KR102200706B1 - 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유, 필름(film), 보틀(Bottle) 등으로 제조된 성형품으로부터 재생된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 수지를 원재료로 활용하여 환경친화적이며 염색성 등 제반 물성이 우수한 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용한 해도형 복합사(100) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사 및 그 제조방법 { Sea-island type composite yarn using recycled PET and manufacturing method thereof }

본 발명은 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 섬유, 필름(film), 보틀(Bottle) 등으로 제조된 폴리에스테르 성형품으로부터 재생된 폴리에스테르 수지를 원재료로 활용하여 환경친화적이며 제반 물성이 우수한 해도형 복합사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하 PET) 수지는 결정성이 크고 용융점이 높아 섬유로서 뿐만 아니라 필름, 보틀(bottle) 및 사출형 재료 등으로 널리 사용되고 있는 대표적인 합성수지 중 하나이다.

유럽연합에서는 환경보전과 화학자원의 재활용을 위하여 재활용 소재에 대한 사용 비율을 점차로 강화하고 있고, 특히 PET 소재의 재활용에 대한 기술 개발이 많이 이루어지고 있다.

종래에는 폐 PET 보틀 등의 스크랩을 단순 압출하여 PET 칩(chip)을 제조함으로써 재활용하는 물질재생방법(material recycle)이 상업화 되었지만, 이러한 물질재생방법은 단순 압출로 인한 색상의 변색과 이물질 제거가 어려워 적용가능한 제품의 범위가 좁다는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위해서 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 이용하여 폐 PET를 글리콜리시스(glycolysis)하여 올리고머(oligomer)를 제조하고, 이를 재활용하는 화학재생방법(chemical recycle)이 개발되었다.

이러한 화학재생방법은 회수된 PET를 화학적 방법으로 처리함으로써, 폐 PET를 출발 원료 또는 중간 원료까지 되돌려, 섬유 또는 성형품 등의 원료로서 리사이클하는 기술이다. 이러한 화학재생방법은 미국특허 US 4,078,143과 영국특허 610,136 등에 개시되어 있으며, 생성된 올리고머를 이용하여 PET를 중합하는 방법은 독일특허 1,151,939와 유럽특허 174,062 등에 개시되어 있다.

또한 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0109533호와, 대한민국 등록특허공보 제10-1718504호 등에는 폐 PET로부터 재생된 PET를 이용하여 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

위에서 살핀 바와 같이, 폐 PET의 대표적인 재자원화 방법 중 물질재생방법은 공정이 복잡하지 않고 제조 단가도 낮은 장점을 갖고, 또한 최근 주목받고 있는 화학재생방법은 원료 단계까지 PET를 해중합하기 때문에 미세 이물의 제거가 가능하여 virgin chip과 동일한 물성의 PET chip 생산이 가능한 장점을 갖는다. 이러한 물질재생방법 또는 화학재생방법에 의해 제조된 재생 PET의 수요는 2015년에 약 840만톤 규모(25.1억불)였고, 2025까지 6.9%/년 이상으로 성장할 것으로 전망된다.

그러나 국내에서는 폐 PET를 재활용하여 다양한 제품군 생산을 위한 요소기술 개발은 아직 미흡한 상황이며, 종래의 재생 PET로 제조되는 섬유는 일반 PET로 제조되는 섬유보다 강도와 신도 및 터치감 등의 물성이 저급하여 고품질의 제품을 제조하는데 어려움이 있다. 따라서 재생 PET를 이용한 복합방사공정을 통한 세섬화 기술의 접목을 통해 다양한 섬유소재의 개발 및 친환경 고부가가치 섬유제품군의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 물질재생방법 또는 화학재생방법을 통해 제조된 재생 PET를 이용하여 해도형 복합사(100)를 제조함으로써, 환경친화적이며 고품위의 섬유 제품의 제조가 가능한 재생 PET를 이용한 해도형 복합사(100) 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사(100)의 제조방법은, 알칼리 이용성을 갖는 공중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 해성분(10)으로, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 도성분(20)으로 하여 해도형 복합섬유용 방사장치를 이용하여 상기 해성분(10)과 도성분(20)을 용융방사 및 연신하는 것이 바람직하며, 상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 물질재생 또는 화학재생된 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 상기 해성분과 도성분의 중량비는 10 ~ 35 중량% : 65 ~ 90 중량% 인 것이 바람직하다.

또한, 용융방사시 권취속도는 3,500 ~ 4,500 m/분 이며, 상기 본 발명의 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사(100)는 초극세 섬도를 갖고, 이에 따라 의류용, 스포츠용 및 차량용 내장재 등의 다양한 적용분야를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 재생 PET를 이용한 해도형 복합사(100)는 상기 재생 PET를 복합방사하여 세섬화함으로써 환경친화적이면서 제반 물성이 우수하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 섬유제품의 제조가 가능하다. 또한, 폐 PET를 재활용함으로써 섬유의 제조에 필수적으로 요구되는 중합공정이 생략되어 간단한 설비로 해도형 복합사(100)를 제조할 수 있으며, 원료비를 줄일 수 있어 결과적으로 완제품 단가를 현저하게 낮출 수 있는 효과를 갖는다. 그리고 폐 PET를 재활용함으로써 자원을 절약하고 환경을 보호하는 효과가 있다.

도 1은 해도형 복합사(100)의 단면에 대한 모식도이며,
도 2는 본 발명에 따른 재생 PET를 이용하여 해도형 복합사(100)를 제조하기 위한 방사장치의 모식도이며,
도 3은 본 발명에 따른 재생 PET를 이용하여 제조된 해도형 복합사(100)의 단면 사진(a) 및 이를 확대한 확대 사진(b)이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 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, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

아래에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합사(100) 및 그 제조방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 해도형 복합사(100)의 단면에 대한 모식도이며, 도 2는 본 발명에 따른 재생 PET를 이용하여 해도형 복합사(100)를 제조하기 위한 방사장치의 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 재생 PET를 이용하여 제조된 해도형 복합사(100)의 단면 사진(a) 및 이를 확대한 확대 사진(b)이다.

해도형(海島形) 복합방사는 도 1에 도시된 바와 같이 이용성(易溶性)을 갖는 해성분(10) 수지의 내부에 최종적으로 초극세사 필라멘트가 되는 도성분(20) 수지를 심어서 극세사를 제조하는 방사방법을 가리킨다. 상기 해도형 복합방사에 의해 제조되는 원사의 단면은 바다에 여러 개의 섬이 있는 듯한 형태로 제조된다.

상기 해도형 복합방사에 의해 제조된 섬유는 사가공, 제직준비, 제직 또는 편직 공정까지는 일반적인 원사와 거의 동일하고, 원단의 제조 이후에 해성분(10)을 용해하여 제거하면 도성분(20)의 필라멘트 만으로 이루어진 초극세 섬유를 새로운 공정설비의 도입없이 제조할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 재생 PET를 이용한 해도형 복합사(100)의 제조방법은, 알칼리 이용성을 갖는 공중합 PET를 해성분(10)으로, 또한 폐 PET로부터 물질재생방법 또는 화학재생방법을 통해 재생된 재생 PET를 도성분(20)으로 하여 도 2와 같은 해도형 복합섬유용 방사장치를 이용하여 용융방사 및 연신함으로써 제조할 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 재생 PET를 이용한 해도형 복합사(100)의 제조방법은 제 1 단계로써, 도성분(20) 수지 및 해성분(10) 수지를 준비한다.

상기 도성분(20) 수지는 폐 PET의 스크랩을 단순 압출하여 PET 칩(chip)으로 제조하여 재활용하는 물질재생방법 또는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 이용하여 폐 PET를 글리콜리시스(glycolysis)하여 올리고머를 제조하는 화학재생방법에 의해 제조되는 재생 PET가 모두 사용가능하다.

또한 상기 해성분(10) 수지는 알칼리 용액에 의해 용이하게 용해되는 폴리머이다. 상기 해성분(10) 수지는 PET에 일정량의 알칼리 이용성 모노머 즉, 디메틸이소술포네이트나트륨염, 네오펜틸글리콜, 이소프탈산, 폴리알킬렌글리콜, 디에틸렌글리콜 또는 아디프산 등을 공중합 및/또는 블랜딩함으로써 제조되는 알칼리 이용성 공중합 PET를 가리킨다.

또한, 제 2 단계로써, 상기 도성분(20) 수지 및 해성분(10) 수지를 건조하게 된다. 상기 제 2 단계는 상기 도성분(20) 수지 및 해성분(10) 수지를 수분함량이 30 ppm이하가 되도록 수분을 제거함으로써 용융시 가수분해를 억제하기 위한 단계이다. 상기 제 2 단계는 140 ~ 170 ℃ 에서 수행할 수 있으며, 이때 건조온도가 140 ℃ 미만인 경우에는 도성분(20) 수지 및 해성분(10) 수지를 충분하게 건조하기 위한 건조시간이 길어지게 되어 에너지비용이 증가하게 된다. 그리고, 건조온도가 170 ℃를 초과하면 칩(chip) 간의 융착이 발생되고, 융착된 칩은 결정화도가 저하되어 전체적인 건조 칩의 물성 불균일이 발생되는 문제가 있을 수 있다. 따라서 상기와 같이 140 ~ 170 ℃ 에서 건조를 수행하는 것이 가장 바람직하다.

이후에는 제 3 단계로써, 건조된 상기 도성분(20) 수지 및 해성분(10) 수지를 복합방사를 수행하여, 상기 해성분(10) 수지와 도성분(20) 수지를 해도형으로 포함하는 해도형 복합섬유를 제조한다.

위에서 살핀 바와 같이, 통상의 해도형 복합사(100)의 제조시 사용되는 알칼리 이용성 공중합 PET는 PET에 일정량의 알칼리 이용성 모노머를 공중합 및/또는 블랜딩함으로써 제조될 수 있다. 상기와 같은 알칼리 이용성 모노머로는 디메틸이소술포네이트나트륨염, 네오펜틸글리콜, 이소프탈산, 폴리알킬렌글리콜, 디에틸렌글리콜 또는 아디프산 등이 사용된다.

즉, PET의 중합시 주성분인 테레프탈산 및 그의 에스테르 유도체에 대하여 상기 알칼리 이용성 모노머를 5몰% 정도를 단독으로 첨가하거나, 또는 상기 상기 알칼리 이용성 모노머와 폴리에틸렌글리콜을 함께 첨가하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

본 발명에서 해성분(10)으로 사용되는 상기 알칼리 이용성 공중합 PET는 알칼리 용액에 쉽게 용해되는 공중합 PET로서, 분할형 복합섬유나 해도형 복합섬유 등으로 극세사용 원사 제조에 주로 사용될 수 있다.

본 발명에서 해성분(10)으로 사용되는 알칼리 이용성 공중합 PET로는 알카리에 대한 용해성이 우수하고, 방사 배향도가 우수한 공중합 PET가 바람직하며, 이때 상기 알칼리 이용성 공중합 PET의 고유점도는 0.80 ~ 0.90 dl/g의 범위인 것이 바람직하다.

상기 알칼리 이용성 공중합 PET의 고유점도가 0.80 ㎗/g 미만일 경우 방사 공정에서 섬유의 기계적 강도의 저하로 사절이 빈번하게 발생하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 상기 알칼리 이용성 공중합 PET의 고유점도가 0.90 ㎗/g를 초과할 경우 높은 기계적 강도로 인하여 방사 작업성은 좋으나 알칼리 이용성이 현저히 저하되어 해성분(10)의 용해시 소요시간이 증가되고 불균일 용출 등의 문제점이 발생할 수 있다.

또한 해성분(10)으로 이용되는 상기 알칼리 이용성 공중합 PET의 용융온도는 300 ~ 330 ℃ 인 것이 바람직하다. 즉, 만일 용융온도가 300 ℃ 미만일 경우 용융방사시 용융점도가 높아지므로 이로 인한 사불균일 및 방사조업성이 불량한 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 용융온도가 330 ℃ 를 초과하는 경우에는 열분해에 의한 방사성이 불량해질 우려가 있다.

본 발명에 따른 도성분(20)으로 사용되는 재생 PET는 물질재생방법 또는 화학재생방법을 통해 재생된 것일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 재생 PET는 폐 PET의 스크랩을 단순 압출하여 PET폴리에스테르 칩(chip)을 제조하여 재활용하는 물질재생방법 또는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 이용하여 폐 PET를 글리콜리시스(glycolysis)하여 올리고머를 제조하는 화학재생방법에 의해 제조되는 재생 PET가 모두 사용가능하다.

이때 상기 재생 PET의 고유점도는 0.60 ~ 0.70 dl/g 인 것이 바람직하다. 상기 도성분(20)으로 사용되는 재생 PET의 고유점도(Ⅳ)가 0.60 dl/g 미만인 경우에는 용융방사시 토출공 벽면으로부터 작용하는 전단응력(shear rate)에 의해 점도가 낮게 형성이 되어 섬유형성성이 저하될 수 있다. 또한 고유점도(IV)가 0.70 dl/g을 초과하는 경우 너무 높은 점도로 인하여 방사조업성이 저하될 수 있다.

위에서 살핀 바와 같이, 서로 다른 점도를 가지는 동일계 폴리머를 이용하여 해도형 복합섬유를 제조하는 방법은 점도가 상이한 두 종류의 폴리머를 해도사 형태로 용융방사하여, 섬유의 길이 방향의 계면에서 서로 접착시켜 원사를 제조하게 된다.

그런데 2종류 이상의 폴리머를 복합방사하여 제조하는 해도형 복합섬유에 있어서 해성분(10)과 도성분(20) 간에 고유점도가 다르기 때문에 용융방사시 전단응력의 차이가 발생하고 이로 인하여 복합섬유의 해도 형성상태 및 원사의 물성이 영향을 받게 된다.

즉, 상기 두 종류의 폴리머 간의 고유점도의 차이가 0.2 dl/g 이상으로 크게 형성되는 경우에는 상기 점도 차이로 인하여 섬유단면상의 점도구배가 형성됨으로써 섬유물성이 균일하지 못하고 작업성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

또한, 상기 해성분(10)과 도성분(20)의 고유점도(IV)를 상기와 같이 적절하게 조절하게 되면 용융방사시 토출된 후에 완전 고화되기 전에 점탄성력에 의해서 회복하려는 시간적 여유(relaxation time)가 더 많기 때문에 섬유형성성이 우수하게 된다. 이에 따라 균일한 해도형 단면의 형성 및 용도에 요구되는 원사 물성을 갖게 하기 위해서는 상기와 같이 적절한 고유점도를 갖는 해성분(10) 및 도성분(20)의 수지의 선정이 요구된다.

따라서 본 발명에서는 방사조업성과 섬유형성성을 개선하기 위하여 알칼리 이용성 공중합 PET의 고유점도는 0.80 ~ 0.90 dl/g 이고, 재생 PET의 고유점도는 0.60 ~ 0.70 dl/g 인 것이 가장 바람직하다.

이후에는 상기와 같이 준비된 해성분(10)의 알칼리 이용성 공중합 PET와 도성분(20)인 재생 PET를 복합방사하는 공정을 수행하게 된다.

상기 해성분(10)을 구성하는 수지는 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌 등으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 알칼리 이용성이 우수한 공중합 PET를 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따르면, 해성분(10)으로는 알칼리 용액 내에서의 용출속도가 아주 빨라야 하므로

전술한 알칼리 이용성 모노머 즉, 디메틸이소술포네이트나트륨염, 네오펜틸글리콜, 이소프탈산, 폴리알킬렌글리콜, 디에틸렌글리콜 또는 아디프산 등이 공중합된 알칼리 이용성 공중합 PET가 가장 바람직하다.

또한, 상기 도성분(20)을 구성하는 재생 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시에틸렌 벤조에이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리트리에틸렌 테레프탈레이트 등이 적용가능하나, 본 발명에서는 재생 PET가 가장 바람직하다.

본 발명에 따른 해도형 복합방사는 해성분(10)의 알칼리 이용성 공중합 PET와 도성분(20)의 재생 PET를 도 2와 같이 각각 해성분 압출기(50)와 도성분 압출기(52)에 투입하여 용융 압출하고 해도형 방사구금(57)을 통해 토출시켜 방사하게 된다.

상기와 같이 제조되는 해도형 복합사(100)의 형태는 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 도성분(20)이 복합섬유단면에서 도(島)상으로 분산되어 있으며, 해성분(10)이 상기 도성분(20)들 사이의 빈 곳을 채워주도록 해(海)상으로 분산되어 있는 형태를 갖게 된다.

또한 본 발명에서 도성분(20)의 개수는 15 ∼ 50 개가 되도록 하며, 또한 상기 해성분(10)과 도성분(20)의 수지의 조성비로서, 해성분(10)은 전체 섬유중량 대비 10 ~ 35 중량%이고, 상기 도성분(20)은 65 ~ 90 중량%로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 도성분(20)으로 사용되는 재생 PET의 고유점도는 0.60 ~ 0.70 dl/g 범위가 바람직하고, 해성분(10)으로 사용되는 알칼리 이용성 공중합 PET의 고유점도는 0.80 ~ 0.90 dl/g 범위가 바람직하다.

본 발명에서 상술한 도성분(20)과 해성분(10)의 고유점도의 범위 및 조성비의 범위를 벗어날 경우에는 섬유의 물성이 불량하고, 특히 방사조업성이 불량하게 된다.

본 발명에 따른 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유의 방사방법을 설명하면 도 2에 도시한 바와 같이 도성분 압출기(50)와 해성분 압출기(52)에서 각각 도성분(20)과 해성분(10) 수지를 용융압출하여 스핀 빔(55)의 내부에 구비되는 방사구금(57)을 통해 용융압출하게 된다. 상기와 같이 용융압출된 사조(60)는 냉각장치(62)에 의해 냉각된 후 제트오일링장치(65)를 거쳐 상기 사조(60)에 유제를 부여하게 된다.

이때 사용되는 해성분 압출기(50)와 도성분 압출기(52)는 3개의 가열영역(heating zone)을 갖는 것이 바람직하다. 즉 해성분 압출기(50)의 3개의 가열영역에서의 온도는 각각 314 ℃, 322 ℃ 및 317 ℃이며, 도성분 압출기(52)는 3개의 가열영역에서의 온도는 298 ℃, 303 ℃ 및 300 ℃인 것이 바람직하다. 상기와 같은 압출기의 온도 범위에서 해성분(1)인 알칼리 이용성 공중합 PET와 도성분(20)인 재생 PET는 열분해가 다소 일어날 수 있고, 이에 따라 약 10% 정도의 고유점도의 하락(IV drop)이 일어날 수 있다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 해도형 복합섬유는 용융방사 후 냉각장치(62)에서 송풍되는 냉각풍에 의해 냉각된다. 이때 상기 냉각장치(62)에서 송풍되는 냉각풍의 온도는 20 ~ 25 ℃ 이고, 상기 냉각풍의 송풍속도는 0.4 ~ 0.5 m/sec로 송풍되는 것이 특히 바람직하다. 특히, 토출되는 사조(60)에 대해 수직 방향으로 송출되는 냉각풍에 의해 냉각하는 방법이 바람직하다.

상기와 같이 냉각장치(62)에 의해 냉각된 사조(60)는 이후에 제트오일링장치(65)를 이용하여 오일(oil) 부여공정을 거치게 된다. 상기 오일(oil) 부여공정은 미연신사의 권취시 안정성을 부여 함과 동시에 또 연신, 가연 등의 후처리 공정에서 실의 취급을 용이하게 하기 위하여 수행하게 된다. 이때 사용하는 오일은 평활제, 유화제, 대전방지제, 집속제 등을 조합시킨 수성 에멀션을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 유제가 부여된 사조(60)는 이후에 제 1 고뎃롤러(70)와 제 2 고뎃롤러(75)에서 연신되어 권취롤러(67)에 권취됨으로써, 본 발명에 따른 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유가 제조된다.

즉, 상기 해성분(10)과 도성분(20) 수지를 방사구금(57)을 통해 방사하고 권취롤러(67)를 사용하여 권취하는 과정은 사속 3,500 ~ 4,500 m/분 인 것이 바람직하다. 또한 상기 사조(60)를 연신하는 제 1 고뎃롤러(70)의 온도는 85 ~ 95 ℃이며, 속도는 1,300 ~ 1,700 m/분인 것이 바람직하다. 또한 제 2 고뎃롤러(75) 의 온도는 120 ~ 140 ℃이며, 속도는 3,500 ~ 4,500 m/분인 것이 바람직하다.

상기와 같은 조건에서 제 1 고뎃롤러(70)와 제 2 고뎃롤러(75)에 의해 연신공정이 수행됨으로써, 해성분(10)의 고유점도가 도성분(20)의 고유점도보다 높은 해도형 복합섬유를 제조할 수 있다.

상기와 같이 방사구금(570에서 토출된 사조(60)는 제 1 고뎃롤러(70)와 제 2 고뎃롤러(75) 사이에서 2 ~ 3 배의 연신배율로 연신하고, 계속해서 3,500 ~ 4,500 m/분의 권취속도로 권취하여 해도형 복합섬유를 제조하게 된다.

이때 미연신사 즉, 제 1 고뎃롤러(70)의 투입 전에 채취된 사조(60)의 복굴절율은 0.012 ~ 0.018인 것이 바람직하고, 또한 상기 제 1 고뎃롤러(70)과 제 2 고뎃롤러(75)의 회전속도 차이에 의해 연신되어 권취롤러(67)에 권취된 사조(60)의 복굴절은 0.15 ~ 0.25인 것이 바람직하다.

미연신사의 복굴절율이 0.012 이하인 경우 후공정 공정통과성이 우수한 원사의 강신도 물성을 확보하기 위하여 과도한 연신비를 부여하여야 하므로 방사 작업성이 불량해 지는 문제가 있으며, 0.018 이상일 경우 원사의 강신도 물성을 확보하기 위한 연신비를 충분히 부여하지 못하는 문제가 발생되어 질 수 있다

상기와 같이 제조된 본 발명의 해도형 복합섬유는 이후에 수산화나트륨(sodium hydroxide)이 용해된 알칼리성 수용액으로 처리시 상기 해도형 복합섬유 내부의 해성분(10)은 용출되고 단사섬도가 0.01 ~ 0.1 데니어인 도성분(20)만 극세사로 제조된다.

상기와 같이 해성분(10)과 도성분(20)으로 구성된 본 발명의 해도형 복합섬유를 상기와 같은 조건으로 방사 및 연신하게 되면, 재생 PET를 사용하여 품질 및 품위가 우수한 해도형 복합섬유를 고속으로 생산할 수 있게 된다. 또한 용융방사공정에서의 사절 등의 손실은 대폭적으로 억제되며 생산성 향상에 의해 제조 단가를 낮출 수 있게 된다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 해도형 복합섬유는 해성분(10)의 용출 후의 단사섬도가 0.01 ~ 0.1 데니어이며, 본 발명에서는 상기 해성분(10) 및 도성분(20)의 중량비를 특별하게 제한하지 않지만, 상기 해성분(10)이 해도형 복합섬유 전체에서 차지하는 비율이 10 ~ 35 중량%인 것이 바람직하다.

상기와 같이 알칼리 이용성 공중합 PET를 해성분(10)으로 사용하고, 재생 PET를 도성분(20)으로 사용하여 제조된 본 발명의 해도형 복합섬유는 아래 조건을 동시에 충족시키는 것이 바람직하다. 즉, 전체섬도는 50 ∼ 90 데니어이며, 제 1 고뎃 롤러(70)의 회전속도(V₁)는 1,300 ∼ 1,700 m/분이며, 제 2 고뎃롤러(75)의 회전속도(V₂)는 3,500 ∼ 4,500 m/분인 것이 바람직하다.

이와 동시에 상기 제 1 고뎃롤러(70)의 온도는 85 ~ 95 ℃이며, 상기 제 2 고뎃롤러(75)의 온도는 120 ~ 140 ℃를 만족하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제 1 고뎃롤러(70)의 투입 전의 미연신사의 복굴절율(Δn)은 0.012 ∼ 0.018이고, 결정화도는 8.5 ~ 9.0 %인 것이 바람직하다. 또한 연신 후의 복굴절은 0.15 ~ 0.25이고, 결정화도는 33 ~ 38 %를 만족하는 것이 바람직하다. 특히 제조된 해도형 극세사의 원사강도는 4.0 ~ 5.0 g/de이고, 신도는 25 ~ 35 %인 것이 바람직하다.

상기와 같이 해도형 복합사(100)를 제직한 후, 이를 알칼리 용액으로 처리하여 원단의 해성분(10)을 용출하여 제거하게 된다. 이때 상기 해성분(10)을 용출하기 위한 알칼리 용액으로는 수산화나트륨을 0.5 ~ 30 중량% 으로 포함하는 수용액이 바람직하다. 또한 상기 해성분(10)의 용출시 적당량의 알칼리 용액을 적셔 방치하는 코올드 패드 배치(Cold pad Batch) 방식을 적용할 시에는 방치온도가 20 ~ 80 ℃인 것이 바람직하고, 로타리 워셔 또는 래피드 염색기 등을 사용하여 해성분(10)의 용출시에는 70 ~ 120 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 공정을 통해 제조되는 본 발명의 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유는 제직 또는 제편을 거쳐 원단을 제조할 수 있으며, 또한 상기 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유를 원사의 일부 또는 전부로 하여 원단을 제조할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되지는 않는다.

실시예 1

해성분(10)으로서 고유점도가 0.80 dl/g인 알칼리 이용성 공중합 PET 15중량%와, 도성분(20)으로서 폐 PET로부터 재생된 고유점도가 0.60 dl/g인 재생 PET 85중량%를 해도형 복합방사 장치를 이용하여 방사속도 1,700m/분으로 복합방사한 후, 제 1 고뎃롤러(70)와 제 2 고뎃롤러(75)에서 2.1배 연신하여 3,500 m/분의 권취속도로 75데니어/36필라멘트(필라멘트당 도성분 개수 : 36개)의 해도형 복합섬유를 제조하였다. 상기와 같이 제조한 해도형 복합섬유로 경편지를 제편한 후, 수산화나트륨 30중량%의 수용액에서 상기 해성분(10)을 용출하여 시험편을 제조하였다.

실시예 2

해성분(10)으로서 고유점도가 0.80 dl/g인 알칼리 이용성 공중합 PET 30중량%와, 도성분(20)으로서 폐 PET로부터 재생된 고유점도가 0.60 dl/g인 재생 PET 70중량%를 해도형 복합방사 장치를 이용하여 1,300m/분의 방사속도로 복합방사한 후, 제 1 고뎃롤러(70)와 제 2 고뎃롤러(75)에서 3배 연신하여 3,900 m/분의 권취속도로 75데니어/24필라멘트(필라멘트당 도성분 개수 : 36개)의 해도형 복합섬유를 제조하였다. 상기와 같이 제조한 해도형 복합섬유로 경편지를 제편한 후, 수산화나트륨 30중량%의 수용액에서 상기 해성분(10)을 용출하여 시험편을 제조하였다.

실시예 3

해성분(10)으로서 고유점도가 0.90 dl/g인 알칼리 이용성 공중합 PET 15중량%와, 도성분(20)으로서 폐 PET로부터 재생된 고유점도가 0.70 dl/g인 재생 PET 85 중량%를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.

실시예 4

해성분(10)으로서 고유점도가 0.90 dl/g인 알칼리 이용성 공중합 PET 30중량%와, 도성분(20)으로서 폐 PET로부터 재생된 고유점도가 0.70 dl/g인 재생 PET 70 중량%를 이용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.

그리고 상기와 같이 제조된 시험편의 물성 즉, 강도와 신도 결정화도 및 방사성에 대하여 아래와 같은 방법으로 평가하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

1) 강도 및 신도

상기 시험편의 강도 및 신도는 KS K 0409(실의 인장강도 및 신도 시험방법 : 외올법)에 의해 측정하였다.

2) 결정화도

상기 시험편의 결정화도는 광각 X-선 산란 분석기(wide angle X-ray scattering, WAXS)를 이용하여 평행 beam법 (parallel beam method)으로 측정하였다. 이때 시험편은 제 1 고뎃롤러(70) 투입전에 채취하여 미연신사의 시험편으로 사용하였고, 권취롤러(67)에 권취된 후 채취하여 연신사의 시험편으로 사용하였다. 상기와 같이 측정된 결정화도는 3번 반복 측정한 후 평균하여 나타내었다.

3) 방사성

본 발명의 해도형 복합섬유의 용융방사시 1 시간당 사절발생횟수로 방사성을 평가하였다. 용융방사 1시간 동안 사절이 발생하지 않는 경우에는 양호로, 1∼2 회 발생한 경우에는 보통으로, 사절이 2 회를 초과한 경우에는 불량으로 판단하였다.

	강도(g/de)	신도(%)	결정화도(%)		방사성
			미연신	연신후
실시예 1	4.01	25	8.52	33.54	양호
실시예 2	4.36	30	8.73	34.54	양호
실시예 3	4.44	35	8.81	37.12	양호
실시예 4	4.98	30	8.90	38.07	양호

표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4의 경우에 강도는 4.01 ~ 4.98 g/de를 나타내고, 신도는 25 ~ 35 %로서, 양호한 물성을 나타내었다. 또한 실시예 1 ~ 4에서 용융방사 1시간 동안 사절이 발생하지 아니하여 모두 방사성이 양호한 것을 확인할 수 있다.

그리고 결정화도는 미연신사의 경우에는 8.52 ~ 8.90 %을 나타내고, 연신 후에는 33.54 ~ 38.07 %를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명의 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유는 위에서 살핀 바와 같이 물성이 양호하여 다양한 응용분야에 적용할 수 있다. 즉, 본 발명의 재생 PET를 이용한 해도형 복합섬유는 초극세 섬도를 갖고, 이에 따라 의류용, 스포츠용 및 차량용 내장재 등으로 적용이 가능하며, 더불어 고부가가치 제품으로서 향후 산업용 및 메디칼 분야로의 적용이 가능할 것으로 예상된다.

본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 해성분
20 : 도성분
100 : 해도형 복합사

Claims (6)

1. 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유의 제조방법에 있어서,
   고유점도가 0.80 ~ 0.90 dl/g인 알칼리 이용성을 갖는 공중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 해성분(10)으로, 고유점도가 0.60 ~ 0.70 dl/g인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 도성분(20)으로 하여 해도형 복합섬유용 방사장치를 이용하여 상기 해성분(10)과 도성분(20)을 용융방사 및 연신하되,
   상기 알칼리 이용성을 갖는 공중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 고유점도 차이가 0.2 dl/g 미만인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 물질재생 또는 화학재생된 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 해성분과 도성분의 중량비는 10~35중량% : 65~90중량% 인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유의 제조방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 용융방사시 권취속도는 3,500 ~ 4,500 m/분 인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유의 제조방법.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 해도형 복합섬유의 제조방법으로 제조된 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유.
   
6. 청구항 5에 기재된 재생 폴리에스테르를 이용한 해도형 복합섬유를 이용하여 제조되는 원단.
   
   
   

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