KR102611935B1 - 고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐기물로부터 재활용된 고융점의 폴리에스테르 칩을 제1 필라멘트로 적용하여 부직포를 구성하는 필라멘트의 강력을 향상시키고, 특정 범위의 저융점의 코폴리에스테르를 제2 필라멘트로 적용하여 필라멘트 간 접척력을 제어함으로써, 원료의 생산 원가 감소는 물론, 고강력을 나타내면서 미세립토자의 통과를 방지함과 동시에 간극수의 통과를 용이하게 하고, 제품 타설 시 우수한 기계적 물성을 갖는 토목 배수재의 필터재로 적용할 수 있는, 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법 {POLYESTER NONWOVEN FABRICS HAVING HIGH STRENGTH AND METHOD FOR PRODUCING USING THE SAME}
본 발명은 토목 배수재용으로 사용하기에 적합한 고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
토목 배수재는 지하수와 같은 간극수를 머금고 있는 연약지반을 강화시키는 목적으로 이용되며, 이를 적용하는 방법에는 샌드 드레인(Sand drain), 팩 드레인(Pack drain) 등 여러 가지 공법이 현장에 적용되는데, 이들 중 시공속도가 빠르고 시공관리가 용이하며 공사비가 저렴한 연직배수공법(PVD, Prefabricated Vertical Drain)이 광범위하게 사용되고 있다.
연직배수공법에 사용되는 토목 배수재는 형태 유지 및 간극수 배수기능을 하는 폴리프로필렌(PP) 코어재와 필터재로 구성된다. 이때 필터재의 역할은 미세립토자의 통과를 방지하면서 배수의 단절과 막힘이 없이 간극수를 통과시키는 기능을 하며, 부직포 또는 직물이 이용된다.
상기 배수재는 지반 내, 수 ~ 수십 미터 깊이로 매립이 이뤄지기 때문에, 매립과정에서 점토 및 미세 흙 입자와 필터재 간 마찰에 의한 손상을 견디는 내구성 및 외부 장력에 대한 기계적 물성이 요구된다.
필터재에는, 크게 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리프로필렌 원료로 이루어진 두 종류의 부직포가 주로 이용되고 있으며, 폴리프로필렌 부직포가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포에 비해 상대적으로 낮은 원가 및 비중을 갖는 원료적 특성으로 인해 동일 중량 대비 우수한 물성을 발현하여 높은 시장점유율을 차지하고 있다.
필터재로 사용되는 부직포의 요구물성에는 인장강도(Tensile strength), 인열강력(Tearing strength), 유효구멍크기(AOS) 및 투수계수(Permeability) 등이 있으며, 배수재가 타설되는 현장에 따라 각각의 물성이 상이하게 요구된다. 특히, 배수재를 지반 내 타설 중 부직포의 찢어짐 및 절단 발생의 위험성을 방지하기 위해 500N이상의 인장강도, 100~300N 범위의 인열강력, 0.01cm/s 이상의 투수계수 및 필터기능을 위한 75~100㎛ 이하의 유효구멍크기(AOS)의 물성을 갖는 부직포여야 한다.
그런데, 최근 발생하는 이슈에 따르면, 타설 된 배수재의 제거과정에서 부직포 필터가 찢어짐에 따라, 지반 내 잔여하는 문제점이 부각되면서, 인장강도 700N이상, 인열강력 300N이상, AOS 75㎛이하의 고강력 부직포 필터재가 요구되고 있다.
이를 위해, 통상적인 고유점도(IV) 0.6 내지 0.7 dl/g의 방사용 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩으로 제조된 부직포가 있는데, 상기 부직포는 우수한 드레이프성과 성형성을 발현하나, 찢어짐에 대한 인열강력이 폴리프로필렌 제품에 비해 낮은 단점이 있다.
이에, 보다 높은 기계적 물성을 갖는 고강력 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포를 제조하기 위해서는 부직포를 구성하는 필라멘트의 강력을 향상시키고, 필라멘트 간 접착력을 제어하는 부직포 제조 기술이 필요하다.
일반적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포의 기계적 물성을 향상시키는 방법으로는 매트릭스(Matrix) 원료로 고점도(IV) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩(Chip)을 적용하여 필라멘트의 강력을 높이거나, 접착(Binder) 원료의 함량 및 접착온도를 제어하여 필라멘트 간 결합력을 높이는 기술이 있다.
이때, 저점도(IV) 칩을 고점도(IV) 칩으로 개질하는 경우, 고상중합(Solid-State Polymerization; SSP) 공정이 필수적이다. 하지만, 고상중합은 공정속도가 느리고, 공정단가의 발생으로 원가가 상승시키는 단점이 있다. 이에, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포의 폐기물(Waste)을 재활용(Recycle)하여 비교적 저렴한 가격에 판매되는 '산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩 적용을 통해, 고상중합에 따른 원가상승 문제를 해결하는 효과를 볼 수 있다.
하지만, 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩의 사용은 부직포 폐기물에 함유되어 있는 첨가제 및 접착제에 의한 화학적 조성의 차이로 인해 특성 저하(예: 칩 응집, 방사성 불량 및 필라멘트 강력 저하) 등의 문제를 유의해야 한다.
본 발명의 목적은 폴리에스테르 부직포의 제조공정의 폐기물을 재활용하여 제공되는, 자재 재활용 폴리에스테르를 원료로 사용하여 공정단가를 낮춤과 동시에, 원료의 점도 및 함량 제어를 통해 종래보다 인장강도와 인열강력이 향상되는 고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 점토와 미세 흙 입자의 통과를 방지함과 동시에 간극수의 통과를 용이하게 하고, 제품 타설 시 우수한 기계적 물성을 나타내어, 토목분야 또는 다양한 분야의 필터재의 용도로 적용될 수 있는 고강력 폴리에스테르 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에서는, 255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제1 필라멘트; 및 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제2필라멘트;를 포함하는 부직포 웹이 접합되어 있는 스펀본드 부직포이고,
상기 제 1 필라멘트의 함량은 80내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%이며,
상기 제 1 필라멘트는 매트릭스 필라멘트이고, 제2 필라멘트는 바인더 필라멘트인 것을 특징으로 하는, 고강력 폴리에스테르 부직포를 제공한다.
본 명세서에서는 255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제 1 필라멘트 및 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제 2 필라멘트를 혼섬 방사하고 부직포 웹을 형성하는 단계; 및
상기 부직포 웹을 캘린더 공정 및 열풍 공정에 적용하여 제 1 필라멘트 및 제 2 필라멘트가 웹 형태로 적층 및 접합된 스펀본드 부직포를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 제 1 필라멘트의 함량은 80 내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%인,
상기 폴리에스테르 부직포의 제조방법을 제공한다.
이하, 발명의 구현 예들에 따른 고강력을 갖는 폴리에스테르 부직포 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
그에 앞서, 본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
그리고, 본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제1 구성요소는 제2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
(폴리에스테르 부직포)
본 발명의 일 구현예에 따라, 255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제 1 필라멘트%; 및 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제 2 필라멘트;를 포함하는 부직포 웹이 접합되어 있는 스펀본드 부직포이고, 상기 제 1 필라멘트의 함량은 80 내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%이며, 상기 제 1 필라멘트는 매트릭스 필라멘트이고, 제 2 필라멘트는 바인더 필라멘트인 것을 특징으로 하는, 고강력 폴리에스테르 부직포가 제공될 수 있다.
즉, 본 발명은 매트릭스 필라멘트로 폴리에스테르 부직포의 제조공정의 폐기물을 재활용하여 비교적 저렴하게 판매되는 재활용 폴리에스테르를 제1 필라멘트의 원료를 사용함으로써, 원가를 절감하고 특히 토목 배수재용 부직포에 적용될 수 있는 인장, 인열강력 및 기공크기를 가짐으로써 필터성능이 우수하며 기계적 강도가 높은 배수재용 고강력 폴리에스테르 부직포를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 부직포는 토목 배수재의 필터로 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2 필라멘트는 제1 필라멘트보다 상대적으로 저융점을 갖는 코폴리에스테르를 바인더 필라멘트로 적용함으로써, 매트릭스 필라멘트인 제1 필라멘트와 함께 혼섬 방사시, 필라멘트 간 결합력을 제어할 수 있고, 방사성 및 인열강력 향상에도 기여할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 제공되는 폴리에스테르 부직포는 단위면적당 중량이 145 g/㎡일 때, 인장강도가 700N 이상이고, 인열강력이 300N 이상이고, 유효구멍크기(AOS)가 75㎛ 이하이며, 투수계수가 1.0×10-2cm/s 이상인 물성을 모두 만족할 수 있다.
또 본 발명의 폴리에스테르 부직포는 상술한 범위의 물성을 만족함으로써, 인장강도, 인열강력 등의 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 유효구멍크기가 작아 필터효과가 매우 우수하다. 이에, 간극수의 배출을 향상시키고 점토와 미세한 흙 입자의 통과를 억제시키며, 다공성 구조로 인해 막힘 현상을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 폴리에스테르 부직포는 찢어짐이 없어 토목 배수재용 필터로 적용될 수 있고, 또한 다른 용도의 필터재로서도 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 제1 필라멘트는 폴리에스테르 부직포의 제조공정의 폐기물로부터 재생된 폴리에스테르 공중합체이며, 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 소비자 자재 재활용(Post-Consumer Recycled: PCR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 재활용 폴리에스테르인 제1 필라멘트의 고유점도(IV)는 0.60 내지 0.90 dl/g 혹은 0.70 내지 0.85 dl/g 일 수 있다. 또, 상기 제1 필라멘트의 융점의 일례를 들면, 상기 고유점도를 가지면서 255℃ 내지 280℃ 일 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 필라멘트는 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.90 dl/g이고, 융점이 255℃ 이상인 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 필라멘트에는 재생원료 사용에 따라, 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 네오펜틸 글리콜(NPG), 또는 이들의 혼합물의 폴리에스테르계 공중합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 필라멘트는 평균섬도 3 내지 9데니어이고, 상기 제 2 필라멘트는 평균섬도가 1 내지 5 데니어일 수 있다.
상기 제 1 필라멘트는 강도가 3.8 내지 5gf/Denier이며, 신율(strain)이 50 내지 100%인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 필라멘트의 원료는 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 네오펜틸 글리콜(NPG), 또는 이들의 혼합물의 공중합체를 포함할 수 있고, 융점이 160℃이상 내지 180℃인 것을 특징으로 한다. 상기 제2 필라멘트에 사용된 코폴리에스테르의 융점이 160℃ 이하의 경우, 결정성이 낮아 방사성이 불량하며, 180℃ 이상의 경우 접착온도가 높아짐에 따라 인열강력이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 본 발명에서 제공되는 상기 폴리에스테르 부직포는 단위면적당 중량이 145 g/㎡일 때, 두께가 0.38mm 내지 0.41mm이고, 밀도가 0.35 g/㎤ 내지 0.38g/㎤일 수 있다. 다만, 본 발명에서 제공되는 제1, 2 필라멘트의 데니어 또는 바인더 함량에 두께가 상이해질 수 있으며, 이와 동시에 밀도 또한 변동될 수 있다.
(폴리에스테르 부직포의 제조방법)
한편, 상술한 물성을 갖는 본 발명의 폴리에스테르 부직포의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, 255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제1 필라멘트 및 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제2 필라멘트를 혼섬 방사하고 부직포 웹을 형성하는 단계; 및 상기 부직포 웹을 캘린더 공정 및 열풍 공정에 적용하여 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트가 웹 형태로 적층 및 접합된 스펀본드 부직포를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 제 1 필라멘트의 함량은 80 내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%인 상기 폴리에스테르 부직포의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 1) 산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩과 같은 재활용 폴리에스테르의 고유점도(IV)를 제어하여 필라멘트 강도를 향상시키는 단계를 수행하고, 또한 2) 필라멘트 간 접착(Binder)역할을 하는 저융점 코폴리에스테르의 함량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 폴리에스테르 부직포의 제조방법에 따르면, 폴리에스테르 부직포의 기계적 특성을 발현하기 위해 방사되는 제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량을 달리하여 제조하는 것을 특징으로 함으로써, 상술한 고강력 특성을 모두 만족할 수 있다.
구체적으로, 상기 부직포 웹을 형성하는 단계는 융점이 255℃ 이상인 재활용 필라멘트인 제1 필라멘트와, 160℃이상 내지 180℃ 이하인 코폴리에스테르인 제2 필라멘트를 각각 연속 압출기에 투입하여 녹인 다음, 상술한 함량 비율이 되도록 혼섬방사하고 통상의 방법으로 개섬하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 필라멘트와 제 2 필라멘트의 함량비는 80 내지 90 중량%: 10 내지 20중량%로 구성되는 혼섬방사 (Matrix & Binder) 형태로 제조하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비는, 용융된 폴리머 토출량을 제어하거나, 구금의 설계 변경을 통해 제어가 가능하다.
상기 제 2 필라멘트의 함량을 10 중량% 미만으로 방사 시 부직포 웹의 결합이 충분하지 못해 표면에 필라멘트가 일어나며 기계적 물성의 불안정성을 나타낸다. 또한, 그 함량이 20 중량%를 초과할 경우 방사 시 필라멘트 간 엉켜 붙음에 따라 개섬불량이 발생하고 부직포가 뻣뻣해지는 현상에 의해 부직포 제조에 바람직하지 못하다. 따라서, 고강력을 갖는 폴리에스테르 부직포를 제조하기 위해서는, 상술한 범위로 제 1 필라멘트와 제 2 필라멘트의 함량비를 제어하는 것이 매우 중요하다.
바람직하게, 상기 제1 필라멘트의 함량은 융점이 255℃ 이상인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트가 부직포 전체의 80 내지 90 중량%이며, 제2 필라멘트의 함량은 융점이 160℃이상 내지 180℃ 이하인 코폴리에스테르 필라멘트가 부직포 전체의 10 내지 20 중량%가 되도록, 상기 2종의 필라멘트를 혼섬방사(Matrix & Binder) 형태로 웹을 형성하는 단계를 수행한다.
이때, 상술한 바대로, 상기 제1 필라멘트는 폴리에스테르 부직포의 제조공정의 폐기물로부터 재생된 칩 형태의 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 소비자 자재 재활용(Post-Consumer Recycled: PCR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리에스테르 공중합체일 수 있다. 또한, 상기 물질들은 이 분야에 잘 알려진 방법으로 재생된 폴리에스테르 공중합체를 구입하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2 필라멘트는 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 네오펜틸 글리콜(NPG), 또는 이들의 혼합물의 공중합체를 포함하는 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르를 사용할 수 있다. 다만, 상기 코폴리에스테르를 구성하는 단량체가 상기 종류로 한정되지 않으며, 상기 특정 융점 범위를 갖는 폴리에스테르 공중합체를 제공할 수 있는 것이면, 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다.
상기 혼섬방사하는 단계에서, 제1 필라멘트는 평균섬도 3 내지 9 데니어이고, 상기 제2 필라멘트는 평균섬도가 1 내지 5 데니어가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제1, 2 필라멘트의 평균섬도는 토출량과 방사구금의 모세공수를 조절하여 수행될 수 있다. 상기 제1 필라멘트의 섬도가 3 데니어 이하이면 필라멘트의 강력이 낮아져 부직포 강력이 부족한 문제가 있고, 9 데니어를 초과하면 필라멘트 간 공극의 크기가 증가하여 여과성능이 불량한 문제가 있다. 또한, 상기 제2 필라멘트의 섬도가 1 데니어 이하이면 필라멘트 형성이 불량한 문제가 있고, 5 데니어를 초과하면 필라멘트의 냉각이 부족하여 개섬형태가 불량한 문제가 있다.
이와 같이 혼섬 방사 형태로 방사된 필라멘트는 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 4,500 내지 5,500m/min이 되도록 충분히 연신시켜 통상의 3 내지 10 데니어의 섬도를 갖는 필라멘트 섬유를 제조할 수 있다.
한편, 상기 스펀본드 부직포를 제조하는 단계는 스무스 롤(smooth roll)을 이용한 캘린더 공정과, 제2 필라멘트의 융점과 유사하거나 대응되는 온도 조건에서 열풍 공정을 진행하는 단계를 포함한다.
즉, 상기 제조된 필라멘트 섬유는 컨베이어 네트 위에 웹 형태로 자리 잡은 후, 가열된 스무스(smooth) 롤의 캘린더 공정을 거쳐 부직포의 두께를 조정한 다음, 제 2 필라멘트의 융점과 유사한 온도의 열풍을 이용하여 접착하여 부직포를 제조 한다. 특히, 열풍을 이용한 결합방법은 엠보싱 로울러에 의한 결합방법보다 기공형성이 유리하여 투과성 및 필터성능이 우수하여 배수재 필터용으로 유용하다.
다시 말해, 위에서 설명한 바와 같이 혼섬방사된 제1 필라멘트와 제2 필라멘트 웹(Web)을 컨베이어 네트(Conveyor Net) 위에 적층시킨 후, 적층된 웹은 가열된 스무스(smooth)롤에 의한 캘린더 공정을 거쳐 평활성과 적정한 두께를 부여한다. 상기 적층된 웹의 단위면적 당 중량(g/㎡)은 컨베이어 네트 속도 제어를 통해 조절될 수 있다. 두께가 조절된 웹은 제 2 필라멘트의 융점과 유사한 온도의 열풍(Hot Air Through)을 이용하여 접착시켜 부직포를 제조한다. 예를 들어, 상기 열풍 공정은 상기 제2 필라멘트의 융점과 대응되는 160℃이상 내지 180℃ 이하의 범위에서 수행할 수 있다.
이러한 방법으로 제공되는 폴리에스테르 부직포는, 단위면적당 중량이 145 g/㎡일 때, 인장강도 700N 이상, 인열강력 300N 이상, AOS 75㎛ 이하, 투수계수가 1.0×10-2cm/s 이상의 물성 조건을 모두 만족하므로, 인장강도, 인열강력 등의 기계적 물성이 우수하며, 유효구멍크기가 작아 필터효과가 우수하다. 이에, 간극수의 배출을 향상시키고 흙 입자의 통과를 억제시키며, 다공성 구조로 인해 막힘현상을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 고강력 폴리에스테르 부직포, 바람직하게 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포는 필터의 기계적 물성을 향상시킴과 동시에 배수재 완제품의 중량을 감소시켜 운송 및 타설 공정 효율성을 높일 수 있다. 특히, 본 발명은 매트릭스 필라멘트로서'산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 재생 원료 적용을 통해 원가를 절감시키는 동시에 친환경 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 부직포 제조방법에 따르면 원료의 사용량을 감소시켜 생산 원가를 절감할 수 있으며, 저중량 고강도 제품의 다양한 용도 전개가 가능하다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
[실시예 1]
제1 필라멘트로 '산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트(고유점도(IV): 0.82dl/g, 융점: 255 ℃)와 제2 필라멘트로 아디프산과 이소프탈산이 공중합되어 176℃의 융점을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 준비한 후, 이들을 각각 방사온도 290 ℃에서 연속 압출기를 이용하여 녹인 다음, 제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비가 90:10 중량%가 되도록 혼섬방사하고 연신하여 제조되는 제1 필라멘트의 평균 섬도가 8.5 데니어가 되도록 토출량과 구금의 모세공 수를 조절하였다.
이어서, 모세공에서 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000 m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였다.
다음에 상기 제조된 필라멘트 섬유를 통상의 개섬법에 의해 컨베이어 네트(net)상에 웹의 형태로 적층시킨다. 적층된 웹은 가열된 스무스(smooth)롤에 의한 캘린더 공정을 거쳐 평활성과 적정한 두께를 부여하였다.
상기 적층된 필라멘트는 180℃ 열풍온도로 열접착하여 제조된 단위면적당 중량이 145 g/㎡이고 밀도가 0.35g/㎤인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 2]
제1 필라멘트로 고유점도(IV)가 0.75dl/g의 '산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원료를 적용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[실시예 3]
제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비를 85:15의 중량비(wt%)로 적용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
제1 필라멘트로, 재생 원료 대신 고유점도(IV) 0.65dl/g의 정규 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Re-PET) 원료를 적용하고, 제2 필라멘트로 융점이 230℃인 코폴리에스테르를 적용하였다. 상기 적층된 필라멘트는 233℃ 열풍온도로 열접착 하는 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[비교예 2]
제1 필라멘트로 고유점도(IV) 0.82dl/g이고 255 ℃의 융점을 갖는 '산업 자재 재활용(post-industrial recycled; PIR)' 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원료를 적용한 것 외에는, 비교예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[비교예 3]
제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비를 95:5의 중량비(wt%)로 적용하는 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[비교예 4]
제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비를 75:25의 중량비(wt%)로 적용하는 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
[참고예 1]
제1 필라멘트의 평균 섬도가 10 데니어가 되도록 토출량을 적용하는 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 부직포를 제조하였다.
구 분 제 1필라멘트 제 2필라멘트 열풍온도
(℃)
Chip
종류		 Chip IV
(dl/g)		 Fila.
De'		 함량
(wt%)		 Chip
종류		 융점
(℃)		 함량
(wt%)
실시예 1 PIR 0.82 8.5 90 코폴리
에스테르		 176 10 180
실시예 2 PIR 0.75 8.5 90 코폴리
에스테르		 176 10 180
실시예 3 PIR 0.82 8.5 85 코폴리
에스테르		 176 15 180
비교예 1 Re-PET 0.65 8.5 90 코폴리
에스테르		 176 10 180
비교예 2 PIR 0.82 8.5 90 코폴리
에스테르		 230 10 233
비교예 3 PIR 0.82 8.5 95 코폴리
에스테르		 176 5 180
비교예 4 PIR 0.82 8.5 75 코폴리
에스테르		 176 25 180
참고예 1 PIR 0.82 10 90 코폴리
에스테르		 176 10 180
[평가방법]
상기 각 실시예, 비교예 및 참고예에 대하여, 다음의 방법으로 물성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
1. 인장강도(N)
ASTM D 4632법을 이용하였다. 구체적으로, 제품을 MD와 CD방향으로 길이×폭 = 200mm × 100mm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 25mm× 50mm 지그로 물린 후 인장속도 300mm/min으로 측정하였다.
2. 인열강력(N)
ASTM D 4533 법을 이용하였다. 구체적으로, 제품을 MD와 CD방향으로 길이×폭 = 200mm × 76mm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 55mm× 100mm 지그로 물린 후 인장속도 300mm/min으로 측정하였다.
3. 유효구멍크기(O 95 , ㎛)
ASTM D 4751 법을 이용하였다. 시험편을 체 틀 안에 넣고 사전에 치수를 측정한 유리 비드를 시험편 표면에 놓는다. 시험편과 틀을 가로로 흔들어 비드가 서로 부딪히며 시험편을 통과하도록 한다. 시험편의 겉보기 구멍 치수가 측정될 때까지 동일한 시험편에서 다양한 크기의 유리 비드를 사용해 상기 절차를 반복한다.
4. 투수계수(cm/s)
ASTM D 4491 에 따라 정수두법을 이용하였다. 이때 손실수두는 50mm으로 측정하였다. 투수계수는 시험법에 따라, 다음의 식 1을 적용하여 계산하였다.
[식 1]
상기 식 1에서, k 는 투수계수(cm/s)이고, t 는 시료의 두께(cm)이고, A 는 상수이고, ψ 는 투수성(s-1)을 의미한다.
5. 1 H NMR
제1 필라멘트 시편에 대해 Trifluoroacetic acid(TFA)용매로 완전 용해시키고, 1H NMR로 얻어진 스펙트럼을 통해 상기 TPA 대비 각 실시예 및 비교예의 공중합물 함량을 비교하였다.
구 분 부직포 제1필라멘트 유효구멍
크기
(AOS)
(O95, ㎛)		 투수계수
(cm/s)		 비 고
두께
(㎜)		 인장강도
(N)
MD / CD		 인열강력
(N)
MD / CD		 강도
(gf/De')		 공중합물 함량
(mol%)
실시예 1 0.41 742 / 784 332 / 325 4.2 1.64 71 6.6×10-2
실시예 2 0.39 722 / 739 314 / 320 3.9 1.64 66 6.1×10-2
실시예 3 0.38 774 / 793 308 / 310 4.2 1.64 63 5.8×10-2
비교예 1 0.41 706 / 722 273 / 260 3.6 N.D 53 5.0×10-2 인열 미흡
비교예 2 0.41 739 / 751 251 / 244 4.2 1.64 68 8.7×10-2 인열 미흡
비교예 3 0.43 581 / 597 225 / 208 4.2 1.64 72 9.7×10-2 인장, 인열미흡
비교예 4 0.37 825 / 813 213 / 227 4.2 1.64 49 3.3×10-2 인열 미흡
참고예 1 0.45 746 / 762 304 / 298 4.3 1.64 82 11.0×10-2 AOS 불량
주)
부직포(145g/m2) 목표 물성 기준:
인장강도(700N↑), 인열강력(300N↑), AOS(75㎛↓), 수직투수계수(1.0×10-2↑)
상기 표 2에서 보면, 실시예 1 내지 3은 제1 필라멘트(매트릭스 필라멘트)로255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르를 사용하고, 동시에 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제2필라멘트의 함량을 조절함으로써, 단위면적당 중량이 145 g/㎡ 일 때, 인장강도 700N 이상, 인열강력 300N 이상, 유효구멍크기(AOS) 75㎛ 이하이고, 투수계수가 1.0×10-2cm/s 이상인 물성 조건을 모두 만족함을 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 4는 유효구멍크기(AOS) 75㎛ 이하의 조건을 만족해도, 인강강도, 인열강도가 불량함을 알 수 있다. 또한, 참고예 1의 경우 혼섬방사시 제1 필라멘트의 평균섬도가 본원범위를 벗어나서, 유효구멍크기(AOS)의 기준을 만족하지 못하였다.

Claims (10)

  1. 255℃이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제1 필라멘트; 및 160℃이상 내지 180℃이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제2 필라멘트;를 포함하는 혼섬방사 (Matrix & Binder) 형태의 부직포 웹이 접합되어 있는 스펀본드 부직포이고,
    상기 제 1 필라멘트의 함량은 80 내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%이며,
    상기 제 1 필라멘트는 매트릭스 필라멘트이고, 제2 필라멘트는 바인더 필라멘트이고,
    상기 제 1 필라멘트는 평균섬도 3 내지 9 데니어이고, 상기 제 2 필라멘트는 평균섬도가 1 내지 5 데니어이며,
    상기 제 1 필라멘트는 강도가 3.8 내지 5gf/Denier이며, 신율(strain)이 50 내지 100%인 것을 특징으로 하는, 고강력 폴리에스테르 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 부직포는
    단위면적당 중량이 145 g/㎡일 때, 인장강도가 700N 이상이고, 인열강력이 300N 이상이고, 유효구멍크기(AOS)가 75㎛ 이하이며, 투수계수가 1.0×10-2cm/s 이상인 것을 특징으로 하는 고강력 폴리에스테르 부직포.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 부직포는 토목 배수재의 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 고강력 폴리에스테르 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트는 폴리에스테르 부직포의 제조공정의 폐기물로부터 재생된 폴리에스테르 공중합체이며, 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 소비자 자재 재활용(Post-Consumer Recycled: PCR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고강력 폴리에스테르 부직포.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트는 고유점도(IV)가 0.60내지 0.90dl/g이고, 융점이 255℃ 이상인 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 고강력 폴리에스테르 부직포.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 부직포는 단위면적당 중량이 145 g/㎡일 때, 두께가 0.38mm 내지 0.41mm이고, 밀도가 0.35 g/㎤ 내지 0.38g/㎤인 고강력 폴리에스테르 부직포.
  9. 255℃ 이상의 융점을 갖는 재활용 폴리에스테르인 제1 필라멘트 및 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르인 제2 필라멘트를 혼섬 방사하고 부직포 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 부직포 웹을 캘린더 공정 및 열풍 공정에 적용하여 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트가 웹 형태로 적층 및 접합된 스펀본드 부직포를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 필라멘트의 함량은 80 내지 90 중량%이고, 상기 제 2 필라멘트의 함량은 10 내지 20 중량%인
    제1항의 고강력 폴리에스테르 부직포의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열풍 공정은 상기 제2 필라멘트의 융점과 대응되는 160℃이상 내지 180℃ 이하의 범위에서 수행하는 고강력 폴리에스테르 부직포의 제조방법.
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