KR20020007276A - 고강도 통기성 재생 섬유판재와 그 제조법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐섬유로 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재에 관한 것으로 더욱 상세하게는 폐섬유를 정제하여 바인더, 유제 및 불순물을 제거하고 개면한 후 소면하여 균일하게 배열된 폐섬유 슬라이버를 제조한 후 적정 두께로 적층시킨 후 2회 이상의 다단 니들펀칭공정을 거쳐 물리적인 물성과 보온성, 흡음성을 극대화시킨 폐섬유시트를 제조한 후 반응성 바인더 또는 수지용액과 첨가물이 함유된 가공제에 침적 후 예비건조, 열건조 및 성형을 거쳐 냉각하여 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재에 관한 것이다.
본 발명의 고강도 통기성 재생 섬유판재는 최초 수거된 폐섬유에 함유되어 있는 고분자 섬유구성물질 이외의 물질들을 화학적인 방법으로 행해지는 정재공정에서 제거시킨 후 그대로 활용함으로써 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 아크릴계, 나일론계, 폴리프로릴렌계, 폴리우레탄계의 한 가지 폐섬유 또는 두 가지 이상 혼합된 모든 폐섬유를 구분 없이 활용할 수 있어 자연보호와 자원절약의 파급효과를 극대화시킬 수 있으며 다단 니들펀칭공정을 통하여 폐섬유의 물리적인 결속을 극대화하여 뒤이은 경화처리과정에 소모되는 가공제의 양을 줄이며 동시에 물리적인 물성이 우수한 것이 특징이며 비교적 섬유장이 짧은 폐섬유로 구성되어 판재의 내외부에 존재하는 모우의 수가 많아 보온성과 흡음성이 매우 우수하여 신발 깔창 및 중창, 건축물의 내장재 및 외장재, 컨테이너 및 조립식 건축물의 내외장재와 흡음단열재로 효과적으로 사용될 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 폐섬유를 정제하여 바인더, 유제 및 불순물을 제거하고 개면한 후 소면하여 균일하게 배열된 폐섬유 웹을 제조한 후 적정 두께로 적층시킨 후 2회 이상의 다단 니들펀칭공정을 거쳐 물리적인 물성과 보온성, 흡음성을 극대화시킨 폐섬유시트를 제조한 후 반응성 바인더 또는 수지용액과 첨가물이 함유된 가공제에 침적 후 예비건조, 열건조 및 성형을 거쳐 냉각하여 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재를 제공하는 것이다.
섬유상의 소재를 이용하여 판재를 제조하면 소재의 형태적 특징에서 기인된 공극이 판재에 잔존하게 되어 방음성과 통기성 및 보온성을 부여할 수 있어 과거부터 섬유소재를 이용하여 제조되는 유연성시트는 보온덮게, 흡음제 및 충격완화제 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 또한 사용목적에 따라 가공제를 이용하여 섬유시트의 형태안정성을 부여한 제품이 활발히 개발되어 생활용품, 신발, 건자재 및 자동차부품에 이르기까지 다양하게 이용되고 있다. 하지만 이들은 모두 천연 및 인공적으로 얻어지는 신제를 이용하는 것이 대부분이다. 또한 형태안정성의 증진을 목적으로 첨가되는 유기반응성 바인더, 수지용액, 플라스틱용융물 등은 재활용과정에서는 불순물로 작용하여 재활용을 불가능하게 하는 주요요인으로 작용하여 환경오염의 주범이 되고 있는 현실이다.
또한 인류의 문명과 함께 필수 불가결한 의복의 원료물질인 섬유는 최초 자연에서 얻어지는 천연섬유만이 사용되었으나 20세기 이후 화학공업의 발달과 더불어 여러 가지 합성섬유가 개발되어 인류의 생활을 풍요롭게 하였으나 이들은 대부분 자연분해가 되지 않는 성질을 가지고 있어 현재 인류는 폐섬유로 인한 심각한 환경오염의 문제에 직면해 있다.
최근 폐섬유로 인한 환경오염문제가 인식되며 이를 재활용하려는 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 미국특허 제603782호에서는 폐섬유를 기계적으로 분해하여 혼합 후 부직포를 형성시켜 사용하는 기술을 소개하고 있으며 미국특허 제3978179호에서는 열가소성수지를 폐섬유와 혼합하여 바인더로 사용하여 형태안정성이 개선된 부직포의 제조가 가능하다는 기술을 소개하고 있다. 하지만 이들은 모두 폐섬유를 이용하는 것 이외에 아무런 장점이 없고 기능성 또한 전혀 기대할 수 없으며 아직 폐섬유를 이용하여 제조되는 고강도 통기성 재생 섬유판재에 관한 내용은 없다.
본 발명은 폐섬유를 정제하고, 개면처리 및 소면처리 하여 물리화학적으로 결속된 섬유제품을 각각의 단섬유로 완벽하게 분리시켜 얻어지는 비교적 섬유장이 짧은 폐섬유를 2회 이상의 니들펀칭공정을 적용하여 폐섬유 간 물리적인 결합을 극대화시켜 강도를 증진시킨 후 반응성 유기화합물, 수지용액 또는 수지용융액을 이용하여 형태안정성을 극대화시킨 폐섬유로 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재를 제공하는 것이다.
본 발명의 폐섬유로 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재는 종래의 기술에서 달성할 수 없었던 폐섬유소재의 비교적 짧은 섬유장, 일정하지 못한 길이 및 균일하지 못한 섬유의 화학적 조성을 효과적으로 활용하여 섬유판재의 보온성과 흡음성이 극대화되었으며 2회 이상의 니들펀칭공정에서 기인된 치밀한 조직을 형성하고 있으며 적절한 바인더가 첨가되어 형태안정성 및 강도가 매우 우수하다.
이와 같이 본 발명은 지금까지 제조된 적 없는 폐섬유로 구성되는 새로운 형태의 물질구성과 새로운 공정설계에 의해 이루어지는 신 고강도 통기성 재생 섬유판재를 제공하는 진보된 기술을 제시하고 있다.
도면1은 본 발명의 통기성 재생 섬유판재의 단면을 전자현미경을 이용하여 40배로 확대하여 촬영한 사진으로 치밀한 조직특성에서 기인된 우수한 강도를 유지할 수 있으며 부분적으로 산재하는 공극에 의해 통기성이 발현되기에 충분한 구조적 특징을 가진다는 사실을 보여주고 있다.
도면2는 본 발명의 통기성 재생 섬유판재의 상부표면을 전자현미경을 이용하여 40배로 확대하여 촬영한 사진으로 치밀한 조직특성에서 기인된 우수한 강도를 유지할 수 있으며 부분적으로 산재하는 공극에 의해 통기성이 발현되기에 충분한 구조적 특징을 가진다는 사실과 매우 많은 수의 모우가 존재하여 보온성 및 흡음성이 우수할 수 있는 구조적 특징을 잘 보여주고 있다.
도면3은 본 발명의 통기성 재생 섬유판재의 하부표면을 전자현미경을 이용하여 40배로 확대하여 촬영한 사진으로 매우 많은 수의 모우가 존재하여 보온성 및 흡음성이 우수할 수 있는 구조적 특징을 잘 보여주고 있다.
본 발명은 최초 수거된 폐섬유를 화학적인 방법으로 정재하여 폐섬유에 함유되어 있는 바인더, 유제, 계면활성제, 수지, 호제 및 첨가물을 제거시켜 폐섬유가 원활하게 개면될 수 있는 상태로 만들어 준 후 개면공정 및 소면공정을 거쳐 니들펀칭하여 제조되는 폐섬유시트를 적절한 가공제에 침적한 후 건조시키며 성형하여 제조되는 통기성 재생 섬유판재를 제공하는 것이다.
본 발명의 재생 섬유판재는 망상구조로 존재하는 폐섬유가 무게비로 50wt% 내지 98wt% 사이이고 형태를 유지시키는 가공제의 고형분이 무게비로 0.2wt% 내지 50wt% 사이로 조성되며 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 20wt% 사이로 존재하는 것으로 밀도가 0.5g/cm3 내지 3g/cm3 사이이며 통기성을 갖는 것이다.
또한 강도향상, 기능성 부여, 촉감 개선 등의 필요에 따라 폐섬유가 무게비로 1wt%내지 98wt%, 신제인 섬유가 1wt% 내지 98wt% 사이로 존재하며 형태를 유지시키는 가공제의 고형분이 무게비로 0.2wt% 내지 50wt%, 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 20wt%, 항균성, 원적외선 방사성, 온열성, 음이온 방출성, 소취성, 난연성, 전자파차단성 등의 기능성 중 한 가지 또는 두 가지 이상의 기능성을 부여시키기 위한 첨가물이 무게비로 0wt% 내지 10wt% 사이로 조성되는 것이다.
본 발명에서 사용되는 폐섬유와 섬유는 에스테르, 아마이드, 아크릴, 모다크릴, 비닐알콜, 프로필렌, 사카라이드, 콜라겐, 단백질, 글리콜라이드, 글리콜산, 락타이드, 젖산, 카프로락톤, 디옥사논, 트리메틸렌 카보네이트, 또는 디메틸 트리메틸렌 카보네이트 등으로 이루어진 군에서 이루어진 단독 중합체, 이들의 공중합체, 혼합물 또는 브렌드물이 인위적으로 방사된 것과 천연에서 얻어진 것이 한 가지 또는 두 가지 이상 혼합된 것이 유용하다.
본 발명에서 적용되는 화학적인 폐섬유의 정재법은 수거된 폐섬유를 염수용액, 산수용액, 알칼리수용액 또는 유기용매에 온도 10℃ 내지 100℃ 사이의 온도에서 2시간 내지 20일 사이의 시간동안 폐섬유를 침지시켜 폐섬유에 잔류하는 바인더, 유제, 계면활성제 및 잡물을 가수분해 및 가용화시켜 제거하는 방법이다.
염 수용액으로서는 초산나트륨, 젖산나트륨, 초산칼륨, 젖산칼륨, 글리콜산나트륨, 글리콜산칼륨 등 유기금속염 또는 소디움에톡사이드 등과 같은 알코올금속염 또는 염화나트륨, 염화리튬, 염화칼슘, 염화칼리, 징크클로리드, 소디움치오시아네이트 등 무기금속염 중에서 1개 또는 2개 이상 임의 선택된 것을 물에 무게비로 1wt% 내지 70wt% 사이의 농도로 용해시킨 염수용액이 사용될 수 있다.
산수용액으로서는 물에 산을 무게비로 0.1wt% 내지 50wt% 사이의 농도로 용해시킨 수용액이 사용되며, 산으로서는 초산, 젖산, 개미산, 글리콜산, 아크릴산, 프로핀산, 석신산, 수산, 호박산, 아스콜빈산, 글루콘산, 주석산, 말레인산, 구연산, 글루타민산, 톨루엔설폰산 등의 유기산 또는 염산, 황산, 인산 등의 무기산 중에서 1개 또는 2개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.
염기수용액으로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 산화칼슘, 수산화바륨, 산화바륨 등 알칼리금속산화물 중 1개 이상 임의 선택된 것을 무게비로 1wt% 내지 40wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 염기수용액이 사용되며 유기용매로서는 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디에틸아세트아미드, 삼불화초산, 삼염화초산, 메틸렌클로리드, 사염화에탄 등 극성유기용매 중 1개 이상 임의의 선택된 것이 사용되며 보다 극성을 높이기 위하여 위의 유기용매에 무게비로 1wt% 내지 10wt% 사이 농도로 상기의 무기금속염 중 1개 이상이 임의 선택으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 고강도 통기성 재생 섬유판재는 화학적으로 정재된 폐섬유를 개면, 소면, 니들펀칭, 수지가공 및 건조 성형시켜 제조된다. 여기서 화학적으로 정재된 폐섬유는 수분율이 높아 뒤이은 공정에서 기계적인 문제, 에너지 효율저하, 생산성 감소, 불량률 증가의 원인이 될 수 있으므로 수세 후 탈수하여 온도 10℃ 내지 95℃ 사이의 온도에서 1시간 내지 30일간 건조시켜 평균수분율을 5% 내지 30% 사이로 조절하는 것이 필수적으로 요구된다.
건조된 폐섬유는 개면 및 소면공정을 거쳐 웹(web)으로 성형되며 판재의 균일성을배가시켜 주기 위해 필요에 따라 혼면공정을 부수적으로 적용할 수 있다. 폐섬유로 구성된 웹은 2회 이상의 니들펀칭으로 적절하게 치밀한 웹결속을 이룬 유연성 폐섬유시트가 제조된다. 제조된 폐섬유시트는 가공제와 건조과정을 통하여 강도의 증진 및 경화처리되어 최종적으로 본 발명의 고강도 통기성 재생 섬유판재가 제조된다. 본 발명에서 사용되는 가공제는 바인더, 유연제, 유제, 기능성 첨가물 및 물 중 한 가지 또는 임의 선택된 2가지 이상 혼용 또는 개별적으로 부과시킬 수 있다.
본 발명에서 바인더로는 비닐계, 우레탄계, 에폭시계 등의 반응성 유기화합물과 에스테르, 아마이드, 아크릴, 모다크릴, 비닐알콜, 프로필렌, 사카라이드, 콜라겐, 단백질, 글리콜라이드, 글리콜산, 락타이드, 젖산, 카프로락톤, 디옥사논, 트리메틸렌 카보네이트, 또는 디메틸 트리메틸렌 카보네이트 등으로 이루어진 군에서 이루어진 단독 중합체, 이들의 공중합체, 혼합물 또는 브렌드물의 수지용액 중 한 가지 또는 두 가지 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다. 또한 기능성 첨가물로는 액상 및 고상으로 존재하는 4급 암모늄염, 키토산 등의 항균제, 황토, 규석, 실리콘 등의 원적외선 방사체, 페라이트 등의 온열제, 활성탄소 또는 대나무 숯 등의 음이온 방출제, 숯과 같은 탈취제, 불소와 같은 난연제, 전도성 필러 및 탄소섬유와 같은 전도체 등이 한 가지 또는 두 가지 이상 선택되어 사용될 수 있다.
본 발명의 고강도 통기성 재생 섬유판재는 섬유를 이용하여 판재를 제조하는 과어서 폐섬유를 활용할 때 통기성을 유지하며 소재의 불균일성에서 기인된 보온성과 흡음성이 향상되며 다단 니들펀칭과 바인더를 이용할 때 강도가 뛰어난 섬유판재의제조가 가능하다는 사실이 밝혀져서 이 기술이 제조방법에 적용되어 얻어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예는 본발명의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나 본발명의 내용이 이에 국한된 것이 아니다.
실시예
폐섬유의 정재
봉제공장 및 부직포제조공정에서 얻어진 면과 폴리프로필렌, 나일론으로 구성된 폐섬유 50kg을 가성소다 25wt% 수용액 200kg에 2일간 침지시켜 잔류하던 바인더와 호재를 용해시켜 제거한 후 수세하고 40℃의 온도에서 열풍건조기를 통하여 수분율 20%로 건조하였다.
폐섬유 유연성 시트의 제조
건조된 폐섬유를 개면기를 이용하여 개면하여 개개의 단섬유로 분해한 후 소면기를 이용하여 웹을 형성시켰으며 형성된 웹은 5번 적층하여 두께 10cm의 폐섬유 웹을 제조하였다.
이후 니들펀칭기를 이용하여 3회에 걸쳐 니들펀칭하여 두께 2cm의 유연성 시트를제조하였다.
가공제 처리
아크릴 바인더 20kg과 참숯가루 2kg을 물 78kg에 첨가하여 제조된 가공제에 폐섬유 유연성 시트를 침지하고 멩글처리하여 가공제가 시트의 외부와 내부에 균일하게 도포시켰다.
고강도 통기성 재생 섬유판재의 제조
가공제처리된 폐섬유 시트를 열롤러를 통하여 예비건조 시킨 후 온도 150℃에서 30분간 열건조한 후 냉각하여 통기성을 유지하며 강도가 향상된 재생 섬유판재를 제조하였다.
본 발명의 고강도 통기성 재생 섬유판재는 최초 수거된 폐섬유에 함유되어 있는 고분자 섬유구성물질 이외의 물질들을 화학적인 방법으로 행해지는 정재공정에서 제거시킨 후 그대로 활용함으로써 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 아크릴계, 나일론계, 폴리프로릴렌계, 폴리우레탄계의 한 가지 폐섬유 또는 두 가지 이상 혼합된 모든 폐섬유를 구분 없이 활용할 수 있어 자연보호와 자원절약의 파급효과를 극대화시킬 수 있으며 다단 니들펀칭공정을 통하여 폐섬유의 물리적인 결속을 극대화하여 뒤이은 경화처리과정에 소모되는 가공제의 양을 줄이며 동시에 물리적인 물성이 우수한 것이 특징이며 비교적 섬유장이 짧은 폐섬유로 구성되어 판재의 내외부에 존재하는 모우의 수가 많아 보온성과 흡음성이 매우 우수하여 신발 깔창 및 중창, 건축물의 내장재 및 외장재, 컨테이너 및 조립식 건축물의 내외장재와 흡음단열재로 효과적으로 사용될 수 있는 신규의 섬유판재가 제공된다.
Claims (6)
- 폐섬유가 무게비로 50wt% 내지 98wt% 사이이고 형태를 유지시키는 가공제의 고형분이 무게비로 0.2wt% 내지 50wt% 사이로 조성되며 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 20wt% 사이로 존재하는 것으로 밀도가 0.5g/cm3 내지 3g/cm3 사이이며 통기성을 갖는 섬유판재
- 제1항에 있어서 보다 바람직하게는 폐섬유가 무게비로 1wt% 내지 98wt%, 신제인 섬유가 1wt% 내지 98wt% 사이로 존재하며 형태를 유지시키는 가공제의 고형분이 무게비로 0.2wt% 내지 50wt%, 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 20wt%, 첨가물이 무게비로 0wt% 내지 10wt% 사이로 조성되는 것을 특징으로 하는 섬유판재
- 제1항과 제2항에 있어서 폐섬유와 제2항에 있어서 섬유가 에스테르, 아마이드, 아크릴, 모다크릴, 비닐알콜, 프로필렌, 사카라이드, 콜라겐, 단백질, 글리콜라이드, 글리콜산, 락타이드, 젖산, 카프로락톤, 디옥사논, 트리메틸렌 카보네이트, 또는 디메틸 트리메틸렌 카보네이트 등으로 이루어진 군에서 이루어진 단독 중합체, 이들의 공중합체, 혼합물 또는 브렌드물이 인위적으로 합성되어 방사된 섬유와 천연에서 얻어진 섬유가 한 가지 또는 두 가지 이상 혼합된 것을 특징으로 하는 섬유판재
- 제1항과 제2항에 있어서 가공제의 고형분이 비닐계, 우레탄계, 에폭시계 등의 반응성 유기화합물과 에스테르, 아마이드, 아크릴, 모다크릴, 비닐알콜, 프로필렌, 사카라이드, 콜라겐, 단백질, 글리콜라이드, 글리콜산, 락타이드, 젖산, 카프로락톤, 디옥사논, 트리메틸렌 카보네이트, 또는 디메틸 트리메틸렌 카보네이트 등으로 이루어진 군에서 이루어진 단독 중합체, 이들의 공중합체, 혼합물 또는 브렌드물의 수지용액 중 한 가지 또는 두 가지 이상 임의 선택된 것임을 특징으로 하는 섬유판재
- 제2항에 있어서 첨가물이 액상 및 고상으로 존재하는 4급 암모늄염, 키토산 등의 항균제, 황토, 규석, 옥, 실리콘 등의 원적외선 방사체, 페라이트와 게르마늄 등의 온열제, 활성탄소 또는 대나무숯 등의 음이온 방출제, 숯과 활성탄소와 같은 탈취제, 불소와 같은 난연제, 전도성 필러 및 탄소섬유와 같은 전도체 등이 한 가지 또는 두 가지 이상 선택되어 사용된 것을 특징으로 하는 섬유판재
- 폐섬유를 정제하여 바인더, 유제 및 불순물을 제거하고 개면한 후 소면하여 균일하게 배열된 폐섬유 웹을 제조한 후 적정 두께로 적층시킨 후 2회 이상의 다단 니들펀칭공정을 거쳐 물리적인 물성과 보온성, 흡음성을 극대화시킨 폐섬유시트를 제조한 후 반응성 바인더 또는 수지용액과 첨가물이 함유된 가공제에 침적 후 예비건조, 열건조 및 성형을 거쳐 냉각하여 제조되는 고강도 통기성 재생섬유판재의 제조방법
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