KR20020077611A

KR20020077611A - 셀룰로오즈 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR20020077611A
Application number: KR1020010017381A
Authority: KR
Inventors: 최수명; 이태정
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-12
Also published as: KR100402724B1

Abstract

본 발명은 셀룰로오즈, N-메틸모펄린-N-옥사이드 수용액 및 폴리비닐알콜로 구성된 용액으로 건습식 방사하여 제조하는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법임.

본 발명은 피브릴 발생을 억제시키고 유연성과 강도가 우수한 셀룰로오즈 섬유를 제조할 수 있다.

Description

셀룰로오즈 섬유의 제조방법{Process for preparing a cellulose fibre}

본 발명은 셀룰로오즈 섬유를 제조하기 위해 셀룰로오즈와 N-메틸모펄린-N-옥사이드(이하 NMMO라고 약칭함) 수용액으로 방사용액을 만드는 단계에서 폴리비닐알콜을 첨가함으로써 최종섬유의 물성뿐만 아니라 내피브릴성이 우수한 셀룰로오즈 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

이미 미국특허 제 4,142,913 호, 제 4,144,080 호, 제 4,196,282 호, 제 4,246,221 호, 제 4,211,574 호, 제 4,416,698 호에서 제시된 바와 같이 균일한 셀룰로오즈 용액을 제조하기 위해 NMMO수용액에 셀룰로오즈를 투입하여 팽윤시킴과 동시에 계속 감압시켜 수분을 제거하면서 셀룰로오즈를 용해시켜 섬유를 제조하는 3급 아민옥사이드계 셀룰로오즈 섬유의 제조방법이 보고되었다.

이 때 제조된 셀룰로오즈 섬유는 다른 섬유에 비해 습윤상태에서 기계적 성질이 우수하고 감성면에서도 부드러운 느낌을 주는 등 많은 장점을 가지고 있으나, 섬유축 방향으로 피브릴이 많이 형성되어 있고, 피브릴간의 결합력이 약하여 습윤시에 기계적인 작용에 의한 외부마찰로 섬유 표면에 피브릴이 많이 발생하여 염색 및 가공에 어려움을 준다.

지금까지 NMMO를 용제로하여 제조한 셀룰로오즈 섬유의 피브릴을 억제하기 위한 여러 가지 방법이 제시되었다.

예를 들어, 미국특허 제 5,310,424 호에서는 셀룰로오즈와 반응하는 2개에서 6개의 관능기를 가지는 화학처리제로 셀룰로오즈 섬유를 처리함으로써 피브릴화를 억제시키는 방법이 기재되어 있는데, 이때 화학처리제는 셀룰로오즈 섬유가 방사 후 건조되지 않은 상태에서 처리된다.

이 방법은 피브릴을 효과적으로 억제 시킬 수 있으나 최종 섬유의 물리적 성질이 떨어지는 문제점이 있다.

미국특허 제 5,310,424 호 및 WO-94/09191 호에 기재되어 있는 방법은 친전자성 탄소-탄소 이중결합을 갖는 전구체 혹은 친전자성 3원환을 가지는 화학처리제를 셀룰로오즈 섬유가 건조된 후 처리하는 방법인바, 이때 화학처리제는 40℃∼60℃의 열수용액을 이용해서 섬유에 적용하는데 이 방법은 알칼리 존재하에서 물에 의한 가수분해 때문에 활성을 잃어버려 효율성이 떨어지는 결점이 있다.

그리고 일본특허 공개평 8-505120 호 또는 특허 공개평 8-508555 호에서는 섬유에 직접 화학처리제를 처리하는 방법 대신 셀룰로오즈 섬유의 방사 후 응고욕에 NMMO 보다 분자량이 큰 폴리에틸렌 글리콜이나 계면활성제를 첨가하여 피브릴을 억제시키는 방법이 제안되고 있는데, 이때 고화욕에서 폴리에틸렌 글리콜의 분해물 혹은 분해후 반응한 부산물이나 계면활성제가 응고욕중에 그대로 남아 있으므로 NMMO의 회수에 큰 문제가 되고 있다.

또 독일특허 공개공보 19600572에는 후처리욕, 세정욕에 에탄올을 함유시켜서 셀룰로오즈 섬유의 피브릴을 억제시키는 방법을 제시하였으나, 장섬유 필라멘트로서 요구되는 내피브릴성을 가지지는 못하였다.

본 발명은 우수한 물성과 내피브릴성이 뛰어난 셀룰로오즈 섬유를 제조하는 방법을 제공하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

본 발명은 N-메틸모펄린-N-옥사이드(NMMO)에 셀룰로오즈와 폴리비닐알콜을 동시에 용해시키는 공정을 포함하는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법을 특징으로 하고 있는바, 본 발명을 공정단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

1) 중합도 700∼1,200인 셀룰로오즈 시트를 분쇄기를 이용하여 일정크기 이하, 즉 5,000㎛ 이하의 파우더 형태로 만든다.

2) 파우더 형태의 셀룰로오즈 5∼12중량%와, N-메틸모펄린-N-옥사이드 수용액(수화물n=1.0∼2.0)과, 중합도 1,500∼5,000, 보다 바람직하게는 1,700∼3,500인 폴리비닐알콜의 혼합물을 온도가 80∼110℃인 니더, 또는 스태틱믹서, 또는 스크류 압출기에 투입한 후 잘 혼합하여 페이스트상(paste phase)으로 용해한다.

폴리비닐알콜은 0.5∼8중량%가 적당한데 0.5중량% 미만일 경우에는 피브릴간의 접착성을 제대로 발휘를 하지 못하여 원하는 피브릴제어 특성을 얻지못하고, 8중량%를 초과할 경우에는 섬유속에 있는 과량의 폴리비닐알콜이 후가공중의 열수에 의하여 용출될 염려가 있다.

3) 폴리비닐알콜에 포함된 신디오택틱 다이애드 함량은 50∼70%로 하고, 보다 바람직하게는 62∼65%인 폴리비닐알콜을 사용한다.

4) 균질화된 셀룰로오즈, 폴리비닐알콜 블렌드의 NMMO용액을 건습식방사하여 필라멘트를 제조하는 데 이 때 에어갭(Air gap)의 높이는 0.5∼30cm이며 연신비는 1∼20배 그리고 응고액의 조성은 물 70∼95%/NMMO 5∼30%로 한다.

그리고 응고액의 온도는 20∼50℃로 한다.

5) 응고된 필라멘트는 건조과정을 거쳐 와인더로 감는다.

본 발명에서 제조된 셀룰로오즈 섬유의 물성은 다음과 같이 측정하였다.

S1(건조강도) : 107℃, 2시간 건조후의 강도(g/d).

S2(습윤강도) : 25℃, 65RH에서 24시간 방치하여 컨디셔닝한 후에 측정한 강 도(g/d).

E(수축률) : 177℃.

0.01g/d 조건에서 2분간 방치하여 측정한 수축율(%).

피브릴화 평가는 아래의 방법을 이용하여 피브릴화 지수(F.I.)로 평가하였다.

섬유의 샘플을 피브릴화의 증가정도에 대응하여 배열하였다.

각 샘플로부터 기준 섬유장을 측정하여, 기준장에 따른 피브릴수를 세고, 각 피브릴의 길이를 측정하고, 평균 피브릴 길이를 계산한 다음 피브릴수에 앞에서 구한 평균 피브릴 길이를 곱하여 얻어진 값을 각 섬유에 대해 정하였다.

그 값의 최고치를 나타내는 섬유가 가장 피프릴화된 섬유이고, 임의값으로 피프릴화지수 10을 나누었다.

전체적으로 피브릴화하지 않은 섬유에 피브릴화지수 0을 붙이고, 나머지 섬유를 1에서 10의 범위에서 임의의 값을 배열하였다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이는 단지 설명의 목적만을 위한 것으로 첨부된 본원 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1

중합도 800인 셀룰로오즈를 1,500㎛로 분쇄하여 셀룰로오즈 농도 12중량%로, N-메틸모펄린-N-옥사이드 수용액 (수화물n=1.2) 85중량%, 중합도 1,700인 폴리비닐알콜 3중량%를 스태틱믹서에 투입한 후 페이스트 상으로 용해 하여 셀룰로오즈 섬유를 제조 하였다.

그리고 사용한 폴리비닐알콜의 신디오택틱 다이애드 함량은 55%였다(표1).

실시예 2

상기 실시예 1에서 중합도 2,600인 폴리비닐알콜을 사용하였다(표1).

실시예 3

상기 실시예 1에서 중합도 3,500인 폴리비닐알콜을 사용하였다(표1).

실시예 4

상기 실시예 1에서 폴리비닐알콜의 함량을 0.5중량%로 조절하였다(표1).

실시예 5

상기 실시예 1에서 폴리비닐알콜의 함량을 5중량%로 조절하였다(표1).

실시예 6

상기 실시예 1에서 폴리비닐알콜의 함량을 8중량%로 조절하였다(표1).

실시예 7

상기 실시예 1에서 신디오택틱 다이애드 함량이 50%인 폴리비닐알콜을 사용하였다(표1).

실시예 8

상기 실시예 1에서 신디오택틱 다이애드 함량이 60%인 폴리비닐알콜을 사용하였다(표1).

비교예 1

중합도 800인 셀룰로오즈를 1,500㎛로 분쇄하여 셀룰로오즈 농도 12중량%로, N-메틸모펄린-N-옥사이드 수용액 (수화물n=1.2) 88중량%를 스태틱믹서에 투입한 후 페이스트 상으로 용해 하여 셀룰로오즈 섬유를 제조하였다(표1).

< 표 1 >

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	비교예1
S1건조강도(g/d)	4.8	4.8	4.6	4.5	4.9	5.2	4.6	5.0	4.2
S2습윤강도(g/d)	3.4	3.2	3.1	3.2	3.4	3.5	3.2	3.4	2.6
E수축률(%)	1이하	1이하	1이하	1이하	1이하	1이하	1이하	1이하	1이하
피브릴지수	2	3	4	4	2	1	4	1	8

상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 본 발명은 종래의 셀룰로오즈 섬유의 피브릴제어방법보다 간편하고 용이하다.

종래의 방법에서는 용액방사후 응고과정에서 처리하거나 후가공을 통한 제어방법을 사용하였으나, 본 발명은 용액제조단계에서의 용이한 작업을 통해 우수한피브릴제어 특성을 달성할 수 있다.

둘째, 폴리비닐알콜의 특성상 셀룰로오즈 섬유의 피브릴과 피브릴 사이에 접착력을 부여하여 더욱 우수한 물성을 가지는 셀룰로오즈 섬유를 제조할 수 있으며 특히 폴리비닐알콜내의 신디오택틱 다이애드는 결정성이 높은 물질이므로 물성향상에 더욱 큰 기여를 할 수 있다.

Claims

셀룰로오즈 5∼12중량%, N-메틸모펄린-N-옥사이드수용액 80∼94.5중량% 및 폴리비닐알콜 0.8∼8중량%로 구성되는 용액을 사용하여 제조함을 특징으로하는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 폴리비닐알콜은 중합도가 1500∼5000인 것을 특징으로하는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 폴리비닐알콜내 신디오택틱 다이애드 함량이 50∼70%인 것을 특징으로하는 셀룰로오즈 섬유의 제조방법.