폴리에스터/스판덱스 혼방섬유의 화학적 재활용을 위한 친환경 수계 탈색 및 해중합

국문 초록 (Abstract)

염색된 PET/Spandex(P/S) 혼방섬유의 탈색은 폐기된 P/S 혼방섬유의 화학 적 재활용 효율을 크게 향상시킬 수 있는 핵심 전처리 단계이다. 그러나 기 존 탈색 공정은 주로 고온과 유기용매를 사용해야 하며, 비용이 높고 유해 가스가 발생해 환경 문제를 유발할 수 있다. 이 연구에서는 수산화나트륨 (NaOH)과 차아황산나트륨(Na2S2O4) 용액에 아세톤을 첨가한 친환경 수계 기 반 탈색 공정을 개발하여 유기용매 사용을 최소화하고 탈색효율을 향상시키 고자 하였다. 이 공정은 6 종의 분산염료(E-type, S-type)로 염색된 P/S 혼방 직물에 적용하였다. 최적 조건에서 96.6-99.5%의 탈색 효율을 달성하였다. 탈 색된 P/S 혼방섬유를 알칼리 가수분해 기반 해중합 공정을 적용한 결과, 스 판덱스(Spandex) 성분은 고체 형태로 분리되고 PET 성분은 테레프탈산(TPA) 으로 전환되었다. 기준 백색 P/S 시료의 TPA 수율은 76.5%였으나, 염색된 섬 유는 37.2-45.5% 수준으로 크게 감소하였다. 탈색 공정을 적용해 해중합을 진행한 결과, TPA 수율이 75.5-77.4%로 크게 향상되어 탈색 공정이 해중합 수율 향상에 효과적인 것을 확인하였다. 이러한 결과는 수계 기반 탈색이 염 착된 염료를 효과적으로 제거하여 P/S 혼방섬유의 해중합 반응성을 크게 향 상시키며, 공정의 환경성 및 효율성을 동시에 개선할 수 있음을 보여준다. 이 연구에서 제안한 탈색 및 해중합 공정은 염색된 폐섬유의 화학적 재활용 에 적용할 수 있으며, 향후 다양한 PET 기반 복합 소재의 지속가능한 재활용 기술로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 실험 4
• 2.1 시료 및 시약 4
• 2.2 염료 용액의 탈색 및 흡광도 측정 4
• 2.3 P/S 혼방섬유 염색 8
• 2.4 염색시료의 탈색 8
• 2.4.1 염색시료의 탈색 공정 10
• 2.4.2 탈색률 11
• 2.5 P/S 혼방섬유의 물성 분석 12
• 2.5.1 주사 전자 현미경 분석 12
• 2.5.2 적외선 분광 분석 12
• 2.5.3 시차 주사 열량계 분석 12
• 2.5.4 열중량 분석 13
• 2.6 P/S 해중합 14
• 2.6.1 P/S 혼방섬유 분리 및 해중합 공정 14
• 2.6.2 P/S 해중합 수율 16
• 2.6.3 회수된 Spandex의 열중량 분석 16
• 2.7 TPA의 구조 및 순도 분석 17
• 2.7.1 핵자기공명 분광 분석 17
• 2.7.2 고성능 액체 크로마토그래프 분석 17
• Ⅲ. 결과 및 고찰 18
• 3.1 분산염료 용액의 탈색 18
• 3.2 P/S 혼방섬유의 염색 및 탈색 22
• 3.2.1 P/S 혼방섬유의 농도별 염색 및 탈색 27
• 3.3 P/S 혼방섬유의 물성 분석 34
• 3.3.1 SEM을 통한 표면 분석 34
• 3.3.2 FT-IR 분석을 통한 구조 분석 36
• 3.3.3 DSC를 통한 열적 특성 분석 38
• 3.3.4 TGA를 통한 열중량 분석 40
• 3.4 P/S 혼방섬유의 해중합 및 Spandex 성분 분리 42
• 3.4.1 P/S 혼방섬유의 해중합 수율 비교 43
• 3.4.2 회수된 Spandex의 열중량 분석 48
• 3.5 회수된 TPA의 구조 및 순도 분석 50
• 3.5.1 1H-NMR을 통한 구조 분석 50
• 3.5.2 HPLC 분석을 통한 TPA 순도 분석 52
• Ⅳ. 결론 54
• 참고문헌 57
• Abstract 63