KR101340023B1

KR101340023B1 - 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR101340023B1
Application number: KR1020120098049A
Authority: KR
Inventors: 최재신
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-12-10

Abstract

본 발명은 라이오셀 섬유의 제조공정 중에서 수세 및 건조 공정의 롤러속도를 조절하여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 라이오셀 섬유의 제조방법은 세척공정과 건조공정에서 필라멘트의 장력을 높여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시키고, 열처리공정에서 장력을 낮추면서 예비열처리하여 여타 섬유물성의 저하를 방지하면서 사절발생을 억제하여 작업성이 저하되지 않도록 하며, 또한 라이오셀 섬유에 잔존하는 NMMO 함유량을 낮추고 수세수의 효율적인 이용을 통하여 수세수의 사용량을 줄일 수 있으므로 라이오셀 섬유의 제조원가를 낮출 수 있다.

Description

탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법{method for manufacturing lyocell fiber with enhanced modulus of elasticity}

본 발명은 라이오셀 섬유의 제조공정 중에서 수세 및 건조 공정의 롤러속도를 조절하여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

셀룰로오스계 섬유인 라이오셀은 실크에 버금가는 부드러운 촉감과 면보다 뛰어난 흡습성, 폴리에스테르와 거의 대등한 강한 내구성을 가지며, 특히 산업용으로 사용되는 타 섬유보다 우수한 모듈러스 및 열안정성을 가지고 있어서 형태 안정성이 요구되는 산업용 소재의 보강재로서 적합한 섬유이다.

통상적인 라이오셀 섬유의 제조방법은 셀룰로오스, N-메틸모르폴린-N-옥사이드(NMMO) 및 물로 구성된 방사도프를 제조한 후 이를 방사, 응고, 수세, 건조, 유제처리 및 권취하는 방법으로 진행되는데, 각 제조 단계별로 원료 펄프의 중합도, 방사 및 연신에 의한 배향도, 응고조건, 방사 이후 공정에서 부여되는 온도 및 장력에 의한 결정구조의 변화를 이용하여 산업소재로서의 필요한 물성을 가지도록 한다.

상기 방법들 중 원료의 변경과 방사조건을 변경하는 방법은 공정운전 중에 원료를 교체하거나 방사구금 등의 설비교체 또는 방사속도와 같은 생산성과 관련된 운전조건의 변화가 필요하므로 공정운전 중에 변경하는 것이 어렵다.

반면에 방사공정 이후의 원사 온도 및 장력 등의 운전조건을 변화시키는 방법은 적절히 고안된 해당 설비의 설계를 변경함으로써 공정운전 중에도 조건 변화를 용이하게 실현할 수 있으며, 또한 제품 원사의 물성에 기여하는 영향이 크다는 이점을 가진다.

이에 본 발명자는 한국등록특허공보 제0652088호에서 건조공정에서의 온도 및 각 롤러 간의 회전속도를 조절하여 장력의 크기를 변화시키는 방법과 한국등록특허공보 제0769973호에서 수세공정에서의 각 롤러 간의 회전속도를 조절하여 장력의 크기를 변화시키는 방법을 제시하여 셀룰로오스 섬유에 고강력, 고탄성률, 저수축, 높은 중간신도와 절단신도의 특성을 부여하도록 하였다.

또한, 한국공개특허공보 제2012-0073962호에서 수세공정에서의 수세롤러에 개별적인 구동능력을 가지는 모터를 설치하고, 롤러를 상하로 움직일 수 있도록 하여 섬유가 받는 장력의 크기 및 시간을 조절함으로써 라이오셀 섬유의 물성을 변화시키는 방법을 제안하였다.

상기와 같이 방사 이후의 공정에서 롤러의 회전속도와 구동방식을 변화시켜 안정적이고 가변적인 운전조건을 통하여 원사의 장력을 조절함으로써 원사의 물성을 개선할 수 있다.

그런데 상기 방법들은 수세공정 또는 건조공정 중 어느 하나의 공정에서 수세장치 또는 건조장치의 첫 단과 마지막 단의 롤러 회전속도 또는 롤러 간의 거리 등을 조절하여 물성개선을 도모하였으나, 상기와 같은 방식으로 조절된 섬유는 장력이 낮을 경우 NMMO 또는 수분의 제거에 따른 수축이 발생하여 비결정부의 배향도가 감소하여 절단신도가 증가하나 탄성률이 낮아지고 수축률이 증가하며, 장력이 높을 경우 비결정부의 배향도가 증가하고 결정의 치밀화를 유도하여 강력 및 탄성률은 향상되나 연신작업성이 저하되고 사절이 발생할 뿐만 아니라 원사의 미세구조에서 비결정부의 분자사슬의 균일성이 저하되어 강력이용률이 감소하는 문제가 있다.

또한, 장력을 중간 정도로 하면 원사의 미세구조 및 물성도 중간 정도로 발현되므로 모든 물성을 만족시키지 못하며, 요구되는 원사의 특성에 맞추어 장력을 조절할 수는 있으나 일부 특성의 저하는 감수할 수밖에 없는 실정이다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 라이오셀 섬유의 제조공정 중 수세공정과 건조공정에서 장력을 조절하여 섬유의 탄성률을 향상시키면서 사절발생을 억제하여 작업성이 저하되지 않도록 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 라이오셀 방사용 도프를 방사하는 단계; 상기 방사된 미응고 섬유를 응고시키는 단계; 상기 응고된 필라멘트(13)를 복수의 수세롤러(11)가 장착된 수세장치(10)에서 장력을 증가시키면서 수세하는 단계; 상기 수세된 필라멘트(13)를 열처리장치(20)에서 장력을 낮추면서 열처리하는 단계; 상기 열처리된 필라멘트(13)를 복수의 건조롤러(31)가 장착된 건조장치(30)에서 장력을 증가시키면서 건조하는 단계; 및 상기 건조된 필라멘트(13)를 유제처리하고 권취하는 단계;를 포함하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 수세장치(10) 또는 건조장치(30)는 2~8 단으로 이루어지고, 상기 각 단은 2~16 개의 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수세장치(10)의 각 단의 마지막 수세롤러(11)는 압착롤러(12)와 함께 한 쌍으로 설치되어 필라멘트에 1~5 ㎏f/㎠의 압력을 가하도록 구성되고, 수세수(14)가 수세장치(10)의 필라멘트(13) 출구 측의 유입구(15)로부터 유입되어 각 단 사이의 수세수(14) 연결통로를 통과하여 필라멘트(13) 이동방향의 역방향으로 각 단을 순차적으로 이동한 다음 필라멘트(13) 입구 측의 유출구(16)를 통하여 유출되도록 구성된 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)는 필라멘트(13)의 진행방향으로 상하 2 열로 배열되고, 상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)에서의 필라멘트(13) 이동속도는 80~250 m/min이며, 첫 번째 롤러(11a/31a)에서의 필라멘트 이동속도/마지막 번째 롤러(11b/31b)에서의 필라멘트(13) 이동속도의 비율이 0.90~0.99인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수세장치(10)는 25~80 ℃의 온도로 운전되고, 상기 열처리장치(20)는 50~100 ℃의 온도로 운전되며, 상기 건조롤러(31)의 온도는 40~350 ℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 건조장치(30)는 증발된 수분을 배출하는 0.5~3.0 ㎥/min 용량의 배기장치(33)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 건조된 필라멘트(13)의 수분율은 5~15 중량%인 것이 바람직하다.

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본 발명에 따른 라이오셀 섬유의 제조방법은 세척공정과 건조공정에서 필라멘트의 장력을 높여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시키고, 열처리공정에서 장력을 낮추면서 예비열처리하여 여타 섬유물성의 저하를 방지하면서 사절발생을 억제하여 작업성이 저하되지 않도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 라이오셀 섬유에 잔존하는 NMMO 함유량을 낮출 수 있으며, 수세수의 효율적인 이용을 통하여 수세수의 사용량을 줄일 수 있으므로 라이오셀 섬유의 제조원가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라이오셀 섬유 제조장치의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 수세공정에 사용되는 수세장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 건조공정에 사용되는 건조장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 라이오셀 섬유를 제조하는 공정에서 수세공정과 건조공정에서의 필라멘트 장력을 조절하여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시키면서 작업성 저하와 사절발생을 억제할 수 있는 라이오셀 섬유 제조방법에 관한 것이다.

라이오셀 섬유가 수세 및 건조되는 동안 장력의 변화가 발생하고 변화의 정도는 장력의 크기, 온도 및 섬유에 잔존하는 수분의 함량에 따라 변한다.

본 발명은 수세공정과 건조공정에서의 장력과 온도를 변화시켜 라이오셀 섬유에 분자배향과 미세구조의 변화를 부여함으로써 최종 섬유의 물성을 최적화시킨다.

도 1에는 라이오셀 섬유 제조장치의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도를 도시하였다.

상기 라이오셀 섬유 제조장치는 방사도프를 일정한 압력으로 공급하기 위한 압출기(1), 상기 압출기(1)로부터 공급받은 방사도프를 섬유의 형태로 방사하는 방사구금(2), 상기 방사구금(2)으로부터 토출되는 미응고 섬유(3)를 응고시키기 위한 응고욕(4)을 구비한다.

본 발명에서 사용되는 방사용 도프는 라이오셀 섬유 제조공정에서 통상적으로 사용되는 방사도프를 사용할 수 있으며, 예를 들어 셀룰로오스(cellulose), N-메틸모르폴린-N-옥사이드(Nmethylmorpholine-N-oxide, NMMO) 및 물을 포함하는 방사도프를 사용할 수 있다.

상기 응고욕(4)을 통과한 필라멘트는 견인롤러(5)의 구동에 의해 수세장치(10)로 공급되고, 수세장치(10)에서 수세수에 의해 필라멘트에 포함된 NMMO를 제거한다.

도 2에는 본 발명에 따른 수세공정에 사용될 수 있는 수세장치(10)의 일례가 개략적으로 도시되어 있다.

상기 수세장치(10)는 2~8 단의 수세단계를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 3~6 단의 수세단계를 포함하고, 또한 상기 수세장치(10)의 각각의 단은 2~16 개의 수세롤러(11)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 4~12 개의 수세롤러(11)를 포함한다.

상기 각 단의 온도는 25~80 ℃가 될 수 있고, 바람직하게는 30~60 ℃이며, 온도가 25 ℃ 미만이면 NMMO의 제거가 어렵고 80 ℃를 초과하면 필라멘트의 배향도가 변할 수 있다.

수세공정에서 필라멘트의 수분율 및 NMMO의 잔존량을 일정범위 이내로 제한할 필요가 있는데, 필라멘트에 잔존하는 NMMO의 제거를 용이하게 하고 각 단별로 장력 구배를 주기 위하여 압착롤러(squeezing roller, 12)를 사용하여 필라멘트에 압착력을 부여하는 것이 바람직하다.

상기 압착롤러는 각 단의 마지막 수세롤러와 함께 한 쌍으로 설치되어 필라멘트에 1~5 ㎏f/㎠의 압력을 가하도록 하는 것이 바람직하고 2~3 ㎏f/㎠가 더욱 바람직하다.

상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)는 필라멘트(13)의 진행방향으로 상하 2 열로 배열되는

각 단의 수세롤러(11) 배치는 필라멘트(13)의 진행방향을 따라 상하 2 열로 배열되며, 수세롤러(11)에서의 필라멘트(13) 이동속도는 80~250 m/min가 바람직하다.

수세장치(10)에 유입되는 라이오셀 필라멘트(13)는 용매인 NMMO가 추출되면서 수축 및 이완되며, 수세공정 과정에서 수세장력에 따라서 내부구조가 변한다.

즉, 수세장력을 낮출수록 NMMO 추출로 인한 수축이 발생하여 비결정부분의 배향도가 감소될 수 있으며, 이와 반대로 수세장력을 높일수록 비결정부분의 배향이 증가하고 결정이 치밀하게 되어 강력 및 탄성률이 향상된 원사를 얻을 수 있다.

본 발명에서 장력의 조절은 상기 수세장치(10)의 첫 단의 첫 번째 수세롤러(11a)와 마지막 단의 마지막 번째 수세롤러(11b)의 회전속도를 제어함으로써 이루어지며, 양 수세롤러(11a/11b)의 회전속도와 회전반경의 차이에 따라 필라멘트(13) 이동속도에서 차이가 발생하여 필라멘트에 장력이 부여된다.

라이오셀 필라멘트(13)의 탄성률을 향상시키기 위하여는 상기 장력을 높일 필요가 있으며, 첫 번째 수세롤러(11a)와 마지막 번째 수세롤러(11b)의 회전속도를 제어하여 첫 번째 수세롤러(11a)에서의 필라멘트 이동속도/마지막 번째 수세롤러(11b)에서의 필라멘트(13) 이동속도의 비율이 0.90~0.99가 되도록 한다.

상기와 같이 수세장치(10)에서 필라멘트(13)의 이동속도가 증가하면서 필라멘트(13)에 걸리는 장력이 증가하며, 이에 따라 필라멘트(13)의 비결정부의 배향도가 증가하고 결정의 치밀화를 유도하여 강력 및 탄성률이 향상된다.

또한, 상기 압착롤러(12)에 의해 필라멘트(13)에 잔존하는 NMMO의 제거가 용이하고 각 단별 수세롤러(11)와 압착롤러(12)의 회전속도를 조절하여 장력의 구배를 부여할 수도 있다.

상기 수세장치(10)에서 라이오셀 필라멘트(13)에 함유된 NMMO는 수세장치(10) 내부를 이동하면서 수세장치(10)에 충전된 수세수(14)에 유출되어 제거되는데, 수세 운전이 지속됨에 따라 수세수(14)의 NMMO 함량이 증가하여 수세장치(10)를 통과한 라이오셀 필라멘트(13)의 NMMO 잔존량도 증가하게 된다.

이를 방지하기 위해서는 수세수(14)를 자주 교체하여야 하나 수세수(14)가 많이 소모되는 문제가 있다.

본 발명에서는 상기 수세수(14)를 수세장치(10)의 필라멘트(13) 출구 측에 위치한 유입구(15)로부터 유입되도록 하고 필라멘트(13) 입구 측에 위치한 유출구(16)로 유출되도록 하며, 각 단을 구획형성하는 격벽(17)의 끝단을 상부에 위치한 각 단의 마지막 롤러에 근접되도록 연장설치한다.

또한, 상부 압착롤러(12)를 수세장치(10)의 상부면(18)에 근접되도록 설치하고 수세롤러(11)와 압착롤러(12)의 축방향 말단부와 수세장치(10)의 측면과의 틈을 최소화하여 각 단 사이의 수세수(14) 연결통로 면적을 최소화한다.

상기와 같이 구성된 수세장치(10)에서 수세수(14)는 필라멘트(13) 출구 측의 유입구(15)으로부터 유입되어 각 단 사이의 수세수(14) 연결통로를 통과하여 필라멘트(13) 이동방향의 역방향으로 각 단을 순차적으로 이동한 다음 필라멘트(13) 입구 측에 위치한 유출구(16)를 통하여 유출된다.

상기와 같이 구성된 수세장치(10)는 입구 측 필라멘트(13)의 NMMO 함량이 가장 많고 출구 측 필라멘트(13)의 NMMO 함량이 가장 적으며, 반대로 필라멘트(13) 출구 측의 수세수(14)는 NMMO 함량이 가장 적고 필라멘트(13) 입구 측의 수세수(14)는 NMMO 함량이 가장 많게 된다.

수세장치(10)에 인입된 높은 NMMO 함량의 필라멘트(13)는 먼저 높은 NMMO 함량의 수세수(14)에 세척되고 점차 낮은 NMMO 함량의 수세수(14)에 세척되어 필라멘트(13)의 오염도에 맞추어 수세수(14)의 청정도를 차등적으로 적용할 수 있으므로, 수세장치(10)에서의 수세효율이 향상되어 수세수(14)의 사용량을 줄일 수 있다.

상기 수세장치(10)를 통과한 필라멘트(13)는 건조장치(30)에서 건조된 후 권취되어 최종 라이오셀 섬유를 얻게 되는데, 라이오셀 섬유의 탄성력과 강력을 향상시키기 위하여는 건조공정에서 장력을 증가시킬 필요가 있다.

그런데, 장력을 높일 경우 필라멘트(13)의 강력 및 탄성률은 향상되나 필라멘트(13)에서 비결정부의 분자사슬의 균일성이 저하되어 사절이 발생하고 작업성이 저하되는 문제가 있다.

이를 해결하는 방안으로서, 수세된 필라멘트(13)를 건조하기 전에 장력을 낮춘 상태에서 열처리하여 비결정부의 분자사슬이 균일한 형태가 되도록 하는 것이 필요하다.

상기 수세장치(10)와 연결된 열처리장치(20)는 적어도 2 개의 회전롤러와 가열수단을 구비하고(도시하지 않음), 필라멘트(13)가 상기 회전롤러를 통하여 낮은 장력으로 이동하며, 열처리장치(20) 내에서 필라멘트(13)가 이동하는 동안 상기 수세장치(10)에서의 수세온도보다 높으면서 후단의 건조장치(30)에서의 건조온도보다 낮은 온도로 열처리된다.

수세장치(10)를 통과한 필라멘트(13)에는 수분이 함유되어 있는데, 열처리장치(20)를 통과하는 동안 수분 일부가 제거되고 또한 낮은 장력으로 인하여 필라멘트(13)의 수축이 발생하며, 이에 따라 필라멘트(13)의 비결정부의 배향도가 감소하고 절단신도가 증가하여 사절의 발생이 억제됨으로써 작업성이 향상된다.

상기 열처리 매체로는 필라멘트(13)를 가열하면서 증발되는 수분을 제거할 수 있도록 가열된 기체가 바람직하고 가열건조공기가 가장 바람직하며, 급격한 수분제거에 따른 필라멘트(13)의 급격한 수축을 억제하기 위하여 기체의 습도를 조절할 수도 있다.

상기 열처리 온도는 50~100 ℃ 범위가 바람직한데, 이는 수세장치(10)와 건조장치(30) 운전온도의 중간온도 범위에서 열처리하여 필라멘트(13)가 수세장치(10)에서 건조장치(30)로 이송되는 중간단계인 열처리장치(20)에서 자연스럽게 온도상승이 이루어지도록 하여 온도의 등락에 따른 필라멘트(13)의 물성저하를 방지하기 위함이다.

도 3에는 본 발명에 따른 건조공정에 사용되는 건조장치(30)의 일례가 개략적으로 도시되어 있다.

상기 건조장치(30)는 2~8 단의 건조단계를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 3~6 단의 건조단계를 포함하고, 또한 상기 건조장치(30)의 각각의 단은 2~16 개의 건조롤러(31)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 4~12 개의 건조롤러(31)를 포함한다.

상기와 같이 건조장치(30)의 내부를 외부와 차단하기 위해 각 단별로 격벽(32)을 사용하여 서로 구분하는 것이 바람직하다.

각 단의 건조롤러(31) 배치는 필라멘트(13)의 진행방향을 따라 상하 2 열로 배열되며, 건조롤러(31)에서의 필라멘트(13) 이동속도는 80~250 m/min가 바람직하다.

상기 건조롤러(31)의 온도는 40~350 ℃가 바람직하고 100~250 ℃가 더욱 바람직하며, 상기 온도는 건조장치(30)를 통과한 라이오셀 섬유의 수분율이 5~15 중량%가 되도록 상기 범위 내에서 조절될 수 있다.

상기 건조장치(30)는 건조효율의 높이기 위하여 증발된 수분을 배출하기 위한 배기장치(33)를 더 포함할 수 있으며, 상기 배기장치(33)의 용량은 각 단별 0.5~3.0 ㎥/min인 것이 적당하다.

라이오셀 섬유는 수분이 증발하는 건조공정에서 건조장력에 따라 내부구조가 변하는데, 건조장력을 낮출수록 수분의 증발에 따른 수축이 발생하여 비결정부분의 배향도가 감소되어 수축을 유도할 수 있으며, 반대로 건조장력을 높일수록 비결정부분의 배향이 증가하고 결정의 치밀화를 유도하여 강력 및 탄성률이 향상된 원사를 얻을 수 있다.

이러한 점에 기초하여 본 발명에서는 건조구간에서의 장력을 조절하여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시키는데 초점을 맞추었으며, 상기 장력의 조절은 상기 건조장치(30)의 첫 단의 첫 번째 건조롤러(31a)와 마지막 단의 마지막 번째 건조롤러(31b)의 회전속도를 제어함으로써 이루어지고, 양 건조롤러(31a/31b)의 회전속도와 회전반경의 차이에 따라 필라멘트(13) 이동속도에서 차이가 발생하여 필라멘트에 장력이 부여된다.

라이오셀 필라멘트(13)의 탄성률을 향상시키기 위하여는 상기 장력을 높일 필요가 있으며, 첫 번째 건조롤러(31a)와 마지막 번째 건조롤러(31b)의 회전속도를 제어하여 첫 번째 건조롤러(31a)에서의 필라멘트 이동속도/마지막 번째 건조롤러(31b)에서의 필라멘트(13) 이동속도의 비율이 0.90~0.99가 되도록 한다.

상기와 같이 건조장치(30)에서 필라멘트(13)의 이동속도가 증가하면서 필라멘트(13)에 걸리는 장력이 증가하며, 이에 따라 필라멘트(13)의 비결정부의 배향도가 증가하고 결정의 치밀화를 유도하여 강력 및 탄성률이 향상된다.

상기 건조장치(30)를 통과한 필라멘트(13)는 유제처리되고 권취되어 라이오셀 섬유제조가 완료되며, 수세공정과 건조공정에서 섬유가 받는 장력의 크기 및 시간에 따라 최종 섬유의 물성을 변화시키는 방법으로 탄성력이 우수한 라이오셀 섬유를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예>

액상 농축 NMMO와 함께 중합도가 1200인 펄프(V-81, Buckeye사, 미국)를 평균 입자지름이 300 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하고 펄프공급용 사이드피더를 이용하여 연속적으로 2축압출기로 공급하였으며, 방사도프 용액의 셀룰로오스 농도는 11.5 중량%이였다.

상기 방사도프를 오리피스(orifice) 수가 900 개이고 오리피스의 지름에 대한 길이의 비(L/D)는 4이며, 외경은 100 ㎜Φ인 방사구금을 통하여 130 m/min의 속도로 방사하였다.

상기 방사된 미응고 섬유는 70 ㎜ 길이의 공기층을 통과하여 응고욕에 인입되어 응고된 후 견인롤러에 의해 견인되어 수세장치로 인입되며, 상기 응고욕에 담긴 응고액은 25 중량%의 NMMO 수용액으로서 25 ℃의 온도로 조절되었다.

상기 수세장치는 5 단으로 이루어지고 각 단은 4 개의 수세롤러가 필라멘트의 진행방향을 따라 상하 2 열로 배치되어 있으며, 각 단의 마지막 수세롤러는 압착롤러와 함께 한 쌍을 이루어 필라멘트를 2.5 ㎏f/㎠의 압력으로 압착이동시키도록 하였다.

상기 수세장치 내부에는 40 ℃의 수세수가 충전되고, 상기 수세수는 수세장치의 필라멘트 출구 측으로부터 유입되어 필라멘트 입구 측으로 유출되도록 하였으며, 각 단별 수세수 이동통로를 최소화하여 수세수가 각 단을 순차적으로 이동하도록 하였다.

첫 단 첫 번째 수세롤러에서의 필라멘트 이동속도는 100 m/min이고 마지막 단 마지막 번째 수세롤러에서의 필라멘트 이동속도는 105 m/min이었다.

상기 수세장치를 통과한 필라멘트는 내부에 온도 60 ℃, 습도 15 %의 건조공기가 공급되는 열처리장치에서 열처리된 후 건조장치로 이동되며, 열처리장치에서의 첫 번째 회전롤러에서의 필라멘트 이동속도는 105 m/min이고 마지막 번째 회전롤러에서의 필라멘트 이동속도는 100 m/min이었다.

상기 건조장치는 3 단으로 이루어지고 각 단은 4 개의 건조롤러가 필라멘트의 진행방향을 따라 상하 2 열로 배치되어 있으며, 건조롤러는 150 ℃의 온도로 운전되고 건조장치 상부에는 증발된 수분을 배출하기 위한 배기장치가 설치되어 있다.

상기 건조장치에서의 첫 단 첫 번째 건조롤러에서의 필라멘트 이동속도는 100 m/min이고 마지막 단 마지막 번째 건조롤러에서의 필라멘트 이동속도는 105 m/min이었다.

상기 건조장치를 통과한 필라멘트를 유제처리하고 권취하여 단사섬도 2.0 데니어, 원사섬도 1500 데니어, 수분율 10 중량%의 라이오셀 섬유를 제조하였다.

<비교예 1>

상기 실시예에서, 수세장치의 수세롤러에서의 필라멘트 이동속도를 105 m/min로 일정하게 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 라이오셀 섬유를 제조하였다.

<비교예 2>

상기 실시예에서, 건조장치의 건조롤러에서의 필라멘트 이동속도를 100 m/min로 일정하게 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 라이오셀 섬유를 제조하였다.

<비교예 3>

상기 실시예에서, 수세장치를 통과한 필라멘트가 열처리장치를 거치지 않고 바로 건조장치로 이동되도록 하였으며, 이때 건조장치에서의 첫 단 첫 번째 건조롤러에서의 필라멘트 이동속도는 105 m/min이고 마지막 단 마지막 번째 건조롤러에서의 필라멘트 이동속도는 110 m/min인 것을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 라이오셀 섬유를 제조하였다.

<시험예> 라이오셀 섬유의 물성분석

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 라이오셀 섬유의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

물성의 측정방법은 다음과 같다.

(1) 멀티 필라멘트의 강력, 강도, 절단신도, 탄성률 및 중간신도

라이오셀 섬유를 열풍건조기로 120 ℃에서 30 분 동안 건조한 후 즉시 측정에 사용하였으며, 측정은 저속신장형 인장시험기(Instron 4465, Instron 사, 미국)를 이용하였고, 이때의 측정조건은 원사에 80 tpm(twist per meter)의 꼬임을 부가한 후 시료장 250 ㎜, 인장속도 300 ㎜/min으로 측정하였다.

탄성률은 일정수준의 신장을 일으키기 위한 하중의 기울기로 표현되고, 강신도 시험에서의 신도-하중 곡선의 기울기를 말한다.

중간신도(elongation at specific load)는 하중 4.5 ㎏인 지점의 신도를 나타내며, 중간신도가 낮을수록 필라멘트의 탄성률이 크고 변형이 작음을 나타낸다.

(2) 건열수축률(shrinkage, S)

25 ℃, 65 %RH의 환경에 24 시간 방치한 후, 0.05 g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0)와 150 ℃로 30 분간 0.05 g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L1)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타낸다.

S(%) = {(L0 - L1) / L0} × 100

라이오셀 섬유의 물성 측정결과

		실시예	비교예 1	비교예 2	비교예 3
첫 번째 롤러에서의 필라멘트 이동속도/마지막 번째 롤러에서의 필라멘트 이동속도	수세공정	0.95	1	0.95	0.95
	열처리공정	1.05	1.05	1.05	-
	건조공정	0.95	0.95	1	0.95
강력(㎏)		13.7	12.4	13.0	13.5
강도(g/d)		9.1	8.2	8.5	8.8
중간신도(%)		0.8	0.9	1.0	0.9
절단신도(%)		4.1	3.7	3.8	2.5
탄성률(g/d)		363	334	317	320
건열수축률(%)		0.1	0.2	0.1	0.2
NMMO 함유량(ppm)		336	355	343	351

상기 표 1의 결과를 보면, 본 발명에 따른 실시예는 향상된 탄성률과 함께 높은 강력, 강도 및 절단신도를 가지며, 낮은 중간신도 및 건열수축률을 나타내어 대부분의 물성이 향상되었음을 알 수 있다.

수세공정에서 장력을 일정하게 유지한 비교예 1과 건조공정에서 장력을 일정하게 유지한 비교예 2의 경우 실시예에 비하여 각 섬유의 물성이 저하되는 것으로 나타났고, 열처리장치를 거치지 않은 비교예 3의 경우 탄성률과 절단신도가 저하되어 운전 중 절사현상이 증가할 것으로 예상된다.

또한, 다단의 수세공정과 건조공정 및 열처리공정을 통하여 섬유에 함유된 NMMO 함유량이 336~355 ppm의 낮은 수치를 나타내어, 셀룰로오스 용해제인 NMMO가 라이오셀 섬유로부터 보다 많이 제거되었음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 라이오셀 섬유의 제조방법은 세척공정과 건조공정에서 필라멘트의 장력을 높여 라이오셀 섬유의 탄성률을 향상시키고, 열처리공정에서 장력을 낮추면서 예비열처리하여 여타 섬유물성의 저하를 방지하면서 사절발생을 억제하여 작업성이 저하되지 않도록 하는 효과를 제공한다.

1:압출기, 2:방사구금, 3:미응고 섬유, 4:응고욕, 5:견인롤러, 10:수세장치, 11:수세롤러, 11a:첫 단의 첫 번째 수세롤러, 11b:마지막 단의 마지막 번째 수세롤러, 12:압착롤러, 13:필라멘트, 14:수세수, 15: 수세수 유입구, 16:수세수 유출구, 17:격벽, 18:상부면, 20:열처리장치, 30:건조장치, 31:건조롤러, 31a:첫 단의 첫 번째 건조롤러, 31b:마지막 단의 마지막 번째 건조롤러, 32:격벽, 33:배기장치

Claims

라이오셀 방사용 도프를 방사하는 단계;
상기 방사된 미응고 섬유를 응고시키는 단계;
상기 응고된 필라멘트(13)를 복수의 수세롤러(11)가 장착된 수세장치(10)에서 장력을 증가시키면서 수세하는 단계;
상기 수세된 필라멘트(13)를 열처리장치(20)에서 장력을 낮추면서 열처리하는 단계;
상기 열처리된 필라멘트(13)를 복수의 건조롤러(31)가 장착된 건조장치(30)에서 장력을 증가시키면서 건조하는 단계; 및
상기 건조된 필라멘트(13)를 유제처리하고 권취하는 단계;를 포함하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수세장치(10) 또는 건조장치(30)는 2~8 단으로 이루어지고, 상기 각 단은 2~16 개의 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 수세장치(10)의 각 단의 마지막 수세롤러(11)는 압착롤러(12)와 함께 한 쌍으로 설치되어 필라멘트에 1~5 ㎏f/㎠의 압력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 수세장치(10)는 수세수(14)가 필라멘트(13) 출구 측의 유입구(15)로부터 유입되어 각 단 사이의 수세수(14) 연결통로를 통과하여 필라멘트(13) 이동방향의 역방향으로 각 단을 순차적으로 이동한 다음 필라멘트(13) 입구 측의 유출구(16)를 통하여 유출되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)는 필라멘트(13)의 진행방향으로 상하 2 열로 배열되는 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)에서의 필라멘트(13) 이동속도는 80~250 m/min인 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수세롤러(11) 또는 건조롤러(31)는 첫 번째 롤러(11a/31a)에서의 필라멘트 이동속도/마지막 번째 롤러(11b/31b)에서의 필라멘트(13) 이동속도의 비율이 0.90~0.99인 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수세장치(10)는 25~80 ℃의 온도로 운전되는 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열처리장치(20)는 50~100 ℃의 온도로 운전되는 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 건조롤러(31)의 온도는 40~350 ℃인 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 건조장치(30)는 증발된 수분을 배출하는 0.5~3.0 ㎥/min 용량의 배기장치(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 건조된 필라멘트(13)의 수분율은 5~15 중량%인 것을 특징으로 하는, 탄성률이 향상된 라이오셀 섬유의 제조방법.
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