KR100472384B1 - 콜드 패드 배치법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의한 알칼리 처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 간단한 제조공정, 낮은 생산원가 및 안전한 조업 조건에서 셀룰로오스 섬유를 제조할 수 있으며, 본 발명에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유는 비스코스 레이온 섬유와 유사한 특성을 가져 의류용도로 매우 적합하고 샤리감이 우수한 레이온 섬유를 공급할 수 있게 된다.

Description

콜드 패드 배치법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조방법{Method producing cellulosic fibers by means of Cold-pad-batch}

본 발명은 셀룰로오스 아세테이트로부터 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의하여 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래, 셀룰로오스 아세테이트로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 알칼리 처리 방법으로는 액류 염색기에 일정량의 원단을 투입하여 처리하는 배치(Batch)방식이 있다.

그러나, 위와 같은 불연속적인 액류배치방식은 셀룰로오스 아세테이트를 셀룰로오스 섬유로 전환시키는 반응시간이 길고 배치(Batch)당 투입량이 한정되어 있어 제조 원가가 상승하는 문제점이 발생한다.

또한 종래의 알칼리 처리 방법으로는 연속감량기를 사용하는 연속적 알칼리 처리 방법이 있다. 이 방법은 폴리에스테르 직물 감량에 주로 사용하는데, 높은 온도와 고농도의 알칼리 조건을 요한다. 폴리에스테르 직물의 감량에 사용되는 연속감량기를 사용하여 셀룰로오스 아세테이트로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하는 경우에는 균일한 반응을 일으키지 못해 우수한 품질의 셀룰로오스 섬유를 제조하는 데에는 부적합하다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 문제점이 없이 저온 조건에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의해 셀룰로오스 아세테이트로부터 셀룰로오스 섬유를 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 치환도 2.0~2.75(초산화도 45~59.5%)의 셀룰로오스 디아세테이트를 적어도 일부 함유하는 섬유 또는 섬유제품을 저온에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의해 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 셀룰로오스 섬유로 전환시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조 방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

셀룰로오스 디아세테이트를 알칼리 처리하면 아세틸기가 히드록시기로 전환되는 검화가 일어나게 되는데 이때 무정형으로 존재하던 디아세테이트 섬유의 분자쇄들의 폴딩(folding)과 패킹(packing) 등의 재배열로 결정화가 일어난다. 일반적으로 천연의 셀룰로오스는 셀룰로오스Ⅰ의 결정구조를 가지게 되며 재생 셀룰로오스 섬유의 경우는 셀룰로오스Ⅱ의 구조를 가지는 데 반해 셀룰로오스 디아세테이트의 검화에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유는 셀룰로오스Ⅱ와 Ⅵ가 혼합된 결정구조를 가지게 되며, 결정화도(비중법) 14~34%, 복굴절율 0.012~0.024이다.

셀룰로오스 디아세테이트 섬유의 검화에 의해 얻어지는 셀룰로오스 섬유도 일종의 레이온 섬유이다. 이러한 셀룰로오스 섬유의 물성은 비중이 1.48~1.51gm/cm³, 인장강도 1.2~2.5gf/de, 신도 20~50%, 표준상태 수분율 12~13%로 일반 레이온과 유사한 성능을 보인다.

본 발명에서 검화 혹은 알칼리 처리에는 강알칼리 단독 처리 또는 강알칼리와 약알칼리의 동욕처리 또는 이욕처리 방법을 이용할 수 있다.

검화 과정에서 사용될 수 있는 알칼리화합물의 예로는 수산화나트륨 등과 같은 알칼리금속수산화물, 수산화칼슘 등과 같은 알칼리토금속류수산화물, 탄산나트륨 등과 같은 알칼리 금속탄산염 등이 있다. 이러한 알칼리 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 반응 속도 조절제를 병용하여 사용할 수도 있다. 반응속도조절제로는 포스포늄계 반응 속도 조절제와 4급암모늄계 반응 속도 조절제가 잘 알려져 있다. 반응 속도 조절제의 시중 구입 가능한 예로는 포스포늄계인 네오레이트 엔씨비(NEORATE NCB : 한국정밀제품) ; 제4급암모늄계인 케이에프 네오레이트 엔에이-40(KF NEORATE NA-40 : 한국정밀제품), 디와이케이-1125[DYK-1125 : 일본의 일방사(一方社)제품], 카세린PES, 카세린 PEL, 카세린 PEF[이상 일본의 명성화학(明成化學)제품], 스노겐 피디에스(SNOGEN PDS : 한국의 대영 화학제품)등을 들 수 있다.

본 발명에서는 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 원료로서 치환도 2.0~2.75의 셀룰로오스 디아세테이트를 적어도 일부 함유하는 섬유 또는 섬유제품을 사용한다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 섬유로부터 셀룰로오스 섬유를 전환하는데 있어서, 저온에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의해 알칼리 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 반응조건과 공정과정의 일예는 다음과 같다.

콜드 패드 배치(Cold-pad-batch) 감량기의 패딩(Padding)조에 20~53%의 알칼리 수용액을 준비하고, 준비된 알칼리 수용액에 정련 건조한 셀룰로오스 디아세테이트 섬유를 일부 함유하는 섬유 또는 섬유제품을 침지하여 50~100% ◎ 픽업(Wet Pick-up)시킨다. ◎ 픽업시킨 섬유를 저장 롤(Roll)에 권취하고, 권취한 섬유를 20℃ 이상 70℃ 이하에서 1~48시간 동안 처리한 후 수세하여 셀룰로오스 섬유를 제조한다.

상기 알칼리 수용액의 농도는 20~53% 범위내로 하는 것이 바람직하다. 이는 20% 미만에서는 반응이 불충분하며, 53% 초과시에는 알칼리 수용액이 수산화나트륨 (NaOH)의 포화상태가 되어 용액을 제조하는 것이 불가능하기 때문이다.

또한, 본 발명의 공정중 알칼리 처리하는데 있어서 알칼리 처리 온도는 20℃ 이상 70℃ 이하가 바람직한데, 20℃ 미만에서는 반응이 불충분하며, 70℃을 초과하는 경우에는 불균일 반응과 분자쇄 절단이 일어나게 되어 본 발명에 부적합하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.

하기 실시예에서 셀룰로오스 아세테이트의 감량율과 기타 물성 등은 다음과 같은 방법으로 측정한 것이다.

* 탈아세틸화 : 적외선 분광 분석기(MAGNA 750, Nicolet, 미국)를 사용하여 적외선 분광 분석에 의해 탈아세틸화를 확인하였다. 이 때 탈아세틸화는 1760cm^-1에서 나타나는 아세틸기의 카르보닐 밴드의 유무로 확인하였다.

* 감량율 : 알칼리 처리전/후의 시료의 중량변화를 측정하여 다음 식으로 구하였다.

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* 섬유의 절단강도 및 절단시도 : 만능시험기(Universal Testing Machine : ZWICK 1425, 독일)를 사용하여 시료길이 50mm, 인장속도 200m/min으로 인장 시켜 측정하였다.

* 염색성 : 직접염료인 C.I. Direct Blue 200(일본화약제 Kayarus Supra Blue 4BL)을 0.5%owf 농도로 100℃에서 30분 염색한 후 상법으로 70℃ 에서 소핑(Soaping)과 린싱(Rinsing)을 실시하여 염색을 완료하였다. 얻어진 염색물을 분광광도계(Color-Eye 7000A, Machbeth,미국)를 사용하여 반사율(R:Reflectance)을 측정한 후 이를 식 K/S=(1-R)²/2R에 대입하여 K/S값을 구하고 이 값으로 염색성을 평가하였다.

[실시예 1]

아세틸 치환도 2.55(초산화도 56.9%)의 셀룰로오스 디아세테이트 섬유로 구성된 평직물(경사 75d/20f, 위사 120d/33f, 위밀도 75본/inch,SK케미칼産, 韓國) 을 정련 건조한 후 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch) 감량기의 패딩(Padding)조에 가성소다 53% 용액이 되도록 가성소다를 투입하여 용해시킨 후 반응속도조절제 1g/L를 넣어 다시 용해시켰다. 준비된 셀룰로오스 디아세테이트 정련지를 침지시켜 가성소다 용액의 픽업(Wet Pick-up)이 70%가 되도록 알칼리 처리하였다. 알칼리 처리된 셀룰로오스 디아세테이트를 저장 로올(Roll)에 권취한 후 20℃에서 24시간 동안 검화시켰다. 검화된 섬유를 수세조에서 수세하여 잔류 알칼리를 제거하고 섬유를 건조시켰다. 이러한 검화 공정을 통해 초기 셀룰로오스 디아세테이트 섬유 중량대비 감량율이 40%인 셀룰로오스 섬유를 얻었다.

원료 섬유와 검화에 의해 감량된 섬유를 각각 적외선 분광 스펙트럼으로 분석한 결과, 원료로 사용된 디아세테이트 섬유는 1760cm^-1 근처에서 아세틸기의 카르보닐 밴드가 크게 나타나는 반면 실시예 1에서 감량율이 40%인 셀룰로오스 섬유는 1760cm^-1 근처에서의 카르보닐 밴드가 완전히 사라지고 3400cm^-1의 히드록시기 스트레칭(Hydroxy Stretching)이 증가하여 모든 아세틸기가 히드록시기로 치환되었음을 알 수 있었다.

상기 실시예에서의 얻어진 섬유의 물성 측정 결과는 표 1에 제시된다.

[실시예 2]

25%의 가성소다 용액을 사용하고, 가성소다 용액을 셀룰로오스 디아세테이의 ◎ 픽업(Wet Pick-up) 70%가 되도록 하고, 알칼리 처리시의 온도를 70℃가 되도록한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

상기 실시예의 검화 공정을 통해 초기 셀룰로오스 디아세테이트 섬유 중량대비 감량율이 39.5%인 셀룰로오스 섬유를 얻었다.

실시예 1과 마찬가지로 적외선 분광 스펙드럼 분석을 통하여 아세틸기가 완전히 히드록시기로 치환되었음을 알 수 있었다.

실시예 2에서 얻어진 섬유의 물성 측정 결과도 표 1에 제시된다.

[비교예 1]

아세틸 치환도 2.55(초산화도 56.9%)의 셀룰로오스 디아세테이트 섬유로 구성된 평직물(경사 75d/20f, 위사 120d/33f, 위밀도 75본/inch,SK케미칼産, 韓國) 을 정련 건조한 후 액류염색기에 디아세테이트 섬유 중량 대비 15배의 물을 넣고 가성소다 2.7% 수용액이 되도록 가성소다를 투입한 후 반응속도 조절제 1g/l를 첨가하여 용해시켰다.

준비된 디아세테이트 섬유 정련지를 액류 염색기에 투입한 후 30℃에서 2℃/min로 승온하여 98℃에서 30분간 처리한 뒤 30℃까지 2℃/min로 냉각시키고 배액하였다. 상온의 물을 넣고 수세하여 잔류 알칼리를 제거하고 섬유를 건조시켰다. 이러한 검화공정을 통해 초기 디아세테이트 섬유중량대비 감량율이 40%인 섬유를 얻었다.

실시예 1과 마찬가지로 적외선 분광 스펙트럼 분석을 통하여 아세틸기가 히드록시기로 완전히 치환되었음을 확인하였다.

또한 표 1에 제시된 바와 같이 저온에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유의 물성 및 염색성이 비교예 1의 액류에서 제조된 셀룰로오스 섬유와 거의 유사한 성질을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

상기한 실험결과로부터 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명에 의해 셀룰로오스 디아세테이트 섬유로부터 저온에서 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유는 기존의 비스코스 레이온 섬유와 화학적 구조 및 물리적 특성이 유사하며, 고온에서 액류처리에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유와도 유사한 특성을 가짐으로 동일한 용도로 적용이 가능하며, 또한 저온에서 콜드 패드 배치 (Cold-pad-batch)법에 의해 제조함으로서 간단한 제조공정, 낮은 제조원가, 안전한 조업조건에서 제조할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (5)

1. 치환도 2.0~2.75(초산화도 45~59.5%) 셀룰로오스 디아세테이트를 적어도 일부 함유하는 섬유 또는 섬유제품을 20~70℃ 범위의 저온에서, 콜드 패드 배치 (Cold-pad-batch) 감량기에서 알칼리 처리하여 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 셀룰로오스 섬유로 전환시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜드 패드 배치 (Cold-pad-batch)법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 처리가 강알칼리 단독처리, 강알칼리와 약알칼리의 동욕처리, 또는 강알칼리와 약알칼리의 이욕처리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 알칼리 처리조건에 있어서 알칼리 처리농도를 20~53%하고, 처리시간 1~48시간으로 하는 것을 특징으로 하는 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 알칼리 처리에 반응 속도 조절제로서 제4급암모니움염 및 또는 포스포늄염을 첨가하는 것으로 특징으로 하는 콜드 패드 배치(Cold-pad-batch)법에 의한 셀룰로오스 섬유의 제조방법.