KR20220132463A - 산업용 직물 및 그 용도 - Google Patents

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Abstract

산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33), 특히 초지기 클로딩, 공정 또는 컨베이어 벨트로, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성된다.

Description

산업용 직물 및 그 용도{INDUSTRIAL TEXTILE AND USE}
본 발명은 산업용 직물, 특히 초지기 클로딩(paper machine clothing), 또는 예를 들어 식품 또는 목재 산업을 위한 공정 또는 컨베이어 벨트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 2,5-푸란디-카르복실산(2,5-furanedicarboxylic acid)을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오-폴리머(bio-polymer)의 용도에 관한 것이다.
산업용 직물(industrial textile)은 다양한 산업 분야에서 사용된다.
산업용 직물의 일례는, 컨베이어 벨트와 같은 공정 벨트이다. 이러한 산업용 벨트는, 다양한 기계에서, 제품을 운송, 공급, 보관 및/또는 적재하는데 사용된다. 장착 시 이러한 벨트는, 끝이 없는 구성(endless configuration)으로 되어있다. 예를 들어, 이들은 기계의 롤러 컨베이어를 포함한다. 컨베이어 벨트는, 예를 들어 DE 20 2019 103 469 U1 및 선행 기술과 관련하여 이 문서에 인용된 문헌에서 등장한다. DE 20 2019 103 469 U1으로부터 기존의 공지된 컨베이어 벨트는, 캐리어 및 예를 들어, 하나 이상의 폴리머를 포함하거나 이로 구성된 코팅 재료로부터 제조된 코팅 스트립(coating strips)을 갖는다. 캐리어는, 예를 들어 나선형 링크 벨트(spiral link belt), 또는 직조되거나 편직된 층이나, 부직포 층일 수 있다.
산업용 직물이 사용되는 또 다른 영역은 제지 분야(paper producing)이다. 여기서, 초지기 클로딩(paper machine clothing)이 장착된 초지기가 사용된다. 때때로 초지기 벨트라고도 지칭되는 이들은, 일반적으로 길이와 너비가 큰 무한 직물 제품(endless textile products)이거나, 이음새(seam)를 통해, 끝이 없는 섬유 제품으로서, 구조와 재료의 선택이 종이의 특정 요구사항에 맞게 조정되는 섬유 제품이다. 초지기 클로딩은, 초지기 내에서 순환하며, 초지기를 통과함에 따라 초지기 내에서 형성되는 제지 그물(paper web)을 지지하고, 그럼으로써, 탈수 공정을 가능하게 하고 이를 촉진시킨다.
사용되는 위치에 따라, 초지기 클로딩은, 3개의 기본 유형: 즉, 성형 직물, 프레스 펠트 및 건조기 직물(dryer fabrics)로 구분될 수 있다. 초지기의 제1 부분에서는, 일반적으로 단층 또는 다층 직물이 사용되며, 여기에 제지 그물이 형성되는 방식으로 종이 펄프가 도포된다. 탈수는 중력의 영향 하에서 성형 직물을 통해 흡입 상자에 의해 가해지는 음압의 영향으로 발생한다. 따라서, 성형 직물(forming fabrics)은 한편으로는 매우 투과성이고, 다른 한편으로는 이들 외부에서 우수한 섬유 보유력을 가져야 한다. 초지기의 후속 섹션인, 프레스 섹션에서, 제지 그물은, 프레스 펠트에 의해 넘겨지고, 롤 프레스를 통과하며, 여기서 제지 그물에 여전히 포함된 액체는, 프레스 압력으로 눌려지고, 프레스 펠트를 통해 강제된다. 프레스 펠트는, 일반적으로 하나 이상의 섬유층이 도포되는 스레드(thread) 시스템 형태의 캐리어를 가지며, 특히 압력 및 열 하에서, 바늘, 접착, 용접 또는 적층된다. 스레드 시스템은, 예를 들어 직조된 직물, 편직물, 부직포 스레드 층 또는 나선형 링크 밴드일 수 있다. 이러한 얀 시스템(yarn system)의 조합이 또한, 공지되어 있다. 프레스 섹션 다음으로는, 제지 그물이 고온 롤들(hot rolls) 위로 제지 그물을 안내하는 건조기 직물로 전달되는, 건조 섹션이 이어진다. 여기서 탈수는 열적으로 발생한다. 건조기 직물은, 일반적으로 개방형 메시 또는 나선형 링크 벨트 또는 링 링크 벨트와 같은 링크 벨트로 구성된다(유형에 대하여, EP 0 171 891 A1, EP 0 472 072 A1, 및 EP 0 763 623 B1 참조). 또한, 직물 또는 부직포 층과, 이에 적용되는 불침투성 고분자 층으로 구성된 지지체(backing)로 만들어진, 소위 슈 프레스 벨트(shoe press belts)와 같은, 다른 형태의 초지기 클로딩이 존재한다.
과거에는 이러한 초지기 벨트의 스레드 시스템이 양모 또는 면으로 만들어졌다. 그러나, 이들은 기계적 특성이 너무 제한되어 초지기의 추가적인 발전 속도를 따라갈 수 없었다. 따라서 수십 년 동안, 초지기 테이프(tapes)는: 가령, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르에테르케톤 등과 같은, 화석 원료를 기반으로 하는 플라스틱으로만 제조되었다. 초지기에서, 극한의 기계적, 열적 및/또는 화학적 작동 조건에 노출되는 초지기 클로딩은 일반적으로, 서비스 수명이 몇 주(week)에 불과하고, 새로운 클로딩으로 교체되어야 하기 때문에, 이렇게 사용되는 플라스틱의 양이 상당히 많다.
산업용 직물 생산용 폴리머 플라스틱에 사용되는 화석 원료, 특히 광유와 같은 석유화학 원료가 고갈되고 있다. 광유(mineral oil)는 아직까지는 연료 생산을 위해 대체될 수 없기 때문에, 광유 자원을 가능한 많이 보존하고, 여전히 필수 불가결한 응용분야를 위해 비축할 필요가 존재한다.
또한, 특히 식물에서 얻은 재생가능한 원료에 의존함으로써, 소위 "CO2 발자국(footprint)"을 감소시켜서, 생태학적 발자국(ecological footprint)을 최소화하는데 집중하는 것이 훨씬 더 중요할 것이다. 조류(algae)를 포함한 식물과, 일부 박테리아는, 지구 대기의 산소 순환의 가장 중요한 구동 요인인 광합성의 생화학적 과정을 통해, 존재하는 과정에서 이산화탄소(CO2)로부터 산소(O2) 분자를 생성한다.
따라서 화석 원료를 보다 생태학적으로 적합한 대체 원료로 대체하려는 노력이 이루어지고 있다.
EP 3 348 679 B1에서는, 타이어 생산을 위한 재생가능한 원료에 기초한 폴리에틸렌 2,5-푸란디카르복실레이트 원사 및 이 원사를 갖는 타이어가 획득된다.
DE 20 2012 103 846 U1은, 일부 또는 전체 스레드가 부분적으로 또는 전체적으로 바이오플라스틱, 특히 하나 이상의 재생가능한 원료, 특히 식물성 원료를 사용하여 생산되는 바이오플라스틱으로 구성된다는 점을 특징으로 하는 초지기 클로딩을 보여준다. 이러한 플라스틱을 사용함으로써, 화석 자원의 보존에 기여한다. 또한, 바이오플라스틱은 매립 시에 문제가 적고, 이들의 재료는 재사용을 위해 대부분 회수될 수 있다.
바이오 플라스틱을 사용하거나 이로부터 유래된, 종래의 공지된 초지기 클로딩 그 자체는, 원칙적으로 증명되었다. 그러나, 대체 자원-절약 재료로 만든 산업용 직물에 대한 수요가 여전히 존재한다.
따라서 본 발명의 과제는, 환경, 즉 우리의 생활 공간을 존중하고 세심하게 처리한다는 측면에서, 우수한 제품 특성을 특징으로 하면서 이와 동시에 지속가능한 생산 및 지속가능한 사용의 요구사항을 충족하는 산업용 직물을 특정하는 것이다.
이 작업은, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머로, 부분적으로 또는 전체적으로 구성된 산업용 직물, 특히 초지기 클로딩, 또는 공정이나 컨베이어 벨트에 의해 해결된다.
본 출원인은, 초지기 클로딩 및 공정 또는 컨베이어 벨트와 같은 공업용 섬유에 특히 적합한 재료인 바이오모노머 2,5-푸란디카르복실산을 기반으로, 다양한 장점이 결합된 고품질 바이오 폴리머를 얻을 수 있음을 입증하였다. 2,5-퓨란디카르복실산을 기반으로 수득된 바이오폴리머는, 열가소성이며, 100% 재활용가능하며 소각 시 CO2 중립적이다.
2,5-푸란디카르복실산으로부터 생산된 하나 이상의 바이오폴리머는, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 화석, 석유화학 원료로부터 생산된 기존의 폴리에스테르에 대한 대안으로서, 산업용 직물에 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨베이어 벨트 또는 초지기 클로딩, 특히 직물 형성 및 건조의 경우이다. 본 발명에 따르면, 화석 원료를 기반으로 하는 성분들은, 우수한 특성을 가진 재생가능한 원료로 만든 성분으로 대체할 수 있으므로, 최적의 품질과 동시에 높은 수준의 지속가능성을 달성할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 2,5-푸란디카르복실산을 기반으로 하는 바이오폴리머는 생분해성 및 비-생분해성일 수 있다.
바이오-폴리머는, 특히 바이오-기반 또는 생분해성 또는 바이오-기반 및 생분해성 둘 모두인 폴리머를 의미하는 것으로 이해된다.
즉, 일반적인 용어 "바이오-폴리머"는 두 그룹으로 나눌 수 있다. 제1 그룹은 바이오-기반 바이오 폴리머, 즉 생분해성 폴리머 및 비-생분해성 폴리머를 모두 포함할 수 있는 바이오제닉(재생가능한) 원료로부터 적어도 부분적으로 생성된 천연 폴리머 또는 폴리머를 포함한다. 제2 그룹은, 바이오-기반 폴리머와 석유화학-기반 폴리머를 모두 포함할 수 있는 생분해성 바이오 폴리머를 포함한다.
본 발명에 따라 사용되는 바이오폴리머 또는 폴리머들은, 바이오플라스틱일 수 있다. 이는 합성으로 생산된 경우이다.
특히, 바이오기반 바이오폴리머, 바람직하게는 생분해성 바이오기반 바이오폴리머로부터 제조된 바이오플라스틱이 본 발명의 컨텍스트에서 사용된다.
본 컨텍스트에서 생분해성은 특히, 호기성 생분해성(aerobic biodegradability)을 의미한다.
특히, 이는, 표준 DIN EN ISO 14851 및/또는 표준 DIN EN ISO 및/또는 14852 표준 DIN EN ISO 14855-1 및/또는 표준 DIN EN ISO 17556에 따른 생분해성으로 이해되어야 한다.
호기성 생분해의 정의는 이 표준들의 섹션 3.1에서 찾을 수 있다. 이것은 "산소 존재 하에 미생물에 의한 새로운 바이오매스뿐만 아니라, 존재하는 임의의 다른 원소의 미네랄염, 물 및 이산화탄소로 유기 화합물이 분해되는 것(광물화)"으로 구체적으로 정의된다. 이 경우, 생분해성에는 특히, 이러한 유형의 호기성 생분해성이 포함된다.
2019년 7월의 DIN EN ISO 14851은, 다른 것들 중에서도 밀폐형 호흡계에서 산소 요구량을 측정하여, 수성 매질에서 플라스틱 재료의 완전한 호기성 생분해성을 측정하는 방법에 관한 것이다.
DIN EN ISO 14852(2018년 12월)는 다른 것들 중에서도 방출된 이산화탄소 분석을 통해 수성 매질 공정에서 플라스틱 재료의 완전한 호기성 생분해성 측정을 다룬다.
DIN EN ISO 14855-1(2013년 4월)은 다른 것들 중에서도 방출된 이산화탄소 분석을 통해, 제어된 퇴비화(composting) 공정 조건에서 플라스틱 재료의 완전한 호기성 생분해성을 결정하는 것에 관한 것이다.
DIN EN ISO 14855-1에서 "퇴비화" 및 "분해"라는 용어는, 3.2 및 3.3에도 설명되어 있다. 따라서, 퇴비화는 퇴비 생산을 위한 호기성 공정으로 이해되어야 한다. 퇴비는, 주로 식물 잔류물로 구성되고, 때때로 다른 유기물과 혼합되며, 제한된 미네랄 함량을 갖는 혼합물의 생분해에 의해 생성되는 유기 토양 개량제(organic soil amendment)이다. 또한 단락 3.3에 따르면, 분해는 물질을 물리적으로 매우 작은 조각으로 분해하는 것이다.
DIN EN ISO 17556(2019년 9월)은 호흡계의 산소 요구량 또는 생성된 이산화탄소의 양을 측정함으로써, 토양에서 플라스틱 재료의 완전한 호기성 생분해성의 결정 및 플라스틱을 다룬다.
혐기성 생분해(anaerobic biodegradation)에 대한 설명 또는 정의는, 예를 들어 항목 3.1에 있는 DIN EN ISO 14853 및 DIN EN ISO 15985의 2개의 표준들에서 찾을 수 있다. 거기에는 "3.1 완전한 혐기성 생분해"라는 제목 아래에 다음과 같이 명시되어 있다: 산소를 제외한 미생물에 의한 유기 화합물의 분해, 이에 의해 이산화탄소, 메탄, 물 및 다른 함유 요소의 무기염(광물화)과, 새로운 바이오매스가 형성된다.
DIN EN ISO 14853(2018년 2월)은 플라스틱 및 수성 매질에서 플라스틱 재료의 완전한 혐기성 생분해의 측정을 취급하며, 이 방법은 바이오가스 발생 분석을 사용한다.
DIN EN ISO 14853에서는 3.2에서 1차 혐기성 생분해를 구분하기도 한다. 이에 따르면 미생물에 의한 화합물의 구조적 변화(변형(transformation))로 특수한 성질을 상실하게 된다.
DIN EN ISO 15985(2018년 2월)는 플라스틱 및 혐기성의 높은 고형물 소화 조건에서 완전한 혐기성 생분해를 측정하는 것을 취급하며, 이 방법은 방출된 바이오가스 분석을 사용한다.
폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)는, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 특히 적합한 바이오폴리머임이 입증되었다. 따라서, 유리한 추가 개발에서, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생성된 바이오폴리머 중 적어도 하나가, 폴리에틸렌 2,5-푸란디카르복실레이트 또는 폴리에틸렌 푸란디카르복실레이트로도 지칭되는 폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF), 또는 폴리에틸렌 디카르복시푸라노에이트, 및/또는 그의 공중합체인 구성이 제공된다.
2,5-푸란디카르복실산 및 이를 기반으로 하는 바이오폴리머, 예를 들어 PEF를 수득하는 다양한 방법이 공지되어 있다.
예를 들어, 설탕[C6H12O6], 글리코오스(glycose) 또는 과당으로부터, 중간체 5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF)[C6H6O3](5-(하이드록시메틸)-2-푸르알데하이드, 5-옥시메틸푸르푸롤, 5-(하이드록시메틸)-푸르푸롤(hist.))가 탈수소화(-3H2O)에 의해 수득될 수 있고, 이로부터 2,5-푸란디카르복실산(FDCA)[C6H4O5]이 산화(+O2)에 의해 수득될 수 있다. 폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)[[C8H6O5]n]는, 예를 들어 모노에틸렌 글리콜(MEG)[C2H6O2]의 첨가와 함께, 중축합(polycondensation)에 의해 2,5-푸란디카르복실산으로부터, 수득될 수 있다.
특히, 임의의 바람직하지 않은 부산물을 생성하지 않고, 생성물의 착색을 방지하는, 상대적으로 에너지 효율적인 중합 방법이 또한, 알려져 있다. 이것은, 예비중합에 의해 디메틸푸란디카르복실레이트 및 에틸렌 글리콜로부터 올리고머(MW < 5 kg/mol)를 수득하는 것을 포함한다. 해중합에 의해, 이들 올리고머와 고비점 용매로부터, 2 내지 반복 단위를 갖는 고리형 올리고머가 수득된다. 개환 중합(ring-opening polymerization)에 의해 중합체(MW > 5 kg/mol)는, 몇 분 내에 고리를 이동시켜 수득된다.
2,5-퓨란디카르복실산(FDCA)과 에틸렌 글리콜(MEG)의 방향족 폴리에스테르인 폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)는, 화학적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)에 필적한다. 기존의 폴리에스터 생산에서 테레프탈산(PTA)을, 2,5-퓨란디카복실산(FDCA)으로 대체하여, 폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)를 합성하는 것이 가능하다.
폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)보다 몇 가지 장점을 갖고 있다. 이는 재생가능한 식물성 원료에서 추출할 수 있고 재활용이 가능하기 때문에, PET보다 탄소 발자국이 50% 내지 70% 낮다. 그것은 PET보다 빠른 속도로 산업 퇴비화 조건에서 분해될 수 있다. 또한, O2, CO2 및 H2O에 대한 PEF의 차단 특성(barrier property)은, PET의 차단 특성보다 몇 배 더 높다. 기계적 물성 면에서 PEF는, PET에 비해 영 탄성계수 E와 인장강도가 더 높다. 또한 무게와 밀도가 비교적 낮다. 열적 특성 면에서, PET보다 유리 전이 온도가 높고, 융점이 낮으며, 열고정(thermofixation) 없이 열 안정성이 높은 것이 특징이다. 마지막으로 더 적은 수의 첨가제가 요구된다.
PEF에 대한 대안으로 또는 추가하여, 폴리에스테르 및/또는 폴리아미드(PA) 및/또는 폴리우레탄(PU) 및/또는 이들의 공중합체가 또한, 가능하다. 따라서, 추가 실시예는, 2,5-푸란디카르복실산(FDCA)으로부터 생성된 바이오폴리머 중 적어도 하나가 폴리에스테르 및/또는 폴리아미드(PA) 및/또는 폴리우레탄(PU) 및/또는 폴리에스테르의 공중합체 및/또는 폴리아미드(PA)의 공중합체 및/또는 폴리우레탄(PU)의 공중합체인 것을 특징으로 한다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)와 유사하게, 푸라노에이트(furanoates) 사이에 더 긴 사슬이 있는 폴리에스터 또한, FDCA-기반 바이오폴리머로 간주될 수 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생성된 적어도 하나의 바이오-폴리머는, 추가적으로 100% 바이오-기반의 바이오-폴리머, 예를 들어 100% 바이오-기반 PEF이다. DIN EN 17228 - 2019년 6월(플라스틱 - 바이오 기반 폴리머, 플라스틱 및 플라스틱 제품 - 정의, 특성 및 커뮤니케이션) 섹션 3.2에 따르면, 바이오기반 폴리머는, 바이오매스에서 완전히 또는 부분적으로 파생된 폴리머이며, 섹션 3.8에서 바이오매스는 화석 및/또는 지질학적 출처의 물질을 제외하고는, 생물학적 기원의 물질로 정의된다.
2,5-푸란디카르복실산은, 바람직하게는 하나 이상의 재생가능한, 특히 채소, 원료, 바람직하게는 옥수수, 밀, 감자 또는 타피오카의 단순당(단당류)으로부터 생성된 것이다.
본 발명에 따른 산업용 직물은, 모노필라멘트를 포함할 수 있다. 그런 다음, 모노필라멘트의 일부 또는 전부가, 2,5-푸란디카르복실산으로부터 생성된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성되는 경우 상당히 유리한 것으로 입증되었다. 기존의 산업용 직물에서, 모노필라멘트는 일반적으로 기존의 화석 석유화학 공급원료에서 생산되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터와 같은 폴리머로 만들어진다. 이 실시예에 따르면, 2,5-푸란 디카르복실산으로부터 생성된 하나 이상의 바이오폴리머는, 이러한 종래의 폴리머에 대한 대안으로서 산업용 직물에 사용될 수 있고, 매우 바람직하게는 예컨대, 직물 및/또는 부직포 층 및/또는 편물 및/또는 나선형 링크 밴드를 위한, 모노필라멘트의 형태로 방사될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산업용 직물은, 모노필라멘트 또는 모노필라멘트가 트위스트된(twisted) 스레드 및/또는 멀티필라멘트 또는 멀티필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 스테이플 섬유 스레드(staple fiber threads) 및/또는 다중성분 스레드의 형태인 섬유 및/또는 스레드를 포함하는 것이 가능하다. 그 다음, 섬유의 일부 또는 전부, 및/또는 스레드의 일부 또는 전부가, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 제조되는 것이 더욱 바람직하다.
다른 실시예는, 산업용 직물이, 스레드를 갖는 스레드 시스템을 포함하거나 구성되는 것을 특징으로 한다. 그런 다음, 스레드의 일부 또는 전부가, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생성된 하나 이상의 바이오폴리머로 구성되는 것이 바람직하다.
스레드 시스템이 존재하는 경우, 이는 하나 이상의 직물, 편물, 부직포 층, 나선형 링크 밴드 및/또는 이들의 조합을 형성할 수 있다. 그 다음, 스레드 시스템의 스레드의 일부 또는 전부는, 모노필라멘트 또는 모노필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 멀티필라멘트 또는 멀티필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 스테이플 섬유 스레드 및/또는 다성분 스레드일 수 있다. 바람직하게는, 모노필라멘트 또는 모노필라멘트-트위스트된(monofilament-twisted) 스레드 및/또는 멀티필라멘트 또는 멀티필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 스테이플 섬유 스레드 및/또는 다성분 스레드로 형성된 스레드의 일부 또는 전부는, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생성된 적어도 하나의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성된다.
필라멘트 시스템은 또한, 다중층을 가질 수 있고, 그 다음, 적어도 하나의 층은 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 적어도 하나의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 제조된 필라멘트를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
또 다른 실시예는, 산업용 직물에 코팅이 제공되고, 바람직하게는 코팅이 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
산업용 직물에는 또한, 섬유층이 제공될 수 있다. 이 경우, 섬유층은 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생성된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 이루어질 수 있다.
다시 말해서, 본 발명에 따라 제공되는 적어도 하나의 바이오폴리머는 코팅 및/또는 산업용 직물의 부직포 층에 적합한 것으로 또한, 밝혀졌다.
산업용 직물은, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오 폴리머로 전적으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 이는 또한, 재생가능한, 특히 식물 기반 원료 및 화석 기반 원료로부터 유래된 것들 모두인 ,하나 이상의 그러한 바이오폴리머 및 추가적인 다른 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 바이오폴리머는 또한, 화합물 및/또는 블렌드를 형성하기 위해, 통상적인 광유계 플라스틱과 조합 및/또는 블렌딩될 수 있다.
산업용 직물의 50중량% 이상, 특히 70중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상, 특히 바람직하게는 100중량%가, 2,5-푸란디카르복실산으로부터 생성된 하나 이상의 바이오폴리머를 사용하여 제조되는 경우 특히 적합한 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 산업용 직물이, 완전히 FDCA-기반 바이오폴리머로 구성되지 않는 경우, 다른, 바람직하게는 더 작은 폴리머 부분은:
- 생분해성 천연 또는 바이오기반 바이오폴리머
(전분 및/또는 셀룰로스 및/또는 리그닌(lignin) 및/또는 키틴(chitin) 및/또는 키토산 및/또는 폴리락트산(PLA) 및/또는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및/또는 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및/또는 폴리에틸렌-일렌-공-이소소르비드-테레프탈레이트 중합체(polyethylene-co-isosorbide-terephthalate polymer; PEIT) 및/또는 공중합체), 및/또는
- 비생분해성 바이오-기반 바이오폴리머(바이오-기반 세바스산을 이용한 폴리아미드 6.10), 및/또는
- 생분해성 석유화학-기반 바이오폴리머, 및/또는
- 생분해되지 않는 석유화학 기반 고분자(폴리아미드(PA) 및/또는 폴리에스테르 - 가령, 폴리부틸렌 테르-에프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT) 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) - 및/또는 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및/또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 및/또는 폴리우레탄(PU) 및/또는 공중합체)일 수 있거나, 이를 포함하거나 이에 의해 제공된다.
산업용 직물은 초지기용 성형(forming) 또는 건조 패브릭으로 설계되는 것이 더욱 바람직하다. 포밍 또는 건조 직물에서, FDCA-기반 바이오폴리머의 선호되는 사용은, PEF 바이오폴리머와 기존의 폴리에스터 PET의 화학적 유사성을 기반으로 하며, 이는 현재까지 전통적인 포밍 및 건조 직물에서 선호되는 재료이다. PEF의 유사한 화학 구조로 인해, PET와 유사한 PEF의 기계적 특성은, 특히 높은 탄성 계수를 초래한다. 이점은, 주로 재생 가능한 원료로부터, 즉 지속가능하게 생산할 수 있는 바이오폴리머를 사용하는데 있다.
대안적으로, 본 발명에 따른 산업용 직물은 또한, 초지기 클로딩을 위한 프레스 펠트, 전사 벨트 또는 캐리어일 수 있다. 다른 공정 또는 컨베이어 벨트가 본 발명에 따라 설계되도록 또한, 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 산업용 직물, 특히 초지기 클로딩 또는 공정 또는 컨베이어 벨트의 생산을 위해 2,5-푸란 디카르복실산을 기반으로 하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머를 사용하는 것이다. 초지기 클로딩의 경우, 포밍 또는 건조 직물인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 실시예와 관련하여, 첨부되는 도면을 참조하여, 종속항 및 실시예에 대한 상세한 설명을 참조할 것이다.
도면은 다음을 도시한다.
도 1은 포밍 패브릭으로서 설계된, 본 발명에 따른 산업용 직물의 제1 실시예를 완전히 개략적인 단면도로 도시한다.
도 2는 프레스 펠트(press felt)로 설계된, 본 발명에 따른 산업용 직물의 제2 실시예를 완전히 개략적인 분해 사시도로 도시한다.
도 3은 예컨대, 초지기 클로딩 또는 컨베이어 벨트를 위한 캐리어, 건조기 직물 또는 컨베이어 벨트로서 설계된, 본 발명에 따른 산업용 직물의 제3 실시예를 완전히 개략적인 단면도로 도시한다.
도 4는 예컨대, 초지기 클로딩 또는 컨베이어 벨트를 위한 캐리어, 건조기 직물 또는 컨베이어 벨트로서 설계된, 본 발명에 따른 산업용 직물의 제4 실시예를 완전히 개략적인 평면도로 도시한다.
도 5는 예컨대, 초지기 클로딩 또는 컨베이어 벨트를 위한 캐리어로서 설계된 산업용 직물의 제5 실시예를 완전히 개략적인 도면으로 도시한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 산업용 직물의 몇몇 실시예를 순전히 개략적인 도면들로 도시하며, 각 직물의 오로지 하나의 섹션이 각 도면에 도시되어 있다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는, 각각 동일한 참조 부호가 부여된다.
5개의 실시예들 모두는, 2,5-푸란디카르복실산으로부터 생성된 적어도 하나의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성된다는 공통점을 갖는다. 바람직하게는, 적어도 하나의 바이오폴리머는 100% 바이오-기반이고, 생분해성이다.
도 1은 제1 직물층(fabric layer; 2) 및 제2 직물층(3)을 갖는 초지기 클로딩(1)으로 설계된 산업용 직물을 도시한다. 2개의 직물층(2, 3)은 하나가 다른 층 위에 놓여 있다. 제1 직물층(2)의 외측은 종이면(4)을 형성하고, 제2 직물층(3)의 외측은 초지기 클로딩(1)의 기계면(5)을 형성한다. 2개의 직물층들은, 초지기 클로딩(1)의 의도된 작동 방향으로 연장되고, 가로방향으로 연장되는, 날실(warp thread) 및 가로방향 스레드(transverse threads) - 예컨대, 8, 9, 10으로 지정됨 - 를 형성하는 기존에 알려진 방식으로 세로방향 스레드(longitudinal threads; 6, 7)를 포함한다. 또한, 초지기 클로딩(1)은, 고유한 종이측 단일 결속사(binding thread; 9)를 통해 연결된, 종이측 및 기계측 직물층(2, 3)이 있는 다층 평직물(multilayer flat fabric)로 형성된다고도 할 수 있다.
예를 들어, 세로방향 필라멘트(6)의 일부 또는 전부 및/또는 세로방향 필라멘트(7)의 일부 또는 전부 및/또는 가로방향 필라멘트(8)의 일부 또는 전부 및/또는 가로방향 필라멘트(9)의 일부 또는 전부 및/또는 가로 필라멘트(10)의 일부 또는 전부는, 각각 부분적으로 또는 전체적으로 2,5-푸란디카르복실산으로부터 생성된 하나 이상의 바이오폴리머로 이루어질 수 있다. 모노필라멘트로 방사된 폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)는 특히 적합한 바이오폴리머임이 입증되었다.
도 2는 초지기용 프레스 펠트로 형성된, 본 발명에 따른 산업용 직물의 제2 실시예의 단면을 도시한다. 이것은, 예를 들어 그래픽 용지 생산 및 제지 그물 탈수용 티슈 부분(sector)에 특히 적합하다. 프레스 펠트(11)는: 캐리어 부직포(12), 캐리어 부직포(12)의 종이측에 제공되고, 용융 섬유 접착층(13)에 의해 접착된 부직포층(14), 부직포층(14)의 종이측에 제공된 캐리어 직물 형태의 캐리어(15), 및 캐리어 부직포(15)의 종이측에 제공된 카디드 스테이플 섬유 부직포(carded staple fiber nonwoven; 16)를 포함한다. 이러한 방식으로 적층된 프레스 펠트층은 니들링(needling)에 의해 서로 연결된다.
이 예시적인 실시예에서, 프레스 펠트(11)의 층들(12 내지 16) 중 하나 이상 또는 심지어 전체는, 각각 부분적으로 또는 전체적으로, 2,5-푸란디카르복실산, 특히 2,5-푸란디카르복실산계 폴리아미드를 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 부직포층(14)의 스레드(14a)의 전부 또는 일부 및/또는 캐리어(15)의 스레드(15a)의 전부 또는 일부가 이러한 바이오-폴리머로 제조될 수 있다.
유사하게, 캐리어 부직포(12) 및/또는 용융 섬유 접착층(13) 및/또는 스테이플 섬유 부직포(16)는 각각 이러한 바이오폴리머로부터 부분적으로 또는 전체적으로 제조될 수 있다.
도 3은 초지기용 건조기 직물로서 설계된, 본 발명에 따른 산업용 직물(17)의 제3 실시예의 단면을 통한 세로방향 단면을 도시한다. 이것은, 세로방향 스레드(19) 및 가로방향 스레드(20)를 갖는 직조 직물로 형성된 스레드 시스템(18)을 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 이것은 평직(plain weave)의 단층 평직물(flat woven fabric)이다. 직물에는 기계측에 코팅(21)이 제공된다.
이 예시적인 실시예에서, 세로방향 필라멘트(19)의 일부 또는 전부 및/또는 가로방향 필라멘트(20)의 일부 또는 전부는, 각각 부분적으로 또는 전체적으로 2,5-푸란디카르복실산, 특히 PEF를 사용하여 제조된 적어도 하나의 바이오폴리머로 제조될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 코팅(21)은, 적어도 하나의 이러한 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 만들어질 수 있다.
도 4는 건조기 직물로서 또는 컨베이어 벨트로서 형성되거나, 또한 초지기 클로딩 또는 컨베이어 또는 다른 공정 벨트를 위한 지지체를 형성하는 산업용 직물(22)의 다른 실시예를 도시한다.
직물(22)은, 건조기 직물 또는 컨베이어 벨트의 의도된 진행 방향에 대해 가로방향으로 가장자리에서 가장자리까지 연장되는, 복수의 평평한 나선형상(flat spirals; 24, 25, 26, 27)을 갖는 나선형 링크 밴드(23)를 포함한다. 예를 들어, 28로 표시된 헤드 벤드(head bend)를 사용하여, 이들은 결합 와이어(29, 30, 31)를 삽입하기 위한 채널이 각각의 경우에 형성되는 방식으로 서로 중첩되며, 결합 와이어(29, 30, 31)를 통해 개별 나선형상(24, 25, 26, 27)들은 힌지와 유사한 방식으로 서로와 결합된다.
편평한 필러 와이어(flat filler wires; 32)는, 나선형상(24, 25, 26, 27)의 직선형 권선 레그(winding leg)에 의해 형성된 캐비티들에 삽입되며, 여기에서는 오로지 하나만이 도시되어 있다. 이러한 필러 와이어(32)는, 특정 응용례에 따라 나선형 링크 밴드(23)의 투과율을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이들은 또한, 생략될 수도 있다.
나선형 링크 밴드(23)는, 2,5-푸란디카르복실산, 특히 PEF로부터 제조된 적어도 하나의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 이루어진다. 이와 관련하여, 나선형상(24, 25, 26, 27)의 일부 또는 전부 및/또는 결합 와이어(29, 30, 31)의 일부 또는 전부 및/또는 존재하는 경우 필러 와이어(32)의 일부 또는 전부는, 2,5-퓨란디카르복실산 기반의 바이오폴리머로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
마지막으로, 도 5는 본 발명에 따른 산업용 직물(33)의 제5 실시예를 도시하며, 이는 특히 초지기 클로딩, 또는 또한 초지기 클로딩이나 공정, 또는 컨베이어 벨트를 위한 지지체를 형성할 수 있다.
직물(33)은 세로방향 스레드(34)를 포함하며, 이 스레드는 다중-성분 스레드(35)를 둘러싸는, 다중-성분 스레드(35) 및 스티치 스레드(36), 특히 날실 스티치 스레드(warp-knitted stitch threads)로 형성되는 기립 스레드(standing threads)를 포함한다. 세로방향 스레드(34)의 기립 스레드의 각각의 다중-성분 스레드(35)는, 이 경우, 예컨대 37, 38, 및 39에 의해 개략도에서 표시되는, 3개의 단일 스레드를 포함한다. 이 경우 단일 스레드(37, 38, 39)는, 모노필라멘트(37), 스테이플 섬유 스레드(38) 및 멀티필라멘트(39)를 포함하며, 이는 단지 예시로서 이해되어야 한다. 세로방향 스레드(34)의 스티치 스레드(stitch thread; 36)는 모노필라멘트로 형성된다. 상기 구성의 세로방향 스레드(34)에 추가하여, 직물(33)은 모노필라멘트의 매거진 씨실(magazine weft threads)에 의해 제공되는, 가로방향 스레드(40)를 추가로 포함한다.
또한, 제5 실시예에서, 필라멘트(34, 40)의 일부 또는 전부는, 각각 부분적으로 또는 전체적으로 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된, 적어도 하나의 바이오폴리머, 특히 PEF로 제조된다.
도 5에는 하나의 층만이 표시되어 있지만, 이 층 외에도 동일하거나 상이한 설계의 다른 층들이 있는 것이 당연히 가능하며, 이 경우 다수의 층들은 기계적으로, 바람직하게는 니들링에 의해, 또는 물질적으로 접합, 용접 또는 융합에 의해 함께 결합된다
또한 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)이, 특히 2,5-푸란디카르복실산를 사용하여 생산된 100%의 바이오-기반 바이오폴리머로 가능한 최대로 구성된 경우에, 특히 지속가능하다는 점에 유의해야 한다. 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)이, 2,5-푸란디카르복실산를 사용하여 생산된 적어도 하나의 바이오폴리머 50 중량% 이상, 특히 70 중량% 이상, 바람직하게는 90 중량% 이상, 특히 바람직하게는 100 중량% 이상으로 구성되는 것이 특히 지속가능한 것으로 밝혀졌다.
산업용 직물이 FDCA-기반 바이오폴리머로 완전히 구성되지 않은 경우, 다른, 바람직하게는 더 작은 폴리머 부분은:
- 생분해성 천연 또는 바이오기반의 바이오폴리머(전분 및/또는 셀룰로스 및/또는 리그닌 및/또는 키틴 및/또는 키토산 및/또는 폴리락트산(PLA) 및/또는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및/또는 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및/또는 폴리에틸렌-일렌-공-이소소르비드-테레프탈레이트 중합체(PEIT) 및/또는 공중합체), 및/또는
- 비생분해성 바이오-기반 바이오폴리머(바이오 기반 세바스산을 이용한 폴리아미드 6.10), 및/또는
- 생분해성 석유화학-기반의 바이오폴리머, 및/또는
- 비-생분해성 석유화학-기반의 폴리머(폴리아미드(PA) 및/또는 폴리에스테르 - 가령, 폴리부틸렌 테르-에프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT) 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) - 및/또는 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및/또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 및/또는 폴리우레탄(PU) 및/또는 공중합체)일 수 있거나, 이를 포함하거나 이에 의해 제공된다.
산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)에 대해 2,5-퓨란디카르복실산을 기반으로 생산된 바이오폴리머를 사용함으로써, 특히 지속가능한 생성물들이 수득될 수 있다. 2,5-퓨란디카르복실산으로부터, 열적 및 기계적 특성이 우수한, 매우 고품질의 바이오폴리머를 얻을 수 있기 때문에, 이들로부터 얻어지는 생성물 또한, 우수한 품질을 보여준다.

Claims (14)

  1. 특히, 초지기 클로딩(paper machine clothing), 공정 또는 컨베이어 벨트와 같은 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)로서,
    2,5-푸란디카르복실산(2,5-furanedicarboxylic acid)을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체적으로 구성되는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  2. 제1항에 있어서,
    2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머가, 폴리아미드 및/또는 폴리에스테르 및/또는 폴리우레탄 및/또는 폴리아미드의 공중합체 및/또는 폴리에스테르의 공중합체 및/또는 폴리우레탄의 공중합체인 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  3. 제1항에 있어서,
    2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 생산된 하나 이상의 바이오폴리머가, 폴리에틸렌 푸라노에이트(polyethylene furanoate) 및/또는 폴리에틸렌 푸라노에이트의 공중합체인 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2,5-푸란디카르복실산은: 하나 이상의 재생가능한, 특히 식물성인 원료, 바람직하게는 옥수수의 단순당(simple sugar)으로부터 생성된 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)은: 특히, 모노필라멘트(6-10, 19, 20, 24-27, 29-32, 36-37, 40) 및/또는 모노필라멘트 얀(monofilament yarns; 14, 15) 및/또는 멀티필라멘트(39) 및/또는 멀티필라멘트 얀 및/또는 스테이플 섬유 얀(38) 및/또는 다중-성분 얀(35)의 형태의 섬유(12, 13, 16) 및/또는 얀(6-10, 14a, 15a, 19, 20, 24-27, 29-32, 34-40)을 포함하고,
    바람직하게는, 상기 섬유의 일부 또는 전부 및/또는 얀(6-10, 14a, 15a, 19, 20, 24-27, 29-32, 34-40)의 일부 또는 전부는, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전부가 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)은: 스레드(6-10, 14a, 15a, 19-20, 24-27, 29-32, 34-40)를 포함하거나, 스레드(6-10, 14a, 15a, 19-20, 24-27, 29-32, 34-40)로 구성되고,
    바람직하게는, 상기 스레드(6-10, 14a, 15a, 19-20, 24-27, 29-32, 34-40)의 일부 또는 전부는, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  7. 제6항에 있어서,
    스레드 시스템은, 하나 이상의 직물(woven fabrics; 2, 3, 15, 18), 편물(knitted fabrics; 33), 부직포층(14), 나선형 링크 밴드(23), 및/또는 이들의 조합을 형성하는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    스레드 시스템의 스레드의 일부 또는 전부는: 모노필라멘트(6-10, 19, 20, 24-27, 29-32, 36-37, 40) 및/또는 모노필라멘트-트위스트된 스레드(monofilament-twisted threads; 14, 15) 및/또는 멀티필라멘트(39) 및/또는 멀티필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 스테이플 섬유 스레드(38) 및/또는 다중-성분 스레드(35)로 형성되고,
    바람직하게는, 모노필라멘트(6-10, 19, 20, 24-27, 29-32, 36-37, 40) 및/또는 모노필라멘트-트위스트된 스레드(monofilament-twisted threads; 14, 15) 및/또는 멀티필라멘트(39) 및/또는 멀티필라멘트-트위스트된 스레드 및/또는 스테이플 섬유 스레드(38) 및/또는 다중-성분 스레드(35)로 형성된 스레드의 일부 또는 전부는: 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체가 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    스레드 시스템은 복수의 층(2, 3, 14, 15)을 포함하고, 적어도 하나의 층이, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체가 구성되는 스레드(6-10, 14a, 15a, 19-20, 24-27, 29-32, 34-40)를 포함하거나, 이 스레드로 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)에는 코팅(21)이 제공되며,
    바람직하게는, 상기 코팅(21)이, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체가 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)에는 섬유층(fibrous layer; 12, 13, 16)이 제공되며,
    바람직하게는 상기 섬유층이, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머로 부분적으로 또는 전체가 구성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)은: 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머를, 50 중량% 이상, 특히 70 중량% 이상, 바람직하게는 90 중량% 이상으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)은, 초지기를 위한 성형 직물, 프레스 펠트, 전사 벨트(transfer belt) 또는 건조기 직물로 형성되는 것을 특징으로 하는, 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33).
  14. 산업용 직물(1, 11, 17, 22, 33)의 제조, 특히 초지기 클로딩, 또는 바람직하게는 식품 또는 목재 산업을 위한 공정이나 컨베이어 벨트를 위한, 2,5-푸란디카르복실산을 사용하여 제조된 하나 이상의 바이오폴리머의 용도.
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