KR20140087849A - 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라이오셀 섬유의 제조 공정 중에 필라멘트 간의 접사 및 이에 따른 물성 저하를 억제할 수 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치는 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 토출시키는 복수의 방사 노즐이 중심으로부터 일정 간격을 두고 도넛 형태로 배치되어 있는 방사 구금; 상기 도넛 형태의 중앙부에 배치되어, 하부를 향해 냉각 공기를 공급하는 공냉부; 상기 방사 구금 및 공냉부 하부에 배치되어 있고, 상기 방사 노즐로부터 토출된 방사 도프를 응고시키는 응고액이 담겨 있는 응고조; 및 상기 공냉부의 배치 영역에 대응하는 영역에, 상기 응고조 내의 응고액에 적어도 일부가 잠기도록 형성되어 있는 와류 방지 부재를 포함한다.

Description

라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법 {SPINNING APPARATUS FOR PREPARING LYOCELL FIBER, AND METHOD FOR PREPARING LYOCELL FILAMENT FIBER AND LYOCELL STAPLE FIBER USING THE SAME}

본 발명은 라이오셀 섬유의 제조 공정 중에 필라멘트 간의 접사 및 이에 따른 물성 저하를 억제할 수 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

라이오셀 섬유는 레이온 섬유 등 기존의 재생 섬유에 비해 우수한 인장특성과 촉감 등의 섬유 특성을 가지면서도, 생산 공정에서 오염 물질을 발생시키지 않으며, 공정 중에 사용되는 아민 옥사이드계 용매가 재활용 가능하고 폐기시 생분해 되어, 친환경적인 섬유로서 다양한 분야에 사용되고 있다.

이러한 라이오셀 섬유는 통상 셀룰로오스 펄프를 포함하는 방사 도프를 방사 구금으로부터 토출시키고, 토출된 방사 도프를 냉각 공기 및 응고조 내의 응고액을 이용하여 필라멘트로 응고시킨 후, 수세, 유제 부여 및 건조 등의 공정을 거쳐 제조된다. 또한, 이러한 라이오셀 섬유에 크림프를 부여하고 절단함으로서 의류 등에 사용하기에 적합한 라이오셀 스테이플 섬유를 제조할 수 있다.

그런데, 이러한 라이오셀 섬유의 제조 공정 중에, 상기 방사 구금에서 토출된 방사 도프를 응고시켜 필라멘트를 형성하는 과정에서, 필라멘트 간의 교착 및 접사가 다수 발생하는 것으로 확인되었다. 이러한 접사가 발생하는 경우, 방사 구금에서 사절의 발생 빈도가 높아져 방사 안정성이 크게 저하될 수 있고, 최종 제조된 라이오셀 스테이플 섬유에 다수의 결함이 발생하여 방적시의 안정성이 저하될 수 있다. 또한, 접사가 다수 발생한 라이오셀 스테이플 섬유에 대해 그대로 방적을 진행하는 경우, 얼룩 등의 염색 불량이 발생하여 의류용으로서 사용이 부적합해질 수 있다.

이러한 문제점으로 인해, 라이오셀 섬유의 제조 공정 중에 필라멘트 간의 접사를 줄이고자 하는 시도가 다방면으로 이루어진 바 있지만, 아직까지 이러한 접사를 최소화할 수 있는 장치 또는 방법은 개발된 바 없다.

본 발명은 라이오셀 섬유의 제조 공정 중에 필라멘트 간의 접사 및 이에 따른 물성 저하를 억제할 수 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 상기 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치를 이용하여 접사 및 이에 따른 물성 저하를 최소화하면서 우수한 물성을 갖는 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 토출시키는 복수의 방사 노즐이 중심으로부터 일정 간격을 두고 도넛 형태로 배치되어 있는 방사 구금; 상기 도넛 형태의 중앙부에 배치되어, 하부를 향해 냉각 공기를 공급하는 공냉부; 상기 방사 구금 및 공냉부 하부에 배치되어 있고, 상기 방사 노즐로부터 토출된 방사 도프를 응고시키는 응고액이 담겨 있는 응고조; 및 상기 공냉부의 배치 영역에 대응하는 영역에, 상기 응고조 내의 응고액에 적어도 일부가 잠기도록 형성되어 있는 와류 방지 부재를 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸몰포린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 상기 방사 구금의 방사 노즐을 통해 토출시키는 단계; 상기 방사 노즐에서 토출된 방사 도프에, 상기 공냉부로부터 냉각 공기를 공급하여 1차 응고시키는 단계; 상기 1차 응고된 방사 도프를 응고조 내의 와류 방지 부재 미형성 영역에 공급하여 필라멘트로 2차 응고시키는 단계; 및 상기 2차 응고된 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함하는 상기 방사 장치를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 라이오셀 필라멘트 섬유를 제조하는 단계; 상기 필라멘트 섬유에 크림프를 부여하는 단계; 및 상기 크림프가 부여된 필라멘트 섬유를 절단하는 단계를 포함하는 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상술한 제조 방법으로 제조된 라이오셀 스테이플 섬유를 제공한다.

이하 첨부한 도면을 참고로, 발명의 구체적인 구현예에 따른 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 1 및 2는 각각 발명의 일 구현예에 따른 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치의 두 가지 예를 나타내는 개략적인 모식도이다.

상기 도 1 및 2를 참고하면, 발명의 일 구현예에 따른 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치(100)는 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 토출시키는 복수의 방사 노즐이 중심으로부터 일정 간격을 두고 도넛 형태로 배치되어 있는 방사 구금(102); 상기 도넛 형태의 중앙부에 배치되어, 하부를 향해 냉각 공기를 공급하는 공냉부(104); 상기 방사 구금(102) 및 공냉부(104) 하부에 배치되어 있고, 상기 방사 노즐로부터 토출된 방사 도프를 응고시키는 응고액이 담겨 있는 응고조(106); 및 상기 공냉부(104)의 배치 영역에 대응하는 영역에, 상기 응고조(106) 내의 응고액에 적어도 일부가 잠기도록 형성되어 있는 와류 방지 부재(108)를 포함할 수 있다.

이러한 일 구현예의 방사 장치는 상기 응고조(106) 내의 일정 영역에 와류 방지 부재(108)가 형성되어 있는 것이다. 본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 이러한 와류 방지 부재(108)를 구비하지 않는 기존의 방사 장치를 사용할 경우, 응고조(106)에서 발생하는 와류로 인해 필라멘트 간의 교착 및 접사가 주로 발생함이 확인되었다. 즉, 라이오셀 섬유를 제조함에 있어서는, 상기 방사 구금(102)의 방사 노즐로부터 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 토출시킨 후, 공냉부(104)에서 공급되는 냉각 공기로 상기 방사 도프를 1차 응고하고 이러한 방사 도프를 응고조 내의 응고액으로 2차 응고하여 필라멘트를 형성하는데, 이러한 응고조 내의 응고액에서 필라멘트들의 사조 흐름과 역행하는 방향으로 와류가 형성되며, 이러한 와류는 방사 속도가 증가함에 따라 더욱 심해질 수 있다. 바로 이러한 와류에 의해 1차 응고 중에 있는 에어갭 영역의 필라멘트들 간의 교착이 유발되어 접사가 발생하는 것이다.

이때, 접사라 함은 필라멘트들이 서로 붙어 있는 상태를 지칭하며, 2접사, 3접사 또는 4접사 등 붙어 있는 형태나 필라멘트의 개수에 따라 다양한 종류로 구분될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 이러한 접사가 다수 발생하는 경우, 각 방사 노즐에서의 사절의 발생 빈도를 지칭하는 방사 안정성이 크게 저하될 수 있고, 필라멘트 및 최종 제조된 라이오셀 섬유 상에 결함이 다수 발생하여 최종 제조된 섬유의 방적 안정성 등 물성 저하를 일으킬 수 있다. 더구나, 이러한 접사가 다수 발생한 상태로 방적이 진행되면 얼룩 등의 염색 불량이 발생하여 의류용으로 적합하게 적용되지 못할 수 있다.

이러한 문제점을 갖는 기존의 방사 장치와 비교하여, 상기 일 구현예의 방사 장치는 상기 응고조(106) 내의 일정 영역에 형성된 와류 방지 부재(108)를 구비함에 따라, 상기 응고조(106) 내에서의 와류의 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라 상술한 필라멘트 간의 교착 및 접사를 억제할 수 있다. 이는 상기 와류 방지 부재(108)가 응고액에 적어도 일부가 잠기도록 형성되어, 응고액에서 와류의 흐름을 방해할 수 있기 때문으로 보인다.

또, 상기 와류 방지 부재(108)는 방사 구금(102) 상에 도넛 형태로 배치되어 있는 방사 노즐이 형성된 영역을 제외하고, 상기 도넛 형태의 중앙부(즉, 공냉부(104)의 형성 영역)에 대응하는 영역의 응고조(106) 내에 형성(예를 들어, 상기 공냉부(104) 직하방의 응고조(106) 내에 형성될 수 있다. 이러한 위치에 와류 방지 부재(108)가 형성됨에 따라, 상기 도넛 형태로 배치된 방사 노즐로부터 토출되는 방사 도프 및 필라멘트들이 서로 간섭 또는 접촉하는 것을 중앙부의 와류 방지 부재(108)가 더욱 줄일 수 있다. 따라서, 상기 필라멘트 간의 교착 및 접사가 더욱 줄어들 수 있고, 이에 따른 물성 저하 역시 최소화될 수 있다.

한편, 상술한 일 구현예의 방사 장치(100)에서, 상기 복수의 방사 노즐이 "도넛 형태"로 배치되어 있다 함은, 이들 방사 노즐이 상기 공냉부(104) 및/또는 와류 방지 부재(108)의 형성 영역을 둘러싸는 임의의 기하학적 형태, 예를 들어, 중앙부가 빈 원형, 사각형, 삼각형 또는 기타 다각형으로 배치됨을 지칭할 수 있다.

또한, 상기 일 구현예의 방사 장치(100)에서, 상기 와류 방지 부재(108)는 응고액 내에서 와류의 흐름을 억제하면서, 필라멘트 간의 간섭 또는 접촉을 줄일 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 와류 방지 부재(108)는 상기 응고조(106)의 깊이 방향으로 형성된 하나 이상의 와류 방지판의 형태로서 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 이러한 와류 방지 부재(108)는 도 1의 일 례에 도시된 바와 같이 응고조(106)의 깊이 방향으로 일정한 두께를 갖는 단일한 와류 방지판의 형태로 형성되거나, 도 2의 다른 예에 도시된 바와 같이 응고조(106)의 깊이 방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 와류 방지판의 형태로 형성될 수도 있다. 이외에도, 응고액의 흐름을 적절히 억제할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수도 있음은 물론이다.

그리고, 상기 와류 방지 부재(108)는 연결 축(110)에 의해 상기 공냉부(104)에 연결 및 고정되어 있을 수 있다. 이와 같이 연결 축(110)에 의해 와류 방지 부재(108)가 응고조(106) 내의 일정 영역에 위치 고정됨에 따라, 이러한 와류 방지 부재(108)가 응고조(106) 내로 유입되는 방사 도프 또는 필라멘트의 공급을 방해하지 않으면서도, 응고조(106)의 중앙부에서 응고액 내의 와류의 발생 및 상기 필라멘트 간의 간섭이나 접촉을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 와류 방지 부재(108) 상에는 응고액을 통과시킬 수 있는 복수의 구멍이 형성될 수 있다. 이러한 다수의 구멍이 형성됨에 따라, 상기 와류 방지 부재(108)가 응고조(106) 내에서 응고액의 정상적 흐름을 저해하지 않을 수 있다.

그리고, 상술한 일 구현예의 방사 장치(100)에서, 상기 방사 구금(102)과, 응고조(106) 사이에는 소정의 에어갭 구간이 정의될 수 있으며, 이를 위해 상기 방사 구금(102) 및 공냉부(104) 하방으로 일정 간격을 두고 상기 응고조(106)가 배치될 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 상기 공냉부(104)로부터 공급되는 냉각 공기가 이러한 에어갭 구간에 공급될 수 있으며, 이러한 에어갭 구간에서 방사 노즐로부터 토출된 방사 도프가 냉각 공기에 의해 1차 응고될 수 있다. 적절한 1차 응고를 위해, 상기 에어갭 구간은 약 150 내지 400mm 간격으로 정의될 수 있고, 이렇게 1차 응고된 방사 도프는 응고조(106)에 공급되어 응고액에 의해 2차 응고됨으로서 필라멘트들이 형성될 수 있다.

한편, 상술한 일 구현예의 방사 장치는 상술한 와류 방지 부재(108) 및 관련 구성을 제외하고는, 기존의 방사 장치에 준하는 통상적인 구성을 가질 수 있으므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 일 구현예의 방사 장치를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법이 제공된다. 먼저, 상기 다른 구현예에 따른 라이오셀 필라멘트 섬유의 제조 방법은 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸몰포린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 상기 방사 구금의 방사 노즐을 통해 토출시키는 단계; 상기 방사 노즐에서 토출된 방사 도프에, 상기 공냉부로부터 냉각 공기를 공급하여 1차 응고시키는 단계; 상기 1차 응고된 방사 도프를 응고조 내의 와류 방지 부재 미형성 영역에 공급하여 필라멘트로 2차 응고시키는 단계; 및 상기 2차 응고된 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법은 상술한 방법으로 라이오셀 필라멘트 섬유를 제조하는 단계; 상기 필라멘트 섬유에 크림프를 부여하는 단계; 및 상기 크림프가 부여된 필라멘트 섬유를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.

이하 상기 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 제조 방법에 사용되는 방사 도프는 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸몰포린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하여, 라이오셀 섬유 제조에 통상 사용되는 임의의 방사 도프로 될 수 있다. 이러한 방사 도프에서, 상기 셀룰로오스 펄프는 목화 등에서 분리된 린트(lint) 펄프 또는 린터(linter) 펄프 등으로 될 수 있다.

또, 이러한 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 약 85 내지 97 중량%이고, 중합도(DPw)가 약 600 내지 1700인 것으로 될 수 있다. 이에 따라, 상기 셀룰로오스 펄프가 낮은 피브릴화도를 나타낼 수 있으며, 불순물을 미량으로 함유하여 고급 의류 제품의 원단으로 사용될 수 있다.

상기 방사 도프는 이러한 셀룰로오스 펄프의 약 6 내지 16 중량%를 포함할 수 있다. 상기 펄프의 함량이 약 6중량% 미만인 경우에는 섬유적 특성을 구현하기 어렵고, 약 16중량% 초과하는 경우에는 수용액상에 용해하기 어려울 수 있다.

또한, 상기 방사 도프는 용매 성분으로 N-메틸몰포린-N-옥사이드 수용액의 약 84내지 94 중량%를 포함할 수 있다. 상기 N-메틸몰포린-N-옥사이드 수용액의 함량이 약 84 중량% 미만인 경우에는 용해 점도가 크게 높아져서 바람직하지 못하며, 약 94중량% 초과하는 경우에는 방사 점도가 크게 낮아져서 방사단계에서 균일한 섬유를 제조하기에 어려울 수 있다.

상기 N-메틸몰포린-N-옥사이드 수용액에서 N-메틸몰포린-N-옥사이드 및 물의 중량비가 약 93:7 내지 약 85:15일 수 있다. 상기N-메틸몰포린-N-옥사이드 및 물의 중량비가 약 93:7 초과인 경우에는 용해 온도가 높아져서 셀룰로오스 용해시 셀룰로오스의 분해가 발생할 수 있으며, 상기 중량비가 약 85:15미만인 경우에는 용매의 용해 성능이 저하되어 셀룰로오스의 용해가 어려울 수 있다.

상기 방사 도프는 N-메틸몰폴린-N-옥사이드(NMMO) 및 물을 중량비 약 90:10 내지 약 50:50로 포함하는 N-메틸몰폴린-N-옥사이드 수용액에 셀룰로오스 펄프를 넣고 팽윤시킨 후, N-메틸몰폴린-N-옥사이드(NMMO):물의 중량비가 약 93:7 내지 85:15, 펄프의 최종 함량이 약 6 내지 16 중량%로 되게 물을 제거하는 공정에 따라 제조될 수 있다.

한편, 상기 다른 구현예에 따른 제조 방법에서는, 먼저, 상술한 방사 도프를 사용하여 이를 방사 구금(102)의 방사 노즐로부터 토출시킨다.

이때, 상기 방사 구금(102)은 필라멘트 상의 방사 도프를 에어 갭 구간을 통해 응고조(106) 내의 응고액으로 토출시키는 역할을 한다. 상기 방사 도프를 방사 구금(102)으로부터 토출시키는 단계는 약 80 내지 130℃에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 방사 도프를 토출시킨 후에는 이를 상술한 방사 구금(102)과, 응고조(106) 사이 공간의 에어 갭 구간으로 통과시킬 수 있다. 이러한 에어 갭 구간에는 상기 공냉부(104)로부터 냉각 공기가 공급되는데, 이러한 냉각 공기에 의해 상기 방사 도프가 1차 응고될 수 있다. 이때, 상기 에어갭 구간에서는, 상기 방사 도프에 약 4 내지 15℃의 온도 및 약 10 내지 50m/s의 풍속을 갖는 냉각 공기를 공급함으로서 연신 점도가 비교점 높은 방사 도프를 적절히 1차 응고시킬 수 있다.

이후, 상기 방사 도프는 응고액이 담겨 있는 응고조(106)에 공급되어 2차 응고가 진행될 수 있다. 이때, 응고조(106)의 중앙부에는 와류 방지 부재(108)가 형성되어 있으므로, 상기 1차 응고된 방사 도프는 상기 와류 방지 부재(108)가 형성되지 않은 나머지 영역의 응고조에 공급될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 상기 와류 방지 부재(108)가 응고조 내에서 필라멘트 간의 간섭 또는 접촉을 줄일 수 있고, 와류의 흐름 및 발생을 억제할 수 있으므로, 상술한 1차 및 2차 응고 과정에서 방사 도프 및 필라멘트 간의 교착 및 접사가 크게 줄어들 수 있고, 이에 따른 물성 저하가 최소화될 수 있다.

그 결과, 방사 안정성이 보다 향상되고, 최종 제조된 라이오셀 필라멘트 섬유 및 스테이플 섬유 상의 결함을 줄일 수 있으며, 방적 안정성을 향상시키고 염색 불량을 억제하여 의류용으로 최적화된 라이오셀 스테이플 섬유 등을 얻을 수 있다.

한편, 적절한 2차 응고의 진행을 위해, 상기 응고액의 온도는 약 30℃ 이하일 수 있다. 이는 2차 응고 온도가 필요 이상으로 높지 않아 응고 속도가 적절히 유지되도록 하기 위한 것이다. 여기서 상기 응고액은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 조성으로 제조하여 사용할 수 있으므로 특별히 한정되지 않는다.

한편, 상기 2차 응고 단계를 통해 형성된 필라멘트는 수세 및 건조될 수 있다. 먼저, 상기 필라멘트의 수세 단계에서는, 수세 후 용제의 회수 및 재사용의 용이성을 고려하여, 약 0 내지 100℃ 온도의 수세액을 사용할 수 있으며, 상기 수세액으로는 물을 이용할 수 있고, 필요에 따라 기타의 첨가 성분을 더욱 포함시킬 수도 있다.

상기 수세된 필라멘트를 건조시키는 단계는 약 80 내지 200℃, 혹은 약 100 내지 150℃에서, 약 0.1 내지 2 g/d, 혹은 약 0.2 내지 0.5 g/d 의 장력을 필라멘트에 부여하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조 단계는 1단계의 건조 공정으로 진행될 수 있으며, 또한 구간을 나누어 건조 공정 조건을 달리하는 다단계의 건조 공정으로 진행될 수도 있다. 상기 다단의 건조공정에 있어서 각 단계의 구체적인 건조 조건은 상기 장력 및 온도 범위 내에서 필요에 따라 임의로 선택할 수 있으며, 상기 조건 이외에는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 조건을 사용할 수 있다.

한편, 상술한 건조 공정까지를 진행함으로서 라이오셀 필라멘트 섬유를 제조할 수 있다. 또한, 이러한 라이오셀 필라멘트 섬유에 이하에 설명하는 크림프 부여 공정 및 절단 공정을 더 진행함으로서 라이오셀 스테이플 섬유를 제조할 수 있다.

먼저, 상기 크림프 부여 공정은 다양한 합성 스테이플 섬유의 제조에 적용되던 통상적인 크림프 장치에서 진행될 수 있다. 그리고, 이러한 크림프 부여 공정에서는 최종적으로 우수한 물성을 갖는 라이오셀 스테이플 섬유가 제조될 수 있도록 하기 위해, 상기 필라멘트 섬유에 약 8 내지 20개/inch, 혹은 약 10 내지 16개/inch의 크림프를 부여할 수 있다. 이러한 범위로 크림프를 부여한 후 이후의 절단 공정을 통해 라이오셀 스테이프 섬유를 제조함으로서, 우수한 촉감 등 물성을 나타내어 고급 의류용 섬유로서 보다 바람직하게 적용 가능한 섬유를 얻을 수 있게 된다.

상기 크림프를 부여한 후에는, 필라멘트 섬유를 절단하여 라이오셀 스테이플 섬유를 제조할 수 있다. 이때, 상기 라이오셀 스테이플 섬유가 고급 의류용 섬유 등으로서 바람직하게 사용될 수 있도록 하기 위해, 상기 절단 단계에서는 상기 필라멘트 섬유를 약 20 내지 200mm, 혹은 약 30 내지 130mm의 길이로 절단할 수 있다. 이에 따라, 이에 상응하는 길이를 갖는 라이오셀 스테이플 섬유가 제조될 수 있고, 이러한 라이오셀 스테이플 섬유는 고급 의류용 섬유 등으로서 최적화된 형태를 가질 수 있다.

발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 제조 방법으로 제조된 라이오셀 스테이플 섬유가 제공된다. 이러한 라이오셀 스테이플 섬유는 약 3 내지 10g/d 강도, 약 4.0 내지 17.0%의 절단신도, 약 1.0 내지 3.0 데니어의 단섬도 및 약 20,000 내지 100,000개의 필라멘트 개수를 가짐에 따라 의류용으로 적합한 물성을 나타낼 뿐 아니라, 1000개의 필라멘트당 약 5 개 미만, 혹은 약 3 개 미만, 혹은 약 1 개 미만의 접사를 가짐에 따라, 최소화된 결함 및 우수한 방적 안정성을 가지며, 염색 불량이 억제되어 의류용으로 매우 바람직하게 적용될 수 있다.

상기 라이오셀 스테이플 섬유에서, 상기 강도 및 절단 신도는 최종 절단하여 스테이플 섬유로 제조되기 직전의 필라멘트 시편을 110℃ 온도 하에서 2시간 동안 공정 수분율 이하로 예비 건조한 후, KSK 0901(섬유시험실 표준상태)의 표준 상태에서 24시간 이상 방치해서 수분 평형 상태에 도달하게 하고 나서, 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하여 인장속도 300m/min으로 측정한 것일 수 있다. 또한, 상기 접사 개수는 라이오셀 스테이플 섬유 시편을 채취하여, 단면을 절단한 후, 광학 현미경을 측정한 것일 수 있다.

본 발명에 따르면 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 공정 중에 필라멘트 간의 접사 및 이에 따른 물성 저하를 억제할 수 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치와, 이를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유 및 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법이 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 라이오셀 섬유 제조 공정의 방사 안정성이 보다 향상되고, 최종 제조된 라이오셀 필라멘트 섬유 및 스테이플 섬유 상의 결함을 줄일 수 있으며, 방적 안정성을 향상시키고 염색 불량을 억제하여 의류용으로 최적화된 라이오셀 스테이플 섬유 등을 얻을 수 있다.

도 1은 발명의 일 구현예에 따른 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치의 일 례를 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 2는 발명의 일 구현예에 따른 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치의 다른 예를 나타내는 개략적인 모식도이다.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예1

중합도(DPw) 820, 알파 셀룰로오스 함량 93.9%인 셀룰로오스 펄프를 프로필갈레이트 함량 0.01 중량%인 NMMO/H₂0 혼합 용제(중량비 90/10)에 혼합하여, 농도 12 중량%의 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 제조하였다.

도 1에 나타난 와류 방지 부재를 구비한 방사 장치를 이용하여, 이하와 같이 방사, 응고, 수세 및 건조 공정을 순차 진행해 라이오셀 필라멘트 섬유를 제조한 후 크림프 부여 및 절단 단계를 거쳐 최종적으로 라이오셀 스테이플 섬유를 제조하였다.

먼저, 상기 방사 도프는 도넛형 방사 구금의 방사노즐에서 방사 온도 120℃로 유지하였으며, 필라멘트의 단섬도가 1.5 데니어가 되도록 토출량과 방사속도를 조절하여 방사하였다. 상기 방사노즐로부터 토출된 필라멘트 상의 방사 도프를 에어 갭 구간을 거쳐 응고조 내의 응고액에 공급하였다. 상기 응고액은 온도 25℃, 농도는 물 85중량%, NMMO 15중량%인 것을 사용하였다. 이 때, 상기 응고액 농도는 센서와 굴절계를 사용하여 연속적으로 모니터링 하였다.

견인롤러를 통하여 공기층에서 연신이 된 필라멘트는 수세장치에서 스프레이된 수세액에 의해 수세되어 잔존하는 NMMO가 제거되었고, 건조롤에서 건조시켜 라이오셀 필라멘트 섬유로 제조되었다. 이후, 크림프 부여 및 절단 단계를 거쳐 섬유장 38mm, 크림프수 3~5개/cm의 라이오셀 스테이플 섬유를 제조하였다.

실시예2

도 1에 나타난 방사 장치 대신, 도 2에 나타난 와류 방지 부재를 구비한 방사 장치를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 라이오셀 필라멘트 섬유와, 섬유장 38mm, 크림프수 3~5개/cm의 라이오셀 스테이플 섬유를 제조하였다.

비교예 1

도 1에 나타난 방사 장치 대신, 와류 방지 부재를 구비하지 않은 기존의 방사 장치를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 라이오셀 필라멘트 섬유와, 섬유장 38mm, 크림프수 3~5개/cm의 라이오셀 스테이플 섬유를 제조하였다.

<실험예> 실시예 및 비교예의 라이오셀 스테이플 섬유에 대한 물성 측정)

실험예1: 인장 강도 및 절단 신도 측정

먼저, 인장 강도 및 절단 신도의 측정을 위해 각 실시예 및 비교예에서 최종 커팅되기 직전의 필라멘트 다발을 시편으로 추출하였다. 이러한 시편의 길이를 250mm로 조절하였다.

각 시편을 110℃ 온도 하에서 2시간 동안 공정 수분율 이하로 예비 건조한 후, KSK 0901(섬유시험실 표준상태)의 표준 상태에서 24시간 이상 방치해서 수분 평형 상태에 도달하게 하고 나서, 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하여 인장속도 300m/min으로 상기 인장 강도 및 절단 신도를 측정하였다.

실험예2: 접사 개수 측정

실시예 및 비교예에서 각 제조된 라이오셀 스테이플 섬유의 일부를 채취하여 단면을 자른 후 광학 현미경으로 측정하여 접사 개수를 확인하였다.

상기 실험예 1 및 2의 측정 결과를 하기 표1에 나타내었다.

구분	실시예1	실시예2	비교예1
단섬도	1.5	1.5	1.5
강도(g/d)	5.2	5.3	5.1
신도 (%)	12.5	12.3	12.0
접사 개수(1000fila.당)	0	0	40

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2에서 제조된 라이오셀 스테이플 섬유는 최소화된 접사 개수를 나타냄이 확인되었다. 이에 비해, 비교예 1에서 제조된 섬유는 상당 개수의 접사 발생이 확인되었고, 이로 인해 최종 제조된 라이오셀 스테이플 섬유가 상당한 결함을 가지며 얼룩 등의 염색 불량 발생이 예측되었다.

Claims (13)

1. 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 토출시키는 복수의 방사 노즐이 중심으로부터 일정 간격을 두고 도넛 형태로 배치되어 있는 방사 구금;
   상기 도넛 형태의 중앙부에 배치되어, 하부를 향해 냉각 공기를 공급하는 공냉부;
   상기 방사 구금 및 공냉부 하부에 배치되어 있고, 상기 방사 노즐로부터 토출된 방사 도프를 응고시키는 응고액이 담겨 있는 응고조; 및
   상기 공냉부의 배치 영역에 대응하는 영역에, 상기 응고조 내의 응고액에 적어도 일부가 잠기도록 형성되어 있는 와류 방지 부재를 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 와류 방지 부재는 상기 응고조의 깊이 방향으로 형성된 하나 이상의 와류 방지판을 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 와류 방지 부재는 연결 축에 의해 상기 공냉부에 연결 및 고정되어 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 와류 방지 부재 상에는 응고액을 통과시키는 복수의 구멍이 형성되어 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 방사 구금과, 응고조 사이에는 상기 공냉부로부터 냉각 공기가 공급되는 150 내지 400mm 간격의 에어갭 구간이 정의되어 있는 라이오셀 섬유 제조용 방사 장치.
   
6. 셀룰로오스 펄프 및 N-메틸몰포린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO) 수용액을 포함하는 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 상기 방사 구금의 방사 노즐을 통해 토출시키는 단계;
   상기 방사 노즐에서 토출된 방사 도프에, 상기 공냉부로부터 냉각 공기를 공급하여 1차 응고시키는 단계;
   상기 1차 응고된 방사 도프를 응고조 내의 와류 방지 부재 미형성 영역에 공급하여 필라멘트로 2차 응고시키는 단계; 및
   상기 2차 응고된 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함하는 제 1 항의 방사 장치를 이용한 라이오셀 필라멘트 섬유의 제조 방법.
   
7. 제 6 항에 따른 방법으로 라이오셀 필라멘트 섬유를 제조하는 단계;
   상기 필라멘트 섬유에 크림프를 부여하는 단계; 및
   상기 크림프가 부여된 필라멘트 섬유를 절단하는 단계를 포함하는 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 방사 도프는 셀룰로오스 펄프 6 내지 16 중량%; 및 N-메틸몰포린-N-옥사이드 수용액 84 내지 94 중량%를 포함하는 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법.
   
9. 제 7 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 내지 97 중량%이고, 중합도(DPw)가 600 내지 1700인 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법.
   
10. 제 7 항에 있어서, 상기 1차 응고 단계에서는, 상기 방사 구금과, 응고조 사이의 에어갭 구간에서, 상기 방사 도프에 4 내지 15℃의 온도 및 10 내지 50m/s의 풍속을 갖는 냉각 공기를 공급하는 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 절단 단계에서는, 상기 필라멘트를 20 내지 200mm의 길이로 절단하여 스테이플 섬유로 재단하는 라이오셀 스테이플 섬유의 제조 방법.
    
12. 제 7 항의 제조 방법으로 제조된 라이오셀 스테이플 섬유.
    
13. 제 12 항에 있어서, 3 내지 10g/d 강도, 4.0 내지 17.0%의 절단신도, 1.0 내지 3.0 데니어의 단섬도 및 20,000 내지 100,000개의 필라멘트 개수를 가지며, 1000개의 필라멘트당 5 개 미만의 접사를 갖는 라이오셀 스테이플 섬유.
    

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