KR20170066661A - 벌크형 연속 필라멘트를 제조하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

벌크형 연속 필라멘트를 제조하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20170066661A
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모호크 인더스트리스, 인코포레이티드
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Abstract

다양한 실시예들에서 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법은: (A) 재생 PET 병들을 한 그룹의 단편들로 연마하는 단계; (B) 상기 단편들을 세척하는 단계; (C) 상기 단편들의 그룹으로부터 불순물 단편들을 포함하는 불순물들을 식별하고 제거하는 단계; (D) 상기 단편들을 PET 결정기를 통과시키는 단계; (E) MRS 압출기의 MRS 부분 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 유지하면서, 상기 단편들을 상기 MRS 압출기를 통과시키는 단계; (F) 결과적 중합체 용융물을 약 50 마이크로미터 미만의 마이크로미터 등급을 갖는 적어도 하나의 필터를 통해서 통과시키는 단계; 그리고 (G) 본질적으로 재생 PET로 이루어지는 재생 중합체를 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함한다.

Description

벌크형 연속 필라멘트를 제조하기 위한 방법 및 시스템{SYSTEMS AND METHODS FOR MANUFACTURING BULKED CONTINUOUS FILAMENT}
본원은 벌크형 연속 필라멘트를 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
순수 정련 PET 중합체(pure virgin PET polymer)는 재생 PET 중합체보다 더욱 고가이고, 재생 중합체를 사용하는 것과 연계된 환경적 장점으로 인하여, 100% 재생 PET 중합체[예를 들어, 소비자 사용후의 PET 병(post-consumer PET bottle)으로부터의 PET 중합체]로부터 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 종래의 벌크형 연속 필라멘트를 제조하기 위한 방법 및 시스템을 개선하는 것이다.
다양한 실시예들에 따른, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법은: (A) PET 결정기를 제공하는 단계; (B) 재생 PET의 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계; (C) 상기 복수의 단편들을 중합체 용융물로 적어도 부분적으로 용융시키는 단계; (D) 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계로서, (i) 제 1 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 1 위성 스크류를 포함하는 제 1 위성 스크류 압출기; (ii) 제 2 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 2 위성 스크류를 포함하는 제 2 위성 스크류 압출기; 및 (iii) 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 유지하도록 구성된 압력 조절 시스템을 포함하는, 상기 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 방법은: (A) 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 감소시키기 위해 상기 압력 조절 시스템을 사용하는 단계; (B) 상기 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 유지하는 동안, (1) 상기 중합체 용융물의 제 1 부분이 상기 제 1 위성 스크류 압출기를 통과하고, 그리고 (2) 상기 중합체 용융물의 제 2 부분이 상기 제 2 위성 스크류 압출기를 통과하도록, 상기 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 단계; 그리고 (C) 상기 재생 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 재생 중합체를 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
특정 실시예에서, 카펫 필라멘트의 제조 방법은: (A) 복수의 재생 PET 병들을 한 그룹의 중합체 단편들로 연마하는 단계; (B) 상기 단편들의 표면으로부터 하나 이상의 오염물들의 적어도 일 부분을 제거하도록 상기 그룹의 중합체 단편들을 세척하는 단계로서, 상기 그룹의 중합체 단편들은 본질적으로 PET로 이루어지는 제 1 복수의 단편들 및 본질적으로 PET로 이루어지지 않은 제 2 복수의 단편들을 포함하는, 상기 그룹의 중합체 단편들을 세척하는 단계; (C) 상기 제 1 복수의 단편들을 세척하는 단계 이후에, (i) 상기 제 2 복수의 단편들을 식별하기 위하여 상기 세척된 그룹의 단편들을 스캐닝하는 단계, (ii) 상기 제 1 복수의 단편들로부터 상기 제 2 복수의 단편들을 분리시키는 단계; (D) PET 결정기를 제공하는 단계; (E) 상기 제 2 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계; (F) 중합체 용융물을 제조하기 위하여 상기 제 2 복수의 단편들을 용융시키는 단계; (G) 복수의 상이한 압출 스트림들에서 물질을 압출하는 압출기를 제공하는 단계; (H) 상기 압출기 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 25 mbar 사이로 감소시키는 단계; (I) 상기 압출기 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 25 mbar 사이로 유지하는 동안, 상기 중합체 용융물이 약 0 mbar 내지 약 25 mbar 사이의 압력을 각각 갖는 복수의 압출 스트림들로 분할되도록, 상기 중합체 용융물을 상기 압출기를 통과시키는 단계; (J) 상기 중합체 용융물을 상기 압출기를 통과시키는 단계 이후에, 적어도 하나의 필터를 통해서 상기 중합체 용융물을 여과시키는 단계; (K) 상기 중합체 용융물을 상기 필터를 통과시키는 단계 후에, 상기 중합체 용융물을 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함한다.
특정 실시예들에 따른 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법은: (A) PET 결정기를 제공하는 단계로서, (i) 상기 복수의 단편들을 상기 결정기 안으로 공급하도록 구성된 호퍼 스크류; 및 (ii) 상기 복수의 단편들이 상기 결정기를 통과할 때 고온 공기를 상기 복수의 단편들 위로 송풍하도록 구성된 송풍기를 포함하는, 상기 PET 결정기를 제공하는 단계; (B) 본질적으로 PET 단편들로 이루어지는 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계; (C) 상기 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계 후에, 중합체 용융물을 형성하기 위해 상기 복수의 단편들을 용융시키는 단계; (D) 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계로서, (i) 제 1 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 1 위성 스크류를 포함하는 제 1 위성 스크류 압출기; (ii) 제 2 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 2 위성 스크류를 포함하는 제 2 위성 스크류 압출기; 및 (iii) 제 3 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 3 위성 스크류를 포함하는 제 3 위성 스크류 압출기; (iv) 제 4 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 4 위성 스크류를 포함하는 제 4 위성 스크류 압출기; (v) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 유지하도록 구성되는 압력 조절 시스템을 포함하는, 상기 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계; (E) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 감소시키기 위해 상기 압력 조절 시스템을 사용하는 단계; (F) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 상기 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 유지하는 동안, (1) 상기 용융물의 제 1 부분이 상기 제 1 위성 스크류 압출기를 통과하고, (2) 상기 용융물의 제 2 부분이 상기 제 2 위성 스크류 압출기를 통과하고, (3) 상기 용융물의 제 3 부분이 상기 제 3 위성 스크류 압출기를 통과하고, 그리고 (4) 상기 용융물의 제 4 부분이 상기 제 4 위성 스크류 압출기를 통과하도록, 재생 중합체를 포함하는 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 단계; 그리고 (G) 상기 재생 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 재생 중합체 용융물을 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함한다.
반드시 실척된 것은 아닌 첨부된 도면을 참조하여, 하기에 다양한 실시예들을 일반적인 용어로 기술할 것이다.
도 1은 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조하기 위한 특정 실시예에 따른 프로세스 흐름도를 도시한다.
도 2는 도 1의 프로세스에서 사용하기에 적합한 MRS 압출기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 MRS 압출기의 예시적 MRS 섹션의 단면도이다.
도 4는 특정 실시예에 따른 MRS 압출기 및 여과 시스템을 통과하는 중합체 유동을 도시하는 프로세스 흐름도를 도시한다.
도 5는 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조하는 여러 실시예들을 따른 방법의 높은 수준의 플로우 차트이다.
이제 다양한 실시들이 보다 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있고 본 명세서에 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하게 이루어질 수 있고, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하도록 제공된다. 유사 번호는 유사 요소를 지칭한다.
I. 개요
재생 중합체(예를 들어, 재생 PET 중합체)로부터 섬유를 제조하기 위한 신규 프로세스는 하기에 기술된다. 다양한 실시예들에서, 이러한 신규 프로세스는: (1) 재생 중합체로부터 오염물 및 물을 제거할 때 초기 프로세스들보다 더욱 효과적이고 그리고/또는 (2) 중합체가 초기 프로세스들만큼 수차례 용융 및 냉각될 필요가 없다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 개선된 프로세스는 결과적으로 100% 재생 PET 함량(예를 들어, 이전에 사용된 PET 병들로부터 얻어진 PET로부터 100%)으로부터 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조할 때 사용될 수 있는 것보다 충분히 높은 중합체 품질을 갖는 재생 PET 중합체가 얻어지게 한다. 특정 실시예들에서, 재생 PET 중합체는 적어도 약 0.79 dL/g(예를 들어, 약 0.79 dL/g 내지 약 1.00 dL/g)의 고유 점도를 가진다.
II. 더욱 상세한 검토
특정 실시예에 따른 BCF(벌크형 연속 필라멘트) 제조 프로세스는 3개의 단계들 즉. (1) 상기 프로세스에서 사용하기 위해 소비자 사용후의 병들로부터 PET 중합체의 단편들을 준비하는 단계; (2) 상기 단편들을 상기 단편들을 용융시키고 결과적 PET 중합체를 정제시키는 압출기를 통과시키는 단계; 그리고 (3) 상기 중합체를 카펫을 제조할 때 사용하기 위해 필라멘트로 전환하는 방적기 안으로 정제된 중합체를 공급하는 단계로 분할한다. 이들 3개의 단계들은 하기에 더욱 상세하게 기술된다.
단계 1: 소비자 사용후의 병들로부터 PET 중합체의 단편들을 준비하는 단계
특정 실시예에서, 소비자 사용후의 병들로부터 PET 중합체의 단편들을 준비하는 단계는: (A) 소비자 사용후의 PET 병들을 분류하고 상기 병들을 단편들로 연마하는 단계; (B) 상기 단편들을 세척하는 단계; 그리고 (C) 임의의 불순물들 또는 불순물 단편들을 식별하고 제거하는 단계를 포함한다.
A. 소비자 사용후의 PET 병들을 분류하고 상기 병들을 단편들로 연마
특정 실시예들에서, 다양한 재생 설비들로부터 얻어진 얻어진 투명하고 혼합된 채색 재생 소비자 사용후의(예를 들어, "커브사이드") PET 병(또는 다른 컨테이너)은 상기 프로세스에서 사용하기 위해 소비자 사용후의 PET 컨테이너를 제조한다. 다른 실시예들에서, 소비자 사용후의 PET 컨테이너의 소스는 '예치(deposit)' 병[예를 들어, 소비자가 병의 내용물을 소비한 후에 병을 반환할 때 그 가격이 소비자에게 반환되는 예치를 포함하는 PET 병]으로 반환될 수 있다. 커브사이드 또는 반환된 "소비자 사용후의" 또는 "재생" 컨테이너는 작은 수준의 non-PET 오염물을 함유할 수 있다. 컨테이너 내의 오염물은 예를 들어, non-PET 중합 오염물들(예를 들어, PVC, PLA, PP, PE, PS, PA, 등), 금속(예를 들어, 강자성 및 비강자성 금속), 용지, 카드보드, 모래, 유리 또는 재생 PET의 수집 시에 다른 원하지 않는 물질들을 포함할 수 있다. non-PET 오염물들은 예를 들어, 하나 이상의 여러 프로세스들을 통해서 원하는 PET 구성요소들로부터 제거될 수 있다.
특정 실시예들에서, 더욱 작은 구성요소 및 파편(예를 들어, 2인치 초과의 구성요소 및 파편)은 회전 트레멜(trammel)을 통해서 전체 병으로부터 제거된다. 다양한 금속 자석 및 와전류 시스템은 임의의 금속 오염물들을 제거하기 위하여 프로세스 안으로 통합될 수 있다. 오레곤 유진 소재의 Bulk Handling Systems Company의 NRT Multi Sort IR machine 또는 테니스 내쉬빌 소재의 National Recovery Technologies의 Spyder IR machine와 같은 근적외선 광학 분류 장치는 PET 단편들(예를 들어, PVC, PLA, PP, PE, PS, 및 PA)과 혼합될 수 있는 임의의 느슨한 중합 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 추가로, 테니스 내쉬빌 소재의 National Recovery Technologies의 VINYLCYCLE machine와 같은 자동 X-ray 분류 장치는 잔류 PVC 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 채색 물질로부터 투명 물질의 이진 분리(binary segregation)는 카메라 검출 시스템(예를 들어, 테니스 내쉬빌 소재의 National Recovery Technologies의 Multisort ES machine)이 설치된 자동 컬러 분류 설비를 사용하여 달성된다. 다양한 실시예들에서, 수동 분류기는 분류기 및 임의의 채색 병에 의해서 제거되지 않은 오염물들을 제거하기 위하여 온라인 상의 여러 지점들에 배치된다. 특정 실시예들에서, 분류된 물질은 병의 크기를 1/2 인치 미만의 크기로 감소(연마)시키기 위하여 입자화 단계(예를 들어, 위스콘신 뉴 베를린 소재 Cumberland Engineering Corporation의 50B Granulator machine)를 통해서 취해진다. 다양한 실시예들에서, 병 라벨은 세척 프로세스에 들어가기 전에 공기 분리 시스템을 통해 결과적 "더러운 단편"(예를 들어, 입자화 단계 중에 형성된 PET 단편)으로부터 제거된다.
B. 단편들을 세척
특정 실시예들에서, "더러운 단편"은 그 다음 일련의 세척 탱크들 안으로 혼합된다. 세척 프로세스의 일부로서, 다양한 실시예들에서, 액성 밀도 분리는 높은 특정 중력 PET 단편들로부터 [예를 들어, 재생 PET 병들로부터의 잔여물로서 "더러운 단편들"에 제공되는] 올레핀 병 캡들을 분리시키는데 사용된다. 특정 실시예들에서, 단편들은 가열된 부식성 욕조(caustic bath)에서 약 190 ℉로 세척된다. 특정 실시예들에서, 부식성 욕조는 약 0.6 % 내지 약 1.2 %의 수산화 나트륨의 농도로 유지된다. 다양한 실시예에서, 비누 계면 활성제 뿐만 아니라 소포제(defoaming agent)가 예를 들어 단편의 분리 및 세정을 추가로 증가시키기 위해 부식성 욕조에 첨가된다. 이중 린스 시스템은 단편들로부터 부식제를 세척한다.
다양한 실시예에서, 단편은 원심 분리에 의해 탈수된 후 고온 공기로 건조되어 표면 수분을 적어도 실질적으로 제거한다. 결과적 "깨끗한 단편"은 정전기 분리 시스템(예를 들어, 플로리다 잭슨빌 소재의 Carpco, Inc의 정전기 분리기)과 단편 금속 검출 시스템(예를 들어, MSS 금속 분류 시스템)을 통해 처리되어 단편에 잔류하는 임의의 금속 오염물을 추가로 제거한다. 특정 실시예에서, 공기 분리 단계는 세정 단편으로부터 임의의 잔류 라벨을 제거한다. 다양한 실시예에서, 단편은 그 후 단편 내에 남아 있는 임의의 잔류하는 컬러 오염 물질을 제거하기 위해 단편 컬러 분류 단계[예를 들어, 아일랜드의 던닥(Dundalk) 소재의 TSM Control Systems의 OPTIMIX machine를 사용하여]를 통해 취해진다. 다양한 실시예에서, 라만 기술(예를 들어, 독일 카를스루에 소재의 Unisensor Sensorsysteme GmbH의 Powersort 200)에 적어도 부분적으로 기초한 전기-광학 단편 분류기는 단편 내에 잔류하는 임의의 non-PET 중합체를 제거하기 위한 최종 중합체 분리를 수행한다. 이 단계는 또한 잔여 금속 오염물 및 컬러 오염 물질을 추가적으로 제거할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 이들 단계들의 조합은 약 50ppm(parts per million) 미만의 PVC(예를 들어, 25ppm PVC) 및 약 15ppm 미만의 금속을 포함하는 실질적으로 깨끗한(예를 들어 깨끗한) PET 병 단편을 하기 기술된 하류 압출 프로세스에서 사용하기 위해 전달한다.
C. 불순물들 및 불순물 단편들을 식별하고 제거
특정 실시예들에서, 단편들이 세척된 후에, 이들은 컨베이어로 공급되고 고속 레이저 시스템(300)으로 스캔된다. 다양한 실시예들에서, 고속 레이저 시스템(300)을 구성하는 특정 레이저는 특정 오염물(예를 들어, PVC 또는 알루미늄)의 존재를 검출하도록 구성된다. 본질적으로 PET로 구성되지 않은 것으로 식별되는 단편들은 공기 분사물에 의해서 단편의 주요 스트림으로부터 송풍될 수 있다. 다양한 실시예에서, non-PET 단편의 생성 수준은 25ppm 미만이다.
다양한 실시예에서, 시스템은 필라멘트로 처리되는 PET 중합체가 실질적으로 물을 함유하지 않는 것(예를 들어, 물이 완전히 없는 것)을 보장하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 단편은 사전조정기가 단편으로부터 표면의 물을 송풍제거하는 약 20분 내지 약 40분(예를 들어, 약 30분) 동안 사전조정기 안으로 위치된다. 특정 실시예들에서, 간질수(interstitial water)는 단편들 내에 잔류한다. 다양한 실시예에서, 이들 "습윤" 단편(예를 들어, 간질수를 포함하는 단편)은 무엇보다도 - 상술한 빠른 건조 프로세스 후에 단편에 존재하는 - 간질수를 제거하도록 설계된 진공 셋업을 포함하는 압출기(예컨대, 아래의 단계 2에서 기술된 바와 같이)로 공급될 수 있다.
단계 2: PET 단편들을 용융 및 정제시키기 위해 압출 시스템을 사용하는 단계
특정 실시예에서, 상술한 습윤 단편을 용융 재생 PET 중합체로 전환시키고 카펫을 위해 BCF로 전환되도록 중합체를 제조하기 위한 다수의 정제 프로세스를 수행하여 위해 압출기를 사용된다. 상술한 바와 같이, 다양한 실시예에서, 단계 1이 완료된 후, 재생 PET 중합체 단편은 습윤된다[예를 들어, 표면 물은 단편으로부터 실질적으로 제거되지만(예를 들어, 완전히 제거됨), 간질수는 단편에 잔류한다]. 특정 실시예에서, 이러한 습윤 박편은 다중 회전 스크류( "MRS") 압출기(400)로 공급된다. 다른 실시예에서, 습윤 단편은 임의의 다른 적합한 압출기(예를 들어, 2중 스크류 압출기, 다중 스크류 압출기, 유성 압출기, 또는 임의의 다른 적합한 압출 시스템)로 공급된다. 예시적인 MRS 압출기(400)는 도 2 및 3에 도시되어 있다. 그러한 MRS 압출기의 특정 예는 2005년 3월 3일에 공개된 발명의 명칭이 "용융된 플라스틱 물질 생산용 압출기"인 미국 공개 특허 출원 2005/0047267에 기술되어 있고, 이는 본원에 참고 문헌으로 포함된다.
이 도면으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 특정 실시예에서, MRS 압출기는 물질을 MRS 섹션(420)에 공급하기 위한 제 1 단일 스크류 압출기 섹션(410) 및 물질을 MRS 섹션으로부터 멀리 운반하기 위한 제 2 단일 스크류 압출기 섹션(440)을 포함한다.
다양한 실시예에서, 습윤 단편은 (예를 들어, 단편을 건조시키거나 또는 단편을 건조시키게 허용하지 않고) 실질적으로 즉시(예를 들어, 즉시) 상기 기재된 세척 단계에 이어서 MRS 압출기(400)로 직접 공급된다. 특정 실시예에서, 상술한 세척 단계에 이어서 실질적으로 즉각적으로(즉, 즉시) MRS 압출기(400)에 직접적으로 습윤 단편을 공급하는 시스템은 압출 전에 단편을 실질적으로 완전히 예비 건조하는 시스템(예를 들어, 습윤 단편 위에 뜨거운 공기를 장시간 동안 통과시켜 단편을 미리 건조시키는 시스템)보다 약 20% 적게 에너지를 소비할 수 있다. 다양한 실시예에서, 상술한 세척 단계에 이어서 실질적으로 즉각적으로(즉, 즉시) MRS 압출기(400)에 직접적으로 습윤 단편을 공급하는 시스템은 단편을 완전히 건조시키는데(예를 들어, 단편으로부터 모든 표면의 물과 간질수를 모두 제거하는데) 일반적으로 요구되는 시간(예를 들어, 최대 8 시간)을 기다릴 필요를 회피한다.
도 4는 특정 실시예에서 MRS 압출기(400)에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 도시하는 프로세스 흐름도를 도시한다. 이 도면에 도시된 실시예에서, 습윤 단편은 먼저 예를 들어, (예를 들어, 전단을 통해서) 습윤 단편을 적어도 실질적으로 용융(예를 들어, 용융)시키기에 충분한 열을 발생시킬 수 있는 MRS 압출기의 제 1 단일 스크류 압출기 섹션(410)을 통해서 공급된다.
다양한 실시예에서 결과적 중합체 용융물(예를 들어, 용융 단편을 포함함)은 그 다음 압출기의 MRS 섹션(420)으로 공급되며, 여기서 압출기는 복수의 개방 챔버들을 통해서 용융물 유동을 복수의 상이한 스트림(예를 들어, 4, 6, 8, 또는 더 많은 스트림)으로 분리한다. 도 3은 특정 실시예에 따른 MRS 섹션(420)의 상세한 단면도를 도시한다. 이 도면에 도시된 실시예와 같은 특정 실시예에서, MRS 섹션(420)은 용융 유동을 8개의 상이한 스트림으로 분리하고, 이어서 8개의 위성 스크류(425A-H)를 통해 공급된다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 특정 실시예에서, 이들 위성 스크류는 실질적으로 서로 평행(예를 들어, 평행)하고 MRS 기계(400)의 주 스크류 축에 평행하다.
MRS 섹션(420)에서, 다양한 실시예들에서, 위성 스크류들(425A-H)은 예컨대 이전 시스템들에서보다 빠르게(예를 들어, 약 4배 더 빠르게) 회전할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서: (1) 위성 스크류(425A-H)는 그 중심축을 중심으로 회전하도록 장착된 단일 스크류 드럼(428) 내에 배치된다; (2) 위성 스크류(425A-H)는 단일 스크류 드럼(428)이 회전하는 방향과 반대 방향으로 회전하도록 구성된다. 다양한 다른 실시예에서, 위성 스크류(425A-H) 및 단일 스크류 드럼(428)은 동일 방향으로 회전한다. 특정 실시예에서, 위성 스크류(425A-H)의 회전은 링 기어에 의해 구동된다. 또한, 다양한 실시예에서, 단일 스크류 드럼(428)은 각각의 개별 위성 스크류(425A-H)보다 약 4 배 더 빠르게 회전한다. 특정 실시예에서, 위성 스크류(425A-H)는 실질적으로 유사한(예를 들어, 동일한) 속도로 회전한다.
다양한 실시예들에서, 도 4로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 위성 스크류들(425A-H)은 예를 들어 MRS 섹션(420)의 외부 챔버에 대해 약 30% 개방될 수 있는 각각의 압출기 배럴들 내에 수납된다. 위성 스크류들(425A-H) 및 단일 스크류 드럼(428)의 회전은 중합체 용융물의 표면 교환을 증가시킨다(예를 들어, 이전 시스템에서보다 용융된 중합체의 더 많은 표면적을 개방 챔버로 노출시킨다). 다양한 실시예에서, MRS 섹션(420)은 예를 들어 공동회전 2중 스크류 압출기에 의해 결과적 용융 표면적보다 약 20 배 내지 약 30 배 큰 용융 표면적을 생성한다. 특정 실시예에서, MRS 섹션(420)은 예를 들어, 공동회전 2중 스크류 압출기에 의해 결과적 용융물 표면 영역보다 약 25 배 큰 용융물 표면적을 생성한다.
다양한 실시예에서, MRS 압출기의 MRS 섹션(420)에는 진공 펌프(430)가 MRS 섹션의 하우징에 있는 적절한 개방부(424)를 경유하여 MRS 섹션의 내부와 교통하도록 MRS 섹션(420)의 진공 부착부(422)에 부착된 진공 펌프(430)가 장착된다. 또다른 실시예에서, MRS 섹션(420)에는 일련의 진공 펌프가 장착된다. 특정 실시예에서, 진공 펌프(430)는 MRS 섹션(420) 내부의 압력을 약 0.5 mbar 내지 약 5 mbar의 압력으로 감소시키도록 구성된다. 특정 실시예에서, 진공 펌프(430)는 MRS 섹션(420) 내의 압력을 약 1.5 mbar 미만(예를 들어, 약 1 mbar 이하)으로 감소시키도록 구성된다. MRS 섹션(420) 내의 진공 펌프(430)에 의해 생성된 저압 진공은: 예를 들어, (1) 용융된 중합체가 MRS 섹션(420)을 통과할 때 용융된 중합체에 존재하는 휘발성 유기물; 및/또는 (2) 습윤 단편이 MRS 압출기(400)로 진입할 때 습윤 단편 내에 존재하는 임의의 간질수의 적어도 일부를 제거한다. 다양한 실시예에서, 저압 진공은 중합체 스트림으로부터 실질적으로 모든(예를 들어, 모두) 물과 오염물을 제거한다.
특정예에서, 진공 펌프(430)는 챔버 내의 압력을 적절한 레벨(예를 들어, 약 1.0 mbar의 압력까지)로 감소시키기 위해 3 개의 기계적 로브 진공 펌프(예를 들어, 직렬로 배열)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상술한 3 개의 기계적 로브 진공 펌프 배열보다, 진공 펌프(430)는 MRS 압출기에 맞는 제트 진공 펌프 피트(jet vacuum pump fit)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 상기 제트 진공 펌프는 MRS 섹션(420)의 내부에서 약 1 mbar의 압력을 달성하고 중합체 용융물의 결과적인 고유 점도와 관련하여 상술한 것과 거의 동일한 결과를 달성하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 제트 진공 펌프가 증기로 구동되어 실질적으로 자체 세정(예를 들어, 자체 세정)되기 때문에, 기계적 로브 펌프(예를 들어, 휘발성 물질이 빠져 나가고 펌프의 돌출부에 응축됨으로써 반복적인 청소가 필요함)와 비교할 때 필요한 유지관리를 감소시키므로, 제트 진공 펌프를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 특정 실시예에서, 진공 펌프(430)는 독일 Bergheim의 Arpuma GmbH에 의해 제조된 제트 진공 펌프이다.
특정 실시예에서, 용융 중합체가 다중 스트림 MRS 섹션(420)을 통과한 후, 용융 중합체의 스트림이 재조합되어 MRS 압출기의 제 2 단일 스크류 섹션(440)으로 흐른다. 다양한 실시예에서, 용융된 중합체의 단일 스트림은 다음으로 적어도 하나의 필터를 포함하는 여과 시스템(450)을 통과한다. 특정 실시예에서, 여과 시스템(450)은 2 레벨의 여과(예를 들어, 40 마이크로미터 스크린 필터 다음에 25 마이크로미터 스크린 필터)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 물 및 휘발성 유기 불순물이 상술한 바와 같이 진공 프로세스 중에 제거되지만, 예를 들어 알루미늄 입자, 모래, 오물 및 다른 오염물과 같은 미립자 오염물이 중합체 용융물에 남아있을 수 있다. 따라서, 이러한 여과 단계는 미립자 오염물(예컨대, MRS 섹션(420)에서 제거되지 않은 미립자 오염물)을 제거하는데 유리할 수 있다.
특정 실시예에서, 점도 센서(460)(도 4 참조)는 여과 시스템(450)을 통과한 후의 용융 중합체 스트림의 용융 점도를 감지하는데 사용된다. 다양한 실시예에서, 점도 센서(460)는 예를 들어, 알려진 영역에 걸친 스트림의 압력 강하를 측정함으로써 스트림의 용융 점도를 측정할 수 있다. 특정 실시예에서, 사전결정 수준(예를 들어, 약 0.8 g/dL 미만) 미만인 스트림의 고유 점도를 측정하는 것에 응답하여, 상기 시스템은: (1) 낮은 고유 점도를 갖는 스트림의 일부를 버릴 수 있고; 및/또는 (2) 중합체 용융물에서 더 높은 고유 점도를 달성하기 위해 MRS 섹션(420) 내의 압력을 낮출 수 있다. 특정 실시예에서, MRS 섹션(420) 내의 압력을 감소시키는 것은 진공 섹션(430)을 갖는 컴퓨터 제어 피드백 제어 루프에서 점도 센서를 사용하여(예를 들어, 자동으로) 실질적으로 자동화된 방식으로 실행된다.
특정 실시예에서, 중합체로부터 물 및 오염물을 제거하면, 중합체 내의 중합체 사슬이 재연결되어 사슬 길이를 연장시킴으로써 재생 PET 중합체의 고유 점도가 개선된다. 특정 실시예에서, 부착된 진공 펌프(430)를 갖는 MRS 섹션(420)을 통과한 후, 재생 중합체 용융물은 적어도 약 0.79 dL/g(예를 들어, 약 0.79dL/g 내지 약 1.00dL/g)의 고유 점도를 가진다. 특정 실시예에서, 저압 MRS 섹션(420)을 통과하면, (예를 들어, 오염물 및 틈새 물을 제거함으로써) 재생 중합체 용융물을 정제하고, 순수한 정련 PET 중합체와 실질적으로 구조적으로 유사하게(예를 들어, 구조적으로 동일하게) 만든다. 특정 실시예에서, 진공에 의해 제거된 물은 단일 스크류 히터(410)에서 PET 중합체의 용융에 의해 결과적 미반응 물(예를 들어, 간질수) 뿐만 아니라 상술한 바와 같이 재생 PET 병을 세정하는데 사용되는 세척수로부터의 물을 모두 포함한다. 특정 실시예에서, 중합체에 존재하는 대부분의 물은 세척수이지만, 일부 비율은 미반응 물일 수 있다.
특정 실시예에서, 결과적 중합체는 재생 PET 제품으로부터 실질적으로 단지(예를 들어, 단지) PET를 사용하여 PET 카펫 필라멘트를 제조하는데 사용하기에 적합한 중합체 품질을 갖는 재생 PET 중합체(예를 들어, PET 병 또는 컨테이너와 같은 소비자 사용후의 PET 제품으로부터 100% 얻어진)이다.
단계 3: 카펫 얀으로 전환될 정제된 PET 중합체를 방적기 안으로 공급
특정 실시예에서, 재생 PET 중합체가 상기 압출 프로세스에 의해 압출되고 정제된 후, 결과적 용융 재생 PET 중합체는 용융 중합체를 벌크형 연속 필라멘트로 전환시키도록 구성된 BCF(또는 "방적) 기계(500)로 직접 공급된다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, MRS 압출기(400)의 출력은 압출기로부터의 용융 중합체가 방적기(500)로 직접 공급되도록 방적기(500)의 입력에 실질적으로 직접(예를 들어, 직접) 연결된다. 어떤 실시예에서는, 용융된 중합체가 압출 후 펠렛으로 냉각될 필요가 없기 때문에(재생 중합체가 정련 PET 중합체와 혼합될 필요가 있기 때문에), 본 프로세스는 유리할 수 있다. 특정 실시예에서, 재생 용융 중합체를 펠렛으로 냉각시키지 않으면, 중합체의 고유 점도를 저하시킬 수 있는 중합체 내의 잠재적 사슬 절단(chain scission)을 회피하도록 작용할 수 있다.
특정 실시예에서, 방적기(500)는 중합체로부터 카펫 얀 필라멘트를 생성하기 위해 용융된 중합체를 방적 돌기 내의 작은 구멍을 통해 압출된다. 특정 실시예에서, 용융 재생 PET 중합체는 방적 돌기 떠난 후에 냉각된다. 카펫 얀은 롤러에 의해 취해지고 궁극적으로는 카펫 제조에 사용되는 필라멘트로 전환된다. 다양한 실시예에서, 방적기(500)에 의해 제조된 카펫 얀은 단위 데니어 당 약 3 그램-힘(gf/den) 내지 약 9 gf/den 의 점착력을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 결과적 카펫 얀은 적어도 약 3 gf/den의 점착력을 가진다.
특정 실시예에서, 상술한 프로세스에서 사용된 방적기(500)는 독일 노이우엔스터 소재의 Oerlika Neumag에 의해 제조된 Sytec One 방적기이다. Sytec One 기계는 나일론이나 용액 염색 섬유와 같이 가공이 어려운 섬유(hard-to-run fiber)에 특히 적합하며, 가공 중에 필라멘트가 파손되기 쉽다. 다양한 실시예에서, Sytec One 기계는 방적 돌기의 하류를 가능한 직선으로 유지하고, 단지 하나의 스레드 라인만을 사용하며, 필라멘트가 끊어졌을 때 재빨리 리스레드(rethread)할 수 있도록 설계된다.
비록 상술한 예는 중합체로부터 카펫 얀 필라멘트를 제조하기 위해 Sytec One 방적기를 사용하는 것을 기술하고 있지만, 임의의 다른 적절한 방적기가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 방적기는 예를 들어, 독일 노이우엔스터 소재의 Oerlika Neumag 또는 다른 어떤 회사에 의해 제조된 임의의 적합한 1-스레드 또는 3-스레드라인 방적기를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 프로세스를 사용하여 생성되는 재생 PET 중합체의 개선된 강도로 인하여 순수 정련 PET 중합체를 사용하여 가능해지는 방적기(500)를 통해서 고속으로 이동할 수 있게 한다.
예시적 프로세스의 요약
도 5는 상술한 벌크형 연속 필라멘트를 제조하는 방법의 고차원 요약을 제공한다. 도면에 도시된 바와 같이, 방법은 재생 PET 병이 한 그룹의 단편으로 연마되는 단계 602에서 개시된다. 다음, 단계 604에서, 상기 그룹의 단편들은 단편의 각각의 외면으로부터 오염물을 제거하도록 세척된다. 다음, 단계 606에서, 상기 그룹의 단편들은 불순물 단편들을 포함하는 불순물들을 식별하기 위해 [예를 들어, 상술한 하나 이상의 방법들을 사용하여] 스캔된다. 이들 불순물들 및 불순물 단편들은 그 다음 상기 그룹의 단편들로부터 제거된다.
다음, 단계 608에서, 상기 그룹의 단편들은 압출기의 MRS 부분 내의 압력을 약 1.5 mbar 미만으로 유지하면서 MRS 압출기를 통과한다. 단계 610에서, 결과적 중합체 용융물은 약 50 마이크로미터 미만의 마이크로미터 등급을 갖는 적어도 하나의 필터를 통과한다. 결국, 단계 612에서, 재생 중합체는 카펫을 제조할 때 상용될 수 있는 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성된다. 상기 방법은 그 다음 단계 614에서 종료된다.
대안 실시예들
특정 실시예들에서, 상기 시스템은 100% 재생 PET 또는 다른 재생 중합체로부터 실질적인 연속으로 BCF를 제조하기 위하여 대안 구성요소를 포함하거나 또는 대안 프로세스를 포함할 수 있다. 예시적 대안예들은 하기에 기술된다.
Non-MRS 압출 시스템
특정 실시예에서, 상기 프로세스는 상술한 MRS 압출기와 다른 중합체 유동 압출 시스템을 사용할 수 있다. 상기 대안 압출 시스템은 예를 들어, 2중 스크류 압출기, 다중 스크류 압출기, 행성 압출기 또는 임의의 다른 적당한 압출 시스템을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 프로세스는 복수의 임의의 적당한 원추형 스크류 압출기(예를 들어, 4개의 2중 스크류 압출기, 3개의 다중 스크류 압출기 등)의 조합을 포함할 수 있다.
100% 재생 카펫으로부터 카펫 얀을 제조
특정 실시예에서, 상술한 프로세스는 100% 재생 카펫을 포함하는 신규 카펫 얀을 제조하기 위하여 구 카펫(또는 임의의 다른 적절한 소비자 사용후의 제품)을 처리 및 준비하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상기 프로세스는 재생 PET 병보다 재생 카펫을 연마 및 세척함으로써 개시된다. 다양한 실시예들에서, 구 카펫은 100% 재생 카펫을 포함하는 신규 카펫 얀으로 변환되고, 상기 프로세스는 재생 PET 병(예를 들어, 카펫 백킹, 접착제 등)에 나타나지 않고 재생 카펫에 나타날 수 있는 추가 물질 또는 불순물들을 제거하기 위하여 추가 단계들을 포함할 수 있다.
재생 PET의 다른 소스
다양한 실시예들에서, 상술한 프로세스는 100% 재생 PET를 포함하는 신규 카펫 얀을 제조하기 위하여 임의의 적당한 소스(예를 들어, 재생 병 또는 카펫과 다른 소스)로부터 재생 PET를 처리하기에 적합하다.
BCF 프로세스의 일부로서의 결정기(Crystallizer)의 사용
다양한 실시예들에서, 재생 BCF를 제조하기 위한 프로세스는 하나 이상의 PET 결정기를 사용하는 결정화 단계를 추가로 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 시스템은 하나 이상의 압출기(예를 들어, 단일 스크류 압출기, MRS 압출기 등)를 통해서 단편들을 이동시키기 전에 연마된 단편들에 결정화 단계를 실행하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, PET 결정기는 하우징, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치된 호퍼 스크류(예를 들어, 나사송곳), 교반 장치, 하나 이상의 가열 요소들 및 하나 이상의 송풍기들을 포함한다.
호퍼 스크류
특정 실시예에서, 호퍼 스크류는 액체 또는 과립형 물질(예를 들어, PET 단편과 같은)을 이동시키기 위한 임의의 적절한 스크류 컨베이어[예를 들어, 아르키메데스 스크류(Archimedes' screw)와 같은]를 포함한다. 다양한 실시예에서, 호퍼 스크류는 실질적으로 원통형 샤프트 및 원통형 샤프트의 적어도 일부분을 따라 배치된 나선형 스크류 블레이드를 포함한다. 특정 실시예에서, 실질적으로 원통형 샤프트는 스크류 블레이드를 회전시켜, 호퍼 스크류가 원통형 샤프트를 따라 결정화기 하우징 내로 물질(예를 들어, PET 단편)을 이동시키도록 구성된다. 다른 실시예에서, 호퍼 스크류는, 예를 들어 샤프트없는 나선부와 같은 임의의 다른 적절한 스크류 컨베이어를 포함한다. 호퍼 스크류가 샤프트없는 나선부를 포함하는 실시예에서, 샤프트없는 나선부는 일단부에서 실질적으로 고정되고 타단부에서 자유롭게 고정 단부에서 구동되도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 호퍼 스크류는 적어도 부분적으로 결정화기 하우징 내에 배치된다.
다양한 실시예들에서, 호퍼 스크류는 PET 단편들을 결정화기 안으로 공급하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, PET 결정화기는 호퍼 스크류를 사용하여 PET 단편들을 비교적 느리게 공급하도록 구성된다.
하나 이상의 가열 요소들
다양한 실시예들에서, 상기 결정화기는 결정화기 내의 온도를 상승시키기 위한 하나 이상의 요소들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 하나 이상의 요소들은 하나 이상의 전기 가열 요소들, 하나 이상의 가스 발화 가열 요소들 또는 임의의 다른 적절한 가열 요소들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 실질적인 전기 동력식일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 하나 이상의 적외선 가열 요소들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 예를 들어, 프로판과 같은 천연 가스를 사용할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 결정화기 내의 온도를 약 100℉ 내지 약 180℉로 상승시키도록 구성된다. 또다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 결정화기 내의 온도를 약 100℃ 내지 약 180℃로 상승시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 하나 이상의 가열 요소들은 결정화기 내의 온도를 PET의 대략 최대 결정화 온도에서 유지하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 PET의 최대 결정화 온도는 약 140℃ 내지 약 230℃ 사이이다.
하나 이상의 송풍기들
다양한 실시예들에서, 상기 결정화기는 상기 단편들이 결정화기를 통과할 때 단편에 대해서 송풍하도록 구성된 하나 이상의 송풍기들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 상기 단편들이 결정화기를 통과할 때 단편의 표면적을 실질적으로 가로질러 공기를 이동시키기 위한 임의의 적당한 송풍기를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 송풍기들은 공기를 이동시키기 위한 하나 이상의 적당한 팬들 또는 다른 적당한 기구를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 하나 이상의 가열 요소들에 의해서 적어도 부분적으로 가열된 공기를 송풍하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 적어도 약 140℉의 온도를 갖는 공기를 송풍하도록 구성된다. 다른 특정 실시예들에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 적어도 약 140℃의 온도를 갖는 공기를 송풍하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 결정화기 내의 온도를 약 140℉ 내지 약 180℉에서 유지하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 상기 하나 이상의 송풍기들은 상기 결정화기의 하단 부분으로부터 고온 공기를 송풍하고 상기 결정화기 내의 상부 부분으로부터 공기를 당기도록 구성된다.
교반 장치
다양한 실시예들에서, 상기 결정화기는 PET 단편들이 결정화기를 통과하는 동안 PET 단편들을 교반하기 위한 임의의 적당한 장치를 포함하는 교반 장치를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상기 교반 장치는 예를 들어 임의의 적당한 기어 모터에 의해서 작동할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 교반 장치는 PET 단편들이 결정화기를 통과할 때 PET 단편들을 회전 또는 다른 방식으로 교반하도록 설치된 임의의 적당한 로드 또는 다른 적당한 기구를 포함한다. 다른 실시예들에서, 상기 교반 장치는 예를 들어, PET 단편들이 드럼 내에 있는 동안 PET 단편들이 적어도 부분적으로 교반되고 그리고/또는 요동하도록 기어 모터를 통해서 회전하도록 설치된 상기 드럼을 포함하는 임의의 적당한 텀블러를 포함할 수 있다. 또다른 실시예들에서, 교반 장치는 PET 단편들을 회전시키고 교반하도록 구성된 하나 이상의 스크류 및/또는 오거(auger)를 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 교반 장치는 호퍼 스크류를 포함한다.
본원에서 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 교반 장치는 상기 하나 이상의 송풍기들이 하나 이상의 가열 요소들에 의해서 가열된 공기를 PET 단편들을 가로질러 송풍할 때 상기 PET 단편들을 교반하거나 또는 요동시키도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 상기 교반 장치는 단편이 결정화기 내에서 적어도 부분적으로 결정화되는 동안 응집물(예를 들어, 고착물 또는 단편 덩어리)을 적어도 부분적으로 감소시키도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 결정화기는 PET 단편들의 표면을 적어도 부분적으로 건조시킨다. 다양한 실시예들에서, PET 결정화기는 PET 단편들의 습도 함량을 약 50 ppm으로 감소시키도록 구성된다. 다른 실시예들에서, PET 결정화기는 PET 단편들의 습도 함량을 약 30 내지 약 50ppm로 감소시키도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, 건조한 단편들을 사용하면, 시스템이 단편들을 MRS 압출기를 통해서 더욱 느리게 이동할 수 있게 하고, 이는 압출 중에 MRS 압출기 내의 높은 압력을 허용한다(예를 들어, 시스템이 매우 낮은 압력보다 MRS 압출기 내의 높은 압력을 허용한다). 프로세스의 다양한 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 25 mbar로 유지하도록 구성될 수 있다. PET 단편들이 MRS 압출기에서 압출되기 전에 결정화기를 통해서 이동한 실시예와 같은 특정 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 0 내지 약 18 mbar로 유지하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 0 내지 약 12 mbar에서 유지하도록 구성될 수 있다. 또다른 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 0 내지 약 8 mbar에서 유지하도록 구성될 수 있다. 또다른 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 5 내지 약 10 mbar에서 유지하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 MRS 압출기 내의 압력을 약 5 mbar, 약 6 mbar, 약 7 mbar, 약 8 mbar, 약 9 mbar 또는 약 0 mbar 내지 약 25 mbar의 임의의 적당한 압력에서 유지하도록 구성될 수 있다. 본원에 기재된 임의의 수치 범위는 이들 수치 범위 내의 각각의 고유 숫자의 개시를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 약 10 mbar 내지 약 15 mbar의 범위의 개시는 또한 약 11 mbar, 약 12 mbar, 약 13 mbar, 약 13.5 mbar... 등의 개시를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세스는 임의의 적당한 적외선 PET 결정기를 사용할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상기 결정기는 PET 단편들의 표면의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 건조시키기 위한 하나 이상의 적외선 가열 요소들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 결정기는 시간당 약 180 내지 약 4,000 파운드를 처리하도록(예를 들어, 결정화하고 그리고/또는 건조시키도록) 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, PET 결정기는 적외선 에너지가 PET 단편들 안으로 최대 약 5mm까지 침투하게 하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 적외선 에너지 침투는 PET 단편들이 기존의 방사선 가열 시스템보다 더욱 빠르게 건조하고 그리고/또는 결정화하게 한다. 추가로, 적외선 PET 결정기는 비-적외선 PET 결정기보다 적게 에너지를 사용한다. 다양한 실시예들에서, 적외선 PET 결정기는 약 1 내지 약 2 마이크로미터의 파장을 갖는 적외선 에너지를 생산하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 이 범위의 파장에 있는 적외선 에너지는 예를 들어, 적외선 에너지가 다른 파장보다 PET 안으로 더욱 깊게 침투할 수 있게 하는, PET 및 물 양자 모두의 흡수 스펙트럼에 맞추어진다.
특정 실시예들에서, 상기 결정화기는 상기 단편들이 적어도 부분적으로 크기가 감소되게 하고, 이는, 예를 들어, 단편들이 함께 고착될 가능성을 감소시킨다. 특정 실시예들에서, 상기 결정화기는 예를 들어, PET 병들의 다른 부분보다 두꺼울 수 있는 연마된 PET 병들의 일부들을 포함하는 단편들[예를 들어, 캡이 통상적으로 나사체결되는 PET 병들의 나사형 부분으로부터 연마된 단편들]을 포함할 수 있는 큰 단편들의 고착도를 특히 감소시킬 수 있다.
커브사이드 재생 대 프로세스에서의 병들의 예치(Use of Curbside Recycling v. Deposit Bottles in Process)의 사용
다양한 실시예들에서, 상기 시스템은 상술한 프로세스에서 품질을 변화시키는 재생 PET를 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 상기 시스템은 커브사이드 재생 소스로부터 유래된 PET 병(예를 들어, 일반적인 벌크 재생 프로그램 또는 다른 재생 소스의 일부로서 수집된 PET 병들)으로부터 얻어진 PET로부터 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조하거나 또는 PET 병들(예를 들어, 예치 프로그램의 일환으로 반환된 병)을 예치하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 커브사이드 재생 PET 병은 예를 들어: 다른 재생 가능한 제품(예를 들어, 종이, 다른 플라스틱, 등), 쓰레기 및 기타 non-PET 병 품목이 재생품의 불완전한 분류 또는 기타 이유로 인해 오염물과 섞이거나 또는 다르게는 오염물을 포함할 수 있기 때문에 벌크형 연속 카펫 필라멘트을 제조하기 위해서는 더욱 철저한 처리를 필요로 할 수 있다. 예치 PET 병은 다른 재생품 또는 일회용품과 별도로 수거할 수 있기 때문에 불필요한 오염 물질이 적은 PET 병을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 특정 연도 동안 회수된 커브사이드 재생 PET 병들은 다른 연도보다 많은 불순물 및 다른 오염 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여름철에 수집된 커브사이드 재생 PET 병은 여름철에 추가로 물 소비를 유발할 수 있기 때문에, 적어도 부분적으로 맑은 PET 병(예 : 물병)의 비율이 더 높을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상술한 시스템은 벌크형 연속 카펫 필라멘트를 제조하는데 사용된 재생 PET의 소스에 적어도 부분적으로 기초하는 프로세스의 특정 성분들을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예치 PET 병들은 프로세스의 초기 세정 및 분류 단계 중에 제거될 필요가 있는 소수 불순물들을 포함한다. 압력 조절 시스템은 상기 압력 조절 시스템이 MRS 압출기 내의 압력을 커브사이드 재생 PET 병들로부터 얻어진 PET 단편들을 유지하도록 구성된 압력보다 높은 압력을 유지하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 압력 조절 시스템은 예치 PET 병들로부터 얻어진 단편들이 MRS 압출기를 통과할 때 약 0 mbar 내지 약 12 mbar의 MRS 압출기 내의 압력을 유지하도록 구성될 수 있다. 또다른 실시예들에서, 압력 조절 시스템은 이러한 예들에서 약 5 mbar 내지 약 10 mbar의 MRS 압출기 내의 압력을 유지하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 시스템은 재생 PET의 소스에서 적어도 부분적으로 기초하여 MRS 압출기 내의 압력을 유지하도록 임의의 적당한 압력을 결정하게 구성된다. 다른 실시예들에서, 상기 시스템은 적어도 부분적으로 재생 PET의 소스에 기초하여 상술한 단계들에 하나 이상의 추가 단계들을 추가된 하나 이상의 단계들을 포함하거나 또는 하나 이상의 상위 단계들을 생략하도록 구성된다.
결론
본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예는 상술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 갖는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 떠오를 것이다. 예를 들어, 상술한 진공 시스템이 MRS 압출기의 개방 챔버 내의 압력을 약 1 mbar로 유지하도록 구성되었지만, 다른 실시예에서는 진공 시스템이 MRS 압출기의 개방 챔버 내의 압력을 1 mbar보다 크거나 작은 압력에서 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 진공 시스템은 이 압력을 약 0.5mbar 내지 약 12mbar로 유지하도록 구성될 수 있다.
유사하게, 상술한 시스템의 다양한 실시예들은 [결과적 카펫 필라멘트가 재생 PET를 포함하고, 재생 PET로 구성되고, 그리고/또는 본질적으로 재생 PET로 구성되도록] 단지 실질적으로 재생 PET로부터 카펫 필라멘트를 제조하도록 구성되고, 다른 실시예에서, 상기 시스템은 재생 PET 및 정련 PET의 조합으로부터 카펫 필라멘트를 제조하도록 구성될 수 있다. 결과적 카펫 필라멘트는 예를 들어, 약 80% 내지 약 100% 그리고 약 0% 내지 약 20% 정련 PET의 재생 PET를 포함하고, 재생 PET로 구성되고, 그리고/또는 본질적으로 재생 PET로 구성될 수 있다.
또한, 다양한 실시예들이 PET로부터 카펫 필라멘트를 제조하는 것에 대해서 기술되었지만, 유사한 기술들이 다른 중합체들로부터 카펫 필라멘트를 제조하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 다양한 실시예들이 PET로부터 카펫 필라멘트를 제조하는 것에 대해서 기술되었지만, 유사한 기술들이 PET 또는 다른 중합체들로부터 카펫 필라멘트를 제조하는데 사용될 수 있다.
또한, 다양한 실시예들은 상술한 단계들 중 임의의 것을 생략하거나 또는 추가 단계들을 부가할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
상술한 설명의 관점에서, 본 발명은 개시된 특정 실시예들에 국한되지 않고 변형 및 다른 실시예들이 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되도록 의도된 것을 이해해야 한다. 비록, 특정 용어들이 본원에 사용되지만, 이들은 일반적 그리고 설명적 의미에서만 사용되고 제한적 목적을 위하여 사용된 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법에 있어서,
    (A) PET 결정기를 제공하는 단계;
    (B) 재생 PET의 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계;
    (C) 상기 재생 PET의 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계 후에, 상기 복수의 단편들을 중합체 용융물로 적어도 부분적으로 용융시키는 단계;
    (D) 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계로서, 다중 스크류 압출기는:
    (i) 제 1 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 1 위성 스크류를 포함하는 제 1 위성 스크류 압출기;
    (ii) 제 2 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 2 위성 스크류를 포함하는 제 2 위성 스크류 압출기; 및
    (iii) 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 유지하도록 구성된 압력 조절 시스템을 포함하는, 상기 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계;
    (E) 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 감소시키기 위해 상기 압력 조절 시스템을 사용하는 단계;
    (F) 상기 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 제 1 및 제 2 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 18 mbar 미만으로 유지하는 동안, (1) 상기 중합체 용융물의 제 1 부분이 상기 제 1 위성 스크류 압출기를 통과하고, 그리고 (2) 상기 중합체 용융물의 제 2 부분이 상기 제 2 위성 스크류 압출기를 통과하도록, 상기 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 단계; 그리고
    (G) 상기 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 중합체 용융물을 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함하는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PET 결정기는:
    상기 복수의 단편들을 상기 PET 결정기 안으로 공급하도록 구성된 호퍼 스크류; 및
    상기 복수의 단편들이 상기 결정기를 통과할 때 고온 공기를 상기 복수의 단편들 위로 송풍하도록 구성된 송풍기를 포함하는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 결정기 내의 온도를 약 140℃ 내지 약 180℃로 유지하도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 결정기 내의 온도를 약 140℃에서 유지하도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들을 적어도 부분적으로 결정화하도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들의 표면의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 건조시키도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들의 습도 함량을 약 30 ppm 내지 약 50 ppm으로 감소시키도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  8. 카펫 필라멘트의 제조 방법에 있어서,
    (A) 복수의 재생 PET 병들을 한 그룹의 중합체 단편들로 연마하는 단계;
    (B) 상기 단편들의 표면으로부터 하나 이상의 오염물의 적어도 일 부분을 제거하도록 상기 그룹의 중합체 단편들을 세척하는 단계로서, 상기 그룹의 단편들은 본질적으로 PET로 이루어지는 제 1 복수의 단편들 및 본질적으로 PET로 이루어지지 않은 제 2 복수의 단편들을 포함하는, 상기 그룹의 중합체 단편들을 세척하는 단계;
    (C) 상기 제 1 복수의 단편들을 세척하는 단계 이후에,
    (i) 상기 제 2 복수의 단편들을 식별하기 위하여 상기 세척된 그룹의 단편들을 스캐닝하는 단계,
    (ii) 상기 제 1 복수의 단편들로부터 상기 제 2 복수의 단편들을 분리시키는 단계;
    (D) PET 결정기를 제공하는 단계;
    (E) 상기 제 1 복수의 단편들로부터 상기 제 2 복수의 단편들을 분리시키는 단계 이후에, 상기 제 2 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계;
    (F) 중합체 용융물을 제조하기 위하여 상기 제 2 복수의 단편들을 용융시키는 단계;
    (G) 복수의 상이한 압출 스트림들로 물질을 압출하는 압출기를 제공하는 단계;
    (H) 상기 압출기 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이로 감소시키는 단계;
    (I) 상기 압출기 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이로 유지하는 동안, 상기 중합체 용융물이 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이의 압력을 각각 갖는 복수의 압출 스트림들로 분할되도록, 상기 중합체 용융물을 상기 압출기를 통과시키는 단계;
    (J) 상기 중합체 용융물을 상기 압출기를 통과시키는 단계 이후에, 적어도 하나의 필터를 통해서 상기 중합체 용융물을 여과시키는 단계; 및
    (K) 상기 중합체 용융물을 상기 필터를 통과시키는 단계 후에, 상기 중합체 용융물을 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함하는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압출기 내의 상기 압력을 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이로 감소시키는 단계는:
    상기 재생 PET 병들의 소스를 결정하는 단계;
    상기 재생 PET 병들의 상기 소스가 예치 PET 병들을 포함한다고 결정하는 것에 적어도 부분적으로 반응하여, 상기 압출기 내의 상기 압력을 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이의 제 1 압력으로 감소시키는 단계; 그리고
    상기 재생 PET 병들의 상기 소스가 예치 커브사이드 재생 PET 병들을 포함한다고 결정하는 것에 적어도 부분적으로 반응하여, 상기 압출기 내의 상기 압력을 약 0 mbar 내지 약 12 mbar 사이의 제 2 압력으로 감소시키는 단계를 포함하는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력보다 큰, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 결정기는:
    상기 복수의 단편들을 상기 결정기 안으로 공급하도록 구성된 호퍼 스크류; 및
    상기 복수의 단편들이 상기 결정기를 통과할 때 고온 공기를 상기 복수의 단편들 위로 송풍하도록 구성된 송풍기를 포함하는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 결정기 내의 온도를 약 140℃ 내지 약 180℃로 유지하도록 구성되는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 결정기 내의 온도를 약 180℃에서 유지하도록 구성되는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들을 적어도 부분적으로 결정화하도록 구성되는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들의 습도 함량을 약 30 ppm 내지 약 50 ppm로 감소시키도록 구성되는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들이 실질적으로 서로 고착되지 않게 상기 복수의 단편들의 습도 함량을 충분히 감소시키도록 구성되는, 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  17. 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법에 있어서,
    (A) PET 결정기를 제공하는 단계로서, 상기 PET 결정기는:
    (i) 복수의 단편들을 상기 결정기 안으로 공급하도록 구성된 호퍼 스크류; 및
    (ii) 상기 PET 결정기 내의 온도를 증가시키도록 구성된 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는, 상기 PET 결정기를 제공하는 단계;
    (B) 본질적으로 PET 단편들로 이루어지는 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계;
    (C) 상기 복수의 단편들을 상기 PET 결정기를 통과시키는 단계 후에, 중합체 용융물을 형성하기 위해 상기 복수의 단편들을 용융시키는 단계;
    (D) 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계로서, 상기 다중 스크류 압출기는:
    (i) 제 1 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 1 위성 스크류를 포함하는 제 1 위성 스크류 압출기;
    (ii) 제 2 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 2 위성 스크류를 포함하는 제 2 위성 스크류 압출기; 및
    (iii) 제 3 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 3 위성 스크류를 포함하는 제 3 위성 스크류 압출기;
    (iv) 제 4 위성 스크류의 중심축 둘레를 회전하도록 설치된 상기 제 4 위성 스크류를 포함하는 제 4 위성 스크류 압출기;
    (v) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 유지하도록 구성되는 압력 조절 시스템을 포함하는, 상기 다중 스크류 압출기를 제공하는 단계;
    (E) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 감소시키기 위해 상기 압력 조절 시스템을 사용하는 단계;
    (F) 상기 제 1 내지 제 4 위성 스크류 압출기들 내의 상기 압력을 약 0 mbar 내지 약 18 mbar 사이로 유지하는 동안, (1) 상기 용융물의 제 1 부분이 상기 제 1 위성 스크류 압출기를 통과하고, (2) 상기 용융물의 제 2 부분이 상기 제 2 위성 스크류 압출기를 통과하고, (3) 상기 용융물의 제 3 부분이 상기 제 3 위성 스크류 압출기를 통과하고, 그리고 (4) 상기 용융물의 제 4 부분이 상기 제 4 위성 스크류 압출기를 통과하도록, 재생 중합체를 포함하는 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 단계; 그리고
    (G) 상기 중합체 용융물을 상기 다중 스크류 압출기를 통과시키는 상기 단계 후에, 상기 중합체 용융물을 벌크형 연속 카펫 필라멘트로 형성하는 단계를 포함하는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 요소는 상기 결정기 내의 온도를 약 140℃ 내지 약 180℃로 유지하도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 요소는 적어도 하나의 적외선 가열 요소를 포함하는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 결정기는 상기 복수의 단편들의 습도 함량을 약 30 ppm 내지 약 50 ppm으로 감소시키도록 구성되는, 벌크형 연속 카펫 필라멘트의 제조 방법.
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