KR102553198B1 - 리사이클 폴리에스테르계 부분연신사 및 이를 이용한 고신축 복합사의 제조방법 - Google Patents

리사이클 폴리에스테르계 부분연신사 및 이를 이용한 고신축 복합사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조단계, 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융단계, 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화단계, 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 방사단계, 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 권취단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 리사이클 폴레에스테르 부분연신사(POY) 제조방법은 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 해중합, 올리고머 제조, 중합, 칩제조 공정을 생략하고 직접 용융방사함으로써, 제조원가를 30% 이상 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사는 원사의 표면에 다양한 혼섬도를 가지는 복합사의 제조가 가능하여 네츄럴한 효과(Natural Effect)를 가지고 신축성이 우수한 직물을 제조할 수 있다.

Description

리사이클 폴리에스테르계 부분연신사 및 이를 이용한 고신축 복합사의 제조방법 {Recycled polyester-based partially oriented yarn and manufacturing method of high stretch composite yarn using the same}
본 발명은 폐폴리에스테르를 수거하여 분리 세척 후 분쇄하여 제조되는 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 직접 방사용 원료로 사용하여 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 제조방법에 관한 것이다.
또한, 이러한 리사이클 폴리에스테르(PET) 부분연신사(POY)와 폴리에스테르(PET) 잠재권축사를 복합화하여 리사이클 폴리에스테르 부분연신사가 효과사로 표면에 노출되는 리사이클 폴리에스테르(PET) 고신축 복합사에 관한 것이다.
의류산업 분야에서는 상품 기획의 핵심은 소재와 스타일을 조화시켜 복합적이고 역동적인 소비자의 감성을 효율적으로 반영하고 충족시키는 것으로 전환되어 가고 있다. 소재의 선택은 최종제품에서 다른 요소와의 상호작용을 통해 전반적인 품질이 결정되므로 소재의 선택이 제품의 매출을 좌우한다고 해도 과언이 아니다. 따라서 소비자들의 섬세한 감성요구를 보다 정확히 상품기획에 반영하기 위해서는 패션 소재 이미지에 영향을 미칠 수 있는 요인들에 대한 통합적인 연구가 필요하다.
최근 세계 2위의 스포츠 용품 브랜드 독일 아디다스는 2024년부터 모든 신발, 의류 등에 일반 폴리에스테르 사용을 중단하고 리사이클 폴리에스테르만 사용하기로 발표하였으며 나이키, 파타고니아, H&M, 자라 등 글로벌 브랜드에서 리사이클 소재 사용은 확대되고 있다.
세계적인 브랜드 아디다스는 해양환경보호단체 팔리포더오션과 함께 해양에서 수거한 플라스틱 폐기물을 활용해 러닝화를 선보였으며 한 켤레당 평균 11개의 플라스틱 병이 재활용 되었으며 '스포츠가 환경의 혁신을 일으키고, 우리의 소비자가 변화를 만들어 낼 큰 힘이 있다고 믿는다' 라고 하며 2024년까지 모든 신발과 의류를 만들 때 폴리에스테르 대신 폐플라스틱을 재활용한 환경 친화적인 소재를 사용하기로 발표한 바 있다.
이러한 ECO-friendly Recycle Stretch 복합사 소재를 이용할 경우 친환경 소재의 장점을 보유하면서도 기존의 소재들과는 다른 소프트한 감촉과 새로운 감성을 갖고 가격 경쟁력이 우수한 새로운 소재의 개발로 국내외 섬유 시장 매출 증대가 예상된다.
잠재권축섬유란, 열수축특성이 다른 2종의 폴리머를 사이드-바이-사이드형(Side By Side) 또는 심초형(Sheath-Core)으로 복합방사한 후, 방사공정이나 연신공정에서 열을 가함으로써 열수축성 차이에 의해 물리적으로 코일모양을 띄게 하여, 스프링과 유사한 원리로 고도의 신축성을 부여한 섬유이다.
신축성에 있어서는 기존의 스판덱스 섬유에 미치지 못하지만, 스판덱스의 단점으로 내알칼리성 및 형태안정성 등이 우수하고 염색 및 후가공 공정이 용이한 잠재권축섬유를 많이 사용하고 있다.
이러한 잠재권축사와 다른 유형의 리사이클 폴리에스테르 원사를 복합 가공함으로써 더욱 다양한 소비자의 니즈에 부합하는 복합가공사를 제조할 수 있다.
또한 본 발명에 사용되는 리사이클 폴리에스테르(Recycled PET)는 폴리에스테르의 제조공정 중 폐자재 또는 기 사용된 제품으로부터 회수한 폐자재로부터 원료를 정제한 다음 용융, 방사하여 재생하는 Material Recycle, 회수된 원료를 정제, 해중합한 다음 재중합하여 용융 방사함으로서 원사를 제조하는 Chemical Recycle로 나눌 수 있다.
Material Recycle는 상대적으로 쉽게 원료를 재생할 수 있지만, 재료의 순도 및 중합도를 조절하기 힘들며 균일한 물성의 폴리머를 얻기가 어렵기 때문에 최종 사용용도 확대에 제약을 받고 있어서 품질을 향상시킬 수 있는 별도의 공정을 필요로 하여 본 발명에서는 이를 해결 하였다.
장섬유용 원사로 사용하기 위해서는 Chemical Recycle 공정에 의하여 회수된 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 해중합하고 별도의 중합공정을 거쳐 폴리머를 제조하여 방사용 원료로 사용하였다.
한국등록공보 제10-2183241호 한국등록공보 제10-1851644호
리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)는 소비자가 사용후 폐기되는 폐PET병을 수거하여, 흙이나 잡물을 분리 후 세척하고, 분쇄 건조하여 제조되는 폴리에스테르의 분쇄물이다.
일반적으로 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 재활용하는 방법으로 에틸렌글리콜을 이용하여 해중합을 통해 리사이클 폴리에스테르를 글리콜리시스하여 올리고머를 제조하고 다시 올리고머를 중합하여 리사이클 폴리에스테르 제조용 칩(chip)으로 생산하는 공정이 사용되고 있다.
이와 같은 해중합을 통해 리사이클 폴리에스테르를 재활용하는 방법은 리사이클 폴리에스테르의 물성은 우수하지만 폴리에스테르를 재활용하기 위하여 복잡한 처리공정을 거치기 때문에 제조원가가 상승하고 제조공정에 장시간이 필요하여 폐폴리에스테르를 재활용함에 있어서 효율성이 떨어진다.
따라서 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 해중합, 올리고머제조, 중합 등의 복잡한 공정을 거치지 않고, 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 섬유 원사 제조에 사용하고자 하는 시도가 있었으나, 리사이클 폴리에스테르 플레이크에 포함된 불순물에 의한 작업성 저하, 제조되는 원사의 낮은 물성, 백색도 저하 등의 문제로 의류 소재용 원사로서 적용되는데 문제가 되었다.
리사이클 폴리에스테르 플레이크를 직접 용융방사하여 폴리에스테르 부분연신사(POY)가 제조될 수 있다면, 폴리에스테르 잠재권축사와 합연신 및 복합에 의해 리사이클 폴리에스테르를 주원료로 하는 리사이클 신축성 복합사를 제조할 수 있다.
본 발명은 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 건조, 용융, 정밀 여과 및 균질화하여 직접 방사함으로써 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 제조하고, 이를 폴리에스테르 잠재권축사와 합연신 및 복합, 공기교락을 형성하여 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조단계; 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융단계; 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화단계; 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 방사단계; 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 권취단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 제조방법을 제공한다.
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조단계는 결정화건조로 160~180℃의 온도에서 180~240 min간 건조하고, 제습건조로서 180~200℃에서 20~60 min간 건조되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법을 제공한다.
또한, 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융단계는 익스투루더(Extruder)의 용융구간이 3개 구간으로 구분되고, 각 구간의 온도가 270~295℃인 구간을 통과하면서 용융되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법을 제공한다.
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크 균질화단계를 위한 반응기(Reaction M/C)에 공급되기 전과, 반응기(Reaction M/C)를 거친 후의 용융된 리사이클 폴리에스테르의 경로 상에 20~50 ㎛ 범위의 기공 크기를 가지는 3개의 필터 장치가 더 구비되어 용융된 폴리에스테르 플레이크가 여과되는 리사이클 폴리에스테르의 여과단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법을 제공한다.
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화단계는 내부가 복수의 컬럼으로 구획되는 반응기가 구비되어 용융된 폴리에스테르 플레이크가 통과하면서 용융된 폴리에스테르가 균질화되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법을 제공한다.
상기의 방법으로 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사를 제공한다.
한편으로 상기 리사이클 폴리에스테르 부분연신사를 효과사로 폴리에스테르계 잠재권축사를 심사로 합연신 및 복합하고, 공기교락을 위한 에어노즐의 직경은 1.4 ~ 1.8mm, 공급되는 에어 압력은 0.8~2.2 kg/cm2으로 처리하여, 권취속도는 600~800 m/min의 속도로 권취하여 제조되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기와 같은 방법으로 제조되는 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사를 제공한다.
본 발명에 따르면, 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 해중합, 올리고머 제조, 재중합 및 칩 제조의 공정을 생략하고 직접 용융 방사하여 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 제조할 수 있으므로 제조원가를 30% 이상 절감하면서도 우수한 물성의 의류용 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사는 원사의 표면에 다양한 혼섬도를 가지는 복합사의 제조가 가능하여 네츄럴한 효과(Natural Effect)를 가지고 신축성이 우수한 직물을 제조할 수 있다.
또한 복합사의 제조공정에서 에어노즐 타입의 변경, 복합사 제조의 최적의 조건을 수립함으로써, 이에 의한 화이트니스 차이, 제직 터짐, 올빠짐, 제직 불량의 문제가 현저하게 감소된다.
도 1은 본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 부분연신사의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 부분연신사(POY)를 제조하기 위한 방사공정 모식도이다.
도 3는 본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사의 제조장치 모식도이다.
도 4은 본 발명에 적용되는 텐덤형 에어 노즐의 실물 이미지이다.
이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 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 위하여 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자기 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위하여 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 제조공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 플레이크의 용융방사를 위한 방사공정 모식도이고, 도 3는 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 제조장치를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)와 폴리에스테르계 잠재권축사를 합연신, 복합, 열처리 및 공기교락을 형성하여 제조된다.
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)는 공지의 제조공정에 따라 폐 PET를 수거하여 이물질 분리하고 습식 분쇄, 분별, 습식 분쇄, 분별을 거쳐 제조된 것을 구입하여 사용한다.
도 1 및 도 2에서와 같이 먼저 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 건조하고, 용융, 여과, 균질화하고, 직접 방사하여 폴리에스테르 부분연신사(POY : Partially Oriented Yarn)을 제조한다.
도 2에 표시된 바와 같이 방사공정은 드라이어(Dryer)(1)에 의한 결정화건조, 제습건조를 수행하고, 익스투르더(Extruder)(2)에서 용융 압출되면서, 1st filter 및 2nd filter로 구성되는 여과장치(Filter)(3)를 통과하면서 불순문이 제거되도록 한다. 불순물이 제거된 용융 폴리에스테르 플레이크는 반응기(Reaction M/C) 내부의 복수개로 구획된 컬럼(Column)을 통과하면서 균질화되고, 추가적인 필터(3rd filter)를 거쳐 Booster Pump에 의해 정량 토출되어 스피닝 존(Spinning Zone)(5)으로 공급되어 방사 블록의 구금을 통하여 방사되어 폴리에스테르 부분연신사(POY)로 제조된다.
먼저, 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조단계(S10)에서 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 드라이어(1) 장치에 공급한다. 드라이어(1)는 공급되는 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 수분을 일정 수준 이하로 제거하는 장치로 리사이클 폴리에스테르 플레이크는 이 장치 내에서 결정화 건조와 제습건조의 2단계에 거쳐 건조 처리가 이루어진다. 결정화건조는 폴리에스테르 플레이크가 서로 고온에서 달라붙지 않도록 표면이 결정화될 수 있도록 처리하는 것이며, 제습건조는 이후 용융방사 공정에서 적절한 수준이 100ppm 이하의 수준으로 수분을 제거하는 공정이다.
리사이클 폴리에스테르 플레이크의 결정화 건조는 160~180℃의 온도 범위에서 단계적으로 180~240 min간 수행한다. 결정화 건조 온도가 160℃ 미만으로 낮은 경우에는 표면 결정화 정도가 미미하여 이후 제습건조 단계에서 Flake간 부착에 의한 브릿지(Bridge)현상에 의한 뭉침이 발생하며, 180℃를 초과하는 경우에도 브릿지 현상이 발생된다.
제습건조는 결정화가 이루어져 브릿지 현상이 방지되는 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 수분률을 100ppm 이하의 수준으로 낮추기 위하여 180~200℃의 고온에서 20~60 min 간 수행될 수 있다. 이후 방사공정의 작업성, 공정불량, 최종적으로 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)의 물성을 고려할 때는 수분율이 낮을수록 유리하다.
이렇게 건조공정을 거친 리사이클 폴리에스테르 플레이크는 익스투더(Extruder)(2)에 연속적으로 공급되면서 용융된다(S20). 익스투루더(2)는 용융구간이 3개 구간(#1, #2, #3)으로 구분되어 있고 각 구간의 온도는 270~295℃의 범위 내에서 설정되어 이 용융구간을 리사이클 폴리에스테르 플레이크가 통과하면서 점진적으로 용융되어 리사이클 폴리에스테르 플레이크 균질화단계(S30)로 제공된다.
익스투루더의 #1~#3 구간의 온도가 270℃ 미만인 경우에는 공급되는 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융이 용이하지 않으며 익스투루더 내부의 스크류에 부하가 증가되고, 막힘이 발생될 수 있으며, #1~#3 구간의 온도가 295℃를 초과하게 되면 폴리에스테르 플레이크의 중합도가 저하되어 공정불량이 발생되고, 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 물성이 낮게 된다.
익스트루더(2)에서 용융이 이루어진 리사이클 폴리에스테르 플레이크는 필터 여과장치(Filter)(3)를 거쳐 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화 단계(S30)에 공급된다. 필터 여과장치는 복수로 구성되며, 20~50㎛의 기공 크기를 가지는 메시 필터로서 리사이클 폴리에스테르 플레이크 내에 포함된 불순물, 잡물을 제거한다. 필터 여과장치는 폴리에스테르 플레이크 균질화 단계(S3)를 위한 반응기(Reaction M/C)(4)에 공급되기 전과, 반응기(Reaction M/C)을 거친 후의 용융된 리사이클 폴리에스테르 이동 경로상에 각각 복수개로 구비될 수 있다.
리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화 단계(S30)는 반응기(Reaction M/C))(4)를 통과하면서 이루어지는데 반응기 내부가 10~12개의 컬럼(Column) 으로 분할되어 있으며, 진공 환경이 이루어져 이 복수의 컬럼을 통과하면서 폴리에스테르 플레이크는 균일하게 혼합되면서 IV의 균질화가 이루어진다. 이렇게 균질화된 용융된 리사이클 폴리에스테르 플레이크는 고유점도(IV) 0.6㎗/g ~ 0.8 ㎗/g를 가지게 된다.
상기 균질화단계(S30)을 거친 리사이클 폴리에스테르 플레이크는 부스터 펌프(Booster Pump)에 의하여 정량 계량되어 스피닝 존(Spinning Zone)(5)으로 공급되어 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 방사단계(S40)가 수행된다. 스피닝 존에서 방사 구금을 통해 토출될 때 방사온도는 270~290℃ 범위이며, 방사속도는 2500~3500 m/min으로 방사되어 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)가 방사된다(S40).
방사온도가 270℃ 미만인 경우에는 방사구금에서 토출될 때 단사절이 다수 발생되어 작업성이 저하되고, 방사온도가 290℃를 초과하게 되면 방사구금의 표면에서 용융 폴리머가 뭉치면서 낙하하는 Drip 현상이 나타나 약사 발생 및 외관 불량, 모우, 루프의 원인이 된다.
리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 권취단계(S50)는 방사구금에서 토출되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)가 20~50℃의 온도로 냉각되어 권취장치에 권취되어 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)로 제조된다.
이렇게 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)는 효과사로 공급되고, 폴리에스테르계 잠재권축사가 심사로 공급되어 도 3의 복합사 제조장치에서 합연신, 복합, 열처리 및 공기교락을 거쳐 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사로 제조된다.
상기 폴리에스테르계 잠재권축사는 고점도와 저점도를 가지는 각각의 폴리에스테르(PET) 방사용 칩(chip)을 사이드-바이-사이드(side-by-side)형으로 복합 방사하여 제조되는 이점도 폴리에스테르 잠재권축사(20)로서 섬도 30~50De'의 잠재권축사를 이용한다. 이렇게 제조되는 side-by-side형 이점도 폴리에스테르 잠재권축사(20)는 복합방사 후 열을 가함으로써 열수축성 차이에 의해 물리적 코일을 형성하는 방식으로 신축성이 발현되는 섬유이다.
도 3에 따르면 상기 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(10)와 상기 이점도 폴리에스테르(PET) 잠재권축사(20)를 GR1(40)에 공급하는 단계이다. 크릴에 적재된 각 원사는 각각 Nip Roller(30)를 경유하여 일정한 장력으로 GR1에 공급되게 된다.
상기 열처리는 접촉식 히터(50)와 비접촉식 히터(60)를 통과하면서 이루어진다. 즉, GR1(40)을 통과한 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(10)와 이점도 폴리에스테르 잠재권축사(20)는 접촉식 히터(50)을 통과하면서 1차 열처리가 수행된다. 이때 1차 열처리 온도는 120~130℃이다. 1차 열처리 과정을 거친 원사는 다시 한번 비접촉식 히터(60)를 통과하면서 한 번 더 열처리가 이루어진다. 2차 열처리를 거치게 되면서 보다 안정적인 열고정이 이루어지게 되어, 제조되는 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 경시변화가 감소하게 안정적으로 되어 제직 및 염색 가공공정에서 불량발생을 방지할 수 있다. 이 때 열처리 온도는 190~210℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
공기 교락은 상기 연신 및 비접촉 열처리된 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(10)와 이점도 폴리에스테르 잠재권축사(20)를 공기 교락을 통해 합사하는 단계로 공기 교락을 위한 에어노즐(80)을 통해 수행된다. 공기교락을 위한 에어노즐(80)에서 0.8~2.2 kg/m2 이내의 에어를 공급하여 공기교락을 부여하였으며, 에어노즐의 에어 토출홀의 직경은 1.4~1.8mm이다. 사용되는 에어노즐(80)은 텐덤(Tandem)형 에어노즐로서, 도4와 같으며, 텐덤(Tandem)형은 노즐에서 에어가 토출되는 홀(hole)이 사도 상에 2개 이상이 형성된 것으로 기존에 복합사 가공장치에서 사용된 적이 없는 노즐이다.
본 출원인은 복합사 가공장치에 텐덤(Tandem)형 에어노즐을 사용하기 위하여 복합사 가공장치를 개조하여 텐덤(Tandem)형 노즐을 설치하여 공기교락의 효과를 더욱 향상시킬 수 있었으며 인버터를 도입하여 일정하게 변화하는 압력의 에어를 공급하여 혼섬도를 더욱 향상시킬 수 있었다.
이에 의하여 형성되는 공기교락의 개수는 1미터당 50개 정도의 교락수로 형성된다. 상기와 같이 0.8~2.2kg/m2 범위에서 변화하는 에어노즐(80) 압력에 의하여 제조되는 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 외관은 표면에 리사이클 폴리에스테르(PET) 부분연신사가 노출되고 내부에 잠재권축사가 심사로 위치하게 되므로 제조되는 편직물의 신축성이 향상되고, 소프트한 터치 및 볼륨감, 우수한 심색성을 가지게 된다.
공기교락이 형성된 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사가 600~800m/m의 속도로 와인더에 권취되어 차후 후가공 및 편직 공정에서 사용할 수 있도록 준비한다. 본 발명은 상기 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사에 600~2000TM 범위 내에서 꼬임(Twist)을 부여하는 연사 공정을 거쳐 보빈에 권취하여 직물 제조용 원사로 제조된다.
본 발명에 따른 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사는 염색 가공한 이후에는 수축률 차이로 폴리에스테르 잠재권축사는 수축률이 크므로 복합사의 심사부분을 형성하고, 상대적으로 수축률이 낮은 리사이클 폴리에스테르(PET) 부분연신사가 최대로 많은 굴곡 특성을 보이면서 표면에 돌출되어 우수한 촉감과 자연스러운 특성이 발현되고 염색 이후에는 우수한 신축성을 나타내게 된다.
본 발명의 상기 리사이클 폴리에스테르(PET) 신축성 복합사는 600~2000TM 범위 내에서 꼬임(Twist)을 부여하는 연사 공정을 거쳐 직물 제조용 원사로 제조한다. 상기 연사된 원사를 경사 또는 위사로 사용하여 제직하거나 편물로 제편하여 제조된 직물을 100~130℃에서 2~5시간 동안 고온 고압 래피드 염색기에서 염색하는 통상적인 폴리에스테르 염색 방법을 적용하여 원단으로 제조할 수 있다.
이렇게 염색되는 직물 또는 편물은 공기교락단계에서 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사에 부여되는 공기교락의 효과와 표면에 돌출되는 폴리에스테르 부분 연신사로 인하여 우수한 촉감을 나타나게 된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 이용하여 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1-1 ~ 1-3> 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조
입자 크기 8~10 m/m, 수분율 1.0wt% 수준의 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 드라이어(1)에 공급하여 아래 조건에 따라 건조하면서 각 조건에 따른 수분율 측정기를 이용한 수분율 측정과 브릿지(Bridge) 현상발생 유무를 확인하였다.
[표 1]
Figure 112021036902029-pat00001
수분율 측정결과 결정화 건조 온도 160℃에서 90 min, 170℃ 60 min, 180℃ 60 min 간 건조를 수행한 실시예 2와 실시예 3에서 수분율이 50ppm 이하로 낮게 측정되어 우수한 것으로 나타났으나, 실시예 3에서는 리사이클 폴리에스테르 플레이크 간에 서로 융착되는 브릿지 현상이 발생되어 실시예2의 조건이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
< 실시예 2-1 ~ 2-3> 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 제조
실시예1에 따라 건조된 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 익스투루더(2)공급하면서 익스투루더의 용융구간별 온도를 각각 다르게 설정하고, 스피닝 존(5)의 방사온도를 달리하면서 Drip성과 방사성, 단면 형성성을 상호비교 평가하였다.
[표 2]
Figure 112021036902029-pat00002
Drip성은 용융 폴리머가 방사구금에서 토출될 때 토출되는 용융액이 뭉치면서 낙하하는 현상으로 방사온도가 지나치게 높은 경우에 나타날 수 있으며, 단면 형성성은 제조되는 폴리에스테르 부분연신사의 절단면의 원형도를 비교하는 것이고, 방사성은 방사공정에서 발생하는 단사절의 빈도를 비교하는 것이다. 각 실시예에 따른 상대비교로서 ◎ 매우양호 / ○ 양호 / △ 보통 / X 불량로 표시하였다.
익스투루더의 용융구간의 온도가 낮은 경우에는 방사성과 단면 형성성이 나쁘고, 온도가 너무 높은 경우에는 Drip성이 나쁘게 나타나므로 상대적으로 실시예2-2의 조건에서 조업성이 가장 우수하였고, 생산되는 폴리에스테르 부분 연신사의 외관, 모우, 루프 등의 불량 발생도 적은 것으로 확인되었다.
< 실시예 3-1 ~ 3-4> 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 제조
리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)와 폴리에스테르계 잠재권축사를 도 3의 복합사 제조장치의 크릴에 각각 적치하여 공급하고 연신, 열처리, 공기교락을 수행하여 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사를 제조하였고, 공기교락을 위한 에어노즐로 템덤형 에어노즐의 직경과, 공급되는 Air 압력을 조절하면서 혼섬도와 외관을 상호 비교하였다.
[표 3]
Figure 112021036902029-pat00003
(1) 혼섬도 평가
혼섬도는 복합사 1m당 혼섬 갯수를 측정한 척도로써 두가지 소재의 균일한 혼섬정도를 나타내는 것이다. 추가적으로 혼섬도 측정방법으로는 사각형 수조에 물을 담고, 그 수면에 복합사를 띄운 뒤 1m 길이의 혼섬 갯수를 측정하며, 규격평가가 아닌 자체평가로 육안으로 갯수를 측정하였다. 1m당 혼섬도 50개 이상일 경우 우수(◎), 40~50개 수준일 때 양호(), 30~40개 수준일 때 보통(△), 30개 이하일 경우에는 불량(×)으로 표시하였다.
접촉식 히터(50)의 각 온도 구간에서 혼섬도와 작업성을 검토한 결과 온도구간 120~130℃ 구간에서 혼섬도와 작업성이 상대적으로 우수한 것으로 나타났다.
(2)외관 평가
외관 평가는 전문가 5인에 의하여 상호 비교로 진행하였으며, 불량 1점 ~ 우수 5점의 점수를 부여하여 평균 점수 5점 우수(◎), 3~4점 양호(), 2점 수준일 때 보통(△), 2점 이하일 경우에는 불량(×)으로 표기하였다.
에어노즐의 직경이 1.6mm 일 때 혼섬도가 가장 우수하고, 외관평가에서 루프 또는 모우 발생이 적게 나타난 것으로 판단된다.
10: 리사이클 폴리에스테르 부분연신사
20: 이점도 폴리에스테르 잠재권축사
30: Nip Roller
40: Goder Roller 1(GR1)
50: 접촉식 히터
60: 비접촉식 히터
70: Goder Roller 2(GR2)
80: 에어 노즐
90: 권취롤러

Claims (7)

  1. 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조단계;
    리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융단계;
    리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화단계;
    리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 방사단계; 및
    리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 권취단계를 포함하고,
    상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 건조 단계는 결정화건조로 160~180℃의 온도에서 180~240 min간 건조되고, 제습건조로서 190~200℃에서 20~60 min간 건조되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 용융단계는 익스투루더(Extruder)의 용융구간이 3개 구간으로 구분되고, 각 구간의 온도가 270~295℃인 구간을 통과하면서 용융되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크 균질화단계를 위한 반응기(Reaction M/C)에 공급되기 전과, 반응기(Reaction M/C)를 거친 후의 용융된 리사이클 폴리에스테르의 경로 상에 20~50㎛ 범위의 기공 크기를 가지는 3개의 필터 장치가 더 구비되어 용융된 폴리에스테르 플레이크가 여과되는 리사이클 폴리에스테르의 여과단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크의 균질화단계는 내부가 복수의 컬럼으로 구획되는 반응기가 구비되어 용융된 폴리에스테르 플레이크가 통과하면서 용융된 폴리에스테르가 균질화되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY).
  7. 제6항의 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)를 효과사로 폴리에스테르계 잠재권축사를 심사로 합연신 및 복합하고, 공기교락을 위한 에어노즐의 직경은 1.4 ~ 1.8mm, 공급되는 에어 압력은 0.8~2.2 kg/cm2으로 처리하고, 권취속도는 600~800 m/min의 속도로 권취하여 제조되는 것을 특징으로 하는 리사이클 폴리에스테르 신축성 복합사의 제조방법.
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