KR100503393B1 - 중공 레이온 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 제조공정 및 안전한 조업조건에서 경량감과 보온성을 갖는 중공 레이온 섬유를 제조하는 방법이 제공되며, 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 알칼리에 의해 선택적 부분검화시켜 셀룰로오스 II와 셀룰로오스 IV결정구조를 함께 갖는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스층을 만든 후 유기용매로 검화되지 않은 부분을 용해하여 도 1과 같은 단면을 가지는 결정성 중공 레이온 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

Description

중공 레이온 섬유의 제조방법{The preparation of hollow-rayon fiber}

본 발명은 경량감과 보온성을 갖는 중공 레이온 섬유를 환경친화적이고 단순한 제조공정으로 제조할 수 있는 새로운 제조방법에 관한 것이다.

여기서, 레이온 섬유는 셀룰로오스 섬유의 대표적인 인조섬유로서 수산기가 15% 이상 치환되지 않은 재생 셀룰로오스로 제조된 섬유(Fiber Chemistry, Manachem Lewin Eli M. Pearce, Dekker p 914,1985)로 정의된다,

레이온 섬유는 고유의 광택, 비중, 터치(Touch)로 인해 고급 섬유에 많이 이용되고 있다.

비스코스레이온(이하 '레이온'으로 칭한다.)은 셀룰로오스를 가성소다 수용액과 이황화탄소(CS₂)를 사용하여 소디움 셀룰로오스 크산테이트(Soduim Cellulose Xanthate) 수용액으로 만든 후 황산과 황산아연의 수용액 중에 방사하여 제조한다. 이러한 방법이 지금까지 상업화되었으나, 최근에 이 방법이 CS₂와 같은 유해물질을 배출하는 등의 문제가 있어 공해방지 차원에서 법적으로 규제하고 있는 실정이다.중공 레이온 섬유에 관한 것으로는 일본공개특허공보 평7-34318호에 치환도 2.0미만의 셀룰로오스 아세테이트로 구성되어지는 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 수산화 알칼리 수용액에 침지하고, 상기 셀룰로오스 아세테이트를 용해하는 용매에 침지하여 가용부분을 용해제거하여 흡습기능을 가지고, 보는 방향에 따라 색조가 다르게 보이는 셀룰로오스계 섬유의 제조방법이 공지되어 있다. 그러나, 상기 셀룰로오스계 섬유의 제조방법은 예시된 용매중 가장 용해도가 떨어지는 아세톤에도 부분적으로 용해가 일어나므로 균일한 레이온층 형성이 불가능한 단점이 있고, 흡습성은 우수하고, 시각적효과는 우수하나 경량감과 보온성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 경량감과 보온성을 갖는 중공 레이온 섬유를 상업화하기 위하여 안전하고 간단하게 제조하는 공정을 제공하는 것을 기술적 과제로 하고 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의하면 치환도가 2.0 ~ 3.0 (초산화도 45 ~ 62.5%)인 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 강알카리와 약알칼리 수용액으로 상기 셀룰로오스의 전체 아세틸기 중 27% ~ 75%를 하이드록시기로 치환되도록 검화시킴으로써 셀룰로오스Ⅱ와 셀룰로오스Ⅳ의 복합 결정구조를 이루도록 한 후 유기용매로 내층의 검화되지 않고 남아있는 셀룰로오스 아세테이트 부분을 용해시켜 중공을 형성시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 레이온 섬유의 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 치환도가 2.0 ~ 3.0 (초산화도 45 ~ 62.5%)인 셀룰로오스 아세테이트를 강알카리와 약알칼리 수용액으로 상기 셀룰로오스 아세테이트 전체 아세틸기 중 27% ~ 75%를 하이드록시기로 검화시키므로서 셀룰로오스Ⅱ와 셀룰로오스Ⅳ의 복합 결정구조를 이루도록 한 후 유기용매로 내층의 검화되지 않고 남아있는 셀룰로오스 아세테이트 부분을 용해시켜 제조하는 중공 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 특징으로 하고 있다.

본 발명 중공 레이온 섬유의 원료로는 셀룰로오스 아세테이트가 사용되는데, 이때 셀룰로오스 아세테이트의 치환도는 2.0 ~ 3.0(초산화도 45 ~ 62.5%)이다.

본 발명에서는 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 검화시키는데, 상기 셀룰로오스 아세테이트의 전체 아세틸기 중 27 ~ 75%을 하이드록시기로 검화시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 검화시키는 공정에 있어서는 강알칼리와 약알칼리를 사용하며, 강알칼리와 약알칼리를 동욕처리 할 수도 있고 이욕처리할 수도 있다.

본 발명에 있어 사용된 알칼리화합물로서는 가성소다등의 알칼리금속수산화물, 수산화칼슘등의 알칼리토류금속수산화물, 탄산소다등의 알칼리 금속염등이 있다. 이러한 알칼리화합물을 단독으로 사용할 수도 있고, 검화 촉진제와 병용하여 사용할 수도 있다. 병용된 검화 촉진제로는 포스포니움 화합물인 네오레이트 엔씨비(NEORATE NCB:한국정밀제품), 제4급암모니움염인 케이에프네오레이트 엔에이-40(KF-NEORATE NA-40:한국정밀제품), 디와이케이-1125[DYK-1125:일방사(一方社)제품], 디엑스와이-10엔[DXY-10N: 일방사(一方社)제품], 카세린 PES, 카세린 PEL, 카세린 PEF[이상 명성화학(明成化學)제품], 스노겐 피디에스(SNOGEN PDS:대영화학제품) 등을 들 수 있다.

검화과정에서 알칼리를 원료인 셀룰로오스 아세테이트에 대해 10 ~ 35%가 되도록 수용액을 만든 후, 원료인 셀룰로오스 아세테이트를 침지시켜 바람직하게 70℃ ~ 130℃에서 검화시켰다.

특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 알칼리 수용액에서 1 ~ 120분 1회 내지 2회 처리하여 셀룰로오스 아세테이트의 아세틸기중 27 ~ 75%를 하이드록시기로 검화시키는 것이 적당하다.

위와 같은 강알칼리에 의한 탈아세틸화 방법에 의해서 외층과 내층이 서로 다른 치환도를 가지게 되는 섬유를 제조하였다.

위와 같이 강알칼리에 의한 검화는 셀룰로오스 아세테이트의 외층부터 검화시키는 특징을 가진다. 따라서 이러한 성질을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트의 표층부분만 선택적으로 검화시킴으로서, 섬유의 외층과 내층은 서로 다른 치환도를 가지게 된다.

상기의 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 치환도에 따라서 유기용매의 용해도 특성이 다르며, 이러한 용해도 차를 이용해 표면 검화 아세테이트 섬유의 내층을 유기용매로 쉽게 용해시킬 수 있다. 반면에 검화된 외층은 대부분의 아세틸기가 하이드록시기로 치환됨에 따라 유기용매에 용해되지 않고 셀룰로오스 섬유로 남아있게 된다. 이 때 섬유의 외층은 검화과정에서 셀룰로오스 아세테이트 섬유의 분자구조가 셀룰로오스 분자구조로 변화하는 것과 함께 무정형으로 존재하던 분자쇄들이 폴딩(folding)과 패킹(packing)등의 재배열로 결정화가 일어나고, 결정영역이 증가한다.

이렇게 형성된 결정영역의 구조분석결과 셀룰로오스 II와 셀룰로오스 IV결정의 혼합결정을 나타내고 있으며 비중이 1.43 ~ 1.50이었다.본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 치환도에 따라서 유기용매의 용해도 특성이 다르며, 이러한 용해도 차를 이용해 표면 검화 아세테이트섬유의 내층을 유기용매로 쉽게 용해시킬 수 있다.

위의 방법으로 만든 부분 검화된 섬유의 내층에 있는 셀룰로오스 아세테이트 부분을 녹이기 위하여 사용할 수 있는 용매로는 아세톤(Acetone), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세톤(DMAc), TFA, 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol) 특급 시약등을 들 수 있으며 특별한 제한은 없다.

본 발명에서는 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol)용액에 부분검화된 셀룰로오스 아세테이트를 침지시켜 20℃ ~ 130℃에서 1~ 60분, 1 ~ 5회에 걸쳐 처리하여 섬유 내층의 검화되지 않고 남아있는 부분을 용해시켜내 중공셀룰로오스섬유를 제조하였다.

본 명세서에서 제시되는 셀룰로오스 아세테이트의 감량율, 용해도, 탈아세틸화정도, 섬유의 절단강도와 절단신도 등은 다음과 같은 용법으로 측정한 것이다.

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

감량율(%) = (처리전 중량 - 처리후 중량) / 처리전 중량 X 100

＊섬유의 용해율: 용해 전/후의 시료의 중량변화를 측정하여 다음식으로 구하였다.

용해율(%) = (처리전 중량 - 처리후 중량) / 처리전 중량 X 100

＊탈아세테이트화 정도: 적외선 분광 분석기(마그나 750, 니콜렛트:MAGNA 750, Nicolet, 미국)을 사용하여 적외선 분광분석에 의해 탈아세틸화를 확인하였다. 이 때 탈아세틸화 정도는 셀룰로오스 아세테이트 아세틸기의 C=O 스트레칭피크(Stretching peak)인 1760cm^-1 의 크기와 1430cm^-1에서 나타나는 셀룰로오스의 CH₂ 벤딩피크(bending peake)의 크기를 적분법으로 구하여 그 비로서 계산하였다.

＊섬유의 절단강도 및 절단신도:만능시험기( Universal Testing Machine; Zwick 1425, 독일)을 사용하여 시료길이 50mm, 인장속도 200mm/min로 인장시켜 측정하였다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기의 실시예에로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

아세틸 치환도 2.55(초산화도 56.9%)의 디아세테이트 섬유로 구성된 5-매 사틴(Satin:경사150d/33f 경밀도 193본/inch ,위사 150d/33f, 위밀도 90본/inch) 을 정련 건조한 후 액류염색기에 물을 넣고 디아세테이트 섬유 대비 10~ 40wt%의 가성소다를 투입하였다.

정련과 건조를 한 디아세테이트 섬유를 액류염색기에 넣은 후 30℃에서 2℃/min로 승온하여 98℃에서 30분간 처리한 뒤 30℃까지 2℃/min로 냉각시키고 배액 하였다. 상온의 물을 넣고 수세하여 잔류 알칼리를 제거하고 섬유를 인출한 뒤 건조시켰다. 표 1에 검화 조건과 감량율을 정리하였다.

이러한 검화공정을 통해 초기 디아세테이트 섬유 중량 대비 감량율이 10~40%의 부분검화된 섬유를 얻었고, 이 섬유를 액류염색기에 넣은 후 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol) 용매를 투입하고 상온에서 30분 처리하고 배액하는 작업을 3회 반복한 후 수세하여 잔류 용매를 제거하고 섬유를 인출한 뒤 건조시켰다.

표 2에 검화조건에 따른 용해율을 정리하였다. 탈아세틸화 정도를 적외선 분광 스펙트럼을 통하여 확인하여 도 1에 예시하였다. 본 실시예로 사용된 디아세테이트 섬유는 1760cm^-1에서 아세틸기의 카르보닐 밴드(Carbonyl band)가 크게 나타나는 반면, 실시예로 처리하여 얻어진 중공 레이온 섬유는 카르보닐 밴드가 거의 사라졌다.

표 3에 본 실시예로 얻어진 섬유의 물성결과를 정리하였다. 감량처리 하지 않은 실험번호 1 시료의 경우 디아세테이트 고유의 물성을 나타내고 있음에 비해 실험번호 2 ~ 실험번호 6 시료까지 모두 절단 강도가 현저히 커지고 비중이 증가하였다.

*가성소다 사용량은 디아세테이트 섬유에 대한 중량%임

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 환경 친화적이고 단순한 제조공정으로 중공레이온 섬유를 제조하므로써 경량감과 보온성을 갖는 중공 레이온 섬유를 상업화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 중공 셀룰로오스 섬유의 단면도이다.

Claims (5)

1. 치환도가 2.0 ~ 3.0(초산화도 45~62.5%)의 셀룰로오스아세테이트 섬유를 검화시키되 상기 셀룰로오스아세테이트의 전체 아세틸기중 27%~75%가 하이드록시기로 치환되도록 검화시켜 셀룰로오스Ⅱ와 셀룰로오스Ⅳ의 복합결정구조를 이루도록 한 후, 상기 섬유 내층의 검화되지 않고 남아있는 셀룰로오스 아세테이트 부분을 용해시켜 중공을 형성시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 레이온 섬유의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 검화를 강알칼리와 약알칼리를 동욕처리에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 중공 레이온 섬유의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 검화를 강알칼리와 약알칼리를 이욕처리에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 중공 레이온 섬유의 제조 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 검화에 검화촉진제로서 제4급 암모니움염, 포스포니움염 또는 이들의 혼합물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 중공 레이온 섬유의 제조 방법.
5. 청구항 1기재의 방법으로 제조되며, 비중이 1.43 ~ 1.50 gm/cm³ 인 중공 레이온 섬유.