KR20210104735A

KR20210104735A - 섬유의 분리

Info

Publication number: KR20210104735A
Application number: KR1020217019306A
Authority: KR
Inventors: 마이클 텐스트룀; 칼스트룀 에이미 트란; 미카엘 린드스트룀; 자히르 아마드 만수르
Original assignee: 리:뉴셀 아베
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-08-25
Also published as: CN113242894B; SE1851612A1; WO2020127453A1; MA53658A; CN113242894A; CA3123954A1; US20230060430A1; US20220112658A1; EP4074797A1; BR112021011473A2; EP3853315A1; EP3853315B1; JP2022515368A; SE543048C2

Abstract

셀룰로오스 섬유 및 비-셀룰로오스 섬유를 포함하는 혼합물로 출발한 다음, 셀룰로오스 섬유의 셀룰로오스 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 200 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하고, 섬유의 응집체를 더 작은 조각으로 기계적으로 부수고, 섬유의 농도를 0.1 내지 4중량%으로 조정하고, 혼합물을 부유 처리하여 비-셀룰로오스 섬유를 제거하는, 예를 들어 재활용된 직물에서 섬유를 분리하는 방법이 제공되어 있다. 비-셀룰로오스 섬유, 예컨대 합성 섬유는, 혼합물에서, 아주 구체적으로 또는 본질적으로 셀룰로오스 섬유를 제거하지 않고, 제거될 수 있다. 이것은 매우 높은 제거 정도를 제공하고, 동시에 셀룰로오스 섬유가 제거되지 않거나 거의 제거되지 않기 때문에, 수율이 높게 유지된다.

Description

섬유의 분리

본 발명은, 특히 직물 재활용(textile recycling)과 연관성이 있는, 인조 중합체(man-made polymer)를 포함하는 합성 섬유와 같은 비-셀룰로오스 섬유를 제거함으로써 셀룰로오스 섬유(cellulosic fiber)를 정제하기 위한 공정에 관한다.

셀룰로오스는 식물에서 중요한 구성 성분이며 무수 글루코스 단위(anhydrous glucose unit)를 포함한다. 셀룰로오스는 예를 들면 얀(yarn) 또는 트레드(thread)를 방사(spinning)함으로써 합성 섬유를 제조하기 위해 사용된다. 재활용된 셀룰로오스는 재생(regenerating)되어 얀, 트레드, 섬유 등을 방사하기 위해 사용될 수 있다.

재생된 셀룰로오스 섬유의 제조를 포함하여, 다양한 적용을 위해 셀룰로오스를 분해하기 위한 수개의 알려진 방법이 있다. 가끔 고가의 화학 물질이 이러한 공정에 사용된다(Ohno H and Fukaya Y (2009) Task specific ionic liquids for cellulose technology Chemistry Letters V38).

WO 2013/124265는 셀룰로오스의 재생을 위한 공정을 개시한다. 이는 알칼리성 단계에서 그리고 산소를 사용한 셀룰로오스의 처리를 개시한다. 산소를 이용한 점도의 감소가 언급되어있다. 천(cloth)의 재활용이 언급되어 있고 중합도를 감소시키기 위해 전-처리가 바람직할 수 있다. 또한 셀룰로오스가 새로운 섬유, 예컨대 비스코스를 제조하기 위해 사용될 수 있다는 것이 언급되어 있다.

WO 2010/1124944는 다음의 순차적인 단계를 포함하는 셀룰로오스의 가수 분해를 위한 공정을 개시한다: a) 900 ml/g 이하의 점도를 가진 셀룰로오스를 수용액과 함께 혼합하여 액체를 수득하는 단계로서, 여기서 상기 액체의 셀룰로오스를 포함하는 입자는 최대 200 nm의 직경을 가지고, 여기서 수용액의 온도는 35℃ 이하이고, 여기서 수용액의 pH는 12 이상인 단계; b) 액체를 다음 단계 중 적어도 하나로 처리하는 단계: i) 액체의 pH를 적어도 1 pH 단위로 감소시키는 단계, ii) 온도를 적어도 20℃로 증가시키는 단계, 및 c) 셀룰로오스를 가수분해하는 단계.

CN 102747622는 청바지로부터 인디고(indigo) 색상을 제거하기 위한 공정을 개시한다. 직물에 1 대 20 내지 30의 중량비의 물을 넣고, 85 내지 95 ℃에서 열처리(heating)하고, 2 내지 3 g/l의 수산화 나트륨, 4 내지 5 g/l의 필링제(peeling agent), 3 내지 5 g/l의 페레갈(peregal) O-25 및 4 내지 5 g/l의 나트륨 하이드로설파이트를 첨가하고, 초음파 진동을 수행하고, 혼합된 용액을 배수하고, 물을 사용하여 직물을 2 내지 3회 세척한다.

WO 2014/045062는 용매의 도움으로 폴리에스테르를 추출하기 위한 공정을 개시한다.

WO 2018/104330는 셀룰로오스 섬유를 처리하기 위한 방법으로서, 여기서 섬유는 환원 첨가제(reducing additive)를 사용하여 섬유를 팽윤(swelling)시키고 이후 알칼리성 조건 하에 산소 및/또는 산 조건 하에 오존으로 표백하기 위해 처리되는 셀룰로오스 섬유를 처리하기 위한 방법을 개시한다. 그 다음 셀룰로오스-기반 섬유가 라이어셀 공정(Lyocell process)의 비스코스로 제조될 수 있다.

WO 2018/073177는 하기 단계를 가지는 셀룰로오스를 포함하는 재활용 직물을 위한 방법을 개시한다: 선택적으로 직물을 분해하고; 환원 조건 하에 셀룰로오스를 팽윤시키는 단계로서, 여기서 적어도 하나의 환원제(reducing agent)는 팽윤(swelling)의 적어도 일부 동안 존재하는 단계; 및 이후 다음 2개의 표백 단계 중 적어도 하나를 임의의 순서로 수행한다: i) 9 내지 13.5 범위의 pH를 가진 알칼리성 조건에서의 산소로 물질을 표백하는 단계; 및 ii) pH 6 이하의 산 조건에서의 오존으로 물질을 표백하는 단계.

WO 2015/077807는 재생된 셀룰로오스로부터 금형된 본체(moulded body)의 생산에서 사용될 재생 면 섬유(reclaimed cotton fibre)를 전처리하기 위한 공정을 개시하고, 여기서 재생 면 섬유의 전처리는 금속 제거 단계 및 산화 표백 단계를 포함한다.

아직도, 셀룰로오스 섬유 및 또한 혼합물에서 다른 섬유 모두를 포함하는 직물의 재활용을 위한 개선된 방법을 위한 필요가 있다. 셀룰로오스 섬유 이외의 섬유를 제거하기 위한 필요성이 있다. 주로 셀룰로오스 섬유를 포함하는 직물에서, 폴리에스테르, 엘라스탄, 아크릴로 제조된 섬유, 및 또한 제거하기 바람직한 다른 섬유가 있을 수 있다.

셀룰로오스 섬유 이외의 다른 섬유는 제거하는 것이 바람직하며, 그 이유는 셀룰로오스 섬유의 추후 사용 동안의 이들의 영향이 알려지지 않았기 때문이다. 셀룰로오스는, 예를 들면 차후의 비스코스(Viscose) 공정, 차후의 라이어셀 공정, 차후의 카바셀(CarbaCell) 공정 또는 유사 공정을 위해 사용될 수 있다.

부유를 통한 재활용된 종이로부터의 인조 중합체의 제거는 당업계에 알려져 있다. 그러나, 이러한 인조 중합체는 직물에서처럼 섬유의 형태로 되어 있지 않다. 추가의 존재하는 방법, 예컨대 스크린 플레이트(screen plate), 드럼 스크린(drum screen), 진동 스크린(vibrating screen) 및 압력 스크리닝(pressure screening)은 일반적으로 재활용된 종이로부터 인조 중합체를 제거하기 위해 잘 작동된다.

셀룰로오스 섬유로부터 비-셀룰로오스 섬유의 제거와 관련한 하나의 문제는 셀룰로오스 및 다른 물질 모두가 섬유의 형태로 존재한다는 것이다. 이는 섬유를 분리하는 데 있어 상당한 교락(entanglement) 및 곤란성을 준다. 합성 중합체와 같은 비-셀룰로오스 물질이 섬유의 형태로 존재하지 않는, 재활용된 종이 펄프(pulp)에서의 불순물은 그렇지 않다. 직물에서의 셀룰로오스는 재활용된 종이에서의 셀룰로오스 섬유와 비교했을 때 표면 특성이 상이한 나선 모양의 셀룰로오스 섬유 및 더 긴 섬유를 갖고 있다.

셀룰로오스를 다시 사용하기 위해 의도되는 직물의 재활용에 관한 다른 곤란성은, 셀룰로오스 섬유가 공정 동안 절대로 너무 짧아지지 않아야한다는 것이다. 그렇지 않을 경우, 이들은 차후의 공정을 위해 사용하기 불가능하거나, 차후의 공정을 위해 사용하기에 덜 경제적이다. 따라서, 직물을 재활용할 때 원하는 셀룰로오스 구조의 고 분획(high fraction)을 유지하는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 단점 중 적어도 일부 제거하고 셀룰로오스 섬유 및 비-셀룰로오스 섬유를 포함하는 혼합물에서 비-셀룰로오스 섬유를 제거하기 위한 개선된 공정을 제공하는 것이다.

원하는 구조를 유지하면서 교락된 섬유(entangled fiber)를 분리하는 것이 불가능해 보일 수 있지만, 본 발명자들은 부유(flotation)를 사용하여 비-셀룰로오스 섬유를 제거하는 것이 가능한 영역(window)을 발견하였다. 부유가 작동하기 위해서, 셀룰로오스의 쇄장(chain length)은 일정 수준 이하로 감소되어야 한다. 그러나, 셀룰로오스의 의도된 사용의 관점에서, 쇄장은 절대로 너무 짧지 않아야 한다. 본 발명자들은, 예기치 않게, 쇄장을 일정한 간격으로 조정할 경우, 비-셀룰로오스 섬유를 제거하기 위해 부유를 사용하는 것이 가능해진다는 것을 밝혀내었다. 분해 없이는, 합성 중합체 섬유와 교락된 셀룰로오스 섬유를 위해 부유를 사용하는 것이 불가능하다.

셀룰로오스 섬유와 비-셀룰로오스 섬유의 교락 때문에, 본 맥락에서 부유를 사용할 수 있다는 것은 예기치 않은 것이었다.

제1 양태에서 하기 단계를 포함하는, 섬유를 분리하기 위한 방법을 제공한다:

a) 셀룰로오스 섬유 및 비-셀룰로오스 섬유를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,

b) 셀룰로오스 섬유의 셀룰로오스 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수(limiting viscosity number)가 200 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하는 단계,

c) 섬유의 혼합물을 기계적 처리하여 섬유의 응집체를 더 작은 조각으로 부수는 단계,

d) 혼합물에서 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.1 내지 4중량% 섬유 구간에 있도록 하는 단계, 및

e) 혼합물을 부유시켜서 비-셀룰로오스 섬유를 제거하는 단계.

제2 양태에서, 상기 서술된 방법으로 수득된 셀룰로오스 함유 물질을 제공한다.

제3 양태에서, 비스코스의 생산을 위한 공정에서 상기 서술된 바와 같은 재활용된 셀룰로오스 물질의 용도를 제공한다.

본 발명의 이점은 합성 섬유와 같은 비-셀룰로오스 섬유가 혼합물의 셀룰로오스 섬유를 제거하지 않거나 본질적으로 제거하지 않고 매우 구체적인 방법으로 제거될 수 있다는 것을 포함한다. 이는 매우 높은 제거 정도를 제공하며 동시에 수율이 높게 유지되는데, 그 이유는 셀룰로오스 섬유가 제거되지 않거나 단지 몇 개만 제거되기 때문이다. 셀룰로오스 섬유는 비스코스의 제조 및 다른 목적을 위해 사용될 수 있는 정도로 보존된다. 또한 이는 제거된 비-셀룰로오스 섬유를 재생할 가능성을 제공한다.

본 발명이 구체적으로 개시되고 설명되기 전에, 본 발명이, 본원에 개시된 특정 화합물, 구성, 방법의 단계, 기재(substrate) 및 물질이 다소 다를 수 있기에, 특정 화합물, 구성, 방법의 단계, 기질, 및 물질로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한 본원에 사용된 용어는 특정 구현예를 설명하기 위한 목적으로 사용되며 제한하려는 의도가 아니며, 그 이유는 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위 및 이의 균등물에 의해서만 제한되기 때문이라는 것을 이해하여야 한다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 사용된 단수 형태 (“a”“an”및 “the”)는 문맥이 분명히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다는 것을 절대로 유의하여야 한다.

또다른 것이 정의되어 있지 않을 경우, 본원에 사용된 임의의 용어 및 과학적 용어는 본 발명과 관련되는 당업자가 보편적으로 이해하는 의미를 가지는 것을 의도한다.

본원에 사용된 용어 “셀룰로오스”는 모든 천연 셀룰로오스 형태(면, 리넨(linen), 황마, 등.) 및 모든 재생된 셀룰로오스 형태, 예컨대 레이온(rayon)을 지칭한다. 특히, 셀룰로오스를 포함하는 모든 직물은 처리된 및 개질(modified)된 셀룰로오스를 포함하는 직물을 망라하여 포함한다. 용어 “비-셀룰로오스”는 그리하여 셀룰로오스로 구성되었거나 제조되지 않은 물질 및 섬유를 지칭한다.

"펄프를 분해하는" (가끔 또한 셀룰로오스를 분해하는으로 불리는)은 표백된 목재 펄프 또는 높은 셀룰로오스 함량(> 90중량%)을 갖는 면 린터(cotton linter)를 의미한다. 이는 높은 수준의 휘도(brightness) 및 균일한 분자-중량 분포를 포함하는 특별한 특성을 가진다. "펄프를 분해하는"은 아주 유명한데, 그 이유는 이것이 종이로 만들어지지 않고 용매에서 또는 균질한 용액 내로의 유도체화로 분해되기 때문이고, 이는 이를 완전히 화학적으로 접근 가능하게 만들고 임의의 잔류 섬유 구조를 제거한다.

“극한 점도 수”는 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수를 의미한다. 가끔 용어 "고유 점도"가 동의어로 사용된다. 셀룰로오스 쇄장은 공정 동안 짧아지나, 셀룰로오스 쇄장의 직접 측정은 빠르고 및 효율적으로 수행되기 어렵다. 극한 점도 수는 셀룰로오스의 쇄장과 관련되어 있고 따라서 셀룰로오스의 쇄장의 간접적인 척도로서, 특히 예를 들면 쇄장의 감소가 이루어져야할 경우에 사용될 수 있다. 극한 점도 수가 셀룰로오스의 쇄장과 관련되어 있다는 것이 일반적으로 받아들여진다. 쇄장과 극한 점도 수 사이에 직접적인 연관이 항상 존재하지 않을 수 있지만, 본 발명의 목적을 위해서, 기존의 관계는 충분하다.

"혼합물"은 본 방법의 문맥상 공정의 대상을 의미한다. 혼합물이 공정 도중 달라질 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 용어 "혼합물"이 공정 전반에 걸쳐 사용되더라도, 출발 혼합물은 최종 혼합물과 동일하지 않다. 쇄장의 감소 이후, 짧아진 셀룰로오스 쇄장을 가진 혼합물이 존재한다. 기계적 처리 이후, 감소된 섬유의 응집체를 가진 혼합물이 있다. 섬유 농도의 조정 이후, 일반적으로 희석된 혼합물이 존재한다. 부유 이후, 정제된 혼합물이 존재한다.

b) 셀룰로오스 섬유의 셀룰로오스 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 200 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하는 단계,

d) 혼합물에서 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.1 내지 4중량% 섬유의 구간에 있도록 하는 단계, 및

e) 혼합물을 부유시켜서 비-셀룰로오스 섬유를 제거하는 단계

혼합물은 셀룰로오스 섬유 및 또한 비-셀룰로오스 섬유 모두를 포함하며, 이러한 섬유를 분리하는 것이 바람직하다. 일 구현예에서, 혼합물은 인조 중합체를 포함하는 비-셀룰로오스 섬유의 더 작은 양을 갖는 셀룰로오스 섬유의 고 분획을 포함한다. 재활용 직물은 다수의 상이한 분획으로 나뉘며 일부 분획을 위해서, 예를 들면 폴리에스테르, 엘라스테인 등을 포함하는 다양한 다른 섬유의 추가의 함량을 갖는 셀룰로오스 섬유의 고 함량이 있다. 일 구현예에서, 혼합물은 95 내지 99 중량% 셀룰로오스 섬유 및 약 1-2 중량% 폴리에스테르를 포함하는 재활용된 직물이다.

셀룰로오스 섬유의 셀룰로오스 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 200 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하는 단계 동안, 혼합물은 전형적으로 수성인데, 즉, 섬유는 물과 혼합된다. 대규모 공정에 있어서 물이 지금까지 가장 현실적인 용매이지만, 다른 용매 또한 사용하는 것이 이론적으로 가능하다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 300 내지 900 ml/g 구간에 있도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 400 내지 600 ml/g 구간에 있도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 적어도 550 ml/g로 되도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 적어도 400 ml/g로 되도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 적어도 500 ml/g로 되도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 적어도 250 ml/g로 되도록 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 700 ml/g 이상이 되지 않게 한다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 600 ml/g 이상이 되지 않게 한다. 직물에서 셀룰로오스를 위한 극한 점도 수는 200 내지 900 ml/g 구간보다 항상 더 높고, 이에 따라 감소가 일반적으로 필요하다.

셀룰로오스 쇄장이 감소될 경우 부유가 사용하기에 가능하다는 것은 예기치 못한 발견이다. 다양한 섬유의 교락으로 인해 부유가 사용될 수 없다고 예상되었을 것이다. 그러나, 쇄장은 너무 많이 감소될 수 없으므로, 셀룰로오스가 셀룰로오스의 재생의 차후의 단계를 위해 사용되기에 불가능하거나 덜 매력적으로 될 수 있다. 예를 들면, 라이어셀 공정을 위해서, 약 400 ml/g 이상의 극한 점도(limiting viscosity)를 갖는 것이 바람직하다. 카바셀 공정을 위해서는, 250 ml/g 이상이 충분할 수 있다.

일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장은 pH 6 이하의 산 조건 하에 오존으로 처리함으로써 감소된다. 일 구현예에서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장은 pH 10 이상의 염기성 조건 하에 산소로 처리함으로써 감소된다. 이러한 쇄장의 2개 감소는 서로서로 이후에 조합될 수 있다. 오존으로 처리하는 것을 사용할 때 하나의 이점은 셀룰로오스 쇄가 처리 도중 약화된다는 것이다. 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시키기 위한 단계 b)가 오존으로 처리하는 것을 포함하고 단계 c)가 단계 b) 이후에 수행될 경우, 셀룰로오스 섬유는 단계 b) 도중 약화될 것이지만, 비-셀룰로오스 섬유는 일반적으로, 적어도 셀룰로오스 섬유와 동일한 정도로 약화되지 않을 것이다. 차후의 단계 c) 동안, 기계적 처리는, 증가된 정도로 약화된 셀룰로오스 섬유를 부술 것이지만 비-셀룰로오스 섬유에 있어서는 더 적은 정도로 부술 것이다. 개질된 파단(breaking) 경향은 단계 c)에서의 기계적 처리 동안, 더 짧은 셀룰로오스 섬유 및 본질적으로 변화되지 않은 비-셀룰로오스 섬유 장(fiber length)을 제공할 것이다. 짧아진 셀룰로오스 섬유 및 일정한 정도로 보존된 비-셀룰로오스 섬유는 부유에 의해 비-셀룰로오스 섬유를 분리하는 것을 더 쉽게 만든다. 따라서, 일 구현예에서, 단계 c)는 단계 b) 이후에 수행되고 단계 b)는 오존으로 처리하는 것과 선택적으로 다른 단계를 포함한다.

일 구현예에서, 단계 c)는 단계 b) 전에 수행된다. 셀룰로오스 쇄장을 감소시키는 단계 b) 및 기계적 처리하는 단계 c)는 임의의 순서로 수행될 수 있다. 단계 b)는 방법의 상이한 지점에서 수행되는 수개의 단계로 나눠질 수 있다.

추가로, 단계 d)는 단계 b) 및 c)와 연관하여 임의의 순서로 수행될 수 있다. 이는 단계 b) 및 c) 이전에, 사이에 또는 이후에 수행될 수 있다. 단계 d)는 대부분의 경우 희석인데, 그 이유는 단계 b) 및 c) 동안 섬유 농도를 높게 유지하는 것이 더 경제적이기 때문이고, 따라서 대부분의 경우, 단계 d)는 단계 b) 및 단계 c) 이후 및 단계 e)에서의 부유 전에 수행된다.

일 구현예에서, 단계 c)는 분쇄(grinding)시킴으로써 수행된다. 또한 다른 기계적 처리 방법이 섬유의 조각을 더 작은 조각으로 기계적으로 분리하기 위해 사용될 수 있다. 임의의 섬유의 응집체는 이들을 더 작은 조각으로 파단하기 위해 분쇄된다. 섬유의 혼합물에 섬유의 응집체가 존재하지 않을 경우, 이 단계는 생략될 수 있다. 대부분의 섬유 혼합물, 특히, 재활용된 직물을 위한 섬유 혼합물의 경우, 응집체는 존재하기 때문에 기계적 처리 단계 c)가 생략될 수 없다. 응집체는 교락된 섬유를 포함한다. 상이한 섬유 종류의 응집체는 부유 시에 섬유를 분리하기 어렵게 만들거나 부유의 수율을 감소시킬것인데, 그 이유는 더 많은 섬유가 응집체에서 거절될 수 있기 때문이다.

일 구현예에서, 단계 d) 동안에 혼합물 중의 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.2 - 1.5 중량% 섬유 구간에 있도록 한다. 일 구현예에서, 단계 d) 동안에 혼합물 중의 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.7 - 1.5 중량% 섬유 구간에 있도록 한다. 또다른 구현예에서, 단계 d) 동안에 혼합물 중의 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.7 - 2 중량% 섬유 구간에 있도록 한다. 대부분의 구현예에서 농도의 조정은 희석이다.

일 구현예에서, 혼합물은 수성이다. 물은 방법의 초기에 섬유와 혼합된다.

일 구현예에서, 부유는 직렬로 연결된 수개의 체임버(chamber)에서 수행된다. 일 구현예에서, 부유는, 상이한 거품 크기를 제공하는 하나 이상의 에어 디퓨저 노즐(air diffuser nozzle)을 사용하여 수행된다. 일 구현예에서, 수개의 체임버가 사용되고, 여기서 각각의 체임버는 상이한 크기의 에어 거품으로 공급된다. 이것은 상이한 체임버에서 상이한 크기의 섬유를 제거하기 위해 제공될 것이다.

일 구현예에서, 혼합물은 단계 e)에서의 부유 이전에 필터링된다. 이러한 선택적인 필터링 단계는 임의의 남아있는 교락된 섬유의 더 큰 응집체가 부유의 대상이 되지 않는다는 것을 보장할 수 있다. 일 구현예에서, 부유 전의 필터로부터의 리젝트(reject)가 분쇄되고 다시 필터링된다. 임의의 제거된 더 큰 응집체는 분쇄되고 다시 필터링하기 위해 공급된다.

일 구현예에서, 혼합물은 재활용될 직물로 제조된다. 일반적으로, 공정은 재활용된 직물을 의도로 하지만 다른 적용 또한 고려된다.

일 구현예에서, 직물은 단계 a) 이전에 건조 상태에서 분쇄된다. 이러한 추가의 건조 단계는 직물을 작은 조각으로 자르고 절단하는 것을 포함한다.

일 구현예에서, 혼합물은 단계 b) 전에 환원 조건 및 10 이상의 pH 하에 물에서 처리된다. 이러한 선택적인 단계는 단계 b)에서 셀룰로오스 쇄장을 감소시키기 전에 수행된다. 일 구현예에서, 환원 조건은 디티오나이트 음이온의 첨가에 의해 달성된다. 일 구현예에서, 나트륨 디티오나이트가 첨가된다. 본 발명자들은 이러한 높은 pH에서의 환원 조건 하의 처리가 셀룰로오스 섬유의 팽윤을 달성하고, 이는 결국 차후의 부유 동안 셀룰로오스 섬유로부터 비-셀룰로오스 섬유를 분리하는 것을 돕는 것으로 고려된다.

일 구현예에서, 환원 조건 및 10 이상의 pH 하의 물에서의 처리와 함께, 추가의 분쇄가 습윤 상태에서 수행된다. 이러한 추가의 분쇄는, 일 구현예에서, 환원 조건이 존재할 때 수행된다.

일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는 인조 중합체를 포함하는 합성 섬유이다. 인조 중합체를 포함하는 합성 섬유의 예는 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다: 나일론에 기반한 섬유, 폴리에스테르에 기반한 섬유, 아크릴에 기반한 섬유, 모다크릴(modacrylic)에 기반한 섬유, 폴리우레탄에 기반한 섬유, 및 폴리올레핀에 기반한 섬유. 이러한 섬유는 당업계에 잘 알려져 있고 오늘날에 광범위하게 사용된다. 일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는 폴리에스테르를 포함한다. 일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는 엘라스테인을 포함한다. 일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는 폴리아크릴로니트릴을 포함한다. 셀룰로오스에 기반한 섬유는 보통 상업적으로 이용가능한 직물에 더 작은 양의 비-셀룰로오스 섬유와 함께 혼합된다. 예를 들면, 면으로 제조된 셀룰로오스 섬유는 종종 폴리에스테르 기반 섬유의 소량 퍼센트와 혼합된다.

일 구현예에서, 단계 e) 후의 혼합물은 탈수되고 건조된다. 탈수 및 건조는 펄핑(pulping) 분야에서 알려진 기술, 예를 들면 진공 탈수, 가압 및 건조를 사용하여 수행된다.

방법으로부터 수득되는 생성물은 다수의 상이한 방법으로 사용될 수 있다. 셀룰로오스의 재생만을 위한 원료로 단독으로, 또는 다른 물질과의 혼합물에서 사용될 수 있다. 특정한 경우에, 물질은 면 린터(cotton linter)를 대체할 수 있다.

일 구현예에서, 단계 e) 후의 혼합물은 비스코스 제조 공정에서 원료로서 사용된다. 일 구현예에서, 수득되는 혼합물이 비스코스 공정에서 사용될 때, ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수는 단계 b)에서 550 ml/g 이상의 값으로 감소된다.

일 구현예에서, 단계 e) 이후의 혼합물은 라이어셀 제조 공정에서의 원료로서 사용된다. 일 구현예에서, 수득되는 혼합물이 라이어셀 공정에서 사용될 것일 경우, ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수는 단계 b)에서 4000 ml/g 이상의 값으로 감소된다.

일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는 회수(recovering)되고 선택적으로 추가로 정제된다. 일 구현예에서, 비-셀룰로오스 섬유는, 수집되고 다양한 목적을 위해 사용된다.

일 구현예에서, 적어도 하나의 계면활성제가 단계 e)에서의 부유 전에 첨가된다. 계면활성제는 임의의 표면 활성제이다. 실시예는 친수성 부분 및 소수성 부분을 가진 화합물을 포함한다. 일 구현예에서, 비누화된 지방 산이 계면활성제로 사용된다. 크고 다양한 극성 및 비극성 그룹을 가진 계면활성제가 부유를 위해 사용될 수 있다. 고체 표면 소수성을 만드는 것이 주요 역할인 계면활성제는 컬렉터(collector)라고 불린다. 부유 셀(cell)에서 상부 거품 층(top froth layer)에 필요한 안정성을 제공하고 입자-거품 부착의 역학에 영향을 주는 것이 주요 역할인 계면활성제는 거품제(frother)로서 지칭된다. 이들은 보통 비이온성 계면활성제로서 박막화(film thinning)의 속도(rate)를 향상시키고 입자-거품 응집체의 안정성에 기여할 수 있다. 추가의 구현예에서, 다른 첨가제가 단계 e)에서의 부유 이전에 또는 그 동안에 첨가된다. 실시예는 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다: 소포기(defoamer), 발포 안정화제, 및 물의 경도를 증가시키거나 감소시키기 위한 물질. 부유에서 보통 사용되는 첨가제는 일 구현예에서, 첨가된다.

일 구현예에서, 추가의 부유 단계가 단계 c) 및 단계 d) 중의 적어도 하나의 단계 이전에 수행된다. 이는 추가의 전-부유로 제공되며 예를 들면 더 큰 응집체 및 다른 불순물을 제거한다. 일 구현예에서, 이러한 전-부유로부터의 응집체는 응집체를 부수기 위해, 예를 들면 분쇄를 시킴으로써 기계적으로 처리된다. 일 구현예에서, 추가의 부유에서 분리된 응집체는 기계적 처리하여 응집체를 분해한다. 추가의 부유는 농도가 조정되기 이전에 수행되는데, 이러한 농도는 일반적으로 높은 섬유 농도이다.

일 구현예에서, 단계 e)에서의 부유는 원치 않는 섬유의 제거를 개선하기 위해서 반복된다.

일 구현예에서, 단계 a)에 제공된 혼합물은 면 및 재생된 셀룰로오스 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 직물이다.

일 구현예에서, 단계 e)에서의 부유 동안의 온도는 부유의 적어도 일부 동안 30 내지 90℃ 구간에 있다. 일 구현예에서, 단계 e)에서의 부유 동안의 온도는 부유의 적어도 일부 동안 50 내지 80℃ 구간에 있다. 온도는, 일 구현예에서, 전체 부유 동안 언급된 범위에 있다. 대안적인 구현예에서, 온도는 부유의 일부 동안 언급된 구간에 있다. 일련으로 수행되는 수개의 부유 단계에 후자의 구현예는 관련될 수 있다. 30 내지 90℃, 바람직하게는 50 내지 80 ℃ 구간에 있는 온도는 더 좋은 효과 및 수성 용매의 더 낮은 점도를 제공한다. 대안적인 구현예에서, 부유는 주위 온도에서 수행된다.

제2 양태에서, 상기 설명된 방법으로 수득된 물질을 함유하는 셀룰로오스가 제공된다.

제3 양태에서, 비스코스의 생산을 위한 재활용된 셀룰로오스 물질의 용도가 제공된다.

본 발명의 다른 특징 및 용도 및 이들의 관련된 이점은 당업자가 본 명세서 및 첨부된 실시예를 읽음으로 명백해질 것이다.

본 발명이 본원에 나타난 특정 구현예에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 다음 실시예는 예시적인 목적을 위해서 제공되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위 및 이의 등가물만으로 한정되기 때문에 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

실시예

실시예 1

섬유 물질:

섬유: 섬유 직물 폐기물로부터의 소량의 비-셀룰로오스 섬유를 함유하는 면. 섬유는 분해되고 표백되었다. 첫번째로, 섬유는 임의의 제직된 및 방사된 구조로부터 분해되고 더 짧은 섬유 길이로 정제되었다. 두번째로, 섬유는 디티오나이트를 사용한 산화 환원 반응으로 처리되었고 추가로 오존 표백 (산 조건) 및 산소 표백 (알칼리성 조건)으로 처리되었다. 마지막으로, 섬유가 임의의 매듭(knot) 및 응어리를 제거하기 위해 다시 정제되었다.

1 리터의 측정 실린더 (직경; 90mm; H: 210mm) 및 원형 에어 스톤 (직경: 80mm; H: 20mm)이 실험에 사용되었다. 측정 실린더는 500 ml 섬유-현탁액, 0.5 중량%로 채워졌다. 에어 스톤은 실린더의 하부에 배치되었으며 이는 섬유 현탁액에서 균일한 에어 거품의 균질한 흐름을 생성하였다. 비-셀룰로오스 섬유의 담체로 기능한 발포체를 수득하기 위해 부유제 1 내지 2개의 방울이 첨가되었다. 비-셀룰로오스 섬유는 거품의 표면에 부착되었고 이는 발포체가 실린더 상부에 도달했을 때 제거되었다.

부유 실험은 동일한 섬유 혼합물을 사용하여 3회 반복되었다. 생성되는 나머지 비-셀룰로오스 섬유 함량은 상이한 실험으로부터의 샘플 1 내지 3에 대한 하기 표에서 확인할 수 있다. 원래 비-셀룰로오스 섬유 함량에 대한 2회의 측정이 이루어졌고 결과를 표에서 확인할 수 있다. 하나의 부유 단계가 비-셀룰로오스 섬유 함량을 평균적으로 89.1% 감소시켰다.

실시예 2

보이트(Voith) 연구실 부유 세포 델타 25가 사용되었다.

다양한 섬유의 상이한 혼합물이 사용되었다.

·FM: 백색 클립핑(clipping)으로부터의 면 섬유. 섬유는 비-셀룰로오스 섬유, 예를 들면, 폴리에스테르의 더 작은 양을 포함한다. 섬유는 분해되고 표백되었다. 첫번째로, 섬유는 임의의 제직된 및 방사된 구조로부터 분해되고 더 짧은 섬유 장으로 정제되었다. 두번째로, 섬유는 디티오나이트를 사용한 산화 환원 반응으로 처리되었고 추가로 오존 표백 (산성 조건) 및 산소 표백 (알칼리성 조건)으로 처리되었다. 마지막으로, 섬유는 임의의 매듭 및 응어리를 제거하기 위해 다시 정제되었다.

·HM + 폴리에스테르: 원료: 백색 클리핑. 추가의 녹색 폴리에스테르가 첨가된 밸리 비터(valley beater)로 인해 정제된 펄프.

·HM/FM + 폴리에스테르: 상기 FM과 동일한 섬유이지만, 추가의 녹섹 폴리에스테르의 첨가 및 추가의 밸리 비터를 사용한 정제.

표의 SR은 상이한 섬유의 밀링(milling)의 정도를 나타낸다. 더 높은 수는 더 작은 섬유를 의미한다.

상기 섬유 혼합물은 1 중량% 펄프 농도, 부유 부피 24 리터, 온도 21℃, 에어플로우 레이트 11 l/분, pH 9 내지 10에서의 부유 셀에서 수행되었다. 상기 상이한 혼합물은 각각 부유 시간 6, 9, 및 12 분으로 수행되었다.

부유 샘플은 비누화된 올레핀계 지방산의 첨가와 함께 및 이의 첨가 없이 수행되었다. 부유 셀에서 150 g의 비누화된 지방 산이 첨가되었다. 비누화된 지방 산은 0.8 중량% 지방 산 및 2 중량% NaOH를 반응시킴으로써 제조되었다.

상기 설명된 FM 섬유는 또한 기계적 필터링 공정에서 수행되어 결과를 비교하였다. 이 실험은 FM 슬라이드 팩(slide pac)이라고 불린다.

*높은 셀룰로오스 농도: 1.35 중량%

**거품 생성할 수 없음.

볼 수 있듯이 부유는 면 섬유와 같은 폴리에스테르 섬유와 같은 다른 섬유로부터, 셀룰로오스 섬유를 분리하기 위해 효율적인 방법이다. 폴리에스테르의 리젝트 농도(reject concentration)는 60.4 중량% 만큼 높게 달성되었다. 이는 셀룰로오스 섬유의 더 낮은 손실을 암시한다.

Claims

a) 셀룰로오스 섬유(cellulosic fiber) 및 비-셀룰로오스 섬유를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
b) 셀룰로오스 섬유의 셀룰로오스 쇄장(chain length)을 감소시켜 ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수(limiting viscosity number)가 200 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하는 단계,
c) 섬유의 혼합물을 기계적 처리하여 섬유의 응집체(agglomerate)를 더 작은 조각으로 부수는 단계,
d) 혼합물에서 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.1 내지 4중량% 섬유 구간에 있도록 하는 단계, 및
e) 혼합물을 부유(flotation)시켜서 비-셀룰로오스 섬유를 제거하는 단계
를 포함하는, 섬유를 분리하는 방법.
제1항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜, ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 300 내지 900 ml/g 구간에 있도록 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜, ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 400 내지 600 ml/g 구간에 있도록 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장을 감소시켜, ISO 5351에 따라 측정된 극한 점도 수가 적어도 550 ml/g로 되도록 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장이, pH 6 이하의 산 조건 하에 오존으로 처리함으로써 감소되는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 쇄장이, pH 10 이상의 염기 조건 하에 산소로 처리함으로써 감소되는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 항에 있어서, 단계 c)가 단계 b) 전에 수행되는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 항에 있어서, 단계 c)가 분쇄(grinding)시킴으로써 수행되는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 단계 d) 동안에 혼합물 중의 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.2 내지 1.5중량% 섬유 구간에 있도록 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 단계 d) 동안에 혼합물 중의 섬유의 농도를 조정하여, 중량으로 계산된 0.7 내지 1.5중량% 섬유 구간에 있도록 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서, 혼합물이 수성인 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 부유가 직렬로 연결된 수개의 체임버(chamber)에서 수행되는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 부유가, 상이한 거품 크기(bubble size)를 제공하는 하나 이상의 에어 디퓨저 노즐(air diffuser nozzle)을 사용하여 수행되는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합물이 단계 e)에서의 부유 전에 필터링(filtering)되는 방법.
제14항에 있어서, 부유 전의 필터로부터의 리젝트(reject)가 분쇄(ground)되고 다시 필터링되는 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합물이 재활용될 직물(textile)로 만들어진 방법.
제16항에 있어서, 직물이 단계 a) 전에 건조 상태에서 분쇄되는 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서, 혼합물이 단계 b) 전에, 감소 조건 및 10 이상의 pH 하에, 물에서 처리되는 방법.
제18항에 있어서, 감소 조건이 디티오나이트 음이온(dithionite anion)을 첨가함으로써 달성되는 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 추가의 분쇄가 습윤 상태에서 수행되는 방법.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 비-셀룰로오스 섬유가 인조 중합체(man-made polymer)를 포함하는 합성 섬유인 방법.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 비-셀룰로오스 섬유가 폴리에스테르를 포함하는 방법.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 비-셀룰로오스 섬유가 엘라스테인(elastane)을 포함하는 방법.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 비-셀룰로오스 섬유가 폴리아크릴로니트릴을 포함하는 방법.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e) 후의 혼합물이 탈수되고 건조되는 방법.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e) 후의 혼합물이 비스코스(Viscose) 제조 공정에서 원료로 사용되는 방법.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e) 후의 혼합물이 라이어셀(Lyocell) 제조 공정에서 원료로 사용되는 방법.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 비-셀룰로오스 섬유가 재생(recovering)되고 선택적으로 추가로 정제되는 방법.
제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 계면활성제가 단계 e)에서의 부유 전에 첨가되는 방법.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 부유 단계가 c) 및 d) 단계 중 적어도 하나 전에 수행되는 방법.
제30항에 있어서, 부유에서 분리된 응집체를 기계적 처리하여, 응집체를 분해하는 방법.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a)에서 제공된 혼합물이 면(cotton) 및 재생 셀룰로오스 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 직물인 방법.
제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 계면활성제가 단계 e)에서의 부유 전에 첨가되는 방법.
제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e)에서의 부유 동안의 온도가 부유의 적어도 일부 동안 30℃ 내지 90℃의 구간에 있는 방법.
제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e)에서의 부유 동안의 온도가 부유의 적어도 일부 동안 50℃ 내지 80℃의 구간에 있는 방법.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따르는 방법으로 수득된 셀룰로오스 함유 물질.
비스코스의 생산을 위한 공정에서의 제36항에 따른, 재활용된 셀룰로오스의 용도.