KR-20260060646-A - RECYCLED POLYESTER RESIN AND POLYESTER FIBER COMPRISING THE SAME

Abstract

본 발명은 재생 폴리에스테르 수지 및 이를 이용하여 제조된 폴리에스테르 섬유 및 폴리에스테르 부직포에 관한 것이다. 상기 재생 폴리에스테르 수지는 폐 폴리에스테르 원료의 화학적 해중합을 통해 얻어진 재생 원료를 포함하는 중합 반응물을 이용하여 제조된다.

Inventors

• 김해리
• 김도균
• 김성기

Assignees

• 에스케이케미칼 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (11)

1. 폐 폴리에스테르 원료의 화학적 해중합을 통해 얻어진 재생 원료를 포함하는 중합 반응물로부터 제조되고, 하기 식 1에 따른 공정 지수(P.I.)가 25 이상인, 재생 폴리에스테르 수지: [식 1] 공정 지수(P.I.) = T c / (IV × 10) 상기 식 1에서, T c 는 상기 재생 폴리에스테르 수지의 결정화 온도(℃)이고, IV는 상기 재생 폴리에스테르 수지의 고유 점도(dl/g)이다.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 폴리에스테르 수지의 고유 점도(IV)가 0.40 내지 0.77 dl/g인, 재생 폴리에스테르 수지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 폴리에스테르 수지의 결정화 온도(T c )가 160 ℃ 이상인, 재생 폴리에스테르 수지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 폴리에스테르 수지를 22mm×22mm 크기의 cover glass에 넣고 290 ℃로 성형하여 얻어진 시편에서 확인되는 1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 흑점의 개수가 60 개 이하인, 재생 폴리에스테르 수지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 원료가 재생 디올 성분, 재생 디카르복실산 성분, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 재생 디올 성분이 재생 비스(2-히드록시에틸)테레프탈레이트, 재생 에틸렌글리콜, 재생 아이소소바이드, 재생 네오펜틸글리콜, 재생 디에틸렌글리콜, 재생 사이클로헥산디메탄올 및 재생 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄디올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 재생 디카르복실산 성분이 재생 테레프탈산, 재생 이소프탈산 및 재생 디메틸테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 재생 폴리에스테르 수지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 폴리에스테르 수지가 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지인, 재생 폴리에스테르 수지.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 재생 폴리에스테르 수지를 포함하는, 폴리에스테르 섬유.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 섬유의 직경이 10 ㎛ 이하인, 폴리에스테르 섬유.
9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 재생 폴리에스테르 수지를 포함하는, 폴리에스테르 부직포.
10. 제 9 항에 있어서, 자동차 흡음재로 사용되는, 폴리에스테르 부직포.
11. (1) 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 재생 폴리에스테르 수지를 용융하여 용융 수지를 제조하는 단계; (2) 상기 용융 수지를 복수의 오리피스(orifice)가 형성된 노즐을 통해 방사하여 미연신 섬유를 제조하는 단계; (3) 상기 미연신 섬유를 연신하여 연신 섬유를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 연신 섬유를 냉각하여 3차원 웹(web) 구조물을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리에스테르 부직포의 제조방법.

Description

재생 폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 폴리에스테르 섬유{RECYCLED POLYESTER RESIN AND POLYESTER FIBER COMPRISING THE SAME} 본 발명은 재생 원료를 이용하여 제조된 재생 폴리에스테르 수지, 및 상기 재생 폴리에스테르 수지를 포함하는 폴리에스테르 섬유 및 폴리에스테르 부직포에 관한 것이다. 고분자 종류 중에서 폴리에스테르는 기계적 강도, 내열성 및 투명성이 우수하여 각종 용기, 필름, 섬유, 건축 자재, 인테리어 내외장재 등의 제조에 광범위하게 사용된다. 상기 광범위한 사용으로 인해 폴리에스테르가 적용된 폴리에스테르 폐기물이 연간 세계적으로 감당하기 어려울 정도로 발생함에 따라 폐 폴리에스테르를 재활용하는 기술 및 재활용을 통해 얻어진 재생 폴리에스테르를 활용하는 기술이 주목을 받고 있다. 상기 폐 폴리에스테르의 재활용 방법으로는 폐 폴리에스테르를 분쇄 및 용융하는 물리적인 방법, 또는 폐 폴리에스테르의 에스테르 결합을 끊어서 해중합(depolymerization)하는 화학적인 방법이 있다. 상기 재활용 방법을 통해 얻어진 재생 폴리에스테르는 다양한 물품의 제조를 위한 재료로 사용되고 있다. 예컨대, 상기 물품의 예로는 상기 재생 폴리에스테르를 사용하여 제조된 폴리에스테르 섬유 및/또는 폴리에스테르 부직포를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 재생 폴리에스테르를 용융 방사하여 폴리에스테르 섬유를 제조하고, 제조된 폴리에스테르 섬유를 결합시켜 폴리에스테르 부직포를 제조하는 것이다. 그러나, 상기 물리적인 방법을 통해 얻어진 재생 폴리에스테르(MR 폴리에스테르)는 이물(예컨대, 탄화물, 무기물 등)이 비교적 많아 용융 방사 과정에서 노즐의 막힘이 빈번하게 일어나 폴리에스테르 섬유 및 폴리에스테르 부직포의 제조 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 상기 화학적인 방법을 통해 얻어진 재생 폴리에스테르(CR 폴리에스테르)는 물리적인 방법을 통해 얻어진 재생 폴리에스테르에 비해 이물이 적어 노즐이 막히는 문제가 거의 없으나, 고유 점도가 높아 용융 방사를 통해 얻어지는 폴리에스테르 섬유의 크기(직경) 편차가 큰 문제가 있다. 또한, 상기 재생 폴리에스테르(CR 폴리에스테르)는 결정화 속도가 느려서 폴리에스테르 섬유의 세섬화가 어렵고, 이로 인해 균일한 두께 및 무게를 갖는 폴리에스테르 부직포를 얻는 데에 한계가 있다. 이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 여기서 본 발명은 이하에서 설명된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다. 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해될 수 있다. 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 재생 폴리에스테르 수지 본 발명의 재생 폴리에스테르 수지는 폐 폴리에스테르 원료의 화학적 해중합을 통해 얻어진 재생 원료를 포함하는 중합 반응물로부터 제조된다. 상기 중합 반응물은 상기 재생 폴리에스테르 수지의 제조에 사용되는 중합 원료를 의미한다. 이러한 중합 반응물은 폐 폴리에스테르 원료의 화학적 해중합을 통해 얻어진 재생 원료를 포함한다. 즉, 본 발명의 재생 폴리에스테르 수지는 폐 폴리에스테르 원료의 에스테르 결합은 끊어서 해중합하는 과정을 거쳐 재생 원료를 얻은 후, 얻어진 재생 원료를 포함하는 중합 반응물을 반응(통상적으로 공지된 에스테르화 반응/에스테르 교환 반응 및/또는 축중합 반응)시켜 얻어진 화학적 재생 폴리에스테르 수지(Chemical Recycled Polyester Resin)이다. 상기 폐 폴리에스테르 원료는 사용 후에 버려진 폴리에스테르 제품으로부터 얻을 수 있다. 구체적으로 상기 폐 폴리에스테르 원료는 사용자에 의해 사용된 후 버려진 폐기물인, 음료수병, 직물, 필름, 케이스, 박스, 파티션, 선반, 보호패널, 패키징, 건축자재, 인테리어 내외장재 등의 각종 폐 폴리에스테르 제품을 전처리하여 얻어진 것일 수 있다. 상기 전처리는 상기 폐기물에 혼입된 다른 플라스틱(이종 성분), 금속, 기타 이물질을 제거하고 세척한 후 분쇄기를 통해 분쇄하는 과정으로 이루어질 수 있다. 이러한 전처리 과정을 거침에 따라 상기 폐 폴리에스테르 원료는 플레이크(flake) 형태, 스크랩(scrap) 형태, 파우더(powder) 형태, 또는 섬유(fiber) 형태를 가질 수 있다. 상기 폐 폴리에스테르 원료의 화학적 해중합은 통상적으로 공지된 해중합 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 해중합은 글리콜리시스(glycolysis), 하이드롤리시스(hydrolysis), 메탄올리시스(methanolysis), 또는 아미놀리시스(aminolysis) 등의 반응을 이용한 화학적 방법으로 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 해중합은 폐 폴리에스테르 원료의 고분자 사슬을 글리콜계 화합물에 의해 분해하는 글리콜리시스(glycolysis) 반응을 통해 이루어질 수 있다. 상기 글리콜계 화합물은 특별히 한정되지 않으나, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 해중합을 통해 얻어진 재생 원료는 재생 디올 성분, 재생 디카르복실산 성분, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 재생 원료는 상기 재생 디올 성분이거나 상기 재생 디카르복실산 성분일 수 있다. 구체적으로, 상기 재생 디올 성분은 재생 비스(2-히드록시에틸)테레프탈레이트(r-BHET), 재생 에틸렌글리콜(r-EG), 재생 아이소소바이드(r-ISB), 재생 네오펜틸글리콜(r-NPG), 재생 디에틸렌글리콜(r-DEG), 재생 사이클로헥산디메탄올(r-CHDM) 및 재생 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄디올(r-TMCD)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상(예컨대, 2종 이상, 또는 3종 이상)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 재생 디올 성분은 재생 비스(2-히드록시에틸)테레프탈레이트(r-BHET)일 수 있다. 또한 상기 재생 디카르복실산 성분은 재생 테레프탈산(r-TPA), 재생 이소프탈산(r-IPA) 및 재생 디메틸테레프탈레이트(r-DMT)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 한편, 상기 중합 반응물은 버진(virgin) 디올 성분, 버진(virgin) 디카르복실산 성분, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 상기 버진 디올 성분 및 상기 버진 디카르복실산 성분 각각은 통상적으로 공지된 성분이라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 버진 디올 성분은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 아이소소바이드, 네오펜틸글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-프로판디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-시클로부탄디올 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상(예컨대, 2 이상, 3 이상, 또는 4 이상)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 버진 디올 성분은 에틸렌글리콜일 수 있다. 또한, 상기 버진 디카르복실산 성분은 테레프탈산, 이소프탈산, 디메틸프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트, 1,4-사이클로헥산 디카르복실산, 1,3-사이클로헥산 디카르복실산, 디메틸 1,4-사이클로헥산 디카르복실레이트, 디메틸 1,3-사이클로헥산 디카르복실레이트, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 2,5-퓨란디카르복실산 및 2,5-티오펜디카르복실산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 중합 반응물은 통상적으로 공지된 촉매, 정색제, 결정화제, 산화방지제, 안정화제 및 가지화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매로는 나트륨, 마그네슘의 메틸레이트(methylate); Zn, Cd, Mn, Co, Ca, Ba 등의 초산염, 붕산염, 지방산염, 또는 탄산염; 또는 Mg, Pb, Mn, Ti, Si, Sb, Sn, Al 등의 산화물, 또는 수화물 등이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 촉매로는 테트라에틸 티타네이트, 아세틸트리프로필 티타네이트, 테트라프로필 티타네이트, 테트라부틸 티타네이트, 2-에틸헥실 티타네이트, 옥틸렌글리콜 티타네이트, 트리에탄올아민 티타네이트, 에틸아세토아세틱에스테르 티타네이트, 이소스테아릴 티타네이트, 이산화티탄, 이산화게르마늄, 게르마늄 테트라클로라이드, 게르마늄 에틸렌글리코시드, 게르마늄 아세테이트, 안티몬트리옥사이드, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 상기 정색제로는 코발트(Cobalt)계 화합물, 안트라퀴논(Anthraquionone)계 화합물, 페린온(Perinone)계 화합물, 아조(Azo)계 화합물, 메틴(Methine)계 화합물 등의 유기 화합물(예컨대, 코발트아세테이트, 코발트프로피오네이트, Clariant사의 Polysynthren Blue RLS, Clariant사의 Solvaperm Red BB)이 사용될 수 있다. 상기 결정화제로는 결정핵제, 자외선 흡수제, 폴리올레핀계 수지, 폴리아마이드계 수지 등이 사용될 수 있다. 상기 산화방지제로는 힌더드 페놀계 화합물, 포스파이트계 화합물, 티오에테르계 화합물 등이 사용될 수 있다. 상기 안정화제로는 인산, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트 등의 인계 화합물이 사용될 수 있다. 상기 가지화제로는 트리멜리틱산(trimellitic acid), 무수트리멜리틱산(trimellitic anhydride), 트리메틸올 프로판(trimethylol propane), 또는 이들의 조합 등이 사용될 수 있다. 상기 중합 반응물을 사용하여 제조된 본 발명의 재생 폴리에스테르 수지는 하기 식 1에 따른 공정 지수(P.I.)가 25 이상이다. 상기 공정 지수(P.I.)는 결정화 온도(℃) 및 고유 점도(