KR20110003558A - 직물, 그리고 직물을 제조하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

약 93% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하되, 해당 섬유질 셀룰로스 재료는 방적, 직조, 편성 혹은 얽힘 가공되어 있는 것인 직물이 제공된다. 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 해당 셀룰로스 재료의 유의한 탈중합을 일으키는 일없이 해당 셀룰로스 재료의 분자량을 증가시키기에 충분한 이온화 방사선의 선량으로 조사될 수 있다. 또, 상기 직물을 조사하는 단계를 포함하는 직물의 처리방법도 제공된다.

Description

직물, 그리고 직물을 제조하는 방법 및 시스템{TEXTILES AND METHODS AND SYSTEMS FOR PRODUCING TEXTILES}
본 발명은 직물(textile), 그리고 직물을 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
셀룰로스 섬유 및 리그노셀룰로스 섬유(이하 일괄적으로 "셀룰로스 섬유"라 칭함)는 오랜 동안 직물을 형성하는 데 이용되어 왔다. 직물은, 예컨대, 필라멘트, 스테이플 섬유 및/또는 얀(yarn)으로부터 형성된 유연한 재료이다. 직물은 직조(weaving), 편성(knitting), 크로셰(crocheting), 엉킴(교략)(entanglement), 및 섬유를 함께 가압(펠트화)하는 것을 비롯한 광범위한 처리, 즉, 가공에 의해 형성된다. 직물의 종류로는 직포, 편성품, 부직포, 스크림(scrim) 등을 포함한다. 셀룰로스 직물로는, 예를 들어, 면(cotton), 레이온, 아마(flax), 황마(jute), 대마(hemp), 마황(ramie) 및 기타 천연 식물 재료로 형성된 직물을 들 수 있다.
직물은 많은 상이한 특성을 필요로 하는 광범위한 응용에 이용된다. 예를 들어, 직물 특성으로는 내보풀성, 손 등의 촉각 특성, 인열저항(tear resistance), 단열특성, 변형 및 주름 방지성(wrinkle resistance) 등을 들 수 있다.
본 출원의 많은 실시형태는 내츄럴 포스(상표명) 케미스트리(Natural Force™ Chemistry)를 이용한다. 내츄럴 포스(상표명) 케미스트리 방법은 의도된 구조와 화학 분자 변화를 형성하기 위하여 입자빔, 중력, 광 등의 물리적인 힘의 제어된 인가와 조정을 이용한다. 바람직한 구현예에서, 내츄럴 포스(상표명) 케미스트리 방법은 화학약품이나 미생물 없이도 분자 구조를 변화시킨다. 네이처(Nature)의 방법을 적용함으로써, 새로운 유용한 물질이 유해한 환경적 간섭 없이 작성될 수 있다.
본 발명은, 적어도 부분적으로는, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료, 예를 들어 셀룰로스 섬유를 적절한 선량의 이온화 방사선(ionizing radiation)으로 조사하는(즉, 쪼이는) 것이, 예를 들어 조사된 재료의 적어도 셀룰로스 부분의 가교 레벨 및 분자량을 증가시킴으로써, 해당 재료의 물성에 유리하게 영향을 미친다는 지견에 의거하고 있다. 그 결과, 셀룰로스 재료를 포함하는 직물의 기계적 특성 및/또는 기타 특성이 유리하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 인열내성, 내보풀성, 전하밀도, 젖음성, 굽힘 회복 및 직물을 포함하는 셀룰로스 섬유의 기타 특성은 이온화 방사선으로 조사함으로써 증가될 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 약 93% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 하나 이상의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하되, 해당 섬유질 셀룰로스 재료는 방사 혹은 방적(spin), 직조, 편성 혹은 얽힘 가공되어 있는 것인 직물을 특징으로 한다. 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 예컨대 전자빔 혹은 이온화 방사선의 기타 공급원을 이용해서 상기 셀룰로스 재료의 유의한 탈중합(depolymerization)을 일으키는 일없이 해당 셀룰로스 재료의 분자량을 증가시키기에 충분한 이온화 방사선량으로 조사되어 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 약 8% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하되, 해당 섬유질 셀룰로스 재료는 방적, 직조, 편성 혹은 얽힘 가공되어 있는 직물을 특징으로 한다. 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 해당 셀룰로스 재료의 분자량을 증가시키기에 충분한 이온화 방사선의 선량으로 조사되어 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 미조사된 형태의 동일한 직물(즉, 자연적으로 발생되는 레벨의 방사선에만 노출된 것)보다 큰 분자량을 지니는 조사된 직물을 특징으로 한다. 각종 예에서, 조사된 직물의 분자량은 미조사된 형태의 직물의 분자량보다 10%, 25%, 50%, 75%, 100%, 150%, 200%, 300%, 혹은 500% 만큼 크다.
몇몇 구현예는 이하의 하나 이상의 특징을 포함한다. 직물은 얀 혹은 직포를 포함할 수 있다. α-셀룰로스 함량은 약 80% 이하일 수 있다. 섬유질 셀룰로스 재료는 아마, 대마, 황마, 마닐라삼, 사이잘마, 바나나 섬유, 코코넛 섬유, 밀짚, LF(lignocellulos filler), 마황, 대나무 섬유, 구리암모늄 셀룰로스, 재생 목질 셀룰로스, 라이오셀, 아세트산 셀룰로스, 및 이들의 배합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 기타 유용한 섬유로는 옥수수 혹은 기타 전분- 또는 단백질-함유 식물 또는 콩 등과 같은 식물성 재료로 제조된 섬유, 밀크계 섬유(milk-based 섬유), 및 예컨대 새우나 게 껍질로 제조된 키틴 섬유를 들 수 있다. 섬유질 셀룰로스 재료는 적어도 2%의 리그닌 함량을 지닐 수 있다. 섬유질 셀룰로스 재료는 방적, 직조, 편성 혹은 얽힘 가공되기 전, 동안 혹은 후에 조사될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 제1분자량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 이온화 전자빔 방사선(ionizing electron beam radiation)(예컨대, 적어도 0.10 MRad)으로 조사하는 단계; 및 상기 제1분자량보다 높은 제2분자량을 지니는 제2의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 조사된 직물을 제공하도록 상기 이온화 방사선의 선량을 제어하는 단계를 포함하는 직물의 처리방법을 특징으로 한다.
몇몇 구현예는 전술한 특징 중 어느 하나 및/또는 이하의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 이온화 방사선의 선량은 적어도 0.10 MRad일 수 있고, 예컨대, 이온화 방사선의 선량은 약 0.25 내지 약 2.5 MRad의 레벨로 제어될 수 있다. 전자빔 중의 전자는 적어도 0.25 MeV, 예컨대, 약 0.25 MeV 내지 약 7.5 MeV의 에너지를 지닐 수 있다. 상기 방법은 또한 몇몇 경우에 조사된 직물에 존재하는 라디칼과 반응하도록 선택된 기체의 존재 하에 조사된 직물을 반응정지(quench)시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 섬유질 셀룰로스 재료는 면을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 제1분자량을 지니는 동시에 약 93% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 한 종 이상의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 이온화 방사선으로 조사하는 단계 및 상기 제1분자량보다 높은 제2분자량을 지니는 제2의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 조사된 직물을 제공하도록 상기 이온화 방사선의 선량을 제어하는 단계를 포함하는 직물의 처리방법을 특징으로 한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제1분자량을 지니는 동시에 약 80% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 적어도 0.10 MRad의 이온화 방사선으로 조사하여 상기 제1분자량보다 높은 제2분자량을 지니는 제2의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 조사된 직물을 제공하는 단계를 포함하는, 직물의 처리방법을 특징으로 한다.
본 측면의 몇몇 구현예는 이하의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 이온화 방사선의 선량은 적어도 0.10 MRad일 수 있고, 예컨대, 이온화 방사선의 선량은 약 0.25 내지 약 2.5 MRad의 레벨로 제어된다. 이온화 방사선은 전자빔을 포함할 수 있고, 해당 전자빔 중의 전자는 적어도 0.25 MeV, 예컨대, 약 0.25 MeV 내지 약 7.5 MeV의 에너지를 지닐 수 있다. 상기 방법은, 몇몇 경우에, 조사된 직물에 존재하는 라디칼과 반응하도록 선택된 기체의 존재 하에, 조사된 직물을 반응정지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 직물은 얀 혹은 직포를 포함할 수 있다. 섬유질 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료는 아마, 대마, 황마, 마닐라삼, 사이잘마, 밀짚, LF, 마황, 대나무 섬유, 구리암모늄 셀룰로스, 재생 목질 셀룰로스, 라이오셀, 조류(algae), 해초, 아세트산 셀룰로스, 및 이들 재료의 임의의 것들의 배합물뿐만 아니라 본 명세서에 기재된 기타 다른 재료로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 직물은 또한 이들과, 기타 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료와 합성 재료, 예컨대, 폴리에틸렌 및 기타 폴리머와의 배합물로 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 셀룰로스 재료를 포함하는 직물 재료로부터 의류를 형성하는 단계 및 상기 직물 재료에 침투하도록 충분한 에너지의 입자빔으로 상기 의류를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 포함하는 직물로부터 형성된 의류 본체를, 해당 직물에 침투하도록 충분한 에너지의 입자빔에 노출시키는 것을 특징으로 한다.
몇몇 구현예에서, 조사는 셀룰로스 재료를 기능화, 즉, 작용성화(functionalization)시킨다. 본 발명은 또한 사용자가 입도록 구성된, 의류 본체를 포함하는 의류를 특징으로 한다. 상기 의류는 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 포함하되, 해당 셀룰로스 재료는 복수의 단당류 반복 단위를 포함하며, 상기 셀룰로스 재료는 알데하이드기, 에놀기, 나이트로조기, 나이트릴기, 나이트로기, 케톤기, 아미노기, 알킬아미노기, 알킬기, 클로로알킬기, 클로로플루오로알킬기 및 카복실산기로 이루어진 군으로부터 선택된 작용기에 의해서 작용성화되어 있다. 셀룰로스 재료는 단당류 250 반복 단위당 적어도 1개의 작용기를 지니며, 어떤 경우에는 단당류 50개의 반복 유닛당 혹은 단당류 2단위당 적어도 1개의 작용기를 지닐 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 적어도 2%의 리그닌 함량을 지니는 직물 재료를 조사하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다.
추가의 측면에서, 본 발명은 리그노셀룰로스 재료의 비셀룰로스 부분을 제거함으로써 제조된 재료를 조사하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다. 몇몇 실시형태에서, 제조된 재료는 비교적 높은, 예컨대, 70% 이상, 80% 이상 혹은 90% 이상의α-셀룰로스 함량을 지닌다. 본 발명은 또한 이 방법으로 제조된 제품을 특징으로 한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "얀"이란 용어는 재봉, 크로셰, 편성, 직조, 자수 등의 직물의 제조에 이용하기에 적합한 임의의 길고 연속적인 길이의 교차된 섬유(interlocked fiber)를 의미한다. "얀"이란 용어는 예컨대 손이나 기계로 재봉하기 위하여 이용될 수 있는 얇은 얀의 형태인 실을 포함한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "직포"란 용어는 직조 재료, 부직 재료, 편성 혹은 꼰 재료, 스크림, 또는 얽힌 섬유, 필라멘트 및/또는 얀으로부터 형성된 기타 임의의 유형의 재료를 비롯한 임의의 유형의 직포를 의미한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "직물"이란 용어는 직포를 의미하며, 또한 섬유, 필라멘트 및 얀도 의미한다.
얀, 직포 혹은 직물은 피복(코팅) 혹은 미피복되어 있을 수 있다. 예를 들어, 얀, 직포 혹은 직물은 풀먹임제(sizing), 예컨대, 전분 혹은 전분 유도체로 피복될 수 있다.
이하의 미국 특허 출원의 각각의 전체 개시 내용은 참조로 본 명세서에 포함된다: 미국 가출원 제61/049,391호; 제61/049,394호; 제61/049,395호; 제61/049,404호; 제61/049,405호; 제61/049,406호; 제61/049,407호; 제61/049,413호; 제61/049,415호; 및 제61/049,419호(모두 2008년 4월 30일 출원); 미국 가출원 제61/073,432호; 제61/073,436호; 제61/073,496호; 제61/073,530호; 제61/073,665호; 및 제61/073,674호(모두 2008년 6월 18일 출원); 미국 가출원 제61/106,861호(2008년 10월 20일 출원); 미국 가출원 제 61/139,324호 및 제61/139,453호(모두 2008년 12월 19일 출원) 및 미국 특허 출원 제12/417,707호; 제12/417,720호; 제12/417,840호; 제12/417,699호; 제12/417,731호; 제12/417,900호; 제12/417,880호; 제12/417,723호; 제12/417,786호; 및 제12/417,904호(모두 2009년 4월 3일 출원).
달리 규정된 경우를 제외하고, 본 명세서에서 이용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 지닌 자(즉, 당업자)가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 지닌다. 본 명세서에 기재된 것과 유사 혹은 등가의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 혹은 시험에 이용될 수 있지만, 적절한 방법 및 재료가 이하에 기재되어 있다. 본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허 공보 및 기타 참고 문헌은 그들의 전문이 참조로 여기에 병합된다. 모순되는 경우, 정의를 비롯한 본 발명의 상세는 규제될 것이다. 또한, 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐 제한하기 위해 의도된 것은 아니다.
본 발명의 기타 특징과 이점은 이하의 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 직물 제조시스템의 도해도;
도 2는 얀 제조시스템의 도해도;
도 3은 섬유 재료의 분자 및/또는 초분자(supramolecular) 구조를 변화시키는 도해도;
도 4는 콘크리트제의 둥근 지붕형태의 저장소(concrete vault) 내에 수용된 감마선 조사기의 절단 사시도;
도 5는 도 4의 영역(R)의 확대 사시도;
도 6은 DC 가속기의 개략도;
도 7은 장 이온화 공급원(field ionization source)의 개략도;
도 8은 정전 이온 분리기(electrostatic ion separator)의 개략도;
도 9는 장 이온화 발생기(field ionization generator)의 개략도;
도 10은 열이온 방출원(a thermionic emission source)의 개략도;
도 11은 마이크로파 방전 이온 공급원(microwave discharge ion source)의 개략도;
도 12는 재순환 가속기(recirculating accelerator)의 개략도;
도 13은 정적 가속기(static accelerator)의 개략도;
도 14는 동적 선형 가속기(dynamic linear accelerator)의 개략도;
도 15는 반데 그라프형 가속기(van de Graaff accelerator)의 개략도
도 16은 접이식 탄뎀 가속기(folded tandem accelerator)의 개략도.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 본 발명은, 부분적으로는, 섬유 재료, 예컨대, 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료를 적절한 레벨로 조사함으로써, 섬유 재료의 적어도 셀룰로스 부분의 분자 구조가 변화될 수 있다는 지견에 의거하고 있다. 예를 들어, 분자 구조의 변화는 셀룰로스 부분의 평균 분자량, 평균 결정화도, 표면적, 중합, 다공도, 분지, 그라프트 및 영역 크기 중의 임의의 하나 이상의 변화를 포함할 수 있다. 분자 구조의 이들 변화는 이어서 섬유 재료에 의해 발휘되는 물리적 특성의 바람직한 변경을 가져올 수 있다. 또한, 섬유 재료의 작용기는 바람직하게는 변경될 수 있다.
각종 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료, 그들의 용도 및 응용은 미국 특허 제7,307,108호, 제7,074,918호, 제6,448,307호, 제6,258,876호, 제6,207,729호, 제5,973,035호 및 제5,952,105호 공보; PCT/US2006/010648호(발명의 명칭: "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES", 출원일: 2006년 3월 23일) 및 미국 특허출원 제2007/0045456호 공보(발명의 명칭: "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES") 등을 비롯한 각종 특허 출원에 있어서 기재되어 있다. 또한, PCT/US2007/0227호(출원일: 2007년 10월 26일)는 각종 산물 및 부산물을 제조하는 데 이용될 수 있는 재료를 생성하기 위하여 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 바이오매스를 전처리하는 데 이용되는 각종 방법을 기재하고 있다. 이들 전처리된 재료의 일부는 예컨대, 옥수수 및 기타 전분-함유 식물 및 야채 재료로부터 전분계 섬유, 예컨대, 폴리락트산 섬유를 생산하는 데 이용될 수 있다. 전술한 문헌들은 모두 참조로 그들의 전문이 본 명세서에 포함된다.
또, 키틴으로부터 제조된 섬유는 본 명세서에 기재된 방법 및 제품에 이용될 수 있다. 키틴은 공유결합성 β-1,4 결합(셀룰로스를 형성하는 글루코스 단위 간의 결합과 유사)을 형성하는 N-아세틸글루코사민(더욱 완전하게는, N-아세틸-D-글루코스-2-아민)의 단위로부터 제조된 다당류이다. 키틴은 이와 같이 해서 아세틸아민기로 치환된 각 모노머 상에 하나의 하이드록실기를 지닌 셀룰로스의 한 종류이다. 이것은 인접한 폴리머 간의 수소 결합을 증가시킬 수 있어, 키틴-폴리머 매트릭스의 증가된 강도를 부여한다. 키틴은 예를 들어 새우, 바닷가재, 게 및 곤충의 외피로부터 얻어질 수 있다.
비교적 저선량의 방사선은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료(예컨대, 셀룰로스) 및 본 명세서에 기재된 기타 섬유의 가교나 그라프트를 일으킬 수 있거나, 혹은 다르게는 이들의 분자량과 가교도를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 셀룰로스 섬유의 초기 수평균 분자량(조사 전)은 약 200,000 내지 약 3,200,000, 예컨대, 약 250,000 내지 약 1,000,000 혹은 약 250,000 내지 약 700,000이다. 몇몇 실시형태에서, 셀룰로스 섬유의 초기 수평균 분자량(조사 전)은 약 20,000 내지 약 1,000,000, 예컨대, 약 25,000 내지 약 500,000이다. 조사 후의 수평균 분자량은 초기 수평균 분자량보다 예를 들어 적어도 10%, 25%, 50%, 75%, 100%, 150%, 200%, 300% 혹은 500%만큼 크다. 예를 들어, 초기 수평균 분자량이 약 20,000 내지 약 1,000,000의 범위인 경우, 조사 후의 수평균 분자량은 몇몇 경우에 약 40,000 내지 약 2,000,000이다.
이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 천연 혹은 합성 셀룰로스 재료의 가교, 그래프트 혹은 다르게는 그의 분자량을 증가시키는 것은, 이용되는 방사선의 종류 혹은 종류들 및/또는 인가되는 방사선의 선량 혹은 선량들을 선택함으로써, 강도와 같은 특정 응용을 위한 소망의 특성을 제공하도록 제어된 및 미리 결정된 방법으로 수행될 수 있다.
이 신규의 방법은 이온화 방사선을 선택된 시간에 그리고 제어된 선량으로 인가함으로써 셀룰로스 섬유의 각종 선택된 특성을 바람직하게 변화시키는 데 이용될 수 있다.
증가된 분자량을 지니는 셀룰로스 및 기타 섬유는 얀의 제조에, 그리고 예컨대 스테이플 섬유 혹은 실로서 직물의 제조에 직접 이용될 수 있다. 선택된 재료의 분자량을 증가시키거나 가교 혹은 그라프트화시키는 것은 미처리된 재료에 대해서 상대적으로 재료의 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 선택된 재료의 열 안정성을 증가시키는 것은 열화 없이 고온에서 처리되는 것을 허용할 수 있다. 또한, 셀룰로스 재료를 조사에 의해 처리하는 것은 재료를 멸균화시킬 수 있고, 이것은 균류, 곰팡이, 노균병, 미생물 등의 증식을 촉진시키는 섬유를 포함하는 직포의 경향을 저감시키게 된다.
이온화 방사선은 또한 섬유 재료의 작용성을 제어하는 데 이용될 수 있다.
분자량을 증가시키기 위한 조사
이온화 방사선은 직물 제조 시 임의의 소망의 단계에서 셀룰로스 섬유의 분자량을 증가시키기 위해 인가될 수 있다. 이온화 방사선은, 예컨대, 직물을 이루는 섬유 혹은 필라멘트의 형성 후, 얀의 형성 동안 혹은 후에, 그리고 직물을 형성하기 위하여 섬유의 얽힘, 편성 혹은 직조 전, 동안 혹은 후에, 분자량을 증가시키기 위해 인가될 수 있다. 대안적으로 혹은 부가적으로, 방사선이 예컨대 완성된 직물에, 또는 직물로 이루어진 제품, 예컨대, 의류에 인가될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 방사선은 제조 과정 동안 하나 이상의 지점에서 인가된다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 방사선이 얀의 형성, 또는 섬유 혹은 얀의 기타 임의선택적인 가공, 예컨대, 크림프, 연신, 벌크가공(bulking) 등 동안 혹은 후에 셀룰로스 섬유에 인가될 수 있다.
방사선은 소면가공(carding), 얽힘가공(entanglement) 등의 부직포 형성 단계, 및 바느질 혹은 바인더, 뒤대기(backing)의 적용 등의 기타 가공 단계 동안 인가될 수도 있다. 직조포 혹은 편성포의 경우, 방사선은 편성 혹은 직조 동안 혹은 후에 및/또는 보풀, 샤링(shearing), 벨루어(velouring) 등의 임의의 추가의 가공 동안 혹은 후에 인가될 수 있다. 부직포와 편성포 혹은 직조포 양쪽 모두에 대해서, 방사선은 완성된 직물에, 혹은 직물로부터 제조된 제품, 예컨대, 의류에 인가될 수 있다. 일반적으로 섬유, 얀 혹은 직포가 조사 동안 비교적 건조 상태에 있는 것이 바람직하다. 이론에 얽매이길 원치 않지만, 비교적 건조 상태에서 재료를 조사하는 것은 셀룰로스 재료의 사슬 분열을 방지하는 것을 돕는 것으로 여겨지고 있다. 예를 들어, 수분 함량은 약 7.5% 이하, 예컨대, 5%, 4%, 3%, 2%, 1.5% 혹은 1% 이하일 수 있다. 몇몇 경우에, 수분함량은 2% 내지 6%의 범위 내 일 수 있다.
이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 방사선은 직물 내 및/또는 직물의 표면 상에 존재하는 작용기에 바람직하게 영향을 미치도록 하는 방식으로 완성된 직물에 인가될 수 있다.
재료의 작용기에 영향을 미치도록 조사
하나 이상의 이온화 방사선, 예컨대, 포토닉(photonic) 방사선(예컨대, X선 혹은 감마선), e-빔 방사선에 의한 처리, 혹은 양 혹은 음으로 하전된 전자보다 무거운 입자(양자(proton) 혹은 탄소 이온)에 의한 조사 후, 본 명세서에 기재된 탄수화물-함유 재료 혹은 혼합물의 어느 것이 이온화되고; 즉, 이들은 예를 들어 전자 스핀 공명 분광계에 의해 검출가능한 수준에서 라디칼을 포함한다. 이온화 후, 이온화되어 있는 임의의 재료는 예컨대 이온화된 재료 중의 라디칼의 레벨을 저감시키도록 반응정지될 수 있고, 이에 따라 라디칼은 더 이상 전자 스핀 공명 분광계에 의해 검출될 수 없게 된다. 예를 들어, 라디칼은 이온화된 재료에 충분한 압력의 인가에 의해 및/또는 이온화된 재료를 라디칼과 반응(정지)하는 기체나 액체 등의 유체와 접촉시킴으로써 반응정지될 수 있다. 예를 들어 질소나 산소 등의 각종 기체, 또는 액체가 적어도 라디칼의 반응정지를 도와 이온화된 재료가 소망의 작용기에 의해 작용성화되도록 하는 데 이용될 수 있다. 이와 같이 해서, 조사에 이은 반응정지는, 예컨대, 알데하이드기, 에놀기, 나이트로소기, 나이트릴기, 나이트로기, 케톤기, 아미노기, 알킬아미노기, 알킬기, 클로로알킬기, 클로로플루오로알킬기 및/또는 카복실산기 중 하나 이상을 비롯한 소망의 작용기를 재료에 제공하는 데 이용될 수 있다. 이들 기는 존재할 경우 재료의 영역의 친수성을 증가시킨다. 몇몇 구현예에서, 상기 재료는, 염색 및 풀먹임 등과 같은 가공 단계 전 혹은 후에 조사되고 반응정지되어, 해당 재료 내 및/또는 표면을 작용성화시키고, 이에 따라, 풀먹임제, 염료, 피복제 등에 대한 재료 표면의 수용성, 및 재료에 대한 풀먹임제, 염료, 피복제 등의 부착성과 같은 재료의 성질에 영향을 미친다.
작용성화는 직물의 전하 밀도(charge density)를 바람직하게 변화시킬 수도 있다. 이것은, 소정의 응용에서, 예를 들어, 조사되어 하전된 섬유가, 예를 들어, 에어 필터, 예컨대, HEPA 필터 및 담배 필터 등과 같은 필터 재료에 이용될 경우 유리할 수 있다. HEPA 필터의 경우, 섬유는 전형적으로 매트(mat)에 랜덤하게 퇴적되고, 담배 필터의 경우, 장섬유가 전형적으로 한 다발(bundle)이나 한패(tow)로 배열되어 있다. 입자가 매트 혹은 하전된 섬유의 패를 통해 이동할 경우, 해당 입자가 하전된 섬유와 접촉한다. 이것에 의해 입자 표면이 더욱 극성으로 되어 섬유 표면에 끌리게 된다. 그 결과, 입자는 하전된 섬유의 각각의 충돌에서 더 빠른 속도(관성)를 잃게 될 것이다. 이것은 하전된 섬유를 가지는 필터가 비교적 높은 섬유 함량을 지니는 필터로서의 많은 입자뿐만 아니라 미하전된 입자로서 포획할 수 있게 된다. 필터 내의 보다 적은 섬유는 비용을 저감시키고 또한 필터 내의 더욱 개방된 구조를 작성하여, 필터 효율을 저감시키는 일없이 공기 흐름에 대한 저항을 감소시킨다.
몇몇 구현예에서, 기능성은 수분율(ASTM D2495에 따라 측정됨)을 향상시킬 수 있고, 예컨대, 직물의 수분율은 미처리된 셀룰로스 재료에 비해서 적어도 5%, 10%, 25%, 50%, 100%, 250% 혹은 500% 증가될 수 있다. 이 수분율의 증가는 심지 작용, 굽힘 회복 및 정전기에 대한 내성을 상당히 증대시킬 수 있다.
기능성은 또한 셀룰로스 섬유의 작업 회복률(ASTM D1774-94에 따라 측정됨)을, 예컨대, 미처리된 셀룰로스 재료에 비해서 적어도 5%, 10%, 25%, 50%, 100%, 250% 혹은 500% 증대시킬 수 있다. 섬유의 작업 회복률은 셀룰로스 재료로부터 형성된 직포의 주름 방지성에 영향을 미치고, 이러한 작업 회복률의 증가는 일반적으로 주름 방지성을 증대시킨다.
기능성은 또한 셀룰로스 재료, 혹은 셀룰로스 재료로부터 형성된 직물의 분해 온도를 적어도 3, 5, 10 혹은 25℃만큼 증가시킬 수 있다. 분해 온도는, ASTM D 618 및 D 3850에 의거해서, 예를 들어 IPC(Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits)의 IPC-TM-650을 이용해서 대기 중에서 TGA에 의해 측정된다.
도 3은 재료를 이온화시키도록 충분한 에너지의 전자 혹은 이온 등과 같은 이온화 방사선을 이용해서 섬유를 처리하여 제1레벨의 라디칼을 제공함으로써 셀룰로스 섬유의 분자 및/또는 초분자 구조를 변경하는 것을 예시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온화된 재료가 대기 중에 남아있다면, 예컨대, 대기중의 산소와 반응함으로써 카복실산기가 생성될 정도로 산화될 것이다. 라디칼은 조사 후 소정 시간 동안, 예컨대, 1일, 5일, 30일, 3개월, 6개월 이상, 또는 1년 이상 "살아 있을" 수 있기 때문에, 재료 특성이 시간 경과에 따라 계속 변하여, 이것은 어떤 경우에는 바람직하지 않을 수 있다. 그러나, 몇몇 경우에, 예를 들어 필터 재료의 경우에, 이것은 바람직할 수도 있다. 필터 재료에서, 장시간에 걸친 라디칼의 존재는 필터 수명의 연장을 제공할 수 있다.
전자 스핀 공명 분광법에 의해 조사된 샘플 내의 라디칼의 검출 및 이러한 샘플 중의 라디칼의 수명에 대해서는 문헌 [Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471] 및 [Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, pp. 293-296 (1999)]에 개시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온화된 재료는 이온화된 재료를 안정화시키고/시키거나 작용성화시키기 위해 반응정지될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 반응정지는, 재료를 기계적으로 변형시킴으로써, 예컨대, 재료를 1차원, 2차원 혹은 3차원으로 직접 기계적으로 압착시킴으로써 혹은 재료가 침지되는 유체에 압력을 가함으로써 예컨대 정수압 가압에 의하는 등의 이온화된 재료에의 압력의 인가를 포함한다. 이러한 경우, 재료 자체의 변형은 라디칼을 가져오고, 이들 라디칼은 해당 라디칼이 재결합하거나 다른 기와 반응할 수 있도록 충분히 밀접하게 결정 영역 내에 포획되는 경우가 있다. 몇몇 경우에, 압력은 리그닌, 셀룰로스 혹은 헤미셀룰로스 등과 같은 이온화된 재료의 성분의 융점 혹은 연화점 이상까지 재료의 온도를 상승시키는 충분한 열량 등과 같은 열의 인가와 함께 인가된다. 열은 재료 중의 분자 이동도를 향상시킬 수 있고, 이것은 라디칼의 반응정지에 도움을 줄 수 있다. 압력이 반응정지시키는데 이용될 경우, 압력은 약 1000 psi 이상, 예컨대 약 1250 psi, 1450 psi, 3625 psi, 5075 psi, 7250 psi, 10000 psi 이상 혹은 15000 psi 이상일 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 반응정지는 액체 혹은 기체, 예컨대 라디칼과 반응할 수 있는 능력을 지니는 기체, 예를 들어, 아세틸렌 혹은 아세틸렌의 질소 중의 혼합물, 에틸렌, 염소화 에틸렌 혹은 클로로플루오로에틸렌, 프로필렌 혹은 이들 기체의 혼합물 등의 유체와 상기 이온화된 재료를 접촉시키는 단계를 포함한다. 기타 특정 실시형태에서, 반응정지는 액체, 예컨대, 이온화된 재료에 적어도 침투할 수 있는 능력을 지니거나 해당 재료에 가용성인 액체와 상기 이온화된 재료를 접촉시키는 단계 및 1,5-사이클로옥타다이엔 등의 다이엔과 같은 라디칼과 반응시키는 단계를 포함한다. 소정의 특정 실시형태에서, 반응정지는 비타민 E 등과 같은 산화방지제와 상기 이온화된 재료를 접촉시키는 단계를 포함한다. 필요에 따라, 재료는 내부에 분산된 산화방지제를 포함할 수 있고, 반응정지는 상기 재료 중에 분산된 산화방지제를 라디칼과 접촉시키는 것에 기인할 수 있다.
반응정지를 위한 기타 방법도 가능하다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2008/0067724호(Muratoglu et al.) 공보 및 미국 특허 제7,166,650호(Muratoglu et al.) 공보에 기재된 중합체 재료 중의 반응정지 라디칼을 위한 기타 방법이 본 명세서에 기재된 임의의 이온화된 재료의 반응정지를 위해 이용될 수 있고, 상기 공보의 개시내용은 참조로 그들의 전문이 본 명세서에 포함된다. 또한, 어떠한 반응정지제(상기 언급된 Muratoglu의 개시내용에서의 "증감제"(sensitizing agent)로서 기재됨) 및/또는 어느 한쪽의 Muratoglu의 문헌에 기재된 어떠한 산화방지제도 어떠한 이온화된 재료라도 반응정지시키는 데 이용될 수 있다.
작용성화는 본 명세서에 기재된 중이온 중 어느 하나 등과 같은 하전된 중이온(heavy charged ion)을 이용함으로써 증대될 수 있다. 예를 들어, 산화를 증대시키기를 원한다면, 하전된 산소이온이 조사를 위해 이용될 수 있다. 질소 작용기가 바람직할 경우, 질소 이온 혹은 질소를 포함하는 임의의 이온이 이용될 수 있다. 마찬가지로, 황이나 인을 포함하는 기가 바람직할 경우, 황이나 인 이온이 조사에 이용될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 반응정지 후, 본 명세서에 기재된 반응정지된 이온화 재료의 어느 것이라도, 이온화 혹은 비이온화 방사선, 초음파 분해, 열분해 및 추가의 분자 및/또는 초분자 구조 변화를 위한 산화 등과 같은, 하나 이상의 추가의 방사선의 선량으로 더욱 처리될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 섬유 재료는 반응정지 전에 불활성 기체, 예컨대, 헬륨 혹은 아르곤의 블랭킷(blanket) 하에 조사된다.
몇몇 경우에, 상기 재료는 하나 이상의 추가의 유체(예컨대, 기체 및/또는 액체)의 존재 하에 입자빔에 노출될 수 있다. 재료의 하나 이상의 추가의 유체의 존재 하에서의 입자빔에의 노출은 처리 효율을 증가시킬 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 상기 재료는 공기 등의 유체의 존재 하에 입자빔에 노출된다. 본 명세서에 개시된 하나 이상의 임의의 유형의 가속기(혹은 다른 유형의 가속기)에서 가속된 입자는 출구(금속박 등의 얇은 막)를 통해서 가속기 밖에서 결합되어, 유체가 점유하고 있는 공간을 통과하고 나서, 재료에 입사한다. 재료의 직접 처리에 부가해서, 일부의 입자는 유체 입자(예컨대, 오존 및 질소의 산화물 등과 같은 각종 공기의 구성요소로부터 발생된 이온 및/또는 라디칼)과 상호작용함으로써 추가의 화학종을 생성한다. 이들 생성된 화학종은 또한 재료와 상호작용할 수 있고, 재료 중의 각종 상이한 화학 결합-파괴 반응을 위한 개시제로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 생성된 임의의 산화제는 재료를 산화시킬 수 있고, 그 결과 분자량 저감을 초래할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 추가의 유체가 빔이 재료에 입사되기 전에 입자빔의 경로 내로 선택적으로 도입될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 빔의 입자와 도입된 유체의 입자 간의 반응은 추가의 화학종을 발생할 수 있고, 이것은 재료와 반응하여 재료를 작용성화 및/또는 재료의 소정의 특성을 선택적으로 변경시키는 것을 원조할 수 있다. 하나 이상의 추가의 유체가 예를 들어 공급관으로부터 빔의 경로 속으로 향하게 될 수 있다. 도입되는 유체(들)의 방향과 유량은, 입자-기반 처리 및 효과에 유래하는 효과 및 도입된 유체로부터 역동적으로 발생되는 종의 재료와의 상호작용으로 인한 효과를 비롯하여, 전반적인 처리의 효능을 제어하기 위하여 바람직한 노출 속도 및/또는 방향에 따라 선택될 수 있다. 공기에 부가해서, 이온빔 내로 도입될 수 있는 예시적인 유체의 예로는 산소, 질소, 1종 이상의 비활성 기체(noble gas), 1종 이상의 할로겐 및 수소를 들 수 있다.
작용기의 위치는 예를 들어 이온화 입자의 특정 종류와 선량을 선택함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 감마 방사선은 재료 내의 분자의 작용성에 영향을 미치는 경향이 있는 한편, 전자빔 방사선은 표면에서 분자의 작용성에 우선적으로 영향을 미치는 경향이 있다.
몇몇 경우에, 재료의 작용성화는 별도의 반응정지 단계의 결과로서라기보다는 오히려, 조사에 의해 동시에 일어날 수 있다. 이 경우, 작용기의 종류 및 산화도는 각종 방식으로, 예를 들어, 조사될 재료를 차단하는 기체를 제어함으로써 이를 통해 조사 중인 빔이 통과함으로써 영향을 미칠 수 있다. 적절한 기체로는 질소, 산소, 공기, 오존, 이산화질소, 이산화황 및 염소를 들 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 작용성화는 섬유 재료 내의 에놀기의 형성을 초래한다. 이것은 잉크, 염료, 풀먹임제, 피복제 등에 대한 작용성화된 재료의 수용성(receptivity)을 증대시킬 수 있어, 그라프트 부위를 제공할 수 있다.
조사된 재료의 냉각
이온화 방사선으로 0.15 Mrad/s, 예컨대, 0.25 Mrad/s, 0.35 Mrad/s, 0.5 Mrad/s, 0.75 Mrad/s 이상 혹은 심지어 1 Mrad/sec 이상의 속도 등과 같이, 특히 높은 선량률에서 전술한 재료의 처리 동안, 재료는 해당 재료의 온도가 상승되도록 상당한 양의 열을 유지할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 보다 높은 온도가 유리할 수 있는 한편, 예컨대, 보다 빠른 반응 속도가 바람직한 경우, 이온화 방사선에 의해 개시된 화학 반응, 예컨대, 가교, 사슬 절단 및/또는 그라프트에 대한 제어를 유지하기 위하여, 예컨대, 공정 제어를 유지하기 위하여 가열을 제어하는 것이 유리하다.
예를 들어, 하나의 방법에서, 재료는, 제1온도보다 높은 제2온도까지 재료를 승온시키기 위하여, 충분한 시간 및/또는 충분한 선량에 대해서 광자, 전자 혹은 이온(예컨대, 1가 혹은 다가 양이온 혹은 음이온) 등과 같은 이온화 방사선으로 제1온도에서 조사된다. 조사된 재료는 이어서 상기 제2온도보다 낮은 제3온도까지 냉각된다. 필요한 경우, 냉각된 재료는 방사선, 예를 들어, 이온화 방사선으로 1회 이상 처리될 수 있다. 필요한 경우, 냉각은 각 방사선 처리 후 및/또는 방사선 처리 동안 재료에 적용될 수 있다.
냉각은 몇몇 경우에 제1 혹은 제2온도 이하의 온도에서 기체, 예컨대, 약 77K에서 기체 질소 등의 유체와 상기 재료를 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 심지어 물도, 예컨대, 공칭 실온(예컨대, 25℃)보다 낮은 온도에서의 물도 몇몇 구현예에서 이용될 수 있다.
방사선의 종류
방사선은, 예컨대, 1) 알파 입자, 산소 입자 혹은 양자 등의 무거운 하전된 입자, 2) 예를 들어, 베타 붕괴 혹은 전자빔 가속기에서 생성된 전자, 또는 3) 예를 들어, 감사선, X선 혹은 자외선 등의 전자기 방사선에 의해 제공될 수 있다. 상이한 형태의 방사선이 방사선 에너지에 의해 결정된 바와 같이 특정 상호작용을 통해서 재료를 이온화시킨다. 방사선은 원소 입자의 특정 빔, 예컨대, 전자, 양자, 알파 입자 등의 형태일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 입자빔은 조사 중인 재료의 단면을 침투하기 위한 충분한 에너지를 지닌다. 전자를 이용하는 실시형태에서, 전자는 예를 들어, 0.5c 내지 99.9c의 속도를 지닐 수 있다. 보다 무거운 입자, 예컨대, 양자는 일반적으로 0.5c 이하의 속도를 지닌다. 무거운 입자는 전형적으로 보다 낮은 속도를 지니기 때문에, 전자빔에 대해서 필요로 되는 것보다 일반적으로 보다 낮은 차폐가 요구된다.
무거운 입자는 주로 쿨롱 산란을 통해서 물질을 이온화시키며, 또한 이들 상호작용은 에너지를 가진 전자를 생성하고 이것은 더욱 물질을 이온화시킬 수 있다. 알파 입자는 헬륨 원자의 핵과 동일하며 비스무트, 폴로늄, 아스타틴, 라돈, 프란슘, 라듐, 수개의 안티늄족계, 예컨대, 악티늄, 토륨, 우라늄, 넵투늄, 퀴륨, 칼리포르늄, 아메리슘 및 플루토늄의 동위 원소 등과 같은 각종 방사성 핵의 알파 붕괴에 의해 생성된다.
전자는 전자의 속도의 변화에 의해 생성된 쿨롱 산란 및 제동복사(bremssthrahlung) 방사선을 통해 상호작용한다. 전자는 요오드, 세슘, 테크네튬 및 이리듐의 동위 원소 등과 같은 베타 붕괴를 받는 방사성 핵에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로, 전자총이 열이온 방출을 통한 전자 공급원으로서 이용될 수 있다.
전자기 방사선은 3개의 과정, 즉, 광전자 흡수, 콤프턴 산란 및 쌍 생성(pair production)을 통해서 상호작용한다. 지배적인 상호작용은 입사 방사선의 에너지와 재료의 원자번호에 의해 결정된다. 셀룰로스 재료 중의 흡수된 방사선에 기여하는 상호작용의 총합은 질량흡수계수에 의해 표현될 수 있다.
전자기 방사선은 그의 파장에 따라 감마선, x선, 자외선, 적외선, 마이크로파 혹은 라디오파로서 더욱 분류된다.
예를 들어, 감마 방사선은 재료를 조사하기 위해 이용될 수 있다. 도 4 및 도 5(영역(R)의 확대도)를 참조하면, 감마선 조사기(10)는 감마 방사선 공급원(408), 예컨대, 60Co 펠릿, 조사될 재료를 유지하는 작업대(14) 및 예컨대 복수개의 철판으로 제작된 저장고(storage)(16)를 포함하며, 이들은 모두 납판-부착 도어(lead-lined door)(26) 너머에 미로 입구를 포함하는 콘크리트 격납실(둥근 지붕형태의 저장소)(20) 내에 수용되어 있다. 저장고(16)는 복수개의 유로(30), 예컨대 16개 이상의 유로를 포함하여, 감마 방사선 공급원이 상기 작업대에 인접한 그들의 통로 상에 있는 저장고를 통과할 수 있게 한다.
작동 시, 조사될 샘플이 작업대 위에 놓인다. 조사기는 소망의 선량률을 전달하도록 구성되고, 모니터링 장비는 실험 블록(31)에 접속되어 있다. 작업자는 이어서 격납실을 떠나 미로 입구를 통과하고 또한 납판-부착 도어를 통과한다. 작업자는 제어반(32)을 조작해서, 컴퓨터(33)에 유압 펌프(40)에 부착된 실린더(36)를 이용해서 작업 위치 내로 방사선 공급원(12)을 들어올리도록 지시한다.
감마 방사선은 샘플 내의 각종 재료 내로의 충분한 침투 깊이의 이점을 지닌다. 감마선의 공급원으로는 코발트, 칼슘, 테크네튬, 크롬, 갈륨, 인듐, 요오드, 철, 크립톤, 사마륨, 셀레늄, 나트륨, 탈륨 및 제온의 동위원소 등과 같은 방사성 핵을 들 수 있다.
x선의 공급원은 텅스텐 혹은 몰리브덴 흑은 이들의 합금, 또는 린시안사(Lyncean)에서 상업적으로 생산된 것 등과 같은 컴팩트 광원 등의 금속 표적과의 전자빔 충돌을 포함한다.
자외선 방사선용의 공급원으로는 중수소 혹은 카드뮴 램프를 들 수 있다.
적외선 방사선용의 공급원으로는 사파이어, 아연, 혹은 셀렌화물 창 세라믹 램프를 들 수 있다.
마이크로파 공급원으로는 클라이스트론(klystron), 슬레빈형 RF 공급원(Slevin type RF source), 또는 수소, 산소 혹은 질소 기체를 이용하는 원자빔 공급원을 들 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 전자빔은 방사선 공급원으로서 이용된다. 전자빔은 고선량률(예컨대, 1, 5 혹은 심지어 10 Mrad/s), 높은 처리량, 낮은 제한 및 낮은 규제 장비라고 하는 이점을 지닌다. 또한, 4 내지 10 MeV의 에너지를 지니는 전자는 5 내지 30㎜ 이상, 예컨대 40㎜의 침투 깊이를 지닐 수 있다.
전자빔은, 예컨대, 정전 발생기, 캐스케이드 발생기, 트랜스포머 발생기(transformer generator), 주사시스템을 구비한 낮은 에너지 가속기, 선형 음극을 지닌 낮은 에너지 가속기, 선형 가속기 및 펄스형 가속기에 의해 발생될 수 있다. 이온화 방사선 공급원으로서의 전자는 예컨대, 비교적 얇은 재료, 예컨대, 0.5인치 이하, 예컨대, 0.4인치, 0.3인치, 0.2인치 이하 혹은 0.1인치 이하의 재료에 대해서 유용할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 전자빔의 각 전자의 에너지는 약 0.25 MeV 내지 약 7.5 MeV(million electron volts), 예컨대, 약 0.5 MeV 내지 약 5.0 MeV 또는 약 0.7 MeV 내지 약 2.0 MeV이다. 전자빔 조사 장치는 이온 빔 애플리게이션즈사(Ion Beam Applications)(벨기에의 루바인-라-누브에 소재) 또는 티탄 코포레이션(Titan Corporation)(미국 캘리포니아주의 샌디에이고시에 소재)으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 대표적인 전자 에너지는 1, 2, 4.5, 7.5 또는 10 MeV일 수 있다. 대표적인 전자빔 조사 장치 파워는 1, 5, 10, 20, 50, 100, 250 혹은 500㎾일 수 있다. 대표적인 선량은 1, 5, 10, 20, 50, 100 혹은 200 kGy의 값을 취할 수 있다.
전자빔 조사 장치 파워 사양을 고려할 때의 트레이드오프(tradeoff)는 작동 비용, 자본 비용, 감가삼각 및 장치의 점유 공간을 포함한다. 전자빔 조사의 노광선량 레벨을 고려할 때의 트레이드오프는 에너지 비용과 환경, 안전성 및 건강(ESH) 관련사항일 것이다. 전형적으로, 발생기는 납이나 콘크리트로 이루어진 둥근 지붕형태의 저장소 내에 수용된다.
전자빔 조사 장치는 고정빔 혹은 주사빔을 발생할 수 있다. 주사빔은 커다란 주사 스위프 길이와 높은 주사 속도가 이점일 수 있는 데, 그 이유는 커다란 고정빔 폭을 효율적으로 교체할 수 있기 때문이다. 또한, 0.5m, 1m, 2m 혹은 그 이상의 이용가능한 스위프 폭이 유효하다.
조사가 전자기 방사선에 의해 수행되는 실시형태에서, 전자기 방사선은 예를 들어 102eV 이상, 예컨대, 103, 104, 105, 106eV 이상 혹은 심지어 107eV 이상의 광자당 에너지(일렉트론 볼트(eV))를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 전자기 방사선은 104 내지 107eV, 예컨대, 105 내지 106eV의 광자당 에너지를 지닌다. 전자기 방사선은 예컨대 1016㎐ 이상, 1017, 1018, 1019, 1020㎐ 이상, 혹은 심지어 1021㎐ 이상의 주파수를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 전자기 방사선은 1018 내지 1022㎐, 예컨대, 1019 내지 1021㎐의 주파수를 지닌다.
전술한 공급원을 이용해서 생성된 이온을 가속시키는 데 이용될 수 있는 가속기의 한 유형은 다이나미트론(Dynamitron)(등록상표)(라디에이션 다이나믹스사(Radiation Dynamics Inc.)(이제는 IBA의 일원임)(벨기에의 루바인-라-누브에 소재)로부터 입수가능함)이다. 다이나미트론(등록상표) 가속기(1500)의 개략도가 도 6에 도시되어 있다. 해당 가속기(1500)는 인젝터(injector)(1510)(이온 공급원을 포함함)와, 복수개의 환형상 전극(1530)을 포함하는 가속 칼럼(accelerating column)(1520)을 포함한다. 인젝터(1510)와 가속 칼럼(1520)은 진공 펌프(1600)에 의해 배기되어 있는 인클로져(enclosure)(1540) 내에 수용되어 있다.
인젝터(1510)는 이온빔(1580)을 발생하고, 해당 빔(1580)을 가속 칼럼(1520) 내로 도입한다. 환형상 전극(1530)은 상이한 전위에서 유지되어, 이온이 전극들 사이의 간극을 통과함에 따라 가속된다(예컨대, 이온은 상기 간극에서 가속되지만 전극 내에서는 가속되지 않는 데 그 이유는 전극에서는 전위가 균일하기 때문이다). 이온이 가속 칼럼(1520)의 상부로부터 도 6의 바닥부를 향해서 주행함에 따라, 이온의 평균 속도가 증가한다. 따라서, 후속의 환형상 전극(1530)들 사이의 간격은 전형적으로 증가하므로, 보다 높은 평균 이온 속도를 수용한다.
가속된 이온이 가속 칼럼(1520)의 길이를 주행한 후, 가속된 이온빔(1590)은 전달관(1555)을 통해서 인클로져(1540) 밖에서 결합된다. 전달관(1555)의 길이는 가속 칼럼(1520)에 인접하게 위치결정되어 상기 칼럼을 격리시키기 위하여 적절한 차폐(예컨대, 콘크리트 차폐)를 허용하도록 선택된다. 이온빔(1590)은, 전달관(1555)을 통과한 후, 주사용 자석(scan magnet)(1550)을 통과한다. 외부 로직 유닛(도시 생략)에 의해 제어되는 주사용 자석(1550)은 가속 칼럼(1520)의 중앙축에 수직으로 배향된 2차원 평면을 가로질러 제어되는 형식으로 가속된 이온빔(1590)을 스위핑할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이온빔(1590)은 창(1560)(예컨대, 금속박 창 혹은 스크린)을 통과한 후, 이어서 주사용 자석(1550)에 의해 샘플(1570)의 선택된 영역 상에 충돌하도록 지향된다.
몇몇 실시형태에서, 전극(1530)에 인가된 전위는 예를 들어 DC 전위 공급원에 의해 발생된 정적 전위이다. 소정의 실시형태에서, 전극(1530)에 인가된 전위 중 일부 혹은 전부는 가변성 전위 공급원에 의해 발생된 가변 전위이다. 커다란 전위의 적절한 가변 공급원으로는 예를 들어 클라이스트론 등의 증폭 전계 공급원을 들 수 있다. 따라서, 전극(1530)에 인가되는 전위의 속성에 따라서, 가속기(1500)는 펄스 모드 혹은 연속 모드로 작동할 수 있다.
가속 칼럼(1520)의 출력 단부에서 선택된 가속된 이온 에너지를 얻기 위하여, 가속 칼럼(1520)의 길이와 전극(1530)에 인가된 전위는 당업계에 공지된 고려사항에 의거해서 선택된다. 그러나, 가속 칼럼(1520)의 길이를 줄이기 위하여, 다가 이온이 일가 이온 대신에 이용될 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다. 즉, 두 전극 사이에 선택된 전위차의 가속 효과가 크기 1의 전하를 지니는 이온에 대한 것보다 크기 2 이상의 전하를 지니고 있는 이온에 대해서 크다. 이와 같이 해서, 임의의 이온 X2 +는 대응하는 임의의 이온 X+보다 짧은 길이에 대해서 최종 에너지 E까지 가속될 수 있다. 3가 및 4가 이온(예컨대, X3 + 및 X4 +)은 보다 짧은 거리에 대해서 최종 에너지 E까지 가속될 수 있다. 따라서, 가속 칼럼(1520)의 길이는 이온빔(1580)이 주로 다가 이온종을 포함할 경우 충분히 저감될 수 있다.
양으로 하전된 이온을 가속시키기 위하여, 가속 칼럼(1520)의 전극(1530) 간의 전위차는 도 6의 증가하는 전장 강도(즉, 전계 강도)의 방향이 하향으로(예컨대, 가속 칼럼(1520)의 바닥부 쪽으로) 되도록 선택된다. 역으로, 가속기(1500)가 음으로 하전된 이온을 가속시키는데 이용될 경우, 전극(1530) 간의 전위차는 가속 칼럼(1520)에서 역전되며, 도 6에서의 증가하는 전계 강도의 방향이 상향으로(예컨대, 가속 칼럼(1520)의 상부 쪽으로) 된다. 전극(1530)에 인가된 전위를 재구성하는 것은 간단한 절차이므로, 가속기(1500)는 가속 양이온을 가속 음이온으로 혹은 그 역으로 상대적으로 신속하게 변환시킬 수 있다. 마찬가지로, 가속기(1500)는 가속 일가 이온으로부터 가속 다가 이온으로 또는 그 역으로 신속하게 변환시킬 수 있다.
선량
몇몇 실시형태에서, 조사(소정의 방사선 공급원 혹은 공급원들의 조합을 이용해서)는 재료가 적어도 0.05 MRad, 예컨대, 적어도 0.1 MRad, 적어도 0.25 MRad, 적어도 0.5 MRad, 적어도 0.75 MRad, 적어도 1.0 MRad, 적어도 1.5, MRad, 적어도 2.0 MRad, 적어도 2.5 MRad, 적어도 3.0 MRad, 적어도 4.0 MRad, 적어도 5.0 MRad 또는 적어도 10.0 MRad의 선량을 입수할 때까지 수행된다. 몇몇 실시형태에서, 조사는 재료가 1.0 MRad 내지 6.0 MRad, 예컨대, 1.5 MRad 내지 4.0 MRad의 선량을 입수할 때까지 수행된다. 몇몇 실시형태에서, 바람직한 선량은 약 0.25 내지 약 5 MRad이다. 선량은 예를 들어 셀룰로스 사슬을 가교시킴으로써 셀룰로스 재료의 분자량을 증가시키기에 충분하도록 선택되는 한편, 셀룰로스 재료에 유해하게 영향을 미치거나 해당 셀룰로스 재료를 탈중합시키지 않도록 충분히 낮게 되어 있다.
상기 설명된 선량은 또한 재료의 작용성화에 적합하며 해당 작용성화의 정도는 일반적으로 선량이 높을수록 높다.
몇몇 실시형태에서, 조사는 5.0 내지 1500.0 krad(kilorad)/hour, 예컨대, 10.0 내지 750.0 krad/hour 혹은 50.0 내지 350.0 krad/hour의 선량률에서 수행된다. 높은 처리량이 요구될 경우, 방사선은 조사된 재료의 과열을 피하기 위하여 냉각을 이용해서 예컨대, 0.5 내지 3.0 MRad/sec 혹은 그보다 빠르게 인가될 수 있다.
예를 들어, 10 MRad의 최종 선량을 제공하도록, 예컨대, 1 MRad선량을 10회 전달함으로써, 다수회 조사를 행하여 주어진 최종 선량을 얻는 것이 바람직할 수 있다. 이것은, 특히 재료가 선량의 조사 사이에 냉각된다면, 조사된 재료의 과열을 방지할 수 있다.
감마 방사선이 방사선 공급원으로서 이용된다면, 약 1 Mrad 내지 약 10 Mrad, 예컨대, 약 1.5 Mrad 내지 약 7.5 Mrad 또는 약 2.0 Mrad 내지 약 5.0 Mrad의 선량이 인가될 수 있다.
e-빔 방사선이 이용된다면, (감마 방사선에 대해서) 보다 작은 선량, 예컨대, 약 0.1 Mrad 내지 약 5 Mrad, 예컨대, 약 0.2 Mrad 내지 약 3 Mrad 또는 약 0.25 Mrad 내지 약 2.5 Mrad의 선량이 이용될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 예컨대 2종 이상의 이온화 방사선 등과 같이 2종 이상의 방사선 공급원이 이용된다. 예를 들어, 샘플은 임의의 순서로 전자빔을 이용해서 처리되고 나서, 약 100㎚ 내지 약 280㎚의 파장을 지니는 감마 방사선 및 UV 광으로 처리될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 샘플은 전자빔, 감마 방사선 및 에너지를 지닌 UV광 등과 같은 3종의 이온화 방사선 공급원으로 처리된다.
셀룰로스 직물의 종류
적절한 셀룰로스 재료로는 약 93중량% 이하, 바람직하게는 약 90% 이하, 예를 들어 약 85% 이하의 α-셀룰로스 레벨을 지니는 재료를 들 수 있다. 셀룰로스 재료의 밸런스는 일반적으로 리그닌, 헤미셀룰로스, 펙틴 및 기타 천연 유래 물질로 구성되어 있다. 예를 들어, 천연(유전자형질 변형되지 않은) 아마 식물로부터 얻어진 아마 섬유는 약 70%의 α-셀룰로스 함량을 지니며, 그 밸런스는 헤미셀룰로스, 리그닌 및 펙틴으로 구성된다.
또 일반적으로 셀룰로스 재료는 적어도 2%, 몇몇 경우에는 적어도 5%, 적어도 10% 혹은 적어도 20%의 리그닌 함량을 지니는 것이 바람직하다. 이론에 얽매이길 원치 않지만, 본 발명자들은 고분자량의 3차원 분자인 리그닌이 가소제 및 산화방지제로서 작용하고 예컨대 0.5 내지 5 MRad 범위에서 조사 동안 및 조사 후에 셀룰로스 재료를 안정화시키는 경향이 있는 것으로 여기고 있다.
몇몇 구현예에서, 리그닌은 첨가제로서 직물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 리그닌은 셀룰로스 재료에 침투하도록 하는 방식으로 직물 혹은 출발 셀룰로스 재료에 적용될 수 있다. 몇몇 경우에, 리그닌은 조사 동안 가교되어, 조사된 제품의 특성을 증강시킬 것이다. 몇몇 구현예에서, 리그닌은 그의 천연 상태에서 비교적 낮은 리그닌 함량을 지닌 셀룰로스 재료의 리그닌 함량을 증가시키기 위하여 첨가된다. 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 7.5, 10, 15, 20 혹은 심지어 25중량%까지의 리그닌이 첨가될 수 있다. 리그닌은 고체로서, 예컨대, 분말 혹은 기타 입상 재료로서 첨가될 수 있거나, 또는 용해되거나 분산되거나 액체 형태로 첨가될 수 있다. 후자의 경우에, 리그닌은 용제 혹은 용제계 중에 용해될 수 있다. 용제 혹은 용제계는 단상 혹은 2 이상의 상의 형태일 수 있다. 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료용의 용제계로는 DMSO-염계를 들 수 있다. 이러한 계는, 예를 들어, 리튬, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 혹은 아연염과 조합하여 DMSO를 포함한다. 리튬염으로는 LiCl, LiBr, LiI, 과염소산 리튬 및 질산 리튬을 들 수 있다. 마그네슘염으로는 질산 마그네슘 및 염화마그네슘을 들 수 있다. 칼륨염으로는 요오드화칼륨 및 질산 칼륨을 들 수 있다. 나트륨염의 예로는 요오드화나트륨 및 질산 나트륨을 들 수 있다. 아연염의 예로는 염화아연 및 질산아연을 들 수 있다. 소정의 염은 무수 상태이거나 혹은 수화되어 있을 수 있다. DMSO 중의 염의 전형적인 장전률은 약 1 내지 약 50중량%, 예컨대, 약 2 내지 25중량%, 약 3 내지 15중량% 혹은 약 4 내지 12.5 중량%이다.
몇몇 경우에, 리그닌은 조사 동안 페이퍼 내에 가교되어, 직물 재료의 물성을 더욱 증강시킬 것이다.
몇몇 적절한 셀룰로스 재료는 적어도 5%, 몇몇 경우에는 적어도 10% 혹은 적어도 20%의 헤미셀룰로스 함량을 지닌다.
소정의 셀룰로스 섬유의 조성이 이하의 표에 부여되어 있다.
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셀룰로스 재료 중의 셀룰로스 사슬은, 예컨대, 합성 폴리머가 조사 전 혹은 조사 동안 셀룰로스 사슬에 그라프트되지 않도록 미변성될 수 있다.
적절한 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료로는, 예를 들어, 면, 아마(예컨대, 리넨), 대마, 황마, 마닐라삼, 사이잘마, 밀짚, LF, 마황, 대나무 섬유, 조류, 해초류, 구리암모늄 셀룰로스(레이온), 재생 목질 셀룰로스, 라이오셀, 아세트산 셀룰로스 및 이들의 배합물을 들 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 옥수수, 우유, 콩 및 키틴 등의 기타 섬유원 재료는 본 명세서의 어느 곳에선가 기술되어 있다.
몇몇 경우에, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료는 용제 혹은 용제계 중에 용해되어 방사 혹은 압출되어 섬유 혹은 필라멘트를 형성한다. 용제 혹은 용제계는 단상 혹은 2상 이상의 형태일 수 있다. 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료용의 용제계는 전술한 DMSO-염계를 포함한다. 방사 혹은 압출은 예를 들어 직물 분야에 충분히 공지되어 있는 기술을 이용해서 수행될 수 있다. 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료는 조사될 수 있고/있거나, 용액 혹은 섬유 혹은 필라멘트가 조사될 수 있다.
셀룰로스 재료는 섬유, 스테이플 섬유, 필라멘트, 얀 혹은 직포의 형태일 수 있다. 직포로는 부직포, 직조포 및 편성포를 들 수 있다. 섬유는 높은 애스펙트비(L/D)를 지닐 수 있다. 예를 들어, 섬유의 평균 길이-대-직경비는 8/1 이상, 예컨대, 10/1 이상, 15/1 이상, 20/1 이상, 25/1 이상 혹은 50/1 이상일 수 있다. 섬유의 평균 길이는 약 0.5㎜ 내지 2.5㎜, 예컨대, 약 0.75㎜ 내지 1.0㎜일 수 있고, 섬유의 평균 폭(즉, 직경)은 예컨대 약 5㎛ 내지 50㎛, 예컨대, 약 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
섬유, 얀 혹은 직포는 비교적 낮은 겉보기 밀도(bulk density)를 지닐 수 있으므로, 입자에 의해 보다 용이하게 침투할 수 있게 하고 또한 보다 신속한 처리량을 지닐 수 있다. 겉보기 밀도는, 예를 들어, 약 0.1 내지 0.5 g/㎤, 예컨대, 약 0.3 내지 0.15 g/㎤일 수 있다. 낮은 겉보기 밀도는 또한 재료가 조사에 의해 가열될 경우 재료의 냉각을 용이하게 한다. 몇몇 구현예에서, 섬유는 비교적 작은 직경, 예를 들어, 약 1 내지 500㎛, 예컨대, 5 내지 150㎛, 또는 25 내지 100㎛의 평균을 지닌다. 이들 작은 섬유 직경은 일반적으로 낮은 겉보기 밀도 및 조사 동안 냉각을 제공할 수 있는 양호한 기류를 지니는 직물을 제공한다.
직물 첨가제
직물 산업에서 이용되는 많은 첨가제 및 피복제의 어느 것이라도 본 명세서에 기재된 섬유 재료, 직포, 또는 기타 재료 및 제품에 첨가되거나 적용될 수 있다.
첨가제로는 탄산칼슘, 플라스틱 안료, 그라파이트, 규회석, 운모, 유리, 유리섬유, 실리카 및 탤크 등의 충전제(filler); 알루미나 삼수화물 혹은 수산화마그네슘 등의 무기 난연제; 염소화 혹은 브롬화 유기 화합물 등의 유기 난연제; 탄소 섬유; 금속 섬유 혹은 분말(예컨대, 알루미늄, 스테인레스강)을 들 수 있다. 이들 첨가제는 전기적, 기계적 호환성 혹은 기타 특성을 보강, 확장 혹은 변화시킬 수 있다. 기타 첨가제로는 전분, 리그닌, 방향제, 결합제, 산화방지제, 불투명화제(opacifier), 열안정제, 염료나 안료 등의 착색제, 폴리머, 예컨대, 분해성 중합체, 광안정제 및 살생물제 등을 들 수 있다. 대표적인 분해성 중합체로는 다가산, 예컨대, 폴리락타이드류, 폴리글라이콜라이드류 및 락트산과 글라이콜산의 공중합체, 폴리(하이드록시뷰티르산), 폴리(하이드록시발레르산), 폴리[락타이드-코-(e-카프로락톤)], 폴리[글라이콜라이드-코-(e-카프로락톤)], 폴리카보네이트, 폴리(아미노산), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리무수물, 폴리오쏘에스터 및 이들 중합체의 배합물을 들 수 있다.
몇몇 경우에 조사에 의해 가교될 수 있는 첨가제, 예컨대, 리그닌, 및 전분과 같은 풀먹임제는 조사 전 및/또는 조사 후에 직물에 첨가되거나 적용될 수 있다.
기재된 첨가제가 포함되어 있을 경우, 이들은, 섬유 재료의 총 중량에 의거해서, 약 1% 이하 내지 약 15%까지 높은 양으로(건조 중량 기준으로 환산됨) 존재할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 양은 약 0.5중량% 내지 약 7.5중량%의 범위이다.
본 명세서에 기재된 어떠한 첨가제라도 캡슐화, 예컨대, 분무 건조 혹은 마이크로캡슐화되어, 예컨대 취급 중에 열이나 수분으로부터 첨가제를 보호할 수 있다.
적절한 피복제로는, 특정 종류의 의류 혹은 기타 응용에 요하는 성능 특성을 비롯하여, 특정 표면 특성을 제공하도록 직물 산업에서 이용되는 많은 피복제 중 어느 것이라도 들 수 있다. 예를 들어, 직물은 내수 혹은 방수 코팅을 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 각종 충전제가 섬유, 얀, 직물 혹은 완제품에 포함될 수 있다. 이들 충전제는, 예를 들어, 풀먹임 시 마찰제(frictionizing agent)로서, 열적 보호를 위하여 또는 발수성을 부여하기 위하여 난연제 혹은 방염제로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘(예컨대, 침강 탄산칼슘 혹은 천연 탄산칼슘), 선석 점토(aragonite clay), 사방정계 점토, 방해석 점토, 능면체 점토(rhombohedral clay), 고령토, 벤토나이트 점토, 인산이칼슘, 인산삼칼슘, 피로인산칼슘, 불용성 메타인산나트륨, 침강 탄산칼슘, 오쏘인산 마그네슘, 인산삼마그네슘, 수산화아파타이트, 합성 아파타이트, 알루미나, 실리카 제로겔, 금속 알루미노규산 착체, 나트륨 알루미늄 규산염, 지르코늄 규산염, 이산화규소 혹은 무기 첨가제의 조합물 등의 무기 충전제를 이용할 수 있다. 충전제는 예컨대 1㎛ 이상, 예컨대, 2㎛, 5㎛, 10㎛, 25㎛ 이상 혹은 심지어 35㎛ 이상의 입자 크기를 지닐 수 있다.
나노미터 규모의 충전제도 단독으로 혹은 임의의 크기 및/또는 형상의 섬유 재료와 조합해서 사용될 수 있다. 충전제는 예컨대 입자, 판 혹은 섬유의 형태일 수 있다. 예를 들어, 나노미터 크기의 점토, 실리콘 및 탄소 나노튜브, 및 규소 및 탄소나노와이어가 이용될 수 있다. 충전제는 1000㎚ 이하, 예컨대, 900㎚, 800㎚, 750㎚, 600㎚, 500㎚, 350㎚, 300㎚, 250㎚, 200㎚ 이하, 100㎚ 이하, 또는 50㎚ 이하의 가로축 치수를 지닐 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 나노-점토는 몬모릴로나이트이다. 이러한 점토는 나노코사(Nanocor, Inc.) 및 서던 클레이 프로덕츠사(Southern Clay products)로부터 입수가능하며, 미국 특허 제6,849,680호 공보 및 제6,737,464호 공보에 기재되어 있다. 점토는, 예컨대, 수지 혹은 섬유 재료 내에 혼합하기 전에 표면 처리될 수 있다. 예를 들어, 점토는 그 표면이 자연적으로 이온성, 예컨대, 양이온성 혹은 음이온성으로 되도록 표면처리될 수 있다.
집합된 혹은 응집된 나노미터 규모의 충전제, 혹은 초분자 구조 내에 조립된 나노미터 규모의 충전제, 예컨대, 자체-조립된 초분자 구조체도 이용될 수 있다. 응집된 혹은 초분자 충전제는 구조 내에 있어서 개방되거나 폐쇄되어 있을 수 있고, 각종 형상, 예컨대, 케이지(cage), 관 혹은 구형(spherical)을 지닐 수 있다.
이온 발생
셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있는 이온빔을 위해 적절한 이온의 발생을 위하여 각종 방법이 이용될 수 있다. 이온이 발생된 후, 이들은 전형적으로 각종 유형의 가속기 중 하나 이상으로 가속되고 나서, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료 상에 충돌하도록 향하게 된다.
(i) 수소 이온
수소 이온은 이온 공급원에서 각종 상이한 방법을 이용해서 발생될 수 있다. 전형적으로, 수소 이온은 이온 공급원의 이온화 챔버 내로 도입되고, 기체 분자에 에너지를 공급함으로써 이온이 생성된다. 작동 동안, 이러한 이온화 챔버는 하류 이온 가속기에 종자를 도입하기(seeding)에 적합한 대형 이온 전류를 발생할 수 있다
몇몇 실시형태에서, 수소 이온은 수소 기체의 장 이온화를 통해서 생성된다. 장 이온화 공급원의 개략도가 도 7에 도시되어 있다. 장 이온화 공급원(1100)은 기체 분자(예컨대, 수소 기체 분자)의 이온화가 일어나는 챔버(1170)를 포함한다. 기체 분자(1150)는 공급관(1120) 내로 방향(1155)을 따라 흐름으로써 챔버(1170)로 도입된다. 장 이온화 공급원(1100)은 이온화 전극(1110)을 포함한다. 작동 동안, 상기 이온화 전극(1110)에 (통상의 시스템 접지 전위에 비교해서) 커다란 전위(VE)가 도입된다. 전극(1110)에 인접한 영역 내를 순환하는 분자(1150)는 전위(VE)로부터 기인하는 전장에 의해 이온화된다. 또, 작동 동안, 추출기(1130)에 추출 전위(Vx)가 인가된다. 새롭게 형성된 이온은 전위(VE), (VX)의 전장의 영향 하에 추출기(1130)를 향해 이동한다. 사실상, 새롭게 형성된 이온은 이온화 전극(1110)에 대한 반발력과 추출기(1130)에 대한 인력을 경험한다. 그 결과, 새롭게 형성된 이온의 일부가 방전관(1140)으로 들어가 전위(VE), (VX)의 영향 하에 방향(1165)을 따라 전파된다.
전위(VE)의 부호에 따라(통상의 접지 전위와 비교해서), 양으로 하전된 이온과 음으로 하전된 이온이 모두 형성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 양의 전위는 전극(1110)에 인가될 수 있고, 음의 전위는 추출기(1130)에 인가될 수 있다. 챔버(1170) 내에서 발생된 양으로 하전된 수소 이온(예컨대, 양자 H+)은 전극(1110)으로부터 멀리 반발하여 추출기(1130) 쪽으로 향한다. 그 결과, 방전된 입자빔(1160)은 인젝터 시스템으로 이송되는 양으로 하전된 수소 이온을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 음의 전위는 전극(1110)으로 인가될 수 있고, 양의 전위는 추출기(1130)로 인가될 수 있다. 챔버(1170) 내에 발생된 음으로 하전된 수소 이온(예컨대, 수소화 이온 H-)이 전극(1110)으로부터 멀리 반발하여 추출기(1130) 쪽으로 향한다. 방전된 입자빔(1160)은 음으로 하전된 수소 이온을 포함하고, 이들 이온은 이어서 인젝터 시스템으로 이송된다.
몇몇 실시형태에서, 양의 수소 이온과 음의 수소 이온은 모두 수소 기체의 직접적인 가열을 통해서 발생될 수 있다. 예를 들어, 수소 기체는 잔류 산소와 기타 기체를 제거하기 위하여 배기된 가열 챔버 내로 들어가도록 향하게 된다. 수소 기체는 이어서 가열 소자를 통해서 가열되어 이온종을 생성한다. 적절한 가열 소자로는 예를 들어 아크방전전극, 가열 필라멘트, 가열 코일 및 각종 기타 열전달소자를 들 수 있다.
소정의 실시형태에서, 수소 이온이 전계발광 혹은 열적 가열을 통해서 생성될 경우, 양 및 음으로 하전된 이온종과, 일가 및 다가 이온종을 비롯하여 각종 수소 이온종이 생성된다. 각종 이온종은 하나 이상의 정전 및/또는 자기 분리기를 통해서 서로 분리될 수 있다. 도 8은 복수개의 수소 이온종을 서로 분리시키도록 구성된 정전 분리기(1175)의 개략도를 나타낸다. 정전 분리기(1175)는 전압 공급원(도시 생략)에 의해 전위(VS)가 인가되는 한쌍의 병렬 전극(1180)을 포함한다. 화살표로 표시된 방향으로 전파 중인 입자 스트림(1160)은 각종 양 및 음으로 하전된 이온종, 및 일가 및 다가 이온종을 포함한다. 각종 이온종이 전극(1180)을 통과함에 따라, 전극 사이의 전장은 이온종의 크기와 부호에 따라 궤적을 편향시킨다. 도 8에서, 예를 들어, 전장은 전극(1180) 사이의 영역에서 하부 전극으로부터 상부 전극 쪽으로 향한다. 그 결과, 양으로 하전된 이온은 도 8에서 상향 궤적을 따라 편향되고, 음으로 하전된 이온은 하향 궤적을 따라 편향된다. 이온빔(1162), (1164)은 각각 양으로 하전된 이온종에 대응하는 한편, 이온빔(1162) 내의 이온종은 이온빔(1164)의 이온종보다 큰 양전하를 지닌다(예컨대, 빔(1162) 내의 이온의 보다 큰 양 전하로 인해, 해당 빔은 보다 큰 정도로 편향된다).
마찬가지로, 이온빔(1166), (1168)은 각각 음으로 하전된 이온종에 대응하고, 이온빔(1168) 내의 이온종은 이온빔(1166) 내의 이온종보다 큰 음하전을 지닌다(이에 의해 전극(1180) 사이의 전장에 의해 커다란 정도로 편향된다). 빔(1169)은 입자 스트림(1160)에 원래 존재하는 중성 입자를 포함하며, 해당 중성 입자는 전극(1180) 사이의 전장에 의해 크게 영향받지 않으므로 전극을 통해 비편향된 상태로 통과한다. 분리된 입자 스트림은 각각 전달관(1192), (1194), (1196), (1198), (1199) 중 하나로 들어가고, 입자의 후속의 가속을 위하여 인젝터 시스템으로 전달될 수 있거나, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료에 직접 입사되도록 조종될 수 있다. 대안적으로 혹은 부가적으로, 분리된 입자 스트림의 일부 혹은 모두는 이온 및/또는 원자종이 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료에 도달하는 것을 방지하도록 차단될 수 있다. 다른 대안적인 예로서, 소정의 입자 스트림은 조합되어 인젝터 시스템으로 향하고/향하거나 공지의 기술을 이용해서 셀룰로스 혹은 리그노 셀룰로스 재료상에 직접 입사되도록 조종될 수 있다.
일반적으로, 입자빔 분리기는 하전된 입자를 편향시키기 위한 전장에 부가해서 혹은 해당 전장이라기보다는 오히려 자장을 이용할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 입자빔 분리기는 다수 쌍의 전극을 포함하며, 여기서 각 쌍의 전극은 그를 통과하는 입자를 편향시키는 전장을 발생시킨다. 대안적으로 혹은 부가적으로, 입자빔 분리기는 입자 하전의 크기와 부호에 따라 하전된 입자를 편향시키도록 구성된 하나 이상의 자기 편향기를 포함할 수 있다.
(ii) 비활성 기체 이온
비활성 기체 원자(예컨대, 헬륨 원자, 네온 원자, 아르곤 원자)는 비교적 강한 전장에 의해 작용될 경우 양으로 하전된 이온을 형성한다. 따라서, 비활성 기체 이온을 생성하는 방법은 전형적으로 고강도 전장을 발생하는 단계와, 이어서 기체 원자의 장 이온화를 유발시키기 위하여 장 영역 내로 비활성 기체 원자를 도입하는 단계를 포함한다. 비활성 기체 이온(또한 기타 종류의 이온)에 대한 장 이온화 발생기의 개략도가 도 9에 도시되어 있다. 장 이온화 발생기(1200)는 챔버(1210) 내에 위치결정된 테이퍼 형상 전극(1220)을 포함한다. 진공 펌프(1250)는 입구(1240)를 통해서 챔버(1210)의 내부와 유체 연통하고 있고, 작동 동안 챔버(1210) 내에 배경 기체의 압력을 저감시킨다. 1종 이상의 비활성 기체 원자(1280)는 입구관(1230)을 통해서 챔버(1210)로 들어간다.
작동 동안, 비교적 높은 양의 전위(VT)(예컨대, 공통 외부 접지에 대해서 양(+)임)가 테이퍼 형상 전극(1220)에 인가된다. 전극(1220)의 선단을 둘러싸는 공간의 영역에 유입되는 비활성 기체 원자(1280)는 해당 선단으로부터 뻗는 강한 전장에 의해 이온화되어; 해당 기체 원자가 상기 선단에 대해서 전자를 상실하여 양으로 하전된 비활성 기체 이온을 형성한다.
양으로 하전된 비활성 기체 이온은 선단으로부터 멀리 가속되어, 기체 이온(1290)의 소정의 마찰이 추출기(1260)를 통과하여 챔버(1210)를 빠져나가 렌즈(1270)를 포함하는 이온 광학칼럼 속으로 들어가, 더욱 이온을 편향 및/또는 집중시킨다.
전극(1220)은 테이퍼 형상으로 되어 선단부의 정점 부근 영역에서 국소 전장의 크기를 증가시킨다. 테이퍼의 첨예도 및 전위(VT)의 크기에 따라서, 비활성 기체 원자의 이온화가 일어나는 챔버(1210) 내의 공간 영역이 비교적 기밀하게 제어될 수 있다. 그 결과, 비활성 기체 이온(1290)의 비교적 충분히 평행하게 된 빔은 이하의 추출기(1260)에서 얻어질 수 있다.
수소 이온과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 비활성 기체 이온(1290)의 얻어지는 빔이 비활성 기체 이온빔을 편향 및/또는 집중시키기 위하여 각종 입자 광학 소자를 포함하는 하전된 입자 광학 칼럼을 통해 이송될 수 있다. 비활성 기체 이온빔은 또한 도 8과 관련하여 전술한 바와 같이 정전 및/또는 자기 분리기를 통과할 수 있다.
장 이온화 발생기(1200)에서 생성될 수 있는 비활성 기체 이온은 헬륨 이온, 네온 이온, 아르곤 이온 및 크립톤 이온을 포함한다. 또한, 장 이온화 발생기(1200)는 수소, 질소 및 산소를 비롯한 기타 기체 형태의 화학종의 이온을 발생시키는 데 이용될 수 있다.
비활성 기체 이온은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리할 때 기타 이온종에 대해서 특히 이점을 지닐 수 있다. 예를 들어, 비활성 기체 이온이 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료와 반응할 수 있는 한편, 이러한 반응으로부터 생성되는 중성화된 비활성 기체 이온(예컨대, 비활성 기체 원자)은 일반적으로 불활성이며, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료와 더 이상 반응하지 않는다. 또한, 중성의 비활성 기체 원자는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료에 매립된 상태로 유지되지 않는다. 비활성 기체는 비독성이어서, 인간 건강이나 환경에 악영향을 미치는 일없이 대량으로 이용될 수 있다.
(iii) 탄소, 산소 및 질소의 이온
탄소, 산소 및 질소의 이온은 전형적으로 장 이온화 공급원(1100) 또는 장 이온화 발생기(1200) 등과 같은 시스템 내의 장 이온화에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 산소 기체 분자 및/또는 산소 원자(예컨대, 산소 가스를 가열함으로써 생성됨)는 챔 내로 도입될 수 있고, 여기서 산소 분자 및/또는 원자는 장 이온화되어 산소 이온을 발생한다. 장 이온화 전극에 인가된 전위의 부호에 따라, 양 및/또는 음으로 하전된 산소 이온이 발생될 수 있다. 소망의 이온종이, 도 8에 도시된 바와 같이, 정전 및/또는 자기 입자 선택기에 의해 각종 이온종과 중성 원자 및 분자로부터 우선적으로 선택될 수 있다.
다른 예로서, 질소 가스 분자가 장 이온화 공급원(1100) 또는 장 이온화 발생기(1200) 속으로 도입될 수 있고, 챔버 내의 비교적 강력한 전장에 의해 양 및/또는 음으로 하전된 질소 이온을 형성하도록 이온화될 수 있다. 이어서, 소망의 이온종이, 도 8에 도시된 바와 같이, 정전 및/또는 자기 입자 분리기에 의해 기타 이온종과 중성종으로부터 분리될 수 있다.
탄소 이온을 형성하기 위하여, 탄소 원자가 장 이온화 공급원(1100) 또는 장 이온화 발생기(1200) 속으로 공급될 수 있고, 여기서 탄소 원자는 양 및/또는 음으로 하전된 탄소 이온을 형성하도록 이온화될 수 있다. 소망의 이온 종이 이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 정전 및/또는 자기 입자 분리기에 의해 기타 이온종과 중성종으로부터 분리될 수 있다. 장 이온화 공급원(1100) 혹은 장 이온화 발생기(1200) 중 어느 한쪽의 챔버 내로 공급되는 탄소 원자는 탄소계 표적(예컨대, 그라파이트 표적)을 가열하여 해당 표적으로부터 탄소 원자의 열 방출을 일으킴으로써 생성될 수 있다. 상기 표적은 챔버에 비교적 밀접하게 위치될 수 있으므로, 방출된 탄소 원자가 직접 챔버 내로 유입되고 나서 방출된다.
(iv) 무거운 이온(즉, 중이온)
나트륨 및 철 등과 같은 무거운 원자의 이온은 다수의 방법을 통해서 생성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 나트륨 및/또는 철 이온 등과 같은 중이온은 나트륨 및/또는 철을 각각 포함하는 표적 재료로부터 열이온 방출을 통해서 생성된다. 적절한 표적 재료로는 규산 나트륨 및/또는 규산 철 등의 재료를 들 수 있다. 표적 재료는 전형적으로 베타-알루미나 등과 같은 기타 불활성 재료를 포함한다. 이러한 표적 재료는 제올라이트 재료이며, 해당 표적 재료로부터 이온의 도피를 허용하도록 그 안에 형성된 유로를 포함하고 있다.
도 10은 표적 재료(1330)와 접촉하는 가열소자(1310)를 포함하는 열이온 방출원(1300)을 도시하고 있고, 이들은 모두 배기 챔버(1305) 안쪽에 위치결정되어 있다. 가열소자(1310)는 제어기(1320)에 의해 제어되고, 해당 제어기는 표적 재료(1330)로부터 발생된 이온 전류를 제어하기 위하여 가열소자(1310)의 온도를 조절한다. 충분한 열이 표적 재료(1330)에 공급된 경우, 표적 재료로부터의 열이온 방출은 이온(1340)의 스트림을 발생한다. 이온(1340)은 나트륨, 철 등의 재료의 양으로 하전된 이온, 그리고 기타 비교적 무거운 원자종(예컨대, 기타 금속 이온)을 포함할 수 있다. 이온(1340)은 이어서 정전 및/또는 자기 전극(1350)에 의해 평행화(즉, 시준화), 집속 및/또는 기타 편향될 수 있고, 해당 전극은 이온(1340)을 인젝터로 전달할 수 있다.
비교적 무거운 원자종의 이온을 형성하기 위한 열이온 방출은 또한 예를 들어 미국 특허 제4,928,033호(발명의 명칭: "Thermionic Ionization Source")에 개시되어 있고, 이 특허문헌은 참조로 그의 전문이 본 명세서에 포함된다.
소정의 실시형태에서, 나트륨 이온 및/또는 철 이온 등과 같은 비교적 무거운 이온은 마이크로파 방전에 의해 생성될 수 있다. 도 11은 나트륨 및 철 등의 비교적 무거운 원자로부터 이온을 발생하는 마이크로파 방전 공급원(1400)의 개략도를 도시하고 있다. 방전 공급원(1400)은 마이크로파 장 발생기(1410), 도파관(1420), 장 집중기(field concentrator)(1430) 및 이온화 챔버(1490)를 포함한다. 작동 동안, 장 발생기(1410)는 도파관(1420) 및 장 집중기(1430)를 통해 전파되는 마이크로파를 발생시키고, 장 집중기(1430)는 도 11에 도시된 바와 같이 장을 공간적으로 한정시킴으로써 장 강도를 증가시킨다. 마이크로파 장은 이온화 챔버(1490) 내로 유입된다. 챔버(1490) 내부의 제1영역에는, 솔레노이드(1470)가 마이크로파 장도 포함하는 공간의 영역에 강력한 자장(1480)을 발생시킨다. 공급원(1440)은 이 공간 영역에 원자(1450)를 전달한다. 집중된 마이크로파 장은 원자(1450)를 이온화시키고, 솔레노이드(1470)에 의해 발생된 자장(1480)은 국소화된 플라즈마를 형성하도록 이온화된 원자를 가둔다. 플라즈마의 일부가 이온(1460)으로서 챔버(1490)로부터 나간다. 이온(1460)은 이어서 하나 이상의 정전 및/또는 자기 소자에 의해 편향 및/또는 집속되어 인젝터로 전달될 수 있다.
나트륨 및/또는 철 등과 같은 재료의 원자(1450)는 예를 들어 표적 재료로부터 열 방출에 의해 발생될 수 있다. 적절한 표적 재료로는 규산염 및 예컨대 제올라이트계 재료를 비롯한 기타 안정한 염 등과 같은 재료를 포함한다. 적절한 표적 재료는 또한 금속(예컨대, 철)을 포함하며, 이것은 유리 재료 등의 불활성 베이스 재료 상에 피복되어 있을 수 있다.
마이크로파 방전 공급원은 예를 들어 미국 특허 제4,409,520호(발명의 명칭: "Microwave Discharge Ion Source" 및 미국 특허 제6,396,211호(발명의 명칭: "Microwave Discharge Type Electrostatic Accelerator Having Upstream and Downstream Acceleration Electrodes") 공보에 기재되어 있다. 상기 특허의 각각의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 포함되어 있다.
입자빔 공급원
셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 조사할 때 이용하기 위한 빔을 발생하는 입자빔 공급원은 전형적으로 3가지 구성요소군, 즉, 이온을 발생하거나 입수하여 해당 이온을 가속기 내로 도입하는 인젝터(injector); 인젝터로부터 이온을 입수하여 해당 이온의 운동 에너지를 증가시키는 가속기; 및 가속된 이온의 빔을 조작하는 출력 결합 요소를 포함한다.
(i) 인젝터
인젝터는, 예를 들어, 후속의 가속을 위한 이온의 스트림을 공급하는 전술한 부분에 기재된 이온 공급원 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 인젝터는 또한 렌즈, 편향기, 시준기, 필터 및 기타 이러한 소자를 비롯한 각종 유형의 정전 및/또는 자기 입자 광학 소자를 포함할 수 있다. 이들 소자는 가속기에 유입되기 전에 이온빔을 알맞는 상태로 하는 데 이용될 수 있고, 즉, 이들 소자는 가속기에 유입되는 이온의 전파 특징을 제어하는 데 이용될 수 있다. 인젝터는 또한 가속기에 유입되기 전에 선택된 에너지 역치로 하전된 입자를 가속시키는 사전 가속용의 정전 및/또는 자기 소자를 포함할 수 있다. 인젝터의 예는 이와타(Iwata, Y.) 등에 의해 표시되어 있다.
(ii) 가속기
전술한 공급원을 이용해서 발생된 이온을 가속시키는 데 이용될 수 있는 가속기의 한 종류는 다이나미트론(등록상표)(예를 들어, 라디에이션 다이나믹스사로부터 입수가능함; 이제는 IBA의 일원이며; 벨기에의 루바인-라-누브에 소재)이다. 다이나미트론(등록상표) 가속기(1500)의 개략도가 도 6에 도시되어 있고, 이것은 위에 설명되어 있다.
셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스계 재료의 처리용의 이온을 가속시키기 위하여 이용될 수 있는 다른 유형의 가속기는 로도트론(Rhodotron)(등록상표) 가속기(예를 들어 벨기에의 루바인-라-누브에 소재한 IBA로부터 입수가능함)이다. 일반적으로, 로도트론형 가속기는 가속되고 있는 이온이 다수회 통과를 행하게 하는 단일의 재순환 공동부(cavity)를 포함한다. 그 결과, 로도트론(등록상표) 가속기는 비교적 높은 연속 이온 전류에서 연속 모드로 작동될 수 있다.
도 12는 로도트론(등록상표) 가속기(1700)의 개략도를 나타낸다. 가속기(1700)는 가속된 이온을 재순환 공동부(1720) 내로 도입하는 인젝터(1710)를 포함한다. 전장 공급원(1730)은 공동부(1720)의 내부 챔버(1740) 내에 위치결정되어 진동형 방사상 전장을 발생한다. 방사상 전장의 진동 주파수는 재순환 공동부(1720)의 하나의 경로를 가로질러 주입된 이온의 이행 시간과 정합하도록 선택된다. 예를 들어, 양으로 하전된 이온은 공동부 내의 방사선 전장이 제로 크기를 지닐 경우 인젝터(1710)에 의해 공동부(1720) 내에 주입된다. 이온이 챔버(1740)를 향하여 전파됨에 따라서, 챔버(1740) 내의 방사선 전장의 진폭이 최대값으로 증가하고 이어서 재차 감소한다. 방사선 전장은 챔버(1740)를 향하여 안쪽으로 가늘어지고, 이온은 방사상 전장에 의해 가속된다. 이온은 내부 챔버(1740)의 벽 내의 구멍을 통과하고, 공동부(1720)의 기하학적 중심을 교차하여, 내부 챔버(1740)의 벽 내의 다른 구멍을 통해 빠져나온다. 이온이 공동부(1720)의 입구에서 위치결정된 경우, 공동부(1720) 내부의 전장 진폭은 제로(혹은 거의 제로)로 저감된다. 이온이 내부 챔버(1740)로부터 나옴에 따라, 공동부(1720) 내의 전장 진폭이 재차 증가하기 시작하지만, 전장은 이제 방사상으로 바깥쪽으로 배향된다. 공동부(1720)를 통한 이온의 통과의 제2절반 동안 전장의 크기는 재차 최대치에 도달하고 나서 감소하기 시작한다. 그 결과, 양 이온은 이온이 공동부(1720)를 통한 1차 통과의 제2절반을 완료함에 따라 전장에 의해 재차 가속된다.
공동부(1720)의 벽에 도달하면, 공동부(1720)의 전장의 크기는 제로(혹은 거의 제로)이고, 이온은 벽 내의 구멍을 통과하여, 빔 편향 자석(1750) 중 하나에서 만난다. 빔 편향 자석은, 도 12에 도시된 바와 같이, 이온의 궤적을 본질적으로 역전시켜, 챔버의 벽 내의 다른 구멍을 통해서 공동부(1720)로 재차 들어가도록 이온을 향하게 한다. 이온이 공동부(1720)로 재차 들어가면, 그 안의 전장은 재차 진폭이 증가하기 시작하지만, 이제는 방사상으로 안쪽으로 한번 더 배향된다. 공동부(1720)를 통한 이온의 제2 및 그 후속의 통과는 유사한 패턴에 따르므로, 전장의 배향은 항상 이온의 움직임 방향과 정합하고, 이온은 공동부(1720)를 통한 매 통과(및 매 절반 통과)마다 가속된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 공동부(1720)를 6회 통과한 후, 가속된 이온은 가속된 이온빔의 일부(1760)로서 공동부(1720) 밖에서 결합된다. 가속된 이온빔은 렌즈, 시준기, 빔 편향기 필터 및 기타 광학 소자를 포함하는 하나 이상의 정전 및/또는 자기 입자 광학 소자(1770)를 통과한다. 예를 들어, 외부 로직 유닛의 제어 하에, 소자(1770)는 빔(1760)의 전파 방향에 수직으로 배향된 2차원 평면을 가로질러 가속된 빔(1760)을 스위핑하는 정전 및/또는 자기 편향기를 포함할 수 있다.
공동부(1720) 내로 주입된 이온은 공동부(1720)를 통한 각 통과 시 가속된다. 따라서, 일반적으로, 상이한 평균 이온 에너지를 지닌 가속된 빔을 얻기 위하여, 가속기(1700)는 하나 이상의 출력 커플링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 하나 이상의 편향 자석(1750)은 자석에 도달하는 이온의 일부가 가속기(1700) 밖에서 결합되고 또한 이온의 일부가 챔버(1720)로 되돌아오는 것을 허용하도록 변형될 수 있다. 다수의 가속된 출력빔은 따라서 가속기(1700)로부터 얻어질 수 있고, 각 빔은 해당 빔 내의 이온에 대한 공동부(1720)를 통한 통과 횟수와 관련된 평균 이온 에너지에 대응한다.
가속기(1700)는 5개의 편향 자석(1750)을 포함하며, 공동부(1720) 내로 주입된 이온은 공동부를 6회 통과한다. 그러나, 일반적으로, 가속기(1700)는 임의의 개수의 편향 자석을 포함할 수 있고, 공동부(1720) 내로 주입된 이온은 해당 공동부를 통한 임의의 대응하는 통과 횟수를 만들 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 가속기(1700)는 적어도 6개의 편향 자석을 포함할 수 있고, 이온은 공동부를 통해 적어도 7회 통과를 만들 수 있다(예컨대, 적어도 7개의 편향 자석은 공동부를 통해 적어도 8회 통과를, 적어도 8개의 편향 자석은 공동부를 통해 적어도 9회 통과를, 적어도 9개의 편향 자석은 공동부를 통해 적어도 10회 통과를, 적어도 10개의 편향 자석은 공동부를 통해 적어도 11회 통과를 만들 수 있다).
전형적으로, 전장 공급원(1730)에 의해 발생된 전장은 약 1MeV의 단일 공동부 통과 이득(single-cavity-pass gain)을 주입된 이온에 제공한다. 그러나, 일반적으로, 보다 높은 단일 통과 이득은 공동부(1720) 내에 보다 높은 진폭 전장을 제공함으로써 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 예를 들어, 단일 공동부 통과 이득은 약 1.2 MeV 이상(예컨대, 1.3 MeV 이상, 1.4 MeV 이상, 1.5 MeV 이상, 1.6 MeV 이상, 1.8 MeV 이상, 2.0 MeV 이상, 2.5 MeV 이상)이다.
단일 공동부 통과 이득은 또한 주입된 이온에 의해 담지된 전하의 크기에 의존한다. 예를 들어, 이온을 담지하는 다수의 전하는 공동부 내의 동일 전장에 대해서 단일 전하를 담지하는 이온보다 높은 단일 통과 공동부 이득을 경험할 것이다. 그 결과, 가속기(1700)의 단일 통과 공동부 이득은 다수의 전하를 지니는 이온을 주입함으로써 더욱 증가될 수 있다.
가속기(1700)의 이상의 설명에 있어서, 양으로 하전된 이온은 공동부(1720) 내로 주입되었다. 가속기(1700)는 또한 음으로 하전된 이온을 가속시킬 수도 있다. 이렇게 하기 위하여, 음으로 하전된 이온은 그들의 궤적의 방향이 방사상 전장 방향과 위상이 벗어나도록 주입된다. 즉, 음으로 하전된 이온은 공동부(1720)를 통한 각 절반 통과 시, 각 이온의 궤적의 방향이 방사선 전장의 방향과 반대로 되도록 주입된다. 이것을 달성하는 것은 음으로 하전된 이온이 공동부(1720) 내로 주입될 때에 단순히 조정하는 것을 포함한다. 따라서, 가속기(1700)는 동일한 근사한 질량을 지니지만 반대의 하전을 지니는 이온을 동시에 가속시키는 능력을 지닌다. 더욱 일반적으로, 가속기(1700)는, 다만 공동부(1720)를 가로지르는 이온의 이행횟수가 비교적 유사하다면, 양으로 하전된 이온과 음으로 하전된 이온(일가 이온과 다가 이온)의 양쪽 모두의 상이한 유형을 동시에 가속시키는 능력을 지닌다. 몇몇 실시형태에서, 가속기(1700)는, 다만 상이한 유형의 가속된 이온빔이 유사 혹은 상이한 에너지를 지닌다면, 다수의 출력 결합을 포함할 수 있다.
다른 유형의 가속기도 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 조사를 위하여 이온을 가속시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 이온은 사이클로트론계 가속기 및/또는 싱크로트론계 가속기에서 비교적 높은 평균 에너지로 가속될 수 있다. 이러한 가속기의 구성과 작동은 당업계에 충분히 공지되어 있다. 다른 예로서, 몇몇 실시형태에서, 페닝형 이온 공급원(Penning-type ion source)이 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스계 재료를 처리하기 위하여 이온을 발생 및/또는 가속시키는 데 이용될 수 있다. 페닝형 이온 공급원의 설계는 문헌[section 7.2.1 of Prelec (1997)]에 개시되어 있다.
각종 유형의 정적 및/또는 동적 가속기가 또한 일반적으로 이온을 발생시키는 데 이용될 수 있다. 정적 가속기는 전형적으로 상이한 DC 전압에서 유지되는 복수개의 정전 렌즈를 포함한다. 각 렌즈 소자에 인가되는 전압의 적절한 값을 선택함으로써, 가속기 내로 도입되는 이온이 선택된 최종 에너지로 가속될 수 있다. 도 13은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료(1835)를 처리하기 위하여 이온을 가속시키도록 구성된 정적 가속기(1800)의 간단화된 개략도를 도시하고 있다. 가속기(1800)는 이온을 발생시켜 이온 칼럼(1820) 내로 이온을 도입시키는 이온 공급원(1810)을 포함한다. 이온 칼럼(1820)은 이온빔(1815)을 발생시키도록 이온 공급원(1810)에 의해 발생된 이온을 가속시키는 복수개의 정전 렌즈(1825)를 포함한다. DC 전압이 렌즈(1825)에 인가되고, 렌즈의 전위는 동작 동안 대략 일정하게 유지된다. 일반적으로, 각 렌즈 내의 전위는 일정하고, 이온빔(1815)의 이온은 각종 렌즈(1825) 사이의 간극에서 가속된다. 이온 칼럼(1820)은 또한 편향 렌즈(1830) 및 시준화 렌즈(1832)를 포함한다. 이들 두 렌즈는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료(1835) 상의 선택된 위치로 이온빔(1815)을 향하게 하여 해당 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료 상에 이온빔(1815)을 집속시키도록 작동한다.
도 13은 정적 가속기의 특정 실시형태를 도시하고 있지만, 많은 다른 변형예가 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하기 위하여 가능하며 적절하다. 몇몇 실시형태에서, 예를 들어, 편향 렌즈(1830) 및 시준화 렌즈(1832)의 상대적인 위치는 교체될 수 있다. 추가의 정전 렌즈가 또한 이온 칼럼(1820)에 존재할 수 있고, 이온 칼럼(1820)은 또한 정자기 광학 소자를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 편향기(예컨대, 4중극, 6극 및/또는 8극 편향기), 이온빔(1815)으로부터 바람직하지 않은 종(예컨대, 중성종 및/또는 소정의 이온종)을 제거하기 위한 개구 등과 같은 필터링 소자, 추출기(예컨대, 이온빔(1815)에 대해서 공간적인 프로파일을 확립하기 위한 것) 및 기타 정전기 및/또는 정자기 소자를 비롯한, 광범위한 각종 추가의 소자가 이온 칼럼(1820) 내에 존재할 수 있다.
동적 선형 가속기-종종 LINACS라 지칭됨-는 또한 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있는 이온빔을 발생하기 위하여 이용될 수 있다. 전형적으로, 동적 선형 가속기는 선형 시리즈의 무선주파수 공동부를 지니는 이온 칼럼을 포함하며, 이들 각 공동부는 이온 칼럼 내로의 이온의 주입 및 전파와 일치하도록 시간에 맞추어 강력한 진동 무선주파수(RF) 장을 생성한다. 일례로서, 클라이스트론 등과 같은 장치는 공동부 내에 RF 장을 발생하는 데 이용될 수 있다. 이온의 주입 횟수에 장 진동을 정합시킴으로써, RF 공동부는 장기간 동안 피크 전위를 유지시키는 일없이 높은 에너지로 이온을 가속시킬 수 있다. 그 결과, LINACS는 전형적으로 DC 가속기와 동일한 차폐 요건을 지니지 않고, 전형적으로 길이가 보다 짧다. LINACS는 전형적으로 3㎓(S-밴드, 전형적으로 비교적 낮은 파워로 제한됨) 및 1㎓(L-밴드, 상당히 높은 파워 작동을 가능하게 하는 능력을 지님)의 주파수에서 작동한다. 전형적인 LINACS는 2 내지 4미터의 전체적인 길이를 지닌다.
동적 선형 가속기(1850)(예컨대, LINAC)의 개략도가 도 14에 도시되어 있다. LINAC(1850)는 이온 공급원(1810)과, 3개의 가속 공동부(1860), 편향기(1865) 및 집속 렌즈(1870)를 포함하는 이온 칼럼(1855)을 포함한다. 편향기(1865)와 집속 렌즈(1870)는 위에서 설명된 바와 같이 가속 후 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료(1835) 상에 이온빔(1815)을 조향 및 집속시키는 기능을 한다. 가속 공동부(1860)는 구리 등과 같은 전도성 재료로 형성되어, 가속된 이온용의 도파관으로서 기능하다. 각 공동부(1860)에 접속된 클라이스트론(1862)은 공동부 내의 이온을 가속시키는 동적 RF 장을 발생한다. 클라이스트론(1862)은 개별적으로 RF 장을 생성하도록 구성되고, 각 장은 함께 이온빔(1815) 내의 이온을 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료(1835) 상에 입사되기 전에 최종적으로 선택된 에너지로 가속시킨다.
정적 가속기와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 동적 가속기(1850)의 많은 변형이 가능하고, 이들은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하기 위한 이온빔을 생성하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 추가의 정전 렌즈가 이온 칼럼(1855) 내에 존재할 수도 있고, 이온 칼럼(1855)은 정자기 광학 소자를 추가로 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 편향기(예컨대, 4중극, 6극 및/또는 8극 편향기), 이온빔(1815)으로부터 바람직하지 않은 종(예컨대, 중성종 및/또는 소정의 이온종)을 제거하기 위한 개구 등과 같은 필터링 소자, 추출기(예컨대, 이온빔(1815)에 대해서 공간적인 프로파일을 확립하기 위한 것) 및 기타 정전기 및/또는 정자기 소자를 비롯한, 광범위하게 다양한 추가의 소자가 이온 칼럼(1855) 내에 존재할 수 있다. 전술한 특정한 정적 및 동적 가속기에 부가해서, 기타 적절한 시스템으로는, 예를 들어, DC 절연 코어 트랜스포머(ICT)형 시스템(일본국 Nissin High Voltage사로부터 입수가능함); S-밴드 LINACS(미국의 L3-PSD, 프랑스의 리낙 시스템즈(Linac Systems), 캐나다의 메벡스(Mevex) 및 일본의 미츠비시중공업(Mitsubishi Heavy Industries)으로부터 입수가능함; L-밴드 LINACS(캐나다의 이오트론 인더스트리즈(Iotron Industries)로부터 입수가능함); 및 ILU계 가속기(러시아의 버드커 라보라토리즈(Budker Laboratories)로부터 입수가능함)를 들 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 반데 그라프계 가속기는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 후속 처리를 위하여 이온을 생성 및/또는 가속시키는 데 이용될 수 있다. 도 15는 구형 셸 전극(1902) 및 상기 전극(1902)과 가속기(1900)의 베이스(1904) 사이를 순환하는 절연 벨트(1906)를 포함하는 반데 그라프형 가속기(1900)의 일 실시형태를 도시하고 있다. 작동 동안, 절연 벨트(1906)는 화살표(1918)로 표시된 방향으로 풀리(1910), (1908) 상을 주행하며, 전하를 전극(1902) 내로 반송한다. 전하는 벨트(1906)로부터 제거되고 전극(1902)으로 이송되므로, 전극(1902) 상의 전위의 크기는 전극(1902)이 스파크에 의해 방전될 때까지(또는 대안적으로 충전 전류가 로드 전류에 의해 균형을 이룰 때까지) 증가한다.
풀리(1910)는 도 15에 도시된 바와 같이 접지되어 있다. 코로너 방전은 벨트(1906)의 한쪽 상에 미세 와이어 혹은 일련의 지점들 사이에 유지된다. 와이어(1914)는 가속기(1900)의 코로나 방전을 유지하도록 구성되어 있다. 와이어(1914)는 양 전위에 유지되므로, 벨트(1906)는 와이어(1914)로부터 풀리(1910)로 이동하는 양 이온을 가로막는다. 벨트(1906)가 화살표(1918)의 방향으로 이동함에 따라, 가로막힌 전하가 전극(1902) 내로 반송되고, 여기서 이들 전하는 벨트(1906)로부터 바늘 선단부(1916)에 의해 제거되어, 전극(1902)으로 이송된다. 그 결과, 양 전하는 전극(1902)의 표면 상에 축적되고; 이들 전하는 전극(1902)의 표면으로부터 방전될 수 있고, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 가속기(1900)는 접지된 풀리(1910)에 대해서 음 전위에서 와이어(1914) 및 바늘 선단부(1916)를 작동시킴으로써 음으로 하전된 이온을 제공하도록 구성되어 있다.
일반적으로, 가속기(1900)는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하기 위하여 광범위한 상이한 형태의 양 및 음 전하를 제공하도록 구성되어 있다. 전하의 예시적인 유형은 전자, 양자, 수소 이온, 탄소 이온, 산소 이온, 할로겐 이온, 금속 이온, 및 기타 유형의 이온을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 탄뎀 가속기(접이식 탄뎀 가속기를 포함함)는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 처리용의 이온빔을 발생하는 데 이용될 수 있다. 접이식 탄뎀 가속기(1950)의 일례가 도 16에 도시되어 있다. 해당 가속기(1950)는 가속 칼럼(1954), 전하 스트리퍼(charge stripper)(1956), 빔 편향기(1958) 및 이온 공급원(1952)을 포함한다.
작동 동안, 이온 공급원(1952)은 음으로 하전된 이온의 빔(1960)을 생성하여 입구(1964)를 통해서 가속기(1950)에 유입되도록 지향시킨다. 일반적으로, 이온 공급원(1952)은 음으로 하전된 이온을 생성하는 임의의 유형의 이온 공급원일 수 있다. 예를 들어, 적절한 이온 공급원은 세슘 스퍼터링(SNICS) 공급원, RF-전하 교환 이온 공급원 혹은 TORVIS(toroidal volume ion source)에 의한 음 이온의 공급원을 포함한다. 전술한 예시적인 이온 공급원은 각각 예를 들어 내셔널 일렉트로스태틱스 코포레이션(National Electrostatics Corporation)(미국 위스콘신주의 미들턴시에 소재함)으로부터 입수가능하다.
일단 가속기(1950) 내부에서, 빔(1960)의 음 이온이 가속 칼럼(1954)에 의해 가속된다. 전형적으로, 가속 칼럼(1954)은 정전 렌즈 등과 같은 복수개의 가속 소자를 포함한다. 음 이온을 가속시키기 위하여 칼럼(1954)에 인가된 전위차는 각종 유형의 장치를 이용해서 발생될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서(예컨대, 펠레트론(Pelletron)(등록상표) 가속기), 전위는 펠레트론(등록상표) 충전 장치를 이용해서 발생된다. 펠레트론(등록상표) 장치는 절연 커넥터(예컨대, 나일론 등의 재료로 형성됨)에 의해 가교되는 복수개의 금속(예컨대 강철) 사슬 링크 혹은 펠릿으로부터 형성된 전하 담지 벨트를 포함한다. 작동 동안, 상기 벨트는 한 쌍의 풀리 사이에서 재순환하며, 이들 풀리 중 하나는 접지 전위에서 유지된다. 벨트가 접지 풀리와 대향 풀리(예컨대, 단말 풀리) 사이에서 이동함에 따라, 금속 펠릿은 유도에 의해 양으로 하전된다. 단말 풀리에 도달할 때, 벨트 상에 축적된 양 하전이 제거되고, 펠릿들은 이들이 단말 풀리를 떠나 접지 풀리로 되돌아옴에 따라 음으로 하전된다.
펠레트론(등록상표) 장치는 빔(1960)의 음 이온을 가속시키는 데 이용되는 칼럼(1954) 내에 커다란 양 전위를 발생한다. 칼럼(1954) 내에서 가속을 받은 후, 빔(1960)은 전하 스트리퍼(1956)를 통과한다. 전하 스트리퍼(1956)는, 예를 들어, 음 이온으로부터 전자를 벗겨내는 기체를 함유하는 관 및/또는 얇은 금속 박으로서 구현될 수 있다. 음으로 하전된 이온은 이에 따라 양으로 하전된 이온으로 전환되어 전하 스트리퍼(1956)로부터 나온다. 이와 같이 나오는 양으로 하전된 이온의 궤적은 변경되어 양으로 하전된 이온이 가속 칼럼(1954)을 통해 도로 이동하여, 출구(1966)로부터 양으로 하전된 이온빔(1962)으로서 나오기 전에 상기 칼럼 내에서 2차 가속을 받는다. 양으로 하전된 이온빔(1962)은 이어서 본 명세서에 개시된 각종 방법에 따라 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있다.
가속기(1950)의 접이식 기하구조로 인해, 이온이 펠레트론(등록상표) 충전 장치에 의해 2배의 발생된 전위차에 대응하는 운동 에너지로 가속된다. 예를 들어, 2 MV 펠레트론(등록상표) 가속기에서, 이온 공급원(1952)에 의해 도입된 수소화 이온은 칼럼(1954)을 통한 제1통과 동안 2 MeV의 중간 에너지로 가속되고 나서, 양 이온(예컨대, 양자)으로 변환되고, 또한 칼럼(1954)을 통한 2차 통과 동안 4 MeV의 최종 에너지로 가속된다.
소정의 실시형태에서, 칼럼(1954)은 펠레트론(등록상표) 충전 장치에 부가해서 혹은 해당 충전 장치 대신에 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 칼럼(1954)은 정적 가속 소자(예컨대, DC 전극) 및/또는 동적 가속 공동부(예컨대, 입자 가속용의 펄스 RF 장 발생기를 갖춘 LINAC형 공동부)를 포함할 수 있다. 각종 가속 장치에 인가된 전위는 빔(1960)의 음으로 하전된 이온을 가속시키기 위해 선택된다.
접이식 및 비접이식 가속기의 양쪽 모두를 포함하는 예시적인 탄뎀 가속기는 예를 들어 내셔널 일렉트로스태틱스 코포레이션(미국 위스콘신주의 미들턴시에 소재함)으로부터 입수가능하다.
몇몇 실시형태에서, 각종 유형의 가속기의 둘 이상의 조합이 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 적합한 이온 빔을 발생시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 접이식 탄뎀 가속기는 선형 가속기, 로도트론(등록상표) 가속기, 다이나미트론(등록상표) 정적 가속기, 또는 이온빔을 생성하는 기타 다른 유형의 가속기와 조합하여 이용될 수 있다. 가속기는 직렬로 이용될 수 있고, 이때 하나의 유형의 가속기로부터의 출력 이온빔은 추가의 가속을 위하여 다른 유형의 가속기로 들어가도록 지향된다. 대안적으로, 다수의 가속기가 다수의 이온빔을 발생하기 위하여 병렬로 이용될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 동일한 유형의 다수의 가속기가 가속된 이온빔을 발생하기 위하여 병렬 및/또는 직렬로 이용될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 다수의 유사한 및/또는 상이한 가속기가 상이한 조성을 지니는 이온빔을 발생하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 가속기는 하나의 유형의 이온빔을 발생하는 데 이용될 수 있는 한편, 제2 가속기는 제2유형의 이온빔을 발생하는 데 이용될 수 있다. 이어서 두 이온빔은 각각 다른 가속기 내에서 더욱 가속될 수 있거나, 또는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있다.
또한, 소정의 실시형태에서, 단일의 가속기는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하기 위하여 다수의 이온빔을 발생하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 임의의 가속기(및 또한 다른 유형의 가속기)는 이온 공급원으로부터 가속기 내로 도입된 초기 이온 전류를 더욱 분할함으로써 다수의 이온빔을 생성하도록 변형될 수 있다. 대안적으로 혹은 부가적으로, 본 명세서에 기재된 임의의 가속기에 의해 생성된 임의의 하나의 이온빔은 단지 단일 유형의 이온 혹은 다수의 상이한 유형의 이온을 포함할 수 있다.
일반적으로, 다수의 상이한 가속기가 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 처리를 위하여 하나 이상의 이온빔을 생성하는 데 이용될 경우, 다수의 상이한 가속기는 서로에 대해서 임의의 순서로 위치결정될 수 있다. 이것은 하나 이상의 이온빔을 생성함에 있어서 커다란 유연성을 제공하며, 각 이온빔은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하기 위한(예컨대, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료 중에 상이한 성분을 처리하기 위한) 성질이 주의 깊게 선택되어 있다.
본 명세서에 개시된 이온 가속기는 또한 본 명세서에 개시된 기타 처리 단계의 어느 것과도 조합하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 전자와 이온은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 것과 조합하여 이용될 수 있다. 전자와 이온은 개별적으로 생성 및/또는 가속될 수 있고, 이것은 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 순차적으로(임의의 순서로) 및/또는 동시에 처리하는데 이용될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 전자와 이온빔은 통상의 가속기에서 발생될 수 있고, 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 처리하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 이온 가속기의 다수는 이온빔에 부가해서 혹은 이온빔에 대한 대체로서 전자빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다이나미트론(등록상표) 가속기, 로도트론(등록상표) 가속기 및 LINAC는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 처리를 위하여 전자빔을 생성하도록 구성될 수 있다.
게다가, 이온빔에 의한 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료의 처리는 이러한 초음파 분해 등과 같은 기타 기술과 조합될 수 있다. 일반적으로, 초음파기반 처리는 이온기반 처리 전, 동안 혹은 후에 일어날 수 있다. 전자빔 처리 등과 같은 기타 처리는 또한 초음파 처리와 이온빔 처리와의 임의의 조합 및/또는 임의의 수순으로 일어날 수 있다.
공정수( Process Water )
본 명세서에 개시된 방법에 있어서, 물이 임의의 공정에서 이용될 때는 언제든지, 그레이 워터(grey water), 예컨대, 한 지역의 그레이 워터 혹은 블랙 워터일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 그레이 워터 혹은 블랙 워터는 사용 전에 멸균된다. 멸균은 소정의 바람직한 수법에 의해, 예를 들어, 조사, 증기 혹은 화학적 멸균에 의해 수행될 수 있다.
실시예
이하의 실시예는 본 명세서에서 청구된 발명으로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 - 겔투과크로마토그래피에 의한 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료의 분자량 결정방법
본 실시예는 분자량을 본 명세서에 기재된 재료에 대해서 어떻게 결정하는지를 예시하고 있다. 분석을 위한 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 재료는 다음과 같이 처리되었다:
30 lb/ft3 의 겉보기 밀도를 지니는 순수한 표백된 백색 크라프트지의 1500파운드 스키드(skid)를 인터내셔널 페이퍼사로부터 획득하였다. 이 재료를 평탄하게 접은 후 시간당 대략 15 내지 20파운드의 속도로 3 hp 플린치 바우 문서절단기(Flinch Baugh shredder) 속으로 공급하였다. 해당 문서절단기에는 2개의 12인치 회전날과, 2개의 고정날과 0.30인치의 배출 스크린이 장착되어 있었다. 회전날과 고정날 사이의 간격은 0.10인치로 조정되었다. 문서절단기로부터의 출력은 색종이 조각(confetti)(전술한 바와 같음)과 유사하였다. 색종이 조각과 유사한 재료는 문손 회전나이프 커터(Munson rotary knife cutter) 모델 SC30으로 공급되었다. 배출 스크린은 1/8인치 개구를 지녔다. 회전날과 고정날 간의 간격은 대략 0.020인치로 설정되었다. 회전 나이프 커터는 나이프 에지를 가로질러 색종이 조각과 유사한 조각을 전단하였다. 제1전단으로부터 얻어진 재료는 동일한 셋업 내로 도로 공급되었고, 스크린은 1/16인치 스크린으로 대체되었다. 이 재료는 전단되었다. 제2전단으로부터 얻어진 재료는 동일 셋업 내로 도로 공급되었고, 스크린은 1/32인치 스크린으로 교체되었다. 이 재료는 전단되었다. 얻어진 섬유 재료는 BET 표면적이 1.6897 ㎡/g ± 0.0155 ㎡/g, 다공도가 87.7163%, 겉보기 밀도(0.53 psia에서)가 0.1448 g/㎖였다. 상기 섬유의 평균 길이는 0.824㎜이었고, 해당 섬유의 평균 폭은 0.0262㎜였는 바, 32:1의 평균 L/D를 부여하였다.
이하의 표 1 및 표 2에 제시된 샘플 재료는 크라프트지(Kraft paper)(P), 밀짚(WS), 알팔파(alfalfa)(A) 및 지팽이풀(switchgrass)(SG)을 포함한다. 샘플 ID의 숫자 "132"는 1/32 인치 스크린을 통해 전단한 후의 재료의 입자 크기를 의미한다. 대시선 후의 숫자는 방사선 선량(MRad)을 의미하고, "US"는 초음파 처리를 의미한다. 예를 들어, 샘플 ID "132-10"이란 132 메시의 입자크기로 전단되었고 10 MRad로 조사된 크라프트지를 의미한다.
조사된 크라프트지의 피크 평균 분자량
샘플 공급원 샘플 ID 선량 1 ( MRad ) 초음파 2 평균 MW ±표준편차
크라프트지 P132 0 없음 32853±10006
P132-10 10 없음 61398±2468**
P132-100 100 없음 8444±580
P132-181 181 없음 6668±77
P132-US 0 있음 3095±1013
** 저선량의 방사선은 몇몇 재료의 분자량을 증가시키는 것으로 보인다
1 선량률 = 1MRad/hour
2 물에 분산된 재료에 의해 재순환 조건 하에 1000W 혼을 이용해서 20㎑ 초음파로 30분간 처리
조사된 재료의 피크 평균 분자량
샘플 ID 피크번호 선량 1 ( MRad ) 초음파 2 평균 MW ±표준편차
WS132 1 0 없음 1407411±175191
2 0 없음 39145±3425
3 0 없음 2886±77
WS132-10* 1 10 없음 26040±3240
WS132-100* 1 100 없음 23620±453
A132 1 0 없음 1604886±151701
2 0 없음 37525±3751
3 0 없음 2853±490
A132-10* 1 10 없음 50853±1665
2 10 없음 2461±17
A132-100* 1 100 없음 38291±2235
2 100 없음 2487±15
SG132 1 0 없음 1557360±83693
2 0 없음 42594±4414
3 0 없음 3268±249
SG132-10* 1 10 없음 60888±9131
SG132-100* 1 100 없음 22345±3797
SG132-10-US 1 10 있음 86086±43518
2 10 있음 2247±468
SG132-100-US 1 100 있음 4696±1465
* 피크가 처리 후 합체됨
** 저선량의 방사선은 몇몇 재료의 분자량을 증가시키는 것으로 보인다
1 선량률 = 1MRad/hour
2 물에 분산된 재료에 의해 재순환 조건 하에 1000W 혼을 이용해서 20㎑ 초음파로 30분간 처리
겔투과크로마토그래피(GPC)를 이용해서 폴리머의 분자량 분포를 구하였다. GPC 분석 동안, 폴리머 샘플의 용액을 소분자가 포획된 다공성 겔이 채워진 칼럼을 통과시켰다. 이 샘플을 분자량 크기에 의해 분리하였는 바, 보다 큰 분자가 보다 작은 분자보다 더 빠르게 용리되었다. 각 성분의 체류 시간은 굴절률(RI), 증발 광 산란(ELS: evaporative light scattering) 혹은 자외선(UV)에 의해 가장 자주 검출되었고, 교정 곡선과 비교되었다. 얻어진 데이터는 이어서 샘플에 대한 분자량 분포를 산출하는 데 이용되었다.
고유의 분자량보다는 오히려 분자량 분포가 합성 폴리머를 특징화하는 데 이용되었다. 이 분포를 특징화하기 위하여, 통계학적 평균이 이용되었다. 가장 통상적인 이들 평균은 "수평균분자량"(Mn)과 "중량평균분자량"(Mw)이다. 이들 수치를 계산하는 방법은 당업계에, 예컨대, WO 2008/073186의 실시예 9에 기재되어 있다.
Mn은 수의 그룹과 연관된 표준 산술 평균과 유사하다. 폴리머에 적용된 경우, Mn은 폴리머 내의 분자의 평균 분자량을 의미한다. Mn은 그의 개별적인 분자량에 관계없이 각 분자에 대해서 동일한 양의 중요도를 부여해서 산출된다. 평균 Mn 은 이하의 식으로 산출된다:
Figure pct00002
식 중, Ni는 Mi와 동일한 몰 중량을 지닌 분자의 개수이다.
Mw는 분자량 분포에 있어서 보다 작은 분자보다 보다 큰 분자에 대해 더욱 큰 강조를 부여하는 해당 분자량 분포의 다른 통계학적 디스크립터(statistical descriptor)이다. 이하의 식은 중량 평균 분자량의 통계학적 계산을 나타낸다:
Figure pct00003
다분산지수 혹은 PI는 Mw/Mn의 비로서 정의된다. PI가 클수록, 분포가 더 넓어지거나 더 많이 분산된다. 가능한 PI의 최저치는 1이다. 이것은 단분산 샘플을 나타내며, 즉, 분포 중에 있는 분자를 모두 지니는 폴리머가 동일한 분자량인 것을 나타낸다.
피크 분자량값(MP)은 분자량 분포의 모드로서 규정된 다른 디스크립터이다. 이것은 분포 중에 가장 풍부하게 있는 분자량을 의미한다. 이 값은 또한 분자량 분포에 대한 식견을 부여한다.
대부분의 GPC 측정은 상이한 폴리머 표준에 대해서 행해진다. 그 결과의 정확도는 분석되는 폴리머의 특징이 사용된 표준의 것과 얼마나 밀접하게 정합하는지에 의존한다. 별도로 교정된 상이한 일련의 결정치간의 재현성의 예상되는 오차는 대략 5 내지 10%이며, 이것은 GPC 결정의 제한된 정확도를 특징으로 한다. 따라서, GPC 결과는 상이한 샘플의 분자량 분포 간의 비교가 동일한 일련의 결정 동안 행해질 경우 가장 유용하다.
리그노셀룰로스 샘플은 GPC 분석 전에 동일한 비율을 요구하였다. 우선, 염화리튬(LiCl)의 포화 용액(8.4중량%)은 다이메틸 아세트아마이드(DMAc) 중에 제조되었다. 새롭게 제조된 포화 LiCl/DMAc 용액 대략 10g에 각 샘플을 대략 100㎎ 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 교반하면서 대략 150℃ 내지 170℃까지 가열하였다. 얻어진 용액은 대체로 담황색 내지 어두운 황색이었다. 용액의 온도를 대략 100℃까지 감소시키고, 이 용액을 추가로 2시간 가열하였다. 이어서, 용액의 온도를 대략 50℃까지 저감시키고 나서 샘플 용액을 대략 48 내지 60시간 동안 가열하였다. 물론, 100 MRad에서 조사된 샘플은 그들의 미처리된 대응물과 비교해서 더욱 용이하게 가용화되었다. 부가적으로, 전단된 샘플(번호 132로 표시됨)은 미절단된 샘플과 비교해서 약간 낮은 평균 분자량을 지녔다.
얻어진 샘플 용액은 용제로서 DMAc를 이용해서 1:1로 희석시키고 0.45㎛ PTFE 필터를 통해 여과시켰다. 여과된 샘플 용액은 이어서 GPC에 의해 분석을 실시하였다. 겔투과크로마토그래피(GPC)에 의해 구한 샘플의 피크 평균 분자량(Mp)은 표 1 및 표 2에 요약되어 있다. 각 샘플을 쌍으로 준비하여 각 제조 샘플을 샘플당 총 4회 주입을 위하여 2회(2회 주입) 분석하였다. EasiCal(등록상표) 폴리스타이렌 표준 PS1A 및 PS1B는 약 580 내지 7,500,000 달톤(Dalton)의 분자량 규모에 대해서 교정 곡선을 작성하는 데 이용하였다. GPC 분석 조건은 이하의 표 3에 기재되어 있다.
GPC 분석 조건
기기 Waters Alliance GPC 2000
칼럼(3) Plgel 10μMixed-B
S/N: 10M-MB-148-83; 10M-MB-148-84; 10M-MB-174-129
이동상 (용제) DMAc 중의 0.5% LiCl(1.0 ㎖/min.)
칼럼/검출기온도 70℃
인젝터 온도 70℃
샘플 루프 크기 323.5㎕
실시예 2 - 전자빔 처리 직물 샘플
셀룰로스 얀 샘플은 80㎾ 출력 전력에서 5 MeV 전자를 전달하는 둥근 지붕형태의 로도트론(등록상표) TT200 연속파 가속기를 이용하여 전자빔으로 처리된다. 표 4는 TT200에 대한 공칭 파라미터를 기재하고 있다. 표 5는 샘플에 전달되는 공칭 선량(MRad)과 실제의 선량(kgy)을 기재하고 있다.
로도트론 (등록상표) TT 200 파라미터
빔
생성된 빔 가속된 전자
빔 에너지 공칭(최대): 10MeV (+0keV - 50keV)
10 MeV에서의 에너지 분산 반치폭(FWHM) 300 keV
10 MeV에서의 빔 파워 보증되는 작동 범위 1 내지 80㎾
파워 소비
대기 조건(진공 및 냉각 온) <15㎾
50㎾ 빔 파워에서 <210㎾
80㎾ 빔 파워에서 <260㎾
RF 시스템
주파수 107.5±1㎒
4극 진공관 유형 톰슨 TH781
주사 혼( Scanning Horn )
공칭 주사 길이(창으로부터 25-35㎝에서 측정됨) 120㎝
주사 범위 공칭 주사 길이의 30% 내지 100%
공칭 주사 주파수(최대 주사 길이에서) 100㎐ ± 5%
주사 균일성(90%의 공칭 주사 길이에 대해서) ±5%
샘플에 전달된 선량
총 선량 ( MRad )
(샘플 ID 와 관련된 수) 		전달된 선량(kgy) 1
0.1 0.99
1 9.9
3 29.0
5 50.4
7 69.2
1예를 들어, 9.9kgy는 빔전류 5mA, 선속도 12.9 피트/분에서 11초에 전달된다. 1MRad 처리 간의 냉각 시간은 약 2분이다.
기타 실시형태
본 발명을 그의 상세한 설명과 관련하여 설명하였지만, 이상의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 예시하도록 의도된 것이며, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해 규정된다.
예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 매우 낮은 에너지 방사선의 고선량이 제거시키고자 하는 기타 코팅이나 크기를 지니는 직물에 인가될 수 있다. 상기 방사선의 침투 깊이는 코팅만이 조사되도록 선택된다. 상기 선량은 코팅을 부분적으로 혹은 전체적으로 파괴시키도록, 예를 들어 코팅이 씻겨져 버리거나 또는 직물로부터 제거될 수 있도록 선택된다. 전자빔 방사선은 이 과정을 위해 대체로 바람직하며, 그 이유는 그 침투 깊이가 용이하고도 정확하게 제어될 수 있기 때문이다. 이 방법을 수행하기 위한 적절한 장비는 예를 들어 에너지 사이언스사(Energy Sciences, Inc.)로부터 입수가능한 컴팩트 고전압 시스템(Compact High Voltage Systems)을 상업적으로 입수할 수 있다.
기타 측면, 이점 및 변형도 이하의 특허청구범위의 범주 내이다.

Claims (13)

  1. 약 80% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하되,
    상기 섬유질 셀룰로스 재료는 방적(spin), 직조(weave), 편성(knit) 혹은 얽힘(entangled) 가공되어 있고,
    상기 섬유질 셀룰로스 재료는 해당 셀룰로스 재료의 분자량을 증가시키기에 충분한 이온화 방사선의 선량(dose of ionizing radiation)으로 조사되어(irradiated) 있는 것인 직물(textile).
  2. 제1항에 있어서, 상기 직물은 얀(yarn) 및 직포(fabric) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 것인 직물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 적어도 2%의 리그닌 함량을 지니고/지니거나, 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 방적, 직조, 편성 혹은 얽힘 가공되기 전에 조사되어 있는 것인 직물.
  4. 제1분자량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 적어도 0.10 MRad의 이온화 전자빔 방사선(ionizing electron beam radiation)으로 조사하여 상기 제1분자량보다 높은 제2분자량을 지니는 제2의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 조사된 직물을 제공하는 단계를 포함하는, 직물의 처리방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이온화 전자빔 방사선은 약 0.25 내지 약 2.5 MRad의 레벨이고/이거나, 상기 전자빔 중의 전자는 적어도 0.25 MeV, 특히 0.25 MeV 내지 7.5 MeV의 에너지를 지니는 것인, 직물의 처리방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 약 93% 이하, 특히 약 80% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 것인, 직물의 처리방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 면(cotton)을 포함하는 것인, 직물의 처리방법.
  8. 제1분자량을 지니는 동시에 약 80% 이하의 α-셀룰로스 함량을 지니는 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 직물을 적어도 0.10 MRad의 이온화 방사선으로 조사하여 상기 제1분자량보다 높은 제2분자량을 지니는 제2의 섬유질 셀룰로스 재료를 포함하는 조사된 직물을 제공하는 단계를 포함하는, 직물의 처리방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이온화 방사선은 약 0.25 내지 약 2.5 MRad의 레벨인 것인, 직물의 처리방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 이온화 방사선은 전자빔을 포함하고, 해당 전자빔 중의 전자는 적어도 0.25 MeV, 예를 들어, 약 0.25 MeV 내지 약 7.5 MeV의 에너지를 지니는 것인, 직물의 처리방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사된 직물을 반응정지(quench)시키는 단계, 특히 상기 조사된 작물에 존재하는 라디칼과 반응하도록 선택된 기체의 존재하에 반응정지시키는 단계를 추가로 포함하는, 직물의 처리방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유질 셀룰로스 재료는 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 마닐라삼(abaca), 사이잘마(sisal), 밀짚(wheat straw), LF(lignocellulos filler), 마황(ramie), 대나무 섬유(bamboo fiber), 구리암모늄 셀룰로스(cuprammonium cellulose), 재생 목질 셀룰로스(regenerated wood cellulose), 라이오셀(lyocell), 아세트산 셀룰로스 및 이들의 배합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 직물의 처리방법.
  13. 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 재료를 포함하는 직물로 형성된 의류 본체(garment body)를, 상기 직물에 침투하도록 충분한 에너지의 입자빔(particle beam)에 노출시키는 단계를 포함하는, 의류의 제조방법.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8277837B2 (en) 2006-01-11 2012-10-02 Entegrion, Inc. Hemostatic textile
US20100124583A1 (en) 2008-04-30 2010-05-20 Xyleco, Inc. Processing biomass
US9587349B2 (en) * 2008-04-30 2017-03-07 Xyleco, Inc. Textiles and methods and systems for producing textiles
NZ606047A (en) 2008-04-30 2015-03-27 Xyleco Inc Processing biomass
AU2010306930B2 (en) 2008-04-30 2015-01-22 Xyleco, Inc. Marking paper products
US9365980B2 (en) 2010-11-05 2016-06-14 International Paper Company Packaging material having moisture barrier and methods for preparing same
US9358576B2 (en) 2010-11-05 2016-06-07 International Paper Company Packaging material having moisture barrier and methods for preparing same
AT511796A1 (de) * 2011-08-09 2013-02-15 Helfenberger Immobilien Llc & Co Textilforschungs Und Entwicklungs Kg Verfahren zum herstellen einer faser oder eines formteils
GB201210890D0 (en) * 2012-06-20 2012-08-01 Innolife Holding Llc Sonochemical fiber applications
US9131790B2 (en) 2013-08-15 2015-09-15 Aavn, Inc. Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
US9493892B1 (en) 2012-08-15 2016-11-15 Arun Agarwal Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
SG11201502088XA (en) 2012-10-10 2015-05-28 Xyleco Inc Processing biomass
AP2015008340A0 (en) 2012-10-10 2015-04-30 Xyleco Inc Treating biomass
NZ743055A (en) 2013-03-08 2020-03-27 Xyleco Inc Equipment protecting enclosures
AP2015008798A0 (en) 2013-04-26 2015-10-31 Xyleco Inc Processing hydroxy-carboxylic acids to polymers
MX2015014719A (es) 2013-04-26 2016-06-30 Xyleco Inc Procesamiento de biomasa para obtener acidos oxhidrilo-carboxilico s.
CN103306031A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 海安县东升针织厂 一种含有竹纤维、棉纤维和苎麻纤维的针织面料
CN103485160B (zh) * 2013-05-30 2016-04-20 上海中纺联高能技术有限公司 一种织物改性方法
US11168414B2 (en) 2013-08-15 2021-11-09 Arun Agarwal Selective abrading of a surface of a woven textile fabric with proliferated thread count based on simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
US10808337B2 (en) 2013-08-15 2020-10-20 Arun Agarwal Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
US11359311B2 (en) 2013-08-15 2022-06-14 Arun Agarwal Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
US10443159B2 (en) 2013-08-15 2019-10-15 Arun Agarwal Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
US9394634B2 (en) 2014-03-20 2016-07-19 Arun Agarwal Woven shielding textile impervious to visible and ultraviolet electromagnetic radiation
EP3119679A4 (en) 2014-03-21 2017-10-25 Xyleco, Inc. Method and structures for processing materials
US20160160406A1 (en) 2014-05-29 2016-06-09 Arun Agarwal Production of high cotton number or low denier core spun yarn for weaving of reactive fabric and enhanced bedding
CN104164738A (zh) * 2014-06-19 2014-11-26 蒙阴大成纺纱有限公司 汗麻防辐射服面料
CN104359785B (zh) * 2014-11-04 2017-07-18 厦门三维丝环保股份有限公司 芳纶混纺滤料定量测试方法
EA201791931A1 (ru) 2015-04-07 2018-03-30 Ксилеко, Инк. Способы и системы контроля для переработки биомассы
CN105386206A (zh) * 2015-12-21 2016-03-09 常熟市荣程纺织品有限公司 超柔短毛绒复合单面绒
US20180229092A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 Cc3D Llc Composite sporting equipment
CN108532090A (zh) * 2018-05-07 2018-09-14 佛山慧创正元新材料科技有限公司 一种抗菌防静电混纺面料及其制备方法
US11225733B2 (en) 2018-08-31 2022-01-18 Arun Agarwal Proliferated thread count of a woven textile by simultaneous insertion within a single pick insertion event of a loom apparatus multiple adjacent parallel yarns drawn from a multi-pick yarn package
KR102120710B1 (ko) 2019-03-22 2020-06-10 재단법인대구경북과학기술원 혼성 셀룰로스 에테르의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3254939A (en) * 1965-02-01 1966-06-07 Herberlein & Co Ag Process of modifying cellulosic materials with ionizing radiation
US4486585A (en) * 1981-12-30 1984-12-04 Neste Oy Procedure for producing soluble cellulose derivatives
US20070031664A1 (en) * 2003-10-31 2007-02-08 Kiyotoshi Kuwano Fiber yarn and fabric using the same

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2087263A (en) * 1935-02-04 1937-07-20 Cellulose Res Corp Cellulose pulping system and product thereof
US3236584A (en) * 1960-03-23 1966-02-22 Edward F Degering Graft polymerization on a paper base by ionizing radiation
CH407034A (de) * 1964-03-13 1965-09-15 Heberlein & Co Ag Verfahren zur Entfernung von Energie aus mit ionisierenden Strahlen behandeltem cellulosehaltigem Textilgut
US4041192A (en) * 1975-04-15 1977-08-09 Veb Textilkombinat Method of enhancing high polymers, particularly textiles
US4146417A (en) 1976-05-04 1979-03-27 Johnson & Johnson Method for producing bonded nonwoven fabrics using ionizing radiation
US4277242A (en) 1977-02-07 1981-07-07 Australian Atomic Energy Commision Ionizing radiation treatment of wool textiles with resin for shrink resistance
US4382847A (en) 1980-03-06 1983-05-10 Arne Akesson Method of manufacturing bonded products of cellulose or cellulose derivatives
NL8503152A (nl) 1985-11-15 1987-06-01 Optische Ind De Oude Delft Nv Dosismeter voor ioniserende straling.
CN1100168C (zh) * 1993-09-18 2003-01-29 格尔德·埃伯特 缝纫线, 用其缝制的平幅织物及接缝的制备方法
JP4018152B2 (ja) * 1996-08-23 2007-12-05 ウェイアーヒューサー・カンパニー リヨセル繊維およびその製造方法
DE69723582T2 (de) * 1996-11-21 2004-05-13 Toyo Boseki K.K. Fasern aus regenerierte zellulose und verfahren zu ihrer herstellung
SE511842C2 (sv) * 1997-04-18 1999-12-06 Akzo Nobel Surface Chem Sätt att framställa en viskoslösning
US6379494B1 (en) * 1999-03-19 2002-04-30 Weyerhaeuser Company Method of making carboxylated cellulose fibers and products of the method
JP4206456B2 (ja) * 1999-09-09 2009-01-14 日生バイオ株式会社 紫外線照射による水不溶性ｄｎａ架橋体の製造方法と該架橋体の環境浄化材料としての利用
SE526038C2 (sv) * 2002-07-08 2005-06-21 Gambro Lundia Ab Polymeraffinitetsmatris, förfarande för framställning därav och anvädning därav
US7867358B2 (en) * 2008-04-30 2011-01-11 Xyleco, Inc. Paper products and methods and systems for manufacturing such products

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3254939A (en) * 1965-02-01 1966-06-07 Herberlein & Co Ag Process of modifying cellulosic materials with ionizing radiation
US4486585A (en) * 1981-12-30 1984-12-04 Neste Oy Procedure for producing soluble cellulose derivatives
US20070031664A1 (en) * 2003-10-31 2007-02-08 Kiyotoshi Kuwano Fiber yarn and fabric using the same

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