KR101427226B1 - Environmental-friendly Biodegradable Conjugate Fiber and Method of Preparing Same - Google Patents

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Abstract

An environmental-friendly biodegradable conjugate fiber according to according to the present invention is a sheath-core type conjugate fiber including a sheath portion that is comprised a first polymer and a core portion that is comprised of a second polymer. The first polymer is a cellulose ester-mixed fatty acid composition including at least 1 to 10 wt% of an eco-friendly plasticizer derived from a plant. The second polymer is a polylactic acid. The cellulose ester-mixed fatty acid composition preferably has a degree of substitution of a range between 2.4 to 2.8 and a number-average molecular weight of 20,000 to 200,000. Examples of the cellulose ester-mixed fatty acid composition are cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, and a thermoplastic cellulose ester composition that is cellulose acetate. Examples of the plasticizer are epoxidized soybean oil, and a biomass-based composition such as 1,4-dianhydrosorbitol diester.

Description

친환경 생분해성 복합섬유 및 그 제조방법 {Environmental-friendly Biodegradable Conjugate Fiber and Method of Preparing Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an environmentally friendly biodegradable conjugate fiber,

본 발명은 셀룰로오스 유도체와 폴리유산(poly(lactic acid): PLA)으로 이루어진 복합섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 열가소성 셀룰로오스의 가소화 공정에 있어서 친환경 가소제를 사용하여 물성특성을 향상시킨 우수한 열가소성 셀룰로오스와 생분해성을 갖는 폴리유산을 복합하여 제조된 복합섬유에 관한 것으로, 열유동성이 양호하여 용융방사가 가능하고 따라서 용매를 사용하지 않고 방사하는 친환경 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a composite fiber comprising a cellulose derivative and poly (lactic acid) (PLA). More specifically, the present invention relates to a composite fiber produced by combining an excellent thermoplastic cellulose having improved physical properties by using an environmentally friendly plasticizer in the plasticizing process of thermoplastic cellulose and a polylactic acid having biodegradability, To a process for producing eco-friendly conjugated fibers which can be melt-spun and thus emit without using a solvent.

종래에는 합성섬유로는 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아마이드 등이 주로 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이들 섬유는 사용 후 자연계에 방치하면 분해되지 않으며, 이로 인한 환경문제가 발생하였다. 따라서 사용 후에 땅속에 매립하거나, 소각을 해야 하는데, 이때 대기오염이나 매립에 의한 환경부담이 큰 문제로 부각되어 왔다. 이에 따라 최근에는 지구환경 보전의 관점에서 환경에 대한 부하의 저감이 요구되고 있다. 그 결과, 사용 후에 토양이나 물, 대기 중에서 분해되는 소재가 요구되고 있다. Conventionally, polyester, polyolefin, polyamide and the like have been widely used as synthetic fibers. However, these fibers were not decomposed when they were left in the natural environment after use, resulting in environmental problems. Therefore, it must be buried in the ground or incinerated after use. At this time, environmental burden due to air pollution and landfill has been a big problem. Accordingly, in recent years, reduction of load on the environment has been required from the viewpoint of preserving the global environment. As a result, materials that are decomposed in soil, water, and the atmosphere after use are required.

이러한 생분해성 폴리머로는 셀룰로오스, 셀룰롤오스 유도체, 키틴, 키토산 등의 다당류, 단백질, 폴리 3-하이드록시부틸레이트, 폴리글리콜라이드, 폴리유산, 폴리카프로락톤 등의 지방족 폴리에스테르가 알려져 있다. 그중에서 셀룰로오스 재료와 폴리유산은 자연계에 널리 존재하는 대표적인 바이오매스 재료로서, 일반적인 환경 조건하에서 생분해가 가능한 재료로 큰 주목을 받고 있다. Examples of such biodegradable polymers include polysaccharides such as cellulose, cellulose derivatives, chitin and chitosan, proteins, aliphatic polyesters such as poly 3-hydroxybutyrate, polyglycolide, polylactic acid and polycaprolactone. Among them, cellulose materials and poly (lactic acid) are typical biomass materials widely available in nature, and they are attracting great attention as biodegradable materials under general environmental conditions.

일반적으로 복합섬유는 사이드-바이-사이드형, 쉬스-코어형, 매트릭스형으로 크게 나누어 볼 수 있는데, 상기 사이드-바이-사이드형은 액체 상태로 되어 있는 두 고분자 화합물을 방사하여 두 고분자가 서로 액체 상태에서 접촉하도록 하여 하나의 섬유를 만드는 것이고, 매트릭스형은 서로 다른 성분의 물리적 혼합물 상태의 섬유이며, 쉬스-코어형은 섬유내부의 코어와 이를 감싸는 쉬스 성분으로 이루어지는 복합섬유를 나타낸다.Generally, the conjugated fiber can be roughly classified into a side-by-side type, a sheath-core type, and a matrix type. In the side-by-side type, two polymer compounds in a liquid state are radiated, And the matrix type is a fiber in a state of a physical mixture of different components, and the sheath-core type represents a conjugate fiber composed of a core inside the fiber and a sheath component surrounding the core.

셀룰로오스 섬유의 생산방법은 원료를 용매계에 용해시켜 제사하는 습식방사법과 셀룰로오스아세테이트를 용매에 융해시켜 용매를 증발시켜서 방사하는 건식방사법이 일반적이다. 예로, 셀룰로오스를 원료로 하는 레이온, 리오셀 등은 습식방사법에 의하여 생산되고, 셀룰로오스아세테이트는 용매에 융해시켜 용매를 증발시켜서 방사하는 건식방사법에 의하여 생산된다. The cellulose fiber production method is generally a wet spinning method in which a raw material is dissolved in a solvent system and a dry spinning method in which cellulose acetate is dissolved in a solvent to evaporate the solvent. For example, rayon, lyocell and the like, which are made of cellulose, are produced by a wet spinning method, and cellulose acetate is produced by a dry spinning method in which a cellulose is dissolved in a solvent to evaporate the solvent.

용융방사가 가능한 열가소성 셀룰로오스 조성물 및 이것으로 이루어진 섬유로는 일본특허공개 소50-46921호 및 소62-250215호에 개시된 섬유가 있는데, 이는 셀룰로오스 아세테이트에 폴리에틸렌글리콜이나 글리세린과 같은 저분자 가소제를 50 내지 59 중량%로 첨가하여 셀룰로오스 조성물을 제조하고 그로부터 제조된 섬유를 개시한다. Examples of the thermoplastic cellulose composition capable of melt spinning and the fibers made thereof include fibers disclosed in Japanese Patent Application Laid-open Nos. 50-46921 and 62-250215, which are produced by blending cellulose acetate with low molecular weight plasticizers such as polyethylene glycol and glycerin in an amount of 50 to 59 % ≪ / RTI > by weight, to produce a cellulose composition and fibers made therefrom.

또한, 한국공개특허 제2003-88474호에는 폴리락트산 및 폴리히드록시알카노에이트 공중합체를 포함하는 환경적으로 분해 가능한 쉬스-코어형의 용융방적 섬유가 기재되어 있고, 일본특개평 7-216646호 및 7-133569호에는 1,000 m/분 이하의 속도에서 비연신 폴리유산 섬유 스펀을 감고 배향 섬유를 연신단계에서 얻는 섬유가 기재되어 있으며, 한국공개특허 제2001-12198호에는 저수축성 또는 고수축성을 갖는 생분해성 폴리락티드 섬유가 기재되어 있다.Korean Patent Publication No. 2003-88474 discloses an environmentally decomposable sheath-core type melt-spun fiber including a polylactic acid and a polyhydroxyalkanoate copolymer, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-216646 And 7-133569 disclose fibers obtained by winding unstretched poly (oxyethylene) spun fibers at a speed of 1,000 m / min or less and obtaining oriented fibers in a stretching step, and Korean Patent Laid-Open No. 2001-12198 discloses a fiber having low shrinkage or high shrinkage A biodegradable polylactide fiber is disclosed.

최근 환경오염문제로 인해서 종래와 같이 특수한 용매나 유기용매를 사용하지 않는 용융방사에 대한 필요성이 높아졌으며, 기존의 습식방식과 건식방법을 통해서는 폴리유산과 셀룰로오스의 복합방사가 불가하였다. Recently, due to environmental pollution problem, there is a need for melt spinning which does not use a special solvent or organic solvent as in the prior art, and the combined spinning of polylactic acid and cellulose is impossible through the conventional wet method and dry method.

본 발명자는 열유동성이 양호하여 용융방사가 가능하고 따라서 용매를 사용하지 않고 방사하는 친환경 복합섬유의 제조방법으로, 셀룰로오스와 생분해성을 갖는 폴리유산을 복합하여 섬유를 제조하는 본 발명을 개발하기에 이른 것이다.
The present inventors have developed a process for producing environmentally-friendly conjugated fibers capable of melt-spinning with good heat flowability and thus spinning without using a solvent, to produce a fiber by combining cellulose and biodegradable poly (lactic acid) It is early.

본 발명의 목적은 열유동성이 양호하여 용융방사가 가능하고 따라서 용매를 사용하지 않고 방사하는 친환경 복합섬유의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a process for producing an environmentally friendly conjugated fiber which is excellent in thermal fluidity and can be melt-spun, thus emitting radiation without using a solvent.

본 발명의 다른 목적은 자연환경에 친화적이면서 실제적 사용을 위한 기계적 강도가 우수하고 은은한 광택감을 갖는 생분해성 복합섬유를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a biodegradable conjugate fiber which is friendly to natural environment, has excellent mechanical strength for practical use, and has a lustrous luster.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의해서 달성될 수 있다.
The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명에 따른 친환경 생분해성 복합섬유는 쉬스부에 제1 폴리머 및 코어부에 제2 폴리머로 구성되는 쉬스-코어형 복합섬유로서, 제1 폴리머는 식물에서 유래한 친환경 가소제를 1 내지 20 중량%를 포함하는 셀롤로오스 혼합 조성물이고, 제2 폴리머는 폴리유산인 것을 특징으로 한다.The eco-friendly biodegradable composite fiber according to the present invention is a sheath-core type conjugate fiber comprising a first polymer in a sheath portion and a second polymer in a core portion, wherein the first polymer comprises 1 to 20% by weight of an environmentally- , And the second polymer is a polylactic acid.

상기 셀룰로오스 혼합 조성물은 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르 및 가소제로 이루어지는 것으로, 상기 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르는 평균 치환도가 2.4 내지 2.8 범위이고, 수평균 분자량이 20,000 내지 200,000 인 것이 바람직하다. Preferably, the cellulose mixed composition is composed of a cellulose fatty acid mixed ester and a plasticizer, wherein the cellulose fatty acid mixed ester has an average degree of substitution in the range of 2.4 to 2.8 and a number average molecular weight of 20,000 to 200,000.

상기 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르의 예로는 셀룰로오스 아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트인 열가소성 셀룰로오스 에스테르 조성물 등이 있다.Examples of the cellulose fatty acid mixed ester include cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, thermoplastic cellulose ester composition which is cellulose acetate, and the like.

상기 친환경 가소제로는 에폭시화 콩기름, 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르 등의 바이오매스 기반 화합물이 있다.Examples of the environmentally friendly plasticizer include biomass-based compounds such as epoxidized soybean oil and 1,4-dianhydrosorbitol diester.

본 발명에 따른 친환경 생분해성 복합섬유는 쉬스/코어 폴리머의 비율이 8/2 내지 2/8 인 것이 바람직하다. In the environmentally friendly biodegradable conjugate fiber according to the present invention, the ratio of the sheath / core polymer is preferably 8/2 to 2/8.

본 발명은 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르에 적은 양의 특정 가소제를 첨가하여 폴리유산과 함께 동시에 용융방사를 함으로써 생분해성이 우수하며, 뛰어난 기계적 특성을 유지할 수 있는 섬유를 얻을 수 있다. The present invention can provide a fiber which is excellent in biodegradability and can maintain excellent mechanical properties by simultaneously melt-spinning it together with a polylactic acid by adding a small amount of a specific plasticizer to the cellulose fatty acid mixed ester.

이하 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 생분해성이 우수한 폴리유산과 셀롤로오스 혼합 조성물로 이루어지는 섬유는 적은양의 친환경적 가소제의 첨가에도 불구하고 기존의 열가소성 셀룰로오스 섬유의 낮은 기계적 강도를 향상시켜 실용상에 견딜 수 있는 양호한 기계적 특성을 갖으며, 제품 사용시에 가소제의 블리드아웃에 의한 위험성에도 안전하며, 특히 의료용 섬유로도 안정적으로 이용할 수 있다.
The fiber of the present invention having excellent biodegradability of polylactic acid and cellulosic blend improves the mechanical strength of the conventional thermoplastic cellulose fiber despite the addition of a small amount of environmentally friendly plasticizer and has good mechanical properties And is safe against the risk of bleeding out of the plasticizer when the product is used, and can be used stably even for medical fibers.

본 발명은 셀룰로오스 유도체와 폴리유산(poly(lactic acid): PLA)으로 이루어진 복합섬유에 관한 것으로, 열가소성 셀룰로오스의 가소화 공정에 있어서 친환경 가소제를 사용하여 물성특성을 향상시킨 우수한 열가소성 셀룰로오스와 생분해성을 갖는 폴리유산을 복합하여 제조된 복합섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열유동성이 양호하여 용융방사가 가능하고, 따라서 용매를 사용하지 않고 방사하는 친환경 복합섬유의 제조방법에 관한 것도 포함한다.The present invention relates to a composite fiber composed of a cellulose derivative and poly (lactic acid) (PLA). In the process of plasticizing a thermoplastic cellulose, an environmentally friendly plasticizer is used to improve the properties of the thermoplastic cellulose and biodegradability The present invention relates to a composite fiber produced by combining a polylactic acid having a polylactic acid with a polyol. The present invention also encompasses a process for producing an environmentally friendly conjugated fiber which is excellent in thermal fluidity and can be melt-spun, thus emitting radiation without using a solvent.

본 발명에 따른 친환경 생분해성 복합섬유는 쉬스부에 제1 폴리머 및 코어부에 제2 폴리머로 구성되는 쉬스-코어형 복합섬유로서, 제1 폴리머는 식물에서 유래한 친환경 가소제를 1 내지 20 중량% 포함하는 셀룰로오스 혼합 조성물이고, 제2 폴리머는 폴리유산인 것을 특징으로 한다.The eco-friendly biodegradable composite fiber according to the present invention is a sheath-core type conjugate fiber comprising a first polymer in a sheath portion and a second polymer in a core portion, wherein the first polymer comprises 1 to 20% by weight of an environmentally- , And the second polymer is polylactic acid.

상기 셀룰로오스 혼합 조성물은 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르 및 가소제로 이루어지는 것으로, 상기 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르는 평균 치환도가 2.4 내지 2.8 범위이고, 수평균 분자량이 20,000 내지 200,000 인 것이 바람직하다. 본 발명에서 복합 단면의 외부를 형성하는 셀룰로오스 혼합 조성물은 평균 치환도가 2.4 내지 2.8인 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르 80 내지 99 중량%와 가소제 1 내지 20 중량%를 적어도 포함하여 이루어진다. Preferably, the cellulose mixed composition is composed of a cellulose fatty acid mixed ester and a plasticizer, wherein the cellulose fatty acid mixed ester has an average degree of substitution in the range of 2.4 to 2.8 and a number average molecular weight of 20,000 to 200,000. In the present invention, the cellulose mixed composition forming the outside of the composite cross-section comprises at least 80 to 99% by weight of the cellulose fatty acid mixed ester having an average substitution degree of 2.4 to 2.8 and 1 to 20% by weight of the plasticizer.

본 발명의 셀룰로오스 혼합 조성물로 이루어지는 섬유를 구성하는 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르란, 셀룰로오스의 글루코오스 유닛에 존재하는 3개의 수산기가 2종류 이상의 아실기에 의해 봉쇄된 것을 말한다. 별종의 구성성분인 셀룰로오스아세테이트와의 제사 조업성, 혼화성 등의 측면에서, 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르로는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트헥사노에이트, 셀룰로오스아세테이트옥타노에이트, 셀룰로오스아세테이트데카노에이트, 이들의 혼합물 등을 들 수 있고, 그 중에서 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 경우, 아세틸기 이외의 프로피오닐기를 함유하고 있기에 열유동성이 좋아 섬유화시 가소제의 첨가량을 적게 할 수 있는 이점이 있기 때문에, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트가 바람직하게 이용된다. The cellulosic fatty acid mixed ester constituting the fiber comprising the cellulose mixed composition of the present invention means that three hydroxyl groups present in the cellulose glucose unit are blocked by two or more kinds of acyl groups. From the viewpoint of preparation workability and miscibility with cellulose acetate as a constituent of a different kind, the cellulose fatty acid mixed ester includes cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate butyrate, cellulose acetate hexanoate , Cellulose acetate octanoate, cellulose acetate decanoate, mixtures thereof and the like. Of these, cellulose acetate propionate contains a propionyl group other than an acetyl group, and thus has a good thermal fluidity. Cellulose acetate propionate is preferably used because it has an advantage of being able to reduce the addition amount.

본 발명의 셀룰로오스 혼합 조성물로 이루어지는 섬유를 구성하는 가소제는 옥수수, 밀에서 추출한 전분을 효소의 가수분해 작용을 통해서 글루코오스와 소르비톨 전환 과정을 거쳐 생산된 바이오매스 기반 1,4-디안하이드로소르비톨과 식물의 오일에서 추출한 지방산을 결합시켜 합성된 바이오매스 기반 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르 화합물 또는 대두유로부터 추출된 콩기름을 에폭시화한 대두유 화합물이다. 기존의 가소제인 프탈산에스테르류, 방향족 다가 카르복실산에스테류, 방향족 다가 카르복실산에스테르류, 다가 알콜의 저급지방산 에스테르류와 같은 석유계 기반의 가소제가 아닌 바이오매스기반의 친환경 가소제이다. 본 가소제는 특히, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 조성물의 구성 성분인 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르 상용성이 양호하고, 용융방사시 가능한 열가소화 효과가 현저하게 나타난다. The plasticizer constituting the fiber comprising the cellulose blend composition of the present invention is obtained by mixing starch extracted from corn and wheat with biomass-based 1,4-dianhydrosorbitol produced through conversion of glucose and sorbitol through enzymatic hydrolysis, Dianhydrosorbitol diester compound synthesized by combining fatty acids extracted from oil or a soybean oil compound epoxidized with soybean oil extracted from soybean oil. Based plasticizer such as phthalate esters, aromatic polycarboxylic acid esters, aromatic polycarboxylic acid esters, and lower fatty acid esters of polyhydric alcohols, which are conventional plasticizers, based on biomass. In particular, the plasticizer of the present invention has good compatibility with a cellulose fatty acid mixed ester, which is a constituent component of the thermoplastic cellulose ester composition, and exhibits a thermosetting effect capable of melt spinning.

본 발명의 셀룰로오스 혼합 조성물에 있어서의 가소제의 함유량은 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 가소제를 1 중량% 이상 사용함으로써, 조성물의 용융 점도를 저감할 수 있어 방사 조업성이 양호해진다. 또한, 20 중량%를 초과하게 되면 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물의 열유동성이 매우 높아져 용융방사가 어렵게 된다. The content of the plasticizer in the cellulose mixed composition of the present invention is preferably 1 to 20% by weight. By using the plasticizer in an amount of 1% by weight or more, the melt viscosity of the composition can be reduced, and the spinnability can be improved. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the thermoplastic cellulose derivative composition may have a very high thermal fluidity and melt spinning becomes difficult.

또한, 본 발명에서 복합 단면의 내부를 형성하는 폴리유산은 바람직하게 120,000 내지 220,000의 중량평균분자량(Mw) 및 60,000 내지 220,000의 수평균분자량(Mn)을 갖는다. 상기 범위에서 분자량은 우수한 방사능(Spinning ability) 및 충분한 인장강도를 갖는 반면, 분자량이 상기 범위에서 벗어날 경우에는 방사시 분자량이 크게 저하되어 충분한 인장강도를 가질 수 없다.Further, the poly (lactic acid) forming the inside of the cross section in the present invention preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 120,000 to 220,000 and a number average molecular weight (Mn) of 60,000 to 220,000. In the above range, the molecular weight has excellent spinning ability and sufficient tensile strength. On the other hand, when the molecular weight is out of the above range, the molecular weight is greatly decreased during spinning, so that sufficient tensile strength can not be obtained.

본 발명에서 사용되는 폴리유산은 2.7 내지 3.9의 상대 점도(ηrel)를 갖는다. 상기 범위보다 낮은 상대점도는 폴리머의 내열성이 저하되어 충분한 강도를 얻을 수 없는 반면, 상기 범위보다 높은 상대점도는 방사온도가 상승되어 방사시 열분해(heat-degradation)가 발생한다. The poly (lactic acid) used in the present invention has a relative viscosity (? Rel) of 2.7 to 3.9. Relative viscosities lower than the above range lower the heat resistance of the polymer, so that sufficient strength can not be obtained. On the other hand, a relative viscosity higher than the above range raises the spinning temperature and causes heat-degradation during spinning.

방사하는 동안 낮은 저하율(reduction ratio)을 갖는 상대점도가 적합하며, 바람직하게는 방사 멀티필라멘트(multifilaments)시 7% 이하의 상대점도의 저하율을 갖는다. 7% 이하의 저하율은 실질적으로 방사시 폴리머의 분해가 일어나지 않으며, 방사시 절단 섬유가 발생하지 않으면서 우수한 방사능을 나타내고 연신공정에서 특히 높은 인장강도를 나타내게 된다. Relative viscosities with low reduction ratios during spinning are suitable, and preferably have a percent reduction of relative viscosities of less than 7% in spin multifilaments. The reduction ratio of not more than 7% does not substantially cause decomposition of the polymer upon spinning, exhibits excellent radioactivity without generation of cut fibers during spinning, and exhibits particularly high tensile strength in the stretching process.

본 발명에서 사용되는 폴리유산은 융점이 100℃ 이상, 우수하기로는 140℃이상이고, 용융지수는 15 내지 30 g/10분 수준이고, 용융밀도는 0.98 내지 1.24 g/cm3(230℃) 범위의 특성을 갖는 것을 사용해야 하며, 130℃에서 10분의 더운 공기 상에서 8% 이하의 수축율을 가져야 한다. The polylactic acid used in the present invention has a melting point of 100 ° C or higher, preferably 140 ° C or higher, a melt index of 15-30 g / 10min and a melt density of 0.98-1.24 g / cm 3 (230 ° C) And should have a shrinkage of less than 8% on hot air at 130 ° C for 10 minutes.

본 발명에 따라, 폴리유산이 함유된 복합 단면 장섬유를 제조하기 위해서 폴리유산의 익스트루더에서의 용융온도의 설정은 Tm +80~+120℃의 온도에서 건조된 폴리유산을 용융시킨다(여기서,"Tm"은 고분자의 융점임). 복합단면의 쉬스(sheath)를 구성하는 열가소성 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르 수지는 다른 익스트루더에서 Tm +60 ~ +100℃의 범위에서 용융된다. 각각의 폴리머는 용융물을 방사빔으로 공급하는 스핀펌프를 통해서 공급되고 방사 블록에 내장된 팩에 보내지고, 팩 내에서 용융된 중합체를 여과하여, 방사 구금으로부터 토출되며, 섬유 사조가 형성된다.According to the present invention, the setting of the melting temperature in the extruder of the polylactic acid in order to produce the polylactic acid-containing cross-section long fiber will melt the dried polylactic acid at a temperature of Tm + 80 to + 120 ° C , "Tm" is the melting point of the polymer). The thermoplastic cellulose fatty acid mixed ester resin constituting the sheath of the composite cross section is melted in the range of Tm +60 to + 100 ° C in the other extruder. Each polymer is fed through a spin pump that feeds the melt into a spinning beam and is sent to a pack contained within the spinning block, which filters the molten polymer in the pack and is ejected from the spinneret to form a fiber yarn.

이때 폴리유산은 복합 단면의 내측에 의하여 강도 및 생분해성 특성을 형성하며, 셀룰로오스 혼합 조성물 수지는 외측에 위치하여 고유의 성질인 흡습성과 유연도, 광택성을 형성한다. In this case, the polylactic acid forms strength and biodegradability by the inner side of the cross section, and the cellulose mixed composition resin is located outside and forms the inherent properties of hygroscopicity, flexibility and gloss.

방출된 섬유 사조는 냉각장치에 의해 일단 냉각, 고화가 이루어지고, 급유장치를 통해서 유제가 부여되어 제1 고뎃롤러로 인취되고 제2 고뎃롤러를 통하여 권취기로 권취되어 권취사가 된다. The released fiber yarn is once cooled and solidified by a cooling device, emulsified through a lubricating device, taken in by a first godet roller, wound around a second godet roller in a winder, and wound up.

방출마다 사용하는 구금의 홀수는 소망의 필라멘트 수 또는 그 자연수배이면 좋다. 홀수가 너무 많으면 균일한 냉각이 이루어지지 않는 경우가 발생하며, 홀수는 1000개 이하가 바람직하다. 구금 구경은 폴리머의 용융점도 및 방사드래프트에 따라서 적당히 선택할 수 있으나, 0.05 내지 0.50 mm이 적당하다. 0.05 mm 이상이면 방사팩 내의 압력이 이상하게 높아지는 것을 회피할 수 있고, 0.50 mm 이하이면 방사속도를 저하시키지 않고 방사드래프트를 낮게 할 수 있기 때문에 바람직하다. The odd number of cans used for each emission may be a desired number of filaments or a natural number thereof. If the number of the odd number is too large, uniform cooling may not be performed, and the number of odd number is preferably 1,000 or less. The aperture diameter may be appropriately selected depending on the melt viscosity and the radiation draft of the polymer, but 0.05 to 0.50 mm is suitable. If it is 0.05 mm or more, the pressure in the spinning pack can be prevented from increasing abnormally, and if it is 0.50 mm or less, the radiation draft can be lowered without lowering the spinning speed.

방출한 사조는 구금하 거리 0.5 내지 5 m의 장소에서 급유장치에 의하여 유제를 사용하여 수속하는 것이 필요하다. 단사마다 공기저항을 받아온 섬유는 그 이후부터는 거의 공기저항력을 받지 않고 주행할 수 있게 된다. 복합원사의 외부를 구성하는 셀롤로오스 혼합 조성물은 폴리에스테르나 폴리아미드와 다르고, 용융장력이 높아 예사성이 부족한 경향이 있기 때문에, 단사에 가해지는 공기저항력이 높아지면 방사장력이 매우 높아져서 최종적으로 단사흐름이나 실 끊김이 발생하기 때문에, 멀티필라멘트를 수속하는 것은 내우 중요한 공정이다. It is necessary that the released sludge is processed at the place of detention at 0.5 to 5 m by using the oil supply by the oil supply device. The fiber, which has been subjected to air resistance per single yarn, will be able to travel without receiving air resistance from then on. Since the mixed composition of celluloses constituting the outside of the composite yarn is different from the polyester or the polyamide and has a high melt tension and low tendency to be prepared, when the air resistivity applied to the single yarn becomes high, the radiation tension becomes very high, Since single yarn flow and yarn breakage occur, it is an important process to process multifilaments.

방사속도는 500 m/분 내지 2,000 m/분인 것이 바람직하다. 방사속도를 500 m/분 내지 2,000 m/분으로 함으로써, 방사성을 안정적으로 확보할 수 있으며, 기계적 성질이 우수한 섬유를 얻을 수 있다. The spinning speed is preferably 500 m / min to 2,000 m / min. By setting the spinning speed from 500 m / min to 2,000 m / min, the spinnability can be stably secured, and fibers having excellent mechanical properties can be obtained.

본 발명의 폴리유산과 셀룰로오스 혼합 조성물로 이루어진 섬유의 제조방법에 의해서, 쉬스-코어형의 장섬유를 제조할 수 있다. Zellweger Uster사제 우스터 테스터에 의해서 권취된 섬유의 섬도 변동값(U%)이 구해질 수 있으며, 상기 섬유 변동값은 0.1 내지 2.0%가 되는 것이 바람직하다.The sheath-core type long fiber can be produced by the method for producing a fiber comprising the polylactic acid-cellulose mixed composition of the present invention. (U%) of the fiber wound by a worster tester manufactured by Zellweger Uster can be obtained, and the fiber fluctuation value is preferably 0.1 to 2.0%.

상기 친환경 가소제로는 에폭시화 콩기름, 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르 등의 바이오매스 기반 화합물이 있다.Examples of the environmentally friendly plasticizer include biomass-based compounds such as epoxidized soybean oil and 1,4-dianhydrosorbitol diester.

본 발명에 따른 친환경 생분해성 복합섬유는 쉬스/코어 폴리머의 비율이 8/2 내지 2/8 인 것이 바람직하다. In the environmentally friendly biodegradable conjugate fiber according to the present invention, the ratio of the sheath / core polymer is preferably 8/2 to 2/8.

본 발명은 셀룰로오스 지방산 혼합 에스테르에 적은 양의 특정 가소제를 첨가하여 폴리유산과 함께 동시에 용융방사를 함으로써 생분해성이 우수하며, 뛰어난 기계적 특성을 유지할 수 있는 섬유를 얻을 수 있다. The present invention can provide a fiber which is excellent in biodegradability and can maintain excellent mechanical properties by simultaneously melt-spinning it together with a polylactic acid by adding a small amount of a specific plasticizer to the cellulose fatty acid mixed ester.

본 발명의 셀룰로오스 혼합 조성물과 폴리유산으로 이루어지는 복합섬유는 산업용, 의료용 섬유 등으로 이용할 수 있으며, 특히 의료용 섬유로서 적합하게 이용할 수 있다.The cellulose mixed composition of the present invention and the conjugated fiber composed of poly (lactic acid) can be used for industrial and medical fibers, and can be suitably used as medical fibers in particular.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 보호범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the scope of protection of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example

실시예Example 1-7 1-7

셀룰로오스아세테이트피로피오네이트(치환도 2.7(아세틸기 평균치환도 0.2, 프로피오닐기 평균치환도 2.5), 수평균 분자량 7.5만)와 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르를 표 1에 나타내는 중량 비율로 이축압출기를 이용하여 230℃의 온도에서 혼련하여 펠릿을 얻었다.Cellulose acetate pyrophosphonate (degree of substitution 2.7 (acetyl group average degree of substitution 0.2, propionyl group average degree of substitution 2.5), number average molecular weight 7,500) and 1,4-dianhydrosorbitol diester at the weight ratios shown in Table 1 Kneaded at 230 DEG C using a twin-screw extruder to obtain pellets.

융점이 160℃이고 MI가 35인 폴리유산을 코어부 익스트루더로 용융시키고, 열가소성을 지닌 셀룰로오스 혼합 조성물 펠렛을 쉬스부 익스트루더로 용융시켰다. 용융된 폴리머는 복합방사 스핀빔 내의 분배판에 의해서 폴리유산은 내측으로 셀룰로오스는 외측으로 이동되며 노즐을 통해 복합단면 형상으로 방사되어 필라멘트를 생산하였다. 이때의 섬유 구성 폴리유산과 셀룰로오스의 구성비 및 물성을 표 1에 나타내었다. Polylactic acid having a melting point of 160 占 폚 and MI of 35 was melted with a core extruder, and the thermoplastic cellulose mixed composition pellets were melted with a sheath extruder. The molten polymer was transferred to the inside of the polylactic acid by the distribution plate in the composite spin spin beam, and the cellulose was radially moved outward, and was radiated into the cross section shape through the nozzle to produce the filament. Table 1 shows the compositional ratios and physical properties of the fiber constituent poly (lactic acid) and cellulose.

실시예 1-7은 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트와 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르의 투입비를 변화시켜 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르의 투입비 변화에 따른 연신사의 물리적 특성변화를 확인하였다.
In Examples 1-7, changes in the physical properties of the stretched yarn were observed according to the change of the charging ratio of 1,4-dianhydrosorbitol diester by changing the charging ratios of cellulose acetate propionate and 1,4-dianhydrosorbitol diester.

비교예Comparative Example 1 One

비교예 1에서는 기존 셀룰로오스와 가소제를 함유한 단독방사를 실시하여 섬유의 물성특성을 확인하였다. 성분 구성비와 물성을 표 1에 나타내었다.
In Comparative Example 1, the physical properties of the fibers were confirmed by performing a single spinning with a conventional cellulose and a plasticizer. Composition ratio and physical properties are shown in Table 1.

[표 1][Table 1]

Figure 112013073626013-pat00001

Figure 112013073626013-pat00001

실시예Example 8-14  8-14

셀룰로오스아세테이트피로피오네이트(치환도 2.7(아세틸기 평균치환도 0.2, 프로피오닐기 평균치환도 2.5), 수평균 분자량 7.5만)와 에폭시화된 콩기름을 표 1에 나타내는 중량 비율로 이축압출기를 이용하여 230℃의 온도에서 혼련하여 펠릿을 얻었다.Cellulose acetate polyphosphonate (degree of substitution: 2.7 (acetyl group average degree of substitution: 0.2, propionyl group average degree of substitution: 2.5), number average molecular weight: 7.5 million) and epoxidized soybean oil were weighed out in the weight ratio shown in Table 1 And kneaded at a temperature of 230 캜 to obtain pellets.

융점이 160℃이고 MI가 35인 폴리유산을 코어부 익스트루더로 용융시키고, 열가소성을 지닌 셀룰로오스 에스테르 유도체 펠렛을 쉬스부 익스트루더로 용융시켰다. 용융된 폴리머는 복합방사 스핀빔 내의 분배판에 의해서 폴리유산은 내측으로 셀룰로오스는 외측으로 이동되며 노즐을 통해 복합단면 형상으로 방사되어 필라멘트를 생산하였다. 이때의 섬유 구성 폴리유산과 셀룰로오스의 구성비 및 물성을 표 2에 나타내었다. The polylactic acid having a melting point of 160 DEG C and an MI of 35 was melted with a core extruder, and the thermoplastic thermoplastic cellulose ester derivative pellet was melted with a sheath extruder. The molten polymer was transferred to the inside of the polylactic acid by the distribution plate in the composite spin spin beam, and the cellulose was radially moved outward, and was radiated into the cross section shape through the nozzle to produce the filament. Table 2 shows the compositional ratios and physical properties of the fiber constituent poly (lactic acid) and cellulose.

실시예 8-14는 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트와 에폭시화된 콩기름의 투입비를 변화시켜 변화에 따른 연신사의 물리적 특성변화를 확인하였다.
Examples 8-14 confirmed changes in the physical properties of the stretched yarn by varying the feed ratio of the cellulose acetate propionate and the epoxidized soybean oil.

[표 2][Table 2]

Figure 112013073626013-pat00002

Figure 112013073626013-pat00002

비교예Comparative Example 2, 3-10 2, 3-10

비교예 2, 10 에서는 기존 셀룰로오스와 가소제를 함유한 단독방사를 실시하여 섬유의 물성특성을 확인하였다. In Comparative Examples 2 and 10, the physical properties of the fibers were confirmed by performing single spinning with a conventional cellulose and a plasticizer.

또한, 비교예 3-9에서는 기존 사용된 프탈레이트계 가소제를 사용한 것 외에는 실시예 1-7 과 8-14와 동일한 절차를 반복하여 폴리유산/셀룰로오스 에스테르 복합섬유의 물성특성을 확인하였다. 이때의 섬유 구성 폴리유산과 셀룰로오스의 구성비 및 물성을 표3에 나타내었다.
In addition, in Comparative Example 3-9, the same procedures as in Examples 1-7 and 8-14 were repeated except that the phthalate-based plasticizer was used, and the physical properties of the polylactic acid / cellulose ester conjugate fiber were confirmed. Table 3 shows the compositional ratios and physical properties of the fiber constituent poly (lactic acid) and cellulose at this time.

[표 3][Table 3]

Figure 112013073626013-pat00003

Figure 112013073626013-pat00003

상기한 표 1 내지 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-14의 열가소성 셀룰로오스 지방산 혼합물 섬유는 가소제의 함량이 증가할수록 강도는 약해지지만 신도의 증가가 이루어지고, 폴리유산과의 복합 비율의 증가를 통해서 실제적 사용을 위한 기계적 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from the results of Tables 1 to 3 above, the thermoplastic cellulose fatty acid mixture fibers of Examples 1-14 showed an increase in elongation although the strength became weaker as the content of the plasticizer increased, and a composite ratio It was confirmed that the mechanical strength for practical use was improved.

비교예 3-9의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르, 에폭시화 콩기름의 친환경 가소제로서의 효과는 동등 이상임을 확인할 수 있었다.
As can be seen from the results of Comparative Example 3-9, it was confirmed that the effect of the 1,4-dianhydrosorbitol diester and the epoxidized soybean oil as eco-plasticizer was equivalent or superior.

* 위 실시예 및 비교예에서, 물리적 특성 값들은 아래의 방법으로 측정되었다.In the above Examples and Comparative Examples, physical property values were measured in the following manner.

상대점도: 시료의 농도 1 g/dL로 페놀/테트라클로로에탄=60/40(질량비)의 혼합용매에 용해하고 Ubberohde 점도관을 사용하여 20℃에서 상대점도를 측정하였다.Relative Viscosity: The sample was dissolved in a mixed solvent of phenol / tetrachloroethane = 60/40 (mass ratio) at a concentration of 1 g / dL and the relative viscosity was measured at 20 ° C using a Ubberohde viscometer.

방사성 평가-1): 용융방사로 7일간 연속방사를 시행하였다. 절단 섬유의 발생을 하기 3단계(A,B 및 C)로 평가하였다:Radiation evaluation-1): Spinning was carried out for 7 days by melt spinning. The occurrence of the cut fibers was evaluated in the following three steps (A, B and C):

A : 7일간 절단섬유 발생회수 0회A: 0 times of cutting fiber occurrence for 7 days

B : 7일간 절단섬유 발생회수 1~2회; 및B: 1 to 2 times of cutting fiber generation for 7 days; And

C : 7일단 절단섬유 발생회수 3회 이상C: 7 Number of times of cutting fiber occurrence 3 times or more

방사성 평가-2): 7일간 연속방사시 여과압의 상승으로 스핀노즐이 변화될 때, 스핀노즐의 서비스 수명을 날짜별로 측정하였다.Radioactive evaluation-2): The service life of the spin nozzle was measured by date when the spin nozzle was changed due to the increase of the filtration pressure during 7 consecutive days of spinning.

방사성 평가-3): 연신공정에서 절단섬유의 발생을 하기 3단계 A,B 및 C로 평가하였다:Radioactive evaluation-3): The generation of cut fibers in the drawing process was evaluated in the following three steps A, B and C:

A : 7일간 절단섬유 발생회수 0회A: 0 times of cutting fiber occurrence for 7 days

B : 7일간 절단섬유 발생회수 1~2회; 및B: 1 to 2 times of cutting fiber generation for 7 days; And

C : 7일단 절단섬유 발생회수 3회 이상C: 7 Number of times of cutting fiber occurrence 3 times or more

끓는 물에서 수축율: 초기 길이 50 cm의 시료에 200 mg 의 중량을 매달아 끓는 물에 15분동안 담가두고 대기중에 5분동안 건조하였다. 하기의 식으로 끓는 물에서 수축율을 결정하였다. Shrinkage in boiling water: A sample of 50 cm in initial length was suspended in boiling water for 15 minutes with a weight of 200 mg suspended and dried in the air for 5 minutes. The shrinkage ratio in boiling water was determined by the following equation.

수축율(%) = (초기 시료의 길이 - 수축후의 시료길이)/초기시료의 길이 × 100Shrinkage (%) = (length of initial sample - length of sample after shrinkage) / length of initial sample × 100

필라멘트의 생산성: 필라멘트의 전체평가는 방사성의 평가 1,2 및 3, 및 보플의 발생을 고려하고 A,B 및 C의 3단계로 하였다.Productivity of the filaments: The overall evaluation of the filaments was carried out in three stages, A, B, and C, taking into account the evaluation of radioactivity 1, 2 and 3, and the generation of buples.

용융지수: MI(g/10분) : ASTM-D-1238의 방법에 따라서 210℃에서 분석Melt Index: MI (g / 10 min): Analyzed at 210 ° C according to the method of ASTM-D-1238

인장 강도 및 신도: 온도 20℃, 습도 65%의 환경하에서 Instron사의 인장시험기를 사용하여 컨디셔닝된 20 cm, 초하중 1.0±0.1 cN/tex 하에서 섬유를 파지한 후 분당 100%의 신장속도로 이동 클램프를 설정하고 시험편을 파단시까지 신장시키면서 원사의 강도[g/d]를 측정하며, 이때의 신도를 신도[%]로 하였다. 측정 횟수는 5회로 하고, 그 평균값을 강도와 신도로 하였다.Tensile Strength and Elongation: The fiber was gripped at a temperature of 20 ° C and a humidity of 65% using a Instron tensile tester under a condition of 20 cm, under an initial load of 1.0 ± 0.1 cN / tex, and then moved at a stretching rate of 100% , And the strength [g / d] of the yarn was measured while stretching the test piece until it was broken. The elongation at this time was defined as elongation [%]. The number of measurements was 5, and the average value was determined as the strength and elongation.

섬도 변동값(U%): U% 측정은 젤웨거 우스터(Zellweger uster)사제 우스터 테스터에 의해 하기 조건으로 측정하여 구하였다. 측정 횟수는 5회이고, 그 평균값을 U%로 하였다. Scintillation fluctuation value (U%): The U value was measured by a Wester tester manufactured by Zellweger uster under the following conditions. The number of times of measurement was 5, and the average value was set as U%.

측정속도 : 200 m/분Measuring speed: 200 m / min

측정시간 : 2.5분Measurement time: 2.5 minutes

측정 섬유 길이 : 500 mMeasuring fiber length: 500 m

꼬임 : S꼬임, 12000/m
Twist: S twist, 12000 / m

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (6)

쉬스부에 제1 폴리머 및 코어부에 제2 폴리머로 구성되는 쉬스-코어형 복합섬유에 있어서, 제1 폴리머는 식물에서 유래한 친환경 가소제를 1 내지 20 중량%포함하는 셀룰로오스 혼합 조성물이고, 제2 폴리머는 폴리유산인 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유.
A sheath-core type conjugate fiber comprising a first polymer in a sheath portion and a second polymer in a core portion, wherein the first polymer is a cellulose mixed composition comprising 1 to 20% by weight of an environmentally friendly plasticizer derived from a plant, Wherein the polymer is polylactic acid.
제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 혼합 조성물은 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르 및 가소제로 구성되는 것으로, 상기 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르는 평균 치환도가 2.4 내지 2.8 범위이고, 수평균 분자량이 20,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유.
The cellulose ester composition according to claim 1, wherein the cellulose mixed composition is composed of a cellulose fatty acid mixed ester and a plasticizer, wherein the cellulose fatty acid mixed ester has an average degree of substitution in the range of 2.4 to 2.8 and a number average molecular weight of 20,000 to 200,000 Environmentally friendly biodegradable conjugated fiber.
제2항에 있어서, 상기 셀룰로오스 지방산 혼합에스테르는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트헥사노에이트, 셀룰로오스아세테이트옥타노에이트, 셀룰로오스아세테이트데카노에이트, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유.
The method of claim 2, wherein the cellulose fatty acid mixed ester is selected from the group consisting of cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate butyrate, cellulose acetate hexanoate, cellulose acetate octanoate, cellulose acetate decanoate, And a mixture thereof.
제1항에 있어서, 상기 친환경 가소제로는 에폭시화 콩기름 또는 1,4-디안하이드로소르비톨 디에스테르가 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유.
The environmentally friendly biodegradable conjugate fiber according to claim 1, wherein the environmentally friendly plasticizer is an epoxidized soybean oil or 1,4-dianhydrosorbitol diester.
제1항에 있어서, 상기 친환경 생분해성 복합섬유는 쉬스/코어 폴리머의 비율이 8/2 ~ 2/8 인 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유.
The environmentally friendly biodegradable composite fiber according to claim 1, wherein the ratio of the sheath / core polymer is 8/2 to 2/8.
쉬스부에 제1 폴리머 및 코어부에 제2 폴리머로 구성되는 쉬스-코어형 복합섬유를 제조하는 방법에 있어서, 제1 폴리머가 식물에서 유래한 식물에서 유래한 친환경 가소제를 적어도 1 내지 20중량%를 포함하여 이루어지는 셀룰로오스 혼합 조성물이고, 제2 폴리머가 폴리유산인 원료성분을 용융방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 복합섬유의 제조방법.
A method for producing a sheath-core type conjugate fiber comprising a first polymer in a sheath portion and a second polymer in a core portion, the method comprising: mixing at least 1 to 20 wt% of an environmentally- And the second polymer is melt-spinning a raw material component which is a poly (lactic acid). The method for producing an environmentally friendly biodegradable conjugate fiber according to claim 1,
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