KR20240027644A - Manufacturing process of thermoplastic polyurethane yarn used recycled TPU - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법에 관한 것으로, 열가소성 탄성체로써 발현하기 어려운 칼라 분산성, 방오성, 내스크래치성, 몰딩성을 동시에 갖는 산업용 및 생활용품의 내외장재에 사용가능한 열가소성 탄성체 제조기술을 확보함에 따라 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 스크랩을 이용한 재활용 TPU를 20 내지 50중량% 범위로 적용하더라도 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 친환경 첨단소재 개발이 가능한 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU, which is a thermoplastic elastomer that can be used for the interior and exterior of industrial and household goods that has color dispersion, anti-fouling properties, scratch resistance, and molding properties that are difficult to express as a thermoplastic elastomer. As manufacturing technology has been secured, the development of eco-friendly advanced materials leading to finished fiber products with physical properties of more than 90% compared to virgin TPU is possible even when recycled TPU using scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing is applied in the range of 20 to 50% by weight. Provides a method for manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using possible recycled TPU.

Description

재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법{Manufacturing process of thermoplastic polyurethane yarn used recycled TPU}Manufacturing process of thermoplastic polyurethane yarn used recycled TPU}

본 발명은 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 스크랩을 이용한 재활용 TPU를 20 내지 50중량% 범위로 적용하더라도 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 첨단소재 개발이 가능한 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU. More specifically, even if recycled TPU using scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing is applied in the range of 20 to 50% by weight, virgin TPU It is about a method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU, which enables the development of advanced materials leading to finished fiber products with physical properties greater than 90% of that of fiber.

일반적으로, 원단 제직용으로 사용되는 원사는 폴리에스테르나 나일론, 아크릴 수지 등과 같은 원사를 주로 사용하였다. 그러나 이러한 원사로 가공된 원단은 내구성 및 내마모성 등의 물성이 떨어질 뿐만 아니라 접착력 등 여러 면에서 문제가 있어 신발용 원단과 같은 고기능성 용도로 사용하기에는 부적합하였다.In general, yarns used for weaving fabrics are mainly yarns such as polyester, nylon, and acrylic resin. However, fabrics processed from these yarns not only have poor physical properties such as durability and abrasion resistance, but also have problems in various aspects such as adhesion, making them unsuitable for use in high-performance applications such as shoe fabrics.

이에 따라 근래 들어서는 원사의 강도를 높이기 위해 원사의 표면에 열가소성 수지를 코팅처리한 코팅사를 많이 사용하고 있다. 이러한 코팅사는 통상적으로 폴리에스테르나 나일론과 같은 원사에 통상의 압출기를 이용하여 열가소성 수지인 PVC, PP 또는 TPU 등을 다이스에서 코팅하는 방법으로 가공된다.Accordingly, in recent years, coated yarns in which thermoplastic resin has been coated on the surface of the yarn have been widely used to increase the strength of the yarn. These coated yarns are usually processed by coating thermoplastic resins such as PVC, PP or TPU on dice using a conventional extruder on yarn such as polyester or nylon.

그러나 위와 같이 통상적인 열가소성 수지를 사용한 경우, 도포량의 조절이 어렵고 적은 량의 도포가 어려워 350데니아(denier) 이상의 굵기를 가진 코팅사를 제조할 수밖에 없는 한계를 가지며, 이 또한 내구성이나 내마모성을 충족시키기 어려운 단점이 있었다.However, when a typical thermoplastic resin is used as described above, it is difficult to control the application amount and it is difficult to apply a small amount, so there is no choice but to manufacture coated yarn with a thickness of 350 denier or more, and this also has limitations in satisfying durability and abrasion resistance. There was a difficult downside.

이에 대하여 폴리에스테르 원사 등에 열가소성 수지를 코팅하지 않고 열가소성 수지 자체를 단독으로 방사한 열가소성 폴리우레탄 원사가 제안되었는데, 열가소성 폴리우레탄 원사는 상업적 규모로 생산할 경우에 방사와 연신공정에서 단사현상(원사가 끊어짐)이 빈번히 발생되고, 특히 굵기가 가는 세데니어의 열가소성 폴리우레탄 원사를 생산하고자 할 경우에는 단사현상이 심하게 발생하는 문제가 있었다.In response to this, thermoplastic polyurethane yarn was proposed by spinning the thermoplastic resin alone instead of coating polyester yarn with thermoplastic resin. When thermoplastic polyurethane yarn is produced on a commercial scale, it suffers from single yarn phenomenon (yarn breakage) during the spinning and stretching process. ) occurred frequently, and in particular, when trying to produce fine denier thermoplastic polyurethane yarn, there was a problem of severe single yarn phenomenon.

상기와 같은 단사현상을 해결하기 위하여 본 발명자가 개발한 특허 제10-1935206호에서는 열가소성 폴리우레탄을 용융 압출하여 제조되는 열가소성 폴리우레탄 조성물을 포함하는 열가소성 폴리우레탄 원사에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 조성물은 100nm 이하의 입자크기를 가지는 나노실리카를 7phr 이하로 포함하며; 상기 열가소성 폴리우레탄 원사가 멀티필라멘트사일 때는 한가닥의 필라멘트 원사가 50 데니아 이하이고, 상기 열가소성 폴리우레탄 원사가 모노필라멘트사일 때는 50 ~ 350데니아인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 원사를 개발하였는데, 그로 인하여 모노필라멘트사 또는 멀티필라멘트사를 연속적으로 뽑을 때에도 열가소성 폴리우레탄 원사가 끊어지지 않고 연속적으로 뽑을 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In Patent No. 10-1935206, developed by the present inventor to solve the single yarn phenomenon as described above, in the thermoplastic polyurethane yarn containing a thermoplastic polyurethane composition manufactured by melting and extruding thermoplastic polyurethane, the thermoplastic polyurethane composition is Contains 7 phr or less of nanosilica with a particle size of 100 nm or less; When the thermoplastic polyurethane yarn is a multifilament yarn, a single filament yarn has a denier of 50 or less, and when the thermoplastic polyurethane yarn is a monofilament yarn, a thermoplastic polyurethane yarn has been developed, characterized in that the yarn is 50 to 350 denier. As a result, a monofilament yarn has been developed. Even when continuously spinning filament yarns or multifilament yarns, the thermoplastic polyurethane yarns can be spun continuously without breaking, which has the effect of improving productivity.

그러나 상기 기술개발로 인하여 나노실리카 입자가 포함된 열가소성 폴리우레탄 원사는 제조공정 중의 단사현상을 개선시킬 수 있었으나, 칼라 분산성이 충분하지 못하여 이색(shading) 현상이 발생하기도 하였는데, 이와 같은 이색 현상은 동일하게 제조한 원사들로 원단을 제직하였음에도 원단 상에 색상차가 생기는 것으로서 원단 불량의 가장 큰 문제 중 하나가 된다. 또한, 나노실리카가 포함된 열가소성 폴리우레탄 원사는 방오성, 내스크래치성, 몰딩성 등이 저하될 우려가 있기 때문에 이를 더욱 향상된 수준으로 개선할 필요성도 있었다.However, due to the development of the above technology, thermoplastic polyurethane yarn containing nano-silica particles was able to improve the single yarn phenomenon during the manufacturing process, but color dispersion was not sufficient and shading phenomenon occurred. Even though the fabric is woven from identically manufactured yarns, color differences occur on the fabric, which is one of the biggest problems with fabric defects. In addition, since thermoplastic polyurethane yarn containing nanosilica has the risk of deteriorating antifouling properties, scratch resistance, and molding properties, there was a need to improve it to a further improved level.

이에 따라 특허 제10-1971849호에서 개발된 열가소성 폴리우레탄은 가공성 및 물성을 확보하기 위한 증점제로서 100nm 이하의 입자크기를 가지는 나노실리카를 포함하되, 상기 열가소성 폴리우레탄 원사가 모노필라멘트사일 때는 50 ~ 350데니아(denier)이고, 상기 열가소성 폴리우레탄 원사가 모노필라멘트사일 때는 한가닥의 필라멘트 원사가 50데니아(denier) 이하인 것을 특징으로 하며, 그로 인하여 상기 열가소성 폴리우레탄 원사는 열가소성 폴리우레탄 및 표면에 소수성 작용기를 갖는 나노실리카 입자를 포함함으로써 내마모성과 내구성이 우수하고 세데니어 원사를 단사현상(즉, 방사 또는 연신과정에서 원사가 끊어지는 현상) 없이 연속적인 실의 형태로 얻을 수 있으며, 특히 칼라 분산성, 방오성, 내스크래치성, 몰딩성 등이 우수하게 되었다.Accordingly, the thermoplastic polyurethane developed in Patent No. 10-1971849 contains nanosilica with a particle size of 100 nm or less as a thickener to ensure processability and physical properties, but when the thermoplastic polyurethane yarn is a monofilament yarn, the polyurethane yarn has a particle size of 50 to 350 nm. Denier, and when the thermoplastic polyurethane yarn is a monofilament yarn, one strand of filament yarn is 50 denier or less. As a result, the thermoplastic polyurethane yarn has a hydrophobic functional group on the thermoplastic polyurethane and the surface. By containing nano-silica particles, it has excellent wear resistance and durability, and three-denier yarn can be obtained in the form of a continuous yarn without single yarn phenomenon (i.e., the phenomenon of yarn breaking during spinning or stretching). In particular, color dispersion, anti-fouling properties, Scratch resistance, molding properties, etc. have become excellent.

한편, 본 발명과 관련하여 특허 제10-1341055호는 버진(virgin) 형태의 열가소성 폴리우레탄 또는 신발 제조공정에 사용되고 있는 에어백 패턴에 맞도록 사용하고 남은 스크랩 혹은 기타 열가소성 폴리우레탄을 가공하고 남은 스크랩을 수거한 후 그와 같은 열가소성 폴레우레탄 스크랩과 각종 첨가제를 혼합하여 컴파운딩(compounding)시킨 다음, 이를 다시 압출기로 공압출하여 열가소성 폴리우레탄 원사를 제조함으로써 물리적 특성을 향상시킬 수 있으며. 특히 250데니아(denier) 이하의 열가소성 폴리우레탄 원사를 제조할 수 있도록 하는 조성물 및 그 제조방법을 제시할 수 있으나, 본 발명에서는 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 스크랩을 이용한 재활용 TPU를 20 내지 50% 범위로 적용하더라도 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 첨단소재 개발이 가능한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법을 개발한 것이다.Meanwhile, in relation to the present invention, Patent No. 10-1341055 refers to the use of virgin thermoplastic polyurethane, scrap remaining after using it to fit the airbag pattern used in the shoe manufacturing process, or scrap remaining after processing other thermoplastic polyurethane. After collection, the thermoplastic polyurethane scrap is mixed with various additives for compounding, and then co-extruded using an extruder to produce thermoplastic polyurethane yarn, thereby improving physical properties. In particular, a composition and method for producing thermoplastic polyurethane yarns of 250 denier or less can be proposed, but in the present invention, 20 to 50% of recycled TPU using scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing is used. We have developed a manufacturing method for thermoplastic polyurethane yarn that can be used to develop advanced materials ranging from finished fiber products with physical properties of over 90% compared to virgin TPU, even when applied to a wide range.

대한민국 등록특허공보 제10-1935206호(공고일자 2019년03월18일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1935206 (announcement date: March 18, 2019) 대한민국 등록특허공보 제10-1971849호(공고일자 2019년04월23일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1971849 (announcement date: April 23, 2019) 대한민국 등록특허공보 제10-1341055호(공고일자 2013년12월13일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1341055 (announcement date: December 13, 2013)

본 발명의 목적은 열가소성 탄성체로써 발현하기 어려운 칼라 분산성, 방오성, 내스크래치성, 몰딩성을 동시에 갖는 산업용 및 생활용품의 내외장재에 사용가능한 열가소성 탄성체 제조기술을 확보함에 따라 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 스크랩을 이용한 재활용 TPU를 20 내지 50중량% 범위로 적용하더라도 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 친환경 첨단소재 개발이 가능한 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법을 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to secure a technology for manufacturing a thermoplastic elastomer that can be used for the interior and exterior of industrial and household goods that simultaneously has color dispersion, anti-fouling properties, scratch resistance, and moldability, which are difficult to achieve with thermoplastic elastomers, thereby preventing the occurrence of heat after high-frequency processing or hot melt processing. Even if recycled TPU using recycled TPU is applied in the range of 20 to 50% by weight, the method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU, which can develop eco-friendly advanced materials that lead to finished fiber products with physical properties of more than 90% compared to virgin TPU, is being developed. It is provided.

본 발명에 따른 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법은, 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하는 제1단계; 상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿(pellet)을 제조하는 제2단계; 상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용하여 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합된 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 제3단계; 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 230℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 25 ~ 40℃의 온도로 수냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 히터챔버에서 숙성시킨 후 권취하여 섬도가 50 ~ 350데니어인 열가소성 폴리우레탄 모노필라멘트사를 제조하거나, 또는 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 250℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 필라멘트 개수별로 모으면서 25 ~ 40℃로 공냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 권취하여 단사섬도가 50데니어/필라멘트 이하인 열가소성 폴리우레탄 멀티필라멘트사를 제조하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU according to the present invention includes a first step of grinding thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing; A second step of removing foreign substances from the pulverized thermoplastic polyurethane scrap and melt-extruding it to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets; The recycled thermoplastic polyurethane pellets prepared above and the virgin thermoplastic polyurethane are applied at a weight ratio of 1:1 to 4 to melt and mix recycled TPU in the range of 20 to 50%, and then mixed to a size of 1 to 100 nm. A third step of producing thermoplastic polyurethane pellets by mixing and extruding hydrophobic nanosilica organically treated on the surface of nanosilica particles in the range of 0.5 to 7phr; The thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 230° C., and the thread coming out through the die of the extruder is water-cooled to a temperature of 25 to 40° C. to draw the obtained thread. The yarn is aged in a heater chamber and then wound to produce thermoplastic polyurethane monofilament yarn with a fineness of 50 to 350 denier, or the thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 250 ° C. , the yarn coming out through the die of the extruder is collected by the number of filaments and air cooled to 25 ~ 40 ℃, the obtained yarn is stretched, and the stretched yarn is wound to make a thermoplastic polyurethane multifilament yarn with a single yarn fineness of 50 denier / filament or less. It is characterized by a fourth manufacturing step.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 작용기는 알킬기, 디메틸기, 트리메틸기, 디메틸 실록산기, 메타크릴기 중에서 선택된 1종 이상으로서, 상기 나노실리카 입자는 열가소성 폴리우레탄 펠릿 내에서 평균 100 ~ 1200㎚의 크기를 갖는 나노실리카 응집체(aggregate)를 형성한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the hydrophobic functional group organically treated on the surface of the nano-silica particles is at least one selected from an alkyl group, a dimethyl group, a trimethyl group, a dimethyl siloxane group, and a methacryl group, and the nano-silica particles are thermoplastic. Nanosilica aggregates with an average size of 100 to 1200 nm are formed within the polyurethane pellet.

본 발명의 제조방법으로 생산된 열가소성 폴리우레탄 원사는 신발 및 의류용 원단, 3D프린트용, 센서용, 복합재료용, 매트릭스 등과 같은 산업용 및 생활용품의 내외장재에 사용가능한 열가소성 탄성섬유로서, 통상의 열가소성 탄성체로는 발현하기 어려운 칼라 분산성, 방오성, 내스크래치성, 몰딩성을 동시에 갖는 제조기술을 확보함으로써 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 스크랩을 이용한 재활용 TPU를 20 내지 50중량% 범위로 적용하더라도 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 첨단 친환경소재로의 이용이 가능한 효과가 있다.The thermoplastic polyurethane yarn produced by the manufacturing method of the present invention is a thermoplastic elastic fiber that can be used for interior and exterior materials of industrial and household goods such as fabric for shoes and clothing, 3D printing, sensors, composite materials, matrices, etc., and is a general thermoplastic material. By securing a manufacturing technology that simultaneously possesses color dispersion, stain resistance, scratch resistance, and moldability, which are difficult to achieve with elastic materials, even if recycled TPU using scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing is applied in the range of 20 to 50% by weight, virgin It has the effect of being able to be used as a cutting-edge eco-friendly material ranging from finished fiber products with physical properties of over 90% compared to (virgin) TPU.

이하에서는 본 발명에 의한 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, the manufacturing method of thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU according to the present invention will be described, but this is exemplified to the extent that a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out the invention. This does not mean that the technical idea and scope of the present invention are limited.

통상적으로 TPU(Thermoplastic Polyurethane)는 신발, 인테리어, 자동차 내장재 등 규제 대상인 PVC의 대체 물질로써 다양한 용도로 사용되고 있으며, 기계적 물성과 내구성이 우수하고 재활용이 가능하다는 강점으로 인해 시장 전개는 더욱 확대되고 있는 상황에 있으며, 특히 신발 원단용 TPU소재의 지속가능한 재활용 공정 및 친환경형 염색가공에 대한 연구가 시급한 시점에 있으며, 본 발명에서는 신발 재생 스크랩 및 공정 중 발생 폐기물을 이용한 펠릿, 모노필라멘트, 코팅사, 부직포, 원단 완제품에 이르는 수직화 및 원스톱(Verticaliztion & One-stop) 공정기술을 확보함과 동시에 친환경 색상 발현을 위한 기술 확보를 핵심 테마로 설정하였다.Typically, TPU (Thermoplastic Polyurethane) is used for a variety of purposes as a substitute for regulated PVC, such as shoes, interiors, and automobile interior materials. The market is expanding further due to its excellent mechanical properties, durability, and recyclability. In particular, research on a sustainable recycling process and eco-friendly dyeing process for TPU materials for shoe fabrics is urgently needed. In the present invention, pellets, monofilaments, coated yarns, and non-woven fabrics are developed using recycled shoe scraps and waste generated during the process. , securing verticalization and one-stop process technology leading to finished fabric products, as well as securing technology for expressing eco-friendly colors, were set as key themes.

이에 따라 본 발명의 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법은, 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하는 제1단계; 상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿(pellet)을 제조하는 제2단계; 상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용하여 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합된 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 제3단계; 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 230℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 25 ~ 40℃의 온도로 수냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 히터챔버에서 숙성시킨 후 권취하여 섬도가 50 ~ 350데니어인 열가소성 폴리우레탄 모노필라멘트사를 제조하거나, 또는 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 250℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 필라멘트 개수별로 모으면서 25 ~ 40℃로 공냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 권취하여 단사섬도가 50데니어/필라멘트 이하인 열가소성 폴리우레탄 멀티필라멘트사를 제조하는 제4단계로 이루어진다.Accordingly, the method for manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU of the present invention includes a first step of grinding thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing; A second step of removing foreign substances from the pulverized thermoplastic polyurethane scrap and melt-extruding it to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets; The recycled thermoplastic polyurethane pellets prepared above and the virgin thermoplastic polyurethane are applied at a weight ratio of 1:1 to 4 to melt and mix recycled TPU in the range of 20 to 50%, and then mixed to a size of 1 to 100 nm. A third step of producing thermoplastic polyurethane pellets by mixing and extruding hydrophobic nanosilica organically treated on the surface of nanosilica particles in the range of 0.5 to 7phr; The thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 230° C., and the thread coming out through the die of the extruder is water-cooled to a temperature of 25 to 40° C. to draw the obtained thread. The yarn is aged in a heater chamber and then wound to produce thermoplastic polyurethane monofilament yarn with a fineness of 50 to 350 denier, or the thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 250 ° C. , the yarn coming out through the die of the extruder is collected by the number of filaments and air cooled to 25 ~ 40 ℃, the obtained yarn is stretched, and the stretched yarn is wound to make a thermoplastic polyurethane multifilament yarn with a single yarn fineness of 50 denier / filament or less. It consists of the fourth stage of manufacturing.

먼저, 제1단계는 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하는 공정으로서, 구체적으로는 신발 가공 후 발생하는 에어백 스크랩이나 클리어(clear) 또는 세미클리어(semi-clear) 타입의 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 사용하며, 제2단계는 상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿(pellet)을 제조하는 공정을 거친다.First, the first step is a process of pulverizing thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing, specifically, airbag scrap generated after shoe processing or clear or semi-clear type thermoplastic. Polyurethane scrap is used, and in the second step, foreign substances in the pulverized thermoplastic polyurethane scrap are removed and melt-extruded to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets.

다음으로, 제3단계는 상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용하여 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합된 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 공정인데, 상기 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄은 원재료인 폴리올 및 이소시아네이트와 사슬연장제인 저분자량 글리콜 등을 중합하여 얻어지는데, 여기에 사용되는 폴리올의 예로는 폴리에스테르 글리콜, 폴리에테르 글리콜, 폴리카프로락톤 등이 있고, 이소시아네이트의 예로는 방향족 이소시아네이트, 지방족 이소시아네이트 등이 있으며, 저분자량 글리콜의 예로는 1,4-부탄디올 등이 있다.Next, in the third step, the recycled thermoplastic polyurethane pellets and virgin thermoplastic polyurethane prepared above are applied at a weight ratio of 1: 1 to 4 to melt and mix recycled TPU in the range of 20 to 50%, and then mixed. This is a process of producing thermoplastic polyurethane pellets by mixing and extruding hydrophobic nanosilica organically treated on the surface of nanosilica particles with a size of 1 to 100 nm in the range of 0.5 to 7 phr. The virgin thermoplastic polyurethane is the raw material. It is obtained by polymerizing phosphorus polyol and isocyanate with low molecular weight glycol, which is a chain extender. Examples of polyols used here include polyester glycol, polyether glycol, and polycaprolactone, and examples of isocyanates include aromatic isocyanate and aliphatic isocyanate. etc., and examples of low molecular weight glycol include 1,4-butanediol.

이때, 상기 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿은 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄과 용융 혼합하는데, 그로부터 압출하는 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 기준으로 20 내지 50중량% 범위로 적용하는 것이 버진 TPU 대비 90% 이상의 물성을 갖는 섬유 완제품에 이르는 첨단소재 개발이 가능한 것으로 조사되었다.At this time, the recycled thermoplastic polyurethane pellets are melt-mixed with virgin thermoplastic polyurethane, and are applied in an amount of 20 to 50% by weight based on the thermoplastic polyurethane pellets extruded from them, which is more than 90% compared to virgin TPU. It was found that it was possible to develop advanced materials that lead to finished fiber products with physical properties.

상기 ‘나노실리카’는 일차 입자(primary particle)의 크기가 마이크로(㎛) 단위보다 작은 100나노미터(㎚) 이하의 실리카 입자를 의미하며, ‘입자 표면에 유기화 처리된 소수성 작용기가 포함된 나노실리카(소수성 나노실리카)’는 나노실리카 입자 표면의 일부 또는 전부에 소수성을 띠는 유기작용기가 도입된 것을 의미한다. 통상적인 나노실리카 입자는 표면이 친수성을 띠는데, 본 발명의 나노실리카는 별도의 표면처리(표면개질)를 통해 소수성 유기작용기(친유성)가 도입되어 표면이 소수성을 띠게 되므로 분산성이 우수하고 열가소성 폴리우레탄 원사 자체의 내수성이 보강되어 인장강도가 증대된다.The 'nanosilica' refers to silica particles with a primary particle size of 100 nanometers (㎚) or less, which is smaller than the micro (㎛) unit, and 'nanosilica containing a hydrophobic functional group organically treated on the particle surface. ‘(Hydrophobic nanosilica)’ means that a hydrophobic organic functional group is introduced into part or all of the surface of the nanosilica particles. Conventional nano silica particles have a hydrophilic surface, but the nano silica of the present invention has excellent dispersibility because the surface becomes hydrophobic by introducing hydrophobic organic functional groups (lipophilic) through separate surface treatment (surface modification). The water resistance of the thermoplastic polyurethane yarn itself is strengthened and the tensile strength is increased.

그리고 나노실리카 일차 입자들이 여러 개 모여서 이루어진 것을 의미하는 ‘나노실리카 응집체(aggregate)’는 나노실리카 일차 입자들의 약 70% 이상이 물리·화학적 작용에 의하여 강하게 서로 결집되어 있는 상태를 가리킨다. 이 나노실리카 응집체는 원사용 열가소성 폴리우레탄 수지 내에서 더 작은 독립체(나노실리카 입자)로 추가 분리하기 어려운 상태에 놓여있다.And ‘nanosilica aggregate’, which means that several nanosilica primary particles are gathered together, refers to a state in which more than 70% of nanosilica primary particles are strongly gathered together by physical and chemical actions. These nanosilica aggregates are difficult to separate further into smaller entities (nanosilica particles) within the thermoplastic polyurethane resin for yarn use.

위와 같이, 상기 소수성 나노실리카는 유기화 처리되어 나노실리카 입자 표면에 알킬기, 디메틸기, 트리메틸기, 디메틸 실록산기, 메타크릴기 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 소수성 유기작용기를 포함하며, 상기 나노실리카는 일차 입자(primary particle)는 크기가 1 ~ 100㎚로서, 상기 나노실리카의 일차 입자의 크기는 비응집된 상태의 입자크기를 말한다.As above, the hydrophobic nanosilica is organically treated to include at least one hydrophobic organic functional group selected from an alkyl group, dimethyl group, trimethyl group, dimethyl siloxane group, and methacryl group on the surface of the nanosilica particle, and the nanosilica is a primary The size of the primary particle is 1 to 100 nm, and the size of the primary particle of the nanosilica refers to the particle size in a non-agglomerated state.

상기 소수성 나노실리카의 함량은 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 기준으로 0.5phr 미만일 경우 내수성 및 기계적 강도 등의 효과가 미미하며, 7phr을 초과할 경우 원사의 표면이 불투명해지고 접착력과 성형성이 떨어질 우려가 있다. 한편, 상기 소수성 나노실리카의 일차 입자의 크기가 1㎚ 미만 또는 100㎚를 초과하는 경우에는 분산성이나 응집성에 문제가 발생될 수 있음은 물론이다. 그러나 상기 유기화 처리된 소수성 나노실리카는 그 입자 표면에 유기작용기를 부여함으로 인하여 일정한 크기의 균일한 입자(particle) 또는 응집체(aggregate)를 형성하여 분산성이 향상되면서 내수성과 인장강도가 향상되는 것을 확인하였다.If the content of the hydrophobic nanosilica is less than 0.5 phr based on the thermoplastic polyurethane pellet, the effects such as water resistance and mechanical strength are minimal, and if it exceeds 7 phr, the surface of the yarn becomes opaque and there is a risk of adhesion and formability being reduced. On the other hand, if the size of the primary particles of the hydrophobic nanosilica is less than 1 nm or more than 100 nm, problems with dispersibility or cohesion may occur, of course. However, the organically treated hydrophobic nano-silica is confirmed to have improved water resistance and tensile strength by forming uniform particles or aggregates of a certain size due to the addition of organic functional groups to the particle surface, thereby improving dispersibility. did.

상기 제3단계를 거쳐 제조되는 열가소성 폴리우레탄 팰릿은 입자 표면에 소수성 작용기를 갖는 나노실리카 입자를 함유하는데, 상기 나노실리카 입자는 표면에 소수성 작용기가 도입되면 열가소성 폴리우레탄이 갖는 우수한 내구성 및 내마모성과 더불어 탁월한 기계적 강도와 화학적 내성을 가지며, 이 원사로부터 제조되는 원단 및 성형체는 내구성이 높고 내마모성, 접착성, 칼라 분산성, 방오성, 내스크래치성, 몰딩성 등이 우수하고 보다 부드럽고 가벼운 감촉을 구현할 수 있기 때문에 스포츠용품이나 생활용품, 산업용품 등 다양한 제품에 적용할 수 있다.The thermoplastic polyurethane pellet manufactured through the third step contains nano-silica particles having a hydrophobic functional group on the particle surface. When the hydrophobic functional group is introduced to the surface of the nano-silica particles, it has the excellent durability and abrasion resistance of thermoplastic polyurethane. It has excellent mechanical strength and chemical resistance, and fabrics and molded products made from this yarn are highly durable, have excellent abrasion resistance, adhesion, color dispersion, stain resistance, scratch resistance, and moldability, and can achieve a softer, lighter texture. Therefore, it can be applied to a variety of products such as sporting goods, household goods, and industrial goods.

상기 나노실리카 입자의 표면에 도입될 수 있는 소수성 유기작용기는 알킬기, 디메틸기, 트리메틸기, 디메틸 실록산기, 메타크릴기 등이 있는데, 예를 들면, 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 원사에 함유되는 나노실리카 입자는 흄드 실리카 제조 공정에서 온도와 압력을 조절하여 얻어진 나노실리카를 유기실란 화합물로 처리함으로써 나노실리카 입자의 표면에 디메틸기가 포함되는 것이다Hydrophobic organic functional groups that can be introduced to the surface of the nanosilica particles include alkyl groups, dimethyl groups, trimethyl groups, dimethyl siloxane groups, and methacryl groups. For example, nanosilica contained in the thermoplastic polyurethane yarn of the present invention. The particles contain dimethyl groups on the surface of the nanosilica particles by treating the nanosilica obtained by controlling the temperature and pressure in the fumed silica manufacturing process with an organosilane compound.

상기 소수성 유기작용기가 도입된 나노실리카 입자는 OH기 밀도가 1.0 OH/㎚3 이하인 것이 바람직하다. OH기 밀도는 소수성 작용기가 도입된 나노실리카 입자와 리튬알루미늄히드라이드를 반응시켜 OH기의 밀도를 IR 스펙트로스코피를 사용하여 3750㎝에서 유리 실란올기 내의 OH기 신축진동 밴드의 몰 흡광도(ε)를 측정하는 등의 공지된 방법으로 검증할 수 있다.The nanosilica particles into which the hydrophobic organic functional group is introduced preferably have an OH group density of 1.0 OH/㎚ 3 or less. The OH group density was determined by reacting nanosilica particles into which a hydrophobic functional group was introduced with lithium aluminum hydride, and measuring the molar absorbance (ε) of the stretching vibration band of the OH group in the free silanol group at 3750 cm using IR spectroscopy. It can be verified by known methods such as measurement.

본 발명에서 소수성 유기작용기가 도입된 나노실리카 입자는 나노실리카 응집체(aggregate) 상태로 존재하며, 이들은 원사 코팅용 열가소성 폴리우레탄 내에서 별도 분리되기 어려운 응집체 상태로 분산되어 있다. 상기 나노실리카 입자는 열가소성 폴리우레탄 펠릿 내에서 상기 나노실리카 응집체는 평균 100 내지 1200㎚의 크기를 가지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 평균 200 내지 500nm의 크기를 갖는다.In the present invention, nanosilica particles into which hydrophobic organic functional groups are introduced exist in the form of nanosilica aggregates, and they are dispersed in the form of aggregates that are difficult to separate within the thermoplastic polyurethane for yarn coating. The nano-silica particles preferably have an average size of 100 to 1200 nm, and more preferably, the average size of the nano-silica aggregates within the thermoplastic polyurethane pellet is 200 to 500 nm.

상기 소수성 나노실리카 응집체의 크기가 평균 100㎚ 이상일 경우에는 나노실리카 입자의 분산이 잘 이루어지게 되지만, 평균 1200㎚를 초과할 경우에는 증점효과가 떨어져 티-다이(T-die) 압출기를 이용한 코팅공정에서 불량현상이 발생될 우려가 있다. 상기 나노실리카 응집체의 크기는 나노실리카 응집체의 장축방향으로의 길이를 가리키며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 등을 사용하여 측정할 수 있다.If the size of the hydrophobic nano-silica aggregates is 100 nm or more on average, the nano-silica particles are well dispersed, but if the average size is more than 1200 nm, the thickening effect is reduced and a coating process using a T-die extruder is required. There is a risk that defects may occur. The size of the nanosilica aggregate refers to the length in the long axis direction of the nanosilica aggregate, and can be measured using a scanning electron microscope (SEM), etc.

마지막 제4단계는 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 230℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 25 ~ 40℃의 온도로 수냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 히터챔버에서 숙성시킨 후 권취하여 섬도가 50 ~ 350데니어인 열가소성 폴리우레탄 모노필라멘트사를 제조하거나, 또는 상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 250℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 필라멘트 개수별로 모으면서 25 ~ 40℃로 공냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 권취하여 단사섬도가 50데니어/필라멘트 이하인 열가소성 폴리우레탄 멀티필라멘트사를 제조한다.In the final fourth step, the thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 230°C, and the yarn coming out through the die of the extruder is water-cooled to a temperature of 25 to 40°C to stretch the obtained yarn. Then, the drawn yarn is aged in a heater chamber and then wound to produce a thermoplastic polyurethane monofilament yarn with a fineness of 50 to 350 denier, or the thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and machined at 150 to 250°C. It is melt-extruded at a high temperature, the yarns coming out through the die of the extruder are collected by the number of filaments and air-cooled at 25 to 40°C, the obtained yarn is stretched, and the stretched yarn is wound to produce a thermoplastic poly having a single yarn fineness of 50 denier/filament or less. Manufactures urethane multifilament yarn.

상기와 같은 제조방법으로 생산되는 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사는, 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩으로 제조된 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄이 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용되어 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합되며, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 나노실리카가 0.5 내지 7phr 범위로 배합됨으로써 본 발명의 목적과 효과를 구현할 수 있다.Thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU produced by the above manufacturing method includes recycled thermoplastic polyurethane and virgin thermoplastic polyurethane made from thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing. : Applied at a weight ratio of 1 to 4, recycled TPU is melt-mixed in the range of 20 to 50%, and hydrophobic nanosilica organically treated on the surface of nanosilica particles with a size of 1 to 100 nm is mixed in the range of 0.5 to 7 phr. By combining them, the purpose and effect of the present invention can be realized.

상기 재활용 열가소성 폴리우레탄은 버진 열가소성 폴리우레탄 대비 1 : 1 ~ 4의 중량비, 즉 열가소성 폴리우레탄 총량을 기준으로 재활용 열가소성 폴리우레탄이 20 내지 50중량%의 비율로 혼합되는 것이 성형성과 제품의 안정성 측면에서 가장 바람직한 것으로 판명되었으나, 실제로는 재활용 열가소성 폴리우레탄의 품질에 영향을 받을 뿐 그 함량에 엄격한 제한이 있는 것은 아니다.The recycled thermoplastic polyurethane is mixed at a weight ratio of 1:1 to 4 compared to virgin thermoplastic polyurethane, that is, 20 to 50% by weight of recycled thermoplastic polyurethane based on the total amount of thermoplastic polyurethane in terms of formability and product stability. Although it has been found to be the most desirable, in practice there is no strict limit to its content, which is only influenced by the quality of the recycled thermoplastic polyurethane.

또한, 본 발명에서는 상기 소수성 나노실리카가 배합된 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 압출할 때 나노실리카를 각각 0phr, 0.5phr, 3phr. 5phr, 7phr, 10phr로 투입하여 중합하면서 점도 변화 및 압출 가공성, 표면 상태를 각각 비교할 때, 소수성 나노실리카의 함량이 0.5 내지 7phr 범위에서 단사 발생율 2% 이내이고 표면상태가 양호하며, 이에 따라 방사 및 연신 가공성에 문제가 없다는 사실을 확인하였다(특허 제10-1971849호 참조).In addition, in the present invention, when extruding thermoplastic polyurethane pellets mixed with the hydrophobic nanosilica, nanosilica is used in amounts of 0phr, 0.5phr, and 3phr, respectively. When comparing the viscosity change, extrusion processability, and surface condition while polymerizing at 5 phr, 7 phr, and 10 phr, the content of hydrophobic nanosilica is within 2% of the single yarn generation rate in the range of 0.5 to 7 phr and the surface condition is good, and accordingly, spinning and It was confirmed that there were no problems with stretching processability (see Patent No. 10-1971849).

아래에서는 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사를 제조하는 방법을 구체적으로 제시한다. 즉, 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄한 후 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 방법과, 소수성 나노실리카가 배합된 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하고 이를 함량별로 혼합하여 열가소성 폴리우레탄 원사를 제조하는 방법을 상세하게 설명한다.Below, we specifically present a method for manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU. That is, a method of manufacturing recycled thermoplastic polyurethane pellets by crushing thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing, removing foreign substances, and melt-extruding, and manufacturing thermoplastic polyurethane pellets mixed with hydrophobic nanosilica. A method for producing thermoplastic polyurethane yarn by mixing by content will be described in detail.

1. 열가소성 폴리우레탄 펠릿의 제조 1. Preparation of thermoplastic polyurethane pellets

○ 1단계: 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하였다.○ Step 1: The thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing was pulverized.

○ 2단계: 상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하였다.○ Step 2: Foreign substances in the pulverized thermoplastic polyurethane scrap were removed and melt-extruded to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets.

○ 3단계: 상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 용융 혼합한 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚ 이내의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하였다.○ Step 3: After melt mixing the recycled thermoplastic polyurethane pellets and virgin thermoplastic polyurethane produced above at a weight ratio of 1:1 to 4, organic treatment is applied to the surface of nano-silica particles with a size of 1 to 100 nm. The hydrophobic nanosilica was mixed in the range of 0.5 to 7 phr and extruded to prepare thermoplastic polyurethane pellets.

2. 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조 2. Manufacturing of thermoplastic polyurethane yarn

가. 모노필라멘트사의 제조(150데니어)go. Manufacture of monofilament yarn (150 denier)

○ 4단계: 상기 3단계에서 제조된 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 230℃의 온도에서 용융 압출시키며(작업속도: 200 m/min). 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 25 ~ 40℃의 온도로 수냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 히터챔버에서 숙성시킨 후 권취하여 섬도가 50 ~ 350데니어인 열가소성 폴리우레탄 모노필라멘트사를 제조하였다.○ Step 4: Insert the thermoplastic polyurethane pellets prepared in Step 3 into a spinning extruder and melt and extrude at a temperature of 150 to 230°C (working speed: 200 m/min). The yarn coming out through the die of the extruder is water-cooled to a temperature of 25 to 40°C, the obtained yarn is drawn, the stretched yarn is aged in a heater chamber, and then wound to produce a thermoplastic polyurethane monofilament yarn with a fineness of 50 to 350 denier. was manufactured.

나. 멀티필라멘트사의 제조(50데니어/필라멘트)me. Manufacturing of multifilament yarn (50 denier/filament)

○ 4단계: 상기 제3단계에서 제조된 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 250℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 필라멘트 개수별로 모으면서 25 ~ 40℃로 공냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 권취하여 단사섬도가 50데니어/필라멘트 이하인 열가소성 폴리우레탄 멀티필라멘트사를 제조하였다.○ Step 4: The thermoplastic polyurethane pellets prepared in the third step are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 250°C, and the threads coming out through the die of the extruder are collected by the number of filaments and 25 to 40 The yarn obtained by air cooling to ℃ was drawn, and the stretched yarn was wound to produce a thermoplastic polyurethane multifilament yarn with a single yarn fineness of 50 denier/filament or less.

또한, 본 발명에서는 재생원료의 적합한 분쇄방법 및 적정농도 적용을 통한 균일한 동적점도를 구현하기 위해 Silica, CaCO3, Mg3Si4O10(OH)2 등 적정 첨가제 적용기술을 확보하였으며, 이를 위해 압출온도, 냉각온도 등 적절한 생산 조건과 재활용 TPU수지의 레올로지(rheology) 거동 및 열적 특성 분석 등 물성평가를 진행하였으나, 우선 아래 [표 1]에서는 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사로 제조한 제품 종류별로 TPU 스크랩의 함량에 따른 물성을 측정하여 평가하였다. 이때, 열가소성 폴리우레탄 원사로 제조되는 제품은 각각 쇼어(shore) 경도가 각각 65D, 75D, 85A~95A±3인 폴리에스테르 폴리올 베이스 TPU를 사용하였다.In addition, the present invention has secured technology for applying appropriate additives such as Silica, CaCO 3 , and Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 to achieve uniform dynamic viscosity through appropriate grinding method and application of appropriate concentration of recycled raw materials. For this purpose, physical property evaluation was conducted, including appropriate production conditions such as extrusion temperature and cooling temperature, and analysis of rheological behavior and thermal properties of recycled TPU resin. First, in [Table 1] below, Physical properties were measured and evaluated according to the content of TPU scrap for each product type. At this time, products manufactured from thermoplastic polyurethane yarns used polyester polyol-based TPU with shore hardness of 65D, 75D, and 85A~95A±3, respectively.

제품종류Product type 측정항목Metrics 단위unit 성능수준
(virgin제품)
performance level
(virgin product)
TPU 스크랩의 함량Content of TPU scrap 평가방법Assessment Methods
20%20% 50%50% 코팅사coating company 인장강도tensile strength g/dg/d 5≤5≤ 5≤5≤ 5≤5≤ ASTM D412
G76
ASTM D412
G76
인장신도Tensile elongation %% 10≤10≤ 10≤10≤ 10≤10≤ ASTM D412
G76
ASTM D412
G76
모노필라멘트monofilament 인장강도tensile strength g/dg/d 2.5≤2.5≤ 2.5≤2.5≤ 2.5≤2.5≤ ASTM D412
G76
ASTM D412
G76
인장신도Tensile elongation %% 80≤80≤ 80≤80≤ 80≤80≤ ASTM D412
G76
ASTM D412
G76
멜트블로운
부직포
melt blown
Non-woven
인장강도tensile strength ㎏fkgf 없음doesn't exist 1.0≤1.0≤ 1.0≤1.0≤ 자체평가Self-evaluation
신도believer %% 없음doesn't exist 100≤100≤ 100≤100≤ 자체평가Self-evaluation 원단fabric 내광성(QUV)Light resistance (QUV) -- 4급level 4 3급level 3 4급level 4 ASTM D1148
G37
ASTM D1148
G37
염색견뢰도Dye fastness class 4급level 4 3.5급Level 3.5 4급level 4 ISO 105-E04
G4
ISO 105-E04
G4
패키지package 영구압축수축률Permanent compression shrinkage rate %% 30≥30≥ 40≥40≥ 30≥30≥ ASTM D395
G16
ASTM D395
G16

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 글로벌 수요기업의 친환경화 요구에 선제적으로 대응하기 위해 고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생되는 재활용성이 우수한 TPU 스크랩을 이용하여 재활용 비율 20% 이상인 열가소성 폴리우레탄 원사의 제품화 기술개발을 목적으로, 신발이나 의류 제조공정 중에 발생된 스크랩과 원사 폐기물의 재활용기술을 확보하여 재활용 비율 50%까지 적용이 가능하며, 그로 인하여 버진(virgin) TPU 대비 90% 이상의 물성발현이 가능한 재활용 TPU 팰릿을 제조하여 친환경 멀티컬러(Multi-color) 발현이 가능한 코팅 원사, 중공율 15% 이상의 경량 모노필라멘트, 세계 최초로 재활용 TPU를 적용한 멜트블로운(meltblown) 부직포, 신발 및 의류용 패키지 제품 등의 제조기술을 확립하게 된 것이다.As discussed above, the present invention commercializes thermoplastic polyurethane yarn with a recycling rate of 20% or more using TPU scrap with excellent recyclability generated after high-frequency processing or hot melt processing in order to proactively respond to the eco-friendly demands of global demand companies. For the purpose of technology development, recycling technology for scrap and yarn waste generated during the shoe or clothing manufacturing process can be secured and applied to a recycling rate of up to 50%. As a result, recycling is capable of expressing more than 90% of physical properties compared to virgin TPU. Coated yarn capable of expressing eco-friendly multi-colors by manufacturing TPU pellets, lightweight monofilament with a hollowness of 15% or more, meltblown nonwoven fabric using recycled TPU for the first time in the world, package products for shoes and clothing, etc. Manufacturing technology was established.

Claims (3)

고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하는 제1단계;
상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿(pellet)을 제조하는 제2단계;
상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용하여 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합된 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 알킬기, 디메틸기, 트리메틸기, 디메틸 실록산기, 메타크릴기 중에서 선택된 1종 이상으로 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 제3단계;
상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 230℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 25 ~ 40℃의 온도로 수냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 히터챔버에서 숙성시킨 후 권취하여 섬도가 50 ~ 350데니어인 열가소성 폴리우레탄 모노필라멘트사를 제조하는 제4단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법.
A first step of pulverizing thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing;
A second step of removing foreign substances from the pulverized thermoplastic polyurethane scrap and melt-extruding it to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets;
The recycled thermoplastic polyurethane pellets prepared above and the virgin thermoplastic polyurethane are applied at a weight ratio of 1:1 to 4 to melt and mix recycled TPU in the range of 20 to 50%, and then mixed to a size of 1 to 100 nm. Thermoplastic polyurethane pellets are prepared by mixing 0.5 to 7 phr of hydrophobic nano-silica organically treated with one or more types selected from alkyl groups, dimethyl groups, trimethyl groups, dimethyl siloxane groups, and methacryl groups on the surface of nano-silica particles and extruding them. The third step is to do;
The thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 230° C., and the thread coming out through the die of the extruder is water-cooled to a temperature of 25 to 40° C. to draw the obtained thread. A fourth step of maturing the yarn in a heater chamber and then winding it to produce thermoplastic polyurethane monofilament yarn with a fineness of 50 to 350 denier;
A method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU, characterized in that it consists of.
고주파 공정 또는 핫멜트 가공 후에 발생된 열가소성 폴리우레탄 스크랩을 분쇄하는 제1단계;
상기 분쇄된 열가소성 폴리우레탄 스크랩의 이물질을 제거하고 용융 압출하여 재활용(recycled) 열가소성 폴리우레탄 펠릿(pellet)을 제조하는 제2단계;
상기 제조된 재활용 열가소성 폴리우레탄 펠릿과 버진(virgin) 열가소성 폴리우레탄을 1 : 1 ~ 4의 중량비로 적용하여 재활용 TPU가 20 내지 50% 범위로 용융 혼합된 후, 이에 대하여 1 ~ 100㎚의 크기를 갖는 나노실리카 입자의 표면에 알킬기, 디메틸기, 트리메틸기, 디메틸 실록산기, 메타크릴기 중에서 선택된 1종 이상으로 유기화 처리된 소수성 나노실리카를 0.5 내지 7phr 범위로 배합하고 압출하여 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 제조하는 제3단계;
상기 열가소성 폴리우레탄 펠릿을 방사용 압출기에 투입하고 150 ~ 250℃의 온도에서 용융 압출시키며, 상기 압출기의 다이스를 통해 나오는 실을 필라멘트 개수별로 모으면서 25 ~ 40℃로 공냉시켜 얻어진 실을 연신하고, 상기 연신된 실을 권취하여 단사섬도가 50데니어/필라멘트 이하인 열가소성 폴리우레탄 멀티필라멘트사를 제조하는 제4단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 TPU를 이용한 원사의 제조방법.
A first step of pulverizing thermoplastic polyurethane scrap generated after high-frequency processing or hot melt processing;
A second step of removing foreign substances from the pulverized thermoplastic polyurethane scrap and melt-extruding it to produce recycled thermoplastic polyurethane pellets;
The recycled thermoplastic polyurethane pellets prepared above and the virgin thermoplastic polyurethane are applied at a weight ratio of 1:1 to 4 to melt and mix recycled TPU in the range of 20 to 50%, and then mixed to a size of 1 to 100 nm. Thermoplastic polyurethane pellets are prepared by mixing 0.5 to 7 phr of hydrophobic nano-silica organically treated with one or more types selected from alkyl groups, dimethyl groups, trimethyl groups, dimethyl siloxane groups, and methacryl groups on the surface of nano-silica particles and extruding them. The third step is to do;
The thermoplastic polyurethane pellets are put into a spinning extruder and melt-extruded at a temperature of 150 to 250°C. The threads coming out through the die of the extruder are collected by the number of filaments and air-cooled to 25 to 40°C to draw the obtained thread, A fourth step of manufacturing a thermoplastic polyurethane multifilament yarn having a single yarn fineness of 50 denier/filament or less by winding the drawn yarn;
A method of manufacturing yarn using recycled TPU, characterized in that it consists of.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노실리카 입자는 열가소성 폴리우레탄 펠릿 내에서 평균 100 ~ 1200㎚의 크기를 갖는 나노실리카 응집체(aggregate)를 형성하는 것을 특징으로 재활용 TPU를 이용한 열가소성 폴리우레탄 원사의 제조방법.
According to any one of paragraphs 1 and 2,
The nano-silica particles are characterized in that they form nano-silica aggregates with an average size of 100 to 1200 nm within the thermoplastic polyurethane pellet. A method of manufacturing thermoplastic polyurethane yarn using recycled TPU.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101341055B1 (en) 2012-12-26 2013-12-13 박희대 The method of preparing a thermoplastic polyurethane yarn
KR101935206B1 (en) 2018-06-29 2019-03-18 박희대 Thermochemical Polyurethan Yarn
KR101971849B1 (en) 2019-02-25 2019-04-23 박희대 Thermoplastic Polyurethane Yarn

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