터링단계; 상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 진공상태에서 중합하여 폴리에스테르를 생성하는 중축합단계; 상기 중축합공정으로 제조되는 재생 폴리에스테르를 칩으로 제조하는 재생 폴리에스테르칩 제조단계; 상기 재생 폴리에스테르칩을 색상에 맞게 혼합하는 칩혼합단계: 상기 재생 폴리에스테르칩을 방사하여 사(絲)로 제조하는 사제조단계를 포함하는 재생 폴리에스테르사 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르, 해중합, 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트, 중축합

Description

폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사 및 그 제조방법{RECYCLED POLYESTER YARN USING WASTE POLYESTER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 폐폴리에스테르를 해중합하고 다시 중축합공정하여 색상이 우수하고 염색균일성이 우수한 재생 폴리에스테르사 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트계(polyethylene terephtalate)로 시작되는 폴리에스테르(polyester)는 우수한 역학적 특성, 내열성, 성형성, 내약품성을 가지고 있어 섬유, 필름(film), 보틀(Bottle) 성형품등의 분야에 있어서 폭넓은 용도에 사용되고 있다. 이러한 폴리에스테르(polyester)제품은 사용 후에 폐기처분되고 있지만, 소각처분을 하면 연소시 유해가스의 발생과 고열에 의한 소각로의 손상(부식)의 원인이 되는 문제가 발생한다. 또 소각하지 않고 폐기하는 경우는 부패분해하지 않기 때문에 흙속이나, 수중에 영구적으로 남아 토양의 산성화를 야기하는 오염원으로 작용을 하여 많은 문제가 되어 왔다.
환경을 고려한 정책의 일환으로 광분해성수지나 생분해성 수지와 같은 분해성 수지의 사용이 점차 늘어나는 추세에 있다. 그러나 광분해성 수지는 땅에 매립될 경우 그 분해효과를 볼 수 없으며, 생분해성 수지는 일반 합성수지보다 5~10배나 비싸기 때문에 범용화에 어려움을 지니고 있으며, 현재 개발된 분해성 수지는 일반 합성수지보다 물성이나 특성이 좋지 않아 산업상으로 사용하는데에 한계가 있었다.
따라서 환경보호와 자원의 재활용이라는 측면에서 분해성 수지의 사용보다는 폐합성수지의 재활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 선진외국의 경우, 이미 장기적인 계획하에서 폐기물로부터 유용자원의 회수와 재활용에 대한 연구가 여러 방면으로 추진되고 있다.
국내에서도 환경오염에 대한 여론이 대두되기 시작하면서, 폐자원의 경제적인 회수 및 재활용 방안계획이 수립되기에 이르렀고, 이와 관련된 연구가 진척되고 있는 실정이다.
일반 합성수지 중에서 폴리에스테르는 섬유, 필름, 식품용기 등에서 가장 폭 넓게 많이 사용되고 있는 합성수지로서 공정 중에 발생하는 폐폴리에스테르나 사용후 버려지는 음료수 병과 같은 폐폴리에스테르 등의 폐기물의 재활용이 큰 관심사로 대두되고 있다.
특히 사용량이 많고, 사용량의 증가가 예상되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephtalate)계를 주로 사용하는 식음료용 보틀(Bottle, 펫트병)등 성형품을 재용융하여 펠렛(Pellet)하고 이를 섬유화하는 방법에 대해서는 일본 공개특허 평5-279921호에 기재되어 있다.
또, 폴리에스테르 섬유에 있어서도 섬유를 소정의 크기로 절단하고 용융 및 펠렛 (pellet)화하여 다시 섬유화를 시도하고 있으나, 회수된 섬유제품들은 여러 가지의 중합도로 된 폴리머(polymer)가 혼재하고 높은 열에 의한 용융혼합되기 때문에 이로부터 얻어지는 폴리에스테르(polyester)수지는 열분해로 인한 색상이 노랗게 되는 황변과 섬유화에 필요한 점도 등이 적합하지 않아 정상적인 제조법으로 제조한 폴리에스테르(polyester)수지와 혼련하여 색상을 확보하기 위하여 사용비율을 줄여서 섬유화하는 방법이 일본 공개특허 평05-148716에 기재되어 잇다.
상기 언급한 문제들을 개선하고자 회수품의 구분사용(일본공개특허 2000-63557), 리사이클 폴리에스테르(recycle polyester)의 제조공정에 형광증백제를 첨가하는 방법(일본공개특허 2002-146670)도 제안되어 있으나, 제한적이고 의류섬유에는 안정적인 색상이 확보되지 않는 문제를 안고 있다.
보다 개선된 제안으로는 복합방사법을 채용한 심초구조단면으로 섬유화하는 방법(일본공개특허 2000-328369)도 행해지고 있으나, 섬유의 형태(단면)가 한정되는 과제를 안고 있다.
고체화된 폴리에스테르는 열에 불안정하기 때문에 용융점이상의 온도에서 녹인 후 다시 사용한다는 것은 거의 불가능하므로 이보다 낮은 온도에서 폐물을 회수해야 한다.
폐폴리에스테르를 회수하는 공정으로는 폐폴리에스테르를 촉매 등을 사용하여 해중합을 통해 원료가 되는 테레프탈산(terephthalic acid: TPA), 디메틸테레프 탈레이트(Dimethly terephthalate: DMT) 및 에틸렌글리콜(ethlyene glycol:EG)를 회수하는 공정과 중간생성물인 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(bis-2-hydroxyethyl terephthalate: BHET)를 제조하는 공정 등이 있다.
이러한 공정들 중 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜을 회수하는 공정은 폐폴리에스테르를 해중합하여 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜을 회수하는데 공정이 복잡하며 생산시간이 오래 걸리고, 회수된 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜을 이용하여 재생 폴리에스테르를 생산하는 공정은 중간생성물인 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트로 재생 폴리에스테르를 생산하는 공정에 비해 절차가 복잡하고 생산시간이 오래걸리는 단점이 있다. 따라서 중간생성물인 비스-2- 히드록시에틸테레프탈레이트를 회수하는 재생 폴리에스테르를 생산하는 공정이 개발되고 있으나 회수된 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트로 제조되는 재생 폴리에스테르는 회수된 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜로 제조되는 재생 폴리에스테르보다 물성이나 색상이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 오염원인 폴리에스테르 폐기물을 재활용한 폴리에스테르사 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 재활용될 폴리에스테르(polyester)를 화학적으로 재활용하여 100%사용하여 섬유화여도 섬유의 염색성 등이 균일한 즉 제반 물성이 비재생 폴리에스테르와 동등한 재생 폴리에스테르사 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생 폴리에스테르 섬유의 단면을 이형화하여 의류에서 착용 쾌적성을 향상시키는 흡한속건 기능성과 경량 보온성을 가지면서 항균기능이 첨가된 항균흡한속건 재생 폴리에스테르사 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 폐폴리에스테르를 이용하여 재생 폴리에스테르사를 제조하는 방법에 있어서, 상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜(EG)을 몰비 1.0:0.1~2.0으로 혼합하고 용융한 후, 상기 용융된 혼합물을 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 생성하는 해중합단계; 상기 해중합공정으로 생성되는 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 필터를 통하여 이물질을 제거하는 필터링단계; 상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 진공상태에서 중합하여 폴 리에스테르를 생성하는 중축합단계; 상기 중축합공정으로 제조되는 재생 폴리에스테르를 칩으로 제조하는 재생 폴리에스테르칩 제조단계; 상기 재생 폴리에스테르칩을 색상에 맞게 혼합하는 칩혼합단계: 상기 재생 폴리에스테르칩을 방사하여 사(絲)로 제조하는 사제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 해중합단계는 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜(EG)을 혼합하고 질소(N2)가스를 이용하여 1.5~2.5㎏/㎠로 가압하고 10~50rpm 교반하여 3~4시간 용융한 후, 상기 용융된 혼합물을 질소(N2)가스를 이용하여 2.0~2.5㎏/㎠로 가압하고 245~260℃에서 30~70rpm 교반하면서 1.0~3.0시간동안 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 생성하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 필터는 600~2000메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 중축합단계에서 중축합 반응 촉매로 H3PO4, Sb2O3를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 칩혼합단계에서 재생 폴리에스테르 칩에 항균칩을 0.4~0.8중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 사제조단계는 상기 폴리에스테르칩을 방사하여 부분배향사(partially oriented yarn:POY)를 제조하는 방사공정; 및 상기 부분배향사를 사용하여 드로텍스쳐사(draw textured yarn:DTY)를 제조하는 드로텍스쳐공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 방사공정은 용융압출방사공정으로 온도는 260~300℃ 범위이며, 용융 압출시간은 열분해를 최소화하기 위해 10~15분, 방사속도는 2500~5000m/min인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 방사공정에서 이형단면 방사구금으로 방사하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사를 제공한다.
또한, 상기 재생 폴리에스테르 실의 L값은 70이상인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사를 제공한다.
또한, 상기 재생 폴리에스테르 실의 b값은 2~8인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지 를 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 발명의 바람직한 일실시예에 의한 재생 폴리에스테르사의 제조방법은 폐폴리에스테르로부터 회수되는 폐폴리에스테르 플레이크는 통상적으로 이중결합을 가진 폴리에스테르나 모노머(monomer), 촉매로 사용된 화합물등이 포함되어 있어 착색성분이 되고, 재생시 가열, 용융공정을 거치게 되는데 이때, 열분해와 중합도 저하를 가져오게 되면서 섬유색조(b값)가 높아지는 경향성 보이고 있어 색조 b값를 개선시킬 필요성이 있다.
상기 섬유색조란 헌터(hunter)형 색차 측정기를 이용하여 측정하는 것으로 명도의 지표는 L값, 황색의 지표는 b값을 의미한다. L값이 큰 경우에는 명도가 높은 것을 나타내고, b값이 큰 경우에는 황색미(yellowish)가 많음을 의미한다.
재생 폴리에스테르 섬유를 의류용도에 이용하는 경우에 명도가 높고, 황색미가 낮을 수록 염색된 색상이 선명해져 보다 많은 용도에 이용할 수 있다. 재생 폴리에스테르사의 색조 L값은 바람직하게는 65이상이고, 매우 바람직하게는 75이상이 좋다. 재생 폴리에스테르사의 색조 b값은 바람직하게는 7.0 이하이고, 가장 바람직 하게는 5.0이하이다.
폴리에스테르의 화학적으로 재활용 방법으로는 물을 이용하여 단량체나 올리고머상으로 환원하는 가수분해(hydrolysis)법, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol:EG)이나 프로필렌글리콜(Propylene glycol,PG)과 같은 글리콜을 이용하는 가글리콜분해(glycolysis)법, 메탄올을 이용하는 가메탄올 분해(methanolysis)법 등이 있다.
가글리콜분해법은 일괄 또는 연속공정으로 할 수 있으며 가메탄올분해법이나 가수분해법보다 저렴하며, 재용융사출법보다 더 많은 용도에 응용이 가능하다.
따라서, 본 발명은 에틸렌글리콜을 이용하여 가글리콜분해법으로 폐폴리에스테르를 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(bis-2-hydroxyethyl terephthalate: BHET)을 회수하고, 다시 중축합을 통해 폴리에스테르를 얻는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법의 개략적인 공정도로 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 해중합단계, 필터링단계, 중축합단계, 재생 폴리에스테르칩 제조단계, 칩혼합단계, 사제조단계로 재생 폴리에스테르사를 제조한다.
상기의 각각의 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 해중합단계는 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜를 반응시켜 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(bis-2-hydroxyethyl terephthalate: BHET)을 회수하는 단계이다.
상기 폐폴리에스테르 플레이크는 수거된 폐폴리에스테르에서 금속성분, 상이한 성분의 합성수지 등을 제거한 폐폴리에스테르를 분쇄기 등을 이용하여 1~20㎜의 플레이크(flake)형상으로 분쇄하여 폐폴리에스테르 플레이크를 제조한다.
상기 폐폴리에스테르 플레이크는 용융되기 쉽도록 1~5㎜로 잘게 분쇄하는 것이 바람직할 것이다.
상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜를 반응시키기 위해 용융혼합할 때 상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜을 몰비 1.0:0.1~2.0으로 혼합하고 질소(N2)가스를 이용하여 1.5~2.5㎏/㎠로 가압하면서, 지속적으로 가열하여 용융혼합시킨다.
~COOCH2CH2OOC~ + HOCH2CH2OH ↔ 2(~COOCH2CH2OH)
상기 에틸렌글리콜은 상기의 반응식 1과 같이 폐폴리에스테르와 에스테르 교환반응에 의한 해중합으로 폴리에스테르를 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트로 분해시킨다.
본 발명의 해중합의 반응속도는 온도, 촉매, 공급원료의 세분상태 및 글리콜의 양에 의존한다. 또한 최종 단량체의 조성은 분해반응 시간과 해중합 후 지속시간에 의해 결정된다. 글리콜의 양이 적으면 높은 온도와 더 많은 반응시간을 필요로하며 더 높은 분자량의 올리고머가 된다.
따라서, 상기 폐폴리에스테르 플레이크 1몰에 대하여 에틸렌글리콜이 0.1몰 보다 적게 혼합될 때는 반응시간이 너무 길어지고 2.0몰 이상 혼합될 때는 반응시간의 단축효과가 크지 않다. 상기 에틸렌글리콜은 폐폴리에스테르 플레이크 몰비 1.0:0.3로 혼합되는 것이 가장 바람직할 것이다.
또한, 상기 혼합공정에서 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트를 촉매로 사용하여 에스테르 교환반응의 반응시간을 단축시키고 해중합공정으로 생성되는 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트의 분자량을 균일하게 할 수 있다.
상기 용융혼합은 지속적인 가열에 의해 210℃정도에서 폐폴리에스테르 플레이크가 용융이 시작되며 온도가 지속적으로 상승하다가 230~240℃정도까지 상승하면 온도상승이 둔화되면서 용융이 활발히 이루어진다.
상기 용융혼합에서 교반은 용융이 어느 정도 진행된 후 10~50rpm으로 교반하여 일부분에 열에너지가 한곳에 집중되는 것을 방지하여야 한다.
상기 용융혼합에서 용융이 완료가 되면 상기 상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜이 혼합된 혼합물의 온도가 점차 상승하게 되면 해중합 반응이 진행된다.
상기 해중합 반응이 진행되면 질소(N2)가스를 이용하여 2.0~2.5㎏/㎠로 가압하고 교반 속도를 20~60rpm으로 상승시키고 온도를 245~260℃까지 상승시켜 폐폴리에스테르 플레이크가 에틸렌글리콜에 의한 에스테르 교환반응을 촉진시켜 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트의 생성시킨다.
상기 해중합 반응은 약 1~3시간 정도 지나면 에스테르 교환반응이 완료되어 폐폴리에스테르는 없어지고 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트만이 남게된다. 상기 해중합공정은 255℃에서 56rpm으로 2.0시간 동안 진행하는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 해중합 반응은 폐폴리에스테르 플레이크의 용융이 끝나는 것과 동시에 진행할 수 있도록 같은 배치(batch)에서 진행하여 연속적인 공정으로 진행하는 것이 바람직할 것이다.
상기 필터링 단계은 상기 해중합공정으로 생성되는 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트를 필터를 통과시켜 선별과정에서 제거되지 못한 이물질을 제거하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트 정제하는 과정으로 필터링 공정후 실시되는 중축합공정에서 재생 폴리에스테르의 생산성 및 불량률을 낮추기 위한 단계이다.
상기 필터링 단계에서 필터는 약 600~2000 Mesh의 필터를 사용하는 것이 바람직하며, 필터링 공정시간을 단축하기 위해 1.5~3.0 kg/㎠로 가압할 수 있다.
상기 필터는 회수품들의 관리등 경제성도 고려되어야 하므로 1000~1500메쉬(mesh)로 여과를 함이 보다 바람직하다. 600메쉬(mesh)이하로 여과가 되면, 섬유 제조 공정 조업성과 제조품질이 불안정하게 되며 상기 범위 이상이면 필터의 교체주기가 짧아져 작업에 어려움이 있으며 경제적인 공정의 확보가 어렵다.
상기 중축합 단계는 상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트로 폴리에스테르를 생성하는 단계로 일반적인 폴리에스테르의 제조공정으로 진공상태에서 245~290℃로 30~90rpm으로 교반하면서 60~240분간 중합하여 재생 폴리에스테르를 생성한다.
상기 중축합 단계에서 축합촉매로 Sb2O3, 산화티타늄 및 디부틸틴디라우레이트 등을 사용할 수 있으며, Sb2O3을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트의 열적 안정성을 위해 인산을 첨가할 수 있다. 인산중 H3PO4을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 H3PO4는 약 260℃정도에서비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트를 기준으로 하여 100~200ppm을 첨가해 주는 것이 바람직하며, Sb2O3는 약 265℃에서 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트를 기준으로 하여 300~600ppm 첨가해 주는 것이 바람직하다.
상기 진공상태는 중축합단계가 시작되고 온도가 상승함에 따라 단계적으로 실시하여 약 285℃에서 1.5 mbar 이하가 되어야 할 것이다.
상기 중축합단계는 장시간을 요하는 긴시간을 요하는 공정으로 여러 개의 배치(batch)에서 실시하는 것이 바람직할 것이다.
상기 칩제조단계는 상기 중축합단계로 제조되는 재생 폴리에스테르를 사용하기 용이하도록 칩으로 제조하는 공정으로 칩의 크기는 사용되는 산업분야에 따라 다양한 크기로 생산될 수 있을 것이다.
상기 칩혼합단계는 상기 칩제조단계에서 제조되는 재생폴리에스테르 칩을 원하는 색상에 따라 혼합하는 단계로 재생폴리에스테르 칩은 생산 조건, 폐폴리에스테르 플레이크의 종류에 따라 그 색상이 차이가 있으므로 이를 혼합하여 제조되는 원사의 원하는 색상으로 조절할 수 있고, 사제조 후 염색을 실시할 때 염색의 균일을 향상시킨다.
상기 칩혼합단계에서 항균성 물질이 포함된 항균칩을 첨가하여 제조되는 재생폴리에스테르사의 항균성을 향상시킬 수 있다.
상기 항균칩은 재생 폴리에스테르 칩의 전체중량에 0.4~0.8중량%를 첨가하는 것이 바람직할 것이다. 상기 항균칩이 0.4중량%미만으로 첨가될 경우 항균성의 발현이 미약하여 항균칩을 첨가한 효과가 없으며, 0.8중량%을 초과할 경우 항균성의 상승효과에 큰 차이가 없으며 고가의 항균칩의 단가부담에 따른 경제성이 떨어지게 된다.
상기 사제조단계는 상기 칩혼합단계에서 혼합된 재생 폴리에스테르칩을 건조하고 방사하여 사(絲)로 제조하는 단계로 일반적인 방사, 연신, 가공공정을 통하여 재생 폴리에스테르사를 제조할 수 있다.
상기 사제조단계의 방사공정에 부분배향사(Partially Oriented Yarn:POY)로 제조하면 약 1.5배만 연신해도 일반적인 원사와 같은 물성을 얻을 수 있고, 부분배향사로 가공사(Texturized Yarn)를 제조할 경우 연신과 가공을 한 공정에서 할 수 있어(Draw Texturizing), 생산원가를 낮추는 효과가 있으므로 본 발명의 재생폴리에스테르사는 부분배향사로 제조한 후 가공사로 제조하는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 본 발명의 재생 폴리에스테르사를 부분배향사로 제조할 경우에는 상기 폴리에스테르칩을 방사하여 부분배향사(partially oriented yarn:POY)를 제조하는 방사공정과 상기 방사된 부분배향사를 사용하여 드로텍스쳐사(draw textured yarn:DTY)를 제조하는 드로텍스쳐공정으로 재생 폴리에스테르사를 제조하는 것이 바람직하다.
상기 방사공정은 용융압출방사공정으로 온도는 260~300℃ 범위이며, 용융 압출시간은 열분해를 최소화하기 위해 10~15분, 방사속도는 2500~5000m/min로 실시하여 부분배향사를 제조하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 방사공정에서 방사구금을 O형, 십자형, 타원형 등의 이형단면 방사구금로 방사하여 다양한 기능성을 갖는 이형단면의 재생 폴리에스테르사로 제조할 수 있다.
상기의 제조방법으로 제조되는 재생 폴리에스테르사의 색조 L값은 70이상이며, 색조 b값는 2~8로 물성이 일반적인 폴리에스테르사에 동일하면서도 색상이 우수하고 염색균일성이 뛰어나다.
본 발명에 따른 재생 폴리에스테르사 및 이의 제조방법은 폐기되는 폴리에스테르 성형물을 재활용함으로서 자원의 재사용 및 환경오염을 방지할 수 있고, 재생 폴리에스테르사의 물성은 일반적인 폴리에스테르사에 뒤지지 않는 뛰어난 물성을 가지고 있어 다양한 산업분야에서 사용될 수 이는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 재생 폴리에스테르사 및 이의 제조방법은 종래 재생 폴리에스테르사에서 문제되었던 염색불균일로 인한 염색 줄 등의 현상을 개선하여 염색 균일성이 향상된 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 재생 폴리에스테르사 및 이의 제조방법은 상기 염색성등의 불균일로 인한 이형단면 제조가 용이하지 못한 부분을 해결하여 이형단면사 제조를 통하여 기능성을 부가하여 활동성이 많은 스포츠 및 등산등 레져용 직편물 제품에 적합한 섬유를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 재생 폴리에스테르사의 제조방법은 일괄 또는 연속공정실시하여 모든 공정을 자동화가 가능하여 생산성을 높이고 생산비를 절감할 수 있다.
이하 본 발명의 재생 폴리에스테르사를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
수거된 폐폴리에스테르를 선별하여 2~3㎜ 크기의 플레이크형태로 분쇄하고 상기 분쇄된 상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜(EG)을 몰비 1.0:1.0으로 혼합하고 질소(N2)가스를 이용하여 2.0㎏/㎠로 가압하고 지속적으로 가열하여 230~240℃에서 18rpm 교반하여 폐폴리에스테르 플레이크가 완전히 용융시킨 후, 상기 용융된 혼합물을 질소(N2)가스를 이용하여 2.5㎏/㎠로 가압하고 지속적으로 가열하여 255℃까지 상승시키고 56rpm으로 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 생성하는 해중합단계를 실시하였다.
상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 1000메쉬의 필터를 통하여 이물질을 제거하는 필터링 단계를 실시하고, 상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 진공상태에서 지속적으로 가열하여 285℃까지 상승시키고 60rpm으로 교반하면서 60분간 중축합하여 폴리에스테르를 생성하고 재생 폴리에스테르칩으로 제조하였다.
상기 중축합단계에서 반응온도 260℃에서 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 기준으로 하여 H3PO4는 150ppm에 첨가하였으며, 반응온도 265℃에서 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 기준으로 하여 Sb2O3를 300ppm 첨가하였다.
상기 해중합단계 및 중축합단계는 각각 8개의 배치(batch)에서 동시에 실시하였다.
상기 각각의 배치에서 제조된 재생 폴리에스테르칩을 혼합하는 칩혼합단계를 실시하였으며, 혼합된 재생 폴리에스테르칩을 사용하여 재생 폴리에스테르사를 제조하는 사제조단계를 실시하였다.
상기 사제조단계는 일반오형단면 구금으로 방사공정을 진행하였으며. 3100m/m의 방사속도로 부분배향사로 제조 후, 드로텍스쳐공정으로 150D/48F의 드로텍스쳐사를 제조하였다.
상기 제조된 재생 폴리에스테르사를 이용하여 직기로 평직으로 제직생지를 공지의 염색가공 공정으로 검정(black)으로 염색된 원단을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 재생 폴리에스테르사를 제조하되, 사제조단계에서 십자형(+)의 방사구금을 사용하여 이형단면의 75D/36F의 드로텍스쳐사로 제조하였다.
상기의 제조된 재생 폴리에스테르사를 이용하여 환편기(circular knit)로 양면조직으로 제편한 편직생지를 공지의 염색가공 공정으로 색상을 중색의 브라운(brown)의 원단을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 재생 폴리에스테르사를 제조하되, 칩혼합단계에서 재생 폴리에스테르칩 99.4중량%와 항균 폴리에스테르칩 0.6중량%는 혼합하고, 방사단계에서 십자형(+)의 방사구금을 사용하여 드로텍스쳐사의 재생 폴리에스테르사(150D/48F)를 제조하였다.
상기 제조된 재생 폴리에스테르사를 이용하여 직기로 평직으로 제직생지를 공지의 염색가공 공정으로 검정(black)으로 염색된 원단을 제조하였다.
비교예
실시예 1과 동일하게 재생 폴리에스테르사를 제조하되, 필터링단계에서 400메쉬의 필터를 사용하여 드로텍스쳐사의 재생 폴리에스테르사(150D/48F)를 제조하였다.
상기 제조된 재생 폴리에스테르사를 이용하여 직기로 평직으로 제직생지를 공지의 염색가공 공정으로 검정(black)으로 염색된 원단을 제조하였다.
* 물성 및 색상 실험
상기의 실시예들로 제조된 재생 폴리에스테르사를 이용한 원단의 색상을 ASTM의 E398-90과 E805-93의 방법에 L값 과 b값을 의 값을 측정하였으며, 전문가 10인의 평가로 염색균일성의 관능평가를 실시하였다.
상기 비교예로 제조된 재생 폴리에스테르사를 상기와 동일한 방법으로 색상 및 염색균일성을 측정하였다.
상기의 측정값을 표 1에 나타내었다.
구분 필터 구금단면 L값 b값 염색균일성
실시예 1 1000 메쉬 오형(O) 69.69 7.39 ◎
실시예 2 1000 메쉬 이형(+) 69.65 7.62 ○
실시예 3 1000 메쉬 이형(+) 69.50 7.69 ○
비교예 400메쉬 오형(O) 69.87 7.89 X
염색균일성 평가
◎ : 상당히 양호 ○ : 양호 △ : 보통 X : 양호하지 않음
상기 표 1에 나타난 시험결과, 특히 실시예 1에 의한 제품은 염색가공 중 작업성 및 전반적인 염색균일성도 양호하였으며, 일반 폴리에스테르 제품대비 더욱 부드러운 촉감과 깨끗하고 균일한 염색성(선명성)이 발현된 제품으로 평가되었다.
도 2는 실시예 1로 제조된 재생 폴리에스테르 제품원단의 염색사진이고, 도 3은 비교예로 제조된 폴리에스테르 제품원단의 염색사진으로 도면에서 나타난 바와 같이 실시예 1의 제품원단은 염색균일성이 좋으나 비교예의 제품원단에는 가로방향으로 염색 불균일로 인한 염색줄이 발생하여 염색균일성이 좋지 않음을 알 수 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
도 1은 본 발명에 따른 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 2로 제조되 폴리에스테르 제품원단의 염색사진이다.
도 3은 비교예 1로 제조된 폴리에스테르 제품원단의 염색사진이다.

Claims (11)

  1. 폐폴리에스테르를 이용하여 재생 폴리에스테르사를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 폐폴리에스테르 플레이크와 에틸렌글리콜(EG)을 몰비 1.0:0.1~1.0으로 혼합하고 질소(N2)가스를 이용하여 1.5~2.5㎏/㎠로 가압하고 10~50rpm 교반하여 3~4시간 용융한 후, 상기 용융된 혼합물을 질소(N2)가스를 이용하여 2.0~2.5㎏/㎠로 가압하고 245~260℃에서 30~70rpm 교반하면서 1.0~2.0시간동안 해중합하여 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 생성하는 해중합단계;
    상기 해중합공정으로 생성되는 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 600~2000메쉬(mesh)의 필터를 통하여 이물질을 제거하는 필터링단계;
    상기 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 진공상태에서 중합하여 폴리에스테르를 생성하는 중축합단계;
    상기 중축합공정으로 제조되는 재생 폴리에스테르를 칩으로 제조하는 재생 폴리에스테르칩 제조단계;
    상기 재생 폴리에스테르칩을 색상에 맞게 혼합하는 칩혼합단계:
    상기 재생 폴리에스테르칩을 방사하여 부분배향사(partially oriented yarn:POY)를 제조하는 방사공정; 및 상기 부분배향사를 사용하여 드로텍스쳐사(draw textured yarn:DTY)를 제조하는 드로텍스쳐공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중축합단계에서 중축합 반응 촉매로 H3PO4, Sb2O3를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 칩혼합단계에서 재생 폴리에스테르 칩에 항균칩을 재생 폴리에스테르 칩의 전체중량의 0.4~0.8중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사공정에서 이형단면 방사구금으로 방사하는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사의 제조방법.
  9. 제1항, 제4항, 제5항, 제8항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재생 폴리에스테르 사의 L값은 70이상인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 재생 폴리에스테르 사의 b값은 2~8인 것을 특징으로 하는 폐폴리에스테르를 이용한 재생 폴리에스테르사.
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