KR100212039B1

KR100212039B1 - 고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100212039B1
Application number: KR1019970006159A
Authority: KR
Inventors: 홍영근
Original assignee: 홍영근
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR970021388A

Abstract

본 발명의 고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조방법은 셀룰로오스, 즉 펄프 또는 폐지를 특정 용매에 용해시키고 반응시켜서 트리플루오로 에스테르기를 갖는 셀룰로오스 유도체를 합성하고 이로부터 섬유 또는 직육면체, 원통형, 원형 등의 모양을 만든다. 본 발명의 섬유는 고강력 섬유로서 타이어코드, 재봉사, 텐트사, 낙하산 끈 등에 쓰일 수 있고, 육면체나 원통형, 원형 등은 장난감, 단추 등에 이용된다.

Description

고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조 방법

본 발명은 고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하자면 셀룰로오스를 용매에 녹여 용액을 얻고 이를 방사함으로써 기계적 물성을 향상시킨 고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

셀룰로오스의 유용성은 셀룰로오스 자체의 우수한 물성, 즉 내구성, 흡습성, 착용감 등에 기인할 뿐만 아니라 그 유도체로의 변환이 용이하게 때문이다. 셀룰로오스 유도체들은 모체인 셀룰로오스가 갖지 못하는 용해성을 갖고 용융성형이 가능하고 또한 유연성을 갖기 때문에 가치가 매우 높다.

셀룰로오스는 알코올 화합물로서 셀룰로오스의 히드록실기는 산과 반응하여 에스테르기를 형성한다. 그러나 이때에 에스테르화 반응을 일으키는 유기산은 대부분 지방족 산이나 방향족 산에 한정되어 있다.

본 발명자는 이에 알킬기의 수소가 불소원자로 치환된 셀룰로오스 유도체를 제조하기 위한 연구를 거듭한 결과, 셀룰로오스의 균일상 반응을 위한 용매를 발견하고 이로부터 셀룰로오스 트리플루오로 아세테이트 유도체를 합성하고 이 합성물로부터 섬유를 제조하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 지금까지의 기존의 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 뷰틸레이트, 셀룰로오스 포르메이트 등의 셀룰로오스 에스테르와는 전혀 다른 셀룰로오스 유도체를 합성하고 이로부터 제조된 고강도 셀룰로오스 섬유 및 그 제조 방법(습식방사, 건식방사, 용융방사 등)을 제공하는 것이다. 또한 상기 셀룰로오스 유도체 합성물을 용융압출, 용융사출하여 막대기, 봉, 단추, 톱니 등의 성형물을 만들 수 있다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 셀룰로오스를 플루오로아세틸기를 갖는 산과 반응시킴으로써 셀룰로오스 유도체를 합성하고, 그를 방사함으로써 얻어지는 고강도 셀룰로오스 섬유를 제공한다.

본 발명은 또한 상기 고강도 셀룰로오스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 셀룰로오스 유도체를 합성하는 데에 있어 셀룰로오스 원료로는 목재 펄프 외에도 폐신문지, 목화 부스러기, 면 잔사, 면직물 조각지, 또는 비스코스 레이욘 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 셀룰로오스 유도체를 합성하기 위해서는 균일한 반응을 위해, 셀룰로오스를 용해시킬 수 있는 강력한 용매를 선택하는 것이 중요하다. 이러한 용매로 삼불화초산과 무수삼불화초산의 혼합물을 사용할 수 있다.

본 발명의 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 데에 있어 셀룰로오스 용액은 상기 용매에서 2~40

(w/v)의 용액이 사용되며 고화된 합성고분자를 재차 방사하는 데에 있어서는 5~20

의 용액이 사용되고 용융압출 및 용융사출하는 데에 있어서는 약 280

의 온도가 사용된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

셀룰로오스(목재 펄프; RAYONEX-P, ITT Rayonier 社 제품, 중량평균중합도 약 1,000)를 물에 이틀동안 담가 두었다가 기계적으로 강하게 교반하여 섬유소들을 분리시킨 후, 물을 거르고 진공오븐에서 80

로 하루동안 건조시켰다.

상기 셀룰로오스를 기계교반기를 갖춘 플라스틱 케틀(반응조)에 넣고 여러 조성의 삼불화초산과 무수삼불화초산의 혼합용매를 첨가하여 2~40

(w/v)의 농도가 되게 용액을 조성하여 2시간후 용매의 용해력을 조사한 결과 삼불화초산/무수삼불화초산의 비가 8/2에서 4/6(v/v)일 때 우수한 용해력을 나타내었으며 특히 6/4일 때 가장 우수하였다.

[실시예 2]

폐신문지를 거두어 말린 후 잘게 분쇄한 다음, 이를 20

(w/v) 가성소다 수용액에 담그고 170

에서 48시간 동안 교반시키고 여과, 세척, 건조시켰다. 이 건조된 폐신문지 분말을 위의 삼불화초산/무수삼불화초산(6/4:v/v) 혼합용매에 10

(w/v) 농도로 섞어 교반하였다. 3시간후 폐신문지 분말은 완전히 용해되었다.

[실시예 3]

실시예 1에서 얻어진 용액을 물에 침전시켜 고화된 분말을 구한 후, 이를 적외선분광광도기(IR)로 분석하여 본 결과 1795㎝^-1에 에스테르기와 1177㎝^-1에 CF₃기를 나타내었다. 핵자기공명기(NMR)로 분석하여 본 결과는 셀룰로오스의 알코올기들이 삼불아세테이트기로 치환되었음을 나타내었다.

[실시예 4]

상기 셀룰로오스(실시예 1)를 삼불화초산/무수삼불화초산(6/4:v/v)의 혼합용매와 함께, 기계교반기를 갖춘 플라스틱 케틀에 넣고 셀룰로오스가 20

(w/v) 농도가 되게 용액을 조성한 후 이 용액을 2시간 동안 교반하였다. 이 용액을 여과, 탈포하여 방사통에 넣고 실온에서 120psi로 송출하고 ø0.15mm 노즐로부터 실온의 메탄올 응고욕안으로 토출시켜 응고시킨 후, 35m/min의 속도로 권취하여 단사데니어가 1~3denier(두께 10~20㎛)인 섬유를 얻었다. 이 섬유를 만능시험기(UTM)로 기계적 성질을 측정한 결과, 인장강도 15~30g/d, 신장률 2.5~3.5

, 그리고 탄성률 800~3200 g/d를 나타내었다.

[실시예 5]

실시예 1에서 조성된 용액을 물속에서 응고시키고 건조시킨 후 이 고체를 시차열량측정기(DSC)로 열분석하여 본 결과 258

의 용융온도(Tm)를 나타내었다. 이는 조성된 수지는 열가소성 수지이며 용융방사 또는 여러 모양으로의 용융압출, 용융사출할 수 있는 물질임을 가리킨다. 이 합성수지를 275

에서 용융방사하였다. 얻어진 섬유의 인장강도는 8~15g/d를 나타내었다.

[실시예 6]

실시예 1에서 조성된 수지의 용해성을 실험한 결과 일반적인 용매인 아세톤, 메탄올, 클로로포름, DMAc, DMF 등에는 용해되지 않았거나 어려웠으며 DMSO(dimethylsulfoxide)와 TFA(trifluoroacetic acid)에서 용해되었다. 따라서 이 합성수지를 DMSO에 15

(w/v)농도가 되게 용해시켜 방사용액을 얻고 이를 메탄올 용고욕에서 습식방사하였다. 얻어진 섬유의 인장강도는 10~20g/d를 나타내었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 셀룰로오스의 특성(내구성, 흡습성, 착용감 등)으로 인해, 본 발명에 의한 셀룰로오스 섬유는 의복용 섬유로도 우수할 뿐만 아니라 강도가 뛰어나 타이어 코드 등의 산업용 섬유로도 사용됨은 물론, 여러 방사방법으로 제조될 수 있고, 폐지(폐신문지 등)를 원료로 이용할 수 있어 폐자원의 재활용에도 기여한다.

Claims

셀룰로오스에 소정의 비로 혼합되고 각각 플루오로아세틸기를 가지는 삼불화초산과 무수삼불화초산의 혼합용매를 첨가하여 셀룰로오스를 용해시켜 트리플루오로 에스테르기를 갖는 셀룰로오스 유도체를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 셀룰로오스 유도체를 직접 방사하는 단계를 포함하는 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 합성된 셀룰로오스 유도체를 고체화한 후 다시 디메틸설프옥사이드(DMSO)에 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 합성된 셀룰로오스 유도체를 고체화한 후 용융방사하는 단계를 포함하는 단계를 더 포함하는 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법.
제1항 내지 제3항중의 어느 항에 있어서, 상기 삼불화초산과 무수삼불화초산의 혼합비는 8/2(v/v) 내지 4/6(v/v) 이며, 바람직하게 6/4(v/v)임을 특징으로 하는 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항중의 어느 항에 있어서, 상기 합성된 셀룰로오스 유도체를 고체화한 후 용융사출 또는 용융압출하여 고강도 셀룰로오스 성형물을 제조하는 방법.
제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 의한 고강도 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법에 의해 제조된 고강도 셀룰로오스 섬유.
제5항에 의한 고강도 셀룰로오스 성형물을 제조하는 방법에 의해 제조된 고강도 셀룰로오스 섬유.