KR102157887B1

KR102157887B1 - 라이오셀 크림프 섬유

Info

Publication number: KR102157887B1
Application number: KR1020150136000A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 정영한
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2020-09-18
Also published as: CN107075739B; JP2017528616A; EP3202959A4; CN107075739A; US20170292207A1; EP3202959A1; KR20160038800A

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 크림핑하여 제조되며, 부풀림 지수가 800 내지 2,000인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유에 관한 것이다.

Description

라이오셀 크림프 섬유{Crimped Lyocell Fiber}

본 발명은 라이오셀 섬유에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 라이오셀 크림프 섬유에 관한 것이다.

섬유는 모양으로 보았을 때, 유연하고 가늘며, 굵기에 대한 길이의 비 즉, 섬도가 매우 큰 선상(線狀)의 물체를 의미한다. 이러한 섬유는 형태적인 측면에서는 장섬유, 준장섬유 및 단섬유로 구분할 수 있고, 원료적인 측면에서는 천연섬유와 인조섬유로 구분할 수 있다.

이전부터 섬유는 인간 생활과 밀접한 관계를 가져왔는데, 초창기 섬유는 면, 마, 양모, 견 섬유와 같은 천연섬유형태로서 피복 위한 원료로 주로 사용되었다. 그러나 산업 혁명 이후 과학 기술의 발전에 따라 섬유는 피복 재료뿐만 아니라 공업용으로도 그 용도가 확대되었고, 문화의 발달과 인구 증가에 따라 급증한 수요를 충족시키기 위해 인조 섬유 분야가 새로이 개척되었다.

인조 섬유의 경우 촉감 및 착용감이 천연섬유에 뒤지지 않을 뿐만 아니라, 강도가 우수하고 빠른 수분 흡수 및 배출 기능이 탁월하여 사람들에게 꾸준한 사랑을 받고 있다. 특히, 인조 섬유 가운데서 목재펄프 등의 천연 소재로부터 합성해낸 재생 섬유의 경우 천연 섬유와 거의 동등한 촉감을 구현해내고, 인체에 무해한 것으로 인식됨에 따라 점차 재생섬유에 대한 관심은 계속적으로 증가하고 있다.

재생섬유 가운데, 비스코스 레이온은 실크와 견줄만한 우수한 광택성과 발색성을 가진 섬유로서 과거 광범위하게 사용되었다. 그러나, 비스코스 레이온은 제조 과정이 다소 복잡하고, 목재 펄프 등을 녹이는 과정에서 많은 화학 약품이 사용됨에 따라 환경 문제와 폐수 처리 등에 대한 논란이 끊이지 않았다. 이에 큐프라 레이온, 라이오셀 등 기존 비스코스 레이온 섬유를 대체할 레이온계 재생 섬유 및 셀룰로오스 아세테이트와 같은 재생섬유들이 두각을 나타내기 시작하였다.

특히, 천연 펄프 및 아민 옥사이드 수화물로부터 제조되는 라이오셀 섬유의 경우, 기존 재생 섬유에 비해 우수한 인장특성과 촉감을 나타내고, 라이오셀 섬유 제조시 사용되는 아민 옥사이드계 용매는 재활용이 가능하며 폐기시에도 생분해되는 등, 생산 공정에서 일체의 오염물질을 발생시키지 않아 최근 친환경 재생섬유로서 라이오셀 섬유에 대한 연구가 더욱 활발해 지고 있는 실정이다.

이러한 라이오셀 섬유의 제조방법은 예컨데, 미국등록특허 제4,416,698호 및 제4,246,221호에 기재되어 있는 바와 같이 아민 옥사이드(NMMO)에 셀룰로오스가 용해된 방사도프를 방사하고, 이를 응고시켜 필라멘트를 제조한 후, 수세건조 후 가공 등을 거치는 방식이다. 또한, 라이오셀 섬유는 자연적으로 권축되지 않아 이를 유용하게 사용하기 위해서는 유럽공개특허 제797,696호에 기재된 방법에 따라 젖은 섬유를 압축하거나, 또는 유럽공개특허 제703,997호에 기재된 방법에 따라 건조증기를 사용하는 스터퍼 박스 권축가공에 의하여 크림프를 부여할 수 있다.

다만, 기존의 라이오셀 섬유의 경우에는 크림프 형성에 의한 부풀림성이 크게 우수하지 못하였다. 아울러 대부분의 라이오셀 섬유에 관한 연구가 강도 향상 등 물리적 성질을 개선하는데만 그쳐왔기에, 라이오셀 섬유의 부풀림성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 기술 연구는 꾸준히 요구되고 있다.

이에 본 발명을 통해 크림프 수 및 크림프 안정성이 우수하여 부풀림 특성이 보다 향상된 라이오셀 크림프 섬유를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 바람직한 구현예는 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 크림핑하여 제조되며, 하기 식 1로 정의되는 부풀림 지수가 800 내지 2,000인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유이다.

(식 1)

이때, 상기 식 1에서 부풀림 인수는 하기 식 2로 정의되는 것이다.

(식 2)

상기 구현예에 의한, 라이오셀 방사 도프는 방사도프 총 중량 기준 셀룰로오스 펄프 6 ~ 16 중량%; 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드 수용액 84 ~ 94 중량%를 포함하는 것일 수 있다.

이때, 상기 셀룰로오스 펄프는 펄프 총 중량 기준 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 97중량%이고, 중합도(DPw)가 600 ~ 1700인 것일 수 있다.

또한, 상기 구현예에 의한, 라이오셀 크림프 섬유는 인치당 크림프 수(CN)가 25 내지 39개/inch이고, 상기 식 2로 정의되는 부풀림 인수(BF)가 30 내지 50인 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한, 라이오셀 멀티 필라멘트는 인장강도가 2.0 내지 3.5 g/d인 라이오셀 모노필라멘트로 이루어진 것일 수 있다.

이때, 상기 라이오셀 모노필라멘트는 섬도가 1.0 내지 8.0 데니어이고, 신도가 5 내지 13%일 수 있다.

본 발명에 따르면 부풀림성이 향상된 라이오셀 크림프 섬유를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 라이오셀 크림프 섬유는 종래보다 부피감 향상의 효과가 뛰어나고, 크림프의 형태안정성이 우수하다. 이로써, 의류 및 산업소재로서 적용시 적은 양의 섬유로도 종래의 것과 비교하였을 때 동등 수준 이상의 물성을 기대할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 크림핑하여 제조되며, 하기 식 1로 정의되는 부풀림 지수가 800 내지 2,000인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유를 제공할 수 있다.

(식 1)

(식 2)

[부풀림 인수 및 부풀림 지수]

일반적으로 필라멘트에 크림프를 부여하는 공정을 가리키는 크림핑(crimping)이란 다른 용어로서 권축가공으로도 불리며, 인위적으로 섬유상의 형태로 방사하여 제조하는 인조 섬유에 천연섬유와 같은 질감을 부여하기 위하여 주름을 형성하는 가공법을 일컫는다. 크림핑 된 섬유는 섬유 다발 사이로 공기가 존재할 수 있는 공간이 확보되기 때문에, 동일한 중량임에도 큰 부피를 형성할 수 있고 이에 따라 폭신한 감촉과 보온성을 확보할 수 있다. 또한, 통기성이 확보될 수 있고, 통기성 확보에 따른 항균 효과까지 발휘될 수 있다. 더욱이 섬유의 소재 자체가 본 발명의 라이오셀과 같이 생분해성의 친환경 소재라면 그 효과는 배가 될 수 있다.

이에 따라 크림프가 부여된 라이오셀 섬유는 아웃도어, 이너웨어, 모자, 스포츠 양말, 내의류 등을 포함한 겨울용 의류나 이불, 의료용 섬유, 위생 용품등의 섬유소재로 사용될 수도 있고, 건축 및 자동자 분야 등의 산업소재로서 타이어코오드, 각종 필터, 호스 보강재와 같은 MRG(Mechanical Rubber Good), 시멘트 보강재, 자동차 내장재 보강재 등에 유용하게 사용될 수도 있다.

본 발명에서 상기 식 1과 같이 정의된 부풀림 지수는 수식으로부터 알 수 있듯이, 라이오셀 섬유에 형성된 인치당 크림프 개수 및 영구변형 전/후의 길이 변화율 대비 폭 변화율인 부풀림 인수에 의해 결정되는 값으로서, 값이 커질수록 부풀림 인수 또는 인치당 크림프 개수가 많다는 것을 의미한다. 이에 따라 부풀림 지수를 통해 라이오셀 섬유의 부풀림 정도를 용이하게 파악할 수 있으며, 부풀림 지수가 800 미만일 경우, 크림프 개수와 부풀림 인수 모두를 충분한 수준으로 만족시키기 곤란하고, 부풀림 지수가 2000 초과하기는 기술적인 한계가 존재할 수 있으므로 부풀림 지수는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에서 이와 같은 부풀림 지수 범위를 만족시키기 위해서 보다 바람직하게는 상기 식 2와 같이 영구변형 전/후의 섬유 길이 변화 대비 폭 변화율의 백분율 값으로 정의되는 부풀림 인수(Blooming Factor)가 30 내지 50을 만족하는 것이 좋으며, 인치당 측정되는 크림프 수(CN)는 25 내지 39개/inch를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 본 발명에서 정의하는 "영구변형"은 크림프가 형성된 섬유를 잡아당겼다가 놓았을 때 크림프가 원래의 형태로 회복되지 않는 시점을 의미하는 것이며, 본 발명에서는 실험을 통해 라이오셀 크림프 섬유가 4kg.f의 하중에서 영구변형의 거동을 보였음에 따라, 본 발명은 4kg.f 하중에서의 인장을 영구변형의 기준으로 할 수 있다.

만약, 크림프가 잘 형성된 섬유라면, 인치당 크림프 개수가 충분하므로 이에 따라 영구변형이 일어나기 전에는 크림프에 의해 섬유가 잘 부풀려져 있으나, 영구변형이 일어난 후에는 부풀어진 정도가 현저하게 줄어들어 그만큼 폭 변화율이 상당히 크게 관찰된다. 반면, 크림프가 제대로 형성되지 못한 섬유라면, 영구변형 전, 후 크림프에 의한 부풀림 정도 차이가 별로 나타나지 않는다. 이와 같이 부풀림 인수가 클수록 충분한 크림프에 의해 부풀림성이 우수한 것으로 해석될 수 있으며, 결과적으로 만족스러운 수준의 부풀림 지수 값을 얻을 수 있게 된다.

다만, 인치당 크림프 개수와 부풀림 인수는 개념상 반비례적인 거동을 나타낼 수 없으므로, 최소한 확보해야 하는 크림프 수(25개/inch)를 고려하면 부풀림 인수는 30 이상일 수 있으며, 크림프 수를 무한정 증가시킬 수는 없기에 부풀림 인수도 50을 초과하는 것은 곤란할 수 있다.

한편, 상술한 부풀림 특성을 갖는 본 발명의 라이오셀 크림프 섬유는 하기 (S1) 내지 (S5)와 같은 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

[(S1) 단계]

(SI) 단계는 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하는 단계이다. 이때, 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 라이오셀 방사도프는 셀룰로오스 펄스 6 내지 16 중량%; 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드 수용액 84 내지 94 중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 내지 97 중량%이고, 중합도(DPw)가 600 내지 1700인 것일 수 있다.

상기 셀룰로오스 펄프의 함량이 6 중량% 미만이면 섬유적 형태 및 특성을 구현하기 어렵고, 16 중량% 초과이면 수용액상에 용해하기 어렵고 인장강도가 불필요하게 높아질 수 있다. 또한, 상기 N-메틸모폴린-N-옥사이드 수용액의 함량이 84 중량% 미만이면 용해 점도가 크게 높아져서 바람직하지 못하며, 94 중량% 초과일 경우 방사 점도가 크게 낮아져서 방사 단계에서 균일한 섬유를 제조하기 어려울 수 있다.

또한, 상기 방사 도프를 사용하여 방사 구금으로부터 토출시키는 단계는 80 내지 130℃의 방사 온도하에서 이루어질 수 있다. 상기 방사 구금은 필라멘트 상의 방사 도프를 에어 갭 구간을 통해 응고조 내의 응고액으로 토출 시키는 역할을 하는 것으로서 상기 방사 온도를 벗어날 경우 방사 도프의 흐름성이 불량하거나 방사 도프의 점도가 낮아져 토출량을 제어하기 곤란할 수 있다.

[(S2) 단계]

(S2)단계는 상기 (S1) 단계에서 방사된 라이오셀 방사 도프를 응고시켜 라이오셀 멀티필라멘트를 수득하는 단계로서, 상기 (S2) 단계의 응고는 냉각공기를 방사 도프에 공급하여 응고시키는 에어퀀칭(Air Quenching, Q/A)에 의한 1차 응고 단계; 및 1차 응고된 방사 도프를 응고액에 담그어 응고시키는 2차 응고단계를 포함할 수 있다.

상기 (S1) 단계에서 방사 구금을 통하여 방사 도프를 토출 시킨 후에는 이를 상기 방사 구금과 응고조 사이의 공간인 에어 갭 구간으로 통과시킬 수 있다. 이러한 에어 갭 구간에는 도넛 형태의 구금 안쪽에 위치한 공냉부로부터 구금 안쪽에서 바깥쪽으로 냉각 공기가 공급되는데, 이러한 냉각 공기를 방사 도프에 공급하는 에어퀀칭에 의해 1 차 응고가 이루어질 수 있다.

이때, (S2) 단계에서 수득되는 라이오셀 멀티필라멘트의 물성에 영향을 미치는 요인은 에어 갭 구간에서의 냉각 공기의 온도 및 풍속이며, (S2)단계의 응고는 4 내지 15℃의 온도 및 5 내지 50m/s의 풍속을 갖는 냉각 공기를 방사 도프에 공급하여 응고하는 것일 수 있다. 상기 1차 응고시 냉각 공기의 온도가 4℃ 미만이면 구금 표면이 금방 식어 버리고, 라이오셀 멀티필라멘트 역시 불균일하게 응고되어 방사 공정성도 좋지 않게 되며, 15℃를 초과하면 냉각 공기에 의한 1차 응고가 충분히 이루어지지 않아 이 역시 방사 공정성에 불리한 영향을 미칠 수 있다.

또한, 1차 응고시 냉각 공기의 풍속이 5m/s 미만이면 냉각 공기에 의한 1차 응고가 충분히 이루어지지 않아 방사 공정성이 좋지 않게 되어 사절이 발생하고, 50m/s초과이면 구금에서 토출되는 방사 도프가 공기에 의해 흔들리면서 방사 공정성이 떨어질 수 있다.

에어퀀칭에 의한 1차 응고 후, 상기 방사 도프는 응고액이 담겨 있는 응고조에 공급되어 2차 응고가 진행될 수 있다. 적절한 2차 응고의 진행을 위해, 상기 응고액의 온도는 30℃ 이하인 것이 바람직한데, 응고 온도가 필요 이상으로 높지 않아 응고 속도를 적절히 제어할 수 있다. 상기 응고액은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 조성으로 제조하여 사용할 수 있으므로 특별히 한정되지 않는다.

[(S3) 단계]

(S3)단계는 상기 (S2)단계에서 수득된 라이오셀 멀티필라멘트를 수세하는 단계이다. 구체적으로는 상기 (S2)단계에서 수득된 라이오셀 멀티필라멘트를 견인롤러에 도입한 후, 수세욕으로 도입하여 수세할 수 있다. 상기 필라멘트의 수세 단계에서는 수세 후 용제의 회수 및 재사용의 용이성을 고려하여 0 내지 100℃ 온도의 수세액을 사용할 수 있으며, 상기 수세액으로는 물을 이용할 수 있고, 필요에 따라 기타의 첨가 성분을 더욱 포함시킬 수도 있다.

[(S4) 단계]

(S4) 단계는 상기 (S3)단계에서 수세된 라이오셀 멀티필라멘트를 유제처리 하는 단계로서, 유제 처리 후 건조를 수행하는 것이 바람직하다. 유제 처리는 멀티 필라멘트가 유제 속에서 완전히 잠겨 묻혀지는 형태로 수행될 수 있으며 유제 처리 장치의 진입롤과 방출롤에 부착된 짜주는 롤러에 의해 유제가 필라멘트에 묻는 양을 일정하게 유지한다. 상기 유제는 필라멘트가 건조 롤러 및 가이드, 크림프 단계에서의 접촉 시 발생하는 마찰을 줄여주어 크림프가 잘 형성될 수 있도록 기여한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 (S1) 내지 (S4)단계를 통해 제조된 라이오셀 멀티필라멘트를 이루는 라이오셀 모노필라멘트는 그 강도가 2.0g/d 내지 3.5g/d인 것이 바람직하다. 여기서, 모노필라멘트란 방사구금의 여러 홀을 통하여 토출되어 응고, 수세, 유제처리 단계를 거쳐 섬유화된 멀티필라멘트로부터 분리된 한 올의 필라멘트를 의미하며, 모노필라멘트의 강도는 섬유화된 멀티필라멘트로부터 분리된 한 올의 필라멘트의 강도를 의미할 수 있다.

통상 크림프를 부여하는 섬유의 경우 촉감, 부피감, 보온성, 흡수성 등의 물성을 향상시키는 경우가 대부분이기 때문에, 최소한의 강도는 확보하되 지나치게 강도가 우수할 필요는 없다. 즉, 상기 라이오셀 모노필라멘트의 강도가 2.0 g/d 미만이면 방사 공정성이 저하될 수 있고, 3.5 g/d초과이면 크림프 형성 후 개섬을 통한 부풀림 부여시 지나치게 높은 하중을 걸어야 하므로 공정 효율상 바람직하지 않다.

또한, 상기 라이오셀 모노필라멘트는 부풀림 성을 고려하여 섬도가 1.0 내지 8.0de인 것이 바람직하다. 모노필라멘트의 섬도가 1.0de(데니어)보다 낮으면 크림프 형성 후 개섬시 인접한 모노 필라멘트 간의 꼬임 현상이 발생할 수 있어 개섬률이 저하될 수 있고, 모노 필라멘트의 섬도가 8.0de보다 높으면 크림프 수를 증가시키는데 보다 많은 스팀과 압력을 부여해야 하므로 에너지 효율상 바람직하지 않으며 동일한 부풀림에도 상대적으로 최종 제품의 중량이 증가 될 수 있다.

나아가, 상기 라이오셀 모노필라멘트는 신도가 5 내지 13%일 수 있으며, 그 신도가 5% 미만이면 크림프 형성후 개섬시에 섬유가 쉽게 절단되어 수율이 저하될 수 있고, 공정 특성상 모노필라멘트의 신도를 13% 초과하도록 제어하는 것은 어려울 뿐만 아니라, 크림프를 부여하는 섬유의 적용분야를 고려하면 그 이상의 우수한 신도를 충족시킬 필요는 없다.

[(S5) 단계]

본 발명에서 (S5) 단계는 상기 (S4) 단계에서 유제 처리된 라이오셀 멀티필라멘트를 크림핑(crimping)하는 단계이다. 본 발명의 라이오셀 크림프 섬유의 경우 (S5)단계에서 부풀림 성이 결정될 수 있으며, 라이오셀 멀티필라멘트에 스팀을 공급하고 압력을 가하여 크림프를 형성할 수 있다. 구체적인 크림핑 수단은 스터퍼 박스(stuffer box)이며, 상기 스터퍼 박스는 스팀 박스(steam box) 및 프레스 롤러(Press Roller)를 포함하는 수단일 수 있다.

구체적으로, 크림프 방법을 살펴보면, 먼저 상기 라이오셀 멀티필라멘트를 스팀박스에 통과시켜 0.1 내지 1.0kgf/㎠으로 스팀을 부여함으로써 필라멘트의 온도를 올려주는 것이 바람직하다. 이때, 스팀 박스의 스팀의 공급량이 0.1 kgf/㎠ 미만이면 프레스 롤러에서 크림프가 원활하게 형성되지 않거나 크림프가 형성되더라도 열고정이 이루어지지 않으므로 형태가 유지될 수 없으며, 1.0 kgf/㎠ 초과이면 스토퍼 박스내의 온도가 120℃ 이상으로 상승하여 필라멘트가 서로 붙어버리기 때문에 스토퍼 박스를 통과하지 못하게 된다.

스팀박스를 통과한 이후에는 라이오셀 멀티필라멘트를 프레스 롤러(Press Roller)에 공급하여 1.5 내지 2.0kgf/㎠의 압력으로 압착함으로써, 크림프를 형성할 수 있다. 이때, 프레스 롤러를 눌러주는 압력이 1.5 kgf/㎠ 미만이면 원하는 크림프 수가 형성되지 않고, 2.0kgf/㎠ 초과이면 눌러주는 힘이 너무 강하여 이 역시 필라멘트가 스토퍼 박스를 통과하지 못할 수가 있다.

본 발명에서 스토퍼 박스를 통과하면서 형성된 크림프 수는 매우 중요하며, 크림프 수는 인치당 25 내지 39개/inch인 것이 바람직하다. 크림프 수가 25개/inch 미만일 경우, 개섬이 용이하지 않아 상기 식 1로 정의되는 부풀림 인수가 30에 미치지 못하며 그만큼 폭 방향으로의 부풀림 특성이 저조하게 나타날 수 있고, 프레스 롤러의 압력을 증가시켜도 크림프 수를 39개/inch 초과하여 형성시키는 것은 한계가 있을 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

제조예 1

중합도(DPw) 820, 알파 셀룰로오스 함량 93.9%인 셀룰로오스 펄프를 프로필 레이트 함량 0.01 중량%인 NMMO/H20 혼합 용제(중량비 90/10)에 혼합하여, 농도 12 중량%의 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 제조하였다.

먼저, 상기 방사 도프를 방사 구금의 방사노즐에서 방사 온도 110℃로 유지하였으며, 필라멘트의 단섬도가 3.37 데니어가 되도록 방사 도프의 토출량과 방사속도를 조절하여 방사하였다. 상기 방사노즐로부터 토출된 필라멘트 상의 방사 도프를 에어 갭 구간을 거쳐 응고조 내의 응고액에 공급하였다. 이때 상기 에어 갭 구간에서 냉각 공기는 8℃ 온도 및 10m/s 풍속으로 방사 도프를 1차 응고시킨다.

상기 응고액은 온도 25℃, 농도는 물 85중량% 및 NMMO 15중량%인 것을 사용하였다. 이 때, 상기 응고액 농도는 센서와 굴절계를 사용하여 연속적으로 모니터링하였다. 견인롤러를 통하여 공기층에서 연신이 된 필라멘트는 수세장치에서 스프레이 된 수세액에 의해 수세되어 잔존하는 NMMO를 제거하고, 필라멘트에 유제가 균일하게 묻도록 한 뒤, 다시 짜주어 필라멘트에 대한 유제 함량이 0.2%를 유지하도록 하였으며 건조롤러에서 150℃로 건조시켜 라이오셀 필라멘트를 제조하였다.

이와 같이 제조된 라이오셀 멀티필라멘트를 스터퍼 박스(stuffer box, Press Roller 압력 1.5kgf/㎠)에 통과시키면서 별도의 스팀 처리는 하지 않고, Press Roller 만으로 크림프(Crimp)를 부여함으로써 최종적으로 라이오셀 크림프 섬유를 제조하였다.

상기 제조된 라이오셀 크림프 섬유를 장력이 없는(tension free) 상태에서 200mm의 길이로 자른 후, 첫지점(0mm 위치)과 중간지점(100mm 위치)을 각각 고정하였다. 그리고 200mm 지점에서 인장력을 가하여 길이를 50%(50mm) 인장하고, 늘어난 위치에서 끝지점을 고정하였다. 이어서 100mm지점의 고정을 풀어 장력을 분산시키고, 현미경 사진을 찍어 10mm당 형성되어 있는 크림프 수(Crimp Number, CN)를 구하여 CPI(counts per inch)로 환산한 결과 상기 실시예 1-1의 크림프 개수는 7(ea/inch)로 측정되었다.

제조예 2 내지 6

상기 제조예 1과 동일한 방법을 적용하여 라이오셀 크림프 섬유를 제조하되, 프레스 롤러(Press Roller) 압력을 변화시켜 크림프 개수가 각각 15(ea/inch), 20(ea/inch), 25(ea/inch), 30(ea/inch) 및 39(ea/inch)인 제조예 2 내지 6을 제조하였다. 다만, 프레스 롤러 압력을 변화시켜도 크림프 수는 더 이상 증가하지 않아 제조예는 크림프 수가 39 ea/inch인 것까지만 제조하였다.

실시예 1 내지 3

스터퍼 박스에 내에서 라이오셀 섬유를 프레스 롤러에 통과시키기 전 열고정(heat setting) 시키기 위해, 스팀 박스로 압력이 1.0kgf/㎠인 스팀(120℃)을 부여한 것을 제외하고, 상기 제조예 4 내지 6과 동일한 방법을 각각 적용하여 크림프 개수가 25(ea/inch), 30(ea/inch) 및 39(ea/inch)인 라이오셀 크림프 섬유(실시예 1 내지 3)를 제조하였다.

비교예 1 내지 3

상기 실시예 1 내지 3과 같이 스터퍼 박스 내에서 스팀 처리를 한 것을 제외하고 각각 상기 제조예 1 내지 3과 동일한 방법을 적용하여 크림프 개수가 7(ea/inch), 15(ea/inch) 및 20(ea/inch)인 라이오셀 크림프 섬유 비교예 1 내지 3을 제조하였다.

측정예

상기 제조예 1 내지 6, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3을 모두 항온항습(온도: 22℃, 습도: 55%)조건에서 48시간 방치 후, UTM(Universal testing machine, INSTRON, 모델명: 5566, test mode: Tension test)을 이용하여 인장 강도를 테스트하였다. 인장 강도 테스트 결과, 하중이 4kgf일 때 크림프 섬유의 영구 변형이 나타나기 시작하였으며, 이에 인장 강도 테스트 전의 샘플의 길이(I.length) 및 폭(I.width)과 인장 강도 테스트 후 영구 변형이 일어난 샘플의 길이(A.length) 및 폭(A.width)을 각각 하기 계산식 1에 대입하여 부풀림 인수(Blooming Factor: BF)를 계산하였다.

계산식 1)

영구변형 전후 섬유의 길이변화: ΔL=|(A.length)-(I.length)|

영구변형 전후 섬유의 폭 변화: ΔW=|(A.width)-(I.width)|

또한, 하기 계산식 2와 같이 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2 각각의 크림프 수와 상기 측정된 부풀림 인수의 곱으로 부풀림 지수를 구하고 그 값을 하기 표 1에 반영하였다.

계산식 2)

Sample	열고정 처리 유무	Cr. No. (CN)	ΔL¹⁾	ΔW²⁾	Blooming Factor	부풀림 지수 (BFxCN)
제조예 1	X	7	80	4	5.0	35.0
제조예 2	X	15	77	5	6.5	97.5
제조예3	X	20	76	7	9.2	184.0
제조예 4	X	25	70	10	14.3	357.5
제조예 5	X	30	68	10	14.7	441.0
제조예 6	X	39	65	10	15.4	600.6
비교예 1	O	7	78	4	5.1	35.7
비교예 2	O	15	73	5	6.8	102.0
비교예 3	O	20	65	7	10.7	214.0
실시예 1	O	25	62	22	35.4	885.0
실시예 2	O	30	60	24	40.0	1,200.0
실시예 3	O	39	58	27	46.5	1,813.5

1) ΔL: 영구변형 전후 섬유의 길이변화

2) ΔW: 영구변형 전후 섬유의 폭 변화

상기 표 1을 통해 부풀림 인수와 부풀림 지수의 결과값을 비교해 보면, 인치당 크림프 수가 25개 이상일 때, 부풀림 인수 및 지수가 현저하게 상승하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 열고정을 할 경우 부풀림 지수가 800 이상으로 증가하여 라이오셀 크림프 섬유의 부풀림 성이 매우 우수하게 나타난다는 것을 확인할 수 있었다.

특히, 크림프 수가 25개 이상이더라도 열고정을 하지 않으면 부풀림 인수가 30에 미치지 못하여 부풀림 지수 또한 더이상 증가하지 않았으며, 열고정을 하더라도 크림프 수가 25에 미치지 못할 경우 부풀림 인수와 부풀림 지수를 모두 높은 수준으로 확보하기 곤란한 것으로 나타났다.

Claims

셀룰로오스 펄프 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 크림핑하여 제조되며,
하기 식 1로 정의되는 부풀림 지수가 800 내지 2,000인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유;
(식 1)

이때, 상기 식 1에서 부풀림 인수는 하기 식 2로 정의되는 것.
(식 2)
제 1 항에 있어서, 상기 라이오셀 방사 도프는 방사도프 총 중량 기준 셀룰로오스 펄프 6 ~ 16 중량%; 및 N-메틸모폴린-N-옥사이드 수용액 84 ~ 94 중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.
제 2 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 펄프는 펄프 총 중량 기준 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 97중량%이고, 중합도(DPw)가 600 ~ 1700인 것임을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 라이오셀 크림프 섬유는 인치당 크림프 수가 25 내지 39개/inch이고, 상기 식 2로 정의되는 부풀림 인수가 30 내지 50인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.
제 1 항에 있어서, 상기 라이오셀 멀티 필라멘트는 인장강도가 2.0 내지 3.5 g/d인 라이오셀 모노필라멘트로 이루어진 것임을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.
제 5 항에 있어서, 상기 라이오셀 모노필라멘트는 섬도가 1.0 내지 8.0 데니어인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.
제 5 항에 있어서, 상기 라이오셀 모노필라멘트는 신도가 5 내지 13%인 것을 특징으로 하는 라이오셀 크림프 섬유.