KR20130047258A - 재생 셀룰로오스 섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법 및 그로부터 제조된 재생 셀룰로오스 섬유 및 제품에 대한 것으로, 섬유의 제조과정에서 셀룰로오스 주쇄의 절단을 최소화하여 제조된 섬유의 기계적 물성을 개선시키는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 의하면 재생 셀룰로오스 섬유의 제조에 있어 건식, 습식, 융용 및 전기방사를 모두 가능하게 사용하므로 섬유 제조 방법상 자유도가 향상된다.
본 발명에서는 에테르화 반응에 의해 결정 구조의 셀룰로오스 수소 결합을 파괴하여 비결정화 구조로 전환한 다음, 반응성이 뛰어난 잔존 수산화기의 아세틸화 반응에 의해 유기용매에 대한 용해성이 뛰어난 재생 셀룰로오스를 얻고, 상기 재생 셀룰로오스로부터 건식, 습식, 융용 및 전기 방사법으로 2.5g/d 이상의 인장강도를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유를 제조한다.
본 발명의 방법에 의하면 인장 강도 면에서 향상된 물성을 가지며, 나아가 나노 단위의 굵기를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유 및 그를 포함하는 제품을 제조할 수 있다.

Description

재생 셀룰로오스 섬유 및 그 제조방법{Regenerated cellulose fiber and methods of preparing the same}
본 발명은 셀룰로오스를 재생하여 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법, 그로부터 제조되는 재생 셀룰로오스 섬유 및 제품에 관한 것이다.
셀룰로오스는 하기 화학식 1로 나타내어지는 바와 같이 단위 구조당 3개의 수산화기를 포함하는 고분자 구조이다.
Figure pat00001
상기 셀룰로오스의 단위 구조에 포함된 수산화기는 규칙적으로 분자간 및 분자내 수소결합에 관여한다. 이러한 수소결합으로 인하여 셀룰로오스는 강력한 결정구조를 형성하기 때문에 셀룰로오스는 물이나 유기용매에 녹지 않는 안정된 구조를 가지게 된다.
따라서 안정된 결정 구조의 셀룰로오스로부터 섬유 제품을 제조하기 위해서는 우선 셀룰로오스의 결정 구조를 파괴해야 한다. 결정 구조가 파괴된 셀룰로오스는 유기용매에 대해 용해성이 되므로, 이로부터 건식방사 또는 습식방사의 방법으로 재생 셀룰로오스 섬유를 제조할 수 있는 것이다.
대표적인 재생 셀룰로오스 섬유인 아세테이트 섬유는 셀룰로오스 아세테이트를 아세톤과 같은 저비점 유기용매에 용해시킨 후 건식방사를 통하여 제조한다. 여기에 사용되는 셀룰로오스 아세테이트는 셀룰로오스의 결정 구조를 파괴하면서 아세틸화 반응을 시켜야 하므로 무기산과 같은 극성 촉매가 사용된다. 이러한 과정에서 셀룰로오스의 주쇄가 절단되면서 분자량 저하 및 이에 따른 기계적 강도가 현저하게 감소하게 된다.
한편 셀룰로오스 재생 섬유의 또 다른 예로서 비스코스레이온 섬유는 셀룰로오스를 알칼리 전처리한 후 이황화탄소 반응을 통하여 합성된 용액을 습식방사를 통하여 제조한다. 이 방법 역시 합성 과정에서 셀룰로오스 구조의 주쇄 절단으로 인하여 기계적 강도가 현저히 감소된다.
상술한 바와 같이 건식방사에 의해 생산되는 아세테이트 섬유와 습식방사에 의해 생산되는 비스코스 레이온 섬유 등 종래의 재생 셀룰로오스 섬유는 셀룰로오스의 재생 과정에서 주쇄의 절단이 일어나 분자량이 현저하게 감소하기 때문에 인장 강도 등의 기계적 물성이 좋지 못하다. 이런 이유에서 재생 셀룰로오스 섬유의 경우 장섬유인 필라멘트 섬유를 제조할 수 없으며, 단섬유인 staple fiber를 제조한 후 꼬임을 주어 yarn 형태의 섬유를 제조하는 데에만 그쳤다.
또한 재생 셀룰로오스 섬유의 기계적 강도를 향상시키는 제조방법 및 재생 셀룰로오스 섬유의 제조에 있어 건식, 습식 외에 융용 및 전기방사의 방법을 사용하는 것에 대해서는 알려진 바가 없다.
본 발명에 관련된 재생 셀룰로오스 섬유 제조방법에 대한 기술은 하기 문헌에 기재되어 있다.
[선행기술문헌 정보]
[특허문헌]
1. 대한민국 공개특허 제10-2000-0018318호
2. 대한민국 공개특허 제10-2002-0036398호
상기 문헌 1은 비스코스레이온 섬유의 제조방법으로서 셀룰로오스 카보네이트 유도체를 제조하고 이것으로부터 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 문헌 2는 4급 암모늄염기를 가지는 수용성 키토산 유도체를 단독 또는 혼합하여 재생 셀룰로오스 섬유에 도입함으로써 항미생물성을 부여하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 재생 셀룰로오스 섬유의 기계적 물성의 한계를 극복하기 위하여 셀룰로오스 구조에서 주쇄의 절단을 최소화하는 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하고, 이들 재생 셀룰로오스로부터 건식방사, 습식방사, 융용방사 및 전기방사가 모두 가능하게 사용되는 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 방법을 통하여 본 발명은 우수한 기계적 물성을 갖는 재생 셀룰로오스 섬유를 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 나노 단위의 섬유 굵기를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유 및 이를 포함하는 재생 셀룰로오스 섬유 제품을 제공하고자 한다.
본 발명은 셀룰로오스를 에테르화 반응시켜 셀룰로오스 에테르를 제조하는 단계; 상기 셀룰로오스 에테르의 잔존 수산화기를 아세틸화 반응시켜 재생 셀룰로오스를 제조하는 단계 및 상기 재생 셀룰로오스로부터 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계로부터 2.5g/d 이상의 인장강도를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 건식방사한다.
바람직하게, 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 습식방사한다.
바람직하게, 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 융용시킨 후 융용방사한다.
바람직하게, 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 전기방사한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로부터 제조된 재생 셀룰로오스 섬유를 제공한다.
바람직하게 상기 재생 셀룰로오스 섬유는 나노 단위의 굵기를 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유 제품을 제공한다.
본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유 제조방법에 의하면 셀룰로오스 주쇄의 절단을 최소화함으로써 기계적 강도가 향상된 섬유를 제공할 수 있다. 또한 상기 과정에서 생성된 재생 셀룰로오스는 유기용매에 대한 용해성이 뛰어나며 고온에서의 융용성이 있기 때문에 섬유의 제조과정에서 건식, 습식, 융용 및 전기 방사의 방법 모두가 가능하게 사용된다.
따라서 본 발명에 의하면 인장 강도 등 기계적 물성이 현저히 개선되고 나노 단위의 섬유 굵기를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유 및 이를 포함하는 재생 셀룰로오스 섬유 제품이 제공될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 건식방사, 습식방사 및 융용방사에 사용되는 각 장치의 개략도이다.
도2는 실시예 1에서 전기방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유로부터 부직포 형태의 시트를 제조한 후 그 조직을 촬영한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 나타내어지는 셀룰로오스로부터 섬유를 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 재생 셀룰로오스 섬유를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
셀룰루오스로부터 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위해서는 우선 물 및 유기용매에 녹지 않는 안정된 결정 구조의 셀룰로오스를 비결정 구조로 전환하는 셀룰로오스의 재생 과정이 필요하다.
이를 위해 본 발명에서는 결정 구조의 셀룰로오스를 에테르화 반응시켜 비결정 구조의 셀룰로오스 에테르로 전환한 다음, 순차적으로 셀룰로오스 에테르에 잔존하는 수산화기를 아세틸화 반응을 시켜 유기용매에 뛰어난 용해성을 갖는 재생 셀룰로오스를 제조한다.
보다 구체적으로 상기 에테르화 반응에서는 셀룰로오스 구조 내에 포함되어 수소 결합에 참여하고 있는 수산화기를 블록킹(blocking)하거나, 수산화기 자리에 다른 치환기를 도입시킴으로써 수소 결합을 파괴한다. 에테르화 반응을 위해서 셀룰로오스를 진한 알칼리에 적신 용액에 할로겐화 알킬, 황산알킬, 산화알킬 등 에테르화제를 반응시킨다. 본 발명에서는 일 실시예로서 반응기에 100 중량부의 셀룰로오스에 대해 상기 에테르화제와 함께 100 내지 230 중량부 범위의 NaOH를 함께 투여하여 반응시킨다. 또한 바람직하게 상기 반응은 30℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 6 내지 12 시간 동안 진행한다.
에테르화 반응에서는 셀룰로오스의 미세구조, 알칼리의 종류, 농도, 용매의 종류 등 반응조건에 따라 반응 생성물인 셀룰로오스 에테르의 치환도가 달라진다.
셀룰로오스 에테르는 수소 결합이 파괴되어 비결정화된 구조를 이룬다. 즉, 구조 내 일부 수산화기에는 에테르화 반응에 의해 도입된 알콕시기 형태의 치환기를 포함하여 에테르 결합을 이루고, 나머지 일부의 수산화기는 에테르화 반응에 참여하지 않고 남아 잔존한다. 이들 잔존 수산화기는 반응성이 뛰어나다.
상기 에테르화 반응에 의해 얻어지는 대표적인 셀룰로오스 에테르는 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스 등이다. 이들은 수용성 셀룰로오스 에테르이다.
셀룰로오스 에테르의 물리화학적 특성은 에테르화 반응에서 도입되는 치환기 종류 및 함량과 관계가 있다. 본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법에서는 바람직하게 셀룰로오스에 도입되는 치환기로서 메톡실기(methoxyl, MeO), 하이드록시프로폭실기(hydroxypropoxyl, HPO) 또는 하이드록시에톡실기(hydroxyethoxyl, HEO)를 사용하여 형성된 셀룰로오스 에테르를 사용한다.
상기 셀룰로오스 에테르에 도입된 각 치환기의 치환도를 측정하기 위해 셀룰로오스 에테르를 요드화수소산(hydriodic acid)과 반응시키고(HI 반응), 이때 유리되는 알킬요오드를 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, GC) 분석을 통하여 분석한다(ASTM D3876-96, D4794-94). 본 발명에서는 상기 방법으로 분석했을 때 바람직하게 1 내지 2 범위의 메톡실기 치환도 DS(MeO), 0.1 내지 1 범위의 하이드록시프로폭실기 치환도 MS(HPO) 및 0.1 내지 0.5 범위의 하이드록시에톡실기 치환도 MS(HEO)를 갖는 셀룰로오스 에테르를 제조하여 사용한다.
상기 치환기 종류 및 함량을 갖는 셀룰로오스 에테르는 비결정 구조이며 반응성이 뛰어난 수산화기를 가지고 있어, 에테르화 반응에 이어 후속적으로 진행되는 잔존 수산화기의 아세틸화 반응에 유리하다.
셀룰로오스 에테르에 포함된 잔존 수산화기의 아세틸화 반응을 위해 본 발명에서는 상기 제조된 셀룰로오스 에테르를 아세트산, 아세트산 염 또는 아세트산 무수물과 함께 반응시킨다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 바람직하게 셀룰로오스 에테르의 아세틸화 반응은 80 내지 90℃ 범위의 온도에서 8 내지 10시간 동안 교반하면서 진행한다. 반응이 완료되면 완료된 반응으로부터 얻어지는 반응용액을 응고욕으로 20℃ 내지 40℃의 물에 분사하여 응고시킨다. 마지막으로 상기 반응 응고물을 세척한 다음 건조하여 최종적으로 재생 셀룰로오스를 얻는다.
상기 재생 셀룰로오스에서 셀룰로오스 에테르 내에 도입된 아세틸기의 치환도 즉, 아세틸화도 DS(Ac)는 시료를 비누화 반응시켜 그때 형성되는 유리 아세트산을 알칼리로 적정하여 측정한다(ASTM D871-96). 본 발명에서 얻어지는 재생 셀룰로오스의 아세틸화도는 바람직하게 1.0 내지 2.0의 범위이다.
또한 재생 셀룰로오스의 분자량은 시료를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide)에 용해시킨 후 SEC(Size exclusion chromatography)을 이용하여 측정한다. 이렇게 측정된 본 발명의 재생 셀룰로오스의 분자량은 바람직하게 300,000 내지 1,000,000의 범위이다.
상기 에테르화 반응 및 아세틸화 반응에 의해 셀룰로오스를 재생시킬 경우 재생 과정에서 주쇄의 절단이 최소화되며, 제조된 재생 셀룰로오스는 유기용매에 대한 용해성이 우수하다. 따라서 본 발명에서는 상기 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹인 후 건식방사 또는 습식방사의 방법으로 재생 셀룰로오스 섬유를 제조한다.
건식방사를 위해 재생 셀룰로오스를 아세톤 등의 저비점 유기용매에 녹인 도프(Dope) 용액(고분자 용액)을 사용한다. 건식방사는 통상의 섬유 제조에 사용되는 장치(도 1a) 및 조건에서 실시한다.
또한 습식방사를 위해 재생 셀룰로오스를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide)와 같은 고비점 유기용매에 녹인 도프 용액을 사용한다. 습식방사는 통상의 섬유 제조에 사용되는 장치(도 1b) 및 조건에서 실시한다.
한편 본 발명의 재생 셀룰로오스는 상기 건식 및 습식방사 외에 종래 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법에서는 사용되지 않았던 융용방사 및 전기방사의 방법을 모두 가능하게 사용하는 것을 특징으로 한다.
융용방사를 위해 재생 셀룰로오스를 200 내지 250℃의 고온에서 융용시켜 도프 용액을 얻은 후 이를 통상의 융용방사 장치(도 1c)를 이용해 방사한다. 또한 전기방사는 재생 셀룰로오스를 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, DMF) 용액에 녹여 도프 용액을 얻은 후 이를 통상의 전기방사 장치를 이용해 방사한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유의 제조 과정에서는 건식방사, 습식방사, 융용방사 및 전기방사 모두를 가능하게 사용하여 섬유 제조에 있어 자유도를 높인다. 또한 이렇게 얻어진 재생 셀룰로오스 섬유는 종래 재생 섬유와 비교할 때 현저히 향상된 기계적 물성을 갖는 것을 특징으로 한다.
특히 제조되는 섬유의 배향성을 증가시키기 위해 방사된 섬유에 대해 1.2 내지 3 배 범위의 연신 공정을 수행할 수 있다. 상기 연신 공정을 수행한 후 얻어지는 재생 셀룰로오스 섬유는 2.5g/d 이상의 인장 강도를 갖게 된다.
또한 본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유는 방사 조건을 조절함으로써 나노 단위의 섬유 굵기를 갖도록 제조될 수 있다. 따라서 상기 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유 제품은 나노 단위의 섬유 굵기 및 기공 조직을 갖는 것일 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 이는 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 여겨져서는 안된다.
실시예 1
(재생 셀룰로오스의 제조)
하기 표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르에 대해 반응용매로서 아세트산(삼성BP), 아세틸화 촉매로서 아세트산 나트륨(대정 화금), 아세틸화제로서 무수 아세트산(다이셀 케미컬)을 질량비로 1:7:1.5:3의 비율로 혼합하여 500L 용량의 수평 반응기에 투여한 후 85℃에서 8시간 교반하여 아세틸화 반응을 진행시켰다. 반응 완료 후 반응 용액을 응고욕인 30℃의 물에 분사하여 응고시킨 후 순수한 물로 5회 수세하였다. 마지막으로 건조시켜 재생 셀룰로오스를 수득하였다.
(건식방사에 의한 재생 셀룰로오스 섬유의 제조)
상기 재생 셀룰로오스 100g을 400g의 아세톤/CH2Cl2/H2O (80/15/5, 부피비) 혼합 용매에 용해시켜 얻은 50℃ 도프 용액을 도 1a 장치의 방사구(spinnerette)를 통하여 50m/min의 속도로 90℃의 Hot air tank로 방사 후 1.5배의 연신 공정을 실시하여 2.5~3.5 denier의 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
(습식방사에 의한 재생 셀룰로오스 섬유의 제조)
상기 재생 셀룰로오스 100g을 400g의 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide)에 용해시켜 얻은 150℃ 도프 용액을 도 1b 장치의 방사구(spinnerette)를 통하여 50m/min의 속도로 20℃의 cold water에 방사 후 3배의 연신 공정을 실시하여 1.5~3.5 denier의 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
(융용방사에 의한 재생 셀룰로오스 섬유의 제조)
상기 재생 셀룰로오스 200g을 200℃에서 용융시켜 얻은 도프 용액을 도 1c 장치의 방사구(spinnerette)를 통하여 100m/min의 속도로 100℃의 chamber에 방사 후 3배의 연신 공정을 실시하여 1.5~3.5 denier의 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
(전기방사에 의한 재생 셀룰로오스 섬유의 제조)
상기 재생 셀룰로오스 100g을 900g의 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide)에 용해시켜 얻은 도프 용액을 1kV/cm의 전기장 및 collector와의 거리를 10cm 이하로 하여 전기방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 2
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 3
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 4
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사, 습식방사 및 융용방사하여 각각의 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 5
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 6
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 7
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사, 습식방사 및 융용방사하여 각각의 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 8
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
실시예 9
표1에서와 같은 치환도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 사용한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 재생 셀룰로오스를 제조하였다. 상기 재생 셀룰로오스에 대해 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건식방사하여 재생 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
재생 셀룰로오스의 물성 평가
실시예 1 내지 9에서 제조된 재생 셀룰로오스의 치환도 및 분자량을 하기의 방법으로 측정하였다.
<치환도 측정법>
ASTM D4794 - 94: Standard Test Method for Determination of Ethoxyl or Hydroxyethoxyl Substitution in Cellulose Ether Products by Gas Chromatography
ASTM D3876 - 96: Standard Test Method for Methoxyl and Hydroxypropyl Substitution in Cellulose Ether Products by Gas Chromatography
ASTM D871 - 96: Standard Test Methods of Testing Cellulose Acetate
<분자량 측정법>
Size-exclusion chromatography (SEC): A chromatographic method in which molecules in solution are separated by their size, not by molecular weight. When an aqueous solution is used to transport the sample through the column, the technique is known as gel-filtration chromatography, versus the name Gel permeation chromatography, which is used when an organic solvent is used as a mobile phase.
상기 측정된 결과를 하기 표1에 정리하였다.
Figure pat00003
상기 표로부터 본 발명에서 얻어지는 재생 셀룰로오스는
1 내지 2 범위의 메톡실기 치환도 DS(MeO);
0.1 내지 1 범위의 하이드록시프로폭실기 치환도 MS(HPO);
0.1 내지 0.5 범위의 하이드록시에톡실기 치환도 MS(HEO);
1.0 내지 2.0 범위의 아세틸화도 DS(Ac) 및
300,000 내지 1,000,000 범위의 분자량을 갖는 것임을 확인하였다.
건식방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 물성 평가
실시예 1 내지 9에서 건식방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유의 비중, 신도, 인장강도를 측정하였다. 대조군으로서 일반적인 건식방사로 생산되는 재생 셀룰로오스 섬유인 아세테이트 섬유의 물성과 비교하였다(비교예 1).
비중은 섬유 1g을 비중액 10ml에 30분간 침지한 후 비중액의 부피변화를 이용하여 측정하였다.
신도 및 인장강도는 방사에 의해 얻어진 섬유를 UTM을 이용하여 측정하였다.
각 섬유의 물성을 하기 표2에 정리하였다.
Figure pat00004
상기 표로부터 본 발명에서 건식방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유는 2.7 내지 4.3 g/d 범위의 인장강도를 가지며, 이는 종래 아세테이트 섬유에 비해 훨씬 향상된 것임을 확인할 수 있다.
습식방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 물성 평가
실시예 1, 4 및 7에서 습식방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유의 비중, 신도, 인장강도를 측정하였다. 대조군으로서 일반적인 습식방사로 생산되는 재생 셀룰로오스 섬유인 비스코스레이온 섬유의 물성과 비교하였다(비교예 2).
비중, 신도, 인장강도는 상기 건식방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 경우와 동일한 방법으로 측정하였다.
각 섬유의 물성을 하기 표3에 정리하였다.
Figure pat00005
상기 표로부터 본 발명에서 습식방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유는 3.3 내지 4.7 g/d 범위의 인장강도를 가지며, 이는 종래 비스코스레이온 섬유에 비해 훨씬 향상된 것임을 확인할 수 있다.
융용방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 물성 평가
실시예 1, 4 및 7에서 융용방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유의 비중, 신도, 인장강도를 측정하였다. 종래 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법에서는 융용방사의 방법을 사용하지 않았기 때문에 대조군과의 비교는 수행하지 않았다.
비중, 신도, 인장강도는 상기 건식방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 경우와 동일한 방법으로 측정하였다.
각 섬유의 물성을 하기 표4에 정리하였다.
Figure pat00006
상기 표로부터 본 발명에서 융용방사의 방법으로 제조된 재생 셀룰로오스 섬유는 4.2 내지 5.8 g/d 범위의 높은 인장강도를 가지는 것임을 확인할 수 있다.
전기방사된 재생 셀룰로오스 섬유의 물성 평가
실시예 1에서 전기방사의 방법으로부터 제조된 재생 셀룰로오스 섬유(부직포 형태의 시트)의 조직을 전자현미경으로 촬영하였다. 도 2에 나타내었다.
상기 도면에 의하면 본 발명의 재생 셀룰로오스 섬유로부터 제조된 부직포 시트는 50 내지 100nm 굵기의 섬유를 포함하는 조직을 이루고 있음을 알 수 있다. 또한 기공의 경우는 도면 상으로 1um에 해당되는 크기에 비례하여 상기 섬유 굵기 50~100nm를 감안하였을 때, 수 nm 정도 크기의 조직을 이루는 것으로 예상된다.

Claims (8)

  1. 셀룰로오스를 에테르화 반응시켜 셀룰로오스 에테르를 제조하는 단계;
    상기 셀룰로오스 에테르의 잔존 수산화기를 아세틸화 반응시켜 재생 셀룰로오스를 제조하는 단계 및
    상기 재생 셀룰로오스로부터 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계로부터 2.5g/d 이상의 인장강도를 갖는 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 건식방사하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  3. 제1항에서,
    상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 습식방사하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  4. 제1항에서,
    상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 융용시킨 후 융용방사하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  5. 제1항에서,
    상기 재생 셀룰로오스 섬유를 방사하는 단계에서는 재생 셀룰로오스를 유기용매에 녹여 전기방사하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로부터 제조된 재생 셀룰로오스 섬유.
  7. 제6항에서,
    상기 재생 셀룰로오스 섬유는 나노 단위의 굵기를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유.
  8. 제6항의 재생 셀룰로오스 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 셀룰로오스 섬유 제품.
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