KR20230102578A - 폴리에스테르 폐기물을 사용한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

폴리에스테르 폐기물을 사용한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 폐기물을 사용한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법은 방사 공정 중 필터 모듈 교환이 가능하여 생산 및 여과 효율이 우수하다.

Description

폴리에스테르 폐기물을 사용한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법{RECYCLE POLYESTER FIBER USING POLYESTER WASTE AND MANUFACTUING METHOD THEREOF}
본 발명은 폴리에스테르 폐기물을 사용한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 방사 공정 중 필터 모듈 교환이 가능하여 생산 및 여과 효율이 우수한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에스테르(polyester)는 우수한 역학적 특성, 내열성, 성형성, 내약품성을 가지고 있어 섬유, 필름(film), 보틀(Bottle) 성형품 등의 분야에 있어서 폭넓은 용도에 사용되고 있다. 이러한 폴리에스테르(polyester)제품은 사용 후에 폐기 처분되고 있지만, 소각처분을 하면 연소시 유해가스의 발생과 고열에 의한 소각로의 손상(부식)의 원인이 되는 문제가 발생한다. 또 소각하지 않고 폐기하는 경우는 분해되지 않기 때문에 흙속이나, 수중에 영구적으로 남아 토양의 산성화를 야기하는 오염원으로 작용을 하는 문제가 있다.
종래에는 폐폴리에스테르를 재활용하는 방법으로 에틸렌글리콜을 이용하여 해중합을 통해 폐폴리에스테르를 글리콜리시스하여 올리고머를 제조하는 방법이 미국특허 US 4,078,143과 영국 특허 610,136에 소개되어 있으며, 생성된 올리고머를 중합하는 방법이 독일 특허 1,151,939 와 유럽특허 174,062에 소개되어 있지만, 이러한 기술은 폐폴리에스테르를 글리콜리시스하는 과정에서 발생하는 디에틸렌글리콜 성분에 대한 제어 기술과 올리고머의 변색을 억제하는 기술이 부족하기 때문에 높은 품질의 섬유 제품을 제조하지 못한다는 단점이 있다.
미국특허 US 5,266,601는 에틸렌글리콜을 이용하여 폐폴리에스테르를 글리콜리시스하여 올리고머를 제조한 후, 1,4-부탄디올과 에스테르 교환 반응하여 얻은 1,4-부틸렌계 폴리에스테르 올리고머를 중합하여 폴리부틸렌테레프탈레이트를 제조하는 방법이 소개되어 있으나, 올리고머 제조공정에서 발생하는 변색을 억제하는 기술이 없기 때문에 유색의 사출 성형물에만 적용이 가능하다는 단점이 있다.
미국특허 US 7,297,721는 순수 원료인 테레프탈산, 이소프탈산과 에틸렌글리콜을 이용하여 폐폴리에스테르를 해중합하여 재활용 폴리에스테르를 중합하는 방법이 소개되어 있으나, 화학재생 공정시 순수 원료의 사용량이 20~30%로 높으며 해중합 공정시 온도가 240℃ 내지 270℃의 고온으로 에너지 소비량이 많은 단점이 있다.
상기와 같이 해중합을 통해 폐폴리에스테르를 재활용하는 방법은 재생 폴리에스테르의 물성이 우수하지만 폴리에스테르를 재활용에 따른 비용이 높고 공정간의 긴 시간이 필요하여 점점 증가하는 폐폴리에스테르를 모두 처리하기 힘든 문제가 있다.
폐폴리에스테르를 빠르게 재활용하는 방법으로 폐폴리에스테르를 단순 압출하여 폴리에스테르 칩을 제조하여 재활용하는 물질 재생 방법이 상업화되고 있다.
미국특허 US 4,078,143 영국특허 610,136 미국특허 US 5,266,601 미국특허 US 7,297,721
본 발명은 방사 공정 중 필터 모듈 교환이 가능하여 생산 및 여과 효율이 우수한 재생 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는 폴리에스테르 폐기물을 압출기에서 용융하는 단계; 상기 용융된 폐폴리에스테르 수지를 2개 이상의 필터 모듈을 포함하는 여과부를 통하여 여과하는 단계; 및 상기 여과된 폐폴리에스테르 수지를 방사하는 단계;를 포함하는 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
상기 필터 모듈은 방사 중에 작업 중단 없이 교환될 수 있다.
상기 여과부는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈; 상기 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈에 각각에 연결되어 상기 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈을 상기 하우징 외부로 슬라이딩시키는 구동 모듈;을 포함하고, 상기 여과 및 방사 공정 중에 상기 제1 필터 모듈 또는 제2 필터 모듈이 하우징 외부로 노출되어 필터가 교환될 수 있다.
상기 제1 필터 모듈 또는 제2 필터 모듈이 하우징 외부로 도출될 때 상기 제1 필터 모듈 또는 제2 필터 모듈로 유입되는 폐폴리에스테르 수지의 이동이 차단될 수 있다.
상기 필터 모듈은 필터 및 상기 필터의 외면을 감싸는 메쉬 필터를 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폐기물은 폴리에스테르 제품의 제조시 발생되는 폴리에스테르 부산물 또는 폴리에스테르 제품의 사용 후 버려지는 폐기물을 분쇄하여 얻어지는 것일 수 있다.
상기 폴리에스테르 폐기물은 플레이크 형태로써 상기 플레이크를 외접하는 원의 지름이 0.1 내지 40mm일 수 있다.
상기 압출기는 하기 식 1로 정의되는 스크류 압축비에 의하여 조절되며, 상기 압축비는 2 내지 5일 수 있다.
[식 1]
압축비=H1/H2
상기 식에서, H1은 첫 번째 스크류 산의 깊이이고, H2는 마지막 스크류 산의 깊이이다.
상기 압출기의 압력은 하기 식 2로 정의되는 LD에 의하여 조절되며, 상기 LD는 20 내지 40일 수 있다.
[식 2]
LD=L/D
상기 식에서, L은 스크류의 길이이고, D는 스크류의 직경이다.
상기 압출기는 공급부, 용융부, 및 토출부로 구획되며, 상기 공급부는 250 내지 260℃의 온도, 상기 용융부는 265 내지 270℃의 온도, 상기 토출부는 270 내지 290℃의 온도로 유지될 수 있다.
상기 압출기의 토출 압력은 40 내지 60 bar일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기의 제조방법으로 제조되는 재생 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 2개의 필터 모듈을 사용하여 방사 공정 중 필터 모듈을 교환할 수 있어 방사 공정 중단없이 섬유 제조할 수 있다. 또한 필터 모듈 교환시 압력이 변화하지 않으며, 절사가 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라 여과 효율 및 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한 압출기 내의 압력을 조절하여 칩 형태로 가공되지 않는 폐기물과 다양한 크기를 가지는 플레이크를 사용할 수 있으며, 벌키성, 쿠션, 강도, 신도 등이 우수한 섬유를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 재생 폴리에스테르 섬유의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 압출기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스크류 산을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 스크류의 일부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9및 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기 하우징을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과 과정을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방사 과정을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 도면에서 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 도면에서 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법은 폴리에스테르폐기물을 압출기에서 용융하는 단계; 상기 용융된 폐폴리에스테르 수지를 2개 이상의 필터 모듈을 포함하는 여과기를 통하여 여과하는 단계; 및 상기 여과된 폐폴리에스테르 수지를 방사하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 재생 폴리에스테르 섬유(Recycled Polyester Fiber)는 다양한 폴리에스테르 폐기물을 원료로 하여 제조되는 것으로, 단섬유(Staple Fiber)또는 장섬유(Filament)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 재생 폴리에스테르 섬유의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 압출기를 개략적으로 나타내는 단면도이고,도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스크류 산을 개략적으로 나타내는 단면도이며,도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 스크류의 일부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 폴리에스테르 폐기물을 압출기(100)에 투입하여 용융하고, 용융된 폐폴리에스테르 수지를 여과기(200)로 여과한 후 방사 팩(300)으로 이송하여 토출할 수 있다. 토출된 섬유를 냉각하고, 롤러(1, 3)를 통해 인취 및 연신하고 크림프 작업한 후 건조 및 절단하여 섬유를 제조할 수 있다.
이하, 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리에스테르 폐기물(C)을 압출기(100)의 호퍼(111)를 통해 압출기 내부로 투입할 수 있다.
압출기(100)로 투입된 폴리에스테르 폐기물은 스크류(112)를 타고 차츰 용융되어 폐폴리에스테르 수지가 되고, 방사 팩(130)의 노즐을 통과하여 토출되게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 폴리에스테르 폐기물(C)은 폴리에스테르 제품의 제조시 발생되는 폴리에스테르 부산물 또는 폴리에스테르 제품의 사용 후 버려지는 폐기물을 분쇄한 것일 수 있다.
상기 폴리에스테르 제품은 신규 원료(virgin)를 사용하여 제조된 폴리에스테르 섬유, 폴리에스테르 필름(film), 폴리에스테르 보틀(Bottle), 페트 (PET)병 등일 수 있고, 본 발명에서는 이들 제품을 제조할 때 발생하는 부산물을 수거하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 폴리에스테르 폐기물(C)은 0.1 내지 40∮크기의 플레이크를 사용할 수 있다. 단위 ∮(파이)는 불규칙한 입자(폴리에스테르 폐기물)를 외접하는 원의 지름을 의미한다. 즉, 폴리에스테르 폐기물(C)을 외접하는 원의 지름이 0.1 내지 40mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 압출기에 폴리에스테르 폐기물을 투입하기 전에 폴리에스테르 폐기물을 건조하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폐기물은 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 오프 칩(off-grade chip), R칩, 페트병 분쇄물, 각종 팝콘, 쉬트(sheet)분쇄, 새우깡, 프리폼, 또는 럼프 등을 사용할 수 있다.
상기 오프 칩(off-grade chip)은 버진(Virgin)칩을 만드는 중합과정에서의 기준에 미달되어 사용되지 못한 칩을 의미한다. 상기 페트병 분쇄물은 버려지는 PET병을 수거, 선별, 및 세척하고 분쇄하여 얻어질 수 있다.
상기 쉬트 분쇄물(sheet)은 두꺼운 필름이나 전자부품 케이스 등의 제조시 제품이 되지 않은 부분으로 이들을 수거 및 분쇄해서 얻어질 수 있다.
R칩은 펠렛(Pellet) 또는 쥬핑칩이라고도 하며, 필름이나 페트병을 분쇄한 후 큰 압출기에서 굵게 뽑아, 쌀 알갱이 정도 크기의 칩(chip) 형태로 만든 것이다.
새우깡은 필름 가루 등을 압축시켜서 새우깡 모양 비슷하게 만든 것이고, 럼프(Lump)는 버진(Virgin) 섬유, 병, 필름 등의 첫 방사때 나온 것이다.
섬유 팝콘은 직물 공장 잔사, 파사(방사 및 미연신, 토우)등을 모아 열과 수분으로 볶듯이 비빈 것이고, 필름 팝콘은 얇은 필름 등은 잘라서 팝콘형태로 만든 것이며, 프리폼은 페트병 제조시 불량이 나서 분쇄한 것이다.
일반적으로 재생 섬유를 제조하기 위해서 폴리에스테르 폐기물을 수거하고, 이물질을 제거하여 재생 칩을 만들고, 이를 사용하여 재생 섬유를 제조한다. 칩 형태로 가공되지 않는 폐기물, 즉 다양한 크기를 가지는 플레이크는 형태 및 크기의 불균일도로 인하여 압출기에서 균일하게 용융되기 어렵고, 토출 압력을 일정하게 유지하기 어렵다. 또한 이물질 함량과 수분 함량이 높아 섬유를 제조하기 어렵고, 섬유를 제조하더라도 섬유의 품질이 낮을 수밖에 없다.
그러나 본 발명의 일 실시형태에 따르면 다양한 출처에서 수거된 폐기물을 사용할 수 있으며, 재생 칩이 아닌 폐폴리에스테르 플레이크를 직접 방사하여 섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 폴리에스테르 폐기물의 투입에 따라 발생하는 압력을 조절할 수 있다. 즉 다양한 크기의 폴리에스테르 폐기물 투입에 따라 발생하는 압출기 내의 압력 불균일을 해소할 수 있다. 압출기의 압력을 일정하게 조절하여 고품질의 재생 폴리에스테르 섬유를 제조할 수 있다. 또한 압출기의 압력이 일정하게 유지됨에 따라 수분 침투가 방지될 수 있고, 열이 특정 영역에 과열되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 폐폴리에스테르의 고유점도(IV, Intrinsic Viscosity)가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
일반적으로 폴리에스테르 폐기물을 이용하는 경우 고유점도가 저하되어 섬유의 품질이 저하된다. 고유 점도가 저하되는 원인으로는 가수분해, 열분해 및 산화 분해가 있다. 가수분해는 수분에 의한 것으로 폴리에스테르 폐기물 내에 있는 수분이 주요 원인이며, 열분해는 과열에 의한 것으로 실린더, 스핀빔 등의 온도 상승이 주요 원인이다. 산화분해는 산소에 의한 것으로 용융시 공기의 유입이 주요 원인이다.
본 발명의 일 실시형태와 같이 압출기 내의 압력을 일정하게 조절하는 경우 수분 및 산소가 침투하는 것과 일부 구간에서 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있 다. 이에 따라 벌키성, 쿠션, 강도, 신도 등이 우수한 섬유를 제조할 수 있다.
도 2를 참조하면, 압출기(100) 내의 스크류는공급부(112A), 용융부(112B), 및 토출부(112C)로 구획될 수 있다. 상기 공급부(112A)는 폐기물을 수용하는 구역으로, 250 내지 260℃의 온도를 유지할 수 있다. 상기 용융부(112B)는 용융이 시작되는 구역으로 265 내지 270℃의 온도를 유지할 수 있다. 상기 토출부(112C)는 폐기물이 용융 수지가 되는 구역으로 270 내지 290℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 상기 압출기 토출부의 압력은 40 내지 60bar일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 압출기의 압력을 조절하는 단계는 압출기 내부에 구비된 스크류의 압축비를 통하여 수행될 수 있다.
스크류의압축비는 하기 식 1로 정의될 수 있다.
[식 1]
압축비=H1/H2
상기 식에서, H1은 첫 번째 스크류 산의 깊이이고, H2는 마지막 스크류 산의 깊이이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 스크류 회전축의 직경은 공급부(112A)에서 토출부(112C)로 갈수록 증가할 수 있다. 이에 따라 스크류에 형성된 산(스크류 산)의 깊이는 공급부(112A)에서 토출부(112C)로 갈수록 감소할 수 있다.
공급부(112A)는 폴리에스테르 폐기물을 담는 구역으로 크기가 큰 폐기물을 사용할수록 스크류 산의 깊이가 깊어져야 한다. 즉, 사용되는 폐기물의 입자가 작으면 압축비도 낮고, 폐기물의 입자가 크면 압축비도 커져야 토출량을 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 공급부(112A)의 첫 번째 스크류 산(113a)의 깊이(H1)와 토출부(112C)의 마지막 스크류 산(113b)의 깊이(H2)의 비율로 정의되는 압축비(H1/H2)가2 내지 5일 수 있다. 즉, 공급부의 첫번째 스크류 산(113a)의 깊이가 토출부 마지막 스크류 산(113b)의 깊이보다 깊게 형성되어 투입되는 폐기물을 잘 수용할 수 있다. 상기 압축비가 상기 범위를 벗어나면 폴리에스테르 폐기물의 용융이 불균일하게 진행될 수 있다.
일반적으로 신규 원료(Virgin)를 사용하거나, 폐기물을 사용하여 방사하는 경우 스크류 산의 깊이는 모두 동일하게 설계된다. 그러나 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 스크류 산의 깊이는 사용하는 폐기물의 종류에 따라 다양하게 설계할 수 있고, 이에 따라 압출기의 압력을 일정하게 유지될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 하기 식 2로 정의되는 스크류의 LD에 의하여 압출기의 압력이 조절될 수 있다.
[식 2]
LD=L/D
상기 식에서, L은 스크류의 길이이고, D는 스크류의 직경이다.
도 4를 참조하면, 스크류의 직경(D)은 스크류 회전축과 스크류 산을 포함하여 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 스크류의 LD는 20 내지 40일 수 있다. 구체적으로 25 내지 35일 수 있고, 보다 구체적으로 28 내지 32일 수 있다. 상기 스크류의 LD가 상기 범위를 벗어나면 폴리에스테르 폐기물의 용융이 불균일하게 진행될 수 있다.
상기 압출기를 통해 용융된 폐폴리에스테르 수지는 토출부를 지나 여과부(200)로 이송될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른필터 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과기 하우징을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5내지 도 7을 참조하면, 상기 여과부(200)는 하우징(230), 필터 모듈(210A, 210B), 및 구동 모듈(220A, 220B)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(230)은 압출기(100)로부터 용융된 폐폴리에스테르 수지를 공급받을 수 있다. 상기 하우징(230)의 일측면에는 유입구(231)가 형성되고, 타측면에는 배출구(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 유입구(231)는 압출기(100)와 연결되고, 배출구(미도시)는 배출관 형태의 배출부와 연결될 수 있고, 상기 배출부는 방사부(300)와 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 다양한 출처에서 수거된 폐기물로써, 칩 형태로 가공되지 않는 폐기물은 폐폴리에스테르 칩과 비교하여 오염도가 높은 편으로 상대적으로 필터에 이물질 적층이 빨리 이루어지므로 이를 해결할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 여과부(200)에는 2개 이상의 필터 모듈(210A, 210B)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 여과부(200)는 제1 필터 모듈(210A)및 제2필터 모듈(210B)로 구성될 수 있다. 상기 제1 필터 모듈(210A) 및 제2 필터 모듈(210B)은 각각 독립적으로 폐폴리에스테르 수지를 여과할 수 있고, 여과된 수지도 각각 배출될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 방사 공정에서 제1 필터 모듈(210A) 및 제2필터 모듈(210B)이 동시에 사용될 수 있다.
도 5 내지 도 8, 및 도 11을 참조하면 제1 필터 모듈(210A)은 원통 형상일 수 있고, 모듈 본체(211A), 필터(211), 및 커버(212)를 포함할 수 있다. 상기 모듈 본체(211A)는 직경이 서로 다른 부분을 포함할 수 있다. 구체적으로 모듈 본체(211A)는 필터(211)보다 직경이 작은 부분을 가질 수 있고, 상기 부분에 필터(211)가 삽입될 수 있다. 즉, 상기 필터(211)는 모듈 본체(210A)에 끼움 결합될 수 있다.
제1 모듈 본체(211A)는 하우징의 유입부(231)와 연결될 수 있는데, 제1 모듈 본체(211A)는 제1 유입부(231A), 제2 모듈 본체(211B)는 제2 유입부(231B)와 연결될 수 있다. 유입된 수지는 필터(211)를 통과한 후 배출구(232A, 232B)를 통해 배출될 수 있다. 제1 모듈 본체(211A)는 제1 배출구(232A), 제2 모듈 본체(211B)는 제2 유입부(232B)와 연결될 수 있다. 상기 모듈 본체(211A)와 필터(211) 사이에는 필터 공간(F)이 형성될 수 있고, 상기 필터 공간(F)을 통하여 폐폴리에스테르 수지가 여과될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 필터 모듈(210A)및 제2필터 모듈(210B)에는 각각 구동 모듈(220A, 220B)이 연결될 수 있다. 상기 구동 모듈(220A, 220B)에 의하여 제1 필터 모듈(210A) 및 제2필터 모듈(210B)은 각각 독립적으로 슬라이딩 되어 하우징 외부로 도출 가능하다. 제1 필터 모듈(210A)및 제2필터 모듈(210B)을 각각 하우징(230) 외부로 돌출시켜 필터를 교체할 수 있다. 즉, 구동 모듈(220A, 220B)은 유압식으로 필터 모듈을 슬라이딩시키는 액츄에이터로서 작용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 방사 공정 중에 제1 필터 모듈(210A)만 외부로 노출시키고, 필터(211)를 교체할 수 있다. 상기 필터(211)는 필터 본체에 끼움 결합되어 있어 손 쉽게 교체될 수 있다. 이후 제1 필터 모듈(210A)을 슬라이딩시켜 하우징(230)의 내부로 다시 위치시킬 수 있다.
도 9및 도 10을 참조하면, 상기 필터(211)는 그 외주면을 둘러싸는 메쉬 필터(213)을 포함할 수 있다. 상기 필터(211)는 20 내지 800 메쉬를 가질 수 있고, 상기 메쉬 필터(213)는 20 내지 800 메쉬를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 메쉬 필터(213)는 필터(213)보다 큰 크기의 메쉬로 형성될 수 있다. 메쉬 필터와 필터, 두 단계로 폐폴리에스테르의 이물질을 제거하여 폐폴리에스테르 수지의 이물질 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과 과정을 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방사 과정을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 하우징(230) 내부에는 유입 센서(214)와 배출 센서(216)가 구비될 수 있다. 상기 유입 센서(214)는 압출기(100)에서 공급되는 용융 수지의 유량을 측정하고, 상기 배출 센서(216)는 여과기(200)를 통해 배출되는 수지의 유량을 측정할 수 있다.
또한 제어부(250)를 통하여 구동 모듈(220A, 220B)이 제1 필터 모듈 및 제2필터 모듈(210A, 210B)을 슬라이딩하는 것을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 제1 필터 모듈(210A)의 필터(211)를 교체하기 위하여 제1 필터 모듈(210A)을 유압 방식으로 슬라이딩시켜 외부로 노출할 수 있다. 이때 여과기 하우징(230)에서 제1 필터 모듈(210A)이 움직임에 따라 제1 유입부(231A)는 하우징의 유입부(231)와 자연스럽게 차단될 수 있다. 이에 따라 제1 필터 모듈(210A)로는 폐폴리에스테르 수지는 유입되지 않을 수 있다.
필터 교체 후 다시 제1 필터 모듈(210A)을 하우징 내부로 삽입하는 경우 제1 유입부(231A)가 하우징의 유입부(231)와 천천히 겹치면서 폐폴리에스테르 수지가 서서히 유입되고, 이의 압력에 따라 제1 필터 모듈(210A)이 하우징 내부로 완전히 삽입될 수 있다. 이러한 방식에 의하여 여과기(200) 내의 압력 변화없이 필터가 교체될 수 있어 절사가 발생하지 않을 수 있다.
또한 이러한 제1 필터 모듈(210A)의 필터 교체 중에도 제2 필터 모듈(210B)은 여과 공정에 사용되고 있어 방사 공정은 중단되지 않고 수행될 수 있다.
상기 여과기(200)를 통과한 폐폴리에스테르 수지는 방사 팩(300)으로 이송될 수 있다. 본 발명의 상기 방사 팩(130)은 여과층, 내압판, 분산판 및 노즐을 포함할 수 있다. 상기 여과층에 의해 이물질이 제거되고, 방사 팩의 압력을 올려주며 압력을 고르게 하여 노즐별로 수지를 방사하여 균일한 굵기의 섬유를 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 방사 속도는 950 내지 1100mpm일 수 있다.
상기 노즐을 통해 방사된 섬유는 냉각 통을 지나 급냉되어 고체화될 수 있다. 냉각 통의 온도는 여름에는 약 21℃, 겨울에는 약 19℃로 설정될 수 있다.
다음으로 냉각된 섬유는 와인더(3)를 통해 권취 및 연신될 수 있다. 이때 방사기의 토출량과 와인더의 회전속도를 조절하여 섬유의 굵기(데니어)를 조절할 수 있다.
구체적으로 방사된 실을 권취하고, 캔에 담아 서브 토우(sub-tow) 실들을 적정 비율, 예를 들면 3 내지 4.5배로 늘여 강도, 신도를 부여할 수 있다. 연신 온도는 75 내지 85℃일 수 있다.
연신된 실들은 소면작업(carding)이 가능하고 탄성과 터치감을 부여하기 위하여 크림핑(crimping)할 수 있다. 상기 크림프(crimp) 작업 후에 건조 및 열처리 셋팅을 수행할 수 있다.
이후 컷팅 및 포장하여 최종 제품화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 칩 형태로 가공되지 않는 폐기물을 직접 사용하는 경우 이물질 함량이 높아 필터에 이물질 적층이 빨리 이루어질 수 있는데, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 2개의 필터 모듈을 사용하여 방사 공정 중 필터 모듈을 교환할 수 있어 방사 공정 중단없이 섬유 제조할 수 있다. 이에 따라 여과 효율 및 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한 압출기 내의 압력을 조절하여 칩 형태로 가공되지 않는 폐기물과 다양한 크기를 가지는 플레이크를 사용할 수 있으며, 벌키성, 쿠션, 강도, 신도 등이 우수한 섬유를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하며, 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 실시예 3
오프 칩(off-grade chip), R칩, 페트병분쇄물, 각종 팝콘, 쉬트(sheet)분쇄, 새우깡, 프리폼, 럼프를 모으고, 스크류 건조기에서 수분 함량이 200 내지 500ppm이 되도록 2시간 동안 건조를 수행하였다. 이후 제습 건조기에서 다시 한번 건조 공정을 수행하여 수분 함량을 50ppm이하로 하였다.
LD는 25 내지 35, 압축비는 3 내지 5인 스크류가 구비된 압출기를 사용하여 용융 방사하였다. 냉각통의 온도는 20℃로 설정하였고, 방사기의 토출량과 롤러의 회전속도를 조절하여 연신하였다. 방사되어 캔에 담긴 서브토우(sub-tow)실들의 연신 온도 및 연신비는 하기 표 1과 같다. 연신된 실들은 크림프(crimp)작업하고, 건조 및 열처리 셋팅 공정을 수행하였다.
비교예 1 및 비교예 3
비교예 1 내지 3은 신규 원료(Virgin PET) PET 칩을 사용하여 섬유를 제조하는 경우(도레이社)이다.
구분 방사속도(mpm) 단면형태 연신온도(℃) 연신비 섬유장(mm)
실시예 1 1.4D 1000 원형 79 3.6 51
실시예 2 2D 1000 원형 82 3.6 51
실시예 3 3D 1000 원형 82 3.6 51
비교예 1 1.4D 1300 원형 85 3.4 38
비교예 2 2D 1200 원형 82 3.5 51
비교예 3 3D 1100 원형 85 3.7 64
[평가]
상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 얻어진 섬유와 비교예 1 내지 비교예 3의 섬도, 강도, 신도를 비교하였다. 이는 하기 표 2와 같다.
구분 섬도(denier) 강도(g/de) 신도
실시예 1 1.4D 1.5 4.2 55
실시예 2 2D 2.1 4 60
실시예 3 3D 3.2 3.9 68
비교예 1 1.4D 1.5 4.6 54
비교예 2 2D 1.8 4.7 58
비교예 3 3D 3.1 4.8 62
상기 표 2를 참조하면, 폐기물 원료를 사용한 실시예 1 내지 3의 경우 1.5 D의 세섬 섬유의 제조가 가능한 것을 확인할 수 있고, 비교예 1 내지 3과 유사한 수준의 강도 및 신도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 압출기 200: 여과기
300: 방사 팩
112: 스크류 113, 113a, 133b: 스크류 산
210A, 210B: 필터 모듈 211A: 모듈 본체
211: 필터 213: 메쉬 필터
220A, 220B: 구동 모듈
230: 하우징 231: 유입구
232: 배출구

Claims (12)

  1. 폴리에스테르 폐기물을 압출기에서 용융하는 단계;
    상기 용융된 폐폴리에스테르 수지를 2개 이상의 필터 모듈을 포함하는 여과부를 통하여 여과하는 단계; 및
    상기 여과된 폐폴리에스테르 수지를 방사하는 단계;
    를 포함하는 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터 모듈은 방사 중에 작업 중단 없이 교환되는 것인 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 여과부는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈; 상기 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈에 각각에 연결되어 상기 제1 필터 모듈 및 제2 필터 모듈을 상기 하우징 외부로 슬라이딩시키는 구동 모듈;을 포함하고,
    상기 여과 및 방사 공정 중에 상기 제1 필터 모듈 또는 제2필터 모듈이 하우징 외부로 노출되어 필터가 교환되는 재생폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈 또는 제2필터 모듈이 하우징 외부로 도출될 때 상기 제1 필터 모듈 또는 제2 필터 모듈로 유입되는 폐폴리에스테르 수지의 이동이 차단되는 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필터 모듈은 필터 및 상기 필터의 외면을 감싸는 메쉬 필터를 포함하는 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 폐기물은 폴리에스테르 제품의 제조시 발생되는 폴리에스테르 부산물 또는 폴리에스테르 제품의 사용 후 버려지는 폐기물을 분쇄하여 얻어지는 것인 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 폐기물은 플레이크 형태로써 상기 플레이크를 외접하는 원의 지름이 0.1 내지 40mm인 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압출기의 압력은 하기 식 1로 정의되는 스크류 압축비에 의하여 조절되며, 상기 압축비는 2 내지 5인 재생폴리에스테르 섬유의 제조방법.
    [식 1]
    압축비=H1/H2
    상기 식에서, H1은 첫 번째 스크류 산의 깊이이고, H2는 마지막 스크류 산의 깊이이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압출기의 압력은 하기 식 2로 정의되는 LD에 의하여 조절되며, 상기 LD는 20내지 40인 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
    [식 2]
    LD=L/D
    상기 식에서, L은 스크류의 길이이고, D는 스크류의 직경이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압출기는 공급부, 용융부, 및 토출부로 구획되며, 상기 공급부는 250 내지 260℃의 온도, 상기 용융부는 265 내지 270℃의 온도, 상기 토출부는 270 내지 290℃의 온도로 유지되는 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압출기의 토출 압력은 40 내지 60 bar인 재생 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 재생 폴리에스테르 섬유.
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