KR100865135B1 - Production Method of Lyocell Filament for the Clothes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단사 섬도 0.5 내지 3.0 데니어, 원사 섬도 20 내지 300데니어 범위를 갖는 의류용 라이오셀 필라멘트로서, (a) 건조 상태에서 측정된 라이오셀 필라멘트가 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2% 이상 신장하고, (b) 4.0g/d에서는 5% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 가지는 라이오셀 필라멘트에 관한 것이다.The present invention is a lyocell filament for garments having a single yarn fineness of 0.5 to 3.0 denier, 20 to 300 denier yarn fineness, (a) when the lyocell filament measured in the dry state is subjected to an initial stress of 2.0 g / d 2 (B) lyocell filaments having a force-strain curve that stretches by at least% and stretches by at least 5% at 4.0 g / d.
라이오셀, N-메틸모폴린 N-옥사이드, 장섬유사, DP 저하율, 힘-변형 곡선 Lyocell, N-methylmorpholine N-oxide, long fiber yarn, DP degradation rate, force-strain curve
Description
도 1은 라이오셀 필라멘트의 힘-변형(S-S, Stress-Strain) 곡선을 나타낸 그래프로, (a)는 비교 예1의 라이오셀 필라멘트, (b)는 실시 예 1의 라이오셀 필라멘트의 S-S곡선을 나타낸 것이다.1 is a graph showing a stress-strain (SS) curve of a lyocell filament, (a) is a lyocell filament of Comparative Example 1, (b) is an SS curve of the lyocell filament of Example 1 It is shown.
도 2는 라이오셀 제조 공정을 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view showing a lyocell manufacturing process.
본 발명은 단사 섬도 0.5 내지 3.0 데니어, 원사 섬도 20 내지 300데니어 범위를 갖는 의류용 라이오셀 필라멘트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 제조공정에 따른 라이오셀 필라멘트의 힘-변형곡선을 조절하여, 의류용으로 적합한 강도와 모듈러스를 가지는 라이오셀 필라멘트에 관한 것이다. The present invention relates to a garment lyocell filament having a single yarn fineness of 0.5 to 3.0 denier, 20 to 300 denier yarn fineness, and a manufacturing method thereof, in particular by adjusting the force-strain curve of the lyocell filament according to the manufacturing process, A lyocell filament having strength and modulus suitable for use.
천연섬유의 촉감과 광택, 염색성 및 드레이프성 등의 우수한 특성을 보이는 셀룰로오스 섬유는 레이온 섬유를 시작으로 많은 제조방법들이 제안되어져 왔다. 그러나 레이온 섬유의 경우에는 흡습에 따른 강도와 모듈러스의 저하가 커서 세탁견뢰도 및 내후성에 문제가 있는 것으로 평가되고 있다. 또한 제조 시에 이산화황(CS2), 황화수소(H2S) 같은 환경공해물질을 유발하여 인체에 해로운 제조공정이라는 단점이 있다. 그러나 셀룰로오스와 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO) 용매를 이용하여 제조되는 라이오셀 섬유는 용매의 전량 회수와 재사용에 따른 무공해 공정이라는 점과 제조된 섬유와 필름이 높은 기계적 강도를 가지는 점 때문에 셀룰로오스를 소재로 한 제품 제조공정에 많이 이용되고 있는 바, 이와 같은 라이오셀 섬유의 제조방법은 미국특허 제3,447,939호를 시작으로 하여 많은 방법이 제안된 바 있다.Cellulose fibers exhibiting excellent properties such as texture and luster, dyeability and drape of natural fibers have been proposed, including rayon fibers. However, in the case of the rayon fiber, the strength and modulus of the moisture are largely lowered, and thus, the fastness and the weather resistance of the fibers are evaluated. In addition, there is a disadvantage that the manufacturing process harmful to the human body by causing environmental pollutants such as sulfur dioxide (CS 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S) at the time of manufacture. However, lyocell fibers manufactured using cellulose and N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) solvents are pollution-free processes due to the recovery and reuse of the entire amount of the solvent, and the fibers and films produced have high mechanical strength. It is widely used in the production process of cellulose-based products, such a method for producing a lyocell fiber has been proposed a number of methods starting from US Patent No. 3,447,939.
미국특허 제4,142,913호, 제4,144,080호, 제4,196,282호 및 제4,246,221호에서는 50% 이하의 수분을 함유한 NMMO 수용액에 셀룰로오스를 팽윤시키고 팽윤된 셀룰로오스를 포함하고 있는 NMMO 수용액으로부터 물을 감압 증류하여 방사원액을 제조한 후에 압출하여 섬유를 만드는 방법을 제안하였다. 이 방법들은 용해부터 방사까지 장시간이 소요되므로 열분해에 의해 중합도(DP)의 저하율이 크게 되어 피브릴화 경향이 높아지는 결과가 초래될 수 있다. 또한 사용되는 에너지의 소비량이 많아서 제조원가를 상승시키는 요인이 될 수 있다.US Patent Nos. 4,142,913, 4,144,080, 4,196,282 and 4,246,221 swell cellulose in an NMMO aqueous solution containing up to 50% water and distillate under reduced pressure from an aqueous NMMO aqueous solution containing swollen cellulose. After preparing the extrusion method was proposed to make a fiber. Since these methods take a long time from dissolution to spinning, the degradation rate of the degree of polymerization (DP) is increased by pyrolysis, which may result in a high fibrillation tendency. In addition, the amount of energy used is high, which can be a factor in increasing the manufacturing cost.
국제공개특허 WO95/035399호에서는 라이오셀 섬유를 차아염소나트륨수용액에 표백하고 이어서 증기로 처리함으로써 섬유의 중합도를 200 이상 저하시켜 피브릴을 유도한 후에 직물의 제조에 이용하는 방법이 제시되었다. 그러나 이 방법은 직물 제조를 위한 단섬유(Staple Fiber)의 제조 방법이다. International Publication No. WO95 / 035399 discloses a method for producing fabrics by bleaching lyocell fibers in an aqueous sodium hypochlorite solution and then treating them with steam to reduce the degree of polymerization of the fibers by 200 or more to induce fibrils. However, this method is a method of producing staple fibers for fabrics.
이러한 종래 기술에 따르면, 물성이 우수한 라이오셀 섬유를 얻기 위해서는 피브릴화의 경향을 조절, 특히 피브릴을 억제하는 것이 중요한 조건이 되는 것을 알 수 있다.According to this prior art, it can be seen that in order to obtain lyocell fibers having excellent physical properties, it is important to control the fibrillation tendency, particularly to suppress fibrils.
따라서 본 발명에서는 초기 응력하에서 고신장성을 나타내도록 라이오셀 필라멘트의 힘-변형곡선을 조절하고, 그리고 액상 농축 NMMO에 펄프를 직접 용해시켜 짧은 시간 내에 용액이 제조되게 하여 DP 저하율을 최소화시켜, DP 저하에 의해 발생하는 피브릴의 발생을 억제함으로써 강도와 모듈러스가 우수할 뿐만 아니라 이후 세탁견뢰도 및 촉감, 광택, 드레이프성 등의 특성이 우수한 의류용 라이오셀 필라멘트를 제조하고자 하였다.Therefore, in the present invention, the force-strain curve of the lyocell filament is adjusted to show high elongation under the initial stress, and the solution is prepared in a short time by directly dissolving the pulp in the liquid-concentrated NMMO to minimize the DP decrease rate, thereby reducing DP. By suppressing the generation of fibrils generated by the present invention, not only the strength and modulus were excellent, but also the lyocell filament for garments having excellent washing fastness, touch, gloss, and drape properties.
본 발명의 목적은 초기 응력하에서 고신장성을 나타내는 힘-변형 곡선을 가지는 라이오셀 필라멘트를 제공하여, 세탁견뢰도, 촉감, 광택 및 드레이프성 등이 우수한 의류용 라이오셀 섬유를 제공하려고 한다.An object of the present invention is to provide a lyocell filament having a force-strain curve exhibiting high elongation under initial stress, thereby providing a lyocell fiber for garments excellent in washing fastness, feel, gloss and drape.
또한 본 발명은 액상 농축 NMMO에 5.0~25.0 중량%의 셀룰로오스 분말을 용해시켜 짧은 시간 내에 NMMO용액을 제조함으로써, DP 저하에 의해 발생하는 피브릴의 발생을 억제시켜 강도와 모듈러스 등의 물성이 우수한 의류용 라이오셀 필라멘트를 제공하려고 한다. In addition, the present invention is to prepare a NMMO solution in a short time by dissolving 5.0 ~ 25.0% by weight of cellulose powder in the liquid concentrated NMMO, suppressing the generation of fibrils caused by DP lowering, clothing excellent in physical properties such as strength and modulus To provide a lyocell filament for.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, (A) 셀룰로오스 시트를 셀룰로오스 분말로 만드는 단계: 및 셀룰로오스 분말 및 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)를 압출기에 공급; 압출기 내에서 분산, 혼합, 전단, 니딩(kneading), 용해 및 계량성능을 부여하도록 스크루가 배열된 압출기를 통해 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계, (B) 상기 셀룰로오스 용액을 오리피스 수가 20~200개인 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과시켜 응고욕에 도달시키는 단계, (C) 상기 응고욕 내부에는 필라멘트를 수평방향으로 전환하는 롤러(7)가 설치되어 있고, 상기 롤러(7) 표면에 접촉하는 필라멘트의 넓이가 500 ~ 2,000 mm2 되도록 조절하여 필라멘트를 얻는 단계, 및 (D) 상기 수득된 필라멘트에 수축을 부여하면서 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 의류용 라이오셀 필라멘트의 제조방법이 제공된다. According to a suitable embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a cellulose sheet, the method comprising the steps of: (A) making a cellulose sheet into a cellulose powder: and supplying the cellulose powder and liquid concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) to the extruder; Preparing a swelled and homogenized cellulose solution through an extruder in which screws are arranged to impart dispersion, mixing, shearing, kneading, dissolving and metering performance in the extruder, (B) the orifice number of After extruding through ˜200 spinning nozzles, the air passing through the air layer to reach the coagulation bath, (C) inside the coagulation bath is provided with a
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, (1) 필라멘트 수 20∼200개, (2) 단사 섬도 0.5 내지 3.0 데니어이고, 원사 섬도 20 내지 300데니어, (3) 절단하중 0.1∼1.5kgf, (4) 절단신도 3.0∼10.0%, (5) 펄프에서 섬유로의 DP 저하율 300 이하인 라이오셀 필라멘트가 제공될 수 있다.According to another suitable embodiment of the present invention, (1) 20 to 200 filaments, (2) 0.5 to 3.0 denier of single yarn fineness, 20 to 300 denier of yarn fine yarn, (3) 0.1 to 1.5 kgf of cutting load, ( 4) lyocell filaments with an elongation at break of 3.0 to 10.0%, and (5) a pulp-to-fiber DP reduction rate of 300 or less.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 셀룰로오스 분말은 크기가 5000㎛ 이하인 것이 바람직하다. According to another suitable embodiment of the present invention, the cellulose powder is preferably 5000 µm or less in size.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 (a) 단계의 압출기와 용액라인에서의 체류시간은 30분 이내인 것이 바람직하다. According to another suitable embodiment of the present invention, the residence time in the extruder and the solution line of the step (a) is preferably within 30 minutes.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 (b)단계에서, 공기층은 길이가 10∼200mm, 공기의 온도는 5℃∼30℃, 공기층 내의 상대습도는 RH10%∼RH50%, 그리고 풍속은 0.5∼10m/sec인 것이 바람직하다. According to another suitable embodiment of the present invention, in the step (b), the air layer has a length of 10 ~ 200mm, the temperature of the air is 5 ℃ ~ 30 ℃, the relative humidity in the air layer is RH10% ~ RH50%, and the wind speed is It is preferable that it is 0.5-10 m / sec.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 피브릴 지수가 4 이하인 라이오셀 필라멘트가 제공될 수 있다. According to another suitable embodiment of the present invention, lyocell filaments having a fibril index of 4 or less may be provided.
이하 본 발명을 위한 용액제조, 방사, 수세, 건조 및 권취하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for preparing cellulose fibers, including the steps of preparing a solution, spinning, washing, drying and winding for the present invention, will be described in more detail.
본 발명의 라이오셀 필라멘트는 20 내지 200개의 필라멘트로 이루어진 라이오셀 필라멘트로서, (a) 건조 상태에서 측정된 라이오셀 필라멘트가 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2% 이상 신장하고, (b) 4.0g/d에서는 5% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 힘-변형곡선을 가지는 라이오셀 필라멘트는 초기 응력하에서 고신장성을 나타내므로, 의류용 섬유로서 매우 우수한 촉감 및 드레이프성을 지니게 된다.The lyocell filament of the present invention is a lyocell filament composed of 20 to 200 filaments, and (a) the lyocell filament measured in the dry state is elongated by 2% or more when subjected to an initial stress of 2.0 g / d, and (b At 4.0 g / d, it has a force-strain curve that extends by at least 5%. The lyocell filaments having the force-strain curve of the present invention exhibit high elongation under initial stress, and thus have very good hand and drape as a garment fiber.
본 발명은 상기와 같은 힘-변형곡선을 가지는 라이오셀 필라멘트를 제조하기 위하여, (A) 셀룰로오스 시트를 셀룰로오스 분말로 만드는 단계: 및 셀룰로오스 분말 및 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)를 압출기에 공급; 압출기 내에서 분산, 혼합, 전단, 니딩(kneading), 용해 및 계량성능을 부여하도록 스크루가 배열된 압출기를 통해 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계, (B) 상기 셀룰로오스 용액을 오리피스 수가 20~200개인 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공 기층을 통과시켜 응고욕에 도달시키는 단계, (C) 상기 응고욕 내부에는 필라멘트를 수평방향으로 전환하는 롤러(7)가 설치되어 있고, 상기 롤러(7) 표면에 접촉하는 필라멘트의 넓이가 500 ~ 2,000 mm2 되도록 조절하여 필라멘트를 얻는 단계, 및 (D) 상기 수득된 필라멘트에 수축을 부여하면서 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. The present invention is to prepare a lyocell filament having a force-strain curve as described above, (A) the cellulose sheet to a cellulose powder: and cellulose powder and liquid-concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) Feed to extruder; Preparing a swelled and homogenized cellulose solution through an extruder in which screws are arranged to impart dispersion, mixing, shearing, kneading, dissolving and metering performance in the extruder, (B) the orifice number of After extruding through ˜200 spinneret, reaching the coagulation bath by passing through the air layer, (C) inside the coagulation bath is provided with a roller (7) for switching the filament in the horizontal direction, the roller (7) The area of the filament in contact with the surface is 500 ~ 2,000 mm 2 Adjusting to obtain a filament, and (D) washing and drying with water, drying and emulsifying while winding up the obtained filament.
본 발명에서는 쌍축압출기를 사용하여 액상 농축 NMMO에 크기가 5000㎛ 이하의 셀룰로오스 분말을 용해시켜 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이 때 팽윤/니딩 구간의 온도는 65∼85℃로 조절하여 충분히 팽윤되도록 유도하였으며, 용해 구간의 온도는 90∼110℃로 조절하여 균일하게 용해되도록 조절하였다. 또한 압출기 및 용액라인 내에서 용액이 체류하는 총 체류시간을 30분 이내로 조절하여 DP의 저하율을 최소화한다. In the present invention, a cellulose solution was prepared by dissolving a cellulose powder having a size of 5000 μm or less in a liquid concentrated NMMO using a twin screw extruder. At this time, the temperature of the swelling / kneading section was adjusted to 65-85 ° C. to induce swelling sufficiently, and the temperature of the dissolving section was adjusted to 90-110 ° C. to uniformly dissolve. In addition, the total residence time of the solution in the extruder and the solution line is adjusted to within 30 minutes to minimize the rate of DP degradation.
또한 방사공정에서는 직경 100∼300㎛이고, 길이 200∼2400㎛인 오리피스로서, 상기 직경과 길이의 비(L/D)가 2∼8배이고, 그리고 오리피스 개수는 20∼200개인 방사 노즐을 통해 상기 방사원액을 압출 방사하였다. In the spinning process, an orifice having a diameter of 100 to 300 µm and a length of 200 to 2400 µm, wherein the ratio of the diameter to the length (L / D) is 2 to 8 times, and the number of orifices is 20 to 200 The spinning stock solution was extruded and spun.
방사노즐을 통과한 섬유상의 방사원액이 상부 응고액 속에서 응고될 때, 유체의 직경이 크게 되면 표면과 내부 사이에 응고속도의 차이가 커지므로 치밀하고 균일한 조직의 섬유를 얻기가 힘들어진다. 그러므로 셀룰로오스 용액을 방사할 때에는 동일한 토출량이라도 적절한 공기층을 유지하면서 방사된 섬유가 보다 가는 직경을 지니면서 응고액 속으로 입수할 수 있다. 너무 짧은 공기층 거리는 빠른 표 면층 응고와 탈용매 과정에서 발생하는 미세공극 발생 분율이 증가하여 연신비 증가에 방해가 되므로 방사 속도를 높이기 힘든 반면, 너무 긴 공기층 거리는 필라멘트의 점착과 분위기 온도, 습도의 영향을 상대적으로 많이 받아 공정안정성을 유지하기 힘들다.When the fibrous spinning stock solution passed through the spinning nozzle is solidified in the upper coagulating solution, the larger the diameter of the fluid, the greater the difference in the coagulation rate between the surface and the inside, thus making it difficult to obtain a dense and uniform fiber. Therefore, when spinning the cellulose solution, even the same discharge amount can be obtained into the coagulating liquid with a smaller diameter while maintaining the appropriate air layer. Too short air gap distances increase the fraction of microvoids that occur during rapid surface layer solidification and desolvation, increasing the ratio of elongation, making it difficult to increase spinning speed, while too long air gap distances can affect the filament's adhesion, ambient temperature, and humidity. It is difficult to maintain process stability because it is relatively high.
따라서 본 발명의 공기층은 바람직하게는 10∼200mm, 더욱 바람직하게는 20∼100mm이다. 상기 공기층을 통과할 때는, 필라멘트를 냉각, 고화시켜 융착을 방지함과 동시에 응고액에 대한 침투저항성을 높이기 위해 냉각공기를 공급하며, 공기층의 분위기를 파악하기 위해 냉각공기 공급 장치 입구와 필라멘트 사이에 센서를 부착하여 온도와 습도를 모니터링하여 온도 및 습도를 조절한다. 일반적으로 공급되는 공기의 온도는 5℃∼30℃의 범위로 유지한다. 온도가 5℃ 미만인 경우에는 필라멘트 고화가 촉진되어 고속방사에 불리할 뿐만 아니라 냉각을 위해 과도한 경비가 소요되며, 30℃ 초과인 경우에는 토출 용액의 냉각효과가 떨어져 사절이 발생하기 쉽다. Therefore, the air layer of this invention becomes like this. Preferably it is 10-200 mm, More preferably, it is 20-100 mm. When passing through the air layer, the filament is cooled and solidified to prevent fusion and at the same time to supply cooling air to increase the penetration resistance to the coagulating liquid, between the inlet of the cooling air supply device and the filament to grasp the atmosphere of the air layer Sensors are attached to monitor temperature and humidity to control temperature and humidity. In general, the temperature of the supplied air is maintained in the range of 5 ° C to 30 ° C. If the temperature is less than 5 ℃ filament solidification is promoted not only disadvantageous to the high-speed spinning, but also excessive cost for cooling, and if it exceeds 30 ℃ the cooling effect of the discharge solution is likely to be easily broken.
또한 공기 내 수분 함량도 필라멘트의 응고과정에 영향을 줄 수 있는 중요한 인자인 바, 공기층 내의 상대습도는 RH10%∼RH50%로 조절해야 한다. 보다 상세히는, 노즐 부근에서는 RH10%∼RH30%의 건조된 공기, 응고액 부근에서는 RH30% ∼ RH50%의 습한 공기를 부여하는 것이 필라멘트의 응고속도와 방사노즐 표면의 융착 측면에서 안정성을 높일 수 있다. 냉각공기는 수직으로 토출되는 필라멘트의 측면에 수평으로 불게 하고, 풍속은 0.5∼10m/sec 범위가 유리하며 더욱 바람직하게는 1∼7m/sec 범위가 안정하다. 풍속이 너무 낮으면, 냉각공기는 공기층으로 토출되는 필라멘트 주위의 다른 대기조건을 막을 수 없으며 방사 노즐 상에서 냉각공기가 가장 늦게 도달하는 필라멘트의 고화속도 차이 및 사절을 유발하여 균일한 필라멘트를 제조하기 힘들고, 너무 높으면 필라멘트 사도가 흔들려 점착의 위험성을 유발하고 균일한 응고액 흐름을 방해하므로 방사안정성을 저해한다.In addition, the moisture content in the air is an important factor that can affect the filament coagulation process, the relative humidity in the air layer should be adjusted to RH10% ~ RH50%. More specifically, RH10% to RH30% of dried air in the vicinity of the nozzle and RH30% to RH50% of wet air in the vicinity of the coagulating solution can increase stability in terms of filament solidification rate and fusion of the spinneret surface. . The cooling air is blown horizontally on the side of the filament discharged vertically, and the wind speed is advantageously in the range of 0.5 to 10 m / sec, more preferably in the range of 1 to 7 m / sec. If the wind speed is too low, the cooling air cannot prevent other atmospheric conditions around the filament discharged to the air layer, and it is difficult to produce a uniform filament by causing a difference in the rate of solidification and trimming of the filament at which the cooling air reaches the latest on the spinning nozzle. If it is too high, the yarn filament shakes, causing the risk of sticking and impeding the uniform flow of coagulant, thus impairing the radiation stability.
본 발명에서 사용하는 응고욕의 조성은 NMMO 수용액의 농도가 5∼40%가 되도록 한다. 응고욕을 필라멘트가 통과할 때, 방사속도가 50m/min 이상 증가하면 필라멘트와 응고액과의 마찰에 의해 응고액의 흔들림이 심해진다. 연신배향을 통해 우수한 물성과 방사 속도를 증가시켜 생산성을 향상시키는 데 있어 이와 같은 현상은 공정안정성을 저해하는 요인이 되므로 응고욕 크기와 형태, 응고액의 흐름과 양 등을 고려한 응고욕 설계를 통해 최소화하도록 할 필요가 있다. The composition of the coagulation bath used in the present invention is such that the concentration of the NMMO aqueous solution is 5-40%. When the filament passes through the coagulation bath, if the spinning speed increases by 50 m / min or more, the coagulation fluid shakes due to friction between the filament and the coagulation solution. In order to improve productivity by increasing the excellent physical properties and spinning speed through the stretching orientation, this phenomenon is a factor that impairs process stability. Therefore, the design of the coagulation bath considering the size and shape of the coagulation bath and the flow and amount of coagulation fluid It needs to be minimized.
본 발명에 따른 수세 단계에서는, 수축을 부여하기 위하여 각각의 구동 모터를 가지는 롤러를 상단과 하단에 위치시켜 필라멘트가 주행하면서 각 단의 상/하부 롤러 사이의 속도 차에 의한 수축을 부여할 수 있도록 조절하였다.In the washing step according to the present invention, in order to impart a contraction, rollers having respective drive motors are positioned at the top and the bottom thereof so that the filament may travel and impart contraction by the speed difference between the upper and lower rollers at each stage. Adjusted.
상기 수세가 완료된 필라멘트를 건조 및 유제 처리하여 권취한다. 건조, 유제처리 및 권취 공정은 공지되어 있는 통상의 방법에 따른다. 건조 및 권취 공정을 거쳐 의류용 라이오셀 필라멘트로 사용된다. The washed filament is dried and wound by winding. Drying, tanning and winding processes are in accordance with known conventional methods. It is used as a lyocell filament for clothing after drying and winding.
본 발명에 따라 제조된 라이오셀 필라멘트는 건조 상태에서 측정된 라이오셀 필라멘트가 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2% 이상 신장하고, 4.0g/d에서는 5% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 가진다. 본 발명의 힘-변형곡선을 가지는 라이오셀 필라멘트는 상기에서 제시한 필라멘트 제조 조건들, 특히 용액라인 체류시간, 공기 층 길이, 냉각풍속, 냉각습도 및 온도를 유기적으로 결합함으로써 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2% 이상 신장하고, 4.0g/d에서는 5% 이상 신장하는 의류용 사로 적합한 사의 힘-변형 곡선을 갖는 라이오셀 필라멘트가 완성된다.The lyocell filaments prepared according to the present invention have a force-strain curve that stretches at least 2% when the lyocell filaments measured in the dry state are subjected to an initial stress of 2.0 g / d, and at least 5% at 4.0 g / d. Has The lyocell filament having the force-strain curve of the present invention is initially prepared at an initial rate of 2.0 g / d by organically combining the filament manufacturing conditions presented above, in particular, the solution line residence time, air layer length, cooling wind velocity, cooling humidity and temperature. A lyocell filament with a force-strain curve of a yarn suitable for apparel yarns stretching at least 2% when stressed and at least 5% at 4.0 g / d is completed.
본 발명의 힘-변형 곡선에 영향을 주는 인자는 필라멘트의 결정배향도이다. 결정배향도는 0.80 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.90 이상이다. 결정배향도가 0.8 미만이면, 분자쇄 배향이 불충분하여 필라멘트의 강력 저하로 인하여 본 발명의 힘-변형 곡선을 갖는 것이 불가능하다. 결정배향도에 영향을 주는 공정 인자로서는 용매에 대한 라이오셀의 농도, 오리피스의 길이/직경비, 냉각조건, 응고욕 온도, 연신온도 및 연신비 등이 있다. 이러한 여러 가지 공정 인자들을 적절히 조절함으로써 필라멘트의 결정배향도를 0.80 이상으로 조절할 수 있다.The factor influencing the force-strain curve of the present invention is the crystal orientation of the filament. The crystal orientation is preferably 0.80 or more, and more preferably 0.90 or more. If the crystal orientation is less than 0.8, it is impossible to have the force-strain curve of the present invention due to insufficient molecular chain orientation and due to the strong fall of the filament. Process factors affecting the crystal orientation include the concentration of lyocells to the solvent, the length / diameter ratio of the orifice, the cooling conditions, the coagulation bath temperature, the stretching temperature and the stretching ratio, and the like. By appropriately adjusting these various process factors, the crystal orientation of the filament can be adjusted to 0.80 or more.
또 다른 본 발명의 힘-변형 곡선에 영향을 주는 인자는 필라멘트의 밀도이다. 필라멘트의 밀도는 1.25 내지 1.34g/cm3인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1.29 내지 1.32g/cm3이다. 필라멘트 내에 공극이 많이 존재하거나, 스킨코어 구조로 지나치게 발달하면 필라멘트의 밀도가 1.25g/cm3 미만이어서 치밀성 및 강력이 부족하여 본 발명의 힘-변형 곡선을 갖지 못한다. 1.34g/cm3 초과하면 코드의 신도가 지나치게 감소한다. 특히 필라멘트의 밀도에 영향을 주는 공정 인자로서는 용매에 대한 라이오셀의 농도, 노즐의 직경/길이비, 공기층 길이, 냉각조건, 응고욕 조성비 및 응고욕 온도 등이 있다. 이러한 여러 가지 공정인자들을 적절히 조절함으로써 필라멘트의 밀도를 바람직한 상기 범위로 조절할 수 있다. Another factor influencing the force-strain curve of the present invention is the density of the filaments. It is preferable that the density of a filament is 1.25-1.34g / cm <3> , More preferably, it is 1.29-1.32g / cm <3> . If there are many voids in the filament, or excessively developed into a skincore structure, the filament has a density of less than 1.25 g / cm 3 and thus lacks compactness and strength and thus does not have the force-strain curve of the present invention. Exceeding 1.34 g / cm 3 leads to an excessive reduction in cord elongation. In particular, process factors affecting the density of the filament include the concentration of lyocells to the solvent, the diameter / length ratio of the nozzle, the air layer length, the cooling conditions, the solidification bath composition ratio, and the solidification bath temperature. By appropriately adjusting these various process factors, the density of the filament can be adjusted in the above preferred range.
본 발명의 필라멘트 힘-변형 곡선에 영향을 많이 주는 인자는 응고욕(6) 내부의 수평방향으로 전환하는 롤러(7)에서의 사의 접촉 넓이다. 사의 접촉 넓이를 조절함으로써 바람직한 본 발명의 필라멘트의 힘-변형 곡선을 얻을 수 있다. 응고욕(6)에 유입된 멀티필라멘트는 응고욕 내부에 설치된 롤러(7)와 일정한 넓이의 접촉 면적을 갖는다. 롤러 표면에 멀티필라멘트 사가 접촉하는 넓이는 500 ~ 2,000 mm2 인 것이 바람직하다. 만약 롤러(7) 표면에 멀티필라멘트 사가 접촉하는 넓이가 500mm2 보다 작으면 멀티필라멘트 내에 존재하는 용매가 탈용매 과정에서 발생하는 미세공극 발생분율이 지나치게 증가하여 모노 필라멘트의 밀도가 지나치게 낮아 연신이 어렵다. 반대로 만약 롤러(7) 표면에 멀티필라멘트 사가 접촉하는 넓이가 2,000mm2 보다 크면, 롤러(7)와 필라멘트간 접촉에 의한 핀사 유발 같은 문제가 발생하여 공정 안정성이 떨어진다. 그러므로 적절한 접촉 면적을 가지게 하여 필라멘트가 최대 연신성을 획득할 수 있도록 알맞게 조정되어야 한다.A factor which greatly affects the filament force-strain curve of the present invention is the contact area of the yarns in the
롤러 표면에 멀티필라멘트 사가 접촉하는 넓이를 조절하기 위하여, 롤러에서의 사의 퍼짐을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 일정한 형태의 가이드를 적용하여 롤러에 권취되는 사폭을 조절할 수 있다. 예들 들면 가이드 형태가 좁은 브이홈의 형태이면 사폭이 줄어들어 결국 접촉 넓이가 줄어들고, 가이드가 플랫한 형태이면 사폭이 커져 접촉 넓이가 증가한다. In order to adjust the area in which the multifilament yarns contact the roller surface, it is possible to adjust the yarn width wound on the roller by applying a guide of a certain shape to maintain a constant spread of the yarn on the roller. For example, if the guide shape is a narrow v-groove, the width of the yarn is reduced, and thus the contact area is reduced. If the guide is flat, the width of the yarn is increased and the contact area is increased.
이하, 구체적인 실시 예 및 비교 예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 상세히 설명하겠지만, 이들 실시 예는 단지 본 발명을 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시 예 및 비교 예에서 제조된 사의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in detail with specific examples and comparative examples, but these examples are only intended to clearly understand the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The physical properties of the yarns prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated in the following manner.
(a) 중합도(DPw)(a) Degree of polymerization (DP w )
용해한 셀룰로오스의 고유점도[IV]는 우베로드점도계를 이용하여 ASTM D539-51T에 따라 만들어진 0.5M 큐프리에틸렌디아민 히드록사이드 용액으로 25±0.01℃의 온도와 0.1∼0.6 g/dl의 농도범위에서 측정하였다. 고유점도는 비점도를 농도에 따라 외삽하여 구하며 이를 마크-호우윙크의 식에 대입하여 중합도를 구한다.Intrinsic viscosity [IV] of dissolved cellulose is 0.5M cupriethylenediamine hydroxide solution made according to ASTM D539-51T using Uberod viscometer at 25 ± 0.01 ℃ and concentration range of 0.1 ~ 0.6 g / dl Measured. Intrinsic viscosity is obtained by extrapolating specific viscosity according to concentration, and substituting this into Mark-Houwink's formula to obtain polymerization degree.
[IV] = 0.98×10-2DPw 0 .9 [IV] = 0.98 × 10 -2 DP w 0 .9
(b) 절단하중(kgf) 및 절단신도(%)(b) cutting load (kgf) and cutting elongation (%)
20℃, 65%RH의 표준상태에 24시간 이상 방치한 다음 107℃로 2시간 건조후에 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하여 시료장 200mm, 인장속도 200mm/min으로 측정한다.After standing at 20 ° C. and 65% RH for at least 24 hours, the sample was dried at 107 ° C. for 2 hours, and then measured at 200 mm and a tensile rate of 200 mm / min using an Instron low speed tensile tester.
(c) 피브릴지수(c) fibril index
본 발명에서 제조된 셀룰로오스 섬유는 아래의 방법을 이용하여 피브릴화 지수(F.I.)를 평가하였다. 피브릴을 강제로 유발시키기 위해 25℃의 물이 담긴 250 ml 엘렌메이어 플라스크(Erlenmeyer Flask)(좁은 목)에 길이가 10 mm가 되는 멀티필라멘트 50개를 넣고 직경 5 mm 스테인리스 금속 볼 10개를 마그네틱 교반기(마그네틱 바 40L×10mmφ)를 이용하여 10 rpm으로 30분간 회전시킨 후 건조시켜 광학현미경을 통해 피브릴화 지수(F.I.)를 평가하였다. The cellulose fiber prepared in the present invention was evaluated for the fibrillation index (F.I.) using the following method. To force fibrils into a 250 ml Erlenmeyer Flask (narrow neck) containing 25 ° C water, 50
섬유의 샘플을 피브릴화의 증가정도에 따라 배열하였다. 각 샘플로부터 기준 섬유장을 측정하여, 기준 장에 따른 피브릴수를 세고, 각 피브릴의 길이를 측정하고, 평균 피브릴 길이를 계산한 다음 피브릴수와 곱하여 얻어진 값을 각 섬유에 대하여 정하였다.Samples of the fibers were arranged according to the increase in fibrillation. From each sample, the reference fiber length is measured, the number of fibrils according to the reference field is counted, the length of each fibrils is measured, the average fibrillation length is calculated, and the value obtained by multiplying the number of fibrils is determined for each fiber. It was.
상기 값의 최고치를 나타내는 섬유가 가장 피브릴화된 섬유이고, 기준이 되는 임의의 값으로 피브릴화 지수 10을 정하고, 전체적으로 피브릴화하지 않은 섬유에 대하여 피브릴화 지수를 0으로 하고, 나머지 섬유를 1에서 10의 범위에서 피브릴화 정도에 따라 적당한 값을 정하는 방법으로 배열하였다. The fiber showing the highest value is the most fibrillated fiber, the
< 실시 예 1, 2, 3 ><Examples 1, 2, 3>
중량 평균 중합도가 850인 미국의 벅키(Buckeye)사의 V-60 셀룰로오스 시트를 100메쉬 사이즈의 필터가 장착된 분쇄기에 넣어 크기가 5000㎛ 이하인 셀룰로오스 분말을 제조하고, 상기 셀룰로오스 분말을 NMMO에 용해시켰다. 이 때 NMMO 및 용액의 산화를 방지하기 위한 산화방지제는 최종 셀룰로오스에 대해 0.075중량%가 되도록 용해하였다.A V-60 cellulose sheet of Buckeye, USA having a weight average degree of polymerization of 850 was placed in a grinder equipped with a 100 mesh size filter to prepare a cellulose powder having a size of 5000 µm or less, and the cellulose powder was dissolved in NMMO. At this time, the antioxidant for preventing oxidation of NMMO and solution was dissolved to 0.075% by weight based on the final cellulose.
상기 셀룰로오스 용액을 스크류식 공급기로 압출기를 사용하여 압출기 팽윤구역에서 온도는 65∼85℃로 상승하게 하여 셀룰로오스 분말을 NMMO 용액에 충분히 팽윤시킨 다음, 압출기의 용해구역에서 각 블록온도를 95∼110℃로 유지하고, 스크류를 200rpm으로 작동시켜 완전히 용해시킨 후에 노즐을 통해 배출하였다.Using the extruder as a screw feeder, the cellulose solution was allowed to rise to 65-85 ° C. in the extruder swelling zone to sufficiently swell the cellulose powder in the NMMO solution, and then each block temperature in the dissolution zone of the extruder was 95-110 ° C. The screw was operated at 200 rpm to dissolve completely and then discharged through the nozzle.
이 때 압출기로부터 방사노즐까지 용액이 체류하는 시간을 조절함으로써 DP저하율을 최소화하고자 하였다.At this time, the DP reduction rate was minimized by adjusting the residence time of the solution from the extruder to the spinning nozzle.
상기 셀룰로오스 용액으로, 최종 필라멘트 섬도가 50∼200 데니어가 되도록 조절하여 건습식 방사하였다. With the cellulose solution, the final filament fineness was adjusted to 50 to 200 denier and was wet and dry spinning.
세부 방사조건 및 섬유 특성 분석결과는 표 1에 나타내었다.Detailed spinning conditions and fiber characteristics analysis results are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
< 비교 예 1, 2, 3 ><Comparative example 1, 2, 3>
비교 예 1, 2에서는 롤러와 사의 접촉 넓이를 각각 2500, 400mm2 변경시킨 것을 제외하고는 실시 예 2와 동일한 조건으로 제조하였다.In Comparative Examples 1 and 2, the contact area between the roller and the yarn was 2500 and 400 mm 2 , respectively. It was manufactured under the same conditions as in Example 2 except for changing.
비교 예 3에서는 용액 체류시간을 34분으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시 예 2와 동일한 조건으로 제조하였다.Comparative Example 3 was prepared under the same conditions as in Example 2 except that the solution residence time was changed to 34 minutes.
[표 2]TABLE 2
본 발명은 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 5.0∼25.0중량%의 셀룰로오스 분말을 직접 용해시키고 용액라인에서의 체류시간을 30분 이내로 짧게 하여 DP의 저하를 막음으로써 피브릴의 발생이 억제된 의류용 라이오셀 필라멘트를 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 라이오셀 필라멘트는 (a) 건조 상태에서 측정된 라이오셀 필라멘트가 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2% 이상 신장하고, (b) 4.0g/d에서는 5% 이상 신장하는 힘-변형 곡선을 가지기 때문에, 즉 초기 응력하에서 고신장성을 나타내므로, 의류용 섬유로서 매우 우수한 촉감 및 드레이프성을 지 닐 수 있다. 또 본 발명에 의하여 제조된 의류용 라이오셀 필라멘트는 우수한 물성, 예를 들어, 촉감, 광택, 흡습시의 강도유지율 등을 가질 수 있다.The present invention directly dissolves 5.0-25.0% by weight of cellulose powder in liquid-concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) and shortens the residence time in the solution line within 30 minutes to prevent the lowering of DP. It is possible to manufacture the lyocell filament for garments with suppressed generation. In addition, the lyocell filaments of the present invention (a) when the lyocell filament measured in the dry state subjected to the initial stress of 2.0g / d elongated by 2% or more, (b) at 4.0g / d elongated by 5% or more Since it has a force-strain curve, that is, exhibits high elongation under initial stress, it can have very good hand and drape as a garment fiber. In addition, the lyocell filament for garments produced according to the present invention may have excellent physical properties, for example, touch, gloss, strength retention during moisture absorption, and the like.
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