KR200411401Y1

KR200411401Y1 - 재생 폴리에스테르 복합섬유

Info

Publication number: KR200411401Y1
Application number: KR2020060000160U
Authority: KR
Inventors: 박경택
Original assignee: 박경택
Priority date: 2006-01-03
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2006-03-14

Abstract

본 고안의 재생 폴리에스테르 복합섬유는 2종의 폴리에스테르 폐물로 이루어지며, 이 중 섬유 색의 백도(L값)가 낮은 쪽이 심부(芯部: A)가 되고, 백도(L값)가 높은 쪽이 외장부(外裝部: B)가 되도록 복합방사되고, 그 단면구조상 상기 외장부(B)가 상기 심부(A)를 원형 형상으로 완전히 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 심부(A)와 상기 외장부(B)가 극한점도에 있어서 적어도 0.05~0.35의 차가 있고, 경우에 따라 상기 심부(A)의 내부에 대공(C)이 형성되어 있으며 또 상기 심부(A)와 외장부(B)의 경계면에 다수의 소공(D)이 구비되어 있다.

본 고안에 따른 재생 폴리에스테르 복합섬유는 중합공정을 거치지 않고 폐물을 사용하므로 자원의 재활용과 더불어 제품단가가 매우 저렴하며, 가볍고 벌키성과 복원력이 우수한 특성으로 매트리스, 의복류의 충전재 및 공기 필터, 그리고 간척사업의 침하방지용 필터 따위에 최적으로 적용될 수 있다.

芯部, 外裝部, bulky, 復元力, crimp, 再生纖維, 큐션성

Description

재생 폴리에스테르 복합섬유{recycled polyester conjugate fiber}

도 1은 본 고안에 따른 재생 폴리에스테르 복합섬유의 대표적 일례를 나타내는 도면으로서,

도 1a는 단면 구조를 보여주는 확대 횡단면도,

도 1b는 길이방향 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 재생 폴리에스테르 복합섬유의 다른 예를 나타내는 도면으로서,

도 2a는 단면 구조를 보여주는 확대 횡단면도,

도 2b는 섬유 내부에 수개의 중공이 형성된 구조를 보여주는 길이방향 단면도,

도 3은 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서,

도 3a는 단면 구조를 보여주는 확대 횡단면도,

도 3b는 섬유 전체 길이를 따라서 커얼(curl)이 형성된 구조를 확대하여 보여주는 길이방향 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 심부(芯部)

B : 외장부(外裝部)

C : 대공(大孔)

D : 소공(小孔)

본 고안은 재생 폴리에스테르 복합섬유에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate: PET)의 산업 및 생활 폐기물로부터 회수한 재생 폴리에스테르 복합섬유에 대한 것이다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 폴리에스테르는 고융점이고 내약품성이 있으며 저렴하므로 섬유는 물론 필름 성형품 등으로 폭넓게 사용되고 있다.

이들 폴리에스테르 제품은 사용 후 폐기처분되고 있으나 연소될 경우 고열이 발생하는 등 사용 후의 폐기물과 설물(屑物)(이하‘폐물’이라 함)의 처리시 환경오염을 유발하므로 그 처리에 많은 애로를 겪고 있다.

그래서 폴리에스테르 제품의 폐물을 재생할 수 있는 방안이 대두되고 있으며, 재생할 경우 환경오염방지는 물론이고 자원절약의 이중 효과를 얻을 수 있어서 적극 장려되고 있다. 실제로 폴리에스테르 페트병 등의 폐물로부터 재생된 스테이플 파이버(staple fiber)는 면(綿)이나 양모(羊毛)섬유와의 혼방에 사용되고 있으며, 또 인형, 베개, 매트리스 등의 충전재(充塡材)로 재활용되고 있고, 비닐하우스 보온덮개 따위의 보온재용 부직포(不織布)와 공기나 물의 정화용 필터, 그리고 간척사업시 침하방지에 적용되는 토목공사용 필터의 제조에도 적용되고 있다.

특히 충전용이나 보온용으로 사용되기 위해 제조된 폴리에스테르 스테이플 파이버에는 벌키성과 복원력이 필수적으로 요구된다. 예컨대 베개, 매트리스, 쇼파 등의 충전재로의 적용시 위의 물성이 부족하면 딱딱하고 납작하게 눌러져서 그 역할을 할 수 없게 되므로 권축(crimp)공정과 열고정(heat-setting)공정을 거쳐서 섬유에 강한 권축을 부여하여 벌키성과 복원력을 높이고 있다.

한편, 위와 같은 별도의 공정 절차를 거치지 않고도 인장도가 다른 2가지의 원료를 일정 비율로 복합 방사하고 연신함으로써 그 인장도의 차이를 이용하여 섬유의 전 길이에 걸쳐 내부구조에 의한 코일 또는 나선형 등의 영구적인 권축(crimp)을 부여하는 콘주게이트 섬유라고 하는 복합섬유는 벌키성, 복원력, 신축성, 탄력성 및 부피감이 매우 풍부하다. 그러나, 신규물질의 복합섬유는 극한점도가 서로 다른 두 가지 원료를 얻기 위해서 필히 중합시설을 요구하며 중합설비를 하려면 엄청난 시설비가 들어서 중소기업에서는 생산이 불가능하고, 실제적으로 저가의 충전재나 보온재용으로는 단가 면에서 맞질 않아 실용성이 없었다.

본 고안은 폴리에스테르 폐물을 저가의 충전재 및 보온재 등으로 재활용하고자 의도된 것으로, 중합공정을 요구함이 없이 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 특수 구조의 재생 폴리에스테르 복합섬유를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉 본 고안에서는 2종의 폴리에스테르 폐물의 색도와 극한점도에서의 차이를 이용하여 특수한 구조로 형성함으로써, 중심에 저급의 폴리에스테르 폐물을 사용하더라도 원하는 물성을 지닌 재생 폴리에스테르 제품을 얻을 수 있으며, 중합공정을 거치지 않고도 신축성, 탄력성 및 부피감이 뛰어나며 가볍고 저렴하게 제조될 수 있는 것을 주 특징으로 한다.

본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유는, 2종의 폴리에스테르 폐물을 섬유 색의 백도(L값)가 높은 쪽이 외장부(sheath portion)가 되고 백도(L값)가 낮은 쪽이 심부(core portion)가 되도록 복합방사됨으로써, 그 횡단면의 구조상 상기 외장부가 상기 심부를 완전히 둘러싸는 원형 형상의 심부-외장부의 형태로 이루어지며, 상기 심부와 외장부는 극한점도에 있어 적어도 0.05~0.35의 차가 있으며, 중합공정을 거치지 않고도 벌키성 및 복원력이 우수하고, 타 섬유와의 부피비 기준으로 대비할 때 중량이 가벼운 것이 특징이다.

상기 심부는 외장부의 중심 또는 일 측으로 기울어지도록 형성될 수 있으며, 또 필요에 따라 상기 심부의 중간과 심부와 외장부와의 경계면에 공동을 구비하여 섬유 총 중량을 대폭 줄일 수 있고 특히 재료절감을 이룰 수 있어서 완제품 단가를 크게 낮출 수 있도록 구성될 수 있다.

게다가, 상기 외장부에 일정 색상의 안료를 투입하는 대신, 흔히 은나노입자(silver nano-particle)라고 불리는 가늘고 고운 은미립자(銀微粒子)가 균일하게 첨가될 경우 본 고안에 따른 재생 폴리에스테르 복합섬유는 전체적으로 은색을 띄어 외관이 미려하게 됨과 동시에 은미립자에 의한 음이온 발생과 살균 및 항균작 용, 그리고 탈취작용과 함께 전자파 차단효과도 나타내므로 인체 건강을 증진시키는 부가작용을 얻을 수 있다.

상기 심부와 외장부의 극한점도 차가 상기 하한인 0.05보다 적으면 원하는 수준의 물성을 얻을 수가 없고 또 상기 상한을 초과할 경우 재료 선정과 작업에 어려움이 있으므로, 상기 심부 및 외장부의 2종 폴리에스테르 폐물의 극한점도는 상기 범위 내의 차이가 있는 것을 사용하여야 원하는 벌키성과 큐션성이 적당한 제품을 얻을 수 있다.

상기 L값은 폴리에스테르 폐물의 색의 백도(白度)를 나타내는 지표로서, 색채색차계(色彩色差計)로 측정하였을 때 그 값이 대략 85미만이면 흑미(黑味)가 가미된 것으로 상급 이상의 경우 상기 L값은 85이상이 된다.

상기 폴리에스테르 폐물에는 중합 벌크(bulk), 방사 설물, 연신 또는 미연신 설물, 제직 설물, 페트용기류, 필름폐기물, 타이어코드사폐기물 등이 있다. 이들은 채취시기나 업체, 가공방식 또는 회수방법에 따라 극한점도, 백도, 결정화도 등에 있어 다소 차이가 있으나, 대략적으로 불량 칩, 중합 벌크(bulk), 방사 설물의 재생 칩(chip) 등과 가공 오일이 묻어 있지 않는 것들은 최상급으로 백도(L값)가 높으며 이들의 극한점도는 약 0.50~0.60이 되고; 연신 또는 미연신 설물 재생 칩, 제직설물 재생 칩과 같이 세척 후에도 미량의 가공오일 등의 이물질이 혼재되어 있는 것은 상기 최상급 보다는 백도(L값)가 다소 낮으므로 상급 및 중급으로 분류되며 폐물의 단가 또한 약간 저렴하고 이들의 극한점도는 상기 최상급의 것과 대동소이하다. 이와는 달리 상급 및 중급에 해당하는 폐물로서 페트 용기류, 필름류, 타이 어코드사 등은, 상기 상급 및 중급의 연신/미연신, 또는 제직설물 재생 칩 등과 백도(L값)는 유사하나 극한점도는 약 0.60~0.83정도로 높다. 그리고 최저급의 폐물로는 초록색이나 갈색의 유색 페트 용기류와 복합사 폐물 등을 들 수 있으며 이들은 상기 상급 및 저급보다 백도(L값)가 더 낮고 극한점도는 동일하거나 조금 높을 수도 있다.

또한 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유는 극한점도의 차가 적어도 0.05~0.35 범위 내이고 백도가 다른 두 개 선별된 폴리에스테르폐물을 각기 세척하고 성형하거나 원하는 크기로 잘게 분쇄하여 재생 칩으로 형성하고, 각기 형성된 상기 재생 칩을 각각의 용융압출용 호퍼에 투입 및 압출하고, 각각의 용융 압출물을 일정량의 비율로 분리한 후, 두 종류의 압출물을 동시에 한 방사구를 통하여 방사하여 심부와 외장부의 2개 층이 접합된 필라멘트를 형성하고, 연신한 다음 유제처리 및 열 고정공정을 거친 다음 일정 길이로 절단되는 공정을 거침으로써 제조된다.

또한 특별히 높은 벌키도(bulkiness)를 원할 경우 별도의 권축(捲縮)공정을 통하여 소정 형태의 크림프(crimp)를 부여할 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 재생 폴리에스테르 복합섬유의 구조를 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 재생 폴리에스테르 복합섬유는 2종 폴리에스테르 폐물의 복합방사에 의하여 중간에 원형의 심부(A)가 있고 그 주위를 외장부(B)가 둘러싸는 원형 형상의 심부(A)-외장부(B)의 이중 구조로 형성 된다.

상기 심부(A)는 2종의 폴리에스테르 폐물 중 섬유 색의 백도(L값)가 낮은 것으로 형성되며, 상기 외장부(B)는 폴리에스테르 폐물 중 백도(L값)가 높은 폴리에스테르 폐물로 이루어진다.

이러한 이중구조에 의하여, 상기 심부(A)에 아주 저급의 폴리에스테르 폐물을 적용하더라도 최종 완제품의 외관에는 영향을 주지 않는다.

상기 심부는 도 1a 및 도 1b에서와 같이 상기 외장부(B)의 정 중앙에 형성될 수도 있고 도 3a 및 도 3b에서와 같이 일 측으로 치우쳐 형성될 수도 있다. 도 1a의 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 섬유 전체 길이방향에 걸쳐 표면이 균일하게 형성되지만, 도 3a의 경우에는 그 도 3b에 도시된 바와 같이 최종 형성된 재생 폴리에스테르 복합섬유는 외장부(B)가 심부(A)보다 더 많이 늘어나서 커얼을 형성하게 된다. 그러므로, 도 3a에 도시된 재생폴리에스테르 복합섬유는 상당히 큰 신축성 및 복원력을 구비하게 된다.

또 도 2에 도시된 재생 폴리에스테르 복합섬유는 심부(A)의 중앙에 대공(C)을 구비하고 심부(A)와 외장부(B)의 경계면에는 상기 대공(C)보다 직경이 작은 수개의 소공(D)을 구비하도록 구성된 것으로, 중량이 매우 가볍고 보온력이 뛰어나며, 무엇보다도 원료가 적게 들므로 완제품 생산시 단가를 크게 낮출 수 있어서 매우 실용적이다.

상기 소공(D)은 보통 6-8개 정도 구비될 수 있으며, 필요에 따라 소공(D)의 크기 및 개수는 적의 형성될 수 있다.

이와 같이 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르복합섬유는 원형 형상의 심부(A)와 외장부(B)의 복합구조로 이루어지고 또 심부(A)와 외장부(B)의 극한점도가 적어도 0.05~0.35 범위내의 차가 있도록 구비되므로, 이들의 연신차이에 의하여 잠재 권축성을 갖고 있으며 벌키성이 우수하다.

또한, 극한점도가 다른 두 개의 폴리에스테르 폐물은 동일 종류 또는 다른 종류의 것일 수도 있다. 동일 종류의 것을 사용할 때 극한점도를 달리하는 방법으로는 상기 방사공정 중 형성된 동일 종류의 재생 칩을 건조 정도를 달리하여 극한점도에 차이가 있도록 하거나, 또는 형성된 재생 칩을 저장탱크에 투입하고 밀폐시킨 상태에서 2-8시간 동안 가열하면서 산소에 의한 탄화방지를 위하여 진공 또는 질소 분위기 하에서 교반하면서 방치하여 극한점도를 높인 것과 높이지 않은 것을 함께 사용하는 것을 예로 들 수 있다. 이 때 가열온도는 극한점도에 의해 중합체의 융점이 달라지므로 폐물의 종류에 따라 120~160℃온도 범위 내에서 가열 유지된다. 또 압출공정에서 어느 한 쪽의 압출 실린더의 온도를 대략 평균값인 250℃의 5~10％범위 내에서 높여 주거나, 또는 어느 한 쪽의 온도는 낮춰주고 다른 한 쪽의 온도는 높여서 양쪽 압출 실린더의 온도를 상기 범위 내로 차이를 줌으로써 양자 연신 비율에 차가 있도록 유도할 수 있다.

이상과 같이 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유에 의하면, 백도가 높은 질이 좋은 폴리에스테르 폐물이 외장부를 형성하고 있고 백도가 낮은 저질의 폴리에스테르 폐물이 심부를 형성하고 있으므로, 외장부에만 고급 폴리에스테르 폐 물을 적용하여도 원하는 품질의 최종 제품을 얻을 수 있어서 원료비를 줄일 수 있으므로, 결과적으로 완제품 단가를 현격히 낮출 수 있다.

또한 중합공정을 거치지 않고도 복원력과 벌키성이 우수한 폴리에스테르 복합섬유의 형성이 가능하고, 부피비 기준으로 중량이 가벼워 저가의 충전재 및 보온재용으로 최적으로 활용될 수 있다.

게다가, 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유에서는 외장부에 은미립자를 분포시켜 항균 기능과 전자파 차단 기능을 보유하도록 함으로써 인체에 유익한 건강 증진 효과를 발휘할 수 있다.

무엇보다도, 본 고안에 의한 재생 폴리에스테르 복합섬유는 폴리에스테르 제품의 폐물을 이용하므로 폴리에스테르 폐물의 폐기 처리시 발생되는 환경오염을 방지할 수 있으며, 또 간단한 설비로 제조될 수 있는 이점이 있다.

Claims

2종의 폴리에스테르 폐물을 이용하여 색의 백도(L값)가 낮은 폴리에스테르 폐물이 심부(A)가 되고, 백도(L값)가 높은 폴리에스테르 폐물이 외장부(B)가 되도록 복합방사되며, 단면 구조상 상기 외장부(B)가 상기 심부(A)를 완전히 둘러싸고 있는 원형 형상으로 이루어지며;

상기 심부(A)의 폴리에스테르 폐물과 상기 외장부(B)의 폴리에스테르 폐물의 극한점도 차이가 적어도 0.05~0.35 범위 내인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 복합섬유.
제 1항에 있어서, 상기 심부(A)가 상기 외장부(B)의 중심에 형성되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 복합섬유.
제 2항에 있어서, 상기 심부(A)의 내부 중심에 대공(C)이 형성되어 있으며, 상기 심부(A)와 상기 외장부(B)의 경계면에 수개의 소공(D)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 복합섬유.
제 1항에 있어서, 상기 심부(A)가 상기 외장부(B)의 일 측으로 치우쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 복합섬유.
제 1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 외장부(B)에 은미립자가 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 재생 폴리에스테르 복합섬유.