KR102618820B1 - 폐플라스틱을 활용한 친환경 원단 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예들은 폐플라스틱을 활용한 친환경 원단의 제조방법에 관한 것이다. 일실시예에 따른 친환경 원단은 폐플라스틱을 이용하면서도, 신축성이 개선되면서도 흡한속건 특성이 있다.
Description
아래 실시예들은 폐플라스틱을 활용한 친환경 원단 및 이의 제조방법 기술에 관한 것이다.
매년 수백만 톤에서 수 천만 톤의 PET 플라스틱이 바다로 유입되고 있으며 바다 1㎢ 당 100만개가 넘는 플라스틱 조각이 있다고 하며 PET 플라스틱 조각은 아주 다양한 바다동물의 몸속에서 발견되고 있으며 바다 생물과 생태계, 사람의 건강 등에 끼치는 영향뿐만 아니라 오염으로 인하여 사회경제적 악영향이 우려되고 있다.
우리나라는 쓰레기를 처리하는 데 소각과 매립 방식을 병행하고 있는데 주민들의 반대로 더 이상의 소각시설을 짓는 것은 불가능하며 세계 최대 규모인 수도권 매립지 또한 2025년 사용이 중단될 운명에 처해 있다. 또한, 세계 재활용 쓰레기의 절반 정도를 수입해 처리하던 중국이 세계무역기구(WTO)에 “환경 보호와 보건위생 개선을 위해 플라스틱 쓰레기와 전자제품 폐기물의 수입 제한 조처를 하겠다.”고 선언하면서 우리나라뿐만 아니라 세계 각국에서 '쓰레기 대란'이 일어나고 있다.
이와 같은 문제에도 불구하고 최근까지도 플라스틱 제품의 재생 비율은 20~40%로 타제품 대비 상대적으로 낮은 수준이며 특히, 우리나라는 플라스틱의 높은 회수율에도 불구하고 고순도 재활용 플라스틱 제조기술 부족 및 고부가가치 제품화 기술 부족으로 재활용률 향상에 어려움을 겪고 있다.
폐플라스틱을 통해 생산되는 리사이클 플라스틱은 성분 및 Grade에 따라 다양한 분야에 적용이 가능하나 현재까지는 낮은 기술력을 요하는 플라스틱 사출품, 건축보강재, 포장용 밴드 등에 적용되고 있으며 보다 높은 수준의 기술을 요하는 섬유화 및 제품적용은 미비한 상태이다.
국내의 경우 대기업 및 중견기업(효성, 휴비스 등)을 중심으로 고순도 PET flake를 이용한 의류용 용도의 Recycle PET섬유가 생산되고 있고 중소기업을 중심으로 토목용 및 자동차용 부직포 용도가 생산되고 있다.
이와 관련하여, 한국등록특허공보 제10-1015383호는 보틀 폐기물에 포함되어 있는 이물질을 제거하여 폴리에스테르 그래뉼의 순도를 확보하고, 용융 및 압출성형 함으로써 양호한 품질의 리사이클 폴리에스테르 섬유를 생산하는데 사용하는 폴리에스테르 재생칩의 제조방법에 대해 설명하고 있다.
또한, 한국등록특허공보 제10-2310268호는 리사이클 폴리에스테르를 20% 이상 함유하는 동시에 실크-라이크 원사를 혼합하여 직물을 제조함으로써 천연감성을 가지는 직물의 제조방법에 대해 설명하고 있다.
그러나 최근 의류 브랜드에서 요구하는 친환경 및 지속가능한 의류소재를 개발하기 위해서 리사이클 플라스틱을 이용한 섬유원단은 더 많은 개발이 필요한 상황이다.
본 발명자들은 폐플라스틱을 이용하면서도 신축성이 개선되며 흡한속건 특성이 있는 원단을 제공하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
실시예들은 폐플라스틱을 이용하는 원단으로서, 신축성이 개선되면서도 흡한속건 특성이 있는 원단을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서 본 발명은,
리사이클 폴리에스테르 및 표면개질된 실리카 나노 분말을 압출기 내에서 용융 혼합하여, 상기 표면개질된 실리카 나노 분말이 4.0 내지 6.0 중량% 포함되며 잔량의 폴리에스테르 수지로 구성되는 원형 단면의 제1원사를 제조하는 제1단계;
폴레우레탄 섬유 및 염화은을 압출기 내에서 용융 혼합하여, 상기 염화은이 4.0 내지 6.0 중량% 포함되며 잔량의 폴리우레탄 수지로 구성되는 원형 단면의 제2원사를 제조하는 제2단계;
셀룰로오스 용액을 십자형 방사구 노즐을 통해 방사하여 이형 단면의 제3원사를 제조하는 제3단계;
제1원사, 제2원사, 및 제3원사를 혼섬하여 방적사를 제조하는 제4단계; 및
상기 방적사에 실리콘 오일을 분사한 후 열풍 건조하는 제5단계를 포함하는,
폐플라스틱을 활용한 친환경 원단의 제조방법을 제공한다.
일실시예에 따르면, 상기 실리카 나노 분말의 입자 크기는 10 내지 50nm이며, 상기 표면개질된 실리카 나노 분말은 페닐 트리메톡시실란이 입자 표면에 코팅된 것이고, 상기 방사구 노즐의 폭은 60 내지 100㎛인 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면개질된 실리카 나노 분말은, 실리카 나노 분말이 2 내지 4 중량%, 페닐 트리메톡시실란 0.2 내지 0.4 중량% 포함하며 에탄올 용매에 분산된 실리카 현탁액을 초음파 분무기를 이용하여 분무액적을 발생시키고, 0.5 내지 5ℓ/min의 유량의 공기를 흘려주어 미세 액적의 최대 온도가 250℃가 되도록 설정하여 에탄올 용매를 건조시킨 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제5단계는 (A) 상기 원단에 대해 이송롤러를 이용하여 원단을 펼친 상태로 25~40m/min의 이송속도로 이송하는 단계; (B) 상기 이송롤러를 통해 펼친 상태로 이송되는 원단의 하측방향에서 분사유닛을 이용하여 원단을 향해 실리콘 오일을 1.5±0.2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하여 도포하는 단계; (C) 상기 실리콘 오일이 도포된 원단에 대해 한쌍의 이송가압롤러를 이용하여 연속적인 이송을 가이드하면서 가압작용을 통해 원단에 도포된 실리콘 오일의 도포밀도를 증대 및 고착성을 높여 손실을 방지하는 단계; (D) 상기 실리콘 오일이 도포된 원단에 대해 건조로를 통과하도록 이송 처리하되, 65 내지 70℃의 온도 조건 및 10 내지 15NN㎥/min의 풍량조건으로 열풍 공급을 통해 건조 및 고착시키는 단계를 포함하는 것이다.
일실시예에 따른 장치는 하드웨어와 결합되어 상술한 방법들 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 제어될 수 있다.
실시예들은 폐플라스틱을 이용하면서도, 신축성이 개선되면서도 흡한속건 특성이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
상기 폴리에스테르 섬유(polyester fiber)는 천연섬유에 대비되는 대표적인 합성섬유(인조섬유) 중 하나로, 대량생산이 가능해 상대적으로 저렴하며 잘 구겨지지 않고 내구성도 높아 각종 의류 소재로 쓰인다. 폴리에스테르 섬유는 가공성이 좋아 천연섬유나 재생섬유와 혼방하기에도 용이하다.
리사이클 폴리에스테르 섬유는 플라스틱 폐기물의 이물질을 제거한 후 재가공하여 만든 폴리에스테르 재생칩을 용융 및 압출성형 하여 제조한 섬유를 의미하며, 친환경적인 특징을 가져 최근 의류브랜드에서 리사이클 폴리에스테르 섬유를 포함하는 의류 제품의 수요가 증가하고 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 친환경 원단의 제조
리사이클 폴리에스테르를 압출기의 메인피더에 투입하고, 표면개질 실리카 나노 분말을 사이드 피더에 투입하여 가열운전되는 압출기 내에서 서로 용융 혼합시킨 다음 방사구금의 원형 방사구에서 방사속도 4,000 m/min로 용융방사하여, 표면개질 실리카 나노 분말이 리사이클 폴리에스테르 내부에 5 중량% 혼입·분산된 원형 단면의 제1원사를 제조하였다.
상기 표면개질 실리카 나노분말의 제조방법으로서, 실리카 나노 분말 (10 내지 50nm의 입자 크기) 3중량%, 페닐 트리메톡시실란 0.3중량%를 포함하며 에탄올 용매에 분산된 실리카 현탁액을 제조하였다. 상기 실리카 현탁액은 초음파 분무기를 사용하여 분무액적을 발생시키고 운반가스인 공기를 1ℓ의 유량으로 흘려주면서 혼합 현탁액의 미세 액적을 최대온도를 250℃로 설정한 원형 전기로에서 건조시켰다. 따라서, 상기 실리카 현탄액의 액적은 에탄올이 제거되고 페닐 트리메톡시실란이 입자표면에 코팅된 표면개질 실리카 나노 분말로 제조되었다.
다음으로, 폴리우레탄 섬유를 압출기의 메인 피더에 투입하고, 염화은을 사이드 피더에 투입하여 가열운전되는 압출기 내에서 서로 용융 혼합시킨 다음 방사구금의 원형방사구에서 방사속도 3,500 m/min로 용융방사하여, 염화은이 폴레우레탄 섬유 수지 내부에 5 중량% 혼입·분산된 원형 단면의 제2원사를 제조하였다.
마지막으로, 압출기 피더에 방사구금을 십자형 방사구의 노즐을 이용하여 셀룰로오스 용액을 방사하여 이형 단면의 제3원사를 제조하였다. (상기 원형 및 십자형 노즐의 지름 및 폭(가장 넓은 길이)은 80㎛이다.)
제1원사, 제2원사, 및 제3원사를 각각 30중량%, 30 중량%, 및 40중량%를 혼섬하여 방적사를 제조한 후 직물을 제직하였다.
후공정으로서, 제직된 원단에 대해 이송롤러를 이용하여 원단을 펼친 상태로 이송하였다. 상기 이송롤러를 통해 펼친 상태로 30 m/min의 이송속도로 이송되는 원단의 하측방향에서 분사유닛을 이용하여 원단을 향해 유연제(실리콘 오일)를 1.5±0.2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하여 도포하였다. 상기 유연제가 도포된 원단에 대해 한쌍의 이송가압롤러를 이용하여 연속적인 이송을 가이드하면서 가압작용을 통해 원단에 도포된 유연제의 도포밀도를 증대 및 고착성을 높여 손실을 방지하였다. 상기 유연제가 도포된 원단에 대해 건조로를 통과하도록 이송 처리하되, 67℃의 온도조건과 12 N㎥/min의 풍량조건으로 열풍 공급을 통해 건조 및 고착시켰다.
비교예 1 내지 3
비교예 1은 상기 실시예 1에서 표면개질 실리카 나노 입자를 처리하지 않은 점을 제외하고 동일하게 제조하였다.
비교예 2는 상기 실시예 1에서 제2원사를 포함하지 않고 제1원사 및 제3원사를 50 중량% 및 50 중량% 혼섬하여 방적사를 제조하였다.
비교예 3은 후공정을 포함하지 않았다.
실험예 1. 흡한속건성 분석
의류소재로서 쾌적한 느낌을 제공하기 위해서는 피부와 접촉시 냉감 효과뿐만 아니라 피부에서 발산된 땀을 의류 외부로 신속히 배출하는 흡한속건 기능이 중요하다.
이에 따라, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 직물의 흡한속건 성능을 측정하여 비교하였으며, 흡수속도는 KS K 0815:2008, 6.27.1 B법으로 측정하였고 구체적으로 직물에서 20.0×2.5 ㎝의 시험편을 5 매씩 채취하여 27±2 ℃의 증류수가 들어있는 용기의 수면에 한쪽 끝이 닿도록 하여 일정 높이로 고정하고 10 분 경과 후 물이 상승한 높이를 측정하여 평균값을 구하였다.
건조속도는 KS K 0815:2008, 6.28.1 A법으로 측정하였으며, 구체적으로 40×40 ㎝의 시험편을 3 매씩 취하여 27±2 ℃의 증류수 중에 침지시켜 충분히 흡수되도록 한 후, 수중에서 꺼내어 물방울이 더 이상 떨어지지 않을 때 표준상태의 시험실 내에서 자연건조될 때까지의 시간을 측정하여 평균값을 구하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 흡수속도(㎜/10 분) | 86 | 148 | 125 | 98 |
| 건조속도(분) | 56 | 79 | 80 | 78 |
실시예 1은 흡수속도 및 건조 속도 측면에서 모두 빠른 속도로 진행됨을 알 수 있었다. 비교예 3과 비교를 통해 후공정이 건조 속도에 기여함을 알 수 있다. 실시예 1은 가장 바깥쪽의 면으로 흡수되어 건조됨을 알 수 있다.
실험예 2. 신축성 평가
상기에서 제조된 실시예 및 비교예의 강도 및 신도에 대하여 KS K 0642, 8.14.1 A법(스트립법)의 시험규격으로 측정하여 표 2에 나타내었다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 경사방향(MD) 절단강도 (N) | 280.3 | 171.2 | 240.9 | 196.5 |
| 경사방향 (MD) 절단신도 (%) | 94.9 | 79.2 | 91.2 | 81.2 |
| 위사방향 (CD)절단강도 (N) | 192.4 | 137.8 | 182.6 | 152.6 |
| 위사방향 (CD)절단신도 (%) | 95.0 | 82.8 | 93.7 | 88.3 |
상기 실시예 1은 경상방향 위사방향 모두 우수한 신축성을 가지고, 후공정이 신축성 개선에 기여하는 것으로 확인된다.
Claims (3)
- 리사이클 폴리에스테르 및 표면개질된 실리카 나노 분말을 압출기 내에서 용융 혼합하여, 상기 표면개질된 실리카 나노 분말이 4.0 내지 6.0 중량% 포함되며 잔량의 폴리에스테르 수지로 구성되는 원형 단면의 제1원사를 제조하는 제1단계;
폴레우레탄 섬유 및 염화은을 압출기 내에서 용융 혼합하여, 상기 염화은이 4.0 내지 6.0 중량% 포함되며 잔량의 폴리우레탄 수지로 구성되는 원형 단면의 제2원사를 제조하는 제2단계;
셀룰로오스 용액을 십자형 방사구 노즐을 통해 방사하여 이형 단면의 제3원사를 제조하는 제3단계;
제1원사, 제2원사, 및 제3원사를 혼섬하여 방적사를 제조하는 제4단계; 및
상기 방적사에 실리콘 오일을 분사한 후 열풍 건조하는 제5단계를 포함하는,
폐플라스틱을 활용한 친환경 원단의 제조방법으로서,
상기 실리카 나노 분말의 입자 크기는 10 내지 50nm이며, 상기 표면개질된 실리카 나노 분말은 페닐 트리메톡시실란이 입자 표면에 코팅된 것이고, 상기 방사구 노즐의 폭은 60 내지 100㎛인 것이고,
상기 표면개질된 실리카 나노 분말은, 실리카 나노 분말이 2 내지 4 중량%, 페닐 트리메톡시실란 0.2 내지 0.4 중량% 포함하며 에탄올 용매에 분산된 실리카 현탁액을 초음파 분무기를 이용하여 분무액적을 발생시키고, 0.5 내지 5ℓ/min의 유량의 공기를 흘려주어 미세 액적의 최대 온도가 250℃가 되도록 설정하여 에탄올 용매를 건조시킨 것이며,
상기 제5단계는 (A) 상기 원단에 대해 이송롤러를 이용하여 원단을 펼친 상태로 25 내지 40m/min의 이송속도로 이송하는 단계; (B) 상기 이송롤러를 통해 펼친 상태로 이송되는 원단의 하측방향에서 분사유닛을 이용하여 원단을 향해 실리콘 오일을 1.5±0.2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하여 도포하는 단계; (C) 상기 실리콘 오일이 도포된 원단에 대해 한쌍의 이송가압롤러를 이용하여 연속적인 이송을 가이드하면서 가압작용을 통해 원단에 도포된 실리콘 오일의 도포밀도를 증대 및 고착성을 높여 손실을 방지하는 단계; (D) 상기 실리콘 오일이 도포된 원단에 대해 건조로를 통과하도록 이송 처리하되, 65 내지 70℃의 온도 조건 및 10 내지 15 N㎥/min의 풍량조건으로 열풍 공급을 통해 건조 및 고착시키는 단계를 포함하는 것인, 폐플라스틱을 활용한 친환경 원단의 제조방법.
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