KR100514591B1 - 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습윤 상태에서 라이오셀 섬유 표면에 발생되는 피브릴을 섬유 제조공정에서 연속적으로 화학처리하여 감소 또는 억제시키는 방법으로 용액-방사공정으로 제조되어진 미건조 상태의 라이오셀 섬유를 2개 이상의 관능기를 가지는 가교제(1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF) 또는 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르(Preshade NF)) 및 1종 이상의 무기 알카리가 혼합된 수용액에 통과시켜 고온의 습열상태에서 열처리하여 화학적 가교결합에 의해 피브릴화를 감소시키는 방법이다.

본 발명은 또한, 가교제를 포함하는 약품수용액의 수성욕의 정상상태를 유지할 수 있는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법을 제공한다.

가교제가 포함된 약품수용액 중의 TAF의 농도는 5-15g/l이고, Preshade NF의 경우 20-100g/l인 것이 바람직하다. 무기 알카리는 단일 알카리보다는 혼합 알카리를 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 약품수용액 중 TAF 분자 당 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기의 수가 2.3-2.8 정도 유지되며, 섬유와 반응하여 고착된 TAF의 양은 건조 섬유의 중량을 기준으로 0.8-2.0％ 정도로 반응되었을 때, 그리고 Preshade NF의 경우 5-20％ 정도로 반응되었을 때 피브릴화 감소에 효과가 우수하고, 본 발명의 방법에 의해 제조된 라이오셀 섬유는 미처리 섬유에 비해 월등한 염색성을 나타낸다.

Description

항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법{CONTINUOUS PROCESS FOR MAKING ANTI-FIBRILLATED LYOCELL FIBER}

본 발명은 습윤 상태에서 섬유와 가공기기간의 기계적 마찰에 의해 발생되어지는 라이오셀 섬유의 피브릴화를 섬유 제조공정 중에 셀룰로오스 분자와 화학결합을 일으킬 수 있는 화학약품으로 연속처리 함으로써 감소 또는 억제시키는 방법에 관한 것이다.

용해용 펄프를 분쇄하여 적당한 용매(고농도 NMMO 수용액)에 직접 녹인 셀룰로오스 용액을 물과 용매인 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(NMMO)가 포함된 응고욕 속으로 건·습식의 방법으로 압출, 방사하여 섬유화하는 방법은 이미 특허로 공지되었다. 이렇게 화학적 변화 없이 물리적 변화에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유를 독특하게 라이오셀 섬유라고 명명하였다.

라이오셀 섬유는 셀룰로오스를 화학약품을 사용하여 화학적으로 개질시켜 가용성 유도체를 형성하고, 이미 알려진 상용 용매에 녹여 이를 방사하여 섬유화한 후 다시 셀룰로오스로 재생시키는 이미 공지되어졌던 비스코우스 공정에 의하여 제조된 레이온 섬유와 구분된다.

라이오셀 섬유의 제조공정 즉, 용액-방사공정은 미국특허 제6,153,003호에 이미 기재되어 있다. 이 특허방법에는 용해용 펄프를 분쇄하여 분말 형태로 만든 셀룰로오스를 고농도의 N-메틸모르포린 N-옥사이드(NMMO) 수용액에 직접 용해시키고, 용해된 셀룰로오스 용액 즉, 방사원액을 수 만개의 미세한 구멍이 뚫어져 있는 금형에 압출시켜 공기 중에서 1차 응고를 거쳐 물과 NMMO가 적당한 비율로 포함되어 있는 응고욕 속으로 방사하여 필라멘트 속(토우)을 생성하고, 이를 물로 수차례 세척하여 용매인 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(NMMO)를 완전히 제거한 다음 건조하여 라이오셀 섬유를 제조하도록 되어있다.

이와 같이 제조된 라이오셀 섬유는 습윤 상태에서 셀룰로오스 분자 간 수소결합이 감소하여 섬유와 가공기기간의 마찰에 의한 기계적 응력을 받아 섬유의 길이 방향으로 째어져 섬유 표면으로부터 분리된 형태로 미세한 피브릴이 발생되는 경향을 나타낸다.

후가공 공정에서 발생되어진 미세한 피브릴은 라이오셀 섬유를 포함하는 직물과 옷, 예를들면 편성포나 직포에 모발 같은 외관, 즉 모우을 나타내게 되며 이러한 모우는 터치감을 감소시킬 뿐 아니라 색상을 흐리게 하여 외관상 제품의 품질을 저하시키는 원인이 된다.

이러한 라이오셀 섬유의 피브릴화는 물에 팽윤된 상태에서 섬유를 처리할 때 섬유와 기기간의 기계적인 마찰에 의하여 발생되는 것으로 알려져 있다. 정련 및 염색공정과 같은 습식처리는 섬유에 필연적인 기계적 마찰을 수반하게 된다.

라이오셀 섬유의 피브릴화는 처리온도가 높고 처리시간이 길고 처리액 중의 알카리의 농도가 높을수록 더 크게 나타나는 것으로 알려져 있다. 이런 이유로 라이오셀 섬유는 다른 섬유들보다 피브릴화에 더 취약한 것으로 알려져 있다.

본 발명은 라이오셀 섬유의 피브릴화 경향을 감소 내지는 억제시키는 처리방법에 관계된다. 그러나 이러한 처리방법의 일부는 섬유를 손상시켜 섬유 강도와 신도 등과 같은 물리적 성질을 나쁘게 하거나 섬유와 직물의 염색성에도 나쁜 영향을 미친다.

그러므로 앞서 말한 나쁜 영향을 나타나지 않게 하면서 후공정에서 목표로 하는 피브릴화 경향을 억제시킨 라이오셀 섬유을 얻기 위한 처리방법을 개발하는 것은 매우 어려운 일이다.

미국특허 제6,203,746호에는 미건조 또는 건조된 상태의 라이오셀 섬유를 셀룰로오스와 반응성이 있는 2 내지 6개의 관능기를 갖는 화학약품과 여러 무기 알카리를 포함한 혼합 수용액으로 처리하여 피브릴화 경향을 감소시키는 방법이 기재되어 있다.

여기에 사용된 화학약품으로는 폴리할로겐화된 폴리아진이나 또는 두 개 이상의 비닐설폰그룹을 갖는 폴리아진 링을 포함하는 화합물과 그들의 전구체들이 사용되고 있다. 염기로는 탄산나트륨(Na₂CO₃), 중탄산나트륨(NaHCO₃) 또는 수산화나트륨(NaOH) 등이 사용된다.

그러나 전술한 방법으로 처리하여 제조된 라이오셀 섬유는 정련과 염색 공정에서 셀룰로오스 분자의 가수분해가 일어나 피브릴화 감소효과가 상실되어 재차 피브릴이 발생되는 것으로 나타났다.

프랑스특허 제2273091호에는 감소된 피브릴화 경향을 갖는 폴리노직 비스코우스 섬유의 제조 방법이 기재되어 있다.

이 방법에서는 생산 초기의 겔 상태의 폴리노직 비스코우스 레이온 생성물을 100℃ 이하의 온도에서 최소한 2개 이상의 아크릴아미도 그룹을 포함하는 가교제와 알카리 촉매로 처리하게 되었다. 바람직한 가교제의 예로는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)과 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 기재되어 있다.

이 처리방법에 의하면 피브릴화 경향을 감소시킨 섬유의 염착성이 미처리 섬유에 비해 감소 또는 개선되지 않았으며, 처리시간이 5-15분으로 섬유가 절단되지 않은 토우의 형태로 제조되는 공정속도, 보통 20-60m를 생각할 때 바람직하지 못한 긴 시간이다.

미국특허 제6,245,117호에는 셀룰로오스 섬유와 반응할 수 있는 클로로하이드린 그룹을 갖는 화학약품의 제조와 이 약품을 이용 텐셀을 포함한 셀룰로오스계 섬유의 표면에 가교결합을 일으켜 염색성의 향상과 피브릴화 경향을 감소시키는 방법이 기재되어 있다.

이 방법에는 텐셀 직물을 무기 알카리와 2개 이상의 클로로하이드린 그룹을 갖는 화학약품이 포함된 수용액에 통과시며 화학약품을 도입하고 고온으로 열처리하는 것을 말한다.

이 처리방법에 의하면 클로로하이드린 그룹을 갖는 화학약품으로 처리된 직물은 후가공의 염색공정에서 염기성 및 산성 염료욕에서도 안정하여 피브릴이 발생하지 않으며, 미처리 섬유에 비해 염색성이 향상되는 결과를 얻었다.

하지만 전술한 방법은 직물상태로 처리함에 의해 화학약품의 사용량이 많고, 반응시간이 길며, 균일한 처리가 불가능한 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 일거에 해결할 수 있는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법을 제공하고자 한다. 즉, 라이오셀 섬유의 방사공정에 후속하여 항피브릴화의 균일한 연속처리가 가능할 수 있도록, 항피브릴화공정의 처리시간을 단축함과 동시에 처리 약품수용액의 수성욕의 정상상태 유지가 가능한 새로운 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법을 제공하고자 한다.

특히, 본 발명은 라이오셀 섬유의 항피브릴화 가교제로 많이 사용되는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)을 연속제조공정에 적용함에 있어서, 상기 약품의 극히 낮은 용해도로 인하여 약품수용액의 수성욕의 정상상태를 유지하기 어려워 섬유에 대한 균일한 처리가 불가능하였던 문제점을 고려하여 이를 해결할 수 있는 새로운 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 섬유가 절단되지 않은 필라멘트 속(토우)의 형태로 제조되는 라이오셀 섬유의 피브릴화 경향을 효율적으로 감소시키는 방법을 제공하는 것으로 공정속도에 적합한 열처리 시간을 가지는 열처리 장치와 약제의 처리방법을 제공한다.

그리고 처리된 섬유가 후가공 즉 정련, 염색 및 세탁의 가공에서도 피브릴화에 대한 저항성을 유지하도록 라이오셀 섬유의 피브릴화 경향을 감소시키는 방법을 제공한다.

그리고 피브릴화 경향을 감소시키지 않은 라이오셀 섬유보다 개선된 염색성을 갖는 라이오셀 섬유를 제조하는 방법을 동시에 제공한다.

라이오셀 섬유의 피브릴화 경향을 감소시키는 본 발명의 방법은

(1) 단독의 무기 알카리 수용액에 미건조 상태의 수세 섬유를 침적시킨 후 짜고,

(2) 혼합 또는 단독의 무기 알카리와 다수의 아크릴아미도그룹을 갖고 있는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)과 2개 이상의 클로로하이드린 그룹을 포함하는 화학약품을 포함하는 용액 속으로 미건조 라이오셀 섬유를 통과시켜 화학약품을 도입한 후 로울러 사이로 통과시켜 과량의 화학약품 수용액을 제거하고,

(3) 섬유와 도입된 화학약품과의 화학반응 즉, 가교반응이 일어나도록 습열 처리하는 것을 특징으로 한다.

상기 2개 이상의 클로로하이드린 그룹을 포함하는 화학약품으로는 특히, 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르(Preshade NF)가 바람직하다.

상기 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진 및 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르는 각각 하기의 화학식 1 및 2와 같다.

상기 식에서 m은 2 또는 3의 값을 가진다.

무기 알카리의 바람직한 예로는 탄산나트륨(Na₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 인산나트륨(Na₃PO₄) 및 규산나트륨(Na₂SiO₃)이 있으며, 이들의 혼합물도 사용될 수 있다. 또한, 황산나트륨(Na₂SO₄) 또는 염화나트륨(NaCl) 등의 염을 추가로 첨가하는 것이 바람직하다.

가교제로 사용되는 화학약품은 라이오셀 섬유의 히드록시기(-OH)와 반응할 수 있는 2개 이상의 관능기를 가진 물질이어야 하며, 본 발명에는 셀룰로오스 섬유와 가교결합에 매우 효과적이라 알려져 있는 3개의 아크릴아미도 그룹(-NHCOCH=CH₂)을 갖는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)과 클로로하이드린 그룹을 포함하는 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르(Preshade NF)가 사용되었다.

알카리 존재 하에서 라이오셀 섬유의 셀룰로오스 분자중의 히드록시기가 TAF 중의 아크릴아미도 그룹과 미카엘 첨가반응에 따라 화학결합하여 가교되는 것으로 알려져 있다. 그리고 Preshade NF와 알카리가 포함되어 있는 수용액으로 처리할 경우는 Preshade NF의 수용액 속에서는 형성된 에폭사이드링과 셀룰로오스 분자의 히드록시기가 반응하여 가교되는 것으로 알려져 있다.

약품수용액중의 화학약품의 양은 피브릴화 경향을 만족할 만큼 감소시키는 데에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로 TAF는 5-15g/l 정도이며, Preshade NF의 경우 20-100g/l 정도이다.

알카리의 양은 최소 화학약품의 당량에 해당하는 양 이상으로 가해준다.

알카리와 화학약품이 혼합되어 있는 용액은 장시간 저장하거나 장시간 처리 중에 수용액 중의 물 분자에 의해 가수 분해가 일어나 화학약품의 관능기의 수가 감소하여 동일 화학약품의 농도에서 피브릴화 경향을 덜 감소시킬 수 있다.

수용액 중 TAF의 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수는 최소 2.0 이상이 되어야만 셀룰로오스 분자와 가교결합을 일으킬 수 있으며, 그 이하로 가수분해가 되면 가교결합을 효과적으로 일으킬 수 없어 피브릴화 경향을 감소시킬 수 없게 된다. Preshade NF의 경우도 마찬가지이다.

수용액 중 가교제(TAF, Preshade NF)의 가수분해는 알카리 종류, 함량 및 수용액의 온도에 영향을 받는다. 실제로 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)의 아크릴아미도 그룹의 관능기수는 3 이지만 용액 상태에서는 다소 떨어져 2.8 정도의 값을 가지며, 연속 처리공정 중에서는 2.5 정도로 유지될 수 있다.

알카리와 화학약품을 포함하는 수용액의 pH는 10-13 이며, pH가 낮으면 반응이 너무 늦고, pH가 너무 높으면 화학약품의 가수분해가 너무 빠르게 일어나 반응에 불리하다. 적당한 pH는 11.0-12.0의 범위가 바람직하다. 용액 중 알카리 양은 화학약품이 요구하는 당량의 양과 용액의 pH가 요구하는 양으로 조정한다.

본 발명은 또한, 가교제를 포함하는 약품수용액의 수성욕의 정상상태를 유지할 수 있는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법을 제공한다.

상기 제조방법은,

(a) 라이오셀 섬유를 무기 알카리 수용액의 수성욕에 침지시키는 수용액 침지단계;

(b) 상기 알카리 수용액에 침지된 라이오셀 섬유에 포함된 수용액의 양이 건조섬유에 대하여 130-150중량％가 되도록 하는 수용액 업테이크 조절단계;

(c) 상기 단계에서 얻어진 라이오셀 섬유를 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진 및 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르 중에서 선택된 1종 이상의 가교제와 무기 알카리를 포함하는 정상상태 약품수용액의 수성욕에 침지시키는 약품수용액 침지단계;

(d) 상기 약품수용액에 침지된 라이오셀 섬유에 포함된 약품수용액의 양이 건조섬유에 대하여 180-220중량％가 되도록 하는 약품수용액 업테이크 조절단계; 및

(e) 상기 단계에서 얻어진 라이오셀 섬유를 습윤가열하는 열처리단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수용액침지단계(a)는 하기의 단계로 이루어지는 라이오셀 섬유의 방사공정에 연속하여 이루어지는 것이 바람직하다.

(ⅰ) 용해용 펄프를 분쇄하여 분말로 만들고 상기 분말을 고농도의 N-메틸모르폴린-N-옥사이드 수용액에 첨가하여 용해시켜 라이오셀 셀룰로오스용액을 형성하는 셀룰로우스용액 형성단계;

(ⅱ) 미세한 구멍이 있는 금형으로부터 상기 셀룰로오스용액을 압출하여 건·습식 방사법으로 라이오셀 섬유전구체를 형성하는 섬유전구체 형성단계;

(ⅲ) 물을 포함하는 하나 이상의 수세욕 속으로 섬유 전구체를 통과시켜 N-메틸모르폴린-N-옥사이드를 제거하고 라이오셀 섬유를 형성하는 섬유 형성단계;

상기 라이오셀 섬유의 열처리단계(e)에 추가로 수세 및 건조단계와 섬유에 주름을 주는 권축단계를 포함할 수 있다.

피브릴화 경향을 감소 또는 억제시키기 위한 연속 공정에서는 약품수용액을 정상상태로 유지하는 것이 무엇보다도 중요하다.

약품수용액의 정상상태는 약품 수성욕조에 도입되는 미건조 필라멘트 속에 포함되어 있는 수용액의 량과 약품수용액으로 처리된 필라멘트 속 중의 약품수용액의 양 및 약품 수성욕조로 보충되는 약제 및 물의 량에 의해 조절된다.

즉, 수성욕조로 들어오는 미건조 필라멘트 속에 포함되어 있는 수용액의 량과 수성욕조에서 처리되어 로울러 사이를 통과하여 과량의 약품수용액이 제거된 약품 처리 필라멘트 속에 포함된 약품수용액의 차이만큼 외부에서 약품 및 물을 정량적으로 보충하여야만 한다.

미건조 필라멘트 속에 포함되어 있는 수용액 및 처리된 필라멘트 속에 포함되어 있는 약품수용액의 양은 욕조의 온도, 필라멘트 진행 속도, 로울러의 압력 등에 의해 결정된다.

약품 수성욕 전·후 필라멘트 속의 수용액량(P/U)의 차이에 따라 외부에서 보충되는 약품의 형태와 약품수용액의 농도 등이 달라질 수 있다. 또, 약품의 물에 대한 용해도에 따라서도 달라질 수 있다.

전·후 P/U 차가 어느 정도로 크다면 약품은 모두 수용액의 형태로 주입이 가능하지만 필라멘트 속에 도입된 약제의 농도가 낮아 열처리 시 반응속도가 늦어 동일한 약제 처리량(owf)에서 피브릴화 경향을 억제시키는 데 나쁜 영향을 나타낸다.

전·후 P/U 차가 적을 경우 모든 약품이 수용액의 형태로 주입되지 못할 뿐 아니라 약품 수성욕을 정상상태로 유지하기가 힘들다. 이런 이유로 전·후 P/U을 적절히 조절하는 것이 필요하다.

특히, TAF의 경우 물에 대한 용해도가 극히 낮으므로 약품수용액의 수성욕의 정상상태를 유지하기 위해 전·후 P/U을 적절히 조절하는 것은 매우 중요하다.

본 발명의 상기 약품 수성욕에 도입되는 미건조 필라멘트 속에 포함된 수용액의 양은 건조 섬유에 대해 130-150중량％로 유지하는 것이 바람직하고, 약품수용액으로 처리된 필라멘트 속에 도입된 약품수용액의 양은 180-220중량％로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 수용액 침지단계(d)는 수성욕의 온도를 70-90℃로 유지하고, 상기 수용액 업테이크 조절단계(e)는 로울러의 압력을 2-3㎏f/㎠으로 하여 수용액의 업테이크를 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 약품수용액 침지단계(f)는 수성욕의 온도를 35-60℃로 유지하고, 상기 약품수용액 업테이크 조절단계(g)는 로울러의 압력을 0.5-2㎏f/㎠으로 하여 약품수용액의 업테이크를 조절하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 수용액 침지단계(d) 내지 상기 약품수용액 업테이크 조절단계(g)의 라이오셀 섬유는 200-240g/min의 속도로 이동시키는 것이 바람직하다.

이때 약품 수성욕을 정상상태로 유지시키기 위해 TAF와 탄산나트륨의 경우 고체 분말 형태로 정량 피드를 사용하여 주입할 수 있고, 황산나트륨의 경우 수용액(20-40％ 수용액)의 형태로 주입할 수 있다.

Preshade의 경우는 모든 약제는 수용액의 형태로 주입되며, 이는 Preshade 자체가 용액의 형태로 수용액에 대한 용해도가 대단히 높기 때문이다.

이렇게 제조된 항 피브릴화 라이오셀 섬유들은 섬유의 질소 함량을 측정함으로써 섬유와 결합하여 고착된 TAF의 양을 알 수 있다. Preshade NF의 경우는 섬유에 고착된 양을 분석하기 힘들며 제조공정 상에서 계산될 수 있다.

본 발명으로 제조된 라이오셀 섬유들은 완전 건조된 섬유의 중량을 기준으로 0.5-3.0％ 정도의 결합된 TAF을 포함하며, Preshade의 경우는 5-20％ 정도 포함한다.

특히 섬유와 결합된 TAF의 양이 0.7-1.5％ 정도가 되었을 때, Preshade의 경우는 7-12％ 정도로 고착되었을 때 후가공 공정에서도 만족할 만한 피브릴화 방지 효과와 경제성을 거둘 수 있다.

그리고 섬유에 고착되는 화학약품의 양은 열처리기의 효율, 열처리 조건 그리고 약제의 조성에도 영향을 받을 수 있다.

그리고 본 발명에 의하여 처리된 라이오셀 섬유는 미처리된 섬유와 비교할 때 물성에서는 직물에서 요구하는 섬유의 물성 범위 이내로 다소 나쁜 영향을 나타내지만 염착율은 현저히 높은 양상을 보인다. 이는 적절하게 가교된 섬유의 경우 염료 분자와의 흡착이 더욱 용이하여 나타나는 현상으로 예상된다.

본 발명의 제조 방법에 사용되는 수용액은 무기 알카리인 탄산나트륨, 인산나트륨 및 수산화나트륨이외에 부가적으로 황산나트륨 또는 염화나트륨을 10-90g/l의 농도 범위로 첨가할 경우, 반응이 촉진되고 반응률이 향상된다. 특히 30g-70g/l의 농도가 가장 바람직하다.

특히 황산나트륨의 경우 염색공정에서 필수적으로 사용되는 정염으로 촉염제의 역할로 염료가 섬유에 더 빨리 흡착되도록 도와준다. 이는 라이오셀 섬유 중의 비결정영역에 존재하는 섬유 분자간 수소결합의 세기를 황산나트륨이 감소시킴으로써 염료 등의 화학약품이 섬유 속으로의 침투가 용이하게 한다.

이런 결과로 황산나트륨을 첨가할 때 반응률이 높아져 사용되는 염료 등의 화학약품의 양을 감소시킬 수 있게 해 주는 것으로 예상된다.

본 발명에서의 가교제인 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진 (TAF)과 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르 (Preshade NF)도 염료의 경우와 마찬가지로 황산나트륨을 첨가할 때 반응 속도가 빠르고 반응률이 높게 나타난다.

본 발명의 처리방법은 미건조 섬유를 무기 알카리와 화학약품을 포함하는 수용액의 순환욕조 속으로 통과시키는 방법으로 실시된다. 화학약품은 이 순환욕조 속에서 물에 의해 가수분해 되므로 이를 최대한 방지하기 위하여 순환욕조의 부피는 순환가능한 양으로 최소화하여야 하고, 용액의 온도가 높으면 높을수록 가수분해가 촉진됨으로 상온-50℃ 사이로 유지하도록 한다.

미건조 상태의 라이오셀 섬유는 무기 알카리와 가교제인 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)과 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르(Preshade NF)가 포함되어 있는 수용액 속으로 통과시켜 처리한 후 로울러로 과량의 약제 수용액을 제거한 후 섬유와 약제간의 화학결합에 의한 가교결합을 일으키는 공정인 열처리 단계로 보낸다.

열처리 온도는 가교반응에 필요한 활성화 에너지에 필요한 최대한의 온도 이상으로 올려줄 수 있으며, 보통 70-120℃ 사이로 한다.

화학약품으로 처리된 섬유는 가교반응이 일어나도록 증기와 건열이 적절히 혼합된 습열 처리의 방법을 이용하여 높은 온도에서 2-30분 이내로 열처리함으로써 제조된다.

처리시간이 짧으면 열처리기의 용량이 무리하게 커지게 될 뿐만 아니라 만족할 만한 피브릴화 감소를 얻기위하여 가교제인 화학약품의 소모가 많아질 수 있다. 이런 이유로 열처리시간은 3-10분 사이가 장치의 제작비용 및 운전비용에 있어서 가장 바람직하다.

본 발명에 의해 약제처리 및 열처리를 거쳐 피브릴화를 억제시킨 섬유는 다시 물로 세척하여 섬유의 pH가 중성에 가깝게 연속 수세하고 건조한다.

본 발명의 장점은 방사속도, 즉 절단되지 않은 토우의 생산속도로 피브릴화를 억제시킬 수 있다는 것이다.

제조된 항피브릴화 섬유는 미처리된 섬유에 비해 월등히 높은 염착율을 가지며, 섬유 이후의 습식 가공단계(정련, 염색 및 세탁) 전후에도 피브릴화에 대한 저항성을 갖는다.

이하 하기에 기술된 시험방법 및 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 이로써 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

하기 시험방법 및 실시예에 사용된 TAF는 다이토 케미컬(Daito Chemical, 일본)사의 제품을 사용하였고, Preshaed NF는 입포샤 오일 인더스트리(Ipposha oil industries, 일본)사의 제품을 사용하였다.

섬유 시료에 대한 피브릴화도는 시험방법 1로 평가하고, 피브릴화 경향은 시험방법 2를 이용하여 피브릴을 임의적으로 발생시켜 평가하였다.

시험방법 1 (피브릴화도 평가)

피브릴화를 평가하는 공인된 표준 평가방법은 아직 없으며, 다음의 방법을 이용하여 피브릴화 지수(F.I.)를 평가하였다. 섬유에 고착되는 가교제(TAF)의 양을 서로 다르게 하여 피브릴이 억제된 라이오셀 섬유를 제조하여 시험방법 2에서 임의적으로 피브릴을 발생시켜 서로 다른 피브릴화 경향을 갖는 표준시료를 준비하였다.

서로 다른 피브릴화 경향을 가지는 표준시료의 현미경 사진을 찍고 전혀 피브릴이 발생되지 않은 섬유에는 피브릴화 지수 0을, 피브릴이 가장 많이 발생한 섬유에는 6의 피브릴화 지수를 부여하였다. 그 외 나머지 섬유에 대하여는 0.5에서 5.5까지의 피브릴화 지수를 부여하였다.

측정된 피브릴화 섬유의 현미경 사진들을 표준으로 사용하였다. 평가할 섬유시료들에 대한 피브릴화 지수를 결정하기 위하여 시험방법 2를 통해 임의적으로 피브릴을 발생시키고 현미경에서 피브릴을 관찰하고 표준시료의 피브릴화 경향과 비교하여 표준시료의 피브릴화 지수와 유사한 지수를 부여하였다.

일반적으로 피브릴화 지수가 3 이상으로 나타난 섬유를 포함하는 직물의 경우 염색 및 정련 등의 습윤 가공을 거칠 경우 미세한 피브릴이 다시 발생하여 성애같은 외관을 나타내어 품질에 문제를 발생하였다. 후가공에 문제가 없도록 하기 위해서는 처리된 항피브릴화 섬유의 피브릴화 지수는 2 이하로 처리하는 것이 바람직하다. Preshade NF로 처리된 항피브릴화 섬유도 위와 동일한 방법으로 피브릴화 지수를 부여하였다.

시험방법 2 (섬유의 피브릴화)

항피브릴 처리된 섬유 2mg을 2mm의 길이로 잘라 용량 3ml의 특수 제작된 스테인레스스틸병에 넣고 10m/l 농도의 수산화나트륨 수용액 2ml을 가하였다. 병의 뚜껑을 닫아 밀봉한 다음 특수 제작된 피브릴 발생장치에 거치하여 분당 2,000회 좌, 우로 30분간 왕복 운동시켰다. 이어서 시료를 현미경으로 피브릴화 발생 정도를 확인하고 시험방법 1의 표준화된 피브릴화 섬유와 비교하여 적합한 피브릴화 지수를 부여하였다.

시험방법 3 (섬유의 항피브릴 처리)

다음과 같은 방법으로 피브릴화가 제어된 라이오셀 섬유를 제조하였다. N-메틸모르폴린 N-옥사이드(NMMO)중에서 용해된 셀룰로오스 용액을 물과 NMMO가 포함되어 있는 응고욕속으로 건·습식 방사하여 여러 섬도를 가지는 라이오셀 필라멘트 속(토우)을 형성하고, NMMO가 완전히 제거될 때 까지 물로 세척하였다.

생성된 미건조 상태의 라이오셀 토우를 가교제(1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF) 또는 알킬렌 글리콜 폴리(3-클로로-2-하이드록시프로필) 에테르(Preshade NF))와 무기 알카리를 포함하고, 일부의 경우 황산나트륨을 포함하는 처리욕조 속으로 통과시켰다.

이어서 약제 처리된 라이오셀 토우를 로울러사이로 통과시켜 과량의 약제 수용액을 제거하고, 섬유 표면에 가교제가 고착되도록 일정한 습도를 유지하도록 설계된 열처리기 속으로 통과시켜 가교결합을 일으켰다. 1분에서 30분 까지 열처리한 후 필라멘트 속을 과량의 물로 세척하여 남아있는 미반응 화학약품을 제거하고 건조하였다.

시험방법 4 (TAF 농도와 관능성 측정)

다음과 같은 방법을 사용하여 TAF, 무기 알카리 및 이들의 가수분해 생성물을 포함하는 수용액 중의 분자당 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수와 전술한 수용액 중의 TAF 농도를 측정하였다.

TAF는 자외선 영역(190-340nm)에서 빛을 흡수하여 흡수 피크를 나타낸다. 이중 자외선 스펙트럼 195nm에서 TAF의 가수분해 생성물에 의해 흡수 피크를 나타낸다. 그리고 230nm에서 TAF의 아크릴아미도 그룹에 의해 흡수 피크를 나타낸다.

흡광도는 10mm 경로 길이에 5-15mg/l의 TAF를 함유하는 용액이 되도록 희석하여 측정하였다. 처리액중의 TAF 농도는 먼저 공지된 알카리와 TAF를 함유하는 수용액을 상온에서 제조하고 이 용액을 2-20mg/l의 여러 농도로 희석하여 230nm에서 흡광도를 측정하여 TAF 농도에 따른 흡광도의 캘리브레이션 커브의 직선식을 구하였다. 그리고 처리액을 희석 후 230nm에서 얻은 흡광도 값을 직선식에 대입하여 TAF 농도를 결정하였다.

TAF, 알카리 및 TAF 가수분해 생성물을 포함하는 용액중에서의 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수는 195nm에서의 흡수 피크와 230nm에서 나타나는 흡수 피크의 상관 관계식에 의해 계산될 수 있으며 아래의 식과 같다.

F = (A₂₃₀/A₁₉₅-0.057)/0.1423

위 식에서 F는 평균 관능기수를 나타내고, A₂₃₀ 와 A₁₉₅는 230nm와 195nm에서의 흡광도를 나타낸다.

시험방법 5(Preshade NF 농도 측정)

다음과 같은 방법을 사용하여 Preshade NF와 무기 알카리를 포함하는 수용액 중의 Preshade NF의 농도를 측정하였다. Preshade NF는 자외선 영역(190-340nm)에서 빛을 흡수하여 흡수 피크를 나타낸다. 이중 자외선 스펙트럼 250nm에서 전형적인 흡수 피크를 나타낸다.

흡광도는 10mm 경로 길이에 10-50mg/l의 Preshade NF를 함유하는 용액이 되도록 희석하여 측정하였다.

처리액 중의 Preshade NF 농도는 먼저 공지된 무기 알카리와 Preshade NF를 함유하는 수용액을 상온에서 제조하고 이 용액을 5-100mg/l의 여러 농도로 희석하여 250nm에서 흡광도를 측정하여 Preshade NF 농도에 따른 흡광도의 캘리브레이션 커브의 직선식을 구하였다. 그리고 처리액을 희석 후 250nm에서 얻은 흡광도 값을 직선식에 대입하여 수용액 중의 Preshade NF의 농도를 결정하였다.

[실시예]

실시예 1

알카리 종류에 따른 실험

미건조 라이오셀 필라멘트 속(토우)을 12g/l 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)과 여러 종류의 알카리를 포함하는 수성욕을 사용하여 시험방법 3에 의하여 처리하였다. 수성욕의 온도는 49-53℃로 유지하며, 열처리온도는 110℃이고, 열처리 상대습도는 100％였으며, 열처리 시간은 5분으로 조절하였다.

이때 화학약품으로 처리된 섬유 중의 수분함량은 건조섬유의 무게 대비 180-220％ 사이였다. 처리한 시료는 시험방법 2와 같이 피브릴을 발생시키고 시험방법 1을 이용하여 피브릴화 지수를 부여하였다. 실험결과는 표 1에 기재하였다.

(TAF의 owf는 건조섬유에 대한 중량％를 나타낸다. 즉, owf=(TAF량/건조섬유량)×100)

실시예 2

열처리 온도 및 상대습도에 따른 실험

TAF 12g/l와 탄산나트륨 20g/l를 수성욕으로 사용하여 시험방법 3으로 여러 열처리조건으로 처리하였다. 수성욕의 온도는 52℃로 유지하였다. 이때 화학약품으로 처리된 섬유 중의 수분함량은 건조섬유의 무게 대비 180-220℃ 사이였다. 처리한 시료는 시험방법 2와 같이 피브릴을 발생시키고 시험방법 1을 이용하여 피브릴화 지수를 부여하였다. 실험결과는 표 2에 기재하였다.

이 실험에서는 열처리 시간을 5분으로 조정하였다. 결과에서와 같이 열처리 온도가 높을수록 좋은 결과를 얻었으며, 상대습도가 너무 낮으면 침적사의 온도가 열처리 온도까지 도달하는 데 시간이 많이 소요되어 고착율이 떨어지고 낮은 습도와 높은 온도에서는 섬유의 황변현상이 발생되어 제품 외관에 나쁜 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

열처리 시간에 따른 실험

TAF 12g/l, 탄산나트륨 20g/l와 황산나트륨 20g/l를 수성욕으로 사용하여 시험방법 3으로 열처리 시간을 달리하면서 처리하였다. 수성욕의 온도는 52℃로 유지하였다.

이때 화학약품으로 처리된 섬유 중의 수분함량은 건조섬유의 무게 대비 180-220％ 사이였다. 처리한 시료는 시험방법 2와 같이 피브릴을 발생시키고 시험방법 1을 이용하여 피브릴화 지수를 부여하였다. 실험결과는 표 3에 기재하였다.

이 실험에서 열처리 온도는 110℃, 상대습도는 100％이며, 대조용 시료는 화학약품이 포함되어 있는 수용액에 처리 후 물로 세척하여 건조한 시료이다.

결과에서와 같이 열처리 시간이 증가함에 따라 고착율이 증가하였으며, 5분 이상에서는 아주 양호한 피브릴 억제 효과를 가지는 섬유를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 4

탄산나트륨 함량에 따른 실험

TAF 10g/l에 여러 농도의 탄산나트륨을 포함하는 50℃ 수성욕을 사용하여 시험방법 3에 따리 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 100℃, 상대습도 80％, 그리고 열처리 시간은 5분 이었으며 실험결과는 표 4에 기재하였다.

이 실험에 따르면 탄산나트륨의 농도가 30g/l 까지 증가함에 따라 고착율이 증가하였지만, 이상의 농도에서는 감소하였다. 탄산나트륨의 농도가 10g/l 이상에서 피브릴 억제 효과가 있음을 보여준다.

실시예 5

황산나트륨 함량에 따른 실험

TAF 10g/l와 탄산나트륨 20g/l가 포함되어 있는 50℃ 수성욕에 황산나트륨을 아래 표 5에 기재된 다양한 농도로 가하여 시험방법 3에 따라 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간은 3분 이었으며 실험결과는 표 5에 기재하였다.

이 실험결과를 보면 황산나트륨을 첨가함으로써 고착율이 증가하고 양호한 피브릴 억제 효과를 가지는 섬유를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 6

인산나트륨 함량에 따른 실험

TAF 10g/l와 황산나트륨 20g/l가 포함되어 있는 50℃ 수성욕에 인산나트륨을 아래 표 6에 기재된 다양한 농도로 가하여 시험방법 3에 따라 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간은 3분이었으며 실험결과는 표 6에 기재하였다.

실시예 7

염화나트륨 함량에 따른 실험

TAF 10g/l와 수산화나트륨 1g/l가 포함되어 있는 50℃ 수성욕에 염화나트륨을 아래 표 7에 기재된 다양한 농도로 가하여 시험방법 3에 따라 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간은 5분 이었으며 실험결과는 표 7에 기재하였다.

이 실험결과에서 보듯이 중성염인 염화나트륨을 첨가하였을 때 양호한 피브릴 억제 효과를 가지는 섬유를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 8

TAF 함량에 따른 실험

탄산나트륨 20g/l와 황산나트륨 20g/l가 포함되어 있는 50℃ 수성욕에 TAF를 아래 표 8에 기재된 다양한 농도로 가하여 시험방법 3에 따라 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간은 10분이었으며 실험결과는 표 8에 기재하였다.

실시예 9

TAF 수용액의 안정성 실험

10g/l을 포함한 수용액을 70℃로 유지하면서 시간에 따른 TAF 중의 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수와 수용액의 TAF 농도를 시험방법 4로 측정하였다. 이때 캘리브레이션커브의 직선식에 적합한 TAF 농도로 수용액을 희석하였으며, 실험결과는 표 9에 기재하였다.

이 실험결과 TAF가 단독으로 포함되어 있는 수용액의 경우 70℃에서도 시간이 경과함에 따라 가수분해가 거의 일어나지 않았음을 보여준다.

실시예 10

TAF와 알카리 혼합 수용액의 안정성 실험

TAF 10g/l과 탄산나트륨 20g/l을 포함한 수용액을 70℃로 유지하면서 시간에 따른 TAF 중의 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수와 수용액의 TAF 농도를 시험방법 4로 측정하였다. 이때 캘리브레이션커브의 직선식은 위 수용액를 희석하여 작성되었으며 측정하고자 하는 수용액은 적당한 TAF 농도로 희석하였으며, 실험결과는 표 10에 기재하였다.

이 실험결과에서 TAF의 농도는 실제 변화되진 않지만 적외선 스펙트럼의 A₂₃₀nm에서 측정된 흡광도를 캘리브레이션 커브의 직선식과 비교하여 측정된 값이므로 수용액 중의 TAF의 가수분해로 인해 감소되는 것으로 나타나게 된다. 시간이 증가하면 할수록 가수분해가 급격하게 진행됨을 보여준다.

실시예 11

수성욕 온도 및 로울러 압력 변화에 의한 미건조 필라멘트 속에 포함된 물의 량(P/U) 변화

NMMO에 용해된 셀룰로오스 용액으로부터 건·습식의 방법으로 제조된 라이오셀 필라멘트 속을 물로 수회 세척하여 NMMO를 완전히 제거하였다. 이 필라멘트 속을 수성욕 속으로 220g/min의 속도로 통과시키고 로울러에서 과량의 물을 제거하여 무게를 측정하고 110℃에서 완전 건조 후 무게를 측정하여 미건조 필라멘트 속에 포함된 물의 량(P/U)을 계산하였다. 이때 수성욕의 온도와 로울러의 압력은 표 11과 같다.

P/U은 아래의 식과 같이 구한다

P/U(％)={[미건조섬유의 무게(g) - 건조섬유의 무게(g)]/건조섬유의 무게}×100

실시예 12

약품수용액으로 처리된 필라멘트 속의 P/U 및 피브릴 억제 효과

TAF 10g/l, 탄산나트륨 20g/l, 그리고 황산나트륨 30g/l가 포함되어 있는 수용액에 아래 표 12에 기재된 다양한 조건으로 시험방법 3에 따라 처리 필라멘트 속의 약품수용액의 량(P/U)을 조절하여 처리하였다. 열처리 온도는 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간은 3분이며, 실험 결과는 표 12에 기재하였다.

실시예 13

약품수용액 중의 TAF 농도를 아래 표 13에 기재된 조건으로 미건조 필라멘트 속을 처리하여 동일한 양의 TAF(owf=2％)가 필라멘트 속에 처리되도록 하였다. 처리된 필라멘트 속의 무게를 측정한 후 열처리 온도 110℃, 상대습도 100％, 그리고 열처리 시간 3분에서 열처리하였다. 실험 결과는 표 13에 기재하였다.

실시예 14

라이오셀 섬유의 습윤 상태에서의 피브릴화 경향을 억제하기 위한 연속 처리공정에서 약품수용액을 정상 상태로 유지시키기 위해서는 약품 수성욕으로 들어오는 미건조 필라멘트 속의 P/U과 약품수용액으로 처리된 필라멘트 속의 P/U의 차이만큼 외부로부터 약제 및 물을 보충시켜 주었다. 이때 두 P/U의 차에 따라 보충되는 약제의 형태 및 주입 방법도 다르게 하였다. 그 한 예를 아래 그림 1과 표 14에 기재하였다.

[도 1]

실시예 15

콘베이어 열처리기를 이용한 실험

NMMO에 용해된 셀룰로오스 용액으로부터 제조된 미건조 필라멘트 속(220g/min)을 TAF, 황산나트륨 및 탄산나트륨이 포함된 수성욕속으로 통과시켰다. 이 수성욕조에 정량 피드를 사용하여 순환되는 모액에 고체 TAF(4.4g/min), 고체 탄산나트륨(8.8g/min)을 가하고 정량 펌프를 사용하여 황산나트륨 용액(30％ 수용액, 29.3g/min)을 가하여 정상상태(TAF 농도 7.5-12.0g/l, 탄산나트륨 농도 15-24g/l, 황산나트륨 농도 15-24g/l, 온도 50-56℃ 및 pH 10.7-11.4)로 유지하면서 처리하였다.

처리된 필라멘트는 로울러를 통과시켜 과량의 약품수용액을 제거하고 콘베이어 열처리기에서 5분간 열처리한 후 물로 완전 세척 후 100％에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제 효과를 평가하였다. 수성욕 중의 TAF의 관능기와 농도는 시험방법 4에 의하여 측정하였고, 섬유에 고착된 TAF의 양은 원소분석기를 이용 질소함량을 측정하여 구하였다.

콘베이어 열처리기는 최고 200℃까지 가열이 가능하고 상대습도의 조절이 가능하도록 스팀 공급장치가 부착되어 있다. 열처리 온도는 120℃였으며 이때의 상대습도는 80％로 조절하여 처리하였다. 실험결과는 표 15에 기재하였다.

실험결과 처리시간에 따라 수성욕 중 TAF의 관능기수와 TAF 농도의 변화가 거의 없이 유지되었으며, 섬유에 고착된 TAF의 양이 1.1％ 정도로 유지되었으며 상당히 양호한 피브릴 억제효과가 얻어짐을 보여준다.

실시예 16

콘베이어 열처리기에서의 열처리 시간에 따른 실험

NMMO에 용해된 셀룰로오스 용액으로부터 제조된 미건조 필라멘트 속(220g/min)을 TAF, 황산나트륨 및 탄산나트륨이 포함된 수성 욕속으로 통과시켰다. 이 수성욕조에 정량 피드를 사용하여 순환되는 모액에 고체 TAF(4.4g/min), 고체 탄산나트륨(8.8g/min)을 가하고 정량 펌프를 사용하여 황산나트륨 용액(30％ 수용액, 29.3g/min)을 가하여 정상상태(TAF 농도 7.5-12.0g/l, 탄산나트륨 농도 15-24g/l, 황산나트륨 농도 15-24g/l, 온도 50-56℃ 및 pH 10.7-11.4)로 유지하면서 처리하였다. 처리된 필라멘트는 로울러를 통과시켜 과량의 약품수용액을 제거하고 콘베이어 열처리기에서 다양한 시간으로 열처리한 후 물로 완전 세척 후 100℃에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제 효과를 평가하였다. 실험결과는 표 16에 기재하였다.

실험결과에 의하면 전술한 처리조건하에서는 열처리시간이 5분 이상에서는 섬유에 고착된 TAF량이 거의 비슷하였으며 3분 이상에서 양호한 피브릴 억제 효과를 가짐을 보여준다.

실시예 17

J-Box형 열처리기를 사용한 실험

미건조 필라멘트 속(220g/min)을 TAF, 황산나트륨 및 탄산나트륨이 포함된 수성 욕속으로 통과시켰다. 이 수성욕조에 정량 피드를 사용하여 순환되는 모액에 고체 TAF(4.4g/min), 고체 탄산나트륨(8.8g/min)을 가하고 정량 펌프를 사용하여 황산나트륨 용액(30％ 수용액, 29.3g/min)을 가하여 정상상태로 유지하면서 처리하였다.

처리된 필라멘트는 로울러를 통과시켜 과량의 약품수용액을 제거하고 J-Box형 열처리기에서 시간에 따라 처리하였다. 열처리한 필라멘트 속은 물로 완전 세척 후 100℃에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제 효과를 평가하였다.

J-Box형 열처리기는 최고 110℃까지 가열이 가능하다. 열처리 온도는 80℃였으며 실험결과는 표 17에 기재하였다.

이 실험결과 30분 이상의 열처리 시간에서 양호한 피브릴화 억제 효과가 있는 섬유를 제조할 수 있음을 보여준다.

실시예 18

고착된 TAF 함량에 따른 섬유 물성 변화 실험

수성욕 중의 TAF 농도를 변화시켜 시험방법 3으로 미건조 섬유를 처리하여 섬유에 고착된 TAF의 양이 서로 다른 항피브릴화 섬유를 제조하였다. 이때 알카리는 탄산나트륨을 사용하였다. 제조된 섬유는 건, 습강신도의 물성을 측정하고, 섬유는 아래의 염색조건으로 염색하였다.

모액에 대한 섬유 비율 40:1, 35℃ 물 1,000ml에 섬유 25g을 넣고 25분간 80℃로 승온시킨다. 여기에 염료(Cibacron Blue LS-3R) 0.5g(섬유중량 기준 2％)을 가하고 30분 동안 처리한 후 황산나트륨 20g을 첨가하고 10분 동안 더 처리하였다. 5분 동안 90℃로 승온시킨 후 30분 동안 더 처리하였다. 10분 동안 70℃로 감온하고 중탄산나트륨 2g을 첨가하고 15분간 처리하였다. 여기에 탄산나트륨 12g을 첨가하고 30분 동안 처리하였다. 염색한 섬유는 수세 후 건조하였다.

염착율은 염색초기 염료욕 모액과 염색 후 모액을 취하여 591.6nm에서의 가시광선분광광도계로 흡광도를 측정하고 아래의 식으로 구하였다.

염착율(％)=[(염색초기의 흡광도-염색 후의 흡광도)/염색초기 모액의 흡광도]×100

모든 실험결과는 표 18에 기재하였다.

실험결과 섬유에 고착된 TAF 량이 증가함에 따라 강도와 신도가 약간 감소하는 경향을 보여준다. 그러나 이러한 감소는 직물에서 허용될 수 있는 정도로 생각된다.

반면 염착율은 증가하여 미처리 섬유보다 진한 색상으로 염색되었다. 이는 염색공정에서의 염료의 사용량을 줄일 수 있으며 같은 염료량에서 더 진한 색상으로 염색할 수 있음을 보여준다.

실시예 19

피브릴 억제 처리된 섬유의 알카리처리에 따른 안정성 실험

섬유에 고착된 TAF의 양이 1.4％인 피브릴화 억제 처리된 섬유를 표 19에 나타낸 알카리 조건에서 처리 후 피브릴 발생 경향을 측정하여 후공정, 즉 정련과 염색등의 조건에서의 안정성을 검토하였다. 실험결과는 표 19에 기재하였다.

이 실험결과 항피브릴화 처리된 섬유의 경우 알카리의 농도가 증가하고, 처리시간이 증가함에 따라 피브릴이 재차 발생되는 경향이 있다. 이는 후공정에서의 조건을 선정하는 데 좀더 신중을 기해야 함을 보여준다.

실시예 20

Preshade NF 함량에 따른 실험

하기 표 16에 나타낸 조성의 Preshade NF와 수산화나트륨이 포함되어 있는 상온의 수성욕을 사용 시험방법 3에 따라 처리하였다. 처리된 섬유 중의 수분의 함량은 건조 섬유 무게의 180-220％ 사이로 조절하였으며, 열처리 온도는 100℃, 상대습도는 80％, 그리고 열처리 시간은 20분 이었으며 실험결과는 표 20에 기재하였다.

(Preshade NF의 owf는 건조섬유에 대한 중량％를 나타낸다.)

실시예 21

열처리 시간에 따른 실험

미건조 라이오셀 섬유를 Preshade NF 100g/l와 수산화나트륨 21.6g/l을 포함한 수성욕 속으로 통과시켜 처리하였다. 처리된 섬유는 로울러사이를 통과시켜 과량의 약품수용액을 제거하고 소형 습열처리기에서 시간에 따라 처리하였다. 열처리한 섬유는 물로 완전 세척 후 100℃에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제 효과를 평가하였다. 이때 열처리 온도는 120℃, 상대습도는 100％로 조절하였으며, 실험결과는 표 21에 기재하였다.

이 실험결과 10분 이상의 열처리 시간에서 양호한 피브릴화 억제 효과가 있는 섬유를 제조할 수 있음을 보여준다.

실시예 22

황산나트륨의 첨가에 따른 실험

미건조 라이오셀 섬유를 Preshade NF 60g/l, 수산화나트륨 13.0g/l 그리고 부가적으로 황산나트륨 50g/l을 포함한 수성욕 속으로 통과시켜 처리하였다. 처리된 섬유는 로울러사이를 통과시켜 과량의 약품수용액을 제거하고 소형 습열처리기에서 시간에 따라 처리하였다.

열처리한 섬유는 물로 완전 세척 후 100℃에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제효과를 평가하였다. 이때 열처리 온도는 100℃, 상대습도는 80％로 조절하였으며, 실험결과는 표 22에 기재하였다.

이 실험결과 황산나트륨을 첨가함에 따라 낮은 농도에서도 10분의 짧은 처리시간에서 양호한 피브릴화 억제효과가 있는 섬유를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 23

미건조 필라멘트 속(220g/min)을 Preshade NF 80g/l, 수산화나트륨 19.5g/l 그리고 황산나트륨 50g/l가 포함된 수성욕 속으로 통과시켰다. 이 수성욕조에 정량 펌프를 사용하여 순환되는 모액에 Preshade NF 용액(17.2g/min), 30％ 수산화나트륨 수용액(22g/min)을 가하고 정량 피드를 사용하여 고체 황산나트륨(16.5g/min)을 가하여 정상상태로 유지하면서 처리하였다.

처리된 필라멘트는 로울러사이를 통과시켜 섬유 중에 수용액의 함량이 130-170％가 되도록 과량의 약품수용액을 제거하고 콘베이어형 습열처리기에서 열처리하였다.

열처리한 필라멘트 속은 물로 완전 세척 후 100℃에서 건조한 다음 시험방법 1 및 2에 의하여 피브릴화 지수를 부여하여 피브릴 억제 효과를 평가하였다. 이때 열처리 온도는 100℃였으며, 상대습도는 80％로 유지하였고 열처리시간은 10분이었다. 실험결과는 표 23에 기재하였다.

본 발명의 제조방법에 따르면 균일하게 처리된 항피브릴화 라이오셀 섬유를 연속공정에 의하여 생산할 수 있다. 또한, 항피브릴화 공정의 처리시간이 단축되어 최종생산된 섬유의 물성을 크게 저하시키지 않으면서도 동시에 우수한 항피브릴화 효과를 나타내는 라이오셀 섬유의 제조가 가능하다.

특히, 본 발명의 제조방법은 라이오셀 섬유의 항피브릴화 가교제로 많이 사용되는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진(TAF)을 연속제조공정에 적용함에 있어서, 상기 약품의 낮은 용해도로 인하여 약품수용액의 수성욕의 정상상태를 유지하기 어려워 섬유에 대한 균일한 처리가 불가능했던 문제점을 해결하였다.

아울러 본 발명의 제조방법에 의하여 생산된 항피브릴화 라이오셀 섬유는 적은 양의 염료를 사용하여 기존 섬유와 동일한 염착률을 나타낼 수 있으므로 보다 경제적이다.

Claims (12)

1. (a) 라이오셀 섬유를 무기 알카리 수용액의 수성욕에 침지시키는 수용액 침지단계;

   (b) 상기 알카리 수용액에 침지된 라이오셀 섬유에 포함된 수용액의 양이 건조섬유에 대하여 130-150중량％가 되도록 하는 수용액 업테이크 조절단계;

   (c) 상기 단계에서 얻어진 라이오셀 섬유를 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진 및 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르 중에서 선택된 1종 이상의 가교제와 무기 알카리를 포함하는 정상상태 약품수용액의 수성욕에 침지시키는 약품수용액 침지단계;

   (d) 상기 약품수용액에 침지된 라이오셀 섬유에 포함된 약품수용액의 양이 건조섬유에 대하여 180-220중량％가 되도록 하는 약품수용액 업테이크 조절단계; 및

   (e) 상기 단계에서 얻어진 라이오셀 섬유를 습윤가열하는 열처리단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수용액 침지단계(a)는 수성욕의 온도를 70-90℃로 유지하고, 상기 수용액 업테이크 조절단계(b)는 로울러의 압력을 2-3㎏f/㎠으로 하여 수용액의 업테이크를 조절하는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)는 수성욕의 온도를 35-60℃로 유지하고, 상기 약품수용액 업테이크 조절단계(d)는 로울러의 압력을 0.5-2㎏f/㎠으로 하여 약품수용액의 업테이크를 조절하는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 수용액 침지단계(a) 내지 상기 약품수용액 업테이크 조절단계(d)의 라이오셀 섬유는 200-240g/min의 속도로 이동시키는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 무기 알카리는 탄산나트륨 또는 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 약품수용액은 황산나트륨 또는 염화나트륨을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 열처리단계(e)는 콘베이어식 열처리기를 사용하여 수행하고, 열처리온도는 100-120℃, 상대습도는 80-100％, 처리시간은 3-20분인 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 열처리단계(e)는 J-Box식 열처리기를 사용하여 수행하고, 열처리온도는 80-100℃, 처리시간은 30-60분인 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 가교제는 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진이고, 상기 가교제는 고체 분말상으로 상기 단계(c)의 약품수용액의 수성욕에 첨가되어 수성욕의 정상상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 가교제는 알킬렌 글리콜 폴리[3-클로로-2-하이드록시프로필] 에테르이고, 상기 가교제는 수용액상으로 상기 단계(c)의 약품수용액의 수성욕에 첨가되어 수성욕의 정상상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 가교제인 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진의 약품수용액 중의 농도가 7-13g/ℓ인 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.
12. 제 9항에 있어서, 상기 약품수용액 침지단계(c)의 약품수용액에 포함된 1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진의 아크릴아미도 그룹의 평균 관능기수가 적어도 2.3이상인 것을 특징으로 하는 항피브릴화 라이오셀 섬유의 연속제조방법.