KR20240079971A - Biodegradable side by side hollow fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고유점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제1 성분; 및 고유점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제2 성분; 을 포함하고, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르 수지인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유로 벌키성이 우수하면서도 생분해도가 우수하며, 강도 및 신도와 같은 기계적 물성이 우수하다.The present invention provides a first component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; and a second component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; It includes, and the biodegradable resin is a biodegradable side-by-side hollow fiber, which is an aliphatic polyester resin. It has excellent bulkiness, excellent biodegradability, and excellent mechanical properties such as strength and elongation.
Description
본 발명은 사이드 바이 사이드 중공 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to side-by-side hollow fibers.
최근 플라스틱 제품은 의식주뿐만 아니라 각종 산업, 운수, 건설, 환경 보전, 의료, 농업, 수산업 및 레저 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 그러나 고성능과 장기 안정성을 추구하여 개발되고 생산되어 온 대부분의 플라스틱 제품은 자연 환경 분위기에서 분해되지 않기 때문의 대량의 플라스틱 폐기물의 처리는 세계 각국에서 큰 사회문제로 대두되고 있다. 또한, 강이나 바다로 유출되는 플라스틱 제품은 연간 수백만 톤에 이르는 것으로 추정되고 있으며 그 폐기물은 해양 환경 중에 축적되어 해양오염의 원인이 된다.Recently, plastic products are used not only in food, clothing, and shelter, but also in various fields such as various industries, transportation, construction, environmental conservation, medical care, agriculture, fisheries, and leisure. However, since most plastic products that have been developed and produced in pursuit of high performance and long-term stability do not decompose in the natural environment, disposal of large quantities of plastic waste has emerged as a major social problem around the world. In addition, it is estimated that plastic products leaking into rivers and the sea amount to millions of tons per year, and the waste accumulates in the marine environment and causes marine pollution.
또한, 합성 플라스틱은 대부분 석유화학 제품으로 고갈되어 가고 있는 석유에 그 원료를 의존하고 있다. 인류는 현재 석유의 90% 정도를 연료로 사용하고 있으며, 석유소비량을 줄이지 않는다면 문제가 커질 수 있으므로, 비분해성 쓰레기 문제를 일으키고 있는 합성 플라스틱의 대체 재료의 연구가 필요하다. 이러한 노력의 일환으로 최근 환경친화적인 플라스틱에 대한 관심사가 커지고 있다.In addition, most synthetic plastics are petrochemical products and depend on petroleum, which is being depleted, as a raw material. Humanity currently uses about 90% of oil as fuel, and if oil consumption is not reduced, the problem may increase, so research is needed on alternative materials to synthetic plastics, which are causing the problem of non-degradable waste. As part of these efforts, interest in environmentally friendly plastics has recently been growing.
한편, 폴리에스테르 수지는 내열성이 우수하고 기계적 물성이 뛰어난 합성 수지이다. 폴리에스테르 중에서도 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 플라스틱 소재로 가장 많이 이용되는 소재 중 하나이며, 이외에도 자동차 차체, 가구 등 폭넓게 이용되고 있는 소재이다.Meanwhile, polyester resin is a synthetic resin with excellent heat resistance and excellent mechanical properties. Among polyesters, polyethylene terephthalate resin in particular is one of the most widely used plastic materials, and is also widely used in automobile bodies and furniture.
그러나, 최근 플라스틱 폐기 문제와 관련한 환경 문제가 점차 커지면서, 완전 분해가 가능한 생분해성 플라스틱에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트는 생분해 또는 생붕괴 특성이 없으므로 이에 생분해성을 부여한다면 환경 문제를 어느정도 해결할 수 있기 때문이다. 생분해성 폴리에스테르는 박테리아, 조류, 곰팡이 등 자연에 존재하는 미생물에 의해 분해될 수 있는 소재를 의미한다.However, as environmental problems related to plastic disposal have recently grown, research on biodegradable plastics that can be completely degraded is being actively conducted. In general, polyethylene terephthalate does not have biodegradability or biodegradability, so if it is given biodegradability, environmental problems can be solved to some extent. Biodegradable polyester refers to a material that can be decomposed by microorganisms that exist in nature, such as bacteria, algae, and mold.
이에, 환경문제에 대한 대책으로 비분해성 고분자에 대한 대체물질에 대한 연구가 진행되어오고 있으며, 일부 선진국에서는 옥수수와 같은 잉여 농산물로부터 원료 물질을 생산하여 물리적 물성과 분해성이 우수한 폴리락트산을 생산하고 있으며 미생물로부터 분해가 가능한 폴리에스테르를 합성하는 기술을 연구하고 있다.Accordingly, research has been conducted on alternative materials for non-degradable polymers as a measure to address environmental problems, and some developed countries are producing polylactic acid with excellent physical properties and degradability by producing raw materials from surplus agricultural products such as corn. We are researching technology to synthesize degradable polyester from microorganisms.
화학 섬유 업계도 이에 발맞추어 생분해성 폴리에스테르를 이용한 생분해성 섬유 및 제품에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 그러나 생분해성 화학제품은 가격이 비싸고, 내구성 등의 상업성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 생분해성 폴리에스테르의 경우 대기중의 수분 및 고습환경에 의하여 에스테르 결합이 가수분해되어 최종 제품의 물성이 저하되는 문제가 있다.In line with this, the chemical fiber industry is also actively researching biodegradable fibers and products using biodegradable polyester. However, biodegradable chemical products are expensive and have problems with poor commercial viability, such as durability. In addition, in the case of biodegradable polyester, there is a problem that the ester bond is hydrolyzed due to moisture in the air and a high humidity environment, thereby deteriorating the physical properties of the final product.
종래에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 생분해성을 부여하기 위하여 폴리락트산과 같은 생분해성 폴리에스테르와 혼합하여 이용하려는 시도가 있었다. 그러나 폴리락트산, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 및 폴리카프로락톤과 같은 생분해 소재는 생분해성이 우수하나, 낮은 융점으로 내열성 및 내구성이 부족하여 섬유 의류 제품에 적용이 불가한 문제가 있다.In the past, attempts were made to use polyethylene terephthalate by mixing it with biodegradable polyester such as polylactic acid to provide biodegradability. However, biodegradable materials such as polylactic acid, polybutylene adipate terephthalate, and polycaprolactone have excellent biodegradability, but they lack heat resistance and durability due to their low melting point, so they cannot be applied to textile clothing products.
한편, 이와 별개로 최근 우수한 기능성을 가지면서도 가격 경쟁력을 지닌 범용적인 아웃도어 제품과 이에 사용되는 소재에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 최근에는 점도 차이가 있는 이형 단면 중공 섬유의 형태학적 특징을 이용하여 벌키성이 우수한 사이드 바이 사이드 중공 섬유가 개발되기도 하였다.Meanwhile, separately, research and development on general-purpose outdoor products with excellent functionality and price competitiveness and the materials used are being actively conducted recently. Recently, side-by-side hollow fibers with excellent bulkiness have been developed by taking advantage of the morphological characteristics of heterogeneous cross-section hollow fibers with different viscosity.
그러나, 벌키성이 우수한 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 경우에도, 위와 같은 환경 문제를 일으키고 있다.However, even in the case of side-by-side hollow fibers with excellent bulkiness, they cause the above environmental problems.
따라서, 환경 문제를 해결할 수 있는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for biodegradable side-by-side hollow fibers that can solve environmental problems.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 환경 문제를 해결할 수 있는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide biodegradable side-by-side hollow fibers that can solve environmental problems.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유는 고유 점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제1 성분; 및 고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제2 성분; 을 포함하고, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르 수지이다.In order to solve the above problems, the biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention is a first component containing a polyester resin with an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt. ; and a second component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; It includes, and the biodegradable resin is an aliphatic polyester resin.
상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 단면은 원형일 수 있다.The cross-section of the biodegradable side-by-side hollow fiber may be circular.
상기 스테아릭 금속염이 망간, 철, 구리, 세륨, 코발트 및 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함할 수 있다.The stearic metal salt may include one or more metals selected from the group consisting of manganese, iron, copper, cerium, cobalt, and magnesium.
상기 생분해성 수지는 상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 30 중량 % 포함될 수 있다.The biodegradable resin may be included in an amount of 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber.
상기 탄산 칼슘은 상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로 0.05 내지 10 중량 % 포함될 수 있다.The calcium carbonate may be included in an amount of 0.05 to 10% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber.
상기 스테아릭 금속염은 상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로 0.05 내지 10 중량 % 포함될 수 있다.The stearic metal salt may be included in an amount of 0.05 to 10% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber.
본 발명에 따른 섬유 집합체는 상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 포함한다.The fiber aggregate according to the present invention includes the biodegradable side-by-side hollow fibers.
본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유는 벌키성이 우수하면서도 생분해도가 우수하며, 강도 및 신도와 같은 기계적 물성이 우수하다.The biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention has excellent bulkiness, excellent biodegradability, and excellent mechanical properties such as strength and elongation.
도 1은 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 개념 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 제조 시 사용될 수 있는 방사구금의 단면도이다.Figure 1 is a conceptual cross-sectional view of the biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of a spinneret that can be used in manufacturing biodegradable side-by-side hollow fibers according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention may be subject to various changes and may have various forms, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명한다. Hereinafter, specific details for carrying out the present invention will be described.
본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유는 고유 점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제1 성분; 및 고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제2 성분; 을 포함하고, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르 수지이다.The biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention includes a first component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; and a second component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; It includes, and the biodegradable resin is an aliphatic polyester resin.
본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 구성을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The configuration of the biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 as follows.
본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유(100)는 제1 성분(110) 및 제2 성분(120)으로 구분될 수 있으며, 중앙에 빈공간인 중공(130)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 단면은 원형일 수 있으며 도 1은 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 단면이 원형인 경우에 대한 도면이다. 그러나, 도 1은 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The biodegradable side-by-side hollow fiber 100 according to the present invention may be divided into a first component 110 and a second component 120, and a hollow space 130, which is an empty space, may be formed in the center. The cross-section of the biodegradable side-by-side hollow fiber may be circular, and Figure 1 is a diagram of the case where the cross-section of the biodegradable side-by-side hollow fiber is circular. However, Figure 1 is only an example, and the present invention is not limited thereto.
생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 중공률은 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 전체 단면을 기준으로 5 내지 20 %인 것이 바람직하다.The porosity of the biodegradable side-by-side hollow fiber is preferably 5 to 20% based on the total cross-section of the biodegradable side-by-side hollow fiber.
본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유는 고유 점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지 및 생분해성 마스터 배치를 혼합하고 고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지 및 생분해성 마스터 배치를 혼합하여 각각의 방사 용액을 제조한 후, 270 내지 285 ℃의 온도에서 복합 방사하여 제조할 수 있다..The biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention is a mixture of a polyester resin with an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g and a biodegradable masterbatch, and a polyester resin with an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g and a biodegradable masterbatch. Each spinning solution can be prepared by mixing the batch and then composite spinning at a temperature of 270 to 285 ° C.
도 2는 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 제조 시에 사용될 수 있는 방사구금의 단면의 한 예시이다.Figure 2 is an example of a cross section of a spinneret that can be used in manufacturing biodegradable side-by-side hollow fibers according to the present invention.
제1방사구금(140) 및 제2방사구금(150) 각각의 상단(141, 151)에서 제2성분, 각각의 하단(143, 153)에서 제1성분을 고압으로 압출시킬 수 있다. 이때, 고압으로 압출된 직후 부피가 팽창하여 제1방사구금에서 압출된 섬유와 제2방사구금에서 압출된 섬유의 간격이 좁아지면서 연결되어 단면이 원형인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 제조할 수 있다.The second component can be extruded at high pressure from the upper ends (141, 151) of the first spinneret (140) and the second spinneret (150), and the first component can be extruded from the lower ends (143, 153) of each. At this time, the volume expands immediately after extrusion at high pressure, and the gap between the fibers extruded from the first spinneret and the fibers extruded from the second spinneret narrows and connects, making it possible to manufacture biodegradable side-by-side hollow fibers with a circular cross-section. there is.
제1방사구금에서 압출된 섬유와 제2방사구금에서 압출된 섬유의 간격이 좁아지면서 단면이 원형인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 제조하기 위해선, 연결부위에 동일한 성분이 위치하는 것이 바람직하다. 다른 성분이 위치할 경우, 두 성분 간에 계면분리가 발생할 수 있어 단면이 원형인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 제조가 어려워 질 수 있다.In order to manufacture biodegradable side-by-side hollow fibers with a circular cross-section while narrowing the gap between the fibers extruded from the first spinneret and the fibers extruded from the second spinneret, it is preferable that the same component be located at the connection portion. If other components are located, interfacial separation may occur between the two components, making it difficult to manufacture biodegradable side-by-side hollow fibers with a circular cross-section.
그 후 냉각고화과정을 거쳐 미연신사를 제조하고, 연신공정을 통해 최종 원사로 제조될 수 있다.Afterwards, undrawn yarn is manufactured through a cooling and solidification process, and can be manufactured into final yarn through a stretching process.
제1성분 및 제2성분은 각각의 성분이 포함하고 있는 폴리에스테르 수지의 고유 점도의 차이에 의해 압출 및 냉각고화과정 이후 수축되는 정도에 차이가 생길 수 있다. 이러한 수축률 차이에 따라 섬유가 둥글게 말리는 권축(crimp)이 발생할 수 있다.The first component and the second component may differ in the degree of shrinkage after the extrusion and cooling solidification process due to differences in the intrinsic viscosity of the polyester resin contained in each component. Due to this difference in shrinkage rate, crimp, in which the fibers are rolled up, may occur.
제1 성분 및 제2 성분First and Second Components
상기 제1 성분은 고유 점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지와 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 생분해성 마스터배치를 혼합하여 방사 용액을 제조한 후, 270 내지 285 ℃의 온도에서 복합 방사하여 제조할 수 있다.The first component is a spinning solution prepared by mixing a polyester resin with an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g and a biodegradable masterbatch containing a biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt, and then heated at 270 to 285°C. It can be manufactured by composite spinning at a temperature of .
상기 제2 성분은 고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지와 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 생분해성 마스터배치를 혼합하여 방사 용액을 제조한 후, 270 내지 285 ℃의 온도에서 복합 방사하여 제조할 수 있다.The second component is prepared by mixing a polyester resin with an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g and a biodegradable masterbatch containing a biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt to prepare a spinning solution, and then heated at 270 to 285°C. It can be manufactured by composite spinning at a temperature of .
상기 생분해성 마스터배치는 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염 혼합 조성물을 압출하는 압출단계를 통해 제조할 수 있으며, 이때 압출단계 생분해성 수지의 융점을 기준으로 ±20 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 압출단계는 생분해성 수지, 탄산칼슘 및 스테아릭 금속염을 일정한 형태로 성형하는 단계로, 이를 통해 생분해성 수지 전부 또는 일부가 용융되어 탄산칼슘 및 스테아릭 금속염을 고정시키는 기능을 할 수 있다. 상기 압출단계는 40 내지 160 ℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 이는 사용되는 생분해성 수지의 융점에 따라 달라질 수 있다.The biodegradable masterbatch can be manufactured through an extrusion step of extruding a mixed composition of biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt. In this case, the extrusion step can be performed at a temperature of ±20 ℃ based on the melting point of the biodegradable resin. there is. The extrusion step is a step of molding the biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt into a certain shape. Through this, all or part of the biodegradable resin is melted and can function to fix the calcium carbonate and stearic metal salt. The extrusion step may be performed at a temperature of 40 to 160° C., which may vary depending on the melting point of the biodegradable resin used.
상기 생분해성 마스터배치는 펠렛, 그래뉼, 비드, 칩 및 분말 형태를 가질 수 있으며, 평균 크기는 10 pcs/g 내지 100 pcs/g, 구체적으로는 20 pcs/g 내지 80 pcs/g, 20 pcs/g 내지 40 pcs/g, 40 pcs/g 내지 60 pcs/g, 60 pcs/g 내지 80 pcs/g, 또는 30 pcs/g 내지 70 pcs/g으로 제어될 수 있으나, 이는 섬유 제조 효율에 따라 달라지는 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.The biodegradable masterbatch may have the form of pellets, granules, beads, chips, and powder, and has an average size of 10 pcs/g to 100 pcs/g, specifically 20 pcs/g to 80 pcs/g, 20 pcs/g. g to 40 pcs/g, 40 pcs/g to 60 pcs/g, 60 pcs/g to 80 pcs/g, or 30 pcs/g to 70 pcs/g, which depends on the fiber manufacturing efficiency. It is not limited to this.
상기 생분해성 마스터배치는 일반적으로 사용되는 열 안정제, 착색제 및 발수제 등을 더 포함할 수 있다.The biodegradable masterbatch may further include commonly used heat stabilizers, colorants, and water repellent agents.
상기 생분해성 마스터배치의 고유 점도는 0.60 내지 2.5 dl/g일 수 있고, 바람직하게는 0.80 내지 2.4 dl/g 일 수 있고, 가장 바람직하게는 0.85 내지 2.3 dl/g일 수 있다.The intrinsic viscosity of the biodegradable masterbatch may be 0.60 to 2.5 dl/g, preferably 0.80 to 2.4 dl/g, and most preferably 0.85 to 2.3 dl/g.
고유 점도가 0.60 내지 0.70 dl/g인 폴리에스테르 수지 및 고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지Polyester resins with an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g and polyester resins with an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g
제1 성분에 포함되는 폴리에스테르 수지의 고유 점도는 0.60 내지 0.70 dl/g이고, 제2 성분에 포함되는 폴리에스테르 수지의 고유 점도는 0.45 내지 0.55 dl/g로 양 폴리에스테르 수지의 고유 점도에 차이가 있다. 따라서, 방사 후 열 수축에 차이가 발생하여 컬(Curl)이 발생하여 크림프(Crimp) 형태로 고정될 수 있다. The intrinsic viscosity of the polyester resin included in the first component is 0.60 to 0.70 dl/g, and the intrinsic viscosity of the polyester resin included in the second component is 0.45 to 0.55 dl/g, which is a difference in the intrinsic viscosity of both polyester resins. There is. Therefore, after spinning, there is a difference in heat shrinkage, resulting in curl, which can be fixed in the form of a crimp.
생분해성 수지 biodegradable resin
상기 생분해성 수지는 폴리락트산, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 폴리 카프로락톤, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부티렌 석시네이트-아디페이트 공중합체 및 폴리부티렌 푸마릭 석시네이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The biodegradable resin may include one or more of polylactic acid, polybutylene adipate terephthalate, polycaprolactone, polybutylene succinate, polybutylene succinate-adipate copolymer, and polybutylene fumaric succinate. You can.
일반적으로, 생분해성 수지는 자연 환경 중에서 대단히 안정한 종래의 플라스틱과는 달리 흙이나 물 또는 미생물의 활동에 의하여 섬유 내의 도입된 사슬이 절단됨으로 물과 이산화탄소로 분해되는 성질을 가진다.In general, biodegradable resins, unlike conventional plastics, which are very stable in the natural environment, have the property of being decomposed into water and carbon dioxide when the chains introduced into the fiber are cut by soil, water, or the activity of microorganisms.
상기 폴리락트산은 재생자원에서 얻을 수 있는 열가소성 지방족 폴리에스테르로 석유 기초 플라스틱에 상응하는 기계적 특성을 가지고 있음은 물론 생분해될 수 있기 때문에 친환경 소재로 부각되고 있는 소재중 하나이다. 이러한 폴리락트산은 생분해성과 순환형 자원 이용의 두가지 측면을 가진 소재로 폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트 중간 정도의 성질을 가지고 있다. 또한, 폴리락트산은 락티드의 축중합에 의해 합성될 수 있다.The polylactic acid is a thermoplastic aliphatic polyester obtained from renewable resources and is one of the materials that is emerging as an eco-friendly material because it has mechanical properties equivalent to petroleum-based plastics and is biodegradable. Polylactic acid is a material with two aspects: biodegradability and circular resource use, and has properties intermediate between polyamide and polyethylene terephthalate. Additionally, polylactic acid can be synthesized by condensation polymerization of lactide.
상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 폴리부틸렌테레프탈레이드 및 폴리부틸렌아디페이트의 특징을 모두 갖는 공중합체로, 대표적인 지방족 생분해성 폴리에스테르 공중합체로서 폴리에틸렌을 대체하기 위해 개발되었다. 지방족 폴리에스테르 등을 포함하는 합성계 생분해성 플라스틱은 천연물계와 비교하면 가격은 상대적으로 높으나, 인장강도, 내습성, 가공성이 우수한 특징을 가지고 있다. 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 높은 강인성 및 고온 내성을 가지며, 에스테르 결합의 존재로 생분해성을 가진다.The polybutylene adipate terephthalate is a copolymer having the characteristics of both polybutylene terephthalate and polybutylene adipate, and was developed to replace polyethylene as a representative aliphatic biodegradable polyester copolymer. Synthetic biodegradable plastics, including aliphatic polyesters, are relatively expensive compared to natural products, but have excellent tensile strength, moisture resistance, and processability. The polybutylene adipate terephthalate has high toughness and high temperature resistance, and is biodegradable due to the presence of an ester bond.
상기 폴리카프로락톤은 음이온, 양이온, 또는 배위 촉매에 의한 개환 중합에 의하여 합성될 수 있으며, 이렇게 합성된 폴리카프로락톤(PCL)은 중량평균분자량(Mw)이 5,000 내지 50,000 g/mol일 수 있다. 본 발명은 PCL의 중량평균분자량(Mw)을 상기 범위로 제어함으로써 생분해성 폴리에스테르 수지 제조 시 폴리에스테르 수지와의 에스테르 교환 반응의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.The polycaprolactone can be synthesized by ring-opening polymerization using an anion, cation, or coordination catalyst, and polycaprolactone (PCL) synthesized in this way may have a weight average molecular weight (Mw) of 5,000 to 50,000 g/mol. The present invention can further improve the efficiency of transesterification reaction with polyester resin when producing biodegradable polyester resin by controlling the weight average molecular weight (Mw) of PCL within the above range.
상기 폴리부틸렌 석시네이트는 대표적인 축중합 지방족 폴리에스테르로서, 상기 폴리부틸렌 석시네이트는 2가 알코올과 2가 산으로부터 합성된 다른 폴리에스테르보다 상대적으로 높은 융점을 갖는 내열성 고분자이다. 구체적으로, 상기 PBS 수지는 1,4-부탄디올과 숙신산과의 에스테르화 반응, 및 이에 따라 발생된 올리고머의 에스테르 교환 반응에 의한 축중합에 의해 합성되는, 생분해성을 갖는 바이오플라스틱이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 생분해성 수지 조성물에 폴리부틸렌 석시네이트수지를 포함함으로써, 미생물 등에 의해 자연 분해될 수 있어서 친환경적으로 유리하며, 파괴강도, 인장강도, 연신율(신율), 광학특성, 경도, 용융 장력(melt strength) 및 내수성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 특히 인장 강도 및 연신율(신율)을 향상시켜 적절한 강도를 유지하면서 유연성을 향상시킬 수 있다.The polybutylene succinate is a representative condensation polymerized aliphatic polyester. The polybutylene succinate is a heat-resistant polymer with a relatively higher melting point than other polyesters synthesized from dihydric alcohol and dihydric acid. Specifically, the PBS resin is a biodegradable bioplastic synthesized through condensation polymerization through an esterification reaction between 1,4-butanediol and succinic acid and a transesterification reaction of the resulting oligomer. According to one embodiment of the present invention, by including polybutylene succinate resin in the biodegradable resin composition, it is environmentally friendly because it can be naturally decomposed by microorganisms, etc., and has excellent breaking strength, tensile strength, elongation (elongation), and optical properties. , mechanical properties such as hardness, melt strength, and water resistance can be improved, and in particular, flexibility can be improved while maintaining appropriate strength by improving tensile strength and elongation (elongation).
상기 생분해성 수지는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로, 0.5 내지 30 중량 % 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 20 중량 % 포함될 수 있고, 가장 바람직하게는 1.5 내지 15 중량 % 포함될 수 있다. 생분해성 수지가 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로 0.5 중량 % 미만으로 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 생분해성이 저하될 수 있으며, 30 중량 %를 초과하여 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 기계적 물성이 저하될 수 있다.The biodegradable resin may be included in an amount of 0.5 to 30% by weight, preferably 1 to 20% by weight, and most preferably 1.5 to 15% by weight, based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber. there is. If the biodegradable resin is included in less than 0.5% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber, the biodegradability of the biodegradable side-by-side hollow fiber may be reduced, and if it is included in more than 30% by weight, the biodegradable resin may deteriorate. The mechanical properties of bi-side hollow fibers may deteriorate.
탄산칼슘 calcium carbonate
상기 탄산칼슘은 마스터 배치의 내구성 강화에 기여하는 무기필러 성분으로 결정화도를 증대하여 강성, 투명성 및 광택을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 탄산칼슘은 폴리에스테르 수지의 수분 친화도를 증가시킴으로써 미생물이 생분해성 수지에 쉽게 접촉하거나 성장할 수 있으므로, 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 생분해 성능을 촉진시킬 수 있다. 상기 탄산칼슘은 0.5㎛ 내지 2㎛의 평균 입도를 갖는 타원형의 입자이되, 상기 입자의 구형도는 1.1 내지 2.0인 것이 물성 향상 측면에서 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄산칼슘은 0.5㎛ 내지 2㎛ 또는 0.5㎛ 내지 2㎛의 평균 입도를 갖는 타원형 입자일 수 있으며, 상기 입자는 1.1 내지 1.8 또는 1.2 내지 1.6의 구형도를 가질 수 있다. 본 발명은 탄산칼슘의 입자 크기 및 형태를 상기와 같이 제어함으로써 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 기계적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 섬유 내에 균일하게 함유된 생분해성 수지 및 스테아릭산 금속염와의 접촉 면적을 극대화하여 섬유의 생분해를 보다 촉진시킬 수 있다.The calcium carbonate is an inorganic filler component that contributes to strengthening the durability of the master batch, and can improve rigidity, transparency, and gloss by increasing crystallinity. In addition, the calcium carbonate increases the water affinity of the polyester resin, allowing microorganisms to easily contact or grow in the biodegradable resin, thereby promoting the biodegradation performance of the biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention. The calcium carbonate is an elliptical particle having an average particle size of 0.5 ㎛ to 2 ㎛, and it may be desirable for the particles to have a sphericity of 1.1 to 2.0 in terms of improving physical properties. Specifically, the calcium carbonate may be an oval particle having an average particle size of 0.5 ㎛ to 2 ㎛ or 0.5 ㎛ to 2 ㎛, and the particles may have a sphericity of 1.1 to 1.8 or 1.2 to 1.6. The present invention not only effectively improves the mechanical strength of biodegradable side-by-side hollow fibers by controlling the particle size and shape of calcium carbonate as described above, but also enables contact with the biodegradable resin and stearic acid metal salt uniformly contained in the fiber. By maximizing the area, biodegradation of fiber can be further promoted.
상기 탄산칼슘은 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로, 0.05 내지 10 중량 % 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량 %, 가장 바람직하게는 0.2 내지 2 중량 % 포함될 수 있다. 탄산칼슘이 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로 0.05 중량 % 미만으로 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 생분해성이 저하될 수 있으며, 10 중량 %를 초과하여 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 기계적 물성이 저하될 수 있다.The calcium carbonate may be included in an amount of 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, and most preferably 0.2 to 2% by weight, based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber. If calcium carbonate is included in less than 0.05% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber, the biodegradability of the biodegradable side-by-side hollow fiber may be reduced, and if it is included in more than 10% by weight, the biodegradable side-by-side hollow fiber The mechanical properties of the side hollow fiber may be reduced.
스테아릭 금속염 stearic metal salt
상기 스테아릭 금속염은 탄산칼슘과 마찬가지로 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 생분해 성능을 촉진시키는 역할과 함께, 생분해성 수지 조성물을 마스터 배치로 성형 시 또는 생분해성 수지 조성물을 필름으로 성형 시 기계적 마찰을 적게 하고 미끄럼을 촉진하여 열화를 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 스테아릭 금속염은 망간, 철, 구리, 세륨, 코발트 및 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함할 수 있다.The stearic metal salt, like calcium carbonate, plays a role in promoting the biodegradation performance of the biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention, and is used when molding the biodegradable resin composition into a master batch or when molding the biodegradable resin composition into a film. It can play a role in preventing deterioration by reducing mechanical friction and promoting sliding. These stearic metal salts may contain one or more metals selected from the group consisting of manganese, iron, copper, cerium, cobalt, and magnesium.
상기 스테아릭 금속염은 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로, 0.05 내지 10 중량 % 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량 %, 가장 바람직하게는 0.2 내지 2 중량 % 포함될 수 있다. 스테아릭 금속염이 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유전체 중량을 기준으로 0.05 중량 % 미만으로 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 생분해성이 저하될 수 있으며, 10 중량 %를 초과하여 포함되면 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 기계적 물성이 저하될 수 있다.The stearic metal salt may be included in an amount of 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, and most preferably 0.2 to 2% by weight, based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber. If stearic metal salt is included in less than 0.05% by weight based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber, the biodegradability of the biodegradable side-by-side hollow fiber may be reduced, and if it is included in excess of 10% by weight, the biodegradable side-by-side hollow fiber may be damaged. The mechanical properties of bi-side hollow fibers may deteriorate.
상술한 제1 성분, 제2 성분 및 연결부를 포함하는 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유는 벌키성이 우수하면서도 생분해도가 우수하며, 강도 및 신도와 같은 기계적 물성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 또는 섬유 복합체는 가구, 인형 및 의류 등의 충전재로 사용될 수 있다.The biodegradable side-by-side hollow fiber according to the present invention comprising the above-described first component, second component, and connection portion has excellent bulkiness, excellent biodegradability, and excellent mechanical properties such as strength and elongation. Therefore, the biodegradable side-by-side hollow fiber or fiber composite according to the present invention can be used as a filling material for furniture, dolls, and clothing.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 설명한다. 실시예는 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through examples and comparative examples. The example is only an example, and the present invention is not limited thereto.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 하기 표 1과 같이 칭량 및 혼합하여 혼합 조성물을 제조한 뒤, 압출하여 실시예 및 비교예의 마스터 배치를 제조하였다. 이때, 비교예 3은 생분해성 수지가 아닌 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 사용하였다. The biodegradable resin, calcium carbonate, and stearic metal salt were weighed and mixed to prepare a mixed composition as shown in Table 1 below, and then extruded to prepare master batches of Examples and Comparative Examples. At this time, Comparative Example 3 used polyethylene terephthalate resin, not biodegradable resin.
하기 표 2와 같이 칭량된 고유 점도가 0.64 dl/g인 폴리에스테르 수지 및 마스터배치를 혼합하고 고유 점도가 0.50 dl/g 인 폴리에스테르 수지 및 마스터배치를 혼합하여 각각의 방사 용액을 제조한 후, 중공 형태의 방사구금을 통해 중공 복합 방사하여 섬도가 7 d 이고 섬유장이 64 mm인 실시예 및 비교예의 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 제조하였다. 이때, 방사온도는 275 ℃, 방사속도는 1,000 m/min로 하고 연신비는 3.8로 하였다.After preparing each spinning solution by mixing a polyester resin and a masterbatch with an intrinsic viscosity of 0.64 dl/g weighed as shown in Table 2 below, and mixing a polyester resin and a masterbatch with an intrinsic viscosity of 0.50 dl/g, Side-by-side hollow fibers of Examples and Comparative Examples with a fineness of 7 d and a fiber length of 64 mm were manufactured by spinning hollow composite through a hollow spinneret. At this time, the spinning temperature was 275°C, the spinning speed was 1,000 m/min, and the draw ratio was 3.8.
(wt%)masterbatch
(wt%)
(wt%)PET, intrinsic viscosity 0.64 dl/g
(wt%)
(wt%)PET, intrinsic viscosity 0.50 dl/g
(wt%)
실험예Experiment example
실시예 및 비교예의 사이드 바이 사이드 중공 섬유를 대상으로 강도, 신도, 생분해도 및 벌키성을 각각 측정하였으며, 측정방법은 아래와 같다.Strength, elongation, biodegradability, and bulkiness were measured for the side-by-side hollow fibers of Examples and Comparative Examples, respectively, and the measurement methods were as follows.
(1) 강도 및 신도: Instron 사의 UTM을 이용하여, KS K 5079에 의거하여 측정하였다. (1) Strength and elongation: Measured according to KS K 5079 using UTM from Instron.
(2) 생분해도: ISO21701 방법에 의하여 180일 경과 후의 생분해도를 분석하였다. (2) Biodegradability: Biodegradability was analyzed after 180 days according to ISO21701 method.
(3) 벌키성: (3) Bulkyness:
1) 준비된 시료를 20 ± 2 g 정량한다. 1) Quantify 20 ± 2 g of the prepared sample.
2) 시료를 개섬 기구를 이용하여 1 분간 개섬한다. 2) Open the sample for 1 minute using an opening device.
3) 개섬된 시료를 측정용 비커에 넣어 균일하게 충진되도록 끝까지 2 회(4 cm) 다운시킨다. 3) Place the opened sample into a measuring beaker and lower it twice (4 cm) to the end to ensure uniform filling.
4) 누름판을 용기 윗부분에 위치시킨 후 전자저울을 0˝로 세팅한다. 4) Place the pressure plate on the top of the container and set the electronic scale to 0˝.
5) 최초 10 cm 지점부터 4 cm 지점까지 1 cm 단위로 내리면서 저울의 무게를 기록한다. 5) Record the weight of the scale by lowering it in 1 cm increments from the first 10 cm to the 4 cm point.
6) 다시 10 cm 지점까지 올리면서 무게를 기록한다. (눈금 이동 속도 2 초/cm) 6) Raise it again to 10 cm and record the weight. (scale movement speed 2 seconds/cm)
초키 벌키: 섬유의 벌키 특성, (10 cm 압축시 값)Superkey Bulky: The bulky characteristic of the fiber, (value at 10 cm compression)
압축 벌키: 섬유의 반발 특성, (압축 10 내지 5 cm 값 + 4 cm 값)/2Compression bulkiness: rebound properties of the fiber, (compression 10 to 5 cm value + 4 cm value)/2
회복 벌키: 섬유의 탄선 회복 특성, (회복 10 내지 5 cm 값 + 4 cm 값)/2Recovery bulky: elasticity recovery characteristics of the fiber, (recovery 10 to 5 cm value + 4 cm value)/2
측정결과는 하기 표 3과 같다.The measurement results are shown in Table 3 below.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention in the above, a person skilled in the art or having ordinary knowledge in the technical field can It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways.
100: 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유
110: 제1 성분
120: 제2 성분
130: 중공
140: 제1방사구금
141: 제1방사구금 상단
143: 제1방사구금 하단
150: 제2방사구금
151: 제2방사구금 상단
153: 제2방사구금 하단100: Biodegradable side-by-side hollow fiber
110: first ingredient
120: second component
130: hollow
140: First radiation detention
141: Top of first radiation detention cell
143: Bottom of first radiation confinement
150: Second radiation detention
151: Top of second radiation detention cell
153: Bottom of the second radiation detention cell
Claims (7)
고유 점도가 0.45 내지 0.55 dl/g 인 폴리에스테르 수지, 생분해성 수지, 탄산 칼슘 및 스테아릭 금속염을 포함하는 제2 성분;
을 포함하고, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르 수지인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
A first component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.60 to 0.70 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt; and
a second component comprising a polyester resin having an intrinsic viscosity of 0.45 to 0.55 dl/g, a biodegradable resin, calcium carbonate, and a stearic metal salt;
A biodegradable side-by-side hollow fiber comprising a biodegradable resin, wherein the biodegradable resin is an aliphatic polyester resin.
상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유의 단면이 원형인 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
According to paragraph 1,
A biodegradable side-by-side hollow fiber wherein the cross-section of the biodegradable side-by-side hollow fiber is circular.
상기 스테아릭 금속염이 망간, 철, 구리, 세륨, 코발트 및 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함하는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
According to paragraph 1,
A biodegradable side-by-side hollow fiber wherein the stearic metal salt contains at least one metal selected from the group consisting of manganese, iron, copper, cerium, cobalt and magnesium.
상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로,
상기 생분해성 수지를 0.5 내지 30 중량 % 포함하는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
According to paragraph 1,
Based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber,
Biodegradable side-by-side hollow fiber containing 0.5 to 30% by weight of the biodegradable resin.
상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로,
상기 탄산 칼슘을 0.05 내지 10 중량 % 포함하는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
According to paragraph 1,
Based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber,
Biodegradable side-by-side hollow fiber containing 0.05 to 10% by weight of calcium carbonate.
상기 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유 전체 중량을 기준으로,
상기 스테아릭 금속염을 0.05 내지 10 중량 % 포함하는 생분해성 사이드 바이 사이드 중공 섬유.
According to paragraph 1,
Based on the total weight of the biodegradable side-by-side hollow fiber,
Biodegradable side-by-side hollow fiber containing 0.05 to 10% by weight of the stearic metal salt.
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| KR1020220163430A KR20240079971A (en) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | Biodegradable side by side hollow fiber |
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