KR20220003409A

KR20220003409A - 재생 섬유, 차량 소재 및 그 제법

Info

Publication number: KR20220003409A
Application number: KR1020200081184A
Authority: KR
Inventors: 남민우; 정일; 이영수
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2022-01-10
Also published as: KR102544691B1

Abstract

본 출원은 재생 섬유 및 이를 포함하는 차량 소재에 관한 것이다. 본 출원의 재생 섬유는 재생 PET를 포함하여 친환경적이면서도, 상업적으로 요구되는 차량용 소재의 물성을 충족한다.

Description

재생 섬유, 차량 소재 및 그 제법{Recycled fiber, Composite for vehicle and method for preparing the same}

본 발명은 재생 섬유, 차량 소재 및 그 제법에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하 PET로 호칭)는 차량 소재로서 널리 사용된다. 예를 들어, 차량의 좌석벨트(seat belt)나 에어백(air bag)에 사용되는 원단은 PET 원사로부터 제조된다.

한편, 유럽과 같은 선진국은 환경규제를 강화하면서 좌석벨트나 에어백과 같은 차량용품에 재활용 재료의 사용을 의무화하고 있다. 그에 따라, 용기나 섬유 등으로 사용된 후 버려진 폐 PET를 차량용품 제조에 재활용하는 방안이 고려되고 있다.

따라서, 재활용 PET를 사용하는 것과 같이 친환경적이면서도, 불순물 등을 포함하는 폐 PET 재사용에 따른 물성 저하의 우려를 해소할 수 있는 기술이 필요하다.

본 출원의 일 목적은 친환경 재생 섬유를 제공하는 것이다.

본 출원의 다른 목적은, 원 PET(virgin PET)만을 이용한 제품과 동등 수준의 물성을 가질 수 있는, 재생 PET 섬유를 제공하는 것이다.

본 출원의 또 다른 목적은 재생 PET를 포함한 차량 소재를 제공하는 것이다.

본 출원의 또 다른 목적은, 상기 차량 소재를 포함하는 차량의 좌석벨트(seat belt)나 에어백(air bag)을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 기타 그 밖의 목적은 아래 설명되는 본 출원에 의해 모두 해결될 수 있다.

본 출원은 재생 섬유, 친환경 차량 소재 및 그 제법에 관한 것이다. 상기 친환경 차량 소재는 재생 섬유를 포함한다.

이와 관련하여, 본 출원의 발명자는 차량의 좌석벨트(seat belt)나 에어백(air bag)용 원단에 재생 PET를 포함하는 재생 섬유를 사용하는 경우에도, 섬유 제조시 사용되는 재생 PET의 성분, 점도, 함량 및/또는 공정 등을 적절히 제어함으로써, 원 PET를 사용하는 것과 동등 수준의 물성을 갖는 차량 소재가 제공될 수 있다는 것을 확인하였다.

특히, 아래 설명되는 재생 PET를 사용하여 원사를 제조하는 경우, 차량의 좌석벨트(seat belt)나 에어백(air bag) 분야에서 상업적으로 요구되는 원사(섬유)의 물성을 만족할 수 있다는 것이 실험적으로 확인되었다. 구체적으로, 본 출원에 따라 재생 PET를 포함하도록 형성된 재생 섬유는 5.0 gf/d 이상의 인장강도 및 10 % 이상의 절단신도를 만족할 수 있다. 인장강도와 절단신도는 ASTM D 885 방법에 따라 측정된다.

본 출원에서 「재생 PET(recycled polyethyleneterephthalate)」란, 용기, 섬유, 타이어 코드 등과 같이 특정 용도로 먼저 사용되고 버려진 폐 PET를 재활용 목적으로 재생한 PET 수지 또는 이를 포함하는 재생 PET 칩을 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 재생 PET는 r-PET로 호칭될 수 있다.

본 출원에서 「원 PET(virgin polyethyleneterephthalate)」란, 상기 재생 PET(또는 r-PET)와 구별하기 위한 것으로, 재생 또는 재활용되지 않은 PET 수지 또는 이를 포함하는 PET 칩을 의미할 수 있다. 원 PET는, v-PET 또는 일반 PET로 호칭될 수 있다.

본 출원에서 「재생 섬유」는 재생 PET를 포함하는 것, 즉 섬유(원사)를 형성하는 PET 성분으로서 적어도 재생 PET 성분을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원에서 「차량 소재」란, 차량용 제품에 사용될 수 있는 원단이나 이러한 원단을 포함하는 물품을 의미할 수 있다. 구체적으로, 원단이란, 차량에 사용되는 에어백이나 좌석벨트에 사용되는 직물 또는 부직포를 의미할 수 있다.

또한, 특별히 달리 언급하지 않는 이상, 본 출원에서 「포함」이라 함은 어떤 구성 요소(또는 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하고, 다른 구성 요소(또는 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석되지 않는다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 재생 섬유에 관한 것이다. 상기 재생 섬유는 재생 PET를 포함한다.

본 출원 재생 섬유 형성에 사용되는 재생 PET의 제조방법은 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어 관련 기술분야에서 알려진 물리적 재활용 방법이나 화학적 재활용 방법을 이용하여 재생 PET가 제조될 수 있다. 구체적으로, 물리적 재활용 방법은 분쇄 및 세척을 통해 칩(chip), 플레이크(flake) 및 펠렛(pellet)과 같은 형태로 PET를 회수하는 방법을 예로 들 수 있고, 화학적 재활용 방법은 화학반응을 통하여 PET 원료를 회수하는 방법을 예로 들 수 있다.

상기 재생 섬유에는 이소프탈산(isophthalic acid) 또는 그 유래 단위가 0.1 내지 2.0 몰% 함량으로 포함된다. 구체적으로, 상기 이소프탈산(isophthalic acid) 또는 그 유래 단위는 재생 PET가 포함하는 것일 수 있다. 원사 형성을 위한 용융 방사의 경우, PET 칩을 용융점 이상의 온도에서 용융하는 것이 선행되는데, 결정화도가 높은 경우 융점 온도도 함께 높아지기 때문에 관련 공정 온도를 높여야 한다. 이러한 공정 온도의 상승은 에너지 증가나 설비 개량과 같은 비용 증가 문제뿐 아니라, PET의 열분해와 그로 인한 원사의 물성 저하 문제도 야기한다. 또한, 재생 PET의 경우에는 칩 등의 형태로 재생 PET를 회수하기 위하여 폐 PET를 용융시키는 과정을 거칠 수 있기 때문에, 재생 PET 사용에 있어서 PET의 열분해와 그로 인한 원사의 물성 저하 문제는 보다 가중된다. 이와 관련하여 상기 함량 범위를 만족하도록 포함되는 이소프탈산은 재생 PET의 결정화도를 적정 수준으로 낮출 수 있고, 그 결과 앞서 설명된 문제를 방지할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 이소프탈산의 함량 하한은, 0.3 몰% 이상, 0.4 몰% 이상, 0.5 몰% 이상, 0.6 몰% 이상, 0.7 몰% 이상, 0.8 몰% 이상, 0.9 몰% 이상 또는 1.0 몰% 이상일 수 있고, 그 상한은 1.8 몰% 이하, 1.6 몰% 이하, 1.4 몰% 이하, 1.2 몰% 이하 또는 1.0 몰% 이하일 수 있다.

또한, 상기 재생 PET는 고유점도가 0.9 내지 2.00 dl/g 범위일 수 있다. 아래 실험예를 통해 확인되는 것과 같이, 상기 재생 PET의 고유점도가 0.9 dl/g 미만인 경우에는 인장강도 및 절단신도와 같은 물성이 충분치 못하고, 상기 재생 PET의 고유점도가 2.0 dl/g을 초과하는 경우에는 방사와 제사가 불가능한 문제가 있다.

예를 들어, 상기 재생 PET의 고유점도 하한은 0.90 dl/g 이상, 1.00 dl/g 이상, 1.1 0dl/g 이상, 1.20 dl/g 이상, 1.30 dl/g 이상, 1.40 dl/g 이상, 1.50 dl/g 이상, 1.60 dl/g 이상, 1.70 dl/g 이상, 1.80 dl/g 이상 또는 1.90 dl/g 이상일 수 있고, 그 상한은 예를 들어, 1.90 dl/g 이하, 1.80 dl/g 이하, 1.70 dl/g 이하, 1.60 dl/g 이하, 1.50 dl/g 이하, 1.40 dl/g 이하, 1.30 dl/g 이하, 1.20 dl/g 이하, 1.10 dl/g 이하 또는 1.00 dl/g 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유는 PET 성분으로서, 재생 PET를 25 중량% 내지 100 중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기 설명된 점도를 갖는 재생 PET를, 해당 범위 내에서 사용하는 경우, 앞서 설명된 인장강도와 절단신도를 확보하는데 유리하다.

하나의 예시에서, 상기 함량, 즉 중량% 범위로 재생 섬유 형성에 재생 PET 가 사용되는 경우에, 상기 재생 PET가 갖는 이소프탈산의 함량은, 재생 섬유에 사용되는 재생 PET의 함량에 따라 계산될 수 있다. 예를 들어, 재생 PET와 원 PET가 50 중량% 및 50 중량%의 함량 비율로 재생 섬유를 형성하고, 재생 섬유가 포함하는 이소프탈산의 함량이 1 몰%라고 한다면, 재생 PET만이 이소프탈산을 포함하는 경우에는 실제로 재생 PET가 포함하는 이소프탈산의 함량은 2 몰%라고 할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유는 재생 PET로 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 재생 섬유는, 재생 PET 칩을 포함하는 재료를 용융 방사하여 제조된 섬유일 수 있다.

또 하나의 예시에서, 상기 재생 섬유는 원 PET를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 재생 섬유는 재생 PET 및 원 PET를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 재생 섬유는 재생 PET와 원 PET를 함께 용융 방사하여 제조된 섬유일 수 있다. 구체적으로, 재생 섬유 제조를 위해 용융 방사되는 PET 성분 중에서 재생 PET 성분이 차지하는 함량은 그 하한이, 예를 들어, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상이고, 그 상한은, 예를 들어, 100 중량% 미만, 구체적으로는 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하, 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하 또는 30 중량% 이하일 수 있다. 또한, 재생 섬유 제조를 위해 용융 방사되는 PET 성분 중에서 원 PET 성분이 차지하는 함량은 그 상한이, 예를 들어, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하, 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하 또는 5 중량% 이하이고, 그 하한은 예를 들어, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상 또는 70 중량% 이상일 수 있다.

하나의 예시에서, 이소프탈산을 포함하는 재생 PET 성분과 함께 사용되는 원 PET는 이소프탈산 또는 그 유래의 단위를 포함하지 않을 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 원 PET는 고유점도가 0.70 내지 1.30 dl/g 범위일 수 있다. 구체적으로, 상기 원 PET의 고유점도 하한은 예를 들어, 0.80 dl/g 이상, 0.85 dl/g 이상, 0.90 dl/g 이상, 0.95 dl/g 이상, 1.00 dl/g 이상, 1.05 dl/g 이상, 1.10 dl/g 이상 또는 1.15 dl/g 이상일 수 있고, 그 상한은 예를 들어, 1.25 dl/g 이하, 1.20 dl/g 이하, 1.15 dl/g 이하, 1.10 dl/g 이하, 1.05 dl/g 이하, 1.00 dl/g 이하, 0.95 dl/g 이하, 0.90 dl/g 이하 또는 0.85 dl/g 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유는 고유점도가 1.20 내지 2.00 dl/g 범위 내의 재생 PET; 및 고유점도가 0.80 내지 1.20 dl/g 범위 내인 원 PET를 포함할 수 있다. 구체적으로, 재생 PET의 경우 불순물 제거를 위해 물리적 및/또는 화학적 처리를 거치지만, 여전히 원 PET 대비 많은 불순물이 존재하는 이유로 방사 후 얻어진 원사의 물성(예: 강도나 절신 등)이 저하할 수 있다. 그리고, 칩 등의 형태로 재생 PET를 제조하기 위해서는 추가적인 용융 공정도 필요한데, 이 과정에서 발생하는 PET의 열분해도 원사의 물성을 저하시키는 하나의 원인이 된다. 본 출원의 발명자는 원 PET와 재생 PET의 고유점도가 각각 상기와 같은 범위를 만족하는 경우, 앞서 설명된 원사의 물성 저하 원인에도 불구하고, 친환경적이면서 재생 PET 만이 사용된 경우 보다 우수한 물성을 확보할 수 있고, 나아가 상업적으로 요구되는 원사의 물성도 충분히 확보될 수 있음을 확인하였다. 구체적으로, 상기 재생 PET의 고유점도는 예를 들어, 1.30 dl/g 이상, 1.35 dl/g 이상, 1.40 dl/g 이상, 1.45 dl/g 이상, 1.50 dl/g 이상, 1.55 dl/g 이상, 1.60 dl/g 이상, 1.65 dl/g 이상, 1.70 dl/g 이상, 1.75 dl/g 이상, 1.80 dl/g 이상, 1.85 dl/g 이상 또는 1.90 dl/g 이상일 수 있고, 그 상한은 예를 들어, 1.95 dl/g 이하, 1.90 dl/g 이하, 1.85 dl/g 이하, 1.80 dl/g 이하, 1.75 dl/g 이하, 1.70 dl/g 이하, 1.65 dl/g 이하, 1.60 dl/g 이하, 1.55 dl/g 이하, 1.50 dl/g 이하, 1.45 dl/g 이하, 1.40 dl/g 이하 또는 1.35 dl/g 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 PET의 고유점도는 원 PET의 고유점도 보다 클 수 있다. 점도와 분자량은 대체적으로 비례하기 때문에, 재생 PET의 점도가 높을수록 분자량도 증가하여 물성 향상이 기대될 수 있다. 본 출원의 발명자는, 불순물이나 재용융시의 열분해 등과 같이 재생 PET가 갖는 물성 저하 요인이 존재하더라도, 재생 PET의 점도가 원 PET 보다 높은 경우에는 차량용 소재와 관련하여 상업적으로 요구되는 원사의 물성이 충분히 확보될 수 있음을 확인하였다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유는 고유점도가 1.20 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET 30 중량% 내지 60 중량%; 및 고유점도가 0.80 내지 1.20 dl/g 범위인 원 PET 40 내지 70 중량%를 포함할 수 있다. 본 출원의 발명자는 재생 섬유 제조에 사용되는 원 PET와 재생 PET의 고유점도와 함량이 상기와 같은 수치 범위를 만족하는 경우, 불순물이나 재용융시의 열분해 등과 같이 재생 PET가 갖는 물성 저하 요인에도 불구하고, 상업적으로 요구되는 원사의 물성이 충분히 확보될 수 있음을 확인하였다. 이때, 상기 재생 PET의 고유점도는 예를 들어, 1.30 dl/g 이상, 1.35 dl/g 이상, 1.40 dl/g 이상, 1.45 dl/g 이상, 1.50 dl/g 이상, 1.55 dl/g 이상, 1.60 dl/g 이상, 1.65 dl/g 이상, 1.70 dl/g 이상, 1.75 dl/g 이상, 1.80 dl/g 이상, 1.85 dl/g 이상 또는 1.90 dl/g 이상일 수 있고, 그 상한은 예를 들어, 1.95 dl/g 이하, 1.90 dl/g 이하, 1.85 dl/g 이하, 1.80 dl/g 이하, 1.75 dl/g 이하, 1.70 dl/g 이하, 1.65 dl/g 이하, 1.60 dl/g 이하, 1.55 dl/g 이하, 1.50 dl/g 이하, 1.45 dl/g 이하, 1.40 dl/g 이하 또는 1.35 dl/g 이하일 수 있다. 또한, 상기 재생 PET의 함량은, 예를 들어, 그 하한이 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상 또는 55 중량% 이상일 수 있고, 그 상한은 55 중량% 이하, 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하 또는 35 중량% 이하일 수 있다.

상기 재생 섬유는, 앞서 설명된 상업적으로 요구되는 원사(섬유)의 물성을 만족하는 수준에서, 소정 수치의 섬도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 재생 섬유의 단사섬도는 2 내지 15 데니어(denier) 범위일 수 있다. 또한, 상기 재생 섬유는 400 내지 2,000 데니어 범위의 총섬도를 가질 수 있다. 특별히 제한되지는 않으나, 상기 단사섬도는 얼레를 이용하여 원사를 9,000 m 길이로 취하고 그 무게를 재어 원사의 총섬도를 구한 후 필라멘트 수로 나누는 방법으로 측정될 수 있다.

상기 설명한 재생 PET의 성분, 함량 및/또는 점도, 그리고 v-PET의 함량 및/또는 점도를 조절하는 경우, 재생 섬유의 인장강도와 절단신도를 보다 세밀하게 조절할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유의 인장강도 하한은, 예를 들어, 5.5 gf/d 이상, 6.0 gf/d 이상, 6.5 gf/d 이상, 7.0 gf/d 이상, 7.5 gf/d 이상, 8.0 gf/d 이상, 8.5 gf/d 이상, 9.0 gf/d 이상, 9.5 gf/d 이상 또는 10.0 gf/d 이상일 수 있다. 또한, 상기 재생 섬유 인장강도의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 15.0 gf/d 이하, 14.5 gf/d 이하, 14.0 gf/d 이하, 13.5 gf/d 이하, 13.0 gf/d 이하, 12.5 gf/d 이하, 12.0 gf/d 이하, 11.5 gf/d 이하, 11.0 gf/d 이하, 10.5 gf/d 이하 또는 10.0 gf/d 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 재생 섬유의 절단신도 하한은, 예를 들어, 10.5 % 이상, 11.0 % 이상, 11.5 % 이상, 12.0 % 이상, 12.5 % 이상, 13.0 % 이상, 13.5 % 이상, 14.0 % 이상, 14.5 % 이상, 15.0 % 이상, 15.5 % 이상, 16.0 % 이상, 16.5 % 이상, 17.0 % 이상, 17.5 % 이상, 18.0 % 이상, 18.5 % 이상, 19.0 % 이상, 19.5 % 이상 또는 20.0 % 이상일 수 있다. 또한, 상기 재생 섬유 절단신도의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 25.0 % 이하, 24.5 % 이하, 24.0 % 이하, 23.5 % 이하, 23.0 % 이하, 22.5 % 이하, 22.0 % 이하, 21.5 % 이하, 21.0 % 이하, 20.5 % 이하, 20.0 % 이하, 19.5 % 이하 또는 19.0 % 이하일 수 있다.

본 출원에 관한 다른 일례에서, 본 출원은 재생 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 방법은, 0.1 내지 2.0 몰% 함량 범위로 이소프탈산을 포함하고, 고유점도가 0.90 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET를 포함하는 재료를 용융 방사하는 단계를 포함한다. 용융 방사에 의해 미연신사가 제조된다.

상기 재료에 포함되는 재생 PET의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 칩 형태일 수 있다.

상기 재생 PET와 관련된 특성이나 그 함량은 앞서 설명한 바와 같다.

하나의 예시에서, 상기 재료는 원 PET를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은, 0.1 내지 2.0 몰% 함량 범위로 이소프탈산을 포함하고, 고유점도가 0.90 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET; 및 원 PET를 포함하는 재료를 용융 방사하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 재료에 포함되는 원 PET의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 칩 형태일 수 있다.

상기 원 PET와 관련된 특성이나 함량은 앞서 설명한 바와 같다.

하나의 예시에서, 상기 재료에 대한 용융 온도는 250 ℃ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 용융 온도는 그 하한이 예를 들어, 260 ℃ 이상, 270 ℃ 이상, 280 ℃ 이상, 290 ℃ 이상 또는 300 ℃ 이상일 수 있고, 그 상한은 예를 들어, 315 ℃ 이하, 310 ℃ 이하, 300 ℃ 이하, 290 ℃ 이하 또는 280 ℃ 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 용융이 이루어지는 경우, 충분한 용융과 우수한 방사성을 확보할 수 있고, 그리고 PET 의 과도한 열분해를 방지할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 방사는 약 250 내지 4,000 m/min 속도 범위에서 이루어질 수 있다.

용융 방사시 사용되는 구금의 경우, 원하는 재생 섬유의 물성을 얻을 수 있는 수준에서 적절히 설계된 것을 사용할 수 있다. 특별히 제한되는 것은 아니나, 재생 섬유의 단사섬도는 2 내지 15 데니어(denier) 범위일 수 있도록 설계된 구금이 사용될 수 있다.

하나의 예시에서, 용융 방사된 PET에 대해서 냉각이 이루어질 수 있다. 냉각 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 15 내지 60 ℃ 온도의 바람을 이용하여 냉각이 이루어질 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 폴리에스테르 미연신사에 대한 연신 공정이 이루어질 수 있다. 연신에는 복수의 롤러를 포함하는 장비가 사용될 수 있으나, 사용되는 장비가 특별히 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 상기 연신은 총 연신비가 약 4.5 내지 6.0 범위인 수준으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 방법은, 용융 방사 후 제조된 미연신사를 총연신비가 4.5 내지 6.0 범위를 만족하도록 연신하는 연신 단계를 더 포함할 수 있다. 총연신비가 6.0을 초과하는 경우에는 과연신으로 인해 절사 등의 문제가 있다. 또한, 총연신비가 4.5 미만인 경우에는 섬유의 배향도가 낮아 원사의 강도가 낮아질 수 있다.

상기 연신 이후에는, 열고정, 이완 및 권취 공정이 추가로 더 수행될 수 있다. 이들 공정은 공지된 장비를 이용하여 적절히 수행될 수 있다.

하나의 예시에서, 이완률은 1 내지 3% 범위로 조절될 수 있다. 즉, 상기 방법은 상기 연신 후에 이완률 1 내지 3 % 범위의 이완 단계를 더 포함할 수 있다. 이완률이 1 % 미만인 경우에는 장력이 지나치게 높게 가해지기 때문에 원사가 사절될 수 있고, 3%를 초과하는 경우에는 기밀성이나 내구성이 좋지 못할 수 있다.

상기 방법을 통해 제조된 재생 섬유의 구체적인 특성이나 구성은 앞서 설명한 것과 동일하다.

본 출원에 관한 다른 일례에서, 본 출원은 재생 섬유를 포함하는 친환경 차량 소재에 관한 것이다.

친환경 차량 소재에 사용되는 재생 섬유의 구체적인 특성이나 구성은 앞서 설명한 것과 동일하다.

상기 친환경 차량 소재는 있는, 예를 들어, 차량용 에어백이나 좌석벨트에 사용되는 원단일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 원단은 앞서 설명된 재생 섬유 원사를 위사 및 경사로 이용하여 비밍(beaming), 제직, 정련, 및 텐터링 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 원단은 통상적인 제직기를 사용하여 제조할 수 있으며, 어느 특정 직기를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다만, 평직형태의 원단은 레피어 직기(Rapier Loom)나 에어제트 직기(Air Jet Loom) 또는 워터제트 직기(Water Jet Loom) 등을 사용하여 제조할 수 있으며, OPW 형태의 원단은 자카드 직기(Jacquard Loom)를 사용하여 제조할 수 있다.

하나의 예시에서, 에어백용 원단은 경사 및 위사 방향에서 직물 밀도가 인치당 40 x 40 내지 55 x 55 인 평직일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 에어백에서 요구되는 기밀성과 강도를 만족하는데 유리하다.

하나의 예시에서, 상기 에어백용 원단은, ASTM D 4032에 따라 측정된 강연도가 25 N 이하를 만족할 수 있다. 상기 범위를 초과하는 강연도를 갖는 경우, 에어백용 원단이 뻣뻣하기 때문에, 에어백 쿠션의 폴딩성과 수납성이 좋지 못하다. 또한, 충격이 가해져 에어백이 팽창하는 경우에는 사용자 신체에 상해를 입힐 수도 있다.

하나의 예시에서, 상기 시트벨트용 원단은, 중량이나 착용감을 고려할 때 제직밀도 280 본/인치 이하로 제조될 수 있다. 구체적으로, 경사 밀도는 230 내지 280 본/인치，또는 바람직하게는 240 내지 270 본/인치일 수 있다. 230 본/인치 이상인 경우, 차량 충돌시 승객을 안전하게 지지하는데 유리하다. 또한, 시트벨트 탈착 시의 구동성을 고려할 때, 시트벨트용 원단의 위사 밀도는 예를 들어, 4 본/인치 이상일 수 있다. 그리고, 시트벨트의 과도한 두께 증가를 방지하고, 승객의 착용감을 고려할 때, 시트 벨트 원단의 위사 밀도 상한은, 예를 들어, 8 본/인치 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 시트벨트용 원단은, KS K 0650-1에 따라 측정된 마찰견뢰도가 3급 또는 4 급을 만족할 수 있다. 따라서, 본 출원의 시트벨트용 원단은, 사용자 의류와의 마찰이 일어나는 경우에도, 염료가 이탈하지 않는 특성이 우수하다.

발명의 일 구현예에 따르면, 재생 PET를 사용하여 제조되기 때문에 친환경적이면서도, 상업적으로 요구되는 원사(섬유)의 물성을 만족하는 재생 섬유가 제공될 수 있다. 그리고, 이러한 재생 섬유는 차량의 좌석벨트(seat belt)나 에어백(air bag)용 원단으로서 사용될 수 있다.

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 실시예는 발명의 예시일 뿐, 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예 1

표 1에서와 같이, IPA 가 1.5 mol% 함량 포함되고, 고유점도가 1.0 dl/g 인 r-PET 칩을 용융방사 후 냉각하는 방법으로 폴리에스테르 미연신사를 제조한 후에, 연신 및 이완 공정을 거쳐 폴리에스테르 원사, 즉 재생 섬유(단사섬도 약 7 데니어)를 제조하였다. 이때, 용융 방사 공정에 관한 방사 온도는 약 290 ℃로, 총연신비는 약 5.0로, 이완율은 약 1.5 % 로 조절하였다.

실시예 2 내지 12, 및 비교예 1 내지 3

표 1 또는 표 2에서와 같이, r-PET 의 성분, 함량 및/또는 점도, 그리고 v-PET의 함량 및/또는 점도를 조절하였다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 r-PET 칩 및/또는 v-PET 칩을 용융방사 후 냉각하는 방법으로 폴리에스테르 미연신사를 제조한 후에, 상기 미연신사를 동일한 연신비로 연신하며 열처리를 수행하여 폴리에스테르 원사, 즉 재생 섬유를 제조하였다.

실시예와 비교예에서 사용된 원사의 구성은 표 1 및 2에 각각 기재하였다.

측정항목

1. 재생섬유 내 IPA(isophthalic acid)의 함량

실시예 및 비교예에서 제조된 PET 섬유를 용매인 Trifluoroacetic Acid-d(System Peak: 11.50)에 2 내지 3% 농도로 용해시켜 샘플을 제조하고, Oxford사 AS400(64MHz) 장비를 이용하여 샘플 내 IPA의 함량을 측정하였다.

(1) IPA Peak : (a) 8.7~8.8ppm, (b) 8.2~8.3ppm, (c) 7.5~7.6ppm

(2) IPA 함량 측정방법

제조된 샘플을 이용하여 64MHz의 H-NMR 측정하고, 아래 식 1을 이용하여 계산하였다.

<식 1>

IPA 함량(mol%) = (a면적+b면적+c면적) X 100(%) / 전체면적

2. r-PTE와 v-PET의 고유점도

r-PTE 칩과 v-PET 칩의 고유점도를 각각 측정하였다. 구체적으로, 사염화탄소를 이용하여 시료에서 유제를 추출하고, 160±2℃에서 OCP(Ortho Chloro Phenol)로 녹인 후, 25℃의 조건에서 자동점도 측정기 (Skyvis-4000)을 이용하여 점도관에서의 시료 점도를 측정하였다. 그리고 아래 과정의 계산에 따라 고유점도(Intrinsic viscosity, I.V.)를 구하였다.

고유점도(I.V.) = {(0.0242 X Rel)+0.2634} X F

Rel= 용액초수 X 용액비중 X 점도계수 / OCP 점도

F = (Standard chip의 I.V.) / (Standard chip을 표준 동장으로 측정한 3개의 평균 I.V.)

3. 원사의 인장강도(단위: gf/d) 및 절단신도(단위: %)

ASTM D 885 규격에 따라 원사의 인장강도와 절단신도를 측정하였다.

4. 마찰견뢰도

(1) 시트벨트(Seat-belt)의 원단의 제조

실시예 및 비교예에서 제조된 섬유 원사를 270 본으로 제직하여, 위사밀도 7.1 본/인치, 경사밀도 270 본/인치이며, 폭이 49mm인 시트벨트 반제품을 제조하였다. 그리고, S-Type의 black 분산염료를 사용해 상기 시트벨트 샘플을 염색하였다. 염색이 완료된 샘플에 대하여 마찰 견뢰도를 측정하였다. 이를 통해, 의류와의 마찰에 의해 염료가 이탈하는 정도를 확인할 수 있다.

(2) 원단의 마찰 견뢰도

KS K 0650-1(크로크미터법)에 따라 마찰견뢰도를 측정하였다. 구체적인 측정 과정은 아래와 같다.

1) 적용범위: 염색물 적용

2) 의뢰 시료량: 20 cm x 20 cm

3) 시험편

-천: 20 cm x 10 cm 크기의 직사각형 2장

-실: 20 cm x 10 cm 크기의 직사각형이 되도록 편성하거나 두꺼운 종이에 길이 방향으로 감아서 준비

4) 시험방법

- 시험편 및 건식 바찰용 백면포를 표준상태에서 4시간 방치

- 습윤 마찰시험용 면포는 시험전 건식 마찰용 백면포를 실온 증류수로 적셔 약 100% 습윤 상태로 준비

- 900 g의 하중을 가한 마찰자를 건식, 습식 백면포로 각각 단단히 싼 후, 시험편 위에서 10 cm 사이를 10초 도안 10회 왕복 마찰. 이때, 표면에 대해 시험을 진행함이 원칙이고, 여러가지 색상으로 이루어진 천의 경우 모든 색상이 시험편의 한방향으로 배열(색상면적이 마찰하기에 충분한 크기인 경우 시험편을 각각 색상별로 나누어 시험 진행)

5) 결과확인

시험편의 오염용 표준회색색표와 비교하여 판정 후 급수 기록(습식급수)

5. 강연도(stiffness)(단위: N)

(1) 에어백용 원단의 제조

경사 및 위사 방향에서 직물 밀도가 인치당 46 x 46인 평직으로 원단을 제직한 후 강연도를 측정하였다.

(2) 강연도의 측정

미국재료시험협회규격 ASTM D 4032에 따른 강연도 측정장치를 이용하여 써클라벤드법 (Circular Bend) 법으로 원단의 강연도를 측정하였다. 강연도를 통해 에어백용 원단의 유연한 정도를 비교할 수 있다.

실시예와 비교예에에 대하여 측정된 결과는 표 1 및 2에 각각 기재하였다.

실시예	v-PET 의 점도 (dl/g)	r-PET의 점도 (dl/g)	PET 함량 (중량%) (v-PET : r-PET)	r-PET 내 IPA의 함량(mol%)	인장강도 (gf/d)	절단신도 (%)	Seat-belt 관련 마찰 견뢰도 (습식급수)	Airbag 관련 강연도(N)
1	1.0±0.2	1.0	0:100	1.5	5.1	10.3	3	24
2	1.0±0.2	1.0	50:50	0.8	5.5	11.2	3	23
3	1.0±0.2	1.0	70:30	0.4	5.8	12.4	3	23
4	1.0±0.2	1.3	0:100	1.5	6.2	13.1	4	20
5	1.0±0.2	1.3	50:50	0.8	6.6	13.8	4	22
6	1.0±0.2	1.3	70:30	0.4	6.9	14.2	4	23
7	1.0±0.2	1.6	0:100	1.5	7.3	14.5	4	18
8	1.0±0.2	1.6	50:50	0.8	7.8	15.3	4	20
9	1.0±0.2	1.6	70:30	0.4	8.2	15.8	4	21
10	1.0±0.2	1.9	0:100	1.5	8.6	16.4	4	15
11	1.0±0.2	1.9	50:50	0.8	8.9	17.0	4	17
12	1.0±0.2	1.9	70:30	0.4	9.2	17.8	4	17

비교예	v-PET 의 점도	r-PET의 점도	PET 함량 (중량%) (v-PET : r-PET)	r-PET 내 IPA의 함량(mol%)	인장강도 (gf/d)	절단신도 (%)	Seat-belt 관련 마찰 견뢰도 (습식급수)	Airbag 관련 강연도(N)
1	1.0±0.2	0.7	0:100	1.5	4.8	9.4	2	26
2	1.0±0.2	2.2	0:100	1.5	방사불가(측정불가)	방사불가 (측정불가)	-	-
3	1.0±0.2	2.5	70:30	0.4	방사불가(측정불가)	방사불가 (측정불가)	-	-

Claims

고유점도가 0.90 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET(recycled polyethylene terephthalate)를 포함하고,
0.1 내지 2.0 몰% 함량 범위로 이소프탈산을 포함하는, 재생 섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 재생 PET가 상기 이소프탈산을 포함하는, 재생 섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 재생 섬유는 5.0 gf/d 이상의 인장강도 및 10% 이상의 절단신도를 갖는, 재생 섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 재생 PET를 25 중량% 내지 100 중량% 범위로 포함하는, 재생 섬유.
제 1 항에 있어서, 원 PET(virgin polyethyleneterephthalate)를 더 포함하는, 재생 섬유.
제 5 항에 있어서, 상기 원 PET의 고유점도가 0.70 내지 1.30 dl/g 범위인, 재생 섬유.
제 5 항에 있어서, 고유점도가 1.20 내지 2.00 dl/g 범위 내의 재생 PET; 및 고유점도가 0.80 내지 1.20 dl/g 범위 내인 원 PET를 포함하는, 재생 섬유.
제 7 항에 있어서, 고유점도가 1.20 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET 30 중량% 내지 60 중량%; 및 고유점도가 0.80 내지 1.20 dl/g 범위인 원 PET 40 내지 70 중량%를 포함하는, 재생 섬유.
0.1 내지 2.0 몰% 함량 범위로 이소프탈산을 포함하고, 고유점도가 0.90 내지 2.00 dl/g 범위인 재생 PET를 포함하는 재료를 용융 방사하는 단계를 포함하는, 재생 섬유의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 재료는 원 PET를 더 포함하는, 재생 섬유의 제조방법.
제 10 항에 있어서, 상기 용융 방사에서 용융 온도가 250 ℃ 이상인, 재생 섬유의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 용융 방사 후 제조된 미연신사를 총연신비가 4.5 내지 6.0 범위를 만족하도록 연신하는 연신 단계를 더 포함하는, 재생 섬유의 제조방법.
제 12 항에 있어서, 상기 연신 후에 이완률 1 내지 3 % 범위의 이완 단계를 더 포함하는, 재생 섬유의 제조방법.
제 1 항에 따른 재생 섬유를 포함하는 직물 또는 부직포 원단인, 친환경 차량 소재.
제 14 항에 있어서, ASTM D 4032에 따라 측정된 강연도가 25 N 이하인, 친환경 차량 소재.
제 14 항에 있어서, KS K 0650-1에 따라 측정된 마찰견뢰도가 3 급 또는 4 급을 만족하는, 친환경 차량 소재.