KR102297767B1 - 부직포 연속 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

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이재용
최현정
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Abstract

본 발명은 고흡수성 부직포를 제조하기 위한 부직포 연속 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 별도의 에이징 과정이 없는 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 처리할 수 있으며, 균일한 고흡수성 부직포를 제조할 수 있다.

Description

부직포 연속 처리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTINUOUS PROCESSING OF NON WOVEN FABRIC}
본 발명은 고흡수성 부직포를 제조하기 위한 부직포 연속 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 미용 분야에 대한 관심이 증가하고 있으며, 특히 얼굴 피부 관리를 위한 관심이 증가하고 있는 추세이다. 얼굴 피부 관리를 위한 방법 중 하나는 다양한 형태의 미용 목적 혹은 기능성 목적의 마스크 팩을 적용하는 것이다.
기존의 마스크 팩은 부직포로 이루어진 마스크 시트에 에센스 성분을 침지시킨 상태로 사용자의 얼굴에 부착하는 방식이다. 그러나, 면 소재 등으로 이루어진 마스크 시트는 에센스 성분에 대한 흡수도가 높이 않다는 한계가 있다.
마스크 시트의 에센스 성분에 대한 흡수도를 높이기 위한 방법 중 하나로, 셀룰로오스 부직포를 화학적으로 처리하여 CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 부직포를 제조하는 방안을 고려할 수 있다. 도 1은 기존의 CMC 부직포를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 침지된 셀룰로오스 부직포를 픽업한 후 숙성하는 1차 숙성 단계(S11), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20) 및 셀룰로오스 부직포를 픽업한 후 다시 숙성하는 2차 숙성 단계(S21) 등을 거친다. 그런 다음, 중화 단계(S30)와 수세 단계(S40)을 거친 후 CMC 부직포를 제조하게 된다. 그러나, 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20), 중화 단계(S30) 및 수세 단계(S40)는, 각각 배치식 방식으로 연속 공정으로 적용할 수 없다는 한계가 있다. 특히, 알칼리 용액에 침지하는 단계(S10), 카르복시메틸화 용액에 침지하는 단계(S20)를 각각 거친 후에는, 제품의 균일성을 유지하기 위해 숙성 단계(S11, S21)를 거쳐야 하는 문제가 있다. 이러한 기존의 방식은, 공정 효율이 좋지 못하며, 제품 균일성이 낮다는 한계가 있다.
따라서, 기존의 CMC 부직포 제조 과정에서 발생하는 문제점들을 해소할 수 있는 새로운 제조 방법 내지 제조 시스템 관련 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
미국 공개특허공보 제2016-0153143호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, CMC 부직포를 연속 방식을 제조할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 부직포 연속처리 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화(mercerization) 단계(S100); 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200); 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계(S300); 및 중화 단계를 거친 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계(S400)를 연속적으로 수행한다. 또한, 상기 스웰링 단계(S200)는, (a) 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210); 및 (b) 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)를 순차적으로 수행하는 것을 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100)는 18 내지 25℃에서 20 내지 60 초간 수행하고, 상기 스웰링 단계(S200)는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행한다.
하나의 예에서, 상기 머서화 단계(S100)는 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 통해 수행된다. 또한, 상기 머서화 단계(S100) 이후에, 픽업율 100 내지 600%로 픽업하는 픽업 단계(S130)을 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 머서화 단계(S100)는, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120) 전에, 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 머서화 단계(S100)는, 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110); 및 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 포함한다. 특히, 공정 속도 제어를 위해서, 아래 과정 중 어느 하나의 과정을 선택적으로 수행한다.
(i) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110) 및 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정;
(ii) 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; 및
(iii) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 셀룰로오스 부직포와 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거치지 않은 셀룰로오스 부직포를 합류시켜 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정.
하나의 예에서, 상기 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200) 이후에, 픽업율 80 내지 500%로 픽업하는 픽업 단계(S230)을 포함한다.
하나의 예에서, 상기 중화하는 중화 단계(S300)는, 셀룰로오스 부직포를 0.2 내지 3 M 농도의 산 용액에 침지시켜 수행한다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 상기 수세하는 수세 단계(S400) 이후에, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조하는 건조 단계(S500)를 더 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 머서화 단계(S100), 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200), 중화 단계(S300) 및 수세 단계(S400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 부직포 연속처리 방법을 적용한 부직포 연속처리 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조(100); 머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조(200); 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조(300); 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조(400); 및 상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400)를 따라 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 이송하는 컨베이어 라인을 포함한다. 또한, 상기 스웰링조(200)는, 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐; 및 상기 분사 노즐의 하류에 위치하며, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 수조에 침지하는 침지조를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 머서화 처리조(100)는, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제1 공급라인; 및 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 거친 후, 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제2 공급라인을 포함하는 2개의 공급라인을 포함하고, 제2 공급라인은 부직포 처리 속도에 따라 가동 여부를 결정한다.
하나의 예에서, 상기 스웰링조(200)는, 컨베이어 라인을 따라 배열된 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역으로 구분된 처리 영역을 포함하며, 1 내지 n-1 번째 구역은, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐이 형성되고, n 번째 구역은, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 처리조 내에 침치한다.
구체적인 예에서, 스웰링조(200)를 형성하는 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역은, 상부에 위치하는 1 번째 구역으로부터 하방으로 수직 적층된 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 서로 마주보는 쌍으로 된 스퀴징 롤러를 더 포함한다.
본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법 및 시스템은, 공정 중 별도의 에이징 과정이 없는 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 처리할 수 있으며, 제조된 고흡수성 부직포의 품질 균일도가 우수하다.
도 1은 종래의 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 시스템을 도시한 모식도와 부분 확대도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 부직포 연속처리 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화(mercerization) 단계(S100); 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200); 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계(S300); 및 중화하는 중화 단계를 거친 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계(S400)를 연속적으로 수행한다. 또한, 상기 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200)는, (a) 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210); 및 (b) 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)를 순차적으로 수행한다.
구체적인 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100)는 18 내지 25℃에서 20 내지 60 초간 수행한다. 또한, 상기 스웰링 단계(S200)는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행한다. 예를 들어, 상기 머서화 단계(S100)는 18 내지 22℃에서 20 내지 45 초간 수행하며, 상기 스웰링 단계(S200)는 60 내지 70℃에서 4 내지 7 분간 수행한다.
본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은 연속 공정으로 각 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 각 단계별 공정 시간의 차이를 해소하기 위해서, 상대적으로 처리 시간이 긴 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200)를 (a) 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210); 및 (b) 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)로 나누어 수행한다. 본 발명에서는 머서화 단계(S100)를 거친 셀룰로오스 섬유 부직포를 에이징하는 과정을 거치지 않는다. 머서화 단계(S100를 거친 셀룰로오스 섬유 부직포에 분사 노즐을 이용하여 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210)를 거치게 된다. 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S100)는 일종의 전처리 단계에 해당하며, 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)의 공정 효율을 높이고 공정 시간을 단축하는 효과가 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100)는 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 통해 수행되고, 상기 머서화 단계(S100) 이후에, 픽업율 100 내지 600%로 픽업하는 픽업 단계(S130)을 포함한다. 상기 머서화 단계(S100)는 셀룰로오스 부직포를 18 내지 25℃에서 20 내지 60 초간 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 통해 수행한다. 구체적으로는, 상기 머서화 단계(S100)는 셀룰로오스 부직포를 20 내지 23℃에서 25 내지 40 초간 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 통해 수행한다. 상기 알칼리 용액은 상대적으로 저농도이며, 구체적으로는 5 내지 20 M, 8 내지 15 M 또는 10 내지 16 M 농도 범위이다. 본 발명의 머서화 단계(S100)에 적용되는 알칼리 용액의 농도 범위는, 공정 효율을 저하시키지 않으면서 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 알칼리 용액으로 NaOH 수용액을 적용할 수 있다. 본 발명에서는 상대적으로 저농도의 알칼리 용액을 이용하여 1 분 이내의 짧은 시간 동안 알카리화 함에도 원하는 수준의 머서화가 가능함을 확인하였다. 또한, 상기 머서화 단계(S100) 후단에는 픽업 단계(S130)를 수행하며, 이 경우 픽업율은 100 내지 600%, 150 내지 600%, 100 내지 300% 또는 180 내지 250% 범위이다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100)는, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120) 전에, 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 더 포함한다. 본 발명에서는, 셀룰로오스 부직포의 투입 경로에 따라, 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 후 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 것이 가능하다. 이는 공정 효율을 높이고, 제조 단가를 높이기 위한 것이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100)는, 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110); 및 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 포함하며, 아래 과정 중 어느 하나의 과정을 선택적으로 수행한다:
(i) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110) 및 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; (ii) 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; 및 (iii) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 셀룰로오스 부직포와 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거치지 않은 셀룰로오스 부직포를 합류시켜 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정.
구체적으로는, 본 발명의 상기 머서화 단계(S100)는, 위에서 설명한 (i) 내지 (iii) 각 과정 중 어느 하나를 수행하다가 공정 속도의 제어를 위해서 다른 과정으로 전환하여 수행하는 것이 가능하다. 본 발명은 부직포를 연속적으로 처리하는 방법을 제공하며, 연속 처리를 위해서는 각 단계별 공정 속도의 제어가 요구된다. 예를 들어, 상기 머서화 단계(S100)의 속도를 늦추어야 하는 경우에는 과정 (i)을 수행하게 되고, 상기 머서화 단계(S100)의 속도를 높여야 하는 경우에는 과정 (iii)으로 전환하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 머서화 단계(S100)는, (ii) 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; 및 (iii) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 셀룰로오스 부직포와 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거치지 않은 셀룰로오스 부직포를 합류시켜 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정 중 어느 하나의 과정을 선택적으로 수행할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 방법은, 상기 스웰링 단계(S200) 이후에, 픽업율 80 내지 500%로 픽업하는 픽업 단계(S230)을 포함한다. 예를 들어, 상기 픽업 단계(S230)의 픽업율은 80 내지 500%, 120 내지 600%, 120 내지 280% 또는 150 내지 200% 범위이다.
하나의 실시예에서, 상기 중화 단계(S300)는, 셀룰로오스 부직포를 0.2 내지 3 M 농도의 산 용액에 침지시켜 수행한다. 구체적으로, 상기 중화 단계(S300)은 약산을 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 중화 단계(S300)는 0.2 내지 3 M 농도의 CA(Citric acid)를 이용하여 수행 가능하다. 본 발명에서는 상대적으로 저농도의 약산을 이용하여 중화 단계(S300)를 수행함으로써, 셀룰로오스 부직포의 손상을 방지하고 잔류될 수 있는 산 성분에 의한 사용자의 피부 손상을 최소화한다.
본 발명은 상기 수세 단계(S400) 이후에 건조 단계(S500)를 더 포함한다. 상기 건조 단계(S500)는, 예를 들어, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조를 수행한다. 상기 건조 단계(S500)의 건조 조건은 셀룰로오스 섬유의 손상 내지 변형을 방지하면서 공정 효율을 높이기 위한 범위에서 설정하였다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 단계(S100), 카르복시알킬화 처리하는 단계(S200), 중화하는 단계(S300) 및 수세하는 단계(S400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 단계를 더 포함한다. 본 발명에서는, 각 단계(S100~S400) 사이에 셀룰로오스 부직포를 압착하여 용매를 제거하는 스퀴징 단계를 수행한다. 이를 통해, 각 단계(S100~S400) 별 처리 공정의 효율을 높이고, 품질 균일도를 높일 수 있다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 부직포 연속처리 방법을 적용한 부직포 연속처리 시스템을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조(100); 머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조(200); 셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조(300); 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조(400); 및 상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400)를 따라 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 이송하는 컨베이어 라인을 포함한다. 또한, 상기 스웰링조(200)는, 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐; 및 상기 분사 노즐의 하류에 위치하며, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 수조에 침지하는 침지조를 포함한다.
본 발명에 따른 부직포 연속처리 시스템은 각 공정을 연속적으로 수행한다는 점을 특징으로 한다. 구체적으로는, 처리 대상이 되는 셀룰로오스 부직포는 컨베이어 라인을 따라 이송되되, 각 공정 파트에서 이송 중인 셀룰로오스 부직포에 대한 처리를 수행하게 된다. 또한, 처리 시간이 상대적으로 긴 스웰링조(200)를 분사 노즐 구간과 침지조 구간으로 분리함으로써, 연속 공정을 달성하게 된다. 특히, 분사 노즐 구간에서 분사된 카르복시알킬화 용액 중 셀룰로오스 부직포에 흡수되지 않은 부분은 침지조 구간에서 재사용이 가능하다.
하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조(100)는, 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제1 공급라인; 및 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 거친 후, 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제2 공급라인을 포함하는 2개의 공급라인을 포함한다. 또한, 제2 공급라인은 부직포 처리 속도에 따라 가동 여부를 결정하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 제1 공급라인을 통해 셀룰로오스 부직포에 대한 머서화를 수행하며, 머서화 처리조(100)의 공정 속도를 높이기 위해서 제2 공급라인을 가동하게 된다. 이 경우, 제2 공급라인을 통해 셀룰로오스 부직포가 공급되고, 공급된 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 거친 후, 제2 공급라인을 통해 공급된 셀룰로오스 부직포와 합지되어 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지된다. 이 경우, 제2 공급라인은 제1 공급라인의 상부에 형성되도록 위치할 수 있다. 이를 통해, 분사 노즐을 통해 분사된 알칼리 용액의 일부가 하부에 위치하는 처리조 쪽으로 유체 이동하게 된다. 이를 통해, 연속 공정의 단계별 처리 시간을 제어하면서, 알칼리 용액의 사용량을 최소화할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 스웰링조(200)는, 컨베이어 라인을 따라 배열된 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역으로 구분된 처리 영역을 포함한다. 이 경우, 1 내지 n-1 번째 구역은 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐이 형성되고, n 번째 구역은 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 처리조 내에 침치하게 된다.
구체적인 실시예에서, 스웰링조(200)를 형성하는 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역은, 상부에 위치하는 1 번째 구역으로부터 하방으로 수직 적층된 구조이다. 예를 들어, 상기 스웰링조(200)는 3층 구조이며, 3층과 2층은 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐이 형성된 구역이고, 1층은 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 처리조 내에 침치하는 구역이다. 또한, 3층과 2층에서 분사된 카르복시알킬화 용액은 일부는 셀룰로오스 부직포에 흡수되고 나머지는 아래층으로 흘러 내리고 1층에 처리조에 모이게 된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 서로 마주보는 쌍으로 된 스퀴징 롤러를 더 포함한다. 상기 스퀴징 롤러는 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하고 함유된 용매 성분을 제거하는 역할을 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 단계(S100), 머서화된 셀룰로오스 부직포를 카르복시메틸화 처리하는 스웰링 단계(S200), 중화 단계(S300) 및 수세 단계(S400)를 거치게 된다. 또한, 상기 스웰링 단계(S200)는 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210)와 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)를 포함한다.
각 단계에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 머서화 단계(S100)는, 예를 들어, 셀룰로오스 부직포의 일종인 텐셀(Tencel) 부직포를 20 내지 23℃ 조건에서 알칼리 용액에 20 내지 60 초 동안 침지하였다. 상기 알칼리 용액은 NaOH 15 g을 물 100 ml에 녹인 용액 (13% NaOH)을 사용하였다. 그런 다음, 100 내지 600%의 픽업율로 픽업한 후 스퀴징하였다.
그런 다음, 머서화 단계(S100)를 거친 셀룰로오스 부직포에 대해서 연속적으로 스웰링 단계(S200)를 수행하였다. 스웰링 단계(S200)는 60 내지 80℃ 조건에서 3 내지 10 분 동안 진행한다. 구체적으로, 스웰링 단계(S200)는 3개의 구역으로 구획되며, 제1 및 제2 구역에서는 셀룰로오스 부직포에 분사 노즐을 이용하여 카르복시알킬화 용액을 분사하였다. 제3 구역에서는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하였다. 셀룰로오스 부직포가 제1 및 제2 구역을 통과하는 시간은 각각 2~3 분이며, 제3 구역에서는 3~5 분 동안 침지를 진행하였다. 또한, 상기 스웰링 단계(S200)를 수행하는 3개의 구역은 각 구역별로 수직 적층된 구조이다. 제1 및 제2 구역에서 분사된 카르복시알킬화 용액 중에서, 셀룰로오스 부직포에 흡수되지 않은 잔류 부분은 아래로 흘러내려 제3 구역의 침지조에 모이게 된다. 상기 카르복시알킬화 용액으로는 용매로 알코올을 이용한 MCA(monochloroacetic acid) 용액을 사용하였다. 구체적으로는 상기 카르복시알킬화 용액으로는 MCA 3 g을 IPA(isopropyl alcohol) 300 ml에 녹인 용액(1% MCA)를 사용하였다.
다시 스퀴징하는 과정을 거쳐 중화 단계(S300)와 수세 단계(S400)를 수행하였다. 중화 단계(S300)는 셀룰로오스 부직포를 중화액에 침지시켜 수행한다. 예를 들어, CA(citric acid) 1 g을 물 100 ml에 녹인 용액(1% CA)을 중화액으로 사용하였다. 중화 단계(S300)는 20 내지 25℃, pH 6 내지 7.5 조건에서 1 내지 30 초 동안 수행한다. 중화 단계(S300)를 거친 셀룰로오스 부직포는 스퀴징 고정을 거쳐 수세 단계(S400)로 공급한다.
수세 단계(S400)에서는 물을 이용하여 셀룰로오스 부직포를 세척한다. 예를 들어, 2개의 수세조로 나누어 순차적으로 침지하면서 수세하게 된다. 수세 시간은 5 내지 20 분 소요된다.
상기 수세 단계(S400) 이후에, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조하는 건조 단계(S500)를 추가로 거치게 된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다. 도 3을 참조하면, 셀룰로오스 부직포의 공급라인에 따라 머서화 단계(S100)의 수행 과정이 달라질 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에서는 머서화 단계(S100)를 공정 속도에 따라 아래 (i) 내지 (iii) 중 어느 하나로 운용하며, 필요에 따라 공정 전환이 가능하다. (i) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110) 및 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; (ii) 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; 및 (iii) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 셀룰로오스 부직포와 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거치지 않은 셀룰로오스 부직포를 합류시켜 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정.
또 다른 예로는, 상기 머서화 단계(S100)는 위의 (ii) 과정을 기본으로 수행하되, 공정 속도 제어를 위해 (iii) 과정을 선택적으로 운용하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명은 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 단계(S100), 머서화된 셀룰로오스 부직포를 카르복시메틸화 처리하는 스웰링 단계(S200), 중화 단계(S300) 및 수세 단계(S400)를 거치게 된다. 여기서, 상기 머서화 단계(S100) 및 스웰링 단계(S200) 등에 대한 내용은 앞서 설명한 바와 중복된다.
본 발명에서는, 각 공정 단계 이후에 픽업 단계(S130, S230)를 추가로 수행할 수 있다. 도 4에서는 머서화 단계(S100)와 스웰링 단계(S200) 이후에 각각 픽업 단계(S130, S230)를 거치는 것을 도시하였으나, 중화 단계(S300)와 수세 단계(S400) 이후에도 각각 픽업 단계를 거치는 것을 배제하는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서는, 수세 단계(S400) 이후에 건조 단계(S500)를 수행하는 것을 포함한다. 상기 건조 단계(S500)는 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조하는 과정을 수행한다. 예를 들어, 상기 건조 단계(S500)는 텐터(tenter) 장비를 이용해서 수행 가능하다. 상기 텐터 장비는 처리된 셀룰로오스 부직포를 펼친 상태에서 건조하는 장비를 총칭한다.
도 5 내지 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀룰로오스 부직포를 처리하는 시스템을 도시한 모식도와 부분 확대도들이다. 도 5 내지 7을 참조하면, 셀룰로오스 부직포(10)이 이송 카트(11)에 의해 이송되거나, 공급 롤러(12)에 권취된 상태로 공급된다. 공급된 셀룰로오스 부직포(10)는 머서화 처리조(100)의 전면의 이송 롤러(111)를 통한 제1 공급라인(110)으로 공급된다. 공급된 셀룰로오스 부직포(10)는 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되어 머서화 과정을 거치게 된다.
더불어, 머서화 처리조(100) 상단에 위치한 이송 롤러(121, 122)를 통해서 셀룰로오스 부직포(10)를 공급하는 제2 공급라인(120)도 가동 가능하다. 상기 제2 공급라인(120)은 연속 처리 공정의 단계별 공정 시간을 조정하는 역할도 수행한다. 즉, 연속 처리 공정의 속도를 높여야 하는 경우에는 제2 공급라인(120)을 통해 셀룰로오스 부직포(10)를 추가 공급할 수 있다. 제2 공급라인(120)으로 공급된 셀룰로오스 부직포(10)의 이송 경로 상에는 알칼리 용액 분사 노즐(123)이 위치한다. 상기 알칼리 용액 분사 노즐(123)을 통해 분사된 알칼리 용액의 일부는 셀룰로오스 부직포(10)에 흡수되고, 나머지는 아래로 흘러 알칼리 용액 침지조(112)에 모이게 된다. 알칼리 용액 분사 노즐(123)을 통한 알칼리 용액이 분사되는 과정을 거치는 동안, 셀룰로오스 부직포(10)는 컨베이어 라인을 따라 이송된다. 알칼리 용액 분사 과정을 거친 셀룰로오스 부직포(10)는, 제1 공급라인(110)으로 공급된 셀룰로오스 부직포(10)와 함께 하부에 위치하는 알칼리 용액 침지조(112)에 침지되는 과정을 거치게 된다. 상기 알칼리 용액 침지조(112) 내에는 컨베이어 라인이 형성되어 있으며, 셀룰로오스 부직포(10)는 알칼리 용액 침지조(112) 내에 침지됨과 동시에 이송된다. 또한, 머서화 처리조(100) 상단에는 필요에 따라 냉각조(130)가 위치하며, 머서화 처리조(100)의 온도를 20 내지 25℃ 범위로 제어한다.
알칼리 용액 침지조(112)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 스퀴징 롤러(101, 201)를 거치면서 알칼리 용액을 스퀴징하게 되며, 컨베이어 라인을 따라 스웰링조(200)에 투입된다. 스웰링조(200)는 수직으로 3개의 구역이 적층된 3층 구조이다. 셀룰로오스 부직포(10)는 상부에 위치한 제1 구역(210)으로 투입되고, 제2 및 제3 구역(220, 230)을 순차적으로 거치게 된다. 제1 및 제2 구역(210, 220)에는 셀룰로오스 부직포(10)의 이송 경로 상에 카르복시알킬화 용액 분사 노즐(211, 221)이 위치한다. 카르복시알킬화 용액 분사 노즐(211, 221)을 통해 카르복시알킬화 용액이 분사되면, 일부는 셀룰로오스 부직포(10)에 흡수되고 나머지는 하부에 위치하는 카르복시알킬화 용액 침지조(231)에 모이게 된다. 카르복시알킬화 용액 분사 과정을 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 제3 구역(230)으로 이송되며 카르복시알킬화 용액 침지조(231)에 침지된다. 스웰링조(200)에 투입된 셀룰로오스 부직포(10)는 처리 과정을 거치는 동안 컨베이어 라인을 따라 연속적으로 이송되며, 스퀴징 롤러(202)를 거쳐 중화조(300)에 투입된다. 또한, 스웰링조(200) 상단에는 필요에 따라 냉각조(240)가 위치하며, 스웰링조(200)의 온도를 60 내지 80℃ 범위로 제어한다.
셀룰로오스 부직포(10)는 중화조(300)를 거쳐, 제1 및 제2 수세조(410, 420)를 포함하는 수세조(400)를 통과하면서 세척되는 과정을 거친다. 중화조(300)와 제1 및 제2 수세조(410, 420) 사이에는 각각 스퀴징 롤러(301, 401)가 위치한다.
수세조(400)를 거친 셀룰로오스 부직포(10)는 스퀴징 롤러(402)를 거쳐 이송 카트(501)에 실리거나 권취 롤러에 귄취된 상태로 건조 과정에 투입된다.
10: 셀룰로오스 부직포
11, 501: 이송 카트
12: 공급 롤러
100: 머서화 처리조
101, 201, 202, 301, 401, 402: 스퀴징 롤러
110: 제1 공급라인
111, 121, 122: 이송 롤러
112: 알칼리 용액 침지조
120: 제2 공급라인
123: 알칼리 용액 분사 노즐
200: 스웰링조
210: 제1 구역
211, 221: 카르복시알킬화 용액 분사 노즐
220: 제2 구역
230: 제3 구역
231: 카르복시알킬화 용액 침지조
300: 중화조
400: 수세조
410: 제1 수세조
420: 제2 수세조
S10, S100: 머서화 단계
S11, S21: 숙성 단계
S20, S200: 스웰링 단계
S30, S300: 중화 단계
S40, S400: 수세 단계
S130, S230: 픽업 단계
S210: 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계
S220: 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계
S500: 건조 단계

Claims (14)

  1. 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화(mercerization) 단계(S100);
    셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200);
    셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화 단계(S300); 및
    중화 단계를 거친 셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세 단계(S400)를 연속적으로 수행하되,
    상기 머서화 단계(S100)는,
    i) 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 단계; 및
    ii) 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 거친 후 상기 i)단계와 다른 공급라인으로 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 단계를 포함하고, ii)단계는 부직포 처리 속도에 따라 가동 여부가 결정되고,
    상기 스웰링 단계(S200)는,
    a) 분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 단계(S210); 및
    b) 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액에 침지하는 단계(S220)를 순차적으로 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 머서화 단계(S100)는 18 내지 25℃에서 20 내지 60 초간 수행하고,
    상기 스웰링 단계(S200)는 50 내지 80℃에서 3 내지 10 분간 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 머서화 단계(S100)는 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 통해 수행되고,
    상기 머서화 단계(S100) 이후에, 픽업율 100 내지 600%로 픽업하는 픽업 단계(S130)을 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 머서화 단계(S100)는,
    셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120) 전에,
    분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 더 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 머서화 단계(S100)는,
    분사 노즐을 이용하여 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110); 및
    셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 포함하며,
    (i) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110) 및 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정;
    (ii) 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정; 및
    (iii) 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거친 셀룰로오스 부직포와 알칼리 용액을 분사하는 단계(S110)를 거치지 않은 셀룰로오스 부직포를 합류시켜 알칼리 용액에 침지하는 단계(S120)를 거치는 과정,
    상기 (i), (ii) 및 (iii) 과정 중 어느 하나의 과정을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 부직포 연속처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스웰링 단계(S200) 이후에, 픽업율 80 내지 500%로 픽업하는 픽업 단계(S230)을 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중화 단계(S300)는, 셀룰로오스 부직포를 0.2 내지 3 M 농도의 산 용액에 침지시켜 수행하는 부직포 연속처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수세 단계(S400) 이후에, 45 내지 80℃ 온도에서 15 내지 60분간 건조하는 건조 단계(S500)를 더 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 머서화 단계(S100), 카르복시알킬화 처리하는 스웰링 단계(S200), 중화 단계(S300) 및 수세 단계(S400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 단계를 더 포함하는 부직포 연속처리 방법.
  10. 셀룰로오스 부직포를 알칼리 처리하는 머서화 처리조(100);
    머서화 처리조로부터 공급된 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화하는 스웰링조(200);
    셀룰로오스 부직포를 중화하는 중화조(300);
    셀룰로오스 부직포를 수세하는 수세조(400); 및
    상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400)를 따라 셀룰로오스 부직포를 연속적으로 이송하는 컨베이어 라인을 포함하며,
    상기 머서화 처리조(100)는,
    - 셀룰로오스 부직포를 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제1 공급라인; 및
    - 셀룰로오스 부직포에 알칼리 용액을 분사하는 분사 노즐을 거친 후, 알칼리 용액이 충진된 처리조 내에 침지되도록 공급하는 제2 공급라인을 포함하는 2개의 공급라인을 포함하고,
    - 제2 공급라인은 부직포 처리 속도에 따라 가동여부를 결정하고,
    상기 스웰링조(200)는,
    - 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐; 및
    - 상기 분사 노즐의 하류에 위치하며, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 수조에 침지하는 침지조를 포함하는 부직포 연속처리 시스템.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스웰링조(200)는,
    컨베이어 라인을 따라 배열된 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역으로 구분된 처리 영역을 포함하며,
    1 내지 n-1 번째 구역은, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포에 카르복시알킬화 용액을 분사하는 분사 노즐이 형성되고,
    n 번째 구역은, 컨베이어 라인에 의해 이동하는 셀룰로오스 부직포를 카르복시알킬화 용액이 충진된 처리조 내에 침치하는 부직포 연속처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    스웰링조(200)를 형성하는 n개(n은 2 내지 10 사이의 정수)의 구역은,
    상부에 위치하는 1 번째 구역으로부터 하방으로 수직 적층된 구조인 부직포 연속처리 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 머서화 처리조(100), 스웰링조(200), 중화조(300) 및 수세조(400) 사이에는, 각각 셀룰로오스 부직포를 스퀴징하는 스퀴징 롤러를 더 포함하는 부직포 연속처리 시스템.
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KR20190071593A (ko) * 2017-12-14 2019-06-24 주식회사 엘지화학 중금속 흡착용 마스크 팩의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마스크 팩

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