KR102618984B1 - 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사의 제조방법 및 이를 이용한 복합사, 원단 - Google Patents
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Abstract
항균기능성 폴리에스테르 마스터배치를 제조하고, 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 일정한 온도 조건에서 결정화 건조와 제습건조를 수행한다. 이렇게 준비된 항균기느성 폴리에스테르 마스터배치와 리사이클 폴리에스테르 수지를 함께 복합 방사하면서 중공단면을 가지는 부분연신사(POY)와 연신사(FDY)를 각각 제조한다.
이렇게 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사를 함께 합사, 공기 교락을 형성하여 촉감이 우수한 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제조한다. 이렇게 제조되는 복합사는 우수한 항균기능성을 가지면서도 볼륨감, 경량성, 통기성, 흡수성이 우수한 친환경 기능성 복합사로서, 촉감이 우수하여 의류용 직물로서 경쟁력을 가질 수 있다.
이렇게 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사를 함께 합사, 공기 교락을 형성하여 촉감이 우수한 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제조한다. 이렇게 제조되는 복합사는 우수한 항균기능성을 가지면서도 볼륨감, 경량성, 통기성, 흡수성이 우수한 친환경 기능성 복합사로서, 촉감이 우수하여 의류용 직물로서 경쟁력을 가질 수 있다.
Description
폐플라스틱을 재활용하여 항균 기능성의 Recycle PET 소재를 개발하고 신축성과 흡한속건의 기능성 및 차별화된 천연감성을 가져 Cotton, Linen 및 Wool 소재가 대체 가능한 Sustainable한 소재를 개발하기 위해 경량, 흡한속건, 냉감 및 고신축성의 Recycled PET 복합소재를 개발하고자 한다.
매년 수백만 톤에서 수천만 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.
폐플라스틱을 통해 생산되는 Recycle 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.
국내등록특허 10-1015383호는 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. 국내등록특허 10-1415919호는 폴리에스테르계 수지와 인계 난연제를 포함하는 난연성 폴리에스테르로 형성되는 난연성 폴리에스테르 필라멘트에 대해 개시하고 있다.
한편으로 중공사는 1956년에 이미 기본적인 특허가 출원되어 있을 정도로 오래된 기술로서 중공사의 장점은 중공부에 대한 무게 감소로 인한 비중 감소로 경량감을 느낄수 있는 점을 들 수 있다. 또한 중공부에 공기가 존재함으로서 공기의 열전도율이 낮은 것을 이용하여, 보온성을 또한 유지할 수가 있다. 섬유 집합체로서의 의복에 보온성을 주는 목적은 가볍고, 얇으면서도 보온성이 우수한 소재를 얻는데 있었다. 따라서 겨울철 옷이 두꺼워짐에 따라서 그 무게도 높아지고, 무게를 줄이면 보온성이 떨어지는 단점을 해결하기 위해서 중공사가 많이 이용되고 있다.
중공사의 제조방법에는 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 슬릿들로 구성된 방사 구금을 이용하여 방사 구금 직하에서 폴리머 용융물을 융착시켜 외기를 포함하면서 고화시키는 방식과, 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하는 방법 등 크게 2가지가 있다. 복합방사의 경우, 2성분의 폴리머중 한성분을 용출해내는 방식으로, 가공후에도 중공이 유지가 되며 중공율을 20~60%수준까지 코어(core)부분의 폴리머의 양을 조절하여 자유롭게 중공율의 조절이 가능한 방식이다. 또한 연사 및 가연을 하더라도 용출부(중공부)에 존재하는 폴리머에 의해서 중공부의 변형, 즉 합착현상이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다.
하지만, 용출해 내는 폴리머의 소비가 크고, 제조비용이 높으며, 용출공정을 거치기 때문에 가공비용이 많이 발생하는 단점을 가지고 있다. 또한, 용출형 폴리머 중 폴리에스테르성분은 수산화나트륨과 같은 알칼리용액을 사용하기 때문에 환경오염에도 문제가 되고 있다. 따라서 일반적인 중공사의 제조방법은 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 슬릿들로 구성된 방사구금을 통하여 고유점도(IV) 0.6~0.67의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 토출시키고 완전히 고화되기 전에 융착이 이루어지도록 하여 외기를 중앙부에 포함시켜 중공을 만드는 것이 일반적인 방법이다.
본 발명에서는 폐플라스틱을 수거하여 제조되는 폴리에스테르(PET) 플레이크(Flake)를 적절하게 설계된 조건에서 건조, 용융방사하여 리사이클 폴리에스테르 부분배향(POY)중공사를 제조하고, 이 중공사와 리사이클 폴리에스테르 잠재권축사를 이용하여 항균 리사이클 중공단면 복합사를 제조하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 리사이클 폴리에스테르계수지를 건조, 방사하여 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY)를 제조하고, 별도로 제조되는 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와 합연사하여 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제조하고자 한다.
또한, 상기 제조되는 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY)를 연신하여 제조되는 리사이클 중공단면 폴리에스테르 배향사(FDY)와 폴리에스테르계 잠재권축사와 합연사하여 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 리사이클 폴리에스테르 플레이크 건조단계; 리사이클 폴리에스테르 수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계; 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 제조단계; 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 권취단계; 상기 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와의 합연사단계; 및 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 복합사의 권취단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 리사이클 폴리에스테르 수지의 건조단계는 IV가 0.70 ~ 0.8 dl/g, 폴리염화비닐(PVC:Polyvinyl Chloride)함량이 10 내지 200ppm 범위이고, 흡습율이 0.4 내지 2 중량% 인 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 드라이어에서 80~130℃까지 승온시키면서 5~7시간 동안 결정화 건조를 수행하고, 120~130℃에서 30분~2시간 제습건조를 수행하여 최종 수분율이 100ppm이하인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법을 제공한다.
상기 리사이클 폴리에스테르 수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계는 항균제가 전체 중량의 1 내지 3 중량% 이고, 익스트루더의 용융온도는 280 ~ 300℃인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법을 제공한다.
상기 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분연신사(POY) 제조단계는 방사온도 270~290℃, 권취속도 2,900 ~ 3,300 m/min인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법을 제공한다.
상기 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY) 제조단계 이후에, 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY)의 연신(Drawing)단계; 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 배향사(FDY)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와 합연사하는 단계; 및 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 복합사의 권취단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법을 제공한다.
이렇게 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사는 경편, 제직을 거쳐 직물로 제조되어 의류용 원단으로 제공된다.
우수한 항균 기능성을 가지면서도 경량감, 보온성이 우수한 친환경 기능성 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제조할 수 있다.
또한, 현재 의류용 소재 시장이 요구하는 특성인 친환경성, 항균 특성을 가지는 기능성 소재 개발을 통하여 높은 가격경쟁력을 가지므로 다양한 의류 소재로 그 적용범위를 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조를 위한 제조공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조를 위한 방사장치 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 합연사, 공기교락 형성을 위한 제조장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조를 위한 방사장치 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 합연사, 공기교락 형성을 위한 제조장치의 모식도이다.
이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 항균, 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조를 위한 제조공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 방사 공정 모식도이다.
본 발명에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사는 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치와 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 함께 익스트루더에 공급하여 압출하면서 스피닝 빔을 경유하여 방사하여 제조된다. 이들을 방사하는 단계에서 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)가 제조되고, 이렇게 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)와 별도로 준비되는 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사를 함께 열처리, 합사 및 공기교락을 형성하여 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 제조한다.
도 1 및 도 2를 참조하면 먼저 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)를 건조한다. 상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake) 건조단계(S10)의 리사이클 폴리에스테르계 플레이크(Flake)는 공지의 제조공정에 따라 폐 PET를 수거하여 이물질 분리하고 습식 분쇄, 분별, 습식 분쇄, 분별을 거쳐 제조된 것을 구입하여 사용한다. 다만, 본 발명에서는 리사이클 폴리에스테르계 플레이크는 IV가 0.70 ~ 0.8 dl/g, 폴리염화비닐(PVC:Polyvinyl Chloride)함량이 10 내지 200ppm 범위이고, 흡습율이 0.4 내지 2 중량% 인 리사이클 폴리에스테르 플레이크을 사용하여, 방사온도를 낮추어 방사함으로써 사절, 품질 불량의 문제를 방지할 수 있고, 팩 여과 조건을 강화하여 방사 시간 경과에 따른 방사 압력 상승을 지연시킬 수 있다.
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)의 건조단계(S10)는 Feeder #1을 통하여 익스트루더(Extruder)에 공급되기 전에 결정화와 제습을 위해서 별도의 건조 시스템(미도시)을 거친 것이다. 건조 시스템은 결정화 건조와 제습건조로 구분되며, 결정화 건조는 방사용 플레이크(Flake)이 서로 융착되어 브릿지를 형성하는 것을 방지하기 위한 것이며, 제습건조는 플레이크(Flake) 내부의 수분을 제거하기 위한 것으로 최종 수분율이 낮을수록 방사 공정의 불량이 감소되고, 리사이클 폴리에스테르사의 물성이 향상된다.
상기 결정화건조는 80~130℃ 온도 범위에서 온도 구간별로 시간을 달리하여 총 5.0~7.0시간의 건조가 진행하며, 제습건조는 120~130℃의 온도에서 30분~2시간 진행하며 최종 수분율은 100ppm 이하가 되도록 한다.
한편으로 별도의 장치에서 항균 폴리에스테르 마스터배치를 제조한다. 항균 폴리에스테르 마스터배치는 일반적으로 섬유에 항균 효과를 부여하기 위해서 사용되는 유무기 항균제를 신재 폴리에스테르 수지에 일정 비율로 함유하도록 혼입하여 용융 압출장치에서 스트랜드(strand) 형태로 수중으로 압출하면서 고화시켜 일정한 길이로 절단하여 제조한다. 이러한 항균 기능성 폴리에스테르 마스터배치를 제조하는 공정은 공지의 방법에 따른다. 다만, 본 발명에서는 은(Ag)이 담지된 제올라이트 항균제를 일정한 비율로 혼합하여 항균 기능성 폴리에스테르 마스터 배치를 제조한다.
이 때 함유되는 항균제의 함량은 마스터배치 전체 100 중량부에 대하여 은(Ag)이 담지된 제올라이트 항균제 10 ~ 30 중량부, 잔부는 신재 폴리에스테르 수지로 구성된다.
리사이클 폴리에스테르와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계(S20)에서 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치와 상기 리사이클 폴리에스테르계 수지를 각각의 공급장치 Feeder #1, #2에 준비하여 압출장치인 Extruder에 공급하게 된다. 이때 Feeder #1(Main Feeder)에서 공급되는 리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)와 Feeder #2(Side Feeder)에서 공급되는 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치는 일정한 중량비로 혼합되면서 압출장치인 Extruder에 공급된다. 최종 항균기능성 리사이클 폴리에스테르사는 항균 성분의 함량이 1.0 내지 ~ 3.0 중량%가 포함되도록 조절한다. 항균성 향상을 위해 기능 성분의 함량을 높이는 것이 유리하나, 기능성분의 전체 함량 3.0 중량%을 초과하게 되면, 사절, 물성 저하의 문제가 발생되므로, 항균 성능 발휘할 수 있는 최저 수준이 1.0 중량% 이상의 항균제가 함유되도록 한다.
방사단계(S20)의 익스트루더는 폴리에스테르계 수지의 이동 경로에 따라 용융구역(Melting zone)이 #1, #2, #3, #4로 구분되며 각 구역은 각각의 온도로 제어되어야 한다. 본 발명에서 각 구역은 280~300℃의 온도로 설정되어 일반적인 폴리에스테르의 방사 용융온도인 285~320℃보다 낮은 온도로 설정 가능하다. 이는 본 발명에서 사용하는 리사이클 폴리에스테르계수지는 고유점도가 0.70~0.80 dl/g이고, 용융온도가 250~259℃로서 신재 폴리에스테르의 고유점도 및 용융온도보다 낮기 때문에 가능한 것으로 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르사의 기계적 물성에도 영향을 미친다.
상기 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY) 제조단계(S30)는 익스트루터에서 용융된 방사원액이 방사장치(Spinning beam)을 통해 방사되어 제조되는 것으로, 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)는 중공사의 방사를 위해 설계된 방사구금(spinneret)을 통하여 방사온도 280~285℃, 급냉온도(Quenching Temp) 20~25℃로 방사되고 Godet Roller 1과 Godet Roller 2 사이에서 일정한 연신비로 연신되면서 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)로 제조된다. 이렇게 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)는 권취속도 2,900~3,3000m/min의 조건으로 권취된다(S40).
이후 단계에서 항균 기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY)는 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와 합연사장치에서 합연사 공정을 거쳐 복합사로 제조된다.(S50)
한편으로 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사는 서로 점도가 다른 리사이클 폴리에스테르 수지를 사이드-바이-사이드(side-by-side)형 방사 노즐에서 방사하여 준비된 것을 사용한다. 고점도 폴리에스테르와 저점도 폴리에스테르의 두 폴리머의 고유점도 차이가 클수록 수축차이에 의한 권축 발현 효과가 크므로 높은 신축성을 나타낸다.
도 3에 따르면, 상기 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사의 합연사단계(S50)는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)(10)가 크릴에 적재되어 준비된 다음, 제1롤러(30)를 거쳐 비접촉식 히터 (40)에 직접 공급된다. 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사(20)는 크릴에서 Nip Roller를 거쳐 비접촉식 히터(40)로 공급된다. 각각 공급되는 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르사(POY)는 비접촉식 히터(40)에서 120~130℃의 온도로 열처리되어 제2롤러(50)로 공급된다.
상기 제2롤러(50)을 통과한 각각의 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)(10)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사(20)는 에어노즐(60)에서 공기 교락을 통해 합사되게 된다. 이때 공기교락에 사용되는 에어노즐(60)에서는 1.2 ~3.5 kg/m2 이내의 압력으로 에어를 공급하여 공기교락을 부여하며, 에어노즐의 공기 토출구의 직경은 1.0~1.6mm이다. 사용되는 에어노즐(60)은 스마트 에어노즐과 텐덤(Tandem) 에어노즐을 중에서 선택될 수 있으며, 텐덤(Tandem)형은 노즐에서 에어가 토출되는 홀(hole)이 사도 상에 2개 이상이 형성된 것으로 공기교락의 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며 인버터를 도입하여 균일한 압력의 에어를 공급하여 혼섬도를 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.
기존 에어노즐은 컴프레셔의 에어를 통해서 일정한 Hole에 공기가 나오는 방식이라면 스마트 노즐은 전기적인 신호를 통하여 에어를 균일하게 제어함으로써 Hole에서 토출되는 에어 편차 발생을 줄일 수 있기 때문에 Nip Density를 균일하게 제어할 수 있고 혼섬도를 극대화할 수 있는 장점이 있다.
항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 권취단계(S60)는 공기교락이 형성된 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사를 450~750 m/min의 권취속도로 권취하는 단계이다. 이렇게 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사는 최종섬도는 150~200 De'이고, 강도는 2.5~3.0 g/De', 신도는 15.0~25.0%를 가지게 된다.
본 발명의 상기 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 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 원단을 100~130℃에서 2~5시간 동안 고온 고압 래피드 염색기에서 염색하는 통상적인 일욕염색법을 적용하여 의류용 원단으로 제조할 수 있다.
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 수지의 건조단계
리사이클 폴리에스테르 플레이크(Flake)는 고유점도가 0.70~0.80 dl/g이고, 폴리염화비닐(PVC:Polyvinyl Chloride)함량이 10~200ppm, 흡습율이 0.4~2 중량%, 용융온도가 250~259℃인 것을 사용하였고, 방사공정에 투입하기 전에 건조 시스템은 결정화 건조와 제습건조를 실시예 1-1 내지 1-3의 조건으로 건조를 수행하였다. 결정화건조는 80~130℃의 온도 구간에서 각각 설정된 시간으로 결정화 건조를 수행하였고, 제습건조는 130℃ 온도에서 30분간 수행하였다.
[표 1]
결정화 건조의 각 온도 구간에서 처리되는 시간에 따라 최종 수분율과 칩(chip)사이의 융착 여부가 다르게 나타났으며, 수분율 및 브릿지 발생을 비교할 때 실시예 1-3에서 가장 낮은 수분율을 달성하면서도 융착에 의한 브릿지 발생이 일어나지 않았다.
<
실시예
2> 항균 기능성 폴리에스테르 마스터배치 제조단계
항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 제조단계는 마스터배치 전체 100 중량부에 대하여 은(Ag)이 담지된 제올라이트 항균제 8 ~ 30 중량부, 잔부는 신재 폴리에스테르 수지를 혼합하여 압출기에서 수중으로 압출하여 제조하였다. 압출되면서 고화된 스트랜드 형태의 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치를 일정한 길이로 절단하여 항균 기능성 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다.
중량비로 은(Ag)을 담지한 제올라이트 20 중량부 및 신재 폴리에스테르 80 중량부로 제조하였으며, 이렇게 제조된 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치와 리사이클 폴리에스테르의 함량을 각각 아래 표와 같이 조절하여 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르를 제조하여 항균성과 작업성을 각각 비교하였다.
[표 2]
항균성은 황색포도상 구균, 대장균에 대하여 KS K 0698의 규격에 따라 항균성을 측정하였다. 항균성의 향상을 위해서는 항균제를 많이 넣는 것이 유리하나 방사 작업성, 섬유원사의 품질을 고려할 때 실시예 2-1의 조건이 가장 적절한 것으로 판단하였다.
<
실시예
3> 리사이클 폴리에스테르와 항균 기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계
리사이클 폴리에스테르계수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치(기능성분 함량 20 중량%)를 중량비로 19:1로 각각의 공급장치 Feeder #1(Main Feeder), Feeder #2(Side Feeder)에서 익스트루더(Extruder)에 공급하여 하여 방사하였으며 최종적으로 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)의 항균성분의 함량이 1.0 중량%가 되도록 조절하였다.
Feeding Zone 온도조건과 용융구역(Melting zone)을 #1, #2, #3, #4로 구분되며 각 구역의 온도는 표 3과 같은 조건으로 조절하여 방사를 수행하였다.
<
실시예
4> 항균기능성
중공단면
리사이클 폴리에스테르
부분배향사
(
POY
) 제조단계
상기 실시예 3의 복합방사 단계에서 용융된 폴리머를 중공사용 방사구금(spinneret)을 통하여 방사온도 275~290℃, 급냉온도(Quenching Temp) 20~25℃, 권취속도 2,900~3,3000m/min의 조건으로 아래와 같이 조절하여 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분배향사(POY)를 제조하였다.
[표 3]
상기 조건으로 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르사(POY)는 최종 105±2.5De' 범위의 섬도를 가지며, 생산 공정에서 단사절, 약사, 외관 불량, 모우, 루프 등의 불량발생을 비교할 때 실시예 3-2에 따른 공정조건에서 가장 양호하였다.
<
실시예
5> 항균기능성
중공단면
리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조(S50)
도 3의 복합사 제조장치에서 실시예 4에 따른 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 105De'(10)와, 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사 80De'(20)를 각각 준비하여, 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(10)는 크릴에 적재되어 준비된 다음 제1롤러(30)를 경유하여 비접촉식 히터(40)을 경유하여 제2롤러(50)에 공급하고, 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사(20)는 크릴에서 Nip Roller를 거쳐 직접 비접촉식 히터(40)을에서 열처리되어 제2롤러(50)로 공급된다. 각각의 원사는 비접촉식 히터에서 120~130℃의 온도로 열처리되어 제2롤러(50)로 공급된다.
제2롤러(50)와 권취롤러 사이의 사도에서 원사 장력이 감소되는 리버스 오버피드(Reverse Overfeed) 효과가 발생되도로 권취롤러의 속도를 상대적으로 낮게 하였으며, 각각의 원사는 에어노즐(60)에서 0.5~2.0 kg/m2, 2.0~3.5 kg/m2 및 3.5 ~5.0 kg/m2의 범위로 공급되는 에어압력을 구분하여 공기교락을 부여하였으며, 사용되는 에어노즐(60)은 일반 에어노즐(텐덤형 노즐)과 스마트 에어노즐(Smart air nozzle)을 이용하였다.
외관평가는 1m당 혼섬 횟수를 측정하여 불량 1점 ~ 양호 5점의 점수를 부여하였으며, 작업성은 공정중 단사, 사도이탈 등을 측정하여 불량 1점 ~ 양호 5점의 점수를 부여하였다. 외관 평가, 모우, 루프 발생을 종합적으로 고려할 때 일반형 노즐과 스마트 노즐에서 수치상 차이는 크지 않은 것으로 확인되었다.
그렇지만, 에어노즐에 공급되는 압력이 2.0~3.5 kg/m2의 범위일 때 외관, 작업성, 혼성도, 모우/루프의 발생면에서 상대적으로 가장 우수한 것으로 나타났다.
상기 합연사 및 공기교락이 형성된 항균 기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 복합사를 405~750m/min의 속도로 권취하여 복합사의 제조공정이 완성된다.
이와 같이 공정 조건으로 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사는 두 소재의 수축특성 차이가 다르므로 염색가공 후에 원단상에서 심사는 벌키성, 보온성이 우수하고 Touch가 부드럽게 발현된다.
<
실시예
6> 항균기능성
중공단면
리사이클 폴리에스테르
연신사
(
FDY
) 제조 및
복합사제조단계
(S41, S51, S61)
상기 실시예 4의 방사 단계에서 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)(10)를 도 3의 장치에서 제1롤러(30)과 제2롤러(50) 사이의 선속도 차이에 따른 연신비를 부여하는 것으로 연신비를 1.0 내지 1.6 범위에서 각각 조절하여 처리하여 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 연신사(FDY)를 제조하였다. 상기 조건으로 제조되는 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 연신사(FDY)는 최종 75±2.5De' 범위의 섬도를 가지게 되며 이렇게 연신비가 부여되면서 동시에 비접촉식 히터(40)을 통과하면서 열처리가 수행된다. 이와 동시에, 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사(20)는 크릴에서 Nip Roller를 거쳐 직접 비접촉식 히터(40)에서 열처리되어 제2롤러(50)로 공급된다. 각각의 원사는 비접촉식 히터(40)에서 120~130℃의 온도로 열처리되어 제2롤러(50)로 공급된다.
이와 같이 생산되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 생산 공정에서 단사절, 약사, 외관 불량, 모우, 루프 등의 불량발생을 비교할 때 연신비 1.4의 공정조건에서 가장 양호하였다.
그 이외의 제조장치의 구성 및 사도는 실시예 5와 동일하나 공기교락을 위한 에어노즐(60)의 에어 압력은 1.2~3.5 kg/m2 의 범위에서 처리하였다.
10: 심사
20 : 효과사
30 : 제1롤러
40 : 비접촉식 히터
50 : 제2롤러
60 : 에어노즐
70 : 권취롤러
20 : 효과사
30 : 제1롤러
40 : 비접촉식 히터
50 : 제2롤러
60 : 에어노즐
70 : 권취롤러
Claims (6)
- 리사이클 폴리에스테르 플레이크 건조단계;
리사이클 폴리에스테르 수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계;
항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY) 제조단계;
항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)의 권취단계; 및
상기 항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 부분연신사(POY)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와의 합연사단계; 및
항균기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 권취단계로 구성되고,
상기 리사이클 폴리에스테르 플레이크 건조단계는,
IV가 0.70 ~ 0.8 dl/g, 폴리염화비닐(PVC:Polyvinyl Chloride)함량이 10 내지 200ppm 범위이고, 흡습율이 0.4 내지 2 중량% 인 리사이클 폴리에스테르 플레이크를 드라이어에서 결정화 건조로 80℃에서 120분, 90℃에서 60분, 100℃에서 60분, 120℃에서 60분, 130℃ 45분간 순차적으로 수행하고, 130℃에서 30분간 제습건조를 수행하여 최종 수분율이 100ppm이하인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 리사이클 폴리에스테르 수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치 방사단계는 리사이클 폴리에스테르 수지와 항균기능성 폴리에스테르 마스터배치의 함량이 중량비로 19 : 1 ~ 3 이고, 익스트루더의 용융온도는 280 ~ 300℃인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분연신사(POY) 제조단계는 방사온도 270~290℃, 권취속도 2,900 ~ 3,300 m/min인 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법. - 제1항에 있어서,
항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY) 제조단계 이후에,
항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 부분배향사(POY)의 연신(Drawing)단계;
항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 배향사(FDY)와 리사이클 폴리에스테르계 잠재권축사와 합연사하는 단계; 및
항균기능성 리사이클 중공단면 폴리에스테르 복합사의 권취단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사의 제조방법. - 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 항균 기능성 중공단면 리사이클 폴리에스테르 복합사.
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| KR20170051584A (ko) * | 2015-10-29 | 2017-05-12 | 주식회사 휴비스 | 신축성과 보온성이 우수한 폴리에스테르 복합사 및 그 제조방법 |
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