KR20020037379A

KR20020037379A - 용액의 조성을 조절하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020037379A
Application number: KR1020027004419A
Authority: KR
Inventors: 님츠프랑크-귄터; 마이어빌헬름; 마인쩌-알토프탄야
Original assignee: 추후제출; 알케루 슈바르차 게엠베하
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-05-18
Also published as: DE19949727B4; KR100760641B1; DE50008699D1; DE19949727A1

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 성형체의 제조를 위한 용액(들)의 조성을 조절하는 방법으로서, (a) 셀룰로오스 펄프 및 물을 함유한 아민옥사이드를 혼합하여 현탁액을 형성하는 단계, (b) 상기 현탁액으로부터 물을 증발시켜 셀룰로오스 용액을 형성하는 단계, (c) 상기 셀룰로오스 용액을 에어 갭을 통해 압출하여 아민옥사이드 수용액이 담겨진 침전조에 도입하고 거기에서 성형체를 형성하도록 응고시키는 단계, (d) 형성된 상기 성형체를 수성 세척 용액을 통과시킴으로써 성형체로부터 잔류 아민옥사이드를 세처하여 제거하는 단계, 및 (e) 단계 (c) 및/또는 (d)로부터의 아민옥사이드 수용액을 농축한 후 단계 (a)로 반송하는 단계로서, 여기서 용액들의 특성을 측정하고 그 측정값에 따라 용액들의 조성을 조절하는 단계를 포함하고,

적어도 하나의 상기 용액들의 하나의 비광학적 특성 또는 물리적 성질을 측정하고, 주어진 기준값과 측정값의 편차(들)를 이용하여 이들 용액의 조성(들)을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 이 방법에 의해 압출 용액의 조성을 정밀하게 모니터할 수 있다.

Description

용액의 조성을 조절하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE COMPOSITION OF SOLUTION(S)}

아민옥사이드 공법에 따라 제조된 셀룰로오스 성형체의 특성, 특히 방사된 섬유 및 필라멘트의 직물 특성은 압출 용액의 조성에 주로 좌우된다. 따라서 최적 특성을 유지하기 위해서는 용액의 조성을 모니터하고 그 변동을 좁은 한계치 내에 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 아민옥사이드 공법과 같은 연속 공정에서 경제적 가동을 위해서 용액의 조성을 모니터하는 것이 중요하다. 또한 단계 (c), (d) 및 (e)에서 아민옥사이드 용액의 농도를 측정하고 용액의 조성을 조절하는 것이 중요하다.

국제특허 공보 WO 94/28212호에 따르면, 압출 장치로 흐르는 방사 용액으로부터 간헐적으로 시료를 채취하고, 그 굴절률을 측정하는에, 만족스러운 특성을 가진 압출 제품을 얻기 위해서는 굴절률이 60℃에서 1.4890 내지 1.491 범위에 있어야 한다는 원리가 제시되어 있다. 또한 아민옥사이드 용액의 굴절률을 소정의 한계 내에 유지하는 것이 제시되어 있다. 그 후, 침전조에 있는 아민옥사이드 수용액의 굴절률은 60℃에서 1.3644 내지 1.3708 범위에 있을 수 있는 반면, 셀룰로오스 현탁액을 형성하기 위한 농축 아민옥사이드 용액에 대한 굴절률은 계량 부재를 작동시키지 않거나 증발 조건을 변경하지 않은 상태에서 1.4620 내지 1.4628 범위 내에 있을 수 있다. 용액의 굴절률을 다소 넓은 범위에서 모니터하면 용액의 조성을 정확히 조절할 수 없다. 또한 이 공법은 광흡수성 및/또는 광회절성이 강한 용액의 경우에는 유효하지 않다.

본 발명은 셀룰로오스 성형체의 제조에서 용액(들)의 조성을 조절하는 방법으로서, (a) 셀룰로오스 펄프 및 아민옥사이드 수용액을 혼합하여 현탁액을 형성하는 단계, (b) 현탁액으로부터 물을 증발하여 셀룰로오스 용액을 형성하는 단계, (c) 셀룰로오스 용액을 에어갭을 통해 수계 침전조 속으로 압출하고 거기에서 응고시켜 성형체를 형성하는 단계, (d) 성형체를 수세 용액을 통하여 이송하여 잔존하는 아민옥사이드를 성형체로부터 씻어내는 단계, 및 (e) 단계 (c) 및/또는 (d)로부터의 아민옥사이드 수용액을 농축한 후 단계 (a)로 되돌리는 단계를 포함하며, 상기 용액의 특성 또는 물리적 성질을 측정하고 그 측정값을 기준으로 용액의 조성을 조절하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이 방법을 실행하기 위한 장치로서, 계량 부재(metering element)가 장착된 혼합 장치, 상기 혼합 장치에 연결된 용해 및 증발 장치, 배관을 통해 상기 용해 및 증발 장치에 연결된 압출 장치, 하류의 침전조, 다량의 물로 희석시킨 아민옥사이드 수용액을 수용하는 적어도 하나의 세척조, 및 용액의 조성을 제어하기 위해 용액의 특성을 측정하는 장치를 구비한 장치에 관한 것이다. 본 발명에서 일반적으로 셀룰로오스 용액에 대해 측정할 특성을 언급할 때, 이는 또한 측정가능한 용액의 물리적 성질을 포함하는 것으로 이해해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략적 흐름도이다.

본 발명이 기초로 하는 목적은 아민옥사이드 공정에 따라 셀룰로오스 성형체를 제조하는 방법의 창출에 대한 것이며, 여기서 방사 용액의 조성을 정밀하게 모니터할 수 있다. 방사 용액 조성의 조절은 굴절률 범위를 기준으로 하여 행할 수 있는 것보다 더 정밀해야 한다. 이에 더하여 방사 용액의 조성이 가능한 한 최단 시간 지연되면서 조성에서의 모든 변동이 좁은 한계 내에 유지될 수 있도록 조절될 수 있는 아민옥사이드 공정에 따라 셀룰로오스 성형체를 제조하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 특히 용액의 광 흡수 또는 광 산란이 강하기 때문에 굴절률의 측정을 이용할 수 없는 경우에도 공정이 진행되는 동안 발생되는 상이한 용액의 조성을 조절할 수 있는 아민옥사이드 공정에 따라 셀룰로오스 성형체를 제조하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 마지막으로, 상기 공정을 실행하기 위한 장치로서, 아민옥사이드 공정에서의 용액, 실제로 방사 용액 및 셀룰로오스가 없는 아민옥사이드 수용액 모두의 조성 변화를 좁은 한계 내에 유지하거나 변화를 배제할 수 있도록 이용하는 장치를 제공하는 것이다. 이 외의 장점은 하기 설명으로부터 유도될 수 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 전제부에 제시된 바와 같이 상기 언급한 용액 중 적어도 하나의 비광학적 특성을 측정하고 소정의 기준 조성으로부터 그 측정값의 편차(deviation)(들)을 이용하여 이 용액(들)의 조성(들)을 조절하는 공정으로 달성된다. 굴절률의 축정을 포함하는 전술한 공정과 달리, 본 발명에 따라 측정값의 편차는 좁은 허용 한계 내에 주어진다. 기준값에 대한 측정값의 편차는 곧바로조절 회로의 계량 부재에서의 조정을 촉발시킨다. 따라서 본 발명에 따른 공정은 측정값이 허용 한계를 벗어날 때 비로서 조절이 이루어지는 경우보다 용액 조성에 대해 실질적으로 더 정밀한 조절을 가능하게 한다. 용액의 비광학적 특성의 측정은 이용되는 파장에 대해서 용액의 투명성을 필요로 하지 않는다. 그러므로 이산화티탄과 같은 첨가제, 착색제 또는 충전재 및 공정의 과정에서 얻어지며 불순물로 인해 짙은 색을 갖는 아민옥사이드 용액 등의 소정량을 함유하는 방사 용액도 그 농도에 관해 제어되고 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 공정의 바람직한 실시예에 의하면, 용액의 비광학적 특성은 유전상수, 전기 전도도, 마이크로파의 강도와 속도, 밀도, 수분 함량 및 초음파 속도로 이루어진 군으로부터 선택된다. 공정에서 투명용액 및 불투명 용액은 동일한 특성의 측정에 의해 제어될 수 있으며, 따라서 측정과 조절에 소요되는 비용이 최소화된다. 수분 함량은 칼 피셔(Karl Fischer)법에 따라 측정될 수 있다.

상기 공정의 바람직한 실시예에 따르면, 셀룰로오스 용액의 온도는 용액의 상기 특성 중 하나를 측정 시, 측정하기 직전 또는 측정 후에 측정되고, 상기 측정값은 측정된 온도를 기준으로 보상된다.

방사 용액의 온도는 변동될 수 있기 때문에, 측정값은 기준 조성의 방사 용액이 갖는 특성값 또는 작용값이 알려져 있는 기준 온도로 변환되어야 하며, 변환 온도를 이용하여 측정값이 비교된다. 측정값이 변환되는 이 기준 온도는 예를 들면 50℃ 또는 60℃이다.

용액의 특성은 인라인(in-line) 방식으로 측정되는 것이 바람직하다. 인라인 측정은 용액의 조성을 신속히 결정할 수 있게 할 뿐 아니라 라인의 빈 공간(예를 들면 시료 채취용 배관 내)에서 가능한 비정상 반응의 발생으로 인한 용액의 분해 경향에 의해 생기는 안전 위험성을 감소시킨다.

본 발명에 따른 공정의 일 실시예에서, 용액의 조성을 조절하기 위해 각각의 단계 (a), (b), (d)에서 성분을 계량하는 것을 이용한다. 예를 들면, 방사 용액의 조성의 변화가 특성을 측정함으로써 결정될 경우, 셀룰로오스 및/또는 용매인 NMMO/H₂O 성분의 계량 시스템에서 조정이 필요하다. 침전조 용액의 조성을 교정하기 위해서, 주입되는 세척 용액에 대한 계량 시스템을 이용하거나 세척 용액에 대한 물의 투입량을 변화시키는 것이 필요할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 단계 (b) 및/또는 용액의 조성을 조절하는 단계 (e)의 가동 조건을 이용한다. 만일 상기 결과로 NMMO/H₂O의 비율에 변동이 생기면 단계 (b)에서 수분 증발이 억제되거나 증가됨으로써 이 변동이 교정될 수 있다. 단계 (a)에서 복귀시켜야 할 아민옥사이드 수용액의 농도는 또한 각각 농축 및 증발 단계를 이용함으로써 조절될 수 있다.

상기 목적은 또한 상기 전제부에서 언급된 바와 같이, 제어하고자 하는 용액을 수용하는 배관 또는 용기 내에 용액의 비광학적 특성을 측정하기 위한 계량 장치가 배치되고, 그 계량 장치는 계량 부재 또는 증발 장치와 함께 정렬되어 용액의 조성을 조절하기 위한 조절 회로를 형성하는 본 발명에 따른 장치를 이용하여 달성된다. 측정 장치는 예를 들면 유전 상수 또는 밀도와 같은 용액에 관하여 측정된값을 예를 들면 계량 부재의 계량 속도 또는 증발 장치의 가열 성능상의 변화와 같은 조작 부재(manipulation element)를 위한 신호로 변환하여 전달한다.

측정 장치는 용액의 온도를 측정하고 측정 장치가 측정한 값을 온도 보상하기 위한 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 측정 장치는 이미 온도 보상이 이루어진 측정값을 전달함으로써 특정 온도에 관하여 기준 조성을 갖는 방사 용액의 특성값과의 직접적인 비교가 가능하다.

이하에서 도면에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

물과 NMMO/H₂O의 혼합물을 함유하는 셀룰로오스 펄프는 계량 시스템(1)을 경유하여 연속 펄프화 장치(2)로 도입된다. 펄프화 장치(2)는 DE-C 198 37 210.8에 기재된 것과 같은 다축(multi-shaft) 장치일 수 있다. 상기 장치(2)의 하류에 용해 장치(3)가 연결되어 있는데, 여기서 상기 장치(2)에서 형성된 현탁액이 압력 하에 열을 가함으로써 물을 증발시키는 동안 용액으로 변환된다. 이를 위해 적합한 공정은 DE-A 44 41 468.8로부터 공지되어 있다. 용해 장치(3)에는 배관(8)을 경유하여 압출 주형(extrusion mould)(4)이 연결되어 있는데, 이를 통해 방사 용액이 에어 갭을 거쳐 압출되어 침전조(5)로 들어간다. 압출 주형 및 이어지는 가동의 형태에 따라 필름, 섬유, 필라멘트 또는 다른 성형체를 얻을 수 있다. 이 방식으로 얻어지는 성형체(6)는 배출 부재(7)를 거쳐 세척단(washing stage)(10)으로 인도되고, 여기서 잔류 아민옥사이드가 성형체(6)로부터 세척되어 제거된다.

본 발명에 따르면, 예를 들면 용액의 유전 상수 또는 밀도와 같은 비광학적 특성의 측정을 위해 용해 장치(3)와 압출 주형(4) 사이의 배관(8)에 측정 장치(9)가 설치된다. 그 측정 장치는 온도 보상된 신호를 마이크로프로세서(12)로 전달하고, 마이크로프로세서는 기준 용액으로부터의 편차를 검출하여 조작 신호를 신호 라인(13)을 통해 셀룰로오즈용 계량 부재(1a)로 보내고 신호 라인(14)을 통해 용해 및 증발 장치(2)로 보낸다.

도면으로부터 명백한 바와 같이, 배관(24)을 통해 세척단(10)에서 배출되는 세척 용액은 침전조 용기(5)로 주입된다. 이 배관(24)에 설치된 측정 장치(11)는 배관(24) 내의 사용된 세척 용액의 조성을 검출하고 마이크로프로세서(16)를 이용하여 신호 라인(18)을 통해 세척단(10)에 물을 첨가하기 위한 밸브(17)를 조절한다. 사용된 침전 용액은 세정 장치(도시되지 않음)를 포함하고 있는 배관(19)을 통해 증발단(evaporation stage)(20)으로 주입되고, 여기서 침전 용액은 소정의 아민옥사이드 농도가 되도록 증발된다. 증발된 용액의 농도는 측정 장치(21)에 의한 특성의 측정 및 프로세서(22)를 통한 기준값과 측정값의 비교를 거쳐 조작 신호로 변환되고, 이것은 신호 라인(23)을 거쳐 증발단(20)에서 증발 조건을 조작하는 데 이용된다.

Claims

셀룰로오스 성형체의 제조를 위한 용액(들)의 조성을 조절하는 방법으로서,

(a) 셀룰로오스 펄프 및 물을 함유한 아민옥사이드를 혼합하여 현탁액을 형성하는 단계,

(b) 상기 현탁액으로부터 물을 증발시켜 셀룰로오스 용액을 형성하는 단계,

(c) 상기 셀룰로오스 용액을 에어 갭을 통해 압출하여 아민옥사이드 수용액이 담겨진 침전조에 도입하고 거기에서 성형체를 형성하도록 응고시키는 단계,

(d) 형성된 상기 성형체를 수성 세척 용액을 통과시킴으로써 성형체로부터 잔류 아민옥사이드를 세처하여 제거하는 단계, 및

(e) 단계 (c) 및/또는 (d)로부터의 아민옥사이드 수용액을 농축한 후 단계 (a)로 반송하는 단계로서, 여기서 용액들의 특성을 측정하고 그 측정값에 따라 용액들의 조성을 조절하는 단계

를 포함하고,

적어도 하나의 상기 용액들의 하나의 비광학적 특성(non-optical property) 또는 물리적 성질(physical behaviour)을 측정하고, 주어진 기준값과 측정값의 편차(들)를 이용하여 이들 용액(들)의 조성(들)을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 비광학적 특성이 유전 상수, 유도 전도도, 마이크로파 흡수성, 밀도, 수분 함량 및 초음파 속도 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 2항에 있어서,

상기 용액의 온도를 상기 특성의 측정 시, 또는 직전, 또는 그 후에 측정하고, 상기 측정 온도를 기준으로 상기 측정값을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 특성이 인라인(in-line) 방식으로 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용액의 조성을 조절하기 위해 단계 (a), (c) 또는 (d)에서 성분들의 계량을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용액의 조성을 조절하기 위해 단계 (b) 및/또는 (e)에서의 가동 조건을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
계량 부재(1^a, 1^b)를 구비하고, 용해 및 증발 장치(3)에 연결된 혼합장치(2),

배관(8)을 통해 상기 용해 및 증발 장치(3)와 연결되어 있고 또한 하류에 침전조(5)와 연결된 압출 장치(4),

희석된 아민옥사이드 수용액을 수용하는 적어도 하나의 세척조, 및

용액(들)의 조성을 제어하기 위해 용액(들)의 특성을 측정하는 장치

를 포함하는 장치로서,

상기 배관(8, 19, 24) 또는 제어하고자 하는 용액을 수용하는 용기 내에 용액의 비광학적 특성을 측정하기 위한 장치(9, 21, 11)가 배치되고, 상기 측정 장치는 상기 계량 부재(1^a, 1^b, 17) 또는 증발 장치(3, 20)와 함께 용액의 조성을 조절하기 위한 조절 회로(regulating circuits)(13, 14, 15, 18, 23)를 형성하는 것을 특징으로 하는

제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치.
제7항에 있어서,

상기 측정 장치(9, 11, 21)가 용액의 온도를 측정하고 그 온도에 따라 상기 장치의 측정값을 보상하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.