KR101856501B1 - Fibrillated cellulose filament preparation method thereof - Google Patents
Fibrillated cellulose filament preparation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101856501B1 KR101856501B1 KR1020170086307A KR20170086307A KR101856501B1 KR 101856501 B1 KR101856501 B1 KR 101856501B1 KR 1020170086307 A KR1020170086307 A KR 1020170086307A KR 20170086307 A KR20170086307 A KR 20170086307A KR 101856501 B1 KR101856501 B1 KR 101856501B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- diisocyanate
- cellulose
- microfibrous cellulose
- microcellulose
- liquid crystal
- Prior art date
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
-
- 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
- D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
- D01D10/06—Washing or drying
-
- 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
- D01D5/06—Wet spinning methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 높은 기계적 강도를 갖고 환경친화적인 소재인 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 미소셀룰로오스 장섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing microcellulose filaments having high mechanical strength and being environmentally friendly, and microcellulose filaments prepared by the process.
셀룰로오스는 나무, 면화, 삼과 같은 대부분의 식물체뿐만 아니라 미더덕, 우렁쉥이와 같은 건조 표피를 가지는 동물에서도 발견되는 지구상에서 가장 흔한 천연고분자로서, β-D-글루코스의 1번 탄소와 4번 탄소가 결합된 1-4 글루코시드 결합을 통해 선형구조를 이룬 고분자 다당류이며, 분자량은 4.6×105 내지는 1.7×106 이다. 셀룰로오스는 식물들의 골격을 형성하는 구조단위로서 모든 고등식물 세포들의 세포막의 주요 구성성분으로 식물 특히 목재가 높은 강도를 유지하는데 핵심적인 역할을 한다.Cellulose is one of the most common natural polymers found on the earth, found in most plants such as wood, cotton, and shrub, as well as in animals with dry epidermis such as muddock and urchins, 1-4 glucosidic linkages and has a molecular weight of 4.6 × 10 5 to 1.7 × 10 6 . Cellulose is a structural unit that forms the skeleton of plants and is a key component of the cell membrane of all higher plant cells, and plants, especially wood, play a key role in maintaining high strength.
유효직경이 약 6 내지 7Å인 셀룰로오스 분자들은 수소결합을 통하여 규칙성을 가지며 강하게 결합되어 직경이 2 내지 5 nm의 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated 또는 nanofibrillated cellulose) 들을 형성하고 있으며, 이러한 미소섬유상 셀룰로오스가 모여 미소셀룰로오스 장섬유를 형성한다.Cellulosic molecules having an effective diameter of about 6 to 7 angstroms are regularly bonded through hydrogen bonding and are strongly bonded to form microfibrillated or nanofibrillated cellulose having a diameter of 2 to 5 nm. To form cellulose long fibers.
천연 셀룰로오스는 무정형 또는 결정성 형태로 존재한다. 셀룰로오스 섬유들의 강도는 셀룰로오스 결정들의 존재와 방향에 따라 달라지므로, 고농도의 결정화된 셀룰로오스를 갖고 기계적 물성이 뛰어난 미소셀룰로오스 장섬유를 얻기 위한 공정이 요구되고 있다.Natural cellulose is present in amorphous or crystalline form. Since the strength of cellulosic fibers depends on the presence and direction of cellulose crystals, a process for obtaining microcellulose filaments having a high concentration of crystallized cellulose and excellent mechanical properties is required.
따라서 본 발명의 목적은 미소섬유상 셀룰로오스의 액정성(liquid crystal)을 이용하여 높은 기계적 강도를 갖고 환경친화적인 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하는 방법과 상기 제조방법에 의해 제조된 미소셀룰로오스 장섬유를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing environmentally friendly microcellulose filaments having a high mechanical strength by using a liquid crystal of microfibrous cellulose, and a method for producing microcrystalline cellulose filaments prepared by the above- will be.
상기 목적을 달성하기 위해 일 실시예는,In order to achieve the above object,
(a) 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향된 액정 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a liquid crystal solution in which microfibrous cellulose is partially oriented;
(b) 상기 액정 용액을 방사 채널의 유입부에 투입하는 단계;(b) injecting the liquid crystal solution into the inlet of the spin chuck;
(c) 상기 액정 용액을 방사 채널의 일축방향으로 통과시키면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시키는 단계;(c) orienting the microfibrous cellulose in the uniaxial direction while passing the liquid crystal solution in the direction of the uniaxial axis of the spin chuck;
(d) 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 상기 방사 채널의 토출부를 통해 응고조에 투입하는 단계;(d) injecting the unidirectionally oriented microfibrous cellulose into the coagulation bath through the discharge portion of the radial channel;
(e) 상기 응고조 내에서 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 확산에 의해 탈리하면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 응고되어 장섬유화되는 단계;(e) coagulating and fibrillating the microfibrous cellulose while water in the microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction in the coagulation bath is desorbed by diffusion;
(f) 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 응고조에서 분리하는 단계; 및(f) separating the coagulated long-fiberized microfibrous cellulose in a coagulation bath; And
(g) 상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 건조시키는 단계;를 포함하는, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법을 제공한다.(g) drying the separated long fibrous microfibrous cellulose. The present invention also provides a method for producing microcrystalline cellulose filaments.
또한, 일 실시예는, 상기 방법에 따라 제조된 미소셀룰로오스 장섬유를 제공한다.In addition, one embodiment provides microcellular filamentous fibers prepared according to the method.
본 발명에 따른 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법에 따르면, 미소섬유상 셀룰로오스의 물성저하가 없고, 용매로서 물을 포함하기 때문에 친환경적이며, 연속 공정이므로 고속 방사가 가능하다는 이점이 있다.According to the method for producing microcrystalline cellulose filaments according to the present invention, there is no deterioration of the physical properties of the microfibrous cellulose, and since it contains water as a solvent, it is eco-friendly.
상기 방법에 의해 제조된 미소셀룰로오스 장섬유는 셀룰로오스 간의 강한 수소 결합에 의해 높은 인장강도, 파단 신율 및 인장 탄성율 등 높은 기계적 강도를 갖는다.The microcellulose filament produced by the above method has high mechanical strength such as high tensile strength, elongation at break and tensile elastic modulus due to strong hydrogen bonding between the cellulose.
또한, 상기 미소셀룰로오스 장섬유는 생분해성의 천연 소재이므로, 기존의 고분자 합성섬유 또는 탄소섬유에 비해 환경친화적이다.In addition, since the microcellulose filament is a biodegradable natural material, it is more environmentally friendly than conventional polymer synthetic fibers or carbon fibers.
나아가, 상기 미소셀룰로오스 장섬유는 자동차 및 항공기 등의 내?E외장 구조체, 방탄 의류 및 방탄 헬멧과 같은 방호용 소재, 광케이블의 피폭재 및 레이더돔 구조재와 같은 정보 통신 소재, 스키보드 및 테니스 라켓과 같은 스포츠 용품 등 다양한 분야에의 적용이 가능하다. Furthermore, the microcellulose filaments can be used for protecting materials such as automobile and airplane interior and exterior structures, bulletproof clothing and bulletproof helmets, information and communication materials such as exposed parts of optical cables and radar dome structural materials, ski boards and tennis rackets It can be applied to various fields such as sporting goods.
도 1은 본 발명에 따른 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하는 방법 및 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하는 장치 중 방사 채널 및 방사 채널을 통과하는 액정 용액을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing a method and an apparatus for producing microcrystalline cellulose filaments according to the present invention.
2 is a schematic view showing a liquid crystal solution passing through a radial channel and a radial channel in an apparatus for producing microcellulose filament according to the present invention.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. The embodiments can be modified into various forms as long as the gist of the invention is not changed.
본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.As used herein, " comprising "means that other elements may be included unless otherwise specified.
본 발명은 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 미소셀룰로오스 장섬유를 제공하는 것이다.The present invention provides a process for producing microcellulose filaments and a microcellulose filament produced by the process.
[[ 미소셀룰로오스Microcellulose 장섬유의Long-fiber 제조방법] Manufacturing method]
일 실시예에 따른 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하는 방법은,According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a microcellulose filament,
(a) 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향된 액정 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a liquid crystal solution in which microfibrous cellulose is partially oriented;
(b) 상기 액정 용액을 방사 채널의 유입부(21)에 투입하는 단계;(b) injecting the liquid crystal solution into the
(c) 상기 액정 용액을 방사 채널(20)의 일축방향으로 통과시키면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시키는 단계;(c) orienting the microfibrous cellulose in a uniaxial direction while passing the liquid crystal solution in a direction of one axis of the radiation channel (20);
(d) 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 상기 방사 채널의 토출부(22)를 통해 응고조(30)에 투입하는 단계;(d) injecting the unidirectionally oriented microfibrous cellulose into the coagulation bath (30) through the discharge part (22) of the radiation channel;
(e) 상기 응고조(30) 내에서 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 확산에 의해 탈리하면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 응고되어 장섬유화되는 단계;(e) coagulating and fibrillating the microfibrous cellulose while water in the microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction in the coagulation tank (30) is desorbed by diffusion;
(f) 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 응고조(30)에서 분리하는 단계; 및(f) separating the coagulated long-fiberized microfibrous cellulose from the coagulation bath (30); And
(g) 상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 건조시키는 단계;를 포함한다.(g) drying the separated long fibrous microfibrous cellulose.
상기 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하기 위하여 상기 (a) 단계 내지 (g) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.The steps (a) to (g) may be sequentially performed to produce the microcrystalline long fibers.
상기 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하기 위하여, 먼저, 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향된 액정 용액을 제조한다((a) 단계).To prepare the microcrystalline cellulose filament, first, a liquid crystal solution in which microfibrous cellulose is partially oriented is prepared (step (a)).
상기 미소셀룰로오스 장섬유를 제조하기 위하여 사용되는 미소섬유상 셀룰로오스는 셀룰로오스를 피브릴화하여 얻는다.The microfibrous cellulose used for producing the microcrystalline long fibers is obtained by fibrillating cellulose.
상기 셀룰로오스는 특별히 한정되지 않으며, 셀룰로오스 함유 재료로부터 유래한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 펄프(Pulp), 화학펄프, 기계식 펄프, 재생펄프, 셀룰로오스 분말 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스 함유 재료의 예로써, 천연섬유인 식물이나 박테리아가 제조하는 셀룰로오스 섬유나 아세트산 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 멍게류, 새우나 게 등의 갑각류에 함유되는 키틴이나 키토산 등의 키틴 유도체, 비단, 거미줄 등의 단백질 섬유 또는 천연 고무 섬유를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 식물을 원료로 하는 셀룰로오스 섬유 함유 재료는 침엽수 또는 활엽수 등의 목재, 코튼, 삼, 또는 양마 등이 있을 수 있다. 침엽수나 활엽수 등의 목재에서 얻어진 셀룰로오스 섬유는 매우 미세하게 구성되어 강도가 높고, 지구상에서 가장 많이 분포하고 있는 생물 자원으로서 생산성 측면에서 실용성이 높아 활용하기에 좋을 수 있다.The cellulose is not particularly limited, and one derived from a cellulose-containing material can be used. For example, pulp, chemical pulp, mechanical pulp, recycled pulp, cellulose powder or a mixture thereof can be used. Examples of the cellulose-containing material include cellulosic fibers such as cellulosic fibers and cellulose acetate produced by plants or bacteria that are natural fibers, chitin derivatives such as chitin and chitosan contained in crustaceans such as sea urchins, shrimp and crabs, , And the like, but the present invention is not limited thereto. In addition, the cellulose fiber-containing material containing plant as a raw material may be wood such as coniferous or hardwood, cotton, hemp, or sheep. Cellulosic fibers obtained from wood such as coniferous trees and broad-leaved trees are very finely structured and have high strength and are the most distributed biomass on the planet.
상기 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 1,000 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 100 mm일 수 있다. 구체적으로, 사용하는 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 500 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 50 mm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The cellulose may have a diameter of 10 to 1,000 mu m and a length of 0.1 to 100 mm. Specifically, the cellulose used may have a diameter of 10 to 500 mu m and a length of 0.1 to 50 mm, but is not limited thereto.
상기 셀룰로오스를 피브릴화하여 얻은 미소섬유상 셀룰로오스는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 또는 나노피브릴화 셀룰로오스(nanofibrillated cellulose)이다.The microfibrillated cellulose obtained by fibrillating the cellulose is microfibrillated cellulose or nanofibrillated cellulose.
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 100 nm이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 50 nm, 더욱 구체적으로는 5 nm 내지 10 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm. Specifically, the diameter of the microfibrous cellulose may be 5 nm to 50 nm, more specifically 5 nm to 10 nm, but is not limited thereto.
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 500 ㎛이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 100 ㎛, 더욱 구체적으로는 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. The length of the microfibrous cellulose is 100 nm to 500 탆. Specifically, the length of the microfibrous cellulose may be 100 nm to 100 탆, more specifically, 100 nm to 10 탆, but is not limited thereto.
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이는 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 기판상에 얇게 캐스트하고 건조한 후, 원자간힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope)을 이용해 관찰하여, 측정한 복수의 섬유 길이 및 직경의 평균값을 의미한다.The diameter and length of the microfibrous cellulose are obtained by thinly casting a microfibrous cellulose dispersion on a substrate and drying the microfibrous cellulose dispersion, measuring the average length of the plurality of fibers and the diameter measured by AFM (Atomic Force Microscope) do.
상기 미소섬유상 셀룰로오스는 종횡비가 크고 직경이 작을수록 상기 제조방법에 사용하기에 유리하다. 특히, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이가 상기 범위일 때, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 액정 용액을 형성하기에 유리하다.As the aspect ratio of the microfibrous cellulose is larger and the diameter is smaller, it is advantageous for use in the production method. Particularly, when the diameter and the length of the microfibrous cellulose are within the above ranges, it is advantageous to form a liquid crystal solution of the microfibrillated cellulose.
상기 미소섬유상 셀룰로오스는 특정 농도 범위에서 입자가 스스로 배열하는 액정성(liquid crystal)을 갖는다. 이러한 미소섬유상 셀룰로오스의 특성을 이용하여 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향된 액정 용액을 제조한다.The microfibrous cellulose has a liquid crystal in which particles are arranged by themselves in a specific concentration range. A liquid crystal solution in which the microfibrous cellulose is partially oriented is produced by using the properties of the microfibrous cellulose.
상기 액정 용액은 상기 미소섬유상 셀룰로오스 및 물을 포함하고, 상기 액정 용액이 상기 액정 용액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 13 중량%의 미소섬유상 셀룰로오스를 포함한다.The liquid crystal solution includes the microfibrous cellulose and water, and the liquid crystal solution includes 0.1 to 13% by weight of microfibrous cellulose based on the total weight of the liquid crystal solution.
상기 액정 용액에서 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 함량이 상기 범위일 때, 액정 용액 내의 미소섬유상 셀룰로오스가 액정성을 띄게 되고, 액정의 점도가 적절하여 방사 채널에서 미소섬유상 셀룰로오스의 이송이 원활하며, 미소섬유상 셀룰로오스의 배향성 또한 우수하여 기계적 물성이 우수한 미소셀룰로오스 장섬유를 제조할 수 있다.When the content of the microfibrous cellulose in the liquid crystal solution is in the above range, the microfibrous cellulose in the liquid crystal solution becomes liquid crystalline and the viscosity of the liquid crystal is appropriate, so that the microfibrous cellulose is smoothly conveyed in the radial channel, And thus excellent microcellulose long fibers having excellent mechanical properties can be produced.
상기 액정 용액에서 상기 미소섬유상 셀룰로오스는 부분적으로 배향된 형태이다.In the liquid crystal solution, the microfibrous cellulose is partially oriented.
다음으로, 상기 액정 용액을 방사 채널의 유입부(21)에 투입한다((b) 단계).Next, the liquid crystal solution is injected into the
상기 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향된 액정 용액을 방사 채널의 유입부(21)에 투입한다.The liquid crystal solution in which the microfibrous cellulose is partially oriented is put into the
이 때 사용되는 방사 채널(20)은 방사 채널의 진행 방향에 수직인 단면의 단면적이 상기 방사 채널의 유입부(21)로부터 상기 방사 채널의 토출부(22) 쪽으로 갈수록 작아지는 형태를 갖는다(도 1 참조).The
예를 들어, 상기 방사 채널 유입부의 단면적은 상기 방사채널 토출부의 단면적의 106 배 내지 1016 배 일 수 있다. 구체적으로, 상기 방사 채널 유입부의 단면적은 상기 방사채널 토출부의 단면적의 1010 배 내지 1014 배 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the cross-sectional area of the radial channel inlet may be 10 6 to 10 16 times the cross-sectional area of the radial channel outlet. Specifically, the cross-sectional area of the radial channel inlet may be 10 10 to 10 14 times the cross-sectional area of the radial channel discharger, but is not limited thereto.
또 다른 예로서, 상기 방사 채널의 단면은 원형일 수 있고, 상기 방사 채널의 유입부 단면의 직경은 10 내지 106 mm일 수 있고, 상기 방사 채널의 토출부 단면의 직경은 0.01 내지 0.5 mm일 수 있다. As another example, the cross section of the radial channel may be circular, the diameter of the cross section of the inlet section of the radial channel may be between 10 and 10 6 mm, the diameter of the cross section of the discharge section of the radial channel may be between 0.01 and 0.5 mm .
상기 방사 채널의 단면이 원형일 때, 상기 방사 채널의 유입부 단면의 직경은 상기 방사 채널의 토출부 단면의 직경의 103 배 내지 108 배 일 수 있다. 구체적으로, 상기 방사 채널의 유입부 단면의 직경은 상기 방사 채널의 토출부 단면의 직경의 105 배 내지 107 배 일 수 있다.When the cross section of the radiation channel is circular, the diameter of the inlet section of the radiation channel may be 10 3 to 10 8 times the diameter of the outlet section of the radiation channel. Specifically, the diameter of the inlet section of the radial channel may be 10 5 to 10 7 times the diameter of the outlet section of the radial channel.
이어서, 상기 액정 용액을 방사 채널(20)의 일축방향으로 통과시키면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시킨다((c) 단계).Next, the microfibrous cellulose is oriented in the uniaxial direction while passing the liquid crystal solution in the direction of the uniaxial axis of the radiation channel 20 (step (c)).
상기 액정 용액을 방사 채널의 유입부(21)에서 상기 방사 채널의 토출부(22) 쪽으로, 즉 방사 채널의 진행 방향의 일축방향으로 통과시킨다.The liquid crystal solution is allowed to pass from the
단면적과 공간이 상대적으로 넓은 방사 채널의 유입부에서는 미소섬유상 셀룰로오스가 부분적으로 배향되어 있던 액정 용액이 방사 채널의 진행 방향의 일축방향을 따라 통과하면서 단면적과 공간이 점차적으로 좁아짐에 따라 강한 전단력에 의하여 미소섬유상 셀룰로오스가 일축방향으로 배향된다.In the inflow portion of the radiation channel having a relatively large cross-sectional area and space, as the liquid crystal solution in which the microfibrous cellulose is partially oriented passes along the uniaxial direction of the direction of the radiation channel, as the cross-sectional area and space gradually become narrower, The microfibrous cellulose is uniaxially oriented.
상기 미소섬유상 셀룰로오스가 일축방향으로 배향됨에 따라, 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 상호간에 존재하는 수소결합 및 반데르발스 인력에 의해 강하게 결합되고, 인장강도 및 탄성계수 등 기계적 강도가 뛰어난 미소셀룰로오스 장섬유를 제조할 수 있다.As the microfibrous cellulose is oriented in the uniaxial direction, it is strongly bonded to the microfibrous cellulose which is oriented in the uniaxial direction by the hydrogen bond and the van der Waals attractive force, and the microcellulose sheet having excellent mechanical strength such as tensile strength and elastic modulus Fibers can be produced.
다음으로, 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 상기 방사 채널의 토출부(22)를 통해 응고조(30)에 투입한다((d) 단계). 이어서, 상기 응고조(30) 내에서 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 확산에 의해 탈리하면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 응고되어 장섬유화된다((e) 단계).Next, the microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction is injected into the
상기 응고조(30)에는 응고액이 저장되어 있고, 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스가 응고조에 저장된 응고액에 투입된다.A coagulating solution is stored in the
상기 응고액은 물과 에탄올의 혼합액 또는 NaOH, KOH, BaCl2, PbCl2, Ba(NO3)2, Pb(NO3)2, Ca(NO3)2, CaCl2, FeCl2, FeCl3 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 수용액일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The coagulation liquid is a liquid mixture of water and ethanol or NaOH, KOH, BaCl 2, PbCl 2, Ba (NO 3) 2, Pb (NO 3) 2, Ca (NO 3) 2, CaCl 2, FeCl 2, FeCl 3 , and CuSO 4 , and the like, but is not limited thereto.
상기 물과 에탄올의 혼합액에서, 에탄올과 물의 부피비는 1:2 내지 1:5이다. 구체적으로, 상기 에탄올과 물의 부피비는 1:2 내지 1:4일 수 있고, 더 구체적으로는 1:3일 수 있다.In the mixture of water and ethanol, the volume ratio of ethanol to water is 1: 2 to 1: 5. Specifically, the volume ratio of ethanol to water may be 1: 2 to 1: 4, more specifically 1: 3.
또한, 상기 NaOH, KOH, BaCl2, PbCl2, Ba(NO3)2, Pb(NO3)2, Ca(NO3)2, CaCl2, FeCl2, FeCl3 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 수용액의 농도는 3 중량% 내지 10 중량%, 구체적으로는 3 중량% 내지 7 중량%일 수 있고, 더 구체적으로는 5 중량%일 수 있다.It is also possible to select the group consisting of NaOH, KOH, BaCl 2 , PbCl 2 , Ba (NO 3 ) 2 , Pb (NO 3 ) 2 , Ca (NO 3 ) 2 , CaCl 2 , FeCl 2 , FeCl 3 and CuSO 4 The concentration of the at least one aqueous solution may be from 3% by weight to 10% by weight, in particular from 3% by weight to 7% by weight, and more particularly 5% by weight.
상기 응고액이 상기 조성 및 농도 범위인 경우, 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 확산에 의해 탈리하기에 유리하다. 구체적으로, 상기 응고액이 상기 조성 및 농도 범위인 경우 경제적이면서도 응고반응이 일어나기에 적합하다.When the coagulating solution is in the above composition and concentration range, water in the microfibrous cellulose is advantageous to desorption by diffusion. Specifically, when the coagulating solution is in the above composition and concentration range, it is economical and suitable for causing a solidification reaction.
상기 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 농도 차이에 의한 확산에 의해 탈리하면서 셀룰로오스에 존재하는 -OH기 사이에 수소 결합에 의해 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 기계적 강도가 우수해지며, 상기 미소섬유상 셀룰로오스끼리 응집 및 응고되기 유리해진다. 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 응집 및 응고되면서 점차 장섬유화된다.The water in the microfibrous cellulose is desorbed by the diffusion due to the difference in concentration, the mechanical strength of the microfibrous cellulose is improved by the hydrogen bonding between the -OH groups existing in the cellulose, and the microfibrous cellulose coagulates and solidifies It becomes advantageous. The microfibrous cellulose gradually aggregates and coagulates and becomes filamentous.
또한, (e) 단계에서, 가교제를 더 첨가할 수 있다. Further, in step (e), a crosslinking agent may be further added.
상기 가교제는 상기 가교제가 2,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), m-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), p-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 톨루일렌 디이소시아네이트(TDI), 디- 알킬디페닐메탄 디이소시아네이트, 테트라-알킬디페닐메탄 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐-4,4'-디이소시아네이트(TODI), 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 4,4'-디벤질디이소시아네이트, 수소화 MDI (H12MDI), 1-메틸-2,4-디이소시아나토시클로헥산, 1,12-디이소시아나토도데칸, 1,6-디이소시아나토-2,2,4-트리메틸헥산, 1,6-디이소시아나토-2,4,4-트리메틸헥산, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 테트라메톡시부탄-1,4-디이소시아네이트, 부탄-1,4-디이소시아네이트, 헥산-1,6-디이소시아네이트(HDI), 이량체 지방산 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트 및 에틸렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있고, 구체적으로는 2,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트일 수 있다.The cross-linking agent may be selected so that the cross-linking agent is at least one selected from the group consisting of 2,4-methylenediphenyl diisocyanate (MDI), 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate (MDI), xylylene diisocyanate (XDI), m-tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI), p-tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI), toluylene diisocyanate (TDI), di-alkyldiphenylmethane diisocyanate, tetra-alkyldiphenylmethane diisocyanate, 3,3'- Diisocyanate (TODI), 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate (NDI), 4,4'-dibenzyl diisocyanate, hydrogenated MDI ), 1-methyl-2,4-diisocyanatocyclohexane, 1,12-diisocyanatododecane, 1,6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane, -2,4,4-trimethylhexane, isophorone diisocyanate (IPDI), tetramethoxybutane-1,4-diiso Diisocyanate (HDI), dimer fatty acid diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, and ethylene diisocyanate , And specifically may be at least one selected from the group consisting of 2,4-methylenediphenyl diisocyanate.
상기 가교제를 첨가함으로써, 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 분자 상호간에 수소 결합 및 반데르발스 인력에 의해 강하게 결합되고, 인장강도 및 탄성계수 등 기계적 강도가 뛰어난 미소셀룰로오스 장섬유를 제조할 수 있다.By adding the cross-linking agent, it is possible to produce microcellulose filaments which are strongly bonded to each other by hydrogen bond and van der Waals attraction between the microfibrillated cellulose molecules oriented in the uniaxial direction, and have excellent mechanical strength such as tensile strength and elastic modulus.
다음으로, 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 응고조(30)에서 분리한다((f) 단계).Next, the coagulated fibrous microfineous cellulose is separated from the coagulation bath 30 (step (f)).
선택적으로, 상기 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 응고조(30)에서 분리한 후, 상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척조(40)로 투입하여 세정용매로 세척할 수 있다(도 1 참조).Alternatively, after separating the long fiberized microfibrous cellulose from the
상기 세정용매는 물, 메탄올, 에탄올 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 용매일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cleaning solvent may be at least one solvent selected from the group consisting of water, methanol, ethanol and acetone, but is not limited thereto.
상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척하는 단계를 거침으로써, 불순물이 없는 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있다.By the step of washing the separated long fibrous microfibrous cellulose, it is possible to produce a long fibrous microfibrous cellulose free from impurities.
이어서, 상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 건조시킨다((g) 단계).Then, the separated long fibrous microfibrous cellulose is dried (step (g)).
상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 온풍건조 방법을 이용하여 건조시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separated long fibrous microfibrous cellulose may be dried using a hot air drying method, but the present invention is not limited thereto.
상기 온풍건조시, 건조 온도는 100 내지 150℃, 건조 시간은 1 내지 30분 동안 건조시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the hot air drying, the drying temperature may be 100-150 ° C, and the drying time may be 1 to 30 minutes, but is not limited thereto.
상술한 단계들을 거쳐 미소셀룰로오스 장섬유를 제조할 수 있다. 미소셀룰로오스 장섬유에 대한 설명은 하기 [미소셀룰로오스 장섬유]에 기재된 설명을 참조한다.The microcytic cellulose filaments can be produced through the above-mentioned steps. For a description of microcellulose filaments, refer to the description given below in [Microcellulose filaments].
상술한 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법을 통하여, 높은 인장강도, 파단 신율 및 인장 탄성율 등 높은 기계적 강도를 갖고 환경친화적이므로 다양한 분야에의 적용이 가능한 미소셀룰로오스 장섬유를 제조할 수 있다.Through the above-described method for producing microcircular cellulose filaments, microcellulose filament fibers having high mechanical strength such as high tensile strength, elongation at break and tensile elastic modulus and being environment-friendly are applicable to various fields.
[[ 미소셀룰로오스Microcellulose 장섬유Long fiber ]]
미소셀룰로오스 장섬유는 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법에 따라 제조된다.The microcellulose filament is prepared according to the method for producing the microcellulose filament.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 직경은 10 내지 800 nm이다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 직경은 10 내지 700 nm, 더욱 구체적으로는 20 내지 600 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The diameter of the microcellulose filament is 10 to 800 nm. Specifically, the diameter of the microcellulose filament may be 10 to 700 nm, more specifically, 20 to 600 nm, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유는 50 내지 100%의 결정화된 셀룰로오스를 포함한다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유는 80 내지 100%의 결정화된 셀룰로오스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The microcrystalline long fibers include 50 to 100% of crystallized cellulose. Specifically, the microcellulose filament may include 80 to 100% of crystallized cellulose, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유가 상기 범위의 결정화된 셀룰로오스를 포함할 경우, 제조된 미소셀룰로오스 장섬유의 기계적 강도를 높일 수 있다.When the microcellulose long fibers include the crystallized cellulose in the above range, the mechanical strength of the prepared microcellulose long fibers can be increased.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도는 3 내지 15 MPa일 수 있다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도는 4 내지 14 MPa, 더욱 구체적으로는 5 내지 14 MPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The tensile strength of the microcellulose filament may be 3 to 15 MPa. Specifically, the tensile strength of the microcellulose filament may be 4 to 14 MPa, more specifically, 5 to 14 MPa, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도가 상기 범위일 때, 제조된 미소셀룰로오스 장섬유가 적합한 기계적 강도를 유지할 수 있다.When the tensile strength of the microcellulose filament is in the above range, the prepared microcellular filament can maintain a suitable mechanical strength.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 파단 신율은 1.5 내지 10%일 수 있다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 파단 신율은 1.5 내지 7.5%, 더욱 구체적으로는 2 내지 5%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The elongation at break of the microcellulose filament may be 1.5 to 10%. Specifically, the elongation at break of the microcellulose filament may be from 1.5 to 7.5%, more specifically from 2 to 5%, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 파단 신율이 상기 범위일 때, 제조된 미소셀룰로오스 장섬유가 적합한 기계적 강도를 유지할 수 있다.When the elongation at break of the microcrystalline cellulose filaments is in the above range, the prepared microcellulose filaments can maintain a suitable mechanical strength.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 0.5%일 때의 인장탄성율은 1.5 내지 10 Gpa일 수 있다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 0.5%일 때의 인장탄성율은 1.5 내지 7.5 GPa, 더욱 구체적으로는 2 내지 7 GPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The tensile elastic modulus at a elongation of 0.5% of the microcellulose filament may be 1.5 to 10 Gpa. Specifically, the tensile elastic modulus at a elongation of 0.5% of the microcellulose filament may be 1.5 to 7.5 GPa, more specifically, 2 to 7 GPa, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 2.0%일 때의 인장탄성율은 2 내지 15 Gpa일 수 있다. 구체적으로, 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 2.0%일 때의 인장탄성율은 2.5 내지 12 GPa, 더욱 구체적으로는 4 내지 12 GPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The tensile elastic modulus when the elongation percentage of the microcellulose filament is 2.0% may be 2 to 15 Gpa. Specifically, the tensile elastic modulus when the microcellulose filament elongation is 2.0% elongation may be 2.5 to 12 GPa, more specifically, 4 to 12 GPa, but is not limited thereto.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 인장탄성율이 상기 범위일 때, 제조된 미소셀룰로오스 장섬유가 적합한 기계적 강도를 유지할 수 있다.When the tensile modulus of elasticity of the microcylulose long fibers is in the above range, the prepared microcellulose long fibers can maintain a suitable mechanical strength.
상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above contents will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the examples.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1 One
0.1wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 0.1 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of an aqueous solution of ethanol of 25 vol% through the discharging portion of the spinning channel, and the microfibrillated cellulose which was solidified in the coagulation bath to take up the long fibrous cellulose was taken. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
실시예Example 2 2
5wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 5 wt% of water was put into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of an aqueous solution of ethanol of 25 vol% through the discharging portion of the spinning channel, and the microfibrillated cellulose which was solidified in the coagulation bath to take up the long fibrous cellulose was taken. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
실시예Example 3 3
7wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 7 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of an aqueous solution of ethanol of 25 vol% through the discharging portion of the spinning channel, and the microfibrillated cellulose which was solidified in the coagulation bath to take up the long fibrous cellulose was taken. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
실시예Example 4 4
13wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 13 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of an aqueous solution of ethanol of 25 vol% through the discharging portion of the spinning channel, and the microfibrillated cellulose which was solidified in the coagulation bath to take up the long fibrous cellulose was taken. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
실시예Example 5 5
13wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액과 0.054 중량%의 2,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 함유한 혼합액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 13 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of a mixed solution containing 25 vol% aqueous ethanol solution and 0.054 weight% of 2,4-methylenediphenyl diisocyanate through the discharge portion of the spin chuck, So as to take a microfibrous cellulose having a long fiber. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
실시예Example 6 6
13wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액과 0.175 중량%의 2,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 함유한 혼합액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 13 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into the coagulation tank of a mixed solution containing 25 vol% aqueous ethanol solution and 0.175 weight% of 2,4-methylenediphenyl diisocyanate through the discharge portion of the spinning channel, So as to take a microfibrous cellulose having a long fiber. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
비교예Comparative Example 1 One
14wt%를 함유한 미소섬유상 셀룰로오스 수분산 용액을 약 8ml/h의 유량으로 방사 채널의 유입부에 투입하고 방사 채널의 일축방향으로 상기 용액을 통과시키면서 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시켰다. 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 방사 채널의 토출부를 통해 25 vol%의 에탄올 수용액의 응고조로 투입하였고, 상기 응고조에서 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 취하였다. 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 세척 후 건조하였다.The microfibrous cellulose aqueous dispersion solution containing 14 wt% was introduced into the inlet of the spin chuck at a flow rate of about 8 ml / h, and the microfibrous cellulose was uniaxially oriented while passing the solution in the uniaxial direction of the spin chuck. The microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction was introduced into a coagulation tank of an aqueous solution of ethanol of 25 vol% through the discharging portion of the spinning channel, and the microfibrillated cellulose which was solidified in the coagulation bath to take up the long fibrous cellulose was taken. The solidified fibrous microfine cellulose was washed and dried.
평가예Evaluation example 1: 인장강도 1: tensile strength
실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도는 ASTM D885 방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 25 ℃의 온도 및 65 % 상대습도 조건에서 250 ㎜의 시료 길이에 대하여 인장속도 300mm/min로 시료가 파단될 때 까지 인장시킨 후 파단 점에서 강도를 구하고 이러한 시행을 10회 이상 시험한 후 평균값을 취하여 표 1에 나타내었다.The tensile strengths of the microcellulose filament yarns prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were measured at 25 ° C and 65% relative humidity using an Instron tester (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) According to the ASTM D885 method The specimens were stretched until the specimens were broken at a tensile rate of 300 mm / min for a sample length of 250 mm in the humidity condition. The strength at the breaking point was determined, and the test was carried out 10 times or more.
평가예Evaluation example 2: 파단 2: Break 신율Elongation
실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 미소셀룰로오스 장섬유의 파단 신율을 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 25 ℃의 온도 및 65 % 상대습도 조건에서 250 ㎜의 시료 길이에 대하여 인장속도 300 mm/min로 시료가 파단될 때 까지 인장 시킨 후 파단 점에서 신율을 구하고 이러한 시행을 10회 이상 시험한 후 평균값을 취하여 표 1에 나타내었다.The elongation at break of the microcellulose filaments prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was measured using an Instron tester (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) At a temperature of 25 ° C and a relative humidity of 65% The elongation at the breaking point was obtained by tensile test at a tensile speed of 300 mm / min for the sample length, and the elongation at break was obtained.
평가예Evaluation example 3: 인장 3: Seal 탄성율Modulus of elasticity
실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도는 ASTM D885 방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 25 ℃의 온도 및 65 % 상대습도 조건에서 250 ㎜의 시료 길이에 대하여 인장속도 300mm/min로 인장시 신율 0.5%, 2.0%일 때 응력/변형률 곡선의 기울기 값을 구하고 이러한 시행을 10회 이상 시험한 후 평균값을 취하여, 표 1에 나타내었다.The tensile strengths of the microcellulose filament yarns prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were measured at 25 ° C and 65% relative humidity using an Instron tester (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) According to the ASTM D885 method The slope of the stress / strain curves was measured at a tensile elongation of 0.5% and 2.0% at a tensile rate of 300 mm / min for a sample length of 250 mm in a humidity condition. The slope of the stress / strain curve was measured 10 times or more, Respectively.
하기 표 1은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 미소섬유상 셀룰로오스 농도, 가교제 함량 및 평가예 1 내지 3에 따른 결과를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the microfibrous cellulose concentration, the content of the crosslinking agent, and the results according to Examples 1 to 3 of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1.
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 비교예 1에 비해 인장강도, 파단 신율 및 인장 탄성율 등 기계적 물성이 우수함을 확인할 수 있었다.As can be seen from the above Table 1, it was confirmed that Examples 1 to 6 had better mechanical properties such as tensile strength, elongation at break and tensile elastic modulus than Comparative Example 1.
20 : 방사 채널
21 : 방사 채널의 유입부
22 : 방사 채널의 토출부
30 : 응고조
40 : 세척조20: Radiation channel
21: inlet of the radiation channel
22: discharge part of the radiation channel
30: Coagulation bath
40: Washing tank
Claims (14)
(b) 상기 액정 용액을 방사 채널의 유입부에 투입하는 단계;
(c) 상기 액정 용액을 방사 채널의 일축방향으로 통과시키면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스를 일축방향으로 배향시키는 단계;
(d) 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스를 상기 방사 채널의 토출부를 통해 응고조에 투입하는 단계;
(e) 상기 응고조 내에서 상기 일축방향으로 배향된 미소섬유상 셀룰로오스 내의 물이 확산에 의해 탈리하면서 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 응고되어 장섬유화되는 단계;
(f) 상기 응고되어 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 응고조에서 분리하는 단계; 및
(g) 상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 건조시키는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계에서 제조된 액정 용액은 상기 미소섬유상 셀룰로오스 및 물을 포함하고,
상기 액정 용액이 상기 액정 용액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 13 중량%의 미소섬유상 셀룰로오스를 포함하는, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.(a) preparing a liquid crystal solution in which microfibrous cellulose is partially oriented;
(b) injecting the liquid crystal solution into the inlet of the spin chuck;
(c) orienting the microfibrous cellulose in the uniaxial direction while passing the liquid crystal solution in the direction of the uniaxial axis of the spin chuck;
(d) injecting the unidirectionally oriented microfibrous cellulose into the coagulation bath through the discharge portion of the radial channel;
(e) coagulating and fibrillating the microfibrous cellulose while water in the microfibrous cellulose oriented in the uniaxial direction in the coagulation bath is desorbed by diffusion;
(f) separating the coagulated long-fiberized microfibrous cellulose in a coagulation bath; And
(g) drying the separated long fibrous microfibrous cellulose,
The liquid crystal solution prepared in the step (a) comprises the microfibrous cellulose and water,
Wherein the liquid crystal solution comprises 0.1 to 13% by weight of microfibrous cellulose based on the total weight of the liquid crystal solution.
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경이 5 nm 내지 100 nm이고, 길이가 100 nm 내지 500 ㎛인, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm and a length of 100 nm to 500 탆.
상기 방사 채널의 일축방향에 수직인 단면의 단면적이 상기 방사 채널의 유입부로부터 상기 방사 채널의 토출부 쪽으로 갈수록 작아지는, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
Sectional area of the cross-section perpendicular to the uniaxial direction of the radial channel decreases from the inflow portion of the radial channel toward the discharge portion of the radial channel.
상기 응고조에 저장된 응고액이 물과 에탄올의 혼합액 또는 NaOH, KOH, BaCl2, PbCl2, Ba(NO3)2, Pb(NO3)2, Ca(NO3)2, CaCl2, FeCl2, FeCl3 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 수용액인, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
The coagulation liquid is stored bath the coagulation liquid mixture of water and ethanol or NaOH, KOH, BaCl 2, PbCl 2, Ba (NO 3) 2, Pb (NO 3) 2, Ca (NO 3) 2, CaCl 2, FeCl 2, FeCl 3, and CuSO 4 , in an aqueous solution of the microcrystalline cellulose.
상기 물과 에탄올의 혼합액에서 에탄올과 물의 부피비는 1:2 내지 1:5이고,
상기 NaOH, KOH, BaCl2, PbCl2, Ba(NO3)2, Pb(NO3)2, Ca(NO3)2, CaCl2, FeCl2, FeCl3 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 수용액의 농도는 3 중량% 내지 10 중량%인, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.6. The method of claim 5,
The volume ratio of ethanol to water in the mixture of water and ethanol is 1: 2 to 1: 5,
And one kind selected from the group consisting of NaOH, KOH, BaCl 2 , PbCl 2 , Ba (NO 3 ) 2 , Pb (NO 3 ) 2 , Ca (NO 3 ) 2 , CaCl 2 , FeCl 2 , FeCl 3 and CuSO 4 By weight of the aqueous solution is from 3% by weight to 10% by weight.
상기 (e) 단계에서 가교제를 더 첨가하고,
상기 가교제가 2,4-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), m-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), p-테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 톨루일렌 디이소시아네이트(TDI), 디- 알킬디페닐메탄 디이소시아네이트, 테트라-알킬디페닐메탄 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐-4,4'-디이소시아네이트(TODI), 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 4,4'-디벤질디이소시아네이트, 수소화 MDI (H12MDI), 1-메틸-2,4-디이소시아나토시클로헥산, 1,12-디이소시아나토도데칸, 1,6-디이소시아나토-2,2,4-트리메틸헥산, 1,6-디이소시아나토-2,4,4-트리메틸헥산, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 테트라메톡시부탄-1,4-디이소시아네이트, 부탄-1,4-디이소시아네이트, 헥산-1,6-디이소시아네이트(HDI), 이량체 지방산 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트 및 에틸렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
In the step (e), a crosslinking agent is further added,
Wherein the cross-linking agent is selected from the group consisting of 2,4-methylenediphenyl diisocyanate (MDI), 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate (MDI), xylylene diisocyanate (XDI), m-tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI) p-tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI), toluylene diisocyanate (TDI), di-alkyl diphenyl methane diisocyanate, tetra-alkyl diphenyl methane diisocyanate, 3,3'-dimethyl diphenyl- Diisocyanate (TODI), 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate (NDI), 4,4'-dibenzyl diisocyanate, hydrogenated MDI (H12MDI), 1 Diisocyanatocyclohexane, 1,12-diisocyanatododecane, 1,6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane, 1,6-diisocyanato-2, 4,4-trimethylhexane, isophorone diisocyanate (IPDI), tetramethoxybutane-1,4-diisocyanate, Diisocyanate, hexane-1,6-diisocyanate (HDI), dimeric fatty acid diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate and ethylene diisocyanate Wherein the microcrystalline cellulose is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl alcohol.
상기 (f) 단계 이후 및 상기 (g) 단계 이전에,
상기 분리된 장섬유화된 미소섬유상 셀룰로오스를 물, 메탄올, 에탄올 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 용매로 세척하는 단계;를 더 포함하는, 미소셀룰로오스 장섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
After step (f) and before step (g)
And washing the separated long fibrous microfibrous cellulose with at least one solvent selected from water, methanol, ethanol and acetone.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 직경이 10 nm 내지 800 nm인, 미소셀룰로오스 장섬유.10. The method of claim 9,
Wherein the microcrystalline cellulose filaments have a diameter of 10 nm to 800 nm.
ASTMD885 방법에 따라 측정된 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 인장강도는 3 내지 15 MPa인, 미소셀룰로오스 장섬유.10. The method of claim 9,
The tensile strength of said microcellular filamentous fibers measured according to the ASTM D885 method is 3 to 15 MPa.
상기 미소셀룰로오스 장섬유의 파단 신율은 1.5 내지 10%인, 미소셀룰로오스 장섬유.10. The method of claim 9,
Wherein the elongation at break of the microcellulose filament is 1.5 to 10%.
ASTMD885 방법에 따라 측정된 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 0.5%일 때의 인장탄성율은 1.5 내지 10 GPa인, 미소셀룰로오스 장섬유.10. The method of claim 9,
Wherein the tensile elastic modulus at the elongation of 0.5% of the microcellulose filament as measured according to the ASTM D885 method is 1.5 to 10 GPa.
ASTMD885 방법에 따라 측정된 상기 미소셀룰로오스 장섬유의 신율 2.0%일 때의 인장탄성율은 2 내지 15 GPa인, 미소셀룰로오스 장섬유.
10. The method of claim 9,
Wherein the tensile elastic modulus at a elongation of 2.0% of the microcellulose filament as measured according to the ASTM D885 method is 2 to 15 GPa.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170086307A KR101856501B1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Fibrillated cellulose filament preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170086307A KR101856501B1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Fibrillated cellulose filament preparation method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101856501B1 true KR101856501B1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62185693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170086307A KR101856501B1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Fibrillated cellulose filament preparation method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101856501B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020022532A1 (en) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | 인하대학교 산학협력단 | Method for manufacturing high-strength nanocellulose long fiber through steam treatment and extrusion |
KR20200057351A (en) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 한국과학기술연구원 | Sensor for sensing nitrogen oxide comprising nanocellulose and carbon nanotube composite fiber |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100618401B1 (en) | 2005-07-13 | 2006-08-30 | 주식회사 효성 | The method for producing cellulose fibers containing linear polymer |
KR100807367B1 (en) | 2006-11-03 | 2008-02-28 | 주식회사 효성 | Cross-linked lyocell cord and preparation method thereof |
KR101472098B1 (en) * | 2013-12-31 | 2014-12-16 | 주식회사 효성 | Manufacturing method of cellulose fiber using ionic liquid |
WO2015053226A1 (en) | 2013-10-07 | 2015-04-16 | 日東紡績株式会社 | Long cellulose fibers having high strength and high elasticity |
-
2017
- 2017-07-07 KR KR1020170086307A patent/KR101856501B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100618401B1 (en) | 2005-07-13 | 2006-08-30 | 주식회사 효성 | The method for producing cellulose fibers containing linear polymer |
KR100807367B1 (en) | 2006-11-03 | 2008-02-28 | 주식회사 효성 | Cross-linked lyocell cord and preparation method thereof |
WO2015053226A1 (en) | 2013-10-07 | 2015-04-16 | 日東紡績株式会社 | Long cellulose fibers having high strength and high elasticity |
KR101472098B1 (en) * | 2013-12-31 | 2014-12-16 | 주식회사 효성 | Manufacturing method of cellulose fiber using ionic liquid |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020022532A1 (en) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | 인하대학교 산학협력단 | Method for manufacturing high-strength nanocellulose long fiber through steam treatment and extrusion |
KR20200057351A (en) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 한국과학기술연구원 | Sensor for sensing nitrogen oxide comprising nanocellulose and carbon nanotube composite fiber |
KR102139051B1 (en) * | 2018-11-16 | 2020-07-29 | 한국과학기술연구원 | Sensor for sensing nitrogen oxide comprising nanocellulose and carbon nanotube composite fiber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mousavi et al. | Mechanical properties of bamboo fiber-reinforced polymer composites: a review of recent case studies | |
Lundahl et al. | Spinning of cellulose nanofibrils into filaments: a review | |
Liu et al. | Bamboo fiber and its reinforced composites: structure and properties | |
De Rosa et al. | Mechanical and thermal characterization of epoxy composites reinforced with random and quasi-unidirectional untreated Phormium tenax leaf fibers | |
Chen et al. | Isolation and characterization of cellulose nanofibers from four plant cellulose fibers using a chemical-ultrasonic process | |
Mariatti et al. | Properties of banana and pandanus woven fabric reinforced unsaturated polyester composites | |
Guna et al. | Hybrid biocomposites | |
KR20150141992A (en) | Polysaccaride film and method for the production thereof | |
Darus et al. | Physicochemical and thermal properties of lignocellulosic fiber from Gigantochloa Scortechinii bamboo: Effect of steam explosion treatment | |
KR101856501B1 (en) | Fibrillated cellulose filament preparation method thereof | |
US20210207320A1 (en) | Lignocellulosic composites prepared with aqueous alkaline and urea solutions in cold temperatures systems | |
CN109153856A (en) | The lignocellulosic composites prepared with cold temperature system and method aqueous alkalescence and urea liquid | |
Souza et al. | The use of curaua fibers as reinforcements in composites | |
Kwak et al. | High-toughness natural polymer nonwoven preforms inspired by silkworm cocoon structure | |
Zhang et al. | Fabrication of a high-toughness polyurethane/fibroin composite without interfacial treatment and its toughening mechanism | |
Nourbakhsh et al. | Giant milkweed (Calotropis persica) fibers—a potential reinforcement agent for thermoplastics composites | |
Karim et al. | Effects of kenaf loading and alkaline treatment on properties of kenaf filled natural rubber latex foam | |
dos Santos Carneiro da Cunha et al. | Study on mechanical and thermal properties of Amazon fibers on the polymeric biocomposites: Malva and tucum | |
Mokhtari et al. | Biobased Composites from jojoba oil and fibers from alfa stems: Elaboration and characterization | |
Guedes et al. | Thermoplastics polymers reinforced with natural fibers | |
Aranguren et al. | Mechanical performance of polyurethane (PU)-based biocomposites | |
CN113292831B (en) | Polylactic acid composite material and preparation method thereof | |
Cevanti et al. | Synthesis of Cellulose Fiber from Coconut Coir as Potential Application of Dental Flowable Composite Filler | |
Laborie | Bacterial cellulose and its polymeric nanocomposites | |
Babu et al. | Analyzing the mechanical and thermal property of hybrid natural fibers through reinforced polylactic acid composites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |