KR102154244B1

KR102154244B1 - 재생 셀룰로오스로부터의 성형체의 형성에서 사용되는 재활용 무명 섬유를 사전처리하는 방법

Info

Publication number: KR102154244B1
Application number: KR1020167017024A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 베이라흐; 수잔네 뫼델; 크리스티안 슈페르거; 안드레아 보르가르드스
Original assignee: 렌징 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2020-09-10
Also published as: KR20160090874A; US20170284023A9; US10316467B2; EP3074555A1; EP3074555B9; JP6488484B2; ES2733342T3; WO2015077807A1; CN105765116A; US20160237619A1; TR201909108T4; HUE043860T2; AT515152A1; CN105765116B; EP3074555B1; AT515152B1; JP2016537521A

Abstract

본 발명은 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 사용되는 재활용 무명 섬유를 사전처리하는 방법으로서, 재활용 무명 섬유 또는 이의 형성된 펄프의 금속 제거 스테이지 및 산화성 표백 스테이지를 포함하는, 효과적인 금속 감소 및 중합도 및 휘도(brightness)의 조정에 의해 특징되는 방법에 관한 것이다. 기술된 방법에 따라 처리된 재활용 무명 섬유는 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산을 위한 원료 물질로서 단독으로, 또는 통상적인 용해 펄프와의 블렌드로 사용될 수 있다. 본 방법은 비스코스 또는 라이어셀 공정을 통해 기술적으로 매끄럽고, 안전하고, 경제적으로 실현 가능한 방적(spinning)을 가능하게 하며, 이에 따라, 본 발명은 무명 폐기 물질을 위한 효율적인 재활용 경로를 제공한다.

Description

재생 셀룰로오스로부터의 성형체의 형성에서 사용되는 재활용 무명 섬유를 사전처리하는 방법{PROCESS FOR PRETREATING RECLAIMED COTTON FIBRES TO BE USED IN THE PRODUCTION OF MOULDED BODIES FROM REGENERATED CELLULOSE}

요약:

본 발명은 재생 셀룰로오스(regenerated cellulose)로부터 성형체(moulded body)의 생산에서 사용되는 재활용 무명 섬유(reclaimed cotton fibre)를 사전처리하는 방법으로서, 재활용 무명 섬유 또는 이의 형성된 펄프의 금속 제거 스테이지(metal removing stage) 및 산화성 표백 스테이지(oxidative bleaching stage)를 포함하는, 효과적인 금속 감소 및 중합도 및 휘도(brightness)의 조정에 의해 특징되는 방법에 관한 것이다. 기술된 방법에 따라 처리된 재활용 무명 섬유는 재생 셀룰로오스로부터의 성형체의 생산을 위한 원료 물질로서, 단독으로, 또는 통상적인 용해 펄프(dissolving pulp)와의 블렌드(blend)로 사용될 수 있다.

본 방법은 비스코스(Viscose) 또는 라이어셀(Lyocell) 공정을 통해 기술적으로 매끄럽고, 안전하고, 경제적으로 실현 가능한 방적(spinning)을 가능하게 하며, 이에 따라, 본 발명은 무명 폐기 물질을 위한 효율적인 재활용 경로를 제공한다.

이에 따라 수득된 생성물은 텍스타일 및 부직포 제조를 위해 적합한, 재생 무명 폐기물(recycled cotton waste)로부터의 고품질의 재생 셀룰로오스 성형체이다.

국제 면화 자문 위원회(International Cotton Advisory Committee)에 따르면, 2012년/2013년에 전세계에서 26억 3900만톤의 무명(cotton)이 생산되었다. 연간 무명 생산의 약 95%는 얀(yarn)의 생산에서 사용되는데, 이는 후속하여 텍스타일 제품의 제조에서 사용된다. 무명 텍스타일은 대략 전세계 텍스타일 생산의 1/3을 차지한다. 그러나, 이미 텍스타일 제조 공정을 따라, 상당한 양의 무명 폐기 물질, 예를 들어, 방적 폐기물 또는 컨펙셔닝(confectioning)으로부터의 커팅(cutting)이 발생된다. 이러한 부류의 폐기물은 통상적으로 "소비전 폐기물(pre-consumer waste)"로서 지칭되며, 때때로, 이는 또한, "제조후 폐기물(post-industrial waste)"로서 공지된다. 물론, 무명 폐기물은 또한, 무명 함유 직물이 사용자에 의해 폐기된 직후에 발생된다. 즉 "소비후 폐기물(post-consumer waste)".

요즘에는, 기술된 무명 폐기 물질의 대부분은 대개 결국 소각 및 매립되는데, 이는 가치있는 셀룰로오스 원료 물질의 불가피한 손실과 같다.

단지 소량의 텍스타일 무명 폐기물이 현재 재활용되고 있다. 현존하는 무명 재활을 위한 경로는 예를 들어, 자선 단체(charity organization)로의 소비후 무명 텍스타일의 기부 또는 소비후 커팅(post-consumer cutting)으로부터 와이프(wipe) 또는 단열 물질을 위한 재가공 섬유(shoddy fibre)의 생산을 포함한다. 그러나, 개발도상국가에서 중개 상점(second-hand shop) 또는 유통(distribution)에서 재판매하는 것을 제외하고, 재활용 방법은 통상적으로 무명 폐기 물질의 다운-사이클링(down-cycling)을 나타내며, 즉, 재활용 무명 폐기 물질로부터 형성된 제품은 일반적으로 최초 제품 보다 덜 가치가 있다.

신규한 텍스타일의 생산에서 무명 폐기 물질의 직접적인 재사용은 다소 제한된다. 직접 재활용에서 주요 과제들 중 하나는 통상적으로, 무명 폐기 물질로부터 재활용 무명 섬유의 보다 짧은 길이로서, 이는 회수 공정 동안 기계적 섬유 손상으로 인하여 추가적으로 변질될 수 있다 이에 따라, 재활용 무명 섬유는 대개 고품질의 얀 및 텍스타일의 생산을 위해 천연 섬유와 블렌딩될 필요가 있다. 그러나, 무명 폐기 물질로부터의 재생된 섬유가 텍스타일 제조를 위해 적합한 원료를 생산하기 위해 천연 섬유와 블렌딩되는 경우에, 재활용 물질(reclaimed material)은 텍스타일 사슬의 다소 조기 스테이지로부터 비롯되어야 한다. 예를 들어, 무명 폐기 물질이 직물의 염색 후 회수되는 경우에, 이러한 착색된 섬유를 천연 섬유와 블렌딩함으로써 형성된 원료 물질은 단지 재활용 섬유와 유사한 칼라의 직물의 생산을 위해 사용될 수 있다. 높은 백분율의 전체 무명 폐기 물질을 나타내는 컨펙셔닝으로부터의 커팅을 고려하여, 이러한 것이 다수의 품질 및 칼라에서 초래하지만, 통상적으로 낮은 품질로 초래되기 때문에, 이러한 것은 직접 재활용을 위해 적합하지 않을 것이다.

미국특허 제5,331,801호에는 텍스타일 폐기물로부터 재활용 얀의 생산이 기재되어 있지만, 재활용 섬유로부터 제조된 얀은 천연 섬유로부터 제조된 얀과 비교할 때 동일한 강도 성질을 얻기 위해 보다 큰 트위스트(twist)를 필요로 한다. 의류 및 관련된 텍스타일 산업을 위해 적합한 보다 미세한 얀의 생산은 최대 90%의 천연 섬유와의 블렌딩을 필요로 한다.

유사하게, 미국특허 제5,481,864호에는 옷감 조각(cloth scrap)으로부터 재활용 직물의 생산이 기재되어 있다. 옷감 조각은 초기에 10%의 수분 수준으로 재생되고, 개섬(open)되고, 10 내지 25%의 고가의 프리미엄 캐리어 천연 직물, 예를 들어, 캐시미어(cashmere)와 블렌딩된다.

특허출원 WO 2011/130276 A2호에는 소비전 무명 폐기 물질로부터 회수된 섬유들의 블렌드의 사용이 기재되어 있다. 상기 특허출원에는 순전히 기계적 공정이 기재되어 있는데, 이는 정교한 분류화 노력을 포함한다. 이러한 회수된 물질로부터 제조된 텍스타일 제품이 적어도 세 가지의 상이한 품질의 회수된 무명 물질을 함유한 얀을 포한다는 것이 언급되어 있다. 이러한 회수된 물질로부터 제조된 얀이 천연 무명 섬유로부터 제조된 동일한 최종 제품에서 사용되는 얀 보다 15 내지 30% 높은 다양한 트위스트로 방적되는 것을 필요로 한다는 것이 언급되어 있다.

특허 출원 US 5369861 A호에는 소비전 또는 소비후 데님 폐기물(denim waste)의 직접 재활용이 기재되어 있다.

특허 출원 WO 2011/077446 A1호에는 무명지의 시트를 제조하고 이러한 시트를 0.1 내지 2 mm의 스트라이프(stripe)로 절단하고 이후에 이러한 스트라이프를 직물로 직조하거나 편직함으로써, 무명 직물을 기계적으로 재활용하는 다른 방식이 기재되어 있다.

상기에 언급된 모든 직접 재활용 공정들은 온전히 기계적인 것이며, 즉, 어떠한 공정도 무명 폐기 물질을 회수하거나 이를 회수 가능하게 만들기 위해 무명 폐기 물질을 사전처리하기 위해 어떠한 화학적 단계도 포함하지 않는다.

무명 폐기 물질을 재활용하는 다른 방식은 무명 래그 펄프(cotton rag pulp; CRP)의 생산이다. CRP는 오랜 동안, 특히 20세기 초반에, 페이퍼 생산에서 셀룰로오스 물질의 중요한 공급원이었다. 이에 따라, 래그의 알칼리성 쿠킹(alkaline cooking)을 기초로 한 CRP의 일반적인 생산 공정은 널리 알려져 있다. 후에, CRP는 a) 무명과 합성 섬유의 새로운 블렌딩(upcoming blending)이 CRP 생산을 복잡하게 하고 b) 폐지의 재활용이 제지를 위해 개발되었다는 사실로 인해 덜 중요하게 된다. 래그를 펄프로 변형시키는 하나의 장점은 소량의 상이한 품질 또는 칼라가 대량의 균일한 물질을 야기시키기 위해 가공될 수 있다는 것이다. 또한, CRP의 단점은, 셀룰로오스 섬유가 CRP 생산 공정 동안 분해되어 감소된 사슬 길이의 셀룰로오스 분자(즉, 낮아진 중합도("DP"))를 야기시키기 때문에, 텍스타일 제조를 위한 원료 물질로서 직접적으로 사용되지 못할 수 있다는 것이다. 텍스타일 제조에서 CRP의 직접 적용은 통상적으로 또한, 상이한 품질 및 칼라의 원료들 혼합의 결과로서의 낮은 휘도로 인해 제한된다.

무명 래그 펄프의 생산을 위해 적합한 래그는 소비전 폐기물 및 소비후 폐기물 둘 모두에서 비롯될 수 있다. 저자의 지식에 따르면, 재생 셀룰로오스 물질의 생산을 위한 무명 래그 펄프의 사용은 아직 보고된 바 없다.

재생 셀룰로오스 물질의 생산 공정은 전문가에게 이미 알려져 있다: 특히, 수성 아민 옥사이드, 특히 바람직하게 4-메틸모르폴린 N-옥사이드(NMMO)를 사용하는, 라이어셀 공정[예를 들어, EP 0356419 B1 및 EP 0584318 B1 참조], 비스코스 공정[예를 들어, 문헌[Goetze, Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, 1967] 참조], 및 모달(Modal) 공정[예를 들어, 오스트리아 특허 AT 287905 참조].

EP 0717131 B1호에는 반응성 염료를 이용하여 염색된, 사용된 텍스타일로부터 비스코스 섬유의 생산이 기재되어 있다. 기술된 사용된 텍스타일은 비스코스 공정 이전에 기계적으로 분해된다. 그러나, 원료의 어떠한 화학적 처리도 언급되어 있지 않다. 알칼리 셀룰로오스의 환원성 표백이 칼라 제거를 위해 언급되어 있다. 무명 섬유로 재생될 수 있는 무명 폐기 물질은 소비후 텍스타일로 제한되는데, 이는 반응성 염료에 의해 염색된 것이다. 착색된 무명 커팅의 직접 재사용을 위해 상술된 것과 유사하게, EP 0717131 B1호에 따른 비스코스 섬유 생산은 이의 칼라와 관련하여 원료의 철저한 분류를 필요로 한다. 얻어진 비스코스 섬유의 품질과 관련한 어떠한 정보도 제공되지 않았다.

특허 출원 CN 102660791A호에는 또한, 바닥 매트(floor mat)를 생산하기 위한 비스코스 공정을 통한 소비후 무명 의복의 재사용이 기재되어 있다. 원료 물질 또는 얻어진 비스코스 섬유의 품질에 관한 어떠한 정보도 제공되어 있지 않다. 그러나, 다소 저가 제품 바닥 매트에서 이러한 섬유의 사용에 대한 제한은 이러한 섬유의 품질이 낮고 텍스타일 제조를 위해 적합하지 않음을 명시한다.

US 5,601,767호에는 파쇄된 셀룰로오스 함유 직물로부터 라이어셀 공정에 의한 라이어셀 섬유의 생산이 기재되어 있다. 제공된 예들로부터, 섬유 생산을 위해 사용된 직물이 소비후 타입이라는 것이 명백하다. 기계적 처리를 제외하고, 다른 부류의 사전처리가 보고되지 않았으며, 특히 어떠한 화학적 가공 단계도 언급되어 있지 않는다. 이는 착색된 원료가 착색된 섬유를 야기시키기 때문에 US 5,601,767호에 따라 생산된 섬유가 텍스타일 생산에서 다시 제한된 유용성을 갖는다는 것을 시사한다. 또한, US 5,601,767호는 무명 셀룰로오스 중합도를 조정하기 위한 가능성을 함유하지 않는다.

특허 CN 102199310B호에는 NMMO에 셀룰로오스 함유물을 물리적으로 용해시키고 후속하여 용해되지 않은 폴리에스테르 물질을 물리적으로 분리(여과)함으로써 폐 폴리에스테르 및 무명 텍스타일 블렌드로부터 무명을 회수하는 공정이 기재되어 있다. 셀룰로오스 농도가 제조된 용액에서 달성된다는 것이 언급되어 있지 않다. 기술된 바와 같이 NMMO에 셀룰로오스를 용해시키는 공정이 훨씬 유사한 안정화제가 사용되는 라이어셀 공정과 밀접하게 관련이 있지만, 이러한 용액으로부터 재생 셀룰로오스 섬유의 생산은 언급되어 있지 않다. 이에 따라, 이러한 공정은 오로지 폴리에스테르로부터 무명을 분리시키기 위한 옵션으로서 고려되어야 하고, 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 무명 폐기 물질을 재활용하기 위해 적합하지는 않다.

이전에 기술된 재활용 옵션은 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정에서 사용되기 전에 재활용 무명 섬유의 임의의 화학적 사전처리 공정을 포함하지 않는다.

재생 셀룰로오스 물질을 생산히기 위한 재활용 무명 섬유를 사용하기 위한 최신 기술을 기술하는 상술된 예들은, 종래 기술의 모든 공정들이 소비후 폐기 물질의 재활용에 할애된다는 것을 시사한다.

소비전 무명 폐기 물질의 사용은 아직 상세히 기술되어 있지 않았다.

일반적으로, 소비전 무명 폐기 물질 또는 텍스타일 생산을 위해 사용되는 무명 섬유는 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정을 위한 적절한 물질인 것으로 고려되지 않는다. 이러한 것은 높은 중합도(DP)를 갖는, 즉, 대개 고유 점도("IV")에 의해 표현되는 높은 점도를 갖는 셀룰로오스 분자들로 이루어진다. 이는 이러한 것을 셀룰로오스를 용해시키기 위해 사용되는 용매 및 반응물에 덜 접근 가능하게 만들고, 결과적으로, 통상적인 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정에서 처리되는데 비실용적이다. 한 조각의 무명 텍스타일의 수명 동안, 셀룰로오스 분자들은 분해하며, 이의 DP는 소비후 텍스타일 폐기물이 최종적으로 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 출발 물질로서 사용될 수 있는 수준으로 감소된다. 그러나, 이는, 상기 분해가 사용 조건 및 시간에 크게 의존적이기 때문에, 일반적인 유효한 사실로 고려되지 못할 수 있다. 이에 따라, 재생 셀룰로오스 섬유의 생산을 위해 요구되는 적합하고 균일한 DP 수준은 일반적으로 소비후 폐기물에 존재할 것으로 보장되지 못할 수 있다. 대신에, 소비후 폐기물은 DP 수준이 고품질의 재생 셀룰로오스 섬유의 생산을 위해 실제로 너무 낮도록 분해될 수 있다. 소비전 폐기물에서, 높은 DP가 유지된다.

또한, 재활용 무명 폐기 물질의 유용성은 셀룰로오스 이외에 텍스타일이 통상적으로 추가적인 화학물질, 예를 들어, 염료, 수지, 광학 증백제, 등을 함유하고 이의 수명 동안에, 예를 들어 세척 동안 연화제 또는 표백제에 의해 추가로 오염될 수 있다는 사실로 인해 제한된다. 또한, 상당한 양의 금속이 소비전 및 소비후 무명 폐기 물질에서 발견될 수 있다. 이러한 금속은 한편으로, 버튼(button) 또는 지프(zip)의 마모로부터 비롯될 수 있거나, 다른 한편으로 성장 동안 또한 무명 섬유를 텍스타일로 가공하는 동안 무명 섬유에 도입될 수 있다.

임의의 이러한 화학물질의 존재는 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정에서 무명 폐기 물질로부터 재활용 무명 섬유의 적용을 잠재적으로 방해한다. 일 예로서, 수지는 셀룰로오스 분자들을 화학적으로 상호 연결시켜 이러한 것들을 불용성이고 비반응성이게 만든다. 이러한 물질은 무명 폐기 물질의 단순한 기계적 분해 단계에 의해 재활용 섬유로부터 제거되지 않는다.

특히, 라이어셀 공정을 위한 가능한 원료로서의 이의 사용과 관련하여, 재활용 무명 섬유의 금속 함량이 특별히 주목된다. 예를 들어, 철 및 구리 양이온이 라이어셀 공정에서 용매인 NMMO의 분해 온도를 낮춘다는 것이 알려져 있다. 동시에, 분해 속도는 증가된다. 이에 따라, 금속은 또한, 비스코스 공정 및 라이어셀 공정 둘 모두에서 셀룰로오스-함유 방적 원액(spinning dope)의 분해를 촉매화할 수 있다. 상숭된 공정 온도 도는 긴 가공 시간에, 이는 제어되지 않은 분해 공정으로 인해 화염 및 폭발을 야기시킬 수 있다. 상기 분해 온도를 측정하는 방법은 EP 0781356 B1호("시카렉스(Sikarex) 시험")에 제공된다.

고함량의 Si, Ca, 또는 Mg는 통상적으로 샌드(sand) 또는 먼지(dust)로부터 비롯할 것 같은 많은 양의 미립자 불순물과 관련이 있다. 그러나, 방적 원액에서 높은 입자 함량은 보다 높은 여과 노력을 요구하는데, 이는 보다 낮은 생산을 야기시킨다. 입자 함량이 너무 높은 경우에, 여과 시스템은 심지어 완전히 차단될 수 있다. 추가적으로, 여과에 의해 방적 원액으로부터 제거되지 못할 수 있는 다량의 작은 입자들은 방적돌기에서 문제를 야기시킬 수 있어서, 다시 보다 낮은 생산 및/또는 보다 낮은 품질의 섬유를 초래할 수 있다.

과제:

이러한 최신 기술의 측면에서, 해결하려는 과제는 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산을 위해 상이한 품질의 무명 폐기 물질들을 사용하여 상기 무명 폐기 물질을 예를 들어, 텍스타일 및 부직포 제조를 위해 적합한 고품질의 제품으로 효율적으로 재활용하기 위한 경로를 제공하는 공정을 제공하기 위한 것이다.

해법:

이러한 과제는 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 사용되는 재활용 무명 섬유를 사전처리하는 공정에 의해 해소되는데, 여기서 재활용 무명 섬유의 사전처리는 금속 제거 스테이지 및 산화성 표백 스테이지를 포함한다.

본 발명은 상술된 임의의 부류의 무명 폐기 물질이 나중에 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정에 의해 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 사용되기 위해 화학적으로 사전처리될 수 있는 공정을 나타낸다. 이에 의해, 본 발명은 무명 폐기 물질을 위한 매력적인 재활용 옵션을 제공하여, 매립 또는 소각과 같은 적절치 않은 폐기 경로를 방지한다. 본 발명에 따라 사전처리된 무명 폐기 물질로부터 형성된 성형체는 상업적으로 입수 가능한 "천연" 용해 펄프로부터 제조된 성형체와 비교하여 유사하거나 심지어 우수한 품질을 가지고, 이에 따라, 텍스타일 및 부직포 제조를 위해 적합하다.

무명 폐기 물질은 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정을 통해 재생 셀룰로오스 섬유의 생산을 위해 적합한 원료 물질로 이동될 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 용어 "비스코스 공정"은 또한, 셀룰로오스 잔토게네이트의 형성, 방적 및 재생을 기초로 하는 모달 공정을 포함할 것이다.

본 발명에 기술된 사전처리 공정은 소비전 및 소비후 무명 폐기 물질 및/또는 이의 생산된 무명 래그 펄프에 적용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 구체예에서, 무명 섬유는 컴빙 폐기물(combing waste), 무명 커팅 또는 의복 제조 등으로부터의 폐기 섬유와 같은(그러나 이로 제한되지 않음) 소비전 무명 폐기물로부터 재활용된다. 본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 무명 섬유는 소비후 무명 폐기물로부터 재활용된다. 용어 "소비후 무명 폐기물(post-consumer cotton waste)"은 세탁 폐기물 또는 사용된 의류를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 특히 바람직한 구체예에서, 재활용 무명 섬유는 무명 래그로부터 제조된 펄프를 포함한다.

본 발명에 따른 화학적 처리를 적용하기 전에, 재활용 섬유를 적절하게 제조하기 위해 기계적 처리를 적용하는 것이 유용할 수 있다. 이는 재활용 무명 섬유가 이의 사용 이전에 기계적으로 파쇄되거나, 밀링(mill)되거나, 개섬(open)되는 스테이지에 의해 수행될 수 있다. 또한, 예를 들어, 섬유의 기원에 따라, 재활용 무명 섬유가 이의 사용 전에 버튼 또는 지프 등으로부터 분리되는 기계적 스테이지가 유용하다. 또한, 재활용 무명 섬유가 이의 사용 이전에 비-무명 섬유로부터 분리되는 기계적 또는 화학적 스테이지가 유용할 수 있다.

기술된 공정은 산화성 표백 처리가 산성 세척 처리 및/또는 착화제의 수용액으로의 처리와 결합된 다단계 공정이다. 단일 단계들의 결합 및/또는 세기를 조정함으로써, 기술된 공정은 재활용 무명 섬유 물질이 재생 셀룰로오스 성형체의 생산을 위한 원료 물질로서 사용될 수 있는 방식으로 임의의 부류의 무명 폐기 물질을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 기술된 공정은 금속 함량을 효과적으로 낮추고, 재활용 무명 섬유의 점도 및 휘도를 조정할 수 있다.

본 발명에 따른 무명 폐기 물질을 사전처리함으로써, 기술적으로 안전하고 경계적으로 실현 가능한 섬유 방적이 보장된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 공정의 바람직한 구체예에서, 금속 제거 스테이지는 산성 세척 처리 및/또는 착화제로의 처리이다.

본 발명에 따르면, 무명 폐기 물질은 금속 함량을 효과적으로 낮추기 위해 산성 세척 처리로 수행된다. 이는 특히, 재생된 섬유 물질이 라이어셀 공정에서 사용되도록 의도되지만 비스코스 공정을 위해 적용하는 경우에 중요하다.

본 발명에 따른 산성 세척 처리는 실온 내지 100℃, 바람직하게 50 내지 70℃의 온도에서 15 내지 120분, 바람직하게 15 내지 60분 동안 1.5 내지 5, 바람직하게 2 내지 3의 pH 수치에서 수행될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 산성 세척 처리는 무명 폐기 물질 내에서 셀룰로오스의 중합도가 초기 수치에 대해 10% 초과, 바람직하게 5% 미만까지 변경되지 않는 방식으로 수행된다.

본 발명에 따른 금속 제거는 또한, 착화제의 수용액에 의해 무명 폐기 물질을 처리함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게, 상기 수용액 중의 착화제의 농도는 오븐 건조 펄프 1톤(odtp) 당 5 kg 미만, 특히 바람직하게 2 kg/odtp 미만이다. 무명 폐기 물질의 착화제의 수용액으로의 처리는 실온 내지 100℃, 바람직하게 50 내지 80℃의 온도에서 15 내지 120분, 바람직하게 15 내지 90분 동안 수행될 수 있다.

산성 세척 단계 및 착화제의 수용액으로의 처리는 착화제를 산성 세척액에 첨가함으로써 한 공정 단계로 결합될 수 있다.

상술된 처리에 따른 성공적인 금속 제거 후에, 처리된 샘플은 EP 0781356 B1호에 기술된 바와 같이, 시카렉스 시험을 진행한다.

비스코스 또는 라이어셀 공정에서 사용하기에 적합한 방적 원액이 재활용 무명 섬유로부터 제조될 수 있음을 보장하기 위해, 셀룰로오스 중합도 또는 균등하게 대개 고유 점도("IV")에 의해 표현되는, 이의 점도는 특정 범위로 조정되어야 한다. 본 발명에 따르면, 점도 조정은 재활용 무명 섬유의 산화성 표백 처리에 의해 수행될 수 있다. 산화성 표백은 예를 들어, 하이포아염소산염(Hypochloride) 또는 ClO₂를 사용하여 염소 원소 부재("ECF") 하에서 또는 전체 염소 부재("TCF") 하에서 수행될 수 있다.

산화성 표백 처리를 수행하는 본 발명의 바람직한 구체예는 재활용 무명 섬유의 퍼옥사이드로의 표백으로서, 이는 통상적으로 당업자에 의해 P-스테이지로 지칭된다. 본 발명에 따른 퍼옥사이드 표백은 40 내지 100℃, 바람직하게 70 내지 80℃의 온도에서, 10 내지 120분, 바람직하게 30 내지 60분의 반응 시간 동안 8 내지 12, 바람직하게 10 내지 11의 pH에서 수행될 수 있다. 퍼옥사이드 용량은 odtp 당 2 내지 40 kg H₂O₂, 바람직하게 5 내지 15 kg H₂O₂/odtp로 변경될 수 있다. 안정화제, 예를 들어, 착화제, 실리케이트, 폴리포스페이트 또는 Mg-염은 P-스테이지에 첨가될 수 있다. 과선화아세트산, 카로 산(Caro's acid), 등과 같은 다른 퍼옥사이드가 또한 적용 가능하다.

본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 산화성 표백 처리를 수행하는 것은 재활용 무명 섬유의 산소로의 표백으로서, 이는 통상적으로 당업자에 의해 O-스테이지로서 지칭된다.

본 발명에 따른 산소 표백은 50 내지 120℃, 바람직하게 80 내지 100℃의 온도에서, 15 내지 240분, 바람직하게 60 내지 90분의 반응 시간 동안 8 내지 12, 바람직하게 10 내지 11의 pH에서 수행될 수 있다.

O-스테이지 동안 상대적 산소압은 1 내지 10 bar, 바람직하게 3 내지 6 bar일 수 있다.

산화성 표백 처리를 수행하는 본 발명의 다른 바람직한 구체예는 재활용 무명 섬유의 오존으로의 표백으로서, 이는 통상적으로 당업자에 의해 Z-스테이지로서 지칭된다.

본 발명에 따른 오존 표백은 30 내지 90℃, 바람직하게 40 내지 60℃의 온도에서, 1 내지 120초, 바람직하게 1 내지 10초의 반응 시간 동안 2 내지 5, 바람직하게 2 내지 3의 pH에서 수행될 수 있다.

오존 용량은 0.1 내지 6 kg O₃/odtp, 바람직하게 1 내지 3 kg O₃/odtp에서 달라질 수 있다.

무명 폐기 물질의 초기 고유 점도에 따라, 상기 산화성 표백 처리의 조건은 재생된 무명 섬유의 최종 IV를 조정하기 위해 달라질 수 있다.

재활용 무명 섬유가 비스코스 공정에 따라 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 사용되도록 의도되는 경우에, 상기 재활용 무명 섬유의 IV는 850 내지 300 ml/g, 바람직하게 650 내지 350 ml/g, 가장 바람직하게 550 내지 400 ml/g 범위에서 조정될 것이다.

재활용 무명 섬유가 라이어셀 공정에 따라 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 사용되도록 의도되는 경우에, 상기 재활용 무명 섬유의 IV는 650 내지 300 ml/g, 바람직하게 500 내지 350 ml/g, 가장 바람직하게 440 내지 360 ml/g 범위에서 조정될 것이다.

본 발명에 따르면, 또한, 비스코스 또는 라이어셀 공정에 대해 요망되는 IV 수준을 달성하기 위해 상기 산화성 표백 처리들을 결합시키는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 산화성 표백 처리는 산성 세척에 의한 재활용 무명 섬유를 처리하거나 착화제의 수용액으로 처리하는 것에 후속하거나 이러한 두 과정 모두의 결합 후에 수행된다.

가능한 공정 구체예의 개요는 도 1에 제공된다.

본 발명은 추가적으로 무명 섬유를 재샹시키기 위한 공급원으로서 착색된 무명 폐기 물질을 사용할 수 있다. 기술된 공정에 의해 상기 착색된 무명 폐기 물질을 처리함으로써, 염료(dyestuff)는 산성 세척 처리 동안 세척에 의해 및/또는 산화성 표백 처리 동안 발색단을 파괴함으로써 제거될 수 있다. 이에 따라, 재활용 무명 섬유 물질의 휘도는 산화성 표백에 의해 요망되는 수준으로 조정될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따라 산화성 표백 스테이지에 의해 >80% ISO로 조정된다.

본 발명의 다른 부분은 비스코스 공정에 따라 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 상술된 바와 같으 공정에 의해 얻어진 재활용 무명 섬유의 용도이다.

이에 따라 얻어진 성형체는 스테이플 섬유, 필라멘트 섬유, 비스코스 또는 모달 타입의 스폰지 또는 호일일 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 구체예는 라이어셀 공정에 따라 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 상술된 바와 같은 공정에 의해 얻어진 재활용 무명 섬유의 용도이다.

이에 따라 얻어진 성형체는 스테이플 섬유, 필라멘트 섬유, 라이어셀 타입의 스폰지 또는 호일일 수 있다.

재활용 셀룰로오스 섬유는 오직 재생 셀룰로오스로부터 또는 상업적으로 입수 가능한 용해 펄프와의 블렌드로 이러한 성형체의 생산에서 사용될 수 있으며, 얻어진 성형체는 텍스타일 또는 부직포 제품으로의 추가 가공을 위해 사용될 수 있다.

기술된 공정을 사용할 때의 장점:

본 발명에 따른 소비전 또는 소비후 무명 폐기 물질 또는 이로부터 생산된 무명 래그 펄프를 사전처리하는 것은 처리되지 않은 무명 폐기 물질과 비교할 때 비스코스 또는 라이어셀 공정에 의해 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에서 여러 장점들을 제공한다.

본 발명의 장점은, 기술된 공정에 의해 재활용 무명 섬유의 전체 금속 함량이 열적으로 안정한 방적 원액을 제조할 수 있는 정도로 낮아진다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은, 기술된 공정에 의해 재활용 무명 섬유의 전체 금속 함량이 효과적으로 감소된다는 것이다. 방적 원액(비스코스 및 라이어셀 둘 모두)에서의 보다 적은 입자는 보다 양호한 가공성을 야기시킨다.

본 발명의 다른 장점은 기술된 공정에 의해 재활용 무명 섬유의 고유 점도가 광범위하게 조정될 수 있다는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 임의의 부류의 소비전 또는 소비후 무명 폐기 물질 도는 이로부터 형성된 무명 래그 펄프가 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정을 통해 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 제조를 위해 사용될 수 있다는 것을 허용한다.

본 발명의 다른 장점은 재활용 무명 섬유를 기술된 공정으로 처리함으로써, 이의 휘도가 광범위하게 조정될 수 있다는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 다양한 다른 초기 칼라의 무명 폐기 물질로부터 재활용 무명 섬유가 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 제조를 위해 사용될 수 있다는 것을 허용한다.

본 발명의 또 다른 장점은 재활용 무명 섬유를 기술된 공정으로 처리함으로써 통상적인 용해 펄프로부터 제조된 것과 비교하여 유사하거나 심지어 우수한 성질을 갖는 비스코스 공정 또는 라이어셀 공정을 통한 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산이 가능하다는 것이다.

마지막으로, 그러나 역시 주요한 것으로서, 본 발명의 다른 장점은 기술된 공정에 의해 얻어진 재생된 셀룰로오스 섬유가 단독으로 또는 상업적으로 입수 가능한 용해 펄프와의 블렌드로 사용될 수 있다는 것이다.

실시예 :

실시예 1:

라이어셀 방적 원액을 무명 래그 펄프의 형태로 존재하는 착색된 소비전 무명 폐기 물질로부터 미처리된 재활용 무명 섬유인 샘플 1로부터 제조하였다. 상기 방적 원액을 임의 사전처리 없이 시카렉스 시험으로 처리하였다. 상기 방적 원액은 시카렉스 시험을 통과하지 못하였다.

실시예 2:

다른 라이어셀 방적 원액을 인디고(indigo) 염색된 소비전 데님(Denim) 폐기 물질로부터 미처리된 재활용 무명 섬유인 샘플 2로부터 제조하였다. 재생된 섬유의 높은 점도로 인하여, 섬유 셀룰로오스 NMMO 혼합물을 수득하였지만, 방적 원액으로서 적합하지 않았다. 상기 섬유 셀룰로오스 NMMO 혼합물을 시카렉스 시험으로 처리하였다. 상기 혼합물은 시카렉스 시험을 통과하지 못하였다.

실시예 3:

무명 래그 펄프 형태로 존재하는 착색된 소비전 무명 폐기 물질로부터의 재활용 무명 섬유인 샘플 3을 본 발명에 따라 산성 세척 처리로 수행되었다. 산성 세척을 60℃의 온도에서 15분 동안 pH 3에서 수행하였다. 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하였다. 이후에, 샘플 3을 본 발명에 따라 과산화수소에 의해 산화성 표백으로 처리하였다. 과산화수소 표백을 80℃에서 60분 동안 pH 10.6에서 수행하였다. H₂O₂의 용량은 10 kg/odtp이었다. 1 kg Mg² ⁺/odtp를 표백 보조제로서 Mg(SO₄)의 형태로 첨가하였다. 마지막으로, 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다. 샘플 3을 상기 처리로 처리한 후에, 샘플은 샘플 3 A-P로 지칭된다. 금속 함량은 샘플 3 A-P로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록 효과적으로 낮추었다. 샘플 3 A-P의 고유 점도를 390 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 85.7% ISO로 증가시켰다.

(1) 라이어셀 방적 원액을 105 샘플 3 A-P 및 90% 통상적인 용해 펄프의 혼합물로부터 제조하였다. 일반적으로, 예를 들어, EP 0356419 B1호 및 EP 0671492 B1호로부터 당업자에게 공지된 바와 같이, 라이어셀 공정에 따라 이를 처리함으로써 라이어셀 타입의 재생된 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 상기 방적 원액을 사용하였다.

상응하는 섬유 데이타는 표 1에 나타내었다.

실시예 4:

샘플 3을 실시예 3에 기술된 바와 같이 본 발명에 따라 산성 세척 처리로 처리하였다. 이후에, 샘플 3을 본 발명에 따라 오존에 의해 산화성 표백으로 처리하였다. 오존 표백을 50℃에서 10초의 반응 시간 동안 pH 2.5에서 수행하였다. O₃의 용량은 2.9 kg/odtp이었다. 마지막으로, 샘플을 탈수하고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다.

샘플 3을 상기 처리로 처리한 후에, 샘플은 샘플 3 A-Z로서 지칭된다. 샘플 3 A-Z로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록, 금속 함량을 효과적으로 낮추었다. 샘플 3 A-Z의 고유 점도를 371 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 82.4% ISO로 증가시켰다.

실시예 5:

무명 래그 펄프 형태로 존재하는 착색된 소비전 무명 폐기 물질로부터 재생된 무명 섬유인 샘플 4를 본 발명에 따라 과산화수소에 의해 산화성 표백으로 처리하였다. 이후에 샘플 4를 본 발명에 따라 산성 세척 처리로 처리하였다. 마지막으로, 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다.

샘플 4를 상기 처리로 처리한 후에 샘플은 샘플 4 P-A로서 지칭된다. 샘플 4 P-A로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록, 금속 함량을 효과적으로 낮추었다. 샘플 4 P-A의 고유 점도를 372 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 82.1% ISO로 증가시켰다.

(1) 라이어셀 방적 원액을 100% 샘플 4 P-A로부터 제조하였다. 라이어셀 공정에 따라 처리함으로써 라이어셀 타입의 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 상기 방적 원액을 사용하였다.

상응하는 섬유 데이타는 표 1에 나타내었다.

(2) 비스코스 방적 원액을 100% 샘플 4 P-A로부터 제조하였다. 일반적으로, 예를 들어, 문헌[Gotze, "Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren", 1967]으로부터 당업자에게 공지된 바와 같이, 비스코스 공정에 따라 처리함으로써 비스코스 타입의 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 상기 방적 원액을 사용하였다.

상응하는 섬유 데이타는 표 1에 나타내었다.

(3) 비스코스 방적 원액을 20% 샘플 4 P-A 및 80% 통상적인 용해 펄프의 혼합물로부터 제조하였다. 비스코스 공정에 따라 이를 처리함으로써 비스코스 타입의 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 상기 방적 원액을 사용하였다.

상응하는 섬유 데이타는 표 1에 나타내었다.

실시예 6:

과산화수소에 의해 표백한 후 샘플 4를 본 발명에 따라 저농도의 착화제를 첨가함과 동시에 산성 세척 처리로 처리하였다. 처리를 60℃의 온도에서 30분 동안 pH 3에서 수행하였다. EDTA를 상기 착화제로서 첨가하였으며, 농도는 2 kg/odtp이었다. 마지막으로, 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다.

샘플 4를 상기 처리로 처리한 후에, 샘플은 샘플 4 P-AQ로서 지칭된다. 샘플 4 P-AQ로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록 금속 함량을 효과적으로 낮추었다. 샘플 4 P-AQ의 고유 점도를 366 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 84.5% ISO로 증가시켰다.

실시예 7:

무명 래그 펄프 형태로 존재하는 착색된 소비전 무명 폐기 물질로부터 재활용 무명 섬유인 샘플 5를 본 발명에 따르 과산화수소에 의해 산화성 표백으로 처리하였다. 이후에, 샘플 5를 본 발명에 따라 산성 세척 처리로 처리하였다. 마지막으로, 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다.

샘플 5를 상기 처리로 처리한 후에, 샘플은 샘플 5 P-A로서 지칭된다. 샘플 5 P-A로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록 금속 함량을 효과적으로 낮추었다. 샘플 5 P-A의 고유 점도를 612 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 80.9% ISO로 증가시켰다.

(1) 비스코스 방적 원액을 100% 샘플 5 P-A로부터 제조하였다. 일반적으로, 예를 들어, AT 287905호로부터 당업자에게 알려진 바와 같이, 모달 공정에 따라 이를 처리함으로서 모달 타입의 재생 셀룰로오스 섬유를 생산하기 위해 상기 방적 원액을 사용하였다.

상응하는 섬유 데이타는 표 1에 나타내었다.

실시예 8:

인디고 염색된 소비전 데님 폐기 물질로부터의 미처리된 재활용 무명 섬유인 샘플 6을 CRP 생산과 유사한 알칼리성 쿠킹(alkaline cooking)으로 처리하였다. 후속하여, 샘플 6을 본 발명에 따라 산성 세척 처리로 처리하였다. 이후에, 샘플 6을 본 발명에 따라 산화성 표백 시퀀스로 처리하였다. 표백 시퀀스는 Z-스테이지, 이후, P-스테이지로 이루어졌다. Z-스테이지를 50℃에서 10초의 반응 시간 동안 pH 2.5에서 수행하였다. O₃의 용량은 5.2 kg/odtp이었다. P-스테이지 표백을 80℃에서 30분 동안 pH 10.5에서 수행하였다. H₂O₂의 용량은 10 kg/odtp이었다. 1 kg Mg² ⁺/odtp를 표백 보조제로서 Mg(SO₄) 형태로 첨가하였다. 마지막으로, 샘플을 탈수시키고, 탈이온수로 세척하고, 공기 건조시켰다.

샘플 6을 상기 처리로 처리한 후에, 샘플은 샘플 6 A-Z-P로서 지칭된다. 샘플 6 A-Z-P로부터 제조된 방적 원액이 시카렉스 시험을 성공적으로 통과하도록 금속 함량을 효과적으로 낮추었다. 샘플 6 A-Z-P의 고유 점도를 498 ml/g으로 조정하였고, 휘도를 90.3% ISO로 증가시켰다.

[표 1] 섬유 데이타

Claims

재생 셀룰로오스(regenerated cellulose)로부터 성형체(moulded body)의 생산에 사용되는 재활용 무명 섬유(reclaimed cotton fibre)를 사전처리하는 방법으로서, 재활용 무명 섬유의 사전처리가 화학적 금속 제거 스테이지(chemical metal removing stage) 및 산화성 표백 스테이지(oxidative bleaching stage)를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 무명 섬유가 소비전 무명 폐기물(pre-consumer cotton waste)로부터 재활용된 것인 방법.
제1항에 있어서, 무명 섬유가 소비후 무명 폐기물(post-consumer cotton waste)로부터 재활용된 것인 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 무명 래그(cotton rag)로부터 제조된 펄프를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 이의 사용 전에 기계적으로 파쇄되거나, 밀링(milling)되거나, 개섬(open)되는 방법.
제1항에 있어서, 금속 제거 스테이지가 산성 세척 처리 및/또는 착화제로의 처리인 방법.
제6항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 착화제의 수용액에 의해 처리되는 방법.
제6항에 있어서, 두 가지 처리 모두가 산성 세척 처리에 착화제를 첨가함으로써 하나의 단계로 결합되는 방법.
제1항에 있어서, 산화성 표백 스테이지가 산소 표백 처리를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 산화성 표백 스테이지가 퍼옥사이드 표백 처리를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 산화성 표백 스테이지가 오존 표백 처리를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 산화성 표백 스테이지가 산소 표백 처리, 퍼옥사이드 표백 처리, 및 오존 표백 처리를 순서대로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 비스코스 공정(Viscose process)에 따른 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에 사용되는 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 제13항에 따라 사용되도록 의도되는 경우에, 방법이 수행된 후 재활용 무명 섬유의 고유 점도가 850 내지 300 ml/g의 범위 내에 있도록 공정 조건이 선택되는 방법.
제13항에 있어서, 성형체가 비스코스(Viscose) 또는 모달(Modal) 타입의 스테이플 섬유(staple fibre), 필라멘트 섬유(filament fibre), 스폰지 또는 호일인 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 라이어셀 공정(Lyocell process)에 따른 재생 셀룰로오스로부터 성형체의 생산에 사용되는 방법.
제1항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 제16항에 따라 사용되도록 의도되는 경우에, 방법이 수행된 후 재활용 무명 섬유의 고유 점도가 650 내지 300 ml/g의 범위 내에 있도록 공정 조건이 선택되는 방법.
제16항에 있어서, 성형체가 라이어셀 타입의 스테이플 섬유, 필라멘트 섬유, 스폰지 또는 호일인 방법.
제13항, 제15항, 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 재활용 무명 섬유가 온전히 재생 셀룰로오스로부터 또는 이와 용해 펄프(dissolving pulp)의 블렌드(blend)로부터 성형체의 생산에서 사용되는 방법.
제13항, 제15항, 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 얻어진 성형체가 텍스타일 또는 부직포 제품으로의 추가 가공을 위해 사용되는 방법.
제1항에 따라 처리된 재활용 무명 섬유를 포함하도록 생산된 재생 셀룰로오스 성형체를 포함하는 제품.