KR20240092418A - 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드 - Google Patents

재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드 Download PDF

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주시환
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효성첨단소재 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 제조방법은 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 용융하고 방사노즐을 통해 방사하여 방출사를 제조하는 단계; 및 상기 방출사를 5단 이상의 연신 고뎃 롤러가 적용된 설비로 다단 연신 및 권취하는 단계; 를 포함하고, 상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함하고, 연신비는 1.5 내지 2.45 이고, 상기 5단 이상의 연신 고뎃 롤러 중 제 4 고뎃 롤러(GR 4)의 속도는 5500 m/min 내지 7000 m/min 인 것을 특징으로 하며, 상기 제조방법에 의해 제조된 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 강도는 8.5 g/d 이상이고 형태안정성(E-S)은 11.0 % 이하이다.

Description

재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드{RECYCLED POLYETHYLENE TEREPHTHALATE YARN AND RECYCLED POLYETHYLENE TEREPHTHALATE TIRE CORD}
본 발명은 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드에 관한 것이다.
20세기 초부터 인류는 선진국들의 주도하에 대량 생산 방식을 도입하여 생산 효율화를 추구하였고, 공업화 속도가 급증함에 따라 대량생산 및 대량소비 시대를 열었다. 이에 따라 생활의 편리성은 현격하게 증대된 반면, 지구환경 악화로 인한 환경 문제가 대두되었다.
합성수지 중에서도 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 화학적 안정성이 우수하기 때문에 다양한 산업분야에서 대량생산되어 널리 사용되고 있다. 그러나 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 생산량 및 사용량 증대에 수반하여 대량으로 발생하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폐기물의 처리는 현재 큰 사회문제가 되었다. 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폐기물 중에서도 중량에 비해 부피가 큰 페트병(폴리에틸렌 테레프탈레이트 병)의 처리문제는 한층 더 심각해고 있다.
이에, 미국 및 유럽 등의 국가들은 외부 환경(규제 강화, 환경 단체 및 기후 변화에 대한 선제적 대응)의 변화에 발맞춰 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 다양한 산업에 적용하고 있다. 타이어 및 타이어코드 시장 역시 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용한 제품에 대한 니즈가 발생하고 있다.
그러나, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 제조된 타이어코드는 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 제조된 타이어코드에 비해 성형 가공성이 떨어지며, 내충격성, 내열성 등의 물성 및 외관 불량으로 인해 상품성이 저하되는 문제가 있다.
이에 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 친환경적이면서도 물성 저하를 최소화할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
KR 10-2011-0026707 A
본 발명의 목적은 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 친환경적이면서도 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용한 경우에 비해 물성 저하가 최소화된 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 이를 이용한 타이어 코드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 제조방법은 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 용융하고 방사노즐을 통해 방사하여 방출사를 제조하는 단계; 및 상기 방출사를 5단 이상의 연신 고뎃 롤러가 적용된 설비로 다단 연신 및 권취하는 단계; 를 포함하고, 상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함하고, 연신비는 1.5 내지 2.45 이고, 상기 5단 이상의 연신 고뎃 롤러 중 제4 고뎃 롤러 4(GR 4)의 속도는 5500 m/min 내지 7000 m/min 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사는 강도가 8.5 g/d 이상이고 형태안정성(E-S)이 11.0 % 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사는 결정화도가 40.0 % 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사는 (010)면의 결정크기가 40.0 Å 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드는 상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 연사하여 생코드로 제조하는 단계; 상기 생코드를 제직하여 직물을 제조하는 단계; 및 상기 직물을 디핑액에 침지하는 단계; 를 포함하는 제조방법에 의해 제조되고, 강도가 6.5 g/d 이상이고 형태안정성(E-S)이 6.3 % 이하이다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드는 강력이용율이 80 % 이상이고 내피로도가 75 % 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사 및 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드는 친환경적이고 물성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 방사, 다단 연신 및 권취 공정 등이 이루어지는 장치를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서"재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트"는 용기, 섬유, 타이어 코드 등과 같이 특정 용도로 먼저 사용되고 버려진 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 재활용 목적으로 재생한 것을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 기계적 재생(Mechanical Recycle) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및/또는 화학적 재생(Chemical Recycle) 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다.
본 명세서에서 "버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트"는 상기 "재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트"와 구분되는 것으로, 재생되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 의미할 수 있다.
이소프탈산은 테레프탈산의 이성질체로, 일반적으로 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 이소프탈산을 포함하고 있다. 특히, 페트병에 사용되는 용기용 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 가공을 보다 용이하게 하기 위해 이소프탈산을 포함하고 있어, 이를 재활용하여 만든 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 이소프탈산을 1 몰 % 내지 5 몰 % 포함하고 있다.
이소프탈산은 원사 제조 시 결정화도 및 결정 크기 증가를 억제하므로 이소프탈산을 포함하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 제조된 원사는 강도 및 열적안정성이 낮다. 이러한 원사는 타이어코드 제조공정에서 강력이 저하되어 타이어코드 제조에 바람직하지 않다.
이소프탈산을 포함하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 동일한 수준의 강도를 갖는 원사를 제조하기 위해서는, 연신비(Draw Ratio)를 높여야 한다.
그러나, 연신비를 높이면 결정과 비결정을 연결하는 타이 체인(Tie-chain)이 절단되어 원사의 강력이용율 및 내피로도 감소 등의 물성 저하가 생긴다. 또한, 연신비를 높이면 비결정영역의 배향이 발달하여 원사의 열 수축율이 높아져 후가공 시 수축 불균일의 원인이 된다.
본 발명자들은 이소프탈산 함량이 1.0 몰 % 이하인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 사용하면, 종래보다 연신비를 낮출 수 있음을 발견하였다.
또한, 본 발명자들은 이소프탈산 함량이 1.0 몰 % 이하인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 사용하고, 연신비를 1.5 내지 2.45 로 하여 제조된 원사 및 타이어코드는 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 사용하여 제조된 원사 및 타이어코드와 비슷한 수준의 물성을 가짐을 발견하였다.
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 제조
이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩를 용융하고 방사노즐을 통해 방사하여 방출사를 제조하고, 상기 방출사를 5단 이상의 연신 고뎃 롤러가 적용된 설비로 다단 연신 및 권취하여 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 제조할 수 있다.
이때, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 바람직하게는 이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 몰 % 이하로 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.4 몰 % 이하로 포함할 수 있고, 또는 이소프탈산을 포함하지 않을 수 있다. 재생폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩이 이소프탈산을 1.0 몰 % 초과하여 포함하면, 원사 제조 시 결정화도 및 결정 크기 증가를 억제하여 원사는 강도 및 열적안정성이 낮아질 수 있으며 타이어코드 제조공정에서 강력이 저하될 수 있다. 한편, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 이소프탈산을 포함하지 않을 수 있으며, 이때 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 예를 들어, 화학적 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 도 1을 참조하면, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 익스트루더(1)에서 285 ℃의 온도로 용융하고, 기어펌프(2) 및 방사노즐(3)을 통과시키면서 압출하여 방출사를 제조하게 된다. 이후, 상기 방출사를 냉각 구역(5)에 통과시켜 고화시키게 된다.
본 발명에서는 방사 시 300 메쉬(mesh) 내지 600 메쉬(mesh)인 방사 필터를 이용하는 것이 바람직하다. 이는, 재생 폴리에스테르 칩의 재생 프로세스 단계에서 제거되지 않고 잔류된 이물 및 불순물을 제거하며, 팩 내 체류하는 칩의 균일한 압력 형성으로 멀티 필라멘트 간의 섬도를 균일하게 하기 위함이다.
한편, 방출사는 필요에 따라 냉각 구역(5)을 통과하기 전에 가열 장치(4)를 통과할 수 있다. 가열 장치(4)가 설치된 구역을 지연 냉각 구역 또는 가열 구역이라 하는데, 이 구역은 100 mm 내지 600 mm의 길이 및 300 ℃ 내지 380 ℃의 온도(공기 접촉 표면 온도)를 갖는다.
상기 냉각 구역(5)에서는 냉각 공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법, 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 및 방사형 인플로우 냉각(radial in flow quenching)법 등을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이때, 상기 냉각 구역(5) 내에 급 냉각을 위하여 주입되는 냉각 공기의 온도는 20 ℃ 내지 50 ℃로 조절된다. 이와 같은 후드와 냉각 구역(5) 사이의 급격한 온도 차이를 이용한 급 냉각은 방사된 중합체의 고화점 및 방사 장력을 높여 방출사의 배향 및 결정과 결정 사이의 연결 사슬의 형성을 증가시키기 위함이다. 상기와 같이 냉각 공기 온도가 20 ℃미만이거나, 50 ℃를 초과하는 경우, 방출사 간의 융착 발생으로 인해 최종적으로 원사 물성 저하 및 외관 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이후, 냉각 구역(5)을 통과하면서 고화된 방출사는 단사간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성 및 열효율이 우수한 유제를 적용한 유제 공급 장치(12)를 통과시켜 방출사에 대해 0.5 중량 % 내지 1.5 중량 %로 오일링할 수 있다.
상기 오일링된 방출사를 제1 고뎃 롤러(GR1)(6)을 통과시켜 미연신사를 형성할 수 있다.
이 때, 제1 고뎃 롤러(GR1)(6)의 속도는 2200 m/min 내지 4500 m/min인 것이 바람직하다. 상기 제1 고뎃 롤러(GR1)(6)의 속도가 2,200 m/min 미만이면, 원사의 단면 균일성이 나빠져 연신 작업성이 떨어지며 미연신사의 배향도가 감소하여 결정화도가 저하되고 결정부가 발달하지 않아 연신 및 디핑 처리할 때, 열 안전성이 낮아져 타이어코드의 강력이 저하되며 강력 및 모듈러스 향상을 위해 고연신을 하게 되는 경우에는 형태안정성이 저하될 수 있다. 또한, 제1 고뎃 롤러(GR1)(6)의 속도가 4,500 m/min을 초과하면 미연신사의 연신성이 감소되어 원사의 강도와 연신작업성이 저하될 수 있다.
방출사를 5단 연신 고뎃 롤러(GR 1, GR 2, GR 3, GR 4, GR 5)(6, 7, 8, 9, 10)를 통과시켜 다단 열 연신하고 권취함으로 본 발명의 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 제조한다. 도 1에서 고뎃 롤러는 5단(GR 1, GR 2, GR 3, GR 4, GR 5)(6, 7, 8, 9, 10)인 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 5단 이상의 고뎃 롤러를 포함할 수 있다.
제1 고뎃 롤러(GR 1)(6)의 속도는 2200 m/min 내지 4500 m/min일 수 있고, 제2 고뎃 롤러(GR 2)(7)의 속도는 제1 고뎃 롤러(GR 1)(6)의 속도의 1.1 배 내지 1.4 배일 수 있고, 제3 고뎃 롤러(GR 3)(8)는 제2 고뎃 롤러(GR 2)(7)의 속도의 1.1 배 내지 1.3 배 수준일 수 있다.
제4 고뎃 롤러(GR 4)(9)의 속도는 5500 m/min 내지 7000 m/min 이며, 제4 고뎃 롤러(GR 4)(9)의 속도가 5500 m/min 내지 7000 m/min 일 때, 미연신배향이 높아질 수 있고, 이에 따라 원사의 강력이 유사하더라도 모듈러스가 높아지고 형태 안정성이 향상될 수 있다.
제5 고뎃 롤러(GR 5)(10)의 속도는 제4 고뎃 롤러(GR 4)(9)의 속도보다 50 m/min 내지 150 m/min 낮을 수 있다.
다단 열연신 공정에서 고뎃 롤러 각각의 온도는 40 ℃ 내지 240 ℃인 것이 바람직하다. 고뎃 롤러들의 온도가 40 ℃미만인 경우는 냉연신에 의한 고강도 물성 발현에 문제가 발생할 수 있으며, 240 ℃초과인 경우는 수지의 용융점에 근접하여 멀티 필라멘트가 서로 융착되어 단사절이 발생하면서 원사의 외관이 불량해지거나 완전사절이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 연신비는 2.45 이하일 수 있다. 상기 연신비는 바람직하게는 2.4 이하일 수 있으며, 가장 바람직하게는 2.35 이하일 수 있다. 연신비가 2.45를 초과할 경우, 결정과 비결정을 연결하는 타이 체인(Tie-chain)이 절단되어 원사의 강력이용율 및 내피로도 감소 등의 물성 저하가 생길 수 있으며, 비결정영역의 배향이 발달하여 원사의 열 수축율이 높아져 후가공 시 수축 불균일이 발생할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 연신비는 1.5 이상일 수 있다. 상기 연신비가 1.5 미만이면 생산성이 저하되고 원사 및 코드의 강도와 형태안정성이 저하될 수 있다.
연신비는 다단 연신 단계에서 고뎃 롤러들 중 가장 빠른 속도와 가장 느린 속도의 비율이다. 일 실시예에서, 제4 고뎃롤러(GR 4)(9)의 속도가 가장 빠르고, 제1 고뎃롤러(GR 1)(6)의 속도가 가장 느릴 수 있으며, 이때 연신비는 제4 고뎃롤러(GR 4)(9)의 속도/제1 고뎃롤러(GR 1)(6)의 속도가 될 수 있다.
연신 공정 이후에는 일반적인 권취 방법으로 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 제조한다.
권취롤러(11)의 속도는 5000 m/min 내지 6500 m/min가 바람직하다. 상기 권취롤러(11)의 속도가 5000 m/min 미만이면 생산성이 저하될 수 있고, 권취롤러(11)의 속도가 6500 m/min을 초과하면 권취시 절사가 발생하여 작업성이 저하될 수 있다.
전술한 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사는 결정화도가 40.0 % 이상이고, (010)면의 결정크기가 40.0 Å 이상이고, 강도가 8.5 g/d 이상이고, 형태안정성(E-S)이 11.0 % 이하일 수 있어, 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사와 비슷한 수준의 물성을 가질 수 있다. 이는 본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 타이 체인(Tie-chain)의 절단 및 비결정영역의 배향이 종래 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사에 비해 적게 나타나기 때문이다.
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드의 제조
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 이용하여 연사하여 타이어 코드용 생코드(Raw Cord)를 제조하고, 상기 생코드를 제직하여 직물을 제조하고, 상기 직물을 디핑액에 침지하여 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드를 제조할 수 있다.
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 연사하여 생코드(Raw Cord)를 제조한다. 구체적으로 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 하연(ply twist)한 후에 상연(cable twist)하여 생코드(Raw Cord)를 제조한다. 이때, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수(꼬임의 수준) 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가할 수 있다.
본 발명에서 연수는 상/하연을 같은 수치로 300/300 TPM(Twist Per Meter) 내지 500/500 TPM으로 할 수 있다. 상연과 하연을 같은 수치로 하게 될 경우, 제조된 생코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 할 수 있게 된다. 이때, 상/하연의 연수가 300/300 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉬울 수 있으며, 500/500 TPM을 초과할 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않을 수 있다.
제조된 생코드를 제직기(weaving machine)를 사용하여 제직하여 수득된 직물을 디핑액에 침지한 후, 경화하여 생코드 표면에 수지층이 부착된 타이어코드를 제조할 수 있다.
디핑은 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위한 것으로, 전술한 바와 같이 직물을 딥팽액에 침지시켜, 섬유 표면에 RFL(Resorcinol formaldehyde latex) 수지층을 함침시킨다.
먼저 직물을 에폭시 수지와 RFL 접착액에 침지시키고 건조 지역에서 120 ℃ 내지 220 ℃ 및 스트레치 2.0 % 내지 6.0 % 하에서 100 초 내지 200 초 건조하고, 고온 지역에서 220 ℃ 내지 270 ℃ 및 스트레치 1.0 % 내지 5.0 % 하에서 100 초 내지 200 초 열 고정한다.
그 후에 다시 아래와 같이 조제한 접착액에 침지시킨다. 아래와 같이 조제한 접착액은 하나의 예시일 뿐이다.
29.4wt % 레소시놀 45.6 중량부, 순수 255.5 중량부, 37 % 포르말린 20 중량부 및 10 wt% 수산화나트륨 3.8 중량부를 포함하는 용액을 조제하여 25 ℃에서 5 시간 교반하여 반응시킨 후, 40 wt% VP-라텍스 300 중량부, 순수 129 중량부 및 28 % 암모니아수 23.8 중량부를 추가하고 25 ℃에서 20 시간 숙성하여 고형분 농도 19.05 %를 유지하여 접착액을 조제할 수 있다.
상기 접착액 침지 후, 120 ℃ 내지 220 ℃ 및 스트레치 0 % 내지 3 % 스트레치 하에서, 50 초 내지 150 초 건조한다. 접착액 부착량은 고형분 기준으로 직물 무게에 대하여 2 % 내지 7 %가 바람직하다. 접착액의 부착량을 조절하기 위하여 건조 시, 0 % 내지 3 %의 스트레치를 가하는 것이 바람직하며, 1 % 내지 2 %의 스트레치를 가하는 것이 더욱 바람직하다. 스트레치가 3 % 를 초과하는 경우에는 접착액의 부착량(DPU)은 조절할 수 있으나 절신이 감소하는 결과를 보여 결과적인 내피로성의 감소를 가져올 수 있으며, 스트레치를 0 % 미만으로 낮추는 경우, 직물 내부로 딥액이 침투하여 DPU를 조절하는 것이 불가능해질 수 있다.
건조 후에는 220 ℃ 내지 270 ℃ 및 스트레치 3 % 내지 6 %에서 20 내지 60 초 열 고정한다. 열 고정 시간이 20 초 미만인 경우, 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 60 초를 초과하여 열처리를 하는 경우에는 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소하는 결과를 가져오게 된다.
본 발명은 2 욕 디핑기를 이용하여 디핑을 행하는 경우에 대하여 주로 설명하고 있으나, 당업계에 통상적인 지식을 가진 자라면 1 욕 디핑기를 이용하여 동일한 조건에서 열처리를 하는 것도 가능할 것이다.
전술한 방법에 따라 제조된 본 발명에 따른 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드는 강도가 6.5 g/d 이상이고, 강력이용율이 80 % 이상이고, 형태안정성(E-S)이 6.3 % 이하이고, 내피로도가 75 % 이상일 수 있어 버진(virgin) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드와 비슷한 수준의 물성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 설명한다. 이하 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이하 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
실시예 1
이소프탈산을 포함하지 않는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 용융하고 노즐을 통해 방사하여 방출사를 제조하고, 상기 방출사를 아래 표 1의 연신조건으로 다단 연신하고 권취하여 원사를 제조하였다.
제조된 원사 2 가닥을 370 TPM으로 연사하여 생코드를 제조하고 제직하여 직물을 제조하였다. 상기 직물을 에폭시 수지와 RFL에 침지시키고 건조 지역에서 170 ℃ 및 스트레치 4.0 % 하에서 150 초 건조하고, 고온 지역에서 245 ℃ 및 3.0 % 스트레치 하에서 150 초 열고정한 후, 아래와 같이 조제한 접착액에 침지시키고 170 ℃ 및 1.5 % 스트레치 하에서 100 초 건조하고 245 ℃ 및 4.5 % 스트레치 하에서 40 초간 열고정하여 타이어코드를 제조하였다.
<접착액 조제>
29.4wt % 레소시놀 45.6 중량부, 순수 255.5 중량부, 37 % 포르말린 20 중량부 및 10 wt% 수산화나트륨 3.8 중량부를 포함하는 용액을 조제하여 25 ℃에서 5 시간 교반하여 반응시킨후, 40 wt% VP-라텍스 300 중량부, 순수 129 중량부 및 28 % 암모니아수 23.8 중량부를 추가하고 25 ℃에서 20 시간 숙성하여 고형분 농도 19.05 %를 유지하여 접착액을 조제한다.
실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2 내지 3
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩의 이소프탈산의 함량 또는 연신조건을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2 내지 3의 원사 및 타이어코드를 제조하였다.
비교예 1
재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩 대신 버진 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 원사 및 타이어코드를 제조하였다.
실험예 - 원사 및 타이어코드의 물성
아래와 같은 방법을 통해 실시예 및 비교예의 원사 및 타이어코드의 물성을 측정하였다. 측정결과는 아래 표 1과 같다.
1) 결정화도
밀도법에 의하여 밀도구배관을 사용하여 측정된다. 결정 영역의 밀도를 ρc, 비결정 영역의 밀도를 ρa, 시료의 밀도를 ρ라고 하면, 결정화도(X)는 다음의 식으로 계산된다.
X(%)=(ρc-ρ)/(ρca)Х100
2) 결정크기
λ - 1.5428 Å의 X-Ray를 이용하여 광각(廣角) X선 회절분석을 하여 얻어진회절 패턴에서 (010) 회절 피크를 해석하여 다음 식으로부터 결정크기(C.S)를 계산하였다.
결정크기 = (Kλ) / (β cosθ)
K: Scherrer 상수
λ: X-Ray 파장(1.5428 Å
β: 반가폭(Half Width)
θ: 브래그 각(Bragg Angle))
3) 강력 및 강도
원사 및 코드를 25 ℃ 및 상대습도 65 % 상태에 24 시간 방치 후 ASTM D885 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정하였다.
4) 중간신도(Elongation at specific load, E)
원사의 경우, ASTM D885 방법에 따라 인스트론사의 저속신장형 인장시험기를 이용하여 구한 신장하중곡선에서 하중 4.5 g/d에 있어서의 신도를 의미한다.
코드의 경우, ASTM D885 방법에 따라 인스트론사의 저속신장형 인장시험기를 이용하여 구한 신장하중곡선에서 하중 2.25 g/d에 있어서의 신도를 의미한다.
5) 건열수축률(Shrinkage, S)
원사 및 코드를 25 ℃ 및 상대습도 65 % 상태에 24 시간 동안 방치한 후, Testrite를 이용하여, 0.05 g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0)와 177 ℃로 2 분간 0.05 g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L1)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타냈다.
S(%) = {(L0 - L1) / LO} * 100
6) 형태안정성(E-S)
형태안정성(E-S) = 중간신도(Elongation at specific load) + 건열수축률(Shrinkage)
형태안정성의 측정 방법 이외에, 형태안정성의 의의에 대해 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
일반적으로 타이어를 가황하면 코드의 수축률과 중간신도가 변하게 된다. 수축률과 중간신도의 합은 타이어를 완전히 제작하고 난 후의 코드가 가지는 모듈러스의 개념과 유사하다고 볼 수 있다.
즉, E-S값이 낮으면 모듈러스가 높아지는 상관관계를 형성한다. 모듈러스가 높으면 타이어의 변형에 따른 힘 생성량이 크기 때문에 조종이 더 쉬워지고, 반대로 같은 정도의 장력을 만들어내기 위해서 적은 변형으로도 가능해지기 때문에 조종 성능이 좋아지고 변형에 따른 형태안정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 따라서, E-S값은 타이어 제조 시 코드 성능의 우수성을 판단할 수 있는 물성치로 활용된다.
또한 타이어 제조 시, E-S 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에 타이어의 균일성이 향상되는 효과가 있으며, 그에 따라 타이어 전체의 균일성이 향상되는 효과가 있다. 따라서, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지는 효과가 있기 때문에 타이어 성능의 향상도 가능하다.
7) 강력이용률
강력이용률(%) = 코드 강력 / (원사 강력 * ply 수) * 100
8) 내피로도
벨트 피로 시험기를 이용하여 피로 시험 후 강력을 측정하고 이를 피로 시험 전 강력으로 나눠 내피로도를 측정하였다.
피로 시험 조건은 80kgf 하중으로 스핀들 반경은 12.7 mm이며, 벨트 피로 사이클은 37,500 회로 하였다.
내피로도(%) = 피로 시험 후 강력 / 피로 시험 전 강력 * 100
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
종류 재생 재생 재생 Virgin 재생 재생
이소프탈산(몰 %) 0 0.3 0.4 0 1.1 1.4
연신조건 GR 1 속도(m/min) 2400 2350 2350 2400 2240 2150
GR 4 속도(m/min) 5500 5500 5500 5500 5500 5500
연신비 2.29 2.34 2.34 2.29 2.46 2.56
원사 결정화도(%) 46.7 44.2 43.9 46.8 39.9 39.1
결정크기(Å, 010) 45.4 43.0 42.6 45.6 39.6 39.0
강도(g/d) 8.8 8.8 8.7 8.8 8.7 8.7
중간신도(%) 5.7 5.7 5.8 5.6 5.9 5.8
건열수축률(%) 5.1 5.2 5.2 5.2 6.5 7.2
형태안정성(%) 10.8 10.9 11.0 10.8 12.4 13.0
타이어코드 강도(g/d) 6.9 7.0 6.8 7.0 6.3 6.3
강력이용률(%) 86.3 87.6 86.4 87.5 79.7 80.0
중간신도(%) 3.5 3.7 3.6 3.4 3.5 3.4
건열수축률(%) 2.4 2.6 2.3 2.5 3 3.2
형태안정성(%) 5.9 6.3 5.9 5.9 6.5 6.6
내피로도(%) 80 76 78 81 69 67
이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함하고, 연신비가 2.45 이하인 실시예 1 내지 실시예 3의 원사 및 타이어코드의 물성은 비교예 1의 원사 및 타이어코드의 물성과 거의 비슷한 수준임을 확인할 수 있다. 반면, 이소프탈산을 1.0 몰 % 초과하여 포함하는 비교예 2 및 비교예 3의 원사 및 타이어코드의 물성은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 비해 떨어짐을 확인할 수 있다.
1: 익스트루더
2: 기어펌프
3: 방사노즐
4: 가열장치
5: 냉각구역
6: 제1 고뎃롤러(GR1)
7: 제2 고뎃롤러(GR2)
8: 제3 고뎃롤러(GR3)
9: 제4 고뎃롤러(GR4)
10: 제5 고뎃롤러(GR5)
11: 권취롤러
12: 유제 공급장치

Claims (6)

  1. 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 용융하고 방사노즐을 통해 방사하여 방출사를 제조하는 단계; 및
    상기 방출사를 5단 이상의 연신 고뎃 롤러가 적용된 설비로 다단 연신 및 권취하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은 이소프탈산을 1.0 몰 % 이하로 포함하고,
    연신비는 1.5 내지 2.45 이고,
    상기 5단 이상의 연신 고뎃 롤러 중 제4 고뎃 롤러(GR 4)의 속도는 5500 m/min 내지 7000 m/min 인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사의 제조방법.
  2. 제1항의 제조방법에 의해 제조되고,
    강도가 8.5 g/d 이상이고,
    형태안정성(E-S)이 11.0 % 이하인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사.
  3. 제2항에 있어서,
    결정화도가 40.0 % 이상인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사.
  4. 제2항에 있어서,
    (010)면의 결정크기가 40.0 Å 이상인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항의 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 원사를 연사하여 생코드로 제조하는 단계;
    상기 생코드를 제직하여 직물을 제조하는 단계; 및
    상기 직물을 디핑액에 침지하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의해 제조되고,
    강도가 6.5 g/d 이상이고,
    형태안정성(E-S)이 6.3 % 이하인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드.
  6. 제5항에 있어서,
    강력이용율이 80 % 이상이고,
    내피로도가 75 % 이상인 것을 특징으로 하는 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 타이어코드.
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