KR101685596B1 - 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유 - Google Patents

용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유 Download PDF

Info

Publication number
KR101685596B1
KR101685596B1 KR1020130046231A KR20130046231A KR101685596B1 KR 101685596 B1 KR101685596 B1 KR 101685596B1 KR 1020130046231 A KR1020130046231 A KR 1020130046231A KR 20130046231 A KR20130046231 A KR 20130046231A KR 101685596 B1 KR101685596 B1 KR 101685596B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasticizer
fiber
cellulose
cellulose acetate
melt
Prior art date
Application number
KR1020130046231A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140128494A (ko
Inventor
김도현
오영일
임성수
신동수
Original Assignee
도레이케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도레이케미칼 주식회사 filed Critical 도레이케미칼 주식회사
Priority to KR1020130046231A priority Critical patent/KR101685596B1/ko
Publication of KR20140128494A publication Critical patent/KR20140128494A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101685596B1 publication Critical patent/KR101685596B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D01F2/24—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from cellulose derivatives
    • D01F2/28—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from cellulose derivatives from organic cellulose esters or ethers, e.g. cellulose acetate
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/10—Melt spinning methods using organic materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경 및 인체에 유독한 유기용매를 사용하지 않는 용융방사가 가능하며, 섬유 내 잔존하는 가소제를 단시간에 효율적으로 제거함으로써 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있으다.
나아가, 가소제 용출공정에서 종래의 수세공정 이외의 별도의 공정을 거치지 않고, 수세공정과 동시에 진행시킴으로써, 가소제 용출 과정을 연속화 및 고속화시켜 생산성 개선 및 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있다.

Description

용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유{The manufacturing method of molten cellulose derivative fiber and thereby made fiber}
본 발명은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유내 존재하는 가소제가 단시간에 효율적으로 제거되는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유에 관한 것이다.
고분자 합성수지는 기계적 물성, 내화학성, 내구성 등이 우수하기 때문에 다양한 용도로 광범위하게 사용되어 왔으나, 이러한 합성수지의 경우 자연에서 스스로 분해가 되지 않아 소각 처리를 할 경우, 유해 물질이 방출되는 단점을 지녔다.최근 환경오염 문제가 사회적인 큰 문제로 대두되면서 자연에서 완전 분해가 가능한 생분해성 수지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 전세계적으로 관심을 불러일으키고 있다.
생분해성 수지로 폴리부틸렌석시네이트, 폴리에틸렌석시네이트, 폴리라틱에시드 등은 생분해성이 우수하지만, 높은 가격으로 경제성이 결여되어 있거나, 용융점이 낮아 1회 용품인 성형 사출물에 한정적일 수밖에 없고, 섬유 제품군과 같은 제품 제조에 있어, 열적 안정성을 유지해야 하는 제품군의 용도 전개는 곤란한 실정이다.
이 중 최근 바이오매스계인 자연에서부터 원료가 공급이 되는 제품으로 폴리락트산(PLA) 또는 전분 등과 같은 제품들이 각광을 받고 있으나, 섬유화하기에는 고온 염색이 불가하고 가수분해에 취약하여 물성이 취약하며, 후가공에서 텐더작업을 진행하게 되면 경화가 일어나 브리틀(brittle)한 특성을 지니는 등 여러 가지 단점을 갖고 있다.
셀룰로오스재료는 펄프에서 제조가 가능하기 때문에 별도의 경작지 및 용수가 필요하지 않은 지구상에서 가장 대량으로 생산되는 생분해가 가능한 자원순환형 바이오매스 재료이다. 셀룰로오스의 섬유로의 이용은 자연계 중에서 생산되는 면이나 마 등의 단섬유를 그대로 방적하여 사용하는 것이 예로부터 행해져 왔었다. 또한, 단섬유가 아닌 필라멘트재료를 얻기 위해서 셀룰로오스를 특수한 용매에 용해시켜 습식방사법을 행하거나, 셀룰로오스아세테이트와 같이 셀룰로오스를 유도체화하고, 염화메틸렌이나 아세톤 등의 유기용매에 용해시킨 후, 이 용매를 증발시키면서 방사하는 건식 방사법이 행해져 왔다(대한민국 공개번호 KR 2002-0080821).
그러나, 이들 습식방사법 또는 건식방사법으로 얻어지는 섬유는 방사속도가 느리기 때문에 생산성이 낮다는 문제가 있을 뿐만 아니라, 섬유의 제조에 사용되는 이황화탄소, 아세톤, 염화메틸렌 등의 유기용매가 환경 및 인체에 악영향을 미칠 염려가 있었다. 따라서 셀룰로오스를 원료로 하는 환경 친화형 섬유를 얻기 위해서는 유기용매를 사용하지 않는 용융 방사법에 의한 것이 필요하다. 용융방사가 가능한 열가소성 셀룰로오스 조성물 및 이것으로 이루어진 섬유로는 셀룰로오스아세테이트에 폴리에틸렌글리콜과 같은 수용성 가소제를 대량으로 첨가한 셀룰로오스 조성물 및 그것으로 이루어진 섬유가 알려져 있다.
한편, 종래에는 용융 셀룰로오스 유도체 조성물을 방사하여 제조된 섬유 내 존재하는 가소제의 용출을 위하여 단순 수세과정을 거쳤으며, 이로 인해 섬유내 가소제가 잔존하여 불량률이 높다는 문제점이 있었다.
그래서 수세과정에서 가소제 용출율을 높이기 위하여 수세공정 자체의 시간을 현저하게 늘리거나 또는 수세공정 이전 또는 이후에 별도의 공정을 통해 가소제를 추가로 제거하는 공정이 개시되었다.
그러나 이러한 공정들은 수세공정 자체의 시간을 늘림으로써, 섬유의 불량률 높이는 문제점이 있었고, 별도공정을 추가하는 방법으로는 연속성이 불리하여, 공정시간이 길어진다는 문제점과 불량률도 높은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가소제 잔존률이 낮으면서도 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공한다.
또한, 가소제 용출공정에서 종래의 수세공정 이외의 별도의 공정을 거치지 않고, 수세공정과 동시에 진행시킴으로써, 가소제 용출 과정을 연속화 및 고속화시켜 생산성 개선 및 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (1) 셀룰로오스 에스테르 및 가소제를 포함하는 셀룰로오스 유도체 조성물을 제조하는 단계;(2) 상기 조성물을 방사구금을 통해 용융 방사하여 섬유를 제조하는 단계;(3) 상기 섬유를 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계;를 포함하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (3)단계는 100 ~ 1500Hz초음파 처리할 수 있으며, 바람직하게는 300 ~ 500 Hz초음파 처리할 수 있다.
또한, 상기 (3)단계는 수조에서 수행될 수 있고, 섬유를 300 ~ 1800mpm의 속도로, 바람직하게는 800 ~ 1000mpm의 속도로 수조를 통과시킬 수 있으며, 상기 수조내의 용매의 온도가 10 ~ 90 ℃일 수 있고, 상기 섬유가5 ~ 30초 동안 수세공정할 수 있으며, 바람직하게는 50 ~ 70 ℃, 10 ~ 30초 동안 수세공정 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 수조에 연통된 초음파 발생기의 개수가 1 ~ 10개 일 수 있고, 상기 초음파 발생기는 수조의 적어도 일면에 구비되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (3)단계 이후에 (4) 상기 섬유를 알칼리 수용액에 검화하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이의 가소제 잔존율이 0 ~ 5%일 수 있다. 그리고 상기 (4) 단계 이후 가소제잔존율이 0 ~ 2%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 가소제는 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 트리아세틴 및 트리부틸세바케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할수 있고, 상기 조성물에 가소제 5 ~ 40 중량%를 포함할 수 있으며, 상기 (2)단계의 방사속도는 2,500 mpm 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트로 구성되는 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 셀룰로오스 에스테르는치환도가 2.2 ~ 2.6일 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 하기 수학식 1에 따라 측정된 잔존 가소제 함량은 수세 후 검화 전 측정값이 5 중량 % 이하이고, 하기 수학식 2에 따라 측정된 잔존 가소제 함량은 검화 후 측정값이 2중량 % 이하인 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공한다.
[수학식 1]
Figure 112013036664609-pat00001
[수학식 2]
Figure 112013036664609-pat00002
단, WA 는 수세 전 원사 중량이고, WB 는 수세 후 및 검화 전 원사 중량이며, WC 는 검화 후 원사 중량이다.
본 발명의 용융셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유는 섬유 내 잔존하는 가소제를 단시간에 효율적으로 제거함으로써, 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공한다.
나아가, 가소제 용출공정에서 종래의 수세공정 이외의 별도의 공정을 거치지 않고, 수세공정과 동시에 진행시킴으로써, 가소제 용출 과정을 연속화 및 고속화시켜 생산성 개선 및 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 수조의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일구현예에 따른 수조의 평면도이다.
도3은 본 발명의 또 다른 일구현예에 따른 수조의 평면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 가소제 잔존율은 조성물 제조시 포함되는 최초 가소제 함량을 100으로 기준하여, 섬유 내 잔존하는 가소제의 함량을 의미한다(중량%)
상술한 바와 같이 종래에는 용융 셀룰로오스 유도체 조성물을 방사하여 제조된 섬유에 잔존하는 가소제의 용출을 위하여 단순한 수세과정을 거쳤으며, 이로 인해 섬유 내 가소제가 잔존하여 불량률이 높다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 한 측면에 따르면(1) 셀룰로오스 에스테르; 및 가소제;를 포함하는 셀룰로오스 유도체 조성물을 제조하는 단계;(2) 상기 조성물을 방사구금을 통해용융 방사하여 섬유를 제조하는 단계; (3) 상기 섬유를 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계;를 포함하는 용융셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법을 제공한다. 이로 인해, 섬유 내 잔존하는 가소제 용출률을 높여서, 제조되는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 불량률을 낮출 수 있게 하였다.
먼저 셀룰로오스 유도체 조성물을 제조하는 (1) 단계에 대해 설명한다.
상기 (1)단계의 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스의 수산기 일부 또는 전부가 에스테르 결합에 의해서 치환되어 있는 셀룰로오스 유도체로, 셀룰로오스 수산기의 강한 수소 결합을 약하게 하여 가소제가 그 사이로 잘 혼합될 수 있도록 한다.
그리고 가소제를 효과적으로 혼합함에 따라 셀룰로오스 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하여 용융 방사가 가능해질 수 있다.
상기 셀룰로오스 에스테르는 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 또는 셀룰로오스아세테이트올레이트 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
본 발명의 셀룰로오스 에스테르는 평균 중합도가 30,000 내지 50,000일 수 있으며, 치환도가 2.2 내지 2.6일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에스테르의 치환도란, 셀룰로오스의 수산기가 에스테르 결합으로 치환된 정도를 말하는 것으로 셀룰로오스 에스테르의 치환도가 2.2 미만일 경우, 유동성이 떨어지고 습윤 시 강도가 저하될 수 있으며, 2.6을 초과할 경우 생분해성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
다음 가소제에 대해 설명한다.
상기 가소제는 셀룰로오스 유도체에 혼합되어 셀룰로오스 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하고 용융 방사할 수 있도록 하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 보다 바람직하게는 가소화가 촉진될 수 있도록 1000이하의 저분자량을 사용할 수 있다.
상기 가소제는 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디헥실프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 디메톡시에틸프탈레이트, 에틸프탈릴에틸글리콜레이트, 부틸프탈릴부틸글리콜레이트 등의 프탈산에스테르류, 테트라옥틸피로멜리테이트, 트리옥틸트리멜리테이트 등의 방향족 다가 카르복실산에스테르류, 디부틸아디페이트, 디옥틸아디페이트, 디부틸세바케이트, 디옥틸세바케이트, 디에틸아젤레이트, 디부틸아젤레이트, 디옥틸아젤레이트 등의 방향족 다가 카르복실산에스테르류, 글리세린트리아세테이트, 디글리세린테트라아세테이트 등의 다가 알콜의 저급지방산 에스테르류, 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리부톡시에틸포스페이트, 트리크레질포스페이트 등의 인산에스테르류 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
또한, 가소제로서 비교적 고분자량의 것으로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트 등의 글리콜과 이염기산으로 이루어진 지방족폴리에스테르류, 폴리글리콜산 등의 옥시카르복실산으로 이루어진 지방족폴리에스테르류, 폴리카프로락톤, 폴리프로피오락톤, 폴라발레로락톤 등의 락톤으로 이루어진 지방족폴리에스테르류, 폴리비닐피롤리돈와 같은 비닐폴리머류 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
본 발명의 가소제는 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 트리아세틴 및 트리부틸세바케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명 셀룰로오스 유도체 조성물은 가소제를 5 내지 40 중량% 포함할 수 있다. 상기 가소제가 5중량% 미만으로 포함되는 경우 셀룰로오스의 강한 수소결합을 방해하는 효과가 미비하여 용융방사가 불가능할 수 있으며, 40 중량%를 초과하는 경우 용융 방사 시 발연의 문제가 생길 수 있고, 섬유표면으로의 가소제의 블리드 아웃이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 셀룰로오스 유도체 조성물에는 산화방지제를 더 포함할 수 있는데, 산화방지제는 셀룰로오스 에스테르를 열가소화 시킬 때 및 가소화된 셀룰로오스 에스테르를 방사하는 공정에서 열에 의한 분해를 방지하는 역할을 한다.
이와 같은 산화방지제는 바람직하게는 테트라키스메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)메테인 및 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 상기 셀룰로오스 유도체 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부를 포함할 수 있다. 산화방지제가 0.1 중량부 미만일 경우 열분해 방지능이 미흡하여 열가소화 또는 방사 과정에서 셀룰로오스 에스테르가 열분해 될 수 있으며, 0.5 중량부를 초과할 경우 팩 압력 상승의 원인으로 방사 조업성에 문제가 있을 수 있다.
다음 용융방사하여 섬유를 제조하는 (2)단계에 대해 설명한다.
본 발명에서는 250 ~ 300℃에서 방사속도는 2,500 mpm 이상으로 용융방사 할 수 있으며, 만약 2,500mpm 이하이면, 압출기 내 체류시간 증가로 인해 원사의 강도와 색조(b*)가 감소하는 문제가 있을 수 있다.
다음 초음파 처리로 가소제를 용출하는 (3)단계에 대해 설명한다.
본 발명의 (3)단계는 방사된 용융 셀룰로오스 섬유 내에 잔존하는 가소제를 제거하는 단계로써, 이는 용융 방사 할 수 있도록 함유된 가소제가 최종 제품 제조 시 수분에 의해 용출되어 중량 및 강도 변화를 야기하는 문제를 발생시킬 수 있으므로 제거하는 단계가 수행되었다.
이러한 수세공정은 종래에는 수조 내에서 단순 수세를 통하여 진행되어왔으나, 이러한 공정으로는 섬유 내 가소제 용출이 효과적이지 않아서, 섬유의 불량률이 높다는 문제가 있었다.
또한, 수세과정에서 가소제 용출율을 높이기 위하여 수세공정 자체의 시간을 현저하게 늘리거나 또는 수세공정 이전 또는 이후에 별도의 공정을 통해 가소제를 추가로 제거하는 공정이 개시되었으나, 이러한 공정들은 수세공정 자체의 시간을 늘림으로써, 섬유의 불량률 높이는 문제점이 있었고, 별도공정을 추가하는 방법으로는 연속성이 불리하여, 공정시간이 길어진다는 문제점과 불량률도 높은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 가소제 용출단계에서 초음파 처리를 함으로써, 섬유 내에 잔존하는 가소제를 단시간에 효율적으로 제거하여, 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있게 하였다.
한편, 가소제를 용출하기 위한 초음파 처리는 수세공정 이외의 별도의 공정으로 수행가능하나, 바람직하게는 수세공정과 동시에 진행시킴으로써 섬유 내 잔존하는 가소제 양을 현저하게 낮춰서 불량률이 낮은 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있다(표 1참조)
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 초음파는100 ~ 1500Hz 의 세기로 초음파 처리하여, 섬유 내 잔존하는 가소제를 용출할 수 있으며, 바람직하게는 300 ~ 1500Hz 의 세기로 초음파 처리할 수 있다.
본 발명의 상기 (3)단계를 상세히 설명하면, 가소제를 용출하는 단계는 수조에서 수행할 수 있으며, 수조내의 용매의 온도가 10 ~ 90 ℃일 수 있고, 바람직하게는 50 ~ 70℃ 일 수 있으며, (2)단계에서 방사된 섬유를 5 ~ 30초 동안일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 30초 일 수 있으며, 섬유를 300 ~ 1800mp의 속도로 수조를 통과시켜 수세공정 시킬 수 있고, 바람직하게는 800 ~ 1000mpm의 속도로 수세공정 시킬 수 있다. 상기 용매는 통상적으로 수세에 사용되는 것이라면 어느 것이든 무방하고, 바람직하게는 일반적으로 사용되는 공업용수일 수 있고, 더욱 바람직하게는 알칼리 이온을 함유하는 물 일 수 있다.
그리고 만약 용매의 온도가 10 ℃미만이면, 가소제 용출 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 90 ℃를 초과하면 원사 표면의 손상이 발생하는 문제가 있을 수 있으며, 수조시간도 5초 미만이면, 가소제가 충분히 용출될 수 없는 문제가 있을 수 있고, 30초를 초과하면 원사 표면의 손상을 발생하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 수조 내 통과하는 섬유의 속도도 300mpm 미만이면, 원활한 공정 흐름을 방해하고 생산성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 1800mpm을 초과하면, 가소제 용출 효율이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 초음파 처리로 가소제를 용출하는 단계를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 수조(104)의 단면도로써, 수조(104)의 상부에 1개의 초음파 발생기(100)가 연통되고 수조 내부에는 원사(103)를 이송하기 위한 다수개의 롤러(102)가 구비된다. 상기 수조(104) 내부로 원사(103)가 유입되면 롤러(102)들을 통해 수조 내부를 통과하고 이 때 수조에 충진된 용매에 의해 가소제가 용출되며, 이와 동시에 초음파 발생기에서 발생한 초음파를 통해 수조 내부로 이송된 원사 내 존재하는 가소제 용출을 현저하게 향상시키게 된다.
이 때 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 초음파 발생기는 상기 수조의 적어도 일면에 구비할 수 있고, 상기 초음파 발생기를 1 ~ 10개를 포함할 수 있으며, 상기 수조내의 초음파 세기는 100 ~ 1,500Hz 의 세기로 초음파 처리하여, 섬유 내 잔존하는 가소제를 용출할 수 있으며, 바람직하게는 300 ~ 500Hz 의 세기로 초음파 처리할 수 있다.
도 2는 도 1과 차이점을 중심으로 설명하면, 수조(204)의 다른 평면도로써, 수조(204)의 한 측면에 3개의 초음파 발생기(200)가 연통되고 원사(203)가 수조(204) 내부로 유입되면 롤러(202)들을 통해 수조 내부를 통과하고 이 때 수조에 충진된 용매와 초음파에 의해 원사 내 존재하는 가소제를 용출한다.
또한, 도3은 도 2와의 차이점을 중심으로 설명하면, 수조(304)의 또 다른 평면도로써, 초음파 발생기가 수조(304)의 한 측면에 초음파발생기(300)가 3개 및 수조(304)의 또 다른 측면에 초음파발생기(310) 3개가 연통되어서, 원사(303)가 수조(304) 내부로 유입되면 롤러(302)들을 통해 수조 내부를 통과하고 이 때 수조에 충진된 용매와 초음파에 의해 원사 내 존재하는 가소제를 용출한다.
따라서, 본 발명에서는 초음파 발생기의 개수가 1 ~ 10개를 수조의 적어도 일면에 구비할 수 있는데, 초음파 발생기가 수조 한 측면에 1개가 구비되어있을 때보다, 바람직하게는 한 측면에3개가 구비되어 있을 때, 더욱 바람직하게는 양 측면에 각각 3개가 구비되어 있을 때 섬유 내의 가소제 잔존율이 낮아질 수 있다.
또한, 초음파 처리시, 섬유 내 존재하는 가소제의 종류에 따라서도 가소제 잔존율이 상이할 수 있는데, 특히 가소제가 수용성을 띄는 폴리에틸렌 글리콜 및 트리아세틴일 때가 다른 가소제에 비하여 초음파 처리시에 더 효과적으로 섬유 내에서 용출될 수 있다(표 1참조).
한편, 초음파 발생기가 10개를 초과하면, 필요 이상의 초음파로 인한 원사 내부 분자구조 변화로 인한 손상을 발생시키는 문제가 있을 수 있고, 초음파 세기가 100HZ 미만이면, 가소제 용출 효율이 급격히 감소하는 문제가 있을 수 있고, 1500HZ를 초과하면 원사 내부 분자구조 변화로 인한 손상을 발생시키는 문제가 있을 수 있다.
결론적으로, 본 발명에서는 종래의 단순수세공정을 통한 섬유 내 가소제 용출방법에 초음파 처리를 동시에 수행하여서, 섬유 내 잔존하는 가소제를 단시간에 효율적을 제거할 수 있을 뿐 만 아니라, 불량률이 현저히 낮은 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공할 수 있다(표1참조)
한편, 본 발명의 상기(3)단계 이후에 (4) 상기 섬유를 알칼리 수용액에 검화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (4)단계는 검화하는 단계로써, 가소제가 용출된 섬유에 존재하는 아세틸기를 제거하고 분자 구조를 견고히 하여 강도를 증가시킴과 동시에 섬유 내 잔존하는 가소제를 제거하는 단계로써, 알칼리 수용액에서 10 ~ 100분 동안 침지할 수 있다.
본 발명에서는 (4)단계를 추가함으로써, 한번 더 섬유 내 잔존하는 가소제를 제거할 수 있다. 이를 통해서, 셀룰로오스 섬유 내의 가소제 제거능은 본 발명의 (3)단계의 수세단계를 수행한 후 검화단계를 하였을 때가 종래에서 사용되는 단순수세 단계 후에 검화단계를 통한 가소제 제거능에 비하여 현저히 우수하다. 구체적으로 종래에는 수세공정 이후에도 다량의 가소제가 섬유내부에 잔존하고 있었기 때문에 이후 검화단계를 거치더라도 상당량의 가소제가 최종 섬유제품에 잔존할 수 밖에 없었다. 그러나 본 발명의 바람직한 일구현예에서는 수세단계에서부터 잔존 가소제의 함량을 최소화할 수 있으므로 이후 검화단계를 거쳐 잔존하는 가소제를 제거하면 최종 섬유제품에는 가소제가 거의 남아있지 않게 된다. 또한 가소제의 잔존으로 인한 제조공정상의 불량률을 최소화할 수 있다(표 1참조).
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (3)단계와 (4)단계 사이에 제조된 셀룰로오스 섬유는 상기 (1)단계의 가소제 함량을 100으로 기준하였을 때, 섬유내 가소제 잔존율이0 ~ 5 %일 수 있다.
이는 도 1과 같이 수조 한 측면에 1개의 초음파 발생기를 통해 초음파 처리되는 것보다 도 2와 같이 수조의 한 측면에 3개가 초음파 발생기가 구비되어 있는 것이 가소제 제거율이 높을 수 있으며, 바람직하게는 도 3과 같이 수조의 양측면에 3개씩 구비되어 있는 수조에서의 가소제 제거율이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4)단계 이후의 섬유는 상기(1)단계의 가소제 함량을 100으로 기준하였을 때, 섬유 내 가소제 잔존율0 ~ 2중량%일 수 있다.
이는 초음파 처리로 셀룰로오스 섬유 내에 잔존하는 가소제 함량이 종래기술을 통한 가소제 제거율보다 현저히 낮으나, 검화단계를 더 수행함으로써, 추가적인 가소제 제거가 진행할 수 있게 된다(표1참조)
나아가, 본 발명의 다른 태양은 하기 수학식 1에 따라 측정된 잔존 가소제 함량은 수세 후 검화 전 측정값이 5 중량 % 이하이고, 하기 수학식 2에 따라 측정된 잔존 가소제 함량은 검화 후 측정값이 2중량 % 이하인 용융 셀룰로오스 유도체 섬유를 제공한다.
[수학식 1]
Figure 112013036664609-pat00003
[수학식 2]
Figure 112013036664609-pat00004
단, WA 는 수세 전 원사 중량이고, WB 는 수세 후 및 검화 전 원사 중량이며, WC 는 검화 후 원사 중량이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1
용융 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 얻기 위해서 셀룰로오스 수산기의 치환도가 2.4이며, 평균 분자량이 40,000인 셀룰로스 아세테이트(이스트만 社)100 중량부에 대하여 가소제로서 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 30중량부를 준비하였다. 혼합하여, 여기에 컴파운더기로 열가소화를 시킬 때 열에 의한 분해를 방지하기 위하여 1차 산화방지제인 테트라키스메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)메테인 (Anox 20, 캠추라코퍼레이션/ Chemtura Corporation)과 가소화칩 적용 방사공정에서 열에 의한 분해를 방지하기 위해 2차 산화 방지제인 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트(Alcanox240, 캠추라코퍼레이션/ Chemtura Corporation) 을 셀룰로스 아세테이트 및 가소제를 포함하는 조성물 100 중량부에 대하여 각각 0.1 중량부 첨가 후, supermixer를 이용하여 2분간 혼합하였다. 혼합한 혼합물을 열풍 건조기로 80℃, 24시간 건조한 후, 이축 압출기가 장착된 혼련기를 이용하여 서클피더 25kg/hr, 혼련기 모터 속도 270Rpm로 고정 후 혼련기 다이(DIE) 시작온도 170℃에서 5단계에 걸쳐 최종 말단온도 200℃까지 온도를 부여하면서 5분 동안 블랜딩 시킨 후 용융 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 얻었다.
상기로 제조된 열가소성 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 24Hole 구금이 장착된 용융방사기에 조성물 토출량 33g/min, 방속2,500mpm, 방사온도 275℃의 조건에서 연신비 3배로 방사를 진행하여 섬유를 제조하였다.
그리고 얻어진 섬유를 초음파발생기 상부3개 하부 3개가 연통된 수조에서 60℃, 수조내의 초음파 360HZ의 조건에서 20초간 900mpm으로 통과시켰다.
수조를 통과한 상기 섬유를 검화단계로10% NaOH 수용액에 90분 동안 침지시킨 후, 건조시켰다.
실시예2 ~ 8 및 비교예 1 ~ 2
하기 표 1과 같이 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 섬유를 제조하였다.
실험예 1
1. 강, 신도의 측정
섬유의 강, 신도의 측정은 자동 인장 시험기(Textechno 社)을 사용하여 50 cm/m 의 속도, 50 cm 의 파지 거리를 적용하여 측정 하였다.
강도 및 신도는 섬유에 일정한 힘을 주어 절단될 때까지 연신시켰을 때 걸린 하중을 데니어로 나눈 값(g/de)을 강도, 늘어난 길이에 대한 처음 길이를 백분율로 나타낸 값(%)을 신도로 정의하였다.
2.가소제잔존율
최초 조성물 제조단계의 함유된 가소제 함량 100으로 기준하여, 섬유 내 잔존하는 가소제량을 나타내었다.
원사 10g (WA)을 준비하고 이를 100℃ 끓는 물에서 30분 동안 가열한 후 꺼내어 80℃ 열풍 건조기에서 8시간 이상 건조 후 중량(WB)을 측정하였다.
WA : 수세 전 원사 중량, WB : 수세 후 및 검화 전 원사 중량, WC : 검화 후 원사 중량
[수학식 1]
Figure 112013036664609-pat00005
[수학식 2]
Figure 112013036664609-pat00006
3. 불량률 측정
잔존 가소제량 0 ~ 2 % : 불량률 0점
잔존 가소제량 2 ~ 5 % : 불량률 3점
잔존 가소제량 5 ~ 10 % : 불량률 5점
잔존 가소제량 10 % 이상 : 불량률 10점
구분 초음파(hz) 가소제
종류		 수세시간 강도 신도 (가)
(중량%)		 (나)
(중량%)		 불량률
실시예1 360 PEG 20초 2.1 30 0 0 0
실시예2 360 TA 20초 1.7 26 2 0 0
실시예3 360 GC 20초 1.6 27 4 2 3
실시예4 360 TBC 20초 1.2 21 5 2 3
실시예5 300 PEG 20초 2.0 29 2 1 0
실시예6 500 PEG 20초 1.8 28 2 1 0
실시예7 200 PEG 20초 1.9 27 5 2 3
실시예8 800 PEG 20초 1.3 19 0 0 0
비교예1 X PEG 20초 1.7 25 25 15 10
비교예2 X PEG 1분 1.9 28 13 8 5
(가) : 초음파 및 수세처리 후 검화단계 전에 섬유내 잔존하는 가소제 비율
(나) : 검화단계후에 섬유내 잔존하는 가소제 비율
PEG : 폴리에틸렌글리콜, GC : 글리세린,
TA : 트리아세틴 TBC : 트리부틸세바케이트
측정결과, 실시예 1 ~ 9가 비교예 1보다 가소제 제거율이 우수하며, 불량률도 현저히 낮다는 것을 알 수 있다.
구체적으로 실시예 1에서 사용한 PEG 가소제가 가장 우수하게 제거되었으며, 실시예 2의 가소제 TA, 실시예 3의 GC 및 실시예 4의 TBC의 순서로 가소제 제거가 우수하게 제거되었다는 것을 알 수 있다. 그리고 초음파 처리가 되지 않은 비교예 1, 및 2에서는 PEG의 가소제도 잔존율이 실시예에 비해서 높다는 것을 알 수 있다.
100, 200, 300, 310 : 초음파 발생기
101, 201, 301 : 초음파
102, 202, 302 : 롤러
103, 203, 303 : 용융 셀룰로오스 원사
104, 204, 304 : 수조

Claims (16)

  1. (1) 셀룰로오스 에스테르; 및 가소제;를 포함하는 셀룰로오스 유도체 조성물을 제조하는 단계;
    (2) 상기 조성물을 방사구금을 통해 용융 방사하여 섬유를 제조하는 단계;
    (3) 상기 섬유를 300 ~500 Hz 세기로 초음파 처리하여 가소제를 용출시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (3) 단계는 수조에서, 10℃ ~ 90℃의 용매에 5 ~ 30초 동안, 300 ~1,800 mpm의 속도로 섬유를 통과시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수조에 연통된 초음파 발생기의 개수가 1 ~ 10개인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 초음파 발생기는 수조의 적어도 일면에 구비된 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 (3)단계 이후에
    (4) 상기 섬유를 알칼리 수용액에 검화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이의 섬유 내 가소제 잔존율이0 ~ 5중량%인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (4) 단계 이후 섬유 내 가소제 잔존율이0 ~ 2 중량%인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (1)단계의 가소제는 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 트리아세틴 및 트리부틸세바케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 조성물에 가소제 5 ~ 40 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 (2)단계의 방사속도는 2,500 mpm 이상인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 (1)단계의 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스아세테이트카프로네이트, 셀룰로오스아세테이트카프릴레이트, 셀룰로오스아세테이트라울레이트, 셀룰로오스아세테이트팔미테이트, 셀룰로오스아세테이트스테아레이트 및 셀룰로오스아세테이트올레이트로 구성되는 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기(1)단계의 셀룰로오스 에스테르는 치환도가 2.2 ~ 2.6인 것을 특징으로 하는 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법.
  16. 삭제
KR1020130046231A 2013-04-25 2013-04-25 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유 KR101685596B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130046231A KR101685596B1 (ko) 2013-04-25 2013-04-25 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130046231A KR101685596B1 (ko) 2013-04-25 2013-04-25 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140128494A KR20140128494A (ko) 2014-11-06
KR101685596B1 true KR101685596B1 (ko) 2016-12-13

Family

ID=52454351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130046231A KR101685596B1 (ko) 2013-04-25 2013-04-25 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101685596B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021014561A1 (ja) * 2019-07-23 2021-01-28 株式会社ダイセル 酢酸セルロース繊維の製造方法、及び酢酸セルロース繊維

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471004B1 (ko) * 2000-03-27 2005-03-07 에스케이케미칼주식회사 레이온 섬유, 섬유제품, 필름 및 이들의 제조방법
JP2005248354A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Toray Ind Inc セルロース脂肪酸エステル繊維の製造方法
JP2007169853A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Toray Ind Inc セルロースエステル系撚り糸およびその製造方法並びに織編物

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101350991B1 (ko) * 2008-06-27 2014-01-15 코오롱인더스트리 주식회사 라이오셀 멀티필라멘트, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는타이어 코드

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471004B1 (ko) * 2000-03-27 2005-03-07 에스케이케미칼주식회사 레이온 섬유, 섬유제품, 필름 및 이들의 제조방법
JP2005248354A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Toray Ind Inc セルロース脂肪酸エステル繊維の製造方法
JP2007169853A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Toray Ind Inc セルロースエステル系撚り糸およびその製造方法並びに織編物

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140128494A (ko) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170112525A (ko) 셀룰로오스 아세테이트를 포함하는 합성지 및 그 제조방법
CN111546740B (zh) 一种可以生物降解的纸塑复合结构及其制备方法
KR101455002B1 (ko) 담배필터용 라이오셀 소재 및 그 제조방법
KR101427226B1 (ko) 친환경 생분해성 복합섬유 및 그 제조방법
KR20140128493A (ko) 용융 셀룰로오스 유도체 조성물 및 용융 셀룰로오스 유도체섬유
KR101992492B1 (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물, 이를 통해 제조된 섬유 및 그 제조방법
KR101731319B1 (ko) 담배필터 토우용 섬유다발 조성물, 담배필터용 토우 및 이의 제조방법
KR101685596B1 (ko) 용융 셀룰로오스 유도체 섬유의 제조방법 및 이를 통해 제조된 섬유
KR20140074758A (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 섬유를 포함하는 원단의 후가공 방법 및 이로 후가공된 원단
KR101455006B1 (ko) 담배필터용 라이오셀 소재 및 그 제조방법
JP2003238669A (ja) 熱可塑性セルロースアセテートおよびそれからなる繊維
KR101646542B1 (ko) 용융 셀룰로오스 에스테르 수지, 이를 이용한 용융 셀룰로오스 에스테르 칩 및 이의 제조방법
KR20160081601A (ko) 고강도 및 고신축성 이섬도 혼섬사 및 이의 제조방법
KR101472097B1 (ko) 이온성 액체를 이용한 셀룰로오스 섬유의 제조방법
KR101714384B1 (ko) 열가소성 셀룰로오스 에스테르 원사 및 이의 제조방법
KR20140074757A (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물, 이를 통해 제조된 섬유 및 그 제조방법
JP2004010844A (ja) 熱可塑性セルロースエステル組成物およびそれからなる繊維
KR20160119747A (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물 및 이를 통해 제조된 섬유
KR102304272B1 (ko) 열가소성 셀룰로오스 에스테르 단섬유 조성물, 열가소성 셀룰로오스 에스테르 단섬유 및 이의 제조방법
KR20150077272A (ko) 담배필터용 라이오셀 소재 및 그 제조방법
KR20140074762A (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 조성물, 이를 통해 제조된 섬유 및 그 제조방법
KR101701503B1 (ko) 열가소성 셀룰로오스 유도체 복합섬유 및 그 제조방법
KR20150069480A (ko) 강도가 개선된 용융방사 셀룰로오스 복합섬유 및 이의 제조방법
KR101792036B1 (ko) 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법
KR20150076679A (ko) 분자량 감소가 억제된 열가소성 셀룰로오스 조성물, 이를 이용한 섬유 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant