WO2021201430A1 - 스펀본드 부직포 및 이를 이용한 타일카페트 - Google Patents

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WO2021201430A1
WO2021201430A1 PCT/KR2021/002131 KR2021002131W WO2021201430A1 WO 2021201430 A1 WO2021201430 A1 WO 2021201430A1 KR 2021002131 W KR2021002131 W KR 2021002131W WO 2021201430 A1 WO2021201430 A1 WO 2021201430A1
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filament
nonwoven fabric
polyester
spunbond nonwoven
recycled
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PCT/KR2021/002131
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최우석
이민호
조희정
박영신
장정순
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코오롱인더스트리 주식회사
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    • D10B2503/041—Carpet backings

Definitions

  • the present invention relates to a spunbond nonwoven fabric for application as a base paper for a tile carpet exhibiting high functionality, and a tile carpet using the same.
  • Non-woven fabric is a product made by arranging filaments in the form of cotton, and is largely divided into short-fiber non-woven fabric and long-fiber non-woven fabric depending on the length of the filament.
  • Short fiber nonwoven fabric is a product made by arranging short fibers of 5 mm or less in the form of cotton and entangling between fibers or bonding with resin, and has a high elongation.
  • Long-fiber nonwoven fabric is a product made by arranging unbroken fibers in a cotton pattern, entangling fibers or bonding resin, and has high strength.
  • Long-fiber nonwoven fabrics with excellent strength have been mainly used for construction and civil engineering purposes, and recently, they are being applied to interior/exterior materials for automobiles according to the trend of weight reduction in automobile materials.
  • long-fiber non-woven fabric with the same strength and low weight as the existing fabric or short-fiber non-woven fabric type interior material is applied. There is this.
  • nonwoven fabrics containing recycled polyester raw materials are being developed, which contribute to resource recycling and environmental pollution prevention by recycling waste such as renewable polyester plastics, and excellent basic properties of nonwovens such as tensile strength, and filter Its use is expanding to non-woven fabrics for use as non-woven fabrics and non-woven fabrics for carpet foam paper.
  • a recycled polyester raw material which is recycled polyester plastic waste that can be recycled while having a low content of foreign matter and optimized physical properties of the raw material, is applied, and the basic physical properties of the non-woven fabric are excellent, so that it can be used as a base material for tile carpets.
  • a spunbond nonwoven fabric suitable for use and a method for manufacturing the same.
  • a first filament composed of a regenerated polyester having a melting point of 255 ° C. or higher, and a second filament prepared from a low-melting point copolyester having a melting point of 30 ° C or more lower than the first filament,
  • the recycled polyester contains a recycled material of a waste polyester polymer obtained using a monomer composition in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.30 or less, and has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/g, and crystallization
  • the temperature is greater than or equal to 175°C and less than 185°C;
  • a spunbond nonwoven fabric is provided.
  • a tile carpet comprising the spunbond nonwoven fabric as a base paper.
  • first component may be referred to as a second component
  • second component may be referred to as a first component
  • the present inventors can satisfy basic physical properties such as sound absorption performance and pull-out strength of tile carpet, and optimize the raw material properties of recycled materials when recycling waste such as renewable polyester plastic, thereby providing excellent basic properties of non-woven fabric and reducing cost
  • the present invention was completed by confirming that this possible spunbond nonwoven fabric could be provided.
  • the spunbond nonwoven fabric according to the present specification can improve price competitiveness by reducing the cost of raw materials by recycling waste while having physical properties equal to or higher than that of the nonwoven fabric to which the pure polyester raw material is applied.
  • the recycled polyester includes a recycled material of a waste polyester polymer obtained using a monomer composition in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.30 or less, and has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/ g, and a crystallization temperature of 175° C. or higher and less than 185° C., a spunbond nonwoven fabric may be provided.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a spunbond nonwoven fabric having improved spinnability and operability when manufacturing a spunbonded nonwoven fabric by optimizing the physical properties of a recycled polyester raw material, and at the same time having excellent mechanical properties such as tensile strength and tensile elongation.
  • the present specification is characterized by using a recycled polyester raw material (recycled polyester) having a small content of foreign substances and excellent physical properties.
  • a recycled polyester raw material recycled polyester
  • the regenerated polyester raw material is optimized in crystallization temperature, the number of foreign substances, etc., in the case of a filament obtained using the recycled polyester raw material, it is possible to provide a high-thickness nonwoven fabric without deterioration of physical properties.
  • the present specification provides a spunbond nonwoven fabric that can be used as a base for finished tile carpets due to excellent mechanical properties such as room temperature properties (tensile strength, tensile elongation) and a method for manufacturing the same.
  • the spunbond nonwoven fabric is a first filament containing the regenerated polyester having the above-described physical properties in a certain amount or more, and a second filament obtained from a low-melting-point copolyester raw material having a melting point of 30°C or more lower than that of the first filament.
  • the spunbond nonwoven fabric uses a recycled polyester raw material that is controlled to have a crystallization temperature in a certain range and minimizes the average foreign matter content during the recycling of polyester waste, the physical properties of the final spunbond nonwoven fabric are equal to or higher than that of the prior art. By indicating the level, cost reduction and price competitiveness can provide excellent effects.
  • the recycled raw material is used as the first filament, it is possible to provide a spunbond nonwoven fabric that satisfies physical properties equal to or greater than that of pure polyester as well as a cost reduction effect.
  • the spunbond nonwoven fabric includes two kinds of raw materials having different melting points as a first filament and a second filament.
  • the spunbond nonwoven fabric may include: a first filament composed of recycled polyester having a melting point of 255° C. or higher based on the total weight of the nonwoven fabric; And two kinds of filaments, including a second filament obtained from a copolyester raw material having a melting point of 220° C. or less, may be provided by an opener after a web is formed in the form of mixed fiber spinning (Matrix & Binder).
  • the first filament includes a recycled polyester obtained by recycling waste of a renewable polyester plastic, and may be composed of the recycled polyester raw material without the addition of other materials.
  • the raw material used to provide the regenerated polyester is a waste polyester obtained by using a monomer composition in which the monomer ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is specifically adjusted to 1.3 or less among the monomers used in preparing the polyester polymer. It is characterized by using a polymer.
  • the monomer ratio can be maintained the same even in the recycled polyester raw material. Therefore, the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol in the recycled polyester raw material may be 1.3 or less.
  • the regenerated polyester may be regenerated by optimizing physical properties to satisfy a specific crystallization temperature and intrinsic viscosity, and to minimize the average number of foreign substances.
  • the waste polyester polymer with the adjusted monomer ratio is regenerated, the physical properties of the raw material can be optimized and the content of foreign substances can be reduced as described above.
  • a bond nonwoven fabric can be provided.
  • the regenerated polyester satisfying the above properties is used as the first filament, compared to the nonwoven fabric to which pure polyester raw material is applied, it is possible to provide a nonwoven fabric with excellent price competitiveness while satisfying physical properties equal to or higher than that of the nonwoven fabric and providing a cost saving effect.
  • the intrinsic viscosity (IV) of the recycled polyester raw material contained in the first filament may be 0.60 to 0.80 dl/g. If the intrinsic viscosity of the regenerated polyester is less than 0.60 dl/g, the operability is inferior due to a problem such as cutting of the filament, and the effect of improving the mechanical properties of the nonwoven fabric due to the production of the low-viscosity filament is insignificant. In addition, if the intrinsic viscosity of the regenerated polyester is 0.80 dl/g or more, problems may occur in the process due to excessive increases in extruder internal pressure and spinning nozzle pressure during melt extrusion.
  • the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol may be 1.3 or less, or 0.5 to 1.3, or 1.2 to 1.3. There are problems such as deterioration of the physical properties of the nonwoven fabric and non-uniformity of fineness.
  • the monomer ratio may be 1.3 or less, but if the ratio is too low, such as 0.5 or less, the production reactivity of the polymer using the monomer may be deteriorated, and thus the production of polyester may be impossible.
  • the crystallization temperature may be 175 ° C. or higher, 185 ° C. or 175 to 180 ° C., and if the temperature is 175 ° C. or lower, the fiber that is not sufficiently cooled in the fiber cooling process is drawn and operability such as a sticky phenomenon There is a poor problem, and if the temperature is 185° C. or higher, there is a problem in that the fibers are cut in a high-speed and high-pressure drawing process due to supercooling.
  • the average number of foreign substances having a size of 1.0 to 10.0 ⁇ m in the regenerated polyester contained in the first filament may be 10 or less or 2 to 9.
  • the average number of foreign substances is 10 or more, chip agglomeration may occur and properties of the nonwoven fabric may be deteriorated due to poor spinning.
  • the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol contained in the recycled polyester may be 1.30 or less.
  • the recycled polyester raw material may include 10 or less average foreign substances having a size of 1.0 to 10.0 ⁇ m based on the total weight of the recycled polyester.
  • the regenerated polyester contained in the first filament has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/g and a crystallization temperature of 175° C. or higher and less than 185° C. at the same time.
  • the recycled polyester may include a recycled material of a waste polyester polymer prepared using a monomer composition in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.30 or less.
  • the spunbond nonwoven fabric may have a thickness of 0.35 mm to 0.40 mm when the weight per unit area is 90 g/m 2 .
  • the spinnability is excellent in manufacturing the nonwoven fabric and the tensile strength and tensile elongation are improved. It is possible to provide a spunbond nonwoven fabric for tile carpet base paper, which has a cost reduction effect by recycling waste.
  • the parameter properties can be achieved by adjusting the content range of the monomer for producing the polyester before regeneration.
  • the recycled polyester may be a well-known recycled raw material of waste polyester.
  • the recycled polyester is recycled from the waste of a well-known polyester manufacturing process, in the form of recycled chips, such as Post-Industrial Recycled (PIR) polyethylene terephthalate, and Post-Consumer Recycled (PCR). It may be a polyester copolymer comprising polyethylene terephthalate or a mixture thereof.
  • these materials are regenerated from waste polyester in which the ratio of diethylene glycol / ethylene glycol is adjusted to 1.3 or less as described above, and physical property conditions including crystallization temperature and intrinsic viscosity, as well as average foreign substances of 10 or less Any one that satisfies all of these can be used.
  • the waste polyester may include waste polyester such as waste fibers or waste containers in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.3 or less.
  • the materials can be used by purchasing a polyester copolymer regenerated by a method well known in the art as long as the monomer ratio is adjusted.
  • the first filament may contain a copolymer such as adipic acid (AA), isophthalic acid (IPA), neopentyl glycol (NPG), butadylene (BD), depending on the regenerated material.
  • a copolymer such as adipic acid (AA), isophthalic acid (IPA), neopentyl glycol (NPG), butadylene (BD), depending on the regenerated material.
  • the regenerated polyester contained in the first filament is a dicarboxylic acid selected from the group consisting of terephthalic acid, adipic acid (AA) and isophthalic acid (IPA), neopentyl glycol (NPG), and diethylene It may contain a recycled raw material of the waste polyester copolymer of a diol compound selected from the group consisting of glycol and ethylene glycol.
  • the dicarboxylic acid may be terephthalic acid and isophthalic acid
  • the diol compound may be diethylene glycol and ethylene glycol
  • the recycled polyester is a monomer composition comprising 45 to 75 parts by weight of isophthalic acid (IPA), 47 to 58 parts by weight of ethylene glycol (EG), and 69 to 74 parts by weight of diethylene glycol based on 100 parts by weight of terephthalic acid (TPA). It may be a recycled raw material of the waste polyester copolymer.
  • the waste polyester copolymer may be a waste generated in the manufacturing process of the polyester prepared so that the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.30 or less.
  • the recycled polyester used as the first filament raw material may include a chip form regenerated from the waste, and the recycled polymer raw material in the chip form has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/g, and , the crystallization temperature is 175 ° C. or more and less than 185 ° C., and the average number of foreign substances having a size of 1.0 to 10.0 ⁇ m based on the total weight of the regenerated polyester may be 10 or less.
  • IV intrinsic viscosity
  • the regenerated polyester contained in the first filament has an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/g, a crystallization temperature of 175° C. or more and less than 185° C., It is a recycled material of waste polyethylene terephthalate obtained using a monomer composition having an ethylene glycol ratio of 1.30 or less, and the average number of foreign substances having a size of 1.0 to 10.0 ⁇ m with respect to the total weight of recycled polyethylene terephthalate is 10 or less recycled polyethylene terephthalate It may be a phthalate.
  • IV intrinsic viscosity
  • the polyethylene terephthalate is a waste obtained by polymerizing 45 to 75 parts by weight of isophthalic acid (IPA), 47 to 58 parts by weight of ethylene glycol (EG), and 69 to 74 parts by weight of diethylene glycol to 100 parts by weight of terephthalic acid (TPA) as described above. It is a recycled raw material for polyester polymers.
  • IPA isophthalic acid
  • EG ethylene glycol
  • TPA terephthalic acid
  • the filament spun in the mixed fiber spinning form is sufficiently stretched so that the spinning speed is 4,500 to 5,500 m/min using a high-pressure air stretching device, so that in the case of the first filament, the fineness of the normal 5 to 10 denier, the second filament In the case of , it can be prepared at the filament level having a fineness of 2 to 5 denier.
  • the prepared filament fibers are placed on a conveyor net in the form of a web, and then the thickness of the nonwoven fabric is adjusted through a calendering process of a heated smooth roll, and then adhered using hot air at a temperature similar to the melting point of the second filament. to produce a nonwoven fabric.
  • the spunbond may be provided according to the following method.
  • a) a first filament prepared from polyester and regenerated polyester having a melting point of 255° C. or higher, respectively, and a second filament prepared from a copolyester having a melting point of 30° C. or lower than the first filament is mixed fiber spinning and stretching to prepare a mixed yarn; b) forming a fibrous web by laminating the blended yarn; and c) calendering and thermal bonding to the fibrous web.
  • step a a step of preparing a mixed yarn using two types of filaments having different melting points is performed.
  • the regenerated polyester contained in the first filament has a melting point of 255° C. or higher, an intrinsic viscosity (IV) of 0.60 to 0.80 dl/g, a crystallization temperature of 175° C. or higher and less than 185° C., and also 1.0 to Recycled polyethylene terephthalate chips having an average number of foreign substances of 3 to 10 having a size of 10.0 ⁇ m may be used.
  • IV intrinsic viscosity
  • This recycled polyester is a recycled raw material obtained by regenerating waste polyester obtained by using a monomer composition in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.3 or less.
  • the recycled polyester is a waste polyester in which the ratio of diethylene glycol to ethylene glycol is 1.3 or less is pulverized and then put into an extruder and melt-extruded to have the intrinsic viscosity, crystallization temperature, and average number of foreign substances. By adjusting the , one manufactured in the form of a chip may be used.
  • the pulverization size of the waste polyester is not particularly limited, and may be pulverized by a method well known in the art, and may further include a washing process before pulverization.
  • the second filament may include a copolyester having a melting point lower than that of the first filament by 30° C. or more. Accordingly, the second filament has a melting point of 30°C or higher or 160°C than the first filament comprising a copolymer of adipic acid (AA), isophthalic acid (IPA), neopentyl glycol (NPG), or a mixture thereof.
  • a copolyester having a melting point of greater than or equal to 180°C can be used.
  • the monomer constituting the copolyester is not limited to the above type, and as long as it can provide a polyester copolymer having the specific melting point range, it may be selected and used without limitation.
  • the content ratio of the first filament and the second filament is controllable by controlling the discharge amount of the molten polymer or by changing the design of the nozzle.
  • the mixed yarn is 50 to 95% by weight or 60 to 95% by weight or 80 to 95% by weight of the first filament; and 5 to 50% by weight or 5 to 40% by weight or 5 to 20% by weight of the second filament.
  • the content ratio of the first filament to the second filament may be 90:10 wt%.
  • b) forming a fiber web by laminating the mixed yarn; and c) calendering and thermal bonding to the fibrous web; may be performed to provide a spunbond nonwoven fabric.
  • the filaments spun in the mixed fiber spinning form are sufficiently stretched so that the spinning speed is 4,500 to 5,500 m/min using a high-pressure air stretching device.
  • the filament is composed of a filament having a fineness of 2 to 5 denier.
  • the spunbond nonwoven fabric may be obtained using a spinning condition in which the pressure range of the spinning pack is 1,600 to 2,500 psi. If the spinning pack pressure is less than 1,600 psi, the fibers do not come out straight but are broken, so that the fibers come out, which may cause cutting of the fibers (filaments). On the other hand, if the radiation pack pressure is 2,500 psi or more, the polymer pressure inside the pack is high, so that the pack leak phenomenon that does not pass through the nozzle and is discharged to the outside may occur. Therefore, the pressure range of the spinning pack must be performed in the above-described range conditions to provide a spunbond nonwoven fabric including fibers (filaments) having excellent quality without poor shape and cutting.
  • the manufacturing of the spunbond nonwoven includes a calendering process using a smooth roll and a hot air process at a temperature similar to or corresponding to the melting point of the second filament.
  • the filament fiber prepared by the above method is positioned in the form of a web on a conveyor net, and then the thickness of the nonwoven fabric is adjusted through a calendering process of a heated smooth roll, and then, a temperature similar to the melting point of the second filament.
  • a nonwoven fabric is prepared by bonding using hot air.
  • the calendering process may be performed at a temperature of 150 to 200° C., and the thickness of the nonwoven fabric may be adjusted through this process.
  • the calendering process may be performed so that the thickness of the spunbond is 0.35 mm to 0.40 mm.
  • the thermal bonding may be performed under hot air conditions at a temperature of 0 to 10° C. higher than the melting point of the low melting point copolyester constituting the second filament. Accordingly, the hot air process may be performed at a temperature corresponding to the melting point of the second filament, for example, in the range of 160° C. or more to 180° C. or less.
  • the spunbond nonwoven fabric may have a tensile strength of 15 kg.f/5 cm or more and a tensile elongation of 15% or more, measured according to the KS K ISO-9073-3 method.
  • a tile carpet including the spunbond nonwoven fabric having the above physical properties as a base paper may be provided.
  • a tile carpet may be provided by performing a tufting process, a backcoating process, and a cutting process according to a well-known method using the nonwoven fabric provided according to the above-described method.
  • the nonwoven fabric is formed by applying a loop type polypropylene BCF (Bulky Continuous Filament) Yarn of about 3,000 De'/150 Fila. tufting (the process of planting threads in nonwoven fabric) with about 1/10, Stitch (density in the longitudinal direction of tufted carpet) about 10.5 (density in the width direction of the tufted carpet is determined by the gauge rough Thereafter, the tufted non-woven fabric is impregnated with a non-woven fabric composed of glass fibers having a unit weight of about 40 g/m 2 and a PVC crude solution of about 6.0 kg/m 2 on the rear surface of the tufted non-woven fabric.
  • a loop type polypropylene BCF Secondulky Continuous Filament
  • the impregnated product is thermally cured in a thermal chamber at about 180°C, and the process is carried out after the cutting process (size: 50cm x 50cm), the drawing strength (after tufting of the loop type, the loop is pulled)
  • a finished tile carpet with high performance having a strength) of about 2.0 kgf level can be produced.
  • the present invention optimizes the physical properties (crystallization temperature, number of foreign substances) of the recycled polyester raw material in recycling waste such as renewable polyester plastic, so that it is equivalent to or higher than the non-woven fabric to which only pure polyester raw material is applied. It is possible to manufacture a nonwoven fabric having physical properties and excellent price competitiveness such as cost reduction. In addition, in the present invention, even using a recycled polyester raw material, it is possible to manufacture a high-performance spunbond nonwoven fabric without chip agglomeration, poor spinning, and deterioration of the nonwoven fabric properties as in the prior art.
  • Regenerated polyester used as the first filament in the following Examples is 45 to 75 parts by weight of isophthalic acid (IPA), 47 to 58 parts by weight of ethylene glycol (EG), and 69 parts by weight of diethylene glycol based on 100 parts by weight of terephthalic acid (TPA).
  • IPA isophthalic acid
  • EG ethylene glycol
  • TPA terephthalic acid
  • a monomer composition containing to 74 parts by weight a recycled raw material in the form of a chip regenerated from waste of polyethylene terephthalate (PET) produced through an esterification reaction at a temperature of about 220 to 240° C. (hereinafter, recycled PET) was used. .
  • the recycled chips of the recycled polyester are manufactured in the form of chips by crushing the polyethylene terephthalate waste, putting it into a twin-screw extruder, and melt-extruding it.
  • the recycled PET has a ratio of diethylene glycol to ethylene glycol (ie, a ratio of diethylene glycol/ethylene glycol) in the range of 1.21:1 to 1.30:1, and intrinsic viscosity 0.61 to 0.80, as shown in Table 1
  • the monomer content range was adjusted to satisfy dl/g, and the average number of foreign substances having a size of 1.0 to 10.0 ⁇ m with respect to the total weight of the recycled PET was adjusted to 10 or less.
  • the recycled PET used in Comparative Example is a recycled raw material for PET waste produced by a method outside the range of using the monomer, and as disclosed in Table 1, intrinsic viscosity, crystallization temperature, and ratio of diethylene glycol/ethylene glycol of waste , the average number of foreign substances is out of this configuration.
  • Regenerated polyester having an intrinsic viscosity (IV) of 0.61 dl/g as the first filament, a crystallization temperature of 176.5°C, a diethylene glycol/ethylene glycol ratio of 1.27, an average number of foreign substances of 5.6, and a melting point of 255°C ) and a copolyester having a melting point of about 220° C. as a second filament were melted using a continuous extruder at a spinning temperature of about 280° C., respectively, and the content ratio of the first filament and the second filament was 90:10 wt.%.
  • the discharge amount and the number of pores in the nozzle were adjusted so that the average fineness of the first filament prepared by spinning and stretching as much as possible was 8.5 denier.
  • the continuous filaments discharged from the capillaries were solidified with cooling air, and then stretched so that the spinning speed was 5,000 m/min using a high-pressure air stretching device to prepare filament fibers.
  • the pressure range of the spinning pack is the same as the conditions disclosed in Table 2.
  • the prepared filament fibers are laminated in the form of a web on a conveyor net by a conventional fiber opening method.
  • the laminated web was subjected to a calendering process using a heated smooth roll to impart smoothness and an appropriate thickness.
  • the laminated filaments were thermally bonded at a hot air temperature of about 220° C. to prepare a spunbond nonwoven fabric having a weight per unit area of 90 g/m 2 and a thickness (thickness) of 0.33 mm.
  • Dynisco's sensor for pressure measurement (model name: TB422J-9/18-231) was used.
  • the pack pressure was checked when the polymer was inserted and discharged as the pack pressure, and the normal pack pressure management range is 1,600 ⁇ 2,500 psi.
  • a specimen having a size of width ⁇ length 5 cm ⁇ 20 cm was bitten with an upper/lower 5 cm ⁇ 5 cm jig using INSTRON's measuring equipment, and then measured at a tensile speed of 200 mm/min.
  • Examples 1 to 4 of the present invention compared with Comparative Examples 1 to 3 and Reference Example 1, intrinsic viscosity, crystallization temperature, diethylene glycol for the first filament (regenerated polyester raw material) As both the /ethylene glycol ratio and the average number of foreign substances were specified, the spinnability was excellent, and the tensile strength and the tensile elongation were all excellent.
  • Comparative Example 1 had a low intrinsic viscosity of the first filament lower than the range of the present application, and thus had low spinnability. It was impossible to measure tensile strength and tensile elongation because spinning was impossible due to cutting.
  • the intrinsic viscosity of the first filament was too high than the range of the present application, so the pressure of the spinning pack was excessively increased. Accordingly, it was impossible to spin due to leakage.
  • Comparative Example 3 and Reference Example 1 were included in the normal radioactive pack pressure management range, but the crystallization temperature of the first filament compared to the present application was too low or the foreign material content was high, so it was difficult to measure the physical properties.
  • the sticky phenomenon of the calender roll was severe when manufacturing the nonwoven fabric (FIG. (b) of Fig. 1.
  • Comparative Example 4 a lot of filament separation and cutting occurred, and spinning due to Cop separation was impossible, so the tensile strength and tensile elongation could not be measured.

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Abstract

본 발명은 고유점도, 결정화온도 및 이물질 갯수가 최적화된 재생 폴리에스테르를 원료로 사용함으로써, 부직포 제조시의 방사성이 우수하고 인장강도 및 인장신율을 개선하며, 폴리에스테르 플라스틱과 같은 폐기물의 재활용 효과가 있는 타일카페트 기포지용 스펀본드 부직포 및 이를 이용한 타일카페트에 관한 것이다.

Description

스펀본드 부직포 및 이를 이용한 타일카페트
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 3월 31일자 한국특허출원 제10-2020-0039114호 및 2021년 2월 18일자 한국특허출원 제10-2021-0022107호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 고기능성을 나타내는 타일 카페트의 기포지로 적용하기 위한 스펀본드 부직포 및 이를 이용한 타일카페트에 관한 것이다.
부직포는 필라멘트를 면 형태로 배치하여 만들어진 제품으로 필라멘트의 길이에 따라 단섬유 부직포와 장섬유 부직포로 크게 나뉘어 진다. 단섬유 부직포는 5mm 이하의 짧은 섬유를 면 형태로 배치하고, 섬유간 교락 또는 수지 접착을 통해 만들어지는 제품으로 신율이 높은 특징을 가진다. 장섬유 부직포는 끊어짐 없는 섬유를 면 행태로 배치하고, 섬유간 교락 또는 수지 접착을 통해 만들어지는 제품으로 강도가 높은 특징을 가진다.
강도가 우수한 장점을 갖는 장섬유 부직포는 건설용, 토목용 용도로 주로 사용되었으며, 최근에는 자동차 소재의 경량화 트랜드에 따라 자동차 내/외장재 용도로 확대 적용되고 있다. 또한, 기존에 사용되던 직물 또는 단섬유 부직포 형태의 내장재와 동일한 강도이면서 중량이 낮은 장섬유 부직포가 적용되고 있으며, 주로 적용되고 있는 제품 군에는 타일 카페트, 자동차 바닥재 카페트, Under Cover, Head linear 제품 등이 있다.
장섬유 부직포의 경우, 재생 가능한 폴리에스테르 플라스틱과 같은 폐기물을 재활용함으로써 자원 재활용 및 환경오염 방지에 기여하면서도 인장강도와 같은 부직포의 기본 물성이 우수한 재생 폴리에스테르 원료가 함유된 부직포가 개발되고 있으며, 필터용 부직포, 카페트 기포지용 부직포 등으로 용도가 확대되고 있는 사항이다.
그러나, 재생 폴리에스테르 원료 사용은 부직포 폐기물에 함유되어 있는 첨가제, 점착제의 화학적 조성 차이 및 다량의 이물질 함유에 따라, 특성 저하 (칩 응집, 방사성 불량 및 부직포 물성 저하 등)의 문제점이 있다.
상기 문제를 해결하고자, 본 명세서에서는 이물질 함유량이 적고 원료의 물성이 최적화되면서도 재생 가능한 폴리에스테르 플라스틱 폐기물을 재활용한, 재생 폴리에스테르 원료를 적용하여, 부직포의 기본 물성 특성이 우수하여 타일 카페트의 기포지로 사용하기 적합한 스펀본드 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 명세서에서는 상기 스펀본드 부직포를 이용한 타일카페트를 제공하는 것이다.
본 명세서에서는,
융점이 255℃이상인 재생 폴리에스테르로 구성된 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 저융점 코폴리에스테르로부터 제조된 제2 필라멘트의 혼섬사의 섬유 웹을 포함하고,
상기 재생 폴리에스테르는, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻어진 폐폴리에스테르 중합체의 재생 물질을 포함하고, 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만인,
스펀본드 부직포를 제공한다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 스펀본드 부직포를 기포지로 포함하는 타일카페트를 제공한다.
이하, 발명의 구현 예들에 따른 타일 카페트 기포지로 사용될 수 있는 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
그에 앞서, 본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
그리고, 본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제1 구성요소는 제2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명자들은 타일 카페트의 흡음성능과 인발강력 등의 기본 물성을 만족할 수 있으면서, 재생 가능한 폴리에스테르 플라스틱과 같은 폐기물을 재활용시, 재활용 재료의 원료 물성을 최적화함으로써, 부직포의 기본 특성이 우수하고 원가 절감이 가능한 스펀본드 부직포를 제공할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 종래 재생 폴리에스테르 원료를 사용하더라도, 부직포 폐기물에 함유되어 있는 첨가제, 점착제 등의 이물질 함유에 의해 따라 특성 저하가 발생되었기에, 이러한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 명세서에서는, 이물질 함유량이 적고 원료의 물성이 개선된 재생 폴리에스테르 원료를 적용함으로써 부직포의 기본 특성이 우수한 스펀본드 부직포를 제조하고자 한다. 또한, 본 명세서에 따른 스펀본드 부직포는 순수 폴리에스테르 원료가 적용된 부직포에 비해, 동등 이상 수준의 물성을 가지면서 폐기물을 재활용하여 원료 비용을 줄여 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
스펀본드 부직포 및 그 제조방법
발명의 일 구현예에 따라, 융점이 255℃이상인 재생 폴리에스테르로 구성된 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 저융점 코폴리에스테르로부터 제조된 제2 필라멘트의 혼섬사의 섬유 웹을 포함하고, 상기 재생 폴리에스테르는, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻어진 폐폴리에스테르 중합체의 재생 물질을 포함하고, 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만인, 스펀본드 부직포가 제공될 수 있다.
본 발명은 재생 폴리에스테르 원료의 물성을 최적화하여 스펀본드 부직포 제조 시, 방사성 및 조업성이 개선됨과 동시에 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 우수한 스펀본드 부직포 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 명세서는, 이물질 함량이 적고 물성이 우수한 재생 폴리에스테르 원료(recycled polyester)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 재생 폴리에스테르 원료는 결정화온도, 이물질 개수 등이 최적화됨에 따라, 상기 재생 폴리에스테르 원료를 이용하여 얻은 필라멘트의 경우 물성 저하 없이 높은 두께의 부직포를 제공할 수 있다. 따라서, 본 명세서는 상온 물성 (인장강도, 인장신율) 등의 기계적 물성이 우수하여 완제품 타일 카페트의 기포지로 사용될 수 있는 스펀본드 부직포 및 그 제조방법을 제공한다.
상기 스펀본드 부직포는 상술한 물성을 갖는 재생 폴리에스테르를 일정함량 이상으로 포함하는 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 저융점 코폴리에스테르 원료로부터 얻어진 제2 필라멘트를 이용하여 제공된다. 특히, 상기 스펀본드 부직포는, 폴리에스테르 폐기물의 재생시 평균 이물질 함량이 최소화되고 일정범위의 결정화온도를 갖도록 조절된, 재생 폴리에스테르 원료를 이용하기 때문에, 최종 스펀본드 부직포의 물성이 종래 대비 동등 이상의 수준을 나타내어, 원가 절감 및 가격 경쟁력이 우수한 효과를 제공할 수 있다.
또한, 순수 폴리에스테르 원료를 제1 필라멘트로 사용하는 경우 일정 물성을 만족하는 스펀본드가 제공될지라도, 순수 원료 제공에 따른 비용 상승이 발생될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서는 상기 재생원료를 제1 필라멘트로 사용함에 따라, 비용 절감 효과와 더불어 순수 폴리에스테르를 사용한 것과 비교하여 동등 이상의 물성을 만족하는 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다.
이하, 발명의 일 구현예에 따른 스펀본드 부직포에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 스펀본드 부직포는 용융점 (Melting Temperature)이 서로 상이한 2종의 원료를 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트로 포함한다.
구체적으로는, 상기 스펀본드 부직포는 부직포 전체의 중량을 기준으로 255℃ 이상의 용융점을 갖는 재생 폴리에스테르로 구성된 제1필라멘트; 및 220℃ 이하의 용융점을 갖는 코폴리에스테르 원료로부터 얻어진 제2 필라멘트를 포함한 2종의 필라멘트가 혼섬방사 (Matrix & Binder)형태로 웹이 형성된 후 개섬범에 의해 제공될 수 있다.
특히, 상기 제1 필라멘트는 재생 가능한 폴리에스테르 플라스틱의 폐기물을 재생하여 얻은 재생 폴리에스테르를 포함하는 것으로서, 다른 물질의 첨가없이 상기 재생 폴리에스테르 원료로 구성될 수 있다.
상기 재생 폴리에스테르를 제공하기 위해 사용되는 원료는, 폴리에스테르 중합체 제조시 사용하는 단량체 중에서 특정하게 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 단량체 비율을 1.3 이하로 조절한 단량체 조성물을 이용하여 얻어진, 폐폴리에스테르 중합체를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 단량체 비율은 재생 폴리에스테르 원료에서도 동일하게 유지될 수 있다. 따라서, 재생 폴리에스테르 원료에서 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.3 이하일 수 있다.
또한, 상기 재생 폴리에스테르는 특정 결정화 온도 및 고유점도를 만족하고, 또한 평균 이물질 갯수가 최소화되도록 물성을 최적화하여 재생된 것을 사용할 수 있다.
즉, 상기 단량체 비율이 조절된 폐폴리에스테르 중합체를 재생함에 따라, 상기와 같이 원료의 물성이 최적화되고 이물질 함유량도 줄일 수 있어서, 방사성, 인장강도 및 인장 신율과 같은 부직포의 기본 특성이 모두 우수한 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다. 특히, 상기 특성 물성을 만족하는 재생 폴리에스테르를 제1 필라멘트로 사용함에 따라, 순수 폴리에스테르 원료가 적용된 부직포에 대비하여 동등 이상의 물성을 만족하면서도 원가 절감 효과를 부여하여 가격 경쟁력이 우수한 부직포를 제공할 수 있다.
구체적으로, 제1 필라멘트에 함유된 재생 폴리에스테르 원료의 고유점도 (IV)는 0.60~0.80 dl/g일 수 있다. 상기 재생 폴리에스테르의 고유점도가 0.60dl/g 미만이면 필라멘트의 절사 등의 문제로 조업성이 열위하며, 저점도 필라멘트 제조로 인한 부직포의 기계적 물성 향상 효과가 미미한 단점이 있다. 또한 상기 재생 폴리에스테르의 고유점도가 0.80dl/g 이상이면, 용융 압출시키는 과정에서 익스트루더 내압 및 방사 노즐 압력의 과다 상승에 따라 공정상 문제점이 발생할 수 있다.
상기 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율(DEG/EG)은 1.3 이하 혹은 0.5 내지 1.3 혹은 1.2 내지 1.3일 수 있으며, 그 비율이 1.3 이상이면 비결정영역 증가에 따라 섬유의 결정성 감소로 인하여 최종 완제품 부직포의 물성 저하 및 섬도 불균일 등의 문제가 있다. 또한, 단량체 비율이 1.3 이하일 수 있으나, 그 비율이 0.5 이하로 너무 낮으면 단량체를 이용한 중합체의 생성 반응성이 떨어져 폴리에스테르의 제조가 불가할 수 있다.
또한, 상기 결정화 온도는 175℃ 이상 185℃ 혹은 175 내지 180℃일 수 있고, 그 온도가 175℃ 이하이면 섬유의 냉각 공정에서 충분히 냉각되지 못한 섬유가 연신되어 끈적임(Sticky) 현상 등의 조업성이 불량한 문제가 있고, 그 온도가 185℃ 이상이면 과냉각으로 인하여 고속 고압의 연신 공정에서 섬유들이 절단되는 문제가 있다.
또한, 상기 제1 필라멘트에 함유된 재생 폴리에스테르에서 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질의 갯수는 10개 이하 혹은 2 내지 9개일 수 있다. 상기 평균 이물질의 갯수가 10개 이상인 경우 칩 응집 현상이 발생하고 방사성 불량으로 부직포 물성을 떨어뜨릴 수 있다.
또, 상기 재생 폴리에스테르에 함유된 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율도 1.30 이하일 수 있다. 상기 재생 폴리에스테르 원료는 재생 폴리에스테르 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질을 10개 이하로 포함할 수 있다.
이에 따라, 발명의 일례로, 상기 제1 필라멘트에 함유된 상기 재생 폴리에스테르는 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이고, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만인 조건을 동시에 만족한다. 또한, 앞서 기재된 바대로, 상기 재생 폴리에스테르는 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 제조된 폐폴리에스테르 중합체의 재생물질을 포함할 수 있다.
이러한, 상기 스펀본드 부직포는 단위면적당 중량이 90 g/㎡일 때, 두께가 0.35mm 내지 0.40mm일 수 있다.
따라서, 본 명세서에 따르면, 상기 재생원료를 포함한 제1 필라멘트와 후술하는 제2 필라멘트를 일정 비율로 사용하여, 부직포 제조시의 방사성이 우수하고 인장강도 및 인장신율을 개선하며, 폴리에스테르 플라스틱과 같은 폐기물의 재활용으로 원가절감 효과가 있는 타일카페트 기포지용 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다.
한편, 상술한 바대로, 상기 파라미터 물성은 재생 전 폴리에스테르를 제조하기 위한 단량체의 함량 범위를 조절하여 달성될 수 있다.
구체적으로, 상기 재생 폴리에스테르는 잘 알려진 폐폴리에스테르의 재생원료일 수 있다. 예를 들어, 상기 재생 폴리에스테르는 잘 알려진 폴리에스테르의 제조공정의 폐기물로부터 재생된 칩 형태의 산업 자재 재활용(Post-Industrial Recycled; PIR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 소비자 자재 재활용(Post-Consumer Recycled: PCR) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리에스테르 공중합체일 수 있다. 또한, 이러한 물질들은 상술한 바의 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.3이하로 조절된 폐폴리에스테르로부터 재생된 것으로서, 결정화 온도, 고유점도 뿐 아니라, 10개 이하의 평균 이물질을 포함하는 물성 조건을 모두 만족한 것이 사용될 수 있다. 상기 폐폴리에스테르는 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.3이하로 제조된 폐섬유 또는 폐용기와 같은 폐폴리에스테르를 포함할 수 있다. 또한, 상기 물질들은 상기 단량체 비율이 조절된 것이라면, 이 분야에 잘 알려진 방법으로 재생된 폴리에스테르 공중합체를 구입하여 사용할 수 있다.
이에, 상기 제1 필라멘트에는 재생원료에 따라 아디프산(AA), 이이소프탈산(IPA), 네오펜틸글리콜(NPG), 부타딜렌(BD) 등의 공중합물을 함유할 수 있다.
구체적일 일례를 들면, 상기 제1 필라멘트에 함유된 상기 재생 폴리에스테르는 테레프탈산, 아디프산(AA) 및 이소프탈산(IPA)으로 이루어진 군에서 선택된 디카르복실산과 네오펜틸글리콜(NPG), 디에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 디올 화합물의 폐폴리에스테르 공중합체의 재생원료를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 디카르복실산은 테레프탈산 및 이소프탈산을 사용하고, 디올 화합물은 디에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 따라서, 상기 재생 폴리에스테르는 테레프탈산(TPA) 100 중량부에 대해 이소프탈산(IPA) 45 내지 75 중량부, 에틸렌글리콜(EG) 47 내지 58 중량부 및 디에틸렌글리콜 69 내지 74 중량부를 포함한 단량체 조성물의 폐폴리에스테르 공중합체의 재생원료일 수 있다. 또한, 상기 폐폴리에스테르 공중합체는 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하가 되도록 하여 제조된 폴리에스테르의 제조공정에서 발생된 폐기물일 수 있다.
따라서, 상기 제1 필라멘트 원료로 사용되는 재생 폴리에스테르는 상기 폐기물로부터 재생된 칩 형태를 포함할 수 있고, 상기 칩 형태의 재생 중합체 원료는 상술한 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만이고, 상기 재생 폴리에스테르 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질 갯수가 10개 이하일 수 있다.
하나의 다른 구현예에에서, 상기 제1 필라멘트에 함유된 상기 재생 폴리에스테르는 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이고, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만이고, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻은 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트의 재생 물질이며, 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트의 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질의 갯수가 10개 이하인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 상술한 바대로 테레프탈산(TPA) 100 중량부에 이소프탈산(IPA) 45~75 중량부, 에틸렌글리콜(EG) 47~58 중량부, 디에틸렌글리콜 69~74 중량부를 중합한 폐폴리에스테르 중합체의 재생원료이다.
한편, 상기 혼섬방사 형태로 방사된 필라멘트는 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 4,500 내지 5,500m/min이 되도록 충분히 연신시켜 제 1필라멘트의 경우 통상의 5 내지 10 데니어의 섬도, 제2 필라멘트의 경우, 2 내지 5 데니어의 섬도를 갖는 필라멘트 수준으로 제조할 수 있다.
상기 제조된 필라멘트 섬유는 컨베이어 네트 위에 웹 형태로 자리 잡은 후, 가열된 스무스(smooth)롤의 캘린더 공정을 거쳐 부직포의 두께를 조정한 다음, 제 2 필라멘트의 융점과 유사한 온도의 열풍을 이용하여 접착하여 부직포를 제조한다.
구체적으로, 상기 스펀본드는 다음의 방법에 따라 제공될 수 있다.
하나의 예시에서, a) 융점이 각각 255℃이상인 폴리에스테르와 재생 폴리에스테르로부터 제조된 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 코폴리에스테르로부터 제조된 제2 필라멘트를 혼섬방사하고 연신하여 혼섬사를 제조하는 단계; b) 상기 혼섬사를 적층하여 섬유 웹을 형성하는 단계; 및 c) 상기 섬유 웹에 대하여 캘린더 공정 및 열 접착하는 단계;를 포함하는 스펀본드 부직포의 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 a)단계는 융점이 다른 2종의 필라멘트를 이용하여 혼섬사를 제조하는 단계를 수행한다.
더 구체적으로, 상기 제1 필라멘트에 함유된 재생 폴리에스테르는 융점이 255℃이상이고, 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80 dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만이고, 또한 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질 개수가 3 내지 10개인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 사용할 수 있다.
이러한 재생 폴리에스테르는, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.3이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻어진 폐폴리에스테르를 재생하여 얻어진 재생원료이다. 일례로, 상기 재생 폴리에스테르는 상기 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.3이하로 제조된 폐폴리에스테르를 분쇄 후 압출기에 투입하고 용융 압출하여 상기 고유점도, 결정화온도 및 평균이물질 갯수를 갖도록 물성을 조절하여, 칩 형태로 제조된 것을 사용할 수 있다. 상기 폐 폴리에스테르의 분쇄 크기는 크게 한정되지 않고, 이 분야에 잘 알려진 방법으로 분쇄될 수 있고, 분쇄 전에 세척 공정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 필라멘트는 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 코폴리에스테르를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제2 필라멘트는 아디프산(AA), 이소프탈산(IPA), 네오펜틸 글리콜(NPG), 또는 이들의 혼합물의 공중합체를 포함하는 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 혹은 160℃ 이상 내지 180℃ 이하의 융점을 갖는 코폴리에스테르를 사용할 수 있다. 다만, 상기 코폴리에스테르를 구성하는 단량체가 상기 종류로 한정되지 않으며, 상기 특정 융점 범위를 갖는 폴리에스테르 공중합체를 제공할 수 있는 것이면, 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다.
상기 제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 함량비는, 용융된 폴리머 토출량을 제어하거나, 구금의 설계 변경을 통해 제어가 가능하다.
일례로, 상기 혼섬사는 제1 필라멘트 50 내지 95 중량% 혹은 60 내지 95 중량% 혹은 80 내지 95 중량%; 및 제2 필라멘트 5 내지 50 중량% 혹은 5 내지 40 중량% 혹은 5 내지 20 중량%;를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 필라멘트와 제2필라멘트의 함량비는 90:10 중량%일 수 있다.
한편, b) 상기 혼섬사를 적층하여 섬유 웹을 형성하는 단계; 및 c) 상기 섬유 웹에 대하여 캘린더 공정 및 열 접착하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 혼섬방사 형태로 방사된 필라멘트는 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 4,500 내지 5,500m/min이 되도록 충분히 연신시켜 재생 원료인 제1 필라멘트의 경우는 5 내지 10 데니어의 섬도가 되도록 하고, 제1 필라멘트보다 융점이 낮은 제2 필라멘트의 경우 2 내지 5 데니어의 섬도를 갖는 필라멘트로 구성되도록 한다.
또한, 상기 스펀본드 부직포는 방사 팩의 압력 범위가 1,600~2,500 psi인 방사 조건을 이용하여 얻어진 것일 수 있다. 상기 방사 팩 압력이 1,600 psi 미만이면 섬유들이 곧게 나오지 않고 끊어져서 섬유들이 나오는 모습들이 발생하며 섬유 (필라멘트)의 절사의 원인이 될 수 있다. 이에 반해, 방사 팩 압력이 2,500 psi 이상이면 팩 내부에서 폴리머의 압력이 높아 노즐을 통과하지 못하고 외부로 방출되는 팩 리크 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 방사 팩의 압력 범위는 상술한 범위 조건으로 진행해야, 불량한 형상 및 절사 없이 품질이 우수한 섬유(필라멘트)를 포함한 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다.
또, 상기 스펀본드 부직포를 제조하는 단계는 스무스 롤(smooth roll)을 이용한 캘린더 공정과, 제2 필라멘트의 융점과 유사하거나 대응되는 온도 조건에서 열풍 공정을 진행하는 단계를 포함한다.
일례로, 상기 방법으로 제조된 필라멘트 섬유는 컨베이어 네트 위에 웹 형태로 자리 잡은 후, 가열된 스무스(smooth)롤의 캘린더 공정을 거쳐 부직포의 두께를 조정한 다음, 제2 필라멘트의 융점과 유사한 온도의 열풍을 이용하여 접착하여 부직포를 제조한다.
상기 캘린더 공정은 온도를 150~200℃로 하여 수행할 수 있으며, 이러한 공정으로 부직포의 두께가 조절될 수 있다. 일례로, 타일카페트의 기포지로 사용하기 적합하도록, 본 명세서에서는 단위면적당 중량이 90 g/㎡일 때, 스펀본드의 두께가 0.35mm 내지 0.40mm이 되도록 캘린더 공정을 수행할 수 있다.
상기 열 접착하는 단계는 상기 제2 필라멘트를 구성하는 저융점 코폴리에스테르의 융점보다 0 내지 10℃ 높은 온도의 열풍 조건하에 수행할 수 있다. 따라서, 상기 열풍 공정은 상기 제2 필라멘트의 융점과 대응되는 온도, 일례로 160℃이상 내지 180℃ 이하의 범위에서 수행할 수 있다.
타일 카페트
본 명세서에서는 상술한 방법에 따라, 타일 카페트 기포지로 사용하기 적합한 스펀본드 부직포를 제공할 수 있다. 또, 본 명세서에서는 상기 스펀본드 부직포를 이용하여 타일카페트의 기포지로 이용함으로써, 우수한 흡음성 및 인발강력을 갖는 타일카페트를 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 스펀본드 부직포는 KS K ISO-9073-3 방법에 의거하여 측정된 인장강도가 15kg.f/5cm이상이고 인장신율이 15% 이상일 수 있다.
따라서, 발명의 다른 일 구현예에 따라, 상기 물성을 갖는 스펀본드 부직포를 기포지로 포함한 타일카페트가 제공될 수 있다.
본 발명에서는 상술한 방법에 따라 제공된 부직포를 이용하여, 잘 알려진 방법에 따라 터프팅 공정, 백코팅 공정 및 커팅 공정을 진행하여, 타일 카페트를 제공할 수 있다.
발명의 일례에 따라, 상기 부직포는 표면에 약 3,000 De'/150 Fila.의 Loop type 폴리프로필렌 BCF (Bulky Continuous Filament) Yarn을 Gauge (터프트 기계에서 바늘의 밀도를 나타내는 단위로 바늘의 간격을 INCH로 표시하며, GAUGE 에 의하여 TUFTED CARPET 폭방향의 밀도가 결정) 약 1/10, 스티치(Stitch) (터프트 카페트의 길이방향의 밀도) 약 10.5로 터프팅 (부직포에 실을 심는 과정) 공정을 거친다. 이후, 터프팅된 부직포 후면에 단위 중량 약 40g/m 2의 유리섬유로 구성된 부직포와 약 6.0kg/m 2 의 PVC 조액을 함침한다. 그런 다음, 함침된 제품에 통상 약 180℃의 열 챔버에서 열 경화를 하고, 커팅 공정 (규격 : 50cm x 50cm)을 끝으로 공정을 진행하면, 인발강력 (Loop Type의 터프팅 후, loop를 당기는 강도)이 약 2.0kgf 수준을 갖는 고성능을 갖는 완제품 타일 카페트가 제조될 수 있다.
본 발명은 재생 가능한 폴리에세트레 플라스틱과 같은 폐기물을 재활용함에 있어, 재생 폴리에스터 원료의 물성 (결정화 온도, 이물질 개수)을 최적화하여 사용함으로써, 순수 폴리에스테르 원료만 적용된 부직포 대비하여 동등 이상 수준의 물성을 가지며, 원가 절감 등 가격경쟁력이 우수한 부직포를 제조할 수 있다. 또, 본 발명에서는 재생 폴리에스테르 원료를 사용하여도, 종래와 같이 칩응집이나, 방사성 불량 및 부직포 물성 저하 없이 고성능의 스펀본드 부직포를 제조할 수 있다.
도 1은 비교예 3에 따른 부직포 제조 시의 캘린더 롤의 모습(a)과 부직포 시트 표면(b)의 결과를 나타낸 것이다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
[재료 준비]
하기 실시예에서 제1필라멘트로 사용하는 재생 폴리에스테르는, 테레프탈산(TPA) 100 중량부에 대해 이소프탈산(IPA) 45 내지 75 중량부, 에틸렌글리콜(EG) 47 내지 58 중량부 및 디에틸렌글리콜 69 내지 74 중량부를 포함한 단량체 조성물을 이용하여, 약 220~240℃의 온도에서 에스테르화 반응을 거쳐 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 폐기물로부터 재생된 칩 형태의 재생원료(이하 재생 PET)를 사용하였다. 상기 재생 폴리에스테르의 재생 칩은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물을 분쇄하고 이축 압출기에 투입하여 용융 압출하여 칩 형태로 제조된 것이다.
이때, 상기 재생 PET는 표 1에 기재된 바대로, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율(즉, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율)이 1.21:1 내지 1.30:1의 범위, 고유점도 0.61~0.80 dl/g를 만족하도록 단량체 함량 범위가 조절된 것이며, 재생 PET 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질 갯수가 10개 이하로 조정된 것을 사용하였다.
또한, 비교예에서 사용된 재생 PET는 상기 단량체 사용 범위를 벗어난 방법으로 제조된 PET 폐기물의 재생원료로서, 표 1에 개시된 바대로, 고유점도, 결정화 온도, 폐기물의 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율, 평균이물질 갯수가 본 구성을 벗어나는 경우이다.
[실시예 1]
제 1 필라멘트로 고유점도(IV)가 0.61dl/g, 결정화 온도가 176.5℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.27, 평균 이물질 개수가 5.6개, 용융점이 255℃인 재생 폴리에스테르(재생 PET)와, 제2 필라멘트로 약 220℃의 융점을 갖는 코폴리에스테르를 각각 방사온도 약 280℃에서 연속 압출기를 이용하여 녹인 다음, 제1 필라멘트와 제2필라멘트의 함량비가 90:10 wt.%가 되도록 혼섬 방사하고 연신하여 제조되는 제 1필라멘트의 평균 섬도가 8.5 데니어가 되도록 토출량과 구금의 모세공 수를 조절하였다.
이어서, 모세공에서 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후, 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도가 5,000 m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였다. 이때, 방사 팩의 압력 범위는 표 2에 개시된 조건과 같다.
다음에, 상기 제조된 필라멘트 섬유를 통상의 개섬법에 의해 컨베이어 네트(net)상에 웹의 형태로 적층시킨다. 적층된 웹은 가열된 스무스(smooth)롤에 의한 캘린더 공정을 거쳐 평활성과 적정한 두께를 부여하였다.
상기 적층된 필라멘트는 약 220℃ 열풍온도로 열 접착하여 제조된 단위면적당 중량이 90g/㎡이고 후도(두께)가 0.33mm인 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.65dl/g, 결정화 온도가 175.8℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.24, 평균 이물질 개수가 3.1개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 3]
실시 예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.73dl/g, 결정화 온도가 176.0℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.21, 평균 이물질 개수가 2.7개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.80dl/g, 결정화 온도가 176.3℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.30, 평균 이물질 개수가 8.4개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.55dl/g, 결정화 온도가 176.3℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.27, 평균 이물질 개수가 5.1개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 1.00dl/g, 결정화 온도가 175.9℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.21, 평균 이물질 개수가 1.1개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.68dl/g, 결정화 온도가 166.4℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.22, 평균 이물질 개수가 2.9개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
[참고예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 필라멘트로 IV가 0.75dl/g, 결정화 온도가 176.2℃, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜의 비율이 1.37, 평균 이물질 개수가 12.4개인 재생 폴리에스테르 원료(재생 PET)가 적용되었으며, 단위면적당 동일한 중량 및 후도로 조절하여 스펀본드 부직포를 제조하였다.
구 분 재생 폴리에스테르 원료
점도 결정화
온도
(Tc)		 디에틸렌글리콜
/ 에틸렌글리콜의 비율		 평균 이물질
(1.0~ 10.0㎛) 갯수
고유점도 용융점도
(at 280℃)
dl/g Poise ℃ [DEG/EG] (개)
실시예 1 0.61 984 176.1 1.27 5.6
실시예 2 0.65 1,122 176.3 1.24 3.1
실시예 3 0.73 1,478 176.5 1.21 2.7
실시예 4 0.80 1,681 175.8 1.30 8.4
비교예 1 0.55 420 176.3 1.27 5.1
비교예 2 1.00 2,410 175.9 1.21 1.1
비교예 3 0.68 1,320 169.4 1.37 2.9
참고예 1 0.75 1,514 176.2 1.21 12.4
[실험예]
각 실시예, 비교예에 대하여, 아래 평가 항목별 측정 방법에 따라 물성을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실험예 1 : 방사성 (Pack 압력)
Dynisco社의 압력 측정용 센서 (모델명 : TB422J-9/18-231)를 이용하였다.
구체적으로, 방사 Pack 압력 측정용 센서를 기어 펌프 후단쪽에 장착 후, 폴리머가 Pack 압력으로 삽입되어 토출되었을 때의 Pack 압력을 확인하였으며, 정상 Pack 압력 관리 범위는 1,600 ~ 2,500 psi 이다.
실험예 2 : 인장강도 (kg.f/5cm) 및 인장신율(%)
KS K ISO-9073-3 (Cut Strip) 법을 이용하였다.
구체적으로, 가로×세로 = 5cm×20cm 크기의 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여, 상/하 5cm× 5cm 지그로 물린 후 인장속도 200mm/min으로 측정하였다.
실험예 3 : 필라멘트 이탈 및 절사 개수 측정
24시간 관찰 時, 필라멘트 절사 수 및 Cop 이탈 개수를 측정하였다.
구 분 방사성
(Pack 압력)
(Psi)		 인장강도 (kg.f/5cm)
(MD/CD)		 인장신율 (%)
(MD/CD)		 최종 평가
실시예 1 1,678 17.2/18.6 20.1/20.8 ○
실시예 2 1,823 19.8/20.4 21.8/22.6 ○
실시예 3 2,209 23.4/23.6 22.1/24.9 ○
실시예 4 2,461 25.8/26.1 24.2/26.8 ○
비교예 1 1,011 필라멘트 절사로 인한 방사 불가 ×
비교예 2 3,084 팩 압력 과다에 따른 Leakage발생으로 방사 불가 ×
비교예 3 1,907 캘린더롤의 Stick현상 및 미연신사에 따른 시트품위 불량 발생 (도 1) ×
참고예 1 2,328 필라멘트 이탈 및 절사 다수, Cop이탈 발생으로 인한 방사 불가 ×
상기 표 2의 결과에서 보면, 본 발명의 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 3 및 참고예 1과 비교하여, 제1 필라멘트(재생 폴리에스테르 원료)에 대해 고유점도, 결정화온도, 디에틸렌글리콜/에틸렌글리콜 비율 및 평균이물질 갯수가 모두 특정됨에 따라, 방사성이 우수하고 인장강도, 인장신율이 모두 우수하였다.반면, 비교예 1은 제1 필라멘트의 고유점도가 본원범위보다 낮아서 방사성이 낮고, 필라멘트 절사로 인해 방사가 불가하여 인장강도 및 인장신율 측정을 할 수 없었다. 비교예 2는 제1 필라멘트의 고유점도가 본원범위보다 너무 높아서 방사팩의 압력이 과다하게 증가하였으며, 이에 따라 Leakage발생으로 방사 불가하였다.
또한, 비교예 3 및 참고예 1은 정상 방사성 팩 압력 관리범위에 포함되었지만, 제1 필라멘트가 본원에 비해 결정화 온도가 너무 낮거나 이물질 함량이 많아서, 물성 측정이 어려웠다. 특히, 도 1에 나타낸 것처럼, 비교예 3은 부직포 제조시 캘린더롤의 끈적임(Sticky) 현상이 심하고(도 1의 (a), 그에 따른 부직포 표면의 모습을 보면 미연신사에 따른 시트 품위 불량이 발생하였다(도 1의 (b)). 비교예 4는 필라멘트 이탈 및 절사가 다수 발생하고, 또한 Cop 이탈로 인한 방사가 불가하여 인장강도 및 인장 신율을 측정할 수 없었다.

Claims (11)

  1. 융점이 255℃이상인 재생 폴리에스테르로 구성된 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트보다 융점이 30℃ 이상 낮은 저융점 코폴리에스테르로부터 제조된 제2 필라멘트의 혼섬사의 섬유 웹을 포함하고,
    상기 재생 폴리에스테르는, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻어진 폐폴리에스테르 중합체의 재생 물질을 포함하고, 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만인,
    스펀본드 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재생 폴리에스테르는 테레프탈산(TPA) 100 중량부에 대해 이소프탈산(IPA) 45 내지 75 중량부, 에틸렌글리콜(EG) 47 내지 58 중량부 및 디에틸렌글리콜 69 내지 74 중량부를 포함한 단량체 조성물의 폐폴리에스테르 중합체의 재생 물질을 포함하는 스펀본드 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재생 폴리에스테르는 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질의 갯수가 10개 이하인, 스펀본드 부직포.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트에 함유된 상기 재생 폴리에스테르는 재생 폴리에스테르 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질을 2 내지 9개 포함하는 스펀본드 부직포.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재생 폴리에스테르는, 에틸렌글리콜에 대한 디에틸렌글리콜의 비율이 1.30 이하인 단량체 조성물을 이용하여 얻어진 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트의 재생 물질이며, 고유점도(IV)가 0.60 내지 0.80dl/g이며, 결정화 온도가 175℃ 이상 185℃ 미만이고, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 전체 중량에 대해 1.0 내지 10.0㎛의 크기를 갖는 평균 이물질 갯수가 10개 이하인 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는, 스펀본드 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼섬사는 제1필라멘트 50 내지 95 중량%; 및 제2 필라멘트 5 내지 50 중량%;를 포함하는스펀본드 부직포.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트의 평균섬도는 5 내지 10 데니어인 필라멘트이고, 상기 제2 필라멘트의 평균섬도는 2 내지 5 데니어의 필라멘트인, 스펀본드 부직포.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스펀본드 부직포는 단위면적당 중량이 90 g/㎡일 때, 두께가 0.35mm 내지 0.40mm인, 스펀본드 부직포.
  9. 제1항에 있어서,
    방사 팩의 압력 범위가 1,600~2,500 psi인 방사 조건으로 얻어지는 스펀본드 부직포.
  10. 제1항에 있어서,
    KS K ISO-9073-3 방법에 의거하여 측정된 인장강도가 15kg.f/5cm이상이고 인장신율이 15% 이상인 스펀본드 부직포.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 스펀본드 부직포를 기포지로 포함하는 타일카페트.
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