KR100912305B1 - 셀룰로우스 성형물 제조방법 - Google Patents

Abstract

셀룰로우스 성형물 제조방법은 3급 아민 N-옥사이드와 물에 용해된 셀룰로우스 용액을 뜨거운 상태로 성형하고 성형된 용액을 응고욕 속으로 도입하기 전에 가스 매체로 냉각하며 가스 매체는 가스 매체 주입구 측으로부터 배출구 측으로 성형된 용액을 통하여 흐르도록 하는 방법으로 구성되었다. 본 발명은 가스 매체가 성형된 용액의 이동 방향과 평행하거나 또는 반대 방향으로 가스 매체 배출구 측에서의 흡입에 의하여 제거됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

셀룰로우스 성형물 제조방법{Process for the preparation of cellulosic shaped bodies}

본 발명은 셀룰로우스 성형물 제조방법에 관계되는 것으로서, 특히 3급 아민 N-옥사이드와 물에 용해된 셀룰로우스 용액을 뜨거운 상태에서 성형하고 성형된 용액을 응고욕 속으로 도입하기 전에 냉각용 가스 매체를 통과시키되 가스 매체는 가스 주입구 측으로 부터 가스 배출구 측으로 성형물을 통하여 흐르도록 하는 셀룰로우스 성형물 제조방법에 관한 것이다.

가스 매체를 이용하여 셀룰로우스 성형물을 냉각하는 방법은 예를 들면 WO 93/19230호에 기재되어 있는바, 이 방법에서는 성형 직후에 냉각이 일어나도록 되었다. 이 방법은 새로이 압출된 셀룰로우스 성형물의 점착성(stickiness)을 감소시키므로 셀룰로우스 필라멘트 제조에 높은 방사공 밀도를 갖는 방사구가 사용될 수 있도록 한다. 냉각을 위하여는 성형된 용액을 가스 흐름 중에 노출시키는 것이 바람직하다.

뜨거운 성형된 용액은 성형된 용액이 성형구, 예를 들면 70℃의 온도로 설정된 방사구를 떠나서 소위 에어 갭 속으로 들어갈 때 이미 일어나기 시작한다. 에어 갭은 성형구와 응고욕 사이의 구역이며 그 부분에서 셀룰로우스가 응고된다. 에어 갭의 온도는 방사구의 온도보다 낮으며, 방사구의 열복사와 성형물의 엔살피 흐름에서 나오는 공기의 가열 때문에 실온보다는 현저하게 높다. 통상적으로 응고욕에 3급 아민 N-옥사이드와 함께 사용되는 물의 계속적인 증발의 결과로서 에어 갭에는 뜨겁고 습기찬 조건이 형성된다. WO 93/19230에는 성형 직후 성형된 용액을 신속하게 냉각하는 것은 성형된 용액의 점착성을 급속히 감소시키는 것으로 기재되어 있다.

WO 96/17118와 미국특허 US-A-5,902,532호에는 3급 아민 N-옥사이드와 물의 뜨거운 용액 중에 셀룰로우스 용액을 성형하고, 성형된 용액이 응고욕 속으로 들어가기 전에 공기로 성형된 용액을 냉각하는 셀룰로우스 성형물 제조방법이 공개되었다. 이 특허문헌에 따르면, 수증기가 건조 공기 Kg당 0.1 내지 7g 포함되는 함수량을 갖고 있고, 85% 이하의 상대습도를 갖는 조절된 공기를 만들어서 사용하고 있다. 이 조절된 공기는 송풍에 의하여 방사된 섬유 또는 필라멘트의 번들 속으로 주입되게 되었으며, 이때의 공기 흐름은 성형된 용액의 이동방향의 반대 방향에 대하여 0 내지 120°, 특히 90°의 방향으로 흐르도록 되었다. WO 96/17118에 기재된 방법은 덜 교착된 압출 성형물의 효과적인 냉각에 이용될 수 있고 얻어진 필라멘트들은 낮은 가변성 계수를 갖는 단면적을 갖고 있다.

WO 96/17118에 기재된 냉각 방법이 좋은 방법이지만 개선할 점은 있다. 그러나 성형된 용액의 흐름에 대하여 수직으로 되는 조절된 공기의 입사 흐름으로는 입사 공기 흐름의 반대 측에 있는 성형된 용액의 측면은 조절된 공기 흐름에 충분히 접촉하지 않게 되는 경우가 나타날 수 있다. 특히 이런 경우는 조절된 공기의 유속 이 비교적 낮은 경우나 또는 다량의 필라멘트들이 압출될 때 나타나게 된다. 다량의 셀룰로우스 필라멘트들이 압출되는 경우에는 조절된 공기의 강력한 입사 흐름에도 불구하고 성형된 용액을 통한 공기의 통과가 보장되지 않으므로 입사 공기 흐름의 반대 측에 있는 필라멘트에 더하거나 덜한 점착성이 나타날 수 있고 그 결과 공정의 안전성에 결함이 나타나는 경우가 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 조절된 공기의 입사 유량을 증가시키거나 또는 에어 갭의 길이를 길게 할 수는 있다. 그러나 이러한 방법은 성형된 용액의 내부 엉킴을 증가시키는 위험성이 나타날 수 있고 그 결과 필라멘트들이 못쓰게 되는 경우가 나타나게 된다.

본 발명은 전술한 종래 방법상의 문제점을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명은 가스 매체가 가스 매체 배출구에서 성형된 용액의 이동방향과 평행한 방향으로부터의 흡인에 의하여 제거됨을 특징으로 하는 전술한 형태의 셀룰로우스 성형물 제조 방법을 제공한다. 가스 매체의 배출 방향은 성형된 용액의 이동 방향에 대한 각도가 0°일수 있다. 전술한 방향은 0°에서 약간의 각도 차가 날 수 있는바, 예를 들면 성형물의 이동방향에 대하여 5°나 10°또는 그 이상이면서 45°이하의 각도 범위에서 약간 달라질 수 있다.

본 발명의 방법에서는 성형된 용액을 통하여 흡입구 측으로 흐르는 가스 냉각 매체의 흐름 각도가 흡입에 의한 제거 때문에 성형된 용액 속을 통과하는 공기의 각도를 변경시킨다. 이러한 방향의 변화는 가스 유입(송풍)측의 반대 측에 위치하는 성형된 용액 측에 대한 가스 매체의 흐름을 보다 좋게 한다.

다음에 구체적으로 설명하는 바와 같이 본 발명의 방법에서는 예를 들면 방사구 바로 다음에 놓여있는 다공판을 통한 흡입에 의하여 흡입 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성에서는 가스 유입(송풍)측에 있는 가스 매체가 성형된 용액의 이동 방향에 대하여 약 45°내지 135°, 특히 90°의 각도에서 성형된 용액과 만나도록 하는 것이 특히 바람직하다. 성형된 용액의 이동방향에 대하여 90°의 가스 매체 유입 입사각도와 가스 배출 측에서의 0°의 가스 매체 흡입에 의한 배출에서는 흡입에 의한 배출이 송풍 방향에 대하여 약 90°의 방향 전환이 일어나고 이러한 사실은 가스 매체의 흐름이 성형된 용액의 전체 부위를 통하여 흐르도록 하는 결과를 가져온다.

성형된 용액을 통한 가스 매체의 흐름은 예를 들면 공기의 운동에 의한 대류에 의하여 이루어짐과 동시에 가스 매체 중에서의 성형된 용액의 흡입(소위 자동 흡입)에 의하여 이루어진다. 자동 흡입에 의하면, 예를 들면 성형된 용액은 일차로 성형된 용액의 이동방향에 대하여 0°의 각도로 통과한다. 그러나 성형된 용액을 통한 가스 매체의 흐름은 가스 주입구 측에서 송풍에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면 송풍 각도, 송풍 속도, 온도 및 함수량 등 가스 매체의 각종 변수는 송풍되는 가스 매체를 조절하므로서 제어할 수 있다.

일반적으로 송풍은 성형구, 예를 들면 방사구와 응고욕 사이에 있는 에어 갭의 전체 길이에 걸쳐 일어난다. 물론, 성형된 용액이 전술한 길이의 일부에서만 송풍되는 가스 매체에 접촉하도록 할 수도 있다. 따라서 가스 매체는 예를 들면 성형구와 바로 인접한 부분에 위치한 에어 갭의 일부분에서 송풍될 수도 있다.

본 발명의 방법을 효과적으로 실시하기 위하여는 가스 매체가 유입구 측에서 유입되는 가스의 양 보다 다량의 가스 매체가 가스 매체 배출구 측에서 흡입에 의하여 배출되도록 하는 것이 요구된다. 송풍되는 가스 매체 보다 다량의 가스 매체가 흡입에 의하여 배출되므로 흡입에 의한 제거 측에서의 가스 매체의 정량 흐름이 보증되어야 한다.

본 발명에 따르면 가스 배출 측에서 가스 매체 흡입에 의하여 제거되는 가스매체의 용량은 송풍되는 가스 매체의 용량 보다 최소한 2배, 특히 3배정도 되는 것이 유리하다.

전술한 바와 같이 본 발명은 가스 매체가 비교적 저속으로 공급되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가스 매체는 0.5 내지 2m/s의 속도로 성형된 용액을 통과하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 조건은 성형된 용액이 불필요하게 엉키는 것을 방지하는데 유리하다.

이미 설명한바와 같이 새롭게 성형된 성형물은 그들의 점착성을 감소시키기 위하여 신속하게 냉각한다. 모든 성형된 용액을 냉각하기 위하여는 가스 매체의 흐 름이 성형된 용액의 온도보다 낮은 온도를 갖고 있어야 한다. 본 발명에 따르면, 가스 매체의 흐름은 0-40℃ , 특히 20-30℃의 범위에서 성형된 용액을 통과하는 것이 요구된다.

원칙적으로 냉각용으로 알려진 통상의 가스 매체는 예를 들면 질소, 이산화탄소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 이지만 가스 매체로 공기를 사용하는 것이 바람직하다.

알려진 바와 같이 가스 매체의 온도뿐만 아니라 수분함량 및 상대 습도가 셀룰로우스 성형물의 특성에 중요한 영향을 미치므로 가스 매체는 사용 전에 특정한 수분 함량으로 조절되어야 한다.

가스 매체가 공기인 경우에는 공기의 상대 습도가 5-30%로 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 공기의 조절, 예를 들면 실온에서의 수분 함량과 상대 습도의 조절은 숙련자에게는 잘 알려져 있으며 예를 들면 WO 96/17118에 알려져 있다. 이러한 공기의 조절은 항상 균일하게 나타나도록 주의하여야 한다.

본 발명의 방법은 섬유, 특히 소위 엔드레스 필라멘트, 스태플 필라멘트와 같은 필라멘트, 필름, 중앙공을 갖는 섬유, 투석, 산소 첨가용 막 및 여과막과 같은 박막의 제조에 유리하게 이용된다. 용액을 요구하는 셀룰로우스 성형물로 성형하는 것은 섬유 제조용 방사구, 슬리트 금형, 중앙공을 갖는 섬유 제조용 방사구와 같이 잘 알려진 기구를 사용하여 성형할 수 있다. 성형에 이어 응고욕 속으로 도입하기 전에 성형된 용액을 끌어낸다.

도면에 의한 구체적인 설명

이하 본 발명을 도면에 의하여 상세하게 설명하는바, 도면은 성형물의 흐름에 대한 반대 방향에서 흡입하는 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도면에 따르면, 방사구(1)는 다수의 위치에 설치되었으며, 각개 방사구로부터 성형된 용액(2)이 가스, 예를 들면 대기 중의 공기 속으로 방사된다. 이어서 성형된 용액은 응고욕(3)속에 들어있는 응고액 속으로 들어간다. 성형된 용액(2) 속으로 들어가는 가스 매체의 송풍은 가스 주입 측에 있는 공기 조절기에 연결된 단열 파이프(4)를 통하여 이루어진다. 도면 중에 있는 화살표는 송풍 방향을 개략적으로 표시한 것이다. 송풍은 방사구(1)의 전체 길이에 걸쳐 성형된 용액(2)의 이동방향에 대하여 거의 수직으로 이루어진다. 송풍된 가스 매체의 흡입에 의한 제거는 송풍 방향에 대하여 약 90°꾸부러진 방사구(1)의 일측 연부에 위치하는 배출구 측에서 수직 상향으로 이루어지며, 그에 따라서 흡입방향은 성형된 용액의 이동 방향에 대하여 반대 방향으로 되게 된다. 이 방법에서 가스 매체는 방사구(1)의 바로 뒤에 설치된 다공성 시이트(5)를 통한 흡입에 의하여 제거된다. 이러한 흡입에 의한 가스 매체의 제거는 방사구(1)의 전체 길이에 걸쳐 일어난다. 다공성 시이트(5)는 방사구(1)와 같은 높이로 되게 방사구에 결합되어 있어서 방사구와 동일 평면상에 놓여 있다. 흡입에 의한 상향 배출 및 방사구와 흡입 시이트의 수평 배치를 통하여 방사구(1)와 방사 위치의 우수한 접근성이 각개 측면에서 이루어지며, 특히 방사구(1)의 길이방향 측면에서 이루어지게 된다. 그 결과 실을 뽑을 때 필라멘트를 분리하고 방사구(1)를 수리하는 장치의 조작이 보다 간편하게 된다.

Claims (10)

1. 3급 아민 N-옥사이드와 물에 용해된 가열된 셀룰로우스 용액을 성형하고 성형된 용액을 응고욕 속으로 도입하기 전에 가스매체로 냉각하며 가스 매체는 가스 매체 주입구 측으로부터 배출구 측으로 성형된 용액을 통하여 흐르도록 하는 셀룰로우스 성형물 제조방법에 있어서, 가스 매체가 성형된 용액의 이동 방향에 평행하거나 또는 45°이하의 각도에서 가스 매체 배출구 측에서의 흡입에 의하여 제거됨을 특징으로 하는 셀룰로우스 성형물 제조방법.
2. 제1항에서, 가스 매체가 성형된 용액의 이동 방향에 대하여 45°내지 135°의 각도로 성형된 용액 속으로 흐르도록 함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 2항에서, 성형된 용액을 통한 가스 매체의 흐름이 송풍에 의하여 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에서, 송풍되는 가스 매체 보다 다량의 가스 매체가 흡입에 의하여 제거됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에서, 흡입에 의하여 제거되는 가스 매체의 양이 송풍되는 가스 매체의 양에 비하여 2배 이상 더 많음을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 2항에서, 가스 매체가 0.5 내지 2 m/s 범위의 유속을 갖고 있음을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 2항에서, 가스 매체의 온도가 0∼40℃의 온도범위를 갖고 있음을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 2항에서, 가스 매체가 공기임을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에서, 공기가 5-30%의 상대 습도를 갖고 있음을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 또는 2항에서, 제조된 성형물이 필라멘트, 필름, 중앙공을 갖는 섬유 또는 박막중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.

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