KR20240065292A - 타이어 등급의 높은 인성 및 모듈러스 재활용 나일론 6.6 얀 및 이의 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 타이어 등급 오일화 및 비오일화 나일론 6.6 연신 및 미연신 스크랩 얀이 재활용 나일론 6.6 펠릿으로 전환되었다. 그런 다음, 재활용 나일론 6.6 펠릿을 버진 나일론 6.6 펠릿과 다른 비율로 사용하여 타이어 등급 재활용 나일론 6.6 얀을 생산한다.
Description
본 발명은 타이어 등급 나일론 6.6 얀(yarn) 스크랩으로부터 재활용 나일론 6.6 펠릿(recycled nylon 6.6 pellet)을 생산하는 것에 관한 것이다. 상기 재활용 나일론 6.6 펠릿은 타이어 등급 나일론 6.6 얀 생산에 버진(virgin) 나일론 6.6 펠릿과 다른 비율로 사용된다. 본 연구의 목적은 재활용 나일론 6.6 타이어 등급 얀으로 버진인 것에 대하여 필적하는 물리적, 열적, 기계적 특성 및 생산 방법을 얻는 것이다. 이 연구는 또한 아래에서 자세히 설명할 지구 지속 가능성 문제에 기여하는 것이다.
나일론은 다른 수의 탄소 원자를 함유하는 디아민과 디카르복실산의 반복 유닛으로 구성된 폴리머이다. 중합 반응은 압력, 진공 및 열을 동반하여 배치 또는 연속 공정으로 진행된다. 나일론 6.6 열가소성 폴리머는 축합 중합 반응을 통해 긴 사슬을 형성하기 위해 결합된, 석유화학 모노머로 제조된다.
석유계 폴리머는 이의 편리성, 내구성, 유연성, 물 및 기타 화학물질에 대한 낮은 반응성으로 인해 오랫동안 사용되어 왔다. 최근 들어, 지구 환경과 지속 가능성 문제가 대두되면서, 인류는 석유화학 자원이 제한적이라는 사실을 깨닫기 시작했다. 이는 환경의 본질과 과학 발전 사이의 균형을 위태롭게 할 것이다. 따라서, 최근 연구에서는 환경과 인간 발달 모두를 어떻게 존중할 것인가가 어려운 문제가 되고 있다.
나일론은 생분해되지 않으며, 환경에 무기한으로 지속된다. 해양 마이크로플라스틱 오염(microplastic pollution)의 가장 큰 두 가지 원인은 나일론 어망과 합성 텍스타일 섬유이다. 이는 나일론이 수생 환경에 미치는 영향이 상당하다는 것을 의미한다. 반면에, 나일론의 지속적인 본질은 무한히 재활용 가능하다는 것을 의미하며, 현재 존재하는 나일론 재료를 모두 재활용한다면, 지금 새로운 나일론 생산을 중단하고 여전히 나일론에 대한 우리의 욕구를 충족할 수 있다. 따라서, 일반 소비자의 나일론 재활용 계획에 대한 접근성을 높일 필요가 있다.
본 발명은 아래와 같이 두 가지 주요 방법 및 프로덕트로 구성된다.
i. 표준 타이어 등급 얀 생산에서 발생하는 타이어 등급 오일화(oiled) 및 비오일화(non-oiled) 나일론 6.6 연신 및 미연신 얀 스크랩으로부터 재활용 나일론 6.6 펠릿을 생산.
ii. 다양한 재활용 펠릿 비율의 버진 나일론 6.6 펠릿과 재활용 나일론 6.6 펠릿의 혼합물로, 필적하는 공정 및 프로덕트 특성을 지닌, 타이어 등급 얀을 생산.
특정 비율의 버진 나일론 6.6 펠릿과 재활용 나일론 6.6 펠릿으로 구성된 펠릿 혼합물은, 스피닝(spinning) 공정에 필요한 상대 점도 수준을 얻도록 특정한 컨디셔닝 온도에서 고상(solid state) 중합 공정을 거친다. 10:90 내지 90:10, 바람직하게는 80:20 내지 50:50 범위의 버진 펠릿 대 재활용 펠릿 수준으로 생산을 수행하여 필적하는 수율, 공정 성능, 생산성, 생산 및 프로덕트의 지속 가능성 및 또한 얀 특성을 얻는다. 두 가지 플레이크 유형 모두 최대 0.5%의 수분 수준을 갖는다.
또한, 세절된(chopped) 나일론 6.6 얀 스크랩 마감 오일(finish oil) 수준은 0.7-1.0%이다. 재활용 나일론 6.6 펠릿을 생산하기 전에는, 오일을 제거하기 위한 스크랩에 대한 세척 유닛이 없다. 도 2에 자세히 설명된 재활용 나일론 6.6 펠릿 생산 단계 동안 압출기의 진공 구역에서 마감 오일이 스크랩 폴리머에서 제거된다. 생산 종료시, 나일론 6.6 재활용 펠릿에서 마감 오일 수준은 0.01 내지 0.05%이다.
본 개시사항은 다음과 같은 도면의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있다.
도 1: 표준 얀 보빈(1.8)(타이어 등급 나일론 6.6 얀 보빈) 생산 단계는 버진 나일론 6.6 펠릿(버진 나일론 6.6 펠릿 플레이크)(1.1)을 사일로에 공급하고, 먼저 나일론 6.6 펠릿은 퍼지(purge)(1.2)되고, 그 후 이는 고상 중합 공정(1.3)을 거치고, 중합된 나일론 6.6 펠릿을 용융 나일론 6.6 폴리머로 전환되고(1.4), 용융 나일론 6.6 폴리머를 다이를 통과하여 둥근 필라멘트 형태를 얻고(1.5), 나일론 6.6 폴리머 필라멘트를 냉각하고(1.6), 나일론 6.6 필라멘트는 원하는 최종 특성을 얻도록 몇 가지 공정 단계를 거쳐(1.7), 최종 타이어 등급 나일론 6.6 얀 보빈(1.8)이 생산되는 것으로 구성된다.
도 2: 나일론 6.6 펠릿을 재활용하는 방법은 얀 생산 도중 오일화 및 비오일화 나일론 6.6 연신 및 미연신 얀 스크랩을 수집하는 단계(2.1); 나일론 6.6 얀 스크랩을 짧은 스트랜드(strand)로 세절하는 단계(chopping)(2.2); 세절된(chopped) 나일론 6.6 얀 스크랩을 압축 유닛으로 이송하는 단계(2.3); 압축된 나일론 6.6 스크랩을 압출기에 공급하는 단계(2.4); 나일론 6.6스크랩을 용융하는 단계(2.5); 용융된 폴리머로부터 오일을 진공처리하는 단계(vacuuming)(2.6)로; 나일론 6.6 스트랜드를 형성하는 단계(2.7); 수조에서 나일론 6.6 스트랜드를 냉각하는 단계(2.8); 수조에서 나오는 나일론 6.6 스트랜드를 건조하는 단계(2.9); 나일론 6.6 스트랜드를 펠릿화하는 단계(2.10); 재활용 나일론 6.6 펠릿을 수집하는 단계(2.11) 및 재활용 나일론 6.6 펠릿을 패키징(packaging)하는 단계(2.12)를 포함한다.
도 3: 이 도면은 도 1과 매우 유사하다. 차이점은 단지 다음과 같다: 공정 시작시에 버진(3.1) 플레이크와 재활용(3.2) 플레이크가 특정한 비율로 블렌딩 시스템으로 균질하게 혼합된다.
타이어 등급 얀: 최소 8.0gpd(데니어당 그램)의 인성 및 100 내지 5000dtex 밀도 수준을 갖는 나일론 6.6 얀.
4% SASE: 4% 신장(elongation) 시의 응력(stress)(gpd)
인성(tenacity): 얀의 강도(strength)(그램)/얀의 밀도(데니어)(gpd)
버진 나일론 6.6 펠릿: 미가공(raw) 나일론 6.6 펠릿
재활용 나일론 6.6 펠릿: 스크랩 재료로 형성된 나일론 6.6 펠릿
타이어 등급 나일론 6.6 얀: 타이어의 코드에 사용되는 나일론 6.6 얀
오일화(oiled) 및 비오일화(non-oiled) 나일론 6.6 연신(drawn) 및 미연신(undrawn) 얀 스크랩: 가공된 얀 스크랩 및 가공되지 않은 얀 스크랩
나일론 6.6 스트랜드: 압출기 후의 용융된 폴리머(스파게티와 유사)
도 1: 표준 얀 보빈(1.8)(타이어 등급 나일론 6.6 얀 보빈) 생산 단계는 버진 나일론 6.6 펠릿(버진 나일론 6.6 펠릿 플레이크)(1.1)을 사일로에 공급하고, 먼저 나일론 6.6 펠릿은 퍼지(purge)(1.2)되고, 그 후 이는 고상 중합 공정(1.3)을 거치고, 중합된 나일론 6.6 펠릿을 용융 나일론 6.6 폴리머로 전환되고(1.4), 용융 나일론 6.6 폴리머를 다이를 통과하여 둥근 필라멘트 형태를 얻고(1.5), 나일론 6.6 폴리머 필라멘트를 냉각하고(1.6), 나일론 6.6 필라멘트는 원하는 최종 특성을 얻도록 몇 가지 공정 단계를 거쳐(1.7), 최종 타이어 등급 나일론 6.6 얀 보빈(1.8)이 생산되는 것으로 구성된다.
도 2: 나일론 6.6 펠릿을 재활용하는 방법은 얀 생산 도중 오일화 및 비오일화 나일론 6.6 연신 및 미연신 얀 스크랩을 수집하는 단계(2.1); 나일론 6.6 얀 스크랩을 짧은 스트랜드(strand)로 세절하는 단계(chopping)(2.2); 세절된(chopped) 나일론 6.6 얀 스크랩을 압축 유닛으로 이송하는 단계(2.3); 압축된 나일론 6.6 스크랩을 압출기에 공급하는 단계(2.4); 나일론 6.6스크랩을 용융하는 단계(2.5); 용융된 폴리머로부터 오일을 진공처리하는 단계(vacuuming)(2.6)로; 나일론 6.6 스트랜드를 형성하는 단계(2.7); 수조에서 나일론 6.6 스트랜드를 냉각하는 단계(2.8); 수조에서 나오는 나일론 6.6 스트랜드를 건조하는 단계(2.9); 나일론 6.6 스트랜드를 펠릿화하는 단계(2.10); 재활용 나일론 6.6 펠릿을 수집하는 단계(2.11) 및 재활용 나일론 6.6 펠릿을 패키징(packaging)하는 단계(2.12)를 포함한다.
도 3: 이 도면은 도 1과 매우 유사하다. 차이점은 단지 다음과 같다: 공정 시작시에 버진(3.1) 플레이크와 재활용(3.2) 플레이크가 특정한 비율로 블렌딩 시스템으로 균질하게 혼합된다.
타이어 등급 얀: 최소 8.0gpd(데니어당 그램)의 인성 및 100 내지 5000dtex 밀도 수준을 갖는 나일론 6.6 얀.
4% SASE: 4% 신장(elongation) 시의 응력(stress)(gpd)
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나일론 6.6 스트랜드: 압출기 후의 용융된 폴리머(스파게티와 유사)
본 발명은 적어도 10%의 재활용 나일론 6,6, 바람직하게는 20%의 재활용 나일론 6,6을 포함하는 타이어 등급 나일론 6,6 모노- 및/또는 멀티 필라멘트 얀에 관한 것으로서, 상기 나일론 6,6 모노- 또는 멀티 필라멘트 얀은 ASTM-D 885에 따라 최소 8.0gpd의 인성을 갖는다.
ASTM-D 885는 인공 유기계 섬유(man-made organic-base fiber)로 제조된 타이어 코드, 타이어 코드 직물(tire cord fabric), 및 산업용 필라멘트 얀에 대한 표준 테스트 방법이다.
타이어 등급 나일론 6,6 모노- 및/또는 멀티 필라멘트 얀은 ASTM-D 885에 따라 적어도 1.25gpd의 4% SASE를 갖는다.
타이어 등급 나일론 6,6 모노- 및/또는 멀티 필라멘트 얀의 생산 방법은 다음 단계를 포함한다:
a) 재활용 나일론 6.6 펠릿을 생산하는 단계,
모노- 및/또는 멀티 필라멘트 얀을 포함하는 타이어 등급 오일화 및/또는 비오일화 연신 및/또는 미연신 나일론 6.6 섬유 스크랩(fiber scrap)을 3cm 내지 5cm로 절단하여 나일론 6.6 세절된(chopped) 섬유를 얻음,
6개 구역에서 최소 250℃ 그리고 최대 290℃인 압출기에 공급하여 스크랩 얀으로부터 용융된 나일론 6.6 폴리머를 얻음,
스트랜드를 냉각,
10 그램 중에 300 내지 500개의 펠릿의 크기로 절단하며, 이는 펠릿 형태로 성형되고, 여기서, 재활용 나일론 6.6 펠릿은 그 내부에 최대 0.05%의 마감 오일을 가짐.
b) 버진 나일론 6.6 펠릿을 생산하는 단계,
c) 최소 20%의 재활용 펠릿 비율의 버진 및 재활용 나일론 6.6 펠릿의 혼합물로 타이어 등급 재활용 나일론 6.6 얀을 생산하는 단계.
공정 시작 시, 필라멘트 얀을 포함하는, 타이어 등급 오일화 및/또는 비오일화 연신 및/또는 미연신 나일론 6.6 섬유 스크랩을 3cm 내지 5cm 범위로 절단하여 나일론 6.6 세절된(chopped) 섬유를 얻는다. 세절된 섬유는 압출기로 공급되어 스크랩 얀으로부터 용융된 폴리머를 얻는다. 용융된 폴리머를 특정한 직경의 용융 섬유(molten fiber)로 성형하고 수조에서 냉각한다. 섬유 폴리머를 냉각한 후, 이는 문헌에서 스트랜드 펠릿화 시스템이라고 불리는 특정 크기로 절단된다.
진공처리(vacuum)는 타이어 등급 재활용 펠릿 생산 도중에 진행되어 스크랩 오일화 얀 생산 공정에서 나오는 폴리머 매트릭스에서 마감 오일을 제거한다. 높은 마감 오일 수준으로 인해 생산 수율이 낮아지고 스피닝(spinning)시 파손 수준이 높아지므로 이는 생산에 매우 중요한 공정이다. 주요 목표는 재활용 펠릿에서 마감 오일 수준을 최소화하는 것이다.
생산 도중에 타이어 등급 재활용 펠릿과 버진 펠릿이 혼합되기 때문에, 균질한 혼합은 고상 중합(solid state polymerization)의 제조 단계에서 또 다른 중요한 파라미터이다. 사일로에서 분리를 방지하기 위해 두 펠릿 등급의 펠릿 크기가 서로 가능한한 많이 근접해야 한다. 따라서, 타이어 등급 재활용 얀 생산을 위해 타이어 등급 재활용 펠릿의 그래눌로메트리(granulometry)가 개선되었다.
얀에서 타이어 등급 재활용의 양은 고객의 기대와 최소 사양 요구 사항에 따라 달라진다. 그러나, "글로벌 재활용 인증" 시스템에 따르면, 최종 프로덕트에서 재활용의 양의 최소 요구사항은 20%이다. 따라서 이 규정에 따라, 타이어 등급 얀에서 재활용 재료가 20%인 연구에 중점을 두었다. 재활용 펠릿 및 버진 펠릿을 혼합하고 컨디셔닝을 위해 사일로에 공급하였다. 컨디셔너 출구 끝에서 동일한 RV 수준을 얻기 위해 새로운 혼합된 원료 재료에 따라 고상 중합을 조정하였다.
Claims (4)
- 적어도 10%의 재활용 나일론 6,6 펠릿을 포함하는 타이어 등급 나일론 6,6 모노 필라멘트 얀 및/또는 멀티 필라멘트 얀으로서, 상기 나일론 6,6 필라멘트 얀은 ASTM-D 885에 따른 적어도 8.0 gpd의 인성을 갖는 타이어 등급 나일론 6,6 모노 필라멘트 얀 및/또는 멀티 필라멘트 얀.
- 제1항에 있어서, 20%의 재활용 나일론 6,6을 포함하는 타이어 등급 필라멘트 얀.
- 제1항에 있어서, ASTM-D 885에 따른 적어도 1.25 gpd의 4% SASE를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 등급 필라멘트 얀.
- 다음 단계를 포함하는 제1항에 따른 타이어 등급 필라멘트 얀의 생산 방법:
a) 모노-필라멘트 얀 및/또는 멀티 필라멘트 얀을 포함하는 타이어 등급 오일화 및/또는 비오일화 연신 및/또는 미연신 나일론 6.6 섬유 스크랩을 3-5cm로 절단하여 나일론 6.6 세절된(chopped) 섬유를 얻고,
6개 구역에서 최소 250℃ 그리고 최대 290℃인 압출기에 공급하여 스크랩 얀으로부터 용융된 나일론 6.6 폴리머를 얻고,
스트랜드를 냉각하고,
10 그램 중에 300 내지 500개의 펠릿의 크기로 절단하고 이는 펠릿 형태로 성형되며, 재활용 나일론 6.6 펠릿은 그 내부에 최대 0.05%의 마감 오일을 갖는 것
에 의해,
재활용 나일론 6.6 펠릿을 제조하는 단계
b) 버진 나일론 6.6 펠릿 제조하는 단계
버진 나일론 6.6 펠릿과 재활용 나일론 6.6 펠릿을 혼합하는 단계.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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| TR2021/015509 TR2021015509A1 (tr) | 2021-10-05 | Lasti̇k sinifi yüksek çekme mukavemeti̇ ve modülüse sahi̇p geri̇ dönüştürülmüş naylon 6.6 i̇pli̇k ve bunun üreti̇m yöntemi̇ | |
| PCT/TR2021/051018 WO2023059275A1 (en) | 2021-10-05 | 2021-10-06 | Tire grade high tenacity and modulus recycle nylon 6.6 yarn and production method of it |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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