WO2023195794A1 - 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선별 방법 - Google Patents

에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선별 방법 Download PDF

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WO2023195794A1
WO2023195794A1 PCT/KR2023/004653 KR2023004653W WO2023195794A1 WO 2023195794 A1 WO2023195794 A1 WO 2023195794A1 KR 2023004653 W KR2023004653 W KR 2023004653W WO 2023195794 A1 WO2023195794 A1 WO 2023195794A1
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WO
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acid
polymer
hydroxy
ester functional
functional group
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PCT/KR2023/004653
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English (en)
French (fr)
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조정모
조예림
여홍란
이종용
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한국화학연구원
(주) 리뉴시스템
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/02—Recovery or working-up of waste materials of solvents, plasticisers or unreacted monomers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather

Definitions

  • the present invention relates to a method for effectively selecting polymers containing ester functional groups from a polymer mixture of polymers containing ester functional groups and other types of polymers, using a chemical extractant to select colored polymers containing ester functional groups. It relates to a technology that allows selecting polymers containing ester functional groups from polymer mixtures relatively simply and at low cost using a method of removing only the foreign substances that express the color they contain.
  • Synthetic polymers synthesized using raw materials extracted from petroleum are inexpensive and durable materials, and have the advantage of being easy to mold and process, so they are used to produce various products such as synthetic fibers and plastics. Due to these advantages, the consumption of products using the above synthetic polymers has increased dramatically over several decades in various fields of life. However, as synthetic polymer waste that is not properly managed is left in the environment, it causes environmental pollution or breaks down into small pieces, wanders throughout the ecosystem, accumulates in living organisms, and eventually enters the human body again through fine dust, drinking water, food, etc., causing problems. there is.
  • waste polymer products containing various components must first be classified as a single substance with uniform polymer structural characteristics. This is especially true in the case of waste fiber products, as they are often a mixture of various types of fibers or are discharged as mixed materials.
  • Polymer products containing ester functional groups can be monomerized through depolymerization, and monomers produced through decomposition can theoretically have properties equivalent to the raw materials used in initial polymer synthesis.
  • Depolymerization routes that are applied industrially to recycle PET include hydrolysis, glycolysis, methanolysis, and ammonolysis, and these are combined for each process.
  • a variety of chemical depolymerization methods are being applied, ranging from complex processes that take advantage of the advantages.
  • the dyes are classified into natural dyes obtained from plants, animals, or minerals or artificial dyes artificially synthesized. Artificial dyes include direct dyes, mordant dyes, reductive dyes, chromogenic dyes, disperse dyes, and reactive dyes. The most representative dyes applied to polymer materials containing ester functional groups are azo-based and anthraquinone-based disperse dyes, which can be classified by chemical structure.
  • Colored polymers containing ester functional groups as described above are colored molecules that express color through simple contact with water or organic solvents because colored dye molecules, which are foreign substances that express color within the polymer, exist in the form of a complex with the polymer matrix. It is known as a waste resource that causes environmental problems because it is not easy to separate or remove, and because it is difficult to physically and chemically recycle, most of it is discarded or incinerated.
  • Existing classification methods for selecting polymers include a physical separation method that classifies polymers using density differences, a spectroscopic classification method that classifies light absorption, diffusion, and reflection spectra according to the structure of the polymer, and oxidation, reduction, and valence. Chemical classification methods through decomposition of polymers, such as decomposition and electrolysis, are being used.
  • the present invention selectively decolorizes only the polymer containing an ester functional group from a polymer mixture containing a colored polymer containing an ester functional group and other types of colored polymers, and uses the color difference to remove the polymer from which color-expressing foreign substances have been removed.
  • the object of the present invention is to provide a method for selecting polymers containing an ester functional group from the colored polymer mixture by distinguishing them from non-decolorized polymers, and an extractant for the selective decolorization.
  • the present invention seeks to provide a method for selecting all polymers containing colorless and colored ester functional groups from the mixture when polymers containing colorless and colored ester functional groups are mixed in the polymer mixture.
  • the present invention is a colored polymer mixture containing an ester functional group and other types of colored polymers, which selectively elutes and removes foreign substances that express color only in the polymer containing an ester functional group.
  • an extractant it is characterized in that it contains at least one of the compound represented by the following formula (1) and the compound represented by the formula (2), and selectively elutes foreign substances that express color only in the polymer containing an ester functional group from the polymer mixture. Provides an extractant for removal.
  • a 1 is selected from a carboxyl group, an aldehyde group, and a nitrile group
  • R 1 is a hydroxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, a nitrile group, a straight-chain or branched saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms, and a nitrile group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 1 may be the same or different from each other.
  • n is any integer selected from 1 to 6, and when n is 2 or more, A 1 may be the same or different from each other.
  • a 2 may be at least one selected from ester, ether, and carbonyl, and R 2 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • n is any integer selected from 1 to 6, and when n is 2 or more, A 2 and R 2 may be the same or different from each other.
  • Other definitions of R 1 and m are the same as in Formula 1 above.
  • the compound represented by Formula 1 or Formula 2 is methoxybenzene, ethoxybenzene, butoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxy Benzene, 1,4-dimethoxybenzene, 1,2-diethoxybenzene, 1,3-diethoxybenzene, 1,4-diethoxybenzene, 1,2,3-trimethoxybenzene, 1,2,4 -Trimethoxybenzene, 1,3,5-trimethoxybenzene, 1,2,4-triethoxybenzene, 1,3,5-triethoxybenzene, 1,2,3,4-tetramethoxy Benzene, 1,2,3,5-tetramethoxybenzene, 1,2,4,5-tetramethoxybenzene, 1-methoxy-2-methylbenzene, 1-methoxy-3-methylbenzene, 1- Methoxy-4-methylbenzene, 1-ethyl-2-methoxybenzene, 1-
  • the present invention is a method of selecting a polymer containing an ester functional group from a colored polymer mixture containing a colored polymer containing an ester functional group and other types of colored polymers, comprising (a) a colored polymer containing an ester functional group and A step of selectively decolorizing the colored polymer containing an ester functional group by contacting a polymer mixture containing different types of colored polymers with an extractant that extracts color-exposing foreign substances; (b) separating the decolorized polymer from the non-decolorized polymer in step (a) using color difference; a method for selecting a polymer containing an ester functional group from the polymer mixture, comprising: provides.
  • the polymer containing the ester functional group is in the form of a fiber or fabric, and the fabric is a polyester fiber alone containing an ester functional group; Alternatively, it may be a blended fabric further comprising polyester fiber containing an ester functional group and at least one of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, cotton, hemp, wool, rayon, acetate, acrylic, nylon, and spandex. .
  • the colored polymer is a polymer colored by foreign substances that express one or more colors
  • the polymer mixture contains color space coordinates (L * a * b) measured through a spectrophotometer.
  • * color space coordinates
  • X * represents the square root of the sum of the squares of each of the a * and b * values.
  • the decolorization process in step (a) may be performed at a temperature ranging from 70 to 200°C.
  • the coordinate value L * may be characterized as satisfying 60 or more, and X * may be characterized as satisfying 50 or less.
  • the present invention also provides a method for selecting when a polymer mixture contains a colorless polymer containing an ester functional group, (i) adding color to a polymer mixture containing a polymer containing an ester functional group and other types of polymers.
  • the extractant in step (iii) may include one or more of the compound represented by Formula 1 and the compound represented by Formula 2.
  • step (ii) when color space coordinates (L * a * b * ) are converted to two-dimensional coordinates (L * X * ), the coordinate value L * is 60 or more, * excludes polymers that satisfy 50 or less, and when the color space coordinates (L * a * b * ) of the decolorized polymer in step (iii) above are converted to two-dimensional coordinates (L * X * ), the coordinate value L * may be selected to satisfy 60 or more, and X * may be selected to satisfy 50 or less.
  • the dyeing in step (i) may be performed by recovering and using a waste extract in which foreign substances expressing the color obtained by decolorization in step (iii) have been eluted and mixed. .
  • the present invention from a polymer mixture containing a polymer containing an ester functional group and other types of polymers, only the polymer containing an ester functional group is selectively removed to remove color-expressing foreign substances, thereby discoloring the polymer containing the decolorized ester functional group and the non-decolorized polymer. It has the effect of easily selecting polymers containing ester functional groups from polymer mixtures by using the color differences between different types of colored polymers.
  • the extractant according to the present invention is a solvent with low toxicity to the human body, and does not cause serious physical/chemical deformation in polymers other than those containing ester functional groups, and acts selectively only on polymers containing ester functional groups to relatively remove colored substances. Because it dissolves quickly at low temperatures, the decolorization process is simple, economical, and environmentally friendly.
  • Figure 1 shows the effect of an extractant according to an embodiment of the present invention, showing fibers decolorized by direct contact with each colored fiber and anisole as an extractant.
  • Figure 2 shows a comparison of the color space coordinates (L * a * b * ) of the fiber before and after bleaching treatment with two-dimensional coordinates (L * X * ) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the spectral spectrum of a polyester fiber decolorized according to an embodiment of the present invention, and shows a comparison of the spectral spectrum according to the fiber color.
  • Figure 4 shows the decolorization effect caused by contact with the indigo polyester fiber of raw material 2 and the solvent when the decolorization process was performed using solvents corresponding to Chemical Formulas 1 and 2 according to the present invention and solvents not corresponding to these as extractants. This is a comparison of the color of the fiber after treatment.
  • Figure 5 shows the results of an experiment according to a comparative example of the present invention, and shows the decolorization effect due to contact with the indigo polyester fiber of raw material 2 and a solvent in two-dimensional coordinates (L * X * ).
  • Figure 6 shows 13 C NMR spectra for mixtures of a polymer containing an ester functional group and an extractant according to the present invention at different concentrations.
  • Figure 7 shows 13 C NMR spectra for mixtures of a polymer containing an ester functional group and an extractant not according to the present invention at various concentrations.
  • Figure 8 shows 1 H NMR spectra for mixtures of a polymer containing an ester functional group and an extractant according to the present invention at different concentrations.
  • Figure 9 shows 1 H NMR spectra for mixtures of polymers containing ester functional groups and extractants other than those according to the present invention at different concentrations.
  • Figure 10 shows the results of an experiment according to a comparative example of the present invention, comparing the decolorization effect by morpholine contact on the indigo polyester fiber of raw material 2.
  • Figure 11 shows the decolorization effect when 1-methylpyrrolidin-2-one and methylsulfinylmethane were used as extractants on polymers containing ester functional groups and other colored fibers. will be.
  • Figure 12 is a photograph of the colored fiber mixture before and after treatment with an extractant using a Soxhlet extractor, and a photograph of only the decolorized fibers being separated.
  • Figure 13 shows the spectral spectrum of fibers that satisfy reference coordinate values among fibers decolorized using a Soxhlet extractor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 shows the spectral spectra of colored fibers other than polymers containing ester functional groups and colorless fibers, and shows a comparison of the spectral spectra according to fiber color.
  • Figure 15 is a photograph of fiber dyed according to an example and comparative example of the present invention.
  • Figure 16 shows the color space coordinates (L * a * b * ) of fibers dyed according to an example and comparative example of the present invention in two-dimensional coordinates (L * X * ).
  • Figure 17 shows the color space coordinates (L * a * b * ) of fibers dyed according to an example and a comparative example of the present invention in two-dimensional coordinates (L * X * ).
  • Figure 18 shows the color change of the fiber when re-dyed with a waste extract solution generated during the decolorization process and then decolorized again according to an embodiment of the present invention.
  • a colorless polymer refers to a polymer that does not have color because it does not contain foreign substances that express color
  • a colored polymer refers to a polymer that contains foreign substances that express color and thus has a color other than white. It means a polymer having .
  • the method includes (a) a colored polymer mixture containing an ester functional group and other types of colored polymers, and an extractant containing at least one of the compounds represented by Formula 1 and Formula 2 below. Decolorizing only the colored polymer containing an ester functional group by contact with it; (b) separating the polymer decolorized in step (a) from the non-decolorized polymer using color difference.
  • a 1 is selected from a carboxyl group, an aldehyde group, and a nitrile group
  • R 1 is a hydroxy group, an ether group, an aldehyde group, a carboxyl group, a straight-chain or branched saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms, or a saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 1 may be the same or different from each other.
  • n is any integer selected from 1 to 6, and when n is 2 or more, A 1 may be the same or different from each other.
  • a 2 may be at least one selected from ester, ether, and carbonyl, and R 2 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • n is any integer selected from 1 to 6, and when n is 2 or more, A 2 and R 2 may be the same or different from each other.
  • Other definitions of R 1 and m are the same as in Formula 1 above.
  • the extractant in step (a) contains at least one selected from the compound represented by Formula 1 and the compound represented by Formula 2, and at least one functional group is connected to the aromatic ring through a linker,
  • the functional group is characterized by causing a pi-pi interaction ( ⁇ - ⁇ interaction) with a polymer containing an ester functional group or having a hydrogen bonding force.
  • the extractant according to the present invention selectively removes substances that express color only in colored polymers containing ester functional groups from a mixture of various types of polymers, and does not show any significant changes in color and shape to other types of polymers. These are things that have no effect. Therefore, in a mixture of various types of polymers, color-expressing foreign substances contained in colored polymers containing ester functional groups can be selectively removed and decolorized.
  • Examples of the compounds represented by Formula 1 or Formula 2 of the present invention include, but are not limited to, methoxybenzene, ethoxybenzene, butoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, 1,4-dimethoxybenzene, 1,2-diethoxybenzene, 1,3-diethoxybenzene, 1,4-diethoxybenzene, 1,2,3-trimethoxybenzene, 1,2,4-tri Methoxybenzene, 1,3,5-trimethoxybenzene, 1,2,4-triethoxybenzene, 1,3,5-triethoxybenzene, 1,2,3,4-tetramethoxybenzene, 1,2,3,5-tetramethoxybenzene, 1,2,4,5-tetramethoxybenzene, 1-methoxy-2-methylbenzene, 1-methoxy-3-methylbenzene, 1-methoxy -4-methylbenzene, 1-ethyl-2-methoxybenz
  • those that exist in a liquid state have a melting point lower than the extraction temperature. It can be used, and it is advantageous to have low viscosity and fluidity so that color-expressing foreign substances can spread quickly.
  • the polymer containing the ester functional group may be a polymer formed by condensation polymerization of dicarboxylic acid and dialcohol, where the dicarboxylic acid is terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid, and diphenyl ether dicarboxylic acid.
  • diphenylsulfonedicarboxylic acid diphenoxyethanedicarboxylic acid, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, decanedicarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, trimellitic acid, pyromelli It is selected from the group consisting of trimethylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-propanediol, tetramethylene glycol, neopentyl glycol, hexamethylene glycol, decanemethylene glycol, dodecamethylene glycol, 1 , 4-cyclohexanedimethanol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, polypropylene glycol, di (tetramethylene) glycol, tri (tetramethylene) ) is selected from the group consisting of glycol,
  • colored polymers containing the ester functional group include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polyglycolide or polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), and polycaprolactone (PCL).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PPT polypropylene terephthalate
  • PGA polyglycolide or polyglycolic acid
  • PLA polylactic acid
  • PCL polycaprolactone
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • PBS polyhydroxybutyrate
  • PBS polybutylene succinate
  • PBT poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalor)
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • Vectran Vectran
  • the most common example of the colored polymer containing the ester functional group is polyethylene terephthalate, and the starting materials for producing the polymer are terephthalic acid or its derivative monomer and ethylene glycol.
  • the polymer containing the ester functional group may be used alone or in the form of a mixed resin in which polymers other than the polymer containing the ester functional group are mixed, such as plastic materials such as polyethylene, high-density polyethylene, low-density polyethylene, polypropylene, polystyrene, and polyvinyl chloride. It may be in the form of a mixed polymer that additionally contains one or more of polymers such as cotton, hemp, wool, rayon, acetate, acrylic, nylon, and spandex.
  • other polymers mixed with the polymer containing the polyester functional group listed as examples above are merely examples and are not limited to those listed above.
  • the polymer containing the ester functional group may be all or part of the material molded into a film or bottle, etc., and may be a staple fiber (staple), a long fiber (filament) used for clothing or industrial purposes, or a mixture thereof. , may be in the form of yarn, amorphous material, or fabric.
  • step (a) the extractant is brought into direct contact with the colored polymer mixture to elute and remove colored foreign substances only from the polymer containing an ester functional group in the mixture.
  • the decolorization process of step (a) may be repeated two or more times.
  • Step (a) may be performed at 70 to 200°C, but is more preferably performed at 120 to 150°C. If the temperature is less than 70°C, the dissolution rate may proceed slowly and the extraction effect may be limited, and if the temperature exceeds 200°C, energy consumption may be very high.
  • step (a) the extraction mixture solution containing color-generating foreign substances is heated, the vaporized extractant is condensed, cooled, and re-supplied through continuous reflux, so that the liquid extractant has an ester functional group.
  • a method of effectively removing color-expressing foreign substances can be applied by maintaining continuous contact with the polymer containing.
  • the temperature of the heating unit can be maintained at a temperature close to the boiling point of the extractant.
  • the contact temperature (or extraction temperature) between the polymer and the extractant may be determined by the amount of heat applied to the heating unit and the reflux speed of the extractant, which may also affect extraction performance. It may be desirable to proceed with the extraction so that the contact temperature between the polymer and the extractant is maintained at a temperature approximately 0 to 50°C lower than the boiling point of the extractant.
  • an extraction mixture solution containing the extractant and color-expressing foreign substances is prepared by a method comprising at least one of evaporation and distillation.
  • the extractant can be recovered from.
  • the step (b) is to classify decolorized polymers and non-decolorized polymers through color differences.
  • the dye has been removed not only by spectrophotometry but also by color brightness or saturation.
  • Simply distinguishable detectors can be used, and color coordinate values such as RGB, HSV, CMYK or Lab can be used.
  • the color coordinate value used to distinguish whether the material is discolored is based on the total reflection measurement method (SCI), which includes both specular light and diffuse light.
  • SCI total reflection measurement method
  • a process can be configured to detect and automatically select the decolorized polymer.
  • the polymer mixture is added with the formula 1 and/or When the extractant of Formula 2 is applied, decolorization occurs only in polymers containing ester functional groups, so only polymers containing ester functional groups can be selectively distinguished.
  • the selected polymers can also be used in the recycling industry because color foreign substances (e.g. dyes) that are difficult to purify are removed and discolored in the process of selecting only polymer resins containing a high concentration of ester functional groups from waste mixed polymer resins. .
  • color foreign substances e.g. dyes
  • the selected decolorized polymer is applied to the depolymerization reaction process of a polymer containing an ester functional group, high-quality monomers can be produced without undergoing a high-cost purification process.
  • the polymer mixture contains a colorless polymer containing an ester functional group
  • a process of dyeing the polymer containing the ester functional group is added as a method of selecting the polymer, thereby selecting the polymer containing the ester functional group.
  • the selective decolorization method for polymers can also be applied to colorless polymers.
  • the method includes (i) contacting a color-expressing foreign substance with a polymer mixture of a polymer containing an ester functional group and other types of polymers to selectively dye only the polymer containing an ester functional group; (ii) excluding colorless polymers from the mixture of polymers using color differences in the mixture after step (i); (iii) contacting the mixture after step (ii) with an extractant that extracts color-generating foreign substances to selectively decolorize only the colored polymer containing an ester functional group; (iv) separating the decolorized polymer and the non-decolorized polymer using color difference.
  • Step (i) is a step of contacting a polymer resin mixture containing a colorless polymer resin containing a colorless ester functional group with a disperse dye, etc. to dye the colorless polymer containing an ester functional group and converting it into a colored polymer.
  • the dye must be a dye that selectively colors only polymers containing an ester functional group, and may be, for example, an azo-based or anthraquinone-based disperse dye.
  • the dye for coloring may be a new dye that has not been used, but a waste dye already extracted from colored polymer fibers containing an ester functional group using the extractant of the present invention may be used.
  • step (ii) the colorless polymer contained in the polymer resin mixture is excluded.
  • step (i) the colorless polymer containing the ester functional group contained in the polymer mixture becomes colored, so in step (ii), there is no colorless polymer containing the ester functional group, but colorless polymers that do not contain the ester functional group may exist.
  • step (ii) by excluding colorless polymers from step (ii) using color difference, only colored polymers are introduced into step (iii).
  • step (iii) one or more of the extractants represented by Formula 1 and/or Formula 2 are used to selectively decolorize only the colored polymer containing an ester functional group in the polymer mixture, and in step (iv), the dye
  • step (iv) the dye
  • An undyed plain polyester fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain polyester fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed navy blue using disperse dye (dye: Dystar Dianix Blue E-R 150%; C.I. Disperse Blue 56) is cut into squares of approximately 3cm on each side. It was prepared as a colored polymer raw material having .
  • Plain polyester fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed red using an azo-based disperse dye (C.I. Disperse Red 1) is cut and prepared as a colored polymer raw material having a square size of approximately 3cm on one side. did.
  • C.I. Disperse Red 1 an azo-based disperse dye
  • Plain polyester fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed red using an anthraquinone-based disperse dye (C.I. Disperse Red 9) is cut into colored polymer raw materials having a square size of approximately 3cm on one side. Ready.
  • One side is cut from a blended fabric of 82% polyester fiber and 18% spandex and dyed black using a disperse dye (dye: Dystar Dianix Deep Black Plus) (dye weight ratio: 1.5% o.w.f). It was prepared as a colored polymer raw material with a square size of about 3 cm.
  • a disperse dye (dye: Dystar Dianix Deep Black Plus) (dye weight ratio: 1.5% o.w.f). It was prepared as a colored polymer raw material with a square size of about 3 cm.
  • Undyed plain nylon fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain nylon fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed orange using acid dye (dye: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116) is cut into squares of approximately 3cm on one side. It was prepared from colored polymer raw materials.
  • Undyed plain wool fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material with a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain wool fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed orange using acid dye (dye: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116) is cut into squares of approximately 3cm on each side. It was prepared from colored polymer raw materials.
  • Undyed plain silk fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain silk fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed orange using acid dye (dye: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116) is cut into squares of approximately 3cm on each side. It was prepared from colored polymer raw materials.
  • Undyed plain acrylic fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain acrylic fiber fabric (dye weight ratio: 1.5% o.w.f.) dyed yellow using basic dye (Dystar Astrazon Golden Yellow GL-E 200%; C.I. Basic Yellow 28) is cut into squares of approximately 3cm on each side. It was prepared as a colored polymer raw material having .
  • Undyed plain cotton fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material with a square size of approximately 3 cm on each side.
  • Colored polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side by cutting plain cotton fiber fabric (dye weight ratio: 2.0% o.w.f.) that has been dyed yellow using a reactive dye (Dystar Remazol Golden Yellow RNL; C.I. Reactive Orange 107). It was prepared with
  • Undyed plain rayon fiber fabric was cut and prepared as a colorless polymer raw material having a square size of approximately 3 cm on one side.
  • Plain rayon fiber fabric (dye weight ratio: 2.0% o.w.f.) dyed yellow using reactive dye (Dystar Remazol Golden Yellow RNL; C.I. Reactive Orange 107) is cut into colored polymers with a square size of approximately 3 cm on each side. Prepared as raw materials.
  • polyester fiber of raw material 2 was placed in a 50 ml vial containing 10.0 g of anisole (methoxybenzene) previously heated to a temperature of 130°C and stirred using a magnetic stirrer. After stirring at 300 rpm for 10 minutes, take out the polyester fiber using tweezers and soak it for 1 to 2 seconds using 10.0 g of the same solvent (anisole) maintained at 90°C prepared in a 50 ml vial bottle. After washing, transfer to a glass evaporation dish. Afterwards, it was placed in a vacuum dryer maintained at 60°C under vacuum ( ⁇ 2 mmHg) and dried for more than 12 hours to prepare a fiber from which the dye was removed.
  • anisole methoxybenzene
  • the color coordinate L * a * b * value was measured using a spectrophotometer (manufacturer: Konica Minolta model name: CM-3600A).
  • the value expressed as L * a * b * is the coordinate value of the color space standardized by the International Commission on Illumination (CIE), and L * represents lightness, expressed from 0 (black) to 100 (white). It is a numerical value, and a * and b * are numerical values expressed along the complementary color axes of red (+)/green (-) and yellow (+)/blue (-), respectively.
  • NIR near infrared spectrophotometer
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that red (dye: Disperse Red 1) fiber of raw material 3 was used as the polyester fiber raw material.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that red (dye: Disperse Red 9) fiber of raw material 4 was used as the polyester fiber raw material.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that orange (dye: Acid Orange 116) nylon fiber of raw material 7 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that orange (dye: Acid Orange 116) wool fiber of raw material 9 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that orange (dye: Acid Orange 116) silk fiber of raw material 11 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that yellow (dye: Basic Yellow 28) acrylic fiber of raw material 13 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • Fibers were treated in the same manner as in Example 1, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) cotton fiber of raw material 15 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Example 1, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) rayon fiber of raw material 17 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that ethylbenzoate was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that ethoxybenzene was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that triethyl phosphate was used as an extractant.
  • Fibers were treated in the same manner as Example 1, except that butylbutyrate was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that methoxycyclohexane was used as an extractant.
  • Fibers were treated in the same manner as Example 1, except that 1,4-xylene was used as an extractant.
  • Fibers were treated in the same manner as Example 1, except that morpholine was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that 1-methylpyrrolidin-2-one was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as Example 1, except that methylsulfinylmethane was used as an extractant.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that orange (dye: Acid Orange 116) nylon fiber of raw material 7 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that orange (dye: Acid Orange 116) wool fiber fabric of raw material 9 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that orange (dye: Acid Orange 116) silk fiber fabric of raw material 11 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that yellow (dye: Basic Yellow 28) acrylic fiber fabric of raw material 13 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • Fibers were treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) cotton fiber fabric of raw material 15 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 6, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) rayon fabric of raw material 17 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that orange (dye: Acid Orange 116) nylon fiber of raw material 7 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that orange (dye: Acid Orange 116) wool fiber fabric of raw material 9 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that orange (dye: Acid Orange 116) silk fiber fabric of raw material 11 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • the fiber was treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that yellow (dye: Basic Yellow 28) acrylic fiber fabric of raw material 13 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • Fibers were treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) cotton fiber fabric of raw material 15 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • Fibers were treated in the same manner as in Comparative Example 7, except that yellow (dye: Reactive Orange 107) rayon fabric of raw material 17 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group.
  • Figure 1 shows the extent to which dye was removed when colored polymer fibers containing an ester functional group and colored fibers other than the polymer containing an ester functional group were contacted with an extractant (anisole) according to Examples 1 to 10 of the present invention. , shows photos of fibers that have gone through a decolorization process in which dye is extracted by contacting various types of fabrics with anisole heated to 130°C for 10 minutes under the conditions specified in Example 1.
  • Table 1 shows the color space coordinates (L * a * b * ) measured using a spectrophotometer for the fibers from which the dye was removed after going through the decolorization process by contact with anisole in Examples 1 to 10,
  • Figure 2 shows this transformed into two-dimensional coordinates (L * X * ) and shown in plane coordinates.
  • the brightness value measured by a spectrophotometer for the polymer fibers containing the ester functional group from which the dye was removed according to Examples 1 to 4 showed very high values of 78 to 86.
  • the reason that the measured brightness does not reach 100 is due to the fabric characteristics of the fiber and the unique characteristics of the measurement environment due to the use of a dark surface as the background for measuring the fiber.
  • a * and b * values which represent the complementary color axes of red/green and yellow/blue, had very different values in the case of the fiber's primary colors, but in the fiber after bleaching, there was a clear tendency to approach the neutral value below 17.
  • the brightness value of the fibers (non-polyester) after the decolorization process of Examples 5 to 10 measured with a spectrophotometer is 74.1 or less, which is equal to the brightness value of the initial raw material without the decolorization process.
  • the values are almost identical, and the a * and b * values after dye removal are also coordinate values that are relatively far away from the neutral value, around 26 to 89, so the decolorization effect caused by the extractant is limited to polymers containing polyester functional groups. It can be seen that
  • Example 4 the raw material was a polymer fiber blended with polyester and spandex, and the brightness value of the fiber before the decolorization process was about 16, which was a very dark color. However, after the decolorization process, the fiber had a value close to 78 and a * The values of and b * were 1.2 and 5.0, respectively, and a clear dye removal effect was observed. These results show that color-expressing foreign substances can be removed using the extractant proposed in the present invention even for polymer fibers containing an ester functional group in a blended form where a polymer containing an ester functional group and other fibers are mixed. This clearly demonstrates that the screening yield of polymers containing ester functional groups can be improved.
  • the blended fiber containing a high concentration of ester functional group refers to the volume% of the polymer containing the ester functional group being 30% by volume or more, preferably 50% by volume, and more preferably 80% by volume or more.
  • the color space coordinates (L * a * b * ) of the polymer fiber containing the ester functional group from which the dye was removed after decolorization are two-dimensional coordinate values, that is, with L * as the vertical axis and a * and b * values.
  • X * expressed as the square root of the sum of squares, is plotted on the horizontal axis, it was observed that L * satisfies a value of 60 or more and X * satisfies a value of 50 or less.
  • Figure 3 shows the difference in near-infrared spectral spectra according to polymer fibers containing ester functional groups according to Examples 1 to 4 of the present invention, and the fibers from which dye was removed under the conditions of Example 1 were measured with a spectrophotometer.
  • color space coordinates L * a * b *
  • L * This is the result of measuring the spectral spectrum using .
  • Example 1, 11, 12 and Comparative Examples 1 to 5 the same conditions were applied except for the extractant used for decolorization in order to distinguish the decolorization effect by different extractants, and the indigo color of raw material 2 as a fiber raw material was applied. Polyester fiber was used. The temperature during the decolorization process was kept constant at 130°C.
  • Figure 4 shows photographs of fibers after going through the decolorization process in Examples 11 and 12 and Comparative Examples 1 to 5, and Table 2 below shows the colorless polyester raw material of Raw Material 1 and Examples 11 and 12 and Comparative Examples 1 to 5.
  • the color space coordinates (L * a * b * ) measured using a spectrophotometer are shown for each of the polyester fibers after going through the bleaching process, and Figure 5 shows the color space coordinates (L * a) of Table 2 above. * b * ) is transformed and expressed as two-dimensional coordinates.
  • Example 1 the brightness (L * ) was 85.5, and the values of a * and b * representing the complementary color axis for the color were 0.7 and 0.7, respectively, showing values close to the color coordinate values of the colorless polyester fiber of raw material 1.
  • Ethyl benzoate and ethoxy benzene used in Examples 11 and 12 also act effectively in removing color-producing foreign substances, so that the color coordinate value of the fiber after decolorization is within the range representing the standard for dye removal effect presented in the present invention. You can check what is included.
  • the brightness (L * ) values measured by a spectrophotometer were all above 60, and the complementary color axis for color was Most of the indicated a * and b * values were measured as values close to neutral values.
  • the measured color space coordinate values are converted into two-dimensional coordinates (L * was observed in the range of 50 or less.
  • Methoxycyclohexane has a similar structure to anisole, which is one of the extractants according to the present invention, but is a compound in which the central functional group of the compound is modified into a saturated cycloalkane rather than an aromatic ring.
  • anisole which is one of the extractants according to the present invention
  • the dye removal effect was much lower than when anisole was applied as an extractant (Example 1).
  • Anisoles (which have the same number of carbon atoms and have a methoxy group bonded to a hydrocarbon ring) are divided into those with an unsaturated hydrocarbon structure (aromatic compounds) and those with a saturated hydrocarbon structure (cyclohexane).
  • Example 1) and methoxycyclohexane (Comparative Example 3) were added at different concentrations to a polymer containing an ester functional group, and then chemical shift changes were observed using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the extractant with the chemical structure claimed in the present invention exhibits high interaction between the polymer containing the ester functional group and heterogeneous molecules, and the addition of a high concentration of the extractant neutralizes the weak physical bond maintained by the dye and the polymer. From this, it can be assumed that dedyeing of the fiber progresses as the dye is irreversibly separated from the polymer matrix.
  • the morpholine of Comparative Example 5 showed a dye removal effect that satisfied L * of 60 or more and X * of 50 or less, which are the standards for selecting high purity polyester claimed in the present invention. However, morpholine reacted directly with the color-expressing dye, resulting in color modification, and some of these components were observed to remain in the polymer matrix.
  • Figure 10 shows the appearance of each solvent and fiber after the dedyeing process of polyester fiber using anisole (methoxybenzene) used in Example 1 and morpholine in Comparative Example 5.
  • Example 1 the indigo polyester fiber of raw material 2 was used, but when morpholine was used, the indigo dye changed to light orange, and after this color transformation, the fiber took on a weak orange color, and the modified dye component remained. It was found that In Comparative Example 5, discoloration occurred in the colored polyester fiber, but this was due to chemical modification of the dye chromophore, which is different from the effect of the present invention in which discoloration proceeds by physically separating the dye component from the polymer matrix.
  • Comparative Examples 6 to 19 were applied to the same extraction conditions as Experimental Example 1 using compounds that do not have the chemical structure of the present invention, but the extraction conditions were applied to polymer fibers containing an ester functional group and fiber materials other than polymers containing an ester functional group. This is to explain the dye effect.
  • Table 3 the types of polymers and extractants used in Comparative Examples 6 to 19, and the dedyeing effect according to the extraction process are shown in two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • Figure 11 shows extractants (1-methylpyrrolidin-2-one, methylsulfinylmethane) that do not have a chemical structure according to the present invention but have a dedyeing effect on polymers containing ester functional groups for various fibers. This shows the shape of the fiber after applying the same extraction process.
  • 1-methylpyrrolidin-2-one and methylsulfinylmethane were used as extractants for various types of polymers, discoloration occurred in Comparative Examples 6 and 7 where polyester was applied, and those applied to materials other than polyester fibers. In all cases except Comparative Examples 12, 13, and 18, deformation of the fiber was observed. In particular, acrylic fibers were completely decomposed and could not be recovered.
  • the extractant used in Comparative Examples 6 to 19, which is not an extractant having the structure of Formula 1 or Formula 2 according to the present invention, can exhibit a dedyeing effect on polymers containing an ester functional group, but reacts with other types of polymers. Not only is it difficult to apply it to the sequential recycling process of polymers mixed with various materials as it causes or dissolves, but it can also become difficult to apply to the screening process for selective separation and high purity of polymers containing ester functional groups.
  • anisole methoxybenzene
  • Figure 12 shows the color change of the colored fiber mixture before and after extractant treatment using a Soxhlet extractor. As shown in Figure 12, when the mixed fiber and the extractant were contacted using a Soxhlet extractor, it can be seen that selective decolorization occurred only in specific fibers (polyester fibers of raw materials 2 to 5).
  • Figure 14 shows spectra measured using a near-infrared spectrophotometer for fibers other than polymer fibers containing ester functional groups (nylon, wool, silk, acrylic, cotton, rayon).
  • fibers that had not been decolorized were randomly selected and measured with a near-infrared spectrophotometer, one of the spectra in Figure 14 was observed, not the spectrum in Figure 3 or Figure 13.
  • the dyes previously introduced into each waste fiber can be used as indicators to chemically select polymers containing ester functional groups after the decolorization process. Therefore, this technology has the advantage of not having to add a separate new material for sorting after the decolorization process.
  • Dyeing was carried out in the same manner as in Example 14, except that undyed nylon fiber of raw material 6 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and color space coordinates (L * a) measured with a spectrophotometer were obtained. The values converted from * b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • Dyeing was carried out in the same manner as in Example 14, except that the undyed wool fiber of raw material 8 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color space coordinates (L * a) measured with a spectrophotometer were The values converted from * b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • Dyeing was carried out in the same manner as in Example 14, except that undyed silk fiber of raw material 10 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color space coordinates (L * a) measured with a spectrophotometer were The values converted from * b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • Fibers were dyed in the same manner as in Example 14, except that undyed acrylic fiber of raw material 12 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and color space coordinates (L * a) measured with a spectrophotometer were obtained. The values converted from * b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • Fibers were dyed in the same manner as in Example 14, except that undyed cotton fiber of raw material 14 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color space coordinates (L * a * The values converted from b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • Fibers were dyed in the same manner as in Example 14, except that undyed rayon fiber of raw material 16 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and color space coordinates (L * a) measured with a spectrophotometer were obtained. The values converted from * b * ) to two-dimensional coordinates (L * , X * ) are shown in Table 4.
  • the red disperse dye and anisole mixed solution used in Example 14 and Comparative Examples 20 to 25 simulated the waste extract containing the disperse dye previously extracted from colored polyester fibers using an extractant.
  • the extraction residual liquid generated in the selective decolorization process previously described in Examples 1 to 10 only differs in color from the simulated solution because it contains only disperse dyes selectively extracted from polyester fibers.
  • the mixed solution and waste extract prepared by the above simulation may have the same dyeing effect and dyeing principle during the re-dyeing process.
  • Figure 16 shows the color space coordinate values shown in Table 4 above in the form of coordinates (L * X * ).
  • the fiber is contacted with an extractant containing a dye using the method of Example 14 and Comparative Examples 20 to 25, it can be seen that the polymer fiber containing an ester functional group is selectively dyed, It can be confirmed that the dyeing effect is minimal for other fibers.
  • Example 15 and Comparative Examples 26 to 31 are the processes that occur after the decolorization process included in the present invention in order to selectively dye polymers containing ester functional groups from white or transparent polymer mixtures contained in waste as described above. This study was conducted to confirm the feasibility of using lung extract.
  • Example 14 The dyeing process was carried out under the same conditions as Example 14 and Comparative Examples 20 to 25, except that anisole (hereinafter referred to as waste extract) containing residual disperse dye, which occurred after the decolorization process of the polymer mixture of Example 13 described above, was used.
  • Table 5 shows the converted color space coordinates (L * a * b * ) measured with a spectrophotometer into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • a fiber raw material undyed polyester fiber of raw material 1 was used, and the dyed and dried fiber was subjected to a decolorization process using the same conditions as Examples 1 to 10.
  • the dyeing and decolorization process was performed in the same manner as in Example 15, except that undyed nylon fiber of raw material 6 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber was measured spectroscopically after the dyeing process.
  • Table 5 shows the values obtained by converting the color space coordinates (L * a * b * ) measured using the color system into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the dyeing and decolorization process was carried out in the same manner as in Example 15, except that undyed wool fiber of raw material 8 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber was measured spectroscopically after the dyeing process.
  • Table 5 shows the values obtained by converting the color space coordinates (L * a * b * ) measured using the color system into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the dyeing and decolorization process was performed in the same manner as in Example 15, except that undyed silk fiber of raw material 10 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber was measured spectroscopically after the dyeing process.
  • Table 5 shows the values obtained by converting the color space coordinates (L * a * b * ) measured using the color system into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the dyeing and decolorization process was performed in the same manner as in Example 15, except that undyed acrylic fiber of raw material 12 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber was measured spectroscopically after the dyeing process.
  • Table 5 shows the values obtained by converting the color space coordinates (L * a * b * ) measured using the color system into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the dyeing and decolorization process was carried out in the same manner as in Example 15, except that undyed cotton fiber of raw material 14 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber after the dyeing process was measured using a spectrophotometer.
  • Table 5 shows the converted values of the color space coordinates (L * a * b * ) measured with two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the dyeing and decolorization process was performed in the same manner as in Example 15, except that undyed rayon fiber of raw material 16 was used as a fiber raw material other than a polymer containing an ester functional group, and the color change of the fiber was measured spectroscopically after the dyeing process.
  • Table 5 shows the values obtained by converting the color space coordinates (L * a * b * ) measured using the color system into two-dimensional coordinates (L * , X * ).
  • the waste extractant used in the dyeing process in Example 15 and Comparative Examples 26 to 31 is the extractant residue generated during the selective decolorization of the polymer having an ester functional group from the polymer mixture previously described in Example 13, and is polyester. Since it contains only disperse dyes selectively extracted from fibers, only the color is different from the above simulated solution. In other words, the mixed solution and waste extract prepared by the above simulation may have the same dyeing effect and dyeing principle during the re-dyeing process.
  • Figure 17 shows the color space coordinate values shown in Table 5 above in the form of two-dimensional coordinates (L * X * ). As shown in Figure 17, when fibers are contacted with the waste extractant generated in the decolorization process using the methods of Example 15 and Comparative Examples 26 to 31, it can be seen that polymer fibers containing ester functional groups are selectively dyed. It can be confirmed that the dyeing effect is minimal for other fibers.
  • Figure 18 shows the color change of polyester fibers re-dyed and decolorized through Example 15.
  • Figure 16 when re-dying and decolorizing fibers by the methods of Example 15 and Comparative Examples 26 to 31, it was possible to dye colorless polymer fibers with an ester functional group by recycling the waste extract, and the waste extract was recycled. It has been shown that dyes introduced from the extract can be effectively removed through the decolorization technology included in the present invention.
  • the colorless polymer containing the ester functional group contained in the waste polymer mixture is selectively dyed, and then the dye is removed again, and the polymer containing the ester functional group in the polymer mixture of various types of polymers is colored and colored. It can be seen that selection can be made by the method according to the present invention regardless of colorlessness.
  • extractant residue recovered from the chemical screening process of the present invention can be reused in the dyeing process because it contains a high concentration of dyeable disperse dye, making it possible to implement a very economical and environmentally friendly waste fiber recycling process.

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Abstract

본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선별방법에 관한 것으로써, 고분자 혼합물 중 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제로 제거하여 탈색한 후, 상기 탈색된 고분자를 탈색되지 않은 다른 고분자와 색 차이을 이용하여 선별 분리하는 방법에 대한 것이다.

Description

에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선별 방법
본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 효과적으로 선별하는 방법에 대한 것으로, 화학적 추출제를 이용하여 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자에 포함된 색을 발현하는 이물질만을 제거하는 방법을 이용하여 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 상대적으로 단순하고 낮은 비용으로 선별할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
석유에서 추출되는 원료를 이용하여 합성된 합성 고분자는 저렴하고 내구성이 있는 물질이며, 성형 및 가공이 편리하다는 이점을 갖고 있어서 합성섬유나 플라스틱 등 다양한 제품 생산에 사용되고 있다. 이러한 이점으로 상기 합성 고분자를 이용한 제품은 생활 각 분야에서 소비량이 수십 년 동안 극적으로 증가하였다. 그러나 제대로 관리되지 못한 합성 고분자 폐기물이 환경에 방치되면서 환경오염을 일으키거나 작은 조각으로 분해되어 생태계 곳곳을 떠돌면서 생물에 축적되고 결국 미세먼지, 식수, 식품 등을 통해 다시 인체에 들어오는 문제점이 야기되고 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 자연 상태에서 분해 주기가 짧은 신규 플라스틱 물질 개발을 포함하여 기존 석유계 플라스틱의 화학적 분해로부터 플라스틱의 물리적 재생 및 재가공에 이르기까지 플라스틱의 축적을 최소화하거나 환경적인 영향을 감소시키기 위한 여러 가지 다양한 연구와 노력이 시도되고 있다. 고분자 소재 자체를 재사용하거나 일부 특성만 변형하여 재사용하는 물질적 또는 물리적 재활용은 물성이나 품질의 관리가 어려워 용도가 제한적이다. 사용 후 배출된 폐합성 고분자 제품을 해중합하여 단량체를 제조하고, 이를 중합 원료로 사용하여 이전 소재와 동등한 품질의 제품으로 재생산할 수 있게 하는 화학적 재활용 기술이 높은 주목을 받고 있다.
상기 합성 고분자의 해중합 방식은 합성 고분자의 종류에 따라 서로 달라지므로, 다양한 성분이 혼합 배출된 폐고분자 제품으로부터 균일한 고분자 구조 특성을 갖는 단일물질로 분류가 선행되어야 한다. 특히 폐섬유 제품의 경우는 여러 가지 종류의 섬유가 혼합된 형태이거나 혼방 소재로 배출되는 경우가 많아, 더욱 그러하다.
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 제품은 해중합(depolymerization)을 통해 단량체화가 가능하며, 분해를 통해 생성된 단량체는 이론적으로 초기 고분자 합성에 투입되는 원료와 동등한 성질을 가질 수 있다. 산업적으로 PET를 재활용하기 위해 응용되고 있는 해중합 경로는 가수분해(hydrolysis), 글라이콜리시스 (glycolysis), 메탄올리시스 (methanolysis), 암모놀리시스 (ammonolysis) 등이 있으며, 이들을 조합하여 각 공정별 장점을 활용하는 복합 공정에 이르기까지 다양한 화학적 해중합 방법이 응용되고 있다.
한편 고분자 제품은 색상 표현을 위해 염료나 안료 등과 같이 색을 발현하도록 하는 물질들이 도입되어 사용되는 것이 더 일반적이며, 이들 색을 발현하는 물질들은 고분자와 상이한 구조를 갖는 것들이다. 도입된 색을 발현하는 물질들은 고분자의 해중합 이후에도 잔류하여 제품의 특성에도 영향을 줄 수 있는 것들로써 제거가 어려운 불순물에 해당하며, 해중합 전 혹은 후에 이들 색을 발현하는 이물질을 제거하는 것이 좋다. 고분자 내 색을 발현하는 이물질로써 염료는 대부분의 용매에 균일하게 녹을 수 있는 형태로 입자 크기가 매우 작거나 분자 형태로써 착색과정을 통해 섬유나 피혁 등을 염색하기 위해 사용된다. 상기 염료는 식물, 동물, 또는 광물에서 얻어지는 천연염료나 인공적으로 합성되는 인조염료로 분류되고, 인조염료는 다시 직접성 염료, 매염성 염료, 환원성 염료, 발색성 염료, 분산성 염료, 반응성 염료 등을 예로 들 수 있으며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 소재에 주로 응용되는 염료는 화학적 구조에 의해 분류될 수 있는 아조계와 안트라퀴논계의 분산염료가 가장 대표적이다.
상기와 같은 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자는, 고분자 내의 색을 발현하는 이물질인 유색 염료 분자가 고분자 기질과 착물 형태로 존재하기 때문에 물이나 유기용매와의 단순 접촉에 의한 색을 발현하는 유색 분자의 분리나 제거는 쉽지 않아, 물리적ㆍ화학적 재활용이 어려워 대부분 버려지거나 소각되기 때문에 환경 문제를 야기하는 폐자원으로 알려져 있다.
따라서, 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자로부터 색을 발현하는 이물질을 제거함에 있어서 매우 효과적이고 경제적인 분리 기술의 개발이 필요하며, 이를 위해서는 먼저 배출되는 폐고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 과정이 필요하다.
고분자의 선별을 위한 기존 분류 방법으로는 고분자의 밀도차를 이용하여 분류하는 물리적 분리 방법, 고분자의 구조에 따른 빛의 흡수, 확산, 반사 스펙트럼에 따라 분류하는 분광학적 분류 방법, 산화, 환원, 가수분해, 전기분해 등과 같이 고분자의 분해를 통한 화학적 분류 방법들이 사용되고 있다.
선행기술로써 국제공개특허 WO2013-182801호에는 폴리에스테르와 면의 밀도 차이를 이용하여 섬유를 분리하는 방법을 제시하였으며, 중국공개특허 CN 104730004 A 및 Autex Research Journal, 19(2), 201-209 (2019)에서는 섬유의 구조에 따른 빛의 확산 반사 스펙트럼이 다르게 나타나는 것을 이용하여 섬유를 식별하는 방법을 제시한 바 있다. 이러한 선행문헌의 방법들은 물질구분을 위해 적용되는 측정 및 분류 방법이 측정 환경이나 분리 조건에 많은 영향을 받기 때문에 정확도가 낮고, 신뢰도를 높이기 위해서는 여러 부수적 설비와 복잡한 공정이 요구되기 때문에 효율성과 비용 측면에서 활용가치가 낮은 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자만을 선택적으로 탈색시키고, 색을 발현하는 이물질이 제거된 고분자를 색 차이를 이용하여 탈색되지 않은 고분자로부터 구분함으로써 상기 유색 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법 및 상기 선택적 탈색을 위한 추출제를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 고분자 혼합물에 무색과 유색의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자가 혼합된 경우, 상기 혼합물로부터 무색과 유색의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 모두 선별하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물로부터, 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 용출시켜 제거하는 추출제로써, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 용출시켜 제거하는 추출제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023004653-appb-img-000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2023004653-appb-img-000002
상기 화학식 1에서 A1은 카르복실기, 알데하이드기 및 니트릴기 중 선택된 것이고, R1은 하이드록시기, 카르복실기, 알데하이드기, 니트릴기, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 포화 탄화수소, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 불포화 탄화수소, 탄소수 4 내지 6의 시클로알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 m은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 R1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
또한 상기 화학식 2에서 A2는 에스테르, 에테르, 카르보닐 중 최소 하나가 선택될 수 있으며, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A2와 R2는 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 그 외 R1과 m에 대한 정의는 위 화학식 1에서와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 메톡시벤젠, 에톡시벤젠, 뷰톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2-디에톡시벤젠, 1,3-디에톡시벤젠, 1,4-디에톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리에톡시벤젠, 1,3,5-트리에톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 1-메톡시-2-메틸벤젠, 1-메톡시-3-메틸벤젠, 1-메톡시-4-메틸벤젠, 1-에틸-2-메톡시벤젠, 1-에틸-3-메톡시벤젠, 1-에틸-4-메톡시벤젠, 1-에톡시-2-메틸벤젠, 1-에톡시-3-메틸벤젠, 1-에톡시-4-메틸벤젠, 1-에톡시-2-에틸벤젠, 1-에톡시-3-에틸벤젠, 1-에톡시-4-에틸벤젠, 1-메톡시-2-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-1-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(시스), 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(트랜스), 메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 부틸벤조에이트, 프로필벤조에이트, 메틸2-에톡시벤조에이트, 메틸3-에톡시벤조에이트, 메틸4-에톡시벤조에이트, 에틸2-에톡시벤조에이트, 에틸3-에톡시벤조에이트, 에틸4-에톡시벤조에이트, 에틸(E)3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노에이트, 2,3-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,3-디메톡시벤조산, 2,4-디메톡시벤조산, 2,4-디하이드록시벤조산, 2,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,5-디메톡시벤조산, 2,5-디하이드록시벤조산, 2,6-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,6-디메톡시벤조산, 2,6-디하이드록시벤조산, 2-메톡시벤조산, 2-에톡시-3-에틸벤조산, 2-에톡시벤조산, 2-하이드록시-3-메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4-메톡시벤조산, 2-하이드록시-5-메톡시벤조산, 2-하이드록시-6-메톡시벤조산, 2-하이드록시벤조산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노익산, 3,4-디메톡시벤조산, 3,4-디하이드록시벤조산, 3,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 3,5-디메톡시벤조산, 3-메톡시벤조산, 3-에톡시-4-하이드록시벤조산, 3-에톡시-5-에틸벤조산, 3-에톡시벤조산, 3-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 3-하이드록시-4-메톡시벤조산, 3-하이드록시-5-메톡시벤조산, 3-하이드록시벤조산, 4-메톡시벤조산, 4-에톡시-2-에틸벤조산, 4-에톡시-3-에틸벤조산, 4-에톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메틸벤조산, 4-하이드록시-2-메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메틸벤조산, 4-하이드록시-3-메톡시벤조산, 4-하이드록시벤조산, 에틸2-메톡시벤조산, 에틸3-메톡시벤조산, 에틸4-메톡시벤조산, 2,3-디메톡시페놀, 2,4-디메톡시페놀, 2,5-디메톡시페놀, 2,6-디메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2,6-디메톡시페놀, 2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 2-메톡시-4-(프로프-1-에닐)페놀, 2-메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2-메톡시페놀, 2-에톡시페놀, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3,4-디메톡시페놀, 3,5-디메톡시페놀, 3-메톡시페놀, 3-에톡시페놀, 3-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3-프로프-1-엔-2-일페놀, 4-(프로프-1-엔-2-일)페놀, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 4-메톡시페놀, 4-에톡시페놀, 4-에틸-2,3-디메틸페놀, 4-에틸-2,5-디메톡시페놀, 4-에틸-2,6-디메톡시페놀, 4-터트-부틸-2-메톡시페놀, 1-(2-하이드록시-4,6-디메틸페닐)에타논, 1-(4-메톡시페닐)에타논 1-(4-하이드록시-2,6-디메톡시페닐)에타논, 1-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)에타논, 1-(5-하이드록시-2,4-디메틸페닐)에타논, 1-페닐부탄-1-온 1-페닐에타논, 1-페닐프로판-1-온 2,3-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 2-메톡시벤즈알데하이드, 2-메틸벤즈알데하이드, 2-뷰톡시벤즈알데하이드, 2-에톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-6-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시벤즈알데하이드, 3,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 3,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 3-메톡시벤즈알데하이드, 3-메틸벤즈알데하이드, 3-뷰톡시벤즈알데하이드, 3-에톡시-2-하이드록시벤즈알데하이드, 3-에톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시벤즈알데하이드, 4-메톡시벤즈알데하이드, 4-메틸벤즈알데하이드, 4-뷰톡시벤즈알데하이드, 4-에톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시벤즈알데하이드, 벤즈알데하이드, 2,3-디하이드록시벤조나이트릴, 2,4-디하이드록시벤조나이트릴, 2,5-디하이드록시벤조나이트릴, 2,6-디하이드록시벤조나이트릴, 2-메톡시벤조나이트릴, 2-메틸벤조나이트릴, 2-하이드록시벤조나이트릴, 3,4-디하이드록시벤조나이트릴, 3-메톡시벤조나이트릴, 3-메틸벤조나이트릴, 3-하이드록시벤조나이트릴, 4-메톡시벤조나이트릴, 4-메틸벤조나이트릴, 4-아세틸벤조나이트릴, 4-하이드록시벤조나이트릴, 벤조나이트릴등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물로부터, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법으로써, (a) 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 고분자 혼합물과, 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제를 접촉시켜 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자를 탈색하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색차이를 이용하여 서로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 형태는 섬유 혹은 직물 형태이며, 상기 직물은, 에스테르 작용기를 포함하는 폴리에스테르 섬유 단독; 혹은 에스테르 작용기를 포함하는 폴리에스테르 섬유와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌 및 폴리염화비닐, 면, 마, 모, 레이온, 아세테이트, 아크릴, 나일론 및 스판덱스 중 적어도 하나 이상을 추가로 포함하는 혼방 직물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유색 고분자는, 하나 이상의 색을 발현하는 이물질에 의해 색상을 띠는 고분자이며, 상기 고분자 혼합물에는 분광측색계를 통해 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원(또는 평면) 좌표(L* X*)로 변환하였을 때 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 고분자는 제외된 것일 수 있다. 여기서, X*는 a*와 b*값 각각을 제곱하여 합한 것에 대한 제곱근을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 (a)단계의 탈색 과정은 70 내지 200℃의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 탈색된 고분자의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원(또는 평면) 좌표(L* X*)로 변환했을 때 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 고분자 혼합물이 무색의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하고 있을 때, 이를 선별하는 방법으로써, (i) 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물에 색을 발현하는 이물질을 접촉시켜 에스테르 작용기를 포함한 고분자만 선택적으로 염색하는 단계; (ⅱ) 상기 (ⅰ) 단계 후의 혼합물에서 색 차이를 이용하여 무색 고분자는 상기 고분자의 혼합물로부터 제외하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅱ)단계 후의 혼합물을 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제와 접촉시켜 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 탈색하는 단계; (ⅳ) 상기 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색 차이를 이용하여 서로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 (ⅲ)단계의 추출제는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계에서는 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 변환했을 때 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 고분자를 제외하는 것이고, 상기 (ⅲ)단계에서 탈색된 고분자의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 변환했을 때 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 것을 선택하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 (ⅰ)단계에서 염색은 상기 (ⅲ)단계에서의 탈색으로 얻어진 색을 발현하는 이물질이 용출되어 혼합된 폐추출제를 회수하여 사용하는 것일 수 있다.
본 발명에서는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자만을 선택적으로 색을 발현하는 이물질을 제거함으로써 탈색된 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 탈색되지 않은 다른 종류의 유색 고분자의 색 차이를 이용해 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 손쉽게 선별할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 추출제는 인체에 유해성이 낮은 용매이며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 고분자에는 심각한 물리적/화학적 변형을 일으키지 않고 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에만 선택적으로 작용하여 유색 물질을 비교적 저온에서 신속하게 용출하기 때문에 탈색 공정이 간단하고 경제적이며, 친환경적이다.
또한, 본 발명에 따른 탈색 공정에 사용된 후의 폐추출제를 회수하여 본 발명에 따른 공정의 초기 염색공정에 재사용함으로써, 공정자체의 폐액 발생을 최소화하며, 공정 경제성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추출제의 효과를 나타낸 것으로, 각각의 유색 섬유와 추출제로써 아니솔을 직접 접촉하여 탈색된 섬유를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 탈색 처리 전, 후 섬유의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 비교하여 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라 탈색된 폴리에스테르 섬유의 분광 스펙트럼을 나타낸 것으로 섬유 색상에 따른 분광 스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학식 1 및 화학식 2에 해당하는 용매와 이에 해당하지 않는 용매를 추출제로 사용하여 탈색 공정을 진행한 경우, 원료 2의 남색 폴리에스테르 섬유와 용매 접촉에 의한 탈색 효과 및 용매 처리 후 섬유의 색상을 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 비교예에 따른 실험 결과를 나타낸 것으로, 원료 2의 남색 폴리에스테르 섬유와 용매 접촉에 의한 탈색 효과를 이차원 좌표(L* X*)로 나타낸 것이다.
도 6은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 본 발명에 따른 추출제를 농도별로 혼합한 것들에 대한 13C NMR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 7은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 본 발명에 따른 것이 아닌 추출제를 농도별로 혼합한 것들에 대한 13C NMR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 8은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 본 발명에 따른 추출제를 농도별로 혼합한 것들에 대한 1H NMR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 9는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 본 발명에 따른 것이 아닌 다른 형태의 추출제를 농도별로 혼합한 것들에 대한 1H NMR 스펙트럼들을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 비교예에 따른 실험 결과를 나타낸 것으로, 원료 2의 남색 폴리에스테르 섬유에 대해 모르폴린 접촉에 의한 탈색 효과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 11은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 그 외의 유색 섬유에 대한 1-메틸피롤리딘-2-온(1-methylpyrrolidin-2-one)과 메틸설피닐메탄을 추출제로 사용한 경우의 탈색 효과를 나타낸 것이다.
도 12는 속실렛 추출기를 이용한 추출제 처리 전, 후의 유색 섬유 혼합물 사진 및 탈색된 섬유만을 분리한 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 속슬렛 추출기를 사용하여 탈색된 섬유 중 기준 좌표값을 만족하는 섬유의 분광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 14는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 유색 섬유와 무색 섬유의 분광 스펙트럼을 함께 나타낸 것으로 섬유 색상에 따른 분광 스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 염색된 섬유의 사진이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 염색된 섬유의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따라 염색된 섬유의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 탈색 과정에서 발생하는 폐추출제 용액으로 재염색하고 이를 다시 탈색 처리하였을 때, 섬유의 색상 변화를 나타낸 것이다.
다른 식으로 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에서 무색 고분자란 색을 발현하는 이물질이 포함되지 않아 색을 띠지 않는 고분자로서, 색상이 백색 혹은 투명한 고분자를 의미하며, 유색 고분자란 색을 발현하는 이물질이 포함되어 백색 이외의 색상을 가지는 고분자를 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자 및 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 선별하여 분리하는 방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
상기 방법은 (a) 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물과 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표현되는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 추출제를 접촉시켜 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 탈색시키는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색 차이를 이용하여 서로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023004653-appb-img-000003
[화학식 2]
Figure PCTKR2023004653-appb-img-000004
상기 화학식 1에서 A1은 카르복실기, 알데하이드기 및 니트릴기 중 선택된 것이고, R1은 하이드록시기, 에테르기, 알데하이드기, 카르복실기, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 포화 탄화수소, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 불포화 탄화수소, 탄소수 4 내지 6의 시클로알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 m은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 R1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
또한 상기 화학식 2에서 A2는 에스테르, 에테르, 카르보닐 중 최소 하나가 선택될 수 있으며, R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A2와 R2는 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 그 외 R1과 m에 대한 정의는 위 화학식 1에서와 동일하다.
상기 (a) 단계에서의 추출제는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표현되는 화합물 중 선택된 최소 하나 이상을 포함한 것으로써, 방향족 고리에 최소 하나 이상의 작용기가 링커를 통해 연결되어 있으며, 상기 작용기는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 파이-파이 상호작용(π-π interaction)을 일으키거나 수소 결합력을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 추출제는 여러 종류의 고분자가 혼합된 혼합물에서, 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자에서만 색을 발현하는 물질을 선택적으로 제거하며, 그 외 다른 종류의 고분자에는 색상과 형태의 변화에 별다른 영향을 끼치지 않는 것들이다. 따라서, 여러 종류의 고분자가 혼합된 혼합물 중에서 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자에 포함된 색을 발현하는 이물질을 선택적으로 제거하여 탈색시킬 수 있다.
본 발명의 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물의 예시로, 이로 제한되는 것은 아니나 메톡시벤젠, 에톡시벤젠, 뷰톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2-디에톡시벤젠, 1,3-디에톡시벤젠, 1,4-디에톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리에톡시벤젠, 1,3,5-트리에톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 1-메톡시-2-메틸벤젠, 1-메톡시-3-메틸벤젠, 1-메톡시-4-메틸벤젠, 1-에틸-2-메톡시벤젠, 1-에틸-3-메톡시벤젠, 1-에틸-4-메톡시벤젠, 1-에톡시-2-메틸벤젠, 1-에톡시-3-메틸벤젠, 1-에톡시-4-메틸벤젠, 1-에톡시-2-에틸벤젠, 1-에톡시-3-에틸벤젠, 1-에톡시-4-에틸벤젠, 1-메톡시-2-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-1-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(시스), 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(트랜스), 메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 부틸벤조에이트, 프로필벤조에이트, 메틸2- 에톡시벤조에이트, 메틸3-에톡시벤조에이트, 메틸4-에톡시벤조에이트, 에틸2-에톡시벤조에이트, 에틸3-에톡시벤조에이트, 에틸4-에톡시벤조에이트, 에틸(E)3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노에이트, 2,3-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,3-디메톡시벤조산, 2,4-디메톡시벤조산, 2,4-디하이드록시벤조산, 2,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,5-디메톡시벤조산, 2,5-디하이드록시벤조산, 2,6-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,6-디메톡시벤조산, 2,6-디하이드록시벤조산, 2-메톡시벤조산, 2-에톡시-3-에틸벤조산, 2-에톡시벤조산, 2-하이드록시-3-메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4-메톡시벤조산, 2-하이드록시-5-메톡시벤조산, 2-하이드록시-6-메톡시벤조산, 2-하이드록시벤조산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노익산, 3,4-디메톡시벤조산, 3,4-디하이드록시벤조산, 3,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 3,5-디메톡시벤조산, 3-메톡시벤조산, 3-에톡시-4-하이드록시벤조산, 3-에톡시-5-에틸벤조산, 3-에톡시벤조산, 3-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 3-하이드록시-4-메톡시벤조산, 3-하이드록시-5-메톡시벤조산, 3-하이드록시벤조산, 4-메톡시벤조산, 4-에톡시-2-에틸벤조산, 4-에톡시-3-에틸벤조산, 4-에톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메틸벤조산, 4-하이드록시-2-메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메틸벤조산, 4-하이드록시-3-메톡시벤조산, 4-하이드록시벤조산, 에틸2-메톡시벤조산, 에틸3-메톡시벤조산, 에틸4-메톡시벤조산, 2,3-디메톡시페놀, 2,4-디메톡시페놀, 2,5-디메톡시페놀, 2,6-디메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2,6-디메톡시페놀, 2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 2-메톡시-4-(프로프-1-에닐)페놀, 2-메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2-메톡시페놀, 2-에톡시페놀, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3,4-디메톡시페놀, 3,5-디메톡시페놀, 3-메톡시페놀, 3-에톡시페놀, 3-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3-프로프-1-엔-2-일페놀, 4-(프로프-1-엔-2-일)페놀, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 4-메톡시페놀, 4-에톡시페놀, 4-에틸-2,3-디메틸페놀, 4-에틸-2,5-디메톡시페놀, 4-에틸-2,6-디메톡시페놀, 4-터트-부틸-2-메톡시페놀, 1-(2-하이드록시-4,6-디메틸페닐)에타논, 1-(4-메톡시페닐)에타논 1-(4-하이드록시-2,6-디메톡시페닐)에타논, 1-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)에타논, 1-(5-하이드록시-2,4-디메틸페닐)에타논, 1-페닐부탄-1-온 1-페닐에타논, 1-페닐프로판-1-온 2,3-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 2-메톡시벤즈알데하이드, 2-메틸벤즈알데하이드, 2-뷰톡시벤즈알데하이드, 2-에톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-6-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시벤즈알데하이드, 3,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 3,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 3-메톡시벤즈알데하이드, 3-메틸벤즈알데하이드, 3-뷰톡시벤즈알데하이드, 3-에톡시-2-하이드록시벤즈알데하이드, 3-에톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시벤즈알데하이드, 4-메톡시벤즈알데하이드, 4-메틸벤즈알데하이드, 4-뷰톡시벤즈알데하이드, 4-에톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시벤즈알데하이드, 벤즈알데하이드, 2,3-디하이드록시벤조나이트릴, 2,4-디하이드록시벤조나이트릴, 2,5-디하이드록시벤조나이트릴, 2,6-디하이드록시벤조나이트릴, 2-메톡시벤조나이트릴, 2-메틸벤조나이트릴, 2-하이드록시벤조나이트릴, 3,4-디하이드록시벤조나이트릴, 3-메톡시벤조나이트릴, 3-메틸벤조나이트릴, 3-하이드록시벤조나이트릴, 4-메톡시벤조나이트릴, 4-메틸벤조나이트릴, 4-아세틸벤조나이트릴, 4-하이드록시벤조나이트릴, 벤조나이트릴등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유색 에스테르 작용기를 포함하는 고분자로부터 색을 발현하는 이물질을 제거하는 추출제로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표현되는 화합물 중에서 녹는점이 추출 온도보다 낮아 액체상으로 존재하는 것이 사용될 수 있으며, 색을 발현하는 이물질의 확산이 빠르게 일어날 수 있도록 점도가 낮고 유동성이 있는 것이 유리하다.
상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 디카르복실산과 디알콜이 축중합하여 형성된 고분자일 수 있으며, 여기서 디카르복실산은 테레프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 디페닐디카르복실산, 디페닐 에테르 디카르복실산, 디페닐설폰디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 숙신산, 아디프산, 세바크산, 아젤라산, 데칸디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 디알콜은 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 테트라메틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜, 데칸메틸렌 글리콜, 도데카메틸렌 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 디(테트라메틸렌) 글리콜, 트리(테트라메틸렌) 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 펜타에리스리톨, 2,2-비스(4-β-히드록시에톡시페닐)프로판 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
예로써, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌 테레프탈레이트(PPT), 폴리글리콜라이드 또는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리히드록시알카노에이트(PHA), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리에틸렌 아디페이트(PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발러레이트)(PHBV), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 벡트란 및 이의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자 중 가장 보편적인 일예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 이때 상기 고분자 제조를 위한 출발 물질은 테레프탈산 또는 이의 유도 단량체, 그리고 에틸렌 글리콜이다.
상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 단독 혹은 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 고분자가 혼합된 혼합 수지의 형태, 예컨대 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리염화비닐 등과 같은 플라스틱 소재나, 면, 마, 모, 레이온, 아세테이트, 아크릴, 나일론, 스판덱스와 같은 고분자 중 하나 이상이 추가로 포함된 혼합 고분자의 형태일 수 있다. 참고로 상기 예시로 열거된 상기 폴리에스테르 작용기를 포함하는 고분자에 혼합되는 다른 고분자는 단순 예시일 뿐 상기 나열된 것에 한정되지 않는다.
또한, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 필름이나 바틀 등으로 성형된 소재의 전부 또는 일부일 수도 있으며, 의류나 산업적 용도로 활용되는 단섬유(staple), 장섬유(filament) 또는 이들이 혼합된 것일 수 있으며, 원사, 비정형체 또는 직물 형태일 수 있다.
상기 (a) 단계에서는 추출제를 상기 유색 고분자 혼합물에 직접 접촉시켜 상기 혼합물 중 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 띠는 이물질을 용출시켜 제거하게 된다. 상기 (a) 단계의 탈색 과정은 2회 이상 반복될 수 있다.
상기 (a) 단계는 70 내지 200℃에서 수행할 수 있으나, 더 바람직하게는 120 내지 150℃에서 수행할 수 있다. 온도가 70℃ 미만이면 용출 속도가 더디게 진행되어 추출의 효과가 제한될 수 있으며, 200℃를 초과하면 에너지의 소비량이 매우 높을 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계는 색을 발현하는 이물질이 포함된 추출 혼합용액을 가열하고 이로부터 증기화된 추출제를 응축 냉각시켜 다시 재공급 되도록 하는 연속적인 환류에 의하여, 액상의 추출제가 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 지속적인 접촉이 유지되도록 함으로써 색을 발현하는 이물질을 효과적으로 제거하는 방법이 적용될 수 있다.
상기 색을 발현하는 이물질이 포함된 추출 혼합용액에서 추출제만을 환류하기 위해 가열부의 온도는 추출제의 비점에 가까운 온도로 유지할 수 있다. 상기 가열부에 가해지는 열량과 추출제의 환류되는 속도에 의해 고분자와 추출제 간 접촉 온도(또는 추출 온도)가 결정될 수 있으며, 이는 추출의 성능에도 영향을 줄 수 있다. 고분자와 추출제 간 접촉 온도는 추출제의 비점 대비 0 내지 50℃ 가량 낮은 온도로 유지되도록 추출을 진행하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 추출제를 이용해 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자로부터 색을 발현하는 이물질을 용출시킨 후, 증발 및 증류 중 적어도 하나 이상을 포함하는 방식으로 상기 추출제 및 색을 발현하는 이물질이 포함된 추출 혼합용액으로부터 상기 추출제를 회수할 수 있다.
상기 (b) 단계는 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색의 차이를 통해 분류하는 것으로써, 상기 색의 차이를 감지하기 위하여 분광측색계뿐만 아니라 색의 명도나 채도에 의해 염료가 제거된 것을 단순히 구분할 수 있는 검출기가 사용될 수 있으며, RGB, HSV, CMYK 또는 Lab와 같은 색좌표 값을 이용할 수 있다.
상기 소재의 탈색 여부를 구분하기 위해 사용되는 색좌표 값은 정반사광(specular light)과 난반사광(diffuse light)을 모두 포함하는 전체반사광 측정방식(SCI)을 기준으로 하는 것이 더 바람직할 수 있다.
이때, 상기 측정된 값과 탈색 여부를 판별하는 기준에 따라, 탈색된 고분자를 감지하여 자동으로 선별하는 공정을 구성할 수 있으며, 전술한 바와 같이 고분자 혼합물에 본 발명에 따른 상기 화학식 1 및/또는 화학식 2의 추출제를 적용하면 에스테르 작용기를 포함한 고분자에서만 탈색이 일어나게 되므로, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자만을 선택적으로 구분할 수 있다.
선별된 고분자는, 폐혼합 고분자 수지로부터 높은 농도의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 수지만을 선별하는 과정에서 정제가 어려운 색상 이물질(예. 염료)의 제거가 일어나 탈색되기 때문에 재활용 산업에도 활용될 수 있다. 예컨대, 상기 선별된 탈색된 고분자를 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응공정에 적용하면, 높은 비용의 정제과정을 거치지 않아도 고품질의 단량체를 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로써 고분자 혼합물이 무색의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하고 있을 때, 이를 선별하는 방법으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 염색하는 과정을 추가함으로써, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선택적 탈색 방법을 무색 고분자에도 적용할 수 있다.
상기 방법은 (i) 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물에 색을 발현하는 이물질을 접촉시켜 에스테르 작용기를 포함한 고분자만 선택적으로 염색하는 단계; (ⅱ) 상기 (i) 단계 후의 혼합물에서 색 차이를 이용하여 무색 고분자는 상기 고분자의 혼합물로부터 제외하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅱ)단계 후의 혼합물을 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제와 접촉시켜 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 탈색하는 단계; (ⅳ) 상기 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색 차이를 이용하여 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (i) 단계는 색을 띠지 않는 에스테르 작용기를 포함한 무색 고분자 수지가 포함된 고분자 수지 혼합물을 분산염료 등과 접촉시켜 상기 에스테르 작용기를 포함한 무색 고분자를 염색하여 유색 고분자로 전환시키는 단계이다. 이때 상기 염료는 에스테르 작용기를 포함한 고분자만을 선택적으로 착색시키는 염료이어야 하며, 예시적으로 아조계와 안트라퀴논계의 분산염료일 수 있다. 상기 착색을 위한 염료는 사용되지 않은 신규 염료일 수도 있으나, 이미 본 발명의 추출제에 의해 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자 섬유로부터 추출된 폐염료를 사용할 수도 있다.
상기 (ii)단계에서는 고분자 수지 혼합물에 포함된 무색 고분자를 제외하는 단계이다. 상기 (i)단계에서 고분자 혼합물에 포함된 에스테르 작용기를 포함한 무색 고분자가 착색되게 되므로, (ⅱ)단계에서는 에스테르 작용기를 포함한 무색 고분자는 없으나, 에스테르 작용기를 포함하지 않은 고분자로써 무색인 것은 존재할 수 있으므로, 상기 (ⅱ)단계에서 무색인 고분자를 색 차이를 이용하여 제외함으로써, (ⅲ)단계에는 유색 고분자만 투입되도록 한다.
이후 (ⅲ)단계에서 상기 화학식 1 및/또는 화학식 2로 표현되는 추출제 중 하나 이상을 사용하여, 상기 고분자 혼합물 중 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 선택적으로 탈색하고, 상기 (ⅳ)단계에서는 염료가 제거된 고분자에 대해 색 차이를 이용하여 선별하면, 여러 다른 종류의 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자만 선택적으로 분류해 낼 수 있게 된다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. 이는 본 발명에 관련된 대표적 예시로써, 이것만으로 본 발명의 적용 범위를 제한할 수 없음을 밝히는 바이다.
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 원료
원료 1
염색 가공되지 않은 무지 폴리에스테르 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 2
분산염료(염료: Dystar Dianix Blue E-R 150%; C.I. Disperse Blue 56)를 사용하여 남색으로 염색 가공된 무지 폴리에스테르 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 3
아조계 분산염료(C.I. Disperse Red 1)를 사용하여 빨간색으로 염색 가공된 무지 폴리에스테르 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 4
안트라퀴논계 분산염료(C.I. Disperse Red 9)를 사용하여 빨간색으로 염색 가공된 무지 폴리에스테르 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 5
폴리에스테르 섬유 82%와 스판덱스 18%가 혼방 가공된 원단을 분산염료(염료: Dystar Dianix Deep Black Plus)를 사용하여 검은색으로 염색한 혼방 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 원료
원료 6
염색하지 않은 무지 나일론 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 7
산성 염료(염료: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116)를 사용하여 주황색으로 염색 가공된 무지 나일론 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 8
염색하지 않은 무지 울 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 9
산성 염료(염료: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116)를 사용하여 주황색으로 염색 가공된 무지 울 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 10
염색하지 않은 무지 실크 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 11
산성 염료(염료: Dystar Telon Orange AGT 01; C.I. Acid Orange 116)를 사용하여 주황색으로 염색 가공된 무지 실크 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 12
염색하지 않은 무지 아크릴 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 13
염기성 염료(Dystar Astrazon Golden Yellow GL-E 200%; C.I. Basic Yellow 28)를 사용하여 노란색으로 염색 가공된 무지 아크릴 섬유 원단(염료 무게비: 1.5% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 14
염색하지 않은 무지 면섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 15
반응성 염료(Dystar Remazol Golden Yellow RNL; C.I. Reactive Orange 107)를 사용하여 노란색으로 염색 가공된 무지 면섬유 원단(염료 무게비: 2.0% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 16
염색하지 않은 무지 레이온 섬유 원단을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 무색 고분자 원료로 준비하였다.
원료 17
반응성 염료(Dystar Remazol Golden Yellow RNL; C.I. Reactive Orange 107)를 사용하여 노란색으로 염색 가공된 무지 레이온 섬유 원단(염료 무게비: 2.0% o.w.f)을 절단하여 한 면이 약 3cm인 정사각형의 크기를 갖는 유색 고분자 원료로 준비하였다.
고분자 및 추출제 종류에 따른 반응성 비교
실시예 1
상기 원료 2의 남색(염료: Disperse Blue 56) 폴리에스테르 섬유 약 0.1 g을 미리 130℃의 온도로 가열 유지되는 아니솔(메톡시벤젠) 10.0 g이 담긴 50 ml 바이알에 투입하고 자석 교반기를 사용하여 300 rpm으로 10분간 교반한 후, 핀셋(tweezer)을 사용하여 폴리에스테르 섬유를 꺼내어 50 ml 바이알병에 준비된 90℃로 유지되고 있는 동일한 용매(아니솔) 10.0 g을 이용하여 1 내지 2초 가량 담궈 세척한 후 유리 증발접시로 옮긴다. 이후, 진공(≤ 2 mmHg) 하 60℃로 유지되는 진공 건조기에 넣고 12시간 이상 건조하여 염료가 제거된 섬유를 제조하였다.
염료가 제거된 섬유는 분광측색계(spectrophotometer; 제조사: Konica Minolta 모델명: CM-3600A)를 사용하여 색좌표 L* a* b* 값을 측정하였다. L* a* b*로 표현되는 값은 국제조명위원회(CIE)에 의해 표준화된 색공간의 좌표값이며, L*는 명도(lightness)를 나타내는 0 (검은색) 내지 100 (흰색)으로 표현되는 수치이고 a*와 b*는 각각 빨간색(+)/녹색(-) 및 노란색(+)/파란색(-)의 보색 축에 따라 표현되는 수치이다. 염료가 제거된 섬유 및 상기 명시한 원료 1 내지 17에 대하여 근적외선 분광광도계(NIR, near infrared spectrophotometer)를 사용하여 분광스펙트럼을 측정하였다.
실시예 2
폴리에스테르 섬유 원료로 원료 3의 빨간색(염료: Disperse Red 1) 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 3
폴리에스테르 섬유 원료로 원료 4의 빨간색(염료: Disperse Red 9) 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 4
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유 원료로 원료 5의 폴리에스테르 섬유 82%와 스판덱스 18%가 혼방 가공된 검은색(염료: Dystar Dianix Deep Black Plus) 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 5
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 7의 주황색(염료: Acid Orange 116) 나일론 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 6
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 9의 주황색(염료: Acid Orange 116) 울 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 7
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 11의 주황색(염료: Acid Orange 116) 실크 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 8
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 13의 노란색(염료: Basic Yellow 28) 아크릴 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 9
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 15의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 면섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 10
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 17의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 레이온 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 11
추출제로 에틸벤조에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
실시예 12
추출제로 에톡시벤젠을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 1
추출제로 트리에틸포스페이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 2
추출제로 부틸부티레이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 3
추출제로 메톡시사이클로헥산을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 4
추출제로 1,4-자일렌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 5
추출제로 모르폴린을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 6
추출제로 1-메틸피롤리딘-2-온을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 7
추출제로 메틸설피닐메탄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 8
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 7의 주황색(염료: Acid Orange 116) 나일론 섬유를 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 9
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 9의 주황색(염료: Acid Orange 116) 울 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 10
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 11의 주황색(염료: Acid Orange 116) 실크 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 11
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 13의 노란색(염료: Basic Yellow 28) 아크릴 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 12
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 15의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 면섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 13
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 17의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 레이온 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 14
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 7의 주황색(염료: Acid Orange 116) 나일론 섬유를 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 15
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 9의 주황색(염료: Acid Orange 116) 울 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 16
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 11의 주황색(염료: Acid Orange 116) 실크 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 17
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 13의 노란색(염료: Basic Yellow 28) 아크릴 섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 18
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 15의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 면섬유 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
비교예 19
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 17의 노란색(염료: Reactive Orange 107) 레이온 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 섬유를 처리하였다.
섬유 종류에 따른 추출제 효과 비교
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따라 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자 섬유와 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 유색 섬유가 추출제(아니솔)와 접촉하여 염료가 제거된 정도를 나타낸 것으로, 다양한 종류의 원단을 실시예 1에 명시된 조건과 같이 130℃로 가열된 아니솔과 10분간 접촉시켜 염료를 추출하는 탈색 과정을 거친 섬유의 사진을 나타낸 것이다.
도 1에서와 같이, 아니솔로 탈색 과정을 수행한 이후에는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유 내 색을 발현하는 이물질은 추출되었으며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유에 포함된 색을 발현하는 이물질은 추출되지 않았다.
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대해서는 탈색 후 섬유의 색상이 시작원료의 색상 및 명암과 상관없이 확연히 밝은색을 띠는 것을 육안으로도 확인 가능한 수준이었으며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유들에서는 색 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 1 내지 10에서 아니솔과의 접촉으로 탈색 과정을 거친 후의 염료가 제거된 섬유들에 대해 분광측색계를 통해 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 표 1에 나타내고, 도 2에는 이를 이차원 좌표(L* X*)로 변형하여 평면 좌표에 도시한 것을 나타낸 것이다.
구분 원료 고분자종류 염료 구분 L* a* b*
실시예1 원료2 폴리에스테르 Disperse Blue 56 탈색 전 19.1 1.6 -10.4
탈색 후 85.5 0.7 0.7
실시예2 원료3 폴리에스테르 Disperse Red 1 탈색 전 33.9 48.7 28.3
탈색 후 83.0 16.4 11.0
실시예3 원료4 폴리에스테르 Disperse Red 9 탈색 전 42.5 59.7 22.8
탈색 후 86.0 13.9 -0.1
실시예4 원료5 폴리에스테르 82%
+스판덱스 18%		 Dystar Dianix Deep Black Plus 탈색 전 16.1 0.2 -1.6
탈색 후 78.1 1.2 5.0
실시예5 원료7 나일론 Acid Orange 116 탈색 전 42.3 44.3 48.1
탈색 후 41.9 43.9 47.1
실시예6 원료9 울 Acid Orange 116 탈색 전 40.5 41.2 40.4
탈색 후 39.2 40.4 38.1
실시예7 원료11 실크 Acid Orange 116 탈색 전 54.0 40.6 52.2
탈색 후 54.1 39.7 51.3
실시예8 원료13 아크릴 Basic Yellow 28 탈색 전 71.7 38.5 89.4
탈색 후 71.2 40.0 88.9
실시예9 원료15 면 Reactive
Orange 107		 탈색 전 74.1 26.9 72.3
탈색 후 74.1 27.0 71.0
실시예10 원료17 레이온 Reactive
Orange 107		 탈색 전 68.2 35.2 86.1
탈색 후 68.9 33.4 82.8
상기 표 1 에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4 에 따라 염료가 제거된 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대하여 분광측색계에 의해 측정된 명도 값은 78 내지 86의 매우 높은 값을 나타내었다. 측정된 명도가 100에 미치지 못하는 것은, 섬유의 직물 특성과 섬유 측정 배경으로 암흑면을 사용함에 따른 측정 환경의 고유 특성에 따른 것이다. 색좌표 중 빨간색/녹색 및 노란색/파란색의 보색축을 나타내는 a* 와 b* 값은 섬유 원색의 경우 매우 상이한 값을 갖고 있었으나, 탈색 후 섬유에서는 17 이하로 중립값에 가까워지는 경향이 확연하게 나타났다.
한편, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 5 내지 10의 탈색 과정 후의 섬유(폴리에스테르가 아닌 것)들을 분광 측색계로 측정한 명도 값은 74.1 이하로 탈색 과정을 거치지 않은 초기 원료의 명도 값과 거의 일치하는 값을 가지고 있으며, 염료 제거 후의 a*, b* 값 역시 26 내지 89 정도로 중립값에서 비교적 멀리 떨어진 좌표값이어서, 추출제에 의한 탈색 효과가 폴리에스테르 작용기를 포함하는 고분자에만 한정적으로 작용함을 알 수 있다.
상기 실시예 4의 경우 원료는 폴리에스테르와 스판덱스가 혼방된 고분자 섬유이며, 상기 섬유의 탈색 과정 전 명도 값은 16 정도로 매우 어두운 색상을 갖고 있었으나, 탈색 과정 후 섬유에서는 78 에 가까운 값을 가지며 a* 와 b* 의 값은 각 1.2, 5.0으로 명확한 염료 제거 효과가 관찰되었다. 이러한 결과는, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 다른 섬유가 혼합된 혼방 형태의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대해서도, 본 발명에서 제시하는 추출제를 이용하여 색을 발현하는 이물질을 제거할 수 있으며, 이를 통해 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선별 수율을 향상할 수 있음을 잘 설명하고 있다. 에스테르 작용기를 포함하는 고분자가 높은 농도로 구성된 혼방 섬유에 색상을 표현하는 경우, 분산염료가 보편적으로 사용되며 이는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에만 선택적으로 염착되기 때문에 본 발명을 따르는 탈색 과정에 의해 효과적인 염료 제거와 함께 높은 농도의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법이 제공될 수 있다. 이때 상기 혼방 섬유에서 높은 농도의 에스테르 작용기를 포함하는 혼방 섬유란 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 부피%는 30부피% 이상이며, 바람직하게는 50부피%, 더욱 바람직하게는 80부피% 이상일 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이 탈색 후 염료가 제거된 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 값, 즉 L*를 세로축으로 하고, a*와 b*값 각각을 제곱하여 합한 것에 대한 제곱근으로 나타낸 X*를 가로축으로 하여 도시하면, L*는 60 이상의 값 그리고 X*는 50 이하의 값을 동시에 충족시키는 것으로 관찰되었다.
이로 보아 염료가 제거된 섬유의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L* X*)로 변환하여 판별함으로써, 비교적 간단한 형태의 선별 기준을 제시할 수 있었으며, 이를 통해 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유를 간단하게 선별할 수 있음이 확인되었다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 따른 근적외선 분광 스펙트럼의 차이를 나타낸 것으로, 실시예 1의 조건에서 염료가 제거된 섬유를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*)로 변환하여 나타내었을 때 L*는 60 이상 그리고 X*는 50 이하의 범위를 동시에 충족하는 섬유를 선별하여 근적외선 분광광도계를 이용하여 분광 스펙트럼을 측정한 결과이다. 상기 기준을 만족하는 좌표값을 가지는 섬유의 분광 스펙트럼을 서로 비교하면, 동일한 특성을 갖는 피크(폴리에스테르의 특성피크에 해당함)가 관찰되는 것을 알 수 있다.
추출제의 종류에 따른 탈색 효과 비교
실시예 1, 11, 12 및 비교예 1 내지 5는 서로 다른 추출제에 의한 탈색 효과를 구분하기 위하여, 탈색에 사용되는 추출제를 제외하고는 동일한 조건이 적용되었으며, 섬유 원료로 원료 2의 남색 폴리에스테르 섬유가 사용되었다. 탈색 과정에서의 온도는 130℃로 일정하게 유지하였다.
도 4에는 실시예 11, 12 및 비교예 1 내지 5에서 탈색 과정을 거친 후의 섬유의 사진을 나타내었으며, 하기 표 2에 원료 1의 무색 폴리에스테르 원료와 상기 실시예 11, 12 및 비교예 1 내지 5에서 탈색 과정을 거친 후의 폴리에스테르 섬유 각각에 대해 분광측색계를 사용하여 측정된 색 공간좌표(L* a* b*)를 나타내었고, 도 5는 상기 표 2의 색 공간좌표(L* a* b*)를 변형하여 이차원 평면 좌표로 나타낸 것이다.
구분 추출제 종류 L* a* b*
원료 1 - 93.1 -0.5 0.9
실시예 1 아니솔 85.5 0.7 0.7
실시예 11 에틸벤조에이트 66.7 -7.1 -16.0
실시예 12 에톡시벤젠 71.7 -5.9 -11.8
비교예 1 트리에틸포스페이트 36.0 -4.3 -27.1
비교예 2 부틸부티레이트 28.9 -1.7 -23.9
비교예 3 메톡시사이클로헥산 29.3 -1.9 -24.1
비교예 4 1,4-자일렌 54.5 -7.1 -21.0
비교예 5 모르폴린 91.3 -0.3 9.7
실시예 1의 경우, 명도(L*) 85.5, 색에 대한 보색축을 나타내는 a* 와 b*의 값은 각각 0.7, 0.7을 가지며 원료 1의 무색 폴리에스테르 섬유의 색좌표 값에 가까운 값을 보이고 있다. 실시예 11 및 12 에서 사용된 에틸벤조에이트와 에톡시 벤젠 또한, 색을 발현하는 이물질 제거에 효과적으로 작용하여, 탈색 이후 섬유의 색좌표 값이 본 발명에서 제시한 염료 제거효과에 대한 기준을 나타내는 범위 내에 포함되는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 내지 4에서는 섬유의 부분적인 탈색이 관찰되었으나 염료의 잔류량이 육안으로도 쉽게 확인 가능할 만큼 많았으며, 추출제 처리 이후의 섬유가 가지는 색좌표 값 또한 명도(L*) 55 이하, a*와 b*의 값들은 중립값으로부터 큰 음의 편차(녹색 및 파란색)가 관찰되었다.
본 발명에 따른 추출제로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자 섬유를 접촉하여 염료를 제거하는 경우, 분광 측색계에 의해 측정된 명도(L*) 값은 모두 60 이상의 값을 나타내었으며, 색에 대한 보색축을 나타내는 a*와 b* 값은 대부분 중립값에 가까운 값으로 측정되었다. 측정된 색공간 좌표값으로부터 탈색 성능을 구분할 수 있는 선별기준을 보다 명확하게 제시할 수 있는 이차원 좌표, 즉 이차원 좌표(L* X*)로 변환하게 되면 탈색효과는 L*가 60 이상 그리고 X*가 50 이하의 범위에서 관찰되었다.
메톡시사이클로헥산은 본 발명에 따르는 추출제의 하나인 아니솔과 유사한 구조를 갖으나, 화합물의 중심 작용기가 방향족 고리가 아닌 포화 사이클로알칸으로 변형된 형태의 화합물이다. 이를 추출제로 사용하여 실시예 1과 동일한 조건에 적용한 경우(비교예 3), 도 5에 나타낸 바와 같이 아니솔을 추출제로 적용한 경우(실시예1)보다 매우 저조한 염료 제거효과를 나타내었다.
사용된 원료 1과 실시예 11, 12 및 비교예 1 내지 5에 의해 제조된 섬유에 대해 분광측색계로부터 측정된 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L* X*)로 나타내었을 때, 본 발명에서 주장하는 화학 구조식을 가지는 추출제를 사용한 경우(실시예 11과 12)에는 기준 범위(L*가 60 이상, X*가 50 이하) 내에 포함되었지만, 중심 작용기로써 방향족 고리 구조를 갖지 않는 화합물을 추출제로 적용하는 비교예 1 내지 4의 경우, 탈색 후 섬유의 색좌표값은 기준 범위 밖의 좌표 값을 가지며 추출제로의 효과가 매우 미미함을 알 수 있다.
앞서 추출제의 효과를 비교하여 설명한 예들에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서 주장하는 추출제의 형태(화학식 1 또는 화학식 2)가 아닌 화학적 구조를 갖는 물질을 추출제로 적용한 경우, 탈색 효과가 낮게 관찰되었다. 이는 방향족 고리 및 이에 결합된 작용기가 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 파이결합 또는 수소결합에 의한 상호작용에 기인하는 것일 수 있다.
동일한 탄소수를 가지며 탄화수소 고리에 메톡시기가 결합된 것들이나, 고리를 구성하는 형태가 불포화 탄화수소의 구조를 갖는 것(방향족 화합물)과 포화 탄화수소의 구조를 갖는 것(사이클로헥산)으로 구분되는 아니솔(실시예 1)과 메톡시사이클로헥산(비교예 3)을 농도를 달리하여 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에 가한 후 핵자기공명(NMR) 분광법을 사용하여 화학적 이동(chemical shift) 변화를 관찰하였다.
13C NMR로 측정한 스펙트럼 결과를 비교하면 (도 6과 도 7), 두 경우 모두 화학적 이동이 발견되지 않았으며, 이는 탄화수소물을 구성하는 골격 자체에는 큰 변화가 없음을 암시하고 있다.
각각의 첨가제를 포함하고 있는 시료내 에스테르 작용기를 포함한 고분자에 대해 1H NMR로 측정한 스펙트럼 결과를 비교하면(도 8과 도 9), 메톡시사이클로헥산을 추출제를 가한 경우(비교예 3) 화학적 이동이 관찰되지 않았으나 아니솔을 첨가제로 가한 경우(실시예 1) 테레프탈레이트 작용기와 메틸렌 작용기를 구성하는 수소의 전자 밀도의 변화와 함께 높은 화학적 이동(downfield chemical shift)이 발생하였다.
이는 본 발명에서 주장하는 화학식 구조를 갖는 추출제는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이종 분자 간 높은 상호작용을 나타내며, 높은 농도의 추출제 첨가가 염료와 고분자가 유지하고 있던 약한 물리적 결합을 무력화시키고, 이로부터 염료가 고분자 기질로부터 비가역적으로 이탈함에 따라, 섬유의 탈염료화가 진행되는 것으로 추정할 수 있다.
비교예 5의 모르폴린은 본 발명에서 주장하는 고순도 폴리에스테르를 선별하는 기준인 L*가 60 이상, X*가 50 이하를 만족하는 수준의 염료 제거효과가 나타났다. 그러나, 모르폴린은 색을 발현하는 염료와 직접적으로 반응하여 색의 변형이 일어났으며 이들 성분 일부는 고분자 기질에 잔류하는 것으로 관찰되었다. 도 10은 실시예 1에서 사용된 아니솔(메톡시벤젠)과 비교예 5의 모르폴린에 의한 폴리에스테르 섬유의 탈염료 과정 이후의 각 용매와 섬유의 모습을 나타낸 것이다.
상기 실시예 1 및 비교예 5 모두 원료 2의 남색 폴리에스테르 섬유를 사용하였으나 모르폴린을 이용한 경우에서는 남색 염료가 옅은 주황색으로 변하였으며, 이러한 색변형 이후 섬유는 약한 주황빛을 띠어 변형된 염료 성분이 잔류함을 알 수 있었다. 비교예 5에서 유색 폴리에스테르 섬유는 탈색이 발생하였으나 염료 발색단의 화학적 변형에 따르는 것으로, 고분자 기질로부터 염료 성분이 물리적으로 분리되어 탈색이 진행되는 본 발명의 효과와는 다른 것이다.
추출제와 고분자에 따른 탈염료 효과 비교
비교예 6 내지 19은 본 발명의 화학식 구조를 갖지 않는 화합물들을 사용하여 실험예 1과 동일한 추출 조건에 적용하되, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유 및 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 소재에 대한 탈염료 효과를 설명하기 위한 것이다. 하기 표 3에 비교예 6 내지 19에서 사용된 고분자 및 추출제의 종류, 그리고 추출공정에 따른 탈염료 효과를 이차원 좌표 (L*, X*)로 나타내었다.
구분 원료구분 고분자 종류 추출제 종류 L* X*
비교예 6 원료2 남색 폴리에스테르 1-메틸피롤리딘-2-온 89.5 1.0
비교예 7 원료2 남색 폴리에스테르 메틸설피닐메탄 88.0 1.0
비교예 8 원료7 주황색 나일론 1-메틸피롤리딘-2-온 58.2 62.8
비교예 9 원료9 주황색 울 1-메틸피롤리딘-2-온 49.4 52.6
비교예 10 원료11 주황색 실크 1-메틸피롤리딘-2-온 88.9 14.6
비교예 11 원료13 노란색 아크릴 1-메틸피롤리딘-2-온 - -
비교예 12 원료15 노란색 면 1-메틸피롤리딘-2-온 74.1 75.8
비교예 13 원료17 노란색 레이온 1-메틸피롤리딘-2-온 68.6 91.5
비교예 14 원료7 주황색 나일론 메틸설피닐메탄 50.7 66.6
비교예 15 원료9 주황색 울 메틸설피닐메탄 44.0 50.5
비교예 16 원료11 주황색 실크 메틸설피닐메탄 85.6 20.7
비교예 17 원료13 노란색 아크릴 메틸설피닐메탄 - -
비교예 18 원료15 노란색 면 메틸설피닐메탄 74.2 76.6
비교예 19 원료17 노란색 레이온 메틸설피닐메탄 66.4 83.8
도 11은 본 발명에 따르는 화학식 구조를 갖고 있지 않으나 에스테르 작용기를 포함하고 있는 고분자에 탈염료 효과가 있는 추출제(1-메틸피롤리딘-2-온, 메틸설피닐메탄)를 여러 섬유에 대해 동일한 추출과정을 적용한 후, 섬유의 형태를 나타낸 것이다. 여러 고분자 종류에 추출제로 1-메틸피롤리딘-2-온과 메틸설피닐메탄을 사용한 경우, 폴리에스테르가 적용된 비교예 6과 비교예 7에서는 탈색이 진행되었으며, 폴리에스테르 섬유 이외의 것에 적용한 것 중 비교예 12, 13 그리고 18을 제외한 나머지 경우에서는 섬유의 변형이 관찰되었다. 특히, 아크릴 섬유는 완전한 분해가 발생하여 회수가 불가하였다.
본 발명에 따른 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖지 않는 추출제가 아닌 비교예 6 내지 19에 사용된 추출제는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서 탈염료 효과를 나타낼 수는 있으나, 타종류의 고분자와 반응을 일으키거나 용해가 진행되어 여러 소재가 혼합된 고분자의 순차적 재활용 공정에 적용이 어려울 뿐만 아니라, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 선택적으로 분리 및 고순도화를 위한 선별공정에도 적용이 어려워질 수 있다.
이러한 결과는 본 발명에서 주장하는 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖지 않는 화합물 일부는 에스테르 작용기를 포함하고 있는 고분자의 탈염료에 효과가 있으나 본 발명에 따르는 선별공정의 추출제로써 활용이 적합하지 않을 수 있음을 잘 설명하고 있다.
다른 종류의 고분자가 혼합된 조건에서 탈염료 실험
본 발명의 기술이 실제 공정에 적용될 경우, 여러 종류의 고분자가 혼합된 상태에서 추출제를 처리하게 되는 점을 고려하여, 상기 실시예 1 내지 10에서 사용한 것과 같은 원료를 모두 혼합한 뒤 하기의 실험을 실시하였다.
실시예 13
상기 원료 2 내지 5의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유 및 원료 7, 원료 9, 원료 11, 원료 13, 원료 15, 원료 17의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 유색 섬유 각 0.3g을 혼합하고 상기 섬유 혼합물을 속실렛 추출법을 이용하여 탈염료 처리하였다.
추출제로 아니솔(메톡시벤젠) 150g을 사용하였으며, 추출제 접촉 후 섬유들은 에탄올로 세척하고 유리 증발접시로 옮겨 진공(≤ 2 mmHg) 하 80℃로 유지되는 진공 건조기에 넣은 후 12시간 이상 건조하였다.
염료가 제거된 섬유는 실시예 1과 같이 분광측색계를 이용하여 색 공간좌표(L* a* b*)를 측정하고 이를 이차원 좌표(L* X*)로 변환하였을 때 L* 값이 60 이상이고 X* 값이 50 이하를 만족하는 섬유들과 이를 만족하지 않는 섬유를 분류한 후 이들에 대해 근적외선 분광광도계를 사용하여 분광 스펙트럼을 측정하였다.
도 12는 속실렛 추출기를 이용한 추출제 처리 전, 후의 유색 섬유 혼합물의 색상 변화를 나타낸 것이다. 도 12에서 나타난 바와 같이 속슬렛 추출기를 이용하여 혼합된 상태의 섬유와 추출제를 접촉하는 경우, 특정 섬유에서만(원료2 내지 5의 폴리에스테르 섬유) 선택적 탈색이 진행되었음을 알 수 있다.
도 12에 나타낸 추출과정 이후 섬유에 대해 분광측색계의 측정 결과를 이차원 좌표(L* X*) 형태로 나타내었을 때 L* 값이 60 이상이고 X* 값이 50 이하를 만족하는 섬유들을 선별하여 근적외선 분광광도계를 통해 분광 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13에서 나타난 바와 같이 상기 명시 범위 이내의 좌표값을 가지는 섬유의 분광 스펙트럼을 확인한 결과(도 3의 스펙트럼과 일치함), 모두 에스테르 작용기를 포함하는 고분자인 것을 확인할 수 있었다.
도 14는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유 이외(나일론, 울, 실크, 아크릴, 면, 레이온)의 섬유에 대해 근적외선 분광광도계를 이용하여 측정한 스펙트럼들이다. 탈색이 진행되지 않은 섬유를 무작위로 골라 근적외선 분광광도계로 측정하면 도 3이나 도 13의 스펙트럼 형태가 아닌 도 14의 스펙트럼 중 하나로 관찰되었다. 이는 앞서 설명한 유색 혼합 섬유의 탈색 공정이 에스테르 작용기를 포함하는 섬유에 염착된 분산염료만 매우 선택적이고 효율적으로 제거할 수 있음을 잘 설명하고 있다. 도 12에서 알 수 있듯이, 각각의 폐섬유에 미리 도입된 염료들은 탈색 과정 이후 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 화학적으로 선별하기 위한 지시물질로 활용될 수 있음을 설명하고 있다. 따라서, 본 기술에서는 탈색 공정 이후 선별을 위해 별도의 새로운 소재를 가하지 않아도 되는 장점을 갖고 있다.
도 12 내지 도 14에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명에서 제시하는 추출제를 사용하여 탈색 처리를 할 경우, 섬유가 혼합된 조건에서도 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대해서만 선택적으로 탈색이 가능하였으며 명확하게 분리가 가능한 색상 판별 기준만으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 소재의 구분과 선별이 가능한 사실을 확인하였다.
원료의 염착공정 추가를 통한 무색 고분자의 선별 배제 방지 방법
폐기물로부터 배출되는 고분자들은 유색 고분자만 아니라 백색 또는 투명한 색의 고분자도 포함되어 있으므로, 유색과 무색이 같이 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기가 포함된 고분자를 선별 가능성을 탐색하기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다.
실시예 14
아니솔 5.0 g 이 담긴 30 ml 바이알에, 빨간색 분산염료(Disperse Red 9) 0.01 g을 투입하고 120℃까지 가열한다. 상기 원료 1의 무색 폴리에스테르 섬유 약 0.1 g을 아니솔과 빨간색 분산염료(Disperse Red 9)가 담긴 30 ml 바이알에 투입하고 2분간 유지한 뒤 에탄올을 사용하여 세척 한다. 염색 후 세척된 섬유는 유리 증발 접시로 옮겨 진공(≤ 2 mmHg) 하 60℃로 유지되는 진공 건조기에 넣은 후 12시간 이상 건조하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 표 4에 나타내었다.
비교예 20
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 6의 염색하지 않은 나일론 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 염색을 진행하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
비교예 21
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 8의 염색하지 않은 울 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 염색을 진행하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
비교예 22
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 10의 염색하지 않은 실크 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 염색을 진행하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
비교예 23
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 12의 염색하지 않은 아크릴 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 섬유를 염색하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
비교예 24
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 14의 염색하지 않은 면섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 섬유를 염색하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
비교예 25
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 16의 염색하지 않은 레이온 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 방법으로 섬유를 염색하고, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 4에 나타내었다.
구분 고분자 종류 재염색에 사용된 염료 L* X*
실시예 14 무색 폴리에스테르 Disperse red 9 73.0 36.7
비교예 20 무색 나일론 Disperse red 9 86.5 12.1
비교예 21 무색 울 Disperse red 9 85.8 12.6
비교예 22 무색 실크 Disperse red 9 92.3 5.1
비교예 23 무색 아크릴 Disperse red 9 93.8 2.7
비교예 24 무색 면 Disperse red 9 91.1 6.2
비교예 25 무색 레이온 Disperse red 9 92.0 3.6
실시예 15 무색 폴리에스테르 추출된 폐염료 48.8 5.5
상기 실시예 14 및 비교예 20 내지 25에서 사용된 빨간색 분산염료 및 아니솔 혼합용액은, 앞서 유색 폴리에스테르 섬유로부터 추출제를 이용하여 추출한 분산염료가 포함된 폐추출액을 모사한 것이다. 앞서 실시예 1 내지 실시예 10으로 상술된 선택적 탈색 과정에서 발생한 추출 잔류액은 폴리에스테르 섬유로부터 선택적으로 추출된 분산염료만을 포함하기 때문에 상기 모사 용액과 색상만 다를 뿐이다. 즉, 상기 모사하여 제조된 혼합용액과 폐추출액은 재염색의 과정에서 동일한 염착 효과와 염색 원리를 가질 수 있다.
도 15에 나타난 바와 같이 바이알에서 섬유를 추출한 직후 육안으로 확인하였을 때 모든 섬유에 염료가 염착된 것으로 보였으나, 에탄올을 이용하여 세정한 이후에는 폴리에스테르 이외의 섬유에 묻어있던 염료들 대부분이 제거되었다.
도 16은 상기 표 4에 나타낸 색 공간좌표값을 좌표 (L* X*)형태로 나타낸 것이다. 도 16에 나타난 바와 같이 상기 실시예 14 및 비교예 20 내지 25의 방법으로 염료를 포함하는 추출제와 섬유를 접촉하는 경우, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대해서 선택적으로 염착되는 것을 알 수 있으며, 이외의 섬유에 대해서는 염색 효과가 미미하다는 사실을 확인할 수 있다.
탈색 이후 발생하는 폐추출제를 이용한 염색 및 탈색 재실시
실시예 15 및 비교예 26 내지 31은 상술한 것과 같이 폐기물에 포함된 백색 또는 투명한 색의 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기가 포함된 고분자를 선별적으로 염색하기 위해, 본 발명에 포함된 탈색 공정 이후 발생하는 폐추출제의 사용 가능성을 확인하고자 실시하였다.
실시예 15
상술한 실시예 13의 고분자 혼합물의 탈색공정 후 발생한, 분산염료가 잔류하는 아니솔(이하 폐추출제)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 14 및 비교예 20 내지 25와 동일한 조건으로 염색공정을 진행하였으며, 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다. 섬유 원료로 원료 1의 염색하지 않은 폴리에스테르 섬유를 사용하였으며, 염색 후 건조된 섬유는 상기 실시예 1 내지 10과 동일한 조건을 적용하여 탈색공정을 실시하였다.
비교예 26
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 6의 염색하지 않은 나일론 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
비교예 27
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 8의 염색하지 않은 울 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
비교예 28
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 10의 염색하지 않은 실크 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
비교예 29
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 12의 염색하지 않은 아크릴 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
비교예 30
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 14의 염색하지 않은 면섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
비교예 31
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 이외의 섬유 원료로 원료 16의 염색하지 않은 레이온 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 방법으로 염색 및 탈색 공정을 진행하였으며, 염색공정 후 섬유의 색 변화를 분광측색계로 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표 (L*, X*)로 변환한 값을 표 5에 나타내었다.
구분 고분자 종류 L* X*
실시예 15 무색 폴리에스테르 48.8 5.5
비교예 26 무색 나일론 81.9 16.3
비교예 27 무색 울 81.4 14.5
비교예 28 무색 실크 91.3 6.5
비교예 29 무색 아크릴 94.2 3.6
비교예 30 무색 면 84.1 14.8
비교예 31 무색 레이온 91.5 4.9
상기 실시예 15 및 비교예 26 내지 31에서 염색공정에 사용된 폐추출제는, 앞서 실시예 13으로 상술된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 가지는 고분자의 선택적 탈색 과정에서 발생한 추출제 잔류액으로, 폴리에스테르 섬유로부터 선택적으로 추출된 분산염료만을 포함하기 때문에 상기 모사 용액과 색상만 다를 뿐이다. 즉, 상기 모사하여 제조된 혼합용액과 폐추출액은 재염색의 과정에서 동일한 염착 효과와 염색 원리를 가질 수 있다.
도 17은 상기 표 5에 나타낸 색 공간좌표값을 이차원 좌표 (L* X*)형태로 나타낸 것이다. 도 17에 나타난 바와 같이 상기 실시예 15 및 비교예 26 내지 31의 방법으로 탈색공정에서 발생하는 폐추출제와 섬유를 접촉하는 경우, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 섬유에 대해서 선택적으로 염착되는 것을 알 수 있으며, 이외의 섬유에 대해서는 염색 효과가 미미하다는 사실을 확인할 수 있다.
도 18에서는 상기 실시예 15를 통해 재염색 및 탈색된 폴리에스테르 섬유의 색 변화를 나타낸 것이다. 도 16에서 나타난 바와 같이 상기 실시예 15 및 비교예 26 내지 31의 방법으로 섬유를 재염색 및 탈색 처리하는 경우, 폐추출제를 재활용하여 무색의 에스테르 작용기를 가지는 고분자 섬유를 염색할 수 있었으며, 폐추출액으로부터 도입된 염료들은 본 발명에 포함된 탈색 기술을 통해 효과적으로 제거할 수 있음을 보여주고 있다.
이로부터 폐고분자 혼합물에 포함된 에스테르 작용기를 포함하는 무색 고분자를 선택적으로 염색한 뒤에, 이를 다시 염료를 제거하는 단계를 거치면 여러 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물에서 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 유색과 무색에 관계없이 본 발명에 따른 방법으로 선별할 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명의 화학적 선별공정에서부터 회수된 추출제 잔류액은 염착이 가능한 분산염료가 고농도로 존재하므로 상기 염색공정에 다시 사용할 수 있으므로, 매우 경제적이고 친환경적인 폐섬유 재활용 공정을 구현할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당 업계 통상의 지식을 갖춘 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물로부터, 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 용출시켜 제거하는 추출제로써,
    상기 추출제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 용출시켜 제거하는 추출제.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2023004653-appb-img-000005
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2023004653-appb-img-000006
    (상기 화학식 1에서 A1은 카르복실기, 알데하이드기 및 니트릴기 중 선택된 것이고, R1은 하이드록시기, 카르복실기, 알데하이드기, 니트릴기, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 포화 탄화수소, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 또는 분지형 불포화 탄화수소, 탄소수 4 내지 6의 시클로알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 m 은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m 이 2 이상인 경우에는 R1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A1은 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
    또한 상기 화학식 2에서 A2는 에스테르, 에테르, 카르보닐 중 최소 하나가 선택될 수 있으며, R2 는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. n은 1 내지 6 중에서 선택된 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 A2와 R2는 각각 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 그 외 R1과 m에 대한 정의는 위 화학식 1에서와 동일하다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 메톡시벤젠, 에톡시벤젠, 뷰톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2-디에톡시벤젠, 1,3-디에톡시벤젠, 1,4-디에톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리에톡시벤젠, 1,3,5-트리에톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 1-메톡시-2-메틸벤젠, 1-메톡시-3-메틸벤젠, 1-메톡시-4-메틸벤젠, 1-에틸-2-메톡시벤젠, 1-에틸-3-메톡시벤젠, 1-에틸-4-메톡시벤젠, 1-에톡시-2-메틸벤젠, 1-에톡시-3-메틸벤젠, 1-에톡시-4-메틸벤젠, 1-에톡시-2-에틸벤젠, 1-에톡시-3-에틸벤젠, 1-에톡시-4-에틸벤젠, 1-메톡시-2-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-1-에닐벤젠, 1-메톡시-3-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-프로프-2-에닐벤젠, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(시스), 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠(트랜스), 메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 부틸벤조에이트, 프로필벤조에이트, 메틸2-에톡시벤조에이트, 메틸3-에톡시벤조에이트, 메틸4-에톡시벤조에이트, 에틸2-에톡시벤조에이트, 에틸3-에톡시벤조에이트, 에틸4-에톡시벤조에이트, 에틸(E)3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노에이트, 2,3-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,3-디메톡시벤조산, 2,4-디메톡시벤조산, 2,4-디하이드록시벤조산, 2,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,5-디메톡시벤조산, 2,5-디하이드록시벤조산, 2,6-디메톡시-4-메틸벤조산, 2,6-디메톡시벤조산, 2,6-디하이드록시벤조산, 2-메톡시벤조산, 2-에톡시-3-에틸벤조산, 2-에톡시벤조산, 2-하이드록시-3-메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤조산, 2-하이드록시-4-메톡시벤조산, 2-하이드록시-5-메톡시벤조산, 2-하이드록시-6-메톡시벤조산, 2-하이드록시벤조산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노익산, 3,4-디메톡시벤조산, 3,4-디하이드록시벤조산, 3,5-디메톡시-4-메틸벤조산, 3,5-디메톡시벤조산, 3-메톡시벤조산, 3-에톡시-4-하이드록시벤조산, 3-에톡시-5-에틸벤조산, 3-에톡시벤조산, 3-하이드록시-4,5-디메톡시벤조산, 3-하이드록시-4-메톡시벤조산, 3-하이드록시-5-메톡시벤조산, 3-하이드록시벤조산, 4-메톡시벤조산, 4-에톡시-2-에틸벤조산, 4-에톡시-3-에틸벤조산, 4-에톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-2,6-디메틸벤조산, 4-하이드록시-2-메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조산, 4-하이드록시-3,5-디메틸벤조산, 4-하이드록시-3-메톡시벤조산, 4-하이드록시벤조산, 에틸2-메톡시벤조산, 에틸3-메톡시벤조산, 에틸4-메톡시벤조산, 2,3-디메톡시페놀, 2,4-디메톡시페놀, 2,5-디메톡시페놀, 2,6-디메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2,6-디메톡시페놀, 2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 2-메톡시-4-(프로프-1-에닐)페놀, 2-메톡시-4-프로프-2-에닐페놀, 2-메톡시페놀, 2-에톡시페놀, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3,4-디메톡시페놀, 3,5-디메톡시페놀, 3-메톡시페놀, 3-에톡시페놀, 3-터트-부틸-4-메톡시페놀, 3-프로프-1-엔-2-일페놀, 4-(프로프-1-엔-2-일)페놀, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀, 4-메톡시페놀, 4-에톡시페놀, 4-에틸-2,3-디메틸페놀, 4-에틸-2,5-디메톡시페놀, 4-에틸-2,6-디메톡시페놀, 4-터트-부틸-2-메톡시페놀, 1-(2-하이드록시-4,6-디메틸페닐)에타논, 1-(4-메톡시페닐)에타논 1-(4-하이드록시-2,6-디메톡시페닐)에타논, 1-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)에타논, 1-(5-하이드록시-2,4-디메틸페닐)에타논, 1-페닐부탄-1-온 1-페닐에타논, 1-페닐프로판-1-온 2,3-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 2,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 2-메톡시벤즈알데하이드, 2-메틸벤즈알데하이드, 2-뷰톡시벤즈알데하이드, 2-에톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4,6-디메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시-6-메톡시벤즈알데하이드, 2-하이드록시벤즈알데하이드, 3,4-디하이드록시벤즈알데하이드, 3,5-디하이드록시벤즈알데하이드, 3-메톡시벤즈알데하이드, 3-메틸벤즈알데하이드, 3-뷰톡시벤즈알데하이드, 3-에톡시-2-하이드록시벤즈알데하이드, 3-에톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시-5-메톡시벤즈알데하이드, 3-하이드록시벤즈알데하이드, 4-메톡시벤즈알데하이드, 4-메틸벤즈알데하이드, 4-뷰톡시벤즈알데하이드, 4-에톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2,6-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-2-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시-3-메톡시벤즈알데하이드, 4-하이드록시벤즈알데하이드, 벤즈알데하이드, 2,3-디하이드록시벤조나이트릴, 2,4-디하이드록시벤조나이트릴, 2,5-디하이드록시벤조나이트릴, 2,6-디하이드록시벤조나이트릴, 2-메톡시벤조나이트릴, 2-메틸벤조나이트릴, 2-하이드록시벤조나이트릴, 3,4-디하이드록시벤조나이트릴, 3-메톡시벤조나이트릴, 3-메틸벤조나이트릴, 3-하이드록시벤조나이트릴, 4-메톡시벤조나이트릴, 4-메틸벤조나이트릴, 4-아세틸벤조나이트릴, 4-하이드록시벤조나이트릴, 벤조나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 고분자에서만 색을 발현하는 이물질을 용출시켜 제거하는 추출제.
  3. 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 유색 고분자 혼합물로부터, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법으로써,
    (a) 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자와 이와 다른 종류의 유색 고분자가 혼합된 고분자 혼합물과 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제를 접촉시켜 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자를 탈색하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색 차이를 이용하여 서로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 형태는 섬유 혹은 직물 형태이며, 상기 직물은, 에스테르 작용기를 포함하는 폴리에스테르 섬유 단독; 혹은 에스테르 작용기를 포함하는 폴리에스테르 섬유와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌 및 폴리염화비닐, 면, 마, 모, 레이온, 아세테이트, 아크릴, 나일론 및 스판덱스 중 적어도 하나 이상을 추가로 포함하는 혼방 직물인 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유색 고분자는, 하나 이상의 색을 발현하는 이물질에 의해 색상을 띠는 고분자이며, 상기 고분자 혼합물에는 분광측색계를 통해 측정한 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*(X*는 a*와 b*값 각각을 제곱하여 합한 것에 대한 제곱근))로 변환했을 때, 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 고분자는 제외된 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 탈색 과정은 70 내지 200℃의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 탈색된 고분자의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*(X*는 a*와 b*값 각각을 제곱하여 합한 것에 대한 제곱근))로 변환했을 때, 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  8. 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법으로써,
    (i) 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 이와 다른 종류의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물에 색을 발현하는 이물질을 접촉시켜 에스테르 작용기를 포함한 고분자만 선택적으로 염색하는 단계;
    (ⅱ) 상기 (i) 단계 후의 혼합물에서 색 차이를 이용하여 무색 고분자는 상기 고분자 혼합물로부터 제외하는 단계;
    (ⅲ) 상기 (ⅱ)단계 후의 혼합물을 색을 발현하는 이물질을 추출하는 추출제와 접촉시켜 선택적으로 에스테르 작용기를 포함하는 유색 고분자만을 탈색하는 단계;
    (ⅳ) 상기 탈색된 고분자와 탈색되지 않은 고분자를 색차이를 이용하여 서로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계에서는 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*(X*는 각 a* b* 값의 제곱의 합의 제곱근))로 변환했을 때 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 것을 만족하는 고분자를 제외하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (ⅲ)단계에서 탈색된 고분자의 색 공간좌표(L* a* b*)를 이차원 좌표(L* X*(X*는 a*와 b*값 각각을 제곱하여 합한 것에 대한 제곱근))로 변환했을 때, 좌표 값 L*는 60 이상, X*는 50 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (i)단계에서 염색은 상기 (ⅲ)단계에서 얻어진 색을 발현하는 이물질이 용출되어 혼합된 폐 추출제 용액을 회수하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 상기 고분자 혼합물로부터 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 선별하는 방법.
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