KR102534145B1 - 비스코스 유사 성질을 갖는 라이어셀 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보수도가 증가되고 결정도가 감소된 라이어셀 섬유뿐만 아니라 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 제품을 제공한다.

Description

비스코스 유사 성질을 갖는 라이어셀 섬유

본 발명은 비스코스 유사 성질을 갖는 라이어셀 섬유, 이를 제조하는 방법뿐만 아니라 라이어셀 섬유를 포함하는 제품에 관한 것이다.

최신 기술:

셀룰로오스 기반 섬유는 매우 다양한 적용에서 사용되고 있다. 목재와 같은 재생 가능한 자원을 기반으로 한 이러한 섬유에 대한 수요가 계속 증가함으로 인해, 그러한 섬유의 생산을 위해 사용될 수 있는 다양한 원료를 증가시키려는 시도가 이루어졌다. 동시에, 특정 섬유 성질을 타겟으로 하는, 이러한 섬유의 추가 기능화에 대한 요구가 존재한다. 다른 목표는 천연 섬유의 성질 및 구조를 모방하는 것이다. 셀룰로오스 재생을 기초로 한 섬유는 이러한 것이 통상적으로 임의의 내부 공동/루멘을 나타내지 않는다는 점에서 천연 섬유와 이의 구조에 있어서 상이하다. 예를 들어, 비스코스 섬유는 섬유의 코어와 같은 스펀지 및 치밀한 외피를 포함하는 타원형 단면을 나타낸다. 다른 한편으로, 라이어셀 섬유는 100 내지 150 nm의 두께 및 2 내지 5 nm의 작은 기공 크기를 갖는 외부 컴팩트 스킨, 및 이후 기공률이 증가된 중간층, 및 치밀한 비다공성 코어를 포함하는, 3층 구조를 갖는 원형 단면을 나타낸다.

라이어셀 섬유를 제조하는 공정은 섬유 성질 및 구조에 영향을 미치게 하는 단지 제한된 옵션만을 제공한다. 그러나, 라이어셀 공정에서도 섬유 성질에 더 큰 정도로 영향을 미치는 수단이 존재하는 경우가 유리할 것이다. 한 가지 옵션은 비스코스 공정 동안 특히 광범위하게 가능한 첨가제를 첨가하거나, 라이어셀 섬유의 구조 및/또는 성질을 추가로 변경하기 위해 셀룰로오스 생산의 부산물을 사용하는 것이다.

예를 들어, 화학적 전처리가 섬유 성질에 영향을 미칠 수 있다는 것이 알려져 있다. US 6042769호에는 피브릴화 경향을 향상시키기 위한 화학적 처리의 일 예가 나타나 있다. 이러한 문헌에는 DP(중합도)를 200 단위까지 감소시켜 피브릴화 경향을 증가시키기 위한 화학적 처리가 개시되어 있다. 이러한 특허에서 언급된 화학적 처리는 표백 시약, 예를 들어, 소듐 하이포클로라이트 또는 미네랄 산, 예를 들어, 염산, 황산 또는 질산의 사용을 지칭한다. 이러한 절차의 상용화는 지금까지 성공하지 못하였다.

US 6706237호에는 헤미셀룰로오스 풍부 펄프로부터 수득된 멜트블로운 섬유가 감소되거나 축소된 피브릴화 경향을 나타낸다는 것이 개시되어 있다. 유사한 개시는 또한 US 6440547호에 제공되어 있으며, 이는 또한, 멜트블로운 섬유를 지칭한다. 이러한 섬유뿐만 아니라 원심성 섬유의 경우, 또한 결정도가 결정되었는데, 이는 표준 라이어셀 섬유와 비교하여 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 멜트블로운 섬유에 대한 결정도의 다소 미미한 감소를 나타낸다(5% 미만의 감소). US 8420004호에는 부직포를 생산하기 위한 멜트블로운 섬유의 다른 예가 개시되어 있다.

비스코스 섬유의 경우, 헤미셀룰로오스의 첨가가 섬유 성질의 변경을 가능하게 하는 것으로 나타났다. 그러나, 이러한 변형은 항상 강도(tenacity)와 같은 다른 중요한 섬유 성질의 감소에 의해 달성되었다. 그러나, 이러한 변형은, 섬유 생산의 차이로 인해, 라이어셀 섬유에 대한 문제 없이 적용할 수 없다.

문헌[Zhang et al (Polymer Engineering and Science 2007, 47, 702-706)]에는 더 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 라이어셀 섬유가 기술되어 있다. 저자는 섬유가 향상된 섬유 피브릴화 저항성, 더 낮은 결정도 및 더 나은 염색성을 나타내는 경향이 있다고 가정한다. 그러나, 이러한 논문에서 결정도의 결정은 단지 미미한 감소(5% 미만)를 나타내었다. 저자들은 또한, 인장 강도가 단지 미미하게 감소하며 섬유 성질이 방사 도프(spinning dope)에서 더 높은 헤미셀룰로오스 농도에 의해 더욱 증가될 수 있다고 가정한다. 문헌[Zhang et al (Journal of Applied Polymer Science 2008, 107, 636-641), Zhang et al (Polymer Materials Science and Engineering 2008, 24, 11, 99-102)]에는 논문[Zhang (Polymer Engineering and Science 2007, 47, 702-706)]과 동일한 수치가 개시되어 있으며, 문헌[Zhang et al (China Synthetic Fiber Industry 2008, 31, 2, 24-27)]에는 2.3 dtex 섬유에 대한 더 나은 기계적 성질이 기술되어 있다. 동일한 저자는 문헌[Journal of Applied Science 2009, 113, 150-156]에서 이러한 동일한 이론을 가정한다.

논문[Zhang et al.(Polymer Engineering and Science 2007, 47, 702-706)]에 기술된 섬유는 상업적 품질의 라이어셀 섬유를 생산할 수 없는 실험실 장비로 생산된다[예를 들어, 연신 비, 생산 속도 및 후처리는 스케일-업 품질을 반영하지 못함]. 이에 따라, 충분한 연신 및 충분한 후처리로 생산되지 않은 섬유는 생산 (세미)-상업적 스케일로 생산된 섬유와 비교하여 상이한 구조 및 성질을 나타낼 것으로 예상될 수 있다. 또한, 라이어셀 섬유의 단면에 걸쳐 헤미셀룰로오스의 분포에 관한 정보는 논문에 제공되어 있지 않다.

문헌[S. Singh et al. (Cellulose (2017) 24:3119-3130 a Study of cellulosic fibres morphological features and their modifications using hemicelluloses)]가 개시되어 있다. US 2002/0060382 A1호에는 라이어셀 섬유를 제조하는 공정이 개시되어 있다. US 2002/0060382 A1호에 개시된 섬유의 결정도는 약 70%의 범위에 있으며, 출발 방사 조성물은 약 32 중량%의 셀룰로오스 함량을 갖는다.

이와 관련하여, 비스코스 섬유의 경우, 헤미셀룰로오스 함량의 증가가 섬유의 코어 쪽으로 헤미셀룰로오스 함량의 빠른 감소와 함께, 섬유의 표면에서 헤미셀룰로오스 함량의 강화를 초래하는 것으로 알려져 있다. 헤미셀룰로오스 함량의 유사한 분포는 고순도 셀룰로오스 원료로부터 생산된 표준 라이어셀 섬유에 대해 공지되어 있다.

문헌[Wendler et al (Fibers and textiles in Eastern Europe 2010, 18, 2 (79), 21-30) 및 Wendler et al (Cellulose 2011, 18, 1165-1178)]에는 라이어셀 도프(NMO, 이온성 액체, NaOH) 내에 상이한 다당류(자일란, 만난, 자일란 유도체, ...)의 첨가 및 섬유의 후속 분석이 기술되어 있다. NMMO-기반 도프에 자일란을 첨가한 경우 WRV의 미미한 증가만이 나타난 섬유의 보수도가 개시되어 있다. 섬유가 도프 내에 다당류의 첨가 또는 헤미-풍부 펄프의 직접 용해에 의해 생성되는 것과 상이하게 작용하는 것으로 의심된다. 두 문헌 모두로부터의 섬유는 (세미)-상업적 규모 생산 조건을 반영하지 않는 자체 제작 실험실 장비에서 생산되었다.

문헌[Schild et al (Cellulose 2014, 21, 3031-3039)]에는 비스코스 생산 공정의 후속 단계에서 자일란이 첨가된, 자일란-풍부 비스코스 섬유가 기술되어 있다. 저자들은 섬유의 단면에 걸친 자일란의 분포를 조사하였고, 섬유의 외부층에서 자일란의 농축을 검출하였다. 또한, 수분 흡수의 증가가 관찰되었다. 문헌[Singh et al (Cellulose 2017, 24, 3119-3130)]에는 또한 비스코스 공정에 헤미셀룰로오스의 첨가가 기술되어 있다. 저자들은 섬유 성질이 이러한 첨가에 의해 영향을 받지 않다고 가정하고 있다. 라이어셀 섬유는 기준 섬유로서 언급되지만, 자일란의 첨가는 기술되어 있지 않다.

비스코스 섬유가 매우 다양한 적용에서 사용되지만, 비스코스의 생산을 위한 특정 요건뿐만 아니라 비스코스 섬유의 일부 성질, 예를 들어, 이의 생산 공정으로 인한 뚜렷하지만 요망되지 않는 황산 냄새는 더 광범위한 적용에 유해하다.

본 발명의 목적

셀룰로오스 원료를 기반으로 한 섬유에 대한 수요 증가, 및 비스코스 공정의 상기 확인된 단점을 고려하여, 본 발명의 목적은 비스코스 유사 성질을 갖는 비-비스코스 셀룰로오스 기반 섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 측면에서 비스코스 유사 성질은 특히 높은 보수도(WRV)이다.

본 발명의 간단한 설명

이에 따라, 본 발명자는 청구항 제1항에서 규정된 섬유, 청구항 제11항에 기술된 이러한 섬유를 제조하는 방법뿐만 아니라 청구항 제13항에서 규정된 섬유를 함유한 제품을 제공한다. 바람직한 구체예는 개개 하위청구항뿐만 아니라 명세서에 기술되어 있다.

특히, 본 발명은 하기 구체예를 제공하는데, 이러한 구체예는 하기에 추가 설명이 제공되는 구체예인 것으로서 이해되어야 한다.

1) 적어도 70%의 보수도(WRV) 및 40% 이하의 결정도를 갖는 라이어셀 섬유.

2) 구체예 1에 있어서, 6.7 dtex 이하, 바람직하게는, 2.2 dtex 이하, 더욱더 바람직하게는, 1.3 dtex 이하의 타이터를 갖는, 라이어셀 섬유.

3) 구체예 1 및/또는 구체예 2에 있어서, 7 중량% 이상 및 25 중량% 이하의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 펄프로부터 생성된, 라이어셀 섬유.

4) 구체예 1 내지 구체예 3 중 어느 하나에 있어서, 헤미셀룰로오스가 125:1 내지 1:3, 예를 들어, 25:1 내지 1:2의 자일란 대 만난 헤미셀룰로오스의 비를 포함하는, 라이어셀 섬유.

5) 구체예 1 내지 구체예 4 중 어느 하나에 있어서, 섬유를 제조하기 위해 사용된 펄프가 300 내지 440 ml/g의 스캔 점도를 갖는, 라이어셀 섬유.

6) 구체예 1 내지 구체예 5 중 어느 하나에 있어서, 다공성 코어층, 및 5 nm 초과의 기공 크기의 표면층을 갖는, 라이어셀 섬유.

7) 구체예 1 내지 구체예 6 중 어느 하나에 있어서, 35% 이하의 결정도를 갖는, 라이어셀 섬유.

8) 구체예 1 내지 구체예 7 중 어느 하나에 있어서, 6 중량% 이상, 바람직하게는, 8 중량% 이상, 더욱 바람직하게는, 12 중량% 이상의 자일란 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.

9) 구체예 1 내지 구체예 8 중 어느 하나에 있어서, 1 중량% 이하, 바람직하게는, 0.2 중량% 이하 및 더욱 바람직하게는, 0.1 중량% 이하의 만난 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.

10) 구체예 1 내지 구체예 9 중 어느 하나에 있어서, 3 중량% 이상, 바람직하게는, 5 중량% 이상의 만난 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.

11) 구체예 1 내지 구체예 10 중 어느 하나에 따른 라이어셀 섬유를 제조하는 방법으로서,

a) 7 중량% 이상의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 10 내지 20 중량% 셀룰로오스를 함유한 방사 용액을 제조하는 단계,

b) 필라멘트를 수득하기 위해 압출 노즐을 통해 방사 용액을 압출하는 단계,

c) 20% 이하의 3차 아민 옥사이드의 농도를 갖는 응고액을 함유한 방사욕을 통해 필라멘트를 초기 응고시키는 단계,

d) 필라멘트를 세척하는 단계, 및

e) 습윤 또는 건조 필라멘트 또는 스테이플/숏컷 섬유 또는 다른 셀룰로오스 구체예를 수득하기 위해 후처리하는 단계(즉, 세척, 절단, 건조시키는 단계)를 포함하는 방법.

12) 구체예 11에 있어서, 헤미셀룰로오스가 125:1 내지 1:3, 예를 들어, 25:1 내지 1:2의 자일란 대 만난 헤미셀룰로오스의 비를 포함하는 방법.

13) 구체예 1 내지 구체예 9 중 어느 하나에 따른 라이어셀 섬유, 또는 구체예 10 내지 구체예 12 중 어느 하나에 따라 생성된 섬유를 포함하는 제품.

14) 구체예 13에 있어서, 부직포 및 텍스타일로부터 선택된 제품.

15) 구체예 13 및/또는 구체예 14에 있어서, 티슈 및 와이프로부터 선택된 제품.

도 1은 표준 섬유 및 화학적 피브릴화로 처리된 표준 섬유와 비교하여 본 발명에 따른 섬유의 피브릴화 역학을 도시한 것이다. 도 2는 형광 염색 후 표준 라이어셀 섬유와 비교하여 본 발명에 따른 섬유의 비교를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 섬유는 섬유의 전체 단면에 걸쳐 염색된 영역의 균일한 분포를 도시한 것이며, 표준 라이어셀 섬유는 섬유의 외피 부분의 표면 염색만을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 효소적 박리 평가의 결과를 나타낸 것이며, 도 5 내지 도 7은 토양에서의 분해 시험의 결과를 도시한 것이다.

청구항 제1항에서 규정된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유는 비스코스 대체물로서 적합한 섬유를 제공하는 WRV를 갖는 라이어셀 섬유이다.

구체예에서, 본 발명의 섬유는 표준 라이어셀 섬유와 비교하여, 신규한 단면 구조를 나타낸다. 표준 라이어셀 섬유로부터 알려진 3층 구조가 유지되지만, 적어도 내부 코어층은 표준 라이어셀 섬유와 비교하여 증가된 기공률을 나타낸다. 구체예에서, 또한 표면층은 덜 두꺼울 수 있고/거나, 통상적으로 표준 라이어셀 섬유의 경우 2 내지 5 nm 범위인, 기공 크기는 더 클 수 있다.

상기에 언급된 구체예뿐만 아니라 하기에 언급되는 구체예와 조합하여 고려될 수 있는 다른 구체예에서, 본 발명에 따른 섬유는 어떠한 화학적 전처리 없이 생성된 향상된 피브릴화 경향을 갖는 라이어셀 섬유이다. 한편으로, 화학적 전처리 단계는 섬유 성질(작업 능력)을 약화시키고, 다른 한편으로 섬유 생산에 대한 비용을 부가한다. 추가적으로, 본 발명에 따른 섬유는 표준 라이어셀 섬유와 추가적인 화학적 전처리로부터 수득된 급속 피브릴화된 섬유 사이의 균형 잡힌 피브릴화 역학을 나타낸다. 이에 따라, 구체예에서, 본 발명에 따른 라이어셀 섬유는 고속 피브릴화를 달성하면서 화학적 전처리에 대한 필요성을 피한다.

표준 라이어셀 섬유는 헤미셀룰로오스와 같은 높은 α-셀룰로오스 함량 및 낮은 비-셀룰로오스 함량을 갖는 고품질 목재 펄프로부터 현재 상업적으로 생산되고 있다. 상업적으로 입수 가능한 라이어셀 섬유, 예를 들어, Lenzing AG로부터 생산된 TENCEL^TM 섬유는 부직포 및 텍스타일 적용을 위해 우수한 섬유 성질을 나타낸다.

상기에 언급된 특허에 언급된 바와 같이, 높은 피브릴화 경향이 요망되지 않는 경우에, 이러한 라이어셀 섬유는 미네랄산 또는 표백 시약과 같은 제제를 사용하여 화학적으로 전처리된다. 이러한 화학적 처리에 의해, 섬유 성질은 급격하게 약화되며, 작업 능력은 감소한다.

라이어셀 공정은 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 극성 용매(예를 들어, N-메틸모르폴린 N-옥사이드[NMMO, NMO] 또는 이온성 액체)에서 셀룰로오스 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료의 직접 용해 공정에 관한 것이다. 상업적으로, 텍스타일 및 부직포 산업에서 널리 사용되고 있는 셀룰로오스 스테이플 섬유(Lenzing AG(Lenzing, Austria)로부터 상표명 TENCEL^® 또는 TENCEL^TM으로 상업적으로 입수 가능함)의 패밀리를 생산하기 위한 기술이 이용된다. 라이어셀 기술로부터의 다른 셀룰로오스 바디가 또한 생산되었다.

본 발명에 따른 섬유는 준상업적 파일롯 플랜트(약 1 kt/a) 및 섬유의 완전한 상업적-유사 후처리 시에 생산되었다. 이러한 생산 유닛에서 상업적 유닛(30 kt/a 초과)으로의 간단한 확장이 가능하고 신뢰성이 있다.

이러한 방법에 따르면, 셀룰로오스의 용액은 성형 도구를 이용하여 소위 건식-습식-방사 공정으로 압출되며, 성형된 용액은 예를 들어, 공기 갭 위로 침전욕으로 유도되는데, 여기서, 성형체는 셀룰로오스의 침전에 의해 수득된다. 성형체는 추가 처리 단계 후에 세척되고, 임의적으로 건조된다.

이러한 라이어셀 섬유는 당해 분야에서 널리 알려져 있으며, 이를 생산하고 분석하는 일반적인 방법은 예를 들어, US 4,246,221호 및 문헌[BISFA (The International Bureau for the Standardization of Man-Made fibers) publication "Terminology of Man-Made Fibres", 2009 edition]에 개시되어 있다. 두 문헌 모두는 전체적으로 본원에 참고로 포함된다.

본원에서 사용되는 용어 라이어셀 섬유는, 출발 물질을 생산하기 위해 극성 용매(예를 들어, N-메틸모르폴린 N-옥사이드[NMMO, NMO] 또는 이온성 액체) 중에 셀룰로오스 목재 펄프 또는 다른 셀룰로오스-기반 공급원료의 직접 용해 공정을 이용하는 경우에도, 본 발명에 따른 섬유가 예를 들어, 멜트블로운 공정으로부터 수득된 섬유와 매우 상이한 것으로 확인되었기 때문에, 이러한 공정에 의해 수득된 섬유를 규정한다. 동시에, 본 발명에 따른 섬유는 또한 비스코스 섬유와 같은 다른 타입의 셀룰로오스 기반 섬유와도 상이하다.

본원에서 사용되는 용어 헤미셀룰로오스는 목재 및 다른 셀룰로오스 원료, 예를 들어, 일년생 식물, 즉, 셀룰로오스가 통상적으로 수득되는 원료에 존재하는 당업자에게 공지된 물질을 지칭한다. 헤미셀룰로오스는 펜토오스 및/또는 헥소오스(C₅ 및/또는 C₆-당 단위)에 의해 구축된 분지형 단쇄 다당류 형태로 목재 및 다른 식물에 존재한다. 주요 빌딩 블록은 만노오스, 자일로오스, 글루코오스, 람노오스 및 갈락토오스이다. 다당류의 골격은 단지 하나의 단위(즉, 자일란) 또는 둘 이상의 단위(예를 들어, 만난)로 이루어질 수 있다. 측쇄는 아라비노오스 기, 아세틸 기, 갈락토오스 기 및 O-아세틸 기뿐만 아니라 4-O-메틸글루쿠론산 기로 이루어진다. 정확한 헤미셀룰로오스 구조는 목재 종 내서 크게 달라진다. 측쇄의 존재로 인해, 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스와 비교하여 훨씬 더 낮은 결정도를 나타낸다. 만난이 셀룰로오스와 주로 결합하며, 자일란이 리그닌과 결합한다는 것이 널리 알려져 있다. 요약하면, 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스-리그닌 응집물의 친수성, 접근성 및 분해 거동에 영향을 미친다. 목재 및 펄프의 가공 동안, 측쇄는 절단되며, 중합도가 감소된다. 당업자에 의해 알려지고 본원에서 사용된 바와 같은 용어 헤미셀룰로오스는 천연 상태의 헤미셀룰로오스, 일반적인 가공에 의해 분해된 헤미셀룰로오스 및 특별한 공정 단계(예를 들어, 유도체화)에 의해 화학적으로 개질된 헤미셀룰로오스뿐만 아니라 최대 500의 중합도(DP)를 갖는 단쇄 셀룰로오스 및 다른 단쇄 다당류를 포함한다.

본 발명은 본원에 기술된 바와 같이 라이어셀 섬유를 제공함으로써 최신 기술의 단점을 극복한다.

바람직하게는, 이러한 것은 적어도 7 중량%의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 헤미셀룰로오스-풍부 펄프로부터 생성된다. 상기에 언급된 바와 같이, 본 발명의 섬유에서 헤미셀룰로오스 함량은 이에 따라 일반적으로, 표준 라이어셀 섬유와 비교하여 더 높다. 적합한 함량은 하기에 추가로 설명되는 바와 같이 7 중량% 이상 및 최대 30 중량% 이상이다. 상기에 논의된 종래 기술의 개시와는 상반되게, 라이어셀 섬유의 경우, 이러한 높은 헤미셀룰로오스 함량은 놀랍게도, 비스코스 대체물로서 적합한 섬유를 제공하는 성질들의 조합을 일으킨다. 구체예에서, 증가된 피브릴화되는 경향과 같은 성질뿐만 아니라 개선된 분해 거동이 또한 제공된다. 이에 따라, 본 발명은 놀랍게도, 표준 라이어셀 섬유와 비교하여 더 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 셀룰로오스 기반 원료를 사용하는 동안 상기에 개략된 바와 같은 과제를 달성한다.

본 발명에서 사용되는 펄프는 바람직하게는, 본원에 개략된 바와 같이, 높은 함량의 헤미셀룰로오스를 나타낸다. 표준 라이어셀 섬유의 제조를 위해 사용되는 표준의 낮은 헤미셀룰로오스 함량과 비교하여, 본 발명에 따라 사용되는 바람직한 펄프는 또한, 하기에 개략되는, 다른 차이를 나타낸다.

표준 펄프와 비교하여, 본원에서 사용되는 바와 같은 펄프는 더욱 솜털 같은(fluffy) 외관을 나타내며, 이는 고비율의 더 큰 입자의 존재 하에서, 밀링 후에(라이어셀 공정을 위한 방사 용액의 형성을 위한 출발 물질의 제조 동안) 얻어진다. 결과적으로, 낮은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 표준 펄프와 비교하여, 벌크 밀도는 훨씬 더 낮다. 이러한 낮은 벌크 밀도는 투여량 파라미터(즉, 적어도 2회 저장 디바이스로부터의 투여량)의 조정을 필요로 한다. 또한, 본 발명에 따라 사용되는 펄프에는 NMMO가 함침되기가 더욱 어렵다. 이는 Cobb 평가에 따른 함침 거동을 평가함으로써 확인될 수 있다. 표준 펄프가 2.8 g/g보다 통상적으로 더 큰 Cobb 값을 나타내지만(2분의 함침 시간과 함께 75℃에서 78% NMMO의 수용액을 사용하는 구성을 갖는 DIN EN ISO 535에 따라 결정됨), 본 발명에서 사용되는 펄프는 약 2.3 g/g의 Cobb 값을 나타낸다. 이는 방사 용액 제조 동안 개조, 예를 들어, 증가된 용해 시간(즉, WO 9428214호 및 WO 9633934호에서 설명됨) 및/또는 온도, 및/또는 용해 동안 증가된 건조(searing)을 필요로 한다(즉, WO9633221호, WO9805702호 및 WO 9428217호). 이는 표준 라이어셀 방사 공정에서 본원에 기술된 펄프의 사용을 가능하게 하는 방사 용액의 제조를 보장한다.

본 발명의 바람직한 일 구체예에서, 본원에 기술된 바와 같은 라이어셀 제품, 바람직하게는, 섬유를 제조하기 위해 사용되는 펄프는 300 내지 440 ml/g, 특히, 320 내지 420 ml/g, 더욱 바람직하게는, 320 내지 400 ml/g 범위의 스캔 점도를 갖는다. 스캔 점도는 당업자에게 알려져 있고 psl-rheotek으로부터 입수 가능한 디바이스 Auto PULPIVA PSLRheotek와 같은 상업적으로 입수 가능한 디바이스 상에서 수행될 수 있는 방법인, 쿠프리에틸렌디아민 용액에서 SCAN-CM 15:99에 따라 결정된다. 스캔 점도는 방사 용액을 제조하기 위해 펄프의 특정 가공에 영향을 주는 중요한 파라미터이다. 2개의 펄프가 라이어셀-공정에 대한 원료로서 매우 유사한 것으로 보이지만, 상이한 스캔 점도는 가공 동안 상이한 완전히 다른 거동을 초래하게 할 것이다. 라이어셀-공정과 같은 직접 용매 방사 공정에서, 펄프는 NMMO 중에 그 자체로 용해된다. 숙성 단계가 비스코스 공정과 유사하게 존재하지 않으며, 여기서 셀룰로오스의 중합도는 공정의 필요에 따라 조정된다. 이에 따라, 원료 펄프의 점도에 대한 사양은 통상적으로, 작은 범위 내에 있다. 그렇지 않으면, 생산 동안에 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 펄프 점도가 상기에서 규정된 바와 같은 경우가 유리할 것으로 확인되었다. 낮은 점도는 라이어셀 제품의 기계적 성질을 손상시킨다. 높은 점도는 특히, 방사 도프의 점도를 더 높아지게 할 수 있고, 이에 따라 방사가 더 느려질 것이다. 더 느린 방사 속도로, 더 낮은 드로우 비가 달성될 것이며, 이는 섬유 구조 및 이의 성질을 크게 변경시킨다(Carbohydrate Polymers 2018, 181, 893-901; Structural analysis of Ioncell-F fibres from birch wood, Shirin Asaadia; Michael Hummel; Patrik Ahvenainen; Marta Gubitosic; Ulf Olsson, Herbert Sixta). 이는 공정 조정을 필요로 할 것이고, 밀 용량의 감소를 초래할 것이다. 본원에서 규정된 바와 같은 점도를 갖는 펄프를 사용하여, 고품질의 제품의 매끄러운 가공 및 생산을 가능하게 한다.

본 발명에 따라 섬유를 제조할 수 있는 펄프는 바람직하게는, 125:1 내지 1:3, 바람직하게는, 25:1 내지 1:2 범위의 C₅/자일란 대 C₆/만난의 비를 나타낸다.

헤미셀룰로오스 함량은 독립적으로 또는 상기 개시된 비율과 조합하여, 7 중량% 이상, 바람직하게는, 10 중량% 이상 또는 13 또는 14 중량% 이상 및 구체예에서, 최대 25 중량% 또는 심지어 30 중량%일 수 있다. 구체예에서, 자일란 함량은 5 중량% 이상, 예를 들어, 8 중량% 이상, 및 구체예에서, 10 중량% 이상이다. 구체예에서, 단독으로 또는 상기 언급된 헤미셀룰로오스 및/또는 자일란 함량과 조합하여, 만난 함량은 3 중량% 이상, 예를 들어, 5 중량% 이상이다. 다른 구체예에서, 만난 함량은, 바람직하게는, 상기에서 규정된 바와 같은 높은 자일란 함량과 함께, 1 중량% 이하, 예를 들어, 0.2 중량% 또는 0.1 중량% 이하일 수 있다.

또한 상이한 펄프의 혼합물일 수 있는(본질적인 요건이 충족되는 한) 펄프에서의 헤미셀룰로오스의 함량은 7 중량% 내지 최대 50 중량%, 예를 들어, 5 내지 25, 바람직하게는, 10 내지 15 중량%일 수 있다. 헤미셀룰로오스 함량은 당해 분야에 공지된 절차에 따라 조정될 수 있다. 헤미셀룰로오스는 펄프를 수득하는 목재로부터 비롯된 헤미셀룰로오스일 수 있지만, 또한, 다른 소스로부터의 요망되는 섬유 성질에 따라 개개 헤미셀룰로오스를 낮은 본래 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 고순도 셀룰로오스에 첨가하는 것이 가능하다. 개개 헤미셀룰로오스의 첨가는 또한, 헤미셀룰로오스 함량의 조성을 조정하기 위해, 예를 들어, 헥소오스 대 펜토오스의 비를 조정하기 위해 이용될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 단독으로 또는 본원에 기술된 이전 구체예 중 적어도 하나와 임의의 조합에서, 펄프에서 셀룰로오스 함량은 95 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는, 93 중량% 내지 60 중량%, 예를 들어, 85 중량% 내지 70 중량% 범위이다.

구체예에서, 본 발명에 따른 섬유를 제조하기 위해 사용되는 펄프는 85 내지 70 중량%의 셀룰로오스 함량, 5 중량% 이상의 자일란 함량, 및 3, 바람직하게는, 5 중량% 이상의 만난 함량을 가질 수 있다. 다른 구체예는 85 내지 70 중량%의 셀룰로오스 함량, 8 중량% 이상의 자일란 함량, 및 1 중량% 이하, 바람직하게는, 0.2 또는 0.1 중량% 이하의 만난 함량을 갖는 펄프이다.

본 발명에 따라 섬유를 제조하기 위해 사용되는 펄프에 함유된 헤미셀룰로오스는 특히 펜토오스 및 헥소오스의 함량과 관련하여 다양한 조성을 가질 수 있다. 구체예에서, 본 발명에서 사용되는 헤미셀룰로오스-풍부 펄프에서 펜토오스의 함량은 125:1 내지 1:3, 예를 들어, 75:1 내지 1:2, 바람직하게는, 25:1 내지 1:2의 범위, 및 구체예에서, 10:1 내지 1:1의 C₅/자일란 대 C₆/만난의 비를 나타낸다. 자일란 및/또는 만난 함량과 관련하여, 펄프와 관련하여 기술된 상기 제공된 구체예는 또한 섬유 자체에 대해 적용 가능하다.

이전에 개략된 바와 같이, 상기에 언급된 과제 및 목적은 상기에 언급된 성질을 갖는 라이어셀 섬유에 의해 본 발명에 따라 해소된다. 본 발명에 따른 섬유는 구체예에서, 특정 구조로 인해, 증가된 효소 박리성, 개선된 생물학적 분해뿐만 아니라 개선된 피브릴화 성질 및 상기 언급된 WRV를 포함할 수 있는 개선된 성질을 나타낸다. 본원에 언급된 모든 구체예와 조합하여 고려될 수 있는 다른 구체예에서, WRV는 결정도뿐만 아니라 섬유의 구조, 특히 다공성 코어층에 의해 영향을 받을 수 있다.

표준 라이어셀 섬유는 현재 헤미셀룰로오스와 같은 높은 α-셀룰로오스 함량 및 낮은 비-셀룰로오스 함량을 갖는 고품질 목재 펄프로부터 상업적으로 생산되고 있다. 상업적으로 입수 가능한 라이어셀 섬유, 예를 들어, Lenzing AG로부터 생산된 TENCEL^TM 섬유는 부직포 및 텍스타일 적용을 위한 우수한 섬유 성질을 나타낸다.

본 발명은 적어도 7 중량%의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 헤미셀룰로오스-풍부 펄프를 사용함으로써 본원에 기술된 바와 같은 독특한 성질 및 구조를 갖는 섬유를 제공할 수 있다. 상기에 논의된 종래 기술의 개시와는 상반되게, 본 발명의 라이어셀 섬유에 대한 이러한 높은 헤미셀룰로오스 함량은 놀랍게도, 섬유의 기계적 성질에 대해 단지 미미한 효과를 가지면서, 라이어셀 섬유 구조의 코어층의 다공성을 증기시킨다. 또한, 피브릴화 경향뿐만 아니라 WRV가 증가된다. 이에 따라, 본 발명은 놀랍게도, 표준 라이어셀 섬유와 비교하여, 더 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 셀룰로오스 기반 원료를 사용하면서 상기에 개략된 바와 같은 과제를 달성한다.

상기에서 이미 개략된 바와 같이, 문헌[Zhang et al (Polym. Engin. Sci. 2007, 47, 702-706)]에는 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 섬유가 기술되어 있다. 마찬가지로, 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 멜트블로운 섬유는 상기에 논의된 종래 기술로부터 알려져 있다. 그러나, 종래 기술에서 보고된 바와 같은 결과와는 상반되게, 본 발명은 상기에 개략된 바와 같은 완전히 상이한 성질을 갖는 섬유를 제공한다. 이러한 대조되는 발견에 대한 하나의 가능한 설명은 본 발명에 따른 섬유가 라이어셀 방사 공정을 이용하는 대규모 생산 장비를 사용하여 생산된 섬유인 반면, 종래 기술에 기술된 섬유가 라이어셀 섬유를 상업적 품질(예를 들어, 연신비, 생산 속도 및 후처리는 스케일-업 품질을 반영하지 않음)로 생산할 수 없는 실험실 장비로 생산되거나 멜트블로운 기술을 이용하여 생산된다는 사실일 수 있다. 이에 따라, 충분한 연신 및 적절치 않은 후처리로 생산되지 않는 섬유는 시장 적용을 반영하는 타이터에서 생산 스케일로 생산된 섬유와 비교하여 상이한 구조 및 성질을 나타낸다.

본 발명에 따른 섬유는 요망되는 적용에 따라, 통상적으로 6.7 dtex 이하, 예를 들어, 2.2 dtex 이하, 예를 들어, 1.7 dtex 이하, 예를 들어, 1.3 dtex 이하의 타이터를 갖는다. 섬유가 부직포 적용에서 사용되도록 의도되는 경우에, 1.5 내지 1.8 dtex의 타이터가 통상적으로 적합하며, 텍스타일 적용의 경우 더 낮은 타이터, 예를 들어, 0.9 내지 1.7 dtex가 적합하다. 놀랍게도, 본 발명은 부직포 적용에서 텍스타일 적용의 전체 적용 범위에 걸쳐 요망되는 타이터를 갖는 섬유를 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명은 또한 훨씬 더 작은 타이터를 갖는 섬유를 포함하며, 타이터에 대한 적합한 하한치는 0.5 dtex 이상, 예를 들어, 0.8 dtex 이상, 및 구체예에서, 1.3 dtex 이상이다. 본원에 개시된 바와 같은 이러한 상한치 및 하한치는 0.5 내지 9 dtex의 범위를 규정하며, 상한치 중 임의의 하나와 하한치 중 임의의 하나를 조합함으로써 형성된 모든 추가 범위를 포함한다.

본 발명에 따른 섬유는 셀룰로오스의 용액을 이용한 라이어셀 기술 및 당업자에게 알려진, 표준 라이어셀 공정에 따른 침전욕을 이용한 방사 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 상기에 개략된 바와 같이, 본 발명은 본 발명과 관련된 성질 및 구조를 향상하기 때문에, 대규모 가공 방법으로 생산된 섬유를 제공한다.

본 발명에 따른 섬유는 바람직하게는, 감소된 결정도, 바람직하게는, 40% 이하의 결정도를 나타낸다. 본 발명에 따른 섬유는 바람직하게는, 70% 이상, 또는 더욱 바람직하게는, 75% 이상의 WRV를 나타낸다. 특히 본원에 기술된 결정도 값과 함께, 본 발명의 섬유의 WRV의 예시적인 범위는 72% 내지 90%, 예를 들어, 75% 내지 85%이다. 본 발명에 따른 섬유는 비스코스 섬유의 후각적인 단점을 극복하도록 어떠한 황 냄새도 나타나지 않으며, WRV 및 작업 능력과 같은 성질은 비스코스 대체 섬유로서 본 발명의 섬유를 사용할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 섬유는 단독으로 또는 청구된 섬유에 대해 바람직한 것으로서 상기에 개략된 특징과의 임의의 조합으로, 40% 이하, 바람직하게는, 39% 이하의 결정도를 갖는다. 특히, 부직포 적용을 위해 사용되는 섬유는 바람직하게는, 예를 들어, 39 내지 30%, 예를 들어, 38 내지 33%의 낮은 결정도를 나타낸다. 그러나, 본 발명은 이러한 예시적인 결정도 값으로 제한되지 않는다. 상기에서 설명된 바와 같이, 표준 라이어셀 섬유와 비교하여, 본 발명에 따른 섬유는 40% 이하의 감소된 결정도를 나타낸다.

본 발명에 따른 섬유는 구체예에서 섬유의 단면에 걸쳐 헤미셀룰로오스의 새로운 타입의 분포를 나타낸다. 표준 라이어셀 섬유의 경우, 헤미셀룰로오스가 섬유의 표면 영역 내에 농축되어 있는 반면, 본 발명에 따른 섬유는 섬유의 전체 단면에 걸쳐 헤미셀룰로오스의 균일한 분포를 나타낸다. 이러한 분포는, 헤미셀룰로오스가 예를 들어, 일치하는 화학적 반응성을 갖는 다른 첨가제에 대한 결합 성질을 증가시키기 때문에 섬유의 기능성을 향상시킨다. 또한, 헤미셀룰로오스의 균일한 분포는 또한, 표면층 및 다공성 코어층에 더 큰 기공을 포함하는, 본 발명에 따른 섬유의 신규한 구조를 안정화시키는 데 기여할 수 있다. 이러한 신규한 구조는 염료와 같은 다른 분자의 흡수뿐만 아니라 보유를 향상시키고, 또한 더 빠른 분해, 특히 생물학적(효소적) 분해/붕해에 기여한다.

본 발명에 따른 섬유는 부직포 및 또한 텍스타일의 생산과 같은 다양한 적용을 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 섬유는 요망되는 제품의 유일한 섬유로서 사용될 수 있거나 이러한 것은 다른 타입의 섬유와 혼합될 수 있다. 혼합비는 요망되는 최종 용도에 의존적일 수 있다. 예를 들어, 향상된 피브릴화 및 물보유를 갖는 부직포 또는 텍스타일이 요망되는 경우에, 본 발명에 따른 섬유는 요망되는 성질을 보장하기 위해 종래 기술에 따른 다른 섬유에 비해 더 많은 양으로 존재할 수 있으며, 다른 적용에서 본 발명의 더 작은 상대적인 양의 섬유가 충분할 수 있다. 다른 적용에서, 예를 들어, 분해 거동이 개선될 때, 본 발명의 섬유의 함량은 예를 들어, 표준 라이어셀 섬유와의 혼합물에서 높을 수 있다.

본 출원이 결정도, 스캔 점도, 등과 같은 파라미터를 지칭하는 한, 이러한 것이 본원에 개략된 바와 같이, 설명의 일반적인 부분에서 및/또는 하기 실시예에서 개략된 바와 같이 결정되는 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 섬유와 관련하여 본원에서 규정된 바와 같은 파라미터 값 및 범위가 최대 1 중량%(섬유 중량을 기준으로 함)의 총량으로, 다른 첨가제, 예를 들어, 소광제(TiO₂, 종종 0.75 중량% 양으로 첨가됨)뿐만 아니라 통상적으로 도프에 첨가된 가공 보조제와 같은 유일한 첨가제를 함유하고 펄프로부터 유도된 섬유로 결정된 성질을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 보고된 바와 같은 독특한 및 특정 성질은 섬유 자체의 성질이지만, 특정 첨가제의 첨가 및/또는 방사후 처리(예를 들어, 피브릴화 개선 처리, 등)에 의해 얻어진 성질이 아니다.

그러나, 본원에 개시되고 청구된 바와 같은 섬유가, 이러한 첨가제의 존재가 도프 제조 및 방사 작업에 대해 악영향을 미치지 않는 한, 통상적인 양으로 첨가제, 예를 들어, 무기 충전제, 등을 포함할 수 있다는 것이 평균의 숙련된 사람에게 명백하다. 이러한 첨가제의 타입뿐만 아니라 개개 첨가양은 당업자에게 알려져 있다.

실시예:

실시예 1 : 라이어셀 섬유 생산 및 분석

상이한 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 3개의 상이한 타입의 펄프를 사용하여 3개의 상이한 섬유를 생성하였다(표 4). WO93/19230호에 따라, NMMO 중에 펄프를 용해시키고 1.3 dtex 내지 2.2 dtex의 타이터를 갖는 섬유를 수용하기 위해 소광제(0.75% TiO₂) 없이 및 이와 함께 침전욕 내로 공기-갭을 걸쳐 일르 방사시킴으로써 라이어셀 섬유를 생성하였다.

표 1: 라이어셀 섬유 생산을 위한 상이한 펄프의 당 함량

생성된 라이어셀 섬유의 섬유 성질을 분석하였다. 결과는 표 2에서 요약된다. 섬유 1은 헤미-풍부 펄프 1로부터 생산되며, 섬유 2는 헤미-풍부 펄프 2로부터 생산된다. 표준 라이어셀(CLY) 섬유는 표준 라이어셀 기준 펄프로부터 생산된다. 브라이트(bright)는 소광제 없는 텍스타일 섬유를 지시하며, 둘(dull) 섬유는 상기에서 확인된 소광제를 함유한다.

표 2: 섬유 성질(ISFA 정의에 따라 결정된 작업 능력)

표시된 결과는, 본 발명에 따른 섬유가 이러한 섬유를 비스코스 대체 섬유로서 적합하게 만들기 위해, 충분한 기계적 성질, 특히 작업 능력을 유지시키면서 상업적으로 관련된 섬유 타이터 범위에 걸쳐 제조될 수 있다.

실시예 2 : 결정도 측정

실시예 1의 섬유의 결정도는 1064 nm 및 500 mW에서 Nd-Yag-레이저를 구비한 Bruker MultiRAM FT-Raman 분광기와 함께 FT/IR을 이용하여 측정된다. 섬유는 매끄러운 표면을 위해 펠렛으로 압축된다. 각각 100 스캔으로 4 cm^-1의 스펙트럼 해상도로 4배 측정된다. 측정의 평가는 화학계량학적 방법(WAXS-데이터로 보정)을 이용하여 수행되었다.

본 발명의 섬유(섬유 1 및 섬유 2)의 결정도가 표준 CLY 섬유와 비교하여 각각 16% 및 15% 감소한다는 것이 나타날 수 있다.

표 3: 상이한 라이어셀 섬유의 결정도

실시예 3: WRV 결정(DIN 53814 (1974)에 따름)

보수도를 결정하기 위해, 규정된 양의 건조 섬유는 특수 원심분리 튜브(물 배출구를 구비함) 내에 도입된다. 섬유는 5분 동안 탈이온수에서 팽창될 수 있다. 이후에, 이러한 것은 3000 rpm에서 15분 동안 원심분리되고, 그때에 촉촉한 셀룰로오스가 즉시 계량된다. 촉촉한 셀룰로오스는 105℃에서 4시간 동안 건조되며, 그때에, 건조 중량이 결정된다. WRV는 하기 수학식을 이용하여 계산된다:

(mf = 습윤 질량, mt = 건조 질량)

보수도(WRV)는 원심분리 후에 수분 침투된 샘플의 물이 얼마나 많이 보유되는 지를 나타내는 측정값이다. 보수도는 샘플의 건조 중량에 대한 백분율로서 표현된다.

표 4에서, 기준 섬유와 비교하여 본 발명의 섬유(섬유 1 및 섬유 2)의 보수도가 나열되며, 표준 CLY 섬유와 비교하여 각각 19% 및 26%까지의 WRV의 증가가 관찰될 수 있다.

표 4: 상이한 라이어셀 섬유의 WRV

이러한 결과는, 본 발명에 따른 섬유가 이러한 섬유를 비스코스 대체 섬유로서 적합하게 만드는 WRV를 나타낸다는 것을 입증한다.

실시예 4: 피브릴화 경향

표 5에서, 상이한 섬유 타입의 CSF(TAPPI Standard T227 om-94에 따라 분석됨) 값이 비교된다. 8분 혼합 후 CSF 값이 나타난다.

CSF 값은 본 발명의 섬유의 유의미하게 증가된 피브릴화 경향을 나타낸다.

표 5: 8분의 혼합 시간 후 상이한 섬유의 CSF 값의 비교

결과는 표준 라이어셀 섬유와 비교하여, 본 발명의 섬유에 대한 더 높은 피브릴화 경향을 나타낸다.

실시예 5: 피브릴화 역학의 비교

3가지 상이한 섬유 타입이 비교되었다:

표준 1.7 dtex/4 mm 라이어셀 섬유는 Lenzing AG로부터의 TENCEL^TM 섬유("라이어셀 표준물")로서 상업적으로 입수 가능하다.

화학적 전처리("라이어셀 화학적 피브릴화")된 라이어셀 섬유는 AT 515693호에 기술된 바와 같이 생산되었다. 1.7 dtex의 단일 타이터를 갖는 섬유 토우는 액체 비 1:10으로 실온에서 묽은 황산으로 함침되었으며, 그 후에, 약 200% 수분까지 압축되었다. 약 10분 동안 스팀기(steamer)에서 섬유 토우의 후처리는 압력 하에서 수증기를 적용할 수 있다. 섬유 번들은 산을 사용하지 않고 세척되며, 부드러운 마감이 적용되며, 섬유는 건조된다. 건조된 섬유 토우는 4 mm 쇼트컷 섬유로 절단되고, 후속하여 1.7 dtex/4 mm "라이어셀 화학적 피브릴화" 섬유가 된다.

본 발명의 라이어셀 섬유는 10% 초과의 헤미셀룰로오스 함량(자일란, 만난, 아라비난, ....)을 갖는 실시예 1로부터의 헤미셀룰로오스-풍부 펄프로부터 생산되어, 방사후 처리 후 1.7 dtex/4 mm 섬유를 수득하였다.

3가지 상이한 섬유 타입은 6 g/ℓ의 출발 농도, 1400 rpm 및 172 ℓ/분 유량으로 Andritz Laboratory 플랜트 12-1C 플레이트 정제기(NFB, S01-218238)에서 정제하였다. 갭은 1 mm로 고정되었다.

정제 결과는 도 1에 예시되어 있다. 라이어셀로 명명된 본 발명의 라이어셀 섬유가 피브릴화를 증가시켰으며, 라이어셀 화학적 피브릴화 섬유가 라이어셀 표준 섬유와 비교하여 유의미하게 더 높은 비율로 피브릴화한다는 것을 나타낼 수 있는데, 이는 시간- 및 에너지 노력의 감소를 의미한다. 그러나, 라이어셀은 피브릴화 섬유를 증가시켰지만, 피브릴화에 있어서 더 느린 증가를 나타내었다.

실시예 6: 형광 염색의 비교

실시예 1 섬유 1 브라이트(1.3 dtex/38 mm), CLY 표준 브라이트(1.3 dtex/38 mm)의 섬유뿐만 아니라 표준 비스코스 표준 bright 섬유(1.3 dtex/38 mm)는 Abu-Rous의 방법에 따라 Uvitex BHT로 염색되었다[J.Appl. Polym.Sci., 2007, 106, 2083-2091]. 수득된 섬유는 5분 내지 24시간의 기간에, 염료 용액 중에 상이한 간격으로 침지시킨 후 평가되었다. 염료 분자의 큰 크기로 인해, 침투는 더 큰 기공 부피를 갖는 영역으로 제한된다.

결론은 섬유 단면의 다공성 구조에 대한 염료 침투의 연장으로부터 도출될 수 있다. 칼라의 강도는 기공 및 공극의 수, 이의 크기 및 섬유 기공의 내부 표면에 대한 염료 분자의 화학적 결합에 대한 지시를 제공한다. 화학적 결합은 주로 헤미셀룰로오스 및 비-결정질 영역에 기여된다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 섬유는 도 2에 도시된 바와 같이 섬유의 전체 단면의 빠르고 완벽한 염색을 나타내었다. 섬유는 더욱 용이하게 침투되는데, 이는 더 큰 기공 크기 및 신규한 섬유의 수, 실시예 2에 나타낸 바와 같이 더 낮은 결정도, 및 실시예 7에 나타낸 바와 같이 전체 섬유 단면에 걸쳐 더 높은 헤미셀룰로오스 함량으로 인해 접근성 증가를 나타낸다. 비스코스 섬유는 최대 3시간까지 염료의 흡수를 나타내었으며, 그 후에, 염료의 추가 흡수가 관찰되지 않았다.

동시에, 염료 흡수는 비스코스 섬유의 외부 영역으로 제한되었다. 표준 라이어셀 섬유는 유사한 거동을 나타내었지만, 염색은 비스코스 섬유와 비교하여, 다소 더 빠르고 더욱 강렬하였다. 그러나, 염색은 섬유의 쉘 및 중간층으로 제한되었으며, 표준 라이어셀 섬유의 조밀하고 컴팩트한 코어층은 염색되지 않았다. 결과는 또한, 표 6 및 도 2에 요약되어 있다.

표 6: 염색 시간 및 확장의 비교

실시예 7: 효소 박리

본 발명에 따른 라이어셀 섬유를 문헌[Sjoeberg et al (Biomacromolecules 2005, 6, 3146-3151)]에 따른 효소적 박리 시험으로 처리하였다. 7.5%의 향상된 자일란 함량을 갖는 비스코스 섬유를 논문[Schild et al (Cellulose 2014, 21, 3031-3039)]으로부터의 비교를 위해 선택하였다. 이러한 시험은 층(더 조밀한 층은 더 느린 반응을 나타낼 뿐만 아니라 층은 더 작은 기공 크기를 가질 수 있기 때문에) 층의 상이한 밀도 및 구조와 관련된 정보를 포함하는 섬유의 단면에 걸친 헤미셀룰로오스 분포, 특히 자일란(HPLC 측정에 의함)과 관련된 데이터를 생성할 수 있다.

표준 라이어셀 섬유(1.3 dtex/38 mm 브라이트)뿐만 아니라 자일란 풍부 비스코스 섬유(1.3 dtex/40 mm 브라이트)는 느린 박리 속도를 나타내었다(도 4). 이러한 효과는 더 조밀한 코어로 인해 긴 박리 시간에서 더욱 더 두드러진다. 동시에, 결정된 자일란 유리는 섬유의 표면에서 높은 헤미셀룰로오스 함량 및 코어까지의 급격한 농도 감소를 갖는 섬유에 해당한다(도 3). 이와는 상반되게, 본 발명에 따른 섬유는 전체 단면에 걸쳐 헤미셀룰로오스 함량의 균일한 분포를 갖는 섬유 구조에 해당하는 박리 거동을 나타낸다.

추가적으로, 박리는 훨씬 더 빠르다. 이는 이러한 현상이 자일란 풍부 비스코스 섬유로 달성할 수 없기 때문에 더욱 더 놀랍고, 완전히 신규한 것이다. 더 빠른 박리 속도로 인해, 신규한 섬유가 더욱 다공성 코어, 및 전체 섬유 단면에 걸쳐 자일란의 균일한 분포 및 증가된 기공 크기 및 수를 갖는 표면층을 가지고 있다고 결론을 낼 수 있다.

실시예 8: 토양에서의 붕해

상이한 붕해 거동을 시험하기 위해 3가지 상이한 섬유 타입, 즉, 1.7 dtex/38 mm 섬유 1 둘, 1.7 dtex/38 mm CLY 표준 둘 및 1.7 dtex/40 mm 비스코스 표준 둘을 사용하였다.

후속하여, 스펀레이싱(spunlacing)-기술을 이용하여 섬유를 50 gsm 와이프로 전환시켰다.

산업 퇴비화 조건을 시뮬레션하는, 퇴비의 붕해는 8주(시험은 일반적으로 12주 지속되지만, 8주 후 물질이 완전히 사라진 후 시험이 중지되었다) 동안 정성적으로 평가된다.

시험 물질을 슬라이드 프레임에 놓고, 바이오폐기물과 혼합하고, 200 리터 퇴비통에서 퇴비화하였다.

퇴비화 동안 최대 온도(산업적 조성물 요건)가 60℃ 초과 및 75℃ 미만인 경우에 이러한 시험이 유효한 것으로 간주된다. 또한, 일일 온도는 1주 동안 60℃ 초과이고, 적어도 연속 4주 동안 40℃ 초과이어야 한다.

요건은 대부분 충적되었다. 개시 후, 온도는 거의 바로 60℃ 초과까지 증가되고, 짧게 5일 후 78.0℃의 최대 값을 갖는 것을 제외하고 75℃ 미만으로 유지되었다. 그러나, 온도가 한계를 초과하였을 때 즉각적인 조치가 취해졌고, 더 낮은 온도가 설정되었다. 온도는 적어도 1주 동안 60℃ 초과로 유지되었다. 퇴비화 1.1주 후, 통을 45℃에서 인큐베이션 룸에 배치시켜 온도를 40℃ 초과가 되도록 하였다. 퇴비화 공정 동안 상승된 온도는 주로 통의 내용물의 전환으로 인한 것이며, 그 동안에, 공기 채널 및 진균 무리가 파괴되었으며, 수분, 미생물총 및 기질이 균일하게 나누어졌다. 이러한 최적의 퇴비화 조건이 재설정됨에 따라, 더 높은 활성도 및 온도 증가를 초래하였다. 온도는 연속 4주 동안 40℃ 초과로 유지되었다.

통에서 혼합물은 규칙적으로 손으로 뒤집었으며, 그 동안에, 시험 항목의 붕해가 시각적으로 모니터링된다. 퇴비화 공정 동안 슬라이드 프레임에서 시험 물질의 붕해의 진행의 시각적 표현은 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 시험 동안 이루어진 시각적 관찰의 개요는 표 7에 제공되어 있다.

도면으로부터, 본 발명에 따른 섬유 1이 표준 라이어셀과 비교하여 훨씬 더 빠르게 붕해된다는 것이 명확하게 나타날 수 있다. 4주 후 붕해는 비스코스 시험 샘플과 유사하며, 즉, 2주 후 큰 홀은 섬유 1 샘플에서 관찰될 수 있으며, 비스코스 샘플은 단지 작은 인열을 나타내며, 라이어셀 샘플은 여전히 손상되지 않는다.

표 7: 시험 동안 시각적 관찰의 개요

Claims (16)

1. 적어도 70%의 보수도(water retention value; WRV) 및 40% 이하의 결정도를 갖는, 라이어셀 섬유.
2. 제1항에 있어서, 6.7 dtex 이하의 타이터(titer)를 갖는, 라이어셀 섬유.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 7 중량% 이상 및 25 중량% 이하의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 펄프로부터 생성된, 라이어셀 섬유.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다공성 코어층, 및 5 nm 초과의 기공 크기의 표면층을 갖는, 라이어셀 섬유.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유를 제조하기 위해 사용된 펄프가 300 내지 440 ml/g의 스캔 점도(scan viscosity)를 갖는, 라이어셀 섬유.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 35% 이하의 결정도를 갖는, 라이어셀 섬유.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 6 중량% 이상의 자일란 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1 중량% 이하의 만난 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3 중량% 이상의 만난 함량을 갖는, 라이어셀 섬유.
11. 제1항 또는 제2항에 따른 라이어셀 섬유를 제조하는 방법으로서,
    a) 7 중량% 이상의 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 10 내지 20 중량%의 셀룰로오스를 함유한 방사 용액을 제조하는 단계,
    b) 필라멘트를 수득하기 위해 압출 노즐을 통해 상기 방사 용액을 압출하는 단계,
    c) 20% 이하의 3차 아민 옥사이드의 농도를 갖는 응고액을 함유한 방사욕을 통해 상기 필라멘트를 초기 응고시키는 단계,
    d) 상기 필라멘트를 세척하는 단계, 및
    e) 습윤 또는 건조 필라멘트 또는 스테이플/숏컷 섬유(staple/short cut fiber)를 수득하기 위해 후처리하는 단계를 포함하는 방법.
12. 삭제
13. 제1항 또는 제2항에 따른 라이어셀 섬유를 포함하는 제품.
14. 제13항에 있어서, 부직포 및 텍스타일로부터 선택된, 제품.
15. 제13항에 있어서, 티슈(tissue) 및 와이프(wipe)로부터 선택된, 제품.
16. 제11항에 있어서, 후처리하는 단계는 세척, 절단, 또는 건조시키는 단계인 방법.
    

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