KR100189231B1 - 셀룰로오스 시이트의 제조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차 아민-산화물 중의 셀룰로오스의 가열된 용액의 압출에 의해 셀룰로오스 필름을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 압출슬릿(15)을 갖는 압출다이를 가지며, 압출필름을 냉각시키기 위한 냉각기체 공급원(2c)이 압출다이 아래에 직접 배열된다. 이 장치는 특히 셀룰로오스 관형 필름을 생성시키기 위해 적합하다.

Description

셀룰로오스 시이트의 제조를 위한 장치 및 방법

본 발명은 공기 갭을 통해 침전조내로 3차 아민 산화물중의 가열된 셀룰로오스 용액을 압출시킴에 의한 셀룰로오스 시이트의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 하기의 명세서 및 특허청구의 범위에서, 용어 시이트는 또한 필름과 같은 판형 성형물을 포함하는 것으로 이해된다.

UP-PS 2 179 181호로부터, 3차 아민 산화물이 셀룰로오스를 용해시키는 성질을 갖고 있으며, 섬유와 같은 셀루로오스 성형물이 상기 용액의 침전에 의해 얻어질 수 있음이 공지되어 있다. 이러한 용액의 제조방법은, 예를 들어 EP-A 0 356 419호에 공지되어 있다. 상기 공보에 따르면, 셀룰로오스의 현탁액은 먼저 수성 3차 아민 산화물 중에서 제조된다. 아민 산화물은 40% 이하의 물을 함유한다. 수성 셀룰로오스 현탁액은 가열되고, 물은 셀룰로오스가 용해될 때까지 감압하에 제거된다.

셀룰로오스 섬유를 제조할 경우에, DEA2 844 163호로부터, 방사 다이와 침전조 사이에 공기틈이 제공되어 다이에서 연신이 달성될 수 있음이 공지되어 있다. 성형된 방사용액이 수성 침전조와 접촉된 후에는 섬유를 연신하기가 매우 어려워지기 때문에 다이에서의 이러한 연신이 필요하다. 공기틈에서 세팅되는 섬유 구조는 침전조내에서 고정된다.

또한 DEA 2 830 685호로부터, 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스용액을 고온조건하에 성형시켜서 공기에 의해 냉각되는 필라멘트를 얻은 후, 침전조내에 유입시켜서 용해된 셀룰로오스를 침전시키는 셀룰로오스 섬유의 제조방법이 공지되어 있다. 방사된 섬유의 표면은 또한 물로 적셔져서 이웃하는 섬유에 유착하려는 경향을 감소시킨다.

봉합선이 없는 관형 필름의 제조를 위한 상기 언급된 유형의 장치 및 방법이 WO 96/13670호에 공지되어 있다. 이러한 공지된 방법에 따르면, 셀룰로오스 용액은 고리형 압출구멍을 갖는 압출다이를 통해 통과하여, 원통형 맨드릴 위로 연신된 후에 침전조내로 도입되는 튜브를 형성한다. 압출된 튜브가 맨드릴의 표면에 유착되지 않도록 하기 위해서, 이것의 표면은 수막으로 덮어져서 튜브의 내측이 응고되고 원통형 맨드릴 위로 미끄러지게 한다.

그러나, 이것은 맨드릴의 표면을 적시기 위해 사용되는 물이 압출구멍까지 상승하여 다이 입구를 적실 수 있으며, 이는 실제 압출과정에서 원하지 않는 응고를 유도할 뿐만 아니라, 압출다이가 냉각되게 하는 단점이 있다. 이러한 결과는 냉각된 다이가 압출시키려는 용액을 냉각시켜 그 점도를 증가시켜서, 균일한 두께의 시이트를 제공하기에 문제가 없는 압출가공이 더 이상 가능하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 그 외에, 상기 인용된 장치는 예를 들어 다양한 두께의 시이트를 제조하려는 경우에 비싼 재구성을 해야 한다.

WO 93/13670호에 기술된 장치의 추가의 단점은 장치가 고생산율을 허용하지 않는다는 점이다. 그 이유는, 압출물의 냉각이 충분히 효율적이지 못하고 열이 고온 압출 시이트로부터 충분히 빠르게 소산될 수 없기 때문이다.

다른 이유 중에서 비정상적으로 높은 점도 때문에 압출시키려는 셀룰로오스 용액은, 이것이 모두 가공될 수 있을 정도로 약 110℃까지 가열되어야 한다. 압출물이 다이 입구로부터 빠져나온 후, 압출된 용액은 특정 정도까지 냉각되고 고화되어, 침전조내로 유입되기 전에, 즉 응고전에 연신될 수 있어야 한다. 냉각이 효율적이지 못한 경우에, 공기틈에서의 압출용액의 체류시간은 상응하게 연장되어야 하며, 이는 단지 연신 속도의 감소에 의해 달성될 수 있다. 다른 한편으로 압출이 더 낮은 온도에서 수행되는 경우, 압출장치내의 재료의 분포와 관련된 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 3차 아민 산화물중의 가열된 셀룰로오스 용액을 압출시켜 셀룰로오스 시이트를 제조하는 장치 및 방법으로써, 상기 언급된 단점을 나타내지 않고, 특히 생산용량이 높은 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

셀룰로오스 시이트의 제조를 위해 상기언급된 유형의 본 발명에 따르는 장치는, 압출구멍을 갖는 압출다이를 포함하며, 압출된 시이트를 냉각시키기 위해 압출구멍 바로 아래에 냉각기체 유입구가 제공됨을 특징으로 한다. 예를 들어 -10℃내지 +5℃의 온도로 냉각된 공기가 냉각기체로서 적합하다. 가열된 압출물을 냉각시키기 위해 실온의 공기가 또한 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 기체냉각법을 이용하고, 온도 및 유입량의 매개변수를 사용함으로써, 냉각용량이 간단한 방법으로 본 방법에 부합되어 생산성이 상당히 증가함이 명백하다.

본 발명에 따르는 장치의 효과적인 구체예는 압출 구멍의 양 측면 모두에 냉각기체 유입구가 제공되는 것이다.

본 발명에 따르는 장치의 바람직한 구체예는 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해 사용되며, 압출다이의 압출구멍이 근본적으로 고리형으로 설계되고, 압출구멍에 의해 형성된 고리 외측에 냉각기체 유입구가 제공됨을 특징으로 한다. 본 발명에 따르는 장치의 상기 구체예는 비교적 작은 직경, 예를 들어 70㎜ 미만의 관형 필름의 제조에 매우 적합하다.

고리형 설계의 압출구멍을 갖는 본 발명에 따르는 장치의 또다른 바람직한 구체예는 더 큰 직경의 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해 사용되며, 압출구멍에 의해 형성된 고리 내측에 냉각기체 유입구가 제공됨을 특징으로 한다. 이러한 경우에, 사용된 냉각기체가 폐쇄 튜브를 통해 방출될 수 없기 때문에, 사용된 냉각기체를 위해 압출구멍에 의해 형성된 고리 내측에 위치하는 출구가 또한 제공되어야 한다. 냉각기체 유입구는 가장 바람직하게는, 냉각기체가 압출구멍의 출구 에지로 배향되도록 설계된다.

특히 효율적인 냉각을 위해, 본 발명에 따르는 장치의 상기 구체예는 압출구멍에 의해 형성되는 고리 외측에 위치한 추가의 냉각기체 유입구를 갖는다.

셀룰로오스 침전제를 위한 또다른 유입구 및 침전조 액체를 위한 출구(둘 모두 압출구멍에 의해 형성된 고리의 중심에 위치함)를 갖는 장치가 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르는 장치가 침전조 액체를 위한 출구 아래에 적어도 하나의 이격판을 갖는 경우가 효과적인 것으로 입증되었다. 이러한 특징은 압출된 시이트가 침전조내에서 파괴되는 것을 효과적으로 방지한다.

본 발명은 더욱더, 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액을 압출 구멍을 갖는 압출 다이를 통해 가열된 상태로 압출시키고, 가열된 압출 용액을 침전조내에 도입시켜서 용해된 셀룰로오스를 침전시키는 셀룰로오스 시이트의 제조 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은 가열된 압출용액이 압출 직후에 그리고 침전조내로의 도입전에 기류에 노출되어 냉각됨을 특징으로 한다. 기류가 근본적으로 압출방향과 직각을 이루는 경우가 특히 효과적인 것으로 입증되었다.

가열된 압출용액이 두 기류에 노출되는 경우에 효율적 냉각이 일어나며, 이것은 반대면에서 고온 압출용액에 충돌하는 두 기류에 의해 가장 잘 달성된다.

본 발명에 따르는 방법은 가열된 셀룰로오스 용액이 고리형 압출구멍을 갖는 압출다이를 통해 튜브의 형태로 압출되는 경우에 비교적 작은 직경(예를 들어, 70㎜미만)을 갖는 관형 셀룰로오스 필름을 제조하는데 적용될 수 있으며, 여기에서, 가열된 관형 압출용액은 그 외부 측면이 기류에 노출된다. 더 큰 직경의 관형 필름을 제조하기 위해서는 압출용액이 내측에서 냉각되는 경우가 가장 좋다. 또한, 본 발명에 따르는 방법의 상기 구체예에서는 가열된 관형 압출용액이 그 내측 뿐만 아니라 외측에서 기류에 노출되는 경우에 특히 효율적으로 냉각될 수 있다.

냉각 후에 및 침전조내로 유입되기 전에, 가열된 관형 압출용액이 그 내측에서 셀룰로오스 침전제와 접촉하게 되는 경우가 효율적인 것으로 입증되었다.

본 발명에 따르는 장치 및 방법은 N-메틸모르폴린-N-옥시드(NMMO)중의 셀룰로오스 수용액을 가공하기에 특별히 아주 적합하다.

본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면으로 더 상세히 설명하고 있으며, 여기에서, 제1도는 셀룰로오스 시이트의 제조를 위한 장치의 개략도이고, 제2도는 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위한 장치의 개략도이다.

제1도는 압출다이(1a), 및 필름형 압출용액(3a)을 양면 모두에서 냉각시키는 두 개의 냉각기체 유입구(2a) 및 (2b)로 구성되는 신장된 압출장치의 단면도이다. 유입구(2a) 및 (2b)내로 냉각공기가 유입되는 것을 하향으로 가리키는 화살표로 표시하고 있다. 냉각된 압출 생성물은 다이의 하면과 침전조의 표면 사이의 거리에 의해 결정되는 공기틈을 토해 연신되고, 침전조내로 유입되어, 셀룰로오스가 침전된다. 3차 아민 산화물은 침전조에 의해 흡수된다. 침전조의 표면은 하이픈으로 이은 라인에 의해 표시되고, 침전조에 위치한 2개의 가이드 스트립이 (4a) 및 (4b)로 표시된다. 시이트는 침전조에서 로울러(도시되지 않음)로 편향시켜, 침전조로부터 끌어낸다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 압출다이(1a)는 서로 나사로 조여져 있거나 키(key)로 고정될 수 있는 수가지 부품으로 구성된다. 이러한 다이의 구성은 고점성 중합체 재료의 용융압출에 일반적으로 사용되는 다이의 구성에 상응한다. 예를 들어, 다이 내측에 압출되는 재료를 균일하게 분배시키는 장치(도시되지 않음)를 제고하는 것이 유용하다.

NMMO 셀룰로오스 용액은 위에서(수직 화살표로 표시함)압력에 의해 다이(1a)내로 유입되고, 도면에서 굵은 실선으로 표시된 필터판을 통해 들어간다. 상기 필터판은 그 아래에 위치한 지지판에 의해 지지된다. 그후에 여과된 압출물은 부품(9a) 및 (9b)에 의해 형성된 실제 다이 본체내로 유입된다. NMMO 셀룰로오스 용액은 압출구멍(5)을 통해 압출된다. 압출구멍(5)은 탈압축 영역으로서 작용하는 단면 확대부를 갖는다. 압출다이(1a)는 슬릿형 채널(6)을 통해 공급되는 열전달 매체에 의해 간접적으로 가열된다.

다이(1a)로부터 냉각기체 유입구(2a) 및 (2b)로의 열전달을 방지하기 위해서, 압출다이(1a)와 냉각기체 유입구(2a) 및 (2b) 사이에 단열부(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.

두 개의 부품(9a) 및 (9b)를 교체시킴으로써 비교적 간단하게 다이 단면을 조절할 수 있으며, 여기에서, 장치중의 나머지 부품의 치수는 변화시킬 필요가 없는데, 이러한 사항은 본 발명에 따르는 장치의 중요한 장점을 나타낸다.

제1도는 냉각기체를 압출된 생성물의 양면에 송풍시킬 수 있으며, 송풍방향이 근본적으로 압출방향에 대해 직각인 장치를 도시하는 도면이다.

제2도는 관형 필름을 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치의 단면도를 도시한 도면이다. 장치는 근본적으로, 서로 나사로 조여지거나 키로 고정될 수 있는 수개의 부품으로 이루어진 고리형 압출다이(1b)로 구성된다.

셀룰로오스 용액은 제2도에서 수직 화살표로 도시한 바와 같이 위로부터 중심을 벗어난 위치로 공급된다. 압출물은 외측에서 가열되는 고리형 분배챔버(7)내로 유입된다. 고리형 분배챔버(7)로부터, 용액은 도면에 실선으로 도시되어 있으며, 바로 아래에 위치된 지지판에 지지되고 있는 고리형 필터판을 통해 들어간다. 여과된 용액은 2개의 고리형 절반부(8a) 및 (8b)에 의해 형성되는 분할된 다이 본체내로 유입된다. 또한, 본 발명에 따르는 장치의 상기 구체예에서, 압출구멍(5)에서 탈압축을 위한 확대부가 제공된다. 압출 생성물은 관형의 가열된 압출물로서 압출구멍(5)의 다이 출구로부터 공기틈내로 들어간다.

제1도에서 도시한 장치에서와 같이, 또한 두 개의 부품(8a) 및 (8b)를 교체함으로써 비교적 간단하게 다이 단면의 조절이 수행될 수 있다.

내측과 외측 둘 모두에 나사형 통로가 제공된 고리형 본체는 두 개의 부품(8a 및 8b)에 의해 형성된 고리형 리세스에 위치하고, 여과된 용액은 상기 통로를 통해 압출구멍내에 들어간다.

냉각공기 및 사용된 냉각공기 각각에 대한 입구 및 출구, 및 물 및 침전조 액체 각각에 대한 입구 및 출구는 고리다이(1b)의 중심에서 공심튜브의 형태로 제공된다. 냉각공기에 대한 유입구는 참조부호(11a)로 표시되며 이 공기는 공기 흐름 성질을 양호하게 하는 배플판(13)을 통과하여 수평으로 편향되고, 튜브의 내부에서 관형 압출용액(3b)에 충돌한다. 금속가이드(14)는 일부의 냉각공기가 압출구멍(5)의 출구 에지에 충돌하게 한다. 사용된 냉각공기는 출구(11b)를 통해 배출된다.

냉각을 개선시키기 위해서, 압출구멍(5)에 의해 형성된 고리 외측에 냉각공기 유입구(2c)가 제공된다. 이러한 제2냉각공기는 제1도에 도시된 바와 같이 하향으로 향하는 두 개의 화살표로 표시된다.

배플판(13) 아래에는 판형 디스크(15)가 제공되며, 이 수단에 의해 튜브(3b)의 내부 표면이 침전제(물)로 적셔진다. 상기 침전제에 대한 유입구는 부호(12a)로 표시된다.

비교적 긴 실린더형의 필름을 처리할 수 있도록 하기 위하여, 침전조의 표면(하이픈으로 이어진 라인에 의해 표시됨) 바로 아래에, 이격판(16)을 제공하는데, 이러한 이격판(16)은 외부 에지를 둥글게 하여, 응고되기는 했지만 여전히 다루기 곤란한 필름이 판 위로 미끄러질 경우에 손상받지 않게 한다. 이격판(16)과 필름(3b) 사이의 마찰면인 접촉표면을 작게 유지시키는 것이 매우 바람직할 수 있다.

이격판(16)은 침전조에 침지되고, 또한 침전조를 잔잔하게 하는 작용을 한다. 또한 이격판에는 구멍을 제공하여, 이를 통해 물질이 교환될 수 있게 할 수 있다.

침전조를 통해 관형 필름을 유도하는 데는 필름이 침전조내의 유도 로울러상에서 편향되기 전에 수개의 이격판(16)이 관련될 수 있다.

제2도에 나타낸 장치에서, 침지 파이프(17)가 또한 제공되며, 이를 통해, (12a)를 통해 공급되어 샤용된 침전제가 다시 흡출될 수 있다. 상기 침지 파이프내로 통하는 흡인 파이프(18)가 또한 침전조의 표면 바로 위에 제공된다.

상기 침지 파이프의 작용은 다음과 같다. 흡인 파이프(18)가 침전조의 표면 아래로 침지되지 않는 한은, 공기 및 액체를 흡인하지 않는다. 침전조의 높이가 상승하고 두 개의 흡인 파이프가 침지되면, 즉시 침전조 액체는 두 개의 흡인 파이프가 다시 침전조로부터 나오고 공기를 흡인할 때까지 침지 파이프(17)뿐만 아니라 흡인 파이프(18)를 통해 흡인된다. 이러한 방법은 또한 관형필름의 내측과 접촉하는 부분에서 유지되는, 관형 필름의 하부에서의 침전조내의 NMMO의 농도가 상승하지 않게 한다.

배플판(13) 및 판형 디스크(15)가 이동할 수 있는 방식으로 침지 파이프(17)에 고정되어, 냉각 및 내부 습윤화가 조절될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 냉각방법은 종래에 제안된 셀룰로오스 용액 압출장치에서 가능했던 것보다 더 높은 재료 처리율로 필름이 압출될 수 있게 하기에 충분한 효율이 있다.

Claims (17)

1. 압출구멍(5)을 갖는 압출다이(1a,1b)를 포함하며, 3차 아민 산화물중의 가열된 셀룰로오스 용액을 압출시켜 셀룰로오스 시이트를 제조하기 위한 장치에 있어서, 압출구멍(5)바로 아래에 냉각기체 유입구(2a, 2b, 2c, 11a)가 제공되어 압출된 시이트(3a, 3b)를 냉각시킴을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 압출구멍(5)의 양측 모두에 냉각기체 유입구(2a, 2b, 2c, 11a)가 제공됨을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해서 압출다이(1a, 2b)의 압출구멍(5)이 고리형으로 설계되고, 냉각기체 유입구(2c)가 고리 외측에 제공됨을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해서 압출다이의 압출구멍(5)이 고리형으로 설계되고, 냉각기체 유입구(11a) 및 사용된 냉각기체 출구(11b)가 압출구멍(5)에 의해 형성된 고리의 중심에 제공됨을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 냉각기체 유입구(11a)가, 냉각기체가 압출구멍(5)의 출구 에지상으로 향하도록 설계됨을 특징으로 하는 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 압출구멍(5)에 의해 형성된 고리 외측에 냉각기체 유입구(2c)가 추가로 제공됨을 특징으로 하는 장치.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 압출구멍(5)에 의해 형성된 고리의 중심에, 셀루로오스 침전제 유입구(12a) 및 셀룰로오스 침전조 액체출구(12b)가 제공됨을 특징으로 하는 장치.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 침전조 액체 출구(18) 아래에, 하나 이상의 이격판(16)이 제공되어 침전조내의 압출된 필름(3b)의 파괴를 방지함을 특징으로 하는 장치.
9. 가열된 상태의 3차 아민 산화물 중의 셀룰로오스의 용액을 압출구멍(5)을 갖는 압출다이(1a, 1b)를 통해 압출시키고, 가열된 압출용액을 침전조내로 유입시켜 용해된 셀룰로오스를 침전시키는 셀룰로오스 시이트의 제조방법에 있어서, 가열된 압출용액을 압출 직후에, 그리고 침전조내로 유입시키기 직전에 기류에 노출시켜서 냉각시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 시이트의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 압출방향이 기류에 대해 직각임을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제9항 또는 10항에 있어서, 가열된 압출용액이 두 기류에 노출됨을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 두 기류가 가열된 용액의 양측에 충돌하는 방식으로, 가열된 압출용액이 두 기류에 노출됨을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제9항에 있어서, 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해서, 가열된 셀룰로오스 용액을 고리형 압출구멍을 갖는 압출다이를 통해 튜브의 형태로 압출시키며, 가열된 관형 압출용액을 그 외측에서 기류에 노출시킴을 특징으로 하는 제조방법
14. 제9항에 있어서, 관형 셀룰로오스 필름의 제조를 위해서, 가열된 셀룰로오스 용액을 고리형 압출구멍(5)을 갖는 압출다이(1a, 1b)를 통해 튜브의 형태로 압출시키며, 가열된 관형 압출용액을 그 내측에서 기류에 노출시킴을 특징으로 하는 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 가열된 관형 압출용액을 그 내측 뿐만 아니라 외측에서 기류에 노출시킴을 특징으로 하는 제조방법.
16. 제14항 또는 15항에 있어서, 가열된 압출용액을 냉각 후에, 그리고 침전조내로 유입시키기 전에 내측에서 셀룰로오스 침전제와 접촉시킴을 특징으로 하는 제조방법.
17. 제9항, 제10항 및 제12항 내지 15항중 어느 한 항에 있어서, 3차 아민 산화물로서 N-메틸모르폴린-N-옥시드를 사용함을 특징으로 하는 제조방법.