KR0185687B1 - Process for preparing a homogeneous solution of cellulose in n-methyl morpholine n-oxide using ammonia or an amine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암모니아 또는 아민을 이용하여 팽윤시킨 셀룰로오스 펄프를 압출기 또는 혼련기 내에서 NMMO 용매에 직접 용해시키는 것이 특징인, 셀룰로오스 섬유 및 필름을 제조하는 데에 사용될 수 있는 고균질의 셀룰로오스 용액의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 용매의 침투가 용이한 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 사용하기 때문에 압출기 내에서 별도의 팽윤 과정 없이 바로 균질의 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 종래의 방법보다 공정이 간단하고, 단시간에 고균질의 용액을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a highly homogeneous cellulose solution which can be used for producing cellulose fibers and films, characterized in that cellulose pulp swelled with ammonia or an amine is directly dissolved in an NMMO solvent in an extruder or a kneader . According to the present invention, a homogeneous cellulose solution can be prepared directly without any swelling process in an extruder because a swelled cellulose pulp is used which easily permeates the solvent. Therefore, the method for producing a cellulose solution of the present invention is simpler in process than the conventional method and can produce a highly homogeneous solution in a short time.

Description

암모니아 또는 아민을 이용한 균질 셀룰로오스 N-메틸모르폴린-N-옥사이드 용액의 제조 방법Method for preparing homogeneous cellulose N-methylmorpholine-N-oxide solution using ammonia or amine

본 발명은 암모니아 (NH3) 또는 저분자량의 아민류를 이용하여 팽윤시킨 셀룰로오스 펄프를 압출기 내에서 액상의 N-메틸모르폴린-N-옥사이드 (NMMO; N-methylmorpholine-N-oxide) 용매에 직접 용해시켜 고균질의 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조되는 고균질의 셀룰로오스 용액은 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 필름을 제조하는 데 사용될 수 있다.The present invention relates to a process for producing a cellulose pulp swollen with ammonia (NH 3 ) or a low molecular weight amine by dissolving directly in a liquid N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) To a process for preparing a highly homogeneous cellulose solution. The highly homogeneous cellulose solution prepared according to the present invention can be used to prepare cellulose fibers or cellulose films.

3급 아민옥사이드계 용매를 사용하여 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법은 그리네이처 (Graenacher) 등이 미국 특허 제2,179,181호에서 주장한 이래 보다 효율적이고 경제적인 용액 제조 방법들이 계속 제시되고 있다.Since the method of producing a cellulose solution using a tertiary amine oxide-based solvent has been proposed by Graenacher et al. In US Pat. No. 2,179,181, a more efficient and economical solution production method has been continuously proposed.

미국 특허 제4,142,913호, 제4,144,080호, 제4,196,282호 및 제4,246,221호들은 수분 함량이 22 중량% 이상이어서 셀룰로오스가 용해될 수 없는 3급 아민옥사이드 수용액에 먼저 셀룰로오스를 팽윤시켜 슬러리를 얻고, 이어서 슬러리에 함유된 과량의 물을 감압 증류하여 제거함으로써, 셀룰로오스를 용해시키는 감압 증류법에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 셀룰로오스 용액의 제조 방법들은 장시간의 감압 증류를 거쳐서 용액을 제조하기 때문에 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 용매 및 셀룰로오스의 열분해로 인하여 용액이 변색되고 장시간의 감압 증류에 따른 시간 및 에너지 낭비의 문제점을 지니고 있다.U.S. Patent Nos. 4,142,913,4,144,080,4,196,282 and 4,246,221 disclose a method for producing a slurry by first swelling cellulose in an aqueous solution of a tertiary amine oxide having a water content of 22% by weight or more and not capable of dissolving cellulose, And a method for producing a cellulose solution by a reduced-pressure distillation method in which cellulose is dissolved by removing excess water by distillation under reduced pressure. However, since the manufacturing method of such a cellulose solution is a complicated process because a solution is produced through a long-time decompression distillation, the solution is discolored due to pyrolysis of the solvent and cellulose, and the problem of time and energy waste due to long- .

스테판 (Stefan) 등의 유럽 특허 제356,419호는 상기의 특허들처럼 농축 공정을 이용하여 시간당 72 kg의 셀룰로오스 용액을 연속적으로 제조할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 이 특허는 40%의 물을 함유한 N-메틸모르폴린-N-옥사이드 (이하 NMMO라고 칭함) 수용액을 사용하여 셀룰로오스를 팽윤시키고, 팽윤된 셀룰로오스 슬러리를 팬 모양의 플라이트가 달린 스크류를 이용하여 압출기 내에서 감압 증류함으로써 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 또한, 퀴글레이 (Quigley)는 국제 특허 제W0 94/06530호에서 감압 증류 장치인 박막 증류기를 사용하여 용액을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 하지만, 이러한 방법들은 고점도의 셀룰로오스 슬러리를 농축시켜야 하기 때문에 생산 효율이 감소할 뿐만 아니라 감압 증류를 하여야 하기 때문에 장치가 복잡하다.European Patent No. 356,419 to Stefan et al. Discloses a method for continuously producing a 72 kg cellulose solution per hour using the concentration process as described above. This patent discloses a method for producing cellulose by swelling cellulose by using an aqueous solution of N-methylmorpholine-N-oxide (hereinafter referred to as NMMO) containing 40% water and drying the swollen cellulose slurry using a screw equipped with a fan- To thereby produce a cellulose solution by distillation under reduced pressure. Quigley also discloses a process for preparing a solution using a thin film still, which is a vacuum distillation apparatus, in International Patent WO 94/06530. However, these methods require a concentrated cellulose slurry having a high viscosity, so that the production efficiency is reduced and the apparatus is complicated because it is required to carry out distillation under reduced pressure.

미국 특허 제4,211,574호는 수분 함량이 5 내지 15% 범위이어서 셀룰로오스를 용해할 수 있는 액상의 3급 아민옥사이드에 셀룰로오스 펄프 시트를 85 내지 95℃에서 침지 및 팽윤시킨 후, 농축 과정 없이 그대로 교반 및 가열하여 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 아민옥사이드 용매가 셀룰로오스 펄프 시트의 표면만 일부 팽윤시키고, 표면에 피막을 형성하기 때문에 아민옥사이드 용매는 펄프의 내부까지 깊숙이 침투하지 못하여 제조된 셀룰로오스의 용액 내에 미용해된 셀룰로오스가 잔존하게 되는 경향이 있다. 펄프 시트에 피막이 형성되면, 강력하게 교반하거나 가열하여도 균일하게 용해된 용액을 제조할 수 없다. 따라서, 이 특허에 의한 용액의 제조 방법은 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 없다는 단점이 있다.U.S. Patent No. 4,211,574 discloses a process for producing cellulose fibers by immersing and swelling a cellulose pulp sheet in a liquid tertiary amine oxide capable of dissolving cellulose at a moisture content of 5 to 15% Thereby producing a cellulose solution. However, in this method, since the amine oxide solvent swells only a part of the surface of the cellulose pulp sheet and forms a film on the surface thereof, the amine oxide solvent does not penetrate deeply into the pulp, so that the undissolved cellulose remains in the solution of the prepared cellulose Of the population. When a film is formed on the pulp sheet, a solution that is uniformly dissolved even when stirred or heated can not be produced. Accordingly, the method of producing a solution according to this patent has a disadvantage that a homogeneous cellulose solution can not be produced.

한편, 미국 특허 제4,416,698호는 셀룰로오스 분말과 고상의 NMMO 분말을 단순 혼합하여 압출기로 이송하여 용해시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 셀룰로오스 분말과 고상 용매를 단순히 혼합한 상태이기 때문에 다량의 혼합물을 제조하였을 때, 셀룰로오스 분말과 고상의 NMMO분말이 서로 균일하게 혼합된 상태를 이루지 못하여 최종적으로 제조된 용액 내에 용해되지 않은 셀룰로오스 입자들이 존재하는 단점이 있으며 흐름도가 낮아 공업화하기에 어렵다. 따라서, 다량의 혼합물을 제조하기에 부적합하고, 생산 효율이 낮은 단점이 있으며 분말은 분진 폭발의 가능성도 안고 있다.On the other hand, U.S. Patent No. 4,416,698 suggests a method of simply mixing a cellulose powder and a solid phase NMMO powder and transferring the powder to an extruder for dissolution. However, since the cellulose powder and the solid phase solvent are simply mixed with each other in this method, when a large amount of the mixture is prepared, the cellulose powder and the solid phase NMMO powder are not uniformly mixed with each other, There are disadvantages of non-existent cellulose particles, and it is difficult to industrialize due to low flow rate. Therefore, it is unsuitable for producing a large amount of the mixture, has a disadvantage in that the production efficiency is low, and the powder has a possibility of dust explosion.

이상에서 기술한 바와 같이, 종래의 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 셀룰로오스를 충분히 균일하게 팽윤 (wetting)시킴으로써 균질의 셀룰로오스 용액을 제조하려는 기술이지만, 과량의 수분을 제거하는 동안 용매인 NMMO는 불필요한 가수 분해를 겪게 되는 결점이 있다.As described above, the conventional method for producing a cellulose solution is a technique for producing a homogeneous cellulose solution by sufficiently uniformly swelling the cellulose. However, while excess moisture is removed, NMMO, which is a solvent, There are drawbacks to be experienced.

본 발명의 목적은 3급 아민옥사이드계 NMMO 용매를 사용하여 셀룰로오스 용액을 제조함에 있어서, 기존의 복잡한 제조 공정과 달리, 공정 소요 시간이 짧고 단순한 공정에 의하여 고균질의 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a method of producing a cellulose solution by using a tertiary amine oxide type NMMO solvent and a method of producing a highly homogeneous cellulose solution by a simple process, .

도 1은 본 발명의 셀룰로오스 팽윤 공정을 개략적으로 도시한 공정 순서도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a process flow diagram schematically illustrating a cellulose swelling process of the present invention.

도 2는 본 발명의 용액 제조 공정을 도시한 공정 개요도.FIG. 2 is a process overview diagram showing a solution manufacturing process of the present invention. FIG.

도 3은 본 발명에서 사용된 쌍축 압출기의 여러 가지 블록 다이아그램 중 전형적인 블록 다이아그램의 예시도.3 is an illustration of a typical block diagram among various block diagrams of a twin-screw extruder used in the present invention.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 천연 셀룰로오스의 결정 구조를 분석하여 연구를 거듭한 결과, 본 발명자들은 가압하의 액체 암모니아 또는 저분자량의 아민류를 작용시킴으로써, 셀룰로오스 분자 간의 간격을 넓히고, NMMO와의 작용을 크게 촉진시킬 수 있음을 알게 되었다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the crystal structure of natural cellulose has been analyzed and studied. As a result, the present inventors have found that the action of liquid ammonia or low molecular weight amines under pressure increases the interval between cellulose molecules, It was found that the action can be greatly promoted.

즉, 천연 셀룰로오스는 하기의 반응식 1과 같이 암모니아의 작용 하에서는 셀룰로오스 I에서 셀룰로오스 III으로 바뀐다.That is, the natural cellulose is changed from cellulose I to cellulose III under the action of ammonia as shown in Reaction Scheme 1 below.

이와 같은 기술은 천연 섬유 목면을 머서화 (mercerizing)하여 견사와 같은 외관을 보이도록 하는 기술로서 이미 잘 알려져 있다. 액체 암모니아 또는 저분자량의 아민류로 처리한 셀룰로오스는 NMMO (함수 15 중량% 이하)에 그대로 용해되어, 균질의 셀룰로오스 용액을 만들 수 있기 때문에 공정이 간편해진다. 암모니아 또는 아민류는 가압 상온 하에서 셀룰로오스에 작용시킨 후 가온 감압시킴으로써 완전하게 회수되어 순환 이용될 수 있다. 즉, 셀룰로오스가 건식으로 머서화되었기 때문이다.Such a technique is well known as a technique of mercerizing natural fiber cotton to make it look like a silk thread. Cellulose treated with liquid ammonia or low molecular weight amines is dissolved intact in NMMO (15% by weight or less of the function) to make a homogeneous cellulose solution, which simplifies the process. Ammonia or amines can be completely recovered by heating under reduced pressure after reacting with cellulose under normal pressure at room temperature and can be circulated. That is, cellulose is mercerized in a dry state.

액체 암모니아로 처리된 셀룰로오스 펄프는 NMMO와 별도 또는 혼합된 상태로 하여 혼련압출기 또는 니더 (kneader)에 보내서 셀룰로오스-NMMO 용액을 제조한다. 이렇게 제조된 셀룰로오스-NMMO 용액은 다른 방법으로 제조된 셀룰로오스-NMMO 용액에 비하여 월등히 균질하기 때문에 방사시 단사의 결점이 거의 나타나지 않는 장점을 가지고 있다.Cellulose pulp treated with liquid ammonia is separately or mixed with NMMO and sent to a kneading extruder or kneader to prepare a cellulose-NMMO solution. The cellulose-NmMO solution thus prepared is much more homogeneous than the cellulose-NHMO solution prepared by other methods, so that it has an advantage that the defects of the single yarn in the spinning hardly appear.

따라서, 본 발명은,Therefore,

(a) 암모니아 및 저분자량의 아민으로부터 선택된 팽윤제에 셀룰로오스 펄프를 팽윤시키는 단계,(a) swelling the cellulose pulp into a swelling agent selected from ammonia and low molecular weight amines,

(b) 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 일정 속도로 압출기 또는 니더에 주입시켜서, 액상의 N-메틸모르폴린-N-옥사이드에 용해시키는 단계,(b) injecting the swelled cellulose pulp into an extruder or kneader at a constant speed and dissolving the pulp in a liquid N-methylmorpholine-N-oxide,

(c) 용해된 용액을 탈포 여과시키는 단계,(c) defoaming the dissolved solution,

(d) 탈포 여과된 용액을 저장기에서 안정화시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고균질의 셀룰로오스 용액의 제조 방법을 제공한다.(d) stabilizing the degassed and filtered solution in a reservoir. The present invention also provides a method for producing a highly homogeneous cellulose solution.

본 발명에서 제조되는 고균질의 셀룰로오스 용액은 가공기를 통과하여 섬유, 필름 및 분리막을 제조하는 데에 바로 사용될 수 있다.The highly homogeneous cellulose solution prepared in the present invention can be directly used to produce fibers, films, and membranes through a processing machine.

본 발명의 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 다음과 같은 특징 및 장점이 있다.The method for producing a cellulose solution of the present invention has the following features and advantages.

첫째, 팽윤제로서 액체 또는 기체 암모니아 또는 저분자량의 아민을 이용하여 셀룰로오스 펄프를 팽윤시킨다. 셀룰로오스 펄프 시트를 NMMO 용액에 직접 용해시키는 방법은 펄프 시트 표면에 피막을 형성하므로 완전히 용해시키기 어려우나, 암모니아 또는 아민에 팽윤시킨 셀룰로오스 펄프 시트는 NMMO 용액에 쉽게 용해되는 장점을 가지고 있다. 또한, 팽윤제로 사용된 암모니아 또는 아민은 저에너지로 회수 순환되어 재사용될 수 있는 장점도 있다.First, the cellulose pulp is swelled using liquid or gaseous ammonia or a low molecular weight amine as a swelling agent. The method of directly dissolving the cellulose pulp sheet in the NMMO solution is difficult to completely dissolve because it forms a film on the surface of the pulp sheet, but the cellulose pulp sheet swollen with ammonia or amine has an advantage of being easily dissolved in the NMMO solution. Also, ammonia or amine used as a swelling agent can be recovered and recycled as low energy and can be reused.

둘째, 종래의 감압 증류법에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 장시간에 걸쳐 제조되기 때문에 셀룰로오스 및 용매의 분해가 심하지만, 본 발명의 방법은 슬러리의 감압 증류 과정을 거치지 않고 바로 압출기 (단축 압출기와 쌍축 압출기가 사용될 수 있으나 쌍축 압출기의 사용이 더 바람직함) 또는 니더 내에서 균질의 셀룰로오스 용액을 제조하기 때문에 셀룰로오스 및 용매의 분해가 적다.Secondly, since the conventional method of producing a cellulose solution by a vacuum distillation method is produced over a long period of time, decomposition of cellulose and a solvent is severe, but the method of the present invention can be carried out by a simple extruder May be used but the use of a biaxial extruder is more preferred) or to produce a homogeneous cellulose solution in a kneader, resulting in less decomposition of the cellulose and solvent.

셋째, 종래의 방법은 감압 증류에 의한 농축 과정을 거쳐 제조하기 때문에 장시간이 소요되어 공정 및 장치가 복잡하지만, 본 발명의 방법은 용해 공정이 단순하기 때문에 공정 및 장치가 단순하다.Thirdly, since the conventional method is manufactured through the concentration process by the reduced pressure distillation, it takes a long time to process and the apparatus are complicated. However, the method of the present invention is simple in the process and the apparatus because the dissolving process is simple.

본 발명의 균질 셀룰로오스 용액을 제조하기 위한 방법을 첨부 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.A method for producing the homogeneous cellulose solution of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 셀룰로오스 팽윤 공정을 개략적으로 도시한 공정 순서도이며, 도 2는 본 발명의 용액 제조 공정을 도시한 공정 개요도이며, 도 3은 본 발명에서 사용된 쌍축 압출기의 여러 가지 블록 다이아그램 중 전형적인 블록 다이아그램의 예시도이다. 본 발명에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 과정은 간단하다. 먼저, 팽윤제로서 액체 또는 기체 암모니아 또는 아민을 이용하여 후술하는 바와 같이 셀룰로오스 펄프 시트를 팽윤시킨다. 이렇게 팽윤된 셀룰로오스 펄프 시트를 그대로 NMMO 용매에 용해시킬 수 있지만, 바람직하게는 셀룰로오스 펄프 시트를 10 mm x 10 mm 이하의 일정한 크기로 잘게 자르고, 이 잘게 절단된 셀룰로오스 펄프 칩을 압출기 또는 니더 내에서 액상의 NMMO를 분사하여 셀룰로오스 칩을 완전히 용해시켜 안정한 용액을 제조한다. 이 때, 안정하고 균질한 용액을 얻기 위해서는 니더 또는 압출기를 독립적으로 사용하거나 압출기-니더를 복합하여 병용할 수 있다.Fig. 1 is a process flow chart schematically showing the cellulose swelling process of the present invention, Fig. 2 is a process overview diagram showing a solution production process of the present invention, and Fig. 3 is a flowchart showing various block diagrams / RTI > is an example of a typical block diagram. The process for producing the cellulose solution according to the present invention is simple. First, the cellulose pulp sheet is swollen as described below using liquid or gaseous ammonia or an amine as the swelling agent. The swollen cellulose pulp sheet may be directly dissolved in the NMMO solvent. Preferably, the cellulose pulp sheet is finely cut to a predetermined size of 10 mm x 10 mm or less, and the finely cut cellulose pulp chips are extruded in a liquid phase Of NMMO is sprayed to completely dissolve the cellulose chip to prepare a stable solution. At this time, in order to obtain a stable and homogeneous solution, a kneader or an extruder can be used independently or an extruder-kneader can be used in combination.

종래의 감압 증류에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 셀룰로오스와 3급 아민옥사이드계 용매로 이루어진 슬러리로부터 과량의 물을 제거하여야 하기 때문에 많은 시간과 비용을 필요로 하지만, 본 발명은 NMMO 수용액으로부터 직접 물을 제거하기 때문에 5 내지 20 중량%의 고농도 용매를 쉽게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 슬러리로부터 감압 증류 과정을 거치지 않기 때문에 시간이 짧고 공정이 단순하다.The conventional method of producing a cellulose solution by reduced pressure distillation requires a long time and a cost because it is necessary to remove excess water from a slurry composed of cellulose and a tertiary amine oxide-based solvent. However, So that a high concentration solvent of 5 to 20% by weight can be easily produced. Therefore, the method of the present invention is short in time and simple in process because it does not undergo a vacuum distillation process from the slurry.

반응기 A에 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩을 넣고 액체 또는 기체 암모니아 또는 아민을 넣어 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩을 팽윤시킨다. 여기서, 펄프 칩이란 펄프 시트가 10 mm x 10 mm 이하로 절단된 것을 말한다. 이 때, 반응기 B에 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩을 넣는다. 반응기 A의 펄프 시트 또는 칩이 처음 두께의 2배 이상 팽윤되면, 반응기 A의 액체 또는 기체 암모니아 또는 아민을 감압하여 반응기 B로 이송하고 반응기 A는 완전히 감압하여 암모니아 또는 아민을 제거한다. 반응기 B의 펄프가 팽윤되는 동안 반응기 A의 팽윤된 셀룰로오스는 절단 과정을 통하여 일정 규격 (l0 mm x 10 mm 이하)으로 절단하여 (셀룰로오스 칩을 사용할 때에는 절단 과정 생략), 공기 이송관을 통하여 압출기 또는 니더로 이송하고, 반응기 A에는 새로운 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩을 채운다. 반응기 B의 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩이 팽윤되면 액체 또는 기체 암모니아 또는 아민을 감압하여 반응기 A 로 이송시키고 반응기 B의 팽윤된 펄프 시트는 절단 공정 (셀룰로오스 칩을 사용할 때 절단 공정 생략)으로 이송시키고, 반응기 B는 다시 새로운 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩을 채워 위의 과정을 연속적으로 반복한다. 한편, 팽윤되어 절단된 셀룰로오스 펄프 칩은 공기 이송관을 통하여 압출기나 니더로 이송한 후, 액상의 NMMO에 완전히 용해시켜 균질의 용액을 형성한다.A cellulose pulp sheet or chip is put into the reactor A and liquid or gaseous ammonia or amine is added to swell the cellulose pulp sheet or the chip. Here, the pulp chip means that the pulp sheet is cut to 10 mm x 10 mm or less. At this time, a cellulose pulp sheet or a chip is put into the reactor B. If the pulp sheet or chip of reactor A swells more than twice the original thickness, the liquid or gaseous ammonia or amine in reactor A is depressurized and transferred to reactor B, and reactor A is completely depressurized to remove ammonia or amine. During the swelling of the pulp of the reactor B, the swollen cellulose of the reactor A is cut through a cutting process to a predetermined size (10 mm x 10 mm or less) (cutting process is omitted when a cellulose chip is used) And the reactor A is filled with a new cellulose pulp sheet or chip. When the cellulose pulp sheet or chip of the reactor B is swollen, the liquid or gaseous ammonia or amine is reduced in pressure and transferred to the reactor A, and the swollen pulp sheet of the reactor B is transferred to the cutting process (the cutting process is omitted when using a cellulose chip) B replenishes the new cellulose pulp sheet or chip again and repeats the above process continuously. On the other hand, the swollen and cut cellulose pulp chips are transferred to an extruder or a kneader through an air transfer tube, and then completely dissolved in liquid NMMO to form a homogeneous solution.

이하, 본 발명의 용액 제조 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the process for producing the solution of the present invention will be described in detail.

셀룰로오스 시트는 액체 또는 기체 암모니아 또는 아민을 이용하여 팽윤시키고 일정한 크기 (10 mm x 10 mm 이하)로 절단한 후 사용한다. 또한, 일정한 크기로 절단된 셀룰로오스 칩을 암모니아 또는 아민에 팽윤시키기도 한다. 팽윤 과정을 거치지 않은 보통의 셀룰로오스 칩에 있어서는 입자가 크면 용해 과정에서 용매에 직접 용해되지 않고 표면에 피막이 형성되기 때문에 균질한 용액을 제조하기 어려우나, 용해에 앞서 팽윤된 셀룰로오스 펄프 칩은 쉽게 용매에 용해된다. 팽윤시킨 후 절단된 셀룰로오스 칩은 공기 이송관을 통과시키고, 호스 피더 (horse feeder)를 이용하여 일정 속도로 압출기나 니더로 이송시킨다. 압출기나 니더 내에 투입된 위의 셀룰로오스 칩은 액상의 NMMO 용매에 의하여 완전히 용해된다. 셀룰로오스를 직접 용해시키기 위한 NMMO 용매는 5 내지 15 중량%의 수분을 함유한 액상의 용액을 사용한다. 이 때, 액상의 NMMO 용액은 80 내지 130℃로 유지시킨다. 액상의 NMMO 용액은 기어 펌프를 통과시켜 일정 속도로 압출기나 니더 내로 분무한다. NMMO 용매의 혼합비는 용액의 셀룰로오스 농도가 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 12 내지 20 중량%로 되도록 적절하게 선택한다.Cellulose sheets are swollen with liquid or gaseous ammonia or amines and used after cutting to a certain size (10 mm x 10 mm or less). In addition, the cellulosic chips cut to a certain size may be swollen to ammonia or amines. In a conventional cellulose chip which is not subjected to a swelling process, it is difficult to prepare a homogeneous solution because a large particle is not dissolved directly in a solvent in a dissolving process and a film is formed on a surface. However, a swollen cellulosic pulp chip before dissolution easily dissolves in a solvent do. After swelling, the cut cellulose chips are passed through an air transfer tube and fed to an extruder or kneader at a constant speed using a horse feeder. The cellulosic chips injected into the extruder or kneader are completely dissolved by the liquid NMMO solvent. The NMMO solvent for directly dissolving cellulose uses a liquid solution containing 5 to 15% by weight of water. At this time, the liquid NMMO solution is maintained at 80 to 130 캜. The liquid NMMO solution is sprayed into the extruder or kneader at a constant speed through a gear pump. The mixing ratio of the NMMO solvent is appropriately selected so that the cellulose concentration of the solution is 5 to 20% by weight, preferably 12 to 20% by weight.

한편, 본 발명의 균질 셀룰로오스 용액을 제조하기 위하여 사용되는 압출기의 일례를 들면 공회전식 쌍축 압출기 (corotating twin screw extruder)로서 도 3에 예시된 구조적 특징을 갖는다.On the other hand, an example of an extruder used for producing the homogeneous cellulose solution of the present invention is a corotating twin screw extruder having the structural characteristics exemplified in FIG.

쌍축 압출기의 구성은 세 블록으로 구성되어 있다. 제1 블록은 피드 구간과 압축 구간으로 나뉘어지고, 제2 블록은 감압 구간, 혼합 혼련 구간, 압력 (역스크류) 구간으로 나뉘어지며, 제3 블록은 벤트 구간과 메터링 구간으로 나뉘어진다. 이 때, 압출기에는 2개의 호퍼가 장착된다. 제1 호퍼는 제1 블록에 장착되어 팽윤된 셀룰로오스 칩을 투입시키기 위하여 사용되고, 제2 호퍼는 제2 블록의 감압 구간에 장착되어 액상의 NMMO용매를 투입시키는 데에 사용된다.The configuration of the twin-screw extruder is composed of three blocks. The first block is divided into a feed section and a compression section. The second block is divided into a pressure reducing section, a mixed kneading section, and a pressure (reverse screw) section. The third block is divided into a vent section and a metering section. At this time, two extruders are equipped with two hoppers. The first hopper is used to feed the swollen cellulosic chip mounted on the first block, and the second hopper is mounted on the depressurization section of the second block to feed the liquid NMMO solvent.

본 발명에서 사용된 쌍축 압출기의 구조적 특징을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.The structural characteristics of the twin-screw extruder used in the present invention will be described in more detail as follows.

팽윤된 셀룰로오스 칩에 포함되어 있는 공기를 제거하기 위하여 제1 블록의 이송 구간 압축비는 1.1 내지 2.5로 하였으며, 제2 블록의 스크류 피치는 선단에서부터 말미까지 점차 감소되어 배럴 (barrel) 내의 압력을 극대화할 수 있도록 설계되어 있다. 셀룰로오스 용액의 기포를 완전 제거하기 위하여 제2 블록이 끝나는 지점의 압력이 300 psi 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 도 2에 예시된 것과 같이 제2 블록이 끝나는 지점에 역스크류 구간을 삽입하고 역스크류 구간 바로 앞에 혼합 혼련 구간을 삽입하였다. 제3 블록은 혼합물을 더욱 균질하게 녹이고 미세 기포를 제거하는 구간으로서 압축비는 2.0 내지 4.0으로 하였다. 효과적인 탈포를 하기 위하여 벤트 구간에 벤트 진공 라인을 연결하였다.In order to remove the air contained in the swollen cellulose chips, the transporting section compression ratio of the first block was set to 1.1 to 2.5, and the screw pitch of the second block gradually decreased from the tip to the tail to maximize the pressure in the barrel . It is preferable that the pressure at the end of the second block is 300 psi or more in order to completely remove the bubbles of the cellulose solution. To this end, as illustrated in FIG. 2, a reverse screw section is inserted at the end of the second block, and a mixing and kneading section is inserted just before the reverse screw section. The third block melts the mixture more homogeneously and removes minute bubbles. The compression ratio is 2.0 to 4.0. A vent vacuum line was connected to the vent section for effective defoaming.

전술한 구조적 특징을 갖는 쌍축 압출기 내에서 제1 호퍼에 투입된 팽윤된 셀룰로오스 칩이 제2 호퍼에 투입된 액상의 NMMO 용매에 용해되는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the process of dissolving the swollen cellulose chips injected into the first hopper into the liquid NMMO solvent injected into the second hopper in the biaxial extruder having the above-described structural features will be described in detail.

일정 속도로 제1 호퍼에 주입한 팽윤된 셀룰로오스 칩을 스크류 피치가 상대적으로 큰 제1 블록을 통과시켜 제2 블록으로 이송시킨다. 즉, 투입된 팽윤된 셀룰로오스 칩을 제1 블록의 이송 구간을 거쳐 감압 구간 (zero pressure zone)으로 이송시킨다. 제1 블록의 압축비는 1.1 내지 2.5로 하는 것이 바람직하다. 80 내지 130℃로 유지된 액상의 NMMO는 제2 블록에서 스크류의 직경 감소로 압력이 낮아지는 지점, 즉 감압 구간에 설치된 제2 호퍼를 통하여 셀룰로오스 용액의 농도가 5 내지 20 중량%가 되도록 혼합비를 조절하여 분무시킨다. 제2 블록에서는 셀룰로오스와 액상의 NMMO 용매의 혼합물을 충분히 균질하게 혼합시켜서 반죽 상태의 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 서서히 압축시킨 후, 80 내지 130℃로 유지된 혼합 혼련 구간에서 혼련시킨다. 이렇게 혼련된 용액을 벤트 구간에서 탈포시켜서, 용액 내에 포함되어 있던 기체를 제거하여 압출이 가능한 균질 용액을 제조한다.The swollen cellulose chips injected into the first hopper at a constant speed are passed through the first block having a relatively large screw pitch and transferred to the second block. That is, the loaded swelled cellulose chips are transferred to the zero pressure zone through the transfer section of the first block. The compression ratio of the first block is preferably 1.1 to 2.5. The liquid NMMO maintained at 80 to 130 캜 is supplied at a point where the pressure decreases due to the decrease in the diameter of the screw in the second block, that is, the mixing ratio is adjusted so that the concentration of the cellulose solution becomes 5 to 20% by weight through the second hopper Adjust and spray. In the second block, a mixture of cellulose and a liquid NMMO solvent is sufficiently homogeneously mixed to form a kneaded mixture. The mixture is gradually compressed and then kneaded in a mixing and kneading section maintained at 80 to 130 ° C. The kneaded solution is defoamed in a vent section to remove the gas contained in the solution to prepare a homogeneous solution capable of extrusion.

상기 압출기 내에서 제조된 셀룰로오스 용액을 압력 조절기가 부착된 저장 탱크로 이송한 후, 수분간 안정화시키면 고균질의 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다. 본 발명의 고균질 셀룰로오스 용액은 셀룰로오스 섬유 및 필름을 제조하는 데에 사용된다.The cellulose solution prepared in the extruder is transferred to a storage tank equipped with a pressure regulator and then stabilized for several minutes to produce a highly homogeneous cellulose solution. The highly homogeneous cellulose solution of the present invention is used to prepare cellulose fibers and films.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠다. 그러나, 본 발명이 그 실시예에만 국한되는 것은 아니라는 점을 유의하여야 한다. 실시예에서 행한 평가 방법은 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the present invention is not limited to the embodiments. The evaluation method performed in the embodiment is as follows.

a) 셀룰로오스 DPw (weight average degree of polymerization)a) Weight average degree of polymerization (DPw)

셀룰로오스 용액의 제조 과정 중 일어난 셀룰로오스의 분자량의 변화는 다음과 같은 방법에 의하여 측정하였다.The change in the molecular weight of the cellulose produced during the preparation of the cellulose solution was measured by the following method.

셀룰로오스의 고유 점도는 ASTM (D 539-51T)의 방법에 따라 제조한 0.5 M 큐엔 (cupriethylenediamine hydroxide) 용액을 사용하여 0.1 내지 0.6 g/ℓ의 농도 범위에서 측정하였다. 점도는 25±0.01℃에서 우벨로드 (Ubbelohde) 점도계 No. 1 (Fisher사 공급품)를 사용하여 측정하였다. 시료의 고유 점도 (IV)는 각 농도 (c)에 대한 비점도의 값을 이용하여 하기의 수학식 1로부터 구하였다. 중량 평균 중합도 (DPw)는 수학식 1에서 구한 고유 점도로부터 수학식 2 (Mark-Houwink식 (M. Marx. Makromol. Chem., 16, 157 (1955); J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 3rd ed., V144, wiley-Interscience, New York, 1989)를 사용하여 계산하였다.The intrinsic viscosity of the cellulose was measured in a concentration range of 0.1 to 0.6 g / l using a 0.5 M cupriethylenediamine hydroxide solution prepared according to the method of ASTM (D 539-51T). The viscosity was measured using a Ubbelohde viscometer at 25 占 0.01 占 폚. 1 (supplied by Fisher). The intrinsic viscosity (IV) of the sample is the boiling point for each concentration (c) Was calculated from the following equation (1). The weight average degree of polymerization (DPw) can be calculated from the intrinsic viscosity obtained from the formula (1) by the formula (Mark-Houwink formula (M. Marx. Makromol. Chem., 16, 157 (1955); J. Brandrup, EH Immergut, Polymer Handbook, 3rd ed., V144, wiley-Interscience, New York, 1989).

[IV] = 0.98 × 10-2DP0.9 [IV] = 0.98 x 10 < -2 & gt ; DP 0.9

b) 착색 불순물의 농도b) Concentration of coloring impurities

셀룰로오스 용액의 제조 과정 중에 생긴 용매의 변화는 제조한 셀룰로오스 용액에서 10 g의 용액을 분리하여 60분 동안 16.17 ml의 증류수에 침지시켜 평형에 도달한 30% NMM0 수용액으로 측정하였다. 이 때, 회수된 NMMO (N-메틸모르폴린-N-옥사이드) 수용액 내에 있는 착색 불순물의 농도는 UV-가시광선 분광분석계 (UV-visible speotrophotometer; 모델: Hewlett Packard HP8453)를 사용하여 측정하였다. 용매 분해에 따른 용액의 흡광도는 450 nm에서 측정하였으며, 측정한 용액의 흡광도의 결과는 무게비로 1% NMMO를 함유하고 있는 용액의 흡광도 (optical density of amine oxide: AOOD)로 나타내었다. 본 실험에서 사용한 50% NMM0 수용액의 AOOD는 0.0006을 나타내었다.Changes in the solvent produced during the preparation of the cellulose solution were measured by equilibrium 30% aqueous solution of NMMO by immersing 10 g of the solution in the prepared cellulosic solution and immersing it in 16.17 ml of distilled water for 60 minutes. At this time, the concentration of the colored impurities in the recovered NMMO (N-methylmorpholine-N-oxide) aqueous solution was measured using a UV-visible speotrophotometer (model: Hewlett Packard HP8453). The absorbance of the solution according to the dissolution of the solvent was measured at 450 nm and the result of the absorbance of the solution was expressed as the optical density of amine oxide (AOOD) of the solution containing 1% NMMO by weight. The AOOD of the 50% NMMO aqueous solution used in this experiment was 0.0006.

c) 용액의 균질성c) homogeneity of solution

본 발명에서 제조된 용액의 균질성은 압출기를 통과한 용액 내에 용해되지 않은 셀룰로오스 입자의 존재 여부로부터 평가하였다. 이 때, 용해되지 않은 입자는 자이스 (Zeiss)사 편광 현미경으로 관찰하여 평가하였다.The homogeneity of the solution prepared in the present invention was evaluated from the presence of undissolved cellulose particles in the solution passed through the extruder. At this time, the undissolved particles were observed and evaluated with a Zeiss polarized microscope.

실시예 1Example 1

본 실시예에서 사용된 쌍축 압출기는 다음과 같은 구조적 특징을 갖는다. 셀룰로오스 칩에 포함되어 있는 공기를 제거하기 위하여 배럴 내의 압력을 극대화할 수 있도록 제2 블록의 스크류의 피치를 블록 선단에서부터 말미까지 점차 감소하도록 설계하였다. 셀룰로오스 용액의 기포를 완전히 제거하기 위하여 제2 블록이 끝나는 지점의 압력은 300 psi 이상이 되도록 하였다. 이를 위하여 도 2에 예시된 것과 같이 제2 블록이 끝나는 지점에 역스크류 구간을 삽입하고 역스크류 구간 바로 앞에 혼합 혼련 구간을 삽입하였다. 제1 블록의 압축비는 1.3으로 하였고 제3 블록은 혼합물을 더욱 균질하게 녹이고 기포 제거 효율을 증가시키기 위하여 압축비를 2.5로 하였다.The twin-screw extruder used in this embodiment has the following structural characteristics. In order to maximize the pressure in the barrel to remove the air contained in the cellulose chip, the pitch of the screw of the second block is designed to gradually decrease from the tip of the block to the tail. The pressure at the end of the second block was more than 300 psi to completely remove the cellulosic solution bubbles. For this, a reverse screw section is inserted at the end of the second block as shown in FIG. 2, and a mixing and kneading section is inserted just before the reverse screw section. The compression ratio of the first block was 1.3, the third block melted the mixture more homogeneously, and the compression ratio was 2.5 to increase the bubble removal efficiency.

바렐부 및 스크류의 재질은 질화강 (SACM)이고, 압출기의 직경 (D)은 Φ80 mm이면, L/D는 34이었다.The material of the barrel part and the screw was SACM, and when the diameter D of the extruder was? 80 mm, L / D was 34.

셀룰로오스 중합도 (DPw)가 660인 시트형 셀룰로오스 (TTT사, Cellunier-E)에 액체 또는 기체 암모니아를 넣고 셀룰로오스 펄프 시트의 두께가 2배 이상 증가할 때까지 팽윤시키고, 액체 암모니아를 진공 하에서 완전히 제거한 후 일정 규격 (5 mm x 5 mm)으로 잘게 자르고, 이를 공기 이송관을 통과시켜, 호스 피더를 이용하여 분당 2000 g의 속도로 일정하게 도 3에 예시된 것과 같은 구조의 공회전식 쌍축 압출기의 제호퍼로 주입하였다. 제1 호퍼로 주입된 잘게 자른 셀룰로오스 펄프 칩은 압축비가 1.3인 컨베잉 구간을 거쳐 감압 구간을 통과시켰다. 즉, 셀룰로오스 펄프 칩은 스크류 피치가 상대적으로 큰 제1 블록을 통과하여 제2 블록으로 이송시켰다. 이 때, 90℃로 유지된 88 중량%의 액상 NMMO 용액을 분당 12290 g의 속도로 감압 구간에 설치된 제2 블록의 제2 호퍼에 분무, 주입시켜 혼합물을 만들었다. 이 액상 NMMO 용액에는 프로필갈레이트가 셀룰로오스에 대하여 0.2 중량% 용해되어 있었다. 압출기 내로 주입된 셀룰로오스 칩과 NMMO 용매는 1차적인 혼합물을 형성하였다. 계속하여, 혼합물을 서서히 압축하면서 100℃로 유지된 혼련 구간에서 혼련시켰다. 혼련 구간을 통과한 혼련 용액을 벤트 구간을 통과시켜서, 압축비가 2.5인 제3 블록의 메터링 구간을 통과하면서 탈포된 균질 용액을 제조하였다. 이 때, 셀룰로오스 용액은 14 중량%의 농도를 형성하였다. 이렇게 제조된 용액은 압력 조절기가 부착된 저장 탱크에서 5분간 안정화시켰다. 이 때, 셀룰로오스 펄프 시트 또는 칩의 두께가 2배 이상 증가하지 않으면 셀룰로오스 표면에 피막이 형성되어 완전히 용해되지 않으며, 칩의 크기가 커짐에 따라 용해되는 시간이 증가하여 쌍축 압출기 내에서 완전히 용해되기 어렵다. 칩의 크기를 5 mm x 5 mm로 제한하였을 경우에 완전히 용해되는 시간은 5분 이하로 측정되었고, 압출기 내에서의 체류 시간은 카본 블랙 투입법으로 측정하였을 때, 6분 이내로 측정되었다.Liquid or gaseous ammonia was added to a sheet-type cellulose (TTT, Cellunier-E) having a cellulose polymerization degree (DPw) of 660 and swollen until the thickness of the cellulose pulp sheet increased to twice or more. After the liquid ammonia was completely removed under vacuum, Cut into specimens (5 mm x 5 mm) and passed through an air transfer tube to a hopper of a coaxial twin screw extruder of the same structure as shown in Fig. 3 at a rate of 2000 g per minute using a hose feeder Respectively. The chopped cellulose pulp chips injected into the first hopper were passed through a pressure reducing section through a conveying section having a compression ratio of 1.3. That is, the cellulose pulp chips were transferred to the second block through the first block having a relatively large screw pitch. At this time, 88% by weight of the liquid NMMO solution maintained at 90 DEG C was sprayed and injected into the second hopper of the second block installed at the decompression section at a rate of 12290 g / minute to prepare a mixture. In this liquid NMMO solution, propyl gallate was dissolved in 0.2 wt% with respect to cellulose. The cellulosic chip injected into the extruder and the NMMO solvent formed a primary mixture. Subsequently, the mixture was kneaded in a kneading section maintained at 100 캜 while being gradually compressed. The kneading solution passed through the kneading section was passed through the vent section, and the homogeneous solution defoamed while passing through the metering section of the third block having the compression ratio of 2.5. At this time, the cellulose solution formed a concentration of 14% by weight. The solution thus prepared was stabilized in a storage tank equipped with a pressure regulator for 5 minutes. At this time, if the thickness of the cellulose pulp sheet or the chip is not increased more than twice, a film is formed on the surface of the cellulose and is not completely dissolved. As the size of the chip increases, the time for dissolving increases and it is difficult to dissolve completely in the twin-screw extruder. When the size of the chip was limited to 5 mm x 5 mm, the time to completely dissolve was measured to be less than 5 minutes, and the residence time in the extruder was measured within 6 minutes as measured by carbon black injection method.

제조된 용액으로부터 채취한 셀룰로오스의 중합도는 600이었으며, 용매의 AOOD는 0.013이었다. 현미경으로부터 관찰된 용액은 매우 균질한 상태를 이루고 있었으며, 미용해의 셀룰로오스 입자가 관찰되지 않았다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the prepared solution was 600, and the AOOD of the solvent was 0.013. The solution observed from the microscope was in a very homogeneous state, and no undissolved cellulose particles were observed.

실시예 2Example 2

본 실시예에서 사용된 쌍축 압출기는 실시예 1에서 사용한 압출기의 구조와 동일하다. 셀룰로오스 중합도 (DPw)가 660인 5 mm x 5 mm 크기의 칩형 셀룰로오스 (ITT사, cellunier-F)에 액체 또는 기체 암모니아를 넣고 셀룰로오스 펄프 칩의 두께가 2배 이상 증가할 때까지 팽윤시키고, 액체 암모니아를 진공 하에서 완전히 제거한 후 팽윤된 펄프 칩을 이송관으로 통과시켜, 호스 피더를 이용하여 분당 2000 g의 속도로 일정하게 도 3에 예시된 것과 같은 구조의 공회전식 쌍축 압출기의 제1 호퍼로 주입하였다. 제1 호퍼로 주입된 팽윤된 셀룰로오스 펄프 칩은 압축비가 1.3인 컨베잉 구간을 거쳐 감압 구간을 통과시켰다. 즉, 셀룰로오스 칩은 스크류 피치가 상대적으로 큰 제1 블록을 통과하여 제2 블록으로 이송시켰다. 이 때, 90℃로 유지된 88 중량%의 액상 NMMO 용액을 분당 12290 g의 속도로 감압 구간에 설치된 제2 블록의 제2 호퍼에 분무, 주입시켜 혼합물을 만들었다. 이 액상 NMMO 용액에는 프로필갈레이트가 셀룰로오스에 대하여 0.2 중량% 용해되어 있었다. 압출기 내로 주입된 셀룰로오스 칩과 NMMO 용매는 1차적인 혼합물을 형성하였다. 계속하여, 혼합물을 서서히 압축하면서 100℃로 유지된 혼련 구간에서 혼련시켰다. 혼련 구간을 통과한 혼련 용액을 벤트 구간을 통과시켜서, 탈포된 균질 용액을 제조하였다. 이 때, 셀룰로오스 용액은 14 중량%의 농도를 형성하였다. 이렇게 제조된 용액은 압력 조절기가 부착된 저장 탱크에서 5분간 안정화시켰다.The biaxial extruder used in this example is the same as the structure of the extruder used in Example 1. Liquid or gaseous ammonia was put into a 5 mm x 5 mm chip-type cellulose (cellunier-F ITT company) having a cellulosic polymerization degree (DPw) of 660 and swollen until the thickness of the cellulose pulp chip was increased to twice or more, Was completely removed under vacuum, and the swollen pulp chips were passed through a transfer tube and injected into a first hopper of a co-rotating twin-screw extruder having the same structure as shown in Fig. 3 at a rate of 2000 g per minute using a hose feeder . The swelled cellulose pulp chips injected into the first hopper were passed through a pressure reducing section through a conveying section having a compression ratio of 1.3. That is, the cellulose chips passed through the first block having a relatively large screw pitch and transferred to the second block. At this time, 88% by weight of the liquid NMMO solution maintained at 90 DEG C was sprayed and injected into the second hopper of the second block installed at the decompression section at a rate of 12290 g / minute to prepare a mixture. In this liquid NMMO solution, propyl gallate was dissolved in 0.2 wt% with respect to cellulose. The cellulosic chip injected into the extruder and the NMMO solvent formed a primary mixture. Subsequently, the mixture was kneaded in a kneading section maintained at 100 캜 while being gradually compressed. The kneading solution passed through the kneading section was passed through a vent section to prepare a defoamed homogeneous solution. At this time, the cellulose solution formed a concentration of 14% by weight. The solution thus prepared was stabilized in a storage tank equipped with a pressure regulator for 5 minutes.

제조된 용액으로부터 채취한 셀룰로오스의 중합도는 600이었으며, 용매의 AOOD는 0.013이었다. 현미경으로부터 관찰된 용액은 매우 균질한 상태를 이루고 있었으며, 미용해의 셀룰로오스 입자가 관찰되지 않았다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the prepared solution was 600, and the AOOD of the solvent was 0.013. The solution observed from the microscope was in a very homogeneous state, and no undissolved cellulose particles were observed.

실시예 3Example 3

본 실시예에서 사용된 쌍축 압출기의 구조는 실시예 1에서 사용한 압출기의 구조와 동일하다. 셀룰로오스 중합도 (DPw)가 1,000인 시트형 셀룰로오스 (ITT사, Rayon-EXP)를 실시예 1에서와 같이 액체 또는 기체 암모니아에 팽윤시킨 후 일정 규격 (10 mm x 10 mm) 이하로 잘게 자르고 이송관을 통과시켜 공회전식 쌍축 압출기의 제호퍼로 분당 2000 g의 속도로 주입하였다. 제1 호퍼로 주입된 셀룰로오스 칩은 제1 블록을 통과하여 제2 블록으로 이송시켰다.The structure of the biaxial extruder used in this example is the same as that of the extruder used in Example 1. [ Sheet type cellulose (ITT, Rayon-EXP) having a cellulose polymerization degree (DPw) of 1,000 was swollen into liquid or gaseous ammonia as in Example 1, and then finely cut to a predetermined size (10 mm x 10 mm) or less and passed through a transfer tube Was fed into a hopper of a twin screw extruder at a rate of 2000 g per minute. Cellulose chips injected into the first hopper were passed through the first block and transferred to the second block.

이 때, 100℃로 유지된 89 중량%의 액상 NMMO 용액을 분당 14670 g의 속도로 제2 호퍼에 분무, 주입시켜 혼합물을 만들었다. 이 용액에는 프로필갈레이트가 셀룰로오스에 대하여 0.2 중량% 용해되어 있었다. 압출기 내에서 혼합물을 반죽 상태로 만들었다. 이 혼합물을 120℃로 유지된 혼련 구간에서 혼련 혼합시키고, 탈포 구간을 통과시켜 균질 용액을 제조하였다. 이 때, 셀룰로오스 용액은 12 중량%의 농도를 형성하였다. 이렇게 제조된 용액을 압력 조절기가 부착된 저장 탱크에서 5분간 안정화시켰다.At this time, 89 wt% of the liquid NMMO solution maintained at 100 DEG C was sprayed and injected into the second hopper at a rate of 14670 g per minute to prepare a mixture. In this solution, 0.2% by weight of propyl gallate was dissolved in cellulose. The mixture was kneaded in an extruder. The mixture was kneaded and mixed in a kneading section maintained at 120 DEG C, and passed through a defoaming section to prepare a homogeneous solution. At this time, the cellulose solution formed a concentration of 12% by weight. The solution thus prepared was stabilized in a storage tank with pressure regulator for 5 minutes.

제조된 용액으로부터 채취한 셀룰로오스의 중합도는 890이었으며, 용매의 AOOD는 0.015이었다. 현미경으로부터 관찰된 용액은 매우 균질한 상태를 이루고 있었으며, 미용해의 셀룰로오스 입자가 관찰되지 않았다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the prepared solution was 890, and the AOOD of the solvent was 0.015. The solution observed from the microscope was in a very homogeneous state, and no undissolved cellulose particles were observed.

실시예 4Example 4

실시예 2와의 차이점은 액체 암모니아 대신에 액체 메틸 아민을 사용하여 셀룰로오스 칩을 팽윤시킨 것이었다. 그 외의 사항은 실시예 2와 동일하게 하여 농도 12 중량%의 셀룰로오스 용액을 제조하였다.The difference from Example 2 was that liquid methylamine was used instead of liquid ammonia to swell the cellulose chips. A cellulose solution having a concentration of 12% by weight was produced in the same manner as in Example 2 except for the above.

제조된 용액으로부터 채취한 셀룰로오스의 중합도는 890이었으며, 용매의 AOOD는 0.015이었다. 현미경으로부터 관찰된 용액은 매우 균질한 상태를 이루고 있었으며, 미용해의 셀룰로오스 입자가 관찰되지 않았다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the prepared solution was 890, and the AOOD of the solvent was 0.015. The solution observed from the microscope was in a very homogeneous state, and no undissolved cellulose particles were observed.

실시예 5Example 5

셀룰로오스 중합도 (DPw)가 1,000인 시트형 셀룰로오스 (ITT사, Rayon-EXP)들 실시예 1에서와 같이 액체 또는 기체 암모니아에 팽윤시킨 후 일정 규격 (10 mm x 10 mm) 이하로 잘게 자르고 이송관을 통과시켜 니더 (conterna, IKA사, multiple-chamber kneading and extrusion machine) 내로 분 당 2,000 g의 속도로 주입시켰다. 동시에 100℃로 유지된 89 중량%의 액상 NMMO 용액을 분당 14,670 g의 속도로 분무 주입시켜 혼합하여 반죽 상태로 만든 후 점차 온도를 높여 120℃에서 혼련함으로써 용액을 제조하였다. 이것을 탈포시키면 12 중량%의 균질 셀룰로오스-NMMO 용액이 된다. 이렇게 제조된 용액을 압력 조절기가 부착된 저장 탱크에서 5분간 안정화시켰다.Sheet-type cellulose (ITT, Rayon-EXP) having a cellulose polymerization degree (DPw) of 1,000 was swollen to liquid or gaseous ammonia as in Example 1 and then finely cut to a predetermined size (10 mm x 10 mm) or less and passed through a transfer tube And injected at a rate of 2,000 g per minute into a cone (IKA, multiple-chamber kneading and extrusion machine). At the same time, 89 wt% liquid NMMO solution maintained at 100 캜 was sprayed at a rate of 14,670 g per minute to prepare a kneaded mixture, which was then gradually heated and kneaded at 120 캜 to prepare a solution. When this is defoamed, a 12 wt% homogeneous cellulose-NMMO solution is obtained. The solution thus prepared was stabilized in a storage tank with pressure regulator for 5 minutes.

제조된 용액으로부터 채취한 셀룰로오스의 중합도는 860이었으며, 용매의 AOOD는 0.017이었다. 현미경으로부터 관찰된 용액은 매우 균질한 상태를 이루고 있었으며, 미용해의 셀룰로오스 입자가 관찰되지 않았다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the prepared solution was 860, and the AOOD of the solvent was 0.017. The solution observed from the microscope was in a very homogeneous state, and no undissolved cellulose particles were observed.

비교 실시예Comparative Example

다음의 비교 실시예는 종래 방법의 농축법에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 공정과 본 발명의 직접 용해법에 의한 공정을 비교하기 위하여 행하였다.The following comparative examples were carried out in order to compare the production process of the cellulose solution by the concentration method of the conventional method with the process by the direct dissolution method of the present invention.

셀룰로오스 용액을 제조하기 위하여 먼저 6%의 물을 함유하고 있는 펄프 (셀룰로오스 DPw: 1000)를 3 내지 15 ㎠ 크기의 비규칙적인 형태로 절단하였다. 이렇게 절단한 펄프 240 g을 온도가 80℃이고, 22%의 물을 함유하고 있는 N-메틸모르폴린-N-옥사이드 수용액 1673 g에 1 시간 동안 침지 팽윤시켜 팽윤체를 제조한 후, 내부 용량이 5 ℓ이고, 밑면에 칼날이 부착된 소형 분쇄기에 투입하였다. 이 때, 산화 방지제인 프로필 갈레이트를 셀룰로오스에 대하여 0.2 중량% 투입하였다. 이렇게 투입한 팽윤체 셀룰로오스는 3,000 rpm으로 11 분 동안 분쇄하여 균일한 예비 혼합물을 제조하였다. 이어서, 예비 혼합물을 20 mmHg에서 120℃, 60 분간 감압 증류하여 과량의 물을 제거하여 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 제조된 셀룰로오스 용액의 농도는 14 중량%이었다.In order to prepare a cellulose solution, pulp (cellulose DPw: 1000) containing 6% of water was first cut into irregular shape having a size of 3 to 15 cm2. 240 g of the cut pulp was immersed and swelled in 1673 g of an aqueous solution of N-methylmorpholine-N-oxide containing 22% of water at 80 DEG C for 1 hour to prepare a swollen material, 5 L, and the mixture was put into a small grinder having a blade at its bottom. At this time, 0.2% by weight of propyl gallate, which is an antioxidant, was added to cellulose. The swollen cellulose thus charged was pulverized at 3,000 rpm for 11 minutes to prepare a uniform preliminary mixture. Subsequently, the preliminary mixture was distilled under reduced pressure at 20 mmHg at 120 DEG C for 60 minutes to remove excess water to prepare a cellulose solution. The concentration of the prepared cellulose solution was 14% by weight.

상기의 농축법에 의하여 제조한 용액으로부터 채취하여 측정한 셀룰로오스의 중합도는 650이고, 용매의 AOOD는 0.05인 것으로 나타났다.The degree of polymerization of the cellulose obtained from the solution prepared by the above-mentioned concentration method was 650 and the AOOD of the solvent was found to be 0.05.

이상의 결과로부터, 용액의 제조 시간이 적어도 30분 이상인 농축법에 의하여 셀룰로오스 용액을 제조하였을 때, 장시간에 걸친 공정으로 셀룰로오스의 분자량은 30% 이상 감소하고, 용매의 AOOD는 초기 용매의 AOOD에 비하여 80배 이상 증가함을 알 수 있었다. 반면, 용액의 제조 시간이 10분 미만인 본 발명의 방법으로 제조하였을 때, 셀룰로오스 분자량의 감소율은 20% 미만이고, 용매의 AOOD 값의 증가는 초기 값의 30배 미만임을 알 수 있었다.From the above results, it can be seen that when the cellulose solution was prepared by the concentration method of producing the solution for at least 30 minutes, the molecular weight of the cellulose decreased by 30% or more over a long period of time, and the AOOD of the solvent was 80 Times more than that of the control group. On the other hand, when the preparation time of the solution was less than 10 minutes, it was found that the decreasing rate of the cellulose molecular weight was less than 20%, and the increase of the AOOD value of the solvent was less than 30 times of the initial value.

따라서, 기존 발명의 농축법에 의한 셀룰로오스 용액의 제조 공정은 과도한 분해 및 시간이 소모되지만, 본 발명의 제조 시간이 짧아 셀룰로오스 및 용매의 과도한 분해를 억제할 수 있었다. 이러한 사실로부터, 본 발명은 종래 발명의 공정보다 우수함을 알 수 있다.Therefore, the process of producing the cellulose solution by the concentration method of the present invention is excessive and time consuming, but the production time of the present invention is short, and excessive decomposition of the cellulose and the solvent can be suppressed. From these facts, it can be seen that the present invention is superior to the conventional process.

본 발명에 따르면, 용매의 침투가 용이한 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 사용하였기 때문에 압출기 내에서 별도의 팽윤 과정 없이 바로 균질의 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 종래의 방법보다 공정이 간단하고, 단시간에 고균질의 용액을 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 고균질의 셀룰로오스 용액은 가공기를 통과하여 셀룰로오스 섬유, 필름 및 분리 막을 제조하는 데에 바로 사용될 수 있다.According to the present invention, a homogeneous cellulose solution can be produced directly in the extruder without a separate swelling process since a swelled cellulose pulp that easily permeates the solvent is used. Therefore, the method for producing a cellulose solution of the present invention is simpler in process than the conventional method and can produce a highly homogeneous solution in a short time. The highly homogeneous cellulose solution thus prepared can be immediately used to produce cellulose fibers, films, and separating membranes through a processing machine.

Claims (7)

(a) 암모니아 및 저분자량의 아민으로부터 선택된 팽윤제에 셀룰로오스 펄프를 팽윤시키는 단계,(a) swelling the cellulose pulp into a swelling agent selected from ammonia and low molecular weight amines, (b) 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 일정 속도로 압출기 또는 니더에 주입시켜서, 수분 함량이 5 내지 15%이고, 온도가 80 내지 130℃인 액상의 N-메틸모르폴린-N-옥사이드에 용해시키는 단계,(b) dissolving the swollen cellulose pulp in a liquid N-methylmorpholine-N-oxide having a moisture content of 5 to 15% and a temperature of 80 to 130 ° C by injecting the swelled cellulose pulp into an extruder or kneader at a constant rate, (c) 용해된 용액을 탈포 여과시키는 단계,(c) defoaming the dissolved solution, (d) 탈포 여과된 용액을 저장기에서 안정화시키는 단계(d) stabilizing the defoamed filtrate in a reservoir 로 이루어진 것을 특징으로 하는 고균질의 셀룰로오스 용액의 제조 방법.≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > 제1항에 있어서, (b) 단계로 주입되는 셀룰로오스 펄프는 팽윤제로 팽윤된 셀룰로오스 펄프 시트 또는 그 펄프 시트를 10 mm x 10 mm 이하의 크기로 절단한 칩인 것인 방법.The method according to claim 1, wherein the cellulose pulp injected into step (b) is a cellulose pulp sheet swollen with a swelling agent or a pulp sheet thereof cut to a size of 10 mm x 10 mm or less. 제l항 또는 제2항에 있어서, 팽윤제는 액체 또는 기체 암모니아인 것인 방법.The method of any one of claims 1 or 2, wherein the swelling agent is liquid or gaseous ammonia. 제1항 또는 제2항에 있어서, 팽윤제는 액체 또는 기체 메틸 아민인 것인 방법.3. The method of claim 1 or 2, wherein the swelling agent is liquid or gaseous methylamine. 제1항 또는 제2항에 있어서, (a) 단계에서 셀룰로오스 펄프는 두께가 2배 이상으로 되도록 팽윤되는 것인 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein in step (a), the cellulose pulp is swollen to a thickness at least twice. 제1항 또는 제2항에 있어서, (b) 단계의 용해는 셀룰로오스 펄프를 일정 속도로 압출기에 주입시켜, N-메틸모르폴린-N-옥사이드 용매가 주입되는 감압 구간까지 이송시켜서 용해시키는 것인 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the dissolution in step (b) is carried out by injecting cellulose pulp into an extruder at a constant speed and transferring the cellulose pulp to a decompression section where the N-methylmorpholine- Way. 제1항 또는 제2항에 있어서, (b) 단계의 압출기는 단축 압출기 또는 쌍축 압출기인 것인 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the extruder of step (b) is a single-screw extruder or a twin-screw extruder.
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