KR0177183B1 - 셀룰로오스 성형품의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

셀룰로오스 주형물 제조를 위하여, 3차 아민-산화물에서의 셀룰로오스 용액이 고온상태에서 주형되며, 주형용액이 함유된 셀룰로오스를 침전시키기 위하여 침전조로 들어가고, 고온 주형용액은 침전조로 들어가기 전에 냉각된다. 주형공정 직후 냉각이 행해지며, 바람직하기로는 셀룰로오스 주형물에 대해 수평으로 공기를 불어 넣어 냉각된다. 본 발명에 따라, 방직돌기로부터 방출된 후 방직섬유의 부착이 없이 섬유밀도가 높게 셀룰로오스 용액이 방직되게 된다. 섬유밀도가 높은데도 불구하고, 방직돌기와 침전조 사이에 길이가 긴 공기층이 이용되며, 이는 다이에서(제1도) 연신에 의해 직물성을 실행하는 방직공정에서 충분한 시간이 생성됨을 의미한다.

Description

셀룰로오스 성형품의 제조 방법 및 장치

본 발명은 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액을 고온 상태에서 성형시키고, 성형시킨 용액을 침전욕으로 도입시켜 함유된 셀룰로오스를 침전시켜서 셀룰로오스 성형품을 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

US-PS 2 179 181호에는 3차 아민 산화물이 셀룰로오스를 용해시킬수 있고, 셀룰로오스 성형품이 이러한 용액으로부터 침전에 의해 수득될 수 있음이 개시되어 있다. 이러한 용액의 제조 방법은 예를 들어, EP-A 0 356 419호에 개시되어 있다. 이 공보에 따르면, 먼저 셀룰로오스 현탁액을 수성 3차 아민 산화물 중에서 제조한다. 아민 산화물은 40중량% 이하의 물을 함유한다. 수성 셀룰로오스 현탁액을 가열하고, 셀룰로오스가 용액으로 될 때까지 감압하에서 물을 제거한다. 이 방법은 배기시킬 수 있게 특별히 개발된 교반 장치 내에서 수행한다.

도입 부분에 기술된 유형의 방법은 DE-A 2 844 163호 및 DD-A 218 121호에 개시되어 있다. 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 필름을 제조하기 위하여, 다이에서 연신이 달성되도록 방사구와 침전욕 사이에 공기 공간 또는 공기갭이 배열된다. 이러한 연신 과정은 성형된 방사액이 수성 침전욕과 접촉한 후에는 섬유를 연신시키는 것이 매우 어려워지기 때문에 필요하다. 공기갭에서 생성된 섬유 구조는 침전욕에서 굳어진다.

그러나, 공기갭에는 응고되지 않은 개개의 섬유가 매우 높은 점착성 때문에 서로 점착되거나 함께 융합되어 섬유의 방사를 불가능하게 할 위험이 존재한다. 다이 플레이트와 침전욕 표면 사이의 갭(공기 공간)이 길수록 함께 점착될 위험섬이 커지는 것은 당연하다. 한편, 셀룰로오스 분자의 배향에는 일정한 시간이 필요하기 때에 갭이 긴 것이 유리하다. 긴 공기갭을 사용하는 경우, 함께 점착될 위험을 최소화시키기 위하여, 방사구에서의 구멍 밀도를 감소시켜야 하는데, 이는 방사 공정의 경제성에 불리한 영향을 미친다.

짧은 공기 공간을 상용하는 경우에는 높은 구멍 밀도를 사용하여 방사시킬 수 있지만, 필라멘트의 모세관 작용으로 인하여 액체가 침전욕으로부터 방사 보아(bore) 또는 방사 구멍의 출구쪽으로 말려 올라가기 때문에 방사 공정의 신뢰성이 저하된다. 그 결과, 성형되지만 여전히 유체 상태인 섬유 물질이 연신되지 않으며, 즉, 소망하는 섬유 두께가 수득되지 않는다. 동시에 섬유의 강도 및 신장률에 관한 텍스타일 값은 공기갭에서의 단축된 체류시간에 거의 영향을 받지 않음을 알 수 있다.

DD-A 218 121호에는 폴리알킬렌 에테르, 특히 폴리알킬렌 글리콜을 방사액에 첨가함으로써 방사 신뢰성 또는 섬유강도에 영향을 미치지 않고 다이에서 연시 갭의 길이를 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 개개의 섬유가 서로 점착될 위험이 감소됨이 명기되어 있다. 방사된 섬유의 과도한 점착성 및 이를 극복하기 위한 방법이 DE-A 2 844 163호에 기재되어 있으며, 특히 셀룰로오스를 용해시키지 않는 액체를 공기갭에서 섬유에 분무하는 방법이 제안되어 있다.

각종 시험은 수득가능한 방사 섬유 밀도 또는 셀룰로오스 섬유의 텍스타일 특성에 미치는 영향에 관하여 제안된 모든 용액이 만족스럽지는 않음을 밝혀내었다. DE-A 2 844 163호에 따르면, 방사구와 침전욕 표면 사이의 거리는 270㎜이지만, 이는 명백히 약 0.0046 섬유/㎟의 방사 섬유밀도(방사구내의 0.0046 구멍/㎟의 방사 구멍 밀도에 해당함)만을 허용한다. 이러한 작은 구멍 밀도를 이용하여 대규모로 방사한다는 것은 불가능하다. 대규모의 방사를 위하여는 구멍 밀도가 0.1 구멍/㎟를 넘는 방사구를 사용해야 한다. 이러한 방사구는 예컨데, 오스트리아 특허 출원 A 2724/89호에 기재되어 있다.

이제 상세히 설명될 본 발명은 방사 재료에 첨가제를 첨가하지 않고, 침전제를 성형품의 표면에 분무하지 않으면서, 갓 압축된 셀룰로오스 성형품의 점착성을 감소시킬 수 있도록 도입 부분에서 언급한 공정을 개선하는 문제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 방사된 섬유의 텍스타일 특성을 더 잘 제어하기 위하여, 구멍 밀도가 높은 방사구를 사용함으로써 조밀한 섬유 다발을 방사시킬 수 있는 셀룰로오스 섬유 제조 방법을 제공하며, 여기서, 이러한 조밀한 섬유 다발은 방사된 섬유의 텍스타일 특성에 대한 더 나은 조절을 위하여 긴 공기갭을 통해 침전욕으로 유도된다.

조밀한 섬유 다발 및 긴 공기갭에도 불구하고, 개개의 섬유 간에 부착은 일어나지 않아야 한다.

본 발명에 따른 공정은 침전욕과 접촉시키기 전에 고온 성형 방사액을 냉각시킴으로써, 성형 직후에 냉각이 일어남을 특징으로 한다. 성형된 용액을 냉각시키는 최상의 방법은 기류에 노출시키는 것이다.

방사구를 사용하여 셀룰로오스 용액을 성형함으로써 셀룰로오스 섬유를 제조하는 경우에, 방사 방향에 거의 직각으로 기류를 사용하는 것은 그 가치가 입증되었다. 놀랍게도, 전술한 바와 같은 점착 문제는 새로이 방사된 섬유를 예컨데, 공기 스트림에 노출시키는 간단한 방식으로 해결될 수 있음이 밝혀졌다. 심지어 팬에 의해 섬유 다발상에 간단히 송풍시키는 것은, 구멍 밀도가 0.7 구멍/㎟ 이하인 방사구가 사용될 수 있고, 공기갭에서 개개의 섬유의 점착을 발생시킴이 없이 길이가 70㎜ 이하인 공기갭을 선택할 수 있음을 보장한다.

본 발명에 따른 방법은 또한 셀룰로오스 용액을 필름 형성 장치를 통해 안내하여 셀룰로오스 필름을 제조하는 데에 적합하며, 필름 형성 방향은 기류에 대해 거의 직각이다.

구멍밀도가 더욱 높은 방사구를 사용하는 경우에, 팬에 의해 제공되는 흐름의 프로파일은 전체 섬유 다발의 균일한 냉각을 보장하기에 더 이상 적합하지 않다. 이 경우, 본 발명에 따른 공정의 바람직한 양태는 고온 성형된 용액을 2개 이상의 기류에 노출시키는 것으로 이루어지며, 여기서, 기류는 성형된 용액의 양쪽에 가하는 것이 최적이다.

셀룰로오스 섬유 제조를 위한 본 발명에 따른 방법의 변형법의 1가지 양태는 사실상 환형으로 배열된 다수의 방사 구멍을 갖는 방사구를 통해 고온의 셀룰로오스 용액을 안내하는 것으로 이루어지며, 여기서 방사된 섬유로서 나타나는 고온 성형된 용액을 2개의 기류에 노출시키되, 하나의 기류는 바깥쪽으로 방사상으로 지향시키고, 나머지 기류는 안쪽으로 방사상으로 시향시킨다.

이러한 방식으로 밀도가 1.4 섬유/㎟ 이하인 섬유 다발이 개개의 섬유가 서로 점착되지 않고 50㎜ 이상의 갭에 걸쳐 안내될 수 있을 정도로 냉각 효과를 강화시킬 수 있다.

20KJ/㎏ 용액 이상의 열량, 특히 바람직하게는 20 내지 350KJ/㎏ 용액의 열량이 냉각하는 동안에 고온 성형된 용액으로부터 제거된다.

본 발명은 또한 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액으로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 이러한 장치는 방사 구멍을 갖는 방사구로 이루어져 있다. 본 발명에 따른 장치는 셀룰로오스 섬유를 냉각시키는데 사용되는 냉각 기체를 위한 입구가 방사 구멍의 바로 하부에 제공되어 있다.

본 발명에 따른 장치의 특수한 양태는 방사 구멍에 의해 형성된 링의 중심에 냉각 기체 입구가 있는 본질적으로 환형으로 배치된 방사구내의 방사 구멍으로 이루어진다.

구멍밀도가 0.7 구멍/㎟를 넘는 방사구로부터 압출되는 매우 조밀한 섬유 다발의 균일한 냉각을 위하여, 바깥쪽으로부터 섬유 다발로 향하는 냉각 기체의 또 다른 기류를 제공하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 구성은 추가의 냉각 기체 입구를 나타내며, 이러한 입구는 환형 방사구의 외부에 위치한다. 이러한 경우, 환형 섬유 다발은 안쪽뿐 아니라 바깥쪽에서도 냉각 기체에 노출된다. 냉각효과는 이러한 장치에 의해 상당히 증가하는 것으로 밝혀졌다.

냉각 기체의 흐름을 균일하게 하기 위한 유동 장치 또는 베플이 환형 방사구 플레이트의 중심에 위치하는 냉각 기체 입구에 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 추가의 양태는 그룹의 형태로 배열되어 있는 방사구내의 방사 구멍으로 이루어진다.

본 발명에 따른 공정은 도면에 의해 더 설명되며, 제1도는 셀룰로오스 섬유 제조를 위한 본 발명에 따른 공정의 바람직한 양태를 개략적으로 도시하고, 제2, 3 및 4도는 본 발명에 따른 방사 장치의 바람직한 양태를 도시한다.

제1도에는, 가열가능한 방사구(1)가 도시되어 있으며(가열은 도시되어 있지않음), 고온 셀룰로오스 용액(3)이 약 100℃의 온도에서 공급 라인(2)을 통해 방사구(1)로 공급된다. 펌프(4)의 용도는 셀룰로오스 용액을 계량하고 압출에 필요한 압력을 조정하는 것이다. 방사 구멍(16)을 통해 방사구(1)로부터 압출되는 섬유 다발(5)은 기체 노즐(7)을 통해 방사구(1)에서 배출되는 섬유 다발(5)로 향하는 비활성 기체(6), 바람직하게는 공기로 냉각된다. 이러한 기류에 의해, 방사된 섬유를 방사 공정 동안에 함께 점착시킴이없이 구멍밀도가 높은 방사구를 사용할 수 있다.

섬유 다발(5)은 방사구(1)와 침전욕(8)의 표면 사이의 거리로서 정의되는 공기갭을 통과한 후, 침전욕(8)을 통과하고, 가이드 롤(guide roll)(9)에 의해 함께 수집되어 연신된다. 본 발명에 따라 각각 기체를 송풍하고 섬유 다발을 냉각시키면, 상대적으로 긴 공기갭을 사용할 수 있어서, 섬유의 연신 동안에 셀룰로오스 분자의 배향을 일으키기에 충분한 시간을 이용할 수 있다. 연신은 방사구(1)에서 배출되는 속도보다 빠른 속도로 롤(9)에 의해 섬유 다발(5)을 인취시킴으로써 달성한다.

기체노즐(7)은 환형으로 섬유 다발(5)을 둘러싸며, 방사구(1)에 직접 부착될 수 있거나 방사구(1)에 다시 한번 부착되는 특수하게 구성된 유니트를 형성할 수 있다. 자연적으로, 방사구(1)내의 고온 셀룰로오스 용액(3)으로부터 냉각 기체(6)로의 열전달은 가능한 한 방지되어야 하며, 이는 적합한 절연에 의해 간단히 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 효과를 이루기 위하여, 냉각 기체의 스트림을, 바람직하게는 방사 구멍(16)에 의해 형성된 평면에 대해 실질적으로 평행한 평면으로 방사구(1)에서 막 배출되는 섬유 다발(5)로 향하게 하는 것이 중요하다.

방사구 및 냉각 기체 노즐로 구성된 제1도에 도시된 본 발명에 따른 방사 장치의 추가의 양태가 제2, 3 및 4도에 개략적으로 도시되어 있다. 이들 양태에 의해, 한층 더 조밀한 섬유 다발을 처리할 수 있다. 즉, 구멍 밀도가 더욱 높은 방사구를 사용할 수 있다.

제2도 및 제3도는 가열가능한(가열은 도시하지 않음) 환형 방사구(1',1), 및 기체노즐(7'.7) 및 냉각 기체(13,13')용 입구(10,10')로 구성된 기체 송풍 장치의 단면도를 나타낸다. 환형 방사구(1',1)에는 도면에는 도시되어 있지 않은 지점에서 셀룰로오스 용액(11,11')이 공급되고, 이러한 셀룰로오스 용액은 방사되어 조밀한 환형 섬유 다발(5',5)로 형성되며, 냉각 기체는 이러한 섬유 다발의 안쪽 및 바깥쪽 모두로 송풍된다. 송풍 방향은 두 도면에서 각각 화살표(22,22') 및 (6',6)로 표시된다.

두 도면에 도시된 본 발명에 따른 장치의 양태는 냉각 기체(13,13')에 대한 입구(10,10')가 서로 다르다. 입구(10)는 배플 플레이트(12) 및 통로(14)를 구비한 간단한 튜브로서 설계한다. 입구(10)에는 예컨대, 도면에 도시되지 않은 팬에 의해 냉각 기체(13)가 공급될 수 있다. 냉각 기체(13)는 배플 플레이트(12)에 부딪혀서, 수평으로 편향되며, 통로(14)로부터 기류(22)로서 방출되어, 환형 섬유 다발(5')의 안쪽에 부딪힌다. 기체흐름을 균일하게 하기 위한 물체(15)를 입구(10)내에 공급할 수 있다. 섬유 다발(5')의 안쪽 및 바깥쪽 모두에 방사상으로 송풍시킴으로써, 냉각 효과가 실질적으로 증가된다.

제3도에 표시된 입구(10')는 냉각 기체(13')가 공급되는 수 개의 분리챔버 a 내지 d를 갖는다. 입구(10)의 이러한 분할된 구조에 의해, 섬유 다발로 송풍시킬 때에 상이한 냉각 매질 또는 상이한 조건을 사용할 수 있다. 제3도에 도시된 구성에 의해, 더 긴 거리에 걸쳐 섬유 다발을 냉각 기체에 노출시킴으로써, 셀룰로오스 섬유의 텍스타일 값에 보다 유리하게 영향을 줄 수 있다.

환형 섬유 다발(5',5)을 둘러싸는 환형 기체노즐(7',7)은 방사구(1',1)에 직접 부착될 수 있거나 방사구(1',1)에 다시 한번 부착되는 별도로 구성된 유니트를 형성할 수 있다. 구조설계에 관하여, 여기서는 제1도에 도시된 것을 적용한다. 또한 동일한 설계를 입구(10,10')에 적용한다.

또한 섬유로의 송풍을 위해 사용되는 공기 노즐을 방사구내로 일체화 시킬 수 있으며, 여기서 단열은 당연히 특별히 고려해야 한다. 이러한 양태는 제4도에 도시되어 있으며, 여기서 제4a도는 원통형 방사구 하우징(가열 가능하지만 가열은 도시되지 않음)을 갖는 본 발명에 따른 장치의 단면도이며, 제4b도는 이러한 양태의 배면도이다.

제4a도는 방사구(1)의 개략적인 도면을 도시한 것이며, 여기에서 방사 구멍(16')은 원통형 도관(17)의 헤드에 제공된다. 방사구(16')로 도입되는 셀룰로오스 용액(18)의 입구는 부호 2'로 표시된다. 방사 가공 동안에 도관(17) 내의 셀룰로오스 용액은 가압되고 방사 구멍(16')을 통해 압출된다. 방사구(1')는 원형 컷아웃(cut-outs)이 있는 원형 플레이트(19)에 의해 모세관쪽이 덮여 있으며, 이러한 원형 컷아웃은 압출된 섬유(5')가 장애없이 나오고 인취될 수 있도록 플레이트(19) 상에 형성되고 정위되어 있다. 이러한 방사구(1')의 커버링은 냉각기체가 유도되는 (도시되지 않음) 공간(20)을 생성 시킨다. 프레이트(19)는 도관(17)의 헤드와 접촉하지 않지만 환형 갭(7')을 형성하여, 이를 통해 냉각 기체가 나와 압출된 섬유 다발(5')에 수평으로 유동할 수 있도록[제4a도에서 갭(7')내의 화살표(6')로 도시됨] 고안되어 방사구(1')에 적용된다. 따라서, 환형 갭(7')은 각각 제1도, 제2도 및 제3도에 따른 장치에서 원형으로 사용되는 기체 노즐 (7,7',7)의 기능을 충족시킨다.

이러한 특수한 구성에 의해, 냉각 기체의 링이 각각의 섬유 다발(5')주위에 형성되어, 조밀한 섬유 다발(5')이 효율적으로 냉각된다.

제4b도는 방사구(1')의 배면도로서, 플레이트(19), 냉각기체가 흘러나오는 컷아우트(21) 및 방사 구멍(16')의 단면을 도시한다.

공간(20)내의 방사구 가장자리에 절연체(23)를 입혀서, 셀룰로오스 용액(18)으로부터 공간(20)내의 냉각기체로의 열전달을 막는다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다.

셀룰로오스 용액을 EP-A 0 356 419호에 기재된 공정에 의해 제조한후, 여과시키고 제1도에 도시된 공정에 따라 고온 상태에서 방사시키는데, 실시예 1 내지 4에서는 제2도에 개략적으로 도시된 방사 장치의 구체예를 사용하였고, 실시예 5에서는 제4도에 도시된 구체예를 사용하였다.

하기의 표에는 실시예 1 내지 5에 대해, 시간당 방사되는 셀룰로오스 용액의 중량(㎏/h), 이것의 조성(wt%), 이것의 방사 온도(℃), 방사구내의 구멍 밀도(구멍수/㎟), 방사 구멍의 직경(μ), 내부 냉각 공기의 공급속도(㎥/h), 이것의 온도(℃), 나오는 내부 냉각 공기의 온도(℃), 외부 냉각 공기의 공급속도(㎥/h), 이것의 온도(℃), 방사된 셀룰로오스 용액 1㎏ 당 제거되는 열량(KJ/㎏), 공기갭의 길이(㎜), 섬유연신비, 침전욕의 NMMO 함량(NMMO 중량%) 및 제조된 섬유의 최종 데니어(dtex)가 기재되어 있다.

모든 실시예의 경우, 개개의 섬유는 함께 점착하지 않는 것으로 관찰되었다.

Claims (14)

1. 3차아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액(3,11,11',18)을 고온 상태에서 성형시키는 단계, 성형된 용액(5,5',5,5')을 침전욕(8)으로 도입하여 함유된 셀룰로오스를 침전시키는 단계를 포함하며, 고온 성형된 용액을 침전욕(8)에 도입시키기 전에 기류에 노출시켜 냉각시켜서 셀룰로오스 성형품 제조 방법으로서, 냉각이 성형 과정 직후에 일어남을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 고온 성형된 용액의 냉각이 기류(6,6',6,6',22,22')에 대한 노출에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 방사구(1,1',1,1')에 의해 셀룰로오스 용액을 성형하여 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 방법으로서, 방사 방향이 기류에 대해 직각을 이룸을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 셀룰로오스 용액을 필름 형성 장치로 안내하여 셀룰로오스 필름을 제조하기 위한 방법으로서, 필름 형성 방향이 기류에 대해 직각을 이룸을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 고온 성형된 용액이 2개 이상의 기류(6,6',6,6',22,22')에 노출됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 고온 성형된 용액이 고온 성형된 용액의 양쪽에 접촉하는 2개의 기류(6,6',6,6',22,22')에 노출됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 고온 셀룰로오스 용액(11,11')을 환형으로 배치된 다수의 방사 구멍(16',16)을 갖는 방사구(1',1)를 통해 안내하여 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 방법으로서, 방사된 섬유로서 나타나는 고온 성형된 용액을 2개의 기류(6',6,22,22')에 노출시키되, 하나의 기류(22,22')는 방사된 섬유의 바깥쪽에 방사상으로 지향시키며, 나머지 기류(6',6)는 방사된 섬유의 안쪽에 방사상으로 지향시킴을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 냉각을 위해 고온 성형된 용액으로부터 용액 ㎏당 20KJ 이상의 열량이 제거됨을 특징으로 하는 방법.
9. 방사구멍(16,16',16,16')을 갖는 방사구(1,1',1,1')를 포함하는, 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액(3,11,11',18)으로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 장치로서, 셀룰로오스 섬유(5,5',5,5')를 냉각시키기 위한 냉각 기체(6,6',6,6',13,13')용 입구(7,7',7,7',10,10')가 방사구멍 바로 하부에 제공됨을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 방사구(1,1)의 방사구멍(16,16)이 환형으로 배열되며, 냉각 기체(13,13')용 입구(10,10')가 방사구멍(16,16)의 배열에 의해 형성된 링의 중심에 제공됨을 특징으로 하는 장히.
11. 제10항에 있어서, 방사구멍(16',16)의 배열에 의해 형성된 링의 외부에 위치하는, 냉각 기체(6,6)용 입구(7,7)가 제공됨을 특징으로 하는 장치.
12. 제9항에 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 방사구멍(16')의 배열에 의해 형성된 링의 중심에 위치한 입구(10)에 유동 장치 또는 배플(15)이 제공되어 냉각 기체(13)의 흐름을 균일화시킴을 특징으로 하는 장치.
13. 제9항에 있어서, 방사구(1')의 방사구멍(16')이 함께 모아져서 하나의 그룹을 형성함을 특징으로 하는 장치.
14. 제1항에 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 냉각을 위해 고온 성형된 용액으로부터 용액 ㎏당 20 내지 350KJ의 열량이 제거됨을 특징으로 하는 방법.